KR101489527B1 - 이동체 시스템, 패턴 형성 장치, 노광 장치, 및 계측 장치, 그리고 디바이스 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

이동체 시스템은, XY 평면을 따라 이동하는 스테이지 본체 (91) 와, 그 스테이지 본체 상에서, XY 평면에 직교하는 방향 (Z 축 방향) 및 XY 평면에 대한 경사 방향으로 미동할 수 있는 테이블 (WTB) 을 갖는 스테이지 (WST) 와, XY 평면 내에 있어서의 스테이지 (WST) 의 위치 정보를 계측하는 계측 장치를 구비하고 있다. 계측 장치는, 테이블 (WTB) 에 형성된 복수의 인코더 헤드 (60C 등) 와, 각 헤드와 대향하여 스테이지 본체 (91) 에 단부가 형성되고 또한 단부에서 광축이 Z 축 방향과 실질적으로 평행해지는 광 파이버 (24, 26) 를 갖고, XY 평면과 실질적으로 평행하게 배치된 그레이팅부 (RG) 에 대향하는 헤드의 출력에 기초하여, 스테이지 (WST) 의 위치 정보를 계측한다. 그리고, 각 헤드와 광 파이버의 단부 사이에서 신호의 공중 전송이 실시된다.
노광, 계측, 인코더 헤드, 스테이지, 패턴 형성

Description

이동체 시스템, 패턴 형성 장치, 노광 장치, 및 계측 장치, 그리고 디바이스 제조 방법{MOVING BODY SYSTEM, PATTERN FORMING DEVICE, EXPOSURE APPARATUS, MEASURING INSTRUMENT, AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}
기술분야
본 발명은, 이동체 시스템, 패턴 형성 장치, 노광 장치, 및 계측 장치, 그리고 디바이스 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 실질적으로 소정 평면을 따라 이동하는 이동체를 포함하는 이동체 시스템, 그 이동체 시스템을 구비하는 패턴 형성 장치, 상기 이동체 시스템을 구비하는 노광 장치, 및 노광 장치에 형성되는 계측 장치, 그리고 상기 노광 장치를 사용하는 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.
배경기술
종래, 반도체 소자 (집적 회로 등), 액정 표시 소자 등의 전자 디바이스 (마이크로 디바이스) 를 제조하는 리소그래피 공정에서는, 스텝·앤드·리피트 방식의 투영 노광 장치 (이른바 스텝퍼), 스텝·앤드·스캔 방식의 투영 노광 장치 (이른바 스캐닝·스텝퍼 (스캐너라고도 한다)) 등이 주로 사용되고 있다.
그러나, 앞으로, 반도체 소자는 더욱 고집적화되고, 이것에 수반되어 웨이퍼 상에 형성해야 할 회로 패턴이 미세화될 것이 확실하여, 반도체 소자의 대량 생산 장치인 노광 장치에는, 웨이퍼 등의 위치 검출 정밀도가 더욱 향상되는 것이 요청 된다.
예를 들어, 특허 문헌 1 에는, 기판 테이블 상에 인코더 타입의 센서 (인코더 헤드) 가 탑재된 노광 장치가 개시되어 있다. 그런데, 기판 테이블 상에 인코더 헤드를 탑재하는 경우, 기판 테이블은, 상하동 및 경사 구동하기 때문에, 그 인코더 헤드에 대한 전원 공급 등을 위한 배선에 작용하는 장력이 기판 테이블의 원활한 동작을 방해할 우려가 있었다. 복수의 인코더 헤드를 기판 테이블 상에 탑재하는 경우에는, 이 배선의 끌림이 큰 장해가 될 우려가 있었다.
특허 문헌 1 : 미국 특허 출원 공개 제2006/0227309호 명세서
발명의 개시
과제를 해결하기 위한 수단
본 발명의 제 1 양태에 의하면, 소정 평면을 따라 이동하는 이동체를 포함하는 이동체 시스템으로서, 상기 소정 평면을 따라 이동하는 본체부와, 그 본체부 상에서, 적어도 상기 소정 평면에 직교하는 방향 및 상기 소정 평면에 대한 경사 방향으로 미동 (微動) 가능한 테이블 부재를 갖는 이동체와 ; 상기 테이블 부재에 형성된 복수의 인코더 헤드를 갖고, 상기 이동체의 외부에 상기 소정 평면과 실질적으로 평행하게 배치된 그레이팅부에 대향하는 적어도 1 개의 인코더 헤드의 출력에 기초하여, 상기 소정 평면 내에 있어서의 상기 이동체의 위치 정보를 계측하는 계측 장치를 구비하고, 상기 계측 장치는, 상기 복수의 인코더 헤드 각각과 그 외부의 구성 부분 사이에서, 무선 통신으로 계측광 및/또는 신호의 송수신을 실시하는 송수신 장치를 갖는 이동체 시스템이 제공된다.
여기에서, 무선 통신이란, 전자파를 사용한 통신을 넓게 포함하고, 마이크로파 그 밖의 주파수대의 전파에 의한 무선 통신뿐만 아니라, 적외선 무선 통신 그 밖의 광 무선 통신도 포함한다. 본 명세서에서는, 이러한 의미에서, 무선 통신이라는 용어를 사용하고 있다.
본 발명의 이동체 시스템에 의하면, 계측 장치는, 테이블 부재에 형성된 복수의 인코더 헤드 각각과 그 외부의 구성 부분 사이에서, 무선 통신으로 계측광 및/또는 신호의 송수신을 실시하는 송수신 장치를 갖고 있다. 이 때문에, 이동체의 본체부가 소정 평면을 따라 이동함과 함께, 테이블 부재가 소정 평면에 직교하는 방향으로 미동해도, 복수의 인코더 헤드 각각과 그 외부의 구성 부분 사이에서, 계측광 및/또는 신호의 송수신을 지장없이 실시할 수 있다. 따라서, 테이블 부재의 미동 영향을 받지 않고, 이동체의 소정 평면 내의 위치 정보를 양호한 정밀도로 계측할 수 있다.
본 발명의 제 2 양태에 의하면, 에너지 빔으로 물체를 노광하는 노광 장치로서, 상기 물체를 유지하고, 소정 평면에 직교하는 방향에 관해서 가동 (可動) 의 테이블 부재와, 상기 테이블 부재를 비접촉으로 지지하고, 상기 소정 평면에 평행한 방향으로 이동하는 본체부를 갖는 스테이지 어셈블리와 ; 상기 테이블 부재가 대향하여 배치되고, 상기 소정 평면과 실질적으로 평행하게 형성되는 그레이팅부와 ; 상기 테이블 부재에 형성되는 복수의 인코더 헤드와, 상기 복수의 인코더 헤드 각각과 그 외부의 구성 부분 사이에서, 무선 통신으로 계측광 및/또는 신호의 송수신을 실시하는 송수신 장치를 갖고, 상기 그레이팅부에 대향하는 적어도 1 개의 상 기 인코더 헤드의 출력에 기초하여, 상기 소정 평면 내에서의 상기 테이블 부재의 위치 정보를 계측하는 계측 장치를 구비하는 노광 장치가 제공된다.
본 발명의 노광 장치에 의하면, 계측 장치는, 물체를 유지하고, 소정 평면에 직교하는 방향에 관해서 가동의 테이블 부재에 형성된 복수의 인코더 헤드 각각과 그 외부의 구성 부분 사이에서, 무선 통신으로 계측광 및/또는 신호의 송수신을 실시하는 송수신 장치를 갖고 있다. 또, 테이블 부재는, 스테이지 어셈블리의 본체부에 비접촉으로 지지되어 있다. 이 때문에, 스테이지 어셈블리의 본체부가 소정 평면을 따라 이동함과 함께, 테이블 부재가 소정 평면에 직교하는 방향으로 미동한 경우, 복수의 인코더 헤드 각각과 그 외부의 구성 부분 사이에서, 무선 통신으로 계측광 및/또는 신호의 송수신을 지장없이 실시할 수 있다. 따라서, 테이블 부재의 미동 영향을 받지 않고, 스테이지 어셈블리의 소정 평면에 관한 위치를 양호한 정밀도로 구할 수 있고, 나아가서는 노광시의 스테이지 어셈블리의 소정 평면 내의 위치를 고정밀도로 제어하여, 테이블 부재에 유지된 물체에 대한 고정밀도의 노광이 가능해진다.
본 발명의 제 3 양태에 의하면, 스테이지 어셈블리에 의해 유지되는 물체를 에너지 빔으로 노광하는 노광 장치에 형성되고, 상기 물체의 소정 평면 내에서의 위치 정보를 계측하는 계측 장치로서, 상기 스테이지 어셈블리 중 상기 물체를 유지하고 또한 상기 소정 평면에 직교하는 방향에 관해서 가동의 테이블 부재에 형성되는 복수의 인코더 헤드와 ; 상기 스테이지 어셈블리 중 상기 테이블 부재를 비접촉으로 지지하고 또한 상기 소정 평면에 평행한 방향으로 이동하는 본체부에 적어 도 일부가 형성되고, 상기 복수의 인코더 헤드 각각과 그 외부의 구성 부분 사이에서, 무선 통신으로 계측광 및/또는 신호의 송수신을 실시하는 송수신 장치를 구비하고, 상기 이동체의 외부에 상기 소정 평면과 실질적으로 평행하게 형성되는 그레이팅부에 대향하는 적어도 1 개의 상기 인코더 헤드의 출력에 기초하여, 상기 소정 평면 내에서의 상기 테이블 부재의 위치 정보를 계측하는 계측 장치가 제공된다.
