KR20010033118A

KR20010033118A - 스테이지 장치 및 노광장치

Info

Publication number: KR20010033118A
Application number: KR1020007006488A
Authority: KR
Inventors: 다니구찌데쯔오; 가미야사부로
Original assignee: 오노 시게오; 가부시키가이샤 니콘
Priority date: 1997-12-18
Filing date: 1998-12-17
Publication date: 2001-04-25
Also published as: EP1041357A4; WO1999031462A1; EP1041357A1; AU1682899A

Abstract

반도체 소자 등을 제조할 때에 사용되는 노광장치에 바람직한, 이동 범위가 위치 계측용 간섭계의 계측 범위보다도 넓고, 그 위치가 고정밀도로 계측되는 스테이지 장치이다. 가동 스테이지 (WST) 가 레이저 간섭계 (15X1, 15X2, 15Y) 로부터의 레이저 빔이 조사되지 않는 위치에서 이동하고, 그 레이저 간섭계의 계측범위 내에 들어갔을 때 기준 마크 (MA) 의 위치를 웨이퍼 얼라인먼트 센서에 의해 계측하여 그 계측 결과에 근거하여 그 레이저 간섭계의 설계값을 보정한다. 또, 다른 가동 스테이지 (14) 가 그 레이저 간섭계의 계측범위 내에 들어갔을 때에도 마찬가지로 기준 마크 (MB) 의 위치를 웨이퍼 얼라인먼트 센서에 의해 그 계측결과에 근거하여 레이저 간섭계의 계측값을 보정한다.

Description

스테이지 장치 및 노광장치{STAGE DEVICE AND EXPOSURE APPARATUS}

반도체 소자 등을 제조할 때에 사용되는 일괄노광형 (스테퍼형) 또는 주사노광형 (스텝 앤드 스캔 방식 등) 의 노광장치에는 높은 노광정밀도가 요구되고 있다. 따라서, 종래부터 노광장치에서는 마스크로서의 레티클을 탑재하여 위치 결정하는 레티클 스테이지, 또는 기판으로서의 웨이퍼를 탑재하여 2 차원 이동하는 웨이퍼 스테이지에는 각각 그 측면에 이동거울이 고정되어 있고, 레이저 간섭계 등의 간섭계로부터 그 이동거울에 계측빔을 조사함으로써 해당 스테이지의 이동량이 항상 연속적으로 측정되며, 이 측정값에 근거하여 고정밀도로 스테이지의 위치 결정을 할 수 있게 되어 있다. 이러한 스테이지 장치에서는, 통상적으로는 가동 스테이지의 2 차원 방향의 이동성분 및 회전성분이라는 3 자유도의 변위계측을 3 축의 간섭계에 의해 실현하고 있다.

그런데, 이러한 종래의 스테이지 장치에서는 가동 스테이지의 최대 이동범위 (가동범위) 의 모든 영역에서 각 간섭계로부터의 측정빔이 항상 이동거울에 각각 조사되어 있어야 하므로, 이동거울은 가동 스테이지가 이동하더라도 각 간섭계로부터의 측정빔을 계속 반사하도록 그 치수는 가동범위보다 크게 해 두어야 했다.

따라서, 가동 스테이지의 가동범위를 확대하고자 하면 대형 이동거울이 필요해지고, 그와 함께 스테이지 전체의 형상도 커지지 않을 수 없어, 스테이지가 무거워져 고속으로 이동시키는 것이 곤란해진다는 문제가 생긴다. 또, 대형 이동거울을 소정 평면도로 가공하기 위해서는 막대한 기술적 곤란이 따르며, 또 큰 이동거울에 휘는 일이 발생하지 않게 하여 가동 스테이지의 측면에 고정하는 것도 기술적으로는 많은 곤란이 있다. 그런데, 이동거울의 평면도 저하는 간섭계에 의한 스테이지의 위치 결정 정밀도 저하에 직접적으로 이어지기 때문에, 최종적으로 가동 스테이지의 가동범위를 제한하지 않을 수 없다는 문제가 발생하고 있다.

이러한 문제를 해결하기 위한 스테이지 장치로서, 예를 들어 일본 공개특허공보 평7-253304 호에 개시되어 있는 것이 있다. 이 개시된 스테이지 장치는 가동 스테이지 변위의 자유도 수 (예를 들어, 3 자유도로 한다) 보다도 많은 수의 간섭계 (예를 들어 4 축) 를 설치함으로써 하나의 간섭계에서 나오는 측정빔이 이동거울의 측정범위에서 벗어나더라도 나머지 간섭계에 의해 해당 스테이지의 이동 자유도분을 측정할 수 있도록 하고 있다. 그리고, 이동거울에서 벗어난 그 하나의 간섭계의 측정범위 내에 다시 이동거울이 들어가면, 나머지 간섭계에서의 측정값을 그 하나의 간섭계의 초기값으로 설정하는 것에 의해 그 하나의 간섭계에 의해 가동 스테이지의 이동양을 측정할 수 있도록 하여, 이동거울의 크기를 가동 스테이지의 가동범위보다도 작게 하고 있다.

또, 이들 노광장치에서는 항상 적정한 노광량이며 높은 결상 특성을 유지한 상태에서 노광을 해야 하므로, 레티클의 위치 결정을 하는 레티클 스테이지, 또는 웨이퍼의 위치 결정을 하는 웨이퍼 스테이지에는 노광광의 조도 등의 상태 및 투영배율 등의 결상 특성을 계측하기 위한 계측장치가 구비되어 있다. 예를 들어 웨이퍼 스테이지에 구비되어 있는 계측장치로는, 투영광학계에 대한 노광광의 입사 에너지를 계측하기 위한 조사량 모니터, 및 투영 이미지의 위치나 콘트라스트 등을 계측하기 위한 공간 이미지 검출계 등이 있다. 한편, 레티클 스테이지 상에 구비되어 있는 계측장치로는, 예를 들어 투영광학계의 결상 특성 계측용으로 이용되는 지표마크가 형성된 기준판이 있다.

상기와 같이 종래의 노광장치에서는 레티클 스테이지 또는 웨이퍼 스테이지에 형성된 계측장치를 이용하여, 노광량의 적정화가 도모되며 동시에 높은 결상 특성이 유지되고 있었다. 이에 반하여 최근의 노광장치에는 반도체 소자 등을 제조할 때 노광공정의 스루풋 (생산성) 을 높일 것도 요구되고 있다. 스루풋을 향상시키기 위한 방법으로는, 단위시간당 노광 에너지를 증가시키는 방법 외에, 스테이지의 구동속도를 크게 하고, 일괄노광형에서는 스테핑 시간을 단축하며, 주사노광형에서는 스테핑 시간 및 주사노광 시간을 단축하는 방법이 있다.

이와 같이 스테이지의 구동속도를 향상시키기 위해서는 스테이지계가 동일한 크기인 경우에는 출력이 더 큰 구동모터를 사용하면 되고, 반대로 종래와 같은 출력의 구동모터로 구동속도를 향상시키기 위해서는 스테이지계를 소형화, 경량화해야 한다. 그런데, 전자와 같이 출력이 큰 구동모터를 사용하면, 그 구동모터에서 발생하는 열량이 증대한다. 이렇게 증대한 열량은 스테이지계의 미묘한 열변형을 발생시켜 노광장치에서 요구되고 있는 높은 위치 결정 정밀도를 얻을 수 없게 될 우려가 있다. 그래서, 위치 결정 정밀도의 열화를 방지하고 구동속도를 향상시키기 위해서는 후자와 같이 스테이지계를 가능한 한 소형화, 경량화할 것이 요구된다.

특히, 주사노광형 노광장치에서는 구동속도의 향상에 의해 주사노광시간도 단축되고 스루풋이 크게 개선됨과 동시에, 스테이지계의 소형화에 의해 레티클과 웨이퍼 간의 동기 정밀도도 향상하며 결상 성능이나 중첩 정밀도도 향상한다는 커다란 이점이 있다. 그런데, 종래와 같이 레티클 스테이지, 또는 웨이퍼 스테이지에 각종 계측장치가 구비되어 있는 경우에는 스테이지를 소형화하는 것은 곤란하다.

그리고, 레티클 스테이지 또는 웨이퍼 스테이지에 노광광의 상태 또는 결상 특성 등을 계측하기 위한 계측장치가 구비되어 있는 경우, 그 계측장치에는 통상 증폭기와 같은 열원이 부속되어 있고, 동시에 계측 도중에 노광광의 조사에 의해 그 계측장치의 온도가 점차로 상승한다. 그 결과, 레티클 스테이지 또는 웨이퍼 스테이지가 미묘하게 열변형하고, 위치 결정 정밀도나 중첩 정밀도 등이 열화할 우려도 있다. 현재에는 계측장치의 온도 상승에 의한 위치 결정 정밀도 등의 열화는 약간이지만, 이후 반도체 소자 등의 회로패턴이 더욱 미세화함에 따라서 계측장치 온도상승의 영향을 억제할 필요성이 높아진다고 예상된다.

이것에 관해서, 상술한 일본 공개특허공보 평7-253304 호에 개시된 스테이지 장치를 사용함으로써 가동 스테이지의 가동범위에 비해 이동거울의 길이를 작게 할 수 있지만, 이 경우에도 가동 스테이지 자체의 소형화에는 그다지 기여할 수 없다. 따라서, 노광공정의 스루풋 향상 및 노광광의 조사열 영향의 경감을 위해서는 별도의 연구가 필요하다.

또, 노광장치, 특히 투영노광장치에서는 스루풋 향상 외에 해상도, 초점심도 (DOF : Depth of Forcus) 및 선폭 제어 정밀도 등을 향상시킬 것도 요구되고 있다. 여기서, 노광파장을 λ라 하고 투영광학계의 개구수를 N.A. 라 하면, 해상도 (R) 는 λ/N.A. 에 비례하고, 초점심도 (DOF) 는 λ/(N.A.)²에 비례한다. 따라서, 해상도 (R) 를 향상시키기 (R 의 값을 작게 한다) 위해서 단순히 노광파장 (λ) 을 작게 하고 개구수 (N.A.) 를 크게 하면 초점심도 (DOF) 가 너무 작아지고 만다.

이에 관하여, 디바이스를 제조하기 위해서는 라인·앤드·스페이스 (L/S) 패턴과 같은 주기적 패턴 및 컨택트 홀 (CH) 패턴과 같은 고립적 패턴 등이 결합된 패턴을 웨이퍼 상에 형성해야 한다. 그리고, 최근 예를 들어 주기적 패턴에 관해서는 일본 공개특허공보 평4-225514 호에 개시된 바와 같이, 소위 변형조명법에 의해 초점심도를 좁히지 않고 해상도를 향상시키는 기술이 개발되어 있다. 또, 위상 시프트 레티클법도 개발되어 있다. 마찬가지로, 고립적 패턴에 관해서도 예를 들어 조명광의 코히런스 팩터를 제어하는 등의 방법으로 실질적으로 초점심도 등을 향상시키는 기술이 개발되어 있다.

이러한 기술 동향을 배경으로 하여 실질적으로 초점심도를 너무 얕게 하지 않고 해상도를 향상시키는 방법으로서 2 중 노광법이 다시 주목받고 있다. 즉, 2 중 노광법을 적용하면 어떤 레이어용 레티클 패턴을 종류에 따라 복수의 레티클 패턴으로 분할하여, 각각을 알맞은 조명조건 및 노광조건으로 거듭 노광함으로써 전체적으로 넓은 초점심도 및 높은 해상도를 얻을 수 있다. 최근에는 이 2 중 노광법을 KrF 엑시머 레이저, 그리고 ArF 엑시머 레이저를 노광광으로서 이용하는 투영노광장치에 적용하고, 예를 들어 선폭이 0.1 ㎛ 까지인 L/S 패턴을 포함하는 장치의 패턴을 노광하려고 하는 시도도 검토되고 있다.

그런데, 이 2 중 노광법을 1 대의 웨이퍼 스테이지를 가지는 투영노광장치에 적용하고자 하면, 얼라인먼트나 노광 등의 공정을 시리얼하게 반복하여 실행해야 하므로, 스루풋이 대폭 열화한다는 문제점이 있다. 그래서, 스루풋을 높이기 위해 웨이퍼 스테이지를 복수 대 형성하고 얼라인먼트와 노광을 병렬적으로 실행할 수 있도록 한 투영노광장치도 제안되어 있다. 그러나, 이와 같이 복수 대의 웨이퍼 스테이지를 형성하는 경우, 각 웨이퍼 스테이지의 가동 스테이지의 위치를 단순히 간섭계로 계측하면 각 가동 스테이지가 크게 이동할 때 대응하는 간섭계의 계측빔이 도중에 끊기기 때문에, 각 가동 스테이지를 예를 들어 교대로 노광위치에 위치 결정할 때 각 가동 스테이지를 신속하게 재현성을 가지는 상태로 위치 결정하는 것이 곤란하다는 문제가 있었다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여, 복수의 기능을 가진 스테이지 장치에 있어서, 그 복수의 기능을 실행할 수 있는 상태에서 가동부를 소형화하고 그 가동부를 고속으로 이동시킬 수 있음과 동시에, 그 가동부의 위치를 재현성을 가진 상태에서 높은 정밀도로 계측할 수 있는 스테이지 장치를 제공하는 것을 제 1 목적으로 한다.

본 발명은, 2 중 노광 등을 하기 위해 복수의 가동부를 형성한 경우에 각 가동부를 각각 목표로 하는 위치에 재현성을 가진 상태로 신속하게 위치 결정할 수 있는 스테이지 장치를 제공하는 것을 제 2 목적으로 한다.

본 발명은, 이와 같은 스테이지 장치를 구비하여 레티클의 패턴을 전사할 때의 특성, 또는 투영광학계의 결상 특성 등을 계측하는 기능을 유지한 상태로 레티클 또는 웨이퍼를 위치 결정하기 위한 가동부를 소형화할 수 있는 노광장치를 제공하는 것을 제 3 목적으로 한다.

본 발명은, 이와 같은 스테이지 장치를 구비하여 높은 스루풋으로 2 중 노광법 등을 실시할 수 있는 노광장치를 제공하는 것을 제 4 목적으로 한다.

본 발명은, 이와 같은 스테이지 장치를 이용하여 신속하게 위치 결정을 할 수 있는 위치 결정 방법을 제공하는 것을 제 5 목적으로 한다.

본 발명은, 이동거울 (또는 이것과 등가인 거울면) 의 폭보다도 넓은 범위에서 간섭계 방식으로 고정밀도로 위치계측을 할 수 있고, 그 결과로서 가동부를 소형화할 수 있는 스테이지 장치, 그 스테이지 장치를 구비한 노광장치 및 그 스테이지 장치를 이용한 위치 결정 방법을 제공하는 것을 제 6 목적으로 한다.

또, 본 발명은 상기 노광장치를 이용한 장치의 제조방법을 제공하는 것도 목적으로 한다.

발명의 개시

본 발명에 의한 제 1 스테이지 장치는, 소정 이동면을 따라 서로 독립적으로 이동이 자유롭게 배치된 복수의 가동 스테이지 (WST, 14), 및 그 복수의 가동 스테이지 중 하나의 가동 스테이지의 위치를 소정의 계측범위 내에서 계측하는 제 1 측정계 (15X1, 15X2, 15Y) 을 구비한 스테이지 장치로서, 그 복수의 가동 스테이지 각각에 대하여 이 가동 스테이지의 그 계측범위 내에 있는 소정의 기준위치로부터의 위치 어긋남량, 또는 그 기준위치에 대한 합치도를 계측하는 제 2 측정계 (16, 17A, 17B) 를 구비하고, 그 제 2 측정계의 계측결과에 근거하여 그 제 1 측정계의 계측값을 보정하는 것이다.

이러한 본 발명의 제 1 스테이지 장치에 의하면, 예를 들어 노광 및 특성계측 등의 복수의 기능을 실행하는 경우, 각 기능마다 (또는 복수의 기능군마다) 에 가동 스테이지를 할당하여 복수의 가동 스테이지 (가동부) 를 형성한다. 이로써 각 가동 스테이지는 소형화할 수 있어 각각 고속으로 구동할 수 있게 된다. 그런데, 단순히 복수의 가동 스테이지를 형성하고 그 제 1 측정계로서 상대변위 측정계, 예를 들어 1 축 레이저 간섭계를 형성한 경우에는, 각 가동 스테이지가 크게 이동하면 레이저 간섭계의 계측빔이 도중에 끊어지기 때문에 어떤 원점설정 동작이 필요하게 된다. 그래서, 본 발명에서는 일종의 절대값 측정계로서 그 제 2 측정계 (16, 17A, 17B) 를 형성하였다.

그리고, 그 복수의 가동 스테이지 중 하나의 가동 스테이지 (WST) 가 그 제 1 측정계 계측범위의 외부에서 그 계측범위 내에 들어갔을 때 그 제 2 측정계 (절대값 측정계) 에 의해 그 가동 스테이지의 그 계측범위 내의 소정 기준위치로부터의 위치 어긋남량을 계측하고, 예를 들어 이 위치 어긋남량을 그 제 1 측정계의 계측값에 프리셋함으로써 그 제 1 측정계의 계측값이 그 가동 스테이지의 위치를 재현성을 갖는 형태로 정확하게 표시할 수 있게 된다. 또는, 그 제 2 측정계가 합치도 (예를 들어 2 개의 랜덤 패턴끼리의 합치도) 를 계측하는 경우에는, 그 합치도가 소정의 레벨 이상이 된 경우에 그 제 1 측정계의 계측값을 리셋하거나 또는 소정치로 프리셋하면 된다. 이로써 각 가동 스테이지는 신속하게 재현성을 갖는 상태로 고정밀도로 위치 결정된다.

다음으로, 본 발명에 의한 제 2 스테이지 장치는, 소정 이동면을 따라 서로 독립적으로 이동이 자유롭게 배치된 복수의 가동 스테이지 (WST1, WST2), 및 그 복수의 가동 스테이지 중 하나의 가동 스테이지의 위치를 소정의 제 1 계측범위 내에서 계측하는 제 1 측정계 (87Y3) 를 구비한 스테이지 장치로서, 그 복수의 가동 스테이지 각각에 대하여 그 제 1 계측범위와 부분적으로 중복되는 제 2 계측범위 내에서 위치를 연속적으로 계측하는 제 2 측정계 (87Y2, 87Y4), 그 제 1 및 제 2 측정계의 계측결과에 근거하여 이 측정계 2 개의 계측결과를 보정하는 제어계 (38) 를 형성한 것이다.

