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KR100314557B1 - 노광장치 및 노광방법 - Google Patents

노광장치 및 노광방법 Download PDF

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KR100314557B1
KR100314557B1 KR1019997004939A KR19997004939A KR100314557B1 KR 100314557 B1 KR100314557 B1 KR 100314557B1 KR 1019997004939 A KR1019997004939 A KR 1019997004939A KR 19997004939 A KR19997004939 A KR 19997004939A KR 100314557 B1 KR100314557 B1 KR 100314557B1
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KR
South Korea
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substrate stage
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니시겐지
오다가즈야
Original Assignee
시마무라 테루오
가부시키가이샤 니콘
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Priority claimed from JP33284596A external-priority patent/JP4029181B2/ja
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Abstract

웨이퍼를 지지하는 2 개의 스테이지 (WS1, WS2) 가 얼라인먼트 시스템 (24a) 아래의 위치정보계측섹션 (PIS) 과 투영광시스템 (PL) 아래의 노광섹션 (EPS) 간에 독립적으로 이동할 수 있다. 웨이퍼가 교환되어 스테이지 (WS1) 상에서 정렬되는 동안에, 웨이퍼 (W2) 는 스테이지 (WS2) 상에서 노광된다. 스테이지 (WS1)상의 각 쇼트 영역내의 웨이퍼 (W1) 의 위치는 섹션 (PIS) 에 의해서, 스테이지 (WS1) 상에 형성된 기준 마크에 대한 상대 위치로 파악된다. 스테이지 (WS1) 가 섹션 (EPS) 으로 이동하고 웨이퍼 (W1) 가 노광될 때, 상대 위치에 대한 정보는 얼라인먼트 패턴과의 정렬시에 이용된다. 따라서, 이동시에 스테이지의 위치는 계속적으로 모니터될 필요가 없다. 2 개의 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 를 이용하는 노광의 병렬처리에 의해, 스루풋이 증가될 수 있다.

Description

노광장치 및 노광방법 {ALIGNER AND METHOD FOR EXPOSURE}
본 발명은, 광, 전자선 그 외의 하전입자선으로 감응기판을 노광하기 위한 노광장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 반도체소자나 액정표시소자를 리소그래피공정으로 제조되는데 이용되는 마스크에 형성된 패턴의 상을 투영광학계를 통하여 감응기판상에 투영노광하기 위한 노광장치 및 노광방법에 관한 것이며, 특히, 2 개의 기판 스테이지를 이용하여 2 장의 기판이 노광과 얼라인먼트 (alignment) 를 병행하여 실시하는데 적합한 노광장치 및 노광방법에 관한 것이다.
종래부터, 반도체소자 또는 액정표시소자 등을 포토리소그래피공정으로 제조하는 경우에, 여러가지의 노광장치가 사용되고 있는데, 현재는, 포토마스크 또는 레티클 (이하 「레티클」 이라 총칭함) 의 패턴상 (像) 을, 투영광학계를 통하여 표면에 포토레지스트 등의 감광재가 도포된 웨이퍼 또는 유리플레이트 등의 기판 (이하, 적당히 「감응기판」이라 칭함) 상에 전사하는 투영노광장치가 일반적으로 사용되고 있다. 최근에는, 상기 투영노광장치로서, 감응기판을 2 차원적으로 이동이 자유로운 기판 스테이지상에 얹어놓고, 상기 기판 스테이지로 감응기판을 보진(步進;스텝핑) 시켜, 레티클의 패턴상을 감응기판상의 각 쇼트 (shot) 영역에 순차적으로 노광하는 동작을 반복하는, 소위 스텝·앤드·리피트 (step-and-repeat) 방식의 축소 투영노광장치 (소위 스텝퍼) 가 주류로 되고 있다.
최근에 들어와, 상기 스텝퍼 등의 정지형 노광장치에 개량을 더한, 스텝·앤드·스캔 방식의 투영노광장치 (예를 들면, 미국특허 제 5,646,413 호에 대응하는 일본 공개특허공보 평 7-176468 호에 기재된 것과 같은 주사형 노광장치) 도 비교적 많이 이용되게 되었다. 상기 스텝·앤드·스캔 방식의 투영노광장치는, ① 스텝퍼에 비하면 넓은 필드를 보다 작은 광학계로 노광할 수 있기 때문에, 투영광학계의 제조가 용이함과 동시에, 넓은 필드 노광에 의한 쇼트수의 감소에 의해 높은 스루풋 (throughput) 을 기대할 수 있고, ② 투영광학계에 대하여 레티클 및 웨이퍼를 상대주사함으로써 평균화효과가 있어 디스토션이나 초점심도의 향상을기대할 수 있는 것 등의 장점이 있다. 또한, 반도체소자의 집적도가 16M (메가) 에서 64M 의 DRAM, 더욱 장래적으로는 256M, 1G (기가) 와 같이 시대와 함께 높아짐에 따라, 넓은 필드가 필수가 되기때문에, 스텝퍼 대신 스캔형 투영노광장치가 주류가 될것으로 전해지고 있다.
이와 같은 투영노광장치에 있어서는, 노광에 앞서 레티클과 웨이퍼의 위치맞춤 (얼라인먼트) 을 고정밀도로 실시할 필요가 있다. 상기 얼라인먼트를 실시하기 위해, 웨이퍼 상에는 이전의 포토리소그래피공정으로 형성 (노광전사) 된 위치검출용 마크 (얼라인먼트마크) 가 설치되어 있고, 상기 얼라인먼트마크의 위치를 검출함으로써, 웨이퍼 (또는 웨이퍼상의 회로패턴) 의 정확한 위치를 검출할 수 있다.
얼라인먼트 마크를 검출하는 얼라인먼트 현미경으로서는, 크게 분류하여 투영렌즈를 통하여 마크검출을 실시하는 온액시스 (on-axis) 방식과, 투영렌즈를 통하지 않고 마크검출을 실시하는 오프액시스 (off-axis) 방식의 것이 있는데, 앞으로 주류가 될 엑시머 레이저 광원을 이용하는 투영노광장치에서는, 오프액시스 방식의 얼라인먼트 현미경이 가장 적합하다. 이것은, 투영렌즈는 노광광에 대하여 색수차 (chromatic aberration) 의 보정이 이루어져 있으므로, 온액시스의 경우, 얼라인먼트광을 집광할 수 없거나, 집광할 수 있었다고 해도 색수차에 의한 오차가 매우 큰 것이 되는데 대하여, 오프액시스 방식의 얼라인먼트 현미경은, 투영렌즈와는 별도로 설치되어 있기 때문에, 이와 같은 색수차를 고려하지 않고, 자유로운 광학설계가 가능한 것, 및 여러가지의 얼라인먼트계를 사용할 수 있기때문이다. 예를 들면, 위상차현미경이나 미분간섭현미경 등도 사용할 수 있다.
이와 같은 스캔형 투영노광장치를 이용하여 감응기판을 노광하는 경우는, 예를 들면, 미국특허 제 5,448,332 호에 대응하는 일본공개특허공보 평 6-283403 호에 기재되어 있는 바와 같이, 노광필드에 대하여 주사방향의 바로 앞측에 설치된 1 열 전부의 검출점을 샘플점으로서, 미리 노광전에 그 샘플점에서의 포커스위치의 값을 전부 계측하고, 평균화처리나 필터링처리를 실시하여, 위상지연을 예상하여 노광시에 오픈으로 오토포커스 및 오토레벨링기구를 제어한다. 그리고, 그것과 병행하여 상기 1 열의 각 샘플점에서의 포커스위치의 계측값으로부터 최소 자승근사법으로 비스캔방향의 경사를 구하고, 비스캔방향의 레벨링제어를 오픈제어로 실시하는, 소위 완전선독제어법이 실시되었다.
이와 같은 투영노광장치는, 주로 반도체소자 등의 양산기로 사용되기 때문에, 일정시간내에 어느만큼의 매수의 웨이퍼를 노광처리할 수 있는가의 처리능력, 즉 스루풋을 향상시키는 것이 필연적으로 요청된다.
이에 관하여, 상기의 스텝·앤드·스캔 방식의 투영노광장치의 경우, 넓은 필드를 노광하는 경우에는 앞에 서술한 바와 같이, 웨이퍼 내에 노광하는 쇼트수가 적어지므로 스루풋 향상이 예상되지만, 노광은 레티클과 웨이퍼와의 동기주사에 의한 등속이동중에 실시되기 때문에, 그 등속이동영역의 전후에 가감속영역이 필요하게 되어, 만약 스텝퍼의 쇼트사이즈와 동등한 크기의 쇼트를 노광하는 경우에는, 오히려 스텝퍼보다 스루풋이 떨어질 가능성이 있다.
이와 같은 투영노광장치에서의 처리의 흐름은, 대강 다음과 같이 되어 있다.
① 먼저, 웨이퍼 로더를 사용하여 웨이퍼를 웨이퍼 테이블 상에 로드하는 웨이퍼 로드 공정이 실시된다.
② 다음에, 서치 (search) 얼라인먼트기구에 의해 웨이퍼의 대략적인 위치검출을 실시하는 서치얼라인먼트 공정이 실시된다. 상기 서치얼라인먼트 공정은, 구체적으로는, 예를 들면, 웨이퍼의 외형을 기준으로 하거나, 또는 웨이퍼상의 서치얼라인먼트 마크를 검출함으로써 실시된다.
③ 다음에, 웨이퍼상의 각 쇼트영역의 위치를 정확하게 구하는 파인 (fine) 얼라인먼트 공정이 실시된다. 상기 파인얼라인먼트 공정은, 일반적으로 EGA (enhanced global alignment) 방식이 이용되고, 이 방식은 웨이퍼 내의 복수의 샘플 쇼트를 선택해 놓고, 당해 샘플쇼트에 부설된 얼라인먼트 마크 (웨이퍼 마크) 의 위치를 순차적으로 계측하여, 상기 계측결과와 쇼트배열의 설계값에 근거하여, 소위 최소자승법 등에 의한 통계연산을 실시하여, 웨이퍼상의 모든 쇼트배열 데이터를 구하는 것으로 (미국특허 제 4,780,617 호에 대응하는 일본 공개특허공보 소61-44429 호 참조), 높은 스루풋으로 각 쇼트영역의 좌표위치를 비교적 고정밀도로 구할 수 있다.
④ 다음에, 상술한 EGA 방식 등으로 구한 각 쇼트영역의 좌표위치와 미리 계측한 베이스라인량에 근거하여 노광위치에 웨이퍼상의 각 쇼트영역을 순차적으로 위치결정하면서, 투영광학계를 통하여 레티클의 패턴상을 웨이퍼 상에 전사하는노광공정이 실시된다.
⑤ 다음에, 노광처리된 웨이퍼 테이블상의 웨이퍼를 웨이퍼 언로더를 사용하여 웨이퍼 언로드시키는 웨이퍼 언로드 공정이 실시된다. 상기 웨이퍼 언로드 공정은, 노광처리를 실시하는 웨이퍼의 상기 ① 의 웨이퍼 로드 공정과 동시에 실시된다. 즉, ① 과 ⑤ 에 의해 웨이퍼 교환 공정이 구성된다.
이와 같이, 종래의 투영노광장치에서는, 웨이퍼교환 → 서치얼라인먼트 → 파인얼라인먼트 → 노광 → 웨이퍼 교환 … 과 같이, 크게 4 개의 동작이 하나의 웨이퍼 스테이지를 이용하여 반복 실시되고 있다.
또, 이와 같은 투영노광장치의 스루풋 (THOR) [매/시간] 은, 상술한 웨이퍼 교환시간을 T1, 서치얼라인먼트 시간을 T2, 파인얼라인먼트 시간을 T3, 노광시간을 T4 로 한 경우에, 다음식 (1) 과 같이 나타낼 수 있다.
THOR = 3600/(T1＋T2＋T3＋T4) … (1)
상기 T1 ∼ T4 의 동작은, T1 → T2 → T3 → T4 → T1 … 과 같이 순차적으로 (연속적으로) 반복 실행된다. 이 때문에, T1 ∼ T4 까지의 개개의 요소를 고속화하면 분모가 작아져, 스루풋 (THOR) 을 향상시킬 수 있다. 그러나, 상술한 T1 (웨이퍼 교환시간) 과 T2 (서치얼라인먼트 시간) 는, 웨이퍼 1 장에 대하여 1 동작이 실시되는 것뿐이기 때문에 개선의 효과는 비교적 적다. 또, T3 (파인얼라인먼트 시간) 의 경우는, 상술한 EGA 방식을 이용할 때에 쇼트의 샘플링수를 적게 하거나, 쇼트 단체 (單體) 의 계측시간을 단축하면 스루풋을 향상시킬 수 있지만, 반대로 얼라인먼트 정밀도를 열화시키기때문에, 안이하게 T3 을 단축할 수는 없다.
또, T4 (노광시간) 는, 웨이퍼 노광시간과 쇼트간의 스텝핑시간을 포함하고 있다. 예를 들면, 스텝·앤드·스캔 방식과 같은 주사형 투영노광장치의 경우는, 웨이퍼 노광시간을 단축시키는 정도만큼 레티클과 웨이퍼의 상대 주사속도를 올릴 필요가 있는데, 동기정밀도 (synchronization accuracy) 가 열화되기 때문에, 안이하게 주사속도를 올릴 수 없다.
특히 앞으로 주류가 될 엑시머 레이저 광원을 이용하는 투영노광장치와 같이 오프액시스 얼라인먼트 현미경을 이용하는 장치에서는, 스테이지의 제어성을 향상시키는 것은 용이하지 않다. 즉, 이와 같은 투영 노광장치에서는, 투영광학계를 통한 마스크패턴의 노광시와, 얼라인먼트시와의 양방에서 웨이퍼 스테이지의 위치를 아베의 오차없이 정확하게 관리하여, 고정밀도의 중첩을 실현하기 위해서는, 레이저 간섭계의 측장축이 투영광학계의 투영중심과 얼라인먼트 현미경의 검출중심을 각각 통하도록 설정할 필요가 있고, 또한 노광시의 스테이지의 이동범위내와 얼라인먼트시의 스테이지의 이동범위내의 양방에서 상기 투영광학계의 투영중심을 통하는 측장축과 얼라인먼트 현미경의 검출중심을 통하는 측장축이 모두 끊어지지 않도록 할 필요가 있기 때문에, 스테이지가 필연적으로 대형화되기 때문이다.
또, 이와 같은 투영노광장치에서 상기 스루풋면 외에, 중요한 조건으로서는, ① 해상도, ② 초점심도 (DOF : Depth of Focus), ③ 선폭제어정밀도를 들 수 있다. 해상도 (R) 는, 노광파장을 λ 로 하고, 투영렌즈의 개구수를N.A.(Numerical Aperture) 로 하면, λ/N.A. 에 비례하고, 초점심도 (DOF) 는 λ/(N.A.)2에 비례한다.
이 때문에, 해상도 (R) 를 향상시키기 (R 의 값을 작게 하기) 위해서는, 노광파장 (λ) 을 작게 하든지, 또는 개구수 (N.A.) 를 크게 할 필요가 있다. 특히, 최근에는 반도체소자 등의 고밀도화가 추진되고 있어, 디바이스룰이 0.2 ㎛ L/S (라인 앤드 스페이스) 이하로 되고 있기 때문에, 이들의 패턴을 노광하기 위해서는 조명광원으로서 KrF 엑시머 레이저를 이용하고 있다. 그러나, 상술한 바와 같이 반도체소자의 집적도는, 장래적으로 더욱 상승되는 것은 불가피한 것으로, KrF 보다 단파장인 광원을 구비한 장치의 개발이 요구된다. 이와 같은 보다 단파장인 광원을 구비한 차세대 장치의 후보로서, ArF 엑시머 레이저를 광원으로 한 장치, 전자선 노광장치 등을 대표적으로 들 수 있는데, ArF 엑시머 레이저의 경우는, 산소가 있는 곳에서는 광이 거의 투과하지 않아 고출력이 나오기 어려운데다, 레이저의 수명도 짧아 장치비용이 비싸다는 기술적인 과제가 산적되어 있고, 또, 전자선 노광장치의 경우, 광노광장치에 비하여 스루풋이 현저하게 낮다는 문제점이 있는 것으로부터, 단파장화를 주된 관점으로 한 차세대기의 개발은 생각대로 되지않는 것이 현실이다.
해상도 (R) 를 올리는 다른 수법으로서는, 개구수 (N.A.) 를 크게 하는 것도 생각할 수 있는데, N.A. 를 크게 하면, 투영광학계의 DOF 가 작아진다는 단점이 있다. 상기 DOF 는, UDOF (User Depth of Focus : 사용자측에서 사용하는 부분 : 패턴단차나 레지스트두께 등) 과, 장치자신의 종합초점차로 크게 분류할수 있다. 지금까지는, UDOF 의 비율이 컸기 때문에, DOF 를 크게 취하는 방향이 노광장치 개발의 주축으로, 상기 DOF 를 크게 취하는 기술로서 예를 들면 변형조명 등이 실용화되고 있다.
그러나, 디바이스를 제조하기 위해서는, L/S (라인 앤드 스페이스), 고립 L (라인), 고립 S (스페이스), 및 CH (콘택트홀) 등이 조합된 패턴을 웨이퍼 상에 형성할 필요가 있는데, 상기의 L/S, 고립라인 등의 패턴형상마다 최적 노광을 실시하기 위한 노광 패러미터가 다르다. 이 때문에, 종래에는, ED-TREE (레티클이 다른 CH 는 제외) 라는 수법을 이용하여, 해상선폭이 목표값에 대하여 소정의 허용오차내로 되고, 또한 소정의 DOF 가 얻어지는 공통의 노광 패러미터 (코히렌스팩터 (σ), N.A., 노광제어정밀도, 레티클 묘화정밀도 등) 를 구하여, 이것을 노광장치의 사양으로 하는 것이 실시되고 있다. 그러나, 앞으로는 이하와 같은 기술적인 흐름이 있을 것으로 생각된다.
① 프로세스기술 (웨이퍼상 평탄화) 향상에 의해, 패턴저단차화, 레지스트 두께감소가 진행되어, UDOF 가 1 ㎛ 대 → 0.4 ㎛ 이하로 될 가능성이 있다.
② 노광파장이 g 선 (436 ㎚) → i 선 (365 ㎚) → KrF (248 ㎚) 으로 단파장화되어 있다. 그러나, 앞으로는 ArF (193) 까지의 광원밖에 검토되어 있지않아, 그 기술적 장벽도 높다. 그 후는 EB 노광으로 이행한다.
③ 스텝·앤드·리피트와 같은 정지노광 대신에 스텝·앤드·스캔과 같은 주사노광이 스텝퍼의 주류가 되는 것이 예상되고 있다. 이와 같은 기술은, 지름이 작은 투영광학계로 넓은 필드 노광이 가능하여 (특히 스캔방향), 그 만큼N.A. 화를 실현하기 쉽다.
상기와 같은 기술동향을 배경으로 하여, 한계해상도를 향상시키는 방법으로서 이중노광법이 검토되고, 상기 이중노광법을 KrF 및 장래적으로는 ArF 노광장치에 이용하여, 0.1 ㎛ L/S 까지 노광하려고 하는 시도가 검토되고 있다. 일반적으로 이중노광법은 이하의 3 개의 방법으로 크게 구별된다.
(1) 노광 패러미터가 다른 L/S, 고립선을 별도의 레티클에 형성하여, 각각 최적 노광조건으로 동일 웨이퍼 상에 이중으로 노광을 실시한다.
(2) 위상 시프트법 등을 도입하면, 고립선보다 L/S 의 것이 동일 DOF 에서 한계해상도가 높다. 이것을 이용함으로써, 1 장째의 레티클로 모든 패턴을 L/S 로 형성하고, 2 장째의 레티클로 L/S 를 줄임으로써 고립선을 형성한다.
(3) 일반적으로, L/S 보다 고립선은, 작은 N.A. 로 높은 해상도를 얻을 수 있다 (단, DOF 는 작아진다). 따라서, 모든 패턴을 고립선으로 형성하고, 1 장째와 2 장째의 레티클로 각각 형성한 고립선의 조합에 의해, L/S 를 형성한다. 상기의 이중노광법은 해상도향상, DOF 향상의 2 개의 효과가 있다.
그러나, 이중노광법은, 복수의 레티클을 사용하여 노광처리를 복수회 실시해야 되기 때문에, 종래의 장치에 비하여 노광시간 (T4) 이 배이상으로 되어, 스루풋이 대폭적으로 열화된다는 문제점이 있기 때문에, 현실적으로는, 이중노광법은 그다지 진지하게 검토되지 않고, 종래부터 노광파장의 자외화, 변형조명, 위상시프트 레티클 등에 의해, 해상도, 초점심도 (DOF) 의 향상이 실시되어 왔다.
그러나, 앞에 서술한 이중노광법을 KrF, ArF 노광장치에 이용하면 0.1 ㎛L/S 까지의 노광이 실현됨으로써, 256 M, 1G 의 DRAM 의 양산을 목적으로 하는 차세대기 개발의 유력한 선택수단인 것은 의심할 바 없고, 이를 위해 문제가 되는 이중노광법의 과제인 스루풋의 향상을 위해 신기술의 개발이 요망되었다.
이에 관하여, 상술한 4 개의 동작 즉 웨이퍼교환, 서치얼라인먼트, 파인얼라인먼트, 및 노광동작 중의 복수 동작끼리를 부분적으로라도 동시 병행적으로 처리할 수 있으면, 이들 4 개의 동작을 연속적으로 실시하는 경우에 비하여, 스루풋을 향상시킬 수 있다고 생각되고, 이를 위해서는 기판 스테이지를 복수 설치하는 것이 전제가 된다. 상기 기판 스테이지를 복수 설치하는 것은 공지된 것으로, 이론상 간단한 것처럼 생각되지만, 충분한 효과를 발휘시키기 위해 해결하지 않으면 안되는 많은 문제가 산적되어 있다. 예를 들면, 현상과 동일한 정도의 크기인 기판 스테이지를 단순히 2 개 나열하여 배치하는 것은, 장치의 설치면적 (소위 풋프린트 (foot print)) 이 현저히 증대되어, 노광장치가 놓여지는 크린룸의 비용상승을 초래한다는 문제점이 있다. 또, 고정밀도의 중첩을 실현하기 위해서는, 동일한 기판 스테이지상의 감응기판에 대하여, 얼라인먼트를 실행한 후, 그 얼라인먼트의 결과를 이용하여 마스크의 패턴상과 감응기판의 위치맞춤을 실행하여 노광을 실시할 필요가 있기 때문에, 단순히 2 개의 기판 스테이지 중, 일방을 예를 들면 노광전용, 타방을 얼라인먼트 전용 등으로 하는 것은, 현실적인 해결책으로는 될 수 없다.
또한, 2 개의 기판 스테이지를 독립하여 이동제어하면서 2 개의 동작을 동시 병행처리하는 경우에는, 양 스테이지 끼리가 접촉하지 않도록 이동제어하거나(간섭방지), 일측 스테이지상의 동작이 타측 스테이지상의 동작에 영향을 주지않도록 할 (외란방지) 필요가 있었다.
그리고 또, 주사형의 투영노광장치에서는, 웨이퍼 (W)상의 각 쇼트영역에 대하는 노광순서는, ① 스캔시 가감속시간, ② 정속시간, ③ 노광시간, ④ 인접쇼트로의 스텝핑시간 등의 ① ∼ ④ 의 각 패러미터에 의해 결정되는데, 일반적으로 레티클 스테이지의 가감속이 율속 (rate-determining) 조건이 되기때문에, 레티클 스테이지를 주사방향의 일측에서 타측, 타측에서 일측으로 서로 번갈아 주사하고, 이것에 맞춰 웨이퍼를 레티클 스테이지와 반대방향으로 번갈아 주사하는 (이를 위해서는, 웨이퍼는 1 쇼트 노광후, 비주사방향으로 1 쇼트분 스텝핑됨) 것이 가장 효율적이다.
그러나, 상술한 종래의 완전선독제어 (일본 공개특허공보 평6-283403 호 등) 를 실시하는 경우에는, 상술한 가장 효율적인 노광순서로 노광을 실시하는 것이 곤란하였다. 즉, 웨이퍼 중심 근방의 쇼트영역을 노광하는 경우에는, 특별한 문제없이 상기 완전선독제어를 실시할 수 있는데, 웨이퍼 외주근방에 존재하는 쇼트영역이나, 외주에서의 결함쇼트에서는, 그 주사방향에 따라서는 완전선독제어가 곤란한 경우가 있고, 완전선독을 실시하기 위해 주사방향을 웨이퍼의 내측으로부터 외측으로 하지 않을 수 없는 것이 현상이기 때문이다. 이 때문에, 스루풋의 저하를 초래하였다.
일본 공개특허공보 평 8-51069 호 (대응미국특허출원 제 261630 호, 1994년 6월 17일 출원) 은, 웨이퍼 위치감시추적장치를 포함하는 복수의 웨이퍼 스테이션을 포함하는 스텝·앤드·리피트 장치를 개시하고 있다. 웨이퍼 스테이션으로서 결상 스테이션과 특성측정 스테이션을 구비하고, 각 스테이션은 웨이퍼를 지지하는 척을 갖는다. 특성측정 스테이션에서는 웨이퍼의 필드마다 필드의 경사나 깊이가 판정된다. 결상 스테이션은 결상렌즈를 구비하여 특성측정 스테이션에서 특성측정된 웨이퍼의 각 필드에 상이 프린트된다. 이들의 스테이션에서의 웨이퍼의 특성측정과 결상은 병렬로 실시된다. 이 때문에, 특성측정과 결상을 순차적으로 실시하는 종래의 스텝에 비하여 스루풋을 2 배로 할 수 있는 것이 상기 공보에 서술되어 있다. 그러나, 상기 타입의 장치에서는, 특성측정 스테이션에서 수집한 웨이퍼의 데이터가 웨이퍼의 결상 스테이션으로의 이동후에 있어서도 유효하고 또한 정확하기 때문에, 웨이퍼를 항상 간섭계로 감시를 계속하지 않으면 안된다.
본 발명은, 이와 같은 사정하에 이루어진 것으로, 발명의 제 1 목적은, 스루풋을 더욱 향상시킬 수 있는 투영노광장치를 제공하는 것에 있다.
발명의 제 2 목적은, 스루풋을 더욱 향상시킬 수 있는 투영노광방법을 제공하는 것에 있다.
발명의 제 3 목적은, 노광동작과 얼라인먼트동작 등의 병행처리에 의해 스루풋의 향상 및 기판 스테이지의 소형·경량화를 도모할 수 있는 투영노광장치를 제공하는 것에 있다.
발명의 제 4 목적은, 스루풋의 향상 및 스테이지의 소형·경량화를 도모할수 있는 투영노광방법을 제공하는 것에 있다.
발명의 제 5 목적은, 스루풋을 더욱 향상시킴과 동시에, 양 스테이지상호간의 외란의 영향을 방지할 수 있는 투영노광장치를 제공하는 것에 있다.
발명의 제 6 목적은, 스루풋을 더욱 향상시킴과 동시에, 양 스테이지 끼리의 간섭을 방지할 수 있는 투영노광장치를 제공하는 것에 있다.
발명의 제 7 목적은, 스루풋을 더욱 향상시킴과 동시에, 양 스테이지상호간의 외란의 영향을 방지할 수 있는 투영노광방법을 제공하는 것에 있다.
발명의 제 8 목적은, 스루풋을 더욱 향상시킴과 동시에, 양 스테이지끼리의 간섭을 방지할 수 있는 투영노광방법을 제공하는 것에 있다.
발명의 제 9 목적은, 스루풋을 더욱 향상시키면서, 고정밀도의 포커스, 레벨링 제어를 실시할 수 있는 투영노광장치를 제공하는 것에 있다.
발명의 제 10 목적은, 스루풋을 더욱 향상시키면서, 고정밀도의 포커스, 레벨링 제어를 실시할 수 있는 투영노광방법을 제공하는 것에 있다.
발명의 제 11 목적은, 샘플쇼트 영역의 배열에 근거하여, 마스크와의 위치맞춤을 실시하는 EGA 를 사용하는 경우에서도, 스루풋을 더욱 향상시키면서, 고정밀도의 포커스, 레벨링 제어를 실시할 수 있는 투영노광방법을 제공하는 것에 있다.
발명의 제 12 목적은, 감응기판의 외주근방의 쇼트영역을 노광할 때에 선독 계측할 수 없었던 내측의 포커스 정보를 선독 데이터로 포커스 제어에 이용함으로써, 스루풋을 향상시키면서, 고정밀도의 포커스, 레벨링 제어를 실시할 수 있는투영노광장치를 제공하는 것에 있다.
발명의 제 13 목적은, 스루풋을 더욱 향상시키면서, 고정밀도의 포커스, 레벨링 제어를 실시할 수 있는 주사노광방법을 제공하는 것에 있다.
발명의 제 14 목적은, 스루풋을 향상시킬 수 있음과 동시에, 베이스라인량에 관계없이 기판 스테이지의 크기를 정할 수 있는 노광방법을 제공하는 것에 있다.
도 1 은 본 제 1 실시형태에 관한 투영노광장치의 개략구성을 나타내는 도면이다.
도 2 는 2 개의 웨이퍼 스테이지와 레티클 스테이지와 투영광학계와 얼라인먼트계의 위치관계를 나타내는 사시도이고, 웨이퍼 스테이지 (WS1) 가 위치정보계측섹션에 존재하며 웨이퍼 스테이지 (WS2) 가 노광 (노광) 섹션에 존재하는 경우를 나타낸다.
도 3 은 웨이퍼 스테이지의 구동기구의 구성을 나타내는 평면도이다.
도 4 는 투영광학계와 얼라인먼트계에 각각 설치되어 있는 AF/AL 계를 나타내는 도면이다
도 5 는 AF/AL 계와 TTR 얼라인먼트계의 구성을 나타내는 투영노광장치의 개략구성을 나타내는 도면이다.
도 6 은 도 5 의 패턴형성판의 형상을 나타내는 도면이다.
도 7 은 2 개의 웨이퍼 스테이지를 사용하여 웨이퍼 교환·얼라인먼트 시퀀스와 노광 시퀀스가 행해지고 있는 상태를 나타내는 평면도이다.
도 8 은 도 7 의 웨이퍼 교환·얼라인먼트 시퀀스와 노광 시퀀스의 전환을 한 상태를 나타내는 도면이다.
도 9 는 2 장의 레티클을 지지하는 2 중 노광용 레티클 스테이지를 나타내는 도면이다.
도 10a 는 도 9 의 패턴 A 의 레티클을 사용하여 웨이퍼의 노광을 행한 상태를 나타내는 도면이다.
도 1Ob 는 도 9 의 패턴 B 의 레티클을 사용하여 웨이퍼의 노광을 행한 상태를 나타내는 도면이다.
도 11 은 2 개의 웨이퍼 스테이지의 일측에 지지된 웨이퍼상의 각 쇼트영역마다의 노광순서를 나타내는 도면이다.
도 12 는 2 개의 웨이퍼 스테이지의 타측에 지지된 웨이퍼상의 각 쇼트영역마다 마크 검출순서를 나타내는 도면이다.
도 13 은 웨이퍼 내에 모든 쇼트배열이 들어가 있는 경우의 스캔형 투영노광장치의 노광순서를 나타내는 웨이퍼의 평면도이다.
도 14a 는 도 13 의 A 위치에서 선독용 AF 계측을 하는 확대평면도이다.
도 14b 는 도 13 의 B 위치에서 선독용 AF 계측을 하는 확대평면도이다.
도 14c 는 도 13 중의 C 위치에서 선독용 AF 계측을 하는 확대평면도이다.
도 15 는 웨이퍼 외주근방의 쇼트영역에서 비교예의 선독제어결과를 나타내는 선도이다.
도 16 은 웨이퍼 내에 모든 쇼트배열이 들어가 있는 경우의 스캔형 투영노광장치의 얼라인먼트 순서를 나타내는 웨이퍼의 평면도이다.
도 17 은 제 1 실시형태에서의 선독제어결과를 나타내는 선도이다.
도 18 은 제 1 실시형태에서 계측 재현성에 오차가 있는 경우의 선독제어결과를 나타내는 선도이다.
도 19a 는 얼라인먼트계에 의한 기준마크판상의 기준마크의 검출동작을 설명하기 위한 도면으로, 얼라인먼트계 (24a) 의 바로 아래에 기준마크판 (FM1)상의 기준마크 (MK2) 가 위치결정된 상태를 나타내는 도면이다.
도 19b 는 기준마크 (MK2) 의 형상의 일례 및 이것을 얼라인먼트계 (24a) 의 FIA 계 센서로 검출하는 화상포착의 상태를 나타내는 도면이다.
도 19c 는 마크 (MK2) 의 화상을 FIA 계의 센서로 포착할 때에 화상처리계에서 얻은 파형신호를 나타내는 도면이다.
도 20a 는 레티클 얼라인먼트 현미경에 의한 기준마크판상의 마크의 계측동작을 설명하기 위한 도면으로, 레티클 얼라인먼트 현미경으로 노광광을 이용하여 기준마크판 (FM1) 상의 마크 (MKl, MK3) 과 이것에 대응하는 레티클상의 마크 (RMK1, RMK3) 의 웨이퍼면상 투영상의 상대위치검출을 하고 있는 상태를 나타내는 도면이다.
도 20b 는 레티클 (R)상의 마크 (RMK) 의 웨이퍼면상 투영상을 나타내는 도면이다.
도 20c 는 기준마크판상의 마크 (MK) 를 나타내는 도면이다.
도 20d 는 도 20a 의 화상포착의 상태를 나타내는 도면이다.
도 2Oe 는 포착된 화상이 처리되어 얻은 파형신호를 나타내는 도면이다.
도 21 은 최종적으로 산출된 노광위치와 각 쇼트의 상대위치관계에 따라 웨이퍼상의 각 쇼트의 노광이 행해지는 상태를 나타내는 개념도이다.
도 22 는 제 2 실시형태의 동작을 설명하기 위한 도면으로, 웨이퍼 스테이지 (WS1) 상 웨이퍼 (W1) 의 얼라인먼트가 종료된 후에 측장축 (BI3Y) 을 갖는 간섭계의 리셋를 하고 있는 상태를 나타내는 도면이다.
도 23 은 제 2 실시형태의 동작을 설명하기 위한 도면으로, 웨이퍼 스테이지 (WS1) 가 로딩포지션까지 이동되며 웨이퍼 스테이지 (WS2) 측에서 노광 시퀀스의 동작이 이뤄지고 있을 때의 상태를 나타내는 도면이다.
도 24 는 2 개의 웨이퍼 스테이지상에서 외란요인동작과 비외란요인동작을 하는 경우의 타이밍제어동작을 설명하는 플로우챠트이다.
도 25a 는 2 개의 웨이퍼 스테이지끼리 독립적으로 이동제어할 때의 비간섭조건을 설명하는 스테이지의 평면도이다.
도 25b 는 2 개의 웨이퍼 스테이지끼리 독립적으로 이동제어할 때의 간섭조건을 설명하는 스테이지의 평면도이다.
도 26 은 간섭조건을 만족시키는 경우와 만족시키지 않는 경우의 2 개의 웨이퍼 스테이지의 이동제어동작을 설명하는 플로우챠트이다.
도 27a 는 얼라인먼트를 행하는 샘플쇼트를 나타내는 웨이퍼의 평면도이다.
도 27b 는 노광을 행하는 쇼트영역 (SA) 을 나타내는 웨이퍼의 평면도이다.
도 28a 는 얼라인먼트 시퀀스를 할 때 쇼트순서를 나타내는 웨이퍼의 평면도이다.
도 28b 는 노광 시퀀스를 할 때 노광순서를 나타내는 웨이퍼의 평면도이다.
도 29 는 제 2 실시형태에 관한 투영노광장치의 개략구성을 나타내는 도면이다.
도 30 은 노광영역에 대한 선독 제어용 AF 검출점의 배치를 나타내는 사시도이다.
도 31 은 도 30 을 주사방향에서 본 측면도이다.
도 32 는 도 31 의 평면도이다.
도 33 은 도 32 을 비주사방향에서 본 측면도이다.
도 34 는 제 2 실시형태에 관한 AF/AL 계를 이용한 선독 제어법을 설명하는 웨이퍼 (W) 의 평면도이다.
도 35 는 포커스 계측시의 노광영역 (IF 와 AF) 검출점의 위치관계가 나타나 있다.
도 36 은 쇼트영역 (SA) 마다 AF 계측에 사용되는 AF 검출점 위치를 지정하기 위한 선택도이다.
도 37 은 A 그룹에 속하는 쇼트영역 (SA) 을 노광할 때에 사용되는 AF 검출점과 웨이퍼면의 선독 제어개시때의 위치를 나타내는 도면이다.
도 38 은 사용되는 AF 검출점의 수를 바꾸지 않고 AF 검출점을 이동시켜 웨이퍼면의 포커스계측을 하는 경우의 AF 검출점을 나타내는 도면이다.
도 39 는 계측 가능한 AF 검출점을 모두 사용하여 웨이퍼면의 포커스 계측을 하는 경우의 AF 검출점을 나타내는 도면이다.
도 40 는 C 그룹에 속하는 쇼트영역 (SA) 을 노광할 때에 사용되는 AF 검출점과 웨이퍼면의 선독 제어개시때의 위치를 나타내는 도면이다.
도 41 은 도 40 의 선독 제어결과를 나타내는 선도이다.
도 42 는 웨이퍼 (W) 의 외주보다 쇼트배열이 큰 경우의 선독 제어에 관한 비교예를 나타내는 도면이다.
도 43 은 웨이퍼 (W) 의 외주보다 쇼트배열이 큰 경우의 선독 제어에 관한 비교예를 나타내는 도면이다.
도 44 는 제 5 실시형태에 관한 노광장치의 전체구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 45 는 도 44 의 일측의 웨이퍼 스테이지의 개략평면도이다.
도 46 은 도 44 의 장치의 개략평면도이다.
도 47 은 도 44 의 장치에서의 동작 흐름을 나타내는 도면이다.
도 48 은 제 6 실시형태에 노광장치의 주요부의 구성을 나타내는 개략평면도이다.
상술한 3 개의 동작, 즉 웨이퍼 교환 (서치얼라인먼트를 포함), 파인얼라인먼트, 및 노광동작 중의 복수 동작끼리를 부분적으로라도 동시에 병행하여 처리할 수 있으면, 이들의 동작을 연속적으로 실시하는 경우에 비하여, 스루풋을 향상시킬 수 있다고 생각된다. 본 발명은 이와 같은 관점에 착안함과 동시에 종래기술의 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것이다.
본 발명의 제 1 태양에 따르면, 감응기판 (W1, W2) 상에 구획된 복수의 영역 (SA) 을 각각 소정 패턴으로 폭로 (暴露) 하는 폭로장치로서, 감응기판 (W1, W2) 을 지지하여, 감응기판상의 구획영역의 위치정보를 계측하는 위치정보계측 섹션 (PIS) 과 폭로 섹션 (EPS) 과의 사이를 독립적으로 이동하는 복수의 스테이지 (WS1, WS2) 를 구비하는 폭로장치가 제공된다. 위치정보계측 섹션에서 실시되는 감응기판의 각 구획영역 (쇼트영역 (SA)) 의 위치정보의 계측과 폭로섹션에서 실시되는 각 구획영역의 폭로는 병행하여 실시되기 때문에, 이들 섹션의 처리공정을 연속적으로 실시하였던 종래의 폭로장치에 스루풋이 현저하게 향상된다. 위치정보계측섹션에 있어서 계측된 위치정보, 예를 들면, 각 구획영역의 X, Y, Z 방향위치를 폭로영역에 있어서도 고정밀도로 유지하기 위해, 본 발명에서는, 각 스테이지 (WS1, WS2) 가 감응기판상의 각 구획영역 (SA) 의 스테이지내에 있어서의 상대위치를 구하기 위한 기준마크 (MK1, MK2, MK3) 를 갖는다. 위치정보계측 섹션에서 계측된 상기 기준마크에 대한 각 구획영역의 상대위치를 이용하여, 폭로영역에 있어서 감응기판의 각 구획영역의 위치맞춤이 실시된다. 이 때문에, 상기 위치정보계측 섹션 및 폭로 섹션에 존재하는 스테이지의 위치를 각각 계측하기 위한 복수의 계측시스템 (예를 들면, 간섭계) 은, 각 섹션에서만 독립적으로 스테이지위치를 계측하면 충분하고, 양 섹션간에서의 스테이지의 이동이 실시되고 있을 때에 하나의 계측시스템이 스테이지 위치를 추적하거나, 계측시스템간에서 데이터의 전송을 실시할 필요가 없다.
상기 폭로장치는, 또한, 위치정보검출계를 상기 위치정보계측 섹션 및 폭로섹션에 각각 구비하여, 상기 위치정보검출계에 의해 기준마크에 대한 감응기판의 각 구획영역의 위치가 계측 또는 결정될 수 있다. 폭로장치가 투영노광장치인 경우에는, 상기 위치정보계측섹션에서의 위치정보검출계는 얼라인먼트계 (24a, 24b) 및 감응기판의 면위치를 검출하는 검출계 (130) 로 할 수 있고, 폭로섹션에 서의 위치정보검출계는 투영광학계를 통하여 마크를 검출하는 검출기 (52a, 52b) 로 할 수 있다. 또한, 폭로장치는 위치정보계측 섹션에서 구해진 감응기판의 각 구획영역의 위치정보를 기억하기 위한 기억장치 (91) 를 구비할 수 있다.
본 발명의 제 2 태양에 따르면, 마스크 (R) 에 형성된 패턴의 투영광학계(PL) 에 의한 상을 감응기판 (W1, W2) 상에 투영함으로써 감응기판을 노광하는 투영노광장치에 있어서, 감응기판 (W1) 을 지지하여 2 차원 평면내를 이동하여, 기준마크가 그 표면에 형성된 제 1 기판 스테이지 (WS1) 와; 감응기판 (W2) 를 지지하여 상기 제 1 기판 스테이지 (WS1) 와 동일 평면내를 상기 제 1 기판 스테이지 (WS1) 와는 독립적으로 이동하여, 기준마크가 그 표면에 형성된 제 2 기판 스테이지 (WS2) 와; 상기 투영광학계 (PL) 와는 격리되어 설치되어, 상기 기판 스테이지 (WS1, WS2)상의 기준마크 또는 상기 기판 스테이지 (WS1, WS2) 에 지지된 감응기판 (W1, W2)상의 마크를 검출하는 적어도 하나의 마크검출계 (예를 들면 24a) 와; 상기 제 1 기판 스테이지 (WS1) 및 제 2 기판 스테이지 (WS2) 중의 일측 스테이지 (WS1 또는 WS2) 가 상기 마크검출계 (24a) 에 의한 마크검출동작을 실시하는 동안에, 타측 스테이지 (WS2 또는 WS1) 가 노광동작을 실시하도록 양 스테이지 (WS1, WS2) 의 동작을 제어하는 제어장치 (90) 를 갖는 것을 특징으로 하는 투영노광장치가 제공된다.
상기 투영노광장치에 의하면, 제어장치에 의해 제 1 기판 스테이지 및 제 2 기판 스테이지 중의 일측 스테이지가 마크검출계에 의한 마크검출동작을 실시하는 동안에, 타측 스테이지가 노광동작을 실시하도록 양 스테이지 (WS1, WS2) 의 동작이 제어되는 것으로 부터, 일측 기판 스테이지에 지지된 감응기판상의 마크 검출동작과 타측 기판 스테이지에 지지된 감응기판의 노광동작을 병행처리하는 것이 가능해진다. 따라서, 앞에 설명한 시간 (T2) 및 시간 (T3) 의 동작과, 시간 (T4) 의 동작을 병행처리할 수 있으므로, 시간 (T1＋T2＋T3＋T4) 을 필요로 하였던 종래의 연속적인 처리에 비하여 스루풋을 향상시키는 것이 가능해진다.
상기 투영노광장치에 있어서, 제 1 기판 스테이지 및 제 2 기판 스테이지 (WS1 및 WS2) 와 감응기판 (W1, W2) 의 수수를 실시하는 반송시스템 (180 ∼ 200) 을 더 갖는 경우에는, 상기 제어장치 (90) 는, 상기 일측 기판 스테이지 (WS1 또는 WS2) 가 상기 반송시스템 (180 ∼ 200) 과 감응기판의 수수 및 상기 마크검출계 (24a) 에 의한 마크검출동작을 실시하는 동안에, 상기 타측 기판 스테이지 (WS2 또는 WS1) 가 상기 투영광학계 (PL) 에 의한 노광동작을 실시하도록 양 스테이지 (WS1, WS2) 의 동작을 제어하도록 하는 것이 더욱 바람직하다. 이와 같이 하는 경우에는, 앞에 설명한 시간 (T1), 시간 (T2) 및 시간 (T3) 의 동작을 일측 기판 스테이지측에서 실시하고, 시간 (T4) 의 동작을 타측 기판 스테이지측에서 실시할 수 있으므로, 더욱 스루풋의 향상이 가능해진다.
상기 투영노광장치에서는, 얼라인먼트계와 같은 마크검출계가 투영광학계와는 별도로 적어도 하나 설치되어 있으면 되지만, 예를 들면 마크검출계가 투영광학계와는 별도로 2 개 있는 경우에는, 2 개의 마크검출계 (24a, 24b) 를 소정방향을 따라 상기 투영광학계 (PL) 의 양측에 각각 배치하고, 상기 제어장치 (90) 가, 제 1 기판 스테이지 (WS1)상의 기준 마크 또는 제 1 기판 스테이지 (WS1) 에 지지된 감응기판 (W1)상의 마크를 일측 마크검출계 (24a) 로 검출하고, 제 2 기판 스테이지 (WS2) 상 또는 제 2 기판 스테이지 (WS2) 에 지지된 감응기판 (W2)상의 마크를 타측 마크검출계 (24b) 로 검출하도록 하여도 된다. 이와 같이 한 경우에는, 중앙에 위치하는 투영광학계로 일측 기판 스테이지상의 감응기판을 노광하고 있는 동안에 (노광동작), 타측 기판 스테이지상의 감응기판을 일측 마크검출계를 사용하여 마크검출을 실시하고 (얼라인먼트동작), 노광동작과 얼라인먼트동작을 전환하는 경우에는, 2 개의 기판 스테이지를 상기 소정방향을 따라 타측 마크검출계 쪽으로 이동시키는 것만으로, 투영광학계의 아래에 있었던 일측 기판 스테이지를 타측 마크검출계위치로 이동시키고, 일측 마크검출계 위치에 있었던 타측 기판 스테이지를 투영광학계의 아래까지 이동시키는 것을 용이하게 실시할 수 있어, 이와 같이 하여 2 개의 마크검출계를 번갈아 사용하는 것이 가능해진다.
본 발명의 제 3 태양에 따르면, 마스크 (R) 에 형성된 패턴의 투영광학계 (PL) 에 의한 상을 감응기판 (W1, W2) 상에 투영함으로써 감응기판을 노광하는 투영노광방법에 있어서, 감응기판 (W1, W2) 을 지지하여 2 차원 평면내를 각각 독립적으로 이동할 수 있는 2 개의 기판 스테이지 (WS1, WS2) 를 준비하여, 상기 2 개의 기판 스테이지 (WS1, WS2) 중의 일측 스테이지 (WS1 또는 WS2) 에서, 감응기판의 교환동작과 상기 기판 스테이지상 또는 상기 기판 스테이지에 지지된 감응기판상의 마크의 검출동작중의 적어도 일방을 실시하는 동안에, 상기 2 개의 기판 스테이지 중의 타측 스테이지 (WS2 또는 WS1) 에서, 감응기판에 대한 노광동작을 실행하는 것을 특징으로 하는 투영노광방법이 제공된다.
