KR20110020805A - 이동체 시스템, 이동체 구동 방법, 패턴 형성 장치, 패턴 형성 방법, 노광 장치, 노광 방법, 및 디바이스 제조 방법 - Google Patents

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

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Abstract

인코더 시스템을 구성하는 복수의 헤드가 웨이퍼 테이블 상에 배열되며, 스케일판 (21) (회절 격자 (RG)) 에 대향하는 헤드의 출력에 기초하여, 웨이퍼 테이블의 XY 평면에서의 위치 정보가 계측된다. 그리고, 각 헤드, 예를 들어, 헤드 (60C) 의 웨이퍼 테이블과의 상대 위치 (상대 자세 및 회전을 포함) 가 헤드 내부에 배열된 계측계에 의해 여기서 계측된다. 따라서, 계측된 상대 위치의 정보에 기초하여 위치 정보를 보정함으로써, 웨이퍼 테이블의 이동에 따라 헤드의 위치 (자세, 회전) 가 변화하는 경우라도 고정밀한 웨이퍼 테이블의 위치 정보의 계측이 가능해진다.

Description

이동체 시스템, 이동체 구동 방법, 패턴 형성 장치, 패턴 형성 방법, 노광 장치, 노광 방법, 및 디바이스 제조 방법{MOVABLE BODY SYSTEM, MOVABLE BODY DRIVE METHOD, PATTERN FORMATION APPARATUS, PATTERN FORMATION METHOD, EXPOSURE APPARATUS, EXPOSURE METHOD, AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 이동체 시스템, 이동체 구동 방법, 패턴 형성 장치, 패턴 형성 방법, 노광 장치, 노광 방법, 및 디바이스 제조 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는, 실질적으로 소정 평면을 따라 이동하는 이동체를 포함하는 이동체 시스템, 이동체를 구동하는 이동체 구동 방법, 이동체 시스템을 구비한 패턴 형성 장치, 이동체 구동 방법을 이용하는 패턴 형성 방법, 이동체 시스템을 구비한 노광 장치, 이동체 구동 방법을 이용하는 노광 방법, 및 노광 장치 또는 노광 방법을 이용하는 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.
종래, 반도체 소자 (집적 회로 등) 및 액정 표시 소자 등의 전자 디바이스 (마이크로디바이스) 를 제조하는 리소그래피 공정에서는, 스텝-앤드-리피트 (step-and-repeat) 방식에 의한 투영 노광 장치 (소위, 스텝퍼), 또는 스텝-앤드-스캔 (step-and-scan) 방식에 의한 투영 노광 장치 (소위, 스캐닝 스텝퍼 (스캐너라고도 불린다)) 등의 노광 장치가 주로 이용된다.
장차, 반도체 소자는 보다 고집적화에 이를 것이며, 이것에 수반하여, 웨이퍼 상에 형성되어야 하는 회로 패턴이 미세화되는 것은 확실하며, 반도체 소자의 대량 생산 장치인 노광 장치에는 웨이퍼 등의 위치 검출 정밀도의 추가 향상이 요청될 것이다.
예를 들어, 미국 특허출원공개 제2006/0227309호 명세서에는, 기판 테이블 상에 인코더 타입의 센서 (인코더 헤드) 가 탑재된 노광 장치가 개시된다. 그러나, 기판 테이블 상에 인코더 헤드가 탑재되는 경우, 기판 테이블의 이동으로 인해 (기판 테이블에 가속도가 더해진다), 기판 테이블에 대한 인코더 헤드의 설치 위치 및/또는 설치 자세가 변화할 수 있으며, 인코더 헤드를 이용한 기판 테이블의 위치 계측의 정확도가 저하될 위험이 있었다.
본 발명은 상술된 상황 하에서 행해졌으며, 본 발명의 제 1 양태에 따르면, 실질적으로 소정 평면을 따라 이동하는 이동체; 이동체의 일면에 제공된 복수의 인코더 헤드를 갖고, 이동체의 외부에 소정 평면과 평행으로 배치된 그레이팅부 (grating section) 에 대향하는 적어도 하나의 인코더 헤드의 출력에 기초하여, 이동체의 위치 정보를 계측하는 계측 장치; 및 계측 장치에 의해 계측된 위치 정보, 및 위치 정보의 계측에 이용된 인코더 헤드와 이동체 간의 상대 위치에 관한 정보에 기초하여, 이동체를 구동하는 구동 장치를 포함하는 이동체 시스템이 제공된다.
이 시스템에 의하면, 계측 장치에 의해 계측된 소정 평면 내에서의 이동체의 위치 정보, 및 위치 정보의 계측에 이용된 소정 평면과 평행으로 배치된 그레이팅부에 대향하는 적어도 하나의 인코더 헤드와 이동체 간의 상대 위치에 관한 정보에 기초하여 이동체가 구동된다. 따라서, 이동체의 구동에 따라, 인코더 헤드가 이동체에 대하여 이동하는 경우라도, 고정밀한 이동체의 위치 정보의 계측, 더나아가서는 고정밀한 이동체의 구동 제어가 가능해진다.
본 발명의 제 2 양태에 따르면, 물체에 패턴을 형성하는 패턴 형성 장치로서, 물체가 이동체 상에 탑재되는 본 발명의 이동체 시스템; 및 이동체 상에 탑재된 물체 상에 패턴을 생성하는 패터닝 장치를 포함하는 패턴 형성 장치가 제공된다.
이 장치에 의하면, 물체 상에 양호한 정밀도로 패턴을 형성하는 것이 가능해진다.
본 발명의 제 3 양태에 따르면, 에너지 빔의 조사에 의해 물체에 패턴을 형성하는 노광 장치로서, 물체에 에너지 빔을 조사하는 패터닝 장치; 및 물체가 이동체 상에 탑재되는 본 발명의 이동체 시스템을 포함하며; 에너지 빔과 물체의 상대 이동을 위해, 물체가 탑재되는 이동체가 구동되는 노광 장치가 제공된다.
이 장치에 의하면, 주사 노광에 의해 물체 상에 양호한 정밀도로 패턴을 형성하는 것이 가능해진다.
본 발명의 제 4 양태에 따르면, 본 발명의 노광 장치를 이용하여 물체를 노광하는 단계; 및 노광된 물체를 현상하는 단계를 포함하는 디바이스 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 제 5 양태에 따르면, 실질적으로 소정 평면을 따라 이동하는 이동체의 일면에 제공된 복수의 인코더 헤드 중, 이동체의 외부에 소정 평면과 평행으로 배치된 그레이팅부에 대향하는 적어도 하나의 인코더 헤드의 출력에 기초하여, 이동체의 위치 정보를 계측하는 계측 공정; 및 계측된 위치 정보, 및 위치 정보의 계측에 이용된 인코더 헤드와 이동체 간의 상대 위치에 관한 정보에 기초하여, 이동체를 구동하는 구동 공정을 포함하는 이동체 구동 방법이 제공된다.
이 방법에 의하면, 구동 공정에서, 계측 공정에서 계측된 소정 평면 내에서의 이동체의 위치 정보, 및 위치 정보의 계측에 이용된 소정 평면과 평행으로 배치된 그레이팅부에 대향하는 적어도 하나의 인코더 헤드와 이동체 간의 상대 위치에 관한 정보에 기초하여 이동체가 구동된다. 따라서, 이동체의 구동에 따라, 인코더 헤드가 이동체에 대하여 이동하는 경우라도, 고정밀한 이동체의 위치 정보의 계측, 더나아가서는, 고정밀한 이동체의 구동 제어가 가능해진다.
본 발명의 제 6 양태에 따르면, 물체 상에 패턴을 형성하는 패턴 형성 방법으로서, 패턴을 형성하기 위해, 본 발명의 이동체 구동 방법을 이용하여, 물체를 유지하는 이동체를 소정 평면을 따라 구동하는 구동 공정을 포함하는 패턴 형성 방법이 제공된다.
이 장치에 의하면, 물체 상에 양호한 정밀도로 패턴을 형성하는 것이 가능해진다.
본 발명의 제 7 양태에 따르면, 에너지 빔을 조사함으로써 물체 상에 패턴을 형성하는 노광 방법으로서, 패턴을 형성하기 위해, 본 발명의 이동체 구동 방법을 이용하여, 물체를 유지하는 이동체를 구동하는 구동 공정을 포함하는 노광 방법이 제공된다.
이 방법에 의하면, 에너지 빔의 조사에 의해 물체를 노광함으로써 물체 상에 양호한 정밀도로 패턴을 형성하는 것이 가능해진다.
본 발명의 제 8 양태에 따르면, 본 발명의 노광 방법을 이용하여 물체를 노광하는 노광 공정; 및 노광된 물체를 현상하는 현상 공정을 포함하는 디바이스 제조 방법이 제공된다.
도 1 은 일 실시형태의 노광 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2 는 인코더 헤드와 간섭계의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 은 도 1 의 웨이퍼 스테이지를 일부 파쇄하여 도시한 확대도이다.
도 4 는 도 3 의 원 C 의 일부를 확대하여 도시한 도면이다.
도 5 는 헤드 내부의 구성을 설명하는데 이용된 도면이다.
도 6 은 도 1 의 노광 장치에서의 스테이지 제어와 관련된 제어계의 주요한 구성을 도시한 블록도이다.
이하, 본 발명의 일 실시형태가 도 1 내지 도 6 을 참조하여 설명될 것이다.
도 1 은 일 실시형태의 노광 장치 (100) 의 개략 구성을 도시한다. 노광 장치 (100) 는 스텝-앤드-스캔 방식의 투영 노광 장치, 즉, 소위 스캐너이다. 후술할 바와 같이, 본 실시형태에서는 투영 광학계 (PL) 가 배열되고, 이하의 설명에서는, 투영 광학계 (PL) 의 광축 (AX) 에 평행인 방향을 Z 축 방향, Z 축 방향에 직교하는 평면 내에서 레티클 및 웨이퍼가 상대적으로 주사되는 방향을 Y 축 방향, Z 축 방향 및 Y 축 방향에 직교하는 방향을 X 축 방향으로 하고, X 축, Y 축 및 Z 축 둘레의 회전 (경사) 방향을 각각 θx, θy 및 θz 방향으로서 설명할 것이다.
노광 장치 (100) 는 조명계 (10), 레티클 (R) 을 유지하는 레티클 스테이지 (RST), 투영 유닛 (PU), 웨이퍼 (W) 가 탑재되는 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 포함하는 웨이퍼 스테이지 장치 (50), 이들 부분들에 대한 제어계 등을 구비하고 있다.
조명계 (10) 는 예를 들어, 미국 특허출원공개 제2003/0025890호 명세서 등에 개시된 바와 같이, 광원, 옵티컬 인테그레이터 등을 포함하는 조도 균일화 광학계, 및 레티클 블라인드 등을 갖는 조명 광학계 등 (어느 것도 미도시) 을 포함한다. 조명계 (10) 는 레티클 블라인드 (마스킹 시스템) 로 레티클 (R) 상에 설정되는 슬릿 형상의 조명 영역 (IAR) 을 조명광 (노광광) (IL) 에 의해 실질적으로 균일한 조도로 조명한다. 이 경우에, 조명광 (IL) 으로서는, 예를 들어 ArF 엑시머 레이저 빔 (파장 193nm) 이 이용된다.
