KR101465285B1 - 이동체 구동 시스템 - Google Patents

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Abstract

간섭계 시스템을 이용하여 웨이퍼 스테이지의 XY 위치를 모니터링하면서 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 이동시키고, 면위치 센서 (72k, 74i, 76j) 를 이용하여 X 축 방향 및 Y 축 방향의 Y 스케일 (39Y3, 39Y4) 을 주사함으로써, 면위치 센서의 XY 설치 위치를 계측한다. 얻어진 설치 위치의 정보에 기초하고, XY 평면 (이동면) 에 대한 수직 방향과 경사 방향으로 웨이퍼 스테이지의 위치 좌표를 계측함으로써, 웨이퍼 스테이지를 안정된 방식으로 고정밀도로 구동한다.
이동체 구동, 간섭계 시스템, 계측 시스템, 웨이퍼 스테이지, 구동 제어, 패턴 형성 장치, 노광 장치

Description

이동체 구동 시스템{MOVABLE BODY DRIVE SYSTEM}
기술 분야
본 발명은, 이동체 구동 방법 및 이동체 구동 시스템, 패턴 형성 방법 및 장치, 노광 방법 및 장치, 디바이스 제조 방법, 계측 방법, 그리고, 위치 계측 시스템에 관한 것이고, 보다 상세하게는, 실질적으로 2 차원 평면을 따라서 이동체를 구동하는 이동체 구동 방법 및 이동체 구동 시스템, 상기 이동체 구동 방법을 이용한 패턴 형성 방법 및 상기 이동체 구동 시스템을 구비한 패턴 형성 장치, 상기 이동체 구동 방법을 이용한 노광 방법 및 상기 이동체 구동 시스템을 구비한 노광 장치, 상기 패턴 형성 방법을 이용한 디바이스 제조 방법, 2 차원 평면에 직교하는 방향으로 이동체의 위치 정보를 계측하는 면위치 계측 시스템에 구비된 복수의 센서 헤드의 위치 정보를 계측하는 계측 방법, 그리고, 이동체의 위치 정보를 계측하는 위치 계측 시스템에 관한 것이다.
배경 기술
종래, 반도체 소자 (집적 회로 등) 및 액정 표시 소자 등의 전자 디바이스 (마이크로디바이스) 를 제조하는 리소그래피 공정에서는, 스텝-앤드-리피트 (step-and-repeat) 방식의 투영 노광 장치 (소위 스테퍼) 및 스텝-앤드-스캔 (step-and-scan) 방식의 투영 노광 장치 (소위 스캐닝 스테퍼 (스캐너라고도 불린다)) 등의 노광 장치가 주로 이용되고 있다.
하지만, 피노광 기판으로서의 웨이퍼의 표면은, 예를 들어, 웨이퍼의 진동 등에 의해 항상 평탄한 것은 아니다. 따라서, 특히 스캐너 등의 주사형 노광 장치에서는 웨이퍼 상의 쇼트 영역 (shot area) 에 레티클 패턴을 주사 노광 방식으로 전사할 때, 노광 영역 내에 설정된 복수의 검출점에서의 웨이퍼 표면의 투영 광학계의 광축 방향에 관한 위치 정보 (포커스 정보) 를, 예를 들어, 다점 초점 위치 검출계 (이하, "다점 AF 시스템" 라 한다) 등을 이용하여 검출하고, 그 검출 결과에 기초하여, 노광 영역 내에서 웨이퍼 표면이 항상 투영 광학계의 이미지면에 합치하도록 (웨이퍼 표면이 이미지면의 초점 심도의 범위 내로 된다), 웨이퍼를 유지하는 테이블 (또는 스테이지) 의 광축 방향의 위치 및 기울기를 제어하는, 소위 포커스 레벨링 제어가 수행된다 (예를 들어, 미국 특허 제 5,448,332 호 참조).
또한, 스테퍼, 또는 스캐너 등에서는, 집적 회로의 미세화에 따라 사용되는 노광 광의 파장은 해를 거듭할수록 단파장화되고, 또한, 투영 광학계의 개구수도 점차 증대 (고NA화) 하고 있고, 이는 해상력을 향상시킨다. 한편, 노광 광의 단파장화 및 투영 광학계의 고NA화로 인해, 초점 심도가 매우 작게 되고, 노광 동작시의 포커스 마진이 부족할 위험이 야기된다. 따라서, 실질적으로 노광 파장을 짧게 하고, 또한 공기 중에 비해 초점 심도를 실질적으로 증가시키는 (넓게 하는) 방법으로서, 액침법 (immersion method) 을 이용한 노광 장치가, 최근 주목을 받게 되었다 (예를 들어, 국제공개공보 제 2004/053955 호 참조).
하지만, 이러한 액침법을 이용한 노광 장치, 또는 그 외의, 투영 광학계의 하단면과 웨이퍼 사이의 거리 (워킹 디스턴스 (working distance)) 가 작은 노광 장치에서는, 다점 AF 시스템을 투영 광학계의 근방에 배치하는 것이 곤란하다. 한편, 노광 장치에는, 고정밀도의 노광을 실현하기 위해 고정밀도의 웨이퍼의 면위치 제어를 실현하는 것이 요구된다.
또한, 스테퍼 또는 스캐너 등에서는, 피노광 기판 (예를 들어, 웨이퍼) 을 유지하는 스테이지 (테이블) 의 위치 계측은, 고분해능의 레이저 간섭계를 이용하여 수행되는 것이 일반적이다. 하지만, 스테이지의 위치를 계측하는 레이저 간섭계의 빔의 광로 길이는 수백mm 정도 이상이고, 또한, 반도체 소자의 고집적화에 따른 패턴의 미세화로 인해, 보다 고정밀도의 스테이지의 위치 제어가 요구되고 있기 때문에, 레이저 간섭계의 빔 광로 상의 분위기의 온도 변화나 온도 구배 (gradient) 의 영향으로 발생하는 공기 요동에 기인하는 계측치의 단기적인 변동이 더 이상 무시될 수 없다.
따라서, 간섭계 대신에, 광축 방향으로 테이블 표면의 위치 정보 (면위치 정보) 를 직접 계측하는 센서 시스템을 이용하는 것이 고려 가능하지만, 이러한 시스템에서는, 간섭계와 상이한 다양한 오차의 원인이 존재한다.
발명의 개시
기술적 해결책
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 실질적으로 2 차원 평면을 따라 이동체를 구동하는 이동체 구동 방법이 제공되고, 이동체 구동 방법은 2 차원 평면에 평행한 소정 방향을 따라 이동체를 이동시키고, 이동체의 이동 중에, 위치 계측 시스템의 복수의 센서 헤드를 이용하여 2 차원 평면에 직교하는 방향으로 이동체의 위치 정 보를 계측하고, 계측 정보와 정보의 계측에 사용되는 적어도 하나의 센서 헤드의 2 차원 평면에 평행한 면 내의 위치 정보에 기초하여, 적어도 2 차원 평면에 대한 경사 방향으로 이동체를 구동하는 구동 공정을 포함한다.
이 방법에 따르면, 2 차원 평면 (이동체의 이동면) 에 평행한 면 내의 센서 헤드의 위치 오차 (설계 값으로부터의 오차) 에 의한 적어도 경사 방향으로의 이동체의 위치 계측 오차를 상쇄하도록 적어도 2 차원 평면에 대한 경사 방향으로 이동체를 구동하는 것이 가능해진다.
본 발명의 제 2 양태에 따르면, 패턴 형성 방법이 제공되고, 패턴 형성 방법은 이동면을 따라 이동할 수 있는 이동체 상에 물체를 재치하는 재치 공정; 및 물체에 대하여 패턴을 형성하도록, 본 발명의 이동체 구동 방법에 의해 이동체를 구동하는 구동 공정을 포함한다.
이 방법에 따르면, 물체가 재치된 이동체를 이동체 구동 방법에 의해 양호한 정밀도로 구동하여 물체에 대해 패턴을 형성하기 때문에, 양호한 정밀도로 물체에 대해 패턴을 형성할 수 있다.
본 발명의 제 3 양태에 따르면, 패턴 형성 공정을 포함하는 디바이스 제조 방법이 제공되고, 패턴 형성 공정에서는, 본 발명의 패턴 형성 방법을 이용하여 기판 상에 패턴이 형성된다.
본 발명의 제 4 양태에 따르면, 에너지 빔의 조사에 의해 물체에 대해 패턴을 형성하는 노광 방법이 제공되고, 에너지 빔과 물체의 상대 이동을 위해, 본 발명의 이동체 구동 방법을 이용하여, 물체가 재치된 이동체를 구동한다.
이 방법에 따르면, 물체 상에 조사된 에너지 빔과 물체 간의 상대 이동을 위해, 본 발명의 이동체 구동 방법을 이용하여, 물체가 재치된 이동체를 양호한 정밀도로 구동한다. 따라서, 주사 노광에 의해 양호한 정밀도로 물체에 대해 패턴을 형성하는 것이 가능해진다.
본 발명의 제 5 양태에 따르면, 2 차원 평면을 따라 이동하는 이동체의 2 차원 평면에 대한 경사 방향의 위치 정보를 계측하는 위치 계측 시스템이 구비하며, 이동체의 2 차원 평면에 직교하는 방향의 위치 정보를 계측하는데 이용되는 센서 헤드의 2 차원 평면에 평행한 면 내의 위치 정보를 계측하는 계측 방법이 제공되고, 계측 방법은, 이동체가 위치 계측 시스템의 센서 헤드에 대응하는 센서의 검출 영역을 통과하도록 2 차원 평면 내의 제 1 방향으로 이동체를 이동시키고, 이동 중에 얻어지는, 위치 계측 시스템과 별도로 설치되며 이동체의 제 1 방향의 위치 정보를 계측하는 제 1 계측 장치의 계측 값과 계측 값에 대응하는 센서의 검출 신호에 기초하여, 센서 헤드의 제 1 방향의 위치를 산출하는 제 1 헤드 위치 계측 공정을 포함한다.
이 방법에 따르면, 이동체가 위치 계측 시스템의 센서 헤드에 대응하는 센서의 검출 영역을 통과하도록 단지 2 차원 평면 내의 제 1 방향으로 이동체를 이동시킴으로써, 센서 헤드의 제 1 방향의 위치를 얻을 수 있다.
본 발명의 제 6 양태에 따르면, 실질적으로 2 차원 평면으로 이동체를 구동하는 이동체 구동 시스템이 제공되고, 이동체 구동 시스템은, 2 차원 평면에 평행한 면 내에 2 차원 배치되며, 이동체의 2 차원 평면에 직교하는 방향의 위치 정보 를 계측하는 복수의 헤드를 갖는 위치 계측 시스템; 및 2 차원 평면에 평행한 소정 방향을 따라 이동체를 이동시키고, 이동체의 이동 중에, 위치 계측 시스템의 복수의 센서 헤드를 이용하여 이동체의 2 차원 평면에 직교하는 방향의 위치 정보를 계측하며, 계측 정보와 정보의 계측에 이용되는 적어도 하나의 센서 헤드의 2 차원 평면에 평행한 면 내의 위치 정보에 기초하여, 2 차원 평면에 대한 경사 방향으로 이동체를 구동하는 구동 장치를 포함한다.
이 시스템에 따르면, 2 차원 평면 (이동체의 이동면) 에 평행한 면 내의 센서 헤드의 위치 오차 (설계 값으로부터의 오차) 에 의한 적어도 경사 방향으로 이동체의 위치 오차를 상쇄하도록 적어도 2 차원 평면에 대한 경사 방향으로 이동체를 구동하는 것이 가능해진다.
본 발명의 제 7 양태에 따르면, 패턴 형성 장치가 제공되고, 패턴 형성 장치는 물체가 재치되고 물체를 지지하여 이동면을 따라 이동 가능한 이동체; 및 물체에 대한 패턴 형성을 위해 이동체를 구동하는 본 발명의 이동체 구동 시스템을 포함한다.
이 장치에 따르면, 물체를 지지하는 이동체가 물체에 대한 패턴 형성을 위해 이동체 구동 시스템에 의해 양호한 정밀도로 구동되기 때문에, 양호한 정밀도로 물체에 대해 패턴을 형성하는 것이 가능해진다.
본 발명의 제 8 양태에 따르면, 에너지 빔의 조사에 의해 물체에 대해 패턴을 형성하는 노광 장치가 제공되고, 노광 장치는 물체에 대해 에너지 빔을 조사하는 패터닝 장치; 및 본 발명의 이동체 구동 시스템을 포함하고, 이동체 구동 시스 템은 에너지 빔과 물체의 상대 이동을 위해 물체가 재치되는 이동체를 구동한다.
이 노광 장치에 따르면, 물체 상에 조사되는 에너지 빔과 물체 간의 상대 이동을 위해, 물체가 재치되는 이동체의 고정밀도의 구동이 본 발명의 이동체 구동 시스템에 의해 수행된다. 따라서, 주사 노광에 의해 양호한 정밀도로 물체에 대해 패턴을 형성하는 것이 가능해진다.
본 발명의 제 9 양태에 따르면, 실질적으로 2 차원 평면을 따라 이동하는 이동체의 위치 정보를 계측하는 위치 계측 시스템이 제공되고, 위치 계측 시스템은, 2 차원 평면에 대향할 수 있는 복수의 위치에 설치되어, 실질적으로 2 차원 평면을 따라 이동하는 이동체에 대향하여, 이동체의 2 차원 평면에 직교하는 방향의 위치에 따른 출력을 생성하는 복수의 센서 헤드를 포함하고, 복수의 센서 헤드 중 적어도 하나로부터의 출력과 2 차원 평면에 실질적으로 평행한 면 상의 적어도 하나의 센서 헤드의 설치 위치에 관한 정보를 이용하여, 이동체의 적어도 2 차원 평면에 대한 경사 정보를 검출한다.
이 위치 계측 시스템에 따르면, 2 차원 평면 (이동체의 이동면) 에 실질적으로 평행한 면 상의 센서 헤드의 설치 위치에 관한 정보로부터, 센서 헤드의 설치 위치의 오차 (설계 값으로부터의 오차) 로 인한 이동체의 적어도 경사 오차를 얻고, 이 경사 오차를 공제함으로써, 이동체의 적어도 2 차원 평면에 대한 경사 정보를 양호한 정밀도로 얻을 수 있다.
도면의 간단한 설명
도 1 은 일 실시형태의 노광 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2 는 도 1 의 스테이지 장치를 나타낸 평면도이다.
도 3 은 도 1 의 노광 장치가 구비하는 각종 계측 장치 (인코더, 얼라인먼트 시스템, 다점 AF 시스템, Z 헤드 등) 의 배치를 나타낸 평면도이다.
도 4(A) 는 웨이퍼 스테이지를 나타내는 평면도, 도 4(B) 는 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 일부 단면화한 개략적 측면도이다.
도 5(A) 는 계측 스테이지 (MST) 를 나타내는 평면도, 도 5(B) 는 계측 스테이지 (MST) 를 일부 단면화한 개략적 측면도이다.
도 6 은 일 실시형태에 관련된 노광 장치의 제어 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 7 은 Z 헤드의 구성의 일예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8(A) 는 포커스 센서의 일예를 나타내는 도면, 도 8(B) 및 도 8(C) 는, 도 8(A) 의 원통 렌즈의 형상 및 기능을 설명하기 위한 도면이다.
도 9(A) 는 사분할 수광 소자의 검출 영역의 분할된 상태를 나타내는 도면, 도 9(B), 도 9(C), 및 도 9(D) 는, 각각, 전포커스 (front-focused) 상태, 이상 포커스 상태, 및 후포커스 (back-focus) 상태에서의 반사 빔 (LB2) 의 검출면 상에서의 단면 형상을 나타내는 도면이다.
도 10(A) 내지 도 10(C) 는 일 실시형태의 노광 장치에서 수행되는 포커스 맵핑에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 11(A) 및 도 11(B) 는 일 실시형태의 노광 장치에서 수행되는 포커스 캘 리브레이션 (calibration) 에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 12(A) 및 도 12(B) 는 일 실시형태에 관련된 노광 장치에서 수행되는 AF 센서 사이의 오프셋 보정에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 13 은 웨이퍼 스테이지 상의 웨이퍼에 대한 스텝-앤드-스캔 방식의 노광이 수행되는 웨이퍼 스테이지 및 계측 스테이지의 상태를 나타내는 도면이다.
도 14 는 웨이퍼의 언로딩시 (계측 스테이지가 Sec-BCHK (인터벌) 을 수행하는 위치에 도달할 때) 에 있어서의 양 스테이지의 상태를 나타내는 도면이다.
도 15 는 웨이퍼의 로딩시에 있어서의 양 스테이지의 상태를 나타내는 도면이다.
도 16 은 간섭계에 의한 스테이지 서보 (servo) 제어로부터 인코더에 의한 스테이지 서보 제어로의 스위칭시 (웨이퍼 스테이지가 Pri-BCHK 의 전반의 처리를 수행하는 위치로 이동한 때) 에 있어서의, 양 스테이지의 상태를 나타내는 도면이다.
도 17 은 얼라인먼트 시스템 (AL1, AL22, AL23) 를 이용하여 3 개의 제 1 얼라인먼트 쇼트 영역에 배열된 얼라인먼트 마크를 동시에 검출할 때의 웨이퍼 스테이지와 계측 스테이지의 상태를 나타내는 도면이다.
도 18 은 포커스 캘리브레이션 전반의 처리가 수행될 때의 웨이퍼 스테이지와 계측 스테이지의 상태를 나타내는 도면이다.
도 19 는 얼라인먼트 시스템 (AL1 및 AL21 내지 AL24) 를 이용하여, 5 개의 제 2 얼라인먼트 쇼트 영역에 배열된 얼라인먼트 마크를 동시에 검출할 때의 웨이퍼 스테이지와 계측 스테이지의 상태를 나타내는 도면이다.
도 20 은 Pri-BCHK 후반의 처리 및 포커스 캘리브레이션 후반의 처리 중 적어도 일방이 수행될 때의 웨이퍼 스테이지와 계측 스테이지의 상태를 나타내는 도면이다.
도 21 은 얼라인먼트 시스템 (AL1 및 AL21 내지 AL24) 을 이용하여, 5 개의 제 3 얼라인먼트 쇼트 영역에 배열된 얼라인먼트 마크를 동시에 검출할 때의 웨이퍼 스테이지와 계측 스테이지의 상태를 나타내는 도면이다.
도 22 는 얼라인먼트 시스템 (AL1, AL22, 및 AL23) 를 이용하여 3 개의 제 4 얼라인먼트 쇼트 영역에 배열된 얼라인먼트 마크를 동시에 검출할 때의 웨이퍼 스테이지와 계측 스테이지의 상태를 나타내는 도면이다.
도 23 은 포커스 맵핑이 종료한 때의 웨이퍼 스테이지와 계측 스테이지의 상태를 나타내는 도면이다.
도 24(A) 및 도 24(B) 는 Z 헤드의 계측 결과를 이용한, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 Z 위치와 경사량의 산출 방법에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 25(A) 및 도 25(B) 는 Z 헤드의 설치 위치를 계측하도록 배열된 회절 격자 플레이트의 위치 패턴을 나타내는 도면이다.
도 26(A) 내지 도 26(C) 는 회절 격자 플레이트의 위치 패턴을 이용하여 Z 헤드의 설치 위치의 계측을 설명하는 패턴을 나타내는 도면이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 도 1 내지 도 26 을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다.
도 1 은 일 실시형태의 노광 장치 (100) 의 개략적인 구성을 나타낸다. 노광 장치 (100) 는 스텝-앤드-스캔 방식의 주사 노광 장치, 즉, 소위 스캐너이다. 후술하는 바와 같이, 본 실시형태에서는, 투영 광학계 (PL) 가 설치되어 있고, 이하에서는 이 투영 광학계 (PL) 의 광축 (AX) 과 평행한 방향을 Z 축 방향, 이 Z 축 방향에 직교하는 면 내에서 레티클과 웨이퍼가 상대 주사되는 방향을 Y 축 방향, Z 축 및 Y 축 방향에 직교하는 방향을 X 축 방향으로 하고, X 축, Y 축, 및 Z 축 주위로의 회전 (경사) 방향을 각각 θx, θy, 및 θz 방향으로 하여 설명한다.
노광 장치 (100) 는, 조명계 (10), 조명계로부터 노광용 조명광 (이하, 조명광 또는 노광 광이라 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 제어 시스템 등을 구비하고 있다. 웨이퍼 스테이지 (WST) 상에는, 웨이퍼 (W) 가 놓인다.
조명계 (10) 는, 예를 들어, 미국 공개특허공보 제 2003/0025890 호 등에 개시되어 있는 바와 같이, 광원과, 옵티컬 인티그레이터 (optical integrator) 등을 포함하는 조도 균일화 광학계, 레티클 블라인드 등을 갖는 조명 광학계 (이들 모두는 미도시) 를 포함한다. 이 조명계 (10) 는, 레티클 블라인드 (마스킹 시스 템) 로 규정된 레티클 (R) 상에 설정된 슬릿 모양의 조명 영역 (IAR) 을 조명광 (노광 광) (IL) 에 의해 거의 균일한 조도로 조명한다. 이 경우, 조명광 (IL) 으로서는, 예를 들어, ArF 엑시머 레이저 빔 (파장 193nm) 이 이용된다. 또한, 옵티컬 인티그레이터로서는, 예를 들어, 플라이-아이 렌즈 (fly-eye lens) , 로드 인티그레이터 (rod integrator) (내면 반사형 인티그레이터) 또는 회절 광학 소자 등을 이용할 수 있다.
레티클 스테이지 (RST) 상에는, 회로 패턴 등이 그 패턴면 (도 1 에서의 하면) 에 형성된 레티클 (R) 이, 예를 들어, 진공 흡착에 의해 고정된다. 레티클 스테이지 (RST) 는, 리니어 모터 등을 포함하는 레티클 스테이지 구동부 (11) (도 1 에는 미도시, 도 6 참조) 에 의해, XY 평면 내에서 미소 구동 또는 이동 가능하고, 레티클 스테이지 (RST) 는 또한, 주사 방향 (이 경우, 도 1 에서의 지면 내 옆쪽 방향인 Y 축 방향) 으로 지정된 주사 속도로 구동 가능하게 되어 있다.
레티클 스테이지 (RST) 의 XY 평면 (이동면) 내의 위치 정보 (θz 방향의 위치 (회전) 정보를 포함) 는, 레티클 레이저 간섭계 (이하, "레티클 간섭계" 라 한다) (116) 에 의해 이동경 (15) (실제로 배열된 이동경은, Y 축 방향에 대해 직교하는 반사면을 갖는 Y 이동경 (또는, 레트로 리플렉터 (retro reflector)) 과 X 축 방향에 대해 직교하는 반사면을 갖는 X 이동경이다) 을 통해, 예를 들어, 0.25nm 정도의 분해능으로 통상 검출된다. 레티클 간섭계 (116) 의 계측치는, 주제어 장치 (20) (도 1 에서는 미도시, 도 6 참조) 로 전송된다. 주제어 장치 (20) 는, 레티클 간섭계 (116) 의 계측치에 기초하여 레티클 스테이지 (RST) 의 X 축 방향, Y 축 방향, 및 θz 방향의 위치를 산출하고, 또한, 그 산출 결과에 기초하여 레티클 스테이지 구동계 (11) 를 제어함으로써, 레티클 스테이지 (RST) 의 위치 (및 속도) 를 제어한다. 또한, 이동경 (15) 대신에, 레티클 스테이지 (RSV) 의 단면을 경면 가공하여 반사면 (이동경 (15) 의 반사면에 상당) 을 형성할 수도 있다. 또한, 레티클 간섭계 (116) 는 Z 축, θx, 또는 θy 방향 중 적어도 일 방향에 관한 레티클 스테이지 (RST) 의 위치 정보를 계측할 수 있다.
투영 유닛 (PU) 은, 레티클 스테이지 (RST) 의 도 1 에서의 하방으로 배치된다. 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) 로서는, 예를 들어, Z 축 방향과 평행한 광축 (AX) 을 따라 배치된 복수의 렌즈 (렌즈 엘리먼트) 로 이루어지는 굴절 광학계가 이용된다. 투영 광학계 (PL) 는, 예를 들어, 양측 텔레센트릭 (telecentric) 으로 소정의 투영 배율 (1/4 배 1/5 배, 또는 1/8 배 등) 을 갖는다. 따라서, 조명계 (10) 로부터의 조명광 (IL) 이 조명 영역 (IAR) 을 조명할 때, 투영 광학계 (PL) 의 제 1 면 (물체면) 과 패턴면이 거의 일치하도록 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 패턴의 일부의 축소 이미지) 가, 그 제 2 면 (이미지면) 측에 배치되고, 표면에 레지스트 (감광제) 가 코팅된 웨이퍼 (W) 상의 상기 조명 영역 (IAR) 에 공액인 영역 (노광 영역) (IA) 에 형성된다. 그리고, 레티클 스테이지 (RST) 와 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 동기 구동에 의해, 조명 영역 (IAR) (조명광 (IL)) 에 대해 레티클을 주사 방향 (Y 축 방향) 으로 상대 이동시키는 한편, 노광 영역 (IA) (조명광 (IL)) 에 대해 웨이퍼 (W) 를 주사 방향 (Y 축 방향) 으로 상대 이동시킴으로써, 웨이퍼 (W) 상의 하나의 쇼트 영역 (구획 영역) 의 주사 노광이 행해지고, 그 쇼트 영역에 레티클의 패턴이 전사된다. 즉, 본 실시형태에서는, 조명계 (10), 레티클 및 투영 광학계 (PL) 에 의해 웨이퍼 (W) 상에 패턴이 생성되고, 그 다음, 조명광 (IL) 에 의한 웨이퍼 (W) 상의 감응층 (레지스트층) 의 노광에 의해 웨이퍼 (W) 상에 그 패턴이 형성된다.
덧붙여 말하자면, 도시하지는 않았지만, 투영 유닛 (PU) 은, 방진 (防振) 메커니즘을 통해 3 개의 지주로 지지되는 경통 정반에 설치된다. 하지만, 이러한 구조뿐만 아니라, 예를 들어, 국제공개공보 제 2006/038952 호 등에 개시되어 있는 바와 같이, 투영 유닛 (PU) 의 상방에 배치되는 메인 프레임 부재 (미도시) , 또는 레티클 스테이지 (RST) 가 배치되는 베이스 부재 등에 대해 투영 유닛 (PU) 을 매달아 지지할 수도 있다.
