KR101427071B1 - 이동체 구동 방법 및 이동체 구동 시스템, 패턴 형성 방법 및 장치, 노광 방법 및 장치, 그리고 디바이스 제조 방법 - Google Patents

이동체 구동 방법 및 이동체 구동 시스템, 패턴 형성 방법 및 장치, 노광 방법 및 장치, 그리고 디바이스 제조 방법 Download PDF

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Abstract

X 인코더와 Y 인코더를 적어도 각 1 개 포함하는 3 개의 인코더를 사용하여, 스테이지 (WST) 의 이동면 내의 위치 정보를 계측한다. 스테이지 (WST) 의 위치 계측값에 기초하여, 위치 계측에 사용하는 인코더를 인코더 (Enc1, Enc2 및 Enc3) 로부터 인코더 (Enc4, Enc2 및 Enc3) 로 전환한다. 전환시, 좌표 연결법 또는 위상 연결법을 적용하여, 새롭게 사용하는 인코더 (Enc4) 의 초기값을 설정한다. 그것에 의해, 스테이지 (WST) 의 위치 계측에 사용하는 인코더가 순서대로 전환됨에도 불구하고, 전환 전후에서 스테이지의 위치 계측값이 보존되고, 스테이지를 정확하게 2 차원 구동할 수 있다.

Description

이동체 구동 방법 및 이동체 구동 시스템, 패턴 형성 방법 및 장치, 노광 방법 및 장치, 그리고 디바이스 제조 방법{MOBILE OBJECT DRIVING METHOD, MOBILE OBJECT DRIVING SYSTEM, PATTERN FORMING METHOD AND APPARATUS, EXPOSURE METHOD AND APPARATUS AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은, 이동체 구동 방법 및 이동체 구동 시스템, 패턴 형성 방법 및 장치, 노광 방법 및 장치, 그리고 디바이스 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 이동체를 소정 면을 따라 구동하는 이동체 구동 방법 및 이동체 구동 시스템, 상기 이동체 구동 방법을 이용한 패턴 형성 방법 및 상기 이동체 구동 시스템을 구비하는 패턴 형성 장치, 상기 이동체 구동 방법을 이용한 노광 방법 및 상기 이동체 구동 시스템을 구비하는 노광 장치, 그리고 상기 패턴 형성 방법을 이용한 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.
종래, 반도체 소자, 액정 표시 소자 등의 마이크로 디바이스 (전자 디바이스 등) 의 제조에 있어서의 리소그래피 공정에서는, 스텝·앤드·리피트 방식의 축소 투영 노광 장치 (이른바 스테퍼), 스텝·앤드·스캔 방식의 주사형 투영 노광 장치 (이른바 스캐닝·스테퍼 (스캐너라고도 한다)) 등이 비교적 많이 사용되고 있다.
이러한 종류의 노광 장치에서는, 웨이퍼 또는 유리 플레이트 등의 기판 (이하, 웨이퍼라고 총칭한다) 상의 복수의 쇼트 영역에 레티클 (또는 마스크) 의 패턴을 전사하기 위해서, 웨이퍼를 유지하는 웨이퍼 스테이지는 2 차원 방향으로 예를 들어 리니어 모터 등에 의해 구동된다. 웨이퍼 스테이지 등의 위치 계측은, 장기간에 걸쳐서 계측값의 안정성이 양호하고, 분해능이 높은 레이저 간섭계를 사용하여 실시되는 것이 일반적이었다.
그런데, 반도체 소자의 고집적화에 수반되는 패턴의 미세화에 의해, 보다 고정밀도의 스테이지 위치 제어 성능이 요구되게 되고, 현재는, 레이저 간섭계의 빔로 상의 분위기의 온도 변화나 온도 구배의 영향으로 발생하는 공기 요동에서 기인되는 계측값의 단기적인 변동이 오버레이 버짓 중의 큰 비중을 차지하게 되었다.
한편, 스테이지의 위치 계측에 사용되는 레이저 간섭계 이외의 계측 장치로서 인코더가 있는데, 인코더는 스케일을 사용하기 때문에, 그 스케일의 기계적인 장기 안정성 (격자 피치의 드리프트, 고정 위치 드리프트, 열팽창 등) 이 부족하고, 이 때문에 레이저 간섭계에 비해 계측값의 리니어리티가 부족하고, 장기 안정성이 열등하다는 결점을 갖고 있다.
상기 서술한 레이저 간섭계와 인코더의 결점을 감안하여, 레이저 간섭계와 인코더 (회절 격자를 사용하는 위치 검출 센서) 를 병용하여 스테이지의 위치를 계측하는 장치가 여러 가지 제안되어 있다 (예를 들어 특허 문헌 1 참조).
또한, 종래의 인코더의 계측 분해능은 간섭계에 비해 열등했지만, 최근에는 계측 분해능이 레이저 간섭계와 동일한 정도 이상의 인코더가 출현하여 (예를 들어 특허 문헌 2 참조), 상기 서술한 레이저 간섭계와 인코더를 조합하는 기술이 주목받게 되었다.
예를 들어 노광 장치에서, 인코더를 사용하여 스케일 (그레이팅) 이 형성된 웨이퍼 스테이지의 이동면 내의 위치 계측을 실시하는 경우에는, 광범위한 웨이퍼 스테이지의 이동 범위를 커버하기 위해서, 복수의 헤드를 소정 간격으로 2 차원 면 내에 배치하는 것을 생각할 수 있다. 그런데, 이와 같은 배치의 복수 헤드를 사용하는 경우, 제어에 사용하는 헤드의 전환을 웨이퍼 스테이지의 원활한 동작을 방해하지 않고 실시하는 것이 중요하다.
특허 문헌 1 : 일본 공개특허공보 2002-151405호
특허 문헌 2 : 일본 공개특허공보 2005-308592호
본 발명은, 제 1 관점에서 보면, 서로 직교하는 제 1 축 및 제 2 축을 포함하는 소정 면을 따라 이동체를 구동하는 이동체 구동 방법으로서, 상기 제 2 축과 평행한 방향에 관하여 위치가 상이한 복수의 제 1 인코더 헤드와, 상기 제 1 축과 평행한 방향에 관하여 위치가 상이한 복수의 제 2 인코더 헤드 중, 상기 이동체의 상기 소정 면과 평행한 일면에 형성된 상기 제 1 축에 평행한 방향을 주기 방향으로 하는 1 쌍의 제 1 그레이팅 및 상기 제 2 축에 평행한 방향을 주기 방향으로 하는 1 쌍의 제 2 그레이팅에서 선택된 3 개의 그레이팅에 각각 대향하는 3 개의 인코더 헤드의 계측값에 기초하여 상기 이동체의 위치 좌표를 구하는 제 1 공정과 ; 그 위치 좌표가 인코더 헤드의 전환 전후에서 유지되도록, 새롭게 사용을 개시하는 인코더 헤드의 계측값을 재설정하는 제 2 공정을 포함하는 제 1 이동체 구동 방법이다.
이것에 의하면, 인코더 헤드 전환시에, 그 전환 전후에서 이동체의 위치 좌표가 유지된다.
본 발명은, 제 2 관점에서 보면, 서로 직교하는 제 1 축 및 제 2 축을 포함하는 소정 면을 따라 이동체를 구동하는 이동체 구동 방법으로서, 상기 제 2 축과 평행한 방향에 관하여 위치가 상이한 복수의 제 1 인코더 헤드와, 상기 제 1 축과 평행한 방향에 관하여 위치가 상이한 복수의 제 2 인코더 헤드 중, 상기 이동체의 상기 소정 면과 평행한 일면에 형성된 상기 제 1 축에 평행한 방향을 주기 방향으로 하는 1 쌍의 제 1 그레이팅 및 상기 제 2 축에 평행한 방향을 주기 방향으로 하는 1 쌍의 제 2 그레이팅에서 선택된 3 개의 그레이팅에 각각 대향하는 3 개의 인코더 헤드의 계측값에 기초하여 상기 이동체의 위치 좌표를 구하는 제 1 공정과 ; 상기 이동체의 위치 좌표에 기초하여, 전환 후에 새롭게 사용되는 인코더 헤드에 의한 계측 단위의 계측값만을 재설정하는 제 2 공정을 포함하는 제 2 이동체 구동 방법이다.
이것에 의하면, 이동체의 이동에 수반되어, 이동체의 위치 제어 (위치 계측) 에 사용되는 인코더 헤드가 연속하여 전환되는 경우에도, 전환될 때마다 오차가 누적되는 경우가 없다.
본 발명은, 제 3 관점에서 보면, 서로 직교하는 제 1 축 및 제 2 축을 포함하는 소정 면을 따라 이동체를 구동하는 이동체 구동 방법으로서, 상기 제 2 축과 평행한 방향에 관하여 위치가 상이한 복수의 제 1 헤드와, 상기 제 1 축과 평행한 방향에 관하여 위치가 상이한 복수의 제 2 헤드 중, 상기 이동체의 상기 소정 면과 평행한 일면에 형성된 상기 제 1 축에 평행한 방향을 주기 방향으로 하는 1 쌍의 제 1 그레이팅 및 상기 제 2 축에 평행한 방향을 주기 방향으로 하는 1 쌍의 제 2 그레이팅에서 선택된 3 개의 그레이팅에 각각 대향하는 3 개의 헤드를 포함하는 인코더 헤드 세트의 계측값에 기초하여, 상기 이동체의 상기 소정 면 내의 위치를 제어하는 제 1 공정과 ; 상기 평면 내에 있어서의 상기 이동체의 위치가 전환 전후에서 연속되도록, 상기 이동체의 위치 제어에 사용하는 헤드 세트를, 상기 헤드 세트와는 적어도 1 개가 상이한 3 개의 헤드를 포함하는 다른 헤드 세트로 전환하는 제 2 공정을 포함하는 제 3 이동체 구동 방법이다.
이것에 의하면, 헤드 세트 전환 전후에서 이동체의 위치 (소정 면 내의 회전을 포함한다) 가 유지된다 (위치 좌표가 보존된다).
본 발명은, 제 4 관점에서 보면, 서로 직교하는 제 1 축 및 제 2 축을 포함하는 소정 면을 따라 이동체를 구동하는 이동체 구동 방법으로서, 상기 제 2 축과 평행한 방향에 관하여 위치가 상이한 복수의 제 1 헤드, 및 상기 제 1 축과 평행한 방향에 관하여 위치가 상이한 복수의 제 2 헤드 중, 상기 이동체의 상기 소정 면과 평행한 일면에 형성된 상기 제 1 축에 평행한 방향을 주기 방향으로 하는 1 쌍의 제 1 그레이팅 및 상기 제 2 축에 평행한 방향을 주기 방향으로 하는 1 쌍의 제 2 그레이팅에서 선택된 3 개의 그레이팅에 각각 대향하는 3 개의 헤드를 포함하는 인코더 헤드 세트의 계측값에 기초하여, 상기 이동체의 상기 소정 면 내의 위치를 제어하는 제 1 공정과 ; 상기 이동체의 위치 제어에 사용하는 헤드 세트를, 상기 이동체의 위치에 기초하여 산출되는 계측 단위의 오프셋과, 헤드마다 유지하고 있는 계측 단위 이하의 오프셋을 이용하여, 상기 헤드 세트와는 적어도 1 개가 상이한 3 개의 헤드를 포함하는 다른 헤드 세트로 전환하는 제 2 공정을 포함하는 제 4 이동체 구동 방법이다.
이것에 의하면, 이동체의 이동에 수반되어, 이동체의 위치 제어에 사용되는 헤드 세트가 연속하여 전환되는 경우에도, 전환될 때마다 오차가 누적되는 경우가 없다.
본 발명은, 제 5 관점에서 보면, 서로 직교하는 제 1 축 및 제 2 축을 포함하는 소정 면을 따라 이동체를 구동하는 이동체 구동 방법으로서, 상기 제 2 축과 평행한 방향에 관하여 위치가 상이한 복수의 제 1 헤드와, 상기 제 1 축과 평행한 방향에 관하여 위치가 상이한 복수의 제 2 헤드 중, 상기 이동체의 상기 소정 면과 평행한 일면에 형성된 상기 제 1 축에 평행한 방향을 주기 방향으로 하는 1 쌍의 제 1 그레이팅 및 상기 제 2 축에 평행한 방향을 주기 방향으로 하는 1 쌍의 제 2 그레이팅에서 선택된 3 개의 그레이팅에 각각 대향하는 3 개의 헤드를 포함하는 인코더 헤드 세트의 계측값에 기초하여, 상기 이동체의 상기 소정 면 내의 위치를 제어하는 제 1 공정과 ; 상기 소정 면 내에 있어서의 상기 이동체의 위치가 전환 전후에서 연속되도록, 상기 이동체의 위치 제어에 사용하는 헤드 세트를, 상기 헤드 세트와는 적어도 1 개가 상이한 3 개의 헤드를 포함하는 다른 헤드 세트로 전환함과 함께, 그 전환시에, 전환 후에만 사용되는 특정 헤드의 계측 단위의 오프셋을 상기 이동체의 위치에 기초하여 결정하고, 결정한 계측 단위의 오프셋에 기초하여, 전환 전후의 상기 이동체의 위치가 일치하도록 상기 특정 헤드의 계측 단위 이하의 오프셋을 결정하는 처리를, 복수의 제 1 헤드 및/또는 제 2 헤드를 상기 특정 헤드로 하여 실시하는 제 2 공정과 ; 상기 계측 단위 이하의 오프셋이 갱신될 때까지, 상기 이동체의 이동에 수반되어 발생하는 헤드 세트의 전환을 필요로 하는 타이밍마다, 상기 이동체의 위치 제어에 사용하는 헤드 세트를, 상기 이동체의 위치에 기초하여 산출되는 계측 단위의 오프셋과, 헤드마다 유지하고 있는 계측 단위 이하의 오프셋을 이용하여, 상기 헤드 세트와는 적어도 1 개가 상이한 3 개의 헤드를 포함하는 다른 헤드 세트로 전환하는 제 3 공정을 포함하는 제 5 이동체 구동 방법이다.
이것에 의하면, 복수의 헤드에 대하여, 계측 단위의 오프셋 및 계측 단위의 오프셋이, 전환 전후의 상기 이동체의 위치가 일치하도록 결정되고, 계측 단위 이하의 오프셋이 갱신될 때까지, 헤드 세트 전환시에 이동체의 위치에 기초하여 산출되는 계측 단위의 오프셋과, 헤드마다 유지하고 있는 계측 단위 이하의 오프셋이 사용된다. 따라서, 이동체의 이동에 수반되어, 이동체의 위치 제어에 사용되는 헤드 세트가 연속하여 전환되는 경우에도, 전환될 때마다 오차가 누적되는 경우가 없음과 함께, 고정밀도의 이동체의 위치 제어가 가능해진다.
본 발명은, 제 6 관점에서 보면, 이동면 내에서 이동 가능한 이동체 상에 물체를 탑재하는 공정과 ; 상기 물체에 대하여 패턴을 형성하기 위해서, 본 발명의 제 1 ∼ 제 5 이동체 구동 방법 중 어느 하나에 의해 상기 이동체를 구동하는 공정을 포함하는 패턴 형성 방법이다.
이것에 의하면, 본 발명의 제 1 ∼ 제 5 이동체 구동 방법 중 어느 하나를 이용하여 양호한 정밀도로 구동되는 이동체 상에 탑재된 물체에 패턴을 형성함으로써, 물체 상에 양호한 정밀도로 패턴을 형성할 수 있게 된다.
본 발명은, 제 7 관점에서 보면, 패턴 형성 공정을 포함하는 디바이스 제조 방법으로서, 상기 패턴 형성 공정에서는, 본 발명의 패턴 형성 방법을 이용하여 물체 상에 패턴을 형성하는 디바이스 제조 방법이다.
본 발명은, 제 8 관점에서 보면, 에너지 빔의 조사에 의해 물체에 패턴을 형성하는 노광 방법으로서, 상기 에너지 빔과 상기 물체의 상대 이동을 위해서, 본 발명의 제 1 ∼ 제 5 이동체 구동 방법 중 어느 하나를 이용하여, 상기 물체를 탑재하는 이동체를 구동하는 노광 방법이다.
이것에 의하면, 물체에 조사되는 에너지 빔과 상기 물체의 상대 이동을 위해서, 본 발명의 제 1 ∼ 제 4 이동체 구동 방법 중 어느 하나를 이용하여, 상기 물체를 탑재하는 이동체가 양호한 정밀도로 구동된다. 따라서, 주사 노광에 의해 물체 상에 양호한 정밀도로 패턴을 형성할 수 있게 된다.
본 발명은, 제 9 관점에서 보면, 서로 직교하는 제 1 축 및 제 2 축을 포함하는 소정 면을 따라 이동체를 구동하는 이동체 구동 시스템으로서, 상기 이동체의 상기 소정 면과 평행한 일면에 배치되고, 상기 제 1 축에 평행한 방향을 주기 방향으로 하는 1 쌍의 제 1 그레이팅 및 상기 제 2 축에 평행한 방향을 주기 방향으로 하는 1 쌍의 제 2 그레이팅과 ; 상기 제 2 축과 평행한 방향에 관하여 위치가 상이한 복수의 제 1 헤드를 갖고, 상기 1 쌍의 제 1 그레이팅에 각각 대향하는 상기 제 1 헤드의 계측값에 기초하여 상기 이동체의 상기 제 1 축에 평행한 방향의 위치 정보를 계측하는 제 1 인코더 시스템과 ; 상기 제 1 축과 평행한 방향에 관하여 위치가 상이한 복수의 제 2 헤드를 갖고, 상기 1 쌍의 제 2 그레이팅에 각각 대향하는 상기 제 2 헤드의 계측값에 기초하여 상기 이동체의 상기 제 2 축에 평행한 방향의 위치 정보를 계측하는 제 2 인코더 시스템과 ; 상기 이동체의 위치 계측에 사용하는 헤드를 전환할 때에, 상기 1 쌍의 제 1 그레이팅 및 1 쌍의 제 2 그레이팅에서 선택된 3 개의 그레이팅에 각각 대향하는 3 개의 헤드를 포함하는 헤드 세트의 계측값에 기초하여, 상기 이동체의 상기 소정 면 내의 위치 좌표를 구하고, 그 위치 좌표가 헤드의 전환 전후에서 유지되도록, 새롭게 사용을 개시하는 헤드의 계측값을 재설정하는 제어 장치를 구비하는 제 1 이동체 구동 시스템이다.
이것에 의하면, 인코더 헤드의 전환시에, 그 전환 전후에서 이동체의 위치 좌표가 유지된다.
본 발명은, 제 10 관점에서 보면, 서로 직교하는 제 1 축 및 제 2 축을 포함하는 소정 면을 따라 이동체를 구동하는 이동체 구동 시스템으로서, 상기 이동체의 상기 소정 면과 평행한 일면에 배치되고, 상기 제 1 축에 평행한 방향을 주기 방향으로 하는 1 쌍의 제 1 그레이팅 및 상기 제 2 축에 평행한 방향을 주기 방향으로 하는 1 쌍의 제 2 그레이팅과 ; 상기 제 2 축과 평행한 방향에 관하여 위치가 상이한 복수의 제 1 헤드를 갖고, 상기 1 쌍의 제 1 그레이팅에 각각 대향하는 상기 제 1 헤드의 계측값에 기초하여 상기 이동체의 상기 제 1 축에 평행한 방향의 위치 정보를 계측하는 제 1 인코더 시스템과 ; 상기 제 1 축과 평행한 방향에 관하여 위치가 상이한 복수의 제 2 헤드를 갖고, 상기 1 쌍의 제 2 그레이팅에 각각 대향하는 상기 제 2 헤드의 계측값에 기초하여 상기 이동체의 상기 제 2 축에 평행한 방향의 위치 정보를 계측하는 제 2 인코더 시스템과 ; 상기 이동체의 위치 계측에 사용하는 헤드를 전환할 때에, 상기 1 쌍의 제 1 그레이팅 및 1 쌍의 제 2 그레이팅에서 선택된 3 개의 그레이팅에 각각 대향하는 3 개의 헤드를 포함하는 헤드 세트의 계측값에 기초하여, 상기 이동체의 상기 소정 면 내의 위치 좌표를 구하고, 그 위치 좌표에 기초하여, 전환 후에 새롭게 사용되는 헤드에 의한 계측 단위의 계측값만을 재설정하는 제어 장치를 구비하는 제 2 이동체 구동 시스템이다.
이것에 의하면, 이동체의 이동에 수반되어, 이동체의 위치 제어 (위치 계측) 에 사용되는 헤드가 연속하여 전환되는 경우에도, 전환될 때마다 오차가 누적되는 경우가 없다.
본 발명은, 제 11 관점에서 보면, 서로 직교하는 제 1 축 및 제 2 축을 포함하는 소정 면을 따라 이동체를 구동하는 이동체 구동 시스템으로서, 상기 이동체의 상기 소정 면과 평행한 일면에 배치되고, 상기 제 1 축에 평행한 방향을 주기 방향으로 하는 1 쌍의 제 1 그레이팅 및 상기 제 2 축에 평행한 방향을 주기 방향으로 하는 1 쌍의 제 2 그레이팅과 ; 상기 제 2 축과 평행한 방향에 관하여 위치가 상이한 복수의 제 1 헤드를 갖고, 상기 1 쌍의 제 1 그레이팅에 각각 대향하는 상기 제 1 헤드의 계측값에 기초하여 상기 이동체의 상기 제 1 축에 평행한 방향의 위치 정보를 계측하는 제 1 인코더 시스템과 ; 상기 제 1 축과 평행한 방향에 관하여 위치가 상이한 복수의 제 2 헤드를 갖고, 상기 1 쌍의 제 2 그레이팅에 각각 대향하는 상기 제 2 헤드의 계측값에 기초하여 상기 이동체의 상기 제 2 축에 평행한 방향의 위치 정보를 계측하는 제 2 인코더 시스템과 ; 상기 1 쌍의 제 1 그레이팅 및 1 쌍의 제 2 그레이팅에서 선택된 3 개의 그레이팅에 각각 대향하는 3 개의 헤드를 포함하는 헤드 세트의 계측값에 기초하여, 상기 이동체의 상기 소정 면 내의 위치를 제어함과 함께, 상기 소정 면 내에 있어서의 상기 이동체의 위치가 전환 전후에서 연속되도록, 상기 이동체의 위치 제어에 사용하는 헤드 세트를, 상기 헤드 세트와는 적어도 1 개가 상이한 3 개의 헤드를 포함하는 다른 헤드 세트로 전환하는 제어 장치를 포함하는 제 3 이동체 구동 시스템이다.
이것에 의하면, 헤드 세트 전환 전후에서 이동체의 위치 (소정 면 내의 회전 방향의 위치를 포함한다) 가 연속된다 (유지된다).
본 발명은, 제 12 관점에서 보면, 서로 직교하는 제 1 축 및 제 2 축을 포함하는 소정 면을 따라 이동체를 구동하는 이동체 구동 시스템으로서, 상기 이동체의 상기 소정 면과 평행한 일면에 배치되고, 상기 제 1 축에 평행한 방향을 주기 방향으로 하는 1 쌍의 제 1 그레이팅 및 상기 제 2 축에 평행한 방향을 주기 방향으로 하는 1 쌍의 제 2 그레이팅과 ; 상기 제 2 축과 평행한 방향에 관하여 위치가 상이한 복수의 제 1 헤드를 갖고, 상기 1 쌍의 제 1 그레이팅에 각각 대향하는 상기 제 1 헤드의 계측값에 기초하여 상기 이동체의 상기 제 1 축에 평행한 방향의 위치 정보를 계측하는 제 1 인코더 시스템과 ; 상기 제 1 축과 평행한 방향에 관하여 위치가 상이한 복수의 제 2 헤드를 갖고, 상기 1 쌍의 제 2 그레이팅에 각각 대향하는 상기 제 2 헤드의 계측값에 기초하여 상기 이동체의 상기 제 2 축에 평행한 방향의 위치 정보를 계측하는 제 2 인코더 시스템과 ; 상기 1 쌍의 제 1 그레이팅 및 1 쌍의 제 2 그레이팅에서 선택된 3 개의 그레이팅에 각각 대향하는 3 개의 헤드를 포함하는 헤드 세트의 계측값에 기초하여, 상기 이동체의 상기 소정 면 내의 위치를 제어함과 함께, 상기 이동체의 위치 제어에 사용하는 헤드 세트를, 상기 이동체의 자세에 기초하여 산출되는 계측 단위의 오프셋과, 헤드마다 유지하고 있는 계측 단위 이하의 오프셋을 이용하여, 상기 헤드 세트와는 적어도 1 개가 상이한 3 개의 헤드를 포함하는 다른 헤드 세트로 전환하는 제어 장치를 구비하는 제 4 이동체 구동 시스템이다.
이것에 의하면, 이동체의 이동에 수반되어, 이동체의 위치 제어에 사용되는 헤드 세트가 연속하여 전환되는 경우에도, 전환될 때마다 오차가 누적되는 경우가 없다.
본 발명은, 제 13 관점에서 보면, 물체가 탑재되고, 그 물체를 유지하여 이동면 내에서 이동 가능한 이동체와 ; 상기 물체 상에 패턴을 생성하는 패터닝 장치와 ; 상기 물체에 대한 패턴 형성을 위해서, 상기 이동체를 구동하는 본 발명의 제 1 ∼ 제 4 이동체 구동 시스템 중 어느 하나를 구비하는 패턴 형성 장치이다.
이것에 의하면, 본 발명의 제 1 ∼ 제 4 이동체 구동 시스템 중 어느 하나에 의해 양호한 정밀도로 구동되는 이동체 상의 물체에 패터닝 장치에 의해 패턴을 생성함으로써, 물체 상에 양호한 정밀도로 패턴을 형성할 수 있게 된다.
본 발명은, 제 14 관점에서 보면, 에너지 빔의 조사에 의해 물체에 패턴을 형성하는 노광 장치로서, 상기 물체에 상기 에너지 빔을 조사하는 패터닝 장치와 ; 본 발명의 제 1 ∼ 제 4 이동체 구동 시스템 중 어느 하나를 구비하고, 상기 에너지 빔과 상기 물체의 상대 이동을 위해서, 상기 이동체 구동 시스템에 의한 상기 물체를 탑재하는 이동체의 구동을 실시하는 노광 장치이다.
이것에 의하면, 패터닝 장치로부터 물체에 조사되는 에너지 빔과 상기 물체의 상대 이동을 위해서, 본 발명의 제 1 ∼ 제 4 이동체 구동 시스템 중 어느 하나에 의해 물체를 탑재하는 이동체가 양호한 정밀도로 구동된다. 따라서, 주사 노광에 의해 물체 상에 양호한 정밀도로 패턴을 형성할 수 있게 된다.
도 1 은, 일 실시형태에 관련된 노광 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2 는, 도 1 의 스테이지 장치를 나타내는 평면도이다.
도 3 은, 도 1 의 노광 장치가 구비하는 각종 계측 장치 (인코더, 얼라인먼트계, 다점 (多点) AF 계, Z 헤드 등) 의 배치를 나타내는 평면도이다.
도 4(A) 는 웨이퍼 스테이지를 나타내는 평면도, 도 4(B) 는 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 나타내는 일부 단면 (斷面) 한 개략 측면도이다.
도 5(A) 는 계측 스테이지를 나타내는 평면도, 도 5(B) 는 계측 스테이지를 나타내는 일부 단면한 개략 측면도이다.
도 6 은, 일 실시형태에 관련된 노광 장치의 제어계의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 7(A) 는 인코더 구성의 일례를 나타내는 도면, 도 7(B) 는 검출광으로서 회절 격자 (RG) 의 주기 방향으로 길게 연장되는 단면 형상의 레이저 빔 (LB) 이 사용된 경우를 나타내는 도면이다.