이러한 본 발명의 제 2 스테이지 장치에 의하면, 예를 들어 2 중 노광을 하기 위해 복수의 가동 스테이지 (WST1, WST2) 가 형성된다. 그 결과, 그 제 1 측정계로서 예를 들어 상대변위 측정계로서의 1 축 레이저 간섭계를 사용하면, 각 가동 스테이지를 크게 이동시킨 경우, 그 레이저 간섭계의 계측빔으로부터 벗어나 버리므로, 어떻게 해서 재현성을 갖는 형태로 각 가동 스테이지를 위치 결정할 것인지가 문제가 된다. 이에 반하여 본 발명에서는 그 제 1 측정계로도 예를 들어 상대변위 측정계로서의 1 축 (또는 복수축) 레이저 간섭계를 사용한다. 그리고, 그 복수의 가동 스테이지 중 하나의 가동 스테이지가 예를 들어 그 제 1 계측범위측에서 그 제 2 계측범위 내에 들어갈 때에는, 그 제 1 측정계 및 제 2 측정계로 동시에 그 가동 스테이지의 위치를 계측하고 그 제 1 측정계의 계측값을 그 가동 스테이지의 회전각에 따라 보정한 값을 그 제 2 측정계의 계측값에 프리셋함으로써 그 제 1 측정계의 측정값이 그 제 2 측정계에 전달된다. 그 이후에는 그 제 2 측정계를 이용하여 그 가동 스테이지를 재현성을 갖는 상태로 고정밀도로 위치 결정할 수 있다.

이 경우, 그 제 1 측정계 및 제 2 측정계는 각각 간섭 차수 (정수) N1, N2, 위상 (rad) φ1, φ2 (이것은 헤테로다인 간섭방식에서는 예를 들어 참조신호와 측정신호 간의 위상차에 상당한다) 및 계측빔의 파장 (λ) 의 함수 f(λ) 를 이용하여, f(λ){N1 + φ1/(2π)} 및 f(λ){N2 + φ2/(2π)} 의 형태로 가동 스테이지의 위치를 계측하도록 해도 된다. 그리고, 그 제 2 측정계의 계측이 가능해져서 그 제 1 측정계 및 제 2 측정계로 동시에 그 가동 스테이지의 위치를 계측하였을 때에는, 그 제 1 측정계의 계측값 및 그 가동 스테이지의 회전각보다 그 제 2 측정계의 간섭 차수 (N2') 및 위상 (φ2') 을 추정하여 그 차수 (N2'), 위상 (φ2') 및 그 제 2 측정계에서 계측되는 위상 (φ2) 로부터 그 제 2 측정계의 차수 (N2) 의 프리셋값을 결정하는 것이 바람직하다. 그 후에는 그 제 2 측정계의 계측값을 f(λ){N2 + φ2/(2π)} 로 함으로써, 그 가동 스테이지 회전각의 계측오차 등이 어느 정도 생겨도 그 제 2 측정계 고유의 재현 정밀도로 그 가동 스테이지의 위치를 계측할 수 있다. 또, 함수 f(λ) 는 일례로서 2 이상의 정수 (m) 를 이용하여 λ/m 이다.

다음으로, 본 발명에 의한 제 1 노광장치는, 본 발명의 스테이지 장치를 구비한 노광장치로서, 그 스테이지 장치에 있는 그 복수의 가동 스테이지 (RST1, RST2) 에 서로 다른 패턴이 형성된 마스크 (R1, R2) 를 탑재하여, 그 복수의 가동 스테이지 상의 마스크의 패턴을 교대로 위치 결정을 하면서 기판(W1) 상에 전사하는 것이다.

이러한 본 발명의 제 1 노광장치에 의하면, 2 중 노광법을 이용하여 노광을 할 수 있고, 해상도 및 초점심도의 향상을 꾀할 수 있다. 또, 본 발명의 스테이지 장치를 구비하고 있기 때문에, 예를 들어 레이저 간섭계에 의해 그 가동 스테이지의 위치를 계측하는 경우에는 그 가동 스테이지에 설치하는 이동거울을 그 가동 스테이지의 이동범위보다도 작게 할 수 있어 그 가동 스테이지의 중량을 작게 할 수 있다. 따라서, 그 가동 스테이지를 고속으로 이동시키는 것이 용이해져 스루풋의 향상을 꾀할 수 있다.

다음으로, 본 발명에 의한 제 2 노광장치는, 본 발명의 스테이지 장치를 구비한 노광장치로서, 그 스테이지 장치에 있는 그 복수의 가동 스테이지 (RST, 5) 의 제 1 가동 스테이지 (RST) 상에 마스크 (R) 를 탑재하고, 제 2 가동 스테이지 (5) 상에 그 마스크의 패턴을 전사할 때의 특성을 계측하기 위한 특성계측장치 (6) 를 탑재하며, 그 마스크 (R) 의 패턴을 기판(W) 상에 전사하는 것이다.

이러한 본 발명의 제 2 노광장치에 의하면, 원래의 노광에 사용하는 그 제 1 가동 스테이지 (RST) 에는 노광에 필요한 최소한의 기능만을 구비시켜 그 제 1 가동 스테이지의 크기는 필요 최소한으로 할 수 있기 때문에, 스테이지의 소형화, 경량화를 하여 스루풋의 향상을 꾀할 수 있다. 한편, 노광에 직접 필요가 없고, 그 마스크 (R) 의 패턴을 전사할 때의 특성을 계측하기 위한 특성계측장치 (6) 는 별도의 제 2 가동 스테이지 (5) 에 탑재되므로, 그 마스크의 패턴을 전사할 때의 특성을 계측하는 것도 가능하다. 또, 본 발명의 스테이지 장치를 구비하고 있기 때문에 그 복수의 가동 스테이지의 위치를 고정밀도로 계측할 수 있다.

다음으로, 본 발명에 의한 제 3 노광장치는, 본 발명의 스테이지 장치를 구비한 노광장치로서, 그 스테이지 장치에 있는 그 복수의 가동 스테이지 (WST1, WST2) 상에 각각 기판 (W1, W2) 을 탑재하고, 그 복수의 가동 스테이지를 교대로 노광위치에 위치 결정하면서 그 복수의 기판 상에 교대로 소정의 마스크 패턴을 노광하는 것이다.

이러한 본 발명의 제 3 노광장치에 의하면, 그 복수의 가동 스테이지 (WST1, WST2) 중 한 쪽 가동 스테이지 (WST1) 에서 노광동작을 하면서 다른 쪽 가동 스테이지 (WST2) 에서는 기판의 반입반출 및 얼라인먼트 동작을 할 수 있어 스루풋의 향상을 꾀할 수 있다. 또, 본 발명의 스테이지 장치를 구비하고 있기 때문에 그 복수의 가동 스테이지의 위치를 고정밀도로 계측할 수 있다.

다음으로, 본 발명에 의한 제 4 노광장치는, 본 발명의 스테이지 장치와 투영광학계 (PL) 를 구비한 노광장치로서, 그 스테이지 장치에 있는 그 복수의 가동 스테이지 (WST, 14) 의 제 1 가동 스테이지 (WST) 상에 기판 (W) 을 탑재하고, 제 2 가동 스테이지 (14) 상에 그 투영광학계의 결상 특성을 계측하기 위한 특성계측장치 (20) 를 탑재하며, 그 제 1 가동 스테이지 상에 있는 기판 상에 소정의 마스크 패턴을 그 투영광학계를 통하여 노광하는 것이다.

이러한 본 발명의 제 4 노광장치에 의하면, 원래의 노광에 사용하는 그 제 1 가동 스테이지 (WST) 에는 노광에 필요한 최소한의 기능만을 구비함으로써 그 제 1 가동 스테이지 (WST) 의 소형화, 경량화를 하여 스루풋의 향상을 꾀할 수 있다. 한편, 노광에 직접 필요가 없고, 그 투영광학계의 결상 특성을 계측하기 위한 특성계측장치 (20) 는 별도의 제 2 가동 스테이지 (l4) 에 탑재되기 때문에 결상 특성도 계측할 수 있다. 또, 본 발명의 스테이지 장치를 구비하고 있기 때문에 그 복수의 가동 스테이지의 위치를 고정밀도로 계측할 수 있다.

다음으로, 본 발명에 의한 제 1 위치 결정 방법은, 본 발명의 스테이지 장치를 이용한 위치 결정 방법으로서, 그 복수의 가동 스테이지 (WST, 14) 중 하나의 가동 스테이지 (WST) 가 그 제 1 측정계의 계측범위 내에 들어갔을 때 이 가동 스테이지의 그 계측범위 내에 있는 소정의 기준위치로부터의 위치 어긋남량, 또는 그 기준위치에 대한 합치도를 그 제 2 측정계로 계측하고, 이 계측결과에 근거하여 그 제 1 측정계의 계측값을 보정하는 것이다. 이러한 위치 결정 방법에 의하면, 그 복수의 가동 스테이지를 각각 용이하게 재현성을 갖는 상태로 고정밀도로 위치 결정할 수 있다.

다음으로, 본 발명에 의한 제 2 위치 결정 방법은, 본 발명의 스테이지 장치를 이용한 위치 결정 방법으로서, 그 복수의 가동 스테이지 (WST1, WST2) 중 하나의 가동 스테이지가 그 제 2 계측범위측에서 그 제 1 계측범위 내에 들어갈 때 그 제 1 및 제 2 측정계로 동시에 그 가동 스테이지의 위치를 계측하고, 이 계측결과에 근거하여 그 제 1 측정계의 계측결과를 그 제 2 측정계의 계측결과에 맞추는 것이다. 이러한 위치 결정 방법에 의하면, 그 복수의 가동 스테이지를 각각 용이하게 재현성을 갖는 상태로 고정밀도로 위치 결정할 수 있다.

다음으로, 본 발명에 의한 제 3 스테이지 장치는, 소정의 자유도로 이동이 자유로운 가동 스테이지 (WST2), 및 이 가동 스테이지에 측정광을 조사하고 그 반사광을 참조광과 간섭시켜 그 가동 스테이지의 변위량을 계측하는 간섭계 시스템을 구비하는 스테이지 장치로서, 그 간섭계 시스템은 그 측정광의 측정축 (92Y4, 92Y3) 을 복수 개 갖고, 이 복수의 측정축 중 한 측정축 (92Y4) 이 그 가동 스테이지에서 벗어나더라도 다른 측정축 (92Y3) 으로 계속해서 변위량을 계측할 수 있게 배치되어 있고, 그 한 측정축 (92Y4) 이 그 가동 스테이지에서 벗어난 상태에서 그 가동 스테이지에 조사되는 상태로 변화되었을 때, 다른 측정축 (92Y3) 의 측정값으로부터 그 하나의 측정축의 간섭 차수를 추정하고 이 추정된 간섭 차수와 그 하나의 측정축에 의해 측정되는 위상에 근거하여 그 하나의 측정축의 초기값을 설정하는 신호처리계 (38) 를 구비한 것이다.

이러한 제 3 스테이지 장치에 의하면, 그 가동 스테이지 (WST2) 의 측정광의 조사면은 평탄한 거울면이 되거나 또는 그 조사면에 평탄한 이동거울 (이동평면거울) 이 고정된다. 그리고, 그 하나의 측정축의 1 프린지 (간섭줄무늬) 내의 위상에 관해서는 그 하나의 측정축 자체로 측정할 수 있다는 간섭계의 원리에 근거하여 이동거울 (또는 거울면) 로부터의 반사광을 다시 얻을 수 있게 된 그 하나의 측정축에 초기값을 설정할 때에는, 예를 들어 다른 측정축에서 측정된 측정값에서 그 하나의 측정축의 간섭 차수와 끝수를 추정하여, 추정된 간섭 차수 및 끝수, 그리고 그 하나의 측정축에서 측정한 위상 (1 프린지 내의 절대 위상) 에 근거하여 그 하나의 측정축의 초기값을 결정하도록 하고 있다.

본 발명을 프린지 카운트 (간섭줄무늬 계수) 방식의 레이저 간섭계에 적용하는 경우의 원리를 아래에 설명한다. 이 간섭계로 측정되는 측정 길이 (Lx) 는 다음 식으로 표시된다.

Lx = (λ/m)·(Nx + εx)

여기서, Nx 는 간섭 차수 (정수), εx 는 위상 (φ) 을 2π으로 나눈 끝수분, λ은 간섭계의 파장, m 은 간섭계 광로의 반환수 (싱글 패스로 m = 2, 더블 패스로 m = 4) 이다. λ, m 은 이미 알고 있으므로, 이동거울의 이동에 따라 간섭줄무늬 (프린지) 를 카운트하여 Nx 를 구하고, 1 프린지 내의 끝수분 (εx) 은 주지의 각종 보간방법으로 1/100 정도의 분해능으로 측정하는 것이 가능하다. 따라서, 최종적으로 Lx 를 λ/(100·m) 정도의 분해능으로 측정할 수 있다. 상술한 하나의 측정축에 대한 초기값 설정시에는 측정빔이 이동거울로부터 일단 벗어나 있으므로 Nx 가 불명이다. 그런데, 끝수분 (εx ; 위상) 은 항상 그 하나의 측정축에서 측정할 수 있으므로 다른 측정축의 측정값으로부터 계산하여 차수 (N) 가 구해진다면 그 하나의 측정축의 초기값은 각 측정축 고유의 정밀도로 설정할 수 있다.

이 경우, 다른 측정축으로부터 초기값을 설정할 때의 측정 길이 (Lx) 를 구하는 정밀도는 간섭 차수 (Nx) 를 정확하게 구할 수 있는 정도이면 되고, 구체적으로는 ±λ/(2 m) 이내이면 된다. 이 때, 간섭계 시스템이 예를 들어 상기한 하나의 측정축에 직교하는 방향에 복수 축의 측정축을 가지면, 이 측정축에 의해 그 가동 스테이지의 회전각을 고정밀도로 계측할 수 있다. 따라서, 상기 다른 측정축의 측정값으로부터 가동 스테이지의 회전각을 고려하여 고정밀도로 그 하나의 측정축의 차수 (Nx) 를 추정할 수 있다.

다음으로, 헤테로다인 간섭방식의 레이저 간섭계에 본 발명을 적용하는 경우에도 위상의 측정방식이 다를 뿐 기본적으로는 프린지 카운트 방식과 같은 처리가 된다. 헤테로다인 간섭방식에서는 참조 간섭 신호 (참조 비트(beat) 신호) 에 대한 측정 간섭 신호 (측정 비트 신호) 의 위상 (절대 위상) 의 변화분을 적산하고 있다. 이 절대 위상이 프린지 카운트 방식의 위상 (φ) 에 대응한다.

다음으로, 본 발명의 제 3 스테이지 장치를 이용한 위치 결정 방법은, 다른 측정축의 측정값으로부터 그 하나의 측정축의 간섭 차수를 추정할 때에 다른 측정축의 측정값으로부터 그 하나의 측정축의 위상도 추정하고, 이 추정된 위상과 그 하나의 측정축에서 계측되어 있는 위상을 비교해서 이 비교결과에 근거하여 그 하나의 측정축의 간섭 차수의 추정값을 보정하는 것이다. 이로써, 그 간섭 차수 (N) 를 ±1 만큼 잘못 추정하는 일이 없어진다.

또, 본 발명의 제 5 노광장치는 그 제 3 스테이지 장치를 구비하며, 마스크 또는 기판의 위치 결정을 그 가동 스테이지에서 실시하는 것이다. 이러한 노광장치에 의하면, 그 가동 스테이지는 소형화되어 고속구동이 가능하므로, 노광공정의 스루풋이 향상한다.

또, 본 발명 디바이스의 제조방법은, 상기한 본 발명의 각 노광장치를 이용하여 마스크의 패턴을 기판 상에 전사하는 공정을 포함하는 것이다. 이 때 가동 스테이지를 소형화할 수 있기 때문에 높은 스루풋으로 고정밀도의 장치를 양산할 수 있다.

본 발명은 예를 들어 가공 대상물 등을 위치 결정하기 위한 스테이지 장치 및 그 스테이지 장치를 구비하며, 반도체 소자, 액정표시소자 또는 박막자기헤드 등을 제조하기 위한 리소그래피 공정으로 마스크 패턴을 기판 상에 전사할 때에 사용되는 노광장치에 관한것으로, 특히 결상 특성 계측기구 등의 여러 가지 기구를 구비한 노광장치에 사용하는 경우 바람직한 것이다.

도 1 은 본 발명의 제 1 실시 형태의 투영노광장치의 개략 구성도이다. 도 2 는 도 1 의 웨이퍼 스테이지 (WST) 및 계측용 스테이지 (14) 를 나타내는 평면도이다. 도 3 는 도 1 의 레티클 스테이지 (RST) 및 계측용 스테이지 (5) 를 나타내는 평면도이다. 도 4 는, 제 1 실시 형태에 있어서 계측용 스테이지 (14) 를 이용하여 노광광의 상태 등을 계측하는 경우의 설명에 제공되는 평면도이다. 도 5 는 본 발명의 제 2 실시 형태의 투영노광장치의 개략 구성도이다. 도 6 은 도 5 에 나타낸 실시 형태에서 2 개의 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2), 2 개의 레티클 스테이지 (RST1, RST2), 투영광학계 (PL1), 및 얼라인먼트계 (88A, 88B) 의 위치관계를 나타내는 사시도이다. 도 7 은 도 5 의 웨이퍼 스테이지의 구동기구의 구성을 나타내는 평면도이다. 도 8 은 본 발명의 제 2 실시 형태에서 실시되는 간섭계의 계측값 설정을 설명하기 위한 도면이다. 도 9 는 본 발명의 제 2 실시 형태의 간섭계 시스템에 이용되는 신호처리계 일부의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 도 10 은 본 발명의 제 2 실시 형태의 간섭계 시스템에서의 신호처리의 일례를 나타내는 도면이다. 도 11 은 2 개의 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 를 사용하여 웨이퍼 교환·얼라인먼트 시퀀스와 노광 시퀀스가 실시되고 있는 상태를 나타내는 평면도이다. 도 12 는 도 11 의 웨이퍼 교환·얼라인먼트 시퀀스와 노광 시퀀스를 전환한 상태를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 제 1 실시 형태에 관하여 도 1 ∼ 도 4 를 참조하여 설명한다. 본 예는 스텝·앤드·스캔 방식의 투영노광장치에 본 발명을 적용한 것이다.

도 1 은 본 예의 투영노광장치를 나타내며, 이 도 1 에 있어서 노광시에는 노광광원, 빔정형광학계, 조도분포 균일화용 플라이아이 렌즈, 광량 모니터, 가변 개구 조리개, 시야 조리개 및 릴레이 렌즈계 등을 포함하는 조명계 (1) 에서 사출된 노광광 (IL) 은 미러 (2) 및 컨덴서 렌즈 (3) 를 통하여 레티클 (R) 패턴면 (하면) 에 있는 슬릿형상의 조명영역을 조명한다. 노광광 (IL) 으로는 KrF (파장 248 ㎚), 또는 ArF (파장 193 ㎚) 등의 엑시머 레이저광, YAG 레이저의 고조파, 또는 수은램프의 i 선 (파장 365 ㎚) 등을 사용할 수 있다. 조명계 (1) 내의 가변 개구 조리개를 바꿈으로써 통상적인 조명방법, 윤대조명, 소위 변형조명 및 작은 코히런스 팩터 (σ값) 의 조명 중 소망의 조명방법을 선택할 수 있도록 구성되어 있다. 노광광원이 레이저광원인 경우에는, 그 발광 타이밍 등은 장치 전체의 동작을 통할 제어하는 주제어계 (10) 가 도시를 생략한 레이저 전원을 통하여 제어한다.

