JP5131281B2 - 露光装置及び露光方法、並びにデバイス製造方法 - Google Patents

露光装置及び露光方法、並びにデバイス製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、露光装置及び露光方法、並びにデバイス製造方法に係り、さらに詳しくは、エネルギビームで物体を露光する露光装置及び露光方法、並びに前記露光装置又は前記露光方法を用いるデバイス製造方法に関する。

従来、半導体素子、液晶表示素子等のマイクロデバイス(電子デバイス)を製造するためのリソグラフィ工程では、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置(いわゆるステッパ)、あるいはステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置(いわゆるスキャニング・ステッパ(スキャナとも呼ばれる))などが、主として用いられている。

この種の露光装置では、被露光基板、例えばウエハを保持するステージの位置計測は、レーザ干渉計を用いて行われるのが、一般的であった。しかるに、半導体素子の高集積化に伴う、パターンの微細化により、要求される性能が厳しくなってきた。例えば、トータルオーバイレイ誤差の許容値が数nmのオーダーとなり、これに伴ってステージの位置制御誤差の許容値もサブナノオーダー以下となってきた。従って、レーザ干渉計のビーム路上の雰囲気の温度変化及び/又は温度勾配の影響で発生する空気揺らぎに起因する計測値の短期的な変動も無視できなくなってきた。

そこで、最近では、干渉計に比べて空気揺らぎの影響を受け難い高分解能のエンコーダが注目されるようになっており、該エンコーダをウエハステージ等の位置計測に用いる露光装置が提案されている(例えば、特許文献1等参照)。該特許文献1に記載の露光装置では、基板テーブルの上方に、基板テーブルの移動範囲の全域を含む広範囲な領域に渡る、グリッド・プレートを用いている。

しかしながら、特許文献1に開示されるような、大面積で高精度なグリッド・プレートは製造が困難であることから、複数のグリッド・プレートを並べて配置する必要があった。また、特許文献1に開示されるような、大面積のグリッド・プレートを用いることは、レイアウト面、及び精度面に難点がある上、特にコスト面で見ると殆ど非現実的であった。

米国特許出願公開第2006/0227309号明細書

本発明は、第1の観点からすると、投影系を介してエネルギビームで物体を露光する露光装置であって、前記物体を保持して、互いに直交する第1方向及び第2方向を含む所定平面に沿って移動可能な移動体と;前記投影系の外側かつ前記所定平面と実質的に平行に配置されるスケールと;前記移動体に設けられた複数のヘッドを有し、前記スケールと対向する、前記複数のヘッドのうちの少なくとも2つによって、前記移動体の前記所定平面内の位置情報を計測するエンコーダシステムと;前記投影系を保持する保持部材とを備え、前記スケールは、前記投影系に対して前記第1方向の一側に配置され、前記第1方向の幅が前記第2方向の幅よりも広い第1スケールを有し、前記複数のヘッドは、前記第2方向に関して前記第1スケールの幅より広い間隔で配置される2つの第1ヘッドと、前記第2方向に関して前記2つの第1ヘッドとの間隔がそれぞれ前記第1スケールの幅以下となるように前記2つの第1ヘッドの間に配置された少なくとも1つの第1ヘッドとを含み、少なくとも前記物体の露光時、前記少なくとも3つの第1ヘッドのうち、前記第1スケールと対向する第1ヘッドによって、前記移動体の位置情報が計測され、前記スケールは、前記保持部材に吊り下げ支持される露光装置である。

これによれば、投影系に対して前記第1方向の一側に配置された第1スケールの第2方向の幅より狭い間隔で第2方向に関して配列された少なくとも3つの第1ヘッドを含む複数のヘッドが移動体に設けられたエンコーダシステムが用いられ、少なくとも物体の露光時に、第1スケールに対向する少なくとも1つの第1ヘッドを含む、スケールとそれぞれ対向する、前記複数のヘッドのうちの少なくとも2つによって、移動体の所定平面内の位置情報が、計測される。この場合、投影系を取り囲んでその周囲の全域にスケールを配置する必要がないので、スケール(格子領域)の面積を小さくすることができる。

本発明は、第の観点からすると、本発明の露光装置を用いて物体を露光することと;前記露光された物体を現像することと;を含む第1のデバイス製造方法である。

本発明は、第3の観点からすると、互いに直交する第1方向及び第2方向を含む所定平面に沿って移動可能な移動体に保持された物体を、投影系を介してエネルギビームで露光する露光方法であって、前記移動体に設けられた複数のヘッドを有するエンコーダシステムを用い、前記投影系の外側かつ前記所定平面と実質的に平行に配置されるスケールと対向する、前記複数のヘッドのうちの少なくとも2つによって、前記移動体の前記所定平面内の位置情報を計測する計測工程を含み、前記スケールは、前記投影系に対して前記第1方向の一側に配置され、前記第1方向の幅が前記第2方向の幅よりも広い第1スケールを有し、前記複数のヘッドは、前記第2方向に関して前記第1スケールの幅より広い間隔で配置される2つの第1ヘッドと、前記第2方向に関して前記2つの第1ヘッドとの間隔がそれぞれ前記第1スケールの幅以下となるように前記2つの第1ヘッドの間に配置された少なくとも1つの第1ヘッドとを含み、少なくとも前記物体の露光時、前記少なくとも3つの第1ヘッドのうち、前記第1スケールと対向する第1ヘッドによって、前記移動体の位置情報が計測され、前記スケールは、前記投影系を保持する保持部材に吊り下げ支持される露光方法である。

これによれば、投影系に対して前記第1方向の一側に配置された第1スケールの前記第2方向の幅より狭い間隔で前記第2方向に関して配列された少なくとも3つの第1ヘッドを含む複数のヘッドが移動体に設けられたエンコーダシステムが用いられ、少なくとも物体の露光時に、第1スケールに対向する少なくとも1つの第1ヘッドを含む、スケールそれぞれ対向する、前記複数のヘッドのうちの少なくともつによって、移動体の所定平面内の位置情報が、計測される。この場合、投影系を取り囲んでその周囲の全域にスケールを配置する必要がないので、スケール(格子領域)の面積を小さくすることができる。

本発明は、第の観点からすると、本発明の露光方法を用いて物体を露光することと;前記露光された物体を現像することと;を含むデバイス製造方法である。

一実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。 図1のステージ装置近傍の構成部分を拡大して示す図である。 ウエハステージを、該ウエハステージの位置情報を計測するエンコーダ及び干渉計と共に示す平面図である。 一実施形態に係る露光装置のステージ制御に関連する制御系を一部省略して示すブロック図である。 図5(A)は、ウエハの中央付近が投影ユニットの直下となる位置にウエハステージがある状態を示す図、図5(B)は、ウエハの中心と外周との中間付近が投影ユニットの直下となる位置にウエハステージがある状態を示す図である。 図6(A)は、ウエハの+Y側のエッジ近傍が投影ユニットPUの直下となる位置にウエハステージがある状態を示す図、図6(B)は、ウエハの中心から見てX軸及びY軸に対し45°を成す方向のエッジ近傍が投影ユニットPUの直下となる位置にウエハステージがある状態を示す図である。 ウエハの+X側のエッジ近傍が投影ユニットPUの直下となる位置にウエハステージがある状態を示す図である。 他の実施形態に係るウエハステージ用のエンコーダシステムを示す図である。 その他の実施形態に係るウエハステージ用のエンコーダシステムを示す図である。

以下、本発明の一実施形態を図1〜図7に基づいて説明する。

図1には、一実施形態に係る露光装置100の概略構成が示されている。露光装置100は、ステップ・アンド・スキャン方式の縮小投影露光装置、すなわち、いわゆるスキャナである。後述するように、本実施形態では投影光学系PLが設けられており、以下においては、この投影光学系PLの光軸AXと平行な方向をZ軸方向、これに直交する面内でレチクルとウエハとが相対走査される方向をY軸方向、Z軸及びY軸に直交する方向をX軸方向とし、X軸、Y軸、及びZ軸回りの回転(傾斜)方向をそれぞれθx、θy、及びθz方向として説明を行なう。

露光装置100は、照明系10、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、ウエハWが載置されるウエハステージWSTを含むウエハステージ装置12、及びこれらの制御系等を備えている。

照明系10は、例えば米国特許出願公開第2003/0025890号明細書などに開示されるように、光源と、オプティカルインテグレータ等を含む照度均一化光学系、及びレチクルブラインド等(いずれも不図示)を有する照明光学系とを含む。照明系10は、レチクルブラインド(マスキングシステム)で規定されたレチクルR上のスリット状の照明領域IARを照明光(露光光)ILによりほぼ均一な照度で照明する。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、回路パターンなどがそのパターン面(図1における下面)に形成されたレチクルRが、例えば真空吸着により固定されている。レチクルステージRSTは、例えばリニアモータ等を含むレチクルステージ駆動系11によって、XY平面内で微少駆動可能であるとともに、走査方向(図1における紙面内左右方向であるY軸方向)に所定の走査速度で駆動可能となっている。

