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TWI451203B - A moving body driving system, a pattern forming apparatus, an exposure apparatus and an exposure method, and an element manufacturing method - Google Patents

A moving body driving system, a pattern forming apparatus, an exposure apparatus and an exposure method, and an element manufacturing method Download PDF

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TWI451203B
TWI451203B TW097150793A TW97150793A TWI451203B TW I451203 B TWI451203 B TW I451203B TW 097150793 A TW097150793 A TW 097150793A TW 97150793 A TW97150793 A TW 97150793A TW I451203 B TWI451203 B TW I451203B
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moving body
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TW097150793A
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TW200935189A (en
Inventor
柴崎祐一
Original Assignee
尼康股份有限公司
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Publication date
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Description

移動體驅動系統、圖案形成裝置、曝光裝置及曝光方法、以及元件製造方法
本發明，係關於移動體驅動系統、圖案形成裝置、曝光裝置及曝光方法、以及元件製造方法，更詳言之，係關於使用編碼器系統測量移動體之位置、實質沿既定平面驅動移動體之移動體驅動系統、具備該移動體驅動系統之圖案形成裝置、具備該移動體驅動系統之曝光裝置及使用該移動體驅動系統之曝光方法、以及使用該曝光裝置或該曝光方法的元件製造方法。
以往，在製造半導體元件、液晶顯示元件等之電子元件(微型元件)的微影製程中，主要使用步進重複方式之投影曝光裝置(所謂步進器)、或步進掃描方式之投影曝光裝置(所謂掃描步進器(亦稱掃描器))等。
此種曝光裝置中，保持被曝光基板、例如晶圓之載台的位置測量，一般係使用雷射干涉儀。然而，伴隨著半導體元件之高積體化而使圖案微細化，所要求之性能亦逐漸嚴格。例如，總重疊誤差之容許值成為數nm級，因此載台之位置控制誤差的容許值亦成為次毫微米級以下。因此，亦無法忽視因雷射干涉儀之光束路上之環境氣氛之溫度變化及/或溫度梯度之影響而產生空氣搖晃所導致的測量值短期變動。
因此，最近有一種與干涉儀相較較難受到空氣搖晃影響之高分析能的編碼器，並有提出一種將該編碼器使用於晶圓載台等位置測量的曝光裝置(參照例如專利文獻1等)。該專利文獻1所記載之曝光裝置，係於基板台上方，使用橫跨包含基板台移動範圍全區之寬廣範圍區域的柵板(GRID PLATE)。
然而，如專利文獻1所揭示，由於大面積且高精度之柵板之製造困難，因此需排列配置複數個柵板。又，如專利文獻1所揭示，使用大面積之柵板，不論在配置方面及精度方面均有其困難點，特別是從成本面來看並非一實際可運用的方式。
[專利文獻1]美國專利申請公開第2006/0227309號說明書
本發明有鑑於上述情事，從第1觀點觀之，提供一種第1移動體驅動系統，係實質地沿既定平面驅動移動體，其特徵在於，具備：第1標尺，係於該移動體所對向之與該既定平面平行的第1面上以第1方向為長邊方向所配置，且形成有以該第1方向或與該第1方向垂直之第2方向為週期方向的第1光柵；第2標尺，係於該第1面以該第2方向為長邊方向所配置，形成有週期方向與該第1光柵正交的第2光柵；測量系統，具有：第1讀頭群，包含於該移動體之與該既定平面實質平行之第2面配置在該第2方向之不同位置且以該第1光柵之週期方向為測量方向的複數個第1讀頭；以及第2讀頭群，包含於該移動體之該第2面配置在該第1方向之位置不同且以該第2光柵之週期方向為測量方向的複數個第2讀頭；根據對向於該第1標尺之該第1讀頭之輸出與對向於該第2標尺之該第2讀頭之輸出，算出該移動體在包含該第1及第2方向之該既定平面內之至少兩自由度方向的位置資訊；以及驅動系統，根據該測量系統所算出之位置資訊，將該移動體沿該既定平面驅動。
根據上述，係根據對向於第1標尺之第1讀頭之輸出與對向於第2標尺之第2讀頭之輸出，算出移動體在包含第1及第2方向之既定平面內之至少兩自由度方向的位置資訊，並藉由驅動系統，根據該測量系統所算出之位置資訊將移動體沿既定平面驅動。因此，不須於移動體之移動範圍全區對應配置標尺(光柵)，即可在移動體之移動範圍全區中，根據測量系統之測量值，將移動體沿既定平面以良好精度驅動。
本發明從第2觀點觀之，提供一種第2移動體驅動系統，係實質地沿既定平面驅動移動體，其特徵在於，具備：標尺，係於該移動體所對向之與該既定平面平行的第1面上以第1方向為長邊方向所配置，且形成有以該第1方向及與該第1方向垂直之第2方向為週期方向的二維光柵；測量系統，具有於該移動體之與該既定平面實質平行之第2面配置在該第2方向之不同位置且以該第1、第2方向為測量方向的複數個二維讀頭，根據對向於該標尺之二維讀頭之輸出，算出該移動體在包含該第1及第2方向之該既定平面內之至少兩自由度方向的位置資訊；以及驅動系統，根據該測量系統所算出之位置資訊將該移動體沿該既定平面驅動。
根據上述，係藉由測量系統，根據對向於標尺之二維讀頭之輸出，算出移動體在包含第1及第2方向之既定平面內之至少兩自由度方向的位置資訊，並藉由驅動系統，根據該測量系統所算出之位置資訊將移動體沿既定平面驅動。因此，不須於移動體之移動範圍全區對應配置標尺(光柵)，即可在移動體之移動範圍全區中，根據測量系統之測量值，將移動體沿既定平面以良好精度驅動。
本發明從第3觀點觀之，係一種於物體形成圖案之圖案形成裝置，其特徵在於，具備：於該物體上生成圖案的圖案化裝置;以及本發明之第1、第2移動體驅動系統；為了於該物體形成圖案而藉由該移動體驅動系統驅動裝載該物體之移動體。
根據上述，藉由以圖案化裝置將圖案生成於藉由本發明之第1、第2移動體驅動系統之任一者以良好精度驅動之移動體上的物體，而能以良好精度將圖案形成於物體上。
本發明從第4觀點觀之，為一種第1曝光裝置，係藉由能量束之照射將圖案形成於物體，其特徵在於，具備：對該物體照射該能量束之圖案化裝置；以及本發明之第1、第2移動體驅動系統之任一者；藉由該移動體驅動系統驅動裝載該物體的移動體，以使該能量束與該物體相對移動。
根據上述，係藉由本發明之第1、第2移動體驅動系統之任一者以良好精度驅動裝載該物體之移動體，以使從圖案化裝置照射於物體之能量束與該物體相對移動。因此，能藉由掃描曝光以良好精度將圖案形成於物體上。
本發明從第5觀點觀之，為一種第2曝光裝置，係以能量束使物體曝光，其特徵在於，具備：移動體，能保持該物體沿既定平面移動；標尺，係與該既定平面實質平行且以第1方向為長邊方向所配置；以及編碼器系統，具有設於該移動體、在該既定平面內於與該第1方向正交之第2方向位置不同的複數個讀頭，至少在該物體之曝光時，藉由與該標尺對向之該複數個讀頭之至少一個測量該移動體之位置資訊。
根據上述，編碼器之複數個讀頭係設於移動體，至少在物體之曝光時，藉由與標尺(與既定平面實質平行且以第1方向為長邊方向所配置)對向之該複數個讀頭之至少一個測量該移動體之位置資訊。
本發明從第6觀點觀之，為一種第1元件製造方法，其包含：使用本發明之第1、第2曝光裝置之任一者使物體曝光的動作；以及使該已曝光之物體顯影的動作。
