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KR20110110197A - 노광 장치, 노광 방법, 및 디바이스 제조 방법 - Google Patents

노광 장치, 노광 방법, 및 디바이스 제조 방법 Download PDF

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KR20110110197A
KR20110110197A KR1020117016769A KR20117016769A KR20110110197A KR 20110110197 A KR20110110197 A KR 20110110197A KR 1020117016769 A KR1020117016769 A KR 1020117016769A KR 20117016769 A KR20117016769 A KR 20117016769A KR 20110110197 A KR20110110197 A KR 20110110197A
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유이치 시바자키
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가부시키가이샤 니콘
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Abstract

노광 장치 (100) 에는, 스테이지 (WFS1) 가 투영 광학계 (PL) 의 사출면에 대향하는 위치에 있을 때 투영 광학계 (PL) 와의 사이에서 액체 (Lq) 를 유지할 수 있는 미동 스테이지 (WFS1), 및 미동 스테이지 (WFS1) 가 투영 광학계 (PL) 와의 사이에서 액체 (Lq) 를 유지하고 있을 때 미동 스테이지 (WFS1) 에 소정 거리 이내에 근접하고, 그 근접 상태를 유지하면서 미동 스테이지 (WFS1) 와 함께 이동한 후, 그 이동 후에 투영 광학계 (PL) 와의 사이에서 액체 (Lq) 를 유지하는 블레이드 (BL) 가 구비되어 있다. 따라서, 투영 광학계 바로 아래에 복수의 스테이지가 교환가능하게 배치될 필요가 없고, 노광 장치의 풋프린트의 증대화를 억제할 수 있다.

Description

노광 장치, 노광 방법, 및 디바이스 제조 방법{EXPOSURE APPARATUS, EXPOSURE METHOD, AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 노광 장치, 노광 방법 및 디바이스 제조 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는, 반도체 디바이스 등과 같은 전자 디바이스를 제조하는 리소그래피 공정에서 이용되는 노광 장치 및 노광 방법, 및 노광 장치 또는 노광 방법을 이용하는 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.
종래, 반도체 디바이스 (이를 테면 집적 회로) 및 액정 디스플레이 디바이스와 같은 전자 디바이스 (마이크로디바이스) 를 제조하는 리소그래피 공정에서는, 주로, 스텝-앤드-리피트 방식의 투영 노광 장치 (소위 스텝퍼) 및 스텝-앤드-스캔 방식에 의한 투영 노광 장치 (소위 스캐닝 스텝퍼 (스캐너라고도 불림)) 와 같은 노광 장치가 이용된다.
이런 유형의 노광 장치에 이용되는 노광 대상이 되는 웨이퍼, 유리 플레이트 등과 같은 기판은 점차 (예를 들어, 웨이퍼의 경우에는, 매 10 년 단위로) 대형화되고 있다. 현재는, 직경 300mm 를 갖는 300mm 웨이퍼가 주류이지만, 직경 450mm 를 갖는 450mm 웨이퍼의 시대의 도래가 가까이 다가오고 있다. 450mm 웨이퍼로의 이행이 발생하면, 단일 웨이퍼로부터 출력되는 다이 (칩) 의 수가 현행의 300mm 웨이퍼로부터의 칩의 수의 2 배 이상이 되며, 이는 비용 삭감에 기여한다. 또한, 에너지, 물 및 다른 리소스의 효율적인 사용을 통하여, 모든 리소스 사용의 비용을 감소시킬 것으로 기대된다.
반도체 디바이스는 점차 미세화되고 있고, 따라서 노광 장치에는 고해상력이 요구된다. 해상력 향상의 수단으로서, 노광광의 파장의 단파장화는 물론, 투영 광학계의 개구수의 증대화 (고 NA 화) 가 고려될 수 있다. 투영 광학계의 실질적인 개구수를 가능한 많이 증가시키기 위해, 투영 광학계 및 액체를 통하여 웨이퍼를 노광하는 액침 노광 장치가 여러 가지 제안되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 1, 특허문헌 2 등을 참조).
그러나, 특허문헌 1, 특허문헌 2 등에 개시된 국소 액침형 노광 장치에서는, 스루풋을 최대화하기 위해 투영 광학계 하방에 형성된 액침 공간을 계속 유지하는 경우에는, 투영 광학계 바로 아래에, 복수의 스테이지 (예를 들어, 2 개의 웨이퍼 스테이지, 또는 웨이퍼 스테이지 및 계측 스테이지) 가 교환가능하게 배치될 필요가 있다.
그러나, 웨이퍼의 사이즈가 450mm 가 되면, 웨이퍼를 유지하는 웨이퍼 스테이지도 대형화된다. 따라서, 액침 공간을 계속 유지할 목적으로 복수의 스테이지를 투영 광학계 바로 아래에 교환가능하게 배치하는 경우에는, 풋프린트의 사이즈가 상당히 증가할 수 있다.
따라서, 액침 공간의 계속 유지를 실현하려고 시도할 때 대형화되는 풋프린트를 가능한 많이 억제하면서, 450mm 웨이퍼를 다룰 수 있는 새로운 시스템의 출현이 기대된다.
미국 특허 출원 공개 제2005/0259234호 미국 특허 출원 공개 제2008/0088843호
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 액체를 통하여 에너지 빔으로 물체를 노광하는 제 1 노광 장치가 제공되어 있으며, 이 장치는, 적어도 2 차원 평면을 따라 이동가능한 제 1 이동체; 에너지 빔을 사출하는 사출면을 갖는 광학 부재; 제 1 이동체에 의해 이동가능하게 지지되고, 적어도 사출면에 대향하는 2 차원 평면에 평행한 면 내에서 이동가능하며, 또한 사출면에 대향하는 위치에 위치할 때 광학 부재와의 사이에서 액체를 유지할 수 있는 유지 부재; 유지 부재의 2 차원 평면에 실질적으로 평행한 면에 배치된 계측면에 적어도 하나의 계측 빔을 조사하는 헤드의 적어도 일부가 제공되는 2 차원 평면에 평행한 제 1 축 방향으로 연장하는 아암 부재를 갖고, 헤드의 출력에 기초하여, 유지 부재의 2 차원 평면 내의 위치 정보를 계측하는 위치 계측계; 및 유지 부재가 광학 부재와의 사이에서 액체를 유지할 때, 2 차원 평면에 평행한 제 1 축 방향에서 유지 부재에 소정 거리 이내에 근접하고, 그 근접 상태를 유지하면서 유지 부재와 함께 아암 부재를 따라 제 1 축 방향의 일측으로부터 타측으로 이동하며, 그 이동 후에 광학 부재와의 사이에서 액체를 유지하는 가동 부재를 포함한다.
이 장치에 따르면, 가동 부재는, 유지 부재가 광학 부재와의 사이에서 액체를 유지할 때, 제 1 축 방향에서 유지 부재에 소정 거리 이내에 근접하고, 그 근접 상태를 유지하면서, 유지 부재와 함께 아암 부재를 따라 제 1 축 방향의 일측으로부터 타측으로 이동한 후, 그 이동 후에 광학 부재와의 사이에서 액체를 유지한다. 따라서, 광학 부재와의 사이에 유지된 액체 (그 액체에 의해 형성된 액침 공간) 를 유지 부재로부터 가동 부재로 전달하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 광학 부재 바로 아래에 복수의 이동체를 교환가능하게 배치할 필요가 없어, 장치의 풋프린트의 증대화를 억제하는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 제 2 양태에 따르면, 광학 부재 및 액체를 통하여 에너지 빔으로 물체를 노광하는 제 2 노광 장치가 제공되어 있으며, 이 장치는, 적어도 2 차원 평면을 따라 이동가능한 제 1 이동체; 물체를 유지하면서 제 1 이동체에 의해 이동가능하게 지지되고, 광학 부재와의 사이에서 액체를 유지할 수 있는 유지 부재; 제 1 이동체에 의해 지지된 유지 부재의 하방에 배치된 계측용 부재에 적어도 일부가 제공되어 있고, 유지 부재의 계측면에 계측 빔을 조사함으로써 유지 부재의 위치 정보를 계측하는 위치 계측계; 및 계측용 부재의 상방에 유지면이 배치되어 있고, 광학 부재 바로 아래에 액체를 유지하면서 유지 부재와 교환되어, 유지면과 광학 부재 사이에 액체를 유지하는 가동 부재를 포함한다.
이 장치에 따르면, 유지 부재는 제 1 이동체에 의해 이동가능하게 지지되고, 그 유지 부재의 하방에 배치된 계측용 부재에 적어도 일부가 제공되어 있는 위치 계측계에 의해, 유지 부재의 계측면에 계측 빔이 조사되어, 위치 정보가 계측된다. 유지 부재가 광학 부재와의 사이에서 액체를 유지할 때, 가동 부재는, 유지 부재와 교환됨으로써 광학 부재 바로 아래에 배치되고, 유지 부재에 의해 광학 부재와의 사이에서 액체를 유지한다. 따라서, 광학 부재 바로 아래에 복수의 이동체를 교환가능하게 배치할 필요가 없어, 장치의 풋프린트의 증대화를 억제하는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 제 3 양태에 따르면, 디바이스 제조 방법이 제공되어 있으며, 이 방법은, 본 발명의 제 1 노광 장치 및 제 2 노광 장치 중 일방의 노광 장치를 이용하여 물체를 노광하는 단계; 및 노광된 물체를 현상하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제 4 양태에 따르면, 광학 부재 및 액체를 통하여 에너지 빔으로 물체를 노광하는 노광 방법이 제공되어 있으며, 이 방법은, 물체를 유지하고, 또한 광학 부재와의 사이에서 액체를 유지할 수 있는 유지 부재를 이동가능하게 지지하는 제 1 이동체를 적어도 2 차원 평면을 따라 이동시키는 단계; 제 1 이동체에 의해 지지된 유지 부재의 하방에 배치된 계측용 부재에 적어도 일부가 제공되어 있는 위치 계측계를 이용하여, 유지 부재의 계측면에 계측 빔을 조사함으로써 유지 부재의 위치 정보를 계측하는 단계; 및 계측용 부재의 상방에 유지면이 배치되어 있고, 유지면에서 광학 부재와의 사이에서 액체를 유지할 수 있는 가동 부재를 유지 부재와 교환가능하게 배치함으로써, 광학 부재 바로 아래에 액체를 유지하는 단계를 포함한다.
이 방법에 따르면, 유지 부재는 제 1 이동체에 의해 이동가능하게 지지되고, 그 유지 부재의 하방에 배치된 계측용 부재에 적어도 일부가 제공되어 있는 위치 계측계에 의해, 유지 부재의 계측면에 계측 빔이 조사되어 위치 정보가 계측된다. 유지 부재가 광학 부재와의 사이에서 액체를 유지할 때, 가동 부재는, 유지 부재와 교환됨으로써 광학 부재 바로 아래에 배치되고, 유지면에 의해 광학 부재와의 사이에서 액체를 유지하며, 광학 부재 바로 아래에 액체를 유지한다. 따라서, 광학 부재 바로 아래에 복수의 이동체를 교환가능하게 배치할 필요가 없어, 장치의 풋프린트의 증대화를 억제하는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 제 5 양태에 따르면, 디바이스 제조 방법이 제공되어 있으며, 이 방법은, 본 발명의 노광 방법을 이용하여 물체를 노광하는 단계; 및 노광된 물체를 현상하는 단계를 포함한다.
도 1 은 일 실시형태의 노광 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2 의 (A) 는 도 1 의 노광 장치가 구비하는 웨이퍼 스테이지를 -Y 방향으로부터 본 측면도를 도시하고, 도 2 의 (B) 는 웨이퍼 스테이지를 도시한 평면도이다.
도 3 은 도 1 의 노광 장치에 구비된 주 제어기의 입/출력 관계를 설명하는데 이용되는 블록도이다.
도 4 는 도 1 의 노광 장치가 구비하는 얼라인먼트계 및 투영 유닛 (PU) 의 배치를, 웨이퍼 스테이지와 함께 도시한 평면도이다.
도 5 는 도 1 의 노광 장치가 구비하는 보조 스테이지를 설명하는데 이용되는 도면이다.
도 6 은 조동 스테이지의 분리 구조를 설명하는데 이용되는 도면이다.
도 7 은 미동 스테이지 구동계를 구성하는 자석 유닛 및 코일 유닛의 배치를 도시한 평면도이다.
도 8 의 (A) 는 미동 스테이지 구동계를 구성하는 자석 유닛 및 코일 유닛의 배치를 도시하는 -Y 방향으로부터 본 측면도이고, 도 8 의 (B) 는 미동 스테이지 구동계를 구성하는 자석 유닛 및 코일 유닛의 배치를 도시하는 +X 방향으로 본 측면도이다.
도 9 의 (A) 는 미동 스테이지를 Y 축 방향으로 구동할 때의 구동 원리를 설명하는데 이용되는 도면이고, 도 9 의 (B) 는 미동 스테이지를 Z 축 방향으로 구동할 때의 구동 원리를 설명하는데 이용되는 도면이며, 도 9 의 (C) 는 미동 스테이지를 X 축 방향으로 구동할 때의 구동 원리를 설명하는데 이용되는 도면이다.
도 10 의 (A) 는 미동 스테이지를 조동 스테이지에 대하여 Z 축 둘레로 회전시킬 때의 동작을 설명하는데 이용되는 도면이고, 도 10 의 (B) 는 미동 스테이지를 조동 스테이지에 대하여 Y 축 둘레로 회전시킬 때의 동작을 설명하는데 이용되는 도면이며, 도 10 의 (C) 는 미동 스테이지를 조동 스테이지에 대하여 X 축 둘레로 회전시킬 때의 동작을 설명하는데 이용되는 도면이다.
도 11 은 미동 스테이지의 중앙부를 +Z 방향으로 편향시킬 때의 동작을 설명하는데 이용되는 도면이다.
도 12 의 (A) 는 보조 스테이지 (AST) 를 +Y 방향으로부터 본 도면이고, 도 12 의 (B) 는 보조 스테이지 (AST) 를 +X 방향으로부터 본 도면이며, 도 12 의 (C) 는 보조 스테이지 (AST) 를 +Z 방향으로부터 본 도면이다.
도 13 의 (A) 는 슬릿 플레이트에 제공된 슬릿을 도시한 도면이고, 도 13 의 (B) 는 계측 레티클에 형성된 계측 마크를 도시한 도면이며, 도 13 의 (C) 및 (D) 는 계측 마크의 투영 이미지에 대한 슬릿의 주사를 설명하는데 이용되는 도면이다.
도 14 는 얼라이너를 도시한 사시도이다.
도 15 의 (A) 는 계측 아암의 선단부의 사시도를 도시하고, 도 15 의 (B) 는 계측 아암의 선단부의 상면을 +Z 방향으로부터 본 평면도이다.
도 16 의 (A) 는 X 헤드 (77x) 의 개략 구성을 도시한 도면이고, 도 16 의 (B) 는 X 헤드 (77x), Y 헤드 (77ya 및 77yb) 각각의 계측 아암 내에서의 배치를 설명하는데 이용되는 도면이다.
도 17 의 (A) 는 주사 노광 시의 웨이퍼의 구동 방법을 설명하는데 이용되는 도면이고, 도 17 의 (B) 는 스텝핑 시의 웨이퍼의 구동 방법을 설명하는데 이용되는 도면이다.
도 18 의 (A) 내지 (D) 는 미동 스테이지 (WFS1 및 WFS2) 를 이용하여 수행되는 병행 처리를 설명하는데 이용되는 도면 (번호 1) 이다.
도 19 는 미동 스테이지와 블레이드 사이의 배치 관계를 설명하는데 이용되는 도면 (번호 1) 이다.
도 20 은 미동 스테이지와 가동 블레이드 사이에서 수행되는 액침 공간 (액체 (Lq)) 의 전달을 설명하는데 이용되는 도면 (번호 1) 이다.
도 21 은 미동 스테이지와 블레이드 사이에서 수행된 액침 공간 (액체 (Lq)) 의 전달을 설명하는데 이용되는 도면 (번호 2) 이다.
도 22 는 미동 스테이지와 가동 블레이드 사이에서 수행된 액침 공간 (액체 (Lq)) 의 전달을 설명하는데 이용되는 도면 (번호 3) 이다.
도 23 의 (A) 내지 (F) 는 미동 스테이지 (WFS1 및 WFS2) 를 이용하여 수행되는 병행 처리를 설명하는데 이용되는 도면 (번호 2) 이다.
도 24 의 (A) 및 (B) 는 미동 스테이지와 블레이드 사이의 배치 관계를 설명하는데 이용되는 도면 (번호 2) 이다.
도 25 는 미동 스테이지와 블레이드 사이의 배치 관계를 설명하는데 이용되는 도면 (번호 3) 이다.
이하, 본 발명의 일 실시형태가 도 1 내지 도 25 를 참조하여 설명될 것이다.
도 1 은 본 실시형태의 노광 장치 (100) 의 개략적인 구성을 도시한다. 노광 장치 (100) 는 스텝-앤드-스캔 방식에 의한 투영 노광 장치, 또는 소위 스캐너이다. 후술되는 바와 같이, 본 실시형태에서는, 투영 광학계 (PL) 가 배열되고, 이하의 설명에서는, 투영 광학계 (PL) 의 광축 (AX) 에 평행한 방향을 Z 축 방향, Z 축 방향에 직교하는 면 내에서 레티클 및 웨이퍼가 상대적으로 주사되는 방향을 Y 축 방향, Z 축 방향 및 Y 축 방향에 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.
도 1 에 도시한 바와 같이, 노광 장치 (100) 에는, 베이스 보드 (12) 의 -Y 측 단부 근방에 배치된 노광 스테이션 (노광 처리부) (200), 베이스 보드 (12) 의 +Y 측 단부 근방에 배치된 계측 스테이션 (계측 처리부) (300), 2 개의 웨이퍼 스테이지 (WST1 및 WST2), 릴레이 스테이지 (DRST), 및 이들 부분에 대한 제어계 등이 구비되어 있다. 여기서, 베이스 보드 (12) 는 바닥면 (floor surface) 상에 방진 기구 (도시 생략) 에 의해 거의 수평 (XY 평면에 평행) 으로 지지된다. 베이스 보드 (12) 는 판상 (tabular) 형태를 갖는 부재로 이루어지고, 그 상면의 평탄도가 매우 높아, 상술된 3 개의 스테이지 (WST1, WST2 및 DRST) 가 이동할 때의 가이드면의 역할을 한다. 그런데, 도 1 에서, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 는 노광 스테이션 (200) 에 위치되고, 웨이퍼 (W) 는 웨이퍼 스테이지 (WST1) (더 상세하게는, 미동 스테이지 (WFS1)) 상에 유지된다. 또한, 웨이퍼 스테이지 (WST2) 는 계측 스테이션 (300) 에 위치되고, 다른 웨이퍼 (W) 가 웨이퍼 스테이지 (WST2) (더 상세하게는, 미동 스테이지 (WFS2)) 상에 유지된다.
노광 스테이션 (200) 은, 조명계 (10), 레티클 스테이지 (RST), 투영 유닛 (PU), 국소 액침 디바이스 (8) 등을 포함한다.
조명계 (10) 는 예를 들어 미국 특허 출원 공개 제2003/0025890호 명세서 등에 개시된 바와 같이, 광원, 옵티컬 인티그레이터 등을 포함하는 조도 균일화 광학계, 및 레티클 블라인드 등 (어느 것도 미도시) 을 갖는 조명 광학계를 포함한다. 조명계 (10) 는, 레티클 블라인드 (마스킹 시스템으로도 지칭) 에 의해 레티클 (R) 상에 설정된 슬릿 형상의 조명 영역 (IAR) 을, 조명광 (노광광) (IL) 에 의해 실질적으로 균일한 조도로 조명한다. 이 경우에, 조명광 (IL) 으로서, 예를 들어, ArF 엑시머 레이저 빔 (파장 193nm) 이 이용된다.
레티클 스테이지 (RST) 상에는, 그 패턴면 (도 1 에서의 하면) 에 회로 패턴 등이 형성된 레티클 (R) 이 예를 들어 진공 흡착에 의해 고정된다. 레티클 스테이지 (RST) 는 예를 들어, 리니어 모터 등을 포함하는 레티클 스테이지 구동부 (11) (도 1 에는 미도시, 도 3 참조) 에 의해, XY 평면 내에서 미소 구동가능하고, 레티클 스테이지 (RST) 는 또한 주사 방향 (이 경우에는, 도 1 에서의 지면의 좌우 (lateral) 방향인 Y 축 방향) 으로 소정의 주사 속도로 구동가능하다.
레티클 스테이지 (RST) 의 XY 평면 내의 위치 정보 (θz 방향의 회전 정보를 포함) 는, 레티클 레이저 간섭계 (이하, "레티클 간섭계" 로 지칭) (13) 에 의해, 레티클 스테이지 (RST) 에 고정된 가동 미러 (15) (실제로 배열된 미러는 Y 축 방향에 직교하는 반사면을 갖는 Y 가동 미러 (또는 레트로 리플렉터) 및 X 축 방향에 직교하는 반사면을 갖는 X 가동 미러이다) 를 통해, 예를 들어, 0.25nm 정도의 분해능으로 계속 검출된다. 레티클 간섭계 (13) 의 계측값은, 주 제어기 (20) (도 1 에는 미도시, 도 3 참조) 로 전송된다. 그런데, 예를 들어, 미국 특허 출원 공개 제2007/0288121호 명세서 등에 개시된 바와 같이, 레티클 스테이지 (RST) 의 위치 정보는 인코더 시스템에 의해 계측될 수 있다.
투영 유닛 (PU) 은 도 1 에서 레티클 스테이지 (RST) 의 하방에 배치된다. 투영 유닛 (PU) 은, 지지 부재 (미도시) 에 의해 수평으로 지지된 메인 프레임 (메트롤로지 프레임으로도 불림) (BD) 에 의해, 투영 유닛의 외주부 (outer periphery) 에 제공된 플랜지부 (FLG) 를 통해 지지된다. 투영 유닛 (PU) 은 배럴 (40) 및 배럴 (40) 내에 유지된 투영 광학계 (PL) 를 포함한다. 투영 광학계 (PL) 로서는, 예를 들어, Z 축 방향에 평행한 광축 (AX) 을 따라 배치되는 복수의 렌즈 (렌즈 엘리먼트) 로 이루어지는, 굴절광학계가 이용된다. 투영 광학계 (PL) 는 예를 들어, 소정의 투영 배율 (이를 테면, 1/4 배, 1/5 배 또는 1/8 배) 을 갖는 양측 텔레센트릭 굴절광학계이다. 따라서, 조명계 (10) 가 조명 영역 (IL) 에 의해 레티클 (R) 상의 조명 영역 (IAR) 을 조명하면, 투영 광학계 (PL) 의 제 1 면 (물체면) 과 패턴면이 실질적으로 일치하도록 배치된 레티클 (R) 을 통과한 조명광 (IL) 에 의해, 투영 광학계 (PL) (투영 유닛 (PU)) 를 통하여 조명 영역 (IAR) 내의 레티클 (R) 의 회로 패턴의 축소 이미지가, 투영 광학계 (PL) 의 제 2 면 (이미지면) 측에 배치되고, 표면에 레지스트 (감응제) 가 도포된 웨이퍼 (W) 상에서 조명 영역 (IAR) 과 켤레인 영역 (이하 노광 영역으로도 지칭) (IA) 에 형성된다. 그리고, 레티클 스테이지 (RST) 및 미동 스테이지 (WFS1) (또는 미동 스테이지 (WFS2)) 가 동기 구동되는 것에 의해, 레티클 (R) 은 조명 영역 (IAR) (조명광 (IL)) 에 대하여 주사 방향 (Y 축 방향) 으로 상대 이동되는 동시에, 웨이퍼 (W) 는 노광 영역 (IA) (조명광 (IL)) 에 대하여 주사 방향 (Y 축 방향) 으로 상대 이동되어, 웨이퍼 (W) 상의 한개의 샷 영역 (구획 영역) 의 주사 노광이 수행되고, 그 샷 영역에 레티클 (R) 의 패턴이 전사된다. 즉, 본 실시형태에서는, 레티클 (R) 의 패턴은 조명계 (10) 및 투영 광학계 (PL) 에 따라 웨이퍼 (W) 상에 생성된 후, 조명광 (IL) 에 의한 웨이퍼 (W) 상의 감응층 (레지스트층) 의 노광에 의해, 웨이퍼 (W) 상에 그 패턴이 형성된다. 여기서, 투영 유닛 (PU) 은 메인 프레임 (BD) 에 의해 유지되고, 본 실시형태에서는, 메인 프레임 (BD) 은 방진 기구를 통해 설치면 (바닥면) 상에 각각 배치되는 복수 (예를 들어, 3 개 또는 4 개) 의 지지 부재에 의해 거의 수평으로 지지된다. 그런데, 방진 기구는 각 지지 부재와 메인 프레임 (BD) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 예를 들어, PCT 국제 공개 제2006/038952호에 개시된 바와 같이, 메인 프레임 (BD) (투영 유닛 (PU)) 은 투영 유닛 (PU) 상방에 배치된 메인 프레임 부재, 또는 레티클 베이스 (미도시) 에 대하여 매달림 (suspension) 지지될 수 있다.