레티클 (R) 의 그 노광광 (IL) 에 의한 조명영역 (9 ; 도 3 참조) 내의 패턴의 이미지는 투영광학계 (PL) 을 통하여 투영배율 (β; β는 1/4 배 또는 1/5 배 등) 로 축소되고, 포토레지스트가 도포된 웨이퍼 (wafer ; W) 상의 슬릿형상의 노광영역 (12) 에 투영된다. 이하, 투영광학계 (PL) 의 광축 (AX) 에 평행하게 Z 축을 잡고 Z 축에 수직인 평면 내에서 주사노광시의 레티클 (R) 및 웨이퍼 (W) 의 주사방향에 직교하는 비주사방향 (즉, 도 1 의 지면에 수직인 방향) 을 따라 X 축을 잡고 주사방향 (즉, 도 1 의 지면에 평행한 방향) 을 따라 Y 축을 잡아서 설명한다.

먼저, 레티클 (R) 은 레티클 스테이지 (RST) 상에 진공흡착에 의해 유지되며, 레티클 스테이지 (RST) 는 평행하게 배치된 2 개의 가이드 (4A 및 4B) 상에 에어 베어링을 통하여 Y 방향으로 이동이 자유롭게 탑재되어 있다. 그리고 본 예에서는 가이드 (4A 및 4B) 상에 레티클 스테이지 (RST) 와는 독립적으로 에어 베어링을 통하여 Y 방향으로 이동이 자유롭게 계측용 스테이지 (5) 가 구비되어 있다.

도 3 은 레티클 스테이지 (RST) 및 계측용 스테이지 (5) 를 나타내는 평면도이다. 이 도 3 에 있어서, Y 방향 (주사방향) 으로 신장된 가이드 (4A 및 4B) 를 따라 각각 도시를 생략한 리니어 모터 등에 의해 Y 방향으로 구동되도록 레티클 스테이지 (RST) 및 계측용 스테이지 (5) 가 탑재되어 있다. 가이드 (4A, 4B) 의 길이는 주사노광시 레티클 스테이지 (RST) 의 이동 스트로크보다도 적어도 계측용 스테이지 (5) 의 폭만큼 길게 설정되어 있다. 또, 레티클 스테이지 (RST) 는 Y 방향으로 이동하는 조동 (粗動) 스테이지와, 이 조동 스테이지 상에서 2 차원적인 위치를 미세 조정할 수 있는 미동 스테이지를 결합하여 구성되어 있다. 또, 레티클 스테이지 (RST) 상에는 레티클 (R) 를 X 방향으로 끼우는 위치관계로 1 쌍의 기준 마크판 (17C1, 17C2) 이 고정되며, 기준 마크판 (17C1, 17C2) 에 각각 2 차원의 예를 들어 십자형 기준 마크 (MC1, MC2) 가 형성되어 있다. 기준 마크 (MC1, MC2) 와 레티클 (R) 원판패턴 간의 위치관계는 미리 고정밀도로 계측되어 주제어계 (10) 의 기억부에 기억되어 있다.

그리고, 계측용 스테이지 (5) 상에 X 방향으로 가늘고 긴 유리판으로 이루어지는 기준판 (6) 이 고정되며, 기준판 (6) 상에 투영광학계 (PL) 의 결상 특성계측용 복수의 지표마크 (IM) 가 소정 배치로 형성되어 있다. 기준판 (6) 은 레티클 (R) 에 대한 노광광의 슬릿형상 조명영역 (9), 더 정확하게 말하면 투영광학계 (PL) 의 레티클 (R) 측 시야의 X 방향의 폭을 덮을 수 있을 만큼의 크기를 구비하고 있다. 기준판 (6) 을 사용함으로써 결상 특성계측용 전용 레티클을 준비해 둘 필요가 없고 또 실제 노광용 레티클 (R) 과 그 전용 레티클을 교환하는 시간도 불필요해지므로, 결상 특성을 높은 빈도로 계측할 수 있고 시간 경과에 따른 투영광학계 (PL) 의 변화에 정확하게 추종할 수 있다. 또, 계측용 스테이지 (5) 에도 X 방향 (비계측 방향) 에 대한 미소범위에서의 위치 결정 기구가 구비되어 있으며, 동시에 계측용 스테이지 (5) 상에 기준판 (6) 을 X 방향으로 끼우도록 1 쌍의 기준 마크판 (17D1, 17D2) 이 고정되며, 기준 마크판 (17D1, 17D2) 에 각각 2 차원의 예를 들어 십자형 기준 마크 (MD1, MD2) 가 형성되어 있다. 기준 마크 (MD1, MD2) 와 복수의 지표마크 (IM) 간의 위치관계도 미리 정확하게 계측되어 주제어계 (10) 의 기억부에 기억되어 있다.

이처럼 본 예에서는 기준판 (6) 용 계측용 스테이지 (5) 가 독립적으로 형성되고, 원래의 레티클 스테이지 (RST) 상에는 레티클 (R) 외에 계측용 부재는 탑재되어 있지 않다. 즉, 레티클 스테이지 (RST) 는 주사노광을 위해 필요 최소한의 주사 및 위치 결정 기능만을 구비하면 되므로, 레티클 스테이지 (RST) 의 소형화, 경량화가 실현된다. 따라서, 레티클 스테이지 (RST) 를 더 고속으로 주사할 수 있기 때문에 노광공정의 스루풋이 향상한다. 특히 축소투영인 경우에는 레티클 스테이지 (RST) 의 주사속도는 웨이퍼 스테이지 주사속도의 1/β 배 (예를 들어 4 배, 5 배 등) 가 되기 때문에 주사속도의 상한은 레티클 스테이지에서 거의 결정되며, 이 경우에 본 예에서는 특히 스루풋이 크게 향상한다.

또, 가이드 (4A, 4B) 에 대하여 + Y 방향에 설치된 레이저 간섭계 (7Y) 로부터 레티클 스테이지 (RST) 의 + Y 방향 측면의 이동거울 (24Y) 에 레이저 빔이 조사되고, + X 방향에 설치된 2 축의 레이저 간섭계 (7X1, 7X2) 로부터 레티클 스테이지 (RST) 의 + X 방향 측면의 이동거울 (24X) 에 레이저 빔이 조사되며, 레이저 간섭계 (7Y, 7X1, 7X2) 에 의해 레티클 스테이지 (RST) 의 X 좌표, Y 좌표 및 회전각이 계측되고, 계측값이 도 1 의 주제어계 (10) 에 공급되며, 주제어계 (10) 는 그 계측값에 근거하여 리니어 모터 등을 통하여 레티클 스테이지 (RST) 의 속도나 위치를 제어한다. 또, 가이드 (4A, 4B) 에 대하여 - Y 방향에 설치된 레이저 간섭계 (8Y) 로부터 계측용 스테이지 (5) 의 - Y 방향 측면의 이동거울 (25Y) 에 레이저 빔이 조사되고, 레이저 간섭계 (8Y) 에 의해서 계측되는 계측용 스테이지 (5) 의 Y 좌표가 주제어계 (10) 에 공급되어 있다. Y 축의 레이저 간섭계 (7Y 및 8Y) 의 광축은 각각 Y 방향을 따라 조명영역 (9) 의 중심, 즉 투영광학계 (PL) 의 광축 (AX) 을 통과하고 있고, 레이저 간섭계 (7Y 및 8Y) 는 각각 항상 레티클 스테이지 (RST) 및 계측용 스테이지 (5) 의 주사방향의 위치를 계측하고 있다.

또, 레티클 스테이지 (RST) 가 직교하는 측면을 거울면 가공해 두고 이들 거울면을 이동거울 (24X, 24Y) 로 간주해도 되고, 계측용 스테이지 (5) 가 직교하는 측면을 거울면 가공해 두고 이들 거울면을 이동거울 (25X, 25Y) 로 간주해도 된다.

그리고, 본 예에서는 도 1 에 나타낸 바와 같이 레티클 (R) 의 위쪽에 레티클 (R) 상에 형성된 얼라인먼트 마크 (레티클 마크), 및 대응하는 웨이퍼 스테이지 상의 기준 마크 (도시생략) 간의 위치 어긋남량을 검출하기 위한 1 쌍의 레티클 얼라인먼트 현미경 (RA 및 RB) 이 배치되어 있다. 레티클 얼라인먼트 현미경 (RA, RB) 의 검출중심을 지나는 직선은 X 축에 평행하고, 그 검출중심의 중심은 광축 (AX) 에 합치하고 있다. 본 예에서는, 본 발명의 제 2 측정계 (절대값 측정계) 에 대응하는 레티클 얼라인먼트 현미경 (RA, RB) 을 이용하여 도 3 에 나타내는 레티클 스테이지 (RST) 상의 기준 마크 (MC1, MC2), 및 계측용 스테이지 (5) 상의 기준 마크 (MD1, MD2) 의 위치를 검출한다.

그리고, 결상 특성을 계측할 때, 레티클 스테이지 (RST) 를 + Y 방향으로 비켜두고 기준판 (6) 이 거의 조명영역 (9) 을 덮도록 계측용 스테이지 (5) 를 Y 방향으로 이동하면, 레이저 간섭계 (7X1, 7X2) 로부터의 레이저 빔이 레티클 스테이지 (RST) 의 측면에서 벗어나 계측용 스테이지 (5) 의 + X 방향의 이동거울 (25X) 에 조사되게 된다. 이 때, 레티클 얼라인먼트 현미경 (RA, RB) 에 의해 기준판 (6) 상의 기준 마크 (MD1, MD2) 의 검출중심 (시야의 중심) 으로부터의 위치 어긋남량을 각각 검출하고, 도 1 의 주제어계 (10) 는 기준 마크 (MD1, MD2) 의 중심이 각각 대응하는 검출중심에 대하여 대칭이 되고 위치 어긋남량이 가장 작아지도록 계측용 스테이지 (5) 를 위치 결정한다. 그리고, 이 상태에서 X 축의 레이저 간섭계 (7X1, 7X2) 의 계측값을 각각 리셋한다. 또, 이 계측값을 예를 들어 소정의 값으로 프리셋해도 된다.

이 후는 레이저 간섭계 (7X1, 7X2) 에 의해 계측용 스테이지 (5) 의 X 방향 위치 및 회전각이 재현성을 갖는 상태로 고정밀도로 계측되며, 계측용 스테이지 (5) 의 Y 방향 위치는 레이저 간섭계 (8Y) 에 의해 항상 고정밀도로 계측되고 있다. 따라서, 이들 계측값에 근거하여 주제어계 (10) 는 리니어 모터 등을 통하여 계측용 스테이지 (5) 의 위치를 고정밀도로 제어할 수 있다. 또, 상기한 바와 같이 기준 마크 (MD1, MD2) 의 위치 어긋남량을 최소로 하는 대신 이 위치 어긋남량에 근거하여 레이저 간섭계 (7X1, 7X2) 의 계측값을 각각 대응하는 값으로 프리셋하도록 해도 된다.

한편, 계측 중에는 레티클 스테이지 (RST) 비주사방향의 위치는 계측되지 않지만, 노광 때문에 레티클 스테이지 (RST) 가 조명영역 (9) 밑에 오면 다시 레이저 간섭계 (7X1, 7X2) 로부터의 레이저 빔이 레티클 스테이지 (RST) 의 이동거울 (24X) 에 조사되게 된다. 그리고, 계측용 스테이지 (5) 의 경우와 마찬가지로 레티클 얼라인먼트 현미경 (RA, RB) 을 이용하여 레티클 스테이지 (RST) 상의 기준 마크 (MC1, MC2) 의 위치 어긋남량을 검출하고, 주제어계 (10) 는 그 위치 어긋남량이 대칭이 되고 위치 어긋남량이 가장 작아지도록 레티클 스테이지 (RST) 를 위치 결정한 상태로 레이저 간섭계 (7X1, 7X2) 의 계측값을 소정의 값으로 프리셋한다. 이 후에는 재현성이 있는 상태로 레티클 스테이지 (RST) 의 X 방향 위치 및 회전각이 계측되고, Y 방향의 위치는 레이저 간섭계 (7Y) 에 의해 항상 계측되고 있기 때문에, 레티클 스테이지 (RST) 를 고정밀도로 소망의 위치에 위치 결정할 수 있다. 따라서, 레이저 간섭계 (7X1, 7X2) 로부터의 레이저 빔이 도중에 끊어지는 등의 문제는 없다.

도 1 로 되돌아가, 웨이퍼 (W) 는 도시를 생략한 웨이퍼 홀더를 통하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 상에 유지되며, 웨이퍼 스테이지 (WST) 는 정반 (13) 상에 에어 베어링을 통하여 X 방향, Y 방향으로 이동이 자유롭게 탑재되어 있다. 웨이퍼 스테이지 (WST) 에는 웨이퍼 (W) 의 Z 방향의 위치(포커스 위치) 및 경사각을 제어하는 포커스·레벨링 기구도 장착되어 있다. 또, 정반 (13) 상에 웨이퍼 스테이지 (WST) 와는 별도로 에어 베어링을 통하여 X 방향, Y 방향으로 이동이 자유롭게 각종 계측장치가 구비된 계측용 스테이지 (14) 가 탑재되어 있다. 계측용 스테이지 (14) 에도 그 상면의 포커스 위치를 제어하는 기구가 장착되어 있다.

도 2 는 웨이퍼 스테이지 (WST) 및 계측용 스테이지 (14) 를 나타내는 평면도이고, 이 도 2 에 있어서 정반 (13) 표면의 내부에는 예를 들어 소정 배열로 코일열이 매립되고, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 저면 및 계측용 스테이지 (14) 의 저면에는 각각 요크와 함께 자석열이 매립되며, 그 코일열 및 대응하는 자석열에 의해 각각 평면 모터가 구성되고, 이 평면 모터에 의해 웨이퍼 스테이지 (WST) 및 계측용 스테이지 (14) 의 X 방향, Y 방향의 위치 및 회전각이 서로 독립적으로 제어되어 있다. 또, 평면 모터에 관해서는 예를 들어 일본 공개특허공보 평8-51756호에 더 상세하게 개시되어 있다.

본 예의 웨이퍼 스테이지 (WST) 는 노광에 필요한 최소한의 기능만을 구비하고 있다. 즉, 웨이퍼 스테이지 (WST) 는 포커스·레벨링 기구를 구비함과 동시에, 웨이퍼 스테이지 (WST) 상에는 웨이퍼 (W) 를 흡착 유지하는 웨이퍼 홀더 (웨이퍼 (W) 의 저면측) 와 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치계측용 기준 마크 (MA) 가 형성된 기준 마크판 (17A) 이 설치되어 있다. 기준 마크판 (17A) 상에는 레티클 얼라인먼트용 기준 마크 (도시생략) 도 형성되어 있다.

또, 도 1 에 나타낸 바와 같이 웨이퍼 (W) 의 얼라인먼트용 오프 액시스 방식으로 화상처리 방식의 웨이퍼 얼라인먼트 센서 (16) 가 투영광학계 (PL) 에 인접하여 형성되어 있고, 웨이퍼 얼라인먼트 센서 (16) 의 검출신호가 주제어계 (10) 내의 얼라인먼트 처리계에 공급되어 있다. 웨이퍼 얼라인먼트 센서 (16) 는 웨이퍼 (W) 상의 각 쇼트 영역에 부설된 얼라인먼트 마크 (웨이퍼 마크) 의 위치계측용 센서이다. 본 예에서는 웨이퍼 얼라인먼트 센서 (16) 를 이용하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 상의 기준 마크 (MA) 등을 위치검출한다. 즉, 웨이퍼 얼라인먼트 센서 (16) 는 본 발명의 제 2 측정계 (절대값 측정계) 에 대응하고 있다.

또, 계측용 스테이지 (14) 의 표면은 웨이퍼 스테이지 (WST) 상의 웨이퍼 (W) 표면과 거의 같은 높이로 설정되어 있다. 그리고, 도 2 에 있어서 계측용 스테이지 (14) 에는 투영광학계 (PL) 를 통과한 노광광 전부의 단위시간당 에너지 (입사에너지) 를 계측하기 위한 광전센서로 이루어지는 조사량 모니터 (18), 투영광학계 (PL) 에 의한 슬릿형상 노광영역 (12) 내에서의 조도분포를 계측하기 위한 광전센서로 이루어지는 조도 불균일 센서 (19), 결상 특성 측정용 슬릿 (21X, 21Y) 이 형성된 측정판 (20), 및 위치기준이 되는 기준 마크 (MB) 가 형성된 기준 마크판 (17B) 이 고정되어 있다. 기준 마크 (MB) 와 조도 불균일 센서 (19) 등과의 위치관계는 미리 고정밀도로 계측되어 도 1 의 주제어계 (10) 의 기억부에 기억되어 있다. 기준 마크 (MB) 의 위치도 웨이퍼 얼라인먼트 센서 (16) 에 의해서 계측된다.

측정판 (20) X 축의 슬릿 (21X) 및 Y 축의 슬릿 (21Y) 의 저면측에는 각각 집광렌즈 및 광전센서가 배치되고, 측정판 (20) 및 광전센서 등에 의해 공간 이미지 검출계가 구성되어 있다. 또, 그 슬릿 (21X, 21Y) 대신에 직사각형 개구의 에지를 사용해도 된다. 그리고, 조사량 모니터 (18) 의 수광면은 노광영역 (12) 을 덮는 크기로 형성됨과 동시에 조도 불균일 센서 (19) 의 수광부는 핀 홀형상으로 되어 있고, 조사량 모니터 (18) 및 조도 불균일 센서 (19) 의 검출신호는 도 1 의 주제어계 (10) 에 공급되어 있다.

또, 측정판 (20) 저부에 있는 광전센서의 검출신호는 도 1 의 결상 특성 연산계 (11) 에 공급되어 있다. 이 경우, 투영광학계 (PL) 의 결상 특성을 계측할 때에는 도 3 의 레티클측 계측용 스테이지 (5) 상의 기준판 (6) 이 조명영역 (9) 으로 이동되고, 기준판 (6) 에 형성되어 있는 지표마크 (IM) 의 이미지가 웨이퍼 스테이지측에 투영되어, 그 이미지를 계측판 (20) 상의 슬릿 (21X, 21Y) 에서 각각 X 방향, Y 방향으로 주사하면서 저부의 광전센서로부터의 검출신호를 결상 특성 연산계 (11) 에 입력한다. 결상 특성 연산계 (11) 에서는 그 검출신호를 처리하여 그 지표마크 (IM) 의 이미지 위치 및 콘트라스트 등을 검출하고, 이 검출결과에서 투영상의 이미지면 만곡, 디스토션, 베스트 포커스 위치 등의 결상 특성을 구하여 주제어계 (10) 에 출력한다. 또, 도시는 생략하지만 투영광학계 (PL) 내 소정의 렌즈를 구동하여 소정 디스토션 등의 결상 특성을 보정하는 기구도 형성되어 있고, 주제어계 (10) 는 이 보정기구를 통하여 투영광학계 (PL) 의 결상 특성을 보정할 수 있도록 구성되어 있다.

