JP2002198284A

JP2002198284A - ステージ装置および露光装置

Info

Publication number: JP2002198284A
Application number: JP2000393835A
Authority: JP
Inventors: Hiromitsu Yoshimoto; 宏充吉元
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】ステージ本体が移動した際にも、用力供給部
材に起因する外乱を低減させる。【解決手段】用力を供給する用力供給部材ＴＢ１が接
続されて移動するステージ本体ＸＧを備える。用力供給
部材ＴＢ１を保持してステージ本体ＸＧと同期移動する
用力供給ステージ６３と、ステージ本体ＸＧと用力供給
ステージ６３との相対位置関係を検出する検出装置６７
と、検出装置６７の検出結果と所定のしきい値との比較
結果に基づいてステージ本体ＸＧおよび用力供給ステー
ジ６３の駆動を制御する駆動制御装置とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種用力が供給さ
れてステージ本体が移動するステージ装置、およびこの
ステージ装置に保持されたマスクと基板とを用いてマス
クのパターンを基板に露光する露光装置に関し、特に液
晶表示素子や半導体素子等のデバイスを製造する際に、
リソグラフィ工程で用いて好適なステージ装置および露
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。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。

【０００３】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。

【０００４】このようなステッパやスキャニング・ステ
ッパでは、焦点位置調整のために光軸方向への移動やレ
ベリング調整可能で負圧吸引等の吸着手段によってウエ
ハを保持するテーブル（ステージ本体）をステージ上に
設置し、これらテーブルおよびステージを非接触ベアリ
ングであるエアベアリングによって浮揚させた状態で、
リニアモータ等の駆動装置により定盤上を移動させてい
る。そして、テーブル上には、検出光を反射する移動鏡
を配設し、移動鏡に対向配置されたレーザ干渉計等の位
置検出装置から検出光を照射し、移動鏡からの反射光に
基づいてステージとの間の距離を計測することで、ウエ
ハの位置を高精度に検出している。レチクルにおいても
同様に、レチクルを吸着保持するレチクルステージ（ス
テージ本体）上に移動鏡を設け、位置検出装置から検出
光を照射し、レチクルステージとの間の距離を計測する
ことで、レチクルの位置を高精度に検出している。

【０００５】上記テーブル、レチクルステージ等のステ
ージ本体には、各種用力が供給される用力供給部材とし
ての配管・配線が接続されている。具体的には、エアベ
アリング用のエアを用力として供給する配管、吸着手段
用の負圧を用力として供給する配管、フロリナート等の
温度調整用媒体を用力として供給する配管、さらにはレ
ベリングセンサ等へ用力として電力を供給する配線、各
種制御信号を用力として供給するシステム配線等がステ
ージ本体には接続されている。

【０００６】ところで、これらの用力供給部材は、ステ
ージ本体の移動に伴って引張力を与えたり、その反力で
微振動を発生させ、ステージ本体の同期精度に誤差を及
ぼす可能性がある。従来、この微振動に起因する同期誤
差は無視されていたが、近年、パターンの微細化に伴う
露光精度の高度化が進むに従って、この誤差に対しても
対策を施す必要に迫られていた。そこで、この問題に対
しては、図８に示すステージ装置が提供されている。

【０００７】この図に示すステージ装置９１は、Ｘ方向
に延びる固定子９２、９２に沿って可動子９３、９３が
Ｘ方向に移動し、可動子９３、９３間に懸架されＹ方向
に延びる長尺のガイドバー９４に設けられた固定子９５
に沿って可動子としてのステージ本体９６がＹ方向に移
動するものであり、ステージ本体９６のＸ側には配管ト
レー９７が配設されている。配管トレー９７は、可動子
９３、９３（またはガイドバー９４）に連結され、Ｘ方
向に関してはステージ本体９６と一体的に移動する構成
になっている。用力供給部材９８から供給される空気
は、ガイドバー９４に対向してステージ本体９６に設け
られたエアベアリングに供給されている。この配管トレ
ー９７には、ステージ本体９６に接続される上記の各種
用力供給部材９８、および一方の可動子９３に接続され
る用力供給部材９９が収容・支持される。そして、この
ステージ装置は、ステージ本体９６のＸ方向に移動に対
して、配管トレー９７が追従移動することにより、用力
供給部材９８がステージ本体９６に作用する引張力や振
動を低減させている。