국소 액침 디바이스 (8) 는 본 실시형태의 노광 장치 (100) 가 액침 방식에 의해 노광을 수행한다는 점에 대응하여 제공된다. 국소 액침 디바이스 (8) 는 액체 공급 디바이스 (5), 액체 회수 디바이스 (6) (이들 양자는 도 1 에 미도시, 도 3 참조), 노즐 유닛 (32) 등을 포함한다. 도 1 에 도시한 바와 같이, 노즐 유닛 (32) 은, 투영 광학계 (PL) 를 구성하는 이미지면 측 (웨이퍼 (W) 측) 에 가장 근접한 광학 소자, 이 경우에는, 렌즈 (이하 "선단 렌즈" 로도 지칭) (191) 를 유지하는 배럴 (40) 의 하단부 주변이 동봉되도록 지지 부재 (미도시) 를 통하여 투영 유닛 (PU) 등을 지지하는 메인 프레임 (BD) 에 의해 매달린 상태로 지지된다. 노즐 유닛 (32) 에는 액체 (Lq) 의 공급구 및 회수구, 웨이퍼 (W) 가 대향하여 배치되고, 또한 회수구가 배열되는 하면, 및 액체 공급관 (31A) 및 액체 회수관 (31B) (이들 양자는 도 1 에 미도시, 도 4 참조) 에 각각 접속되는 공급 유로 및 회수 유로가 구비되어 있다. 액체 공급관 (31A) 에는 공급관 (미도시) 의 일단이 접속되는 동시에, 액체 공급 유닛 (5) (도 1 에는 미도시, 도 3 참조) 에는 공급관의 타단이 접속되며, 액체 회수관 (31B) 에는 회수관 (미도시) 의 일단이 접속되는 동시에, 액체 회수 디바이스 (6) (도 1 에는 미도시, 도 3 참조) 에는 회수관의 타단이 접속된다. 본 실시형태에서는, 주 제어기 (20) 가 액체 공급 디바이스 (5) (도 3 참조) 를 제어하여, 액체 공급관 (31A) 및 노즐 유닛 (32) 을 통하여 선단 렌즈 (191) 와 웨이퍼 (W) 사이에 액체를 공급할 뿐만 아니라, 액체 회수 디바이스 (6) (도 3 참조) 를 제어하여, 노즐 유닛 (32) 및 액체 회수관 (31B) 을 통하여 선단 렌즈 (191) 와 웨이퍼 (W) 사이로부터 액체를 회수한다. 이 동작 동안, 주 제어기 (20) 는, 공급된 액체의 양이 회수된 액체의 양과 계속 동일하도록 액체 공급 디바이스 (5) 및 액체 회수 디바이스 (6) 를 제어한다. 따라서, 선단 렌즈 (191) 와 웨이퍼 (W) 사이의 공간에는, 일정량의 액체 (Lq) (도 1 참조) 가 계속 교체되어 유지된다. 본 실시형태에서는, 상기의 액체로서, ArF 엑시머 레이저 빔 (파장 193nm 의 광) 이 투과하는 순수가 이용될 것이다. 그런데, ArF 엑시머 레이저 빔에 대한 순수의 굴절률 n 은, 1.44 정도이며, 순수 중에서는, 조명광 (IL) 의 파장은 193nm×1/n=134nm 정도로 단파장화된다.
이 외에, 노광 스테이션 (200) 에는, 메인 프레임 (BD) 에 의해 지지 부재 (72A) 를 통하여 거의 캔틸레버 (cantilevered) 상태로 지지된 (일단부 근방이 지지된) 계측 아암 (71A) 을 포함하는 미동 스테이지 위치 계측계 (70A) 가 제공된다. 그러나, 미동 스테이지 위치 계측계 (70A) 는, 설명의 편의상, 후술되는 미동 스테이지의 설명 후에 설명될 것이다.
계측 스테이션 (300) 에는, 메인 프레임 (BD) 에 제공된 얼라인먼트 디바이스 (99), 및 메인 프레임 (BD) 에 의해 지지 부재 (72B) 를 통하여 캔틸레버 상태로 지지된 (일단부 근방이 지지된) 계측 아암 (71B) 을 포함하는 미동 스테이지 위치 계측계 (70B) 가 제공된다. 미동 스테이지 위치 계측계 (70B) 는 전술된 미동 스테이지 위치 계측계 (70A) 와 좌우 대칭이지만 유사한 구성을 갖는다.
얼라이너 (99) 는, 예를 들어, 미국 특허 출원 공개 제2008/0088843호 명세서 등에 개시된 바와 같이, 도 4 에 도시된 5 개의 얼라인먼트계 (AL1 및 AL21 내지 AL24) 를 포함한다. 더 상세하게는, 도 4 에 도시한 바와 같이, 투영 유닛 (PU) 의 중심 (투영 광학계 (PL) 의 광축 (AX), 본 실시형태에서 전술된 노광 영역 (IA) 의 중심과도 일치) 을 통과하고, 또한 Y 축에 평행한 직선 (이하, 기준축으로 지칭) (LV) 상에서, 광축 (AX) 으로부터 +Y 측으로 소정 거리 이격된 위치에 검출 중심이 위치하는 상태에서, 프라이머리 얼라인먼트계 (AL1) 가 배치된다. 프라이머리 얼라인먼트계 (AL1) 를 개재하여, X 축 방향의 일측 및 타측에는, 기준축 (LV) 에 대하여 검출 중심이 실질적으로 대칭으로 배치되는 세컨더리 얼라인먼트계 (AL21 및 AL22, 및 AL23 및 AL24) 가 각각 배열된다. 즉, 5 개의 얼라인먼트계 (AL1 및 AL21 내지 AL24) 는, 그들의 검출 중심이 X 축 방향을 따라 배치되도록 배치된다. 그런데, 도 1 에서는, 5 개의 얼라인먼트계 (AL1 및 AL21 내지 AL24) 는, 이들을 유지하는 유지 장치 (슬라이더) 를 포함하여, 얼라이너 (99) 로서 도시된다. 그런데, 얼라이너 (99) 의 구체적인 구성 등은 나중에 더욱 설명될 것이다.
도 1, 도 2 의 (A) 등으로부터 알 수 있는 바와 같이, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 는 그 저면 상에 제공된, 예를 들어, 에어 베어링 (94) 과 같은 복수의 비접촉 베어링에 의해 베이스 보드 (12) 상에 부상 (levitation) 지지되고, 조동 스테이지 구동계 (51A) (도 3 참조) 에 의해 XY 2 차원 방향으로 구동되는 웨이퍼 조동 스테이지 (WCS1), 및 조동 스테이지 (WCS1) 에 의해 비접촉식으로 지지되고, 조동 스테이지 (WCS1) 에 대하여 상대 이동가능한 웨이퍼 미동 스테이지 (WFS1) 를 갖는다. 미동 스테이지 (WFS1) 는, 미동 스테이지 구동계 (52A) (도 3 참조) 에 의해 조동 스테이지 (WCS1) 에 대하여, X 축 방향, Y 축 방향, Z 축 방향, θx 방향, θy 방향 및 θz 방향 (이하, 6 자유도 방향 또는 6 자유도 방향 (X, Y, Z, θx, θy, θz) 으로 표현) 으로 구동된다.
웨이퍼 스테이지 (WST1) (조동 스테이지 (WCS1)) 의 XY 평면 내의 위치 정보 (θz 방향의 회전 정보도 포함) 는 웨이퍼 스테이지 위치 계측계 (16A) 에 의해 계측된다. 또한, 노광 스테이션 (200) 에서 조동 스테이지 (WCS1) 에 의해 지지된 미동 스테이지 (WFS1) (또는 후술되는 미동 스테이지 (WFS2)) 의 6 자유도 방향 (X, Y, Z, θx, θy 및 θz) 의 위치 정보는 미동 스테이지 위치 계측계 (70A) 에 의해 계측된다. 웨이퍼 스테이지 위치 계측계 (16A) 및 미동 스테이지 위치 계측계 (70A) 의 계측 결과 (계측 정보) 는 조동 스테이지 (WCS1) 및 미동 스테이지 (WFS1) (또는 WFS2) 의 위치 제어를 위해 주 제어기 (20) (도 3 참조) 로 공급된다.
웨이퍼 스테이지 (WST1) 와 유사하게, 웨이퍼 스테이지 (WST2) 는 그 저면 상에 제공된 복수의 비접촉 베어링 (예를 들어, 에어 베어링 (도시 생략)) 에 의해 베이스 보드 (12) 위에 부상 지지되고, 또한 조동 스테이지 구동계 (51B) (도 3 참조) 에 의해 XY 2 차원 방향으로 구동되는 웨이퍼 조동 스테이지 (WCS2), 및 조동 스테이지 (WCS2) 에 의해 비접촉식으로 지지되고, 조동 스테이지 (WCS2) 에 대하여 상대 이동가능한 웨이퍼 미동 스테이지 (WFS2) 를 갖는다. 미동 스테이지 (WFS2) 는 미동 스테이지 구동계 (52B) (도 3 참조) 에 의해 조동 스테이지 (WCS2) 에 대하여 6 자유도 방향 (X, Y, Z, θx, θy, θz) 으로 구동된다.
웨이퍼 스테이지 (WST2) (조동 스테이지 (WCS2)) 의 XY 평면 내의 위치 정보 (θz 방향의 회전 정보도 포함) 는 웨이퍼 스테이지 위치 계측계 (16B) 에 의해 계측된다. 또한, 계측 스테이션 (300) 에서 조동 스테이지 (WCS2) 에 의해 지지된 미동 스테이지 (WFS2) (또는 미동 스테이지 (WFS1)) 의 6 자유도 방향 (X, Y, Z, θx, θy 및 θz) 의 위치 정보는 미동 스테이지 위치 계측계 (70B) 에 의해 계측된다. 웨이퍼 스테이지 위치 계측계 (16B) 및 미동 스테이지 위치 계측계 (70B) 의 계측 결과는 조동 스테이지 (WCS2) 및 미동 스테이지 (WFS2) (또는 WFS1) 의 위치 제어를 위해 주 제어기 (20) (도 3 참조) 로 공급된다.
조동 스테이지 (WCS1 및 WCS2) 와 같이, 릴레이 스테이지 (DRST) 는 그 저면 상에 제공된 복수의 비접촉 베어링 (예를 들어, 에어 베어링 (도시 생략)) 에 의해 베이스 보드 (12) 상에 부상 지지되고, 또한 릴레이 스테이지 구동계 (53) (도 3 참조) 에 의해 XY 2 차원 방향으로 구동된다.
릴레이 스테이지 (DRST) 의 XY 평면 내의 위치 정보 (θz 방향의 회전 정보도 포함) 는, 예를 들어, 간섭계 및/또는 인코더 등을 포함하는 위치 계측계 (미도시) 에 의해 계측된다. 위치 계측계의 계측 결과는 릴레이 스테이지 (DRST) 의 위치 제어를 위해 주 제어기 (20) 로 공급된다.
또한, 도 1 에는 도시가 생략되었지만, 도 5 에 도시한 바와 같이, 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에는 투영 유닛 (PU) 의 근방에, 블레이드 (BL) 를 갖는 보조 스테이지 (AST) 가 구비되어 있다. 보조 스테이지 (AST) 는, 도 5 로부터 알 수 있는 바와 같이, 그 저면 상에 제공된 복수의 비접촉 베어링 (예를 들어, 에어 베어링 (도시 생략)) 에 의해 베이스 보드 (12) 상에 부상 지지되고, 보조 스테이지 구동계 (58) (도 5 에는 미도시, 도 3 참조) 에 의해 XY 2 차원 방향으로 구동된다.
상술된 다양한 계측계를 포함하는 스테이지계를 구성하는 구성 각부 등은 나중에 상세하게 설명될 것이다.
이 외에, 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에는, 투영 유닛 (PU) 의 근방에, 예를 들어, 미국 특허 제5,448,332호 명세서 등에 개시된 것과 유사한 구성을 갖는 다점 초점 위치 검출계 (이하 다점 AF 계로 약기) (AF) (도 1 에는 미도시, 도 3 참조) 가 배열된다. 다점 AF 계 (AF) 의 검출 신호는 AF 신호 처리계 (미도시) 를 통하여 주 제어기 (20) (도 3 참조) 로 공급된다. 주 제어기 (20) 는 다점 AF 계 (AF) 의 검출 신호에 기초하여 다점 AF 계 (AF) 의 복수의 검출점에서 웨이퍼 (W) 표면의 Z 축 방향의 위치 정보 (면 위치 정보) 를 검출하고, 그 검출 결과에 기초하여 주사 노광 동안 웨이퍼 (W) 의 소위 포커스 레벨링 (focus leveling) 제어를 수행한다. 그런데, 얼라이너 (99) (얼라인먼트계 (AL1 및 AL21 내지 AL24)) 의 근방에 다점 AF 계를 배열함에 의한 웨이퍼 얼라인먼트 (EGA) 시에, 웨이퍼 (W) 표면의 위치 정보 (요철 정보) 가 사전에 획득될 수 있으며, 노광 시에는, 그 면 위치 정보, 및 나중에 설명되는 미동 스테이지 위치 계측계 (70A) 의 일부를 구성하는 레이저 간섭계 시스템 (75) (도 3 참조) 의 계측값을 이용하여, 웨이퍼 (W) 의 소위 포커스 레벨링 제어가 수행될 수 있다. 이 경우에, 투영 유닛 (PU) 의 근방에 다점 AF 계가 제공될 필요는 없다. 그런데, 레이저 간섭계 시스템 (75) 보다는, 미동 스테이지 위치 계측계 (70A) 를 구성하는 후술되는 인코더 시스템 (73) 의 계측값이 또한 포커스 레벨링 제어에서 이용될 수 있다.
또한, 레티클 스테이지 (RST) 의 상방에는, 예를 들어, 미국 특허 제5,646,413호 명세서 등에 상세하게 개시된 바와 같이, CCD 등과 같은 촬상 소자를 갖고, 노광 파장의 광 (본 실시형태에서는, 조명광 (IL)) 을 얼라인먼트용 조명광으로서 이용하는 이미지 처리 방식의 한쌍의 레티클 얼라인먼트계 (RA1 및 RA2) (레티클 얼라인먼트계 (RA2) 는 도 1 의 지면의 깊이에서 레티클 얼라인먼트계 (RA1) 의 이면에 숨겨지게 된다) 가 배치된다. 한쌍의 레티클 얼라인먼트계 (RA1 및 RA2) 는, 투영 광학계 (PL) 바로 아래에 미동 스테이지 (WFS1) (또는 WFS2) 상의 후술될 계측 플레이트가 위치하는 상태에서, 주 제어기 (20) 에 의해, 레티클 (R) 에 형성된 한쌍의 레티클 얼라인먼트 마크 (도시 생략) 의 투영 이미지 및 대응하는 계측 플레이트 상의 한쌍의 제 1 기준 마크를 투영 광학계 (PL) 를 통하여 검출하는 것으로, 투영 광학계 (PL) 를 이용한 레티클 (R) 의 패턴의 투영 영역의 검출 중심 및 계측 플레이트 상의 기준 위치를 검출, 즉, 한쌍의 제 1 기준 마크의 중심과의 위치 관계를 검출하는데 이용된다. 레티클 얼라인먼트 검출계 (RA1 및 RA2) 의 검출 신호는 신호 처리계 (미도시) 를 통하여 주 제어기 (20) 로 공급된다 (도 3 참조). 그런데, 레티클 얼라인먼트계 (RA1 및 RA2) 는 제공될 필요가 없다. 이 경우에, 예를 들어, 미국 특허 출원 공개 제2002/0041377호 명세서 등에 개시된 바와 같이, 미동 스테이지 (WFS) 는, 광 투과부 (수광부) 가 설치되는 검출계를 가져, 레티클 얼라인먼트 마크의 투영 이미지를 검출하는 것이 바람직하다.
도 3 은 노광 장치 (100) 의 제어계를 중심적으로 구성하고, 구성 각부를 전체 제어하는 주 제어기 (20) 의 입/출력 관계를 도시한 블록도를 도시한다. 제어계는 주로 제어기 (20) 로 구성된다. 주 제어기 (20) 는 워크스테이션 (또는 마이크로컴퓨터) 등을 포함하며, 전술된 국소 액침 디바이스 (8), 조동 스테이지 구동계 (51A 및 51B), 미동 스테이지 구동계 (52A 및 52B) 및 릴레이 스테이지 구동계 (53) 등과 같은 노광 장치 (100) 의 구성 각부를 전체 제어한다.
여기서, 스테이지계의 각 부의 구성 등이 상세하게 설명될 것이다. 먼저, 웨이퍼 스테이지 (WST1 및 WST2) 가 설명될 것이다. 본 실시형태에서는, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 및 웨이퍼 스테이지 (WST2) 는 구동계, 위치 계측계 등을 포함하여, 동일하게 구성된다. 따라서, 다음의 설명에서는, 대표적으로 웨이퍼 스테이지 (WST1) 를 채택하여 설명한다.
도 2 의 (A) 및 (B) 에 도시한 바와 같이, 조동 스테이지 (WCS1) 에는, 평면도에서 (+Z 방향으로부터 볼 때) X 축 방향을 길이 방향으로 하는 장방형 플레이트 형상의 조동 슬라이드부 (91), 조동 슬라이더부 (91) 의 길이 방향의 일 단부와 타단부의 상면에 YZ 평면에 평행한 상태에서 각각 고정되고, Y 축 방향을 길이 방향으로 하는 장방형 플레이트 형상의 한쌍의 측벽부 (92a 및 92b), 및 측벽부 (92a 및 92b) 의 상면에 각각 고정되는 한쌍의 고정자부 (93a 및 93b) 가 구비되어 있다. 전체로서, 조동 스테이지 (WCS1) 는, 상면의 X 축 방향의 중앙부 및 Y 축 방향의 양측의 면이 개방된 높이가 낮은 박스형 형상을 갖는다. 더 상세하게는, 조동 스테이지 (WCS1) 에는, 그 내부에 Y 축 방향으로 관통된 공간부가 형성된다.
도 6 에 도시한 바와 같이, 조동 스테이지 (WSC1) 는, 조동 슬라이더부 (91) 의 길이 방향의 중앙의 분리선을 경계로 하여, 제 1 부분 (WCS1a) 과 제 2 부분 (WCS1b) 의 2 부분으로 분리가능하게 구성된다. 따라서, 조동 슬라이더부 (91) 는, 제 1 부분 (WCS1a) 의 일부를 구성하는 제 1 슬라이더부 (91a), 및 제 2 부분 (WCS1b) 의 일부를 구성하는 제 2 슬라이더부 (91b) 로 구성된다.
베이스 (12) 의 내부에는, 도 1 에 도시한 바와 같이, XY 2 차원 방향을 행방향과 열방향으로 하여 매트릭스의 형상으로 배치된 복수의 코일 (14) 을 포함하는, 코일 유닛이 수용된다.
코일 유닛에 대응하여, 조동 스테이지 (WCS1) 의 저면, 더 상세하게는, 제 1 슬라이더부 (91a) 및 제 2 슬라이더부 (91b) 의 저면에는, 도 2 의 (A) 에 도시한 바와 같이, XY 2 차원 방향을 행방향과 열방향으로 하여 매트릭스의 형상으로 배치된 복수의 영구 자석 (18) 으로 이루어진 자석 유닛이 제공된다. 자석 유닛은 베이스 보드 (12) 의 코일 유닛과 함께, 예를 들어, 미국 특허 제5,196,745호에 개시된 바와 같이 로렌츠 전자력 구동 방식을 이용하는 평면 모터로 이루어진 조동 스테이지 구동계 (51Aa 및 51Ab) (도 3 참조) 를 구성한다. 코일 유닛을 구성하는 코일 (14) 각각에 공급된 전류의 크기 및 방향은, 주 제어기 (20) 에 의해 제어된다 (도 3 참조).
제 1 슬라이더부 (91a) 및 제 2 슬라이더부 (91b) 각각의 저면에는, 상술된 자석 유닛의 주위에 복수의 에어 베어링 (94) 이 고정된다. 조동 스테이지 (WCS1) 의 제 1 부분 (WCS1a) 및 제 2 부분 (WCS1b) 은 각각 에어 베어링 (94) 에 의해, 베이스 보드 (12) 상에 소정의 클리어런스, 이를 테면 수 ㎛ 정도의 클리어런스에 의해 부상 지지되며, 조동 스테이지 구동계 (51Aa 및 51Ab) 에 의해 X 축 방향, Y 축 방향 및 θz 방향으로 구동된다.
통상은, 제 1 부분 (WCS1a) 및 제 2 부분 (WCS1b) 은, 록 (lock) 기구 (미도시) 를 통하여 일체로 로킹된다. 더 상세하게는, 통상은, 제 1 부분 (WCS1a) 및 제 2 부분 (WCS1b) 은 일체로 동작한다. 따라서, 다음의 설명에서는, 제 1 부분 (WCS1a) 및 제 2 부분 (WCS1b) 이 일체로 형성되도록 행해지는, 조동 스테이지 (WCS1) 를 구동하는 평면 모터로 이루어진 구동계가 조동 스테이지 구동계 (51A) 로 지칭될 것이다 (도 3 참조).
그런데, 조동 스테이지 구동계 (51A) 로서, 구동 방법은 로렌츠 전자력 구동 방식을 이용한 평면 모터로 한정되지 않고, 예를 들어, 가변 자기저항 구동 방식에 의한 평면 모터가 또한 이용될 수 있다. 이 외에, 조동 스테이지 구동계 (51A) 는 자기 부상형의 평면 모터에 의해 구성될 수 있다. 이 경우에, 에어 베어링이 조동 슬라이더부 (91) 의 저면에 배열될 필요는 없다.
한쌍의 고정자부 (93a 및 93b) 는, 각각 외형이 판상인 부재로 제조되며, 그 내부에, 미동 스테이지 (WFS1) (또는 WFS2) 를 구동하기 위한 복수의 코일로 이루어진 코일 유닛 (CUa 및 CUb) 이 수용된다. 코일 유닛 (CUa 및 CUb) 을 구성하는 코일 각각에 공급된 전류의 크기 및 방향은 주 제어기 (20) 에 의해 제어된다 (도 3 참조). 코일 유닛 (CUa 및 CUb) 의 구성은 다음의 설명에서 더욱 설명될 것이다. 미동 스테이지 (WFS1) 와 미동 스테이지 (WFS2) 는 동일하게 구성되고, 이 경우에는 조동 스테이지 (WCS1) 에 의해 비접촉식으로 유사하게 지지 및 구동되지만, 다음의 설명에서는, 대표적으로 미동 스테이지 (WFS1) 를 채택하여 설명할 것이다.
도 2 의 (A) 및 (B) 에 도시한 바와 같이, 한쌍의 고정자부 (93a 및 93b) 각각은 Y 축 방향을 길이 방향으로 하는 장방형 판상의 형상을 갖는다. 고정자부 (93a) 는 +X 측의 단부가 측벽부 (92a) 의 상면에 고정되어 있고, 고정자부 (93b) 는 -X 측의 단부가 측벽부 (92b) 의 상면에 고정되어 있다.
도 2 의 (A) 및 (B) 에 도시한 바와 같이, 미동 스테이지 (WFS1) 에는 평면도에서 X 축 방향을 길이 방향으로 하는 8 각형의 플레이트 형상 부재로 이루어지는 본체부 (81), 및 본체부 (81) 의 길이 방향의 일단 및 타단에 각각 고정되는 한쌍의 가동자부 (82a 및 82b) 가 구비되어 있다.
본체부 (81) 는, 본체부의 내부를 후술되는 인코더 시스템의 계측 빔 (레이저 빔) 이 진행할 수 있도록, 광이 투과가능한 투명 재료로 형성된다. 또한, 본체부 (81) 는 본체부의 내부에서의 레이저 빔에 대한 공기 변동 (air fluctuation) 의 영향을 저감시키기 위하여 (내부에 어떤 공간도 갖지 않는) 중실 (solid) 로 형성된다. 그런데, 투명 재료는, 저열팽창률을 갖는 것이 바람직하고, 본 실시형태의 일 예로서는, 합성 석영 (유리) 이 이용된다. 그런데, 본체부 (81) 는, 전부 투명 재료에 의해 구성될 수 있고, 또는 인코더 시스템의 계측 빔이 투과하는 부분만이 투명 재료에 의해 구성될 수 있으며, 이 계측 빔이 투과하는 부분만이 중실로 형성될 수 있다.
미동 스테이지 (WFS1) 의 본체부 (81) (더 상세하게는, 후술되는 커버 유리) 의 상면 중앙에는, 웨이퍼 (W) 를 진공 흡착 등에 의해 유지하는 웨이퍼 홀더 (미도시) 가 배열된다. 본 실시형태에서는, 예를 들어, 루프 형상의 돌출부 (림부) 내에 웨이퍼 (W) 를 지지하는 복수의 지지부 (핀 부재) 가 형성되는 소위 핀 척 방식의 웨이퍼 홀더가 이용되며, 일면 (표면) 이 웨이퍼 탑재면이 되는 웨이퍼 홀더의 타면 (이면) 에는 후술되는 그레이팅 (RG) 이 제공된다. 그런데, 웨이퍼 홀더는 미동 스테이지 (WFS1) 와 일체로 형성될 수 있고, 또는 본체부 (81) 에 대하여, 예를 들어, 정전척 기구, 클램핑 기구를 통하여, 또는 접착 등에 의해 고정될 수 있다. 전자의 경우에서는, 그레이팅 (RG) 은 미동 스테이지 (WFS1) 의 이면 측에 제공될 것이다.
또한, 본체부 (81) 의 상면에는, 웨이퍼 홀더 (웨이퍼 (W) 의 탑재 영역) 의 외측에, 도 2 의 (A) 및 (B) 에 도시한 바와 같이, 웨이퍼 (W) (웨이퍼 홀더) 보다 한 사이즈 더 큰 원형의 개구가 중앙에 형성되어 있고, 또한 본체부 (81) 에 대응하는 8 각형의 외형 (윤곽) 을 갖는 플레이트 (발액 플레이트) (83) 가 부착된다. 플레이트 (83) 의 표면은, 액체 (Lq) 에 대하여 발액화 처리된다 (발액면이 형성된다). 플레이트 (83) 는, 그의 전체 표면 (또는 그 표면의 일부) 이 웨이퍼 (W) 의 표면과 실질적으로 동일면이 되도록 본체부 (81) 의 상면에 고정된다. 또한, 플레이트 (83) 에서, 플레이트 (83) 의 -Y 측 단부에는, 도 2 의 (B) 에 도시한 바와 같이, 그 표면이 플레이트 (83) 의 표면, 더 상세하게는, 웨이퍼 (W) 의 표면과 실질적으로 동일면이 되는 상태에서 X 축 방향으로 좁은 장방형 형상을 갖는 계측 플레이트 (86) 가 설치된다. 계측 플레이트 (86) 의 표면에는, 적어도, 한쌍의 레티클 얼라인먼트계 (RA1 및 RA2) 각각에 의해 검출된 한쌍의 제 1 기준 마크, 및 프라이머리 얼라인먼트계 (AL1) 에 의해 검출된 제 2 기준 마크가 형성된다 (제 1 기준 마크와 제 2 기준 마크 양자는 도시 생략된다). 그런데, 플레이트 (83) 를 본체부 (81) 에 부착하는 대신에, 예를 들어, 웨이퍼 홀더는 미동 스테이지 (WFS1) 와 일체로 형성될 수 있고, 미동 스테이지 (WFS1) 의 웨이퍼 홀더를 둘러싸는 주변 영역 (플레이트 (83) 와 동일한 영역 (계측 플레이트 (86) 의 표면을 포함할 수 있다)) 의 상면에 발액화 처리가 실시될 수 있다.