本發明從第7觀點觀之，為一種第1曝光方法，係以能量束使物體曝光，其特徵在於，包含：以移動體保持該物體的動作；以及藉由本發明之第1、第2移動體驅動系統之任一者驅動該移動體，並以該能量束使該物體曝光的動作。
根據上述，由於保持物體之移動體，被本發明之第1、第2移動體驅動系統之任一者以良好精度驅動，因此能對該物體良好地曝光。
本發明從第8觀點觀之，為一種第2曝光方法，係以能量束使實質地沿既定平面移動之移動體所保持之物體曝光，其特徵在於：於該移動體所對向之與該既定平面平行的第1面上，配置以第1方向為長邊方向、且形成有以該第1方向或與該第1方向垂直之第2方向為週期方向之第1光柵的第1標尺，以及以該第2方向為長邊方向、且形成有週期方向與該第1光柵正交之第2光柵的第2標尺；且包含：測量步驟，根據包含複數個第1讀頭之第1讀頭群與包含複數個第2讀頭之第2讀頭群中、對向於該第1標尺之該第1讀頭之輸出與對向於該第2標尺之該第2讀頭之輸出，算出該移動體在包含該第1及第2方向之該既定平面內之至少兩自由度方向的位置資訊；該複數個第1讀頭，係於該移動體之與該既定平面實質平行之第2面配置成在該第2方向之位置不同且以該第1光柵之週期方向為測量方向；以及複數個第2讀頭，係於該移動體之該第2面配置成在該第1方向之位置不同且以該第2光柵之週期方向為測量方向；以及驅動步驟，係根據該測量步驟所算出之位置資訊，將該移動體沿該既定平面驅動。
根據上述，係根據對向於第1標尺之第1讀頭之輸出與對向於第2標尺之第2讀頭之輸出，算出移動體在包含第1及第2方向之既定平面內之至少兩自由度方向的位置資訊，並根據該測量系統所算出之位置資訊將移動體沿既定平面驅動。因此，不須於移動體之移動範圍全區對應配置標尺(光柵)，即可在移動體之移動範圍全區中，根據測量系統之測量值，將移動體沿既定平面以良好精度驅動，進而能對移動體所保持之物體進行高精度之曝光。
本發明從第9觀點觀之，為一種第3曝光方法，係以能量束使實質地沿既定平面移動之移動體所保持之物體曝光，其特徵在於：係於該移動體所對向之與該既定平面平行的第1面上，配置以第1方向為長邊方向、且形成有以該第1方向及與該第1方向垂直之第2方向為週期方向之二維光柵的標尺；測量步驟，係根據於該移動體之與該既定平面實質平行之第2面配置在該第2方向之不同位置且以該第1、第2方向為測量方向的複數個二維讀頭中、對向於該標尺之二維讀頭之輸出，算出該移動體在包含該第1及第2方向之該既定平面內之至少兩自由度方向的位置資訊；以及驅動步驟，根據該測量步驟所算出之位置資訊，將該移動體沿該既定平面驅動。
根據上述，係根據對向於標尺之二維讀頭之輸出，算出移動體在包含第1及第2方向之既定平面內之至少兩自由度方向的位置資訊，並根據該測量系統所算出之位置資訊將移動體沿既定平面驅動。因此，不須於移動體之移動範圍全區對應配置標尺(光柵)，即可在移動體之移動範圍全區中，根據測量系統之測量值，將移動體沿既定平面以良好精度驅動，進而能對移動體所保持之物體進行高精度之曝光。
本發明從第10觀點觀之，為一種第4曝光方法，係以能量束使能沿既定平面移動之移動體所保持之物體曝光，其特徵在於：使用具有設於該移動體、在該既定平面內於與該第1方向正交之第2方向位置不同之複數個讀頭的編碼器系統，藉由與該既定平面實質平行且與以第1方向為長邊方向配置之該標尺對向之該複數個讀頭中之至少一個，至少在該物體之曝光時測量該移動體之位置資訊。
根據上述，係使用編碼器(其在第2方向位置不同之複數個讀頭係設於移動體)，至少在物體之曝光時，藉由與標尺(與既定平面實質平行且以第1方向為長邊方向所配置)對向之該複數個讀頭之至少一個測量該移動體之位置資訊。
本發明從第11觀點觀之，為一種元件製造方法，其包含：使用申請本發明之第2、第3、以及第4曝光方法中之任一者使物體曝光的動作；以及使該已曝光之物體顯影的動作。
以下，根據圖1～圖7說明本發明之一實施形態。
圖1係顯示一實施形態之曝光裝置100的概略構成。曝光裝置100，係步進掃描方式之縮小投影曝光裝置、亦即所謂掃描機。如後述般，本實施形態中係設有投影光學系統PL，以下之說明中，將與此投影光學系統PL之光軸AX平行之方向設為Z軸方向、將在與該Z軸方向正交之面內標線片與晶圓相對掃描的方向設為Y軸方向、將與Z軸及Y軸正交之方向設為X軸方向，且將繞X軸、Y軸、及Z軸之旋轉(傾斜)方向分別設為θx、θy、及θz方向。
曝光裝置100，包含：照明系統10、保持標線片R之標線片載台RST、投影單元PU、包含裝載晶圓W之晶圓載台WST的晶圓載台裝置12、以及上述裝置之控制系統等。
照明系統10，例如美國專利申請公開第2003/0025890號公報等所揭示，其包含光源、具有包含光學積分器等之照度均一化光學系統、以及標線片遮簾等(均未圖示)的照明光學系統。照明系統10，係籍由照明光(曝光用光)IL，以大致均一之照度來照明被標線片遮簾(遮罩系統)規定之標線片R上的狹縫狀照明區域IAR。此處，作為一例，係使用ArF準分子雷射光(波長193nm)來作為照明光IL。
於標線片載台RST上例如籍由真空吸附固定有標線片R，該標線片R係於其圖案面(圖1之下面)形成有電路圖案等。標線片載台RST，能籍由包含例如線性馬達等之標線片載台驅動系統11在XY平面內微幅驅動，且能以既定之掃描速度驅動於掃描方向(指圖1之圖面內左右方向的Y軸方向)。
標線片載台RST在XY平面(移動面)內之位置資訊(包含θz方向之旋轉資訊)，係藉由圖1所示之標線片雷射干涉儀(以下稱為「標線片干涉儀」)16，透過移動鏡15(實際上，係設有具有與Y軸方向正交之反射面的Y移動鏡(或後向反射器)、以及具有與X軸方向正交之反射面的X移動鏡)，以固定於鏡筒40(構成投影單元PU)之側面之固定鏡14(實際上為X固定鏡、Y固定鏡之各固定鏡)為基準例如以0.25nm左右之分析能力隨時檢測。
投影單元PU，係在標線片載台RST之圖1下方，透過突緣FLG保持於未圖示主體的一部分(鏡筒固定座)。投影單元PU，包含：鏡筒40，為圓筒狀且於其外周部下端部附近設有突緣FLG;以及投影光學系統PL，由保持於該鏡筒40內之複數個光學元件構成。作為投影光學系統PL，例如係使用沿與Z軸方向平行之光軸AX排列之複數個光學元件(透鏡元件)所構成的折射光學系統。投影光學系統PL，例如係兩側遠心且具有既定投影倍率(例如1/4倍、1/5倍、或1/8倍等)。藉此，當以來自照明系統10之照明光IL來照明照明區域IAR時，籍由通過投影光學系統PL之第1面(物體面)與圖案面大致配置成一致之標線片R的照明光IL，使該照明區域IAR內之標線片R的電路圖案縮小像(電路圖案之一部分縮小像)透過投影光學系統PL形成於一區域(曝光區域)；該區域係與配置於投影光學系統PL之第2面(像面)側、表面塗布有光阻(感光劑)之晶圓W上的前述照明區域IAR共軛。接著，藉由標線片載台RST與晶圓載台WST之同步驅動，使標線片R相對照明區域IAR(照明光IL)移動於掃描方向(Y軸方向)，且使晶圓W相對曝光區域IA(照明光IL)移動於掃描方向(Y軸方向)，藉此對晶圓W上之一個照射區域(區劃區域)進行掃描曝光，以將標線片R之圖案轉印於該照射區域。亦即，本實施形態中，係藉由照明系統10、標線片R及投影光學系統PL將圖案生成於晶圓W上，藉由照明光IL對晶圓W上之感光層(光阻層)之曝光將該圖案形成於晶圓W上。
晶圓載台裝置12，具備：藉由設置於地面F上之底板BS上所配置之複數個(例如三個或四個)之防振機構(省略圖示)大致支撐成水平的載台底座71、配置於該載台底座71上方之晶圓載台WST、驅動該晶圓載台WST之晶圓載台驅動系統27(圖1中未圖示、參照圖4)等。
載台底座71由具有平板狀外形之構件構成，其上面之平坦度作成非常高，而成為晶圓載台WST之移動時的導引面。於載台底座71內部收容有線圈單元，該線圈單元包含以XY二維方向為行方向、列方向配置成矩陣狀的複數個線圈。
晶圓載台WST如圖2所示，具有載台本體30與其上部之晶圓台WTB，於載台本體30底部，設有與上述線圈單元一起構成磁浮型平面馬達之具有複數個磁石的磁石單元31。本實施形態中，線圈單元不僅X軸方向驅動線圈及Y軸方向驅動線圈，亦具有Z軸方向驅動線圈，藉由此等線圈單元與上述磁石單元，構成將晶圓載台WST驅動於X軸方向、Y軸方向、Z軸方向、θx方向、θy方向、以及θz方向之六自由度方向的電磁力驅動方式(勞倫茲力驅動方式)的動磁型平面馬達(二維線性致動器)。包含上述平面馬達在內而構成晶圓載台驅動系統27。本實施形態中，供應至構成線圈單元之各線圈之電流的大小及方向係由主控制裝置20控制。