레티클 스테이지 (RST) 상에는, 회로 패턴 등이 그 패턴면 (도 1 에서의 하면) 에 형성된 레티클 (R) 이 예를 들어 진공 흡착에 의해 고정된다. 레티클 스테이지 (RST) 는 예를 들어 리니어 모터 등을 포함하는 레티클 스테이지 구동계 (11) (도 1 에는 미도시, 도 6 참조) 에 의해 XY 평면 내에서 미소 구동가능하며, 레티클 스테이지 (RST) 는 또한 주사 방향 (이 경우에는, 도 1 에서의 지면 내의 좌우 방향 (lateral direction) 인 Y 축 방향) 으로 소정의 주사 속도로 구동가능하다.
레티클 스테이지 (RST) 의 XY 평면 (이동면) 내의 위치 정보 (θz 방향의 위치 (이하에서는 θz 회전량으로도 지칭) 의 정보를 포함) 는 도 1 에 도시된 이동 미러 (15) (실제로 배열된 미러들은 Y 축 방향에 직교하는 반사면을 갖는 Y 이동 미러 (또는 레트로 리플렉터 (retro reflector) ) 및 X 축 방향에 직교하는 반사면을 갖는 X 이동 미러이다) 에 계측 빔을 조사하는 레티클 레이저 간섭계 (이하, "레티클 간섭계" 로 지칭) (16) 에 의해 예를 들어 0.25nm 정도의 분해능으로 계속 검출된다. 부수적으로는, 예를 들어 미국 특허출원공개 제2007/0288121호 명세서 등에 개시되어 있는 인코더 시스템을 레티클 간섭계 (16) 대신에, 또는 레티클 간섭계 (16) 와 함께 사용하여 레티클 (R) 의 적어도 3 자유도 방향의 위치 정보를 계측할 수 있다.
투영 유닛 (PU) 은 도 1 에서 레티클 스테이지 (RST) 의 하방 (-Z 측) 에 배치되며, 바디 (미도시) 의 일부를 구성하는 메인프레임 (메트롤로지 프레임) 에 의해 유지된다. 투영 유닛 (PU) 은 경통 (barrel) (40) 및 경통 (40) 에 의해 유지된 복수의 광학 소자로 이루어진 투영 광학계 (PL) 를 갖는다. 투영 광학계 (PL) 로서는 예를 들어 Z 축 방향과 평행인 광축 (AX) 을 따라 배치된 복수의 렌즈 (렌즈 엘리먼트) 로 이루어진 굴절광학계 (dioptric system) 가 이용된다. 투영 광학계 (PL) 는 예를 들어, 소정의 투영 배율 (이를 테면, 1/4 배, 1/5 배 또는 1/8 배) 을 갖는 양측 텔레센트릭 굴절광학계이다. 따라서, 조명계 (10) 로부터의 조명광 (IL) 이 조명 영역 (IAR) 을 조명할 때, 투영 광학계 (PL) 의 제 1 면 (물체면) 과 그 패턴면이 실질적으로 일치하도록 배치되는 레티클 (R) 을 통과한 조명광 (IL) 이 투영 광학계 (PL) 를 통해, 조명 영역 (IAR) 내에 형성된 레티클 (R) 의 회로 패턴의 축소 이미지 (회로 패턴의 일부의 축소 이미지) 를, 투영 광학계 (PL) 의 제 2 면 (이미지면) 측에 배치되고 표면에 레지스트 (감응제) 가 도포된 웨이퍼 (W) 상의 조명 영역 (IAR) 에 공역인 영역 (노광 영역) (IA) 에 형성한다. 그리고, 레티클 스테이지 (RST) 와 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 동기 구동에 의해, 레티클 (R) 은 조명 영역 (IAR) (조명광 (IL)) 에 대하여 주사 방향 (Y 축 방향) 으로 상대 이동하는 것과 동시에, 웨이퍼 (W) 는 노광 영역 (조명광 (IL)) 에 대하여 주사 방향 (Y 축 방향) 으로 상대 이동하여, 웨이퍼 (W) 상의 하나의 샷 영역 (구면 영역 (divided area)) 의 주사 노광이 수행되며, 이 샷 영역으로 레티클 (R) 의 패턴이 전사된다. 즉, 본 실시형태에서는 조명계 (10) 및 투영 광학계 (PL) 에 따라 웨이퍼 (W) 상에 패턴이 생성되며, 그 후 조명광 (IL) 에 의한 웨이퍼 (W) 상의 감응층 (레지스트층) 의 노광에 의해, 웨이퍼 (W) 상에 패턴이 형성된다.
부수적으로, 메인프레임은 종래 이용되는 문형 프레임, 및 예를 들어 미국 특허출원공개 제2008/0068568호 명세서 등에 개시된 매달림 (hanging) 지지형 프레임 중 하나일 수 있다.
경통 (40) 의 -Z 측 단부의 주위에는, 예를 들어 경통 (40) 의 하단면과 실질적으로 동일면이 되는 높이에서, 스케일판 (21) 이 XY 평면과 평행으로 배치된다. 본 실시형태에서, 스케일판 (21) 은 그 스케일판의 일부에 형성되는, 경통 (40) 의 -Z 단부가 삽입되는 원형 개구 및 얼라인먼트계의 -Z 단부가 삽입되는 원형 개구를 갖는 직사각형 플레이트로 이루어지며, 바디 (미도시) 로부터 매달림에 의해 지지된다. 본 실시형태에서, 스케일판 (21) 은 투영 유닛 (PU) 을 지지하는 메인프레임 (미도시) (메트롤로지 프레임) 으로부터 매달림에 의해 지지된다. 스케일판 (21) 의 하면 (-Z 측의 면) 에는, 2 차원 격자로서, Y 축 방향을 주기 방향으로 하고 예를 들어 1㎛ 의 소정 피치 (pitch) 를 갖는 격자, 및 X 축 방향을 주기 방향으로 하고 예를 들어 1㎛ 의 소정 피치를 갖는 격자로 이루어진 반사형의 2 차원 회절 격자 (RG) (도 4 및 도 5 참조) 가 형성된다. 이 회절 격자 (RG) 는 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 이동 범위를 커버한다.
웨이퍼 스테이지 장치 (50) 는 바닥면 (floor surface) 상에 복수의 (예를 들어, 3 또는 4 개의) 방진 기구 (도면에는 생략됨) 에 의해 거의 수평으로 지지된 스테이지 베이스 (12), 스테이지 베이스 (12) 상에 배치된 웨이퍼 스테이지 (WST), 웨이퍼 스테이지 구동계 (27) (도 1 에는 일부만이 도시, 도 6 참조), 및 웨이퍼 스테이지 (WST) (웨이퍼 테이블 (WTB)) 의 위치 정보를 계측하는 계측계를 구비하고 있다. 계측계는 도 6 에 도시되는, 인코더 시스템 (70), 웨이퍼 레이저 간섭계 시스템 (18) 등을 구비하고 있다. 부수적으로, 인코더 시스템 (70) 및 웨이퍼 레이저 간섭계 시스템 (18) 은 추가로 후술될 것이다.
스테이지 베이스 (12) 는 평판형을 갖는 부재로 이루어지며, 그 상면의 평탄도가 매우 높아, 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 이동할 때 가이드면의 역할을 한다. 스테이지 베이스 (12) 내부에는, XY 2 차원 방향이 로우 (row) 방향 및 컬럼 (column) 방향의 역할을 하는 행렬 형상으로 배치된 복수의 코일 (14a) 을 포함하는 코일 유닛이 하우징된다.
도 1 에 도시한 바와 같이, 웨이퍼 스테이지 (WST) 는 스테이지 본체 (91), 및 스테이지 본체 (91) 의 상방에 배치되고 Z 틸트 구동 기구 (미도시) 에 의해 스테이지 본체 (91) 에 대하여 비접촉 방식으로 지지된 웨이퍼 테이블 (WTB) 을 갖는다. 이 경우에, 웨이퍼 테이블 (WTB) 은 Z 틸트 구동 기구에 의해 전자력 등의 상향력 (척력) 과 자중 (self-weight) 을 포함하는 하향력 (인력) 의 균형을 3 점으로 조정함으로써 비접촉 방식으로 지지되며, 또한 Z 축 방향, θx 방향, 및 θy 방향인 3 자유도 방향으로 미소 구동된다. 스테이지 본체 (91) 의 저부에는, 슬라이더부 (91a) 가 배열된다. 슬라이더부 (91a) 는 XY 평면 내에 2 차원적으로 배열된 복수의 자석으로 이루어진 자석 유닛, 자석 유닛을 하우징하는 하우징, 및 하우징의 저면의 주위에 배열된 복수의 에어 베어링을 갖는다. 자석 유닛은 전술된 코일 유닛과 함께, 예를 들어 미국 특허 제5,196,745호 명세서에 개시한 바와 같이 로렌츠 전자력의 구동을 이용하는 평면 모터 (30) 를 구성한다. 부수적으로, 평면 모터 (30) 로서, 구동 방식은 로렌츠 전자력을 이용하는 방식으로 한정되지 않으며, 가변 자기저항 구동 방식에 의한 평면 모터가 또한 이용될 수 있다.
웨이퍼 스테이지 (WST) 는 상술된 복수의 에어 베어링에 의하여, 스테이지 베이스 (12) 위로 소정의 클리어런스, 이를 테면 수 ㎛ 정도의 클리어런스만큼 부상 (浮上) 지지되며, 평면 모터 (30) 에 의해 X 축 방향, Y 축 방향 및 θz 방향으로 구동된다. 따라서, 웨이퍼 테이블 (WTB) (웨이퍼 (W)) 은 스테이지 베이스 (12) 에 대하여 6 자유도 방향으로 이동가능하다. 부수적으로, 웨이퍼 스테이지 (WST) 는 평면 모터 (30) 에 의해 6 자유도 방향으로 구동될 수 있다.
본 실시형태에서는, 코일 유닛을 구성하는 각 코일 (14a) 에 공급되는 전류의 크기 및 방향을 주제어장치 (20) 가 제어한다. 평면 모터 (30) 및 전술된 Z 틸트 구동 기구를 포함하여, 도 6 의 웨이퍼 스테이지 구동계 (27) 가 구성된다. 부수적으로, 평면 모터 (30) 는 가동 자석 (moving magent) 방식을 이용하는 모터로 한정되지 않으며, 가동 코일 방식을 이용하는 모터일 수 있다. 또는, 평면 모터 (30) 로서, 자기 부상 방식의 평면 모터가 이용될 수 있다. 이 경우에, 전술된 에어 베어링은 배열될 필요가 없다. 또한, 웨이퍼 테이블 (WTB) 은 X 축 방향, Y 축 방향 및 Z 축 방향 중 적어도 하나의 방향으로 미소 이동가능할 수 있다. 더 상세하게는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 는 조/미동 (rough/fine movement) 스테이지에 의해 구성될 수 있다.
웨이퍼 테이블 (WTB) 상에는, 웨이퍼 홀더 (미도시) 를 통해 웨이퍼 (W) 가 탑재되며, 예를 들어, 진공 흡착 (또는, 정전 흡착) 과 같이 척 기구 (미도시) 에 의해 고정된다. 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 +Y 측의 면 (+Y 단면) 및 -X 측의 면 (-X 단면) 에는, 각각, 미러 폴리싱이 실시되며, 도 2 에 도시한 바와 같이, 후술되는 웨이퍼 레이저 간섭계 시스템에 이용되는 반사면 (17a 및 17b) 이 형성된다.
인코더 시스템 (70) 은 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 XY 평면 내의 위치 정보 (θz 회전량에 관한 정보를 포함) 를 계측한다. 이제, 인코더 시스템 (70) 의 구성 등이 상세하게 설명될 것이다.