또한, 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에서는, 액침법을 적용한 노광이 행해지기 때문에, 개구수 (NA) 가 실질적으로 증대함에 따라 레티클 측의 개구가 크게 된다. 따라서, 페쯔발의 조건 (Petzval's condition) 을 만족시키고 또한 투영 광학계의 대형화를 회피하기 위해, 미러와 렌즈를 포함하여 구성되는 반사 굴절계 (카타디옵트릭계 (catadioptric system)) 를 투영 광학계로서 채용할 수 있다. 또한, 웨이퍼 (W) 에는 감응층 (레지스트층) 뿐만 아니라, 예를 들어, 웨이퍼 또는 감광층을 보호하는 보호막 (톱코트막 (topcoat film)) 등도 또한 형성할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에서는, 액침법을 적용한 노광을 행하기 때문에, 투영 광학계 (PL) 를 구성하는 가장 이미지면측 (웨이퍼 (W) 측) 의 광학 소자, 이 경우에는 렌즈 (이하 "선단 렌즈 (tip lens)" 라고도 불린다) (191) 를 유지하는 경통 (40) 의 하단부 주위를 둘러싸도록, 국소 액침 장치 (8) 의 일부를 구성하는 노즐 유닛 (32) 이 배열된다. 본 실시형태에서는, 노즐 유닛 (32) 은, 도 1 에 나타낸 바와 같이, 그 하단면이 선단 렌즈 (191) 의 하단면과 거의 공면 (flush) 으로 설정된다. 또한, 노즐 유닛 (32) 은, 액체 (Lq) 의 공급구 및 회수구와, 웨이퍼 (W) 가 대향하여 배치되고, 또한 회수구가 설치되는 하면과, 액체 공급관 (31A) 및 액체 회수관 (31B) 과 각각 접속되는 공급 유로 및 회수 유로를 구비한다. 액체 공급관 (31A) 과 액체 회수관 (31B) 은, 도 3 에 나타낸 바와 같이, 평면시로 (상방으로부터 보아) X 축 방향 및 Y 축 방향에 대해 45도 정도 경사지고, 투영 유닛 (PU) 의 중심 (투영 광학계 (PL) 의 광축 (AX), 본 실시형태에서는 전술한 노광 영역 (IA) 의 중심과도 일치) 을 통과하는, Y 축과 평행한 직선 (기준축) (LV) 에 대해 대칭으로 배치된다.
공급관 (미도시) 의 일단은 액체 공급관 (31A) 에 접속되어 있는 한편 그 공급관의 타단은 액체 공급 장치 (5) (도 1 에서는 미도시, 도 6 참조) 에 접속되어 있으며, 회수관 (미도시) 의 일단은 액체 회수관 (31B) 에 접속되어 있는 한편 그 회수관의 타단은 액체 회수 장치 (6) (도 1 에서는 미도시, 도 6 참조) 에 접속되 어 있다.
액체 공급 장치 (5) 는, 액체를 공급하기 위한 액체 탱크, 가압 펌프, 온도 제어 장치, 그리고, 액체 공급관 (31A) 에 대한 액체의 공급/정지를 제어하기 위한 밸브 등을 포함한다. 밸브로서는, 예를 들어, 액체의 공급/정지뿐만 아니라, 유량의 조정도 가능하도록, 유량 제어 밸브를 이용하는 것이 바람직하다. 이 온도 제어 장치는, 탱크 내의 액체의 온도를, 예를 들어, 노광 장치가 수납된 챔버 (미도시) 내의 온도와 동일한 정도의 온도로 조정한다. 또한, 탱크, 가압 펌프, 온도 제어 장치, 밸브 등은, 그 모두를 노광 장치 (100) 에서 구비하고 있을 필요는 없고, 그 적어도 일부를 노광 장치 (100) 가 설치된 공장에서 이용가능한 설비 등으로 대체하는 것 또한 가능하다.
액체 회수 장치 (6) 는, 액체를 수집하기 위한 액체 탱크 및 흡인 펌프, 그리고 액체 회수관 (31B) 을 통한 액체의 회수/정지를 제어하기 위한 밸브 등을 포함한다. 밸브로서는, 액체 공급 장치 (5) 의 밸브와 마찬가지로 유량 제어 밸브를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 탱크, 흡인 펌프, 밸브 등은, 그 모두를 노광 장치 (100) 에서 구비하고 있을 필요는 없고, 적어도 일부를 노광 장치 (100) 가 설치된 공장에서 이용가능한 설비 등으로 대체할 수도 있다.
본 실시형태에서는, 전술한 액체 (Lq) 로서, Arf 엑시머 레이저광 (파장 193nm 의 광) 을 투과시키는 순수 (이하, 특정이 필요한 경우를 제외하고 단순히 "물" 이라 칭한다) 가 이용될 것이다. 순수는, 반도체 제조 공장 등에서 용이하게 대량으로 입수할 수 있고, 또한, 웨이퍼 상의 포토레지스트 및 광학 렌즈 등에 대한 악영향이 없다는 이점이 있다.
ArF 엑시머 레이저광에 대한 물의 굴절률 n 은 1.44 정도이다. 이 물 중에서는, 조명광 (IL) 의 파장은 193nm×1/n 으로, 134nm 정도로 단파장화된다.
액체 공급 장치 (5) 및 액체 회수 장치 (6) 는, 각각 제어 장치를 구비하고 있고, 각각의 제어 장치는, 주제어 장치 (20) 에 의해 제어된다 (도 6 참조). 액체 공급 장치 (5) 의 제어 장치는, 주제어 장치 (20) 로부터의 지시에 따라, 액체 공급관 (31A) 에 접속된 밸브를 소정 개도로 열어, 액체 공급관 (31A), 공급 유로, 및 공급구를 통해 선단 렌즈 (191) 와 웨이퍼 (W) 사이의 공간에 액체 (물) 를 공급한다. 또한, 이 물이 공급될 때, 액체 회수 장치 (6) 의 제어 장치는, 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) 사이의 공간으로부터 액체 회수 장치 (6) (액체 탱크) 의 내부로 액체 (물) 를 회수한다. 공급 및 회수 동작 동안, 주제어 장치 (20) 는, 선단 렌즈 (191) 와 웨이퍼 (W) 사이의 공간에 공급되는 물의 양과 그 공간으로부터 회수되는 물의 양이 항상 같아지도록, 액체 공급 장치 (5) 의 제어 장치, 액체 회수 장치 (6) 의 제어 장치에 대해 명령을 부여한다. 따라서, 선단 렌즈 (191) 와 웨이퍼 (W) 사이의 공간에, 일정량의 액체 (물) (Lq) (도 1 참조) 이 유지된다. 이 경우, 선단 렌즈 (191) 와 웨이퍼 (W) 사이의 공간에 유지되는 액체 (W) (Lq) 는 항상 대체된다.
상기의 설명으로부터 명백해지는 바와 같이, 본 실시형태에서는, 노즐 유닛 (32), 액체 공급 장치 (5), 액체 회수 장치 (6), 액체 공급관 (31A) 및 액체 회수관 (31B) 등을 포함하여 국소 액침 장치 (8) 가 구성된다. 또한, 국소 액침 장치 (8) 의 일부, 예를 들어, 적어도 노즐 유닛 (32) 은 또한, 투영 유닛 (PU) 을 유지하는 메인 프레임 (전술한 경통 정반을 포함) 에 매달린 상태로 지지될 수도 있고, 메인 프레임과는 별도의 다른 프레임 부재에 설치될 수도 있다. 또는, 전술한 바와 같이 투영 유닛 (PU) 이 매달린 상태로 지지되는 경우에는, 투영 유닛 (PU) 과 일체로 노즐 유닛 (32) 을 매달아 지지할 수도 있지만, 본 실시형태에서는 투영 유닛 (PU) 과는 독립적으로 매달려 지지되는 계측 프레임에 노즐 유닛 (32) 을 설치한다. 이 경우, 투영 유닛 (PU) 을 반드시 매달아 지지할 필요는 없다.
덧붙여 말하자면, 투영 유닛 (PU) 하방에 계측 스테이지 (MST) 가 위치하는 경우에도, 상기 방식과 마찬가지로 계측 테이블 (후술함) 과 선단 렌즈 (191) 사이의 공간에 물을 채우는 것이 가능하다.
또한, 상기의 설명에서는, 일예로서 하나의 액체 공급관 (노즐) 과 하나의 액체 회수관 (노즐) 이 설치되어 있는 것으로 하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고, 부근의 부재와의 관계를 고려하여도 배치가 가능하다면, 예를 들어, 국제공개공보 제 99/49504 호에 개시된 바와 같이, 다수의 노즐을 갖는 구성을 채용하는 것으로 할 수도 있다. 포인트는, 투영 광학계 (PL) 를 구성하는 최하단의 광학 부재 (선단 렌즈) (191) 와 웨이퍼 (W) 사이의 공간에 액체를 공급하는 것이 가능한 한, 임의의 구성이 채용될 수 있다. 예를 들어, 국제공개공보 제 2004/053955 호에 개시되어 있는 액침 기구, 또는, EP 공개특허공보 제 1 420 298 호에 개시되어 있는 액침 기구 등도 본 실시형태의 노광 장치에 적용될 수 있다.
도 1 을 다시 참조하면, 스테이지 장치 (50) 는, 베이스 판 (base board) (12) 의 상방에 배치된 웨이퍼 스테이지 (WST) 및 계측 스테이지 (MST), 이들 스테이지 (WST 및 MST) 의 위치 정보를 계측하는 계측 시스템 (200) (도 6 참조), 및 스테이지 (WST 및 MST) 를 구동하는 스테이지 구동계 (124) (도 6 참조) 등을 구비한다. 계측 시스템 (200) 은, 도 6 에 나타낸 바와 같이, 간섭계 시스템 (118), 인코더 시스템 (150) 및 면위치 계측 시스템 (180) 등을 포함한다. 또한, 간섭계 시스템 (118) 및 인코더 시스템 (150) 등에 대한 상세한 내용은 후술한다.
도 1 을 다시 참조하면, 웨이퍼 스테이지 (WST) 및 계측 스테이지 (MST) 각각의 저면에는, 비접촉 베어링 (미도시), 예를 들어, 진공 예압형 공기 정압 베어링 (vacuum preload type hydrostatic air bearing) (이하, "에어 패드" 라 칭한다) 이 복수 개소에 설치되어 있고, 이들 에어 패드로부터 베이스 판 (12) 의 상면으로 향하여 분출된 가압 공기의 정압에 의해, 베이스 판 (12) 의 상방에 웨이퍼 스테이지 (WST) 및 계측 스테이지 (WST) 가 수 μm 정도의 클리어런스 (clearance) 를 통해 비접촉으로 지지된다. 또한, 스테이지 (WST 및 MST) 는, 리니어 모터 등을 포함하는 스테이지 구동계 (124) (도 6 참조) 에 의해, 독립적으로 XY 평면 내에서 구동 가능하다.
웨이퍼 스테이지 (WST) 는, 스테이지 본체 (91) 와, 스테이지 본체 (91) 상에 재치된 웨이퍼 테이블 (WTB) 을 포함한다. 웨이퍼 테이블 (WTB) 및 스테이 지 본체 (91) 는, 리니어 모터 및 Z 레벨링 메커니즘 (보이스 코일 모터 등을 포함) 을 포함하는 구동계에 의해 베이스 판 (12) 에 대해, 6 자유도 방향 (X, Y, Z, θx, θy, θz) 으로 구동 가능하게 구성된다.
웨이퍼 테이블 (WTB) 상에는, 웨이퍼 (W) 를 진공 흡착 등에 의해 유지하는 웨이퍼 홀더 (미도시) 가 설치된다. 웨이퍼 홀더는 웨이퍼 테이블 (WTB) 과 일체로 형성할 수도 있지만, 본 실시형태에서는, 웨이퍼 홀더와 웨이퍼 테이블 (WTB) 을 별개로 구성하여, 예를 들어, 진공 흡착 등에 의해 웨이퍼 홀더를 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 오목부 내에 고정한다. 또한, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 상면에는, 웨이퍼 홀더 상에 놓이는 웨이퍼 (W) 의 표면과 거의 공면이 되고 액체 (Lq) 에 대해 발액 (撥液) 화 처리된 표면 (발액면) 을 가지고, 또한, 외형 (윤곽) 이 직사각형이며, 그 중앙부에 웨이퍼 홀더 (웨이퍼 재치 영역) 보다도 약간 더 큰 원형의 개구를 갖는 플레이트 (발액판) (28) 가 설치된다. 플레이트 (28) 는, 저열팽창률의 재료, 예를 들어, 유리 또는 세라믹스 (예를 들어, 쇼트 (Schott) 사의 제로듀어 (Zerodur) (상품명), Al2O3, 또는 TiC 등) 로 이루어지고, 플레이트 (28) 의 표면 상에는, 예를 들어, 불소 수지 재료, 폴리 사불화 에틸렌 (테플론 (Teflon) (등록 상표)) 등의 불소계 수지 재료, 아크릴 수지 재료 또는 실리콘계 수지 재료 등에 의해 발액막이 형성된다. 또한, 플레이트 (28) 는, 도 4(A) 의 웨이퍼 테이블 (WTB) (웨이퍼 스테이지 (WST)) 의 평면도에 나타난 바와 같이, 원형의 개구를 둘러싸고, 외형 (윤곽) 이 직사각형인 제 1 발액 영역 (28a) 과, 제 1 발액 영 역 (28a) 의 주위에 배치되는 직사각형 프레임 (환형) 의 제 2 발액 영역 (28b) 을 갖는다. 제 1 발액 영역 (28a) 상에는, 예를 들어, 노광 동작시, 웨이퍼의 표면으로부터 돌출된 액침 영역 (14) (도 13 참조) 의 적어도 일부가 형성되고, 제 2 발액 영역 (28b) 상에는 후술하는 인코더 시스템을 위한 스케일 (scales) 이 형성된다. 또한, 플레이트 (28) 는 그 표면의 적어도 일부는 웨이퍼의 표면과 공면이 될 필요는 없고, 즉, 웨이퍼 표면의 높이와 상이한 높이일 수도 있다. 또한, 플레이트 (28) 는 단일의 플레이트일 수도 있지만, 본 실시형태에서는, 복수의 플레이트, 예를 들어, 제 1 발액 영역 (28a) 및 제 2 발액 영역 (28b) 에 각각 대응하는 제 1 및 제 2 발액판을 조합하여 구성한다. 본 실시형태에서는, 전술한 바와 같이 액체 (Lq) 로서 물을 이용하기 때문에, 이하에서는, 제 1 발액 영역 (28a) 및 제 2 발액 영역 (28b) 을 각각 제 1 발수판 (28a) 및 제 2 발수판 (28b) 으로도 칭한다.
이 경우, 내측의 제 1 발수판 (28a) 에는 노광 광 (IL) 이 조사되는 반면, 외측의 제 2 발수판 (28b) 에는 노광 광 (IL) 이 거의 조사되지 않는다. 이러한 사실을 고려하여, 본 실시형태에서는, 제 1 발수판 (28a) 의 표면에는, 노광 광 (IL) (이 경우, 진공 자외선 영역의 광) 에 대한 내성이 충분히 있는 발수 코팅이 실시된 제 1 발수 영역이 형성되고, 제 2 발수판 (28b) 에는, 그 표면에 제 1 발수 영역에 비해 노광 광 (IL) 에 대한 내성이 열등한 발수 코팅이 실시된 제 2 발수 영역이 형성된다. 일반적으로, 유리판에는, 노광 광 (IL) (이 경우, 진공 자외선 영역의 광) 에 대한 내성이 충분히 있는 발수 코팅을 실시하기 어렵기 때문에, 전술한 방식으로 제 1 발수판 (28a) 과 그 제 1 발수판 (28a) 주위의 제 2 발수판 (28b) 의 2 부분으로 발수판을 분리하는 것이 효과적이다. 또한, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고, 제 1 발수 영역 및 제 2 발수 영역을 형성하기 위해 동일 플레이트의 상면에 노광 광 (IL) 에 대한 내성이 상이한 2 종류의 발수 코팅을 실시할 수도 있다. 또한, 제 1 발수 영역 및 제 2 발수 영역에 동일 종류의 발수 코팅이 적용될 수도 있다. 예를 들어, 동일 플레이트에 하나의 발수 영역만을 형성할 수도 있다.
또한, 도 4(A) 로부터 명백해지는 바와 같이, 제 1 발액판 (28a) 의 +Y 측의 단부에는, 그 X 축 방향의 중앙부에 직사각형의 컷아웃 (cutout) 이 형성되고, 그 컷아웃과 제 2 발수판 (28b) 에 의해 둘러싸이는 직사각형의 공간 내부 (컷아웃의 내부) 에 계측 플레이트 (30) 가 내장되어 있다. 이 계측 플레이트 (30) 의 길이 방향의 중앙 (웨이퍼 테이블 (WTB) 의 중심 라인 (LL) 상) 에는, 기준 마크 (FM) 가 형성되어 있고, 또한, 기준 마크의 X 축 방향의 일측과 타측에, 기준 마크의 중심에 관하여 대칭인 배치로 한 쌍의 공간 이미지 계측 슬릿 패턴 (슬릿 모양의 계측용 패턴) (SL) 이 형성되어 있다. 각 공간 이미지 계측 슬릿 패턴 (SL) 으로서는, 일예로서, Y 축 방향과 X 축 방향을 따른 변을 갖는 L 자 모양의 슬릿 패턴, 또는, X 축 방향 및 Y 축 방향으로 각각 연장되는 2 개의 직선 모양의 슬릿 패턴을 이용할 수 있다.
또한, 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 모양의 하우징 (36) 이, 웨이퍼 테이블 (WTB) 및 스테이지 본체 (91) 의 내부의 일부를 관통하는 상태로, 일부 매립된 상태로 부착되어 있다. 하우징 (36) 은, 도시는 생략하였지만, 한 쌍의 공간 이미지 계측 슬릿 패턴 (SL) 에 대응하여 한 쌍으로 설치되어 있다.
하우징 (36) 내부의 광학계는, 공간 이미지 계측 슬릿 패턴 (SL) 을 투과한 조명광 (IL) 을, L 자 모양의 경로를 따라 유도하여, -Y 방향으로 향하게 하여 그 광을 사출시킨다. 또한, 이하에서는, 편의상 상기 하우징 (36) 내부의 광학계를 하우징 (36) 과 동일한 참조 부호를 이용하여 송광계 (light-transmitting system) (36) 로 기술한다.
또한, 제 2 발수판 (28b) 의 상면에는, 그 4 변의 각각을 따라 소정 피치로 다수의 격자선이 직접 형성된다. 더 구체적으로는, 제 2 발수판 (28b) 의 X 축 방향 일측과 타측 (도 4(A) 에서의 수평 방향으로의 양측) 의 영역에는, Y 스케일 (39Y1 및 39Y2) 이 각각 형성되고, Y 스케일 (39Y1 및 39Y2) 은 각각, X 축 방향을 길이 방향으로 하는 격자선 (38) 이 소정 피치로 Y 축에 평행한 방향 (Y 축 방향) 을 따라서 형성되는, Y 축 방향을 주기 방향으로 하는 반사형의 격자 (예를 들어, 회절 격자) 에 의해 구성된다.
마찬가지로, 제 2 발수판 (28b) 의 Y 축 방향 일측과 타측 (도 4(A) 에서의 수직 방향으로의 양측) 의 영역에는, X 스케일 (39X1 및 39X2) 이, Y 스케일 (39Y1 및 39Y2) 사이에 스케일들이 위치된 상태로 각각 형성되고, X 스케일 (39X1 및 39X2) 은 각각, Y 축 방향을 길이 방향으로 하는 격자선 (37) 이 소정 피치로 X 축에 평행한 방향 (X 축 방향) 을 따라서 형성되는, X 축 방향을 주기 방향으로 하는 반사형의 격자 (예를 들어, 회절 격자) 에 의해 구성된다. 상기 각 스케일로서는, 제 2 발수판 (28b) 의 표면에, 예를 들어, 홀로그램 등에 의해 이루어진 반사형의 회절 격자를 갖는 스케일이 이용된다. 이 경우, 각 스케일에는 좁은 슬릿, 홈 등으로 이루어진 격자가 눈금으로서 소정 간격 (피치) 으로 마크되어 있다. 각 스케일에 이용되는 회절 격자의 종류는 제한적이지 않고, 기계적으로 형성된 홈 등으로 이루어진 회절 격자 뿐만 아니라, 예를 들어, 감광성 수지에 간섭 무늬 (interference fringe) 를 노광시킴으로써 형성된 회절 격자 또한 이용될 수도 있다. 하지만, 각 스케일은, 박판 모양의 유리에 상기 회절 격자의 눈금을, 예를 들어, 138nm 내지 4μm 사이의 피치, 예를 들어, 1μm 피치로 마킹함으로써 형성된다. 이들 스케일은 전술한 발액막 (발수막) 으로 덮힌다. 또한, 도 4(A) 에서는 도시의 편의상, 격자의 피치는 실제의 피치에 비해 훨씬 넓게 도시되어 있다. 이는 다른 도면들에서도 마찬가지이다.
이러한 방식으로, 본 실시형태에서는, 제 2 발수판 (28b) 그 자체가 스케일을 구성하기 때문에, 제 2 발수판 (28b) 으로서 저열팽창률의 유리판이 이용될 것이다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 격자가 형성된 저열팽창률의 유리판 등으로 이루어진 스케일 부재를 국소적인 신축이 발생하지 않도록, 예를 들어, 판 스프링 (또는 진공 흡착) 등에 의해 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 상면에 고정할 수도 있다. 이 경우에는, 전체면에 동일한 발수 코팅이 실시된 발수판을 플레이트 (28) 대신에 이용할 수도 있다. 또는, 웨이퍼 테이블 (WTB) 을 저열팽창률의 재료로 형성하는 것도 가능하며, 이러한 경우에는, 한 쌍의 Y 스케일과 한 쌍의 X 스케일은 그 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 상면에 직접 형성될 수도 있다.
덧붙여 말하자면, 회절 격자를 보호하기 위해, 발수성 (발액성) 을 구비한 저열팽창률의 유리판으로 격자를 덮는 것도 효율적이다. 이 경우, 유리판으로서는, 두께가 웨이퍼와 같은 정도, 예를 들어, 두께 1mm 의 판을 이용할 수 있고, 그 유리판의 표면이 웨이퍼면과 동일한 높이 (같은 높이의 평면) 로 되도록, 웨이퍼 테이블 (WST) 상면 상에 판이 설치된다.
또한, 각 스케일의 에지 부근에는, 후술하는 인코더 헤드와 스케일 사이의 상대 위치를 결정하기 위한 레이아웃 패턴이 각각 배열되어 있다. 이 레이아웃 패턴은 예를 들어 반사율이 상이한 격자선으로 구성되고, 인코더 헤드가 이 패턴을 주사할 때, 인코더의 출력 신호의 강도가 변화한다. 따라서, 미리 임계치를 결정해 두고, 출력 신호의 강도가 임계치를 초과하는 위치를 검출한다. 이 검출된 위치를 기준으로, 인코더 헤드와 스케일 사이의 상대 위치를 설정한다.
또한, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 -Y 단면 및 -X 단면에는, 각각 경면 가공이 실시되고, 도 2 에 도시한 바와 같이, 후술하는 간섭계 시스템 (118) 을 위한, 반사면 (17a) 및 반사면 (17b) 이 형성된다.
도 1 에 도시된 것과 같이, 계측 스테이지 (MST) 는, 리니어 모터 등 (미도시) 에 의해 XY 평면 내에서 구동되는 스테이지 본체 (92) 와, 스테이지 본체 (92) 상에 재치된 계측 테이블 (MTB) 을 포함한다. 계측 스테이지 (MST) 는, 구동계 (미도시) 에 의해 베이스 판 (12) 에 대해 적어도 3 자유도 방향 (X, Y, θz) 으로 구동 가능하게 구성되어 있다.
덧붙여 말하자면, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 구동계와 계측 스테이지 (MST) 의 구동계가 도 6 에 포함되고, 스테이지 구동계 (124) 로서 나타내어져 있다.
계측 테이블 (MTB) (및 스테이지 본체 (92)) 에는, 각종 계측용 부재가 설치된다. 이러한 계측용 부재로서는, 예를 들어, 도 2 및 도 5(A) 에 나타낸 바와 같이, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면 상에서 조명광 (IL) 을 수광하는 핀홀 모양의 수광부를 갖는 불균일 조도 계측 센서 (94), 투영 광학계 (PL) 에 의해 투영되는 패턴의 공간 이미지 (투영 이미지) 를 계측하는 공간 이미지 계측기 (96), 및 예를 들어, 국제공개공보 제 2003/065428 호 등에 개시되어 있는 샤크-하트만 (Shack-Hartman) 방식의 파면 수차 계측기 (98) 등이 채용된다. 파면 수차 계측기 (98) 로서는, 예를 들어, 국제공개공보 제 99/60361 호 (대응 EP 특허 제 1 079 223 호) 에 개시되어 있는 것 또한 이용될 수 있다.
불균일 조도 센서 (94) 로서는, 예를 들어, 미국 특허 제 4,465,368 호 등에 개시되어 있는 것과 유사한 구성을 이용할 수 있다. 또한, 공간 이미지 계측기 (96) 로서는, 예를 들어, 미국 공개특허공보 제 2002/0041377 호 등에 개시되어 있는 것과 유사한 구성을 이용할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는 3 개의 계측용 부재 (94, 96, 및 98) 를 계측 스테이지 (MST) 에 설치하는 것으로 하였지만, 계측용 부재의 종류 및/또는 수 등은 이에 한정되지 않는다. 계측용 부재로서, 예를 들어, 투영 광학계 (PL) 의 투과율을 계측하는 투과율 계측기 및/또는 국소 액침 장치 (8), 예를 들어, 노즐 유닛 (32) (또는 선단 렌즈 (191)) 등을 관찰하는 계측기 등과 같은 계측용 부재를 이용할 수도 있다. 또한, 계측용 부재와 상이한 부재, 예를 들어, 노즐 유닛 (32), 선단 렌즈 (191) 등을 클리닝 (cleaning) 하는 클리닝 부재 등을 계측 스테이지 (MST) 에 재치할 수도 있다.
본 실시형태에서는, 도 5(A) 로부터 볼수 있는 바와 같이, 불균일 조도 센서 (94) 및 공간 이미지 계측기 (96) 등과 같은 자주 사용되는 센서들은 계측 스테이지 (MST) 의 센터라인 (centerline; CL) (중심을 통과하는 Y 축) 상에 배치된다. 따라서, 본 실시형태에서는, 이들 센서들을 이용한 계측을, 계측 스테이지 (MST) 를 X 축 방향으로 이동시키는 것 없이 Y 축 방향으로만 이동시켜 수행할 수 있다.
상기 각 센서에 추가하여, 예를 들어, 미국 공개특허공보 제 2002/0061469 호에 개시된, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면 상에서 조명광 (IL) 을 수광하는 소정 면적의 수광부를 갖는 조도 모니터를 채용할 수도 있다. 그 조도 모니터도 센터라인 상에 배치하는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시형태에서는, 투영 광학계 (PL) 와 액체 (물) (Lq) 를 통해 노광 광 (조명광) (IL) 으로 웨이퍼 (W) 를 노광하는 액침 노광이 수행되고, 이에 따라, 조명광 (IL) 을 이용하는 계측에 사용되는 불균일 조도 센서 (94) (및 조도 모니터), 공간 이미지 계측기 (96), 그리고, 파면 수차 계측기 (98) 는, 투영 광학계 (PL) 및 물을 통해 조명광 (IL) 을 수광한다. 또한, 광학계 등과 같은 각 센서의 일부만을 계측 테이블 (MTB) (및 스테이지 본체 (92)) 에 재치할 수도 있고, 또 는, 센서 전체를 계측 테이블 (MTB) (및 스테이지 본체 (92)) 에 배치하도록 할 수도 있다.
또한, 계측 테이블 (MTB) 의 +Y 단면 및 -X 단면에는, 전술한 웨이퍼 테이블 (WTB) 과 유사한 반사면 (19a 및 19b) 이 형성되어 있다 (도 2 및 도 5(A) 참조).