此外，晶圓載台WST，亦可採用具備載台本體(藉由例如線性馬達或平面馬達等在XY平面內被驅動)與晶圓台(在該載台本體上藉由音圈馬達等微幅驅動於至少Z軸方向、θx方向、以及θy方向之三自由度方向)的構造。此種情形下，可使用例如美國專利第5,196,745號說明書等揭示之勞倫茲電磁力驅動的平面馬達等。此外，不限於勞倫茲電磁力驅動方式，亦可使用可變磁氣電阻驅動方式的平面馬達。
於晶圓台WTB上，透過未圖示晶圓保持具裝載有晶圓W，藉由例如真空吸附(或靜電吸附)等被固定。
又，晶圓載台WST在XY平面內之位置資訊，可藉由圖1所示之包含標尺構件46B、46C、46D等之編碼器系統50(參照圖4)與晶圓雷射干涉儀系統(以下簡稱為「干涉儀系統」)18分別測量。以下，詳述晶圓載台WST用編碼器系統50及干涉儀系統18之構成等。此外，標尺構件亦可稱為柵板、光柵構件、或基準構件等。
於晶圓台WTB(晶圓載台WST)上面，如圖3之俯視圖所示，設有包圍晶圓W之複數個(此處為各10個)(以下適當簡稱為讀頭)661 ～6610 及Y讀頭(以下適當簡稱為讀頭)641 ～6410 。詳言之，於晶圓台WTB上面之＋Y側端部、以及-Y側端部，沿X軸方向以既定間隔配置有X讀頭661 、662 、…665 、以及666 、667 、…6610 。又，於晶圓台WTB上面之＋X側端部、以及-X側端部，沿Y軸方向以既定間隔配置有X讀頭641 、642 、…645 、以及646 、647 、…6410 。Y讀頭641 ～6410 、以及X讀頭661 ～6610 之各讀頭，係使用與例如美國專利第7,238,931號說明書或國際公開第2007/083758號小冊子(對應美國專利申請公開第2007/0288121號說明書)等所揭示的讀頭(編碼器)相同之構成者。此外，以下將Y讀頭641 ～6410 及X讀頭661 ～6610 亦分別記述為Y讀頭64及X讀頭66。
另一方面，綜合圖1及圖3可知，在從四方包圍投影單元PU最下端部周圍的狀態下配置有四個標尺構件46A～46D。此等標尺構件46A～46D，雖在圖1因為了避免圖式過於負責而予以省略圖示，而實際上例如係透過支撐構件以懸吊狀態固定於鏡筒固定座。
標尺構件46A,46C，係於投影單元PU之-X側、＋X側分別以X軸方向為長邊方向且相對投影光學系統PL之光軸AX配置成對稱。標尺構件46B,46D，係於投影單元PU之＋Y側、-Y側分別以Y軸方向為長邊方向且相對投影光學系統PL之光軸AX配置成對稱。
標尺構件46A～46係由同一材料(例如陶瓷或低熱膨脹之玻璃等)構成，於其表面(圖1之下面，亦即-Z側之面)形成有以垂直於長邊方向之方向為週期方向的同一反射型繞射光柵。此繞射光柵，例如以138nm～4μm間之間隔、例如1μm間隔所刻劃作成。此外，圖3中為了圖示方便，光柵之間距係較實際間距顯示成較寬廣。又，於標尺構件46A～46D表面(光柵面)，亦可設有對來自上述讀頭之測量光束實質為透明的玻璃構件(例如玻璃板等)。
標尺構件46A,46C，由於繞射光柵係以Y軸方向為週期方向，因此係用於晶圓載台WST在Y軸方向之位置測量。又，標尺構件46B及46D，由於繞射光柵係以X軸方向為週期方向，因此係用於晶圓載台WST在X軸方向之位置測量。
本實施形態中，係以相鄰之兩個X讀頭66能同時對向於所對應之標尺構件(繞射光柵)的間隔，亦即與繞射光柵在標尺構件46B,46D之長邊方向所正交之方向(繞射光柵之排列方向)之長度相同程度以下的間隔，將X讀頭661 、662 、…665 、以及666 、667 、…6610 配置於晶圓台WTB上。
同樣地，係以相鄰之兩個Y讀頭64能同時對向於所對應之標尺構件(繞射光柵)的間隔，亦即與繞射光柵在標尺構件46A,46C之長邊方向所正交之方向(繞射光柵之排列方向)之長度相同程度以下的間隔，將Y讀頭641 、642 、…645 、以及646 、647 、…6410 配置於晶圓台WTB上。
Y讀頭641 、642 、…645 、以及646 、647 、…6410 之各讀頭，與標尺構件46C、46A之任一者對向，構成用以測量晶圓載台WST之Y位置之多眼、更正確而言為5眼之Y線性編碼器。又，X讀頭661 、662 、…665 、以及666 、667 、…6610 之各讀頭，與標尺構件46B、46D之任一者對向，構成用以測量晶圓載台WST之X位置之多眼、更正確而言為5眼之X線性編碼器。
在晶圓W位於投影光學系統PL(投影單元PU)下方之、曝光時之晶圓載台WST的移動範圍內，Y讀頭64i (i=1～5之任一者)，64j (j=i＋5)係分別對向於標尺46C,46A，且X讀頭66p (p=1～5之任一者),66q (q=p＋5)係分別對向於標尺46B,46D。亦即，分別對向於標尺構件46C,46A之Y讀頭64i ,64j 所構成之一對Y線性編碼器50C,50A(參照圖4)與分別對向於標尺構件46B,46D之X讀頭66p ,66q 所構成之一對X線性編碼器50B,50D(參照圖4)之合計四個編碼器的測量值係供應至主控制裝置20。包含一對Y線性編碼器50C,50A與一對X線性編碼器50B,50D而構成圖4之編碼器系統50。
又，干涉儀系統18如圖2所示，藉由將測量距光束照射於形成在晶圓台WTB端面之反射面及固定在載台本體30之移動鏡43，以例如0.25nm左右之分析能力隨時檢測晶圓載台WST之位置資訊。干涉儀系統18之至少一部分(例如除了光源以外之光學單元)係以懸吊狀態固定於鏡筒固定座。
於晶圓載台WST，雖實際如圖3所示形成有與掃描方向之Y軸方向正交之反射面17Y、以及與非掃描方向之X軸方向正交之反射面17X，但圖1僅將此等代表性地顯示為反射面17。
干涉儀系統18如圖3所示，包含晶圓Y干涉儀18Y、兩個晶圓X干涉儀181 及182 、以及一對Z干涉儀18Z1 ,18Z2 之五個干涉儀。此等五個干涉儀18Y、181 、182 、18Z1 、18Z2 ，係使用利用了季曼效果之兩頻雷射之邁克生型外差雷射干涉儀。其中，作為晶圓Y干涉儀18Y，係如圖3所示，使用具有複數個測距軸(包含兩個測距軸，該兩個測距軸係相對通過投影光學系統PL之光軸AX(與前述照明區域IAR共軛之曝光區域的中心)及後述之對準系統ALG之檢測中心之Y軸所平行的軸(基準軸)為對稱)的多軸干涉儀。此外，關於晶圓Y干涉儀18Y，留待後述。
晶圓X干涉儀181 ，係沿測距軸(通過投影光學系統PL之光軸AX(前述曝光區域之中心)之X軸所平行的軸(基準軸))將測距光束照射於反射面17X。此晶圓X干涉儀181 ，係測量以固定在投影單元PU之鏡筒40側面之X固定鏡之反射面為基準之反射面17X的位移，以作為晶圓載台WST在X軸方向之位置資訊。
晶圓X干涉儀182 ，係沿通過對準系統ALG之檢測中心之X軸方向之測距軸將測距光束照射於反射面17X，並測量以固定在對準系統ALG側面之固定鏡之反射面為基準之移動鏡17X之反射面的位移，以作為晶圓載台WST在X軸方向之位置資訊。
又，於載台本體30之＋Y側側面，如圖1及圖2所示，以X軸方向為長邊方向之移動鏡43，係透過未圖示之動態支撐機構所安裝。
對向於移動鏡43配置有將測距光束照射於該移動鏡之一對Z干涉儀18Z1 ,18Z2 (參照圖3)。詳言之，移動鏡43，綜合圖2及圖3可知，係由X軸方向之長度較反射面17Y(晶圓台WTB)長、具有使長方形與等腰梯形一體化之六角形狀截面形狀的構件構成。對此移動鏡43之＋Y側之面施以鏡面加工，而形成圖2所示之三個反射面。
Z干涉儀18Z1 ,18Z2 由圖3可知，於Y干涉儀18Y之X軸方向一側與另一側大致分離同一距離而配置。又，Z干涉儀18Z1 ,18Z2 ，實際上係分別配置於較Y干涉儀略低的位置。
如圖2及圖3所示，從Z干涉儀18Z1 ,18Z2 之各干涉儀將Y軸方向之測距光束B1朝向移動鏡43之上側反射面(傾斜面)照射，且將Y軸方向之測距光束B2朝向移動鏡43之下側反射面(傾斜面)照射。本實施形態中，具有與在上側反射面反射之測距光束B1正交之反射面的固定鏡47A、以及具有與在下側反射面反射之測距光束B2正交之反射面的固定鏡47B，係於自投影單元PU往＋Y方向分離既定距離之位置以不干涉測距光束B1,B2的狀態，分別延設於X軸方向。固定鏡47A,47B，例如被支撐投影單元PU之鏡筒固定座所設的同一支撐體(未圖示)所支撐。
