JP2010067873A - 露光方法及び露光装置、並びにデバイス製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】安定且つ高精度な移動体の駆動制御を可能にする。
【解決手段】エンコーダヘッドの計測ビームの照射点がスケール39Y1上の一時停止領域(SU1,SU2)以外の領域内に位置するときには、計測誤差の発生を回避するためにヘッドから得られる位置情報を修正し、照射点がスケール外又は一時停止領域(SU1,SU2)に位置するときには、位置情報の修正を停止する。ここで、スケール39Y1上の一時停止領域として、例えばスケール端部、スケール上に形成された回折格子が損傷している領域、歪んでいる領域、異物が付着した領域、位置出しパターンの近傍などを選ぶことにより、ヘッドの不安定動作を回避し、エンコーダシステムの安定な稼動、ひいてはウエハステージの安定な駆動制御が可能となる。
【選択図】図11
【解決手段】エンコーダヘッドの計測ビームの照射点がスケール39Y1上の一時停止領域(SU1,SU2)以外の領域内に位置するときには、計測誤差の発生を回避するためにヘッドから得られる位置情報を修正し、照射点がスケール外又は一時停止領域(SU1,SU2)に位置するときには、位置情報の修正を停止する。ここで、スケール39Y1上の一時停止領域として、例えばスケール端部、スケール上に形成された回折格子が損傷している領域、歪んでいる領域、異物が付着した領域、位置出しパターンの近傍などを選ぶことにより、ヘッドの不安定動作を回避し、エンコーダシステムの安定な稼動、ひいてはウエハステージの安定な駆動制御が可能となる。
【選択図】図11
Description
本発明は、露光方法及び露光装置、並びにデバイス製造方法に係り、特に、半導体素子(集積回路等)、液晶表示素子等を製造するリソグラフィ工程で用いられる露光方法及び露光装置、並びに前記露光方法を用いるデバイス製造方法に関する。
従来、半導体素子(集積回路等)、液晶表示素子等の電子デバイス(マイクロデバイス)を製造するリソグラフィ工程では、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置(いわゆるステッパ)、あるいはステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置(いわゆるスキャニング・ステッパ(スキャナとも呼ばれる))などが、主として用いられている。
この種の露光装置では、一般的に、パターンが転写・形成されるウエハ又はガラスプレート等の基板(以下、ウエハと総称する)を保持して2次元移動するウエハステージの位置が、レーザ干渉計を用いて計測されていた。しかし、近年の半導体素子の高集積化に伴うパターンの微細化により、さらに高精度なウエハステージの位置制御性能が要求されるようになり、その結果、レーザ干渉計のビーム路上の雰囲気の温度変化、及び/又は温度勾配の影響で発生する空気揺らぎに起因する計測値の短期的な変動が、無視できなくなってきた。
かかる不都合を改善するものとして、レーザ干渉計と同程度以上の計測分解能を有するエンコーダを、ウエハステージの位置計測装置として採用した露光装置に係る発明が、提案されている(例えば特許文献1参照)。特許文献1に開示される露光装置では、ウエハステージの上面に回折格子を設け、その回折格子に計測光を照射し、発生する回折光を受光することによって、回折格子の周期方向に関するウエハステージの変位を計測するエンコーダシステムが採用されている。
上述のエンコーダシステムは、回折格子に計測光を照射し、回折光を受光する複数のヘッドを有する。個々のヘッドは、内部に備えた受光素子を用いて回折光を受光し、その強度に比例する電気信号を発生する。この電気信号は、理想状態では、回折格子(すなわちウエハステージ)の変位に対して正弦的に変化する。この正弦変化から回折格子の変位が求められ、計測結果として出力される。しかし、実際の使用環境の下では、回折格子の損傷等による回折光の乱れ、ヘッド内の受光素子の不安定動作、等により、電気信号は理想状態における正弦信号からずれる。そこで、そのずれを常時修正して計測誤差の発生を回避する信号処理機能を、個々のヘッド(の制御装置)に持たせることが考えられる。
上述の信号処理機能は、計測誤差の発生を回避する目的においては有用である。しかるに、特許文献1のエンコーダシステムでは、回折格子の有効面積が有限であるため、ウエハステージの移動に伴い、複数のヘッドの中から計測光の照射点が回折格子上に位置するヘッドを切り換えて使用している。ここで、計測光の照射点が回折格子から外れる際、及びこれとは逆に回折格子の無い所から回折格子内に入る際には、ヘッドが受光する回折光の強度が急激に変化する。また、回折格子上に付着した異物等によって計測光が遮られるといった異常時においても、回折光の強度は急激に変化する。このように回折光の強度が急激に変化する状況では、上述の信号処理機能は、むしろ、ヘッドの不安定動作を誘発する恐れがある。
本発明は、上述の事情の下でなされたものであり、第1の観点からすると、物体上にパターンを形成する露光方法であって、前記物体を保持して所定平面内を移動する移動体と該移動体の外部との一方に設けられた複数のヘッドの少なくとも一部の複数のヘッドのそれぞれから、前記移動体と該移動体の外部との他方に設けられたグレーティングを有する計測面に計測光を照射し、前記グレーティングで回折される光をそれぞれ受光して、前記移動体の前記所定平面内の位置情報を計測し、前記計測に用いられている複数のヘッドそれぞれの前記計測光の照射点が端部を含む所定領域以外の前記計測面上の領域に位置するときには、そのヘッドで計測される前記位置情報を修正する一方、前記計測光の照射点が前記計測面外又は前記計測面上の前記所定領域に位置するときには、前記位置情報の修正を停止し、前記位置情報の修正がなされた少なくとも1つのヘッドの修正後の位置情報に基づいて前記移動体を駆動する工程を含む露光方法である。
これによれば、移動体の所定平面内の位置情報の計測に用いられている複数のヘッドそれぞれの計測光の照射点が端部を含む所定領域以外の計測面上の領域に位置するときには、そのヘッドから得られる位置情報(ヘッドの出力)を修正する一方、前記計測光の照射点が計測面外又は計測面上の所定領域に位置するときには、位置情報の修正を停止し、位置情報の修正がなされた少なくとも1つのヘッドの修正後の位置情報に基づいて移動体を駆動する。
ここで、所定領域には、計測面の端部のように、回折光の強度が急激に変化するあるいは不安定になる計測面上の領域を含めることができる。
従って、計測光の照射点が回折光の強度が十分安定する計測面上の領域内に位置するときのみ、そのヘッドから得られる位置情報(ヘッドの出力)を修正するようにすることができる。これにより、ヘッドの不安定動作を回避し、複数のヘッドを含む計測システムの安定な稼動、ひいては移動体の安定な駆動制御が可能となる。
本発明は、第2の観点からすると、本発明の露光方法を用いて、物体上にパターンを形成する工程と;前記パターンが形成された前記物体に処理を施す工程と;を含むデバイス製造方法である。
本発明は、第3の観点からすると、物体上にパターンを形成する露光装置であって、前記物体を保持して所定平面内を移動可能な移動体と;前記移動体と該移動体の外部との一方に設けられた複数のヘッドを有し、該複数のヘッドの少なくとも一部の複数のヘッドそれぞれから、前記移動体と該移動体の外部との他方に設けられたグレーティングを有する計測面に計測光を照射し、前記グレーティングで回折される光をそれぞれ受光して、前記移動体の前記所定平面内の位置情報を計測する位置計測系と;前記位置計測系の前記計測に用いられている複数のヘッドそれぞれの前記計測光の照射点が前記計測面上の端部を含む所定領域以外に位置するときには、そのヘッドで計測される前記位置情報を修正する一方、前記計測光の照射点が端部を含む所定領域以外の前記計測面上の領域に位置するときには、前記位置情報の修正を停止し、前記位置情報の修正がなされた少なくとも1つのヘッドの修正後の位置情報に基づいて前記移動体を駆動する駆動システムと;を備える露光装置である。
これによれば、駆動システムにより、移動体の所定平面内の位置情報の計測に用いられている位置計測系の複数のヘッドそれぞれの計測光の照射点が端部を含む所定領域以外の計測面上の領域に位置するときには、そのヘッドで計測される位置情報(ヘッドの出力)が修正される一方、計測光の照射点が計測面外又は計測面上の所定領域に位置するときには、位置情報(ヘッドの出力)の修正が停止され、位置情報の修正がなされた少なくとも1つのヘッドの修正後の位置情報に基づいて移動体が駆動される。
ここで、所定領域には、計測面の端部のように、回折光の強度が急激に変化するあるいは不安定になる計測面上の領域を含めることができる。従って、計測光の照射点が回折光の強度が十分安定する計測面上の領域内に位置するときのみ、そのヘッドから得られる位置情報(ヘッドの出力)が修正されるので、ヘッドの不安定動作を回避し、位置計測系の安定な稼動、ひいては移動体の安定な駆動制御が可能となる。
以下、本発明の一実施形態を、図1〜図14(B)に基づいて説明する。
