JP2002198286A

JP2002198286A - 露光装置

Info

Publication number: JP2002198286A
Application number: JP2000393838A
Authority: JP
Inventors: Masato Takahashi; 正人高橋
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-12-25
Filing date: 2000-12-25
Publication date: 2002-07-12

Abstract

(57)【要約】【課題】露光精度の向上に寄与する。【解決手段】照明光学系ＩＵにより照明されたマスク
Ｒのパターンを基板Ｗに露光する。照明光学系ＩＵの少
なくとも一部ＩＵ２とマスクＲとを支持する支持部８
と、マスクＲの照明領域を設定するとともに、支持部８
とは振動的に独立して配置された照明領域設定装置６２
と、照明光学系ＩＵの少なくとも一部ＩＵ２と照明領域
設定装置６２との相対位置関係を検出する検出装置６６
と、検出装置６６の検出結果に基づいて照明領域設定装
置６２の位置を調整する調整装置とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、照明光学系により
照明されたマスクのパターンを基板に露光する露光装置
に関し、特にマスクの照明領域を設定する照明領域設定
装置や、マスクのパターンを基板に投影露光する投影光
学系を有する露光装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体デバイスの製造工程の
１つであるリソグラフィ工程においては、マスク又はレ
チクル（以下、レチクルと称する）に形成された回路パ
ターンをレジスト（感光剤）が塗布されたウエハ又はガ
ラスプレート等の基板上に転写する種々の露光装置が用
いられている。

【０００３】例えば、半導体デバイス用の露光装置とし
ては、近年における集積回路の高集積化に伴うパターン
の最小線幅（デバイスルール）の微細化に応じて、レチ
クルのパターンを投影光学系を用いてウエハ上に縮小転
写する縮小投影露光装置が主として用いられている。

【０００４】この縮小投影露光装置としては、レチクル
のパターンをウエハ上の複数のショット領域（露光領
域）に順次転写するステップ・アンド・リピート方式の
静止露光型の縮小投影露光装置（いわゆるステッパ）
や、このステッパを改良したもので、特開平８−１６６
０４３号公報等に開示されるようなレチクルとウエハと
を一次元方向に同期移動してレチクルパターンをウエハ
上の各ショット領域に転写するステップ・アンド・スキ
ャン方式の走査露光型の露光装置（いわゆるスキャニン
グ・ステッパ）が知られている。

【０００５】これらの縮小投影露光装置においては、ス
テージ装置として、床面に先ず装置の基準になるベース
プレートが設置され、その上に床振動を遮断するための
防振台を介してレチクルステージ、ウエハステージおよ
び投影光学系（投影レンズ）等を支持する本体コラムが
載置されたものが多く用いられている。最近のステージ
装置では、前記防振台として、内圧が制御可能なエアマ
ウントやボイスコイルモータ等のアクチュエータ（推力
付与装置）を備え、本体コラム（メインフレーム）に取
り付けられた、例えば６個の加速度計の計測値に基づい
て前記ボイスコイルモータ等の推力を制御することによ
り本体コラムの振動を制御するアクティブ防振台が採用
されている。

【０００６】ところで、上記のステッパやスキャニング
・ステッパは、ウエハ上のあるショット領域に対する露
光の後、他のショット領域に対して順次露光を繰り返す
ものであるから、ウエハステージ（ステッパの場合）、
あるいはレチクルステージおよびウエハステージ（スキ
ャニング・ステッパの場合）の加速、減速運動によって
生じる反力が本体コラムの振動要因となって、投影光学
系とウエハ等との相対位置誤差を生じさせ、ウエハ上で
設計値と異なる位置にパターンが転写されたり、その位
置誤差に振動成分を含む場合には像ボケ（パターン線幅
の増大）を招く原因になるという不都合があった。

【０００７】そこで、従来、上記のようなアクティブ防
振台では、例えば特開平８−１６６４７５号公報等に記
載されるように、ウエハステージの移動により発生する
反力を定盤に対して振動的に独立して配設されたフレー
ム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がす発明や、例
えば特開平８−３３０２２４号公報等に記載されるよう
に、レチクルステージの移動により発生する反力を定盤
に対して振動的に独立して配設されたフレーム部材を用
いて機械的に床（大地）に逃がす発明が上記の不都合を
改善するものとして知られている。

【０００８】さらに、従来ではレチクルを照明するため
の照明光学系（を収容する筺体）をフレーム部材で支持
していたが、近年では駆動に起因する振動を排除する目
的で照明光学系をフレーム部材に支持された部分とフレ
ーム部材と振動的に独立して配置された部分とに、例え
ば二つに分割し、レチクルの照明領域を設定するために
駆動されるブラインドを振動的に独立した部分に配設し
ている。このようにすることで、照明領域設定時に発生
する振動が露光精度に悪影響を及ぼすことを回避してい
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の露光装置には、以下のような問題が存在
する。照明光学系が分割して配置されているため、レチ
クルステージやウエハステージの移動に伴ってフレーム
部材が振動的に独立して配置された照明光学系に対して
相対移動する可能性がある。逆に、ブラインドの駆動に
より、振動的に独立して配置された照明光学系がフレー
ム部材に対して相対移動する可能性がある。

【００１０】このように、ブラインドとフレーム部材と
が露光中に相対移動すると、フレーム部材に支持された
レチクルとブラインドとの相対位置関係が変動すること
で、レチクルの照明領域が変動し、ウエハ上に露光形成
されるパターンの位置精度や重ね合わせ精度が低下する
可能性がある。

【００１１】一方、レチクルと投影光学系との間には、
例えばレチクルを照明した照明光を平行光束に変換する
ための光学系が配置されることがあるが、最近ではウエ
ハ上に露光形成されたパターンの位置ずれには、この光
学系の傾き等の位置誤差に起因するものが含まれると考
えられている。そのため、この光学系の位置誤差を考慮
した露光装置の開発が望まれていた。

【００１２】本発明は、以上のような点を考慮してなさ
れたもので、パターン位置精度や重ね合わせ精度等の露
光精度の向上に寄与する露光装置を提供することを目的
とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、実施の形態を示す図１ないし図１１に対
応付けした以下の構成を採用している。本発明の露光装
置は、照明光学系（ＩＵ）により照明されたマスク
（Ｒ）のパターンを基板（Ｗ）に露光する露光装置
（１）において、照明光学系（ＩＵ）の少なくとも一部
（ＩＵ２）とマスク（Ｒ）とを支持する支持部（８）
と、マスク（Ｒ）の照明領域を設定するとともに、支持
部（８）とは振動的に独立して配置された照明領域設定
装置（６２）と、照明光学系（ＩＵ）の少なくとも一部
（ＩＵ２）と照明領域設定装置（６２）との相対位置関
係を検出する検出装置（６６）と、検出装置（６６）の
検出結果に基づいて照明領域設定装置（６２）の位置を
調整する調整装置（７０）とを備えることを特徴とする
ものである。

【００１４】従って、本発明の露光装置では、支持部
（８）と照明領域設定装置（６２）とが相対移動したと
きに、検出装置（６６）が支持部（８）に支持された照
明光学系（ＩＵ２）と照明領域設定装置（６２）との相
対位置関係を検出し、調整装置（７０）がこの相対位置
関係に基づいて照明領域設定装置（６２）の位置を調整
することで、マスク（Ｒ）に対する照明領域が変動する
ことなく一定に維持できるので、基板（Ｗ）上に露光形
成されるパターンの位置精度や重ね合わせ精度が低下す
ることを未然に防ぐことができる。

【００１５】また、本発明の露光装置は、マスク（Ｒ）
のパターンを投影光学系（ＰＬ）により基板（Ｗ）に投
影露光する露光装置（１）において、マスク（Ｒ）と投
影光学系（ＰＬ）との間に配設される光学系（６９）
と、光学系（６９）と投影光学系（ＰＬ）との相対位置
関係を計測する計測装置（７２）と、計測装置（７２）
の計測結果に基づいて基板（Ｗ）に投影されるパターン
像の位置を調整する調整装置（７０）とを備えることを
特徴とするものである。

【００１６】従って、本発明の露光装置では、光学系
（６９）に位置誤差が存在しても計測装置（７２）が位
置誤差を含む相対位置関係を計測し、調整装置（７０）
がこの相対位置関係に基づいて基板（Ｗ）に投影される
パターン像の位置を調整するので、パターンの位置精度
や重ね合わせ精度が低下することを未然に防ぐことがで
きる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の露光装置の実施の
形態を、図１ないし図１２を参照して説明する。ここで
は、例えば露光装置として、レチクルとウエハとを同期
移動しつつ、レチクルに形成された半導体デバイスの回
路パターンをウエハ上に転写する、スキャニング・ステ
ッパ（走査型露光装置）を使用する場合の例を用いて説
明する。また、この露光装置においては、本発明のステ
ージ装置をウエハステージに適用するものとする。