從Z干涉儀18Z1 ,18Z2 之各干涉儀將Y軸方向之測距光束B1,B2朝向移動鏡43照射，此等測距光束B1,B2，係以既定射入角射入移動鏡之上下反射面，分別在各反射面反射而垂直射入固定鏡47A,47B的反射面。接著，在固定鏡47A,47B之反射面反射之測距光束B1,B2，逆向通過與射入時相同之光路返回Z干涉儀18Z1 ,18Z2 。
Y干涉儀18Y，如圖3所示，係沿自直線(基準軸，其通過投影光學系統PL之投影中心(光軸AX,參照圖1)且平行於Y軸)往-X側,＋X側分離同一距離之Y軸方向的測距軸將測距光束B41 ,B42 照射於反射面17Y，並接收各自之反射光，藉此以投影單元PU之鏡筒40側面所固定之Y固定鏡之反射面為基準，檢測晶圓載台WST在測距光束B41 ,B42 照射點之Y軸方向的位置資訊。此外，圖2中係將測距光束B41 ,B42 代表性地顯示為光束B4。
又，Y干涉儀18Y，係在與測距光束B41 ,B42 之間於Z軸方向相隔既定間隔沿Y軸方向之測距軸將測距光束B3朝向移動鏡43之與XY平面平行之中央反射面照射，並接收在該中央反射面反射之測距光束B3，藉此檢測移動鏡43之中央反射面(亦即晶圓載台WST)在Y軸方向之位置。
主控制裝置20係根據Y干涉儀18Y之與測距光束B41 ,B42 對應之測距軸的測量值平均值算出反射面17Y、亦即晶圓台WTB(晶圓載台WST)之Y位置即Y軸方向之位移△Yo。又，主控制裝置20係根據反射面17Y及移動鏡43之中央反射面的Y位置，算出晶圓載台WST在繞X軸之旋轉方向(θx方向)之位移(縱搖量)△Xo。
又，主控制裝置20係根據Z干涉儀43A,43B之測量結果，例如藉由國際公開第2007/083758號小冊子(對應美國專利申請公開第2007/0288121號說明書)等所揭示的手法，算出晶圓載台WST在Z軸方向、Y軸方向、θz方向、以及θy方向的位移△Zo、△Yo、△θz、△θy。
此外，圖1中，將X干涉儀18X1 ,18X2 及Y干涉儀18Y、以及Z干涉儀18Z1 ,18Z2 代表性地顯示為干涉儀系統18，將X軸方向位置測量用之X固定鏡與Y軸方向位置測量用之Y固定鏡代表性地圖示為固定鏡57。又，圖1中省略對準系統ALG及固定於其之固定鏡。
本實施形態中，晶圓X干涉儀18X1 與晶圓Y干涉儀18Y，係用於在晶圓之曝光動作時所使用之編碼器系統的校正，且晶圓X干涉儀18X2 與晶圓Y干涉儀18Y，係用於對準系統ALG之標記檢測時。此外，本實施形態中，亦可代替於晶圓台WTB端面形成反射面17X,17Y的方式，將移動鏡(平面反射鏡)固定於晶圓載台WST之端部。
又，於晶圓載台WST上將未圖示之基準標記板固定成其表面與晶圓W同一面高的狀態。於此基準標記板表面，形成有至少一對標線片對準用之第1基準標記與和此等第1基準標記為已知位置關係之對準系統ALG之基線測量用第2基準標記等。
本實施形態中之曝光裝置100，進一步具備於標線片載台RST上方在X軸方向相隔既定距離配置之一對標線片對準系統13A,13B(圖1中未圖示，參照圖4)。標線片對準系統13A,13B係使用TTR(Through The Reticle)對準系統，其使用透過投影光學系統PL以同時觀察晶圓載台WST上之一對基準標記與對應於此之標線片上之一對標線片標記的曝光波長之光。標線片對準系統之詳細構成，揭示於例如美國專利第5,646,413號說名書等。此外，標線片對準系統，例如可代用或兼用具有狹縫開口之受光面配置於晶圓載台WST之空間像測量系統。此時，亦可不設置前述第1基準標記。
同樣地，於圖1中雖省略圖示，但曝光裝置100進一步具備例如與美國專利第5,448,332號說明書等所揭示者相同之由照射系統42a與受光系統42b(參照圖4)構成的斜入射方式多焦點位置檢測系統。
又，曝光裝置100中，於投影單元PU附近設有前述對準系統ALG(圖1中未圖示，參照圖3)。此對準系統ALG係使用例如影像處理方式之FIA(Field Image Alignment)系統。對準系統ALG，係將以指標中心為基準之標記的位置資訊供應至主控制裝置20。主控制裝置20係根據此供應之資訊與干涉儀系統18之晶圓Y干涉儀18Y之與測距光束B41 ,B42 對應之測距軸及X干涉儀18X2 的測量值，測量檢測對象之標記，具體而言，係測量基準標記板上之第2基準標記或晶圓上之對準標記在晶圓Y干涉儀18Y及X干涉儀18X2 之測距軸所規定之座標系統(對準座標系統)上的位置資訊。
圖4係將本實施形態之曝光裝置100之載台控制相關的控制系統省略一部分顯示的方塊圖。此圖6之控制系統，包含由CPU(中央運算處理裝置)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random access memory)等構成的所謂微電腦(或工作站)，以統籌控制裝置整體之主控制裝置20為中心。
以上述構成之曝光裝置100，在以例如美國專利第4,780,617號說明書等所揭示之周知EGA(加強型全晶圓對準)方式進行的對準動作時，如上所述，係根據干涉儀系統18之晶圓Y干涉儀18Y及晶圓X干涉儀18X2 的測量值，藉由主控制裝置20管理晶圓載台WST在XY平面內的位置，在晶圓對準動作時以外之例如曝光動作時等，係根據編碼器50A～50D的測量值，藉由主控制裝置20管理晶圓載台WST的位置。
是以，在晶圓對準動作結束後，至曝光開始前為止的期間，需進行位置測量系統之切換動作，以將用於晶圓載台在XY平面內之位置測量的位置測量系統，從晶圓Y干涉儀18Y及晶圓X干涉儀18X2 切換至編碼器50A～50D。此位置測量系統之切換動作大略係以以下步驟進行。
在晶圓對準結束後，主控制裝置20根據干涉儀18Y,18X2 ,18Z1 ,18Z2 的測量值將晶圓載台WST驅動於例如＋Y方向。
接著，當晶圓載台WST到達來自干涉儀18X2 之測距光束與來自干涉儀18X1 之測距光束會同時照射於反射面17X的位置時，主控制裝置20，即根據干涉儀系統18(干涉儀18Y,18X2 ,18Z1 ,18Z2 )之測量值，將晶圓載台WST之狀態調整成晶圓載台WST之θz旋轉(偏搖)誤差(以及θx旋轉(縱搖)誤差、θy旋轉(橫搖)誤差)成為零後，將干涉儀18X1 之測量值預設為與此時之干涉儀18X2 之測量值相同的值。
在該預設後，使晶圓載台WST在該位置停止干涉儀18X1 ,18Y各軸之測量值之空氣搖晃(空氣之溫度搖晃)所導致之短期變動影響藉由平均化效果而成為可忽視的位準為止的既定時間，接續在該停止時間中取得之干涉儀18X1 之測量值之加算平均值(停止時間中之平均值)以作為X線性編碼器50B,50D之測量值，並接續在該停止時間中取得之干涉儀18Y複數軸各自之測量值之加算平均值(停止時間中之平均值)以作為Y線性編碼器50A,50C之測量值。藉此，即結束X線性編碼器50B,50D及Y線性編碼器50A,50C之預設、亦即位置測量系統的切換動作。其後，藉由主控制裝置20根據編碼器50A～50D之測量值管理晶圓載台WST的位置。
本實施形態之曝光裝置100，與通常之掃描步進器同樣地，係使用標線片對準系統13A,13B、晶圓載台WST上之基準標記板、以及對準系統ALG等，進行標線片對準(包含標線片座標系統與晶圓座標系統之彼此對應作業)及對準系統ALG之基線測量等之一連串作業。此等一連串作業中之標線片載台RST、以及晶圓載台WST之位置控制，係根據標線片干涉儀16及干涉儀系統18之測量值進行。
其次，藉由主控制裝置20，使用未圖示晶圓裝載器進行晶圓載台WST上之晶圓更換(當於晶圓載台WST上無晶圓時，則進行晶圓之裝載)，並使用對準系統ALG對該晶圓進行晶圓對準(例如EGA等)。藉由此晶圓對準，求出前述對準座標系統上之晶圓上複數個照射區域的排列座標。
其後，進行前述位置控制系統之切換，藉由主控制裝置20，根據先前測量之基線及編碼器50A～50D之測量值管理晶圓載台WST的位置，且根據前述標線片干涉儀16之測量值管理標線片載台RST的位置，同時以與通常之掃描步進器相同的步驟，進行步進掃描方式的曝光，使標線片R之圖案分別轉印至晶圓上的複數個照射區域。