도 2 의 (A) 에 도시한 바와 같이, 본체부 (81) 의 상면에는, 2 차원 그레이팅 (이하, 단지 그레이팅으로 지칭) (RG) 이 수평 (웨이퍼 (W) 표면에 평행) 으로 배치된다. 그레이팅 (RG) 은, 투명 재료로 이루어진 본체부 (81) 의 상면에 고정 (또는 형성) 된다. 그레이팅 (RG) 은 X 축 방향을 주기 방향으로 하는 반사형 회절 격자 (X 회절 격자) 및 Y 축 방향을 주기 방향으로 하는 반사형 회절 격자 (Y 회절 격자) 를 포함한다. 본 실시형태에서는, 본체부 (81) 상에서 2 차원 그레이팅이 고정 또는 형성되는 영역 (이하, 형성 영역) 은 일 예로서 웨이퍼 (W) 보다 한 사이즈 더 큰 원형 형상이 된다.
그레이팅 (RG) 은 예를 들어, 커버 유리 (84) 와 같은 보호 부재에 의해 커버 및 보호된다. 본 실시형태에서는, 커버 유리 (84) 의 상면에, 웨이퍼 홀더를 흡착에 의해 유지하는 전술된 유지 기구 (정전척 기구 등) 가 제공된다. 그런데, 본 실시형태에서는, 커버 유리 (84) 가 본체부 (81) 의 상면의 거의 전체면을 커버하도록 제공되지만, 커버 유리 (84) 는 그레이팅 (RG) 을 포함하는 본체부 (81) 의 상면의 일부만을 커버하도록 배열될 수 있다. 또한, 보호 부재 (커버 유리 (84)) 는 본체부 (81) 와 동일한 재료로 형성될 수 있지만, 이 외에, 보호 부재는 예를 들어, 금속 또는 세라믹으로 형성될 수 있다. 또한, 그레이팅 (RG) 을 보호하기에 충분한 두께가 요구되기 때문에 플레이트 형상의 보호 부재가 바람직하지만, 재료에 따라, 박막 보호 부재가 또한 이용될 수 있다.
그런데, 그레이팅 (RG) 의 형성 영역 중, 그 형성 영역이 웨이퍼 홀더의 주변으로 퍼지는 영역에 대응하는 커버 유리 (84) 의 일면에는, 그레이팅 (RG) 에 조사된 인코더 시스템의 계측 빔이 커버 유리 (84) 를 투과하지 않도록, 더 상세하게는, 웨이퍼 홀더의 이면의 영역의 내외에서 계측 빔의 강도가 크게 변동하지 않도록, 예를 들어, 형성 영역을 커버하는 반사 부재 (예를 들어, 박막 등) 를 제공하는 것이 바람직하다.
또한, 일면에 그레이팅 (RG) 이 고정 또는 형성되어 있는 투명 플레이트의 타면은 웨이퍼 홀더의 이면에 접촉 또는 근접하여 배치될 수 있고, 또한 그 투명 플레이트의 일면 측에는 보호 부재 (커버 유리 (84)) 가 제공될 수 있고, 또는 그레이팅 (RG) 이 고정 또는 형성되어 있는 투명 플레이트의 일면은, 보호 부재 (커버 유리 (84)) 의 배열 없이, 웨이퍼 홀더의 이면에 접촉 또는 근접하여 배치될 수 있다. 특히, 전자의 경우에서는, 투명 플레이트 대신에 세라믹과 같은 불투명 부재에 그레이팅 (RG) 이 고정 또는 형성될 수 있으며, 또는 웨이퍼 홀더의 이면에 그레이팅 (RG) 이 고정 또는 형성될 수 있다. 또는, 종래의 미동 스테이지에 의해 홀드 웨이퍼 홀더와 그레이팅 (RG) 이 단순히 유지될 수 있다. 또한, 웨이퍼 홀더는 중실의 유리 부재로 제조될 수 있으며, 그 유리 부재의 상면 (웨이퍼 탑재면) 에 그레이팅 (RG) 이 배치될 수 있다.
또한, 도 2 의 (A) 로부터 알 수 있는 바와 같이, 본체부 (81) 는 길이 방향의 일단부와 타단부의 외측으로 연장하는 연장부를 갖는 전체 8 각형의 플레이트 형상 부재로 이루어지며, 그 저면에는, 그레이팅 (RG) 에 대향하는 부분에 오목부가 형성된다. 본체부 (81) 는, 그레이팅 (RG) 이 배열된 중앙 영역이, 두께가 실질적으로 균일한 플레이트가 되도록 형성된다.
본체부 (81) 의 +X 측 및 -X 측의 연장부 각각의 상면에는, 구획 시 돌출 형상을 갖는 스페이서 (85a 및 85b) 가 제공되며, 돌출부 (89a 및 89b) 각각은 외측으로 향하여 Y 축 방향으로 연장된다.
도 2 의 (A) 및 (B) 에 도시한 바와 같이, 가동자부 (82a) 는, Y 축 방향의 사이즈 (길이) 및 X 축 방향의 사이즈 (폭) 양자가 고정자부 (93a) 보다 (절반 정도) 짧은, 평면도에서 장방형 형상을 갖는 2 개의 플레이트형 부재 (82a1 및 82a2) 를 포함한다. 이들 2 개의 플레이트형 부재 (82a1 및 82a2) 양자는, 본체부 (81) 의 길이 방향의 +X 측의 단부에 대하여, 전술된 스페이서 (85a) 의 돌출부 (89a) 를 통하여, Z 축 방향 (연직) 으로 소정 거리만큼만 이격된 상태에서, XY 평면에 평행하게 고정된다. 이 경우에, 플레이트형 부재 (82a2) 의 -X 측 단부는 스페이서 (85a) 와, 본체부 (81) 의 +X 측의 연장부에 의해 클램핑된다. 2 개의 플레이트형 부재 (82a1 및 82a2) 사이에는, 조동 스테이지 (WCS1) 의 고정자부 (93a) 의 -X 측의 단부가 비접촉식으로 삽입된다. 플레이트형 부재 (82a1 및 82a2) 의 내부에는, 후술되는 자석 유닛 (MUa1 및 MUa2) 이 수용된다.
가동자부 (82b) 는, Z 축 방향 (연직) 으로 소정 거리 유지된 2 개의 플레이트형 부재 (82b1 및 82b2) 를 포함하며, 가동자부 (82a) 와 유사하지만 좌우 대칭으로 구성된다. 2 개의 플레이트형 부재 (82b1 및 82b2) 사이에는, 조동 스테이지 (WCS) 의 고정자부 (93b) 의 +X 측의 단부가 비접촉식으로 삽입된다. 플레이트형 부재 (82b1 및 82b2) 의 내부에는, 자석 유닛 (MUa1 및 MUa2) 과 유사하게 구성되는 자석 유닛 (MUb1 및 MUb2) 이 수용된다.
여기서, 전술한 바와 같이, 조동 스테이지 (WCS1) 는, Y 축 방향으로 양측면이 개방되기 때문에, 미동 스테이지 (WFS1) 를 조동 스테이지 (WCS1) 에 부착할 때에는, 플레이트형 부재 (82a1 및 82a2, 및 82b1 및 82b2) 사이에 고정자부 (93a, 93b) 가 각각 위치하도록, 미동 스테이지 (WFS1) 의 Z 축 방향의 위치가 위치결정되어야 하며, 그 후에 미동 스테이지 (WFS1) 가 Y 축 방향으로 이동 (슬라이드) 될 수 있다.
다음에, 미동 스테이지 (WFS1) 를 조동 스테이지 (WCS1) 에 대하여 상대 구동하기 위한 미동 스테이지 구동계 (52A) 의 구성이 설명될 것이다.
미동 스테이지 구동계 (52A) 는 전술된 가동자부 (82a) 가 갖는 한쌍의 자석 유닛 (MUa1 및 MUa2), 고정자부 (93a) 가 갖는 코일 유닛 (CUa), 가동자부 (82b) 가 갖는 한쌍의 자석 유닛 (MUb1 및 MUb2), 및 고정자부 (93b) 가 갖는 코일 유닛 (CUb) 을 포함한다.
이것은 더욱 상세하게 설명될 것이다. 도 7, 도 8 의 (A) 및 도 8 의 (B) 로부터 알 수 있는 바와 같이, 고정자부 (93a) 의 내부의 -X 측의 단부에는, 평면도에서 장방형 형상을 갖고, Y 축 방향으로 등간격으로 배치되는 복수 (이 경우에는, 12 개) 의 YZ 코일 (이하, 적절히 "코일" 로 지칭) (55 및 57) 인 2 라인의 코일 열이 X 축 방향으로 소정 거리 떨어져 배치된다. YZ 코일 (55) 은 연직 방향 (Z 축 방향) 으로 중첩하도록 배치되는 평면도에서 장방형 형상의 상부 권선 (55a) 및 하부 권선 (55b) 을 갖는다. 또한, 고정자부 (93a) 의 내부의 상술된 2 라인의 코일 열 사이에는, Y 축 방향을 길이 방향으로 하는, 좁고 평면도에서 장방형 형상을 갖는 X 코일 (이하, 적절히 "코일" 로 약기) (56) 이 배치된다. 이 경우에, 2 라인의 코일 열과 및 X 코일 (56) 은 X 축 방향으로 등간격으로 배치된다. 코일 유닛 (CUa) 은 2 라인의 코일 열 및 X 코일 (56) 을 포함하여 구성된다.
그런데, 이하의 설명에서는, 한쌍의 고정자부 (93a 및 93b) 중 일방의 고정자부 (93a), 및 이 고정자부 (93a) 에 의해 지지된 가동자부 (82a) 가 도 7 내지 도 9 의 (C) 를 이용하여 설명되지만, 타방 (-X 측) 의 고정자부 (93b) 및 가동자부 (82b) 는 이들 부분과 유사하게 구성되고, 유사하게 기능한다. 따라서, 코일 유닛 (CUb), 및 자석 유닛 (MUb1 및 MUb2) 은 코일 유닛 (CUa), 및 자석 유닛 (MUa1 및 MUa2) 과 유사하게 구성된다.
미동 스테이지 (WFS1) 의 가동부 (82a) 의 일부를 구성하는 +Z 측의 플레이트형 부재 (82a1) 의 내부에는, 도 7, 도 8 의 (A) 및 도 8 의 (B) 를 참조할 때 알 수 있는 바와 같이, X 축 방향을 길이 방향으로 하고 평면도에서 장방형 형상을 갖는 복수 (이 경우에는, 10 개) 의 영구 자석 (65a 및 67a) 인 2 라인의 자석 열이 X 축 방향으로 소정 거리 떨어져 배치된다. 2 라인 자석 열은 각각 코일 (55 및 57) 에 대향하여 배치된다.
도 8 의 (B) 에 도시한 바와 같이, 복수의 영구 자석 (65a) 은, 상면 측 (+Z 측) 이 N 극이고 하면 측 (-Z 측) 이 S 극인 영구 자석, 및 상면 측 (+Z 측) 이 S 극이고 하면 측 (-Z 측) 이 N 극인 영구 자석이 Y 축 방향으로 교대로 배열되도록 구성된다. 복수의 영구 자석 (67a) 으로 이루어진 자석 열은 복수의 영구 자석 (65a) 으로 이루어진 자석 열과 유사하게 구성된다.
또한, 플레이트형 부재 (82a1) 내부의 상술된 2 라인 자석 열 사이에는, X 축 방향으로 이간하여 배치된 Y 축 방향을 길이 방향으로 하는 한쌍 (2 개) 의 영구 자석 (66a1 및 66a2) 이 코일 (56) 에 대향하여 배치된다. 도 8 의 (A) 에 도시한 바와 같이, 영구 자석 (66a1) 은, 그 상면 측 (+Z 측) 이 N 극이고 그 하면 측 (-Z 측) 이 S 극이 되도록 구성되는데 반하여, 영구 자석 (66a2) 의 경우에는, 그 상면 측 (+Z 측) 이 S 극이고, 그 하면 측 (-Z 측) 이 N 극이다.
상술된 복수의 영구 자석 (65a 및 67a, 및 66a1 및 66a2) 에 의해 자석 유닛 (MUa1) 이 구성된다.
도 8 의 (A) 에 도시한 바와 같이, 또한 -Z 측의 플레이트형 부재 (82a2) 의 내부에는, 상술된 +Z 측의 플레이트형 부재 (82a1) 와 유사한 배치로, 영구 자석 (65b, 66b1, 66b2 및 67b) 이 배치된다. 이들 영구 자석 (65b, 66b1, 66b2 및 67b) 에 의해 자석 유닛 (MUa2) 이 구성된다. 그런데, 도 7 에서, -Z 측의 플레이트형 부재 (82a2) 내부의 영구 자석 (65b, 66b1, 66b2 및 67b) 은, 지면의 깊이에서, 자석 (65a, 66a1, 66a2 및 67a) 이 위에 배치된 채 배치된다.
여기서, 미동 스테이지 구동계 (52A) 에서는, 도 8 의 (B) 에 도시한 바와 같이, Y 축 방향으로 인접하게 배치된 복수의 영구 자석 (도 8 의 (B) 에서, Y 축 방향을 따라 순차적으로 배열된 영구 자석 (65a1 내지 65a5)) 에서, 2 개의 인접한 영구 자석 (65a1 및 65a2) 이 YZ 코일 (551) 의 권선부에 각각 대향할 때, 이들 영구 자석에 인접한 영구 자석 (65a3) 이 상술된 YZ 코일 (551) 에 인접한 YZ 코일 (552) 의 권선부에 대향하지 않도록 (영구 자석 (65a3) 이 코일 중앙의 중공부, 또는 코일이 휘감기게 되는 코어, 이를 테면 철심에 대향하도록), 복수의 영구 자석 (65) 과 복수의 YZ 코일 (55) 사이의 Y 축 방향의 위치 관계 (각각의 거리) 가 설정된다. 그런데, 도 8 의 (B) 에 도시한 바와 같이, 영구 자석 (65a4 및 65a5) 각각은 YZ 코일 (552) 에 인접하는 YZ 코일 (553) 의 권선부에 대향한다. 영구 자석 (65b, 67a 및 67b) 의 Y 축 방향의 거리도 유사하다 (도 8 의 (B) 참조).
따라서, 미동 스테이지 구동계 (52A) 에서는, 일 예로서, 도 8 의 (B) 에 도시된 상태에서, 도 9 의 (A) 에 도시한 바와 같이, 코일 (551 및 553) 의 상부 권선 및 하부 권선 각각에, +Z 방향으로부터 봤을 때 시계방향의 전류가 공급되면, 코일 (551 및 553) 에는 -Y 방향의 힘 (로렌츠력) 이 작용하고, 그 반작용으로서, 영구 자석 (65a 및 65b) 에는 +Y 방향의 힘이 작용한다. 이들 힘의 작용에 의해, 미동 스테이지 (WFS1) 는 조동 스테이지 (WCS1) 에 대하여 +Y 방향으로 이동한다. 상술된 경우와 반대로, 코일 (551 및 553) 각각에, +Z 방향으로부터 봤을 때 반시계방향의 전류가 공급되면, 미동 스테이지 (WFS1) 는 조동 스테이지 (WCS1) 에 대하여 -Y 방향으로 이동한다.
코일 (57) 에 전류를 공급함으로써, 영구 자석 (67) (67a, 67b) 사이에서 전자 상호작용이 수행되며, 미동 스테이지 (WFS1) 는 Y 축 방향으로 구동될 수 있다. 주 제어기 (20) 는, 각 코일에 공급된 전류를 제어함으로써, 미동 스테이지 (WFS1) 의 Y 축 방향의 위치를 제어한다.
또한, 미동 스테이지 구동계 (52A) 에서는, 일 예로서, 도 8 의 (B) 에 도시된 상태에서, 도 9 의 (B) 에 도시한 바와 같이, 코일 (552) 의 상부 권선에 +Z 방향으로부터 봤을 때 반시계방향의 전류가 공급되고, 하부 권선에 +Z 방향으로부터 봤을 때 시계방향의 전류가 공급되면, 각각, 코일 (552) 과 영구 자석 (65a3) 사이에 흡인력, 코일 (552) 과 영구 자석 (65b3) 사이에 반발력 (척력) 이 생성되며, 이들 흡인력과 반발력에 의해, 미동 스테이지 (WFS1) 는 조동 스테이지 (WSC1) 에 대하여 하방 (-Z 방향) 으로 이동되고, 더 상세하게는, 강하하는 방향으로 이동된다. 상술된 경우와 반대 방향의 전류가 코일 (552) 의 상부 권선 및 하부 권선에 각각 공급되면, 미동 스테이지 (WFS1) 는 조동 스테이지 (WCS1) 에 대하여 상방 (+Z 방향) 으로 이동하며, 더 상세하게는 상승하는 방향으로 이동한다. 주 제어기 (20) 는 각 코일에 공급된 전류를 제어함으로써 부상 상태에 있는 미동 스테이지 (WFS1) 의 Z 축 방향의 위치를 제어한다.
또한, 도 8 의 (A) 에 도시된 상태에서, 도 9 의 (C) 에 도시한 바와 같이, 코일 (56) 에 +Z 방향으로부터 봤을 때 시계방향의 전류가 공급되면, 코일 (56) 에 +X 방향의 힘이 작용하고, 그 반작용으로서, 영구 자석 (66a1 및 66a2, 및 66b1 및 66b2) 각각에는 -X 방향의 힘이 작용하며, 미동 스테이지 (WFS1) 는 조동 스테이지 (WSC1) 에 대하여 -X 방향으로 이동된다. 또한, 상술된 경우와 반대로, 코일 (56) 에 +Z 방향으로부터 봤을 때 반시계방향의 전류가 공급되면, 영구 자석 (66a1 및 66a2, 및 66b1 및 66b2) 에 +X 방향의 힘이 작용하고, 미동 스테이지 (WFS1) 는 조동 스테이지 (WCS1) 에 대하여 +X 방향으로 이동된다. 주 제어기 (20) 는 각 코일에 공급된 전류를 제어함으로써 미동 스테이지 (WFS1) 의 X 축 방향의 위치를 제어한다.
상기 설명으로부터 명백한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 주 제어기 (20) 는, Y 축 방향으로 배열되는 복수의 YZ 코일 (55 및 57) 에 전류를 교대로 공급함으로써 미동 스테이지 (WFS1) 를 Y 축 방향으로 구동한다. 또한, 이것에 덧붙여, YZ 코일 (55 및 57) 중, 미동 스테이지 (WFS1) 를 Y 축 방향으로 구동하는데 이용되지 않은 코일에 전류를 공급함으로써, 주 제어기 (20) 는 Z 축 방향의 구동력을 Y 축 방향의 구동력과는 별개로 생성하고, 미동 스테이지 (WFS1) 를 조동 스테이지 (WCS1) 로부터 부상시킨다. 그리고, 주 제어기 (20) 는, 미동 스테이지 (WFS1) 의 Y 축 방향의 위치에 따라, 전류 공급 대상의 코일을 순차적으로 전환함으로써, 미동 스테이지 (WFS1) 의 조동 스테이지 (WCS1) 에 대한 부상 상태, 즉 비접촉 상태를 유지하면서, 미동 스테이지 (WFS1) 를 Y 축 방향으로 구동한다. 또한, 주 제어기 (20) 는 미동 스테이지 (WFS1) 를 조동 스테이지 (WCS1) 로부터 부상시킨 상태에서, 미동 스테이지 (WFS1) 를 Y 축 방향과 함께 독립하여 X 축 방향으로도 구동할 수 있다.
또한, 도 10 의 (A) 에 도시한 바와 같이, 예를 들어, 주 제어기 (20) 는, 미동 스테이지 (WFS1) 의 +X 측의 가동자부 (82a) 와 -X 측의 가동자부 (82b) 양자에 서로 상이한 크기를 갖는 구동력 (추력) 을 Y 축 방향으로 인가함으로써 (도 10 의 (A) 의 블랙 화살표 참조), 미동 스테이지 (WFS1) 를 Z 축 둘레로 회전 (θz 회전) 시킬 수 있다 (도 10 의 (A) 의 아웃라인 화살표 참조). 그런데, 도 10 의 (A) 와는 반대로, +X 측의 가동자부 (82a) 에 인가된 구동력을 -X 측보다 크게 함으로써, 미동 스테이지 (WFS1) 는 Z 축에 대하여 반시계방향으로 회전될 수 있다.
또한, 도 10 의 (B) 에 도시한 바와 같이, 주 제어기 (20) 는, 미동 스테이지 (WFS1) 의 +X 측의 가동자부 (82a) 와 -X 측의 가동자부 (82b) 양자에 서로 상이한 부상력 (도 10 의 (B) 의 블랙 화살표 참조) 을 인가함으로써, 미동 스테이지 (WFS1) 를 Y 축 둘레로 회전 (θy 구동) 시킬 수 있다 (도 10 의 (B) 의 아웃라인 화살표 참조). 그런데, 도 10 의 (B) 와는 반대로, +X 측의 가동자부 (82a) 에 인가된 부상력을 -X 측보다 크게 함으로써, 미동 스테이지 (WFS1) 는 Y 축에 대하여 반시계방향으로 회전될 수 있다.
또한, 도 10 의 (C) 에 도시한 바와 같이, 예를 들어, 주 제어기 (20) 는, 미동 스테이지 (WFS1) 의 Y 축 방향의 + 측과 - 측 양자의 가동자부 (82a 및 82b) 에 서로 상이한 부상력 (도 10 의 (C) 의 블랙 화살표 참조) 을 인가함으로써, 미동 스테이지 (WFS1) 를 X 축 둘레로 회전 (θx 구동) 시킬 수 있다 (도 10 의 (C) 의 아웃라인 화살표 참조). 그런데, 도 10 의 (C) 와는 반대로, -Y 측의 가동자부 (82a) (및 82b) 에 인가된 부상력을 +Y 측의 부상력보다 작게 함으로써, 미동 스테이지 (WFS1) 는 X 축에 대하여 반시계방향으로 회전될 수 있다.
상기 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 실시형태에서는, 미동 스테이지 구동계 (52A) 는 미동 스테이지 (WFS1) 를 조동 스테이지 (WCS1) 에 대하여 비접촉 상태로 부상 지지하고, 또한, 미동 스테이지 (WFS1) 를 조동 스테이지 (WCS1) 에 대하여, 비접촉식으로, 6 자유도 방향 (X, Y, Z, θx, θy, θz) 으로 구동할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 미동 스테이지 (WFS1) 에 부상력을 인가할 때, 고정자부 (93a) 내부에 배치된 2 라인의 코일 (55 및 57) (도 7 참조) 에 서로 반대 방향으로 전류를 공급함으로써, 예를 들어, 주 제어기 (20) 는 도 11 에 도시한 바와 같이, 가동자부 (82a) 에 대하여, 부상력 (도 11 의 블랙 화살표 참조) 과 동시에 Y 축 둘레의 회전력 (도 11 의 아웃라인 화살표 참조) 을 인가할 수 있다. 또한, 한쌍의 가동자부 (82a 및 82b) 각각에 서로 반대 방향으로 Y 축 둘레의 회전력을 인가함으로써, 주 제어기 (20) 는 미동 스테이지 (WFS1) 의 중앙부를 +Z 방향 또는 -Z 방향으로 편향시킬 수 있다 (도 11 의 해치 화살표 참조). 따라서, 도 11 에 도시한 바와 같이, 미동 스테이지 (WFS1) 의 중앙부를 +Z 방향으로 굽힘으로써, 웨이퍼 (W) 및 본체부 (81) 의 자중으로 인한 미동 스테이지 (WFS1) (본체부 (81)) 의 X 축 방향의 중간 부분의 편향이 상쇄될 수 있고, 웨이퍼 (W) 표면의 XY 평면 (수평면) 에 대한 평행도가 확보될 수 있다. 이는 웨이퍼 (W) 가 대직경화되고 미동 스테이지 (WFS1) 가 또한 대형화되는 경우에 특히 효과적이다.
또한, 웨이퍼 (W) 가 자중 등에 의해 변형되면, 조명광 (IL) 의 조명 영역 (노광 영역 (IA)) 내에서, 미동 스테이지 (WFS1) 상에 탑재된 웨이퍼 (W) 의 표면이 더이상 투영 광학계 (PL) 의 초점 심도의 범위 내에 있지 않을 위험이 있다. 따라서, 주 제어기 (20) 가 미동 스테이지 (WFS1) 의 X 축 방향의 중앙부를 +Z 방향으로 편향시키는 상술된 경우와 유사하게, 한쌍의 가동자부 (82a 및 82b) 각각에 서로 반대 방향의 Y 축 둘레의 회전력을 인가함으로써, 웨이퍼 (W) 는 실질적으로 평탄하게 변형되고, 노광 영역 (IA) 내의 웨이퍼 (W) 의 표면은 투영 광학계 (PL) 의 초점 심도의 범위 내에 들어갈 수 있다. 그런데, 도 11 은, 미동 스테이지 (WFS1) 가 +Z 방향 (볼록 형상) 으로 구부러지게 되는 예를 도시하지만, 코일에 공급된 전류의 방향을 제어함으로써, 이것과 반대 방향 (오목 형상) 으로 미동 스테이지 (WFS1) 가 또한 구부러지게 될 수 있다.
그런데, 자중에 의해 야기된 편향의 보정 및/또는 포커스 레벨링 제어의 경우는 물론, 웨이퍼 (W) 의 샷 영역 내의 소정 점이 노광 영역 (IA) 을 횡단하는 동안에, 초점 심도의 범위 내에서 그 소정 점의 Z 축 방향의 위치를 변화시킴으로써 실질적으로 초점 심도를 증대시키는 초해상 기술을 채용하는 경우에도, 미동 스테이지 (WFS) (및 이 스테이지에 의해 유지된 웨이퍼 (W)) 를 Y 축에 수직인 면 (XZ 면) 내에서 오목 형상 또는 볼록 형상으로 변형시키는 수법이 적용될 수 있다.
본 실시형태의 노광 장치 (100) 에서는, 웨이퍼 (W) 에 대한 스텝-앤드-스캔 방식의 노광 동작 시에, 미동 스테이지 (WFS1) 의 XY 평면 내의 위치 정보 (θz 방향의 위치 정보를 포함) 는 주 제어기 (20) 에 의해, 후술되는 미동 스테이지 위치 계측계 (70A) 의 인코더 시스템 (73) (도 3 참조) 을 이용하여 계측된다. 미동 스테이지 (WFS1) 의 위치 정보는 주 제어기 (20) 로 전송되며, 주 제어기 (20) 는 그 위치 정보에 기초하여 미동 스테이지 (WFS1) 의 위치를 제어한다.