【００１８】図１に示す露光装置１は、光源ＬＳ（図２
参照）からの露光用照明光によりレチクル（マスク）Ｒ
上の矩形状（あるいは円弧状）の照明領域を均一な照度
で照明する照明光学系ＩＵと、レチクルＲを保持して移
動するレチクルステージ（マスクステージ）２および該
レチクルステージ２を支持するレチクル定盤３を含むス
テージ装置４と、レチクルＲから射出される照明光をウ
エハ（基板）Ｗ上に投影する投影光学系ＰＬと、ウエハ
Ｗを保持して移動するウエハステージ（基板ステージ、
ステージ本体）５および該ウエハステージ５を保持する
ウエハ定盤（定盤）６を含むステージ装置７と、上記ス
テージ装置４および投影光学系ＰＬを支持するリアクシ
ョンフレーム８とから概略構成されている。なお、ここ
で投影光学系ＰＬの光軸方向をＺ方向とし、このＺ方向
と直交する方向でレチクルＲとウエハＷの同期移動方向
をＹ方向とし、非同期移動方向をＸ方向とする。また、
それぞれの軸周りの回転方向をθＺ、θＹ、θＸとす
る。

【００１９】光源ＬＳとしては、ここでは波長１９２〜
１９４ｎｍの間で酸素の吸収帯を避けるように狭帯化さ
れたパルス紫外光を出力するＡｒＦエキシマレーザ光源
が用いられており、この光源ＬＳの本体は、半導体製造
工場のクリーンルーム内の床面ＦＤ上に設置されてい
る。光源ＬＳには、不図示の光源制御装置が併設されて
おり、この光源制御装置では、射出されるパルス紫外光
の発振中心波長及びスペクトル半値幅の制御、パルス発
振のトリガ制御、レーザチャンバ内のガスの制御等を行
うようになっている。なお、光源ＬＳとして、波長２４
８ｎｍのパルス紫外光を出力するＫｒＦエキシマレーザ
光源あるいは波長１５７ｎｍのパルス紫外光を出力する
Ｆ₂レーザ光源等用いても良い。また、光源ＬＳをクリ
ーンルームよりクリーン度が低い別の部屋（サービスル
ーム）、あるいはクリーンルームの床下に設けられるユ
ーティリティスペースに設置しても構わない。

【００２０】図２に示すように、光源ＬＳは、図２では
作図の都合上その図示が省略されているが、実際には遮
光性のベローズ及びパイプを介してビームマッチングユ
ニットＢＭＵの一端（入射端）に接続されており、この
ビームマッチングユニットＢＭＵの他端（出射端）は、
内部にリレー光学系を内蔵したパイプ６１を介して照明
光学系ＩＵの第１照明光学系ＩＵ１に接続されている。
ビームマッチングユニットＢＭＵ内には、リレー光学系
や複数の可動反射鏡等（いずれも不図示）が設けられて
おり、これらの可動反射鏡等を用いて光源ＬＳから入射
する狭帯化されたパルス紫外光（ＡｒＦエキシマレーザ
光）の光路を第１照明光学系ＩＵ１との間で位置的にマ
ッチングさせている。

【００２１】照明光学系ＩＵは、第１照明光学系ＩＵ１
と第２照明光学系ＩＵ２との２部分から構成されてい
る。第１照明光学系ＩＵ１は、床面ＦＤに水平に載置さ
れた装置の基準となるフレームキャスタと呼ばれるベー
スプレート１０上に設置されている。また、第２照明光
学系ＩＵ２は、リアクションフレーム（支持部）８の上
面に固定された支持コラム９によって下方から支持され
ている。従って、第１照明光学系ＩＵ１とリアクション
フレーム８（すなわち第２照明光学系ＩＵ２）とは振動
的に独立した構成になっている。

【００２２】第１照明光学系ＩＵ１は、所定の位置関係
で配置されたミラー、可変減光器、ビーム成形光学系、
オプティカルインテグレータ、集光光学系、振動ミラ
ー、照明系開口絞り板、ビームスプリッタ、リレーレン
ズ系、及びレチクルブラインド機構を構成する可動視野
絞りとしての可動レチクルブラインド（照明領域設定装
置）６２等を備えている。光源ＬＳからのパルス紫外光
がビームマッチングユニットＢＭＵ及びリレー光学系を
介して第１照明光学系ＩＵ１内に水平に入射すると、こ
のパルス紫外光は、可変減光器のＮＤフィルタにより所
定のピーク強度に調整された後、ビーム整形光学系によ
り、オプティカルインテグレータに効率よく入射するよ
うにその断面形状が整形される。

【００２３】次いで、このパルス紫外光がオプティカル
インテグレータに入射すると、射出端側に面光源、すな
わち多数の光源像（点光源）から成る２次光源が形成さ
れる。これらの多数の点光源の各々から発散するパルス
紫外光は、照明系開口絞り板２８Ｇ上のいずれかの開口
絞りを通過した後、露光光として可動レチクルブライン
ド６２に到達する。

【００２４】可動レチクルブラインド６２は、図３に示
すように、２枚のＬ字型の可動ブレードと、この可動ブ
レードを駆動するアクチュエータ６３とを有する。２枚
の可動ブレードは、レチクルＲの走査方向に対応する方
向及び走査方向に直交する非走査方向に対応する方向の
位置が可変となっている。この可動レチクルブラインド
６２は、不要な部分の露光を防止するため、走査露光の
開始時及び終了時に可動ブレードにより後述するように
固定レチクルブラインドによって規定されるレチクルＲ
上の照明領域を更に制限するために用いられる。この可
動レチクルブラインド６２の駆動は、調整装置としての
後述する主制御装置７０によって制御される（図６参
照）。

【００２５】第２照明光学系ＩＵ２は、照明系ハウジン
グ６４と、該照明系ハウジング６４内に所定の位置関係
で収納された固定レチクルブラインド、レンズ、ミラ
ー、リレーレンズ系、メインコンデンサレンズ等（いず
れも不図示）を備えている。固定レチクルブラインド
は、照明系ハウジング６４の入射端近傍のレチクルＲの
パターン面に対する共役面から僅かにデフォーカスした
面に配置され、レチクルＲ上の照明領域を規定する所定
形状の開口部が形成されている。この固定レチクルブラ
インドの開口部は、投影光学系ＰＬの円形視野内の中央
で走査露光時のレチクルＲの移動方向（Ｙ軸方向）と直
交したＸ軸方向に直線的に伸びたスリット状又は矩形状
に形成されているものとする。

【００２６】可動レチクルブラインド６２のブレードの
開口部を通過したパルス紫外光は、固定レチクルブライ
ンドの開口部を一様な強度分布で照明する。固定レチク
ルブラインドの開口部を通ったパルス紫外光は、レン
ズ、ミラーＭ３、リレーレンズ系、主コンデンサレンズ
系を経て、レチクルステージ２上に保持されたレチクル
Ｒ上の所定の照明領域（Ｘ軸方向に直線的に伸びたスリ
ット状又は矩形状の照明領域）を均一な照度分布で照明
する。ここで、レチクルＲに照射される矩形スリット状
の照明光は、図２中の投影光学系ＰＬの円形投影視野の
中央にＸ軸方向（非走査方向）に細長く延びるように設
定され、その照明光のＹ軸方向（走査方向）の幅はほぼ
一定に設定されている。

【００２７】なお、第１照明光学系ＩＵ１と第２照明光
学系ＩＵ２とを強固に接合すると、可動レチクルブライ
ンド６２の駆動に起因して露光動作中に第１照明光学系
ＩＵ１に生じる振動がリアクションフレーム８に支持さ
れた第２照明光学系ＩＵ２にそのまま伝達されることと
なって、好ましくない。このため、本実施形態では、第
１照明光学系ＩＵ１と第２照明光学系ＩＵ２との間は、
両者の相対変位を可能にし、かつその内部を外気に対し
て気密状態にすることが可能な接続部材としての伸縮自
在の蛇腹状部材６５を介して接合されている。

【００２８】また、第１照明光学系ＩＵ１には、第２照
明光学系ＩＵ２の近傍、具体的には可動レチクルブライ
ンド６２の近傍に位置して、光電センサ等の位置センサ
（検出装置）６６が配置されている。位置センサ６６
は、可動レチクルブラインド６２と第２照明光学系ＩＵ
２のＩＵ１側の端部（例えば固定レチクルブラインド）
との相対距離（相対位置関係）をＸ軸およびＹ軸で規定
される２次元平面で検出するものであって、その検出結
果は主制御装置７０に出力される（図６参照）。

