TWI579655B - An exposure apparatus, an exposure method, and an element manufacturing method - Google Patents

An exposure apparatus, an exposure method, and an element manufacturing method Download PDF

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Description

曝光裝置、曝光方法、以及元件製造方法
本發明,係基於2007年7月18日提出申請之日本專利申請第2007-187649號、以及2007年7月20日提出申請之美國專利暫時申請60/929,988主張優先權,並將其內容援用於此。
本發明,係關於用以測量進行物體移動之載台等可動構件之位置資訊的測量技術及載台技術、使用該載台技術進行物體之曝光的曝光技術、使用該曝光技術製造半導體元件及液晶顯示元件等之元件的元件製造技術。
在製造半導體元件或液晶顯示元件等之元件(電子元件、微型元件)的微影製程中,主要是使用步進機等之靜止曝光型(一次曝光型)之投影曝光裝置、以及掃描步進機等之掃描型之投影曝光裝置(掃描型曝光裝置)等的曝光裝置,以將形成於標線片(或光罩等)之電路圖案透過投影光學系統投影曝光於塗布有光阻的晶圓(或玻璃板等)上。此種曝光裝置,為了減低所製造之電路圖案之位置歪斜或重疊誤差,以往係使用以頻率穩定化雷射為光源之雷射干涉儀,來作為用以定位或移動晶圓等之載台的位置測量用途。
雷射干涉儀中,雷射光所傳遞之光路上之氣體的折射率,會依存於該器體之溫度、壓力、溼度等而變動,折射率之變動會導致產生干涉儀之測量值之變動(干涉儀之搖晃)。因此,曝光裝置在以往係使用對干涉儀之測量光束之光路吹送經溫度控制之氣體的送風系統,藉由使該光路之氣體之溫度穩定化,來減低干涉儀之搖晃情形。最近,為了進一步提高雷射干涉儀 之測量光束之光路上氣體的溫度穩定性,亦提出了一種使用筒狀外罩等覆蓋該測量光束之光路之至少一部分的曝光裝置(參照例如日本特開平5-2883313號公報、日本特開平8-261718號公報)。
如上所述,在使用雷射干涉儀時,有需要施以防止搖晃之對策。然而,特別是掃描型曝光裝置之晶圓載台,在測量對象之載台高速地縱橫移動時,由於會因載台之移動導致氣流不規則地變動,而仍有干涉儀會搖晃某種程度的問題。
本發明之態樣,其目的係提供能減低周圍氣體之折射率變動之影響的測量技術及載台技術、能使用該載台技術提高載台之定位精度等的曝光技術、以及使用該曝光技術之元件製造技術。
根據本發明之第1態樣,為一種測量方法,係測量可動構件相對既定構件之位移資訊,其具有:於該既定構件與該可動構件中之一方設置標尺,於另一方設置可檢測該標尺之複數個檢測器的步驟;以線膨脹係數較該可動構件小之支撐構件一體支撐設於該既定構件之該標尺或該複數個檢測器的步驟;以及從該複數個檢測器之檢測結果測量該可動構件之位移資訊的步驟。
根據本發明之第2態樣,為一種測量方法,係以複數個檢測器檢測設於可動構件之標尺,以測量該可動構件之位移資訊,其具有:以支撐構件一體支撐該複數個檢測器的步驟;以及從該複數個檢測器之檢測結果測量該可動構件之位移資訊的步驟;該支撐構件,係透過前端部可在相對基座構件沿該標尺表面之方向位移之複數個撓曲構件,連結於線膨脹係數較該支撐構件大的該基座構件。
根據本發明之第3態樣,為一種載台裝置,可將載台相對既定構件定位,其具備:設於該載台與該既定構件之一方的標尺;設於該載台與該既 定構件之另一方,用以檢測與該標尺位置相關之資訊的複數個檢測器;一體支撐設於該既定構件之該標尺或該複數個檢測器,且線膨脹係數較該載台小的支撐構件;以及從該複數個檢測器之檢測結果求出該載台之位移資訊的控制裝置。
根據本發明之第4態樣,為一種曝光裝置,係對基板照射曝光用光而於該基板形成既定圖案;其具有本發明之載台裝置,係藉由該載台裝置定位該基板。
根據本發明之第5態樣,為一種曝光裝置,係對可移動之載台所保持之基板照射曝光用光而於該基板形成既定圖案,其具備:設於該載台之標尺;用以檢測與該標尺位置相關之資訊的複數個檢測器;一體支撐該複數個檢測器的支撐構件;線膨脹係數較該支撐構件大之基座構件;將該支撐構件以可位移於沿該標尺表面之方向的狀態連結於該基座構件的連結機構;以及從該複數個檢測器之檢測結果求出該載台之位移資訊的控制裝置;該連結機構包含複數個撓曲構件,該複數個撓曲構件,係連結該支撐構件與該基座構件,且前端部可在沿該標尺表面之方向位移。
根據本發明之第6態樣,為一種包含微影製程之元件製造方法,其中:係在該微影製程中使用本發明之曝光裝置。
20‧‧‧主控制裝置
21,21M‧‧‧測量框架
26‧‧‧讀頭座
32‧‧‧嘴單元
39X1,39X2‧‧‧X標尺
39Y1,39Y2‧‧‧Y標尺
62A~62D‧‧‧讀頭單元
64‧‧‧Y讀頭
66‧‧‧X讀頭
70A,70C‧‧‧Y編碼器
70B,70D‧‧‧X編碼器
113‧‧‧撓曲構件
AL1‧‧‧第一對準系統
AL21~AL24‧‧‧第二對準系統
AS‧‧‧照射區域
MTB‧‧‧測量台
MST‧‧‧測量載台
R‧‧‧標線片
W‧‧‧晶圓
WTB‧‧‧晶圓台
WST‧‧‧晶圓載台
圖1,係顯示第1實施形態之曝光裝置概略構成之一部分欠缺的圖。
圖2,係顯示圖1之載台裝置的俯視圖。
圖3,係顯示圖1之測量框架的截面圖。
圖4,係顯示圖1之對準系統及位置測量用編碼器之配置的圖。
圖5A,係顯示晶圓載台之俯視圖。
圖5B,係顯示晶圓載台之一部分截面的側視圖。
圖6A,係顯示測量載台之俯視圖。
圖6B,係顯示測量載台之一部分截面的側視圖。
圖7,係顯示第1實施形態之曝光裝置之控制系統主要構成的方塊圖。
圖8A,係用以說明分別包含配置成陣列狀之複數個讀頭之複數個編碼器對晶圓台在XY平面內之位置測量及讀頭間之測量值之接續。
圖8B,係用以說明分別包含配置成陣列狀之複數個讀頭之複數個編碼器對晶圓台在XY平面內之位置測量及讀頭間之測量值之接續。
圖9A,係顯示編碼器構成一例的圖
圖9B,係顯示使用沿格子RG之週期方向延伸較長之截面形狀的雷射光束LB來作為檢測光的情形。
圖10A,係顯示進行第一對準照射區域之測量之狀態的圖。
圖10B,係顯示進行第二對準照射區域之測量之狀態的圖。
圖10C,係顯示晶圓之對準照射區域之排列一例的圖。
圖11,係顯示第1實施形態之測量及曝光動作一例的流程圖。
圖12,係顯示第2實施形態之曝光裝置概略構成之一部分欠缺的圖。
圖13,係顯示第3實施形態之曝光裝置概略構成之一部分欠缺的圖。
圖14,係圖13之主要部位的放大立體圖。
圖15,係圖13之測量框架與讀頭座之長度變化時之動作說明圖。
圖16A,係顯示細長棒狀構件的圖。
圖16B,係顯示形成有槽部之撓曲構件的圖。
圖17,係顯示圖13之變形例之連結方法之一部分欠缺的立體圖。
圖18,係用以說明微型元件之製程一例的流程圖。
圖19,係顯示其他實施形態之曝光裝置主要部位之一部分欠缺的圖。
圖20,係沿圖19之AA線的仰視圖。
[第1實施形態]
以下,根據圖式說明本發明之實施形態一例。
圖1係概略顯示本實施形態之曝光裝置100的構成。此曝光裝置100,係步進掃描方式之掃描型曝光裝置、亦即所謂掃描機。如後述般,本實施形態中係設有投影光學系統PL,以下,將與此投影光學系統PL之光軸AX平行之方向設為Z軸方向、將在與該Z軸方向正交之面內標線片與晶圓相對掃描的方向設為Y軸方向、將與Z軸及Y軸正交之方向設為X軸方向,且將繞X軸、Y軸、及Z軸之旋轉(傾斜)方向分別設為θx、θy、及θz方向。
曝光裝置100,包含:照明系統10;標線片載台RST,係保持該照明系統10之曝光用照明用光(曝光用光)IL所照明的標線片R;投影單元PU,包含用以使從標線片R射出之照明光IL投射於晶圓W上的投影光學系統PL;載台裝置50,具有晶圓載台WST及測量載台MST;以及上述裝置之控制系統等。於晶圓載台WST上裝載有晶圓W。
照明系統10,例如日本特開2001一313250號公號(對應美國專利申請公開第2003/0025890號說明書)等所揭示,其包含光源、具有包含光學積分器(複眼透鏡、桿狀積分器(內面反射型積分器)、繞射光學元件等)等之照度均一化光學系統、標線片遮簾等(均未圖示)的照明光學系統。照明系統10,係籍由照明光IL,以大致均一之照度來照明被標線片遮簾規定之標線片R上的狹縫狀照明區域IAR。作為一例,係使用ArF準分子雷射光(波長193nm)來作為照明光IL。又,例如亦能使用KrF準分子雷射光(波長247nm)、F2雷射光(波長157nm)、YAG雷射之諧波、固態雷射(半導體雷射等)之諧波、或水銀燈之亮線(i等)等來作為照明光IL。
於前述標線片載台RTS上例如籍由真空吸附固定有標線片R,該標線片R係於其圖案面(下面)形成有電路圖案等。標線片載台RST,能籍由例如包含線性馬達等之圖7之標線片載台驅動系統11而在XY平面內微幅驅 動,且能以指定之掃描速度驅動於掃描方向(Y方向)。
圖1之標線片載台RST在移動面內之位置(包含θz方向之旋轉資訊),係藉由標線片干涉儀116透過移動鏡15(亦可係對載台之端面進行鏡面加工後的反射面)例如以0.5~1nm左右之分析能力隨時檢測。標線片干涉儀116之測量值,係傳送至圖7之主控制裝置20。主控制裝置20,即根據標線片干涉儀116之測量值算出標線片載台RST在至少X方向、Y方向及θz方向的位置,且籍由根據該計算結果控制標線片載台驅動系統11,來控制標線片載台RST之位置及速度。又,標線片干涉儀116亦可測量標線片載台RST在Z方向、θx及θy方向之至少一個的位置資訊。
圖1中,配置於標線片載台RST下方之投影單元PU,包含:鏡筒40;以及投影光學系統PL,具有由以既定位置關係保持於該鏡筒40內之複數個光學元件。作為投影光學系統PL,例如係使用包含沿光軸AX排列之複數個透鏡元件的折射光學系統。投影光學系統PL,例如係兩側遠心且具有既定投影倍率β(例如1/4倍、1/5倍、或1/8倍等)。當以來自照明系統10之照明光IL來照明照明區域IAR時,籍由通過標線片R的照明光IL,使照明區域IAR內之標線片R的電路圖案像透過投影光學系統PL形成於表面塗布有光阻(感光劑)之晶圓W上的曝光區域IA(與照明區域IAR共軛)。
此外,曝光裝置100,係進行適用液浸法之曝光。此時,亦可使用包含反射鏡與透鏡之反折射系統來作為投影光學系統PL。又,於晶圓W可不僅形成感光層,而亦可形成例如用以保護晶圓或感光層之保護膜(頂層塗布膜)等。
又,本實形形態之曝光裝置100,由於係進行適用液浸法的曝光,因此係設有構成局部液浸裝置8一部分之嘴單元32,來包圍用以保持前端透鏡191之鏡筒40之下端部周圍,該前端透鏡191係構成投影光學系統PL之最靠像面側(晶圓W側)之光學元件的透鏡。