【０００８】同様に、用力供給部材９８がステージ本体
９６に作用する引張力や振動を低減させるステージ装置
としては、特開平８−６３２３１号公報に記載されたも
のが提供されている。このステージ装置は、ステージ本
体に設けられた可動子と、用力供給部材としてのケーブ
ルが接続されたキャリア／従動子に設けられた可動子と
が固定子として同一の磁気軌道から同時に磁束がもたら
されることで、ステージ本体の移動に対してキャリア／
従動子が追従移動し、ケーブルがステージ本体に与える
引張力を取り除いている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来のステージ装置および露光装置には、以下
のような問題が存在する。ステージ本体９６のＹ方向の
移動に関しては、図９に示すように、ステージ本体９６
と配管トレー９７とが相対移動するため、ステージ本体
９６には用力供給部材９８を介して種々の外乱が伝達さ
れる。外乱の中、動的なものとしては、例えばステージ
本体９６が−Ｙ方向に移動することにより、用力供給部
材９８の配管トレー９７への接触や、複数の用力供給部
材９８同士の擦れ、叩き、さらには用力供給部材９８内
の流体内部圧力変動、床振動伝達等に起因して発生する
微振動が挙げられ、この微振動がステージ本体９６に伝
わる虞がある。

【００１０】また、外乱の中、静的なものとしては、用
力供給部材９８の変形に伴う抗力が挙げられ、この抗力
がステージ本体９６に伝わる虞がある。特に、昨今、用
力供給部材９８に対するケミカルクリーンの要求が高ま
り、内部流体の透過防止、滲み出し防止の観点から用力
供給部材９８としては、肉厚が大きなものや、二重構造
を有する硬化材が採用されている。そのため、用力供給
部材９８の抗力がますます大きくなる傾向にあり、ステ
ージ本体９６に与える影響も大きくなると懸念されてい
る。そして、このような、ステージ装置を用いてマスク
のパターンをウエハ等の基板に露光する露光装置におい
ては、外乱によりステージ本体の移動制御に支障を来す
と、パターンを基板上に高精度に露光できないという問
題が発生することになる。

【００１１】そこで、上記のような問題を回避する方法
として、例えばステージ本体９６と配管トレー９７とを
同期移動させることが考えられるが、この場合、ステー
ジ本体９６と配管トレー９７との位置的な同期が崩れる
と用力供給部材９８を介して、どちらか一方または両者
が損傷を受ける可能性がある。また、ステージ本体９６
と配管トレー９７との同期ずれを許容して用力供給部材
９８の長さを設定すると、その長さが大きくなり用力供
給部材９８自身の固有振動や慣性力がステージ本体９６
に対する外乱になるという問題が発生する。

【００１２】本発明は、以上のような点を考慮してなさ
れたもので、ステージ本体が移動した際にも、用力供給
部材に起因する外乱（振動）を低減できるとともに、ス
テージ本体等の損傷を防止できるステージ装置、および
このステージ装置を用いてマスクのパターンを高精度に
基板に露光でき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６に対応
付けした以下の構成を採用している。本発明のステージ
装置は、用力を供給する用力供給部材（ＴＢ１）が接続
されて移動するステージ本体（ＸＧ）を備えたステージ
装置（７）において、用力供給部材（ＴＢ１）を保持し
てステージ本体（ＸＧ）と同期移動する用力供給ステー
ジ（６３）と、ステージ本体（ＸＧ）と用力供給ステー
ジ（６３）との相対位置関係を検出する検出装置（６
７）と、検出装置（６７）の検出結果と所定のしきい値
との比較結果に基づいてステージ本体（ＸＧ）および用
力供給ステージ（６３）の駆動を制御する駆動制御装置
とを備えるを特徴とするものである。