본 발명의 계측 장치에 의하면, 테이블 부재의 소정 평면에 직교하는 방향에 관한 미동의 영향을 받지 않고, 소정 평면 내에서의 테이블 부재의 위치 정보를 양호한 정밀도로 계측할 수 있다.
도면의 간단한 설명
도 1 은 일 실시형태의 노광 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2 는 인코더 헤드 및 간섭계의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 은 도 1 의 웨이퍼 스테이지를 일부 파쇄하여 나타내는 확대도이다.
도 4 는 도 3 의 원 C 내의 일부를 확대하여 나타내는 도면이다.
도 5 는 헤드의 내부 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6 은 도 1 의 노광 장치에 있어서의 스테이지 제어에 관련되는 제어계의 주요한 구성을 나타내는 블록도이다.
도 7 은 제 2 실시형태의 노광 장치를 구성하는 웨이퍼 스테이지를 일부 파쇄하여 나타내는 확대도이다.
도 8 은 도 7 의 헤드의 내부 구성을 설명하기 위한 도면이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
<<제 1 실시형태>>
이하, 본 발명의 제 1 실시형태에 대해, 도 1 ∼ 도 6 에 기초하여 설명한다.
도 1 에는, 제 1 실시형태의 노광 장치 (100) 의 개략 구성이 도시되어 있다. 노광 장치 (100) 는, 스텝·앤드·스캔 방식의 투영 노광 장치, 즉, 이른바 스캐너이다. 후술하는 바와 같이, 본 실시형태에서는 투영 광학계 (PL) 가 형성되어 있고, 이하에서는, 이 투영 광학계 (PL) 의 광축 (AX) 과 평행한 방향을 Z 축 방향, 이것에 직교하는 면내에서 레티클과 웨이퍼가 상대 주사되는 방향을 Y 축 방향, Z 축 및 Y 축에 직교하는 방향을 X 축 방향으로 하고, X 축, Y 축, 및 Z 축 둘레의 회전 (경사) 방향을 각각 θx, θy, 및 θz 방향으로 하여 설명한다.
노광 장치 (100) 는, 조명계 (10), 레티클 (R) 을 유지하는 레티클 스테이지 (RST), 투영 유닛 (PU), 웨이퍼 (W) 가 탑재된 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 포함하는 웨이퍼 스테이지 장치 (50), 이들의 제어계 등을 구비하고 있다.
조명계 (10) 는, 예를 들어 미국 특허 출원 공개 제2003/0025890호 명세서 등에 개시된 바와 같이, 광원과, 옵티컬 인터그레이터 등을 포함하는 조도 균일화 광학계, 및 레티클 블라인드 등 (모두 도시 생략) 을 갖는 조명 광학계를 포함한다. 조명계 (10) 는, 레티클 블라인드 (마스킹 시스템) 로 규정된 레티클 (R) 상의 슬릿 형상의 조명 영역 (IAR) 을 조명광 (노광광 ; IL) 에 의해 거의 균일한 조도로 조명한다. 여기에서, 조명광 (IL) 으로는, 일례로서 ArF 엑시머 레이저 광 (파장 193 ㎚) 이 사용되고 있다.
레티클 스테이지 (RST) 상에는, 회로 패턴 등이 그 패턴 면 (도 1 에 있어서의 하면) 에 형성된 레티클 (R) 이, 예를 들어 진공 흡착에 의해 고정되어 있다. 레티클 스테이지 (RST) 는, 예를 들어 리니어 모터 등을 포함하는 레티클 스테이지 구동계 (11 ; 도 1 에서는 도시 생략, 도 6 참조) 에 의해, XY 평면 내에서 미소 구동 가능함과 함께, 주사 방향 (도 1 에 있어서의 지면 내 좌우 방향인 Y 축 방향) 으로 소정의 주사 속도로 구동할 수 있도록 되어 있다.
레티클 스테이지 (RST) 의 XY 평면 (이동면) 내의 위치 정보 (θz 방향의 회전 정보를 포함한다) 는, 도 1 에 나타낸, 이동경 (15 ; 실제로는, Y 축 방향에 직교하는 반사면을 갖는 Y 이동경 (혹은, 레트로 리플렉터) 과 X 축 방향에 직교하는 반사면을 갖는 X 이동경이 형성되어 있다) 에 측장 (測長) 빔을 조사하는 레티클 레이저 간섭계 (이하, 「레티클 간섭계」라고 한다 ; 16) 에 의해 예를 들어 0.25 ㎚ 정도의 분해능으로 항상 검출된다.
투영 유닛 (PU) 은, 레티클 스테이지 (RST) 의 도 1 에 있어서의 하방 (-Z 측) 에 배치되고, 도시 생략된 보디의 일부에 유지되어 있다. 투영 유닛 (PU) 은, 경통 (40) 과, 그 경통 (40) 에 유지된 복수의 광학 소자로 이루어지는 투영 광학계 (PL) 를 갖고 있다. 투영 광학계 (PL) 로는, 예를 들어, Z 축 방향과 평행한 광축 (AX) 을 따라 배열된 복수의 광학 소자 (렌즈 엘리먼트) 로 이루어지는 굴절 광학계가 사용되고 있다. 투영 광학계 (PL) 는, 예를 들어 양측 텔레센트릭으로, 소정의 투영 배율 (예를 들어 1/4 배, 1/5 배 또는 1/8 배 등) 을 갖는다. 이 때문에, 조명계 (10) 로부터의 조명광 (IL) 에 의해 조명 영역 (IAR) 이 조명되면, 투영 광학계 (PL) 의 제 1 면 (물체면) 과 패턴 면이 거의 일치되어 배치되는 레티클 (R) 을 통과한 조명광 (IL) 에 의해, 투영 광학계 (PL) 를 통하여 그 조명 영역 (IAR) 내의 레티클 (R) 의 회로 패턴의 축소 이미지 (회로 패턴의 일부 축소 이미지) 가, 투영 광학계 (PL) 의 제 2 면 (이미지면) 측에 배치되는, 표면에 레지스트 (감응제) 가 도포된 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 레티클 (R) 을 주사 방향 (Y 축 방향) 으로 상대 이동함과 함께, 노광 영역 (조명광 (IL)) 에 대해 웨이퍼 (W) 를 주사 방향 (Y 축 방향) 으로 상대 이동함으로써, 웨이퍼 (W) 상의 하나의 쇼트 영역 (구획 영역) 의 주사 노광이 실시되고, 그 쇼트 영역에 레티클 (R) 패턴이 전사된다. 즉, 본 실시형태에서는 조명계 (10), 레티클 (R) 및 투영 광학계 (PL) 에 의해 웨이퍼 (W) 상에 패턴이 생성되고, 조명광 (IL) 에 의한 웨이퍼 (W) 상의 감응층 (레지스트층) 의 노광에 의해 웨이퍼 (W) 상에 그 패턴이 형성된다.
경통 (40) 의 -Z 측 단부 (端部) 의 주위에는, 경통 (40) 의 하단면과 거의 동일면이 되는 높이에서, 스케일 판 (21) 이 XY 평면에 평행하게 배치되어 있다. 이 스케일 판 (21) 은, 본 실시형태에서는, 그 일부에 경통 (40) 의 -Z 측 단부가 삽입되는 원형의 개구, 및 후술하는 얼라이먼트계의 -Z 측 단부가 삽입되는 원형의 개구를 갖는 직사각형의 플레이트로 이루어지고, 도시 생략된 보디로부터 매달려 지지되어 있다. 스케일 판 (21) 의 하면 (-Z 측의 면) 에는, Y 축 방향을 주기 방향으로 하는 소정 피치, 예를 들어 1 ㎛ 의 격자와, X 축 방향을 주기 방향으로 하는 소정 피치, 예를 들어 1 ㎛ 의 격자로 이루어지는 반사형의 2 차원 회절 격자 (RG ; 도 4 및 도 5 참조) 가 형성되어 있다. 이 2 차원 회절 격자 (RG) 는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 이동 범위를 커버하고 있다.
웨이퍼 스테이지 장치 (50) 는, 플로어면 상에 복수 (예를 들어 3 개 또는 4개) 의 방진 기구 (도시 생략) 에 의해 거의 수평으로 지지된 스테이지 베이스 (12), 그 스테이지 베이스 (12) 의 상방에 배치된 웨이퍼 스테이지 (WST), 그 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 구동하는 웨이퍼 스테이지 구동계 (27 ; 도 1 에서는 일부만 도시, 도 6 참조), 및 후술하는 인코더 시스템 및 웨이퍼 레이저 간섭계 시스템 등을 구비하고 있다.
