KR20110059651A - 이동체 장치 및 이동체 구동 방법 - Google Patents
이동체 장치 및 이동체 구동 방법 Download PDFInfo
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Abstract
구동계는, 아암 부재 (71) 로부터 이동체 (WFS) 의 XY 평면에 평행한 일면에 배치된 격자 (RG) 에 대해 계측 빔을 조사하고, 이동체의 XY 평면 내의 위치를 계측하는 제 1 계측계의 계측 결과와 레이저 간섭계를 이용하여 아암 부재 (71) 의 변동을 계측하는 제 2 계측계의 계측 결과에 기초하여 이동체가 구동된다. 이 경우, 구동계는, 제 1 계측계의 계측 결과에 포함되는 아암 부재의 변동으로 인해 야기되는 계측 오차를, 제 2 계측계의 계측 결과를 이용하여 보정한다.
Description
본 발명은, 이동체 장치 및 이동체 구동 방법, 노광 장치 및 노광 방법, 및 디바이스 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로, 소정 평면을 따라 이동가능한 이동체를 포함하는 이동체 장치 및 상기 이동체를 구동하는 이동체 구동 방법, 상기 이동체 장치를 구비한 노광 장치 및 상기 이동체 구동 방법을 이용하는 노광 방법, 및 상기 노광 장치 또는 상기 노광 방법을 이용하는 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.
종래, 반도체 소자 (집적회로 등), 액정 디스플레이 디바이스 등의 전자 디바이스 (마이크로 디바이스) 를 제조하는 리소그래피 공정에서는, 주로, 스텝-앤드-리피트 (step-and-repeat) 방식의 투영 노광 장치 (이른바, 스테퍼), 및 스텝-앤드-스캔 (step-and-scan) 방식의 투영 노광 장치 (이른바, 스캐닝 스테퍼 (scanning stepper) (스캐너라고도 지칭됨)) 등이 이용된다.
이러한 유형의 노광 장치에서는, 일반적으로, 패턴이 전사 및 형성되는 웨이퍼 또는 유리 플레이트 등의 기판 (이하, 웨이퍼로 총칭함) 을 유지하여 2 차원적으로 이동하는 미동 (fine movement) 스테이지의 위치가, 레이저 간섭계를 이용하여 계측되고 있었다. 그러나, 최근의 반도체 소자의 고집적화에 수반하는 패턴의 미세화에 의해, 한층 더 고정밀의 미동 스테이지의 위치 제어에 대한 획득가 증가되어 왔고, 그 결과, 레이저 간섭계의 빔 경로 상의 분위기 (atmosphere) 의 온도 변화 및/또는 온도 기울기의 영향으로 인한 계측값의 단기적인 변동은 더 이상 무시할 수 없게 되어 왔다.
이러한 부적합을 개선하기 위해, 레이저 간섭계와 동일한 레벨 또는 레이저 간섭계보다 더 우수한 레벨의 계측 분해능을 갖는 인코더를, 미동 스테이지의 위치 계측 디바이스로서 채용한 노광 장치에 관한 다양한 발명들이 제안되어 있다 (예를 들어, PCT 국제공개 제 2007/097379 호 참조). 그런데, PCT 국제공개 제 2007/097379 호 (대응 미국 특허출원 공개 제 2008/0088843 호) 등에 개시되는 액침 노광 장치 (liquid immersion exposure apparatus) 에서는, 액체가 증발할 때의 기화열 등의 영향에 의해 웨이퍼 스테이지 (웨이퍼 스테이지 표면에 설치되고 있던 격자) 가 변형할 우려가 있는 등, 아직도 개선해야 할 점이 있었다.
이러한 부적합을 개선하기 위해, 예를 들어 PCT 국제공개 제 2008/038752 호 (대응 미국 특허출원 공개 제 2008/0094594 호) 에는, 제 5 실시형태로서 광투과 부재로 구성된 웨이퍼 스테이지의 상면에 격자를 배열하고 웨이퍼 스테이지의 하부에 배치된 인코더 본체로부터 계측 빔이 웨이퍼 스테이지에 입사되어 격자에 조사되고 격자에 발생하는 회절광을 수광하는 것에 의해, 격자의 주기 방향에 관한 웨이퍼 스테이지의 변위를 계측하는 인코더 시스템이 구비된 노광 장치가 개시되어 있다. 이 장치에서는, 격자는 커버 유리로 덮여 있으므로, 기화열 등의 영향은 받기 어렵고, 고정밀도로 웨이퍼 스테이지의 위치 계측이 가능하다.
그러나, PCT 국제공개 제 2008/038752 호의 제 5 실시형태와 관련되는 노광 장치에서는, 서스펜션 (suspension) 지지 부재를 통해 투영 광학계 정반 (surface plate) 에 의해 서스펜션에 의한 지지를 받은 스테이지 정반에 인코더 본체가 설치되고 있기 때문에, 노광 장치의 노광 중의 진동이 투영 광학계 정반이나 서스펜션 지지 부재를 통해 스테이지 정반에 전달되어 인코더 헤드의 광축이 기울어질 수도 있고, 이로 인해 인코더 시스템의 계측 정밀도가 저하될 우려가 있었다.
본 발명은 전술한 상황 하에서 이루어진 것으로서, 본 발명의 제 1 관점에 따르면, 서로 직교하는 제 1 축 및 제 2 축을 포함하는 소정 평면 내에서 이동가능하고, 소정 평면에 실질적으로 평행한 면을 따라 계측면이 배치되는 이동체; 계측면에 대향하는 적어도 하나의 단부를 가지며 제 1 축에 평행한 방향을 길이 방향으로 하는 아암 부재를 갖는 제 1 계측계로서, 아암 부재로부터 계측면 상에 적어도 하나의 제 1 계측 빔을 조사하고, 제 1 계측 빔의 계측면으로부터 광을 수광하여, 이동체의 적어도 소정 평면 내의 위치를 계측하는 제 1 계측계; 아암 부재의 변동 정보를 계측하는 제 2 계측계; 및 제 1 계측계 및 제 2 계측계의 출력에 기초하여 이동체를 구동하는 구동계를 포함하는, 이동체 장치가 제공된다.
이 장치에 따르면, 구동계에 의해, 아암 부재로부터 이동체의 소정 평면에 실질적으로 평행한 면을 따라 배치된 계측면에 대해 제 1 계측 빔을 조사하고 이동체의 소정 평면 내의 위치를 계측하는 제 1 계측계의 계측 결과와 아암 부재의 변동 정보를 계측하는 제 2 계측계의 계측 결과에 기초하여 이동체가 구동된다. 이 경우, 구동계는, 제 1 계측계의 계측 결과에 포함되는 아암 부재의 변동으로 인한 계측 오차를, 제 2 계측계의 계측 결과를 이용하여 보정할 수 있다. 따라서, 이동체를 양호한 정밀도로 구동하는 것이 가능해진다.
본 발명의 제 2 관점에 따르면, 에너지 빔의 조사에 의해 물체 상에 패턴을 형성하는 노광 장치로서, 물체가 이동체 상에 재치되는, 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 따른 이동체 장치; 및 이동체 상에 재치된 물체 상에 에너지 빔을 조사하는 패터닝 디바이스를 포함하는, 노광 장치가 제공된다.
이 장치에 따르면, 이동체 장치를 구성하는 이동체가 양호한 정밀도로 구동될 수 있기 때문에, 이 이동체에 재치된 물체를 양호한 정밀도로 구동하고, 패터닝 디바이스에 의해 그 물체 상에 에너지 빔을 조사함으로써, 물체 상에 양호한 정밀도로 패턴을 형성하는 것이 가능해진다.
본 발명의 제 3 관점에 따르면, 본 발명의 노광 장치를 이용하여 물체를 노광하는 단계; 및 노광된 물체를 현상하는 단계를 포함하는, 디바이스 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 제 4 관점에 따르면, 이동체를 소정 평면을 따라 구동하는 이동체 구동 방법으로서, 이동체 상의 소정 평면에 실질적으로 평행한 면을 따라 배치된 계측면에 대해, 계측면에 대향하는 적어도 하나의 단부를 가지며 소정 평면에 실질적으로 평행한 방향을 길이 방향으로 하는 아암 부재로부터, 적어도 하나의 제 1 계측 빔을 조사하고, 제 1 계측 빔의 계측면으로부터 광을 수광하여, 이동체의 적어도 소정 평면 내의 위치를 계측하는 제 1 공정; 및 위치 정보의 계측 결과와 계측 결과에 포함되는 아암 부재의 변동에 의해 야기되는 계측 오차의 보정 정보에 기초하여, 이동체를 구동하는 제 2 공정을 포함하는, 이동체 구동 방법이 제공된다.
이 방법에 따르면, 이동체는 아암 부재로부터 이동체의 소정 평면에 실질적으로 평행한 면을 따라 배치된 계측면에 대해 제 1 계측 빔을 조사하고 이동체의 소정 평면 내의 위치를 계측한 계측 결과와 계측 결과에 포함되는 아암 부재의 변동으로 인한 계측 오차의 보정 정보에 기초하여, 이동체가 구동된다. 이 경우, 이동체의 소정 평면 내의 위치의 계측 결과에 포함되는 아암 부재의 변동으로 인한 계측 오차를 보정할 수 있다. 따라서, 이동체를 양호한 정밀도로 구동하는 것이 가능해진다.
본 발명의 제 5 관점에 따르면, 에너지 빔의 조사에 의해 물체 상에 패턴을 형성하는 노광 방법으로서, 물체에 대한 패턴 형성을 수행하기 위해, 물체가 재치된 이동체를 본 발명의 이동체 구동 방법을 이용하여 구동하는 구동 공정을 포함하는, 제 1 노광 방법이 제공된다.
이 방법에 따르면, 이동체를 양호한 정밀도로 구동할 수 있기 때문에, 이 이동체에 재치된 물체를 양호한 정밀도로 구동하고, 그 물체 상에 에너지 빔을 조사함으로써, 물체 상에 양호한 정밀도로 패턴을 형성하는 것이 가능해진다.
본 발명의 제 6 관점에 따르면, 에너지 빔의 조사에 의해 물체 상에 패턴을 형성하는 노광 방법으로서, 적어도 서로 직교하는 제 1 축 및 제 2 축을 포함하는 2 차원 평면을 따라 이동가능한 제 1 이동체에 의해, 적어도 2 차원 평면에 평행한 면 내에서 제 1 이동체에 대해 상대 이동가능하게 유지되고 2 차원 평면에 실질적으로 평행한 일면에 계측면이 설치된 제 2 이동체 상에 물체를 재치하는 제 1 공정; 계측면 상에, 계측면에 대향하는 적어도 하나의 단부를 갖는 계측면을 가지며 제 1 축에 평행한 방향을 길이 방향으로 하는 아암 부재로부터 적어도 하나의 제 1 계측 빔을 조사하고, 제 1 계측 빔의 계측면으로부터의 광을 수광하여, 제 2 이동체의 적어도 소정 평면 내의 위치를 계측하는 제 2 공정; 아암 부재의 변동 정보를 계측하는 제 3 공정; 및 제 2 공정 및 제 3 공정의 결과에 기초하여, 제 2 이동체를 2 차원 평면 내의 주사 방향으로 구동하는 것에 의해, 에너지 빔에 대해 물체를 주사하는 제 4 공정을 포함하는, 제 2 노광 방법이 제공된다.
이 방법에 따르면, 주사 노광시에 제 2 이동체를 고정밀도로 구동할 수 있게 되어 물체에 대한 고정밀의 노광이 가능해진다.
본 발명의 제 7 관점에 따르면, 본 발명의 제 1 및 제 2 노광 방법을 이용하여 물체를 노광하는 단계; 및 노광된 물체를 현상하는 단계를 포함하는, 디바이스 제조 방법이 제공된다.
도 1 은 일 실시형태의 노광 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2 의 (a) 는 도 1 의 노광 장치가 갖추는 스테이지 장치를 나타내는 -Y방향에서 본 측면도이고, 도 2 의 (b) 는 스테이지 장치를 나타내는 평면도이다.
도 3 은 도 1 의 노광 장치의 제어계의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4 는 미동 스테이지 구동계를 구성하는 자석 유닛 및 코일 유닛의 배치를 나타내는 평면도이다.
도 5 의 (a) 는 미동 스테이지 구동계를 구성하는 자석 유닛 및 코일 유닛의 배치를 나타내는 -Y방향에서 본 측면도이고, 도 5 의 (b) 는 미동 스테이지 구동계를 구성하는 자석 유닛 및 코일 유닛의 배치를 나타내는 +X방향에서 본 측면도이다.
도 6 의 (a) 는 미동 스테이지를 조동 스테이지에 대해 Z축 회전에 회전시킬 때의 동작을 설명하는데 이용되는 도면이고, 도 6 의 (b) 는 미동 스테이지를 조동 스테이지에 대해 Y축 회전에 회전시킬 때의 동작을 설명하는데 이용되는 도면이고, 도 6 의 (c) 는 미동 스테이지를 조동 스테이지에 대해 X축 회전에 회전시킬 때의 동작을 설명하는데 이용되는 도면이다.
도 7 은 미동 스테이지의 중앙부가 +Z방향으로 휠 때의 동작을 설명하는데 이용되는 도면이다.
도 8 의 (a) 는 계측 아암의 첨단부를 나타내는 사시도이고, 도 8 의 (b) 는 계측 아암의 첨단부의 표면을 +Z방향에서 본 평면도이다.
도 9 의 (a) 는 X헤드 (77x) 의 개략 구성을 나타내는 도면이고, 도 9 의 (b) 는 X헤드 (77x), Y헤드 (77ya 및 77yb) 각각의 계측 아암내에서의 배치를 설명하는데 이용되는 도면이다.
도 10 의 (a) 및 도 10 의 (b) 는, 계측 아암의 첨단부가 Z축 방향 (상하 방향) 으로 상하동 (세로 진동) 했을 경우를 나타내는 도면이다.
도 11 은 계측 아암의 첨단면의 면 위치를 계측하는데 이용되는 계측 시스템을 구성하는 4 개의 레이저 간섭계를 나타내는 도면이다.
도 12 는 계측 아암의 첨단면의 변위를 계측하는데 이용되는 계측 시스템을 구성하는 인코더를 나타내는 도면이다.
도 13 의 (a) 는 계측 아암의 첨단면의 면 위치에 대응하는 인코더 시스템의 보정 정보를 작성하는 방법을 설명하는데 이용되는 도면이고, 도 13 의 (b) 는 작성된 보정 정보로 대응하는 그래프를 나타내는 도면이다.
도 14 의 (a) 는 스캔 노광시의 웨이퍼의 구동 방법을 설명하는데 이용되는 도면이고, 도 14 의 (b) 는 스텝시의 웨이퍼의 구동 방법을 설명하는데 이용되는 도면이다.
도 2 의 (a) 는 도 1 의 노광 장치가 갖추는 스테이지 장치를 나타내는 -Y방향에서 본 측면도이고, 도 2 의 (b) 는 스테이지 장치를 나타내는 평면도이다.
도 3 은 도 1 의 노광 장치의 제어계의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4 는 미동 스테이지 구동계를 구성하는 자석 유닛 및 코일 유닛의 배치를 나타내는 평면도이다.
도 5 의 (a) 는 미동 스테이지 구동계를 구성하는 자석 유닛 및 코일 유닛의 배치를 나타내는 -Y방향에서 본 측면도이고, 도 5 의 (b) 는 미동 스테이지 구동계를 구성하는 자석 유닛 및 코일 유닛의 배치를 나타내는 +X방향에서 본 측면도이다.
도 6 의 (a) 는 미동 스테이지를 조동 스테이지에 대해 Z축 회전에 회전시킬 때의 동작을 설명하는데 이용되는 도면이고, 도 6 의 (b) 는 미동 스테이지를 조동 스테이지에 대해 Y축 회전에 회전시킬 때의 동작을 설명하는데 이용되는 도면이고, 도 6 의 (c) 는 미동 스테이지를 조동 스테이지에 대해 X축 회전에 회전시킬 때의 동작을 설명하는데 이용되는 도면이다.
도 7 은 미동 스테이지의 중앙부가 +Z방향으로 휠 때의 동작을 설명하는데 이용되는 도면이다.
도 8 의 (a) 는 계측 아암의 첨단부를 나타내는 사시도이고, 도 8 의 (b) 는 계측 아암의 첨단부의 표면을 +Z방향에서 본 평면도이다.
도 9 의 (a) 는 X헤드 (77x) 의 개략 구성을 나타내는 도면이고, 도 9 의 (b) 는 X헤드 (77x), Y헤드 (77ya 및 77yb) 각각의 계측 아암내에서의 배치를 설명하는데 이용되는 도면이다.
도 10 의 (a) 및 도 10 의 (b) 는, 계측 아암의 첨단부가 Z축 방향 (상하 방향) 으로 상하동 (세로 진동) 했을 경우를 나타내는 도면이다.
도 11 은 계측 아암의 첨단면의 면 위치를 계측하는데 이용되는 계측 시스템을 구성하는 4 개의 레이저 간섭계를 나타내는 도면이다.
도 12 는 계측 아암의 첨단면의 변위를 계측하는데 이용되는 계측 시스템을 구성하는 인코더를 나타내는 도면이다.
도 13 의 (a) 는 계측 아암의 첨단면의 면 위치에 대응하는 인코더 시스템의 보정 정보를 작성하는 방법을 설명하는데 이용되는 도면이고, 도 13 의 (b) 는 작성된 보정 정보로 대응하는 그래프를 나타내는 도면이다.
도 14 의 (a) 는 스캔 노광시의 웨이퍼의 구동 방법을 설명하는데 이용되는 도면이고, 도 14 의 (b) 는 스텝시의 웨이퍼의 구동 방법을 설명하는데 이용되는 도면이다.
이하, 본 발명의 일 실시형태를, 도 1 내지 도 14 의 (b) 를 참조하여 설명하기로 한다.
도 1 은 일 실시형태의 노광 장치 (100) 의 개략적인 구성을 나타낸다. 노광 장치 (100) 는 스텝-앤드-스캔 방식의 투영 노광 장치, 이른바 스캐너이다. 후술할 바와 같이, 본 실시형태에서는 투영 광학계 (PL) 가 설치되며, 이하의 설명에서는, 투영 광학계 (PL) 의 광축 (AX) 에 평행한 방향을 Z축 방향으로 설명하고, Z축 방향과 직교하는 면 내에서 레티클 (reticle) 과 웨이퍼가 상대 주사되는 방향을 Y축 방향으로 설명하고, Z축 및 Y축과 직교하는 방향을 X축 방향으로 설명하며, X축, Y축, 및 Z축 회전의 회전 (경사) 방향을 각각 θx, θy, 및 θz 방향으로서 설명하기로 한다.
노광 장치 (100) 에는, 도 1 에 나타낸 바와 같이, 조명계 (10), 레티클 스테이지 (RST), 투영 유닛 (PU), 국소 액침 디바이스 (8), 미동 스테이지 (WFS) 를 갖는 스테이지 장치 (50), 및 이러한 제어계 등이 구비되어 있다. 도 1 에서, 미동 스테이지 (WFS) 상에는 웨이퍼 (W) 가 재치되어 있다.
조명계 (10) 는, 예를 들어 미국 특허출원 공개 제 2003/025890 호 등에 개시된 바와 같이, 광원과 광학 적분기 등을 포함하는 조도 균일화 광학계, 및 레티클 블라인드 (reticle blind) 등 (모두 미도시) 을 갖는 조명 광학계를 포함한다. 조명계 (10) 는, 레티클 블라인드 (마스킹 시스템이라고도 불린다) 로 규정된 레티클 (R) 상의 슬릿 형태의 조명 영역 (IAR) 을, 조명광 (노광광) (IL) 에 의해 실질적으로 균일한 조도로 조명한다. 이 경우, 조명광 (IL) 으로서, 예를 들어 ArF 엑시머 레이저광 (파장 193 nm) 이 이용된다.
레티클 스테이지 (RST) 상에는, 그 패턴면 (도 1 에서의 하면) 에 회로 패턴등이 형성된 레티클 (R) 이, 예를 들어 진공 흡착에 의해 고정되어 있다. 레티클 스테이지 (RST) 는, 예를 들어 선형 모터 등을 포함하는 레티클 스테이지 구동계 (11) (도 1 에는 미도시, 도 3 참조) 에 의해, XY 평면 내에서 미세하게 구동가능하며, 또한 주사 방향 (이 경우, 도 1 에서의 지면 내 좌우 방향인 Y축 방향) 으로 소정의 주사 속도로 구동가능하다.