【００１４】従って、本発明のステージ装置では、用力
供給ステージ（６３）がステージ本体（ＸＧ）と同期移
動し、これらの間の相対位置関係が維持されるので、用
力供給部材（ＴＢ１）の変形に伴う微振動や抗力の発生
を抑止でき、ステージ本体（ＸＧ）に外乱として伝わる
ことを防止できるが、これらの相対位置関係が、例えば
最小限の同期ずれを許容するためのしきい値を越えたと
きにステージ本体（ＸＧ）および用力供給ステージ（６
３）の駆動を停止することで、これらが損傷することを
防ぐことができる。また、このようにステージ本体（Ｘ
Ｇ）および用力供給ステージ（６３）の相対位置関係を
しきい値までの範囲内に抑えることができるので、用力
供給部材（ＴＢ１）の長さを必要以上に大きくする必要
がなくなり、用力供給部材（ＴＢ１）自身の固有振動や
慣性力がステージ本体に対する外乱を抑制することがで
きる。

【００１５】また、本発明の露光装置は、マスクステー
ジ（２）に保持されたマスク（Ｒ）のパターンを基板ス
テージ（５）に保持された基板（Ｗ）に露光する露光装
置（１）において、マスクステージ（２）と基板ステー
ジ（５）との少なくとも一方のステージとして、請求項
１から６のいずれかに記載されたステージ装置（７）が
用いられ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、用力供給
ステージ（６３）の移動に伴う外乱がマスク（Ｒ）や基
板（Ｗ）に伝達されることを抑止できる。そのため、マ
スク（Ｒ）と基板（Ｗ）との位置制御を高精度に実行す
ることが可能になり、マスク（Ｒ）のパターンを基板
（Ｗ）に高精度に露光形成することができる。また、用
力供給ステージ（６３）とステージ本体（ＸＧ）とが損
傷することで生産効率が低下してしまうことを未然に防
ぐことができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明のステージ装置およ
び露光装置の実施の形態を、図１ないし図７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。なお、
これらの図において、従来例として示した図８および図
９と同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省
略する。

【００１８】図１に示す露光装置１は、光源（不図示）
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、感光基板）Ｗ上に投影する投影光学系ＰＬと、
試料であるウエハＷを保持して移動するウエハステージ
（基板ステージ）５および該ウエハステージ５を保持す
るウエハ定盤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】照明光学系ＩＵは、リアクションフレーム
８の上面に固定された支持コラム９によって支持され
る。なお、露光用照明光としては、例えば超高圧水銀ラ
ンプから射出される紫外域の輝線（ｇ線、ｉ線）および
ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）等の遠紫外
光（ＤＵＶ光）や、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９
３ｎｍ）およびＦ₂レーザ光（波長１５７ｎｍ）等の真
空紫外光（ＶＵＶ）などが用いられる。

【００２０】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。

【００２１】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）。

【００２２】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、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。

【００２３】レチクルステージ２について詳述すると、
図２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）。

【００２４】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。

【００２５】また、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。

【００２６】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。

【００２７】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（いずれも不図示）
が各移動鏡との距離を計測することにより、レチクルス
テージ２のＸ、Ｙ、θＺ（Ｚ軸回りの回転）方向の位置
が高精度に計測される。なお、レチクル微動ステージ１
８の材質として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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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ガイドステージＸＧ、ＸガイドステージＸ
Ｇと同期移動する同期ステージ装置ＤＳ（図４参照）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。