도 2 에 있어서, 계측용 스테이지 (14) 에 구비되어 있는 조사량 모니터 (18), 조도 불균일 센서 (l9) 및 측정판 (20) 의 저부에 있는 광전센서와 같은 센서에는 모두 증폭기 등의 발열원 및 전원이나 통신용 신호 케이블이 접속되어 있다. 따라서, 그들 센서가 노광용 웨이퍼 스테이지 (WST) 에 탑재되어 있으면, 센서에 부수되는 열원이나 신호 케이블의 장력에 의해 위치 결정 정밀도 등이 열화될 우려가 있다. 또, 결상 특성 등의 계측중인 노광광의 조사에 의한 열에너지도 위치 결정 정밀도의 악화 등을 초래할 우려가 있다. 이것에 대하여 본 예에서는 그들 센서가 노광용 웨이퍼 스테이지 (WST) 에서 분리된 계측용 스테이지 (14) 에 형성되어 있기 때문에, 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 소형화, 경량화할 수 있음과 동시에 계측용 센서의 열원이나 계측중인 노광광의 열에너지에 의한 위치 결정 정밀도의 저하를 방지할 수 있다는 이점이 있다. 또, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 소형화에 의해 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 이동속도나 제어성이 향상하고 노광공정의 스루풋이 높아짐과 동시에 위치 결정 정밀도 등이 더욱 향상한다.

또, 정반 (13) 에 대하여 + Y 방향에 설치된 레이저 간섭계 (15Y) 에서 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 + Y 방향 측면의 이동거울 (22Y) 에 레이저 빔이 조사되고, - X 방향에 설치된 2 축 레이저 간섭계 (15X1, 15X2) 에서 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 - X 방향 측면의 이동거울 (22X) 에 레이저 빔이 조사되며, 레이저 간섭계 (15Y, 15X1, 15X2) 에 의해 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 X 좌표, Y 좌표 및 회전각이 계측되고, 계측값이 도 1 의 주제어계 (10) 에 공급되며, 주제어계 (10) 는 그 계측값에 근거하여 평면 모터를 통해 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 속도나 위치를 제어한다. 마찬가지로, 계측용 스테이지 (14) 의 측면에도 X 축의 이동거울 (23X) 및 Y 축의 이동거울 (23Y) 이 부착되어 있다. 또, 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 직교하는 측면을 거울면 가공하고 이들 거울면을 이동거울 (22X, 22Y) 로 간주해도 되고, 마찬가지로 계측용 스테이지 (14) 의 측면을 거울면 가공하고 이 거울면을 이동거울 (23X, 23Y) 로 간주해도 된다.

그리고, 노광광의 입사에너지 등을 계측할 때에는 이 위치계측용 레이저 빔은 계측용 스테이지 (14) 의 이동거울 (23X, 23Y) 에 조사된다.

도 4 는 노광광의 입사에너지 등을 계측할 때의 웨이퍼 스테이지 (WST) 및 계측용 스테이지 (14) 배치의 일례를 나타내며, 이렇게 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 노광영역 (12) 에서 떨어진 위치로 비켜두고 노광영역 (12) 에 걸리도록 계측용 스테이지 (14) 를 이동하면, 레이저 간섭계 (15X1, 15X2, 15Y) 로부터의 레이저 빔이 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 이동거울 (22X, 22Y) 에서 벗어나 계측용 스테이지 (14) 의 이동거울 (23X, 23Y) 에 조사되게 된다. 이 때, 계측용 스테이지 (14) 상의 기준 마크 (MB) 가 도 1 의 웨이퍼 얼라인먼트 센서 (16) 의 시야 (16A) 내에 들어가도록 계측용 스테이지 (14) 를 이동시키고, 또 2 축의 X 축의 레이저 간섭계 (15X1, 15X2) 의 계측값이 동일한 값이 되도록 계측용 스테이지 (14) 의 회전각을 제어한 상태로 기준 마크 (MB) 의 검출중심에서의 위치 어긋남량을 검출한다. 그리고, 주제어계 (10) 는 이 위치 어긋남량의 X 성분 및 Y 성분을 각각 레이저 간섭계 (15X1, 15X2) 및 레이저 간섭계 (15Y) 의 계측값에 프리셋한다. 이 후에는 레이저 간섭계 (15X1, 15X2, 15Y) 에 의해 재현성을 갖는 상태로 고정밀도로 계측용 스테이지 (14) 의 위치가 계측되고, 이 계측값에 근거하여 주제어계 (10) 는 평면 모터를 통하여 계측용 스테이지 (14) 의 위치를 고정밀도로 제어할 수 있다.

한편, 노광시에는 도 2 에 나타낸 바와 같이 계측용 스테이지 (14) 를 비켜두고 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 이동거울 (22X, 22Y) 에 레이저 간섭계 (15X1, 15X2, 15Y) 로부터의 레이저 빔이 조사되게 하고, 기준 마크 (MA) 를 웨이퍼 얼라인먼트 센서 (16) 의 시야 (16A) 내로 이동시켜, 레이저 간섭계 (15X1, 15X2) 의 계측값을 일치시킨 상태로 기준 마크 (MA) 의 위치 어긋남량을 계측하고, 이 계측값에 근거하여 레이저 간섭계 (15X1, 15X2, 15Y) 의 계측값을 프리셋한다. 이 후에는 재현성을 갖는 상태로 고정밀도로 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 위치 결정된다. 또, 평면 모터를 오픈 루프로 구동해도 웨이퍼 스테이지 (WST) 및 계측용 스테이지 (14) 의 위치는 대략적으로 제어할 수 있기 때문에, 레이저 빔이 조사되지 않은 상태에서는 주제어계 (10) 는 웨이퍼 스테이지 (WST) 및 계측용 스테이지 (14) 의 위치를 평면 모터를 이용하여 오픈 루프 방식으로 구동한다.

도 1 로 되돌아가, 도시는 생략했지만 투영광학계 (PL) 의 측면에는, 웨이퍼 (W) 표면의 포커스 위치를 계측하기 위한 경사 입사 방식 초점위치 검출계 (AF 센서) 가 배치되며, 이 검출결과에 근거하여 주사노광 중인 웨이퍼 (W) 의 표면의 초점이 투영광학계 (PL) 의 이미지면에 맞춰진다.

다음으로, 본 예의 투영노광장치의 동작에 관하여 설명한다. 먼저, 웨이퍼 스테이지측의 계측용 스테이지 (14) 를 이용하여 투영광학계 (PL) 에 대한 노광광 (IL) 의 입사광량을 계측한다. 이 경우, 레티클 (R) 이 로드된 상태에서의 입사광량을 계측하기 위해, 도 1 에서 레티클 스테이지 (RST) 상에 노광용 레티클 (R) 이 로드되고, 레티클 (R) 이 노광광 (IL) 의 조명영역 상으로 이동한다. 그 후, 도 4 에 나타낸 바와 같이 웨이퍼 스테이지 (WST) 는 정반 (13) 상에서 예를 들어 + Y 방향으로 비켜가고, 계측용 스테이지 (14) 가 투영광학계 (PL) 에 의한 노광영역 (12) 을 향해 이동한다. 그 후, 상기한 바와 같이 레이저 간섭계 (15X1, 15X2, 15Y) 의 계측값을 프리셋한 후, 계측용 스테이지 (14) 상에 있는 조사량 모니터 (18) 의 수광면이 노광영역 (12) 을 덮는 위치에서 계측용 스테이지 (14) 가 정지하여, 이 상태로 조사량 모니터 (18) 를 통하여 노광광 (IL) 의 광량이 계측된다.

주제어계 (10) 에서는 그 계측된 광량을 결상 특성 연산계 (11) 에 공급한다. 이 때, 예를 들어 조명계 (1) 내에서 노광광 (IL) 으로부터 분기되어 얻어지는 광속(光束)을 검출하여 얻어지는 계측값도 결상 특성 연산계 (11) 에 공급되고 있고, 결상 특성 연산계 (11) 에서는 2 개의 계측값에 근거하여 조명계 (1) 내에서 모니터되는 광량에서 투영광학계 (PL) 로 입사하는 광량을 간접적으로 연산하기 위한 계수를 산출하여 기억한다. 그 동안에 웨이퍼 스테이지 (WST) 에는 웨이퍼 (W) 가 로드된다. 그 후, 도 2 에 나타낸 바와 같이 계측용 스테이지 (14) 는 노광영역 (12) 에서 떨어진 위치로 비켜지고 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 노광영역 (12) 을 향해 이동한다. 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 비켜 있을 때에는 도 4 에 나타낸 바와 같이 레이저 간섭계 (15Y, 15X1, 15X2) 로부터의 레이저 빔은 조사되지 않기 때문에, 예를 들어 평면 모터를 오픈 루프 방식으로 구동함으로써 위치제어가 실시되고 있다.

그리고, 계측용 스테이지 (14) 를 노광영역 (12) 에서 비켜두고 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 노광영역 (12) 에 걸리는 위치로 이동시켜 상기한 바와 같이 레이저 간섭계 (15Y, 15X1, 15X2) 의 계측값을 프리셋한 후, 웨이퍼 스테이지 (WST) 상의 기준 마크판 (17A) 상에 있는 레티클용 기준 마크 (도시생략) 의 중심이 광축 (AX ; 노광영역 (12) 의 중심) 부근에 위치하도록 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 이동된다. 그 후, 레티클 얼라인먼트 현미경 (RA, RB) 을 이용하여 레티클 (R) 상의 레티클마크와 기준 마크판 (17A) 상에 있는 대응하는 기준 마크 간의 위치 어긋남량이 소정의 허용범위 내가 되도록 도 1 의 레티클 스테이지 (RST) 를 구동함으로써, 레티클 (R) 의 얼라인먼트가 실시된다. 이것과 거의 동시에 그 기준 마크판 (17A) 상에 있는 다른 기준 마크 (MA) 의 위치를 다시 도 1 의 웨이퍼 얼라인먼트 센서 (16) 로 검출함으로써 그 센서의 검출중심과 레티클 (R) 투영이미지의 중심 간의 간격 (베이스 라인 양) 이 정확히 검출된다.

다음으로, 웨이퍼 얼라인먼트 센서 (16) 를 통하여 웨이퍼 (W) 상의 소정 쇼트 영역 (샘플쇼트) 에 부설된 웨이퍼마크의 위치를 검출함으로써 웨이퍼 (W) 의 각 쇼트 영역의 배열좌표가 구해진다. 그 후, 그 배열좌표 및 상기 베이스 라인 양에 근거하여 웨이퍼 (W)의 노광대상의 쇼트 영역과 레티클 (R) 의 패턴이미지와의 위치를 맞추면서 주사노광이 실시된다. 웨이퍼 (W) 상의 각 쇼트 영역에 주사노광을 할 때에는, 도 1 에서 노광광 (IL) 의 조명영역 (9 ; 도 3 참조) 에 대하여 레티클 스테이지 (RST) 를 통하여 레티클 (R) 이 + Y 방향 (또는 - Y 방향) 으로 속도 (VR) 로 주사되는데 동기하여 노광영역 (12) 에 대하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 통하여 웨이퍼 (W) 가 - Y 방향 (또는 + Y 방향) 으로 속도 (β·VR ; β는 투영배율) 로 주사된다.

또, 노광 중에는, 예를 들어 조명계 (1) 내에서 노광광 (IL) 으로부터 분기한 광속의 광량이 항상 계측되어 결상 특성 연산계 (11) 에 공급되고, 결상 특성 연산계 (11) 에서는 공급되는 광량의 계측값 및 미리 구해 둔 계수에 근거하여 투영광학계 (PL) 에 입사하는 노광광 (IL) 의 광량을 산출하고, 노광광 (IL) 의 흡수에 의해 발생하는 투영광학계 (PL) 의 결상 특성 (투영배율, 디스토션 등) 의 변화량을 계산하여 그 계산결과를 주제어계 (10) 에 공급한다. 주제어계 (10) 에서는 예를 들어 투영광학계 (PL) 내의 소정의 렌즈를 구동함으로써 그 결상 특성을 보정한다.

이상이 통상적인 노광이지만, 본 예의 투영노광장치를 메인티넌스할 때 등과 같이 장치상태를 계측할 때에는 계측용 스테이지 (14) 를 노광영역 (12) 측으로 이동시켜 계측한다. 예를 들어, 노광영역 (12) 내의 조도 균일성을 측정할 때에는 레티클 (R) 을 레티클 스테이지 (RST) 에서 분리한 후, 도 4 에서 조도 불균일 센서 (19) 를 노광영역 (12) 내에서 X 방향, Y 방향으로 미세하게 이동시키면서 조도분포를 계측한다.

다음으로, 레티클 스테이지측의 계측용 스테이지 (5) 및 웨이퍼 스테이지측의 계측용 스테이지 (14) 를 이용하여 투영광학계 (PL) 의 결상특성을 계측하는 동작에 관하여 설명한다. 이 경우, 도 3 에 있어서 레티클 스테이지 (RST) 는 + Y 방향으로 비켜나고 계측용 스테이지 (5) 상의 기준판 (6) 이 조명영역 (9) 내로 이동한다. 이 때, 계측용 스테이지 (5) 에는 비주사방향의 레이저 간섭계 (7X1, 7X2) 로부터의 레이저 빔도 조사되게 되며, 레티클 얼라인먼트 현미경 (RA, RB) 을 이용하여 상기한 바와 같이 계측값의 리셋 (또는 프리셋) 이 행해진다. 그 후, 레이저 간섭계 (7X1, 7X2, 8Y) 의 계측값에 근거하여 계측용 스테이지 (5) 는 고정밀도로 위치 결정된다.

이 때, 이미 설명한 것처럼 웨이퍼 스테이지측에는 복수의 지표마크 (IM) 의 이미지가 투영광학계 (PL) 을 통하여 투영된다. 이 상태에서 도 4 에서 계측용 스테이지 (14) 를 구동하고 측정판 (20) 상의 슬릿으로 그 지표마크 (IM) 의 이미지를 X 방향, Y 방향으로 주사하여 측정판 (20) 저부에 있는 광전센서의 검출신호를 결상 특성 연산계 (11) 에서 처리함으로써 그 이미지들의 위치 및 콘트라스트가 구해진다. 또, 측정판 (20) 의 포커스 위치를 소정량씩 변화시키면서 그 이미지들의 위치 및 콘트라스트가 구해진다. 이들 측정결과로부터, 결상 특성 연산계 (11) 는 투영광학계 (PL) 의 투영이미지의 베스트 포커스 위치, 이미지면 만곡, 디스토션 (배율오차를 포함한다) 이라는 결상 특성의 변동량을 구한다. 이 변동량은 주제어계 (10) 에 공급되며, 그 변동량이 허용범위를 넘는 경우에는 주제어계 (10) 는 투영광학계 (PL) 의 결상 특성을 보정한다.

이상과 같이 본 예의 투영노광장치에서는 웨이퍼 얼라인먼트 센서 (16) 에 의해서 기준 마크 (MA, MB) 의 위치를 검출하고 이 위치정보에 근거하여 레이저 간섭계 (15X1, 15X2, 15Y) 의 프리셋을 실시하기 때문에, 레이저 간섭계 (15X1, 15X2, 15Y) 에 의해 웨이퍼 스테이지 (WST) 또는 계측용 스테이지 (14) 의 위치를 높은 재현성으로 고정밀도로 계측하여 제어할 수 있다. 마찬가지로, 레티클 얼라인먼트 현미경 (RA, RB) 에 의해 기준 마크 (MC1, MC2 또는 MD1, MD2) 의 위치를 검출하고 레이저 간섭계 (7X1, 7X2의 리셋 등을 하는 것에 의해, 레티클 스테이지 (RST) 또는 계측용 스테이지 (5) 의 위치를 높은 재현성으로 고정밀도로 계측하여 제어할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 제 2 실시 형태에 관하여 도 5 ∼ 도 12 를 참조하여 설명한다. 본 예는 2 중 노광법에 의해 노광을 하는 스텝·앤드·스캔 방식의 투영노광장치에 본 발명을 적용한 것이다.

도 5 는 본 예의 투영노광장치의 개략구성을 나타내고, 이 도 5 에 있어서 본 예의 투영노광장치는 베이스반 (86) 에 감응기판으로서의 웨이퍼 (W1, W2) 를 각각 유지하여 독립적으로 2 차원 방향으로 이동하는 복수의 가동 스테이지로서의 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 를 구비한 스테이지 장치, 이 스테이지 장치의 위쪽에 배치된 투영광학계 (PL1), 투영광학계 (PL1) 의 위쪽에서 마스크로서의 레티클 (R1 또는 R2 ; 도 6 참조) 을 소정의 주사방향으로 구동하는 레티클 구동기구, 레티클 (R1, R2) 을 위쪽으로부터 조명하는 조명계, 및 이들 각부를 제어하는 제어계 등을 구비하고 있다. 이하, 투영광학계 (PL1) 의 광축 (AX1) 에 평행하게 Z 축을 잡고, Z 축에 수직인 평면내에서 도 5 의 지면에 평행하게 X 축을, 그리고 도 5 의 지면에 수직으로 Y 축을 잡아 설명한다. 본 예에서는 Y 축에 평행한 방향 (Y 방향) 이 주사방향이다.

먼저, 스테이지 장치는 베이스반 (86) 상에 도시를 생략한 공기 베어링을 사이에 두고 부상 지지되고, X 방향 및 Y 방향에 독립적으로 이동이 자유로운 2 개의 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2), 이들 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 를 구동하는 웨이퍼 스테이지 구동계 (81W), 및 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 의 위치를 계측하는 간섭계 시스템을 구비하고 있다.

이것을 더 자세하게 서술하면, 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 의 저면에는 도시를 생략한 에어패드 (예를 들어, 진공예압형 공기 베어링) 가 복수 위치에 형성되어 있고, 이 에어패드의 공기분출력과 진공예압력 간의 밸런스에 의해 예를 들어 수 ㎛ 의 간격을 유지한 상태로 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 는 베이스반 (86) 상에 부상 지지되어 있다.

도 7 은 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 의 구동기구를 나타내고, 이 도 7 에 있어서 베이스반 (86) 상에는 X 방향으로 연장되는 2 개의 X 축 리니어 가이드 (95A, 95B) 가 평행하게 형성되어 있다. X 축 리니어 가이드 (95A, 95B) 를 따라 각각 리니어 모터용으로 영구자석이 1 세트 고정되어 있고, 이들 X 축 리니어 가이드 (95A 및 95B) 를 따라 이동이 자유롭게 각각 2 개의 이동부재 (93A, 93C) 및 2 개의 이동부재 (93B, 93D) 가 부착되어 있다. 이들 4 개의 이동부재 (93A∼93D) 의 저면부에는 X 축 리니어 가이드 (95A 또는 95B) 를 위쪽 및 옆쪽에서 둘러싸도록 도시를 생략한 구동코일이 각각 부착되어 있고, 이들 구동코일과 X 축 리니어 가이드 (95A 또는 95B) 에 의해 각 이동부재 (93A∼93D) 를 X 방향으로 구동하는 무빙 코일형 리니어 모터가 각각 구성되어 있다. 그래서, 아래의 설명에서는 편의상 이들 이동부재 (93A∼93D) 를 「X 축 리니어 모터」라 칭하기로 한다.