레티클 스테이지 (RST) 의 XY 평면 내의 위치 정보 (θz 방향의 회전 정보를 포함함) 는, 레티클 레이저 간섭계 (이하, "레티클 간섭계" 로 칭함) (13) 에 의해, 레티클 스테이지 (RST) 에 고정된 이동거울 (movable mirror) (15) (실제로는, Y축 방향과 직교하는 반사면을 갖는 Y 이동거울 (또는, 레트로 리플렉터 (retro reflector)) 및 X축 방향과 직교하는 반사면을 갖는 X 이동거울이 설치됨) 을 통해, 예를 들어 0.25 nm 정도의 분해능으로 상시 검출된다. 레티클 간섭계 (13) 의 계측값은, 주제어기 (20) (도 1 에는 미도시, 도 3 참조) 로 전송된다. 또한, 예를 들어 미국 특허출원 공개 제 2007/0288121 호 등에 개시된 바와 같이, 인코더 시스템에 의해 레티클 스테이지 (RST) 의 위치 정보를 계측할 수도 있다.
투영 유닛 (PU) 은, 레티클 스테이지 (RST) 의 도 1 에서의 하부에 배치되어 있다. 투영 유닛 (PU) 은, 경통 (barrel) (40) 과 경통 (40) 내에 유지된 투영 광학계 (PL) 를 포함한다. 투영 광학계 (PL) 로서는, 예를 들어, Z축 방향에 평행한 광축 (AX) 에 따라 배열되는 복수의 렌즈 (렌즈 엘리먼트) 로 구성되는 굴절 광학계 (dioptric system) 가 이용된다. 투영 광학계 (PL) 는, 예를 들어 소정의 투영 배율 (예를 들어 1/4배, 1/5배 또는 1/8배 등) 을 갖는 양측 텔레센트릭 (telecentric) 굴절 광학계이다. 그러므로, 조명계 (10) 가 레티클 (R) 상의 조명 영역 (IAR) 을 조명하는 경우, 투영 광학계 (PL) 의 제 1 면 (물체면) 과 패턴면이 실질적으로 일치하도록 배치되는 레티클 (R) 을 통과한 조명광 (IL) 에 의해, 투영 광학계 (PL) (투영 유닛 (PU)) 를 통해 조명 영역 (IAR) 내의 레티클 (R) 의 회로 패턴의 축소 이미지가, 투영 광학계 (PL) 의 제 2 면 (이미지 평면) 상에 배치되고, 표면에 레지스트 (감응제) 가 도포된 웨이퍼 (W) 상에서 상기 조명 영역 (IAR) 에 공역인 영역 (이하, 노광 영역이라고도 칭함) (IA) 에 형성된다. 그리고, 레티클 스테이지 (RST) 와 미동 스테이지 (WFS) 와의 동기 구동에 의해, 조명 영역 (IAR) (조명광 (IL)) 에 대해 레티클 (R) 을 주사 방향 (Y축 방향) 으로 상대 이동시키는 것과 동시에, 노광 영역 (IA) (조명광 (IL)) 에 대해 웨이퍼 (W) 를 주사 방향 (Y축 방향) 으로 상대 이동시키는 것에 의해, 웨이퍼 (W) 상의 하나의 샷 (shot) 영역 (구획 영역) 의 주사 노광을 수행하여 그 샷 영역에 레티클 (R) 의 패턴이 전사된다. 즉, 본 실시형태에서는 조명계 (10), 레티클 (R), 및 투영 광학계 (PL) 에 의해 웨이퍼 (W) 상에 패턴이 생성되어, 조명광 (IL) 에 의한 웨이퍼 (W) 상의 감응층 (레지스트층) 의 노광에 의해 웨이퍼 (W) 상에 그 패턴이 형성된다. 여기서, 투영 유닛 (PU) 은 메인프레임 (BD) 에 의해 유지되고, 본 실시형태에서는, 메인프레임 (BD) 이 각각 방진 기구 (vibration isolation mechanism) 를 통해 설치면 (플로어 면) 에 배치되는 복수 (예를 들어 3 개 또는 4 개) 의 지지 부재에 의해 거의 수평으로 지지된다. 또한, 그 방진 기구는 각 지지 부재와 메인프레임 (BD) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 예를 들어 PCT 국제공개 제 2006/038952 호에 개시된 바와 같이, 투영 유닛 (PU) 의 상부에 배치되는 메인프레임 부재 (미도시), 또는 레티클 베이스 (reticle base) 에 대해 투영 유닛 (PU) 을 서스펜션 지지할 수 있다.
국소 액침 디바이스 (8) 는 본 실시형태의 노광 장치 (100) 가 액침 방식의 노광을 실시하는 것에 대응하여 설치되어 있다. 국소 액침 디바이스 (8) 는, 액체 공급 장치 (5), 액체 회수 장치 (6) (양자 모두 도 1 에는 미도시, 도 3 참조), 및 노즐 유닛 (32) 등을 포함한다. 노즐 유닛 (32) 은, 도 1 에 나타낸 바와 같이, 투영 광학계 (PL) 를 구성하는 이미지 면 측 (웨이퍼 (W) 측) 에 가장 가까운 광학 소자, 이 경우에는 렌즈 (이하, "첨단 렌즈" 로도 칭함) (191) 를 유지하는 경통 (40) 의 하단부 주위를 둘러싸도록, 지지 부재 (미도시) 를 통해 투영 유닛 (PU) 등을 지지하는 메인프레임 (BD) 에 의해 서스펜션 지지를 받고 있다. 본 실시형태에서는, 주제어기 (20) 가 액체 공급 장치 (5) (도 3 참조) 를 제어하고, 첨단 렌즈 (191) 와 웨이퍼 (W) 사이에 액체를 공급할 뿐만 아니라, 액체 회수 장치 (6) (도 3 참조) 을 제어하고, 첨단 렌즈 (191) 로 웨이퍼 (W) 사이로부터 액체를 회수한다. 본 동작 도중에, 주제어기 (20) 는 공급되는 액체의 양이 회수되는 액체의 양과 항상 동일해지도록 액체 공급 장치 (5) 와 액체 회수 장치 (6) 를 제어한다. 따라서, 첨단 렌즈 (191) 와 웨이퍼 (W) 사이의 공간에는 일정량의 액체 (Lq) (도 1 참조) 가 일정하게 대체되면서 유지된다. 본 실시형태에서는, 전술한 액체로서 ArF 엑시머 레이저광 (파장 193 nm 의 광) 이 투과하는 순수 (pure water) 를 이용하는 것으로 한다. 또한, ArF 엑시머 레이저광에 대한 순수의 굴절률 n 은 약 1.44 이며, 순수에서 조명광 (IL) 의 파장은 193 nm×1/n = 약 134 nm 으로 단파장화된다.
스테이지 장치 (50) 는, 도 1 에 나타낸 바와 같이, 플로어의 면상에 방진 기구 (도시 생략) 에 의해 거의 수평에 지지를 받은 베이스 보드 (12), 웨이퍼 (W) 를 유지하는 베이스 보드 (12) 상에서 이동하는 웨이퍼 스테이지 (WST), 및 각종 계측계 (16, 70 (도 3 참조) 등) 등을 구비하고 있다.
베이스 보드 (12) 는, 평판 형상의 외형을 갖는 부재로 이루어지며, 상면의 평탄도는 매우 높고 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 이동할 때 가이드면으로서 기능한다.
도 1 및 도 2 의 (a) 등에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼 스테이지 (WST) 는 그 하면에 설치된 복수의 비접촉 베어링 (예를 들어 에어 베어링 (도시 생략)) 에 의해 베이스 보드 (12) 위로 부상 지지를 받고 조동 스테이지 구동계 (51) (도 3 참조) 에 의해 XY 2 차원 방향으로 구동되는 웨이퍼 조동 스테이지 (이하, 조동 스테이지로 약칭함) (WCS) 와, 조동 스테이지 (WCS) 에 의해 비접촉 상태로 지지를 받아 조동 스테이지 (WCS) 에 대해 상대 이동가능한 웨이퍼 미동 스테이지 (이하, 미동 스테이지와 약칭함) (WFS) 를 갖는다. 미동 스테이지 (WFS) 는, 미동 스테이지 구동계 (52) (도 3 참조) 에 의해 조동 스테이지 (WCS) 에 대해 6 자유도 방향 (X, Y, Z, θx, θy, θz) 으로 구동된다.
웨이퍼 스테이지 (WST) 의 XY 평면 내의 위치 정보 (θz 방향의 회전 정보도 포함함) 는, 웨이퍼 스테이지 위치 계측계 (16) 에 의해 계측된다. 또한, 미동 스테이지 (WFS) 의 6 자유도 방향 (X, Y, Z, θx, θy, θz) 의 위치 정보는 미동 스테이지 위치 계측계 (70) (도 3 참조) 에 의해 계측된다. 웨이퍼 스테이지 위치 계측계 (16) 및 미동 스테이지 위치 계측계 (70) 의 계측 결과들은, 조동 스테이지 (WCS) 및 미동 스테이지 (WFS) 의 위치 제어를 위해 주제어기 (20) (도 3 참조) 에 공급된다. 이 외에도, 본 실시형태에서는, 미동 스테이지 위치 계측계 (70) 의 계측 오차를 보정하기 위한 계측을 수행하는 계측 시스템 (30) 이 설치된다. 계측 시스템 (30) (도 3 참조) 도 또한 주제어장치 (20) 에 접속된다.
각종 계측계를 포함하는 스테이지 장치 (50) 의 구성 각부의 구성 등에 대해서는 이하에서 상세히 설명하기로 한다.
노광 장치 (100) 에서는, 투영 유닛 (PU) 의 중심으로부터 +Y 측에 소정 거리 떨어져 있는 위치에 웨이퍼 정렬계 (ALG) (도 1 에는 미도시, 도 3 참조) 가 배치되어 있다. 웨이퍼 정렬계 (ALG) 로서는, 예를 들어 이미지 처리 방식의 FIA (Field Image Alignment) 계가 이용된다. 웨이퍼 정렬계 (ALG) 는, 주제어기 (20) 에 의해, 웨이퍼 정렬 (예컨대, EGA (Enhanced Global Alignment)) 상에서, 후술하는 미동 스테이지 (WFS) 상의 계측 플레이트에 형성된 제 2 기준 마크를 검출하거나, 또는 웨이퍼 (W) 상의 정렬 마크를 검출하는 경우에 이용된다. 웨이퍼 정렬계 (ALG) 의 촬상 신호는, 신호 처리계 (미도시) 를 통해 주제어기 (20) 에 공급된다. 주제어기 (20) 는, 웨이퍼 정렬계 (ALG) 의 검출 결과 (촬상 결과) 와 검출시의 미동 스테이지 (WFS) (웨이퍼 (W)) 의 위치 정보에 기초하여 대상 마크의 정렬시 좌표계에서의 X, Y 좌표를 산출한다.
이 외에도, 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에는, 투영 유닛 (PU) 의 근방에, 예를 들어 미국 특허 제 5,448,332 호 등에 개시된 것과 같은 구성의 경사 입사 방식의 다점 초점 위치 검출계 (이하, 다점 AF 계로 약칭함) (AF) (도 1 에는 미도시, 도 3 참조) 가 설치되어 있다. 다점 AF 계 (AF) 의 검출 신호는, AF 신호 처리계 (미도시) 를 통해 주제어기 (20) 에 공급된다 (도 3 참조). 주제어기 (20) 는 다점 AF 계 (AF) 의 검출 신호에 기초하여 다점 AF 계 (AF) 의 복수의 검출점에서 웨이퍼 (W) 표면의 Z축 방향의 위치 정보 (면 위치 정보) 를 검출하고, 그 검출 결과에 기초하여 주사 노광 중의 웨이퍼 (W) 의 이른바 포커스 레벨링 (focus leveling) 제어를 수행한다. 또한, 웨이퍼 정렬 검출계 (ALG) 의 근방에 다점 AF 계를 설치함으로써 웨이퍼 정렬 (EGA) 시에 웨이퍼 (W) 표면의 위치 정보 (요철 정보) 를 사전에 취득할 수 있고, 노광시에는 그 면 위치 정보와 후술하는 미동 스테이지 위치 계측계 (70) 의 일부를 구성하는 레이저 간섭계 시스템 (75) (도 3 참조) 의 계측값들을 이용하여 웨이퍼 (W) 의 이른바 포커스 레벨링 제어를 수행할 수 있다. 또한, 레이저 간섭계 시스템 (75) 이외에도, 미동 스테이지 위치 계측계 (70) 를 구성하는 후술의 인코더 시스템 (73) 의 계측값을 포커스 레벨링 제어에서 이용할 수도 있다.
또한, 레티클 스테이지 (RST) 의 상부에는, 예를 들어 미국 특허 제 5,646,413 호 등에 상세히 개시된 바와 같이, CCD 등의 촬상 소자 등을 가지며 노광 파장의 광 (본 실시형태에서는 조명광 (IL)) 을 정렬용 조명광으로서 이용하는 이미지 처리 방식을 이용한 한 쌍의 레티클 정렬계 (RA1 및 RA2) (도 1 에서는 레티클 정렬계 (RA2) 는 레티클 정렬계 (RA1) 의 지면 뒤편에 숨어 있음) 가 배치되어 있다. 한 쌍의 레티클 정렬계 (RA1 및 RA2) 는, 투영 광학계 (PL) 의 바로 아래에 미동 스테이지 (WFS) 상의 후술하는 계측 플레이트가 위치하는 상태에서, 레티클 (R) 에 형성된 한 쌍의 레티클 정렬 마크 (도시 생략) 의 투영 이미지와 대응 계측 플레이트 상의 한 쌍의 제 1 기준 마크를 투영 광학계 (PL) 를 통해 검출하는 주제어기 (20) 에 의해, 투영 광학계 (PL) 에 의한 레티클 (R) 의 패턴의 투영 영역의 중심과 계측 플레이트 상의 기준 위치, 즉 한 쌍의 제 1 기준 마크의 중심과의 위치 관계를 검출하기 위해서 이용된다. 레티클 정렬계 (RA1 및 RA2) 의 검출 신호는, 신호 처리계 (미도시) 를 통해 주제어기 (20) 에 공급된다 (도 3 참조). 또한, 레티클 정렬계 (RA1 및 RA2) 가 설치될 필요는 없다. 이 경우, 예를 들어 미국 특허출원 공개 제 2002/0041377 호 등에 개시된 바와 같이, 미동 스테이지 (WFS) 에 광투과부 (수광부) 가 설치된 검출계를 탑재하여, 레티클 정렬 마크의 투영 이미지를 검출하는 것이 바람직하다.
도 3 은 노광 장치 (100) 의 제어계의 주요한 구성을 나타낸다. 제어계는 주제어기 (20) 를 중심으로 구성되어 있다. 주제어기 (20) 는 워크스테이션 (또는 마이크로 컴퓨터) 등을 포함하며, 전술한 국소 액침 디바이스 (8), 조동 스테이지 구동계 (51), 미동 스테이지 구동계 (52) 와 같은 노광 장치 (100) 의 구성 각부를 통괄 제어한다.
이제, 스테이지 장치 (50) 의 구성 등에 대해 상세히 설명하기로 한다. 베이스 보드 (12) 의 내부에는, 도 1 에 나타낸 바와 같이, 행방향 및 열방향으로서 기능하는 XY 2 차원 방향으로 매트릭스의 형태로 배치된 복수의 코일 (14) 을 포함하는, 코일 유닛이 하우징되어 있다.
코일 유닛에 대응하여, 조동 스테이지 (WCS) 의 하면 (후술하는 조동 슬라이더부 (91) 의 하면) 에는, 도 2 의 (a) 에 나타낸 바와 같이, 행방향 및 열방향으로서 기능하는 XY 2 차원 방향으로 매트릭스의 형태로 배치된 복수의 영구자석 (91a) 으로 이루어진 자석 유닛이 설치되어 있다. 자석 유닛은, 베이스 보드 (12) 의 코일 유닛과 함께, 예를 들어 미국 특허 제 5,196,745 호 등에 개시되는 로렌츠 전자기 구동 방식을 채용한 평면 모터로 이루어진 조동 스테이지 구동계 (51) (도 3 참조) 를 구성하고 있다. 코일 유닛을 구성하는 코일 (14) 각각에 공급되는 전류의 크기 및 방향은 주제어기 (20) 에 의해 제어된다 (도 3 참조). 조동 스테이지 (WCS) 는, 상기 자석 유닛이 설치된 조동 슬라이더부 (91) 의 하면의 주위에 고정된 전술한 에어 베어링에 의해, 베이스 보드 (12) 의 상부에 소정의 간극, 예를 들어 수 ㎛ 정도의 소정의 간극을 통해 부상 지지를 받고, 조동 스테이지 구동계 (51) 를 통해 X축 방향, Y축 방향 및 θz 방향으로 구동된다. 또한, 조동 스테이지 구동계 (51) 로서는, 로렌츠 전자기 구동 방식을 이용한 평면 모터에 한정되지 않고, 예를 들어 가변 자기저항 구동계에 의한 평면 모터를 이용할 수도 있다. 이 외에도, 조동 스테이지 구동계 (51) 는 자기 부상형의 평면 모터에 의해 구성될 수 있다. 이 경우, 조동 슬라이더부 (91) 의 하면에 에어 베어링을 설치할 필요는 없을 것이다.
도 2 의 (a) 및 도 2 의 (b) 에 나타낸 바와 같이, 조동 스테이지 (WCS) 는 평면시 (+Z 방향에서 보는 것) 로 X축 방향을 길이 방향으로 하는 직사각형의 판 형상의 조동 슬라이더부 (91) 및 조동 슬라이더부 (91) 의 길이 방향의 일단부와 타단부의 상면에 YZ 평면에 평행한 상태로 각각 고정되는 한편 Y축 방향을 길이 방향으로 하는 직사각형 판 형상의 한 쌍의 측벽부 (92a, 92b) 로 측벽부 (92a, 92b) 각각의 상면에 고정된 한 쌍의 고정자부 (stator section) (93a, 93b) 를 구비하고 있다. 조동 스테이지 (WCS) 는, 전체적으로, 상면의 X축 방향 중앙부 및 Y축 방향의 양 측면이 개구된 높이가 낮은 박스형의 형태를 갖는다. 보다 구체적으로, 조동 스테이지 (WCS) 에는 그 내부에 Y축 방향으로 관통된 공간이 형성되어 있다. 한 쌍의 고정자부 (93a, 93b) 각각은, 외형이 판 형상의 부재로 이루어지고, 그 내부에 미동 스테이지 (WFS) 를 구동하기 위한 복수의 코일로 이루어지는 코일 유닛 (CUa, CUb) 이 하우징되어 있다. 코일 유닛 (CUa, CUb) 을 구성하는 각 코일에 공급되는 전류의 크기 및 방향은 주제어기 (20) 에 의해 제어된다. 코일 유닛 (CUa, CUb) 의 구성에 대해서는, 본 설명에서 추가적으로 후술하기로 한다.
한 쌍의 고정자부 (93a, 93b) 각각은, 도 2 의 (a) 및 도 2 의 (b) 에 나타낸 바와 같이, Y축 방향을 길이 방향으로 하는 직사각형의 판 형상을 갖는다. 고정자부 (93a) 는 +X 측의 단부가 측벽부 (92a) 상면에 고정되고 고정자부 (93b) 는 -X 측의 단부가 측벽부 (92b) 상면에 고정되어 있다.
도 2 의 (a) 및 도 2 의 (b) 에 나타낸 바와 같이, 미동 스테이지 (WFS) 는 평면시로 X축 방향을 길이 방향으로 하는 팔각형 판 형상의 부재로 이루어진 본체부 (81) 와 본체부 (81) 의 길이 방향의 일단부와 타단부에 각각 고정된 한 쌍의 가동자부 (movable section) (82a 및 82b) 를 구비하고 있다.
본체부 (81) 는, 그 내부를 후술하는 인코더 시스템의 계측 빔 (레이저광) 이 진행할 수 있도록, 광이 투과할 수 있는 투명한 소재로 형성된다. 또한, 본체부 (81) 는, 그 내부에서의 레이저광에 대한 공기 요동의 영향을 저감하기 위해 중실 (solid) 로 형성되어 있다 (내부에 어떠한 공간도 갖지 않음). 또한, 투명한 소재는 저열팽창율인 것이 바람직하고, 본 실시형태에서는 일례로서 합성 석영 (유리) 등이 이용된다. 또한, 본체부 (81) 는, 그 전체가 투명한 소재로 구성될 수도 있고 또는 인코더 시스템의 계측 빔이 투과하는 부분만이 투명한 소재로 구성될 수도 있고, 이 계측 빔이 투과하는 부분만이 중실로 형성될 수도 있다.
미동 스테이지 (WFS) 의 본체부 (81) (보다 정확하게는, 후술하는 커버 유리) 의 상면 중앙에는, 웨이퍼 (W) 를 진공 흡착 등에 의해 유지하는 웨이퍼 홀더 (미도시) 가 설치되어 있다. 본 실시형태에서는, 예를 들어 루프 형상의 볼록부 (림부 (rim section)) 내에, 웨이퍼 (W) 를 지지하는 복수의 지지부 (핀 부재) 가 형성되는, 이른바 핀 척 방식 (pin chuck method) 의 웨이퍼 홀더가 이용되고, 일면 (표면) 이 웨이퍼 재치면이 되는 웨이퍼 홀더의 다른 면 (이면) 상에 후술하는 격자 (RG) 가 설치된다. 또한, 웨이퍼 홀더는, 미동 스테이지 (WFS) 와 일체로 형성될 수도 있고, 또는 본체부 (81) 에 대해, 예를 들어 정전척 기구 혹은 클램프 기구 등을 통해, 또는 접착 등에 의해 고정될 수도 있다.
