JPH10289942A

JPH10289942A - ステージ装置及び投影露光装置

Info

Publication number: JPH10289942A
Application number: JP9110376A
Authority: JP
Inventors: Ryoichi Kawaguchi; 良一川口
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-04-11
Filing date: 1997-04-11
Publication date: 1998-10-27

Abstract

(57)【要約】【課題】ステージ移動面に直交する方向の基板載置面
の移動ストロークの拡大を可能にする。【解決手段】主制御系により、通常は、干渉計２４の
第１測長軸ＬＢ１Ｘの計測値に基づいて基板ステージ１
８の位置が管理され、基板Ｗの載置面が所定量以上下降
した際には、干渉計２４の測長軸を切り替えて、第２測
長軸ＬＢ２Ｘの計測値に基づいてステージ１８の位置が
管理される。このため、干渉計２４の第１測長軸が反射
面２２から外れる程、基板Ｗの載置面が下方に移動して
も、干渉計ｓ４の第２測長軸が反射面２２から外れない
限り、何らの不都合なくステージ１８の位置を管理する
ことが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ステージ装置及び
投影露光装置に係り、さらに詳しくは、基板を載置して
移動可能な基板ステージと該基板ステージの位置を高精
度に計測する干渉計システムとを備えたステージ装置及
びそれを用いた投影露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子、液晶表示素子等
をフォトリソグラフィ工程で製造するに際しては、マス
ク（又はレチクル；以下、適宜「レチクル」と総称す
る）に形成されたパターンを投影光学系を介して表面に
フォトレジストが塗布されたウエハ又はガラスプレート
等の基板（以下、適宜「ウエハ」という）に転写する投
影露光装置、例えば、縮小投影型露光装置（ステッパ
ー）等が用いられている。

【０００３】この種の投影露光装置においては、ウエハ
とレチクルとを高精度に位置合わせする等のため、ウエ
ハを載置して移動するウエハステージを高精度に位置決
めする必要がある。このため、ウエハステージの位置
は、レーザ干渉計を用いて非常に高い分解能（例えば、
数ｎｍ程度の分解能）で計測することが一般的である。

【０００４】このレーザ干渉計では、光源からのレーザ
光をビームスプリッタで測定ビームと参照ビームとに分
離し、測定ビームをステージ上あるいはステージ側面に
設けられた反射面に投射し、参照ビームを固定の位置に
設けられた固定鏡（参照鏡）に投射し、前記反射面で反
射された測定ビームと、固定鏡で反射された参照ビーム
とをビームスプリッタでほぼ同軸に合成し、両ビームを
干渉させ、その干渉光をディテクタで光電検出すること
で、この干渉信号に基づいて高精度な計測を行ってい
る。

【０００５】ところで、パターンの微細化に伴ってより
高解像度が要求されるようになり、投影光学系はますま
す高Ｎ．Ａ．（開口数）化する傾向にあり、これに伴
い、図７に示されるように、投影光学系ＰＬとウエハＷ
面との間の間隔であるウエハ側のワーキングディスタン
スＷＤが小さくなっている。このため、ウエハ交換の際
に、ウエハＷをウエハステージ１００上面から持ち上げ
た状態でその下方にウエハローダアーム１０２の挿入ス
ペースを確保することが困難になっている。

【０００６】このため、最近の投影露光装置では、図８
に示されるように、ウエハステージ１００を水平（図８
中の矢印方向）に移動させて投影光学系ＰＬの下から退
避させた後、センターアップ１０４でウエハＷを持ち上
げて、アーム１０２によりウエハ交換を行う方法が主と
して採用されている。

【０００７】この他、図９に示されるように、ウエハス
テージ１００全体を鉛直方向に下げて（図９中の矢印参
照）、ウエハＷを交換するのに必要なクリアランスを確
保するものも知られている（例えば、特開昭６４−２４
４４０号公報等参照）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図８に
示される従来例では、ローディングに必要なストローク
を確保してかつ干渉計の測定ビームがウエハステージの
反射面から外れないようにする必要から、ウエハステー
ジ１００が大型化するという不都合があった。すなわ
ち、図１０中に仮想線で示されるように、ローディング
に必要なストロークＰ1 、Ｐ2 分だけ露光のため本来的
に必要な反射鏡（１０６、１０８）の長さＬ1 、Ｌ2 よ
り大きくする必要があるため、ステージがその分必然的
に大型化するのである。

【０００９】かかる理由により、図８に示される従来例
では、ステージの大型化による装置のフットプリントの
増大を招くという不都合があるとともに、ウエハ交換の
度にウエハステージの水平方向の移動を要するため、投
影光学系ＰＬの直下でウエハ交換を行う場合に比べてス
ループットが低下するという不都合があった。

【００１０】一方、図９に示される従来例では、上記の
ようなフットプリントの増大等の不都合を回避できると
ともに、ウエハＷの交換時にウエハステージ１００の水
平方向の移動が不要となるため、図８の従来例に比べて
スループットも向上する。しかしながら、この場合、ウ
エハＷの交換時にウエハステージ１００を鉛直方向に下
げるため、今後ますます高Ｎ．Ａ．化が進んで、これに
伴ってワーキングディスタンスがますます狭くなると、
ウエハ交換時のウエハステージ１００の鉛直方向移動量
もその分拡大しなければならなくなるが、このようにす
ると、レーザ干渉計からの測定ビーム１１０がウエハス
テージ１００に設けられた反射面１０６に当たらなくな
り（外れてしまい）、ウエハステージ１００の位置制御
ができなくなるという不都合が生じる可能性がある。