レチクルステージRSTのXY平面(移動面)内の位置情報(θz方向の回転情報を含む)は、図1に示される、レチクルレーザ干渉計(以下、「レチクル干渉計」という)16によって、移動鏡15(実際には、Y軸方向に直交する反射面を有するY移動鏡(あるいは、レトロリフレクタ)とX軸方向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、投影ユニットPUを構成する鏡筒40の側面に固定された固定鏡14(実際には、X固定鏡、Y固定鏡のそれぞれ)を基準として、例えば0.25nm程度の分解能で常時検出される。

投影ユニットPUは、レチクルステージRSTの図1における下方で、フランジFLGを介して不図示のボディの一部(鏡筒定盤)に保持されている。投影ユニットPUは、円筒状でその外周部の下端部近傍にフランジFLGが設けられた鏡筒40と、該鏡筒40に保持された複数の光学素子から成る投影光学系PLとを含む。投影光学系PLとしては、例えばZ軸方向と平行な光軸AXに沿って配列される複数の光学素子(レンズエレメント)から成る屈折光学系が用いられている。投影光学系PLは、例えば両側テレセントリックで所定の投影倍率(例えば1/4倍又は1/5倍)を有する。このため、照明系10からの照明光ILによって照明領域IARが照明されると、投影光学系PLの第1面(物体面)とパターン面がほぼ一致して配置されるレチクルRを通過した照明光ILにより、投影光学系PLを介してその照明領域IAR内のレチクルの回路パターンの縮小像(回路パターンの一部の縮小像)が、投影光学系PLの第2面(像面)側に配置される、表面にレジスト(感応剤)が塗布されたウエハW上の前記照明領域IARに共役な領域(露光領域)に形成される。そして、レチクルステージRSTとウエハステージWSTとの同期駆動によって、照明領域IAR(照明光IL)に対してレチクルRを走査方向(Y軸方向)に相対移動するとともに、露光領域(照明光IL)に対してウエハWを走査方向(Y軸方向)に相対移動することで、ウエハW上の1つのショット領域(区画領域)の走査露光が行われ、そのショット領域にレチクルRのパターンが転写される。すなわち、本実施形態では照明系10、レチクルR及び投影光学系PLによってウエハW上にパターンが生成され、照明光ILによるウエハW上の感応層(レジスト層)の露光によってウエハW上にそのパターンが形成される。

ウエハステージ装置12は、床面F上に設置されたベースプレートBS上に配置された複数(例えば3つ又は4つ)の防振機構(図示省略)によってほぼ水平に支持されたステージベース71、該ステージベース71の上方に配置されたウエハステージWST、該ウエハステージWSTを駆動するウエハステージ駆動系27(図1では不図示、図4参照)等を備えている。

ステージベース71は、平板状の外形を有する部材からなり、その上面は平坦度が非常に高く仕上げられ、ウエハステージWSTの移動の際のガイド面とされている。ステージベース71の内部には、XY二次元方向を行方向、列方向としてマトリックス状に配置された複数のコイルを含む、コイルユニットが収容されている。

ウエハステージWSTは、図2に示されるように、ステージ本体30とその上部のウエハテーブルWTBとを有し、ステージ本体30の底部には、上記のコイルユニットとともに、磁気浮上型の平面モータを構成する、複数の磁石を有する磁石ユニット31が設けられている。本実施形態では、コイルユニットは、X軸方向駆動コイル及びY軸方向駆動コイルのみならず、Z軸方向駆動コイルをも有しており、これらのコイルユニットと上述の磁石ユニットとによって、ウエハステージWSTを、X軸方向、Y軸方向、Z軸方向、θx、θy方向、及びθz方向の6自由度方向に駆動する、電磁力駆動方式(ローレンツ力駆動方式)のムービングマグネット型の平面モータ(二次元リニアアクチュエータ)が構成されている。上記の平面モータを含んで、ウエハステージ駆動系27が構成されている。本実施形態では、コイルユニットを構成する各コイルに供給される電流の大きさ及び方向が、主制御装置20によって制御される。

なお、ウエハステージWSTは、例えばリニアモータ又は平面モータ等によりXY平面内で駆動されるステージ本体と、該ステージ本体上でボイスコイルモータなどにより少なくともZ軸方向、θx方向、及びθy方向の3自由度方向に微小駆動されるウエハテーブルとを備えた構造を採用しても良い。かかる場合には、例えば米国特許第5,196,745号明細書などに開示されるローレンツ電磁力駆動による平面モータなどを用いることができる。なお、ローレンツ電磁力駆動方式に限らず、可変磁気抵抗駆動方式の平面モータを用いることもできる。

ウエハテーブルWTB上には、不図示のウエハホルダを介してウエハWが載置され、例えば真空吸着(又は静電吸着)などによって固定されている。

また、ウエハステージWSTのXY平面内の位置情報は、図1に示される、スケール部材46B、46C、46D等を含むエンコーダシステム50(図4参照)と、ウエハレーザ干渉計システム(以下、「干渉計システム」と略述する)18とによってそれぞれ計測可能に構成されている。以下、ウエハステージWST用のエンコーダシステム50、及び干渉計システム18の構成等について詳述する。なお、スケール部材はグリッド・プレート、格子部材、あるいは基準部材などとも呼ぶことができる。

ウエハテーブルWTB(ウエハステージWST)の上面には、図3の平面図に示されるように、ウエハWを取り囲んで、複数(ここでは各10個)のXヘッド(以下、適宜、ヘッドと略述する)661〜6610及びYヘッド(以下、適宜、ヘッドと略述する)641〜6410が設けられている。詳述すると、ウエハテーブルWTB上面の+Y側の端部、及び−Y側の端部には、Xヘッド661、662、…、665及び666、667、…、6610がX軸方向に沿って所定間隔で配置されている。また、ウエハテーブルWTB上面の+X側の端部、及び−X側の端部には、Yヘッド64、642、…、645及び646、647、…、6410がY軸方向に沿って所定間隔で配置されている。Yヘッド641〜6410、及びXヘッド661〜6610のそれぞれとしては、例えば米国特許第7,238,931号明細書、あるいは国際公開第2007/083758号パンフレット(対応米国特許出願公開第2007/0288121号明細書)などに開示されるヘッド(エンコーダ)と同様の構成のものが用いられている。なお、以下では、Yヘッド641〜6410及びXヘッド661〜6610を、それぞれ、Yヘッド64及びXヘッド66とも記述する。

一方、図1及び図3を総合するとわかるように、投影ユニットPUの最下端部の周囲を四方から囲む状態で、4つのスケール部材46A〜46Dが配置されている。これらのスケール部材46A〜46Dは、図1では図面の錯綜を避ける観点から図示が省略されているが、実際には、例えば支持部材を介して鏡筒定盤に吊り下げ状態で固定されている。

スケール部材46A、46Cは、投影ユニットPUの−X側、+X側にそれぞれ、X軸方向を長手方向として、かつ投影光学系PLの光軸AXに関して対称に配置されている。また、スケール部材46B、46Dは、投影ユニットPUの+Y側、−Y側にそれぞれ、Y軸方向を長手方向として、かつ投影光学系PLの光軸AXに関して対称に配置されている。

スケール部材46A〜46Dは同一素材(例えばセラミックス、又は低熱膨張のガラスなど)から成り、その表面(図1における下面、すなわち−Z側の面)に長手方向に垂直な方向を周期方向とする同一の反射型の回折格子が形成されている。この回折格子は、例えば138nm〜4μmの間のピッチ、例えば1μmピッチで刻んで作成されている。なお、図3では、図示の便宜上から、格子のピッチは、実際のピッチに比べて格段に広く図示されている。また、スケール部材46A〜46Dの表面(格子面)に、上記ヘッドからの計測ビームに対して実質的に透明なカバー部材(例えばガラスプレートなど)を設けても良い。

スケール部材46A、46Cは、回折格子がY軸方向を周期方向とするので、ウエハステージWSTのY軸方向の位置計測に用いられる。また、スケール部材46B及び46Dは、回折格子がX軸方向を周期方向とするので、ウエハステージWSTのX軸方向の位置計測に用いられる。

本実施形態では、隣接する2つのXヘッド66が対応するスケール部材(回折格子)に同時に対向し得る間隔で、すなわち、スケール部材46B、46Dの長手方向と直交する方向(回折格子の配列方向)に関する回折格子の長さと同程度以下の間隔で、Xヘッド66、662、…、665、及び666、667、…、6610がウエハテーブルWTB上に配置されている。

同様に、隣接する2つのYヘッド64が対応するスケール部材(回折格子)に同時に対向し得る間隔で、すなわち、スケール部材46A、46Cの長手方向と直交する方向(回折格子の配列方向)に関する回折格子の長さと同程度以下の間隔で、Yヘッド641〜645、及びYヘッド646〜6410がウエハテーブルWTB上に配置されている。