상기 투영노광방법에 의하면, 앞에 설명한 시간 (T1) 의 동작 및 시간 (T2＋T3) 동작의 적어도 일방을 일측 기판 스테이지상에서 실시하고 있는 동안에, 이와 병행하여 시간 (T4) 동작이 타측 기판 스테이지상에서 실시되기 때문에, 시간 (T1＋T2＋T3＋T4) 을 필요로 하였던 종래의 연속적인 처리에 비하여 스루풋을 향상시키는 것이 가능해진다. 특히, 일측 스테이지측에서 시간 (T1＋T2＋T3) 의 동작을 실시하는 동안에, 이것과 병행하여 타측 스테이지측에서 시간 (T4) 의 동작을 실시하는 경우에는, 보다 더욱 스루풋의 향상을 도모하는 것이 가능해진다.
이와 같은 경우, 2 개의 기판 스테이지상에서 실시되는 각각의 동작은, 항상 동시에 종료한다고는 할 수 없지만, 2 개의 기판 스테이지의 각각의 동작이 종료된 시점에서, 2 개의 기판 스테이지의 동작을 전환하도록 하여도 된다. 이로써, 빠르게 동작이 종료된 것은 대기상태로 되어, 양 스테이지에서의 동작이 종료된 시점에서 동작의 전환이 실시된다. 상기 대기시간은 스루풋을 저하시키는 요인이 되기 때문에, 가능한한 대기시간이 적어진다.
본 발명의 제 4 태양에 따르면, 마스크 (R) 에 형성된 패턴의 투영광학계 (PL) 에 의한 상을 감응기판 (W) 상에 투영함으로써 감응기판을 노광하는 노광방법에 있어서, 감응기판 (W) 을 지지하여 각각 동일한 평면내를 독립적으로 이동가능한 2 개의 기판 스테이지 (WS1, WS2) 를 준비하고; 상기 2 개의 기판 스테이지 (WS1, WS2) 중의 일측 기판 스테이지 (WS1 또는 WS2) 에 지지된 감응기판 (W) 상에 상기 투영광학계 (PL) 를 통하여 상기 마스크 (R) 의 패턴상을 노광하고; 상기 일측 기판 스테이지 (WS1 또는 WS2) 에 지지된 감응기판 (W) 의 노광중에, 상기 2 개의 기판 스테이지 중의 타측 기판 스테이지 (WS2 또는 WS1) 에 지지된 감응기판 (W)상의 위치맞춤 마크와 상기 타측 스테이지 (WS2 또는 WS1)상의 기준점과의 위치관계를 계측하고; 상기 일측 기판 스테이지에 지지된 감응기판의 노광종료후에, 상기 투영광학계의 투영영역내의 소정의 기준점에 대하는 상기 타측 기판 스테이지상의 기준점의 위치어긋남 및 상기 위치어긋남이 얻어질 때의 상기 타측 기판 스테이지의 좌표위치를 검출하고; 상기 검출된 위치관계, 상기 검출된 위치어긋남 및 상기 검출된 좌표위치에 근거하여 상기 타측 기판 스테이지의 이동을 제어하여 상기 타측 스테이지에 지지된 감응기판과 상기 마스크의 패턴상과의 위치맞춤을 실시하는 것을 특징으로 하는 노광방법이 제공된다.
상기 노광방법에 의하면, 2 개의 기판 스테이지 (WS1, WS2) 중의 일측 기판 스테이지 (WS1 또는 WS2) 에 지지된 감응기판 (W) 상에 상기 투영광학계 (PL) 를 통하여 상기 마스크 (R) 의 패턴상의 노광이 실시되는 동안에, ① 2 개의 기판 스테이지 중의 타측 기판 스테이지 (WS2 또는 WS1) 에 지지된 감응기판 (W)상의 위치맞춤 마크와 타측 스테이지 (WS2 또는 WS1)상의 기준점과의 위치관계가 계측된다. 이와 같이, 일측 기판 스테이지측의 노광동작과 타측 기판 스테이지측의 얼라인먼트동작 (타측 기판 스테이지에 지지된 감응기판상의 위치맞춤 마크와 타측 스테이지상의 기준점과의 위치관계의 계측) 과를 병행하여 실시할 수 있으므로, 이들의 동작을 연속적으로 실시하였던 종래기술에 비하여 스루풋의 향상을 도모하는 것이 가능하다.
그리고, 상기 일측 기판 스테이지에 지지된 감응기판의 노광종료후에, 상기 타측 기판 스테이지 (WS2 또는 WS1)상의 기준점을 투영광학계 (PL) 의 투영영역내에 위치결정한 상태에서, ② 그 투영영역내의 소정 기준점에 대한 타측의 기판 스테이지상의 기준점의 위치어긋남 및 ③ 그 위치어긋남 검출시의 타측 기판 스테이지의 좌표위치가 검출된다. 그 후, ① 검출된 위치관계, ② 검출된 위치어긋남 및 ③ 검출된 좌표위치에 의거해서 타측 기판 스테이지 (WS2 또는 WS1) 의 이동을 제어하여, 타측 스테이지에 지지된 감응기판과 상기 마스크의 패턴상의 위치맞춤이 실시된다.
따라서, ① 의 타측 기판 스테이지상의 소정 기준점과 감응기판상의 위치맞춤마크의 위치관계 검출시에 해당 기판 스테이지의 위치를 관리하는 간섭계 (혹은 좌표계) 와, ②, ③ 의 위치어긋남 검출 및 기판 스테이지의 좌표위치의 검출시의 스테이지의 위치를 관리하는 간섭계 (혹은 좌표계) 가 달라도 아무런 문제점이 없고, 마스크의 패턴상과 상기 타측 기판 스테이지에 탑재된 감응기판의 위치맞춤을 고정밀도로 실시할 수 있다. 즉, 스테이지의 위치계측을 얼라인먼트동작, 얼라인먼트위치에서 노광위치로의 이동동작 및 노광동작을 통하여 하나의 간섭계로 연속해서 감시할 필요가 없어진다.
따라서, 예컨대 위치맞춤마크를 검출하는 마크검출계로서 오프액시스 (얼라인먼트마크 검출용 검출기가 투영광학계의 바로 아래에서 벗어난 위치에 있다) 의 얼라인먼트계를 이용하는 경우, 투영광학계의 투영영역내의 소정 기준점 (마스크의 패턴상의 투영중심) 과 얼라인먼트계의 검출중심의 위치관계, 즉 베이스라인량의 계측이 불필요해지며, 결과적으로 투영광학계와 얼라인먼트계가 크게 떨어져 있어도 아무런 문제점이 없다. 그러므로, 베이스라인량에 관계없이 기판 스테이지의 크기를 설정할 수 있으며, 기판 스테이지를 소형·경량화하더라도 아무런 문제점이 없고, 감응기판의 전면에 대하여 마크위치계측, 투영광학계를 통한 패턴의 노광을 실시할 수 있다. 이 경우, 베이스라인량의 변동의 영향을 받는경우도 없다.
본 발명의 제 5 태양에 따르면, 투영광학계 (PL) 를 통하여 감응기판 (W) 상에 패턴을 투영함으로써 감응기판을 노광하는 노광장치에 있어서, 감응기판 (W) 을 지지하여 2 차원 평면내를 이동하고, 기준마크가 그 표면에 형성된 제 1 기판 스테이지 (WS1) 와; 감응기판 (W) 을 지지하여 상기 제 1 기판 스테이지 (WS1) 와 동일 평면내를 상기 제 1 기판 스테이지 (WS1) 와는 독립적으로 이동하고, 기준마크가 그 표면에 형성된 제 2 기판 스테이지 (WS2) 와; 상기 투영광학계 (PL) 와는 격리되어 설치되고, 상기 기판 스테이지 (WS1,WS2)상의 기준마크 또는 상기 스테이지에 지지된 감응기판 (W)상의 얼라인먼트마크를 검출하기 위한 마크검출계 (WA) 와; 상기 제 1 기판 스테이지 및 제 2 기판 스테이지의 2 차원 위치를 각각 계측하기 위한 간섭계 시스템 (26) 과; 상기 2 개의 기판 스테이지의 각각을, 상기 스테이지상에 지지된 감응기판에 대하여 상기 투영광학계를 통하여 노광이 실시되는 노광시의 스테이지 이동범위내의 소정 제 1 위치와, 상기 마크검출계에 의해 스테이지상의 기준마크 또는 상기 스테이지에 지지된 감응기판상의 마크검출이 실시될 때의 스테이지 이동범위내의 소정 제 2 위치 사이에서 이동시키는 이동장치 (201,22) 와; 제 1 기판 스테이지 및 제 2 기판 스테이지 중 일측 스테이지에 지지된 감응기판이 노광되는 동안에, 상기 제 1 기판 스테이지 및 제 2 기판 스테이지 중 타측 스테이지상에서 상기 마크검출계 (WA) 에 의한 마크검출동작이 실시되도록 상기 간섭계 시스템 (26) 의 계측치를 모니터하면서, 상기 2 개의 스테이지의 동작을 제어한 후에 상기 이동장치 (201,22) 를 제어하여 상기 일측 기판 스테이지와 타측기판 스테이지의 위치를 교체하는 제어장치 (28) 를 갖는다.
이에 따르면, 제어장치 (28) 에 의해 일측 스테이지에 지지된 감응기판이 노광되는 동안에, 타측 스테이지상에서 마크검출계 (예컨대, 얼라인먼트계) (WA) 에 의한 마크검출동작이 실시되도록 간섭계 시스템 (26) 의 계측치를 모니터하면서, 2 개의 스테이지의 동작을 제어한 후에 이동장치 (201,22) 가 제어되고, 일측 기판 스테이지와 타측 기판 스테이지의 위치의 교체가 실시된다. 따라서, 일측 기판 스테이지측의 노광동작과 타측 스테이지측의 얼라인먼트동작의 병행처리에 의해, 스루풋을 향상시킬 수 있음과 동시에 위치의 교체후에 제 2 위치에 있는 기판 스테이지상에서 감응기판의 교환을 실시하도록 하면, 양스테이지의 동작을 교체하여 타측 스테이지에 지지된 감응기판이 노광되는 동안에 일측 스테이지상에서 마크검출계 (예컨대, 얼라인먼트계) (WA) 에 의한 마크검출동작을 병행하여 실시할 수 있게 된다.
상기 노광장치에 있어서, 상기 간섭계 시스템 (26) 은 상기 투영광학계 (PL) 의 투영중심에서 서로 수직으로 교차하는 제 1 측장축 (Xe) 및 제 2 측장축 (Ye) 과, 상기 마크검출계 (WA) 의 검출중심에서 서로 수직으로 교차하는 제 3 측장축 (Xa) 및 제 4 측장축 (Ya) 을 구비하고, 상기 제어장치 (28) 는 상기 일측과 타측 스테이지의 위치를 교체할 때에 상기 간섭계 시스템 (26) 의 측장축 (Xe,Ye,Xa,Ya) 을 리셋하는 것이 바람직하다. 이와 같이 간섭계 시스템 및 제어장치를 구성함으로써, 간섭계 시스템 (26) 이 투영광학계 (PL) 의 투영중심에서 서로 수직으로 교차하는 제 1 측장축 (Xe) 및 제 2 측장축 (Ye) 과, 마크검출계 (얼라인먼트계) (WA) 의 검출중심에서 서로 수직으로 교차하는 제 3 측장축 (Xa) 및 제 4 측장축 (Ya) 을 구비하고 있는 점에서, 투영광학계를 통한 감응기판상으로의 패턴의 노광시 및 마크검출계에 의한 위치검출마크의 검출시중 어느 때라도 아베의 오차없이 기판 스테이지 (WS1,WS2) 의 위치를 정확히 관리할 수 있다. 또한, 제어장치 (28) 가 일측과 타측 스테이지의 위치를 교체할 때에 간섭계 시스템 (26) 의 측장축 (Xe,Ye,Xa,Ya) 을 리셋하는 점에서, 위치의 교체시에 그때까지 각각의 기판 스테이지의 위치를 관리하고 있던 간섭계 시스템의 측장축이 일단 끊어져도, 간섭계 시스템 (26) 의 측장축 (Xe,Ye,Xa,Ya) 을 리셋하는 위치를 미리 소정 위치로 정해 두면, 리셋후에는 그 리셋된 측장축의 계측치를 이용하여 제 1, 제 2 기판 스테이지의 위치를 관리할 수 있게 된다.
본 발명의 제 6 태양에 따르면, 투영광학계 (PL) 를 통하여 감응기판 (W) 상에 패턴을 투영함으로써 감응기판을 노광하는 노광장치에 있어서, 감응기판 (W) 을 지지하여 2 차원 평면내를 이동하고, 기준마크가 그 표면에 형성된 제 1 기판 스테이지 (WS1) 와; 감응기판 (W) 을 지지하여 상기 제 1 기판 스테이지 (WS1) 와 동일 평면내를 상기 제 1 기판 스테이지와는 독립적으로 이동하고, 기준마크가 그 표면에 형성된 제 2 기판 스테이지 (WS2) 와; 상기 투영광학계 (PL) 와는 격리되어 설치되고, 상기 기판 스테이지상에 형성된 기준마크 또는 상기 스테이지에 지지된 감응기판상의 얼라인먼트마크를 검출하기 위한 마크검출계 (WA) 와; 상기 제 1 기판 스테이지 및 제 2 기판 스테이지의 2 차원 위치를 각각 계측하기 위한 간섭계 시스템 (26) 과; 상기 2 개의 기판 스테이지의 각각을, 스테이지상에 지지된 감응기판 (W) 에 대하여 상기 투영광학계 (PL) 를 통해 노광이 실시되는 노광시의 스테이지 이동범위내의 소정 제 1 위치와, 상기 마크검출계 (WA) 에 의해 스테이지상 또는 상기 스테이지에 지지된 감응기판상의 마크검출이 실시될 때의 스테이지 이동범위내의 소정 제 2 위치와, 기판 스테이지와 외부의 기판반송기구 사이에서 감응기판의 수수가 실시되는 제 3 위치의 3 지점 사이에서 이동시키는 이동장치 (201,221) 와; 제 1 기판 스테이지 (WS1) 및 제 2 기판 스테이지 (WS2) 중 일측 스테이지의 위치가 상기 간섭계 시스템 (26) 에 의해 관리되고, 상기 일측 스테이지에 지지된 감응기판 (W) 에 상기 투영광학계 (PL) 를 통하여 패턴이 노광되는 동안에, 상기 제 1 기판 스테이지 및 제 2 기판 스테이지 중 타측 스테이지상에서 감응기판 (W) 의 교환 및 상기 감응기판 (W)상의 얼라인먼트마크와 상기 타측 스테이지상의 기준마크의 위치관계를 상기 마크검출계 (WA) 의 검출결과와 상기 간섭계 시스템 (26) 의 계측치에 의거해서 계측하는 얼라인먼트동작이 순차적으로 실시되도록 상기 2 개의 기판 스테이지 (WS1,WS2) 및 상기 이동장치 (201,221) 를 제어함과 동시에, 상기 2 개의 스테이지의 동작이 모두 종료된 후에 상기 2 개의 스테이지상에서 실시되는 동작이 교체되도록 상기 2 개의 스테이지와 상기 이동장치를 제어하는 제어장치 (28) 를 갖는다.
상기 노광장치에 의하면, 제어장치에 의해, 일측 기판 스테이지의 위치가 간섭계 시스템에 의해 관리되고, 상기 일측 기판 스테이지에 지지된 감응기판에 투영광학계를 통하여 패턴이 노광되는 동안에, 타측 기판 스테이지상에서 감응기판 (W) 의 교환 및 그 교환후의 감응기판 (W)상의 얼라인먼트마크와 타측 스테이지상의 기준마크의 위치관계를 마크검출계 (WA) 의 검출결과와 간섭계 시스템 (26) 의 계측치에 의거해서 계측하는 얼라인먼트동작이 순차적으로 실시되도록 2 개의 기판 스테이지 (WS1,WS2) 및 이동장치 (201,221) 가 제어된다. 따라서, 일측 기판 스테이지측의 노광동작과 타측 스테이지측의 감응기판의 교환 및 얼라인먼트동작의 병행처리에 의해 스루풋을 더욱 향상시킬 수 있다. 이 경우, 제 1 위치, 제 2 위치와는 다른 제 3 위치에서 감응기판의 교환이 실시되기 때문에, 이 교환을 마크검출계 (예컨대, 얼라인먼트계), 투영광학계와는 별도의 위치에서 실시할 수 있으므로, 마크검출계, 투영광학계가 감응기판을 교환하는 데 방해가 되는 문제점도 없다.
또한 제어장치에서는, 2 개의 스테이지의 동작이 모두 종료된 후에 2 개의 스테이지상에서 실시되는 동작이 교체되도록 2 개의 스테이지와 이동장치를 제어하는 점에서, 상기 2 개의 스테이지의 동작종료후에, 이에 계속해서 타측 스테이지에 지지된 감응기판이 노광되는 동안에 일측 스테이지상에서 마크검출계 (WA) 에 의한 마크검출동작을 병행하여 실시할 수 있게 된다.
이 경우에 있어서, 투영광학계로서 예컨대 전자경통을 이용하여 감응기판상에 전자빔에 의해 패턴을 직접 묘화해도 되지만, 패턴이 형성된 마스크 (R) 를 더 설치하고, 상기 마스크 (R) 에 형성된 패턴의 투영광학계 (PL) 에 의한 상을 상기 제 1 기판 스테이지 (WS1) 및 제 2 기판 스테이지 (WS2)상의 감응기판 (W) 에 투영되도록 하여도 된다.
본 발명의 노광장치에 있어서, 상기 간섭계 시스템 (26) 은 상기 투영광학계 (PL) 의 투영중심에서 서로 수직으로 교차하는 제 1 측장축 (Xe) 및 제 2 측장축 (Ye) 과, 상기 마크검출계 (WA) 의 검출중심에서 서로 수직으로 교차하는 제 3 측장축 (Xa) 및 제 4 측장축 (Ya) 을 구비하고, 상기 제어장치 (28) 는 상기 2 개의 스테이지 (WS1,WS2) 의 각각에 대하여 상기 제 1 위치로의 이동시에 상기 간섭계 시스템 (26) 의 제 1 및 제 2 측장축 (Xe 및 Ye) 을 리셋하고, 상기 제 2 위치로의 이동시에 상기 간섭계 시스템 (26) 의 제 3 및 제 4 측장축 (Xa 및 Ya) 을 리셋하는 것이 바람직하다. 이와 같이 간섭계 및 제어장치를 구성함으로써, 간섭계 시스템 (26) 이 투영광학계 (PL) 의 투영중심에서 서로 수직으로 교차하는 제 1 측장축 (Xe) 및 제 2 측장축 (Ye) 과, 마크검출계 (WA) 의 검출중심에서 서로 수직으로 교차하는 제 3 측장축 (Xa) 및 제 4 측장축 (Ya) 을 구비하고 있는 점에서, 투영광학계를 통한 감응기판상으로의 패턴의 노광시 및 마크검출계에 의한 위치검출마크의 검출시 중 어느 때라도, 아베의 오차없이 기판 스테이지 (WS1,WS2) 의 위치를 정확히 관리할 수 있다. 또한 제어장치 (28) 가, 2 개의 스테이지 (WS1,WS2) 의 각각에 대하여 제 1 위치로의 이동시에 간섭계 시스템 (26) 의 제 1 및 제 2 측장축 (Xe 및 Ye) 을 리셋하고, 제 2 위치로의 이동시에 간섭계 시스템 (26) 의 제 3 및 제 4 측장축 (Xa 및 Ya) 을 리셋하는 점에서, 어느 기판 스테이지에 대해서도 노광개시전, 얼라인먼트 계측개시전에 각각 동작에서 필요로 되는 측장축를 리셋할 수 있으며, 그때까지 각각의 기판 스테이지의 위치를 관리하고 있던 간섭계 시스템의 측장축이 일단 끊어져도, 리셋후에는 그 리셋된 측장축의 계측치를 이용하여 노광시, 얼라인먼트시의 양스테이지의 위치를 관리할 수 있게된다.
본 발명의 노광장치에 있어서, 상기 마스크 (R) 의 패턴의 투영광학계에 의한상의 투영중심과 상기 스테이지상의 기준마크의 상대위치관계를 상기 마스크 (R) 와 상기 투영광학계 (PL) 를 통하여 검출하는 마크위치검출기 (52A,52B) 를 더 갖는 것이 바람직하다. 이러한 경우에는, 투영광학계 (PL) 의 투영영역내에서 기판 스테이지 (18)상의 소정 기준마크와 마스크패턴상의 투영중심의 위치관계를 검출할 수 있게 되는 위치에 기판 스테이지 (WS1,WS2) 를 위치결정하였을 때에, 마크위치검출기 (52A,52B) 에 의해 마스크 (R) 의 패턴상의 투영중심과 기판 스테이지상의 기준마크의 위치관계를 마스크 (R) 와 투영광학계 (PL) 를 통하여 검출할 수 있다. 이러한 경우에는, 투영광학계 (PL) 의 투영영역내에서 기판 스테이지 (18)상의 소정 기준마크와 마스크패턴상의 투영중심의 위치관계를 검출할 수 있게 되는 위치를 제 1 위치로 정하고, 이 위치에서 제 1, 제 2 측장축의 리셋을 실시하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 노광장치에 있어서, 상기 각 기판 스테이지 (WS1,WS2) 가, 스테이지본체 (WS1a,WS2a) 와, 이 본체 (WS1a,WS2a) 상에 착탈이 자유롭도록 탑재되어 기판을 지지하는 기판지지부재 (WS1b,WS2b) 를 갖고, 상기 기판지지부재 (WSlb,WS2b) 의 측면에는 간섭계용 반사면이 형성되며 또한 상기 기판지지부재의 상면에는 기준마크 (WM,RM) 가 형성되어 있는 경우에는, 상기 이동장치 (201,221) 가 상기 기판 스테이지 대신에 상기 기판지지부재를 상기 각 지점 사이에서 이동시키도록 하여도 된다.
또한, 이들 경우에 있어서 이동장치로서는, 제 1 위치, 제 2 위치 및 제 3 위치의 3 지점 사이 (또는 제 1 위치와 제 2 위치의 사이) 에서 간섭계 계측치를 모니터를 이용하지 않고 기판 스테이지 또는 기판지지부재를 이동시키는 것이면 어떠한 것을 사용해도 되며, 예컨대 이동장치가 로봇아암 (201,221) 으로 구성되어 있어도 된다.
또한 상기 노광장치에 있어서, 간섭계 시스템의 측장의 기준이 되는 고정경은 어디에 배치하여도 되지만, 상기 투영광학계 (PL), 상기 마크검출계 (WA) 에 각각 간섭계에 의한 측장의 기준이 되는 고정경 (14X,14Y,18X,18Y) 을 부착하여도 된다. 이 경우에는, 고정경이 다른 장소에 있는 경우에 비하여, 시간의 경과에 따른 고정경의 위치변동이나 장치의 진동에 기인하는 고정경의 위치변동의 영향으로 인해 측장결과에 오차가 생기기 어렵다.
상기 노광장치에서는, 제 1 기판 스테이지와 제 2 기판 스테이지 2 개만이 설치되어 있으나, 상기 제 1 기판 스테이지 (WS1) 및 제 2 기판 스테이지 (WS2) 외에 감응기판을 지지하여 상기 2 개의 기판 스테이지와 동일 평면내를 이들 스테이지와는 독립적으로 이동할 수 있는 적어도 1 개의 별도의 기판 스테이지를 더 설치하여도 된다.
본 발명의 제 7 태양에 따르면, 마스크 (R) 의 패턴의 투영광학계 (PL) 에 의한 상을 감응기판 (W1,W2) 상에 구획된 복수의 쇼트영역에 각각 투영함으로써 각 쇼트영역을 노광하는 투영노광장치에 있어서, 감응기판 (W1) 을 지지하여 2 차원 평면내를 이동할 수 있는 제 1 기판 스테이지 (WS1) 와; 감응기판 (W2) 을 지지하여 상기 제 1 기판 스테이지 (WS1) 와 동일 평면내를 상기 제 1 기판 스테이지 (WS1) 와는 독립적으로 이동할 수 있는 제 2 기판 스테이지 (WS2) 와; 상기 투영광학계 (PL) 와는 격리되어 설치되고, 상기 기판 스테이지 (WS1 또는 WS2) 에 지지된 감응기판 (W1 또는 W2) 중 적어도 하나의 쇼트영역의 위치정보를 검출하기 위한 위치정보검출계 (예컨대, 24a,130) 와; 상기 제 1 기판 스테이지 (WS1) 및 제 2 기판 스테이지 (WS2) 의 각각에 설치되고, 스테이지 (WS1 또는 WS2) 상에 지지된 감응기판 (W1 또는 W2) 의 면위치를 조정하기 위한 기판구동계 (LS) 와; 상기 제 1 기판 스테이지 (WS1) 및 제 2 기판 스테이지 (WS2) 중 일측 스테이지 (예컨대, WS1) 에서 상기 위치정보검출계 (24a,130) 를 이용한 위치검출동작이 실시되는 동안에, 타측 스테이지 (예컨대, WS2) 에서 상기 투영광학계 (PL) 를 이용한 노광동작이 실시되도록 상기 2 개의 스테이지 (WS1,WS2) 를 제어한 후, 상기 일측 스테이지 (WS1) 에서 상기 투영광학계 (PL) 를 이용한 노광동작이 실시되도록 상기 일측 스테이지 (WS1) 를 제어함과 동시에, 상기 일측 스테이지 (WS1) 의 위치정보검출중에 얻어진 검출결과 중 상기 적어도 하나의 쇼트영역의 면위치정보를 이용하여 상기 일측 스테이지 (WS1) 의 기판구동계 (LS1) 를 제어하여 상기 쇼트영역의 노광시의 위치맞춤을 실행하는 제어장치 (90) 를 갖는 노광장치가 제공된다.
상기 노광장치에 의하면, 제어장치에 의해, 제 1 기판 스테이지 및 제 2 기판 스테이지 중 일측 스테이지에서 위치정보검출계를 이용한 위치정보의 검출이 실시되는 동안에, 타측 스테이지에서 투영광학계를 이용한 노광동작이 실시되도록 2 개의 스테이지가 제어되는 점에서, 일측 스테이지측의 마크계측동작과 타측 스테이지측의 노광동작을 병행처리함으로써, 이들 동작을 연속적으로 실시하였던 종래기술과 비교하여 스루풋의 향상을 도모할 수 있다. 그리고 제어장치에서는, 상기 일측 스테이지측의 마크계측동작과 타측 스테이지측의 노광동작의 병행처리가 종료된 후에, 일측 스테이지에서 투영광학계를 이용한 노광동작이 실시되도록 일측 스테이지를 제어함과 동시에, 일측 스테이지의 위치정보검출중에 얻어진 쇼트영역의 면위치정보의 검출결과에 의거하여 일측 스테이지의 기판구동계를 제어한다. 따라서, 이 일측 스테이지의 노광동작중에 앞의 위치정보검출시에 얻어진 쇼트영역의 면위치 (Z 방향위치) 를 이용해서 상기 일측 스테이지의 기판구동계를 제어하여 감응기판의 면위치를 투영광학계의 결상면 가까이까지 신속하게 구동할 수 있다.
상기 노광장치에 있어서, 상기 위치정보검출계는 상기 기판 스테이지에 지지된 감응기판상의 마크를 계측하는 적어도 하나의 얼라인먼트계 (24a) 와 상기 얼라인먼트계를 이용한 마크계측동작중의 감응기판면의 위치정보를 검출하기 위한 제 1 검출계 (130) 를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 투영광학계를 이용하여 노광동작중의 감응기판면의 위치정보를 검출하기 위한 제 2 검출계 (132) 를 구비하고, 상기 제어장치 (90) 는 상기 제 1 기판 스테이지 및 제 2 기판 스테이지 중 일측 스테이지에서 상기 위치정보검출계에 의한 검출이 실시되는 동안에, 타측 스테이지에서 상기 투영광학계를 이용한 노광동작이 실시되도록 상기 2 개의 스테이지를 제어한 후, 상기 일측 스테이지에서 상기 투영광학계를 이용한 노광동작이 실시되도록 상기 일측 스테이지를 제어함과 동시에, 상기 일측 스테이지의 위치정보검출중에 얻어진 제 1 검출계의 검출결과와 상기 일측 스테이지의 노광동작중에 얻어지는 상기 제 2 검출계의 검출결과에 의거해서 상기 일측 스테이지의 기판구동계 (LS) 를 제어하여 상기 쇼트영역의 노광시의 위치맞춤을 실행할 수 있다. 더구나, 제 2 검출계의 검출결과에 의거해서 기판구동계를 미세조정하여 감응기판 표면을 결상면에 합치시킬 수 있기 때문에, 신속하면서 고정밀도인 포커스, 레벨링제어가 가능해진다.
상기 투영노광장치는, 조명광으로 조명된 조명영역 (IA) 에 대하여 마스크 (R) 를 주사방향으로 이동시키는 것과 동기하여 상기 조명영역에 공액 (conjugate) 노광영역 (IF) 에 대하여 감응기판을 상기 주사방향으로 이동시킴으로써 상기 마스크의 패턴상을 상기 감응기판상에 노광하는 주사형 투영노광장치 (예컨대, 스텝·앤드·스캔형 노광장치) 인 것이 바람직하며, 이 경우 상기 제어장치 (90) 는, 상기 제 1 기판 스테이지 및 제 2 기판 스테이지 중 일측 스테이지에서 상기 위치정보검출계에 의한 검출이 실시되는 동안에, 타측 스테이지에서 상기 투영광학계를 이용한 노광동작이 실시되도록 상기 2 개의 스테이지를 제어한 후, 상기 일측 스테이지에서 상기 투영광학계를 이용한 노광동작이 실시되도록 상기 일측 스테이지를 제어할 때에, 상기 일측 스테이지에 지지된 감응기판상의 복수의 쇼트영역 중 상기 노광영역 (IF) 에 대하여 상기 감응기판의 외측에서 내측으로 주사되도록 설정된 외주 근방의 쇼트영역을 노광할 때에는, 상기 일측 스테이지의 위치정보검출중에 얻어진 상기 제 1 검출계 (130) 의 검출결과와 상기 일측 스테이지의 노광동작중에 얻어지는 상기 제 2 검출계 (132) 의 검출결과에 의거해서 스테이지의 기판구동계 (LS) 를 제어하고, 그 외의 쇼트영역을 노광할 때에는 상기 제 2 검출계의 검출결과만을 이용해서 상기 일측 스테이지의 기판구동계 (LS) 를 제어하여 상기 쇼트영역의 노광시의 위치맞춤을 실행할 수 있다. 이 경우, 일측 스테이지의 노광동작중에 전쇼트의 노광시의 감응기판의 면위치의 정보가 얻어지지 않는 노광영역에 대하여 상기 감응기판의 외측에서 내측으로 주사되도록 설정된 외주 근방의 쇼트영역을 노광할 때에는, 일측 스테이지의 마크계측동작중에 얻어진 제 1 검출계의 검출결과에 의거해서 상기 일측 스테이지의 기판구동계를 제어하여 감응기판의 면위치를 투영광학계의 결상면 가까이까지 신속히 구동할 수 있음과 동시에, 제 2 검출계의 검출결과에 의거해서 기판구동계를 더욱 미조정하여 감응기판 표면을 결상면에 합치시킬 수 있다. 반대로 상기 이외의 이전 (previous) 쇼트의 노광시의 감응기판의 면위치의 정보가 얻어지는 쇼트영역의 노광시에는, 노광대상인 쇼트영역의 노광개시에 앞서 이전 쇼트의 노광시의 감응기판의 면위치의 정보에 의거해서 일측 스테이지의 기판구동계를 제어하여 감응기판의 면위치를 투영광학계의 결상면 가까이까지 신속히 구동한 후, 노광중에 얻어지는 제 2 검출계의 검출결과만을 이용하여 감응기판의 면위치조정 (「포커스·레벨링」조정) 이 실시된다. 따라서, 어느 쇼트영역의 노광시에도 신속하면서 고정밀도인 포커스, 레벨링제어가 가능해진다.
본 발명의 제 8 태양에 따르면, 마스크 (R) 의 패턴의 투영광학계 (PL) 에 의한 상을 감응기판 (W1 또는 W2)상의 복수의 쇼트영역에 각각 투영함으로써 각 쇼트영역을 노광하는 투영노광방법에 있어서, 감응기판 (W1 또는 W2) 을 지지하여동일한 2 차원 평면내를 각각 독립적으로 이동할 수 있는 2 개의 기판 스테이지 (WS1,WS2) 를 준비하고; 상기 2 개의 스테이지 (WS1,WS2) 중 일측 스테이지 (예컨대, WS1) 에 지지된 감응기판 (예컨대, W1) 중 적어도 하나의 쇼트영역의 위치정보를 계측하고; 상기 일측 스테이지 (WS1) 에서 위치정보의 계측이 실시되고 있는 동안에 상기 2 개의 스테이지 (WS1,WS2) 중 타측 스테이지 (WS2) 에 지지된 감응기판 (W2) 을 상기 마스크 (R) 의 패턴상으로 노광하고; 상기 타측 스테이지 (WS2) 의 노광동작 종료후, 상기 일측 스테이지 (WS1) 에 지지된 감응기판을 노광할 때에 상기 검출된 위치정보를 이용하여 상기 일측 스테이지 (WS1) 에 지지된 감응기판 (W1) 의 면위치를 조정하는 것을 특징으로 하는 투영노광방법이 제공된다.
상기 노광방법에 의하면, 일측 스테이지에서, 예컨대 감응기판의 얼라인먼트마크 계측동작 및 감응기판의 소정 기준면에 대한 상대위치 등의 위치정보가 검출되는 동안에, 이와 병행하여 2 개의 스테이지 중 타측 스테이지에 지지된 감응기판이 마스크의 패턴상으로 노광된다. 따라서, 일측 스테이지측의 마크계측동작과 타측 스테이지측의 노광동작의 병행처리에 의해, 이들 동작을 연속적으로 실시하였던 종래기술과 비교하여 스루풋의 향상을 도모할 수 있다. 그리고, 상기 타측 스테이지의 노광동작 종료후, 즉 상기 2 개의 스테이지상에서의 병행동작이 종료된 후, 일측 스테이지에 지지된 감응기판이 노광됨과 동시에, 이 노광중에 먼저 검출된 일측 스테이지상에 지지된 감응기판의 쇼트영역의 면위치의 정보를 이용하여 상기 일측 스테이지에 지지된 감응기판의 면위치가 조정된다. 따라서, 이 일측 스테이지의 노광동작중에 먼저 검출된 면위치의 정보에 의거하여상기 일측 스테이지에 지지된 감응기판의 면위치를 투영광학계의 결상면 가까이까지 신속히 구동할 수 있다. 따라서, 신속하면서 고정밀도인 포커스, 레벨링제어가 가능해진다.
본 발명의 제 9 태양에 따르면, 마스크 (R) 에 형성된 패턴의 투영광학계 (PL) 에 의한 상을 감응기판 (W1,W2) 상에 투영함으로써 감응기판을 노광하는 투영노광장치에 있어서, 감응기판 (W1) 을 지지하여 2 차원 평면내를 이동하고, 기준마크가 그 표면상에 형성된 제 1 기판 스테이지 (WS1) 와; 감응기판 (W2) 을 지지하여 상기 제 1 기판 스테이지 (WS1) 와 동일 평면내를 상기 제 1 기판 스테이지 (WS1) 와는 독립적으로 이동하고, 기준마크가 그 표면상에 형성된 제 2 기판 스테이지 (WS2) 와; 상기 투영광학계 (PL) 와는 격리되어 설치되고, 상기 기판 스테이지 (WS1,WS2)상의 기준마크 또는 상기 기판 스테이지 (WS1,WS2) 에 지지된 감응기판 (W1,W2)상의 얼라인먼트마크를 검출하는 적어도 하나의 마크검출계 (24a) 와; 상기 투영광학계 (PL) 의 투영중심과 상기 마크검출계 (24a) 의 검출중심을 통과하는 제 1 축의 일측으로부터 상기 제 1 기판 스테이지 (WS1) 의 상기 제 1 축방향의 위치를 계측하기 위한 제 1 측장축 (BI1X) 과, 상기 제 1 축방향의 타측으로부터 상기 제 2 기판 스테이지 (WS2) 의 상기 제 1 축방향의 위치를 측장하기 위한 제 2 측장축 (BI2X) 과, 상기 투영광학계 (PL) 의 투영중심에서 상기 제 1 축과 수직으로 교차하는 제 3 측장축 (BI3Y) 과, 상기 마크검출계 (24a) 의 검출중심에서 상기 제 1 축과 수직으로 교차하는 제 4 측장축 (BI4Y) 을 구비하고, 이들 측장축 (BI1X∼BI4Y) 에 의해 상기 제 1 기판 스테이지 및 제 2 기판 스테이지 (WS1 및WS2) 의 2 차원 위치를 각각 계측하는 간섭계 시스템을 갖는 투영노광장치가 제공된다.
이 투영노광장치에 의하면, 제 1 기판 스테이지 및 제 2 기판 스테이지상에 각각 감응기판이 지지되어 2 차원 평면내를 독립하여 이동할 수 있게 되고, 투영광학계와는 격리되어 설치된 얼라인먼트계와 같은 마크검출계에 의해 기판 스테이지상의 기준마크 및/또는 그 기판 스테이지에 지지된 감응기판상의 마크가 검출되고, 간섭계 시스템의 제 1 내지 제 4 측장축에 의해 제 1 기판 스테이지 및 제 2 기판 스테이지의 2 차원 위치가 각각 계측된다. 이 간섭계 시스템의 측장축으로서, 제 1 측장축 및 제 2 측장축이 투영광학계의 투영중심과 마크검출계의 검출중심을 통과하는 제 1 축방향을 따라 제 1 기판 스테이지 및 제 2 기판 스테이지의 일측과 타측에 설치되며, 제 1 측장축에 의해 제 1 기판 스테이지의 제 1 축방향위치가 계측되고, 제 2 측장축에 의해 제 2 기판 스테이지의 제 1 축방향위치가 계측된다. 또한, 제 3 측장축은 투영광학계의 투영중심에서 제 1 축과 수직으로 교차하도록 설치되고, 제 4 측장축은 마크검출계의 검출중심에서 제 1 축과 수직으로 교차하도록 설치되어 있다. 따라서, 2 개의 기판 스테이지상에 형성된 기준마크를 마크검출계를 이용하여 검출할 수 있는데, 그 마크검출시에 있어서의 제 1 기판 스테이지의 2 차원 위치가 마크검출계의 검출중심에서 서로 수직으로 교차하는 제 1 측장축과 제 4 측장축의 간섭계로 계측되고, 제 2 기판 스테이지의 2 차원 위치가 마크검출계의 검출중심에서 서로 수직으로 교차하는 제 2 측장축과 제 4 측장축의 간섭계로 계측되며, 어떤 스테이지의 위치도 아베오차가 없는 상태에서 정확하게 계측된다.
한편, 투영광학계에 의한 마스크패턴의 노광시에는, 제 1 기판 스테이지의 2 차원 위치가 투영광학계의 투영중심에서 서로 수직으로 교차하는 제 1 측장축과 제 3 측장축의 간섭계로 계측되고, 제 2 기판 스테이지의 2 차원 위치가 투영중심에서 서로 수직으로 교차하는 제 2 측장축과 제 3 측장축의 간섭계로 각각 계측되며, 어떤 스테이지의 위치도 아베오차가 없는 상태에서 정확하게 계측된다. 특히, 제 1 측장축과 제 2 측장축은 상기한 바와 같은 위치관계로 배치되어 있기 때문에, 제 1 기판 스테이지 및 제 2 기판 스테이지를 제 1 축방향으로 이동시키는 동안에 측장축이 끊어지는 일이 없으므로, 이들 측장축의 간섭계의 계측치에 의거하여 2 개의 기판 스테이지를 마크검출계와 투영광학계 사이를 왕복이동시킬 수 있으며, 예컨대 제 1 기판 스테이지가 마크검출계의 밑에 있는 동안에 제 2 기판 스테이지를 투영광학계의 밑에 위치시킬 수 있고, 각각의 기판 스테이지상 또는 감응기판상의 마크의 마크검출계에 의한 위치검출동작과 투영광학계에 의한 노광동작을 병행처리할 수 있게 되며, 결과적으로 스루풋을 향상시킬 수 있게 된다.
상기 투영노광장치는, 또한 제 1 기판 스테이지 및 제 2 기판 스테이지 (WS1,WS2) 중 일측 스테이지의 위치를 상기 간섭계 시스템의 제 3 측장축 (BI3X) 의 계측치를 이용하여 관리하면서 상기 일측 스테이지상의 감응기판을 노광하고 있는 동안에, 타측 스테이지에 지지된 감응기판상의 얼라인먼트마크와 타측 스테이지상의 기준마크 (MK) 의 위치관계를 상기 마크검출계의 검출결과와 상기 간섭계 시스템의 제 4 측장축 (BI4X) 의 계측치를 이용하여 구하고, 상기 일측 스테이지의 감응기판의 노광후에 제 3 측장축 (BI3X) 을 이용하여 타측 스테이지의 위치를 계측하면서 타측 스테이지상의 기준마크와 상기 투영광학계의 투영영역내의 소정 기준점의 상대위치관계가 구해지도록 제 1 및 제 2 스테이지를 제어하는 제어장치 (90) 를 구비할 수 있다.
이 제어장치에서는, 예컨대 제 1 기판의 스테이지의 위치가 간섭계 시스템의 제 3 측장축의 계측치를 이용하여 관리되고, 제 1 기판 스테이지에 지지된 감응기판이 노광되는 동안에, 제 2 기판 스테이지에 지지된 감응기판상의 얼라인먼트마크와 제 2 기판 스테이지상의 기준마크의 위치관계가 마크검출계의 검출결과와 간섭계 시스템의 제 4 측장축의 계측치를 이용하여 검출되도록 2 개의 기판 스테이지의 동작이 제어된다. 그리고, 제어장치는 제 3 측장축의 계측치를 이용하여 제 2 기판 스테이지의 위치를 계측하면서, 제 2 기판 스테이지상의 기준마크와 투영광학계의 투영영역내의 소정 기준점, 예컨대 투영중심과의 위치관계가 구해지는 위치로 제 2 기판 스테이지를 이동하도록 제어하며, 그리고 그들의 위치관계를 구한다. 즉, 제어장치에서는, 제 1 스테이지에 지지된 감응기판에 대하여 투영광학계의 투영중심에서 제 3 측장축의 계측치를 이용하여 제 1 스테이지의 위치를 아베오차 없이 관리하면서 투영광학계에 의한 마스크의 패턴상의 투영이 실시되는 동안에, 제 2 스테이지에 지지된 감응기판상의 얼라인먼트마크 제 2 스테이지상의 기준마크의 위치관계가 마크검출계의 검출결과와 마크검출계의 검출중심에서 제 4 측장축의 계측치를 이용하여 아베오차 없이 정확히 검출되도록 2 개의 기판 스테이지의 동작을 제어할 수 있으며, 이와 같이 하여 제 1 스테이지상의 노광동작과 제2 스테이지상의 얼라인먼트동작을 병행하여 실시할 수 있기 때문에 스루풋의 향상을 도모할 수 있다.
또한 제어장치는, 상기 양스테이지의 동작이 종료되면, 제 3 측장축의 계측치를 이용하여 제 2 기판 스테이지의 위치를 계측하면서 투영광학계의 투영영역내의 소정 기준점과 제 2 기판 스테이지상의 기준마크의 위치관계를 검출할 수 있는 위치로 제 2 기판 스테이지를 이동하고, 이러한 기준마크에 의거하여 제 2 기판 스테이지의 위치를 관리한다. 그러므로, 스테이지상의 기준마크와 감응기판상의 얼라인먼트마크의 위치관계가 계측된 (얼라인먼트가 종료된) 제 2 기판 스테이지에 대해서는, 얼라인먼트마크의 계측시에 사용된 제 4 측장축이 계측할 수 없는 상태에 빠지더라도, 아무런 문제가 없고, 제 3 측장축의 계측치를 이용하여 그 위치를 관리할 수 있게 되며, 제 2 기판 스테이지상의 기준마크와 투영광학계의 투영영역내의 소정 기준점의 위치관계를 검출하고, 이 위치관계와 상기 얼라인먼트 계측결과와 제 3 측장축의 계측치를 이용하여 투영광학계의 투영영역과 감응기판의 위치맞춤을 실시하면서 노광을 실시할 수 있게 된다. 즉, 얼라인먼트시의 제 2 기판 스테이지의 위치를 관리하고 있던 측장축이 계측불능으로 되더라도, 별도의 측장축에 의해 노광시의 제 2 기판 스테이지의 위치관리를 실시할 수 있게 되며, 제 1 또는 제 2 기판 스테이지의 얼라인먼트동작, 얼라인먼트위치에서 노광위치로의 이동동작 및 노광동작을 하나의 간섭계에 의해 연속하여 감시할 필요가 없어진다. 그러므로, 상기 각 측장축의 간섭계 빔을 반사시키기 위한 스테이지 반사면을 소형화할 수 있게 되며, 그럼으로써 기판 스테이지를 소형화할수 있다.
상기 투영노광장치에 있어서, 마크검출계는 얼라인먼트계로 할 수 있다. 또한, 상기 타측 스테이지상의 기준마크와 상기 투영광학계의 투영영역내의 소정 기준점의 상대위치관계가 구해지는 위치로 타측 스테이지를 이동하였을 때에, 제 3 측장축의 간섭계를 리셋하는 것이 바람직하다. 이 타이밍에서 제 3 측장축의 간섭계를 리셋함으로써 투영영역내의 기준점을 기준으로 한 타측 스테이지상의 기준마크위치 및 타측 스테이지상의 감응기판의 얼라인먼트마크의 위치를 보다 용이하게 관리할 수 있다.
상기 투영노광장치에 있어서, 상기 투영광학계 (PL) 에 관하여 상기 마크검출계 (24a) 의 반대측에 상기 제 1 축상에 검출중심을 갖는 별도의 마크검출계 (24b) 를 갖고, 상기 간섭계 시스템은 상기 별도의 마크검출계 (24b) 의 검출중심에서 상기 제 1 축과 수직으로 교차하는 제 5 측장축 (BI5Y) 을 구비하고, 상기 제어장치 (90) 는 상기 일측 기판 스테이지의 위치를 상기 간섭계 시스템의 상기 제 3 측장축 (BI3Y) 의 계측치를 이용하여 관리하면서 상기 일측 스테이지에 지지된 감응기판을 노광하고 있는 동안에, 상기 타측 스테이지에 지지된 감응기판상의 얼라인먼트마크와 타측 스테이지상의 기준마크의 위치관계를 상기 마크검출계의 검출결과와 상기 간섭계 시스템의 제 4 측장축 (BI4Y) 의 계측치를 이용하여 구하고, 일측 스테이지의 노광후에 상기 제 5 측장축 (BI5Y) 의 계측치를 이용하여 일측 스테이지의 위치를 계측하면서 상기 별도의 마크검출계의 검출영역내에 일측 기판 스테이지상의 기준마크가 위치하도록 일측 스테이지를 이동하도록 제 1 및 제 2 스테이지를 제어할 수 있다.
상기 제어장치는, 예컨대 제 1 기판 스테이지에 지지된 감응기판에 대하여, 투영광학계의 투영중심에서 제 1 축방향의 측장축 (제 1 측장축 및 제 2 측장축) 에 수직으로 교차하는 제 3 측장축의 계측치를 이용하여 제 1 기판 스테이지의 위치를 아베오차 없이 관리하면서 투영광학계에 의한 마스크의 패턴상을 이용한 노광이 실시되는 동안에, 제 2 기판 스테이지에 지지된 감응기판상의 얼라인먼트마크와 제 2 기판 스테이지상의 기준마크의 위치관계가 마크검출계의 검출결과와 마크검출계의 검출중심에서 제 1 축방향의 측장축 (제 1 측장축 및 제 2 측장축) 에 수직으로 교차하는 제 4 측장축의 계측치를 이용하여 아베오차 없이 정확히 검출되도록 2 개의 기판 스테이지의 동작을 제어할 수 있으며, 이와 같이 하여 일측 기판 스테이지상의 노광동작과 제 2 기판 스테이지상의 얼라인먼트동작이 병행하여 실시되게 된다.