스테이지 베이스 (12) 는, 평판 형상의 외형을 갖는 부재로 이루어지고, 그 상면은 평탄도가 매우 높게 마무리되어, 웨이퍼 스테이지 (WST) 이동시의 가이드 면으로 되어 있다. 스테이지 베이스 (12) 의 내부에는, XY 2 차원 방향을 행 방향, 열 방향으로 하여 매트릭스 형상으로 배치된 복수의 코일 (14a) 을 포함하는 코일 유닛이 수용되어 있다.
웨이퍼 스테이지 (WST) 는, 도 1 에 나타낸 바와 같이, 스테이지 본체 (91) 와, 그 스테이지 본체 (91) 의 상방에 배치되고, 도시 생략된 Z·틸트 구동 기구에 의해, 스테이지 본체 (91) 에 대해 비접촉으로 지지된 웨이퍼 테이블 (WTB) 을 갖고 있다. 이 경우, 웨이퍼 테이블 (WTB) 은, Z·틸트 구동 기구에 의해, 전자력 등의 상 방향의 힘 (척력) 과, 자중을 포함하는 하 방향의 힘 (인력) 의 균형을 3 점에서 조정함으로써 비접촉으로 지지됨과 함께, Z 축 방향, θx 방향, 및 θy 방향의 3 자유도 방향으로 미소 구동된다. 스테이지 본체 (91) 의 바닥부에는, 슬라이더부 (91a) 가 형성되어 있다. 이 슬라이더부 (91a) 는, XY 평면 내에서 XY 2 차원 배열된 복수의 자석으로 이루어지는 자석 유닛과, 그 자석 유닛을 수용하는 케이스와, 그 케이스 바닥면의 주위에 형성된 복수의 에어 베어링을 갖고 있다. 자석 유닛은, 전술한 코일 유닛과 함께, 예를 들어 미국 특허 제5,196,745호 명세서 등에 개시된 로렌츠력 (전자력) 구동 방식의 평면 모터 (30) 를 구성하고 있다. 또한, 평면 모터 (30) 로는, 로렌츠력 (전자력) 구동 방식에 한정되지 않고, 가변 자기 저항 구동 방식의 평면 모터를 사용할 수도 있다.
웨이퍼 스테이지 (WST) 는, 상기 복수의 에어 베어링에 의해 스테이지 베이스 (12) 의 상방에 소정의 클리어런스, 예를 들어 수 ㎛ 정도의 클리어런스를 개재하여 부상 지지되고, 상기의 평면 모터 (30) 에 의해, X 축 방향, Y 축 방향 및 θz 방향으로 구동된다. 따라서, 웨이퍼 테이블 (WTB) 은, 스테이지 베이스 (12) 에 대해, 6 자유도 방향으로 구동할 수 있다.
본 실시형태에서는, 코일 유닛을 구성하는 각 코일 (14a) 에 공급되는 전류의 크기 및 방향이 주제어 장치 (20) 에 의해 제어된다. 평면 모터 (30) 와, 전술한 Z·틸트 구동 기구를 포함하여, 도 6 의 웨이퍼 스테이지 구동계 (27) 가 구성되어 있다. 또한, 평면 모터 (30) 로서, 자기 부상 방식의 평면 모터를 사용해도 된다.
웨이퍼 테이블 (WTB) 상에는, 도시하지 않은 웨이퍼 홀더를 개재하여 웨이퍼 (W) 가 탑재되고, 도시 생략된 척 기구에 의해 예를 들어 진공 흡착 (또는 정전 흡착) 되어 고정되어 있다.
또, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 XY 평면 내의 위치 정보는, 인코더 시스템 (70 ; 도 1 에서는 도시 생략, 도 6 참조) 에 의해 계측할 수 있도록 구성되어 있다. 이하, 인코더 시스템 (70) 의 구성 등에 대해 상세히 서술한다.
웨이퍼 테이블 (WTB) 상면에는, 도 2 의 평면도에 나타낸 바와 같이, 그 4 코너에 각각 인코더 헤드 (이하, 적절히, 헤드로 약술한다 ; 60A ∼ 60D) 가 장착 되어 있다. 이들 헤드 (60A ∼ 60D) 는, 도 3 에 헤드 (60C) 를 대표적으로 채택하여 도시된 바와 같이, 웨이퍼 테이블 (WTB) 에 각각 형성된 Z 축 방향의 관통공 내부에 수용되어 있다.
여기에서, 웨이퍼 테이블 (WTB) 일방의 대각선 상에 위치하는 1 쌍의 헤드 (60A, 60C) 는, Y 축 방향을 계측 방향으로 하는 헤드이다. 또, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 다른 일방의 대각선 상에 위치하는 1 쌍의 헤드 (60B, 60D) 는, X 축 방향을 계측 방향으로 하는 헤드이다. 헤드 (60A ∼ 60D) 의 각각으로는, 예를 들어 미국 특허 제7,238,931호 명세서, 및 국제 공개 제2007/083758호 팜플렛 등에 개시된 헤드 (인코더) 와 동일한 구성인 것이 사용된다. 단, 본 실시형태에서는, 후술하는 바와 같이 광원 및 광 검출기는 각 헤드의 외부에 형성되고, 광학계만이 각 헤드의 내부에 형성되어 있다. 그리고, 광원 및 광 검출기와 광학계는, 후술하는 광 파이버를 포함하는 광 통신 경로를 통하여 광학적으로 접속되어 있다.
헤드 (60A, 60C) 는, 스케일 판 (21) 에 계측 빔 (계측 광) 을 조사하고, 스케일 판 (21) 표면 (하면) 에 형성된 Y 축 방향을 주기 방향으로 하는 격자로부터의 회절 빔을 수광하여, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 Y 축 방향의 위치를 계측하는 Y리니어 인코더 (70A, 70C ; 도 6 참조) 를 각각 구성한다. 또, 헤드 (60B, 60D) 는, 스케일 판 (21) 에 계측 빔을 조사하고, 스케일 판 (21) 표면에 형성된 X 축 방향을 주기 방향으로 하는 격자로부터의 회절 빔을 수광하여, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 X 축 방향의 위치를 계측하는 X 리니어 인코더 (70B, 70D ; 도 6 참조) 를 각각 구성한다.
본 실시형태에서는, 도 3 의 원 (C) 내의 일부를 확대한 도 4 에 나타낸 바와 같이, 헤드 (60C) 는, 직경에 비해 높이가 낮은 원통 형상의 광학계 수용부 (22a) 와, 그 광학계 수용부 (22a) 의 하방에 Z 축 방향으로 연장 형성된 소정 길이의 원통 형상의 파이버 수용부 (22b) 의 2 부분을 갖는 하우징 (22) 을 갖고 있다. 파이버 수용부 (22b) 의 하단면의 외부에는, 짧은 도파로, 예를 들어 광 파이버 (62a, 62b) 의 일단부가 각각 노출되어 있다. 광 파이버 (62a, 62b) 의 타단은, 후술하는 바와 같이, 각각 광학계 수용부 (22a) 내부의 광학계에 접속되어 있다 (도 5 참조). 광 파이버 (62a, 62b) 의 일단에 각각 대향하여, 광 파이버 (24, 26) 의 일단이 각각 배치되어 있다. 또한, 도 4 에서는, 도시의 편의상, 광 파이버 (62a, 62b) 와 광 파이버 (24, 26) 사이의 간극이 실제보다 크게 도시되어 있다.
광 파이버 (24, 26) 는, 각각의 일단부가 Z 축과 평행해지도록, 스테이지 본 체 (91) 의 상단부에 돌출 형성된 파이버 유지부 (28) 에 의해 유지되어 있다. 광 파이버 (62a) 에 대향하여 일단이 배치된 광 파이버 (24) 는 송광 (送光) 용 파이버로, 그 광 파이버 (24) 의 타단은, 스테이지 본체 (91) 에 형성된 광원, 예를 들어 반도체 레이저 등에 광학적으로 접속되어 있다. 또, 광 파이버 (62b) 에 대향하여 일단이 배치된 광 파이버 (26) 는 수광용 파이버로, 스테이지 본체 (91) 에 형성된 편광자 (검광자) 및 광 검출기, 예를 들어 포토 멀티 플레이어·튜브 등을 포함하는 수광계 (도시 생략) 에 광학적으로 접속되어 있다.
여기에서, 헤드 (60C) 내부의 광학계의 개략 구성 등에 대해서, 도 5 에 기초하여 설명한다. 헤드 (60C) 의 광학계 수용부 (22a) 의 내부에는, 그 분리면이 XZ 평면과 평행한 편광 빔 스플리터 (PBS), 1 쌍의 반사 미러 (R1a, R1b), 렌즈 (L2a, L2b), 4 분의 1 파장판 (이하, λ/4 판이라고 기술한다 ; WP1a, WP1b), 및 반사 미러 (R2a, R2b) 등을 포함하는 광학계 (64) 가 수용되어 있다.
