JPWO2003063212A1

JPWO2003063212A1 - Stage apparatus and exposure apparatus

Info

Publication number: JPWO2003063212A1
Application number: JP2003562979A
Authority: JP
Inventors: 荒井　大; 大荒井
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2002-01-21
Filing date: 2003-01-15
Publication date: 2005-05-26
Also published as: WO2003063212A1; TW200302507A

Abstract

本発明のステージ装置は、移動面を有するベース２２に移動可能に支持されたステージ本体１Ａと、固定子６５およびステージ本体１Ａに設けられた可動子６４Ａを有しステージ本体１Ａを駆動する第１駆動装置６１Ａとを備える。固定子６５は支持部７に設けられ、この支持部７はベース２２から独立して設けられている。解除装置４５は、前記移動面とほぼ直交する第１方向におけるベース２２と支持部７との相対変位に応じて、ベース２２に対する支持部７の独立状態を解除する。The stage apparatus of the present invention includes a stage main body 1A that is movably supported by a base 22 having a moving surface, and a first stage 65A that has a stator 65 and a movable element 64A provided on the stage main body 1A to drive the stage main body 1A. And a driving device 61A. The stator 65 is provided on the support portion 7, and the support portion 7 is provided independently from the base 22. The release device 45 releases the independent state of the support portion 7 with respect to the base 22 according to the relative displacement between the base 22 and the support portion 7 in the first direction substantially orthogonal to the moving surface.