図1には、一実施形態の露光装置100の構成が概略的に示されている。露光装置100は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置、いわゆるスキャナである。後述するように、本実施形態では投影光学系PLとプライマリアライメント系AL1(図4、図5等参照)が設けられている。以下においては、投影光学系PLの光軸AXと平行な方向をZ軸方向、これに直交する面内で光軸AXとプライマリアライメント系AL1の検出中心を結ぶ直線と平行な方向をY軸方向、Z軸及びY軸に直交する方向をX軸方向とし、X軸、Y軸、及びZ軸回りの回転(傾斜)方向をそれぞれθx、θy、及びθz方向として説明を行う。
露光装置100は、照明系10、レチクルステージRST、投影ユニットPU、ウエハステージWSTを有するステージ装置50、及びこれらの制御系等を備えている。図1では、ウエハステージWST上にウエハWが載置されている。
照明系10は、レチクルブラインド(マスキングシステムとも呼ばれる)で規定されたレチクルR上のスリット状の照明領域IARを、照明光(露光光)ILによりほぼ均一な照度で照明する。照明系10の構成は、例えば米国特許出願公開第2003/025890号明細書などに開示されている。ここで、照明光ILとして、一例として、ArFエキシマレーザ光(波長193nm)が用いられる。
レチクルステージRST上には、そのパターン面(図1における下面)に回路パターンなどが形成されたレチクルRが、例えば真空吸着により、固定されている。レチクルステージRSTは、例えばリニアモータ等を含むレチクルステージ駆動系11(図1では不図示、図7参照)によって、XY平面内で微小駆動可能であるとともに、走査方向(図1における紙面内左右方向であるY軸方向)に所定の走査速度で駆動可能となっている。
レチクルステージRSTのXY平面内の位置情報(θz方向の回転情報を含む)は、レチクルレーザ干渉計(以下、「レチクル干渉計」という)116によって、移動鏡15(又はレチクルステージRSTの端面に形成された反射面)を介して、例えば0.25nm程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計116の計測値は、主制御装置20(図1では不図示、図7参照)に送られる。
投影ユニットPUは、レチクルステージRSTの図1における下方に配置されている。投影ユニットPUは、鏡筒40と、鏡筒40内に保持された投影光学系PLと、を含む。投影光学系PLとしては、例えば、Z軸方向と平行な光軸AXに沿って配列される複数の光学素子(レンズエレメント)から成る屈折光学系が用いられる。投影光学系PLは、例えば両側テレセントリックで、所定の投影倍率(例えば1/4倍、1/5倍又は1/8倍など)を有する。このため、照明系10によってレチクルR上の照明領域IARが照明されると、投影光学系PLの第1面(物体面)とパターン面がほぼ一致して配置されるレチクルRを通過した照明光ILにより、投影光学系PL(投影ユニットPU)を介してその照明領域IAR内のレチクルRの回路パターンの縮小像(回路パターンの一部の縮小像)が、その第2面(像面)側に配置される、表面にレジスト(感応剤)が塗布されたウエハW上の前記照明領域IARに共役な領域(以下、露光領域とも呼ぶ)IAに形成される。そして、レチクルステージRSTとウエハステージWSTとの同期駆動によって、照明領域IAR(照明光IL)に対してレチクルRを走査方向(Y軸方向)に相対移動させるとともに、露光領域IA(照明光IL)に対してウエハWを走査方向(Y軸方向)に相対移動させることで、ウエハW上の1つのショット領域(区画領域)の走査露光が行われ、そのショット領域にレチクルRのパターンが転写される。すなわち、本実施形態では照明系10、レチクルR及び投影光学系PLによってウエハW上にパターンが生成され、照明光ILによるウエハW上の感応層(レジスト層)の露光によってウエハW上にそのパターンが形成される。
ステージ装置50は、図1に示されるように、ベース盤12上に配置されたウエハステージWST、ウエハステージWSTの位置情報を計測する計測システム200(図7参照)、及びウエハステージWSTを駆動するステージ駆動系124(図7参照)等を備えている。計測システム200は、図7に示されるように、干渉計システム118、エンコーダシステム150及び面位置計測システム180などを含む。
ウエハステージWSTは、不図示の非接触軸受、例えばエアベアリングなどにより、数μm程度のクリアランスを介して、ベース盤12の上方に支持されている。また、ウエハステージWSTは、リニアモータ等を含むステージ駆動系124(図7参照)によって、X軸方向及びY軸方向に所定ストロークで駆動可能である。
ウエハステージWSTは、ステージ本体91と、該ステージ本体91上に搭載されたウエハテーブルWTBとを含む。このウエハテーブルWTB及びステージ本体91は、リニアモータ及びZ・レベリング機構(ボイスコイルモータなどを含む)を含む駆動系によって、ベース盤12に対し、6自由度方向(X,Y,Z,θx,θy,θz)に駆動可能に構成されている。
ウエハテーブルWTBの上面の中央には、ウエハWを真空吸着等によって保持するウエハホルダ(不図示)が設けられている。図2に示されるように、ウエハテーブルWTB上面のウエハホルダ(ウエハW)の+Y側には、計測プレート30が設けられている。この計測プレート30には、中央に基準マークFMが設けられ、基準マークFMのX軸方向の両側に一対の空間像計測スリットパターン(スリット状の計測用パターン)SLが、設けられている。そして、各空間像計測スリットパターンSLに対応して、ウエハテーブルWTBの内部には、光学系及び受光素子などが配置されている。すなわち、ウエハテーブルWTB上には、空間像計測スリットパターンSLを含む一対の空間像計測装置45A,45B(図7参照)が設けられている。
また、ウエハテーブルWTB上面には、後述するエンコーダシステム150で用いられるスケールが形成されている。詳述すると、ウエハテーブルWTB上面のX軸方向(図2における紙面内左右方向)の一側と他側の領域には、それぞれYスケール39Y1,39Y2が形成されている。Yスケール39Y1,39Y2は、例えば、X軸方向を長手方向とする格子線38が所定ピッチでY軸方向に配列された、Y軸方向を周期方向とする反射型の格子(例えば回折格子)によって構成されている。
同様に、ウエハテーブルWTB上面のY軸方向(図2における紙面内上下方向)の一側と他側の領域には、Yスケール39Y1及び39Y2に挟まれた状態で、Xスケール39X1,39X2がそれぞれ形成されている。Xスケール39X1,39X2は、例えば、Y軸方向を長手方向とする格子線37が所定ピッチでX軸方向に配列された、X軸方向を周期方向とする反射型の格子(例えば回折格子)によって構成されている。
なお、格子線37,38のピッチは、例えば1μmと設定される。図2及びその他の図においては、図示の便宜上から、格子のピッチは実際のピッチよりも大きく図示されている。
また、回折格子を保護するために、低熱膨張率のガラス板でカバーすることも有効である。ここで、ガラス板としては、厚さがウエハと同程度、例えば厚さ1mmのものを用いることができ、そのガラス板の表面がウエハの表面と同じ高さ(同一面)になるよう、ウエハテーブルWST上面に設置される。
また、ウエハテーブルWTBの−Y端面,−X端面には、図2に示されるように、後述する干渉計システムで用いられる反射面17a,反射面17bが形成されている。
また、ウエハテーブルWTBの+Y側の面には、図2に示されるように、国際公開第2007/097379号パンフレットに開示されるCDバーと同様の、X軸方向に延びるフィデューシャルバー(以下、「FDバー」と略述する)46が取り付けられている。FDバー46の長手方向の一側と他側の端部近傍には、センターラインLLに関して対称な配置で、Y軸方向を周期方向とする基準格子(例えば回折格子)52がそれぞれ形成されている。また、FDバー46の上面には、複数の基準マークMが形成されている。各基準マークMとしては、後述するアライメント系によって検出可能な寸法の2次元マークが用いられている。
本実施形態の露光装置100では、図4及び図5に示されるように、投影光学系PLの光軸AXとプライマリアライメント系AL1の検出中心を結ぶY軸に平行な直線(以下、基準軸と呼ぶ)LV上で、光軸AXから−Y側に所定距離隔てた位置に検出中心を有するプライマリアライメント系AL1が配置されている。プライマリアライメント系AL1は、不図示のメインフレームの下面に固定されている。図5に示されるように、プライマリアライメント系AL1を挟んで、X軸方向の一側と他側には、基準軸LVに関してほぼ対称に検出中心が配置されるセカンダリアライメント系AL21,AL22と、AL23,AL24とがそれぞれ設けられている。セカンダリアライメント系AL21〜AL24は、可動式の支持部材を介してメインフレーム(不図示)の下面に固定されており、駆動機構601〜604(図7参照)により、X軸方向に関してそれらの検出領域の相対位置が調整可能となっている。
本実施形態では、アライメント系AL1,AL21〜AL24のそれぞれとして、例えば画像処理方式のFIA(Field Image Alignment)系が用いられている。アライメント系AL1,AL21〜AL24のそれぞれからの撮像信号は、不図示の信号処理系を介して主制御装置20に供給される。
