JP2012181196A - 計測方法、ステージ装置、及び露光装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】投影光学系(PL)を介してウエハステージ(WST)上のウエハ(W)に露光用の照明光を照射して、ウエハ(W)に所定のパターンを形成する露光装置であって、ウエハステージ(WST)に設けられたスケールと、このスケールの位置情報を検出する複数のXヘッド(66)と、複数のXヘッド(66)を一体的に支持し、線膨張率がウエハステージ(WST)の本体部よりも小さい計測フレーム(21)と、複数のXヘッド(64)の検出結果からウエハステージ(WST)の変位情報を求める制御装置とを備える。
【選択図】図1
Description
本発明は、このような事情に鑑み、周囲の気体の屈折率変動の影響を低減できる計測技術及びステージ技術、このステージ技術を用いてステージの位置決め精度等を向上できる露光技術、並びにこの露光技術を用いるデバイス製造技術を提供することを目的とする。
本発明による第2の露光装置は、移動可能なステージに保持された基板に露光光を照射してその基板に所定のパターンを形成する露光装置であって、そのステージに設けられたスケールと、そのスケールの位置に関する情報を検出する複数の検出器と、その複数の検出器を一体的に支持する支持部材と、その支持部材よりも線膨張率の大きいベース部材と、その支持部材をそのベース部材に、そのスケールの表面に沿った方向に変位可能な状態で連結する連結機構と、その複数の検出器の検出結果から、そのステージの変位情報を求める制御装置と、を備え、その連結機構は、その支持部材とそのベース部材とを連結するとともに、先端部がそのスケールの表面に沿った方向に変位可能な複数のフレキシャー部材を含むものである。
また、本発明によるデバイス製造方法は、リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法において、そのリソグラフィ工程で本発明の露光装置を用いるものである。
以下、本発明の好ましい第1の実施形態につき図1〜図11を参照して説明する。
図1には、本実施形態に係る露光装置100の構成が概略的に示されている。この露光装置100は、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置、すなわち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が設けられており、以下においては、投影光学系PLの光軸AXと平行にZ軸を取り、これに直交する面内でレチクルとウエハとが相対走査される方向にY軸を、Z軸及びY軸に直交する方向にX軸を取り、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。
また、露光装置100では、液浸法を適用した露光を行うため、投影光学系PLを構成する最も像面側(ウエハW側)の光学素子である先端レンズ191を保持する鏡筒40の下端部周囲を取り囲むように、局所液浸装置の一部を構成するノズルユニット32が設けられている。
一方のX軸固定子81は、ウエハステージWSTの一部を構成するステージ本体91(図1参照)に形成された不図示の開口に挿入状態で設けられている。このステージ本体91の上記開口の内部には、例えばX方向に沿って所定間隔でかつ交互に配置されたN極磁石とS極磁石の複数の組から成る永久磁石群を有する磁極ユニットが設けられている。この磁極ユニットとX軸固定子81とによって、ステージ本体91をX方向に駆動するムービングマグネット型のX軸リニアモータが構成されている。同様に、他方のX軸固定子80は、計測ステージMSTを構成するステージ本体92に形成された開口に挿入状態で設けられている。このステージ本体92の上記開口の内部には、ウエハステージWST側(ステージ本体91側)と同様の磁極ユニットが設けられている。この磁極ユニットとX軸固定子80とによって、計測ステージMSTをX方向に駆動するムービングマグネット型のX軸リニアモータが構成されている。
ウエハテーブルWTB上には、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。ウエハホルダはウエハテーブルWTBと一体に形成しても良いが、本実施形態ではウエハホルダとウエハテーブルWTBとを別々に構成し、例えば真空吸着などによってウエハホルダをウエハテーブルWTBの凹部内に固定している。また、ウエハテーブルWTBの上面には、ウエハホルダ上に載置されるウエハの表面とほぼ面一となる、液体Lqに対して撥液化処理された表面(撥液面)を有し、かつ外形(輪郭)が矩形でその中央部にウエハホルダ(ウエハの載置領域)よりも一回り大きな円形の開口が形成されたプレート(撥液板)28が設けられている。プレート28は、低熱膨張率の材料、例えばガラス、ガラスセラミックス、又はセラミックス(ショット社のゼロデュア(商品名)、Al2O3あるいはTiCなど)から成り、その表面には、例えばフッ素樹脂材料、ポリ四フッ化エチレン(テフロン(登録商標))等のフッ素系樹脂材料、アクリル系樹脂材料あるいはシリコン系樹脂材料などにより撥液膜が形成される。