【００３３】なお、ＸガイドステージＸＧとウエハステ
ージ５との間には線幅の小さいチューブが多く接続され
ており、これらのチューブに起因する外乱は無視できる
程度である。そこで、本実施の形態では、主にＸガイド
ステージＸＧに対して用力供給用の配管・配線が接続さ
れていることを考慮して、このＸガイドステージＸＧを
ステージ本体として取り扱うものとする。

【００３４】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とボイ
スコイルモータ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２９
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。

【００３５】図３に示すように、Ｘガイドステージ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ガイドステージ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θＺ方向に回転移動する。すなわち、このリニア
モータ３３によってＸガイドステージ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。

【００３６】また、ＸガイドステージＸＧの−Ｘ方向側
には、Ｘトリムモータ３４の可動子が取り付けられてい
る。Ｘトリムモータ３４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および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。

【００３７】ウエハステージ５は、ＸガイドステージＸ
Ｇ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
イドステージ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
イドステージＸＧに埋設された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、
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３以降では図示略）。

【００３８】同期ステージ装置ＤＳは、Ｘガイドステー
ジＸＧの下方に配置されＹ方向に延在するエアガイド６
１と、エアガイド６１上にＹ方向に沿って固定された固
定子６２と、固定子６２との間の電磁気的相互作用によ
り駆動されることでＹ方向に移動する可動子としてのサ
ブステージ（用力供給ステージ）６３とから概略構成さ
れており、固定子６２およびサブステージ６３によって
ムービングコイル型のリニアモータが構成されている。
また、サブステージ６３には、複数のエアベアリング
（エアパッド）が固定されており、これらのエアベアリ
ングによってサブステージ６３は、例えば数ミクロン程
度のクリアランスを介してエアガイド６１に移動自在に
支持されている。なお、これらエアガイド６１、固定子
６２は、ウエハ定盤６に対して振動的に独立して配置さ
れている。サブステージ６３用リニアモータや、レチク
ルステージ２駆動用リニアモータ１５、ウエハステージ
５用リニアモータ３３、３５の駆動は、不図示の駆動制
御装置により統括的に制御される。

【００３９】ＸガイドステージＸＧの下方（−Ｚ側）に
は、チューブクランプ部６４が突設されており、このチ
ューブクランプ部６４には各種配管・配線が接続され
る。具体的には、温度調整用冷媒を供給・排出する配
管、エアベアリングに用いられるエアを供給する配管、
ウエハＷを負圧吸引するための負圧（真空）を供給する
配管、各種のセンサへ電力を供給する配線、各種制御信
号・検出信号を供給するためのシステム配線等が種々の
駆動機器、制御機器に対して配設される。例えば、ウエ
ハステージ５に対しては、温度調整用配管、ウエハＷを
吸着するための配管、エアベアリング用の空気配管、レ
ベリングセンサや後述する距離センサ等へ電力を供給す
る電力配線、これらセンサの検出信号やリニアモータ駆
動用のシステム配線等が接続される。なお、以下の説明
では、これら各種の用力が用力供給部材として、代表的
に帯状のチューブを介して供給されるものとして説明す
る。また、このチューブとしては、ケミカルクリーンに
対する要求を満たすべく、肉厚が大きなものや、二重構
造を有する硬化材で、且つ可撓性を有するものが用いら
れている。

【００４０】サブステージ６３の側方（＋Ｘ側）には、
チューブクランプ部６４との間でチューブ（用力供給部
材、第１用力供給部材）ＴＢ１が接続されるチューブク
ランプ部６５が突設されており、チューブＴＢ１が接続
されたチューブクランプ部６４の端面（接続面）６４ａ
とチューブクランプ部６５の端面（接続面）６５ａと
は、サブステージ６３とＸガイドステージＸＧとが位置
決めされたときに、略面一になるように配置されてい
る。チューブクランプ部６５には、リアクションフレー
ム８等に固定された固定部６６との間でチューブ（第２
用力供給部材）ＴＢ２が接続されており、固定部６６に
は用力供給源との間で用力が供給されるチューブＴＢ３
が接続されている。なお、チューブＴＢ１、ＴＢ２とは
チューブクランプ部６５内において不図示の継手等によ
り保持されて接続されている。

