JP4613910B2 - 露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、マスクのパターンを基板に転写する露光装置、及び当該露光装置を用いたデバイス製造方法に関する。
本願は、2004年10月8日に出願された特願2004−296375号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
半導体素子、液晶表示素子、撮像装置(CCD(Charge Coupled Device)等)、薄膜磁気ヘッド等のデバイスの製造工程の一つであるリソグラフィ工程においては、マスクとしてのレチクルのパターンを、投影光学系を介して基板としてのフォトレジストが塗布されたウェハ(又はガラスプレート等)上に転写露光するために、露光装置が使用されている。この露光装置としては、ステッパー等の一括露光型(静止露光型)の投影露光装置、又はスキャニングステッパー等の走査露光型の投影露光装置(走査型露光装置)等が使用されている。
近年においては、デバイスに形成するパターンのより一層の高集積化に対応するために、投影光学系の更なる高解像度化が望まれており、このため露光光の短波長化及び投影光学系の開口数(NA)の増大化(大NA化)が図られている。しかしながら、露光光の短波長化及び投影光学系の大NA化は、露光装置の解像力を向上させるものの焦点深度が浅く(狭く)なってしまう。そこで、実質的に露光波長を短くして、且つ空気中に比べて焦点深度を深く(広く)する方法として液浸法を利用した露光装置が注目されるようになってきた。この液浸法を利用した露光装置としては、例えば以下の特許文献1に示されている通り、投影光学系の下面と基板表面との間を水又は有機溶媒等の液体で局所的に満たした状態で露光を行うものが知られている。この露光装置は、液体中での露光光の波長が空気中の1/n倍(nは液体の屈折率で、1.2〜1.6程度)になることを利用して解像度の向上及び焦点深度の拡大を図っている。
また、近時においては、以下の特許文献2,3に示されている通り、基板ステージとは独立して二次元面内で移動可能に構成され、計測に用いられる各種の計測器が設けられたステージ(計測ステージ)を備えた露光装置も案出されている。この計測ステージを用いる場合には、基板ステージには基板の露光の際に必要最低限の構成部材のみを設ければよいため、基板ステージの小型化及び軽量化を図ることができる。これにより、基板ステージを駆動する駆動機構(モータ)の小型化及び駆動機構の発熱量の低減を実現することができ、この結果として基板ステージの熱変形及び露光精度の低下を極力低減することができる。
国際公開第99/49504号パンフレット 特開平11−135400号公報 特開平3−211812号公報
ところで、上述した計測ステージに設けられる各種の計測器は、求められる精度が計測器毎に異なっており、また大きさ及び環境変動に伴う特性変化も全く相違し、更には計測器自体が発熱するものもある。例えば、基板に形成されたマークの位置情報を計測する位置計測装置(アライメントセンサ)としてオフ・アクシス型のアライメントセンサが設けられている場合には、ベースライン量(例えば、投影光学系により投影される投影像の中心とアライメントセンサの計測視野中心との距離)を極めて厳密に管理する必要があるため、ベースライン量の計測に用いられる計測器は極めて高い計測精度が要求される。これに対し、投影光学系を介して基板ステージ上に照射される露光光の光量、照度、及び照度むら等を計測する計測器は、それ自体が発熱する特性を有する。
また、計測ステージは上記の各種計測器以外に、計測ステージを二次元平面内で移動させるための駆動機構(モータ)が設けられている。この駆動機構は計測ステージを移動に関わる基礎的なものであるため、その構成を変更するのは困難である。また、駆動機構は発熱源であるため、駆動機構から発せられる熱により計測ステージに設けられる計測器に影響を与え、また計測ステージの熱変形により計測器の計測精度を低下させる虞がある。このため、計測ステージの計測器は、各々に求められる計測精度、各々の大きさ及び特性、並びに駆動機構との位置関係を総合的に考慮して計測ステージに配置する必要がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、計測精度の低下を招かない関係で配置された各種計測器が設けられた計測ステージを備える露光装置、及び当該露光装置を用いたデバイス製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、実施の形態に示す各図に対応付けした以下の構成を採用している。但し、各要素に付した括弧付き符号はその要素の例示に過ぎず、各要素を限定するものではない。
本発明の態様に従えば、移動可能な基板ステージ(WST)上に載置された基板(W)に投影光学系(PL)を介してパターンを露光する露光装置(EX)であって、前記基板ステージとは独立して移動可能に構成され、第1方向に沿って形成された第1反射部(50)と前記第1方向と直交する第2方向に沿って形成された第2反射部(51X)とを有する計測ステージ(MST)と、前記計測ステージに形成された前記第1反射部および前記第2反射部材にビームを照射して、前記計測ステージの前記第1方向および前記第2方向に関する位置を検出する位置検出装置(42、44)とを備え、前記計測ステージは、前記投影光学系によって投影される前記パターンの投影像の位置を計測する基準マーク(FM1、FM11、FM12)と、前記投影光学系を介して前記基板に与えられる露光エネルギーに関する情報を検出する検出装置(62)とを備え、前記基準マークは前記第1方向および前記第2方向に関して前記検出装置よりも前記第1反射部および前記第2反射部に近接して配置される露光装置が提供される。
本発明の別の態様に従えば、上記の露光装置を用いてデバイスのパターンを基板に転写する工程を含むデバイス製造方法が提供される。
本発明によれば、基準マークが反射部の近傍に配置されているため、これらの相対的な位置関係の誤差が生じにくく、計測精度の低下が回避される。
以下、図面を参照して本発明の一実施形態による露光装置及びデバイス製造方法について詳細に説明する。図1は、本発明の一実施形態による露光装置の概略構成を示す側面図である。図1に示す露光装置EXは、図1中の投影光学系PLに対してマスクとしてのレチクルRと基板としてのウェハWとを相対的に移動させつつ、レチクルRに形成されたパターンをウェハWに逐次転写するステップ・アンド・スキャン方式の走査露光型の露光装置である。
尚、以下の説明においては、必要であれば図中にXYZ直交座標系を設定し、このXYZ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。図1に示すXYZ直交座標系は、X軸及びY軸がウェハWの移動面に平行な面に含まれるよう設定され、Z軸が投影光学系PLの光軸AXに沿う方向に設定されている。また、本実施形態ではレチクルR及びウェハWを同期移動させる方向(走査方向)をY方向に設定している。
図1に示す通り、本実施形態の露光装置EXは、照明光学系ILS、マスクとしてのレチクルRを保持するレチクルステージRST、投影ユニットPU、基板としてのウェハWを保持する基板ステージとしてのウェハステージWSTと計測ステージMSTとを有するステージ装置ST、及びこれらの制御系を含んで構成される。照明光学系ILSは、不図示のレチクルブラインドで規定されたレチクルR上のスリット状の照明領域を照明光(露光光)ILによってほぼ均一な照度で照明する。ここで、照明光ILとしては、一例としてArFエキシマレーザ光(波長193nm)が用いられている。
レチクルステージRST上には、パターン面(図1における−Z側の面)にパターンが形成されたレチクルRが、例えば真空吸着により保持されている。レチクルステージRSTは、例えばリニアモータを含むレチクルステージ駆動部11(図1では不図示、図7参照)によって、照明光学系ILSの光軸(後述する投影光学系PLの光軸AXに一致)に垂直なXY平面内で微小駆動可能であるとともに、走査方向(Y方向)に指定された走査速度で駆動可能に構成されている。
レチクルステージRSTのステージ移動面内の位置(Z軸周りの回転を含む)は、レーザ干渉計(以下、レチクル干渉計という)12によって、移動鏡13(実際にはY軸に直交する反射面を有するY移動鏡とX軸に直交する反射面を有するX移動鏡とが設けられている)を介して、例えば0.5〜1nm程度の分解能で常時検出される。このレチクル干渉計12の計測値は主制御装置20(図1では不図示、図7参照)に出力され、主制御装置20は、このレチクル干渉計12の計測値に基づいてレチクルステージRSTのX方向、Y方向、及びθZ方向(Z軸周りの回転方向)の位置を算出するとともに、この算出結果に基づいてレチクルステージ駆動部11を制御することで、レチクルステージRSTの位置(及び速度)を制御する。
