KR20100098286A - 이동체 구동 시스템, 패턴 형성 장치, 노광 장치 및 노광 방법, 그리고 디바이스 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
스테이지 장치는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 대향하는 면 상에, Y 축 방향을 길이 방향으로 하여 배치되고, X 축 방향을 주기 방향으로 하는 제 1 격자가 형성된 제 1 스케일 (46B, 46D) 과, X 축 방향을 길이 방향으로 하여 배치되고, 제 1 격자와 주기 방향이 직교하는 제 2 격자가 형성된 제 2 스케일 (46A, 46C) 을 구비하고 있다. 또한, 스테이지의 상면에는, X 축 방향의 위치를 상이하게 하여 배치된 복수의 X 헤드 (661 ∼ 665) 와, Y 축 방향의 위치를 상이하게 하여 배치된 복수의 Y 헤드 (641 ∼ 645) 가 형성되어 있다. 이들 헤드를 갖는 인코더 시스템은, 제 1 스케일에 대향하는 X 헤드의 출력과, 제 2 스케일에 대향하는 Y 헤드의 출력에 기초하여 스테이지의 XY 평면 내의 위치 정보를 계측한다.
이동체, 패턴, 노광, 인코더 시스템
Description
기술분야
본 발명은, 이동체 구동 시스템, 패턴 형성 장치, 노광 장치 및 노광 방법, 그리고 디바이스 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 인코더 시스템을 사용하여 이동체의 위치를 계측하고, 실질적으로 소정 평면을 따라 이동체를 구동하는 이동체 구동 시스템, 그 이동체 구동 시스템을 구비하는 패턴 형성 장치, 상기 이동체 구동 시스템을 구비한 노광 장치 및 상기 이동체 구동 시스템을 사용하는 노광 방법, 그리고 그 노광 장치 또는 상기 노광 방법을 이용하는 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.
배경기술
종래, 반도체 소자, 액정 표시 소자 등의 마이크로 디바이스 (전자 디바이스) 를 제조하기 위한 리소그래피 공정에서는, 스텝·앤드·리피트 방식의 투영 노광 장치 (이른바 스텝퍼) 혹은 스텝·앤드·스캔 방식의 투영 노광 장치 (이른바 스캐닝·스텝퍼 (스캐너라고도 한다)) 등이 주로 사용되고 있다.
이런 종류의 노광 장치에서는 피노광 기판, 예를 들어 웨이퍼를 유지하는 스테이지의 위치 계측은, 레이저 간섭계를 사용하여 실시되는 것이 일반적이었다. 그런데, 반도체 소자의 고집적화에 따른 패턴의 미세화에 의해, 요구되는 성능이 엄격해졌다. 예를 들어 토탈 오버레이 오차의 허용값이 수 ㎚ 의 오더가 되고, 이에 따라 스테이지의 위치 제어 오차의 허용값도 서브 나노 오더 이하로 되었다. 따라서, 레이저 간섭계의 빔로 상의 분위기의 온도 변화 및/또는 온도 구배의 영향으로 발생하는 공기 흔들림에서 기인되는 계측값의 단기적인 변동도 무시할 수 없게 되었다.
그래서 최근에는, 간섭계에 비해 공기 흔들림의 영향을 잘 받지 않는 고분해능의 인코더가 주목되게 되었고, 그 인코더를 웨이퍼 스테이지 등의 위치 계측에 사용하는 노광 장치가 제안되었다 (예를 들어 특허 문헌 1 등 참조). 이 특허 문헌 1 에 기재된 노광 장치에서는, 기판 테이블의 상방에, 기판 테이블의 이동 범위 전역을 포함하는 광범위한 영역에 걸친 그리드·플레이트를 사용하고 있다.
그러나, 특허 문헌 1 에 개시된 대면적이고 고정밀한 그리드·플레이트는 제조가 곤란하기 때문에, 복수의 그리드·플레이트를 나란히 배치할 필요가 있었다. 또한, 특허 문헌 1 에 개시된 대면적의 그리드·플레이트를 사용하는 것은, 레이아웃 면 및 정밀도 면에 어려움이 있을 뿐 아니라, 특히 비용 면에서 보면 거의 비현실적이었다.
특허 문헌 : 미국 특허 출원 공개 제2006/0227309호 명세서
발명의 개시
과제를 해결하기 위한 수단
본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 제 1 관점에서 보면, 실질적으로 소정 평면을 따라 이동체를 구동하는 이동체 구동 시스템으로서, 상기 이동체가 대향하는 상기 소정 평면과 평행한 제 1 면 상에, 제 1 방향을 길이 방향으로 하여 배치되고, 상기 제 1 방향 또는 그 제 1 방향에 수직인 제 2 방향을 주기 방향으로 하는 제 1 격자가 형성된 제 1 스케일과 ; 상기 제 1 면에, 상기 제 2 방향을 길이 방향으로 하여 배치되고, 상기 제 1 격자와 주기 방향이 직교하는 제 2 격자가 형성된 제 2 스케일과 ; 상기 이동체의 상기 소정 평면에 실질적으로 평행한 제 2 면에 상기 제 2 방향의 위치를 상이하게 하여 배치된 상기 제 1 격자의 주기 방향을 계측 방향으로 하는 복수의 제 1 헤드를 포함하는 제 1 헤드군과, 상기 이동체의 상기 제 2 면에 상기 제 1 방향의 위치를 상이하게 하여 배치된 상기 제 2 격자의 주기 방향을 계측 방향으로 하는 복수의 제 2 헤드를 포함하는 제 2 헤드군을 갖고, 상기 제 1 스케일에 대향하는 상기 제 1 헤드의 출력과, 상기 제 2 스케일에 대향하는 상기 제 2 헤드의 출력에 기초하여, 상기 이동체의 상기 제 1 및 제 2 방향을 포함하는 상기 소정 평면 내의 적어도 2 자유도 방향의 위치 정보를 산출하는 계측 시스템과 ; 상기 계측 시스템에 의해 산출된 위치 정보에 기초하여, 상기 이동체를 상기 소정 평면을 따라 구동하는 구동계를 구비하는 제 1 이동체 구동 시스템이다.
이것에 의하면, 계측 시스템에 의해, 제 1 스케일에 대향하는 제 1 헤드의 출력과, 제 2 스케일에 대향하는 제 2 헤드의 출력에 기초하여, 이동체의 제 1 및 제 2 방향을 포함하는 소정 평면 내의 적어도 2 자유도 방향의 위치 정보가 산출되고, 구동계에 의해, 그 계측 시스템에 의해 산출된 위치 정보에 기초하여 이동체가 소정 평면을 따라 구동된다. 따라서, 이동체의 이동 범위 전역에 대응하여 스케일 (격자) 을 배치하지 않고, 이동체의 이동 범위 전역에서, 계측 시스템의 계측값에 기초하여, 이동체를 소정 평면을 따라 양호한 정밀도로 구동할 수 있게 된다.
본 발명은, 제 2 관점에서 보면, 실질적으로 소정 평면을 따라 이동체를 구동하는 이동체 구동 시스템으로서, 상기 이동체가 대향하는 상기 소정 평면과 평행한 제 1 면 상에, 제 1 방향을 길이 방향으로 하여 배치되고, 상기 제 1 방향 및 그 제 1 방향에 수직인 제 2 방향을 주기 방향으로 하는 2 차원 격자가 형성된 스케일과 ; 상기 이동체의 상기 소정 평면에 실질적으로 평행한 제 2 면에 상기 제 2 방향의 위치를 상이하게 하여 배치된 상기 제 1, 제 2 방향을 계측 방향으로 하는 복수의 2 차원 헤드를 갖고, 상기 스케일에 대향하는 2 차원 헤드의 출력에 기초하여, 상기 이동체의 상기 제 1 및 제 2 방향을 포함하는 상기 소정 평면 내의 적어도 2 자유도 방향의 위치 정보를 산출하는 계측 시스템과 ; 상기 계측 시스템에 의해 산출된 위치 정보에 기초하여, 상기 이동체를 상기 소정 평면을 따라 구동하는 구동계를 구비하는 제 2 이동체 구동 시스템이다.
이것에 의하면, 계측 시스템에 의해, 스케일에 대향하는 2 차원 헤드의 출력에 기초하여, 이동체의 제 1 및 제 2 방향을 포함하는 소정 평면 내의 적어도 2 자유도 방향의 위치 정보가 산출되고, 구동계에 의해, 그 계측 시스템에 의해 산출된 위치 정보에 기초하여 이동체가 소정 평면을 따라 구동된다. 따라서, 이동체의 이동 범위 전역에 대응하여 스케일 (격자) 을 배치하지 않고, 이동체의 이동 범위 전역에서, 계측 시스템의 계측값에 기초하여, 이동체를 소정 평면을 따라 양호한 정밀도로 구동할 수 있게 된다.
본 발명은, 제 3 관점에서 보면, 물체에 패턴을 형성하는 패턴 형성 장치로서, 상기 물체 상에 패턴을 생성하는 패터닝 장치와 ; 본 발명의 제 1, 제 2 이동체 구동 시스템 중 어느 하나를 구비하고, 상기 물체에 대한 패턴 형성을 위해서 상기 이동체 구동 시스템에 의한 상기 물체가 탑재되는 이동체의 구동을 실시하는 패턴 형성 장치이다.
이것에 의하면, 본 발명의 제 1, 제 2 이동체 구동 시스템 중 어느 하나에 의해 양호한 정밀도로 구동되는 이동체 상의 물체에 패터닝 장치에 의해 패턴을 생성함으로써, 물체 상에 양호한 정밀도로 패턴을 형성할 수 있게 된다.
본 발명은, 제 4 관점에서 보면, 에너지 빔의 조사에 의해 물체에 패턴을 형성하는 노광 장치로서, 상기 물체에 상기 에너지 빔을 조사하는 패터닝 장치와 ; 본 발명의 제 1, 제 2 이동체 구동 시스템 중 어느 하나를 구비하고, 상기 에너지 빔과 상기 물체의 상대 이동을 위해서, 상기 이동체 구동 시스템에 의한 상기 물체가 탑재되는 이동체의 구동을 실시하는 제 1 노광 장치이다.
이것에 의하면, 패터닝 장치로부터 물체에 조사되는 에너지 빔과 상기 물체의 상대 이동을 위해서, 본 발명의 제 1, 제 2 이동체 구동 시스템 중 어느 하나에 의해 상기 물체를 탑재하는 이동체가 양호한 정밀도로 구동된다. 따라서, 주사 노광에 의해 물체 상에 양호한 정밀도로 패턴을 형성할 수 있게 된다.
본 발명은, 제 5 관점에서 보면, 에너지 빔으로 물체를 노광하는 노광 장치로서, 상기 물체를 유지하여 소정 평면을 따라 이동 가능한 이동체와 ; 상기 소정 평면과 실질적으로 평행하고 또한 제 1 방향을 길이 방향으로 하여 배치되는 스케일과 ; 상기 이동체에 형성되고, 상기 소정 평면 내에서 상기 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향에 관하여 위치가 상이한 복수의 헤드를 갖고, 적어도 상기 물체의 노광시에 상기 이동체의 위치 정보를, 상기 스케일과 대향하는 상기 복수 헤드의 적어도 1 개에 의해 계측하는 인코더 시스템을 구비하는 제 2 노광 장치이다.
이것에 의하면, 인코더 시스템의 복수의 헤드가 이동체에 형성되어 있고, 적어도 물체의 노광시에, 소정 평면과 실질적으로 평행하고 또한 제 1 방향을 길이 방향으로 하여 배치되는 스케일에 대향하는, 상기 복수 헤드의 적어도 1 개에 의해 이동체의 위치 정보가 계측된다.
본 발명은, 제 6 관점에서 보면, 본 발명의 제 1, 제 2 노광 장치 중 어느 하나를 사용하여 물체를 노광하는 것과 ; 상기 노광된 물체를 현상하는 것을 포함하는 제 1 디바이스 제조 방법이다.
본 발명은, 제 7 관점에서 보면, 에너지 빔으로 물체를 노광하는 노광 방법으로서, 상기 물체를 이동체에 의해 유지하는 것과 ; 본 발명의 제 1, 제 2 이동체 구동 시스템 중 어느 하나에 의해 상기 이동체를 구동하여, 상기 물체를 상기 에너지 빔으로 노광하는 것을 포함하는 제 1 노광 방법이다.
이것에 의하면, 물체를 유지하는 이동체가 본 발명의 제 1, 제 2 이동체 구동 시스템 중 어느 하나에 의해 양호한 정밀도로 구동되기 때문에, 그 물체에 대한 양호한 노광이 가능해진다.
본 발명은, 제 8 관점에서 보면, 실질적으로 소정 평면을 따라 이동하는 이 동체에 유지된 물체를 에너지 빔으로 노광하는 노광 방법으로서, 상기 이동체가 대향하는 상기 소정 평면과 평행한 제 1 면 상에, 제 1 방향을 길이 방향으로 하고, 또한 상기 제 1 방향 또는 그 제 1 방향에 수직인 제 2 방향을 주기 방향으로 하는 제 1 격자가 형성된 제 1 스케일과, 상기 제 2 방향을 길이 방향으로 하고, 또한 상기 제 1 격자와 주기 방향이 직교하는 제 2 격자가 형성된 제 2 스케일이 배치되고, 상기 이동체의 상기 소정 평면에 실질적으로 평행한 제 2 면에 상기 제 2 방향의 위치를 상이하게 하여 배치된 상기 제 1 격자의 주기 방향을 계측 방향으로 하는 복수의 제 1 헤드를 포함하는 제 1 헤드군과, 상기 이동체의 상기 제 2 면에 상기 제 1 방향의 위치를 상이하게 하여 배치된 상기 제 2 격자의 주기 방향을 계측 방향으로 하는 복수의 제 2 헤드를 포함하는 제 2 헤드군 중, 상기 제 1 스케일에 대향하는 상기 제 1 헤드의 출력과, 상기 제 2 스케일에 대향하는 상기 제 2 헤드의 출력에 기초하여, 상기 이동체의 상기 제 1 및 제 2 방향을 포함하는 상기 소정 평면 내의 적어도 2 자유도 방향의 위치 정보를 산출하는 계측 공정과 ; 상기 계측 공정에서 산출된 위치 정보에 기초하여, 상기 이동체를 상기 소정 평면을 따라 구동하는 구동 공정을 포함하는 제 2 노광 방법이다.