Yヘッド641〜645、及びYヘッド646〜6410のそれぞれは、スケール部材46C、46Aのいずれかと対向して、ウエハステージWSTのY位置を計測する、多眼、より正確には5眼のYリニアエンコーダを構成する。また、Xヘッド66、662、…、665及び666、667、…、6610のそれぞれは、スケール部材46B、46Dのいずれかと対向して、ウエハステージWSTのX位置を計測する、多眼、より正確には5眼のXリニアエンコーダを構成する。

ウエハWが、投影光学系PL(投影ユニットPU)の下方に位置する、露光の際のウエハステージWSTの移動範囲内では、Yヘッド64i(i=1〜5のいずれか)、64j(j=i+5)が、スケール部材46C、46Aにそれぞれ対向するとともに、Xヘッド66p(p=1〜5のいずれか)、66q(q=p+5)が、スケール部材46B、46Dにそれぞれ対向する。すなわち、スケール部材46C、46Aにそれぞれ対向するYヘッド64i、64jによって構成される一対のYリニアエンコーダ50C、50A(図4参照)と、スケール部材46B、46Dにそれぞれ対向するXヘッド66p、66qによって構成される一対のXリニアエンコーダ50B、50D(図4参照)との合計4つのエンコーダの計測値が、主制御装置20に供給されるようになっている。一対のYリニアエンコーダ50C、50Aと一対のXリニアエンコーダ50B、50Dとを含んで、図4のエンコーダシステム50が構成されている。

また、干渉計システム18は、図2に示されるように、ウエハテーブルWTBの端面に形成された反射面及びステージ本体30に固定された移動鏡43に測長ビームを照射することによって、ウエハステージWSTの位置情報を、例えば0.25nm程度の分解能で常時検出する。干渉計システム18はその少なくとも一部(例えば、光源を除く光学ユニット)が、鏡筒定盤に吊り下げ状態で固定されている。

ウエハステージWSTには、実際には、図3に示されるように、走査方向であるY軸方向に直交する反射面17Yと、非走査方向であるX軸方向に直交する反射面17Xとが形成されているが、図1では、これらが代表的に反射面17として示されている。

干渉計システム18は、図3に示されるように、ウエハY干渉計18Yと、2つのウエハX干渉計18X1及び18X2と、一対のZ干渉計18Z1,18Z2の5つの干渉計を含む。これら5つの干渉計18Y、18X1、18X2、18Z1、18Zとしては、ゼーマン効果を利用した2周波レーザを用いたマイケルソン型のヘテロダイン・レーザ干渉計が用いられている。このうち、ウエハY干渉計18Yとしては、図3に示されるように、投影光学系PLの光軸AX(前述の照明領域IARと共役な露光領域の中心)及び後述するアライメント系ALGの検出中心を通るY軸に平行な軸(基準軸)に関して対称な2つの測長軸を含む複数の測長軸を有する多軸干渉計が用いられている。なお、ウエハY干渉計18Yについては、さらに後述する。

ウエハX干渉計18X1は、投影光学系PLの光軸AX(前述の露光領域の中心)を通るX軸に平行な軸(基準軸)を通る測長軸に沿って測長ビームを反射面17Xに対して照射する。このウエハX干渉計18X1は、投影ユニットPUの鏡筒40の側面に固定されたX固定鏡の反射面を基準とする反射面17Xの変位をウエハステージWSTのX軸方向に関する位置情報として計測する。

ウエハX干渉計18X2は、アライメント系ALGの検出中心を通るX軸方向の測長軸に沿って測長ビームを反射面17Xに対して照射し、アライメント系ALGの側面に固定された固定鏡の反射面を基準とする移動鏡17Xの反射面の変位をウエハステージWSTのX軸方向に関する位置情報として計測する。

また、ステージ本体30の+Y側の側面には、図1及び図2に示されるように、X軸方向を長手方向とする移動鏡43が、不図示のキネマティック支持機構を介して取り付けられている。

移動鏡43に対向して、該移動鏡43に測長ビームを照射する一対のZ干渉計18Z1,18Z2が配置されている(図3参照)。詳述すると、移動鏡43は、図2及び図3を総合するとわかるように、X軸方向の長さが反射面17Y(ウエハテーブルWTB)よりも長い、長方形と等脚台形とを一体化したような六角形の断面形状を有する部材から成る。この移動鏡43の+Y側の面に鏡面加工が施され、図2に示される3つの反射面が形成されている。

Z干渉計18Z1、18Z2は、図3からわかるように、Y干渉計18YのX軸方向の一側と他側にほぼ同一距離離れて配置されている。また、Z干渉計18Z1、18Z2は、実際には、Y干渉計18Yより幾分低い位置にそれぞれ配置されている。

Z干渉計18Z1、18Z2それぞれから、図2及び図3に示されるように、Y軸方向の測長ビームB1が移動鏡43の上側反射面(傾斜面)に向けて照射されるとともに、Y軸方向の測長ビームB2が移動鏡43の下側反射面(傾斜面)に向けて照射されるようになっている。本実施形態では、上側反射面で反射された測長ビームB1と直交する反射面を有する固定鏡47A、及び下側反射面で反射された測長ビームB2と直交する反射面を有する固定鏡47Bが、投影ユニットPUから+Y方向に所定距離離れた位置に測長ビームB1,B2に干渉しない状態で、それぞれX軸方向に延設されている。固定鏡47A、47Bは、例えば投影ユニットPUを支持する鏡筒定盤に設けられた同一の支持体(不図示)に支持される。

Z干渉計18Z1,18Z2それぞれからY軸方向の測長ビームB1、B2が、移動鏡43に向けて照射され、これらの測長ビームB1、B2は、移動鏡43の上下の反射面のそれぞれに所定の入射角で入射し、各反射面でそれぞれ反射されて固定鏡47A,47Bの反射面に垂直に入射する。そして、固定鏡47A,47Bの反射面で反射された測長ビームB1、B2は、入射時と同一の光路を逆向きに通ってZ干渉計18Z1、18Z2に戻る。

Y干渉計18Yは、図3に示されるように、投影光学系PLの投影中心(光軸AX、図1参照)を通るY軸に平行な直線(基準軸)から同一距離−X側,+X側に離れたY軸方向の測長軸に沿って測長ビームB41,B42を反射面17Yに照射し、それぞれの反射光を受光することで、測長ビームB41,B42の照射点におけるウエハステージWSTのY軸方向の位置情報を、投影ユニットPUの鏡筒40の側面に固定されたY固定鏡の反射面を基準として検出している。なお、図2では、測長ビームB41,B42が代表的にビームB4として示されている。

また、Y干渉計18Yは、測長ビームB41,B42との間にZ軸方向に所定間隔をあけてY軸方向の測長軸に沿って測長ビームB3を移動鏡43のXZ平面に平行な中央反射面に向けて照射し、その中央反射面で反射した測長ビームB3を受光することにより、移動鏡43の中央反射面(すなわちウエハステージWST)のY軸方向の位置を検出している。

主制御装置20は、Y干渉計18Yの測長ビームB41,B42に対応する測長軸の計測値の平均値に基づいて反射面17Y、すなわちウエハテーブルWTB(ウエハステージWST)のY位置、すなわちY軸方向の変位ΔYoを算出する。また、主制御装置20は、反射面17Y及び移動鏡43の中央反射面におけるY位置に基づいて、ウエハステージWSTのX軸回りの回転方向(θx方向)の変位(ピッチング量)ΔXoを算出する。

また、主制御装置20は、Z干渉計43A、43Bの計測結果に基づいて、例えば国際公開第2007/083758号パンフレット(対応米国特許出願公開第2007/0288121号明細書)などに開示される手法により、ウエハステージWSTのZ軸方向、Y軸方向、θz方向、及びθy方向の変位ΔZo、ΔYo、Δθz、Δθyを算出することができる。

なお、図1では、X干渉計18X1,18X2及びY干渉計18Y、並びにZ干渉計18Z1,18Z2が代表的に干渉計システム18として示され、X軸方向位置計測用のX固定鏡とY軸方向位置計測用のY固定鏡とが代表的に固定鏡57として図示されている。また、アライメント系ALG及びこれに固定された固定鏡は図1では図示が省略されている。

本実施形態では、ウエハX干渉計18XとウエハY干渉計18Yとは、ウエハの露光動作時に用いられるエンコーダシステムのキャリブレーションに用いられるとともに、ウエハX干渉計18XとウエハY干渉計18Yとは、アライメント系ALGによるマーク検出時に用いられる。なお、本実施形態において、ウエハテーブルWTBの端面に反射面17X、17Yを形成する代わりにウエハステージWSTの端部に移動鏡(平面ミラー)を固定しても良い。

また、ウエハステージWST上には、不図示の基準マーク板が、その表面がウエハWと同一高さとなる状態で固定されている。この基準マーク板の表面には、少なくとも一対のレチクルアライメント用の第1基準マークと、これらの第1基準マークに対して既知の位置関係にあるアライメント系ALGのベースライン計測用の第2基準マークなどが形成されている。