レチクルステージRSTの上方には、露光波長の光を用いたTTR(Through The Reticle)アライメント系からなる一対のレチクルアライメント検出系14a,14bがX方向に所定距離隔てて設けられている。レチクルアライメント検出系14a,14bは、レチクルR上の一対のレチクルアライメントマークと、これらに対応する計測ステージMST上の一対の基準マーク(以下、第1基準マークという)の投影光学系PLを介した共役像とを同時に観察するものである。これらのレチクルアライメント検出系14a,14bとしては、例えば特開平7−176468号公報(対応する米国特許第5,646,413号)等に開示されるものと同様の構成のものが用いられている。
投影ユニットPUは、鏡筒15と、鏡筒15内に所定の位置関係で保持された複数の光学素子を含む投影光学系PLとを含んで構成されている。投影光学系PLとしては、例えばZ方向の共通の光軸AXを有する複数のレンズ(レンズエレメント)からなる屈折光学系が用いられている。また、図示は省略しているが、投影光学系PLを構成する複数のレンズのうち、特定の複数のレンズは、主制御装置20からの指令に基づいて結像特性補正コントローラ16(図7参照)によって制御され、投影光学系PLの光学特性(結像特性を含む)、例えば倍率、ディストーション、コマ収差、及び像面湾曲(像面傾斜を含む)等の調整が可能である。
また、本実施形態の露光装置EXは、液浸法を適用した露光を行うため、投影光学系PLを構成する最も像面側(ウェハW側)の光学素子としてのレンズ(以下、先玉ともいう)GLの近傍には、液浸装置17を構成する液体供給ノズル18aと、液体回収ノズル18bとが設けられている。液体供給ノズル18aには、その一端が液体供給装置19a(図1では不図示、図7参照)に接続された不図示の供給管の他端が接続されており、液体回収ノズル18bには、その一端が液体回収装置19b(図1では不図示、図7参照)に接続された不図示の回収管の他端が接続されている。
上記の液体としては、ここではArFエキシマレーザ光(波長193nmの光)が透過する超純水(以下、特に必要な場合を除いて、単に「水」と記述する)を用いるものとする。超純水は、半導体製造工場等で容易に大量に入手できるとともに、ウェハW上に塗布されたフォトレジスト及び光学レンズ等に対する悪影響を及ぼさないという利点がある。ここで、水の屈折率nはほぼ1.44であり、この水の中では照明光ILの波長は193nm×1/n=約134nmに短波長化される。
液体供給装置19aは、主制御装置20からの指示に応じて供給管に接続されたバルブを所定開度で開き、液体供給ノズル18aを介して先玉GLとウェハWとの間に水を供給する。また、液体回収装置19bは、主制御装置20からの指示に応じて回収管に接続されたバルブを所定開度で開き、液体回収ノズル18bを介して先玉GLとウェハWとの間から液体回収装置19b(液体のタンク)の内部に水を回収する。このとき、主制御装置20は、先玉GLとウェハWとの間に液体供給ノズル18aから供給される水の量と、液体回収ノズル18bを介して回収される水の量とが常に等しくなるように、液体供給装置19a及び液体回収装置19bに対して指令を与える。従って、先玉GLとウェハWとの間に一定量の水Lq(図1参照)が保持される。尚、先玉GLとウェハWとの間に保持される水Lqは、常に入れ替わることになる。
以上説明した通り、本実施形態の露光装置が備える液浸装置17は、液体供給装置19a、液体回収装置19b、供給管、回収管、液体供給ノズル18a、及び液体回収ノズル18b等を含んで構成された局所液浸装置である。尚、投影ユニットPUの下方に計測ステージMSTが位置する場合にも、上記と同様に計測テーブルMTBと先玉GLとの間に水を満たすことが可能である。
ステージ装置STは、例えば半導体工場の床面FL上に配置されたフレームキャスタFC、フレームキャスタFC上に設けられたベース盤21、ベース盤21の上方に配置されベース盤21の上面(移動面)21aに沿って移動するウェハステージWST及び計測ステージMST、これらのステージWST,MSTの位置を検出する干渉計22,23を含む位置検出装置としての干渉計システム24(図7参照)、並びにステージWST,MSTを駆動するステージ駆動部25(図7参照)を含んで構成される。上記のウェハステージWSTは、レチクルRのパターンをウェハWに露光転写するためにウェハWを保持して移動するものである。一方、計測ステージMSTは、ウェハステージWSTがウェハWの交換のためにローディングポジションに位置している間に投影光学系PLの下方に位置して各種の計測を行うものである。
次に、ステージ装置STの構成について詳細に説明する。図2は、ステージ装置STの構成を示す斜視図である。図2に示す通り、フレームキャスタFCは、X方向の一側と他側との端部近傍にY方向を長手方向として上方に突出した突部FCa,FCbが一体的に形成された概略平板状からなるものである。ベース盤(定盤)21は、フレームキャスタFCの突部FCa,FCbに挟まれた領域上に配置されている。ベース盤21の上面21aは平坦度が極めて高く仕上げられ、ウェハステージWST及び計測ステージMSTのXY平面に沿った移動の際のガイド面とされている。
ウェハステージWSTは、図2に示す通り、ベース盤21上に配置されたウェハステージ本体26とウェハステージ本体26上に搭載されたウェハテーブルWTBとを含んで構成されている。ウェハステージ本体26は、断面矩形枠状でX方向に延びる中空部材によって構成されている。このウェハステージ本体26の下面には、本願出願人が先に出願した特願2004−215439号に記載されているような自重キャンセラ機構が設けられている。この自重キャンセラ機構は、ベローズに内圧をかけてウェハステージWSTを支える支持部と、ガイド面としての移動面21aに対向してウェハステージWSTを移動面21aに対して浮上させるエアベアリング部とを有している。
また、ウェハステージWSTは、ウェハステージ本体26をX方向にロングストロークで駆動するとともに、Y方向、Z方向、θx(X軸周りの回転方向)、θy(Y軸周りの回転方向)、θz(Z軸周りの回転方向)に微小駆動する第1駆動系27と、ウェハステージ本体26及び第1駆動系27をY方向にロングストロークで駆動する第2駆動系28a,28bとを備えている。更に、ウェハステージWSTは、X方向に等速運動をするチューブキャリア29と、真空又はエア等の用力をチューブキャリア29からウェハステージ本体26に非接触で伝達する不図示の6自由度パイプを備えている。ここで、チューブキャリア29がX方向に等速運動するのは、チューブキャリア29の駆動により発生する反力がウェハステージ本体26に及ぼす影響を少なくするためである。
図3A及び3Bは、ウェハステージWSTに設けられる第1駆動系27を説明するための斜視図である。図3Aに示す通り、ウェハステージ本体26の+X方向の端面には3つの開口30a〜30cが設けられており、ウェハステージ本体26の−X方向の端面には開口30a〜30cの各々に対応する不図示の3つの開口が設けられている。開口30aにはY軸用の可動子としての一対の永久磁石31a,31bが設けられている。また、開口30bにはX軸用の可動子として一対の永久磁石32a,32bが設けられており、同様に開口30cにはX軸用の可動子として一対の永久磁石32c,32dが設けられている。
一方、図3Bに示す通り、開口30aを介してウェハステージ本体26をX方向に貫通するように複数のコイルを備えるY軸用固定子33が設けられており、開口30b,30cの各々を介してウェハステージ本体26をX方向に貫通するように複数のコイルを備えるX軸用固定子34a,34bが設けられている。上記のY軸用固定子33は、開口30aに設けられた一対の永久磁石31a,31bと協働してウェハステージ本体26をY方向に微小駆動する。
また、上記のX軸用固定子34a,34bは、一対の永久磁石32a,32b及び一対の永久磁石32c,32dとそれぞれ協働してウェハステージ本体26をX方向に長いストロークで駆動する。更に、上述した一対の永久磁石32a,32bとX軸用固定子34aとによって発生するローレンツ力と、一対の永久磁石32c,32dとX軸用固定子34bとによって発生するローレンツ力とを異ならせることにより、ウェハステージ本体26をθz方向に回転させることができる。即ち、第1駆動系27は、X軸用固定子34aと一対の永久磁石32a,32bとからなるムービングマグネット型のリニアモータと、X軸用固定子34bと一対の永久磁石32c,32dとからなるムービングマグネット型のリニアモータとを備えている。尚、ここではムービングマグネット型のリニアモータを備える場合を例に挙げて説明するが、ムービングコイル型のリニアモータを備えていても良い。また、以上の通り、ウェハステージWSTは、X方向の移動に関して、その移動をガイドするガイド部材を有さないガイドレスステージである。