圖1中,嘴單元32具有能供應曝光用液體Lq之供應口與能回收曝光用液體Lq之回收口。於該回收口配置有多孔構件(網眼)。能與晶圓W表面對向之嘴單元32之下面,包含配置成包圍多孔構件之下面及用以使照明光IL通過之開口的各平坦面。又,該供應口,係透過形成於嘴單元32內部之供應流路及供應管31A連接於能送出曝光用液體Lq的液體供應裝置186(參照圖7)。該回收口,係透過形成於嘴單元32內部之回收流路及回收管31B連接於能回收至少液體Lq的液體回收裝置189(參照圖7)。
液體供應裝置186,係包含液體槽、加壓泵、溫度控制裝置、以及用以控制液體對供應管31A之供應及停止的流量控制閥等,能送出潔淨且溫度經調整的曝光用液體Lq。液體回收裝置189,係包含液體之槽及吸引泵、以及透過回收管31B控制液體之回收及停止的流量控制閥等,而能回收曝光用液體Lq。此外,液體槽、加壓(吸引)泵、溫度控制裝置、控制閥等,曝光裝置100不需全部具備,亦能將其至少一部分由設有曝光裝置100之工廠內的設備來代替。
圖7之液體供應裝置186及液體回收裝置189之動作籍由主控制裝置20來控制。自圖7之液體供應裝置186送出之曝光用液體Lq,在流經圖1之供應管31A及嘴單元32之供應流路後,自該供應口供應至照明光IL的光路空間。又,藉由驅動圖7之液體回收裝置189,自該回收口回收之曝光用液體Lq,係在流經嘴單元32之回收流路後,透過回收管31B被液體回收裝置189回收。圖7之主控制裝置20,藉由同時進行供應口之液體供應動作與嘴單元32之回收口之液體回收動作,以液體Lq充滿包含圖1之前端透鏡191與晶圓W間之照明光IL的光路空間的液浸區域14(參照圖3),以形成液體Lq之液浸空間。
本實施形態中,作為上述曝光用液體Lq,係使用可使ArF準分子雷射光(波長193nm之光)透射的純水。純水,具有在半導體製造工廠等能容易地 大量獲得且對晶圓上之光阻及光學透鏡等無不良影響的優點。水對ArF準分子雷射光之折射率n為大致1.44。於該水中,照明光IL之波長,被縮短至193nm×1/n=約134nm,因此可提升解析度。
從上述說明可清楚得知,本實施形態之局部液浸裝置8,係包含嘴單元32、液體供應裝置186、液體回收裝置189、液體之供應管31A及回收管31B等。此外,局部液浸裝置8之一部分、例如至少嘴單元32,亦可懸吊支撐於用以保持投影單元PU之主框架(包含前述之鏡筒底座),或亦可設於與主框架不同之框架構件。本實施形態中,係將嘴單元32設於與投影單元PU獨立懸吊支撐之測量框架。此情況下,亦可不懸吊支撐投影單元PU。
此外,即使測量載台MST位於圖1之投影單元PU下方時,亦能與上述同樣地將水充滿於後述測量台與前端透鏡191之間。又,上述說明中,作為一例,雖分別設有各一個液體供應管(嘴)與液體回收管(嘴),但並不限於此,只要在考量與周圍構件之關係下亦能進行配置的話,亦可採用例如國際公開第99/49504號小冊子所揭示之具有多數個嘴之構成。扼要言之,只要係能將液體供應至構成投影光學系統PL最下端之光學構件(前端透鏡)191與晶圓W之間的構成,該構成可為任意者。例如,本實施形態之曝光裝置,亦能適用在揭示於國際公開第2004/053955號小冊子之液浸機構或歐洲專利公開第1420298號說明書的液浸機構等。
回到圖1,載台裝置50,具備;晶圓載台WST及測量載台MST,係配置於底座12上方;干涉儀系統118(參照圖7),包含測量此等載台WST、MST之位置資訊的Y軸干涉儀16、18;後述之編碼器系統,係在曝光時等用以測量晶圓載台WST之位置資訊;以及載台驅動系統124(參照圖7),係驅動載台WST、MST等。
於晶圓載台WST、測量載台MST各自之底面之複數處,設有未圖示之非接觸軸承、例如真空預壓型空氣靜壓軸承(以下稱為「空氣墊」),籍由從 此等空氣墊往底座12上面噴出之加壓空氣的靜壓,使晶圓載台WST、測量載台MST透過數μm程度之間隙以非接觸方式支撐於底座12的上方。又,載台WST、MST,係可藉由圖7之載台驅動系統124而獨立驅動於Y方向及X方向的二維方向。
進一步詳述之,如圖2之俯視圖所示,於地面上,延伸於Y軸方向之一對Y軸固定件86,87隔著底座12分別配置於X軸方向之一側與另一側。Y軸固定件86,87例如由內裝有永久磁石群之磁極單元構成,該永久磁石群係由沿Y軸方向以既定間隔且交互配置之複數組N極磁石與S極磁石構成。於Y軸固定件86,87,各兩個之Y軸可動件82,84及83,85係設置成分別以非接觸方式卡合的狀態。亦即,合計四個之Y軸可動件82,84,83,85,係呈插入於XZ截面為U字型之Y軸固定件86或87之內部空間的狀態,分別透過未圖示空氣墊例如透過數μm程度之間隙來以非接觸方式支撐於所對應的Y軸固定件86或87。各Y軸可動件82,84,83,85,例如係由內裝有沿Y軸方向相距既定間隔所配置之電樞線圈的電樞元件單元所構成。亦即,本實施形態中,係以電樞元件單元所構成之Y軸可動件82,84與磁極單元所構成之Y軸固定件86,來分別構成移動線圈型的Y軸線性馬達。同樣地,以Y軸可動件83,85與Y軸固定件87,分別構成移動線圈型之Y軸線性馬達。以下,將上述四個Y軸線性馬達分別使用與各可動件82,84,83,85相同的符號來適當稱為Y軸線性馬達82、Y軸線性馬達84、Y軸線性馬達83及Y軸線性馬達85。
上述四個Y軸線性馬達中,兩個Y軸線性馬達82,83之可動件82,83,係分別固定於延伸於X軸方向之X軸固定件80長邊方向的一端與另一端。又,剩餘之兩個Y軸線性馬達84,85之可動件84,85,係固定於延伸於X軸方向之X軸固定件81的一端與另一端。據此,X軸固定件80,81,即可藉由各一對之Y軸線性馬達82,83,84,85分別沿Y軸被驅動。
各X軸固定件80,81,例如係由分別內裝有沿X軸方向相距既定間隔配置之電樞線圈的電樞元件單元所構成。
一X軸固定件81,係設置成插入形成於載台本體91(構成晶圓載台WST一部分,參照圖1)之未圖示開口的狀態。於該載台本體91之上述開口內部例如設有具永久磁石群的磁極單元,該永久磁石群係由沿X軸方向以既定間隔且交互配置之複數組N極磁石與S極磁石構成。以該磁極單元與X軸固定件81來構成用以將載台本體91驅動於X軸方向之動磁型X軸線性馬達。同樣地,另一X軸固定件80,係設置成插入形成於載台本體92(構成測量載台MST)之未圖示開口的狀態。於該載台本體92之上述開口內部設有與晶圓載台WST側(載台本體91側)同樣的磁極單元。以該磁極單元與X軸固定件80來構成用以將測量載台MST驅動於X軸方向之動磁型X軸線性馬達。
本實施形態中,構成載台驅動系統124之上述各線性馬達,係由圖7所示之主控制裝置20來控制。此外,各線性馬達,並不限定於動磁型或移動線圈型之任一方,能視需要來適當選擇。此外,籍由稍微改變一對Y軸線性馬達84,85(或82,83)分別產生的推力,而能控制晶圓載台WST(或測量載台MST)之偏轉(繞θz之方向的旋轉)。
晶圓載台WST,包含:前述載台本體91;以及晶圓台WTB,係透過未圖示Z調平機構(例如音圈馬達等)裝載於該載台本體91上,可相對載台本體91微幅驅動於Z軸方向、θx方向、以及θy方向。
於晶圓台WTB上設有藉由真空吸附等來保持晶圓W的晶圓保持具(未圖示)。晶圓保持具雖可與晶圓台WTB形成為一體,但本實施形態中晶圓保持具與晶圓台WTB係分別構成,藉由例如真空吸附等將晶圓保持具固定於晶圓台WTB之凹部內。又,於晶圓台WTB上面設有板體(撥液板)28,該板體係與裝載於晶圓保持具上之晶圓表面大致同一面高、其外形(輪廓)為矩 形且於其中央部形成有較晶圓保持具(晶圓之裝載區域)大一圈的圓形開口。板體28,係由低熱膨脹係數之材料、例如玻璃或陶瓷(首德公司之Zerodur(商品名))、Al2O3或TiC等)構成,於其表面例如由氟樹脂材料、聚四氟乙烯(鐵氟龍(註冊商標))等氟系樹脂材料、丙烯酸系樹脂材料或矽系樹脂材料等來形成撥液膜。
進一步地,如圖5A之晶圓台WTB(晶圓載台WST)之俯視圖所示,板體28具有用以包圍圓形開口之外形(輪廓)為矩形之第1撥液區域28a、以及配置於第1撥液區域28a周圍之矩形框狀(環狀)第2撥液區域28b。第1撥液區域28a,例如在進行曝光動作時,形成有從晶圓表面超出之液浸區域14(參照圖3)之至少一部分,第2撥液區域28b,係形成有後述編碼器系統用之標尺。此外,板體28之表面之至少一部分亦可不與晶圓表面為同一面高,亦即亦可係相異之高度。又,板體28雖可係單一板體,但在本實施形態中為複數個板體,例如組合分別與第1及第2撥液區域28a,28b對應之第1及第2撥液板來構成。本實施形態中之液體Lq由於係純水,因此係對撥液區域28a,28b例如施有撥水塗層。
此情形下,與照明光IL會照射於內側之第1撥水板28a相對地,照明光IL幾乎不會照射到外側之第2撥水板28b。考量到此點,本實施形態中係於第1撥水板28a表面施以對照明光IL(此時為真空紫外區之光)有充分之耐性之撥水塗布膜,而於第2撥水板28b表面施以對照明光IL之耐性較第1撥水區域28a差之撥水塗布膜。
又,由圖5A可清楚得知,於第1撥水區域28a之+Y方向側端部之X方向的中央部形成有長方形缺口,於此缺口與第2撥水區域28b所包圍之長方形空間內部(缺口內部)埋入有測量板30。於此測量板30之長邊方向中央(晶圓台WTB之中心線LL上)形成基準標記FM,於該基準標記之X方向一側與另一側,形成有相對基準標記中心配置成對稱之一對空間像測量狹縫 圖案(狹縫狀測量用圖案)SL。各空間像測量狹縫圖案SL,例如係使用具有沿Y方向與X方向之邊的L字形狹縫圖案,或分別沿X方向及Y方向延伸之兩個直線狀狹縫圖案等。
又,如圖5B所示,收納有送光系統36(由包含物鏡、反射鏡、中繼透鏡等之光學系統構成)之L字形框體,係以從晶圓台WTB貫通載台本體91內部一部分之狀態,安裝成一部分埋入於上述各空間像測量狹縫圖案SL下方之晶圓載台WST內部的狀態。雖省略圖示,但送光系統36係與上述一對空間像測量狹縫圖案SL對應設置有一對。送光系統36,係將透射過空間像測量狹縫圖案SL之照明光IL沿L字形路徑導引,並朝向Y方向射出。
再者,於第2撥水區域28b上面,沿其四邊各以既定間距直接形成有多數個格子線37,38。進一步詳言之,於第2撥水區域28b之X方向兩側(圖5A中之左右兩側)的區域分別形成有Y標尺39Y1,39Y2,此Y標尺39Y1,39Y2,例如係以延伸於X方向之格子線38以既定間距沿平行於Y軸之方向(Y方向)而形成之、週期性排列於Y方向之反射型格子(例如相位型繞射光柵)所構成。
同樣地,於第2撥水區域28b之Y軸方向一側與另一側(圖5A中之上下兩側)的區域分別形成有X標尺39X1,39X2,此X標尺39X1,39X2,例如係以延伸於Y方向之格子線37以既定間距沿平行於X軸之方向(X方向)而形成之、週期性排列於X方向之反射型格子(例如繞射光柵)所構成。