도 8 은, 웨이퍼에 대한 스텝·앤드·스캔 방식의 노광이 실시되고 있을 때의 웨이퍼 스테이지 및 계측 스테이지의 상태를 나타내는 도면이다.
도 9 는, 웨이퍼의 언로딩시에 있어서의 웨이퍼 스테이지 및 계측 스테이지의 상태를 나타내는 도면이다.
도 10 은, 웨이퍼의 로딩시에 있어서의 웨이퍼 스테이지 및 계측 스테이지의 상태를 나타내는 도면이다.
도 11 은, 간섭계에 의한 스테이지 서보 제어로부터 인코더에 의한 스테이지 서보 제어로 전환할 때의 웨이퍼 스테이지 및 계측 스테이지의 상태, 그리고 인코더 헤드의 배치를 나타내는 도면이다.
도 12 는, 웨이퍼 얼라인먼트시에 있어서의 웨이퍼 스테이지 및 계측 스테이지의 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 13(A) 는, 이동면에 의해 산란되는 광이 받는 도플러 효과를 나타내는 도면, 도 13(B) 는, 인코더 헤드 부분의 구성을 나타내는 도면이다.
도 14(A) 는, 인코더의 헤드와 스케일 사이에 비계측 방향의 상대 운동이 발생한 경우에도 계측값이 변화되지 않는 케이스를 나타내는 도면, 도 14(B) 는, 인코더의 헤드와 스케일 사이에 비계측 방향의 상대 운동이 발생한 경우에 계측값이 변화되는 케이스의 일례를 나타내는 도면이다.
도 15(A) ∼ 도 15(D) 는, 헤드와 스케일 사이에 비계측 방향의 상대 운동이 발생한 경우에 있어서, 인코더의 계측값이 변화되는 경우와 계측값이 변화되지 않는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 16(A) 및 도 16(B) 는, 인코더의 계측값을 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치로 변환하는 구체적 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 17(A) 및 도 17(B) 는, 어레이 형상으로 배치된 복수의 헤드로 구성되는 인코더에 의한, 웨이퍼 테이블의 XY 평면 내의 위치 계측 및 헤드 간의 전환을 설명하기 위한 도면이다.
도 18(A) ∼ 도 18(E) 는, 인코더 전환의 순서를 설명하기 위한 도면이다.
도 19 는, 웨이퍼 스테이지의 XY 평면 내의 위치 제어에 사용되는 인코더의 전환 처리를 설명하기 위한 도면이다.
도 20 은, 웨이퍼 스테이지의 위치 제어, 인코더 계측값의 취득, 및 인코더 전환의 타이밍을 개념적으로 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 일 실시형태를 도 1 ∼ 도 20 에 기초하여 설명한다.
도 1 에는, 일 실시형태의 노광 장치 (100) 의 구성이 개략적으로 보여지고 있다. 노광 장치 (100) 는, 스텝·앤드·스캔 방식의 투영 노광 장치, 즉 이른바 스캐너이다. 후술하는 바와 같이 본 실시형태에서는, 투영 광학계 (PL) 가 형성되어 있고, 이하에 있어서는, 이 투영 광학계 (PL) 의 광축 (AX) 과 평행한 방향을 Z 축 방향, 이것에 직교하는 면 내에서 레티클과 웨이퍼가 상대 주사되는 방향을 Y 축 방향, Z 축 및 Y 축에 직교하는 방향을 X 축 방향으로 하고, X 축, Y 축 및 Z 축 둘레의 회전 (경사) 방향을 각각 θx, θy 및 θz 방향으로 하여 설명한다.
노광 장치 (100) 는, 조명계 (10), 그 조명계 (10) 로부터의 노광용 조명광 (이하, 조명광 또는 노광광이라고 한다) (IL) 에 의해 조명되는 레티클 (R) 을 유지하는 레티클 스테이지 (RST), 레티클 (R) 로부터 사출된 조명광 (IL) 을 웨이퍼 (W) 상에 투사하는 투영 광학계 (PL) 를 포함하는 투영 유닛 (PU), 웨이퍼 스테이지 (WST) 및 계측 스테이지 (MST) 를 갖는 스테이지 장치 (50), 및 이들의 제어계 등을 구비하고 있다. 웨이퍼 스테이지 (WST) 상에는 웨이퍼 (W) 가 탑재되어 있다.
조명계 (10) 는, 예를 들어 일본 공개특허공보 2001-313250호 (대응하는 미국 특허 출원 공개 제2003/0025890호 명세서) 등에 개시된 바와 같이, 광원과, 옵티컬 인테그레이터 등을 포함하는 조도 균일화 광학계, 및 레티클 블라인드 등 (모두 도시 생략) 을 갖는 조명 광학계를 포함한다. 이 조명계 (10) 는, 레티클 블라인드 (마스킹 시스템) 에서 규정된 레티클 (R) 상의 슬릿 형상의 조명 영역 (IAR) 을 조명광 (노광광) (IL) 에 의해 거의 균일한 조도로 조명한다. 여기서, 조명광 (IL) 으로는, 일례로서 ArF 엑시머 레이저광 (파장 193㎚) 이 사용된다. 또한, 옵티컬 인테그레이터로는, 예를 들어 플라이 아이 렌즈, 로드 인테그레이터 (내면 반사형 인테그레이터) 혹은 회절 광학 소자 등을 사용할 수 있다.
레티클 스테이지 (RST) 상에는, 회로 패턴 등이 그 패턴면 (도 1 에 있어서의 하면) 에 형성된 레티클 (R) 이, 예를 들어 진공 흡착에 의해 고정되어 있다. 레티클 스테이지 (RST) 는, 예를 들어, 리니어 모터 등을 포함하는 레티클 스테이지 구동계 (11) (도 1 에서는 도시 생략, 도 6 참조) 에 의해, XY 평면 내에서 미소 구동할 수 있음과 함께, 주사 방향 (도 1 에 있어서의 지면내 좌우 방향인 Y 축 방향) 으로 지정된 주사 속도로 구동할 수 있게 되어 있다.
레티클 스테이지 (RST) 의 XY 평면 (이동면) 내의 위치 정보 (θz 방향의 회전 정보를 포함한다) 는, 레티클 레이저 간섭계 (이하,「레티클 간섭계」라고 한다) (116) 에 의해, 이동경 (15) (실제로는, Y 축 방향에 직교하는 반사면을 갖는 Y 이동경 (혹은, 레트로 리플렉터) 과 X 축 방향에 직교하는 반사면을 갖는 X 이동경이 형성되어 있다) 을 통해 예를 들어, 0.25㎚ 정도의 분해능으로 항상 검출된다. 레티클 간섭계 (116) 의 계측값은 주제어 장치 (20) (도 1 에서는 도시 생략, 도 6 참조) 에 보내진다. 주제어 장치 (20) 는, 레티클 간섭계 (116) 의 계측값에 기초하여 레티클 스테이지 (RST) 의 X 축 방향, Y 축 방향 및 θz 방향의 위치를 산출함과 함께, 이 산출 결과에 기초하여 레티클 스테이지 구동계 (11) 를 제어함으로써, 레티클 스테이지 (RST) 의 위치 (및 속도) 를 제어한다. 또한, 이동경 (15) 대신에, 레티클 스테이지 (RST) 의 단부면 (端部面) 을 경면 가공하여 반사면 (이동경 (15) 의 반사면에 상당) 을 형성하는 것으로 해도 된다. 또한, 레티클 간섭계 (116) 는 Z 축, θx 및 θy 방향 중 적어도 하나에 관한 레티클 스테이지 (RST) 의 위치 정보도 계측할 수 있게 해도 된다.
투영 유닛 (PU) 은, 레티클 스테이지 (RST) 의 도 1 에 있어서의 하방에 배치되어 있다. 투영 유닛 (PU) 은, 경통 (40) 과, 경통 (40) 내에 소정의 위치 관계로 유지된 복수의 광학 소자를 갖는 투영 광학계 (PL) 를 포함한다. 투영 광학계 (PL) 로는, 예를 들어 Z 축 방향과 평행한 광축 (AX) 을 따라 배열되는 복수의 렌즈 (렌즈 엘리먼트) 로 이루어지는 굴절 광학계가 사용된다. 투영 광학계 (PL) 는, 예를 들어 양측 텔레센트릭으로 소정의 투영 배율 (예를 들어 1/4 배, 1/5 배 또는 1/8 배 등) 을 갖는다. 이 때문에, 조명계 (10) 로부터의 조명광 (IL) 에 의해 조명 영역 (IAR) 이 조명되면, 투영 광학계 (PL) 의 제 1 면 (물체면) 과 패턴면이 거의 일치하게 배치되는 레티클 (R) 을 통과한 조명광 (IL) 에 의해, 투영 광학계 (PL) (투영 유닛 (PU)) 를 통해 그 조명 영역 (IAR) 내의 레티클 (R) 의 회로 패턴의 축소 이미지 (회로 패턴 일부의 축소 이미지) 가, 그 제 2 면 (이미지면) 측에 배치되는, 표면에 레지스트 (감응제) 가 도포된 웨이퍼 (W) 상의 상기 조명 영역 (IAR) 에 공액인 영역 (이하, 노광 영역이라고도 한다) (IA) 에 형성된다. 그리고, 레티클 스테이지 (RST) 와 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 동기 구동에 의해, 조명 영역 (IAR) (조명광 (IL)) 에 대하여 레티클을 주사 방향 (Y 축 방향) 으로 상대 이동시킴과 함께, 노광 영역 (IA) (조명광 (IL)) 에 대하여 웨이퍼 (W) 를 주사 방향 (Y 축 방향) 으로 상대 이동시킴으로써, 웨이퍼 (W) 상의 1 개의 쇼트 영역 (구획 영역) 의 주사 노광이 실시되어, 그 쇼트 영역에 레티클 (R) 의 패턴이 전사된다. 즉, 본 실시형태에서는 조명계 (10), 레티클 (R) 및 투영 광학계 (PL) 에 의해 웨이퍼 (W) 상에 패턴이 생성되고, 조명광 (IL) 에 의한 웨이퍼 (W) 상의 감응층 (레지스트층) 의 노광에 의해 웨이퍼 (W) 상에 그 패턴이 형성된다.
또한, 도시는 생략하였지만, 투영 유닛 (PU) 은, 방진 기구를 통해 3 개의 지주 (支柱) 로 지지되는 경통 정반에 탑재되어 있다. 단, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 국제 공개 제2006/038952호 팜플렛에 개시된 바와 같이, 투영 유닛 (PU) 의 상방에 배치되는 도시가 생략된 메인 프레임 부재, 혹은 레티클 스테이지 (RST) 가 배치되는 베이스 부재 등에 대하여 투영 유닛 (PU) 을 현수 지지해도 된다.
또한, 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에서는, 액침법을 적용한 노광이 실시되기 때문에, 투영 광학계 (PL) 의 개구수 NA 가 실질적으로 증대됨에 따라서 레티클측의 개구가 커진다. 그래서, 페츠발의 조건을 만족시키고, 또한 투영 광학계의 대형화를 피하기 위해서, 미러와 렌즈를 포함하여 구성되는 반사 굴절계 (카타디옵트릭계) 를 투영 광학계로서 채용해도 된다. 또한, 웨이퍼 (W) 에는 감응층뿐만 아니라, 예를 들어, 웨이퍼 또는 감응층을 보호하는 보호막 (탑코트막) 등을 형성해도 된다.
또한, 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에서는, 액침법을 적용한 노광을 실시하기 위해서, 투영 광학계 (PL) 를 구성하는 가장 이미지면측 (웨이퍼 (W) 측) 에 가까운 광학 소자, 여기서는 렌즈 (이하,「선단 렌즈」라고도 한다) (191) 를 유지하는 경통 (40) 의 하단부 주위를 둘러싸도록, 국소 액침 장치 (8) 의 일부를 구성하는 노즐 유닛 (32) 이 형성되어 있다. 본 실시형태에서는, 노즐 유닛 (32) 은, 도 1 에 나타낸 바와 같이, 그 하단부면이 선단 렌즈 (191) 의 하단부면과 거의 동일 면으로 설정되어 있다. 또한 노즐 유닛 (32) 은, 액체 (Lq) 의 공급구 및 회수구와, 웨이퍼 (W) 가 대향하여 배치되고, 또한 회수구가 형성되는 하면과, 액체 공급관 (31A) 및 액체 회수관 (31B) 과 각각 접속되는 공급 유로 및 회수 유로를 구비하고 있다. 액체 공급관 (31A) 과 액체 회수관 (31B) 은, 도 3 에 나타낸 바와 같이, 평면에서 볼 때 (상방에서 볼 때) X 축 방향 및 Y 축 방향에 대하여 대략 45°경사지고, 투영 유닛 (PU) 의 중심 (투영 광학계 (PL) 의 광축 (AX), 본 실시형태에서는 전술한 노광 영역 (IA) 의 중심과도 일치) 을 통과하고, 또한 Y 축과 평행한 직선 (기준축) (LV) 에 관하여 대칭으로 배치되어 있다.
액체 공급관 (31A) 에는, 그 일단이 액체 공급 장치 (5) (도 1 에서는 도시 생략, 도 6 참조) 에 접속된 도시가 생략된 공급관의 타단이 접속되어 있고, 액체 회수관 (31B) 에는, 그 일단이 액체 회수 장치 (6) (도 1 에서는 도시 생략, 도 6 참조) 에 접속된 도시가 생략된 회수관의 타단이 접속되어 있다.
액체 공급 장치 (5) 는, 액체를 공급하기 위한 탱크, 가압 펌프, 온도 제어 장치, 그리고 액체 공급관 (31A) 에 대한 액체의 공급·정지를 제어하기 위한 밸브 등을 포함하고 있다. 밸브로는, 예를 들어 액체의 공급·정지뿐만 아니라, 유량의 조정도 가능하도록 유량 제어 밸브를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 온도 제어 장치는, 탱크 내의 액체 온도를 예를 들어 노광 장치가 수납되어 있는 챔버 (도시 생략) 내의 온도와 동일한 정도의 온도로 조정한다. 또한, 탱크, 가압 펌프, 온도 제어 장치, 밸브 등은, 그 전부를 노광 장치 (100) 에서 구비하고 있을 필요는 없고, 적어도 일부를 노광 장치 (100) 가 설치되는 공장 등의 설비로 대체할 수도 있다.
액체 회수 장치 (6) 는, 액체를 회수하기 위한 탱크 및 흡인 펌프, 그리고 액체 회수관 (31B) 을 통한 액체의 회수·정지를 제어하기 위한 밸브 등을 포함하고 있다. 밸브로는, 액체 공급 장치 (5) 의 밸브와 동일하게 유량 제어 밸브를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 탱크, 흡인 펌프, 밸브 등은, 그 전부를 노광 장치 (100) 에서 구비하고 있을 필요는 없고, 적어도 일부를 노광 장치 (100) 가 설치되는 공장 등의 설비로 대체할 수도 있다.
본 실시형태에서는, 상기 액체로서 ArF 엑시머 레이저광 (파장 193㎚ 의 광) 이 투과되는 순수 (이하, 특별히 필요한 경우를 제외하고, 간단히 「물」이라고 기술한다) 를 사용하는 것으로 한다. 순수는 반도체 제조 공장 등에서 용이하게 대량으로 입수할 수 있음과 함께, 웨이퍼 상의 포토레지스트 및 광학 렌즈 등에 대한 악영향이 없다는 이점이 있다.
ArF 엑시머 레이저광에 대한 물의 굴절률 n 은 대략 1.44 이다. 이 물 안에서는, 조명광 (IL) 의 파장은 193㎚ × 1/n = 약 134㎚ 로 단파장화된다.
액체 공급 장치 (5) 및 액체 회수 장치 (6) 는 각각 컨트롤러를 구비하고 있고, 각각의 컨트롤러는 주제어 장치 (20) 에 의해 제어된다 (도 6 참조). 액체 공급 장치 (5) 의 컨트롤러는, 주제어 장치 (20) 로부터의 지시에 따라 액체 공급관 (31A) 에 접속된 밸브를 소정 개도 (開度) 로 열어, 액체 공급관 (31A), 공급 유로 및 공급구를 통해 선단 렌즈 (191) 와 웨이퍼 (W) 사이에 액체 (물) 를 공급한다. 또한, 이 때 액체 회수 장치 (6) 의 컨트롤러는, 주제어 장치 (20) 로부터의 지시에 따라 액체 회수관 (31B) 에 접속된 밸브를 소정 개도로 열어, 회수구, 회수 유로 및 액체 회수관 (31B) 을 통해 선단 렌즈 (191) 와 웨이퍼 (W) 사이로부터 액체 회수 장치 (6) (액체의 탱크) 의 내부로 액체 (물) 를 회수한다. 이 때, 주제어 장치 (20) 는, 선단 렌즈 (191) 와 웨이퍼 (W) 사이에 공급되는 물의 양과 회수되는 물의 양이 항상 동일해지도록, 액체 공급 장치 (5) 의 컨트롤러, 액체 회수 장치 (6) 의 컨트롤러에 대하여 지령을 부여한다. 따라서, 선단 렌즈 (191) 와 웨이퍼 (W) 사이에 일정량의 액체 (물) (Lq) (도 1 참조) 가 유지된다. 이 경우, 선단 렌즈 (191) 와 웨이퍼 (W) 사이에 유지된 액체 (물) (Lq) 는 항상 교체되고 있다.
상기 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 본 실시형태에서는, 노즐 유닛 (32), 액체 공급 장치 (5), 액체 회수 장치 (6), 액체 공급관 (31A) 및 액체 회수관 (31B) 등을 포함하는 국소 액침 장치 (8) 가 구성되어 있다. 또한, 국소 액침 장치 (8) 의 일부, 예를 들어 적어도 노즐 유닛 (32) 은, 투영 유닛 (PU) 을 유지하는 메인 프레임 (전술한 경통 정반을 포함한다) 에 현수 지지되어도 되고, 메인 프레임과는 다른 프레임 부재에 설치해도 된다. 혹은, 전술한 바와 같이 투영 유닛 (PU) 이 현수 지지되는 경우에는, 투영 유닛 (PU) 과 일체로 노즐 유닛 (32) 을 현수 지지해도 되지만, 본 실시형태에서는 투영 유닛 (PU) 과는 독립적으로 현수 지지되는 계측 프레임에 노즐 유닛 (32) 을 형성하고 있다. 이 경우, 투영 유닛 (PU) 을 현수 지지하고 있지 않아도 된다.
또한, 투영 유닛 (PU) 하방에 계측 스테이지 (MST) 가 위치하는 경우에도, 상기와 동일하게 후술하는 계측 테이블과 선단 렌즈 (191) 사이에 물을 채울 수 있다.
또한, 상기 설명에서는, 일례로서 액체 공급관 (노즐) 과 액체 회수관 (노즐) 이 각각 1 개씩 형성되어 있는 것으로 하였지만, 이것에 한정되지 않고, 주위 부재와의 관계를 고려해도 배치가 가능하다면, 예를 들어 국제 공개 제99/49504호 팜플렛에 개시된 바와 같이, 노즐을 다수 갖는 구성을 채용해도 된다. 요점은, 투영 광학계 (PL) 를 구성하는 최하단부의 광학 부재 (선단 렌즈) (191) 와 웨이퍼 (W) 사이에 액체를 공급할 수 있는 것이면, 그 구성은 어떠한 것이어도 된다. 예를 들어 국제 공개 제2004/053955호 팜플렛에 개시되어 있는 액침 기구, 혹은 유럽 특허 출원 공개 제1420298호 명세서에 개시되어 있는 액침 기구 등도 본 실시형태의 노광 장치에 적용할 수 있다.
도 1 로 돌아와, 스테이지 장치 (50) 는, 베이스반 (12) 의 상방에 배치된 웨이퍼 스테이지 (WST) 및 계측 스테이지 (MST), 이들 스테이지 (WST, MST) 의 위치 정보를 계측하는 계측 시스템 (200) (도 6 참조), 및 양 스테이지 (WST, MST) 를 구동하는 스테이지 구동계 (124) (도 6 참조) 등을 구비하고 있다. 계측 시스템 (200) 은, 도 6 에 나타낸 바와 같이, 간섭계 시스템 (118) 및 인코더 시스템 (150) 등을 포함한다. 간섭계 시스템 (118) 은, 도 2 에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 계측용 Y 간섭계 (16), X 간섭계 (126, 127, 128) 및 Z 간섭계 (43A, 43B), 그리고 계측 스테이지 (MST) 의 위치 계측용 Y 간섭계 (18) 및 X 간섭계 (130) 등을 포함한다. 또한, 간섭계 시스템의 구성 등에 대해서는 이후에 상세히 서술한다.
도 1 로 돌아와, 웨이퍼 스테이지 (WST) 및 계측 스테이지 (MST) 각각의 저면에는, 도시가 생략된 비접촉 베어링, 예를 들어 진공 예압형 공기 정압 베어링 (이하,「에어 패드」라고 한다) 이 복수 지점에 형성되어 있고, 이들 에어 패드로부터 베이스반 (12) 의 상면을 향하여 분출된 가압 공기의 정압에 의해, 베이스반 (12) 의 상방에 웨이퍼 스테이지 (WST) 및 계측 스테이지 (MST) 가 수㎛ 정도의 클리어런스를 통해 비접촉으로 지지되어 있다. 또한, 양 스테이지 (WST, MST) 는, 리니어 모터 등을 포함하는 스테이지 구동계 (124) (도 6 참조) 에 의해, Y 축 방향 (도 1 에 있어서의 지면내 좌우 방향) 및 X 축 방향 (도 1 에 있어서의 지면 직교 방향) 으로 독립적으로 구동할 수 있다.
웨이퍼 스테이지 (WST) 는, 스테이지 본체 (91) 와, 스테이지 본체 (91) 상에 탑재된 웨이퍼 테이블 (WTB) 을 포함한다. 웨이퍼 테이블 (WTB) 및 스테이지 본체 (91) 는, 리니어 모터 및 Z·레벨링 기구 (예를 들어 보이스 코일 모터 등을 포함한다) 를 포함하는 구동계에 의해, 베이스반 (12) 에 대하여 6 자유도 방향 (X, Y, Z, θx, θy, θz) 으로 구동할 수 있게 구성되어 있다.
웨이퍼 테이블 (WTB) 상에는, 웨이퍼 (W) 를 진공 흡착 등에 의해 유지하는 웨이퍼 홀더 (도시 생략) 가 형성되어 있다. 웨이퍼 홀더는 웨이퍼 테이블 (WTB) 과 일체로 형성해도 되지만, 본 실시형태에서는 웨이퍼 홀더와 웨이퍼 테이블 (WTB) 을 별개로 구성하고, 예를 들어 진공 흡착 등에 의해 웨이퍼 홀더를 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 오목부 내에 고정시킨다. 또한, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 상면에는, 웨이퍼 홀더 상에 탑재되는 웨이퍼 (W) 의 표면과 거의 동일 면으로 되는, 액체 (Lq) 에 대하여 발액화 처리된 표면 (발액면) 을 갖고, 또한 외형 (윤곽) 이 직사각형이고 그 중앙부에 웨이퍼 홀더 (웨이퍼의 탑재 영역) 보다 한층 더 큰 원형의 개구가 형성된 플레이트 (발액판) (28) 가 형성되어 있다. 플레이트 (28) 는, 저열팽창률의 재료, 예를 들어 유리 또는 세라믹스 (예를 들어 쇼트사의 제로듀아 (상품명), Al2O3 혹은 TiC 등) 로 이루어지고, 그 표면에는, 예를 들어 불소 수지 재료, 폴리4불화에틸렌 (테플론 (등록 상표)) 등의 불소계 수지 재료, 아크릴계 수지 재료 혹은 실리콘계 수지 재료 등에 의해 발액막이 형성된다. 또한 플레이트 (28) 는, 도 4(A) 의 웨이퍼 테이블 (WTB) (웨이퍼 스테이지 (WST)) 의 평면도에 나타낸 바와 같이, 원형의 개구를 둘러싸는, 외형 (윤곽) 이 직사각형인 제 1 발액 영역 (28a) 과, 제 1 발액 영역 (28a) 의 주위에 배치되는 직사각형 프레임 형상 (고리형) 의 제 2 발액 영역 (28b) 을 갖는다. 제 1 발액 영역 (28a) 은, 예를 들어 노광 동작시, 웨이퍼의 표면으로부터 돌출된 액침 영역 (14) (도 8 참조) 의 적어도 일부가 형성되고, 제 2 발액 영역 (28b) 은, 후술하는 인코더 시스템을 위한 스케일이 형성된다. 또한, 플레이트 (28) 는 그 표면의 적어도 일부가 웨이퍼의 표면과 동일 면으로 되어 있지 않아도 된다, 즉, 상이한 높이여도 된다. 또한, 플레이트 (28) 는 단일 플레이트여도 되지만, 본 실시형태에서는 복수의 플레이트, 예를 들어 제 1 및 제 2 발액 영역 (28a, 28b) 에 각각 대응하는 제 1 및 제 2 발액판을 조합하여 구성한다. 본 실시형태에서는, 전술한 바와 같이 액체 (Lq) 로서 물을 사용하기 때문에, 이하에서는 제 1 및 제 2 발액 영역 (28a, 28b) 을 각각 제 1 및 제 2 발수판 (28a, 28b) 이라고도 한다.
이 경우, 내측의 제 1 발수판 (28a) 에는 노광광 (IL) 이 조사되는 반면, 외측의 제 2 발수판 (28b) 에는 노광광 (IL) 이 거의 조사되지 않는다. 이런 점을 고려하여, 본 실시형태에서는, 제 1 발수판 (28a) 의 표면에는, 노광광 (IL) (이 경우, 진공 자외역의 광) 에 대한 내성이 충분히 있는 발수 코팅이 실시된 제 1 발액 영역이 형성되고, 제 2 발수판 (28b) 에는, 그 표면에 제 1 발액 영역에 비해 노광광 (IL) 에 대한 내성이 열등한 발수 코팅이 실시된 제 2 발액 영역이 형성되어 있다. 일반적으로 유리판에는, 노광광 (IL) (이 경우, 진공 자외역의 광) 에 대한 내성이 충분히 있는 발수 코팅을 실시하기 어렵기 때문에, 이와 같이 제 1 발수판 (28a) 과 그 주위의 제 2 발수판 (28b) 의 두 부분으로 분리하는 것은 효과적이다. 또한 이것에 한정되지 않고, 동일한 플레이트의 상면에 노광광 (IL) 에 대한 내성이 상이한 2 종류의 발수 코팅을 실시하여, 제 1 발액 영역, 제 2 발액 영역을 형성해도 된다. 또한, 제 1 및 제 2 발액 영역에서 발수 코팅의 종류가 동일해도 된다. 예를 들어 동일한 플레이트에 1 개의 발액 영역을 형성하는 것만으로도 된다.
또한, 도 4(A) 에서 알 수 있는 바와 같이, 제 1 발수판 (28a) 의 +Y 측 단부에는, 그 X 축 방향의 중앙부에 직사각형의 절결이 형성되고, 이 절결과 제 2 발수판 (28b) 으로 둘러싸인 직사각형 공간의 내부 (절결의 내부) 에 계측 플레이트 (30) 가 매립되어 있다. 이 계측 플레이트 (30) 의 길이 방향의 중앙 (웨이퍼 테이블 (WTB) 의 센터 라인 (LL) 상) 에는, 기준 마크 (FM) 가 형성됨과 함께, 기준 마크 (FM) 의 X 축 방향의 일측과 타측에, 기준 마크 (FM) 의 중심에 관하여 대칭적인 배치로 1 쌍의 공간 이미지 계측 슬릿 패턴 (슬릿 형상의 계측용 패턴) (SL) 이 형성되어 있다. 각 공간 이미지 계측 슬릿 패턴 (SL) 으로는, 일례로서 Y 축 방향과 X 축 방향을 따른 변을 갖는 L 자 형상의 슬릿 패턴, 혹은 X 축 및 Y 축 방향으로 각각 연장되는 2 개의 직선 형상의 슬릿 패턴 등을 사용할 수 있다.