本実施形態の露光装置100は、さらに、レチクルステージRSTの上方にX軸方向に所定距離隔てて配置された一対のレチクルアライメント系13A、13B(図1では不図示、図4参照)備えている。レチクルアライメント系13A、13Bとしては、投影光学系PLを介してウエハステージWST上の一対の基準マークとこれに対応するレチクル上の一対のレチクルマークとを同時に観察するための露光波長の光を用いたTTR(Through The Reticle)アライメント系が用いられている。レチクルアライメント系の詳細な構成は、例えば米国特許第5,646,413号明細書などに開示されている。なお、レチクルアライメント系として、例えばスリット開口を有する受光面がウエハステージWSTに配置される空間像計測系を代用又は兼用しても良い。この場合、前述の第1基準マークは設けなくても良い。

同様に、図1では図示が省略されているが、露光装置100は、例えば米国特許第5,448,332号明細書等に開示されるものと同様の照射系42aと受光系42b(図4参照)とから成る斜入射方式の多点焦点位置検出系を、さらに備えている。

また、露光装置100では、投影ユニットPUの近傍に、前述のアライメント系ALG(図1では不図示、図3参照)が設けられている。このアライメント系ALGとしては、例えば、画像処理方式のFIA(Field Image Alignment)系が用いられている。アライメント系ALGは、指標中心を基準とするマークの位置情報を主制御装置20に供給する。主制御装置20は、この供給された情報と、干渉計システム18のウエハY干渉計18Yの測長ビームB41,B42に対応する測長軸及びウエハX干渉計18X2の計測値とに基づいて、検出対象のマーク、具体的には基準マーク板上の第2基準マーク又はウエハ上のアライメントマークのウエハY干渉計18Y及びウエハX干渉計18X2の測長軸で規定される座標系(アライメント座標系)上における位置情報を計測する。

図4には、本実施形態の露光装置100のステージ制御に関連する制御系が一部省略してブロック図にて示されている。この図6の制御系は、CPU(中央演算処理装置)、ROM(リード・オンリ・メモリ)、RAM(ランダム・アクセス・メモリ)等から成るいわゆるマイクロコンピュータ(又はワークステーション)を含み、装置全体を統括して制御する主制御装置20を中心として構成されている。

上述のようにして構成された露光装置100では、例えば米国特許第4,780,617号明細書などに開示されている周知のEGA(エンハンスド・グローバル・アライメント)方式などで行われるウエハアライメント動作時には、上述の如く、干渉計システム18のウエハY干渉計18Y及びウエハX干渉計18X2の計測値に基づいて、ウエハステージWSTのXY平面内の位置が主制御装置20によって管理され、ウエハアライメント動作時以外の例えば露光動作時などには、エンコーダ50A〜50Dの計測値に基づいて、ウエハステージWSTの位置が主制御装置20によって管理されるようになっている。

従って、ウエハアライメント動作終了後、露光開始前までの間で、ウエハステージのXY平面内の位置計測に用いる位置計測系を、ウエハY干渉計18Y及びウエハX干渉計18X2からエンコーダ50A〜50Dへ切り替える、位置計測系の切り換え動作を行う必要がある。この位置計測系の切り換え動作は、大略、次の手順で行なわれる。

ウエハアライメントの終了後、主制御装置20は、干渉計18Y,18X2,18Z1,18Z2の計測値に基づいて、ウエハステージWSTを所定方向、例えば+Y方向に駆動する。

そして、干渉計18X2からの測長ビームと、干渉計18X1からの測長ビームとが同時に反射面17Xに照射される位置に、ウエハステージWSTが到達すると、主制御装置20は、干渉計システム18(干渉計18Y,18X2,18Z1,18Z2)の計測値に基づいて、ウエハステージWSTのθz回転(ヨーイング)誤差(及びθx回転(ピッチング)誤差、並びにθy回転(ローリング)誤差)が零となるようにウエハステージWSTの姿勢を調整した後、干渉計18X1の計測値を、そのときの干渉計18X2の計測値と同じ値にプリセットする。

そのプリセット後、干渉計18X1、18Yの各軸の計測値の空気揺らぎ(空気の温度揺らぎ)による短期的変動の影響が平均化効果により無視できるレベルになるまでの所定時間その位置でウエハステージWSTを停止させ、その停止時間中に取得した干渉計18X1の計測値の加算平均値(停止時間中の平均値)を、Xリニアエンコーダ50B,50Dの計測値として引き継ぐとともに、その停止時間中に取得した干渉計18Yの複数軸それぞれにおける計測値の加算平均値(停止時間中の平均値)の平均値を、Yリニアエンコーダ50A,50Cの計測値として引き継ぐ。これにより、Xリニアエンコーダ50B,50D、及びYリニアエンコーダ50A,50Cのプリセット、すなわち位置計測系の切り換え動作が完了する。以後、主制御装置20により、エンコーダ50A〜50Dの計測値に基づいて、ウエハステージWSTの位置が管理されることとなる。

本実施形態の露光装置100では、通常のスキャニング・ステッパと同様に、レチクルアライメント系13A,13B、ウエハステージWST上の基準マーク板及びアライメント系ALGなどを用いて、レチクルアライメント(レチクル座標系とウエハ座標系との対応付けを含む)及びアライメント系ALGのベースライン計測などの一連の作業が行われる。これらの一連の作業中のレチクルステージRST、及びウエハステージWSTの位置制御は、レチクル干渉計16、及び干渉計システム18の計測値に基づいて行われる。

次いで、主制御装置20により、不図示のウエハローダを用いてウエハステージWST上のウエハ交換(ウエハステージWST上にウエハがない場合は、ウエハのロード)が行われ、そのウエハに対するアライメント系ALGを用いたウエハアライメント(例えばEGAなど)が行われる。このウエハアライメントにより、前述したアライメント座標系上におけるウエハ上の複数のショット領域の配列座標が求められる。

その後、前述した位置計測系の切り替えが行われ、主制御装置20により、先に計測したベースライン及びエンコーダ50A〜50Dの計測値に基づいてウエハステージWSTの位置が管理され、かつ前述したレチクル干渉計16の計測値に基づいてレチクルステージRSTの位置を管理しつつ、通常のスキャニング・ステッパと同様の手順で、ステップ・アンド・スキャン方式の露光が行われ、レチクルRのパターンがウエハ上の複数のショット領域にそれぞれ転写される。

図5(A)には、ウエハWの中央付近が投影ユニットPUの直下となる位置にウエハステージWSTがある状態が示され、図5(B)には、ウエハWの中心と外周との中間付近が投影ユニットPUの直下となる位置にウエハステージWSTがある状態が示されている。また、図6(A)には、ウエハWの+Y側のエッジ近傍が投影ユニットPUの直下となる位置にウエハステージWSTがある状態が示され、図6(B)には、ウエハWの中心から見てX軸及びY軸に対し45°を成す方向のエッジ近傍が投影ユニットPUの直下となる位置にウエハステージWSTがある状態が示されている。また、図7には、ウエハWの+X側のエッジ近傍が投影ユニットPUの直下となる位置にウエハステージWSTがある状態が示されている。これらの図5(A)〜図7を見ると、いずれの図においても、ウエハテーブルWTB上のYヘッド641〜645、及びYヘッド646〜6410、並びにXヘッド66〜665及び666〜6610の4つのグループについて、各グループに属する少なくとも1つ(本実施形態では1つ又は2つ)のヘッドが、対応するスケール部材に対向していることがわかる。この事実、並びにスケール部材46A〜46Dの投影光学系PLの光軸AXを中心とする上下、左右方向に関する対称配置及びYヘッド641〜6410、及びXヘッド66〜6610のウエハステージWSTの中心に対するX軸方向及びY軸方向に関する対称配置を総合して考えればわかるように、露光装置100では、露光中のウエハステージWSTの移動範囲内のいずれの位置にウエハステージWSTがあっても、Yヘッド641〜645、及びYヘッド646〜6410、並びにXヘッド66〜665及び666〜6610のうちの少なくとも各1つが、対応する移動スケールに対向し、4つのエンコーダ50A〜50DによるウエハステージWSTのX位置及びY位置の計測を常時、ほぼ同時に行うことができる。

換言すれば、前述した4つのヘッド群641〜645、646〜6410、66〜665及び666〜6610の配置領域は、その長さ(例えばヘッド群641〜645の場合、ヘッド641とヘッド645との距離)が、少なくともウエハWの全面を走査露光するときのウエハステージWSTの移動ストローク(移動範囲)の全域をカバーする(本実施形態では全てのショット領域で、少なくとも走査露光中と、走査露光前後のウエハステージWSTの加減速及び同期整定の期間中とに、4つのヘッド群641〜645、646〜6410、66〜665及び666〜6610(計測ビーム)の少なくとも1つが、対応するスケール部材(回折格子)から外れない、すなわち計測不能とならない)ように、ウエハWの大きさ(直径)よりも長く設定されている。

