JP5605768B2 - 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、露光装置及びデバイス製造方法に係り、更に詳しくは、エネルギビームにより物体上にパターンを形成する露光装置、及び該露光装置を用いるデバイス製造方法に関する。
半導体素子（集積回路等）、液晶表示素子等の電子デバイスを製造する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、レーザ干渉計を用いて、ウエハ又はガラスプレート等の被露光基板（以下、ウエハと総称する）を保持するウエハステージの位置を、投影光学系の鏡筒側面を基準として計測し、その計測結果を用いて投影光学系に対するステージの位置制御を行うことが一般的に行われている（例えば特許文献１参照）。これにより、振動等により投影光学系の位置が微小に変化しても、これにウエハステージを精度良く追従させることができる。
しかしながら、ウエハステージの位置を投影光学系の鏡筒側面を基準として計測するためにレーザ干渉計を用いた場合には、測長ビームの光路長は数百ｍｍ程度以上にもなってしまう。このため、測長ビームの光路周囲に生じる雰囲気の温度揺らぎ（空気揺らぎ）によって、計測値に誤差が生じることがあり、この誤差はウエハに形成されるパターンの位置ずれ及びウエハ上に積層形成される複数の層のパターン間の重ね合わせ誤差の要因となる。
米国特許出願公開２００７／０２８８１２１号明細書
本発明の第１の態様によれば、投影光学系を介して基板を露光する露光装置であって、前記投影光学系を支持するフレーム部材と、前記フレーム部材に支持される前記投影光学系の下方に配置され、前記基板を保持する基板ステージと、前記基板ステージを駆動する駆動装置と、前記フレーム部材に支持される前記投影光学系の位置情報を計測するエンコーダ装置と、前記基板ステージの位置情報を計測するエンコーダシステムと、前記エンコーダシステムで計測される位置情報に基づいて、前記駆動装置による前記基板ステージの駆動を制御する制御装置と、を備え、前記エンコーダ装置は、反射型の格子が形成される第１格子部材に対向して配置されるヘッド部を有し、前記ヘッド部を介して前記第１格子部材に第１計測ビームを照射するとともに、前記第１格子部材と前記ヘッド部との一方が前記投影光学系の下端面の一部に設けられ、前記第１格子部材と前記ヘッド部との他方が、前記第１格子部材と前記ヘッド部との一方よりも下方で前記フレーム部材に吊り下げ支持される保持部材に設けられ、前記エンコーダシステムは、前記第１格子部材と異なる、反射型の格子が形成される第２格子部材に対してそれぞれ第２計測ビームを照射する複数のヘッドを有し、前記第２格子部材と前記複数のヘッドとの一方が前記基板ステージに設けられ、前記第２格子部材と前記複数のヘッドとの他方が、前記エンコーダ装置とは独立して前記フレーム部材に支持され、前記第１格子部材は、前記投影光学系の光軸と直交する所定面と平行な方向に関して前記下端面から外側に露出することなく設けられている第１の露光装置が、提供される。
これによれば、基板ステージを、投影光学系を基準に精度良く移動させ、あるいは位置決めすることが可能となる。
本発明の第２の態様によれば、投影光学系を介して基板を露光する露光装置であって、前記投影光学系を支持するフレーム部材と、前記フレーム部材に支持される前記投影光学系の下方に配置され、前記基板を保持する基板ステージと、前記基板ステージを駆動する駆動装置と、前記フレーム部材に吊り下げ支持される保持部材と、前記フレーム部材に支持される前記投影光学系の位置情報を計測するエンコーダ装置と、前記基板ステージの位置情報を計測するエンコーダシステムと、前記エンコーダシステムで計測される位置情報に基づいて、前記駆動装置による前記基板ステージの駆動を制御する制御装置と、を備え、前記エンコーダ装置は、反射型の格子が形成される第１格子部材に対向して配置されるヘッド部を有し、前記ヘッド部を介して前記第１格子部材に第１計測ビームを照射するとともに、前記第１格子部材と前記ヘッド部との一方が前記投影光学系に設けられ、前記第１格子部材と前記ヘッド部との他方が前記保持部材に設けられ、前記エンコーダシステムは、前記第１格子部材と異なる、反射型の格子が形成される第２格子部材に対してそれぞれ第２計測ビームを照射する複数のヘッドを有し、前記第２格子部材と前記複数のヘッドとの一方が前記基板ステージに設けられ、前記第２格子部材と前記複数のヘッドとの他方が前記保持部材に設けられる第２の露光装置が、提供される。
これによれば、基板ステージを、投影光学系を基準に精度良く移動させ、あるいは位置決めすることが可能となる。
また、本発明は第３の態様によれば、上記第１、第２の露光装置のいずれかを用いて基板を露光することと、前記露光された基板を現像することと、を含むデバイス製造方法が、提供される。
一実施形態に係る露光装置を示す概略図である。 図２（Ａ）は、ヘッドユニット及びピックアップの配置を説明するための図、図２（Ｂ）は、ウエハステージを示す平面図である。 計測マウントを示す斜視図である。 ピックアップと鏡筒に設けられたスケールの配置を説明するための図である。 一実施形態の制御系を示すブロック図である。