【００１１】同様の問題は、投影露光装置に限らず、基
板ステージの精密位置決め（位置制御）が必要で、かつ
基板ステージを上下動させる必要のある他の精密機器に
おいても生じ得る。

【００１２】本発明は、かかる事情の下になされたもの
で、請求項１に記載の発明の目的は、ステージ移動面に
直交する方向の基板載置面の移動ストロークの拡大を可
能ならしめるステージ装置を提供することにある。

【００１３】請求項２に記載の発明の目的は、上記目的
に加え、基板交換を容易に行うことができるステージ装
置を提供することにある。

【００１４】請求項３に記載の発明の目的は、上記各発
明の目的に加え、通常は基板ステージの２次元方向の位
置及びピッチング及びローリングを管理することができ
るステージ装置を提供することにある。

【００１５】請求項４に記載の発明の目的は、投影光学
系と感応基板との間のワーキングディスタンスが狭い場
合であっても感応基板の交換等に必要なスペースを十分
確保することができるとともに、基板ステージ上の反射
面及び基板ステージの大型化を防止することができる投
影露光装置を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
係るステージ装置は、基板（Ｗ）を載置して所定の基準
面内を少なくとも一方向に移動可能な基板ステージ（１
８）と；前記基板ステージ（１８）に設けられた反射面
（２２）を介して前記基板ステージ（１８）の位置を計
測する第１測長軸（ＬＢ１Ｘａ、ＬＢ１Ｘｂ）と、前記
反射面（２２）の前記第１長軸の投射位置より前記基準
面に直交する第１軸方向の一側に投射される第２測長軸
（ＬＢ２Ｘ）とを備えた干渉計システム（２４）と；前
記干渉計システム（２４）の前記第１測長軸の計測値に
基づいて前記基板ステージ（１８）の位置を管理すると
ともに、前記基板（Ｗ）の載置面が所定量以上前記第１
軸方向の一側に移動する際には、前記干渉計システム
（２４）の測長軸を切り替えて、前記第２測長軸の計測
値に基づいて前記基板ステージ（１８）の位置を管理す
る制御手段（３４）とを有する。

【００１７】これによれば、制御手段により、通常は、
干渉計システムの第１測長軸の計測値に基づいて基板ス
テージの位置が管理されるとともに、基板の載置面が所
定量以上第１軸方向の一側に移動した際には、干渉計シ
ステムの測長軸を切り替えて、第２測長軸の計測値に基
づいて基板ステージの位置が管理される。このため、干
渉計システムの第１測長軸が基板ステージに設けられた
反射面から外れる程、基板の載置面が第１軸方向の一側
に移動しても、干渉計システムの第２測長軸が反射面か
ら外れない限り、何らの不都合なく基板ステージの位置
を管理することが可能となる。この場合、第１測長軸と
第２測長軸との間隔を大きくすれば、基板の載置面の第
１軸方向の移動ストロークを拡大することができる。

【００１８】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
のステージ装置において、前記基板（Ｗ）を搬送する搬
送系（３８）との間で前記基板（Ｗ）の受け渡しを行な
う際に、前記基板（Ｗ）を保持して前記基板ステージ
（１８）に対して前記第１軸方向に相対移動する基板受
け渡し機構（５４）を更に有する。

【００１９】これによれば、基板を搬送する搬送系との
間で基板の受け渡しを行なう際に、基板受け渡し機構が
基板を保持して基板ステージに対して第１軸方向に相対
移動することから、基板と基板ステージとの間に、基板
交換に必要なスペースを短時間に設定することが可能に
なり、基板交換を容易に行うことができる。ここで、
「基板ステージに対して前記第１軸方向に相対移動する
基板受け渡し機構」とあることより、基板受け渡し機構
が固定で基板ステージのみが移動する場合と、両者がと
もに第１軸方向に移動可能である場合とを含むが、後者
の場合には、基板ステージの第１軸方向の移動と同時
に、該基板ステージの移動方向と反対方向に基板受け渡
し機構を移動させることにより、基板と基板ステージと
の間に、基板交換に必要なスペースをより短時間に設定
することが可能になる。

【００２０】請求項３に記載の発明は、請求項１又は２
に記載のステージ装置において、前記基板ステージ（１
８）は、前記基準面内で直交２軸方向に移動可能であ
り、前記干渉計システム（２４）は、前記第１測長軸
（ＬＢ１Ｘａ、ＬＢ１Ｘｂ）及び第２測長軸（ＬＢ２
Ｘ）とそれぞれ直交する第３測長軸（ＬＢ１Ｙａ、ＬＢ
１Ｙｂ）及び第４測長軸（ＬＢ２Ｙ）とを更に有し、前
記制御手段（３４）は、前記第１、第３測長軸の計測値
に基づいて前記基板ステージ（１８）の２次元方向の位
置を管理し、前記第１及び第２測長軸の計測値に基づい
て前記基板ステージ（１８）のピッチングを管理し、前
記第３及び第４測長軸の計測値に基づいて前記基板ステ
ージ（１８）のローリングを管理することを特徴とす
る。

