JP5434379B2 - スケール体、位置検出装置、ステージ装置、及び露光装置 - Google Patents
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Description
本発明の態様は、このような事情に鑑み、スケール用のパターンが形成されたパターン形成面の法線方向の位置情報を高精度に計測することを目的とする。
また、本発明の第5の態様によれば、露光光学系を介して基板を露光する露光装置において、その基板を移動するために、本発明の第4の態様によるステージ装置を備える露光装置が提供される。
図1は、本実施形態に係るスキャニングステッパーよりなる走査露光型の露光装置EXの概略構成を示す。本実施形態の露光装置EXは投影光学系PL(投影ユニットPU)を備えており、以下においては、投影光学系PLの光軸AXと平行にZ軸を取り、これに直交する面(ほぼ水平面に平行な面)内でレチクルとウエハとが相対走査される方向にY軸を、Z軸及びY軸に直交する方向にX軸を取り、X軸、Y軸、及びZ軸の回りの回転(傾斜)方向をそれぞれθx、θy、及びθz方向として説明を行う。
ノズルユニット32は、露光用の液体Lqを供給可能な供給口と、液体Lqを回収可能な多孔部材(メッシュ)が配置された回収口とを有する。ノズルユニット32の供給口は、供給流路及び供給管31Aを介して、液体Lqを送出可能な液体供給装置186(図6参照)に接続されている。
ウエハステージWSTは、不図示の複数の例えば真空予圧型空気静圧軸受を構成するエアパッドを介して、ベース盤12の上面12a上に数μm程度のクリアランスを介して非接触で支持されている。また、ウエハステージWSTは、例えば平面モータ、又は直交する2組のリニアモータを含むステージ駆動系124によってX方向及びY方向に駆動可能である。
なお、上述の局所液浸装置8を設けたいわゆる液浸露光装置の構成にあっては、さらにプレート体28は、図3のウエハテーブルWTB(ウエハステージWST)の平面図に示されるように、その円形の開口を囲む、外形(輪郭)が矩形の表面に撥液化処理が施されたプレート部(撥液板)28aと、プレート部28aをY方向に挟むように配置されたX方向に細長い1対の第1及び第2のスケール体28b,28cと、プレート部28aをX方向に挟むように配置されたY方向に細長い1対の第3及び第4のスケール体28d,28eとを有する。プレート部28aの上面には、例えば露光動作時、ウエハの表面からはみ出す液浸領域14(図7参照)の少なくとも一部が形成される。
カバーガラス5の表面の波長選択膜7として、本実施形態では、厚さdが例えば100〜1000nm程度で、導電性を有する酸化インジウム・スズ(Indium Tin Oxide)の膜(ITO膜)が使用されている。波長選択膜7であるITO膜は可視光に対しては実質的に透明な導電膜であるが、その波長選択性に関しては後述する。波長選択膜7の表面には、液浸露光時に使用される液体Lqに対して撥液性のコーティング(不図示)が施されている。導電性を持つ波長選択膜7は、撥液性のコーティングが施されていない部分で、金属等の接地用部材ELを介してウエハテーブルWTB内の接地ラインに連結されている。従って、波長選択膜7(ITO膜)は実質的に接地されているため、波長選択膜7及びその下のカバーガラス5に静電気が帯電することが防止され、波長選択膜7の表面に微小な異物が付着することが防止されている。なお、接地用部材ELは必ずしも設けなくとも、或る程度の帯電防止効果は得られる。
なお、スケール体28b〜28e毎に個別にカバーガラス5を設けてもよい。さらに、プレート体28の分割方法は任意であり、例えば第1〜第4のスケール体28b〜28eを1体のプレートで構成してもよく、さらにプレート体28全体を単一のプレートで構成してもよい。また、プレート部28aの表面もカバーガラス5で覆うようにしてもよい。