以下、本発明の一実施形態を図１〜図５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１０の概略的な構成が示されている。この露光装置１０は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置、すなわちいわゆるスキャニング・ステッパである。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、これら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う。
露光装置１０は、照明ユニットＩＯＰ、レチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬを含む投影ユニットＰＵ、ウエハＷを保持してＸＹ平面内で移動するウエハステージＷＳＴ、及びこれらの制御系、並びに投影ユニットＰＵを保持するコラム３４等を備えている。
照明ユニットＩＯＰは、光源及び照明光学系を含み、その内部に配置された視野絞り（マスクキングブレード又はレチクルブラインドとも呼ばれる）で規定される矩形又は円弧状の照明領域に照明光ＩＬを照射し、回路パターンが形成されたレチクルＲを均一な照度で照明する。照明光ＩＬとしては、ここでは、一例として、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）が用いられるものとする。
レチクルステージＲＳＴは、後述するコラム３４の天板を構成するレチクルステージベース３２ａ上に配置され、レチクルステージ駆動系１９Ｒを構成する例えば磁気浮上型２次元リニアアクチュエータが発生する磁気浮上力によってレチクルステージベース３２ａ上に浮上支持されている。そして、このレチクルステージＲＳＴ上には、レチクルＲが、例えば真空吸着又は静電吸着により固定されている。
レチクルステージＲＳＴは、レチクルステージ駆動系１９ＲによってＹ軸方向（図１における紙面内左右方向）に所定のストロークで駆動されるとともに、Ｘ軸方向（図１における紙面直交方向）及びθｚ方向にも微小駆動され、更に、Ｚ軸方向及びＸＹ平面に対する傾斜方向（θｘ方向及びθｙ方向）にも微小駆動される。
レチクルステージＲＳＴ（レチクルＲ）のＸＹ平面内の位置（θｚ方向の回転も含む）は、レチクルステージＲＳＴに固定された（又は形成された）反射面にレーザビームを照射するレチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）１８Ｒによって、例えば０．２５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。そして、レチクルＲのＺ軸方向の位置は、例えば米国特許第５，４４８，３３２号明細書に開示される多点焦点位置検出系からなるレチクルフォーカスセンサＲＦ（図１では不図示、図５参照）によって計測される。
レチクル干渉計１８Ｒ及びレチクルフォーカスセンサＲＦの計測値は、主制御装置１１（図５参照）に供給される。主制御装置１１は、供給された計測値に基づいて、レチクルステージ駆動系１９Ｒを介してレチクルステージＲＳＴを駆動する。
前記投影ユニットＰＵは、円筒状の鏡筒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とを有している。本実施形態では、鏡筒４０が単一であるものとしたが、例えば、それぞれ１つ又は複数の光学素子を保持する複数の鏡筒を積み重ねて構成しても良い。この場合、その複数の鏡筒を密閉部材内に収納し、投影光学系ＰＬの清浄度を高く維持することが好ましい。
前記投影光学系ＰＬとしては、例えば、Ｚ軸方向と平行な光軸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。この投影光学系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あるいは１／５）を有する。このため、照明ユニットＩＯＰからの照明光ＩＬによって前述の照明領域が照明されると、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内のレチクルＲの回路パターンの縮小像（回路パターンの一部の投影像）が、投影光学系ＰＬの第２面（像面）側に配置され、表面にレジスト（感光剤）が塗布されたウエハＷ上の前記照明領域に共役な領域（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（照明光ＩＬ）に対してレチクルＲを走査方向（Ｙ軸方向）に相対移動させるとともに、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）に相対移動させることで、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、照明ユニットＩＯＰ、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。
コラム３４は、床面Ｆにその下端部が固定された複数（ここでは、例えば３本）の脚部３２ｂ（紙面奥側の脚部は不図示）と、該脚部３２ｂにより床面Ｆ上方で支持されたレチクルステージベース３２ａとを含んでいる。レチクルステージベース３２ａの中央部には、上下方向（Ｚ軸方向）に貫通する平面視（上方から見て）矩形の開口３４ａが、形成されている。