【００２１】これによれば、制御手段により、干渉計シ
ステムの第１、第３測長軸の計測値に基づいて基板ステ
ージの２次元方向の位置が管理され、第１及び第２測長
軸の計測値に基づいて基板ステージのピッチングが管理
され、第３及び第４測長軸の計測値に基づいて基板ステ
ージのローリングが管理されるので、通常は基板ステー
ジの２次元方向の位置及びピッチング及びローリングを
管理することができるとともに、基板の載置面が所定量
以上第１軸方向の一側に移動した際には、制御手段によ
り、干渉計システムの測長軸の切り替えが行われ、第２
測長軸、第４測長軸の計測値に基づいて基板ステージの
２次元方向の位置が管理される。

【００２２】請求項４に記載の投影露光装置は、マスク
（Ｒ）に形成されたパターンを投影光学系（ＰＬ）を介
して感応基板（Ｗ）上に投影露光する投影露光装置であ
って、前記請求項１ないし３のいずれか一項に記載のス
テージ装置（１１）を、前記感応基板の位置決め用とし
て具備することを特徴とする。

【００２３】これによれば、請求項１ないし３のいずれ
か一項に記載のステージ装置の作用により、ステージ移
動面に直交する方向の基板ステージ上の基板載置面の移
動ストロークの拡大が可能であるこから、投影光学系と
感応基板との間のワーキングディスタンスが狭い場合で
あっても、感応基板の交換等に必要なスペースを十分確
保することができるとともに、ステージ上の反射面及び
ステージの大型化を防止することが可能になる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図１
ないし図６に基づいて説明する。

【００２５】図１には、本発明に係るステージ装置１１
を含んで構成された一実施形態に係る投影露光装置１０
の構成が概略的に示されている。この投影露光装置１０
は、ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装
置（いわゆるステッパー）である。

【００２６】この投影露光装置１０は、マスクとしての
レチクルＲを照明する照明系３０と、レチクルＲをＸＹ
平面に平行に保持するレチクルステージ２６と、このレ
チクルステージ２６の下方に配置され、その光軸（Ａ
Ｘ）方向がＸＹ平面に直交するＺ軸方向とされた投影光
学系ＰＬと、この投影光学系ＰＬの下方に配置され、基
板（及び感応基板）としてのウエハＷを保持して２次元
移動可能な基板ステージとしてのレベリングステージ１
８を備えたステージ装置１１と、レベリングステージ１
８の位置を計測する干渉計システム２４と、装置全体を
統括的に制御する主制御系３４とを備えている。

【００２７】前記照明系３０は、例えば、高圧水銀ラン
プ（ｉ線、ｇ線）あるいはエキシマレーザ（ＫｒＦ、Ａ
ｒＦ）等からなる光源、光の光路の開閉を行うシャッタ
やオプチカルインテグレータ（フライアイレンズ）等を
含む照明光学系、照明系開口絞り板（レボルバ）、照明
光の照明フィールドを制限する可変ブラインド等（いず
れも図示せず）を含んで構成される。この照明系３０で
は、光源からの照明光の一様化やスペックルの低減等を
行い、レチクルステージ２６上に載置されたレチクルＲ
のパターン領域を均一かつ所定の照明条件にて照明す
る。

【００２８】前記レチクルステージ２６は、投影光学系
ＰＬの光軸ＡＸに垂直な面内でＸ方向（図１における紙
面左右方向）、これに直交するＹ方向（図１における紙
面直交方向）及びＺ軸回りの回転方向（θ方向）にそれ
ぞれ微小量だけ駆動可能に構成されており、レチクルＲ
の２次元面内の位置制御が可能になっている。このレチ
クルステージ２６にその裏面に回路パターンが描画され
たレチクルＲが保持されている。

【００２９】前記投影光学系ＰＬとしては、ここでは、
いわゆる両側テレセントリックで所定の縮小倍率、例え
ば１／５のものが使用されている。このため、レチクル
ＲとウエハＷのアライメントが行なわれ、投影光学系Ｐ
Ｌに対するウエハＷ面の合わせ面設定が行なわれた状態
で、照明系３０からの照明光によりレチクルＲが照明さ
れると、レチクルＲ上の回路パターンがウエハ上に投影
露光され、パターンの縮小像がウエハＷ上に形成される
ようになっている。

【００３０】前記ステージ装置１１は、ウエハ支持台１
２上をＹ軸方向に移動可能なウエハＹ軸ステージ（以
下、「Ｙステージ」という）１４と、このＹステージ１
４上をＸ軸方向に移動可能なウエハＸ軸ステージ（以
下、「Ｘステージ」という）１６と、このＸステージ１
６上に搭載された前記レベリングステージ１８とを備え
ている。そして、このレベリングステージ１８の上面が
ウエハＷの載置面となっており、この上にウエハＷが吸
着固定されている。Ｘステージ１６、Ｙステージ１４
は、ウエハ駆動装置３２によって駆動されるようになっ
ている。