干渉計システム118は、図3に示されるように、反射面17a又は17bにそれぞれ干渉計ビーム(測長ビーム)を照射し、その反射光を受光して、ウエハステージWSTのXY平面内の位置を計測するY干渉計16と、3つのX干渉計126〜128と、一対のZ干渉計43A,43Bとを備えている。詳述すると、Y干渉計16は、基準軸LVに関して対称な一対の測長ビームB41,B42を含む少なくとも3つのY軸に平行な測長ビームを反射面17a、及び後述する移動鏡41に照射する。また、X干渉計126は、図3に示されるように、光軸AXと基準軸LVとに直交するX軸に平行な直線(以下、基準軸と呼ぶ)LHに関して対称な一対の測長ビームB51,B52を含む少なくとも3つのX軸に平行な測長ビームを反射面17bに照射する。また、X干渉計127は、アライメント系AL1の検出中心にて基準軸LVと直交するX軸に平行な直線(以下、基準軸と呼ぶ)LAを測長軸とする測長ビームB6を含む少なくとも2つのY軸に平行な測長ビームを反射面17bに照射する。また、X干渉計128は、Y軸に平行な測長ビームB7を反射面17bに照射する。
干渉計システム118の各干渉計からの位置情報は、主制御装置20に供給される。主制御装置20は、Y干渉計16及びX干渉計126又は127の計測結果に基づいて、ウエハテーブルWTB(ウエハステージWST)のX,Y位置に加え、θx方向の回転(すなわちピッチング)、θy方向の回転(すなわちローリング)、及びθz方向の回転(すなわちヨーイング)も算出することができる。
また、図1に示されるように、ステージ本体91の−Y側の側面に、凹形状の反射面を有する移動鏡41が取り付けられている。移動鏡41は、図2からわかるように、X軸方向の長さがウエハテーブルWTBの反射面17aよりも、長く設計されている。
移動鏡41に対向して、干渉計システム118(図7参照)の一部を構成する一対のZ干渉計43A,43Bが設けられている(図1及び図3参照)。Z干渉計43A,43Bは、それぞれ2つのY軸に平行な測長ビームB1,B2を移動鏡41に照射し、該移動鏡41を介して測長ビームB1,B2のそれぞれを、例えば投影ユニットPUを支持するフレーム(不図示)に固定された固定鏡47A,47Bに照射する。そして、それぞれの反射光を受光して、測長ビームB1,B2の光路長を計測する。その結果より、主制御装置20は、ウエハステージWSTの4自由度(Y,Z,θy,θz)方向の位置を算出する。
本実施形態では、ウエハステージWST(ウエハテーブルWTB)のXY平面内の位置情報(θz方向の回転情報を含む)は、主として、後述するエンコーダシステム150及び面位置計測システム180を用いて計測される。干渉計システム118は、ウエハステージWSTがエンコーダシステム150及び面位置計測システム180の計測領域外(例えば、アンローディングポジションとローディングポジション付近)に位置する際に、使用される。また、エンコーダシステム150及び面位置計測システム180の計測結果の長期的変動(例えばスケールの経時的な変形などによる)を補正(較正)する場合などに補助的に使用される。勿論、干渉計システム118とエンコーダシステム150及び面位置計測システム180とを併用して、ウエハステージWST(ウエハテーブルWTB)の全位置情報を計測することとしても良い。
本実施形態の露光装置100には、干渉計システム118とは独立に、ウエハステージWSTのXY平面内での位置(X,Y,θz)を計測するために、エンコーダシステム150を構成する複数のヘッドユニットが設けられている。
図4に示されるように、投影ユニットPUの+X側、+Y側、−X側、及びプライマリアライメント系AL1の−Y側に、4つのヘッドユニット62A、62B、62C、及び62Dが、それぞれ配置されている。また、アライメント系AL1、AL21〜AL24のX軸方向の両外側にヘッドユニット62E、62Fが、それぞれ設けられている。ヘッドユニット62A〜62Fは、支持部材を介して、投影ユニットPUを保持するメインフレーム(不図示)に吊り下げ状態で固定されている。なお、図4において、符号UPは、ウエハステージWST上にあるウエハのアンロードが行われるアンローディングポジションを示し、符号LPは、ウエハステージWST上への新たなウエハのロードが行われるローディングポジションを示す。
ヘッドユニット62A及び62Cは、図5に示されるように、前述の基準軸LH上に間隔WDで配置された複数(ここでは5個)のYヘッド651〜655、Yヘッド641〜645を、それぞれ備えている。以下では、必要に応じて、Yヘッド651〜655及びYヘッド641〜645を、それぞれ、Yヘッド65及びYヘッド64とも記述する。
ヘッドユニット62A,62Cは、Yスケール39Y1,39Y2を用いて、ウエハステージWST(ウエハテーブルWTB)のY軸方向の位置(Y位置)を計測する多眼のYリニアエンコーダ70A,70C(図7参照)を構成する。なお、以下では、Yリニアエンコーダを、適宜、「Yエンコーダ」又は「エンコーダ」と略述する。
ヘッドユニット62Bは、図5に示されるように、投影ユニットPUの+Y側に配置され、基準軸LV上に間隔WDで配置された複数(ここでは4個)のXヘッド665〜668を備えている。また、ヘッドユニット62Dは、プライマリアライメント系AL1の−Y側に配置され、基準軸LV上に間隔WDで配置された複数(ここでは4個)のXヘッド661〜664を備えている。以下では、必要に応じて、Xヘッド665〜668及びXヘッド661〜664をXヘッド66とも記述する。
ヘッドユニット62B,62Dは、Xスケール39X1,39X2を用いて、ウエハステージWST(ウエハテーブルWTB)のX軸方向の位置(X位置)を計測する多眼のXリニアエンコーダ70B,70D(図7参照)を構成する。なお、以下では、Xリニアエンコーダを、適宜、「Xエンコーダ」又は「エンコーダ」と略述する。
ここで、ヘッドユニット62A,62Cがそれぞれ備える5個のYヘッド65,64(より正確には、Yヘッド65,64が発する計測ビームのスケール上の照射点)のX軸方向の間隔WDは、露光の際などに、少なくとも1つのヘッドが、常に、対応するYスケール39Y1,39Y2に対向する(計測ビームを照射する)ように定められている。同様に、ヘッドユニット62B,62Dがそれぞれ備える隣接するXヘッド66(より正確には、Xヘッド66が発する計測ビームのスケール上の照射点)のY軸方向の間隔WDは、露光の際などに、少なくとも1つのヘッドが、常に、対応するXスケール39X又は39X2に対向する(計測ビームを照射する)ように定められている。
なお、ヘッドユニット62Bの最も−Y側のXヘッド665とヘッドユニット62Dの最も+Y側のXヘッド664との間隔は、ウエハステージWSTのY軸方向の移動により、その2つのXヘッド間で切り換え(つなぎ)が可能となるように、ウエハテーブルWTBのY軸方向の幅よりも狭く設定されている。
ヘッドユニット62Eは、図5に示されるように、複数(ここでは4個)のYヘッド671〜674を備えている。
ヘッドユニット62Fは、複数(ここでは4個)のYヘッド681〜684を備えている。Yヘッド681〜684は、基準軸LVに関して、Yヘッド674〜671と対称な位置に配置されている。以下では、必要に応じて、Yヘッド674〜671及びYヘッド681〜684を、それぞれYヘッド67及びYヘッド68とも記述する。
アライメント計測の際には、少なくとも各1つのYヘッド67,68が、それぞれYスケール39Y2,39Y1に対向する。このYヘッド67,68(すなわち、これらYヘッド67,68によって構成されるYエンコーダ70E,70F(図7参照))によってウエハステージWSTのY位置(及びθz回転)が計測される。
また、本実施形態では、セカンダリアライメント系のベースライン計測時などに、セカンダリアライメント系AL21,AL24にX軸方向で隣接するYヘッド673,682が、FDバー46の一対の基準格子52とそれぞれ対向し、その一対の基準格子52と対向するYヘッド673,682によって、FDバー46のY位置が、それぞれの基準格子52の位置で計測される。以下では、一対の基準格子52にそれぞれ対向するYヘッド673,682によって構成されるエンコーダをYリニアエンコーダ70E2,70F2と呼ぶ。また、識別のため、Yスケール39Y2,39Y1に対向するYヘッド67,68によって構成されるYエンコーダを、Yエンコーダ70E1、70F1と呼ぶ。
上述したエンコーダ70A〜70Fの計測値は、主制御装置20に供給される。主制御装置20は、エンコーダ70A〜70Dのうちの3つ、又はエンコーダ70E1,70F1,70B及び70Dのうちの3つの計測値に基づいて、ウエハステージWSTのXY平面内での位置(X,Y,θz)を算出する。
また、主制御装置20は、リニアエンコーダ70E2,70F2の計測値に基づいて、FDバー46(ウエハステージWST)のθz方向の回転を制御する。
さらに、本実施形態の露光装置100では、図4及び図6に示されるように、照射系90a及び受光系90bから成る多点焦点位置検出系(以下、「多点AF系」と略述する)が設けられている。多点AF系としては、例えば米国特許第5,448,332号明細書等に開示されるものと同様の構成の斜入射方式を採用している。本実施形態では、一例として、前述のヘッドユニット62Eの−X端部の+Y側に照射系90aが配置され、これに対峙する状態で、前述のヘッドユニット62Fの+X端部の+Y側に受光系90bが配置されている。なお、多点AF系(90a,90b)は、投影ユニットPUを保持するメインフレームの下面に固定されている。