上述各標尺39Y1,39Y2,39X1,39X2,例如係以全像片等來於第2撥水區域28b表面作成反射型繞射光柵。此時,於各標尺係以既定間隔(間距)而刻出由窄狹縫或槽等構成之格子來作為標度。用於各標尺之繞射光柵之種類並不限定,不僅能以機械方式形成槽等,例如亦可係將干涉紋燒結於感光性樹脂來加以作成。不過,各標尺,例如係以138nm~4μm間之間距(例如1μm間距)將上述繞射光柵之標度刻於薄板狀玻璃來作成。此等標尺係被前 述撥液膜(撥水膜)覆蓋。此外,圖5A中為了方便表示,格子之間距係圖示成較實際間距大許多。此點在其他的圖中亦相同。
承上所述,本實施形態由於將第2撥水區域28b本身構成標尺,因此係使用低熱膨脹之玻璃板來作為第2撥水區域28b。然而並不限於此,亦可將形成有格子之低熱膨脹之玻璃板等所構成的標尺構件,藉由例如板彈簧(或真空吸附)等固定於晶圓台WTB上面,以避免其產生局部性之伸縮,此時,亦可將於全面施有同一撥水塗布膜之撥水板代用為板體28。
晶圓台WTB之-Y端面,-X端面,係分別施以鏡面加工而形成為圖2所示之反射面17a,17b。干涉儀系統118(參照圖7)之Y軸干涉儀16及X軸干涉儀126(參照圖2),係分別對此等反射面17a,17b投射干涉儀光束(測距光束),並籍由接收各自之反射光。接著,干涉儀16及126,測量各反射面從基準位置(例如配置於投影單元PU之參照鏡)的位移、亦即晶圓載台WST在XY平面內的位置資訊,並將該測量值供應至主控制裝置20。本實施形態中,作為Y軸干涉儀16及X軸干涉儀126,均使用具有複數個光軸之多軸干涉儀,主控制裝置20,不但能根據此等Y軸干涉儀16及126之測量值來測量晶圓台WTB之X,Y位置,亦能測量θx方向之旋轉資訊(縱搖)、θy方向之旋轉資訊(橫搖)、以及θz方向之旋轉資訊(偏搖)。
本實施形態中,晶圓載台WST(晶圓台WTB)在XY平面內之位置資訊(包含θz方向之旋轉資訊),主要係藉由包含上述Y標尺、X標尺等之後述編碼器系統來測量,干涉儀16,126之測量值係輔助性地用於修正(校正)該編碼器系統之長期性變動(例如因標尺隨時間之變化等所造成)等。又,Y軸干涉儀16之用途,係為了更換晶圓,而在後述卸載位置及裝載位置附近測量晶圓台WTB的Y位置等。又,例如在裝載動作與對準動作之期間、及/或曝光動作與卸載動作之期間中晶圓載台WST移動,亦使用干涉儀系統118之測量資訊、亦即在五自由度方向(X軸、Y軸、θx、θy、θz方向)之位 置資訊的至少一個。
此外,干涉儀系統118之Y軸干涉儀16、X軸干涉儀126、以及後述之測量載台MST用之Y軸干涉儀18、X軸干涉儀130,係如圖1中之測量框架21之俯視圖之圖3所示,透過支撐構件24A,24C,24B,24D支撐於測量框架21之底面。然而,亦可將Y軸干涉儀16,18及X軸干涉儀126,130設於保持投影單元PU之主框架,或與如前所述懸吊支撐之投影單元PU設置成一體。此等情形下,亦可干涉儀16,18,126,130,僅包含用以分離及合成射向載台之測距光束與射向參照鏡之參照光束的干涉儀光學系統之部分,接收測距光束與參照光束之干涉光之接收器(光電檢測器)之部分係以未圖示柱架支撐。
此外,本實施形態中,晶圓載台WST雖包含可在XY平面內移動自如之載台本體91,以及裝載於該載台本體91上、可相對載台本體91被微幅驅動於Z方向、θx方向、以及θz方向的晶圓台WTB,但並不限於此,亦可採用能在六自由度移動之單一載台來作為晶圓載台WST。又,亦可於晶圓台WTB設置由平面鏡構成之移動鏡來代替反射面17b。再者,配置參照鏡(基準面)之位置不限於投影單元PU,亦不一定要使用固定鏡來測量晶圓載台WST之位置資訊。
又,本實施形態中,由干涉儀系統118測量之晶圓載台WST的位置資訊,並不用在後述曝光動作或對準動作等,而主要是用在編碼器系統之校正動作(亦即測量值之校正)等,但例如亦可將干涉儀系統118之測量資訊(亦即五自由度方向之位置資訊的至少一個)用在例如曝光動作及/或對準動作等。本實施形態中,編碼器系統係測量晶圓載台WST在三自由度方向、亦即X方向、Y方向、以及θz方向的位置資訊。因此,在進行曝光動作等時,干涉儀系統118之測量資訊中,可僅使用與編碼器系統對晶圓載台WST之位置資訊之測量方向(X方向、Y方向、以及θz方向)相異的方向,例如在 θx方向及/或θy方向的位置資訊,或除了該相異方向之位置資訊以外,再加上使用與編碼器系統之測量方向相同方向(亦即X方向、Y方向、以及θz方向之至少一個)之位置資訊。又,干涉儀系統118亦可測量晶圓載台WST在Z軸方向之位置資訊。此時,亦可在曝光動作中使用Z軸方向之位置資訊。
於圖1之測量載台MST,係於載台本體92上固定平板狀測量台MTB而構成。於測量台MTB及載台本體92設有各種測量用構件。作為該測量用構件,例如圖2及圖6A所示,係採用具有針孔狀受光部的照度不均感測器94、用以測量投影光學系統PL所投影之圖案空間像(投影像)的空間像測量器96、以及波面像差測量器98等。
此外,本實施形態中,係進行藉由透過投影光學系統PL與液體(水)Lq以照明光IL使晶圓W曝光的液浸曝光,與此對應地,用於使用照明光IL之測量之上述照度不均感測器94(以及照度監測器)、空間像測量器96、以及波面像差測量器98,係透過投影光學系統PL及水接收照明光IL。如圖6B所示,於測量載台MST之載台本體92之-Y方向側端面固定有框狀安裝構件42。又,於載台本體92之-Y方向側端面,安裝構件42開口內部之在X方向之中心位置附近,係以能與前述圖5B之一對送光系統36對向之配置固定有一對受光系統44。各受光系統44,係由中繼透鏡等之光學系統、受光元件(例如光電倍增管等)、以及收納此等之框體構成。由圖5B及圖6B、以及截至目前為止之說明可知,本實施形態中,在晶圓載台WST與測量載台MST於Y軸方向接近既定距離以內之狀態(包含接觸狀態)下,透射過測量板30之各空間像測量狹縫圖案SL的照明光IL係被前述各送光系統36導引,而以各受光系統44之受光元件接收光。亦即,藉由測量板30、送光系統36、以及受光系統44,來構成與前述日本特開2002-14005號公報(對應美國專利申請公開第2002/0041377號說明書)、等所揭示者相 同之空間像測量裝置45(參照圖7)。
於圖6B之安裝構件42上,在X軸方向延伸設置有由截面矩形之棒狀構件構成之作為基準構件的基準桿(以下簡稱為「CD桿」)46。此CD桿46,係藉由全動態框構造以動態方式支撐於測量載台MST上。
由於CD桿46為原器(測量基準),因此其材料係採用低熱膨脹係數之光學玻璃陶瓷、例如首德公司之Zerodur(商品名)等。此CD桿46之上面(表面)的平坦度設定得較高,與所謂基準平面板相同程度。又,於該CD桿46之長邊方向一側與另一側端部附近,係如圖6A所示分別形成有以Y方向為週期方向的基準格子(例如繞射光柵)52。此一對基準格子52之形成方式,係隔著既定距離(L)在CD桿46之X軸方向中心、亦即相隔前述中心線CL配置成對稱。
又,於該CD桿46上面以圖6A所示之配置形成有複數個基準標記M。該複數個基準標記M,係以同一間距在Y軸方向形成為三行的排列,各行排列形成為在X方向彼此偏移既定距離。各基準標記M,例如使用可藉由後述第一對準系統、第二對準系統來檢測之尺寸的二維標記。基準標記M之形狀(構成)雖亦可與前述圖5A之基準標記FM相異,但本實施形態中基準標記M與基準標記FM係相同構成,且亦與晶圓W之對準標記相同構成。此外,本實施形態中,CD桿46之表面及測量台MTB(亦可包含前述測量用構件)之表面均分別以撥液膜(撥水膜)覆蓋。
如圖2所示,測量台MTB之+Y端面、-X端面亦形成有與前述晶圓台WTB同樣之反射面19a,19b。干涉儀系統118(參照圖7)之Y軸干涉儀18及X軸干涉儀130,係分別對此等反射面19a,19b投射干涉儀光束(測距光束),並籍由接收各自之反射光,測量各反射面從基準位置的位移、亦即測量載台MST的位置資訊(例如至少包含X方向及Y方向之位置資訊與θz方向之旋轉資訊),並將該測量值供應至主控制裝置20。
此外,如圖2所示,於X軸固定件81及80之X方向的兩端部設有制動器機構48A,48B。制動器機構48A,包含:減震器47A,47B,係設於X軸固定件81,係例如由油阻尼器構成之緩衝裝置;開口51A,51B,係設於X軸固定件80之減震器47A,47B的對向位置;以及開關此等開口之開閉器49A,49B。透過開閉器49A,49B之開口51A,51B之開閉狀態,係籍由設於開閉器49A,49B附近之開關感測器(參照圖7)101來檢測,該檢測結果送至主控制裝置20。
此處,以制動器機構48A為代表說明前述制動器機構48A,48B的作用。
圖2中,在開閉器48A處於關閉開口51A之狀態的情形下,當X軸固定件81與X軸固定件80接近時,亦籍由減震器47A與開閉器49A之接觸(抵接),使X軸固定件80,81彼此不能更加接近。另一方面,當開閉器49A開啟使開口51A成為開放狀態時,若X軸固定件81,80彼此接近,即會使減震器47A之前端部之至少一部分進入開口51A內,而能使X軸固定件80,81彼此更接近。其結果,能使晶圓台WTB與測量台MTB(CD桿46)彼此接觸(或使其接近至相距300μm左右之距離)。
圖2中,於X軸固定件80之+X端部設有間隔偵測感測器43A,43C與撞擊偵測感測器43B,43D,於X軸固定件81之+Y側突設有延伸於Y方向之細長板狀構件41A。間隔偵測感測器43A,43C,例如由透射型光感測器(例如LED-光電晶體之元件構成的感測器)構成,使X軸固定件80與X軸固定件81接近,板狀構件41A即進入間隔偵測感測器43A之間,減少受光量,因此能偵測到X軸固定件80,81之間隔已小於既定距離。
撞擊偵測感測器43B,43D,係與間隔偵測感測器43A,43C相同之光電感測器,配置於其深處。籍由此撞擊偵測感測器43B,43D,在X軸固定件81,80彼此更接近、使晶圓台WTB與CD桿46(測量台MTB)接觸之階段時(或接近至300μm左右之距離的階段),由於板狀構件41A之上半部定位於感 測器之元件間,因此主控制裝置20,即藉由檢測出該感測器之受光量為零,偵測出兩台係彼此接觸(或接近至300μm左右之距離)。
本實施形態之曝光裝置100,雖在圖1中為了避免圖式過於複雜而予以省略,但實際上如圖4所示,係配置有第一對準系統AL1,該第一對準系統AL1在通過投影單元PU之中心(與投影光學系統PL之光軸AX一致,本實施形態中亦與前述曝光區域IA之中心一致)且與Y軸平行之直線LV上,從該光軸往-Y側相隔既定距離的位置具有檢測中心。此第一對準系統AL1,係透過支撐構件54固定於測量框架21(參照圖1)。隔著此第一對準系統AL1之X軸方向一側與另一側,分別設有其檢測中心相對該直線LV配置成大致對稱之第二對準系統AL21,AL22與AL23,AL24。亦即,五個對準系統AL1,AL21~AL24之檢測中心,係在X方向配置於相異位置,亦即沿X方向配置。