이 중 2 개의 X 축 리니어 모터 (93A, 93B) 는 Y 방향으로 연장되는 Y 축 리니어 가이드 (94A) 의 양단에 형성되고, 나머지 2 개의 X 축 리니어 모터 (93C, 93D) 도 Y 방향으로 연장되는 Y 축 리니어 가이드 (94B) 의 양단에 고정되어 있다. Y 축 리니어 가이드 (94A, 94B) 에는 각각 Y 방향을 따라 리니어 모터용으로 구동코일 1 세트가 고정되어 있다. 따라서, Y 축 리니어 가이드 (94A) 는 X 축 리니어 모터 (93A, 93B) 에 의해 X 축 리니어 가이드 (95A, 95B) 를 따라 X 방향으로 구동되고, Y 축 리니어 가이드 (94B) 는 X 축 리니어 모터 (93C, 93D) 에 의해 X 축 리니어 가이드 (95A, 95B) 를 따라 X 방향으로 구동된다.

한편, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 의 저부에는 한쪽 Y 축 리니어 가이드 (94A) 를 위쪽 및 옆쪽에서 둘러싸는 도시를 생략한 영구자석 1 세트가 형성되어 있고, 이 영구자석과 Y 축 리니어 가이드 (94A) 에 의하여 웨이퍼 스테이지 (WST1) 를 Y 방향으로 구동하는 무빙 마그넷형 리니어 모터가 구성되어 있다. 마찬가지로, 웨이퍼 스테이지 (WST2) 의 저부에 형성된 도시를 생략한 영구자석 1 세트와 Y 축 리니어 가이드 (94B) 에 의하여 웨이퍼 스테이지 (WST2) 를 Y 방향으로 구동하는 무빙 마그넷형 리니어 모터가 구성되어 있다.

즉, 본 예에서는 상술한 X 축 리니어 가이드 (95A, 95B), X 축 리니어 모터 (93A∼93D), Y 축 리니어 가이드 (94A, 94B) 및 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 저부에 있는 도시를 생략한 영구자석 등에 의해 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 를 독립적으로 XY 평면상에서 2 차원 구동하는 스테이지계가 구성되어 있다. 이들 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 는 도 5 의 스테이지 구동계 (81W) 를 통하여 스테이지 제어장치 (38) 에 의해 제어된다. 스테이지 제어장치 (38) 의 동작은 주제어장치 (90) 에 의해 제어되고 있다.

또, Y 축 리니어 가이드 (94A) 의 양단에 형성된 한 쌍의 X 축 리니어 모터 (93A, 93B) 의 추력 밸런스를 약간 변화시켜서 웨이퍼 스테이지 (WST1) 에 미소한 요잉을 발생시키거나 제거하는 것도 가능하다. 마찬가지로, 한 쌍의 X 축 리니어 모터 (93C, 93D) 의 추력 밸런스를 약간 변화시켜서 웨이퍼 스테이지 (WST2) 에 미소한 요잉을 발생시키거나 제거하는 것도 가능하다. 이들 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 상에는 도시를 생략한 웨이퍼 홀더를 통하여 각각 웨이퍼 (W1, W2) 가 진공흡착 등에 의해 고정되어 있다. 웨이퍼 홀더는 도시를 생략한 Z·θ구동기구에 의해 Z 방향 및 θ방향 (Z 축 둘레의 회전방향) 으로 미소 구동하게 되어 있다.

또, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 의 - X 방향 및 + Y 방향의 측면은 거울면 마감이 된 반사면 (84X, 84Y ; 도 6 참조) 으로 되어 있고, 마찬가지로 웨이퍼 스테이지 (WST2) 의 + X 방향 및 + Y 방향의 측면은 거울면 마감이 된 반사면 (85X, 85Y) 으로 되어 있다. 이들 반사면이 이동거울에 대응하고 있으며, 이들 반사면에 후술하는 간섭계 시스템을 구성하는 각 레이저 간섭계로부터 레이저 빔으로 이루어지는 계측빔 (92X2, 92X5, 92Y1∼92Y5) 이 투사되어 그 반사광을 각 레이저 간섭계로 수광함으로써 각 반사면의 기준면 (일반적으로는 투영광학계 측면이나 얼라인먼트 광학계의 측면에 참조 미러를 배치하여 그것을 기준면으로 한다) 으로부터의 변위를 계측하고, 이로써 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 의 2 차원 위치가 각각 계측되게 되어 있다. 또, 간섭계 시스템의 구성에 관해서는 뒤에 상세하게 서술한다.

도 5 에 있어서, 투영광학계 (PL1) 로는, Z 방향의 공통된 광축을 갖는 여러 장의 렌즈 엘리먼트로 이루어지고 양측 텔레센트릭이며 소정의 축소배율, 예를 들어 1/5 를 갖는 굴절광학계가 사용되고 있다. 또, 투영광학계 (PL1) 로서 반사굴절계나 반사계를 사용해도 된다.

이 투영광학계 (PL1) 의 X 방향 양측에는 도 5 에 나타낸 바와 같이 서로 동일한 기능을 가진 오프·액시스 (off-axis) 방식의 얼라인먼트계 (88A, 88B) 가 투영광학계 (PL1) 의 광축 (AX1 ;l 레티클 패턴 투영이미지의 중심과 일치한다) 으로부터 각각 동일 거리만큼 떨어진 위치에 설치되어 있다. 이들 얼라인먼트계 (88A, 88B) 는 슬릿형상 레이저 빔을 이용하는 LSA (Laser Step Alig㎚ent) 계, 화상 처리 방식의 FIA (Field Image Alig㎚ent) 계, 예를 들어 2 개의 헤테로다인 빔의 회절광을 검출하는 LIA (Laser Interferometric Alig㎚ent) 계의 3 가지 얼라인먼트 센서를 갖고 있고, 기준 마크판 상의 기준 마크 및 웨이퍼 상의 얼라인먼트 마크의 2 차원 방향 (X 방향 및 Y 방향) 의 위치계측을 할 수 있다. 본 예에서는 이들 3 가지 얼라인먼트 센서를 적절히 목적에 따라 맞는 것을 사용하여, 웨이퍼 상에 있는 3 점의 일차원 마크의 위치를 검출하여 웨이퍼의 개략위치 계측을 실시하는 소위 서치 얼라인먼트나, 웨이퍼 상의 각 쇼트 영역의 정확한 위치계측을 하는 파인 얼라인먼트 등을 하고 있다.

이 경우, 한쪽 얼라인먼트계 (88A) 는 웨이퍼 스테이지 (WST1) 상에 유지된 웨이퍼 (W1) 상의 얼라인먼트 마크의 위치계측 등에 이용된다. 또, 다른 쪽 얼라인먼트계 (88B) 는 웨이퍼 스테이지 (WST2) 상에 유지된 웨이퍼 (W2) 상의 얼라인먼트 마크의 위치계측 등에 이용된다. 이들 얼라인먼트계 (88A, 88B) 를 구성하는 각 얼라인먼트 센서에서 나온 검출신호는 얼라인먼트 제어장치 (80) 에 공급되며, 얼라인먼트 제어장치 (80) 에서는 공급된 검출신호를 A/D (아날로그/디지털) 변환하고 디지탈화한 파형신호를 연산처리하여 마크위치를 검출한다. 이 검출결과가 주제어장치 (90) 에 공급되고 주제어장치 (90) 로부터 그 검출결과에 따라 스테이지 제어장치 (38) 에 대하여 노광시의 위치보정 정보 등이 출력되게 된다.

또, 도시는 생략하였지만, 투영광학계 (PL1) 및 얼라인먼트계 (88A, 88B) 각각에는 웨이퍼 (W1) (또는 W 2) 의 노광면의 베스트 포커스 위치로부터의 디포커스량을 검출하기 위한 오토포커스/오토레벨링 계측기구 (이하,「AF/AL 계」라 한다) 가 형성되어 있다. 이 중, 투영광학계 (PL1) 의 AF/AL 계로는 소위 경사입사 방식의 다점 AF 계가 사용되고 있다. 그리고, 얼라인먼트계 (88A, 88B) 에도 동일한 AF/AL 계가 형성되어 있다. 즉, 본 예에서는 노광시의 디포커스량 검출에 이용되는 AF/AL 계와 거의 동일한 계측영역에 대하여 얼라인먼트 시퀀스시에 이용되는 AF/AL 계에 의해서도 검출빔을 조사할 수 있는 구성으로 되어 있다. 이 때문에 얼라인먼트계 (88A, 88B) 를 사용한 얼라인먼트 시퀀스시에도 노광시와 동일한 정도의 초점 맞춤 정밀도로 고정밀도로 얼라인먼트 마크의 위치계측을 할 수 있다. 다시 말하면, 노광할 때와 얼라인먼트할 때 사이에 스테이지의 자세에 의한 오프 셋 (오차) 이 발생하지 않게 된다.

다음으로, 레티클 구동기구에 관해서 도 5 및 도 6 을 참조하여 설명한다. 이 레티클 구동기구는 레티클 베이스반 (79) 상을 레티클 (R1) 를 유지하여 XY 평면의 2 차원 방향으로 이동가능한 레티클 스테이지 (RST1) 와, 동일한 이동면을 따라 레티클 (R2) 을 유지하여 2 차원 방향으로 이동가능한 레티클 스테이지 (RST2) 와, 이들 레티클 스테이지 (RST1, RST2) 를 구동하는 도시를 생략한 리니어 모터와, 이들 레티클 스테이지 (RST1, RST2) 의 위치를 관리하는 레티클 간섭계 시스템을 구비하고 있다.

이것에 대하여 더 상세하게 서술하면, 도 6 에 나타낸 바와 같이 이들 레티클 스테이지 (RST1, RST2) 는 주사방향( Y 방향) 에 직렬로 설치되어 있고, 도시를 생략한 공기축받이를 통하여 레티클 베이스반 (79) 상에 부상 지지되며, 레티클 스테이지 구동기구 (81R ; 도 5 참조) 에 의해 X 방향의 미소구동, θ방향의 미소회전 및 Y 방향의 주사구동이 되도록 구성되어 있다. 또, 레티클 스테이지 구동기구 (81R) 는 웨이퍼용 스테이지 장치와 동일한 리니어 모터를 구동원으로 하고 있는데, 도 5 에서는 설명의 편의상 단순한 블록으로서 나타내고 있는 것이다. 따라서, 레티클 스테이지 (RST1, RST2) 상의 레티클 (R1, R2) 이 예를 들어 2 중 노광일 때에 선택적으로 사용되어 어느 레티클 (R1, R2) 에 관해서도 웨이퍼 (W1, W2) 와 동기주사할 수 있는 구성으로 되어 있다.

이들 레티클 스테이지 (RST1, RST2) 상에는 + X 방향의 측면에 레티클 스테이지 (RST1, RST2) 와 동일한 소재 (예를 들어 세라믹스 등) 로 이루어지는 이동거울 (82A, 82B) 이 각각 Y 방향으로 연장 설치되어 있고, 이들 이동거울 (82A, 82B) 의 + X 방향 반사면을 향하여 레이저 간섭계 (이하, 「간섭계」라 한다 ; 83X1∼83X5) 로부터 레이저 빔으로 이루어지는 계측빔 (91X1∼91X5) 이 조사되고, 간섭계 (83X1∼83X5) 에서는 그 반사광을 수광하여 소정의 기준면에 대한 상대변위를 계측함으로써 레티클 스테이지 (RST1, RST2) 의 X 방향 위치를 계측하고 있다. 여기서, 간섭계 (83X3) 로부터의 계측빔 (91X3) 은 실제로는 각각 독립적으로 변위계측할 수 있는 Y 방향으로 떨어진 2 개의 계측빔을 갖고 있고, 이들 2 개의 계측값로부터 레티클 스테이지 (RST1, RST2) 의 X 방향 위치와 요잉양 (Z 축 둘레의 회전각) 을 계측할 수 있다.

본 예에서는, 계측빔 (91X1∼91X5) 의 Y 방향 간격은 이동거울 (82A, 82B) 의 Y 방향 폭보다도 짧게 설정되어 있고, 이로써 이동거울 (82A, 82B) 에는 항상 어느 한 계측빔 (91X1∼91X5) 이 조사되고 있다. 또, 어느 시점에서 인접하는 2 개의 계측빔 (예를 들어 91X1, 91X2) 이 동일한 이동거울 (예를 들어 82B) 에 동시에 조사되게 되어, 이 상태를 대응하는 간섭계 (83X1, 83X2) 가 부분적으로 계측범위를 중복하고 있다고 간주할 수 있다. 이로써, 후술한 것처럼 간섭계 (83X1∼83X4) 의 계측값을 순차적으로 간섭계 (83X2∼83X5) 의 계측값에 고정밀도로 수수할 수 있다. 간섭계 (83X1∼83X5) 의 계측값은 도 5 의 스테이지 제어장치 (38) 에 공급되고, 이들 계측값에 근거하여 스테이지 제어장치 (38) 는 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 와의 동기오차를 보정하기 위해 레티클 스테이지 구동기구 (81R) 를 통하여 레티클 스테이지 (RST1, RST2) 의 회전제어나 X 방향의 위치제어를 한다.

한편, 도 6 에 있어서 제 1 레티클 스테이지 (RST1) 의 주사방향을 따른 - Y 방향 단부에는 한 쌍의 이동거울인 코너 큐브 (89A, 89B) 가 설치되어 있다. 그리고, 한 쌍의 더블 패스 방식 간섭계 (도시생략) 로부터 이들 코너 큐브 (89A, 89B) 에 대하여 각각 2 개의 레이저 빔으로 이루어지는 계측빔 (도 6 에서는 1 개의 계측빔으로 대표하고 있다 ; 91Y1, 91Y2) 이 조사되고, 그 도시를 생략한 한 쌍의 간섭계에 의해 소정의 기준면에 대하여 레티클 스테이지 (RST1) 의 Y 방향의 상대변위가 계측된다. 또, 제 2 레티클 스테이지 (RST2) 의 + Y 방향 단부에도 한 쌍의 코너 큐브 (89C, 89D) 가 설치되고, 한 쌍의 더블 패스 방식 간섭계 (83Y3, 83Y4) 로부터 이들 코너 큐브 (89C, 89D) 에 대하여 계측빔 (91Y3, 91Y4 ; 실제로는 각각 2 개의 레이저 빔으로 이루어진다) 이 조사되고, 간섭계 (83Y3, 83Y4) 에 의해 각각 레티클 스테이지 (RST2) 의 Y 방향의 변위가 계측되고 있다.

이들 더블 패스 방식 간섭계의 계측값도 도 5 의 스테이지 제어장치 (38) 에 공급되고, 그 계측값에 근거하여 레티클 스테이지 (RST1, RST2) 의 Y 방향의 위치가 제어된다. 즉, 본 예에서는 계측빔 (91X1∼91X5) 을 구비하는 간섭계 (83X1∼83X5) 와 계측빔 (91Y1, 91Y2) 및 계측빔 (91Y3, 91Y4) 를 구비한 2 대의 더블 패스 방식 간섭계에 의해 레티클 스테이지용 간섭계 시스템이 구성되어 있다. 또, 간섭계 (83X1∼83X5) 가 도 5 에서는 간섭계 (83) 로 표시되고, 이동거울 (82A, 82B) 및 계측빔 (91X1∼91X5) 이 각각 도 5 에서는 이동거울 (82) 및 계측빔 (91X) 으로 표시되고 있다.

다음으로, 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 의 위치를 관리하는 간섭계 시스템에 관해서 도 5 ∼ 도 7 을 참조하여 설명한다.

도 5 ∼ 도 7 에 나타낸 바와 같이, 투영광학계 (PL1) 의 투영이미지의 중심 (광축 AX1) 과 얼라인먼트계 (88A, 88B) 각각의 검출중심을 통과하여 X 축에 평행한 축을 따라서 웨이퍼 스테이지 (WST1) 의 - X 방향의 측면의 반사면 (84X) 에는 간섭계 (87X2) 로부터 3 축의 레이저 빔으로 이루어지는 계측빔 (92X2) 이 조사되고 있다. 마찬가지로, 웨이퍼 스테이지 (WST2) 의 + X 방향의 측면의 반사면 (85X) 에는 간섭계 (87X5) 로부터 3 축의 레이저 빔으로 이루어지는 계측빔 (92X5) 이 조사되고 있다. 간섭계 (87X2, 87X5) 에서는 이들 반사광을 수광함으로써 각 반사면의 기준위치로부터 X 방향으로의 상대변위를 계측하고 있다.

이 경우, 도 6 에 나타낸 바와 같이 계측빔 (92X2 및 92X5) 은 각각 서로 독립적으로 변위계측을 할 수 있는 3 축의 레이저 빔이기 때문에, 대응하는 간섭계 (87X2, 87X5) 는 각각 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 의 X 방향 위치를 계측하는 것 이외에 각 스테이지의 틸트각 (Y 축 둘레 회전각) 계측 및 요잉각 (Z 축 둘레의 회전각) 을 계측할 수 있다. 이 경우, 본 예의 웨이퍼 스테이지 (WST1 및 WST2) 에는 도 6 에 나타낸 바와 같이 각각 웨이퍼 (W1 및 W2) 의 Z 방향에 대한 미소구동, 경사각의 구동 및 Z 축 둘레의 회전구동을 하기 위한 Z·레벨링 스테이지 (LS1 및 LS2) 가 형성되어 있지만, Z·레벨링 스테이지 (LS1 및 LS2) 는 실제로는 반사면 (84X, 85X) 보다도 낮은 부분에 있다. 따라서, 웨이퍼 (W1, W2) 의 틸트각 제어 및 요잉각 제어를 할 때의 구동량은 모두 이들 간섭계 (87X2, 87X5) 에 의해 모니터할 수 있다.

또, X 축의 계측빔 (92X2, 92X5) 은 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 의 이동범위 전역에서 항상 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 의 반사면 (84X, 85X) 에 조사되게 되어 있다. 따라서, X 방향에 관해서는 투영광학계 (PL1) 를 이용하여 노광할 때, 또는 얼라인먼트계 (88A, 88B) 를 사용할 때 등 어느 경우에도 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 의 X 방향의 위치는 계측빔 (92X2, 92X5) 을 이용한 계측값에 근거하여 관리된다.

또, 도 6 및 도 7 에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 의 + Y 방향의 측면이 이동거울로서의 반사면 (84Y 및 85Y) 에 가공되어 있고, 투영광학계 (PL1) 의 광축 (AX1) 을 통과하여 Y 축에 평행한 계측빔 (92Y3) 이 간섭계 (87Y3) 로부터 반사면 (84Y, 85Y) 에 조사되고 있다. 또, 얼라인먼트계 (88A, 88B) 각각의 검출중심을 통과하여 Y 축에 평행한 계측빔 (92Y1, 92Y5) 을 각각 구비하는 간섭계 (87Y1, 87Y5) 도 형성되어 있다. 본 예의 경우, 투영광학계 (PL1) 를 이용한 노광시의 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 의 Y 방향의 위치계측에는 계측빔 (92Y3) 을 갖는 간섭계 (87Y3) 의 계측값이 이용되며, 얼라인먼트계 (88A 또는 88B) 를 사용할 때의 웨이퍼 스테이지 (WST1 또는 WST2) 의 Y 방향의 위치계측에는 각각 간섭계 (87Y1 또는 87Y5) 의 계측값이 이용된다.