이어서 제어장치는, 상기 양스테이지의 동작이 종료되면, 제 5 측장축의 계측치를 이용하여 제 1 기판 스테이지의 위치를 계측하면서, 별도의 마크검출계의 검출중심과 제 1 기판 스테이지상의 기준마크의 상대위치가 구해지도록 제 1 기판 스테이지의 동작을 제어한다. 따라서, 감응기판에 대한 노광이 종료된 제 1 기판 스테이지에 대해서는 노광시에 사용된 제 3 측장축이 계측할 수 없는 상태로 되어도, 아무런 문제점이 없고, 제 1 기판 스테이지상의 기준마크와 제 5 측장축의 계측치를 이용하여 아베오차 없이 제 1 기판 스테이지의 위치를 관리할 수 있게 된다. 따라서, 2 개의 기판 스테이지를 제 1 축 방향으로 이동하여, 얼라인먼트동작이 종료한 제 2 기판 스테이지의 위치가 제 3 측 장축의 계측치를 이용하여 계측 가능해지며, 제 5 측 장축의 계측치를 이용하여 노광동작이 종료한 제 1 기판 스테이지의 위치가 계측 가능해짐으로써, 제 1 기판 스테이지측의 노광동작과 제 2 기판 스테이지측의 노광동작을 용이하게 전환할 수 있게된다.
이 경우에 있어서, 상기 제 1 기판 스테이지 (WS1) 및 상기 제 2 기판 스테이지 (WS2) 의 사이에서 감응기판 (W1,W2) 의 수수를 행하는 반송시스템 (180∼200) 을 더 가질 수 있고, 상기 제어장치는, 상기 별도의 마크검출계 (24b) 의 검출영역내에 상기 일측의 기판 스테이지상의 기준마크를 위치결정하고, 상기 일측 스테이지는 그 위치에서 상기 반송시스템 (180∼200) 과의 사이에서 기판의 수수를 하는 것이 바람직하다. 이와같은 구성에서는 상기의 노광동작과 얼라인먼트동작의 전환에 더하여, 제어장치에 의하여 간섭계 시스템의 제 5 측 장축을 이용하여 별도의 마크검출계의 검출영역내에 일측 기판 스테이지상의 기준마크를 위치시킨 상태에서 제 1 기판 스테이지와 반송시스템의 사이에서 기판의 수수가 이루어지므로, 얼라인먼트 개시동작인 기준마크의 위치계측과 감응기판의 교환을 기판 스테이지의 정지상태에서 행할 수 있다. 또한, 웨이퍼 교환위치에서 얼라인먼트 개시위치로의 기판 스테이지의 이동시간이 제로가 되는데에 더하여 앞서 설명한 시간 (T1), 시간 (T2) 및 시간 (T3) 의 동작을, 예컨대, 제 1 기판 스테이지측에서 행하여, 시간 (T4) 의 동작을 제 2 기판 스테이지 측에서 행할 수 있게 되므로, 한층 스루풋의 향상을 도모할 수 있게된다.
본 발명의 투영노광장치에 있어서, 상기 투영광학계 (PL) 의 투영영역 내의소정의 기준점은 상기 마스크의 패턴상 (像) 의 투영중심이며, 상기 마스크의 패턴상의 투영중심과 상기 스테이지상의 기준마크 (MK1,MK2,MK3) 의 상대위치관계를 상기 마스크 (R) 와 상기 투영광학계를 통하여 검출하는 마크위치검출기 (142,144) 를 더 가질 수 있다. 마크위치검출기는 투영광학계를 통하여 마크를 검출하는 검출기, 예컨대, 레티클 얼라인먼트 현미경으로 할 수 있다.
상기 투영노광장치에 있어서, 마크검출계는, 투영광학계와 격리하여 1 개 이상의 마크검출계가 형성되면 되는데, 2 개의 마크검출계 (24a,24b) 를, 투영광학계 (PL) 를 사이에 두고, 제 1 축 방향의 일방측과 타방측에 각각 배치하도록 해도 된다. 마크검출계를 이와같은 위치관계로 배치한 경우에는, 중앙에 위치하는 투영광학계에서 일측 기판 스테이지상의 감응기판을 노광하고 있는 사이에 (노광동작), 타측 기판 스테이지상의 감응기판을 어느 하나의 마크검출계를 사용하여 마크 검출을 행할 수 있다 (얼라인먼트동작). 그리고, 노광동작과 얼라인먼트동작을 전환할 경우는, 2 개의 기판 스테이지를 제 1 축방향으로 이동하는 것만으로, 얼라인먼트동작이 종료된 기판 스테이지를 투영광학계의 아래로 이동시킬 수 있음과 동시에, 타측 기판 스테이지를 마크검출계의 위치까지 이동시킬 수 있다.
상기 투영노광장치에 있어서, 제 1 기판 스테이지 및 제 2 기판 스테이지 (WS1 및 WS2) 의 각각이 투영광학계 (PL) 에 의한 노광동작과 마크검출계 (예컨대 24a) 에 의한 마크 검출동작을 행할 수 있도록, 간섭계시스템 (예컨대, 측장축 (BI1X∼BI4Y)) 의 계측결과에 의거하여 제 1 기판 스테이지 및 제 2 기판 스테이지의 이동제어를 독립적으로 행하는 제어장치 (90) 를 더 가질 수 있다. 제어장치는, 제 1 기판 스테이지 및 제 2 기판 스테이지의 각각이 투영광학계 (PL) 에 의한 노광동작과 마크검출계 (예컨대 24a) 에 의한 마크 검출동작을 행하도록, 간섭계 시스템 (예컨대 측장축 (BI1X∼BI4Y)) 의 계측결과에 의거하여 제 1 기판 스테이지 및 제 2 기판 스테이지의 이동제어를 독립적으로 행할 수 있는 것으로부터, 어느 기판 스테이지상의 감응기판에 대해서도 투영광학계에 의한 노광동작과 마크검출계에 의한 마크 검출동작을 확실히 행할 수 있다.
이 경우, 측장축 (BI3Y 와 BI4Y) 의 간격을 지나치게 크게하면, 제 1 기판 스테이지 및 제 2 기판 스테이지의 이동시에, 측장축 (BI3Y,BI4Y) 이 기판 스테이지로부터 분리되는 한편, 이와같이 되지 않도록 하면, 양 스테이지의 간섭이 발생하기 때문에, 그것을 피하기 위하여, 제어장치 (90) 는, 제 1 기판 스테이지 및 제 2 기판 스테이지 (WS1 및 WS2) 의 각각에 대하여, 마크검출계 (예컨대 24a) 에 의한 마크 검출시와 투영광학계 (PL) 에 의한 노광시로, 간섭계시스템 (예컨대 측장축 (BI1X∼BI4Y) 의 제 3 측장축 (BI3Y) 과 제 4 측장축 (BI4Y) 을 측장축에서 기판 스테이지가 분리되어도 되도록, 전환할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 이와같이 구성한 경우에는, 제 3 측 장축 (BI3Y) 과 제 4 측 장축 (BI4Y) 의 사이의 간격을 넓게 하여, 양 스테이지의 간섭을 방지할 수 있음과 동시에, 제 1 기판 스테이지 및 제 2 기판 스테이지의 이동시에, 측장축 (BI3Y∼BI4Y) 이 기판 스테이지에서 분리된 경우에, 제어장치에 의하여 측장축의 전환을 행함으로써, 간섭계 시스템을 사용하여 각 처리위치에 있어서의 각 기판 스테이지의 2 차원 위치를 정확히 계측할 수 있다.
본 발명의 제 10 태양에 따르면, 마스크 (R) 의 패턴의 투영광학계에 의한 상을 감응기판상에 투영함으로써 감응기판을 노광하는 투영노광방법으로,
감응기판 (W1,W2) 을 지지하여 각각 동일한 평면내를 독립적으로 이동가능한 2 개의 기판 스테이지 (WS1,WS2) 를 이용하여,
제 1 간섭계에 의하여 상기 2 개의 스테이지 내의 일측 스테이지의 위치계측을 행하면서, 해당 일측 스테이지상의 감응기판 (W1,W2) 상을 노광하며,
상기 일측 스테이지에 지지된 기판의 노광중에, 제 2 간섭계에 의하여 타측 스테이지의 위치계측을 행하면서, 해당 타측 스테이지에 지지된 기판상의 얼라인먼트 마크와 상기 타측 스테이지상의 기준 마크와의 위치관계를 계측하여,
상기 일측 스테이지상의 기판의 노광종료후에, 상기 타측 스테이지의 기준 마크와 상기 투영광학계의 투영영역내의 소정의 기준점과의 위치관계를 구할 수 있는 위치에 타측의 스테이지를 이동하며,
상기 구해진 타측 스테이지상에 지지된 기판상의 얼라인먼트 마크와 상기 타측 스테이지상의 기준 마크와의 위치관계와, 타측 스테이지의 기준 마크와 상기 투영광학계의 투영영역내의 소정의 기준점과의 위치관계에 의거하여, 제 1 간섭계를 이용하여 타측 스테이지상에 지지된 감응기판과 마스크의 패턴상의 위치맞춤을 행하는 것을 특징으로 하는 투영노광방법이 제공된다.
이 투영노광방법에 의하면, 예컨대, 제 1 기판 스테이지에 지지된 감응기판의 노광동작과, 제 2 기판 스테이지에 지지된 감응기판의 위치맞춤 마크와 해당스테이지상의 기준 마크와의 위치관계의 계측 (얼라인먼트동작) 이, 병행하여 이루어진다. 이때, 제 1 기판 스테이지의 위치는 제 1 간섭계에 의하여 관리되며, 제 2 기판 스테이지의 위치는 제 2 간섭계에 의하여 관리된다. 그리고 제 1 기판 스테이지측의 노광동작이 종료하면, 그때까지 제 1 기판 스테이지의 위치를 관리하고 있던 제 1 간섭계에 의하여 제 2 기판 스테이지의 위치가 계측가능해짐과 동시에, 투영광학계의 투영영역내의 소정의 기준점과 제 2 기판 스테이지의 기준 마크와의 상대위치가 검출가능한 위치로 제 2 기판 스테이지가 이동된다. 계속해서, 먼저 계측된 제 2 기판 스테이지에 지지된 감응기판상의 위치맞춤 마크와 제 2 기판 스테이지상의 기준마크의 위치관계에 의거하여, 제 1 간섭계를 이용하여 제 2 기판 스테이지상에 지지된 감응기판과 마스크의 패턴상과의 위치맞춤이 이루어져, 마스크이 패턴상이 감응기판상에 투영노광된다.
즉, 일측의 기판 스테이지에 지지된 감응기판의 노광동작과 제 2 기판 스테이지에 지지된 감응기판의 얼라인먼트동작이 병행하여 이루어진 후에, 제 1 기판 스테이지가 소정의 기판교환위치로 퇴피한다. 이것과 병행하여, 제 2 기판 스테이지가, 투영광학계의 투영영역내의 소정의 기준점 (예컨대, 마스크의 패턴상의 투영중심) 에 대하여 제 2 기판 스테이지의 기준 마크의 위치가 검출가능한 위치까지 이동되고, 거기서 양자의 위치관계가 검출된다. 그리고, 이 검출결과와 먼저 얼라인먼트동작시에 계측된 스테이지상의 기준 마크와 위치맞춤 마크의 위치관계에 의거하여 제 1 간섭계로 위치를 관리하면서 제 2 기판 스테이지상에 지지된 감응기판과 마스크의 패턴상의 위치맞춤이 노광시에 이루어진다.
따라서, 제 1 기판 스테이지상의 감응기판의 노광동작과 제 2 기판 스테이지상의 감응기판의 얼라인먼트동작을 병행하여 행함으로써 스루풋의 향상을 도모할 수 있음과 동시에, 얼라인먼트시의 제 2 기판 스테이지의 위치를 관리하고 있던 제 2 간섭계가 계측불능이 되어도, 제 1 간섭계측에 의하여 노광시의 제 2 기판 스테이지의 위치관리를 행하는 것이 가능해지며, 상기 얼라인먼트동작, 얼라인먼트 위치에서 노광위치로의 이동동작 및 노광동작을 통하여 하나의 측장축 또는 간섭계에 연속하여 스테이지 위치를 감시할 필요가 없어진다. 그러므로, 상기 각 간섭계의 간섭계빔을 반사시키기 위한 스테이지 반사면을 소형화할 수 있고, 그럼으로써 기판 스테이지를 소형화할 수 있다.
본 발명의 제 11 의 태양에 따르면, 마스크 (R) 에 형성된 패턴의 투영광학계 (PL) 에 의한 상을 감응기판 (W1,W2) 상에 투영함으로써 감응기판을 노광하는 투영노광장치에 있어서, 감응기판 (W1) 을 지지하여 2 차원 평면내를 이동가능한 제 1 기판 스테이지 (WS1) 와; 감응기판 (WS2) 을 지지하여 상기 제 1 기판 스테이지 (WS1) 와 동일 평면내를 상기 제 1 기판 스테이지 (WS1) 와는 독립적으로 이동가능한 제 2 기판 스테이지 (WS2) 와; 상기 제 1 기판 스테이지 및 제 2 기판 스테이지 (WS1,WS2) 와 감응기판의 수수를 행하는 반송시스템 (180∼200) 과; 상기 제 1 기판 스테이지 (WS1) 및 제 2 기판 스테이지 (WS2) 의 내의 일측 스테이지가 상기 반송시스템 (180∼200) 과 반응기판의 수수를 행하는 사이에, 타측의 스테이지가 노광동작을 행하도록 양 스테이지의 동작을 제어하는 제어장치 (90) 를 갖는 것을 특징으로 하는 투영노광장치가 제공된다.
이 투영노광장치에 의하면, 제어장치에 의하여 제 1 기판 스테이지 및 제 2 기판 스테이지의 내의 일측의 스테이지가 반송시스템과의 사이에서 감응기판의 수수를 행하는 사이에, 다른 쪽의 스테이지가 노광동작을 행하도록 양 스테이지의 동작이 제어된다. 따라서, 앞서 설명한 시간 T1 의 동작과, 시간 T4 의 동작과 병행처리할 수 있으므로, 시간 (T1+T2+T3+T4) 을 요했던 종래의 연속적인 처리에 비하여 스루풋을 향상시키는 것이 가능해진다.
상기 각 투영노광장치에서는, 1 장의 마스크를 사용하여 노광을 행할 수 있으면 충분하지만, 마스크 (R) 를 복수매 동시에 탑재 가능한 마스크 스테이지 (RST) 와; 복수매의 마스크 (R) 의 어느 하나가 노광위치에 선택적으로 설정되도록 마스크 스테이지 (RST) 를 구동하는 구동계 (30) 를 형성하면 된다. 이것에 따르면, 예컨대 해상력 향상을 위하여, 소위 이중노광법에 의하여 2 장의 마스크를 전환하여 노광영역별로 적합한 노광조건으로 오버레이노광을 행하는 경우라도, 마스크 스테이지에 미리 2 장의 마스크를 탑재해두고, 이것을 구동계에 의하여 노광위치로 전환 설정하는 것만으로, 일측의 기판 스테이지측에서 2 장의 마스크에 의한 연속적인 이중노광을 행하는 사이에, 이것과 병행하여 타측의 기판 스테이지 측에서 얼리인먼트 등의 다른 동작을 행하는 것이 가능해지며, 이것으로서 이중노광법에 의한 낮은 스루풋을 대폭으로 개선할 수 있게된다.
상기 각 투영노광장치는, 마스크와 감응기판을 정지시킨 상태에서 마스크의 패턴을 투영광학계를 통하여 감응기판에 투영노광하는 스텝퍼와 같은 정지형 투영노광장치보다도, 마스크 (R) 가 소정방향으로 이동가능한 마스크 스테이지 (RST)에 탑재되어, 상기 마스크 스테이지 (RST) 와 상기 제 1 기판 스테이지 및 제 2 기판 스테이지 (WS1 및 WS2) 중 어느 일측을 동기이동시키면서, 상기 마스크패턴을 상기 감응기판 (WS1,WS2) 상에 투영노광하는 스테이지 제어장치 (38) 를 더 갖는 주사형 투영노광장치가 더 효과적이다. 즉, 투영광학계에 의한 마스크 패턴의 투영영역내에서의상의 평균화 효과에 의하여 고정밀도의 노광을 실현할 수 있음과 동시에, 정지형 투영노광장치에 비하여 더 작은 투영광학계를 사용하여 더 큰 면적을 노광할 수 있기 때문이다.
본 발명의 제 12 태양에 따르면, 마스크 (R) 에 형성된 패턴의 투영광학계 (PL) 에 의한 상을 감응기판 (W1,W2) 상에 투영함으로써 감응기판을 노광하는 투영노광장치에 있어서, 감응기판 (W1) 을 지지하여 2 차원 평면내를 이동가능한 제 1 판 스테이지 (WS1) 와; 감응기판 (W2) 을 지지하여 상기 제 1 기판 스테이지 (WS1) 와 동일 평면내를 상기 제 1 기판 스테이지 (WS1) 와는 독립적으로 이동가능한 제 2 기판 스테이지 (WS2) 와; 상기 제 1 기판 스테이지 및 제 2 기판 스테이지 (WS1,WS2) 의 2 차원 위치를 각각 계측하는 간섭계 시스템 (예컨대 측장축 BI1X ∼ BI4Y) 과; 상기 제 1 기판 스테이지와 제 2 기판 스테이지가 서로 간섭하는 경우의 상기 간섭계 시스템 (예컨대 측장축 BI1X ∼ BI4Y) 에 있어서의 간섭조건이 기억된 기억장치 (91) 와; 상기 기억장치 (91) 에 기억된 간섭조건에 의거하여 상기 간섭계 시스템 (예컨대 측장축 BI1X ∼ BI4Y) 의 계측치를 모니터하면서 상기 양 스테이지 (WS1,WS2) 를 간섭하지 않도록 이동제어하는 제어장치 (90) 를 갖는 투영노광장치가 제공된다.
상기 투영노광장치에 의하면, 감응기판을 지지하여 2 차원 평면내를 독립적으로 이동가능한 제 1 기판 스테이지와 제 2 기판 스테이지의 각각의 2 차원 위치를 간섭계 시스템으로 계측하고, 기억장치에 기억된 제 1 기판 스테이지와 제 2 기판 스테이지가 서로 간섭하는 간섭조건에 의거하여, 제어장치에 의하여 간섭계 시스템의 계측치를 모니터하면서 양 스테이지를 간섭시키지 않도록 이동제어된다. 따라서, 2 개의 스테이지를 독립적으로 이동시키면서 2 개의 동작을 병행처리하는 경우라도, 2 개의 스테이지가 접촉 (간섭) 하는 것을 방지할 수 있다.
상기 투영노광장치에 있어서, 상기 투영광학계 (PL) 와 격리하여 형성되어, 상기 기판 스테이지 (WS1,WS2)상의 기준마크 또는 상기 기판 스테이지 (WS1,WS2) 에 지지된 감응기판 (W1,W2)상의 마크를 검출하는 얼라인먼트계와; 상기 제 1 기판 스테이지 및 제 2 기판 스테이지 (WS1,WS2) 의 사이에서 감응기판 (W1,W2) 의 수수를 행하는 반송시스템 (180∼200) 을 더 가지며, 상기 제어장치 (90) 는, 상기 간섭조건에 의거하여 상기 간섭계 시스템 (예컨대 측장축 BI1X∼BI4Y) 의 계측치를 모니터하면서, 상기 일측 기판 스테이지 (WS1 또는 WS2) 가 상기 반송시스템 (180∼200) 의 사이에서 감응기판 (W1,W2) 의 수수동작 및 상기 얼라인먼트계에 의한 마크검출동작중 적어도 일측의 동작을 행하고 있는 사이에, 상기 타측 기판 스테이지 (WS2또는 WS1) 가 상기 투영광학계 (PL) 에 의하여 노광동작이 이루어지도록 상기 2 개의 기판 스테이지 (WS1,WS2) 의 동작을 제어할 경우에, 양 스테이지 (WS1,WS2) 끼리가 간섭하는 위치에 왔을 경우, 상기 양 스테이지 (WS1,WS2) 에 있어서 동작 종료까지의 시간이 길게 걸리는 쪽의 스테이지 (WS1 또는 WS2) 를 양 스테이지 (WS1,WS2) 가 간섭하지 않는 위치관계가 될때까지 우선적으로 이동시켜, 그 사이 동작종료까지의 시간이 짧은 쪽의 스테이지 (WS2 또는 WS1) 를 대기시키도록 제어해도 된다.
이와같은 구성에 의하면, 제어장치에 의하여 간섭조건에 의거하여 간섭계 시스템의 계측치를 모니터하면서, 일측 기판 스테이지에서 감응기판의 수수동작과 마크 검출동작 중 적어도 일측의 동작을 행하고 있는 사이에, 타측 기판 스테이지에서 노광동작이 이루어지도록 양 기판 스테이지의 동작을 제어할 때, 양 스테이지 끼리가 간섭하는 위치에 오면, 양 스테이지의 동작종료까지의 시간이 긴쪽의 스테이지를 양 스테이지가 간섭하지 않는 위치관계에 올때까지 우선적으로 이동시켜, 동작종료까지의 시간이 짧은 쪽의 스테이지를 대기시키도록 제어한다. 따라서, 2 개의 스테이지를 독립적으로 이동시키면서 2 개의 동작을 병행처리하는 가운데, 예컨대 간섭하는 상황이 발생했다고 해도, 양 스테이지의 동작종료까지 시간을 비교하여, 일측의 스테이지를 우선적으로 이동시켜 다른 쪽의 스테이지를 대기시킴으로써, 스루풋을 저하시키지 않고 2 개의 스테이지의 간섭을 방지할 수 있다.
본 발명의 제 13 태양에 따르면, 마스크 (R) 에 형성된 패턴의 투영광학계 (PL) 에 의한 상을 감응기판 (W1,W2) 상에 투영함으로써 감응기판을 노광하는 투영노광장치에 있어서, 감응기판 (W1) 을 지지하여 2 차원 평면내를 이동하여, 기준 마크가 그 표면상에 형성된 제 1 기판 스테이지 (WS1) 와; 감응기판 (W2) 을 지지하여 상기 제 1 기판 스테이지 (WS1) 와 동일 평면내를 상기 제 1 기판 스테이지(WS1) 와는 독립적으로 이동하며, 기준 마크가 그 표면상에 형성된 제 2 기판 스테이지 (WS2) 와; 상기 투영광학계 (PL) 와 격리되어 형성되어, 상기 기판 스테이지 (WS1 또는 WS2)상의 기준 마크 또는 상기 기판 스테이지 (WS1 또는 WS2) 에 지지된 감응기판 (W1 또는 W2)상의 마크를 검출하는 얼라인먼트 (예컨대 24a) 와; 상기 제 1 기판 스테이지 (WS1) 및 상기 제 2 기판 스테이지 (WS2) 중의 일측 스테이지 (WS1 또는 WS2)상의 감응기판에 대하여 상기 얼라인먼트계 (24a) 에 의한 마크 검출동작을 행하는 것에 병행하여, 타측의 스테이지 (WS2 또는 WS1)상의 감응기판에 대하여 노광을 행할 때, 상기 일측의 스테이지 (WS1 또는 WS2) 에 있어서의 마크 검출동작 중에서 상기 타측의 스테이지 (WS2 또는 WS1) 에 영향을 미치는 동작과 상기 타측의 스테이지 (WS2 또는WS1) 에 있어서의 노광동작 중에서 상기 일측의 스테이지 (WS1 또는 WS2) 에 영향을 미치는 동작을 동기하여 행하도록 2 개의 스테이지 (WS1,WS2) 를 제어함과 동시에, 상기 제 1 기판 스테이지 (WS1) 및 상기 제 2 기판 스테이지 (WS2) 의 각각의 동작중 서로 영향을 미치지 않는 동작끼리를 동기하여 행하도록 상기 2 개의 기판 스테이지 (WS1,WS2) 의 동작을 제어하는 제어장치 (90) 를 갖는 투영노광장치가 제공된다.
상기 투영노광장치에 있어서, 제어장치가 일측의 스테이지에 있어서의 마크 검출동작 중 타측의 스테이지에 영향을 미치는 (외란요인) 동작과, 타측의 스테이지에 있어서의 노광동작중 일측 스테이지에 영향을 미치는 (외란요인) 동작을 동기하여 행하도록, 2 개의 스테이지를 제어하는 것으로써, 서로 영향을 주는 동작끼리를 동기시키기 때문에, 각각의 스테이지상의 동작에 지장은 없다. 또, 제어장치는, 양 스테이지의 각각의 동작중 서로 영향을 미치지 않는 (비외란 요인) 동작 끼리를 동기하여 행하도록 제어하는 것으로써, 이 경우에 대해서도 각각의 스테이지상에서 행해지는 동작에 지장이 생기지 않는다. 따라서, 2 개의 기판 스테이지를 사용하여 각각의 기판 스테이지상 또는 감응기판상의 마크의 얼라인먼트계에 의한 위치검출동작과, 투영광학계에 의한 노광동작을 병행처리할 수 있게되어, 스루풋을 향상시키는 것이 가능해짐과 동시에, 2 개의 기판 스테이지상에서 이루어지는 동작이 서로 영향을 미치지 않기 때문에, 2 개의 동작을 양호한 상태에서 병행처리하는 것이 가능해진다.
이 경우, 서로 영향을 미치지 않는 동작끼리의 조합으로서 다양한 것이 있으나, 타측의 기판 스테이지 (WS2 또는 WS1) 에 지지된 감응기판 (W2 또는 W1) 에 대한 상기 마스크 (R) 의 패턴상의 투영노광중에, 상기 일측의 스테이지 (WS1 또는 WS2)상의 마크 또는 상기 일측의 스테이지 (WS1 또는 WS2) 상에 지지된 감응기판 (W1 또는 W2) 의 마크의 계측을 행하기 위하여 상기 타측의 스테이지 (WS1 또는 WS2) 를 정지시키도록 해도 된다. 이들의 동작은, 서로 영향을 미치지 않는 동작끼리이기 때문에, 고정밀도인 마크계측동작과 노광동작을 지장없이 병행 처리할 수 있다.
한편, 서로 영향을 미치는 동작끼리의 조합으로서 다양한 것이 있으나, 타측의 기판 스테이지 (WS2 또는 WS1) 를 다음의 노광을 위하여 이동시키는 것에 동기하여, 상기 일측의 기판 스테이지 (WS1 또는 WS2) 를 다음의 마크 검출을 위하여 이동하도록 해도 된다.
이 경우, 상기 마스크 (R) 를 탑재하여 소정방향으로 이동가능한 마스크 스테이지 (RST) 및 상기 마스크 스테이지 (RST) 와 상기 제 1 기판 스테이지 (WS1) 또는 상기 제 2 기판 스테이지 (WS2) 를 상기 투영광학계 (PL) 에 대하여 동기 주사하는 주사시스템 (예컨대 38) 을 더 가지며, 상기 제어장치 (90) 는, 상기 타측의 기판 스테이지 (WS2 또는 WS1) 가 상기 마스크 스테이지 (RST) 와 동기하여 등속이동중에, 상기 일측의 스테이지 (WS1 또는 WS2)상의 마크 또는 상기 일측의 스테이지 (WS1 또는 WS2) 상에 지지된 감응기판 (W1 또는 W2) 의 마크의 계측을 행하기 위하여 상기 일측의 스테이지 (WS1 또는 WS2) 를 정지시키도록 해도 된다. 이것에 의하면, 주사시스템에서는 노광중은 마스크 스테이지와 타측의 기판 스테이지를 동기시켜 등속이동시키기 때문에, 마크 계측을 행하고 있는 일측 스테이지에 영향을 미치지 않는다. 이 타측 스테이지의 등속이동중 (노광중) 에 마크계측을 행하고 있는 일측 스테이지에서는, 노광중의 타측 스테이지에 영향을 미치지 않는 정지상태에서 마크 계측을 행하기 때문에, 주사노광중이어도 2 개의 스테이지를 사용함으로써, 노광동작과 마크계측동작을 지장없이 병행처리할 수 있다.
이 경우에 있어서, 상기 제 1 기판 스테이지 및 제 2 기판 스테이지 (WS1,WS2) 의 각각의 사이에서 감응기판 (W1 또는 W2) 의 수수를 행하는 반송시스템 (180∼200) 을 더욱 가지며, 상기 제어장치 (90) 는, 상기 일측의 기판 스테이지 (WS1 또는 WS2) 가 상기 반송시스템 (180∼200) 의 사이에서 감응기판 (W1,W2) 의 수수동작 및 상기 마크 검출동작의 적어도 일측을 행하는데 병행하여, 상기 다른 쪽의 기판 스테이지 (WS2 또는 WS1) 에 지지된 감응기판에 대하여 노광동작을 행할때, 상기 일측의 기판 스테이지 (WS1 또는 WS2) 의 수수동작 및 상기 마크 검출동작 중에서 상기 타측 스테이지 (WS1 또는 WS2) 에 영향을 미치는 동작과, 상기 타측 스테이지 (WS1 또는 WS2) 측의 노광동작 중에서 상기 일측 스테이지 (WS1 또는 WS2) 에 영향을 미치는 동작을 동기하여 행하도록 상기 2 개의 기판 스테이지 (WS1,WS2) 의 동작을 제어함과 동시에, 상기 제 1 기판 스테이지 및 상기 제 2 기판 스테이지 (WS1,WS2) 의 각각의 동작 중에서 서로 영향을 미치지 않는 동작끼리를 동기하여 행하도록, 상기 2 개의 기판 스테이지 (WS1,WS2) 의 동작을 제어하는 것이 더욱 바람직하다. 이와같이 한 경우는, 앞서 설명한 시간 T1, 시간 T2 및 시간 T3 의 동작을 일측 스테이지 측에서 행하고, 시간 T4 의 동작을 타측 스테이지측에서 행할 수 있기 때문에, 더욱 스루풋이 향상됨과 동시에, 그들 2 개의 스테이지에서 지장없이 동작을 병행처리할 수 있게된다.
상기 투영노광장치에서는, 얼라인먼트계가 투영광학계와는 별도로 형성되어 있으면 되는데, 예컨대 얼라인먼트계가 투영광학계와 별도로 2 개 있는 경우는, 상기 얼라인먼트계 (24a,24b) 는, 소정 방향을 따라서 상기 투영광학계 (PL) 의 양측에 각각 배치되어; 상기 제어장치 (90) 는, 상기 제 1 기판 스테이지 및 제 2 기판 스테이지 (WS1,WS2) 의 양쪽의 동작이 종료한 시점에서, 양 스테이지 (WS1,WS2) 의 동작을 전환하도록 해도 된다. 이와같이 구성한 경우에는, 중앙에 위치하는 투영광학계에서 일측 기판 스테이지상의 감응기판을 노광하고 있는 사이에 (노광동작), 타측 기판 스테이지상의 감응기판을 일측의 얼라인먼트계를 사용하여 마크 검출을 행하며 (얼라인먼트동작), 노광동작과 얼라인먼트동작을 전환하는 경우에는, 2 개의 기판 스테이지를 상기 소정방향을 따라서 타측 얼라인먼트계 쪽으로 이동시키는 것만으로, 투영광학계의 아래에 있었던 일측의 기판 스테이지를 타측의 얼라인먼트계 위치에 이동시켜, 일측의 얼라인먼트계 위치에 있었던 타측의 기판 스테이지를 투영광학계의 아래까지 이동시키는 것을 용이하게 행할 수 있고, 이와같이 하여 2 개의 얼라인먼트계를 지장없이 교대로 사용하는 것이 가능해진다.
본 발명의 제 14 태양에 따르면, 마스크 (R) 의 패턴의 투영광학계 (PL) 에 의한 상을 감응기판 (W1,W2) 상에 투영함으로써 감응기판을 노광하는 투영노광방법에 있어서, 감응기판 (W1,W2) 을 지지하여 2 차원 평면내를 각각 독립적으로 이동하여, 기준 마크가 각각 표면상에 형성된 2 개의 기판 스테이지를 준비하며, 상기 일측의 스테이지 (WS1 또는 WS2) 에 지지된 감응기판 (W1,W2) 에 대한 상기 마스크의 패턴상의 투영중에, 상기 타측의 스테이지 (WS2 또는 WS1) 를 정지시켜 상기 타측의 스테이지 (WS2 또는 WS1)상의 기준 마크 또는 상기 타측의 스테이지 (WS2 또는 WS1) 상에 지지된 감응기판 (W1 또는 W2)상의 마크를 검출하는 것을 특징으로 하는 투영노광방법이 제공된다.
이 투영노광방법에 의하면, 2 개의 기판 스테이지중, 일측 스테이지에 지지된 감응기판에 대한 마스크의 패턴상의 투영노광중에, 타측 스테이지를 정지시켜 타측 스테이지상의 기준 마크 또는 타측 스테이지상에 지지된 감응기판상의 얼라인먼트 마크를 검출하도록 한다. 따라서, 2 개의 스테이지를 사용하여 일측 스테이지에서 투영노광동작을 행하고 있는 동안에, 타측 스테이지에서는 정지상태로 마크 검출동작을 행하도록 하기 때문에, 서로 다른 스테이지에서 이루어지는 동작의 영향을 받지 않고 고정밀도의 노광동작과 마크 검출동작을 병행처리하여 스루풋을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 제 15 태양에 따르면, 마스크 (R) 의 패턴의 투영광학계 (PL) 에 의한 상을 감응기판 (W1,W2) 상에 투영함으로써 감응기판을 노광하는 투영노광방법에 있어서, 감응기판 (W1,W2) 을 지지하여 동일한 2 차원 평면내를 각각 독립적으로 이동가능한 2 개의 기판 스테이지를 준비하여, 상기 2 개의 기판 스테이지 (WS1,WS2) 중 일측 스테이지 (WS1 또는 WS2) 에 지지된 감응기판 (W1,W2)상의 복수 개소에 상기 마스크 (R) 의 패턴상을 순차 투영노광하는 것에 병행하여, 타측 스테이지 (WS2 또는 WS1) 상에 지지된 감응기판 (W1,W2)상의 복수의 마크를 순차 검출할 경우, 상기 2 개의 기판 스테이지 (WS1,WS2) 가 간섭하지 않도록 상기 타측 스테이지 (WS2 또는 WS1) 에 지지된 감응기판 (W1,W2)상의 마크의 검출순서를 결정하는 것을 특징으로 하는 투영노광방법이 제공된다.
이것에 의하면, 감응기판을 지지하여 2 차원 평면내를 독립적으로 이동가능한 2 개의 기판 스테이지중, 일측 스테이지의 감응기판상의 복수 개소에 마스크의 패턴상을 순차 투영노광하는 것과 병행하여, 타측 스테이지상에 지지된 감응기판상의 복수의 마크가 순차 검출될 경우, 2 개의 기판 스테이지끼리가 간섭하지 않도록 타측 스테이지에 지지된 감응기판상의 마크 검출순서를 결정하도록 한다. 따라서, 순차 투영노광이 행해지는 쪽의 스테이지의 움직임에 맞추어, 마크 검출순서가 결정되기 때문에, 2 개의 스테이지끼리의 간섭이 방지됨과 동시에, 동작을 병행처리함으로써 스루풋을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 제 16 태양에 따르면, 조명광 (EL) 으로 조명된 조명영역 (IA) 에 대하여 마스크 (R) 을 주사방향으로 이동시키는 것에 동기하여 상기 조명영역 (IA) 에 공액인 노광영역 (IF) 에 대하여 감응기판 (W) 을 상기 주사방향으로 이동시킴으로써 상기 마스크 (R) 의 패턴상으로 상기 감응기판 (W) 을 노광하는 주사형의 투영노광장치에 있어서, 감응기판 (W) 을 지지하여 2 차원 평면내를 이동가능한 기판 스테이지 (WS) 와; 상기 노광영역 (IF) 에 대하여 상기 주사방향의 일방측과 타방측에 상기 주사방향에 직교하는 비주사 방향의 폭이 상기 노광영역 (IF) 보다 넓은 검출영역을 각각 가지며, 해당 각 검출영역내에 상기 비주사방향을 따라서 설정된 복수의 검출점 (예컨대 FA1∼FA9) 의 적어도 하나로 상기 감응기판 (W) 면의 소정 기준면에 대한 상대위치를 검출하는 위치검출계 (151,161) 와; 상기 기판 스테이지 (WS) 에 형성되어, 스테이지 (WS) 상에 지지된 감응기판 (W) 의 면위치를 조정하기 위한 기판구동계 (LS) 와; 상기 기판 스테이지 (WS) 상에 지지된 감응기판 (W) 를 노광할 때, 상기 위치검출계 (151,161) 의 검출결과에 의거하여 상기 기판구동계 (LS) 를 제어하는 제어장치 (90) 를 갖는 투영노광장치가 제공된다.
이 투영노광장치에 의하면, 위치검출계가 노광영역에 대하여 주사방향의 일방측과 타방측에 각각 주사방향으로 직교하는 비주사방향으로 배열되어, 그 비주사방향의 폭이 노광영역보다도 넓은 검출영역을 가지고 있으며, 각 검출영역내의 비주사방향을 따라서 설정된 복수의 검출점의 적어도 1 개로 감응기판면의 소정기준면에 대한 상대위치를 검출하고, 제어장치에서는 기판 스테이지상에 지지된 감응기판을 노광할 때, 위치검출계의 검출결과에 의거하여 기판구동계를 제어한다. 그리하여, 예컨대, 종래의 노광영역과 동일폭의 검출영역 밖에 갖지 못하는 선독센서로서는, 감응기판의 외측에서 내측으로 주사할 경우, 감응기판의 외주 근방의 영역에서는 선독제어가 곤란했던것과는 달리, 이와같은 경우에도, 노광영역의 외측으로 돌출한 검출영역부분의 검출점에 의하여 인접부의 감응기판면의 소정 기준면에 대한 상대위치를 검출하는 것이 가능하며, 이 검출데이터에 의거하여 기판구동계를 제어함으로써 감응기판의 면위치를 조정하는 것이 가능해진다. 따라서, 감응기판의 주사방향의 변경에 의한 스루풋 저하를 방지할 수 있음과 동시에, 상기 검출데이터의 활용에 의하여 포커스 제어의 구동이 가능해진다.
혹은, 기판 외주부의 어느 쇼트영역의 노광중에 그 인접하는 쇼트영역의 면위치정보를 노광영역의 외측으로 돌출한 주사방향 일방과 타방측의 검출영역부분의 검출점에 의하여 검출하며, 이것을 기억해둠으로써, 상기 인접하는 쇼트 영역의 노광시에, 가령 이 인접 쇼트가, 상술한 종래의 선독센서에 의한 선독제어가 곤란한 쇼트영역이라고 해도, 기억한 면위치정보에 의거하여 신속한 포커스의 구동이 가능해진다.
이 경우에 있어서, 제어장치 (90) 에서는, 위치검출계의 검출결과중 감응기판의 주사방향을 따라서 노광영역의 바로 앞에 설정된 검출영역내의 복수의 검출점 (예컨대, FA1∼FA9) 의 적어도 하나의 검출결과에 의거하여 기판구동계 (LS) 를 제어하도록 해도 된다. 즉, 위치검출계를 선독센서로서만 이용해도 된다.
또, 감응기판의 면위치를 조정하기 위하여, 기판구동계의 제어를 개시하는시기로서 다양한 시기를 생각할 수 있으나, 제어장치 (90) 는, 감응기판 (W) 의 외주 근방의 쇼트영역 (212) 을 감응기판 (W) 의 외측에서 내측으로 향하여 주사노광할 때, 복수의 검출점 (예컨대, FA1∼FA9) 내의 적어도 1 개가 감응기판 (W)상의 유효영역내에 겹쳐진 시점부터 감응기판 (W) 상에 겹쳐진 검출점 (FA1∼FA9) 의 검출결과에 의거하여 감응기판 (W) 의 면위치조정을 위한 기판 구동계 (LS) 의 제어를 개시하도록 해도 된다. 이것은, 검출점의 적어도 1 개가 유효영역에 겹쳐진 상태부터 기판구동계의 제어를 개시함으로써, 신속한 면위치의 구동 (포커스의 구동) 이 가능해지기 때문이다.
또, 쇼트영역에 겹쳐지는 검출점이 1 점인 경우에 기판구동계를 통하여 감응기판의 면위치 (경사를 포함함) 를 조정하는데 있어서, 제어장치 (90) 는, 감응기판 (W) 의 외주 근방의 쇼트영역 (212) 을 주사노광할 때, 해당 쇼트영역 (212) 에 겹쳐지는 검출점 (예컨대, FA3∼FA7) 이 1 점인 경우에는 소정의 고정치에 의거하여 기판구동계 (LS) 를 통하여 감응기판 (W) 의 경사를 조정하도록 해도 된다. 예컨대, 소정의 고정치로서 경사 제로를 들 수 있고, 이 경우에는 상기 검출점에서 검출된 기준면에 직교하는 방향의 면위치를 포함하는 수평면에 감응기판표면이 설정되게 된다. 따라서, 검출점이 1 점이어도 포커스제어에 더하여, 레벨링 제어를 행할 수 있게된다.
혹은, 제어장치 (90) 는, 감응기판 (W) 의 외주 근방의 쇼트영역 (212) 을 주사노광할 때, 해당 쇼트영역 (212) 에 겹쳐지는 출발점 (예컨대, FA3∼FA7) 이 1 점인 경우에는 해당 쇼트영역 (212) 에 인접하는 쇼트영역상에 겹쳐지는 다른 검출점 (예컨대,FA1,FA2,FA8,FA9) 의 검출결과와 1 점의 검출결과에 의거하여 기판구동계 (LS) 를 통하여 감응기판 (W) 의 경사를 조정하도록 해도 된다. 이와같이, 인접쇼트영역상의 검출결과와 1 점의 검출결과를 이용함으로써, 노광쇼트영역내의 검출점이 1 점이어도, 어느 정도 정확한 포커스, 레벨링 제어를 행할 수 있게 된다. 또, 제어장치 (90) 는, 감응기판 (W)상의 복수의 쇼트영역 (212) 별로, 복수의 검출점 (예컨대, FA1∼FA9) 중의 어느 검출점의 검출결과를 이용할것인지를 미리 결정하고, 감응기판 (W)상의 어느 쇼트영역 (212) 을 주사노광할 때는, 해당 쇼트영역 (212) 에 대하여 결정된 검출점의 검출결과만을 이용하여 상기 기판구동계 (LS) 를 통하여 상기 감응기판 (W) 의 면위치를 조정해도 된다. 이와같이, 각 쇼트영역에 따른 면위치의 검출에 적합한 검출점을 미리 결정해둠으로써, 효율적이고 오차가 적은 면위치조정 (포커스·레벨링 제어) 이 가능해진다.
감응기판상의 유효영역은, 감응기판 (W)상의 전면 또는 감응기판 (W) 의 주연부에 정해진 금지대 (패턴 금지대) 의 내측인 것이 바람직하다. 이 경우, 적어도 하나의 검출점이 감응기판, 혹은 감응기판의 주연부에 정해진 금지대의 내측에 겹쳐진 시점부터 감응기판의 면위치를 조정하기 위한 기판구동계의 제어가 개시되게 된다. 특히, 감응기판의 주연부에 정해진 금지대의 내측으로 함으로써, 감응기판의 외주 부근의 휨 및 먼지의 영향을 받기 어려워지므로, 한층 정확히 감응기판의 면위치를 검출할 수 있다.
또, 유효영역인지 아닌지를 판단하는 판단기준으로서는 다양한 것이 있으나, 예컨대, 제어장치 (90) 는 감응기판 (W) 의 외주위치정보, 위치검출계(151,161) 의 각 검출점 (예컨대, FA1∼FA9) 의 위치정보, 및 노광대상의 쇼트영역 (212) 의 위치정보에 의거하여, 위치검출계 (151,161) 의 검출점 (FA1∼FA9) 의 어느 하나가 감응기판 (W)상의 유효영역에 겹쳐져 있는지 아닌지를 판단하도록 해도 된다. 이것으로써, 위치검출계의 어느 한 검출점이 감응기판상의 유효영역에 겹쳐져 있는지 아닌지를 정확히 판단할 수 있게되며, 기판구동계에 의한 감응기판의 면위치조정의 제어를 정확히 개시시킬 수 있다.
또한, 유효영역인지 아닌지를 판단하는 판단기준으로서는, 예컨대, 제어장치 (90) 는, 위치검출계 (151,161) 의 복수의 검출점 (예컨대, FA1∼FA9) 의 검출결과를 각각 소정의 허용치와 비교함으로써, 위치검출계 (151,161) 의 검출점 FA1∼FA9) 의 어느 하나가 감응기판 (W)상의 유효영역에 겹쳐져 있는지 아닌지를 판단하도록 해도 된다. 이 경우는, 소정의 허용치의 범위내에 검출치가 들어있는지 아닌지로 유효영역인지 아닌지를 판단하는 것으로, 유효영역 내에서도 감응기판의 휨이나 쓰레기 등의 영향에 의한 오차요인이 있는 경우, 허용치의 범위밖이면 이것을 제거할 수 있어 예측할 수 없는 사태에도 대처할 수 있는 이점이 있다.
또, 제어장치에 의해 기판구동계를 통해 감응기판의 경사 조정을 개시하는 시기로서, 예컨대, 감응기판 (W) 의 외주근방의 쇼트영역 (212) 을 주사노광할 때에, 당해 쇼트영역 (212) 에 겹쳐지는 검출점 (예컨대, FA1∼FA9) 이 복수가 된 시점에서, 당해 쇼트영역 (212) 에 겹쳐지는 검출점 (FA1∼FA9) 의 검출결과에만 근거하는 감응기판 (W) 의 경사 조정을 기판구동계 (LS) 를 통해 개시해도 된다. 그럼으로써 당해 쇼트영역에 겹쳐지는 검출점이 복수가 된 경우에는, 쇼트영역 면의 경사를 알 수 있기 때문에 정확한 레벨링제어를 할 수 있게 된다.