한편, 웨이퍼 스테이지 (WST1) (미동 스테이지 (WFS1)) 가 미동 스테이지 위치 계측계 (70A) 의 계측 영역 밖에 위치하는 경우에는, 웨이퍼 스테이지 (WST1) (미동 스테이지 (WFS1)) 의 위치 정보는 주 제어기 (20) 에 의해, 웨이퍼 스테이지 위치 계측계 (16A) (도 1 및 도 3 참조) 를 이용하여 계측된다. 도 1 에 도시한 바와 같이, 웨이퍼 스테이지 위치 계측계 (16A) 는 조동 스테이지 (WCS1) 측면에 경면 가공 (mirror-polishing) 에 의해 형성된 반사면에 계측 빔을 조사하고 웨이퍼 스테이지 (WST1) 의 XY 평면 내의 위치 정보를 계측하는 레이저 간섭계를 포함한다. 그런데, 도 1 에는 도시가 생략되지만, 실제로는, 조동 스테이지 (WCS1) 에는, Y 축에 수직인 Y 반사면과 X 축에 수직인 X 반사면이 형성되고, 이들 면에 대응하여, X 반사면과 Y 반사면에 각각 계측 빔을 조사하는 X 간섭계 및 Y 간섭계가 제공된다. 그런데, 웨이퍼 스테이지 위치 계측계 (16A) 에서는, 예를 들어, Y 간섭계는 복수의 계측 축을 갖고, 그 계측 축 각각의 출력에 기초하여, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 의 θz 방향의 위치 정보 (회전 정보) 가 또한 계측될 수 있다. 그런데, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 의 XY 평면 내의 위치 정보는, 상술된 웨이퍼 스테이지 위치 계측계 (16A) 대신에, 다른 계측 디바이스, 이를 테면 인코더 시스템을 이용하여 계측될 수 있다. 이 경우에는, 예를 들어, 베이스 보드 (12) 의 상면 상에 2 차원 스케일이 배치될 수 있고, 조동 스테이지 (WCS1) 의 저면에 인코더 헤드가 배열될 수 있다.
전술한 바와 같이, 미동 스테이지 (WFS2) 는 상술된 미동 스테이지 (WFS1) 와 동일하게 구성되며, 미동 스테이지 (WFS1) 대신에 조동 스테이지 (WCS1) 에 의해 비접촉식으로 지지될 수 있다. 이 경우에, 조동 스테이지 (WCS1), 및 조동 스테이지 (WCS1) 에 의해 지지된 미동 스테이지 (WFS2) 는 웨이퍼 스테이지 (WST1) 를 구성하며, 미동 스테이지 (WFS2) 에 구비된 한쌍의 가동자부 (각 한쌍의 자석 유닛 (MUa1 및 MUa2, 및 MUb1 및 MUb2)) 및 조동 스테이지 (WCS1) 의 한쌍의 고정자부 (93a 및 93b) (코일 유닛 (CUa 및 CUb)) 는 미동 스테이지 구동계 (52A) 를 구성한다. 그리고, 이 미동 스테이지 구동계 (52A) 에 의해, 미동 스테이지 (WFS2) 는 조동 스테이지 (WCS1) 에 대하여 비접촉식으로 6 자유도 방향으로 구동된다.
또한, 미동 스테이지 (WFS2 및 WFS1) 는 각각 그들을 조동 스테이지 (WCS2) 가 비접촉식으로 지지하게 할 수 있으며, 조동 스테이지 (WCS2), 및 조동 스테이지 (WCS2) 에 의해 지지된 미동 스테이지 (WFS2 또는 WFS1) 는 웨이퍼 스테이지 (WST2) 를 구성한다. 이 경우에, 미동 스테이지 (WFS2 또는 WFS1) 에 구비된 한쌍의 가동자부 (각 한쌍의 자석 유닛 (MUa1 및 MUa2, 및 MUb1 및 MUb2)) 및 조동 스테이지 (WCS2) 의 한쌍의 고정자부 (93a 및 93b) (코일 유닛 (CUa 및 CUb)) 는 미동 스테이지 구동계 (52B) (도 3 참조) 를 구성한다. 그리고, 이 미동 스테이지 구동계 (52B) 에 의해, 미동 스테이지 (WFS2 또는 WFS1) 는 조동 스테이지 (WCS2) 에 대하여 비접촉식으로 6 자유도 방향으로 구동된다.
다시 도 1 을 참조하면, 릴레이 스테이지 (DRST) 에는, 조동 스테이지 (WCS1 및 WCS2) 와 유사 (그러나, 제 1 부분과 제 2 부분으로 분리될 수 있도록 구성되는 것은 아니다) 하게 구성된 스테이지 본체 (44), 및 스테이지 본체 (44) 의 내부에 제공된 반송 장치 (46) (도 3 참조) 가 구비되어 있다. 따라서, 스테이지 본체 (44) 는 조동 스테이지 (WCS1 및 WCS2) 에서처럼 미동 스테이지 (WFS1 또는 WFS2) 를 비접촉식으로 지지 (유지) 할 수 있으며, 릴레이 스테이지 (DRST) 에 의해 지지된 미동 스테이지는 미동 스테이지 구동계 (52C) (도 3 참조) 에 의해, 릴레이 스테이지 (DRST) 에 대하여 6 자유도 방향 (X, Y, Z, θx, θy 및 θz) 으로 구동될 수 있다. 그러나, 미동 스테이지는 릴레이 스테이지 (DRST) 에 대하여 적어도 Y 축 방향으로 슬라이드가능해야 한다.
반송 장치 (46) 에는, 릴레이 스테이지 (DRST) 의 스테이지 본체 (44) 의 X 축 방향의 양 측벽을 따라 Y 축 방향으로 소정 스트로크로 왕복 이동가능하고, 또한 Z 축 방향으로 소정 스트로크로 연직 이동가능한 반송 부재 본체, 미동 스테이지 (WFS1 또는 WFS2) 를 유지하면서 반송 부재 본체에 대하여 Y 축 방향으로 상대 이동할 수 있는 가동 부재를 포함하는 반송 부재 (48), 및 반송 부재 (48) 를 구성하는 반송 부재 본체 및 가동 부재를 개별적으로 구동할 수 있는 반송 부재 구동계 (54) (도 3 참조) 가 구비되어 있다.
다음에, 보조 스테이지 (AST) 가 설명된다. 도 12 의 (A), (B) 및 (C) 는, 각각, 투영 광학계 (PL) 바로 아래에 위치하는 보조 스테이지 (AST) 의 측면도 (+Y 방향으로부터 본 도면), 정면도 (+X 방향으로부터 본 도면) 및 평면도 (+Z 방향으로부터 본 도면) 를 도시한다. 도 12 의 (A) 내지 (C) 로부터 알 수 있는 바와 같이, 보조 스테이지 (AST) 에는, 평면도에서 (+Z 방향으로부터 봤을 때) X 축 방향을 길이 방향으로 하는 장방형 형상의 슬라이더부 (60a), 슬라이더부 (60a) 의 상면의 -X 측 절반부에 고정된 사각주상의 지지부 (66b), 지지부 (60b) 에 의해 -X 측 절반부가 지지되는 장방형 형상의 테이블 (60c), 및 테이블 (60c) 의 상면에 고정된 플레이트형 블레이드 (BL) 가 구비되어 있다.
슬라이더부 (60b) 의 저면에는, 도시되어 있지는 않지만, 베이스 보드 (12) 의 코일 유닛과 함께, 로렌츠 전자력 구동 방식을 이용한 평면 모터로 이루어진 보조 스테이지 구동계 (58) (도 3 참조) 를 구성하는, 복수의 영구 자석으로 이루어진 자석 유닛이 제공된다. 슬라이더부 (60a) 의 저면에는, 상술된 자석 유닛의 주위에 복수의 에어 베어링이 고정된다. 보조 스테이지 (AST) 는 복수의 에어 베어링에 의해, 베이스 보드 (12) 의 상방에 소정의 클리어런스, 이를 테면, 수 ㎛ 정도의 클리어런스에 의해 부상 지지되고, 보조 스테이지 구동계 (58) 에 의해, X 축 방향 및 Y 축 방향으로 구동된다.
통상은, 보조 스테이지 (AST) 는 도 19 에 도시한 바와 같이, 계측 아암 (71A) 의 -X 측에 소정 거리 이상 이격된 대기 위치에서 대기한다. 보조 스테이지 (AST) 의 일부를 블레이드 (BL) 가 구성하기 때문에, 보조 스테이지 (AST) 가 XY 평면 내에서 구동되면, 블레이드 (BL) 가 또한 XY 평면 내에서 구동된다. 더 상세하게는, 보조 스테이지 구동계 (58) 는 또한 블레이드 (BL) 를 X 축 방향 및 Y 축 방향으로 구동하는 블레이드 구동계의 역할을 한다.
도 12 의 (B) 및 (C) 에 도시한 바와 같이, 블레이드 (BL) 는, +Y 단부의 일부가 다른 부분보다 돌출된 개략 장방형 형상을 갖는 플레이트 부재로 이루어지고, 그 돌출부가 테이블 (60c) 의 상면으로부터 돌출하는 상태에서, 테이블 (60c) 의 상면에 고정된다.
블레이드 (BL) 의 상면은 액체 (Lq) 에 대하여 발액성 (liquid repellency) 을 갖는다. 블레이드 (BL) 는 예를 들어, 스테인리스강 등의 금속제 기재, 및 그 기재의 표면 상에 형성된 발액성 재료의 필름을 포함한다. 발액성 재료는 예를 들어, PFA (테트라 플루오로 에틸렌 퍼플루오로 알킬비닐 에테르 코폴리머), PTFE (폴리 테트라 플루오로 에틸렌), 테플론 (등록 상표) 등을 포함한다. 그런데, 필름을 형성하는 재료는 아크릴계 수지 또는 실리콘계 수지일 수 있다. 또한, 블레이드 (BL) 전체가 PFA, PTFE, 테플론 (등록 상표), 아크릴계 수지 및 실리콘계 수지 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 본 실시형태에서, 액체 (Lq) 에 대한 블레이드 (BL) 의 상면의 접촉각은 예를 들어 90 도 이상이다.
보조 스테이지 (AST) 는 계측 아암 (71A) 과 -X 측으로부터 소정의 공간을 통하여 계합가능하고, 그 계합 상태에서는, 블레이드 (BL) 가 계측 아암 (71A) 바로 위에 위치한다. 또한, 블레이드 (BL) 는, 조동 스테이지 (WCS1) 에 의해 지지되는 미동 스테이지 (WFS1) (또는 WFS2) 와 -Y 측으로부터 접촉 또는 근접할 수 있으며, 미동 스테이지 (WFS1) (또는 WFS2) 의 상면과 접촉 또는 근접 상태에서, 외관상 완전히 평탄한 면 (예를 들어, 도 20 참조) 이 형성된다. 블레이드 (BL) (보조 스테이지 (AST)) 는 보조 스테이지 구동계 (58) 를 통하여 주 제어기 (20) 에 의해 구동되며, 미동 스테이지 (WFS1) (또는 WFS2) 와의 사이에서 액침 공간 (액체 (Lq)) 의 전달을 수행한다. 그런데, 블레이드 (BL) 와 미동 스테이지 (WFS1) (또는 WFS2) 사이의 액침 공간 (액체 (Lq)) 의 전달은 후술될 것이다.
테이블 (60c) 의 내부에는, 투영 광학계의 광학 특성을 계측하기 위한 다양한 계측기, 예를 들어, 조도 얼룩 센서 (미도시), 파면 수차 계측기 (미도시), 공간 이미지 계측기 (61) 등이 제공된다. 조도 얼룩 센서로서는, 예를 들어, 일본 미심사 특허 출원 공개 소57-117238호 (대응하는 미국 특허 제4,465,368호) 등에 개시된 구성을 갖는 센서가 채용될 수 있다. 파면 수차 계측기로서는, 예를 들어, PCT 국제 공개 제03/065428호 등에 개시되는 Shack-Hartman 방식에 의한 계측기가 채용될 수 있다. 또한, 공간 이미지 계측기 (61) 로서는, 예를 들어, 일본 미심사 특허 출원 공개 제2002-014005호 (대응하는 미국 특허 출원 공개 제2002/0041377호) 등에 개시된 구성을 갖는 계측기가 채용될 수 있다.
도 12 의 (A) 는 공간 이미지 계측기 (61) 의 구성을 대표적으로 도시한다. 이 경우에, 예를 들어, 도 5 에 도시한 바와 같이, 블레이드 (BL) 를 포함하는 테이블 (60c) 의 두께는 미동 스테이지 (WFS1 및 WFS2) 와 대략 동일한 두께이다. 공간 이미지 계측기 (61) 는 보조 스테이지 (AST) (테이블 (60c)) 의 상면 및 내부에 배치된 광학 부재, 예를 들어, 슬릿 플레이트 (61a), 미러 (61b 및 61c), 송광 렌즈 (61d) 및 다른 부재를 포함하는 광학계, 및 메인 프레임 (BD) 에 고정된 광검출계, 더 상세하게는, 광검출 렌즈 (62a), 및 광 센서 (62b) 를 갖는다.
슬릿 플레이트 (61a) 는, 그의 상면이 블레이드 (BL) 의 상면과 동일면이 되도록, 블레이드 (BL) 를 구성하는 플레이트 부재에 형성된 원형 개구를 폐쇄한 상태에서 배치되고, 그 플레이트 부재와 함께, 외관상 일체로 완전히 평탄한 블레이드 (BL) 를 구성한다. 여기서, 슬릿 플레이트 (61a) 의 상면, 더 상세하게는, 블레이드 (BL) 의 상면의 높이는, 조동 스테이지 (WCS1) (또는 WCS2) 에 의해 지지된 미동 스테이지 (WFS1) (또는 WFS2) 의 상면, 및 미동 스테이지 (WFS1) (또는 WFS2) 에 탑재된 웨이퍼 (W) 의 표면의 높이와 대략 동일하다. 슬릿 플레이트 (61a) 는, 조명광 (IL) 에 대하여 높은 투과성을 갖는 합성 석영 또는 플루오라이트에 의해 형성된 원형의 수광 유리, 그 상면의 중앙의 원형 영역 외에 형성된 알루미늄 등의 금속 박막으로 이루어진 반사막 (차광막의 역할도 함), 및 원형 영역 내에 형성된 크롬 박막으로 이루어진 차광막을 갖는다. 차광막 (슬릿 플레이트 (61a)) 에는, 도 13 의 (A) 에 도시한 바와 같이, Y 축 방향을 길이 방향으로 하는 소정 폭 (예를 들어, 0.2㎛) 을 갖는 개구 패턴 (X 슬릿) (61X), 및 X 축 방향을 길이 방향으로 하는 소정 폭 (예를 들어. 0.2㎛) 을 갖는 개구 패턴 (Y 슬릿) 이 패터닝에 의해 형성된다.
슬릿 플레이트 (61a) 의 하방에는, 미러 (61b) 가 광축 (AX) 에 대하여 45도의 각도로 경사져 제공된다. 따라서, 슬릿 플레이트 (61a) 를 통하여 연직 하방 (-Z 방향) 으로 입사하는 조명광 (IL) (이미지 광속) 은 미러 (61b) 에 의해 그 광로가 -X 방향으로 구부러진다. 또한, 구부러진 조명광 (IL) 의 광로 상에는, 그 광로를 연직 상방 (+Z 방향) 으로 구부리는 미러 (61c) 가 배치된다. 미러 (61c) 에 의해 광로가 구부러지는 조명광 (IL) 을 테이블 (60c) 의 외부로 송출하는 송광 렌즈 (61d) 가 테이블 (60c) 의 상면에 고정된다. 또한, 슬릿 플레이트 (61a) 로부터 송광 렌즈 (61d) 까지의 광로 상에는, 적절히 렌즈가 배치된다.
송광 렌즈 (61d) 의 상방 (+Z 방향) 의 메인 프레임 (BD) 의 하면에는, 광검출계 (62) 가, 그 수용체의 일부가 메인 프레임 (BD) 의 외부에 노출된 상태에서 고정된다. 수용체 내에는, 광검출계 (62) 를 구성하는 광검출 렌즈 (62a) 및 광 센서 (62b) 가 배치된다. 여기서, 광검출 렌즈 (62a) 는 수용체의 하방 측 (-Z 측) 의 개구에 고정되고, 광 센서 (62b) 는 광검출 렌즈 (62a) 의 상방 측 (+Z 측) 에 하향 (-Z 방향) 으로 고정된다. 광 센서 (62b) 로서는, 희미한 광을 양호한 정밀도로 검출하는 광전 변환 소자 (수광 소자), 예를 들어, 포토 멀티플라이어 튜브 (PMT, 광전자 증배관) 등이 이용된다.
광검출계 (62) (광 센서 (62b)) 의 출력 신호는 예를 들어, 증폭기, A/D 컨버터 (통상, 16 비트 분해능을 갖는 컨버터가 이용된다) 등을 포함하는 신호 처리 디바이스 (미도시) 로 전송되며, 신호 처리 디바이스에 의해 소정의 신호 처리가 실시된 후, 그 신호는 주 제어기 (20) 로 전송된다.
공간 이미지 계측기 (61) 를 이용하여 투영 광학계 (PL) 의 광학 특성을 계측할 때에는, 주 제어기 (20) 는 도 12 의 (A) 내지 (C) 에 도시한 바와 같이, 슬릿 플레이트 (61a) 를, 예를 들어, 투영 광학계 (PL) 의 광축 (AX) 상에 위치시키기 위하여, 보조 스테이지 (AST) 를 투영 광학계 (PL) 바로 아래로 이동시킨다. 동시에, 주 제어기 (20) 는 레티클 스테이지 (RST) 상에 제공된 레티클 기준 플레이트 (RFM) (도 13 의 (B) 참조) 를, 예를 들어, 광축 (AX) 상에 위치시키기 위하여 레티클 스테이지 (RST) 를 구동한다. 여기서, 레티클 기준 플레이트 (RFM) 에는, 도 13 의 (B) 에 도시한 바와 같이, Y 축 방향을 길이 방향으로 하는 소정 폭 (예를 들어, 0.8㎛, 1㎛ 또는 1.6㎛) 을 갖는 개구 패턴이 X 축 방향으로 복수 배열되어 있는 X 계측용 마크 (PMX), 및 X 축 방향을 길이 방향으로 하는 소정 폭 (예를 들어, 0.8㎛, 1㎛ 또는 1.6㎛) 을 갖는 개구 패턴이 Y 축 방향으로 복수 배열되어 있는 Y 계측용 마크 (PMY) 가 형성된다.
주 제어기 (20) 는 조명광 (IL) 을 레티클 기준 플레이트 (RFM) 의 X 계측용 마크 (PMX) (또는 Y 계측용 마크 (PMY)), 투영 광학계 (PL) 및 액침 공간 (액체 (Lq)) 을 통하여, 슬릿 플레이트 (61a) 에 투사하면서, 보조 스테이지 구동계 (58) 를 통하여, 도 13 의 (C) (또는 도 13 의 (D)) 의 아웃라인 화살표에 의해 도시된 바와 같이, 보조 스테이지 (AST) (슬릿 플레이트 (61a)) 를 X 축 방향 (또는 Y 축 방향) 으로 구동하여, X 계측용 마크 (PMX) (또는 Y 계측용 마크 (PMY)) 의 투영 이미지에 대하여 슬릿 플레이트 (61a) 의 X 슬릿 (61X) (또는 Y 슬릿 (61Y)) 을 X 축 방향 (또는 Y 축 방향) 으로 주사한다.
도 13 의 (C) 는 상술된 조명광 (IL) 의 투사에 의해, 슬릿 플레이트 (61a) 를 포함하는 블레이드 (BL) 를 구성하는 플레이트 부재 상에 투영된 X 계측용 마크 (PMX) 의 이미지 (도면에 파선으로 표시) 에 대하여 X 슬릿 (61X) 이 주사되는 상태를 도시한다. 또한, 도 13 의 (D) 는 슬릿 플레이트 (61a) 를 포함하는 블레이드 (BL) 를 구성하는 플레이트 부재 상에 투영된 Y 계측용 마크 (PMY) 의 이미지 (도면에 파선으로 표시) 에 대하여 Y 슬릿 (61Y) 이 주사되는 상태를 도시한다.
상술된 슬릿 플레이트 (61a) 의 주사 중에, 조명광 (IL) 은 X 슬릿 (61X) (또는 Y 슬릿 (61Y)) 을 투과한 후, 순차적으로 미러 (61b 및 61c) 및 송광 렌즈 (61d) 를 통하여 테이블 (60c) 의 외부로 도출된다. 외부로 도출된 조명광 (IL) 은 광검출계 (62) 에 의해 수광되고, 조명광 (IL) 의 광량 신호가 신호 처리 디바이스 (미도시) 를 통과한 후 주 제어기 (20) 로 전송된다.
주사 중에, 주 제어기 (20) 는 광검출계 (62) 로부터의 광량 신호를 보조 스테이지 (AST) 의 위치 정보와 함께 취입한다. 이에 의해, 주 제어기 (20) 는 X 계측용 마크 (PMX) (또는 Y 계측용 마크 (PMY)) 의 투영 이미지 (공간 이미지) 의 프로파일 (공간 이미지 프로파일) 을 얻는다.
다음에, 도 1 에 도시된 얼라이너 (99) 의 구체적인 구성 등이 도 14 를 참조하여 설명된다.
도 14 는, 메인 프레임 (BD) 이 일부 파단된 상태에서, 얼라이너 (99) 의 사시도를 도시한다. 상술한 바와 같이, 얼라이너 (99) 에는, 프라이머리 얼라인먼트계 (AL1) 및 4 개의 세컨더리 얼라인먼트계 (AL21, AL22, AL23 및 AL24) 가 구비되어 있다. 프라이머리 얼라인먼트계 (AL1) 의 +X 측에 배치된 한쌍의 세컨더리 얼라인먼트계 (AL21 및 AL22) 및 -X 측에 배치된 한쌍의 세컨더리 얼라인먼트계 (AL23 및 AL24) 는 프라이머리 얼라인먼트계 (AL1) 를 중심으로 하여 좌우 대칭 구성을 갖는다. 또한, 예를 들어, PCT 국제 공개 제2008/056735호 (대응하는 미국 특허 출원 공개 제2009/0233234호) 에 개시된 바와 같이, 세컨더리 얼라인먼트계 (AL21 내지 AL24) 는 후술되는 슬라이더, 구동 기구 등을 포함하는 구동 시스템에 의해 독립적으로 이동가능하다.
프라이머리 얼라인먼트계 (AL1) 는 지지 부재 (202) 를 통하여, 메인 프레임 (BD) 의 하면에 매달린 상태로 지지된다. 프라이머리 얼라인먼트계 (AL1) 로서는, 예를 들어, 웨이퍼 상의 레지스트를 노광시키지 않는 브로드밴드 검출 빔을 대상 마크에 조사하고, 그 대상 마크로부터의 반사 광에 의해 수광면 상에 형성된 대상 마크의 이미지 및 지표 (각 얼라인먼트계 내에 배열된 지표 플레이트 상의 지표 패턴) (미도시) 의 이미지를 촬상 소자 (이를 테면 CCD) 를 이용하여 촬상한 후, 그들의 이미징 신호를 출력하는 이미지 처리 방식에 의한 FIA (Field Image Alignment) 계가 이용된다. 이 프라이머리 얼라인먼트계 (AL1) 로부터의 이미징 신호는 주 제어기 (20) 로 공급된다 (도 3 참조).
세컨더리 얼라인먼트계 (AL21 및 AL22) 의 상면에는 각각 슬라이더 (SL1 및 SL2) 가 고정된다. 슬라이더 (SL1 및 SL2) 의 +Z 측에는, 메인 프레임 (BD) 의 하면에 고정된 FIA 정반 (302) 이 제공된다. 또한, 세컨더리 얼라인먼트계 (AL23 및 AL24) 의 상면에는 각각 슬라이더 (SL3 및 SL4) 가 고정된다. 슬라이더 (SL3 및 SL4) 의 +Z 측에는, 메인 프레임 (BD) 의 하면에 고정된 FIA 정반 (102) 이 제공된다.
세컨더리 얼라인먼트계 (AL24) 는 프라이머리 얼라인먼트계 (AL1) 처럼 FIA 계이며, 내부에 렌즈와 같은 광학 부재가 배열된 대략 L 자 형상의 배럴 (109) 을 포함한다. 배럴 (109) 의 Y 축 방향으로 연장하는 부분의 상면 (+Z 측의 면) 에는, 전술된 슬라이더 (SL4) 가 고정되고, 이 슬라이더 (SL4) 는 전술된 FIA 정반 (102) 에 대향하여 배열된다.
FIA 정반 (102) 은 저열팽창률을 또한 갖는 자성체인 부재 (예를 들어, 인바 (invar) 등) 로 제조되며, 그 정반의 일부 (+Y 측의 단부 근방) 에 복수의 전기자 코일을 포함하는 전기자 유닛이 배열된다. 일 예로서, 전기자 유닛은 2 개의 Y 구동용 코일 및 한쌍의 X 구동용 코일군을 포함한다. 또한, FIA 정반 (102) 의 내부에는, 액체 유로 (미도시) 가 형성되며, 그 액체 유로를 통하여 흐르는 냉각용 액체에 의해, FIA 정반 (102) 의 온도가 소정 온도로 제어 (냉각) 된다.
슬라이더 (SL4) 는 슬라이더 본체, 그 슬라이더 본체에 제공된 복수의 기체 정압 베어링, 복수의 영구 자석, 및 자석 유닛을 포함한다. 기체 정압 베어링으로서는, FIA 정반 (102) 내의 기체 유로를 통하여 기체를 공급하는 소위 그라운드 급기형의 기체 정압 베어링이 이용된다. 복수의 영구 자석은 전술된 자성체로 제조된 FIA 정반 (102) 에 대향하고, 복수의 영구 자석과 FIA 정반 (102) 사이에는, 자기적 흡인력이 계속 작용한다. 따라서, 복수의 기체 정압 베어링에 기체가 공급되지 않는 동안은, 자기적 흡인력에 의해, 슬라이더 (SL4) 가 FIA 정반 (102) 의 하면에 최근접 이동 (접촉) 한다. 복수의 기체 정압 베어링에 기체가 공급되면, 기체의 정압으로 인해, FIA 정반 (102) 과 슬라이더 (SL4) 사이에 척력이 발생한다. 자기적 흡인력과 기체의 정압 (척력) 사이의 밸런스에 의해, 슬라이더 (SL4) 는, 그 상면과 FIA 정반 (102) 의 하면 사이에 소정의 클리어런스가 형성된 상태에서 보유 (유지) 된다. 이하에서는, 전자는 "착지 상태" 로 지칭되고, 후자는 "부상 상태" 로 지칭된다.
자석 유닛은 전술된 전기자 유닛에 대응하여 제공되고, 본 실시형태에서는, 자석 유닛과 전기자 유닛 (2 개의 Y 구동용 코일 및 한쌍의 X 구동용 코일군) 사이의 전자 상호작용에 의해, 슬라이더 (SL4) 에, X 축 방향의 구동력, Y 축 방향의 구동력, 및 Z 축 둘레의 회전 (θz) 방향의 구동력이 인가될 수 있다. 그런데, 이하의 설명에서는, 상술된 자석 유닛 및 전기자 유닛에 의해 구성된 구동 기구 (액추에이터) 가 "얼라인먼트계 모터" 로 지칭된다.