圖5(A)係顯示晶圓載台WST位於晶圓W中央附近成為投影單元PU下方近處的位置之狀態的圖，圖5(B)係顯示晶圓載台WST位於晶圓W中心與外周之中間附近成為投影單元PU下方近處的位置之狀態的圖。又，圖6(A)係顯示晶圓載台WST位於晶圓W＋Y側邊緣附近成為投影單元PU下方近處的位置之狀態的圖，圖6(B)係顯示晶圓載台WST位於從晶圓W中心觀看時相對X軸及Y軸成45°之方向的邊緣成為投影單元PU下方近處的位置之狀態的圖。又，圖7係顯示晶圓載台WST位於晶圓W＋X側邊緣附近成為投影單元PU下方近處的位置之狀態的圖。觀看此等圖5(A)～圖7可知，不論於任一圖中，晶圓台WTB上之Y讀頭641 ～645 、以及Y讀頭646 ～6410 、X讀頭661 ～665 、以及X讀頭666 ～6610 之四個群組，屬於各群組之至少一個(在本實施形態中為一個或兩個)讀頭，係對向於所對應之標尺構件。綜合考量此一事實、以及標尺構件46A～46D在以投影光學系統PL之光軸AX為中心之上下、左右方向的對稱配置、以及Y讀頭641 ～6410 X讀頭661 ～6610 相對晶圓載台WST中心之X軸方向及Y軸方向的對稱配置可知，曝光裝置100中，即使晶圓載台WST位於曝光中之晶圓載台WST之移動範圍內的任一位置，Y讀頭641 ～645 、以及Y讀頭646 ～6410 、X讀頭661 ～665 、以及X讀頭666 ～6610 中之至少各一個對向於所對應之移動標尺，藉由四個編碼器50A~50D隨時且大致同時測量晶圓載台WST之X位置及Y位置。
換言之，前述四個讀頭群641 ～645 、646 ～6410 、661 ～665 、及666 ～6610 之配置區域係設定成較晶圓W大小(直徑)長，其長度(例如讀頭群641 ～645 之情形，讀頭641 與讀頭645 之距離)至少可覆蓋對晶圓W全面進行掃描曝光時之晶圓載台WST之移動動程(移動範圍)全區(在本實施形態中係設定成在所有照射區域，至少在掃描曝光中、掃描曝光前後之晶圓載台WST之加減速及同步整定的期間中，四個讀頭群641 ～645 、646 ～6410 、661 ～665 、及666 ～6610 (測量光束)之至少一個不會從對應之標尺構件(繞射光柵)脫離，亦即不會成為測量不能之狀態)。
又，四個標尺構件46A～46D亦同樣地，分別在其長邊方向，設定成與其移動動程相同程度以上，其長度(相當於繞射光柵之寬度)至少可覆蓋對晶圓W全面進行掃描曝光時之晶圓載台WST之移動動程全區(亦即至少在晶圓W之掃描曝光中四個讀頭群641 ～645 、646 ～6410 、661 ～665 、及666 ～6610 (測量光束)不會從對應之標尺構件(繞射光柵)脫離，亦即不會成為測量不能之狀態)的區域。
如以上所詳細說明，根據本實施形態之曝光裝置100，藉由編碼器系統50，根據分別對向於標尺構件46A,46C之一對Y讀頭64的輸出、分別對向於標尺構件46B,46D之一對X讀頭66的輸出，算出晶圓載台WST再XY平面內之三自由度方向之位置資訊，藉由晶圓載台驅動系統27，依據主控制裝置20之指示，根據編碼器系統50算出之位置資訊使晶圓載台WST沿XY平面驅動。因此，不需對應晶圓載台WST之移動範圍全區配置標尺(光柵)，即能在晶圓載台WST之移動範圍全區，根據編碼器系統50之測量值，將晶圓載台WST沿XY平面以良好精度驅動。
又，根據本實施形態之曝光裝置100，在對晶圓W上之各照射區域進行掃描曝光時，主控制裝置20能根據標線片干涉儀16與編碼器50A,50C(以及50B及50D)之測量值，將晶圓W(晶圓載台WST)沿掃描方向(Y軸方向)以良好精度驅動，且亦能將晶圓W(晶圓載台WST)以良好精度驅動於非掃描方向(X軸方向)，而能進行標線片R(標線片載台RST)與晶圓W(晶圓載台WST)之高精度定位(對準)。藉此，將標線片R之圖案以良好精度形成於晶圓W上之複數個照射區域。
此外，本實施形態所使用之各編碼器，能使用上述繞射干涉方式或所謂拾取方式等各種方式，例如可使用美國專利第6,639,686號說明書等揭示之所謂掃描編碼器等。
其次，根據圖8說明本發明之其他實施形態。此實施形態之曝光裝置，僅有晶圓載台用之編碼器系統與前述實施形態不同，以下說明此編碼器系統。此外，由於與圖3之差異僅在編碼器系統之構成，因此以下對與圖3相同或同等之作用、功能之構成部分賦予同一符號，省略其說明。又，此圖8中亦省略干涉儀系統18之圖示。
如圖8所示，於投影單元PU最下端部之-X側、＋Y側，配置有細長長方形板狀之標尺構件46A’及46B’。此等標尺構件46A’及46B’實際上係透過支撐構件以懸吊狀態固定於鏡筒固定座。
標尺構件46A’係於投影單元PU之-X側以X軸方向為長邊方向、且以該長邊方向之垂直方向之中心線(延伸於長邊方向之中心線)延長線與投影光學系統PL之光軸正交的狀態所配置。於標尺構件46A’表面(-Z側之面)，以X軸方向為週期方向之既定間距例如1μm的反射型繞射光柵，係以與前述相同之方式形成。
又，標尺構件46B’係於投影單元PU之＋Y側以Y軸方向為長邊方向、且以該長邊方向之垂直方向之中心線(延伸於長邊方向之中心線)延長線在投影光學系統PL之光軸與前述標尺構件46A’長邊方向之中心線正交的狀態所配置。於標尺構件46B’表面(-Z側之面)，以Y軸方向為週期方向之既定間距例如1μm的反射型繞射光柵，係以與前述相同之方式形成。此時，標尺構件46A’在長邊方向之垂直方向的寬度(繞射光柵之寬度)係與前述標尺構件46A大致相同，標尺構件46B’之寬度(繞射光柵之寬度)係標尺構件46A’之寬度(繞射光柵之寬度)的約兩倍。
另一方面，在晶圓台WTB上面，於前述實施形態配置Y讀頭646 ,647 ,…6410 的位置，分別配置有X讀頭661 ,662 ,…665 。又，在晶圓台WTB上面，於前述實施形態配置X讀頭661 ,662 ,…665 的位置，分別配置有Y讀頭641 ，642 ,…645 。
在本實施形態中，在晶圓W位於投影光學系統PL下方、曝光時之晶圓載台WST的移動範圍內，至少兩個相鄰之Y讀頭64i 、64i+1 (i=1～4之任一者)係同時對向於標尺構件46B’，且至少一個X讀頭66p (p=1～5之任一者)係對向於標尺構件46A’。亦即，對向於標尺構件46B’之Y讀頭64i 、64i+1 所構成之Y線性編碼器、對向於標尺構件46A’之X讀頭66p 所構成之X線性編碼器之合計三個編碼器的測量值，係供應至主控制裝置20。主控制裝置20，係根據基於此等三個編碼器之測量值算出之晶圓載台WST在X軸及Y軸方向之位置資訊與θz方向的旋轉資訊，透過晶圓載台驅動系統27進行晶圓載台WST之位置控制。藉此，與上述實施形態完全同樣地，能進行高精度之晶圓載台WST的二維驅動。
此外，圖8中，前述兩個讀頭群641 ～645 及661 ～665 之配置區域係設定成較晶圓W大小(直徑)長，其長度(例如讀頭群641 ～645 之情形，讀頭641 與讀頭645 之距離)至少可覆蓋晶圓W之曝光動作時之晶圓載台WST之移動動程(移動範圍)全區(換言之，在所有照射區域之掃描曝光時各讀頭群(測量光束)不會從對應之移動標尺(繞射光柵)脫離，亦即不會成為測量不能之狀態)。又，圖8所示之編碼器系統中，標尺構件46A’或標尺構件46B’分別在其長邊方向，設定成與其移動動程相同程度以上，其長度(相當於繞射光柵之形成範圍)至少可覆蓋晶圓W曝光動作時之晶圓載台WST之移動動程(移動範圍)全區(換言之，在所有照射區域之掃描曝光時各讀頭群(測量光束)不會從對應之標尺(繞射光柵)脫離，亦即不會成為測量不能之狀態)。
其次，根據圖9說明本發明其他實施形態。此實施形態之曝光裝置，由於僅有晶圓載台用之編碼器系統與前述實施形態不同，因此以下係說明此編碼器系統。此外，由於與圖3之差異僅在編碼器系統之構成，因此以下對與圖3相同或同等之作用、功能之構成部分賦予同一符號，省略其說明。
圖9中，於投影單元PU最下端部之＋Y側配置有細長長方形板狀之標尺構件46B”。此標尺構件46B”具有與前述標尺構件46B’相同之大小(長度及寬度)。其中，於此標尺構件46B”表面(-Z側之面)，形成有以Y軸方向為週期方向之既定間距例如1μm的光柵與以X軸方向為週期方向之既定間距例如1μm的光柵所構成的反射型二維繞射光柵。