図4及び図6では、それぞれ検出ビームが照射される複数の検出点が、個別に図示されず、照射系90a及び受光系90bの間でX軸方向に延びる細長い検出領域(ビーム領域)AFとして示されている。検出領域AFは、X軸方向の長さがウエハWの直径と同程度に設定されているので、ウエハWをY軸方向に1回スキャンするだけで、ウエハWのほぼ全面でZ軸方向の位置情報(面位置情報)を計測できる。
図6に示されるように、多点AF系(90a,90b)の検出領域AFの両端部近傍に、基準軸LVに関して対称な配置で、面位置計測システム180の一部を構成する各一対のZ位置計測用のヘッド(以下、「Zヘッド」と略述する)72a,72b、及び72c,72dが設けられている。これらのZヘッド72a〜72dは、不図示のメインフレームの下面に固定されている。
Zヘッド72a〜72dとしては、例えば、CDドライブ装置などで用いられる光ピックアップと同様の光学式変位センサのヘッドが用いられる。Zヘッド72a〜72dは、ウエハテーブルWTBに対し上方から計測ビームを照射し、その反射光を受光して、照射点におけるウエハテーブルWTBの面位置を計測する。なお、本実施形態では、Zヘッドの計測ビームは、前述のYスケール39Y1,39Y2を構成する反射型回折格子の面によって反射される構成を採用している。
さらに、前述のヘッドユニット62A,62Cは、図6に示されるように、それぞれが備える5つのYヘッド65j,64i(i,j=1〜5)と同じX位置に、ただしY位置をずらして、それぞれ5つのZヘッド76j,74i(i,j=1〜5)を備えている。そして、ヘッドユニット62A,62Cのそれぞれに属する5つのZヘッド76,74は、互いに基準軸LVに関して対称に配置されている。なお、各Zヘッド76,74としては、前述のZヘッド72a〜72dと同様の光学式変位センサのヘッドが採用される。
上述したZヘッド72a〜72d,741〜745,761〜765は、図7に示されるように、信号処理・選択装置170を介して主制御装置20に接続されており、主制御装置20は、信号処理・選択装置170を介してZヘッド72a〜72d,741〜745,761〜765の中から任意のZヘッドを選択して作動状態とし、その作動状態としたZヘッドで検出した面位置情報を信号処理・選択装置170を介して受け取る。本実施形態では、Zヘッド72a〜72d,741〜745,761〜765と、信号処理・選択装置170とを含んでウエハステージWSTのZ軸方向及びXY平面に対する傾斜方向の位置情報を計測する面位置計測システム180が構成されている。
本実施形態では、主制御装置20は、面位置計測システム180(図7参照)を用いて、ウエハステージWSTの有効ストローク領域、すなわち露光及びアライメント計測のためにウエハステージWSTが移動する領域において、その2自由度方向(Z,θy)の位置座標を計測する。
主制御装置20は、露光の際には面位置計測システム180(図7参照)を構成する各1つのZヘッド74i,76j(i,jは1〜5のいずれか)を用いて、後述するフォーカスマッピング(及びフォーカスキャリブレーション)の際には4つのZヘッド72a〜72dを用いて、ウエハステージWSTの高さZと傾斜(ローリング)θyを計測する。
図7には、露光装置100の制御系の主要な構成が示されている。この制御系は、装置全体を統括的に制御するマイクロコンピュータ(又はワークステーション)から成る主制御装置20を中心として構成されている。
上述のようにして構成された本実施形態の露光装置100では、例えば国際公開第2007/097379号パンフレットの実施形態中に開示されている手順と同様の手順に従って、アンローディングポジションUP(図4参照)でのウエハWのアンロード、ローディングポジションLP(図4参照)での新たなウエハWのウエハテーブルWTB上へのロード、計測プレート30の基準マークFMとプライマリアライメント系AL1とを用いたプライマリアライメント系AL1のベースラインチェック前半の処理、エンコーダシステム及び干渉計システムの原点の再設定(リセット)、アライメント系AL1,AL21〜AL24を用いたウエハWのアライメント計測、これと並行したフォーカスマッピング、空間像計測器45A,45Bを用いたプライマリアライメント系AL1のベースラインチェック後半の処理、並びにアライメント計測の結果求められるウエハ上の各ショット領域の位置情報と、最新のアライメント系のベースラインとに基づく、ステップ・アンド・スキャン方式でのウエハW上の複数のショット領域の露光などの、ウエハステージWSTを用いた一連の処理が、主制御装置20によって実行される。なお、詳細説明については省略する。
なお、セカンダリアライメント系AL21〜AL24のベースライン計測は、適宜なタイミングで、国際公開第2007/097379号パンフレットに開示される方法と同様に、前述のエンコーダ70E2,70F2の計測値に基づいて、FDバー46(ウエハステージWST)のθz回転を調整した状態で、アライメント系AL1、AL21〜AL24を用いて、それぞれの視野内にあるFDバー46上の基準マークMを同時に計測することで行われる。
本実施形態では、主制御装置20は、エンコーダシステム150(図7参照)を用いることにより、ウエハステージWSTの有効ストローク領域、すなわちアライメント及び露光動作のためにウエハステージWSTが移動する領域において、その3自由度(X,Y,θz)方向の位置を計測することができる。
エンコーダシステム150(図7参照)を構成するエンコーダ70A〜70Fのヘッド(641〜645,651〜655,661〜668,671〜674,681〜684)として、次に説明するような回折干渉型のエンコーダヘッドが用いられている。
図8には、エンコーダ70A〜70Fを代表して、エンコーダ70Aの構成が示されている。以下では、このエンコーダ70A(ヘッドユニット62A)を取り上げて、エンコーダの構成及び計測原理、並びに、修正機能のオンオフについて説明する。なお、図8では、エンコーダ70Aを構成するヘッドユニット62Aの1つのYヘッド65からYスケール39Y1に対し計測ビームが照射されている。
Yヘッド65は、大別すると、照射系65a、光学系65b、及び受光系65cの3部分から構成されている。照射系65aは、レーザビームLB0を射出する光源、例えば半導体レーザLDと、レーザビームLB0の光路上に配置されたレンズL1と、を含む。光学系65bは、偏光ビームスプリッタPBS、一対の反射ミラーR1a,R1b、レンズL2a,L2b、四分の一波長板(以下、λ/4板と記述する)WP1a,WP1b、及び反射ミラーR2a,R2b等を備えている。受光系65cは、偏光子(検光子)及び光検出器等を含む。
半導体レーザLDから射出されたレーザビームLB0はレンズL1を介して偏光ビームスプリッタPBSに入射し、2つの計測ビームLB1,LB2に偏光分離される。ここで「偏光分離」とは、入射ビームをP偏光成分とS偏光成分に分離することを意味する。偏光ビームスプリッタPBSを透過した計測ビームLB1は反射ミラーR1aを介してYスケール39Y1に形成された反射型回折格子RGに到達し、偏光ビームスプリッタPBSで反射された計測ビームLB2は反射ミラーR1bを介して反射型回折格子RGに到達する。
計測ビームLB1,LB2の照射によって回折格子RGから発生する所定次数の回折ビーム、例えば1次回折ビームは、それぞれ、レンズL2b,L2aを介してλ/4板WP1b,WP1aにより円偏光に変換された後、反射ミラーR2b,R2aにより反射されて再度λ/4板WP1b,WP1aを通り、往路と同じ光路を逆方向に辿って偏光ビームスプリッタPBSに向かう。
偏光ビームスプリッタPBSに向かう2つの回折ビームの偏光方向は、元の偏光方向から90度回転している。このため、先に偏光ビームスプリッタPBSを透過した計測ビームLB1に由来する回折ビームは、偏光ビームスプリッタPBSで反射される。一方、先に偏光ビームスプリッタPBSで反射された計測ビームLB2に由来する回折ビームは、偏光ビームスプリッタPBSを透過して計測ビームLB1の1次回折ビームと同軸上に集光される。そして、これら2つの回折ビームが、出力ビームLB3として受光系65cに送光される。
受光系65cに送光された出力ビームLB3中の2つの回折ビーム(正確には、計測ビームLB1,LB2にそれぞれ由来する出力ビームLB3のS,P偏光成分)は、受光系65c内部の検光子(不図示)によって偏光方向が揃えられて干渉光となる。さらに、例えば特開2003−322551号公報に開示されているように、その干渉光は4つに分岐される。分岐された4つの光は、それぞれの位相が相対的に0,π/2,π,3π/2シフトされた後、光検出器(不図示)によって受光されて、それぞれの光強度(I1,I2,I3,I4とする)に応じた電気信号に変換され、Yエンコーダ70Aの出力として、主制御装置20に送られる。
主制御装置20は、Yエンコーダ70Aの出力から、Yヘッド65とスケール39Y1間の相対変位ΔYを求める。ここで、本実施形態における相対変位ΔYの算出方法について、その原理を含め、詳述する。簡単のため、理想状態、すなわち計測ビームLB1,LB2の強度は互いに等しく且つ出力I1〜I4の最大値も互いに等しい状況、を考える。この状況において、出力I1〜I4は、次のように表される。
I1=A(1+cos(φ))∝I …(1a)
I2=A(1+cos(φ+π/2)) …(1b)
I3=A(1+cos(φ+π)) …(1c)
I4=A(1+cos(φ+3π/2)) …(1d)