また、4つのスケール部材46A〜46Dも同様に、それぞれ長手方向に関して、その長さ(回折格子の幅に相当)が、少なくともウエハWの全面を走査露光するときのウエハステージWSTの移動ストロークの全域をカバーする(すなわち、少なくともウエハWの露光動作中に4つのヘッド群641〜645、646〜6410、66〜665及び666〜6610(計測ビーム)が対応するスケール部材(回折格子)から外れない、すなわち計測不能とならない)ように、その移動ストロークと同程度以上に設定されている。

以上詳細に説明したように、本実施形態の露光装置100によると、エンコーダシステム50により、スケール部材46A,46Cにそれぞれ対向する一対のYヘッド64の出力と、スケール部材46B,46Dにそれぞれ対向する一対のXヘッド66の出力とに基づいて、ウエハステージWSTのXY平面内の3自由度方向の位置情報が算出され、ウエハステージ駆動系27により、主制御装置20の指示に応じ、エンコーダシステム50により算出された位置情報に基づいて、ウエハステージWSTがXY平面に沿って駆動される。従って、ウエハステージWSTの移動範囲の全域に対応してスケール(格子)を配置することなく、ウエハステージWSTの移動範囲の全域で、エンコーダシステム50の計測値に基づいて、ウエハステージWSTをXY平面に沿って精度良く駆動することが可能になる。

また、本実施形態の露光装置100によると、ウエハW上の各ショット領域に対する走査露光の際に、主制御装置20は、レチクル干渉計16と、エンコーダ50A,50C(及び50B及び50D)の計測値に基づいて、レチクルR(レチクルステージRST)、ウエハW(ウエハステージWST)を走査方向(Y軸方向)に沿って精度良く駆動することが可能であるとともに、非走査方向(X軸方向)にもウエハW(ウエハステージWST)を精度良く駆動することができ、非走査方向に関するレチクルR(レチクルステージRST)とウエハW(ウエハステージWST)との高精度な位置決め(アライメント)も可能となる。これにより、ウエハW上の複数のショット領域にレチクルRのパターンを精度良く形成することが可能になる。

なお、本実施形態で用いられる各エンコーダとしては、上述した回折干渉方式、又はいわゆるピックアップ方式など、種々の方式を用いることができ、例えば米国特許第6,639,686号明細書などに開示されるいわゆるスキャンエンコーダなどを用いることができる。

次に、図8に基づいて、本発明の他の実施形態について説明する。この実施形態の露光装置では、ウエハステージ用のエンコーダシステムのみが、前述の実施形態と異なるので、以下では、このエンコーダシステムについて説明する。なお、図3との差異がエンコーダシステムの構成のみであるので、以下では図3と同一若しくは同等の作用、機能の構成部分には同一の符号を付すとともにその説明を省略する。また、この図8では、干渉計システム18も図示が省略されている。

図8に示されるように、投影ユニットPUの最下端部の−X側、+Y側には、細長い長方形板状のスケール部材46A’及び46B’が配置されている。これらのスケール部材A’及び46B’は、実際には、支持部材を介して鏡筒定盤に吊り下げ状態で固定されている。

スケール部材46A’は、投影ユニットPUの−X側にX軸方向を長手方向としてかつ、その長手方向に垂直な方向の中心線(長手方向に延びる中心線)の延長線が投影光学系PLの光軸と直交する状態で配置されている。スケール部材46A’の表面(−Z側の面)には、X軸方向を周期方向とする所定ピッチ、例えば1μmの反射型回折格子が、前述と同様にして形成されている。

また、スケール部材46B’は、投影ユニットPUの+Y側にY軸方向を長手方向としてかつ、その長手方向に垂直な方向の中心線(長手方向に延びる中心線)の延長線が投影光学系PLの光軸で前述のスケール部材46A’の長手方向の中心軸の延長線と直交する状態で配置されている。スケール部材46B’の表面(−Z側の面)には、Y軸方向を周期方向とする所定ピッチ、例えば1μmの反射型回折格子が、前述と同様にして形成されている。この場合、スケール部材46A’の長手方向に垂直な方向の幅(回折格子の幅)は、前述のスケール部材46Aとほぼ同一であり、スケール部材46B’の幅(回折格子の幅)は、スケール部材46A’の幅(回折格子の幅)の約2倍である。

一方、ウエハテーブルWTBの上面には、前述の実施形態でYヘッド646、647、…、6410が配置されていた位置に、Xヘッド661、662、…、665がそれぞれ配置されている。また、ウエハテーブルWTBの上面には、前述の実施形態でXヘッド661、662、…、665が配置されていた位置に、Yヘッド641、642、…、645がそれぞれ配置されている。

この実施形態では、ウエハWが、投影光学系PLの下方に位置する、露光の際のウエハステージWSTの移動範囲内では、少なくとも2つの隣接するYヘッド64i、64i+1(i=1〜4のいずれか)が、スケール部材46B’に同時に対向するとともに、少なくとも1つのXヘッド66p(p=1〜5のいずれか)が、スケール部材46A’に対向する。すなわち、スケール部材46B’に対向するYヘッド64i、64i+1によって構成される2つのYリニアエンコーダと、スケール部材46A’に対向するXヘッド66pによって構成されるXリニアエンコーダとの合計3つのエンコーダの計測値が、主制御装置20に供給されるようになっている。主制御装置20は、これら3つのエンコーダの計測値に基づいて算出される、ウエハステージWSTのX軸及びY軸方向の位置情報とθz方向の回転情報とに基づき、ウエハステージ駆動系27を介してウエハステージWSTの位置制御を行う。これにより、上記実施形態と全く同様に、高精度なウエハステージWSTの2次元駆動が可能となる。

なお、図8において、前述した2つのヘッド群641〜645、及び66〜665の配置領域は、その長さ(例えばヘッド群641〜645の場合、ヘッド641とヘッド645との距離)が、少なくともウエハWの露光動作時におけるウエハステージWSTの移動ストローク(移動範囲)の全域をカバーする(換言すれば、全てのショット領域の走査露光時に各ヘッド群(計測ビーム)が対応する移動スケール(回折格子)から外れない、すなわち計測不能とならない)ように、ウエハWの大きさ(直径)より長く設定される。また、図8に示されるエンコーダシステムにおいて、スケール部材46A’又はスケール部材46B’はそれぞれ長手方向に関して、その長さ(回折格子の形成範囲に相当)が、少なくともウエハWの露光動作時におけるウエハステージWSTの移動ストローク(移動範囲)の全域をカバーする(換言すれば、全てのショット領域の走査露光時に各ヘッド群(計測ビーム)が対応するスケール(回折格子)から外れない、すなわち計測不能とならない)ように、その移動ストロークと同程度以上に設定される。

次に、本発明のその他の実施形態について、図9に基づいて説明する。この実施形態の露光装置では、ウエハステージ用のエンコーダシステムのみが、前述の実施形態と異なるので、以下では、このエンコーダシステムについて説明する。なお、図3との差異がエンコーダシステムの構成のみであるので、以下では図3と同一若しくは同等の作用、機能の構成部分には同一の符号を付すとともにその説明を省略する。

図9では、投影ユニットPUの最下端部の+Y側に、細長い長方形板状のスケール部材46B”が配置されている。このスケール部材46B”は、前述のスケール部材46B’と同一の大きさ(長さ及び幅)を有している。ただし、このスケール部材46B”の表面(−Z側の面)には、Y軸方向を周期方向とする所定ピッチ、例えば1μmの格子と、X軸方向を周期方向とする所定ピッチ、例えば1μmの格子とから成る反射型の2次元回折格子が形成されている。

また、ウエハテーブルWTBの上面には、前述の図8におけるヘッド群641〜645と同一の配置で、5つの2次元ヘッド(2Dヘッド)681〜685が、Y軸方向に所定間隔で配置されている。各2次元ヘッドとしては、例えば、計測ビームを+Z方向に射出し、この計測ビームの2次元回折格子からの所定次数の回折光を集光させる一対のX回折格子及び一対のY回折格子(固定スケール)と、これらの一対のX回折格子、及び一対のY回折格子でそれぞれ集光された回折光を干渉させる、透過型の2次元の回折格子から成るインデックススケールと、インデックススケールにて干渉した光を検出する検出器と、を含んで構成することができる。すなわち、いわゆる3格子回折干渉方式の2次元のエンコーダヘッドを、2Dヘッド681〜685として用いることができる。なお、2Dヘッドの代わりに、X軸方向を計測方向とする一次元ヘッド(Xヘッド)と、Y軸方向を計測方向とする一次元ヘッド(Yヘッド)とを組み合わせて用いても良い。この場合、計測ビームの照射位置は、XヘッドとYヘッドとで同一でなくても良い。なお、本明細書中では、上記XヘッドとYヘッドとの組み合わせのような2つの1次元ヘッドの組み合わせをも含む概念として、「2次元ヘッド」なる用語を用いている。