【００４１】チューブＴＢ１は、端面６４ａ、６５ａに
略円弧状に湾曲して接続されており、各端面６４ａ、６
５ａの接続部間の距離をＬとすると、その湾曲半径はほ
ぼＬ／２に形成されている。また、チューブＴＢ２も、
チューブクランプ部６５と固定部６６との間で略円弧状
に湾曲して接続されており、チューブＴＢ１の湾曲方向
とチューブＴＢ２の湾曲方向とは、略直交するように捻
ったように配置されている。

【００４２】一方、サブステージ６３には、位置ずれ検
出センサ（検出装置）６７、６７と位置ずれ制限ストッ
パー（制限装置）６８、６８とがＸガイドステージＸＧ
に向けて突設されている。位置ずれ検出センサ６７は、
ＸガイドステージＸＧとサブステージ６３との相対位置
関係を検出するものであって、光電スイッチ機能を有す
るフォトセンサで構成され、ＸガイドステージＸＧを挟
んだＹ方向両側に配置されている。このフォトセンサ
は、サブステージ６３が所定位置に位置決めされたとき
に、サブステージ６３に設けられた遮光板（不図示）
と、しきい値として設定された例えば５ｍｍ程度離間し
た位置に検知光を送光しており、ＸガイドステージＸＧ
とサブステージ６３との相対位置関係が５ｍｍ以上ず
れ、遮光板が検知光を遮光したときに検知信号を駆動制
御装置に出力する構成になっている。

【００４３】位置ずれ制限ストッパー６８は、Ｘガイド
ステージＸＧとサブステージ６３との相対位置関係を所
定範囲内に制限するものであって、ＸガイドステージＸ
Ｇを挟んだＹ方向両側に、サブステージ６３が所定位置
に位置決めされたときに、サブステージ６３と例えば５
ｍｍ程度の隙間があく位置に配置されている。なお、こ
の位置ずれ制限ストッパー６８は、ショックアブソーバ
（衝撃吸収材）で形成されており、ＸガイドステージＸ
Ｇが衝突した際の衝撃を吸収する構成になっている。

【００４４】次に、上記のように構成されたステージ装
置および露光装置の中、まずステージ装置７の動作につ
いて説明する。駆動制御装置の制御の下、リニアモータ
３３の駆動によりウエハステージ５とともにＸガイドス
テージＸＧがＹ方向に移動すると、ＸガイドステージＸ
Ｇと同期してサブステージ６３も、チューブクランプ部
６４、６５における端面６４ａ、６５ａの面一状態を維
持しながらＹ方向に移動する。従って、チューブＴＢ１
は、略円弧状の形状を保持した状態で移動することにな
り、サブステージ６３からＸガイドステージＸＧへの、
特に低周波の振動伝達と力の伝達が小さくなる。

【００４５】なお、サブステージ６３の駆動がリニアモ
ータにより非接触で行われ、またサブステージ６３がエ
アベアリングにより非接触でエアガイド６１に沿って移
動するため、冷却液等が入ったチューブ等により発生し
やすい高周波成分の振動伝達を抑制することができる。