빔 스플리터 (PBS) 의 입사면에 대향하여 광 파이버 (62a) 의 타단면이 배치 되고, 빔 스플리터 (PBS) 의 사출면에 대향하여 광 파이버 (62b) 의 타단면이 배치되어 있다.
이 헤드 (60C) 에 의해 구성되는 Y 인코더 (70C) 에 있어서, 광원에서 사출된 레이저 빔 (LB ; 계측광) 은, 광 파이버 (24), 공기층, 및 광 파이버 (62a) 를 순차 통하여 편광 빔 스플리터 (PBS) 에 입사되고, 편광 분리되어 2 개의 빔 (LB1, LB2) 이 된다. 편광 빔 스플리터 (PBS) 를 투과한 빔 (LB1) 은 반사 미러 (R1a) 를 통하여 스케일 판 (21) 에 형성된 반사형의 2 차원 회절 격자 (RG) 에 도달하고, 편광 빔 스플리터 (PBS) 에서 반사된 빔 (LB2) 은 반사 미러 (R1b) 를 통하여 2 차원 회절 격자 (RG) 에 도달한다. 또한, 여기에서 「편광 분리」란, 입사 빔을 P 편광 성분과 S 편광 성분으로 분리하는 것을 의미한다.
빔 (LB1, LB2) 의 조사에 의해 회절 격자 (RG) 로부터 발생되는 소정 차수의 회절 빔, 예를 들어 1 차 회절 빔은 각각 렌즈 (L2b, L2a) 를 통하여 λ/4 판 (WP1b, WP1a) 에 의해 원 편광으로 변환된 후, 반사 미러 (R2b, R2a) 에 의해 반사 되어 다시 λ/4 판 (WP1b, WP1a) 을 통과하여, 왕로와 동일한 광로를 반대 방향을 따라 편광 빔 스플리터 (PBS) 에 도달한다.
편광 빔 스플리터 (PBS) 에 도달된 2 개의 빔은, 각각 그 편광 방향이 원래의 방향에 대해 90 도 회전하고 있다. 이 때문에, 먼저 편광 빔 스플리터 (PBS) 를 투과한 빔 (LB1) 의 1 차 회절 빔은, 편광 빔 스플리터 (PBS) 에서 반사되고, 광 파이버 (62b), 공기층, 및 광 파이버 (26) 를 순차 통하여 수광계에 입사됨과 함께, 먼저 편광 빔 스플리터 (PBS) 에서 반사된 빔 (LB2) 의 1 차 회절 빔은, 편광 빔 스플리터 (PBS) 를 투과하여 빔 (LB1) 의 1 차 회절 빔과 동축에 합성되어 광 파이버 (62b), 공기층, 및 광 파이버 (26) 를 순차 통하여 수광계에 입사된다.
그리고, 상기 2 개의 1 차 회절 빔은, 수광계의 내부에서, 검광자에 의해 편광 방향이 가지런해지고, 서로 간섭하여 간섭광이 되고, 이 간섭광이 광 검출기에 의해 검출되어, 간섭광의 강도에 따른 전기 신호로 변환된다.
상기의 설명에서 알 수 있는 바와 같이, Y 인코더 (70C ; 인코더 헤드 (60C)) 에서는, 간섭시키는 2 개의 빔의 공기 중에서의 광로 길이가 극히 짧고 또한 거의 동등하므로, 공기 요동의 영향을 거의 무시할 수 있다. 그리고, 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 계측 방향 (이 경우, Y 축 방향) 으로 이동하는, 즉 헤드 (60C) 가 스케일 판 (21 ; 2 차원 회절 격자 (RG)) 에 대해 계측 방향으로 상대 이동하면, 2 개의 빔 각각의 위상이 변화되어 간섭광의 강도가 변화된다. 이 간섭광의 강도 변화가 수광계에 의해 검출되고, 그 강도 변화에 따른 위치 정보가 Y 인코더 (70C) 의 계측값으로서 출력된다. 그 밖의 헤드 (60A, 60B, 60D ; 인코더 (70A, 70B, 70D)) 등도 헤드 (60C ; 인코더 (70C)) 와 동일하게 구성되어 있다.
또한, 상기에서는, 헤드 (60A ∼ 60D) 의 각각이 광 파이버 (62a, 62b) 를 갖고, 헤드 (60A ∼ 60D) 가 구비하는 광 파이버 (62a, 62b) 에 개별적으로 대응하여, 스테이지 본체 (91) 에 광 파이버 (24, 26) 가 합계로 8 개 형성되어 있는 것으로 하였다. 그러나, 이것에 한정되지 않고, 1 또는 복수의 광원으로부터의 광 (계측광) 을 헤드 (60A ∼ 60D) 가 각각 구비하는 광 파이버 (62a) 에 공중 전송으로 유도할 수 있고, 또한 헤드 (60A ∼ 60D) 가 각각 구비하는 광 파이버 (62b) 로부터의 광 (광 정보) 을 공중 전송으로 스테이지 본체 (91) 에 형성된 수광계에 개별적으로 또한 유도할 수 있는 것이면, 그 개수는 상관 없다. 예를 들어, 광 파이버 (24, 26) 대신에, 쌍 방향으로 광 전송할 수 있는 광 파이버 (예를 들어, 2 심 (芯) 의 광 파이버) 를 각 헤드에 1 개, 합계 4 개로, 스테이지 본 체 (91) 에 형성할 수도 있다.
동일한 취지에서, 파이버 수용부 (22b) 내의 광 파이버도 2 개의 광 파이버에 한정되지 않는다.
또, 본 실시형태에서는, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 위치는, 웨이퍼 레이저 간섭계 시스템 (이하, 「웨이퍼 간섭계 시스템」이라고 한다 ; 18) (도 6 참조) 에 의해, 인코더 시스템 (70) 과는 독립적으로 계측할 수 있도록 구성되어 있다.
웨이퍼 테이블 (WTB) 의 +Y 측의 면 (+Y 단면) 및 -X 측의 면 (-X 단면) 에는 각각 경면 (鏡面) 가공이 실시되어, 반사면 (17a, 17b) 이 형성되어 있다 (도 2 참조). 웨이퍼 간섭계 시스템 (18) 은, 반사면 (17a) 에 Y 축 방향의 측장 빔을 복수 조사하는 적어도 1 개의 Y 간섭계 (18Y) 와, 반사면 (17b) 에 1 또는 2 이상의 X 축 방향의 측장 빔을 조사하는 복수, 본 실시형태에서는 2 개의 X 간섭계 (18X1, 18X2) 를 구비하고 있다 (도 2 및 도 6 참조).
Y 간섭계 (18Y) 의 Y 축 방향에 관한 실질적인 측장 축은, 투영 광학계 (PL) 의 광축 (AX) 과 후술하는 얼라이먼트계 (ALG) 의 검출 중심을 통과하는 Y 축에 평행한 직선이다. Y 간섭계 (18Y) 는, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 Y 축 방향, θz 방향 및 θx 방향의 위치 정보를 계측한다.
또, X 간섭계 (18X1) 의 X 축 방향에 관한 실질적인 측장 축은, 투영 광학계 (PL) 의 광축 (AX) 를 통과하는 X 축에 평행한 직선이다. X 간섭계 (18X1) 는, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 X 축 방향, θy 방향 (및 θz 방향) 의 위치 정보를 계측 한다.
또, X 간섭계 (18X2) 의 측장 축은, 얼라이먼트계 (ALG) 의 검출 중심을 통과하는 X 축에 평행한 직선이다. X 간섭계 (18X1) 는, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 X 축 방향 및 θy 방향의 위치 정보를 계측한다.
또한, 예를 들어, 상기 반사면 (17a, 17b) 대신에, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 단부에 평면 미러로 이루어지는 이동경을 장착해도 된다. 또, 웨이퍼 테이블 (WTB) 에 XY 평면에 대해 45°경사진 반사면을 형성하고, 그 반사면을 통해 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 Z 축 방향의 위치를 계측하도록 해도 된다.
웨이퍼 간섭계 시스템 (18) 의 각 간섭계의 계측값은, 주제어 장치 (20) 에 공급된다 (도 6 참조). 단, 본 실시형태에서는, 웨이퍼 스테이지 (WST ; 웨이퍼 테이블 (WTB)) 의 XY 평면 내의 위치 정보 (θz 방향의 위치 정보 (회전 정보) 를 포함한다) 는 주로 상기 서술한 인코더 시스템 (70) 에 의해 계측되고, 간섭계 (18Y, 18X1, 18X2) 의 계측값은, 그 인코더 시스템 (70) 계측값의 장기적 변동 (예를 들어 스케일의 시간 경과적인 변형 등에 의한다) 을 보정 (교정) 하는 경우, 혹은 인코더 시스템의 출력 이상시의 백업용 등으로서 보조적으로 사용된다.
