JP6008165B2 - 露光方法及び露光装置、並びにデバイス製造方法 - Google Patents

露光方法及び露光装置、並びにデバイス製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、露光方法及び露光装置、並びにデバイス製造方法に係り、特に、エネルギビームに対して走査方向に移動させつつ基板を露光する露光方法及び露光装置、並びに前記露光方法又は前記露光装置を用いるデバイス製造方法に関する。
液晶表示素子、半導体素子等の電子デバイス(マイクロデバイス)を製造するリソグラフィ工程では、パターンが形成されたマスク(又はレチクル)に照明光を照射して、パターンの像を投影光学系を介して感応剤(レジスト)が塗布されたガラスプレート又はウエハ等の基板上に投影することによって、パターンを基板上に転写する投影露光装置が、用いられている。
例えば、液晶表示素子製造に用いられるガラスプレート(基板)は、年々大型化し、これに対応すべく、液晶表示素子用の露光装置(液晶露光装置)として、走査方向と直交する方向(非走査方向)に配列された拡大倍率を有する複数の部分投影光学系から構成される拡大系マルチレンズにより、マスクのパターンを拡大して基板上に転写するスキャナが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
拡大系マルチレンズを備えたスキャナでは、マスクのパターンが複数の部分投影光学系に対応して複数のパターン領域に短冊状に分割され、各パターン領域内のパターンの投影像が走査露光によって基板上に転写される。さらに、非走査方向にステップ駆動して、別の複数のパターン領域内のパターンの投影像が走査露光によって基板上に繰り返し転写される。これにより、マスク上の各パターン領域内のパターンが非走査方向に継ぎ合わされて基板上に転写される。
従来、スキャナなどの投影露光装置では、基板を保持する基板ステージの位置は、基板ステージ上に設けられた移動鏡にレーザビームを照射し、その反射ビームを受光する干渉計システムにより計測されていた。しかし、基板の大型化に伴う基板ステージの大型化に伴って移動鏡が大型化し、装置のコストアップを招くと共に、最新の第10世代の液晶素子製造用の露光装置では、要求される移動鏡の精度、すなわち取り付け精度(例えば直交度)及び反射面の精度(例えば真直度(平面度))を満たすことが、困難になりつつある。
米国特許出願公開第2008/0013061号明細書
本発明の第1の態様によれば、第1方向に並んで配置された第1区画領域と第2区画領域を有する基板を、エネルギビームに対して所定面に沿って前記第1方向に交差する第2方向に移動させつつ走査露光して前記基板上にパターンを形成する露光方法であって、前記第1区画領域に対する前記走査露光において、前記基板を保持して移動する移動体に対向して前記第2方向に離間して配置され、前記移動体上の移動鏡に光を照射し、該光の前記移動鏡からの反射光を受光して、前記所定面内で前記第1方向に関する前記移動体の位置を計測する複数の干渉計のうち、前記移動体が前記第2方向に等速移動する際には、第1干渉計により、前記移動体が前記第2方向に加減速移動する際には、第2干渉計により、それぞれ前記移動体の前記第1方向の位置を計測することと、前記第1、第2干渉計の切り換えに際して、前記移動体と該移動体の外部との一方に配置された少なくとも1つのヘッドを用いて前記移動体と該移動体の外部との他方に設けられたグレーティングに光を照射し、前記グレーティングからの光を受光して前記移動体の位置を計測し、該計測結果を基準にして前記第1及び第2干渉計間で計測結果をリセットすることと、前記第2干渉計を用いて前記移動体の前記第1方向の位置を計測しつつ、前記走査露光を行う領域を前記第1区画領域から前記第2区画領域へ変更するために前記移動体を前記第1方向に移動させることと、を含む第1の露光方法が、提供される。
本発明の第2の態様によれば、基板を所定面に沿って走査方向にスキャン駆動しつつ該基板にエネルギビームを照射することと、前記基板を前記所定面内で前記走査方向に垂直な非走査方向にステップ駆動することと、を繰り返して、前記基板上にパターンを形成する露光方法であって、前記基板を保持して移動する移動体のステップ駆動毎の駆動距離に等しい離間距離を前記非走査方向に隔てて前記移動体と該移動体の外部との一方に配置された複数のヘッドのうち前記移動体と該移動体の外部との他方に前記走査方向に延設されたグレーティングに対向し、前記グレーティングに光を照射し、前記グレーティングからの光を受光するヘッドにより、前記移動体の位置を計測し、該計測結果に基づいて前記移動体を前記走査方向にスキャン駆動することを含む露光方法第2の露光方法が、提供される。
これによれば、スキャン駆動中にヘッドを切り換えることなく使用できるため、計測誤差を生じることなく複数のヘッドを用いて移動体の位置を計測することが可能となる。
本発明の第3の態様によれば、上記第1及び第2の露光方法のいずれかにより基板を露光することと、露光された前記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。
本発明の第4の態様によれば、第1方向に並んで配置された第1区画領域と第2区画領域を有する基板を、エネルギビームに対して所定面に沿って前記第1方向に交差する第2方向に移動させつつ走査露光して前記基板上にパターンを形成する露光装置であって、前記基板を保持して移動する移動体と、前記第2方向に離間して配置され、前記移動体に設けられた移動鏡に光を照射し、前記光の前記移動鏡からの反射光を受光して、前記所定面内で前記第1向に関する前記移動体の位置を計測する第1及び第2干渉計を含み、前記移動体の少なくとも前記第1方向の位置を計測する干渉計システムと、前記移動体と該移動体の外部との一方に配置された少なくとも1つのヘッドを有し、該ヘッドから前記移動体と該移動体の外部との他方に設けられたグレーティングに光を照射し、前記グレーティングからの光を受光して前記移動体の前記所定面内の位置を計測するエンコーダシステムと、前記第1区画領域に対する前記走査露光において、前記移動体を前記第2方向に等速移動させる際には、前記第1干渉計により、前記移動体を前記第2方向に加減速移動させる際には、前記第2干渉計により、それぞれ前記移動体の前記第1方向の位置を計測するとともに、前記第1、第2干渉計の切り換えに際して、前記エンコーダシステムの計測結果を基準にして前記第1及び第2干渉計間で計測結果をリセットする制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記走査露光を行う領域を前記第1区画領域から前記第2区画領域へ変更するために前記移動体の前記第1方向の移動に際して、前記第2干渉計を用いる第1の露光装置が、提供される。
本発明の第5の態様によれば、基板を所定面に沿って走査方向にスキャン駆動しつつ該基板にエネルギビームを照射することと、前記基板を前記所定面内で前記走査方向に垂直な非走査方向にステップ駆動することと、を繰り返して、前記基板上にパターンを形成する露光装置であって、前記基板を保持して移動する移動体と、前記移動体のステップ駆動毎の駆動距離に等しい離間距離を前記非走査方向に隔てて前記移動体と該移動体の外部との一方に配置された複数のヘッドを有し、該複数のヘッドのうち前記移動体と該移動体の外部との他方に前記走査方向に延設されたグレーティングに対向し、前記グレーティングに光を照射し、前記グレーティングからの光を受光するヘッドにより、前記移動体の位置を計測するエンコーダシステムと、を備え、前記エンコーダシステムからの計測結果に基づいて前記移動体を前記走査方向にスキャン駆動する第2の露光装置が、提供される。
これによれば、スキャン駆動中にヘッドを切り換えることなく使用できるため、計測誤差を生じることなく複数のヘッドを用いて移動体の位置を計測することが可能となる。
本発明の第6の態様によれば、上記第1及び第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、露光された前記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。