또한, 위치검출계의 어느 검출점이 어느 쇼트영역에 겹쳐져 있는지의 여부를 판단하는 판단기준으로 여러가지 있지만, 예컨대, 제어장치 (90) 는, 감응기판 (W) 의 외주위치정보, 위치검출계 (151,161) 의 각 검출점 (예컨대, FA1∼FA9) 의 위치정보 및 노광대상의 쇼트영역 (212) 의 위치정보에 근거하여, 위치검출계 (151, 161) 의 검출점의 어느 하나가 당해 쇼트영역 (212) 에 겹쳐져 있는지의 여부를 판단하도록 해도 된다. 그럼으로써 위치검출계의 어느 검출점이 감응기판상의 어느 쇼트영역에 겹쳐 있는지의 여부를 정확히 판단할 수 있기 때문에, 제 9 항 또는제 10 항에 기재된 발명에 있어서, 쇼트영역에 겹쳐지는 검출점의 수를 정확히 판단할 수가 있다. 또한, 제어장치 (90) 는, 감응기판 (W) 의 외주근방의 쇼트영역 (212) 을 주사노광할 때에, 당해 쇼트영역 (212) 에 겹쳐지는 검출점 (예컨대, FA1∼FA9) 이 1 점인 경우에는 1 점의 검출점 (FA1∼FA9 내의 1 점) 과 이것에 인접하는 적어도 1 점의 검출점 (FA1∼FA9 내의 인접하는 점) 을 포함하는 소정수의 검출점 (FA1∼FA9) 의 검출결과에 근거하여 기판구동계 (LS) 를 통해 감응기판 (W) 의 경사 조정을 개시하고, 그 후 경사 조정에 사용되는 검출점 (FA1∼FA9) 을 순차적으로 당해 쇼트영역 (212) 내부측에 시프트하도록 해도 된다. 당해 쇼트영역에 겹쳐지는 검출점이 1 점이더라도, 그 1 점의 검출점에 인접하는 적어도 1 점의 검출점을 포함한 검출점의 검출결과에 근거하여 감응기판의 경사 조정을 개시하며, 당해 쇼트영역 내부의 검출점이 늘어남에 따라서 경사 조정에 사용되는 검출점을 순차적으로 당해 쇼트영역 내부측에 시프트함으로써 보다 정확한 경사 조정을 할 수 있다
본 발명의 제 17 의 태양에 따르면, 조명광 (EL) 으로 조명된 조명영역 (IA) 에 대하여 마스크 (R) 를 주사방향에 이동시키는 것과 동기하여 상기 조명영역 (IA) 에 공액 노광영역 (IF) 에 대하여 감응기판 (W) 을 상기 주사방향으로 이동시킴으로써 상기 마스크 (W) 의 패턴상으로 상기 감응기판 (W) 을 노광하는 주사노광방법에 있어서, 상기 감응기판 (W) 의 주사노광시에, 상기 노광영역 (IF) 에 대하여 상기 주사방향의 일측과 타측에 각각 위치하는 상기 주사방향에 직교하는 비주사방향의 폭이 상기 노광영역 (IF) 보다 넓은 검출영역 (ABE, AFE) 내에 상기 비주사방향을 따라 복수의 슬릿상 (像) 이 배치되도록 소정각도 경사진 방향으로부터 상기 감응기판 (W) 표면에 슬릿상을 투영하고, 상기 감응기판 (W) 으로부터의 상기 각 슬릿상의 반사광속을 수광하여 그 광전변환신호에 근거하여 상기 슬릿상이 투영되는 각 검출점 (예컨대, AF1∼AF9) 에서의 상기 감응기판 (W) 면의 소정의 기준면으로부터의 상대위치를 산출하며 이 산출결과에 근거하여 상기 노광영역 (IF) 내의 상기 감응기판 (W) 의 면위치를 조정하는 것을 특징으로 하는 주사노광방법이 제공된다.
이 주사노광방법에 의하면, 감응기판을 주사노광할 때에, 노광영역에 대하여 주사방향의 일측과 타측에 각각 위치하는 주사방향에 직교하는 비주사방향의 폭이 노광영역보다도 넓은 검출영역 내에 비주사방향을 따라 복수의 슬릿상이 배치되도록 소정각도 경사진 방향으로부터 감응기판 표면에 슬릿상이 투영되고, 감응기판으로부터의 각 슬릿상의 반사광속이 수광하여 얻은 광전변환신호에 근거하여 슬릿상이 투영되는 각 검출점에서의 감응기판면의 소정의 기준면으로부터의 상대위치가 각각 산출된다. 그리고, 이 산출결과에 근거하여 노광영역 내에서의 감응기판의 면위치가 조정된다. 따라서, 예컨대, 감응기판의 외주근방의 영역을 노광할 때에 감응기판의 외측에서 내측으로 주사되는 경우에, 노광영역의 외측에 튀어나온 검출점에서의 슬릿상의 반사광속의 광전변환신호에 근거하여 그 검출점에서의 감응기판면의 소정의 기준면으로부터의 상대위치를 산출할 수가 있다. 그 결과, 상기 노광영역의 외측으로 튀어나온 검출점에 의해 인접부의 감응기판면의 소정 기준면에 대한 상대위치를 산출할 수 있고 그 산출결과에 근거하여 감응기판의 면위치를 조정할 수 있게 되어, 감응기판의 주사방향의 변경에 의한 스루풋 저하를 방지할 수 있음과 동시에 상기 산출 데이터의 활용에 의해 포커스제어의 구동이 가능해진다.
본 발명의 제 18 의 태양에 따르면, 조명광 (EL) 으로 조명된 조명영역 (IA) 에 대하여 마스크 (R) 를 주사방향으로 이동시키는 것과 동기하여 상기 조명영역 (IA) 에 공액 노광영역 (IF) 에 대하여 감응기판 (W1 또는 W2) 을 상기 주사방향에 이동시킴으로써 상기 감응기판 (W1 또는 W2)상의 복수의 쇼트영역 (210) 의 각각을 상기 마스크 (R) 의 패턴의 투영광학계 (PL) 에 의한 상에서 노광하는 투영노광방법에 있어서, 상기 감응기판 (W1 또는 W2)상의 복수의 쇼트영역 (210) 내 상기 노광영역 (IF) 에 대하여 상기 감응기판 (W1 또는 W2) 의 외측에서 내측으로 주사되도록 설정된 외주근방의 쇼트영역 (210) 을 포함하도록 상기 복수의 쇼트영역 (210) 내의 몇가지를 샘플쇼트영역으로 선택하고; 상기 몇가지 샘플쇼트영역의 좌표위치를 각각 계측하며; 상기 몇가지 샘플쇼트영역의 좌표위치를 계측할 때에 상기 몇가지 샘플쇼트영역마다 상기 감응기판 (W1 또는 W2) 의 소정 기준면에 대한 상대위치를 검출하고; 상기 계측된 샘플쇼트영역의 좌표위치에 근거하여 상기 감응기판 (W1 또는 W2)상의 복수의 쇼트영역 (210) 의 배열을 결정하며; 상기 노광영역 (IF) 에 대하여 상기 감응기판 (W1 또는 W2) 의 외측에서 내측으로 주사되도록 설정된 외주근방의 쇼트영역 (210) 을 각각 노광할 때에, 상기 결정된 쇼트영역 (21O) 의 배열에 근거하여 상기 마스크 (R) 의 패턴상과 위치를 맞춤과 동시에 상기 좌표위치의 계측시에 검출된 상대위치에 근거하여 상기 감응기판 (W1 또는 W2) 의 면위치를 조정하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치가 제공된다.
이 투영노광장치에 의하면, 감응기판상의 복수의 쇼트영역 내의 노광영역에 대하여 감응기판의 외측에서 내측으로 주사되도록 설정된 외주근방의 쇼트영역을 포함하도록 복수의 쇼트영역 내의 몇가지가 샘플쇼트영역으로 선택된다. 그리고, 상기 몇가지 샘플쇼트영역의 좌표위치가 각각 계측되고, 이 몇가지 샘플쇼트영역의 좌표위치가 계측될 때에 몇가지 샘플쇼트영역마다 감응기판의 소정 기준면에 대한 상대위치가 검출된다. 이어서, 계측된 샘플쇼트영역의 좌표위치에 근거하여 감응기판상의 복수의 쇼트영역의 배열이 결정된다.
그리고, 노광영역에 대하여 감응기판의 외측에서 내측으로 주사되도록 설정된 외주근방의 쇼트영역을 각각 노광할 때에는, 위에서 결정된 쇼트영역의 배열에 근거하여 상기 쇼트영역의 마스크의 패턴상과 위치가 맞춰짐과 동시에 좌표위치의계측시에 검출된 상대위치에 근거하여 감응기판의 면위치가 조정된다.
따라서, 노광영역에 대하여 감응기판의 외측에서 내측으로 주사되도록 설정된 외주근방의 쇼트영역을 각각 노광하는 경우라도 좌표위치의 계측시에 검출된 상대위치에 근거하여 감응기판의 면위치를 조정할 수 있기 때문에, 이러한 쇼트영역의 노광시에 그 주사방향을 내측에서 외측으로 바꿔 스루풋을 희생하는 문제를 회피할 수가 있다.
이 경우에 외주근방의 샘플쇼트영역의 좌표위치를 계측할 때에 반드시 노광때와 같은 방향으로 감응기판을 이동시켜 감응기판의 소정 기준면에 대한 상대위치를 검출하지 않아도 되지만, 샘플쇼트영역 내의 노광영역 (IF) 에 대하여 감응기판 (W1 또는 W2) 의 외측에서 내측으로 주사되도록 설정된 외주근방의 쇼트영역 (210) 의 좌표위치를 계측할 때에, 노광때와 같은 방향으로 감응기판 (W1 또는 W2) 을 이동시키면서 감응기판 (W1 또는 W2) 의 소정 기준면에 대한 상대위치를 검출하도록 하는 것이 바람직하다. 이렇게 하는 경우에는, 감응기판 (W1 또는 W2) 의 이동방향에 의존하는 오프세트 등이 제거된 포커스제어를 할 수 있게 되기 때문이다.
상기의 각 태양의 폭로장치, 투영노광장치및 노광방법은 스텝·앤드·스캔형의 투영노광에서 매우 유효하고, 특히 노광 때에 고분해능이 요구되는 이중노광을 하는 경우에 적합하다.
본 발명의 제 19 태양에 따르면, 감응기판 상에 소정의 패턴을 형성하는 폭로장치에 있어서,
감응기판을 지지하여 2 차원 평면내를 이동하는 제 1 기판 스테이지와;
감응기판을 지지하여, 2 차원 평면내를 상기 제 1 스테이지와 독립적으로 이동하는 제 2 기판 스테이지와;
상기 제 1 스테이지에 형성된 반사면에서 벗어나는 일이 없는 측장축을 가지며, 상기 제 1 스테이지의 위치정보를 계측하는 제 1 간섭계 시스템과;
상기 제 2 스테이지에 형성된 반사면으로부터 벗어나는 일이 없는 측장축을 가지며, 상기 제 2 스테이지의 위치정보를 계측하는 제 2 간섭계 시스템을 갖는 것을 특징으로 하는 노광장치가 제공된다. 제 19 태양에 따르는 노광장치에서는, 예를 들면, 도 7 에 나타나는 바와 같이, 웨이퍼스테이지 (WS1 또는 ES2) 는, 노광, 얼라인먼트 및 웨이퍼교환을 포함하는 어느 노광동작에 있어서도, 간섭계의 측장축 (BI1X 또는 BI2X) 이 스테이지에 형성된 반사면에서 벗어나는 일이 없다. 그 때문에, 간섭계에 의한 끊임없는 추적에 의해 스테이지의 위치계측이 항상 가능해진다.
또한, 본 발명은 상기 1 부터 19 태양에 따르는 발명에 더하여, 이들의 발명개념을 적당히 조합 및/또는 추출한 제 20 부터 제 30 의 태양에 따르는 발명에도 미친다. 즉, 본 발명의 제 20 태양은, 복수의 기판 스테이지와 전자력에 의한 스테이지 구동시스템을 포함하는 노광장치에 관한 것이다.
본 발명의 제 21 태양은, 마스크 스테이지 및 복수의 기판 스테이지와, 이들의 스테이지의 위치관리를 실시하는 간섭계를 포함하는 노광장치에 관한 것이다.
본 발명의 제 22 태양은, 복수의 기판 스테이지가 노광섹션과 얼라인먼트 위치검출섹션을 이동하는 노광장치에 관한다.
본 발명의 제 23 의 태양은, 복수의 기판 스테이지와 이들의 스테이지에 지지된 기판의 얼라인먼트 정보를 검출하는 복수의 검출계를 포함하는 노광장치에 관한다.
본 발명의 제 24 태양은, 복수의 기판 스테이지와 이들의 스테이지에 지지된 기판을 반송하는 복수의 검출계를 포함하는 노광장치에 관한다.
본 발명의 제 25 태양은, 복수의 기판 스테이지와 이들의 스테이지의 이동에 의한 노광장치의 진동을 억제하는 제어계를 포함하는 노광장치에 관한 것이다.
본 발명의 제 26 태양은, 복수의 기판 스테이지와 이들의 스테이지에 지지된 기판의 면위치에 관한 정보를 구하는 복수의 계측계를 구비하는 노광장치에 관한 것이다.
본 발명의 제 27 태양은, 복수의 기판 스테이지를 구비하여, 노광광에 대하여 기판을 상체이동하는 주사형 노광장치에 관한다.
본 발명의 제 28 태양은, 복수의 기판 스테이지를 구비하여, 마스크의 제 1 및 제 2 패턴을 이용하여 다중노광을 실행할 수 있는 노광장치에 관한다.
본 발명의 제 29 태양은, 복수의 검출점에 의해 기판의 면위치에 관한 정보를 검출함과 동시에, 검출점을 노광중에 변경할 수 있는 검출계를 구비한 주사형 노광장치에 관한다.
본 발명의 제 30 태양은, 제 1 및 제 2 기판 스테이지를 구비하고, 일측 스테이지에서 노광이, 타측 스테이지에서 얼라인먼트가 각각 실시됨과 동시에, 제 1및 제 2 스테이지가 서로 간섭하지 않도록 이들의 스테이지를 제어하는 제어장치를 구비하는 노광장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 이하의 제 31 ∼ 34 의 태양도 포함한다.
본 발명의 제 31 태양에 따르면, 감응기판 상에 소정패턴을 형성하는 노광장치에 있어서, 감응기판 (W) 의 얼라인먼트 정보를 계측하기 위한 계측섹션 (PIS) 과; 감응기판 (W) 을 노광하기 위한 노광섹션 (EPS) 과; 제 1 기준마크 (FM1) 을 갖고, 감응기판 (W) 을 지지하여 이동가능한 제 1 기판 스테이지 (WS1) 와; 제 2 기준마크 (FM2) 를 갖고, 감응기판을 지지하여 상기 제 1 스테이지와는 독립적으로, 이동가능한 제 2 기판 스테이지 (WS2) 와; 상기 계측섹션 (PIS) 에서 상기 기준마크를 이용한 동작을 실시하도록 상기 제 1 기판 스테이지와 상기 제 2 기판 스테이지의 일측을 제어하고, 상기 일측의 스테이지의 동작과 병행하여, 상기 노광섹션 (EPS) 에서 상기 기준마크를 이용한 동작을 실시하도록 타측을 제어하는 제어수단을 갖는 것을 특징으로 하는 노광장치가 제공된다.
본 발명의 제 32 태양에 따르면, 감응기판 (W) 상에 소정의 패턴을 형성하는 노광장치에 있어서, 감응기판을 지지하는 제 1 지지부재 (WS1b) 와; 감응기판을 지지하는 제 2 지지부재 (WS2b) 와; 상기 2 개의 지지부재에 공통으로 이용되고, 상기 2 개의 지지부재 중의 일측에 지지된 감응기판의 노광을 위해, 상기 일측의 지지부재를 지지하여 2 차원 평면내를 이동하는 제 1 가동부재 (WS1a) 와; 상기 2 개의 지지부재에 공통으로 이용되고, 상기 2 개의 지지부재 중의 타측에 지지된 감응기판의 계측을 위해, 상기 타측 지지부재를 지지하여 2 차원 평면내를 이동하는제 2 가동부재 (WS2a) 와; 상기 제 1 가동부재에 지지된 일측의 지지부재의 위치정보를 얻기 위한 제 1 간섭계 시스템 (Xe, Ye) 와; 상기 제 2 가동부재에 지지된 타측의 지지부재의 위치정보를 얻기 위한 제 2 간섭계 시스템 (Xa, Ya) 을 갖는 것을 특징으로 하는 노광장치가 제공된다. 이와 같은 태양의 노광장치는, 예를 들면, 제 6 실시형태에서 구체화되어 있다.
본 발명의 제 33 의 태양에 따르면, 마스크 (R) 에 형성된 패턴의 투영광학계 (PL) 에 의한 상을 감응기판 상에 투영함으로써 감응기판을 노광하는 방법에 있어서, 각각 독립적으로 이동가능한 2 개의 스테이지 (WS1, WS2) 중의 일방에 지지된 감응기판 (W) 의 노광중에, 상기 2 개의 스테이지 중의 타측에 지지된 감응기판 상의 복수의 구획영역의 위치정보를 검출하고; 상기 일측 스테이지에 지지된 감응기판의 노광종료후에, 상기 타측 스테이지 상에 지지된 감응기판 상의 복수의 구획영역을 노광하기 위해, 마스크에 형성된 패턴상의 투영위치정보를 구하는 것을 특징으로 하는 노광방법이 제공된다. 이와 같은 태양의 노광방법은, 예를 들면, 제 2 실시형태에서 구체화되어 있다.
본 발명의 제 34 태양에 따르면, 감응기판 (W) 상에 소정의 패턴을 형성하는 노광장치에 있어서, 노광동작 또는 계측동작이 이용되고, 감응기판을 지지하는 제 1 지지부재 (WS1) 와; 계측동작 도는 노광동작에 이용되고, 감응기판을 지지하는 제 2 지지부재 (WS2) 와; 상기 2 개의 지지부재 중 노광동작에 이용되었던 일측 지지부재와, 계측동작에 이용되었던 타측 지지부재를 교환하는 교환기구 (201, 221) 와; 상기 노광동작에 이용되는 지지부재의 위치정보를 얻기 위한 제 1 간섭계 시스템 (Xe, Ye) 와; 상기 계측동작에 이용되는 지지부재의 위치정보를 얻기 위한 제 2 간섭계 시스템 (Xa, Ya) 을 갖는 것을 특징으로 하는 노광장치가 제공된다. 이와 같은 태양의 노광장치는, 예를 들면, 제 5 실시형태에서 구체화되어 있다.발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하 본 발명의 제 1 실시형태를 도 1 내지 도 18 에 근거하여 설명한다.
도 1 에는, 제 1 실시형태에 관한 투영노광장치 (10) 의 개략구성이 나타나 있다. 이 투영노광장치 (10) 는 이른바 스텝·앤드·스캔방식의 주사노광형 투영노광장치이다. 스텝·앤드·스캔방식의 투영노광장치의 구조 및 제어법은 미국특허 제 5,646,413 호 나 미국특허 제 5,448,332 호에 개시되어 있고, 이 개시를 원용하여 본문의 기재 일부로 한다.
이 투영노광장치 (10) 는 베이스 보드 (12) 상을 감응기판으로서의 웨이퍼 (W1, W2) 를 각각 지지하여 독립적으로 2 차원 방향으로 이동하는 제 1, 제 2 기판 스테이지로서의 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 를 구비한 스테이지 장치, 이 스테이지 장치의 상측에 배치된 투영광학계 (PL), 투영광학계 (PL) 의 상측에서 마스크로서의 레티클 (R) 을 주로 소정의 주사방향, 여기서는 Y 축 방향 (도 1 에서의 지면 직교방향) 으로 구동하는 레티클 구동기구, 레티클 (R) 을 상측으로부터 조명하는 조명계 및 이들 각부를 제어하는 제어계 등을 구비하고 있다.
상기 스테이지장치는, 베이스 보드 (12) 상에 도시 생략된 공기 축받이를 통해 부상 지지되고, X 축 방향 (도 1 에서의 지면 좌우방향) 및 Y 축 방향 (도 1에서의 지면 직교방향) 으로 독립적으로 2 차원 이동가능한 2 개의 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 와, 이들의 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 를 구동하는 스테이지 구동계와, 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 의 위치를 계측하는 간섭계 시스템을 구비하고 있다. 도 2 에 나타낸 바와 같이 웨이퍼 스테이지 (WS1) 가 위치정보계측섹션 (PIS) 에 존재하며 웨이퍼 스테이지 (WS2) 가 노광 (노광) 섹션 (EPS) 에 존재하는 경우를 나타낸다. 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 는 어느것이나 이들의 섹션 (PIS 및 EPS) 의 사이를 이동할 수 있다.
이것을 더욱 상세하게 서술하면 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 의 바닥면에는 도시 생략된 에어패드 (예컨대, 진공예압형 공기 축받이) 가 복수 개소에 설치되어 있고, 이 에어패드의 공기분출력과 진공예압력의 밸런스에 의해 예컨대 수 미크론의 간격을 지지한 상태에서 베이스 보드 (12) 상에 부상 지지되고 있다.
베이스 보드 (12) 상에는, 도 3 의 평면도에 나타낸 바와 같이 X 축 방향으로 연장된 2 개의 X 축 리니어가이드 (예컨대, 이른바 무빙코일형 리니어모터의 고정측 마그넷과 같은 것) (122, 124) 가 평행히 설치되어 있고, 이들의 X 축 리니어가이드 (122, 124) 에는, 당해 각 X 축 리니어가이드를 따라 이동할 수 있는 각 2 개의 이동부재 (114, 118, 116, 120) 가 각각 부착되어 있다. 이들 4 개의 이동부재 (114, 118, 116, 120) 의 바닥면부에는, X 축 리니어가이드 (122 또는 124) 를 상측 및 옆측으로부터 둘러싸도록 도시 생략된 구동코일이 각각 부착되어 있고, 이들의 구동코일과 X 축 리니어가이드 (122 또는 124) 에 의해 각 이동부재 (114, 116, 118, 120) 를 X 축 방향으로 구동하는 무빙코일형 리니어모터가 각각 구성되어 있다. 단, 이하의 설명에서는, 편의상 상기 이동부재(114, 116, 118, 120) 를 X 축 리니어모터라고 하는 것으로 한다.
이 중 2 개의 X 축 리니어모터 (114, 116) 는, Y 축 방향에 연장된 Y 축 리니어가이드 (예컨대, 무빙마그넷형 리니어모터의 고정측 코일같은 것) (110) 의 양단에 각각 설치되고, 또, 남은 2 개의 X 축 리니어모터 (118, 12O) 는, Y 축 방향으로 연장된 동일한 Y 축 리니어가이드 (112) 의 양단에 고정되어 있다. 따라서, Y 축 리니어가이드 (110) 는 X 축 리니어모터 (114, 116) 에 의해 X 축 리니어가이드 (122, 124) 를 따라 구동되며, 또 Y 축 리니어가이드 (112) 는 `X 축 리니어모터 (118,120) 에 의해 X 축 리니어가이드 (122, 124) 를 따라 구동되도록 되어 있다.
한편, 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 바닥부에는 일측의 Y 축 리니어가이드 (110) 를 상측 및 옆측으로부터 둘러싸는 도시 생략된 마그넷이 설치되어 있고, 이 마그넷과 Y 축 리니어가이드 (110) 에 의해 웨이퍼 스테이지 (WS1) 를 Y 축 방향으로 구동하는 무빙마그넷형 리니어모터가 구성되어 있다. 또한, 웨이퍼 스테이지 (WS2) 의 바닥부에는, 타측의 Y 축 리니어가이드 (112) 를 상측 및 옆측으로부터 둘러싸는 도시 생략된 마그넷이 설치되어 있고, 이 마그넷과 Y 축 리니어가이드 (112) 에 의해 웨이퍼 스테이지 (WS2) 를 Y 축 방향으로 구동하는 무빙마그넷형 리니어모터가 구성되어 있다.
즉, 본 제 1 실시형태에서는 상술한 X 축 리니어가이드 (122,124), X 축 리니어모터 (114, 116, 118, 120), Y 축 리니어가이드 (110, 112) 및 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 바닥부의 도시 생략된 마그넷 등에 의해 웨이퍼 스테이지(WS1, WS2) 를 독립적으로 X Y 2 차원 구동하는 스테이지 구동계가 구성되어 있다. 이 스테이지 구동계는, 도 1 의 스테이지 제어장치 (38) 에 의해 제어된다.
또, Y 축 리니어가이드 (110) 의 양단에 설치된 1 세트의 X 축 리니어모터 (114, 116) 의 토크를 약간 가변함으로써, 웨이퍼 스테이지 (WS1) 에 미소 요잉을 발생시키거나 제거할 수도 있다. 마찬가지로, Y 축 리니어가이드 (112) 의 양단에 설치된 1 세트의 X 축 리니어모터 (118, 120) 의 토크를 약간 가변함으로써, 웨이퍼 스테이지 (WS2) 에 미소 요잉을 발생시키거나 제거할 수도 있다.
상기 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 상에는, 도시 생략된 웨이퍼홀더를 사이에 두고 웨이퍼 (W1, W2) 가 진공흡착 등으로 고정되어 있다. 웨이퍼홀더는 도시 생략된 Z·θ 구동기구에 의해 X Y 평면에 직교하는 Z 축 방향 및 θ 방향 (Z 축 주위의 회전방향) 으로 미소 구동되도록 되어 있다. 또한, 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 의 상면에는, 여러가지 기준마크가 형성된 기준마크판 (FM1, FM2) 이 웨이퍼 (W1, W2) 와 각각 거의 동일한 높이가 되도록 설치되어 있다. 이들의 기준마크판 (FM1, FM2) 은 예컨대 각 웨이퍼 스테이지의 기준위치를 검출할 때에 이용된다.
또한, 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 X 축 방향의 일측 면 (도 1 에서의 좌측면) (2O) 과 Y 축 방향의 일측 면 (도 1 에서의 지면 안쪽 면) (21) 은, 경면 마무리가 이루어진 반사면으로 되어 있으며, 마찬가지로 웨이퍼 스테이지 (WS2) 의 X축 방향의 타측 면 (도 1 에서의 우측면) (22) 과 Y 축 방향의 일측 면 (23) 은경면 마무리가 이루어진 반사면으로 되어 있다. 이들의 반사면에 후술하는 간섭계 시스템을 구성하는 각 측장축 (BI1X, BI2X 등) 의 간섭계 빔이 투사되어 그 반사광을 각 간섭계에서 수광함으로써, 각 반사면의 기준위치 (일반적으로는 투영광학계 측면이나 얼라인먼트 광학계의 측면에 고정미러를 배치하고 그 면을 기준면으로 한다) 로부터의 변위를 계측하며, 그럼으로써 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 의 2 차원 위치가 각각 계측되도록 되어 있다. 또, 간섭계 시스템의 측장축의 구성에 대해서는 후에 상세하게 서술한다.
상기 투영광학계 (PL) 로서는, 여기서는 Z 축 방향의 공통된 광축을 갖는 복수 장의 렌즈 구성으로 이루어지고, 양측 텔레센트릭에서 소정의 축소배율, 예컨대 1/5 를 갖는 굴절광학계가 사용되고 있다. 따라서, 스텝·앤드·스캔방식의 주사노광때의 웨이퍼 스테이지의 주사방향의 이동속도는 레티클 스테이지의 이동속도의 1/5 이 된다.
이 투영광학계 (PL) 의 X 축 방향의 양측에는 도 1 에 나타낸 바와 같이, 동일한 기능을 갖는 오프 액시스 방식의 얼라인먼트계 (24a, 24b) 가, 투영광학계 (PL) 의 광축중심 (레티클 패턴상의 투영중심과 일치) 으로부터 각각 동일거리만큼 떨어진 위치에 설치되어 있다. 이들의 얼라인먼트계 (24a, 24b) 는, LSA (Laser Step Alignment) 계, FIA ( Field Image A1ignment) 계, LIA (Laser Interferometric Alignment ) 계의 3 종류의 얼라인먼트 센서를 가지고 있으며, 기준마크판상의 기준마크 및 웨이퍼상의 얼라인먼트 마크의 X, Y 2 차원 방향의 위치계측을 할 수 있다. LSA 및 LIA 는 미국특허 제 5,151,750 호에 개시되어 있고, FIA 는 미국특허 제 5,493,403 호에 개시되어 있고, 이들의 개시를 원용하여 본문의 기재 일부로 한다.
여기서, LSA 계는, 레이저광을 마크에 조사하고 회절·산란된 빛을 이용하여 마크위치를 계측하는 가장 범용성있는 센서로, 종래부터 폭넓은 프로세스 웨이퍼에 사용된다. FIA 계는, 할로겐램프 등의 브로드밴드 (광대역) 광으로 마크를 조명하고 이 마크화상을 화상처리함으로써 마크위치를 계측하는 센서로, 알루미늄층이나 웨이퍼 표면의 비대칭마크에 유효하게 사용된다. 또한, LIA 계는, 회절격자형 마크에 주파수를 겨우 바꾼 레이저광을 2 방향에서 조사하며 발생된 2 개의 회절광을 간섭시켜 그 위상으로부터 마크의 위치정보를 검출하는 센서로, 저단차나 표면이 거친 웨이퍼에 유효하게 사용된다.
본 제 1 실시형태에서는 이들 3 종류의 얼라인먼트 센서를 적절한 목적에 따라 나눠 사용하며, 웨이퍼상의 3 점의 1 차원 마크의 위치를 검출하여 웨이퍼의 개략위치계측을 하는, 이른바 서치얼라인먼트나 웨이퍼상의 각 쇼트영역의 정확한 위치계측을 하는 파인얼라인먼트 등을 행하도록 되어 있다.
이 경우, 얼라인먼트계 (24a) 는, 웨이퍼 스테이지 (WS1) 상에 지지된 웨이퍼 (W1)상의 얼라인먼트마크 및 기준마크판 (FM1) 상에 형성된 기준마크의 위치계측 등에 사용된다. 또, 얼라인먼트계 (24b) 는, 웨이퍼 스테이지 (WS2) 상에 지지된 웨이퍼 (W2)상의 얼라인먼트마크 및 기준마크판 (FM2) 상에 형성된 기준마크의 위치계측 등에 사용된다.
이들의 얼라인먼트계 (24a, 24b) 를 구성하는 각 얼라인먼트 센서로부터의정보는, 얼라인먼트 제어장치 (80) 에 의해 A/D 변환되고, 디지탈화된 파형신호를 연산처리하여 마크위치가 검출된다. 그 결과가 제어장치로서의 주제어장치 (90) 에 보내지고, 주제어장치 (90) 로부터 그 결과에 따라 스테이지 제어장치에 대해 노광시의 동기 위치보정 등이 지시되도록 되어 있다
또한, 본 제 1 실시형태의 노광장치 (10) 에서는, 도 1 에서는 도시를 생략하였으나, 레티클 (R) 의 상측에 도 5 에 나타낸 바와 같은 투영광학계 (PL) 을 통해 레티클 (R)상의 레티클마크 (도시 생략) 와 기준마크판 (FM1, FM2)상의 마크를 동시에 관찰하기 위한 노광파장을 이용한 TTR (Through The Reticle ) 얼라인먼트 광학계로 이루어진 1 세트의 레티클 얼라인먼트 현미경 (142, 144) 이 설치되어 있다. 이들의 레티클 얼라인먼트 현미경 (142, 144) 의 검출신호는 주제어장치 (9O) 에 공급되도록 되어 있다. 이 경우 레티클 (R) 로부터의 검출광을 각각 레티클 얼라인먼트 현미경 (142 및 144) 으로 유도하기 위한 편향미러 (146 및 148) 가 이동이 자유롭게 배치되며, 노광 시퀀스가 시작되면, 주제어장치 (90) 로부터의 지령 하에서 도시 생략된 미러구동장치에 의해 각각 편향미러 (146 및 148) 가 대피된다. 또, 레티클 얼라인먼트 현미경 (142, 144) 과 동등한 구성은, 예컨대 미국특허 제 5,646,413 호에 대응하는 일본 공개특허공보 평7-176468 호 등에 개시되어 있기 때문에 여기서는 상세한 설명에 관해서는 생략한다.
또한, 도 1 에서는 도시를 생략하였으나, 투영광학계 (PL), 얼라인먼트계 (24a, 24b) 의 각각에는 도 4 에 나타낸 바와 같이 합초 (合焦) 위치를 조사하기 위한 오토포커스/오토레벨링 계측기구 (이하,「AF/AL 계」라 함) (130, 132,134) 가 설치되어 있다. 이 중 제 2 검출계로서의 AF/AL 계 (132) 는, 스캔노광에 의해 레티클 (R)상의 패턴을 웨이퍼 (W1 또는 W2) 상에 정확히 전사하는 데에는, 레티클 (R)상의 패턴형성면과 웨이퍼 (W) 의 노광면이 투영광학계 (PL) 에 관해 공액으로 되어 있을 필요가 있기 때문에, 웨이퍼 (W) 의 노광면이 투영광학계 (PL) 의 상면에 초점심도의 범위내에서 합치되어 있는지의 여부 (합초되어 있는지의 여부) 를 검출하기 위해 설치되어 있는 것이다. 본 제 1 실시형태에서는, AF/AL 계 (132) 로서, 이른바 다점 (多点)(AF) 계가 사용되고 있다. AF/AL 계는 미국특허 제 5,502,311 호에 개시되어 있으며, 그 개시를 원용하여 본문의 기재 일부로 한다.
여기서, 이 AF/AL 계 (132) 를 구성하는 다점 AF 계의 상세한 구성에 대해 도 5 및 도 6 에 근거하여 설명한다. 이 AF/AL 계 (다점 AF 계) (132) 는 도 5 에 나타낸 바와 같이 광파이버속 (a bundle of optical fibers) (150), 집광렌즈 (152), 패턴형성판 (154), 렌즈 (156), 미러 (158) 및 조사대물렌즈 (160) 로 이루어진 조사광학계 (151) 와 집광대물렌즈 (162), 회전방향진동판 (164), 결상렌즈 (166), 수광기 (168) 로 이루어진 집광광학계 (161) 로 구성되어 있다.
여기서, 이 AF/AL 계 (다점 AF 계) (132) 의 상기 구성 각부에 대해 그 작용과 함께 설명한다. 노광광 (EL) 과는 다른 웨이퍼 (W1 또는 W2)상의 포토레지스트를 감광시키지 않은 파장의 조명광이, 도시 생략된 조명광원으로부터 광파이버속 (150) 을 통해 유도되며, 이 광파이버속 (150) 으로부터 사출된 조명광이 집광렌즈 (152) 를 거쳐 패턴형성판 (154) 을 조명한다. 이 패턴형성판 (154) 을투과한 조명광은 렌즈 (156), 미러 (158) 및 조사대물렌즈 (160) 를 거쳐 웨이퍼 (W) 의 노광면에 투영되어 웨이퍼 (W1 또는 W2) 의 노광면에 대해 패턴형성판 (154)상의 패턴의 상이 광축 (AX) 에 대해 비스듬히 투영결상된다. 웨이퍼 (W1) 에서 반사된 조명광은, 집광대물렌즈 (162), 회전방향진동판 (164) 및 결상렌즈 (166) 를 거쳐 수광기 (168) 의 수광면에 투영되어 수광기 (168) 의 수광면에 패턴형성판 (154)상의 패턴의 상이 재결상된다. 여기서, 주제어장치 (90) 는, 가진장치 (172) 를 통해 회전방향진동판 (164) 에 소정의 진동을 부여함과 동시에, 수광기 (168) 의 다수 (구체적으로는, 패턴형성판 (154) 의 슬릿패턴과 동일 수) 의 수광소자로부터의 검출신호를 신호처리장치 (170) 에 공급한다. 또한, 신호처리장치 (170) 는, 각 검출신호를 가진장치 (172) 의 구동신호로 동기 검파하여 얻은 다수의 포커스신호를 스테이지제어장치 (38) 를 통해 주제어장치 (90) 에 공급한다.
이 경우, 패턴형성판 (154) 에는, 도 6 에 나타낸 바와 같이 예컨대 5× 9=45 개의 상하방향의 슬릿형 개구패턴 (93-11∼93-59) 이 형성되어 있고, 이들의 슬릿형 개구패턴의 상이 웨이퍼 (W) 의 노광면상에 X 축 및 Y 축에 대해 비스듬히 (45°) 투영된다. 그 결과, 도 4 에 나타낸 바와 같은 X 축 및 Y 축에 대해 45°로 경사진 매트릭스배치의 슬릿상이 형성된다. 또, 도 4 에서의 부호 (IF) 는 조명계에 의해 조명되는 레티클상의 조명영역과 공액 웨이퍼상의 조명필드를 나타낸다. 상기 도 4 에서도 알 수 있듯이 투영광학계 (PL) 하의 조명필드 (IF) 보다 2 차원적으로 충분히 큰 지역에 검출용 빔이 조사되고 있다.
제 1 검출계로서의 AF/AL 계 (130, 134) 도, 이 AF/AL 계 (132) 와 동일하게 구성되어 있다. 즉, 본 제 1 실시형태에서는, 노광시의 초점검출에 이용되는 AF/AL 계 (132) 와 거의 동일한 영역을 얼라인먼트마크의 계측시에 이용되는 AF/AL 기구 (130,134) 에 의해서도 검출빔이 조사 가능한 구성으로 되어 있다. 따라서, 얼라인먼트계 (24a, 24b) 에 의한 얼라인먼트 센서의 계측시에, 노광때와 같은 AF/AL 계의 계측, 제어에 의한 오토포커스/오토레벨링을 실행하면서 얼라인먼트마크의 위치계측을 함으로써 고정밀도인 얼라인먼트계측을 할 수 있게 된다. 바꿔 말하면, 노광때와 얼라인먼트때 사이에 스테이지의 자세에 의한 오프 세트 (오차) 가 발생하지 않게 된다.
이어서, 레티클 구동기구에 대해 도 1 및 도 2 에 근거하여 설명한다. 이 레티클 구동기구는 레티클 베이스 보드 (reticle base plate) (32) 상을 레티클 (R) 를 지지하여 X Y 의 2 차원 방향으로 이동할 수 있는 레티클 스테이지 (RST) 와, 이 레티클 스테이지 (RST) 를 구동하는 도시 생략된 리니어모터와, 이 레티클 스테이지 (RST) 의 위치를 관리하는 레티클 간섭계 시스템을 구비하고 있다.
이것을 더욱 상세하게 서술하면, 레티클 스테이지 (RST) 에는, 도 2 에 나타낸 바와 같이 2 장의 레티클 (R1,R2) 이 스캔방향 (Y 축 방향) 으로 직렬로 설치될 수 있도록 되어 있으며, 이 레티클 스테이지 (RST) 는, 도시 생략된 에어베어링등을 통해 레티클 베이스 보드 (32) 상에 부상지지되며, 도시 생략된 리니어모터 등으로 이루어진 구동기구 (30) (도 1 참조) 에 의해 X 축 방향의 미소구동, θ 방향의 미소회전 및 Y 축 방향의 주사구동이 이루어지도록 되어 있다. 또한,구동기구 (30) 는, 상술한 스테이지 장치와 동일한 리니어모터를 구동원으로 하는 기구인데, 도 1 에서는 도시의 편의상 및 설명의 편의상, 단순한 블록으로서 나타나 있다. 따라서, 레티클 스테이지 (RST)상의 레티클 (R1, R2) 이 예컨대 2 중 노광시에 선택적으로 사용되며, 어느 레티클에 대해서도 웨이퍼측과 동기 스캔할 수 있는 구성으로 되어 있다.
이 레티클 스테이지 (RST) 상에는, X 축 방향의 일측의 단부에 레티클 스테이지 (RST) 와 동일한 소재 (예컨대 세라믹 등) 로 이루어진 평행평판이동경 (34) 이 Y축방향에 연설되어 있고, 이 이동경 (34) 의 X축방향의 일측면에는 경면가공에 의해 반사면이 형성되어 있다. 이 이동경 (34) 의 반사면을 향해 도 1 의 간섭계시스템 (36) 을 구성하는 측장축 (BI6X) 으로 나타내는 간섭계로부터의 간섭계빔이 조사되어, 간섭계에서는 그 반사광을 수광하여 웨이퍼 스테이지측과 동일하게 하여 기준면에 대한 상대변위를 계측함으로써, 레티클 스테이지 (RST) 의 위치를 계측하고 있다. 여기서, 이 측장축 (BI6X) 을 가진 간섭계는, 실제로는 독립적으로 계측가능한 두개의 간섭계광축을 갖고 있으며, 레티클 스테이지의 X축방향의 위치계측과 요잉량의 계측이 가능하게 되어 있다. 이 측장축 (BI6X) 을 갖는 간섭계는, 후술하는 웨이퍼 스테이지측의 측장축 (BI1X,BI2X) 을 갖는 간섭계 (16,18) 로부터의 웨이퍼 스테이지 (WS1,WS2) 의 요잉정보나 X위치정보에 의거하여 레티클과 웨이퍼의 상대회전 (회전오차) 을 캔슬하는 방향에 레티클 스테이지 (RST) 를 회전제어하거나 X방향 동기제어를 실시하기 위해 이용된다.
한편, 레티클 스테이지 (RST) 의 주사방향 (스캔방향) 인 Y축방향의 타측 (도 1 에 있어서의 지면앞측) 에는, 한쌍의 코너큐브미러 (corner cube mirror) (35,37) 가 설치되어 있다. 그리고, 도시가 생략된 한쌍의 더블패스간섭계로부터 이들 코너큐브미러 (35,37) 에 대해 도 2 에 측장축 (BI7Y,BI8Y) 으로 나타내는 간섭계빔이 조사되어, 레티클 베이스 보드 (32)상의 반사면에 코너큐브미러 (35,37) 로부터 되돌려지고, 거기서 반사된 각각의 반사광이 동일광로를 되돌아가, 각각의 더블패스간섭계에서 수광되어 각각의 코너큐브미러 (35,37) 의 기준위치 (기준위치에서 상기 레티클 베이스 보드 (32)상의 반사면) 로부터의 상대변위가 계측된다. 그리고, 이들 더블패스간섭계의 계측치가 도 1 의 스테이지제어장치 (38) 에 공급되며, 그 평균치에 의거하여 레티클 스테이지 (RST) 의 Y축방향의 위치가 계측된다. 이 Y축방향위치의 정보는, 웨이퍼측의 측장축 (BI3Y) 을 갖는 간섭계의 계측치에 의거한 레티클 스테이지 (RST) 와 웨이퍼 스테이지 (WS1 또는 WS2) 의 상대위치의 산출 및 이에 의거한 주사노광시의 주사방향 (Y축방향) 의 레티클과 웨이퍼의 동기제어에 이용된다.
즉, 본 제 1 실시형태에서는, 간섭계 (36) 및 측장축 (BI7Y,BI8Y) 으로 나타내는 한쌍의 더블패스간섭계에 의해 레티클간섭계시스템이 구성되어 있다.
다음에, 웨이퍼 스테이지 (WST1,WST2) 의 위치를 관리하는 간섭계시스템에 대해 도 1 내지 도 3 을 참조하면서 설명한다. 이들 도면에 나타내는 바와 같이, 투영광학계 (PL) 의 투영중심과 얼라인먼트계 (24a,24b) 의 각각의 검출중심을 통과하는 제 1 축 (X축) 을 따라 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 X축방향 일측면에는, 도 1 의 간섭계 (16) 로부터의 제 1 측장축 (BI1X) 으로 나타내는 간섭계빔이조사되며, 마찬가지로, 제 1 축을 따라 웨이퍼 스테이지 (WS2) 의 X축방향의 타측면에는 도 1 의 간섭계 (18) 로부터의 제 2 측장축 (BI2X) 으로 나타내는 간섭계빔이 조사되고 있다. 그리고, 간섭계 (16,18) 에서는 이들 반사광을 수광함으로써, 각 반사면의 기준위치로부터의 상대변위를 계측하여, 웨이퍼 스테이지 (WS1,WS2) 의 X축방향위치를 계측하도록 되어 있다. 여기서, 간섭계 (16,18) 는, 도 2 에 나타내는 바와 같이 각 세개의 광축을 갖는 3축간섭계이고, 웨이퍼 스테이지 (WS1,WS2) 의 X축방향의 계측이외에 틸트 (tilt) 계측 및 θ계측이 가능하도록 되어 있다. 각 광축의 출력치는 독립적으로 계측할 수 있도록 되어있다. 여기서, 웨이퍼 스테이지 (WS1,WS2) 의 θ회전을 실시하는 도시생략의 θ스테이지 및 Z축방향의 미소구동및 경사구동을 실시하는 기판구동계로서의 Z·레벨링스테이지 (RS1,RS2) 는, 실제로는 반사면 (20∼23) 의 아래에 있으므로, 웨이퍼 스테이지의 틸트제어시의 구동량은 모두 이들 간섭계 (16,18) 에 의해 모니터할 수 있다 (기판구동계).
그리고, 제 1 측장축 (BI1X), 제 2 측장축 (BI2X) 의 각 간섭계빔은, 웨이퍼 스테이지 (WS1,WS2) 의 이동범위의 전역에서 항상 웨이퍼 스테이지 (WS1,WS2) 에 닿도록 되어 있고, 따라서, X축방향에 대해서는 투영광학계 (PL) 를 이용한 노광시, 얼라인먼트계 (24a,24b) 의 사용시 등 어느때에도 웨이퍼 스테이지 (WS1,WS2) 의 위치는 제 1 측장축 (BI1X), 제 2 측장축 (BI2X) 의 계측치에 의거하여 관리된다.
또한, 도 2 및 도 3 에 나타내는 바와 같이, 투영광학계 (PL) 의 투영중심에서 제 1 축 (X축) 과 수직으로 교차하는 제 3 측장축 (BI3Y) 을 갖는 간섭계와, 얼라인먼트계 (24a,24b) 의 각각의 검출중심에서 제 1 축 (X축) 과 각각 수직으로 교차하는 제 4 측장축으로서의 측장축 (BI4Y,BI5Y) 을 각각 갖는 간섭계가 설치되어 있다 (다만, 도면중에는 측장축만 도시되어 있다).
본 제 1 실시형태의 경우, 투영광학계 (PL) 를 이용한 노광시의 웨이퍼 스테이지 (WS1,WS2) 의 Y방향 위치계측에는 투영광학계의 투영중심, 즉 광축 (AX) 을 통과하는 측장축 (BI3Y) 의 간섭계의 계측치가 이용되며, 얼라인먼트계 (24a) 의 사용시의 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 Y방향 위치계측에는 얼라인먼트계 (24a) 의 검출중심, 즉 광축 (SX) 을 통과하는 측장축 (BI4Y) 의 계측치가 이용되고, 얼라인먼트계 (24b) 사용시의 웨이퍼 스테이지 (WS2) 의 Y방향 위치계측에는 얼라인먼트계 (24b) 의 검출중심, 즉 광축 (SX) 을 통과하는 측장축 (BI5Y) 의 계측치가 이용된다.
따라서, 각 사용조건에 의해 Y축방향의 간섭계측장축이 웨이퍼 스테이지 (WS1,WS2) 의 반사면으로부터 벗어나게 되는데, 적어도 1 개의 측장축, 즉 측장축 (BI1X,BI2X) 은 각각의 웨이퍼 스테이지 (WS1,WS2) 의 반사면으로부터 벗어나는 일이 없으므로, 사용하는 간섭계광축이 반사면상에 들어간 적당한 위치에서 Y측 간섭계의 리셋을 실시할 수 있다. 이 간섭계의 리셋방법에 대해서는 나중에 상세하게 설명한다.
그리고, 상기 Y 계측용의 측장축 (BI3Y,BI4Y,BI5Y) 의 각 간섭계는, 각 두개의 광축을 갖는 2축간섭계이고, 웨이퍼 스테이지 (WS1,WS2) 의 Y축방향의 계측이외에 틸트계측이 가능하게 되어 있다. 각 광축의 출력치는 독립적으로 계측할 수 있도록 되어 있다.
본 제 1 실시형태에서는, 간섭계 (16,18) 및 측장축 (BI3Y,BI4Y,BI5Y) 을 갖는 세개의 간섭계의 합계인 다섯개의 간섭계에 의해, 웨이퍼 스테이지(WS1,WS2) 의 2차원 좌표위치를 관리하는 간섭계시스템이 구성되어 있다.
또한, 본 제 1 실시형태에서는, 후술하는 바와 같이 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 중의 일측이 노광 시퀀스를 실행하고 있는 동안, 타측은 웨이퍼교환, 웨이퍼얼라인먼트 시퀀스를 실행하는데, 이 때 양 스테이지의 간섭이 없도록, 각 간섭계의 출력치에 의거하여 주제어장치 (90) 의 지령에 따라 스테이지제어장치 (38) 로 웨이퍼 스테이지 (WS1,WS2) 의 이동이 관리되고 있다.
또한, 도 1 에 나타내는 주제어장치 (90) 에는 웨이퍼 스테이지 (WS1,WS2) 의 이동을 관리하기위한 조건식 (예컨대, 간섭화조건) 등이 기억된 기억장치로서의 메모리 (91) 가 설치되어 있다.
다음에, 조명계에 대해 도 1 에 의거하여 설명한다. 이 조명계는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 노광광원 (40), 셔터 (42), 미러 (44), 빔엑스팬더 (46,48), 제 1 플라이아이렌즈 (50), 렌즈 (52), 진동미러 (54), 렌즈 (56), 제 2 플라이아이렌즈 (58), 렌즈 (60), 고정블라인드 (62), 가동블라인드 (64), 릴레이렌즈 (66,68) 등으로 구성되어 있다.