鏡筒４０は、例えば投影光学系ＰＬを収容する長手方向をＺ軸方向とする円柱状の中空部材であり、その底壁の中央には、突出部が形成されている。この突出部の内部には、投影光学系ＰＬの下端に位置する光学部材が保持されており、その突出部の中央には、照明光の通路となる開口部が形成されている。これに限らず、鏡筒４０の底壁を中央部に円形開口が形成された板部材により構成し、その円形開口から投影光学系ＰＬの下端に位置する光学部材を保持する保持部材を突出させても良い。
また、鏡筒４０の高さ方向の中央より幾分下方の位置には、外周部にリング状のフランジＦＬＧが一体に設けられている。
鏡筒４０は、レチクルステージベース３２ａの下面側に一端が固定された複数、例えば３つの吊り下げ支持機構１３７（ただし紙面奥側の吊り下げ支持機構は不図示）によって、フランジＦＬＧが支持されることで、レチクルステージベース３２ａの下方に吊り下げ支持されている。各吊り下げ支持機構１３７は、例えば柔構造の連結部材であるコイルばね１３６とワイヤ１３５とを含んでいる。コイルばね１３６は、投影光学系ＰＬの光軸（Ｚ軸）に垂直な方向に振り子のように振動し、投影光学系ＰＬの光軸に垂直な方向の振動を除振する（すなわち、床の振動が投影光学系ＰＬに伝達するのを防止する）。また、コイルばね１３６は、光軸に平行な方向に関しても、高い除振性能を有している。なお、投影ユニットＰＵを支持する鏡筒定盤が設けられる場合には、該鏡筒定盤を、例えば３つの吊り下げ支持機構１３７によって吊り下げ支持しても良い。
コラム３４の３つの脚部３２ｂそれぞれのＺ軸方向に関する中央部近傍には凸部１３４ａが形成されている。また、各凸部１３４ａと投影光学系ＰＬのフランジＦＬＧとの間には、駆動機構４４０が設けられている。各駆動機構４４０は、投影光学系ＰＬを鏡筒４０の半径方向に駆動するボイスコイルモータと、投影光学系ＰＬを光軸方向（Ｚ軸方向）に駆動するボイスコイルモータとを含んでいる。３つの凸部１３４ａそれぞれとフランジＦＬＧとの間に設けられた３つの駆動機構４４０（図１における紙面奥側の駆動機構は不図示）により、投影光学系ＰＬを６自由度方向に駆動できる。本実施形態では、主制御装置１１（図５参照）が、例えば投影光学系ＰＬのフランジＦＬＧに設けられた不図示の加速度センサで検出される加速度情報に基づいて、投影光学系ＰＬがコラム３４及び床面Ｆに対して静止した状態となるように各駆動機構４４０のボイスコイルモータの駆動を制御する。
ウエハステージＷＳＴは、投影光学系ＰＬの下方に配置され、床面Ｆ上に水平に設置されたステージ定盤ＢＳ上に、その底面に設けられた複数の非接触軸受、例えばエアベアリングなどを介して浮上支持されている。ウエハステージＷＳＴ上に、不図示のウエハホルダを介してウエハＷが真空吸着（又は静電吸着）により保持される。
ウエハステージＷＳＴの位置は、例えば米国特許出願公開第２００７／０２８８１２１号明細書、米国特許出願公開第２００８／００８８８４３号明細書、米国特許出願公開第２００６／０２２７３０９号明細書などに開示されるエンコーダシステムによって計測される。本実施形態において、このエンコーダシステムは４つのリニアエンコーダ７０Ａ〜７０Ｄ（図５参照）を有し、図２（Ａ）に示されるように、４つのエンコーダヘッドユニット６２Ａ〜６２Ｄが計測マウント（保持部材）５１の下面に配置されている（詳細後述）。一方、ウエハステージＷＳＴの上面には、図２（Ｂ）に示されるように、ウエハＷを取り囲むように、長手方向をＹ軸方向とする１対のＹスケール４４Ａ,４４Ｃと、１対のＸスケール４４Ｂ，４４Ｄとが、それぞれ固定されている。スケール４４Ａ〜４４Ｄそれぞれの表面には、それぞれの長手方向を周期方向とする反射型の回折格子が形成されている。
ステージ定盤ＢＳの＋Ｚ側の面（上面）は平坦度が非常に高くなるように加工され、ウエハステージＷＳＴの移動の際の基準面（ガイド面）となっている。ウエハステージＷＳＴは、ウエハステージ駆動系１９ＷによってＹ軸方向に所定ストロークで駆動されるとともに、Ｘ軸方向及びθｚ方向にも微小駆動され、更に、Ｚ軸方向及びＸＹ平面に対する傾斜方向（θｘ方向及びθｙ方向）にも微小駆動される。
投影光学系ＰＬのフランジＦＬＧには、計測マウント５１が複数（ここでは例えば４本）の支持部材５３（ただし、紙面奥側の支持部材は不図示）を介して吊り下げ支持されている。各支持部材５３は、実際には、両端部にフレクシャー部を有するリンク部材を含んで構成されている。各フレクシャー部は、支持部材の長手方向（Ｚ軸方向）に関する剛性が高く、その他の５自由度方向に関する剛性が低い。従って、４本の支持部材によって、計測マウント５１とフランジＦＬＧとの間に応力を殆ど生じさせることなく、計測マウント５１が支持される。
計測マウント５１は、図３の斜視図に示されるように、円形板状の本体部５２と、本体部５２から＋Ｘ方向、＋Ｙ方向、−Ｘ方向、−Ｙ方向にそれぞれ突設された平面視略正方形状の４つの延設部５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃ，５３Ｄとを有している。
本体部５２は、上面の外周縁のリング状のリム部を除く部分（内部の円形の部分）が、リム部に比べてその内部底面が一段低い凹部５２ａとなっている。そして、凹部５２ａの中央には、凹部５２ａの内部底面より幾分低い上面に平行な環状の面領域が形成されている。この環状の面領域の内周縁、外周縁は、前述のリム部と同心である。面領域の内周縁は、円形開口５２ｃの内周面となっている。面領域と凹部５２ａの内部底面とは、テーパ状の斜面によって、連結されている。円形開口５２ｃ周囲の面領域とテーパ状の斜面とによって、収容部５２ｂが形成されている。