도 5(B) 에 나타낸 바와 같이, 계측 스테이지 (MST) 의 스테이지 본체 (92) 의 -Y 측의 단면에, 프레임 모양의 부착 부재 (42) 가 고정된다. 또한, 스테이지 본체 (92) 의 -Y 측의 단면에는, 부착 부재 (42) 의 개구 내부의 X 축 방향의 중심 위치 근방에, 전술한 한 쌍의 송광계 (36) 에 대향할 수 있는 배치로 한 쌍의 광검출계 (44) 가 고정된다. 각각의 광검출계 (44) 는, 릴레이 렌즈 등의 광학계와, 포토멀티플라이어 튜브 (photomultiplier tube) 등과 같은 수광 소자, 및 이들을 수납하는 하우징으로 이루어진다. 도 4(B) 및 도 5(B), 그리고, 지금까지의 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 실시형태에서는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 와 계측 스테이지 (MST) 가, Y 축 방향에 관해 소정 거리 이내로 서로 근접한 상태 (접촉 상태를 포함) 에서는, 계측 플레이트 (30) 의 각 공간 이미지 계측 슬릿 패턴 (SL) 을 투과한 조명광 (IL) 이 각 송광계 (36) 에 의해 안내되고, 각 광검출계 (44) 의 수광 소자에 의해 수광된다. 즉, 계측 플레이트 (30), 송광계 (36), 및 광검출계 (44) 가, 전술한 미국 공개특허공보 제 2002/0041377 호 등에 개시된 것과 유사한, 공간 이미지 계측 장치 (45) (도 6 참조) 를 구성한다.
부착 부재 (42) 상에는, 직사각형 단면 형상의 봉상 (bar-shaped) 부재로 이루어진 기준 바 (fiducial bar) (이하, 간단하게 "FD 바" 라 칭한다) (46) 가 X 축 방향으로 연장되어 설치되어 있다. 이 FD 바 (46) 는, 풀-카이너매틱 마운트 구조 (full-kinematic mount structure) 에 의해 계측 스테이지 (MST) 상에 카이너매틱하게 (kinematically) 지지된다.
FD 바 (46) 는, 원형 (prototype) 표준 (계측 기준) 으로서 기능하기 때문에, 저열팽창률의 광학 유리 세라믹스, 예를 들어, 쇼트사의 제로듀어 (상품명) 등이 그 소재로서 채용된다. FD 바 (46) 의 상면 (표면) 은, 소위 기준 평면판과 동일한 정도로 그 평탄도가 높게 설정된다. 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 한 쌍의 기준 격자 (52) 는, 서로 소정 거리 (L) 떨어져, FD 바 (46) 의 X 축 방향의 중심에 대해 대칭으로 형성, 즉, 전술한 센터라인 (CL) 에 관해 대칭인 배치로 형성되어 있다.
또한, FD 바 (46) 의 상면에는, 도 5(A) 에 나타낸 바와 같은 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 시프트되어 형성된다. 각 기준 마크 (M) 로서는, 제 1 얼라인먼트 시스템 및 제 2 얼라인먼트 시스템 (후술함) 에 의해 검출 가능한 사이즈를 갖는 2 차원 마크가 이용된다. 기준 마크 (M) 는 그 형상 (구성) 이 기준 마크 (FM) 와 상이할 수도 있지만, 본 실시형태에서는, 기준 마크 (M) 와 기준 마크 (FM) 는 동일한 구성을 가지고, 또한, 웨이퍼 (W) 의 얼라인먼트 마크와 동일한 구 성을 가진다. 또한, 본 실시형태에서는, FD 바 (46) 의 표면, 및 계측 테이블 (MTB) (전술한 계측용 부재를 포함할 수도 있다) 의 표면도 각각 발액막 (발수막) 으로 덮힌다.
본 실시형태의 노광 장치 (100) 에서는, 도 1 에서는 도면의 복잡함을 회피하는 관점으로부터 도시가 생략되었지만, 실제로는, 도 3 에 도시한 바와 같이, 기준축 (LV) 상에서, 투영 광학계 (PL) 의 광축 (AL) 으로부터 -Y 측으로 소정 거리 이격된 위치에 검출 중심을 갖는 제 1 얼라인먼트 시스템 (AL1) 이 배치된다. 제 1 얼라인먼트 시스템 (AL1) 은, 지지 부재 (54) 를 통해 메인 프레임 (미도시) 의 하면에 고정된다. 제 1 얼라인먼트 시스템 (AL1) 을 사이에 두고, X 축 방향의 일측과 타측에는, 직선 (LV) 에 관해 거의 대칭으로 검출 중심이 배치되는 제 2 얼라인먼트 시스템 (AL21, AL22, AL23, AL24) 이 각각 설치되어 있다. 즉, 5 개의 얼라인먼트 시스템 (AL1 및 AL21 내지 AL24) 은 그 검출 중심이 X 축 방향에 관해 상이한 위치로 배치되고, 즉, X 축 방향을 따라서 배치된다.
각 제 2 얼라인먼트 시스템 (AL2n (n = 1 내지 4)) 은, 제 2 얼라인먼트 시스템 (AL24) 에 의해 대표적으로 나타낸 바와 같이, 회전 중심 (O) 을 중심으로 하여 도 3 에서의 시계 방향 및 반시계 방향으로 소정 각도 범위로 회동 (回動) (turn) 할 수 있는 암 (56n (n = 1 내지 4)) 의 선단 (회동단 (turning end)) 에 고정된다. 본 실시형태에서는, 각 제 2 얼라인먼트 시스템 (AL2n) 의 일부 (예를 들어, 얼라인먼트 광을 검출 영역에 조사하고, 또한, 검출 영역 내의 대상 마크로부터 발생하는 광을 수광 소자로 유도하는 광학계를 적어도 포함) 가 암 (56n) 에 고정되고, 나머지 부분은 투영 유닛 (PU) 을 유지하는 메인 프레인에 설치된다. 제 2 얼라인먼트 시스템 (AL21, AL22, AL23, 및 AL24) 은 각각, 회전 중심 (O) 을 중심으로 하여 회동함으로써 X 위치가 조정된다. 즉, 제 2 얼라인먼트 시스템 (AL21, AL22, AL23, 및 AL24) 은 그 검출 영역 (또는 검출 중심) 이 독립적으로 X 축 방향으로 움직일 수 있다. 따라서, 제 1 얼라인먼트 시스템 (AL1) 및 제 2 얼라인먼트 시스템 (AL21, AL22, AL23, 및 AL24) 은 X 축 방향에 관해 그 검출 영역의 상대 위치가 조정 가능하다. 덧붙여 말하자면, 본 실시형태에서는, 암의 회동에 의해 제 2 얼라인먼트 시스템 (AL21, AL22, AL23, 및 AL24) 의 X 축 위치가 조정되는 것으로 하였다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고, 제 2 얼라인먼트 시스템 (AL21, AL22, AL23, 및 AL24) 을 X 축 방향으로 전후 왕복 구동하는 구동 메커니즘 또한 설치할 수도 있다. 또한, 제 2 얼라인먼트 시스템 (AL21, AL22, AL23, 및 AL24) 의 적어도 하나는 X 축 방향만이 아니라 Y 축 방향으로도 움직일 수 있다. 또한, 각 제 2 얼라인먼트 시스템 (AL2n) 의 일부가 암 (56n) 에 의해 이동되기 때문에, 센서 (미도시), 예를 들어, 간섭계 또는 인코더 등에 의해 암 (56n) 에 고정되는 그 일부의 위치 정보를 계측가능하다. 그 센서는, 제 2 얼라인먼트 시스템 (AL2n) 의 X 축 방향의 위치 정보만을 계측할 수도 있거나, 다른 방향, 예를 들어, Y 축 방향 및/또는 회전 방향 (θx 및 θy 방향의 적어도 일방을 포함) 의 위치정보 또한 계측가능할 수도 있다.
각 암 (56n) 의 상면에는, 차동 배기형 에어 베어링으로 이루어지는 진공 패드 (58n (n = 1 내지 4)) (도 3 에는 미도시, 도 6 참조) 가 설치된다. 또한, 암 (56n) 은, 예를 들어, 모터 등을 포함하는 회전 구동 메커니즘 (60n (n = 1 내지 4)) (도 3 에는 미도시, 도 6 참조) 에 의해, 주제어 장치 (20) 의 지시에 따라 회동 가능하다. 주제어 장치 (20) 는, 암 (56n) 의 회전 조정 후에, 각 진공 패드 (58n) 를 작동시켜 각 암 (56n) 을 메인 프레임 (미도시) 에 흡착 고정한다. 따라서, 각 암 (56n) 의 회전 각도 조정 후의 상태, 즉, 제 1 얼라인먼트 시스템 (AL1) 과 4 개의 제 2 얼라인먼트 시스템 (AL21 내지 AL24) 사이의 소망의 위치 관계가 유지된다.
또한, 메인 프레임의 암 (56n) 에 대향하는 부분이 자성체인 경우에, 진공 패드 (58) 대신에 전자석을 또한 채용할 수도 있다.
본 실시형태에서는, 제 1 얼라인먼트 시스템 (AL1) 및 4 개의 제 2 얼라인먼트 시스템 (AL21 내지 AL24) 의 각각으로서, 예를 들어, 웨이퍼 상의 레지스트를 노광시키지 않고 광대역 검출 빔을 대상 마크에 조사하고, 그 대상 마크로부터의 반 사광에 의해 수광면에 형성된 대상 마크의 이미지와 지표 (각 얼라인먼트 시스템 내에 설치된 지표판 상의 지표 패턴) (미도시) 의 이미지를 촬상 소자 (CCD 등) 를 이용하여 촬상하고, 그들의 촬상 신호를 출력하는 화상 처리 방식의 FIA (Field Image Alignment) 시스템이 이용된다. 제 1 얼라인먼트 시스템 (AL1) 및 4 개의 제 2 얼라인먼트 시스템 (AL21 내지 AL24) 의 각각으로부터의 촬상 신호는, 얼라인먼트 신호 처리 시스템 (미도시) 을 통해 도 6 의 주제어 장치 (20) 에 공급된다.
덧붙여 말하자면, 상기 각 얼라인먼트 시스템으로서는 FIA 시스템에 한정되지 않고, 코히어런트 (coherent) 한 검출광을 대상 마크에 조사하고, 그 대상 마크로부터 발생하는 산란광 또는 회절광을 검출하거나, 그 대상 마크로부터 발생하는 2 개의 회절광 (예를 들어, 동일한 차수의 회절광, 또는 동일한 방향으로 회절하는 회절광) 을 간섭시켜 간섭광을 검출하는 얼라인먼트 센서를 필요에 따라 단독으로 또는 적절하게 조합하여 이용하는 것 또한 물론 가능하다. 또한, 본 실시형태에서는, 5 개의 얼라인먼트 시스템 (AL1 및 AL21 내지 AL24) 은, 지지 부재 (54) 또는 암 (56n) 을 통해, 투영 유닛 (PU) 을 유지하는 메인 프레임의 하면에 고정되는 것으로 하였다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않고, 예를 들어, 전술한 계측 프레임에 설치할 수도 있다.
다음으로, 웨이퍼 스테이지 (WST) 및 계측 스테이지 (MST) 의 위치 정보를 계측하는 간섭계 시스템 (118) (도 6 참조) 의 구성 등에 대해 설명한다.
이하, 구체적인 간섭계 시스템의 구성의 설명에 앞서, 간섭계의 계측 원리를 간단하게 설명한다. 간섭계는, 계측 대상물에 설치된 반사면을 향해, 계측빔 (계측광) 을 조사한다. 간섭계는, 그 반사광과 참조광의 합성광을 수광하고, 반사광 (계측광) 과 참조광을, 그들의 편광 방향을 정렬시켜 서로 간섭시킨 간섭광의 강도를 계측한다. 이 경우, 반사광과 참조광의 광로차 ΔL 로 인해, 반사광과 참조광 사이의 상대 위상 (위상차) 가 KΔL 만큼 변화한다. 따라서, 간섭광의 강도는 1+a·cos(KΔL) 에 비례하여 변화한다. 이 경우, 호모다인 (homodyne) 검출 방식을 채용하는 것으로 하여, 계측광과 참조광의 파수는 동일하게 K 로 표시된다. 상수 a 는 계측광과 참조광의 강도비에 의해 결정된다. 이 경우에, 참조광에 대한 반사면은 일반적으로 투영 유닛 (PU) 측면 (경우에 따라서 간섭계 유닛 내) 에 설치된다. 이 참조광의 반사면이 계측의 기준 위치가 된다. 따라서, 광로차 ΔL 에는, 기준 위치로부터 반사면까지의 거리가 반영된다. 따라서, 반사면까지의 거리의 변화에 대한, 간섭광의 강도 변화의 회수 (무늬 (fringe) 의 수) 를 계측하면, 그 계수치와 계측 단위의 곱에 의해 계측 대상물에 설치된 반사면의 변위가 산출될 수 있다. 계측 단위는, 싱글-패스 (single-pass) 방식의 간섭계의 경우, 계측광의 파장의 1/2 이고, 더블-패스 (double-pass) 방식의 간섭계의 경우, 파장의 1/4 이다.
이하, 헤테로다인 (hetrodyne) 검출 방식의 간섭계가 채용된 경우, 계측광의 파수 K1 과 참조광의 파수 K2 는 조금 상이하다. 이 경우, 계측광과 참조광의 광로 길이를 각각 L1 및 L2 로 하면, 계측광과 참조광 간의 위상차는 KΔL+ΔKL1 로 주어지고, 간섭광의 강도는 1+a·cos(KΔL+ΔKL1) 에 비례하여 변화한다. 이 경우, 광로차 ΔL = L1-L2, ΔK = K1-K2, K = K2 이다. 참조광의 광로 길이 L2 가 충분히 짧고, 근사 ΔL ≒ L1 이 성립하는 경우, 간섭광의 강도는 1+a·cos[(K+ΔK)ΔL] 에 비례하여 변화한다. 전술한 바로부터 알 수 있는 바와 같이, 간섭광의 강도는, 광로차 ΔL 의 변화와 함께 참조광의 파장 2π/K 로 주기적으로 진동하고, 그 주기적 진동의 포락선은 긴 주기 2π/ΔK 로 진동 (비트 (beat)) 한다. 따라서, 헤테로다인 검출 방식에서는, 긴 주기 비트로부터, 광로차 ΔL 의 변화 방향, 즉, 계측 대상물의 변위 방향을 알 수 있다.
덧붙여 말하자면, 간섭계의 주요한 오차 요인으로서, 빔 광로 상의 분위기의 온도 요동 (공기 요동) 의 효과를 고려할 수 있다. 공기의 요동에 의해, 광의 파장 λ 가 λ+Δλ 로 변화하게 된다. 이 파장의 미소 변화 Δλ 에 의한 위상차 KΔL 의 변화는 파수 K = 2π/λ 이기 때문에, 2πΔLΔλ/λ2 이 구해질 수 있다. 이 경우, 광의 파장 λ = 1μm, 미소 변화 Δλ = 1nm 일 때, 광로차 ΔL = 100mm 에 대해, 위상 변화는 2π×100 이 된다. 이 위상 변화는 계측 단위의 100 배의 변위에 대응한다. 전술한 바와 같이 광로 길이가 길게 설정되는 경우에는, 간섭계는 단시간에 일어나는 공기 요동의 영향이 크고 단기 안정성이 열악하다. 이러한 경우에는, 후술하는 인코더 또는 Z 헤드를 갖는 면위치 계측 시스템을 사용하는 것이 바람직하다.
간섭계 시스템 (118) 은, 도 2 에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 계측용의 Y 간섭계 (16), X 간섭계 (126, 127, 및 128), 및 Z 간섭계 (43A 및 43B) 그리고, 계측 스테이지 (MST) 의 위치 계측용의 Y 간섭계 (18) 및 X 간섭계 (130) 등을 포함한다. Y 간섭계 (16) 및 X 간섭계 (126, 127, 및 128) (도 1 에서는, X 간섭계 (126 내지 128) 는 미도시, 도 2 참조) 는, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 반사면 (17a 및 17b) 에 각각 계측빔을 조사하여, 각각의 반사광을 수광함으로써, 각 반사면의 기준 위치 (예를 들어, 투영 유닛 (PU) 측면에 고정 미러를 배치하고, 그 면을 기준면으로 이용한다) 로부터의 변위, 즉, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 XY 평면 내의 위치 정보를 계측하고, 그 계측한 위치 정보를 주제어 장치 (20) 에 공급한다. 본 실시형태에서는, 후술하는 바와 같이 각 간섭계로서는, 일부를 제외하고, 계측축을 다수 갖는 다축 간섭계가 이용된다.
한편, 스테이지 본체 (91) 의 -Y 측의 측면에는, 도 4(A) 및 도 4(B) 에 나타낸 바와 같이, X 축 방향을 길이 방향으로 하는 이동경 (41) 이, 카이너매틱 지지 메커니즘 (미도시) 을 통해 부착된다. 이동경 (41) 은 직방체 부재와, 그 직방체의 일면 (-Y 측의 면) 에 부착된 한 쌍의 삼각 기둥 모양의 부재를 일체화한 것과 같은 부재로 이루어진다. 이동경 (41) 은, 도 2 로부터 알 수 있는 바와 같이, X 축 방향의 길이가 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 반사면 (17a) 보다도 적어도 후술하는 2 개의 Z 간섭계의 간격만큼 더 길게 설계되어 있다.
이동경 (41) 의 -Y 측의 면에는 경면 가공이 실시되고, 도 4(B) 에 나타낸 바와 같이, 3 개의 반사면 (41b, 41a, 및 41c) 이 형성되어 있다. 반사면 (41a) 은 이동경 (41) 의 -Y 측의 단면의 일부를 구성하고, XZ 평면과 평행하게 그리고 또한 X 축 방향으로 연장되어 있다. 반사면 (41b) 은, 반사면 (41a) 의 +Z 측에 인접하는 면을 구성하고, 반사면 (41a) 에 대해 둔각을 형성하며, X 축 방향으로 뻗어 있다. 반사면 (41c) 은, 반사면 (41a) 의 -Z 측에 인접하는 면을 구성하고, 반사면 (41b) 을 사이에 두고 반사면 (41b) 과 대칭으로 설치되어 있다.
이동경 (41) 에 대향하여, 그 이동경 (41) 에 계측빔을 조사하는, 한 쌍의 Z 간섭계 (43A 및 43B) 가 설치되어 있다 (도 1 및 도 2 참조).
Z 간섭계 (43A 및 43B) 는, 도 1 및 도 2 를 함께 보면 알 수 있듯이, Y 간섭계 (16) 의 X 축 방향의 일측과 타측으로 거의 동일 거리로 떨어져, Y 간섭계 (16) 보다 약간 더 낮은 위치에 각각 배치되어 있다.
간섭계 (43A 및 43B) 각각으로부터, 도 1 에 나타낸 바와 같이, Y 축 방향을 따라 계측빔 (B1) 이 반사면 (41b) 을 향해 조사되고, Y 축 방향을 따라 계측빔 (B2) 이 반사면 (41c) (도 4(B) 참조) 을 향해 조사된다. 본 실시형태에서는, 반사면 (41b) 에서 반사된 계측빔 (B1) 과 직교하는 반사면을 갖는 고정경 (47B), 및 반사면 (41c) 에서 반사된 계측빔 (B2) 과 직교하는 반사면을 갖는 고정경 (47A) 이, 이동경 (41) 으로부터 -Y 방향으로 소정 거리 떨어진 위치에, 고정경들이 계측빔 (B1 및 B2) 과 간섭하지 않는 상태로, 각각 X 축 방향으로 연장되어 설치되어 있다.
고정경 (47A 및 47B) 은, 예를 들어, 투영 유닛 (PU) 을 지지하는 프레임 (미도시) 에 설치된 동일한 지지체 (미도시) 에 의해 지지된다.
간섭계 (16) 는, 도 2 (및 도 13) 에 나타낸 바와 같이, 전술한 기준축 (LV) 으로부터 동일 거리만큼 -X 측 및 +X 측으로 떨어진 Y 축 방향의 계측축을 따라 계측빔 (B41 및 B42) 을 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 반사면 (17a) 에 조사하고, 각각의 반사광을 수광함으로써, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 계측빔 (B41 및 B42) 의 조사점에서의 Y 축 방향의 위치 (Y 위치) 를 검출한다. 덧붙여 말하자면, 도 1 에서는, 계측빔 (B41 및 B42) 이 대표적으로 계측 빔 (B4) 으로서 나타내어져 있다.
또한, Y 간섭계 (16) 는, 계측빔 (B41 및 B42) 과의 사이에 Z 축 방향으로 소정 간격을 두고 Y 축 방향의 계측 축을 따라 계측빔 (B3) 을 반사면 (41a) 을 향해 조사하고, 반사면 (41a) 에서 반사된 계측 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 계측빔 (B41 및 B42) 에 대응하는 계측축의 계측치의 평균치에 기초하여 반사면 (17a), 보다 구체적으로는, 웨이퍼 테이블 (WTB) (웨이퍼 스테이지 (WST)) 의 Y 위치 (보다 정확하게는 Y 축 방향의 변위 ΔY) 를 산출한다. 또한, 주제어 장치 (20) 는, 계측빔 (B41 및 B42) 에 대응하는 계측축의 계측치의 차에 기초하여, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 Z 축 주위로의 회전 방향 (θz 방향) 의 변위 (요잉 (yawing) 량) Δθz (Y) 을 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 (피치량) Δθx 를 산출한다.
또한, X 간섭계 (126) 는, 도 2 및 도 13 에 나타낸 바와 같이, 투영 광학계 (PL) 의 광축을 통과하는 X 축 방향의 직선 (기준축) (LH) 으로부터 동일 거리 떨어진 2 축의 계측축을 따라 계측빔 (B51 및 B52) 을 웨이퍼 테이블 (WTB) 에 조사한다. 주제어 장치 (20) 는, 계측빔 (B51 및 B52) 에 대응하는 계측축의 계측치에 기초하여, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 X 축 방향의 위치 (X 위치, 보다 정확하게는, X 축 방향의 변위 Δx) 를 산출한다. 또한, 주제어 장치 (20) 는, 계측빔 (B51 및 B52) 에 대응하는 계측 축의 계측치의 차이로부터, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 θz 방향의 변위 (요잉량) Δθz (X) 를 산출한다. 또한, X 간섭계 (126) 로부터 얻어진 Δθz (X) 와 Y 간섭계 (16) 로부터 얻어진 Δθz(Y) 는 서로 같고, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 θz 방향으로의 변위 (요잉량) Δθz 를 대표한다.
또한, 도 14 및 도 15 등에 나타낸 바와 같이, X 간섭계 (128) 로부터의 계측빔 (B7) 이, 웨이퍼 테이블 (WTB) 상의 웨이퍼의 언로드가 행해지는 언로딩 포지션 (UP) 과, 웨이퍼 테이블 (WTB) 상으로의 웨이퍼 로드가 행해지는 로딩 포지션 (LP) 을 연결하는, X 축 방향에 평행한 직선 (LUL) 을 따라, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 반사면 (17b) 에 조사된다. 또한, 도 16 및 도 17 에 나타낸 바와 같이, X 간섭계 (127) 로부터의 계측빔 (B6) 이, 제 1 얼라인먼트 시스템 (AL1) 의 검출 중심을 통과하는 X 축에 평행한 직선 (기준축) (LA) 을 따라, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 반사면 (17b) 에 조사된다.
주제어 장치 (20) 는, X 간섭계 (127) 의 계측빔 (B6) 의 계측치, 및 X 간섭계 (128) 의 계측빔 (B7) 의 계측치로부터, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 X 축 방향의 변위 ΔX 를 구할 수 있다. 하지만, 3 개의 X 간섭계 (126, 127, 및 128) 의 배치가 Y 축 방향으로 상이하다. 따라서, X 간섭계 (126) 는 도 13 에 나타낸 노광 시에 이용되고, X 간섭계 (127) 는 도 19 등에 나타낸 웨이퍼 얼라인먼트 시에 이용되며, X 간섭계 (128) 는 도 15 에 나타낸 웨이퍼 로드 시 및 도 14 에 나타낸 웨이퍼 언로드 시에 이용된다.
전술한 간섭계 (43A 및 43B) 로부터, 도 1 에 나타낸 바와 같이, Y 축을 따른 계측빔 (B1 및 B2) 이 이동경 (41) 을 향하여 각각 조사된다. 이들 계측빔 (B1 및 B2) 은, 이동경 (41) 의 반사면 (41b 및 41c) 으로 소정의 입사각 (이 각은 θ/2 이 될 것이다) 으로 각각 입사한다. 그 다음, 계측빔 (B1) 은 반사면 (41b 및 41c) 에서 순차 반사되어 고정경 (47B) 의 반사면에 수직으로 입사하는 반면, 계측빔 (B2) 은 반사면 (41c 및 41b) 에서 순차 반사되어 고정경 (47A) 의 반사면에 수직으로 입사한다. 그 다음, 고정경 (47A 및 47B) 의 반사면에서 반사된 계측빔 (B2 및 B1) 은 다시 반사면 (41b 및 41c) 에서 순차 반사되거나, 다시 반사면 (41c 및 41b) 에서 순차 반사되어 (입사시의 광로의 역방향으로 돌아가) Z 간섭계 (43A 및 43B) 에서 수광된다.
이 경우, 이동경 (41) (즉, 웨이퍼 스테이지 (WST)) 의 Z 축 방향으로의 변위를 ΔZ0, Y 축 방향으로의 변위를 ΔY0 로 하면, 계측빔 (B1) 의 광로 길이 변화 ΔL1 및 계측빔 (B2) 의 광로 길이 변화 ΔL2 는 각각 아래 식 (1) 및 (2) 로 표현된다.
Figure 112009078546610-pct00001
따라서, 식 (1) 및 (2) 로부터의 ΔZ0 및 ΔY0 는 다음 식 (3) 및 (4) 를 이용하여 구해진다.
Figure 112009078546610-pct00002
상기의 변위 ΔZ0 및 ΔY0 는, Z 간섭계 (43A 및 43B) 를 이용하여 구해진다. 따라서, Z 간섭계 (43A) 를 이용하여 구해지는 변위를 ΔZ0R 및 ΔY0R 로 하고, Z 간섭계 (43B) 를 이용하여 구해지는 변위를 ΔZ0L 및 ΔY0L 로 한다. 그리고, Z 간섭계 (43A 및43B) 각각에 의해 조사되는 계측빔 (B1 및 B2) 사이의 X 축 방향으로의 거리를 D 로 한다 (도 2 참조). 이러한 전제 하에서, 이동경 (41) (즉, 웨이퍼 스테이지 (WST)) 의 θz 방향으로의 변위 (요잉량) Δθz, θy 방향으로의 변위 (롤링량) Δθy는 다음 식 (5) 및 (6) 에 의해 구해진다.
Figure 112009078546610-pct00003
따라서, 주제어 장치 (20) 는, 상기 식 (3) 내지 (6) 을 이용함으로써, Z 간섭계 (43A 및 43B) 의 계측 결과에 기초하여, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 4 자유도의 변위 ΔZ0, ΔY0, 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, 및 θy 방향) 에 관한 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 변위를 구할 수 있다.