여기서, 이 조명계의 상기 구성각부에 대해 그 작용과 함께 설명한다. 광원인 KrF 엑시머 레이저와 감광 (減光) 시스템 (감광판, 개구드로잉 (aperturediaphragm) 등) 으로 이루어진 광원부 (40) 로부터 사출된 레이저광은, 셔터 (42) 를 투과한 후 미러 (44) 에 의해 편향되고, 빔엑스팬더 (beam expander) (46,48) 에 의해 적당한 빔경으로 정형되어 제 1 플라이아이렌즈 (50) 에 입사된다. 이 제 1 플라이아이렌즈 (50) 에 입사된 광속 (光束) 은, 2차원적으로 배열된 플라이아이렌즈의 엘리먼트에 의해 복수의 광속으로 분할되고, 렌즈 (52), 진동미러 (54), 렌즈 (56) 에 의해 다시 각 광속이 다른 각도로부터 제 2 플라이아이렌즈 (58) 에 입사된다. 이 제 2 플라이아이렌즈 (58) 로부터 사출된 광속은 렌즈 (60) 에 의해 레티클 (R) 과 공액위치에 설치된 고정블라인드 (62) 에 다다르고, 여기서 소정형상으로 그 단면형상이 규정된 후, 레티클 (R) 의 공액면에서 약간 디포커스된 위치에 배치된 가동블라인드 (64) 를 통과하여 릴레이렌즈 (66,68) 를 지나 균일한 조명광으로서 레티클 (R)상의 상기 고정블라인드 (62) 에 의해 규정된 소정형상, 여기서는 직사각형 슬릿형상의 조명영역 (IA) (도 2 참조) 을 조명한다.
다음에, 제어계에 대해 도 1 에 의거하여 설명한다. 이 제어계는, 장치전체를 총괄적으로 제어하는 제어기로서의 주제어장치 (90) 를 중심으로, 이 주제어장치 (90) 의 배하에 있는 노광량제어장치 (70) 및 스테이지제어장치 (38) 등으로 구성되어 있다.
여기서, 제어계의 상기 구성각부의 동작을 중심으로 본 제 1 실시형태에 관한 투영노광장치 (10) 의 노광시의 동작에 대해 설명한다. 노광량제어장치 (70) 는, 레티클 (R) 과 웨이퍼 (W1 또는 W2) 의 동기주사가 개시되기에 앞서 셔터구동장치 (72) 에 지시하여 셔터구동부 (74) 를 구동시켜 셔터 (42) 를 오픈한다.
그 후, 스테이지제어장치 (38) 에 의해, 주제어장치 (90) 의 지시에 따라 레티클 (R) 과 웨이퍼 (W1 또는 W2), 즉 레티클 스테이지 (RST) 와 웨이퍼 스테이지 (WS1 또는 WS2) 의 동기주사 (스캔제어) 가 개시된다. 이 동기주사는, 전술한 간섭계시스템의 측장축 (BI3Y) 과 측장축 (BI1X 또는 BI2X) 및 레티클간섭계시스템의 측장축 (BI7Y, BI8Y) 과 측장축 (BI6X) 의 계측치를 모니터하면서, 스테이지제어장치 (38) 에 의해 레티클구동부 (30) 및 웨이퍼 스테이지의 구동계를 구성하는 각 리니어모터를 제어함으로써 실시된다.
그리고, 양 스테이지가 소정의 허용오차 이내로 등속도제어된 시점에서, 노광량제어장치 (70) 에서는 레이저제어장치 (76) 에 지시하여 펄스발광을 개시하게 한다. 이로써, 조명계로부터의 조명광에 의해 그 하면에 패턴이 크롬증착된 레티클 (R) 의 상기 직사각형의 조명영역 (IA) 이 조명되며, 그 조명영역내 패턴의 상이 투영광학계 (PL) 에 의해 1/5 배로 축소되고, 그 표면에 포토레지스트가 도포된 웨이퍼 (W1 또는 W2) 상에 투영노광된다. 여기서, 도 2 로부터도 명백하듯이, 레티클상의 패턴영역에 비해 조명영역 (IA) 의 주사방향 슬릿폭은 좁고, 상기한 바와 같이 레티클 (R) 과 웨이퍼 (W1 또는 W2) 를 동기주사함으로써, 패턴 전면의 상이 웨이퍼상의 쇼트영역 (SA) 에 순차적으로 형성된다.
여기서, 전술한 펄스발광의 개시와 동시에, 노광량제어장치 (70) 는 미러구동장치 (78) 에 지시하여 진동미러 (54) 를 진동시키며, 레티클 (R)상의 패턴영역이 완전히 조명영역 (IA) (도 2참조) 을 통과할 때까지, 즉, 패턴 전면의 상이 웨이퍼상의 쇼트영역 (SA) 에 형성될 때까지, 연속하여 이 진동미러의 진동을 실시함으로써 두개의 플라이아이렌즈 (50,58) 에서 발생하는 간섭무늬얼룩을 줄인다. 진동미러의 구조및 그 제어법에 대해서는 미국특허 제5,534,970호에 개시되어 있고, 이 개시를 원용하여 본문 기재의 일부로 한다.
또한, 상기 주사노광중에 쇼트엣지부에서의 레티클상의 차광영역으로부터 밖으로 조명광이 새지 않도록, 레티클 (R) 과 웨이퍼 (W) 의 스캔과 동기하여 가동블라인드 (64) 가 블라인드제어장치 (39) 에 의해 구동제어되고 있으며, 이들 일련의 동기동작이 스테이지제어장치 (38) 에 의해 관리되고 있다.
그런데, 상술한 레이저제어장치 (76) 에 의한 펄스발광은, 웨이퍼 (W1,W2)상의 임의의 점이 조명필드폭 (w) 을 통과하는 사이에 n 회 (n 은 양의 정수) 발광할 필요가 있기 때문에, 발진주파수를 f 로 하고 웨이퍼스캔속도를 V 로 하면, 다음식 (1) 을 만족할 필요가 있다. 펄스발광의 제어에 대해서는 미국특허 제5,591,958호에 개시되어 있고, 이 개시를 원용하여 본문 기재의 일부로 한다.
f/n = V/w . . . . (1)
또한, 웨이퍼상에 조사되는 1 펄스의 조사에너지를 P 로 하고 레지스트감도를 E 로 하면, 다음식 (2) 를 만족할 필요가 있다.
nP = E . . . . (2)
이와 같이, 노광량제어장치 (70) 는 조사에너지 (P) 나 발진주파수 (f) 의 가변량에 대해 모두 연산을 실시하며, 레이저제어장치 (76) 에 대하여 지령을 내어 노광광원 (4O) 내에 설치된 감광시스템을 제어함으로써 조사에너지 (P) 나 발진주파수 (f) 를 가변시키거나, 셔터구동장치 (72) 나 미러구동장치 (78) 를 제어하도록 구성되어 있다.
또한, 주제어장치 (90) 에서는, 예컨대, 스캔노광시에 동기주사를 실시하는 레티클 스테이지와 웨이퍼 스테이지의 이동개시위치 (동기위치) 를 보정하는 경우, 각 스테이지를 이동제어하는 스테이지제어장치 (38) 에 대해 보정량에 따른 스테이지위치의 보정을 지시한다.
또한, 본 제 1 실시형태의 투영노광장치에서는 웨이퍼 스테이지 (WS1) 와의 사이에서 웨이퍼의 교환을 실시하는 제 1 반송시스템과, 웨이퍼 스테이지 (WS2) 와의 사이에서 웨이퍼교환을 실시하는 제 2 반송시스템이 설치되어 있다.
제 1 반송시스템은, 도 7 에 나타내는 바와 같이 좌측의 웨이퍼로딩위치에 있는 웨이퍼 스테이지 (WS1) 와의 사이에서, 후술하는 바와 같이 하여 웨이퍼교환을 한다. 이 제 1 반송시스템은, Y축방향에 연장된 제 1 로딩가이드 (182), 이 로딩가이드 (182) 를 따라 이동하는 제 1 슬라이더 (186) 및 제 2 슬라이더 (190), 제 1 슬라이더 (186) 에 장착된 제 1 언로드아암 (184), 제 2 슬라이더 (190) 에 장착된 제 1 로드아암 (188) 등을 포함하여 구성된 제 1 웨이퍼로더와, 웨이퍼 스테이지 (WS1) 상에 설치된 세개의 상하동부재로 이루어진 제 1 센터업 (180) 으로 구성된다.
여기서, 이 제 1 반송시스템에 의한 웨이퍼교환의 동작에 대해 간단히 설명한다. 여기서는, 도 7 에 나타내는 바와 같이 좌측의 웨이퍼로딩 위치에 있는웨이퍼 스테이지 (WS1) 상에 있는 웨이퍼 (W1') 와 제 1 웨이퍼로더에 의해 반송되어 온 웨이퍼 (W1) 가 교환되는 경우에 대해서 설명한다.
먼저, 주제어장치 (90) 에서는, 웨이퍼 스테이지 (WS1)상의 도시생략의 웨이퍼홀더의 진공을 도시생략의 스위치를 통해 오프하고, 웨이퍼 (W1') 의 흡착을 해제한다.
다음에, 주제어장치 (90) 에서는, 도시생략의 센터업 구동계를 통해 센터업 (180) 을 소정량 상승구동한다. 이로써, 웨이퍼 (W1') 가 소정위치까지 들어 올려진다. 이 상태에서, 주제어장치 (90) 에서는 도시생략의 웨이퍼로더 제어장치에 제 1 언로드아암 (184) 의 이동을 지지한다. 이로써, 웨이퍼로더 제어장치에 의해 제 1 슬라이더 (186) 가 구동제어되며, 제 1 언로드아암 (184) 이 로딩가이드 (182) 를 따라 웨이퍼 스테이지 (WS1) 상까지 이동하여 웨이퍼 (W1') 의 바로 아래에 위치한다.
이 상태에서, 주제어장치 (90) 에서는 센터업 (180) 을 소정위치까지 하강구동시킨다. 이 센터업 (180) 의 하강 도중에 웨이퍼 (W1') 가 제 1 언로드아암 (184) 에 수수되기 때문에, 주제어장치 (90) 에서는 웨이퍼로더 제어장치에 제 1 언로드아암 (184) 의 진공개시를 지시한다. 이로써, 제 1 언로드아암 (184) 에 웨이퍼 (W1') 가 흡착지지된다.
다음에, 주제어장치 (90) 에서는 웨이퍼로더 제어장치에 제 1 언로드아암 (184) 의 퇴피와 제 1 로드아암 (188) 의 이동개시를 지시한다. 이로써, 제 1슬라이더 (186) 와 일체적으로 제 1 언로드아암 (184) 이 도 7 의 -Y 방향에 이동을 개시함과 동시에, 제 2 슬라이더 (190) 가 웨이퍼 (W1) 를 지지한 제 1 로드아암 (188) 과 일체적으로 +Y 방향에 이동을 개시한다. 그리고, 제 1 로드아암 (188) 이 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 상방에 왔을 때, 웨이퍼로더 제어장치에 의해 제 2 슬라이더 (190) 가 정지됨과 동시에 제 1 로드아암 (188) 의 진공이 해제된다.
이 상태에서, 주제어장치 (90) 에서는 센터업 (180) 을 상승구동하여, 센터업 (180) 에 의해 웨이퍼 (W1) 를 하방으로부터 들어 올리게 한다. 이어서, 주제어장치 (90) 에서는 웨이퍼로더 제어장치에 로드아암의 퇴피를 지시한다. 이로써, 제 2 슬라이더 (190) 가 제 1 로드아암 (188) 과 일체적으로 -Y 방향에 이동을 개시하여 제 1 로드아암 (188) 의 퇴피가 실시된다. 이 제 1 로드아암 (188) 의 퇴피개시와 동시에 주제어장치 (90) 에서는 센터업 (180) 의 하강구동을 개시하여 웨이퍼 (W1) 를 웨이퍼 스테이지 (WS1)상의 도시생략의 웨이퍼홀더에 탑재하여 해당 웨이퍼홀더의 진공을 온으로 한다. 이로써, 웨이퍼교환의 일련의 시퀀스가 종료된다.
제 2 반송시스템은, 마찬가지로 도 8 에 나타내는 바와 같이, 우측 웨이퍼로딩위치에 있는 웨이퍼 스테이지 (WS2) 와의 사이에서 상기와 같이 하여 웨이퍼교환을 실시한다. 이 제 2 반송시스템은, Y축방향에 연장된 제 2 로딩가이드 (192), 이 제 2 로딩가이드 (192) 를 따라 이동하는 제 3 슬라이더 (196) 및 제 4 슬라이더 (200), 제 3 슬라이더 (196) 에 장착된 제 2 언로드아암 (194), 제 4 슬라이더 (200) 에 장착된 제 2 로드아암 (198) 등을 포함하여 구성된 제 2 웨이퍼로더와, 웨이퍼 스테이지 (WS2) 상에 형성된 도시생략의 제 2 센터업으로 구성된다.
다음에, 도 7 및 도 8 에 의거하여, 본 제 1 실시형태의 특징인 2 개의 웨이퍼 스테이지에의한 병행처리에 대해 설명한다. 도 7 에는, 웨이퍼 스테이지 (WS2)상의 웨이퍼 (W2) 를 투영광학계 (PL) 를 통해 노광동작을 실시하고 있는 사이에, 좌측로딩위치에서 상기와 같이 하여 웨이퍼 스테이지 (WS1) 와 제 1 반송시스템과의 사이에서 웨이퍼의 교환이 실시되고 있는 상태의 평면도를 나타내고 있다.이 경우, 웨이퍼 스테이지 (WS1) 상에서는 웨이퍼교환에 이어서 후술하는 바와 같이 하여 얼라인먼트동작이 실시된다. 또, 도 7 에 있어서, 노광동작중의 웨이퍼 스테이지 (WS2) 의 위치제어는 간섭계시스템의 측장축 (BI2X, BI3Y) 의 계측치에 의거하여 실시되며, 웨이퍼교환과 얼라인먼트동작이 실시되는 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 위치제어는, 간섭계시스템의 측장축 (BI1X,BI4Y) 의 계측치에 의거하여 실시된다.
이 도 7 에 나타내는 좌측의 로딩위치에서는 얼라인먼트계 (24a) 의 바로 아래에 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 기준마크판 (FM1)상의 기준마크가 오도록 배치 되어있다 (도 19a 참조). 이 때문에, 주제어장치 (90) 에서는, 얼라인먼트계 (24a) 에 의해 기준마크판 (FM1)상의 기준마크를 계측하기 이전에 간섭계시스템의 측장축 (BI4Y) 의 간섭계의 리셋을 실시하고 있다.
도 19b 에는, 기준마크 (MK2) 의 형상의 일례 및 그것을 얼라인먼트계 (24 a) 의 FIA계 센서로 검출하는 화상포착의 모양을 나타내고 있다. 이 도 19b 에있어서 부호 Sx 는 CCD 의 화상포착 범위를 나타내며, 부호 M 으로 나타내는 십자형상마크는 FIA계 센서내의 지표이다. 여기서는, X축방향의 화상포착 범위만을 나타내고 있는데, 실제로는 Y축방향에 대해서도 동일한 화상포착이 실시되는 것은 물론이다.
도 19c 에는, 도 19b 의 마크 (MK2) 의 화상을 FIA계의 센서로 포착했을 때 얼라인먼트제어장치 (80) 내의 화상처리계에서 얻어진 파형신호를 나타내고 있다. 얼라인먼트제어장치 (80) 에서는 이 파형신호를 해석함으로써 지표중심을 기준으로 하는 마크 (MK2) 의 위치를 검출하고, 주제어장치 (9O) 에서는 상기마크 (MK2) 의 위치와 측장축 (BI1X,BI4Y) 의 간섭계의 계측결과에 의거하여 측장축 (BI1X 와 BI4Y) 을 이용한 좌표계 (이하, 적당히「제 1 스테이지 좌표계」라고 함) 에 있어서의 기준마크판 (FM1)상의 마크 (MK2) 의 좌표위치를 산출한다.
상술한 웨이퍼교환, 간섭계의 리셋에 이어 서치얼라인먼트가 실시된다. 그 웨이퍼교환후에 실시되는 서치얼라인먼트는 웨이퍼 (W1) 의 반송중에 이루어지는 프리얼라인먼트 (pre-alignment) 만으로는 위치오차가 크기 때문에, 웨이퍼 스테이지 (WS1) 상에서 다시 실시되는 프리얼라인먼트를 의미한다. 구체적으로는, 스테이지 (WS1) 상에 탑재된 웨이퍼 (W1) 상에 형성된 세개의 서치얼라인먼트마크 (도시생략) 의 위치를 얼라인먼트계 (24a) 의 LSA 계의 센서 등을 이용하여 계측하고, 그 계측결과에 의거하여 웨이퍼 (W1) 의 X, Y, θ 방향의 위치맞춤을 실시한다. 이 서치얼라인먼트시의 각부의 동작은 주제어장치 (90) 에 의해 제어된다.
이 서치얼라인먼트의 종료후, 웨이퍼 (W1)상의 각 쇼트영역 (SA) 의 배열을, 여기서는 EGA 를 사용하여 구하는 파인얼라인먼트가 실시된다. EGA 의 방법은 미국특허 제4,780,617호에 개시되어 있고, 이 개시를 원용하여 본문 기재의 일부로 한다. 구체적으로는, 간섭계시스템 (측장축 (BI1X, BI4Y)) 에 의해 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 위치를 관리하면서, 설계상의 쇼트배열데이터 (얼라인먼트마크위치데이터) 를 바탕으로 웨이퍼 스테이지 (WS1) 를 순차적으로 이동시키면서, 웨이퍼 (W1)상의 소정의 샘플쇼트의 얼라인먼트마크위치를 얼라인먼트계 (24a) 의 FIA계의 센서등으로 계측하여, 이 계측결과와 쇼트배열의 설계좌표데이터에 의거하여 최소제곱법에 의한 통계연산으로 모든 쇼트배열데이터를 연산한다. 그리고, 이 EGA 시의 각부의 동작은 주제어장치 (90) 에 의해 제어되며, 상기의 연산은 주제어장치 (9O) 에 의해 실시된다.
그리고, 주제어장치 (90) 에서는 각 쇼트의 좌표위치로부터 전술한 기준마크 (MK2) 의 좌표위치를 감산함으로써, 마크 (MK2) 에 대한 각 쇼트의 상대위치관계를 산출한다.
본 제 1 실시형태의 경우, 전술한 바와 같이 얼라인먼트계 (24a) 에 의한 계측시에 노광시와 동일한 AF/AL계 (132) (도 4 참조) 의 계측, 제어에 의한 오토포커스/오토레벨링을 실행하면서 얼라인먼트마크의 위치계측이 실시되어, 얼라인먼트시와 노광시의 사이에 스테이지의 자세에 의한 오프셋 (오차) 을 일으키지 않도록 할 수 있다.
웨이퍼 스테이지 (WS1) 측에서 상기의 웨이퍼교환, 얼라인먼트동작이 실시되고 있는 사이에, 웨이퍼 스테이지 (WS2) 측에서는 도 9 에 나타내는 바와 같은 두장의 레티클 (R1,R2) 을 사용하여, 노광조건을 바꾸면서 연속하여 스텝·앤드·스캔방식에 의해 이중노광이 실시된다.
구체적으로는, 전술한 웨이퍼 (W1) 측과 동일하게 하여 사전에 마크 (MK2) 에 대한 각 쇼트의 상대위치관계의 산출이 실시되고 있으며, 이 결과와 레티클 얼라인먼트 현미경 (144,142) 에 의한 기준마크판 (FM1) 상 마크 (MK1, MK3) 와 그에 대응하는 레티클상 마크 (RMK1,RMK3) 의 웨이퍼면상 투영상의 상대위치검출 (이에 대해서는 나중에 상세하게 설명한다.) 의 결과에 의거하여, 웨이퍼 (W2)상의 쇼트영역을 투영광학계 (PL) 의 광축 아래쪽으로 순차적으로 위치결정하면서, 각 쇼트영역의 노광시마다 레티클 스테이지 (RST) 와 웨이퍼 스테이지 (WS2) 를 주사방향에 동기주사시킴으로써, 스캔노광이 실시된다.
이러한 웨이퍼 (W2)상의 전체 쇼트영역에 대한 노광이 레티클교환후에도 연속하여 실시된다. 구체적인 이중노광의 노광순서로서는, 도 1Oa 에 나타내는 바와 같이 웨이퍼 (W1) 의 각 쇼트영역을 레티클 (R2) (A 패턴) 을 사용하여 A1∼A12 까지 순차적으로 스캔노광을 실시한 후, 구동계 (30) 를 이용하여 레티클 스테이지 (RST) 를 주사방향으로 소정량 이동하여 레티클 (R1) (B 패턴) 을 노광위치에 설정한 후, 도 10B 에 나타내는 B1∼B12 의 순서로 스캔노광을 실시한다. 이 때, 레티클 (R2) 과 레티클 (R1) 에서는 노광조건 (AF/AL, 노광량) 이나 투과율이 다르기 때문에, 레티클얼라인먼트시에 각각의 조건을 계측하여, 그 결과에 따라 조건의 변경을 실시할 필요가 있다. 이 웨이퍼 (W2) 의 이중노광 중의 각부의 동작도 주제어장치 (90) 에 의해 제어된다.
상술한 도 7 에 나타내는 두개의 웨이퍼 스테이지 (WS1,WS2) 상에서 병행하여 실시되는 노광 시퀀스와 웨이퍼교환·얼라인먼트 시퀀스는, 먼저 종료한 웨이퍼 스테이지쪽이 대기상태가 되며, 양방의 동작이 종료된 시점에서 도 8 에 나타내는 위치까지 웨이퍼 스테이지 (WS1,WS2) 가 이동제어된다. 그리고, 노광 시퀀스가 종료된 웨이퍼 스테이지 (WS2)상의 웨이퍼 (W2) 는 우측 로딩포지션에서 웨이퍼교환이 이루어지며, 얼라인먼트 시퀀스가 종료된 웨이퍼 스테이지 (WS1)상의 웨이퍼 (W1) 는 투영광학계 (PL) 아래에서 노광 시퀀스가 실시된다.
도 8 에 나타내는 우측 로딩포지션에서는, 좌측 로딩포지션과 동일하게 얼라인먼트계 (24b) 아래에 기준마크판 (FM2)상의 기준마크 (MK2) 가 위치결정되도록 되어 있고, 전술한 웨이퍼교환동작과 얼라인먼트 시퀀스가 실행되게 된다. 물론, 간섭계시스템의 측장축 (BI5Y) 을 갖는 간섭계의 리셋동작은 얼라인먼트계 (24b) 에 의한 기준마크판 (FM2)상의 마크 (MK2) 의 검출에 앞서 실행되고 있다.
다음에, 도 7 의 상태로부터 도 8 의 상태로 이행할 때의 주제어장치 (90) 에 의한 간섭계의 리셋동작에 대해 설명한다. 웨이퍼 스테이지 (WS1) 는 좌측 로딩포지션에서 얼라인먼트를 실시한 후에, 도 8 에 나타내는 투영광학계 (PL) 의 광축 (AX) 중심 (투영중심) 의 바로 아래에 기준판 (FM1)상의 기준마크가 오는 위치 (도 20a 참조) 까지 이동되는데, 이 이동도중에 측장축 (BI4Y) 의 간섭계빔이 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 반사면 (21) 에 입사되지 않게 되므로, 얼라인먼트종료후 바로 도 8 의 위치까지 웨이퍼 스테이지를 이동시키는 것은 곤란하다.이 때문에, 본 제 1 실시형태에서는 다음과 같은 연구를 하고 있다.
즉, 앞서 설명한바와 같이, 본 제 1 실시형태에서는 좌측 로딩포지션에 웨이퍼 스테이지 (WS1) 가 있는 경우에, 얼라인먼트계 (24a) 의 바로 아래에 기준마크판 (FM1) 이 오도록 설정되어 있고, 이 위치에서 측장축 (BI4Y) 의 간섭계가 리셋되어 있기때문에, 이 위치까지 웨이퍼 스테이지 (WS1) 를 일단 되돌려, 그 위치로부터 미리 알고 있는 얼라인먼트계 (24a) 의 검출중심과 투영광학계 (PL) 의 광축중심 (투영중심) 과의 거리 (편의상 BL 로 한다) 에 의거하여, 간섭계빔이 끊어지지않는 측장축 (BI1X) 의 간섭계 (16) 의 계측치를 모니터하면서, 웨이퍼 스테이지 (WS1) 를 거리 BL 만큼 X축방향 우측으로 이동시킨다. 이로써, 도 8 에 나타내는 위치까지 웨이퍼 스테이지 (WS1) 가 이동하게 된다.
그리고, 주제어장치 (90) 에서는, 도 20a 에 나타내는 바와 같이 레티클 얼라인먼트 현미경 (144,142) 으로 노광광을 이용하여 기준마크판 (FM1) 상의 마크 (MK1,MK3) 와 그에 대응하는 레티클상의 마크 (RMK1,RMK3) 의 웨이퍼면상 투영상의 상대위치검출을 실시한다.
전술한 바와 같이, 기지의 값 (BL) 을 이용하여 웨이퍼 스테이지 (WS1) 를 이동했기 때문에, 도 2Oa 에 나타내는 바와 같이 레티클상의 마크 (RMK1 및 RMK3) 는 대략 MK1 과 MK3 와 일치하거나 또는 그들의 근방에 위치하고 있는 것이다.
도 2Ob 에는 레티클 (R)상의 마크 RMK (RMK1, RMK2) 의 웨이퍼면상 투영상이 나타나며, 도 20c 에는 기준마크판상의 마크 MK (MK1,MK3) 를 나타내고 있다. 또한, 도 2Od 에는 도 20a 의 상태에서 레티클 얼라인먼트 현미경 (144,142) 에레티클 (R)상의 마크 RMK (RMK1, RMK2) 의 웨이퍼면상 투영상과 기준마크판상의 마크 MK (MK1, MK3) 를 동시에 검출하는 화상포착의 모양을 나타내고 있다. 이 도 20d 에 있어서 부호 SRx 는 레티클 얼라인먼트 현미경을 구성하는 CCD 의 화상포착 범위를 나타낸다. 도 2Oe 에는 상기 포착된 화상이 도시생략의 화상처리계에서 처리되어 얻어진 파형신호를 나타내고 있다.
여기서, 도 2Ob 에 나타낸 레티클마크 (RMK) 및 도 2Oc 에 나타낸 마크 (MK) 의 형상은 일례에 불과하며, 임의의 형상으로 하여 얻는다. 기준판 (FM) 상에는, 도 11 에 나타내는 바와 같이 MK1 및 MK3 의 중앙에 MK2 가 위치하도록 배치되어 있고, MK1 과 MK3 의 간격은 그것들을 레티클 얼라인먼트 현미경으로 관측하였을 때 각각 레티클상의 마크 (RMK1 과 RMK2) 의 간격과 일치하도록 조정되어 있다. 도 20d 는 레티클 얼라인먼트 마크 (RMK) 가 바로 기준판의 마크 (MK) 의 중앙에 위치하고 있는 모양을 나타낸다.
주제어장치 (90) 에서는 이 파형신호파형을 포착하기에 앞서, 측장축 (BI3Y) 의 간섭계를 리셋한다. 리셋동작은, 다음에 사용하는 측장축이 웨이퍼 스테이지측면을 조사할 수 있도록 된 시점에서 실행할 수가 있다.
이로써, 측장축 (BI1X,BI3Y) 을 이용한 좌표계 (제 2 스테이지 좌표계) 에 있어서의 기준마크판 (FM1)상의 마크 (MK1,MK3) 의 좌표위치와, 레티클 (R) 상 마크 (RMK) 의 웨이퍼면상 투영상 좌표위치가 검출된다.
예컨대, 마크 (MK1 및 MK3) 가 얼라인먼트 현미경으로 관측되고 있을 때의 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 제 2 스테이지 좌표계에서의 측정치가 (X1,Y1) 이고,또한 레티클 얼라인먼트 마크 (RMK1) 위치에 대한 마크 (MK1) 의 상대위치 및 레티클 얼라인먼트 마크 (RMK3) 의 투영위치에 대한 마크 (MK1) 의 상대위치가 얼라인먼트 현미경으로 검출된다. 여기서, 레티클 (R)상의 마크 (RMK1 및 RMK3) 가 웨이퍼면상에 투영되어 생긴 두개의 상의 중심위치는, 레티클패턴의 노광위치, 즉 투영광학계의 투영중심을 의미하여, 또한 마크 (MK1 및 MK3) 의 중앙에 MK2 가 위치하기 때문에, 웨이퍼 스테이지 (WS1) 가 (X1,Y1) 에 있을 때의 레티클패턴의 노광위치와 기준판 (FM) 의 마크 (MK2) 와의 상대위치도 계산에 의해 구할 수 있다.
그리고, 주제어장치 (90) 에서는, 먼저 구한 기준판 (FM1) 상 마크 (MK2) 에 대한 각 쇼트의 상대위치관계와, 노광위치와 기준판 (FM1) 상 마크 (MK1, MK3) 좌표위치의 상대관계로부터, 최종적으로 노광위치와 각 쇼트의 상대위치관계를 산출한다. 그 결과에 따라, 도 21 에 나타내는 바와 같이 웨이퍼 (W1)상의 각 쇼트의 노광이 실시된다.
이와 같이, 간섭계의 리셋동작을 실시해도 고정밀도 얼라인먼트가 가능한 이유는 다음과 같다. 얼라인먼트계 (24a) 에 의해 기준마크판 (FM1)상의 기준마크를 계측한 후, 웨이퍼 (W1)상의 각 쇼트영역의 얼라인먼트마크를 계측함으로써, 기준마크와 웨이퍼마크의 계측에 의해 산출된 가상위치와의 간격을 동일한 센서에 의해 산출하고 있다. 이 시점에서 기준마크와 노광해야 할 위치의 상대거리가 구해지는 점에서, 노광전에 레티클 얼라인먼트 현미경 (142,144) 에 의해 노광위치와 기준마크위치와의 대응이 유지되어 있으면, 그 값에 상기 상대거리를 더함으로써 Y축방향의 간섭계의 간섭계빔이 웨이퍼 스테이지의 이동중에 끊어져 다시 리셋을 실시했다고 하더라도 고정밀도의 노광동작을 실시할 수 있는 것이다.
그리고, 기준마크 MK1∼MK3 은 항상 동일한 기준판상에 있기 때문에, 묘획오차 (drawing error) 를 미리 구해두면 오프셋 관리만으로 변동요인은 없다. 또한, RMK1, RMK2 도 레티클 묘획오차에 의한 오프셋을 가질 가능성이 있는데, 예컨대, 일본 공개특허공보 평5-67271호에 개시되어 있는 바와 같이, 레티클얼라인먼트시에 복수마크를 이용하여 묘획오차의 경감을 실시하는데, 레티클마크묘획오차를 미리 계측해두면, 마찬가지로 오프셋관리만으로 대응할 수 있다.
또한, 얼라인먼트종료위치로부터 도 8 의 위치에 웨이퍼 스테이지 (WS1) 가 이동하는 사이에 측장축 (BI4Y) 이 끊어지지 않는 경우에는, 측장축 (BI1X,BI4Y) 의 계측치를 모니터하면서, 얼라인먼트종료후에 바로 도 8 의 위치까지 웨이퍼 스테이지 (WS1) 를 직선적으로 이동시켜도 됨은 물론이다. 이 경우, 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 Y축과 직교하는 반사면 (21) 에 투영광학계 (PL) 의 광축 (AX) 을 통과하는 측장축 (BI3Y) 이 겹쳐진 시점이후, 레티클 얼라인먼트 현미경 (144,142) 에 의한 기준마크판 (FM1) 상 마크 (MK1,MK3) 와 그에 대응하는 레티클상 마크 (RMK1,RMK3) 의 웨이퍼면상 투영상의 상대위치검출로부터 이전의 어느 시점에서 간섭계 리셋동작을 실시하도록 하여도 된다.
상기와 동일하게 하여, 노광종료위치로부터 웨이퍼 스테이지 (WS2) 를 도 8 에 나타내는 우측 로딩포지션까지 이동시켜, 측장축 (BI5Y) 의 간섭계의 리셋동작을 실시하면 된다.
또한, 도 11 에는 웨이퍼 스테이지 (WS1) 상에 지지된 웨이퍼 (W1)상의 각 쇼트영역을 순차적으로 노광하는 노광 시퀀스의 타이밍의 일례를 나타내고 있으며, 도 12 에는 이것과 병렬적으로 실시되는 웨이퍼 스테이지 (WS2) 상에 지지된 웨이퍼 (W2)상의 얼라인먼트 시퀀스의 타이밍을 나타내고 있다. 본 제 1 실시형태에서는 두개의 웨이퍼 스테이지 (WS1,WS2) 를 독립적으로 2차원방향에 이동시키면서, 각 웨이퍼 스테이지상의 웨이퍼 (W1,W2) 에 대해 노광 시퀀스와 웨이퍼교환·얼라인먼트 시퀀스를 병행하여 실시함으로써 스루풋의 향상을 도모하고 있다.
그러나, 두개의 웨이퍼 스테이지를 사용하여 두가지 동작을 동시병행처리하는 경우는, 일측의 웨이퍼 스테이지상에서 실시되는 동작이 외란요인으로서 타측의 웨이퍼 스테이지에서 실시되는 동작에 영향을 미치는 경우가 있다. 또, 반대로 일측의 웨이퍼 스테이지상에서 실시되는 동작이 타측의 웨이퍼 스테이지에서 실시되는 동작에 영향을 주지 않는 동작도 있다. 따라서, 본 제 1 의 실시형태에서는 병행처리하는 동작내에서, 외란요인이 되는 동작이 되지 않는 동작으로 나누어 외란요인이 되는 동작끼리, 또는 외란요인이 되지 않는 동작끼리가 동시에 이루어지도록 각 동작의 타이밍조정이 도모된다.
예를 들어, 스캔노광중에는 웨이퍼 (W1) 와 레티클 (R) 을 등속으로 동기주사시키는 점에서 외란요인이 되지 않는 상에서, 외부로부터의 외란요인을 극력 배제할 필요가 있다. 이 때문에, 일측 웨이퍼 스테이지 (WS1) 상에서의 스캔노광중에는, 타측 웨이퍼 스테이지 (WS2)상의 웨이퍼 (W2) 로 이루어지는 얼라이먼트 시퀀스에 있어서 정지상태가 되도록 타이밍조정이 이루어진다. 즉, 얼라이먼트 시퀀스에 있어서의 마크계측은 웨이퍼 스테이지 (WS2) 를 마크위치에서 정지시킨 상태로 이루어지므로 스캔노광로서 외란요인이 되지 않고, 스캔노광중에 병행하여 마크계측을 할 수 있다. 이것을 도 11 및 도 12 에서 보면, 도 11 에 있어서의 웨이퍼 (W1) 에 대하여 동작번호「1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23」으로 표시되는 스캔노광과, 도 12 에 있어서의 웨이퍼 (W2) 에 대하여 동작번호「1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23」으로 표시되는 각 얼라이먼트 마크위치에 있어서의 마크계측동작이 상호 동기되어 이루어지는 것을 알 수 있다. 한편, 얼라이먼트 시퀀스에 있어서도, 스캔노광중에는 등속운동이므로 외란이 되지 않는 고정도 계측이 이루어지게 된다.
또한, 웨이퍼교환시에 있어서도, 동일한 것을 생각할 수 있다. 특히, 로드아암에서 웨이퍼를 센터업으로 수수할 때 발생되는 진동 등은, 외란요인이 될 수 있으므로, 스캔노광전, 또는 동기주사가 등속도로 이루어지게 되는 전후의 가감속시 (외란요인이 됨)에 맞추어 웨이퍼를 수수하도록 할 수도 있다. 전술한 타이밍조정은 주제어장치 (90) 에 의해서 이루어진다.
다음으로, 본 제 1 실시형태의 투영노광장치 (10) 에 있어서 얼라인먼트계 (24a) 에 형성된 AF/AL 계 (130), 또는 얼라인먼트계 (24b) 에 형성된 AF/AL 계 (134) 를 이용하여 얼라인먼트시에 웨이퍼의 AF 를 계측하고, 이 계측결과와 투영광학계 (PL) 에 형성된 AF/AL 계 (132) 에 의한 웨이퍼의 AF 계측결과를 토대로 하여, 노광시에 포커스·레벨링제어를 행하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.
웨이퍼 (W)상의 각 쇼트영역에 대한 노광순서는, 전술한 바와 같이 ① 스캔시에 가감속시간, ② 정정시간, ③ 노광시간, ④ 인접쇼트에 대한 스텝핑시간 등의① ∼ ④ 의 각 파라미터에 의해 결정되는데, 일반적으로 레티클 스테이지의 가감속이 율속조건이 되므로, 종스텝핑 (도 13 의 Y 방향에 대한 스텝핑) 에 의하여 2 쇼트스텝핑이 이루어지지 않는 경우에는, 웨이퍼를 ±Y 방향에 교대로 주사하는 (도 13 의 X 방향에 인접하는 쇼트를 순차적으로 주사노광함) 것이 가장 효율이 좋아진다.
도 13 에는, 이렇게 하여 결정된 웨이퍼 (W1)상의 쇼트영역 (210) 의 노광순서가 표시되어 있다. 이 도 13 은 웨이퍼 (W1) 내에 모든 쇼트배열이 들어가 있는 경우의 예이다.
본 실시형태에 있어서도, 각 쇼트영역의 노광에 앞서 미국특허 제 5,448,332 호에 대응하는 일본 공개특허공보 평 6-283403 호 등에 기재되어 있는 것과 같은 완전선독제어가 이루어지는 것이나, 도 13 에 나타내어진 것과 같은 가장 효율이 좋은 노광순서로 노광하면, 도 13 중의 부호 A, B, C로 나타내어지는 각 위치에서는, 선독용의 AF 검출점이 웨이퍼 (W1) 의 외주에 겹쳐지므로, 부분적으로 웨이퍼 (W1) 의 면상을 계측 (검출) 할 수 없는 AF 검출점이 발생한다. 이러한 경우에는 상기의 완전선독제어를 할 수 없다.
이를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 도 14a, 14b, 14c 에는 도 13 중에 A, B, C 로 표시되는 각 위치에서 선독용의 AF 계측을 행하는 경우의 확대평면도가 각각 나타내어져 있다. 또한, 실제로는 레티클상의 조명영역 (IA) 에 공액인 노광영역 (IF 및 AF) 의 검출점 (AF1∼AF5) 등이 고정되어 있고, 이것들에대하여 웨이퍼 (W1) 가 주사되는데, 편의상, 도 14a, 14b, 14c 에서는 노광영역 (IF 및 AF) 검출점이 웨이퍼면에 대하여 주사되도록 도시되어 있다. 따라서, 이하에서는, 실제의 웨이퍼 (W1) 의 주사방향과 반대되는 방향을 스캔방향으로 하여 설명하기로 한다.
이 경우, 노광영역 (IF) 의 주사방향 (지면의 상하방향) 의 일방측에는, 제 2 검출계로서의 AF 검출점 (AF1∼AF5) 이 비주사방향 (지면의 좌우방향) 으로 배열되고 (도 14a 참조), 또한 노광영역 (IF) 의 주사방향의 타방측에는, 제 2 검출계로서의 AF 검출점 (AB1∼AB5) 이 비주사방향으로 배열되어 있는 것으로 하는 (도 14b 참조).
도 14a 에 있어서 +Y 방향으로 스캔하면서 AF 계측을 실시하는 경우, 검출점 (AF1 및 AF2) 이 웨이퍼 (W1) 면상을 벗어나 있고, 또한, 도 14b 와 14c 의 경우에도 웨이퍼 (W1) 면상을 검출점 (AB1∼AB5, AF4 및 AF5) 이 벗어나 있는 점에서, 전술한 선독제어를 실시할 수 없게 된다.
이러한 경우, 종래에는 상기 A, B, C 의 위치에 있어서 검출점이 웨이퍼 (W1) 면상에서 벗어나지 않도록 하기 위하여, 웨이퍼 (W1) 의 내측에서 외측으로 향하여 스캔 (내스캔이라고 함) 을 실시하도록 스캔방향을 반전시키나, 스캔방향을 반전시키면, 상기와 같이 결정된 노광순서가 변경되는 결과, 스루풋이 저하한다고 하는 문제점이 있다.
여기에서, 웨이퍼 스테이지 (WS) 에 의하여 이동되는 웨이퍼 표면의 바깥테두리가 AF 계의 검출부에 들어가 있을 때의 AF 계의 출력 (웨이퍼 표면의 Z 방향위치) 결과의 일례를 도 15 에 나타낸다.
이러한 스루풋의 저하를 방지하기 위하여, 도 15 (비교예) 에 나타낸 바와 같이, 선독용의 AF 검출점 (예컨대, AF1∼AF5) 이 모든 웨이퍼의 면상에 존재하여 계측할 수 있게 된 시점 (D) 에서 AF 계측을 시작하고, 오토포커스, 오토레벨링제어 (이하, AF/AL 제어라고 함) 를 실시하는 방법을 채용하면, AF/AL 의 추종 위상지연에 의한 오차가 추종종료점 (E∼F) 사이에서 발생한다. 또한, 이 도 15 에 있어서의 점 (E) 는, 정상적인 선독제어가 실시되는 경우의 추종완료위치를 나타낸 것이고, 이로써 분명해지듯이 이러한 AF 계측에서는 AF/AL 제어정밀도를 악화시키는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 제 1 실시형태에서는 웨이퍼노광시의 선독제어에 앞서, 얼라인먼트계 (24a) 에 설치된 AF/AL 계 (130), 또는 얼라인먼트계 (24b) 에 설치된 AF/AL 계 (134) 를 이용하여 얼라인먼트시에 웨이퍼 (W1) 의 AF 계측을 노광시와 동일한 조건에서 실시함으로써, 상기의 AF/AL 의 추종 위상지연에 의한 오차로 AF/AL 제어정밀도의 악화를 방지하고자 하는 것이다. 또한, 상기 AF/AL 계 (130) 또는 AF/AL 계 (134) 에는, 전술한 투영광학계 (PL) 에 설치되고 있는 것과 동일한 조건으로 웨이퍼 (W1) 표면을 AF/AL 계측할 수 있는 제 1 검출계로서의 AF 검출점 (AF1∼AF5 에 상당: 도 14a 참조) 및 AF 검출점 (AB1∼AB5 에 상당: 도 14b 참조) 을 갖고 있다.
즉, 도 16 에 나타낸 바와 같이, 얼라인먼트가 실시되는 웨이퍼 (W1) 에서는, EGA 의 계측점수가 AL1∼AL6 (6 점) 이고, 그 사이에 노광 시퀀스와 같은 방향에서 AF 계측이 계측점 C, A, B 에서 이루어진다. 이 경우에도, 2개의 기판 스테이지의 동작이 서로 영향을 주지 않도록 하기 위하여, 스텝핑동작끼리 (외란요인동작끼리), 또는 노광동작과 얼라인먼트동작 (비외란요인동작) 끼리를 동기시킴과 동시에, 서로 간섭하지 않은 순서로 스테이지를 이동하도록 하고 있다. 이 경우, 노광시간> 얼라인먼트시간 + 선독계측시간으로 되어 있는 것으로 한다.
도 17 에는, 도 16 의 A 점에 있어서의 본 발명의 특징인 얼라인먼트시의 AF 계측에 의한 검출점 (AF1∼AF5) 까지의 계측결과가 나타나 있다. 도 17 에서는, 도면을 간략화하기 위하여, 웨이퍼면의 위치를 레벨링을 0 으로 나타내었으나, 통상은 AF1∼AF5 까지의 결과가 제각각인 것이 일반적이다.
이 경우, 도 14a 에 나타내어진 바와 같이, 검출점 (AF4 및 AF5) 으로서는, AF 계측을 정상적으로 실시할 수 있으므로, 도 17 에 있어서도 그 AF 계측치는 웨이퍼면 위치를 나타내고 있다. 이에 대하여, 검출점 (AF3, AF2, AF1) 은 주사방향으로 이동함에 따라서 순차적으로 웨이퍼면 위치를 나타내게 된다. 이렇게 하여, 웨이퍼 외주근방의 쇼트영역의 포커스계측을 앞서 실시해 두면, 다음의 노광 시퀀스에서는, 예를 들어 도면 16 중의 A, B, C의 각 위치에 있어서 어떠한 계측치를 나타내는지를 알기 위하여, 실제의 노광시의 선독제어를 실시할 때에는, 도 18 에 나타낸 바와 같이, 도 15 경우에 비하여 웨이퍼면 위치의 계측재현성에 대한 오차 범위내에서 웨이퍼위치를 목표위치 (0) 에 근접시켜 놓을 수 있다. 즉, 포커스의 구동을 신속하게 실시할 수 있다.
원래 오토포커스의 추종제어응답은, 일본 공개특허공보 평 6-283403 호에나타난 바와 같이, 1 차 응답으로서 절대오차의 30 % 정도를 추종할 수 있는 조건으로서, 초기의 절대치오차를 작게 함으로써 추종종료점 (F) 이 빨라지고, 정상적인 선독제어가 실시되고 있을 때의 추종완료점 (E) 보다도 더욱 전에 추종을 종료시킬 수 있게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 제 1 실시형태의 투영노광장치 (10) 에 의하면, 웨이퍼를 지지하는 2 개의 웨이퍼 스테이지를 독립적으로 이동시키고, 일측 스테이지상에서 웨이퍼교환 및 얼라인먼트동작을 실시하고, 타측 스테이지상에서 노광동작을 병행하여 실시하며, 상기의 얼라인먼트시에 얼라인먼트계의 AF/AL 계를 사용하여 웨이퍼면의 AF 계측을 실시하는 것으로 하고, 양방의 동작이 종료된 시점에서, 서로의 동작을 전환시키는 것으로 하였기 때문에, 웨이퍼 외주로 포커스계측을 사전에 실시하고, 그 결과를 이용함으로써, 노광시에 선독위치에 웨이퍼 표면이 없는 것 같은 웨이퍼 외주 근방에서 웨이퍼의 외측에서 내측으로 향하여 스캔노광하는 쇼트영역이더라도 포커스가 신속한 구동이 가능하고, 선독제어의 추종지연을 방지할 수 있다. 따라서, 고정밀도로 포커스, 레벨링제어를 할 수 있음과 동시에, 웨이퍼 외주 근방의 쇼트영역을 웨이퍼의 외측에서 내측으로 향하여 스캔노광하는 경우이더라도 내스캔을 채용할 필요가 없어 가장 효율적인 노광순서로 각 쇼트영역을 노광시킬 수 있으므로 스루풋의 향상이 가능하다.
또한, 상기의 얼라인먼트시의 AF 계측은 외주쇼트의 주사노광시와 동일한 방향부터 주사하면서 실시되므로, 스테이지의 주행방향 등에 의존한 옵셋 등을 제거한 포커스제어가 가능해진다.
또한, 상기의 제 1 실시형태의 투영노광장치 (10) 에 의하면, 2 매의 웨이퍼를 각각 독립적으로 지지하는 2 개의 웨이퍼 스테이지를 구비하여, 이들 2 개의 웨이퍼 스테이지를 XYZ 방향으로 독립적으로 이동시켜, 일측 웨이퍼 스테이지에서 웨이퍼교환과 얼라인먼트동작을 실행하는 사이에, 타측 웨이퍼 스테이지에서 노광동작을 실행하는 것으로 하여, 양쪽의 동작이 종료한 시점에서 서로의 동작을 전환하도록 하는 점에서, 스루풋을 대폭 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 상기의 동작을 전환시킬 때, 전환후의 동작으로 사용할 수 있는 측장축의 간섭계를 리셋함과 동시에 웨이퍼 스테이지상에 배치된 기준마크판의 계측시퀀스까지도 실시하게 한 점에서, 간섭계시스템의 측장축이 웨이퍼 스테이지의 반사면 (이동경을 별도로 설치하는 경우에는, 상기 이동경) 으로부터 벗어나도 특별한 문제가 없고, 웨이퍼 스테이지의 반사면 (이동경을 별도로 설치하는 경우에는 이동경) 을 짧게 하는 것이 가능해지므로, 웨이퍼 스테이지의 소형화를 용이하게 실현할 수 있으며, 구체적으로는 웨이퍼 스테이지의 1 변의 길이를 웨이퍼직경보다 약간 큰 정도의 크기로까지 소형화할 수 있으며, 이로써 독립적으로 가동할 수 있는 2 개의 웨이퍼 스테이지를 장치에 용이하게 형성할 수 있게 되는데 부가하여, 각 웨이퍼 스테이지의 위치결정성능을 향상시킬 수 있게 된다.
