JP4264676B2 - Exposure apparatus and exposure method - Google Patents
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- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70691—Handling of masks or workpieces
- G03F7/70716—Stages
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば加工対象物等を位置決めするためのステージ装置、及びそのステージ装置を備え、半導体素子、液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッド等を製造するためのリソグラフィ工程でマスクパターンを基板上に転写する際に使用される露光装置に関し、特に結像特性計測機構等の種々の機構を備えた露光装置に使用して好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体素子等を製造する際に使用される一括露光型(ステッパー型)、又は走査露光型(ステップ・アンド・スキャン方式等)の露光装置には高い露光精度が要求されている。そのため、従来より露光装置においては、マスクとしてのレチクルを載置して位置決めするレチクルステージ、又は基板としてのウエハを載置して2次元移動するウエハステージには、それぞれその側面に移動鏡が固定されており、レーザ干渉計等の干渉計からその移動鏡に計測ビームを照射することによって、当該ステージの移動量が常時連続的に測定され、この測定値に基づいて高精度にステージの位置決めが行えるようになっている。このようなステージ装置においては通常は、可動ステージの2次元方向の移動成分、及び回転成分という3自由度の変位計測を3軸の干渉計により実現している。
【0003】
ところが、このような従来のステージ装置では、可動ステージの最大移動範囲(可動範囲)の全ての領域で各干渉計からの測定ビームが常に移動鏡にそれぞれ照射されている必要があるため、移動鏡は、可動ステージが移動しても各干渉計からの測定ビームを反射し続けるように、その寸法は可動範囲より大きくしておく必要があった。
【0004】
このため、可動ステージの可動範囲を広げようとすると、大型の移動鏡が必要になり、それに伴ってステージ全体の形状も大きくならざるを得ず、そのためステージが重くなってしまい高速で移動させることが困難になるという問題が生じる。また、大型の移動鏡を所定の平面度で加工するには多大な技術的困難が伴い、さらに、大きな移動鏡に撓みを生じさせずに可動ステージの側面に固定することも技術的には多大の困難がある。ところが、移動鏡の平面度の低下は、干渉計によるステージの位置決め精度の低下に直接的につながるため、最終的に可動ステージの可動範囲を制限せざるを得ないという問題が生じている。
【0005】
このような問題を解決するためのステージ装置として、例えば特開平7−253304号公報に開示されているものがある。この開示されたステージ装置は、可動ステージの変位の自由度の数(例えば、3自由度とする)よりも多い数の干渉計(例えば、4軸)を設置することによって、一の干渉計からの測定ビームが移動鏡の測定範囲から外れても、残りの干渉計により当該ステージの移動の自由度分の測定ができるようにしている。そして、移動鏡から外れたその一の干渉計の測定範囲内に再度移動鏡が入ったら、残りの干渉計での測定値をその一の干渉計の初期値として設定することにより、その一の干渉計により可動ステージの移動量を測定できるようにして、移動鏡の大きさを可動ステージの可動範囲よりも小さくしている。
【0006】
また、これらの露光装置では、常に適正な露光量で、且つ高い結像特性を維持した状態で露光を行う必要があるため、レチクルの位置決めを行うレチクルステージ、又はウエハの位置決めを行うウエハステージには、露光光の照度等の状態、及び投影倍率等の結像特性を計測するための計測装置が備えられている。例えばウエハステージに備えられている計測装置としては、投影光学系に対する露光光の入射エネルギーを計測するための照射量モニタ、及び投影像の位置やコントラスト等を計測するための空間像検出系等がある。一方、レチクルステージ上に備えられている計測装置としては、例えば投影光学系の結像特性計測用に用いられる指標マークが形成された基準板がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上記の如く従来の露光装置においては、レチクルステージ、又はウエハステージに設けられた計測装置を用いて、露光量の適正化が図られると共に、高い結像特性が維持されていた。これに対して、最近の露光装置には、半導体素子等を製造する際の露光工程のスループット(生産性)を高めることも要求されている。スループットを向上させるための方法としては、単位時間当たりの露光エネルギーを増加させる方法の他に、ステージの駆動速度を大きくして、一括露光型ではステッピング時間を短縮し、走査露光型ではステッピング時間及び走査露光時間を短縮する方法がある。
【0008】
このようにステージの駆動速度を向上させるには、ステージ系が同じ大きさである場合にはより大きい出力の駆動モータを使用すればよく、逆に従来と同じ出力の駆動モータで駆動速度を向上させるには、ステージ系を小型化、軽量化する必要がある。ところが、前者のようにより大きい出力の駆動モータを使用すると、その駆動モータから発生する熱量が増大する。このように増大する熱量は、ステージ系の微妙な熱変形を生じて、露光装置で要求されている高い位置決め精度が得られなくなる恐れがある。そこで、位置決め精度の劣化を防止して、駆動速度を向上するには、後者のようにステージ系をできるだけ小型化、軽量化することが望まれる。
【0009】
特に、走査露光型の露光装置では、駆動速度の向上によって走査露光時間も短縮されてスループットが大きく改善されると共に、ステージ系の小型化によってレチクルとウエハとの同期精度も向上して、結像性能や重ね合わせ精度も向上するという大きな利点がある。ところが、従来のようにレチクルステージ、又はウエハステージに各種計測装置が備えられている場合には、ステージを小型化するのは困難である。
【0010】
更に、レチクルステージ、又はウエハステージに露光光の状態、又は結像特性等を計測するための計測装置が備えられている場合、その計測装置には通常アンプ等の熱源が付属していると共に、計測中に露光光の照射によってその計測装置の温度が次第に上昇する。その結果、レチクルステージ、又はウエハステージが微妙に熱変形して、位置決め精度や重ね合わせ精度等が劣化する恐れもある。現状では、計測装置の温度上昇による位置決め精度等の劣化は僅かなものであるが、今後、半導体素子等の回路パターンが一層微細化するにつれて、計測装置の温度上昇の影響を抑制する必要性が高まると予想される。
【0011】
これに関して、前述の特開平7−253304号公報に開示されたステージ装置を使用することによって、可動ステージの可動範囲に比べて移動鏡の長さを小さくすることができるが、この場合でも可動ステージ自体の小型化にはあまり寄与できない。従って、露光工程のスループットの向上、及び露光光の照射熱の影響の軽減を図るためには、更に別の工夫が必要である。
【0012】
また、露光装置、特に投影露光装置では、スループット向上の他に解像度、焦点深度(DOF:Depth of Forcus )、及び線幅制御精度等を向上させることも求められている。ここで、露光波長をλとし、投影光学系の開口数をN.A.とすると、解像度Rはλ/N.A.に比例し、焦点深度DOFはλ/(N.A.)2 に比例する。このため、解像度Rを向上させる(Rの値を小さくする)ために、単に露光波長λを小さくして、開口数N.A.を大きくすると、焦点深度DOFが小さくなり過ぎてしまう。
【0013】
これに関して、デバイスを製造するためには、ライン・アンド・スペース(L/S)パターンのような周期的パターン、及びコンタクトホール(CH)パターンのような孤立的パターン等が組み合わさったパターンをウエハ上に形成する必要がある。そして、最近、例えば周期的パターンに関しては、特開平4−225514号公報に開示されているように、いわゆる変形照明法によって焦点深度を狭くすることなく、解像度を向上させる技術が開発されている。また、位相シフトレチクル法も開発されている。同様に、孤立的パターンに関しても、例えば照明光のコヒーレンスファクタを制御する等の方法で実質的に焦点深度等を向上させる技術が開発されている。
【0014】
このような技術動向を背景にして、実質的に焦点深度を浅くし過ぎることなく解像度を向上させる方法として、二重露光法が見直されている。即ち、二重露光法を適用すれば、或るレイヤ用のレチクルパターンを種類に応じて複数のレチクルパターンに分割し、それぞれを最適な照明条件、及び露光条件で重ねて露光することによって、全体として広い焦点深度、及び高い解像度が得られる。最近では、この二重露光法をKrFエキシマレーザ、更にはArFエキシマレーザを露光光として用いる投影露光装置に適用して、例えば線幅が0.1μmまでのL/Sパターンを含むデバイスのパターンを露光しようという試みも検討されている。
【0015】
ところが、この二重露光法を1台のウエハステージを持つ投影露光装置に適用しようとすると、アライメントや露光等の工程をシリアルに繰り返して実行する必要があるために、スループットが大幅に劣化するという不都合がある。そこで、スループットを高めるために、ウエハステージを複数台設けて、アライメントと露光とを並列に実行できるようにした投影露光装置も提案されている。しかしながら、このように複数台のウエハステージを設ける場合、各ウエハステージの可動ステージの位置を単に干渉計で計測するものとすると、各可動ステージが大きく移動する際に、対応する干渉計の計測ビームが途切れるために、各可動ステージを例えば交互に露光位置に位置決めする際に、各可動ステージを迅速に再現性を持つ状態で位置決めするのが困難であるという不都合があった。
【0016】
本発明は斯かる点に鑑み、複数の機能を有するステージ装置を用い、それらの複数の機能を実行できる状態で可動部を小型化して、その可動部を高速に移動できると共に、その可動部の位置を再現性を有する状態で高精度に計測できる露光方法及び装置を提供することを第1の目的とする。
【0017】
更に、本発明は、そのようなステージ装置を備え、レチクルのパターンを転写する際の特性、又は投影光学系の結像特性等を計測する機能を維持した状態で、レチクル、又はウエハを位置決めするための可動部を小型化できる露光装置を提供することを第2の目的とする。
【0019】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項1に係る発明は、露光ビームを用いて基板(W)上に所定のパターンを形成する露光装置であって、その基板を保持して所定の領域を移動可能な第1のステージ(WST)と、その基板を保持せず、その第1のステージとは独立して移動可能な第2のステージ(14)と、その第2のステージに設けられてその露光ビームの状態を計測する計測装置(20)と、その第1のステージ及びその第2のステージの位置情報を計測する第1測定系(15X1,15X2,15Y)と、その第1のステージ及びその第2のステージの所定の基準位置からの相対位置関係を計測する第2測定系(16,17A,17B)と、その第1測定系を用いてその第2のステージの位置制御を行っている際に、その第2測定系がその第2のステージに対して求めた計測結果を用いてその第1測定系によるその第2のステージに関する計測値を補正するとともに、その計測装置を用いてその露光ビームの状態の計測を行う制御装置(10)と、を有するものである。
また、本願の請求項7に係る発明は、露光ビームを用いて基板(W)上に所定のパターンを形成する露光方法であって、その基板を第1のステージ(WST)で保持して所定の領域を移動させる工程と、その基板を保持せず、その露光ビームの状態を計測する計測装置(20)を有する第2のステージ(14)をその1のステージとは独立して移動させる工程と、その第1のステージ及びその第2のステージの位置情報を第1測定系(15X1,15X2,15Y)で計測する工程と、その第1のステージ及びその第2のステージの所定の基準位置からの相対位置関係を第2測定系(16,17A,17B)で計測する工程と、その第1測定系を用いてその第2のステージの位置制御を行い、その第2測定系がその第2のステージに対して求めた計測結果を用いてその第1測定系によるその第2のステージに関する計測値を補正するとともに、その計測装置を用いてその露光ビームの状態の計測を行う工程と、を有するものである。
また、本明細書の発明の実施形態には、以下の発明も記載されている。即ち、本発明による第1のステージ装置は、所定の移動面に沿って互いに独立に移動自在に配置された複数の可動ステージ(WST,14)と、その複数の可動ステージの内の一つの可動ステージの位置を所定の計測範囲内で計測する第1測定系(15X1,15X2,15Y)とを備えたステージ装置であって、その複数の可動ステージのそれぞれに対して、この可動ステージのその計測範囲内の所定の基準位置からの位置ずれ量、又はその基準位置に対する合致度を計測する第2測定系(16,17A,17B)を備え、その第2測定系の計測結果に基づいてその第1測定系の計測値の補正を行うものである。
【0020】
斯かる本発明の第1のステージ装置によれば、例えば露光、及び特性計測等の複数の機能を実行する場合に、各機能毎(又は複数の機能群毎)に可動ステージを割り当てて複数の可動ステージ(可動部)を設ける。これによって、各可動ステージは小型化できるため、それぞれ高速に駆動できるようになる。ところが、単に複数の可動ステージを設けて、その第1測定系として相対変位測定系、例えば一軸のレーザ干渉計を設けた場合には、各可動ステージが大きく移動すると、レーザ干渉計の計測ビームが途切れるために、何等かの原点設定動作が必要になる。そこで、本発明では、一種の絶対値測定系としてその第2測定系(16,17A,17B)を設けた。
【0021】
そして、その複数の可動ステージの内の一つの可動ステージ(WST)が、その第1測定系の計測範囲の外部からその計測範囲内に入った際に、その第2測定系(絶対値測定系)によりその可動ステージのその計測範囲内の所定の基準位置からの位置ずれ量を計測し、例えばこの位置ずれ量をその第1測定系の計測値にプリセットすることで、その第1測定系の計測値がその可動ステージの位置を再現性を有する形で正確に示すようになる。又は、その第2測定系が合致度(例えば2つのランダムパターン同士の合致度)を計測する場合には、その合致度が所定のレベル以上となった場合に、その第1測定系の計測値をリセットするか、若しくは所定値にプリセットすればよい。これによって、各可動ステージは迅速に再現性を有する状態で高精度に位置決めされる。
【0022】
次に、本発明による第2のステージ装置は、所定の移動面に沿って互いに独立に移動自在に配置された複数の可動ステージ(WST1,WST2)と、その複数の可動ステージの内の一つの可動ステージの位置を所定の第1の計測範囲内で計測する第1測定系(87Y3)とを備えたステージ装置であって、その複数の可動ステージのそれぞれに対して、その第1の計測範囲と部分的に重複する第2の計測範囲内で位置を連続的に計測する第2測定系(87Y2,87Y4)と、その第1及び第2測定系の計測結果に基づいてこの2つの測定系の計測結果を補正する制御系(38)と、を設けたものである。
【0023】
斯かる本発明の第2のステージ装置によれば、例えば二重露光を行うために複数の可動ステージ(WST1,WST2)が設けられる。この結果、その第1測定系として、例えば相対変位測定系としての1軸のレーザ干渉計を使用すると、各可動ステージを大きく移動させた場合に、そのレーザ干渉計の計測ビームから外れてしまうため、如何にして再現性を有する形で各可動ステージを位置決めするかが問題となる。これに対して、本発明ではその第1測定系としても例えば相対変位測定系としての1軸(又は複数軸)のレーザ干渉計を使用する。そして、その複数の可動ステージの内の一つの可動ステージが、例えばその第1の計測範囲側からその第2の計測範囲内に入る際には、その第1測定系及び第2測定系によって同時にその可動ステージの位置を計測し、その第1測定系の計測値をその可動ステージの回転角に応じて補正した値をその第2測定系の計測値にプリセットすることによって、その第1測定系の測定値がその第2測定系に受け渡される。これ以降は、その第2測定系を用いてその可動ステージを再現性を有する状態で高精度に位置決めできる。
【0024】
この場合、その第1測定系、及び第2測定系はそれぞれ干渉の次数(整数)N1,N2、位相(rad)φ1,φ2(これはヘテロダイン干渉方式では例えば参照信号と測定信号との位相差に相当する)、及び計測ビームの波長λの関数f(λ)を用いて、f(λ){N1+φ1/(2π)}及びf(λ){N2+φ2/(2π)}の形で可動ステージの位置を計測するようにしてもよい。そして、その第2測定系の計測が可能となって、その第1測定系及び第2測定系によって同時にその可動ステージの位置を計測したときには、その第1測定系の計測値、及びその可動ステージの回転角よりその第2測定系の干渉の次数N2’、及び位相φ2’を推定し、その次数N2’、位相φ2’、及びその第2測定系で計測される位相φ2より、その第2測定系の次数N2のプリセット値を決定することが望ましい。この後はその第2測定系の計測値をf(λ){N2+φ2/(2π)}とすることで、その可動ステージの回転角の計測誤差等が或る程度生じても、その第2測定系の固有の再現精度でその可動ステージの位置を計測できる。また、関数f(λ)は、一例として2以上の整数mを用いてλ/mである。
【0025】
次に、本発明による第1の露光装置は、本発明のステージ装置を備えた露光装置であって、そのステージ装置のその複数の可動ステージ(RST1,RST2)に互いに異なるパターンが形成されたマスク(R1,R2)を載置し、その複数の可動ステージ上のマスクのパターンを交互に位置決めを行いながら基板(W1)上に転写するものである。
【0026】
斯かる本発明の第1の露光装置によれば、二重露光法を用いて露光を行うことができ、解像度、及び焦点深度の向上を図ることができる。また、本発明のステージ装置を備えているため、例えばレーザ干渉計によりその可動ステージの位置を計測する場合には、その可動ステージに設置する移動鏡をその可動ステージの移動範囲よりも小さくすることができ、その可動ステージの重量を小さくすることができる。従って、その可動ステージを高速に移動させることが容易になり、スループットの向上を図ることができる。
【0027】
次に、本発明による第2の露光装置は、本発明のステージ装置を備えた露光装置であって、そのステージ装置のその複数の可動ステージ(RST,5)の第1の可動ステージ(RST)上にマスク(R)を載置し、第2の可動ステージ(5)上にそのマスクのパターンを転写する際の特性を計測するための特性計測装置(6)を載置し、そのマスク(R)のパターンを基板(W)上に転写するものである。
【0028】
斯かる本発明の第2の露光装置によれば、本来の露光に使用するその第1の可動ステージ(RST)には露光に必要な最小限の機能のみを持たせることによって、その第1の可動ステージの大きさは必要最小限にできるため、ステージの小型化、軽量化を行いスループットの向上を図ることできる。一方、露光に直接必要がなく、そのマスク(R)のパターンを転写する際の特性を計測するための特性計測装置(6)は、別の第2の可動ステージ(5)に搭載されるため、そのマスクのパターンを転写する際の特性を計測することもできる。また、本発明のステージ装置を備えているため、その複数の可動ステージの位置を高精度に計測することができる。
【0029】
次に、本発明による第3の露光装置は、本発明のステージ装置を備えた露光装置であって、そのステージ装置のその複数の可動ステージ(WST1,WST2)上にそれぞれ基板(W1,W2)を載置し、その複数の可動ステージを交互に露光位置に位置決めしながら、その複数の基板上に交互に所定のマスクパターンを露光するものである。
【0030】
斯かる本発明の第3の露光装置によれば、その複数の可動ステージ(WST1,WST2)の内の一方の可動ステージ(WST1)で露光動作を行いながら、別の可動ステージ(WST2)では基板の搬入搬出及びアライメント動作を行うことができ、スループットの向上を図ることができる。また、本発明のステージ装置を備えているため、その複数の可動ステージの位置を高精度に計測することができる。
【0031】
次に、本発明による第4の露光装置は、本発明のステージ装置と、投影光学系(PL)とを備えた露光装置であって、そのステージ装置のその複数の可動ステージ(WST,14)の第1の可動ステージ(WST)上に基板(W)を載置し、第2の可動ステージ(14)上にその投影光学系の結像特性を計測するための特性計測装置(20)を載置し、その第1の可動ステージ上の基板上に所定のマスクパターンをその投影光学系を介して露光するものである。
【0032】
斯かる本発明の第4の露光装置によれば、本来の露光に使用するその第1の可動ステージ(WST)には露光に必要な最小限の機能のみを持たせることによって、その第1の可動ステージ(WST)の小型化、軽量化を行いスループットの向上を図ることができる。一方、露光に直接必要がなく、その投影光学系の結像特性を計測するための特性計測装置(20)は、別の第2の可動ステージ(14)に搭載されるため、結像特性も計測できる。また、本発明のステージ装置を備えているため、その複数の可動ステージの位置を高精度に計測することができる。
【0033】
次に、本発明による第1の位置決め方法は、本発明のステージ装置を用いた位置決め方法であって、その複数の可動ステージ(WST,14)の内の一つの可動ステージ(WST)がその第1測定系の計測範囲内に入った際に、この可動ステージのその計測範囲内の所定の基準位置からの位置ずれ量、又はその基準位置に対する合致度をその第2測定系により計測し、この計測結果に基づいてその第1測定系の計測値の補正を行うものである。斯かる位置決め方法によれば、その複数の可動ステージをそれぞれ容易に再現性を有する状態で高精度に位置決めできる。
【0034】
次に、本発明による第2の位置決め方法は、本発明のステージ装置を用いた位置決め方法であって、その複数の可動ステージ(WST1,WST2)の内の一つの可動ステージがその第2の計測範囲側からその第1の計測範囲内に入る際に、その第1及び第2測定系によって同時にその可動ステージの位置を計測し、この計測結果に基づいてその第1測定系の計測結果をその第2測定系の計測結果に合わせるものである。斯かる位置決め方法によれば、その複数の可動ステージをそれぞれ容易に再現性を有する状態で高精度に位置決めできる。
【0035】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第1の実施の形態につき図1〜図4を参照して説明する。本例はステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置に本発明を適用したものである。