第1の実施形態に係る露光装置の概略構成を示す斜視図である。 位置計測システムとともに、図1の基板ステージを示す平面図である。 図1の露光装置の制御系を中心的に構成する主制御装置の入出力関係を示すブロック図である。 図4(A)はマスクを示す平面図、図4(B)はマスクに形成されているパターンの元となるデバイスパターン(拡大パターン)を示す図である。 基板上に設けられるパターン領域とこれらの領域に形成されるパターンを示す図である。 図6(A)は1回目の走査露光中の基板及び基板ステージを示す平面図、図6(B)は1回目の走査露光終了時の基板及び基板ステージを示す平面図である。 図7(A)は1回目のステップ移動中の基板及び基板ステージを示す平面図、図7(B)は2回目の走査露光開始時の基板及び基板ステージを示す平面図である。 図8(A)は2回目の走査露光中の基板及び基板ステージを示す平面図、図8(B)は2回目の走査露光終了時の基板及び基板ステージを示す平面図である。 2回目のステッピング中の基板及び基板ステージを示す平面図である。 基板ステージの軌道(走査露光時及びステップ移動時の軌道)を表す平面図である。 図11(A)及び図11(B)は、エンコーダシステムの変形例(その1及びその2)を示す図である。 位置計測システムとともに、第2の実施形態に係る露光装置が備える基板ステージの概略構成を示す平面図である。 図13(A)は1回目の走査露光中の基板及び基板ステージを示す平面図、図13(B)は1回目の走査露光終了時の基板及び基板ステージを示す平面図である。 図14(A)は1回目のステップ移動中の基板及び基板ステージを示す平面図、図14(B)は2回目の走査露光開始時の基板及び基板ステージを示す平面図である。 図15(A)は2回目の走査露光中の基板及び基板ステージを示す平面図、図15(B)は2回目の走査露光終了時の基板及び基板ステージを示す平面図である。 2回目のステッピング中の基板及び基板ステージを示す平面図である。 図17(A)及び図17(B)は、エンコーダシステムの変形例(その3及びその4)を示す図である。
《第1実施形態》
以下、第1の実施形態について、図1〜図11(B)に基づいて説明する。
図1には、第1の実施形態に係る投影露光装置(以下、単に露光装置と呼ぶ)100の概略構成が斜視図にて示されている。露光装置100は、例えば液晶表示装置の表示パネルなどに用いられる矩形(角型)のガラスプレートPT(以下、基板PTと称する)を露光対象物とするステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置、いわゆるスキャナである。本実施形態では、一例として、液晶表示素子製造用の1.9m×2.2m、2.2m×2.4m、2.4m×2.8m、又は2.8m×3.2m程度のサイズの矩形の平板状のガラスプレートが、基板PTとして用いられるものとする。基板PT上には、前層までの露光により、それぞれマスクMのパターンを転写すべき、2つのパターン転写領域EP1,EP2が設けられている(図5参照)。
露光装置100は、照明系IU、マスクMを保持して移動するマスクステージMST、投影光学系PL、基板PTを保持して移動する基板ステージPST、及びこれらの制御系等とを備えている。照明系IU、マスクステージMST、及び基板ステージPST、並びに投影光学系PL等は不図示のボディに支持されている。以下においては、露光時にマスクMと基板PTが投影光学系PLに対してそれぞれ相対走査される方向(スキャン方向)をX軸方向(X方向)とし、水平面内でこれに直交する方向(非走査方向、クロススキャン方向)をY軸方向(Y方向)、X軸及びY軸に直交する方向をZ軸方向(Z方向)として説明を行う。
照明系IUは、マスクM上にY軸方向に一列に配置される複数、例えば4つのY軸方向に平行な2辺を有する台形状(残りの2辺はX方向に対して平行もしくは傾斜)の照明領域(照野領域)IF1〜IF4(図4(A)参照)のそれぞれを照明する複数、例えば4つの照明系を有している。照明系IUの4つの照明系のそれぞれは、図示しない光源(例えば、水銀ランプ)から射出された光を、それぞれ図示しない反射鏡、ダイクロイックミラー、シャッター、波長選択フィルタ、各種レンズなどを介して、露光用照明光(照明光)ILとしてマスクMに照射する。照明光ILとしては、例えばi線(波長365nm)、g線(波長436nm)、h線(波長405nm)などの光(あるいは、上記i線、g線、h線の合成光)が用いられる。また、照明光ILの波長は、波長選択フィルタにより、例えば要求される解像度に応じて適宜切り替えることが可能になっている。照明系IUは、例えば米国特許出願公開第2008/0013061号明細書に開示される照明光学系と同様に構成されている。ただし、照明領域の配置は異なる。本実施形態においても、上記米国特許出願公開第2008/0013061号明細書と同様に複数の照明領域が千鳥状に配置されるようにしても良い。
マスクステージMSTは、不図示のボディの一部を構成するマスクステージガイド上にエアベアリングを介して非接触状態(浮上した状態)で支持され、例えばリニアモータ等を含むマスクステージ駆動系12(図3参照)により、マスクステージガイド上で、X軸方向(走査方向)に所定の長ストロークで駆動されるとともに、Y軸方向及びZ軸回りの回転方向(θz方向)にそれぞれ適宜微少駆動される。また、マスクステージMSTは適宜Y軸方向にも短いストロークで移動される。マスクステージMST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)に形成されたマスクMが、マスクホルダ(不図示)を介して吸着保持されている。
マスクステージMSTのX軸方向及びY軸方向の位置並びにθz方向の回転角は、マスク側レーザ干渉計22(図3参照)により計測される。マスク側レーザ干渉計22は、マスクステージMST上にそれぞれX軸方向及びY軸方向に延設された2つの移動鏡(不図示)に対向して配置されたX軸レーザ干渉計(不図示)及びY軸レーザ干渉計(不図示)を有する。これらのレーザ干渉計の計測結果は、主制御装置23(図3参照)に供給される。主制御装置23は、その計測結果に基づいて、マスクステージ駆動系12を介して、マスクステージMSTのX軸方向及びY軸方向の位置並びにθz方向の回転角を制御する(図3参照)。
マスクMの照明領域IF1〜IF4のそれぞれを透過した照明光ILは、前述した複数(4つ)の照明領域に対応して、マスクMのパターン像の投影領域がY軸方向に離間して配置された複数、例えば4つの部分投影光学系(以下、適宜、投影光学系と略記する)PL1〜PL4に入射する。これら4つの部分投影光学系PL1〜PL4を含んで、マルチレンズ投影光学系から成る投影光学系PLが構成されている。本実施形態では、複数の部分投影光学系のそれぞれとしては、例えば光軸に沿って配置されたプリズム、光学素子群(レンズ群)、及び反射鏡を各2組備える2段インミラーレンズ光学系を含む。部分投影光学系PL1〜PL4のそれぞれは、マスクM側及び基板PT側にテレセントリックであり、マスクM側から基板PT側へ拡大倍率を有している。部分投影光学系PL1〜PL4のそれぞれの構成の詳細は、例えば米国特許第6,552,775号明細書などに開示されている。
投影光学系PL1〜PL4は、それぞれ、マスクM(第1面)上の照明領域IF1〜IF4内のパターンを共通の拡大倍率β(>0)で拡大した投影像を、基板PTの表面(第2面)上の露光領域EF1〜EF4内に結像する。投影光学系PL1〜PL4は、マスクMのパターンのX軸方向(走査方向)に正立でY軸方向(非走査方向)に倒立の像を結像する。拡大倍率βは、好ましくは2以上であり、本実施形態では一例として2.5である。
投影光学系PL1〜PL4からの照明光ILが、それぞれ、基板PT上の露光領域(像野領域又はイメージフィールド)EF1〜EF4に照射される。露光領域EF1〜EF4は、照明領域IF1〜IF4の形状を拡大倍率β(投影倍率)で拡大した形状を有する。投影光学系PL1〜PL4及びこれらに対応する露光領域EF1〜EF4は、Y軸方向に一列に配置されている。ここで、照明領域IF1〜IF4のY軸方向の配列間隔と露光領域EF1〜EF4のY軸方向の配列間隔とは互いに等しい。
基板ステージPSTは、図2の平面図に示されるように、平面視矩形状を有し、その上面(+Z側の面)に基板PTが、不図示の基板ホルダを介して保持されている。基板ステージPST上面の−Y側の端部(又は−Y側の側面)には、Y軸に直交する反射面を有するY移動鏡(バーミラー)51Yが固定されている。また、基板ステージPST上面の−X側の端部には、X軸に直交する反射面を有するX移動鏡(バーミラー)51Xが固定されている。ここで、図2では、作図の便宜上から、基板ステージPST及び基板PTが、ともに、Y軸方向に細長い矩形状に図示されているが、実際には基板ステージPSTは、Y軸方向の長さに比べてX軸方向の長さの方が長く、従って、Y移動鏡51Yの方がX移動鏡51Xよりも長い。図4以下の各図においても、図2との整合のため、基板ステージPSTは図2と同様に図示されている。