計測ステージMSTのステージ本体92には、図6(B)に示されるように、その−Y方向側の端面に、枠状の取付部材42が固定されている。また、ステージ本体92の−Y方向側の端面には、取付部材42の開口内部のX方向の中心位置近傍に、前述した図5(B)の一対の送光系36に対向し得る配置で、一対の受光系44が固定されている。各受光系44は、リレーレンズなどの光学系と、受光素子、例えばフォトマルチプライヤチューブなどと、これらを収納する筐体とによって構成されている。図5(B)及び図6(B)、並びにこれまでの説明から分かるように、本実施形態では、ウエハステージWSTと計測ステージMSTとが、Y方向に関して所定距離以内に近接した状態(接触状態を含む)では、計測プレート30の各スリットパターンSLを透過した照明光ILが前述の各送光系36で案内され、各受光系44の受光素子で受光される。すなわち、計測プレート30、送光系36、及び受光系44によって、特開2002−14005号公報(対応する米国特許出願公開第2002/0041377号明細書)などに開示されるものと同様の、空間像計測装置45(図7参照)が構成される。
CDバー46は、原器(計測基準)となるため、低熱膨張率のガラスセラミックス、例えば、ショット社のゼロデュア(商品名)などがその素材として採用されている。このCDバー46の上面(表面)は、いわゆる基準平面板と同程度にその平坦度が高く設定されている。また、このCDバー46の長手方向の一側と他側の端部近傍には、図6(A)に示されるように、Y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。この一対の基準格子52は、所定距離(Lとする)を隔ててCDバー46のX方向の中心、すなわち前述のセンターラインCLに関して対称な配置で形成されている。
図2において、シャッタ49Aが開口51Aを閉塞する状態にある場合には、X軸固定子81とX軸固定子80が接近した場合にも、ショックアブソーバ47Aとシャッタ49Aが接触(当接)することにより、それ以上、X軸固定子80,81同士が接近できなくなる。一方、シャッタ49Aが開かれて開口51Aが開放された場合、X軸固定子81,80が互いに接近すると、ショックアブソーバ47Aの先端部の少なくとも一部を開口51A内に侵入させることができ、X軸固定子81,80同士を接近させることが可能となる。この結果、ウエハテーブルWTBと計測テーブルMTB(CDバー46)とを接触させる(あるいは、300μm程度の距離に近接させる)ことが可能である。
本実施形態では、プライマリアライメント系AL1及び4つのセカンダリアライメント系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。このFIA系では、ウエハ上のレジストを感光させないブロードバンドな検出光束を対象マークに照射し、その対象マークからの反射光により受光面に結像された対象マークの像と不図示の指標(各アライメント系内に設けられた指標板上の指標パターン)の像とを撮像素子(CCD、CMOS等)を用いて撮像し、それらの撮像信号を出力する。アライメント系AL1及びAL21〜AL24のそれぞれからの撮像信号は、図7の主制御装置20に供給されるようになっている。
さらに、図4のセカンダリアライメント系AL21の−X側、セカンダリアライメント系AL24の+X側に、プライマリアライメント系AL1の検出中心を通るX軸に平行な直線上かつその検出中心に対してほぼ対称に検出点が配置されるYヘッド64y1,64y2がそれぞれ設けられている。Yヘッド64y1,64y2の間隔は、前述した距離L(図6(A)の基準格子52のY方向の間隔)にほぼ等しく設定されている。Yヘッド64y1,64y2は、ウエハステージWST上のウエハWの中心が上記直線LV上にある図4に示される状態では、Yスケール39Y2,39Y1にそれぞれ対向するようになっている。後述するアライメント動作の際などでは、Yヘッド64y1,64y2に対向してYスケール39Y2,39Y1がそれぞれ配置され、このYヘッド64y1,64y2(すなわち、これらYヘッド64y1,64y2を含むYエンコーダ70C,70A)によってウエハステージWSTのY位置(及びθz方向の角度)が計測される。