この図9に示される構成のエンコーダシステムを備えたステージ装置では、ウエハWが、投影光学系PLの下方に位置する、露光の際のウエハステージWSTの移動範囲内では、少なくとも2つの隣接する2Dヘッド68i、68i+1(i=1〜4のいずれか)が、スケール部材46B”に同時に対向する。すなわち、スケール部材46B”に対向する2Dヘッド68i、68i+1によって構成される2つの2次元エンコーダの計測値が、主制御装置20に供給される。主制御装置20は、これら2つのエンコーダの計測値に基づいて算出される、ウエハステージWSTのX軸及びY軸方向の位置情報とθz方向の回転情報とに基づき、ウエハステージ駆動系27を介してウエハステージWSTの位置制御を行う。これにより、上記実施形態と全く同様に、高精度なウエハステージWSTの2次元駆動が可能となる。

なお、ウエハステージWSTのθz方向の回転情報を計測する必要がない場合、あるいは干渉計システム18によって計測したθz方向の回転情報を用いる場合などには、2Dヘッド681〜685のうちの少なくとも1つが、スケール部材46B”に対向するような構成を採用することもできる。この場合において、スケール部材46B”に代えて、2次元回折格子が形成されたスケール部材を2つ設けても良い。このようにすると、1つのスケール部材の大きさを抑えつつ、少なくとも露光動作時のウエハステージWSTの移動範囲の全域をカバーすることができる。この場合、2つのスケール部材は、それぞれの長手方向が互いに直交するように配置しても良いし、長手方向を同一方向として配置しても良い。

なお、上記各実施形態では、ウエハの露光動作中に前述のエンコーダシステムを用いてウエハステージWSTの位置制御を行うものとしたが、例えばアライメント動作(少なくともアライメント系ALGによるマーク検出動作を含む)、及び/又はウエハの交換動作などにおいても、図3、図8及び図9などに示したエンコーダシステムを用いてウエハステージWSTの位置制御を行っても良い。この場合、当然ながら前述した位置計測系の切り換え動作が不要となる。

ここで、アライメント系ALGによるウエハW上のアライメントマーク又はウエハステージWSTの基準マークの検出時などでも、前述のエンコーダシステム(図3、図8及び図9)を用いる場合、この検出動作時におけるウエハステージWSTの移動範囲をも考慮して、ヘッドの配置(例えば、位置、個数の少なくとも1つを含む)及び/又はスケール部材の配置(例えば、位置、個数、大きさの少なくとも1つを含む)などを設定することが好ましい。すなわち、アライメント系ALGの計測位置にウエハステージを移動して行われるマークの検出動作中にも、例えばX軸、Y軸及びθz方向の3自由度の位置計測を可能とするため、常に少なくとも3つのヘッドが対応する同一及び/又は異なるスケール部材(回折格子)と対向し続ける、すなわちエンコーダシステムによる位置計測が不能となってウエハステージの位置制御が切れることがないように、ヘッド及び/又はスケール部材の配置を設定することが好ましい。この場合、一例として、露光動作とアライメント動作とで上記各実施形態のスケール部材が兼用可能となるようにその大きさを設定しても良いし、あるいは、前述のスケール部材とは別に、アライメント動作で使用するスケール部材を設けても良い。特に後者では、例えば、アライメント系ALGに対しても、図3、図8、図9などに示される配置と同様の配置でスケール部材を設ければ良い。または、露光動作で使用する複数のスケール部材の少なくとも1つと、別設される少なくとも1つのスケール部材とを用いて、アライメント動作などでも、エンコーダシステムによってウエハステージWSTの位置計測を行っても良い。

なお、前述のレチクルアライメント系によるウエハステージWSTの基準マークの検出時、及び/又は前述の空間像計測系によるレチクルRのマーク又はレチクルステージRSTの基準マークの投影像の検出時に、前述の干渉計システムによってウエハステージWSTの位置計測を行っても良いが、上記各実施形態のスケール部材を含むエンコーダシステムによってウエハステージWSTの位置計測を行うことが好ましい。

また、ウエハの交換位置(ロード位置とアンロード位置との少なくとも一方を含む)にウエハステージWSTがあるときに、前述のエンコーダシステム(図3、図8及び図9)を用いる場合、ウエハ交換動作におけるウエハステージの移動範囲をも考慮し、前述と同様にヘッド及び/又はスケール部材の配置などを設定することが好ましい。すなわち、ウエハ交換位置においてもエンコーダシステムによる位置計測が不能となってウエハステージの位置制御が切れることがないように、ヘッド及び/又はスケール部材の配置を設定することが好ましい。また、ウエハの交換位置と、投影光学系PLを介してレチクルパターンの転写が行われる露光位置、あるいはアライメント系ALGによるマーク検出が行われる計測位置との間、及び/又はアライメント系ALGの計測位置と露光位置との間におけるウエハステージWSTの移動中に、前述のエンコーダシステム(図3、図8及び図9)を用いる場合も同様である。

さらに、例えば米国特許第6,262,796号明細書などに開示されているように、2つのウエハステージを用いて露光動作と計測動作(例えば、アライメント系によるマーク検出など)とをほぼ並行して実行可能なツインウエハステージ方式の露光装置でも、上記各実施形態と同様にヘッドが各ウエハステージに設けられる前述のエンコーダシステム(図3、図8及び図9)を用いて、各ウエハステージの位置制御を行うことが可能である。ここで、露光動作時だけでなく他の動作、例えば計測動作時でも、前述と同様にヘッド及び/又はスケール部材の配置を適切に設定することで、前述のエンコーダシステムによって各ウエハステージの位置計測を行うことが可能である。例えば、ヘッドの配置を適切に設定することで、上記各実施形態のスケール部材をそのまま用いて各ウエハステージの位置制御を行うことが可能であるが、前述したスケール部材とは別に、その計測動作中に使用可能なスケール部材を設けても良い。この場合、一例として、上記各実施形態のスケール部材と同様の配置、例えば、アライメント系ALGを中心として十字状に配置される4つのスケール部材を設け、上記計測動作時にはこれらスケール部材と対応するヘッドとによって各ウエハステージWSTの位置情報を計測するようにしても良い。ツインウエハステージ方式の露光装置では、例えば、それぞれ前述と同様の配置でヘッド(図3、図8及び図9)が設けられるとともに、一方のウエハステージに載置されたウエハの露光動作が終了すると、その一方のウエハステージとの交換で、計測位置にてマーク検出などが行われた次のウエハを載置する他方のウエハステージが露光位置に配置される。また、露光動作と並行して行われる計測動作は、アライメント系によるウエハなどのマーク検出に限られるものでなく、その代わりに、あるいはそれと組み合わせて、ウエハの面情報(段差情報など)の検出を行っても良い。

なお、上記の説明において、計測位置又は交換位置において、あるいは露光位置、計測位置、及び交換位置の1つから他の位置へのウエハステージの移動中に、前述のエンコーダシステムを用いるウエハステージの位置制御が切れるときは、そのエンコーダシステムとは別の計測装置(例えば、干渉計、エンコーダなど)を用いて、上記各位置あるいは移動中にウエハステージの位置制御を行うことが好ましい。

また、上記各実施形態では、例えば国際公開第2005/074014号パンフレット(対応米国特許出願公開第2007/0127006号明細書)などに開示されているように、ウエハステージとは別に計測ステージを設け、ウエハの交換動作時などにウエハステージとの交換で計測ステージを投影光学系PLの直下に配置し、露光装置の特性(例えば、投影光学系の結像特性(波面収差)、照明光ILの偏光特性など)を計測するものとしても良い。この場合、計測ステージにもヘッドを配置し、前述のスケール部材を用いて計測ステージの位置制御を行うようにしても良い。また、ウエハステージに載置したウエハの露光動作中、計測ステージはウエハステージと干渉しない所定位置に退避しており、この退避位置と露光位置との間で移動されることになる。このため、その退避位置においても、あるいはその退避位置と露光位置との一方から他方への移動中にも、ウエハステージと同様に、計測ステージの移動範囲をも考慮し、エンコーダシステムによる位置計測が不能となって計測ステージの位置制御が切れることがないように、前述と同様にヘッド及び/又はスケール部材の配置などを設定することが好ましい。または、その退避位置で、又はその移動中に前述のエンコーダシステムによる計測ステージの位置制御が切れるときは、そのエンコーダシステムとは別の計測装置(例えば干渉計、エンコーダなど)を用いて計測ステージの位置制御を行うことが好ましい。あるいは、計測ステージの位置制御は、前述の干渉計システムのみで行っても良い。

また、上記各実施形態では、例えば投影ユニットPUの大きさなどによっては、同一方向に延設される一対のスケール部材の間隔を広げなければならず、ウエハW上の特定のショット領域、例えば最外周に位置するショット領域の走査露光時に、その一対のスケール部材の一方に、これに対応するヘッドが対向しなくなることがある。一例として、図3中で投影ユニットPUが少し大きくなると、一対のスケール部材46B、46Dのうちヘッドユニット46Bに、対応するXヘッド66がいずれも対向しなくなる。さらに、例えば国際公開WO99/49504号パンフレットなどに開示される、投影光学系PLとウエハとの間に液体(例えば純水など)が満たされる液浸型露光装置では、液体を供給するノズル部材などが投影ユニットPUを囲むように設けられるので、投影光学系PLの前述の露光領域に対してヘッドを近づけて配置することが一層困難となる。従って、液浸型露光装置で図3のエンコーダシステムを採用する場合には、常にX軸及びY軸方向に関してそれぞれ2つずつ位置情報が計測可能である必要はなく、X軸及びY軸方向の一方では2つの位置情報、及び他方では1つの位置情報が計測可能となるように、エンコーダシステムを構成すれば良い。すなわち、エンコーダシステムによるウエハステージ(又は計測ステージ)の位置制御では、必ずしもX軸及びY軸方向に関してそれぞれ2つずつ、計4つの位置情報を用いなくても良い。