웨이퍼 테이블 (WTB) 상에는, 도 2 의 평면도에 도시한 바와 같이, 4 개의 코너 각각에 인코더 헤드 (이하, 필요에 따라 간단히 헤드로 지칭) (60A, 60B, 60C 및 60D) 가 배치된다. 이들 헤드 (60A 내지 60D) 는 헤드 (60C) 가 대표로 채택된 도 3 에 도시한 바와 같이, 웨이퍼 테이블 (WTB) 에 각각 형성된 Z 축 방향의 관통 홀 (24) 내에 하우징된다.
웨이퍼 테이블 (WTB) 의 상면의 일방의 대각선 상에 위치되는 한 쌍의 헤드 (60A 및 60C) 는, Y 축 방향을 계측 방향으로 하는 헤드이다. 또한, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 상면의 타방의 대각선 상에 위치되는 한 쌍의 헤드 (60B 및 60D) 는, X 축 방향을 계측 방향으로 하는 헤드이다. 헤드 (60A 내지 60D) 각각으로서는, 예를 들어, 미국 특허 제7,238,931호 명세서, 국제공개 제2007/083758호 등에 개시된 헤드 (인코더) 와 유사한 구성을 갖는 헤드가 이용된다. 그러나, 본 실시형태에서는, 광원 및 광검출기는 각 헤드의 외부에 배열되며, 광학계만이 각 헤드의 내부에 배열된다. 그리고, 광원, 광검출기 및 광학계는 후술될 광파이버를 통해 광학적으로 접속된다.
헤드 (60A 및 60C) 는 스케일판 (21) 상에 계측 빔 (계측광) 을 조사하고 스케일판 (21) 의 표면 (하면) 에 형성된 Y 축 방향을 주기 방향으로 하는 격자로부터의 회절 빔을 수광함으로써 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 Y 축 방향의 위치를 계측하는 Y 리니어 인코더 (이하, 적절히 "Y 인코더" 또는 "인코더" 로 약칭) (70A 및 70C) (도 6 참조) 를 각각 구성한다. 또한, 헤드 (60B 및 60D) 는 스케일판 (21) 상에 계측 빔을 조사하고 스케일판 (21) 의 표면에 형성된 X 축 방향을 주기 방향으로 하는 격자로부터의 회절 빔을 수광함으로써 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 X 축 방향의 위치를 계측하는 X 리니어 인코더 (이하, 적절히 "인코더" 로 약칭) (70B 및 70D) (도 6 참조) 를 각각 구성한다.
본 실시형태에서는, 도 3 의 원 (C) 의 일부를 확대한 도면인 도 4 에 도시한 바와 같이, 헤드 (60C) 는, 폭 및 깊이보다 높이가 더 짧은 사각주상 (square pillar shape) 을 갖는 광학계 하우징부 (22a), 및 광학계 하우징부 (22a) 의 하방에 Y 축 방향으로 연장하여 배열된 소정 길이의 사각주상을 갖는 원통형의 파이버 하우징부 (22b) 의 2 부분을 갖는 하우징 (22) 을 갖는다. 광학계 하우징부 (22a) 의 일부는 파이버 하우징부 (22b) 의 외측의 주위를 완전히 둘러싸 연장한다. 전술된 관통홀 (24) 은 도 4 에 도시한 바와 같이 하우징 (22) 의 형상에 따른 형상으로 형성된다. 그리고, 하우징 (22) 은 상술된 연장부의 하면이 관통홀 (24) 의 단차부에 접촉하는 상태로 웨이퍼 테이블 (WTB) 에 부착된다. 이 경우에, 하우징 (22) 의 관통홀 (24) 내부로의 삽입을 용이하게 하기 위하여, 관통홀 (24) 의 내벽면과 하우징 (22) 의 외주면 (outer peripheral surface) 과의 사이에 소정의 클리어런스가 형성되는 정도로, 하우징 (22) 과 관통홀 (24) 양자의 치수가 설정된다.
하우징 (22) 에는, 광파이버 (62a, 62b 및 62c) 의 일단이 각각 접속된다. 광파이버 (62a, 62b 및 62c) 는, 파이버 하우징부 (22b) 의 하단, 또는 더 상세하게는, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 하면의 근방에서, 스테이지 본체 (91) 의 상단부 상에 배열된 파이버 유지부 (28) 에 의해, 스테이지 본체 (91) 에 대하여 웨이퍼 테이블 (WTB) 이 미소 구동되는 경우라도 광파이버가 응력받지 않도록 유지된다.
광파이버 (62a) 는 송광용 (light-sending) 파이버이며, 그 타단은 스테이지 본체 (91) 에 제공된 광원 (미도시), 예를 들어, 반도체 레이저 등에 광학적으로 접속된다. 또한, 광파이버 (62b 및 62c) 는 수광용 (light-receiving) 파이버이며, 각각의 타단은 스테이지 본체 (91) 에 제공된 제 1 및 제 2 광검출계 (미도시) 에 광학적으로 접속된다. 제 1 및 제 2 광검출계는 각각, 편광자 (검광자) 및 광검출기, 예를 들어, 광전자증배관 등을 포함한다. 부수적으로, 광파이버 (62a, 62b 및 62c) 의 하우징 (22) 내의 구성에 대해서는 후술될 것이다.
여기서, 헤드 (60C) 의 하우징 (22) 내에 하우징된 광학계의 구성에 대해서는 도 5 에 기초하여 설명될 것이다.
광학계 하우징부 (22a) 의 내부에는, 도 5 에 도시한 바와 같이, 예를 들어, 분리면이 XY 평면과 평행인 편광 빔 스플리터 (PBS), 한 쌍의 반사 미러 (R1a 및 R1b), 렌즈 (L2a 및 L2b), 1/4 파장판 (이하, λ/4 판으로 지칭) (WP1a 및 WP1b), 반사 미러 (R2a 및 R2b) 등이 소정의 위치 관계로 지지 부재 (미도시) 등을 통해 하우징 (22) 에 고정되게 되는 주광학계 (64), 및 부광학계 (640) (상세에 대해서는 후술된다) 가 하우징된다.
도 5 에 도시한 바와 같이, 광파이버 (62a) 는 하우징 (22) 의 내부에서 제 1 부분 (62a1) 및 제 2 부분 (62a2) 으로 분리되며, 제 1 부분 (62a1) 및 제 2 부분 (62a2) 은 빔 스플리터 (BS) 를 통해 광학적으로 접속된다. 빔 스플리터 (BS) 는 입사면을 광파이버 (62a) 의 제 2 부분 (62a2) 의 일단측의 단면에 대향시키고 사출면을 광파이버 (62a) 의 제 1 부분 (62a1) 의 타단측의 단면에 대향시킨 상태로 지지 부재 (미도시) 를 통해 하우징 (22) 에 고정된다.
광학계 (64) 의 편광 빔 스플리터 (PBS) 의 입사면에 대향하여 광파이버 (62a) 의 제 1 부분 (62a1) 의 일단측의 단면이 배치되며, 편광 빔 스플리터 (PBS) 의 사출면에 대향하여 광파이버 (62b) 의 일단측의 단면이 배치된다.
헤드 (60C) (Y 인코더 (70C)) 에 있어서, 스테이지 본체 (91) 에 배열된 광원 (미도시) 으로부터 레이저 빔 (LB) 이 사출되어, 광파이버 (62a) (또는 보다 정확하게는, 제 2 부분 (62a2), 빔 스플리터 (BS) 및 제 1 부분 (62a1)) 를 통해 편광 빔 스플리터 (PBS) 로 입사되며, 편광 분리에 의해 2 개의 계측 빔 (LB1 및 LB2) 이 된다. 편광 빔 스플리터 (PBS) 를 통해 투과된 계측 빔 (LB1) 은 반사 미러 (R1a) 를 통해 스케일판 (21) 에 도달하고, 편광 빔 스플리터 (PBS) 로 반사된 계측 빔 (LB2) 은 반사 미러 (R1b) 를 통해 스케일판 (21) 에 도달한다. 부수적으로, 이 경우의 "편광 분리" 는, 입사 빔을 P 편광 성분과 S 편광 성분으로 분리하는 것을 의미한다.
계측 빔 (LB1 및 LB2) 의 조사에 의해 회절 격자 (RG) 로부터 생성되는 소정 차수의 회절 빔, 예를 들어, 1 차 회절 빔은 각각 렌즈 (L2a 및 L2b) 를 통해 λ/4 판 (WP1a 및 WP1b) 에 의해 원편광으로 변환되고, 반사 미러 (R2a 및 R2b) 에 의해 반사된 후, 그 빔은 다시 λ/4 판 (WP1a 및 WP1b) 을 통과하고 주로와 동일한 광로를 역방향으로 트레이싱함으로써 편광 빔 스플리터 (PBS) 에 도달한다.
편광 빔 스플리터 (PBS) 에 도달한 2 개의 빔의 각 편광 방향은 원래의 방향에 대하여 90°의 각도로 회전된다. 따라서, 먼저 편광 빔 스플리터 (PBS) 를 통과한 계측 빔 (LB1) 의 1 차 회절 빔은 편광 빔 스플리터 (PBS) 에서 반사된다. 먼저 편광 빔 스플리터 (PBS) 에서 반사된 계측 빔 (LB2) 의 1 차 회절빔은 편광 빔 스플리터 (PBS) 를 통과한다. 그리고, 계측 빔 (LB1 및 LB2) 각각의 1 차 회절 빔은 동축으로 합성되며, 합성 빔 (LB12) 으로서, 광파이버 (62b) 에 입사된다. 합성 빔 (LB12) 은 광파이버 (62b) 를 통해, 스테이지 본체 (91) 에 제공된 제 1 광검출계 (미도시) 로 송광된다.
제 1 광검출계 (미도시) 의 내부에서는, 합성 빔 (LB12) 으로서 합성된 빔 (LB1 및 LB2) 의 1 차 회절 빔의 편광 방향이 예를 들어 검광자에 의해 배열되며, 그 빔은 서로 오버레이되어 간섭광을 형성하며, 이 간섭광은 광검출기에 의해 검출되고 간섭광의 강도에 따라 전기 신호로 변환된다. 이 경우에, 계측 방향 (이 경우에는, Y 축 방향) 으로의 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 이동으로 인한 헤드 (60C) 와 스케일판 (21) 의 상대 이동에 의해, 2 개의 빔 간의 위상차가 변화하여, 간섭광의 강도가 변화한다. 이 간섭광의 강도의 변화는 광검출계 (미도시) 에 의해 검출되며, 이 강도 변화에 대응하는 위치 정보가 Y 인코더 (70C) 의 주계측값으로서 주제어장치 (20) (도 6 참조) 로 출력된다.
상기 설명으로부터 명백한 바와 같이, Y 인코더 (70C) (인코더 헤드 (60C)) 에서는, 빔 (LB1 및 LB2) 의 공기 중에서의 광로 길이가 매우 짧기 때문에, 공기 변동 (air fluctuation) 의 영향이 대부분 무시될 수 있다.
다른 헤드 (60A, 60B 및 60C) (인코더 (70A, 70B 및 70D)) 등도 헤드 (60C) (인코더 (70C)) 와 유사하게 구성된다.