ここで、φは、計測ビームLB1,LB2(それらに由来する出力ビームLB3のS,P偏光成分)の間の位相差である。
I2=A(1+cos(φ+π/2)) …(1b)
I3=A(1+cos(φ+π)) …(1c)
I4=A(1+cos(φ+3π/2)) …(1d)
ここで、φは、計測ビームLB1,LB2(それらに由来する出力ビームLB3のS,P偏光成分)の間の位相差である。
主制御装置20は、出力I1〜I4から、次のように、差I13,I42を求める。
I13=I1−I3=2Acos(φ) …(2a)
I42=I4−I2=2Asin(φ) …(2b)
なお、差I13,I42は、光学回路(又は電気回路)を光検出器内に導入し、それを用いて光学的(又は電気的)に求めても良い。
I42=I4−I2=2Asin(φ) …(2b)
なお、差I13,I42は、光学回路(又は電気回路)を光検出器内に導入し、それを用いて光学的(又は電気的)に求めても良い。
ここで、Yエンコーダ70A(ヘッド65)の出力I1〜I4の修正の原理を説明するため、図9(A)に示されるように、直交座標系上にプロットされた点ρ(I13,I42)の動きを考える。なお、図9(A)及び図9(B)では、点ρ(I13,I42)がベクトルρを用いて表され、点ρ(I13,I42)の位相がφと表記されている。ベクトルρの長さ、すなわち点ρ(I13,I42)の原点Oからの距離は2Aである。
理想状態では、干渉光LB3の強度Iの振幅は常に一定である。従って、出力I1〜I4の振幅Aも常に一定である。そのため、図9(A)において、点ρ(I13,I42)は、干渉光LB3の強度Iの変化(すなわち出力I1〜I4の変化)とともに、原点からの距離(半径)が2Aの円周上を移動する。
また、理想状態では、干渉光LB3の強度Iは、Yスケール39Y1(すなわちウエハステージWST)が計測方向(回折格子の周期方向、すなわちY軸方向)に変位することにより、正弦的に変化する。同様に、4つの分岐光の強度I1〜I4も、それぞれ式(1a)〜(1d)で表されるように、正弦的に変化する。この理想状態では、位相差φは、図9(A)における点ρ(I13,I42)の位相φに等しい。位相差φ(以下では、特に区別する必要が無い限り、位相と呼ぶ)は、相対変位ΔYに対し、次のように変化する。
φ(ΔY)=2πΔY/(p/4n)+φ0 …(3)
ここで、pはスケール39Y1が有する回折格子のピッチ、nは回折次数(例えばn=1)、φ0は境界条件(例えば変位ΔYの基準位置の定義など)より定まる定位相である。
ここで、pはスケール39Y1が有する回折格子のピッチ、nは回折次数(例えばn=1)、φ0は境界条件(例えば変位ΔYの基準位置の定義など)より定まる定位相である。
式(3)より、位相φは、変位ΔYが計測単位(計測ピッチとも呼ぶ)p/4n増加(減少)する毎に2π増加(減少)することがわかる。従って、式(2a),(2b)より、点ρ(I13,I42)は、例えば図9(B)に示されるように、変位ΔYの増加とともに、半径2Aの円周上を点aから点bへと左回りに回転することがわかる。逆に、変位ΔYの減少とともに、上記円周上を右回りに回転する。そして、点ρ(I13,I42)は、変位ΔYが計測単位、増加(減少)する毎に、円周上を一周する。
そこで、主制御装置20は、予め定められた基準位相(例えば定位相φ0)を基準にして、点ρ(I13,I42)の周回数を数える。この周回数は、干渉光LB3の強度Iの振動回数に等しい。その計数値(カウント値)をcΔYと表記する。さらに、主制御装置20は、点ρ(I13,I42)の基準位相に対する位相の変位φ’= φ−φ0を求める。これらのカウント値cΔYと位相変位φ’から、変位ΔYの計測値CΔYが、次のように求められる。
CΔY=(p/4n)×(cΔY+φ’/2π) …(4)
ここで、定位相φ0を位相オフセット(ただし、0≦φ0<2πと定義する)とし、変位ΔYの基準位置での位相φ(ΔY=0)を保持することとする。
ここで、定位相φ0を位相オフセット(ただし、0≦φ0<2πと定義する)とし、変位ΔYの基準位置での位相φ(ΔY=0)を保持することとする。
実際のエンコーダヘッドの使用環境下では、回折格子の歪み等による回折ビームの乱れ、及び/又は光検出器の不安定動作等により、出力I1〜I4の変化の状態は、式(1a)〜(1d)により表される理想的な変化の状態からずれる。従って、差I13,I42を、次のように表す必要がある。
I13=2A13cos(φ)+B13 …(5a)
I42=2A42sin(φ)+B42 …(5b)
I42=2A42sin(φ)+B42 …(5b)
図10(A)〜図10(F)には、点ρ(I13,I42)の軌道の代表例が、模式的に示されている。このうち、図10(A)及び図10(B)には、それぞれ、A13=A42>2A及びA13=A42<2A(ただしB13=B42=0)の場合の点ρの軌道Tが示されている。この場合、点ρの軌道Tは、理想状態における点ρの軌道T0より、それぞれ、大きな半径及び小さな半径の円軌道となる。図10(C)及び図10(D)には、それぞれ、A13>2A、A42<2A及びA13<2A、A42>2A(ただしB13=B42=0)の場合の点ρの軌道Tが示されている。この場合、点ρの軌道Tは、それぞれ、横長及び縦長の長円形の軌道となる。図10(E)には、B13=B42≠0(ただしA13=A42=2A)の場合の点ρの軌道Tが示されている。この場合、点ρの軌道Tは、理想状態における点ρの軌道T0と同じ円形であるが、その中心が原点Oから点O’にシフトしている。図10(F)には、φ→φ+Δφ(ただしΔφ>0)の場合の点ρの軌道Tが示されている。点ρの軌道Tは、理想状態における点ρの軌道T0と同じ円形であるが、軌道T0から左周りに回転している。
本実施形態における相対変位ΔYの算出方法では、計測ビームLB1,LB2(それらに由来する出力ビームLB3のS,P偏光成分)の間の位相差φを、点ρ(I13,I42)の位相φから読み取る。そのため、点ρが、図10(A)〜10(F)に示されるような軌道Tを取ると、点ρの軌道から読み取られる位相φは、計測ビームLB1,LB2の位相差φからずれてしまう。そこで、主制御装置20は、常時、点ρの軌道(軌跡)を解析し、その歪み(軌道T0からのずれ)を修正するための信号処理(出力の修正処理)を行う。これにより、計測誤差の発生を回避している。
上述の信号処理、すなわち出力の修正処理は、出力I1〜I4、すなわち、式(5a)及び(5b)における係数A13,A42,B13,B42の微小変化に伴う計測誤差の発生を回避する目的においては大変、有用である。しかし、前述の通り、本実施形態のエンコーダシステム150では、スケール39X1,39X2,39Y1,39Y2の有効面積が有限であるため、主制御装置20は、ウエハステージWSTの移動に伴い、複数のヘッドの中から計測ビームの照射点がスケール上に位置するヘッドを切り換えて使用している。従って、ヘッドユニット62Aのヘッド651〜655も、ウエハステージWSTの移動に伴い、計測ビームLB1,LB2の照射点がYスケール39Y1上に位置するヘッド65が、切り換えて使用される。ここで、ヘッド65の計測ビームLB1,LB2の照射点がYスケール39Y1から外れる際には、ヘッド65が受光する出力ビームLB3の強度I(すなわち出力I1〜I4)は有限の値から零に、急激に変化する。逆に計測ビームLB1,LB2の照射点が外部からYスケール39Y1内に入る際には、出力ビームLB3の強度I(すなわち出力I1〜I4)は、零から有限の値に、急激に変化する。このように出力ビームLB3の強度I(すなわち出力I1〜I4)が急激に変化する状況では、上述の出力の修正処理は、却って、ヘッド65の不安定動作を誘発する恐れがある。
そこで、本実施形態では、上記の出力の修正処理を一時的に停止すべき領域(以下、便宜上、一時停止領域と呼ぶ)が、Yスケール39Y1上に、予め設定されている。ここで、一時停止領域として、上述の出力の修正処理が有効に機能する程度には、出力ビームLB3の強度が安定しないYスケール39Y1上の領域が選ばれている。そして、主制御装置20は、ヘッド65の計測ビームLB1,LB2の照射点が、Yスケール39Y1上の一時停止領域外の領域に位置するときには、ヘッド65の出力I1〜I4の修正処理、すなわち出力I1〜I4(すなわち式(5a)及び式(5b)における係数A13,A42,B13,B42)の修正処理を行う。この一方、ヘッド65の計測ビームLB1,LB2の照射点が、Yスケール39Y1の外部又はYスケール39Y1上の一時停止領域に位置するときには、前述の出力I1〜I4の修正処理を、停止する。
ここで、図11(A)〜図11(D)、図12及び図13に基づいて、本実施形態における、上記の出力の修正処理の停止、再開の仕組みについて、さらに詳述する。
図11(A)〜図11(D)には、ウエハステージWSTが+X方向に移動し、それに伴いYヘッド65がYスケール39Y1上に対向する状況が表されている。なお、ウエハステージWSTは、同時に、+Y方向にもわずかに移動しているものとする。前提として、図11(A)〜図11(D)に示されるように、Yスケール39Y1には、そのX軸方向の両端部の所定幅の帯状領域(図中の陰影の無い領域)から成る一時停止領域SU1、SU2が、設定されているものとする。