따라서, 각 사용조건에 의해 Y 축의 간섭계 (87Y1, 87Y3, 87Y5) 의 계측빔이 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 의 반사면 (84Y, 85Y) 에서 벗어나는 경우가 있다. 따라서, 본 예에서는 간섭계 (87X1 및 87Y3) 사이에 Y 축에 평행한 계측빔 (92Y2) 을 갖는 간섭계 (87Y2) 를 형성하고, 간섭계 (87Y3 및 87Y5) 사이에 Y 축에 평행한 계측빔 (92Y4) 을 갖는 간섭계 (87Y4) 를 형성함으로써, 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 의 반사면 (84Y, 85Y) 에 항상 적어도 하나의 간섭계에서 공급되는 계측빔이 조사되게 하고 있다. 이를 위하여, 이동거울인 반사면 (84Y 및 85Y) 의 X 방향의 폭을 DX1 이라 하면, 계측빔 (92Y1, 92Y2, …, 92Y5) 의 X 방향의 간격 (DX2) 을 폭 (DX1) 보다도 좁게 설정하고 있다. 그 결과, 계측빔 (92Y1∼92Y5) 중 인접하는 2 개의 계측빔이 동시에 반사면 (84Y, 85Y) 상에 조사되는 경우가 반드시 생기기 (부분적으로 중복하는 계측범위를 갖는다) 때문에, 후술하는 것처럼 그 상태로 제 1 간섭계에서 제 2 간섭계로 계측값을 수수하고 있다. 이로써 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 는 Y 방향에서도 재현성이 높고 정밀도가 높은 위치 결정이 행해진다.

또, Y 방향의 위치계측용 계측빔 (92Y1, 92Y3, 92Y5) 은 각각 Z 방향에서 떨어져 독립적으로 위치계측을 할 수 있는 2 축의 레이저 빔으로 이루어지기 때문에, 대응하는 간섭계 (87Y1, 87Y3, 87Y5) 는 각각 계측 대상인 반사면 (84Y, 85Y) 의 Y 방향의 위치 외에 X 축 둘레의 경사각 (틸트각) 을 계측할 수도 있다. 본 예에서는, 간섭계 (87X2, 87X5, 87Y1∼87Y5) 의 합계 7 개의 간섭계에 의해 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 의 2차원의 좌표 위치를 관리하는 간섭계 시스템이 구성되어 있다. 본 예에서는, 후술하는 것처럼 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 중 한 쪽이 노광 시퀀스를 실행하고 있는 동안 다른 쪽은 웨이퍼 교환 및 웨이퍼 얼라인먼트 시퀀스를 실행하는데, 이 때에 양 스테이지의 기계적인 간섭이 없도록 각 간섭계의 계측값에 근거하여 스테이지 제어장치 (38) 가 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 의 위치 및 속도제어를 하고 있다.

다음으로, 본 예의 조명계 및 제어계에 관해 도 5 에 의거하여 설명한다. 도 5 에 있어서, 노광 광원인 KrF, ArF, 또는 F₂등의 엑시머 레이저 광원과 감광 시스템 (감광판 등) 으로 이루어지는 광원부 (4O) 에서 사출된 펄스 레이저광으로 이루어지는 노광광은 셔터 (42) 를 투과한 후 미러 (44) 에 의해 편향되고, 빔 익스팬더 (46, 48) 에 의해 적당한 빔지름으로 정형되어, 제 1 플라이아이 렌즈 (50) 에 입사한다. 이 제 1 플라이아이 렌즈 (20) 에서 사출된 노광광은 렌즈 (52), 진동미러 (54), 렌즈 (56) 를 통하여 제 2 플라이아이 렌즈 (58) 에 입사한다. 이 제 2 플라이아이 렌즈 (58) 에서 사출된 노광광은 렌즈 (60) 를 지나서 레티클 (R1 ; 또는 R2) 과 공역인 위치에 설치된 고정 블라인드 (62) 에 도달하고, 여기에서 소정 형상으로 그 단면 형상이 규정된 후, 레티클과의 공역면에서 약간 디포커스된 위치에 배치된 가동 블라인드 (64) 를 통과하고, 릴레이 렌즈 (66, 68) 를 지나서 균일한 조도분포의 광으로서 레티클 (R1) 상의 소정 형상, 여기에서는 직사각형 슬릿형상의 조명영역 (IA ; 도 6 참조) 을 조명한다.

다음으로, 본 예의 제어계는 장치 전체를 통할적으로 제어하는 주제어장치 (90) 를 중심으로, 이 주제어장치 (90) 의 관할하에 있는 노광량 제어장치 (70) 및 스테이지 제어장치 (38) 등으로 구성되어 있다. 예를 들어 레티클 (R1) 의 패턴을 웨이퍼 (W1) 에 노광하는 경우에는, 노광량 제어장치 (70) 는 레티클 (R1) 과 웨이퍼 (W1) 의 동기주사가 시작되기에 앞서 셔터 구동장치 (72) 에 지시하여 셔터 구동부 (74) 를 구동시켜 셔터 (42) 를 연다.

이 다음, 스테이지 제어장치 (38) 에 의해 주제어장치 (90) 의 지시에 따라 레티클 (R1) 과 웨이퍼 (W1), 즉 레티클 스테이지 (RST1) 와 웨이퍼 스테이지 (WST1) 간의 동기주사 (주사제어) 가 시작된다. 이 동기주사는, 상술한 웨이퍼 스테이지용 간섭계 시스템의 계측빔 (92Y3, 92X2) 및 레티클 스테이지용 간섭계 시스템의 계측빔 (91Y1, 91Y2, 91X3) 의 계측값을 모니터하면서 스테이지 제어장치 (38) 에 의해 스테이지 구동계 (81W) 및 레티클 스테이지 구동기구 (81R) 를 제어하여 실시된다.

그리고, 양 스테이지 (RST1, WST1) 가 소정의 동기오차 이내이고 투영배율비를 속도비로 하여 각각 등속도 구동된 시점에서, 노광량 제어장치 (70) 에서는 레이저 제어장치 (76) 에 지시하여 펄스 발광을 시작시킨다. 이로써, 노광광에 의해 레티클 (R1) 의 직사각형 조명영역 (IA ; 도 6 참조) 이 조명되고, 그 조명영역 (IA) 내의 패턴의 이미지가 투영광학계 (PL1) 에 의해 1/5 배로 축소되며, 그 표면에 포토레지스트가 도포된 웨이퍼 (W1) 상에 투영노광된다. 여기에서, 도 6 에서 알 수 있는 바와 같이, 레티클 (R1) 상의 패턴영역에 비해 조명영역 (IA) 의 주사방향 폭은 좁아, 레티클 (R1) 와 웨이퍼 (W1) 를 동기주사함으로써 패턴 영역 전체면의 이미지가 웨이퍼 상의 쇼트 영역에 순차적으로 전사된다. 이렇게 노광할 때에 노광량 제어장치 (70) 는 미러구동장치 (78) 에 지시하여 진동미러 (54) 를 구동시켜서 2 개의 플라이아이 렌즈 (20, 58) 에서 발생하는 간섭줄무늬에 의한 조도 분균일을 저감시킨다.

또, 주사노광 중에 웨이퍼 (W1) 상의 각 쇼트 영역 에지부 근방에 레티클 (R1) 상의 패턴영역의 외부 (차광대의 외부) 를 통과한 노광광이 누설되지 않도록 레티클 (R1) 과 웨이퍼 (W1) 간의 주사에 동기하여 가동 블라인드 (64) 가 블라인드 제어장치 (39) 에 의해서 구동 제어되고 있으며, 이들 일련의 동기동작이 스테이지 제어장치 (38) 에 의해 관리되고 있다. 또, 주제어장치 (90) 에서는 예를 들어 주사노광시에 동기주사를 하는 레티클 스테이지와 웨이퍼 스테이지 간의 조주 개시위치 등을 보정하는 경우, 각 스테이지를 이동제어하는 스테이지 제어장치 (38) 에 대하여 스테이지 위치의 보정값을 지시한다.

다음으로, 상기한 바와 같이 본 예의 레티클 스테이지 (RST1, RST2) 및 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 에는 각각 부분적으로 계측범위가 중복하고 있는 복수의 간섭계가 배치되어 있어, 간섭계의 계측값이 순차적으로 수수되도록 구성되어 있다. 이하에서는 도 7 의 웨이퍼 스테이지 (WST2) 및 2 개의 Y 축의 간섭계 (87Y3 및 87Y4) 를 예로 들어 간섭계 계측값의 수수 동작, 즉 간섭계 계측값의 프리셋 동작에 관하여 도 7 ∼ 도 10 을 참조하여 설명한다.

먼저, 도 7 의 위치에 있는 웨이퍼 스테이지 (WST2) 가 - X 방향으로 이동하면, 이 이동 도중에서 계측빔 (92Y4) 이 웨이퍼 스테이지 (WST2) 의 이동거울인 반사면 (85Y) 에 입사하지 않게 된다. 반대로, 웨이퍼 스테이지 (WST2) 가 + X 방향으로 이동하면, 이 이동 도중에서 계측빔 (92Y3) 이 반사면 (85Y) 에 입사하지 않게 된다. 그래서, 간섭계 (87Y4) 와 간섭계 (87Y3) 사이에서 계측값의 수수를 고정밀도로 실행하고, 간섭계 (87Y4, 87Y3) 중 어느 하나를 이용하여 재현성이 있는 상태로 웨이퍼 스테이지 (WST2) 의 Y 좌표를 계측할 필요가 있다. 따라서, 본 예에서는 다음과 같은 연구를 하고 있다.

도 8(a) 은 도 7 의 웨이퍼 스테이지 (WST2) 를 나타내는 평면도이고, 이 도 8(a) 에 있어서 웨이퍼 스테이지 (WST2) 의 X 방향의 변위는 X 축의 간섭계 (87X5) 에 의해, 또 웨이퍼 스테이지 (WST2) 의 Y 방향의 변위는 2 개의 간섭계 (87Y3, 87Y4) 에 의해 측정되고 있다. 간섭계 (87Y3, 87Y4) 의 계측빔 (92Y3, 92Y4) 의 X 방향 간격 (DX2) 은 웨이퍼 스테이지 (WST2) 의 반사면 (85Y) 의 X 방향 폭 (DX1) 보다 좁게 되어 있다.

여기서, 본 예의 간섭계 (87Y4, 87Y3) 는 각각 헤테로다인 간섭방식의 레이저 간섭계이고, 계측빔의 광원으로는 공통된 도시를 생략한 2 주파수 발진 레이저 (예를 들어 제먼 효과형인 파장 633 ㎚ 의 He-Ne 레이저 광원) 가 사용되고 있다. 이 2 주파수 발진 레이저에서는, 서로 편광방향이 직교하고 소정 주파수차 (Δf ; 예를 들어 2 ㎒ 정도) 를 갖는 제 1 및 제 2 광속이 동축으로 헤테로다인 빔으로서 사출되고 있고, 먼저 이 헤테로다인 빔을 예를 들어 1/10 정도 분기하여 검광자로 혼합시킨 간섭광을 광전변환함으로써 주파수 (Δf) 의 참조신호 (SR) 가 생성되며, 이 참조신호 (SR) 가 간섭계 (87Y4, 87Y3) 내의 각 위상비교기 (26 ; 도 9 참조) 에 공급되고 있다.

또, 상기한 헤테로다인 빔을 각각 1/10 정도 분기하여 얻어진 제 1 및 제 2 헤테로다인 빔이 간섭계 (87Y3, 87Y4) 에 공급되고 있고, 간섭계 (87Y4) 는 제 2 헤테로다인 빔의 편광방향이 직교하는 2 광속 중 한쪽을 계측빔 (92Y4) 으로 하고, 다른 쪽을 참조빔 (도시생략) 으로 하고, 그리고 참조 빔은 도시를 생략한 참조거울에 의해 반사된다. 그리고, 반사된 참조빔과 반사면 (85Y) 에서 반사된 계측빔 (92Y4) 을 검광자로 혼합시킨 간섭광을 광전변환함으로써 주파수 (Δf) 로, 그리고 위상이 변화하는 측정신호 (S2) 가 생성되어 도 9 에 나타내는 위상비교기 (26) 에 공급되어, 위상비교기 (26) 에 있어서 상기한 참조신호 (SR) 와 측정신호 (S2) 간의 위상차 (φ2) 가 소정의 분해능 (예를 들어 2 π/100 (rad) 또는 2 π/256 (rad) 등) 으로 검출되어 적산기 (27) 에 공급된다.

이 때, 계측빔 (92Y3, 92Y4) 의 파장을 λ로 하고 1 이상의 정수 m 을 이용하여 반사면 (85Y) 이 Y 방향으로 λ/m (본 예와 같이 싱글 패스 방식에서는 m = 2, 한편 더블 패스 방식에서는 m = 4) 만큼 이동하였을 때 그 위상차 (φ2) 가 2 π(rad) 변화한다. 또, 위상차 (φ2) 의 범위는 0 ≤φ2 〈 2π이고, 도 9 의 적산기 (27) 에서는 위상차 (φ2) 가 2π를 + 방향으로 횡단할 때에 소정의 정수 (간섭 차수에 상당한다) N2 에 1 을 가산하고, 위상차 (φ2) 가 0 을 - 방향으로 횡단할 때에 그 정수 N2 로부터 1 을 감산한다. 그리고, 계측 중에는 적산기 (27) 는 {N1 + φ2/(2π)} 에 λ/m을 곱한 계측값 (P2) 를 웨이퍼 스테이지 (WST2) 의 Y 방향의 절대위치로서 스테이지 제어장치 (38) 에 공급한다.

마찬가지로, 간섭계 (87Y3) 에서도 계측빔 (92Y3) 으로부터 얻은 측정신호 (S1) 와 상기 참조신호 (SR) 간의 위상차 (φ1), 이 위상차 (φ1) 가 2π, 또는 0 을 횡단할 때마다 증감하는 정수 N1 및 λ/m 에서 산출되는 계측값 (P1) 를 스테이지 제어장치 (38) 에 공급한다. 즉, 간섭계 (87Y3, 87Y4) 는 각각 웨이퍼 스테이지 (WST2) 의 Y 방향의 위치를 λ/m 의 폭 내에서는 절대위치로서 계측하고 있다. 그리고, 본 예의 X 축 간섭계 (87X5) 는 도 6 에 나타낸 바와 같이 Y 방향으로 떨어진 2 개의 레이저 빔을 구비하고 있기 때문에, 이들 2 개의 레이저 빔에 의한 반사면 (85X) 의 X 좌표의 계측값의 차분에서 웨이퍼 스테이지 (WST2) 의 회전각 (θW2) 을 계측할 수 있다. 그래서, 미리 도 8(a)의 상태로 그 회전각 (θW2) 이 0 이 되도록 웨이퍼 스테이지 (WST2) 를 정지시킨 「초기 상태」에서, 간섭계 (87Y4, 87Y3) 에서의 정수 (N2, N1) 을 0 으로 리셋함과 동시에 계측되는 위상차 (φ2, φ1) 에 {1/(2π)}(λ/m) 를 곱하여 얻어지는 계측값 (초기값 ; P20, P10) 를 스테이지 제어장치 (38) 에 넣는다.

그리고, 스테이지 제어장치 (38) 에서는 간섭계 (87Y4, 87Y3) 계측값의 오프셋을 각각 - P20, - P10 으로 하고, 이 다음에는 간섭계 (87Y4, 87Y3) 에서 공급되는 계측값 (P2, P1) 에 그 오프셋 (- P20, - P10) 을 가산한 값을 간섭계 (87Y4, 87Y3) 의 실제 계측값 (P2', P1') 로 한다. 즉, 이 계측값 (P2', P1') 는 상기 초기 상태로부터의 웨이퍼 스테이지 (WST2) 의 Y 방향에 대한 변위량을 정확하게 나타내게 된다. 그 계측값의 초기값 (P20, P10) 은 기억되어 있다.

그런데, 도 8(a)에 있어서, 웨이퍼 스테이지 (WST2) 가 - X 방향으로 더 이동하여 도 8(b)에 나타내는 위치에 도달하였다고 가정한다. 도 8(b) 에서는 간섭계 (87Y4) 의 계측빔 (92Y4) 이 이동거울로서의 반사면 (85Y) 에서 벗어나 있다. 이 상태에서 웨이퍼 스테이지 (WST2) 의 Y 좌표는 간섭계 (87Y3) 에 의해 계측되어 있는 것으로 한다. 이 상태에서 다시 도 8(a) 에 나타내는 위치를 향해 웨이퍼 스테이지 (WST2) 가 + X 방향으로 이동하기 시작하여 반사면 (85Y) 이 간섭계 (87Y4) 의 계측빔 (92Y4) 의 조사범위 (측정범위) 안에 들어갔을 때, 간섭계 (87Y4) 의 계측값을 아래와 같이 하여 설정 (프리셋) 한다.

먼저, X 축의 간섭계 (87X5) 의 계측빔 (92X5 ; 2 개의 레이저 빔) 에 의해 웨이퍼 스테이지 (WST2) 의 회전각 (θW2 ; 거의 0 에 가까운 미소량 (rad) 이다) 을 계측한다. 이 상태에서, 도 8(a) 에 있어서 계측빔 (92Y3) 을 이용하는 간섭계 (87Y3) 에 의한 Y 좌표의 계측값 (P1) 를 구한다. 단, 이 계측값 (P1) 는 오프셋 보정을 하기 전의 직접 계측값이다. 그리고, 예를 들어 스테이지 제어장치 (38) 에 있어서 그 계측값 (P1) 보다 간섭계 (87Y4) 의 간섭 차수 N2 ; N2 은 정수) 와 끝수 (ε2/(2π)) 간의 추정값을 구한다. 이 끝수 (ε2) 는 상기한 φ2 에 대응하는 값이다.

즉, 스테이지 제어장치 (38) 내의 연산부는 계측빔 (92Y3, 92Y4) 의 간격 (DX2), 웨이퍼 스테이지 (WST2) 회전각의 계측값 (θW2), 간섭계 (87Y3) 의 계측값 (P1) 및 간섭계 (87Y4, 87Y3) 계측값의 초기값의 차분 (= P20 - P10) 에서, 간섭계 (87Y4) 의 오프셋 보정전 계측값 (P2) 의 추정값 (P2') 을 다음과 같이 산출한다.

P2' = P1 + DX2·θW2 + (P20 - P10)

예를 들어 회전각의 계측값 (θW2) 의 계측정밀도가 높은 경우에는, 이 추정값 (P2') 을 그대로 간섭계 (87Y4) 의 현재 계측값 (P2) 의 값으로서 프리셋해도 된다. 그러나, 계측값 (θW2) 에는 어느 정도의 계측오차가 포함되어 있기도 하므로, 간섭계 (87Y4) 는 폭 (λ/m) 단위로 절대위치를 계측할 수 있는 것을 이용하고 그 연산부는 그 지정치 (P2') 를 정수분과 끝수분으로 분해한다. 따라서, 간섭계 (87Y4) 계측값의 추정값 (P2') 중에서 길이 (λ/m) 의 N2 배인 나머지 값이 끝수 (ε2/(2π) 가 된다. 즉, 스테이지 제어장치 (38) 는 다음과 같이 정수 N2 및 끝수 ε2 를 산출 (추정) 한다.