【００３１】前記レベリングステージ１８は、図２に示
されるように、Ｘステージ１６上に３本の駆動軸５０
ａ、５０ｂ、５０ｃにより異なる３点で昇降可能に支持
されている。これら３本の駆動軸５０ａ、５０ｂ、５０
ｃは、それぞれ駆動系５２ａ、５２ｂ、５２ｃ（なお、
５２ｃは紙面後方に配置されているため図示を省略して
いる）により独立して駆動可能となっており、これによ
り、このレベリングステージ１８が投影光学系ＰＬの光
軸ＡＸ方向であるＺ軸方向の移動と、Ｘ軸回りの回転
（ローリング）やＹ軸回りの回転（ピッチング）が可能
な構造となっている。本実施形態では、このレベリング
ステージ１８は、図１及び図２に示されるように、Ｘス
テージ１６の内部に形成された溝２０に沿って昇降可能
となっている。

【００３２】このレベリングステージ１８は、ウエハ駆
動装置３２及び駆動系５２ａ、５２ｂ、５２ｃを介して
主制御系３４によって制御される。

【００３３】前記Ｘステージ１６上の溝２０の内部に
は、センターアップ駆動機構５６及びこれによってＺ軸
方向に同時に駆動される３本のピンから成る基板受け渡
し機構としてのセンターアップ５４が設けられている。
このセンターアップ５４は、レベリングステージ１８に
設けられた３つの丸孔を介して、レベリングステージ１
８の上面に突出し、ウエハＷを３点で下方から支持する
ようになっている。センターアップ５４を構成する各ピ
ンの上端部には、不図示の吸着部が設けられており、こ
れによってウエハを吸着できるようになっている。

【００３４】このセンターアップ５４は、後述するウエ
ハ交換時にレベリングステージ１８上に載置されたウエ
ハＷを持ち上げて、搬送系を構成するウエハローダアー
ム３８を下から差し込めるようにするものである。

【００３５】なお、このセンターアップ５４を昇降動作
をさせずに固定とし、レベリングステージ１８の下降動
作を利用して、ウエハＷをレベリングステージ１８の表
面から持ち上げるような構成としても良いが、本実施形
態の如く、レベリングステージ１８及びセンターアップ
５４をともに昇降可能に構成した場合の方が、レベリン
グステージ１８の下降動作とセンターアップ５４の上昇
動作とを同時並行的に行なうことにより、より短時間で
アーム３８の挿入可能なスペースを設定できるので、ウ
エハ交換時間の短縮が可能となり、望ましい。

【００３６】さらに、レベリングステージ１８の図３に
おける＋Ｘ方向の端面及び＋Ｙ方向の端面はともに鏡面
加工が施され、反射面２２、２１がそれぞれ形成されて
いる。反射面２２は、Ｘ方向に直交しており、この反射
面に干渉計システム２４の第１測長軸の一対の測長ビー
ムＬＢ１Ｘａ、ＬＢ１Ｘｂ及び第２測長軸の測長ビーム
ＬＢ２Ｘがそれぞれ垂直に投射されている。この内、測
長ビームＬＢ１Ｘａ、ＬＢ１Ｘｂは反射面２２の同一の
Ｚ方向高さ位置で投影光学系ＰＬの光軸を通るＸ軸から
それぞれＬ／２の距離の位置に投射され、測長ビームＬ
Ｂ２Ｘは、測長ビームＬＢ１Ｘａ、ＬＢ１Ｘｂの投射位
置から距離ｄだけＺ軸方向下方の投影光学系の光軸を通
るＸ軸上の位置に投射されている。距離ｄは例えば１０
数ｍｍ程度である。

【００３７】また、反射面２１は、Ｙ方向に直交してお
り、この反射面に干渉計システム２４の第３測長軸の一
対の測長ビームＬＢ１Ｙａ、ＬＢ１Ｙｂ及び第４測長軸
の測長ビームＬＢ２Ｙがそれぞれ垂直に投射されてい
る。この内、測長ビームＬＢ１Ｙａ、ＬＢ１Ｙｂは反射
面２１の同一のＺ方向高さ位置で投影光学系ＰＬの光軸
を通るＹ軸からそれぞれＬ／２の距離の位置に投射さ
れ、測長ビームＬＢ２Ｙは、測長ビームＬＢ１Ｙａ、Ｌ
Ｂ１Ｙｂの投射位置から距離ｄだけ下方の投影光学系の
光軸を通るＹ軸上の位置に投射されている。ここで、測
長ビームＬＢ１Ｘａ、ＬＢ１ＸｂとＬＢ１Ｙａ、ＬＢ１
Ｙｂとは、同一のＸＹ面上にある。また測長ビームＬＢ
２ＸとＬＢ２Ｙとは同一のＸＹ面上にあり、投影光学系
ＰＬの光軸中心で直交する。

【００３８】上記６本の測長ビームの反射面２２、２１
からの反射ビームに基づいて各ビームの投射位置の反射
面２２、２１のＸ方向位置、Ｙ方向位置が干渉計システ
ム２４によって計測され、この干渉計システム２４から
の計測情報が主制御系３４に供給され、制御手段として
の主制御系３４では、通常時はレベリングステージ１８
のＸ座標、Ｙ座標、θ回転（ヨーイング）、ピッチング
（Ｙ軸回り回転）、及びローリング（Ｘ軸回り回転）を
次のようにして算出する。