更に、図3Aに示す通り、ウェハステージ本体26の下方には、Z軸用の可動子として4つの永久磁石35a〜35d(永久磁石35dの図示は省略)が設けられている。
また、図3Bに示す通り、永久磁石35a,35bに対応して複数のコイルを備えるX方向に延びるZ軸固定子36aが設けられており、永久磁石35c,35dに対応して複数のコイルを備えるX方向に延びるZ軸固定子36bが設けられている。これらZ軸固定子36a,36bは、永久磁石35a,35b及び永久磁石35c,35dとそれぞれ協働してZ方向への駆動力を発生するものである。Z軸固定子36a,36bに設けられるコイルに供給する電流を制御することにより、ウェハステージ本体26をZ方向、θx、θy方向に駆動することができる。また、チューブキャリア29をX方向に駆動するために、X方向に延びる固定子37も設けられている。尚、上記のY軸用固定子33、X軸用固定子34a,34b、Z軸固定子36a,36b、及び固定子37の各々は両端が第2駆動系28a,28bを構成する可動子39a,39bにそれぞれ固定されている。
図2に戻り、フレームキャスタFCの突部FCa,FCbの上方には、第2駆動系28a,28bを構成するY方向に延びるY軸用の固定子38a,38bがそれぞれ配設されている。これらのY軸用の固定子38a,38bは、それぞれの下面に設けられた不図示の気体静圧軸受、例えばエアベアリングによって突部FCa,FCbの上方において所定のクリアランスを介して浮上支持されている。これはウェハステージWSTや計測ステージMSTのY方向の移動により発生した反力により、固定子38a,38bがY方向のYカウンタマスとして逆方向に移動して、この反力を運動量保存の法則により相殺するためである。
これらの固定子38a,38bの間には図3A及び3Bを用いて説明したウェハステージ本体26等が配置されており、図3Bに示したY軸用固定子33、X軸用固定子34a,34b、Z軸固定子36a,36b、及び固定子37の各々の両端に固定された可動子39a,39bが固定子38a,38bの内側からそれぞれ挿入されている。固定子38a,38bはY方向に沿って配列された永久磁石を備えており、可動子39a,39bはY方向に沿って配列されたコイルを備えている。即ち、第2駆動系28a,28bは、ウェハステージWSTをY方向に駆動するムービングコイル型のリニアモータを備えている。尚、ここではムービングコイル型のリニアモータを備える場合を例に挙げて説明するが、ムービングマグネット型のリニアモータを備えていても良い。
ウェハステージWSTは、Y方向の移動に関して、固定子38aと可動子39aとの電磁的結合、及び固定子38bと可動子39bとの電磁的結合を除いて、その移動をガイドするガイド部材を有さないガイドレスステージである。尚、ウェハステージWSTをX方向に駆動した際の反力は、第2駆動系28a,28bに設けられる固定子38a,38bと可動子39a,39bとの間の電磁的な結合を介して不図示のXカウンタマスに伝わる。このXカウンタマスは、フレームキャスタFCの突部FCa,FCbと固定子38a,38bとの間に設けられており、Y方向のカウンタマスとして用いられる固定子38a,38bを支持してX方向に移動可能に構成され、ウェハステージWSTのX方向の移動とは逆方向に移動してウェハステージWSTをX方向に駆動した際の反力を相殺する。
ウェハテーブルWTB上には、ウェハWを保持するウェハホルダ40が設けられている。ウェハホルダ40は、板状の本体部と、この本体部の上面に固定されその中央にウェハWの直径よりも大きな円形開口が形成された撥液性(撥水性)を有する補助プレートとを備えている。この補助プレートの円形開口内部の本体部の領域には、多数(複数)のピンが配置されており、その多数のピンによってウェハWが支持された状態で真空吸着されている。この場合、ウェハWが真空吸着された状態では、そのウェハWの表面と補助プレートの表面との高さがほぼ同一の高さとなるように形成されている。尚、補助プレートを設けずに、ウェハテーブルWTBの表面に撥液性を付与してもよい。
また、図2に示す通り、ウェハテーブルWTBのX方向の一端(+X側端)には、X方向に直交する(Y方向に延在する)反射面41Xが鏡面加工により形成されており、Y方向の一端(+Y側端)には、Y方向に直交する(X方向に延在する)反射面41Yが同様に鏡面加工により形成されている。これらの反射面41X,41Yには、干渉計システム24(図7参照)を構成するX軸干渉計42,43、Y軸干渉計44,44aからの干渉計ビーム(ビーム)がそれぞれ投射される。尚、図2に示すX軸干渉計42,43及びY軸干渉計44,44aは、図1においてはまとめて干渉計23として図示している。
X軸干渉計42,43及びY軸干渉計44,44aが反射面41X,41Yからの反射光をそれぞれ受光することで、各反射面41X,41Yの基準位置(一般的には投影ユニットPU側面や、投影光学系PLの+Y方向側に配置されたオフアクシス型のアライメント系45(図1、図7参照)の側面に固定ミラーを配置し、そこを基準面とする)からの計測方向の変位を検出する。尚、反射面41X,41Yとしては、ウェハテーブルWTBの端面に形成する構成に代えて、ウェハテーブルWTBの上面に、X方向に延在する反射面を有するY移動鏡及びY方向に延在する反射面を有するX移動鏡をそれぞれ設ける構成としてもよい。
X軸干渉計42は、投影光学系PLの投影中心(光軸AX、図1参照)を通りX軸に平行な測長軸と、アライメント系45の計測視野中心を通りX軸に平行な測長軸とを有し、露光時には投影光学系PLの投影中心位置を通る測長軸でウェハテーブルWTBのX方向の位置を検出し、エンハンスト・グローバル・アライメント(EGA)の際にはアライメント系45の計測視野中心を通る測長軸でウェハテーブルWTBのX方向の位置を測定する。また、X軸干渉計42は、ベースライン量の計測や計測ステージMSTに設けられた各種計測器の計測内容に応じて2つの測長軸を適宜用いて計測テーブルMTBのX方向の位置を測定する。つまり、X軸干渉計42は、ウェハテーブルWTB又は計測テーブルMTBのX方向の位置を、Y方向の投影中心位置及びアライメント中心位置のそれぞれで計測可能となっている。尚、ベースライン量とは、投影光学系PLにより投影されるパターンの投影像に対するウェハステージWSTの位置関係を示す量であり、具体的には投影光学系PLの投影中心とアライメント系45の計測視野中心との距離である。
Y軸干渉計44は、投影光学系PLの投影中心(光軸AX、図1参照)及びアライメント系45の計測視野中心を結ぶY軸に平行な測長軸を有し、ウェハテーブルWTBのY方向の位置を主として検出する。また、詳細は後述するが、Y軸干渉系44は、ウェハステージWSTがウェハWの交換のためにローディングポジションに位置している間には計測テーブルMTBのY方向の位置を検出する。上記のX軸干渉計43及びY軸干渉計44aはウェハステージWSTがウェハWの交換のためにローディングポジションに位置している間にウェハステージWSTのXY面内における位置を補助的に検出する。
計測ステージMSTは、チューブキャリア29及び不図示の6自由度パイプを除いてほぼウェハステージWSTと同様の構成である。つまり、図2に示す通り、ベース盤21上に配置された計測ステージ本体46と、計測ステージ本体46上に搭載されたプレート部としての計測テーブルMTBとを備えている。また、計測ステージ本体46をX方向にロングストロークで駆動するとともに、Y方向、Z方向、θx、θy、θzに微小駆動する第1駆動系47と、計測ステージ本体46及び第1駆動系47をY方向にロングストロークで駆動する第2駆動系48a,48bとを備えている。計測ステージ本体46は、断面矩形枠状でX方向に延びる中空部材によって構成されている。