本実施形態の露光装置100では、図4に示されるように、照射系90a及び受光系90bから成る、例えば特開平6−283403号公報(対応する米国特許第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の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。本実施形態では、一例として、前述のヘッドユニット62Cの−X端部の−Y側に照射系90aが配置され、これに対向する状態で、前述のヘッドユニット62Aの+X端部の−Y側に受光系90bが配置されている。
また、前述したヘッドユニット62Aは、前述の直線LVに関して、上述の複数のZセンサ74i,jと対称に配置された複数、ここでは12個のZセンサ76p,q(p=1,2、q=1,2,……,6)を備えている。各Zセンサ76p,qとしては、例えば、前述のZセンサ72a〜72dと同様のCDピックアップ方式のセンサが用いられている。また、一対のZセンサ761,3,762,3は、Zセンサ72c,72dと同一のY方向の直線上に位置している。Zセンサ74i,j及び76p,qは計測フレーム21の底面に固定されている。
Yヘッド64は、大別すると、照射系64a、光学系64b、及び受光系64cの3部分から構成されている。照射系64aは、レーザ光LBをY軸及びZ軸に対して45°を成す方向に射出する光源、例えば半導体レーザLDと、該半導体レーザLDから射出されるレーザビームLBの光路上に配置されたレンズL1とを含む。光学系64bは、その分離面がXZ平面と平行である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。
次に図11のステップ207において、複数のX軸、Y軸のヘッドユニット62A〜62DのYヘッド64、Xヘッド66(エンコーダヘッド)の計測値を切り替えて、ウエハステージWSTの座標位置を計測しながら、ウエハステージWSTの位置及び速度を制御して、アライメント及びウエハの露光を行う。その後、ステップ208でレチクル交換等の次の工程の動作が行われる。
ここでは、図10(C)に示されるレイアウト(ショットマップ)で複数のショット領域が形成されているウエハW上の着色された16個のショット領域ASを、アライメントショットとする場合の動作について説明する。なお、図10(A),図10(B)では、計測ステージMSTの図示は省略されている。
本実施形態の作用効果は以下の通りである。
(3)また、床面、ひいてはウエハステージWSTの案内面を有するベース盤12に対して計測フレーム21を防振部材23A〜23Cを介して振動的に分離して支持するステップ202を備えている。従って、ウエハステージWSTを駆動する際の振動の影響でXヘッド66及びYヘッド64の計測誤差が生じることがない。
[第2の実施形態]
以下、本発明の第2の実施形態につき図12を参照して説明する。本実施形態は、図1のXヘッド66等を計測フレームで直接支持するのではなく、計測フレームに係合された部材で支持するものである。図12において、図1に対応する部分には同一又は類似の符号を付してその詳細な説明を省略又は簡略化する。
(1)本実施形態においては、図11のステップ201に対応するステップで、ヘッドベース26の底面に複数のXヘッド66等及びY軸干渉計16,18等が取り付けられる。そして、そのヘッドベース26が、ヘッドベース26よりも線膨張率の大きい計測フレーム21M(ベース部材)に、バキュームパッド111A,111B等を介して、ウエハステージWSTのプレート28(Xスケール39X1,39X2等)の表面に沿った方向に変位可能な状態で連結される。
(3)また、ヘッドベース26は、計測フレーム21Mに対してボルト109A.109Bを結ぶ方向に変位可能に連結される。従って、ヘッドベース26が次第に回転することがない。
[第3の実施形態]
以下、本発明の第3の実施形態につき図13〜図15を参照して説明する。本実施形態は、図12の実施形態のように計測フレーム21Mに対してヘッドベース26を気体軸受を介して連結するのではなく、より簡単なフレキシャー機構を介して連結するものである。図13〜図15において、図12に対応する部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
なお、本実施形態において、フレキシャー部材113の代わりに、図16(A)の細い棒状部材(簡単な構造のフレキシャー部材)114、又は図16(B)に示す両端部に図13のX方向に沿ったすり割り部115a及びY方向に沿ったすり割り部115bが形成されたフレキシャー部材115等を使用することも可能である。