전술한 바와 같이, 웨이퍼 테이블 (WTB) 상에 헤드가 탑재되는 경우, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 이동 (웨이퍼 테이블 (WTB) 에 가속도가 더해진다) 등으로 인해, 헤드의 위치가 설계 위치로부터 시프트되거나 또는 자세가 기준 자세로부터 변화할 가능성이 높으며, 이러한 헤드의 위치 (자세를 포함) 의 변화는 웨이퍼 테이블 (WTB) (웨이퍼 스테이지 (WST)) 의 위치 계측의 오차 요인이 된다. 따라서, 본 실시형태에서는, 헤드 (60A 내지 60D) 각각에, 웨이퍼 테이블 (WTB) 에 대한 헤드의 위치 및 자세의 변화를 계측하기 위한 전술된 부광학계 (640) 가 제공된다.
여기서, 도 5 에 도시되는 헤드 (60C) 의 하우징 (22) 내부의 부광학계 (640) 는 대표로 채택될 것이며, 부광학계의 구성 등이 설명될 것이다.
하우징 (22) 의 파이버 하우징부 (22b) 의 내부에는, XY 평면 및 XZ 평면과 45°의 각도를 이루는 분리면을 갖는 편광 빔 스플리터 (PBS0), λ/4 판 (WP 및 WP0), 반사 미러 (RM0) 등이 소정 위치 관계로 지지 부재 (미도시) 를 통해 하우징 (22) 에 고정되게 되는 부광학계 (640) 가 하우징된다.
전술된 빔 스플리터 (BS) 에 의해, 광파이버 (62a) 의 제 2 부분 (62a2) 을 통해 도광된 레이저 빔 (LB) 은 주광학계 (64) 의 입사빔 및 계측 빔 (LB0) 으로 분기된다. 계측 빔 (LB0) 은 부광학계 (640) 의 편광 빔 스플리터 (PBS0) 로 입사되고, 편광 분리에 의해 계측 빔 및 참조 빔이 된다. 계측 빔은 편광 빔 스플리터 (PBS0) 에 의해 반사되고, Y 축에 평행한 광로를 따라 나아간 후, λ/4 판 (WP) 을 통과하며 파이버 하우징부 (22b) (하우징 (22)) 에 제공된 개구부 (또는 광 투과부) 를 통해, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 관통홀 (24) 의 +Y 측의 내벽면에 입사된다.
웨이퍼 테이블 (WTB) 의 관통홀 (24) 의 +Y 측의 내벽면에는, 미러 폴리싱이 실시되며, Y 축에 수직인 반사면 (RM) 이 형성된다. 따라서, 계측 빔은 반사면 (RM) 에 의해 반사되고, 원래의 광로를 거꾸로 따라가 편광 빔 스플리터 (PBS0) 로 되돌아간다. 이 경우에, λ/4 판을 2 번 통과함으로써, 계측 빔의 편광 방향은 원래의 방향으로부터 90°만큼 회전한다. 따라서, 계측 빔은 편광 빔 스플리터 (PBS0) 를 통과한다.
한편, 참조 빔은 편광 빔 스플리터 (PBS0) 를 통과하고 Z 축과 평행인 광로를 따라 나아가며, λ/4 판 (WP0) 을 통과하여, 반사 미러 (RM0) 에 입사된 후, 반사된다. 반사된 참조 빔은 원래의 광로를 거꾸로 따라가 다시 λ/4 판 (WP0) 을 통과하여, 편광 빔 스플리터 (PBS0) 로 되돌아간다. 여기서, 참조 빔이 λ/4 판 (WP0) 을 2 번 통과함으로써, 편광 방향은 원래의 방향으로부터 90°만큼 회전한다. 따라서, 참조 빔은 편광 빔 스플리터 (PBS0) 에 의해 반사된다.
편광 빔 스플리터 (PBS0) 를 통과한 계측 빔은 편광 빔 스플리터 (PBS0) 에 의해 반사된 참조 빔과 동축으로 합성되며, 합성 빔 (LB0) 으로서 광파이버 (62c) 에 입사된다. 합성 빔 (LB0) 은 광파이버 (62c) 를 통해, 스테이지 본체 (91) 에 제공된 제 2 광검출계 (미도시) 로 송광된다.
제 2 광검출계 (미도시) 의 내부에서는, 합성 빔 (LB0) 으로서 합성된 계측 빔과 참조 빔의 편광 방향이 예를 들어 검광자에 의해 배열되며, 그 빔은 서로 오버레이되어 간섭광을 형성하며, 이 간섭광은 광검출기에 의해 검출되고 간섭광의 강도에 따라 전기 신호로 변환된다. 이 경우에, 예를 들어, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 이동에 따라, 헤드 (60C) 의 설정 위치가 Y 축 방향으로 시프트되는 경우, 헤드 (60C) 내의 부광학계 (640) 와 반사면 (RM) 사이의 상대 거리가 변화한다. 이것이 계측 빔의 광로 길이를 변화시켜, 계측 빔과 참조 빔 간의 광로 길이의 차 (광로 차) 가 변화하기 때문에, 간섭광의 강도가 또한 변화한다. 이 간섭광의 강도의 변화는 광검출계에 의해 검출되며, Y 축 방향에서의 헤드 (60) 와 반사면 (RM) 간의 상대 위치, 또는 더 상세하게는, 웨이퍼 테이블 (WTB) 과의 상대 위치 (dY) 와 관련된 정보가 Y 인코더 (70C) (헤드 (60C)) 의 부계측값으로서 주제어장치 (20) 로 출력된다.
부수적으로, 부광학계 (640) 는 물론, 부광학계 (640) 와 유사한 추가 부광학계가 배열될 수 있으며, 추가 부광학계는 부광학계 (640) 의 +Z 측에 소정의 거리만큼 떨어져 배치될 수 있다. 예를 들어, 광파이버 (62a) 의 제 1 부분이 2 개로 절단될 수 있으며, 그 절단한 2 개의 부분의 단면 사이에, 빔 스플리터 (BS) 와 유사한 방식으로 다른 빔 스플리터가 배치될 수 있으며, 주광학계 (64) 를 향하여 나아가는 레이저 빔 (LB) 의 일부가 빔 스플리터에 의해 분기되어 취출될 수 있어 그 빔은 추가 부광학계에 대하여 입사 빔의 역할을 한다. 물론, 추가 부광학계의 계측 빔과 참조 빔의 합성 빔은 상술한 바와 같이 광파이버를 통해 다른 광검출계 (제 3 광검출계) 로 보내진다. 이 경우에, 주제어장치 (20) 는, 부광학계 (640) 와 추가 부광학계의 부계측값의 평균값으로서 헤드 (60C) 와 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 Y 축 방향에서의 상대 위치 (dY) 를 획득하는 것은 물론, 2 개의 부계측값 사이의 차에 기초하여, 헤드 (60C) 와 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 θx 방향에서의 상대 자세 (경사) (dθx) 를 획득할 수 있다. 다음의 설명에서는, 상술된 2 개의 부광학계가 제공될 것이다.
상술한 바와 같이, Y 인코더 (70C) (헤드 (60C)) 의 출력으로서, 스케일판 (21) 에 대한 헤드 (60C) 의 Y 축 방향에서의 위치 정보 (Y) (주계측값) 및 상이한 Z 위치에서의 웨이퍼 테이블 (WTB) 에 대한 헤드 (60C) 의 Y 축 방향에서의 상대 위치 (dY) (2 개의 부계측값) 가 획득될 수 있다. 따라서, 주제어장치 (20) 는 그 2 개의 부계측값을 이용하여, 전술한 바와 같이 웨이퍼 테이블 (WTB) 에 대한 헤드 (60C) 의 Y 축 방향에서의 상대 위치 (dY) 및 θx 방향에서의 상대 자세 (dθx) 를 산출하고, 그 상대 위치 (dY) 와 상대 자세 (dθx) 의 산출 결과를 이용하여 위치 정보 (Y) 에 대한 보정량 (
Figure pct00001
Y) (dY, θx) 을 획득하며, 보정량 (
Figure pct00002
Y) (dY, θx) 을 위치 정보 (Y) 의 계측값에 더함으로써 위치 정보 (Y) 를 Y +
Figure pct00003
Y (dY, θx) 로 보정한다. 부수적으로, 2 개의 부계측으로부터, 웨이퍼 테이블 (WTB) 에 대한 헤드 (60C) 의 Y 축 방향에서의 상대 위치 (dY) 및 θx 방향에서의 상대 자세 (dθx) 를 산출하는 연산 회로가 Y 인코더 (70C) 의 일부로서 배열될 수 있다.
부수적으로, 보정량 (
Figure pct00004
Y) (dY, θx) 은 스케일판 (21) 의 상면을 기준으로서 이용하는 헤드 (60C) 의 위치 및 자세로부터 기하학적으로 획득될 수 있다. 또는, 오퍼레이터로부터의 지시에 기초하여, 주제어장치 (20) 는 다음의 방식으로 보정량 (
Figure pct00005
Y) (dY, θx) 을 실험적으로 획득할 수 있다. 더 상세하게는, 주제어장치 (20) 는 웨이퍼 테이블 (WTB) 을 예를 들어 Y 축 방향으로 구동시키면서, 인코더 시스템 (70) 및 후술되는 웨이퍼 간섭계 시스템 (18) (도 6 참조) 을 이용하여, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 Y 축 방향 및 θx 방향에서의 위치의 동시 계측을 소정의 복수의 샘플링 점들에 대해 수행한다. 다음에, 주제어장치 (20) 는 Y 인코더 (70C) (헤드 (60C)) 의 계측값과 웨이퍼 간섭계 (18) 의 계측 결과로부터 예측된 Y 인코더 (70C) (헤드 (60C)) 의 계측값의 예측값과의 차를 복수의 샘플링 점 각각에 대해 획득한다. 그리고, 주제어장치 (20) 는 이 차를 나타내는 헤드 (60C) 의 상대 위치 (dY) 및 상대 자세 (dθx) 와 관련된 함수를 획득하며, 이 함수는 보정량 (
Figure pct00006
Y) (dY, θx) 이 될 것이다.
다른 헤드 (60A, 60B 및 60D) (인코더 (70A, 70B 및 70D)) 각각에도 헤드 (60C) (인코더 (70C)) 에서처럼 2 개의 부광학계가 제공된다. 그러나, 주제어장치 (20) 는 헤드 (60B 및 60D) (인코더 (70B 및 70D)) 의 계측값에 기초하여, 웨이퍼 테이블 (WTB) 에 대한 헤드 (60B 및 60D) 의 X 축 방향에서의 상대 위치 (dX) 및 θy 방향에서의 상대 자세 (dθy) 를 산출한다. 그리고, 이들 헤드에 대해서는, 주제어장치 (20) 는 상대 위치 (dX) 와 상대 자세 (dθy) 의 산출 결과를 이용하여 X 축 방향에서의 위치 정보 (X) 에 대한 보정량 (
Figure pct00007
X) (dX, θy) 을 획득하고, 그 보정량 (
Figure pct00008
X) (dX, θy) 을 위치 정보 (X) 의 계측값에 더함으로써 위치 정보 (X) 를 X +
Figure pct00009
X (dX, θy) 로 보정한다. 부수적으로, 이 경우에도, 2 개의 부계측으로부터, 웨이퍼 테이블 (WTB) 에 대한 각 헤드의 계측 방향에서의 상대 위치 및 계측 방향의 경사 방향에서의 상대 자세를 산출하는 연산 회로가 각 인코더의 일부로서 배열될 수 있다.