基板ステージPST上面の基板PT(基板ホルダ)の±X側には、Y軸方向に細長い一対のスケール2S,2Sが固定されている。一対のスケール2S,2Sのそれぞれには、X軸方向及びY軸方向を周期方向とする2次元グレーティングが形成されている。また、図2中で露光領域EF2,EF3間に図示されるように、投影光学系PL2,PL3の間には、基板ステージPSTの上面(基板PT)に対向して、すなわち、基板ステージPSTの移動によって、スケール2S,2Sそれぞれに対向し得る位置に、一対のスケール2S,2Sとともにエンコーダシステム31(図3参照)を構成する2次元エンコーダヘッドEHが配置されている。
基板ステージPSTのXY平面内の位置情報(θz方向の回転情報を含む)は、基板側のレーザ干渉計システム21(図3参照)により例えば0.5〜1nm程度の分解能で計測される。レーザ干渉計システム21は、X移動鏡51Xに対向するようにY軸方向に所定間隔で配列されたレーザ干渉計21XA,21XB,21XCと、Y移動鏡51Yに対向するようにX軸方向に所定間隔で配列されたレーザ干渉計21YA及びレーザ干渉計21YB,21YBとを含む。レーザ干渉計21XA,21XB,21XCは、X移動鏡51Xに向けてレーザビームをX軸に平行に照射し、X移動鏡51Xからの反射ビームを受光する。レーザ干渉計21YA及びレーザ干渉計21YB,21YBは、Y移動鏡51Yに向けてレーザビームをY軸に平行に照射し、Y移動鏡51Yからの反射ビームを受光する。
レーザ干渉計システム21の上記各干渉計による計測情報(位置の計測結果)は、主制御装置23に供給される(図3参照)。主制御装置23は、レーザ干渉計21XC及びレーザ干渉計21YAを用いてそれぞれ基板ステージPSTのX軸方向及びY軸方向の位置を計測し、レーザ干渉計21XA,21XBを用いて基板ステージPSTのθz方向の回転角を計測する。また、主制御装置23は、基板ステージPSTをY軸方向にステップ移動させる際には、レーザ干渉計21YB,21YBを用いて基板ステージPSTのY軸方向の位置を計測する。主制御装置23は、レーザ干渉計システム21の上記各干渉計による計測情報(位置の計測結果)に基づいて、リニアモータ又は平面モータ等のアクチュエータを含む基板ステージ駆動系11(図3参照)を介して、基板ステージPSTのX軸方向及びY軸方向の位置並びにθz方向の回転角を制御する。
本実施形態では、後述するように、レーザ干渉計21YAとレーザ干渉計21YB,21YBとの間での切り換え時などに、主制御装置23によって、基板ステージPSTの位置は、レーザ干渉計システム21とは独立にエンコーダシステム31(図3参照)を用いて計測される。エンコーダシステム31は、前述の2次元エンコーダヘッドEHから基板ステージPST上のスケール2S,2Sに光を照射し、スケール2S,2Sからの反射光を受光して、基板ステージPSTのX軸方向及びY軸方向の位置を計測する。
露光装置100では、この他、例えば投影光学系PL1〜PL4の近傍に、基板PTの位置合わせを行うための例えば画像処理方式のオフアクシス型のアライメント検出系ALG(図1では不図示、図3参照)等が配置されている。基板PT上のパターン転写領域EP1,EP2の近傍には、それぞれ、複数のアライメントマークAM1,AM2が形成されている(図5参照)。
また、基板ステージPSTには、マスクアライメント、すなわち投影光学系PL1〜PL4を介して投影されるマスクM上の位置計測用マークの像の位置を計測するための空間像計測系53(図1では不図示、図3参照)が設置されている。
アライメント検出系ALG及び空間像計測系53の検出信号はアライメント信号処理系(不図示)で処理され、この処理によって得られた被検マークの位置情報が主制御装置23に供給される(図3参照)。
図3には、露光装置100の制御系を中心的に構成し、構成各部を統括制御する主制御装置23の入出力関係を示すブロック図が示されている。主制御装置23は、ワークステーション(又はマイクロコンピュータ)等を含み、露光装置100の構成各部を統括制御する。
次に、露光装置100で実行される露光動作について説明するが、これに先立って、その露光動作の説明の前提となるマスク等について説明する。
マスクMのパターン面には、図4(A)に示されるように、Y軸方向に沿って所定間隔で、X軸方向に細長い矩形のパターン領域A1〜A4が配置されている。パターン領域A1〜A4の数は、投影光学系PL1〜PL4の数に対応する。
図4(A)はマスクMの平面図、図4(B)は基板PTのパターン転写領域EP1,EP2に形成されるデバイスパターン30(説明の便宜上、文字”F”で表している)を示す。マスクM上のパターン領域A1〜A4には、それぞれ、デバイスパターン30を所定幅の重複部30QA,30QB,30QCを境界としてY軸方向に4等分した部分デバイスパターンQA1〜QA4を1/β倍(βは拡大倍率)に縮小し、個別にY軸方向(非走査方向)に倒立させたパターンが形成されている。
図4(A)におけるパターン領域A1の+Y側及びパターン領域A2の−Y側の重複部33Aが図4(B)の重複部30QAに対応し、同様に、図4(A)の2箇所の重複部33B及び2箇所の重複部33Cがそれぞれ図4(B)の重複部30QB及び30QCに対応する。
また、投影光学系PL1〜PL4の拡大倍率βは2.5であるため、マスクM上のパターン領域A1〜A4のうち、Y軸方向に関して、隣接するパターン領域の間に位置するパターン間領域31A,31B,31Cの幅はパターン領域A1〜A4の幅よりも広い。
さらに、パターン領域A1〜A4のY軸方向の幅は、ほぼ照明系IUによる照明領域IF1〜IF4のY軸方向の幅、ひいては投影光学系PL1〜PL4の物体面側の視野のY軸方向の幅のほぼ2倍に等しい。また、マスクMのパターン領域A1〜A4は、それぞれY軸方向に所定幅の重複部34A,34B,34C,34Dを挟んで+Y側の第1の部分パターン領域A1,A2,A3,A4と、−Y側の第2の部分パターン領域A1,A2,A3,A4とに分割される。後述するように、第1及び第2の部分パターン領域A1〜A4,A1〜A4内のパターンが、それぞれ、1回目(3回目)及び2回目(4回目)の走査露光で基板PT上に転写される。なお、マスクMの重複部33A〜33C,34A〜34Dは、台形状の照明領域IF1〜IF4の斜辺部で走査される。
パターン領域A1の+Y側の近傍に、複数の2次元の位置計測用マーク32A1が形成されている。同様に、部分パターン領域A2及びA2の近傍に複数の位置計測用マーク32B1,32B2が形成され、部分パターン領域A3及びA3の近傍に複数の位置計測用マーク32C1,32C2が形成され、パターン領域A4の−Y側の近傍に複数の位置計測用マーク32D2が形成されている。位置計測用マーク32B1,32B2及び32C1,32C2は、それぞれ、パターン間領域31A,31B,31C内に形成されている。
図5は、マスクMのパターンの拡大像(デバイスパターン30)が転写される基板PTを示す。基板PTの表面は、Y軸方向に2面のパターン転写領域EP1,EP2が設けられている。第1のパターン転写領域EP1は、Y軸方向にそれぞれ幅Ppの転写領域PA1〜PA4に分割されている。転写領域PA1〜PA4には、後述する露光に際して、それぞれマスクMのパターン領域A1〜A4のパターンの拡大像が、継ぎ部33PA,33PB,33PCを挟んで継ぎ合わせてY軸方向に倒立して形成される。継ぎ部33PA〜33PCには、後述する露光に際して、それぞれ、マスクMの重複部33A〜33Cのパターンの像が重ねて形成される。
さらに、転写領域PA1〜PA4は、−Y側の幅Wpの第1の分割転写領域PA1〜PA4と+Y側の幅Wpの第2の分割転写領域PA1〜PA4とに分割されている。ここで、第1の分割転写領域PA1〜PA4には、後述する露光に際して、それぞれ、マスクMの第1の部分パターン領域A1〜A4の拡大像が形成される。第2の分割転写領域PA1〜PA4には、後述する露光に際して、それぞれ、マスクMの第2の部分パターン領域A1〜A4の拡大像が形成される。また、第1の分割転写領域PA1〜PA4と第2の分割転写領域PA1〜PA4との間には、継ぎ部34PA〜34PDが形成されている。ここで、継ぎ部34PA〜34PDには、後述する露光に際して、それぞれ、パターン領域A1〜A4内の重複部34A〜34Dの像が重複して形成される。
同様に、第2のパターン転写領域EP2も4つの転写領域PAi(i=1〜4)に分割され、各転写領域PAiは分割転写領域PAi,PAiに分割されている。