図２（Ａ）及び図３に示されるように、計測マウント５１の凹部５２ａの内部底面上には、後述するリニアエンコーダ５０ｘ、５０ｙ（図５参照）のセンサヘッド部である、ピックアップ５４ｘ及びピックアップ５４ｙが配置されている。
ピックアップ５４ｘは、図２（Ａ）に示されるように直線Ｐｘ上に配置され、上方（＋Ｚ方向）に光を照射するｘヘッド５６ｘを備えている。同様にピックアップ５４ｙは直線Ｐｙ上に配置され、上方に光を照射するｙヘッド５６ｙを備えている。
投影ユニットＰＵの下面（−Ｚ側の面）、例えば鏡筒４０の下面には、図４にｘスケール５８ｘを取り上げて代表的に示されるように、ピックアップ５４ｘ及び５４ｙそれぞれに対向してｘスケール５８ｘ及びｙスケール５８ｙが、固定されている。
ｘスケール５８ｘは、図２（Ａ）の配置図に示されるように、投影光学系ＰＬの光軸に直交しＸ軸と４５度の角度をなす直線Ｐｘ上に、直線Ｐｘと平行な方向を長手方向として配置され、ｙスケール５８ｙは、投影光学系ＰＬの光軸に直交しＹ軸と４５度の角度をなす直線Ｐｙ上に、直線Ｐｙと平行な方向を長手方向として配置されている。また、スケール５８ｘ，５８ｙの下面（−Ｚ側の面）には長手方向を周期方向とする反射型の回折格子が形成されている。
ピックアップ５４ｘは、鏡筒４０の下面に固定されたｘスケール５８ｘに光を照射して得られる反射光（回折格子からの回折光）を用いて、例えば振動などに起因する、直線Ｐｘに平行な方向の鏡筒４０（投影光学系ＰＬ）の変位を検出する光学式のｘリニアエンコーダ５０ｘ（図５参照）を構成する。同様に、ピックアップ５４ｙは、鏡筒４０の下面に固定されたｙスケール５８ｙに光を照射して得られる反射光（回折格子からの回折光）を用いて、直線Ｐｙに平行な方向の鏡筒４０（投影光学系ＰＬ）の変位を検出する光学式のｙリニアエンコーダ５０ｙ（図５参照）を構成する。
ここで、ｘリニアエンコーダ５０ｘ及びｙリニアエンコーダ５０ｙでは、例えば米国特許第７，２３８，９３１号明細書、及び米国特許出願公開第２００７／０２８８１２１号明細書などに開示されるエンコーダヘッドと同様の構成の回折干渉型のヘッドが、ピックアップ５４ｘ，５４ｙとして用いられている。ただし、本実施形態では、ピックアップ５４ｘ，５４ｙは、光源及び受光系（光検出器を含む）が、計測マウント５１の外部に配置され、光源からの光を偏光分離する偏光ビームスプリッタを含む光学系（の一部）のみが計測マウント５１の凹部５２ａの内部底面上に、すなわちｘスケール５８ｘ、ｙスケール５８ｙに対向して配置されている。すなわち、ピックアップ５４ｘ，５４ｙはその全てが計測マウント５１に設けられていなくても良い。この場合、光源及び受光系と光学系との間では、不図示の光ファイバを介して、又は空中伝送にて、光及び又は信号の送受が行われる。以下、計測マウント５１の凹部５２ａの内部底面上に配置された光学系をピックアップと呼ぶ。なお、ピックアップ５４ｘ，５４ｙのうち、計測マウント５１の外部に配置する部材は光源及び受光系に限られず、例えば光源のみ、あるいは光源と受光素子（センサ）のみなどでも良い。
また、計測マウント５１の下面（−Ｚ側の面）には、図２（Ａ）に示されるように、投影光学系ＰＬの下端部の周囲を四方から囲むように、４つのエンコーダヘッドユニット（以下、ヘッドユニットともいう）６２Ａ〜６２Ｄが配置されている。
前記ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃは、投影ユニットＰＵの＋Ｘ側及び−Ｘ側にそれぞれＸ軸方向を長手方向とし、投影光学系ＰＬの光軸に対して対称に配置されている。また、前記ヘッドユニット６２Ｂ，６２Ｄは、投影ユニットＰＵの＋Ｙ側及び−Ｙ側にそれぞれＹ軸方向を長手方向とし、投影光学系ＰＬの光軸に対して対称に配置されている。
ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃは、図２（Ａ）に示されるように、Ｘ軸方向に沿って所定間隔で配置された複数、ここでは５個のＹヘッド６４を備えている。ヘッドユニット６２Ａは、ウエハステージＷＳＴ上の前述のＹスケール４４Ａを用いて、ウエハステージＷＳＴのＹ軸方向の位置（Ｙ位置）を計測する複数のＹヘッド６４を備えた多眼、ここでは５眼のＹリニアエンコーダ７０Ａ（図５参照）を構成する。同様に、ヘッドユニット６２Ｃは、前述のＹスケール４４Ｃを用いて、ウエハステージＷＳＴのＹ位置を計測する５個のＹヘッド６４を備えた５眼のＹリニアエンコーダ７０Ｃ（図５参照）を構成する。
また、ヘッドユニット６２Ｂ，６２Ｄは、図２（Ａ）に示されるように、Ｙ軸方向に沿って所定間隔で配置された複数、ここでは５個のＸヘッド６６を備えている。ヘッドユニット６２Ｂは、前述のＸスケール４４Ｂを用いて、ウエハステージＷＳＴのＸ軸方向の位置（Ｘ位置）を計測する複数のＸヘッド６６を備えた多眼、ここでは５眼のＸリニアエンコーダ７０Ｂ（図５参照）を構成する。同様に、ヘッドユニット６２Ｄは、前述のＸスケール４４Ｄを用いて、ウエハステージＷＳＴのＸ位置を計測する５個のＸヘッド６６を備えた５眼のＸリニアエンコーダ７０Ｄ（図５参照）を構成する。