세컨더리 얼라인먼트계 (AL24) 의 +X 측에 배치된 세컨더리 얼라인먼트계 (AL23) 는 상술된 세컨더리 얼라인먼트계 (AL24) 와 유사하게 구성되며, 슬라이더 (SL3) 는 슬라이더 (SL4) 와 거의 동일하게 구성된다. 또한, 슬라이더 (SL3) 와 FIA 정반 (102) 사이에는, 전술된 구동 기구에서와 같은 구동 기구 (얼라인먼트계 모터) 가 제공된다.
세컨더리 얼라인먼트계 (AL24 및 AL23) 를 구동 (위치를 조정) 할 때, 주 제어기 (20) 는 전술된 기체 정압 베어링에 기체를 공급하고, 슬라이더 (SL4 및 SL3) 와 FIA 정반 (102) 사이에 소정의 클리어런스를 형성함으로써, 슬라이더 (SL4 및 SL3) 를 상술된 부상 상태로 이동시킨다. 그 후, 부상 상태를 유지한 상태에서, 계측 디바이스 (미도시) 의 계측값에 기초하여, 얼라인먼트계 모터 각각을 구성하는 전기자 유닛에 공급된 전류를 제어함으로써, 주 제어기 (20) 는 슬라이더 (SL4) (세컨더리 얼라인먼트계 (AL24)) 및 슬라이더 (SL3) (세컨더리 얼라인먼트계 (AL23)) 를 X 축, Y 축 및 θz 방향으로 미소 구동한다.
다시 도 14 를 참조하면, 세컨더리 얼라인먼트계 (AL21 및 AL22) 는 또한, 상술된 세컨더리 얼라인먼트계 (AL23 및 AL24) 와 같은 구성을 갖지만, 슬라이더 (SL2) 는 상술된 슬라이더 (SL3) 와 좌우 대칭의 구성을 갖고, 슬라이더 (SL1) 는 상술된 슬라이더 (SL4) 와 좌우 대칭의 구성을 갖는다. 또한, FIA 정반 (302) 의 구성은 상술된 FIA 정반 (102) 의 구성과 좌우 대칭이다.
다음에, 노광 스테이션 (200) 에서 조동 스테이지 (WCS1) 에 의해 이동가능하게 유지되는 (웨이퍼 스테이지 (WST1) 를 구성하는) 미동 스테이지 (WFS1 또는 WFS2) 의 위치 정보를 계측하는데 이용되는 미동 스테이지 위치 계측계 (70A) (도 3 참조) 의 구성이 설명된다. 이 경우에는, 미동 스테이지 위치 계측계 (70A) 가 미동 스테이지 (WFS1) 의 위치 정보를 계측하는 경우가 설명된다.
도 1 에 도시한 바와 같이, 미동 스테이지 위치 계측계 (70A) 에는, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 가 투영 광학계 (PL) 하방에 배치된 상태에서, 조동 스테이지 (WCS1) 내부의 공간부 내에 삽입되는 아암 부재 (계측 아암 (71A)) 가 구비된다. 계측 아암 (71A) 은 노광 장치 (100) 의 메인 프레임 (BD) 에 의해 지지 부재 (72A) 를 통하여 캔틸레버 상태로 지지된다 (일 단부 근방이 지지된다). 그런데, 아암 부재가 웨이퍼 스테이지의 이동을 방해하지 않는 구성이 채용되는 경우에는, 이 구성은 캔틸레버 지지로 한정되지 않고, 그 길이 방향의 양 단부가 지지될 수 있다. 또한, 아암 부재는 전술된 그레이팅 (RG) (XY 평면과 실질적으로 평행한 그 배치면) 보다 하방 (-Z 측) 에 또한 위치되어야 하며, 예를 들어, 베이스 보드 (12) 의 상면보다 하방에 배치될 수 있다. 또한, 아암 부재는 메인 프레임 (BD) 에 의해 지지될 것이지만, 예를 들어, 아암 부재는 방진 기구를 통하여 설치면 (이를 테면, 바닥면) 상에 설치될 수 있다. 이 경우, 메인 프레임 (BD) 과 아암 부재 사이의 상대 위치 관계를 계측하는 계측 디바이스를 배열하는 것이 바람직하다. 아암 부재는 또한 메트롤로지 아암 또는 계측용 부재로 지칭될 수 있다.
계측 아암 (71A) 은 Y 축 방향을 길이 방향으로 하고, 폭 방향 (X 축 방향) 의 사이즈보다 높이 방향 (Z 축 방향) 의 사이즈가 더 큰 세로의 장방형 단면을 갖는 사각주상 (즉, 직방체상) 부재이며, 광을 투과하는 동일한 재료, 이를 테면 유리 부재가 복수 첨부되어 제조된다. 계측 아암 (71A) 은 후술되는 인코더 헤드 (광학계) 가 수용되는 부분을 제외하고는 중실로 형성된다. 전술한 바와 같이 웨이퍼 스테이지 (WST1) 가 투영 광학계 (PL) 하방에 배치되는 상태에서는, 계측 아암 (71A) 의 선단부는 조동 스테이지 (WCS1) 의 공간부 내로 삽입되며, 도 1 에 도시한 바와 같이, 그 상면은 미동 스테이지 (WFS1) 의 하면 (더 정확하게는 본체부 (81) 의 하면 (도 1 에는 미도시, 도 2 의 (A) 참조)) 에 대향한다. 계측 아암 (71A) 의 상면은 미동 스테이지 (WFS1) 의 하면과의 사이에 소정의 클리어런스, 예를 들어, 수 mm 정도의 클리어런스가 형성되는 상태에서, 미동 스테이지 (WFS1) 의 하면과 거의 평행하게 배치된다. 그런데, 계측 아암 (71A) 의 상면과 미동 스테이지 (WFS) 의 하면 사이의 클리어런스는 수 mm 를 초과할 수 있고 또는 수 mm 미만일 수 있다.
도 3 에 도시한 바와 같이, 미동 스테이지 위치 계측계 (70A) 에는 미동 스테이지 (WFS1) 의 X 축 방향, Y 축 방향 및 θz 방향의 위치를 계측하는 인코더 시스템 (73), 및 미동 스테이지 (WFS1) 의 Z 축 방향, θx 방향 및 θy 방향의 위치를 계측하는 레이저 간섭계 시스템 (75) 이 구비되어 있다. 인코더 시스템 (73) 은 미동 스테이지 (WFS1) 의 X 축 방향의 위치를 계측하는 X 리니어 인코더 (73x) 및 미동 스테이지 (WFS1) 의 Y 축 방향의 위치를 계측하는 한쌍의 Y 리니어 인코더 (73ya 및 73yb) (이하, 적절히 Y 리니어 인코더 (73y) 로 통칭된다) 를 포함한다. 인코더 시스템 (73) 에서는, 예를 들어, 미국 특허 제7,238,931호 명세서, 및 PCT 국제 공개 제2007/083758호 (대응하는 미국 특허 출원 공개 제 2007/0288121호 명세서) 등에 개시된 인코더 헤드 (이하, 헤드로 약기) 와 유사한 구성을 갖는 회절 간섭형의 헤드가 이용된다. 그러나, 본 실시형태에서는, 후술되는 바와 같이, 헤드의 광원 및 광검출계 (광검출기를 포함) 가 계측 아암 (71A) 의 외부에 배치되며, 광학계만이 계측 아암 (71A) 의 내부, 더 상세하게는, 그레이팅 (RG) 에 대향하여 배치된다. 이하, 명시가 특별히 필요한 경우를 제외하고는, 계측 아암 (71A) 내부에 배치된 광학계는 헤드로 지칭된다.
도 15 의 (A) 는 계측 아암 (71A) 의 선단부를 사시도로 도시하고, 도 15 의 (B) 는 계측 아암 (71A) 의 선단부의 상면을 +Z 방향으로부터 본 평면도로 도시한다. 인코더 시스템 (73) 은 미동 스테이지 (WFS1) 의 X 축 방향의 위치를 하나의 X 헤드 (77x) (도 16 의 (A) 및 (B) 참조) 를 이용하여 계측하고, Y 축 방향의 위치를 한쌍의 Y 헤드 (77ya 및 77yb) (도 16 의 (B) 참조) 를 이용하여 계측한다. 더 상세하게는, 그레이팅 (RG) 의 X 회절 격자를 이용하여 미동 스테이지 (WFS1) 의 X 축 방향의 위치를 계측하는 X 헤드 (77x) 에 의해 전술된 X 리니어 인코더 (73x) 가 구성되고, 그레이팅 (RG) 의 Y 회절 격자를 이용하여 미동 스테이지 (WFS1) 의 Y 축 방향의 위치를 계측하는 한쌍의 Y 헤드 (77ya 및 77yb) 에 의해 한쌍의 Y 리니어 인코더 (73ya 및 73yb) 가 구성된다.
도 15 의 (A) 및 (B) 에 도시한 바와 같이, X 헤드 (77x) 는, 계측 아암 (71A) 의 센터 라인 (CL) 으로부터 등거리에 있는, X 축에 평행한 직선 (LX) 상의 2 점 (도 15 의 (B) 의 백색원 참조) 으로부터, 그레이팅 (RG) 상에 계측 빔 (LBx1 및 LBx2) (도 15 의 (A) 에 실선으로 표시) 을 조사한다. 계측 빔 (LBx1 및 LBx2) 은 그레이팅 (RG) 상의 동일 조사점에 조사된다 (도 16 의 (A) 참조). 계측 빔 (LBx1 및 LBx2) 의 조사점, 즉, X 헤드 (77x) 의 검출점 (도 15 의 (B) 의 기준 코드 (DP) 참조) 은 웨이퍼 (W) 에 조사된 조명광 (IL) 의 조명 영역 (노광 영역) (IA) 의 중심인 노광 위치와 일치한다 (도 1 참조). 그런데, 계측 빔 (LBx1 및 LBx2) 은 실제로는 본체부 (81) 과 공기층의 경계면 등에서 굴절되지만, 도 16 의 (A) 등에는 간략화되어 도시된다.
도 16 의 (B) 에 도시한 바와 같이, 한쌍의 Y 헤드 (77ya 및 77yb) 각각은 계측 아암 (71A) 의 센터 라인 (CL) 의 +X 측 및 -X 측에 배치된다. 도 15 의 (A) 및 (B) 에 도시한 바와 같이, Y 헤드 (77ya) 는 Y 축에 평행한 직선 (LYa) 상에 배치되고, 직선 (LX) 으로부터의 거리가 동일한 2 점 (도 15 의 (B) 의 백색원 참조) 으로부터, 그레이팅 (RG) 상의 공통 조사점에 도 15 의 (A) 의 파선으로 각각 도시되는 계측 빔 (LBya1 및 LBya2) 을 조사한다. 계측 빔 (LBya1 및 LBya2) 의 조사점, 즉 Y 헤드 (77ya) 의 검출점은 도 15 의 (B) 의 기준 코드 (DPya) 에 의해 도시된다.
Y 헤더 (77ya) 와 유사하게, Y 헤드 (77yb) 는 계측 아암 (71A) 의 센터 라인 (CL) 으로부터 직선 (LYa) 과 동일 거리 떨어져 위치되는 Y 축에 평행한 직선 (LYb) 상에 배치되고, 직선 (LX) 으로부터의 거리가 동일한 2 점 (도 15 의 (B) 의 백색원 참조) 으로부터, 그레이팅 (RG) 상의 공통 조사점 (DPyb) 에 계측 빔 (LByb1 및 LByb2) 을 조사한다. 도 15 의 (B) 에 도시한 바와 같이, 계측 빔 (LBya1 및 LBya2) 및 계측 빔 (LByb1 및 LByb2) 각각의 검출점 (DPya 및 DPyb) 은 X 축에 평행한 직선 (LX) 상에 배치된다. 여기서, 주 제어기 (20) 에서는, 미동 스테이지 (WFS1) 의 Y 축 방향의 위치는 2 개의 Y 헤드 (77ya 및 77yb) 의 계측값의 평균에 기초하여 결정된다. 따라서, 본 실시형태에서는, 미동 스테이지 (WFS1) 의 Y 축 방향의 위치는 검출점 (DPya 및 DPyb) 의 중심을 실질적인 계측점으로 하여 계측된다. 그리고, Y 헤드 (77ya 및 77yb) 에 따른 검출점 (DPya 및 DPyb) 의 중심은 계측 빔 (LBx1 및 LBx2) 의 그레이팅 (RG) 상의 조사점 (DP) 과 일치한다. 더 상세하게는, 본 실시형태에서는, 미동 스테이지 (WFS1) 의 X 축 방향 및 Y 축 방향의 위치 정보의 계측에 관한 공통 조사점이 있으며, 이 검출점은 웨이퍼 (W) 에 조사된 조명광 (IL) 의 조명 영역 (노광 영역) (IA) 의 중심인 노광 위치와 일치한다. 따라서, 본 실시형태에서는, 인코더 시스템 (73) 을 이용함으로써, 주 제어기 (20) 는 미동 스테이지 (WFS1) 상에 탑재된 웨이퍼 (W) 의 소정의 샷 영역에 레티클 (R) 의 패턴을 전사할 때, 미동 스테이지 (WFS1) 의 XY 평면 내의 위치 정보의 계측을, 계속 노광 위치의 바로 아래 (미동 스테이지 (WFS1) 의 이면) 에서 수행할 수 있다. 또한, 주 제어기 (20) 는 미동 스테이지 (WFS) 의 Y 축 방향의 위치를 각각 계측하는, X 축 방향으로 이간되어 배치되는 한쌍의 Y 헤드 (77ya 및 77yb) 의 계측값의 차이에 기초하여, 미동 스테이지 (WFS) 의 θz 방향의 회전량을 계측한다.
여기서, 인코더 시스템 (73) 을 구성하는 3 개의 헤드 (77x, 77ya 및 7yb) 의 구성이 설명된다. 도 16 의 (A) 는, 3 개의 헤드 (77x, 77ya 및 77yb) 를 대표하는, X 헤드 (77x) 의 개략 구성을 대표적으로 도시한다. 또한, 도 16 의 (B) 는, 계측 아암 (71A) 내의 X 헤드 (77x) 및 Y 헤드 (77ya 및 77yb) 각각의 배치를 도시한다.
도 16 의 (A) 에 도시한 바와 같이, X 헤드 (77x) 에는 그 분리면이 YZ 평면에 평행한 편광 빔 스플리터 (PBS), 한쌍의 반사 미러 (R1a 및 R1b), 렌즈 (L2a 및 L2b), 1/4 파장판 (이하, λ/4 판으로 표기) (WP1a 및 WP1b), 반사 미러 (R2a 및 R2b), 및 반사 미러 (R3a 및 R3b) 등이 구비되어 있으며, 이들 광학 소자는 소정의 위치 관계로 배치된다. Y 헤드 (77ya 및 77yb) 도 유사한 구성을 가진 광학계를 갖는다. 도 16 의 (A) 및 (B) 에 도시한 바와 같이, X 헤드 (77x), Y 헤드 (77ya 및 77yb) 는 유닛화되어, 계측 아암 (71A) 의 내부에 각각 고정된다.
도 16 의 (B) 에 도시한 바와 같이, X 헤드 (77x) (X 리니어 인코더 (73x)) 에서는, 계측 아암 (71A) 의 -Y 측의 단부의 상면 (또는 그 상방) 에 제공된 광원 (LDx) 으로부터 -Z 방향으로 레이저 빔 (LBx0) 이 사출되고, 계측 아암 (71A) 의 일부에 XY 평면에 대하여 45도 각도로 경사져 제공되는 반사면 (RP) 을 통하여 Y 축 방향과 평행이 되도록 그 광로가 구부러지게 된다. 이 레이저 빔 (LBx0) 은 계측 아암 (71A) 의 내부의 중실 부분을, 계측 아암 (71A) 의 길이 방향 (Y 축 방향) 에 평행하게 진행하며, 도 16 의 (A) 에 도시된 반사 미러 (R3a) 에 도달한다. 그 후, 레이저 빔 (LBx0) 의 광로는 반사 미러 (R3a) 에 의해 구부러지게 되고, 편광 빔 스플리터 (PBS) 에 입사한다. 레이저 빔 (LBx0) 은 편광 빔 스플리터 (PBS) 에 의해 2 개의 계측 빔 (LBx1 및 LBx2) 으로 편광 분리된다. 편광 빔 스플리터 (PBS) 를 투과한 계측 빔 (LBx1) 은 반사 미러 (R1a) 를 통하여 미동 스테이지 (WFS1) 에 형성된 그레이팅 (RG) 에 도달하고, 편광 빔 스플리터 (PBS) 에서 반사된 계측 빔 (LBx2) 은 반사 미러 (R1b) 를 통하여 그레이팅 (RG) 에 도달한다. 그런데, 이 경우의 "편광 분리" 는 입사 빔을 P 편광 성분과 S 편광 성분으로 분리하는 것을 의미한다.
계측 빔 (LBx1 및 LBx2) 의 조사로 인해 그레이팅 (RG) 으로부터 발생되는 소정 차수의 회절 빔, 예를 들어, 1 차 회절 빔 각각은 렌즈 (L2a 및 L2b) 를 통하여 λ/4 판 (WP1a 및 WP1b) 에 의해 원편광으로 변환되어, 반사 미러 (R2a 및 R2b) 에 의해 반사된 후, 그 빔은 다시 λ/4 판 (WP1a 및 WP1b) 을 통과하고, 동일한 광로를 역방향으로 트레이싱함으로써 편광 빔 스플리터 (PBS) 에 도달한다.
편광 빔 스플리터 (PBS) 에 도달한 2 개의 1 차 회절 빔의 편광 방향 각각은 원래의 방향에 대하여 90도 각도로 회전된다. 따라서, 먼저 편광 빔 스플리터 (PBS) 를 투과한 계측 빔 (LBx1) 의 1 차 회절 빔은 편광 빔 스플리터 (PBS) 에서 반사된다. 먼저 편광 빔 스플리터 (PBS) 에서 반사된 계측 빔 (LBx2) 의 1 차 회절 빔은 편광 빔 스플리터 (PBS) 를 투과한다. 따라서, 계측 빔 (LBx1 및 LBx2) 각각의 1 차 회절 빔은 합성 빔 (LBx12) 으로서 동축 합성된다. 합성 빔 (LBx12) 은 Y 축에 평행해지도록 반사 미러 (R3b) 에 의해 구부러진 광로를 갖고, 계측 아암 (71A) 의 내부를 Y 축에 평행하게 진행한 후, 전술된 반사면 (RP) 을 통하여, 도 16 의 (B) 에 도시된 계측 아암 (71A) 의 -Y 측의 단부의 상면 (또는 그 상방) 에 제공된 X 광검출계 (74x) 로 전송된다.
X 광검출계 (74x) 에서는, 합성 빔 (LBx12) 으로서 합성된 빔 (LBx1 및 LBx2) 의 1 차 회절 빔의 편광 방향은 편광자 (검광자) (미도시) 에 의해 배열되고, 그 빔은 서로 중첩하여 간섭광을 형성하며, 이 간섭광은 광검출기에 의해 검출되고 간섭광의 강도에 따라 전기 신호로 변환된다. 여기서, 미동 스테이지 (WFS1) 가 계측 방향 (이 경우에는, X 축 방향) 으로 이동하면, 2 개의 빔 사이의 위상차가 변화하며, 이는 간섭광의 강도를 변화시킨다. 이런 간섭광의 강도의 변화는 미동 스테이지 (WFS1) 의 X 축 방향에 관한 위치 정보로서 주 제어기 (20) (도 3 참조) 로 공급된다.
도 16 의 (B) 에 도시한 바와 같이, 각각 광원 (LDya 및 LDyb) 으로부터 사출되고, 전술된 반사면 (RP) 에 의해 Y 축에 평행하게 되도록 광로가 90도 각도만큼 구부러지게 되는 레이저 빔 (LBya0 및 LByb0) 이 Y 헤드 (77ya 및 77yb) 로 입사되고, 전술한 설명과 유사하게, 편광 빔 스플리터에 의해 편광 분리된 계측 빔 각각의 그레이팅 (RG) (Y 회절 격자) 에 의한 1 차 회절 빔의 합성 빔 (LBya12 및 LByb12) 이 각각 Y 헤드 (77ya 및 77yb) 로부터 출력되고, Y 광검출계 (74ya 및 74yb) 로 복귀한다. 여기서, 광원 (LDya 및 LDyb) 으로부터 사출된 레이저 빔 (LBya0 및 LByb0), 및 Y 광검출계 (74ya 및 74yb) 로 복귀하는 합성 빔 (LBya12 및 LByb12) 은 도 16 의 (B) 의 지면에 수직인 방향으로 중첩되는 광로를 각각 통과한다. 또한, 상술한 바와 같이, 광원으로부터 조사된 레이저 빔 (LBya0 및 LByb0) 과 Y 광검출계 (74ya 및 74yb) 로 복귀하는 합성 빔 (LBya12 및 LByb12) 이 Z 축 방향으로 이격되고 평행한 광로를 통과하도록, Y 헤드 (77ya 및 77by) 에서는, 광로가 내부에서 적절히 구부러지게 된다 (도시 생략).
도 15 의 (A) 에 도시한 바와 같이, 레이저 간섭계 시스템 (75) 은 3 개의 계측 빔 (LBz1, LBz2 및 LBz3) 을, 계측 아암 (71A) 의 선단부로부터, 미동 스테이지 (WFS1) 의 하면으로 입사시킨다. 레이저 간섭계 시스템 (75) 에는 이들 3 개의 계측 빔 (LBz1, LBz2 및 LBz3) 을 각각 조사하는 3 개의 레이저 간섭계 (75a 내지 75c) (도 3 참조) 가 구비되어 있다.
레이저 간섭계 시스템 (75) 에서, 도 15 의 (A) 및 (B) 에 도시한 바와 같이, 3 개의 계측 빔 (LBz1, LBz2 및 LBz3) 은, 계측 아암 (71A) 의 상면 상의 동일 직선 상에 없는 3 점 각각으로부터 Z 축과 평행하게 사출된다. 여기서, 도 15 의 (B) 에 도시한 바와 같이, 3 개의 계측 빔 (LBz1, LBz2 및 LBz3) 은, 그 중심이 조사 영역 (노광 영역) (IA) 의 중심인 노광 영역과 일치하는, 2 등변 삼각형 (또는 정삼각형) 의 각 정점의 위치로부터 각각 조사된다. 이 경우에, 계측 빔 (LBz3) 의 사출점 (조사점) 은 센터 라인 (CL) 상에 위치되고, 나머지 계측 빔 (LBz1 및 LBz2) 의 사출점 (조사점) 은 센터 라인 (CL) 으로부터 등거리에 있다. 본 실시형태에서는, 주 제어기 (20) 는 레이저 간섭계 시스템 (75) 을 이용하여, 미동 스테이지 (WFS1) 의 Z 축 방향의 위치, θz 방향 및 θy 방향의 회전량을 계측한다. 그런데, 레이저 간섭계 (75a 내지 75c) 는 계측 아암 (71A) 의 -Y 측의 단부의 상면 (또는 그 상방) 에 제공된다. 레이저 간섭계 (75a 내지 75c) 로부터 -Z 방향으로 사출된 계측 빔 (LBz1, LBz2 및 LBz3) 은 전술된 반사면 (RP1) 통하여 계측 아암 (71A) 내를 Y 축 방향을 따라 진행하며, 그 광로가 각각 구부러져, 빔은 상술된 3 점으로부터 사출된다.
본 실시형태에서는, 미동 스테이지 (WFS1) 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 제공된다. 이 경우에, 파장 선택 필터는 또한 레이저 간섭계 시스템 (75) 으로부터의 각 계측 빔의 반사면의 역할을 한다. 파장 선택 필터로서, 파장 선택성을 갖는 박막 등이 이용되고, 본 실시형태에서는, 예를 들어, 투명 플레이트 (본체부 (81)) 의 일면에 필터가 제공되고, 그레이팅 (RG) 은 그 일면에 대하여 웨이퍼 홀더 측에 배치된다.
이상의 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 주 제어기 (20) 는 미동 스테이지 위치 계측계 (70A) 의 인코더 시스템 (73) 및 레이저 간섭계 시스템 (75) 을 이용함으로써 미동 스테이지 (WFS1) 의 6 자유도 방향의 위치를 계측할 수 있다. 이 경우에, 인코더 시스템 (73) 에서는, 계측 빔의 광로 길이가 매우 짧고, 또한 서로 거의 동일하기 때문에, 공기 변동의 영향이 대부분 무시될 수 있다. 따라서, 인코더 시스템 (73) 에 의해, 미동 스테이지 (WFS1) 의 XY 평면 내의 위치 정보 (θz 방향을 포함) 가 고 정밀도로 계측될 수 있다. 또한, 인코더 시스템 (73) 에 의한 X 축 방향 및 Y 축 방향의 실질적인 그레이팅 상의 검출점 및 레이저 간섭계 시스템 (75) 에 의한 Z 축 방향의 미동 스테이지 (WFS) 하면의 하면 상의 검출점은 각각 노광 영역 (IA) 의 중심 (노광 위치) 에 일치하기 때문에, 소위 아베 오차 (Abbe error) 의 발생이 실질적으로 무시할 수 있는 정도로 억제된다. 따라서, 미동 스테이지 위치 계측계 (70A) 를 이용함으로써, 주 제어기 (20) 는 어떤 아베 오차도 없이, 미동 스테이지 (WFS1) 의 X 축 방향, Y 축 방향 및 Z 축 방향의 위치를 고 정밀도로 계측할 수 있다. 또한, 조동 스테이지 (WCS1) 가 투영 유닛 (PU) 의 하방에 있고, 미동 스테이지 (WFS2) 가 조동 스테이지 (WCS1) 에 의해 이동가능하게 지지되는 경우에는, 미동 스테이지 위치 계측계 (70A) 를 이용함으로써, 주 제어기 (20) 는, 미동 스테이지 (WFS2) 의 6 자유도 방향의 위치를 계측할 수 있고, 특히, 미동 스테이지 (WFS2) 의 X 축 방향, Y 축 방향 및 Z 축 방향의 위치가 어떤 아베 오차도 없이, 고 정밀도로 계측될 수 있다.
또한, 계측 스테이션 (300) 이 구비하는 미동 스테이지 위치 계측계 (70B) 는 도 1 에 도시한 바와 같이, 미동 스테이지 위치 계측계 (70A) 와 유사하지만 좌우 대칭으로 구성된다. 따라서, 미동 스테이지 위치 계측계 (70B) 가 구비하는 계측 아암 (71B) 은 Y 축 방향을 길이 방향으로 하고, 그 +Y 측의 단부 근방이 지지 부재 (72B) 를 통하여 메인 프레임 (BD) 으로부터 거의 캔틸레버 지지된다.