第1駆動系47は、ウェハステージWSTに対して設けられた第1駆動系27と同様に、計測ステージ本体46の±X方向の端面に設けられた3つの開口の各々に配置された対をなす永久磁石と、開口の各々を介して計測ステージ本体46をX方向に貫通するように複数のコイルを備える1つのX軸用固定子及び2つのY軸用固定子とを含んで構成される。これらの永久磁石並びにX軸用固定子及びY軸用固定子は計測ステージ本体46をX方向に長いストロークで駆動するとともにY方向に微少駆動し、更にはθz方向に回転させる。また、第1駆動系47は、計測ステージ本体46の下面に設けられた永久磁石(ウェハステージ本体26に設けられた図3A及び3Bに示す永久磁石35a〜35dと同様の永久磁石)と、これら永久磁石と協働して推力を発生するZ軸固定子(Z軸固定子36a,36bと同様のZ軸固定子)とを備えている。これらの永久磁石及びZ軸固定子によって、計測ステージ本体46をZ方向、θx、θy方向に駆動することができる。尚、ここでは第1駆動系47がムービングマグネット型のリニアモータを備える場合を例に挙げて説明するが、ムービングコイル型のリニアモータを備えていても良い。
第2駆動系48a,48bは、固定子38a,38bと、計測ステージ本体46をX方向に貫通するX軸用固定子及びY軸用固定子並びに計測ステージ本体46の下方(−Z方向)に配置されたZ軸用固定子の両端に固定された可動子49a,49bとを含んで構成されており、可動子49a,49bは固定子38a,38bの内側からそれぞれ挿入されている。可動子49a,49bはY方向に沿って配列されたコイルを備えており、Y方向に沿って配列された永久磁石を備える固定子38a,38bと協働してY方向への推力を発生させる。即ち、第2駆動系48a,48bは、計測ステージMSTをY方向に駆動するムービングコイル型のリニアモータを備えている。尚、ここではムービングコイル型のリニアモータを備える場合を例に挙げて説明するが、ムービングマグネット型のリニアモータを備えていても良い。
以上説明したウェハステージWSTを駆動する第1駆動系27及び第2駆動系28a,28b、並びに計測ステージMSTを駆動する第1駆動系47及び第2駆動系48a,48bによって図7に示すステージ駆動部25が構成されている。このステージ駆動部25を構成する各種駆動機構は図7に示す主制御装置20によって制御される。つまり、主制御装置20は、ステージ駆動部25を介して、例えばウェハWの露光前における計測ステージMSTの移動、及び露光時におけるウェハステージWSTの移動を制御する。
プレート部としての計測テーブルMTBは、例えばショット日本株式会社製のゼロデュア(登録商標)等の低熱膨張材料から形成されており、その上面は撥液性(撥水性)を有している。計測テーブルMTBは、例えば真空吸着によって計測ステージ本体46上に保持されており、交換可能に構成されている。この計測テーブルMTBは、その表面の高さがウェハテーブルWTB上に設けられたウェハホルダ40の表面の高さとほぼ同一となるように設定されている。また、図2に示す通り、計測テーブルMTBのY方向の一端(+Y側端)には、Y方向に直交する(X方向に延在する)第1反射部材としての反射面50が鏡面加工により形成されている。更に、計測テーブルMTBのX方向の一端(+X側端)には、X方向に直交する(Y方向に延在する)第2反射部材としての反射面51Xが鏡面加工により形成されており、Y方向の一端(−Y側端)には、Y方向に直交する(X方向に延在する)第3反射部材としての反射面51Yが同様に鏡面加工により形成されている。
反射面50には、ウェハステージWSTがウェハWの交換のためにローディングポジションに位置している間に、ウェハステージWSTのY方向の位置を検出するY軸干渉計44からの干渉計ビーム(ビーム)が投射される。また、反射面51X,51Yには、干渉計システム24(図7参照)を構成するX軸干渉計42、Y軸干渉計52からの干渉計ビーム(ビーム)がそれぞれ投射される。尚、図2に示すX軸干渉計42及びY軸干渉計52は、図1においてはまとめて干渉計22として図示している。
X軸干渉計42及びY軸干渉計52が反射面51X,51Yからの反射光をそれぞれ受光することで、各反射面51X,51Yの基準位置(一般的には投影ユニットPU側面や、オフアクシス型のアライメント系45(図1、図7参照)の側面に固定ミラーを配置し、そこを基準面とする)からの計測方向の変位を検出する。尚、反射面51X,51Yとしては、計測テーブルMTBの端面に形成する構成に代えて、計測テーブルMTBの上面に、X方向に延在する反射面を有するY移動鏡及びY方向に延在する反射面を有するX移動鏡をそれぞれ設ける構成としてもよい。上記のY軸干渉計52は、Y軸干渉計44と同様に、投影光学系PLの投影中心(光軸AX、図1参照)及びアライメント系45の計測視野中心を結ぶY軸に平行な測長軸を有しており、ウェハステージWSTがウェハWの交換のためにローディングポジションに位置している間以外は、計測テーブルMTBのY方向の位置を検出する。
また、計測ステージMSTは、露光に関する各種計測を行うための計測器群を備えている。計測テーブルMTB上面の所定位置には、これらの計測器類で用いられる各種のマークが形成された計測パターン部としての基準板53が設けられている。この基準板53は、低熱膨張材料から形成されているとともに、上面が撥液性(撥水性)を有しており、計測テーブルMTBに対して交換可能に構成されている。次に、計測ステージMSTに設けられる各種計測器の配置について説明する。
図4は、計測ステージMSTの上面図である。図4に示す通り、基準板53は円形形状であり、その上面には前述した第1基準マーク(以下、第1基準マークFM1という)とベースライン量を計測する際にアライメント系45で計測する基準マーク(以下、第2基準マークという)FM2とが形成されている。ここで、基準板53を円形とするのは、計測テーブルMTBの面内における基準板53の角度調整を容易にするとともに、計測テーブルMTB上面に供給される水が計測テーブルMTB及び計測ステージMSTの内部に浸入するのを極力防止するためである。
また、基準板53は、X軸干渉計42からのビームが投射される反射面51XとY軸干渉計44からのビームが投射される反射面50との近傍に配置される。これは、ベースライン量の誤差を低減するためである。つまり、ベースライン量は、後述する空間像計測装置55(図6参照)による第1基準マークFM1の計測結果、アライメント系45による第2基準マークFM2の計測結果、並びにX軸干渉計42及びY軸干渉計44の検出結果に基づいて計測される。ベースライン量の誤差は、第1基準マークFM1及び第2基準マークFM2と反射面51X及び反射面50との相対的な位置関係の変動により生ずるが、計測テーブルMTBの熱膨張等によるこれらの相対位置の変化は、これらの間の間隔が長いほど大きくなる。このため、反射面51X及び反射面50の近傍に第1基準マークFM1及び第2基準マークFM2を配置することで計測テーブルMTBの熱膨張等による誤差を極力小さくすることでベースライン量の誤差を低減している。
第1基準マークFM1は、X方向に所定の距離だけ離間して配置された1対のマークをY方向に沿って3列配列した計6個のマークからなるものである。第1基準マークFM1をなすマークのX方向の距離は、レチクルRに形成された一対のレチクルアライメントマークの間隔に投影光学系PLの投影倍率β(例えば、1/4又は1/5)を掛けて得られる距離に設定されている。また、基準マークFM1の形状及び大きさは、レチクルアライメントマークの大きさを考慮して形成されている。6個の基準マークFM1のうち、最も+Y方向に形成された1対の第1基準マーク(反射面50に最も近接して形成された1対の第1基準マーク)FM11,FM12の中間位置には、第2基準マークFM2が形成されている。
ここで、反射面50に最も近接して形成された第1基準マークFM11,FM12の中間位置に第2基準マークFM2を形成するのは、計測テーブルMTBのY方向の長さを極力短くするためである。つまり、ベースライン量を計測するときには、投影光学系PLの+Y方向側に配置されたアライメント系45の計測視野内に第2基準マークFM2を配置する必要があるが、ベースライン量の計測時にも投影光学系PLの先玉GLと計測テーブルMTBとの間に水が供給される。この水を計測テーブルMTBで受けるために、第2基準マークFM2が形成された位置から計測テーブルMTBの−Y方向における端部までの長さは、少なくともアライメント系45と水が供給される領域との間の距離の分だけ必要になる。このため、計測テーブルMTBの+Y方向の端部に極力近い位置に第2基準マークFM2を配置して計測テーブルMTBのY方向の長さを極力短くしている。