덧붙여 말하자면, 본 실시형태에서는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 로서 6 자유도로 구동가능한 단일의 스테이지를 채용하는 것으로 하였지만, 그 대신에, XY 평면 내에서 자유롭게 이동가능한 스테이지 본체 (91) 와, 그 스테이지 본체 (91) 상에 재치되어 스테이지 본체 (91) 에 대해 적어도 Z 축 방향, θx 방향, 및 θy 방향으로 상대적으로 미소 구동 가능한 웨이퍼 테이블 (WTB) 을 포함하여 구성할 수도 있고, 또는, 웨이퍼 테이블 (WTB) 을, 스테이지 본체 (91) 에 대해 X 축 방향, Y 축 방향, 및 θz 방향으로도 미소 이동가능하게 구성한 소위 조미동 구조 (coarse and fine movement structure) 의 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 채용할 수도 있다. 하지만 이 경우에는, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 6 자유도 방향의 위치 정보를 간섭계 시스템 (118) 에 의해 계측 가능한 구성으로 할 필요가 있다. 계측 스테이지 (MST) 에 대해서도 마찬가지로, 스테이지 본체 (92) 와, 스테이지 본체 (91) 상에 재치된 3 자유도, 또는 6 자유도의 계측 테이블 (MTB) 에 의해 구성할 수도 있다. 또한, 반사면 (17a) 및 반사면 (17b) 대신에, 웨이퍼 테이블 (WTB) 에 평면 미러로 이루어지는 이동경을 설치할 수도 있다.
하지만, 본 실시형태에서는, 웨이퍼 스테이지 (WST) (웨이퍼 테이블 (WTB)) 의 XY 평면 내의 위치 정보 (θz 방향의 회전 정보를 포함) 는 주로 인코더 시스템 (후술함) 에 의해 계측되고, 간섭계 (16, 126, 및 127) 의 계측치는 그 인코더 시스템의 계측치의 장기적 변동 (예를 들어, 스케일의 경시적 변화 등에 의한) 을 보정 (교정) 하는 경우 등에 보조적으로 이용된다.
또한, 간섭계 시스템 (118) 의 적어도 일부 (광학계 등) 가 투영 유닛 (PU) 을 유지하는 메인 프레임에 설치되거나, 전술한 바와 같이 매달려 지지되는 투영 유닛 (PU) 과 일체로 설치될 수도 있지만, 본 실시형태에서는, 간섭계 시스템 (118) 은 전술한 계측 프레임에 설치되는 것으로 한다.
덧붙여 말하자면, 본 실시형태에서는, 투영 유닛 (PU) 에 설치되는 고정 미러의 반사면을 기준면으로 하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 정보를 계측하는 것으로 하였지만, 그 기준면을 배치하는 위치는 투영 유닛 (PU) 에 한정되지 아니하고, 반드시 고정 미러를 이용하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 정보를 계측할 필요는 없다.
또한, 본 실시형태에서는, 간섭계 시스템 (118) 에 의해 계측되는 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 정보가, 후술하는 노광 동작이나 얼라인먼트 동작 등에서는 이용되지 아니하고, 주로 인코더 시스템의 캘리브레이션 동작 (즉, 계측치의 교정) 등에 이용되는 것으로 하였지만, 간섭계 시스템 (118) 의 계측 정보 (즉, 5 자유도의 방향의 위치 정보 중 적어도 하나) 를, 예를 들어, 노광 동작 및/또는 얼라인먼트 동작 등에서 이용할 수도 있다. 또한, 간섭계 시스템 (118) 을 인코더 시스템의 백업으로서 사용하는 것 또한 고려될 수 있으며, 이에 대해서는 후술하기로 한다. 본 실시형태에서는, 인코더 시스템은 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 3 자유도 방향, 즉, X 축, Y 축, 및 θz 방향의 위치 정보를 계측한다. 따라서, 노광 동작 등에 있어서, 간섭계 시스템 (118) 의 계측 정보 중, 인코더 시스템에 의한 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 계측 방향 (X 축, Y 축, 및 θz 방향) 과 상이한 방향, 예를 들어, θx 방향 및/또는 θy 방향에 관한 위치 정보만을 이용할 수도 있고, 또는 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 이용할 수도 있다. 또한, 노광 동작 등에 있어서 간섭계 시스템 (118) 을 이용하여 계측되는 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 Z 방향의 위치 정보를 이용할 수도 있다.
그 외, 간섭계 시스템 (118) (도 6 참조) 에는, 계측 테이블 (MTB) 의 2 차원 위치 좌표를 계측하기 위한 Y 간섭계 (18) 및 X 간섭계 (130) 도 포함되어 있다. Y 간섭계 (18) 및 X 간섭계 (130) (도 1 에서는 X 간섭계 (130) 미도시, 도 2 참조) 는 계측 테이블 (MTB) 의 반사면 (19a 및 19b) 에, 도 2 에 나타낸 바와 같이, 계측빔을 조사하여, 각각의 반사광을 수광함으로써 각 반사면의 기준 위 치로부터의 변위를 계측한다. 주제어 장치 (20) 는, Y 간섭계 (18) 및 X 간섭계 (130) 의 계측치를 수신하고, 계측 스테이지 (MST) 의 위치 정보 (예를 들어, 적어도 X 축 방향 및 Y 축 방향의 위치 정보와 θz 방향의 회전 정보를 포함) 를 산출한다.
덧붙여 말하자면, 계측 테이블 (MTB) 용의 Y 간섭계로서, 웨이퍼 스테이지 (WST) 용의 Y 간섭계 (16) 와 유사한 다축 간섭계를 이용할 수 있다. 또한, 계측 테이블 (MTB) 을 계측하는데 이용되는 X 간섭계로서, 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 계측하는데 이용되는 X 간섭계 (126) 와 유사한 2 축 간섭계를 이용할 수 있다. 또한, 계측 스테이지 (MST) 의 Z 변위, Y 변위, 요잉량, 및 롤링 (rolling) 량을 계측하기 위해, 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 계측하는데 이용되는 Z 간섭계 (43A 및 43B) 와 유사한 간섭계를 도입할 수 있다.
다음으로, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 XY 평면 내의 위치 정보 (θz 방향의 위치 정보를 포함) 를 계측하는 인코더 시스템 (150) (도 6 참조) 의 구조 등에 대해 설명한다.
본 실시형태의 노광 장치 (100) 에서는, 도 3 에 나타낸 바와 같이, 전술한 노즐 유닛 (32) 의 주위를 사방으로 둘러싼 상태로, 인코더 시스템 (150) 의 4 개의 헤드 유닛 (62A 내지 62D) 이 배치된다. 이들 헤드 유닛 (62A 내지 62D) 은, 도 3 등에서는 도면의 복잡합을 피하기 위해 도시가 생략되었지만, 실제로는 지지 부재를 통해 전술한 투영 유닛 (PU) 을 유지하는 메인 프레임에 매달린 상태 로 고정되어 있다.
헤드 유닛 (62A 및 62C) 은, 도 3 에 나타낸 바와 같이, 투영 유닛 (PU) 의 +X 측 및 -X 측에 X 축 방향을 길이 방향으로 하여 배치되어 있다. 헤드 유닛 (62A 및 62C) 은 X 축 방향으로 간격 WD 로 배치된 복수 (본 경우에는 5 개) 의 Y 헤드 (65j 및 64i (i, j = 1 ~ 5)) 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 로 배치된 복수 (본 경우에는 4 개) 의 Y 헤드 (641 내지 644 또는 652 내지 655) 와, 투영 유닛 (PU) 의 주변에 있어서, 기준축 (LH) 으로부터 -Y 방향으로 소정 거리 떨어진 위치, 즉, 노즐 유닛 (32) 의 -Y 측의 위치에 배치된 하나의 Y 헤드 (645 또는 651) 를 구비하고 있다. 헤드 유닛 (62A 및 62C) 은, 후술하는 5 개의 Z 헤드 또한 각각 구비하고 있다. 이하에서는, 필요에 따라, Y 헤드 (65j 및 64i) 를 각각 Y 헤드 (65 및 64) 로도 기술할 것이다.
헤드 유닛 (62A) 은 전술한 Y 스케일 (39Y1) 을 이용하여 웨이퍼 스테이지 (WST) (웨이퍼 테이블 (WTB)) 의 Y 축 방향의 위치 (Y 위치) 를 계측하는 다중-렌즈 (본 경우에서는 5-렌즈) 의 Y 리니어 인코더 (이하 적절하게 "Y 인코더" 또는 "인코더" 로 약칭한다) (70A) (도 6 참조) 를 구성한다. 마찬가지로, 헤드 유닛 (62C) 은 전술한 Y 스케일 (39Y2) 을 이용하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 Y 위치를 계측하는 다중-렌즈 (본 경우에는 5-렌즈) 의 Y 인코더 (70C) (도 6 참조) 를 구성한다. 이 경우, 헤드 유닛 (62A 및 62C) 이 각각 구비하는 5 개의 Y 헤드 (64i 또는 65j) (더 구체적으로는, 계측빔) 의 X 축 방향의 간격 WD 는, Y 스케일 (39Y1 및 39Y2) 의 X 축 방향의 폭 (보다 정확하게는 격자선 (38) 의 길이) 보다 약간 좁게 설정된다.
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 로 배치된 복수의, 이 경우에는 4 개의 X 헤드 (665 내지 668) 를 구비하고 있다. 또한, 헤드 유닛 (62D) 은 노즐 유닛 (32) (투영 유닛 (PU)) 을 통해 유닛 (62B) 과는 반대측의 제 1 얼라인먼트 시스템 (AL1) 의 -Y 측에 배치되고, 상기 기준축 (LV) 상에 간격 WD 로 배치된 복수의, 이 경우에는 4 개의 X 헤드 (661 내지 664) 를 구비하고 있다. 이하에서는, 필요에 따라 X 헤드 (661 내지 668) 를 X 헤드 (66) 로 기술한다.
헤드 유닛 (62B) 은 전술한 X 스케일 (39X1) 을 이용하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 X 축 방향의 위치 (X 위치) 를 계측하는 다중-렌즈 (본 경우에서는 4-렌즈) 의 X 리니어 인코더 (이하 적절하게 "X 인코더" 또는 "인코더" 로 약칭한다) (70B) (도 6 참조) 를 구성한다. 또한, 헤드 유닛 (62D) 은 전술한 X 스케일 (39X2) 을 이용하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 X 위치를 계측하는 다중-렌즈 (본 경 우에는 4-렌즈) 의 X 인코더 (70D) (도 6 참조) 를 구성한다.
여기서, 헤드 유닛 (62B 및 62D) 이 각각 구비하는 인접하는 X 헤드 (66) (계측빔) 의 간격은, X 스케일 (39X1 및 39X2) 의 Y 축 방향의 폭 (보다 정확하게는, 격자선 (37) 의 길이) 보다도 짧게 설정되어 있다. 또한, 헤드 유닛 (62B) 의 가장 -Y 측의 X 헤드 (665) 와 헤드 유닛 (62D) 의 가장 +Y 측의 X 헤드 (664) 사이의 간격은, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 Y 축 방향의 이동에 의해 그 2 개의 X 헤드 사이에 스위칭 (후술하는 연결 (linkage)) 이 가능하게 되도록, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 Y 축 방향의 폭보다도 약간 좁게 설정되어 있다.
본 실시형태에서는 또한, 헤드 유닛 (62A 및 62C) 의 -Y 측으로 소정 거리 떨어져 헤드 유닛 (62F 및 62E) 이 각각 설치되어 있다. 헤드 유닛 (62E 및 62F) 은 도 3 등에서는 도면의 복잡함을 피하기 위해 도시가 생략되어 있지만, 실제로는, 지지 부재를 통해 전술한 투영 유닛 (PU) 을 유지하는 메인 프레임에 매달린 상태로 고정되어 있다. 또한, 헤드 유닛 (62E 및 62F) 및 전술한 헤드 유닛 (62A 내지 62D) 은 예를 들어, 투영 유닛 (PU) 이 매달려 지지되는 경우에는, 투영 유닛 (PU) 과 일체로 매달려 지지될 수도 있고, 또는, 전술한 계측 프레임에 설치될 수도 있다.
헤드 유닛 (62E) 은 X 축 방향의 위치가 상이한 4 개의 Y 헤드 (671 내지 674) 를 구비하고 있다. 보다 상세하게는, 헤드 유닛 (62E) 은, 제 2 얼라인먼 트 시스템 (AL21) 의 -X 측으로 전술한 기준축 (LA) 상에 전술한 간격 WD 과 거의 동일한 간격으로 배치된 3 개의 Y 헤드 (671 내지 673) 와, 가장 내측 (+X 측) 의 Y 헤드 (673) 로부터 +X 측으로 소정 거리 (WD 보다 약간 짧은 거리) 떨어지고 또한 기준축 (LA) 으로부터 +Y 측으로 소정 거리 떨어진 제 2 얼라인먼트 시스템 (AL21) 의 +Y 측의 위치에 배치된 하나의 Y 헤드 (674) 를 구비하고 있다.
헤드 유닛 (62F) 은 기준축 (LV) 에 관하여 헤드 유닛 (62E) 과 대칭이고, 상기 4 개의 Y 헤드 (671 내지 674) 와 기준축 (LV) 에 관하여 대칭으로 배치된 4 개의 Y 헤드 (681 내지 684) 를 구비하고 있다. 이하에서는, 필요에 따라 Y 헤드 (671 내지 674) 및 Y 헤드 (681 내지 684) 를 각각 Y 헤드 (67) 및 Y 헤드 (68) 로도 기술한다. 후술하는 얼라인먼트 동작 시 등의 경우에는, Y 스케일 (39Y2 및 39Y1) 에 Y 헤드 (67 및 68) 가 적어도 각 하나가 각각 대향하고, 그 Y 헤드 (67 및 68) (더욱 구체적으로는, 이들 Y 헤드 (67 및 68) 에 의해 구성되는 Y 인코더 (70E 및 70F)) 에 의해 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 Y 위치 (및 θz 회전) 가 계측된다.
또한 본 실시형태에서는, 후술하는 제 2 얼라인먼트 시스템 (AL21) 의 베이스 라인 계측 시 (Sec-BCHK (인터벌)) 등에, 제 2 얼라인먼트 시스템 (AL21 및 AL24) 에 X 축 방향으로 인접하는 Y 헤드 (673 및 682) 가, FD 바 (46) 의 한 쌍의 기준 격자 (52) 와 각각 대향하고, 그 한 쌍의 기준 격자 (52) 와 대향하는 Y 헤드 (673 및 682) 에 의해 FD 바 (46) 의 Y 위치가 각각 기준 격자 (52) 의 위치로 계측된다. 이하에서는, 한 쌍의 기준 격자 (52) 에 각각 대향하는 Y 헤드 (673 및 682) 에 의해 구성되는 인코더를 Y 리니어 인코더 (필요에 따라 간단하게 "Y 인코더" 또는 "인코더" 라고도 칭한다) (70E2 및 70F2) 라 칭한다. 또한 식별을 위해, 전술한 Y 스케일 (39Y2 및 39Y1) 에 각각 대향하는 Y 헤드 (67 및 68) 에 의해 구성되는 Y 인코더 (70E 및 70F) 를 Y 인코더 (70E1 및 70F1) 라 칭한다.
전술한 리니어 인코더 (70A 내지 70F) 는, 예를 들어, 0.1nm 정도의 분해능으로 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표를 계측하고, 그 계측치를 주제어 장치 (20) 에 공급한다. 주제어 장치 (20) 는 리니어 인코더 (70A 내지 70D) 중 3 개의 계측치, 또는, 인코더 (70B, 70D, 70E1, 및 70F1) 중 3 개의 계측치에 기초하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 XY 평면 내의 위치를 제어하고, 또한, 리니어 인코더 (70E1 및 70F2) 의 계측치에 기초하여 FD 바 (46) 의 θz 방향의 회전을 제어한다. 또한, 리니어 인코더의 구성 등은 상세할 설명부에서 나중에 더 설명될 것이다.
본 실시형태의 노광 장치 (100) 에서는, 도 3 에 나타낸 바와 같이, 조사계 (irradiation system; 90a) 및 광검출계 (90b) 로 이루어지는, 예를 들어, 미국 특 허 제 5,448,332 호 등에 개시되어 있는 것과 유사한 구성의 경사 입사 방식의 다점 초점 위치 검출계 (이하, "다점 AF계" 로 약칭한다) 가 설치되어 있다. 본 실시형태에서는, 일예로서, 전술한 헤드 유닛 (62E) 의 -X 단부의 +Y 측에 조사계 (90a) 가 배치되고, 이 조사계 (90a) 에 대향하는 상태로 전술한 헤드 유닛 (62F) 의 +X 단부의 +Y 측에 광검출계 (90b) 가 배치되어 있다.
다점 AF계 (90a 및 90b) 의 복수의 검출점은 피검출면 상에서 X 축 방향을 따라 소정 간격으로 배치된다. 본 실시형태에서는, 예를 들어, 1 행 M 열 (M 은 검출점의 총수) 또는 2 행 N 열 (N 은 검출점의 총수의 1/2) 의 매트릭스 배열로 배치된다. 도 3 에서, 각각 검출 빔이 조사되는 복수의 검출점이 개별적으로 도시되지는 않았지만, 조사계 (90a) 및 광검출계 (90b) 사이에서 X 축 방향으로 연장하는 가늘고 긴 검출 영역 (빔 영역) (AF) 으로서 도시되어 있다. 이 검출 영역 (AF) 의 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 전면에 걸쳐 Z 축 방향의 위치 정보 (면위치 정보) 를 계측할 수 있다. 또한, 이 검출 영역 (AF) 은 Y 축 방향에 관하여 액침 영역 (14) (노광 영역 (IA)) 과 얼라인먼트 시스템 (AL1 및 AL21 내지 AL24) 의 검출 영역과의 사이에 배치되어 있기 때문에, 다점 AF계와 얼라인먼트 시스템의 검출 동작을 병행하여 수행할 수 있다. 다점 AF계는 투영 유닛 (PU) 을 유지하는 메인 프레임 등에 설치될 수도 있지만, 본 실시형태에서는 전술한 계측 프레임에 설치되는 것으로 하였다.
덧붙여 말하자면, 복수의 검출점은 1 행 M 열 또는 2 행 N 열로 배치되는 것으로 하였지만, 행수 및/또는 열수는 이에 한정되는 것은 아니다. 하지만, 행수가 2 이상인 경우는 상이한 행들 사이에서 검출점의 X 축 방향의 위치를 상이하게 하는 것이 바람직하다. 또한, 복수의 검출점은 X 축 방향을 따라 배치되는 것으로 하였다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 복수의 검출점의 전부 또는 일부를 Y 축 방향에 관하여 상이한 위치에 배치할 수도 있다. 예를 들어, X 축 및 Y 축의 양방과 교차하는 방향을 따라 복수의 검출점을 배치할 수도 있다. 즉, 복수의 검출점은 적어도 X 축 방향에 관하여 위치가 상이하게 되기만 하면 된다. 또한, 본 실시형태에서는 복수의 검출점에 검출 빔을 조사하는 것으로 하였지만, 예를 들어, 검출 영역 (AF) 의 전역에 검출 빔을 조사할 수도 있다. 또한, 검출 영역 (AF) 의 X 축 방향의 길이가 웨이퍼 (W) 의 직경과 동일한 정도로 되지 않아도 된다.
다점 AF계 (90a 및 90b) 의 복수의 검출점 중 양단에 위치하는 검출점의 근방, 즉, 빔 영역 (AF) 의 양단부 근방에, 기준축 (LV) 에 관하여 대칭으로 배치되어 각 한 쌍의 Z 위치 계측용의 면위치 센서의 헤드 (이하, "Z 헤드" 라 약칭한다) (72a 및 72b, 그리고 72c 및 72d) 가 설치되어 있다. 이들 Z 헤드 (72a 내지 72d) 는 메인 프레임 (미도시) 의 하면에 고정되어 있다. 또한, Z 헤드 (72a 내지 72d) 는 전술한 계측 프레임 등에 설치될 수도 있다.
Z 헤드 (72a 내지 72d) 로서는, 웨이퍼 테이블 (WTB) 에 대해 상방으로부터 광을 조사하고 그 반사광을 수광하여 그 광의 조사점에서의 웨이퍼 테이블 (WTB) 표면의 XY 평면에 직교하는 Z 축 방향의 위치 정보를 계측하는 센서 헤드, 일예로서, CD 드라이브 장치에 이용되는 광 픽업 (optical pickup) 과 같은 구성의 광학식 변위 센서의 헤드 (광학 픽업 방식의 센서 헤드) 가 이용되고 있다.
또한, 전술한 헤드 유닛 (62A 및 62C) 은 그 각각이 구비하는 Y 헤드 (65j 및 64i (i, j = 1 ~ 5)) 와 동일한 X 위치에, Y 위치로 시프트되어, 각각 5 개의 Z 헤드 (76j 및 74i (i, j = 1 ~ 5)) 를 구비하고 있다. 이 경우, 헤드 유닛 (62A 및 62C) 의 각각에 속하는 외측의 3 개의 Z 헤드 (763 내지 765 및 741 내지 743) 는 기준축 (LH) 으로부터 +Y 방향으로 소정 거리 떨어져서 기준축 (LH) 과 평행하게 배치되어 있다. 또한, 헤드 유닛 (62A 및 62C) 의 각각에 속하는 가장 내측의 Z 헤드 (761 및 745) 는 투영 유닛 (PU) 의 +Y 측에 배치되어 있고, 또한 가장 내측으로부터 두 번째의 Z 헤드 (762 및 744) 는 Y 헤드 (652 및 644) 의 -Y 측에 각각 배치되어 있다. 그리고, 헤드 유닛 (62A 및 62C) 의 각각에 속하는 5 개의 Z 헤드 (76j 및 74i (i, j = 1 ~ 5)) 는 서로 기준축 (LV) 에 관하여 대칭으로 배치되어 있다. 또한, 각 Z 헤드 (76 및 74) 로서는, 전술한 Z 헤드 (72a 내지 72d) 와 유사한 광학식 변위 센서 헤드가 채용된다. 또한 Z 헤드의 구성 등에 대해서는 후술한다.
이 경우에, Z 헤드 (743) 는 전술한 Z 헤드 (72a 및 72b) 와 동일하게 Y 축 에 대해 평행한 직선상에 있다. 마찬가지로, Z 헤드 (763) 는 전술한 Z 헤드 (72c 및 72d) 와 동일하게 Y 축에 평행한 직선상에 있다.
또한, Z 헤드 (743) 와 Z 헤드 (744) 간의 Y 축에 평행한 방향의 거리와 Z 헤드 (763) 와 Z 헤드 (762) 간의 Y 축에 평행한 방향의 거리는 Z 헤드 (72c 및 72d) 간의 Y 축에 평행한 방향의 간격과 일치하는) Z 헤드 (72a 및 72b) 간의 Y 축에 평행한 방향의 간격과 대략 동일하다. 또한, Z 헤드 (743) 와 Z 헤드 (745) 간의 Y 축에 평행한 방향의 거리와 Z 헤드 (763) 와 Z 헤드 (761) 간의 Y 축에 평행한 방향의 거리는 Z 헤드 (72a) 와 Z 헤드 (72b) 간의 Y 축에 평행한 방향의 간격보다 약간 짧다.
Z 헤드 (72a 내지 72d), Z 헤드 (741 내지 745), 및 Z 헤드 (761 내지 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 내지 72d), Z 헤드 (741 내지 745), 및 Z 헤드 (761 내지 765) 로부터 임의의 Z 헤드를 선택하여 작동 상태로 하고, 그 작동 상태에 있는 Z 헤드로 검출한 면위치 정보를 신호 처리/선택 장치 (170) 를 통해 수신한다. 본 실시형태에서는, Z 헤드 (72a 내지 72d), Z 헤드 (741 내지 745), 및 Z 헤드 (761 내지 765) 와, 신호 처리/선택 장치 (170) 를 포함하여, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 Z 축 방향 및 XY 평면에 대한 경사 방향의 위치 정보를 계측하는 면위치 계측 시스템 (180) (계측 시스템 (200) 의 일부) 이 구성되어 있다.
덧붙여 말하자면, 도 3 에서는, 계측 스테이지 (MST) 의 도시가 생략되고, 또한, 그 계측 스테이지 (MST) 와 선단 렌즈 (191) 사이에 유지되는 물 (Lq) 로 형성되는 액침 영역이 참조 부호 14 에 의해 도시되어 있다. 또한 도 3 에서, 참조 부호 UP 는 웨이퍼 테이블 (WTB) 상의 웨이퍼의 언로드가 행해지는 언로딩 위치를 나타내고, 부호 LP 는 웨이퍼 테이블 (WTB) 상으로의 웨이퍼 로드가 행해지는 로딩 위치를 나타낸다. 본 실시형태에서는, 언로딩 위치 (UP) 와 로딩 위치 (LP) 는 직선 (LV) 에 관해 대칭으로 설정되어 있다. 또한, 언로딩 위치 (UP) 와 로딩 위치 (LP) 를 동일 위치로 할 수도 있다.
도 6 은 노광 장치 (100) 의 제어 시스템의 주요한 구성이 도시되어 있다. 이 제어 시스템은, 장치 전체를 총괄적으로 제어하는 마이크로컴퓨터 (또는 워크스테이션 (workstation)) 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 내지 70F), Z 헤드 (72a 내지 72d, 741 내지 745, 761 내지 765) 등의 계측기 시스템의 보정 정보가 저장된다. 또한, 도 6 에서, 불균일 조도 센서 (94), 공간 이미지 계측기 (96), 및 파면 수차 계측기 (98) 등의 계측 스테이지 (MST) 에 설치된 각종 센서가 집합적으로 센서군 (99) 으로서 도시되어 있다.
다음으로, Z 헤드 (72a 내지 72d, 741 내지 745, 및 761 내지 765) 의 구성 등에 대해 도 7 에 도시된 Z 헤드 (72a) 에 대표적으로 초점을 맞춰 설명한다.
Z 헤드 (72a) 는, 도 7 에 나타낸 바와 같이, 포커스 센서 (FS), 그 포커스 센서 (FS) 를 수납한 센서 본체 (ZH) 및 그 센서 본체 (ZH) 를 Z 축 방향으로 구동하는 구동부 (미도시), 그리고, 센서 본체 (ZH) 의 Z 축 방향의 변위를 계측하는 계측부 (ZE) 등을 구비하고 있다.
포커스 센서 (FS) 로서는, 프로브 빔 (LB) 을 계측 대상면 (S) 에 조사하고, 그 반사광을 수광함으로써 계측 대상면 (S) 의 변위를 광학적으로 판독하는, CD 드라이브 장치에서 이용되는 광 픽업과 유사한 광학식 변위 센서가 이용된다. 포커스 센서 (FS) 의 구성 등에 대해서는 후술한다. 포커스 센서 (FS) 의 출력 신호는 구동부 (미도시) 로 전송된다.
구동부 (미도시) 는, 예를 들어, 보이스코일 모터 등과 같은 액츄에이터를 포함하고, 그 보이스코일 모터의 가동자 및 고정자의 일방은 센서 본체 (ZH) 에, 타방은 센서 본체 (ZH) 및 계측부 (ZE) 등을 수용하는 하우징 (미도시) 의 일부에 각각 고정되어 있다. 이 구동부는 포커스 센서 (FS) 로부터의 출력 신호에 따라, 센서 본체 (ZH) 와 계측 대상면 (S) 사이의 거리를 일정하게 유지하도록 (보다 정확하게는 계측 대상면 (S) 을 포커스 센서 (FS) 의 광학계의 최선의 포커스 위치에 유지하도록), 센서 본체 (ZH) 를 Z 축 방향으로 구동한다. 이러한 구동에 의해, 센서 본체 (ZH) 는 계측 대상면 (S) 의 Z 축 방향의 변위를 추종하고, 포커스 락 (focus lock) 상태가 유지된다.