又，於晶圓台WTB上面，以與前述圖8之讀頭群641 ～645 相同之配置，在Y軸方向相隔既定間隔配置有五個二維讀頭(2D讀頭)681 ～685 。各二維讀頭，例如包含使測量光束往＋Z方向射出、並使此測量光束自二維繞射光柵之既定次數的繞射光聚光的一對X繞射光柵及一對Y繞射光柵(固定標尺)，在此等一對X繞射光柵及一對Y繞射光柵使分別聚光之繞射光干涉之透射型二維繞射光柵所構成的指數標尺、以及檢測以指數標尺干涉之光的檢測器。亦即，能使用所謂三維繞射干涉方式之二維編碼器讀頭作為2D讀頭681 ～685 。此外，亦可代替2D讀頭，組合使用以X軸方向為測量方向之一維讀頭(X讀頭)與以Y軸方向為測量方向之一維讀頭(Y讀頭)。此時，測量光束之照射位置，在X讀頭與Y讀頭可非為同一。此外，本說明書中所使用之「二維讀頭」，包含如X讀頭與Y讀頭之組合之兩個一維讀頭之組合的概念。
具備此圖9所示構成之編碼器系統之載台裝置，在晶圓W位於投影光學系統PL下方、曝光時之晶圓載台WST的移動範圍內，至少兩個相鄰之2D讀頭68i 、68i+1 (i=1～4之任一者)係同時對向於標尺構件46B”。亦即，對向於標尺構件46B”之2D讀頭68i 、68i+1 所構成之兩個二維編碼器之測量值係供應至主控制裝置20。主控制裝置20，係根據基於此等兩個編碼器之測量值算出之晶圓載台WST在X軸及Y軸方向之位置資訊與θz方向的旋轉資訊，透過晶圓載台驅動系統27進行晶圓載台WST之位置控制。藉此，與上述實施形態完全同樣地，能進行高精度之晶圓載台WST的二維驅動。
此外，在不需測量晶圓載台WST在θz方向之旋轉資訊時，或使用干涉儀系統18所測量之θz方向之旋轉資訊時等，亦可採用2D讀頭681 ～685 中之至少一個對向於標尺構件46B”之構成。此情形下，亦可取代標尺構件46B”設置兩個形成有二維繞射光柵之標尺構件。如上所述，能抑制一個標尺構件之大小且至少覆蓋曝光動作時之晶圓載台WST之移動範圍全區。此時，兩個標尺構件，可配置成各自之長邊方向彼此正交，或配置成長邊方向為同一方向。
又，上述各實施形態中，雖在晶圓之曝光動作中使用前述編碼器系統進行晶圓載台WST之位置控制，但例如在對準動作(至少包含對準系統ALG之標記檢測動作)及/或晶圓之更換動作等，亦可使用圖3、圖8、及圖9等所示之編碼器系統進行晶圓載台WST之位置控制。此時，當然不需要前述位置測量系統之切換動作。
此處，藉由對準系統ALG檢測晶圓W上之對準標記或晶圓載台WST之基準標記時等亦同樣地，在使用前述編碼器系統(圖3、圖8及圖9)時，最好係亦考量在此檢測動作時晶圓載台WST之移動範圍，設定讀頭之配置(包含例如位置、數目之至少一個)及/或標尺構件之配置(包含例如位置、數目、大小之至少一個)等。亦即，即使在晶圓載台WST移動至對準系統ALG之測量位置而進行之標記的檢測動作中，油於亦能例如進行在X軸、Y軸、以及θz方向之三自由度的位置測量，因此最好係將讀頭及/或標尺構件之配置設定成隨時有至少三個讀頭與對應之同一及/或相異之標尺構件(繞射光柵)持續對向、亦即不會有編碼器系統成為無法測量位置使晶圓載台之位置控制中斷的情形。此時，例如可將上述各實施形態之標尺構件之大小設定成可在曝光動作與對準動作兼用，或與前述標尺構件另外獨立地設置在對準動作中使用之標尺構件。特別是後者，例如對對準系統ALG亦同樣地，只要以與圖3、圖8、圖9等所示之配置相同的配置設置標尺構件即可。又，亦可使用在曝光動作中使用之複數個標尺構件之至少一個與另外設置之至少一個標尺構件，在對準動作等藉由編碼器系統進行晶圓載台WST之位置測量。
此外，在藉由前述標線片對準系統檢測晶圓載台WST之基準標記時、及/或藉由前述空間像測量系統檢測標線片R之標記或標線片載台RST之基準標記的投影像時，雖亦可藉由前述干涉儀系統進行晶圓載台WST之位置測量，但最好係藉由包含上述各實施形態之標尺構件之編碼器系統進行晶圓載台WST之位置測量。
又，當於晶圓之更換位置(包含裝載位置與卸載位置之至少一方)存在晶圓載台WST時，在使用前述編碼器系統(圖3、圖8、以及圖9)之情況下，亦可考量在晶圓更換動作中之晶圓載台WST的移動範圍，與前述同樣地設定讀頭及/或標尺構件的配置等。亦即，最好係將讀頭及/或標尺構件之配置設定成即使在晶圓更換位置亦不會有編碼器系統成為無法測量位置使晶圓載台之位置控制中斷的情形。又，在晶圓之更換位置與透過投影光學系統PL進行標線片圖案之轉印之曝光位置或藉由對準系統ALG進行標記檢測之測量位置之間、及/或對準系統ALG之測量位置與曝光位置之間之晶圓載台WST的移動中，使用前述編碼器系統(圖3、圖8及圖9)的情形亦同樣。
再者，即使係例如美國專利第6,262,796號說明書等所揭示，可使用兩個晶圓載台大致同時執行曝光動作與測量動作(例如對準系統之標記檢測等)之雙晶圓載台方式的曝光裝置，亦與上述各實施形態同樣地，可使用讀頭設於各晶圓載台之前述編碼器系統(圖3、圖8及圖9)進行各晶圓載台之位置控制。此處，不僅曝光動作時，亦包含其他動作、例如在測量動作時，亦可藉由與前述同樣地適當設定讀頭及/或標尺構件之配置，藉由前述編碼器系統進行各晶圓載台之位置測量。例如，藉由適當設定讀頭之配置，雖即可將上述各實施形態之標尺構件直接使用來進行各晶圓載台之位置控制，但亦可與前述標尺構件分開設置能在該測量動作中使用之標尺構件。此時，例如可係與上述各實施形態之標尺構件相同之配置，例如設置以對準系統ALG為中心配置成十字狀的四個標尺構件，在上述測量動作時，藉由此等標尺構件與對應之讀頭測量各晶圓載台WST之位置資訊。雙晶圓載台方式之曝光裝置中，例如分別以與前述同樣之配置設置讀頭(圖3、圖8及圖9)，且在裝載於一晶圓載台之晶圓的曝光動作結束時，即與該一晶圓載台更換，將裝載有已在測量位置進行標記檢測等之次一晶圓的另一晶圓載台配置於曝光位置。又，與曝光動作同時進行之測量動作，並不限於對準系統對晶圓等之標記檢測，亦可代替其方式或以與該方式組合之方式，進行晶圓之面資訊(段差資訊等)之檢測。
此外，上述說明中，在測量位置或更換位置中，或晶圓載台從曝光位置、測量位置、及更換位置之一位置往另一位置之移動中，當使用前述編碼器系統之晶圓載台的位置控制中斷時，最好係使用與該編碼器系統不同之測量裝置(例如干涉儀、編碼器等)，在上述各位置或移動中進行晶圓載台之位置控制。
又，上述各實施形態中，亦可如例如國際公開第2005/074014號小冊子(對應美國專利申請公開第2007/0127006號說明書)等所揭示，與晶圓載台分開獨立設置測量載台，在晶圓更換動作時等透過與晶圓載台之更換將測量載台配置於投影光學系統PL之下方近處，以測量曝光裝置之特性(例如投影光學系統之成像特性(波面像差)、照明光IL之偏光特性等)。此時，亦可於測量載台配置讀頭，並使用前述標尺構件進行測量載台之位置控制。又，在裝載於晶圓載台之晶圓的曝光動作中，測量載台係退離至不與晶圓載台干涉之既定位置，而在該退離位置與曝光位置之間被移動。因此，即使在該退離位置、或從該退離位置與曝光位置之一方移動至另一方的期間中，亦與晶圓載台同樣地，最好係亦考量測量載台之移動範圍，將讀頭及/或標尺構件之配置等設定成不會有編碼器系統成為無法測量位置使測量載台之位置控制中斷的情形。又，在該退離位置或在該移動中前述編碼器系統對測量載台之位置控制中斷時，最好係使用與該編碼器系統不同之測量裝置(例如干涉儀、編碼器等)進行測量載台之位置控制。或者，測量載台之位置控制亦可僅以前述干涉儀系統進行。
又，上述各實施形態中，隨著例如投影單元PU之大小等的不同，而必須擴展延伸設置於同一方向之一對標尺構件的間隔，如此有時會在對晶圓W上之特定照射區域例如位於最外周之照射區域進行掃描曝光時，於該一對標尺構件之其中一方，對應於此之讀頭變得無法對向。例如，當圖3中投影單元PU稍微增大時，於一對標尺構件46B,46D中之標尺構件46B，對應之X讀頭66之任一者均無法對向。再者，例如國際公開WO99/49504號小冊子所揭示，於投影光學系統PL與晶圓間充滿液體(例如純水等)之液浸型曝光裝置中，由於供應液體之嘴構件等設置成包圍投影單元PU，因此更難以將讀頭接近投影光學系統PL之前述曝光區域來配置。因此，當在液浸型曝光裝置中採用圖3之編碼器系統時，編碼器系統不需構成為能隨時在X軸及Y軸方向分別測量各兩個位置資訊，而只要能在X軸及Y軸方向中之一方測量兩個位置資訊、及在另一方測量一個位置資訊即可。亦即，編碼器系統對晶圓載台(或測量載台)之位置控制，不一定要在X軸及Y軸方向分別使用各兩個、合計四個之位置資訊。