그리고, 상기 각 공간 이미지 계측 슬릿 패턴 (SL) 하방의 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 내부에는, 도 4(B) 에 나타낸 바와 같이, 대물 렌즈, 미러, 릴레이 렌즈 등을 포함하는 광학계가 수납된 L 자 형상의 케이스 (36) 가, 웨이퍼 테이블 (WTB) 로부터 스테이지 본체 (91) 내부의 일부를 관통하는 상태에서, 일부 매립 상태로 장착되어 있다. 케이스 (36) 는, 도시는 생략되어 있지만, 상기 1 쌍의 공간 이미지 계측 슬릿 패턴 (SL) 에 대응하여 1 쌍 형성되어 있다.
상기 케이스 (36) 내부의 광학계는, 공간 이미지 계측 슬릿 패턴 (SL) 을 투과한 조명광 (IL) 을 L 자 형상의 경로를 따라 유도하여 -Y 방향을 향하여 사출시킨다. 또한 이하에 있어서는, 편의상, 상기 케이스 (36) 내부의 광학계를 케이스 (36) 와 동일한 부호를 사용하여 송광계 (36) 라고 기술한다.
또한 제 2 발수판 (28b) 의 상면에는, 그 4 변의 각각을 따라 소정 피치로 다수의 격자선이 직접 형성되어 있다. 이것을 더욱 상세히 서술하면, 제 2 발수판 (28b) 의 X 축 방향 일측과 타측 (도 4(A) 에 있어서의 좌우 양측) 의 영역에는, Y 스케일 (39Y1, 39Y2) 이 각각 형성되고, Y 스케일 (39Y1, 39Y2) 은 각각, 예를 들어, X 축 방향을 길이 방향으로 하는 격자선 (38) 이 소정 피치로 Y 축에 평행한 방향 (Y 축 방향) 을 따라 형성되는, Y 축 방향을 주기 방향으로 하는 반사형 격자 (예를 들어, 회절 격자) 에 의해 구성되어 있다.
동일하게, 제 2 발수판 (28b) 의 Y 축 방향 일측과 타측 (도 4(A) 에 있어서의 상하 양측) 의 영역에는, Y 스케일 (39Y1 및 39Y2) 에 끼워진 상태로 X 스케일 (39X1, 39X2) 이 각각 형성되고, X 스케일 (39X1, 39X2) 은 각각, 예를 들어 Y 축 방향을 길이 방향으로 하는 격자선 (37) 이 소정 피치로 X 축에 평행한 방향 (X 축 방향) 을 따라 형성되는, X 축 방향을 주기 방향으로 하는 반사형 격자 (예를 들어 회절 격자) 에 의해 구성되어 있다. 상기 각 스케일로는, 제 2 발수판 (28b) 의 표면에 예를 들어 홀로그램 등에 의해 반사형 회절 격자 (RG) (도 7(A) 참조) 가 작성된 것이 사용되고 있다. 이 경우, 각 스케일에는 좁은 슬릿 또는 홈 등으로 이루어지는 격자가 눈금으로서 소정 간격 (피치) 으로 새겨져 있다. 각 스케일에 사용되는 회절 격자의 종류는 한정되지 않고, 기계적으로 홈 등이 형성된 것뿐만 아니라, 예를 들어 감광성 수지에 간섭 무늬를 전사하여 작성한 것이어도 된다. 단, 각 스케일은, 예를 들어 박판 형상의 유리에 상기 회절 격자의 눈금을 예를 들어, 138㎚ ∼ 4㎛ 사이의 피치, 예를 들어, 1㎛ 피치로 새겨서 작성되어 있다. 이들 스케일은 전술한 발액막 (발수막) 으로 덮여 있다. 또한 도 4(A) 에서는, 도시의 편의상, 격자의 피치는 실제 피치에 비해 현격히 넓게 도시되어 있다. 그 밖의 도면에 있어서도 동일하다.
이와 같이, 본 실시형태에서는, 제 2 발수판 (28b) 자체가 스케일을 구성하기 때문에, 제 2 발수판 (28b) 으로서 저열팽창률의 유리판을 사용하는 것으로 한 것이다. 그러나, 이것에 한정되지 않고, 격자가 형성된 저열팽창률의 유리판 등으로 이루어지는 스케일 부재를, 국소적인 신축이 발생하지 않도록, 예를 들어 판 스프링 (또는 진공 흡착) 등에 의해 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 상면에 고정시켜도 되고, 이 경우에는, 전체면에 동일한 발수 코팅이 실시된 발수판을 플레이트 (28) 대신에 사용해도 된다. 혹은, 웨이퍼 테이블 (WTB) 을 저열팽창률의 재료로 형성할 수도 있고, 이러한 경우에는, 1 쌍의 Y 스케일과 1 쌍의 X 스케일은 그 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 상면에 직접 형성해도 된다.
또한, 회절 격자를 보호하기 위해서, 발수성 (발액성) 을 구비한 저열팽창률의 유리판으로 커버하는 것도 유효하다. 여기서 유리판으로는, 두께가 웨이퍼와 동일한 정도, 예를 들어 두께 1㎜ 의 것을 사용할 수 있고, 그 유리판의 표면이 웨이퍼면과 동일한 높이 (동일 면) 가 되도록 웨이퍼 테이블 (WTB) 상면에 설치된다.
또한, 각 스케일의 끝 부근에는, 후술하는 인코더 헤드와 스케일 간의 상대 위치를 결정하기 위한 위치 결정 패턴이 각각 형성되어 있다. 이 위치 결정 패턴은, 예를 들어, 반사율이 상이한 격자선으로 구성되고, 이 위치 결정 패턴 위를 인코더 헤드가 주사하면 인코더의 출력 신호의 강도가 변화된다. 그래서, 미리 임계치를 결정해 두고, 출력 신호의 강도가 그 임계치를 초과하는 위치를 검출한다. 이 검출된 위치를 기준으로, 인코더 헤드와 스케일 간의 상대 위치를 설정한다.
계측 스테이지 (MST) 는, 스테이지 본체 (92) 와, 스테이지 본체 (92) 상에 탑재된 계측 테이블 (MTB) 을 포함하고 있다. 계측 스테이지 (MST) 도 웨이퍼 스테이지 (WST) 와 동일하게, 도시가 생략된 구동계에 의해 베이스반 (12) 에 대하여 6 자유도 방향 (X, Y, Z, θx, θy, θz) 으로 구동할 수 있게 구성되어 있다. 그러나, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 계측 테이블 (MTB) 을 스테이지 본체 (92) 에 대하여 X 축 방향, Y 축 방향 및 θz 방향으로 미동할 수 있게 구성한 이른바 조미동 (粗微動) 구조의 계측 스테이지 (MST) 를 채용해도 되고, 혹은, 계측 테이블 (MTB) 을 스테이지 본체 (92) 상에서 Z, θx, θy 의 3 자유도 방향으로 구동할 수 있는 구성으로 해도 된다.
또한, 도 6 에서는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 구동계와 계측 스테이지 (MST) 의 구동계를 포함하여, 스테이지 구동계 (124) 로서 나타내고 있다.
계측 테이블 (MTB) (및 스테이지 본체 (92)) 에는 각종 계측용 부재가 형성되어 있다. 이 계측용 부재로는, 예를 들어 도 2 및 도 5(A) 에 나타낸 바와 같이, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면 상에서 조명광 (IL) 을 수광하는 핀홀 형상의 수광부를 갖는 조도 불균일 센서 (94), 투영 광학계 (PL) 에 의해 투영되는 패턴의 공간 이미지 (투영 이미지) 를 계측하는 공간 이미지 계측기 (96), 및 예를 들어 국제 공개 제03/065428호 팜플렛 등에 개시되어 있는 샤크 하트만 (Shack-Hartman) 방식의 파면 수차 계측기 (98) 등이 채용되고 있다. 파면 수차 계측기 (98) 로는, 예를 들어 국제 공개 제99/60361호 팜플렛 (대응 유럽 특허 제1079223호 명세서) 에 개시된 것도 사용할 수 있다.
조도 불균일 센서 (94) 로는, 예를 들어 일본 공개특허공보 소57-117238호 (대응하는 미국 특허 제4,465,368호 명세서) 등에 개시된 것과 동일한 구성의 것을 사용할 수 있다. 또한, 공간 이미지 계측기 (96) 로는, 예를 들어 일본 공개특허공보 2002-014005호 (대응하는 미국 특허 출원 공개 제2002/0041377호 명세서) 등에 개시된 것과 동일한 구성의 것을 사용할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는 3 개의 계측용 부재 (94, 96, 98) 를 계측 스테이지 (MST) 에 형성하는 것으로 하였지만, 계측용 부재의 종류, 및/또는 수 등은 이것에 한정되지 않는다. 계측용 부재로서 예를 들어 투영 광학계 (PL) 의 투과율을 계측하는 투과율 계측기, 및/또는, 전술한 국소 액침 장치 (8), 예를 들어 노즐 유닛 (32) (혹은 선단 렌즈 (191)) 등을 관찰하는 계측기 등을 사용해도 된다. 또한, 계측용 부재와 상이한 부재, 예를 들어 노즐 유닛 (32), 선단 렌즈 (191) 등을 청소하는 청소 부재 등을 계측 스테이지 (MST) 에 탑재해도 된다.
본 실시형태에서는, 도 5(A) 에서도 알 수 있듯이, 사용 빈도가 높은 센서류, 조도 불균일 센서 (94) 및 공간 이미지 계측기 (96) 등은, 계측 스테이지 (MST) 의 센터 라인 (CL) (중심을 통과하는 Y 축) 상에 배치되어 있다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 이들 센서류를 사용한 계측을, 계측 스테이지 (MST) 를 X 축 방향으로 이동시키지 않고, Y 축 방향으로만 이동시켜 실시할 수 있다.
상기 각 센서에 추가하여, 예를 들어 일본 공개특허공보 평11-016816호 (대응하는 미국 특허 출원 공개 제2002/0061469호 명세서) 등에 개시된, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면 상에서 조명광 (IL) 을 수광하는 소정 면적의 수광부를 갖는 조도 모니터를 채용해도 되고, 이 조도 모니터도 센터 라인 상에 배치하는 것이 바람직하다.
또한 본 실시형태에서는, 투영 광학계 (PL) 와 액체 (물) (Lq) 를 통해 노광광 (조명광) (IL) 에 의해 웨이퍼 (W) 를 노광하는 액침 노광이 실시되는 것에 대응하여, 조명광 (IL) 을 사용하는 계측에 사용되는 상기 조도 불균일 센서 (94) (및 조도 모니터), 공간 이미지 계측기 (96), 그리고 파면 수차 계측기 (98) 에서는, 투영 광학계 (PL) 및 물을 통해 조명광 (IL) 을 수광하게 된다. 또한, 각 센서는, 예를 들어 광학계 등의 일부만이 계측 테이블 (MTB) (및 스테이지 본체 (92)) 에 탑재되어 있어도 되고, 센서 전체를 계측 테이블 (MTB) (및 스테이지 본체 (92)) 에 배치하도록 해도 된다.
계측 스테이지 (MST) 의 스테이지 본체 (92) 에는, 도 5(B) 에 나타낸 바와 같이, 그 -Y 측 단부면에 프레임 형상의 장착 부재 (42) 가 고정되어 있다. 또한, 스테이지 본체 (92) 의 -Y 측 단부면에는, 장착 부재 (42) 의 개구 내부의 X 축 방향의 중심 위치 근방에, 전술한 1 쌍의 송광계 (36) 에 대향할 수 있는 배치로, 1 쌍의 수광계 (44) 가 고정되어 있다. 각 수광계 (44) 는, 릴레이 렌즈 등의 광학계와, 수광 소자, 예를 들어 포토 멀티플라이어 튜브 등과, 이들을 수납하는 케이스에 의해 구성되어 있다. 도 4(B) 및 도 5(B), 그리고 지금까지의 설명에서 알 수 있듯이, 본 실시형태에서는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 와 계측 스테이지 (MST) 가 Y 축 방향에 관하여 소정 거리 이내에 근접한 상태 (접촉 상태를 포함한다) 에서는, 계측 플레이트 (30) 의 각 공간 이미지 계측 슬릿 패턴 (SL) 을 투과한 조명광 (IL) 이 전술한 각 송광계 (36) 에 의해 안내되어, 각 수광계 (44) 의 수광 소자에서 수광된다. 즉, 계측 플레이트 (30), 송광계 (36) 및 수광계 (44) 에 의해, 전술한 일본 공개특허공보 2002-014005호 (대응하는 미국 특허 출원 공개 제2002/0041377호 명세서) 등에 개시된 것과 동일한 공간 이미지 계측 장치 (45) (도 6 참조) 가 구성된다.
장착 부재 (42) 상에는, 단면이 직사각형인 봉 형상 부재로 이루어지는 피듀셜 바 (이하,「FD 바」라고 약기한다) (46) 가 X 축 방향으로 연장되어 있다. 이 FD 바 (46) 는, 풀 키네마틱 마운트 (full kinematic mount) 구조에 의해 계측 스테이지 (MST) 상에 키네마틱하게 지지되어 있다.
FD 바 (46) 는 원기 (原器) (계측 기준) 가 되기 때문에, 저열팽창률의 광학 유리 세라믹스, 예를 들어 쇼트사의 제로듀아 (상품명) 등이 그 소재로서 채용되고 있다. FD 바 (46) 의 상면 (표면) 은, 이른바 기준 평면판과 동일한 정도로 그 평탄도가 높게 설정되어 있다. 또한, FD 바 (46) 의 길이 방향의 일측과 타측의 단부 근방에는, 도 5(A) 에 나타낸 바와 같이, Y 축 방향을 주기 방향으로 하는 기준 격자 (예를 들어 회절 격자) (52) 가 각각 형성되어 있다. 이 1 쌍의 기준 격자 (52) 는, 소정 거리 (L) 를 두고 FD 바 (46) 의 X 축 방향의 중심, 즉 전술한 센터 라인 (CL) 에 관하여 대칭적인 배치로 형성되어 있다.
또한, FD 바 (46) 의 상면에는, 도 5(A) 에 나타내는 배치로 복수의 기준 마크 (M) 가 형성되어 있다. 이 복수의 기준 마크 (M) 는, 동일 피치로 Y 축 방향에 관하여 3 행의 배열로 형성되고, 각 행의 배열이 X 축 방향에 관하여 서로 소정 거리만큼 어긋나게 형성되어 있다. 각 기준 마크 (M) 로는, 후술하는 프라이머리 얼라인먼트계, 세컨더리 얼라인먼트계에 의해 검출 가능한 치수의 2 차원 마크가 사용되고 있다. 기준 마크 (M) 는 그 형상 (구성) 이 전술한 기준 마크 (FM) 와 상이해도 되지만, 본 실시형태에서는 기준 마크 (M) 와 기준 마크 (FM) 는 동일한 구성이고, 또한 웨이퍼 (W) 의 얼라인먼트 마크와도 동일한 구성으로 되어 있다. 또한, 본 실시형태에서는 FD 바 (46) 의 표면, 및 계측 테이블 (MTB) (전술한 계측용 부재를 포함해도 된다) 의 표면도 각각 발액막 (발수막) 으로 덮여 있다.
본 실시형태의 노광 장치 (100) 에서는, 도 1 에서는 도면의 착종 (錯綜) 을 피하는 관점에서 도시가 생략되어 있지만, 실제로는 도 3 에 나타낸 바와 같이, 전술한 기준축 (LV) 상에서, 투영 광학계의 광축 (AX) 으로부터 -Y 측으로 소정 거리 떨어진 위치에 검출 중심을 갖는 프라이머리 얼라인먼트계 (AL1) 가 배치되어 있다. 이 프라이머리 얼라인먼트계 (AL1) 는, 지지 부재 (54) 를 통해 도시가 생략된 메인 프레임의 하면에 고정되어 있다. 프라이머리 얼라인먼트계 (AL1) 를 사이에 두고, X 축 방향의 일측과 타측에는, 직선 LV 에 관하여 거의 대칭으로 검출 중심이 배치되는 세컨더리 얼라인먼트계 (AL21, AL22 와, AL23, AL24) 가 각각 형성되어 있다. 즉, 5 개의 얼라인먼트계 (AL1, AL21 ∼ AL24) 는 그 검출 중심이 X 축 방향에 관하여 상이한 위치에 배치되어 있다, 즉 X 축 방향을 따라 배치되어 있다.
각 세컨더리 얼라인먼트계 (AL2n) (n = 1 ∼ 4) 는, 세컨더리 얼라인먼트계 (AL24) 에 대하여 대표적으로 나타내는 바와 같이, 회전 중심 (O) 을 DMF 중심으로 하여 도 3 에 있어서의 시계 방향 및 반시계 방향으로 소정 각도 범위에서 회전 운동 가능한 아암 (56n) (n = 1 ∼ 4) 의 선단 (회전 운동 단부) 에 고정되어 있다. 본 실시형태에서는, 각 세컨더리 얼라인먼트계 (AL2n) 는 일부 (예를 들어 얼라인먼트 광을 검출 영역에 조사하고, 또한 검출 영역 내의 대상 마크로부터 발생하는 광을 수광 소자로 유도하는 광학계를 적어도 포함한다) 가 아암 (56n) 에 고정되고, 나머지 일부는 투영 유닛 (PU) 을 유지하는 메인 프레임에 형성된다. 세컨더리 얼라인먼트계 (AL21 ∼ AL24) 는 각각, 회전 중심 (O) 을 중심으로 하여 회전 운동함으로써 X 위치가 조정된다. 즉, 세컨더리 얼라인먼트계 (AL21 ∼ AL24) 는 그 검출 영역 (또는 검출 중심) 이 독립적으로 X 축 방향으로 이동할 수 있다. 따라서, 프라이머리 얼라인먼트계 (AL1) 및 세컨더리 얼라인먼트계 (AL21 ∼ AL24) 는 X 축 방향에 관하여 그 검출 영역의 상대 위치가 조정 가능하게 되어 있다. 또한 본 실시형태에서는, 아암의 회전 운동에 의해 세컨더리 얼라인먼트계 (AL21 ∼ AL24) 의 X 위치가 조정되는 것으로 하였지만, 이것에 한정되지 않고, 세컨더리 얼라인먼트계 (AL21 ∼ AL24) 를 X 축 방향으로 왕복 구동하는 구동 기구를 설치해도 된다. 또한, 세컨더리 얼라인먼트계 (AL21 ∼ AL24) 중 적어도 1 개를 X 축 방향뿐만 아니라 Y 축 방향으로도 이동할 수 있게 해도 된다. 또한, 각 세컨더리 얼라인먼트계 (AL2n) 는 그 일부가 아암 (56n) 에 의해 이동되므로, 도시가 생략된 센서, 예를 들어 간섭계, 혹은 인코더 등에 의해, 아암 (56n) 에 고정되는 그 일부의 위치 정보가 계측 가능하게 되어 있다. 이 센서는, 세컨더리 얼라인먼트계 (AL2n) 의 X 축 방향의 위치 정보만을 계측하는 것이어도 되지만, 다른 방향, 예를 들어 Y 축 방향, 및/또는 회전 방향 (θx 및 θy 방향의 적어도 일방을 포함한다) 의 위치 정보도 계측할 수 있게 해도 된다.
각 아암 (56n) 의 상면에는, 차동 배기형 에어 베어링으로 이루어지는 버큠 패드 (58n) (n = 1 ∼ 4, 도 3 에서는 도시 생략, 도 6 참조) 가 형성되어 있다. 또한, 아암 (56n) 은, 예를 들어 모터 등을 포함하는 회전 구동 기구 (60n) (n = 1 ∼ 4, 도 3 에서는 도시 생략, 도 6 참조) 에 의해 주제어 장치 (20) 의 지시에 따라 회전 운동할 수 있다. 주제어 장치 (20) 는, 아암 (56n) 의 회전 조정 후에, 각 버큠 패드 (58n) 를 작동시켜 각 아암 (56n) 을 도시가 생략된 메인 프레임에 흡착 고정시킨다. 이로써, 각 아암 (56n) 의 회전 각도 조정 후의 상태, 즉, 프라이머리 얼라인먼트계 (AL1) 및 4 개의 세컨더리 얼라인먼트계 (AL21 ∼ AL24) 의 원하는 위치 관계가 유지된다.
또한, 메인 프레임의 아암 (56n) 에 대향하는 부분이 자성체라면, 버큠 패드 (58) 대신에 전자석을 채용해도 된다.
본 실시형태에서는, 프라이머리 얼라인먼트계 (AL1) 및 4 개의 세컨더리 얼라인먼트계 (AL21 ∼ AL24) 의 각각으로서, 예를 들어 웨이퍼 상의 레지스트를 감광시키지 않는 브로드밴드한 검출 광속을 대상 마크에 조사하고, 그 대상 마크로부터의 반사광에 의해 수광면에 결상된 대상 마크의 이미지와 도시가 생략된 지표 (각 얼라인먼트계 내에 형성된 지표판 상의 지표 패턴) 의 이미지를 촬상 소자 (CCD 등) 를 사용하여 촬상하고, 그들의 촬상 신호를 출력하는 화상 처리 방식의 FIA (Field Image Alig㎚ent) 계가 사용되고 있다. 프라이머리 얼라인먼트계 (AL1) 및 4 개의 세컨더리 얼라인먼트계 (AL21 ∼ AL24) 의 각각으로부터의 촬상 신호는, 도시가 생략된 얼라인먼트 신호 처리계를 통해 도 6 의 주제어 장치 (20) 에 공급되도록 되어 있다.
또한, 상기 각 얼라인먼트계로는, FIA 계에 한정되지 않고, 예를 들어 코히런트한 검출광을 대상 마크에 조사하고, 그 대상 마크로부터 발생하는 산란광 또는 회절광을 검출하거나, 혹은 그 대상 마크로부터 발생하는 2 개의 회절광 (예를 들어, 동일 차수의 회절광, 혹은 동일 방향으로 회절하는 회절광) 을 간섭시켜 검출하는 얼라인먼트 센서를 단독으로 혹은 적절히 조합하여 사용하는 것은 물론 가능하다. 또한 본 실시형태에서는, 5 개의 얼라인먼트계 (AL1, AL21 ∼ AL24) 는, 지지 부재 (54) 또는 아암 (56n) 을 통해 투영 유닛 (PU) 을 유지하는 메인 프레임의 하면에 고정되는 것으로 하였지만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 전술한 계측 프레임에 형성해도 된다.
다음으로, 웨이퍼 스테이지 (WST) 및 계측 스테이지 (MST) 의 위치 정보를 계측하는 간섭계 시스템 (118) 의 구성 등에 대하여 설명한다.
웨이퍼 테이블 (WTB) 의 -Y 단부면, -X 단부면에는 각각 경면 가공이 실시되어, 도 2 에 나타내는 반사면 (17a), 반사면 (17b) 이 형성되어 있다. 간섭계 시스템 (118) (도 6 참조) 의 일부를 구성하는 Y 간섭계 (16) 및 X 간섭계 (126, 127, 128) (도 1 에서는, X 간섭계 (126 ∼ 128) 는 도시 생략, 도 2 참조) 는, 이들 반사면 (17a, 17b) 에 각각 측장 빔을 투사하고, 각각의 반사광을 수광함으로써, 각 반사면의 기준 위치 (예를 들어 투영 유닛 (PU) 측면에 고정 미러를 배치하고, 그곳을 기준면으로 한다) 로부터의 변위, 즉 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 XY 평면 내의 위치 정보를 계측하고, 이 계측한 위치 정보를 주제어 장치 (20) 에 공급한다. 본 실시형태에서는, 후술하는 바와 같이, 상기 각 간섭계로는, 일부를 제외하고, 측장 축을 복수 갖는 다축 간섭계가 사용되고 있다.
한편, 스테이지 본체 (91) 의 -Y 측 측면에는, 도 4(A) 및 도 4(B) 에 나타낸 바와 같이, X 축 방향을 길이 방향으로 하는 이동경 (41) 이 도시가 생략된 키네마틱 지지 기구를 통해 장착되어 있다. 이동경 (41) 은, 직육면체 부재와, 그 직육면체의 일면 (-Y 측의 면) 에 고착된 1 쌍의 삼각기둥 형상 부재를 일체화시킨 부재로 이루어진다. 이동경 (41) 은, 도 2 에서 알 수 있듯이, X 축 방향의 길이가 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 반사면 (17a) 보다 적어도 후술하는 2 개의 Z 간섭계의 간격만큼 길게 설계되어 있다.
이동경 (41) 의 -Y 측의 면에는 경면 가공이 실시되어, 도 4(B) 에 나타낸 바와 같이 3 개의 반사면 (41b, 41a, 41c) 이 형성되어 있다. 반사면 (41a) 은, 이동경 (41) 의 -Y 측 단부면의 일부를 구성하고, XZ 평면과 평행하게 또한 X 축 방향으로 연장되어 있다. 반사면 (41b) 은, 반사면 (41a) 의 +Z 측에 인접하는 면을 구성하고, 반사면 (41a) 에 대하여 둔각을 이루고, X 축 방향으로 연장되어 있다. 반사면 (41c) 은, 반사면 (41a) 의 -Z 측에 인접하는 면을 구성하고, 반사면 (41a) 을 사이에 두고 반사면 (41b) 과 대칭으로 형성되어 있다.
이동경 (41) 에 대향하여, 그 이동경 (41) 에 측장 빔을 조사하는, 간섭계 시스템 (118) (도 6 참조) 의 일부를 구성하는 1 쌍의 Z 간섭계 (43A, 43B) 가 형성되어 있다 (도 1 및 도 2 참조).
Z 간섭계 (43A, 43B) 는, 도 1 및 도 2 를 종합하면 알 수 있듯이, Y 간섭계 (16) 의 X 축 방향의 일측과 타측에 거의 동일 거리 떨어지고, 또한 Y 간섭계 (16) 보다 약간 낮은 위치에 각각 배치되어 있다.
Z 간섭계 (43A, 43B) 각각으로부터, 도 1 에 나타낸 바와 같이, Y 축 방향을 따른 측장 빔 (B1) 이 반사면 (41b) 을 향하여 투사됨과 함께, Y 축 방향을 따른 측장 빔 (B2) 이 반사면 (41c) (도 4(B) 참조) 을 향하여 투사되도록 되어 있다. 본 실시형태에서는, 반사면 (41b) 및 반사면 (41c) 에서 순차로 반사된 측장 빔 (B1) 과 직교하는 반사면을 갖는 고정경 (47B), 및 반사면 (41c) 및 반사면 (41b) 에서 순차로 반사된 측장 빔 (B2) 과 직교하는 반사면을 갖는 고정경 (47A) 이, 이동경 (41) 으로부터 -Y 방향으로 소정 거리 떨어진 위치에 측장 빔 (B1, B2) 에 간섭하지 않은 상태로 각각 X 축 방향으로 연장되어 있다.
고정경 (47A, 47B) 은, 예를 들어 투영 유닛 (PU) 을 지지하는 프레임 (도시 생략) 에 형성된 동일한 지지체 (도시 생략) 에 지지되어 있다.
Y 간섭계 (16) 는, 도 8 (및 도 2) 에 나타낸 바와 같이, 전술한 기준축 (LV) 으로부터 동일 거리, -X 측과 +X 측으로 떨어진 Y 축 방향의 측장 축을 따라 측장 빔 (B41, B42) 을 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 반사면 (17a) 에 투사하고, 각각의 반사광을 수광함으로써, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 측장 빔 (B41, B42) 의 조사점에 있어서의 Y 축 방향의 위치 (Y 위치) 를 검출한다. 또한, 도 1 에서는, 측장 빔 (B41, B42) 이 대표적으로 측장 빔 (B4) 으로서 보여지고 있다.