マスクMのパターン領域A1〜A4のY軸方向の配列周期をPm、パターン領域A1〜A4のY軸方向の幅をWmとする(図4(A)参照)と、拡大倍率β、基板PTの分割転写領域PA1,PA1等のY軸方向の幅Wp、及び転写領域PA1等のY軸方向の幅(投影光学系PL1〜PL4の配置間隔と等しい)Pp(図5参照)を用いて次の関係が成立する。
Pm>Wm≧(Wp×2)/β …(1)
Pm=Pp=Wp×2 …(2)
なお、分割転写領域PA1〜PA4,PA1〜PA4のY軸方向の幅Wpは、投影光学系PL1〜PL4の露光領域EF1〜EF4のY軸方向の幅、すなわち露光幅に等しい。
ここで、露光装置100の露光動作の一例について、図6(A)〜図10に基づいて、かつ適宜他の図面を参照しつつ説明する。以下の露光動作は主制御装置23によって実行されるが、以下では、特に必要な場合を除き、主制御装置23についての説明は省略する。図6(A)その他の図において、基板ステージPSTのθz方向の回転角を計測するレーザ干渉計21XA,21XBの図示が省略されている。
前提として、マスクステージMST上にマスクMが載置され、基板ステージPST上にフォトレジストが塗布された露光対象の基板PTが載置されている。
先ず、マスクMのアライメントが次の手順で行われる。すなわち、基板ステージPSTが移動され、例えば投影光学系PL2の露光領域EF2内に基板ステージPST上の空間像計測系53の受光面が移動される。そして、マスクステージMSTを移動することでマスクM上の複数の位置計測用マーク32B1,32B2が、照明領域IF2内に順次移動され、複数の位置計測用マーク32B1,32B2の投影光学系PL2による像の位置が空間像計測系53によって計測される。同様にして、マスクM上の他の複数の位置計測用マーク32A1,32C1,32C2,32D2の像の位置が計測される。
次に、基板PTのパターン転写領域EP1,EP2のアライメントが行われる。具体的には、基板ステージPSTが駆動され、基板PT上の複数のアライメントマークAM1,AM2がアライメント検出系ALGの検出視野内に位置決めされ、それらのアライメントマークの位置がアライメント検出系ALGによって計測される。
次に、1回目の走査露光(SC1(EXt))が、次のようにして行われる。上記のアライメント結果に基づいて、マスクステージMSTと基板ステージPSTとが駆動され、マスクMのパターン領域A1〜A4の像と基板PTのパターン転写領域EP1の転写領域PA1〜PA4とがそれぞれ重なるように位置合わせされる。そして、マスクステージMST(マスクM)が+X方向に速度V/Mで移動され、照明領域IF1〜IF4が、図4(A)に示されるように、マスクMのパターン領域A1〜A4の第1の部分パターン領域A1〜A4に対してX軸方向に相対走査される。これに同期して、図6(A)に示されるように、基板ステージPST(基板PT)が+X方向(白抜き矢印の方向)に速度Vで移動され、露光領域EF1〜EF4が、パターン転写領域EP1の転写領域PA1〜PA4の第1の分割転写領域PA1〜PA4に対してX軸方向に相対走査される。これによって、パターン転写領域EP1の第1の分割転写領域PA1〜PA4にそれぞれマスクMの第1の部分パターン領域A1〜A4のパターンの像(Y軸方向に倒立した像)が走査露光によって形成される。
走査露光(SC1(EXt))中、レーザ干渉計システム21のレーザ干渉計21YAによって基板ステージPSTのY軸方向の位置が計測される。
走査露光(SC1(EXt))が終了すると、基板ステージPSTの減速(SC1(ADt))が開始される。減速開始後、レーザ干渉計21YAからの測長ビームがY移動鏡51Yに当たらなくなるのに先立って、主制御装置23によって、基板ステージPSTのY軸方向の位置計測に使用するレーザ干渉計が、図6(B)に示されるように、レーザ干渉計21YAからレーザ干渉計21YBに切り換えられる。このとき、レーザ干渉計21YBの計測結果(IB1とする)は、レーザ干渉計21YAの計測結果(Iとする)に一致するようにリセットされる。
本実施形態においては、主制御装置23が、エンコーダシステム31の計測結果(Iとする)を基準にして、レーザ干渉計21YBの計測結果IB1をリセットする。主制御装置23は、一例として、図6(B)に示されるようにエンコーダヘッドEHがスケール2Sに対向した際に、計測結果IB1と計測結果Iとの両方をレーザ干渉計21YAの計測結果Iに一致するように同時にリセットする。これにより、基板ステージPSTの大型化に伴ってY移動鏡51Yが大型化し、Y移動鏡51Yの精度(真直度及び直交度)が要求される精度を満たしていなかったとしても、その移動鏡の精度に起因する無視できないレベルのリセット誤差が生じるのが防止されている。その後、主制御装置23は、エンコーダヘッドEHがスケール2Sに対向している間に、計測結果Iと計測結果Iとの差I−Iを計測結果IB1に対するオフセットとして設定する。設定完了後、基板ステージPSTの減速中、その基板ステージPSTのY軸方向の位置計測には、レーザ干渉計21YBが使用される。
基板ステージPST及びマスクステージMSTの(減速SC1(ADt))が終了すると、マスクステージMST(マスクM)は+Y方向に距離Wp/Mだけステップ移動され、基板ステージPST(基板PT)は図7(A)に示されるように−Y方向(黒塗り矢印の方向)に露光幅Wpに等しい距離だけステップ移動(ST1)される。
ステップ移動(ST1)が終了すると、基板ステージPSTは加速(SC2(ADt))が開始される。2回目の走査露光SC2(EXt)の開始前に、図7(B)に示されるように、主制御装置23によって、基板ステージPSTのY軸方向の位置計測に使用されるレーザ干渉計が、レーザ干渉計21YBからレーザ干渉計21YAに切り換えられる。ここで、先と同様に、エンコーダシステム31の計測結果を基準にして、レーザ干渉計21YAの計測結果がリセットされる。リセット終了後、基板ステージPSTのY軸方向の位置計測には、レーザ干渉計システム21のレーザ干渉計21YAが使用されることとなる。
次に、2回目の走査露光(SC2(EXt))が行われる。マスクステージMSTと基板ステージPSTとが駆動され、マスクMのパターン領域A1〜A4の像と基板PTのパターン転写領域EP1の転写領域PA1〜PA4とがそれぞれ重なるように位置合わせされる。そして、マスクステージMST(マスクM)が−X方向に速度V/Mで移動され、照明領域IF1〜IF4が、マスクMのパターン領域A1〜A4の第2の部分パターン領域A1〜A4に対してX軸方向に相対走査される。これに同期して、図8(A)に示されるように、基板ステージPST(基板PT)が−X方向(白抜き矢印の方向)に速度Vで移動され、露光領域EF1〜EF4が、パターン転写領域EP1の転写領域PA1〜PA4の第2の分割転写領域PA1〜PA4に対してX軸方向に相対走査される。これによって、パターン転写領域EP1の第2の分割転写領域PA1〜PA4にそれぞれマスクMの第2の部分パターン領域A1〜A4のパターンの像(Y軸方向に倒立した像)が走査露光によって形成される。
走査露光(SC2(EXt))が終了すると、基板ステージPSTの減速(SC2(ADt))が開始される。この時、図8(B)に示されるように、主制御装置23によって、基板ステージPSTのY軸方向の位置計測に使用されるレーザ干渉計が、レーザ干渉計21YAからレーザ干渉計21YBに切り換えられる。ここで、エンコーダシステム31の計測結果Iを基準にして、レーザ干渉計21YBの計測結果(IB2とする)がリセットされる。先と同様に、主制御装置23は、エンコーダヘッドEHがスケール2Sに対向した際に、計測結果IB2と計測結果Iとの両方をレーザ干渉計21YAの計測結果Iに一致するように同時にリセットする。その後、エンコーダヘッドEHがスケール2Sに対向している間に、計測結果Iと計測結果Iとの差I−Iを計測結果IB2に対するオフセットとして設定する。設定完了後、基板ステージPSTの減速中、その基板ステージPSTのY軸方向の位置計測には、レーザ干渉計21YBが使用される。
1回目と2回目の走査露光SC1,SC2により、パターン転写領域EP1の全面に、図4(B)のデバイスパターン30の拡大像(転写像)が形成される。また、基板PTの継ぎ部33PA〜33PC及び34PA〜34PDにはそれぞれマスクMの重複部33A〜33C及び34A〜34Dの拡大像(転写像)が重ねて形成される。