図1は、本例の投影露光装置を示し、この図1において、露光時には、露光光源、ビーム整形光学系、照度分布均一化用のフライアイレンズ、光量モニタ、可変開口絞り、視野絞り、及びリレーレンズ系等を含む照明系1から射出された露光光ILは、ミラー2、及びコンデンサレンズ3を介してレチクルRのパターン面(下面)のスリット状の照明領域を照明する。露光光ILとしては、KrF(波長248nm)、若しくはArF(波長193nm)等のエキシマレーザ光、YAGレーザの高調波、又は水銀ランプのi線(波長365nm)等が使用できる。照明系1内の可変開口絞りを切り換えることによって、通常の照明方法、輪帯照明、いわゆる変形照明、及び小さいコヒーレンスファクタ(σ値)の照明等の内の所望の照明方法を選択できるように構成されている。露光光源がレーザ光源である場合には、その発光タイミング等は装置全体の動作を統轄制御する主制御系10が、不図示のレーザ電源を介して制御する。
【0036】
レチクルRのその露光光ILによる照明領域9(図3参照)内のパターンの像は、投影光学系PLを介して投影倍率β(βは、1/4倍、又は1/5倍等)で縮小されて、フォトレジストが塗布されたウエハ(wafer)W上のスリット状の露光領域12に投影される。以下、投影光学系PLの光軸AXに平行にZ軸を取り、Z軸に垂直な平面内で走査露光時のレチクルR及びウエハWの走査方向に直交する非走査方向(即ち、図1の紙面に垂直な方向)に沿ってX軸を取り、走査方向(即ち、図1の紙面に平行な方向)に沿ってY軸を取って説明する。
【0037】
まず、レチクルRは、レチクルステージRST上に真空吸着によって保持され、レチクルステージRSTは、平行に配置された2本のガイド4A及び4B上にエアーベアリングを介してY方向に移動自在に載置されている。更に本例では、ガイド4A及び4B上に、レチクルステージRSTとは独立にエアーベアリングを介してY方向に移動自在に計測用ステージ5が載置されている。
【0038】
図3は、レチクルステージRST及び計測用ステージ5を示す平面図であり、この図3において、Y方向(走査方向)に伸びたガイド4A及び4Bに沿って、それぞれ不図示のリニアモータ等によってY方向に駆動されるようにレチクルステージRST、及び計測用ステージ5が載置されている。ガイド4A,4Bの長さは、走査露光時のレチクルステージRSTの移動ストロークよりも、少なくとも計測用ステージ5の幅分だけ長く設定されている。また、レチクルステージRSTは、Y方向に移動する粗動ステージと、この粗動ステージ上で2次元的な位置が微調整できる微動ステージとを組み合わせて構成されている。更に、レチクルマークステージRST上には、レチクルRをX方向に挟むような位置関係で1対の基準マーク板17C1,17C2が固定され、基準マーク板17C1,17C2にそれぞれ二次元の例えば十字型の基準マークMC1,MC2が形成されている。基準マークMC1,MC2とレチクルRの原版パターンとの位置関係は予め高精度に計測されて、主制御系10の記憶部に記憶されている。
【0039】
そして、計測用ステージ5上にX方向に細長いガラス板よりなる基準板6が固定され、基準板6上に投影光学系PLの結像特性計測用の複数の指標マークIMが所定配置で形成されている。基準板6は、レチクルRに対する露光光のスリット状の照明領域9、より正確には投影光学系PLのレチクルR側の視野のX方向の幅を覆うことができるだけの大きさを備えている。基準板6を使用することで、結像特性計測用の専用レチクルを用意しておく必要がなく、且つ、実露光用のレチクルRとその専用レチクルとの交換時間も不要となるため、結像特性を高頻度に計測でき、投影光学系PLの経時変化に正確に追従することができる。また、計測用ステージ5にも、X方向(非計測方向)に対する微小範囲での位置決め機構が備えられていると共に、計測用ステージ5上に、基準板6をX方向に挟むように1対の基準マーク板17D1,17D2が固定され、基準マーク板17D1,17D2にそれぞれ二次元の例えば十字型の基準マークMD1,MD2が形成されている。基準マークMD1,MD2と複数の指標マークIMとの位置関係も予め正確に計測されて、主制御系10の記憶部に記憶されている。
【0040】
このように本例では、基準板6用の計測用ステージ5が独立に設けられ、本来のレチクルステージRST上には、レチクルRの他に計測用の部材は搭載されていない。即ち、レチクルステージRSTは、走査露光のために必要最小限の走査、及び位置決め機能のみを備えればよいため、レチクルステージRSTの小型化、軽量化が実現されている。従って、レチクルステージRSTをより高速に走査できるため、露光工程のスループットが向上する。特に縮小投影の場合には、レチクルステージRSTの走査速度はウエハステージの走査速度の1/β倍(例えば4倍、5倍等)になるため、走査速度の上限はレチクルステージでほぼ決定されることがあり、この場合には本例では特にスループットが大きく向上する。
【0041】
また、ガイド4A,4Bに対して+Y方向に設置されたレーザ干渉計7YからレチクルステージRSTの+Y方向の側面の移動鏡24Yにレーザビームが照射され、+X方向に設置された2軸のレーザ干渉計7X1,7X2からレチクルステージRSTの+X方向の側面の移動鏡24Xにレーザビームが照射され、レーザ干渉計7Y,7X1,7X2によってレチクルステージRSTのX座標、Y座標、及び回転角が計測され、計測値が図1の主制御系10に供給され、主制御系10はその計測値に基づいてリニアモータ等を介してレチクルステージRSTの速度や位置を制御する。また、ガイド4A,4Bに対して−Y方向に設置されたレーザ干渉計8Yから計測用ステージ5の−Y方向の側面の移動鏡25Yにレーザビームが照射され、レーザ干渉計8Yによって計測される計測用ステージ5のY座標が主制御系10に供給されている。Y軸のレーザ干渉計7Y及び8Yの光軸は、それぞれY方向に沿って照明領域9の中心、即ち投影光学系PLの光軸AXを通過しており、レーザ干渉計7Y及び8Yは、それぞれ常時レチクルステージRST及び計測用ステージ5の走査方向の位置を計測している。
【0042】
なお、レチクルステージRSTの直交する側面を鏡面加工しておき、これらの鏡面を移動鏡24X,24Yとみなしてもよく、計測用ステージ5の直交する側面を鏡面加工しておき、これらの鏡面を移動鏡25X,25Yとみなしてもよい。
更に、本例では図1に示すように、レチクルRの上方に、レチクルR上に形成されたアライメントマーク(レチクルマーク)と、対応するウエハステージ上の基準マーク(不図示)との位置ずれ量を検出するための1対のレチクルアライメント顕微鏡RA及びRBが配置されている。レチクルアライメント顕微鏡RA,RBの検出中心を通る直線はX軸に平行であり、それらの検出中心の中心は、光軸AXに合致している。本例では、本発明の第2測定系(絶対値測定系)に対応するレチクルアライメント顕微鏡RA,RBを用いて、図3に示すレチクルステージRST上の基準マークMC1,MC2、及び計測用ステージ5上の基準マークMD1,MD2の位置を検出する。
【0043】
そして、結像特性の計測時に、レチクルステージRSTを+Y方向に待避させて、基準板6がほぼ照明領域9を覆うように計測用ステージ5をY方向に移動すると、レーザ干渉計7X1,7X2からのレーザビームがレチクルステージRSTの側面から外れて計測用ステージ5の+X方向の移動鏡25Xに照射されるようになる。このとき、レチクルアライメント顕微鏡RA,RBにより基準板6上の基準マークMD1,MD2の検出中心(視野の中心)からの位置ずれ量をそれぞれ検出し、図1の主制御系10は、基準マークMD1,MD2の中心がそれぞれ対応する検出中心に対して対称に、かつ最も位置ずれ量が小さくなるように計測用ステージ5を位置決めする。そして、この状態で、X軸のレーザ干渉計7X1,7X2の計測値をそれぞれリセットする。なお、それらの計測値を例えば所定の値にプリセットしてもよい。
【0044】
この後は、レーザ干渉計7X1,7X2により計測用ステージ5のX方向の位置、及び回転角が再現性を有する状態で高精度に計測され、計測用ステージ5のY方向の位置はレーザ干渉計8Yによって常時高精度に計測されている。従って、これらの計測値に基づいて主制御系10は、リニアモータ等を介して計測用ステージ5の位置を高精度に制御することができる。なお、上記のように基準マークMD1,MD2の位置ずれ量を最小にする代わりに、それらの位置ずれ量に基づいて、レーザ干渉計7X1,7X2の計測値をそれぞれ対応する値にプリセットするようにしてもよい。
【0045】
一方、計測中には、レチクルステージRSTの非走査方向の位置は計測されないが、露光のためにレチクルステージRSTが照明領域9下に達すれば、再びレーザ干渉計7X1,7X2からのレーザビームがレチクルステージRSTの移動鏡24Xに照射されるようになる。そして、計測用ステージ5の場合と同様に、レチクルアライメント顕微鏡RA,RBを用いてレチクルステージRST上の基準マークMC1,MC2の位置ずれ量を検出し、主制御系10は、それらの位置ずれ量が対称に、かつ最も小さくなるようにレチクルステージRSTを位置決めした状態で、レーザ干渉計7X1,7X2の計測値を所定の値にプリセットする。この後は、再現性のある状態でレチクルステージRSTのX方向の位置、及び回転角の計測が行われ、Y方向の位置はレーザ干渉計7Yによって常時計測されているため、レチクルステージRSTを高精度に所望の位置に位置決めすることができる。従って、レーザ干渉計7X1,7X2からのレーザビームが途切れることの不都合は無い。
【0046】
図1に戻り、ウエハWは不図示のウエハホルダを介してウエハステージWST上に保持され、ウエハステージWSTは定盤13上にエアーベアリングを介してX方向、Y方向に移動自在に載置されている。ウエハステージWSTには、ウエハWのZ方向の位置(フォーカス位置)、及び傾斜角を制御するフォーカス・レベリング機構も組み込まれている。また、定盤13上にウエハステージWSTとは別体でエアーベアリングを介してX方向、Y方向に移動自在に各種の計測装置が備えられた計測用ステージ14が載置されている。計測用ステージ14にも、その上面のフォーカス位置を制御する機構が組み込まれている。
【0047】
図2は、ウエハステージWST、及び計測用ステージ14を示す平面図であり、この図2において、定盤13の表面の内部には例えば所定の配列でコイル列が埋め込まれ、ウエハステージWSTの底面、及び計測用ステージ14の底面にはそれぞれヨークと共に磁石列が埋め込まれ、そのコイル列、及び対応する磁石列によってそれぞれ平面モータが構成され、この平面モータによってウエハステージWST、及び計測用ステージ14のX方向、Y方向の位置、及び回転角が互いに独立に制御されている。なお、平面モータについては、例えば特開平8−51756号公報においてより詳細に開示されている。
【0048】
本例のウエハステージWSTは、露光に必要な最小限の機能のみを備えている。即ち、ウエハステージWSTは、フォーカス・レベリング機を備えると共に、ウエハステージWST上には、ウエハWを吸着保持するウエハホルダ(ウエハWの底面側)と、ウエハステージWSTの位置計測用の基準マークMAが形成された基準マーク板17Aとが設置されている。基準マーク板17A上には、レチクルアライメント用の基準マーク(不図示)も形成されている。
【0049】
また、図1に示すように、ウエハWのアライメント用のオフ・アクシス方式で画像処理方式のウエハアライメントセンサ16が投影光学系PLに隣接して設けられており、ウエハアライメントセンサ16の検出信号が主制御系10内のアライメント処理系に供給されている。ウエハアライメントセンサ16は、ウエハW上の各ショット領域に付設されたアライメントマーク(ウエハマーク)の位置計測用のセンサである。本例では、ウエハアライメントセンサ16を用いて、ウエハステージWST上の基準マークMA等の位置検出を行う。即ち、ウエハアライメントセンサ16は、本発明の第2測定系(絶対値測定系)に対応している。
【0050】
また、計測用ステージ14の表面は、ウエハステージWST上のウエハWの表面とほぼ同じ高さに設定されている。そして、図2において、計測用ステージ14には、投影光学系PLを通過した露光光の全部の単位時間当たりのエネルギー(入射エネルギー)を計測するための光電センサよりなる照射量モニタ18、投影光学系PLによるスリット状の露光領域12内での照度分布を計測するための光電センサよりなる照度むらセンサ19、結像特性測定用のスリット21X,21Yが形成された測定板20、及び位置基準となる基準マークMBが形成された基準マーク板17Bが固定されている。基準マークMBと照度むらセンサ19等との位置関係は予め高精度に計測されて、図1の主制御系10の記憶部に記憶されている。基準マークMBの位置もウエハアライメントセンサ16によって計測される。
【0051】
測定板20のX軸のスリット21X、及びY軸のスリット21Yの底面側にはそれぞれ集光レンズ、及び光電センサが配置され、測定板20、及び光電センサ等より空間像検出系が構成されている。なお、そのスリット21X,21Yの代わりに、矩形開口のエッジを使用してもよい。そして、照射量モニタ18の受光面は、露光領域12を覆う大きさに形成されると共に、照度むらセンサ19の受光部はピンホール状となっており、照射量モニタ18及び照度むらセンサ19の検出信号は図1の主制御系10に供給されている。
【0052】
また、測定板20の底部の光電センサの検出信号は図1の結像特性演算系11に供給されている。この場合、投影光学系PLの結像特性の計測時には、図3のレチクル側の計測用ステージ5上の基準板6が照明領域9に移動され、基準板6に形成されている指標マークIMの像がウエハステージ側に投影され、その像を計測板20上のスリット21X,21YでそれぞれX方向、Y方向に走査しつつ、底部の光電センサからの検出信号を結像特性演算系11で取り込む。結像特性演算系11では、その検出信号を処理してその指標マークIMの像の位置、及びコントラスト等を検出し、この検出結果より投影像の像面湾曲、ディストーション、ベストフォーカス位置等の結像特性を求めて主制御系10に出力する。更に、不図示であるが、投影光学系PL内の所定のレンズを駆動して所定のディストーション等の結像特性を補正する機構も設けられており、主制御系10はこの補正機構を介して投影光学系PLの結像特性を補正できるように構成されている。
【0053】
図2において、計測用ステージ14に備えられている照射量モニタ18、照度むらセンサ19、及び測定板20の底部の光電センサ等のセンサには、何れもアンプ等の発熱源、及び電源や通信用の信号ケーブルが接続されている。従って、それらのセンサが露光用のウエハステージWSTに搭載されていると、センサに付随する熱源や信号ケーブルの張力によって位置決め精度等が劣化する恐れがある。また、結像特性等の計測中の露光光の照射による熱エネルギーも位置決め精度の悪化等を招く恐れがある。これに対して本例では、それらのセンサが露光用のウエハステージWSTから分離された計測用ステージ14に設けられているため、ウエハステージWSTを小型化、軽量化できると共に、計測用のセンサの熱源や計測中の露光光の熱エネルギーによる位置決め精度の低下が防止できる利点がある。更に、ウエハステージWSTの小型化によって、ウエハステージWSTの移動速度や制御性が向上し、露光工程のスループットが高まると共に、位置決め精度等がより向上する。
【0054】
また、定盤13に対して+Y方向に設置されたレーザ干渉計15YからウエハステージWSTの+Y方向の側面の移動鏡22Yにレーザビームが照射され、−X方向に設置された2軸のレーザ干渉計15X1,15X2からウエハステージWSTの−X方向の側面の移動鏡22Xにレーザビームが照射され、レーザ干渉計15Y,15X1,15X2によってウエハステージWSTのX座標、Y座標、及び回転角が計測され、計測値が図1の主制御系10に供給され、主制御系10はその計測値に基づいて平面モータを介してウエハステージWSTの速度や位置を制御する。同様に、計測用ステージ14の側面にもX軸の移動鏡23X、及びY軸の移動鏡23Yが取り付けられている。なお、ウエハステージWSTの直交する側面を鏡面加工して、これらの鏡面を移動鏡22X,22Yとみなしてもよく、同様に計測用ステージ14の側面の鏡面を移動鏡23X,23Yとみなしてもよい。
【0055】
そして、露光光の入射エネルギー等の計測時には、それらの位置計測用のレーザビームは計測用ステージ14の移動鏡23X,23Yに照射される。
図4は、露光光の入射エネルギー等の計測時のウエハステージWST、及び計測用ステージ14の配置の一例を示し、このようにウエハステージWSTを露光領域12から離れた位置に待避させて、露光領域12にかかるように計測用ステージ14を移動すると、レーザ干渉計15X1,15X2,15Yからのレーザビームが、ウエハステージWSTの移動鏡22X,22Yから外れて計測用ステージ14の移動鏡23X,23Yに照射されるようになる。このときに、計測用ステージ14上の基準マークMBが、図1のウエハアライメントセンサ16の視野16a内に入るように計測用ステージ14を移動して、かつ2軸のX軸のレーザ干渉計15X1,15X2の計測値が同一の値となるように、計測用ステージ14の回転角を制御した状態で、基準マークMBの検出中心からの位置ずれ量を検出する。そして、主制御系10は、この位置ずれ量のX成分、及びY成分をそれぞれレーザ干渉計15X1,15X2、及びレーザ干渉計15Yの計測値にプリセットする。この後は、レーザ干渉計15X1,15X2,15Yにより再現性を有する状態で高精度に計測用ステージ14の位置が計測され、この計測値に基づいて主制御系10は、平面モータを介して計測用ステージ14の位置を高精度に制御することができる。
【0056】
一方、露光時には、図2に示すように、計測用ステージ14を待避させて、ウエハステージWSTの移動鏡22X,22Yにレーザ干渉計15X1,15X2,15Yからのレーザビームが照射されるようにして、基準マークMAをウエハアライメントセンサ16の視野16a内に移動して、レーザ干渉計15X1,15X2の計測値を一致させた状態で、基準マークMAの位置ずれ量を計測し、この計測値に基づいてレーザ干渉計15X1,15X2,15Yの計測値のプリセットを行う。この後は、再現性を有する状態で高精度にウエハステージWSTの位置決めが行われる。なお、平面モータをオープンループで駆動することによってもウエハステージWST、及び計測用ステージ14の位置は大まかに制御できるため、レーザビームが照射されていない状態では、主制御系10はウエハステージWST、及び計測用ステージ14の位置を平面モータを用いてオープンループ方式で駆動する。
【0057】
図1に戻り、不図示であるが、投影光学系PLの側面には、ウエハWの表面のフォーカス位置を計測するための斜入射方式の焦点位置検出系(AFセンサ)が配置され、この検出結果に基づいて、走査露光中のウエハWの表面が投影光学系PLの像面に合焦される。
次に、本例の投影露光装置の動作につき説明する。まず、ウエハステージ側の計測用ステージ14を用いて投影光学系PLに対する露光光ILの入射光量を計測する。この場合、レチクルRがロードされた状態での入射光量を計測するために、図1において、レチクルステージRST上に露光用のレチクルRがロードされ、レチクルRが露光光ILの照明領域上に移動する。その後、図4に示すように、ウエハステージWSTは定盤13上で例えば+Y方向に待避し、計測用ステージ14が投影光学系PLによる露光領域12に向かって移動する。その後、上記のようにレーザ干渉計15X1,15X2,15Yの計測値のプリセットを行った後、計測用ステージ14上の照射量モニタ18の受光面が露光領域12を覆う位置で計測用ステージ14が停止し、この状態で照射量モニタ18を介して露光光ILの光量が計測される。
【0058】
主制御系10では、その計測された光量を結像特性演算系11に供給する。この際に、例えば照明系1内で露光光ILから分岐して得られる光束を検出して得られる計測値も結像特性演算系11に供給されており、結像特性演算系11では、2つの計測値に基づいて、照明系1内でモニタされる光量から投影光学系PLに入射する光量を間接的に演算するための係数を算出して記憶する。この間に、ウエハステージWSTにはウエハWがロードされる。その後、図2に示すように、計測用ステージ14は露光領域12から離れた位置に待避し、ウエハステージWSTが露光領域12に向かって移動する。ウエハステージWSTが待避中であるときには、図4に示すように、レーザ干渉計15Y,15X1,15X2からのレーザビームは照射されないため、例えば平面モータをオープンループ方式で駆動することによって位置制御が行われている。
【0059】
そして、計測用ステージ14を露光領域12から待避させて、ウエハステージWSTを露光領域12にかかる位置に移動させて、上記のようにレーザ干渉計15Y,15X1,15X2の計測値のプリセットを行った後、ウエハステージWST上の基準マーク部材17A上のレチクル用の基準マーク(不図示)の中心が、光軸AX(露光領域12の中心)付近に位置するようにウエハステージWSTの移動が行われる。その後、レチクルアライメント顕微鏡RA,RBを用いて、レチクルR上のレチクルマークと、基準マーク板17A上の対応する基準マークとの位置ずれ量が所定の許容範囲内になるように、図1のレチクルステージRSTを駆動することによって、レチクルRのアライメントが行われる。これとほぼ同時に、その基準マーク板17A上の別の基準マークMAの位置を再び図1のウエハアライメントセンサ16で検出することによって、そのセンサの検出中心とレチクルRの投影像の中心との間隔(ベースライン量)が正確に検出される。
【0060】
次に、ウエハアライメントセンサ16を介してウエハW上の所定のショット領域(サンプルショット)に付設されたウエハマークの位置を検出することによって、ウエハWの各ショット領域の配列座標が求められる。その後、その配列座標、及び上記のベースライン量に基づいて、ウエハWの露光対象のショット領域とレチクルRのパターン像との位置合わせを行いながら、走査露光が行われる。ウエハW上の各ショット領域への走査露光時には、図1において、露光光ILの照明領域9(図3参照)に対して、レチクルステージRSTを介してレチクルRが+Y方向(又は−Y方向)に速度VRで走査されるのに同期して、露光領域12に対してウエハステージWSTを介してウエハWが−X方向(又は+X方向)に速度β・VR(βは投影倍率)で走査される。
【0061】
また、露光中には、例えば照明系1内で露光光ILから分岐した光束の光量が常時計測されて結像特性演算系11に供給され、結像特性演算系11では、供給される光量の計測値、及び予め求めてある係数に基づいて投影光学系PLに入射する露光光ILの光量を算出し、露光光ILの吸収によって発生する投影光学系PLの結像特性(投影倍率、ディストーション等)の変化量を計算し、この計算結果を主制御系10に供給する。主制御系10では、例えば投影光学系PL内の所定のレンズを駆動することによって、その結像特性の補正を行う。
【0062】