図5A及び5Bは、第1基準マークFM1及び第2基準マークFM2の例を示す図である。図5Aに示す通り、第1基準マークFM1は、Cr(クロム)等の金属で形成された遮光領域に対して十字形状の開口(スリット)を形成してなるものである。また、図5Bに示す通り、第2基準マークFM2は、長手方向がY方向のマーク要素をX方向に所定間隔で配列したマーク群をX方向に所定の距離だけ離間して形成したXマークと、長手方向がX方向のマーク要素をY方向に所定間隔で配列したマーク群をY方向に所定の距離だけ離間して形成したYマークとからなるものである。尚、第2基準マークFM2は、Cr(クロム)等の金属で各マーク要素を形成しても良く、Cr(クロム)等の金属で形成された遮光領域に対して開口(スリット)を形成することで各マーク要素を形成しても良い。
計測ステージMSTの内部であって基準板53の下方(−Z方向)には、投影光学系PLにより水を介して計測テーブルMTB上に投影される空間像を計測する空間像計測装置の一部が設けられている。図6は、空間像計測装置の一部構成を示す断面図である。図6に示す通り、計測テーブルMTBは真空吸着によって計測ステージ本体46上に搭載されており、計測テーブルMTBに形成された凹部に基準板53が真空吸着によって保持されている。ここで、計測ステージ本体46には第1基準マークFM1を透過した露光光を遮らないように位置合わせ用ピン54が取り付けられており、基準板53の裏面中央部に形成された凹部53aを位置合わせ用ピン54の先端に嵌合させ、位置合わせ用ピン54を中心として回転させて基準板53を精確に位置合わせした上で、基準板53を真空吸着により計測テーブルMTB上に取り付ける。
空間像計測装置55は、基準板53の下方に設けられた集光レンズ56、集光レンズ56の一方の焦点位置に一端が配置され、集光レンズ56で集光された露光光を計測ステージMSTの−Y側方へ導く光ファイバ57、及び光ファイバ57で導かれその他端から射出される露光光を光電変換する不図示のフォトマルチプレクサ等の光電変換素子を含んで構成される。この空間像計測装置55としては、例えば特開2002−14005号公報(対応する米国特許出願公開第2002/0041377号明細書)等に開示されているものを用いることができる。尚、不図示の光電変換素子を基準板53の下方に配置しないのは、計測ステージ本体46内における空間的制限のためである。このように、空間像計測装置55は、不図示の光電変換素子を除いて基準板53の下方に配置されており、X軸干渉計42からのビームが投射される反射面51XとY軸干渉計44からのビームが投射される反射面50との近傍に配置される。
空間像計測装置55は基準板53に形成された第1基準マークFM1を介した露光光を集光レンズ56で集光し、集光した露光光を光ファイバ57で光電変換素子の位置まで導き、光ファイバ57で導かれた露光光を光電変換することにより、投影光学系PLにより投影されるパターンの空間像(投影像)の光強度を計測する。ベースライン量を計測する場合には、第1基準マークFM11,FM12を用いて行う。つまり、投影光学系PLによってレチクルRに形成された一対のレチクルアライメントマークの像が投影される位置に、第1基準マークFM11,FM12をそれぞれ配置し、計測ステージMSTを移動させたときの受光光量の変化を空間像計測装置55を用いて計測する。尚、ベースライン量の計測の詳細については後述する。
また、計測テーブルMTB上には、−Y方向の端部に近接する位置であって基準板53から離間した位置にスリット開口58が形成されており、このスリット開口58の下方(−Z方向)には波面収差測定装置59が配置されている。この波面収差測定装置59は、例えばマイクロレンズアレイ及びCCD等の受光素子を備えており、投影光学系PLを介してスリット開口58を通過した露光光の波面をマイクロレンズアレイで分割し、分割された各々の波面の受光素子上における結像位置により投影光学系PLの波面収差を測定する。この波面収差測定装置59としては、例えば国際公開第99/60361号パンフレット(対応する欧州特許第1,079,223号明細書)等に開示される波面収差測定装置を用いることができる。
ここで、スリット開口58及び波面収差測定装置59を計測テーブルMTBの−Y方向の端部に近接させて配置するのは、前述した第2基準マークFM2を計測テーブルMTBの−Y方向の端部に近接させて配置する理由と同様に、計測テーブルMTBのY方向の長さを極力短くするためである。つまり、投影光学系PLの波面収差の測定は、スリット開口58のXY面内における位置を正確に把握している状態で行う必要があるため、波面収差の測定に先立ってスリット開口58をアライメント系45(図1参照)の下方に配置してスリット開口58に対して所定の位置関係で近接して形成されたマーク60の計測を行う必要がある。
このとき、投影光学系PLの先玉GLと計測テーブルMTBとの間に供給される水を計測テーブルMTBで受けるために、スリット開口58が形成された位置から計測テーブルMTBの−Y方向における端部までの長さは、少なくともアライメント系45と水が供給される領域との間の距離の分だけ必要になる。このため、計測テーブルMTBの+Y方向の端部に極力近い位置にスリット開口58及び波面収差測定装置59を配置して計測テーブルMTBのY方向の長さを極力短くしている。また、波面収差測定装置59を基準板53に対して離間させるのは、基準板53に対する熱的な影響を極力避けるためである。
また、計測テーブルMTB上には、基準板53から離間した位置であって、−X方向の端部に極力近接した位置にピンホール開口パターン61が形成されており、このピンホール61の下方(−Z方向)には投影光学系PLを介して計測テーブルMTB上に照射される露光光の露光エネルギーに関する情報(光量、照度、照度むら等)を検出する検出装置としての露光検出装置62が配置されている。つまり、露光検出装置62は、空間像計測装置55よりもX軸干渉計42からのビームが投射される反射面51X及びY軸干渉計44からのビームが投射される反射面50から離間した位置に配置されている。上記の露光検出装置62としては、例えば特開昭57−117238号公報(対応する米国特許第4,465,368号)等に開示される照度むら計測器、及び、例えば特開平11−16816号公報(対応する米国特許出願公開第2002/0061469号明細書)等に開示される照度モニタを用いることができる。
ここで、露光検出装置62を、空間像計測装置55よりも反射面51X及び反射面50から離間した位置に配置するのは、露光検出装置62が発する熱によって計測テーブルMTBが熱膨張して反射面51X及び反射面50と第1基準マークFM1及び第2基準マークFM2との相対的な位置関係が変化し、ベースライン量の計測誤差等が生ずるのを避けるためである。また、露光検出装置62に接続された配線を計測ステージ本体46の−Y方向の側面から外部に引き出すという配線上の理由もある。尚、図7においては、以上説明した空間像計測装置55、波面収差測定装置59、及び露光検出装置62を計測器群63として示している。
図1に戻り、投影ユニットPUを保持する保持部材に設けられたオフアクシス型のアライメント系45は、対象マーク(ウェハWに形成されたアライメントマーク、基準板53に形成された第2基準マークFM2、及び計測テーブルMTBに形成されたマーク60等)の位置を計測する。このアライメント系45は、ウェハW上のレジストを感光させないブロードバンドな検出光束を対象マークに照射し、その対象マークからの反射光により受光面に結像された対象マークの像と不図示の指標(アライメント系45内に設けられた指標板上の指標パターン)の像とを撮像素子(CCD等)を用いて撮像し、それらの撮像信号を出力する画像処理方式のFIA(Field Image Alignment)系のアライメントセンサである。アライメント系45からの撮像信号は、図7に示す主制御装置20に供給される。
更に、本実施形態の露光装置EXは、図1では図示を省略しているが、照射系64a及び受光系64b(図7参照)からなる焦点位置検出系が設けられている。この焦点位置検出系は、例えば特開平6−283403号公報(対応米国特許第5,448,332号)等に開示されるものであり、照射系64aから露光領域(投影光学系PLの投影領域)内に設定された複数の検出点の各々に斜め方向から検知光を照射して、その反射光を受光系64bで受光することにより、例えばウェハWのZ方向の位置及び姿勢(X軸及びY軸周りの回転)を検出する。
図7は、露光装置EXの制御系の構成を示すブロック図である。図7に示す制御系は、露光装置EXの全体的な動作を統括的に制御するマイクロコンピュータ(又はワークステーション)からなる主制御装置20を中心として構成されている。また、主制御装置20には、メモリ65、CRT(Cathode Ray Tube)ディスプレイ(又は液晶ディスプレイ)等のディスプレイ66が接続されている。メモリ65は、露光装置EXの動作を制御する上で必要な情報、例えばベースライン量、EGA演算を行って得られたショット配列、露光量の履歴等を記憶し、ディスプレイ66は主制御装置20から出力される露光装置EXの装置状態を示す情報及びエラー情報等の各種情報を表示する。