【００２９】図１に戻り、リアクションフレーム８は、
床面に水平に載置されたベースプレート１０上に設置さ
れており、その上部側および下部側には、内側に向けて
突出する段部８ａおよび８ｂがそれぞれ形成されてい
る。

【００３０】ステージ装置４の中、レチクル定盤３は、
各コーナーにおいてリアクションフレーム８の段部８ａ
に防振ユニット１１を介してほぼ水平に支持されており
（なお、紙面奥側の防振ユニットについては図示せ
ず）、その中央部にはレチクルＲに形成されたパターン
像が通過する開口３ａが形成されている。なお、レチク
ル定盤３の材料として金属やセラミックスを用いること
ができる。防振ユニット１１は、内圧が調整可能なエア
マウント１２とレチクル定盤３に対して推力を付与する
ボイスコイルモータ１３とが段部８ａ上に直列に配置さ
れた構成になっている。これら防振ユニット１１によっ
て、ベースプレート１０およびリアクションフレーム８
を介してレチクル定盤３に伝わる微振動がマイクロＧレ
ベルで絶縁されるようになっている（Ｇは重力加速
度）。

【００３１】レチクル定盤３上には、レチクルステージ
２が該レチクル定盤３に沿って２次元的に移動可能に支
持されている。レチクルステージ２の底面には、非接触
ベアリングとして複数のエアベアリング（エアパッド）
１４が固定されており、これらのエアベアリング１４に
よってレチクルステージ２がレチクル定盤３上に数ミク
ロン程度のクリアランスを介して浮上支持されている。
また、レチクルステージ２の中央部には、レチクル定盤
３の開口３ａと連通し、レチクルＲのパターン像が通過
する開口２ａが形成されている。また、このレチクル定
盤３上には、複数（例えば３つ、図１では１つのみ図
示）の加速度計７５が設けられている。加速度計７５の
計測結果は後述する主制御装置７０に出力される（図６
参照）。

【００３２】レチクルステージ２について詳述すると、
図４に示すように、レチクルステージ２は、レチクル定
盤３上を一対のＹリニアモータ１５、１５によってＹ軸
方向に所定ストロークで駆動されるレチクル粗動ステー
ジ１６と、このレチクル粗動ステージ１６上を一対のＸ
ボイスコイルモータ１７Ｘと一対のＹボイスコイルモー
タ１７ＹとによってＸ、Ｙ、θＺ方向に微小駆動される
レチクル微動ステージ１８とを備えた構成になっている
（なお、図１では、これらを１つのステージとして図示
している）。

【００３３】各Ｙリニアモータ１５は、レチクル定盤３
上に非接触ベアリングである複数のエアベアリング（エ
アパッド）１９によって浮上支持されＹ軸方向に延びる
固定子２０と、この固定子２０に対応して設けられ、連
結部材２２を介してレチクル粗動ステージ１６に固定さ
れた可動子２１とから構成されている。このため、運動
量保存の法則により、レチクル粗動ステージ１６の＋Ｙ
方向の移動に応じて、固定子２０は−Ｙ方向に移動す
る。この固定子２０の移動によりレチクル粗動ステージ
１６の移動に伴う反力を相殺するとともに、重心位置の
変化を防ぐことができる。

【００３４】なお、固定子２０は、レチクル定盤３上に
代えて、リアクションフレーム８に設けてもよい。固定
子２０をリアクションフレーム８に設ける場合には、エ
アベアリング１９を省略し、固定子２０をリアクション
フレーム８に固定して、レチクル粗動ステージ１６の移
動により固定子２０に作用する反力をリアクションフレ
ーム８を介して床に逃がしてもよい。

【００３５】レチクル粗動ステージ１６は、レチクル定
盤３の中央部に形成された上部突出部３ｂの上面に固定
されＹ軸方向に延びる一対のＹガイド５１、５１によっ
てＹ軸方向に案内されるようになっている。また、レチ
クル粗動ステージ１６は、これらＹガイド５１、５１に
対して不図示のエアベアリングによって非接触で支持さ
れている。

【００３６】レチクル微動ステージ１８には、不図示の
バキュームチャックを介してレチクルＲが吸着保持され
るようになっている。レチクル微動ステージ１８の−Ｙ
方向の端部には、コーナキューブからなる一対のＹ移動
鏡５２ａ、５２ｂが固定され、また、レチクル微動ステ
ージ１８の＋Ｘ方向の端部には、Ｙ軸方向に延びる平面
ミラーからなるＸ移動鏡５３が固定されている。そし
て、これら移動鏡５２ａ、５２ｂ、５３に対して測長ビ
ームを照射する３つのレーザ干渉計（ここではレーザ干
渉計６７のみ図示）が各移動鏡の反射面と投影光学系Ｐ
Ｌの鏡筒上端に固定された参照鏡６８とに向けてそれぞ
れレーザ光を照射するとともに、その反射光と入射光と
の干渉に基づいて、移動鏡と参照鏡との相対変位を計測
することにより、レチクルステージ２（ひいてはレチク
ルＲ）のＸ、Ｙ、θＺ（Ｚ軸回りの回転）方向の位置が
所定の分解能、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能でリ
アルタイムに計測される。なお、レチクル微動ステージ
１８の材質としては、高剛性且つ低熱膨張の材料が好ま
しく、金属やコージェライトまたはＳｉＣからなるセラ
ミックスを用いることができる。

【００３７】図１に戻り、投影光学系ＰＬとして、ここ
では物体面（レチクルＲ）側と像面（ウエハＷ）側の両
方がテレセントリックで円形の投影視野を有し、石英や
蛍石を光学硝材とした屈折光学素子（レンズ素子）から
なる１／４（または１／５）縮小倍率の屈折光学系が使
用されている。このため、レチクルＲに照明光が照射さ
れると、レチクルＲ上の回路パターンのうち、照明光で
照明された部分からの結像光束が光学系６９（後述）を
介して投影光学系ＰＬに入射し、その回路パターンの部
分倒立像が投影光学系ＰＬの像面側の円形視野の中央に
スリット状に制限されて結像される。これにより、投影
された回路パターンの部分倒立像は、投影光学系ＰＬの
結像面に配置されたウエハＷ上の複数のショット領域の
うち、１つのショット領域表面のレジスト層に縮小転写
される。

【００３８】この投影光学系ＰＬとレチクルＲとの間に
は、レチクルＲを照明して透過した露光光をテレセント
リックな平行光束として投影光学系ＰＬに入射する光学
系６９が配設されている。光学系（例えばガラス）６９
は、板バネやコイルスプリング等のバネ定数が小さい弾
性部材７１を介して投影光学系ＰＬの鏡筒に支持されて
いる。また、光学系６９の露光光透過領域外には、加速
度計（計測装置）７２が３つ（図１では２つのみ図示）
配置されている。加速度計７２は、光学系６９に作用す
る加速度を計測することで、光学系６９と投影光学系Ｐ
Ｌとの相対的な傾き（相対位置関係）を計測するもので
あって、その計測結果は調整装置としての主制御装置７
０に出力される（図６参照）。

【００３９】一方、投影光学系ＰＬの鏡筒部の外周に
は、該鏡筒部に一体化されたフランジ２３が設けられて
いる。そして、投影光学系ＰＬは、リアクションフレー
ム８の段部８ｂに防振ユニット２４を介してほぼ水平に
支持された鋳物等で構成された鏡筒定盤２５に、光軸方
向をＺ方向として上方から挿入されるとともに、フラン
ジ２３が係合している。なお、鏡筒定盤２５として、高
剛性・低熱膨張のセラミックス材を用いてもよい。

【００４０】フランジ２３の素材としては、低熱膨張の
材質、例えばインバー（Ｉｎｖｅｒ；ニッケル３６％、
マンガン０．２５％、および微量の炭素と他の元素を含
む鉄からなる低膨張の合金）が用いられている。このフ
ランジ２３は、投影光学系ＰＬを鏡筒定盤２５に対して
点と面とＶ溝とを介して３点で支持する、いわゆるキネ
マティック支持マウントを構成している。このようなキ
ネマティック支持構造を採用すると、投影光学系ＰＬの
鏡筒定盤２５に対する組み付けが容易で、しかも組み付
け後の鏡筒定盤２５および投影光学系ＰＬの振動、温度
変化等に起因する応力を最も効果的に軽減できるという
利点がある。

【００４１】防振ユニット２４は、鏡筒定盤２５の各コ
ーナーに配置され（なお、紙面奥側の防振ユニットにつ
いては図示せず）、内圧が調整可能なエアマウント２６
と鏡筒定盤２５に対して推力を付与するボイスコイルモ
ータ２７とが段部８ｂ上に直列に配置された構成になっ
ている。これら防振ユニット２４によって、ベースプレ
ート１０およびリアクションフレーム８を介して鏡筒定
盤２５（ひいては投影光学系ＰＬ）に伝わる微振動がマ
イクロＧレベルで絶縁されるようになっている。