次に、先のアライメント結果に基づいて、図9に示されるように、基板ステージPST(基板PT)が−Y方向(黒塗り矢印の方向)にステップ移動(ST2)され、パターン転写領域EP2の転写領域PA1〜PA4の第1の分割転写領域PA1〜PA4が露光領域EF1〜EF4の手前に移動される。これとほぼ並行して、マスクステージMST(マスクM)が−Y方向にステップ移動され、パターン領域A1〜A4の部分パターン領域A1〜A4が照明領域IF1〜IF4の手前に移動される。
次に、先の1回目及び2回目の走査露光SC1,SC2と同様にして、3回目及び4回目の走査露光SC3,SC4が行われる。具体的には、マスクステージMST(マスクM)が+X方向に移動するのに同期して基板ステージPST(基板PT)が+X方向に移動され、基板PTのパターン転写領域EP2の第1の分割転写領域PA1〜PA4にそれぞれマスクMの第1の部分パターン領域A1〜A4のパターンの像(Y軸方向に倒立した像)が走査露光(SC3)によって形成される。そして、マスクステージMST(マスクM)が+Y方向に距離Wp/Mだけステップ移動され、これとほぼ並行して基板ステージPST(基板PT)が−Y方向に距離Wpだけステップ移動(ST3)される。そして、マスクステージMST(マスクM)が−X方向に移動されるのに同期して基板ステージPST(基板PT)が−X方向に移動され、基板PTのパターン転写領域EP2の残りの第2の分割転写領域PA1〜PA4にそれぞれマスクMの第2の部分パターン領域A1〜A4のパターンの像(Y軸方向に倒立した像)が走査露光(SC4)により形成される。これにより、パターン転写領域EP2の全面に、図4(B)のデバイスパターン30の拡大像(転写像)が継ぎ合わされて形成される。
図10に示されるように、上述の基板PTに対する露光動作では、基板PTのパターン転写領域EP1及びEP2がそれぞれ基板ステージPSTを+X方向と−X方向とに走査する2回の走査露光SC1,SC2及びSC3,SC4によって露光され、その間に基板ステージPSTは3回のステップ移動ST1,ST2,ST3を行う。各走査露光SC1等は、それぞれ一定速度の露光時間EXtと加減速時間ADtとを含んでいる。
主制御装置23は、走査露光(SC1(EXt))〜(SC4(EXt))中は、レーザ干渉計システム21のレーザ干渉計21YAによって、加減速(SC1(ADt))〜(SC4(ADt))及びステップ移動ST1〜ST3中は、レーザ干渉計システム21のレーザ干渉計21YB,21YBによって、それぞれ基板ステージPSTのY軸方向の位置を計測している。また、主制御装置23は、レーザ干渉計21YA及びレーザ干渉計21YB,21YB間で使用するレーザ干渉計を切り換える際には、エンコーダシステム31の計測結果を基準にしてレーザ干渉計21YA,21YB,21YBの計測結果をリセットしている。
上記の基板PTに対する露光の終了後、露光すべき基板がある場合には、基板ステージPSTが基板PTの交換位置に移動され、基板交換が行われた後、上述の手順が繰り返される。露光すべき基板が尽きた場合には、基板PTが基板ステージPST上からアンロードされ、露光工程が終了する。
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、主制御装置23は、走査露光中、すなわち基板ステージPSTを走査方向に等速移動させる際にはレーザ干渉計システム21が有するレーザ干渉計21YAを用いて、加減速及びステップ移動中にはレーザ干渉計21YB,21YBを用いて、基板ステージPSTのY軸方向の位置を計測している。そして、レーザ干渉計21YA及びレーザ干渉計21YB,21YB間で使用するレーザ干渉計を切り換える際に、エンコーダシステム31の計測結果を基準にして、レーザ干渉計21YA及びレーザ干渉計21YB,21YB間で計測結果をリセットする。これにより、Y移動鏡51Yの大型化を抑えることができるとともに、Y移動鏡51Yの真直度及び直交度に起因するリセット誤差を生じることなくレーザ干渉計21YA,21YB,21YBを切り換えて使用して、基板ステージPSTの位置を計測することが可能になる。
なお、エンコーダシステム31の構成は図2に示されるものに限らず、例えば、図11(A)に示される変形例(その1)のように、スケール2S,2Sを、レーザ干渉計21YA,21YB,21YBの切り換え時、すなわち基板ステージPSTの走査移動の開始又は終了時(加減速の開始又は終了時)にエンコーダヘッドEHが対向し得る範囲にのみ設けることとしても良い。また、図11(B)に示される変形例(その2)のように、基板ステージPSTが非走査方向(Y軸方向)にステップ移動ST1〜ST3する毎の移動距離に等しい離間距離を隔ててY軸方向に配列されたエンコーダヘッドEH〜EHを用いることとしても良い。これに対応して、基板ステージPSTの走査移動の開始又は終了時(加減速の開始又は終了時)に各エンコーダヘッドが対向し得る基板ステージPST上の範囲にスケール2S,2Sを設けることができる。
《第2の実施形態》
次に、第2の実施形態について、図12〜図17(B)に基づいて説明する。本第2の実施形態は、上記第1の実施形態と比べ、露光装置における基板ステージPSTの位置を計測する位置計測システムの構成が異なるのみなので、この位置計測システムを中心として説明し、上記第1の実施形態で説明した部材と同様の構成及び機能を有する部材には同一の符号を付してその説明を省略する。
図12には、第2の実施形態に係る露光装置が備える基板ステージPSTの平面図が、その位置を計測する位置計測システムとともに示されている。ここで、図12では、図2と同様、作図の便宜上から、基板ステージPST及び基板PTが、ともに、Y軸方向に細長い矩形状に図示されているが、実際には基板ステージPSTは、Y軸方向の長さに比べてX軸方向の長さの方が長く、従って、Y移動鏡51Yの方がX移動鏡51Xよりも長い。図13以下の各図においても、図12との整合のため、基板ステージPSTは図12と同様に図示されている。
本第2の実施形態に係る露光装置では、基板ステージPST上の基板PT(基板ホルダ)の±Y側に、それぞれ2次元グレーティングが形成された一対のスケール2S,2Sが固定されている。また、図12中で露光領域EF4の−Y側、露光領域EF1の+Y側にそれぞれ図示されるように、投影光学系PL4の−Y側、投影光学系PL1の+Y側に、一対のスケール2S,2Sとともにエンコーダシステム31を構成する各一対の2次元エンコーダヘッドEH,EH、及びEH,EHが、基板ステージPSTの移動によって、スケール2S,2Sそれぞれに対向し得る位置に、配置されている。2次元エンコーダヘッドEH,EHは、互いにY軸方向に関して距離Wpを隔てて配置されている。同様に、2次元エンコーダヘッドEH,EHは、互いにY軸方向に関して距離Wpを隔てて配置されている。
本第2の実施形態では、走査露光中、すなわち基板ステージPSTがX軸方向に走査移動する際には、基板ステージPSTの位置はエンコーダシステム31により計測される。エンコーダシステム31は、2次元エンコーダヘッドEH,EH及びEH,EHのそれぞれから基板ステージPST上の対応するスケール(スケール2S及び2Sの所定の一方)に光を照射し、その対応するスケールからの反射光を受光することにより、基板ステージPSTのX軸方向及びY軸方向の位置を計測する。エンコーダシステム31の計測結果は、主制御装置23に供給される。主制御装置23は、その計測結果に基づいて、基板ステージ駆動系11を介して、基板ステージPSTのX軸方向及びY軸方向の位置並びにθz方向の回転角を制御する。
また、本第2の実施形態では、基板ステージPSTがX軸方向に加減速する際及びY軸方向にステップ移動する際には、基板ステージPSTの位置は、レーザ干渉計システム21により計測される。レーザ干渉計システム21は、レーザ干渉計21XA,21XB,21XC及びレーザ干渉計21YB,21YBを備えている。レーザ干渉計システム21は、レーザ干渉計21XCにより基板ステージPSTのX軸方向の位置を計測し、レーザ干渉計21XA,21XBにより基板ステージPSTのθz方向の回転角を計測し、レーザ干渉計21YB,21YBにより基板ステージPSTのY軸方向の位置を計測する。レーザ干渉計システム21の各干渉計による計測結果は、主制御装置23に供給される。
次に、本第2の実施形態に係る露光装置の露光動作の一例について、図13(A)〜図16に基づいて説明する。以下の露光動作は主制御装置23によって実行されるが、以下では、特に必要な場合を除き、主制御装置23についての説明は省略する。図13(A)その他の図において、基板ステージPSTのθz方向の回転角を計測するレーザ干渉計21XA,21XBの図示が省略されている。