図11(A)では、Yヘッド65はYスケール39Y1に対向していない。すなわち、Yヘッド65の計測ビームLB1,LB2は、Yスケール39Y1上に照射されていない。従って、Yヘッド65が受光する出力ビームLB3の強度Iは、図12中の点aで示されるように、零である。なお、図12において、横軸はYスケール39Y1(ウエハステージWST)のX位置である。この図11(A)の状態では、点ρ(I13,I42)は、図13中にベクトルρ1で示されるように、点a(原点Oに一致)に位置し、その位相φを読み取ることすらできないので、主制御装置20は、出力I1〜I4の修正処理を行わない。
図11(A)の状態からウエハステージWSTが+X方向に移動すると、Yヘッド65がYスケール39Y1に対向し始める。図11(B)には、Yヘッド65の計測ビームLB1,LB2の照射点(有限の面積を有する断面)が、Yスケール39Y1の+X端部の一時停止領域SU1に位置している状態が示されている。この状態は、計測ビームLB1,LB2の照射点がYスケール39Y1上に進入している最中でもある。このとき、出力ビームLB3の強度Iは、図12中の点bで示されるように、急激に増大している。しかし、まだ、最大強度(2A)には届いていない。この図11(B)の状態では、点ρ(I13,I42)は、図13中にベクトルρ2で示されるように、点bに位置し、原点Oから急速に遠ざかっている。しかし、まだ、理想状態における軌道T0(原点Oからの距離2Aの円軌道)からは遠く離れている。このため、図11(B)の状態においても、主制御装置20は、出力I1〜I4の修正処理を行わない。
図11(B)の状態からウエハステージWSTがさらに+X方向に移動すると、Yヘッド65の全体がYスケール39Y1に対向するようになる。図11(C)には、Yヘッド65の計測ビームLB1,LB2の照射点(有限の面積を有する断面)が、Yスケール39Y1上の一時停止領域SU1から外れ、該一時停止領域SU1の−X側のYスケール39Y1上に位置している状態が示されている。この図11(C)の状態では、出力ビームLB3の強度Iは、図12中の点cで示されるように、最大強度(2A)に近づき、その変化も緩やかになっている。また、この図11(C)の状態では、点ρ(I13,I42)は、図13中にベクトルρ3で示されるように、点cに位置し、その軌道は理想状態における軌道T0(原点Oからの距離2Aの円軌道)に十分近づいている。そこで、主制御装置20は、出力I1〜I4の修正を行う。なお、図11(C)では、Yヘッド65の出力I1〜I4の修正が行われていることが、黒丸を用いて表されている。また、二重線の四角により、ヘッド65が、ウエハステージWSTの位置制御に用いられていることが示されている。
図11(C)の状態からウエハステージWSTがさらに+X方向に移動すると、図11(D)に示されるように、Yヘッド65の計測ビームLB1,LB2の照射点がYスケール39Y1のX軸方向の中央の陰影が付された領域に位置する状態が続く。計測ビームLB1,LB2の照射点がYスケール39Y1の陰影が付された領域に位置する間、出力ビームLB3の強度Iは、図12中の点dで示されるように、ほぼ最大強度(2A)をとり、その変化も十分微小になっている。また、図11(D)及びその前後の状態では、点ρ(I13,I42)は、図13中にベクトルρ4で示されるように、理想状態における軌道T0(原点Oからの距離2Aの円軌道)上の点dに位置している。点ρ(I13,I42)が軌道T0の極近傍に位置する限り、主制御装置20は、Yヘッド65の出力I1〜I4の修正を行う。
なお、図11(D)の状態からウエハステージWSTがさらに+X方向に移動し、あるいは−X方向に移動すると、このウエハステージWSTの移動に伴い、Yヘッド65の計測ビームLB1,LB2の照射点がYスケール39Y1上の一時停止領域SU2、あるいはSU1に位置するが、その際には、主制御装置20は、上述の手順と逆の手順に従って、Yヘッド65の出力I1〜I4の修正を停止する。
また、Yスケール39Y1上の計測ビームLB1,LB2の照射点の位置は、ウエハステージWSTの位置から求めることができる。ここで、安全性の観点より、主制御装置20は、ウエハステージWSTの位置として干渉計システム118の計測結果を用いることとしても良い。
Yスケール39Y1上の一時停止領域として、前述の通り、ヘッド65の出力ビームLB3の強度I(すなわち出力I1〜I4)が安定しない領域(例えば、前述した領域SU1、SU2)を選ぶことにより、この一時停止領域SU1、SU2以外のYスケール39Y1上の領域では、出力ビームLB3の強度I(すなわち出力I1〜I4)が十分安定することとなる。これにより、主制御装置20は、前述した手順に従って、Yヘッド65の出力I1〜I4の修正を行う、あるいは一時停止することで、Yヘッド65の不安定動作を回避する。ここで、図14(A)に示されるように、Yスケール39Y1上の回折格子が損傷した領域DA又は歪んだ領域DSに計測ビームLB1,LB2を照射する、あるいは図14(B)に示されるように、Yスケール39Y1上に付着した異物DP等によって計測ビームLB1,LB2が遮られる、といった異常時においても、出力ビームLB3の強度Iは急激に変化する。また、通常、スケールの内部には、スケールとヘッドの相対位置の基準を定めるための位置出しパターンが設けられている。位置出しパターンは、例えば図14(B)に示されるパターン39Y3のように、回折格子が形成されていない間隙を挟んでYスケール39Y1の内部に設けられる。ここで、位置出しパターン39Y3を囲む間隙に計測ビームLB1,LB2が照射される場合にも、出力ビームLB3の強度Iは急激に変化する。そこで、本実施形態では、さらに、回折格子が損傷した領域DA又は歪んでいる領域DS、異物DPが付着した領域、位置出しパターン39Y3の近傍領域が、Yスケール39Y1上の一時停止領域に定められている。
ヘッドユニット62B,62C,62D,62E,62Fがそれぞれ備えるヘッド64,66,67,68も、ヘッド65(エンコーダ70A)と同様に構成され、スケール39X1,39X2,39Y2上にも、上述したYスケール39Y1と同様に、一時停止領域(スケールの非計測方向の両端部の領域SU1,SU2、回折格子が損傷した領域DA又は歪んでいる領域DS、異物DPが付着した領域、位置出しパターン39Y3の近傍領域など)が、定められている。そして、主制御装置20によって、前述と同様の手順に従って、ヘッド64,66,67,68の出力修正、及びその修正の一時停止が行われる。
従って、本実施形態の露光装置100によると、ヘッド64,65,66,67,68の不安定動作を回避し、エンコーダシステム150の安定な稼動、ひいてはウエハステージWSTの安定な駆動制御が可能となる。
なお、本実施形態の露光装置100では、各スケール上に付着した異物を検出するための異物検出器が設けられていても良い。そして、主制御装置20は、その異物検出器を用いて、露光動作に先立って(あるいは露光動作と並行して)、各スケール上の異物を検出することとしても良い。また、主制御装置20は、露光動作に先立って、回折格子の状態を診断することとしても良い。そして、主制御装置20は、異物が検出されたスケール上の領域、及び回折格子の異常が検出されたスケール上の領域を、前述した一時停止領域に定めても良い。
また、主制御装置20は、各エンコーダヘッドの出力の修正処理を実行している間、出力信号の修正の精度を検証することとしても良い。例えば、図10(A)〜図10(F)に示されるような、点ρ(I13,I42)の軌道T0からのずれを、修正精度の指標として用いることができる。そして、修正精度が十分でない場合(ずれが大きい場合)、主制御装置20は、そのヘッドの計測ビームの照射点に相当するスケール上の位置(領域)を、一時停止領域に含めることとしても良い。
また、主制御装置20は、図12に示される、出力ビームLB3の強度Iを監視することによって、スケール上の一時停止領域を定めても良い。主制御装置20は、例えば、露光動作に先立って、いずれかのエンコーダヘッドを用いてスケール全面に計測ビームLB1,LB2を照射し、出力ビームLB3の強度Iを監視する。あるいは、主制御装置20は、露光動作と並行して、スケールに計測ビームLB1,LB2を照射しているエンコーダヘッドの出力ビームLB3の強度Iを監視する。そして、主制御装置20は、強度の変化が著しい領域、あるいは強度が一定強度(最大強度から定められる)以下である領域を、スケール上の一時停止領域と定める。この処理は、上述の異物の検出及び回折格子の状態の診断を兼ねることも可能である。なお、出力ビームLB3の強度Iの代わりに、参照強度IR=√(I13 2+I42 2)を用いると良い。参照強度IRは、計測ビームの照射点が、スケール上の一時停止領域以外の領域内に位置するときには、ほぼ最大強度2Aとなる。
本実施形態では、前述のようなエンコーダヘッドの配置を採用したことにより、常時、Xスケール39X1又は39X2に少なくとも1つのXヘッド66が、Yスケール39Y1に少なくとも1つのYヘッド65(又は68)が、Yスケール39Y2に少なくとも1つのYヘッド64(又は67)が、それぞれ対向する。スケールに対向しているエンコーダヘッドからは、上述の出力ビーム(干渉光)LB3の分岐光の強度I1〜I4に応じた出力信号(出力I1〜I4)が、主制御装置20に供給される。主制御装置20は、供給された出力I1〜I4に対応するヘッド(の計測ビームの照射点)がスケール上の一時停止領域以外の領域内に位置する場合に、前述の信号処理(出力I1〜I4の修正処理)を行い、処理済の信号からそれぞれのヘッドの計測方向についてのウエハステージWSTの変位(より正確には計測ビームが照射されるスケールの変位)を求める。その計測結果は、上述のエンコーダ70A、70C及び70B又は70D(又はエンコーダ70E1,70F1及び70B又は70D)の計測結果として、主制御装置20に供給される。