図2において、前述した投影光学系PLの下端のノズルユニット32の周囲を四方から囲む状態で、エンコーダシステムの4つのヘッドユニット62A,62B,62C,62Dが配置されている。これらのヘッドユニット62A〜62Dを構成する複数のYヘッド64及びXヘッド66は、図2では2点鎖線で示すように、メインフレーム(不図示)に連結された取り付け板63A〜63Dに固定されている。Yヘッド64及びXヘッド66は、それぞれY方向及びX方向に所定ピッチで形成された回折格子にレーザビームを照射して、回折格子から発生する回折光を光電変換して、その回折格子のY方向及びX方向の位置を例えば0.5〜0.1nmの分解能で計測する。
図4において、Yヘッド64から例えば30°程度の入射角φaで計測方向(ここではY方向)に対称に射出された1対のレーザビームLB1,LB2は、スケール体28eの波長選択膜7、カバーガラス5、及び接着層6を介して、パターン板4eのYスケール39Y2に入射する。レーザビームLB1,LB2は、一例として半導体レーザ等から射出されて、中心波長λxyが790nm、半値幅が0.01nm以下の高い可干渉性を有する光である。波長選択膜7及びカバーガラス5におけるレーザビームLB1,LB2の透過率は、波長選択膜7におけるレーザビームLB1,LB2の反射率よりも高くなっている。一例として、波長選択膜7及びカバーガラス5におけるレーザビームLB1,LB2の透過率はほぼ0.8以上であり、波長選択膜7におけるレーザビームLB1,LB2の反射率はほぼ0.2以下である。また、接着層6におけるレーザビームLB1,LB2の光量損失は極めて小さい。
図4は、図2の検出ユニット2YZを示す拡大図である。図4において、検出ユニット2YZは、スケール体28eと、Yヘッド64と、Zセンサ72aとを有し、スケール体28eの上方(+Z方向)にZセンサ72a及びヘッドユニット62C(Yエンコーダ70C)のYヘッド64が位置している。スケール体28eの上部の波長選択膜7の表面はほぼXY平面に平行(Z軸に垂直)である。
従って、偏光ビームスプリッタ22と波長選択膜7との間隔と、偏光ビームスプリッタ22とミラー24との間隔との差は、初期状態で0.2mm(往復の光路差で0.4mm)程度以下に設定することが好ましい。これによって、波長選択膜7(スケール体28e)のZ位置の計測レンジはほぼ0.2mm(往復の光路で0.4mm)程度又はこれ以下になる。さらに、計測ビームLBZの可干渉距離Lcoはあまり長くないため、計測ビームLBZのうちで波長選択膜7を透過してYスケール39Y2で反射された光束は、干渉光LBI中でほぼオフセットの差となり、Z位置の計測誤差(後述の非線形誤差)にはほとんど寄与しない。また、波長選択膜7に入射する計測ビームLBZの断面形状はほぼ直径が1mm程度の円形である。従って、波長選択膜7の表面に微小なパーティクルが付着していても、計測誤差はほとんど生じない。
次に、本実施形態のスケール体28eのITO膜よりなる波長選択膜7につき詳細に説明する。波長選択膜7は導電性であるが、波長選択膜7の好ましい波長選択特性は、Zセンサ72aの中心波長λz(ここでは約1550nm)の計測ビームLBZに対する反射率が高く、かつ透過率が低い(吸収率が大きい)とともに、Yヘッド64から射出される中心波長λxy(ここでは約790nm)のレーザビームLB1,LB2に対する透過率が高いことである。なお、パターン板4eのYスケール39Y2を覆うカバーガラス5として通常のガラスを使用するものとして、カバーガラス5の厚さが1.5mm程度までであれば、カバーガラス5自体の計測ビームLBZ及びレーザビームLB1,LB2に対する反射率はともにほぼ0.05で、透過率はともにほぼ0.95である。
n’=n+i・k …(2)
また、ITO膜のキャリア密度cd(/cm3)を変えた場合の、ITO膜に入射する光の波長λと複素屈折率(屈折率n及び消衰係数k)との関係のシミュレーション結果の一例を図5(A)に示す。この図5(A)及び後述の図5(B)については、参考文献「南 内嗣:透明導電膜の新展開<3>ITOとその代替材料開発の現状,p.224(図2、図3)(シーエムシー出版,2008年4月)」に記載されている。このシミュレーションは、電気伝導率のモデルとして、ドルーデの式(Drude's formula)を使用し、このモデルから複素誘電率、ひいては複素屈折率を計算したものである。