各第二對準系統AL2n(n=1~4),如代表顯示之對準系統AL24般,係固定於能以旋轉中心O為中心往圖4中之順時針及逆時針方向旋轉既定角度範圍的臂56n(n=1~4)前端(旋動端)。本實施形態中,各第二對準系統AL2n之一部分(例如至少包含將對準光照射於檢測區域、且將檢測區域內之對象標記所產生之光導至受光元件的光學系統)係固定於臂56n,剩餘之一部分則設於測量框架21。第二對準系統AL21,AL22,AL23,AL24能藉由分別以旋轉中心O旋動來調整X位置。亦即,第二對準系統AL21,AL22,AL23,AL24之檢測區域(或檢測中心)能獨立移動於X軸方向。此外,本實施形態中,雖藉由臂之旋動來調整第二對準系統AL21,AL22,AL23,AL24的X位置,但並不限於此,亦可設置將第二對準系統AL21,AL22,AL23,AL24往復驅動於X方向的驅動機構。又,第二對準系統AL21,AL22,AL23,AL24之至少一個亦可不僅可移動於X方向而亦可移動於Y方向。此外,由於各第二對準系統AL2n之一部分係藉由臂56n來移動,因此可藉由未圖示感測器例如干涉儀或編碼器等來 測量固定於臂56n之一部分的位置資訊。此感測器可僅測量第二對準系統AL2n在X方向的位置資訊,亦能使其可測量其他方向例如Y方向及/或旋轉方向(包含θx及θy方向的至少一方)的位置資訊。
於前述各臂56n上面,設有由差動排氣型之空氣軸承構成的真空墊58n(n=1~4)。又,臂56n,例如藉由包含馬達等之旋轉驅動機構n(n=1~4,參照圖7),可依主控制裝置20之指示來旋動。主控制裝置20在臂56n之旋轉調整後,即使各真空墊58n作動以將各臂56n吸附固定於測量框架21(參照圖1)。藉此,即可維持各臂56n之旋轉角度後的狀態,亦即維持第一對準系統AL1及4個第二對準系統AL21~AL24的所欲位置關係。
此外,只要於與測量框架21之臂56n對向的部分固定磁性體,亦可代替真空墊58採用電磁石。
本實施形態之第一對準系統AL1及4個第二對準系統AL21~AL24,可使用例如影像處理方式之FIA(Field Image Alignment(場像對準))系統,其能將不會使晶圓上之光阻感光的寬頻檢測光束照射於對象標記,並以攝影元件(CCD(電荷耦合裝置)等)拍攝藉由來自該對象標記之反射光而成像於受光面的對象標記像、以及未圖示之指標(設於各對準系統內之指標板上的指標圖案)像,並輸出該等之拍攝訊號。來自對準系統AL1及AL21~AL24各自之攝影訊號,係供應至圖7的主控制裝置20。
此外,作為上述各對準系統係不限於FIA系統,當然亦能單獨或適當組合使用能將同調檢測光照射於對象標記以檢測從此對象標記產生之散射光或繞射光的對準感測器,或是干涉從該對象標記產生之兩繞射光(例如同階數之繞射光、或繞射於同方向之繞射光)來加以檢測的對準感測器。又,本實施形態中由於設置了五個對準系統AL1,AL21~AL24,因此能更有效率地進行對準。不過對準系統之數目並不限於五個,亦可係兩個以上且四個以下,或六個以上亦可,或亦可非為奇數而為偶數。右,翼可僅使用第一 對準系統AL1。再者,本實施形態中,五個對準系統AL1,AL21~AL24,雖係透過支撐構件54固定於測量框架21,但並不限於此,亦可固定於用以保持投影單元PU的主框架下面。
本實施形態之曝光裝置100,如圖4所示,係以從四方包圍前述嘴單元32周圍的狀態配置有編碼器系統之四個讀頭單元62A~62D。構成此等讀頭單元62A~62D之複數個Y讀頭64及X讀頭66,在圖4係以兩點鏈線所示,透過固定構件(未圖示)固定於平板狀測量框架21(參照圖1)之底面。該固定構件,例如包含形成有母螺紋之低膨脹係數金屬(例如因鋼等)製之複數個襯套(藉由埋入測量框架21而透過接著等固定)與用以將讀頭單元62A~62D之各讀頭64,66之框體固定於對應之襯套的螺栓而構成。
測量框架21之材料,例如係線膨脹係數分別在±0.2×10-7/K(±0.02ppm/K)程度以內之低膨脹玻璃(例如OHARA股份有限公司之CLEARCERAM-ZHS(商品名稱))或低膨脹玻璃陶瓷(例如首德公司之Zerodur(商品名))。又,測量框架21之材料,亦能使用線膨脹係數在±0.5×10-6/K(±0.5ppm/K)程度以內之低膨脹玻璃、或線膨脹係數較因鋼小的超因鋼等。
與此相關地,圖1之晶圓載台WST之晶圓台WTB之裝載板體28的本體部、以及晶圓載台WST之載台本體91之材料,係例如線膨脹係數為0.1×10-4/K(10ppm/K)程度之鐵(鋼材)或線膨脹係數為1×10-6/K(1ppm/K)程度之因鋼等。其結果,本實施形態之測量框架21之線膨脹係數,相較於晶圓載台WST之形成有標尺39Y1,39Y2,39X1,39X2之圖5A之板體28以外的構件(晶圓載台WST之本體部)的線膨脹係數,係設定成小至例如1/2~1/50左右。
再者,如圖1所示,本實施形態之曝光裝置100,係設置於未圖示處理室內之地面FL上。用以導引晶圓載台WST之底座12,係透過例如複數個 防振台(未圖示)配置於地面FL上。又,於地面FL上三處固定有包圍底座12之L字型懸吊構件22A,22B,22C(參照圖3),從懸吊構件22A,22B,22C之前端部透過防振構件23A,23B,23C懸吊支撐測量框架21。防振構件23A~23C,例如係以空氣彈簧方式、油壓方式、或機械彈簧方式截斷振動的構件。
圖3中,於Y方向隔著測量框架21之位置、以及沿測量框架21之-X方向側面之位置構成的三處地面上設置有柱架105A,105B,105C。在柱架105A,105B與測量框架21之間分別安裝有用以測量測量框架21在X方向之位移的X軸感測器106XA,106XB、以及用以測量測量框架21在Z方向之位移的Z軸感測器106ZA,106ZB。又,在柱架105C與測量框架21之間安裝有用以測量測量框架21在Y方向之位移的Y軸感測器106Y、以及用以測量測量框架21在Z方向之位移的Z軸感測器106ZC。六軸感測器106XA,106XB,106Y,106ZA~106ZC,可使用例如干涉儀、靜電容型位移感測器、或渦流式位移感測器等。藉由此等六軸感測器106XA~106ZC,高精度地以既定取樣板測量以地面為基準之測量框架21在X方向、Y方向、Z方向、θx方向、θy方向、θz方向的位移,測量值被供應至控制部108。
又,在柱架105A,105B與測量框架21之間,分別安裝有使測量框架21於X方向位移之X軸致動器107XA,107XB、以及使測量框架21於Z方向位移之Z軸致動器107ZA,107ZB。再者,在柱架105C與測量框架21之間,安裝有使測量框架21於Y方向位移之Y軸致動器107Y、以及使測量框架21於Z方向位移之Z軸致動器107ZC。六軸非接觸方式之致動器107XA,107XB,107ZA~107ZC,雖能使用例如音圈馬達,但除此以外亦能使用例如EI線圈方式等之電磁致動器。藉由此等六軸之致動器107XA~107ZC,能控制測量框架21相對於地面之六自由度的位移。在圖7之主控制裝置20之控制下,控制部108係在掃描曝光中,根據六軸致動器107XA~107ZC之測量 值,以伺服方式將六軸致動器107XA~107ZC驅動成測量框架21相對於地面之六自由度的位移會在既定容許範圍內。此外,測量框架21之位移測量及位移控制之基準,亦能使用用以支撐投影單元PU的主框架(未圖示)。
圖1中,在曝光裝置100之作動時,係從收納有曝光裝置100之處理室(未圖示)之天花板的送風口6A,6B沿箭頭7A,7B所示,將高度潔淨化且溫度穩定化之氣體(例如乾燥空氣等)透過降流方式以既定流量供應。所供應之氣體一部分,從設於地面FL之回收口(未圖示)回收後,經由防塵過濾器及溫度控制部再度從送風口6A,6B返回處理室內。此時,如圖3所示,係於測量框架21之包圍投影單元PU之區域的大致全面在X方向、Y方向以既定間距形成多數個開口25,以使氣體能以降流方式在該處理室內順利地流動。藉此,提升晶圓載台WST上之晶圓W之溫度穩定性等。
其次,圖4中,讀頭單元62A,62C,係於投影單元PU之+X側、-X側具備複數個(此處為六個)分別沿X方向以既定間隔配置於通過投影光學系統PL之光軸AX且與X軸平行之直線LH上的Y讀頭64。Y讀頭64係分別使用前述圖5A之Y標尺39Y1或39Y2測量晶圓載台WST(晶圓台WTB)在Y方向之位置(Y位置)。又,讀頭單元62B,62D,係於投影單元PU之+Y側、-Y側具備複數個(此處為七個及十一個(不過,圖4之十一個中與第一對準系統AL1重疊之三個係未圖示))分別沿Y方向以既定間隔配置於通過光軸AX且與X軸平行之直線LV上的X讀頭66。X讀頭66係分別使用前述圖5A之X標尺39X1或39X2測量晶圓載台WST(晶圓台WTB)在X方向之位置(X位置)。
因此,圖4之讀頭單元62A及62C,係分別構成使用圖5A之Y標尺39Y1及39Y2來測量晶圓載台WST(晶圓台WTB)之Y位置之多眼(此處為六眼)的Y軸線性編碼器(以下適當簡稱為「Y編碼器」)70A及70C(參照圖7)。Y編碼器70A,70C分別具備用以進行複數個Y讀頭64之測量值之切換(詳 細後述)的切換控制部70Aa,70Ca。此處,讀頭單元62A,62C所具備之相鄰Y讀頭64(亦即從Y讀頭64照射之測量光束)的間隔,係設定成較Y標尺39Y1,39Y2在X方向的寬度(更正確而言為格子線38之長度)窄。又,讀頭單元62A,62C各自具備之複數個Y讀頭64中位於最內側之Y讀頭64、X讀頭66,為了儘可能配置於光軸AX,係在投影光學系統PL之鏡筒40下端部(更正確而言為包圍前端透鏡191之嘴單元32的橫方向側)固定於測量框架21。
又,讀頭單元62B及62D,基本上係分別構成使用前述X標尺39X1及39X2來測量晶圓載台WST(晶圓台WTB)之X位置之多眼(此處為七眼及十一眼)的X軸線性編碼器(以下適當簡稱為「X編碼器」)70B及70D(參照圖7)。X編碼器70B,70D分別具備用以進行複數個X讀頭66之測量值之切換(詳細後述)的切換控制部70Ba,70Da。此外,本實施形態中,例如在後述對準時讀頭單元62D所具備之十一個X讀頭66中之兩個X讀頭66,有時會同時對向於X標尺39X1及39X2。此時,係藉由X標尺39X1及39X2與對向於此之X讀頭66來構成X線性編碼器70B及70D。
讀頭單元62B,62D所具備之相鄰X讀頭66(測量光束)的間隔,係設定成較X標尺39X1,39X2在Y方向的寬度(更正確而言為格子線37之長度)窄。
再者,於圖4之第二對準系統AL21之-X側、第二對準系統AL24之+Y側,分別設有在平行於X軸之直線(通過第一對準系統AL1之檢測中心)上且其檢測點相對該檢測中心配置成大致對稱的Y讀頭64y1,64y2。Y讀頭64y1,64y2之間隔,係設定成大致與前述距離L(圖6A之基準格子52在Y方向之間隔)相等。Y讀頭64y1,64y2,在晶圓載台WST上之晶圓W中心位於上述直線LV上之圖4所示的狀態下,係分別與Y標尺39Y2,39Y1對向。在進行後述之對準動作時,Y標尺39Y2,39Y1係分別與Y讀頭64y1,64y2對向配置,藉由該Y讀頭64y1,64y2(亦即藉由此等Y讀頭64y1,64y2構成之Y編碼器70C,70A)來測量晶圓載台WST的Y位置(及θz方向之角度)。