이것에 의하면, 제 1 스케일에 대향하는 제 1 헤드의 출력과, 제 2 스케일에 대향하는 제 2 헤드의 출력에 기초하여, 이동체의 제 1 및 제 2 방향을 포함하는 소정 평면 내의 적어도 2 자유도 방향의 위치 정보가 산출되고, 그 계측 시스템에 의해 산출된 위치 정보에 기초하여 이동체가 소정 평면을 따라 구동된다. 따라서, 이동체의 이동 범위 전역에 대응하여 스케일 (격자) 을 배치하지 않고, 이동체 의 이동 범위 전역에서, 계측 시스템의 계측값에 기초하여, 이동체를 소정 평면을 따라 양호한 정밀도로 구동할 수 있게 되고, 나아가서는, 이동체에 유지된 물체에 대한 고정밀한 노광이 가능해진다.
본 발명은, 제 9 관점에서 보면, 실질적으로 소정 평면을 따라 이동하는 이동체에 유지된 물체를 에너지 빔으로 노광하는 노광 방법으로서, 상기 이동체가 대향하는 상기 소정 평면과 평행한 제 1 면 상에, 제 1 방향을 길이 방향으로 하고, 또한 상기 제 1 방향 및 그 제 1 방향에 수직인 제 2 방향을 주기 방향으로 하는 2 차원 격자가 형성된 스케일이 배치되고, 상기 이동체의 상기 소정 평면에 실질적으로 평행한 제 2 면에 상기 제 2 방향의 위치를 상이하게 하여 배치된 상기 제 1, 제 2 방향을 계측 방향으로 하는 복수의 2 차원 헤드 중, 상기 스케일에 대향하는 2 차원 헤드의 출력에 기초하여, 상기 이동체의 상기 제 1 및 제 2 방향을 포함하는 상기 소정 평면 내의 적어도 2 자유도 방향의 위치 정보를 산출하는 계측 공정과 ; 상기 계측 공정에서 산출된 위치 정보에 기초하여, 상기 이동체를 상기 소정 평면을 따라 구동하는 구동 공정을 포함하는 제 3 노광 방법이다.
이것에 의하면, 스케일에 대향하는 2 차원 헤드의 출력에 기초하여, 이동체의 제 1 및 제 2 방향을 포함하는 소정 평면 내의 적어도 2 자유도 방향의 위치 정보가 산출되고, 그 계측 시스템에 의해 산출된 위치 정보에 기초하여 이동체가 소정 평면을 따라 구동된다. 따라서, 이동체의 이동 범위 전역에 대응하여 스케일 (격자) 을 배치하지 않고, 이동체의 이동 범위 전역에서, 계측 시스템의 계측값에 기초하여, 이동체를 소정 평면을 따라 양호한 정밀도로 구동할 수 있게 되고, 나아가서는, 이동체에 유지된 물체에 대한 고정밀한 노광이 가능해진다.
본 발명은, 제 10 관점에서 보면, 소정 평면을 따라 이동 가능한 이동체에 유지된 물체를 에너지 빔으로 노광하는 노광 방법으로서, 상기 이동체에 형성되고, 상기 소정 평면 내에서 상기 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향에 관하여 위치가 상이한 복수의 헤드를 갖는 인코더 시스템을 사용하여, 상기 소정 평면과 실질적으로 평행하고 또한 제 1 방향을 길이 방향으로 하여 배치되는 스케일과 대향하는 상기 복수의 헤드 중 적어도 1 개의 헤드에 의해, 적어도 상기 물체의 노광시에 상기 이동체의 위치 정보를 계측하는 제 4 노광 방법이다.
이것에 의하면, 제 2 방향에 관하여 위치가 상이한 복수의 헤드가 이동체에 형성된 인코더 시스템이 사용되고, 적어도 물체의 노광시에, 소정 평면과 실질적으로 평행하고 또한 제 1 방향을 길이 방향으로 하여 배치되는 스케일에 대향하는, 상기 복수 헤드의 적어도 1 개에 의해 이동체의 위치 정보가 계측된다.
본 발명은, 제 11 관점에서 보면, 본 발명의 제 2, 제 3 및 제 4 의 노광 방법 중 어느 하나를 이용하여 물체를 노광하는 것과 ; 상기 노광된 물체를 현상하는 것을 포함하는 제 2 디바이스 제조 방법이다.
도면의 간단한 설명
도 1 은, 일 실시형태에 관련된 노광 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2 는, 도 1 의 스테이지 장치 근방의 구성 부분을 확대하여 나타내는 도면이다.
도 3 은, 웨이퍼 스테이지를, 그 웨이퍼 스테이지의 위치 정보를 계측하는 인코더 및 간섭계와 함께 나타내는 평면도이다.
도 4 는, 일 실시형태에 관련된 노광 장치의 스테이지 제어에 관련된 제어계를 일부 생략하여 나타내는 블록도이다.
도 5(A) 는, 웨이퍼의 중앙 부근이 투영 유닛의 바로 아래가 되는 위치에 웨이퍼 스테이지가 있는 상태를 나타내는 도면, 도 5(B) 는, 웨이퍼의 중심과 외주의 중간 부근이 투영 유닛의 바로 아래가 되는 위치에 웨이퍼 스테이지가 있는 상태를 나타내는 도면이다.
도 6(A) 는, 웨이퍼의 +Y 측 에지 근방이 투영 유닛 (PU) 의 바로 아래가 되는 위치에 웨이퍼 스테이지가 있는 상태를 나타내는 도면, 도 6(B) 는, 웨이퍼의 중심에서 볼 때 X 축 및 Y 축에 대하여 45°를 이루는 방향의 에지 근방이 투영 유닛 (PU) 의 바로 아래가 되는 위치에 웨이퍼 스테이지가 있는 상태를 나타내는 도면이다.
도 7 은, 웨이퍼의 +X 측 에지 근방이 투영 유닛 (PU) 의 바로 아래가 되는 위치에 웨이퍼 스테이지가 있는 상태를 나타내는 도면이다.
도 8 은, 다른 실시형태에 관련된 웨이퍼 스테이지용 인코더 시스템을 나타내는 도면이다.
도 9 는, 그 밖의 실시형태에 관련된 웨이퍼 스테이지용 인코더 시스템을 나타내는 도면이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 본 발명의 일 실시형태를 도 1 ∼ 도 7 에 기초하여 설명한다.
도 1 에는, 일 실시형태에 관련된 노광 장치 (100) 의 개략 구성이 도시되어 있다. 노광 장치 (100) 는, 스텝·앤드·스캔 방식의 축소 투영 노광 장치, 즉, 이른바 스캐너이다. 후술하는 바와 같이, 본 실시형태에서는 투영 광학계 (PL) 가 형성되어 있고, 이하에 있어서는, 이 투영 광학계 (PL) 의 광축 (AX) 과 평행한 방향을 Z 축 방향, 이것에 직교하는 면 내에서 레티클과 웨이퍼가 상대 주사되는 방향을 Y 축 방향, Z 축 및 Y 축과 직교하는 방향을 X 축 방향으로 하고, X 축, Y 축, 및 Z 축 둘레의 회전 (경사) 방향을 각각 θx, θy 및 θz 방향으로 하여 설명한다.
노광 장치 (100) 는, 조명계 (10), 레티클 (R) 을 유지하는 레티클 스테이지 (RST), 투영 유닛 (PU), 웨이퍼 (W) 가 탑재되는 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 포함하는 웨이퍼 스테이지 장치 (12), 및 이들의 제어계 등을 구비하고 있다.
조명계 (10) 는, 예를 들어 미국 특허 출원 공개 제2003/0025890호 명세서 등에 개시된 바와 같이, 광원과, 옵티컬 인터그레이터 등을 포함하는 조도 균일화 광학계, 및 레티클 블라인드 등 (모두 도시 생략) 을 갖는 조명 광학계를 포함한다. 조명계 (10) 는, 레티클 블라인드 (마스킹 시스템) 에 의해 규정된 레티클 (R) 상의 슬릿 형상의 조명 영역 (IAR) 을 조명광 (노광광) (IL) 에 의해 거의 균일한 조도로 조명한다. 여기서, 조명광 (IL) 으로는, 일례로서 ArF 엑시머 레이저광 (파장 193 ㎚) 이 사용된다.
레티클 스테이지 (RST) 상에는, 회로 패턴 등이 그 패턴면 (도 1 에 있어서 의 하면) 에 형성된 레티클 (R) 이, 예를 들어 진공 흡착에 의해 고정되어 있다. 레티클 스테이지 (RST) 는, 예를 들어 리니어 모터 등을 포함하는 레티클 스테이지 구동계 (11) 에 의해 XY 평면 내에서 미소 구동할 수 있음과 함께, 주사 방향 (도 1 에 있어서의 지면내 좌우 방향인 Y 축 방향) 으로 소정의 주사 속도로 구동할 수 있게 되어 있다.
레티클 스테이지 (RST) 의 XY 평면 (이동면) 내의 위치 정보 (θz 방향의 회전 정보를 포함한다) 는, 도 1 에 도시된 레티클 레이저 간섭계 (이하 「레티클 간섭계」라고 한다) (16) 에 의해, 이동경 (15) (실제로는, Y 축 방향과 직교하는 반사면을 갖는 Y 이동경 (혹은, 레트로 리플렉터) 과 X 축 방향과 직교하는 반사면을 갖는 X 이동경이 형성되어 있다) 을 통해, 투영 유닛 (PU) 을 구성하는 경통 (40) 의 측면에 고정된 고정경 (14) (실제로는, X 고정경, Y 고정경 각각) 을 기준으로 하여 예를 들어 0.25 ㎚ 정도의 분해능으로 항상 검출된다.
투영 유닛 (PU) 은, 레티클 스테이지 (RST) 의 도 1 에 있어서의 하방에서, 플랜지 (FLG) 를 개재하여 도시가 생략된 보디의 일부 (경통 정반) 에 유지되어 있다. 투영 유닛 (PU) 은, 원통 형상으로 그 외주부의 하단부 근방에 플랜지 (FLG) 가 형성된 경통 (40) 과, 그 경통 (40) 에 유지된 복수의 광학 소자로 이루어지는 투영 광학계 (PL) 를 포함한다. 투영 광학계 (PL) 로는, 예를 들어 Z 축 방향과 평행한 광축 (AX) 을 따라 배열되는 복수의 광학 소자 (렌즈 엘리먼트) 로 이루어지는 굴절 광학계가 사용되고 있다. 투영 광학계 (PL) 는, 예를 들어 양측 텔레센트릭이고 소정의 투영 배율 (예를 들어 1/4 배 또는 1/5 배) 을 갖는 다. 이 때문에, 조명계 (10) 로부터의 조명광 (IL) 에 의해 조명 영역 (IAR) 이 조명되면, 투영 광학계 (PL) 의 제 1 면 (물체면) 과 패턴면이 거의 일치하여 배치되는 레티클 (R) 을 통과한 조명광 (IL) 에 의해, 투영 광학계 (PL) 를 통해 그 조명 영역 (IAR) 내의 레티클 회로 패턴의 축소 이미지 (회로 패턴 일부의 축소 이미지) 가, 투영 광학계 (PL) 의 제 2 면 (이미지면) 측에 배치되는, 표면에 레지스트 (감응제) 가 도포된 웨이퍼 (W) 상의 상기 조명 영역 (IAR) 에 공액인 영역 (노광 영역) 에 형성된다. 그리고, 레티클 스테이지 (RST) 와 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 동기 구동에 의해, 조명 영역 (IAR) (조명광 (IL)) 에 대하여 레티클 (R) 을 주사 방향 (Y 축 방향) 으로 상대 이동함과 함께, 노광 영역 (조명광 (IL)) 에 대하여 웨이퍼 (W) 를 주사 방향 (Y 축 방향) 으로 상대 이동함으로써, 웨이퍼 (W) 상의 1 개의 쇼트 영역 (구획 영역) 의 주사 노광이 실시되어, 그 쇼트 영역에 레티클 (R) 의 패턴이 전사된다. 즉, 본 실시형태에서는 조명계 (10), 레티클 (R) 및 투영 광학계 (PL) 에 의해 웨이퍼 (W) 상에 패턴이 생성되고, 조명광 (IL) 에 의한 웨이퍼 (W) 상의 감응층 (레지스트층) 의 노광에 의해 웨이퍼 (W) 상에 그 패턴이 형성된다.
웨이퍼 스테이지 장치 (12) 는, 플로어면 (F) 상에 설치된 베이스 플레이트 (BS) 상에 배치된 복수 (예를 들어 3 개 또는 4 개) 의 방진 기구 (도시 생략) 에 의해 대략 수평으로 지지된 스테이지 베이스 (71), 그 스테이지 베이스 (71) 의 상방에 배치된 웨이퍼 스테이지 (WST), 그 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 구동하는 웨이퍼 스테이지 구동계 (27) (도 1 에서는 도시 생략, 도 4 참조) 등을 구비하고 있 다.
스테이지 베이스 (71) 는, 평판 형상의 외형을 갖는 부재로 이루어지고, 그 상면은 평탄도가 매우 높게 마무리되며, 웨이퍼 스테이지 (WST) 이동시의 가이드면으로 되어 있다. 스테이지 베이스 (71) 의 내부에는, XY 2 차원 방향을 행방향, 열방향으로 하여 매트릭스 형상으로 배치된 복수의 코일을 포함하는 코일 유닛이 수용되어 있다.
웨이퍼 스테이지 (WST) 는, 도 2 에 도시된 바와 같이, 스테이지 본체 (30) 와 그 상부의 웨이퍼 테이블 (WTB) 을 갖고, 스테이지 본체 (30) 의 저부에는, 상기 코일 유닛과 함께, 자기 부상형의 평면 모터를 구성하는, 복수의 자석을 갖는 자석 유닛 (31) 이 형성되어 있다. 본 실시형태에서는, 코일 유닛은, X 축 방향 구동 코일 및 Y 축 방향 구동 코일뿐만 아니라 Z 축 방향 구동 코일도 갖고 있고, 이들 코일 유닛와 상기 서술한 자석 유닛에 의해 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 X 축 방향, Y 축 방향, Z 축 방향, θx 방향, θy 방향 및 θz 방향의 6 자유도 방향으로 구동하는, 전자력 구동 방식 (로렌츠력 구동 방식) 의 무빙 마그넷형 평면 모터 (2 차원 리니어 액추에이터) 가 구성되어 있다. 상기 평면 모터를 포함하여, 웨이퍼 스테이지 구동계 (27) 가 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 코일 유닛을 구성하는 각 코일에 공급되는 전류의 크기 및 방향이 주제어 장치 (20) 에 의해 제어된다.