【００４６】サブステージ６３がＸガイドステージＸＧ
と移動することで、サブステージ６３は固定部６６に対
して相対移動することになり、チューブＴＢ２は、その
柔軟性を利用して変形される。このときの様子を図５お
よび図６に簡略的に示す。なお、図５および図６では、
便宜上Ｘ方向とＺ方向とを展開して図示してある。これ
らの図に示すように、チューブＴＢ２は固定部６６に対
するサブステージ６３（チューブクランプ部６５）の位
置に応じて変形する。このときチューブＴＢ２を変形さ
せる力や、チューブＴＢ２から発生する力、変形に伴う
チューブＴＢ２間の摩擦等によって発生する外乱、振動
等は、チューブクランプ部６５を介してサブステージ６
３に伝わるが、サブステージ６３を駆動するリニアモー
タおよびエアガイド６１で吸収され遮断されるため、Ｘ
ガイドステージＸＧに伝わることを防ぐことができる。
しかも、エアガイド６１や固定子６２がウエハ定盤６と
振動的に独立しているので、サブステージ６３の駆動に
係る振動がウエハ定盤６を介してＸガイドステージ（ウ
エハＷ）に伝わることも防止できる。

【００４７】また、常態においては駆動制御装置により
サブステージ６３とＸガイドステージＸＧとの相対位置
関係は維持されているが、不測の事態によりこの相対位
置関係が崩れ、位置ずれ検出センサ６７において検知光
が遮断されると、駆動制御装置は遮断信号を受けてサブ
ステージ６３を駆動するリニアモータおよびＸガイドス
テージＸＧを駆動するリニアモータ３３の双方の推力を
停止させ、エラーを発する。これらアクチュエータの推
力が停止しても慣性力によりサブステージ６３とＸガイ
ドステージＸＧとが相対移動した場合、Ｘガイドステー
ジＸＧは位置ずれ制限ストッパー６８に当接すること
で、これら相対移動が制限される。

【００４８】このように、チューブＴＢ１に起因する外
乱が遮断された状態のウエハステージ５上のウエハＷに
対して、上記露光装置１では、露光時に照明光学系ＩＵ
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。これにより、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。

【００４９】本実施の形態のステージ装置および露光装
置では、チューブＴＢ１を保持するサブステージ６３が
ＸガイドステージＸＧと同期して移動するため、このチ
ューブＴＢ１を介して微振動やチューブ変形に伴う抗力
等の外乱を遮断でき、ＸガイドステージＸＧに対する位
置制御性が向上するとともに、ＸガイドステージＸＧと
サブステージ６３との相対位置関係がしきい値を越えて
崩れたことを検出してサブステージ６３とＸガイドステ
ージＸＧとの駆動を停止するので、チューブＴＢ１を介
してこれらのステージ６３、ＸＧが損傷することを防止
できる。しかも、本実施の形態では、位置ずれ制限スト
ッパー６８を設けているので、慣性力でサブステージ６
３とＸガイドステージＸＧとが相対移動して損傷するこ
とも防止できる。また、位置ずれ制限ストッパー６８が
ショックアブソーバで構成されているので、位置ずれ制
限ストッパー６８とＸガイドステージＸＧとの衝突の衝
撃でステージ６３、ＸＧが損傷することも防止できるよ
うになっている。

【００５０】また、本実施の形態では、このように、位
置ずれ制限ストッパー６８によりＸガイドステージＸＧ
の移動が機械的に制限されているため、チューブＴＢ１
の長さに余裕を持たせる必要がなくなり、チューブＴＢ
１自身の固有振動や慣性力によりＸガイドステージＸＧ
へ伝わる振動や力を抑えることができる。しかも、本実
施の形態では、チューブＴＢ１を略円弧状に設けること
で、特に低周波の振動伝達および力の伝達を小さくでき
るとともに、この円弧の半径を接続端面６４ａ、６５ａ
との接続部間の距離の半分とすることでほぼ一円弧で湾
曲することになり、振動の伝達率が大きい直線部分の長
さを短くできるので、チューブＴＢ１自身の固有振動や
慣性力に起因する悪影響をより小さくできる。加えて、
本実施の形態では、接続端面６４ａ、６５ａをほぼ面一
にすることで、チューブＴＢ１の長さを最短にすること
ができる。なお、本実施の形態では、サブステージ６３
をエアガイド６１およびリニアモータにより非接触で駆
動しているので、チューブＴＢ１を介して伝わる高周波
の振動も抑制することができる。