계측부 (ZE) 로서는, 본 실시형태에서는, 일예로서 회절 간섭 방식의 인코더 가 이용된다. 계측부 (ZE) 는, 센서 본체 (ZH) 의 상면에 고정된 Z 축 방향으로 연장되는 지지 부재 (SM) 의 측면에 설치된 Z 축 방향을 주기 방향으로 하는 반사형의 회절 격자 (EG) 와, 그 회절 격자 (EG) 에 대향하여 하우징 (미도시) 에 부착된 인코더 헤드 (EH) 를 포함한다. 인코더 헤드 (EH) 는 프로브 빔 (EL) 을 회절 격자 (EG) 에 조사하고, 회절 격자 (EG) 로부터의 반사/회절 광을 수광 소자에서 수광함으로써, 프로브 빔 (EL) 의 조사점의, 기준점 (예를 들어, 원점) 으로부터의 변위를 판독함으로써, 센서 본체 (ZH) 의 Z 축 방향의 변위를 판독한다.
본 실시형태에서는, 전술한 바와 같이, 포커스 락 상태에서는 센서 본체 (ZH) 는 계측 대상면 (S) 과의 거리를 일정하게 유지하도록 Z 축 방향으로 변위된다. 따라서, 계측부 (ZE) 의 인코더 헤드 (EH) 가 센서 본체 (ZH) 의 Z 축 방향의 변위를 계측하는 것에 의해, 계측 대상면 (S) 의 면위치 (Z 위치) 가 계측된다. 인코더 헤드 (EH) 의 계측치가 Z 헤드 (72a) 의 계측치로서 전술한 신호 처리/선택 장치 (170) 를 통해 주제어 장치 (20) 에 공급된다.
포커스 센서 (FS) 는, 일예로서, 도 8(A) 에 나타낸 바와 같이, 조사계 (FS1), 광학계 (FS2), 및 광검출계 (FS3) 의 3 부분을 포함한다.
조사계 (FS1) 는, 예를 들어 레이저 다이오드로 이루어지는 광원 (LD) 과, 그 광원 (LD) 으로부터 사출되는 레이저광의 광로 상에 배치된 회절 격자판 (회절 광학 소자) (ZG) 을 포함한다.
광학계 (FS2) 는, 일예로서 회절 격자판 (ZG) 에서 발생하는 레이저광의 회 절광, 즉, 프로브 빔 (LB1) 의 광로 상에 순차 배치된 편광 빔 스플릿터 (PBS), 콜리메이터 렌즈 (CL), 1/4 파장판 (λ/4 판) (WP) 및 대물 렌즈 (OL) 등을 포함한다.
광검출계 (FS3) 는, 일예로서, 프로브 빔 (LB1) 의 계측 대상면 (S) 에서의 반사 빔 (LB2) 의 회귀 광로 상에 순차 배치된 원통 렌즈 (CYL) 및 사분할 수광 소자 (ZD) 를 포함한다.
포커스 센서 (FS) 에 따르면, 조사계 (FS1) 의 광원 (LD) 에서 발생한 직선 편광의 레이저광이 회절 격자판 (ZG) 에 조사되고, 그 회절 격자판 (ZG) 에서 회절광 (프로브 빔) (LB1) 이 발생한다. 이 프로브 빔 (LB1) 의 중심 축 (주광선) 은 Z 축과 평행하고 또한 계측 대상면 (S) 에 직교한다.
그 다음, 프로브 빔 (LB1), 즉, 편광 빔 스플릿터 (PBS) 의 분리면에 대해 P 편광이 되는 편광 성분의 광이, 광학계 (FS2) 에 입사한다. 광학계 (FS2) 내에서는, 프로브 빔 (LB1) 은 편광 빔 스플릿터 (PBS) 를 통과하고, 콜리메이터 렌즈 (CL) 에서 평행 빔으로 변환되며, λ/4 판 (WP) 을 통과하여, 원편광으로 되어 대물 렌즈 (OL) 에서 집광되어, 계측 대상면 (S) 에 조사된다. 따라서, 계측 대상면 (S) 에서 프로브 빔 (LB1) 의 입사광과는 역방향으로 진행하는 원편광인 반사광 (반사빔) (LB2) 이 발생한다. 그 다음, 반사빔 (LB2) 은 입사광 (프로브 빔 (LB1)) 의 광로를 역으로 쫓아, 대물 렌즈 (OL), λ/4 판 (WP), 콜리메이터 렌즈 (CL) 를 통과하여, 편광 빔 스플릿터 (PBS) 로 향한다. 이 경우, λ/4 판 (WP) 을 2 회 통과함으로써, 반사 빔 (LB2) 은 S 편광으로 변환된다. 따라서, 반사 빔 (LB2) 은 편광 빔 스플릿터 (PBS) 의 분리면에서 진행 방향이 굽어져서, 광검출계 (FS3) 를 향하여 이동한다.
광검출계 (FS3) 에서는, 반사빔 (LB2) 은 원통 렌즈 (CYL) 를 통과하여, 사분할 수광 소자 (ZD) 의 검출면에 조사된다. 이 경우, 원통 렌즈 (CYL) 는 소위 "캠버형 (cambered type)" 렌즈이고, 도 8(B) 에 나타낸 바와 같이 YZ 단면은 Y 축 방향으로 볼록부가 향한 볼록 형상을 가지고, 도 8(C) 에 나타낸 바와 같이, XY 단면은 직사각형 형상을 갖는다. 따라서, 원통 렌즈 (CYL) 를 통과하는 반사빔 (LB2) 은 Z 축 방향과 X 축 방향에서 그 단면 형상이 비대칭으로 좁아져 비점수차를 야기한다.
사분할 수광 소자 (ZD) 는 그 검출면에서 반사 빔 (LB2) 을 수광한다. 사분할 수광 소자 (ZD) 의 검출면은 도 9(A) 에 나타낸 바와 같이 전체로서 정방형으로, 그 2 개의 대각선을 분리선으로 하여 4 개의 검출 영역 (a, b, c, 및 d) 으로 분할되어 있다. 검출면의 중심을 (OZD) 로 한다.
이 경우, 도 8(A) 에 나타낸 이상 포커스 상태 (초점이 맞춰진 상태), 즉, 프로브 빔 (LB1) 이 계측 대상면 (S0) 상에 초점이 맞춰진 상태에서는, 반사 빔 (LB2) 의 검출면 상에서의 단면 형상은 도 9(C) 에 나타낸 바와 같이 중심 OZD 을 중심으로 하는 원형이 된다.
또한, 도 8(A) 에서, 프로브 빔 (LB1) 이 계측 대상면 (S1) 상에 초점이 맞춰진, 소위 프론트-포커싱 상태 (front-focused state) (더욱 구체적으로, 계측 대상면 (S) 이 이상 위치 (S0) 에 있고, 사분할 수광 소자 (ZD) 가 도 8(B) 및 도 8(C) 에서 참조 부호 1 로 나타내는 위치에 있는 상태와 등가인 상태) 에서는, 반사 빔 (LB2) 의 검출면 상에서의 단면 형상은 도 9(B) 에 나타낸 바와 같은 중심 OZD 을 중심으로 하는 가로방향으로 긴 원형이 된다.
또한, 도 8(A) 에서, 프로브 빔 (LB1) 이 계측 대상면 (S-1) 상에 초점이 맞춰진, 소위 백-포커싱 상태 (back-focused state) (더욱 구체적으로, 계측 대상면 (S) 이 이상 위치 (S0) 에 있고, 사분할 수광 소자 (ZD) 가 도 8(B) 및 도 8(C) 에서 참조 부호 -1 로 나타내는 위치에 있는 상태와 등가인 상태) 에서는, 반사 빔 (LB2) 의 검출면 상에서의 단면 형상은 도 9(D) 에 나타낸 바와 같은 중심 OZD 을 중심으로 하는 세로방향으로 긴 원형이 된다.
사분할 수광 소자 (ZD) 에 접속된 연산 회로 (미도시) 에서는, 4 개의 검출 영역 (a, b, c, d) 에서 수광하는 광의 강도를 각각 Ia, Ib, Ic, 및 Id 로서 다음 식 (7) 로 표현되는 포커스 에러 I 를 산출하고, 구동부 (미도시) 로 출력한다.
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또한, 전술한 이상 포커스 상태에서는, 4 개의 검출 영역의 각각에서의 빔 단면의 면적은 서로 같기 때문에, 포커스 에러 I = 0 이 얻어질 수 있다. 또한, 전술한 프론트-포커싱 상태에서는 식 (7) 에 따라 포커스 에러 I < 0 이 되고, 백-포커싱 상태에서는 식 (7) 에 따라 포커스 에러 I > 0 이 된다.
구동부 (미도시) 는, 포커스 센서 (FS) 내의 검출부 (FS3) 로부터 포커스 에러 I 를 수신하고, I = 0 을 재현하도록 포커스 센서 (FS) 를 격납한 센서 본체 (ZH) 를 Z 축 방향으로 구동한다. 이 구동부의 동작에 의해, 계측 대상면 (S) 을 따라 센서 본체 (ZH) 도 변위하기 때문에, 프로브 빔은 반드시 계측 대상면 (S) 상에서 초점이 맞춰져야 하고, 더욱 구체적으로, 센서 본체 (ZH) 와 계측 대상면 (S) 사이의 거리는 항상 일정하게 유지된다 (포커스 락 상태가 유지된다).
한편, 구동부 (미도시) 는 또한, 계측부 (ZE) 의 계측 결과가 Z 헤드 (72a) 외부로부터의 입력 신호에 일치하도록, 센서 본체 (ZH) 를 Z 축 방향으로 구동하고, 위치결정할 수 있다. 따라서, 실제의 계측 대상면 (S) 의 면위치와는 상이한 위치에, 프로브 빔 (LB) 의 초점을 위치시킬 수도 있다. 이 구동부의 동작 (스케일 서보 제어) 에 의해, Z 헤드의 스위칭에서의 복귀 처리, 출력 신호의 이상 발생 시의 회피 처리 등을 실행할 수 있다.
본 실시형태에서는, 전술한 바와 같이, 계측부 (ZE) 로서 인코더를 채용하 고, 센서 본체 (ZH) 에 설정된 회절 격자 (EG) 의 Z 변위를 인코더 헤드 (EH) 를 이용하여 판독한다. 인코더 헤드 (EH) 는 기준점으로부터 계측 대상 (회절 격자 (EG)) 의 변위를 계측하는 상대 위치 센서이기 때문에, 그 기준점을 결정할 필요가 있다. 본 실시형태에서는, 회절 격자 (EG) 의 단부를 검출하거나, 회절 격자 (EG) 에 레이아웃 패턴이 설치되어 있는 경우에는 그 레이아웃 패턴을 검출함으로써, 그 Z 변위의 기준 위치 (예를 들어, 원점) 를 검출할 수 있다. 어떤 경우에도, 회절 격자 (EG) 의 기준 위치에 대응하여 계측 대상면 (S) 의 기준면위치를 결정할 수 있고, 그 기준면위치로부터의 계측 대상면 (S) 의 Z 변위, 즉, Z 축 방향의 위치를 계측할 수 있다. 또한, Z 헤드의 초기 기동시 및 복귀 시에는, 회절 격자 (EG) 의 기준 위치 (예를 들어, 원점, 또는 더욱 구체적으로는, 계측 대상면 (S) 의 기준면위치) 의 설정이 반드시 실행된다. 이 경우에, 기준 위치는 센서 본체 (ZH) 의 이동 범위의 중앙 근방에 설정되는 것이 바람직하다. 따라서, 그 중앙 근방의 기준 위치에 대응하는 기준면위치가, 포커스 센서 (FS) 의 광학계의 초점 위치에 일치하도록, 대물 렌즈 (OL) 의 Z 위치를 조정하기 위해 광학계의 초점 위치를 조정하기 위한 구동 코일을 설치할 수 있다. 또한, 센서 본체 (ZH) 가 기준 위치 (예를 들어, 원점) 에 위치하는 경우에, 계측부 (ZE) 는 원점 검출 신호를 생성하도록 된다.
Z 헤드 (72a) 에서는, 센서 본체 (ZH) 및 계측부 (ZE) 는, 하우징 (미도시) 내부에 함께 격납되어 있고, 또한, 프로브 빔 (LB1) 의 하우징 외부에 노출되는 부 분의 광로 길이도 극히 짧기 때문에 공기 요동의 영향이 매우 적다. 따라서, Z 헤드를 포함하는 센서는, 예를 들어, 레이저 간섭계와 비교하여도, 공기가 요동하는 동안과 같은 정도의 짧은 기간 동안의 계측 안정성 (단기 안정성) 이 더욱 더 우수하다.
다른 Z 헤드 또한 전술한 Z 헤드 (72a) 와 유사한 방식으로 구성되고 기능한다. 이와 같이, 본 실시형태에서는, 각 Z 헤드로서 인코더에서와 같이 Y 스케일 (39Y1, 39Y2) 등의 회절 격자면을 상방 (+Z 방향) 으로부터 관찰하는 구성이 채용된다. 따라서, 복수의 Z 헤드를 이용하여, 웨이퍼 테이블 (WTB) 상면의 상이한 위치의 면위치 정보를 계측함으로써, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 Z 축 방향의 위치와 θy 회전 (롤링 (rolling)) 및 θx 회전 (피칭 (pitching)) 을 계측할 수 있다. 하지만, 본 실시형태에서는, 노광 시, Y 스케일 (39Y1 및 39Y2) 에 하나의 Z 헤드가 각각 대향하는 구성을 고려하여, Z 헤드를 포함하는 면위치 계측 시스템에서는 피칭은 계측하지 않는다.
다음으로, 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에서 수행되는 웨이퍼 (W) 표면의 Z 축 방향에 관한 위치정보 (면위치 정보) 의 검출 (이하, 포커스 맵핑이라 칭한다) 에 대해 설명한다.
포커스 맵핑 시에는, 주제어 장치 (20) 는, 도 10(A) 에 나타낸 바와 같이, X 스케일 (39X2) 에 대향하는 X 헤드 (663) (X 리니어 인코더 (70D)) 와, Y 스케일 (39Y1 및 39Y2) 에 각각 대향하는 2 개의 Y 헤드 (682 및 673) (Y 리니어 인코더 (70F1 및 70E1) 에 기초하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 XY 평면 내의 위치를 제어한다. 이 도 10(A) 의 상태에서는, 전술한 기준축 (LV) 에, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 중심 (웨이퍼 (W) 의 중심에 대략 일치) 을 통과하는 Y 축에 평행한 직선 (센터라인) 이 일치한 상태로 되어 있다. 또한, 여기에서는 도시가 생략되어 있지만, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 +Y 측에 계측 스테이지 (MST) 가 위치하고 있고, 전술한 FD 바 (46) 및 웨이퍼 테이블 (WTB) 과 투영 광학계 (PL) 의 선단 렌즈 (191) 사이에 물이 유지되어 있다 (도 18 참조).
그 다음, 이 상태에서, 주제어 장치 (20) 는 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 +Y 방향으로의 주사 (스캔) 를 개시하고, 이 주사 개시 후, 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 +Y 방향으로 이동하여, 다점 AF계 (90a 및 90b) 의 검출 빔 (검출 영역 AF) 이 웨이퍼 (W) 상에 조사되기 시작할 때까지의 사이에, Z 헤드 (72a 내지 72d) 와 다점 AF계 (90a 및 90b) 양자 모두를 동작시킨다 (온 (ON) 으로 한다).
그 다음, 이 Z 헤드 (72a 내지 72d) 와 다점 AF계 (90a 및 90b) 가 동시에 동작하고 있는 상태에서, 도 10(B) 에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 +Y 방향으로 진행하고 있는 사이에, 소정의 샘플링 간격으로 Z 헤드 (72a 내지 72d) 로 계측된 웨이퍼 테이블 (WTB) 표면 (플레이트 (28) 의 표면) 의 Z 축 방향에 관한 위치 정보 (면위치 정보) 와, 다점 AF계 (90a 및 90b) 에 의해 검출된 복수의 검출점에서의 웨이퍼 (W) 표면의 Z 축 방향에 관한 위치 정보 (면위치 정보) 를 로딩하고, 그 로딩된 2 종류의 면위치 정보와 각 샘플링 시의 Y 리니어 인코더 (70F1 및 70E1) 의 계측치의 삼자를 서로에 대응시켜 메모리 (미도시) 에 순차적으로 저장한다.
그 다음, 다점 AF계 (90a 및 90b) 의 검출 빔이 웨이퍼 (W) 를 벗어나기 시작할 때, 주제어 장치 (20) 는 상기의 샘플링을 종료하고, 다점 AF계 (90a 및 90b) 의 각 검출점에 대한 면위치 정보를, 동시에 로딩한 Z 헤드 (72a 내지 72d) 에 의한 면위치 정보를 기준으로 하는 데이터로 변환한다.
더욱 상세하게, Z 헤드 (72a 내지 72d) 의 계측치의 평균치에 기초하여, 플레이트 (28) 의 -X 측 단부 근방의 영역 (Y 스케일 (39Y2) 이 형성된 영역) 상의 소정의 점 (예를 들어, Z 헤드 (72a 및 72b) 각각의 계측점의 중점, 즉, 다점 AF계 (90a 및 90b) 의 복수의 검출점의 배열과 대략 동일한 X 축 상의 점에 상당: 이하, 이 점을 좌계측점 (P1) 이라 칭한다) 에서의 면위치 정보를 구한다. 또한, Z 헤드 (72c 및 72d) 의 계측치의 평균치에 기초하여, 플레이트 (28) 의 +X 측 단부 근방의 영역 (Y 스케일 (39Y1) 이 형성된 영역) 상의 소정의 점 (예를 들어, Z 헤드 (72c 및 72d) 각각의 계측점의 중점, 즉, 다점 AF계 (90a 및 90b) 의 복수의 검출점의 배열과 대략 동일한 X 축 상의 점에 상당: 이하, 이 점을 우계측점 (P2) 이라 칭한다) 에서의 면위치 정보를 구한다. 그 다음, 주제어 장치 (20) 는, 도 10(C) 에 나타낸 바와 같이, 다점 AF계 (90a 및 90b) 의 각 검출점에서의 면위치 정보를, 좌계측점 (P1) 의 면위치와 우계측점 (P2) 의 면위치를 연결하는 직선을 기준으로 하는 면위치 데이터 (z1 내지 zk) 로 변환한다. 주제어 장치 (20) 는 이러한 변환을 샘플링 시에 취해진 모든 정보에 대해 수행한다.
전술한 방식으로 미리 이러한 변환된 데이터를 획득함으로써, 예를 들어, 노광의 경우에, 주제어 장치 (20) 는 전술한 Z 헤드 (74i 및 76j) 로 웨이퍼 테이블 (WTB) 표면 (Y 스케일 (39Y2) 이 형성된 영역 상의 점 (전술한 좌계측점 (P1) 의 근방의 점), 및 Y 스케일 (39Y1)이 형성된 영역 상의 점 (전술한 우계측점 (P2) 의 근방의 점) 을 계측하여, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 Z 위치와 θy 회전 (롤링) 량 θy 를 산출한다. 그 다음, 이들 Z 위치와 롤링량 θy 과 Y 간섭계 (16) 를 이용하여 계측된 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 θx 회전 (피칭) 량 θx 를 이용하여, 소정의 연산을 수행하여, 전술한 노광 영역 (IA) 의 중심 (노광 중심) 에서의 웨이퍼 테이블 (WTB) 표면의 Z 위치 Z0, 롤링량 θy 및 피칭량 θx 를 산출하고, 그 다음, 이 산출 결과에 기초하여 전술한 좌계측점 (P1) 의 면위치와 우계측점 (P2) 의 면위치를 연결하는, 노광 중심을 통과하는 직선을 구하여, 이 직선과 면위치 데이터 (z1 - zk) 를 이용함으로써, 웨이퍼 (W) 의 표면의 면위치 정보를 실제로 취득하지 않고서도 웨이퍼 (W) 의 상면의 면위치 제어 (포커스 레벨링 제어) 가 가능하게 된다. 따라서, 다점 AF계를 투영 광학계 (PL) 로부터 떨어진 위치에 배치하여도 아무런 지장이 없기 때문에, 짧은 작업 거리 (working distance) 를 갖는 노광 장치 등에 대해서도 본 실시형태의 포커스 맵핑은 적절하게 적용될 수 있다.
또한, 전술한 설명에서는 좌계측점 (P1) 의 면위치와 우계측점 (P2) 의 면위치를 Z 헤드 (72a 및 72b) 의 계측치의 평균치, Z 헤드 (72c 및 72d) 의 평균치에 각각 기초하여 산출하는 것으로 하였지만, 다점 AF계 (90a 및 90b) 의 각 검출점에서의 면위치 정보를, 예를 들어, Z 헤드 (72a 및 72c) 에 의해 계측된 면위치를 연결하는 직선을 기준으로 하는 면위치 데이터로 변환하는 것 또한 가능하다. 이 경우에, 각 샘플링 타이밍에서 취득한 Z 헤드 (72a) 의 계측치와 Z 헤드 (72b) 의 계측치와의 차이, 및 Z 헤드 (72c) 의 계측치와 Z 헤드 (72d) 의 계측치와의 차이를 각각 미리 구해둔다. 그 다음, 노광시 등에 면위치 제어를 수행할 때에, Z 헤드 (74i 및 76j) 로 웨이퍼 테이블 (WTB) 표면을 계측하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 Z 위치와 θy 회전을 산출하고, 이들 산출치와, Y 간섭계 (16) 에 의해 계측된 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 피칭량 θx 과, 전술한 면위치 데이터 (z1 내지 zk) 및 전술한 차이를 이용하여 소정의 연산을 수행함으로써, 웨이퍼의 표면의 면위치 정보를 실제로 취득하지 않고서도 웨이퍼 (W) 의 면위치 제어를 수행하는 것이 가능하게 된다.
하지만, 이상의 설명은 웨이퍼 테이블 (WTB) 표면에 X 축 방향에 관하여 불균일 (unevenness) 이 존재하지 않는 것을 전제로 하고 있다. 아래의 설명에서는, X 축 방향의 웨이퍼 테이블 (WTB) 표면 상에는 요철이 존재하지 않는 것으로 한다.
다음으로, 포커스 캘리브레이션에 대해 설명한다. 포커스 캘리브레이션 이라 함은, 어떤 기준 상태에서의 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 X 축 방향의 일측과 타측의 단부에서의 면위치 정보와, 다점 AF계 (90a 및 90b) 의 계측 플레이트 (30) 표면의 대표적인 검출점에서의 검출 결과 (면위치 정보) 의 관계를 구하는 처리 (포커스 캘리브레이션의 전반의 처리) 와, 상기의 기준 상태와 유사한 상태에 있어서, 공간 이미지 계측 장치 (45) 를 이용하여 검출한 투영 광학계 (PL) 의 최선의 포커스 위치에 대응하는, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 X 축 방향의 일측과 타측의 단부에서의 면위치 정보를 구하는 처리 (포커스 캘리브레이션의 후반의 처리) 를 수행하고, 이들 처리 결과에 기초하여, 다점 AF계 (90a 및 90b) 의 대표적인 검출점에서의 오프셋, 즉, 투영 광학계 (PL) 의 최선의 포커스 위치와 다점 AF계의 검출 원점과의 편차를 구하는 등의 처리를 말한다.
포커스 캘리브레이션 시에, 주제어 장치 (20) 는 도 11(A) 에 나타낸 바와 같이 X 스케일 (39X2) 에 대향하는 X 헤드 (662) (X 리니어 인코더 (70D)) 와 Y 스케일 (39Y1 및 39Y2) 에 각각 대향하는 2 개의 Y 헤드 (682 및 673) (Y 리니어 인코더 (70F1 및 70E1) 에 기초하여, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 XY 평면 내의 위치를 제어한다. 이 도 11(A) 의 상태는, 전술한 도 10(A) 의 상태와 대략 동일하다. 하지만, 이 도 11(A) 의 상태에서는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 는 Y 축 방향에 관하여서는 전술한 계측 플레이트 (30) 에 다점 AF계 (90a 및 90b) 로부터의 검출 빔이 조사되는 위치에 있다.
(a) 이 상태에서, 주제어 장치 (20) 는 다음과 같은 포커스 캘리브레이션의 전반의 처리를 수행한다. 더욱 구체적으로, 주제어 장치 (20) 는, 전술한 Z 헤드 (72a, 72b, 72c, 및 72d) 에 의해 검출된 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 X 축 방향의 일측과 타측의 단부에서의 면위치 정보를 검출하면서, 그 면위치 정보를 기준으로 하여 다점 AF계 (90a 및 90b) 를 이용하여 전술한 계측 플레이트 (30) (도 4(A) 참조) 표면의 면위치 정보를 검출한다. 따라서, 기준축 (LV) 에 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 센터라인이 일치한 상태에서의 Z 헤드 (72a, 72b, 72c, 및 72d) 의 계측치 (웨이퍼 테이블 (WTB) 의 X 축 방향의 일측과 타측의 단부에서의 면위치 정보) 와, 다점 AF계 (90a 및 90b) 의 계측 플레이트 (30) 의 표면의 검출점 (복수의 검출점 중 중앙 또는 그 근방에 위치하는 검출점) 에서의 검출 결과 (면위치 정보) 의 관계가 구해진다.
(b) 다음으로, 주제어 장치 (20) 는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 +Y 방향으로 소정 거리 이동시켜, 계측 플레이트 (30) 가 투영 광학계 (PL) 의 바로 아래에 위치되는 위치에서 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 정지시킨다. 그 다음, 주제어 장치 (20) 는 다음과 같은 포커스 캘리브레이션의 후반의 처리를 수행한다. 더욱 구체적으로, 주제어 장치 (20) 는, 도 11(B) 에 나타낸 바와 같이, 포커스 캘리브레이션의 전반의 처리 시와 마찬가지로, Z 헤드 (72a, 72b, 72c, 및 72d) 에 의해 계측되는 면위치 정보를 기준으로 하여, 계측 플레이트 (30) (웨이퍼 스테이지 (WST)) 의 투영 광학계 (PL) 의 광축 방향에 관한 위치 (Z 위치) 를 제어하면서, 공간 이미지 계측 장치 (45) 를 이용하여, 레티클 (R) 또는 레티클 스테이지 (RST) 상의 마크 판 (미도시) 에 형성된 계측 마크의 공간 이미지를, 예를 들어, 국제공 개공보 제 2005/124834 호 등에 개시된 Z 방향 스캔 계측에 의해 계측하고, 그 계측 결과에 기초하여 투영 광학계 (PL) 의 최선의 포커스 위치를 측정한다. 주제어 장치 (20) 는, 상기의 Z 방향 스캔 계측 동안, 공간 이미지 계측 장치 (45) 로부터의 출력 신호를 취하는 것과 동기하여, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 X 축 방향의 일측과 타측의 단부에서의 면위치 정보를 계측하는 한 쌍의 Z 헤드 (743 및 763) 의 계측치를 취한다. 그 다음, 주제어 장치 (20) 는 투영 광학계 (PL) 의 최선의 포커스 위치에 대응하는 Z 헤드 (743 및 763) 의 값을 메모리 (미도시) 에 저장한다. 또한, 포커스 캘리브레이션의 후반 처리에서, Z 헤드 (72a, 72b, 72c, 및 72d) 에 의해 계측된 면위치 정보를 이용하여, 계측 플레이트 (30) (웨이퍼 스테이지 (WST)) 의 투영 광학계 (PL) 의 광축 방향에 관한 위치 (Z 위치) 를 제어하는 이유는, 그 포커스 캘리브레이션의 후반의 처리는 전술한 포커스 맵핑 동안 수행되기 때문이다.