인코더 시스템 (70) 의 각 헤드 (60A 내지 60D) 의 계측값 및 부계측값은 주제어장치 (20) 에 공급된다. 주제어장치 (20) 는 상술한 바와 같이, 각 헤드의 부계측값에 기초하여 소정의 연산을 수행하고, 위치 정보 (예를 들어, 헤드 (60C) 에 대한 위치 정보 (Y)) 에 대한 보정량을 획득하며, 그 보정량을 위치 정보의 계측값에 더하여 위치 정보를 보정한다. 그 후, 주제어장치 (20) 는 회절 격자 (RG) 가 형성되는 스케일판 (21) 의 하면에 대향하는 적어도 3 개의 헤드 (더 상세하게는, 유효한 계측값을 출력하는 적어도 3 개의 헤드) 의 보정된 계측값을 이용하여, 웨이퍼 테이블 (WTB) (웨이퍼 스테이지 (WST)) 의 XY 평면 내의 위치 정보 (θz 회전량에 관한 정보를 포함) 를 계측한다.
또한, 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에서는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치는 웨이퍼 레이저 간섭계 시스템 (이하, "웨이퍼 간섭계 시스템" 으로 지칭) (18) (도 6 참조) 에 의해 인코더 시스템 (70) 과는 독립하여 계측될 수 있다.
도 2 에 도시한 바와 같이, 웨이퍼 간섭계 시스템 (18) 은 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 반사면 (17a) 에 Y 축 방향과 평행인 복수의 계측 빔을 조사하는 Y 간섭계 (18Y) 및 반사면 (17b) 에 X 축 방향과 평행인 1 또는 2 이상의 계측 빔을 조사하는 X 간섭계를 구비하고 있으며, 이 X 간섭계는 복수, 본 실시형태에서는 2 개의 X 간섭계 (18X1 및 18X2) 를 포함한다.
Y 간섭계 (18Y) 의 Y 축 방향에서의 실질적인 계측 축은 투영 광학계 (PL) 의 광축 (AX) 과 후술되는 얼라인먼트계 (ALG) 의 검출 중심을 통과하는 Y 축 방향의 직선이다. Y 간섭계 (18Y) 는 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 Y 축 방향 및 θz 방향 (및 θx 방향) 에서의 위치 정보를 계측한다.
또한, X 간섭계 (18X1) 의 X 축 방향에서의 실질적인 계측 축은 투영 광학계 (PL) 의 광축 (AX) 을 통과하는 X 축 방향의 직선이다. X 간섭계 (18X1) 는 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 X 축 방향 및 θz 방향 (및 θy 방향) 에서의 위치 정보를 계측한다.
또한, X 간섭계 (18X2) 의 계측 축은 얼라인먼트계 (ALG) 의 검출 중심을 통과하는 X 축 방향의 직선이다. X 간섭계 (18X2) 는 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 X 축 방향 (및 θy 방향) 에서의 위치 정보를 계측한다.
부수적으로, 반사면 (17a 및 17b) 대신에, 예를 들어, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 단부에, 평면 미러로 이루어진 이동 미러가 부착될 수 있다. 또한, 웨이퍼 테이블 (WTB) 에 XY 평면에 대해 45°의 각도로 경사진 반사면이 배열될 수 있으며, 그 반사면을 통해 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 Z 축 방향에서의 위치가 계측될 수 있다.
웨이퍼 간섭계 시스템 (18) 의 각 간섭계의 계측값은 주제어장치 (20) 에 공급된다. 그러나, 본 실시형태에서는, 웨이퍼 스테이지 (WST) (웨이퍼 테이블 (WTB)) 의 XY 평면 내의 위치 정보 (θz 회전량에 관한 정보를 포함) 는 주로 상술된 인코더 시스템 (70) 에 의해 계측되며, 간섭계 (18Y, 18X1 및 18X2) 의 계측값은 인코더 시스템 (70) 의 계측값의 (예를 들어, 스케일의 일시적 변형 등에 의한) 장기적 변동이 보정 (교정) 되는 경우, 또는 인코더 시스템 (70) 의 출력 이상 시의 백업용 등으로서 보조적으로 이용된다.
얼라인먼트계 (ALG) 는 도 1 및 도 2 에 도시한 바와 같이, 투영 광학계 (PL) 의 -Y 측에 소정 간격만큼 떨어져 배치된 오프-축 (off-axis) 방식의 얼라인먼트계이다. 본 실시형태에서는, 얼라인먼트계 (ALG) 로서, 일 예로서, 할로겐 램프 등의 브로드밴드 (광대역 파장 범위) 광을 이용하여 마크를 조명하고 이 마크 이미지의 이미지 처리를 수행함으로써 마크 위치를 계측하는 이미지 처리 방식에 의한 얼라인먼트 센서의 타입인 FIA (Field Image Alignment) 계가 이용된다. 얼라인먼트계 (ALG) 로부터의 이미징 신호는 얼라인먼트 신호 처리계 (미도시) 를 통해, 주제어장치 (20) (도 6 참조) 로 공급된다.
부수적으로, 얼라인먼트계 (ALG) 는 FIA 계로 한정되지 않으며, 마크에 코히런트 검출광을 조사하고, 그 마크로부터 생성된 산란광 또는 회절광을 검출하거나, 또는 마크로부터 생성된 2 개의 회절광 (예를 들어, 동차수의 회절광 또는 동일한 방향으로 회절되는 회절광) 을 간섭시켜 간섭광을 검출하는 얼라인먼트 센서가 필요에 따라 독립 또는 조합하여 이용되는 것이 물론 가능하다. 얼라인먼트계 (ALG) 로서, 예를 들어, 미국 특허출원공개 제2008/0088843호 명세서에 개시된 것과 같이 복수의 검출 영역을 갖는 얼라인먼트계가 채용될 수 있다.
또한, 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에는, 투영 유닛 (PU) 의 근방에, 예를 들어, 미국 특허 제5,448,332호 명세서 등에 개시된 것과 유사한 구성을 갖는 경사 입사 (oblique incidence) 방식에 의한 다점 초점 위치 검출계 (이하, 간단히 다점 AF 계로 지칭) (AF) (도 1 에는 미도시, 도 6 참조) 가 배열된다. 다점 AF 계 (AF) 의 검출 신호는 AF 신호 처리계 (미도시) 를 통해 주제어장치 (20) 로 공급된다 (도 6 참조). 주제어장치 (20) 는 다점 AF 계 (AF) 의 검출 신호에 기초하여 각 검출점에서의 웨이퍼 (W) 표면의 Z 축 방향의 위치 정보를 검출하고, 이 검출 결과에 기초하여 주사 노광 중의 웨이퍼 (W) 의 소위 포커스 레벨링 제어를 수행한다. 부수적으로, 얼라인먼트계 (ALG) 의 근방에 다점 AF 계가 배열될 수 있으며, 웨이퍼 얼라인먼트 시에 웨이퍼 표면의 면 위치 정보 (요철 정보) 가 사전에 획득될 수 있으며, 노광 시에는, 그 면 위치 정보 및 웨이퍼 테이블 상면의 Z 축 방향의 위치를 검출하는 상이한 센서 (예를 들어, 인코더, 간섭계 등) 의 계측값이 웨이퍼 (W) 의 소위 포커스 레벨링 제어를 수행하는데 이용될 수 있다.
노광 장치 (100) 에서는, 또한, 레티클 (R) 상방에, 노광 파장의 광을 이용하는 TTR (Through The Reticle) 방식의 한 쌍의 레티클 얼라인먼트 검출계 (13A 및 13B) (도 1 에는 미도시, 도 6 참조) 가 배열된다. 레티클 얼라인먼트 검출계 (13A 및 13B) 의 검출 신호는 얼라인먼트 신호 처리계 (미도시) 를 통해 주제어장치 (20) 로 공급된다.
도 6 에는 노광 장치 (100) 의 스테이지 제어와 관련된 제어계가 일부 생략되어 블록도로 도시되어 있다. 이 제어계는 주로 주제어장치 (20) 로 구성된다. 주제어장치 (20) 는 CPU (중앙 연산 처리 장치), ROM (판독 전용 메모리), RAM (랜덤 액세스 메모리) 등으로 이루어진 소위 마이크로컴퓨터 (또는 워크스테이션) 를 포함하며, 장치 전체를 종합적으로 제어한다.
상술된 방식으로 구성된 노광 장치 (100) 에서는, 디바이스의 제조 시에, 전술된 레티클 얼라인먼트 검출계 (13A 및 13B), 웨이퍼 테이블 (WTB) 상의 기준판 (미도시) 등을 이용하여, 통상의 스캐닝 스텝퍼와 유사한 절차 (예를 들어 미국 특허 제5,646,413호 명세서 등에 개시된 절차) 로, 레티클 얼라인먼트 및 얼라인먼트계 (ALG) 의 베이스라인 계측이 수행되며, 이 시간에 전후하여, 웨이퍼 얼라인먼트 (예를 들어, 미국 특허 제4,780,617호 명세서 등에 개시되는 EGA (Enhanced Global Alignment)) 등이 수행된다.
그 후, 주제어장치 (20) 는 베이스라인의 계측 결과, 및 웨이퍼 얼라인먼트의 결과에 기초하여, 스텝-앤드-리피트 방식에 의한 노광 동작을 수행하며, 웨이퍼 (W) 상의 복수의 샷 영역 각각에 레티클 (R) 의 패턴이 전사된다. 이 노광 동작은 전술된 레티클 스테이지 (RST) 와 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 동기 이동이 수행되는 주사 노광 동작, 및 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 샷 영역의 노광을 위한 가속 개시 위치로 이동되는 샷 간의 이동 (스텝핑) 동작을 교대로 반복함으로써 수행된다.
본 실시형태의 노광 장치 (100) 에서는, 상술된 일련의 동작 동안, 인코더 시스템 (70) 을 구성하는 복수의 인코더 헤드 (60A 내지 60D) 중, 주제어장치 (20) 가 회절 격자 (RG) 가 형성되는 스케일판 (21) 의 하면에 대향하는 적어도 3 개의 인코더 헤드 (더 상세하게는, 유효한 계측값을 출력하는 적어도 3 개의 인코더 헤드) 의 계측값을 전술된 절차로 보정하면서, 그 보정 후의 계측값에 기초하여, 웨이퍼 테이블 (WTB) 이 XY 평면 내에서 구동된다.
상술한 바와 같이, 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에 의하면, 주제어장치 (20) 는 인코더 시스템 (70) 을 통해 계측된 XY 평면 내에서의 웨이퍼 테이블 (WTB) (웨이퍼 스테이지 (WST)) 의 위치 정보 (θz 회전량의 정보를 포함), 및 위치 정보의 계측 시에 사용한 스케일판 (21) (회절 격자 (RG)) 에 대향하는 적어도 3 개의 인코더 헤드 (더 상세하게는, 유효한 계측값을 출력하는 적어도 3 개의 인코더 헤드 (인코더 헤드 (60A 내지 60D) 중에서 적어도 3 개의 인코더 헤드)) 각각과 웨이퍼 테이블 (WTB) 간의 상대 위치와 관련된 정보에 기초하여, 웨이퍼 테이블 (WTB) (웨이퍼 스테이지 (WST)) 을 구동시킨다. 따라서, 웨이퍼 테이블 (WTB) (웨이퍼 스테이지 (WST)) 의 구동과 함께 인코더 헤드가 웨이퍼 테이블 (WTB) 에 대하여 이동한 경우라도, 고정밀한 웨이퍼 테이블 (WTB) (웨이퍼 스테이지 (WST)) 의 위치 정보의 계측, 더나아가서는, 고정밀한 웨이퍼 테이블 (WTB) (웨이퍼 스테이지 (WST)) 의 구동 제어가 가능해진다.