前提として、マスクステージMST上にマスクMが載置され、基板ステージPST上にフォトレジストが塗布された露光対象の基板PTが載置されている。
先ず、第1の実施形態と同様に、マスクMのアライメント及び基板PTのパターン転写領域EP1,EP2のアライメントが行われる。
次に、1回目の走査露光(SC1(EXt))が、次のようにして行われる。上記のアライメント結果に基づいて、マスクステージMSTと基板ステージPSTとが駆動され、マスクMのパターン領域A1〜A4の像と基板PTのパターン転写領域EP1の転写領域PA1〜PA4とがそれぞれ重なるように位置合わせされる。そして、マスクステージMST(マスクM)が+X方向に速度V/Mで移動され、照明領域IF1〜IF4が、マスクMのパターン領域A1〜A4の第1の部分パターン領域A1〜A4に対してX軸方向に相対走査される。これに同期して、図13(A)に示されるように、基板ステージPST(基板PT)が+X方向(白抜き矢印の方向)に速度Vで移動され、露光領域EF1〜EF4が、パターン転写領域EP1の転写領域PA1〜PA4の第1の分割転写領域PA1〜PA4に対してX軸方向に相対走査される。これによって、パターン転写領域EP1の第1の分割転写領域PA1〜PA4にそれぞれマスクMの第1の部分パターン領域A1〜A4のパターンの像(Y軸方向に倒立した像)が走査露光によって形成される。
走査露光(SC1(EXt))中、基板ステージPSTの位置は、エンコーダシステム31、すなわち基板ステージPST上のスケール2Sに対向するエンコーダヘッドEHによって計測されている。
走査露光(SC1(EXt))が終了すると、基板ステージPSTの減速(SC1(ADt))が開始される。減速開始後、エンコーダヘッドEHがスケール2Sから外れるのに先立って、主制御装置23によって、基板ステージPSTの位置計測に使用される計測装置が、図13(B)に示されるように、エンコーダシステム31からレーザ干渉計システム21に切り換えられる、すなわち、基板ステージPST上のX移動鏡51X及びY移動鏡51Yにそれぞれ対向するレーザ干渉計21XC及び21YBによって基板ステージPSTの位置が計測される。この切り換えにおいて、レーザ干渉計システム21の計測結果はエンコーダシステム31の計測結果に一致するようにリセットされる。
基板ステージPST及びマスクステージMSTの(減速SC1(ADt))が終了すると、マスクステージMST(マスクM)は+Y方向に距離Wp/Mだけステップ移動され、基板ステージPST(基板PT)は図14(A)に示されるように−Y方向(黒塗り矢印の方向)に露光幅Wpに等しい距離だけステップ移動(ST1)される。
ステップ移動(ST1)が終了すると、基板ステージPSTの加速(SC2(ADt))が開始される。2回目の走査露光SC2(EXt)の開始前に、主制御装置23によって、基板ステージPSTの位置計測に使用される計測装置が、図14(B)に示されるように、レーザ干渉計システム21からエンコーダシステム31に切り換えられる、すなわち、基板ステージPST上のスケール2Sに対向するエンコーダヘッドEHを用いて基板ステージPSTの位置が計測される。この切り換えにおいて、エンコーダシステム31の計測結果はレーザ干渉計システム21の計測結果に一致するようにリセットされる。
次に、2回目の走査露光(SC2(EXt))が行われる。マスクステージMSTと基板ステージPSTとが駆動され、マスクMのパターン領域A1〜A4の像と基板PTのパターン転写領域EP1の転写領域PA1〜PA4とがそれぞれ重なるように位置合わせされる。そして、マスクステージMST(マスクM)が−X方向に速度V/Mで移動され、照明領域IF1〜IF4が、マスクMのパターン領域A1〜A4の第2の部分パターン領域A1〜A4に対してX軸方向に相対走査される。これに同期して、図15(A)に示されるように、基板ステージPST(基板PT)が−X方向(白抜き矢印の方向)に速度Vで移動され、露光領域EF1〜EF4が、パターン転写領域EP1の転写領域PA1〜PA4の第2の分割転写領域PA1〜PA4に対してX軸方向に相対走査される。これによって、パターン転写領域EP1の第2の分割転写領域PA1〜PA4にそれぞれマスクMの第2の部分パターン領域A1〜A4のパターンの像(Y軸方向に倒立した像)が走査露光によって形成される。
走査露光(SC2(EXt))が終了すると、基板ステージPSTの減速(SC2(ADt))が開始される。この時、エンコーダヘッドEHがスケール2Sから外れるのに先立って、主制御装置23によって、基板ステージPSTの位置計測に使用される計測装置が、図15(B)に示されるように、エンコーダシステム31からレーザ干渉計システム21に切り換えられる、すなわち、基板ステージPST上のX移動鏡51X及びY移動鏡51Yにそれぞれ対向するレーザ干渉計21XC及び21YBによって基板ステージPSTの位置が計測される。この切り換えにおいて、レーザ干渉計システム21の計測結果はエンコーダシステム31の計測結果に一致するようにリセットされる。
1回目と2回目の走査露光SC1,SC2により、パターン転写領域EP1の全面に、図4(B)のデバイスパターン30の拡大像(転写像)が形成される。
次に、先のアライメント結果に基づいて、図16に示されるように、基板ステージPST(基板PT)が−Y方向(黒塗り矢印の方向)にステップ移動(ST2)され、パターン転写領域EP2の転写領域PA1〜PA4の第1の分割転写領域PA1〜PA4が露光領域EF1〜EF4の手前に移動される。これとほぼ並行して、マスクステージMST(マスクM)が−Y方向にステップ移動され、パターン領域A1〜A4の部分パターン領域A1〜A4が照明領域IF1〜IF4の手前に移動される。このステップ移動ST2により、エンコーダヘッドEHが基板ステージPST上のスケール2Sに対向可能となる。
次に、先の1回目及び2回目の走査露光SC1,SC2と同様にして、3回目及び4回目の走査露光SC3,SC4が行われる。具体的には、マスクステージMST(マスクM)が+X方向に移動するのに同期して基板ステージPST(基板PT)が+X方向に移動され、基板PTのパターン転写領域EP2の第1の分割転写領域PA1〜PA4にそれぞれマスクMの第1の部分パターン領域A1〜A4のパターンの像(Y軸方向に倒立した像)が走査露光(SC3)によって形成される。走査露光(SC3(EXt))中、基板ステージPSTの位置は、主制御装置23により、基板ステージPST上のスケール2Sに対向するエンコーダヘッドEHを用いて計測される。
そして、マスクステージMST(マスクM)が+Y方向に距離Wp/Mだけステップ移動され、これとほぼ並行して基板ステージPST(基板PT)が−Y方向に距離Wpだけステップ移動(ST3)される。ステップ移動(ST3)中(及びその前後の加減速中)、基板ステージPSTの位置は、レーザ干渉計システム21により計測される。
そして、マスクステージMST(マスクM)が−X方向に移動されるのに同期して基板ステージPST(基板PT)が−X方向に移動され、基板PTのパターン転写領域EP2の残りの第2の分割転写領域PA1〜PA4にそれぞれマスクMの第2の部分パターン領域A1〜A4のパターンの像(Y軸方向に倒立した像)が走査露光(SC4)により形成される。走査露光(SC4(EXt))中、基板ステージPSTの位置は、主制御装置23により、基板ステージPST上のスケール2Sに対向するエンコーダヘッドEHを用いて計測される。
3回目と4回目の走査露光SC3,SC4により、パターン転写領域EP2の全面に、図4(B)のデバイスパターン30の拡大像(転写像)が継ぎ合わされて形成される。
上記の基板PTに対する露光の終了後、露光すべき基板がある場合には、基板ステージPSTが基板PTの交換位置に移動され、基板交換が行われた後、上述の手順が繰り返される。露光すべき基板が尽きた場合には、基板PTが基板ステージPST上からアンロードされ、露光工程が終了する。
以上説明したように、本第2の実施形態に係る露光装置によると、基板ステージPSTのステップ移動ST1,ST2,ST3毎の駆動距離に等しい離間距離を隔てて非走査方向(Y軸方向)に配列された4つのエンコーダヘッドEH〜EHのうち基板ステージPST上のスケール2S,2Sに対向する1つのエンコーダヘッドを用いて基板ステージPSTの位置を計測し、その計測結果に基づいて基板ステージPSTを走査方向(X軸方向)に走査移動する。これにより、走査移動中にエンコーダヘッドを切り換えることなく使用できるため、計測誤差を生じることなくエンコーダシステム31を用いて基板ステージPSTの位置を計測することが可能となる。