또한, Y 간섭계 (16) 는, 측장 빔 (B41, B42) 과의 사이에 Z 축 방향으로 소정 간격을 두고 Y 축 방향의 측장 축을 따라 측장 빔 (B3) 을 반사면 (41a) 을 향하여 투사하고, 반사면 (41a) 에서 반사된 측장 빔 (B3) 을 수광함으로써, 이동경 (41) 의 반사면 (41a) (즉, 웨이퍼 스테이지 (WST)) 의 Y 위치를 검출한다.
주제어 장치 (20) 는, Y 간섭계 (16) 의 측장 빔 (B41, B42) 에 대응하는 측장 축의 계측값의 평균값에 기초하여 반사면 (17a), 즉, 웨이퍼 테이블 (WTB) (웨이퍼 스테이지 (WST)) 의 Y 위치 (보다 정확하게는, Y 축 방향의 변위 ΔY) 를 산출한다. 또한, 주제어 장치 (20) 는, 측장 빔 (B41, B42) 에 대응하는 측장 축의 계측값의 차로부터, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 Z 축 둘레의 회전 방향 (θz 방향) 의 변위 (요잉량) Δθz(Y) 를 산출한다. 또한, 주제어 장치 (20) 는, 반사면 (17a) 및 반사면 (41a) 의 Y 위치 (Y 축 방향의 변위 ΔY) 에 기초하여, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 θx 방향의 변위 (피칭량) Δθx 를 산출한다.
또한, X 간섭계 (126) 는, 도 8 및 도 2 에 나타낸 바와 같이, 투영 광학계 (PL) 의 광축을 통과하는 X 축 방향의 직선 (기준축) (LH) 에 관하여 동일 거리 떨어진 2 축의 측장 축을 따라 측장 빔 (B51, B52) 을 웨이퍼 테이블 (WTB) 에 투사한다. 주제어 장치 (20) 는, 측장 빔 (B51, B52) 에 대응하는 측장 축의 계측값에 기초하여, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 X 축 방향의 위치 (X 위치, 보다 정확하게는 X 축 방향의 변위 ΔX) 를 산출한다. 또한, 주제어 장치 (20) 는, 측장 빔 (B51, B52) 에 대응하는 측장 축의 계측값의 차로부터, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 θz 방향의 변위 (요잉량) Δθz(X) 를 산출한다. 또한, X 간섭계 (126) 로부터 얻어지는 Δθz(X) 와 Y 간섭계 (16) 로부터 얻어지는 Δθz(Y) 는 서로 동일하고, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 θz 방향으로의 변위 (요잉량) Δθz 를 대표한다.
또한, 도 9 및 도 10 등에 나타낸 바와 같이, X 간섭계 (128) 로부터 측장 빔 (B7) 이, 웨이퍼 테이블 (WTB) 상의 웨이퍼의 언로드가 실시되는 언로딩 포지션 (UP) 과, 웨이퍼 테이블 (WTB) 상에 대한 웨이퍼의 로드가 실시되는 로딩 포지션 (LP) 을 연결하는 X 축에 평행한 직선 (LUL) 을 따라, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 반사면 (17b) 에 투사된다. 또한, 도 11 및 도 12 등에 나타낸 바와 같이, X 간섭계 (127) 로부터 측장 빔 (B6) 이, 프라이머리 얼라인먼트계 (AL1) 의 검출 중심을 통과하는 X 축에 평행한 직선 (기준축) (LA) 을 따라, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 반사면 (17b) 에 투사된다.
주제어 장치 (20) 는, X 간섭계 (127) 의 계측값, 및 X 간섭계 (128) 의 계측값으로부터도, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 X 축 방향의 변위 ΔX 를 구할 수 있다. 단, 3 개의 X 간섭계 (126, 127, 128) 의 배치가 Y 축 방향에 관하여 상이하고, X 간섭계 (126) 는 도 8 에 나타내는 노광시에, X 간섭계 (127) 는 도 12 에 나타내는 웨이퍼 얼라인먼트시에, X 간섭계 (128) 는 도 9 에 나타내는 웨이퍼의 언로드시 및 도 10 에 나타내는 웨이퍼의 로드시에 사용된다.
전술한 Z 간섭계 (43A, 43B) 각각으로부터는, 도 1 에 나타낸 바와 같이, Y 축을 따른 측장 빔 (B1, B2) 이 이동경 (41) 을 향하여 투사된다. 이들 측장 빔 (B1, B2) 은, 이동경 (41) 의 반사면 (41b, 41c) 의 각각에 소정의 입사각 (θ/2 로 한다) 으로 입사된다. 그리고, 측장 빔 (B1) 은, 반사면 (41b, 41c) 에서 순차로 반사되어 고정경 (47B) 의 반사면에 수직으로 입사되고, 측장 빔 (B2) 은, 반사면 (41c, 41b) 에서 순차로 반사되어 고정경 (47A) 의 반사면에 수직으로 입사된다. 그리고, 고정경 (47A, 47B) 의 반사면에서 반사된 측장 빔 (B2, B1) 은, 다시 반사면 (41b, 41c) 에서 순차로 반사되거나, 혹은 다시 반사면 (41c, 41b) 에서 순차로 반사되어 (입사시의 광로를 반대 방향으로 되돌아와) Z 간섭계 (43A, 43B) 에서 수광된다.
여기서, 이동경 (41) (즉, 웨이퍼 스테이지 (WST)) 의 Z 축 방향으로의 변위를 ΔZo, Y 축 방향으로의 변위를 ΔYo 로 하면, 측장 빔 (B1, B2) 의 광로 길이 변화 ΔL1, ΔL2 는 각각 이하의 식 (1), (2) 로 나타내어진다.
ΔL1 = ΔYo × (1 + cosθ) + ΔZo × sinθ … (1)
ΔL2 = ΔYo × (1 + cosθ) - ΔZo × sinθ … (2)
따라서, 식 (1), (2) 로부터 ΔZo 및 ΔYo 는 다음 식 (3), (4) 로 구해진다.
ΔZo = (ΔL1 - ΔL2)/2sinθ … (3)
ΔYo = (ΔL1 + ΔL2)/{2(1 + cosθ)} … (4)
상기 변위 ΔZo, ΔYo 는 Z 간섭계 (43A, 43B) 각각에 의해 구해진다. 그래서, Z 간섭계 (43A) 에 의해 구해지는 변위를 ΔZoR, ΔYoR 로 하고, Z 간섭계 (43B) 에 의해 구해지는 변위를 ΔZoL, ΔYoL 로 한다. 그리고, Z 간섭계 (43A, 43B) 각각이 투사하는 측장 빔 (B1, B2) 이 X 축 방향으로 이간되는 거리를 D 로 한다 (도 2 참조). 이러한 전제하에서, 이동경 (41) (즉, 웨이퍼 스테이지 (WST)) 의 θz 방향으로의 변위 (요잉량) Δθz, θy 방향으로의 변위 (롤링량) Δθy 는 다음 식 (5), (6) 으로 구해진다.
Δθz = tan-1 {(ΔYoR - ΔYoL)/D} … (5)
Δθy = tan-1 {(ΔZoL - ΔZoR)/D} … (6)
따라서, 주제어 장치 (20) 는, 상기 식 (3) ∼ 식 (6) 을 사용함으로써, Z 간섭계 (43A, 43B) 의 계측 결과에 기초하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 4 자유도의 변위 (ΔZo, ΔYo, Δθz, Δθy) 를 산출할 수 있다.
이와 같이, 주제어 장치 (20) 는, 간섭계 시스템 (118) 의 계측 결과로부터 6 자유도 방향 (Z, X, Y, θz, θx, θy 방향) 에 관한 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 변위를 구할 수 있다.
또한 본 실시형태에서는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 스테이지 본체 (91) 와, 그 스테이지 본체 (91) 상에 탑재된 웨이퍼 테이블 (WTB) 을 포함하는 6 자유도로 이동 가능한 단일 스테이지에 의해 구성되는 경우에 대하여 설명하였지만, 이것에 한정되지 않고, XY 평면 내에서 자유롭게 이동할 수 있는 스테이지 본체와, 그 스테이지 본체에 대하여 적어도 Z 축 방향, θx 방향 및 θy 방향으로 상대적으로 미소 구동할 수 있는 웨이퍼 테이블을 포함하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 구성해도 된다. 또한, 반사면 (17a), 반사면 (17b) 대신에, 웨이퍼 테이블 (WTB) 에 평면 미러로 이루어지는 이동경을 형성해도 된다. 또한 투영 유닛 (PU) 에 형성되는 고정 미러의 반사면을 기준면으로 하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 정보를 계측하는 것으로 하였지만, 그 기준면을 배치하는 위치는 투영 유닛 (PU) 에 한정되는 것이 아니며, 반드시 고정 미러를 사용하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 정보를 계측하지 않아도 된다.
단, 본 실시형태에서는, 웨이퍼 스테이지 (WST) (웨이퍼 테이블 (WTB)) 의 XY 평면 내의 위치 정보 (θz 방향의 회전 정보를 포함한다) 는 주로 후술하는 인코더 시스템에 의해 계측되고, 간섭계 (16, 126, 127) 의 계측값은, 그 인코더 시스템의 계측값의 장기적 변동 (예를 들어, 스케일의 시간 경과적인 변형 등에 의한다) 을 보정 (교정) 하는 경우 등에 보조적으로 사용된다.
또한, 간섭계 시스템 (118) 은 그 적어도 일부 (예를 들어 광학계 등) 가, 투영 유닛 (PU) 을 유지하는 메인 프레임에 형성되거나, 혹은 전술한 바와 같이 현수 지지되는 투영 유닛 (PU) 과 일체로 형성되어도 되지만, 본 실시형태에서는 전술한 계측 프레임에 형성되는 것으로 한다.
또한 본 실시형태에서는, 간섭계 시스템 (118) 에 의해 계측되는 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 정보가, 후술하는 노광 동작이나 얼라인먼트 동작 등에서는 사용되지 않고, 주로 인코더 시스템의 캘리브레이션 동작 (즉, 계측값의 교정) 등에 사용되는 것으로 하였지만, 간섭계 시스템 (118) 의 계측 정보 (즉, 6 자유도 방향의 위치 정보 중 적어도 하나) 를, 예를 들어 노광 동작 및/또는 얼라인먼트 동작 등에서 사용해도 된다. 본 실시형태에서는, 인코더 시스템은 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 3 자유도 방향, 즉 X 축, Y 축 및 θz 방향의 위치 정보를 계측한다. 그래서, 노광 동작 등에 있어서, 간섭계 시스템 (118) 의 계측 정보 중, 인코더 시스템에 의한 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 정보의 계측 방향 (X 축, Y 축 및 θz 방향) 과 상이한 방향, 예를 들어 Z 축 방향, θx 방향 및 θy 방향 중 적어도 1 방향에 관한 위치 정보만을 사용해도 되고, 그 상이한 방향의 위치 정보에 추가하여, 인코더 시스템의 계측 방향과 동일한 방향 (즉, X 축, Y 축 및 θz 방향 중 적어도 하나) 에 관한 위치 정보를 사용해도 된다. 또한, 노광 동작 등에 있어서 간섭계 시스템 (118) 에서 계측되는 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 Z 축 방향의 위치 정보를 사용해도 된다.
그 밖에, 간섭계 시스템 (118) (도 6 참조) 에는, 계측 테이블 (MTB) 의 2 차원 위치 좌표를 계측하기 위한 Y 간섭계 (18), X 간섭계 (130) 도 포함되어 있다. 계측 테이블 (MTB) 의 +Y 단부면, -X 단부면에도 전술한 웨이퍼 테이블 (WTB) 과 동일한 반사면 (19a, 19b) 이 형성되어 있다 (도 2 및 도 5(A) 참조). 간섭계 시스템 (118) 의 Y 간섭계 (18), X 간섭계 (130) (도 1 에서는 X 간섭계 (130) 는 도시 생략, 도 2 참조) 는, 이들의 반사면 (19a, 19b) 에 도 2 에 나타낸 바와 같이 측장 빔을 투사하고, 각각의 반사광을 수광함으로써, 각 반사면의 기준 위치로부터의 변위를 계측한다. 주제어 장치 (20) 는, Y 간섭계 (18), X 간섭계 (130) 의 계측값을 수신하여, 계측 스테이지 (MST) 의 위치 정보 (예를 들어, 적어도 X 축 및 Y 축 방향의 위치 정보와 θz 방향의 회전 정보를 포함한다) 를 산출한다.
또한, 계측 테이블 (MTB) 용 Y 간섭계로서 웨이퍼 테이블 (WTB) 용 Y 간섭계 (16) 와 동일한 다축 간섭계를 사용하는 것으로 해도 된다. 또한, 계측 테이블 (MTB) 의 X 간섭계로서 웨이퍼 테이블 (WTB) 용 X 간섭계 (126) 와 동일한 2 축 간섭계를 사용하는 것으로 해도 된다. 또한, 계측 스테이지 (MST) 의 Z 변위, Y 변위, 요잉량 및 롤링량을 계측하기 위해서, 웨이퍼 테이블 (WTB) 용 Z 간섭계 (43A, 43B) 와 동일한 간섭계를 도입할 수도 있다.
다음으로, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 XY 평면 내의 위치 정보 (θz 방향의 회전 정보를 포함한다) 를 계측하는 인코더 시스템의 구성 등에 대하여 설명한다.
본 실시형태의 노광 장치 (100) 에서는, 도 3 에 나타낸 바와 같이, 전술한 노즐 유닛 (32) 의 주위를 사방에서 둘러싼 상태로, 인코더 시스템의 4 개의 헤드 유닛 (62A ∼ 62D) 이 배치되어 있다. 이들 헤드 유닛 (62A ∼ 62D) 은, 도 3 등에서는 도면의 착종을 피하는 관점에서 도시가 생략되어 있지만, 실제로는, 지지 부재를 통해, 전술한 투영 유닛 (PU) 을 유지하는 메인 프레임에 현수 상태로 고정되어 있다.
헤드 유닛 (62A 및 62C) 은, 도 3 에 나타낸 바와 같이, 투영 유닛 (PU) 의 +X 측, -X 측에, X 축 방향을 길이 방향으로 하여 배치되어 있다. 헤드 유닛 (62A, 62C) 은, X 축 방향에 관한 간격 (WD) 으로 배치된 복수 (여기서는 5 개) 의 Y 헤드 (651 ∼ 655, 641 ∼ 645) 를 각각 구비하고 있다. 보다 상세하게는, 헤드 유닛 (62A 및 62C) 은, 각각 투영 유닛 (PU) 의 주변을 제외하고, 투영 광학계 (PL) 의 광축 (AX) 을 통과하고 또한 X 축과 평행한 직선 (기준축) (LH) 상에 간격 (WD) 으로 배치된 복수 (여기서는 4 개) 의 Y 헤드 (641 ∼ 644 또는 652 ∼ 655) 와, 투영 유닛 (PU) 의 주변에 있어서, 기준축 (LH) 으로부터 -Y 방향으로 소정 거리 떨어진 위치, 즉 노즐 유닛 (32) 의 -Y 측 위치에 배치된 1 개의 Y 헤드 (645 또는 651) 를 구비하고 있다. 헤드 유닛 (62A, 62C) 은 후술하는 3 개의 Z 헤드도 각각 구비하고 있다. 이하에서는, 필요에 따라 Y 헤드 (651 ∼ 655, 641 ∼ 645) 를 각각 Y 헤드 (65, 64) 라고도 기술한다.
헤드 유닛 (62A) 은, 전술한 Y 스케일 (39Y1) 을 사용하여 웨이퍼 스테이지 (WST) (웨이퍼 테이블 (WTB)) 의 Y 축 방향의 위치 (Y 위치) 를 계측하는 다안 (多眼) (여기서는, 5 안) 의 Y 리니어 인코더 (이하, 적절히 「Y 인코더」 또는 「인코더」라고 약기한다) (70A) (도 6 참조) 를 구성한다. 동일하게, 헤드 유닛 (62C) 은, 전술한 Y 스케일 (39Y2) 을 사용하여 웨이퍼 스테이지 (WST) (웨이퍼 테이블 (WTB)) 의 Y 위치를 계측하는 다안 (여기서는, 5 안) 의 Y 인코더 (70C) (도 6 참조) 를 구성한다. 여기서, 헤드 유닛 (62A 및 62C) 이 각각 구비하는 5 개의 Y 헤드 (64 또는 65) (즉, 계측 빔) 의 X 축 방향의 간격 (WD) 은, Y 스케일 (39Y1, 39Y2) 의 X 축 방향의 폭 (보다 정확하게는 격자선 (38) 의 길이) 보다 약간 좁게 설정되어 있다.
헤드 유닛 (62B) 은, 도 3 에 나타낸 바와 같이 노즐 유닛 (32) (투영 유닛 (PU)) 의 +Y 측에 배치되고, 상기 기준축 (LV) 상에 Y 축 방향을 따라 간격 (WD) 으로 배치된 복수, 여기서는 4 개의 X 헤드 (665 ∼ 668) 를 구비하고 있다. 또한 헤드 유닛 (62D) 은, 노즐 유닛 (32) (투영 유닛 (PU)) 을 통해 헤드 유닛 (62B) 과는 반대측의 프라이머리 얼라인먼트계 (AL1) 의 -Y 측에 배치되고, 상기 기준축 (LV) 상에 간격 (WD) 으로 배치된 복수, 여기서는 4 개의 X 헤드 (661 ∼ 664) 를 구비하고 있다. 이하에서는, 필요에 따라 X 헤드 (661 ∼ 668) 를 X 헤드 (66) 라고도 기술한다.
헤드 유닛 (62B) 은, 전술한 X 스케일 (39X1) 을 사용하여 웨이퍼 스테이지 (WST) (웨이퍼 테이블 (WTB)) 의 X 축 방향의 위치 (X 위치) 를 계측하는 다안 (여기서는, 4 안) 의 X 리니어 인코더 (이하, 적절히 「X 인코더」 또는 「인코더」라고 약기한다) (70B) (도 6 참조) 를 구성한다. 또한 헤드 유닛 (62D) 은, 전술한 X 스케일 (39X2) 을 사용하여 웨이퍼 스테이지 (WST) (웨이퍼 테이블 (WTB)) 의 X 위치를 계측하는 다안 (여기서는, 4 안) 의 X 리니어 인코더 (70D) (도 6 참조) 를 구성한다.
여기서 헤드 유닛 (62B, 62D) 이 각각 구비하는 인접하는 X 헤드 (66) (계측 빔) 의 간격은, 전술한 X 스케일 (39X1, 39X2) 의 Y 축 방향의 폭 (보다 정확하게는 격자선 (37) 의 길이) 보다 좁게 설정되어 있다. 또한 헤드 유닛 (62B) 의 -Y 측 방향으로 가장 가까운 X 헤드 (665) 와 헤드 유닛 (62D) 의 +Y 측 방향으로 가장 가까운 X 헤드 (664) 의 간격은, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 Y 축 방향의 이동에 따라 그 2 개의 X 헤드 사이에서 전환 (후술하는 연결) 이 가능해지도록, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 Y 축 방향의 폭보다 약간 좁게 설정되어 있다.
본 실시형태에서는, 추가로 헤드 유닛 (62A, 62C) 의 -Y 측에 소정 거리를 두고 헤드 유닛 (62F, 62E) 이 각각 형성되어 있다. 헤드 유닛 (62E 및 62F) 은, 도 3 등에서는 도면의 착종을 피하는 관점에서 도시가 생략되어 있지만, 실제로는, 지지 부재를 통해, 전술한 투영 유닛 (PU) 을 유지하는 메인 프레임에 현수 상태로 고정되어 있다. 또한, 헤드 유닛 (62E, 62F) 및 전술한 헤드 유닛 (62A ∼ 62D) 은, 예를 들어 투영 유닛 (PU) 이 현수 지지되는 경우에는 투영 유닛 (PU) 과 일체로 현수 지지해도 되고, 혹은 전술한 계측 프레임에 형성해도 된다.
헤드 유닛 (62E) 은 X 축 방향의 위치가 상이한 4 개의 Y 헤드 (671 ∼ 674) 를 구비하고 있다. 보다 상세하게는, 헤드 유닛 (62E) 은 세컨더리 얼라인먼트계 (AL21) 의 -X 측에 전술한 기준축 (LA) 상에 전술한 간격 (WD) 과 거의 동일 간격으로 배치된 3 개의 Y 헤드 (671 ∼ 673) 와, 가장 내측 (+X 측) 의 Y 헤드 (673) 로부터 +X 측에 소정 거리 (WD 보다 약간 짧은 거리) 떨어지고, 또한 기준축 (LA) 으로부터 +Y 측에 소정 거리 떨어진 세컨더리 얼라인먼트계 (AL21) 의 +Y 측의 위치에 배치된 1 개의 Y 헤드 (674) 를 구비하고 있다.
헤드 유닛 (62F) 은, 기준축 (LV) 에 관하여 헤드 유닛 (62E) 과 대칭이고, 상기 4 개의 Y 헤드 (674 ∼ 671) 와 기준축 (LV) 에 관하여 대칭으로 배치된 4 개의 Y 헤드 (681 ∼ 684) 를 구비하고 있다. 이하에서는, 필요에 따라 Y 헤드 (671 ∼ 674, 681 ∼ 684) 를 각각 Y 헤드 (67, 68) 라고도 기술한다. 후술하는 얼라인먼트 동작시 등에는, Y 스케일 (39Y2, 39Y1) 에 Y 헤드 (67, 68) 가 적어도 각 1 개 각각 대향하고, 이 Y 헤드 (67, 68) (즉, 이들 Y 헤드 (67, 68) 에 의해 구성되는 Y 인코더 (70E, 70F)) 에 의해 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 Y 위치 (및 θz 회전) 가 계측된다.
또한 본 실시형태에서는, 후술하는 세컨더리 얼라인먼트계의 베이스 라인 계측시 (Sec·BCHK (인터벌)) 등에, 세컨더리 얼라인먼트계 (AL21, AL24) 에 X 축 방향에서 인접하는 Y 헤드 (673, 682) 가 FD 바 (46) 의 1 쌍의 기준 격자 (52) 와 각각 대향하고, 그 1 쌍의 기준 격자 (52) 와 대향하는 Y 헤드 (673, 682) 에 의해, FD 바 (46) 의 Y 위치가 각각의 기준 격자 (52) 의 위치에서 계측된다. 이하에서는, 1 쌍의 기준 격자 (52) 에 각각 대향하는 Y 헤드 (673, 682) 에 의해 구성되는 인코더를 Y 리니어 인코더 (적절히 「Y 인코더」 또는 「인코더」라고도 약기한다) (70E2, 70F2) (도 6 참조) 라고 한다. 또한 식별을 위해서, 상기 서술한 Y 스케일 (39Y2, 39Y1) 에 각각 대향하는 Y 헤드 (67, 68) 에 의해 구성되는 Y 인코더 (70E, 70F) 를 Y 인코더 (70E1, 70F1) 라고 한다.
상기 서술한 6 개의 리니어 인코더 (70A ∼ 70F) 는, 예를 들어 0.1㎚ 정도의 분해능으로 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표를 계측하고, 그 계측값을 주제어 장치 (20) 에 공급한다. 주제어 장치 (20) 는, 리니어 인코더 (70A ∼ 70D) 중 3 개, 또는 리니어 인코더 (70B, 70D, 70E1, 70F1) 중 3 개의 계측값에 기초하여 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 XY 평면 내의 위치를 제어함과 함께, 리니어 인코더 (70E2, 70F2) 의 계측값에 기초하여 FD 바 (46) 의 θz 방향의 회전을 제어한다. 또한, 리니어 인코더의 구성 등에 대해서는 추가로 후술한다.
본 실시형태의 노광 장치 (100) 에서는, 도 3 에 나타낸 바와 같이, 조사계 (90a) 및 수광계 (90b) 로 이루어지는, 예를 들어 일본 공개특허공보 평6-283403호 (대응하는 미국 특허 제5,448,332호 명세서) 등에 개시된 것과 동일한 구성의 사입사 (斜入射) 방식의 다점 초점 위치 검출계 (이하,「다점 AF 계」라고 약기한다) 가 형성되어 있다. 본 실시형태에서는 일례로서, 전술한 헤드 유닛 (62E) 의 -X 단부의 +Y 측에 조사계 (90a) 가 배치되고, 이것에 대치되는 상태로, 전술한 헤드 유닛 (62F) 의 +X 단부의 +Y 측에 수광계 (90b) 가 배치되어 있다.
이 다점 AF 계 (90a, 90b) 의 복수의 검출점은, 피검면 상에서 X 축 방향을 따라 소정 간격으로 배치된다. 본 실시형태에서는, 예를 들어 1 행 M 열 (M 은 검출점의 총 수) 또는 2 행 N 열 (N 은 검출점의 총수의 1/2) 의 매트릭스상으로 배치된다. 도 3 중에서는, 각각 검출 빔이 조사되는 복수의 검출점을 개별적으로 도시하지 않고, 조사계 (90a) 및 수광계 (90b) 사이에서 X 축 방향으로 연장되는 가늘고 긴 검출 영역 (빔 영역) (AF) 으로서 나타내고 있다. 이 검출 영역 (AF) 은, X 축 방향의 길이가 웨이퍼 (W) 의 직경과 동일한 정도로 설정되어 있기 때문에, 웨이퍼 (W) 를 Y 축 방향으로 1 회 스캔하는 것만으로, 웨이퍼 (W) 의 거의 전체면에서 Z 축 방향의 위치 정보 (면 위치 정보) 를 계측할 수 있다. 또한, 이 검출 영역 (AF) 은, Y 축 방향에 관하여 액침 영역 (14) (노광 영역 (IA)) 과 얼라인먼트계 (AL1, AL21 ∼ AL24) 의 검출 영역 사이에 배치되어 있기 때문에, 다점 AF 계와 얼라인먼트계에서 그 검출 동작을 병행하여 실시할 수 있게 되어 있다. 다점 AF 계는 투영 유닛 (PU) 을 유지하는 메인 프레임 등에 형성해도 되지만, 본 실시형태에서는 전술한 계측 프레임에 형성하는 것으로 한다.
또한, 복수의 검출점은 1 행 M 열 또는 2 행 N 열로 배치되는 것으로 하였지만, 행 수 및/또는 열 수는 이것에 한정되지 않는다. 단, 행 수가 2 이상인 경우에는, 상이한 행 사이에서 검출점의 X 축 방향의 위치를 상이하게 하는 것이 바람직하다. 또한 복수의 검출점은 X 축 방향을 따라 배치되는 것으로 하였지만, 이것에 한정되지 않고, 복수의 검출점의 전부 또는 일부를 Y 축 방향에 관하여 상이한 위치에 배치해도 된다. 예를 들어 X 축 및 Y 축의 양방과 교차되는 방향을 따라 복수의 검출점을 배치해도 된다. 즉, 복수의 검출점은 적어도 X 축 방향에 관하여 위치가 상이하면 된다. 또한, 본 실시형태에서는 복수의 검출점에 검출 빔을 조사하는 것으로 하였지만, 예를 들어 검출 영역 (AF) 의 전역에 검출 빔을 조사해도 된다. 또한 검출 영역 (AF) 은 X 축 방향의 길이가 웨이퍼 (W) 의 직경과 동일한 정도가 아니어도 된다.
다점 AF 계 (90a, 90b) 의 복수의 검출점 중 양 끝에 위치하는 검출점의 근방, 즉 검출 영역 (AF) 의 양 단부 근방에, 기준축 (LV) 에 관하여 대칭적인 배치로 각 1 쌍의 Z 위치 계측용 면 위치 센서의 헤드 (이하, 「Z 헤드」라고 약기한다) (72a, 72b, 및 72c, 72d) 가 형성되어 있다. 이들 Z 헤드 (72a ∼ 72d) 는, 도시가 생략된 메인 프레임의 하면에 고정되어 있다. 또한, Z 헤드 (72a ∼ 72d) 는 전술한 계측 프레임 등에 형성해도 된다.