【００５１】また、本実施の形態では、チューブＴＢ１
とＴＢ２との湾曲方向を直交させたので、チューブクラ
ンプ部６４、６５、固定部６６を同一方向に沿って配置
する必要がなくなり、特にＺ方向の高さを小さくするこ
とができ装置の小型化に寄与することができる。

【００５２】従って、上記のステージ装置７を備えた露
光装置では、ウエハＷに対する位置決め制御や、走査露
光時の速度制御を、効果的に制振した状態、且つ高い安
全性の下で実行することが可能になり、重ね合わせ精度
等、露光処理に係る精度を確実に維持することができ
る。

【００５３】なお、上記実施の形態において、位置ずれ
検出センサとして光電スイッチ機能を有するフォトセン
サを用いる構成としたが、これに限定されるものではな
く、例えばＸガイドステージＸＧとサブステージ６３と
の相対距離を検出するセンサであってもよい。この場
合、駆動制御装置は、例えば５ｍｍのしきい値保持して
おき、ＸガイドステージＸＧとサブステージ６３との間
の距離が５ｍｍを越えたときにサブステージ６３とＸガ
イドステージＸＧの駆動を停止させるような構成として
もよい。

【００５４】また、上記実施の形態では、ウエハ側のス
テージ装置７のみに同期ステージ装置ＤＳが設けられる
構成としたが、これに限られず、レチクル側のステージ
装置４にも、ステージ装置７と同様の構成を有する同期
ステージを設けてもよい。また、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のウエハステージに
適用した構成としたが、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。

【００５５】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。

【００５６】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。

【００５７】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。

【００５８】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。

【００５９】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。

【００６０】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。

【００６１】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。

【００６２】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。

【００６３】半導体デバイスは、図７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）２０５、検
査ステップ２０６等を経て製造される。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係るス
テージ装置は、ステージ本体と用力供給ステージとの相
対位置関係と所定のしきい値との比較結果に基づいてス
テージ本体および用力供給ステージの駆動を制御する構
成となっている。これにより、このステージ装置では、
ステージ本体に対する位置制御性が向上するとともに、
ステージ本体と用力供給ステージとの同期が崩れた際に
もこれらの損傷を防止できるという効果が得られる。

【００６５】請求項２に係るステージ装置は、ステージ
本体と用力供給ステージとの相対位置関係を所定の範囲
内に制限する構成となっている。これにより、このステ
ージ装置では、慣性力でステージ本体と用力供給ステー
ジとが相対移動した際にも、これらの損傷を防止できる
という効果が得られる。

【００６６】請求項３に係るステージ装置は、ステージ
本体と用力供給ステージとの相対位置関係を衝撃吸収材
により制限する構成となっている。これにより、このス
テージ装置では、ステージ本体と制限装置との衝突の衝
撃でステージ本体と用力供給ステージとの損傷を防止で
きるという効果が得られる。

【００６７】請求項４に係るステージ装置は、ステージ
本体の用力供給部材が接続された接続面と、用力供給ス
テージの用力供給部材が接続された接続面とが略面一に
配置される構成となっている。これにより、このステー
ジ装置では、用力供給部材の長さを最短にすることがで
き用力供給部材自身の固有振動や慣性力に起因する悪影
響を小さくできるという効果が得られる。

【００６８】請求項５に係るステージ装置は、ステージ
本体と用力供給ステージとの間に接続された第１用力供
給部材が各接続部間の距離に応じた半径の略円弧形状に
湾曲する構成となっている。これにより、このステージ
装置では、振動の伝達率が大きい直線部分の長さを短く
できるので、用力供給部材自身の固有振動や慣性力に起
因する悪影響をより小さくできるという効果が得られ
る。