Description

技術分野
本発明は、基板を保持するステージ本体が複数の方向に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露光処理を行う露光装置に関し、特に半導体集積回路や液晶ディスプレイ等のデバイスを製造する際に、リソグラフィ工程で好適に用いられるステージ装置および露光装置に関する。
背景技術
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。
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８−１６６０４３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。
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、ボイスコイルモータ等のアクチュエータを備え、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。
ところが、上記のステッパ等では、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るという不都合があった。特に、アライメント時や露光時における上記相対位置誤差は、結果的に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）を招いたりする原因になるという不都合があった。
従って、係る不都合を抑制するためには、上記のアクティブ防振台等により本体コラムの振動を十分に減衰させる必要がある。例えばステッパの場合には、ウエハステージが所望の位置に位置決めされ十分に整定されるのを待ってアライメント動作や露光動作を開始する必要がある。また、スキャニング・ステッパの場合には、レチクルステージとウエハステージとの同期整定を十分に確保した状態で露光を行う必要があった。このため、スループット（生産性）を悪化させる要因となっていた。
また、近年におけるレチクルやウエハの大型化に伴い、両ステージが大型化し、上記特開平８−１６６４７５号公報や特開平８−３３０２２４号公報に記載された発明を用いても、フレーム部材を伝わって床側に逃げる反力に起因してフレーム部材自身が振動したり、床に逃げた反力が防振台を介して投影光学系を保持する本体コラム（メインボディ）に伝わってこれを加振する、いわゆる揺れ返しが生じる虞がある。そのため、スループットをある程度確保しつつ高精度な露光を行うことは困難になっている。
そこで、例えば特開平８−６３２３１号公報には、ベース上に浮揚支持されるステージ本体と駆動フレームとを設け、ステージ本体の前進移動に伴う反力で駆動フレームが後退するステージ装置が開示されている。この技術によれば、ステージ本体と駆動フレームとの間に運動量保存の法則が働き、ベース上における装置の重心の位置が維持されるため、フレーム部材への振動の影響を小さくすることができる。
図１３Ａおよび図１３Ｂに、この種のステージ装置の一例を示す。このステージ装置では、基板（感光基板）としてのウエハＷを保持するＸ／Ｙステージ（ステージ本体）１がリニアモータ等により駆動され、Ｘガイドバー２に沿ってＸ方向（図中左右方向）に移動するとともに、Ｘガイドバー２に設けられた可動子５がリニアモータを構成する固定子３に沿ってＹ方向に移動することで、ウエハＷがＸＹ平面に沿う２次元方向に移動する。各固定子３は、ベース（定盤）４上にそれぞれエアパッド６を介してＹ方向に移動自在に浮揚支持されたカウンターマス（３，６）を構成している。
Ｘ／Ｙステージ１が、例えば図中矢印で示す＋Ｙ方向に加速（移動）すると、加速に伴う反力でカウンターマス（３，６）が−Ｙ方向に加速することで運動量保存の法則が働き、ベース上における装置の重心の位置が維持される。その結果、装置の外部に反力を伝えることなくＸ／Ｙステージ１（すなわちウエハＷ）を移動させることができ、ステージ移動時の振動を最小限に抑えることが可能になる。
ところが、上記のステージ装置では、装置の重心位置は維持されるものの、重量物である固定子３が移動することでベース４が歪み、Ｘ／Ｙステージ１の滑走面に悪影響を及ぼす虞がある。
このような問題を解消するために、例えば図１４に示す構成のステージ装置が考えられている。この図に示すステージ装置では、固定子３は、ベース４とは分離・独立して設けられたサイド定盤（支持部）７上にエアパッド６を介して浮揚支持されている。この構成では、ベース４とサイド定盤７とが独立しているため、固定子３がカウンターマス（３，６）として移動した場合でも、移動に伴う歪みエネルギや振動がベース４に伝わらないため、滑走面の面精度が維持されるとともに、振動からＸ／Ｙステージ１を保護することができる。
ところで、上記ステージ装置では、ベース４は一般的に除振のために床上に防振台８を介して搭載されることが多い。通常、この種の防振台は駆動ストロークを有しているが、防振台の許容ストロークはリニアモータを構成する固定子３と可動子５間のギャップより小さくする必要がある。防振台の駆動ストロークを大きくする場合には、固定子３−可動子５間のギャップを大きくしなければならず、この場合モータ駆動による熱を発したり、モータ自体が大きくなるという弊害を生じる。
そこで、図１５に示すステージ装置では、モータや空気バネ、空気シリンダ等のアクチュエータ９を介して床上にサイド定盤７を設置する構成が考えられている。この構成では、防振台８のストロークに対してサイド定盤７が位置追従することが可能になるため、モータの固定子３−可動子５間のギャップを維持することができる。
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。
サイド定盤７を駆動するためのアクチュエータ９が常にサーボ状態で頻繁に駆動されることにより、熱が生じる。また、アクチュエータ９が正常に作動している場合は問題がないが、万一、不測の事態が生じてアクチュエータが作動しなかったり、所定外の動作をした場合、モータの固定子３と可動子５とが接触して破損する虞がある。
そこで、固定子３−可動子５間のギャップを大きくしたり、防振台８のストロークを短くすることが考えられるが、ギャップを大きくすることはモータの推力低下という問題を生じさせ、ストロークを短くすることは防振性能の低下という問題を生じさせてしまう。
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、ベースに対してモータの固定子を分離・独立して配置した場合でも、モータの推力低下や防振性能の低下、モータの破損を招くことなく反力処理を実施できるステージ装置および露光装置を提供することを目的とする。
発明の開示
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。
本発明のステージ装置は、移動面を有するベースに移動可能に支持されたステージ本体と、固定子とステージ本体に設けられた可動子とを有しステージ本体を駆動する第１駆動装置とを備えたステージ装置であって、固定子が設けられるとともに、ベースとは独立して設けられた支持部と、移動面とほぼ直交する第１方向（Ｚ方向）のベースと支持部との相対変位に応じて、ベースに対する支持部の独立状態を解除する解除装置とを有する。
本発明のステージ装置では、固定子を支持する支持部がベースと独立して設けられているため、ステージ本体の移動に伴う反力で固定子が移動した場合でも、固定子の移動に起因する歪みエネルギや振動がベースに伝わることを防止できる。また、不測の事態が生じて、ベースと支持部との第１方向の相対変位が大きくなった場合には、ベースと支持部との独立状態が解除されて従属状態になるため、固定子と可動子との間のギャップが所定以上に小さくなり接触して破損することを防止できる。そのため、固定子と可動子との間のギャップを必要以上に大きくして第１駆動装置の推力が低下したり、ベースを第１方向に駆動するための第２駆動装置のストロークを抑えて防振性能が低下することがなく、ステージ本体の移動による反力の処理が行える。
前記解除装置は、前記ベースに設けられた第１部材と、前記支持部に設けられた第２部材とを有していてもよい。この場合、第１部材と第２部材とによりベースに対する支持部の独立状態を解除できる。
前記支持部が前記ベースから独立している際には、前記第１部材と前記第２部材とが非接触であり、独立状態を解除する際には接触する構成であってもよい。この場合、第１部材と第２部材との接触、非接触によりベースに対する支持部の独立状態を解除できる。
前記第１部材と前記第２部材とのいずれか一方が、第１方向と直交する方向に沿って複数設けられていてもよい。この場合、ベースが第１方向以外の方向に相対変位した場合でも、確実にベースに対する支持部の独立状態を解除して追従移動させることができる。
前記支持部の自重を弾性部材で支持する構成であってもよい。この場合、支持部に対する支持で熱が生じることを防止できる。
前記弾性部材は、少なくとも三角形の頂点を成す３点で支持部を支持する構成となっていてもよい。この場合、支持部を平面的に安定して支持できる。
前記ベースを第１方向に駆動する第２駆動装置を有していてもよい。この場合、第１方向に駆動されるベースに対して支持部の独立状態を解除できる。
前記支持部を第１方向に駆動する第３駆動装置を有していてもよい。この場合、独立状態の解除時にベースを歪ませる力を大幅に小さくできる。
前記固定子を支持部に対して移動可能に支持する支持機構を有していてもよい。この場合、固定子が移動する場合でも、独立状態の解除時にベースを歪ませる力を大幅に小さくできる。
前記固定子の移動に伴う支持部の重心の移動を補正するように第３駆動装置を制御する制御装置を有していてもよい。この場合、固定子の移動に伴う重心移動を補うことができ、弾性部材の剛性を低くできる。
前記第３駆動装置は、駆動停止時に支持部と移動自在に接続されてもよい。この場合、第３駆動装置の駆動停止時にも支持部を確実にベースに追従させることができる。
一方、本発明の露光装置は、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、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、前記いずれかのステージ装置が用いられる。
この露光装置では、露光処理時にマスクや基板の移動に伴う反力で固定子が移動する際にも、第１駆動装置が破損することなく、第１駆動装置の推力低下や、第２駆動装置の防振性能低下を防止した状態で、ステージ本体の移動による反力処理を実施することが可能になる。
本発明の他の態様に係る露光装置は、第１基板ステージに保持された第１基板にパターンを露光するものであって、前記第１基板ステージに接続された可動子と、固定子とを備え、前記第１基板ステージを駆動する第１駆動装置、前記第１基板ステージが移動する移動面を有した第１定盤、前記固定子が設けられるとともに、前記第１定盤とは独立して設けられた第２定盤、前記第１定盤を前記移動面とほぼ直交する第１方向に駆動する第２駆動装置、および前記第２定盤を前記第１方向に駆動する第３駆動装置を備える。
前記露光装置は、前記固定子を前記第２定盤に対して移動可能に支持する支持機構を備えていてもよい。
前記露光装置は、前記第１基板ステージの移動に伴う前記第１定盤の重心の変化を補正するように前記第２駆動装置を制御するとともに、前記第１基板ステージの移動に応じた前記固定子移動に伴う前記第２定盤の重心の変化を補正するように前記第３駆動装置を制御する制御装置を備えていてもよい。
前記露光装置は、前記パターンを前記第１基板に投影する投影光学系と、前記第１定盤と前記第２定盤とから独立して、前記投影光学系を支持する第３定盤とを備えていてもよい。
前記露光装置は、前記第３定盤を前記第１方向に駆動する第４駆動装置とを備えていてもよい。
前記露光装置は、前記第１定盤の前記移動面を移動する第２基板ステージを備えていてもよい。
本発明の他の態様に係る露光装置は、基板ステージに保持された基板にパターンを露光する方法であって、前記基板ステージに接続された可動子と、固定子とによって前記基板ステージを駆動するステップ、前記基板ステージが移動する移動面を有した第１定盤を前記移動面とほぼ直交する第１方向に駆動するステップ、および前記固定子が設けられるとともに、前記第１定盤とは独立して設けられた第２定盤を前記第１方向に駆動するステップを有する。
本発明のさらに他の態様に係る露光装置は、基板ステージに保持された基板にパターンを露光する方法であって、移動画を有した第１定盤に前記基板ステージを設けるステップ、前記第１定盤とは独立して設けられた第２定盤に固定子を設けるステップ、前記固定子と、前記基板ステージに接続された可動子とにより前記基板ステージを駆動するステップ、および前記第１定盤と前記第２定盤との前記独立状態を解除するステップを有する。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明のステージ装置および露光装置の第１の実施形態を、図１ないし図７を参照して説明する。ここでは、露光装置として、レチクルとウエハとを一次元方向（ここではＹ軸方向とする）に同期移動しつつ、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、ステップ・アンド・スキャン方式、またはステップ・アンド・スティッチ方式からなる走査露光方式の露光装置を使用する場合を例として説明する。また、この露光装置では、本発明のステージ装置をウエハステージとして使用している。これらの図において、従来例として示した図１３〜図１５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。
図１には本発明の一実施形態に係る露光装置１０の全体構成が概略的に示されている。露光装置１０は、露光用照明光（以下、「照明光」と略述する）ＩＬによりマスクとしてのレチクル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不図示の照明系と、レチクルＲを保持するマスクステージとしてのレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲから射出される照明光をウエハＷ上に投射する投影光学系ＰＬ、ウエハＷを保持する基板ステージとしてのウエハステージ（ステージ装置）ＷＳＴ、投影光学系ＰＬ，レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴが搭載されたボディとしての本体コラム１４、及び本体コラム１４の振動を抑制あるいは除去する防振システム等を備えている。
前記照明光ＩＬとしては、例えば超高圧水銀ランプからの紫外域の輝線（ｇ線、ｉ線）及び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１９３ｎｍ）及びＦ_２レーザ光（波長１５７ｎｍ）等の真空紫外光（ＶＵＶ光）などが用いられる。
本体コラム１４は、床面ＦＤに水平に載置された装置の基準となる矩形板状のベースプレートＢＰと、このベースプレートＢＰ上面の三角形頂点部分の近傍にそれぞれ配置された防振ユニット１６Ａ〜１６Ｃ（但し、図１においては紙面奥側の防振ユニット１６Ｃは図示せず）及びこれらの防振ユニット１６Ａ〜１６Ｃを介してほぼ水平に支持された鏡筒定盤１８と、鏡筒定盤１８に装着されたファーストインバと呼ばれる投影光学系ＰＬの支持部材２４（以下、「ファーストインバ２４」と呼ぶ）と、鏡筒定盤１８上に立設されたセカンドインバと呼ばれるレチクルステージ定盤２５の支持部材２６（以下、「セカンドインバ２６」と呼ぶ）とを備えている。
防振ユニット１６Ａ〜１６Ｃは、ベースプレートＢＰの上部に直列に配置されたアクチュエータ部２８と内圧が調整可能なエアマウント３０とをそれぞれ含んでいる。防振ユニット１６Ａ〜１６Ｃの各アクチュエータ部２８には、ボイスコイルモータがそれぞれ少なくとも１つ含まれている。この場合、防振ユニット１６Ａ〜１６Ｃの全体としてアクチュエータ部に、鉛直方向（すなわち図１のＺ方向）駆動用のボイスコイルモータが少なくとも３個、Ｘ方向駆動用のボイスコイルモータ及びＹ方向駆動用のボイスコイルモータが合計で少なくとも３個（但し、Ｘ方向駆動用のボイスコイルモータ及びＹ方向駆動用のボイスコイルモータが各１つ含まれる）含まれている。
鏡筒定盤１８には、図１では図示が省略されているが、この鏡筒定盤１８を含む本体コラム１４のＺ軸方向の振動を検出する振動センサ（例えば半導体加速度センサ等の加速度計）が少なくとも３つ、Ｘ方向、Ｙ方向の振動を検出する振動センサ（例えば半導体加速度センサ等の加速度計）が合計で少なくとも３つ（但し、Ｘ方向振動検出用センサ及びＹ方向振動検出用センサを各１つ含む）取り付けられている。これらの少なくとも６つの振動センサ（以下、「振動センサ群３２」と呼ぶ）の出力が後述する主制御装置５０（図７参照）に供給され、該主制御装置５０によって本体コラム１４の６自由度方向の運動が求められ、防振ユニット１６Ａ〜１６Ｃが制御される。すなわち、本実施形態では、振動センサ群と防振ユニット１６Ａ〜１６Ｃと、主制御装置５０とによって本体コラム１４の振動を制振するためのアクティブ防振システムが構成されている。
セカンドインバ２６は、側面視略台形状で底面及び上面が八角形の多面体の全体形状を有し、各側面に台形状の開口が形成され、底面が完全に開口したフレームである。このセカンドインバ２６の上面はレチクルステージ定盤２５を支持する支持プレートとされており、該支持プレートには、照明光ＩＬの通路を成す矩形の開口部（不図示）が形成され、この開口部を含む領域の上面にレチクルステージ定盤２５が載置されている。レチクルステージ定盤２５にも開口部に対向して所定の開口が形成されている。
レチクルステージＲＳＴは、上記レチクルステージ定盤２５上に配置されている。レチクルステージＲＳＴは、レチクルＲをレチクルステージ定盤２５上でＹ軸方向に大きなストロークで直線駆動するとともに、Ｘ軸方向及びθＺ方向（Ｚ軸回りの回転方向）に関しても微小駆動が可能な構成となっている。
レチクルステージＲＳＴは、レチクルステージ定盤２５上にＹ軸方向に沿って設けられた不図示のＹガイドに沿って移動するレチクル粗動ステージ１１と、このレチクル粗動ステージ１１上を一対のＸボイスコイルモータ３６Ａ、３６Ｂ（図１では図示せず、図７参照）と一対のＹボイスコイルモータ３６Ｃ、３６Ｄ（図１では図示せず、図７参照）とによってＸ、Ｙ、θＺ方向に微少駆動されるレチクル微動ステージ１２とを含んで構成されている。レチクルＲはレチクル微動ステージ１２に、例えば真空吸着等によって固定されている。
レチクル粗動ステージ１１は、不図示のエアベアリングによってＹガイドに対して非接触で支持されており、Ｙリニアモータ３４Ａ、３４Ｂ（図１では図示せず、図７参照）によってＹ軸方向に所定ストロークで駆動される構成になっている。本実施形態では、Ｙリニアモータ３４Ａ、３４Ｂ、Ｘボイスコイルモータ３６Ａ、３６Ｂ及びＹボイスコイルモータ３６Ｃ、３６ＤによってレチクルステージＲＳＴの駆動系３７（図７参照）が構成されている。
Ｙリニアモータ３４Ａ、３４Ｂのそれぞれは、レチクルステージ定盤２５上に複数のエアベアリングによって浮上支持されＹ軸方向に延びる固定子と、該固定子に対応して設けられレチクル粗動ステージ１１に固定された可動子とから構成されている。従って、本実施形態では、レチクルステージＲＳＴが走査方向（Ｙ軸方向）に移動する際には、一対のＹリニアモータ３４Ａ、３４Ｂの可動子と固定子とが相対的に逆方向に移動する。すなわち、レチクルステージＲＳＴと固定子とが相対的に逆方向に移動する。レチクルステージＲＳＴと固定子とレチクルステージ定盤２５との３者間の摩擦が零である場合には、運動量保存の法則が成立し、レチクルステージＲＳＴの移動に伴う固定子の移動量は、レチクルステージＲＳＴ全体と固定子との重量比で決定される。このため、レチクルステージＲＳＴの走査方向の加減速時の反力は固定子の移動によって吸収されるので、上記反力によってレチクルステージ定盤２５が振動するのを効果的に防止することができる。また、レチクルステージＲＳＴと固定子とが相対的に逆方向に移動して、レチクルステージＲＳＴ、レチクルステージ定盤２５等を含む系の全体の重心位置が所定の位置に維持されるので、重心位置の移動による偏荷重が発生しないようになっている。かかる詳細は、例えば、特開平８−６３２３１号公報に記載されている。
レチクル微動ステージ１２の一部には、その位置や移動量を計測するための位置計測装置であるレチクルレーザ干渉計システム３８からの測長ビームを反射する移動鏡４０が取り付けられている。レチクルレーザ干渉計システム３８は、鏡筒定盤１８の上面に固定されている。レチクルレーザ干渉計システム３８に対応した固定鏡４２は、投影光学系ＰＬの鏡筒の側面に設けられている。そして、レチクルレーザ干渉計システム３８によってレチクルステージＲＳＴ（具体的にはレチクル微動ステージ１２）のＸ，Ｙ，θＺ方向の位置計測が投影光学系ＰＬを基準として行われる。
上記のレチクルレーザ干渉計システム３８によって計測されるレチクルステージＲＳＴ（即ちレチクルＲ）の位置情報（又は速度情報）はステージ制御装置４４（図１では図示せず、図７参照）及びこれを介して主制御装置５０に供給される（図７参照）。ステージ制御装置４４は、基本的にはレチクルレーザ干渉計システム３８から出力される位置情報（或いは速度情報）が主制御装置５０からの指令値（目標位置、目標速度）と一致するように上記のＹリニアモータ３４Ａ、３４Ｂ及びボイスコイルモータ３６Ａ〜３６Ｄを制御する。
前記鏡筒定盤１８の中央部には円形開口が形成されており、この円形開口内に上端にフランジが設けられた円筒状部材から成るファーストインバ２４が挿入され、このファーストインバ２４の内部に投影光学系ＰＬがその光軸方向をＺ軸方向として上方から挿入されている。ファーストインバ２４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％、及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。
投影光学系ＰＬの鏡筒部の外周部には、該鏡筒部に一体化された鋳物等から成るフランジＦＬＧが設けられている。このフランジＦＬＧは、投影光学系ＰＬをファーストインバ２４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のファーストインバ２４に対する組み付けが容易で、しかも組み付け後のファーストインバ２４及び投影光学系ＰＬの振動、温度変化、姿勢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。
前記投影光学系ＰＬとしては、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、石英や螢石を光学硝材とした屈折光学素子（レンズ素子）のみから成り投影倍率βが１／４（又は１／５）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ＩＬが照射されると、レチクルＲ上の回路パターン領域のうちの照明光ＩＬによって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の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。
前記ウエハステージＷＳＴは、ウエハＷを保持してＸＹ２次元方向に移動する。これを更に詳述すると、ウエハステージＷＳＴは、図１では簡略化して示されているが、実際には、図２に示されるように、移動面２２ａを有するウエハステージ定盤（ベース）２２、移動ステージ（ステージ本体）１Ａ、１Ｂ（適宜、移動ステージ１と総称する）、移動ステージ１Ａ、１ＢをそれぞれＹ方向に駆動するＹモータ（第１駆動装置）６１Ａ、６１Ｂ、移動ステージ１Ａ、１ＢをそれぞれＸ方向に駆動するＸモータ６２Ａ、６２Ｂを主体として構成されたダブル・ステージ方式であり、例えば移動ステージ１Ａ側でウエハ（基板）Ｗ１に対する走査露光中に、移動ステージ１Ｂ側でウエハ（基板）Ｗ２の交換およびアライメントが実施可能になっている。
ウエハステージ定盤２２は、ベースプレートＢＰの上方に、防振ユニット（第２駆動装置）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、上記防振ユニット１６Ａ〜１６Ｃと同様に、アクチュエータ部と内圧が調整可能なエアマウントとをそれぞれ含んだアクティブ防振システムを構成しており、図３に示すように、三角形の頂点をなす三カ所に配置されている（なお、図１では紙面奥側の防振ユニットについては図示せず）。そして、図示していないものの、ウエハステージ定盤２２には、定盤２２のＺ軸方向の振動を検出する振動センサ（例えば半導体加速度センサ等の加速度計）が少なくとも３つ、Ｘ方向、Ｙ方向の振動を検出する振動センサ（例えば半導体加速度センサ等の加速度計）が合計で少なくとも３つ（但し、Ｘ方向振動検出用センサ及びＹ方向振動検出用センサを各１つ含む）取り付けられている。これらの少なくとも６つの振動センサ（以下、「振動センサ群３３」と呼ぶ）の出力が後述する主制御装置５０（図７参照）に供給され、該主制御装置５０によってウエハステージ定盤２２の６自由度方向の運動が求められ、防振ユニット２９が移動面２２ａとほぼ直交するＺ方向（第１方向）に駆動されることでベースプレートＢＰを介してウエハステージ定盤２２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制御される。ウエハステージ定盤２２の投影光学系ＰＬに対する相対位置は、位置センサ７７（図７参照）で検出され主制御系５０に出力される。
移動ステージ１Ａ、１Ｂは、ウエハステージ定盤２２上にそれぞれ不図示のエアベアリングを介して浮上支持されている。移動ステージ１Ａ、１Ｂ上には、試料台（ホルダ）６３Ａ、６３Ｂがそれぞれ載置され、これら試料台６３Ａ、６３Ｂ上には感光基板であるウエハ（基板）Ｗ１、Ｗ２（適宜、ウエハＷと総称する）が真空吸着等によってそれぞれ保持される。試料台６３Ａ、６３Ｂは、移動ステージ１Ａ、１Ｂに対してＸ方向、Ｙ方向およびＺ軸回りの回転方向に微動可能であるとともに、レベリングおよびフォーカシングを行うためにＺ方向の変位、および２軸の回り（すなわち、Ｘ軸およびＹ軸回り）の傾斜が可能な構成になっている。
Ｘモータ６２Ａは、移動ステージ１Ａをステップ移動方向であるＸ方向に駆動するものであって、Ｘ方向に延在するＸガイドバー２Ａに埋設された不図示のＸ固定子（以下ＸガイドバーをＸ固定子として説明する）と、移動ステージ１Ａに設けられ、Ｘ固定子との間の電磁気的相互作用によりＸ方向に駆動されるＸ移動子（不図示）とから構成されている。同様に、Ｘモータ６２Ｂは、移動ステージ１ＢをＸ方向に駆動するものであって、Ｘ方向に延在するＸガイドバー２Ｂ（適宜、Ｘガイドバー２と総称する）に埋設されたＸ固定子（不図示）と、移動ステージ１Ｂに設けられ、Ｘ固定子との間の電磁気的相互作用によりＸ方向に駆動されるＸ移動子（不図示）とから構成されている。
Ｙモータ６１Ａは、移動ステージ１Ａをスキャン方向（走査方向）であるＹ方向に駆動するものであって、図４に簡略化して示すように、Ｘガイドバー２Ａを介して移動ステージ１Ａの両端に設けられたＹ可動子（可動子）６４Ａ、６４Ａと、Ｙ可動子６４Ａに向けて開口し、Ｙ可動子６４Ａ、６４Ａとの間の電磁気的相互作用により当該Ｙ可動子６４Ａ、６４ＡをＹ方向に駆動させる固定子としての断面コ字状のカウンターマス（適宜、固定子と称する）６５（但し、図２に示すように、カウンターマスの形状は左右で異なるが図１、３では便宜上同形状に図示）とから構成されている。なお、−Ｘ側（図２中、左側）に配置されるカウンターマス６５には、Ｘガイドバー２Ａ、２ＢやＹ可動子６４Ａ、６４Ｂに接続されるエア用配管、冷媒用配管、電力配線、信号供給用のシステム配線等の各種用力供給ケーブル等に応力集中を発生させずに（緩和して）導くための傾斜面が形成されている。
同様に、Ｙモータ６１Ｂは、移動ステージ１Ｂをスキャン方向（走査方向）であるＹ方向に駆動するものであって、Ｘガイドバー２Ｂを介して移動ステージ１Ｂの両端に設けられたＹ可動子（可動子）６４Ｂ、６４Ｂと、Ｙ可動子６４Ｂに向けて開口し、Ｙ可動子６４Ｂ、６４Ｂとの間の電磁気的相互作用により当該Ｙ可動子６４Ｂ、６４ＢをＹ方向に駆動させる固定子としての断面コ字状のカウンターマス６５とから構成されている。すなわち、Ｙ移動子６４Ａ、６４Ｂは、複数の移動ステージ１Ａ、１Ｂ毎に設けられるが、カウンターマス６５は、移動ステージ１Ａ、１Ｂの移動範囲に亘る長さを有することで、これらＹ移動子６４Ａ、６４Ｂに共用される構成になっている。なお、上記Ｙモータ６１Ａ、６１Ｂは、ムービングコイル形式のリニアモータを構成している。
カウンターマス６５は、ウエハステージ定盤２２のＸ方向両側に設けられたサイド定盤（支持部）７、７上に、Ｙ方向へのガイド機構（支持機構）を有するエアパッド６を介してＹ方向に移動自在にそれぞれ浮揚支持されている。サイド定盤７は、ウエハステージ定盤２２と（振動的に）独立して設けられており、ベースプレートＢＰ上に設置された弾性部材としてのコイルスプリング３１により自重を支持されている。コイルスプリング３１は、カウンターマス６５の重心が移動したときも含めてサイド定盤７の自重を充分に支持できる剛性を有するバネ定数に設定されており、図３に示すように、両端側及び中央部の、三角形の頂点を成す３点でサイド定盤７を支持している。
このサイド定盤７とウエハステージ定盤２２とは、解除装置４５により上記独立状態が解除自在に連結されている。解除装置４５は、これらサイド定盤７及びウエハステージ定盤２２のＹ方向両端面にそれぞれ設けられており（図１、２及び４では−Ｙ側の解除装置のみ図示）、図５に示すように、ウエハステージ定盤２２に設けられたステンレス製のストッパー用アーム（第１部材）４６と、サイド定盤７にＸ方向に間隔をあけて突設された軸部材（第２部材）４７、４７とから構成されている。
ストッパー用アーム４６は、ボルト等の不図示の締結手段によりウエハステージ定盤２２に固定されており、軸部材４７、４７と対向する位置にはＸ方向に延びる嵌合溝４８が形成されている。図６に示すように、嵌合溝４８は、ウエハステージＷＳＴの正常稼働時に、軸部材４７との間にＺ方向（及び一部Ｘ方向）に隙間Ｌ１が形成される幅及び位置に形成されている。この隙間Ｌ１は、Ｙモータ６１Ａ、６１ＢにおけるＹ可動子６４Ａ、６４Ｂと固定子６５との間のギャップ量をＬ２（図４参照）とすると、次式の関係が成り立つように設定されている。
Ｌ１＜Ｌ２ …（１）
一方、ウエハステージＷＳＴには、移動ステージ１Ａ、１ＢやＸガイドバー２Ａ、２Ｂに対して各種用力を供給するための上述した用力供給ケーブル、チューブ等を保持し、且つＸガイドバー２Ａ、２Ｂの移動（すなわち、移動ステージ１Ａ、１ＢのＹ方向の移動）とそれぞれ同期移動する不図示のチューブキャリアが設けられている。チューブキャリアが移動ステージ１Ａ、１Ｂとそれぞれ同期移動することで、チューブキャリアと移動ステージ１Ａ、１Ｂとの間に配されたケーブル・チューブの変形が阻止されるため、複数のケーブル・チューブ同士の擦れ、叩きやケーブル・チューブの変形に伴う抗力等の外乱に起因する振動の発生を防止することができる。
前記移動ステージ１Ａ、１Ｂ上面のＸ方向一側の端部には、移動鏡７９ＸがＹ方向に延設され、Ｙ方向の一側の端部には、移動鏡７９ＹがＸ方向に延設されている。これらの移動鏡７９Ｘ、７９Ｙに位置検出装置であるウエハレーザ干渉計システム８０（図１参照）を構成する各レーザ干渉計からの測長ビームがそれぞれ照射されている。これらの測長ビームに対応する各レーザ干渉計の少なくとも一方は、測長軸を２本有する２軸干渉計が用いられている。
ウエハレーザ干渉計システム８０を構成する各レーザ干渉計に対応する各固定鏡は、投影光学系ＰＬの鏡筒の下端部に固定されている。ウエハレーザ干渉計システム８０は、鏡筒定盤１８上面に配置されている。前述の如く、ウエハステージＷＳＴ上には、移動鏡として移動鏡７９Ｘ、７９Ｙが設けられ、これに対応して固定鏡もＸ方向位置計測用の固定鏡とＹ方向位置計測用の固定鏡とがそれぞれ設けられ、レーザ干渉計もＸ方向位置計測用のものとＹ方向位置計測用のものとが設けられているが、図１ではこれらが代表的に移動鏡７９、固定鏡８１、ウエハレーザ干渉計システム８０として示されている。
上記のウエハレーザ干渉計システム８０によってウエハステージＷＳＴのＸ，Ｙ，θＺ（Ｚ周りの回転）方向の位置計測が投影光学系ＰＬを基準として行われる。ウエハレーザ干渉計システム８０によって計測されるウエハステージＷＳＴの位置情報（又は速度情報）はステージ制御装置４４及びこれを介して主制御装置５０に送られる。ステージ制御装置４４は、基本的にはウエハレーザ干渉計システム８０から出力される位置情報（或いは速度情報）が主制御装置５０から与えられる指令値（目標位置、目標速度）と一致するように上記のＹモータ６１Ａ、６１Ｂ及びＸモータ６２Ａ、６２Ｂを制御する。
図７には、本実施形態に係る露光装置１０の制御系の主要な構成がブロック図にて示されている。この制御系は、マイクロコンピュータ（あるいはワークステーション）から成る制御系としての主制御装置５０を中心として構成されている。この図に示すように、振動センサ群３２、３３、位置センサ７７の計測結果は、主制御装置５０に出力される。主制御装置５０は、入力した計測結果に基づいて防振ユニット１６Ａ〜１６Ｃ、２９の駆動をそれぞれ制御する。ステージ制御装置４４は、主制御装置５０の制御下で、レチクルレーザ干渉計システム３８およびウエハレーザ干渉計システム８０の計測結果に基づいて、Ｙリニアモータ３４Ａ、３４Ｂ、Ｘボイスコイルモータ３６Ａ、３６Ｂ、Ｙボイスコイルモータ３６Ｃ、３６Ｄ、Ｙモータ６１Ａ、６１Ｂ、Ｘモータ６２Ａ、６２Ｂ、トリムモータ７２、ボイスコイルモータ７３の駆動を制御する。
次に、上記の構成の露光装置のうち、まずウエハステージＷＳＴの動作について説明する。
例えば、Ｙモータ６１Ａが作動してＹ移動子６４Ａが固定子６５に対して相対移動することにより、移動ステージ１Ａが試料台６３Ａ（およびウエハＷ１）とともにＹ方向に移動すると、この移動による反力でカウンターマスとしての固定子６５がサイド定盤７上を移動ステージ１Ａの移動方向とは逆方向に相対移動する。この結果、移動ステージ１ＡのＹ方向の加減速時の反力はカウンターマス６５の移動により吸収され、ベースプレートＢＰに与える運動量は理論的にゼロとなり、ウエハステージＷＳＴ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。なお、Ｙモータ６１Ｂが作動して移動ステージ１ＢがＹ方向に移動する際にも同様の動作となる。
移動ステージ１Ａ、１Ｂの移動に際しては、主制御装置５０からの指示に応じてステージ制御装置４４がレーザ干渉計システム８０等の計測値に基づいて、移動ステージ１Ａ、１Ｂ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およびアクチュエータ部を駆動する。また、移動ステージ１Ａ、１Ｂとウエハステージ定盤２２との摩擦が零でない等の理由で、ウエハステージ定盤２２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３３や位置センサ７７の計測値に基づいて上記残留振動を除去すべく、エアマウントおよびアクチュエータ部をフィードバック制御する。