Z 헤드 (72a ∼ 72d) 로는, 웨이퍼 테이블 (WTB) 에 대하여 상방으로부터 광을 조사하고, 그 반사광을 수광하여 그 광의 조사점에 있어서의 웨이퍼 테이블 (WTB) 표면의 XY 평면에 직교하는 Z 축 방향의 위치 정보를 계측하는 센서 헤드, 일례로서 CD 드라이브 장치 등에서 사용되는 광 픽업과 같은 구성의 광학식 변위 센서의 헤드 (광 픽업 방식의 센서 헤드) 가 사용된다.
본 실시형태에서는, 각 Z 헤드로서 인코더와 동일하게 Y 스케일 (39Y1, 39Y2) 의 회절 격자면을 상방 (+Z 방향) 에서 관찰하는 구성이 채용된다. 그것에 의해, 복수의 Z 헤드에 의해 웨이퍼 테이블 (WTB) 상면의 상이한 위치의 면 위치 정보를 계측함으로써, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 Z 축 방향의 위치와 θy 회전 (롤링) 을 계측할 수 있다.
또한, 전술한 헤드 유닛 (62A, 62C) 은, 각각이 구비하는 Y 헤드 (65j (j = 3 ∼ 5), 64i (i = 1 ∼ 3)) 와 동일한 X 위치에, 단 Y 위치를 어긋나게 하여, 각각 3 개의 Z 헤드 (76j (j = 3 ∼ 5), 74i (i = 1 ∼ 3)) 를 구비하고 있다. 여기서 헤드 유닛 (62A, 62C) 의 각각에 속하는 3 개의 Z 헤드 (76j, 74i) 는, 기준축 (LH) 으로부터 +Y 방향으로 소정 거리 떨어져 기준축 (LH) 과 평행하게 배치되고, 또한 서로 기준축 (LV) 에 관하여 대칭으로 배치되어 있다. 또한, 각 Z 헤드 (76j, 74i) 로는, 전술한 Z 헤드 (72a ∼ 72d) 와 동일한 광학식 변위 센서의 헤드가 채용된다.
여기서, Z 헤드 (743) 는 전술한 Z 헤드 (72a, 72b) 와 동일한 Y 축에 평행한 직선 상에 있다. 동일하게, Z 헤드 (763) 는 전술한 Z 헤드 (72c, 72d) 와 동일한 Y 축에 평행한 직선 상에 있다.
상기 서술한 Z 헤드 (72a ∼ 72d), Z 헤드 (741 ∼ 743), 및 Z 헤드 (763 ∼ 765) 는, 도 6 에 나타낸 바와 같이, 신호 처리·선택 장치 (170) 를 통해 주제어 장치 (20) 에 접속되어 있고, 주제어 장치 (20) 는, 신호 처리·선택 장치 (170) 를 통해 Z 헤드 (72a ∼ 72d), Z 헤드 (741 ∼ 743), 및 Z 헤드 (763 ∼ 765) 중에서 임의의 Z 헤드를 선택하여 작동 상태로 하고, 그 작동 상태로 한 Z 헤드로 검출한 면 위치 정보를 신호 처리·선택 장치 (170) 를 통해 수취한다. 본 실시형태에서는, Z 헤드 (72a ∼ 72d), Z 헤드 (741 ∼ 743), 및 Z 헤드 (763 ∼ 765) 와, 신호 처리·선택 장치 (170) 를 포함하여 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 Z 축 방향 및 XY 평면에 대한 경사 방향의 위치 정보를 계측하는 면 위치 계측 시스템 (180) 이 구성되어 있다.
또한 도 3 에서는 계측 스테이지 (MST) 의 도시가 생략됨과 함께, 그 계측 스테이지 (MST) 와 선단 렌즈 (191) 사이에 유지되는 물 (Lq) 로 형성되는 액침 영역이 부호 14 로 나타내어져 있다. 또한 도 3 에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태에서는, 언로딩 포지션 (UP) 과 로딩 포지션 (LP) 은 기준축 (LV) 에 관하여 대칭으로 설정되어 있다. 그러나 이것에 한정되지 않고, 언로드 포지션 (UP) 과 로딩 포지션 (LP) 을 동일 위치로 해도 된다.
도 6 에는, 노광 장치 (100) 의 제어계의 주요한 구성이 보여지고 있다. 이 제어계는, 장치 전체를 통괄적으로 제어하는 마이크로 컴퓨터 (또는 워크스테이션) 로 이루어지는 주제어 장치 (20) 를 중심으로 하여 구성되어 있다. 이 주제어 장치 (20) 에 접속된 외부 기억 장치인 메모리 (34) 에는, 간섭계 시스템 (118), 인코더 시스템 (150) (인코더 (70A ∼ 70F)), Z 헤드 (72a ∼ 72d, 741 ∼ 743, 763 ∼ 765) 등, 계측기계 보정 정보가 기억되고 있다. 또한 도 6 에 있어서는, 전술한 조도 불균일 센서 (94), 공간 이미지 계측기 (96) 및 파면 수차 계측기 (98) 등의 계측 스테이지 (MST) 에 형성된 각종 센서를 종합하여 센서군 (99) 으로서 나타내어져 있다.
다음으로, 인코더 (70A ∼ 70F) 의 구성 등에 대하여 도 7(A) 에 확대시켜 나타내는 Y 인코더 (70C) 를 대표적으로 채용하여 설명한다. 이 도 7(A) 에는, Y 스케일 (39Y2) 에 검출광 (계측 빔) 을 조사하는 헤드 유닛 (62C) 의 1 개의 Y 헤드 (64) 가 나타내어져 있다.
Y 헤드 (64) 는, 크게 나누면 조사계 (64a), 광학계 (64b) 및 수광계 (64c) 의 3 부분으로 구성되어 있다.
조사계 (64a) 는, 레이저광 (LB) 을 Y 축 및 Z 축에 대하여 45°를 이루는 방향으로 사출시키는 광원, 예를 들어 반도체 레이저 (LD) 와, 그 반도체 레이저 (LD) 로부터 사출되는 레이저 빔 (LB) 의 광로 상에 배치된 렌즈 (L1) 를 포함한다.
광학계 (64b) 는, 그 분리면이 XZ 평면과 평행한 편광 빔 스플리터 (PBS), 1 쌍의 반사 미러 (R1a, R1b), 렌즈 (L2a, L2b), 4 분의 1 파장판 (이하, λ/4 판이라고 기술한다) (WP1a, WP1b), 및 반사 미러 (R2a, R2b) 등을 구비하고 있다. 여기서, 편광 빔 스플리터 (PBS) 의 분리면을 기준으로 하여 반사 미러 (R1a) 와 대칭적인 위치에 반사 미러 (R1b) 가 배치되어 있다. 동일하게, 수속 (收束) 렌즈 (L2a, L2b), λ/4 판 (WP1a, WP1b) 및 반사 미러 (R2a, R2b) 도, 편광 빔 스플리터 (PBS) 의 분리면을 기준으로 하여 서로 대칭적인 위치에 배치되어 있다.
상기 수광계 (64c) 는, 편광자 (검광자) 및 광 검출기 등을 포함한다. 수광계 (64c) 는, 편광 빔 스플리터 (PBS) 의 분리면을 통한 레이저광 (LB) 의 반사 회절광의 복귀 광로 상에 배치된다.
이 Y 인코더 (70C) 에 있어서, 반도체 레이저 (LD) 로부터 사출된 레이저 빔 (LB) 은 렌즈 (L1) 를 통해 편광 빔 스플리터 (PBS) 에 입사되어, 2 개의 광속 (LB1, LB2) 으로 편광 분리된다. 여기서, 레이저 빔 (LB) 의 P 편광 성분이 편광 빔 스플리터 (PBS) 를 투과하여 광속 (LB1) 을 이루고, S 편광 성분이 편광 빔 스플리터 (PBS) 의 분리면에서 반사되어 광속 (LB2) 을 이룬다. 광속 (LB1, LB2) 은 각각 반사 미러 (R1a, R1b) 에 의해 반사되어 반사형 회절 격자 (RG) 에 입사된다.
반사형 회절 격자 (RG) 에 광속 (LB1, LB2) 이 조사됨으로써 회절광이 발생한다. 여기서, 광속 (LB1) 의 조사에 의해 발생하는 -1 차 이하의 회절광 중 예를 들어 -1 차의 회절광이 수속 렌즈 (L2a) 및 λ/4 판 (WP1a) 을 투과하여 반사 미러 (R2a) 에 도달한다. 단, 회절광의 차수의 부호는, 후술하는 바와 같이, 입사광과 동일한 각도로 반사되는 0 차의 회절광을 기준으로, +Y 방향 (-Y 방향) 으로 회절되는 회절광에 대하여 정(正) (부(負)) 으로 정의한다. 그리고, 회절광은 반사 미러 (R2a) 에 의해 반사되어, 왕로 (往路) 와 동일한 광로를 반대 방향으로 되돌아가, 반사형 회절 격자 (RG) 에 도달한다. 여기서, 왕로와 복로(復路) 에서 λ/4 판 (WP1a) 을 2 회 투과함으로써, 회절광의 편광 방향은 90 도 회전하여 S 편광으로 변환된다. 한편, 광속 (LB2) 의 조사에 의해 발생하는 +1 차 이상의 회절광 중 예를 들어, +1 차의 회절광이 수속 렌즈 (L2b) 및 λ/4 판 (WP1b) 을 투과하여 반사 미러 (R2b) 에 도달한다. 그리고, 회절광은 반사 미러 (R2b) 에 의해 반사되어, 왕로와 동일한 광로를 반대 방향으로 되돌아가, 반사형 회절 격자 (RG) 에 도달한다. 여기서, 왕로와 복로에서 λ/4 판 (WP1b) 을 2 회 투과함으로써, 회절광의 편광 방향은 90 도 회전하여 P 편광으로 변환된다.
반사형 회절 격자 (RG) 에 반사 미러 (R2a, R2b) 로부터의 복귀 회절광이 조사됨으로써 다시 회절광이 발생한다. 반사 미러 (R2a) 로부터의 복귀광에서 유래되는 회절광 중, 복귀광과 동일 차(次) 의 회절광이 반사 미러 (R1a) 에 반사되어, 편광 빔 스플리터 (PBS) 에 도달한다. 한편, 반사 미러 (R2b) 로부터의 복귀광에서 유래되는 회절광 중, 복귀광과 동일 차의 회절광이 반사 미러 (R1b) 에 반사되어, 편광 빔 스플리터 (PBS) 에 도달한다.
편광 빔 스플리터 (PBS) 에 도달하는 복귀 광속 (LB1, LB2) 은, 각각 S 편광과 P 편광으로 변환되어 있다. 그 때문에, 복귀 광속 (LB1) 은 편광 빔 스플리터 (PBS) 의 분리면에서 반사되고, 복귀 광속 (LB2) 은 편광 빔 스플리터 (PBS) 를 투과한다. 그것에 의해, 복귀 광속 (LB1, LB2) 은 동일 축으로 합성되어 수광계 (64c) 에 입사된다.
수광계 (64c) 의 내부에 있어서, 2 개의 복귀 광속 (LB1, LB2) 은 검광자에 의해 편광 방향을 정렬시켜 중합되고, 간섭광을 형성한다. 이 간섭광이 광 검출기에 의해 검출된다. 여기서, Y 스케일 (39Y2) (즉, 웨이퍼 스테이지 (WST)) 이 계측 방향 (이 경우, Y 축 방향) 으로 이동하면, 후술하는 바와 같이, 2 개의 광속 (LB1, LB2) 간의 위상차가 변화되고, 그것에 의해 간섭광의 강도가 변화된다. 이 간섭광의 강도 변화로부터, Y 헤드 (64) 와 Y 스케일 (39Y2) 간의 위치 관계, 즉, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 Y 좌표가 산출되어, Y 인코더 (70A) 의 계측값으로서 출력된다.
또한, 헤드 유닛 (62C) 의 그 밖의 Y 헤드 (64), 및 헤드 유닛 (62A) 에 속하는 각 Y 헤드 (65) 도 상기 서술과 동일하게 구성되고, Y 스케일 (39Y2 또는 39Y1) 에 대향하여 Y 인코더 (70C 또는 70A) 를 구성한다.
또한, 헤드 유닛 (62B, 62D) 각각에 속하는 각 X 헤드 (66) 도 상기 서술한 Y 헤드 (64) 와 동일하게 구성되고, X 스케일 (39X1 또는 39X2) 에 대향하여 X 인코더 (70B 또는 70D) 를 구성한다.
또한, 헤드 유닛 (62E, 62F) 각각에 속하는 각 Y 헤드 (67, 68) 도 상기 서술한 Y 헤드 (64) 와 동일하게 구성되고, Y 스케일 (39Y2 또는 39Y1) 에 대향하여 Y 인코더 (70E1 또는 70F1) 를 구성한다. 또한 Y 헤드 (673, 682) 는, 계측 스테이지 (MST) 상의 1 쌍의 기준 격자 (52) 에 각각 대향하여 Y 인코더 (70E2, 70F2) 를 구성한다.
각 인코더로는, 분해능이 예를 들어 0.1㎚ 정도인 것이 사용되고 있다. 또한, 본 실시형태의 인코더에서는, 도 7(B) 에 나타낸 바와 같이, 검출광으로서 회절 격자 (RG) 의 주기 방향으로 길게 연장되는 단면 형상의 레이저 빔 (LB) 을 사용해도 된다. 도 7(B) 에서는, 격자 (RG) 와 비교하여 빔 (LB) 이 과장되어 크게 도시되어 있다.
또한 다른 형태로서, 인코더 헤드에는 광학계 (64b) 만이 포함되고, 조사계 (64a) 와 수광계 (64c) 가 광학계 (64b) 로부터 물리적으로 분리되어 있는 타입도 있다. 이 타입의 경우, 레이저광은 이들 3 부분 사이를 광 파이버를 통해 주회된다.
다음으로, 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에 있어서의 웨이퍼 스테이지 (WST) 와 계측 스테이지 (MST) 를 사용한 병행 처리 동작에 대하여, 도 8 ∼ 도 11 에 기초하여 설명한다. 또한, 이하의 동작 중, 주제어 장치 (20) 에 의해 국소 액침 장치 (8) 의 액체 공급 장치 (5) 및 액체 회수 장치 (6) 의 각 밸브의 개폐 제어가 전술한 바와 같이 하여 실시되고, 투영 광학계 (PL) 의 선단 렌즈 (191) 의 사출면측에는 항상 물이 채워져 있다. 그러나, 이하에서는 설명을 알기 쉽게 하기 위해서, 액체 공급 장치 (5) 및 액체 회수 장치 (6) 의 제어에 관한 설명은 생략한다. 또한, 이후의 동작 설명은 다수의 도면을 사용하여 실시하는데, 도면마다, 동일한 부재에 부호가 부여되어 있거나 부여되어 있지 않다. 즉, 도면마다 기재되어 있는 부호가 상이하지만, 그들 도면은 부호의 유무에 상관없이 동일 구성이다. 지금까지 설명에 사용한 각 도면에 대해서도 동일하다.
도 8 에는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 상에 탑재된 웨이퍼 (W) 에 대한 스텝·앤드·스캔 방식의 노광이 실시되고 있는 상태가 보여지고 있다. 이 노광은, 개시 전에 실시되는 웨이퍼 얼라인먼트 (예를 들어, EGA : Enhanced Global Alig㎚ent) 등의 결과에 기초하여, 웨이퍼 (W) 상의 각 쇼트 영역의 노광을 위한 주사 개시 위치 (가속 개시 위치) 에 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 이동시키는 쇼트간 이동과, 각 쇼트 영역에 대하여 레티클 (R) 에 형성된 패턴을 주사 노광 방식에 의해 전사하는 주사 노광을 교대로 반복함으로써 실시된다. 또한, 노광은 웨이퍼 (W) 상의 -Y 측에 위치하는 쇼트 영역으로부터 +Y 측에 위치하는 쇼트 영역의 순서로 실시된다. 또한, 투영 유닛 (PU) 과 웨이퍼 (W) 사이에 액침 영역 (14) 이 형성된 상태에서 실시된다.
상기 서술한 노광 중, 주제어 장치 (20) 에 의해, 웨이퍼 스테이지 (WST) (웨이퍼 테이블 (WTB)) 의 XY 평면 내의 위치 (θz 방향의 회전을 포함한다) 는, 2 개의 Y 인코더 (70A, 70C) 와, 2 개의 X 인코더 (70B, 70D) 의 일방의 합계 3 개의 인코더의 계측 결과에 기초하여 제어된다. 여기서, 2 개의 X 인코더 (70B, 70D) 는, X 스케일 (39X1, 39X2) 의 각각에 대향하는 2 개의 X 헤드 (66) 에 의해 구성되고, 2 개의 Y 인코더 (70A, 70C) 는, Y 스케일 (39Y1, 39Y2) 의 각각에 대향하는 Y 헤드 (65, 64) 에 의해 구성된다. 또한, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 Z 위치와 θy 방향의 회전 (롤링) 은, 웨이퍼 테이블 (WTB) 표면의 X 축 방향 일측과 타측의 단부에 각각 대향하는 1 쌍의 Z 헤드 (74i, 76j) 의 계측 결과에 기초하여 제어된다. 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 θx 회전 (피칭) 은, Y 간섭계 (16) 의 계측 결과에 기초하여 제어된다. 또한, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 Z 축 방향의 위치, θy 방향의 회전, 및 θx 방향의 회전의 제어 (즉, 웨이퍼 (W) 의 포커스·레벨링 제어) 는, 사전에 실시되는 포커스 매핑의 결과에 기초하여 실시된다.
도 8 에 나타내는 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치에서는, X 스케일 (39X1) 에는 X 헤드 (665) (도 8 중에 원으로 표시됨) 가 대향하지만, X 스케일 (39X2) 에 대향하는 X 헤드 (66) 는 없다. 그 때문에, 주제어 장치 (20) 는, 1 개의 X 인코더 (70B) 와 2 개의 Y 인코더 (70A, 70C) 를 사용하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 (X, Y, θz) 제어를 실행하고 있다. 여기서, 도 8 에 나타내는 위치로부터 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 -Y 방향으로 이동하면, X 헤드 (665) 는 X 스케일 (39X1) 로부터 벗어나고 (대향하지 않게 되고), 대신에 X 헤드 (664) (도 8 중에 파선의 원으로 표시됨) 가 X 스케일 (39X2) 에 대향한다. 그래서, 주제어 장치 (20) 는, 1 개의 X 인코더 (70D) 와 2 개의 Y 인코더 (70A, 70C) 를 사용하는 스테이지 제어로 전환된다.
이와 같이, 주제어 장치 (20) 는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표에 따라, 사용하는 인코더를 끊임없이 전환하여 스테이지 제어를 실행하고 있다.
또한, 상기 서술한 인코더를 사용한 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 계측과 독립적으로, 간섭계 시스템 (118) 을 사용한 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 (X, Y, Z, θx, θy, θz) 계측이 항상 실시되고 있다. 여기서, 간섭계 시스템 (118) 을 구성하는 X 간섭계 (126, 127 또는 128) 를 사용하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 X 위치와 θz 회전 (요잉) 이, Y 간섭계 (16) 를 사용하여 Y 위치, θx 회전 및 θz 회전이, Z 간섭계 (43A, 43B) (도 8 에서는 도시 생략, 도 1 또는 도 2 를 참조) 를 사용하여 Y 위치, Z 위치, θy 회전 및 θz 회전이 계측된다. X 간섭계 (126, 127 및 128) 는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 Y 위치에 따라 어느 하나가 사용된다. 노광 중에는, 도 8 에 나타낸 바와 같이 X 간섭계 (126) 가 사용된다. X, Y, θz 방향의 3 자유도 방향에 관해서는, 간섭계 시스템 (118) 의 계측 결과는, 보조적으로 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 제어에 이용된다.
웨이퍼 (W) 의 노광이 종료되면, 주제어 장치 (20) 는 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 언로드 포지션 (UP) 을 향하여 구동한다. 그 때, 노광 중에는 서로 떨어져 있던 웨이퍼 스테이지 (WST) 와 계측 스테이지 (MST) 가 접촉 혹은 300㎛ 정도의 이간 거리를 두고 근접하여, 스크럼 상태로 이행한다. 여기서, 계측 테이블 (MTB) 상의 FD 바 (46) 의 -Y 측면과 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 +Y 측면이 접촉 혹은 근접한다. 이 스크럼 상태를 유지하여, 양 스테이지 (WST, MST) 가 -Y 방향으로 이동함으로써, 투영 유닛 (PU) 하에 형성되는 액침 영역 (14) 은 계측 스테이지 (MST) 상으로 이동한다. 예를 들어 도 9, 도 10 에는, 이동 후의 상태가 나타내어져 있다.
웨이퍼 스테이지 (WST) 가, 추가로 -Y 방향으로 이동하여 유효 스트로크 영역 (웨이퍼 스테이지 (WST) 가 노광 및 웨이퍼 얼라인먼트시에 이동하는 영역) 으로부터 벗어나면, 인코더 (70A ∼ 70D) 를 구성하는 모든 X 헤드, Y 헤드 및 모든 Z 헤드가 웨이퍼 테이블 (WTB) 상의 대응하는 스케일로부터 벗어난다. 그 때문에, 인코더 (70A ∼ 70D) 및 Z 헤드의 계측 결과에 기초하는 스테이지 제어가 불가능해진다. 그 직전에, 주제어 장치 (20) 는 간섭계 시스템 (118) 의 계측 결과에 기초하는 스테이지 제어로 전환된다. 여기서, 3 개의 X 간섭계 (126, 127, 128) 중 X 간섭계 (128) 가 사용된다.
그 후, 도 9 에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼 스테이지 (WST) 는 계측 스테이지 (MST) 와의 스크럼 상태를 해제하고, 언로드 포지션 (UP) 으로 이동한다. 이동 후, 주제어 장치 (20) 는 웨이퍼 테이블 (WTB) 상의 웨이퍼 (W) 를 언로드한다. 그리고, 도 10 에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 +X 방향으로 구동하여 로딩 포지션 (LP) 으로 이동시키고, 웨이퍼 테이블 (WTB) 상에 다음 웨이퍼 (W) 를 로드한다.
이들 동작과 평행하여, 주제어 장치 (20) 는 계측 스테이지 (MST) 에 지지된 FD 바 (46) 의 XY 평면 내에서의 위치 조정과, 4 개의 세컨더리 얼라인먼트계 (AL21 ∼ AL24) 의 베이스 라인 계측을 실시하는 Sec-BCHK (세컨더리·베이스 라인·체크) 를 실행한다. Sec-BCHK 는 웨이퍼 교환마다 인터벌적으로 실시한다. 여기서, XY 평면 내의 위치 (θz 회전) 를 계측하기 위해서, 전술한 Y 인코더 (70E2, 70F2) 가 사용된다.
다음으로 주제어 장치 (20) 는, 도 11 에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 구동하여, 계측 플레이트 (30) 상의 기준 마크 (FM) 를 프라이머리 얼라인먼트계 (AL1) 의 검출 시야 내에 위치 결정하고, 얼라인먼트계 (AL1, AL21 ∼ A L24) 의 베이스 라인 계측의 기준 위치를 결정하는 Pri-BCHK (프라이머리·베이스 라인·체크) 의 전반 (前半) 의 처리를 실시한다.
이 때, 도 11 에 나타낸 바와 같이, 2 개의 Y 헤드 (682, 673) 와 1 개의 X 헤드 (661) (도면 중에 원으로 표시됨) 가, 각각 Y 스케일 (39Y1, 39Y2) 과 X 스케일 (39X2) 에 대향하게 된다. 그래서, 주제어 장치 (20) 는, 간섭계 시스템 (118) 으로부터 인코더 시스템 (150) (인코더 (70A, 70C, 70D)) 을 사용한 스테이지 제어로 전환된다. 간섭계 시스템 (118) 은 다시 보조적으로 사용된다. 또한, 3 개의 X 간섭계 (126, 127, 128) 중 X 간섭계 (127) 가 사용된다.
그 후, 주제어 장치 (20) 는, 프라이머리 얼라인먼트계 (AL1) 와 세컨더리 얼라인먼트계 (AL21 ∼ AL24) 를 사용하여 웨이퍼 얼라인먼트 (EGA) 를 실행한다 (도 12 중의 별표 참조).
또한 본 실시형태에서는, 도 12 에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼 얼라인먼트를 개시할 때까지, 웨이퍼 스테이지 (WST) 와 계측 스테이지 (MST) 는 스크럼 상태로 이행되어 있다. 주제어 장치 (20) 는, 스크럼 상태를 유지하면서 양 스테이지 (WST, MST) 를 +Y 방향으로 구동한다. 그 후, 액침 영역 (14) 의 물은 계측 테이블 (MTB) 상으로부터 웨이퍼 테이블 (WTB) 상으로 이동한다.
웨이퍼 얼라인먼트 (EGA) 와 평행하여, 주제어 장치 (20) 는, Z 헤드 (70a ∼ 70d) 와 다점 AF 계 (90a, 90b) 를 사용한 포커스 캘리브레이션과 포커스 매핑, 또한 공간 이미지 계측 장치 (45) 를 사용한 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 XY 위치에 대한 투영 이미지의 강도 분포를 계측하는 Pri-BCHK 후반의 처리를 실행한다.
이상의 작업이 종료되면, 주제어 장치 (20) 는 양 스테이지 (WST, MST) 의 스크럼 상태를 해제한다. 그리고, 도 8 에 나타낸 바와 같이, 스텝·앤드·스캔 방식의 노광을 실시하여 새로운 웨이퍼 (W) 상에 레티클 패턴을 전사한다. 이후, 동일한 동작이 반복 실행된다.
다음으로, 인코더의 계측 원리를 도 7(A) 에 나타내는 Y 인코더 (70C) 를 예로 들어 상세히 설명한다. 먼저, 2 개의 복귀 광속 (LB1, LB2) 으로부터 합성되는 간섭광의 강도와, Y 스케일 (39Y2) 의 변위 (Y 헤드 (64) 와의 상대 변위) 의 관계를 도출한다.
2 개의 광속 (LB1, LB2) 은, 이동하는 반사형 회절 격자 (RG) 에 산란되면, 도플러 효과에 의한 주파수의 시프트, 즉 도플러 시프트를 받는다. 도 13(A) 에, 이동하는 반사면 (DS) 에 의한 광의 산란을 나타낸다. 단, 도면 중의 벡터 (k0, k1) 는 YZ 면에 대하여 평행, 반사면 (DS) 은 Y 축에 대하여 평행하고 Z 축에 대하여 수직으로 한다.
반사면 (DS) 은 속도 벡터 v = vy + vz, 즉 +Y 방향으로 속도 Vy (=│vy│) 및 +Z 방향으로 속도 Vz (=│vz│) 로 이동하고 있는 것으로 한다. 이 반사면에 대하여, 파수 벡터 (k0) 의 광이 각도 (θ0) 로 입사되고, 파수 벡터 (k1) 의 광이 각도 (θ1) 로 산란된다. 단, │k0│=│k1│= K 로 한다. 입사광 (k0) 이 받는 도플러 시프트 (산란광 (k1) 과 입사광 (k0) 의 주파수의 차) fD 는 다음 식 (7) 로 부여된다.
2πfD = (k1 - k0)·v
= 2KVycos[(θ1 - θ0)/2]cosθ
+ 2KVzcos[(θ1 - θ0)/2]sinθ … (7)
여기서 θ = π/2 - (θ1 + θ0)/2 이기 때문에, 상기 식 (7) 을 변형시켜 다음 식 (8) 을 얻는다.