上述のように構成された計測マウント５１は、図１に示されるように、フランジＦＬＧに上端が固定（接続）され、下端が延設部５３Ａ〜５３Ｄにそれぞれ固定（接続）された前述の４本の支持部材５３（ただし、紙面奥側の支持部材は不図示）によって吊り下げ支持され、鏡筒４０の下面から所定距離だけ下方（−Ｚ方向）の位置に配置されている。この吊り下げ支持状態では、図４に示されるように、鏡筒４０下端の突出部が計測マウント５１に形成された収容部５２ｂに収容された状態となる。また、図４に示されるように、鏡筒４０の下面と凹部５２ａの内部底面とが、所定の隙間を介して対向し、ピックアップ５４ｘのｘヘッド５６ｘと鏡筒４０の下面に配置されたｘスケール５８ｘとが対向し、ピックアップ５４ｙのｙヘッド５６ｙと鏡筒４０の下面に配置されたｙスケール５８ｙとが対向した状態となる。
更に、計測マウント５１には、アライメント系ＡＬＧ、ウエハフォーカスセンサＷＦなど（図５参照）が装着されている。アライメント系ＡＬＧとしては、画像処理方式のセンサを用いることができ、この、画像処理方式のセンサは、例えば特開平０４−０６５６０３号公報（対応米国特許第５,４９３,４０３号明細書）に開示されている。また、ウエハフォーカスセンサＷＦとしては、例えば特開平０６−２８３４０３号公報（対応米国特許第５，４４８，３３２号明細書）等に開示されるウエハフォーカスセンサを用いることができる。
なお、本実施形態では、前述のスケール５８ｘ、５８ｙ、ヘッドユニット６２Ａ〜６２Ｄなどが計測マウント５１に設けられることから、計測マウント５１をメトロロジーフレームなどとも呼ぶことができる。また、本実施形態では、スケール５８ｘ、５８ｙだけでなく、ヘッドユニット６２Ａ〜６２Ｄ、アライメント系ＡＬＧ、ウエハフォーカスセンサＷＦをも計測マウント５１に設けるものとしたが、これに限らず、例えばヘッドユニット６２Ａ〜６２Ｄ、アライメント系ＡＬＧ、ウエハフォーカスセンサＷＦの少なくとも１つを、計測マウント５１とは別の部材に設けても良い。
図５には、本実施形態の露光装置１０の制御系がブロック図にて示されている。この図５に示される制御系は、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１１を中心として構成されている。
上述のように構成された露光装置１０では、露光動作の際にウエハＷを保持したウエハステージＷＳＴが計測マウント５１の下方に位置すると、ウエハステージＷＳＴの上面に配置されたＹスケール４４Ａ,４４Ｃとヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃとがそれぞれ対向し、Ｘスケール４４Ｂ,４４Ｄとヘッドユニット６２Ｂ，６２Ｄとがそれぞれ対向する。そして、Ｙスケール４４Ａ,４４Ｃに対向するヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃ（Ｙリニアエンコーダ７０Ａ，７０Ｃ）によって、ウエハステージＷＳＴのＹ軸方向の位置が計測され、Ｘスケール４４Ｂ,４４Ｄに対向するヘッドユニット６２Ｂ，６２Ｄ（Ｘリニアエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄ）によって、ウエハステージＷＳＴのＸ軸方向の位置が計測される。また、同時に鏡筒４０の下面に配置されたｘスケール５８ｘに対向するピックアップ５４ｘ（ｘリニアエンコーダ５０ｘ）と、ｙスケール５８ｙに対向するピックアップ５４ｙ（ｙリニアエンコーダ５０ｙ）とで、鏡筒４０の直線Ｐｘ及び直線Ｐｙに平行な方向の変位、すなわち鏡筒４０のＸＹ平面内での位置が計測される。そして、主制御装置１１は、Ｙリニアエンコーダ７０Ａ,７０Ｃ及びＸリニアエンコーダ７０Ｂ,７０Ｄの計測結果と、ｘリニアエンコーダ５０ｘ及びｙリニアエンコーダ５０ｙの計測結果とをモニタして、ウエハステージＷＳＴをＸＹ平面内で、鏡筒４０を基準に移動させる。
以上説明したように、本実施形態の露光装置１０によると、露光動作中の鏡筒４０のＸＹ平面内における変位が、鏡筒４０の下面に配置されたスケール５８ｘに対向する計測マウント５１に配置されたピックアップ５４ｘ（ｘリニアエンコーダ５０ｘ）、及び鏡筒４０の下面に配置されたスケール５８ｙに対向する計測マウント５１に配置されたピックアップ５４ｙ（ｙリニアエンコーダ５０ｙ）によって計測される。従って、ウエハステージＷＳＴの移動などに起因する振動などによって、鏡筒４０のＸＹ平面内の位置が微少変動しても、その変位を精度よく計測することが可能となり、結果的に鏡筒４０に保持される投影光学系ＰＬの光軸を基準とするウエハステージＷＳＴの位置制御を精度よく行うことができる。
また、ピックアップ５４ｘ,５４ｙから射出される光（以下、測長光という）は、ｘスケール５８ｘ又はｙスケール５８ｙで反射され、ピックアップ５４ｘ，５４ｙと鏡筒４０に固定されたｘスケール５８ｘ又はｙスケール５８ｙとの間を往復することとなるが、測長光の経路は、例えば干渉計における測長光の経路と比べて無視できるほど小さくなる。従って、露光中に鏡筒４０の周囲などで空気揺らぎなどが生じたとしても、ｘリニアエンコーダ５０ｘ及びｙリニアエンコーダ５０ｙの計測値の短期安定性を、干渉計を用いた場合に比べて格段に向上させることが可能となる。
また、本実施形態では、鏡筒４０の変位の計測に用いられる測長光を射出するピックアップ５４ｘ，５４ｙと、ウエハステージＷＳＴの位置を計測するヘッドユニット６２Ａ〜６２Ｄがともに計測マウント５１に配置されている。このため、ピックアップ５４ｘ，５４ｙとヘッドユニット６２Ａ〜６２Ｄとの位置関係は一定に維持され、ウエハステージＷＳＴに対する計測を行うＸリニアエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄ及びＹリニアエンコーダ７０Ａ，７０Ｃと、鏡筒４０に対する計測を行うｘリニアエンコーダ５０ｘ及びｙリニアエンコーダ５０ｙとの間で生じる計測誤差を低減することが可能となる。