カウンターマス６５の移動でサイド定盤７には偏荷重が掛かるが、剛性の高いコイルスプリング３１に支持されているため、大きな姿勢変化は生じず、従ってサイド定盤７とウエハステージ定盤２２との相対変位も上記Ｌ１以下の微小なものとなる。このとき、カウンターマス６５の移動でサイド定盤７には歪みが生じるが、定盤７、２２間の相対変位が微小であり、ストッパー用アーム４６と軸部材４７とが非接触なので、定盤７、２２の独立状態が維持され、歪みエネルギや振動はウエハステージ定盤２２に伝わらず、移動ステージ１Ａ、１Ｂの滑走面の面精度が維持される。
一方、万一、防振ユニット２９が機能しなくなったり、暴走して定盤７、２２間の相対変位が大きくなった場合、具体的には、Ｚ方向の相対変位がストッパー用アーム４６と軸部材４７との間の隙間Ｌ１を超えるような大きさになる場合には、Ｙモータ６１Ａ、６１ＢにおけるＹ可動子６４Ａ、６４Ｂと固定子６５とが接触する前に、ストッパー用アーム４６と軸部材４７とが接触する。これにより、ウエハステージ定盤２２とサイド定盤７との独立状態が解除され、ウエハステージ定盤２２が＋Ｚ方向や−Ｚ方向に大きく変位した場合でもサイド定盤７が追従移動する。そのため、Ｙ可動子６４Ａ、６４Ｂと固定子６５との間のギャップ量は、Ｌ２−Ｌ１（＞０；式（１）より）が維持され、Ｙ可動子６４Ａ、６４Ｂと固定子６５との接触が回避される。
また、ウエハステージ定盤２２がＺ方向のみならず、θＹ（Ｙ軸周りの回転）方向に変位した場合、軸部材４７が一カ所では、この軸部材の軸周りに定盤２２が変位すると、軸部材とストッパー用アーム４６との間の隙間は維持されるものの、Ｙ可動子６４Ａ、６４Ｂと固定子６５とが接触してしまう虞がある。しかし、本実施の形態では軸部材４７をＸ方向に２カ所設けることで、ウエハステージ定盤２２がθＹ方向に大きく相対変位した場合でも、ストッパー用アーム４６と軸部材４７とが接触して、定盤７、２２間の独立状態を解除して追従移動させることができるため、Ｙ可動子６４Ａ、６４Ｂと固定子６５との接触を回避できる。
次に、露光装置１０における露光動作について説明する。
前提として、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予め設定される。また、不図示のレチクル顕微鏡及び不図示のオフアクシス・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。
このようにして、ウエハＷの露光のための準備動作が終了すると、ステージ制御装置４４では、主制御装置５０からの指示に応じてアライメント結果に基づいてウエハレーザ干渉計システム８０の計測値をモニタしつつＹモータ６１Ａ、６１Ｂ、及びＸモータ６２Ａ、６２Ｂ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移動ステージ１を移動する。
ステージ制御装置４４では、主制御装置５０からの指示に応じてレチクル駆動部３７及びウエハ駆動部３９を介してレチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとのＹ方向の走査を開始し、両ステージＲＳＴ、ＷＳＴがそれぞれの目標走査速度に達すると、照明光ＩＬによってレチクルＲのパターン領域が照明され始め、走査露光が開始される。
ステージ制御装置４４では、特に上記の走査露光時にレチクルステージＲＳＴのＹ軸方向の移動速度とウエハステージＷＳＴのＹ軸方向の移動速度とが投影光学系ＰＬの投影倍率（１／５倍或いは１／４倍）に応じた速度比に維持されるようにレチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴ（移動ステージ１）を同期制御する。
レチクルＲのパターン領域の異なる領域が照明光ＩＬで逐次照明され、パターン領域全面に対する照明が完了することにより、ウエハＷ上の第１ショットの走査露光が終了する。これにより、レチクルＲのパターンが投影光学系ＰＬを介して第１ショットに縮小転写される。
このようにして、第１ショットの走査露光が終了すると、ステージ制御装置４４により主制御装置５０の指示に応じてウエハ駆動部３９を介して移動ステージ１がＸ、Ｙ軸方向にステップ移動され、第２ショットの露光のため走査開始位置に移動される。このステッピングの際に、ステージ制御装置４４ではウエハレーザ干渉計システム８０の計測値に基づいて移動ステージ１のＸ、Ｙ、θＺ方向の位置変位をリアルタイムに計測する。この計測結果に基づき、ステージ制御装置４４ではウエハ駆動部３９を制御してＸＹ位置変位が所定の状態になるように移動ステージ１の位置を制御する。
主制御装置５０の指示に基づきステージ制御装置４４では第２ショットに対して上記と同様の走査露光を行う。このようにして、ウエハＷ上のショットの走査露光と次ショット露光のためのステッピング動作とが繰り返し行われ、ウエハＷ上の露光対象ショットの全てにレチクルＲのパターンが順次転写される。すなわち、以上のようにして、ステップ・アンド・スキャン方式の露光が行われる。
続いて、２つの移動ステージ１Ａ、１Ｂによる並行処理について説明する。本実施の形態では、例えば移動ステージ１Ａ（すなわち試料台６３Ａ）上のウエハＷ１を投影光学系ＰＬを介して露光動作を行っている間に、移動ステージ１Ｂにおいてウエハ交換が行われ、ウエハ交換に引き続いてアライメント動作およびオートフォーカス／オートレベリングが行われる。
移動ステージ１Ｂ側で、上記のウエハ交換、アライメント動作が行われている間に、移動ステージ１Ａ側では、２枚のレチクルを使った場合、露光条件を変えながら連続してステップ・アンド・スキャン方式により二重露光を行うことも可能である。２つの移動ステージ１Ａ、１Ｂ上で並行して行われる露光シーケンスとウエハ交換・アライメントシーケンスとは、先に終了したウエハステージの方が待ち状態となり、両方の動作が終了した時点で移動ステージ１Ａ、１Ｂが移動制御される。露光シーケンスが終了した移動ステージ１Ａ上のウエハＷ１は、ローディングポジションでウエハ交換がなされ、アライメントシーケンスが終了した移動ステージ１Ｂ（すなわち試料台６３Ｂ）上のウエハＷ２は、投影光学系ＰＬの下で露光シーケンスが行われる。
このように、一方の移動ステージ側でウエハ交換とアライメント動作を実行する間に、他方の移動ステージ側で露光動作を実行することとし、両方の動作が終了した時点でお互いの動作を切り換えるようにすることで、スループットを大幅に向上させることが可能になる。
以上のように、本実施の形態では、ウエハステージ定盤２２とサイド定盤７との相対変位に応じてウエハステージ定盤２２に対するサイド定盤７の独立状態を解除するので、Ｙ可動子６４Ａ、６４Ｂと固定子６５とが接触して破損する事態を回避することができる。そのため、Ｙ可動子６４Ａ、６４Ｂと固定子６５とのギャップ量を大きくしたり、防振ユニット２９の駆動ストロークを短くする必要がなくなり、モータの推力低下や防振性能の低下を防ぐことが可能になる。
さらに、本実施の形態では、サイド定盤７の自重をコイルスプリング３１で支持しているので、アクチュエータでサイド定盤７の自重を支えた場合のように駆動に伴う熱が生じることを防止できる。
また、本実施の形態では、コイルスプリング３１が三角形の頂点を成す３点に配置されているので、サイド定盤７を平面的に安定して支持することも可能になる。
図８乃至図１１は、本発明のステージ装置および露光装置の第２の実施形態を示す図である。これらの図において、図１乃至図７に示す第１の実施形態の構成要素と同一の要素については同一符号を付し、その説明を省略する。第２の実施の形態と上記の第１の実施の形態とが異なる点は、サイド定盤７をＺ方向に駆動するアクチュエータを設けたことである。
図８に示すように、本実施の形態では、ボイスコイルモータ等のアクチュエータ（第３駆動装置）４９がサイド定盤７とベースプレートＢＰとの間に設けられている。アクチュエータ４９は、図９に示すように、コイルスプリング３１と対となるように当該コイルスプリング３１の近傍にＸ方向に隣り合って、且つコイルスプリング３１と同様に、三角形の頂点を成す３カ所に配置され、主制御装置（制御装置）５０の制御によりサイド定盤７をＺ方向に駆動する構成となっている（図１０参照）。アクチュエータ４９は、その駆動を停止した際に、サイド定盤７に対して移動自在となるように連結・接続される。また、コイルスプリング３１は、カウンターマス６５の移動に伴う重心移動に対する剛性を考慮することなく、単にサイド定盤７の自重を支持できる程度の比較的低いバネ定数に設定される。
また、本実施形態では、サイド定盤７のＺ方向の位置を検出する位置センサ７８（図８では図示せず、図１０参照）が設けられており、その検出結果が主制御装置５０に出力される構成になっている。主制御装置５０は、位置センサ７７、７８の検出結果に基づいてアクチュエータ４９の駆動を制御する。
他の構成は、上記第１の実施形態と同様である。
上記の構成では、露光装置１０の通常稼働時にはサイド定盤７の自重はコイルスプリング３１によって支持され、移動ステージ１Ａ、１Ｂの移動に伴うカウンターマス６５の移動については、カウンターマス６５の重心移動に伴うサイド定盤７の重心移動を補正するために、ウエハステージ定盤２２の位置にサイド定盤７が追従するように主制御装置５０がアクチュエータ４９を駆動させる。従って、常時アクチュエータ４９を駆動する必要がなくなり、駆動に伴う発熱を抑制することが可能になる。
一方、防振ユニット２９が機能停止状態や暴走状態に陥った場合も、通常稼働時と同様に、位置センサ７７、７８の検出結果（の差分）に応じてアクチュエータ４９を駆動し、サイド定盤７をウエハステージ定盤２２に位置追従させることで、Ｙ可動子６４Ａ、６４Ｂと固定子６５との接触を回避することができる。それとは逆に、アクチュエータ４９が機能停止状態や暴走状態に陥った場合、主制御装置５０はアクチュエータ４９の電源をオフにしてその駆動を停止させ、コイルスプリング３１のみでサイド定盤７を支持させる。この場合、サイド定盤７は解除装置４５（すなわちストッパー用アーム４６と軸部材４７）により、所定距離（Ｌ２−Ｌ１）以上離間しないように拘束されるため、Ｙ可動子６４Ａ、６４Ｂと固定子６５との接触を回避することができる。上記の動作は、防振ユニット２９及びアクチュエータ４９の双方が機能停止状態や暴走状態に陥った場合も同様である。
上記第１の実施形態では、カウンターマス６５の重心移動にも耐え得るようにコイルスプリング３１のバネ定数を比較的大きく設定したため、解除装置４５によってコイルスプリング３１の付勢力に抗してサイド定盤７をウエハステージ定盤２２に位置追従させる際に、付勢力が大きいためにウエハステージ定盤２２の方がねじ曲げられて歪む虞があった。しかし、本実施の形態では、上記第１の実施形態と同様の作用・効果が得られることに加えて、アクチュエータ４９がカウンターマス６５の重心移動を補うことでコイルスプリング３１のバネ定数を低く抑えることができるので、独立状態の解除時にウエハステージ定盤２２を歪ませる力を大幅に小さくすることができる。
上記第２の実施形態では、対となるコイルスプリング３１とアクチュエータ４９とが隣り合う配置としたが、実際にはアクチュエータ４９の駆動を制御には同軸上に配置することが好ましい。これを実現する構成としては、例えば図１１に示すように、弾性部材としてのベローズ管５１内に、第３駆動装置としてＺ方向駆動用のＡＣサーボモータ５２及びボールネジ機構５３を設ける構成を採用できる。この場合、その駆動を停止した際に、サイド定盤７がＺ方向に移動自在となるようにネジ部のリードを大きく設定することが好ましい。ボールネジ機構の代わりにギア構造とすることも可能である。
また、上記第２の実施形態では、位置センサ７７、７８の計測結果の差分によりアクチュエータ４９を駆動する構成としたが、Ｙ可動子６４Ａ、６４Ｂと固定子６５との間のギャップ量を計測するセンサを設け、このセンサの計測結果に基づいてアクチュエータ４９を駆動する構成としてもよい。
上記実施の形態において、ストッパー用アーム４６をウエハステージ定盤２２に設け、軸部材４７をサイド定盤７に設ける構成としたが、これとは逆にストッパー用アーム４６をサイド定盤７に設け、軸部材４７をウエハステージ定盤２２に設ける構成としてもよい。この場合も、軸部材４７はＸ方向に沿って２カ所（複数）設けられることが望ましい。また、防振ユニット２９やコイルスプリング３１の数は、３カ所に限定するものではなく、一直線上に配置しなければ４カ所以上配置する構成であってもよい。さらに、サイド定盤７の自重を支持する弾性部材としては、コイルスプリングのみならず、空気バネやエアシリンダ等も使用することができる。なお、アクチュエータ４９としては、ボイスコイルモータやリニアモータを用いることができる。
上記実施の形態においては、移動ステージが２基設けられた、いわゆるダブルステージ型の例を用いたが、これに限定されるものではなく、移動ステージが１基や、３基以上設けられる構成であってもよい。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１０のウエハステージＷＳＴに適用する構成としたが、これに限られず、レチクルステージＲＳＴにも適用可能である。この場合、レチクルステージ用サイド定盤はウエハステージ用サイド定盤と分離して設けても、同一のコラム等で一体的に支持する構成としてもよい。さらに、上記実施の形態では、本発明のステージ装置を露光装置のウエハステージに適用した構成としたが、露光装置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。
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、Ｗ１、Ｗ２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。
露光装置１０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。また、本発明はウエハＷ上で少なくとも２つのパターンを部分的に重ねて転写するステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置にも適用できる。
露光装置１０の種類としては、ウエハＷに半導体素子パターンを露光する半導体素子製造用の露光装置に限られず、液晶表示素子製造用又はディスプレイ製造用の露光装置や、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ）あるいはレチクル又はマスク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。
また、不図示の露光用光源として、超高圧水銀ランプから発生する輝線（ｇ線（４３６ｎｍ）、ｈ線（４０４．ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ））、ＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）、Ｆ_２レーザ（１５７ｎｍ）、Ａｒ_２レーザ（１２６ｎｍ）のみならず、電子線やイオンビーム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（ＬａＢ_６）、タンタル（Ｔａ）を用いることができる。また、ＹＡＧレーザや半導体レーザ等の高調波などを用いてもよい。
例えば、ＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域又は可視域の単一波長レーザを、例えばエルビウム（又はエルビウムとイットリビウム（Ｙｂ）の両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、かつ非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を露光光として用いてもよい。なお、単一波長レーザの発振波長を１．５４４〜１．５５３μｍの範囲内とすると、１９３〜１９４ｎｍの範囲内の８倍高調波、即ちＡｒＦエキシマレーザとほぼ同一波長となる紫外光が得られ、発振波長を１．５７〜１．５８μｍの範囲内とすると、１５７〜１５８ｎｍの範囲内の１０倍高調波、即ちＦ_２レーザとほぼ同一波長となる紫外光が得られる。
また、レーザプラズマ光源、又はＳＯＲから発生する波長５〜５０ｎｍ程度の軟Ｘ線領域、例えば波長１３．４ｎｍ、又は１１．５ｎｍのＥＵＶ（ＥｘｔｒｅｍｅＵｌｔｒａＶｏｌｅｔ）光を露光光として用いてもよく、ＥＵＶ露光装置では反射型レチクルが用いられ、かつ投影光学系が複数枚（例えば３〜６枚程度）の反射光学素子（ミラー）のみからなる縮小系となっている。
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、Ｆ_２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。
ウエハステージＷＳＴやレチクルステージＲＳＴ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ＷＳＴ、ＲＳＴ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。また、Ｙモータ６１Ａ、６１ＢやＸモータ６２Ａ、６２Ｂにおいても、ガイドを設けても設けなくとも、どちらでもよい。
各ステージＷＳＴ、ＲＳＴ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ＷＳＴ、ＲＳＴ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ＷＳＴ、ＲＳＴ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ＷＳＴ、ＲＳＴの移動面側（ベース）に設ければよい。
以上のように、本願実施形態の露光装置１０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。
半導体デバイス等のマイクロデバイスは、図１２に示すように、マイクロデバイスの機能・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によりレチクルのパターンをウエハに露光する露光処理ステップ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。
産業上の利用の可能性
本発明のステージ装置では、固定子を支持する支持部がベースと独立して設けられているため、ステージ本体の移動に伴う反力で固定子が移動した場合でも、固定子の移動に起因する歪みエネルギや振動がベースに伝わることを防止できる。また、不測の事態が生じて、ベースと支持部との第１方向の相対変位が大きくなった場合には、ベースと支持部との独立状態が解除されて従属状態になるため、固定子と可動子との間のギャップが所定以上に小さくなり接触して破損することを防止できる。そのため、固定子と可動子との間のギャップを必要以上に大きくして第１駆動装置の推力が低下したり、ベースを第１方向に駆動するための第２駆動装置のストロークを抑えて防振性能が低下することがなく、ステージ本体の移動による反力の処理が行える。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る露光装置の全体構成を示す概略図である。
図２は、本発明に係るウエハステージの外観の斜視図である。
図３は、防振ユニット、コイルスプリングの配置を示す平面図である。
図４は、本発明の第１の実施形態に係るウエハステージの概略構成図である。
図５は、ウエハステージを構成する解除装置の拡大図である。
図６は、同解除装置の側断面図である。
図７は、第１の実施形態における制御のブロック図である。
図８は、本発明の第２の実施形態に係るウエハステージの概略図である。
図９は、防振ユニット、コイルスプリング、アクチュエータの配置を示す平面図である。
図１０は、第２の実施形態における制御ブロック図である。
図１１は、弾性部材及び第３駆動装置の別の形態を示す図である。
図１２は、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１３Ａおよび図１３Ｂは、従来のステージ装置の一例を示し、図１３Ａは平面図、図１３Ｂは正面図である。
図１４は、従来のステージ装置の別の例を示す正面図である。
図１５は、従来のステージ装置の別の例を示す正面図である。Technical field
The present invention relates to a stage apparatus in which a stage body that holds a substrate moves in a plurality of directions, and an exposure apparatus that performs an exposure process using a mask and a substrate held by the stage apparatus, and in particular, a semiconductor integrated circuit, a liquid crystal display, and the like The present invention relates to a stage apparatus and an exposure apparatus that are preferably used in a lithography process when manufacturing the device.
Background art
2. Description of the Related Art Conventionally, in a lithography process, which is one of semiconductor device manufacturing processes, a circuit pattern formed on a mask or reticle (hereinafter referred to as a reticle) is applied to a wafer or glass plate coated with a resist (photosensitive agent). Various exposure apparatuses that transfer onto a substrate are used. For example, as an exposure apparatus for semiconductor devices, a reticle pattern is projected onto a wafer using a projection optical system in accordance with the miniaturization of the minimum line width (device rule) of a pattern accompanying the recent high integration of integrated circuits. A reduction projection exposure apparatus that performs reduction transfer is mainly used.
As this reduction projection exposure apparatus, a step-and-repeat type static exposure type reduction projection exposure apparatus (so-called stepper) that sequentially transfers a reticle pattern to a plurality of shot areas (exposure areas) on a wafer, and this stepper Step-and-scan for transferring the reticle pattern to each shot area on the wafer by synchronously moving the reticle and the wafer as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H8-166043 and the like in a one-dimensional direction. A scanning exposure type exposure apparatus (so-called scanning stepper) is known.
In these reduced projection exposure apparatuses, as a stage apparatus, a base plate serving as a reference of the apparatus is first installed on the floor, and a reticle stage, wafer stage, and projection are placed on the base plate via a vibration isolator for blocking floor vibration. In many cases, a main body column that supports an optical system (projection lens) or the like is placed. In a recent stage device, as the vibration isolator, an actuator such as an air mount capable of controlling the internal pressure and a voice coil motor is provided, and the measured values of, for example, six accelerometers attached to the main body column (main frame) are used. Based on this, an active anti-vibration table that controls the vibration of the main body column by controlling the voice coil motor or the like is employed.
However, in the above stepper or the like, after exposure to a certain shot area on the wafer, the other shot areas are successively exposed repeatedly, so that a wafer stage (in the case of a stepper), or a reticle stage and wafer stage ( In the case of a scanning stepper), the reaction force generated by acceleration and deceleration motions causes vibration of the main body column, causing a relative position error between the projection optical system and the wafer. In particular, the relative position error at the time of alignment or exposure results in image blurring (pattern line width of the pattern line width when the pattern is transferred to a position different from the design value on the wafer or the position error includes a vibration component. There is a disadvantage that it causes an increase).
Therefore, in order to suppress such inconvenience, it is necessary to sufficiently attenuate the vibration of the main body column by the above-described active vibration isolator. For example, in the case of a stepper, it is necessary to start an alignment operation or an exposure operation after the wafer stage is positioned at a desired position and sufficiently set. In the case of a scanning stepper, it has been necessary to perform exposure in a state in which the synchronous setting between the reticle stage and the wafer stage is sufficiently secured. For this reason, it has become a factor that deteriorates throughput (productivity).
In addition, with the recent increase in the size of reticles and wafers, both stages have increased in size, and even if the inventions described in the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open Nos. 8-166475 and 8-330224 are used, they are transmitted through the frame member. The frame member itself vibrates due to the reaction force escaping to the floor side, or the reaction force escaping to the floor is transmitted to the main body column (main body) holding the projection optical system via the vibration isolation table and vibrates this. There is a risk of so-called shaking. For this reason, it is difficult to perform highly accurate exposure while ensuring a certain degree of throughput.
Thus, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-63231 discloses a stage device in which a stage main body and a driving frame that are levitated and supported on a base are provided, and the driving frame moves backward by a reaction force accompanying the forward movement of the stage main body. Yes. According to this technique, the law of conservation of momentum acts between the stage main body and the drive frame, and the position of the center of gravity of the apparatus on the base is maintained, so that the influence of vibration on the frame member can be reduced.
An example of this type of stage apparatus is shown in FIGS. 13A and 13B. In this stage apparatus, an X / Y stage (stage main body) 1 that holds a wafer W as a substrate (photosensitive substrate) is driven by a linear motor or the like, and along the X guide bar 2 in the X direction (left and right in the figure). While moving, the mover 5 provided on the X guide bar 2 moves in the Y direction along the stator 3 constituting the linear motor, whereby the wafer W moves in a two-dimensional direction along the XY plane. Each stator 3 constitutes a counter mass (3, 6) that is floated and supported on a base (surface plate) 4 via an air pad 6 so as to be movable in the Y direction.
When the X / Y stage 1 is accelerated (moved) in the + Y direction indicated by the arrow in the figure, for example, the counter mass (3, 6) is accelerated in the -Y direction by the reaction force accompanying the acceleration, and the law of conservation of momentum works. The position of the center of gravity of the device on the base is maintained. As a result, the X / Y stage 1 (that is, the wafer W) can be moved without transmitting a reaction force to the outside of the apparatus, and vibration during the stage movement can be minimized.