또한, 본체부 (81) 의 상면에는, 웨이퍼 홀더 (웨이퍼 (W) 의 재치 영역) 의 외측에, 도 2 의 (a) 및 도 2 의 (b) 에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼 (W) (웨이퍼 홀더) 보다 한층 더 큰 원형의 개구가 중앙에 형성되고, 또한 본체부 (81) 에 대응하는 팔각형 형태의 외형 (윤곽) 을 갖는 플레이트 (발액판 (liquid repellent plate)) (83) 가 장착되어 있다. 플레이트 (83) 의 표면에는 액체 (Lq) 에 대한 발액화 처리가 가해진다 (발액면이 형성되어 있음). 플레이트 (83) 는, 그 표면의 전부 (혹은 일부) 가 웨이퍼 (W) 의 표면과 실질적으로 동일면이 되도록 본체부 (81) 의 상면에 고정되어 있다. 또한, 플레이트 (83) 에는, 도 2 의 (b) 에 나타낸 바와 같이, +X 단부 및 -Y 측 단부 근방에 원형의 노치 (notch) 가 형성되고, 이 노치의 내부에 그 표면이 플레이트 (83) 의 표면, 또는 보다 구체적으로 웨이퍼 (W) 의 표면과 실질적으로 동일면인 상태로 계측 플레이트 (86) 가 매립된다. 계측 플레이트 (86) 의 표면에는, 전술한 한 쌍의 레티클 정렬 검출계 (RA1 및 RA2) 각각에 의해 검출되는 한 쌍의 제 1 기준 마크 및 웨이퍼 정렬계 (ALG) 에 의해 검출되는 제 2 기준 마크가 적어도 형성되어 있다 (제 1 기준 마크 및 제 2 기준 마크는 모두 도시 생략). 또한, 플레이트 (83) 를 본체부 (81) 에 장착하는 대신에, 예를 들어 웨이퍼 홀더를 미동 스테이지 (WFS) 와 일체로 형성하고, 웨이퍼 홀더를 둘러싸는 주위 영역 (플레이트 (83) 와 동일한 영역 (계측 플레이트 (86) 의 표면을 포함할 수 있음)) 에서 미동 스테이지 (WFS) 의 상면에 발액화 처리를 가할 수 있다.
도 2 의 (a) 에 나타낸 바와 같이, 본체부 (81) 의 상면에는, 2 차원 격자 (이하, 간단히 격자로 칭함) (RG) 가 (웨이퍼 (W) 표면에 평행하게) 수평으로 배치되어 있다. 격자 (RG) 는 투명한 소재로 이루어진 본체부 (81) 의 상면에 고정 (혹은 형성) 된다. 격자 (RG) 는 X축 방향을 주기 방향으로 하는 반사형의 회절 격자 (X 회절 격자) 및 Y축 방향을 주기 방향으로 하는 반사형 회절 격자 (Y 회절 격자) 를 포함한다. 본 실시형태에서는, 본체부 (81) 상에서 2 차원 격자가 고정 혹은 형성되는 영역 (이하, 형성 영역) 은, 일례로서 웨이퍼 (W) 보다 한층 더 큰 원형으로 되어 있다.
격자 (RG) 는 보호 부재, 예를 들어 커버 유리 (84) 에 의해 덮여서 보호된다. 본 실시형태에서는, 커버 유리 (84) 의 상면에 웨이퍼 홀더를 흡착 유지하는 전술한 정전척 기구가 설치된다. 또한, 본 실시형태에서는, 커버 유리 (84) 는 본체부 (81) 의 상면의 거의 전체 표면을 덮도록 설치되지만, 격자 (RG) 를 포함하는 본체부 (81) 의 상면의 일부만을 덮도록 설치될 수도 있다. 또한, 보호 부재 (커버 유리 (84)) 는, 본체부 (81) 와 동일한 소재로 형성될 수 있지만, 이 외에도, 보호 부재는, 예를 들어 금속, 세라믹스로 형성될 수 있거나, 박막 등으로 이루어질 수 있다. 또한, 격자 (RG) 를 보호하기 위해 충분한 두께를 필요로 하기 때문에 판 형상의 보호 부재가 바람직하지만, 소재에 따라 박막의 보호 부재를 이용할 수도 있다.
또한, 격자 (RG) 의 형성 영역 가운데, 웨이퍼 홀더의 주위에서 스프레드하는 영역에 대응하는 커버 유리 (84) 의 일면에는, 격자 (RG) 에 조사되는 인코더 시스템의 계측 빔이 커버 유리 (84) 를 투과하지 않도록, 또는 보다 구체적으로, 웨이퍼 홀더의 이면의 영역의 내외에서 계측 빔의 강도가 크게 변동하지 않도록, 예를 들어 그 형성 영역을 커버하는 반사 부재 (예를 들어, 박막 등) 를 설치하는 것이 바람직하다.
이 외에도, 일면에 격자 (RG) 가 고정 또는 형성되는 투명판의 다른 면을 웨이퍼 홀더의 이면에 접촉 또는 근접하게 배치할 수 있고, 그 투명판의 일면 측에 보호 부재 (커버 유리 (84)) 를 또한 설치할 수 있고, 또는, 보호 부재 (커버 유리 (84)) 를 설치하지 않고도 격자 (RG) 가 고정 또는 형성되는 투명판의 일면을 웨이퍼 홀더의 이면에 접촉 또는 근접하게 배치할 수 있다. 특히, 전자의 경우에는, 투명판 대신에 세라믹스 등이 불투명한 부재 상에 격자 (RG) 를 고정 또는 형성할 수 있고, 혹은, 웨이퍼 홀더의 이면에 격자 (RG) 를 고정 또는 형성할 수 있다. 또는, 종래의 미동 스테이지에 웨이퍼 홀더와 격자 (RG) 를 단순히 유지하기만 할 수도 있다. 또한, 웨이퍼 홀더는 중실의 유리 부재로 이루어질 수 있고, 이 유리 부재의 상면 (웨이퍼 재치면) 에 격자 (RG) 가 배치될 수 있다.
본체부 (81) 는, 도 2 의 (a) 로부터 알 수 있는 바와 같이, 길이 방향의 일단부와 타단부와의 하단부에서 외측으로 연장된 연장부를 갖는 전체적으로 팔각형 판 형상 부재로 이루어지며, 그 하면 상에는 격자 (RG) 에 대향하는 구획에 오목부가 형성되어 있다. 본체부 (81) 는 격자 (RG) 가 설치된 중앙의 영역이 그 두께가 실질적으로 균일한 판 형상으로 되도록 형성된다.
본체부 (81) 의 +X 측, -X 측의 연장부 각각의 상면에는, 단면 볼록형상을 갖는 스페이서 (85a, 85b) 가 볼록부 (89a, 89b) 각각을 외측으로 향해 Y축 방향으로 연장하여 설치된다.
도 2 의 (a) 및 도 2 의 (b) 에 나타낸 바와 같이, 가동자부 (82a) 는 Y축 방향 크기 (길이) 및 X축 방향 크기 (폭) 가 양자 모두 고정자부 (93a) 보다 더 짧은 (절반 크기 정도의) 2 매의 평면시 직사각형 형상의 판 형상 부재 (82a1 및 82a2) 를 포함한다. 이들 2 매의 판 형상 부재 (82a1 및 82a2) 는, 본체부 (81) 의 길이 방향의 +X 측의 단부에 대해, 전술한 스페이서 (85a) 의 볼록부 (89a) 를 통해, Z축 방향 (상하) 으로 소정의 거리만큼만 이간시킨 상태로 양방 모두 XY 평면에 평행하게 고정되어 있다. 이 경우, 판 형상 부재 (82a2) 의 -X 측 단부는 스페이서 (85a) 와 본체부 (81) 의 +X 측의 연장부에 의해 클램핑된다. 2 매의 판 형상 부재 (82a1 및 82a2) 사이에는, 조동 스테이지 (WCS) 의 고정자부 (93a) 의 -X 측의 단부가 비접촉 방식으로 삽입된다. 판 형상 부재 (82a1 및 82a2) 의 내부에는, 후술하는 자석 유닛 (MUa1 및 MUa2) 이 설치된다.
가동자부 (82b) 는 스페이서 (85b) 로부터 Z축 방향 (상하) 으로 소정의 거리로 유지된 2 매의 판 형상 부재 (82b1, 82b2) 를 포함하며, 가동자부 (82a) 와 좌우 대칭이지만 유사하게 구성되어 있다. 2 매의 판 형상 부재 (82b1, 82b2) 사이에는, 조동 스테이지 (WCS) 의 고정자부 (93b) 의 +X 측의 단부가 비접촉 방식으로 삽입된다. 판 형상 부재 (82b1 및 82b2) 의 내부에는, 자석 유닛 (MUa1 및 MUa2) 과 유사하게 구성된 자석 유닛 (MUb1 및 MUb2) 이 설치된다.
여기서, 전술한 바와 같이, 조동 스테이지 (WCS) 는, Y축 방향의 양 측면이 개구되어 있기 때문에, 미동 스테이지 (WFS) 를 조동 스테이지 (WCS) 에 장착할 때, 판 형상 부재 (82a1 과 82a2, 및 82b1 과 82b2) 사이에 고정자부 (93a 및 93b) 가 각각 위치하도록, 미동 스테이지의 (WFS) 의 Z축 방향의 위치를 위치결정하고, 그 후 미동 스테이지 (WFS) 를 Y축 방향으로 이동 (슬라이드) 시킬 수 있다.
다음으로, 미동 스테이지 (WFS) 를 조동 스테이지 (WCS) 에 대해 구동하기 위한 미동 스테이지 구동계 (52) 의 구성에 대해 설명한다. 미동 스테이지 구동계 (52) 는, 전술한 가동자부 (82a) 가 갖는 한 쌍의 자석 유닛 (MUa1 및 MUa2) 과, 고정자부 (93a) 가 갖는 코일 유닛 (CUa) 과, 가동자부 (82b) 가 갖는 한 쌍의 자석 유닛 (MUb1 및 MUb2) 과, 고정자부 (93b) 가 갖는 코일 유닛 (CUb) 을 포함한다.
이것을 보다 더 상세히 설명하기로 한다. 도 4 및 도 5 의 (a) 및 도 5 의 (b) 로부터 알 수 있는 바와 같이, 고정자부 (93a) 의 내부에서의 -X 측의 단부에는, 복수 (여기에서는, 12 개) 의 평면시 직사각형 형상의 YZ 코일 (이하, 적절히 "코일" 로 칭함) (55 및 57) 이 Y축 방향으로 등간격으로 각각 배치된 2 열의 코일열이 X축 방향으로 소정의 거리로 멀어지게 배치되어 있다. YZ 코일 (55) 은 상하 방향 (Z축 방향) 으로 중첩하도록 배치된 평면시 직사각형 형상의 상부 코일 (55a) 과 하부 코일 (55b) 을 갖는다. 또한, 고정자부 (93a) 의 내부에 있어서 전술한 2 열의 코일열 사이에는, Y축 방향을 길이 방향으로 하는 협소한 평면시 직사각형 형상의 하나의 X 코일 (이하, 적절히 "코일" 로 약칭함) (56) 이 배치된다. 이 경우, 2 열의 코일열과 X 코일 (56) 은 X축 방향으로 등간격으로 배치된다. 2 열의 코일열과 X 코일 (56) 을 포함하는 코일 유닛 (CUa) 이 구성된다.
또한, 이하의 설명에서는, 도 4, 도 5 의 (a) 및 도 5 의 (b) 를 이용하여, 한 쌍의 고정자부 (93a 및 93b) 중 일방의 고정자부 (93a), 및 이 고정자부 (93a) 에 의해 지지를 받는 가동자부 (82a) 에 대해 설명하는 한편, (X 측) 의 고정자부 (93b) 및 가동자부 (82b) 는 이들 구획과 유사하게 구성되고 유사하게 기능할 것이다. 따라서, 코일 유닛 (CUb), 자석 유닛 (MUb1 및 MUb2) 은, 코일 유닛 (CUa), 자석 유닛 (MUa1 및 MUa2) 과 유사하게 구성된다.
미동 스테이지 (WFS) 의 가동자부 (82a) 의 일부를 구성하는 +Z 측의 판 형상 부재 (82a1) 의 내부에는, 도 4 및 도 5 의 (a) 및 도 5 의 (b) 를 참조할 때 알 수 있는 바와 같이, X축 방향을 길이 방향으로 하는 평면시 직사각형의 복수 (이 경우에서는 10 개) 의 영구자석 (65a 및 67a) 이 X축 방향으로 소정의 거리로 멀어지게 배치되어 있다. 2 열의 자석열 각각은 코일 (55 및 57) 에 대향하여 배치되어 있다.
도 5 의 (b) 에 나타낸 바와 같이, 복수의 영구자석 (65a) 은 상면 측 (+Z 측) 이 N 극이고 하면 측 (-Z 측) 이 S 극인 영구자석, 및 상면 측 (+Z 측) 이 S 극이고 하면 측 (-Z 측) 이 N 극인 영구자석이 Y축 방향으로 교대로 배열되어 있다. 복수의 영구자석 (67a) 으로 이루어진 자석열은 복수의 영구자석 (65a) 으로 구성된 자석열과 유사하게 구성되어 있다.
또한, 판 형상 부재 (82a1) 의 내부에 있어서 전술한 2 열의 자석열 사이에는, X축 방향으로 이간되어 배치된 Y축 방향을 길이 방향으로 하는 한 쌍 (2 개) 의 영구자석 (66a1 및 66a2) 이 코일 (56) 에 대향하여 배치되어 있다. 도 5 의 (a) 에 나타낸 바와 같이, 영구자석 (66a1) 은 상면 측 (+Z 측) 이 N 극이고 하면 측 (-Z 측) 이 S 극인 반면, 영구자석 (66a2) 은 상면 측 (+Z 측) 이 S 극이고 하면 측 (-Z 측) 이 N 극이다.
전술한 복수의 영구자석 (65a 와 67a, 66a1 과 66a2) 에 의해 자석 유닛 (MUa1) 이 구성되어 있다.
도 5 의 (a) 에 나타낸 바와 같이, -Z 측의 판 형상 부재 (82a2) 의 내부에도, 전술한 +Z 측의 판 형상 부재 (82a1) 와 유사한 배치로 영구자석 (65b, 66b1, 66b2 및 67b) 이 배치되어 있다. 이들 영구자석 (65b, 66b1, 66b2, 및 67b) 에 의해 자석 유닛 (MUa2) 이 구성된다. 또한, 도 4 에서는, -Z 측의 판 형상 부재 (82a2) 내부의 영구자석 (65b, 66b1, 66b2, 및 67b) 은 자석 (65a, 66a1, 66a2, 및 67a) 에 대해, 지면 안쪽 측에 겹쳐서 배치되어 있다.
여기서, 미동 스테이지 구동계 (52) 에서는, 도 5 의 (b) 에 나타낸 바와 같이, Y축 방향으로 인접하여 배치된 복수의 영구자석 (도 5 의 (b) 에서 Y축 방향을 따라 순차적으로 배열된 영구자석 (65a1 내지 65a5)) 은, 인접하는 2 개의 영구자석 (65a1 및 65a2) 각각이 YZ 코일 (551) 의 권선부에 대향했을 때 이들에 인접하는 영구자석 (65a3) 이 전술한 YZ 코일 (551) 에 인접하는 YZ 코일 (552) 의 권선부에 대향하지 않도록 (코일 중앙의 중공 (hollow) 인 부분, 또는 코일이 휘감겨진 코어, 이를테면 철심에 대향하도록), 복수의 영구자석 (65) 및 복수의 YZ 코일 (55) 의 Y축 방향에 관한 위치 관계 (각각의 거리) 가 설정되어 있다. 또한, 도 5 의 (b) 에 나타낸 바와 같이, 영구자석 (65a4 및 65a5) 각각은 YZ 코일 (552) 에 인접하는 YZ 코일 (553) 의 권선부에 대향한다. 영구자석 (65b, 67a, 및 67b) 의 Y축 방향에 관한 간격도 또한 유사하다 (도 5 의 (b) 참조).
따라서, 미동 스테이지 구동계 (52) 에서는, 일례로서 도 5 의 (b) 에 나타낸 상태로, 코일 (551 및 553) 의 상부 코일 및 하부 코일 각각에 +Z 방향에서 볼 때 시계방향의 전류가 공급되면, 코일 (551 및 553) 에는 -Y 방향의 힘 (로렌츠력) 이 작용하고, 그 반작용으로서 영구자석 (65a, 65b) 각각에 +Y 방향의 힘이 작용한다. 이러한 힘의 작용에 의해, 미동 스테이지 (WFS) 는, 조동 스테이지 (WCS) 에 대해 +Y 방향으로 이동한다. 전술한 경우와는 반대로, 코일 (551 및 553) 각각에, +Z 방향에서 볼 때 시계반대방향의 전류가 공급되면, 미동 스테이지 (WFS) 는, 조동 스테이지 (WCS) 에 대해 -Y 방향으로 이동한다.
코일 (57) 에 전류를 공급함으로써, 영구자석 (67 (67a, 67b)) 과의 사이에서 전자기 상호작용이 수행되고 미동 스테이지 (WFS) 를 Y축 방향으로 구동할 수 있다. 주제어기 (20) 는 각 코일에 공급되는 전류를 제어함으로써, 미동 스테이지 (WFS) 의 Y축 방향의 위치를 제어한다.
또한, 미동 스테이지 구동계 (52) 에서는, 예를 들어 도 5 의 (b) 에 나타낸 상태로, 코일 (552) 의 상부 코일에 +Z 방향에서 볼 때 시계반대방향의 전류, 하부 코일에 +Z 방향에서 볼 때 시계방향의 전류가 각각 공급되는 경우, 코일 (552) 과 영구자석 (65a3) 사이에는 흡인력이 발생하는 반면, 코일 (552) 과 영구자석 (65b3) 사이에는 반발력 (척력) 이 각각 발생하고, 미동 스테이지 (WFS) 는 이들 흡인력 및 반발력에 의해 조동 스테이지 (WCS) 에 대해 상방향 (+Z 방향) 으로, 또는 보다 구체적으로는, 부상할 방향으로 이동한다. 주제어기 (20) 는 각 코일에 공급되는 전류를 제어하는 것에 의해 부상 상태의 미동 스테이지 (WFS) 의 Z축 방향의 위치를 제어한다.
또한, 도 5 의 (a) 에 나타낸 상태로, 코일 (56) 에 +Z 방향에서 보고 시계방향의 전류가 공급되는 경우, 코일 (56) 에 +X 방향의 힘 (로렌츠력) 이 작용하고, 그 반작용으로서 영구자석 (66a1 과 66a2, 및 66b1 과 66b2) 각각은, -X 방향의 힘이 작용하고, 미동 스테이지 (WFS) 는 조동 스테이지 (WCS) 에 대해 -X 방향으로 이동한다. 또한, 전술한 경우와는 반대로, 코일 (56) 에 +Z 방향에서 볼 때 시계반대방향의 전류가 공급되는 경우, 영구자석 (66a1 과 66a2, 및 66b1 과 66b2) 에는 +X 방향의 힘이 작용하고, 미동 스테이지 (WFS) 는 조동 스테이지 (WCS) 에 대해 +X 방향으로 이동한다. 주제어기 (20) 는 각 코일에 공급하는 전류를 제어하는 것에 의해 미동 스테이지 (WFS) 의 X축 방향의 위치를 제어한다.
전술한 설명으로부터 명백해지는 바와 같이, 본 실시형태에서, 주제어기 (20) 는 Y축 방향으로 배열된 복수의 YZ 코일 (55 및 57) 에 교대로 전류를 공급하는 것에 의해, 미동 스테이지 (WFS) 를 Y축 방향으로 구동한다. 또한, 이와 아울러, 주제어기 (20) 는 YZ 코일 (55 및 57) 가운데, 미동 스테이지 (WFS) 의 Y축 방향으로의 구동에 사용하고 있지 않은 코일에 전류를 공급하는 것에 의해, Y축 방향에의 구동력과는 별개로, Z축 방향으로의 구동력을 발생시키고, 미동 스테이지 (WFS) 를 조동 스테이지 (WCS) 로부터 부상시킨다. 그리고, 주제어기 (20) 는 미동 스테이지 (WFS) 의 Y축 방향의 위치에 따라 전류 공급 대상의 코일을 순차적으로 스위칭하는 것에 의해, 미동 스테이지 (WFS) 의 조동 스테이지 (WCS) 에 대한 부상 상태, 즉 비접촉 상태를 유지하면서, 미동 스테이지 (WFS) 를 Y축 방향으로 구동한다. 또한, 주제어기 (20) 는, 미동 스테이지 (WFS) 를 조동 스테이지 (WCS) 로부터 부상시킨 상태로, Y축 방향과 아울러 독립적으로 X축 방향으로도 구동가능하다.