조동 스테이지 (WCS2) 가 얼라이너 (99) 하방에 있고, 미동 스테이지 (WFS2 또는 WFS1) 가 조동 스테이지 (WCS2) 에 의해 이동가능하게 지지되는 경우에, 미동 스테이지 위치 계측계 (70B) 를 이용함으로써, 주 제어기 (20) 는 미동 스테이지 (WFS2) (또는 WFS1) 의 6 자유도 방향의 위치를 계측할 수 있으며, 특히, 미동 스테이지 (WFS2) (또는 WFS1) 의 X 축 방향, Y 축 방향 및 Z 축 방향의 위치가 어떤 아베 오차도 없이, 고 정밀도로 계측될 수 있다.
상술된 방식으로 구성된 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에서는, 디바이스를 제조할 때, 노광 스테이션 (200) 에 위치한 조동 스테이지 (WCS1) 에 의해 유지된 미동 스테이지의 일방 (이 경우에는, 일 예로서 WFS1) 에 의해 유지된 웨이퍼 (W) 에 대해, 스텝-앤드-스캔 방식에 의한 노광이 수행되며, 웨이퍼 (W) 상의 복수의 샷 영역 각각에 레티클 (R) 의 패턴이 전사된다. 이 스텝-앤드-스캔 방식에 의한 노광 동작은 주 제어기 (20) 에 의해, 사전에 수행된 웨이퍼 얼라인먼트의 결과 (예를 들어, 제 2 기준 마크를 기준으로 하는 좌표로 변환된 EGA (Enhanced Global Alignment) 에 의해 획득된 웨이퍼 (W) 상의 각 샷 영역의 배열 좌표에 대한 정보), 및 레티클 얼라인먼트의 결과 등에 기초하여, 웨이퍼 (W) 상의 각 샷 영역의 노광을 위한 주사 개시 위치 (가속 개시 위치) 로 웨이퍼 스테이지 (WST1) 가 이동되는 샷 간의 이동 동작과, 레티클 (R) 에 형성된 패턴이 주사 노광 방식에 의해 샷 영역 각각으로 전사되는 주사 노광 동작을 반복함으로써 수행된다. 그런데, 상술된 노광 동작은, 선단 렌즈 (191) 와 웨이퍼 (W) 사이의 공간에 액체 (Lq) 가 유지되는 상태에서, 더 상세하게는, 액침 노광에 의해 수행된다. 또한, 노광은 +Y 측에 위치하는 샷 영역으로부터 -Y 측에 위치하는 샷 영역으로의 순으로 수행된다. 그런데, EGA 에 대한 상세는 예를 들어, 미국 특허 제4,780,617호 명세서 등에 개시된다.
본 실시형태의 노광 장치 (100) 에서는, 상술된 일련의 노광 동작 동안, 주 제어기 (20) 는 미동 스테이지 위치 계측계 (70A) 를 이용하여 미동 스테이지 (WFS1) (웨이퍼 (W)) 의 위치를 계측하고, 그 계측 결과에 기초하여 웨이퍼 (W) 의 위치가 제어된다.
그런데, 상술된 주사 노광 동작 시에는 웨이퍼 (W) 가 Y 축 방향으로 고 가속도로 구동될 필요가 있지만, 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에서는, 주 제어기 (20) 가 도 17 의 (A) 에 도시한 바와 같이, 주사 노광 동작 시에는, 원칙적으로 조동 스테이지 (WCS1) 를 구동시키지 않고, 미동 스테이지 (WFS1) 만을 Y 축 방향으로 (필요하다면, 다른 5 자유도 방향으로) 구동시킴으로써 (도 17 의 (A) 의 블랙 화살표 참조) 웨이퍼 (W) 를 Y 축 방향으로 주사한다. 이것은, 조동 스테이지 (WCS1) 가 구동되는 경우와 비교해 볼 때, 미동 스테이지 (WFS1) 만을 이동시키는 경우에는, 구동 대상의 중량이 가볍기 때문에, 웨이퍼 (W) 를 고 가속도로 구동시키는 것이 가능하다는 이점을 허용한다. 또한, 전술한 바와 같이, 미동 스테이지 위치 계측계 (70A) 의 위치 계측 정확도가 웨이퍼 스테이지 위치 계측계 (16A) 보다 높기 때문에, 주사 노광 시에 미동 스테이지 (WFS1) 를 구동시키는 것이 유리하다. 그런데, 이 주사 노광 시에는, 미동 스테이지 (WFS1) 의 구동에 의한 반력 (도 17 의 (A) 의 아웃라인 화살표 참조) 의 작용에 의해, 조동 스테이지 (WCS1) 가 미동 스테이지 (WFS1) 의 반대 측으로 구동된다. 더 상세하게는, 조동 스테이지 (WCS1) 가 카운터매스 (countermass) 로서 기능하기 때문에, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 전체로 이루어진 시스템의 운동량이 보존되고, 중심 이동이 발생하지 않으며, 미동 스테이지 (WFS1) 의 주사 구동에 의해 베이스 보드 (12) 에 작용하는 편하중 (unbalanced load) 과 같은 불편이 발생하지 않는다.
한편, X 축 방향으로 샷 간의 이동 (스텝핑) 동작이 수행될 때에는, 미동 스테이지 (WFS1) 의 X 축 방향으로의 이동 가능량이 적기 때문에, 주 제어기 (20) 는 도 17 의 (B) 에 도시한 바와 같이, 조동 스테이지 (WCS1) 를 X 축 방향으로 구동시킴으로써, 웨이퍼 (W) 를 X 축 방향으로 이동시킨다.
상술된 미동 스테이지 (WFS1) 상의 웨이퍼 (W) 에 대한 노광과 병행하여, 다른 미동 스테이지 (WFS2) 상에서는, 웨이퍼 교환, 웨이퍼 얼라인먼트 등이 수행된다. 웨이퍼 교환은, 미동 스테이지 (WFS2) 를 지지하는 조동 스테이지 (WCS2) 가 계측 스테이션 (300) 또는 계측 스테이션 (300) 근방의 소정의 웨이퍼 교환 위치에 있을 때, 웨이퍼 반송계 (미도시) 에 의해 미동 스테이지 (WFS2) 상방으로부터 노광된 웨이퍼 (W) 를 언로드하고, 또한 미동 스테이지 (WFS2) 상에 새로운 웨이퍼 (W) 를 로드함으로써 수행된다. 여기서, 웨이퍼 교환 위치에서는, 미동 스테이지 (WFS2) 의 웨이퍼 홀더 (도시 생략) 및 웨이퍼 (W) 의 이면에 의해 형성된 감압실 (감압 공간) 이 배기 관로 (미도시) 및 배관을 통하여 진공 펌프에 접속되고, 이 진공 펌프를 주 제어기 (20) 가 작동시키는 것에 의해, 감압실 내의 기체가 배기 관로 및 배관을 통하여 외부로 배기되는데, 이는 감압실 내에 부압을 생성하고, 웨이퍼 홀더에 의한 웨이퍼 (W) 의 흡착을 개시한다. 그리고, 감압실의 내부가 소정의 압력 (부압) 에 도달할 때, 주 제어기 (20) 는 진공 펌프를 정지시킨다. 진공 펌프가 정지되면, 체크 밸브 (미도시) 의 작용에 의해 배기 관로는 폐쇄된다. 따라서, 감압실의 감압 상태가 유지되고, 웨이퍼 (W) 는, 감압실 내의 기체를 진공 흡인하는데 이용되는 튜브 등이 미동 스테이지 (WFS2) 에 접속되지 않는 경우라도 웨이퍼 홀더에 의해 유지된다. 이것은 미동 스테이지 (WFS2) 를 조동 스테이지로부터 분리하고, 어떤 문제 없이 반송하게 한다.
웨이퍼 얼라인먼트 시에, 먼저, 주 제어기 (20) 는 프라이머리 얼라인먼트계 (AL1) 바로 아래에 미동 스테이지 (WFS2) 상의 계측 플레이트 (86) 를 위치결정하기 위해 미동 스테이지 (WFS2) 를 구동하고, 프라이머리 얼라인먼트계 (AL1) 를 이용하여 제 2 기준 마크를 검출한다. 그 후, 예를 들어, PCT 국제 공개 제2007/097379호 (대응하는 미국 특허 출원 공개 제2008/0088843호 명세서) 등에 개시된 바와 같이, 예를 들어, 주 제어기 (20) 는 웨이퍼 스테이지 (WST2) 를 -Y 방향으로 이동시키고, 이동 경로 상의 복수의 지점에 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 위치결정하고, 위치가 설정될 때마다, 얼라인먼트계 (AL1, AL22 및 AL23) 중 적어도 하나를 이용하여, 얼라인먼트 샷 영역 (샘플 샷 영역) 에서의 얼라인먼트 마크의 위치 정보를 계측 (획득) 할 수 있다. 예를 들어, 위치결정이 4 회 수행되는 경우를 고려하는 경우에, 주 제어기 (20) 는 각각, 예를 들어, 제 1 위치결정 시에는, 프라이머리 얼라인먼트계 (AL1) 및 세컨더리 얼라인먼트계 (AL22 및 AL23) 를 이용하여 3 개의 샘플 샷 영역에서의 얼라인먼트 마크 (이하 샘플 마크로도 지칭) 를 검출하고, 제 2 위치결정 시에는, 얼라인먼트계 (AL1, 및 AL21 내지 AL24) 를 이용하여 웨이퍼 (W) 상의 5 개의 샘플 마크를 검출하고, 제 3 위치결정 시에는, 얼라인먼트계 (AL1, 및 AL21 내지 AL24) 를 이용하여 5 개의 샘플 마크를 검출하며, 제 4 위치결정 시에는, 프라이머리 얼라인먼트계 (AL1) 및 세컨더리 얼라인먼트계 (AL22 및 AL23) 를 이용하여 3 개의 샘플 마크를 검출한다. 따라서, 총 16 개의 얼라인먼트 샷 영역에서의 얼라인먼트 마크의 위치 정보가 단일의 얼라인먼트계로 16 개의 얼라인먼트 마크가 순차적으로 계측되는 경우와 비교하여, 현저하게 단시간에 얻어질 수 있다. 이 경우에, 얼라인먼트계 (AL1, AL22 및 AL23) 각각은 상술된 웨이퍼 스테이지 (WST2) 의 이동 동작에 대응하여, 검출 영역 (예를 들어, 검출광의 조사 영역에 대응) 내에 순차적으로 배치되는 Y 축 방향을 따라 배열된 복수의 얼라인먼트 마크 (샘플 마크) 를 검출한다. 따라서, 상술된 얼라인먼트 마크의 계측 시에, 웨이퍼 스테이지 (WST2) 를 X 축 방향으로 이동시킬 필요가 없다.
본 실시형태에서는, 주 제어기 (20) 는 제 2 기준 마크의 검출을 포함한 위치 계측을 수행하고, 웨이퍼 얼라인먼트의 경우에는, 계측 아암 (71B) 을 포함한 미동 스테이지 위치 계측계 (70B) 를 이용하여, 웨이퍼 얼라인먼트 시에 조동 스테이지 (WCS2) 에 의해 지지된 미동 스테이지 (WFS2) 의 XY 평면 내의 위치 계측을 수행한다. 그러나, 이 외에, 웨이퍼 얼라인먼트 시의 미동 스테이지 (WFS2) 의 이동을 조동 스테이지 (WCS2) 와 일체로 수행하는 경우에는, 전술된 웨이퍼 스테이지 위치 계측계 (16B) 를 통하여 웨이퍼 (W) 의 위치를 계측하면서 웨이퍼 얼라인먼트가 수행될 수 있다. 또한, 계측 스테이션 (300) 과 노광 스테이션 (200) 이 떨어져 배열되기 때문에, 웨이퍼 얼라인먼트 시와 노광 시에, 미동 스테이지 (WFS2) 의 위치는 상이한 좌표계 상에서 제어된다. 따라서, 주 제어기 (20) 는 웨이퍼 얼라인먼트로부터 획득된 웨이퍼 (W) 상의 각 샷 영역의 배열 좌표를 제 2 기준 마크에 기초하는 배열 좌표로 변환한다.
상술된 방식으로 미동 스테이지 (WFS2) 에 의해 유지된 웨이퍼 (W) 에 대한 웨이퍼 얼라인먼트가 종료되지만, 노광 스테이션 (200) 에서의 미동 스테이지 (WFS1) 에 의해 유지되는 웨이퍼 (W) 의 노광은 여전히 계속되고 있다. 도 18 의 (A) 는 웨이퍼 (W) 에 대한 웨이퍼 얼라인먼트가 종료된 스테이지에서, 조동 스테이지 (WCS1, WCS2) 및 릴레이 스테이지 (DRST) 의 위치 관계를 도시한다.
주 제어기 (20) 는 조동 스테이지 구동계 (51B) 를 통하여 웨이퍼 스테이지 (WST2) 를 도 18 의 (B) 의 아웃라인 화살표로 도시한 바와 같이, -Y 방향으로 소정 거리만큼 구동시키고, 웨이퍼 스테이지 (WST2) 를 소정의 대기 위치 (투영 광학계 (PL) 의 광축 (AX) 과 프라이머리 얼라인먼트계 (AL1) 의 검출 중심 사이의 중앙 위치에 실질적으로 일치) 에 여전히 정지하고 있는 릴레이 스테이지 (DRST) 에 접촉 또는 500㎛ 정도 떨어져 근접시킨다.
다음에, 주 제어기 (20) 는 미동 스테이지 구동계 (52B 및 52C) 의 Y 구동용 코일로 흘러 들어가는 전류를 제어하여, 로렌츠력에 의해 미동 스테이지 (WFS2) 를 도 18 의 (C) 의 블랙 화살표에 의해 도시된 바와 같이, -Y 방향으로 구동시키고, 조동 스테이지 (WCS2) 로부터 릴레이 스테이지 (DRST) 로 미동 스테이지 (WFS2) 를 이동시킨다. 도 18 의 (D) 는 미동 스테이지 (WFS2) 가 릴레이 스테이지 (DRST) 로 이동 및 탑재된 상태를 도시한다.
주 제어기 (20) 는 도 18 의 (D) 에 도시된 위치에 릴레이 스테이지 (DRST) 및 조동 스테이지 (WCS2) 가 대기중인 상태에서, 미동 스테이지 (WFS1) 상의 웨이퍼 (W) 에 대한 노광이 종료되길 대기한다.
도 20 은 노광을 종료한 직후에 웨이퍼 스테이지 (WST1) 의 상태를 도시한다.
노광 종료에 앞서, 주 제어기 (20) 는 도 24 의 (A) 의 아웃라인 화살표에 의해 도시된 바와 같이, 보조 스테이지 구동계 (58) (도 3 참조) 를 통하여 도 19 에 도시된 대기 위치로부터 보조 스테이지 (AST) (블레이드 (BL)) 를 +X 방향으로 소정량만큼 구동한다. 이것은 도 24 의 (A) 에 도시한 바와 같이, 블레이드 (BL) 의 선단이 계측 아암 (71A) 의 상방에 위치한다. 그 후, 주 제어기 (20) 는 이 상태에서 노광이 종료되길 대기한다.
그 후, 노광이 종료되면, 주 제어기 (20) 는 보조 스테이지 구동계 (58) 를 통하여 보조 스테이지 (AST) (블레이드 (BL)) 를 +X 방향 및 +Y 방향으로 구동하여, 블레이드 (BL) 를 도 20 및 도 24 의 (B) 에 도시한 바와 같이, 미동 스테이지 (WFS1) 에 Y 축 방향에서 접촉 또는 300㎛ 정도의 클리어런스에 의해 근접시킨다. 더 상세하게는, 주 제어기 (20) 는 블레이드 (BL) 및 미동 스테이지 (WFS1) 의 스크럼 상태로의 설정을 개시한다. 그 후, 주 제어기 (20) 는 보조 스테이지 (AST) (블레이드 (BL)) 를 또한 +X 방향으로 구동한다. 그 후, 블레이드 (BL) 의 돌출부의 중심이 계측 아암 (71A) 의 중심과 일치하는 경우, 도 21 및 도 25 에 도시한 바와 같이, 블레이드 (BL) 와 미동 스테이지 (WFS1) 의 스크럼 상태가 유지되는 동안에, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 와 일체로 보조 스테이지 (AST) (블레이드 (BL)) 가 +Y 방향으로 구동된다 (도 21 및 도 25 의 아웃라인 화살표 참조). 이 동작에 의해, 선단 렌즈 (191) 와 미동 스테이지 (WFS1) 사이에 유지된 액체 (Lq) 에 의해 형성된 액침 공간이 미동 스테이지 (WFS1) 로부터 블레이드 (BL) 로 전달된다. 도 21 은 액체 (Lq) 에 의해 형성된 액침 공간이 미동 스테이지 (WFS1) 로부터 블레이드 (BL) 로 전달되기 직전의 상태를 도시한다. 도 21 에 도시된 상태에서는, 선단 렌즈 (191) 와, 미동 스테이지 (WFS1) 및 블레이드 (BL) 와의 사이에 액체 (Lq) 가 유지된다. 그런데, 블레이드 (BL) 와 미동 스테이지 (WFS1) 를 근접시켜 구동하는 경우에, 액체 (Lq) 의 누출을 방지 또는 억제하기 위하여 블레이드 (BL) 와 미동 스테이지 (WFS1) 사이에 갭 (클리어런스) 을 설정하는 것이 바람직하다. 이 경우에, 근접은 블레이드 (BL) 와 미동 스테이지 (WFS1) 사이의 갭 (클리어런스) 이 0 인 경우, 즉, 블레이드 (BL) 와 미동 스테이지 (WFS1) 양자가 접촉하는 경우를 포함한다.
그 후, 액침 공간이 미동 스테이지 (WFS1) 로부터 블레이드 (BL) 로 전달되면, 도 22 에 도시한 바와 같이, 미동 스테이지 (WFS1) 를 유지하는 조동 스테이지 (WCS1) 가, 전술된 대기 위치에서 미동 스테이지 (WFS2) 를 유지하여, 조동 스테이지 (WCS2) 와 근접한 상태에서 대기하고 있는 릴레이 스테이지 (DRST) 에 접촉 또는 300㎛ 정도의 클리어런스에 의해 근접한다. 미동 스테이지 (WFS1) 를 유지하는 조동 스테이지 (WCS1) 가 +Y 방향으로 이동하는 스테이지 동안, 주 제어기 (20) 는 반송 부재 구동계 (54) 를 통하여, 반송 장치 (46) 의 반송 부재 (48) 를 조동 스테이지 (WCS1) 의 공간부 내로 삽입한다.
그리고, 미동 스테이지 (WFS1) 를 유지하는 조동 스테이지 (WCS1) 가 릴레이 스테이지 (DRST) 에 접촉 또는 근접한 시점에서, 주 제어기 (20) 는 반송 부재 (48) 를 상방으로 구동시켜, 하방으로부터 미동 스테이지 (WFS1) 를 지지한다.
그리고, 이 상태에서, 주 제어기 (20) 는 록 기구 (미도시) 를 해제하고, 조동 스테이지 (WCS1) 를 제 1 부분 (WCS1a) 및 제 2 부분 (WCS1b) 으로 분리한다. 이 동작에 의해, 미동 스테이지 (WFS1) 는 조동 스테이지 (WCS1) 로부터 이탈가능하다. 그 후, 주 제어기 (20) 는 도 23 의 (A) 의 아웃라인 화살표에 의해 도시된 바와 같이, 미동 스테이지 (WFS1) 를 지지하는 반송 부재 (48) 를 하방으로 구동시킨다.
그리고 그 후, 주 제어기 (20) 는, 제 1 부분 (WCS1a) 및 제 2 부분 (WCS1b) 이 합체된 후 록 기구 (미도시) 를 로킹한다.
다음에, 주 제어기 (20) 는 미동 스테이지 (WFS1) 를 지지하는 반송 부재 (48) 를 하방으로부터 릴레이 스테이지 (DRST) 의 스테이지 본체 (44) 내부로 이동시킨다. 도 23 의 (B) 는 반송 부재 (48) 가 이동되고 있는 상태를 도시한다. 또한, 반송 부재 (48) 의 이동과 병행하여, 주 제어기 (20) 는 미동 스테이지 구동계 (52C 및 52A) 의 Y 구동용 코일로 흘러 들어가는 전류를 제어하고, 로렌츠력에 의해, 미동 스테이지 (WFS2) 를 도 23 의 (B) 의 블랙 화살표에 의해 도시된 바와 같이, -Y 방향으로 구동하며, 미동 스테이지 (WFS2) 를 릴레이 스테이지 (DRST) 로부터 조동 스테이지 (WCS1) 로 이동 (슬라이드 이동) 한다.
또한, 미동 스테이지 (WFS1) 가 릴레이 스테이지 (DRST) 의 공간에 완전히 수용되도록 반송 부재 (48) 의 반송 부재 본체를 릴레이 스테이지 (DRST) 의 공간 내에 수용한 후에, 주 제어기 (20) 는 미동 스테이지 (WFS1) 를 유지하는 가동 부재를 반송 부재 본체 상에서 +Y 방향으로 이동시킨다 (도 23 의 (C) 의 아웃라인 화살표 참조).
다음에, 주 제어기 (20) 는 미동 스테이지 (WFS2) 를 유지하는 조동 스테이지 (WCS1) 를 -Y 방향으로 이동시키고, 블레이드 (BL) 로부터 미동 스테이지 (WFS2) 로, 선단 렌즈 (191) 와의 사이에 유지된 액침 공간을 전달한다. 이 액침 공간 (액체 (Lq)) 의 전달은 전술된 미동 스테이지 (WFS1) 로부터 블레이드 (BL) 로의 액침 영역의 전달의 절차를 역으로 행함으로써 수행된다.
그 후, 노광 개시에 앞서, 주 제어기 (20) 는 전술된 한쌍의 레티클 얼라인먼트계 (RA1 및 RA2), 및 미동 스테이지 (WFS) 의 계측 플레이트 (86) 상의 한쌍의 제 1 기준 마크 등을 이용하여, 통상의 스캐닝 스텝퍼와 유사한 절차 (예를 들어, 미국 특허 제5,646,413호 명세서 등에 개시된 절차) 로 레티클 얼라인먼트를 수행한다. 도 23 의 (D) 는 레티클 얼라인먼트 중의 미동 스테이지 (WFS2) 를, 미동 스테이지를 유지하는 조동 스테이지 (WCS1) 와 함께 도시한다. 그 후, 주 제어기 (20) 는 레티클 얼라인먼트의 결과와 웨이퍼 얼라인먼트의 결과 (웨이퍼 (W) 상의 샷 영역 각각의 제 2 기준 마크를 이용하는 배열 좌표) 에 기초하여, 스텝-앤드-스캔 방식에 의해 노광 동작을 수행하며, 웨이퍼 (W) 상의 복수의 샷 영역 각각에 레티클 (R) 의 패턴을 전사한다. 도 23 의 (E) 및 (F) 로부터 명백한 바와 같이, 이 노광 시에는, 레티클 얼라인먼트 후에 미동 스테이지 (WFS2) 가 -Y 측으로 복귀되고, 그 후, 웨이퍼 (W) 상의 +Y 측의 샷 영역으로부터 -Y 측의 샷 영역으로의 순으로 노광이 수행된다.
상술된 액침 공간의 전달, 레티클 얼라인먼트 및 노광과 병행하여, 다음의 동작이 수행된다.
더 상세하게는, 도 23 의 (D) 에 도시한 바와 같이, 주 제어기 (20) 는 미동 스테이지 (WFS1) 를 유지하는 반송 부재 (48) 를 조동 스테이지 (WCS2) 의 공간 내로 이동시킨다. 이 때, 반송 부재 (48) 의 이동과 함께, 주 제어기 (20) 는 미동 스테이지 (WFS1) 를 유지하는 가동 부재를 반송 부재 본체 상에서 +Y 방향으로 이동시킨다.
다음에, 주 제어기 (20) 는 록 기구 (미도시) 를 해제하고, 조동 스테이지 (WCS2) 를 제 1 부분 (WCS2a) 과 제 2 부분 (WCS2b) 으로 분리하며, 또한 도 23 의 (E) 의 아웃라인 화살표에 의해 도시된 바와 같이, 미동 스테이지 (WFS1) 를 유지하는 반송 부재 (48) 를 상방으로 구동시켜, 미동 스테이지 (WFS1) 에 구비된 한쌍의 가동자부는, 그 한쌍의 가동자부가 조동 스테이지 (WCS2) 의 한쌍의 고정자부와 계합가능한 높이에 위치결정된다.
그리고 그 후, 주 제어기 (20) 는 조동 스테이지 (WCS2) 의 제 1 부분 (WCS2a) 과 제 2 부분 (WCS2b) 을 합체시킨다. 이것에 의해, 노광된 웨이퍼 (W) 를 유지하는 미동 스테이지 (WFS1) 가 조동 스테이지 (WCS2) 에 의해 지지된다. 따라서, 주 제어기 (20) 는 록 기구 (미도시) 를 로킹한다.
다음에, 주 제어기 (20) 는 미동 스테이지 (WFS1) 를 지지하는 조동 스테이지 (WCS2) 를, 도 23 의 (F) 의 아웃라인 화살표에 의해 도시된 바와 같이 +Y 방향으로 구동시키며, 조동 스테이지 (WCS2) 를 계측 스테이션 (300) 으로 이동시킨다.
그 후, 주 제어기 (20) 에 의해, 미동 스테이지 (WFS1) 상에서는, 웨이퍼 교환, 제 2 기준 마크의 검출, 웨이퍼 얼라인먼트 등이 전술된 절차와 유사한 절차로 수행된다. 이 경우에도, 웨이퍼 교환 위치에서, 미동 스테이지 (WFS1) 의 웨이퍼 홀더 (도시 생략) 와 웨이퍼 (W) 의 이면에 의해 형성된 감압실 내의 기체가 진공 펌프에 의해 외부로 배기되는데, 이는 감압실 내에 부압을 생성하며, 웨이퍼 (W) 가 웨이퍼 홀더에 의해 흡착된다. 그리고, 체크 밸브 (미도시) 의 작용에 의해, 감압실의 감압 상태가 유지되고, 감압실의 기체를 진공 흡인하는데 이용되는 튜브 등이 미동 스테이지 (WFS1) 에 접속되지 않는 경우라도 웨이퍼 (W) 가 웨이퍼 홀더에 의해 유지된다. 이것은 미동 스테이지 (WFS1) 를 조동 스테이지로부터 분리하고, 어떤 문제 없이 반송하게 한다.