However, in the above-described stage apparatus, although the center of gravity of the apparatus is maintained, the base 4 is distorted by the movement of the heavy stator 3, which may adversely affect the sliding surface of the X / Y stage 1. .
In order to solve such a problem, for example, a stage apparatus configured as shown in FIG. 14 is considered. In the stage apparatus shown in this figure, the stator 3 is levitated and supported via an air pad 6 on a side surface plate (support portion) 7 provided separately and independently from the base 4. In this configuration, since the base 4 and the side surface plate 7 are independent, even when the stator 3 moves as the counter mass (3, 6), strain energy and vibration accompanying the movement are not transmitted to the base 4. The surface accuracy of the sliding surface is maintained, and the X / Y stage 1 can be protected from vibration.
By the way, in the stage apparatus, the base 4 is generally mounted on the floor via a vibration isolation table 8 for vibration isolation. Normally, this type of vibration isolator has a drive stroke, but the allowable stroke of the vibration isolator needs to be smaller than the gap between the stator 3 and the movable element 5 constituting the linear motor. When the drive stroke of the vibration isolator is increased, the gap between the stator 3 and the mover 5 must be increased. In this case, heat is generated by driving the motor or the motor itself is enlarged. .
Therefore, in the stage apparatus shown in FIG. 15, a configuration in which the side surface plate 7 is installed on the floor via an actuator 9 such as a motor, an air spring, or an air cylinder is considered. In this configuration, the side surface plate 7 can follow the position with respect to the stroke of the vibration isolator 8, so that the gap between the stator 3 and the mover 5 of the motor can be maintained.
However, the conventional stage apparatus and exposure apparatus as described above have the following problems.
Heat is generated when the actuator 9 for driving the side surface plate 7 is always driven frequently in a servo state. If the actuator 9 is operating normally, there is no problem. However, if an unexpected situation occurs and the actuator does not operate, or if the actuator 9 operates outside the predetermined range, the motor stator 3 and the mover There is a risk of damage due to contact with 5.
Therefore, it is conceivable to increase the gap between the stator 3 and the mover 5 or shorten the stroke of the vibration isolator 8. However, increasing the gap causes a problem of reduction in the thrust of the motor, and the stroke is reduced. Shortening causes a problem of deterioration in vibration-proof performance.
The present invention has been made in consideration of the above points. Even when the stator of the motor is separated and independently arranged with respect to the base, the reduction in the thrust of the motor, the reduction in the vibration isolation performance, the motor It is an object of the present invention to provide a stage apparatus and an exposure apparatus that can perform reaction force processing without causing damage.
Disclosure of the invention
In order to achieve the above object, the present invention adopts the following configuration corresponding to FIGS. 1 to 11 showing the embodiment.
The stage apparatus of the present invention includes a stage main body that is movably supported by a base having a moving surface, and a first driving device that has a stator and a movable element provided on the stage main body and drives the stage main body. The stage device is provided with a stator and a relative displacement between the support portion provided independently of the base and the base and support portion in the first direction (Z direction) substantially orthogonal to the moving surface. And a release device for releasing the independent state of the support portion with respect to the base.
In the stage apparatus of the present invention, since the support portion for supporting the stator is provided independently of the base, even when the stator moves due to the reaction force accompanying the movement of the stage main body, it results from the movement of the stator. Strain energy and vibration can be prevented from being transmitted to the base. In addition, when an unexpected situation occurs and the relative displacement in the first direction between the base and the support portion increases, the independent state between the base and the support portion is canceled and the subordinate state is entered. It is possible to prevent the gap between the movable element and the movable element from becoming smaller than a predetermined value and being damaged by contact. Therefore, the gap between the stator and the mover is made larger than necessary to reduce the thrust of the first drive device, and the stroke of the second drive device for driving the base in the first direction can be suppressed and prevented. The vibration performance does not deteriorate, and the reaction force due to the movement of the stage body can be processed.
The release device may include a first member provided on the base and a second member provided on the support portion. In this case, the independent state of the support portion with respect to the base can be canceled by the first member and the second member.
When the support portion is independent from the base, the first member and the second member are not in contact with each other, and may be in contact with each other when canceling the independent state. In this case, the independent state of the support portion with respect to the base can be canceled by contact or non-contact between the first member and the second member.
A plurality of either the first member or the second member may be provided along a direction orthogonal to the first direction. In this case, even when the base is relatively displaced in a direction other than the first direction, it is possible to reliably release the independent state of the support portion with respect to the base and perform the following movement.
The structure which supports the dead weight of the said support part with an elastic member may be sufficient. In this case, it is possible to prevent heat from being generated by supporting the support portion.
The elastic member may be configured to support the support portion at least at three points that form the apex of a triangle. In this case, the support portion can be stably supported in a planar manner.
You may have the 2nd drive device which drives the said base to a 1st direction. In this case, the independent state of the support portion can be released with respect to the base driven in the first direction.
You may have the 3rd drive device which drives the said support part to a 1st direction. In this case, the force that distorts the base when the independent state is released can be greatly reduced.
You may have the support mechanism which supports the said stator with respect to a support part so that a movement is possible. In this case, even when the stator moves, the force that distorts the base when the independent state is released can be greatly reduced.
You may have a control apparatus which controls a 3rd drive device so that the movement of the gravity center of the support part accompanying the movement of the said stator may be correct | amended. In this case, the movement of the center of gravity accompanying the movement of the stator can be compensated, and the rigidity of the elastic member can be reduced.
The third driving device may be movably connected to the support portion when driving is stopped. In this case, the support portion can reliably follow the base even when the driving of the third drive device is stopped.
On the other hand, the exposure apparatus of the present invention is an exposure apparatus that exposes a mask pattern held on a mask stage onto a substrate held on a substrate stage. A stage device is used.
In this exposure apparatus, even when the stator moves due to the reaction force accompanying the movement of the mask and the substrate during the exposure process, the first drive apparatus is not damaged, the thrust of the first drive apparatus is reduced, and the second drive apparatus. It is possible to carry out the reaction force process by moving the stage main body in a state in which the deterioration of the vibration isolating performance is prevented.
An exposure apparatus according to another aspect of the present invention exposes a pattern onto a first substrate held on a first substrate stage, and includes a mover connected to the first substrate stage and a stator. A first driving device for driving the first substrate stage; a first surface plate having a moving surface on which the first substrate stage moves; the stator is provided; and independent of the first surface plate. A second surface plate, a second drive device for driving the first surface plate in a first direction substantially orthogonal to the moving surface, and a third drive for driving the second surface plate in the first direction. Equipment.
The exposure apparatus may include a support mechanism that supports the stator so as to be movable with respect to the second surface plate.
The exposure apparatus controls the second driving device so as to correct a change in the center of gravity of the first surface plate accompanying the movement of the first substrate stage, and the fixing according to the movement of the first substrate stage. You may provide the control apparatus which controls a said 3rd drive device so that the change of the gravity center of the said 2nd surface plate accompanying a child movement may be corrected.
The exposure apparatus includes: a projection optical system that projects the pattern onto the first substrate; and a third surface plate that supports the projection optical system independently of the first surface plate and the second surface plate. You may have.
The exposure apparatus may include a fourth driving device that drives the third surface plate in the first direction.
The exposure apparatus may include a second substrate stage that moves on the moving surface of the first surface plate.
An exposure apparatus according to another aspect of the present invention is a method for exposing a pattern to a substrate held on a substrate stage, wherein the substrate stage is driven by a mover connected to the substrate stage and a stator. A step of driving a first surface plate having a moving surface on which the substrate stage moves, in a first direction substantially orthogonal to the moving surface; and the stator is provided, and independent of the first surface plate And driving the second surface plate provided in the first direction.
An exposure apparatus according to still another aspect of the present invention is a method for exposing a pattern to a substrate held on a substrate stage, the step of providing the substrate stage on a first surface plate having a moving image, the first A step of providing a stator on a second surface plate provided independently of the surface plate, a step of driving the substrate stage by the stator and a mover connected to the substrate stage, and the first surface plate A step of releasing the independent state between the board and the second surface plate.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
A first embodiment of a stage apparatus and exposure apparatus according to the present invention will be described below with reference to FIGS. Here, as an exposure apparatus, a reticle and wafer are moved synchronously in a one-dimensional direction (here, Y-axis direction), and a circuit pattern of a semiconductor device formed on the reticle is transferred onto the wafer. A case where a scanning exposure type exposure apparatus composed of a scanning type or a step-and-stitch type is used will be described as an example. In this exposure apparatus, the stage apparatus of the present invention is used as a wafer stage. In these drawings, the same components as those in FIGS. 13 to 15 shown as conventional examples are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
FIG. 1 schematically shows the overall configuration of an exposure apparatus 10 according to an embodiment of the present invention. The exposure apparatus 10 illuminates a rectangular (or arc-shaped) illumination area on a reticle R as a mask with uniform illuminance with exposure illumination light (hereinafter abbreviated as “illumination light”) IL. An illumination system, a reticle stage RST as a mask stage for holding the reticle R, a projection optical system PL for projecting illumination light emitted from the reticle R onto the wafer W, and a wafer stage (stage) as a substrate stage for holding the wafer W (Equipment) A main body column 14 as a body on which the WST, the projection optical system PL, the reticle stage RST and the wafer stage WST are mounted, and a vibration isolating system for suppressing or removing vibration of the main body column 14 are provided.
Examples of the illumination light IL include far ultraviolet light (DUV light) such as ultraviolet emission lines (g-line, i-line) and KrF excimer laser light (wavelength 248 nm) from an ultra-high pressure mercury lamp, ArF excimer laser light ( Wavelength 193 nm) and F ₂ Vacuum ultraviolet light (VUV light) such as laser light (wavelength 157 nm) is used.
The main body column 14 includes a rectangular plate-shaped base plate BP that serves as a reference for a device placed horizontally on the floor surface FD, and vibration-proof units 16A to 16C ( However, the anti-vibration unit 16C on the back side of the drawing is not shown in FIG. 1), the lens barrel base plate 18 supported substantially horizontally via the anti-vibration units 16A to 16C, and the lens barrel base plate 18 The support member 24 of the projection optical system PL called the first invar (hereinafter referred to as “first invar 24”) and the reticle stage surface plate 25 called the second invar standing on the lens barrel surface plate 18 are mounted. A member 26 (hereinafter referred to as “second invar 26”) is provided.
The anti-vibration units 16A to 16C each include an actuator portion 28 arranged in series on the upper portion of the base plate BP and an air mount 30 capable of adjusting the internal pressure. At least one voice coil motor is included in each actuator unit 28 of the image stabilization units 16A to 16C. In this case, at least three voice coil motors for driving in the vertical direction (that is, the Z direction in FIG. 1), the voice coil motor for driving in the X direction, and for driving in the Y direction are provided in the actuator unit as a whole of the vibration isolation units 16A to 16C. In total, at least three voice coil motors are included (however, one voice coil motor for driving in the X direction and one voice coil motor for driving in the Y direction are included).
Although not shown in FIG. 1, the lens barrel surface plate 18 is a vibration sensor (for example, an accelerometer such as a semiconductor acceleration sensor) that detects vibration in the Z-axis direction of the main body column 14 including the lens barrel surface plate 18. ) And at least three vibration sensors (for example, an accelerometer such as a semiconductor acceleration sensor) that detect vibrations in the X and Y directions in total (however, an X direction vibration detection sensor and a Y direction vibration detection sensor). Are included). Outputs of these at least six vibration sensors (hereinafter referred to as “vibration sensor group 32”) are supplied to a main control device 50 (see FIG. 7) described later, and the main control device 50 provides six degrees of freedom of the main body column 14. Directional motion is required and the anti-vibration units 16A-16C are controlled. That is, in the present embodiment, an active vibration isolation system for suppressing vibration of the main body column 14 is configured by the vibration sensor group, the vibration isolation units 16A to 16C, and the main controller 50.