또한, 도 6 의 (a) 에 나타낸 바와 같이, 예를 들어 주제어기 (20) 는, 미동 스테이지 (WFS) 의 +X 측의 가동자부 (82a) 와 -X 측의 가동자부 (82b) 에, 서로 다른 크기의 Y축 방향의 구동력 (추력 (trust)) 을 가하는 것에 의해 (도 6 의 (a) 의 흑색 화살표 참조), 미동 스테이지 (WFS) 를 Z축 회전으로 회전 (θz 회전) 시킬 수 있다 (도 6 의 (a) 의 탈색 화살표 참조).
또한, 도 6 의 (b) 에 나타낸 바와 같이, 주제어기 (20) 는, 미동 스테이지 (WFS) 의 +X 측의 가동자부 (82a) 와 -X 측의 가동자부 (82b) 에 서로 다른 부상력 (도 6 의 (b) 의 흑색 화살표 참조) 을 가하는 것에 의해, 미동 스테이지 (WFS) 를 Y축 회전으로 회전 (θY 구동) 시킬 수 있다 (도 6 의 (b) 의 탈색 화살표 참조).
또한, 주제어기 (20) 는, 예를 들어 도 6 의 (c) 에 나타낸 바와 같이, 미동 스테이지 (WFS) 의 가동자부 (82a 및 82b) 각각에 대해, Y축 방향의 +측과 -측으로, 서로 다른 부상력 (도 6 의 (c) 의 흑색 화살표 참조) 을 작용시키는 것에 의해, 미동 스테이지 (WFS) 가 X축 회전으로 회전 (θx 구동) 하게 (도 6 의 (c) 의 탈색 화살표 참조) 할 수 있다.
이상의 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 실시형태에서는, 미동 스테이지 구동계 (52) 에 의해, 미동 스테이지 (WFS) 를 조동 스테이지 (WCS) 에 대해 비접촉 상태로 부상 지지하고, 또한 조동 스테이지 (WCS) 에 대해 비접촉 방식으로 6 자유도 방향 (X, Y, Z, θx, θy, θz) 으로도 구동할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서, 주제어기 (20) 는, 미동 스테이지 (WFS) 에 부상력을 가할 때, 고정자부 (93a) 내에 배치된 2 열의 코일 (55 및 57) (도 4 참조) 에 서로 반대 방향의 전류를 공급하는 것에 의해, 예를 들어 도 7 에 나타낸 바와 같이, 가동자부 (82a) 에 대해, 부상력 (도 7 의 흑색 화살표 참조) 과 동시에 Y축 회전의 회전력 (도 7 의 탈색 화살표 참조) 을 가할 수 있다. 또한, 주제어기 (20) 는, 한 쌍의 가동자부 (82a 및 82b) 의 각각에 서로 반대의 방향의 Y축 회전의 회전력을 가하는 것에 의해, 미동 스테이지 (WFS) 의 중앙부를 +Z 방향 또는 -Z 방향으로 휘게 할 수 있다 (도 7 의 빗금친 화살표 참조). 따라서, 도 7 에 나타낸 바와 같이, 미동 스테이지 (WFS) 의 중앙부를 +Z 방향으로 휘게 하는 것에 의해, 웨이퍼 (W) 및 본체부 (81) 에 기인하는 미동 스테이지 (WFS) (본체부 (81)) 의 X축 방향의 중간 부분의 휨을 상쇄시키고, 웨이퍼 (W) 표면의 XY 평면 (수평면) 에 대한 평행도를 확보할 수 있다. 이를테면, 웨이퍼 (W) 의 직경이 크게 되고 미동 스테이지 (WFS) 도 또한 대형화했을 경우에, 특히 효과적이다.
또한, 웨이퍼 (W) 가 자중 (own weight) 등에 의해 변형되는 경우, 조명광 (IL) 의 조사 영역 (노광 영역 (IA)) 내에서, 미동 스테이지 (WFS) 상에 재치된 웨이퍼 (W) 의 표면이 투영 광학계 (PL) 의 초점 심도 (depth of focus) 의 범위 내에 더 이상 속하지 않게 될 우려도 있다. 그러므로, 주제어기 (20) 가 미동 스테이지 (WFS) 의 X축 방향에 관한 중앙부를 전술한 바와 같이 휘게 하는 경우와 유사하게, 한 쌍의 가동자부 (82a 및 82b) 각각에 서로 반대의 방향의 Y축 회전의 회전력을 가하는 것에 의해, 웨이퍼 (W) 가 실질적으로 평탄하게 되도록 변형되어 노광 영역 (IA) 내에서 웨이퍼 (W) 의 표면이 투영 광학계 (PL) 의 초점 심도의 범위 내에 속하도록 할 수도 있다.
또한, 자중에 의해 야기된 휨에 대한 보정 및/또는 포커스 레벨링 제어의 경우뿐만 아니라, 웨이퍼의 샷 영역 내의 소정의 점이 노광 영역 (IA) 을 횡단하는 동안에 초점 심도의 범위 내에서 그 소정의 점의 Z축 방향의 위치를 변화시켜 실질적으로 초점 심도를 증대시키는 초해상 기술 (super-resolution technology) 을 채용하는 경우에도, 미동 스테이지 (WFS) (및 이 스테이지에 의해 유지된 웨이퍼 (W)) 를 Y축과 수직인 면 (XZ 면) 내에서 오목형상 또는 볼록형상으로 변형시키는 방법을 적용할 수 있다.
본 실시형태의 노광 장치 (100) 에서는, 웨이퍼 (W) 에 대한 스텝-앤드-스캔 방식의 노광 동작시에는, 미동 스테이지 (WFS) 의 XY 평면 내의 위치 정보 (θz 방향의 위치 정보를 포함함) 는, 주제어기 (20) 에 의해, 후술하는 미동 스테이지 위치 계측계 (70) 의 인코더 시스템 (73) (도 3 참조) 을 이용하여 계측된다. 미동 스테이지 (WFS) 의 위치 정보는 주제어기 (20) 에 전송되고, 주제어기 (20) 는 이 위치 정보에 기초하여 미동 스테이지 (WFS) 의 위치를 제어한다.
다른 한편으로는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 미동 스테이지 위치 계측계 (70) 의 계측 영역 외에 위치하는 경우, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 정보는, 주제어기 (20) 에 의해, 웨이퍼 스테이지 위치 계측계 (16) (도 3 참조) 를 이용하여 계측된다. 웨이퍼 스테이지 위치 계측계 (16) 는, 도 1 에 나타낸 바와 같이, 조동 스테이지 (WCS) 측면으로 경면 가공 (mirror-polishing) 에 의해 형성된 반사면에 계측 빔 (measurement beam) 을 조사하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 XY 평면 내의 위치 정보를 계측하는 레이저 간섭계를 포함한다. 또한, 도 1 에서는 도시가 생략되어 있지만, 실제로는, 조동 스테이지 (WCS) 에는, Y축과 수직인 Y 반사면과 X축과 수직인 X 반사면이 형성되고, 이에 대응하여, 레이저 간섭계도 X 반사면, Y 반사면에 각각 계측 빔을 조사하는 X 간섭계, Y 간섭계가 설치된다. 또한, 웨이퍼 스테이지 위치 계측계 (16) 에서는, 예를 들어 Y 간섭계는 복수의 계측 축을 가지며, 계측 축 각각의 출력에 기초하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 θz 방향의 위치 정보 (회전 정보) 도 또한 계측될 수 있다. 또한, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 XY 평면 내에서의 위치 정보는 전술한 웨이퍼 스테이지 위치 계측계 (16) 대신에, 그 외의 계측 장치, 예를 들어 인코더 시스템에 의해 계측될 수 있다. 이 경우, 예를 들어 베이스 보드 (12) 의 상면에 2 차원 스케일이 배치될 수 있고, 조동 스테이지 (WCS) 의 하면에 인코더 헤드가 설치될 수 있다.
다음으로, 미동 스테이지 (WFS) 의 XY 평면 내의 위치 정보의 계측에 이용되는 인코더 시스템 (73), 및 미동 스테이지 (WFS) 의 Z, θx, 및 θY 방향의 위치 정보의 계측에 이용되는 레이저 간섭계 시스템 (75) 을 포함하는 미동 스테이지 위치 계측계 (70) (도 3 참조) 의 구성을 이하에서 설명하기로 한다. 도 1 에 나타낸 바와 같이, 미동 스테이지 위치 계측계 (70) 는 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 투영 광학계 (PL) 의 하부에 배치된 상태로, 조동 스테이지의 내부에 설치된 공간 내에 삽입되는 계측 부재 (계측 아암) (71) 를 구비하고 있다. 계측 아암 (71) 은 노광 장치 (100) 의 메인프레임 (BD) 으로부터 지지부 (72) 를 통해 캔틸레버 (cantilever) 지지 (일단부의 근방이 지지) 되어 있다. 또한, 계측 부재는 웨이퍼 스테이지의 이동에 방해가 되지 않는 구성을 채용하는 경우에는, 캔틸레버 지지에 한정하지 않고, 그 길이 방향의 양단부에서 지지를 받을 수 있다.
계측 아암 (71) 은, Y축 방향을 길이 방향으로 하고 폭방향 (X축 방향) 으로의 크기 보다 높이 방향 (Z축 방향) 으로의 크기가 더 큰 세로 길이가 긴 직사각형 단면을 갖는 사각기둥 형태 (즉 직육면체 형태) 의 부재이며, 광을 투과시키는 동일한 소재, 예를 들어 유리 부재가 복수로 부착되어 이루어져 있다. 계측 암 (71) 에는, 도 11 에 나타낸 바와 같이, Y측 단부에 위치하는 직각 프리즘 형상의 제1 부재, 및 제 1 부재와 함께 전체적으로 육면체형 (즉, 직사각형 중실 형상) 의 부재를 구성하는 제 2 부재가 장착되어 있다. 계측 아암 (71) 은 후술하는 인코더 헤드 (광학계) 가 하우징되는 부분을 제외하고 중실로 형성된다. 제 1 부재와 제 2 부재의 경계면 (즉, 제 1 부재의 경사면) 에는, 도 11 에 나타낸 바와 같이, 그 외주부 근방을 제외하고, 반사막이 성막되어 반사면 (RP1) 이 형성되는 것과 동시에, 반사면 (RP1) 의 외주부 가운데, 적어도 상단부 및 하단부에는 Brewster 분리막 (이하, 분리막으로 약칭함) (BMF) 가 형성된다. 즉, 제 1 부재는, 일부에 반사면을 갖는 편향 빔 분할기를 구성한다. 이하에서는, 제 1 부재를 제1 부재 (PBS) 로 지칭한다. 제 1 부재 (PBS) 의 -Z측의 면에는, 전면에 걸쳐서 반사막이 성막되어 반사면 (RP2) 이 형성된다.
또한, 계측 암의 +Y측의 단면에는, 전면에 걸쳐서 반사막이 성막되어 반사면 (RP3) 이 형성된다. 반사면 (RP3) 의 사용 방법에 대해서는 후술하기로 한다.
계측 아암 (71) 은, 전술한 바와 같이 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 투영 광학계 (PL) 의 하부에 배치된 상태에서는, 첨단부가 조동 스테이지 (WCS) 의 공간 내로 삽입되고, 도 1 에 나타낸 바와 같이 그 상면이 미동 스테이지 (WFS) 의 하면 (보다 정확하게는, 본체부 (81) (도 1 에는 미도시, 도 2 의 (a) 등 참조) 의 하면) 에 대향하고 있다. 계측 아암 (71) 의 표면은, 미동 스테이지 (WFS) 의 하면과의 사이에 소정의 간극, 예를 들어 수 mm 정도의 간극이 형성된 상태로, 미동 스테이지 (WFS) 의 하면과 거의 평행으로 배치된다. 또한, 계측 아암 (71) 의 상면과 미동 스테이지 (WFS) 의 하면과의 사이의 간극은, 수 mm 이상일 수도 있고 이하일 수도 있다.
도 3 에 나타낸 바와 같이, 미동 스테이지 위치 계측계 (70) 는, 미동 스테이지 (WFS) 의 X축 방향, Y축 방향, 및 θz 방향의 위치를 계측하는 인코더 시스템 (73), 및 미동 스테이지 (WFS) 의 Z축 방향, θx 방향 및 θy 방향의 위치를 계측하는 레이저 간섭계 시스템 (75) 을 구비하고 있다. 인코더 시스템 (73) 은, 미동 스테이지 (WFS) 의 X축 방향의 위치를 계측하는 X 선형 인코더 (73x), 및 미동 스테이지 (WFS) 의 Y축 방향의 위치를 계측하는 한 쌍의 Y 선형 인코더 (73ya, 73yb) (이하, 적절하게 함께 Y 선형 인코더 (73y) 로 칭함) 를 포함한다. 인코더 시스템 (73) 에서는, 예를 들어 미국 특허 제 7,238,931호, 및 PCT 국제공개 제 2007/083758 호 (대응 미국 특허출원 공개 제 2007/288121 호) 등에 개시되는 인코더 헤드 (이하, 적절히 헤드로 약칭함) 와 유사한 구성을 갖는 회절 간섭형의 헤드가 이용된다. 다만, 본 실시형태에서는, 헤드는, 후술하는 바와 같이 광원 및 수광계 (광검출기를 포함함) 가, 계측 아암 (71) 의 외부에 배치되어 광학계만이 계측 아암 (71) 의 내부에, 또는 보다 구체적으로는 격자 (RG) 에 대향하여 배치된다. 이하, 특히 필요한 경우를 제외하고는, 계측 아암 (71) 의 내부에 배치된 광학계를 헤드라고 지칭하기로 한다.
도 8 의 (a) 는 계측 아암 (71) 의 첨단부를 사시도로 나타내고 있으며, 도 8 의 (b) 는 계측 아암 (71) 의 첨단부의 표면을 +Z 방향에서 바라본 평면도로 나타내고 있다. 인코더 시스템 (73) 은 미동 스테이지 (WFS) 의 X축 방향의 위치를 1 개의 X 헤드 (77x) (도 9 의 (a) 및 도 9 의 (b) 참조) 를 이용하여 계측하고, Y축 방향의 위치를 한 쌍의 Y 헤드 (77ya 및 77yb) (도 9 의 (b) 참조) 를 이용하여 계측한다. 보다 구체적으로, 격자 (RG) 의 X 회절 격자를 이용하여 미동 스테이지 (WFS) 의 X축 방향의 위치를 계측하는 X 헤드 (77x) 에 의해 전술한 X 선형 인코더 (73x) 가 구성되며, 격자 (RG) 의 Y 회절 격자를 이용하여 미동 스테이지 (WFS) 의 Y축 방향의 위치를 계측하는 한 쌍의 Y 헤드 (77ya 및 77yb) 에 의해 한 쌍의 Y 선형 인코더 (73ya, 73yb) 가 구성된다.
도 8 의 (a) 및 도 8 의 (b) 에 나타낸 바와 같이, X 헤드 (77x) 는 계측 아암 (71) 의 중심선 (CL) 으로부터 등거리에 있는, X축에 평행한 직선 (LX) 상의 2 점 (도 8 의 (b) 의 흰색 원 참조) 으로부터, 격자 (RG) 상에 계측 빔 (LBx1 및 LBx2) (도 8 의 (a) 중에 실선으로 나타냄) 을 조사한다. 계측 빔 (LBx1 및 LBx2) 은 격자 (RG) 상의 동일한 조사점에 조사된다 (도 9 의 (a) 참조). 계측 빔 (LBx1 및 LBx2) 의 조사점, 즉 X 헤드 (77x) 의 검출점 (도 8 의 (b) 에서의 부호 DP 참조) 은 웨이퍼 (W) 에 조사되는 조명광 (IL) 의 조사 영역 (노광 영역) (IA) 의 중심인 노광 위치와 일치하고 있다 (도 1 참조). 또한, 계측 빔 (LBx1 및 LBx2) 은, 실제로는, 본체부 (81) 와 공기층의 경계면 등에서 굴절되지만, 도 9 의 (a) 등에서는 간략화하여 도시되어 있다.
도 9 의 (b) 에 나타낸 바와 같이, 한 쌍의 Y 헤드 (77ya 및 77yb) 각각은, 계측 아암 (71) 의 중심선 (CL) 의 +X 측, -X 측에 배치된다. Y 헤드 (77ya) 는, 도 8 의 (a) 및 도 8 의 (b) 에 나타낸 바와 같이, Y축에 평행한 직선 (LYa) 상에 배치되고 직선 (LX) 으로부터의 거리가 동일한 2 점 (도 8 의 (b) 의 흰색 원 참조) 으로부터 격자 (RG) 상의 공통의 조사점에 도 8 의 (a) 에서 각각 파선으로 나타낸 계측 빔 (LBya1, LBya2) 을 조사한다. 계측 빔 (LBya1, LBya2) 의 조사점, 즉 Y 헤드 (77ya) 의 검출점은 도 8 의 (b) 에서 부호 DPya 로 나타낸다.
Y 헤드 (77yb) 는, Y 헤드 (77ya) 와 유사하게, 계측 아암 (71) 의 중심선 (CL) 으로부터 직선 (LYa) 과 동일 거리 떨어진 Y축에 평행한 직선 (LYb) 상에 배치되고, 직선 (LX) 으로부터의 거리가 동일한 2 점 (도 8 의 (b) 의 흰색 원 참조) 으로부터 계측 빔 (LByb1 및 LByb2) 을 격자 (RG) 상의 공통의 조사점 (DPyb) 에 조사한다. 도 8 의 (b) 에 나타낸 바와 같이, 계측 빔 (LBya1 및 LBya2) 및 계측 빔 (LByb1 및 LByb2) 각각의 검출점 (DPya 및 DPyb) 은 X축에 평행한 직선 (LX) 상에 배치된다. 여기서, 주제어기 (20) 는 미동 스테이지 (WFS) 의 Y축 방향의 위치를 2 개의 Y 헤드 (77ya 및 77yb) 의 계측값들의 평균에 기초하여 결정한다. 따라서, 본 실시형태에서는, 미동 스테이지 (WFS) 의 Y축 방향의 위치는, 실질적인 계측점으로서 기능하는 검출점 (DPya, DPyb) 의 중점 (midpoint) 으로 계측된다. 그리고, Y 헤드 (77ya 및 77yb) 에 의한 검출점 (DPya, DPyb) 의 중점은 계측 빔 (LBx1 및 LBx2) 의 격자 (RG) 상의 조사점 (DP) 과 일치한다. 보다 구체적으로, 본 실시형태에서는, 미동 스테이지 (WFS) 의 X축 방향 및 Y축 방향의 위치 정보의 계측에 관하여 공통의 검출점이 존재하며, 이 검출점은 웨이퍼 (W) 에 조사되는 조명광 (IL) 의 조사 영역 (노광 영역) (IA) 의 중심인 노광 위치와 일치한다. 따라서, 본 실시형태에서는, 주제어기 (20) 는 인코더 시스템 (73) 을 이용하는 것에 의해, 미동 스테이지 (WFS) 상에 재치된 웨이퍼 (W) 의 소정의 샷 영역에 레티클 (R) 의 패턴을 전사할 때, 미동 스테이지 (WFS) 의 XY 평면 내의 위치 정보의 계측은 항상 노광 위치의 바로 아래 (뒤편) 에서 수행될 수 있다. 또한, 주제어기 (20) 는, 미동 스테이지 (WFS) 의 Y축 방향의 위치를 각각 계측하고, X축 방향으로 이간되어 배치된 한 쌍의 Y 헤드 (77ya 및 77yb) 의 계측값들의 차이에 기초하여, 미동 스테이지 (WFS) 의 θz 방향의 회전량을 계측한다.
이제, 인코더 시스템 (73) 을 구성하는 3 개의 헤드 (77x, 77ya, 및 77yb) 의 구성을 설명하기로 한다. 도 9 의 (a) 는 3 개의 헤드 (77x, 77ya, 및 77yb) 를 대표하는 X 헤드 (77x) 의 개략 구성을 나타낸다. 또한, 도 9 의 (b) 는 X 헤드 (77x), Y 헤드 (77ya 및 77yb) 각각의 계측 아암 (71) 내에서의 배치를 나타낸다.
도 9 의 (a) 에 나타낸 바와 같이, X 헤드 (77x) 는, 그 분리면이 YZ 평면에 평행인 편광 빔 분할기 (PBS), 한 쌍의 반사 미러 (R1a 및 R1b), 렌즈 (L2a 및 L2b), 4 분의 1 파장판 (이하, λ/4 판으로 표기) (WP1a 및 WP1b), 반사 미러 (R2a 및 R2b), 및 반사 미러 (R3a 및 R3b) 등을 구비하며, 이러한 광학 소자가 소정의 위치 관계로 배치된다. Y 헤드 (77ya 및 77yb) 는 또한 유사한 구조의 광학계를 갖는다. X 헤드 (77x), Y 헤드 (77ya 및 77yb) 각각은, 도 9 의 (a) 및 도 9 의 (b) 에 나타낸 바와 같이, 유닛화되어 계측 아암 (71) 의 내부에 고정된다.