又,本實施形態中,在進行第二對準系統之後述基線測量時,圖6A之CD桿46之一對基準格子52與Y讀頭64y1,64y2係分別對向,藉由與Y讀頭64y1,64y2對向之基準格子52,以各自之基準格子52來測量CD桿46的Y位置。以下,將藉由與基準格子52分別對向之Y讀頭64y1,64y2所構成之線性編碼器稱為Y編碼器70E,70F(參照圖7)。
上述六個編碼器70A~70E之測量值,係供應至主控制裝置20,主控制裝置20即根據編碼器70A~70D之測量值控制晶圓台WTB在XY平面內的位置,並根據Y編碼器70E,70F之測量值控制CD桿46在θz方向之旋轉。
如圖4所示,本實施形態之曝光裝置100,設有與照射系統90a及受光系統90b所構成、例如於日本特開平6-283403號公報(對應美國專利第5,448,332號說明書)等所揭示者相同之斜入射方式的多點聚焦位置檢測系統(以下簡稱為「多點AF系統」)。本實施形態中,作為其一例,係於前述讀頭單元62C之-X端部之-Y側配置照射系統90a,並以與其相對之狀態於前述讀頭單元62A之+X端部之-Y側配置受光系統90b。
圖4之多點AF系統(90a,90b)之複數個檢測點,係在被檢測面上沿X方向以既定間隔配置。本實施形態中,例如配置成一行M列(M為檢測點之總數)或兩行N列(N為檢測點總數之1/2)的矩陣狀。圖4中並未個別圖示檢測光束分別照射之複數個檢測點,而係顯示在照射系統90a及受光系統90b之間延伸於X方向的細長檢測區域AF。此檢測區域AF,由於其X方向之長度係設定成與晶圓W之直徑相同,因此藉由僅沿Y方向掃描晶圓W一次,即能測量晶圓W之大致全面之Z方向位置資訊(面位置資訊)。又,該檢測區域AF,由於係於Y方向,配置於前述液浸區域14(曝光區域IA)與對準系統(AL1,AL21~AL24)之檢測區域之間,因此能同時以多點AF系統與對準系統進行其檢測動作。多點AF系統雖可設於用以保持投影單元PU之主框架等,但在本實施形態中係設於前述測量框架。
此外,複數個檢測點雖係以1行M列或2行N列來配置,但行數及/或列數並不限於此。不過,當行數為2以上時,最好係在行之間使檢測點在X方向之位置亦相異。再者,雖複數個檢測點係沿X方向配置,但並不限於此,亦可將複數個檢測點之全部或一部分配置在Y方向上的不同位置。
本實施形態之曝光裝置100,係在多點AF系統(90a,90b)之複數個檢測點中位於兩端之檢測點附近、亦即檢測區域AF之兩端部附近,以相對前述直線LV呈對稱之配置設有各一對之Z位置測量用面位置感測器(以下簡稱為「Z感測器」)72a,72b及72c,72d。此等Z感測器72a~72d固定於例如圖3之測量框架21下面。Z感測器72a~72d,係使用例如使用在CD驅動裝置等之光學讀頭構成的光學式位移感測器(CD拾取方式之感測器),其係從上方對晶圓台WTB照射光,並接收其反射光來測量該光之照射點中晶圓台WTB表面在與XY平面正交之Z方向的位置資訊。此外,Z感測器72a~72d亦可設於前述投影單元PU之主框架等。
再者,前述讀頭單元62C,具備隔著X方向之直線LH(連結複數個Y讀頭64)位於一側與另一側、分別沿平行於直線LH之兩條直線上且以既定間隔配置的複數個(此處為各六個,合計為十二個)Z感測器74i,j(i=1,2,j=1,2,…,6)。此時,成對之Z感測器741,j、Z感測器742,j,係相對上述直線LH配置成對稱。再者,複數對(此處為六對)之Z感測器741,j、Z感測器742,j與複數個Y讀頭64,係在X方向交互配置。各Z感測器74i,j,例如係使用與前述Z感測器72a~72d相同之CD拾取方式的感測器。
此處,位於相對直線LH成對稱之位置的各對Z感測器741,j,742,j之間隔,係設定成與前述Z感測器74c,74d之間隔相同的間隔。又,一對Z感測器741,4,742,4,係位於與Z感測器72a,72b相同之與Y方向平行的直線上。
又,前述讀頭單元62A,具備相對前述直線LV與上述複數個Z感測器74i,j配置成對稱之複數個、此處為12個之Z感測器76p,q(p=1,2,q=1,2,…, 6)。各Z感測器76p,q,例如係使用與前述Z感測器72a~72d相同之CD拾取方式的感測器。又,一對Z感測器761,3,762,3,係位於與Z感測器72a,72b相同之Y方向的直線上。Z感測器74i,j及76p,q係固定於測量框架21之底面。
此外,圖4中係省略測量載台MST之圖示,且顯示保持於該測量載台MST與前端透鏡191之間之水Lq而形成的液浸區域14。又,該圖4中,符號78係顯示局部空調系統,其用以將溫度被調整至既定溫度之乾燥空氣沿圖4中所示之白色箭頭透過降流送至多點AF系統(90a,90b)之光束路附近。又,符號UP,係顯示供進行晶圓在晶圓台WTB上之卸載的卸載位置,符號LP係顯示供進行將晶圓裝載於晶圓台WTB上之裝載位置。本實施形態中,卸載位置UP與裝載位置LP係相對直線LV設定成對稱。此外,亦能使卸載位置UP與裝載位置LP為同一位置。
圖7,係顯示曝光裝置100之控制系統的主要構成。此控制系統,係以由用以統籌裝置整體之微電腦(或工作站)所構成的主控制裝置20為中心。此外,圖7中,係將前述照度不均感測器94、空間像測量器96、以及波面像差感測器98等設於測量載台MST之各種感測器,合稱為感測器群99。
以上述方式構成之本實施形態的曝光裝置100,由於採用如前所述之晶圓台WTB上之X標尺、Y標尺之配置及如前述之X讀頭、Y測頭的配置,因此會如圖8A及圖8B等之示例所示,晶圓載台WST之有效動程範圍(亦即本實施形態中之為了進行對準及曝光動作而移動的範圍)中,X標尺39X1,39X2與讀頭單元62B,62D(X讀頭66)一定係分別對向,且Y標尺39Y1,39Y2與讀頭單元62A,62C(Y讀頭64)或Y讀頭64y1,64y2一定係分別對向。此外,圖8A及圖8B中,相對應之與X標尺或Y標尺對向的讀頭係以圓圈框住表示。
因此,主控制裝置20可在前述晶圓載台WST之有效動程範圍中,藉由根據編碼器70A~70D之至少三個的測量值控制構成載台驅動系統124的 各馬達,來以高精度控制晶圓載台WST在XY平面內的位置資訊(包含θz方向之旋轉資訊)。編碼器70A~70D之測量值所承受之空氣晃動的影響,由於與干涉儀相較係小到幾乎可忽視,因此起因於空氣晃動之測量值的短期穩定性,係較干涉儀好上許多。此外,本實施形態中,係根據晶圓載台WST之有效動程範圍及標尺之尺寸(亦即繞射光柵的形成範圍)等來設定讀頭單元62A,62B,62C,62D之尺寸(例如讀頭數目及/或間隔等)。因此,在晶圓載台WST之有效動程範圍中,四個標尺39X1,39X2,39Y1,39Y2雖均分別與讀頭單元62B,62D,62A,62C對向,但四個標尺亦可不全部與所對應之讀頭單元對向。例如X標尺39X1,39X2之一方、及/或Y標尺39Y1,39Y2之一方亦可從讀頭單元脫離。當X標尺39X1,39X2之一方、或Y標尺39Y1,39Y2之一方從讀頭單元脫離時,由於在晶圓載台WST之有效動程範圍中三個標尺仍與讀頭單元對向,因此能隨時測量晶圓載台WST在X軸、Y軸、以及θz方向的位置資訊。又,當X標尺39X1,39X2之一方、或Y標尺39Y1,39Y2之一方從讀頭單元脫離時,由於在晶圓載台WST之有效動程範圍中兩個標尺與讀頭單元對向,因此雖無法隨時測量晶圓載台WST在θz方向的位置資訊,但卻能隨時測量X軸及Y軸的位置資訊。此時,亦可併用藉由干涉儀系統118所測量之晶圓載台WST在θz方向的位置資訊,來進行晶圓載台WST之位置控制。
又,當如圖8A中白色箭頭所示將晶圓載台WST驅動於X方向時,用以測量該晶圓載台WST在Y方向之位置的Y讀頭64,係如該圖中之箭頭e1,e2所示依序切換至相鄰之Y讀頭64。例如從實線圓圈框住之Y讀頭64切換至以虛線圓圈框住之Y讀頭64。如此,測量值係在此切換之前後,藉由圖7之Y編碼器70A,70C內之切換控制部70Aa,70Ca被接續。亦即本實施形態中,為了能順利地進行該Y讀頭64之切換及測量值之接續,係如前所述般將讀頭單元62A,62C所具備之相鄰Y讀頭64的間隔設定成較Y標 尺39Y1,39Y2在X方向的寬度窄。
又,本實施形態中,由於如前所述係將讀頭單元62B,62D所具備之相鄰Y讀頭66的間隔設定成較前述X標尺39X1,39X2在Y方向的寬度窄,因此與上述同樣地,當如圖8B中白色箭頭所示將晶圓載台WST驅動於Y方向時,用以測量該晶圓載台WST在X方向之位置的X讀頭66,即依序切換至相鄰之X讀頭66(例如從實線圓圈框住之X讀頭66切換至以虛線圓圈框住之X讀頭66),測量值係在此切換之前後,藉由圖7之X編碼器70A,70C內之切換控制部70Ba,70Da被接續。
其次,針對編碼器70A~70F之Y讀頭64及X讀頭66構成等,以放大顯示於圖9A之Y編碼器70A為代表進行說明。此圖9A中,係顯示用以將檢測光(測量光束)照射於Y標尺39Y1之讀頭單元62A的一個Y讀頭64。
Y讀頭64,大分為照射系統64a、光學系統64b、以及受光系統64c之三部分構成。照射系統64a,包含將雷射光束LB沿相對Y軸及Z軸成45°之方向射出的光源(例如半導體雷射LD),以及配置在該半導體雷射LD所射出之雷射光束LB之光路上的透鏡L1。光學系統64b,包含其分離面與XZ平面平行之偏振分光器PBS,一對反射鏡R1a,R1b,透鏡L2a,L2b,四分之一波長板(以下記述為λ/4板)WP1a,WP1b,以及反射鏡R2a,R2b等。
前述受光系統64c包含偏光件(測光件)及光檢測器等。該Y編碼器70A之Y讀頭64中,從半導體雷射LD射出之雷射光束LB係透過透鏡L1射入偏振分光器PBS,使其被偏振分離成兩個光束LB1,LB2。透射過偏振分光器PBS之光束LB1,透過反射鏡R1a到達形成於Y標尺39Y1之反射型繞射光柵RG,在偏振分光器PBS反射之光束LB2則透過反射鏡R1b到達反射型繞射光柵RG。此外,此處之「偏振分離」,係指將入射光束分離成P偏振成分與S偏振成分。
藉由光束LB1,LB2之照射而從繞射光柵RG產生之既定次數的繞射光 束、例如1次繞射光束,係在透過透鏡L2b,L2a而被λ/4板WP1a,WP1b轉換成圓偏光後,在反射鏡R2a,R2b反射而再度通過λ/4板WP1a,WP1b,沿與返路相同光路之相反方向到達偏振分光器PBS。到達偏振分光器PBS之兩個光束,其各自之偏振方向相對原本之方向被旋轉了90度。因此,先透射過偏振分光器PBS之光束LB1的1次繞射光束,係在偏振分光器PBS反射而射入受光系統64c,先在偏振分光器PBS反射之光束LB2的1次繞射光束,則透射過偏振分光器PBS後與光束LB1之-1次繞射光束成為同軸而射入受光系統64c。接著,上述兩個±1次繞射光束,係在受光系統64c內部被測光件整合其偏振方向,而彼此干涉成為干涉光,該干涉光被光檢測器檢測,並轉換成與干涉光強度對應之電氣訊號。