なお、上記第2の実施形態において、移動鏡51Yは、基板ステージPSTが加減速する際及びY軸方向にステップ移動する際にレーザ干渉計21YB,21YBが対向し得る範囲に設ければ良い。例えば、図17(A)に示されるように、基板ステージPST上の−Y端部の−X側端部及び+X側端部に、それぞれ、レーザ干渉計21YB及び21YBが対向するY移動鏡51Y及び51Yが、設けられていても良い。
また、基板ステージPST上には、2つのスケール2S,2Sに代えて1つのスケール、あるいは3つ以上のスケールを適宜配置することも可能である。例えば、図17(B)に示されるようにX軸方向に延びる中央部2Sを有する1つのスケール2Sを配置する。この場合、各走査露光SC1〜SC4時に中央部2Sに対向するようにエンコーダヘッドEH,EH,EH,EHが配置される。
また、スケール2Sは、中央部2Sの±X側の端部に接続された一対のY軸方向延設部2S01,2S02を備えているので、走査露光時だけでなく、加減速する際及びステップ移動の際にもエンコーダシステム31により基板ステージPSTの位置を計測することができる。Y軸方向延設部2S01,2S02のY軸方向の長さは、ステップ移動ST1〜ST3におけるY軸方向の移動距離の最大(ステップ移動ST2における移動距離)と同程度以上である。また、エンコーダヘッドEH〜EHのうちの互いに隣接するエンコーダヘッド間の離間距離の最大と同程度以上である。これにより、ステップ移動ST1〜ST3中に、エンコーダヘッドEH〜EHを切り換えることができる。例えば、ステップ移動ST1(ST2,ST3)中に、先の走査露光SC1(SC2,SC3)において使用していたエンコーダヘッドEH(EH,EH)から次の走査露光SC2(SC3,SC4)において使用するエンコーダヘッドEH(EH,EH)に切り換えられる。ただし、走査露光時にのみ、エンコーダシステム31により基板ステージPSTの位置を計測する場合には、一対のY軸方向延設部はなくても良い。
なお、上記第1及び第2の各実施形態において、エンコーダヘッドEH(EH〜EH)及びスケール2S,2Sの配置は、ステップ移動ST1〜ST3の移動回数、移動距離等に応じて定められる。ここで、ステップ移動ST1〜ST3の移動回数、移動距離等は、投影光学系PL1〜PL4の配置、マスクM及び基板PT上のパターン領域の分割、配置等に応じて定められる。従って、エンコーダヘッドEH(EH〜EH)の配置等は、投影光学系PL1〜PL4の配置等に応じて定められることになる。
また、上記各実施形態で説明したエンコーダシステムの構成は一例に過ぎない。例えば、エンコーダシステム31では、基板ステージPST上にスケール2S,2Sを設け、これに対向してエンコーダヘッドEH(あるいはエンコーダヘッドEH〜EH)を基板ステージPSTの外部に配置する構成を採用した。これに代えて、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、基板ステージにエンコーダヘッドを設け、これに対向して基板ステージの外部にスケールを配置する構成を採用することもできる。また、2次元エンコーダヘッドに代えて1次元エンコーダヘッドをX軸方向及びY軸方向計測用に組み合わせて使用することとしても良い。
また、上述の実施形態では、パターン領域A1〜A4がマスクM上に一体に設けられるものとして説明したが、パターン領域A1〜A4を個別のマスク上に形成し、その各マスクをマスクステージ上に一括して搭載するようにしても良い。個別のマスクとしては、例えばマスクMをパターン領域A1〜A4に対応して4分割した小型マスクを用いることができる。なお、パターン領域A1〜A4に対応する複数のマスクをマスクステージ上に一括して搭載する場合、各マスク間の相対的な位置合わせをする機構を設けることが好ましい。
また、露光装置で使用される照明光は、ArFエキシマレーザ光(波長193nm)、KrFエキシマレーザ光(波長248nm)などの紫外光、あるいはF2レーザ光(波長157nm)などの真空紫外光であっても良い。また、照明光としては、例えば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、YAGレーザの3倍高調波(波長355nm)よりなるパルス光などを使用しても良い。
また、上記各実施形態及びその変形例では、投影光学系PLが、複数本の光学系を備えたマルチレンズ方式の投影光学系である場合について説明したが、特に第1の実施形態の場合、投影光学系は、マルチレンズ方式の投影光学系に限らず、オフナー型の大型ミラーを用いた投影光学系などであっても良い。また、投影光学系の投影倍率が、拡大系を用いる場合について説明したが、これに限らず、特に第1の実施形態に係る露光装置の投影光学系は拡大系、等倍系及び縮小系のいずれでも良い。また、上記各実施形態では、マスクは、光透過型マスクに限らず、例えば光反射型マスクであっても良い。また、これらのマスクに代えて、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)、例えば、非発光型画像表示素子(空間光変調器とも呼ばれる)の一種であるDMD(Digital Micro-mirror Device)を用いる可変成形マスクを用いても良い。
また、上記各実施形態及びその変形例では、露光装置が、基板のステップ・アンド・スキャン動作を伴う走査型露光を行う投影露光装置である場合について説明したが、これに限らず、投影光学系を用いない、プロキシミティ方式の露光装置にも上記各実施形態を適用することはできる。
また、露光装置としては、サイズ(外径、対角線、一辺の少なくとも1つを含む)が500mm以上の基板、例えば液晶表示素子などのフラットパネルディスプレイ(FPD)用の大型基板を露光する露光装置に対して適用することが特に有効である。
また、露光装置の用途としては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に限定されることなく、例えば半導体製造用の露光装置、薄膜磁気ヘッド、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マスク又はレチクルを製造するために、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上記各実施形態を適用できる。なお、露光対象となる物体はガラスプレートに限られるものでなく、例えばウエハ、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。また、露光対象物がフラットパネルディスプレイ用の基板である場合、その基板の厚さは特に限定されず、例えばフィルム状(可撓性を有するシート状の部材)のものも含まれる。
また、露光装置100を用いて感応基板(ガラスプレート)上に所定のパターン(回路パターン、電極パターン等)を形成することによって、次のように、液晶表示素子等のデバイスを製造することができる。まず、パターン形成工程(リソグラフィ工程)において、露光対象の基板上にフォトレジストを塗布して感光基板を準備する塗布工程、上記の走査型の投影露光装置を用いて液晶表示素子用のマスクのパターンをその感光基板上に転写露光する露光工程、及びその感光基板を現像する現像工程が実行される。これにより、基板上に所定のレジストパターン(転写パターン層)が形成される。続いて、そのレジストパターンをマスクとしたエッチング工程、及びレジスト剥離工程等を経て、その基板上に多数の電極等を含む所定パターンが形成される。これらのリソグラフィ工程等は、その基板上のレイヤ数に応じて複数回実行される。次に、カラーフィルタ形成工程において、赤R、緑G、青Bに対応した3つの微細なフィルタの組をマトリックス状に多数配列するか、又は赤R、緑G、青Bの3本のストライプ状の複数のフィルタの組を水平走査線方向に配列することによってカラーフィルタを形成する。次に、セル組立工程において、例えばパターン形成工程にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルタ形成工程にて得られたカラーフィルタとの間に液晶を注入して、液晶パネル(液晶セル)を製造する。最後に、モジュール組立工程において、そのようにして組み立てられた液晶パネル(液晶セル)に表示動作を行わせるための電気回路、及びバックライト等の部品を取り付けて、液晶表示素子として完成させる。
以上説明したように、本発明の露光装置及び露光方法は、大きな基板を露光するのに適している。また、本発明のデバイス製造方法は、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。