The second invar 26 is a frame having a substantially trapezoidal shape in a side view and an overall shape of an octagonal bottom surface and top surface, a trapezoidal opening formed on each side surface, and a completely open bottom surface. The upper surface of the second invar 26 is a support plate that supports the reticle stage base plate 25, and a rectangular opening (not shown) that forms a passage for the illumination light IL is formed in the support plate. Reticle stage surface plate 25 is placed on the upper surface of the region including. The reticle stage surface plate 25 also has a predetermined opening facing the opening.
The reticle stage RST is disposed on the reticle stage surface plate 25. Reticle stage RST is configured such that reticle R is linearly driven on reticle stage surface plate 25 with a large stroke in the Y-axis direction, and can be finely driven in the X-axis direction and θZ direction (rotation direction about the Z-axis). It has become.
The reticle stage RST includes a reticle coarse movement stage 11 that moves along a Y guide (not shown) provided on the reticle stage surface plate 25 along the Y-axis direction, and a pair of X voices on the reticle coarse movement stage 11. Slightly driven in the X, Y, and θZ directions by coil motors 36A, 36B (not shown in FIG. 1, see FIG. 7) and a pair of Y voice coil motors 36C, 36D (not shown in FIG. 1, see FIG. 7) And a reticle fine movement stage 12 to be operated. The reticle R is fixed to the reticle fine movement stage 12 by, for example, vacuum suction.
The reticle coarse movement stage 11 is supported in a non-contact manner with respect to the Y guide by an air bearing (not shown), and is predetermined in the Y-axis direction by Y linear motors 34A and 34B (not shown in FIG. 1, see FIG. 7). It is configured to be driven by a stroke. In this embodiment, Y linear motors 34A and 34B, X voice coil motors 36A and 36B, and Y voice coil motors 36C and 36D constitute a drive system 37 (see FIG. 7) for reticle stage RST.
Each of the Y linear motors 34A, 34B is fixed to the reticle coarse movement stage 11 provided corresponding to the stator, which is levitated and supported by a plurality of air bearings on the reticle stage surface plate 25 and extending in the Y-axis direction. It is comprised from the mover made. Therefore, in the present embodiment, when the reticle stage RST moves in the scanning direction (Y-axis direction), the mover and the stator of the pair of Y linear motors 34A and 34B move relatively in opposite directions. In other words, reticle stage RST and stator move relatively in opposite directions. When the friction between the three of the reticle stage RST, the stator, and the reticle stage surface plate 25 is zero, the law of conservation of momentum is established, and the amount of movement of the stator accompanying the movement of the reticle stage RST is determined by the reticle It is determined by the weight ratio of the entire stage RST and the stator. For this reason, the reaction force during acceleration / deceleration of the reticle stage RST in the scanning direction is absorbed by the movement of the stator, so that it is possible to effectively prevent the reticle stage surface plate 25 from vibrating due to the reaction force. In addition, since the reticle stage RST and the stator are moved in the opposite directions relatively, the center of gravity of the entire system including the reticle stage RST and the reticle stage surface plate 25 is maintained at a predetermined position. The unbalanced load due to the movement of is not generated. Such details are described, for example, in JP-A-8-63231.
A movable mirror 40 that reflects the measurement beam from the reticle laser interferometer system 38, which is a position measuring device for measuring the position and movement amount, is attached to a part of the reticle fine movement stage 12. The reticle laser interferometer system 38 is fixed to the upper surface of the lens barrel surface plate 18. A fixed mirror 42 corresponding to the reticle laser interferometer system 38 is provided on the side surface of the barrel of the projection optical system PL. Then, the reticle laser interferometer system 38 measures the position of the reticle stage RST (specifically, the reticle fine movement stage 12) in the X, Y, and θZ directions with reference to the projection optical system PL.
Position information (or velocity information) of the reticle stage RST (that is, the reticle R) measured by the reticle laser interferometer system 38 described above is transmitted through the stage controller 44 (not shown in FIG. 1, see FIG. 7) and this. It is supplied to the main controller 50 (see FIG. 7). The stage controller 44 basically has the above-described configuration so that the position information (or speed information) output from the reticle laser interferometer system 38 matches the command value (target position, target speed) from the main controller 50. The Y linear motors 34A and 34B and the voice coil motors 36A to 36D are controlled.
A circular opening is formed in the central portion of the lens barrel surface plate 18, and a first invar 24 made of a cylindrical member having a flange at the upper end is inserted into the circular opening. Projection optical system PL is inserted from above with its optical axis direction as the Z-axis direction. As a material of the first invar 24, a low thermal expansion material such as invar (inver; 36% nickel, 0.25% manganese, and a low expansion alloy made of iron containing a small amount of carbon and other elements) is used. Yes.
A flange FLG made of a casting or the like integrated with the lens barrel is provided on the outer periphery of the lens barrel of the projection optical system PL. The flange FLG constitutes a so-called kinematic support mount that supports the projection optical system PL at three points with respect to the first invar 24 via a point, a surface, and a V-groove. When such a kinematic support structure is adopted, the projection optical system PL can be easily assembled to the first invar 24, and the stress caused by vibration, temperature change, posture change, etc. of the first invar 24 and the projection optical system PL after assembly. There is an advantage that can be reduced most effectively.
Here, as the projection optical system PL, both the object plane (reticle R) side and the image plane (wafer W) side are telecentric and have a circular projection field of view, and refractive optics using quartz or meteorite as an optical glass material. A refractive optical system that includes only elements (lens elements) and has a projection magnification β of ¼ (or ５) is used. For this reason, when the illumination light IL is irradiated onto the reticle R, an imaging light beam from a portion illuminated by the illumination light IL in the circuit pattern region on the reticle R enters the projection optical system PL, and the circuit pattern thereof The partially inverted image is formed in the center of a circular field on the image plane side of the projection optical system PL while being limited to a slit shape. Thereby, the partially inverted image of the projected circuit pattern is reduced and transferred to the resist layer on the surface of one of the plurality of shot areas on the wafer W arranged on the imaging plane of the projection optical system PL. .
Wafer stage WST holds wafer W and moves in the XY two-dimensional direction. More specifically, the wafer stage WST is shown in a simplified manner in FIG. 1, but actually, as shown in FIG. 2, a wafer stage surface plate (base) 22 having a moving surface 22a, Moving stage (stage body) 1A, 1B (generally referred to as moving stage 1 as appropriate), Y motors (first driving devices) 61A, 61B, and moving stages 1A, 1B for driving the moving stages 1A, 1B in the Y direction, respectively. This is a double stage system mainly composed of X motors 62A and 62B driven in the X direction. For example, during scanning exposure of the wafer (substrate) W1 on the movable stage 1A side, the wafer (substrate) on the movable stage 1B side. W2 replacement and alignment can be performed.
The wafer stage surface plate 22 is supported substantially horizontally above the base plate BP via a vibration isolation unit (second drive device) 29. The anti-vibration unit 29, like the anti-vibration units 16A to 16C, constitutes an active anti-vibration system that includes an actuator part and an air mount whose internal pressure can be adjusted. As shown in FIG. Are arranged at three locations (note that the image stabilization unit on the back side of the drawing is not shown in FIG. 1). Although not shown, the wafer stage surface plate 22 has at least three vibration sensors (for example, an accelerometer such as a semiconductor acceleration sensor) for detecting vibrations in the Z-axis direction of the surface plate 22 in the X direction and the Y direction. A total of at least three vibration sensors (for example, an accelerometer such as a semiconductor acceleration sensor) for detecting the vibrations (including one X-direction vibration detection sensor and one Y-direction vibration detection sensor) are attached. Outputs of these at least six vibration sensors (hereinafter referred to as “vibration sensor group 33”) are supplied to a main controller 50 (see FIG. 7) described later. Movement in the direction of freedom is required, and the vibration is transmitted to the wafer stage surface plate 22 via the base plate BP by driving the vibration isolation unit 29 in the Z direction (first direction) substantially orthogonal to the moving surface 22a. It is controlled to be insulated at the G level. The relative position of wafer stage surface plate 22 with respect to projection optical system PL is detected by position sensor 77 (see FIG. 7) and output to main control system 50.
The moving stages 1A and 1B are levitated and supported on the wafer stage surface plate 22 via air bearings (not shown). Sample stages (holders) 63A and 63B are mounted on the moving stages 1A and 1B, respectively, and wafers (substrates) W1 and W2 (generally referred to as wafers W) as photosensitive substrates are mounted on the sample stages 63A and 63B. Are held by vacuum suction or the like. The sample bases 63A and 63B can be finely moved in the X direction, the Y direction, and the rotation directions around the Z axis with respect to the moving stages 1A and 1B, and in order to perform leveling and focusing, It is configured to be able to tilt around (that is, around the X and Y axes).
The X motor 62A drives the moving stage 1A in the X direction, which is the step moving direction. The X motor 62A is an X stator (not shown) embedded in an X guide bar 2A extending in the X direction (hereinafter referred to as an X guide bar). And an X mover (not shown) provided in the moving stage 1A and driven in the X direction by electromagnetic interaction with the X stator. Similarly, the X motor 62B drives the moving stage 1B in the X direction, and is an X stator embedded in an X guide bar 2B (referred to as X guide bar 2 as appropriate) extending in the X direction. (Not shown) and an X mover (not shown) provided in the moving stage 1B and driven in the X direction by electromagnetic interaction with the X stator.
The Y motor 61A drives the moving stage 1A in the Y direction which is the scanning direction (scanning direction). As shown in a simplified manner in FIG. 4, the Y motor 61A is connected to both ends of the moving stage 1A via the X guide bar 2A. The Y movable elements (movable elements) 64A and 64A provided are opened toward the Y movable element 64A, and the Y movable elements 64A and 64A are moved in the Y direction by electromagnetic interaction between the Y movable elements 64A and 64A. Counter mass (referred to as a stator as appropriate) 65 as a stator to be driven by the motor (note that the shape of the counter mass differs depending on the left and right as shown in FIG. In the figure). The counter mass 65 arranged on the −X side (left side in FIG. 2) includes air pipes, refrigerant pipes, power wirings connected to the X guide bars 2A, 2B and the Y movers 64A, 64B, An inclined surface is formed to guide (without relaxation) stress concentration in various power supply cables such as system wiring for signal supply.
Similarly, the Y motor 61B drives the moving stage 1B in the Y direction which is the scanning direction (scanning direction), and is provided with Y movable elements (at both ends of the moving stage 1B via the X guide bar 2B). As a stator that opens toward the Y movable element 64B and drives the Y movable element 64B, 64B in the Y direction by electromagnetic interaction between the Y movable element 64B, 64B. The counter mass 65 has a U-shaped cross section. That is, the Y movers 64A and 64B are provided for each of the plurality of moving stages 1A and 1B. However, the counter mass 65 has a length over the moving range of the moving stages 1A and 1B. , 64B. The Y motors 61A and 61B constitute a moving coil type linear motor.
The counter mass 65 is arranged in the Y direction via an air pad 6 having a guide mechanism (support mechanism) in the Y direction on the side surface plates (support portions) 7 and 7 provided on both sides of the wafer stage surface plate 22 in the X direction. Are supported so as to be freely movable. The side surface plate 7 is provided (vibratingly) independently from the wafer stage surface plate 22, and its own weight is supported by a coil spring 31 as an elastic member installed on the base plate BP. The coil spring 31 is set to a spring constant having a rigidity that can sufficiently support the weight of the side surface plate 7 even when the center of gravity of the counter mass 65 is moved. As shown in FIG. The side surface plate 7 is supported at the three points forming the apex of the triangle.
The side surface plate 7 and the wafer stage surface plate 22 are connected by a release device 45 so that the independent state can be released. The release devices 45 are provided on both side surfaces of the side surface plate 7 and the wafer stage surface plate 22 in the Y direction (FIGS. 1, 2 and 4 only show the −Y side release device), as shown in FIG. A stainless steel stopper arm (first member) 46 provided on the wafer stage surface plate 22, and a shaft member (second member) 47 protruding from the side surface plate 7 with an interval in the X direction. 47.
The stopper arm 46 is fixed to the wafer stage surface plate 22 by fastening means (not shown) such as a bolt, and a fitting groove 48 extending in the X direction is formed at a position facing the shaft members 47 and 47. . As shown in FIG. 6, the fitting groove 48 is formed at a width and a position where a gap L1 is formed in the Z direction (and part of the X direction) with the shaft member 47 when the wafer stage WST is operating normally. ing. The gap L1 is set so that the relationship of the following equation is established, where L2 (see FIG. 4) is the gap amount between the Y movers 64A and 64B and the stator 65 in the Y motors 61A and 61B.