以上が、通常の露光であるが、本例の投影露光装置のメンテナンス等で装置状態を計測するときには、計測用ステージ14を露光領域12側に移動して計測を行う。例えば、露光領域12内の照度均一性を測定するときは、レチクルRをレチクルステージRSTから除いた後、図4において、照度むらセンサ19を露光領域12内でX方向、Y方向に微動しながら照度分布を計測する。
【0063】
次に、レチクルステージ側の計測用ステージ5、及びウエハステージ側の計測用ステージ14を用いて、投影光学系PLの結像測定を測定する動作につき説明する。この場合、図3において、レチクルステージRSTは+Y方向に待避して、計測用ステージ5上の基準板6が照明領域9内に移動する。このとき、計測用ステージ5には非走査方向のレーザ干渉計7X1,7X2からのレーザビームも照射されるようになり、レチクルアライメント顕微鏡RA,RBを用いて上記のように計測値のリセット(又はプリセット)が行われる。その後、レーザ干渉計7X1,7X2,8Yの計測値に基づいて計測用ステージ5は高精度に位置決めされる。
【0064】
このときに、既に説明したように、ウエハステージ側には複数の指標マークIMの像が投影光学系PLを介して投影される。この状態で、図4において、計測用ステージ14を駆動して、測定板20上のスリットでその指標マークIMの像をX方向、Y方向に走査し、測定板20の底部の光電センサの検出信号を結像特性演算系11で処理することによって、それらの像の位置、及びコントラストが求められる。また、測定板20のフォーカス位置を所定量ずつ変えながら、それらの像の位置、及びコントラストが求められる。これらの測定結果より、結像特性演算系11は、投影光学系PLの投影像のベストフォーカス位置、像面湾曲、ディストーション(倍率誤差を含む)といった結像特性の変動量を求める。この変動量は主制御系10に供給され、その変動量が許容範囲を超える場合には、主制御系10は投影光学系PLの結像特性を補正する。
【0065】
以上のように、本例の投影露光装置では、ウエハアライメントセンサ16によって基準マークMA,MBの位置を検出して、この位置情報に基づいてレーザ干渉計15X1,15X2,15Yのプリセットを行うため、レーザ干渉計15X1,15X2,15YによりウエハステージWST、又は計測用ステージ14の位置を高い再現性で高精度に計測して制御することができる。同様に、レチクルアライメント顕微鏡RA,RBにより基準マークMC1,MC2又はMD1,MD2の位置を検出して、レーザ干渉計7X1,7X2のリセット等を行うことにより、レチクルステージRST、又は計測用ステージ5の位置を高い再現性で高精度に計測して制御することができる。
【0066】
次に、本発明の第2の実施の形態につき図5〜図12を参照して説明する。本例は、二重露光法により露光を行うステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置に本発明を適用したものである。
図5は、本例の投影露光装置の概略構成を示し、この図5において、本例の投影露光装置は、ベース盤86を感応基板としてのウエハW1,W2をそれぞれ保持して独立して2次元方向に移動する複数の可動ステージとしてのウエハステージWST1,WST2を備えたステージ装置、このステージ装置の上方に配置された投影光学系PL1、投影光学系PL1の上方でマスクとしてのレチクルR1又はR2(図6参照)を所定の走査方向に駆動するレチクル駆動機構、レチクルR1,R2を上方から照明する照明系、及びこれら各部を制御する制御系等を備えている。以下、投影光学系PL1の光軸AX1に平行にZ軸を取り、Z軸に垂直な平面内で図5の紙面に平行にX軸を、図5の紙面に垂直にY軸を取って説明する。本例では、Y軸に平行な方向(Y方向)が走査方向である。
【0067】
まず、ステージ装置は、ベース盤86上に不図示の空気軸受けを介して浮上支持され、X方向及びY方向に独立して移動自在な2つのウエハステージWST1,WST2と、これらのウエハステージWST1,WST2を駆動するウエハステージ駆動系81Wと、ウエハステージWST1,WST2の位置を計測する干渉計システムとを備えている。
【0068】
これをさらに詳述すると、ウエハステージWST1,WST2の底面には不図示のエアパッド(例えば、真空予圧型空気軸受け)が複数箇所に設けられており、このエアパッドの空気噴き出し力と真空予圧力とのバランスにより例えば数μmの間隔を保った状態で、ウエハステージWST1,WST2はベース盤86上に浮上支持されている。
【0069】
図7は、ウエハステージWST1,WST2の駆動機構を示し、この図7において、ベース盤86上には、X方向に延びる2本のX軸リニアガイド95A,95Bが平行に設けられている。X軸リニアガイド95A,95Bに沿ってそれぞれリニアモータ用の1組の永久磁石が固定されており、これらのX軸リニアガイド95A及び95Bに沿って移動自在にそれぞれ2つの移動部材93A,93C及び2つの移動部材93B,93Dが取り付けられている。これら4つの移動部材93A〜93Dの底面部には、X軸リニアガイド95A又は95Bを上方及び側方から囲むように不図示の駆動コイルがそれぞれ取り付けられており、これらの駆動コイルとX軸リニアガイド95A又は95Bとによって、各移動部材93A〜93DをX方向に駆動するムービングコイル型のリニアモータがそれぞれ構成されている。そこで、以下の説明では、便宜上、これらの移動部材93A〜93Dを「X軸リニアモータ」と呼ぶものとする。
【0070】
この内2つのX軸リニアモータ93A,93Bは、Y方向に延びるY軸リニアガイド94Aの両端に設けられ、残り2つのX軸リニアモータ93C,93Dも、Y方向に延びるY軸リニアガイド94Bの両端に固定されている。Y軸リニアガイド94A,94BにはそれぞれY方向に沿ってリニアモータ用の1組の駆動コイルが固定されている。従って、Y軸リニアガイド94Aは、X軸リニアモータ93A,93BによってX軸リニアガイド95A,95Bに沿ってX方向に駆動され、Y軸リニアガイド94Bは、X軸リニアモータ93C,93DによってX軸リニアガイド95A,95Bに沿ってX方向に駆動される。
【0071】
一方、ウエハステージWST1の底部には、一方のY軸リニアガイド94Aを上方及び側方から囲む不図示の1組の永久磁石が設けられており、この永久磁石とY軸リニアガイド94AとによってウエハステージWST1をY方向に駆動するムービングマグネット型のリニアモータが構成されている。同様に、ウエハステージWST2の底部に設けられた不図示の1組の永久磁石と、Y軸リニアガイド94BとによってウエハステージWST2をY方向に駆動するムービングマグネット型のリニアモータが構成されている。
【0072】
即ち、本例では、上述したX軸リニアガイド95A,95B、X軸リニアモータ93A〜93D、Y軸リニアガイド94A,94B及びウエハステージWST1,WST2の底部の不図示の永久磁石等によって、ウエハステージWST1,WST2を独立してXY平面上で2次元駆動するステージ系が構成されている。これらのウエハステージWST1,WST2は、図5のステージ駆動系81Wを介してステージ制御装置38によって制御される。ステージ制御装置38の動作は主制御装置90によって制御されている。
【0073】
なお、Y軸リニアガイド94Aの両端に設けられた一対のX軸リニアモータ93A,93Bの推力のバランスを若干変化させることで、ウエハステージWST1に微少なヨーイングを発生させたり、除去することも可能である。同様に、一対のX軸リニアモータ93C,93Dの推力のバランスを若干変化させることで、ウエハステージWST2に微少なヨーイングを発生させたり、除去することもできる。これらのウエハステージWST1,WST2上には、不図示のウエハホルダを介してそれぞれウエハW1,W2が真空吸着等により固定されている。ウエハホルダは、不図示のZ・θ駆動機構によってZ方向及びθ方向(Z軸の回りの回転方向)に微小駆動されるようになっている。
【0074】
また、ウエハステージWST1の−X方向及び+Y方向の側面は、鏡面仕上げがなされた反射面84X,84Y(図6参照)となっており、同様に、ウエハステージWST2の+X方向及び+Y方向の側面は、鏡面仕上げがなされた反射面85X,85Yとなっている。これらの反射面が移動鏡に対応しており、これらの反射面に、後述する干渉計システムを構成する各レーザ干渉計からレーザビームよりなる計測ビーム92X2,92X5,92Y1〜92Yが投射され、その反射光を各レーザ干渉計で受光することにより、各反射面の基準面(一般には投影光学系側面やアライメント光学系の側面に参照ミラーを配置し、そこを基準面とする)からの変位を計測し、これにより、ウエハステージWST1,WST2の2次元位置がそれぞれ計測されるようになっている。なお、干渉計システムの構成については、後に詳述する。
【0075】
図5において、投影光学系PL1としては、Z方向の共通の光軸を有する複数枚のレンズエレメントから成り、両側テレセントリックで所定の縮小倍率、例えば1/5を有する屈折光学系が使用されている。なお、投影光学系PL1として反射屈折系や反射系を使用してもよい。
この投影光学系PL1のX方向の両側には、図5に示すように、互いに同じ機能を持ったオフ・アクシス(off-axis)方式のアライメント系88A,88Bが、投影光学系PL1の光軸AX1(レチクルパターンの投影像の中心と一致する)よりそれぞれ同一距離だけ離れた位置に設置されている。これらのアライメント系88A,88Bは、スリット状のレーザビームを用いるLSA(Laser Step Alignment)系、画像処理方式のFIA( Field Image Alignment)系、例えば2本のヘテロダインビームの回折光を検出するLIA(Laser Interferometric Alignment )系の3種類のアライメントセンサを有しており、基準マーク板上の基準マーク及びウエハ上のアライメントマークの2次元方向(X方向及びY方向)の位置計測を行うことができる。本例では、これら3種類のアライメントセンサを、適宜目的に応じて使い分け、ウエハ上の3点の一次元マークの位置を検出してウエハの概略位置計測を行ういわゆるサーチアライメントや、ウエハ上の各ショット領域の正確な位置計測を行うファインアライメント等を行っている。
【0076】
この場合、一方のアライメント系88Aは、ウエハステージWST1上に保持されたウエハW1上のアライメントマークの位置計測等に用いられる。また、他方のアライメント系88Bは、ウエハステージWST2上に保持されたウエハW2上のアライメントマークの位置計測等に用いられる。これらのアライメント系88A,88Bを構成する各アライメントセンサからの検出信号は、アライメント制御装置80に供給され、アライメント制御装置80では供給された検出信号をA/D(アナログ/デジタル)変換し、デジタル化した波形信号を演算処理してマーク位置を検出する。この検出結果が主制御装置90に送られ、主制御装置90からその検出結果に応じてステージ制御装置38に対して露光時の位置補正情報等が出力されるようになっている。
【0077】
また、図示省略したが、投影光学系PL1、及びアライメント系88A,88Bのそれぞれには、ウエハW1(又はW2)の露光面のベストフォーカス位置からのデフォーカス量を検出するためのオートフォーカス/オートレベリング計測機構(以下、「AF/AL系」という)が設けられている。この内、投影光学系PL1のAF/AL系としては、いわゆる斜入射方式の多点AF系が使用されている。そして、アライメント系88A,88Bにも同様なAF/AL系が設けられている。即ち、本例では、露光時のデフォーカス量の検出に用いられるAF/AL系とほぼ同一の計測領域に対して、アライメントシーケンス時に用いられるAF/AL系によっても検出ビームが照射できる構成となっている。このため、アライメント系88A,88Bを使用したアライメントシーケンス時にも、露光時と同程度の合焦精度で高精度にアライメントマークの位置計測を行うことができる。換言すれば、露光時とアライメント時との間で、ステージの姿勢によるオフセット(誤差)が発生しなくなる。
【0078】
次に、レチクル駆動機構について、図5及び図6を参照して説明する。このレチクル駆動機構は、レチクルベース盤79上をレチクルR1を保持してXY平面の2次元方向に移動可能なレチクルステージRST1と、同じ移動面に沿ってレチクルR2を保持して2次元方向に移動可能なレチクルステージRST2と、これらのレチクルステージRST1,RST2を駆動する不図示のリニアモータと、これらのレチクルステージRST1,RST2の位置を管理するレチクル干渉計システムとを備えている。
【0079】
これを更に詳述すると、図6に示されるように、これらのレチクルステージRST1,RST2は走査方向(Y方向)に直列に設置されており、不図示の空気軸受を介してレチクルベース盤79上に浮上支持され、レチクルステージ駆動機構81R(図5参照)によりX方向の微小駆動、θ方向の微小回転及びY方向の走査駆動がなされるように構成されている。なお、レチクルステージ駆動機構81Rは、ウエハ用のステージ装置と同様のリニアモータを駆動源としているが、図5では説明の便宜上から単なるブロックとして示しているものである。このため、レチクルステージRST1,RST2上のレチクルR1,R2が例えば二重露光の際に選択的に使用され、何れのレチクルR1,R2についてもウエハW1,W2と同期走査できる様な構成となっている。
【0080】
これらのレチクルステージRST1,RST2上には、+X方向の側面に、レチクルステージRST1,RST2と同じ素材(例えばセラミックス等)から成る移動鏡82A,82BがそれぞれY方向に延設されており、これらの移動鏡82A,82Bの+X方向の反射面に向けてレーザ干渉計(以下、単に「干渉計」という)83X1〜83X5からレーザビームよりなる計測ビーム91X1〜91X5が照射され、干渉計83X1〜83X5ではその反射光を受光して所定の基準面に対する相対変位を計測することにより、レチクルステージRST1,RST2のX方向の位置を計測している。ここで、干渉計83X3からの計測ビーム91X3は、実際にはそれぞれ独立に変位計測できるY方向に離れた2本の計測ビームを有しており、これらの2つの計測値よりレチクルステージRST1,RST2のX方向の位置とヨーイング量(Z軸の回りの回転角)とを計測することができる。
【0081】
本例では、計測ビーム91X1〜91X5のY方向の間隔は、移動鏡82A,82BのY方向の幅よりも短く設定されており、これによって移動鏡82A,82Bには常時何れかの計測ビーム91X1〜91X5が照射されている。また、或る時点で隣接する2本の計測ビーム(例えば91X1,91X2)が同一の移動鏡(例えば82B)に同時に照射されるようになり、この状態を対応する干渉計83X1,83X2が部分的に計測範囲を重複しているとみなすことができる。これによって、後述のように干渉計83X1〜83X4の計測値を順次干渉計83X2〜83X5の計測値に高精度に受け渡すことができる。干渉計83X1〜83X5の計測値は図5のステージ制御装置38に供給され、これらの計測値に基づいてステージ制御装置38は、ウエハステージWST1,WST2との同期誤差を補正するために、レチクルステージ駆動機構81Rを介してレチクルステージRST1,RST2の回転制御やX方向の位置制御を行なう。
【0082】
一方、図6において、第1のレチクルステージRST1の走査方向に沿った−Y方向の端部には、一対の移動鏡としてのコーナーキューブ89A,89Bが設置されている。そして、一対のダブルパス方式の干渉計(不図示)から、これらのコーナーキューブ89A,89Bに対して、それぞれ2本のレーザビームよりなる計測ビーム(図6では、1本の計測ビームで代表している)91Y1,91Y2が照射され、その不図示の一対の干渉計によって所定の基準面に対してレチクルステージRST1のY方向の相対変位が計測される。また、第2のレチクルステージRST2の+Y方向の端部にも、一対のコーナーキューブ89C,89Dが設置され、一対のダブルパス方式の干渉計83Y3,83Y4からこれらのコーナーキューブ89C,89Dに対して計測ビーム91Y3,91Y4(実際にはそれぞれ2本のレーザビームよりなる)が照射され、干渉計83Y3,83Y4によってそれぞれレチクルステージRST2のY方向の変位が計測されている。
【0083】
これらのダブルパス方式の干渉計の計測値も、図5のステージ制御装置38に供給され、その計測値に基づいてレチクルステージRST1,RST2のY方向の位置が制御される。即ち、本例では、計測ビーム91X1〜91X5を有する干渉計83X1〜83X5と、計測ビーム91Y1,91Y2及び計測ビーム91Y3,91Y4を有する2対のダブルパス方式の干渉計とによってレチクルステージ用の干渉計システムが構成されている。なお、干渉計83X1〜83X5が図5では干渉計83で表され、移動鏡82A,82B及び計測ビーム91X1〜91X5がそれぞれ図5では移動鏡82及び計測ビーム91Xで表されている。
【0084】
次に、ウエハステージWST1,WST2の位置を管理する干渉計システムについて図5〜図7を参照して説明する。
図5〜図7に示すように、投影光学系PL1の投影像の中心(光軸AX1)と、アライメント系88A,88Bのそれぞれの検出中心とを通りX軸に平行な軸に沿って、ウエハステージWST1の−X方向の側面の反射面84Xには、干渉計87X2から3軸のレーザビームよりなる計測ビーム92X2が照射されている。同様に、ウエハステージWST2の+X方向の側面の反射面85Xには、干渉計87X5から3軸のレーザビームよりなる計測ビーム92X5が照射されている。干渉計87X2,87X5ではそれらの反射光を受光することにより、各反射面の基準位置からのX方向への相対変位を計測している。
【0085】
この場合、図6に示すように、計測ビーム92X2及び92X5は、それぞれ互いに独立に変位計測を行うことができる3軸のレーザビームであるため、対応する干渉計87X2,87X5は、それぞれウエハステージWST1,WST2のX方向の位置を計測する以外に、各ステージのチルト角(Y軸の回りの回転角)計測、及びヨーイング角(Z軸回りの回転角)の計測をすることができる。この場合、本例のウエハステージWST1及びWST2には、図6に示すようにそれぞれウエハW1及びW2のZ方向への微小駆動、傾斜角の駆動、及びZ軸の回りの回転駆動を行うためのZ・レベリングステージLS1及びLS2が設けられているが、Z・レベリングステージLS1及びLS2は実際には反射面84X,85Xよりも低い部分にある。従って、ウエハW1,W2のチルト角制御、及びヨーイング角制御の際の駆動量は全て、これらの干渉計87X2,87X5によりモニタすることができる。
【0086】
なお、X軸の計測ビーム92X2,92X5は、ウエハステージWST1,WST2の移動範囲の全域で常にウエハステージWST1,WST2の反射面84X,85Xに照射されるようになっている。従って、X方向については、投影光学系PL1を用いた露光時、又はアライメント系88A,88Bの使用時等の何れの場合にも、ウエハステージWST1,WST2のX方向の位置は計測ビーム92X2,92X5を用いた計測値に基づいて管理される。
【0087】
また、図6及び図7に示すように、ウエハステージWST1,WST2の+Y方向の側面が移動鏡としての反射面84Y及び85Yに加工されており、投影光学系PL1の光軸AX1を通りY軸に平行な計測ビーム92Y3が干渉計87Y3から反射面84Y,85Yに照射されている。また、アライメント系88A,88Bのそれぞれの検出中心を通りY軸に平行な計測ビーム92Y1,92Y5をそれぞれ有する干渉計87Y1,87Y5も設けられている。本例の場合、投影光学系PL1を用いた露光時のウエハステージWST1,WST2のY方向の位置計測には、計測ビーム92Y3を持つ干渉計87Y3の計測値が用いられ、アライメント系88A、又は88Bの使用時のウエハステージWST1、又はWST2のY方向の位置計測には、それぞれ干渉計87Y1又は87Y5の計測値が用いられる。
【0088】
従って、各使用条件により、Y軸の干渉計87Y1,87Y3,87Y5の計測ビームがウエハステージWST1,WST2の反射面84Y,85Yより外れる場合がある。そのため、本例では、干渉計87X1及び87Y3の間にY軸に平行な計測ビーム92Y2を持つ干渉計87Y2を設け、干渉計87Y3及び87Y5の間にY軸に平行な計測ビーム92Y4を持つ干渉計87Y4を設けることにより、ウエハステージWST1,WST2の反射面84Y,85Yに常時、少なくとも一つの干渉計からの計測ビームが照射されるようにしている。このために、移動鏡としての反射面84Y及び85YのX方向の幅をDX1とすると、計測ビーム92Y1,92Y2,…,92Y5のX方向の間隔DX2を幅DX1よりも狭く設定している。この結果、計測ビーム92Y1〜92Y5中の隣接する2つの計測ビームが同時に反射面84Y,85Y上に照射される場合が必ず生じる(部分的に重複する計測範囲を有する)ため、後述のようにその状態で第1の干渉計から第2の干渉計に計測値の受け渡しを行っている。これによって、ウエハステージWST1,WST2はY方向においても、高い再現性で高精度に位置決めが行われる。
【0089】
なお、Y方向の位置計測用の計測ビーム92Y1,92Y3,92Y5は、それぞれZ方向に離れて独立に位置計測を行うことができる2軸のレーザビームよりなるため、対応する干渉計87Y1,87Y3,87Y5は、それぞれ計測対象の反射面84Y,85YのY方向の位置の他に、X軸の回りの傾斜角(チルト角)の計測も行うことができる。本例では、干渉計87X2,87X5,87Y1〜87Y5の合計7つの干渉計によって、ウエハステージWST1,WST2の2次元の座標位置を管理する干渉計システムが構成されている。本例では、後述するように、ウエハステージWST1,WST2の内の一方が露光シーケンスを実行している間、他方はウエハ交換、及びウエハアライメントシーケンスを実行するが、この際に両ステージの機械的な干渉がないように、各干渉計の計測値に基づいてステージ制御装置38が、ウエハステージWST1,WST2の位置及び速度制御を行っている。
【0090】
次に、本例の照明系及び制御系について、図5に基づいて説明する。図5において、露光光源であるKrF、ArF、又はF2 等のエキシマレーザ光源と減光システム(減光板等)とよりなる光源部40から射出されたパルスレーザ光よりなる露光光は、シャッタ42を透過した後、ミラー44により偏向されて、ビームエキスパンダ46,48により適当なビーム径に整形され、第1フライアイレンズ50に入射する。この第1フライアイレンズ50から射出された露光光は、レンズ52、振動ミラー54、レンズ56を介して第2フライアイレンズ58に入射する。この第2フライアイレンズ58より射出された露光光は、レンズ60を経て、レチクルR1(又はR2)と共役な位置に設置された固定ブラインド62に達し、ここで所定形状にその断面形状が規定された後、レチクルとの共役面から僅かにデフォーカスした位置に配置された可動ブラインド64を通過して、リレーレンズ66,68を経て均一な照度分布の光として、レチクルR1上の所定形状、ここでは矩形スリット状の照明領域IA(図6参照)を照明する。
【0091】