【００４２】この鏡筒定盤２５上には、複数（例えば３
つ、図１では１つのみ図示）の加速度計７３がウエハ定
盤６との相対速度検出用の検出装置として設けられてい
る。加速度計７３の計測結果はウエハステージ５の駆動
制御装置としての主制御装置７０に出力される（図６参
照）。主制御装置７０は、加速度計７３の出力に基づき
防振ユニット２４を駆動することで投影光学系ＰＬに対
する振動を制御するが、その詳細については後述する。

【００４３】ステージ装置７は、図１から明らかなよう
に、ステージ装置４と投影光学系ＰＬとから分離してベ
ースプレート１０上に設けられている。ステージ装置７
は、ウエハステージ５、このウエハステージ５をＸＹ平
面に沿った２次元方向に移動可能に支持するウエハ定盤
６、ウエハステージ５と一体的に設けられウエハＷを吸
着保持する試料台ＳＴ、これらウエハステージ５および
試料台ＳＴを相対移動自在に支持するＸガイドバーＸＧ
を主体に構成されている。ウエハステージ５の底面に
は、非接触ベアリングである複数のエアベアリング（エ
アパッド）２８が固定されており、これらのエアベアリ
ング２８によってウエハステージ５がウエハ定盤６上
に、例えば数ミクロン程度のクリアランスを介して浮上
支持されている。

【００４４】ウエハ定盤６は、ベースプレート１０の上
方に、防振ユニット２９を介してほぼ水平に支持されて
いる。防振ユニット２９は、ウエハ定盤６の各コーナー
に配置され（なお、紙面奥側の防振ユニットについては
図示せず）、内圧が調整可能なエアマウント３０とウエ
ハ定盤６に対して推力を付与するボイスコイルモータ
（推力付与装置）３１とがベースプレート１０上に並列
に配置された構成になっている。これら防振ユニット２
９によって、ベースプレート１０を介してウエハ定盤６
に伝わる微振動がマイクロＧレベルで絶縁されるように
なっている。なお、ウエハ定盤６のベースプレート１０
（床）に対する相対位置は、位置センサ７８で検出され
主制御系７０に出力される（図６参照）。

【００４５】このウエハ定盤６上には、複数（例えば３
つ、図１では１つのみ図示）の加速度計７４が鏡筒定盤
２５（投影光学系ＰＬ）との相対速度検出用の検出装
置、およびウエハ定盤６の振動特性を検出するための振
動検出装置として設けられている。加速度計７４の計測
結果はウエハステージ５の駆動制御装置としての主制御
装置７０に出力される（図６参照）。主制御装置７０
は、加速度計７４の出力に基づき防振ユニット２９を駆
動することで投影光学系ＰＬに対する振動を制御する
が、その詳細については後述する。

【００４６】図５に示すように、ＸガイドバーＸＧは、
Ｘ方向に沿った長尺形状を呈しており、その長さ方向両
端には電機子ユニットからなる可動子３６，３６がそれ
ぞれ設けられている。これらの可動子３６，３６に対応
する磁石ユニットを有する固定子３７，３７は、ベース
プレート１０に突設された支持部３２、３２に設けられ
ている（図１参照、なお図１では可動子３６および固定
子３７を簡略して図示している）。そして、これら可動
子３６および固定子３７によってムービングコイル型の
リニアモータ３３、３３が構成されており、可動子３６
が固定子３７との間の電磁気的相互作用により駆動され
ることで、ＸガイドバーＸＧはＹ方向に移動するととも
に、リニアモータ３３、３３の駆動を調整することでθ
Ｚ方向に回転移動する。すなわち、このリニアモータ３
３によってＸガイドバーＸＧとほぼ一体的にウエハステ
ージ５（および試料台ＳＴ、以下単にウエハステージ５
と称する）がＹ方向およびθＺ方向に駆動されるように
なっている。なお、ウエハステージ５は、Ｙ方向の移動
にはガイド部材を有さないガイドレスステージとなって
いるが、ウエハステージ５のＸ方向の移動に関しても適
宜ガイドレスステージとすることができる。

【００４７】ウエハステージ５は、ＸガイドバーＸＧと
の間にＺ方向に所定量のギャップを維持する磁石および
アクチュエータからなる磁気ガイドを介して、Ｘガイド
バーＸＧにＸ方向に相対移動自在に非接触で支持・保持
されている。また、ウエハステージ５は、Ｘガイドバー
ＸＧに埋設された固定子３５ａを有するＸリニアモータ
３５による電磁気的相互作用によりＸ方向に駆動され
る。なお、Ｘリニアモータの可動子は図示していない
が、ウエハステージ５に取り付けられている。

【００４８】ウエハステージ５の上面には、ウエハホル
ダ４１を介してウエハＷが真空吸着等によって固定され
る（図１参照、図５では図示略）。また、ウエハステー
ジ５のＸ方向の位置は、投影光学系ＰＬの鏡筒下端に固
定された参照鏡４２を基準として、ウエハステージ５の
一部に固定された移動鏡４３の位置変化を計測するレー
ザ干渉計４４によって所定の分解能、例えば０．５〜１
ｎｍ程度の分解能でリアルタイムに計測される。なお、
上記参照鏡４２、移動鏡４３、レーザ干渉計４４とほぼ
直交するように配置された不図示の参照鏡、レーザ干渉
計および移動鏡４８（図５参照）によってウエハステー
ジ５のＹ方向の位置が計測される。なお、これらレーザ
干渉計の中、少なくとも一方は、測長軸を２軸以上有す
る多軸干渉計であり、これらレーザ干渉計の計測値に基
づいてウエハステージ５（ひいてはウエハＷ）のＸＹ位
置のみならず、θ回転量あるいはこれらに加え、レベリ
ング量をも求めることができるようになっている。

【００４９】また、ＸガイドバーＸＧの−Ｘ方向側に
は、ボイスコイルモータで構成されたＸトリムモータ
（反力伝達装置）３４の可動子３４ａが取り付けられて
いる。Ｘトリムモータ３４は、Ｘリニアモータ３５の固
定子としてのＸガイドバーＸＧとリアクションフレーム
８との間に介装され、その固定子３４ｂはリアクション
フレーム８に設けられている。このため、ウエハステー
ジ５をＸ方向に駆動する際の反力は、Ｘトリムモータ３
４によりリアクションフレーム８に伝達され、さらにリ
アクションフレーム８を介してベースプレート１０に伝
達される。

【００５０】さらに、投影光学系ＰＬのフランジ２３に
は、異なる３カ所に３つのレーザ干渉計４５が、ウエハ
定盤６とのＺ方向の相対位置を検出するための検出装置
として固定されている（ただし、図１においてはこれら
のレーザ干渉計のうち１つが代表的に示されている）。
各レーザ干渉計４５に対向する鏡筒定盤２５の部分に
は、開口２５ａがそれぞれ形成されており、これらの開
口２５ａを介して各レーザ干渉計４５からＺ方向のレー
ザビーム（測長ビーム）がウエハ定盤６に向けて照射さ
れる。ウエハ定盤６の上面の各測長ビームの対向位置に
は、反射面がそれぞれ形成されている。このため、上記
３つのレーザ干渉計４５によってウエハ定盤６の異なる
３点のＺ位置がフランジ２３を基準としてそれぞれ計測
される（ただし、図１においては、ウエハステージ５上
のウエハＷの中央のショット領域が投影光学系ＰＬの光
軸の直下にある状態が示されているため、測長ビームが
ウエハステージ５で遮られた状態になっている）。な
お、ウエハステージ５の上面に反射面を形成して、この
反射面上の異なる３点のＺ方向位置を投影光学系ＰＬま
たはフランジ２３を基準として計測する干渉計を設けて
もよい。

【００５１】また、上述したように、レチクル定盤３、
鏡筒定盤２５、ウエハ定盤６には、それぞれ各定盤のＺ
方向の振動を計測する３つの加速度計７５、７３、７４
が振動センサ群として取り付けられているが、さらに、
各定盤にはＸＹ面内方向の振動を計測する３つの振動セ
ンサ（例えば加速度計；不図示）がそれぞれ取り付けら
れている。これらの振動センサのうち２つは、各定盤の
Ｙ方向の振動を計測し、残りの振動センサはＸ方向の振
動を計測するものである（以下、便宜上これらの振動セ
ンサを振動センサ群７７と称する；図６参照）。そし
て、これらの加速度計７３〜７５、振動センサ群７７の
計測値に基づいて、主制御装置７０がレチクル定盤３、
ウエハ定盤６、鏡筒定盤２５の６自由度（Ｘ、Ｙ、Ｚ、
θＸ、θＹ、θＺ）の振動をそれぞれ求めることができ
る構成になっている。