2πfD = KVy(sinθ1 + sinθ0) + KVz(cosθ1 + cosθ0) … (8)
반사면 (DS) 은, 시간 Δt 동안에, 변위 벡터 vΔt, 즉 +Y 방향으로 거리 ΔY = VyΔt, +Z 방향으로 거리 ΔZ = VzΔt 변위한다. 그것에 수반되어 산란광 (k1) 의 위상은 φ = 2πfDΔt 시프트한다. 식 (8) 을 대입하면, 위상 시프트 φ 는, 다음 식 (9) 와 같이 구해진다.
φ = KΔY(sinθ1 + sinθ0) + KΔZ(cosθ1 + cosθ0) … (9)
여기서, 입사각 (θ0) 과 산란각 (θ1) 에는 다음 식 (10) 의 관계 (회절 조건) 가 성립한다.
sinθ1 + sinθ0 = nλ/p … (10)
단, λ 은 광의 파장, p 는 회절 격자의 피치, n 은 회절 차수이다. 또한, 회절 차수 n 은, 산란각 - θ0 의 0 차 회절광을 기준으로 하여, +Y 방향으로 산란되는 회절광에 대하여 정, -Y 방향으로 산란되는 회절광에 대해 부가 된다. 식 (10) 을 식 (9) 에 대입하면, 위상 시프트 φ 는 다음 식 (11) 과 같이 바꿔 쓸 수 있다.
φ = 2πnΔY/p + KΔZ(cosθ1 + cosθ0) … (11)
상기 식 (11) 에서 알 수 있는 바와 같이, 반사면 (DS) 이 정지되어 있으면, 즉 ΔY = ΔZ = 0 이면, 위상 시프트 φ 도 0 이 된다.
식 (11) 을 사용하여, 2 개의 광속 (LB1, LB2) 의 위상 시프트를 구한다. 먼저 광속 (LB1) 의 위상 시프트를 생각해 보자. 도 13(B) 에 있어서, 반사경 (R1a) 에 의해 반사된 광속 (LB1) 은, 반사형 회절 격자 (RG) 에 각 θa0 으로 입사되고, na 차 회절광이 각 θa1 로 산란되는 것으로 한다. 이 때, 회절광이 받는 위상 시프트는 식 (11) 의 우변과 동일한 형태가 된다. 그리고, 반사경 (R2a) 에 의해 반사되어 복로를 되돌아가는 복귀 광속은, 반사형 회절 격자 (RG) 에 각 θa 1 로 입사된다. 그리고 다시, 회절광이 발생한다. 여기서, 각 θa0 으로 산란되고, 원래의 광로를 되돌아가 반사경 (R1a) 을 향하는 회절광은, 왕로에 있어서 발생한 회절광과 동일 차인 na 차 회절광이다. 따라서, 광속 (LB1) 이 복로에서 받는 위상 시프트는, 왕로에서 받는 위상 시프트와 동일하다. 따라서, 광속 (LB1) 이 받는 전체 위상 시프트는 다음 식 (12) 와 같이 구해진다.
φ1 = 4πnaΔY/p + 2KΔZ(cosθa1 + cosθa0) … (12)
단, 회절 조건을, 다음 식 (13) 으로 부여하였다.
sinθa1 + sinθa0 = naλ/p … (13)
한편, 광속 (LB2) 은 각 θb0 으로 반사형 회절 격자 (RG) 에 입사되고, nb 차 회절광이 각 θb1 로 산란된다. 이 회절광이, 반사경 (R2b) 에 의해 반사되고, 동일한 광로를 되돌아가 반사경 (R1b) 으로 복귀하는 것으로 한다. 광속 (LB2) 이 받는 전체 위상 시프트는, 식 (12) 와 동일하게, 다음 식 (14) 와 같이 구해진다.
φ2 = 4πnbΔY/p + 2KΔZ(cosθb1 + cosθb0) … (14)
단, 회절 조건을, 다음 식 (15) 로 부여하였다.
sinθb1 + sinθb0 = nbλ/p … (15)
2 개의 복귀 광속 (LB1, LB2) 으로부터 합성되는 간섭광의 강도 I 는, 광 검출기의 수광 위치에 있어서의 2 개의 복귀 광속 (LB1, LB2) 간의 위상차 φ 로, I∝1 + cosφ 와 의존한다. 단, 2 개 광속 (LB1, LB2) 의 강도는 서로 동일한 것으로 하였다. 여기서 위상차 φ 는, 2 개 광속 (LB1, LB2) 의 각각의 반사형 회절 격자 (RG) 의 Y, Z 변위에서 기인되는 위상 시프트의 차 (즉, φ2 - φ1) 와, 2 개 광속 (LB1, LB2) 의 광로차 ΔL 에서 기인되는 위상차 (KΔL) 의 합으로 하여, 다음 식 (16) 과 같이 구해진다.
φ = KΔL + 4π(nb - na)ΔY/p
+ 2KΔZf(θa0, θa1, θb0, θb1) + φ0 … (16)
여기서, 식 (12), 식 (14) 를 사용하였다. 또한, 반사경 (R1a, R1b, R2a, R2b) 의 배치와 회절 조건으로부터 정해지는 기하학적 인자를 다음 식 (17) 과 같이 표기하였다.
f(θa0, θa1, θb0, θb1) = cosθb1 + cosθb0 - cosθa1 - cosθa0 … (17)
또한, 그 밖의 요인 (예를 들어, 변위 ΔL, ΔY, ΔZ 의 기준 위치의 정의 등) 으로부터 정해지는 정위상항 (定位相項) 을 φ0 으로 표기하였다.
여기서, 인코더는 광로차 ΔL = 0 및 다음 식 (18) 로 나타내는 대칭성을 만족하도록 구성되어 있는 것으로 한다.
θa0 = θb0, θa1 = θb1 … (18)
그 경우, 식 (16) 의 우변 제 3 항의 괄호 안은 0 이 되고, 동시에 nb = -na (= n) 를 만족하기 때문에, 다음 식 (19) 가 얻어진다.
φsym(ΔY) = 2πΔY/(p/4n) + φ0 … (19)
상기 식 (19) 로부터, 위상차 φsym 은 광의 파장 λ 에 의존하지 않는 것을 알 수 있다. 그리고, 간섭광의 강도 I 는, 변위 ΔY 가 계측 단위 (계측 피치라고도 한다) p/4n 증가 혹은 감소할 때마다, 강약을 반복하는 것을 알 수 있다. 그래서, 미리 정해진 기준 위치로부터의 변위 ΔY 에 수반하는 간섭광 강도의 강약의 횟수를 계측한다. 그리고, 그 계수값 (카운트값) cΔ Y 로부터, 변위 ΔY 의 계측값 CΔY 가 다음 식 (20) 과 같이 구해진다.
CΔY = (p/4n) × cΔY … (20)
또한, 내삽기 (인터폴레이터) 를 사용하여 간섭광의 정현 (正弦) 적인 강도 변화를 분할함으로써, 그 위상 φ' (= φsym％2π) 를 계측할 수 있다. 그 경우, 변위 ΔY 의 계측값 CΔY 는 다음 식 (21) 로부터 산출된다.
CΔY = (p/4n) × {cΔY + (φ' - φ0)/2π} … (21)
여기서, 정위상항 φ0 을 위상 오프셋 (단, 0
Figure 112014006845709-pat00001
φ0
Figure 112014006845709-pat00002
2π 로 정의한다) 으로 하고, 변위 ΔY 의 기준 위치에서의 위상 φsym (ΔY = 0) 을 유지하는 것으로 한다.
이상의 설명에서 알 수 있듯이, 내삽기를 병용함으로써, 변위 ΔY 를, 계측 단위 (p/4n) 이하의 계측 분해능으로 계측할 수 있다. 여기서, 계측 분해능은, 위상 φ' 의 분할 단위로부터 정해지는 이산화 (離散化) 오차 (양자화 오차라고도 한다), 변위 ΔY 에 의한 간섭광의 강도 변화 │(ΔY)=│(φsym(ΔY)) 의 이상적인 정현 파형으로부터의 편차에서 기인되는 내삽 오차 등으로부터 정해진다. 또한, 변위 ΔY 의 이산화 단위는, 예를 들어, 계측 단위 (p/4n) 의 수천분의 1 이고, 약 0.1㎚ 로 충분히 작기 때문에, 특별히 언급하지 않는 한 인코더의 계측값 CΔY 를 연속량으로 간주한다.
웨이퍼 스테이지 (WST) 가 Y 축 방향과는 상이한 방향으로 이동하고, Y 헤드 (64) 와 Y 스케일 (39Y2) 사이에 계측 방향 이외의 상대 변위가 발생하면, Y 인코더 (70C) 에 계측 오차가 발생한다. 이하, 상기 서술한 인코더의 계측 원리에 기초하여 계측 오차의 발생 기구를 생각해 보자.
간단한 예로서 도 14(A) 및 도 14(B) 에 나타내는 2 가지 케이스에 있어서, 상기 식 (16) 으로 나타내는 위상차 φ 의 변화를 생각해 보자. 먼저, 도 14(A) 의 케이스에서는, 헤드 (64) 의 광축이 Z 축 방향에 일치한다 (헤드 (64) 가 경사져 있지 않다). 여기서, 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 Z 축 방향으로 변위된 것으로 한다 (ΔZ ≠ 0, ΔY = 0). 이 경우, 광로차 ΔL 에 변화는 없기 때문에, 식 (16) 우변 제 1 항에 변화는 없다. 제 2 항은, 가정 ΔY = 0 으로부터, 0 이 된다. 그리고, 제 3 항은, 식 (18) 의 대칭성을 만족하고 있기 때문에, 0 이 된다. 따라서, 위상차 φ 에 변화는 발생하지 않고, 또한 간섭광의 강도 변화도 발생하지 않는다. 결과적으로, 인코더의 계측값도 변화되지 않는다.
한편, 도 14(B) 의 케이스에서는, 헤드 (64) 의 광축이 Z 축에 대하여 경사져 있다 (헤드 (64) 가 경사져 있다). 이 상태로부터, 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 Z 축 방향으로 변위된 것으로 한다 (ΔZ ≠ 0, ΔY = 0). 이 경우에도, 광로차 ΔL 에 변화는 발생하지 않기 때문에, 식 (16) 우변 제 1 항에 변화는 없다. 그리고 제 2 항은, 가정 ΔY = 0 으로부터, 0 이 된다. 그러나, 헤드가 경사져 있음으로써 식 (18) 의 대칭성이 파괴되기 때문에, 제 3 항은 0 이 되지 않고, Z 변위 ΔZ 에 비례하여 변화된다. 따라서, 위상차 φ 에 변화가 발생하여, 결과적으로 계측값이 변화된다.
또한, 도시는 생략되어 있지만, 계측 방향 (Y 축 방향) 과 광축 방향 (Z 축 방향) 에 수직인 방향으로 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 변위되는 경우 (ΔX ≠ 0, ΔY = 0, ΔZ = 0), 회절 격자 (RG) 의 격자선이 향하는 방향이 계측 방향과 직교하고 있는 한 계측값은 변화되지 않지만, 직교하고 있지 않으면 각도에 비례한 게인으로 감도가 발생한다.
다음으로, 도 15(A) ∼ 도 15(D) 를 이용하여, 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 회전 (경사가 변화) 하는 케이스를 생각해 보자. 먼저, 도 15(A) 에서는, 헤드 (64) 의 광축이 Z 축 방향에 일치한다 (헤드 (64) 가 경사져 있지 않다). 이 상태로부터, 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 +Z 방향으로 변위되어 도 15(B) 의 상태로 되어도, 앞서 도 14(A) 와 동일한 케이스이기 때문에, 인코더의 계측값은 변화되지 않는다.
다음으로, 도 15(B) 의 상태로부터, 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 X 축 둘레로 회전하여 도 15(C) 의 상태가 되는 것으로 한다. 이 경우, 헤드와 스케일이 상대 운동하고 있지 않는, 즉, ΔY = ΔZ = 0 임에도 불구하고, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 회전에 의해 광로차 ΔL 에 변화가 발생하기 때문에 인코더의 계측값이 변화된다.
다음으로, 도 15(C) 의 상태로부터, 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 하방으로 이동하여 도 15(D) 의 상태가 되는 것으로 한다. 이 경우, 웨이퍼 스테이지 (WST) 는 회전하지 않기 때문에, 광로차 ΔL 에 변화는 발생하지 않는다. 그러나, 식 (18) 의 대칭성이 파괴되기 때문에, 식 (16) 의 우변 제 3 항을 통하여 Z 변위 ΔZ 에 의해 위상차 φ 가 변화된다. 그것에 의해, 인코더의 계측값이 변화된다.
그 밖의 계측 오차의 발생 요인으로서, 빔 광로 상의 분위기의 온도 요동 (공기 요동) 을 생각할 수 있다. 2 개의 복귀 광속 (LB1, LB2) 간의 위상차 φ 는, 식 (16) 우변 제 1 항으로부터, 2 개 광속의 광로차 ΔL 에 의존한다. 여기서, 공기 요동에 의해, 광의 파장 λ 이 λ + Δλ 으로 변화된 것으로 한다. 이 파장의 미소 변화 Δλ 에 의해, 위상차는 미소량 Δφ = 2πΔLΔλ/λ2 변화된다. 여기서, 만일, 광의 파장 λ = 1㎛, 미소 변화 Δλ = 1㎚ 로 하면, 광로차 ΔL = 1㎜ 에 대하여 위상 변화 Δφ = 2π 가 된다. 이 위상 변화는, 인코더의 카운트값으로 환산하면 1 에 상당한다. 또한, 변위로 환산하면, p/2(nb - na) 에 상당한다. 따라서, nb = -na = 1 로 하면, p = 1㎛ 의 경우, 0.25㎛ 의 계측 오차가 발생하게 된다.
실제의 인코더에서는, 간섭시키는 2 개 광속의 광로 길이가 극히 짧기 때문에, 공기 요동에 의한 파장 변화 Δλ 는 매우 작다. 또한 광로차 ΔL 는, 광축이 반사면에 대하여 직교하는 이상 상태에서 대략 0 이 되도록 설계되어 있다. 그 때문에, 공기 요동에서 기인되는 계측 오차는 거의 무시할 수 있다. 간섭계와 비교해도 현격히 작아 단기 안정성이 우수하다.
인코더의 계측 오차의 주요 요인으로서, 스케일 표면의 요철, 혹은 회절 격자의 기계적인 변형 등에서 기인되는 오차가 있다. 인코더의 스케일은, 사용 시간의 경과와 함께 열팽창 등에 의해 표면이 변형되거나, 회절 격자의 피치가 부분적 또는 전체적으로 변화되거나 한다. 그 때문에, 인코더는, 사용 시간의 경과와 함께 계측 오차가 커지는 경향이 있어 장기 안정성이 부족하다.
그래서, 미리 이러한 주요 오차를 보정하기 위한 전처리를 실시한 후, 실제의 로트 처리중 등에 실행되는 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 계측에 인코더가 사용된다.
주제어 장치 (20) 는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 유효 스트로크 범위에서는, 반드시 인코더 (70A 및 70C), 그리고 인코더 (70B 및 70D) 중 적어도 일방의 적어도 합계 3 개의 인코더의 계측값을 감시하여, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표를 산출하고 있다. 그리고, 산출된 위치 좌표에 따라 스테이지 구동계 (124) 를 구성하는 각 모터를 제어함으로써, 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 고정밀도로 구동할 수 있다.
여기서, 도 16(A) 및 도 16(B) 를 사용하여, 감시하고 있는 3 개 인코더의 계측값으로부터 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표를 산출하는 방법을 설명한다. 여기서는, 간단하게 하기 위해서, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 이동의 자유도는 3 개 (X, Y, θz) 로 한다.
도 16(A) 에는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 좌표 원점 (X, Y, θz) = (0, 0, 0) 에 있는 기준 상태가 보여지고 있다. 이 기준 상태로부터, 인코더 (Y 헤드) (Enc1, Enc2) 및 인코더 (X 헤드) (Enc3) 모두가 각각이 대향하는 스케일 (39Y1, 39Y2 및 39X1) 의 주사 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 구동한다. 이와 같이 하여, 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 위치 (X, Y, θz) 로 이동한 상태가 도 16(B) 에 나타내어져 있다. 단, XY 좌표계에 있어서의 인코더 (Enc1, Enc2, Enc3) 의 설치 위치 (X, Y) 를 각각 (p1, q1), (p2, q2), (p3, q3) 으로 한다.
X 헤드와 Y 헤드는, 각각 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 중심축 (LL 과 LW) 으로부터의 상대 거리를 계측한다. 따라서, X 헤드와 Y 헤드의 계측값 (CX, CY) 은, 각각 다음 식 (22a), 식 (22b) 로 나타낼 수 있다.
CX = r'·ex' … (22a)
CY = r'·ey' … (22b)
여기서 ex', ey' 는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 에 올려진 상대 좌표계 (X', Y', θz') 에 있어서의 X', Y' 단위 벡터이고, 기준 좌표계 (X , Y, θz) 에 있어서의 X, Y 단위 벡터 ex, ey 와 다음 식 (23) 의 관계가 있다.
Figure 112014006845709-pat00003
또한, r' 는 상대 좌표계에 있어서의 인코더의 위치 벡터이고, 기준 좌표계에 있어서의 위치 벡터 r = (p, q) 를 사용하여, r' = r - (O' - O) 로 주어진다. 따라서, 식 (22a), 식 (22b) 는, 다음 식 (24a), 식 (24b) 과 같이 바꿔 쓸 수 있다.
CX = (p - X)cosθz + (q - Y)sinθz … (24a)
CY = -(p - X)sinθz + (q - Y)cosθz … (24b)
따라서, 도 16(B) 에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 좌표 (X, Y, θz) 에 위치하는 경우, 3 개 인코더의 계측값은, 이론상, 다음 식 (25a) ∼ 식 (25c) 으로 나타낼 수 있다.
C1 = -(p1 - X)sinθz + (q1 - Y)cosθz … (25a)
C2 = -(p2 - X)sinθz + (q2 - Y)cosθz … (25b)
C3 = (p3 - X)cosθz + (q3 - Y)sinθz … (25c)
또한, 도 16(A) 의 기준 상태에서는, 연립 방정식 (25a) ∼ (25c) 로부터 C1 = q1, C2 = q2, C3 = p3 이 된다. 따라서, 기준 상태에 있어서, 3 개 인코더 (Enc1, Enc2, Enc3) 의 계측값을, 각각 q1, q2, p3 으로 초기 설정하면, 이후 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 변위 (X, Y, θz) 에 대하여, 3 개의 인코더는 식 (25a) ∼ 식 (25c) 으로 주어지는 이론값을 제시하게 된다.
연립 방정식 (25a) ∼ (25c) 에서는, 변수가 3 개 (X, Y, θz) 에 대하여 3 개의 식이 주어져 있다. 따라서, 반대로 연립 방정식 (25a) ∼ (25c) 에 있어서의 종속 변수 (C1, C2, C3) 이 주어지면 변수 (X, Y, θz) 를 구할 수 있다. 여기서, 근사 sinθz ≒ θz 를 적용하면, 혹은 보다 고차의 근사를 적용해도, 용이하게 방정식을 풀 수 있다. 따라서, 인코더의 계측값 (C1, C2, C3) 으로부터 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 (X, Y, θz) 를 산출할 수 있다.
본 실시형태의 노광 장치 (100) 에서는, 도 17(A) 및 도 17(B) 등에 예시된 바와 같이, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 유효 스트로크 범위 (얼라인먼트 및 노광 동작을 위해서 이동하는 범위) 에서는, 반드시 Y 스케일 (39Y1, 39Y2) 각각에 적어도 1 개의 Y 헤드 (65, 64, 68 또는 67) 가 대향하도록, Y 스케일과 Y 헤드가 배치되어 있다. 그리고, X 스케일 (39X1, 39X2) 중 적어도 일방에, 적어도 1 개의 X 헤드 (66) 가 대향하도록, X 스케일과 X 헤드가 배치되어 있다. 따라서, 적어도 3 개의 헤드가, 대응하는 X 스케일 또는 Y 스케일에 동시에 대향하도록 배치되어 있다. 또한, 도 17(A) 및 도 17(B) 중에서는, 대응하는 X 스케일 또는 Y 스케일에 대향한 헤드가 원으로 표시되어 있다.
여기서, 주제어 장치 (20) 는, 도 17(A) 에 흰색 화살표로 나타내는 바와 같이, 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 +X 방향으로 구동하는 경우, Y 헤드 (64) 를, 예를 들어 도 17(A) 중에 화살표 (e1) 로 나타내는 바와 같이, 실선의 원으로 둘러싸인 Y 헤드 (643) 로부터 점선의 원으로 둘러싸인 헤드 (644) 로 전환한다. 그와 같이, Y 헤드 (64) 는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 X 축 방향으로의 이동에 수반되어, 순차로 근처의 헤드로 전환되어 간다. 또한, 인코더에서는 상대 변위가 검출되기 때문에, 절대 변위 (즉, 위치) 를 산출하기 위해서, 기준이 되는 위치를 설정해야 한다. 그래서, 헤드 전환시에, 작동하는 헤드의 위치가 산출되어 기준 위치로서 초기 설정된다. 초기 설정에 대해서는 이후에 상세히 설명한다.
또한, 주제어 장치 (20) 는, 도 17(B) 에 흰색 화살표로 나타낸 바와 같이, 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 +Y 방향으로 구동하는 경우, X 헤드 (66) 를, 예를 들어 화살표 (e2) 로 나타내는 바와 같이, 실선의 원으로 둘러싸인 헤드 (665) 로부터 점선의 원으로 둘러싸인 헤드 (666) 로 전환한다. 그와 같이, X 헤드 (66) 는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 Y 축 방향으로의 이동에 수반되어, 순차로 근처의 헤드로 전환되어 간다. 이 헤드 전환시에, 작동하는 헤드의 위치가 산출되어 기준 위치로서 초기 설정된다.
여기서, 도 17(A) 중에 화살표 (e1) 로 나타내는 Y 헤드 (643) 로부터 Y 헤드 (644) 로의 전환을 예로 들어, 인코더 헤드의 전환 순서를 도 18(A) ∼ 도 18(E) 에 기초하여 설명한다.
도 18(A) 에는 전환 전의 상태가 보여지고 있다. 이 상태에서는, Y 스케일 (39Y2) 상의 주사 영역 (회절 격자가 형성되어 있는 영역) 에 대향하고 있는 Y 헤드 (643) 가 작동하고 있고, 주사 영역으로부터 벗어나 있는 Y 헤드 (644) 는 정지되어 있다. 여기서, 작동하고 있는 헤드를 검은색 원, 정지되어 있는 헤드를 흰색 원으로 표시하였다. 그리고, 주제어 장치 (20) 는, 작동 중인 Y 헤드 (643) 의 계측값을 감시하고 있다. 여기서, 계측값이 감시되고 있는 헤드를 이중의 직사각형 프레임으로 표시하였다.
여기서, 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 +X 방향으로 이동하면, Y 스케일 (39Y2) 이 우방향으로 변위된다. 여기서, 본 실시형태에서는, 전술한 바와 같이 Y 헤드 상호의 간격은, Y 스케일 (39Y2) 의 X 축 방향의 유효 폭 (주사 영역의 폭) 보다 좁게 설정되어 있다. 그 때문에, 도 18(B) 에 나타낸 바와 같이, 양 Y 헤드 (643, 644) 가 Y 스케일 (39Y2) 의 주사 영역에 대향하는 상태가 있다. 그래서, 주제어 장치 (20) 는, 작동 중인 Y 헤드 (643) 와 함께, 정지 중인 Y 헤드 (644) 가 주사 영역에 대향한 것을 확인하고, Y 헤드 (644) 를 복귀시킨다. 단, 주제어 장치 (20) 는, 이 시점에서는 아직 계측값의 감시를 개시하지 않는다.
다음으로, 도 18(C) 에 나타낸 바와 같이, 이후에 정지되는 Y 헤드 (643) 가 주사 영역에 대향하고 있는 동안에, 주제어 장치 (20) 는, Y 헤드 (643) 를 포함하는 작동 중인 인코더 헤드의 계측값으로부터, 복귀한 Y 헤드 (644) 의 기준 위치를 산출한다. 그리고, 주제어 장치 (20) 는, 그 기준 위치를 Y 헤드 (644) 의 계측값의 초기값으로서 설정한다. 또한, 기준 위치의 산출과 초기값의 설정에 관해서는 이후에 상세히 설명한다.
주제어 장치 (20) 는, 상기 초기값의 설정과 동시에, 계측값을 감시하는 인코더 헤드를 Y 헤드 (643) 로부터 Y 헤드 (644) 로 전환한다. 전환 종료 후, 주제어 장치 (20) 는, 도 18(D) 에 나타낸 바와 같이, Y 헤드 (643) 를 주사 영역으로부터 벗어나기 전에 정지시킨다. 이상으로 인코더 헤드 전환의 전체 작업이 종료되고, 이후, 도 18(E) 에 나타낸 바와 같이, Y 헤드 (644) 의 계측값이 주제어 장치 (20) 에 의해 감시된다.
본 실시형태에서는, 헤드 유닛 (62A, 62C) 이 각각 구비하는 인접하는 Y 헤드 (65) 상호, Y 헤드 (64) 상호의 간격은 모두 예를 들어 70㎜ (일부 예외 있음) 로, Y 스케일 (39Y1, 39Y2) 의 주사 영역의 X 축 방향의 유효 폭 (예를 들어, 76㎜) 보다 좁게 설정되어 있다. 또한 동일하게, 헤드 유닛 (62B, 62D) 이 각각 구비하는 인접하는 X 헤드 (66) 상호의 간격은 예를 들어 70㎜ (일부 예외 있음) 로, X 스케일 (39X1, 39X2) 의 주사 영역의 Y 축 방향의 유효 폭 (예를 들어 76㎜) 보다 좁게 설정되어 있다. 이로써, 상기 서술한 바와 같이, Y 헤드 (65 또는 64), 및 X 헤드 (66) 의 전환을 원활히 실행할 수 있다.
또한, 인접하는 양 헤드가 스케일에 대향하는 범위, 즉 도 18(B) 에 나타내는 상태로부터 도 18(D) 에 나타내는 상태까지의 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 이동 거리가 예를 들어, 6㎜ 이다. 그 중앙, 즉 도 18(C) 에 나타내는 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치에서, 계측값을 감시하는 헤드가 전환된다. 이 전환 작업은, 정지되는 헤드가 주사 영역으로부터 벗어날 때까지, 즉, 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 도 18(C) 에 나타내는 상태로부터 도 18(D) 에 나타내는 상태까지의 거리 3㎜ 의 영역을 이동하는 동안에 완료된다. 예를 들어, 스테이지의 이동 속도 1m/sec 의 경우, 3msec 의 시간 내에 헤드의 전환 작업이 완료되게 된다.
다음으로, 인코더 헤드의 전환시에 있어서의 연결 처리, 즉 계측값의 초기 설정에 대하여 주제어 장치 (20) 의 동작을 중심으로 설명한다.
본 실시형태에서는, 전술한 바와 같이, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 유효 스트로크 범위에서는, XY 평면 내에서의 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 정보를 검출하기 위해서, 항상 3 개의 인코더 (X 헤드 및 Y 헤드) 가 스테이지의 움직임을 관측하고 있다. 따라서, 인코더의 전환 처리를 실시할 때에는, 도 19 에 나타낸 바와 같이, 4 개째의 인코더 (Y 헤드) (Enc4) 를 추가한, 4 개의 인코더 (Enc1 ∼ Enc4) 로 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 관측하고 있게 된다.