또한, 웨이퍼 스테이지 (WST) 는, 예를 들어 리니어 모터 또는 평면 모터 등에 의해 XY 평면 내에서 구동되는 스테이지 본체와, 그 스테이지 본체 상에서 보이 스 코일 모터 등에 의해 적어도 Z 축 방향, θx 방향 및 θy 방향의 3 자유도 방향으로 미소 구동되는 웨이퍼 테이블을 구비한 구조를 채용해도 된다. 이러한 경우에는, 예를 들어 미국 특허 제5,196,745호 명세서 등에 개시된 로렌츠 전자력 구동에 의한 평면 모터 등을 사용할 수 있다. 또한, 로렌츠 전자력 구동 방식에 한정되지 않고, 가변 자기 저항 구동 방식의 평면 모터를 사용할 수도 있다.
웨이퍼 테이블 (WTB) 상에는, 도시가 생략된 웨이퍼 홀더를 통해 웨이퍼 (W) 가 탑재되고, 예를 들어 진공 흡착 (또는 정전 흡착) 등에 의해 고정되어 있다.
또한, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 XY 평면 내의 위치 정보는, 도 1 에 도시된 스케일 부재 (46B, 46C, 46D) 등을 포함하는 인코더 시스템 (50) (도 4 참조) 과, 웨이퍼 레이저 간섭계 시스템 (이하 「간섭계 시스템」이라고 약기한다) (18) 에 의해 각각 계측 가능하게 구성되어 있다. 이하, 웨이퍼 스테이지 (WST) 용 인코더 시스템 (50) 및 간섭계 시스템 (18) 의 구성 등에 대하여 상세히 서술한다. 또한, 스케일 부재는 그리드·플레이트, 격자 부재, 혹은 기준 부재 등이라고도 할 수 있다.
웨이퍼 테이블 (WTB) (웨이퍼 스테이지 (WST)) 의 상면에는, 도 3 의 평면도에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 (W) 를 둘러싸고, 복수 (여기서는 각 10 개) 의 X 헤드 (이하, 적절히 헤드라고 약기한다) (661 ∼ 6610) 및 Y 헤드 (이하, 적절히 헤드라고 약기한다) (641 ∼ 6410) 가 형성되어 있다. 상세히 서술하면, 웨이퍼 테이블 (WTB) 상면의 +Y 측 단부 (端部) 및 -Y 측 단부에는, X 헤드 (661, 662, …, 665 및 666, 667, …, 6610) 가 X 축 방향을 따라 소정 간격으로 배치되어 있다. 또한, 웨이퍼 테이블 (WTB) 상면의 +X 측 단부 및 -X 측 단부에는, Y 헤드 (641, 642, …, 645 및 646, 647, …, 6410) 가 Y 축 방향을 따라 소정 간격으로 배치되어 있다. Y 헤드 (641 ∼ 6410) 및 X 헤드 (661 ∼ 6610) 의 각각으로는, 예를 들어 미국 특허 제7,238,931호 명세서, 혹은 국제 공개 제2007/083758호 팜플렛 (대응 미국 특허 출원 공개 제2007/0288121호 명세서) 등에 개시된 헤드 (인코더) 와 동일한 구성의 것이 사용되고 있다. 또한, 이하에서는 Y 헤드 (641 ∼ 6410) 및 X 헤드 (661 ∼ 6610) 를, 각각 Y 헤드 (64) 및 X 헤드 (66) 라고도 기술한다.
한편, 도 1 및 도 3 을 종합하면 알 수 있듯이, 투영 유닛 (PU) 의 최하단부 주위를 사방에서 둘러싸는 상태로, 4 개의 스케일 부재 (46A ∼ 46D) 가 배치되어 있다. 이들 스케일 부재 (46A ∼ 46D) 는, 도 1 에서는 도면의 착종을 피하는 관점에서 도시가 생략되어 있지만, 실제로는, 예를 들어 지지 부재를 통해 경통 정반에 매달린 상태로 고정되어 있다.
스케일 부재 (46A, 46C) 는, 투영 유닛 (PU) 의 -X 측, +X 측에 각각, X 축 방향을 길이 방향으로 하고, 또한 투영 광학계 (PL) 의 광축 (AX) 에 관하여 대칭으로 배치되어 있다. 또한 스케일 부재 (46B, 46D) 는, 투영 유닛 (PU) 의 +Y 측, -Y 측에 각각, Y 축 방향을 길이 방향으로 하고, 또한 투영 광학계 (PL) 의 광축 (AX) 에 관하여 대칭으로 배치되어 있다.
스케일 부재 (46A ∼ 46D) 는 동일 소재 (예를 들어 세라믹스, 또는 저열팽창 유리 등) 로 이루어지고, 그 표면 (도 1 에 있어서의 하면, 즉 -Z 측의 면) 에 길이 방향에 수직인 방향을 주기 방향으로 하는 동일한 반사형 회절 격자가 형성되어 있다. 이 회절 격자는, 예를 들어 138 ㎚ ∼ 4 ㎛ 사이의 피치, 예를 들어 1 ㎛ 피치 간격으로 제조되어 있다. 또한 도 3 에서는, 도시의 편의상, 격자의 피치는 실제의 피치에 비해 현격히 넓게 도시되어 있다. 또한, 스케일 부재 (46A ∼ 46D) 의 표면 (격자면) 에, 상기 헤드로부터의 계측 빔에 대하여 실질적으로 투명한 커버 부재 (예를 들어 유리 플레이트 등) 를 형성해도 된다.
스케일 부재 (46A, 46C) 는, 회절 격자가 Y 축 방향을 주기 방향으로 하기 때문에, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 Y 축 방향의 위치 계측에 사용된다. 또한, 스케일 부재 (46B 및 46D) 는, 회절 격자가 X 축 방향을 주기 방향으로 하기 때문에, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 X 축 방향의 위치 계측에 사용된다.
본 실시형태에서는, 인접하는 2 개의 X 헤드 (66) 가 대응하는 스케일 부재 (회절 격자) 에 동시에 대향할 수 있는 간격으로, 즉, 스케일 부재 (46B, 46D) 의 길이 방향과 직교하는 방향 (회절 격자의 배열 방향) 에 관한 회절 격자의 길이와 동일한 정도 이하의 간격으로, X 헤드 (661, 662, …, 665 및 666, 667, …, 6610) 가 웨이퍼 테이블 (WTB) 상에 배치되어 있다.
마찬가지로, 인접하는 2 개의 Y 헤드 (64) 가 대응하는 스케일 부재 (회절 격자) 에 동시에 대향할 수 있는 간격으로, 즉, 스케일 부재 (46A, 46C) 의 길이 방향과 직교하는 방향 (회절 격자의 배열 방향) 에 관한 회절 격자의 길이와 동일한 정도 이하의 간격으로, Y 헤드 (641 ∼ 645) 및 Y 헤드 (646 ∼ 6410) 가 웨이퍼 테이블 (WTB) 상에 배치되어 있다.
Y 헤드 (641 ∼ 645) 및 Y 헤드 (646 ∼ 6410) 의 각각은 스케일 부재 (46C, 46A) 의 어느 것과 대향하여, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 Y 위치를 계측하는 다안(多眼), 보다 정확하게는 5 안의 Y 리니어 인코더를 구성한다. 또한, X 헤드 (661, 662, …, 665 및 666, 667, …, 6610) 의 각각은 스케일 부재 (46B, 46D) 의 어느 것과 대향하여, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 X 위치를 계측하는 다안, 보다 정확하게는 5 안의 X 리니어 인코더를 구성한다.
웨이퍼 (W) 가 투영 광학계 (PL) (투영 유닛 (PU)) 의 하방에 위치하는, 노광시의 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 이동 범위 내에서는, Y 헤드 (64i (i = 1 ∼ 5 중 어느 것), 64j (j = i + 5)) 가 스케일 부재 (46C, 46A) 에 각각 대향함과 함께, X 헤드 (66p (p = 1 ∼ 5 중 어느 것), 66q (q = p + 5)) 가 스케일 부재 (46B, 46D) 에 각각 대향한다. 즉, 스케일 부재 (46C, 46A) 에 각각 대향하는 Y 헤드 (64i, 64j) 에 의해 구성되는 1 쌍의 Y 리니어 인코더 (50C, 50A) (도 4 참조) 와, 스케일 부재 (46B, 46D) 에 각각 대향하는 X 헤드 (66p, 66q) 에 의해 구성되는 1 쌍의 X 리니어 인코더 (50B, 50D) (도 4 참조) 의 합계 4 개 인코더의 계측값이 주제어 장 치 (20) 에 공급되도록 되어 있다. 1 쌍의 Y 리니어 인코더 (50C, 50A) 와 1 쌍의 X 리니어 인코더 (50B, 50D) 를 포함하여 도 4 의 인코더 시스템 (50) 이 구성되어 있다.
또한 간섭계 시스템 (18) 은, 도 2 에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 단면 (端面) 에 형성된 반사면 및 스테이지 본체 (30) 에 고정된 이동경 (43) 에 측장 빔을 조사함으로써, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 정보를, 예를 들어 0.25 ㎚ 정도의 분해능으로 항상 검출한다. 간섭계 시스템 (18) 은 그 적어도 일부 (예를 들어 광원을 제외한 광학 유닛) 가 경통 정반에 매달린 상태로 고정되어 있다.
웨이퍼 스테이지 (WST) 에는, 실제로는 도 3 에 도시된 바와 같이, 주사 방향인 Y 축 방향과 직교하는 반사면 (17Y) 과 비주사 방향인 X 축 방향과 직교하는 반사면 (17X) 이 형성되어 있는데, 도 1 에서는, 이들이 대표적으로 반사면 (17) 으로서 도시되어 있다.
간섭계 시스템 (18) 은, 도 3 에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 Y 간섭계 (18Y) 와, 2 개의 웨이퍼 X 간섭계 (18X1 및 18X2) 와, 1 쌍의 Z 간섭계 (18Z1, 18Z2) 의 5 개의 간섭계를 포함한다. 이들 5 개의 간섭계 (18Y, 18X1, 18X2, 18Z1, 18Z2) 로는, 제만 효과를 이용한 2 주파 레이저를 사용한 마이컬슨형 헤테로다인·레이저 간섭계가 사용되고 있다. 이 중, 웨이퍼 Y 간섭계 (18Y) 로는, 도 3 에 도시된 바와 같이, 투영 광학계 (PL) 의 광축 (AX) (전술한 조명 영역 (IAR) 과 공액인 노 광 영역의 중심) 및 후술하는 얼라이먼트계 (ALG) 의 검출 중심을 통과하는 Y 축에 평행한 축 (기준축) 에 관하여 대칭인 2 개의 측장축을 포함하는 복수의 측장축을 갖는 다축 간섭계가 사용되고 있다. 또한, 웨이퍼 Y 간섭계 (18Y) 에 대해서는 추가로 후술한다.
웨이퍼 X 간섭계 (18X1) 는, 투영 광학계 (PL) 의 광축 (AX) (전술한 노광 영역의 중심) 을 통과하는 X 축에 평행한 축 (기준축) 을 통과하는 측장축을 따라 측장 빔을 반사면 (17X) 에 대하여 조사한다. 이 웨이퍼 X 간섭계 (18X1) 는, 투영 유닛 (PU) 의 경통 (40) 의 측면에 고정된 X 고정경의 반사면을 기준으로 하는 반사면 (17X) 의 변위를 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 X 축 방향에 관한 위치 정보로서 계측한다.
웨이퍼 X 간섭계 (18X2) 는, 얼라이먼트계 (ALG) 의 검출 중심을 통과하는 X 축 방향의 측장축을 따라 측장 빔을 반사면 (17X) 에 대하여 조사하고, 얼라이먼트계 (ALG) 의 측면에 고정된 고정경의 반사면을 기준으로 하는 이동경의 반사면 (17X) 의 변위를 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 X 축 방향에 관한 위치 정보로서 계측한다.
또한, 스테이지 본체 (30) 의 +Y 측 측면에는, 도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이, X 축 방향을 길이 방향으로 하는 이동경 (43) 이, 도시가 생략된 키네마틱 지지 기구를 통해 장착되어 있다.
이동경 (43) 에 대향하여, 그 이동경 (43) 에 측장 빔을 조사하는 1 쌍의 Z 간섭계 (18Z1, 18Z2) 가 배치되어 있다 (도 3 참조). 상세히 서술하면, 이동경 (43) 은, 도 2 및 도 3 을 종합하면 알 수 있듯이, X 축 방향의 길이가 반사면 (17Y) (웨이퍼 테이블 (WTB)) 보다 긴, 직사각형과 등각 사다리꼴을 일체화시킨 육각형의 단면(斷面) 형상을 갖는 부재로 이루어진다. 이 이동경 (43) 의 +Y 측의 면에 경면 가공이 실시되어, 도 2 에 도시된 3 개의 반사면이 형성되어 있다.
Z 간섭계 (18Z1, 18Z2) 는, 도 3 에서 알 수 있듯이, Y 간섭계 (18Y) 의 X 축 방향의 일측과 타측에 거의 동일 거리 떨어져 배치되어 있다. 또한, Z 간섭계 (18Z1, 18Z2) 는, 실제로는 Y 간섭계 (18Y) 보다 약간 낮은 위치에 각각 배치되어 있다.
Z 간섭계 (18Z1, 18Z2) 각각으로부터, 도 2 및 도 3 에 도시된 바와 같이, Y 축 방향의 측장 빔 (B1) 이 이동경 (43) 의 상측 반사면 (경사면) 을 향하여 조사됨과 함께, Y 축 방향의 측장 빔 (B2) 이 이동경 (43) 의 하측 반사면 (경사면) 을 향하여 조사되도록 되어 있다. 본 실시형태에서는, 상측 반사면에서 반사된 측장 빔 (B1) 과 직교하는 반사면을 갖는 고정경 (47A) 및 하측 반사면에서 반사된 측장 빔 (B2) 과 직교하는 반사면을 갖는 고정경 (47B) 이, 투영 유닛 (PU) 으로부터 +Y 방향으로 소정 거리 떨어진 위치에 측장 빔 (B1, B2) 과 간섭하지 않는 상태로 각각 X 축 방향으로 연장되어 있다. 고정경 (47A, 47B) 은, 예를 들어 투영 유닛 (PU) 을 지지하는 경통 정반에 형성된 동일한 지지체 (도시 생략) 에 지지된다.