又，上述各實施形態中，干涉儀系統18之構成不限於圖3，例如於對準系統ALG(測量位置)亦配置標尺構件時等，亦可不具備晶圓X干涉儀18X2 ，可將晶圓X干涉儀18X2 例如與晶圓Y干涉儀18Y同樣地藉由多軸干涉儀構成，且使其不但能測量晶圓載台WST之X位置，亦能測量旋轉資訊(例如偏搖及橫搖)。再者，上述各實施形態中，雖係為了進行編碼器系統之校正或在曝光動作以外之其他動作中進行晶圓載台之位置測量而使用干涉儀系統18，但並不限於此，亦可在曝光動作、測量動作(包含對準動作)等之至少一個動作中，併用編碼器系統50與干涉儀系統18。例如當編碼器系統50無法測量或其測量值有異常時，可切換至干涉儀系統18而持續晶圓載台WST之位置控制。此外，上述各實施形態中亦可不設置干涉儀系統18，而僅設置前述編碼器系統。
又，上述各實施形態中，雖係藉由編碼器系統50測量晶圓載台WST在X軸及Y軸之至少一方的位置，但並不限於此，亦可進行在Z軸方向之位置測量。例如亦可與前述讀頭分別獨立地將能測量Z軸方向之位置的編碼器方式之讀頭設於晶圓載台，亦可將前述讀頭作成能測量X軸及Y軸方向之至少一方的位置與Z軸方向之位置的讀頭。
又，圖3、圖8所示之編碼器系統中，亦可將X讀頭、Y讀頭之至少一方替代成2D讀頭，將與此2D讀頭對向之標尺構件作成形成有二維繞射光柵之標尺構件。此時，標尺構件之數目可從四個最小減至兩個，在圖8之編碼器系統中，藉由特別是將標尺構件46B’作成形成有二維繞射光柵之標尺構件，可使其寬度變窄。
又，上述各實施形態中，係採用能對一個標尺構件隨時照射複數個測量光束的構成，當一個測量光束為異常時，亦可切換至另一測量光束來續行測量。此時，複數個測量光束，可從一個讀頭照射於標尺構件，或從不同之複數個讀頭照射。當對一個標尺構件照射複數個測量光束時，該複數個測量光束最好係照射於標尺構件上不同之位置。
又，前述各標尺構件，亦可藉由將複數個小標尺構件一體保持於板構件等來構成。此時，當對向於小標尺構件彼此之連接部之讀頭無法測量或測量異常時，能以對向於連接部以外之部分之其他讀頭的位置測量來代替。
又，上述各實施形態所說明之讀頭之配置僅為一例，讀頭之配置並不限定於此。
又，上述各實施形態中，標尺構件雖係透過支撐構件以懸吊狀態固定於鏡筒固定座，但亦能藉由鏡筒固定座以外之其他保持構件來保持標尺構件。又，上述各實施形態中，亦可視需要進行標尺構件之調溫。
又，上述各實施形態中，由於不需對應晶圓載台WST之移動範圍全區來配置標尺(光柵)，因此亦有能容易地進行空調等之效果。
此外，上述各實施形態中，雖係說明將本發明適用於掃描步進器之情形，但並不限於此，亦可將本發明適用於步進器等之靜止型曝光裝置。即使係步進器等，亦可藉由以編碼器測量裝載有曝光對象之物體之載台的位置，而與使用干涉儀測量該載台位置之情形不同地，使起因於空氣搖晃所導致之位置測量誤差的發生成為幾乎零，並能根據編碼器之測量值高精度地訂位載台，其結果能高精度地將標線片之圖案轉印至物體上。又，亦可將本發明適用於合成照射區域與照射區域之步進接合方式的縮小投影曝光裝置。
又，上述各實施形態之曝光裝置中之投影光學系統並不僅可為縮小系統，亦可為等倍系統及放大系統之任一者，投影光學系統PL不僅可為折射系統，亦可係反射系統及反折射系統之任一者，其投影像亦可係倒立像與正立像之任一者。
又，照明光IL，不限於ArF準分子雷射光(波長193nm)，亦能使用KrF準分子雷射光(波長248nm)等之紫外光、F2 雷射光(波長157nm)等之真空紫外光。亦可使用美國專利第7,023,610號說明書所揭示之諧波，其係以塗布有鉺(或鉺及鐿兩者)之光纖放大器，將從DFB半導體雷射或纖維雷射射出之紅外線區或可見區的單一波長雷射光放大來作為真空紫外光，並以非線形光學結晶將其轉換波長成紫外光。
又，上述各實施形態中，作為曝光裝置之照明光IL，並不限於波長大於100nm之光，亦可使用波長未滿100nm之光。例如可將本發明適用於使用軟X線區域(例如5～15nm之波長域)之EUV(Extreme UltraViolet)光之EUV曝光裝置。此外，本發明亦適用於使用電子射線或離子光束等之帶電粒子射線的曝光裝置。
又，上述各實施形態中，雖使用於具光透射性之基板上形成既定遮光圖案(或相位圖案，減光圖案)的光透射性光罩(標線片)，但亦可使用例如美國專利第6,778,257號說明書所揭示之電子光罩來代替此光罩，該電子光罩(亦稱為可變成形光罩、主動光罩、或影像產生器，例如包含非發光型影像顯示元件(空間光調變器)之一種之DMD(Digital Micro-mirror Device)等)係根據欲曝光圖案之電子資料來形成透射圖案、反射圖案、或發光圖案。使用上述可變成形光罩時，搭載有晶圓或玻璃板等之載台由於係對可變成形光罩進行掃描，因此藉由使用編碼器測量該載台之位置，即能得到與上述各實施形態同等之效果。
又，本發明亦能適用於，例如國際公開第2001/035168號小冊子所揭示，藉由將干涉紋形成於晶圓W上、而在晶圓W上形成等間隔線圖案之曝光裝置(微影系統)。
進而，例如亦能將本發明適用於例如應美國專利第6,611,316號說明書所揭示之曝光裝置，其係將兩個標線片圖案透過投影光學系統在晶圓上合成，藉由一次之掃描曝光來對晶圓上之一個照射區域大致同時進行雙重曝光。
又，於物體上形成圖案之裝置並不限於前述曝光裝置(微影系統)，例如亦能將本發明適用於以噴墨式來將圖案形成於物體上的裝置。
此外，上述實施形態中待形成圖案之物體(能量束所照射之曝光對象的物體)並不限於晶圓，亦可係玻璃板、陶瓷基板、膜構件、或者光罩基板等其他物體。
曝光裝置用途並不限定於半導體製造用之曝光裝置，亦可廣泛適用於例如用來製造將液晶顯示元件圖案轉印於方型玻璃板之液晶用曝光裝置，或製造有機EL、薄膜磁頭、攝影元件(CCD等)、微型機器及DNA晶片等的曝光裝置。又，除了製造半導體元件等微型元件以外，為了製造用於光曝光裝置、EUV(極遠紫外線)曝光裝置、X射線曝光裝置及電子射線曝光裝置等的標線片或光罩，亦能將本發明適用於用以將電路圖案轉印至玻璃基板或矽晶圓等之曝光裝置。
此外，本發明之標記檢測裝置並不限定於曝光裝置，亦可廣泛適用於其他之基板處理裝置(例如雷射修理裝置、基板檢查裝置等其他)，或其他精密機械中之試料定位裝置、打線裝置等具備移動載台等移動體的裝置。
此外，援用截至目前為止之說明所引用之曝光裝置等相關之所有公報、國際公開小冊子、美國專利申請公開說明書及美國專利說明書之揭示，來作為本說明書之記載的一部分。
又，半導體元件，係經由下述步驟所製造，即：進行元件之功能、性能設計的步驟、根據此設計步驟製作標線片之步驟、由矽材料製作晶圓之步驟、藉由透過前述調整方法而已調整圖案之轉印特性之上述各實施形態之曝光裝置將形成於光罩之圖案轉印於晶圓等物體上的微影步驟、使已曝光之晶圓顯影之顯影步驟、藉由蝕刻除去光阻殘存部分以外部分之露出構件的蝕刻步驟、除去結束蝕刻後不需要之光阻之光阻除去步驟、元件組裝步驟(包含切割步驟、接合步驟、封裝步驟)、檢查步驟等。此時，由於在微影步驟中使用上述各實施形態之曝光裝置，因此能以高良率製造高積體度的元件。
如以上之說明，本發明之移動體驅動系統，係適於沿既定平面驅動移動體。又，本發明之圖案形成裝置，適於在晶圓等物體上形成圖案。又，本發明之曝光裝置、曝光方法、以及元製造方法，適於製造半導體元件等之電子元件。
10．．．照明系統
11．．．標線片載台驅動系統
12．．．晶圓載台裝置
13A,13B．．．標線片對準系統
14．．．固定鏡
15．．．移動鏡
16．．．標線片干涉儀
17．．．反射面
17X,17Y．．．反射面
18．．．干涉儀系統
18X1 ,18X2 ．．．晶圓X干涉儀
18Y．．．晶圓Y干涉儀
18Z1 ,18Z2 ．．．Z干涉儀
20．．．主控制裝置
27．．．晶圓載台驅動系統
30．．．載台本體
31．．．磁石單元
40．．．鏡筒
42a．．．照射系統
42b．．．受光系統
43．．．移動鏡
46A,46B,46C,46D,46B’,46B”．．．標尺構件
47A,47B．．．固定鏡
50A,50C．．．Y線性編碼器
50B,50D．．．X線性編碼器
57．．．固定鏡
641 ～6410 ．．．Y讀頭
661 ～6610 ．．．X讀頭
681 ～685 ．．．2D讀頭
71．．．載台底座
100．．．曝光裝置
ALG．．．對準系統
AX．．．光軸
B1～B4．．．測距光束
BS．．．底板
F．．．地面
FLG．．．突緣
IAR．．．照明區域
IL．．．照明光
PL．．．投影光學系統
PU．．．投影單元
R．．．標線片
RST．．．標線片載台
W．．．晶圓
WTB．．．晶圓台