이 경우, 도 11(B) 에 나타낸 바와 같이, 액침 영역 (14) 이 투영 광학계 (PL) 와 계측 플레이트 (30) (웨이퍼 테이블 (WTB)) 사이에 형성되어 있기 때문에, 공간 이미지의 계측은 투영 광학계 (PL) 및 물을 통해 수행된다. 또한, 도 11(B) 에서는 도시가 생략되어 있지만, 공간 이미지 계측 장치 (45) 의 계측 플레이트 (30) 등은 웨이퍼 스테이지 (WST) 에 설치되고, 수광 소자 등은 계측 스테이지 (MST) 에 설치되기 때문에, 전술한 공간 이미지의 계측은, 웨이퍼 스테이지 (WST) 와 계측 스테이지 (MST) 가 접촉 상태 (또는 접근 상태) 를 유지하면서 수행 된다 (도 20 참조).
(c) 따라서, 주제어 장치 (20) 는, 상기 (a) 의 포커스 캘리브레이션 전반의 처리에서 구해진 Z 헤드 (72a, 72b, 72c, 및 72d) 의 계측치 (웨이퍼 테이블 (WTB) 의 X 축 방향의 일측과 타측의 단부에서의 면위치 정보) 와, 다점 AF계 (90a 및 90b) 에 의한 계측 플레이트 (30) 표면의 검출 결과 (면위치 정보) 의 관계와, 상기 (b) 의 포커스 캘리브레이션 후반의 처리에서 구해진 투영 광학계 (PL) 의 최선의 포커스 위치에 대응하는 Z 헤드 (743 및 763) 의 계측치 (즉, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 X 축 방향의 일측과 타측의 단부에서의 면위치 정보) 에 기초하여, 다점 AF계 (90a 및 90b) 의 대표적인 검출점에서의 오프셋, 즉, 투영 광학계 (PL) 의 최선의 포커스 위치와 다점 AF계 의 검출 원점과의 편차를 구할 수 있다. 본 실시형태에서는, 이 대표적인 검출점은, 예를 들어, 복수의 검출점의 중앙 또는 그 근방의 검출점이지만, 그 수 및/또는 위치 등은 임의적일 수도 있다. 이 경우, 주제어 장치 (20) 는 그 대표적인 검출점에서의 오프셋이 제로가 되도록 다점 AF계의 검출 원점의 조정을 수행한다. 이 조정은, 예를 들어, 광검출계 (90b) 내부의 평행 평면판 (미도시) 의 각도 조정에 의해 광학적으로 수행할 수도 있고, 또는, 전기적으로 검출 오프셋을 조정할 수도 있다. 다르게는, 검출 원점의 조정을 수행하지 않고, 그 오프셋을 저장해 둘 수도 있다. 본 경우에는, 상기의 광학적 수법에 의해, 그 검출 원점의 조정이 수행되는 것으로 한다. 이는 다점 AF계 (90a 및 90b) 의 포커스 캘리브레이션을 완료시킨다. 덧붙여 말하자면, 광학적인 검출 원점의 조정에 의해서는, 대표적인 검출 원점 이외의 나머지 검출점 전체에서 그 오프셋을 제로로 하는 것은 어렵기 때문에, 나머지 검출점에서는 광학적인 조정 후의 오프셋을 저장해 두는 것이 바람직하다.
다음으로, 다점 AF계 (90a 및 90b) 의 복수의 검출점에 개별적으로 대응하는 복수의 수광 소자 (센서) 사이의 검출치의 오프셋 보정 (이하, AF 센서 사이의 오프셋 보정이라 한다) 에 대해 설명한다.
이 AF 센서 사이의 오프셋 보정 시에는, 주제어 장치 (20) 는, 도 12(A) 에 도시된 바와 같이, 소정의 기준 평면을 구비한 FD 바 (46) 에 대해 다점 AF계 (90a 및 90b) 의 조사계 (90a) 로부터 검출 빔을 조사시키고, FD 바 (46) 표면 (기준 평면) 으로부터의 반사광을 수광하는 다점 AF계 (90a 및 90b) 의 광검출계 (90b) 로부터의 출력 신호를 취한다.
이 경우에, FD 바 (46) 표면이, XY 평면에 평행하게 설정되어 있으면, 주제어 장치 (20) 는 전술한 바와 같이 로딩된 출력 신호에 기초하여, 복수의 검출점에 개별적으로 대응하는, 복수의 센서의 검출치 (계측치) 사이의 관계를 구하여, 그 관계를 메모리에 저장하거나, 전체 센서의 검출치가, 예를 들어, 전술한 포커스 캘리브레이션 시의 대표적인 검출점에 대응하는 센서의 검출치와 동일 값이 되도록, 각 센서의 검출 오프셋을 전기적으로 조정함으로써, AF 센서들 사이의 오프셋 보정을 수행할 수 있다.
하지만, 본 실시형태에서는, 다점 AF계 (90a 및 90b) 의 수광계 (90b) 로부터의 출력 신호를 수신할 때, 주제어 장치 (20) 는, 도 12(A) 에 나타낸 바와 같 이, Z 헤드 (744, 745, 761, 및 762) 를 이용하여 계측 스테이지 (MST) (FD 바 (46) 와 일체) 의 표면의 경사를 검출하고 있기 때문에, 반드시 FD 바 (46) 표면을 XY 평면에 평행하게 설정할 필요는 없다. 다르게 표현하면, 도 12(B) 에 모식적으로 나타낸 바와 같이, 각 검출점에서의 검출치가, 각각 도면에서 화살표로 표시되는 값이고, 검출치의 상단을 연결하는 선이 도면에서 점선으로 표시되는 것과 같이 고르지 못하다고 가정할 때, 그 검출치의 상단을 연결하는 선이 도면에서 실선으로 표시되는 바와 같이 되도록 각 검출치를 조정할 필요는 있다.
다음으로, 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에서, 웨이퍼 스테이지 (WST) 와 계측 스테이지 (MST) 를 이용한 병행 처리 동작에 대해서, 도 13 내지 도 23 에 기초하여 설명한다. 또한, 이하의 동작 동안, 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 수행되고, 투영 광학계 (PL) 의 선단 렌즈 (191) 의 사출면 측에는 항상 물이 채워져 있다. 하지만, 이하에서는 설명의 간략함을 위해, 액체 공급 장치 (5) 및 액체 회수 장치 (6) 의 제어에 관한 설명은 생략한다. 또한, 이후의 동작 설명에는 다수의 도면이 이용되지만, 각 도면에 동일 부재에 참조 부호가 붙어 있기도 하고 부호가 붙어 있지 않기도 하다. 더욱 구체적으로는, 각 도면에 기재되어 있는 참조 부호가 상이할 수도 있지만, 이러한 부재들은 참조 부호의 표시에 관계 없이 동일한 구성을 갖는다. 지금까지의 설명에 이용된 각 도면에 대해서도 마찬가지라 할 수 있다.
도 13 에는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 상에 재치된 웨이퍼 (W) 에 대한 스텝-앤드-스캔 방식의 노광이 수행되는 상태가 도시되어 있다. 이 노광은, 노광 개시 전에 행해지는 웨이퍼 얼라인먼트 (EGA: Enhanced Global Alignment) 등의 결과에 기초하여, 웨이퍼 (W) 상의 각 쇼트 영역의 노광을 위한 주사 개시 위치 (가속 개시 위치) 로 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 이동시키는 쇼트 간 이동과, 각 쇼트 영역에 대해 레티클 (R) 에 형성된 패턴을 주사 노광 방식으로 전사하는 주사 노광을 반복함으로써 수행된다. 또한, 노광은, 웨이퍼 (W) 상의 -Y 측에 위치하는 쇼트 영역으로부터 +Y 측에 위치하는 쇼트 영역의 순으로 수행된다. 또한, 노광은, 투영 유닛 (PU) 과 웨이퍼 (W) 사이에 액침 영역 (14) 이 형성된 상태에서 수행된다.
전술한 노광 동안, 주제어 장치 (20) 에 의해, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 XY 평면 내의 위치 (θz 방향의 회전을 포함) 는, 2 개의 Y 인코더 (70A 및 70C) 및 2 개의 X 인코더 (70B 및 70D) 의 일방의 총 3 개의 인코더의 계측 결과에 기초하여 제어된다. 이 경우, 2 개의 X 인코더 (70B 및 70D) 는 X 스케일 (39X1 및 39X2) 에 각각 대향하는 2 개의 X 헤드 (66) 로 구성되고, 2 개의 Y 인코더 (70A 및 70C) 는 Y 스케일 (39Y1 및 39Y2) 에 각각 대향하는 Y 헤드 (65 및 64) 로 구성된다. 또한, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 Z 위치와 θy 방향의 회전 (롤링) 은, 웨이퍼 테이블 (WTB) 표면의 X 축 방향의 일측과 타측의 단부에 각각 대향하는, 헤드 유닛 (62C 및 62A) 에 각각 속하는 Z 헤드 (74i 및 76j) 의 계측 결과에 기초하여 제어된다. 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 θx 회전 (피칭) 은 Y 간섭계 (16) 의 계측치에 기초하여 제어된다. 또한, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 제 2 발수판 (28b) 의 표면에 Z 헤드 (74i 및 76j) 를 포함하는 3 개 이상의 Z 헤드가 대향하는 경우에는, Z 헤드 (74i 및 76j) 및 그 외의 1 개의 Z 헤드의 계측치에 기초하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 Z 축 방향의 위치, θy 회전 (롤링), 및 θx 회전 (피칭) 을 제어하는 것 또한 가능하다. 어느 경우에도, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 Z 축 방향의 위치, θy 방향의 회전, 및 θx 방향의 회전의 제어 (즉, 웨이퍼 (W) 의 포커스 레벨링 제어) 는, 사전에 수행된 포커스 맵핑의 결과에 기초하여 수행된다.
도 13 에 도시된 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치에서는, X 스케일 (39X1) 에는 X 헤드 (665) (도 13 에서 원으로 둘러싸인 것으로 도시되어 있다) 가 대향하지만, X 스케일 (39X2) 에 대향하는 X 헤드 (66) 는 없다. 따라서, 주제어 장치 (20) 는, 1 개의 X 인코더 (70B) 와 2 개의 Y 인코더 (70A 및 70C) 를 이용하여, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 (X, Y, θz) 제어를 수행한다. 이 경우에, 도 13 에 나타낸 위치로부터 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 -Y 방향으로 이동하면, X 헤드 (665) 는 X 스케일 (39X1) 로부터 벗어나고 (더 이상 대향하지 않게 된다), 대신에 X 헤드 (664) (도 13 에서 파선의 원으로 둘러싸인 것으로 도시되어 있다) 가 X 스케일 (39X2) 에 대향한다. 따라서, 주제어 장치 (20) 는 1 개의 X 인코더 (70D) 와 2 개의 Y 인코더 (70A 및 70C) 를 이용하는 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 (X, Y, θz) 제어로 제어를 스위칭한다.
또한, 도 13 에 나타낸 위치에 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 위치할 때, Z 헤드 (743 및 763) (도 13 에서 원으로 둘러 싸인 것으로 도시되어 있다) 가 Y 스케일 (39Y2 및 39Y1) 에 각각 대향한다. 따라서, 주제어 장치 (20) 는, Z 헤드 (743 및 763) 를 이용하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 (Z, θy) 제어를 수행한다. 이 경우에, 도 13 에 나타낸 위치로부터 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 +X 방향으로 이동할 때, Z 헤드 (743 및 763) 는 대응하는 Y 스케일로부터 벗어나고 (더 이상 대향하지 않는다), Z 헤드 (744 및 764) (도 13 에서 파선의 원으로 둘러싸인 것으로 도시되어 있다) 가 Y 스케일 (39Y2 및 39Y1) 에 각각 대향한다. 따라서, 주제어 장치 (20) 는 Z 헤드 (744 및 764) 를 이용하는 스테이지 제어로 스위칭한다.
이와 같이, 주제어 장치 (20) 는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표에 따라, 사용하는 인코더를 끊임없이 스위칭함으로써, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 제어를 수행한다.
또한, 전술한 계측기 시스템을 이용한 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 계측 과는 독립적으로, 간섭계 시스템 (118) 을 이용한 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 (X, Y, Z, θx, θy, θz) 계측이 항상 수행된다. 이 경우에, 간섭계 시스템 (118) 을 구성하는 X 간섭계 (126, 127, 또는 128) 를 이용하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 X 위치와 θz 회전 (요잉), 또는 X 위치가 계측되고, Y 간섭계 (16) 를 이용하여 Y 위치, θx 회전, 및 θz 회전이 계측되며, Z 간섭계 (43A 및 43B) (도 13 에서는 미도시, 도 1 또는 도 2 참조) 를 이용하여 Y 위치, Z 위치, θy 회전, 및 θz 회전이 계측된다. X 간섭계 (126, 127, 및 128) 는 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 Y 위치에 따라 하나의 간섭계가 사용된다. 노광 동안에는, 도 13 에 나타낸 바와 같이, X 간섭계 (126) 가 사용된다. 피칭 (θx 회전) 을 제외한 간섭계 시스템 (118) 의 계측 결과는, 보조적으로, 또는, 후술하는 백업 시, 또는, 인코더 시스템 (150) 을 이용한 계측이 수행될 수 없을 때 등에 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 제어에 이용된다.
웨이퍼 (W) 의 노광이 종료되면, 주제어 장치 (20) 는 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 언로딩 포지션 (UP) 을 향하여 구동시킨다. 이 구동 시, 노광 동안 서로 떨어져 있던 웨이퍼 스테이지 (WST) 와 계측 스테이지 (MST) 가, 접촉 또는 300μm 정도의 이격 거리를 사이에 두고 서로 근접하여 스크럼 (scrum) 상태로 이행한다. 이 경우, 계측 테이블 (MTB) 상의 FD 바 (46) 의 -Y 측 면과 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 +Y 측 면이 서로 접촉 또는 접근한다. 이 스크럼 상태를 유지 하면서, 양 스테이지 (WST 및 MST) 가 -Y 방향으로 이동함으로써, 투영 유닛 (PU) 의 아래에 형성된 액침 영역 (14) 은 계측 스테이지 (MST) 상으로 이동한다. 예를 들어, 도 14 및 도 15 는 이동 후의 상태를 나타낸다.
웨이퍼 스테이지 (WST) 의 언로딩 포지션 (UP) 을 향한 구동이 개시된 후, 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 추가로 -Y 방향으로 이동하여 유효 스트로크 (stroke) 영역 (웨이퍼 스테이지 (WST) 가 노광 및 웨이퍼 얼라인먼트 시에 이동하는 영역) 으로부터 벗어나면, 인코더 (70A 내지 70D) 를 구성하는 모든 X 헤드들 및 Y 헤드들, 그리고 모든 Z 헤드들이 웨이퍼 테이블 (WTB) 상의 대응하는 스케일로부터 벗어난다. 따라서, 인코더 (70A 내지 70D) 및 Z 헤드의 계측 결과에 기초한 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 제어가 더 이상 가능하지 않게 된다. 이 바로 직전에, 주제어 장치 (20) 는 간섭계 시스템 (118) 의 계측 결과에 기초한 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 제어로 제어를 스위칭한다. 이 경우, 3 개의 X 간섭계 (126, 127, 및 128) 중 X 간섭계 (128) 가 사용된다.
그 다음, 웨이퍼 스테이지 (WST) 는, 계측 스테이지 (MST) 와의 스크럼 상태를 해제하고, 도 14 에 나타낸 바와 같이, 언로딩 포지션 (UP) 으로 이동한다. 이동 후, 주제어 장치 (20) 는, 웨이퍼 테이블 (WTB) 상의 웨이퍼 (W) 를 언로딩한다. 그런 다음, 주제어 장치 (20) 는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 +X 방향으로 구동하여 로딩 포지션 (LP) 으로 이동시켜, 도 15 에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼 테이블 (WTB) 상으로 다음 웨이퍼 (W) 를 로드한다.
이들 동작과 병렬적으로, 주제어 장치 (20) 는 계측 스테이지 (MST) 에 의해 지지된 FD 바 (46) 의 XY 평면 내에서의 위치 조정과, 4 개의 제 2 얼라인먼트 시스템 (AL21 내지 AL24) 의 베이스라인 계측을 수행하는 Sec-BCHK (제 2 베이스라인 체크) 를 수행한다. Sec-BCHK 는 웨이퍼 교환 때마다 인터벌적으로 수행된다. 이 경우, XY 평면 내의 위치 (θz 회전) 를 계측하기 위해, 전술한 Y 인코더 (70E2 및 70F2) 가 사용된다.
다음으로, 주제어 장치 (20) 는, 도 16 에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 구동하여, 계측 플레이트 (30) 상의 기준 마크 (FM) 를 제 1 얼라인먼트 시스템 (AL1) 의 검출 필드 내로 위치결정하고, 얼라인먼트 시스템 (AL1, 및 AL21 내지 AL24) 의 베이스라인 계측의 기준 위치를 결정하는 Pri-BCHK (제 1 베이스라인 체크) 의 전반의 처리를 수행한다.
이러한 처리 시에, 도 16 에 나타낸 바와 같이, 2 개의 Y 헤드 (682 및 673) 와 1 개의 X 헤드 (661) (도면에서 원으로 둘러싸인 것으로 도시되어 있다) 가 Y 스케일 (39Y1 및 39Y2) 과 X 스케일 (39X2) 에 각각 대향하게 된다. 그 다음, 주제어 장치 (20) 는, 간섭계 시스템 (118) 을 이용한 제어로부터 인코더 시스템 (150) (인코더 (70F1, 70E1, 및 70D)) 을 이용한 제어로 스테이지 제어를 스위칭한다. 간섭계 시스템 (118) 은, θx 회전의 계측을 제외하고, 다시 보조적으로 사용된다. 덧붙여 말하자면, 3 개의 X 간섭계 (126, 127, 및 128) 중 X 간섭계 (127) 가 사용된다.
다음으로, 주제어 장치 (20) 는, 전술한 3 개의 인코더의 계측치에 기초하여, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치를 제어하면서, 3 개의 제 1 얼라인먼트 쇼트 영역에 배열된 얼라인먼트 마크를 검출하는 위치를 향한 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 +Y 방향의 이동을 개시한다.
그 다음, 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 도 17 에 도시된 위치에 도달하면, 주제어 장치 (20) 는 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 정지시킨다. 이러한 동작 이전에, 주제어 장치 (20) 는, Z 헤드 (72a 내지 72d) 의 전부 또는 일부가 웨이퍼 테이블 (WTB) 과 대향하는 시점 또는 그 전의 시점에서, 그 Z 헤드 (72a 내지 72d) 를 동작시켜 (온으로 하여), 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 Z 위치 및 경사 (θy 회전) 의 계측을 개시한다.
웨이퍼 스테이지 (WST) 의 정지 후, 주제어 장치 (20) 는 제 1 얼라인먼트 시스템 (AL1), 제 2 얼라인먼트 시스템 (AL22 및 AL23) 을 이용하여, 3 개의 제 1 얼라인먼트 쇼트 영역에 배열된 얼라인먼트 마크를 거의 동시에 그리고 개별적으로 검출하고 (도 17 에서의 별 모양 마크 참조), 상기 3 개의 얼라인먼트 시스템 (AL1, AL22, 및 AL23) 의 검출 결과와 그 검출시의 상기 3 개의 인코더의 계측치를 연관시켜서 메모리 (미도시) 에 저장한다.
전술한 바와 같이 본 실시형태에서는, 제 1 얼라인먼트 쇼트 영역의 얼라인먼트 마크의 검출을 수행하는 위치에서, 계측 스테이지 (MST) 와 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 접촉 상태 (또는 근접 상태) 로의 이행을 완료한다. 그리고 이 위치로부터, 주제어 장치 (20) 에 의해, 그 접촉 상태 (또는 근접 상태) 에서의 양 스테이지 (WST 및 MST) 의 +Y 방향으로의 이동 (5 개의 제 2 얼라인먼트 쇼트 영역에 배열된 얼라인먼트 마크를 검출하는 위치를 향한 스텝 이동) 이 개시된다. 이 양 스테이지 (WST 및 MST) 의 +Y 방향으로의 이동 개시 이전에, 주제어 장치 (20) 는, 도 17 에 나타낸 바와 같이, 다점 AF계 (90a 및 90b) 의 조사계 (irradiation; 90a) 로부터의 검출 빔의 웨이퍼 테이블 (WTB) 로의 조사를 개시한다. 따라서, 웨이퍼 테이블 (WTB) 상으로 다점 AF계의 검출 영역이 형성된다.
그 다음, 양 스테이지 (WST 및 MST) 의 +Y 방향으로의 이동 동안, 도 18 에 도시된 위치로 양 스테이지 (WST 및 MST) 가 도달할 때, 주제어 장치 (20) 는, 포커스 캘리브레이션 전반의 처리를 수행하고, 기준축 (LV) 에 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 센터라인이 일치한 상태에서의 Z 헤드 (72a, 72b, 72c, 및 72d) 의 계측치 (웨이퍼 테이블 (WTB) 의 X 축 방향의 일측과 타측의 단부에서의 면위치 정보) 와, 다점 AF계 (90a 및 90b) 에 의한 계측 플레이트 (30) 표면의 검출 결과 (면위치 정보) 간의 관계를 구한다. 이 때, 액침 영역 (14) 은 FD 바 (46) 상면에 형성된다.
그 다음, 양 스테이지 (WST 및 MST) 가 접촉 상태 (또는 근접 상태) 를 유지한 채로 +Y 방향으로 더 이동하여, 도 19 에 도시된 위치에 도달한다. 그 다음, 주제어 장치 (20) 는, 5 개의 얼라인먼트 시스템 (AL1, 및 AL21 내지 AL24) 을 이용하여, 5 개의 제 2 얼라인먼트 쇼트 영역에 배열된 얼라인먼트 마크를 거의 동시에 그리고 개별적으로 검출하여 (도 19 에서의 별 모양의 마크 참조), 상기 5 개의 얼라인먼트 시스템 (AL1 및 AL21 내지 AL24) 의 검출 결과와 그 검출시의 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 XY 평면 내의 위치를 계측하는 3 개의 인코더의 계측치를 연관시켜 메모리 (미도시) 에 저장한다. 이 때, 주제어 장치 (20) 는, X 스케일 (39X2) 에 대향하는 X 헤드 (662) (X 리니어 인코더 (70D)) 및 Y 리니어 인코더 (70F1 및 70E1) 의 계측치에 기초하여, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 XY 평면 내의 위치를 제어한다.
또한, 주제어 장치 (20) 는 상기의 5 개의 제 2 얼라인먼트 쇼트 영역에 배열된 얼라인먼트 마크의 동시 검출을 종료한 후, 접촉 상태 (또는 근접 상태) 에서의 양 스테이지 (WST 및 MST) 의 +Y 방향으로의 이동을 다시 개시함과 동시에, 도 19 에 나타낸 것과 같이, Z 헤드 (72a 내지 72d) 와 다점 AF계 (90a 및 90b) 를 이용한 전술한 포커스 맵핑을 개시한다.
그 다음, 양 스테이지 (WST 및 MST) 가, 도 20 에 도시된, 계측 플레이트 (30) 가 투영 광학계 (PL) 의 바로 아래에 위치되는 위치에 도달하면, 주제어 장치 (20) 는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 투영 광학계 (PL) 의 광축 방향에 관한 위치 (Z 위치) 제어에 이용되는 Z 헤드를 Z 헤드 (74i 및 76j) 로 스위칭함이 없이, Z 헤드 (72a, 72b, 72c, 및 72d) 에 의해 계측되는 면위치 정보를 기준으로 이용하는, 웨이퍼 스테이지 (WST) (계측 플레이트 (30)) 의 Z 위치의 제어를 계속하는 상태에 서, 포커스 캘리브레이션 후반의 처리를 수행한다.
그 다음, 주제어 장치 (20) 는, 전술한 포커스 캘리브레이션 전반의 처리 및 후반의 처리의 결과에 기초하여, 다점 AF계 (90a, 90b) 의 대표적인 검출점에서의 오프셋을 구하고, 그 대표적인 검출점에서의 오프셋이 0 이 되도록 전술한 광학 방법에 의해 다점 AF계의 검출 원점을 조정한다.
덧붙여 말하자면, 도 20 의 상태에서는, 포커스 맵핑이 지속되고 있다.
상기의 접촉 상태 (또는 근접 상태) 에서의 양 스테이지 (WST 및 MST) 의 +Y 방향의 이동에 의해, 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 도 21 에 도시된 위치에 도달할 때, 주제어 장치 (20) 는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 그 위치에서 정지시키는 한편, 계측 스테이지 (MST) 는 +Y 방향으로의 이동을 계속하도록 한다. 그 다음, 주제어 장치 (20) 는, 5 개의 얼라인먼트 시스템 (AL1, 및 AL21 내지 AL24) 을 이용하여, 5 개의 제 3 얼라인먼트 쇼트 영역에 배열된 얼라인먼트 마크를 거의 동시에 그리고 개별적으로 검출하고 (도 21 에서의 별 모양 마크 참조), 상기 5 개의 얼라인먼트 시스템 (AL1, 및 AL21 내지 AL24) 의 검출 결과와 그 검출시의 상기 3 개의 인코더의 계측치를 연관시켜 그것을 내부 메모리에 저장한다. 또한, 이 시점에서도 역시, 포커스 맵핑은 지속되고 있다.
한편, 상기의 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 정지로부터 소정의 시간 후에, 계측 스테이지 (MST) 와 웨이퍼 스테이지 (WST) 는, 접촉 상태 (또는 근접 상태) 로부터 이간 상태로 이행한다. 이 이간 상태로 이행 후, 주제어 장치 (20) 는, 계측 스테이지 (MST) 가 노광 개시시까지 대기하는 노광 개시 대기 위치에 도달할 때, 계측 스테이지 (MST) 의 이동을 정지시킨다.
다음으로, 주제어 장치 (20) 는, 3 개의 포커스 얼라인먼트 쇼트에 배열된 얼라인먼트 마크를 검출하는 위치를 향한 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 +Y 방향의 이동을 개시한다. 이 시점에서, 포커스 맵핑은 지속되고 있다. 한편, 계측 스테이지 (MST) 는 상기 노광 개시 대기 위치에서 대기하고 있다.