Z 간섭계 (18Z1, 18Z2) 각각으로부터 Y 축 방향의 측장 빔 (B1, B2) 이 이동경 (43) 을 향하여 조사되고, 이들 측장 빔 (B1, B2) 은, 이동경 (43) 의 상하 반사면의 각각에 소정의 입사각으로 입사되고, 각 반사면에서 각각 반사되어 고정경 (47A, 47B) 의 반사면에 수직으로 입사된다. 그리고, 고정경 (47A, 47B) 의 반사면에서 반사된 측장 빔 (B1, B2) 은, 입사시와 동일한 광로를 반대 방향으로 통과하여 Z 간섭계 (18Z1, 18Z2) 로 되돌아온다.
Y 간섭계 (18Y) 는, 도 3 에 도시된 바와 같이, 투영 광학계 (PL) 의 투영 중심 (광축 (AX), 도 1 참조) 을 통과하는 Y 축에 평행한 직선 (기준축) 으로부터 동일 거리 -X 측, +X 측으로 떨어진 Y 축 방향의 측장축을 따라 측장 빔 (B41, B42) 을 반사면 (17Y) 에 조사하고, 각각의 반사광을 수광함으로써, 측장 빔 (B41, B42) 의 조사점에 있어서의 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 Y 축 방향의 위치 정보를, 투영 유닛 (PU) 의 경통 (40) 의 측면에 고정된 Y 고정경의 반사면을 기준으로 하여 검출하고 있다. 또한 도 2 에서는, 측장 빔 (B41, B42) 이 대표적으로 빔 (B4) 으로서 도시되어 있다.
또한, Y 간섭계 (18Y) 는, 측장 빔 (B41, B42) 사이에 Z 축 방향으로 소정 간격을 두고 Y 축 방향의 측장축을 따라 측장 빔 (B3) 을 이동경 (43) 의 XZ 평면에 평행한 중앙 반사면을 향하여 조사하고, 그 중앙 반사면에서 반사된 측장 빔 (B3) 을 수광함으로써, 이동경 (43) 의 중앙 반사면 (즉, 웨이퍼 스테이지 (WST)) 의 Y 축 방향의 위치를 검출하고 있다.
주제어 장치 (20) 는, Y 간섭계 (18Y) 의 측장 빔 (B41, B42) 에 대응하는 측장축의 계측값의 평균값에 기초하여 반사면 (17Y), 즉 웨이퍼 테이블 (WTB) (웨이퍼 스테이지 (WST)) 의 Y 위치, 즉 Y 축 방향의 변위 ΔYo 를 산출한다. 또한, 주제어 장치 (20) 는, 반사면 (17Y) 및 이동경 (43) 의 중앙 반사면에 있어서의 Y 위치에 기초하여, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 X 축 둘레의 회전 방향 (θx 방향) 의 변위 (피칭량) ΔXo 를 산출한다.
또한 주제어 장치 (20) 는, Z 간섭계 (18Z1, 18Z2) 의 계측 결과에 기초하여, 예를 들어 국제 공개 제2007/083758호 팜플렛 (대응 미국 특허 출원 공개 제2007/0288121호 명세서) 등에 개시된 수법에 의해, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 Z 축 방향, Y 축 방향, θz 방향 및 θy 방향의 변위 (ΔZo, ΔYo, Δθz 및 Δθy) 를 산출할 수 있다.
또한 도 1 에서는, X 간섭계 (18X1, 18X2) 및 Y 간섭계 (18Y), 그리고 Z 간섭계 (18Z1, 18Z2) 가 대표적으로 간섭계 시스템 (18) 으로서 도시되고, X 축 방향 위치 계측용 X 고정경과 Y 축 방향 위치 계측용 Y 고정경이 대표적으로 고정경 (57) 으로서 도시되어 있다. 또한, 얼라이먼트계 (ALG) 및 이것에 고정된 고정경은 도 1 에서는 도시가 생략되어 있다.
본 실시형태에서는, 웨이퍼 X 간섭계 (18X1) 와 웨이퍼 Y 간섭계 (18Y) 는, 웨이퍼의 노광 동작시에 사용되는 인코더 시스템의 캘리브레이션에 사용됨과 함께, 웨이퍼 X 간섭계 (18X2) 와 웨이퍼 Y 간섭계 (18Y) 는, 얼라이먼트계 (ALG) 에 의한 마크 검출시에 사용된다. 또한 본 실시형태에 있어서, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 단면에 반사면 (17X, 17Y) 을 형성하는 대신에 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 단부에 이동경 (평면 미러) 을 고정시켜도 된다.
또한, 웨이퍼 스테이지 (WST) 상에는, 도시가 생략된 기준 마크판이, 그 표면이 웨이퍼 (W) 와 동일 높이가 되는 상태로 고정되어 있다. 이 기준 마크판의 표면에는, 적어도 1 쌍의 레티클 얼라이먼트용 제 1 기준 마크와, 이들 제 1 기준 마크에 대하여 이미 알려진 위치 관계에 있는 얼라이먼트계 (ALG) 의 베이스 라인 계측용 제 2 기준 마크 등이 형성되어 있다.
본 실시형태의 노광 장치 (100) 는, 또한 레티클 스테이지 (RST) 의 상방에 X 축 방향으로 소정 거리 떨어져 배치된 1 쌍의 레티클 얼라이먼트계 (13A, 13B) (도 1 에서는 도시 생략, 도 4 참조) 를 구비하고 있다. 레티클 얼라이먼트계 (13A, 13B) 로는, 투영 광학계 (PL) 를 통해 웨이퍼 스테이지 (WST) 상의 1 쌍의 기준 마크와 이것에 대응하는 레티클 상의 1 쌍의 레티클 마크를 동시에 관찰하기 위한 노광 파장의 광을 사용한 TTR (Through The Reticle) 얼라이먼트계가 사용되고 있다. 레티클 얼라이먼트계의 상세한 구성은, 예를 들어 미국 특허 제5,646,413호 명세서 등에 개시되어 있다. 또한 레티클 얼라이먼트계로서, 예를 들어 슬릿 개구를 갖는 수광면이 웨이퍼 스테이지 (WST) 에 배치되는 공간 이미지 계측계를 대용 또는 겸용해도 된다. 이 경우, 전술한 제 1 기준 마크는 형성하지 않아도 된다.
마찬가지로, 도 1 에서는 도시가 생략되어 있지만, 노광 장치 (100) 는, 예를 들어 미국 특허 제5,448,332호 명세서 등에 개시된 것과 동일한 조사계 (42a) 와 수광계 (42b) (도 4 참조) 로 이루어지는 사입사(斜入射) 방식의 다점 초점 위치 검출계를 추가로 구비하고 있다.
또한 노광 장치 (100) 에서는, 투영 유닛 (PU) 의 근방에 전술한 얼라이먼트계 (ALG) (도 1 에서는 도시 생략, 도 3 참조) 가 형성되어 있다. 이 얼라이먼트계 (ALG) 로는, 예를 들어 화상 처리 방식의 FIA (Field Image Alig㎚ent) 계가 사용되고 있다. 얼라이먼트계 (ALG) 는, 지표 중심을 기준으로 하는 마크의 위치 정보를 주제어 장치 (20) 에 공급한다. 주제어 장치 (20) 는, 이 공급된 정보와, 간섭계 시스템 (18) 의 웨이퍼 Y 간섭계 (18Y) 의 측장 빔 (B41, B42) 에 대응하는 측장축 및 웨이퍼 X 간섭계 (18X2) 의 계측값에 기초하여, 검출 대상인 마크, 구체적으로는 기준 마크판 상의 제 2 기준 마크 또는 웨이퍼 상의 얼라이먼트 마크의 웨이퍼 Y 간섭계 (18Y) 및 웨이퍼 X 간섭계 (18X2) 의 측장축에 의해 규정되는 좌표계 (얼라이먼트 좌표계) 상에 있어서의 위치 정보를 계측한다.
도 4 에는, 본 실시형태의 노광 장치 (100) 의 스테이지 제어에 관련된 제어계가 일부 생략되어 블록도로 도시되어 있다. 이 도 4 의 제어계는, CPU (중앙 연산 처리 장치), ROM (리드·온리·메모리), RAM (랜덤·액세스·메모리) 등으로 이루어지는 이른바 마이크로 컴퓨터 (또는 워크스테이션) 를 포함하고, 장치 전체를 통괄하여 제어하는 주제어 장치 (20) 를 중심으로 구성되어 있다.
상기 서술한 바와 같이 하여 구성된 노광 장치 (100) 에서는, 예를 들어 미국 특허 제4,780,617호 명세서 등에 개시되어 있는 주지된 EGA (인핸스드·글로벌·얼라이먼트) 방식 등으로 실시되는 웨이퍼 얼라이먼트 동작시에는, 상기 서술한 바와 같이, 간섭계 시스템 (18) 의 웨이퍼 Y 간섭계 (18Y) 및 웨이퍼 X 간섭계 (18X2) 의 계측값에 기초하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 XY 평면 내의 위치가 주제어 장치 (20) 에 의해 관리되고, 웨이퍼 얼라이먼트 동작시 이외의 예를 들어 노광 동작시 등에는, 인코더 (50A ∼ 50D) 의 계측값에 기초하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치가 주제어 장치 (20) 에 의해 관리되도록 되어 있다.
따라서, 웨이퍼 얼라이먼트 동작 종료 후 노광 개시 전까지의 동안에, 웨이퍼 스테이지의 XY 평면 내의 위치 계측에 사용하는 위치 계측계를, 웨이퍼 Y 간섭계 (18Y) 및 웨이퍼 X 간섭계 (18X2) 로부터 인코더 (50A ∼ 50D) 로 전환하는 위치 계측계의 전환 동작을 실시할 필요가 있다. 이 위치 계측계의 전환 동작은, 대략 다음의 순서로 실시된다.
웨이퍼 얼라이먼트의 종료 후, 주제어 장치 (20) 는, 간섭계 (18Y, 18X2. 18Z1, 18Z2) 의 계측값에 기초하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 소정 방향, 예를 들어 +Y 방향으로 구동한다.
그리고, 간섭계 (18X2) 로부터의 측장 빔과 간섭계 (18X1) 로부터의 측장 빔이 동시에 반사면 (17X) 에 조사되는 위치에 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 도달하면, 주제어 장치 (20) 는, 간섭계 시스템 (18) (간섭계 (18Y, 18X2, 18Z1, 18Z2)) 의 계측값에 기초하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 θz 회전 (요잉) 오차 (및 θx 회전 (피칭) 오차, 그리고 θy 회전 (롤링) 오차) 가 0 이 되도록 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 자세를 조정한 후, 간섭계 (18X1) 의 계측값을 그 때의 간섭계 (18X2) 의 계측값과 동일한 값으로 프리세트한다.
그 프리세트 후, 간섭계 (18X1, 18Y) 각 축의 계측값의 공기 흔들림 (공기의 온도 불안정) 에 의한 단기적 변동의 영향이 평균화 효과에 의해 무시할 수 있는 레벨로 되기까지의 소정 시간 그 위치에서 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 정지시키고, 그 정지 시간 중에 취득한 간섭계 (18X1) 의 계측값의 가산 평균값 (정지 시간 중의 평균값) 을 X 리니어 인코더 (50B, 50D) 의 계측값으로서 계승함과 함께, 그 정지 시간 중에 취득한 간섭계 (18Y) 의 복수 축 각각에 있어서의 계측값의 가산 평균값 (정지 시간 중의 평균값) 의 평균값을 Y 리니어 인코더 (50A, 50C) 의 계측값으로서 계승한다. 이로써, X 리니어 인코더 (50B, 50D), 및 Y 리니어 인코더 (50A, 50C) 의 프리세트, 즉 위치 계측계의 전환 동작이 완료된다. 이후, 주제어 장치 (20) 에 의해, 인코더 (50A ∼ 50D) 의 계측값에 기초하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치가 관리되게 된다.
본 실시형태의 노광 장치 (100) 에서는, 통상적인 스캐닝·스텝퍼와 동일하게, 레티클 얼라이먼트계 (13A, 13B), 웨이퍼 스테이지 (WST) 상의 기준 마크판 및 얼라이먼트계 (ALG) 등을 사용하여, 레티클 얼라이먼트 (레티클 좌표계와 웨이퍼 좌표계의 대응시킴을 포함한다) 및 얼라이먼트계 (ALG) 의 베이스 라인 계측 등의 일련의 작업이 실시된다. 이들 일련의 작업 중 레티클 스테이지 (RST) 및 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 제어는, 레티클 간섭계 (16) 및 간섭계 시스템 (18) 의 계측값에 기초하여 실시된다.
이어서, 주제어 장치 (20) 에 의해, 도시가 생략된 웨이퍼 로더를 사용하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 상의 웨이퍼 교환 (웨이퍼 스테이지 (WST) 상에 웨이퍼가 없는 경우에는 웨이퍼의 로딩) 이 실시되고, 그 웨이퍼에 대한 얼라이먼트계 (ALG) 를 사용한 웨이퍼 얼라이먼트 (예를 들어 EGA 등) 가 실시된다. 이 웨이퍼 얼라이먼트에 의해, 전술한 얼라이먼트 좌표계 상에 있어서의 웨이퍼 상의 복수의 쇼트 영역의 배열 좌표가 구해진다.
그 후, 전술한 위치 계측계의 전환이 실시되고, 주제어 장치 (20) 에 의해, 앞서 계측한 베이스 라인 및 인코더 (50A ∼ 50D) 의 계측값에 기초하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치가 관리되고, 또한 전술한 레티클 간섭계 (16) 의 계측값에 기초하여 레티클 스테이지 (RST) 의 위치를 관리하면서, 통상적인 스캐닝·스텝퍼와 동일한 순서로 스텝·앤드·스캔 방식의 노광이 실시되어, 레티클 (R) 의 패턴이 웨이퍼 상의 복수의 쇼트 영역에 각각 전사된다.