도 9 의 (b) 에 나타낸 바와 같이, X 헤드 (77x) (X 선형 인코더 (73x)) 에서는, 계측 아암 (71) 의 -Y 측의 단부의 표면 (또는 그 상방) 에 설치된 광원 (LDx) 으로부터 -Z 방향으로 레이저빔 (LBx0) 이 사출되어 XY 평면에 대해 45 도의 각도로 경사진 반사면 (RP) 을 통해 Y축 방향에 평행으로 그 광로가 구부러진다. 이 레이저빔 (LBx0) 은 계측 아암 (71) 의 내부의 중실부 (solid section) 를 계측 아암 (71) 의 길이 방향 (Y축 방향) 에 평행으로 진행하고, 도 9 의 (a) 에 나타낸 반사 미러 (R3a) 에 이른다. 그 후, 레이저빔 (LBx0) 의 광로는 반사 미러 (R3a) 에 의해 구부러지고, 편광 빔 분할기 (PBS) 에 입사한다. 레이저빔 (LBx0) 은 편광 빔 분할기 (PBS) 로 편광 분리되어 2 개의 계측 빔 (LBx1 및 LBx2) 이 된다. 편광 빔 분할기 (PBS) 를 투과한 계측 빔 (LBx1) 은 반사 미러 (R1a) 를 통해 미동 스테이지 (WFS) 에 형성된 격자 (RG) 에 도달하고, 편광 빔 분할기 (PBS) 로 반사된 계측 빔 (LBx2) 은 반사 미러 (R1b) 를 통해 격자 (RG) 에 도달한다. 또한, 여기서 "편광 분리" 는 입사 빔을 P 편광 성분과 S 편광 성분으로 분리하는 것을 의미한다.
계측 빔 (LBx1 및 LBx2) 의 조사로 인해 격자 (RG) 로부터 발생하는 소정 차수의 회절빔, 예를 들어 1 차 회절빔 각각은 렌즈 (L2a 및 L2b) 를 통해 λ/4 판 (WP1a 및 WP1b) 에 의해 원편광으로 변환되고, 반사 미러 (R2a 및 R2b) 에 의해 반사된 후 재차 λ/4 판 (WP1a 및 WP1b) 을 통과하고, 동일한 광로를 역방향으로 추적함으로써 편광 빔 분할기 (PBS) 에 이른다.
편광 빔 분할기 (PBS) 에 이른 2 개의 1 차 회절빔은, 각각 그 편광 방향이 원래의 방향에 대해 90 도 회전하고 있다. 그러므로, 먼저 편광 빔 분할기 (PBS) 를 투과한 계측 빔 (LBx1) 의 1 차 회절빔은 편광 빔 분할기 (PBS) 로 반사된다. 먼저 편광 빔 분할기 (PBS) 로 반사된 계측 빔 (LBx2) 의 1 차 회절빔은 편광 빔 분할기 (PBS) 를 투과한다. 따라서, 계측 빔 (LBx1 및 LBx2) 각각의 1 차 회절빔은 동축을 갖는 (coaxially) 합성 빔 (LBx12) 으로서 합성된다. 합성 빔 (LBx12) 은 반사 미러 (R3b) 에 의해 그 광로가 Y축에 평행으로 구부러지고, 계측 아암 (71) 의 내부를 Y축에 평행하게 진행한 후, 전술한 반사면 (RP) 을 통해, 도 9 의 (b) 에 나타낸 계측 아암 (71) 의 -Y 측의 단부의 상면 (또는 그 상부) 에 설치된 X 수광계 (74x) 로 송광된다.
X 수광계 (74x) 에서는, 합성 빔 (LBx12) 으로서 합성된 계측 빔 (LBx1 및 LBx2) 의 1 차 회절빔의 편광 방향이 편광자 (검광자) (미도시) 에 의해 배열되고 이 빔들은 서로 간섭하여 간섭광이 되고, 이 간섭광은 광검출기에 의해 검출되어 간섭광의 강도에 따른 전기 신호로 변환된다. 여기서, 미동 스테이지 (WFS) 가 계측 방향 (이 경우, X축 방향) 으로 이동하면, 2 개의 빔 사이의 위상차가 변화하여 간섭광의 강도를 변화시킨다. 이 간섭광의 강도의 변화는 미동 스테이지 (WFS) 의 X축 방향에 관한 위치 정보로서 주제어기 (20) (도 3 참조) 에 공급된다.
도 9 의 (b) 에 나타낸 바와 같이, Y 헤드 (77ya 및 77yb) 에는 각각의 광원 (LDya, LDyb) 으로부터 사출되어 전술한 반사면 (RP) 과 광로가 90 도만큼 구부러진 Y축에 평행한 레이저빔 (LBya0 및 LByb0) 이 입사하며, 상기 설명과 유사하게, Y 헤드 (77ya 및 77yb) 로부터, 편향 빔 분할기로 편광 분리된 계측 빔 각각의 격자 (RG) (의 Y 회절 격자) 에 의한 1 차 회절빔의 합성 빔 (LBya12, LByb12) 이 각각 출력되어 Y 수광계 (74ya 및 74yb) 로 리턴된다. 여기서, 광원 (LDya) 와 수광계 (74ya), 광원 (LDyb) 와 수광계 (74yb) 는, 도 9 의 (b) 에 나타낸 바와 같이 Y축 방향과 나란히 각각 배치되어 있다. 따라서, 광원 (LDya, LDyb) 으로부터 사출되는 레이저빔 (LBya0 및 LByb0) 과 Y 수광계 (74ya 및 74yb) 로 리턴되는 합성 빔 (LBya12, LByb12) 은, 도 9 의 (b) 의 지면과 수직인 방향으로 중첩되는 광로를 각각 통과한다. 또한, 전술한 바와 같이, 광원으로부터 사출되는 레이저빔 (LBya0 및 LByb0) 과 Y 수광계 (74ya 및 74yb) 로 리턴되는 합성 빔 (LBya12, LByb12) 은 Z축 방향으로 떨어진 평행한 광로를 통과하도록, Y 헤드 (77ya 및 77yb) 에서는 그 내부에서 광로가 적절히 구부러진다 (도시 생략).
도 8 의 (a) 에 나타낸 바와 같이, 레이저 간섭계 시스템 (75) 은 3 개의 계측 빔 (LBz1, LBz2 및 LBz3) 을 계측 아암 (71) 의 첨단부로부터 미동 스테이지 (WFS) 의 하면으로 입사시킨다. 레이저 간섭계 시스템 (75) 은 이들 3 개의 계측 빔 (LBz1, LBz2, 및 LBz3) 각각을 조사하는 3 개의 레이저 간섭계 (75a 내지 75c) (도 3 참조) 를 구비하고 있다.
레이저 간섭계 시스템 (75) 에서는, 3 개의 계측 빔 (LBz1, LBz2, LBz3) 는, 도 9 의 (a) 및 도 9 의 (b) 에 나타낸 바와 같이, 계측 아암 (71) 의 표면상의 동일 직선상에 없는 3 점 각각으로부터 Z축에 평행하게 사출된다. 여기서, 3 개의 계측 빔 (LBz1, LBz2, 및 LBz3) 은, 도 9 의 (b) 에 나타낸 바와 같이, 그 중심이 조사 영역 (노광 영역) (IA) 의 중심인 노광 위치와 일치하는, 이등변 삼각형 (또는 정삼각형) 의 각 정점의 위치로부터 각각 조사된다. 이 경우, 계측 빔 (LBz3) 의 사출점 (조사점) 은 중심선 (CL) 상에 위치하며, 나머지의 계측 빔 (LBz1, 및 LBz2) 의 사출점 (조사점) 은 중심선 (CL) 으로부터 등거리에 있다. 본 실시형태에서는, 주제어기 (20) 는 레이저 간섭계 시스템 (75) 을 이용하고, 미동 스테이지 (WFS) 의 Z축 방향의 위치, θz 방향 및 θY 방향의 회전량의 정보를 계측한다. 또한, 레이저 간섭계 (75a 내지 75c) 는 계측 아암 (71) 의 -Y 측의 단부의 상면 (또는 그 상부) 에 설치된다. 레이저 간섭계 (75a 내지 75c) 에서 Z 방향으로 사출된 계측 빔 (LBz1, LBz2, LBz3) 은 전술한 반사면 (RP) 을 통해 계측 아암 (71) 내를 Y축 방향에 따라 진행하고, 그 광로가 각각 구부러져서, 전술한 3 점으로부터 사출된다.
본 실시형태에서는, 미동 스테이지 (WFS) 의 하면에, 인코더 시스템 (73) 으로부터의 각 계측 빔을 투과시키고 레이저 간섭계 시스템 (75) 으로부터의 각 계측 빔의 투과를 저지하는, 파장 선택 필터 (도시 생략) 가 설치된다. 이 경우, 파장 선택 필터는 레이저 간섭계 시스템 (75) 으로부터의 각 계측 빔의 반사면으로서도 기능한다. 파장 선택 필터로서는, 파장 선택성을 갖는 박막 등이 이용되며, 본 실시형태에서, 필터는 예를 들어 투명판 (본체부 (81)) 의 일면에 설치되고 격자 (RG) 는 그 일면에 대해 웨이퍼 홀더 측에 배치된다.
이상의 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 주제어기 (20) 는, 미동 스테이지 위치 계측계 (70) 의 인코더 시스템 (73) 및 레이저 간섭계 시스템 (75) 을 이용하는 것에 의해, 미동 스테이지 (WFS) 의 6 자유도 방향의 위치를 계측할 수 있다. 이 경우, 인코더 시스템 (73) 에서는, 계측 빔의 공기 중에서의 광로 길이가 극히 짧고 또한 거의 동일하기 때문에, 공기 요동의 영향을 대부분 무시할 수 있다. 따라서, 인코더 시스템 (73) 에 의해, 미동 스테이지 (WFS) 의 XY 평면 내의 위치 정보 (θz 방향도 포함함) 를 고정밀도로 계측할 수 있다. 또한, 인코더 시스템 (73) 에 의한 X축 방향, 및 Y축 방향의 실질적인 격자 상의 검출점, 및 레이저 간섭계 시스템 (75) 에 의한 Z축 방향의 미동 스테이지 (WFS) 하면 상의 검출점은, 각각 노광 영역 (IA) 의 중심 (노광 위치) 과 일치하기 때문에, 이른바 아베 에러 (Abbe error) 의 발생은 실질적으로 무시될 수 있는 정도로 억제된다. 따라서, 주제어기 (20) 는 미동 스테이지 위치 계측계 (70) 를 이용하는 것에 의해, 아베 에러 없이, 미동 스테이지 (WFS) 의 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향의 위치를 고정밀도로 계측할 수 있다.
그런데, 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에서는, 메인프레임 (BD) 및 베이스 보드 (12) 는 방진 기구 (vibration isolation mechanism) (미도시) 를 통해 설치되어 있지만, 예를 들어 메인프레임 (BD) 에 고정된 각종의 가동 장치에서 생성된 진동이 노광시에 지지부 (72) 를 통해 계측 아암 (71) 에 전달될 가능성이 있다. 이 경우, 계측 아암 (71) 은 일단에서 지지되는 지지 구조를 가지며 캔틸레버 (cantilever) 되어 있기 때문에, 전술한 진동으로 인해 발생한 휨과 같은 변형의 가능성이 있으며, 이로 인해, 인코더 시스템 (73) 을 구성하는 헤드 (77x, 77ya 및 77yb) 의 광축이 Z축에 대해 기울어질 수도 있고, 예를 들어 PCT 국제공개 제 2008/026732 호 (대응 미국 특허출원 공개 제 2008/0106722 호) 등에 그 메카니즘이 개시된 바와 같이, 미동 스테이지 (WFS) 의 계측에 계측 오차가 발생할 가능성이 있다.
도 10 의 (a) 및 도 10 의 (b) 에는, 진동으로 인해 휘어진 계측 아암 (71) 의 가장 단순한 예인, 계측 아암 (71) 의 첨단부가 Z축 방향 (상하 방향) 으로 수직으로 이동 (세로 진동) 한 경우가 나타나 있다. 전술한 진동에 의해, 계측 아암 (71) 에는, 도 10 의 (a) 에 나타낸 휨과 도 10 의 (b) 에 나타낸 휨이 주기적으로 반복하여 발생하지만, 이에 의해, 인코더 시스템 (73) 의 각 헤드 (77x, 77ya, 및 77yb) 의 광축이 기울어지고, X헤드 (77x) 의 검출점 (DP), Y헤드 (77ya 및 77yb) 의 실질적인 검출점이, 노광 위치에 대해 +Y방향 및 -Y방향으로 주기적으로 이동한다. 또한, 각 헤드 (77x, 77ya, 및 77yb) 와 격자 (RG) 각각의 사이에서의 Z축 방향의 거리도 주기적으로 변화한다.
여기서, 전술한 PCT 국제공개 제 2008/026732 호 등에 개시된 바와 같이, 각 헤드 (77x, 77ya, 및 77yb) 의 광축의 격자 (RG) 에 대한 기울기는 인코더 시스템 (73) 의 계측 오차가 되고, 또한 광축의 기울기가 같더라도 각 헤드 (77x, 77ya, 및 77yb) 와 격자 (RG) 각각의 사이에서의 거리가 다르면, 이 거리에 따라 계측 오차도 변화한다.
이러한 부적합을 회피하기 위해, 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에서는, 주제어기 (20) 가 계측 아암 (71) 의 형태 변화, 또는 보다 구체적으로는, 계측 아암 (71) 의 첨단면 (자유단 측의 단면) 의 면 위치의 변화, 즉 인코더 시스템 (73) 의 각 헤드 (77x, 77ya, 및 77yb) 의 광축의 격자 (RG) 에 대한 기울기를 항상 계측하고, 전술한 PCT 국제공개 제 2008/026732 호 등에 개시된 것과 유사한 방법에 의해 미리 작성한 인코더 시스템 (73) 의 보정 정보를 이용하여, 인코더 시스템 (73) 의 계측 오차를 보정한다. 여기서, 이하에 설명하는 인코더 시스템 (73) 의 계측 오차의 보정에서는, 계측 아암 (71) 의 θy 방향의 진동에 기인하는 계측 오차는 고려하지 않는 것이며, 전술한 세로 진동 발생시의 계측 오차 (θx 방향의 진동으로 인한 계측 오차), 및 계측 아암 (71) 의 첨단이 θz 방향으로 진동 (가로 진동 (traverse vibration)) 했을 경우의 계측 오차, 및 전술한 세로 진동과 가로 진동이 복합적으로 발생했을 경우의 계측 오차만이 보정되는 것으로 한다. 또한, 이뿐만 아니라, 계측 아암 (71) 의 θy 방향의 변위량을 계측할 수 있고, θx 방향 및 θz 방향의 변위로 인한 계측 오차와 아울러, θy 방향의 변위로 인한 계측 오차가 보정될 수 있다.
본 실시형태의 노광 장치 (100) 에서는, 주제어기 (20) 는 계측 아암 (71) 의 변동 정보, 예를 들어 형태 변화를, 계측 아암 (71) 의 첨단면의 위치 (면 위치) 를 계측함으로써 획득한다. 도 11 은 계측 아암의 첨단면의 면 위치를 계측하는데 이용되는 계측 시스템 (30) (도 3 참조) 의 추출도이다. 여기에서는, 계측 시스템 (30) 이 계측 아암 (71) 의 형태 변화를 계측하는 경우에 대해 설명하지만, 이 외에도, 인코더의 계측 오차의 원인이 되는 계측 아암 (71) 의 변동 정보, 예를 들어 형태 변화, 변위, 기울기 등을 포함하는 계측 아암의 변동이 계측될 수 있는 한, 계측 시스템 (30) 은 어떠한 구조도 가질 수 있다.
계측 시스템 (30) 은 4 개의 레이저 간섭계 (30a 내지 30d) 를 가지고 있지만, 이 중 레이저 간섭계 (30b 및 30d) 는 레이저 간섭계 (30a 및 30c) 의 지면 뒤편에 숨어 있다.
도 11 에 나타낸 바와 같이, 레이저 간섭계 (30a 내지 30d) 각각은 지지부 (72) 의 -Y측의 면의 하단부 근방에 각각 고정된 한 쌍의 지지 부재 (31) 상에서 2 개씩 지지를 받고 있다. 보다 구체적으로, 도 11 에서의 지면에 근접한 지지 부재 (31) 상에는, 레이저 간섭계 (30a 및 30c) 가 Y축 방향으로 소정 간격만큼 떨어져서 지지를 받고 있으며, 도 11 에서의 지면에서 먼 지지 부재 (31) 상에는, 레이저 간섭계 (30b 및 30d) 가 Y축 방향으로 소정 간격만큼 떨어져서 지지를 받고 있다. 레이저 간섭계 (30a 내지 30d) 는 각각 -Z방향으로 레이저빔을 사출한다.
예를 들어, 레이저 간섭계 (30a) 로부터 사출된 레이저빔 (La) 은 제 1 부재 (PBS) 의 상단부에 위치하는 분리막 (BMF) 에서 참조 빔 (IRa) 과 계측 빔 (IBa) 으로 편광 분리된다. 참조 빔 (IRa) 은 반사면 (RP2) 에 의해 반사되어 분리막 (BMF) 을 통해 레이저 간섭계 (30a) 로 복귀한다. 한편, 계측 빔 (IBa) 은, Y축에 평행한 광로를 따라 계측 아암 (71) 의 +X측 단부 및 +Z측 단부에 근방에 있는 중실부를 투과한 후, 계측 아암 (71) 의 +Y측 단면에 형성된 반사면 (RP3) 에 도달한다. 그 후, 계측 빔 (IBa) 은 반사면 (RP3) 에 의해 반사되고 원래의 광로를 역방향으로 진행한 후, 참조 빔 (IRa) 과 동축으로 합성되어 레이저 간섭계 (30a) 로 복귀한다. 레이저 간섭계 (30a) 의 내부에서는, 편향자에 의해 참조 빔 (IRa) 과 계측 빔 (IBa) 의 편향 방향을 배열할 수 있고, 그 후 빔들이 서로 간섭하여 간섭광이 되고, 이 간섭광이 광검출기 (미도시) 에 의해 검출되고 간섭광의 강도에 따라 전기 신호로 변환된다.
레이저 간섭계 (30c) 로부터 사출된 레이저광 (Lc) 은 제 1 부재 (PBS) 의 하단부에 위치하는 분리막 (BMF) 에서, 참조 빔 (IRc) 과 계측 빔 (IBc) 으로 편광 분리된다. 참조 빔 (IRa) 은 반사면 (RP2) 에 의해 반사된 후 분리막 (BMF) 을 통해 레이저 간섭계 (30c) 로 복귀한다. 한편, 계측 빔 (IBc) 은, Y축에 평행한 광로를 따라 계측 아암 (71) 의 +X측 단부 및 Z측 단부의 근방의 중실부를 투과한 후 반사면 (RP3) 에 도달한다. 그 후, 계측 빔 (IBc) 은, 반사면 (RP3) 에 의해 반사되어 원래의 광로를 역방향으로 진행하고, 참조 빔 (IRc) 과 동축으로 합성되어 레이저 간섭계 (30c) 로 복귀한다. 레이저 간섭계 (30c) 의 내부에서는, 편향자에 의해 참조 빔 (IRc) 과 계측 빔 (IBc) 의 편향 방향을 배열할 수 있고, 그 후 빔들이 서로 간섭하여 간섭광이 되고, 이 간섭광이 광검출기 (미도시) 에 의해 검출되고, 간섭광의 강도에 따라 전기 신호로 변환된다.
나머지 레이저 간섭계 (30b 및 30d) 에서는, 이들 나머지 간섭계들의 계측 빔과 참조 빔은 레이저 간섭계 (30a 및 30c) 와 유사한 광로를 따르며, 간섭광의 강도에 따른 전기 신호가 각각의 광검출기에 의해 출력된다. 이 경우, 레이저 간섭계 (30b 및 30d) 의 계측 빔 (IBb 및 IBd) 의 광로는, 아암 부재의 XZ 단면의 중심을 통과하는 YZ 평면에 대해, 계측 빔 (IBa 및 IBc) 의 광로와 좌우 대칭이다. 보다 구체적으로, 레이저 간섭계 (30a 내지 30d) 의 각각의 계측 빔 (IBa 내지 IBd) 은, 계측 아암 (71) 의 중실부를 투과하고, 계측 아암 (71) 의 첨단면의 4 개의 코너부에 대응하는 부분에 의해 반사된 후, 동일한 광로를 따르는 레이저 간섭계 (30a 내지 30d) 로 복귀한다.