L1 <L2 (1)
On the other hand, wafer stage WST holds the above-described power supply cables, tubes and the like for supplying various powers to moving stages 1A, 1B and X guide bars 2A, 2B, and X guide bars 2A, 2B. A tube carrier (not shown) that moves in synchronization with movement (that is, movement of the movement stages 1A and 1B in the Y direction) is provided. Since the tube carrier moves in synchronization with the moving stages 1A and 1B, the deformation of the cable and tube disposed between the tube carrier and the moving stages 1A and 1B is prevented. It is possible to prevent the occurrence of vibrations caused by disturbances such as drag caused by tapping or deformation of the cable / tube.
A movable mirror 79X extends in the Y direction at one end of the upper surfaces of the moving stages 1A and 1B in the X direction, and a movable mirror 79Y extends in the X direction at one end of the Y direction. ing. These movable mirrors 79X and 79Y are irradiated with measurement beams from laser interferometers constituting a wafer laser interferometer system 80 (see FIG. 1), which is a position detection device. As at least one of the laser interferometers corresponding to these length measuring beams, a two-axis interferometer having two length measuring axes is used.
Each fixed mirror corresponding to each laser interferometer constituting wafer laser interferometer system 80 is fixed to the lower end of the barrel of projection optical system PL. The wafer laser interferometer system 80 is disposed on the upper surface of the lens barrel surface plate 18. As described above, movable mirrors 79X and 79Y are provided as movable mirrors on wafer stage WST. Correspondingly, fixed mirrors include a fixed mirror for X-direction position measurement and a fixed mirror for Y-direction position measurement. Laser interferometers are provided for X-direction position measurement and for Y-direction position measurement, respectively, but in FIG. 1, these are representatively movable mirror 79, fixed mirror 81, and wafer laser interferometer. Shown as system 80.
The wafer laser interferometer system 80 measures the position of the wafer stage WST in the X, Y, and θZ (rotation around Z) directions with reference to the projection optical system PL. Position information (or velocity information) of wafer stage WST measured by wafer laser interferometer system 80 is sent to stage controller 44 and main controller 50 via this. The stage controller 44 basically has the above-described configuration so that the position information (or speed information) output from the wafer laser interferometer system 80 matches the command value (target position, target speed) given from the main controller 50. The Y motors 61A and 61B and the X motors 62A and 62B are controlled.
FIG. 7 is a block diagram showing the main configuration of the control system of the exposure apparatus 10 according to this embodiment. This control system is configured with a main controller 50 as a control system composed of a microcomputer (or workstation). As shown in this figure, the measurement results of the vibration sensor groups 32 and 33 and the position sensor 77 are output to the main controller 50. The main controller 50 controls the driving of the image stabilization units 16A to 16C and 29 based on the input measurement results. The stage controller 44 controls the Y linear motors 34A and 34B, the X voice coil motors 36A, 36B, and Y based on the measurement results of the reticle laser interferometer system 38 and the wafer laser interferometer system 80 under the control of the main controller 50. Controls driving of the voice coil motors 36C and 36D, Y motors 61A and 61B, X motors 62A and 62B, trim motor 72, and voice coil motor 73.
Next, the operation of wafer stage WST in the exposure apparatus having the above configuration will be described first.
For example, when the Y motor 61A is actuated to move the Y mover 64A relative to the stator 65, and the moving stage 1A moves in the Y direction together with the sample stage 63A (and the wafer W1), the reaction force due to this movement. Thus, the stator 65 as a counter mass relatively moves on the side surface plate 7 in the direction opposite to the moving direction of the moving stage 1A. As a result, the reaction force during acceleration / deceleration in the Y direction of the moving stage 1A is absorbed by the movement of the counter mass 65, the momentum applied to the base plate BP is theoretically zero, and the position of the center of gravity on the wafer stage WST is substantially in the Y direction. Fixed. The same operation is performed when the Y motor 61B is operated and the moving stage 1B moves in the Y direction.
When moving the moving stages 1A and 1B, the stage control device 44 changes the center of gravity accompanying the movement of the moving stages 1A and 1B based on the measurement values of the laser interferometer system 80 or the like in accordance with an instruction from the main control device 50. A counter force that cancels the influence of is fed forward to the image stabilization unit 29, and the air mount and the actuator unit are driven so as to generate this force. Even if minute vibrations in the direction of 6 degrees of freedom of the wafer stage surface plate 22 remain because the friction between the moving stages 1A, 1B and the wafer stage surface plate 22 is not zero, the vibration sensor group 33 and Based on the measured value of the position sensor 77, the air mount and the actuator unit are feedback-controlled to remove the residual vibration.
Due to the movement of the counter mass 65, an offset load is applied to the side surface plate 7, but since it is supported by the highly rigid coil spring 31, there is no significant change in posture, so the side surface plate 7 and the wafer stage surface plate 22 The relative displacement of is also very small below L1. At this time, the movement of the counter mass 65 causes distortion in the side surface plate 7, but the relative displacement between the surface plates 7 and 22 is very small, and the stopper arm 46 and the shaft member 47 are not in contact with each other. 7 and 22 are maintained, and strain energy and vibration are not transmitted to the wafer stage surface plate 22, and the surface accuracy of the sliding surfaces of the moving stages 1A and 1B is maintained.
On the other hand, if the anti-vibration unit 29 does not function, or if the relative displacement between the surface plates 7 and 22 increases due to runaway, specifically, the relative displacement in the Z direction is not the same as that of the stopper arm 46 and the shaft. If the size exceeds the gap L1 between the member 47 and the Y motor 61A, 61B in the Y motor 61A, 61B before the stator 65 contacts the stopper arm 46 and the shaft member. 47 comes into contact. As a result, the independent state between the wafer stage surface plate 22 and the side surface plate 7 is released, and the side surface plate 7 follows and moves even when the wafer stage surface plate 22 is greatly displaced in the + Z direction or the −Z direction. Therefore, the gap amount between the Y movers 64A and 64B and the stator 65 is maintained as L2-L1 (>0; from the formula (1)), and the contact between the Y movers 64A and 64B and the stator 65 is maintained. Is avoided.
Further, when the wafer stage surface plate 22 is displaced not only in the Z direction but also in the θY (rotation about the Y axis) direction, when the surface plate 22 is displaced around the axis of the shaft member in one place, Although the gap between the shaft member and the stopper arm 46 is maintained, the Y movers 64A and 64B and the stator 65 may come into contact with each other. However, in this embodiment, by providing two shaft members 47 in the X direction, the stopper arm 46 and the shaft member 47 are in contact with each other even when the wafer stage surface plate 22 is relatively displaced in the θY direction. Since the independent state between the surface plates 7 and 22 can be canceled and moved following, the contact between the Y movers 64A and 64B and the stator 65 can be avoided.
Next, the exposure operation in the exposure apparatus 10 will be described.
As a premise, various exposure conditions for scanning exposure of the shot area on the wafer W with an appropriate exposure amount (target exposure amount) are set in advance. Also, preparatory work such as reticle alignment and baseline measurement using a reticle microscope (not shown) and an off-axis alignment sensor (not shown) is performed, and then fine alignment (EGA (Enhanced (Global alignment) etc.) is completed, and the arrangement coordinates of a plurality of shot areas on the wafer W are obtained.
In this way, when the preparatory operation for the exposure of the wafer W is completed, the stage controller 44 monitors the measurement value of the wafer laser interferometer system 80 based on the alignment result in accordance with an instruction from the main controller 50. While controlling the Y motors 61A and 61B and the X motors 62A and 62B, the moving stage 1 is moved to the scanning start position for the exposure of the first shot of the wafer W.
The stage controller 44 starts scanning the reticle stage RST and the wafer stage WST in the Y direction via the reticle driver 37 and the wafer driver 39 in response to an instruction from the main controller 50, and both stages RST, WST. , The pattern area of the reticle R starts to be illuminated by the illumination light IL, and scanning exposure is started.
In the stage controller 44, the movement speed of the reticle stage RST in the Y-axis direction and the movement speed of the wafer stage WST in the Y-axis direction particularly during the above-described scanning exposure are determined by the projection magnification (1/5 times or 1 / The reticle stage RST and wafer stage WST (moving stage 1) are synchronously controlled so as to maintain a speed ratio corresponding to (4 times).
Different areas of the pattern area of the reticle R are sequentially illuminated with the illumination light IL, and the illumination of the entire pattern area is completed, whereby the scanning exposure of the first shot on the wafer W is completed. Thereby, the pattern of the reticle R is reduced and transferred to the first shot via the projection optical system PL.
Thus, when the scanning exposure of the first shot is completed, the moving stage 1 is step-moved in the X and Y axis directions via the wafer drive unit 39 according to the instruction of the main controller 50 by the stage controller 44. It is moved to the scanning start position for the exposure of the second shot. At the time of this stepping, the stage controller 44 measures the positional displacement of the moving stage 1 in the X, Y, and θZ directions in real time based on the measurement values of the wafer laser interferometer system 80. Based on the measurement result, the stage controller 44 controls the position of the movable stage 1 so that the XY position displacement is in a predetermined state by controlling the wafer drive unit 39.
Based on an instruction from the main controller 50, the stage controller 44 performs the same scanning exposure as described above for the second shot. In this way, the scanning exposure of the shot on the wafer W and the stepping operation for the next shot exposure are repeated, and the pattern of the reticle R is sequentially transferred to all the exposure target shots on the wafer W. That is, as described above, step-and-scan exposure is performed.
Next, parallel processing by the two moving stages 1A and 1B will be described. In the present embodiment, for example, while the wafer W1 on the moving stage 1A (that is, the sample stage 63A) is performing an exposure operation via the projection optical system PL, the wafer is exchanged in the moving stage 1B. Subsequently, alignment operation and auto focus / auto leveling are performed.
While the wafer exchange and alignment operations described above are being performed on the moving stage 1B side, when two reticles are used on the moving stage 1A side, the step-and-scan method is continuously performed while changing the exposure conditions. It is also possible to perform double exposure. In the exposure sequence and wafer exchange / alignment sequence performed in parallel on the two moving stages 1A and 1B, the wafer stage that has been finished first is in a waiting state, and when both operations are finished, the moving stage 1A and 1B is controlled to move. The wafer W1 on the moving stage 1A for which the exposure sequence has been completed is exchanged at the loading position, and the wafer W2 on the moving stage 1B (that is, the sample stage 63B) for which the alignment sequence has been completed is exposed under the projection optical system PL. A sequence is performed.
In this way, while performing wafer exchange and alignment operation on one moving stage side, the exposure operation is performed on the other moving stage side, and when both operations are completed, the operations of each other are switched. By doing so, it becomes possible to greatly improve the throughput.
As described above, in the present embodiment, the independent state of the side surface plate 7 with respect to the wafer stage surface plate 22 is released in accordance with the relative displacement between the wafer stage surface plate 22 and the side surface plate 7, so that the Y movable element 64A , 64B and the stator 65 can be prevented from coming into contact with each other and being damaged. Therefore, there is no need to increase the gap amount between the Y movers 64A and 64B and the stator 65, or to shorten the drive stroke of the vibration isolation unit 29, and it is possible to prevent a reduction in motor thrust and vibration isolation performance. become.
Furthermore, in this embodiment, since the weight of the side surface plate 7 is supported by the coil spring 31, it is possible to prevent the heat associated with the drive from occurring as in the case where the weight of the side surface plate 7 is supported by the actuator. .
Moreover, in this Embodiment, since the coil spring 31 is arrange | positioned at 3 points | pieces which comprise the vertex of a triangle, it also becomes possible to support the side surface plate 7 stably planarly.
8 to 11 are views showing a second embodiment of the stage apparatus and exposure apparatus of the present invention. In these drawings, the same components as those of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 7 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. The difference between the second embodiment and the first embodiment is that an actuator for driving the side surface plate 7 in the Z direction is provided.
As shown in FIG. 8, in the present embodiment, an actuator (third drive device) 49 such as a voice coil motor is provided between the side surface plate 7 and the base plate BP. As shown in FIG. 9, the actuator 49 is adjacent to the coil spring 31 in the X direction so as to be paired with the coil spring 31. It arrange | positions and becomes the structure which drives the side surface plate 7 to a Z direction by control of the main control apparatus (control apparatus) 50 (refer FIG. 10). The actuator 49 is connected and connected so as to be movable with respect to the side surface plate 7 when the drive is stopped. Further, the coil spring 31 is set to a relatively low spring constant that can simply support the weight of the side surface plate 7 without considering the rigidity against the center of gravity movement accompanying the movement of the counter mass 65.