도 5(A) 에는, 웨이퍼 (W) 의 중앙 부근이 투영 유닛 (PU) 의 바로 아래가 되는 위치에 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 있는 상태가 도시되고, 도 5(B) 에는, 웨이퍼 (W) 의 중심과 외주의 중간 부근이 투영 유닛 (PU) 의 바로 아래가 되는 위치에 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 있는 상태가 도시되어 있다. 또한, 도 6(A) 에는, 웨이퍼 (W) 의 +Y 측 에지 근방이 투영 유닛 (PU) 의 바로 아래가 되는 위치에 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 있는 상태가 도시되고, 도 6(B) 에는, 웨이퍼 (W) 의 중심에서 볼 때 X 축 및 Y 축에 대하여 45°를 이루는 방향의 에지 근방이 투영 유닛 (PU) 의 바로 아래가 되는 위치에 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 있는 상태가 도시되어 있다. 또한 도 7 에는, 웨이퍼 (W) 의 +X 측 에지 근방이 투영 유닛 (PU) 의 바로 아래가 되는 위치에 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 있는 상태가 도시되어 있다. 이들 도 5(A) ∼ 도 7 을 보면, 어느 도면에 있어서도, 웨이퍼 테이블 (WTB) 상의 Y 헤드 (641 ∼ 645) 및 Y 헤드 (646 ∼ 6410), 그리고 X 헤드 (661 ∼ 665 및 666 ∼ 6610) 의 4 개 그룹에 대하여, 각 그룹에 속하는 적어도 1 개 (본 실시형태에서는 1 개 또는 2 개) 의 헤드가 대응하는 스케일 부재에 대향하고 있는 것을 알 수 있다. 이 사실, 그리고 스케일 부재 (46A ∼ 46D) 의 투영 광학계 (PL) 의 광축 (AX) 을 중심으로 하는 상하, 좌우 방향에 관한 대칭 배치 및 Y 헤드 (641 ∼ 6410), 및 X 헤드 (661 ∼ 6610) 의 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 중심에 대한 X 축 방향 및 Y 축 방향에 관한 대칭 배치를 종합하여 생각하면 알 수 있듯이, 노광 장치 (100) 에서는, 노광 중의 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 이동 범위 내의 어느 위치에 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 있어도, Y 헤드 (641 ∼ 645) 및 Y 헤드 (646 ∼ 6410), 그리고 X 헤드 (661 ∼ 665 및 666 ∼ 6610) 중 적어도 각 1 개가, 대응하는 이동 스케일에 대향하여, 4 개의 인코더 (50A ∼ 50D) 에 의한 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 X 위치 및 Y 위치의 계측을 항상 거의 동시에 실시할 수 있다.
바꿔 말하면, 전술한 4 개의 헤드군 (641 ∼ 645, 646 ∼ 6410, 661 ∼ 665 및 666 ∼ 6610) 의 배치 영역은, 그 길이 (예를 들어 헤드군 (641 ∼ 645) 의 경우, 헤드 (641) 와 헤드 (645) 의 거리) 가 적어도 웨이퍼 (W) 의 전체면을 주사 노광할 때의 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 이동 스트로크 (이동 범위) 전역을 커버하도록 (본 실시형태에서는 모든 쇼트 영역에서, 적어도 주사 노광 중과 주사 노광 전후의 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 가감속 및 동기 정정 (整定) 기간 중에, 4 개의 헤드군 (641 ∼ 645, 646 ∼ 6410, 661 ∼ 665 및 666 ∼ 6610) (계측 빔) 의 적어도 1 개가 대응하는 스케일 부재 (회절 격자) 로부터 벗어나지 않도록, 즉 계측 불능이 되지 않도록), 웨이퍼 (W) 의 크기 (직경) 보다 길게 설정되어 있다.
또한, 4 개의 스케일 부재 (46A ∼ 46D) 도 동일하게, 각각 길이 방향에 관하여, 그 길이 (회절 격자의 폭에 상당) 가 적어도 웨이퍼 (W) 의 전체면을 주사 노광할 때의 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 이동 스트로크 전역을 커버하도록 (즉, 적어도 웨이퍼 (W) 의 노광 동작 중에 4 개의 헤드군 (641 ∼ 645, 646 ∼ 6410, 661 ∼ 665 및 666 ∼ 6610) (계측 빔) 이 대응하는 스케일 부재 (회절 격자) 로부터 벗어나 지 않도록, 즉 계측 불능이 되지 않도록), 그 이동 스트로크와 동일한 정도 이상으로 설정되어 있다.
이상 상세히 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에 의하면, 인코더 시스템 (50) 에 의해, 스케일 부재 (46A, 46C) 에 각각 대향하는 1 쌍의 Y 헤드 (64) 의 출력과, 스케일 부재 (46B, 46D) 에 각각 대향하는 1 쌍의 X 헤드 (66) 의 출력에 기초하여, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 XY 평면 내의 3 자유도 방향의 위치 정보가 산출되고, 웨이퍼 스테이지 구동계 (27) 에 의해, 주제어 장치 (20) 의 지시에 따라, 인코더 시스템 (50) 에 의해 산출된 위치 정보에 기초하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 XY 평면을 따라 구동된다. 따라서, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 이동 범위 전역에 대응하여 스케일 (격자) 을 배치하지 않고, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 이동 범위 전역에서, 인코더 시스템 (50) 의 계측값에 기초하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 XY 평면을 따라 양호한 정밀도로 구동할 수 있게 된다.
또한, 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에 의하면, 웨이퍼 (W) 상의 각 쇼트 영역에 대한 주사 노광시에, 주제어 장치 (20) 는, 레티클 간섭계 (16) 와 인코더 (50A, 50C) (및 50B 및 50D) 의 계측값에 기초하여, 레티클 (R) (레티클 스테이지 (RST)), 웨이퍼 (W) (웨이퍼 스테이지 (WST)) 를 주사 방향 (Y 축 방향) 을 따라 양호한 정밀도로 구동할 수 있음과 함께, 비주사 방향 (X 축 방향) 으로도 웨이퍼 (W) (웨이퍼 스테이지 (WST)) 를 양호한 정밀도로 구동할 수 있어, 비주사 방향에 관한 레티클 (R) (레티클 스테이지 (RST)) 과 웨이퍼 (W) (웨이퍼 스테이지 (WST)) 의 고정밀한 위치 결정 (얼라이먼트) 도 가능해진다. 이로써, 웨이퍼 (W) 상의 복수의 쇼트 영역에 레티클 (R) 의 패턴을 양호한 정밀도로 형성할 수 있게 된다.
또한, 본 실시형태에서 사용되는 각 인코더로는, 상기 서술한 회절 간섭 방식, 또는 이른바 픽업 방식 등 여러 가지 방식을 사용할 수 있고, 예를 들어 미국 특허 제6,639,686호 명세서 등에 개시된 이른바 스캔 인코더 등을 사용할 수 있다.
다음으로, 도 8 에 기초하여 본 발명의 다른 실시형태에 대하여 설명한다. 이 실시형태의 노광 장치에서는, 웨이퍼 스테이지용 인코더 시스템만이 전술한 실시형태와 상이하므로, 이하에서는 이 인코더 시스템에 대하여 설명한다. 또한, 도 3 과의 차이가 인코더 시스템의 구성뿐이므로, 이하에서는 도 3 과 동일 혹은 동등한 작용, 기능의 구성 부분에는 동일한 부호를 부여함과 함께 그 설명을 생략한다. 또한, 이 도 8 에서는, 간섭계 시스템 (18) 도 도시가 생략되어 있다.
도 8 에 도시된 바와 같이, 투영 유닛 (PU) 최하단부의 -X 측, +Y 측에는, 가늘고 긴 직사각형판 형상의 스케일 부재 (46A' 및 46B') 가 배치되어 있다. 이들 스케일 부재 (46A' 및 46B') 는, 실제로는 지지 부재를 통해 경통 정반에 매달린 상태로 고정되어 있다.
스케일 부재 (46A') 는, 투영 유닛 (PU) 의 -X 측에 X 축 방향을 길이 방향으로 하고, 또한, 그 길이 방향에 수직인 방향의 중심선 (길이 방향으로 연장되는 중심선) 의 연장선이 투영 광학계 (PL) 의 광축과 직교하는 상태로 배치되어 있다. 스케일 부재 (46A') 의 표면 (-Z 측의 면) 에는, X 축 방향을 주기 방향으로 하는 소정 피치, 예를 들어 1 ㎛ 의 반사형 회절 격자가 전술과 동일하게 하여 형성되어 있다.
또한, 스케일 부재 (46B') 는, 투영 유닛 (PU) 의 +Y 측에 Y 축 방향을 길이 방향으로 하고, 또한, 그 길이 방향에 수직인 방향의 중심선 (길이 방향으로 연장되는 중심선) 의 연장선이 투영 광학계 (PL) 의 광축에서 전술한 스케일 부재 (46A') 의 길이 방향의 중심축의 연장선과 직교하는 상태로 배치되어 있다. 스케일 부재 (46B') 의 표면 (-Z 측의 면) 에는, Y 축 방향을 주기 방향으로 하는 소정 피치, 예를 들어 1 ㎛ 의 반사형 회절 격자가 전술과 동일하게 하여 형성되어 있다. 이 경우, 스케일 부재 (46A') 의 길이 방향에 수직인 방향의 폭 (회절 격자의 폭) 은 전술한 스케일 부재 (46A) 와 거의 동일하고, 스케일 부재 (46B') 의 폭 (회절 격자의 폭) 은 스케일 부재 (46A') 의 폭 (회절 격자의 폭) 의 약 2 배이다.
한편, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 상면에는, 전술한 실시형태에서 Y 헤드 (646, 647, …, 6410) 가 배치되어 있던 위치에 X 헤드 (661, 662, …, 665) 가 각각 배치되어 있다. 또한, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 상면에는, 전술한 실시형태에서 X 헤드 (661, 662, …, 665) 가 배치되어 있던 위치에 Y 헤드 (641, 642, …, 645) 가 각각 배치되어 있다.
이 실시형태에서는, 웨이퍼 (W) 가 투영 광학계 (PL) 의 하방에 위치하는, 노광시의 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 이동 범위 내에서는, 적어도 2 개의 인접하는 Y 헤드 (64i, 64i+1 ; i = 1 ∼ 4 중 어느 것) 가 스케일 부재 (46B') 에 동시에 대 향함과 함께, 적어도 1 개의 X 헤드 (66p ; p = 1 ∼ 5 중 어느 것) 가 스케일 부재 (46A') 에 대향한다. 즉, 스케일 부재 (46B') 에 대향하는 Y 헤드 (64i, 64i+1) 에 의해 구성되는 2 개의 Y 리니어 인코더와, 스케일 부재 (46A') 에 대향하는 X 헤드 (66p) 에 의해 구성되는 X 리니어 인코더의 합계 3 개의 인코더의 계측값이 주제어 장치 (20) 에 공급되도록 되어 있다. 주제어 장치 (20) 는, 이들 3 개의 인코더의 계측값에 기초하여 산출되는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 X 축 및 Y 축 방향의 위치 정보와 θz 방향의 회전 정보에 기초하여, 웨이퍼 스테이지 구동계 (27) 를 통해 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 제어를 실시한다. 이로써, 상기 실시형태와 완전히 동일하게, 고정밀한 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 2 차원 구동이 가능해진다.
또한 도 8 에 있어서, 전술한 2 개의 헤드군 (641 ∼ 645 및 661 ∼ 665) 의 배치 영역은, 그 길이 (예를 들어 헤드군 (641 ∼ 645) 의 경우, 헤드 (641) 와 헤드 (645) 의 거리) 가 적어도 웨이퍼 (W) 의 노광 동작시에 있어서의 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 이동 스트로크 (이동 범위) 전역을 커버하도록 (바꿔 말하면, 모든 쇼트 영역의 주사 노광시에 각 헤드군 (계측 빔) 이 대응하는 이동 스케일 (회절 격자) 로부터 벗어나지 않도록, 즉 계측 불능이 되지 않도록), 웨이퍼 (W) 의 크기 (직경) 보다 길게 설정된다. 또한, 도 8 에 도시된 인코더 시스템에 있어서, 스케일 부재 (46A') 또는 스케일 부재 (46B') 는 각각 길이 방향에 관하여, 그 길 이 (회절 격자의 형성 범위에 상당) 가, 적어도 웨이퍼 (W) 의 노광 동작시에 있어서의 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 이동 스트로크 (이동 범위) 전역을 커버하도록 (바꿔 말하면, 모든 쇼트 영역의 주사 노광시에 각 헤드군 (계측 빔) 이 대응하는 스케일 (회절 격자) 로부터 벗어나지 않도록, 즉 계측 불능이 되지 않도록), 그 이동 스트로크와 동일한 정도 이상으로 설정된다.
다음으로, 본 발명의 그 밖의 실시형태에 대하여 도 9 에 기초하여 설명한다. 이 실시형태의 노광 장치에서는 웨이퍼 스테이지용 인코더 시스템만이 전술한 실시형태와 상이하므로, 이하에서는 이 인코더 시스템에 대하여 설명한다. 또한, 도 3 과의 차이가 인코더 시스템의 구성뿐이므로, 이하에서는 도 3 과 동일 혹은 동등한 작용, 기능의 구성 부분에는 동일한 부호를 부여함과 함께 그 설명을 생략한다.
도 9 에서는, 투영 유닛 (PU) 최하단부의 +Y 측에, 가늘고 긴 직사각형판 형상의 스케일 부재 (46B") 가 배치되어 있다. 이 스케일 부재 (46B") 는, 전술한 스케일 부재 (46B') 와 동일한 크기 (길이 및 폭) 를 갖고 있다. 단, 이 스케일 부재 (46B") 의 표면 (-Z 측의 면) 에는, Y 축 방향을 주기 방향으로 하는 소정 피치, 예를 들어 1 ㎛ 의 격자와, X 축 방향을 주기 방향으로 하는 소정 피치, 예를 들어 1 ㎛ 의 격자로 이루어지는 반사형 2 차원 회절 격자가 형성되어 있다.
또한, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 상면에는, 전술한 도 8 에 있어서의 헤드군 (641 ∼ 645) 과 동일한 배치로, 5 개의 2 차원 헤드 (2D 헤드) (681 ∼ 685) 가 Y 축 방향으로 소정 간격으로 배치되어 있다. 각 2 차원 헤드로는, 예를 들어 계측 빔을 +Z 방향으로 사출하고, 이 계측 빔의 2 차원 회절 격자로부터의 소정 차수의 회절 광을 집광시키는 1 쌍의 X 회절 격자 및 1 쌍의 Y 회절 격자 (고정 스케일) 와, 이들 1 쌍의 X 회절 격자, 및 1 쌍의 Y 회절 격자에서 각각 집광된 회절 광을 간섭시키는, 투과형 2 차원 회절 격자로 이루어지는 인덱스 스케일과, 인덱스 스케일에서 간섭된 광을 검출하는 검출기를 포함하여 구성할 수 있다. 즉, 이른바 3 격자 회절 간섭 방식의 2 차원 인코더 헤드를 2D 헤드 (681 ∼ 685) 로서 사용할 수 있다. 또한, 2D 헤드 대신에, X 축 방향을 계측 방향으로 하는 1 차원 헤드 (X 헤드) 와, Y 축 방향을 계측 방향으로 하는 1 차원 헤드 (Y 헤드) 를 조합하여 사용해도 된다. 이 경우, 계측 빔의 조사 위치는, X 헤드와 Y 헤드에서 동일하지 않아도 된다. 또한 본 명세서 중에서는, 상기 X 헤드와 Y 헤드의 조합과 같은 2 개의 1 차원 헤드의 조합도 포함하는 개념으로서 「2 차원 헤드」라는 용어를 사용하고 있다.