【００３９】すなわち、主制御系３４では、測長ビーム
ＬＢ１Ｘａの計測値Ｘ１と測長ビームＬＢ１Ｘｂの計測
値Ｘ２の平均値（Ｘ１＋Ｘ２）／２によりレベリングス
テージ１８のＸ座標を算出し、測長ビームＬＢ１Ｙａの
計測値Ｙ１と測長ビームＬＢ１Ｙｂの計測値Ｙ２の平均
値（Ｙ１＋Ｙ２）／２によりレベリングステージ１８の
Ｙ座標を算出し、｛（Ｘ１−Ｘ２）／Ｌ＋（Ｙ１−Ｙ
２）／Ｌ｝／２の演算によりヨーイング量を算出する。
また、主制御系３４では、測長ビームＬＢ１Ｘａの計測
値Ｘ１、測長ビームＬＢ１Ｘｂの計測値Ｘ２及び測長ビ
ームＬＢ２Ｘの計測値Ｘ３とを用い、｛（Ｘ１＋Ｘ２）
／２−Ｘ３｝／ｄに基づいてレベリングステージ１８の
ピッチング量を算出する。

【００４０】また、主制御系３４では、測長ビームＬＢ
１Ｙａの計測値Ｙ１、測長ビームＬＢ１Ｙｂの計測値Ｙ
２及び測長ビームＬＢ２Ｙの計測値Ｙ３とを用い、レベ
リングステージ１８のローリング量を｛（Ｙ１＋Ｙ２）
／２−Ｙ３｝／ｄに基づいて算出する。

【００４１】主制御系３４は、上記のようにして干渉計
システム２４からの計測値に基づいて、レベリングステ
ージ１８のＸ座標、Ｙ座標、θ回転（ヨーイング）、ピ
ッチング（Ｙ軸回り回転）、及びローリング（Ｘ軸回り
回転）を常時管理し、これらの値に基づいてウエハ駆動
装置３２等を介してＹステージ１４、Ｘステージ１６、
レベリングステージ１８によるウエハＷの３次元の位置
決め動作を制御する。また、この主制御系３４は、図１
に示されるウエハローダアーム３８を不図示のウエハロ
ーダ制御部に指令を与えて制御する他、装置全体を統括
制御する。

【００４２】また、主制御系３４は、後述するウエハ交
換時等には、干渉計システム２４の第１測長軸（測長ビ
ームＬＢ１Ｘａ、ＬＢ１Ｘｂ）及び第３測長軸（測長ビ
ームＬＢ１Ｙａ、ＬＢ１Ｙｂ）から第２測長軸（測長ビ
ームＬＢ２Ｘ）及び第４測長軸（測長ビームＬＢ２Ｙ）
への測長軸の切り換えを行う機能も有している。

【００４３】この主制御系３４には、投影露光装置１０
の各部を制御する際に必要なプログラムや各種パラメー
タ等を格納するＲＡＭ４０が併設されている。

【００４４】上述のようにして構成された投影露光装置
１０によると、主制御系３４ではレーザ干渉計システム
２４からの計測値に基づいて、前述の如くしてレベリン
グステージ１８の位置及び姿勢を管理し、ウエハ駆動装
置３２を介してＸステージ１６、Ｙステージ１４等を駆
動制御することにより、ウエハＷ上のショット領域を順
次露光位置に位置決めするレベリングステージ１８のス
テッピング動作と、各ショット領域へのレチクルＲのパ
ターンの投影光学系ＰＬを介しての露光とを繰り返し行
い、ウエハＷ上の各ショット領域にレチクルＲのパター
ンを順次転写する。すなわち、ステップ・アンド・リピ
ート方式の露光処理を行う。なお、上記のステップ・ア
ンド・リピート方式の露光処理に際しては、レチクルと
ウエハのアライメント、不図示のフォーカスセンサ、レ
ベリングセンサ等の計測値に基づくレベリングステージ
１８のＺ位置、傾斜制御によりウエハＷ上の各ショット
領域の投影光学系ＰＬの基板側像面への合わせ込み（合
わせ面設定）等が、通常のステッパーと同様に行われる
ことは言うまでもない。

【００４５】以上のようにして、ウエハＷ上の全ショッ
ト領域に対するパターンの露光が終了すると、当該露光
済みのウエハＷを未露光のウエハＷと交換するためのウ
エハ交換が行われる。このウエハ交換に際しての動作
は、本発明に特徴的な動作を含むので、以下このウエハ
交換動作について、図６のフローチャートを参照して説
明する。

【００４６】このフローチャートは、ウエハＷの全ての
ショット領域の露光が終了した時点から開始する。

【００４７】まず、ステップＳ２００では、レベリング
ステージ１８を所定のローディングポジション（ウエハ
交換位置）に移動させる（位置決めする）ためのステー
ジリセット動作が行われる。このときのレベリングステ
ージ１８の位置制御は、先に説明した通常時の位置制御
が行われる。