또한, 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에 의하면, 주사 노광 시에도, 주제어장치 (20) 는 상술한 바와 같이 스케일판 (21) (회절 격자 (RG)) 에 대향하는 적어도 3 개의 인코더 헤드의 계측값을 각 인코더 헤드와 웨이퍼 테이블 (WTB) 간의 상대 위치와 관련된 정보에 기초하여 보정하면서, 레티클 (R) (레티클 스테이지 (RST)) 에 동기하여 웨이퍼 스테이지 (WST) (웨이퍼 테이블 (WTB)) 를 양호한 정밀도로 주사 방향으로 구동하기 때문에, 주사 노광 전후의 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 가속/감속에 의해 영향을 받지 않고, 웨이퍼 (W) 상에 레티클 (R) 의 패턴이 양호한 정밀도로 전사될 수 있다.
부수적으로, 상기 실시형태에서는, 헤드 (60A 및 60C) (인코더 (70A 및 70C)) 는 계측 방향인 Y 축 방향에서의 웨이퍼 테이블 (WTB) 과의 상대 위치 (dY) 및 계측 방향의 경사 방향 (θx 방향) 에서의 웨이퍼 테이블 (WTB) 과의 상대 자세 (경사) (dθx) 에 대해서만 감도를 갖는다는 것을 가정하여 설명이 행해졌다. 그러나, 헤드 (60A 및 60C) (인코더 (70A 및 70C)) 가 X 축 방향에서의 웨이퍼 테이블 (WTB) 과의 상대 위치 (dX) 및 θy 방향에서의 웨이퍼 테이블 (WTB) 과의 상대 자세 (dθy) 에 대해서도 감도를 갖는 경우에는, 상대 위치 (dX) 및 상대 자세 (dθy) 를 계측하는 부광학계를 추가 배열하는 것이 바람직하다. 이 경우에, 주제어장치 (20) 는 상대 위치 (dX 및 dY) 및 상대 자세 (dθx 및 dθy) 의 계측값을 이용하여, Y 축 방향에서의 위치 정보 (Y) 에 대한 보정량 (
Figure pct00010
Y) (dX, dY, dθx 및 dθy) 을 획득하고, 그 보정량을 더함으로써 위치 정보 (Y) 의 계측값을 보정한다.
유사하게, 헤드 (60B 및 60D) (인코더 (70B 및 70D)) 가 Y 축 방향에서의 웨이퍼 테이블 (WTB) 과의 상대 위치 (dY) 및 θx 방향에서의 웨이퍼 테이블 (WTB) 과의 상대 자세 (dθx) 에 대해서도 감도를 갖는 경우, 상대 위치 (dY) 및 상대 자세 (dθx) 를 계측하는 부광학계를 추가 배열하는 것이 바람직하다. 이 경우에, 주제어장치 (20) 는 상대 위치 (dX 및 dY) 및 상대 자세 (dθx 및 dθy) 의 계측값을 이용하여, X 축 방향에서의 위치 정보 (X) 에 대한 보정량 (
Figure pct00011
X) (dX, dY, dθx 및 dθy) 을 획득하고, 그 보정량을 더함으로써 위치 정보 (X) 의 계측값을 보정한다. 부수적으로, 보정량은 전술된 방식으로 유사하게 획득될 수 있다.
부수적으로, 상기 실시형태에서는, 각 헤드 (60A 내지 60D) (인코더 (70A 내지 70D)) 에 대해, 하나의 방향만 (X 축 방향 또는 Y 축 방향) 을 계측 방향으로 하는 일차원 인코더가 이용된 예가 설명되었지만, 이들 헤드 대신에, X 축 방향 및 Y 축 방향을 계측 방향으로 하는 2 차원 헤드 (인코더) 가 또한 채용될 수 있다. 이 경우에, 보정량 (
Figure pct00012
Y (dX, dY, dθx, dθy) 및
Figure pct00013
X (dX, dY, dθx, dθy)) 을 획득하기 위한 처리가 필수가 될 것이다. 더 상세하게는, 부광학계 (640) 와 유사한 구성을 가진 적어도 4 개의 부광학계가 각 헤드의 파이버 하우징부 (22b) 에 배열될 것이다. 더 상세하게는, Y 축에 평행인 계측 축을 갖는 2 개의 부광학계는 Z 축 방향으로 이간되어 배열될 것이며, X 축 방향에 평행인 계측 축을 갖는 2 개의 부광학계는 Z 축 방향으로 이간되어 배열될 것이다. 그리고, 부광학계 각각에 의해 출력된 부계측값에 기초하여, 주제어장치 (20) 는 각 헤드의 웨이퍼 테이블 (WTB) 에 대한 X 축 방향 및 Y 축 방향에서의 상대 위치 (dX 및 dY) 및 θx 방향 및 θy 방향에서의 상대 자세 (dθx 및 dθy) 를 산출하고, 이 산출 결과에 기초하여, 위치 정보 (X) 및 위치 정보 (Y) 에 대한 보정량 (
Figure pct00014
X (dX, dY, dθx, dθy) 및
Figure pct00015
Y (dX, dY, dθx, dθy)) 을 획득하며, 그 보정량을 더하여 위치 정보 (X) 및 위치 정보 (Y) 의 계측값을 보정한다. 부수적으로, 보정량은 상술된 방식으로 유사하게 획득될 수 있다.
또한, 헤드 (60A 내지 60D) (인코더 (70A 내지 70D)) 가 웨이퍼 테이블 (WTB) 과의 상대 위치 (dZ) 및/또는 상대 자세 (회전) (dθz) 에 대해서도 감도를 갖는 경우에는, 상대 위치 (dZ) 및/또는 상대 자세 (dθz) 를 계측하는 부광학계가 추가 배열될 것이다. 그 후, 주제어장치 (20) 는 상대 위치 (dX 및 dY), 상대 자세 (dθx 및 dθy), 상대 위치 (dZ) 및/또는 상대 자세 (dθz) 의 계측 결과 (산출 결과) 를 이용하여 보정량을 획득하며, 그 보정량을 더함으로써, 각 헤드의 계측 방향과 관련된 위치 정보의 계측값을 보정한다. 부수적으로, 보정량은 전술된 방식으로 유사하게 획득될 수 있다.
부수적으로, 상기 실시형태에서는, 각 헤드 (60A 내지 60D) 에, 그들의 웨이퍼 테이블 (WTB) 에 대한 상대 위치 (상대 자세를 포함) 를 계측하기 위한 광학식 (비접촉식) 의 변위 센서 (부광학계 (640)) 가 이용된 경우를 일 예로서 설명하였다. 그러나, 변위 센서 대신에, 가속도 센서가 또한 이용될 수 있다. 이 경우에, 계측 방향에서의 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 위치 정보의 계측값 및 헤드에 더해진 가속도 정보의 계측값이 각 헤드로부터 출력된다. 이들 계측값은 주제어장치 (20) 로 보내진다. 주제어장치 (20) 는 가속도 정보의 계측값에 대하여 수치 처리를 실시하고, 그 정보를 헤드와 웨이퍼 테이블 (WTB) 과의 상대 위치로 변환한다. 주제어장치 (20) 는 변환에 의해 획득된 상대 위치를 이용하여, 전술한 바와 같이 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 위치 정보를 보정할 수 있다.
또한, 변위 센서는 헤드에 스케일을 구비한 인코더일 수 있고, 또는 비접촉은 물론 접촉식 센서일 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 주사 노광 시 등에 변위 센서를 이용하여 각 헤드 (60A 내지 60D) 의 웨이퍼 테이블 (WTB) 에 대한 상대 위치 (상대 자세) 가 계측되었고, 그 계측 결과에 기초하여 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 위치 정보를 보정하기 위해 보정 정보가 획득된 경우를 설명하였지만, 이것 외에, 사전에 시험 노광 (테스트 노광) 이 수행될 수 있으며, 그 결과에 기초하여 보정 정보가 획득될 수 있다.
또한, 가속도 정보를 이용하는 경우, 계측계는 가속도 센서에 한정되지 않고, 예를 들어, 간섭계의 계측 정보로부터 가속도 정보가 획득될 수 있으며, 또는 가속도 정보를 계측하는 계측계가 배열될 필요가 없으며, 웨이퍼 테이블 (WTB) (웨이퍼 스테이지 (WST)) 을 이동시키기 위한 추력 정보 (thrust information) 로부터 헤드의 변위 정보가 얻어질 수 있다. 웨이퍼 테이블 (WTB) (웨이퍼 스테이지 (WST)) 의 이동에 의해서 뿐만 아니라, 웨이퍼 테이블 (WTB) 또는 헤드의 열변형에 의해서도 계측 오차가 발생하지만, 상기 실시형태에서는, 결과적으로 그 계측 오차가 또한 보정된다.
웨이퍼 테이블 (미동 스테이지) 에 인코더 헤드를 제공하는 경우, 웨이퍼 테이블 (미동 스테이지) 및 인코더 헤드의 틸트 (θx 방향 및 θy 방향의 회전) 에 의해 발생하는 계측 오차는 본래 인코더 시스템에 의해 산출되기 때문에, 변위 센서를 이용하여, 각 헤드의 웨이퍼 스테이지 (WST) 에 대한 X 축 방향 및 Y 축 방향에서의 상대 위치 (dX 및 dY) 는 물론 θx 방향 및 θy 방향에서의 상대 자세 (dθx 및 dθy) 를 산출하고, 산출 결과에 기초하여 산출된 보정량을 이용하여 위치 정보 (X 및 Y) 의 계측값을 보정하는 경우에, 틸트에 의한 계측 오차가 이중으로 보정되지 않도록 한다.
부수적으로, 상기 실시형태에서는, 단일의 웨이퍼 스테이지가 노광 장치에 구비된 경우에 대해 나타내고 있지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 본 발명은 예를 들어, 미국 특허 제6,590,634호 명세서, 미국 특허 제5,969,441호 명세서, 미국 특허 제6,208,407호 명세서 등에 개시한 바와 같이, 복수의 웨이퍼 스테이지가 구비된 멀티 스테이지형의 노광 장치에도 적용될 수 있다. 또한, 본 발명은 예를 들어, 국제공개 제2005/074014호에 개시한 바와 같이, 웨이퍼 스테이지와 다른 계측 부재 (예를 들어, 기준 마크, 및/또는 센서 등) 를 포함하는 계측 스테이지가 구비된 노광 장치에도 적용될 수 있다. 더 상세하게는, 노광 장치가 계측 스테이지를 구비하고 계측 스테이지의 위치 정보가 인코더로 계측되는 경우에, 인코더의 계측 오차는 전술된 바와 같이 보정될 수 있다.
또한, 복수의 웨이퍼 스테이지를 구비한 멀티 스테이지형의 노광 장치, 예를 들어 2 개의 웨이퍼 스테이지를 구비한 노광 장치에서는, 계측 스테이션으로 웨이퍼의 위치 정보 (마크 정보, 면 위치 정보 등을 포함) 를 계측하는 경우에도 본 발명을 유사하게 적용하여 계측 스테이션 내의 웨이퍼 스테이지의 위치를 계측하는 인코더의 계측 오차를 보정할 수 있다. 이 경우에, 인코더의 계측 정보는 인코더의 변위 정보로부터 보정될 수 있으며, 또는 마크 위치의 계측 정보가 보정될 수 있다. 또한, 면 위치 정보의 계측 시에는, 결과가 그 결과를 XY 좌표와 관련시키면서 저장되며, 대응하게 되는 XY 좌표가 보정될 수 있다.