그 후, 주 제어기 (20) 는 웨이퍼 얼라인먼트로부터 획득된 웨이퍼 (W) 상의 각각의 샷 영역의 배열 좌표를 제 2 기준 마크에 기초하는 배열 좌표로 변환한다. 이 경우에도, 미동 스테이지 위치 계측계 (70B) 를 이용하여, 얼라인먼트 시의 미동 스테이지 (WFS1) 의 위치 계측이 수행된다.
상술된 방식으로 미동 스테이지 (WFS1) 에 의해 유지된 웨이퍼 (W) 에 대한 웨이퍼 얼라인먼트는 종료되지만, 노광 스테이션 (200) 에서의 미동 스테이지 (WFS2) 에 의해 유지되는 웨이퍼 (W) 의 노광은 여전히 계속되고 있다.
그 후, 전술과 유사한 방식으로, 주 제어기 (20) 는 미동 스테이지 (WFS1) 를 릴레이 스테이지 (DRST) 로 이동시킨다. 주 제어기 (20) 는 릴레이 스테이지 (DRST) 및 조동 스테이지 (WCS2) 가 전술된 대기 위치에서 대기중인 상태에서, 미동 스테이지 (WFS2) 상의 웨이퍼 (W) 에 대한 노광이 종료되길 대기한다.
이하에, 유사한 처리가 미동 스테이지 (WFS1 및 WFS2) 를 교대로 이용하여 반복적으로 수행되며, 복수의 웨이퍼 (W) 에 대한 노광 처리가 계속 수행된다.
이상 상세히 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에 따르면, 미동 스테이지 (WFS1) (또는 WFS2) 가 선단 렌즈 (191) (투영 광학계 (PL)) 와의 사이에서 액체 (Lq) 를 유지할 때, 블레이드 (BL) (보조 스테이지 (AST)) 는, 블레이드 (BL) 가 Y 축 방향에서 미동 스테이지 (WFS1) (또는 WFS2) 에 접촉 또는 300㎛ 정도의 클리어런스를 통하여 근접하는 스크럼 상태가 되고, 그 스크럼 상태를 유지하면서 미동 스테이지 (WFS1) (또는 WFS2) 와 함께 Y 축 방향을 따라 계측 아암 (71A) 의 고정단 측으로부터 자유단 측으로 이동한 후, 그 이동 후에 선단 렌즈 (191) (투영 광학계 (PL)) 와의 사이에서 액체 (Lq) 를 유지한다. 따라서, 계측 아암 (71A) 의 전달 방해 없이, 선단 렌즈 (191) (투영 광학계 (PL)) 와의 사이에 유지된 액체 (Lq) (그 액체 (Lq) 에 의해 형성된 액침 공간) 를 미동 스테이지 (WFS1) (또는 WFS2) 로부터 블레이드 (BL) 로 전달하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 투영 광학계 바로 아래에 복수의 스테이지를 교환가능하게 배치할 필요가 없고, 노광 장치의 풋프린트의 증대화를 억제하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에 따르면, 주 제어기 (20) 에 의해 조동 스테이지 구동계 (51A) 를 통하여 조동 스테이지 (WCS1) 의 제 1 부분 (WCS1a) 및 제 2 부분 (WCS1b) 이 각각 구동되고, 제 1 부분 (WCS1a) 및 제 2 부분 (WCS1b) 이 분리되면, 분리 전의 조동 스테이지 (WCS1) 에 의해 유지된 미동 스테이지 (WFS1) (또는 WFS2) 는 노광된 웨이퍼 (W) 를 여전히 유지하면서, 조동 스테이지 (WCS1) 로부터 쉽게 이탈될 수 있다. 즉, 웨이퍼 (W) 는 미동 스테이지 (WFS1) 와 일체로, 조동 스테이지 (WCS1) 로부터 쉽게 이탈될 수 있다.
이 경우에, 본 실시형태에서는, 조동 스테이지 (WCS1) 내의 공간부 내에 선단부를 가진 캔틸레버 상태로 지지되는 계측 아암 (71A) 의 고정단으로부터 자유단으로의 방향 (+Y 방향) 으로 조동 스테이지 (WCS1) 와 일체로 미동 스테이지 (WFS1) (또는 WFS2) 를 이동시킨 후에, 조동 스테이지 (WCS1) 가 제 1 부분 (WCS1a) 과 제 2 부분 (WCS1b) 으로 분리되고, 노광된 웨이퍼 (W) 를 유지하는 미동 스테이지 (WFS1) (또는 WFS2) 가 조동 스테이지 (WCS1) 로부터 쉽게 이탈되기 때문에, 노광된 웨이퍼 (W) 를 유지하는 미동 스테이지 (WFS1) (또는 WFS2) 는, 계측 아암 (71A) 의 이탈 방해 없이, 조동 스테이지 (WCS1) 로부터 이탈될 수 있다.
또한, 노광된 웨이퍼 (W) 를 유지하는 미동 스테이지 (WFS1) (또는 WFS2) 가 조동 스테이지 (WCS1) 로부터 이탈된 후, 노광 전의 웨이퍼 (W) 를 유지하는 다른 미동 스테이지 (WFS2) (또는 WFS1) 를 조동 스테이지 (WCS1) 가 유지하게 된다. 따라서, 각각 웨이퍼 (W) 를 유지한 상태에서, 노광된 웨이퍼 (W) 를 유지하는 미동 스테이지 (WFS1) (또는 WFS2) 를 조동 스테이지 (WCS1) 로부터 이탈시키는 것이 가능하게 되고, 또는 노광 전의 웨이퍼 (W) 를 유지하는 다른 미동 스테이지 (WFS2) (또는 WFS1) 를 조동 스테이지 (WCS1) 에 유지시키는 것이 가능하게 된다.
또한, 주 제어기 (20) 는 반송 부재 구동계 (54) 를 통하여 반송 부재 (48) 를 구동하고, 노광된 웨이퍼 (W) 를 여전히 유지하고 조동 스테이지 (WCS1) 로부터 이탈된 미동 스테이지 (WFS1) (또는 WFS2) 가 릴레이 스테이지 (DRST) 의 내부 공간에 수용된다.
또한, 주 제어기 (20) 는, 조동 스테이지 (WCS2) 의 제 1 부분 (WCS2a) 과 제 2 부분 (WCS2b) 이 조동 스테이지 구동계 (51B) 를 통하여 분리된 상태에서, 반송 부재 구동계 (54) 를 통하여 반송 부재 (48) 를 구동시켜, 노광된 웨이퍼 (W) 를 유지하는 미동 스테이지 (WFS1) (또는 WFS2) 의 위치가 소정의 높이로 설정된다. 그리고, 주 제어기 (20) 에 의해 조동 스테이지 구동계 (51B) 를 통하여 조동 스테이지 (WCS2) 의 제 1 부분 (WCS2a) 이 제 2 부분 (WCS2b) 과 일체화됨으로써, 노광된 웨이퍼 (W) 를 유지하는 미동 스테이지 (WFS1) (또는 WFS2) 는 릴레이 스테이지 (DRST) 로부터 조동 스테이지 (WCS2) 로 전달될 수 있다.
또한, 주 제어기 (20) 는 노광 전의 웨이퍼 (W) 를 유지하는 미동 스테이지 (WFS2) (또는 WFS1) 를, 미동 스테이지 구동계 (52B 및 52C) 를 통하여, 조동 스테이지 (WCS2) 로부터 릴레이 스테이지 (DRST) 로, 그 후 또한 미동 스테이지 구동계 (52C 및 52A) 를 통하여, 릴레이 스테이지 (DRST) 로부터 조동 스테이지 (WCS1) 로 이동 및 탑재시킨다.
따라서, 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에 따르면, 웨이퍼 (W) 가 대형화되는 경우라도, 특별히 어떤 문제 없이, 미동 스테이지 (WFS1 또는 WFS2) 와 일체로, 조동 스테이지 (WCS1), 릴레이 스테이지 (DRST) 및 조동 스테이지 (WCS2) 의 3 개 사이에서 웨이퍼 (W) 가 전달될 수 있다.
또한, 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에서는, 노광 스테이션 (200) 에서, 조동 스테이지 (WCS1) 에 의해 상대 이동가능하게 유지된 미동 스테이지 (WFS1) (또는 WFS2) 상에 탑재된 웨이퍼 (W) 가 레티클 (R) 및 투영 광학계 (PL) 를 통하여 노광광 (IL) 으로 노광된다. 그렇게 함으로써, 조동 스테이지 (WCS1) 에 의해 이동가능하게 유지된 미동 스테이지 (WFS1) (또는 WFS2) 의 XY 평면 내의 위치 정보는 주 제어기 (20) 에 의해, 미동 스테이지 (WFS1) (또는 WFS2) 에 배치된 그레이팅 (RG) 에 대향하여 배치되는 계측 아암 (71A) 을 갖는 미동 스테이지 위치 계측계 (70A) 의 인코더 시스템 (73) 을 이용하여 계측된다. 이 경우에, 조동 스테이지 (WCS1) 의 내부에 공간부가 형성되고, 미동 스테이지 위치 계측계 (70A) 의 각 헤드가 이 공간부 내에 배치되기 때문에, 미동 스테이지 (WFS1) (또는 WFS2) 와 미동 스테이지 위치 계측계 (70A) 의 각 헤드와의 사이에는 공간이 존재할 뿐이다. 따라서, 각 헤드는 미동 스테이지 (WFS1) (또는 WFS2) (그레이팅 (RG)) 에 근접하여 배열될 수 있으며, 이로써 미동 스테이지 위치 계측계 (70A) 에 의해 미동 스테이지 (WFS1) (또는 WFS2) 의 위치 정보의 매우 정밀한 계측이 허용된다. 또한, 그 결과로, 주 제어기 (20) 에 의한 조동 스테이지 구동계 (51A) 및/또는 미동 스테이지 구동계 (52A) 를 통한 미동 스테이지 (WFS1) (또는 WFS2) 의 매우 정밀한 구동이 가능하게 된다.
또한, 이 경우에, 계측 아암 (71A) 으로부터 사출되는, 미동 스테이지 위치 계측계 (70A) 를 구성하는 인코더 시스템 (73) 과 레이저 간섭계 시스템 (75) 의 각 헤드의 계측 빔의 그레이팅 (RG) 상의 조사점은 웨이퍼 (W) 에 조사된 노광광 (IL) 의 조사 영역 (노광 영역) (IA) 의 중심 (노광 위치) 에 일치한다. 따라서, 주 제어기 (20) 는 소위 아베 오차의 영향을 받지 않고, 미동 스테이지 (WFS1) (또는 WFS2) 의 위치 정보를 고 정밀도로 계측할 수 있다. 또한, 계측 아암 (71A) 을 그레이팅 (RG) 바로 아래에 배치함으로써 인코더 시스템 (73) 의 각 헤드의 계측 빔의 대기 중의 광로 길이가 매우 짧아질 수 있기 때문에, 공기 변동의 영향이 저감되고, 이 점에서도, 미동 스테이지 (WFS1) (또는 WFS2) 의 위치 정보가 고 정밀도로 계측될 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 계측 스테이션 (300) 에, 미동 스테이지 위치 계측계 (70A) 에 좌우 대칭으로 구성된 미동 스테이지 위치 계측계 (70B) 가 제공된다. 그리고, 계측 스테이션 (300) 에서, 조동 스테이지 (WCS2) 에 의해 유지된 미동 스테이지 (WFS2) (또는 WFS1) 상의 웨이퍼 (W) 에 대한 웨이퍼 얼라인먼트가 얼라인먼트계 (AL1, 및 AL21 내지 AL24) 등에 의해 수행될 때, 조동 스테이지 (WCS2) 에 이동가능하게 지지된 미동 스테이지 (WFS2) (또는 WFS1) 의 XY 평면 내의 위치 정보가 미동 스테이지 위치 계측계 (70B) 에 의해 고 정밀도로 계측된다. 그 결과로, 주 제어기 (20) 에 의한 조동 스테이지 구동계 (51B) 및/또는 미동 스테이지 구동계 (52B) 를 통한 미동 스테이지 (WFS2) (또는 WFS1) 의 매우 정밀한 구동이 가능하게 된다.
또한, 본 실시형태에서는, 노광 스테이션 (200) 측의 계측 아암 (71A) 과 계측 스테이션 (300) 측의 계측 아암 (71B) 에서는 각 아암의 자유단과 고정단이 반대 방향으로 설정되기 때문에, 계측 아암 (71A 및 71B) 에 의해 방해받지 않고, 조동 스테이지 (WCS1) 는 계측 스테이션 (300) (더 상세하게는, 릴레이 스테이지 (DRST)) 에 접근할 수 있고, 조동 스테이지 (WCS2) 는 또한 노광 스테이션 (200) (더 상세하게는, 릴레이 스테이지 (DRST)) 에 접근할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 따르면, 노광 전의 웨이퍼를 유지하는 미동 스테이지 (WFS2) (또는 WFS1) 의 조동 스테이지 (WCS2) 로부터 릴레이 스테이지 (DRST) 로의 전달, 및 릴레이 스테이지 (DRST) 로부터 조동 스테이지 (WCS1) 로의 전달은, 조동 스테이지 (WCS2), 릴레이 스테이지 (DRST) 및 조동 스테이지 (WCS1) 의 상면 (한쌍의 고정자부 (93a 및 93b) 를 포함하는 XY 평면에 평행한 면 (제 1 면)) 을 따라 미동 스테이지 (WFS2) (또는 WFS1) 를 슬라이드 이동시킴으로써 수행된다. 또한, 노광된 웨이퍼를 유지하는 미동 스테이지 (WFS1) (또는 WFS2) 의 조동 스테이지 (WCS1) 로부터 릴레이 스테이지 (DRST) 로의 전달, 및 릴레이 스테이지 (DRST) 로부터 조동 스테이지 (WCS1) 로의 전달은, 제 1 면의 -Z 측에 위치하는, 조동 스테이지 (WCS1), 릴레이 스테이지 (DRST) 및 조동 스테이지 (WCS2) 의 내부의 공간 내로 미동 스테이지 (WFS1) (또는 WFS2) 를 이동시킴으로써 수행된다. 따라서, 조동 스테이지 (WCS1) 와 릴레이 스테이지 (DRST) 사이, 및 조동 스테이지 (WCS2) 와 릴레이 스테이지 (DRST) 사이에서의 웨이퍼의 전달이 장치의 풋프린트의 증대화를 가능한 많이 억제함으로써 실현될 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 릴레이 스테이지 (DRST) 가 XY 평면 내에서 이동가능하게 구성되지만, 전술된 일련의 병행 처리 동작의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 실제 시퀀스에서는, 전술된 대기 위치에 릴레이 스테이지 (DRST) 가 대기한 채 있다. 이 점에서도, 장치의 풋프린트의 증대화가 억제된다.
또한, 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에 따르면, 미동 스테이지 (WFS1) (또는 WFS2) 가 양호한 정밀도로 구동될 수 있기 때문에, 이 미동 스테이지 (WFS1) (또는 WFS2) 에 탑재된 웨이퍼 (W) 를 레티클 스테이지 (RST) (레티클 (R)) 와 동기하여 양호한 정밀도로 구동시키고, 주사 노광에 의해 레티클 (R) 의 패턴을 웨이퍼 (W) 에 전사하는 것이 가능하게 된다. 또한, 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에서는, 노광 스테이션 (200) 에서 미동 스테이지 (WFS1) (또는 WFS2) 상에 탑재된 웨이퍼 (W) 에 대해 노광 동작이 수행되는 것과 병행하여, 계측 스테이션 (300) 에서 미동 스테이지 (WFS2) (또는 WFS1) 상에서의 웨이퍼 교환, 웨이퍼 (W) 의 얼라인먼트 계측 등이 수행될 수 있기 때문에, 웨이퍼 교환, 얼라인먼트 계측 및 노광의 각 처리가 순차적으로 수행되는 경우와 비교하여 스루풋이 향상될 수 있다.
그런데, 상기 실시형태에서는, 도 23 의 (A) 내지 (C) 를 이용하여, 노광된 웨이퍼 (W) 를 유지하는 미동 스테이지 (WFS1) 는 먼저 릴레이 스테이지 (DRST) 의 반송 부재 (48) 로 전달되었고, 그 후 릴레이 스테이지 (DRST) 에 의해 유지된 미동 스테이지 (WFS2) 가 슬라이드되어 그 뒤에 조동 스테이지 (WCS1) 에 의해 유지되었다. 그러나, 이 외에, 미동 스테이지 (WFS2) 는 릴레이 스테이지 (DRST) 의 반송 부재 (48) 로 먼저 전달될 수 있고, 그 후 조동 스테이지 (WCS1) 에 의해 유지된 미동 스테이지 (WFS1) 가 슬라이드되어 그 뒤에 릴레이 스테이지 (DRST) 에 의해 유지될 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 미동 스테이지 (WFS1 및 WFS2) 를 교체하기 위해, 조동 스테이지 (WCS1 및 WCS2) 를 릴레이 스테이지 (DRST) 에 각각 근접시키는 경우에, 릴레이 스테이지 (DRST) 와 조동 스테이지 (WCS1 및 WCS2) 사이의 갭 (클리어런스) 이 300㎛ 정도로 설정되었지만, 이 갭은, 예를 들어, 블래드 (BL) 및 미동 스테이지 (WFS1) 가 근접하여 구동되는 경우에서처럼 반드시 좁게 설정될 필요는 없다. 이 경우에, 릴레이 스테이지 (DRST) 와 조동 스테이지 사이의 미동 스테이지의 이동 시에, 미동 스테이지가 크게 기울지 않는 (즉, 리니어 모터의 고정자와 가동자가 접촉하지 않는) 범위 내에서, 릴레이 스테이지 (DRST) 와 조동 스테이지가 이격될 수 있다. 즉, 릴레이 스테이지 (DRST) 와 조동 스테이지 (WCS1 및 WCS2) 사이의 갭은 300㎛ 정도로 한정되지 않고, 매우 커질 수 있다.
그런데, 상기 실시형태에서는, 블레이드 (BL) (가동 부재) 가 XY 평면 내에서 이동하는 보조 스테이지 (AST) 에 제공되었던 경우가 설명되었지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않는다. 즉, 유지 부재 (상기 실시형태에서는, 미동 스테이지가 이것에 상당) 가 광학 부재 (상기 실시형태에서는, 선단 렌즈 (191) 가 이것에 상당) 와의 사이에서 액체 (Lq) 를 유지할 때, 가동 부재가 Y 축 방향에서 유지 부재에 소정 거리 (예를 들어, 300㎛) 이내에 근접 (접촉하는 경우를 포함) 할 수 있으며, 그 근접 상태 (전술된 스크럼 상태) 를 유지하면서 유지 부재와 함께 Y 축 방향을 따라 이동 (상기 실시형태에서는 계측 아암 (71A) 의 고정단 측으로부터 자유단 측으로 이동) 시킬 수 있으며, 그 후 그 이동 후에 광학 부재와의 사이에서 액체 (Lq) 를 유지할 수 있다. 따라서, 가동 블레이드는 로봇 아암에 의해 구동되는 가동 블레이드, 또는 다른 구동 디바이스일 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 조동 스테이지 (WCS1 및 WCS2) 가 제 1 부분과 제 2 부분으로 분리가능할 뿐만 아니라 제 1 부분과 제 2 부분이 계합가능한 경우가 설명되었지만, 이 외에, 제 1 부분과 제 2 부분이 물리적으로 계속 떨어져 있는 경우라도, 그들이 상호 접근 및 이간가능하고, 이간 시에는, 유지 부재 (상기 실시형태에서는 미동 스테이지) 가 이탈가능한데 반하여, 접근 시에는, 유지 부재가 지지가능한 한은 제 1 부분과 제 2 부분은 임의의 형태의 구조를 가질 수도 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 장치에, 조동 스테이지 (WCS1 및 WCS2) 에 더하여, 릴레이 스테이지 (DRST) 가 구비되는 경우가 설명되었지만, 릴레이 스테이지 (DRST) 가 반드시 제공될 필요는 없다. 이 경우에, 예를 들어, 조동 스테이지 (WCS2) 와 조동 스테이지 (WCS1) 사이에서 미동 스테이지가 직접 전달될 수 있고, 또는 예를 들어, 로봇 아암 등을 이용하여, 조동 스테이지 (WCS1 및 WCS2) 로 미동 스테이지가 전달될 수 있다. 전자의 경우에, 예를 들어, 조동 스테이지 (WCS1) 로 미동 스테이지를 전달한 후 미동 스테이지를 수취하고, 조동 스테이지 (WCS1) 로부터 외부 반송계 (미도시) 로 미동 스테이지를 전달하는 반송 기구가 조동 스테이지 (WCS2) 에 제공될 수 있다. 이 경우에, 외부 반송계는 웨이퍼를 유지하는 미동 스테이지를 조동 스테이지 (WCS2) 에 장착할 수 있다. 후자의 경우, 조동 스테이지 (WCS1 및 WCS2) 중 일방이 지지하는 미동 스테이지가 지지 디바이스로 전달되는 동시에, 타방의 조동 스테이지가 지지하는 미동 스테이지가 일방의 조동 스테이지로 직접 전달된 후, 마지막으로, 지지 디바이스에 의해 지지된 미동 스테이지가 타방의 조동 스테이지로 전달된다. 이 경우에, 지지 디바이스로서는, 로봇 아암 외에, 통상 시에는, 바닥면으로부터 돌출하지 않도록 베이스 보드 (12) 내부에 끼워지고, 조동 스테이지 (WCS1 및 WCS2) 가 2 부분으로 분리될 때 상승하여 미동 스테이지를 지지한 후, 미동 스테이지를 여전히 지지하면서 하강하는 연직 이동가능한 테이블이 이용될 수 있다. 대안으로, 조동 스테이지 (WCS1 및 WCS2) 의 조동 슬라이더부 (91) 에 Y 축 방향으로 좁은 노치 (narrow notch) 가 형성되는 경우에, 바닥면으로부터 샤프트부가 돌출하고 연직 이동가능한 테이블이 이용될 수 있다. 어느 경우나, 지지 디바이스는 미동 스테이지를 지지하는 부분이 적어도 하나의 방향으로 이동가능하고, 미동 스테이지를 지지한 상태에서 조동 스테이지 (WCS1 및 WCS2) 사이에서 미동 스테이지가 직접 전달될 때 방해하지 않는 한은 임의의 구조를 가질 수 있다. 어느 경우라도, 릴레이 스테이지가 배열되지 않는 경우에는, 이것은 장치의 풋프린트를 작게 한다.
그런데, 상기 실시형태에서는, 미동 스테이지 위치 계측계 (70A 및 70B) 가, 전체가 예를 들어 유리로 이루어지고, 내부를 광이 진행할 수 있는 계측 아암 (71A 및 71B) 을 구비한 경우가 설명되었지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 전술된 각 레이저 빔이 계측 아암에서 진행하는 적어도 일부가 광을 투과시킬 수 있는 중실 부재로 이루어져야 하며, 예를 들어 다른 부분은 광을 투과시키지 않는 부재일 수 있고, 중공 부재를 가질 수 있다. 또한, 예를 들어, 계측 아암으로서는, 그레이팅에 대향하는 부분으로부터 계측 빔이 조사될 수 있는 한은, 계측 빔의 선단부에 광원 또는 광검출기가 내장될 수 있다. 이 경우에, 계측 아암의 내부에 인코더의 계측 빔이 진행할 필요는 없다.
또한, 계측 아암에서, 각 레이저 빔이 진행하는 부분 (빔 광로 부분) 이 중공일 수 있다. 또는, 인코더 시스템으로서 그레이팅 간섭형 인코더 시스템을 채용하는 경우에는, 회절 격자가 형성되는 광학 부재는 예를 들어 세라믹스, 인바 등과 같은 저열팽창성을 갖는 아암에만 제공될 필요가 있다. 이것은 특히 인코더 시스템에서는, 그 시스템이 공기 변동에 의해 가능한 많이 영향을 받지 않도록 빔이 분리하는 공간이 매우 좁기 (짧기) 때문이다. 또한, 이 경우에, 온도가 제어된 기체를 미동 스테이지 (웨이퍼 홀더) 와 계측 아암 (및 빔 광로) 사이의 공간에 공급함으로써 온도가 안정화될 수 있다. 또한, 계측 아암은 임의의 특정 형상을 가질 필요가 없다.
그런데, 본 실시형태에서는, 계측 아암 (71A 및 71B) 이 메인 프레임 (BD) 에 일체로 고정되기 때문에, 내부 응력 (열 응력을 포함) 으로 인해 계측 아암 (71A 및 71B) 에 비틀림 등이 발생할 수도 있는데, 이는 계측 아암 (71A 및 71B) 과 메인 프레임 (BD) 사이의 상대 위치를 변화시킬 수도 있다. 따라서, 이러한 경우에 대한 대책으로서, 계측 아암 (71A 및 71B) 의 위치 (메인 프레임 (BD) 에 대한 상대 위치의 변화 또는 기준 위치에 대한 위치의 변화) 가 계측될 수 있고, 액추에이터 등으로, 계측 아암 (71A 및 71B) 의 위치가 미세 조정될 수 있고, 또는 계측 결과가 보정될 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 계측 아암 (71A 및 71B) 이 메인 프레임 (BD) 과 일체로 있는 경우가 설명되었지만, 이것에 더하여, 계측 아암 (71A 및 71B) 과 메인 프레임 (BD) 은 분리될 수도 있다. 이 경우에, 메인 프레임 (BD) (또는 기준 위치) 에 대한 계측 아암 (71A 및 71B) 의 위치 (또는 변위) 를 계측하는 계측 디바이스 (예를 들어, 인코더 및/또는 간섭계), 및 계측 아암 (71A 및 71B) 의 위치를 조정하는 액추에이터 등이 제공될 수 있으며, 주 제어기 (20) 는 물론 다른 제어기가 계측 디바이스의 계측 결과에 기초하여, 메인 프레임 (BD) (및 투영 광학계 (PL)) 과 계측 아암 (71A 및 71B) 사이의 위치 관계를 소정 관계 (예를 들어, 상수) 로 유지할 수 있다.