【００４８】すなわち、主制御系３４では、レベリング
ステージ１８（すなわちウエハＷ）の並進方向の目標値
に対する追従制御を、Ｘ方向については、干渉計システ
ム２４の測長ビームＬＢ１Ｘａの計測値Ｘ１と測長ビー
ムＬＢ１Ｘｂの計測値Ｘ２の平均値（Ｘ１＋Ｘ２）／２
に基づいて行い、Ｙ方向については、測長ビームＬＢ１
Ｙａの計測値Ｙ１と測長ビームＬＢ１Ｙｂの計測値Ｙ２
の平均値（Ｙ１＋Ｙ２）／２に基づいて行う。また、主
制御系２４では、レベリングステージ１８のヨーイング
の制御を｛（Ｘ１−Ｘ２）／Ｌ＋（Ｙ１−Ｙ２）／Ｌ｝
／２に基づいて行う。

【００４９】このような追従制御が行われ、レベリング
ステージ１８がローディングポジションに位置決めされ
ると、ウエハ交換のためレベリングステージの下降（−
Ｚ方向に移動）が開始されるが、この直前に、主制御系
３４では、それまで行っていたヨーイングの計測を中止
し、レベリングステージ１８の並進方向の制御を、上記
の第１測長軸の計測値（Ｘ１、Ｘ２）及び第３測長軸の
計測値（Ｙ１、Ｙ２）に基づく通常の制御から、第２測
長軸の計測値Ｘ３、第４測長軸の計測値Ｙ３を用いた制
御に切り換える、すなわち測長軸の切り換えを行う（ス
テップＳ２０２）。その際、急なステージ移動をなるべ
く避けるため、切り換えを行う直前のＸ３、Ｙ３の値を
ＲＡＭ４０に記憶させておき、その値を目標値として位
置決め制御を行うようにすることが望ましい。また、制
御方式の切り換えを行う以前の座標系との誤差を補正す
るため、Ｘ３と（Ｘ１＋Ｘ２）／２、Ｙ３と（Ｙ１＋Ｙ
２）／２との相関関係をＲＡＭ４０に記憶させておいて
も良い。

【００５０】その後、主制御系３４では駆動装置３２及
び駆動系５２ａ、５２ｂ、５２ｃを介してレベリングス
テージ１８を下降駆動する。これにより、レベリングス
テージ１８が所定量降下する（ステップＳ２０４）。こ
のレベリングステージ１８の降下により、反射面２２に
対して測長ビームＬＢ１Ｘａ、ＬＢ１Ｘｂ及びＬＢ２Ｘ
の３本の測長ビームが当たっていた図４の状態（図３中
に実線で示すレベリングステージ１８参照）から、反射
面２２に対して測長ビームＬＢ２Ｘのみが当たる図５の
状態（図３中に仮想線で示すレベリングステージ１８参
照）に移行する。他方の反射面２１の方もこれと同様
に、反射面２１に対して測長ビームＬＢ１ＹａＬＢ１Ｙ
ｂ及びＬＢ２Ｙの３本の測長ビームが当たっていた状態
（図３中に実線で示すレベリングステージ１８参照）か
ら、反射面２１に対して測長ビームＬＢ２Ｙのみが当た
る状態（図３中に仮想線で示すレベリングステージ１８
参照）に移行する。

【００５１】このように、本実施形態では、ウエハ交換
時などにおいて、レベリングステージ１８を図３中の実
線位置から仮想線位置まで下げると上２本の測長ビーム
が反射面２２、２１から外れるが、下１本の測長ビーム
が切れずに反射面２２、２１に残っているため、レベリ
ングステージ１８のＸＹ位置の計測及び制御を継続して
行うことができ、レベリングステージ（ウエハステー
ジ）の下降によりステージ位置を計測するレーザ干渉計
の測長ビームが移動鏡から外れて位置制御が不能となる
従来例の不都合を解消することができる。

【００５２】ここで、上記ステップＳ２０４でレベリン
グステージ１８が図３中の仮想線位置まで降下した状態
では、図５に示されるように、ウエハＷ裏面とレベリン
グステージ１８の上面との間には、ウエハローダアーム
３８が進入するに十分なクリアランスが確保されてい
る。本実施形態の場合、このレベリングステージ１８の
下降中にセンターアップ５４が上昇駆動され、上記のウ
エハローダアーム３８が進入するに十分なクリアランス
をより短時間に確保しようとしている。

【００５３】次いで、ウエハの交換処理が行われる（ス
テップＳ２０６）。具体的には、図５の状態で、ウエハ
ローダアーム３８が、図９の従来例のアーム１０２と同
様に、ウエハＷ下方に進入し、センターアップ５４が所
定量下降して、ウエハローダアーム３８にウエハＷが渡
される。さらにセンターアップ５４が下降した状態で、
ウエハローダアーム３８が露光済みのウエハを保持して
レベリングステージ１８上から退避し、新たな未露光の
ウエハＷを保持した別のウエハローダアーム３８がセン
ターアップ５４上方にウエハＷを搬送する。このときの
ウエハローダアーム３８とレベリングステージ１８との
相対位置関係をある精度の範囲内で制御する必要がある
ため、ウエハ交換時においてもレベリングステージ１８
の位置制御（ＸＹ並進制御）が必要となるのである。