なお、上記実施形態では、ｘリニアエンコーダ５０ｘ及びｙリニアエンコーダ５０ｙで、Ｘ軸及びＹ軸に対して４５度の角度をなす直線Ｐｘ及び直線Ｐｙに平行な方向の鏡筒４０の変位を計測しているが、これに限らず、エンコーダを用いて鏡筒４０のＸ軸方向及びＹ軸方向の変位を計測しても良く、また、任意の異なる２軸方向の変位を計測することで鏡筒４０のＸＹ平面上における変位を計測しても良い。すなわち、スケール５８ｘ，５８ｙはその長手方向（計測方向、回折格子の周期方向／配列方向）が直線Ｐｘ、Ｐｙに平行な方向に限られるものではなく任意で構わない。
また、上記実施形態では、熱源を避けるべく、光学系（の一部）のみが計測マウント５１に配置されるものとしたが、熱の影響を排除できる、あるいは熱の影響を考慮しなくても良い場合には、光源及び／又は受光系（光検出器を含む）を、計測マウント５１に配置しても良い。
また、上記実施形態では、ｘリニアエンコーダ５０ｘ及びｙリニアエンコーダ５０ｙそれぞれのピックアップ５４ｘ,５４ｙは、計測マウント５１に取り付けられているが、これに限らず、ピックアップ５４ｘ,５４ｙを鏡筒４０に取り付けて、計測マウント５１に取り付けられたスケール５８ｘ，５８ｙを用いて、計測マウント５１に対する鏡筒４０の変位を計測しても良い。
また、これまでは、ピックアップ５４ｘ,５４ｙ又はスケール５８ｘ，５８ｙを、投影ユニットＰＵ（鏡筒４０）の下端面に取り付けるものとしているが、投影ユニットＰＵ（鏡筒４０）の下端面以外の部位に、ピックアップ５４ｘ,５４ｙ又はスケール５８ｘ，５８ｙを、固定しても良い。
また、上記実施形態では、鏡筒４０の変位計測に、光学式のｘリニアエンコーダ５０ｘ及びｙリニアエンコーダ５０ｙを用いたが、これに限らず、例えば電磁誘導方式のエンコーダなどを用いても良い。
また、上記実施形態では、スケールに光を照射することによって得られる反射光を受光するピックアップ５４ｘ，５４ｙを備えたｘリニアエンコーダ５０ｘ及びｙリニアエンコーダ５０ｙを用いて鏡筒４０の変位を計測することとしたが、これに限らず、鏡筒４０の変位を計測するエンコーダとしては、例えばスケール５８ｘ,５８ｙを透過した透過光を用いて変位を計測するエンコーダなども採用することができる。
また、エンコーダにより、Ｘ軸及びＹ軸などの任意の異なる２軸方向に限られず、例えば他の方向（θｚ方向など）についても鏡筒４０の変位を計測可能として良い。
なお、上記実施形態では、投影ユニットＰＵ（投影光学系ＰＬ）が、３つの吊り下げ支持機構１３７によって、フランジＦＬＧを介して、レチクルステージベース３２ａの下方に吊り下げ支持されるものとしたが、これに限らず、床面上に防振装置を介して水平に支持される鏡筒定盤によって投影ユニットＰＵ（投影光学系ＰＬ）を支持しても良い。この場合、計測マウント５１はその鏡筒定盤で吊り下げ支持しても良い。要は、投影ユニットＰＵ（投影光学系ＰＬ）と、基準位置（投影ユニットＰＵ（投影光学系ＰＬ）の位置計測の基準）とのＸＹ平面内における位置関係が、リニアエンコーダによって計測可能であれば良い。また、前述のヘッドユニット６２Ａ〜６２Ｄ、アライメント系ＡＬＧ、及びウエハフォーカスセンサＷＦの少なくとも１つを、計測マウント５１とは独立に鏡筒定盤に設けても良い。
また、本実施形態では、ウエハステージＷＳＴの位置計測を、Ｘリニアエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄ、及びＹリニアエンコーダ７０Ａ，７０Ｃを含むエンコーダシステムを用いて行ったが、ウエハステージＷＳＴの位置計測の方法はこれに限られるものではない。例えば、ウエハステージＷＳＴの位置計測を、干渉計システム、又は干渉計システム及びエンコーダシステムにより行っても良い。この干渉計システムでは、投影光学系ＰＬを基準としてウエハステージの位置計測を行う必要がないので、干渉計システムの計測ビームの反射面を投影光学系ＰＬに設けなくても良い。なお、干渉計システム及びエンコーダシステムの両方を備える露光装置は、例えば米国特許出願公開第２００７／０２８８１２１号明細書、米国特許出願公開第２００８／００８８８４３号明細書などに開示されている。
また、上記実施形態では、ウエハテーブル（ウエハステージ）上に格子部（Ｙスケール、Ｘスケール）を設け、これに対向してＸヘッド、Ｙヘッドをウエハステージの外部に配置する構成のエンコーダシステムを採用した場合について例示したが、これに限らず、例えば米国特許出願公開第２００６／０２２７３０９号明細書などに開示されているように、ウエハステージにエンコーダヘッドを設け、これに対向してウエハステージの外部に格子部（例えば２次元格子又は２次元に配置された１次元の格子部）を配置する構成のエンコーダシステムを採用しても良い。この場合において、ウエハテーブルのＺ軸方向に関する位置を計測するＺヘッドもウエハステージに設け、その格子部の面を、Ｚヘッドの計測ビームが照射される反射面としても良い。この場合において、エンコーダヘッドとＺヘッドとの機能を備えた単一のヘッドを用いても良い。また、その格子部（スケール）は、一例として、前述の計測マウントあるいは鏡筒定盤などで支持しても良い。