또한, 상술된 실시형태에서는, 인코더 시스템 (70) 이 한 쌍의 X 헤드 및 한 쌍의 Y 헤드를 구비한 경우에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 더 상세하게는, 인코더 헤드의 수는 특정될 필요가 않지만, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 XY 평면 내의 위치 정보 (θz 회전량의 정보를 포함) 를 계측하기 위해서는, 인코더는 적어도 하나의 X 헤드 및 하나의 Y 헤드 각각을 포함하는 총 3 개의 헤드를 가져야 한다. 또한, 일차원 헤드 대신에 2 차원 헤드를 채용하는 경우에, 적어도 2 개의 2 차원 헤드가 있다면 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 XY 평면 내의 위치 정보 (θz 회전량의 정보를 포함) 가 계측될 수 있다.
부수적으로, 상기 실시형태에서의 웨이퍼 스테이지 상의 인코더 (헤드) 의 배치는 단지 일 예이며 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 웨이퍼 스테이지의 4 개의 코너 각각에 인코더 및 백업용 인코더가 스테이지 중심으로부터 방사 방향을 따라 배치될 수 있다.
또한, 웨이퍼 테이블 (WTB) (웨이퍼 스테이지 (WST)) 등의 이동체의 일면 상에 인코더 헤드를 배치하는 경우에, 헤드 본체는 이동체의 내부에 배치될 수 있고, 그 일면에는 수광부만이 배치된다.
또한, 상기 실시형태에서, Z 축 방향의 위치 정보를 계측할 수 있는 센서 (또는 헤드) 가 함께 사용될 수 있으며, 또는 X 축 방향 및 Y 축 방향의 위치 정보를 계측할 수 있는 센서 (또는 헤드), 또는 X 축 방향을 계측 방향으로 하는 센서 (X 센서) 및 Y 축 방향을 계측 방향으로 하는 센서 (Y 센서) 가 조합하여 사용될 수 있다. 또한, 메인 센서는 물론, 그 메인 센서의 출력 이상 시에 백업용으로 이용되는 백업 센서가 제공될 수 있으며, 메인 센서와 백업 센서를 복수의 그룹 배열하는 경우에, 각 그룹은 미동 스테이지의 그레이팅을 겸용할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 인코더는 X 축 방향 및 Y 축 방향 중 적어도 하나의 방향의 위치 정보를 계측할 수 있지만, 이것은 물론, 예를 들어, 인코더는 Z 축 방향만의 계측을 수행하는 인코더일 수 있다.
또한, 상술된 실시형태에서는, 스케일판 (21) 의 하면에 2 차원 회절 격자가 형성된 경우에 대해 설명하였지만, 이것은 물론, 그레이팅의 변위가 웨이퍼 스테이지의 이동 경로 (각 헤드의 이동 경로) 에 대응하는 한은, 스케일판 (21) 의 하면에 X 축 방향을 주기 방향으로 하는 X 그레이팅 및 Y 축 방향을 주기 방향으로 하는 Y 그레이팅이 조합하여 형성될 수 있다. 또한, 스케일판 (21) 은 복수의 스케일판을 조합하여 구성될 수 있다. 또는 노광 동작 및 얼라인먼트 동작에서 적어도 인코더를 이용한 계측이 가능하도록 스케일이 배치될 수 있다.
또한, 예를 들어, 투영 광학계 및 얼라인먼트계가 이격되는 노광 장치에서는, 투영 광학계의 근방 (주위) 과, 얼라인먼트계의 근방 (주위) 에 상이한 스케일판이 제공될 수 있다. 이 경우, 웨이퍼 (W) 의 노광 동작이 수행될 때, 투영 광학계의 근방에 배치된 스케일판을 이용하여, 인코더 시스템에 의해 웨이퍼 스테이지의 위치가 계측되며, 웨이퍼 얼라인먼트 시 등에는, 얼라인먼트계의 근방에 배치된 스케일판을 이용하여, 인코더 시스템에 의해 웨이퍼 스테이지의 위치가 계측된다.
또한, 상기 실시형태에서는, 인코더 시스템에 더하여 웨이퍼 간섭계 시스템이 배열된 경우에 대해 설명하였지만, 웨이퍼 간섭계 시스템이 반드시 배열될 필요는 없다.
또한, 상기 실시형태에서는, 헤드 (60A 내지 60D) 의 외부 (스테이지 본체 (91)) 에 광원 및 광검출계 (광검출기를 포함) 가 배치되고, 광원, 광검출계 및 헤드 (60A 내지 60D) 각각 사이에서, 광파이버 (62a 내지 62c) 를 이용하여, 광원으로부터 인코더 헤드로 입사되는 광 (계측 빔) 및 인코더 헤드로부터 광검출기로 되돌아가는 광의 양자가 도광되는 경우에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 인코더 헤드 내의 반도체 레이저 등의 광원이 있는 경우에는, 각 인코더 헤드와 광검출계 (광검출기를 포함) 만이 광파이버에 의해 광학적으로 접속되어야 한다. 또는, 인코더 헤드는 인코더 헤드 내에 광검출계 (광검출기를 포함) 를 가질 수 있다. 이 경우에, 각 헤드의 외부에 광원이 배열되는 경우에는, 광원과 헤드 사이에서 광원으로부터의 계측 빔의 광파이버를 통한 송광이 상술된 실시형태와 유사한 방식으로 수행될 수 있다.
또한, 상술된 실시형태에서는, 전술된 각 광파이버 대신에, 릴레이 광학계 등의 다른 송광 광학계가 또한 이용될 수 있다. 또한, 상기 실시형태에서는, 헤드 (60A 내지 60D) 각각과 광파이버를 통해 광학적으로 접속되는 광원 및 광검출계 (광검출기를 포함) 가 스테이지 본체 (91) 에 배치되는 경우에 대해 나타내고 있지만, 광원 및 광검출계 (광검출기를 포함) 등의 부분들 전부가 스테이지 본체 (91) 에 배치될 필요는 없다.
또한, 웨이퍼 테이블 (WTB) (미동 스테이지) 의 위치결정 정밀도를 향상시키기 위하여, 스테이지 본체 (91) (조동 스테이지) 와 웨이퍼 테이블 (WTB) (미동 스테이지) (이하, 간단히 조/미동 스테이지로 지칭) 사이에서, 레이저 빔 등의 공중 전송이 수행될 수 있으며, 또는 헤드를 스테이지 본체 (91) (조동 스테이지) 에 제공하여 그 헤드를 이용하여 스테이지 본체 (91) (조동 스테이지) 의 위치를 계측하고 다른 센서로 조/미동 스테이지의 상대 변위를 계측하는 구성이 채용될 수 있다.
부수적으로, 상기 실시형태에서는, 스캐닝 스텝퍼에 본 발명이 적용되는 경우에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 스텝퍼 등의 정지형 노광 장치에 또한 적용될 수 있다. 스텝퍼의 경우라도, 노광 대상의 물체가 탑재되는 스테이지의 위치를 인코더를 이용하여 계측함으로써, 공기 변동에 의해 야기되는 위치 측정 오차가 실질적으로 널 (null) 이 될 수 있으며 (이는 이 스테이지의 위치를 간섭계를 이용하여 계측하는 경우와는 상이하다), 인코더의 계측값에 기초하여 스테이지를 고정밀도로 위치 결정하는 것이 가능해지며, 결과적으로 고정밀도로 레티클 패턴의 물체 상으로의 전사가 가능하게 된다. 또한, 본 발명은 샷 영역과 샷 영역을 합성하는 스텝-앤드-스티치 방식에 의한 축소 투영 노광 장치에 적용될 수 있다.
또한, 상기 실시형태의 노광 장치에서의 투영 광학계의 배율은 축소계일 뿐만 아니라, 등배계나 확대계 중 어느 하나일 수도 있으며, 투영 광학계 (PL) 는 굴절광학계일 뿐만 아니라, 반사계나 반사굴절계 중 어느 하나일 수도 있으며, 또한, 투영된 이미지는 도립상이거나 정립상 중 어느 하나일 수도 있다.
또한, 조명광 (IL) 은 ArF 엑시머 레이저 빔 (파장 193nm) 에 한정되지 않고, KrF 엑시머 레이저 빔 (파장 248nm) 등의 자외광, 또는 F2 레이저 빔 (파장 157nm) 등의 진공 자외광일 수도 있다. 예를 들어, 미국 특허 제7,023,610호 명세서에 개시한 바와 같이, 진공 자외광으로서 DFB 반도체 레이저 또는 파이버 레이저에 의해 방출된 적외역 또는 가시역의 단일 파장 레이저 빔을 예를 들어 에르븀 (또는 에르븀과 이테르븀 양자) 이 도핑된 파이버 증폭기로 증폭시킴으로써, 및 비선형 광학 결정을 이용하여 자외광으로 파장을 변환시킴으로써 획득되는 고조파가 또한 이용될 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 노광 장치의 조명광 (IL) 이 100nm 이상의 파장을 갖는 광에 한정되지 않으며, 100nm 미만의 파장을 갖는 광이 이용될 수 있다는 것은 말할 필요도 없다. 예를 들어, 본 발명은 연 (soft) X 선 범위 (예를 들어, 5 내지 15nm 의 파장 범위) 의 EUV (Extreme Ultraviolet) 광을 이용하는 EUV 노광 장치에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명은 전자 빔 또는 이온 빔 등의 하전 입자 빔을 이용하는 노광 장치에도 적용될 수 있다. 또한, 본 발명은 예를 들어, 미국 특허출원공개 제2005/0259234호 명세서 등에 개시된 투영 광학계와 웨이퍼 사이에 액체가 채워진 액침형 노광 장치에 적용될 수 있다. 액침 노광 장치의 경우에, 노광 동작 시에는 물론, 예를 들어 기준 마크 검출, 또는 웨이퍼 스테이지 상의 센서 (이를 테면, 불균일한 조명 계측 센서, 공간 이미지 계측 센서, 조사량 계측 센서, 편광 센서, 파면 계측 센서 등) 를 이용한 계측 등의 다른 동작 시에도, 액체와 접촉하게 되는 헤드로부터 다른 헤드로, 웨이퍼 스테이지의 위치 계측에 이용된 헤드가 스위칭될 수 있다. 그러나, 웨이퍼 스테이지가 적어도 하나의 계측 부재 (이를 테면, 센서) 를 가져야 하며, 웨이퍼 스테이지 상에 액침 영역이 형성되어야 한다. 헤드의 스위칭은 액체 검출 센서의 출력, 인코더의 출력 등으로부터 액체와 접촉하게 되는 헤드를 검출하는 결과에 기초하여 수행될 수 있으며, 또는 액체 검출을 일절 수행하지 않고, 단순히 노광 시퀀스에서 액체와 분명히 접촉하게 되는 헤드가 미리 다른 헤드로 변경될 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 소정의 차광 패턴 (또는 위상 패턴 또는 감광 (light attenuation) 패턴) 이 형성되는 광투과성 기판인 광투과형 마스크 (레티클) 가 이용된다. 그러나, 이 레티클 대신에, 예를 들어 미국 특허 제6,778,257호 명세서에 개시한 바와 같이, 노광될 패턴의 전자 데이터에 따라, 광투과 패턴, 반사 패턴 또는 발광 패턴이 형성되는 전자 마스크 (가변 형상 마스크, 액티브 마스크 또는 이미지 생성기라고도 불리며, 예를 들어 비발광형 이미지 표시 소자 (공간 광 변조기) 의 일종인 DMD (Digital Micromirror Device) 등을 포함) 가 또한 이용될 수 있다. 이러한 가변 형상 마스크를 이용하는 경우에는, 웨이퍼, 유리판 등이 탑재되는 스테이지가 가변 형상 마스크에 대하여 주사되기 때문에, 이 스테이지의 위치를 인코더를 이용하여 계측함으로써, 상기 실시형태와 동등한 효과가 얻어질 수 있다.