이 도 9 에 도시된 구성의 인코더 시스템을 구비한 스테이지 장치에서는, 웨이퍼 (W) 가 투영 광학계 (PL) 의 하방에 위치하는, 노광시의 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 이동 범위 내에서는, 적어도 2 개의 인접하는 2D 헤드 (68i, 68i+1 ; i = 1 ∼ 4 중 어느 것) 가 스케일 부재 (46B") 에 동시에 대향한다. 즉, 스케일 부재 (46B") 에 대향하는 2D 헤드 (68i, 68i+1) 에 의해 구성되는 2 개의 2 차원 인코더의 계측값이 주제어 장치 (20) 에 공급된다. 주제어 장치 (20) 는, 이들 2 개의 인코더의 계측값에 기초하여 산출되는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 X 축 및 Y 축 방향의 위치 정보와 θz 방향의 회전 정보에 기초하여, 웨이퍼 스테이지 구동계 (27) 를 통해 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 제어를 실시한다. 이로써, 상기 실시형태와 완전히 동일하게, 고정밀한 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 2 차원 구동이 가능해진다.
또한, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 θz 방향의 회전 정보를 계측할 필요가 없는 경우, 혹은 간섭계 시스템 (18) 에 의해 계측한 θz 방향의 회전 정보를 사용하는 경우 등에는, 2D 헤드 (681 ∼ 685) 중 적어도 1 개가 스케일 부재 (46B") 에 대향하는 구성을 채용할 수도 있다. 이 경우에서, 스케일 부재 (46B") 를 대신하여, 2 차원 회절 격자가 형성된 스케일 부재를 2 개 형성해도 된다. 이와 같이 하면, 1 개의 스케일 부재의 크기를 억제하면서, 적어도 노광 동작시의 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 이동 범위 전역을 커버할 수 있다. 이 경우, 2 개의 스케일 부재는, 각각의 길이 방향이 서로 직교하도록 배치해도 되고, 길이 방향을 동일 방향으로 하여 배치해도 된다.
또한 상기 각 실시형태에서는, 웨이퍼의 노광 동작 중에 전술한 인코더 시스템을 사용하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 제어를 실시하는 것으로 했지만, 예를 들어 얼라이먼트 동작 (적어도 얼라이먼트계 (ALG) 에 의한 마크 검출 동작을 포함한다), 및/또는 웨이퍼의 교환 동작 등에 있어서도, 도 3, 도 8 및 도 9 등에 도시한 인코더 시스템을 사용하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 제어를 실시해도 된다. 이 경우, 당연히 전술한 위치 계측계의 전환 동작이 불필요해진다.
여기서, 얼라이먼트계 (ALG) 에 의한 웨이퍼 (W) 상의 얼라이먼트 마크 또는 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 기준 마크의 검출시 등에서도, 전술한 인코더 시스템 (도 3, 도 8 및 도 9) 을 사용하는 경우, 이 검출 동작시에 있어서의 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 이동 범위도 고려하여, 헤드의 배치 (예를 들어 위치, 개수 중 적어도 하나를 포함한다) 및/또는 스케일 부재의 배치 (예를 들어 위치, 개수, 크기 중 적어도 하나를 포함한다) 등을 설정하는 것이 바람직하다. 즉, 얼라이먼트계 (ALG) 의 계측 위치에 웨이퍼 스테이지를 이동시켜 실시되는 마크의 검출 동작 중에도, 예를 들어 X 축, Y 축 및 θz 방향의 3 자유도의 위치 계측을 가능하게 하기 위해서, 항상 적어도 3 개의 헤드가 대응하는 동일 및/또는 상이한 스케일 부재 (회절 격자) 와 계속 대향하는, 즉 인코더 시스템에 의한 위치 계측이 불가능해져 웨이퍼 스테이지의 위치 제어가 중단되는 경우가 없도록 헤드 및/또는 스케일 부재의 배치를 설정하는 것이 바람직하다. 이 경우, 일례로서, 노광 동작과 얼라이먼트 동작에서 상기 각 실시형태의 스케일 부재가 겸용 가능하도록 그 크기를 설정해도 되고, 혹은, 전술한 스케일 부재와는 별도로, 얼라이먼트 동작에서 사용하는 스케일 부재를 형성해도 된다. 특히 후자에서는, 예를 들어 얼라이먼트계 (ALG) 에 대해서도, 도 3, 도 8, 도 9 등에 도시된 배치와 동일한 배치로 스케일 부재를 형성하면 된다. 또는, 노광 동작에서 사용하는 복수의 스케일 부재의 적어도 1 개와, 별도 형성되는 적어도 1 개의 스케일 부재를 사용하여, 얼라이먼트 동작 등에서도 인코더 시스템에 의해 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 계측을 실시 해도 된다.
또한, 전술한 레티클 얼라이먼트계에 의한 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 기준 마크의 검출시, 및/또는 전술한 공간 이미지 계측계에 의한 레티클 (R) 의 마크 또는 레티클 스테이지 (RST) 의 기준 마크의 투영 이미지의 검출시에, 전술한 간섭계 시스템에 의해 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 계측을 실시해도 되지만, 상기 각 실시형태의 스케일 부재를 포함하는 인코더 시스템에 의해 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 계측을 실시하는 것이 바람직하다.
또한, 웨이퍼의 교환 위치 (로드 위치와 언로드 위치 중 적어도 일방을 포함한다) 에 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 있을 때에, 전술한 인코더 시스템 (도 3, 도 8 및 도 9) 을 사용하는 경우, 웨이퍼 교환 동작에 있어서의 웨이퍼 스테이지의 이동 범위도 고려하여, 전술과 동일하게 헤드 및/또는 스케일 부재의 배치 등을 설정하는 것이 바람직하다. 즉, 웨이퍼 교환 위치에서도 인코더 시스템에 의한 위치 계측이 불가능해져 웨이퍼 스테이지의 위치 제어가 중단되는 경우가 없도록 헤드 및/또는 스케일 부재의 배치를 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 웨이퍼의 교환 위치와, 투영 광학계 (PL) 를 통해 레티클 패턴의 전사가 이루어지는 노광 위치, 혹은 얼라이먼트계 (ALG) 에 의한 마크 검출이 이루어지는 계측 위치 사이, 및/또는 얼라이먼트계 (ALG) 의 계측 위치와 노광 위치 사이에 있어서의 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 이동 중에, 전술한 인코더 시스템 (도 3, 도 8 및 도 9) 을 사용하는 경우도 동일하다.
또한, 예를 들어 미국 특허 제6,262,796호 명세서 등에 개시되어 있는 바와 같이, 2 개의 웨이퍼 스테이지를 사용하여 노광 동작과 계측 동작 (예를 들어 얼라이먼트계에 의한 마크 검출 등) 을 대략 병행하여 실행 가능한 트윈 웨이퍼 스테이지 방식의 노광 장치에서도, 상기 각 실시형태와 동일하게 헤드가 각 웨이퍼 스테이지에 형성되는 전술한 인코더 시스템 (도 3, 도 8 및 도 9) 을 사용하여, 각 웨이퍼 스테이지의 위치 제어를 실시할 수 있다. 여기서, 노광 동작시뿐만 아니라 다른 동작, 예를 들어 계측 동작시에도, 전술과 동일하게 헤드 및/또는 스케일 부재의 배치를 적절히 설정함으로써, 전술한 인코더 시스템에 의해 각 웨이퍼 스테이지의 위치 계측을 실시할 수 있다. 예를 들어 헤드의 배치를 적절히 설정함으로써, 상기 각 실시형태의 스케일 부재를 그대로 사용하여 각 웨이퍼 스테이지의 위치 제어를 실시할 수 있지만, 전술한 스케일 부재와는 별도로, 그 계측 동작 중에 사용 가능한 스케일 부재를 형성해도 된다. 이 경우, 일례로서, 상기 각 실시형태의 스케일 부재와 동일한 배치, 예를 들어 얼라이먼트계 (ALG) 를 중심으로 하여 십자 형상으로 배치되는 4 개의 스케일 부재를 형성하고, 상기 계측 동작시에는 이들 스케일 부재와 대응하는 헤드에 의해 각 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 정보를 계측하도록 해도 된다. 트윈 웨이퍼 스테이지 방식의 노광 장치에서는, 예를 들어 각각 전술과 동일한 배치로 헤드 (도 3, 도 8 및 도 9) 가 형성됨과 함께, 일방의 웨이퍼 스테이지에 탑재된 웨이퍼의 노광 동작이 종료되면, 그 일방의 웨이퍼 스테이지와의 교환에 의해, 계측 위치에서 마크 검출 등이 실시된 다음의 웨이퍼를 탑재하는 타방의 웨이퍼 스테이지가 노광 위치에 배치된다. 또한, 노광 동작과 병행하여 실시되는 계측 동작은, 얼라이먼트계에 의한 웨이퍼 등의 마크 검출에 한정되지 않고, 그 대신에, 혹은 그것과 조합하여, 웨이퍼의 면 정보 (단차 (段差) 정보 등) 의 검출을 실시해도 된다.
또한, 상기 설명에 있어서, 계측 위치 또는 교환 위치에서, 혹은 노광 위치, 계측 위치, 및 교환 위치 중 하나의 위치로부터 다른 위치로의 웨이퍼 스테이지의 이동 중에, 전술한 인코더 시스템을 사용하는 웨이퍼 스테이지의 위치 제어가 중단될 때에는, 그 인코더 시스템과는 별도의 계측 장치 (예를 들어 간섭계, 인코더 등) 를 사용하여, 상기 각 위치 혹은 이동 중에 웨이퍼 스테이지의 위치 제어를 실시하는 것이 바람직하다.
또한 상기 각 실시형태에서는, 예를 들어 국제 공개 제2005/074014호 팜플렛 (대응 미국 특허 출원 공개 제2007/0127006호 명세서) 등에 개시되어 있는 바와 같이, 웨이퍼 스테이지와는 별도로 계측 스테이지를 형성하고, 웨이퍼의 교환 동작시 등에 웨이퍼 스테이지와의 교환으로 계측 스테이지를 투영 광학계 (PL) 의 바로 아래에 배치하고, 노광 장치의 특성 (예를 들어 투영 광학계의 결상 특성 (파면 수차), 조명광 (IL) 의 편광 특성 등) 을 계측하는 것으로 해도 된다. 이 경우, 계측 스테이지에도 헤드를 배치하고, 전술한 스케일 부재를 사용하여 계측 스테이지의 위치 제어를 실시하도록 해도 된다. 또한, 웨이퍼 스테이지에 탑재한 웨이퍼의 노광 동작 중, 계측 스테이지는 웨이퍼 스테이지와 간섭하지 않는 소정 위치로 퇴피되어 있고, 이 퇴피 위치와 노광 위치 사이에서 이동되게 된다. 이 때문에, 그 퇴피 위치에서도, 혹은 그 퇴피 위치와 노광 위치의 일방으로부터 타방으로의 이동 중에도, 웨이퍼 스테이지와 동일하게, 계측 스테이지의 이동 범위도 고려하여, 인코더 시스템에 의한 위치 계측이 불가능해져 계측 스테이지의 위치 제어가 중단되는 경우가 없도록 전술과 동일하게 헤드 및/또는 스케일 부재의 배치 등을 설정하는 것이 바람직하다. 또는, 그 퇴피 위치에서, 또는 그 이동 중에 전술한 인코더 시스템에 의한 계측 스테이지의 위치 제어가 중단될 때에는, 그 인코더 시스템과는 별도의 계측 장치 (예를 들어 간섭계, 인코더 등) 를 사용하여 계측 스테이지의 위치 제어를 실시하는 것이 바람직하다. 혹은, 계측 스테이지의 위치 제어는, 전술한 간섭계 시스템만으로 실시해도 된다.
또한 상기 각 실시형태에서는, 예를 들어 투영 유닛 (PU) 의 크기 등에 따라서는 동일 방향으로 연장되는 1 쌍의 스케일 부재의 간격을 넓혀야 하므로, 웨이퍼 (W) 상의 특정 쇼트 영역, 예를 들어 최외주 (最外周) 에 위치하는 쇼트 영역의 주사 노광시에, 그 1 쌍의 스케일 부재의 일방에, 이것에 대응하는 헤드가 대향하지 않게 되는 경우가 있다. 일례로서, 도 3 중에서 투영 유닛 (PU) 이 조금 커지면, 1 쌍의 스케일 부재 (46B, 46D) 중 헤드 유닛 (46B) 에, 대응하는 X 헤드 (66) 가 모두 대향하지 않게 된다. 또한, 예를 들어 국제 공개 WO99/49504호 팜플렛 등에 개시된, 투영 광학계 (PL) 와 웨이퍼 사이에 액체 (예를 들어 순수 등) 가 채워지는 액침형 노광 장치에서는 액체를 공급하는 노즐 부재 등이 투영 유닛 (PU) 을 둘러싸도록 형성되기 때문에, 투영 광학계 (PL) 의 전술한 노광 영역에 대하여 헤드를 근접시켜 배치하는 것이 한층더 곤란해진다. 따라서, 액침형 노광 장치에서 도 3 의 인코더 시스템을 채용하는 경우에는, 항상 X 축 및 Y 축 방향에 관하여 각각 2 개씩 위치 정보가 계측 가능할 필요는 없고, X 축 및 Y 축 방향의 일방 에서는 2 개의 위치 정보, 및 타방에서는 1 개의 위치 정보가 계측 가능해지도록 인코더 시스템을 구성하면 된다. 즉, 인코더 시스템에 의한 웨이퍼 스테이지 (또는 계측 스테이지) 의 위치 제어에서는, 반드시 X 축 및 Y 축 방향에 관하여 각각 2 개씩, 합계 4 개의 위치 정보를 사용하지 않아도 된다.