此外,亦可附加例如使LB1,LB2分歧及合成之光學系統等,生成相位與其干涉光差異90°的干涉光,並對此干涉光進行光電轉換生成電器訊號。此時,藉由使用相位差異90°之兩相的電氣訊號,能生成將Y標尺39Y1之週期(間距)之1/2進而內插成例如數百分之一以上的測量脈衝,而能提高測量分析能力。
從上述說明可知,Y編碼器70A中,由於彼此干涉之兩個光束之光路長極短且大致相等,因此幾乎可忽視空氣晃動之影響。又,當Y標尺39Y1(亦即晶圓載台WST)移動於測量方向(此時為Y方向)時,兩個光束各自之相位即變化使干涉光之強度變化。該干涉光之強度變化被受光系統64c檢測出,與該強度變化相對應之位置資訊即作為Y編碼器70A的測量值輸出。其他之編碼器70B,70C,70D等亦與編碼器70A為相同構成。各編碼器係使用分析能力為例如0.1nm左右者。此外,如圖9B所示,本實施形態之編碼器,可使用橫長延伸於格子RG之週期方向之截面形狀的雷射光束LB來作為檢測光。圖9B中,與格子RG相較係誇大圖示了光束LB。
以下,參照圖11之流程圖說明本實施形態之曝光裝置100之用以進行 晶圓載台WST之位置測量及曝光的動作例。首先,圖11之步驟201,係於圖3之測量框架21安裝X軸、Y軸之讀頭單元62A~62D之複數個編碼器讀頭(X讀頭66,Y讀頭64)、以及複數軸之晶圓干涉儀之干涉儀系統即Y軸干涉儀16,18及X軸干涉儀126,130。
次一步驟202,將測量框架21從圖3之懸吊構件22A~22C透過防振構件23A~23C懸吊。其後,將投影單元PU之前端部通過測量框架21之開口21a,以安裝包含嘴單元32的液浸機構。
次一步驟203,將形成有圖5A之X軸、Y軸標尺39X1,39X2,39Y1,39Y2之板體28設置於晶圓台WTB上,進行晶圓載台WST之組裝調整,且於測量框架21進行圖3所示之六軸感測器106XA~106ZC(位移感測器)及六軸致動器107XA~107ZC的安裝。至此為止之步驟201~203之動作,係在例如曝光裝置100之組裝調整時在潔淨室內執行。組裝調整結束後,曝光裝置100係收納於既定之處理室內。
其次,在曝光裝置100之作動開始時,圖11之步驟204,開始在收納有曝光裝置之處理室內進行潔淨氣體之降流。次一步驟205,係使用圖3之感測器106XA~106ZC。測量測量框架相對柱架105A~105C(地面)之六自由度位移,並透過致動器107XA~107ZC使該位移在容許範圍內。次一步驟206,係以低速使晶圓載台WST移動,以X讀頭66、Y讀頭64(編碼器讀頭)與晶圓干涉儀之Y軸干涉儀16及X軸干涉儀126測量晶圓載台WST相對測量框架21(投影光學系統PL)的移動量,並根據此測量結果進行X讀頭66、Y讀頭64(讀頭單元62A~62D)之測量值之校正(calibration)。以下詳細說明此校正。
亦即,編碼器之標尺,會隨著使用時間之經過因熱膨脹等其他原因導致繞射光柵變形,或繞射光柵之間距會產生部分或整體變化,欠缺機械式之長期穩定性。因此,由於其測量值所含之誤差會隨著使用時間之經過而 變大,因此有需要進行修正。此時,只要藉由圖2之Y軸干涉儀16及X軸干涉儀126,即能在無阿貝(Abbe)誤差之狀態下測量晶圓台WTB的Y位置及X位置。
因此,即以可忽視Y軸干涉儀16之測量值因干涉儀搖晃而導致之短期變動之程度的低速並將X軸干涉儀126之測量值固定於既定值,且根據Y軸干涉儀16及圖4之Z感測器741,4,742,4,761,3,762,3之測量值,一邊將縱搖量、橫搖量、以及偏搖量均維持於零,一邊將晶圓載台WST移動於+Y方向,直到例如Y標尺39Y1,39Y2之另一端(-Y側之一端)與各自對應之讀頭單元62A,62C一致為止(在前述之有效動程範圍內)。在此移動中,主控制裝置20係以既定取樣間隔擷取圖7之Y線性編碼器70A,70C之測量值及Y軸干涉儀16之測量值,並根據該擷取之測量值求出Y線性編碼器70A,70C之測量值與Y軸干涉儀16之測量值的關係。並根據此關係修正Y線性編碼器70A,70C(讀頭單元62A,62C)之測量值之誤差。
同樣地,可使用X軸干涉儀126修正X線性編碼器70B,70D(讀頭單元62B,62D)之測量值之誤差。
其次,步驟207中,係一邊切換複數個X軸、Y軸讀頭單元62A~62D之Y讀頭64、X讀頭66(編碼器讀頭)之測量值測量晶圓載台WST之座標位置,一邊控制晶圓載台WST之位置及速度進行對準及晶圓曝光。其後,在步驟208進行標線片更換等次一步驟的動作。
具體而言,使用圖10A~圖10C簡單地說明以本實施形態之曝光裝置100進行之步驟207之晶圓對準。
此處,係說明將以圖10C所示之配置(照射圖)將形成有複數個照射區域之晶圓W上之已著色之十六個照射區域AS設為對準照射區域時之動作。 此外,圖10A,圖10B中,係省略測量載台MST的圖式。
此時,預先以圖4之對準系統AL1、AL21~AL24測量圖6A之測量載台 MST側之CD桿46上之對應之基準標記M的座標,藉此求出對準系統AL1、AL21~AL24之基線量(檢測中心之座標與圖1之標線片R之圖案像之基準位置的位置關係)並儲存於圖7之對準運算系統20a。又,其前提為,第二對準系統AL21~AL24已配合對準照射區域AS之配置而事前調整了其X方向的位置。
首先,主控制裝置20係將晶圓W中心已定位於裝載位置LP之晶圓載台WST朝向圖10A中之左斜上方移動,並將其定位於晶圓W中心位於直線LV上之既定位置(後述之對準開始位置)。此時之晶圓載台WST的移動,係由主控制裝置20根據X編碼器70D之測量值及Y軸干涉儀16之測量值來驅動載台驅動系統124之各馬達,藉此來進行。在定位於對準開始位置之狀態下,裝載有晶圓W之晶圓台WTB在XY平面內的位置(包含θz旋轉)之控制,係根據分別對向於圖4之X標尺39X1,39X2之讀頭單元62D所具備之兩個讀頭66的測量值、以及分別對向於Y標尺39Y1,39Y2之Y讀頭64y2,64y1(四個編碼器)的測量值來進行。
其次,主控制裝置20根據上述四個編碼器之測量值使晶圓載台WST往+Y方向移動既定距離使其定位於圖10A所示之位置,使用第一對準系統AL1,第二對準系統AL22,AL23同時且個別檢測出附設於三個第一對準照射區域AS之對準標記(參照圖10A中之星標記),再將上述三個對準系統AL1,AL22,AL23之檢測結果與進行該檢測時之上述四個編碼器的測量值以彼此相關聯之方式供應至對準運算系統20a。此外,此時未檢測對準標記之兩端的第二對準系統AL21,AL24,亦可不對晶圓台WTB(或晶圓)照射檢測光或亦可照射。又,本實施形態之晶圓對準,係設定晶圓載台WST在其X方向之位置,以使第一對準系統AL1配置於晶圓台WTB的中心線上,此第一對進系統AL1即檢測位於晶圓之中心線上之對準照射區域的對準標記。此外,雖亦可將對準標記形成於晶圓W上之各照射區域內部,但本實施形態中係 將對準標記形成於各照射區域外部、亦即區劃出晶圓W之多數個照射區域的區塊界線(劃線)上。
其次,主控制裝置20根據上述四個編碼器之測量值使晶圓載台WST往+Y方向移動既定距離,使其定位於能使用五個對準系統AL1,AL21~AL24同時且個別檢測出附設於晶圓W上之五個第二對準照射區域AS之對準標記的位置,再將上述五個對準系統AL1,AL21~AL24之檢測結果與進行該檢測時之上述四個編碼器的測量值以彼此相關聯之方式供應至對準運算系統20a。
其次,主控制裝置20根據上述四個編碼器之測量值使晶圓載台WST往+Y方向移動既定距離,使其定位於能使用五個對準系統AL1,AL21~AL24同時且個別檢測出附設於晶圓W上之五個第三對準照射區域AS之對準標記的位置,再使用五個對準系統AL1,AL21~AL24,同時且個別檢測出五個對準標記(參照圖10B中之星標記),並將上述五個對準系統AL1,AL21~AL24之檢測結果與進行該檢測時之上述四個編碼器的測量值以彼此相關聯之方式供應至對準運算系統20a。
其次,主控制裝置20根據上述四個編碼器之測量值使晶圓載台WST往+Y方向移動既定距離,使其定位於能使用第一對準系統AL1,第二對準系統AL22,AL23同時且個別檢測出附設於晶圓W上之三個第一對準照射區域AS之對準標記的位置,再使用上述三個對準系統AL1,AL22,AL23,同時且個別檢測出三個對準標記,並將上述三個對準系統AL1,AL22,AL23之檢測結果與進行該檢測時之上述四個編碼器的測量值以彼此相關聯之方式供應至對準運算系統20a。
接著,對準運算系統20a使用以上述方式獲得之合計十六個對準標記之檢測結果與所對應之上述四個編碼器的測量值、以及第一對準系統AL1、第二對準系統Al2n之基線,透過例如日本特開昭61-44429號公報(對應美 國專利第4,780,617號說明書)等所揭示之EGA方式進行統計運算,算出上述四個編碼器(四個讀頭單元)之測量軸所規定之載台座標系統(例如以投影光學系統PL之光軸為原點的XY座標系統)上晶圓W上之所有照射區域的排列。
如此,本實施形態中,藉由使晶圓載台WST往+Y方向移動,且將晶圓載台WST定位在該移動路徑上之四處,與以單一對準系統依序檢測十六處之對準照射區域AS的情況等相較,即能以更短時間獲得對準標記在合計十六處之對準照射區域AS的位置資訊。在此情形下,尤其例如就對準系統AL1,AL22,AL23來看可輕易得知,此等對準系統AL1,AL22,AL23係與上述晶圓載台WST之移動動作連動,而分別檢測出依序配置於檢測區域(例如相當於檢測光之照射區域)內之沿Y軸方向排列之複數個對準標記。因此,在進行上述對準標記之測量時,即不須使晶圓載台WST移動於X方向,因此能有效率地執行對準。
其次,在主控制裝置20之控制下,根據從對準運算系統20a供應之排列座標,使用讀頭單元26A~62D(編碼器70A~70D)之測量值驅動晶圓載台WST,且以液浸方式及步進掃描方式將標線片R之圖案像曝光於晶圓W上之所有照射區域。
本實施形態之作用效果如下所述。
(1)圖1之曝光裝置100之測量方法,係以複數個X讀頭66及Y讀頭64檢測設於晶圓載台WST(可動構件)之標尺39X1,39X2及39Y1,39Y2,以測量晶圓載台WST之位移資訊的測量方法,其具有:步驟201,係將複數個X讀頭66及Y讀頭64以測量框架21支撐的步驟,該測量框架21之線膨脹係數較除了晶圓載台WST之形成有標尺39X1等之板體28以外之本體部的線膨脹係數小;以及步驟207,係從複數個X讀頭66及Y讀頭64之檢測結果測量晶圓載台WST之位移資訊。
又,曝光裝置100,係對保持在可移動之晶圓載台WST之晶圓W照射照明光IL(曝光用光)以於晶圓W形成既定圖案的曝光裝置,其具備:該標尺39X1,39Y1等;檢測該標尺之位置資訊之複數個X讀頭66及Y讀頭64;將複數個X讀頭66及Y讀頭64一體支撐的測量框架21;以及從複數個X讀頭66及Y讀頭64之檢測結果求出晶圓載台WST之位移資訊之編碼器70A~70D內的切換控制部70Aa~70Da。