얼라이먼트계 (ALG) 는, 투영 광학계 (PL) 의 -Y 측에 소정 간격을 두고 배치되어 있다. 본 실시형태에서는, 얼라이먼트계 (ALG) 로서, 예를 들어 웨이퍼 상의 레지스트를 감광시키지 않는 브로드밴드 검출 광속 (光束) 을 대상 마크에 조사하고, 그 대상 마크로부터의 반사광에 의해 수광면에 결상 (結像) 된 대상 마크 의 이미지와 도시 생략된 지표 (각 얼라이먼트계 내에 형성된 지표판 상의 지표 패턴) 의 이미지를 촬상 소자 (CCD 등) 를 사용하여 촬상하고, 그들의 촬상 신호를 출력하는 화상 처리 방식의 FIA (Field Image Alig㎚ent) 계가 사용되고 있다. 얼라이먼트계 (ALG) 로부터의 촬상 신호는, 도 6 의 주제어 장치 (20) 에 공급된다.
또한, 얼라이먼트계 (ALG) 로는, FIA 계에 한정되지 않고, 예를 들어 코히런트한 검출 광을 대상 마크에 조사하고 그 대상 마크로부터 발생되는 산란광 또는 회절광을 검출하거나, 혹은 그 대상 마크로부터 발생되는 2 개의 회절광 (예를 들어 같은 차수의 회절광, 혹은 같은 방향으로 회절하는 회절광) 을 간섭시켜 검출하는 얼라이먼트 센서를 단독으로 혹은 적절히 조합하여 사용하는 것은 물론 가능하다.
그 외, 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에는, 투영 유닛 (PU) 의 근방에, 예를 들어 미국 특허 제5,448,332호 명세서 등에 개시된 바와 동일한 구성의 사입사 (斜入射) 방식의 다점 초점 위치 검출계 (이하, 다점 AF 계로 약술한다 ; AF) (도 1 에서는 도시 생략, 도 6 참조) 가 형성되어 있다. 다점 AF 계 (AF) 의 검출 신호는, 도시 생략된 AF 신호 처리계를 통하여 주제어 장치 (20) 에 공급된다 (도 6 참조). 주제어 장치 (20) 는, 다점 AF 계 (AF) 의 검출 신호에 기초하여, 복수의 검출점 각각에 있어서의 웨이퍼 (W) 표면의 Z 축 방향의 위치 정보를 검출하고, 그 검출 결과에 기초하여 주사 노광 중의 웨이퍼 (W) 의 이른바 포커스·레벨링 제어를 실행한다. 또한, 얼라이먼트 검출계 (ALG) 의 근방에 다점 AF 계를 형성하고, 웨이퍼 얼라이먼트시에 웨이퍼 표면의 면 위치 정보 (요철 정보) 를 사전에 취득하여, 노광시에는, 그 면 위치 정보와 웨이퍼 스테이지 상면의 Z 축 방향의 위치를 검출하는 다른 센서의 계측값를 사용하여, 웨이퍼 (W) 의 이른바 포커스·레벨링 제어를 실행하는 것으로 해도 된다.
노광 장치 (100) 는, 추가로 레티클 (R) 의 상방에 노광 파장의 광을 사용한 TTR (Through The Reticle) 얼라이먼트계로 이루어지는 1 쌍의 레티클 얼라이먼트 검출계 (13A, 13B ; 도 1 에서는 도시 생략, 도 6 참조) 를 구비하고 있다. 레티클 얼라이먼트 검출계 (13A, 13B) 의 검출 신호는, 도시 생략된 얼라이먼트 신호 처리계를 통하여 주제어 장치 (20) 에 공급된다.
도 6 에는, 노광 장치 (100) 의 스테이지 제어에 관련된 제어계가 일부 생략 되어 블록도로 도시되어 있다. 이 제어계는, 주제어 장치 (20) 를 중심으로 하여 구성되어 있다. 주제어 장치 (20) 는, CPU (중앙 연산 처리 장치), ROM (리드·온리·메모리), RAM (랜덤·액세스·메모리) 등으로 이루어지는 이른바 마이크로 컴퓨터 (또는 워크 스테이션) 를 포함하고, 장치 전체를 통괄하여 제어한다.
상기 서술한 바와 같이 하여 구성된 노광 장치 (100) 에서는, 디바이스 제조시에, 전술한 레티클 얼라이먼트 검출계 (13A, 13B), 웨이퍼 테이블 (WTB) 상의 도시 생략된 기준판 등을 사용하여, 통상적인 스캐닝·스텝퍼와 동일한 순서 (예를 들어, 미국 특허 제5,646,413호 명세서 등에 개시된 순서) 로, 레티클 얼라이먼트 및 얼라이먼트계 (ALG) 의 베이스 라인 계측이 실시되고, 이것과 전후하여 웨이퍼 얼라이먼트 (예를 들어 미국 특허 제4,780,617호 명세서 등에 개시된 인핸스드·글 로벌·얼라이먼트 (EGA) 등) 등이 실시된다.
그리고, 주제어 장치 (20) 에 의해, 베이스 라인의 계측 결과, 및 웨이퍼 얼라이먼트의 결과에 기초하여, 스텝·앤드·스캔 방식의 노광 동작이 실시되고, 웨이퍼 (W) 상의 복수의 쇼트 영역에 레티클 (R) 의 패턴이 각각 전사된다. 이 노광 동작은, 전술한 레티클 스테이지 (RST) 와 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 동기 이동을 실시하는 주사 노광 동작과, 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 쇼트 영역의 노광을 위한 가속 개시 위치로 이동시키는 쇼트간 이동 (스텝핑) 동작을 교대로 반복함으로써 실시된다.
상기의 주사 노광 중, 주제어 장치 (20) 는, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 XY 평면 내에 있어서의 위치 정보 (θz 방향의 회전 정보를 포함한다) 를, 인코더 시스템 (70) 을 사용하여 계측하면서, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 XY 평면 내의 위치를 제어함과 함께, 다점 AF 계 (AF) 의 계측값에 기초하여 도시 생략된 Z·틸트 구동 기구를 구동함으로써, 웨이퍼 (W) 의 노광 대상의 쇼트 영역의 일부 (노광 영역 (IA) 에 대응하는 영역) 를 투영 광학계 (PL) 의 초점 심도 내에 합치시키는, 웨이퍼 (W) 의 이른바 포커스·레벨링 제어를 실행한다. 이 때문에, 포커스·레벨링시에 웨이퍼 테이블 (WTB) 이 Z 축 방향, θx 방향, 및 θy 방향 중 적어도 하나의 방향으로 구동된다. 이 경우, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 Z 축 방향의 가동 스트로크는, 예를 들어 100 ㎛ (중립 위치에서 상하로 50 ㎛) 정도이기 때문에, 각 헤드의 장착 위치에서 보면, 웨이퍼 테이블 (WTB) 은 Z 축을 거의 따라 100 ㎛ 정도 이하의 스트로크로 구동되는 것에 지나지 않는다. 이 때문에, 예를 들어, 헤드 (60C) 에 대해 보면, 도 4 에 나타낸 상태를 기준으로 하여, 광 파이버 (62a, 62b) 의 단면과, 광 파이버 (24, 26) 의 단면의 간격이 최대한 100 ㎛ 정도 확장될 뿐이다. 따라서, 전술한 레이저 광 (LB) 의 광 파이버 (24, 62a) 간의 공중 전송, 및 빔 (LB1, LB2) 의 1 차 회절 빔의 광 파이버 (62b, 26) 간의 공중 전송은 거의 영향을 받는 경우가 없다. 그 밖의 헤드에 대해서도 마찬가지다.
따라서, 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에 의하면, 웨이퍼 (W) 의 이른바 포커스·레벨링 제어를 실행하면서, 인코더 시스템 (70) 의 각 인코더 계측 정보에 기초하여, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 XY 평면 내의 위치 (θz 방향의 회전을 포함한다) 를 고정밀도로 제어할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, 인코더 시스템 (70) 이, 웨이퍼 테이블 (WTB) 에 형성된 복수의 헤드 (60A ∼ 60D) 각각과 대향하고, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 스테이지 본체 (91) 에 일단부가 형성되고 또한 그 일단부에서 광축이 XY 평면에 직교하는 방향 (Z 축 방향) 과 실질적으로 평행해지는 광 파이버 (24, 26) 를 갖고 있다. 그리고, 헤드 (60A ∼ 60D) 의 각각, 보다 정확하게는, 헤드 (60A ∼ 60D) 가 그 내부에 구비하는 광 파이버 (62a, 62b) 와, 광 파이버 (24, 26) 의 일단부 사이에서 레이저 광 (LB), 빔 (LB1, LB2) 의 1 차 회절 빔의 공중 전송이 실시된다. 이 때문에, 스테이지 본체 (91) 가 XY 평면을 따라 (스테이지 베이스 (12) 의 상면을 따라) 이동함과 함께, 웨이퍼의 포커스·레벨링 제어를 위해, 웨이퍼 테이블 (WTB) 이 XY 평면에 직교하는 Z 축 방향, θx 방향, 및 θy 방향의 적어도 일 방향으로 미동해도, 헤드 (60A ∼ 60D) 의 각각은, 광 파이버 (24, 26) 의 단부에 있어서의 광축을 따른 방향 (Z 축 방향) 에 관해서 미동할 뿐이므로, 각 헤드와 광 파이버 (24, 26) 의 일단부 사이에서 레이저 광 (LB), 빔 (LB1, LB2) 의 1 차 회절 빔의 공중 전송을 지장없이 실시할 수 있다. 따라서, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 미동 영향을 받지 않고, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 XY 평면 내의 위치 정보를 양호한 정밀도로 계측할 수 있다.