도 19 에 나타내는 인코더의 전환 상태에서는, 인코더 (Enc1, Enc2, Enc3 및 Enc4) 가 각각 스케일 (39Y1, 39Y2, 39X1, 39Y1) 상에 위치하고 있다. 얼핏 보면, 인코더 (Enc1) 로부터 인코더 (Enc4) 로 전환되는 것처럼 보인다. 그러나, 인코더 (Enc1) 와 인코더 (Enc4) 에서는 그들의 계측 방향인 Y 축 방향의 위치가 상이한 점에서도 알 수 있는 바와 같이, 전환을 실시하는 타이밍에 있어서 인코더 (Enc1) 의 계측값을 그대로 인코더 (Enc4) 의 계측값의 초기값으로서 설정해도 아무런 의미가 없다.
그래서, 본 실시형태에서는, 주제어 장치 (20) 가, 도 19 에 나타낸 바와 같이 3 개의 인코더 (Enc1, Enc2 및 Enc3) 에 의한 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 계측으로부터 3 개의 인코더 (Enc2, Enc3 및 Enc4) 에 의한 위치 계측으로 전환되도록 되어 있다. 이 전환 방식은 어느 헤드로부터 다른 헤드로 전환하는 것이 아니라, 3 개의 헤드 (인코더) 의 조합 (세트) 으로부터 다른 3 개의 헤드 (인코더) 의 조합 (세트) 으로 전환하는 것이다.
그 때, 주제어 장치 (20) 는, 먼저 인코더 (Enc1, Enc2 및 Enc3) 의 계측값 C1, C2, C3 을 사용하여 연립 방정식 (25a) ∼ (25c) 를 풀어, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 XY 평면 내의 위치 좌표 (X, Y, θz) 를 산출한다. 다음으로, 여기서 산출된 위치 좌표를 사용하여, 인코더 (Y 헤드) (Enc4) 의 계측값이 따르는 다음 이론식 (25d) 로부터 이론값 C4 를 구한다.
C4 = -(p4 - X)sinθz + (q4 - Y)cosθz … (25d)
여기서 p4, q4 는, 인코더 (Enc4) 의 X, Y 설치 위치이다. 그리고, 이론값 C4 를 인코더 (Enc4) 의 초기값으로서 설정한다. 단, 식 (19) 의 아래에서 설명한 바와 같이, 인코더의 계측값은 이산화되므로, 이론값 C4 는 계측 단위 δ (= p/4n) 를 단위로 하는 이산값, 즉 카운트값 c4 = int(C4/δ) 로 환산되어, 인코더 (Enc4) 의 초기값으로서 설정된다. 단, int(x/y) = [x-x％y]/y 이다. 잉여 C4％δ 의 취급은 후술한다.
이상의 연결 처리에 의해, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 계측 결과 (X, Y, θz) 를 유지한 채로, 인코더의 전환 작업이 완료된다. 그 이후에는, 전환 후에 사용하는 인코더 (Enc2, Enc3 및 Enc4) 의 계측값 C2, C3, C4 를 사용하여 다음의 연립 방정식 (25b) ∼ (25d) 을 풀어, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표 (X, Y, θz) 를 산출한다.
C2 = -(p2 - X)sinθz + (q2 - Y)cosθz … (25b)
C3 = (p3 - X)cosθz + (q3 - Y)sinθz … (25c)
C4 = -(p4 - X)sinθz + (q4 - Y)cosθz … (25d)
또한, 4 개째의 인코더가 X 헤드인 경우에는, 이론식 (25d) 대신에 다음의 이론식 (25e) 를 사용한 연립 방정식 (25b) (25c) (25e) 를 사용하면 된다.
C4 = (p4 - X)cosθz + (q4 - Y)sinθz … (25e)
단, 실제의 인코더 계측값 (미가공(生) 계측값) 에는 각종 계측 오차가 포함되어 있다. 그래서, 주제어 장치 (20) 는, 오차 보정한 값을 계측값 C4 로서 제시한다. 따라서, 상기 서술한 연결 처리에 있어서, 주제어 장치 (20) 는 스테이지 위치 기인 오차 보정 정보 및/또는 스케일의 격자 피치의 보정 정보 (및 격자 변형의 보정 정보) 등을 사용하여, 식 (25d) 또는 식 (25e) 로부터 구해지는 이론값 C4 를 역보정하여, 보정 전의 미가공값 C4' 를 산출하고, 그 미가공값 C4' 를 인코더 (Enc4) 측정값의 초기값으로서 설정한다.
인코더의 연결 처리, 즉 제 4 인코더의 초기값 C4 의 산출과 설정에 있어서 오차가 발생할 수 있다. 여기서, 실제로 웨이퍼 상의 전체 쇼트 영역의 노광을 실시하면, 인코더의 전환을, 예를 들어 100 회 정도 실행하게 된다. 따라서, 1 회의 연결 처리에서 발생하는 오차가 무시할 수 있을 만큼 작더라도, 전환을 여러 번 반복함으로써 오차가 누적되어, 허용 범위를 초과해 버릴 우려가 있다. 또한, 오차는 랜덤하게 발생하는 것으로 하여, 100 회의 전환에 의해 발생하는 누적 오차는, 1 회당 발생하는 오차의 10 배 정도이다. 따라서, 연결 처리의 정밀도를 최대한 향상시켜야 한다.
그래서, 다음의 2 가지 연결법, 즉 좌표 연결법과 위상 연결법을 도입한다.
좌표 연결법에서는, 먼저 전환 전의 3 개의 인코더 (Enc1, Enc2, Enc3) 의 계측값 C1, C2, C3 으로부터, 연립 방정식 (25a) ∼ (25c) 를 통해 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표 (X, Y, θz) 를 산출한다. 이 위치 좌표로부터, 식 (25d) (또는 식 (25e)) 를 통해 제 4 인코더 (Enc4) 의 계측값 C4 를 예측한다. 이 예측값 C4 를 계측 단위 δ 의 이산값, 즉 δ × c4 (여기서, c4 는 카운트값) 로 변환시킨다. 그리고, 이 이산값과 미소량 dC4 의 합 δ × c4 + dC4 를, 식 (25d) (또는 식 (25e)) 의 좌변의 C4 에 대입하여, 연립 방정식 (25b) ∼ (25d) (또는 연립 방정식 (25b) (25c) (25e)) 을 풀어, 위치 좌표를 역산한다. 단, 계측값 C2, C3 은 앞서와 공통된다. 여기서 구해지는 위치 좌표 (X', Y', θz') 가, 앞서 구해진 위치 좌표 (X, Y, θz) 에 일치하도록 미소량 dC4 를 결정한다. 그리고, 제 4 인코더 (Enc4) 에 대하여 이산값 δ × c4 (카운트값 c4) 를 초기값으로서 설정한다. 그것과 동시에, 위상 φ' 를 미소량 dC4 에 상당하는 위상 2πdC4/δ 로 보정하기 위해서, 위상 오프셋을 φ0 = φ' - 2πdC4/δ 로 설정한다. 여기서, 미소량 dC4 는, 연립 방정식 (25b) ∼ (25d) (또는 연립 방정식 (25b) (25c) (25e)) 을 이용한 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표의 산출 오차 등에 따라, 잉여 C4％δ 로 상이할 수 있다.
좌표 연결법에서는, 그 원리에 의해, 산출되는 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표는 인코더의 전환 전후에서 반드시 보존된다. 그러나, 연결 처리를 반복할 때마다 오차가 누적되는 것에는 변함이 없다.
본 실시형태에서는, 도 18(A) ∼ 도 18(E) 에 기초하여 상세히 서술한 바와 같이, 동일한 헤드 유닛 내의 인접하는 2 개의 인코더 사이에서 전환 처리가 실시되는 경우에는, 그것들이 동시에 동일한 스케일에 대향하고 있는 동안에 전환 처리가 실행된다. 여기서, 도 18(B) 에 나타낸 바와 같이, 새롭게 사용하는 Y 헤드 (644) 가 Y 스케일 (39Y2) 에 대향한 상태로부터, 도 18(D) 에 나타낸 바와 같이, 이후에 정지되는 Y 헤드 (643) 가 Y 스케일 (39Y2) 로부터 벗어나는 상태까지, 인접하는 2 개의 헤드가 동일한 스케일에 대향하는 구간이 약 6㎜ 있다. 여기서, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 최고 이동 속도는 예를 들어 1m/sec 이므로, 인접하는 2 개의 헤드가 동일한 스케일에 대향하는 시간은 약 6msec 이상 존재한다. 그래서, 상기 서술한 예와 같이, 준비가 완료되자마자 즉시 연결 처리를 실행하는 것이 아니라, 짧아도 약 6msec 의 전환 시간을 이용하여 충분한 연결 정밀도를 확보한 후에 연결 처리하는 것을 생각할 수 있다.
그 순서를 도 18(A) ∼ 도 18(E) 의 예를 들어 설명한다. 단, 도면 중의 Y 헤드 (643) 가 이후에 정지되는 제 1 헤드 (제 1 인코더) (Enc1), Y 헤드 (644) 가 새롭게 사용하는 제 4 헤드 (제 4 인코더) (Enc4) 에 대응한다. 도 18(B) 에 나타낸 바와 같이, 제 4 인코더 (Enc4) (644) 가 스케일 (39Y2) 에 대향하면, 주제어 장치 (20) 는 즉시 제 4 인코더 (Enc4) (644) 를 복귀시킨다. 그리고, 주제어 장치 (20) 는, 상기 서술한 순서에 따라, 제 4 인코더 (Enc4) (644) 의 계측값 C4 를 예측하고, 도 18(C) 에 나타내는 상태, 즉 양 인접 인코더 (643, 644) 의 중심이 스케일 (39Y2) 의 중앙에 위치하는 타이밍에서, 예측값 C4 로부터 정해지는 초기값 (c4 와 φ0) 을 가설정한다.
여기서, 전술한 예에서는, 초기값의 설정 (연결 처리의 실행) 후, 즉시 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표를 산출하기 위해서 계측값을 감시하는 인코더를 제 1 조합 (Enc1, Enc2, Enc3) 으로부터 제 2 조합 (Enc2, Enc3, Enc4) 으로 전환하였다. 그러나, 여기서는 아직 전환 처리를 실시하지 않고, 계속해서 제 4 인코더 (Enc4) 의 계측값 C4 의 예측을 계속한다. 그리고, 주제어 장치 (20) 는, 그 예측값과 가설정 상태에서의 제 4 인코더 (Enc4) 의 실측값의 차 (ΔC4) 를 구하고, 그 차를 실제로 제 4 인코더 (Enc4) 의 초기값을 본(本)설정할 때까지 시간 평균한다. 또한, 후술하는 바와 같이, 본 실시형태에서는 소정의 시간 간격마다 인코더 시스템의 계측 결과를 감시하고 있기 때문에, 소정 수의 감시 결과를 이동 평균하게 된다.
제 4 인코더 (Enc4) 의 계측값 C4 의 예측값과 가설정 상태에서의 실측값의 차 (ΔC4) 는, 이상적으로는 0 값을 취하지만, 실제로는 여러 가지 오차 요인에 의해 0 이 아니게 된다. 또한, 대부분의 오차 요인은 시간에 대하여 랜덤하게 발생하기 때문에, 시간의 경과에 대하여 차 ΔC4 의 값도 랜덤하게 요동한다. 여기서, 차 (ΔC4) 의 시간 평균을 취함으로써 오차 성분이 평균화되어, 랜덤한 요동은 작아진다. 그래서, 주제어 장치 (20) 는, 약 6msec 이상의 전환 시간을 들여 차 (ΔC4) 를 시간 평균한다. 그리고, 주제어 장치 (20) 는, 요동이 충분히 허용할 수 있을 정도로 충분히 작아지는 것을 확인하고, 차 (ΔC4) 를 앞서의 가(假)예측값 C4 에 가산하여, 예측값 C4 + ΔC4 로부터 정해지는 초기값 (c4 와 φ0) 을, 제 4 인코더 (Enc4) 의 계측값으로서 본설정한다. 본설정이 종료된 후, 주제어 장치 (20) 는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표를 산출하기 위해서 사용하는 인코더를 제 2 조합 (Enc2, Enc3, Enc4) 으로 전환한다. 그리고, 주제어 장치 (20) 는, 제 1 인코더 (Enc1) 를, 대응하는 스케일로부터 벗어날 때에 정지시킨다. 이로써 전환 처리가 완료된다.
또 다른 하나의 위상 연결법인 경우, 그 기본 순서는 상기 좌표 연결법과 동일하지만, 위상 오프셋의 취급이 상이하다. 좌표 연결법에서는, 인코더 전환 전후에서, 산출되는 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표가 완전하게 일치하도록, 제 4 인코더에 대한 위상 오프셋을 재설정하였다. 위상 연결법에서는, 위상 오프셋을 재설정하지 않고, 이미 설정되어 있는 위상 오프셋을 계속해서 사용한다. 즉, 위상 연결법에서는 카운트값만을 재설정한다. 이 경우, 인코더 전환 전후에서, 산출되는 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표는 불연속하게 될 수 있다. 그러나, 위상 오프셋이 정확하게 설정되어 있는 경우에는, 카운트값의 설정 미스 (miss) 가 발생하지 않는 한, 오차는 발생하지 않는다. 따라서, 연결 처리의 반복에 따른 오차의 누적도 발생하지 않는다. 또한, 전술한 카운트값의 설정 순서에 따르는 한, 그 설정 미스가 발생할 가능성은 매우 낮다.
단, 위상 오프셋은, 한 번 정확하게 설정했다고 해도, 인코더 헤드의 설치 위치의 어긋남 등이 발생하여 정확함을 잃는 경우가 있을 수 있다. 그래서, 노광 장치 (100) 의 기동 후, 첫 회의 연결 처리시에 좌표 연결법을 적용하여 위상 오프셋을 설정하고, 이후의 연결 처리시에는 위상 연결법을 적용한다. 그리고, 노광 장치 (100) 의 아이들 (idle) 중 또는 로트 선두시 등에, 적절히 좌표 연결법을 실행하여 위상 오프셋을 최신 값으로 갱신하면 된다.
여기서, 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 가속 구동하면 스케일이 변형되고, 그것에 의해 인코더의 계측 오차가 발생하는 것이, 발명자들의 연구 결과 최근 들어 판명되었다. 즉, 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 가속 이동하고 있을 때에, 좌표 연결법을 적용하여 위상 오프셋을 설정하면, 연결 오차가 발생하여, 위상 오프셋의 정확함이 저해된다. 따라서, 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 가속 이동하고 있을 때에 발생하는 연결 처리시에, 좌표 연결법을 적용하여 위상 오프셋을 설정하는 것은 바람직하지 않다. 그래서, 예를 들어 노광 장치 (100) 의 기동시 또는 아이들 중, 혹은 로트 선두시 등에, 전부 또는 일부의 인코더 (헤드) 에 대한 위상 오프셋을 갱신하기 위한 시퀀스를 실행하는 것으로 한다. 단, 이 시퀀스에서는, 반드시 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 등속 구동하거나 또는 연결 위치로 위치 결정한 후에 좌표 연결법을 실행하여 정확한 위상 오프셋을 설정한다. 그리고, 노광시 및 얼라인먼트 계측시에는, 위상 연결법을 적용하여 인코더를 전환함으로써, 항상 고정밀도의 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 계측을 보장할 수 있게 된다.
그런데, 본 실시형태에서는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표는, 주제어 장치 (20) 에 의해 예를 들어, 96μsec 의 시간 간격으로 제어되고 있다. 이 제어 샘플링 간격마다, 위치 서보 제어계 (주제어 장치 (20) 의 일부) 가, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 현재 위치를 갱신하고, 목표 위치로 위치 결정하기 위한 추력 지령치 등을 연산하여 출력하고 있다. 전술한 바와 같이, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 현재 위치는, 간섭계 또는 인코더의 계측값으로부터 산출된다.
여기서, 앞서 설명한 바와 같이, 간섭계와 인코더는 간섭광의 강도를 계측한다. 그 계측값은 주제어 장치 (20) 에 전송된다. 주제어 장치 (20) 는, 간섭광의 강도 변화의 횟수 (즉, 간섭광의 프린지의 수) 를 센다. 그 계수값 (카운트값) 으로부터 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치를 산출한다. 따라서, 프린지를 놓치지 않도록, 제어 샘플링 간격보다 훨씬 짧은 시간 간격 (계측 샘플링 간격) 으로 간섭계와 인코더의 계측값을 감시하고 있다.
그래서, 본 실시형태에서는, 주제어 장치 (20) 는 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 유효 스트로크 범위에 있는 동안에는 항상, 스케일의 주사 영역에 대향하고 있는 모든 인코더 (3 개로는 한정되지 않는다) 로부터, 계측값을 수시로 계속해서 주고 받는다. 그리고, 주제어 장치 (20) 는, 상기 서술한 인코더의 전환 동작 (복수의 인코더 사이의 연결 동작) 을, 제어 샘플링 간격마다 실시되는 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 제어와 동기하여 실시하고 있다. 이와 같이 함으로써, 전기적으로 고속의 인코더 전환 동작이 불필요해지고, 또한 그러한 고속의 전환 동작을 실현하기 위한 고가의 하드웨어를 반드시 형성하지 않아도 되게 된다.
도 20 에는, 본 실시형태에 있어서의 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 제어, 인코더 계측값의 취득, 및 인코더 전환의 타이밍이 개념적으로 보여지고 있다. 도면 중의 부호 CSCK 는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 제어의 샘플링 클록 (제어 클록) 의 발생 타이밍을 나타내고, 부호 MSCK 는, 인코더 (및 간섭계) 의 계측의 샘플링 클록 (계측 클록) 의 발생 타이밍을 나타낸다. 또한, 부호 CH 는, 도 18(A) ∼ 도 18(E) 에 의해 상세히 설명한 인코더의 전환 (연결) 처리를 모식적으로 나타낸다.
주제어 장치 (20) 는, 인코더 (헤드) 의 전환 순서를, 인코더의 복귀와 연결 처리의 2 단계로 나누어 실행한다. 도 20 에 나타내는 예에 따라 설명하면, 먼저, 제 1 제어 클록시에 작동하고 있는 인코더는, 제 1 조합 (Enc1, Enc2 및 Enc3) 의 3 개로 한다. 주제어 장치 (20) 는, 이들 인코더의 계측값을 감시하여, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표 (X, Y, θz) 를 산출하고 있다. 다음으로, 주제어 장치 (20) 는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표로부터, X 스케일 및 Y 스케일의 주사 영역 상에 있는 모든 인코더를 확인한다. 그 중에서, 복귀를 필요로 하는 인코더 (Enc4) 를 특정하여, 제 2 제어 클록시에 복귀시킨다. 이 시점에서, 작동하고 있는 인코더는 4 개가 된다. 그리고, 작동하고 있는 인코더 중에서, 다음의 제어 클록시에 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표를 산출하기 위해서 계측값을 감시하는 인코더를, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표에 따라 특정한다. 여기서, 제 2 조합 (Enc2, Enc3 및 Enc4) 이 특정된 것으로 한다. 이 특정된 조합이, 전 (前) 제어 클록시에 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표를 산출하기 위해서 사용되었던 조합과 일치하는지 확인한다. 이 예에서는, 제 1 조합 중의 인코더 (Enc1) 와 제 2 조합 중의 인코더 (Enc4) 가 상이하다. 그래서, 제 3 제어 클록시에 제 2 조합으로의 연결 처리 (CH) 를 실행한다. 이후, 주제어 장치 (20) 는, 제 2 조합 (Enc2, Enc3 및 Enc4) 의 계측값을 감시하여, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표 (X, Y, θz) 를 산출한다. 물론, 조합의 변경이 없으면 연결 처리 (CH) 는 실행되지 않는다. 감시 대상에서 벗어난 인코더 (Enc1) 는, 스케일 상의 주사 영역으로부터 벗어나는 제 4 제어 클록시에 정지된다.
주제어 장치 (20) 는, 쇼트 맵 (노광 맵) 마다 인코더 전환 처리를 스케줄링하여, 그 결과를 메모리 (34) 에 기억하고 있다. 따라서, 리트라이 (재시도) 가 없으면, 쇼트 맵마다 일정한 스케줄 내용이 된다. 그러나, 실제로는 리트라이를 고려해야 하기 때문에, 주제어 장치 (20) 는 노광 동작을 실시하면서 조금 전의 스케줄을 항상 갱신해 가는 것이 바람직하다.
또한, 지금까지 본 실시형태에 있어서의 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 제어에 사용하는 인코더 전환 방식의 원리를 설명하기 위해서, 4 개의 인코더 (헤드) (Enc1, Enc2, Enc3 및 Enc4) 를 채택하였지만, 인코더 (Enc1, Enc2) 는 헤드 유닛 (62A, 62C) 의 Y 헤드 (65, 64), 및 헤드 유닛 (62E, 62F) 의 Y 헤드 (67, 68) 중 어느 하나를, 인코더 (Enc3) 는 헤드 유닛 (62B, 62D) 의 X 헤드 (66) 를, 인코더 (Enc4) 는 Y 헤드 (65, 64, 67, 68), 또는 X 헤드 (66) 중 어느 하나를 대표적으로 나타낸 것이다.
또한, 지금까지의 설명에서는 설명을 간략화시키기 위해서, 주제어 장치 (20) 가, 스테이지의 제어, 간섭계 시스템, 인코더 시스템 및 그 헤드의 전환 (연결) 등을 포함하여, 노광 장치의 구성 각 부의 제어를 실시하는 것으로 하였지만, 이것에 한정되지 않고, 상기 주제어 장치 (20) 가 실시하는 제어의 적어도 일부를 복수의 제어 장치에서 분담하여 실시해도 되는 것은 물론이다. 예를 들어 스테이지의 제어, 간섭계 시스템, 인코더 시스템 및 그 헤드의 전환 (연결) 등을 실시하는 스테이지 제어 장치를, 주제어 장치 (20) 의 배하 (配下) 에 설치해도 된다.
이상 상세히 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 관련된 노광 장치 (100) 에 의하면, 인코더 시스템의 X 인코더와 Y 인코더를 적어도 각 1 개 포함하는 3 개의 인코더 (헤드) 를 사용하여, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 XY 평면 (이동면) 내에 있어서의 위치 (θz 회전을 포함한다) 가 계측된다. 그리고, 주제어 장치 (20) 에 의해, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 이동에 따라, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 계측에 사용되는 인코더 (헤드) 가, 상기 3 개의 인코더로 이루어지는 제 1 조합으로부터, 상기 3 개의 인코더 중 적어도 하나가 다른 인코더로 교체된 3 개의 인코더로 이루어지는 제 2 조합으로 전환된다. 그리고, 이 전환시에, 주제어 장치 (20) 에 의해, 좌표 연결법 및/또는 위상 연결법을 적용하여, 새롭게 사용되는 인코더 (헤드) 의 계측값이 초기 설정된다 (계측값의 초기값이 설정된다). 이로써, 인코더 (헤드) 전환 전후에서, 초기값 설정시의 계측 단위 이하의 오차를 고려하지 않은 레벨에서 보면, 인코더 시스템의 계측값으로부터 산출되는 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표가 보존된다. 이와 같이, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 이동에 수반되어, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 계측에 사용되는 인코더 (헤드) 가 끊임없이 전환됨에도 불구하고, 전환 전후에서 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표의 정확한 연결이 가능해진다. 이로써, 복수의 인코더를 전환하면서, 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 정확하게 2 차원 이동시킬 수 있게 된다.
특히, 주제어 장치 (20) 가 좌표 연결법을 이용하여 새롭게 사용되는 인코더 (헤드) 의 계측값의 초기값을 설정하는 경우에는, 인코더 전환 (연결) 전후에서 웨이퍼 스테이지의 위치 좌표를 보존할 수 있다.
한편, 주제어 장치 (20) 가 위상 연결법을 이용하여 새롭게 사용되는 인코더 (헤드) 의 계측값의 초기값을 설정하는 경우에는, 연결 처리를 반복해도 오차의 누적을 방지할 수 있다. 그래서, 노광 장치 (100) 의 기동시 또는 아이들 중, 혹은 로트 선두시 등에, 전부 또는 일부의 인코더 (헤드) 에 대한 위상 오프셋을 갱신하기 위한 시퀀스를 실행한다. 단, 이 시퀀스에서는, 반드시, 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 등속 구동하거나 또는 연결 위치로 위치 결정한 후에, 좌표 연결법을 실행하여 정확한 위상 오프셋을 설정한다. 그리고, 노광시 및 얼라인먼트 계측시에는, 위상 연결법을 적용하여 인코더를 전환함으로써, 항상 고정밀도의 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 계측을 보장할 수 있게 된다.
또한, 본 실시형태에 관련된 노광 장치 (100) 에 의하면, 상기 서술한 수법에 의해, 복수의 인코더를 전환하면서, 양호한 정밀도로 구동되는 웨이퍼 스테이지 (WST) 상에 탑재된 웨이퍼 (W) 상의 복수의 쇼트 영역 각각에 레티클 (R) 의 패턴이 전사 형성되기 때문에, 그 웨이퍼 (W) 상의 각 쇼트 영역에 양호한 정밀도로 패턴을 형성할 수 있게 된다. 특히, 본 실시형태에서는, 레티클 (R) 및 투영 광학계 (PL) 를 통해 웨이퍼 (W) 에 조사되는 조명광 (IL) 과 웨이퍼 (W) 의 상대 이동을 위해서, 상기 서술한 수법에 의해 복수의 인코더를 전환하면서, 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 양호한 정밀도로 구동된다. 따라서, 주사 노광에 의해 웨이퍼 (W) 상에 양호한 정밀도로 패턴을 형성할 수 있게 된다.
또한, 상기 실시형태에서 설명한 인코더 시스템 등의 각 계측 장치의 구성은 일례에 불과하고, 본 발명이 이것에 한정되지 않는 것은 물론이다. 예를 들어 상기 실시형태에서는, 웨이퍼 테이블 (웨이퍼 스테이지) 상에 격자부 (Y 스케일, X 스케일) 를 형성하고, 이것에 대향하여 X 헤드, Y 헤드를 웨이퍼 스테이지의 외부에 배치하는 구성의 인코더 시스템을 채용한 경우에 대하여 예시하였지만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 미국 특허 출원 공개 제2006/0227309호 명세서 등에 개시된 바와 같이, 웨이퍼 스테이지에 인코더 헤드를 형성하고, 이것에 대향하여 웨이퍼 스테이지의 외부에 격자부 (예를 들어 2 차원 격자 또는 2 차원으로 배치된 1 차원의 격자부) 를 배치하는 구성의 인코더 시스템을 채용해도 된다. 이 경우에 있어서, Z 헤드도 웨이퍼 스테이지에 형성하고, 그 격자부의 면을 Z 헤드의 계측 빔이 조사되는 반사면으로 해도 된다.
또한 상기 실시형태에서는, 예를 들어 헤드 유닛 (62A, 62C) 의 내부에 인코더 헤드와 Z 헤드가, 따로 따로 형성되어 있는 경우에 대하여 설명하였지만, 인코더 헤드와 Z 헤드의 기능을 구비한 단일 헤드를, 인코더 헤드와 Z 헤드의 세트를 대신하여 사용해도 된다.
또한 상기 실시형태에서는, 인코더로서 회절 간섭 방식의 광학 인코더를 사용하는 경우에 대하여 예시하였지만, 본 발명에 관련된 이동체 구동 방법 및 이동체 구동 시스템은, 이러한 방식 이외의 인코더를 사용하는 경우에도 적용할 수 있는 것은 물론이다. 예를 들어, 자기 (磁氣) 인코더를 사용해도 된다.
또한 상기 실시형태에서는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 계측이, 간섭계 시스템 및 인코더 시스템에 의해 실시되는 경우에 대하여 설명하였지만, 이것에 한정되지 않고, 계측 스테이지는 물론, 레티클 스테이지 (RST) 가 2 차원 이동하는 경우, 전술한 인코더 시스템과 동일한 구성의 인코더 시스템을 추가로 형성하여 레티클 스테이지 (RST) 의 위치 정보를 계측함과 함께, 필요에 따라 전술한 좌표 연결 및/또는 위상 연결 등을 이용하여, 헤드의 전환, 연결을 전술한 것과 동일한 순서로 실시하도록 해도 된다.