【００６９】請求項６に係るステージ装置は、固定部と
用力供給ステージとの間で略円弧形状に湾曲して接続さ
れた第２用力供給部材を有し、第１用力供給部材の湾曲
方向と第２用力供給部材の湾曲方向とが略直交する構成
となっている。これにより、このステージ装置では、固
定部、用力供給ステージ、ステージ本体を同一方向に沿
って配置する必要がなくなり、装置の小型化に寄与でき
るという効果を奏する。

【００７０】請求項７に係る露光装置は、マスクステー
ジと基板ステージとの少なくとも一方のステージとして
請求項１から６のいずれかに記載されたステージ装置が
用いられる構成となっている。これにより、この露光装
置では、マスクや基板を駆動する際の安全性が高まると
ともに、基板に対する位置決め制御や、走査露光時の速
度制御を、効果的に制振した状態で実行することが可能
になり、重ね合わせ精度等、露光処理に係る精度を確実
に維持できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】レチクルステージ、ウエハステージおよび
投影光学系が振動に関して独立して配置された露光装置
の概略構成図である。

【図２】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３】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４】Ｘガイドステージと同期移動する同期ステ
ージ装置の外観斜視図である。

【図５】サブステージとＸガイドステージとが同期
移動する様子を示す図である。

【図６】サブステージとＸガイドステージとが同期
移動する様子を示す図である。

【図７】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。

【図８】従来技術のステージ装置の一例を示す外観
斜視図である。

【図９】ステージ本体の移動と用力供給部材との関
係を示す概略正面図である。

【符号の説明】

ＲレチクルＴＢ１チューブ（用力供給部材、第１用力供給部材）ＸＧＸガイドステージ（ステージ本体）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）７ステージ装置６３サブステージ（用力供給ステージ）６４ａ、６５ａ端面（接続面）６７位置ずれ検出センサ（検出装置）６８位置ずれ制限ストッパー（制限装置）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】用力を供給する用力供給部材が接続さ
れて移動するステージ本体を備えたステージ装置におい
て、前記用力供給部材を保持して前記ステージ本体と同期移
動する用力供給ステージと、前記ステージ本体と前記用力供給ステージとの相対位置
関係を検出する検出装置と、該検出装置の検出結果と所定のしきい値との比較結果に
基づいて前記ステージ本体および前記用力供給ステージ
の駆動を制御する駆動制御装置とを備えることを特徴と
するステージ装置。
【請求項２】請求項１記載のステージ装置におい
て、前記ステージ本体と前記用力供給ステージとの相対位置
関係を所定の範囲内に制限する制限装置を備えることを
特徴とするステージ装置。
【請求項３】請求項２記載のステージ装置におい
て、前記制限装置は、衝撃吸収材であることを特徴とするス
テージ装置。
【請求項４】請求項１から３のいずれかに記載のス
テージ装置において、前記ステージ本体の前記用力供給部材が接続された接続
面と、前記用力供給ステージの前記用力供給部材が接続された
接続面とは略面一に配置されていることを特徴とするス
テージ装置。
【請求項５】請求項１から４のいずれかに記載のス
テージ装置において、前記ステージ本体と前記用力供給ステージとの間に接続
された第１用力供給部材は、各接続部間の距離に応じた
半径の略円弧形状に湾曲して設けられることを特徴とす
るステージ装置。
【請求項６】請求項５記載のステージ装置におい
て、固定部と前記用力供給ステージとの間で略円弧形状に湾
曲して接続された第２用力供給部材を有し、前記第１用力供給部材の湾曲方向と前記第２用力供給部
材の湾曲方向とは、略直交することを特徴とするステー
ジ装置。
【請求項７】マスクステージに保持されたマスクの
パターンを基板ステージに保持された基板に露光する露
光装置において、前記マスクステージと前記基板ステージとの少なくとも
一方のステージとして、請求項１から６のいずれかに記
載されたステージ装置が用いられることを特徴とする露
光装置。