또, 본 실시형태에 의하면, 웨이퍼 테이블 (WTB) 은, 도시 생략된 Z·틸트 구동 기구에 의해, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 스테이지 본체 (91) 에 비접촉으로 지지되어 있다. 이 때문에, 스테이지 본체 (91) 가 XY 평면을 따라 (스테이지 베이스 (12) 의 상면을 따라) 이동함과 함께, 웨이퍼 테이블 (WTB) 이 XY 평면에 직교하는 Z 축 방향, θx 방향, 및 θy 방향 중 적어도 일 방향으로 미동한 경우, 헤드 (60A ∼ 60D) 의 각각은, 광 파이버 (24, 26) 의 단부에 있어서의 광축을 따른 방향 (Z 축 방향) 에 관해서 본체부에 비접촉으로 미동할 뿐이다. 따라서, 각 헤드와 광 파이버 (24, 26) 의 일단부 사이에서 레이저 광 (LB), 빔 (LB1, LB2) 의 1 차 회절 빔의 공중 전송을 지장없이 실시할 수 있다. 이것에 더하여, 본 실시형태에서는, 웨이퍼 테이블 (WTB) 에 장착된 헤드 (60A ∼ 60D) 의 각각은, 광학계만을 내장하고 있으므로, 스테이지 본체 (91) 와 웨이퍼 테이블 (WTB) 에 장착된 헤드에 전원을 공급하기 위해, 혹은 헤드의 출력 신호를 통과시키기 위한 배선 등이 불필요하다. 따라서, 웨이퍼 테이블 (WTB) 에 인코더 헤드를 복수 장착해 도 특별히 지장은 생기지 않는다. 또, 헤드 (60A ∼ 60D) 에 대한 배선 등이 없기 때문에, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 Z·틸트 구동을, 배선의 장력 등의 악영향을 받지 않고 원활히 실시할 수 있다. 따라서, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 미동 영향을 받지 않고, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 XY 평면 내의 위치 정보를 양호한 정밀도로 구할 수 있고, 나아가서는 노광시의 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 XY 평면 내의 위치를 고정밀도로 제어하여, 웨이퍼 테이블 (WTB) 에 유지된 웨이퍼 (W) 에 대한 고정밀도의 노광이 가능해진다. 또, 열원이 되는 광원 및 광 검출기가 헤드 내에 존재하지 않기 때문에, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 열에 의한 영향을 경감시킬 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 헤드 (60A ∼ 60D) 의 외부 (스테이지 본체 (91)) 에 광원 및 수광계 (광 검출기를 포함한다) 를 배치하고, 이들 광원 및 수광계와 헤드 (60A ∼ 60D) 각각 사이에서 광 파이버 (24, 26) 를 통하여, 광원으로부터의 광 (계측광) 및 인코더 헤드로부터 광 검출기로 되돌아오는 광 (신호광 (광 정보)) 의 양자를 공중 전송하는 경우에 대해 설명했지만, 본 발명이 이것에 한정되는 것은 아니다.
<<제 2 실시형태>>
다음으로, 본 발명의 제 2 실시형태를 도 7 및 도 8 에 기초하여 설명한다. 여기에서, 전술한 제 1 실시형태와 동일 혹은 동등한 구성 부분에 대해서는, 동일한 부호를 사용함과 함께 그 설명을 생략한다. 본 제 2 실시형태의 노광 장치는, 전술한 제 1 실시형태의 노광 장치와 비교하여, 각 인코더 헤드의 내부 구성 의 일부가 상이함과 함께, 광 파이버 (26) 가 형성되어 있지 않은 점, 및 이것들에 수반되어, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 스테이지 본체 (91 ; 또는 그 밖의 인코더 헤드 외부의 적절한 장소) 에 수신 장치 (32) 가 형성되어 있는 점이 상위할 뿐이다. 따라서, 이하에서는, 이러한 차이점을 중심으로 하여 본 제 2 실시형태의 노광 장치에 대해 설명한다.
도 7 에, 헤드 (60C) 를 대표적으로 채택하여 나타낸 바와 같이, 그 하우징 (22) 의 파이버 수용부 (22b) 의 하단면 외부에는, 짧은 도파로, 예를 들어 광 파이버 (62a) 의 일단부만이 노출되어 있다. 이것에 대응하여, 스테이지 본체 (91) 의 파이버 유지부 (28) 에는, 송광용 파이버인 광 파이버 (24) 만이 광 파이버 (62a) 의 일단부에 대향하여 유지된다. 이 경우도, 광 파이버 (24) 는, 그 일단부가 Z 축과 평행해지도록, 파이버 유지부 (28) 에 의해 유지된다.
이와 같이, 본 제 2 실시형태에서는, 전술한 광 파이버 (62b) 및 수광용 파이버 (26) 는 형성되어 있지 않다.
도 8 에는, 본 제 2 실시형태에 있어서의 헤드 (60C) 의 하우징 (22) 내부 구성이 도시되어 있다. 하우징 (22) 의 광학계 수용부 (22a) 의 내부에는, 전술한 광학계 (64) 에 추가하여, 수광계 (광 검출기를 포함한다 ; 66) 가 수용되어 있다. 수광계 (66) 는, 빔 스플리터 (PBS) 의 사출면에 대향하여 배치되어 있다. 또, 하우징 (22) 의 파이버 수용부 (22b) 내부에는 송신 장치 (34) 가 수용되어 있다.
이와 같이 하여 구성된 헤드 (60C) 를 포함하는 Y 인코더 (70C) 에 의하면, 광원 (도시 생략) 에 광학적으로 접속된 광 파이버 (24 ; 도 7 참조) 와 헤드 (60C) 에 광학적으로 접속된 광 파이버 (62a) 를 통하여, 광원으로부터의 레이저 빔 (LB ; 계측광) 이 광학계 (64) 의 편광 빔 스플리터 (PBS) 에 유도된다. 그리고, 이 계측광은, 편광 빔 스플리터 (PBS) 에 의해 편광 분리되어, 2 개의 빔 (LB1, LB2) 이 된다. 그리고, 이들의 빔 (LB1, LB2) 은, 전술과 동일한 경로를 거쳐 2 차원 회절 격자 (RG) 에 도달한다.
빔 (LB1, LB2) 의 조사에 의해 회절 격자 (RG) 로부터 발생되는 소정 차수의 회절 빔, 예를 들어 1 차 회절 빔은 각각, 전술과 동일한 광로를 따라 편광 빔 스플리터 (PBS) 에 도달하고, 편광 빔 스플리터 (PBS) 에 의해 동축에 합성되어, 수광계 (66) 에 입사된다. 그리고, 상기 2 개의 1 차 회절 빔은, 수광계 (66) 의 내부에서, 검광자에 의해 편광 방향이 가지런해지고, 서로 간섭하여 간섭광이 되고, 이 간섭광이 광 검출기에 의해 검출되어, 간섭광의 강도에 따른 전기 신호로 변환된다. 그리고, 이 전기 신호가, 송신 장치 (34) 에 의해 변조되고, 그 변조 신호가 반송파에 실려, 무선으로 수신 장치 (32) 에 보내진다. 여기에서, 반송파로는 소정 주파수의 전파, 예를 들어 마이크로파, 혹은 광, 예를 들어 적외선 등을 사용할 수 있다. 즉, 송신 장치 (34) 로서 통상적인 무선 송신기, 마이크로파 송신기, 적외선 송신기 등을 사용할 수 있고, 수신 장치 (32) 로서, 이들에 대응된 수신기를 사용할 수 있다. 이 외, 상기 제 1 실시형태와 동일하게, 수광용 파이버인 광 파이버 (26) 를 파이버 유지부 (28) 에 유지시킴과 함께, 파이 버 수용부 (22b) 의 내부에, 송신 장치 (34) 의 출력단에 광학적으로 접속하여 짧은 도파로, 예를 들어 광 파이버를 형성한다. 그리고, 반송파로서 광을 사용하는 송신 장치 (34) 에 의해, 수광계 (66) 로부터 출력되는 간섭광의 강도에 따른 전기 신호를 변조하여, 그 변조 신호를 반송파 (광) 에 실은 광 정보를, 공기를 전송 매체로 한 광 전송 (광 통신) 에 의해, 송신 장치 (34) 의 출력단에 형성된 광 파이버와 스테이지 본체 (91) 측의 광 파이버 (26) 사이에서 공중 전송해도 된다.
그 밖의 헤드 (60A, 60B, 60D) 및 이것을 포함하는 인코더 (70A, 70B, 70D) 는, 상기 서술한 헤드 (60C) 및 인코더 (70C) 와 동일하게 구성되어, 동일하게 기능한다. 본 제 2 실시형태에 있어서도, 각 인코더의 계측값은, 주제어 장치 (20) 에 공급된다.