레이저 간섭계 (30a 내지 30d) 는, 각각, 계측 빔 (IBa 내지 IBd) 의 반사광과 참조 빔의 반사광 각각의 간섭광의 강도에 따른 정보를 주제어기 (20) 에 전송한다. 이 정보에 기초하여, 주제어기 (20) 는, 반사면 (RP2) 을 기준으로서 이용하는 계측 아암 (71) 의 첨단면 (반사면 (RP3)) 상의 4 개의 코너부의 각각에, 계측 빔 (IBa 내지 IBd) 의 조사점의 위치 (보다 구체적으로, 계측 빔 (IBa 내지 IBd) 의 광로 길이에 대응하는 위치) 를 획득한다. 또한, 레이저 간섭계 (30a 내지 30d) 로서 예를 들어 참조 거울을 내장하는 유형을 이용할 수 있다. 또는 1 개 또는 2 개의 광원으로부터 출력되는 레이저 빔을 분리하고, 계측 빔 (IBa 내지 IBd) 을 생성하고, 각 계측 빔과 참조 빔의 간섭광의 강도에 따르는 간섭계 시스템이, 레이저 간섭계 (30a 내지 30d) 대신에 이용될 수 있다. 이 경우, 동일한 레이저 빔을 여러 차례 분리하여 계측 빔과 참조 빔을 각각 생성하고, 동일한 레이저 빔으로부터 생성된 참조 빔을 기준으로서 이용하여 복수의 계측 빔의 광로 길이를 계측할 수 있다.
주제어기 (20) 는, 레이저 간섭계 (30a 내지 30d) 의 출력의 변화, 또는 보다 구체적으로 계측 빔 (IBa 내지 IBd) 각각의 광로 길이의 변화에 기초하여, 계측 아암 (71) 의 첨단면의 면 위치 정보 (경사각) 를 획득한다. 보다 구체적으로, 예를 들어 도 10 의 (a) 에 나타낸 변형이 계측 아암 (71) 에 발생한 경우에는, 계측 아암 (71) 의 고정단 측의 4 개의 코너부 중에서, +Z측에 배치된 2 개의 레이저 간섭계 (30a, 30b) 의 계측 빔 (IBa 및 IBb) 의 광로 길이는 길어지고, -Z측 상에 배치된 2 개의 레이저 간섭계 (30c, 30d) 의 계측 빔 (IBc 및 IBd) 의 광로 길이는 짧아진다. 또한, 도 10 의 (b) 에 나타낸 변형이 계측 아암 (71) 에 발생한 경우에는, 반대로 계측 빔 (IBa 및 IBb) 의 광로 길이는 짧아지고, 계측 빔 (IBc 및 IBd) 의 광로 길이는 길어진다. 주제어기 (20) 는, 이러한 계측 아암 (71) 의 첨단면 상의 면 위치 정보에 기초하여, 헤드 (77x, 77ya, 및 77yb) 의 광축의 Z축으로 대한 경사각, 및 격자 (RG) 사이의 거리를 획득하고, 이것들 경사각, 거리, 및 후술하는 보정 정보에 기초하여 인코더 시스템 (73) 의 각 헤드 (77x, 77ya, 및 77yb) 의 계측 오차를 획득하고, 그 계측값을 보정한다.
또한, 계측 아암 (71) 의 첨단면의 변위 (첨단면에 평행한 방향에서의 변위) 를 계측함으로써, 계측 아암 (71) 의 형태 변화를 계측할 수도 있다. 도 12 는 전술한 계측 시스템 (30) 에 대한 변형예로서 계측 아암의 첨단면의 변위를 계측하는데 이용되는 계측 시스템 (30') 을 나타낸다.
계측 시스템 (30') 은, 2 개의 인코더 (30z 및 30x) 를 포함한다. 인코더 (30z) 는 광원 (30z1) 과 수광 소자 (30z2) 를 갖는다. 인코더 (30x) 는 광원 (30x1) 과 수광 소자 (30x2) 를 갖는다. 도 12 에 나타낸 바와 같이, 광원 (30z1) 과 수광 소자 (30z2) 는, 지지부 (72) 의 -Y측의 면의 하단부의 근방에 고정된 지지 부재 (미도시) 에 의해, 각각의 길이 방향이 YZ 평면에 평행하고, 또한 XY 평면 및 XZ 평면에 대해 각각 45 도의 각도를 형성한 상태로, 지지를 받고 있다. 또한, 광원 (30x1) 과 수광 소자 (30x2) 는, 지지 부재 (미도시) 에, 각각의 길이 방향이 XY 평면에 평행하고, 또한 YZ 평면 및 XZ 평면에 대해 각각 45 도의 각도를 형성한 상태로, 지지를 받고 있다. 다만, 수광 소자 (30x2) 는 광원 (30x1) 에 대해 -X측 (도 12 에서의 지면의 깊이 방향) 에 위치하므로, 광원 (30x1) 의 안쪽에 숨어 있다.
계측 아암 (71) 의 -Y단부의 +Z측에 상에는, 광학 부재 (PS1) 가 고정되어 있다. 광학 부재 (PS1) 는 도 12 에 나타낸 사다리꼴 형상의 YZ 단면 (X축에 수직인 단면) 을 가지며, X축 방향으로 소정 길이를 갖는 육면체의 부재이다. 광학 부재 (PS1) 의 경사면은 광원 (30z1) 과 수광 소자 (30z2) 에 대향한다.
인코더 (30z) 는 광원 (30z1) 으로부터의 레이저빔 (Lz) 을 광학 부재 (PS1) 의 경사면에 대해 수직으로 사출한다. 레이저빔 (Lz) 은 경사면으로부터 광학 부재 (PS1) 로 입사하여 그 내부를 투과하고, 계측 아암 (71) 과 광학 부재 (PS1) 사이에 설치된 분리면 (BMF) 에 입사한다. 레이저빔 (Lz) 은, 분리면 (BMF) 에 입사함으로써, 참조 빔 (IRz) 과 계측 빔 (IBz) 으로 편광 분리된다.
참조 빔 (IRz) 은 광학 부재 (PS1) 내에 있고, 광학 부재 (PS1) 의 -Z측면 (반사면 (RP1)), -Y측면 (반사면 (PR2)), 및 분리면 (BMF) 에 의해 순차적으로 반사되어 수광 소자 (30z2) 로 복귀한다.
한편, 계측 빔 (IBz) 은 계측 아암 (71) 입사되고, 그 ±Z측면에 의해 반사되면서 중실인 부분을 투과한 후, 계측 아암 (71) 의 +Y단을 향해 진행한다. 이 경우, 계측 아암 (71) 의 +Y단면의 +Z측에는, 4 분의 1 파장판 (λ/4 판) (WP) 과 추가적으로 그 +Y측에 Z축 방향을 주기 방향으로 하는 반사형의 회절 격자 (GRz) 가 설치되어 있다. 계측 빔 (IBz) 은 λ/4 판 (WP) 을 +Y 방향으로 투과하고, 그 후 회절 격자 (GRz) 에 입사한다. 이에 의해, YZ 평면 내에서 다른 방향으로 진행하는 복수의 회절광이 발생한다 (환언하면, 회절 격자 (GRz) 에서, 계측 빔 (IBz) 이 복수의 방향으로 회절된다). 복수의 회절광 중 예를 들어 -1 차의 회절광 (-1 차의 방향으로 회절된 계측 빔 (IBz)) 이, λ/4 판 (WP) 을 -Y 방향으로 투과하고, 계측 아암 (71) 의 ±Z측면에 의해 반사되면서 중실인 부분을 투과하고, 그 후 상기 계측 아암 (71) 의 -Y단을 향해 진행한다. 이 경우, 계측 빔 (IBz) 의 편광 방향은, λ/4 판 (WP) 을 2 회 투과함으로써, 90 도만큼 회전하고 있다. 그러므로, 계측 빔 (IBz) 은 분리면 (BMF) 에 의해 반사된다.
반사된 계측 빔 (IBz) 은, 전술한 바와 같이, 계측 아암 (71) 의 ±Z측면에 의해 반사되면서 중실인 부분을 투과하고, 계측 아암 (71) 의 +Y단을 향해 진행한다. 계측 빔 (IBz) 은, λ/4 판 (WP) 을 +Y 방향으로 투과한 후, 회절 격자 (GRz) 에 입사한다. 이에 의해, 복수의 회절광이 다시 발생한다 (계측 빔 (IBz) 이 복수의 방향으로 회절된다). 이들 복수의 회절광 중, 예를 들어 -1 차의 회절광 (-1 차의 방향으로 회절된 계측 빔 (IBz)) 이 λ/4 판 (WP) 을 -Y 방향으로 투과하고, 계측 아암 (71) 의 ±Z측면에 의해 반사되면서 중실인 부분을 투과한 후 상기 계측 아암 (71) 의 -Y단을 향해 진행한다. 이 경우, 계측 빔 (IBz) 의 편광 방향은, λ/4 판 (WP) 을 2 회 투과함으로써, 90 도만큼 더 회전한다. 그러므로, 계측 빔 (IBz) 은 분리면 (BMF) 을 투과한다.
투과한 계측 빔 (IBz) 은, 참조 빔 (IRz) 과 같은 축상에 합성되고, 참조 빔 (IRz) 과 함께 수광 소자 (30z2) 로 복귀한다. 수광 소자 (30z2) 의 내부에서는, 참조 빔 (IRz) 과 계측 빔 (IBz) 의 편향 방향이 편향자에 의해 배열되어, 이 빔들은 간섭광이 된다. 이 간섭광은 광검출기 (미도시) 에 의해 검출되고, 간섭광의 강도에 따라 전기 신호로 변환된다.
여기서, 계측 아암 (71) 이 휘어, +Y단면 (첨단면) 이 Z축 방향으로 변위되면, 그 변위에 따라 계측 빔 (IBz) 의 위상이 참조 빔 (IRz) 의 위상에 대해 시프트 한다. 이에 의해, 간섭광의 강도가 변화한다. 이 간섭광의 강도의 변화는 계측 아암 (71) 의 첨단면의 Z축 방향에서의 변위 정보로서 주제어기 (20) 에 공급된다. 또한, 계측 아암 (71) 의 휘어짐에 의해 계측 빔 (IBz) 의 광로 길이가 변화될 수 있고 이 변화에 따라 계측 빔 (IBz) 의 위상이 시프트할 수도 있지만, 그 시프트의 정도는 계측 아암 (71) 의 첨단면의 Z변위에 수반하는 위상 시프트의 정도보다 충분히 더 작도록 계측 시스템 (30') 이 설계된다.
계측 아암 (71) 의 -Y단부의 -Z측 (광학 부재 (PS1) 의 -Z측) 에 광학 부재 (PS2) 가 고정된다. 광학 부재 (PS2) 는 광학 부재 (PS1) 를, 그 경사면이 가까운 측으로 오도록, Y축에 평행한 축 회전으로 90 도의 각도만큼 회전시킨 형상을 갖는 육면체의 부재이다. 보다 구체적으로, 광학 부재 (PS2) 는 사다리꼴 형상의 XY 단면 (Z축에 평행한 단면) 을 가지며, Z축 방향으로 소정 길이를 갖는 육면체의 부재이다. 광학 부재 (PS2) 는 그 경사면이 광원 (30x1) 및 수광 소자 (30x2) 에 대향한다.
또한, 계측 아암 (71) 의 +Y단면의 -Z측에는, 4 분의 1 파장판 (λ/4 판) (WP) 이 설치되며, +Y측에 X축 방향을 주기 방향으로 하는 반사형의 회절 격자 (GRx) 가 설치되어 있다.
인코더 (30x) 는 광원 (30x1) 으로부터 레이저빔 (Lx) 을 광학 부재 (PS2) 의 경사면에 대해 수직으로 사출한다. 레이저빔 (Lx) 은 경사면으로부터 광학 부재 (PS2) 에 입사되어 그 내부를 투사하고, 분리면 (BMF) 에 입사한다. 레이저빔 (Lx) 은, 분리면 (BMF) 에 입사함으로써, 참조 빔 (IRx) 과 계측 빔 (IBx) 으로 편광 분리된다.
그 후, 참조 빔 (IRx) 은, 전술한 참조 빔 (IRz) 과 유사하게, 광학 부재 (PS2) 내에 있고, 광학 부재 (PS2) 의 -X측의 반사면, -Y측의 반사면, 및 분리면 (BMF) 에 의해, 순차적으로 반사된 후 수광 소자 (30x2) 로 복귀한다.
한편, 계측 빔 (IBx) 는, 계측 아암 (71) 내에 들어가, 전술한 계측 빔 (IBz) 과 같은 광로 (XY 평면 내의 광로) 를 거치고, 참조 빔 (IRx) 과 동축으로 합성되고, 참조 빔 (IRx) 과 함께 수광 소자 (30x2) 로 복귀한다. 수광 소자 (30x2) 의 내부에서는, 참조 빔 (IRx) 과 계측 빔 (IBx) 의 편향 방향이 편향자에 의해 배열될 수 있고, 이 빔들은 간섭광으로 된다. 이 간섭광은 광검출기 (미도시) 에 의해 검출되어 간섭광의 강도에 따라 전기 신호로 변환된다.
여기서, 계측 아암 (71) 이 휘고, 그 +Y단면 (첨단면) 이 X축 방향으로 변위되면, 그 변위에 따라 계측 빔 (IBx) 의 위상이 참조 빔 (IRx) 의 위상에 대해 시프트한다. 이에 의해, 간섭광의 강도가 변화한다. 이 간섭광의 강도의 변화는, 계측 아암 (71) 의 첨단면의 X축 방향에서의 변위 정보로서 주제어기 (20) 에 공급된다. 또한, 계측 아암 (71) 의 휘어짐에 의해, 계측 빔 (IBx) 의 광로 길이가 변화하고, 이 변화에 따라 계측 빔 (IBx) 의 위상이 시프트할 수 있지만, 시프트의 정도는 계측 아암 (71) 의 첨단면의 X변위에 수반하는 위상 시프트의 정도보다 충분히 더 작도록 계측 시스템 (30') 이 설계된다.
주제어기 (20) 는 인코더 (30z 및 30x) 로부터 공급되는 계측 아암 (71) 의 첨단면의 Z축 및 X축 방향에서의 변위 정보에 기초하여, 계측 아암 (71) 의 첨단 근방에 설치된 헤드 (77x, 77ya, 및 77yb) 의 광축의 Z축에 대한 경사각, 및 격자 (RG) 와의 거리를 획득하고, 이들 경사각, 거리, 및 후술하는 보정 정보에 기초하여 인코더 시스템 (73) 의 각 헤드 (77x, 77ya, 및 77yb) 의 계측 오차를 획득하고, 헤드의 계측값을 보정한다.
주제어기 (20) 는, 전술한 PCT 국제공개 제 2008/026732 호 등에 개시된 것과 유사한 방법에 의해, 계측 아암 (71) 의 첨단면의 면 위치에 대응하는 인코더 시스템 (73) 의 보정 정보를 미리 작성한다. 보다 구체적으로, 주제어기 (20) 는, 도 13 의 (a) 에 간략화해서 나타낸 바와 같이, 계측 아암 (71) 을 격자 (RG) 에 대향시킨 상태에서 미동 스테이지 (WFS) 를 구동하고, 그 피칭량 (θx) 을, 예를 들어 200μrad 로 고정한다 (요잉량 (yawing amount) θz 및 롤링량 θy 는 모두 제로로 한다). 그 다음에, 주제어기 (20) 는 미동 스테이지 (WFS) 를 Z축 방향으로 소정의 범위 내, 예를 들어 -100μm 내지 +100μm 범위 내에서 구동하고, 그 구동중에 소정의 샘플링 간격으로 Y헤드 (77ya) (Y선형 인코더 (73ya)) 및 Y헤드 (77yb) (Y선형 인코더 (73yb)) 각각의 계측값을 메모리 소자 (42) (도 3 참조) 에 기억한다. 그 후, 주제어기 (20) 는 미동 스테이지 (WFS) 를 구동하여 피칭량 (θx) 을 소정량, 이를테면 예를 들어 40μrad 만큼 감소시키고, 각각의 위치에서 미동 스테이지 (WFS) 를 Z축 방향으로 소정의 범위 내에서 구동하면서, 각각의 구동중에 소정의 샘플링 간격으로 Y헤드 (77ya 및 77yb) 각각의 계측값을 순차적으로 취득하여, 이를 메모리 소자 (42) 에 저장한다. 그리고, 주제어기 (20) 는, 전술한 처리에 의해, 메모리 소자 (42) 내의 각 데이터를, 횡축을 Z위치, 세로축을 각 헤드의 계측값으로 하여 2 차원 좌표 상에 플로팅 (plotting) 하고, 피칭량 (θx) 이 동일할 때의 플롯점 (plotted point) 들을 순차적으로 결합하고, 피칭량 (θx) 이 원점을 지나는 제로 (중앙의 옆의 라인) 로 되도록 세로축 방향으로 횡축을 시프트하는 것에 의해, 도 13 의 (b) 에 나타낸, 양 Y헤드 (77ya 및 77yb) 에 대한 그래프를 작성한다. 도 13 의 (b) 의 그래프 상의 세로축의 값은 각 피칭량 (θx)의 각 Z위치에서의 Y헤드 (77ya (또는 77yb)) 의 계측 오차를 나타낸다. 주제어기 (20) 는, 도 13 의 (b) 의 그래프에 대응하는 함수, 또는 보다 구체적으로 미동 스테이지 (WFS) 의 피칭량 (θx), 미동 스테이지 (WFS) 의 Z위치, 및 Y헤드 (77ya (또는 77yb)) 의 계측 오차 각각의 관계를, Y헤드 (77ya 및 77yb) 각각에 관한 보정 정보로서, 메모리 소자 (42) 에 저장한다. 또는, 주제어기 (20) 는, 도 13 의 (b) 의 그래프 상의 각 점을, 테이블 데이터화할 수 있고, Y헤드 (77ya 및 77yb) 각각에 관한 보정 정보로서 메모리 소자 (42) 에 저장할 수 있다.
다음으로, 주제어기 (20) 는, 전술한 피칭량 (θx) 을 변화시켰을 경우와 유사한 순서로, 미동 스테이지 (WFS) 의 피칭량 θx 및 롤링량 θy 를 함께 제로에 유지한 채로, 미동 스테이지 (WFS) 의 요잉량 θz 를 200μrad＜θ＜+200μrad 의 범위에서 순차적으로 변화시키고, 각각의 위치에서, 미동 스테이지 (WFS) 를 소정 범위 내, 예를 들어 100μm + 100μm 의 범위 내에서 Z축 방향으로 구동하고, 그 구동중에 소정의 샘플링 간격으로, Y헤드 (77ya 및 77yb) 각각의 계측값을 순차적으로 취득하고, 테이블 데이터화하여 이 데이터를 메모리 소자 (42) 에 저장한다. 또한, Y헤드 (77ya 및 77yb) 에 관해서, 피칭량 θx 와 요잉량 θz 가 함께 제로가 아닐 때의 계측 오차는, 피칭량 θx 에 따른 계측 오차와 요잉량 θz 에 따른 계측 오차의 합이 된다.
주제어기 (20) 는, 전술한 순서와 유사한 순서로, X헤드 (77x) (X선형 인코더 (73x)) 에 관한 보정 정보를 작성하고, 이 정보를 메모리 소자 (42) 에 저장한다. 다만, 헤드 (77x) 에 관한 보정 정보를 획득할 때, 미동 스테이지 (WFS) 의 피칭량 θx 및 롤링량 θy 는 항상 제로로 하는 한편, 미동 스테이지 (WFS) 의 요잉량 θz 를 200μrad＜θ＜+200μrad 의 범위 내에서 순차적으로 변화시키고, 각각의 위치에서, 미동 스테이지 (WFS) 를 소정 범위 내, 예를 들어 -100μm 내지 +100μm 의 범위 내에서 Z축 방향으로 구동한다.
또한, 전술한 보정 정보의 작성 순서에서는, 미동 스테이지 (WFS) 를 구동하는 것에 의해 계측 아암 (71) 의 변형된 상태를 의사적으로 재현하고 (계측 아암 (71) 이 변형된 상태와 등가인 상태가 미동 스테이지 (WFS) 를 구동하는 것에 의해 재현됨), 그 재현된 상태에서 계측 오차의 측정을 실시했지만, 예를 들어 실제로 계측 아암 (71) 을 구부리고 (형태 변화시켜) 그 형태 변화 후의 상태에서 계측 오차를 측정하는 것에 의해 보정 정보의 작성을 실시할 수 있으며; 요점은 인코더 시스템 (73) 의 헤드 각각의 광축이 격자 (RG) 에 대해 경사진 상태가 재현될 수 있다.
전술한 Y선형 인코더 (73y) 의 계측 오차 Δy, X선형 인코더 (73x) 의 계측 오차 Δx 는, 이하의 식 (1) 및 (2) 에 나타낸 함수로 표현되며, 주제어기 (20) 는 식 (1) 및 식 (2) 에 기초하여 인코더 시스템 (73) 의 계측 오차를 연산한다.