また、上記実施形態では、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。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・スティッチ方式の投影露光装置にも本発明を適用することができる。
また、上記実施形態の露光装置における投影光学系の倍率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。そのほか、超高圧水銀ランプから発せられるｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）などの紫外域の輝線を照明光ＩＬとして用いることもできる。この他、例えば米国特許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、近年、７０ｎｍ以下のパターンを露光するために、ＳＯＲやプラズマレーザを光源として、軟Ｘ線領域（例えば５〜１５ｎｍの波長域）のＥＵＶ（Extreme Ultraviolet）光を発生させるとともに、その露光波長（例えば１３．５ｎｍ）の下で設計されたオール反射縮小光学系、及び反射型マスクを用いたＥＵＶ露光装置の開発が行われている。この装置においては、円弧照明を用いてマスクとウエハを同期走査してスキャン露光する構成が考えられるので、かかる装置にも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を適用できる。
さらに、例えば国際公開９９／４９５０４号などに開示される、投影光学系ＰＬとウエハとの間に液体（例えば純水など）が満たされる液浸露光装置などにも本発明を適用することができる。
また、上記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号公報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）を用いても良い。
また、例えば国際公開第２００１／０３５１６８号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。
なお、上記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はなく、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、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、前述した実施形態の露光装置（パターン形成装置）によりマスク（レチクル）のパターンをウエハ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、本発明の露光装置及びデバイス製造方法は、半導体素子及び液晶表示素子などの電子デバイスを製造するのに適している。
１０…露光装置、１１…主制御装置、１９Ｒ…レチクルステージ駆動系、１８Ｒ…レチクル干渉計、３４…コラム、３２ａ…レチクルステージベース、３２ｂ…脚部、３４ａ…開口、４０…鏡筒、４４Ａ，４４Ｃ…Ｙスケール、４４Ｂ，４４Ｄ…Ｘスケール、５０ｘ…ｘリニアエンコーダ、５０ｙ…ｙリニアエンコーダ、５１…計測マウント、５２…本体部、５２ａ…凹部、５２ｂ…収容部、５２ｃ…円形開口、５３Ａ〜５３Ｄ…延設部、５４ｘ，５４ｙ…ピックアップ、５６ｘ…ｘヘッド、５６ｙ…ｙヘッド、５８ｘ…ｘスケール、５８ｙ…ｙスケール、６２Ａ〜６２Ｄ…ヘッドユニット、６４…Ｙヘッド、６６…Ｘヘッド、７０Ａ，７０Ｃ…Ｙリニアエンコーダ、７０Ｂ，７０Ｄ…Ｘリニアエンコーダ、１３４ａ…凸部、１３５…ワイヤ、１３６…コイルばね、１３７…吊り下げ支持機構、４４０…駆動機構、ＢＳ…ステージ定盤、ＰＬ…投影光学系、ＩＯＰ…照明ユニット、Ｒ…レチクル、ＲＳＴ…レチクルステージ、ＷＳＴ…ウエハステージ、ＰＵ…投影ユニット、ＲＦ…レチクルフォーカスセンサ、ＷＦ…ウエハフォーカスセンサ、ＩＬ…照明光、Ｆ…床面、ＦＬＧ…フランジ。

Claims (15)

  1. 投影光学系を介して基板を露光する露光装置であって、
    前記投影光学系を支持するフレーム部材と、
    前記フレーム部材に支持される前記投影光学系の下方に配置され、前記基板を保持する基板ステージと、
    前記基板ステージを駆動する駆動装置と、
    前記フレーム部材に支持される前記投影光学系の位置情報を計測するエンコーダ装置と、
    前記基板ステージの位置情報を計測するエンコーダシステムと、
    前記エンコーダシステムで計測される位置情報に基づいて、前記駆動装置による前記基板ステージの駆動を制御する制御装置と、を備え、
    前記エンコーダ装置は、反射型の格子が形成される第１格子部材に対向して配置されるヘッド部を有し、前記ヘッド部を介して前記第１格子部材に第１計測ビームを照射するとともに、前記第１格子部材と前記ヘッド部との一方が前記投影光学系の下端面の一部に設けられ、前記第１格子部材と前記ヘッド部との他方が、前記第１格子部材と前記ヘッド部との一方よりも下方で前記フレーム部材に吊り下げ支持される保持部材に設けられ、
    前記エンコーダシステムは、前記第１格子部材と異なる、反射型の格子が形成される第２格子部材に対してそれぞれ第２計測ビームを照射する複数のヘッドを有し、前記第２格子部材と前記複数のヘッドとの一方が前記基板ステージに設けられ、前記第２格子部材と前記複数のヘッドとの他方が、前記エンコーダ装置とは独立して前記フレーム部材に支持され、