また、上記各実施形態において、干渉計システム18はその構成が図3に限られるものでなく、例えばアライメント系ALG(計測位置)にもスケール部材を配置するときなどは、ウエハX干渉計18Xを備えていなくても良いし、ウエハX干渉計18Xを、例えばウエハY干渉計18Yと同様に多軸干渉計によって構成し、ウエハステージWSTのX位置の他、回転情報(例えばヨーイング及びローリング)を計測できるようにしても良い。さらに、上記各実施形態では、干渉計システム18をエンコーダシステムのキャリブレーションのため、あるいは露光動作以外の他の動作におけるウエハステージの位置計測のために用いるものとしたが、これに限らず、露光動作、計測動作(アライメント動作を含む)などの少なくとも1つの動作において、エンコーダシステム50と干渉計システム18とを併用しても良い。例えば、エンコーダシステム50が計測不能あるいはその計測値が異常である場合、干渉計システム18に切り替えてウエハステージWSTの位置制御を継続させるようにしても良い。なお、上記各実施形態では干渉計システム18を設けなくても良く、前述のエンコーダシステムを設けるだけでも良い。

また、上記各実施形態では、エンコーダシステム50によってウエハステージWSTのX軸及びY軸方向の少なくとも一方の位置を計測するものとしたが、これに限らず、Z軸方向の位置計測を行っても良い。例えば、前述のヘッドとは別に、Z軸方向の位置を計測可能なエンコーダ方式のヘッドをウエハステージに設けても良いし、前述のヘッドを、X軸及びY軸方向の少なくとも一方の位置とZ軸方向の位置とを計測可能なヘッドとしても良い。

また、図3、図8に示されるエンコーダシステムにおいて、Xヘッド、Yヘッドの少なくとも一方を2Dヘッドに代え、この2Dヘッドと対向するスケール部材を、2次元回折格子が形成されたスケール部材としても良い。この場合、図3に示されるエンコーダシステムでは、スケール部材の数を4つから最小で2つに減らすことができ、図8のエンコーダシステムでは、特にスケール部材46B’を、2次元回折格子が形成されたスケール部材とすることで、その幅を狭くできる。

また、上記各実施形態において、1つのスケール部材に対して常に複数の計測ビームを照射可能な構成を採用し、1つの計測ビームが異常となった場合に、別の計測ビームに切り替えて計測を続行することとしても良い。この場合、複数の計測ビームは、1つのヘッドからスケール部材に照射されることとしても良いし、あるいは異なる複数のヘッドから照射されることとしても良い。1つのスケール部材に対して複数の計測ビームを照射する場合、その複数の計測ビームはスケール部材上で異なる位置に照射されることが好ましい。

また、前述した各スケール部材を、複数の小スケール部材をプレート部材等に一体的に保持させることで構成しても良い。この場合、小スケール部材同士のつなぎ部に対向するヘッドが計測不能あるいは計測異常となるときは、つなぎ部以外の部分に対向する他のヘッドによる位置計測で代替しても良い。

また、上記各実施形態で説明したヘッドの配置は、一例であり、ヘッドの配置は、これに限定されるものではない。

また、上記各実施形態では、スケール部材が、支持部材を介して鏡筒定盤に吊り下げ状態で固定されるものとしたが、鏡筒定盤以外の別の保持部材で、スケール部材を保持しても良い。また、上記各実施形態では、必要に応じ、スケール部材の温調を行っても良い。

また、上記各実施形態では、ウエハステージWSTの移動範囲の全域に対応してスケール(格子)を配置する必要がないので、空調などが容易になるという効果もある。

なお、上記各実施形態では、スキャニング・ステッパに本発明が適用された場合について説明したが、これに限らず、ステッパなどの静止型露光装置に本発明を適用しても良い。ステッパなどであっても、露光対象の物体が搭載されたステージの位置をエンコーダで計測することにより、干渉計を用いてそのステージの位置を計測する場合と異なり、空気揺らぎに起因する位置計測誤差の発生を殆ど零にすることができ、エンコーダの計測値に基づいて、ステージを高精度に位置決めすることが可能になり、結果的に高精度なレチクルパターンの物体上への転写が可能になる。また、ショット領域とショット領域とを合成するステップ・アンド・スティッチ方式の縮小投影露光装置にも本発明は適用することができる。

また、上記各実施形態の露光装置における投影光学系は縮小系のみならず等倍および拡大系のいずれでも良いし、投影光学系PLは屈折系のみならず、反射系及び反射屈折系のいずれでも良いし、その投影像は倒立像及び正立像のいずれでも良い。

また、照明光ILは、ArFエキシマレーザ光(波長193nm)に限らず、KrFエキシマレーザ光(波長248nm)などの紫外光や、F2レーザ光(波長157nm)などの真空紫外光であっても良い。例えば米国特許第7,023,610号明細書に開示されているように、真空紫外光としてDFB半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム(又はエルビウムとイッテルビウムの両方)がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。

また、上記各実施形態では、露光装置の照明光ILとしては波長100nm以上の光に限らず、波長100nm未満の光を用いても良いことはいうまでもない。例えば、軟X線領域(例えば5〜15nmの波長域)のEUV(Extreme Ultraviolet)光を用いるEUV露光装置に本発明を適用することができる。この他、電子線又はイオンビームなどの荷電粒子線を用いる露光装置にも、本発明は適用できる。

また、上述の各実施形態においては、光透過性の基板上に所定の遮光パターン(又は位相パターン・減光パターン)を形成した光透過型マスク(レチクル)を用いたが、このレチクルに代えて、例えば米国特許第6,778,257号明細書に開示されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて、透過パターン又は反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスク(可変成形マスク、アクティブマスク、あるいはイメージジェネレータとも呼ばれ、例えば非発光型画像表示素子(空間光変調器)の一種であるDMD(Digital Micro-mirror Device)などを含む)を用いても良い。かかる可変成形マスクを用いる場合には、ウエハ又はガラスプレート等が搭載されるステージが、可変成形マスクに対して走査されるので、そのステージの位置をエンコーダを用いて計測することで、上記各実施形態と同等の効果を得ることができる。

また、例えば国際公開第2001/035168号パンフレットに開示されているように、干渉縞をウエハW上に形成することによって、ウエハW上にライン・アンド・スペースパターンを形成する露光装置(リソグラフィシステム)にも本発明を適用することができる。

さらに、例えば米国特許第6,611,316号明細書に開示されているように、2つのレチクルパターンを、投影光学系を介してウエハ上で合成し、1回のスキャン露光によってウエハ上の1つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置にも本発明を適用することができる。

また、物体上にパターンを形成する装置は前述の露光装置(リソグラフィシステム)に限られず、例えばインクジェット方式にて物体上にパターンを形成する装置にも本発明を適用することができる。

なお、上記各実施形態でパターンを形成すべき物体(エネルギビームが照射される露光対象の物体)はウエハに限られるものでなく、ガラスプレート、セラミック基板フィルム部材、あるいはマスクブランクスなど他の物体でも良い。

露光装置の用途としては半導体製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを転写する液晶用の露光装置や、有機EL、薄膜磁気ヘッド、撮像素子(CCD等)、マイクロマシン及びDNAチップなどを製造するための露光装置にも広く適用できる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、EUV露光装置、X線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。

なお、本発明の移動体駆動システムは、露光装置に限らず、その他の基板の処理装置(例えば、レーザリペア装置、基板検査装置その他)、あるいはその他の精密機械における試料の位置決め装置、ワイヤーボンディング装置等の移動ステージを備えた装置にも広く適用できる。

なお、これまでの説明で引用した露光装置などに関する全ての公報、国際公開パンフレット、米国特許出願公開明細書及び米国特許明細書の開示を援用して本明細書の記載の一部とする。

なお、半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたレチクルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、前述した調整方法によりパターンの転写特性が調整される上記各実施形態の露光装置で、マスクに形成されたパターンをウエハ等の物体上に転写するリソグラフィステップ、露光されたウエハを現像する現像ステップ、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト除去ステップ、デバイス組み立てステップ(ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む)、検査ステップ等を経て製造される。この場合、リソグラフィステップで、上記各実施形態の露光装置が用いられるので、高集積度のデバイスを歩留り良く製造することができる。

以上説明したように、本発明の露光装置、露光方法、及びデバイス製造方法は、半導体素子などの電子デバイスを製造するのに適している。

Claims (21)