次に、本例の制御系は、装置全体を統轄的に制御する主制御装置90を中心に、この主制御装置90の管轄下にある露光量制御装置70及びステージ制御装置38等から構成されている。例えばレチクルR1のパターンをウエハW1に露光する場合には、露光量制御装置70は、レチクルR1とウエハW1との同期走査が開始されるのに先立って、シャッタ駆動装置72に指示してシャッタ駆動部74を駆動させてシャッタ42をオープンする。
【0092】
この後、ステージ制御装置38により、主制御装置90の指示に応じてレチクルR1とウエハW1、即ちレチクルステージRST1とウエハステージWST1との同期走査(走査制御)が開始される。この同期走査は、前述したウエハステージ用の干渉計システムの計測ビーム92Y3,92X2及びレチクルステージ用の干渉計システムの計測ビーム91Y1,91Y2,91X3の計測値をモニタしつつ、ステージ制御装置38によってステージ駆動系81W、及びレチクルステージ駆動機構81Rを制御することにより行われる。
【0093】
そして、両ステージRST1,WST1が所定の同期誤差以内で投影倍率比を速度比として、それぞれ等速度駆動された時点で、露光量制御装置70では、レーザ制御装置76に指示してパルス発光を開始させる。これにより、露光光によってレチクルR1の矩形の照明領域IA(図6参照)が照明され、その照明領域IA内のパターンの像が投影光学系PL1により1/5倍に縮小され、その表面にフォトレジストが塗布されたウエハW1上に投影露光される。ここで、図6からも明らかなように、レチクルR1上のパターン領域に比べ照明領域IAの走査方向の幅は狭く、レチクルR1とウエハW1とを同期走査することで、パターン領域の全面の像がウエハ上のショット領域に順次転写される。この露光の際に、露光量制御装置70は、ミラー駆動装置78に指示して振動ミラー54を駆動させることで、2つのフライアイレンズ50,58で発生する干渉縞による照度むらの低減を行う。
【0094】
また、走査露光中にウエハW1上の各ショット領域のエッジ部の近傍に、レチクルR1上のパターン領域の外部(遮光帯の外部)を通過した露光光が漏れないように、レチクルR1とウエハW1との走査に同期して可動ブラインド64がブラインド制御装置39によって駆動制御されており、これらの一連の同期動作がステージ制御装置38により管理されている。更に、主制御装置90では、例えば、走査露光時に同期走査を行うレチクルステージとウエハステージとの助走開始位置等を補正する場合、各ステージを移動制御するステージ制御装置38に対してステージ位置の補正値を指示する。
【0095】
次に、上記のように本例のレチクルステージRST1,RST2、及びウエハステージWST1,WST2にはそれぞれ部分的に計測範囲が重複している複数の干渉計が配置されており、干渉計の計測値が順次受け渡されるように構成されている。以下では、図7のウエハステージWST2、及び2つのY軸の干渉計87Y3及び87Y4を例に取って、干渉計の計測値の受け渡し動作、即ち干渉計の計測値のプリセット動作につき図7〜図10を参照して説明する。
【0096】
まず、図7の位置にあるウエハステージWST2が−X方向に移動すると、この移動の途中で計測ビーム92Y4が、ウエハステージWST2の移動鏡としての反射面85Yに入射しなくなる。逆に、ウエハステージWST2が+X方向に移動すると、この移動の途中で計測ビーム92Y3が、反射面85Yに入射しなくなる。そこで、干渉計87Y4と干渉計87Y3との間で、計測値の受け渡しを高精度に行って、干渉計87Y4,87Y3の何れかを用いて再現性の有る状態でウエハステージWST2のY座標の計測を行う必要がある。このため、本例では、次のような工夫をしている。
【0097】
図8(a)は、図7のウエハステージWST2を示す平面図であり、この図8(a)において、ウエハステージWST2のX方向の変位は、X軸の干渉計87X5によって、また、ウエハステージWST2のY方向の変位は、2つの干渉計87Y3,87Y4によって測定されている。干渉計87Y3,87Y4の計測ビーム92Y3,92Y4のX方向の間隔DX2は、ウエハステージWST2の反射面85YのX方向の幅DX1より狭くなっている。
【0098】
ここで、本例の干渉計87Y4,87Y3はそれぞれヘテロダイン干渉方式のレーザ干渉計であり、計測ビームの光源としては共通の不図示の2周波数発振レーザ(例えばゼーマン効果型の波長633nmのHe−Neレーザ光源)が使用されている。この2周波数発振レーザからは互いに偏光方向が直交し、所定の周波数差Δf(例えば2MHz程度)を有する第1、及び第2の光束が同軸にヘテロダインビームとして射出されており、先ずこのヘテロダインビームを例えば1/10程度分岐して検光子で混合させた干渉光を光電変換することで周波数Δfの参照信号SRが生成され、この参照信号SRが干渉計87Y4,87Y3内のそれぞれの位相比較器26(図9参照)に供給されている。
【0099】
また、上記のヘテロダインビームをそれぞれ1/10程度分岐して得られた第1、及び第2のヘテロダインビームが干渉計87Y3,87Y4に供給されており、干渉計87Y4は第2のヘテロダインビームの偏光方向が直交する2光束の一方を計測ビーム92Y4として、他方を参照ビーム(不図示)として、参照ビームは不図示の参照鏡で反射される。そして、反射された参照ビームと、反射面85Yで反射された計測ビーム92Y4とを検光子で混合させた干渉光を光電変換することで周波数Δfで、かつ位相が変化する測定信号S2が生成されて図9の位相比較器26に供給され、位相比較器26において、上記の参照信号SRと測定信号S2との位相差φ2が所定の分解能(例えば2π/100(rad))で検出されて積算器27に供給される。
【0100】
この際に、計測ビーム92Y3,92Y4の波長をλとして、1以上の整数mを用いて、反射面85YがY方向にλ/m(本例のようにシングルパス方式ではm=2、一方、ダブルパス方式ではm=4)だけ移動したときに、その位相差φ2が2π(rad)変化する。また、位相差φ2の範囲は0≦φ2<2πであり、図9の積算器27では、位相差φ2が2πを+方向に横切る際に所定の整数(干渉の次数に相当する)N2に1を加算して、位相差φ2が0を−方向に横切る際にその整数N2から1を減算する。そして、計測中は積算器27は{N1+φ2/(2π)}にλ/mを乗じた計測値P2をウエハステージWST2のY方向の絶対位置としてステージ制御装置38に送る。
【0101】
同様に、干渉計87Y3においても、計測ビーム92Y3から得られる測定信号S1と上記の参照信号SRとの位相差φ1、この位相差φ1が2π、又は0を横切る毎に増減する整数N1、及びλ/mから算出される計測値P1をステージ制御装置38に送る。即ち、干渉計87Y3,87Y4はそれぞれウエハステージWST2のY方向の位置を、λ/mの幅内では絶対位置として計測している。
【0102】
そして、本例のX軸の干渉計87X5は、図6に示すようにY方向に離れた2つのレーザビームを備えているため、これら2つのレーザビームによる反射面85XのX座標の計測値の差分より、ウエハステージWST2の回転角θW2を計測できる。そこで、予め図8(a)の状態でその回転角θW2が0となるようにウエハステージWST2を静止させた「初期状態」で、干渉計87Y4,87Y3における整数N2,N1を0にリセットすると共に、計測される位相差φ2,φ1に{1/(2π)}(λ/m)を乗じて得られる計測値(初期値)P20,P10をステージ制御装置38に取り込む。
【0103】
そして、ステージ制御装置38では、干渉計87Y4,87Y3の計測値のオフセットをそれぞれ−P20,−P10として、この後は干渉計87Y4,87Y3から供給される計測値P2,P1にそのオフセット(−P20,−P10)を加算した値を、干渉計87Y4,87Y3の実際の計測値P2’,P1’とする。即ち、この計測値P2’,P1’は、上記の初期状態からのウエハステージWST2のY方向への変位量を正確に表すことになる。その計測値の初期値(P20,P10)は記憶されている。
【0104】
さて、図8(a)において、ウエハステージWST2が−X方向に更に移動して、図8(b)に示す位置に達したとする。図8(b)では、干渉計87Y4の計測ビーム92Y4が移動鏡としての反射面85Yから外れている。この状態では、ウエハステージWST2のY座標は、干渉計87Y3によって計測されているものとする。この状態から再び図8(a)に示す位置に向かってウエハステージWST2が+X方向に移動を始め、反射面85Yが干渉計87Y4の計測ビーム92Y4の照射範囲(測定範囲)内に入った際に、干渉計87Y4の計測値を以下のようにして設定(プリセット)する。
【0105】
まず、X軸の干渉計87X5の計測ビーム92X5(2本のレーザビーム)によってウエハステージWST2の回転角θW2(ほぼ0に近い微小量(rad)である)を計測する。この状態で、図8(a)において、計測ビーム92Y3を用いる干渉計87Y3によるY座標の計測値P1を求める。ただし、この計測値P1は、オフセット補正を行う前の直接の計測値である。そして、例えばステージ制御装置38において、その計測値P1より干渉計87Y4の干渉の次数N2(N2は整数)と、端数ε2/(2π)との推定値を求める。この端数ε2は、上記のφ2に対応する値である。
【0106】
即ち、ステージ制御装置38内の演算部は、計測ビーム92Y3,92Y4の間隔DX2、ウエハステージWST2の回転角の計測値θW2、干渉計87Y3の計測値P1、及び干渉計87Y4,87Y3の計測値の初期値の差分(=P20−P10)より、干渉計87Y4のオフセット補正前の計測値P2の推定値P2’を次のように算出する。
P2’=P1+DX2・θW2+(P20−P10)
【0107】
例えば回転角の計測値θW2の計測精度が高い場合には、この推定値P2’をそのまま干渉計87Y4の現在の計測値P2の値としてプリセットしてもよい。しかしながら、計測値θW2には或る程度の計測誤差が含まれていることがあるため、干渉計87Y4は幅λ/m単位で絶対位置を計測できることを利用して、その演算部はその指定値P2’を整数分と端数分とに分解する。従って、干渉計87Y4の計測値の推定値P2’の中で長さλ/mのN2倍の残りの値が端数ε2/(2π)となる。即ち、ステージ制御装置38は次のように整数N2、及び端数ε2を算出(推定)する。
【0108】
N2=g{P2’/(λ/m)} (1)
ε2={P2’/(λ/m)−N2}(2π) (2)
ここで、g{X}は、Xを超えない最大の整数を与える関数である。後に詳述するようにステージ制御装置38では、計測値P1から得られる干渉の次数及び端数の推定値(N2,ε2)と、干渉計87Y4で実際に計測される位相差(絶対位相)φ2とから、干渉計87Y4の整数(次数)N2のプリセット値を決定する。
【0109】
図9は、本例のステージ制御装置38の一部、及び干渉計87Y4の一部を示し、図9に示すように、干渉計87Y4は、例えばレーザ光源から出力された参照信号SRと測定信号S2(計測ビームと参照ビームとの干渉光の光電変換信号)とが入力される位相比較器26を有している。位相比較器26は、参照信号SRと測定信号S2との位相差φ2を検出し、検出された位相差φ2は積算器27に出力されると共に、ステージ制御装置38内の計算処理装置28にも出力されている。なお、他の干渉計もそれぞれ位相比較器26、及び積算器27を備えている。
【0110】
積算器27は、計測時には上記のようにその位相差φ2の変化より整数N2を積算して、{N2+φ2/(2π)}に(λ/m)を乗じて得られる計測値P2を、移動鏡(本例では反射面85Y)の移動量を示す情報としてステージ制御装置38に出力している。但し、今のように計測値の受け渡しを行うときには、計算処理装置28では、位相比較器26から入力された位相差φ2と、上記の演算部から入力された端数の推定値ε2とを比較する。この比較は、推定された位相差の推定値ε2が0(ゼロ)又は2πに近い場合、推定した干渉の次数を示す整数N2が±1の範囲でずれている可能性があるので、その検証のために行うものである。この比較の動作を図10を参照しつつ説明する。便宜上、図10では、N2の推定値を次数Nとしている。
【0111】
図10(a)〜(c)において、横軸は参照信号と計測信号との位相差を表し、特に干渉の次数k=N−1,k=N,k=N+1の範囲の位相差を図示している。1つの次数内で位相差は2π変化している。図10(a)は、実際の位相差φ2と位相差の推定値ε2との差の絶対値がπより小さい(|φ2−ε2|<π)場合を示している。この場合は図示の通り実際の位相差φ2は次数N内にあるので、干渉の次数は推定値通りNであり、次数のプリセット値N’=Nとする。図10(b)は、実際の位相差φ2から位相の推定値ε2を減じた値がπより大きい(φ2−ε2>π)場合を示している。この場合は図示の通り実際の位相差φ2は次数N−1内にあるので、プリセット値N’は、N’=N−1とする。また、図10(c)は、実際の位相差φ2から位相の推定値ε2を減じた値が−πより小さい(φ2−ε2<−π)場合を示している。この場合は図示の通り実際の位相差φ2は次数N+1内にあるので、N’=N+1とする。
【0112】
計算処理装置28では、以上のようにして求めたプリセット値N’を、図9の積算器27に対するプリセット値REとして出力する。積算器27では、プリセット値RE(即ちN’)を整数N2のプリセット値として設定し、位相比較器26からの位相差φ2とその整数N’とから次のようにY座標の計測値P2を算出して、ステージ制御装置38に供給し、後は通常の計測動作を行う。
P2=(λ/m)・N’+(λ/m)(φ2/2π) (3)
これによって、干渉計87Y4の計測値P2は、実質的に元の値に復帰したことになると共に、干渉計87Y3の計測値が干渉計87Y4に正確に受け渡されたことになる。
【0113】
以上のように本例では、鏡面からの反射光が再び得られるようになった第1の干渉計にプリセット値を設定する際には、他の第2の干渉計の測定値から算出される測定値をその第1の干渉計の干渉の次数(N1、又はN2)を決定するための推定値として利用し、推定された干渉の次数とその第1の干渉計で測定した位相差(絶対位相)φとに基づいて、その第1の干渉計の干渉の次数(N1、又はN2)のプリセット値、ひいては干渉計の計測値のプリセット値を決定するようにしている。この際には、測定ビームが鏡面から一旦外れているため、干渉の次数N2又はN1が不明であるが、他の干渉計の測定値から計算で干渉の次数が求められるため、その干渉計のプリセット値はその干渉計固有の精度で設定することができる。
【0114】
なお、装置立ち上げ時や、何らかの原因で全ての測定値に計測誤差が混入し、全ての干渉計の計測値をリセットする必要が生じた場合には、図9において、計算処理装置28に次数N2=0を送り、同じく計算処理装置28の出力(プリセット値)RE(=0)を積算器27に設定するようにしておく必要がある。この場合は、結局のところ位相差(絶対位相)φ2に対応する値だけが積算器27(干渉計87Y4)に設定されることになる。同様に干渉計87Y3の初期値も位相差φ1に対応する値となる。
【0115】
また、積算器27の出力P2が必要に応じて計算処理装置18にフィードバックされるようしてもよい。この場合、積算器27を例えばリセットした後、計算処理装置28からリセット値が積算器27に設定されるまでの間のウエハステージの変位量までを含めて積算器27にプリセット値として設定することができる。この際には、ウエハステージからの反射光が受光可能になったときから、プリセット値RE2が積算器27に設定されるまでの間のウエハステージの変位量まで考慮したより精密な初期値の設定を行うことができるようになる。
【0116】
また、本例ではウエハステージWST2が移動する際には、ウエハステージWST2の側面85Yに干渉計87Y3〜87Y5からの計測ビームの内何れか1本の計測ビームが照射されている必要がある。そのため、本例では、各計測ビーム間の間隔(例えば、図8に示す計測ビーム92Y3,92Y4の間隔DX2)が、ウエハステージWST2のX方向の幅DX1よりも短くなるように干渉計を配置している。
【0117】
また、図6のレチクルステージRST1,RST2の位置計測を行うための干渉計83X1〜83X5においても、同様にして干渉計の初期値(プリセット値)設定が行われ、これに基づいて計測値の受け渡しが行われる。
次に、本例の投影露光装置では、ウエハステージWST1及びWST2との間でそれぞれウエハの交換を行う第1及び第2の搬送システムが設けられている。
【0118】
第1の搬送システムは、図11に示すように、左側のウエハローディング位置にあるウエハステージWST1との間で後述するようにしてウエハ交換を行う。この第1の搬送システムは、Y軸方向に延びる第1のローディングガイド96A、このローディングガイド96Aに沿って移動する第1及び第2のスライダ97A,97C、第1のスライダ97Aに取り付けられたアンロードアーム98A、第2のスライダ97Cに取り付けられたロードアーム98C等を含んで構成される第1のウエハローダと、ウエハステージWST1上に設けられた3本の上下動部材から成る第1のセンターアップ99とから構成される。
【0119】
この第1の搬送システムによるウエハ交換の動作について、簡単に説明する。ここでは、図11に示すように、左側のウエハローディング位置にあるウエハステージWST1上にあるウエハW1’と第1のウエハローダにより搬送されてきたウエハW1とが交換される場合について説明する。
まず、主制御装置90では、ウエハステージWST1上の不図示のウエハホルダの真空吸着をオフにしてウエハW1’の吸着を解除する。次に、主制御装置90では、不図示のセンターアップ駆動系を介してセンターアップ99を所定量上昇させる。これにより、ウエハW1’が所定位置まで持ち上げられる。この状態で、主制御装置90では、不図示のウエハローダ制御装置を介してアンロードアーム98AをウエハW1’の真下に移動させる。この状態で、主制御装置90では、センターアップ99を所定位置まで下降駆動させて、ウエハW1’をアンロードアーム98Aに受け渡した後、アンロードアーム98Aの真空吸着を開始させる。次に、主制御装置90では、ウエハローダ制御装置にアンロードアーム98Aの退避とロードアーム98Cの移動開始を指示する。これにより、アンロードアーム98Aが図11の−Y方向への移動を開始し、ウエハW1を保持したロードアーム98CがウエハステージWST1の上方に来たとき、ウエハローダ制御装置によりロードアーム98Cの真空吸着が解除され、続いてセンターアップ99を上昇駆動することで、ウエハW1がウエハステージWST1上に受け渡される。
【0120】
また、ウエハステージWST2との間でウエハの受け渡しを行う第2の搬送システムは、図12に示すように、第1の搬送システムと対称に、第2のローディングガイド96B、この第2のローディングガイド96Bに沿って移動するスライダ97B及び97D、第3のスライダ97Bに取り付けられたアンロードアーム98B、第4のスライダ97Dに取り付けられたロードアーム98D等を含んで構成されている。ロードアーム98Dには次に露光されるウエハW2’が保持されている。
【0121】
次に、本例の投影露光装置の2つのウエハステージWST1,WST2による並行処理について図11及び図12を参照して説明する。
図11には、ウエハステージWST2上のウエハW2に投影光学系PL1を介して露光を行っている間に、左側ローディング位置にて上述の様にしてウエハステージWST1と第1の搬送システムとの間でウエハの交換が行われている状態の平面図が示されている。この場合、ウエハステージWST1上では、ウエハ交換に引き続いて後述するようにしてアライメント動作が行われる。なお、図11において、露光動作中のウエハステージWST2の位置制御は、干渉計システムの計測ビーム92X5,92Y3の計測値に基づいて行われ、ウエハ交換とアライメント動作とが行われるウエハステージWST1の位置制御は、干渉計システムの計測ビーム92X2,92Y1の計測値に基づいて行われる。このため、図5の主制御装置90ではステージ制御装置38に指示して、ウエハ交換とアライメント動作とをする前に、後述する干渉計の計測値の初期値設定(プリセット)を実施している。
【0122】
ウエハ交換、及び干渉計の初期値設定に引き続いて、サーチアライメントが行われる。ウエハ交換後に行われるサーチアライメントとは、ウエハW1の搬送中になされるプリアライメントだけでは位置誤差が大きいため、ウエハステージWST1上で再度行われるプリアライメントのことである。具体的には、ステージWST1上に載置されたウエハW1上に形成された3つのサーチアライメントマーク(不図示)の位置を図5のアライメント系88AのLSA系のセンサ等を用いて計測し、その計測結果に基づいてウエハW1のX方向、Y方向、及びθ方向の位置合わせを行う。このサーチアライメントの際の各部の動作は、主制御装置90により制御される。
【0123】
このサーチアライメントの終了後、ウエハW1上の各ショット領域の配列をここではEGA(エンハンスト・グローバル・アライメント)方式で求めるファインアライメントが行われる。具体的には、干渉計システム(計測ビーム92X2,92Y1)により、ウエハステージWST1の位置を管理しつつ、設計上のショット配列データ(アライメントマーク位置データ)をもとに、ウエハステージWST1を順次移動させつつ、ウエハW1上の所定のショット領域(サンプルショット)のアライメントマーク位置を図5のアライメント系88AのFIA系のセンサ等で計測し、この計測結果とショット配列の設計座標データに基づいて最小自乗法による統計演算により、全てのショット配列データを算出する。なお、このEGA方式のファインアライメントの際の各部の動作は図5の主制御装置90により制御され、上記の演算は主制御装置90により行われる。
【0124】
そして、ウエハステージWST1側で、ウエハ交換、及びアライメント動作が行われている間に、ウエハステージWST2側では、2枚のレチクルR1,R2を使い、露光条件を変えながら連続してステップ・アンド・スキャン方式により二重露光が行われる。
具体的には、前述したウエハW1側と同様にして、事前にEGA方式によるファインアライメントが行われており、この結果得られたウエハW2上のショット配列データに基づいて、順次ウエハW2上のショット領域を投影光学系PL1の光軸下方に移動させた後、各ショット領域の露光の都度、図6のレチクルステージRST1(又はRST2)とウエハステージWST2とを走査方向に同期走査させることにより、走査露光が行われる。このようなウエハW2上の全ショット領域に対する露光がレチクル交換後にも連続して行われる。具体的な二重露光の露光順序としては、ウエハW2の各ショット領域にレチクルR2を使って順次走査露光を行った後、レチクルステージRST1,RST2を+Y方向に所定量移動してレチクルR1を助走開始位置に設定した後、走査露光を行う。このとき、レチクルR2とレチクルR1とでは露光条件(輪帯照明、変形照明等の照明条件、及び露光量等)や透過率が異なるので、予め露光データ等に基づいて各条件の変更を行う必要がある。このウエハW2の二重露光中の各部の動作も主制御装置90によって制御される。
【0125】