次に、上記構成の露光装置EXにおけるウェハステージWSTと計測ステージMSTとの並行処理動作について説明する。図8A及び8B,図9A及び9Bは、ウェハステージWSTと計測ステージMSTとの並行処理動作を説明するための平面図である。尚、以下の動作中、主制御装置20によって、液浸装置17の液体供給装置19a及び液体回収装置19bの各バルブの開閉制御が前述したようにして行われ、投影光学系PLの先玉GLの直下には常時水が満たされているが、以下の説明では説明を容易にするために、液体供給装置19a及び液体回収装置19bの制御に関する説明は省略する。
図8Aは、ウェハステージWST上に保持されたウェハW(ここでは例えば1ロットの最後のウェハとする)に対するステップ・アンド・スキャン方式の露光が行われている状態を示す平面図である。図8Aに示す通り、投影光学系PLの下方(−Z方向)にウェハステージWSTが配置されており、計測ステージMSTはウェハステージWSTと衝突(接触)しない−Y方向の所定の待機位置にて待機している。ウェハWに対する露光動作は、主制御装置20により、事前に行われた例えばエンハンスト・グローバル・アライメント(EGA)等のウェハアライメントの結果及び最新のアライメント系45のベースライン量の計測結果等に基づいて、ウェハW上の各ショット領域の露光のための走査開始位置(加速開始位置)へウェハステージWSTが移動されるショット間移動動作と、各ショット領域に対してレチクルRに形成されたパターンを走査露光方式で転写する走査露光動作とを繰り返すことにより行われる。
また、ウェハアライメントとともに、照射系64a及び受光系64bからなる不図示の焦点位置検出系を用いてウェハWに対する焦点位置検出が行われ、ウェハWの表面が投影光学系PLの焦点位置に位置決めされる。ウェハWに対する焦点位置検出、即ち照射系64aからの検知光がウェハに照射される位置は、水Lqが満たされない位置に設定され、最初に露光処理が行われるショット領域(第1ショット領域)に対しては、このショット領域が水Lqに浸る前の位置で焦点位置検出が行われる。そして、この第1ショット領域に対する露光処理が行われている間にも照射系64aからの検知光照射を継続し、検知光が照射されたショット領域の焦点位置情報を収集する。次いで、第1ショット領域に対する露光処理が終了して次のショット領域(第2ショット領域)に対する露光処理を実施する際には、第1ショット領域への露光処理中に収集した焦点位置情報を用いて、第2ショット領域の表面を投影光学系PLの焦点位置に位置決めする。このように、第2ショット領域以降のショット領域については、先に行われた露光処理中に検出・収集された焦点位置情報を用いて投影光学系PLの焦点位置への位置決めがなされる。換言すると、焦点位置情報の検出工程を別途設ける必要がなくなるため、スループットを向上させることが可能となっている。
ここで、上記のウェハステージWSTが移動されるショット間移動動作は、主制御装置20がX軸干渉計42及びY軸干渉計44の検出値をモニタしつつ、ウェハステージWSTに設けられている第1駆動系27及び第2駆動系28a,28bの駆動を制御することにより行われる。また、上記の走査露光は、主制御装置20がX軸干渉計42及びY軸干渉計44及びレーザ干渉計12の検出値をモニタしつつ、レチクルステージ駆動部11並びに第1駆動系27及び第2駆動系28a,28bの駆動を制御して、レチクルR(レチクルステージRST)とウェハW(ウェハステージWST)とをY方向に関して相対的に走査し、その走査中の加速終了後と減速開始直前との間の等速移動時に、照明光ILの照明領域に対してレチクルR(レチクルステージRST)とウェハW(ウェハステージWST)とをY方向に関して等速同期移動することで実現される。尚、上記の露光動作は、先玉GLとウェハWとの間に水Lqを保持した状態で行われる。
ウェハステージWST上に保持されているウェハWに対する露光が終了すると、主制御装置20は、Y軸干渉計52の検出値に基づいて計測ステージMSTに設けられている第1駆動系47及び第2駆動系48a,48bの駆動を制御して、計測ステージMST(計測テーブルMTB)を図8Bに示す位置まで移動させる。図8Bは、計測テーブルMTBの+Y側面とウェハホルダ40(補助プレート)の−Y側面とが接触した状態を示す図である。尚、図8A及び8Bに示す例では、計測テーブルMTBとウェハホルダ(補助プレート)とが接触するまでは計測ステージMSTのX方向の位置が検出されないが、この状態のときの計測テーブルMTBのX方向の位置を検出する補助的なレーザ干渉計を備えることが望ましい。また、ここでは、計測テーブルMTBの+Y側面とウェハホルダ(補助プレート)の−Y側面とを接触させる場合を例に挙げて説明するが、干渉計44,52の計測値をモニタして計測テーブルMTBとウェハテーブルWTBとをY方向に、例えば300μm程度(水が表面張力により漏出しない隙間)離間させて非接触状態を維持してもよい。
次いで、主制御装置20は、ウェハテーブルWTBと計測テーブルMTBとのY方向の位置関係を保持しつつ、両ステージWST,MSTを+Y方向に駆動する動作を開始する。このようにして、主制御装置20により、ウェハステージWSTと計測ステージMSTとが同時に駆動されると、図8Bの状態では、投影ユニットPUに設けられた先玉GLとウェハWとの間に保持されていた水LqがウェハステージWST及び計測ステージMSTの+Y方向への移動に伴って、ウェハW、ウェハホルダ40、計測テーブルMTB上を順次移動する。尚、上記の移動中、ウェハテーブルWTBと計測テーブルMTBとは相互に接触する位置関係を保っている。
図9Aは、ウェハテーブルWTB及び計測テーブルMTBの+Y方向への移動途中において、水LqがウェハステージWST(ウェハホルダ40)、計測ステージMST上に同時に存在するときの状態、即ち、ウェハステージWST(ウェハホルダ40)上から計測ステージMST上に水が渡される直前の状態を示す図である。図9Aに示す状態から、更にウェハステージWST、計測ステージMSTが+Y方向に同時に所定距離だけ駆動されると、図9Bに示す通り、計測ステージMSTと先玉GLとの間に水が保持された状態となる。これに先だって、主制御装置20は、X軸干渉計42からの干渉計ビームが計測テーブルMTBの反射面51Xに照射されるようになった何れかの時点でX軸干渉計42のリセットを実行する。また、図9Bに示す状態では、主制御装置20はウェハテーブルWTB(ウェハステージWST)のX位置をX軸干渉計43の計測値に基づいて管理している。
次いで、主制御装置20は、ウェハステージWSTの位置をX軸干渉計43及びY軸干渉計44aの検出値に基づいて管理しつつ、ウェハステージWSTに設けられている第1駆動系27及び第2駆動系28a,28bの駆動を制御して、所定のローディングポジションにウェハステージWSTを移動させるとともに、次のロットの最初のウェハへの交換を行う。これと並行して、計測ステージMSTを用いた所定の計測を必要に応じて実行する。この計測としては、例えばレチクルステージRST上のレチクル交換後に行われるアライメント系45のベースライン量の計測が一例として挙げられる。尚、本実施の形態では、X方向のローディングポジションを固定子38a側としたが、固定子38b側をX方向のローディングポジションとしても良い。
図10A及び10Bは、ベースライン量の計測時におけるウェハステージWSTと計測ステージMSTとの位置関係を示す平面図である。ウェハステージWSTがローディングポジションに配置されているときには、図10Aに示す通りY軸干渉計44からのビームが計測テーブルMTBに設けられた反射面50に投射される。このため、主制御装置20がX軸干渉計42及びY軸干渉計44の検出値をモニタしつつ、計測ステージMSTに設けられている第1駆動系47及び第2駆動系48a,48bの駆動を制御して基準板53を投影光学系PLの下方に位置決めする。基準板53が位置決めされる具体的な位置は、図10Aに示す通り、投影光学系PLによってレチクルRに形成されたレチクルアライメントマークの像が投影される位置又はその近傍に第1基準マークFM11,FM12(図4参照)の各々が配置される位置である。ここで、Y軸干渉計52からのビームも計測テーブルMTBに設けられた反射面51Yに投射されるが、Y軸干渉計44とY軸干渉計52とのスケーリング誤差によりベースライン量の誤差が生じるのを避けるため、ウェハステージWSTのY方向の位置を検出するY軸干渉計44を用いて計測テーブルMTBのY方向の位置を検出している。