Δy=f(z, θx, θz)=θx(z-a)+θz(z-b) …… (1)
Δx=g(z, θz)=θz(z-c) …… (2)
또한, 상기 식 (1) 에서, a 는 도 13 의 (b) 의 그래프 상의 각 직선의 교점의 Z좌표이며, b 는 Y인코더의 보정 정보를 취득하기 위해 요잉량을 변화시켰을 경우의 도 13 의 (b) 와 유사한 그래프 상의 각 직선의 교점의 Z좌표이다. 또한, 상기 식 (2) 에서, c 는 X인코더의 보정 정보를 취득하기 위해 요잉량을 변화시켰을 경우의 도 13 의 (b) 와 유사한 그래프 상의 각 직선의 교점의 Z좌표이다.
전술한 방식으로, 상기 구성된 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에서는, 디바이스의 제조시에, 우선, 주제어기 (20) 는 웨이퍼 정렬계 (ALG) 를 이용하여 미동 스테이지 (WFS) 의 계측 플레이트 (86) 상의 제 2 기준 마크를 검출한다. 그 다음에, 주제어기 (20) 는 웨이퍼 정렬계 (ALG) 를 이용하여 웨이퍼 정렬 (예를 들어, 미국 특허 제 4,780,617 호 등에 개시된 EGA (Enhanced Global Alignment) 등)등을 수행한다. 또한, 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에서는, 웨이퍼 정렬계 (ALG) 는 투영 유닛 (PU) 으로부터 Y축 방향으로 이간하여 배치되기 때문에, 웨이퍼 정렬을 수행할 때, 미동 스테이지 위치 계측계 (70) 의 인코더 시스템 (계측 아암) 에 의한 미동 스테이지 (WFS) 의 위치 계측이 수행될 수 없다. 그러므로, 노광 장치 (100) 에서는, 전술한 미동 스테이지 위치 계측계 (70) 의 계측 아암 (71) 과 유사한 구성의 계측 아암을 포함하는 제 2 미동 스테이지 위치 계측계 (도시 생략) 를 웨이퍼 정렬계 (ALG) 의 근방에 설치하고 이것을 이용하여 웨이퍼 정렬시에 미동 스테이지의 XY 평면 내의 위치 계측이 수행된다. 다만, 이 외에도, 전술한 웨이퍼 스테이지 위치 계측계 (16) 를 통해 웨이퍼 (W) 의 위치를 계측하면서 웨이퍼 정렬을 수행할 수 있다. 또한, 웨이퍼 정렬계 (ALG) 와 투영 유닛 (PU) 이 이간하고 있기 때문에, 주제어기 (20) 는 웨이퍼 정렬로부터 얻을 수 취득된 웨이퍼 (W) 상의 각 샷 영역의 배열 좌표를, 제 2 기준 마크에 기초한 배열 좌표로 변환한다.
또한, 제 2 미동 스테이지 위치 계측계는, 예를 들어 캔틸레버 계측 아암을 포함하고 전술한 미동 스테이지 위치 계측계 (70) 와 유사하게 구성되는 경우에, 그 계측 아암의 변동 (형태 변화뿐만 아니라 변위도 포함한다) 에 의한 계측 오차는 상기 설명과 유사하게 보정될 수 있다.
그 후, 주제어기 (20) 는, 노광 개시에 앞서, 전술한 한 쌍의 레티클 정렬계 (RA1 및 RA2), 및 미동 스테이지 (WFS) 의 계측 플레이트 (86) 상의 한 쌍의 제 1 기준 마크 등을 이용하고, 통상의 스캐닝 스테퍼와 유사한 순서 (예를 들어, 미국 특허 제 5,646,413 호 등에 개시된 순서) 로 레티클 정렬을 수행한다. 그 후, 주제어기 (20) 는 레티클 정렬의 결과와 웨이퍼 정렬의 결과 (웨이퍼 (W) 상의 각 샷 영역의 제 2 기준 마크를 기준으로 이용한 배열 좌표) 에 기초하여, 스텝-앤드-스캔 방식의 노광 동작을 수행하고, 웨이퍼 (W) 상의 복수의 샷 영역에 레티클 (R) 의 패턴을 각각 전사한다. 이 노광 동작은, 전술한 레티클 스테이지 (RST) 와 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 동기 이동을 수행하는 주사 노광 동작과 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 샷 영역의 노광을 위한 가속 개시 위치로 이동시키는 샷들 사이에서의 이동 (스텝) 동작을 교대로 반복하는 것에 의해 수행된다. 이 경우, 액침 노광에 의한 주사 노광이 수행된다. 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에서는, 전술한 일련의 노광 동작중, 주제어기 (20) 는 미동 스테이지 위치 계측계 (70) 을 이용하여 미동 스테이지 (WFS) (웨이퍼 (W)) 의 위치가 계측되고 이 계측 결과에 기초하여 웨이퍼 (W) 의 위치가 제어된다. 이렇게 함으로써, 주제어기 (20) 는, 전술한 식 (1) 및 식 (2), 또는 보다 구체적으로 메모리 소자 (42) 에 저장한 보정 정보를 이용하여 인코더 시스템 (73) 의 각 인코더의 계측값을 보정하면서, 웨이퍼 (W) 의 XY 평면 내의 위치 (θz 회전을 포함함) 를 제어한다.
또한, 전술한 주사 노광 동작시에는, 웨이퍼 (W) 를 Y축 방향으로 고가속도로 주사할 필요가 있지만, 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에서는, 주제어기 (20) 는, 주사 노광 동작시에는, 도 14 의 (a) 에 나타낸 바와 같이, 원칙적으로 조동 스테이지 (WCS) 를 구동하지 않고, 미동 스테이지 (WFS) 만을 Y축 방향으로 (그리고 필요에 따라 다른 5 자유도 방향으로) 구동하는 (도 14 의 (a) 의 흑색 화살표 참조) 것에 의해, 웨이퍼 (W) 를 Y축 방향으로 주사한다. 이것은, 조동 스테이지 (WCS) 를 구동하는 경우에 비해, 미동 스테이지 (WFS) 만을 이동시키는 경우에 구동 대상의 중량이 더 가볍고, 이로 인해 고가속도로 웨이퍼 (W) 를 구동할 수 있어 유리하기 때문이다. 또한, 전술한 바와 같이, 미동 스테이지 위치 계측계 (70) 는 그 위치 계측 정확도가 웨이퍼 스테이지 위치 계측계 (16) 보다 더 높기 때문에, 주사 노광시에는 미동 스테이지 (WFS) 를 구동하는 것이 유리하다. 또한, 이 주사 노광시에는, 미동 스테이지 (WFS) 의 구동에 의한 반력 (도 14 의 (a) 의 탈색 화살표 참조) 의 작용에 의해, 조동 스테이지 (WCS) 가 미동 스테이지 (WFS) 의 반대 측으로 구동된다. 보다 구체적으로, 조동 스테이지 (WCS) 가 카운터매스 (countermass) 로서 기능하기 때문에, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 전체로 이루어지는 계의 운동량이 보존되어 중심 이동이 발생하지 않으므로, 미동 스테이지 (WFS) 의 주사 구동에 의해 베이스 보드 (12) 에 편가중이 작용하는 등의 부적합이 발생하지 않는다.
한편, X축 방향으로 샷 사이에서 이동 (스텝) 동작이 수행될 때, 미동 스테이지 (WFS) 의 X축 방향에서의 이동 능력은 작기 때문에, 주제어기 (20) 는, 도 14 의 (b) 에 나타낸 바와 같이, 조동 스테이지 (WCS) 를 X축 방향으로 구동함으로써 웨이퍼 (W) 를 X축 방향으로 이동시킨다.
전술한 바와 같이, 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에 따르면, 미동 스테이지 (WFS) 의 XY 평면 내의 위치 정보는, 주제어기 (20) 에 의해, 미동 스테이지 (WFS) 에 배치된 격자 (RG) 에 대향하는 계측 아암 (71) 을 갖는 미동 스테이지 위치 계측계 (70) 의 인코더 시스템 (73) 을 이용하여 계측된다. 이 경우, 계측 아암 (71) 으로부터 사출되는, 미동 스테이지 위치 계측계 (70) 를 구성하는 인코더 시스템 (73) 및 레이저 간섭계 시스템 (75) 의 각 헤드의 계측 빔의 격자 (RG) 상의 조사점은, 웨이퍼 (W) 에 조사되는 조명광 (IL) 의 조사 영역 (노광 영역) (IA) 의 중심 (노광 위치) 과 일치한다. 따라서, 주제어기 (20) 는, 이른바 아베 에러의 영향을 받지 않고도, 미동 스테이지 (WFS) 의 위치 정보를 고정밀도로 계측할 수 있다. 또한, 계측 아암 (71) 을 격자 (RG) 의 바로 아래에 배치함으로써, 인코더 시스템 (73) 의 헤드 각각의 계측 빔의 대기중의 광로 길이는 극히 짧게 이루어질 수 있기 때문에, 공기 요동의 영향이 저감되고, 이 점에서 또한, 미동 스테이지 (WFS) 의 위치 정보를 고정밀도로 계측할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에서는, 주제어장치 (20) 는 미동 스테이지 위치 계측계 (70) 의 계측 결과와 레이저 간섭계 (30a 내지 30d) 를 이용하여 계측 아암 (71) 의 형태 변화 (변동 정보) 를 계측하는 계측 시스템 (30) 의 계측 결과에 기초하여, 미동 스테이지 (WFS) 가 미동 스테이지 구동계 (52) 를 통해 구동된다. 이 경우, 노광 장치 (100) 에 생성된 각종 진동이 계측 아암 (71) 에 도달하고, 계측 아암 (71) 자체가 진동하고, 인코더 시스템 (73) 의 각 헤드의 계측 빔의 격자 (RG) 상의 조사점이 불안정하게 되었다고 하더라도, 주제어장치 (20) 가 계측 시스템 (30) 의 계측 결과에 대응하는 보정 정보에 의해 보정된 인코더 시스템 (73) 의 각 헤드의 계측치에 기초하여 미동 스테이지 (WFS) 를 구동할 수 있다. 따라서, 미동 스테이지 (WFS) 의 위치 정보를 한층 고정밀도로 계측할 수 있다. 또한, 계측 시스템 (30) 에서는, 유리로 형성된 계측 아암 (71) 내에 계측 빔을 진행시키는 레이저 간섭계를 이용하여 계측 아암 (71) 의 형상 변화를 계측하기 때문에, 공기 요동의 영향을 거의 받지 않고도, 고정밀도로 계측 아암 (71) 의 형상 변화를 계측할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에 따르면, 미동 스테이지 (WFS) 를 양호한 정밀도로 구동할 수 있으므로, 이 미동 스테이지 (WFS) 에 재치된 웨이퍼 (W) 를 레티클 스테이지 (RST) (레티클 (R)) 와 동기화하여 양호한 정밀도로 구동하고, 주사 노광에 의해 레티클 (R) 의 패턴을 웨이퍼 (W) 상에 양호한 정밀도로 전사하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 실시형태에서는, 미동 스테이지 위치 계측계 (70) 를 구성하는 아암 부재로서 전체가 유리로 이루어져 내부를 광이 진행가능한 계측 아암 (71) 을 구비한 경우를 설명했지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 아암 부재에서 적어도 레이저빔 각각이 진행하는 부분은 광을 투과할 수 있는 중실 부재로 이루어져 있어야 하며, 그 외의 부분은, 예를 들어 광을 투과시키지 않는 부재일 수 있거나, 중공 구조를 가질 수 있다. 또한, 아암 부재로서는, 예를 들어 격자에 대향하는 부분으로부터 계측 빔을 조사할 수 있는 한, 아암 부재의 첨단부에 광원이나 광검출기 등을 내장할 수 있다. 이 경우, 아암 부재의 내부에 인코더의 계측 빔을 진행시킬 필요가 없으므로, 아암 부재는 적어도 계측 시스템 (30) 을 구성하는 레이저 간섭계의 계측 빔이 진행하는 부분만 광이 투과할 수 있는 부재에 의해 형성될 수 있다. 또한, 아암 부재는 프리즘 형태를 가질 필요는 없고, 예를 들어 원형 단면을 갖는 원주 형태일 수 있다. 또한, 단면은 균일한 단면일 필요는 없다.
또한, 계측 아암은, 각 레이저빔이 진행하는 부분 (빔 광로 세그먼트) 이 중공일 수 있다. 혹은, 인코더 시스템으로서 격자 간섭형의 인코더 시스템을 채용하는 경우에는, 회절 격자가 형성되는 광학 부재는, 단지, 예를 들어 세라믹스 또는 인바 (Invar) 등의 저열팽창성을 갖는 아암 상에 설치되어야 한다. 이것은, 특히 인코더 시스템에서는, 공기 요동의 영향을 가능한 한 받지 않도록, 빔이 분리하고 있는 공간이 지극히 좁아 (짧아) 지고 있기 때문이다. 또한, 이 경우, 온도가 제어된 기체를, 미동 스테이지 (웨이퍼 홀더) 와 아암과의 사이 (및 빔 광로) 의 공간에 공급함으로써 온도가 안정화될 수 있다. 또한, 웨이퍼 스테이지가 배치되는 메인프레임 (BD) 하부의 공간은 밀폐성이 높기 때문에, 웨이퍼 스테이지의 이동에 의해 계측 아암이 변동한다.
또한, 상기 실시형태에서는, 계측 아암 (71) 의 형태 변화를 계측하기 위한 계측 빔은 계측 아암 (71) 의 첨단면의 4 개의 코너부에 대응하는 위치에 조사되었지만, 이들 위치 외에도, 계측 아암 (71) 의 첨단면의 동일 직선상에 없는 3 점에 조사될 수 있다. 이 경우에도, 계측 아암 (71) 의 첨단면의 면 위치의 변화에 기초하여, 계측 아암 (71) 의 형태 변화가 계측될 수 있다.
계측 아암의 형태 변화 (인코더의 계측 오차의 요인이 되는, 변위, 경사등도 포함하는 변동 정보) 를 계측하는 계측계는 간섭계에 한정되지 않으며, 다른 광학 장치 (이를테면 인코더) 가 이용될 수 있고, 간섭계와 같은 광학 장치 대신에, 또는 이것과 조합하여 적어도 하나의 다른 센서 (예컨대, 가속도 센서, 진동 센서, 스트레인게이지 (strain gauge) 등) 가 이용될 수 있다.
또한, 계측 아암의 변동 정보를 획득하기 위해, 실제의 노광 (본 노광) 과 동일한 방식으로 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 이동하면서 웨이퍼 (W) 의 시험 굽기 (trial bake) (테스트 노광) 를 수행하고, 그 테스트 노광 중 웨이퍼 상에 노광된 마크의 이미지를 계측, 예를 들어 그 마크 상의 위치 정보를 계측할 수 있고, 그 계측 결과에 기초하여 계측 아암의 변동으로 인한 계측 오차의 보정 정보를 작성할 수 있다. 이 경우, 상기 설명과 유사하게 테이블 데이터화될 수도 있고, 또는 노광시에 인코더의 계측값, 웨이퍼의 목표 위치, 및 레티클의 목표 위치 중 적어도 하나에 대한 보정이 수행될 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 인코더 시스템 (73) 이 X 헤드와 한 쌍의 Y 헤드를 구비하는 경우에 대해 예시했지만, 이 외에도, 예를 들어 X축 방향 및 Y축 방향의 2 방향을 계측 방향으로 하는 1 개 또는 2 개의 2 차원 헤드 (2D 헤드) 가 설치될 수 있다. 2 개의 2D 헤드가 설치되는 경우, 이 2 개의 헤드의 검출점이 격자 상에서 노광 위치를 중심으로 하여 X축 방향으로 동일 거리 떨어진 2 점이 되도록 배열될 수 있다.
또한, 미동 스테이지 위치 계측계 (70) 는, 레이저 간섭계 시스템 (75) 을 구비하지 않고 인코더 시스템 (73) 을 이용하는 것만으로도, 미동 스테이지의 6 자유도 방향에 관한 위치 정보를 계측할 수 있다. 이 경우, X축 방향 및 Y축 방향 중 적어도 일방과 Z축 방향에서의 위치 정보를 계측할 수 있는 인코더가 또한 이용될 수 있다. 예를 들어, 동일 직선상에 없는 3 개의 계측점에, X축 방향과 Z축 방향에서의 위치 정보를 계측할 수 있는 인코더 및 Y축 방향과 Z축 방향에서의 위치 정보를 계측할 수 있는 인코더를 포함하는 합계 3 개의 인코더들로부터 계측 빔을 조사하고 그 귀환광을 수광하는 것에 의해, 격자 (RG) 가 설치된 이동체의 위치 정보가 6 자유도 방향으로 계측될 수 있다. 또한, 인코더 시스템 (73) 의 구성은 전술한 실시형태에 한정되지 않으며 임의적이다.
또한, 상기 실시형태에서는, 미동 스테이지의 상면, 즉 웨이퍼에 대향하는 면에 격자가 배치되어 있는 것으로 했지만, 이뿐만 아니라, 격자는 웨이퍼를 유지하는 웨이퍼 홀더에 형성될 수 있다. 이 경우, 노광중에 웨이퍼 홀더가 팽창하거나 미동 스테이지에 대한 장착 위치가 시프트하더라도, 이에 따라 웨이퍼 홀더 (웨이퍼) 의 위치 계측이 수행될 수 있다. 또한, 격자는 미동 스테이지의 하면에 배치될 수 있고, 이 경우, 인코더 헤드로부터 조사되는 계측 빔이 미동 스테이지의 내부를 진행하지 않기 때문에, 미동 스테이지를 광이 투과할 수 있는 중실 부재일 필요가 없고, 미동 스테이지를 중공 구조로 하여 내부에 배관, 배선 등을 배치할 수 있게 되어, 미동 스테이지의 중량을 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서, 웨이퍼 스테이지는 조동 스테이지와 미동 스테이지를 조합한 조동/미동 스테이지인 경우를 예시했지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 미동 스테이지를 조동 스테이지에 대해 구동하는 구동 기구는, 상기 실시형태에서 설명된 기구에 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 실시형태에서는, 미동 스테이지를 Y축 방향으로 구동하는 코일이 미동 스테이지를 Z축 방향으로 구동하는 코일로서도 기능했지만, 이 외에도, 미동 스테이지를 Y축 방향으로 구동하는 액추에이터 (선형 모터) 와 미동 스테이지를 Z축 방향으로 구동하며, 또는 보다 구체적으로 미동 스테이지를 부상시키는 액추에이터가 각각 독립적으로 설치될 수 있다. 이 경우, 미동 스테이지에 항상 일정한 부상력을 작용시킬 수 있기 때문에, 미동 스테이지의 Z축 방향의 위치가 안정된다.
또한, 상기 실시형태에서는, 미동 스테이지 (WFS) 는 로렌츠력 (전자기력) 의 작용에 의해 조동 스테이지 (WCS) 에 의해 비접촉 방식으로 지지를 받았지만, 이 외에도, 예를 들어 미동 스테이지 (WFS) 에 진공 예압형 공기 정압 베어링 (vacuum preload type hydrostatic air bearing) 등이 설치되어 조동 스테이지 (WCS) 에 대해 부상 지지될 수 있다. 또한, 상기 실시형태에서는, 미동 스테이지 (WFS) 는 모든 6 자유도 방향으로 구동가능했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 적어도 XY 평면에 평행한 2 차원 평면 내를 이동할 수 있을 필요만 있다. 또한, 미동 스테이지 구동계 (52) 는 전술한 무빙 자석형에 한정되지 않으며, 또한 무빙 코일형일 수도 있다. 또한, 미동 스테이지 (WFS) 는 조동 스테이지 (WCS) 와 접촉되어 지지될 수도 있다. 따라서, 미동 스테이지 (WFS) 를 조동 스테이지 (WCS) 에 대해 구동하는 미동 스테이지 구동계 (52) 로서는, 또한 이용을 위해 예를 들어 회전 모터와 볼 스크류 (또는 피드 스크류) 를 조합할 수도 있다.
또한, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 이동 범위 전역으로 위치 계측이 가능해지도록 미동 스테이지 위치 계측계를 구성할 수 있다. 이 경우, 웨이퍼 스테이지 위치 계측계 (16) 는 불필요하게 된다. 또한, 상기 실시형태에서, 베이스 보드 (12) 는 웨이퍼 스테이지의 구동력의 반력의 작용에 의해 이동할 수 있는 카운터매스일 수 있다. 이 경우, 조동 스테이지를 카운터매스로서 이용할 필요가 없고, 또는 조동 스테이지를 전술한 실시형태와 같이 카운터매스로서 사용할 때에도 조동 스테이지를 중량을 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 노광 장치가 액침형의 노광 장치인 경우를 설명했다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것이 아니며, 액체 (물) 를 이용하지 않고도 웨이퍼 (W) 의 노광을 수행하는 드라이 타입의 노광 장치에도 본 발명은 적합하게 적용될 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 스캐닝 스테퍼에 본 발명이 적용되는 경우를 설명했지만; 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 또한 스테퍼 등의 정지형 노광 장치에 적용될 수도 있다. 스테퍼의 경우라 하더라도, 노광 대상의 물체가 탑재된 스테이지의 위치를 인코더를 이용하여 계측하는 것에 의해, 간섭계를 이용하여 이 스테이지의 위치를 계측하는 경우와 달리, 공기 요동에 기인하는 위치 계측 오차를 실질적으로 영으로 할 수 있으며 인코더의 계측값에 기초하여 스테이지를 고정밀도로 위치결정하는 것이 가능하게 되어, 결과적으로 물체 상에 레티클 패턴을 고정밀도로 전사하는 것이 가능해진다. 또한, 샷 영역과 샷 영역을 합성하는 스텝-앤드-스티치 (step-and-stitched) 방식의 축소 투영 노광 장치에도 본 발명은 적용될 수 있다.