  1. 投影系を介してエネルギビームで物体を露光する露光装置であって、
    前記物体を保持して、互いに直交する第1方向及び第2方向を含む所定平面に沿って移動可能な移動体と;
    前記投影系の外側かつ前記所定平面と実質的に平行に配置されるスケールと;
    前記移動体に設けられた複数のヘッドを有し、前記スケールと対向する、前記複数のヘッドのうちの少なくとも2つによって、前記移動体の前記所定平面内の位置情報を計測するエンコーダシステムと;
    前記投影系を保持する保持部材とを備え、
    前記スケールは、前記投影系に対して前記第1方向の一側に配置され、前記第1方向の幅が前記第2方向の幅よりも広い第1スケールを有し、
    前記複数のヘッドは、前記第2方向に関して前記第1スケールの幅より広い間隔で配置される2つの第1ヘッドと、前記第2方向に関して前記2つの第1ヘッドとの間隔がそれぞれ前記第1スケールの幅以下となるように前記2つの第1ヘッドの間に配置された少なくとも1つの第1ヘッドとを含み、少なくとも前記物体の露光時、前記少なくとも3つの第1ヘッドのうち、前記第1スケールと対向する第1ヘッドによって、前記移動体の位置情報が計測され
    前記スケールは、前記保持部材に吊り下げ支持される露光装置。
  2. 請求項1に記載の露光装置において、
    前記第1スケールには、2次元格子が形成されている露光装置。
  3. 請求項1又は2に記載の露光装置において、
    前記複数のヘッドはそれぞれ、異なる2方向に関して前記移動体の位置情報を計測可能である露光装置。
  4. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記スケールは、前記第1スケール、及び前記投影系に対して前記第2方向の一側に配置され、前記第2方向の幅が前記第1方向の幅よりも広い第2スケールを有し、
    前記エンコーダシステムは、前記複数のヘッドが前記第1スケール及び第2スケールにそれぞれ対応して前記移動体に設けられる露光装置。
  5. 請求項4に記載の露光装置において、
    前記複数のヘッドは、前記第1スケールに対向可能な複数の前記第1ヘッドを含む第1ヘッド群と、前記第2スケールに対向可能な複数の第2ヘッドを含む第2ヘッド群とを含み、
    前記第1スケールは、少なくとも3つの前記第1ヘッドが同時に対向可能な前記第2方向の幅を有し、
    前記第1スケールに同時に対向する少なくとも2つの第1ヘッドの出力と、前記第2スケールに対向する前記第2ヘッドの出力とに基づいて、前記移動体の前記所定平面内の3自由度方向の位置情報が算出される露光装置。
  6. 請求項5に記載の露光装置において、
    前記第1スケールは、前記投影系に対して前記第1方向の両側に一対配置され、
    前記第1ヘッド群は、前記移動体が所定の有効領域内にあるとき、前記一対の第1スケールの各々に、少なくとも各1つ同時に対向可能となる配置で、前記移動体上に配置され、
    前記一対の第1スケールの各々に同時に対向する2つの第1ヘッドの出力と、前記第2スケールに対向する前記第2ヘッドの出力とに基づいて、前記移動体の前記所定平面内の3自由度方向の位置情報が算出される露光装置。
  7. 請求項6に記載の露光装置において、
    前記第2スケールは、前記投影系に対して前記第2方向の両側に一対配置され、
    前記第2ヘッド群は、前記移動体が前記有効領域内にあるとき、前記一対の第2スケールの各々に、少なくとも各1つ同時に対向可能となる配置で、前記移動体上に配置され、
    前記一対の第1スケールの各々に同時に対向する2つの第1ヘッドと、前記一対の第2スケールの各々に同時に対向する2つの第2ヘッドとのうちの少なくとも3つの出力に基づいて、前記移動体の前記所定平面内の3自由度方向の位置情報が算出される露光装置。
  8. 請求項1〜のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記物体のマークを検出可能なマーク検出系と;をさらに備え、
    前記エンコーダシステムは、前記マークの検出時に前記移動体の位置情報を計測可能である露光装置。
  9. 請求項に記載の露光装置において、
    前記スケールは、前記マーク検出系に近接して配置された、前記第1スケールとは異なる前記第1方向を長手方向とする別のスケールを有する露光装置。
  10. 請求項1〜のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記移動体を前記所定平面に沿って駆動する平面モータをさらに備える露光装置。
  11. 請求項1〜10のいずれか一項に記載の露光装置を用いて物体を露光することと;
    前記露光された物体を現像することと;
    を含むデバイス製造方法。
  12. 互いに直交する第1方向及び第2方向を含む所定平面に沿って移動可能な移動体に保持された物体を、投影系を介してエネルギビームで露光する露光方法であって、
    前記移動体に設けられた複数のヘッドを有するエンコーダシステムを用い、前記投影系の外側かつ前記所定平面と実質的に平行に配置されるスケールと対向する、前記複数のヘッドのうちの少なくとも2つによって、前記移動体の前記所定平面内の位置情報を計測する計測工程を含み、
    前記スケールは、前記投影系に対して前記第1方向の一側に配置され、前記第1方向の幅が前記第2方向の幅よりも広い第1スケールを有し、
    前記複数のヘッドは、前記第2方向に関して前記第1スケールの幅より広い間隔で配置される2つの第1ヘッドと、前記第2方向に関して前記2つの第1ヘッドとの間隔がそれぞれ前記第1スケールの幅以下となるように前記2つの第1ヘッドの間に配置された少なくとも1つの第1ヘッドとを含み、少なくとも前記物体の露光時、前記少なくとも3つの第1ヘッドのうち、前記第1スケールと対向する第1ヘッドによって、前記移動体の位置情報が計測され
    前記スケールは、前記投影系を保持する保持部材に吊り下げ支持される露光方法。
  13. 請求項12に記載の露光方法において、
    前記第1スケールには、2次元格子が形成されている露光方法。
  14. 請求項12又は13に記載の露光方法において、
    前記複数のヘッドそれぞれとして、異なる2方向に関して前記移動体の位置情報を計測可能なヘッドが用いられる露光方法。
  15. 請求項12〜14のいずれか一項に記載の露光方法において、
    前記スケールは、前記第1スケール、及び前記投影系に対して前記第2方向の一側に配置され、前記第2方向の幅が前記第1方向の幅よりも広い第2スケールを有し、
    前記エンコーダシステムは、前記複数のヘッドが前記第1スケール及び第2スケールにそれぞれ対応して前記移動体に設けられる露光方法。
  16. 請求項15に記載の露光方法において、
    前記複数のヘッドは、前記第1スケールに対向可能な複数の前記第1ヘッドを含む第1ヘッド群と、前記第2スケールに対向可能な複数の第2ヘッドを含む第2ヘッド群とを含み、
    前記第1スケールは、少なくとも3つの前記第1ヘッドが同時に対向可能な前記第2方向の幅を有し、
    前記計測工程では、前記第1スケールに同時に対向する少なくとも2つの第1ヘッドの出力と、前記第2スケールに対向する前記第2ヘッドの出力とに基づいて、前記移動体の前記所定平面内の3自由度方向の位置情報が算出される露光方法。
  17. 請求項16に記載の露光方法において、
    前記第1スケールは、前記投影系に対して前記第1方向の両側に一対配置され、
    前記第1ヘッド群は、前記移動体が所定の有効領域内にあるとき、前記一対の第1スケールの各々に、少なくとも各1つ同時に対向可能となる配置で、前記移動体上に配置され、
    前記計測工程では、前記一対の第1スケールの各々に同時に対向する2つの第1ヘッドの出力と、前記第2スケールに対向する前記第2ヘッドの出力とに基づいて、前記移動体の前記所定平面内の3自由度方向の位置情報が算出される露光方法。
  18. 請求項17に記載の露光方法において、
    前記第2スケールは、前記投影系に対して前記第2方向の両側に一対配置され、
    前記第2ヘッド群は、前記移動体が前記有効領域内にあるとき、前記一対の第2スケールの各々に、少なくとも各1つ同時に対向可能となる配置で、前記移動体上に配置され、
    前記計測工程では、前記一対の第1スケールの各々に同時に対向する2つの第1ヘッドと、前記一対の第2スケールの各々に同時に対向する2つの第2ヘッドとのうちの少なくとも3つの出力に基づいて、前記移動体の前記所定平面内の3自由度方向の位置情報が算出される露光方法。
  19. 請求項12〜18のいずれか一項に記載の露光方法において、
    前記エンコーダシステムは、マーク検出系による前記物体のマークの検出時に前記移動体の位置情報を計測可能である露光方法。
  20. 請求項19に記載の露光方法において、
    前記第1スケールとは異なる前記第1方向を長手方向とする別のスケールが前記マーク検出系に近接して配置される露光方法。
  21. 請求項12〜20のいずれか一項に記載の露光方法を用いて物体を露光することと;
    前記露光された物体を現像することと;
    を含むデバイス製造方法。
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