上述した図11に示す2つのウエハステージWST1,WST2上で並行して行われる露光シーケンスとウエハ交換・アライメントシーケンスとは、先に終了したウエハステージの方が待ち状態となり、両方の動作が終了した時点で図12に示す位置までウエハステージWST1,WST2が移動制御される。そして、露光シーケンスが終了したウエハステージWST2上のウエハW2は、右側ローディングポジションでウエハ交換がなされ、アライメントシーケンスが終了したウエハステージWST1上のウエハW1は、投影光学系PL1の下で露光シーケンスが行われる。図12に示される右側ローディングポジションでは、左側ローディングポジションと同様に、前述のウエハ交換動作とアライメントシーケンスとが実行されることとなる。
【0126】
上記のように本例では、2つのウエハステージWST1,WST2を独立して2次元方向に移動させながら、各ウエハステージ上のウエハW1,W2に対して露光シーケンスとウエハ交換・アライメントシーケンスとを並行して行うことにより、スループットの向上を図っている。ところが、2つのウエハステージを使って2つの動作を同時並行処理する場合は、一方のウエハステージ上で行われる動作が外乱要因として、他方のウエハステージで行われる動作に影響を与える場合がある。また、逆に、一方のウエハステージ上で行われる動作が他方のウエハステージで行われる動作に影響を与えない動作もある。そこで、本例では、並行処理する動作の内、外乱要因となる動作とならない動作とに分けて、外乱要因となる動作同士、あるいは外乱要因とならない動作同士が同時に行われるように、各動作のタイミング調整が図られる。
【0127】
例えば、走査露光中は、ウエハW1とレチクルR1,R2とを等速で同期走査させることから外乱要因とならない上、他からの外乱要因を極力排除する必要がある。このため、一方のウエハステージWST1上での走査露光中は、他方のウエハステージWST2上のウエハW2で行われるアライメントシーケンスにおいて静止状態となるようにタイミング調整がなされる。即ち、アライメントシーケンスにおける計測は、ウエハステージWST2を静止させた状態で行われるため、走査露光にとって外乱要因とならず、走査露光中に並行してマーク計測を行うことができる。一方、アライメントシーケンスにおいても、走査露光中は、等速運動なので外乱とはならず高精度計測が行えることになる。
【0128】
また、ウエハ交換時においても同様のことが考えられる。特に、ロードアームからウエハをセンターアップに受け渡す際に生じる振動等は、外乱要因となり得るため、走査露光前、あるいは、同期走査が等速度で行われるようになる前後の加減速時(外乱要因となる)に合わせてウエハの受け渡しをするようにしても良い。なお、これらのタイミング調整は、主制御装置90によって行われる。
【0129】
更に、本例では、複数枚のレチクルを使って二重露光を行うことから、高解像度とDOF(焦点深度)の向上効果が得られる。しかし、この二重露光法は、露光工程を少なくとも2度繰り返さなければならないため、単一のウエハステージを用いる場合には、露光時間が長くなって大幅にスループットが低下する。しかしながら、本例の2台のウエハステージを備えた投影露光装置を用いることにより、スループットが大幅に改善できると共に、高解像度と焦点深度DOFの向上効果とが得られる。
【0130】
なお、本発明の適用範囲がこれに限定されるものではなく、一重露光法により露光する場合にも本発明は好適に適用できるものである。2台のウエハステージを使用することによって、1つのウエハステージを使って一重露光法を実施する場合に比べてほぼ倍の高スループットを得ることができる。
なお、この第2の実施の形態において、第1の実施の形態のように、露光光の状態又は結像特性を計測するための計測用ステージを更に設けるようにしてもよい。また、本例では、1次元モータの組み合わせによってウエハステージを駆動しているが、第1の実施の形態のように、平面モータによって2次元的に駆動するようにしてもよい。
【0131】
本実施の形態の投影露光装置は、多数の機械部品からなるレチクルステージRST(RST1,RST2)、ウエハステージWST(WST1,WST2)を組み立てるとともに、複数のレンズから構成される投影光学系PL(PL1)の光学調整を行い、更に、総合調整(電気調整、動作確認等)をすることにより製造することができる。
なお、投影露光装置の製造は温度及びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
【0132】
また、上記の実施の形態では、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置に本発明を適用したが、本発明はこれに限られず、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置、プロキシミティ方式の露光装置、あるいは、X線等のEUV光を露光ビームとする露光装置や電子線(エネルギ線)を光源(エネルギ線)とする荷電粒子線露光装置であっても同様に適用することができる。また、露光装置のみならず、ウエハ等を位置決めするためのステージを使用する検査装置、又はリペア装置等に用いてもよい。
【0133】
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ることは勿論である。
【0134】
【発明の効果】
本発明によれば、個別の機能毎、又は所定の複数の機能群毎にそれぞれステージを設けることによって、各ステージを小型化させて、高速にかつ高精度に駆動することができる。また、複数のステージをそれぞれ第1測定系の計測範囲よりも大きい範囲で移動させることができ、更に、各ステージがその第1測定系の計測範囲内に入った際には、第1測定系によりそのステージの位置を高い再現性で高精度に計測することができる。
【0135】
次に、本発明によれば、その複数のステージの位置をそれぞれ広い計測範囲で、かつ高い再現性で高精度に計測できる。また、その第1測定系の計測結果をその第2測定系の計測結果に合わせるのみでそのステージの位置を第1測定系により高精度に計測できるため、スループットの向上を図ることができる。
【0137】
次に、本発明によれば、本来の露光に使用するその第1のステージには露光に必要な最小限の機能のみを持たせることによって、その第1のステージの大きさは必要最小限にできるため、ステージの小型化、軽量化を行いスループットの向上を図ることできる。一方、露光に直接必要がなく、そのマスクのパターンを転写する際の特性を計測するための計測装置は、別の第2のステージに搭載されるため、そのマスクのパターンを転写する際の特性を計測することもできる。また、その複数のステージの位置を高精度に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施の形態の投影露光装置の概略構成図である。
【図2】 図1のウエハステージWST、及び計測用ステージ14を示す平面図である。
【図3】 図1のレチクルステージRST、及び計測用ステージ5を示す平面図である。
【図4】 第1の実施の形態において、計測用ステージ14を用いて露光光の状態等を計測する場合の説明に供する平面図である。
【図5】 本発明の第2の実施の形態の投影露光装置の概略構成図である。
【図6】 図5の実施の形態の2つのウエハステージWST1,WST2と、2つのレチクルステージRST1,RST2と、投影光学系PL1と、アライメント系88A,88Bとの位置関係を示す斜視図である。
【図7】 図5のウエハステージの駆動機構の構成を示す平面図である。
【図8】 本発明の第2の実施の形態において実施される干渉計の計測値設定を説明するための図である。
【図9】 本発明の第2の実施の形態の干渉計システムに用いられる信号処理系の一部の概略構成を示す図である。
【図10】 本発明の第2の実施の形態の干渉計システムにおける信号処理の一例を示す図である。
【図11】 2つのウエハステージWST1,WST2を使用してウエハ交換・アライメントシーケンスと露光シーケンスとが行われている状態を示す平面図である。
【図12】 図11のウエハ交換・アライメントシーケンスと露光シーケンスと切り換えを行った状態を示す図である。
【符号の説明】
MA,MB,MC1,MC2,MD1,MD2…基準マーク、R,R1,R2…レチクル、RA,RB…レチクルアライメント顕微鏡、RST,RST1,RST2…レチクルステージ、W,W1,W2…ウエハ、WST,WST1,WST2…ウエハステージ、5…計測用ステージ、7X1,7X2,7Y,8Y,15X1,15X2,15Y…レーザ干渉計、10…主制御系、11…結像特性演算系、13…定盤、14…計測用ステージ、16…ウエハアライメントセンサ、26…位相比較器、27…積算器、28…計算処理装置、38…ステージ制御装置、83X1〜83X5,83Y1〜83Y4,87X2,87X5,87Y1〜87Y5…干渉計、88A,88B…アライメント系、90…主制御装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention includes, for example, a stage device for positioning an object to be processed and the stage device, and a mask pattern is formed on a substrate in a lithography process for manufacturing a semiconductor element, a liquid crystal display element, a thin film magnetic head, or the like. The exposure apparatus used for transferring is particularly suitable for use in an exposure apparatus having various mechanisms such as an imaging characteristic measuring mechanism.
[0002]
[Prior art]
High exposure accuracy is required for an exposure apparatus of a batch exposure type (stepper type) or a scanning exposure type (step-and-scan type or the like) used when manufacturing a semiconductor element or the like. Therefore, conventionally, in an exposure apparatus, a movable mirror is fixed to each side of a reticle stage for placing and positioning a reticle as a mask or a wafer stage for placing a wafer as a substrate and moving two-dimensionally. By irradiating the movable mirror with an interferometer such as a laser interferometer, the amount of movement of the stage is continuously measured, and the stage can be positioned with high accuracy based on this measurement value. It can be done. In such a stage apparatus, normally, a three-degree-of-freedom displacement measurement of a movable stage in a two-dimensional direction and a rotational component is realized by a three-axis interferometer.
[0003]
However, in such a conventional stage apparatus, it is necessary that the measurement beam from each interferometer is always irradiated to the movable mirror in all regions of the maximum movable range (movable range) of the movable stage. In order to keep reflecting the measurement beam from each interferometer even if the movable stage is moved, the size thereof needs to be larger than the movable range.
[0004]
For this reason, if the movable range of the movable stage is to be expanded, a large moving mirror is required, and the shape of the entire stage must be increased accordingly, and therefore the stage becomes heavy and moved at high speed. The problem arises that it becomes difficult. In addition, processing a large movable mirror with a predetermined flatness is accompanied by a great deal of technical difficulty, and it is also technically difficult to fix the large movable mirror to the side surface of the movable stage without causing bending. There are difficulties. However, a decrease in the flatness of the movable mirror directly leads to a decrease in the positioning accuracy of the stage by the interferometer, resulting in a problem that the movable range of the movable stage has to be finally limited.
[0005]
As a stage device for solving such a problem, for example, there is one disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-253304. This disclosed stage apparatus can be installed from one interferometer by installing more interferometers (eg, 4 axes) than the number of degrees of freedom (eg, 3 degrees of freedom) of displacement of the movable stage. Even if the measurement beam deviates from the measurement range of the movable mirror, the remaining interferometers can measure the degree of freedom of movement of the stage. Then, once the moving mirror enters the measurement range of the one interferometer that has moved away from the moving mirror, the measurement value of the remaining interferometer is set as the initial value of the one interferometer, thereby The movement amount of the movable stage can be measured by the interferometer, and the size of the movable mirror is made smaller than the movable range of the movable stage.
[0006]
Further, in these exposure apparatuses, since it is necessary to always perform exposure with an appropriate exposure amount and with high imaging characteristics maintained, a reticle stage for positioning a reticle or a wafer stage for positioning a wafer is used. Is provided with a measuring device for measuring the state of exposure light such as the illuminance and the imaging characteristics such as the projection magnification. For example, the measurement apparatus provided in the wafer stage includes an irradiation amount monitor for measuring the incident energy of exposure light to the projection optical system, and an aerial image detection system for measuring the position and contrast of the projection image. is there. On the other hand, as a measuring apparatus provided on the reticle stage, for example, there is a reference plate on which index marks used for measuring imaging characteristics of a projection optical system are formed.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional exposure apparatus, the exposure amount is optimized by using the measurement device provided on the reticle stage or the wafer stage, and high imaging characteristics are maintained. On the other hand, recent exposure apparatuses are also required to increase the throughput (productivity) of the exposure process when manufacturing semiconductor elements and the like. In addition to increasing the exposure energy per unit time as a method for improving the throughput, the stage driving speed is increased to shorten the stepping time in the batch exposure type, and the stepping time and the scanning exposure type in the scanning exposure type. There is a method for shortening the scanning exposure time.
[0008]
In order to improve the drive speed of the stage in this way, if the stage system is the same size, a drive motor with a larger output may be used. In order to achieve this, it is necessary to reduce the size and weight of the stage system. However, if a drive motor with a larger output is used as in the former case, the amount of heat generated from the drive motor increases. The amount of heat that increases in this way may cause subtle thermal deformation of the stage system, making it impossible to obtain the high positioning accuracy required by the exposure apparatus. Therefore, in order to prevent the deterioration of positioning accuracy and improve the driving speed, it is desired to make the stage system as small and light as possible as in the latter case.
[0009]