なお、バキュームパッド111E〜111Hに代えて、計測フレーム21Sとスケール39AX1,39AX2,39AY1,39AY2とを機械的に固定する装置(例えば、第2の実施形態におけるボルト)を設ける構成とすることも可能である。
また、例えば、第3の実施形態として図14〜16に示す例のように、スケール39AX1,39AX2,39AY1,39AY2を、フレキシャー機構を介して連結するように構成することも可能である。
また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置に限らず、液晶表示素子やプラズマディスプレイなどを含むディスプレイの製造に用いられる、デバイスパターンをガラスプレート上に転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられるデバイスパターンをセラミックスウエハ上に転写する露光装置、並びに撮像素子(CCDなど)、有機EL、マイクロマシーン、MEMS(Microelectromechanical Systems)、及びDNAチップなどの製造に用いられる露光装置などにも適用することができる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置及びEUV露光装置などで使用される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。
また、明細書、特許請求の範囲、図面、及び要約を含む2007年7月18日付け提出の日本国特許出願第2007−187649の全ての開示内容は、そっくりそのまま引用して本願に組み込まれている。
Claims (30)
- 所定部材に対する可動部材の変位情報を計測する計測方法であって、
前記所定部材と前記可動部材のうちの一方にスケールを設け、他方に前記スケールを検出可能な複数の検出器を設ける工程と、
前記所定部材に設けられた前記スケールまたは前記複数の検出器を、線膨張率が前記可動部材よりも小さい支持部材で支持する工程と、
前記複数の検出器の検出結果から前記可動部材の変位情報を計測する工程と、
を有する計測方法。 - 前記支持部材は、インバーよりも線膨張率が小さい請求項1に記載の計測方法。
- 前記所定部材は前記支持部材よりも線膨張率の大きいベース部材を有し、前記支持部材を前記ベース部材に、前記スケールの表面に沿った方向に変位可能な状態で連結する工程を有する請求項1または2に記載の計測方法。
- 前記支持部材は、前記ベース部材に対して所定の基準位置においては相対変位しない状態で気体軸受を介して連結される請求項3に記載の計測方法。
- 前記支持部材は、前記ベース部材に対して第1点で回転可能に連結され、第2点で前記第1点と前記第2点とを結ぶ方向に変位可能に連結される請求項4に記載の計測方法。
- 前記スケールは、前記支持部材によって支持される複数のスケール部を含み、
前記複数のスケール部は、それぞれ前記所定部材に対して相対的に静止した固定点を有する請求項1または2に記載の計測方法。 - 前記支持部材は、前記ベース部材に対して先端部が前記スケールの表面に沿った方向に変位可能な複数のフレキシャー部材を介して連結される請求項3に記載の計測方法。
- 前記フレキシャー部材は棒状部材または棒状部材の一部にすり割り部が形成された部材である請求項7に記載の計測方法。
- 前記可動部材の案内面を有する案内部材に対して前記支持部材を振動的に分離して支持する工程を有する請求項1から8のいずれか一項に記載の計測方法。
- 前記案内部材に対して前記支持部材の変位を抑制する工程を有する請求項9に記載の計測方法。
- 前記支持部材に干渉計の少なくとも一部の光学部材を設け、
前記干渉計によって前記支持部材に対する前記可動部材の変位情報を計測する工程を有する請求項1から10のいずれか一項に記載の計測方法。 - 前記支持部材に気体を通すための複数の開口を設け、
前記支持部材の上方から前記可動部材に向けてダウンフロー方式で前記開口を通して気体を吹き付ける工程を有する請求項1から11のいずれか一項に記載の計測方法。 - 前記スケールは、回折格子状の周期的パターンを含み、
前記検出器は、前記周期的パターンに検出光を照射して前記周期的パターンから発生する複数の回折光の干渉光を受光する請求項1から12のいずれか一項に記載の計測方法。 - 可動部材に設けられたスケールを複数の検出器で検出して、前記可動部材の変位情報を計測する計測方法であって、
前記複数の検出器を支持部材で一体的に支持する工程と、
前記複数の検出器の検出結果から前記可動部材の変位情報を計測する工程と、