더구나, 노광동작이 실시되는 쪽의 웨이퍼 스테이지에 대하여는, 측장용 간섭계 리셋과 동시에 투영광학계 (PL) 를 통한 레티클얼라인먼트 현미경 (142, 144) (노광 광얼라인먼트센서) 에 의하여 기준마크판상의 마크계측을 실시하고, 웨이퍼교환·얼라인먼트동작이 실시되는 쪽의 웨이퍼 스테이지에 대해서는 측장용간섭계 세트와 동시에 얼라인먼트계 (24a 또는 24b) (오프액시스 얼라인먼트센서) 에 의하여 기준마크판상의 마크계측을 실시하는 점에서, 각 얼라인먼트계에 의한 얼라인먼트, 투영광학계에 의한 노광시에도 웨이퍼 스테이지의 위치를 관리하는 간섭계 측장축을 전환시킬 수 있게 된다. 이 경우에 있어서, ① 기준마크판상의 마크계측을 얼라인먼트계 (24a 또는 24b) 로 실시할 때, 상기 마크의 좌표위치를 제 1 스테이지 좌표계상에서 계측하고, ② 그 후에 웨이퍼상의 샘플쇼트의 얼라인먼트마크를 검출하여 EGA 연산에 의하여 각 쇼트의 배열좌표 (노광용 좌표위치) 를 제 1 스테이지 좌표계상에서 구하고, ③ 상기의 ① 과 ② 의 결과로부터, ら 기준마크판상의 마크와 각 쇼트의 노광용 좌표위치의 상대위치관계를 구하고, ④ 노광 전에 레티클얼라인먼트 현미경 (142, 144) 에 의하여 투영광학계 (PL) 를 통하여 기준마크판상의 마크와 레티클 투영좌표위치와의 상대위치관계를 제 2 스테이지 좌표계상에서 검출하고, ⑤ 상기의 ③ 과 ④ 를 이용하여 각 쇼트의 노광을 실시하게 하였기 때문에, 웨이퍼 스테이지의 위치를 관리하는 간섭계 측장축을 전환하더라도 고정밀도로 노광을 실시할 수 있다. 이 결과, 종래와 같은 투영광학계의 투영중심과 얼라인먼트계의 검출중심의 간격을 계측하는 베이스라인 계측을 실시하지 않는 일없이, 웨이퍼의 위치맞춤이 가능해지고, 일본 공개특허공보 평 7-176468호에 기재되어 있는 것과 같은 큰 기준마크판의 탑재도 필요 없게 된다.
또한, 상기의 제 1 실시형태에 의하면, 투영광학계 (PL) 를 사이에 두고 마크검출을 실시하는 적어도 2 개의 얼라인먼트계를 구비하고 있기 때문에, 2 개의 웨이퍼 스테이지를 교대로 비키어 놓음으로써, 각 얼라인먼트계를 교대로 사용하여 실시되는 얼라인먼트동작과 노광동작을 병행처리할 수 있게 된다.
또한, 상기의 제 1 실시형태에 의하면, 웨이퍼교환을 실시하는 웨이퍼로더가 얼라인먼트계의 부근, 특히 각 얼라인먼트위치에서 실시할 수 있도록 배치되어 있기 때문에, 웨이퍼교환에서 얼라인먼트 시퀀스로의 이행이 원만하게 실시되어 보다 높은 스루풋을 얻을 수 있다.
더구나, 상기의 제 1 실시형태에 의하면, 상술한 높은 스루풋이 얻어지므로, 오프액시스의 얼라인먼트계를 투영광학계 (PL) 로부터 멀리 떨어뜨려 설치한다 해도 스루풋에 대한 열화 영향이 거의 없어진다. 이로써, 큰 N.A. (개구수) 이면서, 또한 수차 (收差) 가 작은 직통형 (直筒型) 의 광학계를 설계하여 설치할 수 있게 된다.
또한, 상기의 제 1 실시형태에 의하면, 2 개의 얼라인먼트계 및 투영광학계 (PL) 의 각 광축의 거의 중심을 계측하는 간섭계로부터의 간섭계빔을 각 광학계마다 갖고 있기 때문에, 얼라인먼트시나 투영광학계를 통한 패턴노광시의 어느 한 경우에도 2 개의 웨이퍼 스테이지 위치를 아베오차가 없는 상태에서 각각 정확히 계측할 수가 있어, 2 개의 웨이퍼 스테이지를 독립적으로 이동시킬 수 있게 된다.
나아가, 2 개의 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 가 병렬된 방향 (여기에서는 X 축방향) 을 따라서, 양측에서 투영광학계 (PL) 의 투영중심으로 향하여 설치된 측장축 (BI1X, BI2X) 은, 항상 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 에 대하여 조사되고, 각 웨이퍼 스테이지의 X 축방향의 위치를 계측하기 위하여, 2 개의 웨이퍼 스테이지가 서로 간섭하지 않도록 이동제어할 수 있게 된다.
게다가, 상기의 측장축 (BI1X, BI2X) 에 대하여 얼라인먼트계의 검출중심 또는 투영광학계 (PL) 의 투영중심위치를 향하여 수직으로 교차되는 방향 (여기서는 Y 축방향) 에 측장축 (BI3Y, BI4Y, BI5Y) 이 조사되도록 간섭계가 배치되고, 웨이퍼 스테이지를 이동시켜 반사면에서 측장축이 벗겨진다 해도, 간섭계를 리셋함으로써 웨이퍼 스테이지를 정확히 위치제어할 수 있게 된다.
그리고, 2 개의 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 상에는, 각각 기준마크판 (FM1, FM2) 이 형성되고, 그 기준마크판상의 마크위치와 웨이퍼상의 마크위치를 앞서 얼라인먼트계로 계측함으로써 얻어지는 보정좌표계와의 간격을, 노광전의 기준판계측 위치에 대하여 각각 가산함으로써, 종래와 같은 투영광학계와 얼라인먼트계의 간격을 계측하는 베이스라인 계측을 하지 않고 웨이퍼의 위치맞춤을 할 수 있게 되고, 일본 공개특허공보 평 7-176468 호에 기재되어 있는 것과 같은 큰 기준마크판의 탑재도 필요 없게 된다.
또한, 상기의 제 1 실시형태에 의하면, 여러 장의 레티클 (R) 을 사용하여 이중노광을 실시함으로써, 고해상도와 DOF (초점심도) 의 향상효과를 얻을 수 있다. 그러나, 이 이중노광법은 노광공정을 적어도 두 번 반복해야 하기 때문에, 노광시간이 길어져 스루풋이 대폭 저하되나, 본 제 1 실시형태의 투영노광장치를 사용함으로써, 스루풋을 대폭 개선할 수 있기 때문에 스루풋을 저하시키지 않고 고해상도와 DOF의 향상효과를 얻을 수 있다. 예를 들어, T1 (웨이퍼교환시간), T2 (서치얼라인먼트시간), T3 (파인얼라인먼트시간), T4 (1 회의 노광시간) 에 있어서, 8 인치 웨이퍼에 있어서의 각 처리시간을 T1: 9 초, T2: 9 초,T3: 12 초, T4: 28 초로 할 경우, 1 개의 웨이퍼 스테이지를 사용하여 일련의 노광처리가 이루어지는 종래 기술에 의하여 이중노광이 실시되면, 스루풋 (THOR) = 36O0/(T1+T2+T3+T4×2) = 3600/(30+28x2) = 41 [매/시]이 되고, 1 개의 웨이퍼 스테이지를 사용하여 일중노광법을 실시하는 종래장치의 스루풋 (THOR) = 36OO/ (T1+T2+T3+T4) = 3600/58 = 62 [매/시] 에 비하여 스루풋이 66 % 까지 저하된다. 그런데, 본 제 1 실시형태의 투영노광장치를 이용하여 T1, T2, T3 과 T4 를 병렬처리하면서 이중노광을 실시하는 경우, 노광시간만을 고려하면 되므로, 스루풋 (THOR) = 3600/ (28+28) = 64 [매/시]가 되는 점에서, 고해상도와 DOF의 향상효과를 유지하면서 스루풋을 개선할 수 있게 된다. 또한, 노광시간이 긴 만큼 EGA 점수를 늘릴 수 있어, 얼라인먼트 정밀도가 향상된다.
또한, 상기의 제 1 실시형태에서는, 본 발명이 이중노광법을 이용하여 웨이퍼의 노광을 실시하는 장치에 적용되는 경우에 대하여 설명하였으나, 이는 전술한 바와 같이, 본 발명의 장치에 의하여 일측 웨이퍼 스테이지측에서 2 장의 레티클로 2 회의 노광을 실시하는 (이중노광) 간에, 독립적으로 가동할 수 있는 타측 웨이퍼 스테이지측에서 웨이퍼교환과 웨이퍼얼라인먼트를 병행하여 실시하는 경우, 종래의 일중노광보다도 높은 스루풋을 얻을 수 있음과 동시에, 해상력의 대폭적 향상이 꾀할 수 있다는 매우 큰 효과가 있기 때문이다. 그러나, 본 발명의 적용범위가 여기에 한정되는 것이 아니고, 일중노광법에 의하여 노광하는 경우에도 본 발명은 바람직하게 적용할 수 있는 것이다. 예를 들어, 8 인치 웨이퍼의 각 처리시간 (T1∼T4) 이 전술한 것과 동일하다면, 본 발명과 같이 2 개의 웨이퍼스테이지를 사용하여 일중노광법으로 노광처리하는 경우, T1, T2, T3 을 1 그룹으로 하고 (계 30 초), T4 (28 초) 와 병렬처리를 실시하면, 스루풋은 THOR = 3600/30 = 120 [매/시] 이 되고, 1 개의 웨이퍼 스테이지를 사용하여 일중노광법을 실시하는 종래의 스루풋 THOR = 62 [매/시]에 비할 때, 거의 배가 되는 높은 스루풋을 얻을 수 있다.
〔제 2 실시형태〕
다음으로, 본 발명의 제 2 실시형태를 도 22 및 도 23 을 통하여 설명하기로 한다. 이 때, 전술한 제 1 실시형태와 동일 또는 동등한 구성부분에 대해서는, 동일 부호를 이용함과 동시에 그 설명을 간략하게 또는 생략하기로 한다.
이 제 2 실시형태에 있어서, 투영노광장치는 도 22 에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 1 변의 길이 (WS2 의 1 변의 길이도 이와 상동) 가, 측장축 (BI4Y) 과 측장축 (BI3Y) 의 상호간 거리 (BL) (측장축 (BI5Y) 와 측장축 (BI3Y) 의 상호간 거리도 이와 동일) 보다 길게 되어 있기 때문에, 얼라인먼트 시퀀스의 종료위치에서 노광 시퀀스의 개시위치까지 웨이퍼 스테이지 (WS1) (또는 WS2) 가 이동하는 사이에, 측장빔 (BI4Y) (또는 BI5Y) 이 스테이지의 반사면에서 끊어지지 않도록 되어 있다는 점에서 특징을 갖는다. 이 때문에, 후술하는 바와 같이, 간섭계의 리셋 후에, 기준마크판의 기준마크를 계측할 수 있다는 점이 전술한 제 1 실시형태의 경우와 다르나, 기타 부분의 구성 등은 전술한 제 1 실시형태의 투영노광장치 (10) 와 동일하게 되어 있다.
도 22 에는, 웨이퍼 스테이지 (WS1) 상 웨이퍼 (W1) 의 얼라인먼트가 종료된 후에 측장축 (BI3Y) 의 간섭계를 리셋하고 있는 상태가 나타내어지고 있다.
이 도 22 로부터도 분명히 알 수 있듯이, 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 위치를 관리하고 있는 측장축 (BI1X, BI4Y) 의 간섭계는 얼라인먼트계 (24a) 에 의한 웨이퍼 (W1) 의 파인얼라인먼트 (전술한 EGA에 의하여 실시됨) 동작 이후, 간섭계빔이 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 Y축방향 일단면에 형성된 반사면에서 벗어나는 일이 없으므로, 주제어장치 (90) 에서는 측장축 (BI1X, BI4Y) 의 간섭계의 계측치를 모니터하면서 웨이퍼 스테이지 (WS1) 를 얼라인먼트의 종료위치로부터 투영렌즈 (PL) 아래에 기준마크판 (FM1) 이 위치하는 도 22 의 위치까지 이동시킨다. 이 때, 기준마크판 (FM1) 을 투영렌즈 (PL) 의 바로 아래에 위치결정하기 직전에 측장축 (BI3Y) 의 간섭계빔이 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 반사면에서 반사되게 된다.
이 경우, 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 위치제어는 측장축 (BI1X, BI4Y) 의 간섭계의 계측치를 토대로 하여 실시되고 있기 때문에, 전술한 제 1 실시형태의 경우와 달리, 주제어장치 (90) 에서는 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 위치를 정확히 관리할 수 있고, 이 시점 (기준마크판 (FM1) 을 투영렌즈 (PL) 의 바로 아래에 위치결정하기 직전) 에서 측장축 (BI3Y) 의 간섭계를 리셋한다. 리셋종료후, 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 위치제어는 측장축 (BI1X, BI3Y) 의 간섭계의 계측치를 토대로 하여 실시되게 된다 (제 1 스테이지 좌표계에서 제 2 스테이지 좌표계로 좌표계의 전환이 이루어짐).
그 후, 주제어장치 (90) 에서는 도 22 에 나타내어진 위치에 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 위치를 결정하고, 레티클현미경 (142, 144) 을 이용하여 전술한 제1 실시형태의 경우와 같이, 노광광을 이용하여 기준마크판 (FM1)상의 마크 (MK1, MK3) 와 그에 대응하는 레티클상의 마크 (RMK1, RMK3) 의 웨이퍼면상 투영상의 상대위치검출, 즉 마크 (MK1, MK3) 와 노광위치 (투영광학계 (PL) 의 투영중심) 과의 상대위치관계를 검출한 후, 앞서 요구되고 있는 기준마크판 (FM1)상의 마크 (MK2) 에 대한 각 쇼트의 상대위치관계와 노광위치와 기준마크판 (FM1)상의 마크 (MK1, MK3) 좌표위치의 상대위치관계에서 최종적으로 노광위치와 각 쇼트의 상대위치관계를 산출하여, 그 결과에 따라서 노광 (전술한 이중노광) 을 실시한다 (도 21 참조).
이 노광중에, 노광위치에 따라서 측장축 (BI4Y) 은 반사면에서 벗어나 계측을 할 수 없게 되는데, 이미 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 위치제어를 위한 측장축의 전환이 실시되고 있기 때문에 문제는 없다.
이렇게 하여, 일측 웨이퍼 스테이지 (WS1) 측에서 노광 시퀀스의 동작이 실시되고 있는 동안, 타측 웨이퍼 스테이지 (WS2) 는 측장축 (BI2X, BI5Y) 의 간섭계의 계측치를 기초로 하여 위치제어가 이루어지고 있고, W 교환시퀀스 및 웨이퍼얼라인먼트 시퀀스가 실행되고 있다. 이 경우, 웨이퍼 스테이지 (WS1) 측에서는, 전술한 바와 같이, 이중노광이 실시되기 때문에 웨이퍼 스테이지 (WS2) 측의 웨이퍼교환시퀀스 및 웨이퍼얼라인먼트 시퀀스의 동작쪽이 먼저 종료되고, 웨이퍼 스테이지 (WS2) 는 그 후 대기상태로 되어 있다.
웨이퍼 (W1) 의 노광이 모두 종료된 시점에서, 주제어장치 (90) 에서는 측장측 (BI1X, BI3Y) 의 간섭계의 계측치를 모니터하면서, 측장측 (BI4Y) 의 간섭계빔이 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 반사면에서 반사되는 위치까지 웨이퍼 스테이지 (WS1) 를 이동하고, 측장축 (BI4Y) 의 간섭계를 리셋한다. 리셋동작종료후에, 주제어장치 (90) 에서는 다시 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 제어를 위한 측장축 (BI1X, BI4Y) 으로 전환하여 웨이퍼 스테이지 (WS1) 를 로딩포지션으로 이동한다.
이 이동 중에, 이번에는 측장축 (BI3Y) 의 간섭계빔이 반사면에서 벗어나 계측할 수 없게 되나, 이미 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 위치제어를 위한 측장축의 전환이 실시되고 있기 때문에 문제는 없다.
주제어장치 (90) 에서는, 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 로딩포지션을 향하여 이동시키는 것과 병행하여, 웨이퍼 스테이지 (WS2) 의 기준마크판 (FM2) 을 투영광학계 (PL) 의 아래로 위치결정을 할 수 있도록, 웨이퍼 스테이지 (WS2) 의 이동을 시작한다. 이 이동 도중에서, 전술한 바와 동일하게 하여 측장축 (BI3Y) 의 간섭계의 리셋을 실행하고, 그 후에 전술과 한 바와 동일하게 하여, 레티클현미경 (142, 144) 을 이용하여 기준마크판 (FM2)상의 마크 (MK1, MK3) 와 그것에 대응하는 레티클상마크 (RMK1, RMK3) 의 웨이퍼면상 투영상의 상대위치검출, 즉 마크 (MK1, MK3) 와 노광위치 (투영광학계 (PL) 의 투영중심) 와의 상대위치관계를 검출한 후, 앞서 요청되고 있는 기준마크판 (FM2)상의 마크 (MK2) 에 대한 각 쇼트의 상대위치관계와 노광위치와 기준마크판 (FM2)상의 마크 (MK1, MK3) 좌표위치의 상대위치관계로부터 최종적으로 노광위치와 각 쇼트의 상대위치관계를 산출하고, 그 결과에 따라서 노광 (전술한 이중노광) 을 개시한다.
도 23 에는, 이렇게 하여 웨이퍼 스테이지 (WS1) 가 로딩포지션까지 이동되고, 웨이퍼 스테이지 (WS2) 측에서 노광 시퀀스의 동작이 실시되고 있을 때의 상태가 나타내어지고 있다.
이 로딩포지션에서는 제 1 실시형태의 경우와 마찬가지로, 얼라인먼트계 (24a) 의 하에서 기준마크판 (FM1)상의 마크 (MK2) 가 위치부여되도록 되어 있고, 주제어장치 (90) 에서는, 웨이퍼교환 종료와 동시에 제 1 스테이지 좌표계 (BI1X, BI4Y) 상에서 마크 (MK2) 의 좌표위치를 제 1 실시형태의 경우와 동일하게 검출한다. 이어서, 웨이퍼 (W1)상의 마크에 대하여 EGA 계측을 실시하여, 동일한 좌표계에서의 각 쇼트의 좌표위치를 산출한다. 즉, 각 쇼트의 좌표위치에서 기준판 (FM1)상의 마크 (MK2) 의 좌표위치를 줄여 마크 (MK2) 에 대한 각 쇼트의 상대위치관계를 산출한다. 이 시점에서 EGA 동작을 종료하고, 웨이퍼 스테이지 (WS2)상의 웨이퍼 (W2) 의 노광종료를 기다려, 다시 도 22의 상태로 이행하게 된다.
이상에서 설명한 본 제 2 실시형태의 투영노광장치에 의하면, 전술한 제 1 실시형태와 동등한 효과를 얻을 수 있는 것 외에, 얼라인먼트 시퀀스의 동작종료후, 노광 시퀀스의 동작으로 전환할 때의 스테이지의 이동 도중에서 전환전과 전환후에 각각 사용되는 측장축이 동시에 웨이퍼 스테이지의 반사면에서 반사되도록 하고, 또한 노광 시퀀스의 동작종료후, 웨이퍼교환·얼라인먼트 시퀀스의 동작으로 전환할 때의 스테이지의 이동 도중에서 전환전과 전환후에 각각 사용되는 측장축이 동시에 웨이퍼 스테이지의 반사면에서 반사되게 한 점에서, 측장용 간섭계의 리셋후에 투영광학계 (PL) 를 통한 노광광 얼라인먼트센서 (레티클얼라인먼트 현미경 (142, 144)) 에 의하여 기준마크판상의 마크계측을 실시하고, 웨이퍼교환시에도 이에 앞서 측장용 간섭계의 리셋을 실행하고, 웨이퍼교환 종료후에 오프액시스얼라인먼트센서 (얼라인먼트계 (24a, 24b)) 에 의하여 기준판상의 마크계측을 실시할 수 있게 된다. 따라서, 각 얼라인먼트계에 의한 얼라인먼트동작과 투영광학계 (PL) 에 의한 노광동작과의 전환 도중, 및 투영광학계 (PL) 에 의한 노광동작과 웨이퍼교환동작의 전환 도중에, 전환후의 동작에서 사용하는 측장축을 갖는 간섭계에 스테이지제어의 간섭계를 전환할 수 있다. 따라서, 기준마크판상의 마크계측과 동시에 측장축을 전환하고 있던 제 1 실시형태의 경우에 비하여 더욱 스루풋의 향상을 도모할 수 있게 된다.
또한, 상기의 제 1, 제 2 실시형태로서는, 본 발명이 이중노광법을 이용하여 웨이퍼의 노광을 실시하는 장치에 적용되는 경우에 대하여 설명하였으나, 이것은 전술한 바와 같이, 본 발명의 장치에 의하여 일측 웨이퍼 스테이지측에서 2 장의 레티클로 2 회의 노광을 실시하는 (이중노광) 사이에, 독립적으로 가동할 수 있는 타측 웨이퍼 스테이지측에서 웨이퍼교환과 웨이퍼얼라인먼트를 병행하여 실시하는 경우, 종래의 일중노광보다도 높은 스루풋이 얻어짐과 동시에 해상력의 대폭적인 향상을 도모할 수 있다는, 매우 큰 효과가 있기 때문이다. 그러나, 본 발명의 적용범위가 이에 한정되는 것이 아니고, 일중노광법에 의하여 노광하는 경우에도 본 발명은 적합하게 적용할 수 있는 것이다. 예를 들어, 8 인치 웨이퍼의 각 처리시간 (T1∼T4) 이 전술한 바와 같다고 하면, 본 발명과 같이 2 개의 웨이퍼 스테이지를 사용하여 일중노광법으로 노광처리하는 경우, T1, T2, T3 을1 그룹으로 하고 (계 30 초), T4 (28 초) 와 병렬처리를 하면, 스루풋은 THOR = 3600/30 = 120[매/시] 이 되고, 1 개의 웨이퍼 스테이지를 사용하여 일중노광법을 실시하는 종래 장치의 스루풋 THOR = 62[매/시]에 비하여 거의 배가 되는 높은 스루풋을 얻을 수 있게 된다.
또한, 상기의 실시형태로서는, 스텝·앤드·스캔방식으로 주사노광하는 경우에 대하여 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것이 아니고, 스텝 앤드 리피트방식에 의한 정지노광을 실시하는 경우 및 EB 노광장치 또는 X 선 노광장치, 나아가 칩과 칩을 합성하는 스티칭 (stitching) 노광시라도 동일하게 적용할 수 있는 것은 물론이다.
〔제 3 실시형태〕
제 1 실시형태에서는, 2 개의 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 를 사용하여 상이한 동작을 동시에 병행처리하는 점에서, 일측 스테이지에서 실시되는 동작이 타측 스테이지의 동작에 영향 (외란) 을 줄 가능성이 있다. 따라서, 전술한 바와 같이 2 개의 스테이지 (WS1, WS2) 상에서 실시되는 동작의 타이밍을 조정할 필요가 있다.
이 실시형태에서는 도 11, 도 12 및 도 24를 이용하여, 2 개의 스테이지 (WS1, WS2) 상에서 실시되는 동작의 타이밍조정에 대하여 설명하기로 한다. 제 1 실시형태에서 설명한 바와 같이, 도 11 에는 스테이지 (WS1) 상에 지지되는 웨이퍼 (W1)상의 각 쇼트영역을 순차적으로 노광하는 노광 시퀀스의 타이밍의 일례를 나타내고, 도 12 에는 이와 병행처리되는 스테이지 (WS2) 상에 지지되는 웨이퍼 (W2)상의 얼라인먼트 시퀀스의 타이밍을 나타내고 있다.
전술한 바와 같이, 2 개의 스테이지 (WS1, WS2) 에서 실시되는 동작에는 일측 스테이지상에서 실시되는 동작이 타측 스테이지상의 동작에 영향을 주는 외란요인동작과, 반대로 일측 스테이지상에서 실시되는 동작이 타측 스테이지상의 동작에 영향을 주지 않은 비외란요인동작이 있다. 따라서, 본 실시형태로서는 병행처리가 실시되는 동작 중에서, 외란요인동작과 비외란요인동작으로 분리하여, 외란요인동작끼리, 또는 비외란요인동작끼리를 가능한 한 동시에 실시하도록 타이밍조정을 도모하고 있다.
도 24 에 나타내어지는 동작의 타이밍조정을 개시할 때, 먼저 주제어장치 (90) 는 노광동작을 실시하는 투영광학계 (PL) 의 노광위치에 스테이지 (WS1) 에 지지된 웨이퍼 (W1) 의 노광개시위치를 합침과 동시에, 얼라인먼트동작이 실시되는 얼라인먼트계 (24b) 의 검출위치에 스테이지 (WS2) 에 지지된 웨이퍼 (W2)상의 마크의 검출개시위치에 합친 상태로, 스테이지상에서 실행되는 동작개시명령이 입력되는 것을 대기하고 있다.
그리고, 주제어장치 (90) 는 그 동작개시명령이 입력되면, 단계 S2 에 있어서 웨이퍼 (W1) 상에서 실시되는 노광동작이 외란요인이 되지 않은 동작 (비외란요인동작) 인지 아닌지를 판단한다. 여기에서, 웨이퍼 (W1) 상에서 실시되는 스캔노광동작은, 웨이퍼 (W1) 와 레티클 (R) 을 등속으로 동기에 주사시키는 점에서, 다른 스테이지에 영향을 주지 않는 비외란요인동작이다. 그러나, 그 등속스캔 전후의 가감속역 또는 쇼트영역간을 이동할 때의 스텝핑동작중에는, 스테이지 (WS1) 를 가속·감속구동하기 때문에 외란요인동작이 된다. 또한, 웨이퍼 (W2) 상에서 얼라인먼트동작을 실시하는 경우에는, 얼라인먼트계에 마크를 합쳐서 정지상태로 마크계측을 하기 위하여 다른 스테이지에 영향을 주는 것이 없는 비외란요인동작이 되지만, 계측하는 마크간을 이동하는 스텝핑동작은 스테이지 (WS2) 를 가속·감속구동하기 때문에 외란요인동작이 된다.
그래서, 단계 S2 에 있어서, 웨이퍼 (W1) 상에서 실시되는 동작이 스캔노광중과 같이 비외란요인동작의 경우에는, 다른 스테이지 (WS2) 상에서 스텝핑동작 등의 외란요인동작이 실시되면 노광정밀도가 저하되므로, 웨이퍼 (W2) 상에서 병행처리되는 동작으로서 외란요인동작을 배제할 필요가 있다. 따라서, 주제어장치 (90) 는 단계 S2 의 판단이 긍정받을 경우, 웨이퍼 (W2) 상에서 다음에 실시되는 동작이 동시에 실행가능한 비외란요인동작인지 아닌지를 판단한다. 웨이퍼 (W2) 상에서 동시에 실행가능한 비외란요인동작으로는, 예를 들어 정지상태에서 실시되는 마크검출동작이 있다. 이 경우에는, 전술한 비외란요인동작끼리를 동시에 실행하도록 한다 (단계 S6).
또한, 단계 S4 에 있어서, 동작타이밍이 어긋나거나 검출해야 할 마크가 없는 경우에는, 동시에 실행할 수 있는 비외란요인동작이 없기 때문에, 단계 S8 로 이동하여 웨이퍼 (W1) 상에서의 스캔노광동작을 실행하고, 웨이퍼 (W2) 에서의 처리동작을 대기시킨다. 그리고, 주제어장치 (90) 로서는 단계 S10 에 있어서 웨이퍼 (W1, W2) 상에서의 비외란요인동작이 종료되었는지 아닌지를 판단하여, 종료되지 않았으면 단계 S6 으로 되돌아가 상기의 동작이 반복되고, 종료되었으면다음 단계 S12 에서 다음 처리동작의 유무가 판단된다. 단계 S12 에 있어서, 다음 처리동작이 있는 경우에는, 단계 S2 로 되돌아가 상기의 동작이 반복되고, 또한 다음 처리동작이 없는 경우에는 종료된다.
또한, 주제어장치 (90) 는 단계 S2 에 있어서 스테이지 (WS1) 를 스텝핑이동시켜 웨이퍼 (W1)상의 쇼트영역 사이를 이동하는 경우, 이것을 외란요인동작으로 판단하여 단계 S14 로 이행한다. 주제어장치 (90) 는 웨이퍼 (W2) 상에서 다음에 실시되는 동작이 동시에 실행할 수 있는 외란요인동작인지의 여부를 판단한다 (단계 S14). 웨이퍼 (W2) 상에서 동시에 실행할 수 있는 외란요인동작으로서는, 예컨대 계측마크간의 스텝핑이동 등이 있다. 따라서, 단계 S16 에 있어서 상기 한 외란요인동작끼리를 동시에 실행하도록 한다.
또한, 단계 S14 에 있어서 동작타이밍이 어긋나거나 계측마크간의 스텝핑이동이 없는 경우에는, 동시에 실행할 수 있는 외란요인동작이 없기 때문에 단계 S18 로 이행하여 웨이퍼 (W1) 상에서의 스텝핑동작을 실행하고, 웨이퍼 (W2) 상에서의 처리동작을 대기시킨다. 그리고, 주제어장치 (90) 에서는 단계 S20 에 있어서 웨이퍼 (W1,W2) 상에 있어서의 외란요인동작이 종료되었는지의 여부를 판단하여, 종료되어 있지 않으면 단계 S16 로 되돌아가서 상기 동작이 반복 실시되고, 종료되어 있으면 단계 S12 로 이행하여 다음에 처리해야 할 동작의 유무가 판단된다. 단계 S12 에 있어서, 다음의 처리해야 할 동작이 있는 경우에는 다시 단계 S2 로 되돌아가서 상기 동작이 반복되고, 또한 다음에 처리해야 할 동작이 없는 경우에는 종료한다.
다시 도 11 및 도 12 를 이용하여 상기한 2 개의 웨이퍼 (W1,W2) 상에 있어서의 동작타이밍의 일조정예를 설명한다. 우선, 도 11 에 나타내는 웨이퍼 (W1) 상에서는 일점쇄선의 화살표를 따라 동작번호「1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23」으로 나타나는 스캔노광동작 (비외란요인동작) 이 순차적으로 실시된다. 또한, 도 12 에 나타내는 웨이퍼 (W2) 상에서는 이 스캔노광동작에 동기하도록 동작번호「1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23, …」으로 나타나는 각 얼라인먼트마크위치에서 정지상태로 마크계측동작 (비외란요인동작) 이 실시되고 있음을 알 수 있다. 한편, 얼라인먼트 시퀀스에 있어서도 스캔노광중에는 등속운동이므로 외란으로는 되지 않으며, 고정밀도 계측을 실시할 수 있게 된다.
그리고, 도 12 의 얼라인먼트 시퀀스 (EGA) 에서는 각 쇼트영역마다 2 점의 얼라인먼트마크를 계측하고 있으나, 도면중의 얼라인먼트마크에 동작번호가 들어가 있지 않은 것이 있다. 이것은, 예컨대 최초의 얼라인먼트쇼트에 있어서의 하측 마크 (도면중의 동작번호 3) 근방에 다음 얼라인먼트쇼트의 상측 마크 (도면중의 동작번호 4 의 앞) 가 있는 경우에는, 상기 하측 마크와 동시에 상측 마크를 계측하거나 또는 타측 웨이퍼 스테이지 (WS1) 에 대하여 동기정밀도에 영향을 주지 않는 정도의 가속도로 웨이퍼 스테이지 (WS2) 를 미소거리이동시키고 나서 상측 마크를 계측하기 때문에, 같은 동작번호 (여기서는 3) 로 표시되어 있다. 이외의 얼라인먼트마크의 동작번호에 대해서도 동일한 방법으로 계측이 실시되는 것으로 한다.
그리고 도 11 에 나타내는 웨이퍼 (W1) 상에서는, 스캔노광을 실시할 쇼트영역간의 스텝핑이동 (외란요인동작) 이 동작번호「2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22」로 나타나는 타이밍으로 실시되고, 도 12 의 웨이퍼 (W2) 상에서는 이 웨이퍼 (W1) 의 스텝핑이동에 동기하도록, 계측마크간의 스텝핑이동 (외란요인동작) 이 동작번호「2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, …」으로 나타나는 타이밍으로 실시된다.
또한, 도 7 에 나타내는 바와 같이 웨이퍼 (W1) 에서 웨이퍼의 교환동작을 실시하고 웨이퍼 (W2) 에서 스캔노광을 실시하는 경우, 제 1 로드아암 (188) 으로부터 웨이퍼 (W1) 를 센터업 (180) 에 수수할 때에 발생하는 진동 등은 외란요인으로 된다. 그러나, 이 경우에 웨이퍼 (W2) 를 스캔노광의 전후에서 대기시키도록 주제어장치 (90) 가 타이밍조정을 실시하는 것을 생각할 수 있다. 또한, 웨이퍼 (W2) 에 있어서 웨이퍼와 레티클의 동기주사가 등속도로 되는 전후의 가감속시에는 외란요인으로 되기 때문에, 이에 동기시켜 웨이퍼 (W1) 의 수수를 실시하도록 타이밍조정을 실시하여 된다.
이와 같이, 주제어장치 (90) 는 2 개의 스테이지에 각각 지지된 웨이퍼 (W1,W2) 상에서 병행처리하는 동작 중 가능한 한 외란요인이 되는 동작끼리 또는 비외란요인이 되는 동작끼리를 동기하여 실시하도록 동작타이밍을 조정함으로써, 2 개의 스테이지에서 각각의 동작을 병행처리하는 경우라도 서로 외란의 영향을 받지 않도록 할 수 있다. 상술한 타이밍조정은 모두 주제어장치 (90) 에 의해 실시된다.
이어서, 2 개의 웨이퍼 스테이지 (WS1,WS2) 끼리 접촉하는지의 여부의 간섭조건에 대하여 도 25a, 도 25b 를 이용하여 설명한다. 도 25a 에서는 웨이퍼 스테이지 (WS2) 가 투영광학계 (PL) 의 밑에 있어서, 상술한 TTR 얼라인먼트계에 의해 웨이퍼 스테이지 (WS2)상의 기준마크판 (FM2)상의 기준마크를 관찰하고 있는 상태가 나타나 있다. 이 때의 웨이퍼 스테이지 (WS2) 의 좌표위치 (x,y) 를 (0,0) 으로 한다. 기준마크판 (FM2)상의 기준마크로부터 웨이퍼 스테이지 (WS2) 좌단의 X 좌표를 (-Wa) 로 하면, 웨이퍼 스테이지 (WS2) 좌단의 좌표위치는 (-Wa,y) 로 된다.
또한, 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 좌표위치는 마찬가지로 투영광학계 (PL) 의 밑까지 웨이퍼 스테이지 (WS1)상의 기준마크판 (FM1) 을 이동시켜 기준마크를 계측하였을 때의 좌표위치를 (0,O) 으로 하고, 거기에서 도 25a 에 나타내는 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 위치까지의 이동량을 (-Xb) 로 하고, 기준마크판 (FM1) 의 기준마크로부터 웨이퍼 스테이지 (WS1) 우단의 X 좌표를 (Wb) 로 하면, 웨이퍼 스테이지 (WS1) 우단의 좌표위치는 (-Xb＋Wb, y) 로 된다.
여기서 양쪽의 웨이퍼 스테이지 (WS1,WS2) 가 서로 간섭하지 않는 조건으로서는, 웨이퍼 스테이지 (WS2) 의 좌단과 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 우단이 접촉하지 않는 상태이기 때문에, O ＜ -Wa-(-Xb＋Wb) 의 조건식으로 나타낼 수 있다.
또한, 이와 반대로 도 25b 에서는, 웨이퍼 스테이지 (WS1) 를 도 25a 의 상태로부터 (-Xa) 방향으로 소정 거리 이동시켜, 2 개의 웨이퍼 스테이지 (WS1,WS2) 가 중첩된 상태를 상정하고 있다 (실제로 2 개의 웨이퍼 스테이지는 중첩되지 않지만, 각 웨이퍼 스테이지를 독립하여 제어할 때에 각 스테이지의 목표치가 도 25b 와 같이 설정될 가능성이 있다). 이 경우에 있어서의 웨이퍼 스테이지 (WS2) 좌단의 좌표위치는 (-Xa-Wa, y) 로 되고, 양웨이퍼 스테이지 (WS1,WS2) 가 서로 간섭하는 조건으로서, 웨이퍼 스테이지 (WS2) 의 좌단과 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 우단이 접촉하거나 중첩되는 상태이기 때문에, O ＞ -Xa-Wa-(-Xb＋Wb) 로 나타나는 조건식으로 나타낼 수 있다.
그리고, 상기 조건식을 기준점을 동일한 좌표로 한 일반식으로 나타내면,
Wa＋Wb ＜ Xb－Xa … 조건식 1
로 되고, 이 조건식 1 을 만족하는 경우에는 2 개의 웨이퍼 스테이지끼리가 간섭하지 않고 자유롭게 이동할 수 있다.
또한, 다음 조건식 2 를 만족하는 경우에는 2 개의 웨이퍼 스테이지끼리가 접촉하여 간섭이 발생한다.
Wa＋Wb ≥ Xb－Xa … 조건식 2
따라서, 주제어장치 (90) 는 가능한 한 조건식 1 을 만족하도록 각 웨이퍼 스테이지 (WS1,WS2) 의 이동을 제어하면서, 조건식 2 를 만족하는 상황이 예상되는 경우에는 어느 한 일측의 스테이지를 대기시켜 스테이지끼리의 간섭이 발생하는 것을 방지하도록 제어할 필요가 있다. 그리고, 상술한 조건식 1 및 2 는 설명을 쉽게 하기 위하여 2 개로 나누어 설명하였으나, 일측 조건식이 타측 조건식의 부정의 관계에 있기 때문에 실질적으로는 1 개의 조건식이다.
그리고, 상기한 조건식에 의거하여 주제어장치 (90) 에 의해 양웨이퍼 스테이지를 간섭시키는 일 없이 이동제어를 실시할 경우의 시퀀스를 도 26 의 플로우챠트를 이용하여 설명한다. 우선, 주제어장치 (90) 는 제어동작을 개시함에 있어서 2 개의 웨이퍼 스테이지 (WS1,WS2) 의 좌표위치를 동일한 기준위치 (여기서는, 투영광학계 (PL) 의 광축위치) 를 원점 (0,O) 으로 하는 간섭계의 값을 이용하여 계측하고, 필요한 파라미터 (여기서는, Wa 와 Wb) 를 미리 메모리 (91) 에 격납된 상기 조건식 1 에 대입한다.
그리고, 주제어장치 (90) 는 스테이지의 이동제어가 개시되면, 간섭계의 측장축 (BI1X, BI2X 등) 에 의거하여 2 개의 웨이퍼 스테이지 (WS1·WS2) 의 현재위치를 파악함과 동시에, 스테이지제어장치 (38) 에 입력되는 구동목표치에 의거하여 장래적인 스테이지 (WS1·WS2) 의 좌표위치를 연산하여 예측할 수 있다. 주제어장치 (90) 는 이들 좌표위치로부터 2 개의 스테이지 (WS1·WS2) 의 기준위치로부터의 이동방향과 이동거리 (여기서는, Xb 와 Xa) 를 구하여 상기 조건식 1 에 대입함으로써, 조건식 1 (Wa＋Wb ＜ Xb－Xa) 을 만족하는지의 여부를 판단할 수 있다 (단계 S30).
조건식 1 을 만족하는 경우에는, 2 개의 웨이퍼 스테이지 (WS1·WS2) 끼리의 간섭이 일어나지 않기 때문에, 양스테이지 (WS1·WS2) 를 독립하여 이동제어할 수 있다 (단계 S32).
또한 단계 S30 에서 조건식 1 을 만족하지 않는 경우에는, 웨이퍼 스테이지 (WS1·WS2) 사이에서 간섭이 발생하기 때문에, 주제어장치 (90) 에서는 각각의 스테이지 (WS1,WS2) 상에서 실시되는 동작의 종료까지의 시간을 비교한다 (단계S34). 여기서 스테이지 (WS1) 측이 빨리 종료하는 경우에는, 주제어장치 (90) 가 스테이지 (WS1) 를 대기시켜 웨이퍼 스테이지 (WS2) 를 우선적으로 이동제어시킨다 (단계 S36). 그리고, 주제어장치 (90) 는 웨이퍼 스테이지 (WS2) 를 이동제어하고 있는 동안에 상기 조건식 1 을 만족하는 상황으로 되었는지의 여부를 항상 판단하고 (단계 S38), 조건식 1 이 만족되지 않은 동안에는 단계 S36 로 되돌아가서 웨이퍼 스테이지 (WS2) 측을 우선적으로 이동제어한다. 또한, 단계 S38 에서 조건식 1 을 만족하게 된 경우, 주제어장치 (90) 는 대기상태에 있는 웨이퍼 스테이지 (WS1) 를 해제하여 (단계 S40), 웨이퍼 스테이지 (WS1·WS2) 를 각각 독립하여 이동제어하도록 한다 (단계 S32).
그리고 S34 에 있어서, 스테이지 (WS2) 측이 빨리 종료하는 경우에는, 주제어장치 (90) 가 스테이지 (WS2) 측을 대기시키고 웨이퍼 스테이지 (WS1) 를 우선적으로 이동제어한다 (단계 S42). 주제어장치 (90) 는 웨이퍼 스테이지 (WS1) 를 이동제어하는 동안에 상기 조건식 1 을 만족하는 상황으로 되었는지의 여부를 항상 판단하고 (단계 S44), 조건식 1 을 만족하지 않는 동안에는 단계 S42 로 되돌아가서 웨이퍼 스테이지 (WS1) 를 우선적으로 이동제어한다. 단계 S44 에서 조건식 1 을 만족하는 상황으로 된 경우, 주제어장치 (90) 는 대기상태에 있는 웨이퍼 스테이지 (WS2) 를 해제하여 (단계 S40), 웨이퍼 스테이지 (WS1·WS2) 를 독립하여 이동제어하도록 한다 (단계 S32).
그리고 주제어장치 (90) 는, 스테이지의 이동제어를 계속해서 실시할 경우에는 단계 S46 에서 단계 S30 으로 되돌아가서 상기 이동제어를 반복해서 실시하고, 스테이지를 이동제어하지 않는 경우에는 제어동작을 종료한다.
이와 같이, 주제어장치 (90) 는 상기 조건식과 스테이지제어장치 (38) 를 통해 2 개의 스테이지 (WS1·WS2) 를 이동제어함으로써, 양스테이지끼리가 간섭하지 않도록 할 수 있게 된다.
그런데, 상술한 이중노광법을 실시할 경우에는 노광동작을 2 회 반복하기 때문에, 노광동작을 실시하는 스테이지측의 동작종료시간이 얼라인먼트동작을 실시하고 있는 스테이지측보다 늦어진다. 따라서, 스테이지끼리의 간섭이 발생하는 경우에는, 먼저 동작이 종료되는 얼라인먼트측 스테이지를 대기시키고, 노광측 스테이지를 우선하여 이동시키게 된다.
그런데, 얼라인먼트측 스테이지에서는 상술한 파인얼라인먼트동작 뿐만 아니라 웨이퍼교환이나 서치얼라인먼트동작 또는 그 외의 동작을 병행처리시켜도 되기 때문에, 얼라인먼트측 스테이지의 동작시간은 가능한 한 단축한 편이 바람직하다.
따라서, 도 27b 에 나타내는 바와 같이 노광동작을 실시하는 웨이퍼 (W2) 측은 스루풋의 율속조건으로 되기 때문에, 가장 효율이 좋은 스텝핑순서가 설정된다 (E1 ∼ E12). 이에 비하여, 도 27a 에 나타내는 바와 같이 EGA 에 의한 얼라인먼트동작을 실시하는 웨이퍼 (W1) 측에서는, 노광쇼트중 수쇼트가 샘플쇼트로서 선택된다. 여기서는, 예컨대「A」표시로 나타낸 4 쇼트가 선택되었다고 하면, 도 28a 에 나타내는 얼라인먼트측 웨이퍼 (W1) 와 같이 웨이퍼 (W2) 의 노광동작에 있어서의 스텝핑순서에 대응하여 이동되도록 얼라인먼트측 (W1) 의 스텝핑순서의 결정이 이루어진다. 또한, 도 28b 에 나타내는 웨이퍼 (W2) 에서는 외란의 영향을 억제할 필요가 있는 노광시에 있어서의 동작번호를 숫자 (1∼12) 로 나타내고 있으며, 외란에 영향을 받지 않은 스텝핑동작에 대해서는 화살표 (→) 로 나타내고 있다.
도 28a 에 나타내는 바와 같이, EGA 에 의한 파인얼라인먼트동작을 웨이퍼 (W1) 로 실시하는 경우에는, 동작번호의 1∼5 에 대하여 도 28b 에 나타내는 스캔노광이 실시되는 웨이퍼 (W2) 에 대응하는 쇼트영역에 대해 얼라인먼트동작이 실시되도록 이동순서가 결정된다. 이와 같이, 얼라인먼트쇼트의 이동순서를 노광쇼트와 같게 하는 것은, 2 개의 웨이퍼 스테이지가 등간격을 유지한 상태로 병행이동하게 되기 때문에, 간섭조건을 만족시키는 일 없이 이동제어할 수 있다.
또한, 도 28a 에 나타내는 웨이퍼 (W1) 에서는 동작번호가 5 에서 6 으로 단계이동할 때에, 특히 1 행상의 쇼트영역 (A3) 으로 스킵하고 있고, 동작번호 7 일 때에 쇼트영역 (A4) 으로 스킵하도록 얼라인먼트순서가 결정되어 있다. 이것은, 스캔노광을 실시하는 도 28b 의 웨이퍼 (W2) 의 동작번호 6 및 7 로 나타내는 쇼트영역을 투영광학계 (PL) 의 밑으로 가지고 온 경우, 웨이퍼 스테이지 (WS2) 가 웨이퍼 스테이지 (WS1) 에서 떨어진 위치에 있기 때문에 (얼라인먼트계가 고정이며 웨이퍼측이 이동하기 때문에, 동작번호 6, 7 의 위치에서는 웨이퍼 (W2) 가 가장 오른쪽 근방에 위치한다), 얼라인먼트동작을 실시하는 웨이퍼 스테이지 (WS1) 측을 비교적 자유롭게 이동시킬 수 있기 때문이다. 이와 같이 웨이퍼 (W1) 측을 도 28a 와 같이 이동시켜 얼라인먼트동작을 실시함으로써, 파인얼라인먼트시간을 더욱 단축할 수 있게 된다.