承上所述,由於係以X讀頭66、Y讀頭64檢測設於晶圓載台WST之標尺的方式,因此無須如雷射干涉儀般設置與可動構件之移動動程相同長度之光路,即可減低周圍氣體之折射率變動的影響。又,當標尺39X1自一個X讀頭66之檢測對象區域脫離時,可切換至能檢測該標尺39X1之其他X讀頭66並續行測量。此時,測量框架21之線膨脹係數較晶圓載台WST之本體部小,即使周圍溫度變動,亦可抑制複數個X讀頭66間之位置關係之變動,縮小切換複數個X讀頭66時之測量誤差。因此可提升晶圓載台WST之定位精度、以及曝光裝置之重疊精度等。
(2)又,測量框架21係由線膨脹係數較因鋼小的材料形成。因此,即使於測量框架21產生某程度之溫度變化,亦能將測量誤差維持得較小。此外,測量框架21,亦可藉由將複數個塊體以螺絲固定等連結而成。
(3)又,具備一步驟202,係使測量框架21對地面、進而對具有晶圓載台WST之導引面之底座12,透過防振構件23A~23C以在振動上分離之方式支撐。因此,不會有因驅動晶圓載台WST時之振動之影響產生X讀頭66及Y讀頭64之測量誤差。
(4)又,具備一步驟205,係使用圖3之感測器106XA~106ZC及致動器107XA~107ZC,抑制測量框架21對地面、進而對具有晶圓載台WST之導引面之底座12的位移。因此,即使透過防振構件支撐測量框架21,仍可穩定維持X讀頭66及Y讀頭,提升測量精度。
(5)又,具備一步驟206,係於測量框架21設置晶圓干涉儀之至少一部分之光學構件即X軸干涉儀16、X軸干涉儀126,藉由Y軸干涉儀16、X軸干涉儀126測量晶圓載台WST相對於測量框架21(投影光學系統PL)之位移。因此,能藉由Y軸干涉儀16、X軸干涉儀126之測量值進行Y讀頭64及X讀頭66之測量值之校正等。
(6)又,標尺39X1,39Y1係繞射光柵狀之週期圖案,X讀頭66及Y讀頭64,係對該週期圖案照射檢測光並接收自該週期圖案產生之複數個繞射光(1次繞射光)之干涉光。因此,不但可藉由X讀頭66及Y讀頭64使用短光路而減小搖晃的影響,亦能以雷射干涉儀水準之分析能力(精度)測量晶圓載台WST的位移。
此外,亦能使用包含週期磁性標尺(以微小節距形成有極性反轉之發磁體)與讀取該磁性標尺的磁頭之磁氣式線性編碼器等,來作為編碼器70A~70D。
[第2實施形態]
以下,參照圖12說明本發明之第2實施形態。本實施形態,並非以測量框架直接支撐圖1之X讀頭66等,而係以卡合於測量框架之構件來支撐。圖12中,對與圖1對應之部分賦予同一或類似之符號,省略或簡化其詳細說明。
圖12,係顯示本實施形態之曝光裝置100A。圖12中,係代替圖1之測量框架21,而將平板狀之測量框架21M透過防振構件23A,23B等懸吊支撐於懸吊構件22A,22B等。又,於測量框架21M之底面真空吸附保持有平板狀之編碼器讀頭用座(以下稱為讀頭座)26。於測量框架21M與讀頭座26,以在XY平面內為大致相同位置關係之方式,形成有供以降流供應之氣體通過的多數個開口(未圖示)。又,於測量框架21M與讀頭座26,分別形成有使投影單元PU之下端部通過的開口21Ma及26a。
再者,構成圖4之讀頭單元62B,26D之複數個X讀頭66及構成圖4之讀頭單元62A,26C之複數個Y讀頭64(圖12中未圖示)係藉由固定構件(未圖示)固定於讀頭座26之底面。於讀頭座26之底面,亦固定Y軸干涉儀16,18及圖2之X軸干涉儀126,130。此外,圖4之對準系統AL1,AL21~AL24之全部亦可以測量框架21M支撐,於讀頭座26亦可設置使對準系統AL1,AL21~AL24之前端部通過的開口。又,亦能將對準系統AL1,AL21~AL24之至少前端部之光學系統以讀頭座26支撐。
又,於圖12之晶圓載台WST之板體28亦與圖5同樣地形成有X標尺39X1,39X2及Y標尺39Y1,39Y2。圖12之讀頭座26之底面之X讀頭66及Y讀頭64(未圖示)亦係檢測X標尺39X1,39X2及Y標尺39Y1,39Y2之位置資訊、進而檢測晶圓載台WST(晶圓台WTB)之位置資訊。
圖12中,讀頭座26,係由線膨脹係數較晶圓載台WST之板體28(形成有圖5A之標尺39X1,39X2,39Y1,39Y2)以外之構件(晶圓載台WST之本體部)之線膨脹係數小的材料形成,亦即由極小線膨脹係數之材料形成。讀頭座26之材料係與圖1之測量框架21相同之低膨脹玻璃或低膨脹玻璃陶瓷。由於讀頭座26較小,厚度為測量框架21M之數分之一左右的形狀,因此能使用低膨脹玻璃或低膨脹玻璃陶瓷容易地形成讀頭座26。
再者,圖12之測量框架21M,係由線膨脹係數較讀頭座26大且較一般鐵等金屬小的材料、例如線膨脹係數為1×10-6/K左右之因鋼形成。藉由使用上述材料,而可容易地一體形成大型之測量框架21M。又,於測量框架21M,亦與圖3之測量框架21同樣地設有六軸之感測器106XA~106ZC以及六軸致動器107XA~107ZC,藉此,能進行使相對地面之位移在容許範圍內的控制。
又,於測量框架21M之底面之複數處設有真空墊111A,111B,真空墊111A,111B等係透過配管112A,112B等連接於包含空氣壓縮機及真空泵的 吸附裝置110。藉由來自吸附裝置110之加壓及負壓,使讀頭座26於測量框架21M之底面,隔著厚度數μm左右之空氣層G藉由真空預壓型空氣靜壓軸承方式保持成能在XY平面(本實施形態中為大致水平面)內順利地移動。
不過,為了防止讀頭座26之位置逐漸變化,讀頭座26係以能在測量之基準位置藉由螺栓109A旋轉之狀態連結於測量框架21M。進一步地,讀頭座26,係在其基準位置與投影光學系統PL大致對稱的位置,以能透過形成於讀頭座26之長孔藉由螺栓109B相對移動於連結螺栓109A,109B之直線之方向的狀態連結於測量框架21M。其他構成則與圖1之第1實施形態相同。
根據本實施形態,除了第1實施形態以外尚可發揮以下之作用效果。
(1)本實施形態中,係以與圖11之步驟201對應之步驟,於讀頭座26之底面安裝複數個X讀頭66等及Y軸干涉儀16,18等。接著,該讀頭座26,係以能沿晶圓載台WST之板體28(X標尺39X1,39X2等)表面之方向位移之狀態,透過真空墊111A,111B等連結於線膨脹係數較讀頭座26大之測量框架21M(基座構件)。
因此,能分別以低膨脹係數之材料容易地形成測量框架21M及讀頭座26。再者,因測量框架21M及讀頭座26之線膨脹係數之線膨脹係數的差異,而可假設出因些微之溫度變化使兩者長度產生差異的情形。在此情形下,由於讀頭座26能以螺栓109A為中心沿板體28(測量框架21M)順利地位移,因此讀頭座26能因雙金屬效果而不會扭曲。因此,能隨時以高精度藉由X讀頭66等進行晶圓載台WST之位置測量。
(2)又,讀頭座26係以在螺栓109A之位置(既定之基準位置)不會相對位移的狀態透過真空墊111A,111B等(氣體軸承)連結於測量框架21M。因此,讀頭座26之位置不會逐漸變化。
(3)又,讀頭座26係以可於連結螺栓109A,109B之方向位移之方式連結於測量框架21M。因此,讀頭座26不會逐漸旋轉。
此外,亦能代替螺栓而使用板彈簧等將讀頭座26以能位移之狀態連結於測量框架21M。
[第3實施形態]
以下,參照圖13~圖15說明本發明之第3實施形態。本實施形態,並非如圖12之實施形態般將讀頭座26透過氣體軸承連結於測量框架21M,而係透過更簡單之撓曲機構來連結。圖13~圖15中,對與圖12對應之部分賦予相同符號,省略其詳細說明。
圖13係顯示本實施形態之曝光裝置100B。圖13中,固定有X讀頭66等之讀頭座26,係透過於X方向、Y方向以大致既定間隔配置之多數個棒狀撓曲構件113,以能於沿板體28(形成有圖5(A)之X標尺39X1,39X2等)表面之方向位移之狀態連結於測量框架21M之底面。換言之,多數個棒狀撓曲構件113之前端部(讀頭座26側之端部),係可在彈性變形之範圍內於沿X標尺39X1,39X2等之方向位移。
圖14係顯示圖13之測量框架21M及讀頭座26一部分的放大立體圖。如圖14所示,撓曲構件113,係於兩端部形成有圓周狀之缺口部(槽部)113a,113b,而能在兩端部容易變形的棒狀構件。又,於測量框架21M及讀頭座26形成有供以降流供應之氣體通過的多數個開口25M及25。其他構成則與圖12之實施形態相同。
本實施形態中,並非使用真空吸附機構之類複雜的機構,而係使用簡單機構之撓曲構件113將測量框架21M與讀頭座26以能吸收因線膨脹係數差異導致之變形的狀態連結。又,讀頭座26之線膨脹係數較測量框架21M小。此時可假設出下列情形,即因兩者之線膨脹係數之差異,從圖15A之狀態因溫度變化而成為如圖15B所示,測量框架21M較讀頭座26更延伸的 情形。即使在此情形下,亦能藉由多數個撓曲構件113之彈性變形,將讀頭座26之變形(進而為複數個X讀頭66等之位置關係的變化)抑制於最小限度。因此,即使係切換圖13之X讀頭66等之測量值,亦能高精度地測量晶圓載台WST之位置資訊。
又,由於測量框架21M之線膨脹係數較讀頭座26大,因此能使用如因鋼等容易形成大型構件的材料,因此製造容易。此外,本第3實施形態中,晶圓載台WST本體部之線膨脹係數,可係與讀頭座26之線膨脹係數相同程度或其以下。
此外,本實施形態中,亦可取代撓曲構件113,而使用圖16A之細長棒狀構件(簡單構造之撓曲構件)114、或圖16B所示之於兩端部形成有沿圖13之X方向之槽部115a及沿Y方向之槽部115b的撓曲構件115等。
又,亦可如圖17之俯視圖所示,藉由配置成於X方向挾持投影單元PU之複數個大致平行於YZ平面之板彈簧131、配置成於Y方向挾持投影單元PU之複數個大致平行於XZ平面之板彈簧132、以及大致均等地配置於除此以外之部分的撓曲構件113來連結測量框架21M與讀頭座26。藉此,能將讀頭座26更穩定地連結於測量框架21M。
此外,上述實施形態中,係於晶圓載台WST側固定標尺39X1,39Y1,於測量框架21等固定編碼器之讀頭64,66。然而,如圖19之另一實施形態所示,亦能於晶圓載台WST側固定編碼器之讀頭64,66,於測量框架21S固定X標尺39AX1,39AX2等。
亦即,圖19之曝光裝置100C中,投影單元PU(投影光學系統PL)之鏡筒之突緣部40F係保持於主框架(未圖示),於突緣部40F之底面固定有中央形成有供投影單元PU通過之開口的平板狀測量框架21S。測量框架21S係與上述測量框架21同樣地由線膨脹係數小的材料形成。於測量框架21S之底面,以在Y方向夾著投影單元PU之方式,配置有於X方向形成有既定 間距之格子之一對矩形平板狀X標尺39AX1,39AX2。