【００５２】図６に露光装置１の制御系を示す。この図
に示すように、位置センサ、加速度計、振動センサ群、
レーザ干渉計の各種計測装置の計測結果は主制御装置７
０に出力される。そして、主制御装置７０は、これら計
測装置の計測結果に基づいて各種演算処理を行い、その
結果に基づきレチクル駆動用リニアモータ、ウエハ駆動
用リニアモータ、ウエハ駆動用トリムモータ、可動レチ
クルブラインド駆動用アクチュエータ、防振ユニット等
を統括的に制御する。また、主制御装置７０には、ウエ
ハ定盤６の振動パターン（振動特性）をマップとして記
憶する記憶装置７６が付設されている。

【００５３】次に、上記のように構成されたステージ装
置および露光装置による露光処理の動作について説明す
る。まず、露光処理に先立って、ウエハステージ５の位
置に応じたウエハ定盤６の振動特性を求めるとともに、
ウエハステージ５の位置に応じたステージ装置７の重心
位置と慣性主軸とを求める。ウエハ定盤６の振動特性を
求めるには、ウエハステージ５を例えばウエハ定盤６上
の−Ｘ側端部近傍、中央部近傍、＋Ｘ側端部近傍（それ
ぞれ図１中、右側、中央、左側）に位置させる。そし
て、その位置でウエハステージ５を移動させ、この移動
に伴う振動を加速度計７４および振動センサ群７７によ
り検出して記憶装置７６に記憶する。

【００５４】このときに検出される回転方向成分の加速
度出力を図７に示す。図７（ａ）はウエハ定盤６の−Ｘ
側で検出された加速度出力であり、（ｂ）は中央部で検
出された加速度出力であり、（ｃ）は＋Ｘ側で検出され
た加速度出力である。主制御装置７０は、得られた加速
度の出力パターンを相殺（減衰）する加速度出力パター
ン（推力パターン）のマップと、ウエハステージ５の位
置に応じた補正係数とを設定し記憶装置７６に記憶す
る。なお、マップ設定の際のウエハステージ５の移動パ
ターンは実露光時に行われる行程と同一で実行する。

【００５５】また、ステージ装置７における重心位置と
慣性主軸とを求めるには、ウエハステージ５を前述の−
Ｘ側端部近傍、中央部近傍、＋Ｘ側端部近傍のそれぞれ
の位置で停止させるとともに、例えば主制御部７０が防
振ユニット２９のボイスコイルモータ３１を駆動してウ
エハ定盤６にインパルス波形のダミー振動を与える。こ
の振動を振動センサ群７７と加速度計７４とが検出した
結果に基づいて、主制御装置７０が所定の演算シーケン
スを実行することで、ウエハステージ５の位置に応じた
ステージ装置７の慣性系における重心位置と慣性主軸と
を求めて同定することができる。そして、上記の同定処
理により、この重心位置Ｐと慣性主軸ζ、η、ξとを求
めることができる。なお、ウエハ定盤６に対する加振
は、ボイスコイルモータの駆動ではなく、ウエハステー
ジ５の駆動で行ってもよい。また、ウエハステージ５の
測定箇所は、前述の３箇所だけではなく任意の位置で求
めることができる。

【００５６】このように、推力マップ、重心位置、およ
び慣性系の慣性主軸を求めた後に、露光処理を実施す
る。ここでは、予め、ウエハＷ上のショット領域を適正
露光量（目標露光量）で走査露光するための各種の露光
条件が設定されているものとする。そして、いずれも不
図示のレチクル顕微鏡およびオフアクシス・アライメン
トセンサ等を用いたレチクルアライメント、ベースライ
ン計測等の準備作業が行われ、その後アライメントセン
サを用いたウエハＷのファインアライメント（ＥＧＡ；
エンハンスト・グローバル・アライメント等）が終了
し、ウエハＷ上の複数のショット領域の配列座標が求め
られる。

【００５７】このようにして、ウエハＷの露光のための
準備動作が完了すると、アライメント結果に基づいてレ
ーザ干渉計４４の計測値をモニタしつつ、リニアモータ
３３、３５を制御してウエハＷの第１ショットの露光の
ための走査開始位置にウエハステージ５を移動する。そ
して、リニアモータ１５、３３を介してレチクルステー
ジ２とウエハステージ５とのＹ方向の走査を開始し、両
ステージ２、５がそれぞれの目標走査速度に達すると、
可動レチクルブラインド６２で設定された照明光学系Ｉ
Ｕからの露光用照明光により、レチクルＲ上の所定の矩
形状の照明領域が均一な照度で照明される。この照明領
域に対してレチクルＲがＹ方向に走査されるのに同期し
て、この照明領域と投影光学系ＰＬに関して共役な露光
領域に対してウエハＷを走査する。

【００５８】ここで、可動レチクルブラインド６２にお
いては、可動ブレードを移動させることで、露光前等の
露光を実施しないときに照明光を遮光し、両ステージ
２、５、すなわちレチクルＲおよびウエハＷが露光位置
へそれぞれ到達して露光を実施するときに開口を形成し
所定の照明領域を設定する。これにより、光源ＬＳから
照射された照明光は可動ブレードの開口で設定された矩
形状の領域でレチクルＲを照明する。

【００５９】そして、レチクルＲのパターン領域を透過
した照明光が投影光学系ＰＬにより１／４倍に縮小さ
れ、レジストが塗布されたウエハＷ上に照射される。そ
して、ウエハＷ上の露光領域には、レチクルＲのパター
ンが逐次転写され、１回の走査でレチクルＲ上のパター
ン領域の全面がウエハＷ上のショット領域に転写され
る。この走査露光時には、レチクルステージ２のＹ方向
の移動速度と、ウエハステージ５のＹ方向の移動速度と
が投影光学系ＰＬの投影倍率（１／５倍あるいは１／４
倍）に応じた速度比に維持されるように、リニアモータ
１５、３３を介してレチクルステージ２およびウエハス
テージ５を同期制御する。

【００６０】レチクルステージ２の走査方向の加減速時
の反力は、固定子２０の移動により吸収され、ステージ
装置４における重心の位置がＹ方向において実質的に固
定される。また、レチクルステージ２と固定子２０とレ
チクル定盤３との３者間の摩擦が零でなかったり、レチ
クルステージ２と固定子２０との移動方向が僅かに異な
る等の理由で、レチクル定盤３の６自由度方向の微少な
振動が残留した場合にも、振動センサ群７７や加速度計
７５の計測値に基づいて上記残留振動を除去すべく、エ
アマウント１２およびボイスコイルモータ１３をフィー
ドバック制御する。

【００６１】また、鏡筒定盤２５においては、レチクル
ステージ２、ウエハステージ５の移動による微振動が発
生しても、主制御装置７０が鏡筒定盤２５に設けられた
振動センサ群７７や加速度計７３の計測値に基づいて６
自由度方向の振動を求め、エアマウント２６およびボイ
スコイルモータ２７をフィードバック制御することによ
りこの微振動をキャンセルして、鏡筒定盤２５を定常的
に安定した位置に維持することができる。

【００６２】同様に、ステージ装置７では、主制御装置
７０がレーザ干渉計４４等の計測値に基づいて、ウエハ
ステージ５の移動に伴う重心の変化による影響をキャン
セルするカウンターフォースを防振ユニット２９に対し
てフィードフォワードで与え、この力を発生するように
エアマウント３０およびボイスコイルモータ３１を駆動
する。また、ウエハステージ５とウエハ定盤６との摩擦
が零でない等の理由で、ウエハ定盤６の６自由度方向の
微少な振動が残留した場合にも、振動センサ群７７や加
速度計７４の計測値に基づいて上記残留振動を除去すべ
く、エアマウント３０およびボイスコイルモータ３１を
フィードバック制御する。このボイスコイルモータ３１
の駆動に関して主制御装置７０は、予め検出したウエハ
ステージ５の位置に応じた重心位置および慣性系の慣性
主軸の座標系における推力に変換してボイスコイルモー
タ３１を駆動する。これにより、ウエハ定盤６に対して
は設計値ではなく、真の慣性主軸の座標系における適切
な推力が付与され、より正確で効果的な制振を実施でき
る。

【００６３】さらに、ボイスコイルモータ３１の駆動に
際して主制御装置７０は、記憶装置７６に記憶されてい
る加速度出力パターンのマップに対して、ウエハ定盤６
におけるウエハステージ６の位置に応じて補正係数で補
正し、この補正したマップに基づいてボイスコイルモー
タ３１を駆動する。また、ボイスコイルモータ３１を駆
動してもさらに残留振動が存在する場合は、この残留振
動を減衰させるように補正係数を設定してマップに基づ
いた推力をボイスコイルモータ３１を駆動させる。この
ときの制御ループを図９に示す。このように、予め検出
したマップと補正係数とを用いて、ステージ装置７にお
けるボイスコイルモータ３１の推力をフィードフォワー
ドで推力指令値として出力しているので、残留振動を短
時間で効果的に減衰できる。