또한, 상기한 얼라인먼트 시퀀스에 있어서의 샘플쇼트와는 달리, 1 쇼트영역내마다 1 점의 얼라인먼트마크를 검출하여 전쇼트영역을 샘플쇼트로 하는 경우라도 스루풋을 열화시키지 않도록 할 수 있다. 이것은 웨이퍼 (W2) 의 노광순서에 대응한 쇼트영역의 얼라인먼트마크를 순차적으로 계측하는 것으로, 상술한 바와 같이 스테이지간의 간섭이 발생하지 않게 되는 이상, 이와 같은 EGA 를 실시한 경우, 평균화효과보다 얼라인먼트정밀도를 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 투영노광장치 (10) 에 의하면, 2 매의 웨이퍼를 각각 독립적으로 지지한 2 개의 웨이퍼 스테이지상에서 실시되는 동작중, 서로 외란요인이 되는 동작끼리 또는 서로 외란요인이 되지 않는 동작끼리를 동기하여 실시하도록 양스테이지동작을 제어하도록 하였기 때문에, 주사노광을 실시할 때의 동기정밀도나 얼라인먼트시의 마크계측정밀도를 저하시키지 않고, 얼라인먼트동작과 노광동작을 병행처리할 수가 있으므로 스루풋을 향상시킬 수 있게 된다.
또한 상기 실시형태에 의하면, 2 개의 웨이퍼 스테이지를 XY 의 2 차원 방향으로 독립하여 이동제어하는 경우에는, 미리 2 개의 웨이퍼 스테이지가 간섭하는 조건 (간섭조건) 을 기억해 두고, 그 간섭조건을 가능한 한 만족하지 않도록 이동제어하도록 하였기 때문에, 양스테이지의 이동범위를 오버랩시킬 수 있는 점에서 풋 프린트를 작게 할 수 있게 된다.
그리고 상기 실시형태에 의하면, 2 개의 웨이퍼 스테이지를 XY 방향으로 독립하여 이동시킬 때에, 서로의 스테이지에서 간섭조건을 만족하게 된 경우, 동작을 전환할 때까지 먼저 동작이 종료되는 측의 스테이지측을 대기시키고, 타측 스테이지측을 우선적으로 이동제어하도록 하였기 때문에, 스루풋을 열화시키는 일 없이 스테이지끼리의 간섭을 방지할 수 있게 된다.
또한 상기 실시형태에 의하면, 마크계측을 실시하는 얼라인먼트 시퀀스에 있어서, 웨이퍼상의 복수의 쇼트영역 중 임의의 쇼트를 얼라인먼트쇼트로서 선택할 때에, 가능한 한 양스테이지 사이에서 간섭이 없게 얼라인먼트쇼트의 계측순서를 결정하도록 하였기 때문에, 상기한 바와 같은 스테이지끼리의 간섭조건이나 일측 스테이지를 대기시키는 경우를 최대한 억제할 수 있게 된다.
또한, 상기 실시형태에서는 2 개의 웨이퍼 스테이지의 이동방향이 가능한 한 같은 방향이 되도록 얼라인먼트쇼트순서나 노광쇼트순서를 결정하도록 하였기 때문에, 2 개의 웨이퍼 스테이지의 이동범위를 가능한 한 작게 할 수 있으므로 장치의 소형화를 도모할 수 있게 된다. 그러나, 투영광학계와 얼라인먼트계를 어느 정도 거리를 두고 설치할 수 있는 경우에는, 베이스 보드상을 이동하는 2 개의 웨이퍼 스테이지의 이동방향을 서로 반대방향으로 하여 좌우대칭으로 이동시켜도 된다. 그럼으로써, 베이스 보드을 지지하는 제진기구에 가해지는 부하가 서로 상쇄되도록 작용하는 점에서 제진기구의 출력을 작게 억제할 수 있으며, 스테이지 경사나 진동의 발생이 작아져서 진동수속시간을 짧게 할 수 있으므로 동작정밀도와 스루풋을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 상기 실시형태에서는 얼라인먼트동작 및 웨이퍼교환동작과 노광동작을 병행처리하는 경우에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 물론 이것에 한정되는 것은 아니며, 노광동작과 병행하여 실시될 가능성이 있는 것으로서, 예컨대 베이스 라인체크 (BCHK), 웨이퍼교환이 실시될 때마다 실시하는 캘리브레이션 등의 시퀀스에 대해서도 마찬가지로 노광동작과 병행처리하도록 하여도 된다.
〔제 4 실시형태〕
이어서, 본 발명의 제 4 실시형태를 도 29 내지 도 43 에 의거하여 설명한다. 본 제 4 실시형태는 1 개의 웨이퍼 스테이지 (WS) 를 사용하여 선독 AF/AL 계측을 실시하면서, 그 계측결과에 의거해서 포커스·레벨링제어를 실시하여 노광하는 것이다.
도 29 에는 제 4 실시형태에 관한 투영노광장치 (214) 의 개략구성이 나타나 있으며, 이 투영노광장치 (214) 는 제 1 실시형태와 마찬가지로 스텝·앤드·스캔방식의 주사노광형 투영노광장치로서, 도 1 에 나타내는 제 1 실시형태의 투영노광장치 (10) 와 기본적인 구성부분에 있어서 동일하며, 동일 부분에 동일 부호를 붙여서 구성설명을 생략한다. 제 1 실시형태의 투영노광장치 (10) 와 다른 점은 웨이퍼 스테이지 (WS) 가 1 개로 구성되어 있고, 선독제어용 웨이퍼 (W)상의 면위치를 계측하는 AF/AL 계가 노광영역 (IF) 의 주사방향의 일측과 타측에 설치되고, 노광영역 (IF) 의 비주사방향의 폭보다 넓은 범위에 복수의 검출점이 배열되도록 구성된 사입사식 조사광학계 (151) 와 집광광학계 (161) 로 구성되어 있는 점이다. 또한, 본 제 4 실시형태의 웨이퍼 스테이지 (WS) 에는, 웨이퍼 (W) 를 지지하여 Z 축 방향의 미소구동 및 경사구동시키는 기판구동계로서의 Z·레벨링스테이지 (LS) 를 구비하고 있다.
이것을 노광영역 (IF) 에 대한 선독제어용 AF 검출점의 배치를 사시도로 나타낸 도 30 에서 보면, 노광영역 (IF) 의 주사방향 (＋Y 방향) 에는 비주사방향 (±X 방향) 에 검출점 (AF1∼AF9) 으로 구성되는 검출영역 (AFE) (도 35 참조) 이 형성되며, 노광영역 (IF) 의 비주사방향의 폭보다 큰 범위에 배열되어 있다. 또한, 노광영역 (IF) 의 주사방향 (－Y 방향) 에는 비주사방향 (±X 방향) 에 검출점 (AB1∼AB9) 으로 구성되는 검출영역 (ABE) (도 35참조) 이 형성되며, 노광영역 (IF) 의 비주사방향의 폭보다 큰 범위에 배열되어 있다. 이들 검출점 (AF1∼AF9) 및 검출점 (AB1∼AB9) 은 각각 노광영역 (IF) 을 주사하는 주사방향 (＋Y방향, －Y방향) 의 앞측에 배치되어 있어서, 각 검출점에서의 웨이퍼 (W) 면이 소정 기준면에 대해 어느 정도 어긋나 있는지의 상대위치가 쇼트영역의 노광에 앞서 검출된다.
도 31 은 도 30 을 주사방향에서 본 측면도이고, 도 32 는 도 32 의 평면도이고, 도 33 은 도 32 를 비주사방향에서 본 측면도이다.
도 32 및 도 33 에 나타내는 바와 같이, 사입사식 (斜入射式) AF/AL 계의 조사광학계 (151a 및 151b) 에서 사출된 광속은, 웨이퍼 (W) 면상의 비주사방향으로 연장된 검출점 (AB1∼AB9) 과 검출점 (AF1∼AF9) 을 형성하고, 웨이퍼 (W) 면에서 반사된 광속이 사입사식 AF/AL 계의 집광광학계 (161a 및 161b) 에서 수광되도록 이루어져 있다. 이것은 투영광학계 (PL) 의 투영렌즈의 N.A. (개구수) 가 커짐에 따라 투영렌즈 하면과 웨이퍼 (W) 사이의 워킹디스턴스가 좁아지기 때문에,노광영역 (IF) 내를 사입사 (AF) 계에서 계측할 수 없게 되는데, 이러한 경우라도 완전선독계측을 실행하기 위하여 이와 같이 한 것이다.
또한, 도 31 및 도 33 에 나타내는 바와 같이, 본 제 4 실시형태의 투영광학계 (PL) 의 하단 부근의 형상은 역원뿔대로 되어 있으며, 조사광학계 (151a 및 151b) 로부터의 복수의 조사광이 웨이퍼 (W) 각각의 검출점위치로 조사되고, 웨이퍼 (W) 표면으로부터의 반사광이 투영광학계 (PL) 의 양옆을 빠져 나가서 집광광학계 (161a 및 161b) 에서 수광되도록 구성되어 있다. 이것은 AF 광속이 투영광학계 (PL) 의 하단 부근에서 방해받지 않도록 하기 위함이고, N.A. 의 넓이부를 투영광학계 (PL) 의 45°방향에 맞춤과 동시에 투영광학계 (PL) 를 구성하는 투영렌즈의 수차를 보정하기 위하여, 투영광학계 (PL) 의 최하면에 평행평판 (216) 이 주사방향에 맞춰 직사각형으로 배치되어 있다. 그리고, 그 평행평판 (216) 의 주사방향의 전후에는, 1 차원의 비주사방향으로 연장된 AF 검출점이 ＋Y 주사용과 －Y 주사용으로 2 개소에 배치되어 있다. 이것을 예컨대, 미국특허 제 5,448,332 호에 대응하는 일본 공개특허공보 평6-283403 호에 기재되어 있는 바와 같은 2 차원 검출형 AF 기구와 비교하면, 노광위치에서의 AF 계측을 할 수 없는 반면, 비주사방향으로 길게 스폿군 (spot group) 을 형성할 수 있게 됨과 동시에 검출점이 1 차원으로 배열되어 있기 때문에, 각 AF 스폿의 Z 방향면내 만곡에 의한 오프셋 오차를 용이하게 보정할 수 있다는 이점이 있다. 그리고, 2 방향 입사에 의해 비주사방향에 간섭줄무늬를 형성하는 방법을 채택하는 경우 등에서는, 그 간섭줄무늬의 간격오차, 위치변동으로부터 1 차원 화상처리로서 AF/AL 위치를검출하는 1 차원 처리의 선독제어법이기 때문에, 본 발명의 적용이 용이해지는 이점이 있다. 또한, 광속이 검출영역 (AFE,ABE) 의 2 개소로 나뉘어져 있기 때문에, 각각의 광속을 차광하지 않는 커버를 설치하고, 커버내로 온도조절이 된 기체를 흘려보냄으로써 온도변화에 의한 AF/AL 정밀도를 향상시키도록 하면, 검출오차를 더욱 경감하는 효과가 있다.
이어서, 본 제 4 실시형태의 투영노광장치 (214) 에 의해 웨이퍼 (W) 의 외주보다 쇼트배열측이 큰 경우의 선독 제어에 대하여 설명한다. 예컨대, 도 42 는 웨이퍼 (W) 의 외주보다 쇼트배열측이 큰 경우의 선독제어에 관한 비교예를 나타낸 도면이다. 도 42 에서는, 주사노광을 실시하는 노광영역 (IF) 에 대하여 주사방향 (지면상측의 화살표방향：실제로는 노광영역 (IF) 및 AF 검출점 (AF1∼AF5) 이 고정되며 이들에 대하여 웨이퍼 (W) 가 주사되지만, 편의상 도면의 노광영역 (IF) 및 AF 검출점이 웨이퍼면에 대하여 주사되도록 도시한다) 의 앞에 비주사방향으로 배열된 AF 검출점 (AF1∼AF5) 이 배열되어 있다. 이 AF 검출점 (AF1∼AF5) 으로 구성되는 검출영역 (AFB) 은 완전선독제어를 하기 위하여 AF 계측을 실시하는 것으로, 그 검출영역 (AFB) 의 폭이 노광영역 (IF) 의 비주사방향의 폭과 거의 동일한 폭으로 구성되어 있다. 이 도 42 (비교예) 와 같이 구성된 투영노광장치를 이용하여 선독제어를 할 경우에는, 도 43 에 나타내는 바와 같이 스테이지의 이동에 따라 AF1∼AF5 까지의 AF 출력치가 얻어진다. 이 도 43 의 횡축은 스테이지의 이동시간 [t] 을 나타내고, 세로축은 웨이퍼면 위치에 대한 Z 방향의 상대위치 [㎛] 를 나타낸다. 이 도 43 의 선도에 나타내는 바와 같이,웨이퍼 (W) 면상에 겹쳐지는 검출점 (AF5∼AF3) 에 대해서는 검출점이 주사방향으로 이동함에 따라 순차적으로 웨이퍼면 위치를 나타내게 되지만, 검출점 (AF2 및 AF1) 에 대해서는 마지막까지 웨이퍼면상을 통과하지 않기 때문에 정상적인 출력치를 얻을 수 없게 된다. 이와 같이, 도 42 및 도 43 의 비교예에 의한 5 점 계측으로 모든 쇼트영역의 선독제어를 실시하고자 하면, 웨이퍼의 외주근방의 쇼트영역에서는 에러가 발생하여 AF/AL 제어를 할 수 없게 되는 경우가 있었다. 이것을 회피하기 위하여, 웨이퍼 (W) 의 내측에서 외측을 향해 주사하면서 선독제어를 실시하거나 인접쇼트의 웨이퍼면 위치의 계측데이터를 사용해서 노광처리가 이루어지도록, 결함쇼트영역에 있어서의 AF/AL 제어시퀀스로 변경할 필요가 있었다.
이에 비하여, 본 제 4 실시형태에서는 도 30 에 나타내는 바와 같이 노광영역 (IF) 에 대하여 AF 검출점의 비주사방향의 폭을 넓힘으로써, 인접하는 쇼트영역의 웨이퍼면 위치를 계측할 수 있게 되며, 그 계측결과를 이용함으로써 에러가 발생하기 어려운 선독제어를 실시하도록 한 것이다.
도 34 에는 제 4 실시형태에 관한 AF/AL 계를 이용한 선독제어법을 설명하는 웨이퍼 (W) 의 평면도가 나타나 있다. 이 도 34 는 가장 고속으로 웨이퍼 (W) 를 노광할 수 있는 순서로 선독제어를 실시한 경우의 각 쇼트영역의 그룹화를 나타낸 것이다. 도 35 에는 포커스계측시에 있어서의 노광영역 (IF) 과 AF 검출점의 위치관계가 나타나 있다. 여기서, 각 쇼트영역마다 어느 AF 검출점 (AF1∼AF9,AB1∼AB9) 을 사용하여 AF 계측을 실시할지를「A, B, C, D, E, F, AF, AB」와 같이 그룹핑을 실시하여, 이들의 각 그룹마다 사용하는 검출점 위치를 도 36 의 표에 나타내는 바와 같이 미리 정해 놓는다. 도 36 에 나타내는 표의 가로방향에는 사용하는 AF 검출점 (AF1∼AF9,AB1∼AB9) 의 위치가 나타나고, 세로방향에는 각 쇼트영역을 그룹핑한 그룹명이 나타나 있다. 그리고, 이들의 크로스위치에 ○ 표시가 붙은 AF 검출점 (센서) 을 사용하여 선독제어가 실시되도록 주제어장치 (90) 에 의해 제어된다.
예컨대, 도 37 은 A 그룹 (예컨대, 도 34 의 좌단상의 쇼트영역을 노광하는 경우 등) 의 쇼트영역 (212) 을 노광할 때에 사용되는 AF 검출점과 웨이퍼면의 선독제어개시시의 위치관계를 나타내고 있다. 이 경우, 노광영역 IF 에서 주사방향으로 거리 (L) 만큼 떨어진 위치에 존재하는 AF 검출점 (AF7,AF8,AF9) 이 이용되도록 주제어장치 (90) 에 의해 제어된다. 여기서, 도 37 에 나타내는 선독제어개시시에는 주제어장치 (90) 에 의해 지정된 3 개의 AF 검출점 (AF7,AF8,AF9) 이 모두 웨이퍼면상에 위치하고 있기 때문에, 파선으로 나타낸 쇼트영역 (212) 의 노광이 종료될 때까지 이 3 개의 AF 검출점 (AF7,AF8,AF9) 에서 계측된 계측치에 의거하여 선독제어를 실시하도록 한다.
이 도 36 및 도 37 의 경우는, 쇼트영역에 따라 사용하는 AF 검출점이 미리 고정되어 있는「AF 검출점 고정법」이다. 도 37 의 예에 있어서의 쇼트영역 (212) 내의 실계측은, 검출점 (AF7) 만으로서, 인접하는 쇼트영역상의 검출점 (AF8,AF9) 의 계측치를 이용함으로써 선독에 의한 AF/AL 제어를 실시할 수 있다.
또한, 쇼트영역내에서 선독제어시에 빠져 있는 AF 검출점이 없는 경우, 즉 도 34 에 나타내는 그룹 AF 나 그룹 AB 의 경우에는 도 36 의 표로 지정되는 쇼트영역내에 위치하는 검출점 (AF3∼AF7, AB3∼AB7) 만을 이용하여 계측이 실시되며, 쇼트영역외의 검출점 (AF1,AF2,AF8,AF9) 은 사용되지 않는다.
또한, 도 34 에 나타내는 그룹 E 의 경우에는 도 36 의 표로 지정되는 바와 같이 검출점 (AF1∼AF5) 을 이용하여 계측이 실시된다. 이 그룹 E 에서는, 도 34 에 나타내는 바와 같이 선독제어의 도중에서 검출점 (AF6 및 AF7) 을 계측할 수 있게 되기 때문에, 이 검출점 (AF6 과 AF7) 의 계측치를 사용한 편이 정밀도는 높아지지만, 쇼트배열의 설정시에 1 회의 노광동작내에서 사용하는 AF 검출점을 변경할 필요가 없는 만큼 주제어장치 (90) 의 제어처리를 간략화할 수 있다는 이점이 있다. 따라서, 제어처리에 여유가 있는 경우에는, 검출점 (AF6 및 AF7) 의 계측치를 사용하도록 하여 더욱 고정밀도인 포커스, 레벨링제어를 실시하도록 하여도 된다.
이어서, 상기한 것 이외의 선독제어법에 대하여 설명한다. 도 38 은 사용하는 AF 검출점의 수를 변경하지 않고 웨이퍼 (W) 면상에서 AF 계측이 가능한 센서를 순차적으로 주사방향의 이동에 맞춰, AF 검출점을 이동시켜 소정 쇼트영역에 대하여 웨이퍼면의 포커스계측을 실시하도록 하는「AF 검출점 이동형」이다. 선독제어의 AF 계측방법으로서는 원리적으로 정밀도가 가장 뛰어난 계측방법이다. 이「AF 검출점 이동형」을 실시함에 있어서, 주제어장치 (90) 는 웨이퍼 (W) 를 주사방향으로 이동시키면서 웨이퍼 (W) 의 주가장자리부에 정해진 금지대 내측의 유효영역내에 어느 AF 검출점이 겹쳐 있는지를 파악하기 위하여, 웨이퍼의 외주위치정보와 AF 검출점의 위치정보와 노광대상인 쇼트영역의 위치정보에 의거하여 AF검출점의 전환을 실시하도록 제어한다. 예컨대, 도 38 의 경우에는 처음에는 검출점 (AF7,AF8,AF9) 3 개를 사용해서 계측을 실시하고, 이어서 검출점 (AF6,AF7,AF8), 그 다음에는 검출점 (AF5,AF6,AF7) 으로 되고, 마지막으로 검출점 (AF4,AF5,AF6) 과 같이 웨이퍼면상의 유효영역내로서, 가능한 한 쇼트영역 (212) 내의 3 개의 검출점이 선택되도록 센서의 전환이 실시된다. 그럼으로써, 쇼트영역이 형성된 웨이퍼 (W) 의 외주부를 노광영역 (IF) 이 외측에서 내측으로 주사노광하는 경우라도 (실제로는 이동하지 않는 노광영역 (IF) 에 대해 웨이퍼 (W) 측이 이동하여 상대주사가 실시된다), 선독제어를 함으로써 웨이퍼면 위치를 투영광학계 (PL) 의 결상면으로 신속히 구동할 수 있게 되어, 신속하면서 고정밀도인 포커스, 레벨링제어를 실시할 수 있다. 전환방법은 상술한 바와 같이 그룹핑을 실시하여도 되고, 모든 센서의 출력을 항상 모니터하여 허용치내로 된 검출점을 사용하도록 해도 된다.
또한 도 39 에서는, 사용하는 AF 검출점의 수에 관계없이, 계측할 수 있는 검출점이면 모두 사용하는 「AF 센서수, 위치가변형」이다. 이 경우, 복수의 AF 검출점을 사용함으로써, 평균화효과가 높아져서 웨이퍼 외주부의 휨 등의 영향을 받기 어렵게 할 수 있다는 특징이 있다. 또한, AF 계측에 있어서 재현성이 나쁜 경우 등에는 이 효과는 더욱 높아진다. 이 도 39 의 경우도 도 38 과 마찬가지로, 주제어장치 (90) 는 웨이퍼 (W) 를 주사방향으로 이동시키면서 웨이퍼 (W) 의 주가장자리부에 정해진 금지대 내측의 유효영역내에 어느 AF 검출점이 겹쳐 있는지를 파악하기 위하여, 웨이퍼의 외주위치정보와 AF 검출점의 위치정보와 노광대상인 쇼트영역의 위치정보에 의거하여 AF 검출점의 전환을 실시하도록 제어한다. 여기서는 AF 검출점의 수에 한정이 없기 때문에, AF1 ∼ AF9 까지의 검출점 중 유효영역내에 포함되는 검출점 모두를 사용해서 AF/AL 계측을 실시하도록 한다. 그럼으로써, 웨이퍼 (W) 외주 근방의 쇼트영역을 외측에서 내측으로 주사노광하는 경우라도, 선독제어를 함으로써 웨이퍼면 위치를 투영광학계 (PL) 의 결상면으로 신속히 구동할 수 있게 되어, 신속하면서 고정밀도인 포커스, 레벨링제어를 실시할 수 있다.
이상 설명한 바와 같은 선독제어법을 사용하여, 예컨대 미국특허 제 5,448,332 호에 대응하는 일본 공개특허공보 평6-283403 호에 기재되어 있는 기술에 부가함으로써, 웨이퍼 외주근방이나 웨이퍼내의 쇼트영역의 구별에 관계없이 가장 신속하게 실시할 수 있는 노광순서에 따라 웨이퍼면의 각 쇼트영역에 대하여 고속 또한 고정밀도인 주사노광을 실시할 수 있게 된다.
이어서, 상술한 선독제어를 실시하는 데 있어서, 어떤 데이터를 선독계측데이터로서 채택할지에 대하여 설명한다. 이것은, 예컨대 노광영역 (IF) 의 주사방향의 폭을 6 ∼ 8 ㎜ 로 하고, 노광시에 있어서의 웨이퍼의 주사속도를 80 ∼ 90 ㎜/sec 로 하면, 웨이퍼면의 비트주파수에 따라 달라지지만, 선독 AF 검출점이 노광시에 있어서의 웨이퍼주사속도에 도달할 때까지의 가속 ＋ 정정거리 (L= 8 ∼ 10 ㎜) 인 것이 스루풋상 불필요한 조주 (助走:run-up) 가 없는 만큼 바람직하다. 이것은 선독의 위치를 데이터파일내의 웨이퍼의 외주위치, 쇼트영역의 좌표위치, 노광영역 (IF) 에서 AF 검출점까지의 거리 (L) 의 정보에 의해 산출하고, 웨이퍼 외주의 패턴금지대 (통상, 3 ㎜ 정도：도 30 참조) 보다 선독개시위치가 내측으로 되어 있는 경우에 그 센서를 채택하게 되는데, 웨이퍼 외주는 먼지의 영향을 받기 쉬워서 데이터파일에 설정된 선독개시위치였다 하더라도 웨이퍼면의 위치를 정확히 나타내고 있지 않은 경우가 있다.
여기서, 도 40 및 도 41 을 이용하여 상기 경우에 있어서의 제어오차를 가능한 한 작아지도록 하는 점에 대하여 설명한다. 도 40 에서는 상술한「AF 검출점 고정법」에 있어서, 예컨대 그룹 C 와 같이 AF 검출점 (AF6∼AF9) 을 사용하는 경우, 데이터파일상의 계산에 의하면, 선독제어개시좌표는 도 41 중의 ① 이지만, ① 은 패턴금지대의 영향을 받아 상당히 디포커스되어 있다고 한다. 이 경우의 각 센서 출력치는, 도 41 에 나타내는 바와 같이 ① 의 위치에서 선독제어를 개시하면, 검출점 (AF6) 의 영향으로 인해 선독에 의한 계측결과는 목표에 대해 상당히 오차를 갖는 경우에는, AF 검출점의 최우단에 위치하는 센서이기 때문에 레벨링제어에 중대한 영향을 미치게 된다.
가령, 선독검출점이 80 ㎜/sec 로 이동하여 주사시에는 그 70 % 의 제어가 가능하도록 설계되어 있는 경우, 우단에 형성된 검출점 (AF6) 이 Z 축 방향으로 수 ㎛ 이하의 오차였다고 한다면, 선독제어시의 평균화효과에 의해 작은 오차로 끝난다. 그런데, Z 축 방향에 수십 ㎛ 나 오차가 있는 경우에는, 그 값을 가미한 결과를 목표치로 하여 레벨링제어를 실시하면, 허용할 수 없는 정도의 오차가 발생하게 된다. 따라서, 선독검출점의 계측개시시 데이터를 모니터하였을 때의 결과가 허용범위내인 경우에 선독계측을 시작하도록 하고, 허용범위를 넘은경우라면 허용범위내로 되는 점 ② 까지 선독제어의 계측결과를 사용하지 않도록 하는 것이 바람직하다.
또한 상술한 「AF 센서 위치 이동형」이나 「AF 센서수, 위치 가변형」에서는 허용범위내가 된 AF 검출점만을 사용하도록 할 수 있다.
또, 각 검출점 간의 계측오차에 관해서도 허용범위를 설정하고, 그 허용범위를 초과하는 원인이 되는 AF 검출점을 제외한 AF 검출점을 이용하게 하면, 예를 들면 웨이퍼 이면측에 부착된 먼지 등의 영향에 의해 AF 에러가 발생하는 빈도를 작게 할 수 있다. 단, 이들 방법은 미리 웨이퍼면을 목표 AF 에 대한 구동 위치로부터의 허용범위 내에 넣어둘 필요가 있기 때문에, 웨이퍼 얼라인먼트시의 포커스 계측결과에 근거하여 글로벌 AF 또는 글로벌 AF/AL 을 실행해 둘 필요가 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 제 4 실시형태에 관계된 투영노광장치 (214) 에 의하면, 레티클 (R)상의 패턴을 투영광학계 (PL) 를 통하여 웨이퍼 (W) 상에 주사노광할 때에 웨이퍼 (W)상의 노광영역 (IF) 으로부터 비주사방향으로 넓은 영역에 대해 복수의 AF 검출점이 배치되어 있다. 그리고, 웨이퍼 (W) 외주근방의 쇼트 영역 (212) 을 노광하기에 앞서 웨이퍼 (W) 면상에 복수의 AF 검출점의 일부가 겹쳐진 시점에서 포커스의 선독 계측이 개시되고, 그 계측결과에 근거하여 포커스 제어를 개시하도록 하고 있기 때문에, 종래의 주사형 투영노광장치의 선독 제어에서는 계측할 수 없었던 내측의 포커스 정보를 선독 데이터로서 포커스 제어에 이용할 수 있다. 따라서, 스루풋을 열화시키지 않고 고정밀도의 포커스 제어를 할수 있다.
또, 복수의 AF 검출점에서의 웨이퍼 (W) 면상의 AF 검출점이 1 점인 경우에 노광시에서의 레벨링 제어는 인접 쇼트의 레벨링 정보를 이용하거나 고정값 (예를 들면 X 방향의 경사량, Y 방향의 경사량이 모두 「0」) 을 이용하도록 하였기 때문에, 웨이퍼 외주 근방의 결함쇼트 영역이라도 선독 제어를 개시할 수 있다.
또한, 1 점 웨이퍼 면상의 AF 검출점에서 선독 제어를 실행할 때, 그것과 다른 AF 검출점이 웨이퍼 (W) 면상에 겹쳐 있는 경우에 그 위치에서 선독 계측을 개시하여 노광개시까지 양쪽 선독 계측 결과를 이용한 레벨링 제어가 가능해진 경우에는, 상술한 인접 쇼트의 레벨링이나 고정값에 의한 레벨링 보정에서 쇼트 내의 선독 계측에 의한 레벨링 제어로 전환하도록 한다. 그렇게 함으로써 외주부의 결함쇼트에 대한 선독 제어라도 고정밀도로 포커스, 레벨링 제어를 할 수 있다.
또, 선독 계측을 하는 경우에 사용하는 AF 검출점은 웨이퍼 (W)상의 쇼트 배열이 결정된 시점에서 웨이퍼 (W) 의 외주 위치 정보, 복수의 AF 검출점의 위치 정보, 웨이퍼 (W)상의 쇼트 영역의 좌표위치에 근거하여 결정하거나, 또는 선독 제어에 이용하는 AF 검출점에 의한 검출을 웨이퍼 주사시에 항상 실행하여 어느 한 검출점에서의 검출결과가 허용치 이내가 된 시점에서 선독 제어를 개시하려고 하였기 때문에, 설정 좌표에서 예상 이상으로 웨이퍼의 외주 에지의 영향을 받은 경우, 그 시점에서 포커스 제어가 개시되는 일은 없어, 큰 포커스, 레벨링 오차의 발생을 방지할 수 있다.
또, 상기 제 4 실시형태에서는 하나의 웨이퍼 스테이지를 사용한 경우를 설명하였지만, 상기 제 1 ∼ 3 실시형태에서 설명한 바와 같이 두 개의 웨이퍼 스테이지를 사용하는 경우에도 물론 실시할 수 있다. 이 경우에는, 반드시 얼라인먼트계를 사용하여 사전에 포커스 계측을 실시할 필요는 없지만, 더 높은 정밀도로 할 목적으로 얼라인먼트계로 포커스 계측을 실시해도 된다. 또, 얼라인먼트계에 의한 포커스 계측을 실시하지 않는 경우에는, 그 동작시간을 다른 동작시간으로서 사용할 수 있다는 이점이 있다.
〔제 5 실시형태〕
이하, 본 발명의 제 5 실시형태를 도 44 내지 도 47 에 근거하여 설명한다.
도 44 는 제 5 실시형태에 관련된 노광장치 (100) 의 구성을 나타내고 있다. 이 노광장치 (100) 는 스텝·앤드·리피트 방식의 축소투영형 노광장치 (소위 스텝퍼) 이다.
이 투영노광장치 (100) 는 조명계 (IOP), 마스크로서의 레티클 (R) 을 지지하는 레티클 스테이지 (RST), 레티클 (R) 에 형성된 패턴의 상을 감응기판으로서의 웨이퍼 (W) 상에 투영하는 투영광학계 (PL), 웨이퍼 (W) 를 지지하여 베이스 (12) 위를 XY 2 차 방향으로 이동가능한 제 1 기판 스테이지로서의 웨이퍼 스테이지 (WS1) 및 웨이퍼 (W) 를 지지하여 베이스 (12) 위를 웨이퍼 스테이지 (WS1) 와는 독립적으로 XY 2 차 방향으로 이동가능한 제 2 기판 스테이지로서의 웨이퍼 스테이지 (WS2), 2 개의 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 각각의 위치를 계측하는 간섭계 시스템 (26), 및 CPU, ROM, RAM, I/O 인터페이스 등을 포함하여 구성되는미니컴퓨터 (또는 마이크로 컴퓨터) 로 이루어지며, 장치 전체를 통괄제어하는 제어장치로서의 주제어 장치 (28) 등을 구비하고 있다.
상기 조명계 (IOP) 는 광원 (수은 램프 또는 엑시머 레이저 등) 과, 프라이아이 렌즈, 릴레이 렌즈, 콘덴서 렌즈 등으로 이루어지는 조명광학계로 구성되어 있다. 이 조명계 (IOP) 는 광원으로부터의 노광용 조명광 (IL) 에 의해 레티클 (R) 의 하면 (패턴형성면) 의 패턴을 균일한 조도분포로 조명한다. 여기에서, 노광용 조명광 (IL) 으로는 수은 램프의 i 선 등의 휘선, 또는 KrF, ArF 등의 엑시머 레이저광 등이 이용된다.
레티클 스테이지 (RST) 상에는 도시하지 않는 고정수단을 통하여 레티클 (R) 이 고정되어 있고, 이 레티클 스테이지 (RST) 는 도시하지 않는 구동계에 의해 X 축 방향 (도 44 에서의 지면 좌우방향), Y 축 방향 (도 44 에서의 지면 직교방향) 및 θ방향 (XY 면 내의 회전방향) 으로 미소구동 가능하게 되어 있다. 따라서, 이 레티클 스테이지 (RST) 는 레티클 (R) 의 패턴 중심 (레티클 센터) 이 투영광학계 (PL) 의 광축 (Ae) 과 대략 일치하는 상태로 레티클 (R) 을 위치결정 (레티클 얼라인먼트) 할 수 있게 되어 있다. 도 44 에서는 이 레티클 얼라인먼트가 실시된 상태가 나타나 있다.
투영광학계 (PL) 는 그 광축 (Ae) 이 레티클 스테이지 (RST) 의 이동면에 직교하는 Z 축 방향이 되고, 여기에서는 양측 텔레센트릭이고 소정 축소배율 β(β 는 예를 들면 1/5) 을 갖는 것이 사용되고 있다. 그렇기 때문에, 레티클 (R) 의 패턴과 웨이퍼 (W)상의 쇼트영역과의 위치맞춤 (얼라인먼트) 이 실시된 상태에서 조명광 (IL) 에 의해 레티클 (R) 이 균일한 조도로 조명되면, 패턴형성면의 패턴이 투영광학계 (PL) 에 의해 축소배율 (β) 로 축소되어, 포토레지스트가 도포된 웨이퍼 (W) 상에 투영되어, 웨이퍼 (W)상의 각 쇼트영역에 패턴의 축소상이 형성된다.
또, 본 실시형태에서는 투영광학계 (PL) 의 X 축방향 일측 (도 44 에서의 좌측) 의 측면에는 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 의 노광시의 X 축방향 위치관리의 기준이 되는 X 고정경 (14X) 이 고정되고, 마찬가지로 투영광학계 (PL) 의 Y 축방향 일측 (도 44 에서의 지면 안측) 의 측면에는 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2)의 노광시의 Y 축방향 위치관리의 기준이 되는 Y 고정경 (14Y) 이 고정되어 있다 (도 46 참조).
상기 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 의 바닥면에는 도시하지 않는 기체정압 베어링이 각각 형성되어 있고, 이들 기체정압 베어링에 의해 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 는 베이스 (12) 상면과의 사이에 수 미크론 (㎛) 정도의 클리어런스를 통하여 각각 베이스 (12) 상방으로 부상지지되어 있다. 이들 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 의 X 축방향 일측 (도 44 에서의 좌측) 의 면 및 Y 축방향 일측 (도 44 에서의 지면 안측) 의 면에는 각각 경면 가공이 되어 간섭계 시스템 (26) 으로부터의 측장빔을 반사하기 위한 이동경로서 기능하는 반사면이 각각 형성되어 있다.
또, 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 의 바닥면에는 마그넷이 각각 고정되어 있고, 베이스 내의 소정 범위 (구체적으로는 투영광학계 (PL) 하방 근방의 소정영역 및 얼라인먼트 현미경 (WA) 하방 근방의 소정 영역) 에 매립된 도시하지 않는 구동 코일에 의해 발생하는 전기력에 의해 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 는 베이스 (12) 위를 XY 2 차원 방향으로 이동한다. 즉, 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 바닥면의 마그넷과 베이스 (12) 내에 매립된 구동 코일에 의해 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 의 구동장치로서의 소위 무빙 마그넷형 리니어 모터가 구성되어 있다. 이 리니어 모터의 구동 코일의 구동전류가 주제어장치 (28) 에 의해 제어된다.
웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 상에는 도시하지 않는 웨이퍼 홀더를 통해 진공흡착 등에 의해 웨이퍼 (W) 가 지지되어 있다. 또, 이들 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 상에는 그 표면이 웨이퍼 (W) 의 표면과 동일한 높이가 되는 기준 마크판 (FM1, FM2) 가 각각 고정되어 있다. 일측 기준마크판 (FM1) 의 표면에는 도 45 의 평면도에 나타낸 바와 같이 그 길이방향 중앙부에 후술하는 웨이퍼 얼라인먼트 현미경 (WA) 으로 계측하기 위한 마크 (WM) 가 형성되고, 이 마크 (WM) 의 길이방향 양측에 투영광학계 (PL) 를 통해 레티클 (R) 과의 상대적인 위치계측에 이용하는 한 쌍의 마크 (RM) 가 형성되어 있다. 다른 쪽 기준마크판 (FM2) 상에도 이것과 완전히 동일한 마크 (WM, RM) 가 형성되어 있다.
또한 본 실시형태에서는, 투영광학계 (PL) 에서 XY 축에 대해 대략 45 도의 방향으로 소정거리, 예를 들면 3000 ㎜ 떨어진 위치에 웨이퍼 (W) 에 형성된 위치검출용 마크 (얼라인먼트 마크) 를 검출하는 얼라인먼트계로서의 오프액시스 방식의 얼라인먼트 현미경 (WA) 이 설치되어 있다. 웨이퍼 (W) 에는 이전 층까지의 노광, 과정처리에 의해 단차가 형성되어 있고, 그 중에는 웨이퍼상의 각 쇼트영역의 위치를 측정하기 위한 위치검출용 마크 (얼라인먼트 마크) 도 포함되어 있어, 이 얼라인먼트 마크를 얼라인먼트 현미경 (WA) 에 의해 계측하는 것이다.
얼라인먼트 현미경 (WA) 으로는, 여기에서는 화상처리 방식의 소위 FIA (Field Image Alignment) 계의 얼라인먼트 현미경이 이용되고 있다. 이에 따르면, 할로겐 램프와 같은 광대역 조명광을 발하는 도시하지 않는 광원에서 발해진 조명광이 도시하지 않는 대물렌즈를 통과한 후 웨이퍼 (W) (또는 기준마크판 (FM)) 상에 조사되고, 그 웨이퍼 (W) 표면의 도시하지 않는 웨이퍼 마크 영역에서 반사된 반사광이 대물렌즈, 도시하지 않는 지표판을 순차적으로 투과하여 도시하지 않는 CCD 등의 촬상면상에 웨이퍼 마크의 상, 및 지표판상의 지표상이 결상된다. 이들상의 광전변환 신호가 신호처리 유닛 (160) 내의 도시하지 않는 신호처리회로에 의해 처리되고, 도시되지 않는 연산회로에 의해 웨이퍼 마크와 지표의 상대위치가 연산되며, 이 상대위치가 주제어장치 (28) 에 전해진다. 주제어장치 (28) 에서는 이 상대위치와 간섭계 시스템 (26) 의 계측값에 근거하여 웨이퍼 (W) 의 얼라인먼트 마크 위치를 산출한다.
또, 얼라인먼트 현미경 (WA) 의 X 축방향 일측 (도 44 에서의 좌측) 의 측면에는 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 의 얼라인먼트동작시의 X 축방향 위치관리의 기준이 되는 X 고정경 (18X) 이 고정되고, 마찬가지로 얼라인먼트 현미경 (WA) 의 Y 축방향 일측 (도 44 에서의 지면 안측) 의 측면에는 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 의 노광동작시의 Y 축방향 위치관리의 기준이 되는 Y 고정경 (18Y) 이 고정되어 있다.
또, 얼라인먼트 현미경으로는 FIA 계에 한정되는 것은 아니며, LIA (Laser Interferometric Alignment) 계나 LSA (Laser Step Alignment) 계 등의 다른 광얼라인먼트계는 물론, 위상차 현미경이나 미분간섭 현미경 등의 다른 광학장치, 또는 터널 효과를 이용하여 시료표면의 원자 레벨의 요철을 검출하는 STM (Scanning Tunnel Microscope : 주사형 터널 현미경) 이나 원자간력 (인력이나 척력) 을 이용하여 시료표면의 원자분자 레벨의 요철을 검출하는 AFM (Atomic Force Microscope : 원자간력 현미경) 등의 비광학장치 등을 사용하는 것도 가능하다.
또한, 본 실시형태의 투영광학장치 (100) 에서는 레티클 (R) 의 윗쪽에 투영광학계 (PL) 를 통한 기준마크판 (FM)상의 기준마크 (RM) 의 상과 레티클 (R)상의 레티클 얼라인먼트 마크 (도시생략) 를 동시에 관찰하기 위한 마크위치 검출기로서의 레티클 얼라인먼트 현미경 (52A, 52B) 이 설치되어 있다. 레티클 얼라인먼트 현미경 (52A, 52B) 의 검출신호 (S1, S2) 는 주제어장치 (28) 에 공급되게 되어 있다. 이 경우, 레티클 (R) 로부터의 검출광을 각각 레티클 얼라인먼트 현미경 (52A, 52B) 으로 유도하기 위한 편광미러 (54A, 54B) 가 해당 각 레티클 얼라인먼트 현미경 (52A, 52B) 과 일체적으로 유닛화되어 한 쌍의 현미경 유닛 (56A, 56B) 이 구성되어 있다. 이들 현미경 유닛 (56A, 56B) 는, 노광 시퀀스가 개시되면 주제어장치 (28) 로부터의 지령에 따라 도시하지 않는 미러 구동장치에 의해 레티클 패턴면에 겹치지 않는 위치까지 퇴피되게 되어 있다.
다음에, 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 의 위치를 관리하는 도 44 의 간섭계 시스템 (26) 에 대해 상술한다. 이 간섭계 시스템 (26) 은 실제로는 도 46 에나타낸 바와 같이 X 축방향 위치계측용 제 1 레이저 간섭계 (26Xe) 와 Y 축방향 위치계측용 제 2 레이저 간섭계 (26Ye) 와, X 축방향 위치계측용 제 3 레이저 간섭계 (26Xa) 와 Y 축방향 위치계측용 제 4 레이저 간섭계 (26Ya) 를 포함하여 구성되어 있지만, 도 44 에서는 이들이 대표적으로 간섭계 시스템 (26) 으로서 도시되어 있다.
제 1 레이저 간섭계 (26Xe) 는 X 고정경 (14X) 에 대해 투영광학계 (PL) 의 투영중심을 통과하는 X 축방향의 리퍼런스 빔 (Xe1) 을 투사함과 동시에 웨이퍼 스테이지 (WS1 또는 WS2) 의 반사면에 대하여 측장 빔 (Xe2) 을 투사하고, 이들 2 개 빔의 반사광이 하나로 중첩되어 간섭된 그 간섭상태에 근거하여 고정경 (14X) 에 대한 웨이퍼 스테이지 반사면의 변위를 계측한다.
또, 제 2 레이저 간섭계 (26Ye) 는 Y 고정경 (14Y) 에 대해 투영광학계 (PL) 의 투영중심을 통과하는 Y 축방향의 리퍼런스 빔 (Ye1) 을 투사함과 동시에 웨이퍼 스테이지 (WS1 또는 WS2) 의 반사면에 대하여 측장 빔 (Ye2) 을 투사하고, 이들 2 개 빔의 반사광이 하나로 중첩되어 간섭된 그 간섭상태에 근거하여 고정경 (14Y) 에 대한 웨이퍼 스테이지 반사면의 변위를 계측한다.
또, 제 3 레이저 간섭계 (26Xa) 는 X 고정경 (18X) 에 대해 얼라인먼트 현미경 (WA) 의 검출중심을 통과하는 X 축방향의 리퍼런스 빔 (Xa1) 을 투사함과 동시에 웨이퍼 스테이지 (WS1 또는 WS2) 의 반사면에 대하여 측장 빔 (Ya2) 을 투사하고, 이들 2 개 빔의 반사광이 하나로 중첩되어 간섭된 그 간섭상태에 근거하여 고정경 (18X) 에 대한 웨이퍼 스테이지 반사면의 변위를 계측한다.
또, 제 4 레이저 간섭계 (26Ya) 는 Y 고정경 (18Y) 에 대해 얼라인먼트 현미경 (WA) 의 검출중심을 통과하는 Y 축방향의 리퍼런스 빔 (Ya1) 을 투사함과 동시에 웨이퍼 스테이지 (WS1 또는 WS2) 의 반사면에 대하여 측장 빔 (Ya2) 을 투사하고, 이들 2 개 빔의 반사광이 하나로 중첩되어 간섭된 그 간섭상태에 근거하여 고정경 (18Y) 에 대한 웨이퍼 스테이지 반사면의 변위를 계측한다.
여기에서, 리퍼런스 빔 (Xe1) 및 측장 빔 (Xe2) 으로 이루어지는 제 1 레이저 간섭계 (26Xe) 의 측장축을 제 1 측장축 (Xe), 리퍼런스 빔 (Ye1) 및 측장 빔 (Ye2) 으로 이루어지는 제 2 레이저 간섭계 (26Ye) 의 측장축을 제 2 측장축 (Ye), 리퍼런스 빔 (Xa1) 및 측장 빔 (Xa2) 으로 이루어지는 제 3 레이저 간섭계 (26Xa) 의 측장축을 제 3 측장축 (Xa), 리퍼런스 빔 (Ya1) 및 측장 빔 (Ya2) 으로 이루어지는 제 4 레이저 간섭계 (26Ya) 의 측장축을 제 4 측장축 (Ye) 이라고 하면, 제 1 측장축 (Xe) 과 제 2 측장축 (Ye) 은 투영광학계 (PL) 의 투영중심 (광축 (Ae) 중심과 일치) 에서 수직으로 교차하고 있고, 제 3 측장축 (Xa) 과 제 4 측장축 (Ya) 은 얼라인먼트 현미경 (WA) 의 검출중심에서 수직으로 교차하고 있다. 이로써, 후술하는 바와 같이 웨이퍼 (W)상의 위치검출용 마크 (얼라인먼트 마크) 를 계측할 때에나 웨이퍼 (W) 상으로 패턴을 노광할 때에도 웨이퍼 스테이지의 요잉 등에 의한 아베오차의 영향을 받지 않고 각각의 계측 축방향에서 웨이퍼 스테이지의 위치를 정확하기 계측할 수 있게 되어 있다. 또한, 측정정밀도를 향상시키기 위해 상기 제 1 내지 제 4 레이저 간섭계로서 2 주파수의 헤테로다인 간섭계를 이용하는 것이 더욱 바람직하다.
도 44 로 돌아가, 간섭계 시스템 (26) 의 계측값은 주제어장치 (28) 에 공급되고, 주제어장치 (28) 에서는 이 간섭계 시스템 (26) 의 계측값을 모니터하면서 상술한 리니어 모터를 통하여 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 를 위치제어한다.
도 46 에서도 알 수 있는 바와 같이, 본 제 5 실시형태의 경우, 웨이퍼 스테이지 (WS1 또는 WS2)상의 웨이퍼 (W) 에 대하여 투영광학계 (PL) 를 통한 레티클 패턴의 노광이 실시되는 동안에는 제 2 레이저 간섭계 (26Xe, 26Ye) 에 의해 웨이퍼 스테이지의 위치가 관리되고, 얼라인먼트 현미경 (WA) 에 의해 웨이퍼 (W)상의 위치검출용 마크 (얼라인먼트 마크) 의 계측이 실시되는 동안에는 제 3, 제 4 레이저 간섭계 (26Xa, 26Ya) 에 의해 웨이퍼 스테이지의 위치가 관리되게 되어 있다. 그러나, 노광이 종료된 후 또는 얼라인먼트 마크의 계측이 종료된 후에는 각 측장축이 각각의 웨이퍼 스테이지의 반사면에 닿지 않기 때문에 간섭계 시스템 (26) 에 의한 웨이퍼 스테이지의 위치관리는 곤란해진다.