基準板53の位置決めが完了すると、照明光学系ILSからの照明光ILがレチクルアライメントマークに照射され、投影光学系PL及び水Lqを介してその像が位置決めされている第1基準マークFM11,FM12上又はその近傍に投影される。第1基準マークFM11,FM12を透過した光束は図6に示す空間像計測装置55が備える集光レンズ56で集光され、光ファイバ57を介して不図示の光電変換素子に導かれて受光される。このとき、光電変換素子から主制御装置20にレチクルアライメントマークと第1基準マークFM11,FM12の重なり具合に応じた信号強度を有する検出信号が出力される。主制御装置20は、X軸干渉計42及びY軸干渉計44の検出値をモニタしつつ計測ステージMSTをXY面内で微動させて空間像計測装置55に設けられた光電変換素子の検出信号の変化とX軸干渉計42及びY軸干渉計44の検出結果とに基づいてウェハステージWSTに対して設定されたウェハステージ座標系内における投影光学系PLの投影中心を求める。これにより、投影光学系PLにより投影される投影像とウェハステージWSTとの位置関係が求められる。
次に、主制御装置20はX軸干渉計42及びY軸干渉計44の検出値をモニタしつつ、計測ステージMSTに設けられている第1駆動系47及び第2駆動系48a,48bの駆動を制御して基準板53をアライメント系45の下方に位置決めする。ここで、基準板53が位置決めされる具体的な位置は、図10Bに示す通り、基準板53に形成された第2基準マークFM2(図4参照)がアライメント系45の計測視野に配置される位置である。基準板53の位置決めが完了すると、アライメント系45で第2基準マークFM2の位置を計測し、主制御装置20はアライメント系45の計測結果とX軸干渉計42及びY軸干渉計44の検出結果とに基づいてウェハステージ座標系内におけるアライメント系45の計測視野中心を求める。次いで、主制御装置20は以上により求められたウェハステージ座標系内における投影光学系PLの投影中心とアライメント系45の計測視野中心とに基づいてベースライン量を算出し、得られたベースライン量をメモリ65(図7参照)に記憶する。
尚、上記のアライメント系45のベースライン量の計測とともに、レチクルR上に形成された複数のレチクルアライメントマークと、これに対応して形成された計6個の第1基準マークFM1(図4参照)とを用いて、少なくとも2対の第1基準マークFM1と対応するレチクルアライメントマークとの相対位置を、レチクルステージRST及びウェハステージWSTの少なくとも一方をY方向にステップ移動させつつ、レチクルアライメント系14a,14bを用いて計測することで、所謂レチクルアライメントが行われる。この場合、レチクルアライメント検出系14a,14bを用いたマークの検出は、投影光学系PL及び水Lqを介して行われる。
以上のウェハステージWST上のウェハWの交換及び計測ステージMSTを用いた計測が終了すると、主制御装置20は、計測ステージMSTとウェハステージWSTとを接触させ、その状態を維持させつつXY面内で駆動し、ウェハステージWSTを投影ユニットPUの直下に戻す。この移動中も、主制御装置20はX軸干渉計42からのビームがウェハテーブルWTBの反射面41Xに照射されるようになった何れかの時点でX軸干渉計42のリセットを実行する。尚、計測ステージMSTとウェハステージWSTとが接触した状態になるとY軸干渉計44からのビームはウェハテーブルWTBの反射面41Yに投射される。そして、ウェハステージWST側では、交換後のウェハWに対してウェハアライメント、即ちアライメント系45による交換後のウェハW上のアライメントマークの検出を行い、EGA演算を行ってウェハW上の複数のショット領域の位置座標を算出する。
その後、主制御装置20は、先ほどとは逆にウェハステージWSTと計測ステージMSTとのY方向の位置関係を保ちつつ、ウェハステージWST及び計測ステージMSTを−Y方向に同時に駆動して、ウェハステージWST(ウェハW)を投影光学系PLの下方に移動させた後に、計測ステージMSTを所定の位置に退避させる。そして、主制御装置20は、上記と同様に新たなウェハWに対してステップ・アンド・スキャン方式の露光動作を実行し、ウェハ上の複数のショット領域にレチクルパターンを順次転写させる。
尚、上記の説明では、計測動作として、ベースライン計測を行う場合について説明したが、これに限らず、ウェハステージWST側でウェハの交換を行っている間に、計測ステージMSTに設けられた空間像計測装置55を用いて空間像計測を行い、波面収差測定装置59を用いて波面収差測定を行い、又は露光検出装置62を用いて照度計測、照度むら計測等を行い、その計測結果をその後行われるウェハWの露光に反映させるようにしても良い。具体的には、例えば計測結果に基づいて、上述した結像特性補正コントローラ16により投影光学系PLの光学特性を調整することができる。
以上のように、本実施形態では、計測ステージMSTにおいて、空間像計測装置55と、パターンの投影像に対するウェハステージWSTの位置関係を計測するための第2基準マークFM2とを、X軸干渉計42からのビームが照射される反射面51X及びY軸干渉計44からのビームが照射される反射面50の近傍に配置したため、計測テーブルMTBの熱膨張によりベースライン量の計測誤差等が生ずるのを防止することができる。また、熱を発する露光検出装置62を空間像計測装置55よりも反射面51X及び反射面50から離間した位置に配置しているため、これによっても計測テーブルMTBの熱膨張によりベースライン量の計測誤差等が生ずるのを防止することができる。更に、ベースライン量の計測誤差等を更に低減するために、露光検出装置を冷却する温調装置を設けても良い。
また、空間像計測装置55及び第2基準マークFM2を反射面50が設けられた端部側に配置することで、計測テーブルMTBの大型化を防止することができる。更に、計測ステージ本体46に対して計測テーブルMTBが交換可能にされているため、計測テーブルMTB表面の撥水性の劣化等による各種計測装置の計測誤差が生ずる前に計測テーブルMTBの交換等の対処をすることができる。ここで、計測テーブルMTB上には、計測テーブルMTBに対して交換可能に構成された基準板53が設けられているため、高い計測精度が要求される箇所のみを短時間で交換することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、液浸法を適用しない露光装置にも用いることができる。また、上記実施形態ではArFエキシマレーザ光を用いる場合を例に挙げて説明したが、これ以外に、例えばg線(波長436nm)、i線(波長365nm)、又はKrFエキシマレーザ光(波長248nm)、Fレーザ光(波長157nm)、Krレーザ光(波長146nm)、YAGレーザ光、若しくは半導体レーザの高周波を用いることができる。更に、DFB半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム(又はエルビウムとイットリビウムの両方)がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。例えば、単一波長レーザの発振波長を1.51〜1.59μmの範囲内とすると、発生波長が189〜199nmの範囲内である8倍高調波、又は発生波長が151〜159nmの範囲内である10倍高調波が出力される。
また、本発明は、ウェハステージが複数設けられるツインステージ型の露光装置にも適用できる。ツインステージ型の露光装置の構造及び露光動作は、例えば特開平10−163099号公報及び特開平10−214783号公報(対応米国特許6,341,007号、6,400,441号、6,549,269号及び6,590,634号)、特表2000−505958号(対応米国特許5,969,441号)或いは米国特許6,208,407号に開示されている。更に、本発明を本願出願人が先に出願した特願2004−168481号のウェハステージに適用してもよい。
尚、上記各実施形態で移動ステージに保持される基板としては、半導体デバイス製造用の半導体ウェハのみならず、ディスプレイデバイス用のガラス基板や、薄膜磁気ヘッド用のセラミックウェハ、或いは露光装置で用いられるマスク又はレチクルの原版(合成石英、シリコンウェハ)等が適用される。露光装置EXとしては、液浸法を用いない走査型露光装置やレチクルRとウェハWとを静止した状態でレチクルRのパターンを一括露光し、ウェハWを順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置(ステッパ)にも適用することができる。また、本発明はウェハW上で少なくとも2つのパターンを部分的に重ねて転写するステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置にも適用できる。露光装置EXの種類としては、ウェハWに半導体素子パターンを露光する半導体素子製造用の露光装置に限られず、液晶表示素子製造用又はディスプレイ製造用の露光装置や、薄膜磁気ヘッド、撮像素子(CCD)或いはレチクル又はマスク等を製造するための露光装置等にも広く適用できる。