【００６４】なお、加速度出力パターンのマップは、必
ずしも露光処理前に作成する必要はなく、実機における
ウエハステージ５の駆動に基づいて作成されるのであれ
ば、プロセス処理中に作成して、随時更新するような構
成としてもよい。例えば、露光処理中に、図７（ａ）に
おいて二点鎖線で示す加速度出力が得られた場合は、出
力差εを用いてマップを修正すればよい。また、ステー
ジ装置７（ウエハ定盤６）に関して、マップを用いた推
力調整について説明したが、レチクル定盤３や鏡筒定盤
２５に対しても、予めマップを作成し、マップと補正係
数とを用いてレチクルステージ２やウエハステージ５の
位置に応じてボイスコイルモータの推力を調整すること
ができる。

【００６５】さらに、ステージ移動に伴う振動制御およ
び露光処理制御について詳述する。上記レチクルステー
ジ２およびウエハステージ５の移動によりリアクション
フレーム８に振動が発生する可能性がある。特に、ウエ
ハステージ５のＸ方向の移動に伴う反力は、Ｘトリムモ
ータ３４を介してリアクションフレーム８に伝達される
ため、リアクションフレーム８の残留振動により支持コ
ラム９を介して第２照明光学系ＩＵ２が第１照明光学系
ＩＵ１に対して振動（相対移動）する可能性がある。ま
た、レチクルＲへの照明領域設定のために可動レチクル
ブラインド６２がアクチュエータ６３を介して駆動され
ると、この駆動に伴い発生した振動により、第１照明光
学系ＩＵ１が第２照明光学系ＩＵ２に対して振動（相対
移動）する可能性がある。

【００６６】このとき、主制御装置７０は、位置センサ
６６が検出した可動レチクルブラインド６２と第２照明
光学系ＩＵ２との相対距離に応じて、アクチュエータ６
３を介して可動ブレードをＸ方向およびＹ方向のそれぞ
れに関して移動させる。これにより、第１照明光学系Ｉ
Ｕ１と第２照明光学系ＩＵ２とが相対移動するような振
動が発生した場合でも、可動レチクルブラインド６２と
第２照明光学系ＩＵ２との相対位置関係、すなわちレチ
クルＲに対する照明領域が変動することなく所定位置に
維持される。なお、可動レチクルブラインド６２をＺ方
向に移動させるアクチュエータを設け、Ｚ方向に関する
相対位置関係を補正するようにしてもよい。

【００６７】また、投影光学系ＰＬの微振動等により、
光学系６９が投影光学系ＰＬ（の光軸）に対して傾く
（チルト）場合がある。この場合、レチクルＲを透過し
た露光光は、光学系６９を透過することにより、光学系
６９の傾きに応じて投影光学系ＰＬの光軸に対して傾い
た平行光束で入射する。この結果、レチクルＲのパター
ン像は、ウエハＷ上で所定位置からシフトした位置で結
像することになる。そのため、主制御装置７０は、加速
度計７２が計測した光学系６９と投影光学系ＰＬとの相
対的な傾きから、ウエハＷ上に結像するパターンのシフ
ト量を算出し、このシフト量を補正するようにレチクル
ステージ２を駆動する。具体的には、レチクルステージ
２に対する駆動量に対して、シフト量に対応するオフセ
ット値を持たせる。これにより、ウエハＷ上に結像する
パターン像位置が所定位置に補正される。なお、光学系
６９と投影光学系ＰＬとの相対位置関係を計測する手段
としては加速度計の他に、レーザ干渉計等、相対距離を
計測する計測装置を用いてもよい。また、ウエハＷ上に
結像するパターンのシフト量を補正するためには、レチ
クルステージ２の駆動量にオフセット値を持たせる他
に、ウエハステージ５の駆動量にシフト量に対応するオ
フセット値を持たせてもよい。

【００６８】また、上記走査露光に関しては鏡筒定盤２
５とウエハ定盤６とを、すなわち投影光学系ＰＬとウエ
ハＷとを速度制御系により追従させている。この制御ル
ープを図１０に示す。この図において符号Ｓ１は投影光
学系ＰＬ（すなわち鏡筒定盤２５、防振ユニット２４）
に関する制御ループ（制御系）であり、符号Ｓ２はウエ
ハＷ（すなわちウエハ定盤６、防振ユニット２９）に関
する制御ループ（制御系）である。また、制御系Ｓ１に
おける二点鎖線は、鏡筒定盤２５、防振ユニット２４を
示すプラント部であり、制御系Ｓ２における二点鎖線
は、ウエハ定盤６、防振ユニット２９を示すプラント部
である。

【００６９】この図に示すように、制御系Ｓ１は、加速
度計７３の検出した加速度を積分（演算処理）して得ら
れる速度による速度サーボを形成する速度制御ループＳ
Ｒ１をマイナーループとし、位置センサ７８の計測結果
に基づいて速度制御ループＳＲ１を制御する位置制御ル
ープＰＲ１をメインループとするカスケード型の制御系
で構成されている。同様に、制御系Ｓ２は、加速度計７
４の検出した加速度を積分して得られる速度による速度
サーボを形成する速度制御ループＳＲ２をマイナールー
プとし、レーザ干渉計４５の計測結果に基づいて速度制
御ループＳＲ２を制御する位置制御ループＰＲ２をメイ
ンループとするカスケード型の制御系で構成されてい
る。なお、上記速度制御ループでは主に１０〜２０Ｈｚ
の高周波領域の振動を制振し、位置制御ループでは例え
ば０．１Ｈｚ程度の低周波領域の振動を制振している。

【００７０】そして、本実施の形態では、制御系Ｓ１内
の速度制御ループＳＲ１における加速度を制御系Ｓ２内
の速度制御ループＳＲ２に出力している。制御系Ｓ２で
は、ウエハ定盤６の加速度と鏡筒定盤２５の加速度との
差、すなわち相対加速度を積分して得られる相対速度に
よる速度サーボを行う。これにより、ウエハ定盤６は鏡
筒定盤２５に対して速度制御の下で追従駆動される。換
言すると、ウエハＷが投影光学系ＰＬに対して追従する
ように同期駆動される。

【００７１】なお、投影光学系ＰＬとウエハＷとの相対
速度を検出する方法としては、加速度計７３、７４を用
いることなく、投影光学系ＰＬとウエハ定盤６との相対
距離を検出するレーザ干渉計４５の検出結果を微分（演
算処理）しても求めることができる。このときの制御ル
ープを図１１に示す。この図に示すように、制御系Ｓ２
では、レーザ干渉計４５の検出した相対距離を微分する
ことで求めた相対速度により速度制御を実施できる。

【００７２】以上説明したように、本実施の形態の露光
装置では、可動レチクルブラインド６２をリアクション
フレーム８と振動的に独立して配置しているので、ブレ
ード駆動に伴う振動がリアクションフレーム８を介して
投影光学系ＰＬやレチクルＲ、ウエハＷに伝わることを
防止でき、これらの振動に起因するパターン転写位置の
ずれや像ボケ等の発生を効果的に防止して露光精度の向
上を図ることができる。

【００７３】また、レチクルステージ２やウエハステー
ジ５の駆動に伴う振動や可動レチクルブラインド６２の
駆動に伴う振動により、第１照明光学系ＩＵ１と第２照
明光学系ＩＵ２に対して相対移動）する可能性がある
が、本実施の形態では、可動レチクルブラインド６２と
第２照明光学系ＩＵ２との相対距離に応じて可動ブレー
ドをＸ方向およびＹ方向のそれぞれに関して移動させて
いるので、レチクルＲに対する照明領域を所定位置に維
持することができ、ウエハＷ上に露光形成されるパター
ンの位置精度や重ね合わせ精度の低下を未然に防ぐこと
ができる。さらに、本実施の形態では、可動ブレードの
位置を２次元平面内で調整しているので、第１照明光学
系ＩＵ１と第２照明光学系ＩＵ２との相対移動が２次元
的に発生した場合でも対処することができる。

【００７４】さらに、本実施の形態では、光学系６９と
投影光学系ＰＬとの相対的な傾きからウエハＷ上に結像
するパターンのシフト量を算出し、このシフト量を補正
するようにレチクルステージ２の駆動量を補正している
ので、光学系６９の位置誤差に起因するウエハＷ上のパ
ターン位置ずれを防止することができ、露光精度の向上
に寄与することができる。