따라서, 본 실시형태의 투영노광장치 (100) 에는, 웨이퍼 스테이지 (WS1) 를 도 46 중에 가상선으로 나타내는 제 3 위치와, 도 46 중에 실선으로 나타내는 제 2 위치와, 도 46 중에서 웨이퍼 스테이지 (WS2) 가 위치하는 제 1 위치와의 3 지점간에서 자유롭게 이동시키는 이동장치로서 기능하는 제 1 로봇 아암 (201) 과,마찬가지로 웨이퍼 스테이지 (WS2) 를 상기 제 1 위치와 제 2 위치와 제 3 위치와의 3 지점간에서 자유롭게 이동시키는 이동장치로서 기능하는 제 2 로봇 아암 (221) 이 설치되어 있다. 이들 제 1, 제 2 로봇 아암 (201, 221) 도 주제어장치 (28) 에 의해 제어되고, 이들 제 1, 제 2 로봇 아암 (201, 221) 의 웨이퍼 스테이지의 위치제어 정밀도는 대략 ±1 ㎛ 정도가 된다. 이들 로봇 아암 (201, 221) 으로는 공지 구성의 유관절 로봇 아암이 이용되고 있으므로 상세한 설명은 생략하지만, 상기 위치제어 정밀도를 확실하게 실현하기 위해 도 46 중에 부호 24A, 24B 로 나타낸 바와 같이 상하동 핀을 스토퍼로서 함께 설치하도록 해도 된다.
여기에서, 제 3 위치, 제 2 위치 및 제 1 위치에 대하여 간단하게 설명하면, 제 3 위치란 외부의 기판반송기구의 일부를 구성하는 반송 아암 (500) 과 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 사이에서 웨이퍼 (W) 의 수수가 실시되는 웨이퍼 교환 위치를 의미하고, 제 2 위치란 웨이퍼 (W) 의 로딩이 종료된 후 웨이퍼 스테이지상의 웨이퍼 (W) 에 대하여 얼라인먼트가 실시되는 위치로서 제 3 측장축 (Xa) 과 제 4 측장축 (Ya) 이 함께 웨이퍼 스테이지의 반사면에 닿는 임의의 위치를 의미하며, 제 1 위치란 웨이퍼의 얼라인먼트가 종료된 후 웨이퍼 스테이지상의 웨이퍼 (W) 에 대하여 노광이 실시되는 위치로서 제 1 측장축 (Xe) 과 제 2 측장축 (Ye) 이 함께 웨이퍼 스테이지의 반사면에 닿는 임의의 위치를 의미한다.
본 실시형태에서는, 상술한 바와 같이 도 46 중에 나타내는 위치가 각각 제 1 위치, 제 2 위치, 제 3 위치로서 결정되어 있는 것으로 하는데, 제 2 위치는상기 정의를 만족하는 것이라면 어떠한 위치를 결정해도 상관없으며, 예를 들면 기준마크판 (FM)상의 마크 (WM) 가 얼라인먼트 현미경 (WA) 의 검출영역 내가 되는 위치를 제 2 위치로 해도 된다. 마찬가지로, 제 1 위치도 상기 정의를 만족하는 것이라면 어떠한 위치를 결정해도 상관없으며, 예를 들면 기준마크판 (FM)상의 마크 (RM) 가 투영광학계 (PL) 의 투영영역 내가 되는 위치를 제 1 위치로 해도 된다.
다음에, 상술한 바와 같이 하여 구성된 본 실시형태의 투영노광장치 (100) 의 전체적인 동작의 흐름을 설명한다.
① 전제로, 웨이퍼 스테이지 (WS1) 가 제 3 위치에 있고, 웨이퍼 스테이지 (WS2) 가 제 1 위치에 있다고 가정한다. 먼저, 웨이퍼 스테이지 (WS1) 와 반송 아암 (500) 사이에서 웨이퍼 교환이 실시된다. 이 웨이퍼 교환은 웨이퍼 스테이지 (WS1)상의 센터 업 (웨이퍼 업 기구) 과 반송 아암 (500) 에 의해 상기 실시예와 동일하게 하여 실시되기 때문에 여기에서는 상세한 설명은 생략하지만, 앞서 서술한 바와 같이 로봇 아암의 위치결정 정밀도는 대략 ±1 ㎛ 이하이므로 반송 아암 (500) 의 위치결정 정밀도도 이것과 거의 같을 정도로 한다. 이 웨이퍼 교환에 앞서, 웨이퍼 (W) 는 도시하지 않는 프리얼라인먼트 장치에 의해 X, Y, θ방향으로 대략 위치결정되어 있고 웨이퍼 스테이지상으로의 로드위치가 크게 이동하는 일은 없어, 예를 들면 기준마크판 (FM1) 에 대한 웨이퍼 (W) 의 로드위치도 상기 ±1 ㎛ 이하의 오차범위 내가 된다.
이 웨이퍼 교환중, 웨이퍼 스테이지 (WS1) 는 레이저 간섭계로 위치가 관리되고 있지 않지만, 제 1 로봇 아암 (201) 이 웨이퍼 스테이지 (WS1) 를 잡고 있기 때문에 웨이퍼 스테이지 (WS1) 가 아무데로나 가버린다는 결점은 생기지 않는다. 또, 제 1 로봇 아암 (201) 에 의해 잡혀 있는 동안에는 웨이퍼 스테이지 (WS1) 를 구동하는 리니어 모터는 정지하게 된다 (이하 동일).
웨이퍼 교환 (웨이퍼 스테이지 (WS1) 상으로 웨이퍼 (W) 를 로딩) 이 종료되면 주제어장치 (28) 에서는 제 1 로봇 아암 (201) 을 제어하여 웨이퍼 스테이지 (WS1) 를 도 46 중에 실선으로 나타낸 제 2 위치로 이동시키고, 그 위치에서 제 3, 제 4 레이저 간섭계 (26Xa, 26Ya) 를 동시에 리셋한다. 이 리셋이 종료되면 제 1 로봇 아암 (201) 은 그 위치에서의 역할을 마치게 되므로 상기 제 1 로봇 아암 (201) 은 주제어장치 (28) 로부터의 지시에 따라 도시하지 않는 구동계에 의해 웨이퍼 스테이지 (WS1) 를 벗어나 방해되지 않는 위치로 대피된다.
상기 제 3, 제 4 레이저 간섭계 (26Xa, 26Ya) 의 리셋 종료 후, 주제어장치 (28) 에서는 간섭계 (26Xa, 26Ya) 의 계측값을 모니터하면서 웨이퍼 스테이지 (WS1)상의 기준마크판 (FM1)상의 마크 (WM) 가 얼라인먼트 현미경 (WA) 의 출력영역 내에 위치결졍되도록 웨이퍼 스테이지 (WS1) 를 상술한 리니어 모터를 통하여 위치제어한다. 여기에서, 제 1 로봇 아암 (201) 에 의한 제 2 위치로의 위치결정 정밀도는 상술한 바와 같이 대략 ±1 ㎛ 이하가 가능하고, 이 제 2 위치에서 간섭계 측장축이 리셋되고 있으므로 그 후에는 0.01 ㎛ 정도의 분해능으로 설정값 (웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 반사면과 기준마크판상의 마크 (WM) 의 설정상의 상대위치 관계) 에 근거하여 위치제어가 가능하며, 결과적으로 얼라인먼트 현미경(WA) 에 의한 마크 (WM) 계측에 충분한 정밀도로 웨이퍼 스테이지 (WS1) 가 위치결정된다. 또, 웨이퍼 스테이지 (WS1)상의 기준마크판 (FM1)상의 마크 (WM) 가 얼라인먼트 현미경 (WA) 의 검출영역 내에 위치결정되는 위치에 제 2 위치를 설정하는 경우에는 상기 간섭계 리셋 후의 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 이동은 불필요하므로, 스루풋 면에서는 더욱 바람직하다.
다음으로, 얼라인먼트 현미경 (WA) 에 의해 상기 얼라인먼트 현미경 (WA) 의 검출중심 (지표중심) 을 기준으로 하는 기준마크판 (FM1)상의 마크 (WM) 의 위치 (ΔWX, ΔWY) 가 계측되고, 주제어장치 (28) 에서는 이 계측중 제 3, 제 4 레이저 간섭계 (26Xa, 26Ya) 의 계측값의 평균값 (X0, Y0) 을 구한다. 이로써 레이저 간섭계 (26Xa, 26Ya) 의 계측값이 (X0- ΔWX, Y0- ΔWY) 을 나타낼 때 기준마크판 (FM1)상의 마크 (WM) 가 얼라인먼트 현미경 (WA) 의 검출중심 (지표중심) 의 바로 밑에 있다는 것을 알 수 있다. 상기 제 3, 제 4 레이저 간섭계 (26Xa, 26Ya) 를 리셋한 후의 일련의 동작을 이하에서는 W-SET 라 한다.
이렇게 하여 한 쪽 웨이퍼 스테이지 (WS1) 상에서 웨이퍼 교환, 간섭계 리셋 및 W-SET 의 일련의 동작이 실시되는 동안 다른 쪽 웨이퍼 스테이지 (WS2) 상에서는 다음과 같은 동작이 실시된다.
즉, 웨이퍼 스테이지 (WS2) 는 상술한 바와 같이 제 2 로봇 아암 (221) 에 의해 제 1 위치로 이동되고 있고, 이 제 1 위치로의 위치결정 제어도 ±1 ㎛ 이하의 정밀도로 실시되고 있다., 이 제 1 위치로 웨이퍼 스테이지 (WS2) 의 이동이 완료됨과 동시에 주제어장치 (28) 에서는 제 1, 제 2 레이저 간섭계 (26Xe, 26Ye) 를 리셋한다.
이 제 1, 제 2 레이저 간섭계 (26Xe, 26Ye) 의 리셋이 종료되면 제 2 로봇 아암 (221) 은 그 위치에서의 역할을 마치게 되므로 상기 제 2 로봇 아암은 주제어장치 (28) 로부터의 지시에 따라 도시하지 않는 구동계에 의해 웨이퍼 스테이지 (WS2) 를 벗어나 방해되지 않는 위치로 대피된다.
다음에, 주제어장치 (28) 에서는 레이저 간섭계 (26Xe, 26Ye) 의 계측값을 모니터하면서 기준마크판 (FM2)상의 마크 (RM) 가 투영광학계 (PL) 의 투영영역 내에서 레티클 (R) 에 형성되어 있는 레티클 얼라인먼트 마크 (도시생략) 에 투영광학계를 통하여 중첩되는 위치에 위치결정되도록 리니어 모터를 통하여 웨이퍼 스테이지 (WS2) 의 위치를 제어한다. 이 경우, 제 2 로봇 아암 (221) 에 의해 제 1 위치로 위치결정하는 정밀도는 상술한 바와 같이 대략 ±1 ㎛ 이하가 가능하고, 이 제 1 위치에서 간섭계 측장축이 리셋되고 있으므로 그 후에는 0.01 ㎛ 정도의 분해능으로 설계값 (웨이퍼 스테이지 (WS2) 의 반사면과 기준마크판 (FM2)상의 마크 (RM) 의 설계상의 상대위치관계) 에 근거하여 위치제어가 가능하고, 결과적으로 레티클 얼라인먼트 현미경 (52A, 52B) 에서 레티클 얼라인먼트 마크와 기준마크판 (FM)상의 마크 (RM) 을 동시에 관측하는 데에는 필요충분한 정밀도로 웨이퍼 스테이지 (WS2) 는 위치결정된다.
다음에, 레티클 얼라인먼트 현미경 (52A, 52B) 에 의해 레티클 (R)상의 레티클 얼라인먼트 마크와 기준마크판 (FM2)상의 마크 (RM) 의 상대간격 (ΔRX,ΔRY), 즉 투영광학계 (PL) 의 투영영역 내의 소정 기준점으로서의 레티클 (R) 의 패턴상의 투영중심에 대한 웨이퍼 스테이지 (WS2)상의 기준점인 기준마크 (RM) 중심과의 위치어긋남 (ΔRX, ΔRY) 이 계측되고, 주제어장치 (28) 에서는 이 레티클 얼라인먼트 현미경 (52A, 52B) 의 계측값을 수용함과 동시에 그 때의 레이저 간섭계 (26Xe, 26Ye) 의 계측값 (X1, Y1) 을 판독한다. 이렇게 함으로써 레이저 간섭계 (26Xe, 26Ye) 의 계측값이 (X1- ΔRX, Y1- ΔRY) 가 되는 위치가 레티클 얼라인먼트 마크와 기준마크판 (FM2)상의 마크 (RM) 가 바로 투영광학계 (PL) 를 통하여 겹쳐지는 위치인 것을 알 수 있다. 상기한 제 1, 제 2 레이저 간섭계 (26Xe, 26Ye) 를 리셋한 후의 일련의 동작을 이하에서는 R-SET 라 한다.
② 다음에, 웨이퍼 스테이지 (WS1) 측의 웨이퍼 얼라인먼트와 웨이퍼 스테이지 (WS2) 측의 노광이 병행하여 실시된다. 즉, 상술한 제 3, 제 4 레이저 간섭계 (26Xa, 26Ya) 를 리셋한 후에는 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 위치는 레이저 간섭계 (26Xa, 26Ya) 의 계측값에 근거하여 관리되고 있고, 주제어장치 (28) 에서는 웨이퍼 (W)상의 복수의 쇼트영역 내, 미리 정해진 특정 샘플 쇼트의 위치검출용 마크 (얼라인먼트 마크) 위치의 계측을 간섭계 (26Xa, 26Ya) 의 계측값을 모니터하면서 리니어 모터를 통하여 웨이퍼 스테이지 (WS1) 를 순차적으로 이동시켜 얼라인먼트 현미경 (WA) 의 출력에 근거하여 (Xa, Ya) 좌표계상에서 실시한다. 이 경우, 기준마크판 (FM1)상의 마크 (WM) 가 얼라인먼트 현미경 (WA) 의 검출중심의 바로 밑에 올 때의 간섭계의 계측값 (X0- ΔX, Y0- ΔY) 이 구해지고 있으므로, 그 값과, 기준마크 (WA) 와 각 얼라인먼트 마크의 상대위치의 설정값에 근거하여 웨이퍼 (W)상의 각 얼라인먼트 마크를 웨이퍼 얼라인먼트 현미경 (WA) 의 검출영역내에 위치결정하기 위해서는 레이저 간섭계 (26Xa, 26Ya) 의 계측값이 어떤 값을 나타내는 위치에 웨이퍼 스테이지 (WS1) 를 이동시키면 되는지가 연산으로 구해지고, 이 연산결과에 근거하여 웨이퍼 스테이지 (WS1) 가 순차적으로 이동된다.
웨이퍼 (W) 의 X, Y, θ의 위치맞춤을 하기 위해서는 최저 X 계측마크 2 개와 Y 계측마크 1 개 (또는 X 계측마크 1 개와 Y 계측마크 2 개) 를 계측하면 충분하지만, 여기에서는 EGA 샘플 쇼트로서 일직선 상에 없는 X 계측마크 3 개 이상, 일직선 상에 없는 Y 계측마크 3 개 이상의 계측이 실시되는 것이다.
그리고, 이 계측한 각 샘플 쇼트의 얼라인먼트 마크 (웨이퍼 마크) 위치와 설계상의 쇼트 영역의 배열 데이터를 이용하여, 예를 들면 미국특허 제 4,780,617 호에 대응하는 일본 공개특허공보 소61-44429 호 등에 개시된 바와 같은 최소자승법에 의한 통계연산을 실시하여 웨이퍼 (W)상의 상기 복수 쇼트 영역의 전체 배열 데이터를 구한다. 단, 계산결과에서 먼저 구한 기준마크판 (FM1)상의 마크 (WM) 가 얼라인먼트 현미경 (WA) 의 검출중심의 바로 밑에 올 때의 간섭계의 값 (X0- ΔX, Y0- ΔY) 의 차를 구하여 기준마크판 (FM1)상의 기준 마크 (WM) 를 기준으로 하는 데이터로 변환시켜 두는 것이 바람직하다. 이렇게 하여, 기준마크판 (FM1)상의 마크 (WM) 와 웨이퍼 (W)상의 각 쇼트영역의 기준점의 상대적인 위치관계가 필요충분하게 알 수 있다.
이렇게 하여 웨이퍼 스테이지 (WS1) 측에서 파인얼라인먼트 (EGA) 가 실시되는 것과 병행하여, 웨이퍼 스테이지 (WS2) 측에서는 다음과 같이 하여 레티클 (R) 의 패턴상과 웨이퍼 (W)상의 쇼트 영역의 기성 패턴의 중첩노광이 실시된다.
즉, 주제어장치 (28) 에서는 상기 위치어긋남 오차의 계측결과와 그 때의 웨이퍼 스테이지 (WS2) 의 좌표위치 (Xe, Ye) 와, 미리 얼라인먼트동작에 의해 상기와 동일하게 하여 산출하고 있는 기준마크판 (FM2)상의 기준마크 (WM) 를 기준으로 하는 각 쇼트의 배열좌표 데이터에 근거하여 간섭계 (26Xe, 26Ye) 의 계측값을 모니터하면서 웨이퍼 (W)상의 각 쇼트 영역을 노광위치에 위치결정하고, 조명광학계 내의 셔터를 개폐제어하면서 스텝·앤드·리피트 방식으로 레티클 패턴을 웨이퍼 (W) 상에 순차적으로 노광한다. 여기에서, 웨이퍼 스테이지 (WS2)상의 웨이퍼 (W) 에 대한 노광에 앞서, 간섭계 (26Xe, 26Ye) 를 리셋하고 있음 (간섭계의 측장축이 일단 중단되어 있다) 에도 불구하고, 고정밀도의 중첩이 가능한 이유에 대하여 상술하면, 기준마크판 (FM2)상의 마크 (WM) 와 마크 (RM) 의 간격은 이미 알고 있고, 이것에 앞서 실시된 파인얼라인먼트 (EGA) 에 의해 상술한 바와 같이 하여 기준마크판 (FM2)상의 마크 (WM) 와 웨이퍼 (W)상의 각 쇼트 영역의 기준점과의 상대적인 위치관계가 산출되고 있고, 레티클 (R)상의 레티클 얼라인먼트 마크가 웨이퍼 스테이지 (WS2)상의 어디에 존재하는지 (즉, 투영광학계 (PL) 의 투영영역 내의 소정 기준점인 레티클의 패턴상의 투영중심 (투영광학계 (PL) 의 투영중심과 거의 일치) 와 웨이퍼 스테이지 (WS2)상의 기준점인 마크 (RM) 와의 상대적 위치관계) 도 계측되고 있으므로, 이 계측결과에 근거하여 제 1, 제 2 레이저간섭계 (26Xe, 26Ye) 의 계측값이 어떤 값이 되면 레티클 (R) 의 패턴상과 웨이퍼 (W) 상 각 쇼트 영역이 딱 맞게 겹치는가는 명백하기 때문이다.
③ 상술한 바와 같이 하여, 웨이퍼 스테이지 (WS1) 측에서 파인얼라인먼트 (EGA) 가 종료하고 웨이퍼 스테이지 (WS2) 측에서 웨이퍼 (W)상의 모든 쇼트 영역에 대한 레티클 패턴의 노광이 종료되면, 웨이퍼 스테이지 (WS1) 를 투영광학계 (PL) 하방의 제 1 위치로 이동시키고, 웨이퍼 스테이지 (WS2) 를 웨이퍼 교환위치인 제 3 위치로 이동시킨다.
즉, 웨이퍼 스테이지 (WS1) 는 주제어장치 (28) 로부터의 지시에 따라 제 1 로봇 아암 (201) 에 의해 포착되어 제 1 위치로 이동된다. 이 제 1 위치로의 위치결정 제어도 ±1 ㎛ 이하의 정밀도로 실시된다. 이 제 1 위치로 웨이퍼 스테이지 (WS1) 의 이동이 완료됨과 동시에 주제어장치 (28) 에서는 제 1, 제 2 레이저 간섭계 (26Xe, 26Ye) 를 리셋한다.
이 리셋이 종료되면, 제 1 로봇 아암 (201) 은 그 위치에서의 역할을 마치게 되므로 상기 제 1 로봇 아암 (201) 은 주제어장치 (28) 로부터의 지시에 따라 도시하지 않는 구동계에 의해 웨이퍼 스테이지 (WS1) 를 벗어나 방해되지 않는 위치로 대피된다.
다음에, 주제어장치 (28) 에서는 앞서 서술한 웨이퍼 스테이지 (WS2) 측과 동일하게 하여 R-SET 을 실시한다. 이렇게 함으로써, 레티클 얼라인먼트 마크와 기준마크판 (FM1)상의 마크 (RM) 의 상대간격 (ΔRX, ΔRY), 즉 투영광학계 (PL) 의 투영영역 내의 소정 기준점으로서의 레티클 (R) 의 패턴상의 투영중심에대한 웨이퍼 스테이지 (WS2)상의 기준점인 기준마크 (RM) 중심과의 위치어긋남 (ΔRX, ΔRY) 및 이 위치어긋남 계측시의 스테이지 좌표위치 (X1, Y1) 이 측정된다.
웨이퍼 스테이지 (WS1) 측에서 상술한 바와 같이 하여 간섭계 리셋 및 R-SET 가 실시되는 동안, 주제어장치 (28) 로부터의 지시에 따라 제 2 로봇 아암 (221) 이 노광동작이 종료된 웨이퍼 스테이지 (WS2) 를 포착하고. 웨이퍼 교환을 위해 웨이퍼 수수위치 (제 3 위치) 에 웨이퍼 스테이지 (WS2) 를 이동시킨 다음, 이후 상술한 웨이퍼 스테이지 (WS1) 측과 동일하게 하여 웨이퍼 교환, 간섭계 리셋 및 W-SET 가 실시된다.
④ 이어서, 주제어장치 (28) 에서는 상술한 바와 같이 웨이퍼 스테이지 (WS1) 측에서 스텝·앤드·리피트 방식으로 레티클 패턴이 웨이퍼 (W) 상에 순차적으로 노광되는 것과 병행하여, 웨이퍼 스테이지 (WS2) 측에서 파인얼라인먼트 (EGA) 가 실시되도록 양 스테이지의 동작을 제어한다.
⑤ 그 후에는 지금까지 설명한 ① ∼ ④ 의 동작이 순차적으로 반복되도록, 주제어장치 (28) 에 의해 양 스테이지 (WS1, WS2) 의 동작, 제 1, 제 2 로봇 아암의 동작이 제어된다.
이상 설명한 양 스테이지 (WS1, WS2) 상에서 실시되는 병행동작의 흐름이 도 47 에 나타나 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 제 5 실시형태에 관계된 투영노광장치 (100) 에 의하면, 웨이퍼 스테이지 (WS1) 및 웨이퍼 스테이지 (WS2) 내의 일측의 스테이지측 노광동작과 타측의 스테이지측 파인얼라인먼트동작을 병행하여 실시할 수 있기 때문에, 웨이퍼 교환 (서치얼라인먼트를 포함), 파인얼라인먼트, 노광을 연속적으로 실시하고 있었던 종래기술에 비해 스루풋의 대폭적인 향상을 기대할 수 있다. 통상, 노광처리시퀀스 중에서는 파인얼라인먼트동작과 노광동작에 필요한 시간의 비율이 크기 때문이다.
또, 상기 실시형태에 의하면, 간섭계시스템 (26) 의 측장축이 끊어지는 것을 전제로 하고 있기 때문에, 각 웨이퍼 스테이지의 반사면 (이동경을 사용하는 경우에는 상기 이동경) 길이는 웨이퍼 직경보다 약간 긴 정도로 충분하므로, 측장축이 끊어져서는 안되는 것을 전제로 하고 있었던 종래기술에 비해 웨이퍼 스테이지의 소형·경량화가 가능하며, 이에 의해 스테이지제어성능의 향상이 기대된다.
또한, 상기 실시형태에서는 간섭계시스템의 측장축이 끊어지는 것을 전제로 하고, 얼라인먼트전, 노광전 각각에 있어서 스테이지상의 기준마크판 (FM)상의 마크위치를 측정하기 때문에, 투영광학계 (PL) 의 투영중심과 얼라인먼트 현미경 (WA) 검출중심의 중심간 거리 (베이스라인량) 는 아무리 길어져도 특별히 문제점은 없고, 투영광학계 (PL) 와 얼라인먼트 현미경 (WA) 의 간격을 어느정도 충분히 떨어뜨려 웨이퍼 스테이지 (WS1) 와 웨이퍼 스테이지 (WS2) 가 간섭 등을 발생시키지 않아 웨이퍼얼라인먼트와 노광을 시간적으로 병행하여 실시할 수 있다.
또, 상기 실시형태에서는 투영광학계 (PL) 의 투영중심에서 수직으로 교차하는 제 1 측장축 (Xe) 과 제 2 측장축 (Ye) 및 얼라인먼트 현미경 (WA) 의 검출중심에서 수직으로 교차하는 제 3 측장축 (Xa) 과 제 4 측장축 (Ya) 을 간섭계시스템(26) 이 구비하고 있기 때문에, 얼라인먼트동작시 및 노광시의 어느 경우에 있어서도 웨이퍼 스테이지의 2 차원 위치를 정확하게 관리할 수 있다.
이에 더해, 투영광학계 (PL) 의 측면, 얼라인먼트 현미경 (WA) 의 측면에 간섭계용 고정경 (14X, 14Y, 18X, 18Y) 을 고정했기 때문에, 얼라인먼트 계측중, 노광중에 고정경 위치의 변동이 없는 한, 만약 시간 경과에 따른 변화나 장치의 진동 등에 의해 고정경 위치가 변동해도 이 변동에 의해 웨이퍼 스테이지 위치제어정밀도가 저하되는 등의 문제점이 생기지 않는다. 따라서, 예컨대 얼라인먼트 현미경 (WA) 을 상하이동 가능한 구성으로 해도 아무런 문제점도 생기지 않는다.
그리고, 상기 제 5 실시형태에서는 제 1, 제 2 로봇아암 (201, 221) 에 의해 웨이퍼 스테이지 (WS1), 웨이퍼 스테이지 (WS2) 를 제 1 위치, 제 2 위치 및 제 3 위치의 3 지점 사이에서 이동시키는 경우에 대하여 설명했지만, 본 발명이 이것에 한정되는 것은 아니며, 예컨대 제 2 위치에서 웨이퍼 교환을 실시하도록 하는 경우에는 제 1, 제 2 로봇아암 (201, 221) 에 의해 웨이퍼 스테이지 (WS1), 웨이퍼 스테이지 (WS2) 를 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 이동시키도록 해도 된다. 이 경우에는 주제어장치 (28) 에서는 웨이퍼 스테이지 (WS1) 및 웨이퍼 스테이지 (WS2) 내의 일측 스테이지상의 웨이퍼 (W) 노광동작과, 타측 스테이지상의 웨이퍼 (W) 얼라인먼트동작이 병행하여 실시되도록 양 스테이지의 동작을 제어한 후에 제 1, 제 2 로봇아암 (201, 221) 에 의해 양 스테이지의 위치를 교체하게 된다.
또, 상기 제 5 실시형태에서는 EGA 계측에 기초하여 스텝·앤드·리피트 방식의 노광이 스테이지상의 웨이퍼 (W) 에 대해 실시되는 경우에 대하여 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 다이·바이·다이에 의해 얼라인먼트, 노광을 반복하면서 웨이퍼 (W)상의 각 쇼트영역에 순차적으로 레티클 패턴상을 투영 노광해도 된다. 이 경우에도 얼라인먼트시에 스테이지상의 기준마크판 (FM) 에 형성된 마크 (WM) 에 대한 각 얼라인먼트 마크의 상대위치가 계측되므로, 이 상대위치에 기초하여 상기와 동일하게 하여 각 쇼트영역에 레티클 패턴상을 중첩할 수 있다. 이러한 다이·바이·다이 방식은 웨이퍼 (W)상의 쇼트영역의 수가 적은 경우에 채택하는 것이 바람직하다. 쇼트영역의 수가 많은 경우에는 스루풋의 저하를 방지하는 관점에서 생각하여 상술한 EGA 에 의한 쪽이 바람직하다.
또한, 상기 제 5 실시형태에서는 제 1 로봇아암 (201) 이 일측의 스테이지 (WS1) 를 제 1 위치, 제 2 위치 및 제 3 위치의 3 지점 사이에서 이동시키고, 제 2 로봇아암 (221) 이 타측의 스테이지 (WS2) 를 제 1 위치, 제 2 위치 및 제 3 위치의 3 지점 사이에서 이동시키는 경우에 대하여 설명했지만, 본 발명이 이것에 한정되는 것은 아니며, 예컨대 일측의 로봇아암 (201) 이 스테이지 (WS1) (또는 WS2) 를 제 1 위치로부터 제 3 위치까지 옮기는 도중에서 제 1 위치, 제 2 위치 및 제 3 위치 이외의 어느 위치까지 옮겨 놓고, 타측의 로봇아암 (221) 이 상기 스테이지 (WS1) (또는 WS2) 를 이 위치로부터 제 3 위치까지 이동시키는 등의 방식을 채택함으로써 일측의 로봇아암 (201) 을 양 스테이지의 제 2 위치와 제 1 위치의 반송전용으로 하고, 타측의 로봇아암 (221) 을 양 스테이지의 제 3 위치와 제2 위치의 반송전용으로 할 수도 있다.
또, 간섭계시스템 (26) 을 구성하는 각 레이저 간섭계로서 다축의 간섭계를 사용하고, 웨이퍼 스테이지의 X, Y 병진위치 뿐만 아니라, 요잉이나 피칭도 계측하도록 해도 된다.
〔제 6 실시형태〕
다음으로, 본 발명의 제 6 실시형태를 도 48 에 기초하여 설명한다. 여기에서, 상술한 제 5 실시형태와 동일 또는 동등한 구성부분에 대해서는 동일 부호를 사용함과 동시에 그 설명을 생략하는 것으로 한다.
이 제 6 실시형태는 웨이퍼 스테이지 (WS1) 가 스테이지 본체 (WS1a) 와 이 스테이지 본체 (WS1a) 상에 착탈이 가능한 동일형상의 기판지지부재 (WS1b) 의 2 부분으로 분리 가능하게 구성되고, 동일하게 웨이퍼 스테이지 (WS2) 가 스테이지 본체 (WS2a) 와 이 스테이지 본체 (WS2a) 상에 착탈이 가능한 동일형상의 기판지지부재 (WS2b) 의 2 부분으로 분리 가능하게 구성되어 있는 점에 특징을 갖는다.
기판지지부재 (WS1b, WS2b) 에는 웨이퍼 (W) 가 도시되지 않은 웨이퍼홀더를 통하여 흡착지지되어 있음과 동시에, 간섭계용 이동경로서 기능하는 반사면이 그 측면에 각각 형성되어 있다. 또, 이들 기판지지부재 (WS1b, WS2b) 에는 그 상면에 기준마크판 (FM1, FM2) 이 각각 설치되어 있다.
본 제 6 실시형태에서는 상술한 제 5 형태와 거의 동일하게 하여 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 상에서 병행처리가 실시되지만, 일측의 스테이지측에서 얼라인먼트동작이 종료하고, 타측의 스테이지측에서 노광동작이 종료한 시점에서, 주제어장치 (28) 에 의해 제 1, 제 2 로봇아암 (201, 221) 이 제어되고, 얼라인먼트동작이 종료한 스테이지측의 기판지지부재 (WS1b) (또는 WS2b) 가 제 1 위치에서 정지하고 있는 스테이지 본체 (WS2a) 상에 반송 (이동) 되는 것과 병행하여, 노광이 종료한 스테이지측의 기판지지부재 (WS2b) (또는 WS1b) 가 제 2 위치에서 정지하고 있는 스테이지 본체 (WS1a) 상에 반송되고, 이와 같이 하여 기판지지부재 (WS1b, WS2b) 의 교환이 실시된다. 기판지지부재 (WS1b, WS2b) 가 교환될 때, 간섭계시스템 (26) 의 측장축은 끊어져 웨이퍼 스테이지 (WS1, WS2) 의 위치관리가 불가능하게 되기 때문에, 그 사이에는 스테이지스토퍼 (30a, 30b) 가 나와 양 스테이지 본체 (WS1a, WS2a) 를 그 위치에 지지하도록 되어 있다. 이 경우, 웨이퍼 교환은 도시되지 않은 반송아암에 의해 제 2 위치에서 실시된다.
여기에서, 본 제 6 실시형태에서는 도 48 로부터 용이하게 상상되도록 제 2 위치로서, 예컨대 기준마크판 (FM)상의 마크 (WM) 가 얼라인먼트 현미경 (WA) 의 검출영역내가 되는 위치가, 제 1 위치로서 기준마크판 (FM)상의 마크 (RM) 가 투영광학계 (PL) 의 투영영역내가 되는 위치가 각각 정해져 있고, 따라서 주제어장치 (28) 에 의해 기판지지부재 (WS1b, WS2b) 의 스테이지 본체상으로의 이동과 함께 간섭계시스템 (26) 측장축의 리셋 및 R-SET 또는 W-SET 가 실시되게 된다.
이 제 6 실시형태에 의해서도 상술한 제 5 실시형태와 동등한 효과를 얻을 수 있다. 그리고, 상기 제 6 실시형태에서는 제 1, 제 2 로봇아암 (201, 221) 이 기판지지부재를 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 이동시키는 경우에 대하여 설명했지만, 제 1, 제 2 로봇아암 (201, 221) 이 상술한 제 1 실시형태와 동일하게 기판지지부재를 제 1 위치, 제 2 위치 및 제 3 위치의 3 지점 사이에서 이동시키도록 해도 된다. 이 경우에는 웨이퍼 교환을 투영광학계 (PL), 얼라인먼트 현미경 (WA) 과 관계없는 곳에서 실시할 수 있기 때문에, 예컨대 얼라인먼트 현미경 (WA) 아랫쪽의 워킹디스턴스가 좁은 경우에도 얼라인먼트 현미경 (WA) 이 웨이퍼 교환의 장해가 되는 등의 문제점이 없다.
그리고, 상기 제 5, 제 6 실시형태에서는 간섭계시스템 (26) 의 측장축이 일단 끊어질 때의 대책으로서, 로봇아암이나 스테이지스토퍼인 것을 사용하는 경우에 대하여 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 예컨대 웨이퍼 스테이지 하면에 2 차원 글레이팅을 새겨 두고, 스테이지 주행면 아래로부터 광학식의 엔코더에 의해 위치를 판독해도 되고, 간섭계 측장축이 일단 끊어진 상태에서 스테이지를 다음 위치로 정확하게 이동시킬 수 있는 장치, 또는 스테이지 본체를 소정 위치에서 정지시킨 채 지지할 수 있는 것이면 어떠한 장치를 사용해도 된다.
또, 상기 제 5, 제 6 실시형태에서는 독립적으로 이동하는 웨이퍼 스테이지가 2 개 설치된 경우에 대하여 설명했지만, 독립적으로 이동하는 웨이퍼 스테이지를 3 개 이상 설치해도 된다. 웨이퍼 스테이지를 3 개 설치한 경우에는, 예컨대 노광동작, 얼라인먼트동작, 웨이퍼 평탄도 측정동작을 병행하여 실시할 수 있다. 또, 투영광학계 (PL) 나 얼라인먼트 현미경 (WA) 을 복수 설치해도 된다. 투영광학계가 복수 있는 경우에는 얼라인먼트동작과 다른 2 종류 패턴의 노광동작을 동시에 병행적으로 실시할 수 있어 소위 2 중 노광 등에 알맞다.
또한, 상기 실시형태에서는 본 발명이 스텝·앤드·리피트 방식의 투영노광장치에 적용된 경우를 예시했지만, 본 발명의 적용범위가 이것에 한정되는 것은 아니며, 본 발명은 소위 스텝·앤드·스캔 방식의 투영노광장치는 물론, 이 외, 예컨대 전자빔 직접묘화장치 등의 다른 노광장치에도 적용할 수 있는 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 투영노광장치 및 투영노광방법에 의하면, 스루풋을 더욱 향상시킬 수 있다. 본 발명의 투영노광장치 및 투영노광방법에 의하면, 스루풋의 향상 및 기판 스테이지의 소형·경량화를 도모할 수 있다는 종래에 없는 우수한 효과가 있다. 본 발명의 투영노광장치 및 투영노광방법에 의하면, 스루풋을 더욱 향상시킴과 동시에 양 스테이지상호간의 외란의 영향을 방지할 수 있다.
본 발명의 투영노광장치 및 투영노광방법에 의하면, 스루풋을 더욱 향상시킴과 동시에 양 스테이지끼리의 간섭을 방지할 수 있다. 본 발명의 노광방법에 의하면, 스루풋을 향상시킬 수 있음과 동시에 베이스라인량에 관계없이 기판 스테이지의 크기를 정할 수 있다. 본 발명의 노광장치에 의하면, 일측의 기판 스테이지상의 노광동작과 타측의 스테이지상의 얼라인먼트동작을 병행처리함으로써 스루풋을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 투영노광장치 및 투영노광방법에 의하면, 스루풋을 더욱 향상시키면서 고정밀도의 포커스, 레벨링 제어를 실시할 수 있다. 본 발명의 투영노광방법에 의하면, 샘플쇼트영역의 배열에 기초하여 마스크와의 위치를 맞추는 EGA 를 사용하는 경우에도 스루풋을 더욱 향상시키면서 고정밀도의 포커스, 레벨링 제어를 실시할 수 있다. 본 발명의 투영노광장치에 의하면, 감응기판 외주근방의 쇼트영역을 노광할 때에 선독 계측할 수 없었던 내측의 포커스 정보를 선독 데이터로서 포커스 제어에 사용함으로써 스루풋을 향상시키면서 고정밀도의 포커스, 레벨링 제어를 실시할 수 있다.
본 발명의 주사노광방법에 의하면, 스루풋을 더욱 향상시키면서 고정밀도의 포커스, 레벨링 제어를 실시할 수 있다. 따라서, 본 발명의 노광장치, 노광장치 및 노광방법은 반도체소자나 액정표시소자를 리소그래피를 사용하여 제조하는데에 매우 적합하다.

Claims (37)

  1. 마스크상에 형성된 패턴을 감응기판상에 투영함으로써 감응기판이 노광되는 투영노광장치로서,
    패턴 이미지를 감응기판상에 투영하는, 노광빔의 경로상에 배치된 투영계,
    상기 투영계의 이미지면측상에 배치되고, 각각이 감응기판을 유지하면서 일평면에서 독립적으로 이동할 수 있는 제 1 기판 스테이지와 제 2 기판 스테이지를 갖는 스테이지계,
    상기 스테이지계와 기능적으로 관련되고, 5개의 측장축을 가지며, 기판 교환 동작 및 상기 제 1 기판 스테이지의 검출 동작중 적어도 하나의 동작 동안 상기 제 1 기판 스테이지를 감시하는 제 1 간섭계,
    스테이지계와 기능적으로 관련되고, 5개의 측장축을 가지며, 제 2 기판 스테이지의 노광 동작 동안 상기 제 2 기판 스테이지를 감시하는 제 2 간섭계, 및
    상기 스테이지계, 상기 제 1 간섭계, 및 제 2 간섭계와 기능적으로 관련되고, 상기 제 1 및 제 2 간섭계의 계측 결과에 기초하여, 상기 제 2 기판 스테이지를 이동함으로써 상기 제 2 기판 스테이지상에 유지된 감응기판에 대한 노광 동작을 실행하면서, 상기 제 1 스테이지계를 이동함으로써 상기 기판 교환 동작 및 상기 검출 동작중 적어도 하나의 동작을 수행하는 제어계를 구비하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  2. 제 181 항에 있어서, 상기 노광 동작 동안, 제 2 기판 스테이지가 주사방향으로 이동하면서, 상기 감응기판상의 각각의 영역이 노광되는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  3. 제 182 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 간섭계의 각각은 상기 주사방향과 평행인 측장축과 상기 주사방향과 수직인 비주사방향과 평행인 측장축을 갖는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  4. 제 183 항에 있어서, 상기 제 2 간섭계는 상기 제 2 기판 스테이지의 회전 및 틸트를 계측하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  5. 제 184 항에 있어서, 상기 제 2 간섭계는 상기 비주사방향과 평행인 상기 측장축을 이용하여 상기 제 2 기판 스테이지의 상기 비주사방향의 위치와 틸트를 계측하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  6. 제 184 항에 있어서, 상기 제 2 간섭계는 상기 비주사방향과 평행인 상기 측장축을 이용하여 상기 제 2 기판 스테이지의 상기 비주사방향의 위치, 회전 및 틸트를 계측하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  7. 제 184 항에 있어서, 상기 제 2 간섭계는 상기 주사방향과 평행인 상기 측장축을 이용하여 상기 제 2 기판 스테이지의 상기 주사방향의 위치와 틸트를 계측하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  8. 제 184 항에 있어서, 상기 제 1 간섭계는 상기 제 1 기판 스테이지의 회전과 틸트를 계측하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  9. 제 188 항에 있어서, 상기 제 1 간섭계는 상기 주사방향과 평행인 측장축과 상기 비주사방향과 평행인 측장축을 이용하여 상기 제 1 기판 스테이지의 틸트를 계측하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  10. 제 188 항에 있어서, 상기 제 1 간섭계는 상기 비주사방향과 평행인 측장축을 이용하여 상기 제 1 기판 스테이지의 회전과 틸트를 계측하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  11. 제 183 항에 있어서, 상기 제 1 간섭계는 상기 제 1 기판 스테이지의 회전과 틸트를 계측하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  12. 제 191 항에 있어서, 상기 제 1 간섭계는 상기 비주사방향과 평행인 측장축을 이용하여 제 1 기판 스테이지의 위치, 회전, 및 틸트를 계측하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  13. 제 192 항에 있어서, 상기 제 1 간섭계는 상기 주사방향과 평행인 측장축을 이용하여 상기 제 1 기판 스테이지의 위치와 틸트를 계측하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  14. 제 181 항에 있어서, 상기 제 1 간섭계는 상기 제 1 기판 스테이지의 위치, 회전, 및 틸트를 감시하고, 상기 제 2 간섭계는 상기 제 2 기판 스테이지의 위치, 회전, 및 틸트를 감시하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  15. 제 182 항에 있어서, 상기 제 2 기판 스테이지의 상기 노광 동작 동안, 상기 제 1 기판 스테이지와 상기 제 2 기판 스테이지는 상기 주사방향과 수직인 방향으로 서로 떨어져 이동하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  16. 제 182 항에 있어서, 상기 주사방향과 수직인 방향으로 상기 투영계로부터 떨어져 배치되고, 상기 검출 동작 동안 감응기판의 얼라인먼트 정보를 검출하는 마크 검출계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  17. 제 181 항에 있어서, 상기 기판 교환 동작 및 상기 검출 동작중 적어도 하나의 동작을 수행하는 상기 제 1 기판 스테이지의 이동 영역은 상기 노광 동작을 실행하는 상기 제 2 기판 스테이지의 이동 영역을 중첩하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  18. 제 181 항에 있어서, 상기 제 2 기판 스테이지는 상기 제 1 기판 스테이지가 이동될때의 진동으로부터 보호되는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  19. 투영광학계를 통해 마스크상에 형성된 패턴을 감응기판상에 투영함으로써 감응기판을 노광하는 투영노광방법으로서,
    각각이 감응기판을 유지하면서 2차원 평면상에 독립적으로 이동가능한 제 1 기판 스테이지와 제 2 기판 스테이지를 준비하는 단계,
    상기 제 2 기판 스테이지상에 유지된 감응기판에 대한 노광 동작을 실행하면서, 상기 제 1 기판 스테이지를 이용하여 기판 교환 동작 및 검출 동작중 적어도 하나의 동작을 수행하는 단계,
    상기 기판 교환 동작 및 상기 검출 동작중 적어도 하나의 동작 동안 5개의 측장축을 갖는 제 1 간섭계를 이용하여 상기 제 1 기판 스테이지를 감시하는 단계, 및
    상기 노광 동작 동안 5개의 측장축을 갖는 제 2 간섭계를 이용하여 상기 제 2 기판 스테이지를 감시하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
  20. 제 199 항에 있어서, 상기 노광 동작 동안, 상기 제 2 기판 스테이지를 주사방향으로 이동하면서, 상기 제 2 기판 스테이지상에 유지된 감응기판상의 각각의 영역을 노광하는 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
  21. 제 200 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 간섭계의 각각은 상기 주사방향과 평행인 측장축 및 상기 주사방향과 수직인 비주사방향과 평행인 측장축을 갖는 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
  22. 제 201 항에 있어서, 상기 제 2 간섭계는 상기 제 2 기판 스테이지의 회전 및 틸트를 계측하는 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
  23. 제 202 항에 있어서, 상기 제 2 간섭계는 상기 비주사방향과 평행인 측장축을 이용하여 상기 제 2 기판 스테이지의 상기 비주사방향의 위치와 틸트를 계측하는 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
  24. 제 202 항에 있어서, 상기 제 2 간섭계는 상기 비주사방향과 평행인 측장축을 이용하여 상기 제 2 기판 스테이지의 상기 비주사방향의 위치, 회전 및 틸트를 계측하는 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
  25. 제 202 항에 있어서, 상기 제 2 간섭계는 상기 주사방향과 평행인 측장축을 이용하여 상기 제 2 기판 스테이지의 상기 주사방향의 위치와 틸트를 계측하는 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
  26. 제 202 항에 있어서, 상기 제 1 간섭계는 상기 제 1 기판 스테이지의 회전 및 틸트를 계측하는 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
  27. 제 206 항에 있어서, 상기 제 1 간섭계는 상기 주사방향과 평행인 상기 측장축 및 비주사방향과 평행인 측장축을 이용하여 상기 제 1 기판 스테이지의 틸트를 계측하는 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
  28. 제 206 항에 있어서, 상기 제 1 간섭계는 상기 비주사방향과 평행인 측장축을 이용하여 상기 제 1 기판 스테이지의 회전 및 틸트를 계측하는 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
  29. 제 201 항에 있어서, 상기 제 1 간섭계는 상기 제 1 기판 스테이지의 회전 및 틸트를 계측하는 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
  30. 제 209항에 있어서, 상기 제 1 간섭계는 상기 비주사방향과 평행인 측장축을 이용하여 제 1 기판 스테이지의 위치, 회전, 및 틸트를 계측하는 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
  31. 제 210 항에 있어서, 상기 제 1 간섭계는 상기 주사방향과 평행인 측장축을 이용하여 상기 제 1 기판 스테이지의 위치 및 틸트를 계측하는 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
  32. 제 199 항에 있어서, 상기 제 1 간섭계는 상기 제 1 기판 스테이지의 위치, 회전, 및 틸트를 계측하고, 상기 제 2 간섭계는 상기 제 2 기판 스테이지의 위치, 회전, 및 틸트를 계측하는 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
  33. 제 200 항에 있어서, 상기 제 1 기판 스테이지와 상기 제 2 기판 스테이지는, 상기 제 2 기판 스테이지의 상기 노광 동작 동안, 상기 주사방향과 수직인 방향으로 서로 떨어져서 이동하는 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
  34. 제 200 항에 있어서, 상기 검출 동작은 상기 주사방향과 수직인 방향으로 상기 투영계로부터 떨어져 배치된 마크 검출계를 이용하여 상기 감응기판의 얼라인먼트 정보를 검출하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
  35. 제 199 항에 있어서, 상기 기판 교환 동작 및 상기 검출 동작중 적어도 하나의 동작을 수행하는 상기 제 1 기판 스테이지의 이동 영역이 상기 노광 동작을 실행하는 상기 제 2 기판 스테이지의 이동 영역을 중첩하는 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
  36. 제 199 항에 있어서, 상기 제 2 기판 스테이지는 상기 제 1 기판 스테이지가 이동할때의 진동으로부터 보호되는 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
  37. 제 199 항에 기재된 방법을 이용한 노광 공정을 포함하는 디바이스 제조방법.
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