    前記第１格子部材は、前記投影光学系の光軸と直交する所定面と平行な方向に関して前記下端面から外側に露出することなく設けられている露光装置。
  2. 請求項１に記載の露光装置において、
    前記第２格子部材と前記複数のヘッドとの他方は、前記保持部材とは別の部材に設けられる露光装置。
  3. 請求項１又は２に記載の露光装置において、
    前記保持部材は、それぞれフレクシャー部を有する複数の支持部材によって、前記フレーム部材に吊り下げ支持される露光装置。
  4. 投影光学系を介して基板を露光する露光装置であって、
    前記投影光学系を支持するフレーム部材と、
    前記フレーム部材に支持される前記投影光学系の下方に配置され、前記基板を保持する基板ステージと、
    前記基板ステージを駆動する駆動装置と、
    前記フレーム部材に吊り下げ支持される保持部材と、
    前記フレーム部材に支持される前記投影光学系の位置情報を計測するエンコーダ装置と、
    前記基板ステージの位置情報を計測するエンコーダシステムと、
    前記エンコーダシステムで計測される位置情報に基づいて、前記駆動装置による前記基板ステージの駆動を制御する制御装置と、を備え、
    前記エンコーダ装置は、反射型の格子が形成される第１格子部材に対向して配置されるヘッド部を有し、前記ヘッド部を介して前記第１格子部材に第１計測ビームを照射するとともに、前記第１格子部材と前記ヘッド部との一方が前記投影光学系に設けられ、前記第１格子部材と前記ヘッド部との他方が前記保持部材に設けられ、
    前記エンコーダシステムは、前記第１格子部材と異なる、反射型の格子が形成される第２格子部材に対してそれぞれ第２計測ビームを照射する複数のヘッドを有し、前記第２格子部材と前記複数のヘッドとの一方が前記基板ステージに設けられ、前記第２格子部材と前記複数のヘッドとの他方が前記保持部材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、
    前記保持部材は、それぞれフレクシャー部を有する複数の支持部材によって、前記フレーム部材に吊り下げ支持される露光装置。
  6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記エンコーダ装置は、前記第１格子部材と前記ヘッド部との両方が、前記投影光学系の光軸と実質的に平行な方向に関して、前記投影光学系の下面よりも上方に配置される露光装置。
  7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記投影光学系は、フランジ部を有し、前記フランジ部を介して前記フレーム部材に支持され、
    前記第１格子部材と前記ヘッド部との一方は、前記投影光学系の前記フランジ部よりも下方に設けられる露光装置。
  8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記第１格子部材と前記ヘッド部との一方は、前記投影光学系の下端面の一部に設けられ、前記第１格子部材と前記ヘッド部との他方は、前記前記第１格子部材と前記ヘッド部との一方よりも下方に設けられる露光装置。
  9. 請求項８に記載の露光装置において、
    前記第１格子部材は、前記投影光学系の光軸と直交する所定面と平行な方向に関して前記下端面から外側に露出することなく前記投影光学系に設けられる露光装置。
  10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記第１格子部材は、それぞれ格子が形成される複数の第１スケールを有し、
    前記エンコーダ装置は、前記複数の第１スケールとそれぞれ対向して配置される複数のヘッド部を有する露光装置。
  11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記エンコーダ装置は、前記第１計測ビームを発生する光源と、前記第１格子部材で反射される前記第１計測ビームを受光する検出器とを有し、前記光源と前記検出器との少なくとも一方が前記ヘッド部と光ファイバを介して接続される露光装置。
  12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記第２格子部材は、前記投影光学系の光軸と直交する所定面と実質的に平行に配置され、
    前記エンコーダシステムは、前記所定面と平行な方向及び前記所定面と直交する方向に関して前記基板ステージの位置情報を計測する露光装置。
  13. 請求項１２に記載の露光装置において、
    前記エンコーダシステムは、前記第２格子部材が前記保持部材に設けられ、前記複数のヘッドが前記基板ステージに設けられ、前記第２格子部材に対して下方から前記第２計測ビームを照射する露光装置。
  14. 請求項１２又は１３に記載の露光装置において、
    前記第２格子部材は、それぞれ格子が形成される複数の第２スケールを有し、
    前記エンコーダシステムは、前記複数のヘッドを介して、前記複数の第２スケールにそれぞれ前記第２計測ビームを照射する露光装置。
  15. 請求項１〜１４のいずれか一項に記載の露光装置を用いて基板を露光することと、
    前記露光された基板を現像することと、を含むデバイス製造方法。
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