【００７５】また、本実施の形態では、鏡筒定盤２５に
加わる加速度とウエハ定盤６に加わる加速度、すなわち
投影光学系ＰＬに加わる加速度とウエハＷに加わる加速
度とに基づいて検出したこれらの相対速度による速度制
御を行い、光軸方向においてウエハＷを投影光学系ＰＬ
に追従させているので、何らかの理由で投影光学系ＰＬ
が振動した場合でも投影光学系ＰＬとウエハＷとを光軸
方向で同期させることができ、これらの相対位置関係を
維持することができる。そのため、レチクルＲ上のパタ
ーンをウエハＷ上に露光形成する場合でも、常に投影光
学系ＰＬの焦点位置をウエハＷの所定位置（レジスト塗
布面）に維持することができ、像ボケ等の発生を防止し
て露光精度の向上を図ることができる。なお、この相対
速度としては、レーザ干渉系４５の計測結果により求め
た投影光学系ＰＬとウエハ定盤６との相対距離を微分処
理して得た場合でも同様の効果を得ることができる。

【００７６】また、本実施形態では、ウエハ定盤６が加
振された際の重心位置および慣性主軸を求め、この重心
位置および慣性主軸に基づいて定盤に付与する推力を補
正しているので、真の慣性系に応じた適切な推力を付与
することができ、正確で効果的な制振（短時間の振動減
衰）を実施できる。また、シミュレーションにより装置
の重心位置および慣性主軸を求めて振動制御を行っても
上記と同様に正確な制振を実施できるが、特に、本実施
の形態では設計値による計算ではなく、実機においてウ
エハ定盤６に振動を与えることで重心位置および慣性主
軸を求めているので、より正確な制振が可能になる。

【００７７】本実施の形態においては、ウエハ定盤６に
対するウエハステージ５の位置に応じて重心位置と慣性
主軸とをそれぞれ検出しているので、ウエハステージ５
がスキャン動作またはステップ動作で移動した際にも、
ウエハ定盤６に付与する推力をその都度正確な重心位置
および慣性主軸の座標系に変換して求めることができ、
より正確で効果的な制振を実施することができる。ま
た、ウエハ定盤６に対して推力を付与する方向として
は、Ｚ方向に沿う方向の他に、重心位置に向かう方向で
あってもよい。この場合、推力付与に際して回転モーメ
ントが発生しないので、より安定した短時間での制振が
可能になる。

【００７８】さらに、本実施の形態では、ウエハ定盤６
の振動特性を予めマップとして記憶しておき、このマッ
プとウエハステージ５の位置に応じた補正係数とを用い
て、ステージ装置７におけるボイスコイルモータ３１の
推力をフィードフォワードで推力指令値として出力して
いるので、残留振動を効果的に減衰させることができ、
整定までに要する時間を短くすることができる。しか
も、このマップは、実機においてウエハステージ５を駆
動して求めているので、計算や実験で求めた場合のよう
に補正項を考慮する必要がなく、実機に即したより正確
な振動特性を記憶することができる。

【００７９】なお、上記実施の形態において、ウエハス
テージ５の移動に伴いＸガイドバーＸＧに加わる反力を
リアクションフレーム８に伝達するためのＸトリムモー
タ３４としてボイスコイルモータを用いる構成とした
が、この構成に限定されるものではなく、Ｅ型コアとＩ
型コアとの結合によるＥＩコアを設置してもよい。この
場合、Ｅ型コアとＩ型コアとの一方をＸガイドバーＸＧ
側に配置し、他方をリアクションフレーム８側に配置す
ればよく、ムービングコイル型でもムービングマグネッ
ト型でもいずれの方式でも適用可能である。ムービング
マグネット型であれば、移動するＸガイドバーＸＧに対
する配線が不要になり、装置構成の簡素化および配線を
伝わる振動の悪影響を排除できる。ムービングコイル型
であれば、コイルに対して通電する領域が小さくてすむ
ので、通電により発生する熱の影響を抑制することがで
きる。

【００８０】ＥＩコアは、ボイスコイルモータと比較し
て１．５倍程度の推力を出力することができる。そのた
め、Ｘトリムモータ３４としてＥＩコアを設けること
で、同じ推力を出力するボイスコイルモータの２／３程
度の大きさで済み、装置の小型化を実現することができ
る。特に、ＸガイドバーＸＧに加わる反力は、１０００
Ｎにもなるので、この反力を伝達できるだけの推力を出
力するモータとして、この大きさの差は装置全体の小型
化に大きく寄与することになる。

【００８１】なお、Ｘトリムモータ３４は、Ｘガイドバ
ーＸＧのＸ方向の位置Ｐを調整するものなので、ＥＩコ
アにおいてはＥ型コアとＩ型コアとの間の相対位置を厳
密に制御する必要がある。ここで、ＥＩコアが充分な推
力を出力するには、Ｅ型コアとＩ型コアとの間の相対位
置を所定範囲内に規制する必要があるため、この相対位
置関係を計測する計測装置を設けることが望ましい。こ
の場合、主制御装置７０は、計測したＥ型コアとＩ型コ
アとの間の相対位置に基づいてバイアス電流を制御する
ことで、この相対位置を所定範囲内に維持することがで
き、結果としてＸガイドバーＸＧに加わる反力に対抗す
るために充分な推力を常に出力することができる。

【００８２】なお、上記実施の形態では、本発明のステ
ージ装置を露光装置１に適用する構成としたが、これに
限定されるものではなく、露光装置１以外にも転写マス
クの描画装置、マスクパターンの位置座標測定装置等の
精密測定機器にも適用可能である。また、上記実施の形
態において、リニアモータ１５、３３をムービングコイ
ル型としたが、ムービングマグネット型にしてもよいこ
とはいうまでもない。

【００８３】なお、本実施の形態の基板としては、半導
体デバイス用の半導体ウエハＷのみならず、液晶ディス
プレイデバイス用のガラス基板や、薄膜磁気ヘッド用の
セラミックウエハ、あるいは露光装置で用いられるマス
クまたはレチクルの原版（合成石英、シリコンウエハ）
等が適用される。

【００８４】露光装置１としては、レチクルＲとウエハ
Ｗとを同期移動してレチクルＲのパターンを走査露光す
るステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置
（スキャニング・ステッパー；USP5,473,410）の他に、
レチクルＲとウエハＷとを静止した状態でレチクルＲの
パターンを露光し、ウエハＷを順次ステップ移動させる
ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（ステ
ッパー）にも適用することができる。

【００８５】露光装置１の種類としては、ウエハＷに半
導体デバイスパターンを露光する半導体デバイス製造用
の露光装置に限られず、液晶表示素子製造用の露光装置
や、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ）あるいはレチ
クルなどを製造するための露光装置などにも広く適用で
きる。

【００８６】また、露光用照明光の光源として、超高圧
水銀ランプから発生する輝線（ｇ線（４３６ｎｍ）、ｈ
線（４０４．７ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ））、ＫｒＦ
エキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ
（１９３ｎｍ）、Ｆ₂レーザ（１５７ｎｍ）のみなら
ず、Ｘ線や電子線などの荷電粒子線を用いることができ
る。例えば、電子線を用いる場合には電子銃として、熱
電子放射型のランタンヘキサボライト（ＬａＢ₆）、タ
ンタル（Ｔａ）を用いることができる。さらに、電子線
を用いる場合は、レチクルＲを用いる構成としてもよい
し、レチクルＲを用いずに直接ウエハ上にパターンを形
成する構成としてもよい。また、ＹＡＧレーザや半導体
レーザ等の高周波などを用いてもよい。

【００８７】投影光学系ＰＬの倍率は、縮小系のみなら
ず等倍系および拡大系のいずれでもよい。また、投影光
学系ＰＬとしては、エキシマレーザなどの遠紫外線を用
いる場合は硝材として石英や蛍石などの遠紫外線を透過
する材料を用い、Ｆ₂レーザやＸ線を用いる場合は反射
屈折系または屈折系の光学系にし（レチクルＲも反射型
タイプのものを用いる）、また電子線を用いる場合には
光学系として電子レンズおよび偏向器からなる電子光学
系を用いればよい。なお、電子線が通過する光路は、真
空状態にすることはいうまでもない。また、投影光学系
ＰＬを用いることなく、レチクルＲとウエハＷとを密接
させてレチクルＲのパターンを露光するプロキシミティ
露光装置にも適用可能である。

【００８８】ウエハステージ５やレチクルステージ２に
リニアモータ（USP5,623,853またはUSP5,528,118参照）
を用いる場合は、エアベアリングを用いたエア浮上型お
よびローレンツ力またはリアクタンス力を用いた磁気浮
上型のどちらを用いてもよい。また、各ステージ２、５
は、ガイドに沿って移動するタイプでもよく、ガイドを
設けないガイドレスタイプであってもよい。