【００５４】そして、センターアップ５４が所定量上昇
してウエハを下方から持ち上げると、ウエハローダアー
ム３８がレベリングステージ１８上から退避し、これに
よりウエハ交換処理が終了する。

【００５５】なお、上記のウエハ交換処理中、センター
アップ５４は主制御系３４によりセンターアップ駆動機
構５６を介して制御され、また、ウエハローダアーム３
８は、主制御系５４からの指令に応じて不図示のウエハ
ローダ制御系により制御される。

【００５６】そして、これら一連のウエハ交換処理が終
了した後、主制御系３４では、レベリングステージ１８
を上昇駆動する。これにより、レベリングステージ１８
が図３の仮想線位置から実線位置まで上昇し、ウエハＷ
がレベリングステージ１８上面に載置されると同時に、
今まで外れていた干渉計システム２４の第１測長軸（測
長ビームＬＢ１Ｘａ、ＬＢ１Ｘｂ）、第３測長軸（測長
ビームＬＢ１Ｙａ、ＬＢ１Ｙｂ）が反射面２２、２１に
投射されるようになる（ステップＳ２０８）。

【００５７】このため、干渉計システムの測長ビームＬ
Ｂ１Ｘａ、ＬＢ１Ｘｂ、ＬＢ２Ｙａ、ＬＢ２Ｙｂの計測
値Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２を一旦リセットした後（ステ
ップＳ２１０）、直前の（Ｘ３、Ｙ３）の計測値を（Ｘ
１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２）に切り換えるように、上述のス
テップＳ２０２で行われた制御方式の切り換えと逆の手
順に従って制御方式の切り換え（測長軸の切り換え）が
行われる（ステップＳ２１２）。

【００５８】以後は、前述した通常の制御方式によりレ
ベリングステージ１８の位置制御が行われるようにな
る。

【００５９】以上説明したように、本実施形態の投影露
光装置１０を構成するステージ装置１１によると、Ｘス
テージ１６、Ｙステージ１４とこれらのステージと一体
的にＸＹ面内で移動する基板ステージとしてのレベリン
グステージ１８の移動面（ステージ移動面）に対して直
交する方向、すなわち投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向に
レベリングステージ１８を移動させることが可能であ
り、かつ、レベリングステージ１８の位置を制御する干
渉計システム２４の第１測長軸の測長ビームと第２測長
軸の測長ビームとが、反射面２２の光軸ＡＸ方向の異な
る位置に投射され、第３測長軸の測長ビームと第４測長
軸の測長ビームとが反射面２１の光軸ＡＸ方向の異なる
位置に投射されている。このため、レベリングステージ
１８を光軸方向一側（下方）に移動させても、一部の測
長ビーム（ＬＢ２Ｘ、ＬＢ２Ｙ）が反射面２２、２１に
残る。また、本実施形態では、レベリングステージ１８
を光軸方向一側に移動させて一部の測長ビーム（ＬＢ１
Ｘａ、ＬＢ１Ｘｂ、ＬＢ２Ｙａ、ＬＢ２Ｙｂ）が反射面
２２、２１から外れることがわかっている場合は、予め
干渉計システムの測長軸の切り換え動作が行われる。こ
のため、ウエハ交換時等に、ウエハローダアーム３８の
進入スペース確保のため、レベリングステージ１８を下
降させても、何らの不都合なく、レベリングステージ１
８の位置制御を継続することができ、これにより、投影
光学系ＰＬの直下で位置制御をしながらウエハ交換を適
正に行うことができる。従って、本実施形態の投影露光
装置１０によると、近年の高解像度の要請に伴う高Ｎ．
Ａ．化により、投影光学系ＰＬとウエハ面との間のワー
キングディスタンスが狭くなった場合でも、レベリング
ステージ１８を投影光学系ＰＬの下から水平方向に待避
させることなく、その場でウエハ交換を適正に行うこと
ができるため、ウエハ交換のスループットを向上させる
ことができるとともに、基板ステージ（レベリングステ
ージ）を含むステージ装置１１の小型化及びフットプリ
ントの縮小を図ることができる。

【００６０】また、干渉計システムの測長軸の切り換え
後に用いられる測長軸は、通常時はピッチング、ローリ
ングの計測のために用いていた測長軸であり、これをウ
エハ交換時にレベリングステージ１８をＺ軸方向に降下
させた状態での位置計測に利用するものである。従っ
て、このピッチング、ローリング干渉計によりレベリン
グステージ１８の姿勢、特にθｘ（Ｘ軸回り回転）、θ
ｙ（Ｙ軸回り回転）に関する計測が可能になり、不図示
のフォーカスセンサ計測値との比較による制御等が可能
となる。

【００６１】なお、上記実施形態では、レベリングステ
ージ１８により基板ステージが構成され、このレベリン
グステージ１８を昇降させるようにしたが、本発明がこ
れに限定されるものではなく、それよりも下層のＸステ
ージ、Ｙステージその他を昇降可能に構成しても良く、
要は基板としてのウエハの載置面が昇降可能であれば良
い。また、上記実施形態では、レベリングステージ１８
の側面を反射面２２、２１とする場合について説明した
が、これに限らず、基板ステージ上に移動鏡を設ける場
合であっても、本発明は好適に適用できる。