또한, 예를 들어 국제공개 제2001/035168호에 개시한 바와 같이, 본 발명은 간섭 프린지를 웨이퍼 (W) 상에 형성함으로써, 웨이퍼 (W) 상에 라인-앤드-스페이스 패턴을 형성하는 노광 장치 (리소그래피 시스템) 에도 적용될 수 있다.
또한, 예를 들어, 미국 특허 제6,611,316호 명세서에 개시한 바와 같이, 본 발명은 2 개의 레티클 패턴을 투영 광학계를 통해 합성하고 1 회의 주사 노광에 의해 1 개의 샷 영역의 이중 노광을 거의 동시에 수행하는 노광 장치에도 적용될 수 있다.
또한, 물체 상에 패턴을 형성하는 장치는 상술된 노광 장치 (리소그래피 시스템) 에 한정되지 않으며, 예를 들어, 본 발명은 잉크 젯 방식에 의해 물체 상에 패턴을 형성하는 장치에도 적용될 수 있다.
부수적으로, 상기 실시형태 및 변형예에서 패턴이 형성될 물체 (에너지 빔이 조사되는 노광 대상의 물체) 는 웨이퍼에 한정되지 않고, 유리판, 세라믹 기판, 필름 부재 또는 마스크 블랭크 등의 다른 물체일 수도 있다.
노광 장치의 용도는 반도체 디바이스 제조용의 노광 장치에만 한정되지 않고, 본 발명은 예를 들어, 직사각형 유리판에 액정 표시 소자 패턴을 전사하는 노광 장치, 및 유기 EL, 박막 자기 헤드, 이미징 소자 (이를 테면, CCD), 마이크로머신, DNA 칩 등을 제조하는 노광 장치에도 널리 적용될 수 있다. 또한, 본 발명은 반도체 소자 등의 마이크로디바이스를 제조하는 노광 장치 뿐만 아니라, 광 노광 장치, EUV 노광 장치, X 선 노광 장치, 전자 빔 노광 장치 등에 사용되는 마스크 또는 레티클을 제조하기 위해, 유리판 또는 실리콘 웨이퍼 상에 회로 패턴을 전사하는 노광 장치에도 적용될 수 있다.
부수적으로, 본 발명의 이동체 시스템은 노광 장치 뿐만 아니라, 다른 기판 처리 장치 (이를 테면, 레이저 리페어 장치, 기판 검사 장치 등) 에, 또는 다른 정밀 머신에서의 샘플의 위치 설정 장치 또는 와이어 본딩 장치의 이동 스테이지를 구비한 장치에도 널리 적용될 수 있다.
부수적으로, 노광 장치 등과 어느 정도까지 관련된 명세서에서 인용되는 공개 (국제 공개를 포함), 미국 특허출원공개 명세서 및 미국 특허 명세서 모두의 개시물은 여기에 참조에 의해 각각 통합된다.
부수적으로, 반도체 디바이스는 디바이스의 기능/성능 설계를 수행하는 단계, 설계 단계에 기초하여 레티클을 제작하는 단계, 실리콘 재료로부터 웨이퍼를 제작하는 단계, 상기 실시형태의 노광 장치에 의해, 마스크에 형성된 패턴을 웨이퍼 등의 물체 상에 전사하는 리소그래피 단계, 노광된 웨이퍼를 현상하는 현상 단계, 레지스트가 잔존하는 영역 이외의 영역의 노광 부재를 에칭에 의해 제거하는 에칭 단계, 에칭의 완료 시에 더 이상 불필요한 레지스트를 제거하는 레지스트 제거 단계, 디바이스 조립 단계 (다이싱 공정, 본딩 공정, 패키징 공정을 포함), 검사 단계 등의 단계들을 통하여 제조된다. 이 경우에, 상기 실시형태의 노광 장치가 리소그래피 단계에 이용되기 때문에, 고집적도를 갖는 디바이스가 양호한 수율로 제조될 수 있다.
산업상 이용가능성
상술한 바와 같이, 본 발명의 이동체 시스템 및 이동체 구동 방법은 이동체를 구동하기에 적합하다. 또한, 본 발명의 패턴 형성 장치 및 방법은 패턴을 물체 상에 형성하기에 적합하다. 또한, 본 발명의 노광 장치 및 방법은 물체를 에너지 빔으로 조사함으로써 패턴을 물체 상에 형성하기에 적합하다. 또한, 본 발명의 디바이스 제조 방법은 반도체 소자 또는 액정 표시 소자 등의 전자 디바이스를 제조하기에 적합하다.

Claims (21)

  1. 실질적으로 소정 평면을 따라 이동하는 이동체;
    상기 이동체의 일면에 제공된 복수의 인코더 헤드를 갖고, 상기 이동체의 외부에 상기 소정 평면과 평행으로 배치된 그레이팅부 (grating section) 에 대향하는 적어도 하나의 인코더 헤드의 출력에 기초하여, 상기 이동체의 위치 정보를 계측하는 계측 장치; 및
    상기 계측 장치에 의해 계측된 상기 위치 정보, 및 상기 위치 정보의 계측에 이용된 인코더 헤드와 상기 이동체 간의 상대 위치에 관한 정보에 기초하여, 상기 이동체를 구동하는 구동 장치를 포함하는, 이동체 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 인코더 헤드 각각과 상기 이동체 간의 적어도 상기 소정 평면 내에서의 상대 위치를 계측하는 계측계를 더 포함하며,
    상기 구동 장치는, 상기 상대 위치에 관한 정보로서, 상기 계측계에 의해 계측된, 상기 위치 정보를 계측하는데 이용된 상기 인코더 헤드와 상기 이동체 간의 상기 상대 위치에 관한 정보를 이용하는, 이동체 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 인코더 헤드 각각은, 상기 이동체에 대한 상기 소정 평면 내에서의 상대 위치를 계측하는데 이용된 센서의 적어도 일부를 가지며,
    상기 계측계는 상기 복수의 인코더 헤드 각각이 갖는 상기 센서의 일부를 포함하는, 이동체 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 센서는 상기 상대 위치를 비접촉 방식으로 계측하는 비접촉 센서인, 이동체 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 비접촉 센서는 광학식 센서인, 이동체 시스템.
  6. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 계측계는, 상기 복수의 인코더 헤드의 적어도 상기 소정 평면 내에서의 가속도를 개별적으로 계측하는 복수의 가속도 센서를 포함하고, 상기 가속도 센서의 계측값에 기초하여 상기 상대 위치를 산출하는, 이동체 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이동체는 평면적으로 보았을 때 직사각형 형상을 갖는 부재로 이루어지며, 상기 인코더 헤드는 상기 이동체의 4 개의 코너 각각에 배치되는, 이동체 시스템.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 그레이팅부는, 상기 이동체의 이동 범위를 커버하는 1 차원 및 2 차원 격자 중 하나를 포함하는, 이동체 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 인코더 헤드 각각과 상기 이동체 간의 상대 위치에 관한 정보는 사전에 획득되며,
    상기 구동 장치는, 상기 상대 위치에 관한 정보로서, 상기 위치 정보를 계측하는데 이용된 상기 인코더 헤드와 상기 이동체 간의 사전에 획득된 상기 상대 위치에 관한 정보를 이용하는, 이동체 시스템.
  10. 물체에 패턴을 형성하는 패턴 형성 장치로서,
    상기 물체가 이동체 상에 탑재되는 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 이동체 시스템; 및
    상기 이동체 상에 탑재된 물체 상에 패턴을 생성하는 패터닝 장치를 포함하는, 패턴 형성 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 물체는 감응층 (sensitive layer) 을 가지며, 상기 패터닝 장치는 에너지 빔의 조사에 의한 상기 감응층의 노광에 의해 상기 물체 상에 패턴을 생성하는, 패턴 형성 장치.
  12. 에너지 빔의 조사에 의해 물체에 패턴을 형성하는 노광 장치로서,
    상기 물체에 상기 에너지 빔을 조사하는 패터닝 장치; 및
    상기 물체가 이동체 상에 탑재되는 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 이동체 시스템을 포함하며,
    상기 에너지 빔과 상기 물체의 상대 이동을 위해, 상기 물체가 탑재되는 상기 이동체가 구동되는, 노광 장치.
  13. 제 12 항에 기재된 노광 장치를 이용하여 물체를 노광하는 단계; 및
    노광된 상기 물체를 현상하는 단계를 포함하는, 디바이스 제조 방법.
  14. 실질적으로 소정 평면을 따라 이동하는 이동체의 일면에 제공된 복수의 인코더 헤드 중, 상기 이동체의 외부에 상기 소정 평면과 평행으로 배치된 그레이팅부 (grating section) 에 대향하는 적어도 하나의 인코더 헤드의 출력에 기초하여, 상기 이동체의 위치 정보를 계측하는 계측 공정; 및
    계측된 상기 위치 정보, 및 상기 위치 정보의 계측에 이용된 인코더 헤드와 상기 이동체 간의 상대 위치에 관한 정보에 기초하여, 상기 이동체를 구동하는 구동 공정을 포함하는, 이동체 구동 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 복수의 인코더 헤드 각각과 상기 이동체 간의 적어도 상기 소정 평면 내에서의 상대 위치를 계측하는 상대 위치 계측 공정을 더 포함하며,
    상기 구동 공정에서는, 상기 상대 위치에 관한 정보로서, 상기 상대 위치 계측 공정에서 계측된, 상기 위치 정보를 계측하는데 이용된 상기 인코더 헤드와 상기 이동체 간의 상기 상대 위치에 관한 정보가 이용되는, 이동체 구동 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 상대 위치를 계측하는 상기 계측 공정에서는, 상기 복수의 인코더 헤드의 적어도 상기 소정 평면 내에서의 가속도가 개별적으로 계측되며, 상기 가속도의 계측값에 기초하여 상기 상대 위치가 산출되는, 이동체 구동 방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 계측 공정 이전에, 상기 복수의 인코더 헤드 각각과 상기 이동체의 상대 위치를 사전에 획득하는 획득 공정을 더 포함하며,
    상기 구동 공정에서는, 상기 상대 위치에 관한 정보로서, 상기 획득 공정에서 획득된 상기 위치 정보를 계측하는데 이용된 상기 인코더 헤드와 상기 이동체 간의 상기 상대 위치에 관한 정보가 이용되는, 이동체 구동 방법.
  18. 물체 상에 패턴을 형성하는 패턴 형성 방법으로서,
    상기 패턴을 형성하기 위해, 제 14 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 기재된 이동체 구동 방법을 이용하여, 상기 물체를 유지하는 이동체를 소정 평면을 따라 구동하는 구동 공정을 포함하는, 패턴 형성 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 물체는 감응층 (sensitive layer) 을 가지며, 상기 감응층에 에너지 빔을 조사함으로써 상기 패턴을 형성하는, 패턴 형성 방법.
  20. 에너지 빔을 조사함으로써 물체 상에 패턴을 형성하는 노광 방법으로서,
    상기 패턴을 형성하기 위해, 제 14 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 기재된 이동체 구동 방법을 이용하여, 상기 물체를 유지하는 이동체를 구동하는 구동 공정을 포함하는, 노광 방법.
  21. 제 20 항에 기재된 노광 방법을 이용하여 물체를 노광하는 노광 공정; 및
    노광된 상기 물체를 현상하는 현상 공정을 포함하는, 디바이스 제조 방법.
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