2S,2S,2S…スケール、21…レーザ干渉計システム、21YA,21YB,21YB…レーザ干渉計、23…主制御装置、31…エンコーダシステム、100…露光装置、IL…照明光、PT…基板、PST…基板ステージ、51Y…Y移動鏡、EH,EH〜EH…エンコーダヘッド。

Claims (19)

  1. 第1方向に並んで配置された第1区画領域と第2区画領域を有する基板を、エネルギビームに対して所定面に沿って前記第1方向に交差する第2方向に移動させつつ走査露光して前記基板上にパターンを形成する露光方法であって、
    前記第1区画領域に対する前記走査露光において、前記基板を保持して移動する移動体に対向して前記第2方向に離間して配置され、前記移動体上の移動鏡に光を照射し、該光の前記移動鏡からの反射光を受光して、前記所定面内で前記第1方向に関する前記移動体の位置を計測する複数の干渉計のうち、前記移動体が前記第2方向に等速移動する際には、第1干渉計により、前記移動体が前記第2方向に加減速移動する際には、第2干渉計により、それぞれ前記移動体の前記第1方向の位置を計測することと、
    前記第1、第2干渉計の切り換えに際して、前記移動体と該移動体の外部との一方に配置された少なくとも1つのヘッドを用いて前記移動体と該移動体の外部との他方に設けられたグレーティングに光を照射し、前記グレーティングからの光を受光して前記移動体の位置を計測し、該計測結果を基準にして前記第1及び第2干渉計間で計測結果をリセットすることと、
    前記第2干渉計を用いて前記移動体の前記第1方向の位置を計測しつつ、前記走査露光を行う領域を前記第1区画領域から前記第2区画領域へ変更するために前記移動体を前記第1方向に移動させることと、
    を含む露光方法。
  2. 前記リセットすることでは、前記ヘッドを1つ用い、
    前記グレーティングの長さは、前記第1方向に関して、少なくとも前記移動体の移動距離よりも長い請求項に記載の露光方法。
  3. 前記リセットすることでは、前記移動体が前記第1方向に移動する毎の移動距離に等しい離間距離を隔てて前記第1方向に沿って配置された複数の前記ヘッドを用いる請求項2に記載の露光方法。
  4. 基板を所定面に沿って走査方向にスキャン駆動しつつ該基板にエネルギビームを照射することと、前記基板を前記所定面内で前記走査方向に垂直な非走査方向にステップ駆動することと、を繰り返して、前記基板上にパターンを形成する露光方法であって、
    前記基板を保持して移動する移動体のステップ駆動毎の駆動距離に等しい離間距離を前記非走査方向に隔てて前記移動体と該移動体の外部との一方に配置された複数のヘッドのうち前記移動体と該移動体の外部との他方に前記走査方向に延設されたグレーティングに対向し、前記グレーティングに光を照射し、前記グレーティングからの光を受光するヘッドにより、前記移動体の位置を計測し、該計測結果に基づいて前記移動体を前記走査方向にスキャン駆動することを含む露光方法。
  5. 前記複数のヘッドからの計測結果に基づいて前記移動体を前記非走査方向にステップ駆動することをさらに含む請求項に記載の露光方法。
  6. 前記グレーティングの少なくとも一部は、前記非走査方向に関して、前記移動体のステップ駆動の距離と同程度以上の幅を有する請求項に記載の露光方法。
  7. 前記グレーティングの少なくとも一部は、前記非走査方向に関して、前記複数のヘッドのうちの互いに隣接するヘッド間の離間距離の最大と同程度以上の幅を有する請求項又はに記載の露光方法。
  8. 前記移動体に対向して配置された少なくとも1つの干渉計から前記移動体上に設けられた移動鏡に光を照射し、前記移動鏡からの光を受光することにより、前記移動体の位置を計測し、該計測結果に基づいて前記移動体を前記非走査方向にステップ駆動する請求項に記載の露光方法。
  9. 請求項1〜のいずれか一項に記載の露光方法により基板を露光することと、
    露光された前記基板を現像することと、
    を含むデバイス製造方法。
  10. 第1方向に並んで配置された第1区画領域と第2区画領域を有する基板を、エネルギビームに対して所定面に沿って前記第1方向に交差する第2方向に移動させつつ走査露光して前記基板上にパターンを形成する露光装置であって、
    前記基板を保持して移動する移動体と、
    前記第2方向に離間して配置され、前記移動体に設けられた移動鏡に光を照射し、前記光の前記移動鏡からの反射光を受光して、前記所定面内で前記第1方向に関する前記移動体の位置を計測する第1及び第2干渉計を含み、前記移動体の少なくとも前記第1方向の位置を計測する干渉計システムと、
    前記移動体と該移動体の外部との一方に配置された少なくとも1つのヘッドを有し、該ヘッドから前記移動体と該移動体の外部との他方に設けられたグレーティングに光を照射し、前記グレーティングからの光を受光して前記移動体の前記所定面内の位置を計測するエンコーダシステムと、
    前記第1区画領域に対する前記走査露光において、前記移動体を前記第2方向に等速移動させる際には、前記第1干渉計により、前記移動体を前記第2方向に加減速移動させる際には、前記第2干渉計により、それぞれ前記移動体の前記第1方向の位置を計測するとともに、前記第1、第2干渉計の切り換えに際して、前記エンコーダシステムの計測結果を基準にして前記第1及び第2干渉計間で計測結果をリセットする制御装置と、を備え
    前記制御装置は、前記走査露光を行う領域を前記第1区画領域から前記第2区画領域へ変更するために前記移動体の前記第1方向の移動に際して、前記第2干渉計を用いる露光装置。
  11. 前記制御装置は、前記第1区画領域内の異なる領域に対する走査露光において、前記移動体の前記第1方向移動に際して、前記第2干渉計を用いる請求項10に記載の露光装置。
  12. 前記エンコーダシステムは、前記ヘッドを1つ有し、
    前記グレーティングの長さは、前記第1方向に関して、少なくとも前記移動体の移動距離よりも長い請求項10又は11に記載の露光装置。
  13. 前記エンコーダシステムは、前記移動体が前記第1方向に移動する毎の移動距離に等しい離間距離を隔てて前記第1方向に沿って配置された複数の前記ヘッドを有する請求項10又は11に記載の露光装置。
  14. 基板を所定面に沿って走査方向にスキャン駆動しつつ該基板にエネルギビームを照射することと、前記基板を前記所定面内で前記走査方向に垂直な非走査方向にステップ駆動することと、を繰り返して、前記基板上にパターンを形成する露光装置であって、
    前記基板を保持して移動する移動体と、
    前記移動体のステップ駆動毎の駆動距離に等しい離間距離を前記非走査方向に隔てて前記移動体と該移動体の外部との一方に配置された複数のヘッドを有し、該複数のヘッドのうち前記移動体と該移動体の外部との他方に前記走査方向に延設されたグレーティングに対向し、前記グレーティングに光を照射し、前記グレーティングからの光を受光するヘッドにより、前記移動体の位置を計測するエンコーダシステムと、を備え、
    前記エンコーダシステムからの計測結果に基づいて前記移動体を前記走査方向にスキャン駆動する露光装置。
  15. 前記エンコーダシステムからの計測結果に基づいて前記移動体を前記非走査方向にステップ駆動する請求項14に記載の露光装置。
  16. 前記グレーティングの少なくとも一部は、前記非走査方向に関して、前記移動体のステップ駆動の距離と同程度以上の幅を有する請求項15に記載の露光装置。
  17. 前記グレーティングの少なくとも一部は、前記非走査方向に関して、前記複数のヘッドのうちの互いに隣接するヘッド間の離間距離の最大と同程度以上の幅を有する請求項15又は16に記載の露光装置。
  18. 前記移動体に対向して配置された少なくとも1つの干渉計を有し、該干渉計から前記移動体上に設けられた移動鏡に光を照射し、前記移動鏡からの光を受光して前記移動体の位置を計測する干渉計システムをさらに備え、
    前記干渉計システムからの計測結果に基づいて前記移動体を前記非走査方向にステップ駆動する請求項14に記載の露光装置。
  19. 請求項1018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、
    露光された前記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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