In particular, in a scanning exposure type exposure apparatus, the scanning exposure time is shortened by improving the driving speed, and the throughput is greatly improved, and the miniaturization of the stage system also improves the synchronization accuracy between the reticle and the wafer, thereby forming an image. There is a great advantage that the performance and overlay accuracy are improved. However, when the reticle stage or the wafer stage is provided with various measuring devices as in the prior art, it is difficult to reduce the size of the stage.
[0010]
Furthermore, when the reticle stage or wafer stage is equipped with a measuring device for measuring the state of exposure light, imaging characteristics, etc., the measuring device usually comes with a heat source such as an amplifier, During the measurement, the temperature of the measuring device gradually increases due to the exposure light. As a result, the reticle stage or the wafer stage may be slightly thermally deformed, and the positioning accuracy and overlay accuracy may be deteriorated. At present, the degradation of positioning accuracy and the like due to the temperature rise of the measuring device is slight, but as the circuit pattern of semiconductor elements and the like becomes further miniaturized in the future, there is a need to suppress the influence of the temperature rise of the measuring device. Expected to increase.
[0011]
In this regard, the length of the movable mirror can be made smaller than the movable range of the movable stage by using the stage device disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-253304. It cannot contribute much to the miniaturization of itself. Therefore, in order to improve the throughput of the exposure process and to reduce the influence of the irradiation heat of the exposure light, further ingenuity is required.
[0012]
Further, in an exposure apparatus, particularly a projection exposure apparatus, it is required to improve resolution, depth of focus (DOF: Depth of Forcus), line width control accuracy, and the like in addition to throughput improvement. Here, the exposure wavelength is λ, and the numerical aperture of the projection optical system is N.P. A. Then, the resolution R is λ / N. A. And the depth of focus DOF is λ / (NA)2 Is proportional to For this reason, in order to improve the resolution R (reduce the value of R), the exposure wavelength λ is simply reduced, and the numerical aperture N.P. A. When is increased, the DOF becomes too small.
[0013]
In this regard, in order to manufacture a device, a wafer is formed by combining a periodic pattern such as a line and space (L / S) pattern and an isolated pattern such as a contact hole (CH) pattern. Need to be formed on top. Recently, for example, regarding a periodic pattern, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-225514, a technique for improving the resolution without reducing the depth of focus by a so-called modified illumination method has been developed. A phase shift reticle method has also been developed. Similarly, with respect to an isolated pattern, for example, a technique for substantially improving the depth of focus by a method such as controlling the coherence factor of illumination light has been developed.
[0014]
Against the background of such technological trends, the double exposure method has been reviewed as a method for improving the resolution without substantially reducing the depth of focus. That is, if the double exposure method is applied, a reticle pattern for a certain layer is divided into a plurality of reticle patterns according to the type, and each is overlapped and exposed under the optimum illumination conditions and exposure conditions, so that the whole As a result, a wide depth of focus and a high resolution can be obtained. Recently, this double exposure method has been applied to a projection exposure apparatus using a KrF excimer laser, and further an ArF excimer laser as exposure light, for example, to form a device pattern including an L / S pattern with a line width of up to 0.1 μm. Attempts to expose are also being considered.
[0015]
However, if this double exposure method is applied to a projection exposure apparatus having a single wafer stage, it is necessary to repeatedly execute processes such as alignment and exposure serially, so that the throughput is greatly deteriorated. There is an inconvenience. In order to increase the throughput, a projection exposure apparatus has been proposed in which a plurality of wafer stages are provided so that alignment and exposure can be performed in parallel. However, when a plurality of wafer stages are provided in this way, if the position of the movable stage of each wafer stage is simply measured by an interferometer, the measurement beam of the corresponding interferometer is moved when each movable stage moves greatly. For example, when the movable stages are alternately positioned at the exposure positions, it is difficult to quickly position the movable stages in a reproducible state.
[0016]
In view of the above, the present invention provides a stage apparatus having a plurality of functions.UsingThe movable part can be miniaturized in a state where a plurality of functions can be executed, the movable part can be moved at high speed, and the position of the movable part can be measured with high reproducibility.Exposure method and apparatusIt is a first object to provide
[0017]
Furthermore, the present invention includes such a stage device, and positions the reticle or wafer while maintaining the function of measuring the characteristics when transferring the pattern of the reticle or the imaging characteristics of the projection optical system. To provide an exposure apparatus capable of downsizing the movable part forSecondObjective.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided an exposure method for forming a predetermined pattern on a substrate (W) using an exposure beam, the substrate being held by a first stage (WST) and predetermined. And a step of moving the second stage (14) having a measuring device (20) for measuring the state of the exposure beam without holding the substrate independently of the first stage. Measuring the position information of the first stage and the second stage with the first measurement system (15X1, 15X2, 15Y), and predetermined reference positions of the first stage and the second stage And measuring the relative positional relationship with the second measurement system (16, 17A, 17B), and controlling the position of the second stage using the first measurement system. Seeking for
In addition, the following inventions are also described in the embodiments of the present invention. That is,A first stage apparatus according to the present invention includes a plurality of movable stages (WST, 14) arranged to be movable independently of each other along a predetermined moving surface, and one movable stage among the plurality of movable stages. A stage apparatus including a first measurement system (15X1, 15X2, 15Y) that measures a position within a predetermined measurement range, and each of the plurality of movable stages is within the measurement range of the movable stage. And a second measurement system (16, 17A, 17B) for measuring the amount of displacement from a predetermined reference position or the degree of coincidence with the reference position, and the first measurement based on the measurement result of the second measurement system. The measurement value of the system is corrected.
[0020]
According to the first stage apparatus of the present invention, when a plurality of functions such as exposure and characteristic measurement are executed, a movable stage is assigned to each function (or each of a plurality of function groups), and a plurality of functions are assigned. A movable stage (movable part) is provided. As a result, each movable stage can be miniaturized and can be driven at a high speed. However, when a plurality of movable stages are simply provided and a relative displacement measurement system, for example, a uniaxial laser interferometer, is provided as the first measurement system, if each movable stage moves greatly, the measurement beam of the laser interferometer is changed. In order to be interrupted, some origin setting operation is required. Therefore, in the present invention, the second measurement system (16, 17A, 17B) is provided as a kind of absolute value measurement system.
[0021]
When one movable stage (WST) of the plurality of movable stages enters the measurement range from the outside of the measurement range of the first measurement system, the second measurement system (absolute value measurement system) ) To measure the amount of displacement of the movable stage from a predetermined reference position within the measurement range, and for example, by presetting the amount of displacement to the measurement value of the first measurement system, The measured value accurately indicates the position of the movable stage in a reproducible manner. Alternatively, when the second measurement system measures the degree of coincidence (for example, the degree of coincidence between two random patterns), when the degree of coincidence becomes a predetermined level or more, the measurement value of the first measurement system May be reset or preset to a predetermined value. As a result, each movable stage is positioned with high accuracy in a rapidly reproducible state.
[0022]
Next, a second stage apparatus according to the present invention includes a plurality of movable stages (WST1, WST2) that are movably arranged independently of each other along a predetermined moving surface, and one of the plurality of movable stages. A stage device including a first measurement system (87Y3) for measuring the position of a movable stage within a predetermined first measurement range, and the first measurement range for each of the plurality of movable stages. A second measurement system (87Y2, 87Y4) that continuously measures a position within a second measurement range partially overlapping with the two measurement systems based on the measurement results of the first and second measurement systems And a control system (38) for correcting the measurement result.