N2 = g{P2'/(λ/m)} (1)

ε2 = {P2'/(λ/m)-N2}(2π) (2)

여기서, g{X}는 X 를 넘지 않는 최대의 정수를 주는 함수이다. 다음에 상세하게 서술하겠지만 스테이지 제어장치 (38) 에서는 계측값 (P1) 에서 얻어지는 간섭 차수 및 끝수의 추정값 (N2, ε2) 과 간섭계 (87Y4) 로 실제로 계측되는 위상차 (절대 위상 ; φ2) 에서 간섭계 (87Y4) 의 정수 (차수 ; N2) 의 프리셋값을 결정한다.

도 9 는 본 예의 스테이지 제어장치 (38) 의 일부 및 간섭계 (87Y4) 의 일부를 나타내며, 도 9 에 나타낸 바와 같이 간섭계 (87Y4) 는 예를 들어 레이저광원에서 출력된 참조신호 (SR) 와 측정신호 (S2 ; 계측빔과 참조빔과의 간섭광의 광전변환신호) 가 입력되는 위상비교기 (26) 를 갖고 있다. 위상비교기 (26) 는 참조신호 (SR) 와 측정신호 (S2) 간의 위상차 (φ2) 를 검출하며 검출된 위상차 (φ2) 는 적산기 (27) 에 출력됨과 동시에, 스테이지 제어장치 (38) 내의 계산처리장치 (28) 에도 출력되고 있다. 또, 다른 간섭계도 각각 위상비교기 (26) 및 적산기 (27) 를 구비하고 있다.

적산기 (27) 는, 계측시에는 상기한 바와 같이 그 위상차 (φ2) 의 변화에서 정수 (N2) 를 적산하고, {N2 + φ2/(2π)} 에 (λ/m) 를 곱하여 얻어지는 계측값 (P2) 를 이동거울 (본 예에서는 반사면 85Y) 의 이동량을 나타내는 정보로서 스테이지 제어장치 (38) 에 출력하고 있다. 단, 지금과 같이 계측값의 수수를 실시할 때에는, 계산처리장치 (28) 에서는 위상비교기 (26) 로부터 입력된 위상차 (φ2) 와 상기 연산부에서 입력된 끝수의 추정값 (ε2) 을 비교한다. 이 비교는 추정된 위상차의 추정값 (ε2) 이 0 (제로) 또는 2π에 가까운 경우, 추정한 간섭 차수를 나타내는 정수 (N2) 가 ±1 의 범위에서 어긋나고 있을 가능성이 있기 때문에, 그 검증을 위해 실시하는 것이다. 이 비교 동작을 도 10 을 참조하면서 설명한다. 편의상, 도 10 에서는 N2 의 추정값을 차수 N 이라 하고 있다.

도 10(a)∼(c) 에 있어서, 횡축은 참조신호와 계측신호와의 위상차를 나타내며, 특히 간섭 차수 (k = N-1, k = N, k = N+1) 범위의 위상차를 나타내고 있다. 1 개의 차수 내에서 위상차는 2π변화하고 있다. 도 10(a) 은 실제의 위상차 (φ2) 와 위상차의 추정값 (ε2) 와의 차의 절대값이 π보다 작은 (φ2 - ε2〈 π) 경우를 나타내고 있다. 이 경우는 도시한 것처럼 실제의 위상차 (φ2) 는 차수 (N) 내에 있기 때문에, 간섭 차수는 추정값대로 N 이며, 차수의 프리셋값 N' = N 으로 한다. 도 10(b) 은 실제의 위상차 (φ2) 에서 위상의 추정값 (ε2) 을 뺀 값이 π보다 큰 (φ2 - ε2 〉 π) 경우를 나타내고 있다. 이 경우는 도시한 것처럼 실제의 위상차 (φ2) 는 차수 (N-1) 내에 있기 때문에, 프리셋값 (N) 은 N' = N-1 으로 한다. 또, 도 10(c) 는 실제의 위상차 (φ2) 에서 위상의 추정값 (ε2) 을 뺀 값이 -π보다 작은 (φ2-ε2 〈 -π) 경우를 나타내고 있다. 이 경우는 도시한 것처럼 실제의 위상차 (φ2) 는 차수 (N+1) 내에 있기 때문에, N' = N+1 로 한다.

계산처리장치 (28) 에서는, 이상과 같은 방법으로 구한 프리셋값 (N') 을 도 9 의 적산기 (27) 에 대한 프리셋값 (RE) 으로서 출력한다. 적산기 (27) 에서는 프리셋값 (RE ; 즉 N') 을 정수 (N2) 의 프리셋값으로서 설정하고, 위상비교기 (26) 로부터의 위상차 (φ2) 와 그 정수 (N') 로부터 다음과 같이 Y 좌표의 계측값 (P2) 를 산출하고, 스테이지 제어장치 (38) 에 공급하여, 다음에는 통상적인 계측동작을 실시한다.

P2 = (λ/m)·N'+(λ/m){φ2/(2π)} (3)

이것에 의해서 간섭계 (87Y4) 의 계측값 (P2) 는 실질적으로 원래 값으로 복귀하게 됨과 동시에, 간섭계 (87Y3) 의 계측값이 간섭계 (87Y4) 에 정확하게 수수되게 된다.

이상과 같이 본 예에서는, 거울면으로부터의 반사광을 다시 얻을 수 있게 된 제 1 간섭계에 프리셋값을 설정할 때에는 다른 제 2 간섭계의 측정값에서 산출되는 측정값을 그 제 1 간섭계의 간섭 차수 (N1 또는 N2) 를 결정하기 위한 추정값으로서 이용하고, 추정된 간섭 차수와 그 제 1 간섭계로 측정한 위상차 (절대 위상 ; φ) 에 근거하여 그 제 1 간섭계의 간섭 차수 (N1 또는 N2) 의 프리셋값, 나아가서는 간섭계의 계측값의 프리셋값을 결정하도록 하고 있다. 이 때에는 측정빔이 거울면으로부터 일단 벗어나고 있기 때문에, 간섭 차수 (N2 또는 N1) 를 알 수 없지만, 다른 간섭계의 측정값으로부터 계산으로 간섭 차수을 구할 수 있기 때문에 그 간섭계의 프리셋값은 그 간섭계 고유의 정밀도로 설정할 수 있다.

또, 장치를 세울 때나 어떠한 원인으로 모든 측정값에 계측오차가 혼입하여 모든 간섭계의 계측값을 리셋해야 할 필요가 생긴 경우에는, 도 9 에 있어서 계산처리장치 (28) 에 차수 N2 = 0 을 보내고, 마찬가지로 계산처리장치 (28) 의 출력 (프리셋값) RE (= 0) 을 적산기 (27) 에 설정하도록 해야 한다. 이 경우는, 결국 위상차 (절대 위상 ; φ2) 에 대응하는 값만이 적산기 (27 ; 간섭계 (87Y4)) 에 설정되게 된다. 마찬가지로 간섭계 (87Y3) 의 초기값도 위상차 (φ1) 에 대응하는 값이 된다.

또, 적산기 (27) 의 출력 (P2) 이 필요에 따라 계산처리장치 (28) 에 피드백되게 해도 된다. 이 경우, 적산기 (27) 를 예를 들어 리셋한 후, 계산처리장치 (28) 로부터 리셋값이 적산기 (27) 에 설정되기까지 동안에 웨이퍼 스테이지의 변위량까지 포함하여 적산기 (27) 에 프리셋값으로서 설정할 수 있다. 이 때에는, 웨이퍼 스테이지로부터의 반사광이 수광 가능하게 되었을 때부터 프리셋값 (RE) 이 적산기 (27) 에 설정되기까지 동안의 웨이퍼 스테이지의 변위량까지 고려한 더 정밀한 초기값을 설정할 수 있게 된다.

또, 본 예에서는 웨이퍼 스테이지 (WST2) 가 이동할 때에는 웨이퍼 스테이지 (WST2) 의 측면 (85Y) 에 간섭계 (87Y3∼87Y5) 로부터의 계측빔 중 어느 하나의 계측빔이 조사되어 있어야 한다. 그 때문에, 본 예에서는 각 계측빔 간의 간격 (예를 들어, 도 8 에 나타내는 계측빔 (92Y3, 92Y4) 의 간격 (DX2)) 이 웨이퍼 스테이지 (WST2) 의 X 방향의 폭 (DX1) 보다도 짧아지도록 간섭계를 배치하고 있다.

또, 도 6 의 레티클 스테이지 (RST1, RST2) 의 위치계측을 하기 위한 간섭계 (83X1∼83X5) 에 있어서도, 마찬가지로 간섭계의 초기값 (프리셋값) 설정이 행해져 이것에 근거하여 계측값의 수수가 실시된다.

또, 본 예에서는 헤테로다인 간섭방식의 레이저 간섭계가 사용되고 있지만, 호모다인 간섭방식의 레이저 간섭계를 사용하여 프린지 카운트 방식으로 계측을 하는 경우에도 물론 본 발명을 적용할 수 있다.

다음으로, 본 예의 투영노광장치에서는 웨이퍼 스테이지 (WST1 및 WST2) 사이에서 각각 웨이퍼를 교환하는 제 1 및 제 2 반송시스템이 형성되어 있다. 제 1 반송시스템은 도 11 에 나타낸 바와 같이 좌측 웨이퍼 로딩위치에 있는 웨이퍼 스테이지 (WST1) 와의 사이에서 후술하는 방법으로 웨이퍼를 교환한다. 이 제 1 반송시스템은, Y 축 방향으로 연장되는 제 1 로딩 가이드 (96A), 이 로딩 가이드 (96A) 를 따라 이동하는 제 1 및 제 2 슬라이더 (97A, 97C), 제 1 슬라이더 (97A) 에 부착된 언로드 아암 (98A), 제 2 슬라이더 (97C) 에 부착된 로드 아암 (98C) 등을 포함하여 구성되는 제 1 웨이퍼 로더, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 상에 형성된 3 개의 상하이동 부재로 이루어지는 제 1 센터 업 (99) 으로 구성된다.

이 제 1 반송시스템에 의한 웨이퍼 교환 동작에 관해서 간단하게 설명한다. 여기서는, 도 11 에 나타낸 바와 같이 좌측 웨이퍼 로딩 위치에 있는 웨이퍼 스테이지 (WST1) 상에 있는 웨이퍼 (W1') 와 제 1 웨이퍼 로더에 의해 반송되어 온 웨이퍼 (W1) 가 교환되는 경우에 관해 설명한다.

먼저, 주제어장치 (90) 에서는 웨이퍼 스테이지 (WST1) 상의 도시를 생략한 웨이퍼 홀더의 진공흡착을 오프로 하여 웨이퍼 (W1') 의 흡착을 해제한다. 다음에, 주제어장치 (90) 에서는 도시를 생략한 센터 업 구동계를 통하여 센터 업 (99) 을 소정량 상승시킨다. 이로서 웨이퍼 (W1') 가 소정 위치까지 들어 올려진다. 이 상태로 주제어장치 (90) 에서는 도시를 생략한 웨이퍼 로더 제어장치를 통하여 언로드 아암 (98A) 을 웨이퍼 (W1') 바로 아래로 이동시킨다. 이 상태로 주제어장치 (90) 에서는 센터 업 (99) 을 소정 위치까지 하강 구동시켜서 웨이퍼 (W1') 를 언로드 아암 (98A) 에 수수한 후, 언로드 아암 (98A) 의 진공흡착을 시작시킨다. 다음으로, 주제어장치 (90) 에서는 웨이퍼 로더 제어장치에 언로드 아암 (98A) 의 퇴피와 로드 아암 (98C) 의 이동개시를 지시한다. 이로써 언로드 아암 (98A) 이 도 11 의 - Y 방향으로 이동하기 시작해서 웨이퍼 (W1) 를 유지한 로드 아암 (98C) 이 웨이퍼 스테이지 (WST1) 위에 왔을 때 웨이퍼 로더 제어장치에 의해 로드 아암 (98C) 의 진공흡착이 해제되고, 계속해서 센터 업 (99) 을 상승 구동함으로써 웨이퍼 (W1) 가 웨이퍼 스테이지 (WST1) 위에 수수된다.

또, 웨이퍼 스테이지 (WST2) 와의 사이에서 웨이퍼의 수수를 실시하는 제 2 반송시스템은, 도 12 에 나타내는 것처럼 제 1 반송시스템과 대칭으로 제 2 로딩 가이드 (96B), 이 로딩 가이드 (96B) 를 따라 이동하는 제 3 및 제 4 슬라이더 (97B, 97D), 제 3 슬라이더 (97B) 에 부착된 언로드 아암 (98B), 제 4 슬라이더 (97D) 에 부착된 로드 아암 (98D) 등을 포함하여 구성되어 있다. 로드 아암 (98D) 에는 다음에 노광되는 웨이퍼 (W2') 가 유지되어 있다.

다음으로, 본 예의 투영노광장치의 2 개의 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 에 의한 병행 처리에 관해 도 11 및 도 12 를 참조하여 설명한다.

도 11 에는, 웨이퍼 스테이지 (WST2) 상의 웨이퍼 (W2) 에 투영광학계 (PL1) 를 통하여 노광하고 있는 동안에 좌측 로딩 위치에서 상술한 것과 같은 방법으로 웨이퍼 스테이지 (WST1) 와 제 1 반송시스템 사이에서 웨이퍼가 교환되고 있는 상태의 평면도가 나타내어져 있다. 이 경우, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 상에서는 웨이퍼 교환에 이어 후술하는 것과 같은 방법으로 얼라인먼트 동작이 실시된다. 또, 도 11 에 있어서 노광동작 중인 웨이퍼 스테이지 (WST2) 의 위치제어는 간섭계 시스템의 계측빔 (92X5, 92Y3) 의 계측값에 근거하여 행해지며, 웨이퍼 교환과 얼라인먼트 동작이 행해지는 웨이퍼 스테이지 (WST1) 의 위치제어는 간섭계 시스템의 계측빔 (92X2, 92Y1) 의 계측값에 근거하여 행해진다. 따라서, 도 5 의 주제어장치 (90) 에서는 스테이지 제어장치 (38) 에 지시하여 웨이퍼 교환과 얼라인먼트 동작을 하기 전에 상술한 간섭계의 계측값의 초기값 설정 (프리셋) 을 실시하고 있다.

웨이퍼 교환 및 간섭계의 초기값 설정에 이어 서치 얼라인먼트가 행해진다. 웨이퍼 교환 후에 행해지는 서치 얼라인먼트는, 웨이퍼 (W1) 반송 중에 되는 프리얼라인먼트만으로는 위치오차가 크기 때문에 웨이퍼 스테이지 (WST1) 상에서 다시 행해지는 프리얼라인먼트를 말한다. 구체적으로는, 스테이지 (WST1) 상에 탑재된 웨이퍼 (W1) 상에 형성된 3 개의 서치 얼라인먼트 마크 (도시생략) 의 위치를 도 5 에 나타낸 얼라인먼트계 (88A) 의 LSA 계 센서 등을 이용하여 계측하고, 그 계측결과에 근거하여 웨이퍼 (W1) 의 X 방향, Y 방향 및 θ방향의 위치맞춤을 한다. 이 서치 얼라인먼트를 할 때의 각부 동작은 주제어장치 (90) 에 의해 제어된다.

이 서치 얼라인먼트 종료 후, 웨이퍼 (W1) 상에 있는 각 쇼트 영역의 배열을 여기에서는 EGA (Enhancement Global Allignment) 방식으로 구하는 파인 얼라인먼트가 실시된다. 구체적으로는, 간섭계 시스템 (계측빔 (92X2, 92Y1)) 에 의해 웨이퍼 스테이지 (WST1) 의 위치를 관리하면서 설계상의 쇼트 배열 데이터 (얼라인먼트 마크 위치 데이터) 를 기초로 웨이퍼 스테이지 (WST1) 를 순차적으로 이동시키면서, 웨이퍼 (W1) 상의 소정 쇼트 영역 (샘플 쇼트) 의 얼라인먼트 마크 위치를 도 5 에 나타내는 얼라인먼트계 (88A) 의 FIA 계 센서 등으로 계측하고, 그 계측결과와 쇼트 배열의 설계 좌표 데이터에 근거하여 최소자승법에 의한 통계연산에 의해 모든 쇼트 배열 데이터를 산출한다. 또, 이 EGA 방식의 파인 얼라인먼트를 할 때 각부의 동작은 도 5 의 주제어장치 (90) 에 의해 제어되며, 상기 연산은 주제어장치 (90) 에 의해 행해진다.

그리고, 웨이퍼 스테이지 (WST1) 측에서 웨이퍼 교환 및 얼라인먼트 동작이 행해지고 있는 동안에 웨이퍼 스테이지 (WST2) 측에서는 2 장의 레티클 (R1, R2) 을 이용하여 노광조건을 바꾸면서 연속하여 스탭·앤드·스캔 방식에 의해 2 중 노광이 행해진다.

구체적으로는, 상술한 웨이퍼 (W1) 측과 마찬가지 방법으로 사전에 EGA 방식에 의한 파인 얼라인먼트가 행해지고 있고, 그 결과 얻어진 웨이퍼 (W2) 상의 쇼트 배열 데이터에 근거하여 순차적으로 웨이퍼 (W2) 상의 쇼트 영역을 투영광학계 (PL1) 의 광축 아래쪽으로 이동시킨 후, 각 쇼트 영역을 노광할 때마다 도 6 에 나타내는 레티클 스테이지 (RST1 ; 또는 RST2) 와 웨이퍼 스테이지 (WST2) 를 주사방향으로 동기주사시킴으로써 주사노광이 행해진다. 이러한 웨이퍼 (W2) 상의 전체 쇼트 영역에 대한 노광이 레티클 교환 후에도 연속하여 행해진다. 구체적인 2 중 노광의 노광 순서로는, 웨이퍼 (W2) 의 각 쇼트 영역에 레티클 (R2) 을 이용하여 순차적으로 주사노광을 한 후, 레티클 스테이지 (RST1, RST2) 를 + Y 방향으로 소정량 이동하여 레티클 (R1) 을 조주 개시위치에 설정한 후, 주사노광을 한다. 이 때, 레티클 (R2) 과 레티클 (R1) 에서는 노광조건 (윤대 조명, 변형조명 등의 조명조건 및 노광량 등) 이나 투과율이 다르기 때문에, 미리 노광데이터 등에 따라 각 조건을 변경할 필요가 있다. 이 웨이퍼 (W2) 의 2 중 노광 중 각부의 동작도 주제어장치 (90) 에 의해서 제어된다.

상술한 도 11 에 나타내는 2 개의 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 상에서 병행하여 행해지는 노광 시퀀스와 웨이퍼 교환·얼라인먼트 시퀀스는 먼저 종료한 웨이퍼 스테이지 쪽이 대기상태가 되고, 양쪽의 동작이 종료한 시점에서 도 12 에 나타내는 위치까지 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 가 이동제어된다. 그리고, 노광 시퀀스가 종료한 웨이퍼 스테이지 (WST2) 상의 웨이퍼 (W2) 는 우측 로딩 포지션에서 웨이퍼 교환이 되며, 얼라인먼트 시퀀스가 종료한 웨이퍼 스테이지 (WST1) 상의 웨이퍼 (W1) 는 투영광학계 (PL1) 밑에서 노광 시퀀스가 행해진다. 도 12 에 나타내는 우측 로딩 포지션에서는 좌측 로딩 포지션과 마찬가지로 상술한 웨이퍼 교환 동작과 얼라인먼트 시퀀스가 실행되게 된다.