상기 서술한 바와 같이 하여 구성된 본 제 2 실시형태의 노광 장치에 의하면, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 미동 영향을 받지 않고, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 XY 평면 내의 위치 정보를 양호한 정밀도로 계측할 수 있는 것 외에, 전술한 제 1 실시형태의 노광 장치 (100) 와 동등한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 헤드의 하우징 내부에 반도체 레이저 등의 광원 및 집속 렌즈 등으로 이루어지는 조사계를 수용하는 구성을 채용하면, 광원에 대한 전력 공급을 위한 배선이 필요하게 된다. 그러나, 이러한 배선의 존재에 의한 영향을 무시할 수 있는 것이라면, 이와 같은 구성을 채용해도 상관없다. 이러한 구성을 채용한 경우, 각 헤드로부터의 복귀광 (즉, 상기 각 실시형태의 경우, 편광 빔 스플리터 (PBS) 에 의해 동축에 합성된 빔 (LB1) 의 1 차 회절 빔과 빔 (LB2) 의 1 차 회절 빔의 합성광) 을 처리하는 구성으로는, 상기 제 1 실시형태, 및 제 2 실시형태 중 어느 하나와 동일한 구성을 채용해도 된다.
또한, 상기 각 실시형태에서는, 인코더 시스템 (70) 이 1 쌍의 X 헤드와, 한 쌍의 Y 헤드를 구비한 경우에 대해 설명했지만, 본 발명이 이것에 한정되는 것은 아니다. 즉, 인코더 헤드의 수는 특별히 상관없지만, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 XY 평면 내의 위치 정보 (θz 방향의 회전을 포함한다) 를 계측하기 위해서는, X 헤드와 Y 헤드를 적어도 각 1 개 포함하여, 합계 3 개를 갖고 있으면 된다.
또한, 상기 각 실시형태에서는, 스캐닝·스텝퍼에 본 발명이 적용된 경우에 대해 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 스텝퍼 등의 정지형 노광 장치에 본 발명을 적용해도 된다. 스텝퍼 등이라도, 노광 대상의 물체가 탑재된 스테이지의 위치를 인코더로 계측함으로써, 간섭계를 사용하여 그 스테이지의 위치를 계측하는 경우와 달리, 공기 요동에서 기인하는 위치 계측 오차의 발생을 거의 영으로 할 수 있고, 인코더의 계측값에 기초하여, 스테이지를 고정밀도로 위치 결정하는 것이 가능해져, 결과적으로 고정밀도한 레티클 패턴의 물체 상으로의 전사가 가능해진다. 또, 쇼트 영역과 쇼트 영역을 합성하는 스텝·앤드·스티치 방식의 축소 투영 노광 장치에도 본 발명은 적용할 수 있다.
또, 상기 각 실시형태의 노광 장치에 있어서의 투영 광학계는 축소계 뿐만 아니라 등배 및 확대계 중 어느 것이어도 되고, 투영 광학계 (PL) 는 굴절계뿐만 아니라, 반사계 및 반사 굴절계 중 어느 것이어도 되고, 그 투영 이미지는 도립상 및 정립상 중 어느 하나여도 된다.
또, 조명광 (IL) 은, ArF 엑시머 레이저 광 (파장 193 ㎚) 에 한정되지 않고, KrF 엑시머 레이저 광 (파장 248 ㎚) 등의 자외광이나, F2 레이저 광 (파장 157 ㎚) 등의 진공 자외광이어도 된다. 예를 들어 미국 특허 7,023,610호 명세서에 개시되어 있는 바와 같이, 진공 자외광으로서 DFB 반도체 레이저 또는 파이버 레이저로부터 발진되는 적외역, 또는 가시역의 단일 파장 레이저 광을, 예를 들어 에르븀 (또는 에르븀과 이테르븀의 양방) 이 도핑된 파이버 앰프로 증폭시키고, 비선형 광학 결정을 사용하여 자외광에 파장 변환시킨 고조파를 사용해도 된다.
또, 상기 각 실시형태에서는, 노광 장치의 조명광 (IL) 으로는 파장 100 ㎚ 이상의 광에 한정되지 않고, 파장 100 ㎚ 미만의 광을 사용해도 되는 것은 말할 필요도 없다. 예를 들어, 연(軟) X 선 영역 (예를 들어 5 ∼ 15 ㎚ 의 파장역) 의 EUV (Extreme Ultraviolet) 광을 사용하는 EUV 노광 장치에 본 발명을 적용할 수 있다. 이 외에, 전자선 또는 이온 빔 등의 하전 입자선을 사용하는 노광 장치에도, 본 발명은 적용할 수 있다. 또한, 예를 들어 미국 특허 출원 공개 제2005/0259234호 명세서 등에 개시된, 투영 광학계와 웨이퍼 사이에 액체가 채워지는 액침형 노광 장치 등에 본 발명을 적용해도 된다.
또, 상기 각 실시형태에 있어서는, 광 투과성의 기판 상에 소정의 차광 패턴 (또는 위상 패턴·감광 (減光) 패턴) 을 형성한 광 투과형 마스크 (레티클) 를 사 용했지만, 이 레티클 대신에, 예를 들어 미국 특허 제6,778,257호 명세서에 개시되어 있는 바와 같이, 노광해야 할 패턴의 전자 데이터에 기초하여, 투과 패턴 또는 반사 패턴, 혹은 발광 패턴을 형성하는 전자 마스크 (가변 성형 마스크, 액티브 마스크, 혹은 이미지 제너레이터라고도 불리고, 예를 들어 비발광형 화상 표시 소자 (공간 광 변조기) 의 일종인 DMD (Digital Micro-mirror Device) 등을 포함한다) 를 사용해도 된다. 이러한 가변 성형 마스크를 사용하는 경우에는, 웨이퍼 또는 유리 플레이트 등이 탑재되는 스테이지가 가변 성형 마스크에 대해 주사되므로, 그 스테이지의 위치를 인코더를 사용하여 계측함으로써, 상기 실시형태와 동등한 효과를 얻을 수 있다.
또, 예를 들어 국제 공개 제2001/035168호 팜플렛에 개시되어 있는 바와 같이, 간섭 무늬를 웨이퍼 (W) 상에 형성함으로써, 웨이퍼 (W) 상에 라인·앤드·스페이스 패턴을 형성하는 노광 장치 (리소그래피 시스템) 에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 예를 들어 미국 특허 제6,611,316호 명세서에 개시되어 있는 바와 같이, 2 개의 레티클 패턴을 투영 광학계를 통해 웨이퍼 상에서 합성하고, 1 회의 스캔 노광에 의해 웨이퍼 상의 하나의 쇼트 영역을 거의 동시에 이중 노광하는 노광 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또, 물체 상에 패턴을 형성하는 장치는 전술한 노광 장치 (리소그래피 시스템) 에 한정되지 않고, 예를 들어 잉크젯 방식으로 물체 상에 패턴을 형성하는 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 상기 각 실시형태에서 패턴을 형성해야 할 물체 (에너지 빔이 조사되는 노광 대상의 물체) 는 웨이퍼에 한정되는 것이 아니고, 유리 플레이트, 세라믹 기판 필름 부재, 혹은 마스크 블랭크스 등 다른 물체여도 된다.
노광 장치의 용도로는 반도체 제조용의 노광 장치에 한정되지 않고, 예를 들어, 각형 (角型) 의 유리 플레이트에 액정 표시 소자 패턴을 전사하는 액정용 노광 장치나, 유기 EL, 박막 자기 헤드, 촬상 소자 (CCD 등), 마이크로 머신 및 DNA 칩 등을 제조하기 위한 노광 장치에도 널리 적용할 수 있다. 또, 반도체 소자 등의 마이크로 디바이스 뿐만 아니라, 광 노광 장치, EUV 노광 장치, X 선 노광 장치, 및 전자선 노광 장치 등에서 사용되는 레티클 또는 마스크를 제조하기 위해서, 유리 기판 또는 실리콘 웨이퍼 등에 회로 패턴을 전사하는 노광 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 본 발명의 이동체 시스템은 노광 장치에 한정되지 않고, 그 밖의 기판의 처리 장치 (예를 들어, 레이저 리페어 장치, 기판 검사 장치 그 외), 혹은 그 밖의 정밀 기계에 있어서의 시료의 위치 결정 장치, 와이어 본딩 장치 등의 이동 스테이지를 구비한 장치에도 널리 적용할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서 인용한 노광 장치 등에 관한 모든 공보, 국제 공개 팜플렛, 미국 특허 출원 공개 명세서 및 미국 특허 명세서의 개시를 원용하여 본 명세서 기재의 일부로 한다.