【００６２】また、上記実施形態では、２次元方向に移
動する基板ステージとしてのレベリングステージを備え
たステージ装置に本発明が適用された場合について説明
したが、少なくも１次元方向に移動する基板ステージを
備えたステージ装置であれば、本発明は好適に適用でき
るものである。

【００６３】また、上記実施形態では、干渉計システム
２４の第１測長軸、第３測長軸がそれぞれ２本の測長ビ
ームで構成されている場合について説明したが、測長ビ
ームの本数や配置は上記の実施形態に限定されないこと
は勿論である。

【００６４】更に、上記実施形態では、本発明がステッ
プ・アンド・リピート方式の投影露光装置に適用された
場合について説明したが、これに限らず、本発明はスキ
ャン型の投影露光装置にも好適に適用できるものであ
る。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明によれば、ステージ移動面に直交する方向の基板ス
テージ上の基板載置面の移動ストロークを拡大すること
ができるという効果がある。

【００６６】また、請求項２に記載の発明によれば、上
記効果に加え、基板交換を容易に行うことができるとい
う効果がある。

【００６７】また、請求項３に記載の発明によれば、上
記各発明の効果に加え、通常は基板ステージの２次元方
向の位置及びピッチング及びローリングを管理すること
ができるという効果がある。

【００６８】また、請求項４に記載の発明によれば、投
影光学系と感光基板との間のワーキングディスタンスが
狭い場合であっても感応基板の交換等に必要なスペース
を十分確保することができるとともに、ステージ上の反
射面及びステージの大型化を防止することができるとい
う従来にない優れた投影露光装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態に係る投影露光装置の構成を概略的
に示す図である。

【図２】図１のＸステージの内部構成を示す概略断面図
である。

【図３】図１の干渉計システムの測長ビームの配置を示
す、レベリングステージ近傍の概略斜視図である。

【図４】レベリングステージが図３の実線の位置にある
ときにＸ軸方向に沿って見た状態を示す図である。

【図５】レベリングステージが図３の点線位置まで下が
ったときにＸ軸方向に沿って見た状態を示す図である。

【図６】図１の投影露光装置のウエハ交換の処理の流れ
を示すフローチャートである。

【図７】従来例の有する不都合の一例を説明するための
図である。

【図８】従来例を示す説明図である。

【図９】他の従来例を示す説明図である。

【図１０】発明が解決しようとする一つの課題を説明す
るための図である。

【符号の説明】

１０投影露光装置１１ステージ装置１８レベリングステージ（基板ステージ）２１、２２反射面２４干渉計システム３４主制御系（制御手段）３８搬送アーム（搬送系）５４センターアップ（基板受け渡し機構）Ｗウエハ（基板、感応基板）ＬＢ１Ｘａ、ＬＢ１Ｘｂ第１測長軸の測長ビームＬＢ２Ｘ第２測長軸の測長ビームＬＢ１Ｙａ、ＬＢ１Ｙｂ第３測長軸の測長ビームＬＢ２Ｙ第４測長軸の測長ビームＲレチクル（マスク）ＰＬ投影光学系

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板を載置して所定の基準面内を少なく
とも一方向に移動可能な基板ステージと；前記基板ステ
ージに設けられた反射面を介して前記基板ステージの位
置を計測する第１測長軸と、前記反射面の前記第１測長
軸の投射位置より前記基準面に直交する第１軸方向の一
側に投射される第２測長軸とを備えた干渉計システム
と；前記干渉計システムの前記第１測長軸の計測値に基
づいて前記基板ステージの位置を管理するとともに、前
記基板の載置面が所定量以上前記第１軸方向の一側に移
動する際には、前記干渉計システムの測長軸を切り替え
て、前記第２測長軸の計測値に基づいて前記基板ステー
ジの位置を管理する制御手段とを有するステージ装置。
【請求項２】前記基板を搬送する搬送系との間で前記
基板の受け渡しを行なう際に、前記基板を保持して前記
基板ステージに対して前記第１軸方向に相対移動する基
板受け渡し機構を更に有する請求項１に記載のステージ
装置。
【請求項３】前記基板ステージは、前記基準面内で直
交２軸方向に移動可能であり、前記干渉計システムは、前記第１測長軸及び第２測長軸
とそれぞれ直交する第３測長軸及び第４測長軸とを更に
有し、前記制御手段は、前記第１、第３測長軸の計測値に基づ
いて前記基板ステージの２次元方向の位置を管理し、前
記第１及び第２測長軸の計測値に基づいて前記基板ステ
ージのピッチングを管理し、前記第３及び第４測長軸の
計測値に基づいて前記基板ステージのローリングを管理
することを特徴とする請求項１又は２に記載のステージ
装置。
【請求項４】マスクに形成されたパターンを投影光学
系を介して感応基板上に投影露光する投影露光装置であ
って、前記請求項１ないし３のいずれか一項に記載のステージ
装置を、前記感応基板の位置決め用として具備すること
を特徴とする投影露光装置。