또한, 상기 각 실시형태에 있어서, 간섭계 시스템 (18) 은 그 구성이 도 3 에 한정되지 않고, 예를 들어 얼라이먼트계 (ALG) (계측 위치) 에도 스케일 부재를 배치할 때 등에는 웨이퍼 X 간섭계 (18X2) 를 구비하고 있지 않아도 되고, 웨이퍼 X 간섭계 (18X2) 를 예를 들어 웨이퍼 Y 간섭계 (18Y) 와 동일하게 다축 간섭계에 의해 구성하여, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 X 위치 외에 회전 정보 (예를 들어 요잉 및 롤링) 를 계측할 수 있도록 해도 된다. 또한 상기 각 실시형태에서는, 간섭계 시스템 (18) 을 인코더 시스템의 캘리브레이션을 위해서, 혹은 노광 동작 이외의 다른 동작에 있어서의 웨이퍼 스테이지의 위치 계측을 위해서 사용하는 것으로 했지만, 이것에 한정되지 않고, 노광 동작, 계측 동작 (얼라이먼트 동작을 포함한다) 등의 적어도 하나의 동작에 있어서, 인코더 시스템 (50) 과 간섭계 시스템 (18) 을 병용해도 된다. 예를 들어 인코더 시스템 (50) 이 계측 불능 혹은 그 계측값이 이상한 경우, 간섭계 시스템 (18) 으로 전환하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 제어를 계속시키게 해도 된다. 또한 상기 각 실시형태에서는 간섭계 시스템 (18) 을 형성하지 않아도 되고, 전술한 인코더 시스템을 형성하는 것만이어도 된다.
또한 상기 각 실시형태에서는, 인코더 시스템 (50) 에 의해 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 X 축 및 Y 축 방향의 적어도 일방의 위치를 계측하는 것으로 했지만, 이것에 한정되지 않고, Z 축 방향의 위치 계측을 실시해도 된다. 예를 들어 전술한 헤드와는 별도로, Z 축 방향의 위치를 계측할 수 있는 인코더 방식의 헤드를 웨이퍼 스테이지에 형성해도 되고, 전술한 헤드를 X 축 및 Y 축 방향의 적어도 일방의 위치와 Z 축 방향의 위치를 계측할 수 있는 헤드로 해도 된다.
또한, 도 3, 도 8 에 도시된 인코더 시스템에 있어서, X 헤드, Y 헤드의 적어도 일방을 2D 헤드를 대신하여, 이 2D 헤드와 대향하는 스케일 부재를 2 차원 회절 격자가 형성된 스케일 부재로 해도 된다. 이 경우, 도 3 에 도시된 인코더 시스템에서는, 스케일 부재의 수를 4 개에서 최소 2 개로 줄일 수 있고, 도 8 의 인코더 시스템에서는, 특히 스케일 부재 (46B') 를 2 차원 회절 격자가 형성된 스케일 부재로 함으로써 그 폭을 좁힐 수 있다.
또한, 상기 각 실시형태에 있어서, 1 개의 스케일 부재에 대하여 항상 복수의 계측 빔을 조사할 수 있는 구성을 채용하여, 1 개의 계측 빔이 이상해졌을 경우에 다른 계측 빔으로 전환하여 계측을 속행하게 해도 된다. 이 경우, 복수의 계측 빔은, 1 개의 헤드로부터 스케일 부재에 조사되게 해도 되고, 혹은 상이한 복수의 헤드로부터 조사되게 해도 된다. 1 개의 스케일 부재에 대하여 복수의 계측 빔을 조사하는 경우, 그 복수의 계측 빔은 스케일 부재 상에서 상이한 위치에 조사되는 것이 바람직하다.
또한, 전술한 각 스케일 부재를, 복수의 소(小) 스케일 부재를 플레이트 부 재 등에 일체적으로 유지시킴으로써 구성해도 된다. 이 경우, 소 스케일 부재끼리의 연결부에 대향하는 헤드가 계측 불능 혹은 계측 이상이 될 때에는, 연결부 이외의 부분에 대향하는 다른 헤드에 의한 위치 계측으로 대체해도 된다.
또한, 상기 각 실시형태에서 설명한 헤드의 배치는 일례로서, 헤드의 배치는 이것에 한정되지 않는다.
또한 상기 각 실시형태에서는, 스케일 부재가 지지 부재를 통해 경통 정반에 매달린 상태로 고정되는 것으로 했지만, 경통 정반 이외의 별도의 유지 부재에 의해 스케일 부재를 유지해도 된다. 또한 상기 각 실시형태에서는, 필요에 따라 스케일 부재의 온도 조절을 실시해도 된다.
또한 상기 각 실시형태에서는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 이동 범위 전역에 대응하여 스케일 (격자) 을 배치할 필요가 없기 때문에, 공조 (空調) 등이 용이해진다는 효과도 있다.
또한 상기 각 실시형태에서는 스캐닝·스텝퍼에 본 발명이 적용된 경우에 대하여 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 스텝퍼 등의 정지형 노광 장치에 본 발명을 적용해도 된다. 스텝퍼 등이라도, 노광 대상 물체가 탑재된 스테이지의 위치를 인코더로 계측함으로써, 간섭계를 사용하여 그 스테이지의 위치를 계측하는 경우와 달리, 공기 흔들림에서 기인되는 위치 계측 오차의 발생을 거의 0 으로 할 수 있고, 인코더의 계측값에 기초하여 스테이지를 고정밀도로 위치 결정할 수 있게 되어, 결과적으로 고정밀한 레티클 패턴의 물체 상으로의 전사가 가능해진다. 또한, 쇼트 영역과 쇼트 영역을 합성하는 스텝·앤드·스티치 방식의 축소 투영 노 광 장치에도 본 발명은 적용할 수 있다.
또한, 상기 각 실시형태의 노광 장치에 있어서의 투영 광학계는 축소계뿐만 아니라 등배 및 확대계의 어느 것이어도 되고, 투영 광학계 (PL) 는 굴절계뿐만 아니라, 반사계 및 반사 굴절계의 어느 것이어도 되며, 그 투영 이미지는 도립상 및 정립상의 어느 것이어도 된다.
또한, 조명광 (IL) 은 ArF 엑시머 레이저광 (파장 193 ㎚) 에 한정되지 않고, KrF 엑시머 레이저광 (파장 248 ㎚) 등의 자외광이나, F2 레이저광 (파장 157 ㎚) 등의 진공 자외광이어도 된다. 예를 들어 미국 특허 제7,023,610호 명세서에 개시되어 있는 바와 같이, 진공 자외광으로서 DFB 반도체 레이저 또는 파이버 레이저로부터 발진되는 적외역, 또는 가시역의 단일 파장 레이저광을, 예를 들어 에르븀 (또는 에르븀과 이테르븀의 양방) 이 도핑된 파이버 앰프로 증폭시키고, 비선형 광학 결정을 사용하여 자외광으로 파장 변환된 고조파를 사용해도 된다.
또한 상기 각 실시형태에서는, 노광 장치의 조명광 (IL) 으로는 파장 100 ㎚ 이상의 광에 한정되지 않고, 파장 100 ㎚ 미만의 광을 사용해도 되는 것은 말할 필요도 없다. 예를 들어 연 X 선 영역 (예를 들어 5 ∼ 15 ㎚ 의 파장역) 의 EUV (Extreme Ultraviolet) 광을 사용하는 EUV 노광 장치에 본 발명을 적용할 수 있다. 이 밖에, 전자선 또는 이온 빔 등의 하전 입자선을 사용하는 노광 장치에도 본 발명은 적용할 수 있다.
또한 상기 서술한 각 실시형태에 있어서는, 광투과성 기판 상에 소정의 차광 패턴 (또는 위상 패턴·감광 패턴) 을 형성한 광투과형 마스크 (레티클) 를 사용했지만, 이 레티클을 대신하여, 예를 들어 미국 특허 제6,778,257호 명세서에 개시되어 있는 바와 같이, 노광할 패턴의 전자 데이터에 기초하여, 투과 패턴 또는 반사 패턴, 혹은 발광 패턴을 형성하는 전자 마스크 (가변 성형 마스크, 액티브 마스크, 혹은 이미지 제너레이터라고도 하며, 예를 들어 비발광형 화상 표시 소자 (공간광 변조기) 의 일종인 DMD (Digital Micro-mirror Device) 등을 포함한다) 를 사용해도 된다. 이러한 가변 성형 마스크를 사용하는 경우에는, 웨이퍼 또는 유리 플레이트 등이 탑재되는 스테이지가 가변 성형 마스크에 대하여 주사되기 때문에, 그 스테이지의 위치를 인코더를 사용하여 계측함으로써 상기 각 실시형태와 동등한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 예를 들어 국제 공개 제2001/035168호 팜플렛에 개시되어 있는 바와 같이, 간섭 무늬를 웨이퍼 (W) 상에 형성함으로써, 웨이퍼 (W) 상에 라인·앤드·스페이스 패턴을 형성하는 노광 장치 (리소그래피 시스템) 에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 예를 들어 미국 특허 제6,611,316호 명세서에 개시되어 있는 바와 같이, 2 개의 레티클 패턴을 투영 광학계를 통해 웨이퍼 상에서 합성하여, 1 회의 스캔 노광에 의해 웨이퍼 상의 1 개의 쇼트 영역을 거의 동시에 이중 노광하는 노광 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 물체 상에 패턴을 형성하는 장치는 전술한 노광 장치 (리소그래피 시스템) 에 한정되지 않고, 예를 들어 잉크젯 방식으로 물체 상에 패턴을 형성하는 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 상기 각 실시형태에서 패턴을 형성할 물체 (에너지 빔이 조사되는 노광 대상 물체) 는 웨이퍼에 한정되지 않고, 유리 플레이트, 세라믹 기판 필름 부재, 혹은 마스크 블랭크스 등 다른 물체여도 된다.
노광 장치의 용도로는 반도체 제조용 노광 장치에 한정되지 않고, 예를 들어 각형의 유리 플레이트에 액정 표시 소자 패턴을 전사하는 액정용 노광 장치, 또는 유기 EL, 박막 자기 헤드, 촬상 소자 (CCD 등), 마이크로 머신 및 DNA 칩 등을 제조하기 위한 노광 장치에도 널리 적용할 수 있다. 또한, 반도체 소자 등의 마이크로 디바이스뿐만 아니라, 광 노광 장치, EUV 노광 장치, X 선 노광 장치, 및 전자선 노광 장치 등에서 사용되는 레티클 또는 마스크를 제조하기 위해서, 유리 기판 또는 실리콘 웨이퍼 등에 회로 패턴을 전사하는 노광 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 본 발명의 이동체 구동 시스템은 노광 장치에 한정되지 않고, 그 밖의 기판 처리 장치 (예를 들어 레이저 리페어 장치, 기판 검사 장치 외), 혹은 그 밖의 정밀 기계에 있어서의 시료의 위치 결정 장치, 와이어 본딩 장치 등의 이동 스테이지를 구비한 장치에도 널리 적용할 수 있다.
또한, 지금까지의 설명에서 인용한 노광 장치 등에 관한 모든 공보, 국제 공개 팜플렛, 미국 특허 출원 공개 명세서 및 미국 특허 명세서의 개시를 원용하여 본 명세서 기재의 일부로 한다.
또한 반도체 디바이스는, 디바이스의 기능·성능 설계를 실시하는 단계, 이 설계 단계에 기초한 레티클을 제조하는 단계, 실리콘 재료로 웨이퍼를 제조하는 단계, 전술한 조정 방법에 의해 패턴의 전사 특성이 조정되는 상기 각 실시형태의 노광 장치로 마스크에 형성된 패턴을 웨이퍼 등의 물체 상에 전사하는 리소그래피 단계, 노광된 웨이퍼를 현상하는 현상 단계, 레지스트가 잔존하고 있는 부분 이외의 부분의 노출 부재를 에칭에 의해 제거하는 에칭 단계, 에칭이 완료되어 불필요해진 레지스트를 제거하는 레지스트 제거 단계, 디바이스 조립 단계 (다이싱 공정, 본딩 공정, 패키지 공정을 포함한다), 검사 단계 등을 거쳐 제조된다. 이 경우, 리소그래피 단계에서 상기 각 실시형태의 노광 장치가 사용되기 때문에, 고집적도의 디바이스를 양호한 수율로 제조할 수 있다.
산업상이용가능성
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 이동체 구동 시스템은, 소정 평면을 따라 이동체를 구동하기에 적합하다. 또한 본 발명의 패턴 형성 장치는, 웨이퍼 등의 물체 상에 패턴을 형성하기에 적합하다. 또한, 본 발명의 노광 장치, 노광 방법 및 디바이스 제조 방법은, 반도체 소자 등의 전자 디바이스를 제조하기에 적합하다.
Claims (31)
- 실질적으로 소정 평면을 따라 이동체를 구동하는 이동체 구동 시스템으로서,상기 이동체가 대향하는 상기 소정 평면과 평행한 제 1 면 상에, 제 1 방향을 길이 방향으로 하여 배치되고, 상기 제 1 방향 또는 그 제 1 방향에 수직인 제 2 방향을 주기 방향으로 하는 제 1 격자가 형성된 제 1 스케일과 ;상기 제 1 면에, 상기 제 2 방향을 길이 방향으로 하여 배치되고, 상기 제 1 격자와 주기 방향이 직교하는 제 2 격자가 형성된 제 2 스케일과 ;상기 이동체의 상기 소정 평면에 실질적으로 평행한 제 2 면에 상기 제 2 방향의 위치를 상이하게 하여 배치된 상기 제 1 격자의 주기 방향을 계측 방향으로 하는 복수의 제 1 헤드를 포함하는 제 1 헤드군과, 상기 이동체의 상기 제 2 면에 상기 제 1 방향의 위치를 상이하게 하여 배치된 상기 제 2 격자의 주기 방향을 계측 방향으로 하는 복수의 제 2 헤드를 포함하는 제 2 헤드군을 갖고, 상기 제 1 스케일에 대향하는 상기 제 1 헤드의 출력과, 상기 제 2 스케일에 대향하는 상기 제 2 헤드의 출력에 기초하여, 상기 이동체의 상기 제 1 및 제 2 방향을 포함하는 상기 소정 평면 내의 적어도 2 자유도 방향의 위치 정보를 산출하는 계측 시스템과 ;상기 계측 시스템에 의해 산출된 위치 정보에 기초하여, 상기 이동체를 상기 소정 평면을 따라 구동하는 구동계를 구비하는, 이동체 구동 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 스케일은, 상기 제 1 헤드가 3 개 동시에 대향 가능한 상기 제 2 방향의 폭을 갖고,상기 계측 시스템은, 상기 제 1 스케일에 동시에 대향하는 적어도 2 개의 제 1 헤드의 출력과, 상기 제 2 스케일에 대향하는 상기 제 2 헤드의 출력에 기초하여, 상기 이동체의 상기 소정 평면 내의 3 자유도 방향의 위치 정보를 산출하는, 이동체 구동 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 스케일은, 상기 제 1 면 상에, 길이 방향을 상기 제 1 방향으로 향하게 하여 소정 간격으로 1 쌍 배치되고,상기 제 1 헤드군은, 상기 이동체가 소정의 유효 영역 내에 있을 때, 상기 1 쌍의 제 1 스케일의 각각에 적어도 각 1 개 동시에 대향 가능해지는 배치로 상기 이동체의 상기 제 2 면에 배치되고,상기 계측 시스템은, 상기 1 쌍의 제 1 스케일의 각각에 동시에 대향하는 2 개의 제 1 헤드의 출력과, 상기 제 2 스케일에 대향하는 상기 제 2 헤드의 출력에 기초하여, 상기 이동체의 상기 소정 평면 내의 3 자유도 방향의 위치 정보를 산출하는, 이동체 구동 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 스케일은, 상기 제 1 면 상에, 길이 방향을 상기 제 2 방향으로 향하게 하여 소정 간격으로 1 쌍 배치되고,상기 제 2 헤드군은, 상기 이동체가 유효 영역 내에 있을 때, 상기 1 쌍의 제 2 스케일의 각각에 적어도 각 1 개 동시에 대향 가능해지는 배치로 상기 이동체의 상기 제 2 면에 배치되고,상기 계측 시스템은, 상기 1 쌍의 제 1 스케일의 각각에 동시에 대향하는 2 개의 제 1 헤드의 출력과, 상기 1 쌍의 제 2 스케일의 각각에 동시에 대향하는 2 개의 제 2 헤드의 출력에 기초하여, 상기 이동체의 상기 소정 평면 내의 3 자유도 방향의 위치 정보를 산출하는, 이동체 구동 시스템.