또한, 상기 실시형태의 노광 장치에 있어서의 투영 광학계는 축소계 뿐만 아니라 등배계 또는 확대계 중 어느 일방일 수도 있으며, 투영 광학계 (PL) 는 굴절계뿐만 아니라, 반사계 또는 반사 굴절계 중 어느 일방일 수도 있고, 또한 이 투영 이미지는 도립상 및 정립상 중 어느 일방일 수도 있다.
또한, 조명광 (IL) 은 ArF 엑시머 레이저광 (파장 193 nm) 에 한정되지 않지만, KrF 엑시머 레이저광 (파장 248 nm) 등의 자외광, 또는 F2 레이저광 (파장 157 nm) 등의 진공자외광일 수도 있다. 예를 들어, 미국 특허 제 7,023,610 호에 개시된 바와 같이, 진공자외광으로서 DFB 반도체 레이저 또는 섬유 레이저로부터 사출되는 적외역 또는 가시역의 단일 파장 레이저광을, 예를 들어 에르븀 (또는 에르븀과 이테르븀 양방 모두) 이 도프된 섬유 증폭기로 증폭하고, 이 파장을 비선형 광학 결정을 이용하여 자외광으로 변환하는 것에 의해 획득된 고조파가 또한 이용될 수도 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 노광 장치의 조명광 (IL) 은 파장 100 nm 이상의 광에 한정되지 않으며, 물론, 파장 100 nm 미만의 광이 이용될 수도 있다. 예를 들어, 소프트 X선 영역 (예컨대, 5 내지 15 nm 의 파장역) 의 EUV (Extreme Ultraviolet) 광을 이용하는 EUV 노광 장치에 본 발명을 적용할 수 있다. 또한, 전자빔 또는 이온빔과 같은 하전 입자빔을 이용하는 노광 장치에도 본 발명은 적용될 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 광투과성의 기판상에 소정의 차광 패턴 (또는 위상 패턴·감광 패턴) 을 형성한 광투과형 마스크 (레티클) 를 이용했다. 그러나, 이 레티클 대신에, 예를 들어 미국 특허 제 6,778,257 호에 개시된 바와 같이, 노광해야 할 패턴의 전자 데이터에 따라 광투과 패턴, 반사 패턴, 또는 발광 패턴을 형성하는 전자 마스크 (가변 성형 마스크, 액티브 마스크, 혹은 이미지 생성기로도 지칭되며, 예를 들어 비발광형 이미지 디스플레이 디바이스 (공간광변조기 (spatial light modulator)) 의 일 유형인 DMD (Digital Micromirror Device) 등을 포함함) 가 또한 이용될 수도 있다. 이러한 가변 성형 마스크를 이용하는 경우에는, 웨이퍼 또는 유리 플레이트 등이 탑재되는 스테이지가 가변 성형 마스크에 대해 주사되기 때문에, 이 스테이지의 위치를 인코더 시스템 및 레이저 간섭계 시스템을 이용하여 계측하는 것에 의해, 상기 실시형태와 동등한 효과를 획득할 수 있다.
또한, 예를 들어 PCT 국제공개 제 2001/035168 호에 개시된 바와 같이, 간섭 무늬를 웨이퍼 (W) 상에 형성함으로써, 웨이퍼 (W) 상에 라인-앤드-스페이스 (line-and-space) 패턴을 형성하는 노광 장치 (리소그래피 시스템) 에도 본 발명이 적용될 수 있다.
또한, 예를 들어 미국 특허 제 6,611,316호에 개시된 바와 같이, 2 개의 레티클 패턴을, 투영 광학계를 통해 웨이퍼 상에서 합성해, 1회의 스캔 노광에 의해 웨이퍼 상의 하나의 샷 영역을 거의 동시에 이중 노광하는 노광 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한,상기 실시형태에서 패턴을 형성해야 할 물체 (에너지 빔이 조사되는 노광 대상의 물체) 는 웨이퍼에 한정되는 것이 아니고, 유리 플레이트, 세라믹 기판, 필름 부재, 혹은 마스크 블랭크 등 다른 물체일 수도 있다.
노광 장치의 용도는 반도체 제조용의 노광 장치에 한정되지 않으며, 예를 들어, 직사각형의 유리 플레이트에 액정 디스플레이 디바이스 패턴을 전사하는 액정 소자를 제조하기 위한 노광 장치나, 유기 EL, 박막 자기 헤드, 촬상 소자 (CCD 등), 마이크로 머신 및 DNA 칩 등을 제조하기 위한 노광 장치에도 광범위하게 적응될 수 있다. 또한, 반도체 소자와 같은 마이크로 디바이스를 제조하는 것 이외에도, 가시광 노광 장치, EUV 노광 장치, X선 노광 장치, 전자빔 노광 장치 등에 의해 사용되는 레티클 또는 마스크를 제조하기 위해, 유리 기판 또는 실리콘 웨이퍼 등에 회로 패턴을 전사하는 노광 장치에도 본 발명이 적응될 수 있다.
또한, 본 발명의 이동체 장치는 노광 장치에만 적용될 수 있을 뿐만 아니라, 다른 기판 처리 장치 (이를테면, 레이저 수리 장치, 기판 검사 장치 등), 또는 다른 정밀 기계에서의 샘플의 위치결정 설정 장치 또는 와이어본딩 장치의 이동 스테이지를 구비한 장치에도 광범위하게 적용될 수 있다.
또한, 노광 장치 등에 관해 지금까지 본 설명에서 인용된 모든 공개, PCT 국제공개, 미국 특허출원 및 미국 특허의 개시들은 각각이 본 명세서에 참조로써 통합된다.
반도체 소자 등의 전자 디바이스는, 디바이스의 기능/성능 설계를 수행하는 단계, 이 설계 단계에 기초하여 레티클을 제작하는 단계, 실리콘 재료로부터 웨이퍼를 제작하는 단계, 전술한 실시형태의 노광 장치 (패턴 형성 장치) 및 그 노광 방법에 의해 마스크 (레티클) 의 패턴을 웨이퍼에 전사하는 리소그래피 단계, 노광된 웨이퍼를 현상하는 현상 단계, 레지스트가 잔존하고 있는 영역 이외의 영역의 노출 부재를 에칭에 의해 제거하는 에칭 단계, 에칭이 완료되어 더 이상 필요하지 않은 레지스트를 제거하는 레지스트 제거 단계, 디바이스 조립 단계 (다이싱 공정, 본딩 공정, 패키지 공정을 포함함), 검사 단계 등을 통해 제조된다. 이 경우, 리소그래피 단계에서, 상기 실시형태의 노광 장치를 이용하여 전술한 노광 방법을 수행함으로써 웨이퍼 상에 디바이스 패턴이 형성되기 때문에, 고집적도의 디바이스를 생산성 양호하게 제조할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 이동체 장치 및 이동체 구동 방법은 소정 평면 내에서 이동체를 구동하는데 적합하다. 또한, 본 발명의 노광 장치 및 노광 방법은 에너지 빔을 물체 상에 조사함으로써 물체 상에 패턴을 형성하는데 적합하다. 또한, 본 발명의 디바이스 제조 방법은 전자 디바이스를 제조하는데 적합하다.
Claims (32)
- 서로 직교하는 제 1 축 및 제 2 축을 포함하는 소정 평면 내에서 이동가능하고, 상기 소정 평면에 실질적으로 평행한 면을 따라 계측면이 배치되는 이동체;
상기 계측면에 대향하는 적어도 하나의 단부를 가지며 상기 제 1 축에 평행한 방향을 길이 방향으로 하는 아암 부재를 갖는 제 1 계측계로서, 상기 아암 부재로부터 상기 계측면 상에 적어도 하나의 제 1 계측 빔을 조사하고, 상기 제 1 계측 빔의 상기 계측면으로부터 광을 수광하여, 상기 이동체의 적어도 상기 소정 평면 내의 위치를 계측하는, 상기 제 1 계측계;
상기 아암 부재의 변동 정보를 계측하는 제 2 계측계; 및
상기 제 1 계측계 및 상기 제 2 계측계의 출력에 기초하여 상기 이동체를 구동하는 구동계를 포함하는, 이동체 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 계측계는 광학적인 방법에 의해 상기 아암 부재의 상기 변동 정보를 계측하는, 이동체 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 아암 부재의 적어도 일부는 그 내부를 광이 투과할 수 있는 중실부 (solid section) 로 구성되고,
상기 제 1 계측계는, 상기 중실부를 통해 상기 아암 부재의 일단부의 표면에 설치된 검출면 상에 상기 아암 부재의 타단부로부터 적어도 하나의 제 2 계측 빔을 조사하고, 상기 제 2 계측 빔의 상기 검출면으로부터의 반사광을 수광하는 광파 간섭식 계측 시스템을 가지며, 상기 광파 간섭식 계측 시스템의 계측 결과에 기초하여 상기 아암 부재의 상기 변동 정보를 계측하는, 이동체 장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 검출면은 반사면이며,
상기 광파 간섭식 계측 시스템은 상기 제 1 축에 평행한 복수의 상기 제 2 계측 빔을 상기 검출면에 조사하고, 상기 검출면으로부터의 반사광을 수광하여, 상기 복수의 제 2 계측 빔의 각각의 광로 길이를 계측하는, 이동체 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 아암 부재는 상기 제 1 축에 직교하는 단면이 직사각형 형상이며,
상기 광파 간섭식 계측 시스템은, 상기 검출면의 적어도 4 개의 코너부에 대응하는 위치로부터 상기 복수의 제 2 계측 빔을 상기 중실부의 내부에 각각 입사시키는, 이동체 장치. - 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
상기 광파 간섭식 계측 시스템은, 공통의 참조 빔을 이용하여 상기 복수의 제 2 계측 빔의 광로 길이를 계측하는, 이동체 장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 검출면 상에는 격자가 설치되고,
상기 광파 간섭식 계측 시스템은 상기 검출면으로부터의 회절광을 수광하고, 상기 격자의 주기 방향으로 상기 검출면의 변위를 계측하는, 이동체 장치. - 제 7 항에 있어서,
상기 검출면은 상기 검출면 내에서 서로 직교하는 2 개의 방향을 주기 방향으로 하는 2 개의 회절 격자를 포함하며,
상기 광파 간섭식 계측 시스템은, 상기 제 2 계측 빔으로서 상기 2 개의 회절 격자에 대응하는 2 개의 계측 빔을 각각 조사하고, 상기 2 개의 계측 빔의 상기 검출면으로부터의 회절광의 각각을 수광하여, 상기 검출면의 상기 2 개의 방향에서의 변위를 계측하는, 이동체 장치. - 제 3 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 계측 빔은 상기 아암 부재의 내부를 상기 제 1 축에 평행한 방향으로 진행하고,
상기 아암 부재는 상기 아암 부재의 내부를 진행하는 상기 제 1 계측 빔을, 상기 일단부의 근방에서 상기 계측면으로 향하게 하는 광학계를 갖는, 이동체 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 계측면에는 격자가 형성되고,
상기 제 1 계측계는 상기 제 1 계측 빔의 상기 계측면으로부터의 회절광을 수광하는, 이동체 장치. - 제 10 항에 있어서,
상기 광학계는 상기 계측면으로부터의 회절광 및 상기 계측면으로부터의 복수의 회절광의 합성광 중 일방을, 상기 아암 부재의 내부를 상기 제 1 축에 평행한 방향으로 진행시키는, 이동체 장치. - 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 계측면은 상기 제 1 축 및 상기 제 2 축에 각각 평행한 방향을 주기 방향으로 하는 제 1 회절 격자 및 제 2 회절 격자를 포함하고,
상기 제 1 계측계는, 상기 아암 부재로부터 상기 계측면으로, 상기 제 1 계측 빔으로서 상기 제 1 회절 격자 및 상기 제 2 회절 격자에 각각 대응하는 제 1 축 방향 계측 빔 및 제 2 축 방향 계측 빔을 조사하고, 상기 제 1 축 방향 계측 빔 및 상기 제 2 축 방향 계측 빔의 상기 계측면으로부터의 회절광의 각각을 수광하여, 상기 제 1 축 및 상기 제 2 축에 각각 평행한 방향으로 상기 이동체의 위치를 계측하는, 이동체 장치. - 제 12 항에 있어서,
상기 제 1 계측계는, 상기 제 1 축 방향 계측 빔으로서, 상기 제 1 회절 격자 상의 조사점이 상기 제 2 축에 평행한 방향에서 서로 다른 적어도 2 개의 계측 빔을 상기 제 1 회절 격자 상에 조사하는, 이동체 장치. - 제 13 항에 있어서,
상기 적어도 2 개의 계측 빔과 상기 제 2 축 방향 계측 빔은 상기 계측 면 상의 상기 제 2 축에 평행한 직선상의 조사점 상에 각각 조사되는, 이동체 장치. - 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 아암 부재의 상기 계측면에 대한 상기 제 1 계측 빔의 사출 단부는 상기 이동체의 이동 범위에서 상기 계측면에 대향하는, 이동체 장치. - 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이동체 상에 복수의 제 3 계측 빔을 조사하고, 반사광을 수광하여 상기 이동체의 상기 소정 평면에 대한 기울기를 계측하는 광파 간섭식 계측기를 포함하는 제 3 계측계를 더 포함하고,
상기 구동계는 상기 제 1 계측계, 상기 제 2 계측계 및 상기 제 3 계측계의 출력에 기초하여 상기 이동체를 구동하는, 이동체 장치. - 에너지 빔의 조사에 의해 물체 상에 패턴을 형성하는 노광 장치로서,
상기 물체가 상기 이동체 상에 재치되는, 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 따른 이동체 장치; 및
상기 이동체 상에 재치된 상기 물체 상에 상기 에너지 빔을 조사하는 패터닝 디바이스를 포함하는, 노광 장치. - 제 17 항에 있어서,
상기 제 1 계측계로부터 상기 계측면 상에 조사되는 상기 제 1 계측 빔의 조사점의 계측 중심은, 상기 물체 상에 조사되는 상기 에너지 빔의 조사 영역의 중심인 노광 위치와 일치하는, 노광 장치. - 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
상기 이동체는 그 내부를 상기 제 1 계측 빔이 진행할 수 있는 중실 부재로 이루어지고,
상기 계측면은, 상기 이동체의 상기 소정 평면에 실질적으로 평행한 면들 중에서, 상기 물체에 대향하는 제 1 면 상에 형성되고,
상기 아암 부재는 상기 제 1 면과는 반대인 제 2 면에 대향하는, 노광 장치. - 제 17 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 따른 노광 장치를 이용하여 물체를 노광하는 단계; 및
노광된 상기 물체를 현상하는 단계를 포함하는, 디바이스 제조 방법. - 이동체를 소정 평면을 따라 구동하는 이동체 구동 방법으로서,
상기 이동체 상의 상기 소정 평면에 실질적으로 평행한 면을 따라 배치된 계측면에 대해, 상기 계측면에 대향하는 적어도 하나의 단부를 가지며 상기 소정 평면에 실질적으로 평행한 방향을 길이 방향으로 하는 아암 부재로부터, 적어도 하나의 제 1 계측 빔을 조사하고, 상기 제 1 계측 빔의 상기 계측면으로부터 광을 수광하여, 상기 이동체의 적어도 상기 소정 평면 내의 위치를 계측하는 제 1 공정; 및
상기 위치 정보의 계측 결과와 상기 계측 결과에 포함되는 상기 아암 부재의 변동에 의해 야기되는 계측 오차의 보정 정보에 기초하여, 상기 이동체를 구동하는 제 2 공정을 포함하는, 이동체 구동 방법. - 제 21 항에 있어서,
상기 제 2 공정에서는, 미리 획득된 상기 아암 부재의 변동에 대응하는 상기 이동체의 상기 소정 평면 내의 위치의 계측 오차의 보정 정보를 이용하여 상기 이동체를 구동하는, 이동체 구동 방법. - 제 22 항에 있어서,
상기 보정 정보는 상기 이동체를 구동함으로써 상기 아암 부재의 변동 상태를 의사적으로 재현하는 것, 및 재현된 상태에서 상기 계측 오차를 측정하는 것에 의해 획득되는, 이동체 구동 방법. - 제 22 항에 있어서,
상기 보정 정보는 상기 아암 부재의 변동 후의 상태에서 상기 계측 오차를 계측함으로써 획득되는, 이동체 구동 방법. - 제 21 항에 있어서,
상기 제 2 공정에서는, 상기 아암 부재의 변동을 계측하고, 계측 결과에 기초하여 상기 아암 부재의 변동으로 인한 계측 오차의 보정 정보를 획득하고, 상기 보정 정보와 상기 위치 정보의 계측 결과에 기초하여 상기 이동체를 구동하는, 이동체 구동 방법. - 제 25 항에 있어서,
상기 아암 부재의 적어도 일부는 그 내부를 광이 투과할 수 있는 중실부 (solid section) 로 구성되고,
상기 아암 부재는, 상기 중실부를 통해 상기 아암 부재의 일단부 상의 표면에 설치된 검출면 상에 상기 아암 부재의 타단부로부터 적어도 하나의 제 2 계측 빔을 조사하고, 상기 제 2 계측 빔의 상기 검출면으로부터의 복귀광을 수광하여, 상기 아암 부재의 변동을 계측하는, 이동체 구동 방법. - 제 21 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 계측면에는 격자가 형성되고,
상기 제 1 공정에서는 상기 제 1 계측 빔의 상기 격자로부터의 회절광을 수광하는, 이동체 구동 방법. - 에너지 빔의 조사에 의해 물체 상에 패턴을 형성하는 노광 방법으로서,
상기 물체에 대한 패턴 형성을 수행하기 위해, 상기 물체가 재치된 이동체를 제 21 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 따른 이동체 구동 방법을 이용하여 구동하는 구동 공정을 포함하는, 노광 방법. - 에너지 빔의 조사에 의해 물체 상에 패턴을 형성하는 노광 방법으로서,
적어도 서로 직교하는 제 1 축 및 제 2 축을 포함하는 2 차원 평면을 따라 이동가능한 제 1 이동체에 의해, 적어도 상기 2 차원 평면에 평행한 면 내에서 상기 제 1 이동체에 대해 상대 이동가능하게 유지되고 상기 2 차원 평면에 실질적으로 평행한 일면에 계측면이 설치된 제 2 이동체 상에 상기 물체를 재치하는 제 1 공정;
상기 계측면에 대해, 적어도 하나의 단부가 상기 계측면에 대향하여 배치된, 상기 제 1 축에 평행한 방향을 길이 방향으로 하는 아암 부재로부터 적어도 하나의 제 1 계측 빔을 조사하고, 상기 제 1 계측 빔의 상기 계측면으로부터의 광을 수광하여, 상기 제 2 이동체의 적어도 상기 소정 평면 내의 위치를 계측하는 제 2 공정;
상기 아암 부재의 변동 정보를 계측하는 제 3 공정; 및
상기 제 2 공정 및 상기 제 3 공정의 결과에 기초하여, 상기 제 2 이동체를 상기 2 차원 평면 내의 주사 방향으로 구동하는 것에 의해, 상기 에너지 빔에 대해 상기 물체를 주사하는 제 4 공정을 포함하는, 노광 방법. - 제 29 항에 있어서,
상기 제 1 이동체는 그 내부에 공간을 가지며,
상기 제 2 이동체의 위치를 계측하는 경우, 상기 아암 부재는, 상기 제 1 이동체의 공간 내에서 상기 계측면에 대향하여 배치되는, 노광 방법. - 제 29 항에 있어서,
상기 아암 부재의 적어도 일부는 그 내부를 광이 투과할 수 있는 중실부 (solid section) 로 구성되고,
상기 아암 부재는, 상기 중실부를 통해 상기 아암 부재의 일단부 상의 표면에 설치된 검출면에 상기 아암 부재의 타단부로부터 적어도 하나의 제 2 계측 빔을 조사하고, 상기 제 2 계측 빔의 상기 검출면으로부터의 복귀광을 수광하여, 상기 아암 부재의 변동 정보를 계측하는, 노광 방법. - 제 28 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 따른 노광 방법을 이용하여 물체를 노광하는 단계; 및
노광된 상기 물체를 현상하는 단계를 포함하는, 디바이스 제조 방법.
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