또한, 반도체 디바이스는, 디바이스의 기능·성능 설계를 실시하는 단계, 이 설계 단계에 기초한 레티클을 제조하는 단계, 실리콘 재료로 웨이퍼를 제조하는 단 계, 상기 실시형태의 노광 장치에서, 마스크에 형성된 패턴을 웨이퍼 등의 물체 상에 전사하는 리소그래피 단계, 노광된 웨이퍼 (물체) 를 현상하는 현상 단계, 레지스트가 잔존하는 부분 이외의 부분의 노출 부재를 에칭에 의해 제거하는 에칭 단계, 에칭이 완료되어 불필요해진 레지스트를 제거하는 레지스트 제거 단계, 디바이스 조립 단계 (다이싱 공정, 본딩 공정, 패키지 공정을 포함한다), 검사 단계 등을 거쳐 제조된다. 이 경우, 리소그래피 단계에서, 상기 실시형태의 노광 장치가 사용되므로, 고집적도의 디바이스를 양호한 수율로 제조할 수 있다.
산업상이용가능성
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 이동체 시스템은, 이동체의 위치를 양호한 정밀도로 관리하는 데 적합하다. 본 발명의 노광 장치는, 반도체 소자 및 액정 표시 소자 등의 전자 디바이스 등을 제조하는 데 적합하다. 또, 본 발명의 계측 장치는, 스테이지 어셈블리의 위치를 양호한 정밀도로 계측하는 데 적합하다.

Claims (21)

  1. 소정 평면을 따라 이동하는 이동체를 포함하는 이동체 시스템으로서,
    상기 소정 평면을 따라 이동하는 본체부와, 그 본체부 상에서, 적어도 상기 소정 평면에 직교하는 방향 및 상기 소정 평면에 대한 경사 방향으로 미동 (微動) 가능한 테이블 부재를 갖는 이동체와 ;
    상기 테이블 부재에 형성된 복수의 인코더 헤드를 갖고, 상기 이동체의 외부에 상기 소정 평면과 실질적으로 평행하게 배치된 그레이팅부에 대향하는 복수의 인코더 헤드 중 적어도 1 개의 인코더 헤드의 출력에 기초하여, 상기 소정 평면 내에 있어서의 상기 이동체의 위치 정보를 계측하는 계측 장치를 구비하고,
    상기 계측 장치는, 상기 복수의 인코더 헤드 각각과 그 외부의 구성 부분 사이에서, 무선 통신으로 계측광 및/또는 신호의 송수신을 실시하는 송수신 장치를 갖고,
    상기 송수신 장치는, 상기 복수의 인코더 헤드 각각과 각각 대향하여 상기 본체부에 단부가 형성되고 또한 상기 단부에서 광축이 상기 소정 평면에 직교하는 방향과 실질적으로 평행해지는 복수의 광 파이버를 갖고,
    상기 복수의 인코더 헤드 각각과, 대향하는 상기 광 파이버의 단부 사이에서, 계측광의 송수신 및 신호광의 공중 전송 중 적어도 하나가 실시되는, 이동체 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 송수신 장치는, 대향하는 상기 인코더 헤드 각각에 대해 상기 복수의 광 파이버의 각각을 통한 계측광을 공급하는, 이동체 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 계측 장치는, 상기 복수의 인코더 헤드 각각으로부터 대향하는 상기 광 파이버의 각각에 공중 전송되는 광 정보를 검출하는, 이동체 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 송수신 장치는, 상기 각 인코더 헤드와의 사이에서 무선으로 통신을 실시하고, 상기 각 인코더 헤드의 출력 신호를 수신하는 수신 장치를 갖는, 이동체 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 수신 장치는, 상기 복수의 인코더 헤드 각각과의 사이에서, 마이크로파 또는 적외선을 사용하여 통신을 실시하는, 이동체 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 테이블 부재는 평면에서 볼 때 직사각형의 부재로 이루어지고, 상기 테이블 부재의 4 코너부에 각각 상기 인코더 헤드가 배치되어 있는, 이동체 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 그레이팅부는, 상기 이동체의 이동 범위를 커버하는 2 차원 격자를 포함하는, 이동체 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 소정 평면 내에서 상기 본체부를 구동하는 평면 모터를 포함하는, 상기 이동체의 구동 시스템을 추가로 구비하는, 이동체 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 테이블 부재는, 상기 본체부에 비접촉으로 지지되는, 이동체 시스템.
  11. 물체에 패턴을 형성하는 패턴 형성 장치로서,
    상기 물체가, 테이블 부재 상에 탑재되는, 제 1 항에 기재된 이동체 시스템과 ;
    상기 테이블 부재 상에 탑재된 물체 상에 패턴을 생성하는 패터닝 장치를 구비하는, 패턴 형성 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 물체는 감응층을 갖고, 상기 패터닝 장치는, 에너지 빔의 조사에 의한 상기 감응층의 노광에 의해 상기 물체 상에 패턴을 생성하는, 패턴 형성 장치.
  13. 에너지 빔의 조사에 의해 물체에 패턴을 형성하는 노광 장치로서,
    상기 물체에 상기 에너지 빔을 조사하는 패터닝 장치와 ;
    상기 물체가 테이블 부재 상에 탑재되는, 제 1 항에 기재된 이동체 시스템을 구비하고,
    상기 에너지 빔과 상기 물체의 상대 이동을 위해서, 상기 물체가 탑재되는 이동체의 구동을 실시하는, 노광 장치.
  14. 에너지 빔으로 물체를 노광하는 노광 장치로서,
    상기 물체를 유지하고, 소정 평면에 직교하는 방향에 관해서 가동 (可動) 의 테이블 부재와, 그 테이블 부재를 비접촉으로 지지하고, 상기 소정 평면에 평행한 방향으로 이동하는 본체부를 갖는 스테이지 어셈블리와 ;
    상기 테이블 부재가 대향하여 배치되고, 상기 소정 평면과 실질적으로 평행하게 형성되는 그레이팅부와 ;
    상기 테이블 부재에 형성되는 복수의 인코더 헤드와, 상기 복수의 인코더 헤드 각각과 그 외부의 구성 부분 사이에서, 무선 통신으로 계측광 및/또는 신호의 송수신을 실시하는 송수신 장치를 갖고, 상기 그레이팅부에 대향하는, 상기 복수의 인코더 헤드 중 적어도 1 개의 상기 인코더 헤드의 출력에 기초하여, 상기 소정 평면 내에서의 상기 테이블 부재의 위치 정보를 계측하는 계측 장치를 구비하고,
    상기 송수신 장치는, 상기 복수의 인코더 헤드 각각과 대향하여 상기 본체부에 단부가 형성되고 또한 상기 단부에서 광축이 상기 소정 평면에 직교하는 방향과 실질적으로 평행해지는 복수의 광 파이버를 갖고,
    상기 복수의 인코더 헤드 각각과, 대향하는 상기 광 파이버의 단부 사이에서, 계측광의 송수신 및 신호광의 공중 전송 중 적어도 하나가 실시되는, 노광 장치.
  15. 삭제
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 스테이지 어셈블리는, 상기 테이블 부재를 6 자유도 방향으로 이동할 수 있는, 노광 장치.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 테이블 부재는, 상기 소정 평면에 직교하는 방향과, 상기 소정 평면에 평행한 면내의 직교 2 축 둘레의 회전 방향을 포함하는 적어도 3 자유도 방향으로 가동인, 노광 장치.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 스테이지 어셈블리는, 상기 소정 평면내에서 상기 본체부를 구동하는 평면 모터를 포함하는, 노광 장치.
  19. 제 13 항, 제 14 항, 제 16 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 기재된 노광 장치를 사용하여 물체를 노광하는 것과 ;
    상기 노광된 물체를 현상하는 것을 포함하는, 디바이스 제조 방법.
  20. 스테이지 어셈블리에 의해 유지되는 물체를 에너지 빔으로 노광하는 노광 장치에 형성되고, 상기 물체의 소정 평면 내에서의 위치 정보를 계측하는 계측 장치로서,
    상기 스테이지 어셈블리 중 상기 물체를 유지하고 또한 상기 소정 평면에 직교하는 방향에 관해서 가동의 테이블 부재에 형성되는 복수의 인코더 헤드와 ;
    상기 스테이지 어셈블리 중 상기 테이블 부재를 비접촉으로 지지하고 또한 상기 소정 평면에 평행한 방향으로 이동하는 본체부에 적어도 일부가 형성되고, 상기 복수의 인코더 헤드 각각과 그 외부의 구성 부분 사이에서, 무선 통신으로 계측광 및/또는 신호의 송수신을 실시하는 송수신 장치를 구비하고,
    상기 스테이지 어셈블리의 외부에 상기 소정 평면과 실질적으로 평행하게 형성되는 그레이팅부에 대향하는, 상기 복수의 인코더 헤드 중 적어도 1 개의 상기 인코더 헤드의 출력에 기초하여, 상기 소정 평면 내에서의 상기 테이블 부재의 위치 정보를 계측하고,
    상기 송수신 장치는, 상기 복수의 인코더 헤드 각각과 각각 대향하여 상기 본체부에 단부가 형성되고 또한 상기 단부에서 광축이 상기 소정 평면에 직교하는 방향과 실질적으로 평행해지는 복수의 광 파이버를 갖고,
    상기 복수의 인코더 헤드 각각과 대향하는 상기 광 파이버의 단부 사이에서, 계측광의 송수신 및 신호광의 공중 전송 중 적어도 하나가 실시되는, 계측 장치.
  21. 삭제
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