WST．．．晶圓載台
圖1，係顯示一實施形態之曝光裝置的概略構成圖。
圖2，係放大顯示圖1之載台裝置附近之構成部分的俯視圖。
圖3，係將晶圓載台與用以測量該晶圓載台之位置資訊之編碼器及干涉儀一起顯示的俯視圖。
圖4，係將一實施形態之曝光裝置之載台控制的相關聯控制系統省略一部分後顯示的方塊圖。
圖5(A)係顯示晶圓之中央附近於投影單元之下方近處的位置有一晶圓載台之狀態的圖，圖5(B)係顯示晶圓中心與外周之中間附近於投影單元之下方近處的位置有一晶圓載台之狀態的圖。
圖6(A)係顯示晶圓載台位於晶圓＋Y側邊緣附近成為投影單元PU下方近處的位置之狀態的圖，圖6(B)係顯示晶圓載台位於從晶圓中心觀看時相對X軸及Y軸成45°之方向的邊緣成為投影單元下方近處的位置之狀態的圖。
圖7係顯示晶圓載台位於晶圓＋X側邊緣附近成為投影單元PU下方近處的位置之狀態的圖。
圖8係顯示其他實施形態之晶圓載台用之編碼器系統的圖。
圖9係顯示其他實施形態之晶圓載台用之編碼器系統的圖。
17X,17Y．．．反射面
18X1 ,18X2 ．．．晶圓X干涉儀
18Y．．．晶圓Y干涉儀
18Z1 ,18Z2 ．．．Z干涉儀
43．．．移動鏡
46A,46B,46C,46D,46B’,46B”．．．標尺構件
47A．．．固定鏡
641 ～6410 ．．．Y讀頭
661 ～6610 ．．．X讀頭
ALG．．．對準系統
AX．．．光軸
B1,B3．．．測距光束
PU．．．投影單元
W．．．晶圓
WTB．．．晶圓台
WST．．．晶圓載台

Claims (21)

  1. 一種曝光裝置，係透過投影系統以能量束使物體曝光，其具備：移動體，能保持該物體移動於在與該投影系統之光軸垂直之既定平面內彼此正交的第1方向及第2方向；標尺，係在該投影系統外側且配置成與該既定平面實質平行；編碼器系統，具有設於該移動體的複數個讀頭，藉由與該標尺對向之該複數個讀頭中之至少兩個讀頭測量該移動體之該既定平面內之位置資訊；以及保持構件，保持該投影系統；該標尺具有相對該投影系統配置於該第1方向一側、該第1方向之寬度較該第2方向之寬度寬的第1標尺；該複數個讀頭，包含在該第2方向以較該第1標尺寬度寬之間隔配置之兩個第1讀頭、以及於該兩個第1讀頭間配置成在該第2方向與該兩個第1讀頭間之間隔分別為該第1標尺之寬度以下的至少一個第1讀頭，至少在該物體之曝光時，藉由該至少三個第1讀頭中與該第1標尺對向之第1讀頭測量該移動體之位置資訊；該標尺係被該保持構件懸吊支撐。
  2. 如申請專利範圍第1項之曝光裝置，其中，於該第1標尺形成有二維光柵。
  3. 如申請專利範圍第1項之曝光裝置，其中，該複數個讀頭能分別在不同之兩個方向測量該移動體之位置資訊。
  4. 如申請專利範圍第1項之曝光裝置，其中，該標尺具有該第1標尺、以及相對該投影系統配置於該第2方向之一側且該第2方向之寬度較該第1方向之寬度寬的第2標尺；該編碼器系統中，該複數個讀頭係分別對應於該第1標尺及第2標尺而設於該移動體。
  5. 如申請專利範圍第4項之曝光裝置，其中，該複數個讀頭包含：第1讀頭群，包含能對向於該第1標尺之複數個該第1讀頭；以及第2讀頭群，包含能對向於該第2標尺之複數個第2讀頭；該第1標尺具有至少三個該第1讀頭能同時對向之該第2方向之寬度；根據同時對向於該第1標尺之至少兩個第1讀頭之輸出與對向於該第2標尺之該第2讀頭之輸出，算出該移動體之該既定平面內之三自由度方向之位置資訊。
  6. 如申請專利範圍第5項之曝光裝置，其中，該第1標尺相對該投影系統於該第1方向之兩側配置有一對；該第1讀頭群，在該移動體位於既定之有效區域內時，係以至少各一個能同時對向於該一對第1標尺之各個的配置來配置於該移動體上；根據同時對向於該一對第1標尺之各個之兩個第1讀頭之輸出與對向於該第2標尺之該第2讀頭之輸出，算出該移動體之該既定平面內之三自由度方向之位置資訊。
  7. 如申請專利範圍第6項之曝光裝置，其中，該第2標 尺相對該投影系統於該第2方向之兩側配置有一對；該第2讀頭群，在該移動體位於該有效區域內時，係以至少各一個能同時對向於該一對第2標尺之各個的配置來配置於該移動體上；根據同時對向於該一對第1標尺之各個之兩個第1讀頭與同時對向於該一對第2標尺之各個之兩個第2讀頭中之至少三個讀頭之輸出，算出該移動體之該既定平面內之三自由度方向之位置資訊。
  8. 如申請專利範圍第1至7項中任一項之曝光裝置，其進一步具備：檢測系統，能檢測該物體之標記；該編碼器系統，能在該標記之檢測時測量該移動體之位置資訊。
  9. 如申請專利範圍第8項之曝光裝置，其中，該標尺具有接近該標記檢測系統而配置、與該第1標尺不同之以該第1方向作為長邊方向之其他標尺。
  10. 如申請專利範圍第8項之曝光裝置，其進一步具備將該移動體沿該既定平面驅動的平面馬達。
  11. 一種元件製造方法，其包含：使用申請專利範圍第1至10項中任一項之曝光裝置使物體曝光的動作；以及使該已曝光之物體顯影的動作。
  12. 一種曝光方法，係透過投影系統，以能量束使保持於移動於在與該投影系統之光軸垂直之既定平面內彼此正交的第1方向及第2方向之移動體的物體曝光，其包含： 測量步驟，使用具有設於該移動體之複數個讀頭的編碼器系統，藉由與在該投影系統外側且配置成與該既定平面實質平行之標尺對向之該複數個讀頭中之至少兩個讀頭測量該移動體之該既定平面內之位置資訊；該標尺具有相對該投影系統配置於該第1方向一側、該第1方向之寬度較該第2方向之寬度寬的第1標尺；該複數個讀頭，包含在該第2方向以較該第1標尺寬度寬之間隔配置之兩個第1讀頭、以及於該兩個第1讀頭間配置成在該第2方向與該兩個第1讀頭間之間隔分別為該第1標尺之寬度以下的至少一個第1讀頭，至少在該物體之曝光時，藉由該至少三個第1讀頭中與該第1標尺對向之第1讀頭測量該移動體之位置資訊；該標尺係被保持該投影系統之保持構件懸吊支撐。
  13. 如申請專利範圍第12項之曝光方法，其中，於該第1標尺形成有二維光柵。
  14. 如申請專利範圍第12項之曝光方法，其中，作為該複數個讀頭，係使用能在不同之兩個方向測量該移動體之位置資訊的讀頭。
  15. 如申請專利範圍第12項之曝光方法，其中，該標尺具有該第1標尺、以及相對該投影系統配置於該第2方向之一側且該第2方向之寬度較該第1方向之寬度寬的第2標尺；該編碼器系統中，該複數個讀頭係分別對應於該第1標尺及第2標尺而設於該移動體。
  16. 如申請專利範圍第15項之曝光方法，其中，該複數個讀頭包含：第1讀頭群，包含能對向於該第1標尺之複數個該第1讀頭；以及第2讀頭群，包含能對向於該第2標尺之複數個第2讀頭；該第1標尺具有至少三個該第1讀頭能同時對向之該第2方向之寬度；在該測量步驟，根據同時對向於該第1標尺之至少兩個第1讀頭之輸出與對向於該第2標尺之該第2讀頭之輸出，算出該移動體之該既定平面內之三自由度方向之位置資訊。
  17. 如申請專利範圍第16項之曝光方法，其中，該第1標尺相對該投影系統於該第1方向之兩側配置有一對；該第1讀頭群，在該移動體位於既定之有效區域內時，係以至少各一個能同時對向於該一對第1標尺之各個的配置來配置於該移動體上；在該測量步驟，根據同時對向於該一對第1標尺之各個之兩個第1讀頭之輸出與對向於該第2標尺之該第2讀頭之輸出，算出該移動體之該既定平面內之三自由度方向之位置資訊。
  18. 如申請專利範圍第17項之曝光方法，其中，該第2標尺相對該投影系統於該第2方向之兩側配置有一對；該第2讀頭群，在該移動體位於該有效區域內時，係以至少各一個能同時對向於該一對第2標尺之各個的配置來配置於該移動體上； 在該測量步驟，根據同時對向於該一對第1標尺之各個之兩個第1讀頭與同時對向於該一對第2標尺之各個之兩個第2讀頭中之至少三個讀頭之輸出，算出該移動體之該既定平面內之三自由度方向之位置資訊。
  19. 如申請專利範圍第12至18項中任一項之曝光方法，其中，該編碼器系統，能在藉由標記檢測系統檢測該物體之標記時測量該移動體之位置資訊。
  20. 如申請專利範圍第19項之曝光方法，其中，與該第1標尺不同之以該第1方向作為長邊方向之其他標尺係接近該標記檢測系統而配置。
  21. 一種元件製造方法，其包含：使用申請專利範圍第12至20項中任一項之曝光方法使物體曝光的動作；以及使該已曝光之物體顯影的動作。
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