なお、リニアエンコーダ70A〜70D(あるいはエンコーダ70E1,70F1及び70B又は70D)、又は70E2,70F2について、有効な計測結果が必要数に満たない場合、主制御装置20は、エンコーダシステム150に替えて干渉計システム118を用いてウエハステージWSTの位置を計測する。このような状況は、特に、エンコーダヘッドの計測ビームが、図14(A)に示されるスケール上の回折格子が損傷した領域DA、歪んでいる領域DS、図14(B)に示される異物DPが付着した領域、位置出しパターン39Y3の近傍領域、に照射される際に起こり得る。
以上詳細に説明したように、本実施形態の露光装置100によると、主制御装置20により、ウエハステージWSTのXY平面内の位置情報の計測に用いられているエンコーダシステム150の複数のヘッド(65,64,66,67,68)それぞれの計測ビームの照射点がスケール(39Y1,39Y2,39X1,39X2)上の長手方向に直交する方向の端部を含む一時停止領域以外に位置するときには、そのヘッドで計測される位置情報(ヘッドの出力)が修正される一方、計測ビームの照射点がスケール外又はスケール上の一時停止領域に位置するときには、位置情報(ヘッドの出力)の修正が停止され、位置情報の修正がなされた3つのヘッドの修正後の位置情報に基づいてウエハステージWSTが駆動される。
ここで、一時停止領域には、スケール(39Y1,39Y2,39X1,39X2)の端部のように、回折光の強度が急激に変化するあるいは不安定になるスケール上の領域が含まれる。従って、計測ビームの照射点が回折光の強度が十分安定するスケール上の領域内に位置するときのみ、そのヘッドから得られる位置情報(ヘッドの出力)が修正されるので、ヘッドの不安定動作を回避し、エンコーダシステム150の安定な稼動、ひいてはウエハステージWSTの安定な駆動制御が可能となる。これにより、レチクルステージRSTに同期して、ウエハステージWSTを、精度良く駆動することが可能になるので、レチクルRのパターンをウエハW上の複数のショット領域に精度良く転写することが可能になる。
なお、上記実施形態で説明したエンコーダシステムなどの各計測装置の構成は一例に過ぎず、本発明がこれに限定されないことは勿論である。例えば、上記実施形態では、ウエハテーブル(ウエハステージ)上に格子部(Yスケール、Xスケール)を設け、これに対向してXヘッド、Yヘッドをウエハステージの外部に配置する構成のエンコーダシステムを採用した場合について例示したが、これに限らず、例えば米国特許出願公開第2006/0227309号明細書などに開示されているように、ウエハステージにエンコーダヘッドを設け、これに対向してウエハステージの外部に格子部(例えば2次元格子又は2次元に配置された1次元の格子部)を配置する構成のエンコーダシステムを採用しても良い。この場合において、Zヘッドもウエハステージに設け、その格子部の面を、面位置計測システムZヘッドの計測ビームが照射される反射面としても良い。
また、上記実施形態では、例えばヘッドユニット62A,62Cの内部にエンコーダヘッドとZヘッドとが、別々に設けられている場合について説明したが、エンコーダヘッドとZヘッドとの機能を備えた単一のヘッドを、エンコーダヘッドとZヘッドの組に代えて用いても良い。
また、上述の実施形態では、本発明が、液体(水)を介さずにウエハWの露光を行うドライタイプの露光装置に適用された場合について説明したが、これに限らず、例えば国際公開第99/49504号パンフレット、欧州特許出願公開第1,420,298号明細書、国際公開第2004/055803号パンフレット、特開2004−289126号公報(対応米国特許第6,952,253号明細書)などに開示されているように、投影光学系とウエハとの間に照明光の光路を含む液浸空間を形成し、投影光学系及び液浸空間の液体を介して照明光でウエハを露光する露光装置にも本発明を適用することができる。また、例えば国際公開第2007/097379号パンフレット(対応米国特許出願公開第2008/08843号明細書)に開示される、液浸露光装置などにも、本発明を適用することができる。この国際公開第2007/097379号パンフレット(対応米国特許出願公開第2008/08843号明細書)に開示される液浸露光装置では、ウエハステージに設けられたグレーティング(スケール)に計測ビームを照射し、その反射光を受光することによって、グレーティングの周期方向に関するヘッドとスケールとの間の相対位置を計測するエンコーダシステムが採用されている。かかる露光装置では、回収されずにスケール上に残った液浸液(液体)が、異物として、計測システムを構成するヘッドの計測ビームを遮ることが頻繁に起こり得るので、上記実施形態の方法は有用である。
また、上記実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式等の走査型露光装置に本発明が適用された場合について説明したが、これに限らず、ステッパなどの静止型露光装置に本発明を適用しても良い。ステッパなどであっても、露光対象の物体が搭載されたステージの位置を上記実施形態と同様に、エンコーダを用いて計測することができるので、同様の効果を得ることができる。また、ショット領域とショット領域とを合成するステップ・アンド・スティッチ方式の縮小投影露光装置、プロキシミティー方式の露光装置、又はミラープロジェクション・アライナーなどにも本発明は適用することができる。さらに、例えば米国特許第6,590,634号明細書、米国特許第5,969,441号明細書、米国特許第6,208,407号明細書などに開示されているように、複数のウエハステージを備えたマルチステージ型の露光装置にも本発明を適用できる。また、例えば国際公開第2005/074014号パンフレットなどに開示されているように、ウエハステージとは別に、計測部材(例えば、基準マーク、及び/又はセンサなど)を含む計測ステージを備える露光装置にも本発明は適用が可能である。
また、上記実施形態の露光装置における投影光学系は縮小系のみならず等倍及び拡大系のいずれでも良いし、投影光学系PLは屈折系のみならず、反射系及び反射屈折系のいずれでも良いし、その投影像は倒立像及び正立像のいずれでも良い。また、前述の照明領域及び露光領域はその形状が矩形であるものとしたが、これに限らず、例えば円弧、台形、あるいは平行四辺形などでも良い。
なお、上記実施形態の露光装置の光源は、ArFエキシマレーザに限らず、KrFエキシマレーザ(出力波長248nm)、F2レーザ(出力波長157nm)、Ar2レーザ(出力波長126nm)、Kr2レーザ(出力波長146nm)などのパルスレーザ光源、g線(波長436nm)、i線(波長365nm)などの輝線を発する超高圧水銀ランプなどを用いることも可能である。また、YAGレーザの高調波発生装置などを用いることもできる。この他、例えば米国特許7,023,610号明細書に開示されているように、真空紫外光としてDFB半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム(又はエルビウムとイッテルビウムの両方)がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。
また、上記実施形態では、露光装置の照明光ILとしては波長100nm以上の光に限らず、波長100nm未満の光を用いても良いことはいうまでもない。例えば、近年、70nm以下のパターンを露光するために、SORやプラズマレーザを光源として、軟X線領域(例えば5〜15nmの波長域)のEUV(Extreme Ultraviolet)光を発生させるとともに、その露光波長(例えば13.5nm)の下で設計されたオール反射縮小光学系、及び反射型マスクを用いたEUV露光装置の開発が行われている。この装置においては、円弧照明を用いてマスクとウエハを同期走査してスキャン露光する構成が考えられるので、かかる装置にも本発明を好適に適用することができる。この他、電子線又はイオンビームなどの荷電粒子線を用いる露光装置にも、本発明は適用できる。
また、上述の実施形態においては、光透過性の基板上に所定の遮光パターン(又は位相パターン・減光パターン)を形成した光透過型マスク(レチクル)を用いたが、このレチクルに代えて、例えば米国特許第6,778,257号明細書に開示されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて、透過パターン又は反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスク(可変成形マスク、アクティブマスク、あるいはイメージジェネレータとも呼ばれ、例えば非発光型画像表示素子(空間光変調器)の一種であるDMD(Digital Micro-mirror Device)などを含む)を用いても良い。
また、例えば干渉縞をウエハ上に形成することによって、ウエハ上にライン・アンド・スペースパターンを形成する露光装置(リソグラフィシステム)にも本発明を適用することができる。