또한, 계측 아암 (71A 및 71B) 에, 광학적 기술에 의해 계측 아암 (71A 및 71B) 의 변동을 계측하기 위해, 계측 시스템 (미도시), 온도 센서, 압력 센서, 진동 계측용 가속도 센서 등이 제공될 수 있다. 또는, 계측 아암 (71A 및 71B) 의 변동을 계측하기 위해, 변형 센서 (변형 게이지) 또는 변위 센서가 제공될 수 있다. 그리고, 이들 센서에 의해 얻어진 값을 이용함으로써, 미동 스테이지 위치 계측계 (70A) 및/또는 웨이퍼 스테이지 위치 계측계 (68A), 또는 미동 스테이지 위치 계측계 (70B) 및/또는 웨이퍼 스테이지 위치 계측계 (68B) 에 의해 얻어진 위치 정보가 보정될 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 계측 아암 (71A) (또는 71B) 이 메인 프레임 (BD) 으로부터 하나의 지지 부재 (72A) (또는 72B) 를 통하여 캔틸레버 상태로 지지되는 경우가 설명되었지만, 이것에 더하여, 예를 들어, X 축 방향으로 떨어져 배열되는 2 개의 매달림 부재를 포함하는 U 자 형상의 매달림부를 통하여 메인 프레임 (BD) 으로부터 계측 아암 (71A) (또는 71B) 이 매달림 지지될 수 있다. 이 경우에, 미동 스테이지가 2 개의 매달림 부재 간을 이동할 수 있도록 그 2 개의 매달림 부재 사이의 거리를 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 실시형태에서는, 인코더 시스템 (73) 이 X 헤드 및 한쌍의 Y 헤드를 구비하고 있는 예가 도시되었지만, 이 외에, 예를 들어, X 축 방향과 Y 축 방향의 2 방향을 계측 방향으로 하는 2 차원 헤드 (2D 헤드) 가 한개 또는 2 개 제공될 수 있다. 2 개의 2D 헤드가 제공되는 경우에는, 2 개의 헤드의 검출점이 그레이팅 상에서, 노광 위치를 중심으로 하여, X 축 방향으로 동일하게 떨어져 이격되는 2 점이 되도록 배열될 수 있다.
그런데, 미동 스테이지 위치 계측계 (70A) 는 레이저 간섭계 시스템 (75) 을 구비하지 않고, 인코더 시스템 (73) 만을 이용하여 미동 스테이지의 6 자유도 방향에서의 위치 정보를 계측할 수 있다. 이 외에, X 축 방향과 Y 축 방향 중 적어도 일방과 Z 축 방향에서의 위치 정보를 계측할 수 있는 인코더가 또한 이용될 수 있다. 예를 들어, 동일선상이 아닌 3 개의 계측점에, X 축 방향과 Z 축 방향에서의 위치 정보를 계측할 수 있는 인코더, 및 Y 축 방향과 Z 축 방향에서의 위치 정보를 계측할 수 있는 인코더를 포함하는 총 3 개의 인코더로부터 계측 빔을 조사하고, 복귀 광 (return light) 을 수광함으로써, 그레이팅 (RG) 이 제공되는 이동체의 6 자유도 방향의 위치 정보가 계측될 수 있다. 또한, 인코더 시스템 (73) 의 구성은 상술된 실시형태로 한정되지 않고, 임의적이다.
그런데, 상기 실시형태에서는, 미동 스테이지의 상면, 즉, 웨이퍼에 대향하는 면 상에 그레이팅이 배치되었지만, 이것에 더하여, 그레이팅은 웨이퍼를 유지하는 웨이퍼 홀더 상에 형성될 수 있다. 이 경우에, 노광 중에 웨이퍼 홀더가 팽창하거나 또는 미동 스테이지에 대한 설치 위치가 이동된 경우라도, 이것은 웨이퍼 홀더 (웨이퍼) 의 위치를 계측할 때 추종될 수 있다. 또한, 그레이팅이 미동 스테이지의 하면에 배치될 수 있으며, 이 경우에, 미동 스테이지는 미동 스테이지 내부를 인코더 헤드로부터 조사된 계측 빔이 진행하지 않기 때문에 광이 투과할 수 있는 중실 부재가 될 필요가 없고, 미동 스테이지는, 내부에 배관, 배선 등이 배치된 중공 구조를 가질 수 있어, 미동 스테이지를 경량화할 수 있다.
그런데, 상기 각 실시형태에서는, 계측 빔이 계측 아암 (71A 및 71B) 의 내부를 진행하였고 미동 스테이지의 그레이팅 (RG) 에 하방으로부터 조사된 인코더 시스템이 이용되었지만, 이것에 더하여, 계측 아암에 인코더 헤드의 광학계 (이를 테면 빔 스플리터) 가 제공되어 있고, 광학계와 광원이 광 파이버에 의해 접속될 수 있으며, 이에 의해 광 파이버를 통하여 광원으로부터의 레이저 빔을 광학계로 전송하게 하고, 및/또는 광학계와 광검출부가 광 파이버에 의해 접속될 수 있으며, 광 파이버가 그레이팅 (RG) 으로부터의 복귀 광을 광학계로부터 광검출계로 전송하게 하는 인코더 시스템이 이용될 수 있다.
그런데, 상기 실시형태에서는, 웨이퍼 스테이지는 조동 스테이지와 미동 스테이지의 조합인 조미동 스테이지인 경우가 예시되었지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않는다.
또한, 미동 스테이지를 조동 스테이지에 대하여 구동하는 구동 기구는 상기 실시형태에서 설명된 기구로 한정되지 않는다. 예를 들어, 본 실시형태에서는, 미동 스테이지를 Y 축 방향으로 구동하는 코일이 미동 스테이지를 Z 축 방향으로 구동하는 코일로도 기능하였지만, 이 외에, 미동 스테이지를 Y 축 방향으로 구동하는 액추에이터 (리니어 모터) 및 미동 스테이지를 Z 축 방향으로 구동하는, 더 상세하게는 미동 스테이지를 부상시키는 액추에이터가 각각 독립적으로 제공될 수 있다. 이 경우에, 미동 스테이지에 일정한 부상력을 작용시키는 것이 가능하기 때문에, 미동 스테이지의 Z 축 방향의 위치는 안정된다. 그런데, 상기 실시형태에서는, 미동 스테이지에 구비된 가동자부 (82a 및 82b) 가 측면도에서 U 자 형상을 갖는 경우가 설명되었지만, 미동 스테이지를 구동하는 리니어 모터에 구비된 가동자부는 물론 고정자부도 U 자 형상일 필요는 없다.
그런데, 상기 각 실시형태에서는, 미동 스테이지 (WFS1 및 WFS2) 가 로렌츠력 (전자력) 의 작용에 의해 조동 스테이지 (WCS1 또는 WCS2) 에 의해 비접촉식으로 지지되지만, 이 외에, 예를 들어, 진공 예압형 기체 정압 베어링 등이 미동 스테이지 (WFS1 및 WFS2) 에 배열될 수 있어, 그 스테이지가 조동 스테이지 (WCS1 또는 WCS2) 에 대하여 부상 지지된다. 또한, 상기 실시형태에서는, 미동 스테이지 (WFS1 및 WFS2) 가 모든 6 자유도 방향으로 구동될 수 있지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않고, 미동 스테이지 (WFS1 및 WFS2) 는 단지 XY 평면에 평행한 2 차원 평면 내를 이동가능해야 한다. 또한, 미동 스테이지 구동계 (52A 및 52B) 는 상술된 무빙 마그넷식으로 한정되지 않고, 또한 무빙 코일식일 수도 있다. 또한, 미동 스테이지 (WFS1 및 WFS2) 는 조동 스테이지 (WCS1 또는 WCS2) 와 접촉 지지될 수도 있다. 따라서, 미동 스테이지 (WFS1 및 WFS2) 를 조동 스테이지 (WCS1 또는 WCS2) 에 대하여 구동하는 미동 스테이지 구동계로서는, 예를 들어, 로터리 모터 및 볼 스크류 (또는 피드 스크류) 를 이용을 위해 조합할 수도 있다.
그런데, 웨이퍼 스테이지의 이동 범위 전역에서 위치 계측기 가능하도록 미동 스테이지 위치 계측계가 구성될 수 있다. 이 경우에는 웨이퍼 스테이지 위치 계측계가 요구되지 않는다. 또한, 상기 실시형태에서, 베이스 보드 (12) 는 웨이퍼 스테이지의 구동력의 반력의 작용에 의해 이동할 수 있는 카운터매스일 수 있다. 이 경우에, 조동 스테이지는 카운터매스로서 이용될 필요가 없으며, 또는 조동 스테이지가 상술된 실시형태에서처럼 카운터매스로서 이용될 때, 조동 스테이지를 경량화할 수 있다.
그런데, 상기 실시형태의 노광 장치에서 이용되는 웨이퍼는 450mm 웨이퍼로 한정되지 않고, 보다 사이즈가 작은 웨이퍼 (이를 테면 300mm 웨이퍼) 일 수 있다.
그런데, 상기 각 실시형태에서는, 본 발명이 스캐닝 스텝퍼에 적용되는 경우가 설명되었지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않고, 스텝퍼와 같은 정지형 노광 장치에도 적용될 수 있다. 스텝퍼의 경우에도, 노광 대상의 물체가 탑재되는 스테이지의 위치를 인코더를 이용하여 계측함으로써, 간섭계를 이용하여 이 스테이지의 위치를 계측할 때와는 상이한, 공간 변동에 의해 야기된 위치 계측 오차가 실질적으로 널이 될 수 있으며, 인코더의 계측값에 기초하여 스테이지를 고 정밀도로 위치결정하는 것이 가능하게 되는데, 결과적으로 레티클 패턴을 고 정밀도로 물체에 전사하는 것이 가능하게 된다. 또한, 본 발명은 샷 영역과 샷 영역을 합성하는 스텝-앤드-스티치 방식에 의한 축소 투영 노광 장치에도 적용될 수 있다.
또한, 상기 각 실시형태의 노광 장치에서의 투영 광학계의 배율은 축소계뿐만 아니라, 등배계 또는 확대계 중 어느 하나일 수도 있으며, 투영 광학계 (PL) 는 굴절계뿐만 아니라, 반사계 또는 반사 굴절계 중 어느 하나일 수도 있으며, 또한, 투영된 이미지는 도립상 또는 정립상 중 어느 하나일 수도 있다.
또한, 조명광 (IL) 은 ArF 엑시머 레이저광 (파장 193nm) 으로 한정되지 않고, KrF 엑시머 레이저광 (파장 248nm) 과 같은 자외광, 또는 F2 레이저광 (파장 157nm) 과 같은 진공 자외광일 수도 있다. 예를 들어, 미국 특허 제7,023,610호 명세서에 개시된 바와 같이, 진공 자외광으로서는, DFB 반도체 레이저 또는 파이버 레이저에 의해 사출되는 적외역 또는 가시역의 단일 파장 레이저 빔을 예를 들어, 에르븀 (또는 에르븀과 이테르븀 양자) 으로 도핑된 파이버 증폭기로 증폭시킴으로써, 그리고 비선형 광학 결정을 이용하여 파장을 자외광으로 변환함으로써 얻어지는 고조파가 또한 이용될 수 있다.
또한, 전술된 실시형태의 노광 장치 (100) 의 조명광 (IL) 은 파장 100nm 이상의 광으로 한정되지 않고, 물론 파장 100nm 미만의 광도 이용될 수도 있다. 예를 들어, 본 발명은 연질 X 선 영역 (예를 들어, 5 내지 15nm 의 파장역) 의 EUV (Extreme Ultraviolet) 광을 이용하는 EUV 노광 장치에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명은 전자 빔 또는 이온 빔과 같은 하전 빔을 이용하는 노광 장치에도 적용될 수 있다.
또한, 상기 각 실시형태에서는, 광투과성 기판 상에 소정의 차광 패턴 (또는 위상 패턴 또는 감광 패턴) 이 형성된 광투과형 마스크 (레티클) 가 이용된다. 그러나, 이 레티클 대신에, 예를 들어, 미국 특허 제6,778,257호 명세서에 개시된 바와 같이, 노광될 패턴의 전자 데이터에 따라 광투과 패턴, 반사 패턴 또는 발광 패턴이 형성되는 전자 마스크 (가변성형 마스크, 액티브 마스크 또는 이미지 제너레이터라고도 불림, 예를 들어, 비발광형 이미지 디스플레이 디바이스 (공간 광 변조기) 등의 일종인 DMD (Digital Micromirror Device) 를 포함) 가 또한 이용될 수 있다. 이러한 가변성형 마스크를 이용하는 경우에는, 웨이퍼, 유리 플레이트 등이 탑재되는 스테이지가 가변성형 마스크에 대하여 주사되기 때문에, 이 스테이지의 위치를 인코더 시스템 및 레이저 간섭계 시스템을 이용하여 계측함으로써 상기 실시형태와 동등한 효과가 얻어질 수 있다.
또한, 예를 들어, PCT 국제 공개 제2001/035168호에 개시된 바와 같이, 본 발명은 간섭 프린지를 웨이퍼 (W) 상에 형성함으로써 웨이퍼 (W) 상에 라인-앤드-스페이스 패턴을 형성하는 노광 장치 (리소그래피 시스템) 에도 적용될 수 있다.
또한, 예를 들어, 미국 특허 제6,611,316호 명세서에 개시된 바와 같이, 본 발명은 2 개의 레티클 패턴을 투영 광학계를 통하여 합성하고, 1 회의 주사 노광에 의해 하나의 샷 영역을 거의 동시에 이중 노광 수행하는 노광 장치에도 적용될 수 있다.
그런데, 상기 실시형태에서 패턴이 형성될 물체 (에너지 빔이 조사되는 노광 대상의 물체) 는 웨이퍼로 한정되지 않고, 유리 플레이트, 세라믹 기판, 필름 부재 또는 마스크 블랭크와 같은 다른 물체일 수도 있다.
노광 장치의 용도는 반도체 디바이스의 제조용의 노광 장치로 한정되지 않고, 예를 들어, 각형의 유리 플레이트에 액정 디스플레이 디바이스 패턴이 전사되는 액정 디바이스의 제조용의 노광 장치는 물론, 유기 EL 디스플레이, 박막 자기 헤드, 촬상 소자 (예를 들어, CCD), 마이크로머신, 및 DNA 칩의 제조용의 노광 장치에도 널리 적용될 수 있다. 반도체 디바이스 등의 마이크로디바이스를 제조하는 것에 더하여, 본 발명은 가시광 노광 장치, EUV 노광 장치, X 선 노광 장치, 전자 빔 노광 장치 등에 의해 이용되는 레티클 또는 마스크를 제조하기 위하여 유리 기판, 실리콘 웨이퍼 등에 회로 패턴을 전사하는 노광 장치에도 적용될 수 있다.
그런데, 노광 장치 등에 어느 정도까지만 관련된 설명에서 인용되는 모든 공개들, 공개 PCT 국제 공개, 미국 특허 출원 및 미국 특허의 개시물이 여기에 참조에 의해 각각 통합된다.
반도체 디바이스 등과 같은 전자 디바이스는, 디바이스의 기능/성능 설계를 수행하는 단계, 이 설계 단계에 기초하여 레티클을 제작하는 단계, 실리콘 재료로부터 웨이퍼를 제작하는 단계, 전술된 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 잔존하는 부분 이외의 부분의 노광 부재를 에칭에 의해 제거하는 에칭 단계, 에칭이 종료되었을 때 더 이상 불필요한 레지스트를 제거하는 레지스트 제거 단계, 디바이스 조립 단계 (다이싱 공정, 본딩 공정, 패키지 공정을 포함), 검사 단계 등을 통하여 제조된다. 이 경우에, 리소그래피 단계에서, 본 실시형태의 노광 장치를 이용하여 전술된 노광 방법을 실행함으로써 웨이퍼 상에 디바이스 패턴이 형성되기 때문에, 고집적도의 디바이스가 양호한 생산성으로 제조될 수 있다.
산업상 이용가능성
상술한 바와 같이, 본 발명의 노광 장치 및 노광 방법은 에너지 빔을 물체 상에 조사함으로써 물체 상에 패턴을 형성하기에 적합하다. 또한, 본 발명의 디바이스 제조 방법은 전자 디바이스를 제조하기에 적합하다.

Claims (38)

  1. 액체를 통하여 에너지 빔으로 물체를 노광하는 노광 장치로서,
    적어도 2 차원 평면을 따라 이동가능한 제 1 이동체;
    상기 에너지 빔을 사출하는 사출면을 갖는 광학 부재;
    상기 제 1 이동체에 의해 이동가능하게 지지되고, 적어도 상기 사출면에 대향하는 상기 2 차원 평면에 평행한 면 내에서 이동가능하며, 또한 상기 사출면에 대향하는 위치에 위치할 때 상기 광학 부재와의 사이에서 액체를 유지할 수 있는 유지 부재;
    상기 유재 부재의 상기 2 차원 평면에 실질적으로 평행한 면에 배치된 계측면에 적어도 하나의 계측 빔을 조사하는 헤드의 적어도 일부가 제공된 상기 2 차원 평면에 평행한 제 1 축 방향으로 연장하는 아암 부재를 갖고, 상기 헤드의 출력에 기초하여, 상기 유지 부재의 상기 2 차원 평면 내의 위치 정보를 계측하는 위치 계측계; 및
    상기 유지 부재가 상기 광학 부재와의 사이에서 액체를 유지할 때, 상기 2 차원 평면에 평행한 상기 제 1 축 방향에서 상기 유지 부재에 소정 거리 이내에 근접하고, 상기 근접 상태를 유지하면서 상기 유지 부재와 함께 상기 아암 부재를 따라 상기 제 1 축 방향의 일측으로부터 타측으로 이동하며, 상기 이동 후에 상기 광학 부재와의 사이에서 상기 액체를 유지하는 가동 부재를 포함하는, 노광 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가동 부재는, 상기 가동 부재가 상기 제 1 축 방향을 따라 상기 유지 부재에 소정 거리 이내에 근접한 상태에서, 상기 유지 부재 및 상기 제 1 이동체와 함께 상기 제 1 축 방향을 따라 이동하는, 노광 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 가동 부재는, 상기 사출면에 대향하는 제 1 위치 및 상기 제 1 위치와는 상이한 제 2 위치를 포함하는 범위 내에서 이동가능한, 노광 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유지 부재가 상기 사출면에 대향할 때, 상기 가동 부재는, 상기 사출면에 대향하지 않는 위치로 이동가능한, 노광 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가동 부재 및 상기 유지 부재 중 적어도 일방을 상기 사출면에 대향하는 위치에 배치하여, 상기 광학 부재와, 상기 가동 부재 및 상기 유지 부재 중 적어도 일방과의 사이에, 액체를 계속 유지하는, 노광 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 축 방향으로 상기 가동 부재 및 상기 유지 부재를 이동시킴으로써, 상기 광학 부재와의 사이에서의 상기 액체의 유지를, 상기 가동 부재 및 상기 유지 부재 중 일방으로부터 타방으로 전환할 수 있는, 노광 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가동 부재를 이동가능하게 지지하는 구동계를 더 포함하는, 노광 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 구동계는, 상기 가동 부재를 적어도 상기 제 1 축 방향으로 구동하는, 노광 장치.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 구동계는, 상기 가동 부재를 상기 2 차원 평면에 평행한 면 내에서 구동하는, 노광 장치.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동계는, 상기 2 차원 평면을 따라 이동할 수 있고, 상기 제 1 이동체에 의해 지지된 상기 유지 부재와 동일한 높이 위치에 상기 가동 부재를 지지하는 제 2 이동체를 포함하는, 노광 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 이동체는, 상기 가동 부재를 상기 2 차원 평면 내의 상기 제 1 축 방향에 직교하는 방향의 일측에서 캔틸레버 방식으로 지지하는, 노광 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 구동계는, 상기 제 2 이동체를 상기 2 차원 평면 내의 상기 제 1 축 방향에 직교하는 방향으로 구동하고, 상기 가동 부재를 상기 아암 부재의 연직 상방에 위치시키는, 노광 장치.
  13. 제 8 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가동 부재를 상기 사출면에 대향하지 않는 위치에 위치시킨 상태에서, 상기 유지 부재에 의해 유지된 상기 물체를 노광하는, 노광 장치.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 부재와, 상기 가동 부재 및 상기 제 1 이동체 중 적어도 일방과의 사이의 공간을 채움으로써 액침 공간을 형성하는 액침 부재를 더 포함하는, 노광 장치.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가동 부재의 표면은, 상기 액체에 대하여 발액성을 갖는, 노광 장치.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유지 부재는, 상기 물체의 표면과 상기 물체의 주변에 배치된 상기 유지 부재의 표면이 실질적으로 동일면이 되도록 상기 물체를 유지하는, 노광 장치.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 사출면에 대향하는 상기 가동 부재의 제 1 면은, 상기 2 차원 평면에 실질적으로 평행한, 노광 장치.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가동 부재는 플레이트인, 노광 장치.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가동 부재는, 상기 광학 부재의 광학 특성을 계측하는 계측용 부재의 적어도 일부를 갖는, 노광 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 계측용 부재의 적어도 일부는, 상기 광학 부재와의 위치 관계가 일정한 부재에 배치되는, 노광 장치.
  21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 계측면에는, 그레이팅이 형성되며,
    상기 헤드는, 상기 계측 빔의 상기 그레이팅으로부터의 회절광을 수광하는, 노광 장치.
  22. 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 이동체는, 상기 아암 부재의 일부가 그 내부에 배치될 수 있는 공간부를 갖는, 노광 장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 아암 부재는, 상기 제 1 축 방향의 일측이 고정단으로서 캔틸레버 상태로 지지되는 캔틸레버 부재이고, 상기 부재의 자유단 근방으로부터 상기 계측 빔을 상기 계측면에 조사하는, 노광 장치.
  24. 광학 부재 및 액체를 통하여 에너지 빔으로 물체를 노광하는 노광 장치로서,
    적어도 2 차원 평면을 따라 이동가능한 제 1 이동체;
    상기 물체를 유지하면서, 상기 제 1 이동체에 의해 이동가능하게 지지되고, 상기 광학 부재와의 사이에서 액체를 유지할 수 있는 유지 부재;
    상기 제 1 이동체에 의해 지지된 상기 유지 부재의 하방에 배치된 계측용 부재에 적어도 일부가 제공되어 있고, 상기 유지 부재의 계측면에 계측 빔을 조사함으로써 상기 유지 부재의 위치 정보를 계측하는 위치 계측계; 및
    상기 계측용 부재의 상방에 유지면이 배치되어 있고, 상기 광학 부재 바로 아래에 상기 액체를 유지하면서 상기 유지 부재와 교환되어, 상기 유지면과 상기 광학 부재 사이에 상기 액체를 유지하는 가동 부재를 포함하는, 노광 장치.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 유지 부재의 하방 측에 상기 계측면이 제공되고, 상기 계측면에 그레이팅이 제공되며,
    상기 위치 계측계는, 상기 계측 빔의 조사에 의해 상기 그레이팅에서 발생된 회절광을 수광하고 상기 유지 부재의 위치 정보를 계측하는 인코더 시스템인, 노광 장치.
  26. 제 24 항 또는 제 25 항에 있어서,
    상기 가동 부재는, 상기 가동 부재가 상기 2 차원 평면 내의 상기 제 1 방향에서 상기 유지 부재에 소정 거리 이내에 근접한 상태에서, 상기 유지 부재 및 상기 제 1 이동체와 함께 상기 제 1 방향으로 이동하는, 노광 장치.
  27. 제 24 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가동 부재는, 상기 광학 부재 바로 아래의 제 1 위치 및 상기 제 1 위치와는 상이한 제 2 위치를 포함하는 범위 내에서 이동가능한, 노광 장치.
  28. 제 24 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가동 부재 및 상기 유지 부재 중 적어도 일방을 상기 광학 부재에 대향하는 위치에 배치하여, 상기 광학 부재와, 상기 가동 부재 및 상기 유지 부재 중 적어도 일방과의 사이에, 액체를 계속 유지하는, 노광 장치.
  29. 제 24 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 부재와, 상기 가동 부재 및 상기 제 1 이동체 중 적어도 일방과의 사이의 공간을 액체로 채움으로써 액침 공간을 형성하는 액침 부재를 더 포함하는, 노광 장치.
  30. 제 24 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가동 부재의 표면은, 상기 액체에 대하여 발액성을 갖는, 노광 장치.
  31. 제 24 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유지 부재는, 상기 물체의 표면과 상기 물체의 주변의 상기 유지 부재 장소의 표면이 실질적으로 동일면이 되도록 상기 물체를 유지하는, 노광 장치.
  32. 제 24 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가동 부재는, 상기 광학 부재의 광학 특성을 계측하는 계측용 부재의 적어도 일부를 갖는, 노광 장치.
  33. 제 1 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 기재된 노광 장치를 이용하여 물체를 노광하는 단계; 및
    상기 노광된 물체를 현상하는 단계를 포함하는, 디바이스 제조 방법.
  34. 광학 부재 및 액체를 통하여 에너지 빔으로 물체를 노광하는 노광 방법으로서,
    물체를 유지하고, 또한 상기 광학 부재와의 사이에서 액체를 유지할 수 있는 유지 부재를 이동가능하게 지지하는 제 1 이동체를 적어도 2 차원 평면을 따라 이동시키는 단계;
    상기 제 1 이동체에 의해 지지된 상기 유지 부재의 하방에 배치된 계측면에 적어도 일부가 제공되어 있는 위치 계측계를 이용하여, 상기 유지 부재의 계측면에 계측 빔을 조사함으로써 상기 유지 부재의 위치 정보를 계측하는 단계; 및
    상기 계측용 부재의 상방에 유지면이 배치되어 있고, 상기 유지면에서 상기 광학 부재와의 사이에 상기 액체를 유지할 수 있는 가동 부재를 상기 유지 부재와 교환가능하게 배치함으로써, 상기 광학 부재 바로 아래에 상기 액체를 유지하는 단계를 포함하는, 노광 방법.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 계측용 부재에 적어도 일부가 제공되어 있는 상기 위치 계측계를 이용하고, 상기 유지 부재의 하방 측에 제공된 그레이팅을 갖는 상기 계측면에 계측 빔을 조사하며, 상기 계측 빔의 조사에 의해 상기 그레이팅에서 발생된 회절광을 수광하여, 상기 유지 부재의 위치 정보를 계측하는, 노광 방법.
  36. 제 34 항 또는 제 35 항에 있어서,
    상기 가동 부재는, 상기 가동 부재가 상기 2 차원 평면 내의 제 1 방향에서 상기 유지 부재에 소정 거리 이내에 근접한 상태에서, 상기 유지 부재 및 상기 제 1 이동체와 함께 상기 제 1 방향으로 이동하는, 노광 방법.
  37. 제 34 항 내지 제 36 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가동 부재 및 상기 유지 부재 중 적어도 일방을 상기 광학 부재에 대향하는 위치에 배치하여, 상기 광학 부재와, 상기 가동 부재 및 상기 유지 부재 중 적어도 일방과의 사이에, 액체를 계속 유지하는, 노광 방법.
  38. 제 34 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 기재된 노광 방법을 이용하여 물체를 노광하는 단계; 및
    상기 노광된 물체를 현상하는 단계를 포함하는, 디바이스 제조 방법.
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