Further, in the present embodiment, a position sensor 78 (not shown in FIG. 8, refer to FIG. 10) for detecting the position of the side surface plate 7 in the Z direction is provided, and the detection result is output to the main controller 50. It is configured to be. Main controller 50 controls driving of actuator 49 based on the detection results of position sensors 77 and 78.
Other configurations are the same as those in the first embodiment.
In the above configuration, the weight of the side surface plate 7 is supported by the coil spring 31 during normal operation of the exposure apparatus 10, and the movement of the counter mass 65 associated with the movement of the moving stages 1 </ b> A and 1 </ b> B is equivalent to the movement of the counter mass 65. In order to correct the movement of the center of gravity of the side surface plate 7, the main controller 50 drives the actuator 49 so that the side surface plate 7 follows the position of the wafer stage surface plate 22. Therefore, it is not necessary to drive the actuator 49 at all times, and it is possible to suppress the heat generated by the driving.
On the other hand, when the vibration isolation unit 29 falls into a function stop state or a runaway state, the actuator 49 is driven according to the detection results (differences) of the position sensors 77 and 78 as in the normal operation, and the side surface plate By causing 7 to follow the position of the wafer stage surface plate 22, the contact between the Y movers 64A and 64B and the stator 65 can be avoided. On the contrary, when the actuator 49 falls into a function stop state or a runaway state, the main controller 50 turns off the power of the actuator 49 to stop the drive, and the side platen 7 is supported only by the coil spring 31. . In this case, since the side surface plate 7 is restrained by the release device 45 (that is, the stopper arm 46 and the shaft member 47) so as not to be separated by a predetermined distance (L2-L1), the Y movers 64A and 64B and the stator Contact with 65 can be avoided. The above operation is the same when both the image stabilization unit 29 and the actuator 49 are in a function stop state or a runaway state.
In the first embodiment, since the spring constant of the coil spring 31 is set to be relatively large so that it can withstand the movement of the center of gravity of the counter mass 65, the side platen is resisted by the release device 45 against the urging force of the coil spring 31. When the position of the wafer 7 is made to follow the position of the wafer stage surface plate 22, there is a possibility that the wafer stage surface plate 22 is twisted and distorted due to a large biasing force. However, in the present embodiment, in addition to obtaining the same operation and effect as the first embodiment, the actuator 49 compensates for the movement of the center of gravity of the counter mass 65, so that the spring constant of the coil spring 31 is kept low. Therefore, the force that distorts the wafer stage surface plate 22 when the independent state is released can be greatly reduced.
In the second embodiment, the coil spring 31 and the actuator 49 that are paired with each other are arranged adjacent to each other. However, in actuality, it is preferable to arrange the actuator 49 on the same axis for control. As a configuration for realizing this, for example, as shown in FIG. 11, a configuration in which an AC servo motor 52 for driving in the Z direction and a ball screw mechanism 53 are provided as a third driving device in a bellows tube 51 as an elastic member can be adopted. . In this case, it is preferable to set the lead of the screw portion large so that the side surface plate 7 can move in the Z direction when the driving is stopped. A gear structure may be used instead of the ball screw mechanism.
In the second embodiment, the actuator 49 is driven by the difference between the measurement results of the position sensors 77 and 78. However, the gap amount between the Y movers 64A and 64B and the stator 65 is measured. It is good also as a structure which provides a sensor and drives the actuator 49 based on the measurement result of this sensor.
In the above embodiment, the stopper arm 46 is provided on the wafer stage surface plate 22 and the shaft member 47 is provided on the side surface plate 7. On the contrary, the stopper arm 46 is provided on the side surface plate 7. The shaft member 47 may be provided on the wafer stage surface plate 22. Also in this case, it is desirable that the shaft member 47 is provided at two places (plurality) along the X direction. Further, the number of the vibration isolation units 29 and the coil springs 31 is not limited to three, and may be configured to be arranged at four or more if not arranged on a straight line. Furthermore, as an elastic member for supporting the weight of the side surface plate 7, not only a coil spring but also an air spring, an air cylinder, or the like can be used. As the actuator 49, a voice coil motor or a linear motor can be used.
In the above-described embodiment, an example of a so-called double stage type in which two moving stages are provided is used. However, the present invention is not limited to this, and a configuration in which one moving stage or three or more moving stages are provided. There may be. In the above embodiment, the stage apparatus of the present invention is applied to the wafer stage WST of the exposure apparatus 10. However, the present invention is not limited to this and can be applied to the reticle stage RST. In this case, the reticle stage side surface plate may be provided separately from the wafer stage side surface plate, or may be integrally supported by the same column or the like. Further, in the above embodiment, the stage apparatus of the present invention is applied to the wafer stage of the exposure apparatus. However, in addition to the exposure apparatus, precision measuring instruments such as a transfer mask drawing apparatus and a mask pattern position coordinate measuring apparatus are provided. It is also applicable to.
The substrate of this embodiment includes not only semiconductor wafers W, W1, W2 for semiconductor devices, but also glass substrates for liquid crystal display devices, ceramic wafers for thin film magnetic heads, or masks or reticles used in exposure apparatuses. The original plate (synthetic quartz, silicon wafer) or the like is applied.
As the exposure apparatus 10, in addition to a step-and-scan type scanning exposure apparatus (scanning stepper; USP 5,473,410) that scans and exposes the pattern of the reticle R by moving the reticle R and the wafer W synchronously. The present invention can also be applied to a step-and-repeat projection exposure apparatus (stepper) that exposes the pattern of the reticle R while the reticle R and the wafer W are stationary, and sequentially moves the wafer W stepwise. The present invention can also be applied to a step-and-stitch type exposure apparatus that partially transfers at least two patterns on the wafer W.
The type of the exposure apparatus 10 is not limited to an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor element that exposes a semiconductor element pattern onto the wafer W, but an exposure apparatus for manufacturing a liquid crystal display element or a display, a thin film magnetic head, an image sensor (CCD). ) Or an exposure apparatus for manufacturing reticles or masks.
Also, as exposure light sources (not shown), bright lines (g line (436 nm), h line (404 nm), i line (365 nm)) generated from an ultrahigh pressure mercury lamp, KrF excimer laser (248 nm), ArF excimer laser (193 nm), F ₂ Laser (157 nm), Ar ₂ Not only a laser (126 nm) but also a charged particle beam such as an electron beam or an ion beam can be used. For example, when an electron beam is used, a thermionic emission type lanthanum hexabolite (LaB) is used as an electron gun. ₆ ) And tantalum (Ta) can be used. Further, harmonics such as a YAG laser or a semiconductor laser may be used.
For example, an infrared or visible single wavelength laser oscillated from a DFB semiconductor laser or fiber laser is amplified by a fiber amplifier doped with, for example, erbium (or both erbium and yttrium (Yb)), and nonlinear optics You may use the harmonic which wavelength-converted to the ultraviolet light using the crystal | crystallization as exposure light. If the oscillation wavelength of the single wavelength laser is in the range of 1.544 to 1.553 μm, the eighth harmonic in the range of 193 to 194 nm, that is, ultraviolet light having substantially the same wavelength as the ArF excimer laser is obtained. If the oscillation wavelength is in the range of 1.57 to 1.58 μm, the 10th harmonic in the range of 157 to 158 nm, that is, F ₂ Ultraviolet light having substantially the same wavelength as the laser can be obtained.
Further, a soft X-ray region having a wavelength of about 5 to 50 nm generated from a laser plasma light source or SOR, for example, EUV (Extreme Ultra Volet) light having a wavelength of 13.4 nm or 11.5 nm may be used as exposure light. In the exposure apparatus, a reflective reticle is used, and the projection optical system is a reduction system composed of only a plurality of (for example, about 3 to 6) reflective optical elements (mirrors).
The magnification of the projection optical system PL may be not only a reduction system but also an equal magnification system or an enlargement system. Further, as the projection optical system PL, when using far ultraviolet rays such as an excimer laser, a material that transmits far ultraviolet rays such as quartz or fluorite is used as a glass material. ₂ When a laser or X-ray is used, a catadioptric system or a refractive optical system is used (reticle R is also of a reflective type), and when an electron beam is used, an electron consisting of an electron lens and a deflector is used as the optical system. An optical system may be used. Needless to say, the optical path through which the electron beam passes is in a vacuum state.
When a linear motor (see USP 5,623,853 or USP 5,528,118) is used for wafer stage WST or reticle stage RST, an air levitation type using an air bearing and a magnetic levitation type using Lorentz force or reactance force are used. Either may be used. Each stage WST, RST may be a type that moves along a guide, or may be a guideless type that does not provide a guide. Also, the Y motors 61A and 61B and the X motors 62A and 62B may or may not be provided with a guide.
As the drive mechanism for each stage WST, RST, each stage WST, RST is driven by electromagnetic force with a magnet unit (permanent magnet) having a two-dimensionally arranged magnet and an armature unit having a two-dimensionally arranged coil facing each other. A planar motor may be used. In this case, one of the magnet unit and the armature unit may be connected to the stages WST and RST, and the other of the magnet unit and the armature unit may be provided on the moving surface side (base) of the stages WST and RST.
As described above, the exposure apparatus 10 of the present embodiment maintains various mechanical subsystems including the respective constituent elements recited in the claims of the present application so as to maintain predetermined mechanical accuracy, electrical accuracy, and optical accuracy. Manufactured by assembling. In order to ensure these various accuracies, before and after assembly, various optical systems are adjusted to achieve optical accuracy, various mechanical systems are adjusted to achieve mechanical accuracy, and various electrical systems are Adjustments are made to achieve electrical accuracy. The assembly process from the various subsystems to the exposure apparatus includes mechanical connection, electrical circuit wiring connection, pneumatic circuit piping connection, and the like between the various subsystems. Needless to say, there is an assembly process for each subsystem before the assembly process from the various subsystems to the exposure apparatus. When the assembly process of the various subsystems to the exposure apparatus is completed, comprehensive adjustment is performed to ensure various accuracies as the entire exposure apparatus. The exposure apparatus is preferably manufactured in a clean room where the temperature, cleanliness, etc. are controlled.
As shown in FIG. 12, the microdevice such as a semiconductor device is a step 201 for designing a function / performance of the microdevice, a step 202 for producing a mask (reticle) based on the design step, and a wafer from a silicon material. The wafer is manufactured through step 203, exposure processing step 204 for exposing the reticle pattern onto the wafer by the exposure apparatus of the above-described embodiment, device assembly step (including dicing process, bonding process, package process) 205, inspection step 206, and the like. .
Industrial applicability
In the stage apparatus of the present invention, since the support portion for supporting the stator is provided independently of the base, even when the stator moves due to the reaction force accompanying the movement of the stage main body, it results from the movement of the stator. Strain energy and vibration can be prevented from being transmitted to the base. In addition, when an unexpected situation occurs and the relative displacement in the first direction between the base and the support portion increases, the independent state between the base and the support portion is canceled and the subordinate state is entered. It is possible to prevent the gap between the movable element and the movable element from becoming smaller than a predetermined value and being damaged by contact. Therefore, the gap between the stator and the mover is made larger than necessary to reduce the thrust of the first drive device, and the stroke of the second drive device for driving the base in the first direction can be suppressed and prevented. The vibration performance does not deteriorate, and the reaction force due to the movement of the stage body can be processed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing the overall configuration of an exposure apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of the appearance of the wafer stage according to the present invention.
FIG. 3 is a plan view showing the arrangement of the vibration isolation unit and the coil spring.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of the wafer stage according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an enlarged view of the release device constituting the wafer stage.
FIG. 6 is a sectional side view of the release device.
FIG. 7 is a block diagram of control in the first embodiment.
FIG. 8 is a schematic view of a wafer stage according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a plan view showing the arrangement of the vibration isolation unit, the coil spring, and the actuator.
FIG. 10 is a control block diagram according to the second embodiment.
FIG. 11 is a diagram showing another form of the elastic member and the third driving device.
FIG. 12 is a flowchart illustrating an example of a semiconductor device manufacturing process.
13A and 13B show an example of a conventional stage device, FIG. 13A is a plan view, and FIG. 13B is a front view.
FIG. 14 is a front view showing another example of a conventional stage apparatus.
FIG. 15 is a front view showing another example of a conventional stage apparatus.