[0023]
According to the second stage apparatus of the present invention, a plurality of movable stages (WST1, WST2) are provided for performing double exposure, for example. As a result, if, for example, a uniaxial laser interferometer as a relative displacement measurement system is used as the first measurement system, it will deviate from the measurement beam of the laser interferometer when each movable stage is moved greatly. The problem is how to position each movable stage in a reproducible manner. On the other hand, in the present invention, for example, a single-axis (or multiple-axis) laser interferometer as a relative displacement measurement system is used as the first measurement system. When one movable stage of the plurality of movable stages enters the second measurement range from the first measurement range side, for example, the first measurement system and the second measurement system simultaneously By measuring the position of the movable stage and presetting the measured value of the first measurement system in accordance with the rotation angle of the movable stage, the measured value of the second measurement system is preset. Is transferred to the second measurement system. Thereafter, the movable stage can be positioned with high accuracy in a reproducible state using the second measurement system.
[0024]
In this case, the first measurement system and the second measurement system have interference orders (integers) N1, N2 and phases (rad) φ1, φ2 (this is, for example, a phase difference between a reference signal and a measurement signal in the heterodyne interference method). And a function f (λ) of the wavelength λ of the measurement beam, f (λ) {N1 + φ1 / (2π)} and f (λ) {N2 + φ2 / (2π)} The position may be measured. When the measurement of the second measurement system becomes possible and the position of the movable stage is simultaneously measured by the first measurement system and the second measurement system, the measurement value of the first measurement system and the movable stage are measured. Of the second measurement system is estimated from the rotation angle of the second measurement system, and the second order is calculated from the second order N2 ′, the phase φ2 ′, and the phase φ2 measured by the second measurement system. It is desirable to determine a preset value of the order N2 of the measurement system. Thereafter, the measurement value of the second measurement system is set to f (λ) {N2 + φ2 / (2π)}, so that the second measurement can be performed even if a measurement error of the rotation angle of the movable stage occurs to some extent. The position of the movable stage can be measured with the inherent reproduction accuracy of the system. The function f (λ) is λ / m using an integer m of 2 or more as an example.
[0025]
Next, the first exposure apparatus according to the present invention is an exposure apparatus provided with the stage apparatus of the present invention, in which different patterns are formed on the plurality of movable stages (RST1, RST2) of the stage apparatus. (R1, R2) is placed, and the mask patterns on the plurality of movable stages are transferred onto the substrate (W1) while being alternately positioned.
[0026]
According to the first exposure apparatus of the present invention, exposure can be performed using the double exposure method, and the resolution and the depth of focus can be improved. Further, since the stage apparatus of the present invention is provided, for example, when the position of the movable stage is measured by a laser interferometer, the movable mirror installed on the movable stage should be made smaller than the movable range of the movable stage. And the weight of the movable stage can be reduced. Therefore, it becomes easy to move the movable stage at high speed, and throughput can be improved.
[0027]
Next, a second exposure apparatus according to the present invention is an exposure apparatus provided with the stage apparatus of the present invention, and the first movable stage (RST) of the plurality of movable stages (RST, 5) of the stage apparatus. A mask (R) is placed thereon, and a characteristic measuring device (6) for measuring the characteristics when the mask pattern is transferred is placed on the second movable stage (5). The pattern R) is transferred onto the substrate (W).
[0028]
According to the second exposure apparatus of the present invention, the first movable stage (RST) used for the original exposure is provided with only a minimum function necessary for the exposure, thereby providing the first exposure stage. Since the size of the movable stage can be minimized, it is possible to improve the throughput by reducing the size and weight of the stage. On the other hand, the characteristic measurement device (6) for measuring the characteristics when transferring the pattern of the mask (R) is not directly required for exposure, and is mounted on another second movable stage (5). The characteristics when the mask pattern is transferred can also be measured. Moreover, since the stage apparatus of the present invention is provided, the positions of the plurality of movable stages can be measured with high accuracy.
[0029]
Next, a third exposure apparatus according to the present invention is an exposure apparatus provided with the stage apparatus of the present invention, and the substrates (W1, W2) are respectively disposed on the plurality of movable stages (WST1, WST2) of the stage apparatus. The predetermined mask pattern is alternately exposed on the plurality of substrates while the plurality of movable stages are alternately positioned at the exposure position.
[0030]
According to the third exposure apparatus of the present invention, an exposure operation is performed on one of the plurality of movable stages (WST1, WST2) while the other movable stage (WST2) is a substrate. Loading / unloading and alignment operations can be performed, and throughput can be improved. Moreover, since the stage apparatus of the present invention is provided, the positions of the plurality of movable stages can be measured with high accuracy.
[0031]
Next, a fourth exposure apparatus according to the present invention is an exposure apparatus including the stage apparatus of the present invention and a projection optical system (PL), and the plurality of movable stages (WST, 14) of the stage apparatus. A characteristic measuring device (20) for placing the substrate (W) on the first movable stage (WST) and measuring the imaging characteristics of the projection optical system on the second movable stage (14). A predetermined mask pattern is placed on the substrate on the first movable stage and exposed through the projection optical system.
[0032]
According to the fourth exposure apparatus of the present invention, the first movable stage (WST) used for the original exposure is provided with only the minimum functions necessary for the exposure, so that the first Throughput can be improved by reducing the size and weight of the movable stage (WST). On the other hand, the characteristic measurement device (20) for measuring the imaging characteristics of the projection optical system is not directly required for exposure, and is mounted on another second movable stage (14). It can be measured. Moreover, since the stage apparatus of the present invention is provided, the positions of the plurality of movable stages can be measured with high accuracy.
[0033]
Next, a first positioning method according to the present invention is a positioning method using the stage apparatus of the present invention, and one movable stage (WST) among the plurality of movable stages (WST, 14) is the first. When entering the measurement range of one measurement system, the amount of displacement of the movable stage from a predetermined reference position within the measurement range or the degree of coincidence with the reference position is measured by the second measurement system. Based on the measurement result, the measurement value of the first measurement system is corrected. According to such a positioning method, the plurality of movable stages can be positioned with high accuracy in a state where each of the movable stages is easily reproducible.
[0034]
Next, a second positioning method according to the present invention is a positioning method using the stage apparatus of the present invention, and one of the plurality of movable stages (WST1, WST2) is subjected to the second measurement. When entering the first measurement range from the range side, the position of the movable stage is simultaneously measured by the first and second measurement systems, and the measurement result of the first measurement system is calculated based on the measurement result. It matches the measurement result of the second measurement system. According to such a positioning method, the plurality of movable stages can be positioned with high accuracy in a state where each of the movable stages is easily reproducible.
[0035]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. In this example, the present invention is applied to a step-and-scan type projection exposure apparatus.
FIG. 1 shows a projection exposure apparatus of this example. In FIG. 1, during exposure, an exposure light source, a beam shaping optical system, a fly-eye lens for uniforming illuminance distribution, a light amount monitor, a variable aperture stop, a field stop, and The exposure light IL emitted from the
[0036]
The image of the pattern in the illumination area 9 (see FIG. 3) of the reticle R by the exposure light IL is projected at the projection magnification β (β is 1/4 times, 1/5 times, etc.) via the projection optical system PL. The image is reduced and projected onto a slit-shaped
[0037]
First, reticle R is held on reticle stage RST by vacuum suction, and reticle stage RST is placed on two
[0038]
FIG. 3 is a plan view showing the reticle stage RST and the
[0039]
A
[0040]
As described above, in this example, the
[0041]
Further, the
[0042]
Note that the side surfaces orthogonal to the reticle stage RST may be mirror-finished, and these mirror surfaces may be regarded as the
Further, in this example, as shown in FIG. 1, the amount of misalignment between the alignment mark (reticle mark) formed on the reticle R and the reference mark (not shown) on the corresponding wafer stage above the reticle R. A pair of reticle alignment microscopes RA and RB are arranged for detecting. A straight line passing through the detection centers of the reticle alignment microscopes RA and RB is parallel to the X axis, and the center of these detection centers coincides with the optical axis AX. In this example, using the reticle alignment microscopes RA and RB corresponding to the second measurement system (absolute value measurement system) of the present invention, the reference marks MC1 and MC2 on the reticle stage RST shown in FIG. The positions of the upper reference marks MD1, MD2 are detected.
[0043]
When the imaging stage is measured, when the reticle stage RST is retracted in the + Y direction and the
[0044]
Thereafter, the laser interferometers 7X1 and 7X2 measure the position of the
[0045]
On the other hand, during measurement, the position of reticle stage RST in the non-scanning direction is not measured. However, if reticle stage RST reaches under
[0046]
Returning to FIG. 1, wafer W is held on wafer stage WST via a wafer holder (not shown), and wafer stage WST is placed on
[0047]
FIG. 2 is a plan view showing wafer stage WST and
[0048]
Wafer stage WST of this example has only the minimum functions necessary for exposure. That is, wafer stage WST includes a focus / leveling machine, and a wafer holder (bottom side of wafer W) for attracting and holding wafer W and reference mark MA for measuring the position of wafer stage WST are mounted on wafer stage WST. The formed
[0049]
Further, as shown in FIG. 1, an off-axis type image processing type
[0050]
Further, the surface of
[0051]
A condenser lens and a photoelectric sensor are arranged on the bottom surface side of the X-axis slit 21X and the Y-
[0052]
Further, the detection signal of the photoelectric sensor at the bottom of the
[0053]
In FIG. 2, a sensor such as a
[0054]
Further, a laser beam is irradiated from the
[0055]
When measuring the incident energy of the exposure light or the like, the laser beams for position measurement are applied to the
FIG. 4 shows an example of the arrangement of wafer stage WST and
[0056]
On the other hand, at the time of exposure, as shown in FIG. 2, the
[0057]
Returning to FIG. 1, although not shown, an oblique incidence type focus position detection system (AF sensor) for measuring the focus position of the surface of the wafer W is arranged on the side surface of the projection optical system PL, and this detection is performed. Based on the result, the surface of the wafer W during scanning exposure is focused on the image plane of the projection optical system PL.
Next, the operation of the projection exposure apparatus of this example will be described. First, the incident light quantity of the exposure light IL with respect to the projection optical system PL is measured using the
[0058]
The
[0059]
Then, the
[0060]
Next, by detecting the position of a wafer mark attached to a predetermined shot area (sample shot) on the wafer W via the
[0061]
Further, during exposure, for example, the light amount of the light beam branched from the exposure light IL in the
[0062]
The above is the normal exposure, but when the apparatus state is measured for maintenance of the projection exposure apparatus of this example, the
[0063]
Next, an operation for measuring the imaging measurement of the projection optical system PL using the
[0064]
At this time, as already described, images of a plurality of index marks IM are projected on the wafer stage side via the projection optical system PL. In this state, in FIG. 4, the
[0065]
As described above, in the projection exposure apparatus of this example, the positions of the reference marks MA and MB are detected by the
[0066]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this example, the present invention is applied to a step-and-scan projection exposure apparatus that performs exposure by a double exposure method.
FIG. 5 shows a schematic configuration of the projection exposure apparatus of this example. In FIG. 5, the projection exposure apparatus of this example holds wafers W1 and W2 each having a
[0067]
First, the stage device is floated and supported on a
[0068]
More specifically, air pads (not shown) (for example, vacuum preload type air bearings) are provided at a plurality of locations on the bottom surfaces of wafer stages WST1 and WST2, and the air ejection force and the vacuum preload between the air pads are reduced. For example, the wafer stages WST1 and WST2 are levitated and supported on the
[0069]
FIG. 7 shows a drive mechanism for wafer stages WST1 and WST2. In FIG. 7, two X-axis
[0070]
Two of the X-axis
[0071]
On the other hand, a set of permanent magnets (not shown) surrounding one Y-axis
[0072]
That is, in this example, the wafer stage is constituted by the X-axis
[0073]
Note that slight yawing can be generated or removed from wafer stage WST1 by slightly changing the thrust balance of the pair of X-axis
[0074]
Further, the −X direction and + Y direction side surfaces of wafer stage WST1 are reflecting
[0075]
In FIG. 5, as the projection optical system PL1, a refracting optical system composed of a plurality of lens elements having a common optical axis in the Z direction and having a predetermined reduction magnification, eg, 1/5, is telecentric on both sides. . A catadioptric system or a reflective system may be used as the projection optical system PL1.
On both sides of the projection optical system PL1 in the X direction, as shown in FIG. 5, off-axis
[0076]
In this case, one
[0077]
Although not shown, each of the projection optical system PL1 and
[0078]
Next, the reticle driving mechanism will be described with reference to FIGS. This reticle drive mechanism holds reticle R1 on
[0079]
More specifically, as shown in FIG. 6, these reticle stages RST1 and RST2 are installed in series in the scanning direction (Y direction), and on the
[0080]
On these reticle stages RST1 and RST2,
[0081]
In this example, the interval between the measurement beams 91X1 to 91X5 in the Y direction is set to be shorter than the width in the Y direction of the
[0082]
On the other hand, in FIG. 6, corner cubes 89 </ b> A and 89 </ b> B as a pair of movable mirrors are installed at the end portion in the −Y direction along the scanning direction of the first reticle stage RST <b> 1. Then, from a pair of double-pass interferometers (not shown), these corner cubes 89A and 89B are each measured with two measurement beams (represented by one measurement beam in FIG. 6). 91Y1 and 91Y2 are irradiated, and relative displacement in the Y direction of reticle stage RST1 is measured with respect to a predetermined reference plane by a pair of interferometers (not shown). In addition, a pair of
[0083]
The measurement values of these double-pass interferometers are also supplied to the
[0084]
Next, an interferometer system for managing the positions of wafer stages WST1 and WST2 will be described with reference to FIGS.
As shown in FIGS. 5 to 7, the wafer passes along the axis parallel to the X axis through the center (optical axis AX1) of the projection image of the projection optical system PL1 and the detection centers of the
[0085]
In this case, as shown in FIG. 6, the measurement beams 92X2 and 92X5 are triaxial laser beams capable of measuring displacement independently of each other, and therefore the corresponding interferometers 87X2 and 87X5 are respectively connected to the wafer stage WST1. In addition to measuring the position of WST2 in the X direction, it is possible to measure the tilt angle (rotation angle about the Y axis) and yaw angle (rotation angle about the Z axis) of each stage. In this case, the wafer stages WST1 and WST2 of this example are for performing minute driving in the Z direction, driving of the tilt angle, and rotational driving about the Z axis, respectively, as shown in FIG. Although the Z leveling stages LS1 and LS2 are provided, the Z leveling stages LS1 and LS2 are actually in a portion lower than the reflecting
[0086]
The X-axis measurement beams 92X2 and 92X5 are always applied to the reflecting
[0087]
Further, as shown in FIGS. 6 and 7, the side surfaces in the + Y direction of wafer stages WST1 and WST2 are processed into reflecting
[0088]
Accordingly, the measurement beams of the Y-axis interferometers 87Y1, 87Y3, 87Y5 may deviate from the reflecting
[0089]
Note that the measurement beams 92Y1, 92Y3, and 92Y5 for position measurement in the Y direction are each composed of a biaxial laser beam that can perform position measurement independently in the Z direction, and therefore the corresponding interferometers 87Y1, 87Y3. 87Y5 can also measure the tilt angle (tilt angle) around the X axis in addition to the Y-direction positions of the reflecting
[0090]
Next, the illumination system and control system of this example will be described with reference to FIG. In FIG. 5, the exposure light source KrF, ArF, or F2Exposure light consisting of pulsed laser light emitted from a
[0091]
Next, the control system of this example is composed of an
[0092]
Thereafter, the
[0093]
When both stages RST1 and WST1 are driven at a constant speed with the projection magnification ratio being within a predetermined synchronization error, the
[0094]
In addition, the reticle R1 and the wafer W1 are prevented from leaking exposure light that has passed through the outside of the pattern area on the reticle R1 (outside the light shielding band) in the vicinity of the edge of each shot area on the wafer W1 during scanning exposure. The movable blind 64 is driven and controlled by the
[0095]
Next, as described above, a plurality of interferometers whose measurement ranges partially overlap are arranged on reticle stages RST1 and RST2 and wafer stages WST1 and WST2 in this example, and the measurement values of the interferometers Are sequentially delivered. Hereinafter, taking wafer stage WST2 of FIG. 7 and two Y-axis interferometers 87Y3 and 87Y4 as an example, the interferometer measurement value delivery operation, that is, the interferometer measurement value preset operation will be described with reference to FIGS. This will be described with reference to FIG.