또한, 상기 실시형태에서는 노즐 유닛 (32) 의 하면과 투영 광학계 (PL) 의 선단 광학 소자의 하단부면이 거의 면일 (面一) 한 것으로 하였지만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 노즐 유닛 (32) 의 하면을, 선단 광학 소자의 사출면보다 투영 광학계 (PL) 의 이미지면 (즉, 웨이퍼) 의 근처에 배치해도 된다. 즉, 국소 액침 장치 (8) 는 상기 서술한 구조에 한정되지 않고, 예를 들어 유럽 특허 출원 공개 제1420298호 명세서, 국제 공개 제2004/055803호 팜플렛, 국제 공개 제2004/057590호 팜플렛, 국제 공개 제2005/029559호 팜플렛 (대응 미국 특허 출원 공개 제2006/0231206호 명세서), 국제 공개 제2004/086468호 팜플렛 (대응 미국 특허 출원 공개 제2005/0280791호 명세서), 일본 공개특허공보 2004-289126호 (대응하는 미국 특허 제6,952,253호 명세서) 등에 기재되어 있는 것을 사용할 수 있다. 또한, 예를 들어 국제 공개 제2004/019128호 팜플렛 (대응 미국 특허 출원 공개 제2005/0248856호 명세서) 에 개시된 바와 같이, 선단 광학 소자의 이미지면측의 광로에 추가하여, 선단 광학 소자의 물체면측의 광로도 액체로 채우도록 해도 된다. 또한 선단 광학 소자의 표면의 일부 (적어도 액체와의 접촉면을 포함한다) 또는 전부에, 친액성 및/또는 용해 방지 기능을 갖는 박막을 형성해도 된다. 또한, 석영은 액체와의 친화성이 높고, 또한 용해 방지막도 불필요하지만, 형석은 적어도 용해 방지막을 형성하는 것이 바람직하다.
또한 상기 실시형태에서는, 액체로서 순수 (물) 를 사용하는 것으로 하였지만, 본 발명이 이것에 한정되지 않는 것은 물론이다. 액체로는, 화학적으로 안정되고, 조명광 (IL) 의 투과율이 높고 안전한 액체, 예를 들어 불소계 불활성 액체를 사용해도 된다. 이 불소계 불활성 액체로는, 예를 들어 플루오리너트 (미국 쓰리엠사의 상품명) 를 사용할 수 있다. 이 불소계 불활성 액체는 냉각 효과 면에서도 우수하다. 또한, 액체로서 조명광 (IL) 에 대한 굴절률이 순수 (굴절률은 1.44 정도) 보다 높은, 예를 들어 1.5 이상인 액체를 사용해도 된다. 이 액체로는, 예를 들어 굴절률이 약 1.50 인 이소프로판올, 굴절률이 약 1.61 인 글리세롤 (글리세린) 과 같은 C-H 결합 혹은 O-H 결합을 갖는 소정 액체, 헥산, 헵탄, 데칸 등의 소정 액체 (유기 용제), 혹은 굴절률이 약 1.60 인 데칼린 (Decalin; Decahydronaphthalene) 등을 들 수 있다. 혹은, 이들 액체 중 임의의 2 종류 이상의 액체가 혼합된 것이어도 되고, 순수에 이들 액체 중 적어도 하나가 첨가 (혼합) 된 것이어도 된다. 혹은, 액체로는, 순수에, H+, Cs+, K+, Cl-, SO4 2-, PO4 2 - 등의 염기 또는 산을 첨가 (혼합) 한 것이어도 된다. 또한, 순수에 Al 산화물 등의 미립자를 첨가 (혼합) 한 것이어도 된다. 이들 액체는, ArF 엑시머 레이저광을 투과할 수 있다. 또한 액체로는, 광의 흡수 계수가 작고, 온도 의존성이 적고, 투영 광학계 (선단의 광학 부재), 및/또는 웨이퍼의 표면에 도포되어 있는 감응재 (또는 보호막 (탑코트막) 혹은 반사 방지막 등) 에 대하여 안정적인 것이 바람직하다. 또한, F2 레이저를 광원으로 하는 경우에는, 폼블린 오일을 선택하면 된다. 또한 액체로는, 순수보다 조명광 (IL) 에 대한 굴절률이 높은 액체, 예를 들어 굴절률이 1.6 ∼ 1.8 정도인 것을 사용해도 된다. 액체로서 초임계 유체를 사용할 수도 있다. 또한, 투영 광학계 (PL) 의 선단 광학 소자를, 예를 들어 석영 (실리카), 혹은, 불화칼슘 (형석), 불화바륨, 불화스트론튬, 불화리튬 및 불화나트륨 등의 불화 화합물의 단결정 재료로 형성해도 되고, 석영이나 형석보다 굴절률이 높은 (예를 들어 1.6 이상) 재료로 형성해도 된다. 굴절률이 1.6 이상인 재료로는, 예를 들어 국제 공개 제2005/059617호 팜플렛에 개시된, 사파이어, 이산화게르마늄 등, 혹은, 국제 공개 제2005/059618호 팜플렛에 개시된, 염화칼륨 (굴절률은 약 1.75) 등을 사용할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서, 회수된 액체를 재이용하도록 해도 되고, 이 경우에는 회수된 액체로부터 불순물을 제거하는 필터를 액체 회수 장치, 또는 회수관 등에 형성해 두는 것이 바람직하다.
또한 상기 실시형태에서는, 노광 장치가 액침형의 노광 장치인 경우에 대하여 설명하였지만, 이것에 한정되지 않고, 액체 (물) 를 통하지 않고 웨이퍼 (W) 의 노광을 실시하는 드라이 타입의 노광 장치에도 채용할 수 있다.
또한 상기 실시형태에서는, 스텝·앤드·스캔 방식 등의 주사형 노광 장치에 본 발명이 적용된 경우에 대하여 설명하였지만, 이것에 한정되지 않고, 스테퍼 등의 정지형 노광 장치에 본 발명을 적용해도 된다. 스테퍼 등이어도, 노광 대상 물체가 탑재된 스테이지의 위치를 인코더로 계측함으로써, 동일하게, 공기 요동에서 기인되는 위치 계측 오차의 발생을 거의 0 으로 할 수 있다. 이 경우, 인코더의 계측값의 단기 변동을 간섭계의 계측값을 사용하여 보정하는 보정 정보와 인코더의 계측값에 기초하여, 스테이지를 고정밀도로 위치 결정할 수 있게 되어, 결과적으로 고정밀도의 레티클 패턴을 물체 상에 전사할 수 있게 된다. 또한, 쇼트 영역과 쇼트 영역을 합성하는 스텝·앤드·스티치 방식의 축소 투영 노광 장치, 프록시미티 방식의 노광 장치, 또는 미러 프로젝션·얼라이너 등에도 본 발명을 적용할 수 있다. 또한 예를 들어 일본 공개특허공보 평10-163099호 및 일본 공개특허공보 평10-214783호 (대응하는 미국 특허 제6,590,634호 명세서), 일본 공표특허공보 2000-505958호 (대응 미국 특허 제5,969,441호 명세서), 미국 특허 제6,208,407호 명세서 등에 개시된 바와 같이, 복수의 웨이퍼 스테이지를 구비한 멀티 스테이지형의 노광 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 상기 실시형태의 노광 장치에 있어서의 투영 광학계는 축소계뿐만 아니라 등배 및 확대계의 어느 것이어도 되고, 투영 광학계 (PL) 는 굴절계뿐만 아니라, 반사계 및 반사 굴절계의 어느 것이어도 되며, 그 투영 이미지는 도립상 및 정립상의 어느 것이어도 된다. 또한, 투영 광학계 (PL) 를 통해 조명광 (IL) 이 조사되는 노광 영역 (IA) 은, 투영 광학계 (PL) 의 시야 내에서 광축 (AX) 을 포함하는 온 액시스 (On Axis) 영역이지만, 예를 들어 국제 공개 제2004/107011호 팜플렛에 개시된 바와 같이, 복수의 반사면을 갖고 또한 중간 이미지를 적어도 1 회 형성하는 광학계 (반사계 또는 반굴계) 가 그 일부에 형성되고, 또한 단일 광축을 갖는, 이른바 인라인형 반사 굴절계와 동일하게, 그 노광 영역은 광축 (AX) 을 포함하지 않는 오프 액시스 (Off Axis) 영역이어도 된다. 또한, 전술한 조명 영역 및 노광 영역은 그 형상이 직사각형인 것으로 하였지만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 원호, 사다리꼴, 혹은 평행사변형 등이어도 된다.
또한, 상기 실시형태의 노광 장치의 광원은, ArF 엑시머 레이저에 한정되지 않고, KrF 엑시머 레이저 (출력 파장 248㎚), F2 레이저 (출력 파장 157㎚), Ar2 레이저 (출력 파장 126㎚), Kr2 레이저 (출력 파장 146㎚) 등의 펄스 레이저 광원, 혹은 g 선 (파장 436㎚), i 선 (파장 365㎚) 등의 휘선을 발하는 초고압 수은 램프 등을 사용할 수도 있다. 또한, YAG 레이저의 고조파 발생 장치 등을 사용할 수도 있다. 그 밖에, 예를 들어 국제 공개 제99/46835호 팜플렛 (대응하는 미국 특허 제7,023,610호 명세서) 에 개시된 바와 같이, 진공 자외광으로서 DFB 반도체 레이저 또는 파이버 레이저로부터 발진되는 적외역, 또는 가시역의 단일 파장 레이저광을, 예를 들어 에르븀 (또는 에르븀과 이테르븀의 양방) 이 도핑된 파이버 앰프로 증폭시키고, 비선형 광학 결정을 사용하여 자외광으로 파장 변환된 고조파를 사용해도 된다.
또한 상기 실시형태에서는, 노광 장치의 조명광 (IL) 으로는 파장 100㎚ 이상의 광에 한정되지 않고, 파장 100㎚ 미만의 광을 사용해도 되는 것은 말할 필요도 없다. 예를 들어 최근, 70㎚ 이하의 패턴을 노광하기 위해서, SOR 또는 플라즈마 레이저를 광원으로 하여, 연X선 영역 (예를 들어, 5 ∼ 15㎚ 의 파장역) 의 EUV (Extreme Ultraviolet) 광을 발생시킴과 함께, 그 노광 파장 (예를 들어, 13.5㎚) 하에서 설계된 전반사 축소 광학계, 및 반사형 마스크를 사용한 EUV 노광 장치의 개발이 이루어지고 있다. 이 장치에 있어서는, 원호 조명을 사용하여 마스크와 웨이퍼를 동기 주사하여 스캔 노광하는 구성을 생각할 수 있으므로, 이러한 장치에도 본 발명을 바람직하게 적용할 수 있다. 그 밖에, 전자선 또는 이온 빔 등의 하전 입자선을 사용하는 노광 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 상기 서술한 실시형태에 있어서는, 광투과성의 기판 상에 소정의 차광 패턴 (또는 위상 패턴·감광 패턴) 을 형성한 광 투과형 마스크 (레티클) 를 사용하였지만, 이 레티클 대신에, 예를 들어 미국 특허 제6,778,257호 명세서에 개시된 바와 같이, 노광할 패턴의 전자 데이터에 기초하여, 투과 패턴 또는 반사 패턴, 혹은 발광 패턴을 형성하는 전자 마스크 (가변 성형 마스크, 액티브 마스크, 혹은 이미지 제너레이터라고도 하며, 예를 들어 비발광형 화상 표시 소자 (공간 광 변조기) 의 일종인 DMD (Digital Micro-mirror Device) 등을 포함한다) 를 사용해도 된다.
또한, 예를 들어 국제 공개 제01/035168호 팜플렛에 개시된 바와 같이, 간섭 무늬를 웨이퍼 상에 형성함으로써, 웨이퍼 상에 라인·앤드·스페이스 패턴을 형성하는 노광 장치 (리소그래피 시스템) 에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 예를 들어 일본 공표특허공보 2004-519850호 (대응하는 미국 특허 제6,611,316호 명세서) 에 개시된 바와 같이, 2 개의 레티클 패턴을 투영 광학계를 통해 웨이퍼 상에서 합성하고, 1 회의 스캔 노광에 의해 웨이퍼 상의 1 개의 쇼트 영역을 거의 동시에 이중 노광하는 노광 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 물체 상에 패턴을 형성하는 장치는, 전술한 노광 장치 (리소그래피 시스템) 에 한정되지 않고, 예를 들어 잉크젯 방식으로 물체 상에 패턴을 형성하는 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서 패턴을 형성할 물체 (에너지 빔이 조사되는 노광 대상의 물체) 는 웨이퍼에 한정되지 않고, 유리 플레이트, 세라믹 기판, 필름 부재, 혹은 마스크 블랭크스 등, 다른 물체여도 된다.
노광 장치의 용도로는 반도체 제조용 노광 장치에 한정되지 않고, 예를 들어 사각형의 유리 플레이트에 액정 표시 소자 패턴을 전사하는 액정용 노광 장치, 유기 EL, 박막 자기 헤드, 촬상 소자 (CCD 등), 마이크로 머신 및 DNA 칩 등을 제조하기 위한 노광 장치에도 널리 적용할 수 있다. 또한, 반도체 소자 등의 마이크로 디바이스뿐만 아니라, 광 노광 장치, EUV 노광 장치, X 선 노광 장치, 및 전자선 노광 장치 등에서 사용되는 레티클 또는 마스크를 제조하기 위해서, 유리 기판 또는 실리콘 웨이퍼 등에 회로 패턴을 전사하는 노광 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 본 발명의 이동체 구동 방법 및 이동체 구동 시스템은, 노광 장치에 한정되지 않고, 그 밖의 기판 처리 장치 (예를 들어, 레이저 리페어 장치, 기판 검사 장치 외), 혹은 그 밖의 정밀 기계에 있어서의 시료의 위치 결정 장치, 와이어 본딩 장치 등의 평면 내에서 이동하는 스테이지 등의 이동체를 구비한 장치에도 널리 적용할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서 인용한 노광 장치 등에 관한 모든 공보, 국제 공개 팜플렛, 미국 특허 출원 공개 명세서 및 미국 특허 명세서의 개시를 원용하여 본 명세서 기재의 일부로 한다.
반도체 디바이스는, 디바이스의 기능·성능 설계를 실시하는 단계, 실리콘 재료로 웨이퍼를 형성하는 단계, 전술한 실시형태의 노광 장치 (패턴 형성 장치) 에 의해 레티클 (마스크) 에 형성된 패턴을 웨이퍼에 전사하는 리소그래피 단계, 노광된 웨이퍼를 현상하는 현상 단계, 레지스트가 잔존하고 있는 부분 이외의 부분의 노출 부재를 에칭에 의해 제거하는 에칭 단계, 에칭이 완료되어 불필요해진 레지스트를 제거하는 레지스트 제거 단계, 디바이스 조립 단계 (다이싱 공정, 본딩 공정, 패키지 공정을 포함한다), 및 검사 단계 등을 거쳐 제조된다.
산업상이용가능성
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 이동체 구동 방법 및 이동체 구동 시스템은, 이동체를 구동하는 데에 적합하다. 또한, 본 발명의 처리 장치 및 처리 방법은, 평면 내에서 이동하는 이동체 상에 탑재된 물체에 소정의 처리를 실시하는 데에 적합하다. 또한, 본 발명의 패턴 형성 방법 및 장치는, 물체 상에 패턴을 형성하는 데에 적합하다. 또한, 본 발명의 노광 방법 및 장치, 그리고 디바이스 제조 방법은, 반도체 소자 또는 액정 표시 소자 등의 전자 디바이스를 제조하는 데에 적합하다.

Claims (30)

  1. 투영 광학계를 통해 기판을 노광하는 노광 장치로서,
    상기 기판을 유지하는 기판 스테이지와,
    상기 기판 스테이지를 구동하는 구동 시스템과,
    상기 투영 광학계의 광축과 직교하는 소정 면과 실질적으로 평행하게 배치되는 격자부에 대하여, 각각 상기 소정 면과 교차되는 방향으로부터 계측 빔을 조사하는 복수의 헤드를 갖고, 상기 소정 면 내에서 서로 직교하는 제 1, 제 2 방향에 관한 상기 기판 스테이지의 위치 정보를 계측하는 계측 시스템과,
    상기 계측 시스템에 의해 계측되는 위치 정보에 기초하여 상기 구동 시스템에 의한 상기 기판 스테이지의 구동을 제어함과 함께, 상기 복수의 헤드 중 상기 격자부와 대향하는 3 개의 헤드를 사용하는 상기 기판 스테이지의 구동 제어를, 상기 3 개의 헤드의 1 개 대신에, 상기 3 개의 헤드와 상이한 다른 헤드를 포함하는 3 개의 헤드를 사용하는 상기 기판 스테이지의 구동 제어로 전환하기 위해서, 그 전환 전에 사용되는 상기 3 개의 헤드에 의해 계측되는 위치 정보에 기초하여, 상기 다른 헤드에 의해 계측되는 위치 정보를 결정하는 제어 장치를 구비하고,
    상기 제어 장치는, 상기 구동 제어의 전환을 위한 상기 위치 정보의 결정을, 상기 다른 헤드에 있어서의 계수값과 위상 오프셋 중, 상기 계수값만을 재설정하는 제 1 결정법 또는, 상기 계수값 및 상기 위상 오프셋을 재설정하는 제 2 결정법을 사용하여 실행 가능한 노광 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 기판 스테이지의 이동에 의해 반복 실시하는 상기 구동 제어의 전환을 위해서 상기 제 1 결정법을 사용하여 상기 위치 정보를 결정함과 함께, 상기 제 1 결정법을 사용하는 상기 구동 제어의 전환 전후의 적어도 일방에서, 상기 구동 제어의 전환을 위해서 상기 제 2 결정법을 사용하여 상기 위치 정보를 결정하는 노광 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 결정법에서는, 상기 위상 오프셋이 상기 전환 전부터 계속해서 사용되고,
    상기 제어 장치는, 상기 제 1 결정법을 사용하는 상기 구동 제어의 전환에 이어서 상기 제 2 결정법을 사용하는 상기 구동 제어의 전환을 실시하여, 상기 다른 헤드에 있어서의 상기 위상 오프셋을 갱신하는 노광 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 기판의 노광 동작에 있어서 상기 구동 제어의 전환을 위해서 상기 제 1 결정법을 사용하여 상기 위치 정보를 결정하고, 상기 노광 동작 이외에서 상기 구동 제어의 전환을 위해서 상기 제 2 결정법을 사용하여 상기 위치 정보를 결정하는 노광 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 기판의 마크를 검출하는 마크 검출계를 추가로 구비하고,
    상기 제어 장치는, 상기 마크의 검출 동작에 있어서 상기 구동 제어의 전환을 위해서 상기 제 1 결정법을 사용하여 상기 위치 정보를 결정하는 노광 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 기판 스테이지의 가속도가 실질적으로 0 의 상태에서, 상기 제 2 결정법을 사용하여 상기 구동 제어의 전환을 위한 상기 위치 정보의 결정을 실시하는 노광 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 결정법에서는, 상기 위상 오프셋이 상기 전환 전부터 계속해서 사용되고,
    상기 제 2 결정법에서는, 상기 구동 제어의 전환 전후에서 상기 위치 정보가 실질적으로 유지되도록 상기 위상 오프셋이 재설정되는 노광 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다른 헤드에 의해 계측되는 위치 정보는, 상기 전환 전에 사용되는 상기 1 개의 헤드와, 상기 전환 후에 사용되는 상기 다른 헤드의 양방이 상기 격자부와 대향한 상태에서 결정되는 노광 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 다른 헤드에 의해 계측되는 위치 정보는, 상기 전환 전에 사용되는 상기 1 개의 헤드에 의한 상기 위치 정보의 계측이 종료되기 전에 결정되는 노광 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 다른 헤드에 의해 계측되는 위치 정보는, 상기 전환 전에 사용되는 상기 1 개의 헤드의 계측 빔이 상기 격자부로부터 벗어나기 전에 결정되는 노광 장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 구동 제어는, 상기 전환 전에 사용되는 상기 3 개의 헤드와, 상기 전환 후에 사용되는 상기 다른 헤드가 상기 격자부와 대향한 상태에서 전환되는 노광 장치.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 격자부는, 각각 반사형 격자가 형성되는 4 개의 스케일을 포함하고,
    상기 다른 헤드에 의해 계측되는 위치 정보는, 상기 전환 전에 사용되는 상기 3 개의 헤드와, 상기 전환 후에 사용되는 상기 다른 헤드의 4 개가 각각 상기 4 개의 스케일과 대향한 상태에서 결정되는 노광 장치.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 복수의 헤드와 상기 격자부는 일방이 상기 기판 스테이지에 형성되고, 타방이 상기 기판 스테이지의 외부에 형성되고, 상기 기판 스테이지의 이동에 의해 상기 복수의 헤드와 상기 격자부의 위치 관계가 변화되는 노광 장치.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 기판 스테이지가 대향하여 배치되는 하면측에 회수구를 갖는 노즐 유닛을 포함하고, 상기 노즐 유닛을 통해 공급되는 액체에 의해 상기 투영 광학계의 아래에 형성되는 액침 영역으로부터, 상기 회수구를 통해 액체를 회수하는 국소 액침 장치를 추가로 구비하고,
    상기 노즐 유닛은, 상기 액침 영역의 액체와 접하는, 상기 투영 광학계의 광학 소자를 둘러싸도록 형성되고, 상기 계측 시스템은, 상기 노즐 유닛의 주위에 배치되고,
    상기 기판은, 상기 투영 광학계와 상기 액침 영역의 액체를 통해 노광되는 노광 장치.
  15. 투영 광학계를 통해 기판을 노광하는 노광 방법으로서,
    상기 투영 광학계의 광축과 직교하는 소정 면과 실질적으로 평행하게 배치되는 격자부에 대하여, 각각 상기 소정 면과 교차되는 방향으로부터 계측 빔을 조사하는 복수의 헤드를 갖는 계측 시스템에 의해, 상기 소정 면 내에서 서로 직교하는 제 1, 제 2 방향에 관한 위치 정보가 계측되는 기판 스테이지에서 상기 기판을 유지하는 것과,
    상기 기판 스테이지에서 유지되는 상기 기판을 이동시키기 위해서, 상기 계측 시스템에 의해 계측되는 위치 정보에 기초하여 상기 기판 스테이지의 구동을 제어하는 것과,
    상기 복수의 헤드 중 상기 격자부와 대향하는 3 개의 헤드를 사용하는 상기 기판 스테이지의 구동 제어를, 상기 3 개의 헤드의 1 개 대신에, 상기 3 개의 헤드와 상이한 다른 헤드를 포함하는 3 개의 헤드를 사용하는 상기 기판 스테이지의 구동 제어로 전환하기 위해서, 그 전환 전에 사용되는 상기 3 개의 헤드에 의해 계측되는 위치 정보에 기초하여, 상기 다른 헤드에 의해 계측되는 위치 정보를 결정하는 것을 포함하고,
    상기 구동 제어의 전환을 위한 상기 위치 정보의 결정에서는, 상기 다른 헤드에 있어서의 계수값과 위상 오프셋 중, 상기 계수값만을 재설정하는 제 1 결정법또는, 상기 계수값 및 상기 위상 오프셋을 재설정하는 제 2 결정법이 사용되는 노광 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 기판 스테이지의 이동에 의해 반복 실시되는 상기 구동 제어의 전환을 위해서 상기 제 1 결정법을 사용하여 상기 위치 정보가 결정됨과 함께, 상기 제 1 결정법이 사용되는 상기 구동 제어의 전환 전후의 적어도 일방에서, 상기 구동 제어의 전환을 위해서 상기 제 2 결정법을 사용하여 상기 위치 정보가 결정되는 노광 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 결정법에서는, 상기 위상 오프셋이 상기 전환 전부터 계속해서 사용되고,
    상기 제 1 결정법을 사용하는 상기 구동 제어의 전환에 이어서 상기 제 2 결정법을 사용하는 상기 구동 제어의 전환이 실시되고, 상기 다른 헤드에 있어서의 상기 위상 오프셋이 갱신되는 노광 방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 기판의 노광 동작에서는, 상기 구동 제어의 전환을 위해서 상기 제 1 결정법을 사용하여 상기 위치 정보가 결정되고, 상기 노광 동작 이외에서 상기 구동 제어의 전환을 위해서 상기 제 2 결정법을 사용하여 상기 위치 정보가 결정되는 노광 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 기판의 마크의 검출 동작에서는, 상기 구동 제어의 전환을 위해서 상기 제 1 결정법을 사용하여 상기 위치 정보가 결정되는 노광 방법.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 기판 스테이지의 가속도가 실질적으로 0 의 상태에서, 상기 제 2 결정법을 사용하여 상기 구동 제어의 전환을 위한 상기 위치 정보의 결정이 실시되는 노광 방법.
  21. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 결정법에서는, 상기 위상 오프셋이 상기 전환 전부터 계속해서 사용되고,
    상기 제 2 결정법에서는, 상기 구동 제어의 전환 전후에서 상기 위치 정보가 실질적으로 유지되도록 상기 위상 오프셋이 재설정되는 노광 방법.
  22. 제 15 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다른 헤드에 의해 계측되는 위치 정보는, 상기 전환 전에 사용되는 상기 1 개의 헤드와, 상기 전환 후에 사용되는 상기 다른 헤드의 양방이 상기 격자부와 대향한 상태에서 결정되는 노광 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 다른 헤드에 의해 계측되는 위치 정보는, 상기 전환 전에 사용되는 상기 1 개의 헤드에 의한 상기 위치 정보의 계측이 종료되기 전에 결정되는 노광 방법.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 다른 헤드에 의해 계측되는 위치 정보는, 상기 전환 전에 사용되는 상기 1 개의 헤드의 계측 빔이 상기 격자부로부터 벗어나기 전에 결정되는 노광 방법.
  25. 제 22 항에 있어서,
    상기 구동 제어는, 상기 전환 전에 사용되는 상기 3 개의 헤드와, 상기 전환 후에 사용되는 상기 다른 헤드가 상기 격자부와 대향한 상태에서 전환되는 노광 방법.
  26. 제 22 항에 있어서,
    상기 격자부는, 각각 반사형 격자가 형성되는 4 개의 스케일을 포함하고,
    상기 다른 헤드에 의해 계측되는 위치 정보는, 상기 전환 전에 사용되는 상기 3 개의 헤드와, 상기 전환 후에 사용되는 상기 다른 헤드의 4 개가 각각 상기 4 개의 스케일과 대향한 상태에서 결정되는 노광 방법.
  27. 제 22 항에 있어서,
    상기 복수의 헤드와 상기 격자부는 일방이 상기 기판 스테이지에 형성되고, 타방이 상기 기판 스테이지의 외부에 형성되고, 상기 기판 스테이지의 이동에 의해 상기 복수의 헤드와 상기 격자부의 위치 관계가 변화되는 노광 방법.
  28. 제 22 항에 있어서,
    상기 기판 스테이지가 대향하여 배치되는 하면측에 회수구를 갖는 노즐 유닛을 통해 공급되는 액체에 의해 상기 투영 광학계의 아래에 액침 영역을 형성함과 함께, 상기 회수구를 통해 상기 액침 영역으로부터 액체를 회수하고,
    상기 노즐 유닛은, 상기 액침 영역의 액체와 접하는, 상기 투영 광학계의 광학 소자를 둘러싸도록 형성되고, 상기 계측 시스템은, 상기 노즐 유닛의 주위에 배치되고,
    상기 기판은, 상기 투영 광학계와 상기 액침 영역의 액체를 통해 노광되는 노광 방법.
  29. 삭제
  30. 제 22 항에 기재된 노광 방법을 사용하여 기판을 노광하는 것과,
    상기 노광된 기판을 현상하는 것을 포함하는 디바이스 제조 방법.
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