を有し、
前記支持部材は前記支持部材よりも線膨張率の大きいベース部材に、前記ベース部材に対して先端部が前記スケールの表面に沿った方向に変位可能な複数のフレキシャー部材を介して連結される計測方法。 - ステージを所定部材に対して位置決め可能なステージ装置であって、
前記ステージと前記所定部材の一方に設けられたスケールと、
前記ステージと前記所定部材の他方に設けられ、前記スケールの位置に関する情報を検出する複数の検出器と、
前記所定部材に設けられた前記スケールまたは前記複数の検出器を支持するとともに、線膨張率が前記ステージよりも小さい支持部材と、
前記複数の検出器の検出結果から、前記ステージの変位情報を求める制御装置と、
を備えるステージ装置。 - 前記支持部材は、インバーよりも線膨張率が小さい請求項15に記載のステージ装置。
- 前記所定部材は、前記支持部材よりも線膨張率の大きいベース部材を有し、
前記支持部材を前記ベース部材に、前記スケールの表面に沿った方向に変位可能な状態で連結する連結機構を備える請求項15または16に記載のステージ装置。 - 前記連結機構は、前記支持部材を前記ベース部材に対して所定の基準位置においては相対変位しないように連結する連結部材と、前記支持部材と前記ベース部材との間に気体を介在させる気体軸受とを含む請求項17に記載のステージ装置。
- 前記連結部材は、第1点で前記支持部材と前記ベース部材とを回転可能に連結する第1部材と、第2点で前記第1点と前記第2点とを結ぶ方向に変位可能に前記支持部材と前記ベース部材とを連結する第2部材とを含む請求項18に記載のステージ装置。
- 前記スケールは、前記支持部材によって支持される複数のスケール部を含み、
前記複数のスケール部は、それぞれ前記所定部材に対して相対的に静止した固定点を有する請求項15または16に記載のステージ装置。 - 前記連結機構は、前記支持部材と前記ベース部材とを連結するとともに、先端部が前記スケールの表面に沿った方向に変位可能な複数のフレキシャー部材を含む請求項17に記載のステージ装置。
- 前記フレキシャー部材は棒状部材または棒状部材の一部にすり割り部が形成された部材である請求項21に記載のステージ装置。
- 前記ステージが移動する際の案内面を有する案内部材と、
前記案内部材に対して前記支持部材を振動的に分離して支持する防振部材と、を備える請求項15から22のいずれか一項に記載のステージ装置。 - 前記案内部材に対する前記支持部材の変位を計測する変位センサと、
前記変位センサの計測情報に基づいて前記案内部材に対する前記支持部材の変位を制御するアクチュエータと、を備える請求項23に記載のステージ装置。 - 前記支持部材に対する前記ステージの変位情報を計測する干渉計を備え、前記干渉計の少なくとも一部の光学部材が前記支持部材に設けられている請求項15から24のいずれか一項に記載のステージ装置。
- 前記ステージ装置は、ダウンフローで気体が供給される環境下に設置され、
前記支持部材に前記気体を通すための複数の開口が設けられた請求項15から25のいずれか一項に記載のステージ装置。 - 前記スケールは、回折格子状の周期的パターンを含み、
前記検出器は、前記周期的パターンに検出光を照射して前記周期的パターンから発生する複数の回折光の干渉光を受光する請求項15から26のいずれか一項に記載のステージ装置。 - 基板に露光光を照射して前記基板に所定のパターンを形成する露光装置であって、
請求項15から27のいずれか一項に記載のステージ装置を有し、前記ステージ装置により前記基板を位置決めする露光装置。 - 移動可能なステージに保持された基板に露光光を照射して前記基板に所定のパターンを形成する露光装置であって、
前記ステージに設けられたスケールと、
前記スケールの位置に関する情報を検出する複数の検出器と、
前記複数の検出器を一体的に支持する支持部材と、
前記支持部材よりも線膨張率の大きいベース部材と、
前記支持部材を前記ベース部材に、前記スケールの表面に沿った方向に変位可能な状態で連結する連結機構と、
前記複数の検出器の検出結果から、前記ステージの変位情報を求める制御装置と、
を備え、
前記連結機構は、前記支持部材と前記ベース部材とを連結するとともに、先端部が前記スケールの表面に沿った方向に変位可能な複数のフレキシャー部材を含む露光装置。 - リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法において、
前記リソグラフィ工程で請求項28または29に記載の露光装置を用いるデバイス製造方法。
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