ウェハステージWSTやレチクルステージRSTにリニアモータ(USP5,623,853又はUSP5,528,118参照)を用いる場合は、エアベアリングを用いたエア浮上型及びローレンツ力又はリアクタンス力を用いた磁気浮上型のどちらを用いてもよい。また、各ステージWST,RSTは、ガイドに沿って移動するタイプでもよく、ガイドを設けないガイドレスタイプであってもよい。各ステージWST,RSTの駆動機構としては、二次元に磁石を配置した磁石ユニットと、二次元にコイルを配置した電機子ユニットとを対向させ電磁力により各ステージWST,RSTを駆動する平面モータを用いてもよい。この場合、磁石ユニットと電機子ユニットとのいずれか一方をステージWST,RSTに接続し、磁石ユニットと電機子ユニットとの他方をステージWST,RSTの移動面側に設ければよい。
ウェハステージWSTの移動により発生する反力は、投影光学系PLに伝わらないように、特開平8−166475号公報(USP5,528,118)に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床(大地)に逃がしてもよい。レチクルステージRSTの移動により発生する反力は、投影光学系PLに伝わらないように、特開平8−330224号公報(US S/N08/416,558)に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床(大地)に逃がしてもよい。
以上のように、本実施形態の露光装置EXは、各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。尚、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。
図11は、マイクロデバイス(ICやLSI等の半導体チップ、液晶パネル、CCD、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等)の製造工程の一例を示すフローチャートである。半導体デバイス等のマイクロデバイスは、図11に示す通り、マイクロデバイスの機能・性能設計を行うステップS10、この設計ステップに基づいたマスク(レチクル)を製作するステップS11、デバイスの基材である基板(ウェハ)を製造するステップS12、前述した実施形態の露光装置EXによりマスクのパターンを基板に転写するウエハ処理ステップS13、デバイス組み立てステップ(ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む)S14、検査ステップS15等を経て製造される。
本発明の一実施形態による露光装置の概略構成を示す側面図である。 ステージ装置の構成を示す斜視図である。 ウェハステージに設けられる第1駆動系を説明するための斜視図である。 ウェハステージに設けられる第1駆動系を説明するための斜視図である。 計測ステージの上面図である。 第1基準マークの例を示す図である。 第2基準マークの例を示す図である。 空間像計測装置の一部構成を示す断面図である。 露光装置の制御系の構成を示すブロック図である。 ウェハステージと計測ステージとの並行処理動作を説明するための平面図である。 ウェハステージと計測ステージとの並行処理動作を説明するための平面図である。 ウェハステージと計測ステージとの並行処理動作を説明するための平面図である。 ウェハステージと計測ステージとの並行処理動作を説明するための平面図である。 ベースライン量の計測時におけるウェハステージと計測ステージとの位置関係を示す平面図である。 ベースライン量の計測時におけるウェハステージと計測ステージとの位置関係を示す平面図である。 マイクロデバイスの製造工程の一例を示すフローチャートである。
42…X軸干渉計、 44…Y軸干渉計、 50…反射面(反射部材、第1反射部材)、 51X…反射面(反射部材、第2反射部材)、 51Y…反射面(第3反射部材)、 53…基準板(計測パターン)、 55…空間像計測装置、 62…露光検出装置(検出装置)、 EX…露光装置、 FM1,FM11,FM12…第1基準マーク(基準マーク)、 MST…計測ステージ、 MTB…計測テーブル(プレート部)、 PL…投影光学系、 W…ウェハ(基板)、 WST…ウェハステージ(基板ステージ)

Claims (13)

  1. 移動可能な基板ステージ上に載置された基板に投影光学系を介してパターンを露光する露光装置において、
    前記基板ステージとは独立して移動可能に構成され、第1方向に沿って形成された第1反射部と前記第1方向と直交する第2方向に沿って形成された第2反射部とを有する計測ステージと、
    前記計測ステージに形成された前記第1反射部および前記第2反射部材にビームを照射して、前記計測ステージの前記第1方向および前記第2方向に関する位置を検出する位置検出装置とを備え、
    前記計測ステージは、前記投影光学系によって投影される前記パターンの投影像の位置を計測する基準マークと、前記投影光学系を介して前記基板に与えられる露光エネルギーに関する情報を検出する検出装置とを備え、前記基準マークは前記第1方向および前記第2方向に関して前記検出装置よりも前記第1反射部および前記第2反射部に近接して配置されることを特徴とする露光装置。
  2. 前記基準マークは、前記投影光学系により投影される前記パターンの空間像の位置を計測する空間像計測装置の一部を構成することを特徴とする請求項1記載の露光装置。
  3. 前記空間像計測装置は液体を介して前記空間像を計測することを特徴とする請求項2に記載の露光装置。
  4. 前記投影光学系の収差情報を検出する収差検出装置を、前記第1反射部または前記第2反射部の少なくとも一方に関して前記基準マークよりも離間して前記計測ステージに配置することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の露光装置。
  5. 前記計測ステージは、前記第1反射部とほぼ平行に前記第1方向に沿って設けられた第3反射部を有し、前記基準マークは前記第3反射部よりも前記第1反射部近傍に設けられていることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の露光装置。
  6. 前記位置検出装置は、前記第2反射部に照射して前記計測ステージの前記第1方向に関する位置を計測する第1ビームと、前記第1反射部に照射して前記計測ステージの前記第2方向に関する位置を計測する第2ビームとを含み、前記第1ビームと前記第2ビームとは、前記基板の露光処理中には前記基板ステージの前記第1方向位置及び前記第2方向位置の計測に用いられることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の露光装置。
  7. 前記計測ステージは少なくとも一部が交換可能なプレート部を有していることを特徴とする請求項1から請求項6の何れか一項に記載の露光装置。
  8. 前記基準マークは、前記プレート部とは独立して交換可能な計測パターン部に形成されていることを特徴とする請求項7記載の露光装置。
  9. 前記プレート部の少なくとも一部は低熱膨張材料で形成されていることを特徴とする請求項7又は請求項8記載の露光装置。
  10. 前記計測パターン部は、前記プレート部と係合して同一平面を形成する円形部材であることを特徴とする請求項7から9のいずれか一項に記載の露光装置。
  11. 前記プレート部の少なくとも一部は撥液処理を施していることを特徴とする請求項7から10のいずれか一項に記載の露光装置。
  12. 前記投影光学系の投影中心とは離れた視野中心を有したアライメント系を有し、該アライメント系は液体を介さずに前記基準マークを検出することを特徴とする請求項1から11のいずれか一項に記載の露光装置。
  13. 請求項1から請求項12の何れか一項に記載の露光装置を用いてデバイスのパターンを基板に転写する工程を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
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