[表1]
キャリア密度cd(/cm3) 6×1020 3×1020 2×1020
屈折率n、消衰係数k n k n k n k
波長λxy(790nm) 1.75 0 1.9 0 1.95 0
波長λz(1550nm) 0.5 0.6 1.5 0.01 1.75 0
さらに、このように波長λzの光に対する消衰係数kをほぼ0.01以上にするには、波長選択膜7(ITO膜)のキャリア密度cdは3×1020/cm3以上である必要がある。これは、ITO膜以外の透明導電膜についても当てはまるものと予測される。
本実施形態では、波長選択膜7として、表1のキャリア密度cdが6×1020/cm3のITO膜を使用するものとする。このITO膜を厚さ500nmとした場合の波長λの光に対する透過率T(%)及び反射率(%)のシミュレーション結果を図5(B)に示す。図5(B)において、曲線AT6が透過率、曲線BR6が反射率を示す。図5(B)から、このITO膜よりなる波長選択膜7の波長λxy及びλzの光に対する反射率Rはそれぞれほぼ10%及び50%であり、波長λxy及びλzの光に対する透過率Tはそれぞれほぼ80%及び30%であることが分かる。従って、波長選択膜7は、Zセンサ72aからの計測ビームLBZに対する反射率が高く、Yヘッド64からのレーザビームLB1,LB2に対する透過率が高いため、Zセンサ72a及びYヘッド64でそれぞれ高精度にスケール体28eのZ位置及びY方向の位置を計測できる。
この光路長Lxが波長λxy/2の整数倍となる条件は以下のようになる。なお、qは1以上の整数である。
Lx=1.75×d/cos15.6°=q×λxy/2 …(4)
この式(4)で整数qを1としたときの条件をλ/2条件と呼ぶ。この場合に波長選択膜7の厚さdは217nm(これをd1とする)となる。この条件では、波長選択膜7におけるレーザビームLB1,LB2の透過率はほぼ100%となる。一方、波長選択膜7における中心波長λzの計測ビームLBZに対する反射率は0.304、透過率は0.424となり、残りは吸収される。
一方、λ/2条件を用いる場合に、図5(D)に示すように、カバーガラス5の厚さを1.35mmとして、計測ビームLBMZのうちで波長選択膜7を透過する光LBNに起因する計測誤差(非線形誤差)を評価した結果、その計測誤差は0.39nm程度であった。従って、計測誤差の観点からは、λ条件でもλ/2条件でも使用可能である。
以下、本実施形態の露光装置EXにおいて、主制御装置20の制御のもとで所定ロットのウエハに順次レチクルRのパターンの像を露光する際の動作の一例につき説明する。この場合、予め図2のZセンサ72a〜72d、Zセンサ74i,j及び76p,q、並びに多点AF系90のZ位置の計測値は、例えばその被検面が投影光学系PLの像面と同じZ位置にあるときに0になるように調整が行われている。
次に、ウエハステージWSTの中心を、投影光学系PLの光軸を通りY軸に平行な直線LV上に移動した後、さらにウエハステージWSTの中心が投影光学系PLの露光領域(露光位置)の方向に移動するように、ウエハステージWSTの+Y方向への移動を開始する。その移動中、プライマリアライメント系AL1で基準マーク(不図示)の位置計測を行う。
本実施形態によれば、予め多点AF系90及びZセンサ72a〜72dによって、Yスケール39Y1,39Y2(波長選択膜7)の表面を基準として、ウエハWの表面のZ位置分布を計測しておくことによって、液浸領域14を介してウエハWを露光する際に、オートフォーカス方式でウエハWの表面を投影光学系PLの像面に高精度に合焦できる。従って、ウエハWの各ショット領域に微細な回路パターンを高精度に形成できる。