그 다음, 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 도 22 에 도시된 위치에 도달할 때, 주제어 장치 (20) 는 즉시 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 정지시키고, 제 1 얼라인먼트 시스템 (AL1) 및 제 2 얼라인먼트 시스템 (AL22 및 AL23) 을 이용하여, 웨이퍼 (W) 상의 3 개의 제 4 얼라인먼트 쇼트 영역에 배열된 얼라인먼트 마크를 거의 동시에 그리고 개별적으로 검출하고 (도 22 에서의 별 모양 마크 참조), 상기 3 개의 얼라인먼트 시스템 (AL1, AL22, 및 AL23) 의 검출 결과와 그 검출시의 상기 4 개의 인코더 중 3 개의 인코더의 계측치를 연관시켜 그것을 메모리 (미도시) 에 저장한다. 이 시점에서도 역시, 포커스 맵핑은 지속되고 있고, 계측 스테이지 (MST) 는, 상기 노광 개시 대기 위치에서 여전히 대기하고 있다. 그 다음, 주제어 장치 (20) 는, 전술한 방식으로 얻어진 총 16 개의 얼라인먼트 마크의 검출 결과 및 대응하는 인코더의 계측치를 이용하여, 예를 들어, 미국 특허 제 4,780,617 호 등에 개시된 통계 연산을 수행하여, 인코더 시스템 (150) 의 인코더 (70B, 70D, 70E1, 및 70F1) 의 계측 축에 의해 설정되는, 얼라인먼트 좌표계 (제 1 얼라인먼트 시스템 (AL1) 의 검출 중심을 원점으로 하는 XY 좌표계) 상에서의 웨이퍼 (W) 상의 모든 쇼트 영역의 배열 정보 (좌표값) 를 산출한다.
다음으로, 주제어 장치 (20) 는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 다시 +Y 방향으로 이동시키면서, 포커스 맵핑을 계속한다. 그 다음, 다점 AF계 (90a 및 90b) 로부터의 검출 빔이 웨이퍼 (W) 표면으로부터 벗어나기 시작하면, 도 23 에 도시된 바와 같이, 주제어 장치 (20) 는 포커스 맵핑을 종료한다.
포커스 맵핑이 종료된 후, 주제어 장치 (20) 는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 를, 웨이퍼 (W) 상의 제 1 쇼트의 노광을 위한 주사 개시 위치 (노광 개시 위치) 로 이동시키고, 그 이동 동안, 주제어 장치 (20) 는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 Z 위치, θy 회전, 및 θx 회전을 유지하면서, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 Z 위치, θy 회전의 제어에 이용되는 Z 헤드를, Z 헤드 (72a 내지 72d) 로부터 Z 헤드 (74i 및 76j) 로 스위칭한다. 이 스위칭 후, 주제어 장치 (20) 는, 전술한 웨이퍼 얼라인먼트 (EGA) 의 결과 및 최신의 5 개의 얼라인먼트 시스템 (AL1, 및 AL21 내지 AL24) 의 베이스라인 등에 기초하여, 스텝-앤드-스캔 방식의 노광을 액침 노광에서 수행하고, 웨이퍼 (W) 상의 복수의 쇼트 영역에 레티클 패턴을 순차적으로 전사한다. 이후, 마찬가지의 동작이 반복 수행된다.
다음으로, Z 헤드의 계측 결과를 이용한, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 Z 위치와 경사량의 산출 방법에 대해 설명한다. 주제어 장치 (20) 는, 포커스 캘리브레이션과 포커스 맵핑 시에는 면위치 계측 시스템 (180) (도 6 참조) 을 구성하는 4 개의 Z 헤드 (70a 내지 70d) 를 이용하여, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 높이 Z 와 경사 (롤링) θy 를 계측한다. 또한, 주제어 장치 (20) 는, 노광시에는 2 개의 Z 헤드 (74i 및 76j; i 및 j 는 1 내지 5 중 하나) 를 이용하여, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 높이 Z 와 경사 (롤링) θy 를 계측한다. 덧붙여 말하자면, 각 Z 헤드는 대응하는 Y 스케일 (39Y1 또는 39Y2) 의 상면 (그 상면에 형성된 반사형 격자의 면) 에 프로브 빔을 조사하고, 그 반사광을 수광함으로써, 반사형 격자의 면위치를 계측한다.
도 24(A) 에는, 기준점 (O) 에서의 높이 Z0, X 축 주위로의 회전각 (경사각) θx, Y 축 주위로의 회전각 (경사각) θy 의 2 차원 평면이 도시되어 있다. 이 평면 내의 위치 (X, Y) 에서의 높이 Z 는 다음 식 (8) 에 따른 함수에 의해 주어진다.
Figure 112009078546610-pct00005
도 24(B) 에 나타낸 바와 같이, 노광 시에는, 2 개의 Z 헤드 (74i 및 76j; i 및 j 는 1 내지 5 중 하나) 를 이용하여, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 이동 기준면과 투영 광학계 (PL) 의 광축 (AX) 의 교점 (기준점) (O) 에 있어서의, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 이동 기준면 (XY 평면에 실질적으로 평행한 면) 으로부터의 높이 Z 와 롤링 θy 를 계측한다. 이 경우에, 일예로서 Z 헤드 (743 및 763) 를 사용한다. 도 24(A) 의 예와 마찬가지로, 기준점 (O) 에서의 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 높이를 Z0, X 축 주위로의 경사 (피칭) 를 θx, Y 축 주위로의 경사 (롤링) 를 θy 로 표시한다. 이 경우, XY 평면 내에서의 좌표 (pL, qL) 에 위치하는 Z 헤드 (743) 와 좌표 (pR, qR) 에 위치하는 Z 헤드 (763) 에 의해 각각 제시되는 Y 스케일 (39Y2 및 39Y1) (그 위에 형성된 반사형 격자) 의 면위치의 계측치 (ZL 및 ZR) 는 식 (8) 과 유사한 이론식 (9) 및 (10) 을 따른다.
Figure 112009078546610-pct00006
따라서, 이론식 (9) 및 (10) 으로부터, 기준점 (O) 에서의 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 높이 Z0 와 롤링 θy 은, Z 헤드 (743 및 763) 의 계측치 (ZL 및 ZR) 를 이용하여, 다음 식 (11) 및 (12) 와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112009078546610-pct00007
덧붙여 말하자면, Z 헤드의 다른 조합을 이용하는 경우에도 역시, 이론식 (11) 및 (12) 을 이용함으로써, 기준점 (O) 에서의 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 높이 Z0 와 롤링 θy 을 산출할 수 있다. 하지만, 피칭 θx 은 다른 센서 시스템 (본 실시형태에서는 간섭계 (118)) 의 계측 결과를 이용한다.
도 24(B) 에 나타낸 바와 같이, 포커스 캘리브레이션과 포커스 맵핑 시에는, 4 개의 Z 헤드 (72a 내지 72d) 를 이용하여, 다점 AF계 (90a 및 90b) 의 복수의 검출점의 중심점 (O') 에서의, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 높이 Z 와 롤링 θy 을 계측한다. 이 경우에, Z 헤드 (72a 내지 72d) 는 위치 (X, Y) = (pa, qa), (pb, qb), (pc, qc), (pd, qd) 에 각각 배치된다. 도 24(B) 에 나타낸 바와 같이, 이들 위치는 중심점 O' = (Ox', Oy') 에 관하여 대칭으로, 더욱 구체적으로, pa = pb, pc = pd, qa = qc, qb = qd, 그리고 또한, (pa + pc)/2 = (pb + pd)/2 = Ox', (qa + qb)/2 = (qc + qd)/2 = Oy' 로 설정된다.
Z 헤드 (72a 및 72b) 의 계측치 (Za 및 Zb) 의 평균 (Za + Zb)/2 으로부터, 위치 (pa = pb, Oy') 의 점 e 에서의 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 높이 Ze 가 구해질 수 있고, Z 헤드 (70c 및 70d) 의 계측치 (Zc 및 Zd) 의 평균 (Zc + Zd)/2 으로부터, 위치 (pc = pd, Oy') 의 점 f 에서의 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 높이 Zf 가 구해질 수 있다. 이 경우, 중심점 (O') 에서의 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 높이를 Z0, Y 축 주위로의 경사 (롤링) 를 θy 로 하면, Ze 와 Zf 는 각각 이론식 (13) 및 (14) 를 따른다.
Figure 112009078546610-pct00008
따라서, 이론식 (13) 및 (14) 로부터, 중심점 (O') 에서의 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 높이 Z0 와 롤링 θy 은 Z 헤드 (70a 내지 70d) 의 계측치 (Za 내지 Zd) 를 이용하여, 다음 식 (15) 및 (16) 으로 표현된다.
Figure 112009078546610-pct00009
하지만, 피칭 θx 은 별도의 센서 시스템 (본 실시형태에서는 간섭계 시스템 (118)) 의 계측 결과를 이용한다.
도 16 에 나타낸 바와 같이, 간섭계 시스템 (118) 에 의한 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 서보 제어로부터 인코더 시스템 (150) (인코더 (70A 내지 70F)) 및 면위치 계측 시스템 (180) (Z 헤드 시스템 (72a 내지 72d, 741 내지 745, 및 761 내지 765)) 에 의한 서보 제어로 스위칭한 직후에는, 오직 2 개의 헤드, Z 헤드 (72b 및 72d) 만이 대응하는 Y 스케일 (39Y1 및 39Y2) 에 대향하기 때문에, 식 (15) 및 식 (16) 을 이용하여 중심점 (O') 에서의 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 Z, θy 위치를 산출할 수 없다. 이 경우, 다음 식 (17) 및 (18) 을 적용한다.
Figure 112009078546610-pct00010
그 다음, 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 +Y 방향으로 이동하고, 이러한 이동에 수반하여, Z 헤드 (72a 및 72c) 가 대응하는 Y 스케일 (39Y1 및 39Y2) 에 대향한 후, 식 (15) 및 (16) 을 적용한다.
전술한 바와 같이, 웨이퍼 (W) 에 대한 주사 노광은, 웨이퍼 (W) 의 표면의 불균일에 따라 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 Z 축 방향 및 경사 방향으로 미소 구동시켜, 웨이퍼 (W) 의 표면의 노광 영역 (IA) 부분이 투영 광학계 (PL) 의 이미지면의 초점 심도의 범위 내로 일치하도록, 웨이퍼 (W) 의 면위치 및 경사 (포커스 레벨링) 를 조정한 후에 수행된다. 따라서, 주사 노광 이전에, 웨이퍼 (W) 의 표면의 불균일 (포커스 맵) 을 계측하는 포커스 맵핑을 실행한다. 이 경우에, 도 10(B) 에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼 (W) 의 표면의 불균일은, 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 +Y 방향으로 이동시키면서, 소정의 샘플링 간격 (즉, Y 간격) 으로, Z 헤드 (72a 내지 72d) 를 이용하여 계측되는 웨이퍼 테이블 (WTB) (보다 정확하게는, 대응하는 Y 스케일 (39Y1 및 39Y2)) 의 면위치를 기준으로 하여, 다점 AF계 (90a, 90b) 를 이용하여 계측된다.
구체적으로 설명하면, 도 24(B) 에 나타낸 바와 같이, Z 헤드 (72a 및 72b) 를 이용하여 계측되는 Y 스케일 (39Y2) 의 면위치 (Za 및 Zb) 의 평균으로부터, 점 e 에서의 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 면위치 Ze 가 구해질 수 있고, Z 헤드 (72c 및 72d) 를 이용하여 계측되는 Y 스케일 (39Y1) 의 면위치 (Zc 및 Zd) 의 평균으로부터, 점 f 에서의 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 면위치 Zf 가 구해질 수 있다. 이 경우, 점 e 와 점 f 를 연결하는 X 축에 평행한 직선 ef 상에 다점 AF계의 복수의 검출점 및 이들의 중심 O' 이 위치한다. 따라서, 도 10(C) 에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 점 e (도 10(C) 에서의 P1) 에서의 면위치 Ze 와 점 f (도 10(C) 에서의 P2) 에서의 면위치 Zf 를 연결하는 다음 식 (19) 로 표현되는 직선을 기준으로 하여, 검출점 Xk 에서의 웨이퍼 (W) 의 표면의 면위치 Z0k 를 다점 AF계 (90a, 90b) 를 이용하여 계측한다.
Figure 112009078546610-pct00011
하지만, Z0 와 tanθy 는 Z 헤드 (72a 내지 72d) 의 계측 결과 (Za 내지 Zd) 를 이용하여 상기 식 (17) 및 (18) 로부터 구해진다. 얻어진 면위치의 결과 Z0k 로부터, 웨이퍼 (W) 의 표면의 불균일 데이터 (포커스 맵) Zk 가 다음 식 (20) 과 같이 구해진다.
Figure 112009078546610-pct00012
노광 시에는, 전술한 바와 같이 구해진 포커스 맵 Zk 에 따라 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 Z 축 방향 및 경사 방향으로 미소 구동함으로써, 전술한 바와 같이 웨이퍼 (W) 의 면위치와 경사가 조정된다. 여기서 노광 시에는, Z 헤드 (74i 및 76j; i, j = 1 ~ 5) 를 이용하여 웨이퍼 테이블 (WTB) (보다 정확하게는, 대응하는 Y 스케일 (39Y2 및 39Y1) 의 면위치가 계측된다. 따라서, 포커스 맵 Zk 의 기준선 Z(X) 을 재설정한다. 하지만, Z0 와 tanθy 는 Z 헤드 (74i 및 76j; i, j = 1 ~ 5) 의 계측 결과 (ZL 및 ZR) 를 이용하여 식 (11) 및 (12) 로부터 구해진다. 이상의 절차로부터, 웨이퍼 (W) 의 표면의 면위치는 Zk + Z(Xk) 로 변환된다.
본 실시형태에서는, Z 헤드 (72a 내지 72d, 741 내지 745 및 761 내지 765) 를 이용하여, Y 스케일 (39Y1 및 39Y2) (상에 형성된 반사 격자) 의 면위치를 계측하고, 계측 결과를 식 (11) 및 식 (12) 에 적용함으로써 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 Z 및 θy 위치가 산출된다. 이 경우에, 식 (11) 및 식 (12) 의 파라미터로서, Z 헤드의 설치 위치 (또는 더욱 정확하게는, 계측점의 XY 위치) 가 필요하게 된다. 또한, 예를 들어, Z 헤드의 계측 결과는 Y 스케일 (39Y1 및 39Y2) 의 요철에 의한 오차를 포함한다. 따라서, Y 스케일 (39Y1 및 39Y2) 의 요철 데이터가 미리 작성되고, 그 데이터를 이용하여 계측 결과를 보정하게 된다. 이하, 요철 데이터가 2 차원 좌표 (X, Y) 의 함수로서 작성되기 때문에, 요철 데이터로부터 필요한 보정 데이터의 판독 시, Z 헤드의 설치 위치가 필요하게 된다.
또한, Z 헤드 (72a 내지 72d, 741 내지 745 및 761 내지 765) 의 설계 설치 위치가 정확히 알려져 있더라도, 노광 장치 (100) 의 장시간 사용 등으로 인해 Z 헤드의 설치 위치가 변할 수도 있다. 따라서, Z 헤드의 설치 위치는 정기적으로 계측되어야 하고, 최신 결과를 이용하여 Z 헤드의 계측 결과가 보정되어야 하며, 또한 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 Z 및 θy 위치가 산출되어야 한다.
예를 들어, Z 헤드 (72a 내지 72d, 741 내지 745 및 761 내지 765) 의 설치 위치를 계측하기 위해, 도 25(A) 에 도시된 것과 같이, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 상 면 상에 Y 스케일 (39Y3 및 39Y4) 이 준비된다. 그러나, 도면 편의상, 도 25(A) 및 도 25(B) 에서, Y 스케일 (39Y3 및 39Y4) 의 Y 축 방향으로 폭 (후술할 L1) 과, Y 스케일 (39Y3 및 39Y4) 과 Y 스케일 (39Y1 및 39Y2) 의 이격 거리 (후술할 L2) 는 실제 상태보다 크게 도시되어 있다.
Y 스케일 (39Y3 및 39Y4) 는 Z 헤드의 계측 대상면으로서 기능하는 Y 스케일 (39Y1 및 39Y2) 에 유사한 반사 격자로 구성되고, 도 26(A) 에 도시된 개략으로부터 알 수 있는 바와 같이, Y 스케일 (39Y3 및 39Y4) 은 Y 스케일 (39Y1 및 39Y2) 로부터 소정 이격 거리 (L2) 만큼 떨어진 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 +Y 측 상에 배치된다. 이 경우에, Y 스케일 (39Y3 및 39Y4) 의 Y 축 방향으로의 소정 이격 거리 (L2) 와 폭 (L1) 은 대략 수 ㎛ 인 프로브 빔 (LB) 의 단면의 폭보다 크게 설정된다. 또한, Y 스케일 (39Y3 및 39Y4) 의 X 축 방향으로의 폭은 Y 스케일 (39Y1 및 39Y2) 의 폭과 동일하게 설정된다.
주제어 장치 (20) 는 아래에 설명되는 방법으로 Y 스케일 (39Y3 및 39Y4) 을 이용하여, Z 헤드 (72a 내지 72d, 741 내지 745 및 761 내지 765) 의 설치 위치를 계측한다. 이 경우에, 2 개의 대표적인 헤드가 선택되는데, Z 헤드 (72a, 72b, 및 741 내지 745) 로부터의 하나의 헤드와 Z 헤드 (72c, 72d 및 761 내지 765) 로부터의 하나의 헤드이다. 또한, 2 개의 Z 헤드의 설치 위치가 계측된다. 도 25(A) 에서, 대표적인 헤드로서, Z 헤드 (743 및 763) 가 선택된다.
또한, 계측 중에, 웨이퍼 스테이지 (WST) 는 기준 자세를 유지한다. 더욱 구체적으로는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 는 4 자유도 (Z, θx, θy, θz) 방향에 관한 기준 위치에 위치한다. 그 다음에, θx 및 θz 위치는 Y 간섭계 (16) 를 이용하여 모니터링되고, Z 및 θy 위치는 Z 간섭계 (43A 및 43B) 를 이용하여 모니터링되며, 4 자유도의 방향으로 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 변위하지 않도록 제어가 수행된다. 또한, X 및 Y 위치는 각각 X 간섭계 (127) 및 Y 간섭계 (16) 를 이용하여 모니터링되고, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 2 자유도 (X, Y) 방향의 구동 제어가 수행된다.
Z 헤드 (743 및 763) 를 이용하여 Y 스케일 (39Y4 및 39Y3) 이 주사된다. 이 주사 중에, Z 헤드 (743 및 763) 는 스케일 서보 상태로 이행된다. 더욱 구체적으로는, Z 헤드 (743 및 763) 의 프로브 빔 (LB) 의 초점이 간섭계 (118) 의 계측 결과로부터 예상되는 Y 스케일 (39Y3 및 39Y4) 의 면위치와 일치하도록 서보 제어가 수행된다. 이 상태에서, Z 헤드 내의 포커스 센서 (FS) 를 이용하여, 프로브 빔 (LB) 의 반사광의 세기, 즉, 4 분할 수광 소자 (ZD) 의 4 개의 검출 영역 (a, b, c 및 d) 각각에 의해 수광된 반사광의 세기의 합 I' 이 계측된다.
Figure 112009078546610-pct00013
이 식은 식 (7) 과 유사하다.
웨이퍼 스테이지 (WST) 를 Y 축 방향으로 이동시키고, Z 헤드 (743 및 763) 를 이용하여 Y 스케일 (39Y4 및 39Y3) 을 Y 방향으로 주사한다. 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 +Y 방향으로 이동할 때에, Z 헤드 (743 및 763) 의 주사 위치, 즉, 프로브 빔 (LB) 의 조사 단면이 스케일의 +Y 측으로부터 Y 스케일 (39Y4 및 39Y3) 의 주사 영역 (반사 격자가 형성되는 영역) 으로 들어간다. 도 25(A) 및 도 26(A) 에서, Z 헤드 (743 및 763) 의 프로브 빔의 조사 단면은 Y 스케일 (39Y4 및 39Y3) 의 주사 영역 내에 위치한다. 또한, 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 +Y 방향으로 이동할 때에, Z 헤드 (743 및 763) 의 프로브 빔 (LB) 의 조사 단면은 각각 Y 스케일 (39Y4 및 39Y3) 과 Y 스케일 (39Y2 및 39Y1) 간의 이간 영역에서 벗어난다.
상술한 Z 헤드 (743 및 763) 의 프로브 빔 (LB) 의 조사 단면과 Y 스케일 (39Y4 및 39Y3) 의 Y 축 방향의 상대 변위에 따라, 식 (21) 에서 포커스 센서 (FS) 의 출력 신호 (I') 는 도 26(B) 에 도시된 곡선 S1 에서와 같이 변한다. 이 경우에, 프로브 빔 (LB) 의 조사 단면이 Y 스케일 (39Y4 및 39Y3) 의 주사 영역에 들어가고/나오는 Y 영역에서, 출력 신호 (I') 가 변하고, 프로브 빔 (LB) 이 완전히 주사 영역 내에 있는 Y 영역에서, 출력 신호 (I') 는 일정하게 된다.
따라서, 출력 신호 (I') 의 2 개의 교점과 소정 슬라이스 레벨 (임계값) (SL) 의 Y 위치 (Y1 및 Y2) 의 중점 (Y0) 에 의해, Z 헤드 (743 및 763) 의 Y 설치 위치를 결정할 수 있다.
또한, 포커스 센서 (FS) 의 출력 신호 (I') 가 도 26(B) 에 도시된 곡선 (S2) 과 같이 약한 경우에도, 출력 신호 (I') 가 슬라이스 레벨 (임계값) (SL) 과 같아지는 Y 위치 (Y1' 및 Y2') 가 변하지만, Y 위치의 중점 (Y0) 은 변하지 않는다. 따라서, Z 헤드 (743 및 763) 의 설치 위치를 정확하게 결정할 수 있다. 또한, 슬라이스 레벨 (임계값) 은 출력 신호 (I') 의 최대 출력 (I'max) 의 절반 최대 I'max/2 로 설정될 수 있다. 그러한 경우에, 포커스 센서의 최대 출력 I'max 가 임계값 (SL) 에 도달하지 않은 경우에도, 중점 (Y0) 을 결정할 수 있다.
이와 유사하게, Z 헤드 (743 및 763) 를 이용하여 Y 스케일 (39Y4 및 39Y3) 을 X 축 방향으로 주사함으로써, Z 헤드 (743 및 763) 의 X 설치 위치가 결정된다.
또한, Y 스케일 (39Y4 및 39Y3) 을 이용할 수 없는 경우에, 또는 상술한 Y 스케일 (39Y4 및 39Y3) 을 이용한 계측이 기능하지 않는 경우에, Y 스케일 (39Y2 및 39Y1) 의 회절 격자의 단부 (또는 Y 스케일 (39Y4 및 39Y3) 의 회절 격자의 단부)가 이용된다.
도 25(B) 에 도시된 것과 같이, 대표적인 헤드로서 선택된 Z 헤드 (743 및 763) 를 이용하여, Y 스케일 (39Y2 및 39Y1) 의 -Y 단부를 주사한다. 이 경우에, 웨이퍼 스테이지 (WST) 는 +Y 방향으로 이동하고, Y 스케일 (39Y2 및 39Y1) 의 -Y 단부는 Y 축 방향으로 주사된다. 이러한 주사 시, 포커스 센서 (FS) 의 출력 신호 (I') (식 (21)) 는 도 26(C) 에 도시된 곡선 (S) 과 같이 변한다. 따라서, 임계값 (SL) 을 최대 출력 (I'max) 의 절반 최대 I'max/2 로 설정하고, 출력 신호 (I') (식 (21)) 와 슬라이스 레벨 (임계값) (SL) 의 교점인 Y 위치 (Y0') 로부터, Z 헤드 (743 및 763) 의 Y 설치 위치가 결정된다.
이와 유사하게, Z 헤드 (743 및 763) 를 이용하여 Y 스케일 (39Y2 및 39Y1) (Y 스케일 (39Y4 및 39Y3) 또한 허용 가능함) 의 ±X 단부를 X 축 방향으로 주사함으로써, Z 헤드 (743 및 763) 의 X 설치 위치가 결정된다.
또한, 나머지 헤드에 대한 설치 위치는 대표적인 헤드 (743 및 763) 와 유사한 방식으로 계측된다. 이 경우에, 기준으로서 기능을 하는 대표적인 헤드의 설치 위치에 대한 상대 이동을 계측할 수 있다.
상술한 방법으로, 주제어 장치 (20) 는 면위치 계측 시스템 (180) 의 Z 헤드 (72a 내지 72d, 741 내지 745 및 761 내지 765) 의 설치 위치를 정기적으로 계측하고, 계측 결과를 메모리 (34) 또는 내부 메모리에 기억한다. 또한, 웨이퍼 스테이지 (WST) 구동 시, 주제어 장치 (20) 는 최신 결과를 이용한 요철 데이터로부터 필요한 보정 데이터를 판독하고, Z 헤드의 계측 결과를 보정하며, 또한 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 Z 축 방향 및 θy 방향의 위치를 제어하면서 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 (Z, θy) 위치를 산출한다.
덧붙여 말하자면, 지금까지는 설명을 간략하게 하기 위해, 주제어 장치 (20) 가, 스테이지 시스템 (레티클 스테이지 (RST) 및 웨이퍼 스테이지 (WST) 등), 간섭계 시스템 (118), 인코더 시스템 (150) 등의 제어를 포함하는, 노광 장치의 각 부분의 제어를 수행하였지만, 전술한 주제어 장치 (20) 의 제어의 적어도 일부가 복수의 제어 장치에 의해 분담되어 수행될 수도 있음은 물론이다. 예를 들어, 스테이지의 제어, 인코더 시스템 (150) 및 면위치 계측 시스템 (180) 의 헤드의 스위칭 등의 동작을 수행하는 스테이지 제어 장치를, 주제어 장치 (20) 하에 동작하도록 구성할 수도 있다. 또한, 상기 주제어 장치 (20) 가 수행하는 제어는 반드시 하드웨어에 의해 실현될 필요는 없고, 주제어 장치 (20) 는, 전술한 바와 같이 분담하여 제어를 수행하는 몇몇 제어 장치 각각의 동작을 설정하는 컴퓨터 프로그램에 따라 소프트웨어적으로 제어를 실현할 수 있다.
자세히 상술한 바와 같이, 본 실시형태에 관한 노광 장치 (100) 에 따르면, 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 주제어 장치 (20) 의 XY 평면을 따라 이동하고, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 이동 중에, XY 평면에 직교하는 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 Z 축 방향의 위치 정보는 면위치 계측 시스템 (180) 의 복수의 Z 헤드를 이용하여 계측되고, 계측 정보와 계측 시 이용된 XY 평면에 평행한 면 내의 적어도 하나의 Z 헤드의 위치 정보 (설치 위치 정보) 에 기초하여, 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 Z 축 방향 및 θy 방향으로 구동한다. 따라서, XY 평면에 평행한 면 내의 Z 헤드의 위치 오차 (설계값으로부터의 오차) 로 인한 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 Z 축 방향 및 θy 방향의 위치 계측 오차가 상쇄되도록, 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 Z 축 방향 및 θy 방향으로 구동하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시형태에 관한 노광 장치 (100) 에 의하면, 전술한 바와 같이 양호한 정밀도로 제어되는 Z 축 방향 (및 θy 방향) 의 위치를 갖는 웨이퍼 스테이지 (WST) (웨이퍼 테이블 (WTB)) 상에 재치된 웨이퍼 (W) 상의 각 쇼트 영역에 레티클 (R) 의 패턴을 전사 형성함으로써, 웨이퍼 (W) 상의 각 쇼트 영역에 양호한 정밀도로 패턴을 형성할 수 있게 된다.