- 실질적으로 소정 평면을 따라 이동체를 구동하는 이동체 구동 시스템으로서,상기 이동체가 대향하는 상기 소정 평면과 평행한 제 1 면 상에, 제 1 방향을 길이 방향으로 하여 배치되고, 상기 제 1 방향 및 그 제 1 방향에 수직인 제 2 방향을 주기 방향으로 하는 2 차원 격자가 형성된 스케일과 ;상기 이동체의 상기 소정 평면에 실질적으로 평행한 제 2 면에 상기 제 2 방향의 위치를 상이하게 하여 배치된 상기 제 1, 제 2 방향을 계측 방향으로 하는 복수의 2 차원 헤드를 갖고, 상기 스케일에 대향하는 2 차원 헤드의 출력에 기초하여, 상기 이동체의 상기 제 1 및 제 2 방향을 포함하는 상기 소정 평면 내의 적어도 2 자유도 방향의 위치 정보를 산출하는 계측 시스템과 ;상기 계측 시스템에 의해 산출된 위치 정보에 기초하여, 상기 이동체를 상기 소정 평면을 따라 구동하는 구동계를 구비하는, 이동체 구동 시스템.
- 제 5 항에 있어서,상기 스케일은, 상기 2 차원 헤드가 3 개 동시에 대향 가능한 상기 제 2 방향의 폭을 갖고,상기 계측 시스템은, 상기 스케일에 동시에 대향하는 적어도 2 개의 2 차원 헤드의 출력에 기초하여, 상기 이동체의 상기 소정 평면 내의 3 자유도 방향의 위치 정보를 산출하는, 이동체 구동 시스템.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 구동계는, 상기 이동체를 상기 소정 평면을 따라 구동하는 평면 모터를 포함하는, 이동체 구동 시스템.
- 물체에 패턴을 형성하는 패턴 형성 장치로서,상기 물체 상에 패턴을 생성하는 패터닝 장치와 ;제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 이동체 구동 시스템을 구비하고,상기 물체에 대한 패턴 형성을 위해서 상기 이동체 구동 시스템에 의한 상기 물체가 탑재되는 이동체의 구동을 실시하는, 패턴 형성 장치.
- 제 8 항에 있어서,상기 물체는 감응층을 갖고, 상기 패터닝 장치는, 에너지 빔의 조사에 의한 상기 감응층의 노광에 의해 상기 물체 상에 패턴을 생성하는, 패턴 형성 장치.
- 에너지 빔의 조사에 의해 물체에 패턴을 형성하는 노광 장치로서,상기 물체에 상기 에너지 빔을 조사하는 패터닝 장치와 ;제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 이동체 구동 시스템을 구비하고,상기 에너지 빔과 상기 물체의 상대 이동을 위해서, 상기 이동체 구동 시스템에 의한 상기 물체가 탑재되는 이동체의 구동을 실시하는, 노광 장치.
- 에너지 빔으로 물체를 노광하는 노광 장치로서,상기 물체를 유지하여 소정 평면을 따라 이동 가능한 이동체와 ;상기 소정 평면과 실질적으로 평행하고 또한 제 1 방향을 길이 방향으로 하여 배치되는 스케일과 ;상기 이동체에 형성되고, 상기 소정 평면 내에서 상기 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향에 관하여 위치가 상이한 복수의 헤드를 갖고, 적어도 상기 물체의 노광시에 상기 이동체의 위치 정보를 상기 스케일과 대향하는 상기 복수의 헤드의 적어도 1 개에 의해 계측하는 인코더 시스템을 구비하는, 노광 장치.
- 제 11 항에 있어서,상기 에너지 빔을 상기 물체에 투사하는 투영계와 ;상기 투영계를 유지하는 유지 부재를 더 구비하고,상기 스케일은, 상기 유지 부재에 매달려 지지되는, 노광 장치.
- 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,상기 복수의 헤드는 각각, 상이한 2 방향에 관하여 상기 이동체의 위치 정보를 계측할 수 있는, 노광 장치.
- 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 스케일은 복수 형성되고,상기 인코더 시스템은, 상기 복수의 헤드가 상기 복수의 스케일에 각각 대응하여 상기 이동체에 형성되는, 노광 장치.
- 제 11 항, 제 13 항, 또는 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 에너지 빔을 상기 물체에 투사하는 투영계와 ;상기 물체의 마크를 검출할 수 있는 마크 검출계를 더 구비하고,상기 인코더 시스템은, 상기 마크의 검출시에 상기 이동체의 위치 정보를 계측할 수 있는, 노광 장치.
- 제 15 항에 있어서,상기 스케일은, 상기 투영계에 근접하여 배치되고, 상기 스케일과는 별도의 스케일이 상기 마크 검출계에 근접하여 배치되는, 노광 장치.
- 제 10 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 기재된 노광 장치를 사용하여 물체를 노광하는 것과 ;상기 노광된 물체를 현상하는 것을 포함하는, 디바이스 제조 방법.
- 에너지 빔으로 물체를 노광하는 노광 방법으로서,상기 물체를 이동체에 의해 유지하는 것과 ;제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 이동체 구동 시스템에 의해 상기 이동체를 구동하여, 상기 물체를 상기 에너지 빔으로 노광하는 것을 포함하는, 노광 방법.
- 실질적으로 소정 평면을 따라 이동하는 이동체에 유지된 물체를 에너지 빔으로 노광하는 노광 방법으로서,상기 이동체가 대향하는 상기 소정 평면과 평행한 제 1 면 상에, 제 1 방향을 길이 방향으로 하고, 또한 상기 제 1 방향 또는 그 제 1 방향에 수직인 제 2 방향을 주기 방향으로 하는 제 1 격자가 형성된 제 1 스케일과, 상기 제 2 방향을 길이 방향으로 하고, 또한 상기 제 1 격자와 주기 방향이 직교하는 제 2 격자가 형성된 제 2 스케일이 배치되고,상기 이동체의 상기 소정 평면에 실질적으로 평행한 제 2 면에 상기 제 2 방향의 위치를 상이하게 하여 배치된 상기 제 1 격자의 주기 방향을 계측 방향으로 하는 복수의 제 1 헤드를 포함하는 제 1 헤드군과, 상기 이동체의 상기 제 2 면에 상기 제 1 방향의 위치를 상이하게 하여 배치된 상기 제 2 격자의 주기 방향을 계측 방향으로 하는 복수의 제 2 헤드를 포함하는 제 2 헤드군 중, 상기 제 1 스케일에 대향하는 상기 제 1 헤드의 출력과, 상기 제 2 스케일에 대향하는 상기 제 2 헤드의 출력에 기초하여, 상기 이동체의 상기 제 1 및 제 2 방향을 포함하는 상기 소정 평면 내의 적어도 2 자유도 방향의 위치 정보를 산출하는 계측 공정과 ;상기 계측 공정에서 산출된 위치 정보에 기초하여, 상기 이동체를 상기 소정 평면을 따라 구동하는 구동 공정을 포함하는, 노광 방법.
- 제 19 항에 있어서,상기 제 1 스케일은, 상기 제 1 헤드가 3 개 동시에 대향 가능한 상기 제 2 방향의 폭을 갖고,상기 계측 공정에서는, 상기 제 1 스케일에 동시에 대향하는 적어도 2 개의 제 1 헤드의 출력과, 상기 제 2 스케일에 대향하는 상기 제 2 헤드의 출력에 기초하여, 상기 이동체의 상기 소정 평면 내의 3 자유도 방향의 위치 정보를 산출하는, 노광 방법.
- 제 19 항에 있어서,상기 제 1 스케일은, 상기 제 1 면 상에, 길이 방향을 상기 제 1 방향으로 향하게 하여 소정 간격으로 1 쌍 배치되고,상기 제 1 헤드군은, 상기 이동체가 소정의 유효 영역 내에 있을 때, 상기 1 쌍의 제 1 스케일의 각각에 적어도 각 1 개 동시에 대향 가능해지는 배치로 상기 이동체의 상기 제 2 면에 배치되고,상기 계측 공정에서는, 상기 1 쌍의 제 1 스케일의 각각에 동시에 대향하는 2 개의 제 1 헤드의 출력과, 상기 제 2 스케일에 대향하는 상기 제 2 헤드의 출력에 기초하여, 상기 이동체의 상기 소정 평면 내의 3 자유도 방향의 위치 정보를 산출하는, 노광 방법.
- 제 19 항에 있어서,상기 제 2 스케일은, 상기 제 1 면 상에, 길이 방향을 상기 제 2 방향으로 향하게 하여 소정 간격으로 1 쌍 배치되고,상기 제 2 헤드군은, 상기 이동체가 유효 영역 내에 있을 때, 상기 1 쌍의 제 2 스케일의 각각에 적어도 각 1 개 동시에 대향 가능해지는 배치로 상기 이동체의 상기 제 2 면에 배치되고,상기 계측 공정에서는, 상기 1 쌍의 제 1 스케일의 각각에 동시에 대향하는 2 개의 제 1 헤드의 출력과, 상기 1 쌍의 제 2 스케일의 각각에 동시에 대향하는 2 개의 제 2 헤드의 출력에 기초하여, 상기 이동체의 상기 소정 평면 내의 3 자유도 방향의 위치 정보를 산출하는, 노광 방법.
- 실질적으로 소정 평면을 따라 이동하는 이동체에 유지된 물체를 에너지 빔으로 노광하는 노광 방법으로서,상기 이동체가 대향하는 상기 소정 평면과 평행한 제 1 면 상에, 제 1 방향을 길이 방향으로 하고, 또한 상기 제 1 방향 및 그 제 1 방향에 수직인 제 2 방향을 주기 방향으로 하는 2 차원 격자가 형성된 스케일이 배치되고,상기 이동체의 상기 소정 평면에 실질적으로 평행한 제 2 면에 상기 제 2 방향의 위치를 상이하게 하여 배치된 상기 제 1, 제 2 방향을 계측 방향으로 하는 복수의 2 차원 헤드 중, 상기 스케일에 대향하는 2 차원 헤드의 출력에 기초하여, 상기 이동체의 상기 제 1 및 제 2 방향을 포함하는 상기 소정 평면 내의 적어도 2 자유도 방향의 위치 정보를 산출하는 계측 공정과 ;상기 계측 공정에서 산출된 위치 정보에 기초하여, 상기 이동체를 상기 소정 평면을 따라 구동하는 구동 공정을 포함하는, 노광 방법.
- 제 23 항에 있어서,상기 스케일은, 상기 2 차원 헤드가 3 개 동시에 대향 가능한 상기 제 2 방향의 폭을 갖고,상기 계측 공정에서는, 상기 스케일에 동시에 대향하는 적어도 2 개의 2 차원 헤드의 출력에 기초하여, 상기 이동체의 상기 소정 평면 내의 3 자유도 방향의 위치 정보를 산출하는, 노광 방법.
- 소정 평면을 따라 이동 가능한 이동체에 유지된 물체를 에너지 빔으로 노광하는 노광 방법으로서,상기 이동체에 형성되고, 상기 소정 평면 내에서 상기 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향에 관하여 위치가 상이한 복수의 헤드를 갖는 인코더 시스템을 사용하여, 상기 소정 평면과 실질적으로 평행하고 또한 제 1 방향을 길이 방향으로 하여 배치되는 스케일과 대향하는 상기 복수의 헤드 중 적어도 1 개의 헤드에 의해, 적어도 상기 물체의 노광시에 상기 이동체의 위치 정보를 계측하는, 노광 방법.
- 제 25 항에 있어서,상기 스케일은, 상기 에너지 빔을 상기 물체에 투사하는 투영계를 유지하는 유지 부재에 매달려 지지되는, 노광 방법.
- 제 25 항 또는 제 26 항에 있어서,상기 복수의 헤드 각각으로서, 상이한 2 방향에 관하여 상기 이동체의 위치 정보를 계측할 수 있는 헤드가 사용되는, 노광 방법.
- 제 25항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 스케일은 복수 형성되고,상기 복수의 헤드가 상기 복수의 스케일에 각각 대응하여 상기 이동체에 형 성되는, 노광 방법.
- 제 25 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 인코더 시스템은, 마크 검출계에 의한 상기 물체의 마크의 검출시에 상기 이동체의 위치 정보를 계측할 수 있는, 노광 방법.
- 제 29 항에 있어서,상기 스케일은, 상기 에너지 빔을 상기 물체에 투사하는 투영계에 근접하여 배치되고, 상기 스케일과는 별도의 스케일이 상기 마크 검출계에 근접하여 배치되는, 노광 방법.
- 제 19 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 기재된 노광 방법을 이용하여 물체를 노광하는 것과 ;상기 노광된 물체를 현상하는 것을 포함하는, 디바이스 제조 방법.
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