【００８９】各ステージ２、５の駆動機構としては、二
次元に磁石を配置した磁石ユニット（永久磁石）と、二
次元にコイルを配置した電機子ユニットとを対向させ電
磁力により各ステージ２、５を駆動する平面モータを用
いてもよい。この場合、磁石ユニットと電機子ユニット
とのいずれか一方をステージ２、５に接続し、磁石ユニ
ットと電機子ユニットとの他方をステージ２、５の移動
面側（ベース）に設ければよい。

【００９０】以上のように、本願実施形態の露光装置１
は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む
各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、
光学的精度を保つように、組み立てることで製造され
る。これら各種精度を確保するために、この組み立ての
前後には、各種光学系については光学的精度を達成する
ための調整、各種機械系については機械的精度を達成す
るための調整、各種電気系については電気的精度を達成
するための調整が行われる。各種サブシステムから露光
装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機
械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等
が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組
み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程
があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光
装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行わ
れ、露光装置全体としての各種精度が確保される。な
お、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理さ
れたクリーンルームで行うことが望ましい。

【００９１】半導体デバイスは、図１２に示すように、
デバイスの機能・性能設計を行うステップ２０１、この
設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作する
ステップ２０２、シリコン材料からウエハを製造するス
テップ２０３、前述した実施形態の露光装置１によりレ
チクルのパターンをウエハに露光するウエハ処理ステッ
プ２０４、デバイス組み立てステップ（ダイシング工
程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）２０
５、検査ステップ２０６等を経て製造される。

【００９２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る露
光装置は、照明光学系の少なくとも一部と照明領域設定
装置との相対位置関係に基づいて照明領域設定装置の位
置を調整する構成となっている。これにより、この露光
装置では、マスクに対する照明領域を所定位置に維持す
ることができるので、基板上に露光形成されるパターン
の位置精度や重ね合わせ精度の低下を未然に防ぐことが
でき、露光精度の向上に寄与できるという効果を奏す
る。

【００９３】請求項２に係る露光装置は、照明領域設定
装置が露光を実施するときと露光を実施しないときとで
マスクの照明領域の大きさを変える構成となっている。
これにより、この露光装置では、照明領域の大きさを変
える際に照明領域の位置を所定位置に維持することがで
きるので、基板上に露光形成されるパターンの位置精度
や重ね合わせ精度の低下を未然に防ぐことができ、露光
精度の向上に寄与できるという効果を奏する。

【００９４】請求項３に係る露光装置は、調整装置が照
明領域設定装置の位置を２次元平面内で調整する構成と
なっている。これにより、この露光装置では、照明光学
系の少なくとも一部と照明領域設定装置との相対移動が
２次元的に発生した場合でも、基板上に露光形成される
パターンの位置精度や重ね合わせ精度の低下を未然に防
ぐことができるという効果を奏する。

【００９５】請求項４に係る露光装置は、マスクと基板
とを走査してパターンを基板に露光する走査型露光装置
である構成となっている。これにより、この露光装置で
は、マスクと基板とを走査した際にもマスクに対する照
明領域を所定位置に維持することができるという効果を
奏する。

【００９６】請求項５に係る露光装置は、光学系と投影
光学系との相対位置関係に基づいて基板に投影されるパ
ターン像の位置を調整する構成となっている。これによ
り、この露光装置では、光学系の位置誤差に起因する基
板上のパターン位置ずれを防止することができ、露光精
度の向上に寄与できるという効果を奏する。

【００９７】請求項６に係る露光装置は、調整装置が計
測装置の計測結果に基づいてマスクステージを駆動する
構成となっている。これにより、この露光装置では、マ
スクステージの駆動量を調整することで光学系の位置誤
差に起因する基板上のパターン位置ずれを防止すること
ができるという効果を奏する。

【００９８】請求項７に係る露光装置は、光学系が投影
光学系に支持される構成となっている。これにより、こ
の露光装置では、光学系が投影光学系に支持された場合
でも、光学系の位置誤差に起因する基板上のパターン位
置ずれを防止することができるという効果を奏する。

【００９９】請求項８に係る露光装置は、光学系が投影
光学系に平行光束を入射する構成となっている。これに
より、この露光装置では、投影光学系に平行光束が傾い
て入射した場合でも、光学系の位置誤差に起因する基板
上のパターン位置ずれを防止することができるという効
果を奏する。

【０１００】請求項９に係る露光装置は、マスクと基板
とを走査してパターンを基板に露光する走査型露光装置
である構成となっている。これにより、この露光装置で
は、マスクと基板とを走査した際にも光学系の位置誤差
に起因する基板上のパターン位置ずれを防止することが
できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の露光装置の概略構成図である。

【図２】第２照明光学系がリアクションフレームに
支持された露光装置の概略構成図である。

【図３】照明光学系を構成する可動レチクルブライ
ンドの平面図である。

【図４】同露光装置を構成するレチクルステージの
外観斜視図である。

【図５】同露光装置を構成するウエハ側ステージ装
置の外観斜視図である。

【図６】露光装置の制御系を示す制御ブロック図で
ある。

【図７】（ａ）〜（ｃ）は、ウエハ定盤の加速度計
の出力軌跡をそれぞれ示す図である。

【図８】露光装置における重心位置および慣性主軸
を説明するための図である。

【図９】マップを用いた振動制御の制御ループを示
す図である。

【図１０】投影光学系とウエハとを速度制御下で追
従駆動させるための制御ループを示す図である。

【図１１】投影光学系とウエハとを速度制御下で追
従駆動させるための制御ループを示す図である。

【図１２】半導体デバイスの製造工程の一例を示す
フローチャート図である。

【符号の説明】

ＩＵ照明光学系ＩＵ１第１照明光学系（照明光学系）ＩＵ２第２照明光学系（照明光学系）ＰＬ投影光学系Ｒレチクル（マスク）Ｗウエハ（基板）１露光装置２レチクルステージ（マスクステージ）５ウエハステージ（基板ステージ、ステージ本体）６ウエハ定盤（定盤）７ステージ装置８リアクションフレーム（支持部）３１ボイスコイルモータ（推力付与装置）３４Ｘトリムモータ（反力伝達装置）３５Ｘリニアモータ（駆動装置）３５ａ固定子４５レーザ干渉計（検出装置、相対速度検出装置）６２レチクルブラインド（照明領域設定装置）６６位置センサ（検出装置、相対位置検出装置）６９光学系７０主制御装置（調整装置、制御装置、補正装置、駆
動制御装置）７２加速度計（計測装置、相対傾き計測装置）７３加速度計（検出装置、相対速度検出装置）７４加速度計（検出装置、相対速度検出装置、振動検
出装置）７６記憶装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】照明光学系により照明されたマスクの
パターンを基板に露光する露光装置において、前記照明光学系の少なくとも一部と前記マスクとを支持
する支持部と、前記マスクの照明領域を設定するとともに、前記支持部
とは振動的に独立して配置された照明領域設定装置と、前記照明光学系の少なくとも一部と前記照明領域設定装
置との相対位置関係を検出する検出装置と、前記検出装置の検出結果に基づいて前記照明領域設定装
置の位置を調整する調整装置とを備えることを特徴とす
る露光装置。
【請求項２】請求項１記載の露光装置において、前記照明領域設定装置は、前記露光を実施するときと前
記露光を実施しないときとで前記マスクの照明領域の大
きさを変えることを特徴とする露光装置。
【請求項３】請求項１または請求項２記載の露光装
置において、前記調整装置は、前記照明領域設定装置の位置を２次元
平面内で調整することを特徴とする露光装置。
【請求項４】請求項１から請求項３のいずれか１項
記載の露光装置において、前記露光装置は、前記マスクと前記基板とを走査して前
記パターンを前記基板に露光する走査型露光装置である
ことを特徴とする露光装置。
【請求項５】マスクのパターンを投影光学系により
基板に投影露光する露光装置において、前記マスクと前記投影光学系との間に配設される光学系
と、該光学系と前記投影光学系との相対位置関係を計測する
計測装置と、前記計測装置の計測結果に基づいて前記基板に投影され
るパターン像の位置を調整する調整装置とを備えること
を特徴とする露光装置。
【請求項６】請求項５記載の露光装置において、前記マスクを保持して移動するマスクステージを備え、前記調整装置は、前記計測装置の計測結果に基づいて前
記マスクステージを駆動することを特徴とする露光装
置。
【請求項７】請求項５または請求項６記載の露光装
置において、前記光学系は、前記投影光学系に支持されていることを
特徴とする露光装置。
【請求項８】請求項５から請求項７のいずれか１項
記載の露光装置において、前記光学系は、前記投影光学系に平行光束を入射するこ
とを特徴とする露光装置。
【請求項９】請求項５から請求項８のいずれか１項
記載の露光装置において、前記露光装置は、前記マスクと前記基板とを走査して前
記パターンを前記基板に露光する走査型露光装置である
ことを特徴とする露光装置。