또한, 본 실시형태에 관한 노광 장치 (100) 에 의하면, 사전에 수행된 포커스 맵핑의 결과에 기초하여, 노광 중에 웨이퍼 (W) 표면의 면위치 정보를 계측함이 없이, Z 헤드를 이용하여 주사 노광 중에 웨이퍼의 포커스 레벨링 제어를 고정밀도로 수행함으로써, 웨이퍼 (W) 상에 양호한 정밀도로 패턴을 형성하는 것이 가능하게 된다. 또한, 본 실시형태에서는, 액침 노광에 의해 고해상도의 노광을 실현할 수 있기 때문에, 이 점에 있어서도 미세 패턴을 양호한 정밀도로 웨이퍼 (W) 상에 전사할 수 있게 된다.
덧붙여 말하자면, 상기 실시형태에서는, 각 Z 헤드의 포커스 센서 (FS) 가 전술한 포커스 서보를 수행할 때, Y 스케일 (39Y1 및 39Y2) 상에 형성된 회절 격자면을 보호하는 커버 유리 표면 상에 초점이 존재할 수도 있지만, 회절 격자면 등과 같은, 커버 유리 표면보다 더 멀리 떨어진 면 상에 초점이 존재하는 것이 바람직하다. 이러한 구성으로, 커버 유리 표면에 파티클 등과 같은 이물 (먼지) 이 존재하고, 그 커버 유리 표면이 커버 유리의 두께만큼 디포커스 (defocus) 되는 면으 로 되는 경우에, 그 이물의 영향이 Z 헤드에 영향을 미칠 가능성이 적어진다.
상기 실시형태에서는, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 동작 범위 (이동 범위 중 장치가 실제의 시퀀스에서 이동하는 범위) 의 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 외부 (상방) 에 복수의 Z 헤드를 배치하고, 각 Z 헤드로 웨이퍼 테이블 (WTB) (Y 스케일 (39Y1 및 39Y2)) 표면의 Z 위치를 검출하는 구성의 면위치 계측 시스템을 채용하는 것으로 하였지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 이동체 (예를 들어, 상기 실시형태의 경우의 웨이퍼 스테이지 (WST)) 의 상면에 Z 헤드를 복수 배치할 수 있고, 그 헤드들에 대향하고, 이동체의 외부에 Z 헤드로부터의 프로브 빔을 반사하는 반사면이 설치된 검출 장치를, 면위치 계측 시스템 (180) 대신에 채용할 수도 있다.
예를 들어, 상기 실시형태에서는, 웨이퍼 테이블 (웨이퍼 스테이지) 상에 격자부 (Y 스케일 및 X 스케일) 을 설치하고, 이 격자부에 대향하는 X 헤드 및 Y 헤드를 웨이퍼 스테이지의 외부에 배치하는 구성의 인코더 시스템을 채용한 경우에 대해서 예시하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고, 이동체에 인코더 헤드를 설치하고, 이 인코더 헤드에 대향하여 웨이퍼 스테이지의 외부에 2 차원 격자 (또는 2 차원 배치된 선형 격자부) 를 배치하는 구성의 인코더 시스템을 채택할 수도 있다. 이 경우, 이동체 상면에 Z 헤드 또한 배치하는 경우에는, 그 2 차원 격자 (또는 2 차원 배치된 선형 격자부) 를, Z 헤드로부터의 프로브 빔을 반사하는 반사면으로서도 이용할 수도 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 각 Z 헤드가, 도 7 에 나타낸 바와 같이, 구동부 (미도시) 에 의해 Z 축 방향으로 구동되고, 포커스 센서 (FS) 를 수납한 센서 본체 (ZH) (제 1 센서) 와, 제 1 센서 (센서 본체 (ZH)) 의 Z 축 방향의 변위를 계측하는 계측부 (ZE) (제 2 센서) 등을 구비하는 경우에 대해 설명하였지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 더욱 구체적으로, Z 헤드 (센서 헤드) 는, 반드시 제 1 센서 그 자체가, Z 축 방향으로 가동일 필요는 없고, 제 1 센서 (예를 들어, 전술한 포커스 센서 등) 를 구성하는 부재의 일부가 이동 가능하고, 제 1 센서와 그 계측 대상물 표면의 광학적인 위치 관계 (예를 들어, 제 1 센서 내의 수광 소자의 광검출면 (검출면) 과의 공액 관계) 가 유지되도록, 이동체의 Z 축 방향의 이동에 따라, 그 부재의 일부가 이동하기만 하면 된다. 이러한 경우, 제 2 센서는, 그 이동 부재의 기준 위치로부터의 이동 방향의 변위를 계측한다. 물론, 이동체 상에 센서 헤드가 설치되는 경우에는, 2 차원 평면에 수직인 방향에서의 이동체의 위치 변화에 따라, 예를 들어, 전술한 2 차원 격자 (또는 2 차원 배치된 선형 격자부) 등과 같은 제 1 센서의 계측 대상물과, 제 1 센서의 광학적인 위치 관계가 유지되도록 이동 부재가 이동되어야 한다.
또한, 상기 실시형태에서는, 인코더 헤드와 Z 헤드가 별개로 설치된 경우에 대해 설명하였지만, 이에 한정되지 아니하고, 예를 들어, 인코더 헤드와 Z 헤드의 기능을 모두 가지는 헤드를 채용할 수도 있고, 또는, 광학계의 일부를 공통으로 갖는 인코더 헤드와 Z 헤드를 채용할 수도 있으며, 또는, 인코더 헤드와 Z 헤드를 동일 하우징 내에 설치함으로써 일체화한 결합된 헤드를 채용하는 것 또한 가능하다.
또한, 상기 실시형태에서는 노즐 유닛 (32) 의 하면과 투영 광학계 (PL) 의 선단 광학 소자의 하단면이 대략 공면이었지만, 이에 한정되지 아니하고, 예를 들어, 노즐 유닛 (32) 의 하면을, 선단 광학 소자의 사출면보다도 투영 광학계 (PL) 의 이미지면 (더욱 구체적으로, 웨이퍼) 에 더 가깝게 배치할 수도 있다. 즉, 국소 액침 장치 (8) 는 전술한 구성에 한정되지 아니하고, 예를 들어, EP 공개특허공보 제 1 420 298 호, 국제공개공보 제 2004/055803 호, 국제공개공보 제 2004/057590 호, 국제공개공보 제 2005/029559 호 (대응 미국 공개특허공보 제 2006/0231206 호), 국제공개공보 제 2004/086468 호 (대응 미국 공개특허공보 제 2005/0280791 호), 미국 특허 제 6,952,253 호 등에 기술된 구성을 이용할 수 있다. 또한, 국제공개공보 제 2004/019128 호 (대응 미국 공개특허공보 제 2005/0248856 호) 에 개시되어 있는 바와 같이, 선단 광학 소자의 이미지면 측의 광로 외에도, 선단 광학 소자의 물체면 측의 광로도 액채로 채울 수도 있다. 또한, 선단 광학 소자의 표면의 일부 (적어도 액체와의 접촉면을 포함) 또는 전부에, 친액성 및/또는 용해 방지 기능을 갖는 박막을 형성할 수도 있다. 덧붙여 말하자면, 석영은 액체와의 친화성이 높고, 또한, 용해 방지막도 불필요하지만, 형석은 적어도 용해 방지막을 형성하는 것이 바람직하다.
덧붙여 말하자면, 상기 실시형태에서는, 액체로서 순수 (물) 가 이용되었지만, 본 발명이 이에 한정되지 아니하는 것은 물론이다. 액체로서는, 화학적으로 안정되고, 조명광 (IL) 의 투과율이 높고 사용하기에 안전한 액체, 예를 들어, 불소 함유 불활성 액체를 사용할 수도 있다. 이 불소 함유 불활성 액체로서는, 예를 들어, 플루오리너트 (Fluorinert) (미국 3M 의 상표명) 가 사용될 수 있다. 이 불소 함유 불활성 액체는 냉각 효과의 점에서도 우수하다. 또한, 액체로서, 굴절률이 순수 (굴절률은 1.44 정도) 보다 높은 액체, 예를 들어, 굴절률이 1.5 이상의 액체를 사용할 수 있다. 이러한 종류의 액체로서는, 예를 들어, 굴절률이 약 1.50 인 이소프로판올, 굴절률이 약 1.61 인 글리세롤 (글리세린) 등과 같은 C-H 결합 또는 O-H 결합을 갖는 소정의 액체, 헥산, 헵탄 또는 데칸 등의 소정 액체 (유기 용제), 또는, 굴절률이 약 1.60 인 데칼린 (decalin; decahydronaphthalene) 등을 들 수 있다. 다르게는, 이들 액체 중 임의의 2 종류 이상을 혼합하여 얻어진 액체가 이용될 수도 있고, 순수에(와) 이들 액체 중 적어도 하나를 첨가 (혼합) 함으로써 얻어진 액체를 이용할 수도 있다. 다르게는, 액체로서, 순수에(와) H+, Cs+, K+, Cl-, SO4 2 -, 또는 PO4 2 - 등과 같은 염기 또는 산을 첨가 (혼합) 함으로써 얻어진 액체를 이용할 수 있다. 더욱이, 순수에(와) Al 산화물 등의 미립자를 첨가 (혼합) 하여 얻어진 액체를 이용할 수 있다. 이들 액체는, ArF 엑시머 레이저광을 투과시킬 수 있다. 또한, 액체로서, 광의 흡수 계수가 작고, 온도 의존성이 적으며, 투영 광학계 (선단 광학 부재) 및/또는 웨이퍼의 표면에 코팅되어 있는 감광재 (또는 보호막 (상부 코팅막), 반사 방지막 등) 에 대해 안정적인 액체가 바람직하다. 또한, F2 레이저를 광원으로 이용하는 경우에는, 폼블린 오일 (fomblin oil) 을 선택할 수 있다. 또한, 액체로서는, 순수보다 조명광 (IL) 에 대한 굴절률이 높은 액체, 예를 들어, 굴절률이 1.6 내지 1.8 정도의 것을 이용할 수도 있다. 액체로서, 초임계 유체를 또한 이용할 수 있다. 또한, 투영 광학계 (PL) 의 선단 광학 소자를, 석영 (실리카), 또는, 불화 칼슘 (형석), 불화 바륨, 불화 스트론튬, 불화 리튬, 및 불화 나트륨 등의 불화 화합물의 단결정 재료로 형성할 수도 있고, 석영 또는 형석보다도 굴절률이 높은 (예를 들어 1.6 이상) 재료로 형성할 수도 있다. 굴절률이 1.6 이상인 재료로서는, 예를 들어, 국제공개공보 제 2005/059617 호에 개시되어 있는, 사파이어, 이산화 게르마늄 등, 또는, 국제공개공보 제 2005/059618 호에 개시되어 있는, 염화칼륨 (굴절률은 약 1.75) 등을 이용할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서, 회수된 액체를 재이용하도록 할 수도 있고, 이 경우에는, 회수된 액체로부터 불순물을 제거하는 필터를 액체 회수 장치, 또는 회수관 등에 설치하는 것이 바람직하다.
덧붙여 말하자면, 상기 실시형태에서는, 노광 장치가 액침형 노광 장치인 경우에 대해 설명하였다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 액체 (물) 없이 웨이퍼 (W) 의 노광을 수행하는 건식 노광 장치에도 채용될 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 스텝-앤드-스캔 방식 등의 주사형 노광 장치에 본 발명이 적용된 경우에 대해서 설명하였다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고, 스테퍼 등의 정지형 (static) 노광 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다. 또한, 쇼트 영역과 쇼트 영역을 합성하는 스텝-앤드-스티치 (step-and-stitch) 방식의 축소 투영 노광 장치, 프록시미티 (proximity) 방식의 노광 장치, 또는, 미러 프로젝션 얼라이너 등에도 또한 본 발명을 적용할 수 있다. 또한, 예를 들어, 미국 특허, 제 6,590,634 호, 미국 특허, 제 5,969,441 호, 미국 특허 제 6,208,407 호 등에 개시된 바와 같이, 복수의 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 구비한 멀티 스테이지형의 노광 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 상기 실시형태의 노광 장치에서의 투영 광학계는 축소계뿐만 아니라 등배계 또는 확대계 중 어느 일방일 수도 있고, 투영 광학계 (PL) 는 굴절계뿐만 아니라 반사계 또는 반사굴절계 중 어느 일방일 수도 있으며, 또한, 그 투영 이미지는 도립 이미지 또는 정립 이미지 중 어느 일방일 수도 있다. 또한, 투영 광학계 (PL) 를 통해 조명광 (IL) 이 조사되는 노광 영역 (IA) 은, 투영 광학계 (PL) 의 필드 내에서 광축 (AX) 을 포함하는 온-액시스 (on-axis) 영역이다. 하지만, 예를 들어, 국제공개공보 제 2004/107011 호에 개시된 바와 같이, 복수의 반사면을 가지고 또한 중간 이미지를 적어도 1 회 형성하는 광학계 (반사계 또는 반사굴절계) 가 그 일부에 설치되고, 또한, 단일의 광축을 갖는, 소위, 인라인형 반사굴절계와 마찬가지로, 그 노광 영역 (IA) 은 또한 광축 (AX) 을 포함하지 않는 오프-액시스 (off-axis) 영역일 수도 있다. 또한, 전술한 조명 영역 및 노광 영역은 그 형상이 직사각형 모양을 가지는 것으로 하였다. 하지만, 그 형상은 직사각형에 한정되지 아니하며, 원호, 사다리꼴, 평행사변형 등일 수도 있다.
덧붙여 말하자면, 상기 실시형태의 노광 장치의 광원은, ArF 엑시머 레이저에 한정되지 아니하며, KrF 엑시머 레이저 (출력 파장 248nm), F2 레이저 (출력 파장 157nm), Ar2 레이저 (출력 파장 126nm), Kr2 레이저 (출력 파장 146nm) 등의 펄 스 레이저 광원, 또는 g 선 (파장 436nm), i 선 (파장 365nm) 등의 방출선을 발생시키는 초고압 수은 램프 등도 이용할 수 있다. 또한, YAG 레이저의 고조파 발생 장치 등도 이용할 수 있다. 상기 소스 이외에도, 예를 들어, 국제공개공보 제 1999/46835 호 (대응 미국 특허 제 7,023,610 호) 에 개시되어 있는 바와 같이, 진공 자외광으로서 DFB 반도체 레이저 또는 화이버 (fiber) 레이저로부터 발진된 적외 범위, 또는 가시 범위의 단일 파장 레이저광을, 예를 들어, 에르븀 (erbium) (또는 에르븀 및 이테르븀 양방) 으로 도핑된 화이버 앰플리파이어로 증폭하고, 비선형 광학 결정을 이용하여 자외광으로 파장 변환하여 얻어지는 고조파를 이용하는 것 또한 가능하다.
또한, 상기 실시형태에서는, 노광 장치의 조명광 (IL) 으로서 파장 100nm 이상의 광에 한정되지 아니하며, 파장 100nm 미만의 광을 이용할 수 있음은 말할 필요도 없다. 예를 들어, 최근, 70nm 이하의 패턴을 노광하기 위해, SOR 또는 플라즈마 레이저를 광원으로 하여, 소프트 X-선 영역 (예를 들어, 5 내지 15nm 의 파장 범위) 의 EUV (Extreme Ultraviolet) 광을 발생시키고, 또한, 그 노광 파장 (예를 들어, 13.5nm) 하에 설계된 총 반사 축소 광학계 및 반사형 마스크를 이용하는 EUV 노광 장치가 개발되었다. 이 EUV 노광 장치에서, 원호 조명을 이용하여 마스크와 웨이퍼를 동기 주사하여 스캔 노광이 수행되는 구성이 고려될 수 있고, 따라서, 이러한 노광 장치에도 본 발명이 적절하게 적용될 수 있다. 이러한 장치 외에, 전자 빔 또는 이온 빔 등의 하전 입자 빔을 이용하는 노광 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 광투과성의 기판 상에 소정의 차광 패턴 (또는 위상 패턴 또는 감광 (減光) 패턴) 을 형성한 광투과형 마스크 (레티클) 을 이용하였다. 하지만, 이러한 레티클 대신에, 예를 들어, 미국 특허 제 6,778,257 호에 개시되어 있는 바와 같이, 노광할 패턴의 전자 데이터에 따라, 광투과 패턴, 반사 패턴, 또는, 발광 패턴이 형성되는 전자 마스크 (가변 성형 마스크, 액티브 마스크, 또는 이미지 제너레이터라고도 하며, 예를 들어, 비발광형 화상 표시 소자 (공간 광변조기) 의 일종인 DMD (Digital Micromirror Device) 등을 포함한다) 또한 이용할 수 있다.
또한, 예를 들어, 국제공개공보 제 2001/035168 호에 개시되어 있는 바와 같이, 간섭 무늬를 웨이퍼 상에 형성함으로써, 웨이퍼 상에 라인-앤드-스페이스 (line-and-space) 패턴을 형성하는 노광 장치 (리소그래피 시스템) 에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 예를 들어, 미국 특허 제 6,611,316 호에 개시되어 있는 바와 같이, 2 개의 레티클 패턴을 투영 광학계를 통해 웨이퍼 상에 합성하고, 1 회의 주사 노광에 의해 하나의 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 아니하며, 예를 들어, 잉크젯 방식으로 물체 상에 패턴을 형성하는 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서 패턴을 형성할 물체 (에너지 빔이 조사되는 노광 대상 물체) 는 웨이퍼에 한정되지 아니하며, 유리판, 세라믹 기판, 필름 부재, 또는 마스크 블랭크 등의 다른 물체일 수도 있다.
노광 장치의 용도로서는 반도체 디바이스 제조용의 노광 장치에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 직사각형의 유리판에 액정 표시 소자 패턴을 전사하기 위한 노광 장치, 유기 EL, 박막 자기 헤드, 촬상 소자 (CCD 등), 마이크로머신 및 DNA 칩 등을 제조하기 위한 노광 장치에도 본 발명을 폭넓게 적용할 수 있다. 또한, 반도체 디바이스 등의 마이크로디바이스를 제조하기 위한 노광 장치 뿐만 아니라, 광 노광 장치, EUV 노광 장치, X 선 노광 장치, 및 전자 빔 노광 장치 등에서 사용되는 레티클 또는 마스크를 제조하기 위해 유리 기판 또는 실리콘 웨이퍼 등에 회로 패턴을 전사하는 노광 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다.
덧붙여 말하자면, 본 발명의 이동체 구동 시스템 및 이동체 구동 방법은, 노광 장치에만 적용되는 것이 아니라, 다른 기판 처리 장치 (예를 들어, 레이저 리페어 (laser repair) 장치, 기판 검사 장치 등), 또는, 다른 정밀 기계에 있어서의 샘플의 위치 설정 장치, 와이어 본딩 장치 등의 2 차원 면 내에서 이동하는 스테이지 등의 이동체를 구비한 장치에도 폭넓게 적용할 수 있다.
덧붙여 말하자면, 전술한 실시형태에 인용되고 본 노광 장치 등에 관련된, 각종 공개공보 (명세서), 국개공개공보, 및 미국 공개특허공보 명세서 및 미국 특허 명세서의 개시물은 각각 본원에 참조에 의해 통합된다.
반도체 디바이스는, 디바이스의 기능/성능 설계를 수행하는 단계, 실리콘 재료를 이용하여 웨이퍼를 제조하는 단계, 전술한 실시형태의 노광 장치 (패턴 형성 장치) 에 의해 레티클 (마스크) 에 형성된 패턴을 웨이퍼에 전사하는 리소그래피 단계, 노광된 웨이퍼를 현상하는 단계, 레지스트가 잔존하고 있는 영역 이외의 영역의 노출 부재를 에칭에 의해 제거하는 에칭 단계, 에칭이 완료되어 더 이상 불필요하게 된 레지스트를 제거하는 레지스트 제거 단계, 디바이스 조립 단계 (다이싱 공정, 본딩 공정, 패키징 공정을 포함), 및 검사 단계 등을 거쳐 제조된다.
이상 설명한 본 실시형태의 디바이스 제조 방법을 이용하면, 노광 공정에 있어서 상기 실시형태의 노광 장치 (패턴 형성 장치) 및 그 노광 방법 (패턴 형성 방법) 이 이용되기 때문에, 중첩 (overlay) 정확도를 높게 유지하면서, 높은 스루풋의 노광을 수행할 수 있다. 따라서, 미세 패턴이 형성된 고집적도의 마이크로디바이스의 생산성을 향상시킬수 있다.
산업상 이용가능성
전술한 바와 같이, 본 발명의 이동체 구동 시스템 및 이동체 구동 방법은, 이동 면 내에서 이동체를 구동하기에 적합하다. 또한, 본 발명의 패턴 형성 장치 및 패턴 형성 방법은, 물체 상에 패턴을 형성하기에 적합하다. 또한, 본 발명의 노광 장치, 노광 방법, 및 디바이스 제조 방법은, 마이크로디바이스의 제조에 적합하다. 또한, 본 발명의 계측 방법은 위치 계측 시스템이 구비하는 센서 헤드의 설치 위치를 계측하는데 적합하다. 또한, 본 발명의 위치 계측 시스템은 실질적으로 2 차원 평면을 따라 이동하는 이동체의 위치 정보를 계측하는데 적합하다.

Claims (26)

  1. 투영 광학계를 통해 조명광으로 기판을 노광하는 노광 방법으로서,
    상기 투영 광학계의 광축과 직교하는 2 차원 평면과 평행한 방향에 관한, 상기 기판을 재치하는 이동체의 위치 정보의 검출에 사용되고, 반사형 격자가 형성되는 스케일 부재에 대해, 각각 빔을 조사하는 복수의 헤드를 갖는 제 1 계측 시스템의, 상기 복수의 헤드 중 상기 스케일 부재와 대향하는 헤드에 의해, 상기 이동체의 상기 2 차원 평면에 직교하는 방향의 위치 정보를 계측하는 것과,
    상기 계측되는 위치 정보와, 상기 계측에 사용되는 적어도 1 개의 헤드의 상기 2 차원 평면에 평행한 면 내에 있어서의 위치 정보에 기초하여, 적어도 상기 2 차원 평면에 대한 경사 방향으로 상기 이동체를 구동하는 것을 포함하는, 노광 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 계측 시스템에 의한 상기 반사형 격자에 대한 빔의 조사에 의해, 상기 2 차원 평면과 평행한 방향에 관한 상기 이동체의 위치 정보가 검출되는, 노광 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 투영 광학계로부터 떨어져 배치되고, 상기 제 1 계측 시스템과 상이한 위치 검출계에 의해, 상기 2 차원 평면과 수직인 방향에 관한 상기 이동체에 재치된 기판의 위치 정보가 검출되고,
    상기 위치 검출계의 검출 동작 중, 상기 제 1 계측 시스템에 의해 상기 이동체의 위치 정보가 검출되는, 노광 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 기판의 노광 동작 중, 상기 이동체의 상기 경사 방향의 구동을 위해, 상기 위치 검출계에 의해 검출된 기판의 위치 정보가 사용되는, 노광 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 기판이 재치되는 상기 이동체의 상면측에 배치되는 상기 스케일 부재는 그 상방으로부터, 상기 헤드를 통해 상기 빔이 조사되는, 노광 방법.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 스케일 부재는 그 하방으로부터, 상기 이동체에 형성되는 상기 복수의 헤드를 통해 각각 상기 빔이 조사되는, 노광 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동하는 것에서는, 상기 헤드 고유의 오차 성분의 정보에 기초하여, 상기 이동체를 상기 2 차원 평면에 대한 경사 방향으로 구동하는, 노광 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동하는 것에 앞서, 상기 헤드의 상기 면 내의 위치 정보를 계측하는 것을 추가로 포함하는, 노광 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 2 차원 평면과 평행한 방향으로 상기 이동체를 이동시킴과 함께, 상기 제 1 계측 시스템에 의해 계측되는 상기 이동체의 위치 정보와, 상기 이동체의 반사면에 계측광을 조사하는, 상기 제 1 계측 시스템과 상이한 제 2 계측 시스템에 의해 계측되는, 상기 2 차원 평면과 평행한 방향에 관한 상기 이동체의 위치 정보에 기초하여, 상기 센서의 위치 정보를 산출하는, 노광 방법.
  10. 디바이스 제조 방법으로서,
    제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 노광 방법을 이용하여 기판을 노광하는 것과,
    상기 노광된 기판을 현상하는 것을 포함하는, 디바이스 제조 방법.
  11. 투영 광학계를 통해 조명광으로 기판을 노광하는 노광 장치로서,
    상기 기판을 유지하는 이동체와, 상기 이동체를 구동하는 모터를 갖는 스테이지 시스템과,
    상기 투영 광학계의 광축과 직교하는 2 차원 평면과 평행한 방향에 관한 상기 이동체의 위치 정보의 검출에 사용되고, 반사형 격자가 형성되는 스케일 부재에 대해, 각각 빔을 조사하는 복수의 헤드를 갖고, 상기 복수의 헤드 중 상기 스케일 부재와 대향하는 헤드에 의해, 상기 이동체의 상기 2 차원 평면에 직교하는 방향의 위치 정보를 계측하는 제 1 계측 시스템과,
    상기 계측되는 위치 정보와, 상기 계측에 사용되는 적어도 1 개의 헤드의 상기 2 차원 평면에 평행한 면 내에 있어서의 위치 정보에 기초하여, 적어도 상기 2 차원 평면에 대한 경사 방향으로 상기 이동체를 구동하는 구동 장치를 구비하는, 노광 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 계측 시스템은, 상기 반사형 격자에 대한 빔의 조사에 의해, 상기 2 차원 평면과 평행한 방향에 관한 상기 이동체의 위치 정보를 검출하는, 노광 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 투영 광학계로부터 떨어져 배치됨과 함께, 상기 제 1 계측 시스템과 달리, 상기 2 차원 평면과 수직인 방향에 관한, 상기 이동체에 재치된 기판의 위치 정보를 검출하는 위치 검출계를 추가로 구비하고,
    상기 위치 검출계의 검출 동작 중, 상기 제 1 계측 시스템에 의해 상기 이동체의 위치 정보가 검출되는, 노광 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 기판의 노광 동작 중, 상기 이동체의 상기 경사 방향의 구동을 위해, 상기 위치 검출계에 의해 검출된 기판의 위치 정보가 사용되는, 노광 장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 계측 시스템은, 상기 기판이 재치되는 상기 이동체의 상면측에 배치되는 상기 스케일 부재에 대해 그 상방으로부터, 상기 헤드를 통해 상기 빔을 조사하는, 노광 장치.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 계측 시스템은, 상기 스케일 부재에 대해 그 하방으로부터, 상기 이동체에 형성되는 상기 복수의 헤드를 통해 각각 상기 빔을 조사하는, 노광 장치.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 구동 장치는, 상기 헤드 고유의 오차 성분의 정보에 기초하여, 적어도 상기 2 차원 평면에 대한 경사 방향으로 상기 이동체를 구동하는, 노광 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 이동체의 반사면에 계측광을 조사함과 함께, 상기 제 1 계측 시스템과 달리, 상기 2 차원 평면과 평행한 방향에 관한 상기 이동체의 위치 정보를 계측하는 제 2 계측 시스템과,
    상기 2 차원 평면과 평행한 방향으로의 상기 이동체의 이동 중에 상기 제 1, 제 2 계측 시스템에 의해 각각 계측되는 상기 이동체의 위치 정보에 기초하여, 상기 헤드의 위치 정보를 산출하는 제어 장치를 추가로 구비하는, 노광 장치.
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