[0096]
First, when wafer stage WST2 in the position of FIG. 7 moves in the −X direction, measurement beam 92Y4 does not enter
[0097]
FIG. 8A is a plan view showing wafer stage WST2 in FIG. 7. In FIG. 8A, the displacement of wafer stage WST2 in the X direction is changed by X-axis interferometer 87X5, and the wafer stage. The displacement of WST2 in the Y direction is measured by two interferometers 87Y3 and 87Y4. The distance DX2 in the X direction between the measurement beams 92Y3 and 92Y4 of the interferometers 87Y3 and 87Y4 is narrower than the width DX1 in the X direction of the reflecting
[0098]
Here, each of the interferometers 87Y4 and 87Y3 of this example is a heterodyne interferometer type laser interferometer, which is a common two-frequency oscillation laser (not shown) having a wavelength of 633 nm, for example, He-Ne as a light source for the measurement beam. Laser light source) is used. From this two-frequency oscillation laser, first and second light beams having polarization directions orthogonal to each other and having a predetermined frequency difference Δf (for example, about 2 MHz) are emitted coaxially as heterodyne beams. For example, the reference signal SR having the frequency Δf is generated by photoelectrically converting the interference light branched by about 1/10 and mixed by the analyzer, and the reference signal SR is generated by the
[0099]
Further, the first and second heterodyne beams obtained by branching the above heterodyne beam by about 1/10 are supplied to interferometers 87Y3 and 87Y4, and the interferometer 87Y4 performs polarization of the second heterodyne beam. One of the two light beams whose directions are orthogonal to each other is used as a measurement beam 92Y4 and the other is used as a reference beam (not shown), and the reference beam is reflected by a reference mirror (not shown). Then, the interference signal obtained by mixing the reflected reference beam and the measurement beam 92Y4 reflected by the reflecting
[0100]
At this time, the wavelength of the measurement beams 92Y3 and 92Y4 is λ, and the
[0101]
Similarly, in the interferometer 87Y3, the phase difference φ1 between the measurement signal S1 obtained from the measurement beam 92Y3 and the reference signal SR, the integer N1 that increases or decreases every time the phase difference φ1 crosses 2π or 0, and λ The measured value P1 calculated from / m is sent to the
[0102]
Since the X-axis interferometer 87X5 of this example includes two laser beams separated in the Y direction as shown in FIG. 6, the measurement value of the X coordinate of the reflecting
[0103]
In the
[0104]
Now, in FIG. 8A, it is assumed that wafer stage WST2 further moves in the −X direction and reaches the position shown in FIG. 8B. In FIG. 8B, the measurement beam 92Y4 of the interferometer 87Y4 deviates from the reflecting
[0105]
First, the rotation angle θW2 (substantially close to 0 (rad)) of wafer stage WST2 is measured by measurement beam 92X5 (two laser beams) of X-axis interferometer 87X5. In this state, in FIG. 8A, the Y coordinate measurement value P1 by the interferometer 87Y3 using the measurement beam 92Y3 is obtained. However, the measurement value P1 is a direct measurement value before offset correction is performed. Then, for example, in the
[0106]
That is, the calculation unit in the
P2 ′ = P1 + DX2 · θW2 + (P20−P10)
[0107]
For example, if the measurement accuracy of the rotation angle measurement value θW2 is high, the estimated value P2 ′ may be preset as the current measurement value P2 of the interferometer 87Y4. However, since the measurement value θW2 may include a certain amount of measurement error, the calculation unit uses the specified value by utilizing the fact that the interferometer 87Y4 can measure the absolute position in units of width λ / m. P2 ′ is decomposed into an integral part and a fractional part. Therefore, the remaining value of N2 times the length λ / m in the estimated value P2 ′ of the measurement value of the interferometer 87Y4 is the fraction ε2 / (2π). That is, the
[0108]
N2 = g {P2 '/ (λ / m)} (1)
[epsilon] 2 = {P2 '/ ([lambda] / m) -N2} (2 [pi]) (2)
Here, g {X} is a function that gives a maximum integer not exceeding X. As will be described in detail later, the
[0109]
FIG. 9 shows a part of the
[0110]
At the time of measurement, the
[0111]
10A to 10C, the horizontal axis represents the phase difference between the reference signal and the measurement signal, and in particular, shows the phase difference in the range of the order of interference k = N−1, k = N, k = N + 1. Show. The phase difference changes by 2π within one order. FIG. 10A shows a case where the absolute value of the difference between the actual phase difference φ2 and the estimated phase difference value ε2 is smaller than π (| φ2−ε2 | <π). In this case, since the actual phase difference φ2 is within the order N as shown in the figure, the order of interference is N as the estimated value, and the order preset value N ′ = N. FIG. 10B shows a case where the value obtained by subtracting the estimated phase value ε2 from the actual phase difference φ2 is larger than π (φ2−ε2> π). In this case, as shown in the figure, since the actual phase difference φ2 is within the order N−1, the preset value N ′ is set to N ′ =
[0112]
The
P2 = (λ / m) · N ′ + (λ / m) (φ2 / 2π) (3)
As a result, the measured value P2 of the interferometer 87Y4 is substantially restored to the original value, and the measured value of the interferometer 87Y3 is accurately transferred to the interferometer 87Y4.
[0113]
As described above, in this example, when setting a preset value for the first interferometer in which the reflected light from the mirror surface can be obtained again, the preset value is calculated from the measured values of the other second interferometers. The measured value is used as an estimated value for determining the order of interference (N1 or N2) of the first interferometer, and the estimated order of interference and the phase difference (absolute) measured by the first interferometer Based on (phase) φ, the preset value of the interference order (N1 or N2) of the first interferometer, and hence the preset value of the measurement value of the interferometer, is determined. At this time, since the measurement beam has once deviated from the mirror surface, the interference order N2 or N1 is unknown, but since the interference order is calculated from the measurement values of other interferometers, The preset value can be set with accuracy specific to the interferometer.
[0114]
It should be noted that when the apparatus is started up or when measurement errors are mixed into all measurement values for some reason and it is necessary to reset the measurement values of all interferometers, in FIG. It is necessary to send N2 = 0 and set the output (preset value) RE (= 0) of the
[0115]
Further, the output P2 of the
[0116]
In this example, when wafer stage WST2 moves, one of the measurement beams from interferometers 87Y3 to 87Y5 needs to be irradiated to
[0117]
Further, in the interferometers 83X1 to 83X5 for measuring the positions of the reticle stages RST1 and RST2 in FIG. 6, the initial values (preset values) of the interferometers are set in the same manner, and the measurement values are transferred based on the settings. Is done.
Next, the projection exposure apparatus of this example is provided with first and second transfer systems for exchanging wafers with wafer stages WST1 and WST2, respectively.
[0118]
As shown in FIG. 11, the first transfer system performs wafer exchange with wafer stage WST1 at the left wafer loading position as described later. The first transport system includes a
[0119]
The operation of exchanging wafers by the first transfer system will be briefly described. Here, as shown in FIG. 11, a case will be described where wafer W1 'on wafer stage WST1 at the left wafer loading position and wafer W1 transferred by the first wafer loader are exchanged.
First,
[0120]
In addition, as shown in FIG. 12, the second transfer system that transfers the wafer to and from wafer stage WST2 is symmetrical with the first transfer system, and has a second loading guide 96B and the second loading guide. The
[0121]
Next, parallel processing by the two wafer stages WST1 and WST2 of the projection exposure apparatus of this example will be described with reference to FIGS.
In FIG. 11, while the wafer W2 on the wafer stage WST2 is being exposed via the projection optical system PL1, the left stage loading position between the wafer stage WST1 and the first transfer system as described above. The top view of the state in which the exchange of the wafer is performed is shown. In this case, an alignment operation is performed on wafer stage WST1 as described later following the wafer exchange. In FIG. 11, the position control of wafer stage WST2 during the exposure operation is performed based on the measurement values of measurement beams 92X5 and 92Y3 of the interferometer system, and the position of wafer stage WST1 where the wafer replacement and alignment operations are performed. The control is performed based on the measurement values of the measurement beams 92X2 and 92Y1 of the interferometer system. For this reason, the
[0122]
Search alignment is performed following the wafer exchange and initial value setting of the interferometer. The search alignment performed after the wafer exchange is a pre-alignment performed again on wafer stage WST1 because the position error is large only by the pre-alignment performed during transfer of wafer W1. Specifically, the positions of three search alignment marks (not shown) formed on wafer W1 placed on stage WST1 are measured using an LSA sensor or the like of
[0123]
After the search alignment is completed, fine alignment is performed in which the arrangement of each shot area on the wafer W1 is obtained by an EGA (enhanced global alignment) method. Specifically, the wafer stage WST1 is sequentially moved based on the design shot arrangement data (alignment mark position data) while managing the position of the wafer stage WST1 by the interferometer system (measurement beams 92X2 and 92Y1). In the meantime, the alignment mark position of a predetermined shot area (sample shot) on the wafer W1 is measured by an FIA sensor or the like of the
[0124]
Then, while wafer exchange and alignment operations are being performed on wafer stage WST1, the wafer stage WST2 side uses two reticles R1 and R2 to continuously perform step-and-step while changing exposure conditions. Double exposure is performed by a scanning method.
Specifically, fine alignment by the EGA method is performed in advance in the same manner as on the wafer W1 side described above, and shots on the wafer W2 are sequentially formed based on the shot arrangement data on the wafer W2 obtained as a result. After the area is moved below the optical axis of the projection optical system PL1, the reticle stage RST1 (or RST2) of FIG. 6 and the wafer stage WST2 in FIG. Exposure is performed. Such exposure for all the shot areas on the wafer W2 is continuously performed even after reticle replacement. As a specific exposure sequence of double exposure, after sequentially performing scanning exposure on each shot area of the wafer W2 using the reticle R2, the reticle stages RST1 and RST2 are moved by a predetermined amount in the + Y direction to advance the reticle R1. After setting to the start position, scanning exposure is performed. At this time, since the exposure conditions (illumination conditions such as annular illumination, modified illumination, and exposure amount) and the transmittance are different between the reticle R2 and the reticle R1, it is necessary to change each condition based on exposure data and the like in advance. There is. The operation of each part during double exposure of the wafer W2 is also controlled by the
[0125]
In the above-described exposure sequence and wafer exchange / alignment sequence performed in parallel on the two wafer stages WST1 and WST2 shown in FIG. 11, the wafer stage that has been completed first is in a waiting state, and both operations are completed. At the time, wafer stages WST1 and WST2 are controlled to move to the positions shown in FIG. Then, wafer W2 on wafer stage WST2 for which the exposure sequence has been completed is exchanged at the right loading position, and wafer W1 on wafer stage WST1 for which the alignment sequence has been completed is subjected to the exposure sequence under projection optical system PL1. Is called. In the right loading position shown in FIG. 12, the wafer exchange operation and the alignment sequence described above are executed as in the left loading position.
[0126]
As described above, in this example, while the two wafer stages WST1 and WST2 are independently moved in the two-dimensional direction, the exposure sequence and the wafer exchange / alignment sequence are performed in parallel for the wafers W1 and W2 on each wafer stage. By doing so, throughput is improved. However, when two operations are simultaneously performed using two wafer stages, the operation performed on one wafer stage may affect the operation performed on the other wafer stage as a disturbance factor. Conversely, there is an operation in which an operation performed on one wafer stage does not affect an operation performed on the other wafer stage. Therefore, in this example, among the operations that are processed in parallel, the operations that do not become disturbance factors are divided into the operations that cause disturbances, or the operations that do not cause disturbances are performed simultaneously. Timing adjustment is achieved.
[0127]
For example, during scanning exposure, since the wafer W1 and the reticles R1 and R2 are synchronously scanned at a constant speed, it is not a disturbance factor and it is necessary to eliminate other disturbance factors as much as possible. For this reason, during scanning exposure on one wafer stage WST1, timing adjustment is performed so as to be stationary in an alignment sequence performed on wafer W2 on the other wafer stage WST2. That is, since the measurement in the alignment sequence is performed in a state where wafer stage WST2 is stationary, it is not a disturbance factor for scanning exposure, and mark measurement can be performed in parallel during scanning exposure. On the other hand, even in the alignment sequence, during scanning exposure, since the motion is constant, it is possible to perform high-precision measurement without causing disturbance.
[0128]
The same thing can be considered at the time of wafer exchange. In particular, vibration generated when the wafer is transferred from the load arm to the center up can be a disturbance factor. Therefore, before scanning exposure or during acceleration / deceleration before and after synchronous scanning is performed at a constant speed (disturbance factor) The wafer may be delivered according to the above. These timing adjustments are performed by the
[0129]
Furthermore, in this example, since double exposure is performed using a plurality of reticles, an effect of improving high resolution and DOF (depth of focus) can be obtained. However, in this double exposure method, since the exposure process must be repeated at least twice, when a single wafer stage is used, the exposure time becomes longer and the throughput is significantly reduced. However, by using the projection exposure apparatus including the two wafer stages of this example, the throughput can be greatly improved, and the high resolution and the effect of improving the DOF can be obtained.
[0130]
Note that the scope of application of the present invention is not limited to this, and the present invention can also be suitably applied to exposure by a single exposure method. By using two wafer stages, it is possible to obtain a throughput that is almost twice as high as when a single exposure method is performed using one wafer stage.
In the second embodiment, a measurement stage for measuring the state of exposure light or imaging characteristics may be further provided as in the first embodiment. In this example, the wafer stage is driven by a combination of one-dimensional motors, but it may be driven two-dimensionally by a planar motor as in the first embodiment.
[0131]
The projection exposure apparatus of the present embodiment assembles a reticle stage RST (RST1, RST2) and wafer stage WST (WST1, WST2) made up of a number of mechanical parts, and a projection optical system PL (PL1) composed of a plurality of lenses. ) Optical adjustment and further comprehensive adjustment (electrical adjustment, operation check, etc.).
The projection exposure apparatus is preferably manufactured in a clean room where the temperature, cleanliness, etc. are controlled.
[0132]
In the above embodiment, the present invention is applied to the step-and-scan type projection exposure apparatus. However, the present invention is not limited to this, and the step-and-repeat type projection exposure apparatus and the proximity-type projection exposure apparatus. The present invention can also be applied to an exposure apparatus, an exposure apparatus that uses EUV light such as X-rays as an exposure beam, and a charged particle beam exposure apparatus that uses an electron beam (energy beam) as a light source (energy beam). Further, not only the exposure apparatus but also an inspection apparatus using a stage for positioning a wafer or the like, a repair apparatus, or the like may be used.
[0133]
In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, Of course, a various structure can be taken in the range which does not deviate from the summary of this invention.
[0134]
【The invention's effect】
The present inventionAccordingly, by providing a stage for each individual function or for each of a plurality of predetermined function groups, each stage can be miniaturized and driven at high speed and with high accuracy. In addition, each of the plurality of stages can be moved within a range larger than the measurement range of the first measurement system, and when each stage enters the measurement range of the first measurement system, the first measurement system Therefore, the position of the stage can be measured with high reproducibility and high accuracy.
[0135]
next,The present inventionAccordingly, the positions of the plurality of stages can be measured with high accuracy with a wide measurement range and high reproducibility. Further, since the stage position can be measured with high accuracy by the first measurement system simply by matching the measurement result of the first measurement system with the measurement result of the second measurement system, the throughput can be improved.
[0137]
next,The present inventionAccording to the present invention, since the first stage used for the original exposure has only the minimum functions necessary for exposure, the size of the first stage can be minimized. Throughput can be improved by reducing size and weight. On the other hand, the measuring device for measuring the characteristics when transferring the mask pattern, which is not directly required for the exposure, is mounted on another second stage, and therefore the characteristics when transferring the mask pattern. Can also be measured. Further, the positions of the plurality of stages can be measured with high accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic block diagram of a projection exposure apparatus according to a first embodiment of the present invention.
2 is a plan view showing wafer stage WST and
3 is a plan view showing reticle stage RST and
FIG. 4 is a plan view for explaining the case of measuring the state of exposure light using the
FIG. 5 is a schematic block diagram of a projection exposure apparatus according to a second embodiment of the present invention.
6 is a perspective view showing a positional relationship between two wafer stages WST1, WST2, two reticle stages RST1, RST2, projection optical system PL1, and
7 is a plan view showing a configuration of a drive mechanism for the wafer stage of FIG. 5. FIG.
FIG. 8 is a diagram for explaining measurement value setting of an interferometer implemented in a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a schematic configuration of a part of a signal processing system used in an interferometer system according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of signal processing in the interferometer system according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a plan view showing a state where a wafer exchange / alignment sequence and an exposure sequence are performed using two wafer stages WST1 and WST2.
12 is a view showing a state where the wafer exchange / alignment sequence and the exposure sequence in FIG. 11 are switched.
[Explanation of symbols]
MA, MB, MC1, MC2, MD1, MD2 ... reference mark, R, R1, R2 ... reticle, RA, RB ... reticle alignment microscope, RST, RST1, RST2 ... reticle stage, W, W1, W2 ... wafer, WST, WST1, WST2 ... wafer stage, 5 ... measurement stage, 7X1,7X2,7Y, 8Y, 15X1,15X2,15Y ... laser interferometer, 10 ... main control system, 11 ... imaging characteristic calculation system, 13 ... surface plate, DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記基板を保持して所定の領域を移動可能な第1のステージと、
前記基板を保持せず、前記第1のステージとは独立して移動可能な第2のステージと、
前記第2のステージに設けられて前記露光ビームの状態を計測する計測装置と、
前記第1のステージ及び前記第2のステージの位置情報を計測する第1測定系と、
前記第1のステージ及び前記第2のステージの所定の基準位置からの相対位置関係を計測する第2測定系と、
前記第1測定系を用いて前記第2のステージの位置制御を行っている際に、前記第2測定系が前記第2のステージに対して求めた計測結果を用いて前記第1測定系による前記第2のステージに関する計測値を補正するとともに、前記計測装置を用いて前記露光ビームの状態の計測を行う制御装置と、を有することを特徴とする露光装置。An exposure apparatus that forms a predetermined pattern on a substrate using an exposure beam ,
A first stage that holds the substrate and is movable in a predetermined area ;
A second stage that does not hold the substrate and is movable independently of the first stage;
A measuring device provided on the second stage for measuring the state of the exposure beam ;
A first measurement system for measuring positional information of the first stage and the second stage ;
A second measurement system for measuring a relative positional relationship from a predetermined reference position of the first stage and the second stage;
When the position of the second stage is controlled using the first measurement system, the measurement result obtained by the second measurement system for the second stage is used for the first measurement system. An exposure apparatus comprising: a control device that corrects a measurement value related to the second stage and measures the state of the exposure beam using the measurement device.
前記第2のステージは、前記計測装置が前記露光ビームの照射位置に位置するように位置制御されることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の露光装置。 6. The exposure apparatus according to claim 1, wherein the second stage is position-controlled such that the measurement apparatus is positioned at an irradiation position of the exposure beam.
前記基板を第1のステージで保持して所定の領域を移動させる工程と、
前記基板を保持せず、前記露光ビームの状態を計測する計測装置を有する第2のステージを前記1のステージとは独立して移動させる工程と、
前記第1のステージ及び前記第2のステージの位置情報を第1測定系で計測する工程と、
前記第1のステージ及び前記第2のステージの所定の基準位置からの相対位置関係を第2測定系で計測する工程と、
前記第1測定系を用いて前記第2のステージの位置制御を行い、前記第2測定系が前記第2のステージに対して求めた計測結果を用いて前記第1測定系による前記第2のステージに関する計測値を補正するとともに、前記計測装置を用いて前記露光ビームの状態の計測を行う工程と、を有することを特徴とする露光方法。 An exposure method for forming a predetermined pattern on a substrate using an exposure beam ,
Holding the substrate on a first stage and moving a predetermined area;
Moving the second stage having a measuring device for measuring the state of the exposure beam without holding the substrate independently of the first stage ;
Measuring position information of the first stage and the second stage with a first measurement system ;
Measuring a relative positional relationship from a predetermined reference position of the first stage and the second stage with a second measurement system ;
Position control of the second stage is performed using the first measurement system, and the second measurement system uses the measurement result obtained by the second measurement system for the second stage. And a step of correcting a measurement value related to the stage and measuring the state of the exposure beam using the measurement apparatus.
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