(1)本実施形態の検出ユニット2YZ(位置検出装置)はスケール体28eのY方向、及びZ方向の位置を検出するものである。また、本実施形態のスケール体28eは、Yスケール39Y2(スケールパターン)が形成されたパターン板4eと、パターン板4eに設けられ、Yスケール39Y2を覆うカバーガラス5と、カバーガラス5の表面に形成され、互いに異なる波長域の計測ビームLBZ(第1の光)及びレーザビームLB1,LB2(第2の光)に対して波長選択性を有する波長選択膜7と、を備えている。そして、波長選択膜7を介してカバーガラス5を透過する計測ビームLBZの透過率は、カバーガラス5のみ透過する計測ビームLBZの透過率より低く、波長選択膜7を介してカバーガラス5を透過するレーザビームLB1,LB2の透過率は、波長選択膜7で反射するレーザビームLB1,LB2の反射率より高く設定されている。
さらに、波長選択膜7は必ずしも導電性を有する必要はない。
(3)また、本実施形態の検出ユニット2YZは、ウエハステージWSTのウエハテーブルWTB(移動体)の位置情報を検出する位置検出装置であって、ウエハテーブルWTBに設けられる本実施形態のスケール体28eと、ウエハテーブルWTBと異なる取り付け板63Cに設けられ、計測ビームLBZを波長選択膜7に照射し、波長選択膜7から戻される光を受光して、カバーガラス5の表面の法線方向(Z方向)に沿ったスケール体28eの位置情報を検出するZセンサ72a(第1検出系)と、取り付け板63Cに設けられ、レーザビームLB1,LB2を波長選択膜7及びカバーガラス5を介してYスケール39Y2に照射し、Yスケール39Y2から戻される光を受光して、パターン板4eの表面に沿った方向(Y方向)のスケール体28eの位置情報を検出するYヘッド64(第2検出系)と、を備えている。
(4)また、Zセンサ72aは、波長選択膜7からの反射光と参照ビームLBR(参照光)との干渉光を検出しているため、スケール体28eのZ位置を極めて高い分解能で計測できる。
(5)また、本実施形態のウエハステージWSTを含むステージ装置は、ウエハW(物体)を保持して移動するウエハステージWST(移動体)と、ウエハステージWSTの位置情報を検出する検出ユニット2YZ(及び2XZ)を備えている。従って、レーザ干渉計を用いる場合に想定される計測ビームの光路の揺らぎによる計測誤差を低減させて、ウエハステージWSTの位置を高精度に計測できる。
また、上記の実施形態では、Zセンサ72aの計測ビームLBZとして半値幅が3nm程度又はこれ以上のレーザ光が使用されている。しかしながら、例えば波長選択膜7における計測ビームLBZの透過率が小さい(又は吸収率が大きい)ときには、計測ビームLBZとして半値幅が3nm程度以下の狭帯域のレーザ光を使用してもよい。
また、上記の実施形態の露光装置EX(露光方法)を用いて半導体デバイス等の電子デバイス(又はマイクロデバイス)を製造する場合、電子デバイスは、図8に示すように、電子デバイスの機能・性能設計を行うステップ221、この設計ステップに基づいたレチクル(マスク)を製作するステップ222、デバイスの基材である基板(ウエハ)を製造してレジストを塗布するステップ223、前述した実施形態の露光装置(露光方法)によりレチクルのパターンを基板(感光基板)に露光する工程、露光した基板を現像する工程、現像した基板の加熱(キュア)及びエッチング工程などを含む基板処理ステップ224、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、パッケージ工程などの加工プロセスを含む)225、並びに検査ステップ226等を経て製造される。
また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置に限らず、液晶表示素子やプラズマディスプレイなどを含むディスプレイの製造に用いられる、デバイスパターンをガラスプレート上に転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられるデバイスパターンをセラミックスウエハ上に転写する露光装置、並びに撮像素子(CCDなど)、有機EL、マイクロマシーン、MEMS(Microelectromechanical Systems)、及びDNAチップなどの製造に用いられる露光装置などにも適用することができる。このように、本発明は上述の実施形態に限定されず、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。