상기한 바와 같이 본 예에서는, 2 개의 웨이퍼 스테이지 (WST1, WST2) 를 독립적으로 2 차원 방향으로 이동시키면서 각 웨이퍼 스테이지 상의 웨이퍼 (W1, W2) 에 대하여 노광 시퀀스와 웨이퍼 교환·얼라인먼트 시퀀스를 병행하여 실시함으로써 스루풋의 향상을 꾀하고 있다. 그런데, 2 개의 웨이퍼 스테이지를 이용하여 2 개의 동작을 동시 병행처리하는 경우에는, 한 쪽 웨이퍼 스테이지 상에서 행해지는 동작이 외란요인으로서 다른 쪽 웨이퍼 스테이지에서 행해지는 동작에 영향을 주는 경우가 있다. 또 반대로 한 쪽 웨이퍼 스테이지 상에서 행해지는 동작이 다른 쪽 웨이퍼 스테이지에서 행해지는 동작에 영향을 주지 않는 동작도 있다. 그래서, 본 예에서는 병행처리하는 동작 중 외란요인이 되는 동작과 외란요인이 되지 않는 동작으로 나누어 외란요인이 되는 동작들, 또는 외란요인이 되지 않는 동작끼리 동시에 행해지도록 각 동작의 타이밍 조정이 도모된다.

예를 들어, 주사노광 중에는 웨이퍼 (W1) 와 레티클 (R1, R2) 을 등속으로 동기주사시키기 때문에 외란요인이 되지 않는데다가, 외부로부터의 외란요인을 가능한 한 배제해야 한다. 따라서, 한 쪽 웨이퍼 스테이지 (WST1) 상에서의 주사노광 중에는 다른 쪽 웨이퍼 스테이지 (WST2) 상의 웨이퍼 (W2)에서 행해지는 얼라인먼트 시퀀스에서 정지상태가 되도록 타이밍이 조정된다. 즉, 얼라인먼트 시퀀스에서의 계측은 웨이퍼 스테이지 (WST2) 를 정지시킨 상태에서 실시되기 때문에, 주사노광에 있어서 외란요인이 되지 않고 주사노광 중에 병행하여 마크 계측을 할 수 있다. 한편, 얼라인먼트 시퀀스에서도 주사노광 중에는 등속운동이기 때문에 외란이 되지 않고 고정밀도 계측을 할 수 있게 된다.

또, 웨이퍼 교환을 할 때에도 마찬가지로 생각할 수 있다. 특히, 로드 아암으로부터 웨이퍼를 센터 업에 수수할 때에 생기는 진동 등은 외란요인이 될 수 있기 때문에, 주사노광전, 또는 동기주사가 등속도로 행해지게 되는 전후의 가감속시 (외란요인이 된다) 에 맞추어 웨이퍼의 수수를 하게 해도 된다. 또, 이들 타이밍 조정은 주제어장치 (90) 에 의해서 행해진다.

또, 본 예에서는 여러 장의 레티클을 이용하여 2 중 노광을 하므로, 고해상도와 DOF (초점심도) 의 향상효과가 얻어진다. 그러나, 이 2 중 노광법은 노광공정을 적어도 2 번 반복해야 하므로, 단일 웨이퍼 스테이지를 이용하는 경우에는 노광시간이 길어져 스루풋이 대폭 저하한다. 그러나, 본 예의 2 대의 웨이퍼 스테이지를 구비한 투영노광장치를 이용하면, 스루풋을 대폭 개선할 수 있음과 동시에 고해상도와 초점심도 (DOF) 의 향상효과가 얻어진다.

또, 본 발명의 적용범위가 이것에 한정되는 것이 아니라, 1 중 노광법에 의해 노광하는 경우에도 본 발명은 바람직하게 적용할 수 있는 것이다. 2 대의 웨이퍼 스테이지를 사용함으로써 1 개의 웨이퍼 스테이지를 이용하여 1 중 노광법을 실시하는 경우에 비해 거의 배가 되는 높은 스루풋을 얻을 수 있다.

또, 이 제 2 실시 형태에 있어서, 제 1 실시 형태와 같이 노광광의 상태 또는 결상 특성을 계측하기 위한 계측용 스테이지를 더 설치하도록 해도 된다. 또, 본 예에서는 1 차원 모터의 결합에 의해 웨이퍼 스테이지를 구동하고 있지만, 제 1 실시 형태와 같이 평면 모터에 의해 2 차원적으로 구동하도록 해도 된다.

본 실시 형태의 투영노광장치는 다수의 기계부품으로 이루어지는 레티클 스테이지 (RST ; RST1, RST2), 웨이퍼 스테이지 (WST ; WST1, WST2) 를 결합시킴과 동시에 복수의 렌즈로 구성되는 투영광학계 (PL ; PL1) 를 광학조정하며, 또 총합조정 (전기조정, 동작확인 등) 함으로써 제조할 수 있다.

또, 투영노광장치의 제조는 온도 및 청결도 등이 관리된 클린 룸에서 실시하는 것이 바람직하다.

또, 상기 실시 형태에서는 스텝·앤드·스캔 방식의 투영노광장치에 본 발명을 적용하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고 스텝 앤드 리피트 방식의 투영노광장치, 프록시미티 방식의 노광장치, 또는 X 선 등의 EUV 광을 노광빔으로 하는 노광장치나 전자선 (에너지선) 을 광원 (에너지선) 으로 이용하는 하전입자선 노광장치라도 마찬가지로 적용할 수 있다. 또, 노광장치 뿐만 아니라 웨이퍼 등을 위치 결정하기 위한 스테이지를 사용하는 검사 장치, 또는 수리 장치 등에 이용해도 된다.

또, 노광장치의 용도로는 반도체 제조용 노광장치에 한정되는 일없이 예를 들어 각형(角型) 유리 플레이트에 액정표시소자 패턴을 노광하는 액정용 노광장치나, 박막자기헤드를 제조하기 위한 노광장치에도 널리 적용할 수 있다.

또, 웨이퍼 스테이지나 레티클 스테이지에 리니어 모터를 이용하는 경우에는, 에어 베어링을 이용한 에어부상형, 또는 자기부상형 등의 어떤 방식으로 가동 스테이지를 유지해도 상관없다. 이 때, 예를 들어 웨이퍼 스테이지의 이동에 의해 발생하는 반력은 일본 공개특허공보 평8-166475호 (USP 5,528,118) 에 기재되어 있는 바와 같이 프레임 부재를 이용하여 기계적으로 바닥 (대지) 으로 비켜두어도 된다. 한편, 레티클 스테이지의 이동에 의해 발생하는 반력은 일본 공개특허공보 평8-330224호 (US S/N 08/416,558) 에 기재되어 있는 것처럼 프레임 부재를 이용하여 기계적으로 바닥 (대지) 으로 비켜두어도 된다. 또, 이들 반력을 운동량 보존법칙을 이용하여 카운터 밸런스 방식으로 상쇄하게 해도 된다.

또, 상기 실시 형태의 노광장치를 이용하여 웨이퍼 상에 반도체장치를 제조하는 경우, 이 반도체장치는 장치의 기능·성능 설계를 하는 단계, 이 단계에 기초한 레티클을 제조하는 단계, 실리콘 재료로 웨이퍼를 제작하는 단계, 상술한 실시 형태의 노광장치에 의해 레티클의 패턴을 웨이퍼에 노광하는 단계, 장치 조립 단계 (다이싱 공정, 본딩 공정, 패키지 공정을 포함), 검사단계 등을 거쳐서 제조된다.

또, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되지 않고 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 구성을 취할 수 있는 것은 물론이다. 또, 명세서, 특허청구의 범위, 도면 및 요약을 포함하는 1997 년 12 월 18 일자에 제출한 일본국 특허출원 제9-364493호 및 1998 년 11 월 30 일자에 제출한 일본국 특허출원 제 10-339789호의 모든 개시내용은 실질적으로 완전히 그대로 인용하여 본원에 포함되어 있다.

본 발명의 제 1 스테이지 장치에 의하면, 개별적인 기능마다, 또는 소정의 복수 기능군마다 각각 가동 스테이지를 형성하기 때문에, 각 가동 스테이지를 소형화시켜 고속이고 높은 정밀도로 구동할 수 있다. 또, 복수의 가동 스테이지를 각각 제 1 측정계의 계측범위보다도 큰 범위에서 이동시킬 수 있고, 또 각 가동 스테이지가 그 제 1 측정계의 계측범위 내에 들어갔을 때에는 제 1 측정계에 의해 그 가동 스테이지의 위치를 높은 재현성으로 고정밀도로 계측할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 제 2 스테이지 장치에 의하면, 그 복수의 가동 스테이지의 위치를 각각 넓은 계측범위에서 높은 재현성으로 고정밀도로 계측할 수 있다. 또, 그 제 1 측정계의 계측결과를 그 제 2 측정계의 계측결과에 합치기만 하면 그 가동 스테이지의 위치를 제 1 측정계에 의해 고정밀도로 계측할 수 있기 때문에, 스루풋의 향상을 꾀할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 제 1 노광장치에 의하면, 본 발명의 스테이지 장치를 구비하고 있기 때문에, 예를 들어 간섭계에 의해 그 가동 스테이지의 위치를 계측하는 경우에는 이동거울을 그 가동 스테이지의 이동범위보다도 작게 할 수 있어 그 가동 스테이지의 중량을 작게 할 수 있다. 따라서, 그 가동 스테이지를 고속으로 이동시키는 것이 쉬워져 높은 스루풋으로 2 중 노광법 등을 이용하여 노광을 할 수 있어, 해상도 및 초점심도의 향상을 꾀할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 제 2 노광장치에 의하면, 원래의 노광에 사용하는 그 제 1 가동 스테이지에는 노광에 필요한 최소한의 기능만을 갖게 하므로, 그 제 1 가동 스테이지의 크기는 필요 최소한으로 할 수 있기 때문에, 스테이지의 소형화, 경량화를 하여 스루풋의 향상을 꾀할 수 있다. 한편, 노광에 직접 필요가 없으며 그 마스크의 패턴을 전사할 때의 특성을 계측하기 위한 특성계측장치는 별도의 제 2 가동 스테이지에 탑재되기 때문에, 그 마스크의 패턴을 전사할 때의 특성을 계측할 수도 있다. 또, 본 발명의 스테이지 장치를 구비하고 있기 때문에 그 복수의 가동 스테이지의 위치를 고정밀도로 계측할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 제 3 노광장치에 의하면, 예를 들어 그 복수의 가동 스테이지 중 한 쪽 가동 스테이지에서 노광동작을 하면서 별도의 가동 스테이지에서는 기판의 반입 반출 및 얼라인먼트 동작을 할 수 있어, 스루풋의 향상을 꾀할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 제 4 노광장치에 의하면, 원래의 노광에 사용하는 그 제 1 가동 스테이지에는 노광에 필요한 최소한의 기능만을 갖게 하므로, 그 제 1 가동 스테이지의 소형화, 경량화를 하여 스루풋의 향상을 꾀할 수 있다. 한편, 노광에 직접 필요가 없으며 그 투영광학계의 결상 특성을 계측하기 위한 특성계측장치는 별도의 제 2 가동 스테이지에 탑재되기 때문에, 결상 특성도 계측할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 제 1 위치 결정 방법에 의하면, 신속하게 그 복수의 가동 스테이지의 위치를 고정밀도로 계측하여 위치 결정할 수 있다. 마찬가지로, 본 발명의 제 2 위치 결정 방법에 의하면, 신속히 그 복수의 가동 스테이지의 위치를 고정밀도로 계측하여 위치 결정할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 제 3 스테이지 장치에 의하면, 이동거울 (또는 이것과 등가인 거울면) 의 폭보다도 넓은 범위에서 간섭계 방식으로 고정밀도로 위치계측을 할 수 있어, 그 결과 가동부 (가동 스테이지) 를 소형화할 수 있다는 이점이 있다. 또, 그 제 3 스테이지 장치를 구비한 노광장치는 가동 스테이지를 고속구동할 수 있기 때문에, 노광공정의 스루풋이 향상한다.

그리고, 상기한 본 발명의 노광장치를 이용한 장치의 제조방법에 의하면, 고기능의 반도체장치 등을 높은 스루풋으로 양산할 수 있다.

Claims

소정의 이동면을 따라 서로 독립적으로 이동이 자유롭게 배치된 복수의 가동 스테이지, 및

상기 복수의 가동 스테이지 중 하나의 가동 스테이지의 위치를 소정의 계측범위 내에서 계측하는 제 1 측정계를 구비한 스테이지 장치로서,

상기 복수의 가동 스테이지 각각에 대하여 상기 가동 스테이지의 상기 계측범위 내에 있는 소정의 기준위치로부터의 위치 어긋남량, 또는 상기 기준위치에 대한 합치도를 계측하는 제 2 측정계를 구비하고,

상기 제 2 측정계의 계측결과에 근거하여 상기 제 1 측정계의 계측값을 보정하는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
소정의 이동면을 따라 서로 독립적으로 이동이 자유롭게 배치된 복수의 가동 스테이지, 및

상기 복수의 가동 스테이지 중 하나의 가동 스테이지의 위치를 소정의 제 1 계측범위 내에서 계측하는 제 1 측정계를 구비한 스테이지 장치로서,

상기 복수의 가동 스테이지 각각에 대하여 상기 제 1 계측범위와 부분적으로 중복되는 제 2 계측범위 내에서 위치를 연속적으로 계측하는 제 2 측정계,

상기 제 1 및 제 2 측정계의 계측결과에 근거하여 상기 측정계 2 개의 계측결과를 보정하는 제어계를 형성한 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 제 1 측정계는 간섭계이고,

상기 제 2 측정계는 순차부분적으로 중복되는 계측범위를 갖는 복수의 간섭계인 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 스테이지 장치를 구비한 노광장치로서,

상기 스테이지 장치의 상기 복수의 가동 스테이지에 서로 다른 패턴이 형성된 마스크를 탑재하여, 상기 복수의 가동 스테이지 상의 마스크의 패턴을 교대로 위치 결정을 하면서 기판 상에 전사하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 스테이지 장치를 구비한 노광장치로서,

상기 스테이지 장치의 상기 복수의 가동 스테이지의 제 1 가동 스테이지상에 마스크를 탑재하고, 제 2 가동 스테이지 상에 상기 마스크의 패턴을 전사할 때의 특성을 계측하기 위한 특성 계측장치를 탑재하며,

상기 마스크의 패턴을 기판 상에 전사하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 스테이지 장치를 구비한 노광장치로서,

상기 스테이지 장치의 상기 복수의 가동 스테이지 상에 각각 기판을 탑재하고,

상기 복수의 가동 스테이지를 교대로 노광위치에 위치 결정하면서 상기 복수의 기판 상에 교대로 소정의 마스크 패턴을 노광하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 스테이지 장치와 투영광학계를 구비한 노광장치로서,

상기 스테이지 장치의 상기 복수의 가동 스테이지의 제 1 가동 스테이지 상에 기판을 탑재하고, 제 2 가동 스테이지 상에 상기 투영광학계의 결상 특성을 계측하기 위한 특성계측장치를 탑재하며,

상기 제 1 가동 스테이지 상의 기판 상에 소정의 마스크 패턴을 상기 투영광학계를 통하여 노광하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
제 1 항에 기재된 스테이지 장치를 이용한 위치 결정 방법으로서,

상기 복수의 가동 스테이지 중 하나의 가동 스테이지가 상기 제 1 측정계의 계측범위 내에 들어갔을 때 상기 가동 스테이지의 상기 계측범위 내의 소정의 기준위치로부터의 위치 어긋남량, 또는 상기 기준위치에 대한 합치도를 상기 제 2 측정계로 계측하고, 상기 계측결과에 근거하여 상기 제 1 측정계의 계측값을 보정하는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치를 이용한 위치 결정 방법.
제 2 항 또는 제 3 항에 기재된 스테이지 장치를 이용한 위치 결정 방법으로서,

상기 복수의 가동 스테이지 중 하나의 가동 스테이지가 상기 제 2 계측범위측에서 상기 제 1 계측범위 내에 들어갈 때 상기 제 1 및 제 2 측정계로 동시에 상기 가동 스테이지의 위치를 계측하고, 상기 계측결과에 근거하여 상기 제 1 측정계의 계측결과를 상기 제 2 측정계의 계측결과에 맞추는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치를 이용한 위치 결정 방법.
소정의 자유도로 이동이 자유로운 가동 스테이지, 및 상기 가동 스테이지에 측정광을 조사하고 그 반사광을 참조광과 간섭시켜 상기 가동 스테이지의 변위량을 계측하는 간섭계 시스템을 구비하는 스테이지 장치로서,

상기 간섭계 시스템은 상기 측정광의 측정축을 복수 개 갖고, 상기 복수의 측정축 중 하나의 측정축이 상기 가동 스테이지에서 벗어나더라도 다른 측정축으로 계속해서 변위량을 계측할 수 있게 배치되어 있고,

상기 하나의 측정축이 상기 가동 스테이지에서 벗어난 상태에서 상기 가동 스테이지에 조사되는 상태로 변화했을 때, 상기 다른 측정축의 측정값로부터 상기 하나의 측정축의 간섭 차수를 추정하고 상기 추정된 간섭 차수와 상기 하나의 측정축에 의해 측정되는 위상에 근거하여 상기 하나의 측정축의 초기값을 설정하는 신호처리계를 구비한 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
제 10 항에 있어서,

상기 간섭계 시스템은, 상기 측정광의 파장 (λ) 의 함수를 f(λ), 간섭 차수를 정수 N, 위상을 φ라고 하면, 상기 복수의 측정축 각각에 f(λ) {N +φ/(2π)} 의 형태로 상기 가동 스테이지의 변위량을 계측하는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,

상기 간섭계 시스템은 상기 가동 스테이지의 회전각을 계측하기 위한 복수축의 근접한 측정축을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 간섭계 시스템은 헤테로다인 간섭방식의 레이저 간섭계인 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 기재된 스테이지 장치를 이용한 위치 결정 방법으로서,

상기 다른 측정축의 측정값로부터 상기 하나의 측정축의 간섭 차수를 추정할 때 상기 다른 측정축의 측정값으로부터 상기 하나의 측정축의 위상도 추정하고, 상기 추정된 위상과 상기 하나의 측정축에 의해 계측되어 있는 위상을 비교하여, 상기 비교결과에 근거하여 상기 하나의 측정축의 간섭 차수의 추정값을 보정하는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치를 이용한 위치 결정 방법.
제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 기재된 스테이지 장치를 구비하고, 소정의 마스크의 패턴을 기판 상에 전사하기 위한 노광장치로서,

상기 스테이지 장치에 의해 상기 마스크 또는 상기 기판의 위치 결정을 하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
제 4 항 내지 제 7 항, 또는 제 15 항 중 어느 한 항에 기재된 노광장치를 이용한 디바이스의 제조방법으로서,

소정의 마스크의 패턴을 상기 노광장치를 이용하여 소정의 기판 상에 전사하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스의 제조방법.