Claims

A stage device,
A stage body supported movably on a base having a moving surface;
A first driving device having a stator and a movable element provided on the stage body, and driving the stage body;
The stator is provided, the support portion provided independently of the base, and the relative displacement between the base and the support portion in the first direction substantially orthogonal to the moving surface, with respect to the base A release device for releasing the independent state of the support portion;

The stage apparatus according to claim 1, wherein
The release device includes a first member provided on the base and a second member provided on the support portion.

The stage apparatus according to claim 2, wherein
The first member and the second member are not in contact when the support portion is independent from the base, and are in contact when the independent state is canceled.

The stage apparatus according to claim 2, wherein
Any one of the first member and the second member is provided in a plurality along a direction orthogonal to the first direction.

The stage apparatus according to claim 1, wherein
An elastic member that supports the weight of the support portion is provided.

The stage apparatus according to claim 5, wherein
The elastic member supports the support portion at at least three points that form a vertex of a triangle.

The stage apparatus according to claim 1, wherein
A second driving device configured to drive the base in the first direction;

The stage apparatus according to claim 1, wherein
A third driving device configured to drive the support portion in the first direction;

The stage apparatus according to claim 8, wherein
A support mechanism for supporting the stator so as to be movable with respect to the support portion;

The stage apparatus according to claim 9, wherein
The stator is moved by a reaction force due to the movement of the stage body,
And a control device that controls the third driving device so as to correct the movement of the center of gravity of the support portion accompanying the movement of the stator.

The stage apparatus according to claim 8, wherein
The third driving device is movably connected to the support portion when driving is stopped.

An exposure apparatus that exposes a mask pattern held on a mask stage onto a substrate held on a substrate stage,
The stage apparatus according to claim 1, wherein at least one of the mask stage and the substrate stage is provided.

An exposure apparatus that exposes a pattern on a first substrate held on a first substrate stage,
A first driving device including a mover connected to the first substrate stage and a stator, and driving the first substrate stage;
A first surface plate having a moving surface on which the first substrate stage moves;
A second surface plate provided independently of the first surface plate, the stator being provided;
A second driving device for driving the first surface plate in a first direction substantially orthogonal to the moving surface; and a third driving device for driving the second surface plate in the first direction.

An exposure apparatus according to claim 13, wherein
A support mechanism is provided that supports the stator so as to be movable with respect to the second surface plate.

The exposure apparatus according to claim 14, wherein
The second driving device is controlled so as to correct the change in the center of gravity of the first surface plate accompanying the movement of the first substrate stage, and accompanied by the movement of the stator Q according to the movement of the first substrate stage. A control device is provided for controlling the third driving device so as to correct a change in the center of gravity of the second surface plate.

An exposure apparatus according to claim 13, wherein
A projection optical system for projecting the pattern onto the first substrate;
A third surface plate that supports the projection optical system independently of the first surface plate and the second surface plate;

The exposure apparatus according to claim 16, wherein
A fourth driving device for driving the third surface plate in the first direction.

An exposure apparatus according to claim 13, wherein
A second substrate stage that moves on the moving surface of the first surface plate;

An exposure method for exposing a pattern to a substrate held on a substrate stage,
Driving the substrate stage with a mover connected to the substrate stage and a stator;
A step of driving a first surface plate having a moving surface on which the substrate stage moves in a first direction substantially orthogonal to the moving surface; and a stator, and independent of the first surface plate A step of driving the second surface plate provided in the first direction;

An exposure method for exposing a pattern to a substrate held on a substrate stage,
Providing the substrate stage on a first surface plate having a moving image;
Providing a stator on a second surface plate provided independently of the first surface plate;
A step of driving the substrate stage by the stator and a mover connected to the substrate stage, and a step of releasing the independent state of the first surface plate and the second surface plate.