Claims (13)
- スケールパターンが形成されたパターン部材と、
前記パターン部材に設けられ、前記スケールパターンを覆うカバー部材と、
前記スケールパターンの入射側に設けられ、互いに異なる波長域の第1の光及び第2の光に対して波長選択性を有する波長選択膜と、を備え、
前記波長選択膜と前記カバー部材とを透過する前記第1の光の透過率は、前記カバー部材のみを透過する前記第1の光の透過率より低く、前記波長選択膜と前記カバー部材とを透過する前記第2の光の透過率は、前記波長選択膜で反射する前記第2の光の反射率より高いことを特徴とするスケール体。 - 前記波長選択膜は導電性を有することを特徴とする請求項1に記載のスケール体。
- 前記第1の光に対する前記波長選択膜の複素屈折率の消衰係数kの絶対値が少なくとも0.01であることを特徴とする請求項2に記載のスケール体。
- 前記第1の光の波長は前記第2の光の波長よりも長く、
前記波長選択膜のキャリア密度が少なくとも3×1020/cm3であることを特徴とする請求項2又は3に記載のスケール体。 - 前記波長選択膜は酸化インジウム・スズの膜であることを特徴とする請求項2〜4のいずれか一項に記載のスケール体。
- 前記第2の光の波長をλとして、前記波長選択膜の光路長で表した厚さはλ/2の偶数倍であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のスケール体。
- 移動体の位置情報を検出する位置検出装置であって、
前記移動体に設けられる請求項1〜6のいずれか一項に記載のスケール体と、
前記移動体と異なる部材に設けられ、前記第1の光を前記波長選択膜に照射し、前記波長選択膜から戻される光を受光して、前記カバー部材の表面の法線方向に沿った前記スケール体の位置情報を検出する第1検出系と、
前記移動体と異なる部材に設けられ、前記第2の光を前記波長選択膜及び前記カバー部材を介して前記スケールパターンに照射し、前記スケールパターンから戻される光を受光して、前記パターン部材の表面に沿った方向の前記スケール体の位置情報を検出する第2検出系と、
を備えることを特徴とする位置検出装置。 - 移動体の位置情報を検出する位置検出装置であって、
前記移動体と異なる部材に設けられる請求項1〜6のいずれか一項に記載のスケール体と、
前記移動体に設けられ、前記第1の光を前記波長選択膜に照射し、前記波長選択膜から戻される光を受光して、前記カバー部材の表面の法線方向に沿った前記スケール体の位置情報を検出する第1検出系と、
前記移動体に設けられ、前記第2の光を前記波長選択膜及び前記カバー部材を介して前記スケールパターンに照射し、前記スケールパターンから戻される光を受光して、前記パターン部材の表面に沿った方向の前記スケール体の位置情報を検出する第2検出系と、
を備えることを特徴とする位置検出装置。 - 前記第1検出系は、前記波長選択膜からの反射光と参照光との干渉光を検出することを特徴とする請求項7又は8に記載の位置検出装置。
- 物体を保持して移動する移動体と、
前記移動体の位置情報を検出する請求項7〜9のいずれか一項に記載の位置検出装置と、
を備えることを特徴とするステージ装置。 - 前記位置検出装置の検出結果に基づいて、前記移動体の移動制御を行う制御部を備えることを特徴とする請求項10に記載のステージ装置。
- 露光光学系を介して基板を露光する露光装置において、
前記基板を移動するために、請求項10又は11に記載のステージ装置を備えることを特徴とする露光装置。 - 請求項11に記載の露光装置を用いて、基板にパターンを転写することと、
前記パターンが転写された前記基板を前記パターンに基づいて加工することと、
を含むデバイス製造方法。
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