さらに、例えば米国特許第6,611,316号明細書に開示されているように、2つのレチクルパターンを投影光学系を介してウエハ上で合成し、1回のスキャン露光によってウエハ上の1つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置にも本発明を適用することができる。
なお、上記実施形態でパターンを形成すべき物体(エネルギビームが照射される露光対象の物体)はウエハに限られるものではなく、ガラスプレート、セラミック基板、フィルム部材、あるいはマスクブランクスなど、他の物体でも良い。
露光装置の用途としては半導体製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを転写する液晶用の露光装置、有機EL、薄膜磁気ヘッド、撮像素子(CCD等)、マイクロマシン及びDNAチップなどを製造するための露光装置にも広く適用できる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、EUV露光装置、X線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。
半導体素子などの電子デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたレチクルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、前述した実施形態の露光装置(パターン形成装置)によりレチクル(マスク)のパターンをウエハに転写するリソグラフィステップ、露光されたウエハを現像する現像ステップ、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト除去ステップ、デバイス組み立てステップ(ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む)、検査ステップ等を経て製造される。この場合、リソグラフィステップで、上記実施形態の露光装置を用いて前述の露光方法が実行され、ウエハ上にデバイスパターンが形成されるので、高集積度のデバイスを生産性良く製造することができる。
本発明の露光方法及び露光装置は、物体上にパターンを形成するのに適している。また、本発明のデバイス製造方法は、半導体素子又は液晶表示素子などの電子デバイスを製造するのに適している。
10…照明系、20…主制御装置、39X1,39X2…Xスケール、39Y1,39Y2…Yスケール、62A〜62F…ヘッドユニット、64,65…Yヘッド、66…Xヘッド、67,68…Yヘッド、70A,70C…Yエンコーダ、70B,70D…Xエンコーダ、100…露光装置、124…ステージ駆動系、150…エンコーダシステム、PL…投影光学系、PU…投影ユニット、W…ウエハ、WST…ウエハステージ、WTB…ウエハテーブル、R…レチクル。
Claims (25)
- 物体上にパターンを形成する露光方法であって、
前記物体を保持して所定平面内を移動する移動体と該移動体の外部との一方に設けられた複数のヘッドの少なくとも一部の複数のヘッドのそれぞれから、前記移動体と該移動体の外部との他方に設けられたグレーティングを有する計測面に計測光を照射し、前記グレーティングで回折される光をそれぞれ受光して、前記移動体の前記所定平面内の位置情報を計測し、前記計測に用いられている複数のヘッドそれぞれの前記計測光の照射点が端部を含む所定領域以外の前記計測面上の領域に位置するときには、そのヘッドで計測される前記位置情報を修正する一方、前記計測光の照射点が前記計測面外又は前記計測面上の前記所定領域に位置するときには、前記位置情報の修正を停止し、前記位置情報の修正がなされた少なくとも1つのヘッドの修正後の位置情報に基づいて前記移動体を駆動する工程を含む露光方法。 - 前記駆動する工程では、前記移動体の移動に伴い、前記計測に用いられている各ヘッドの前記計測光の照射点が前記計測面上の前記所定領域内に入る際に、前記位置情報の修正を停止する請求項1に記載の露光方法。
- 前記駆動する工程では、前記移動体の移動に伴い、前記計測に用いられている各ヘッドの前記計測光の照射点が前記所定領域から外れ前記所定領域外の前記計測面上の領域に入る際に、前記位置情報の修正を開始する請求項1又は2に記載の露光方法。
- 前記駆動する工程では、前記光の強度の変化に起因する誤差を補正することにより、前記位置情報を修正する請求項1〜3のいずれか一項に記載の露光方法。
- 前記駆動する工程と並行して、前記位置情報の修正の精度を検証する工程をさらに含み、
前記検証する工程で十分に修正できていないと判断された前記位置情報を供給する前記ヘッドの計測光が照射される前記計測面内の領域が、前記所定領域に含まれる請求項1〜4のいずれか一項に記載の露光方法。 - 前記駆動する工程では、前記移動体の移動に伴い、前記計測面の所定領域内に計測光を照射するヘッドから前記計測面の前記所定領域外の領域に計測光を照射するヘッドへと前記複数のヘッドを切り換えて使用する請求項1〜5のいずれか一項に記載の露光方法。
- 前記所定領域は、前記計測面内に設けられた前記計測光を反射しない領域を含む請求項1〜6のいずれか一項に記載の露光方法。
- 前記駆動する工程では、前記位置情報の計測に用いられる前記光の強度を、さらに計測し、
前記所定領域は、前記光の強度が変化する前記計測面内の領域を含む請求項1〜7のいずれか一項に記載の露光方法。 - 前記駆動する工程に先立って、前記計測面の状態を診断する工程をさらに含み、
前記所定領域は、前記診断する工程で損傷が検出された前記計測面内の領域を含む請求項1〜8のいずれか一項に記載の露光方法。 - 前記診断する工程では、前記光の強度の変化から前記計測面の状態を診断する請求項9に記載の露光方法。
- 前記駆動する工程と並行して、前記計測面上の異物を検出する工程をさらに含み、
前記所定領域は、前記検出する工程にて異物が検出された前記計測面内の領域を含む請求項1〜10のいずれか一項に記載の露光方法。 - 前記物体が有する感応層にエネルギビームを照射して前記パターンを形成する請求項1〜11のいずれか一項に記載の露光方法。
- 請求項1〜12のいずれか一項に記載の露光方法を用いて、物体上にパターンを形成する工程と;
前記パターンが形成された前記物体に処理を施す工程と;を含むデバイス製造方法。 - 物体上にパターンを形成する露光装置であって、
前記物体を保持して所定平面内を移動可能な移動体と;
前記移動体と該移動体の外部との一方に設けられた複数のヘッドを有し、該複数のヘッドの少なくとも一部の複数のヘッドそれぞれから、前記移動体と該移動体の外部との他方に設けられたグレーティングを有する計測面に計測光を照射し、前記グレーティングで回折される光をそれぞれ受光して、前記移動体の前記所定平面内の位置情報を計測する位置計測系と;
前記位置計測系の前記計測に用いられている複数のヘッドそれぞれの前記計測光の照射点が端部を含む所定領域以外の前記計測面上の領域に位置するときには、そのヘッドで計測される前記位置情報を修正する一方、前記計測光の照射点が前記計測面外又は前記計測面上の前記所定領域に位置するときには、前記位置情報の修正を停止し、前記位置情報の修正がなされた少なくとも1つのヘッドの修正後の位置情報に基づいて前記移動体を駆動する駆動システムと;
を備える露光装置。 - 前記駆動システムは、前記移動体の移動に伴い、前記計測に用いられている各ヘッドの前記計測光の照射点が前記計測面上の前記所定領域内に入る際に、前記位置情報の修正を停止する請求項14に記載の露光装置。
- 前記駆動システムは、前記移動体の移動に伴い、前記計測に用いられている各ヘッドの前記計測光の照射点が前記所定領域から外れ前記所定領域外の前記計測面上の領域に入る際に、前記位置情報の修正を開始する請求項14又は15に記載の露光装置。
- 前記駆動システムは、前記光の強度の変化に起因する誤差を補正することにより、前記位置情報を修正する請求項14〜16のいずれか一項に記載の露光装置。
- 前記駆動システムは、さらに、前記位置情報の修正の精度を検証し、
前記検証の結果、十分に修正できていないと判断された前記位置情報を供給する前記ヘッドの計測光が照射される前記計測面内の領域が、前記所定領域に含まれる請求項14〜17のいずれか一項に記載の露光装置。 - 前記駆動システムは、前記移動体の移動に伴い、前記計測面の所定領域内に計測光を照射するヘッドから前記計測面の前記所定領域外の領域に計測光を照射するヘッドへと前記複数のヘッドを切り換えて使用する請求項14〜18のいずれか一項に記載の露光装置。
- 前記所定領域は、前記計測面内に設けられた前記計測光を反射しない領域を含む請求項14〜19のいずれか一項に記載の露光装置。
- 前記位置計測系は、前記位置情報の計測に用いられる前記光の強度を、さらに計測し、
前記所定領域は、前記光の強度が変化する前記計測面内の領域を含む請求項14〜20のいずれか一項に記載の露光装置。 - 前記所定領域は、損傷した前記計測面内の領域を含む請求項14〜21のいずれか一項に記載の露光装置。
- 前記所定領域は、異物が付着した前記計測面内の領域を含む請求項14〜22のいずれか一項に記載の露光装置。
- 前記計測面上の異物を検出する異物検出器をさらに備える請求項23に記載の露光装置。
- 前記物体が有する感応層にエネルギビームを照射して前記パターンを形成するパターン生成装置をさらに備える請求項14〜24のいずれか一項に記載の露光装置。
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