又,如沿圖19之AA線之底面圖之圖20所示,於測量框架21S之底面,以在X方向夾著投影單元PU之方式,配置有於Y方向形成有既定間距之格子之一對Y標尺39AY1,39AY2。X標尺39AX1,39AX2及Y標尺39AY1,39AY2分別以大致相同形狀之平板狀保護玻璃132A,132B,132C,132D覆蓋。此等保護玻璃132A~132D,係藉由複數個安裝構件133及134,以能使標尺39AX1,39AX2,39AY1,39AY2因熱變形而移動程度的彈壓力保持於測量框架21S。再者,以通過投影單元PU之光軸AX(曝光中心)且平行於X軸及Y軸之直線為LH及LV,沿直線LH將真空墊111G,111H設置於Y標尺39AY1,39AY2上,沿直線LV將真空墊111E,111F設置於X標尺39AX1,39AX2上。
真空墊111E~111H,分別透過測量框架21S內之通氣孔及圖19之配管112E,112F等連接於包含真空泵的吸附裝置110A。在曝光時,係從吸附裝置110A透過真空墊111E~111H將標尺39AX1,39AX2,39AY1,39AY2吸附於測量框架21S側。藉此,標尺39AX1,39AX2,39AY1,39AY2被真空墊111E~111H固定,而能在不從曝光中心脫離的狀態下,以投影單元PU為基準進行高精度之位置測量。此外,亦可取代真空墊111E~111H,而設置能將測量框架21S與標尺39AX1,39AX2,39AY1,39AY2機械式地固定的裝置(例如第2實施形態中之螺栓)。
又,例如,第3實施形態中,亦可如圖14~16所示之例,將標尺39AX1,39AX2,39AY1,39AY2透過撓曲機構來連結。
又,固定有在Y方向夾著晶圓載台WST之載台本體91之一對延伸於Y方向之檢測框架135A,135B,固定有在X方向夾著本體部91之一對延伸於X方向之檢測框架135C,135D(135D未圖示),於檢測框架135A,135B以既定間隔固定有檢測X標尺39AX1,39AX2之複數個X讀頭66,於檢測框 架135C,135D以既定間隔固定有檢測Y標尺39AY1,39AY2之複數個Y讀頭64。即使在晶圓載台WST移動於X方向、Y方向時,亦可藉由切換此等複數個X讀頭66及Y讀頭64檢測標尺39AX1,39AX2,39AY1,39AY2,以高精度地測量晶圓載台WST之位置。此外,檢測框架135A~135D,最好係由超因鋼等線膨脹係數極小的材料形成。
此外,使用上述實施形態之曝光裝置製造半導體元件等之微型元件時,微型元件例如能經由圖18所示之製程製造,此製程即:進行微型元件之功能、性能設計的步驟221、根據此設計步驟製作光罩(標線片)之步驟222、製造元件基材之基板的步驟223、包含藉由前述實施形態之曝光裝置100(投影曝光裝置)將標線片之圖案曝光於基板之步驟、使已曝光之基板顯影的步驟、以及已顯影基板之加熱(CURE)及蝕刻步驟等之基板處理步驟224、元件組裝步驟(包含切割步驟、接合步驟、封裝步驟等之加工程序)225、以及檢查步驟226等。
換言之,此元件製造方法,係在包含微影製程之元件製造方法中,在該微影製程中使用上述實施形態之曝光裝置。此時,即使使晶圓載台高速移動,亦不受干涉儀之搖晃的影響,且即使產生某程度之溫度變動仍能藉由編碼器高精度地測量晶圓載台之位置,因此能提升重疊精度等之曝光精度,將元件以高精度、高產能量產。
又,本發明除了上述步進掃描方式之掃描曝光型之投影曝光裝置(掃描機)以外,亦能適用於步進重複方式之投影曝光裝置(步進機等)或工作機械等。再者,本發明亦同樣能適用於液浸型曝光裝置以外之乾式曝光型曝光裝置。
又,本發明並不限於半導體元件製造用之曝光裝置,亦可適用於例如用來製造包含液晶顯示元件或電漿顯示器等之顯示器之將元件圖案轉印於玻璃板上的曝光裝置,用來製造薄膜磁頭之將元件圖案轉印於陶瓷晶圓上 的曝光裝置,以及製造攝影元件(CCD等)、有機EL、微型機器、MEMS(Microelectromechanical Systems)及DNA晶片等的曝光裝置。又,除了製造半導體元件等微型元件以外,為了製造用於光曝光裝置、EUV(極遠紫外線)曝光裝置的光罩,亦能將本發明適用於用以將電路圖案轉印至玻璃基板或矽晶圓等之曝光裝置。
如上述,本發明並不限定於上述實施形態,在不脫離本發明主旨之範圍內可取得各種構成。
根據本發明之實施形態,由於係以檢測器檢測設於可動構件(或載台)或既定構件之標尺的方式,因此不需如雷射干涉儀般設置與可動構件之移動動程相同程度之光路。能減低周圍氣體之折射率變動的影響。又,當可動構件或既定構件之標尺從一個檢測器之檢測對象區域脫離時,例如能切換成可檢測該標尺之另一檢測器來持續進行測量。此時,由於支撐構件之線膨脹係數較可動構件或基座構件小,因此假使周圍溫度變動,亦能抑制複數個檢測器間或標尺內之位置關係的變動,縮小切換複數個檢測器時之測量誤差。因此,在曝光裝置之情形,能提升載台之定位精度。
6A,6B‧‧‧送風口
7A,7B‧‧‧箭頭
10‧‧‧照明系統
12‧‧‧底座
15‧‧‧移動鏡
16,16‧‧‧Y軸干涉儀
21‧‧‧測量框架
21a‧‧‧開口
22A,22B‧‧‧懸吊構件
23A,23B‧‧‧防振構件
24A,24B‧‧‧支撐構件
28‧‧‧板體
31A‧‧‧供應管
31B‧‧‧回收管
40‧‧‧鏡筒
50‧‧‧載台裝置
62B,62D‧‧‧讀頭單元
66‧‧‧X讀頭
91,92‧‧‧載台本體
100‧‧‧曝光裝置
116‧‧‧標線片干涉儀
191‧‧‧前端透鏡
AX‧‧‧光軸
FL‧‧‧地面
IA‧‧‧曝光區域
IAR‧‧‧照明區域
IL‧‧‧照明光
Lq‧‧‧液體
MTB‧‧‧測量台
MST‧‧‧測量載台
PL‧‧‧投影光學系統
PU‧‧‧投影單元
R‧‧‧標線片
RST‧‧‧標線片載台
W‧‧‧晶圓
WTB‧‧‧晶圓台
WST‧‧‧晶圓載台

Claims (26)

  1. 一種曝光裝置,係透過投影光學系統以照明光使基板曝光,其具備:框架機構,具有支撐前述投影光學系統之測量框架;複數個格子部,分別具有反射型格子,於前述測量框架支撐成前述反射型格子與正交於前述投影光學系統之光軸之既定面平行地並置;載台,具有保持前述基板之保持具、設有配置前述保持具之凹部之上面,能在前述複數個格子部下方移動;編碼器系統,具有設於前述載台、對前述複數個格子部從其下方分別照射光束之複數個讀頭,測量前述載台之位置資訊;以及控制裝置,根據前述測量之位置資訊控制前述載台之移動;前述載台,係在前述凹部內以前述保持具將前述基板保持成前述基板之表面與前述上面成為同一面;前述複數個格子部係透過撓曲構件而支撐於前述測量框架。
  2. 如申請專利範圍第1項之曝光裝置,其中,前述複數個格子部被前述測量框架支撐成可移動於與前述既定面平行之方向。
  3. 如申請專利範圍第1項之曝光裝置,其中,前述複數個格子部分別具有覆蓋前述反射型格子之保護構件。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之曝光裝置,其中,前述複數個讀頭分別於前述載台設置成位於較前述上面外側。
  5. 如申請專利範圍第4項之曝光裝置,其中,前述載台具有分別固定前述讀頭之複數個框架構件。
  6. 如申請專利範圍第5項之曝光裝置,其中,前述複數個框架構件於前述載台設置成前述複數個讀頭與彼此不同之前述格子部對向。
  7. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之曝光裝置,其進一步具備:嘴 單元,配置於前述投影光學系統下端側且於與前述載台對向配置之下面側具有前述照明光通過之開口,於前述投影光學系統與前述基板之一部分之間形成液浸區域;前述複數個格子部相對前述嘴單元配置於其外側;前述基板透過前述投影光學系統與前述液浸區域之液體被以前述照明光曝光。
  8. 如申請專利範圍第7項之曝光裝置,其中,前述複數個格子部配置成包圍開口,且設置成在與前述既定面平行之方向,前述嘴單元位於前述開口內。
  9. 如申請專利範圍第8項之曝光裝置,其中,前述複數個格子部設置成包圍前述嘴單元且設置成前述反射型格子配置為較前述嘴單元之下面高。
  10. 如申請專利範圍第9項之曝光裝置,其中,前述嘴單元具有配置於在其下面側前述照明光通過之開口周圍之回收口;透過前述嘴單元對前述液浸區域供應液體且透過前述回收口從前述液浸區域回收液體。
  11. 如申請專利範圍第10項之曝光裝置,其中,前述投影光學系統與前述嘴單元分別以不同之框架構件支撐。
  12. 如申請專利範圍第7項之曝光裝置,其中,前述複數個讀頭分別於前述載台設置成位於較前述上面外側。
  13. 一種元件製造方法,其包含:使用申請專利範圍第1至12項中任一項之曝光裝置使基板曝光的動作;以及使前述曝光後之基板顯影的動作。
  14. 一種曝光方法,係透過投影光學系統以照明光使基板曝光,其包含:以前述基板之表面與載台之上面成為同一面之方式在前述上面之凹部 內以保持具保持前述基板之動作;在支撐前述投影光學系統之框架機構之測量框架下方使前述載台移動之動作;藉由編碼器系統測量前述載台之位置資訊之動作,該編碼器系統,具有對於前述測量框架支撐成反射型格子與正交於前述投影光學系統之光軸之既定面平行地並置且分別具有前述反射型格子之複數個格子部從其下方分別照射光束之設於前述載台的複數個讀頭;以及根據前述測量之位置資訊控制前述載台之移動之動作;前述複數個格子部係透過撓曲構件而支撐於前述測量框架。
  15. 如申請專利範圍第14項之曝光方法,其中,前述複數個格子部被前述測量框架支撐成可移動於與前述既定面平行之方向。
  16. 如申請專利範圍第14項之曝光方法,其中,前述複數個格子部,前述光束係透過保護構件照射於前述反射型格子。
  17. 如申請專利範圍第14至16項中任一項之曝光方法,其中,前述複數個讀頭分別於前述載台設置成位於較前述上面外側。
  18. 如申請專利範圍第17項之曝光方法,其中,前述載台具有分別固定前述讀頭之複數個框架構件。
  19. 如申請專利範圍第18項之曝光方法,其中,前述複數個框架構件於前述載台設置成前述複數個讀頭與彼此不同之前述格子部對向。
  20. 如申請專利範圍第14至16項中任一項之曝光方法,其中,藉由配置於前述投影光學系統下端側且於與前述載台對向配置之下面側具有前述照明光通過之開口的嘴單元,於前述投影光學系統與前述基板之一部分之間形成液浸區域,前述基板透過前述投影光學系統與前述液浸區域之液體被以前述照明光曝光;前述複數個格子部相對前述嘴單元配置於其外側。
  21. 如申請專利範圍第20項之曝光方法,其中,前述複數個格子部配置成包圍開口,且設置成在與前述既定面平行之方向,前述嘴單元位於前述開口內。
  22. 如申請專利範圍第21項之曝光方法,其中,前述複數個格子部設置成包圍前述嘴單元且設置成前述反射型格子配置為較前述嘴單元之下面高。
  23. 如申請專利範圍第22項之曝光方法,其中,前述嘴單元具有配置於在其下面側前述照明光通過之開口周圍之回收口;透過前述嘴單元對前述液浸區域供應液體且透過前述回收口從前述液浸區域回收液體。
  24. 如申請專利範圍第23項之曝光方法,其中,前述投影光學系統與前述嘴單元分別以不同之框架構件支撐。
  25. 如申請專利範圍第20項之曝光方法,其中,前述複數個讀頭分別於前述載台設置成位於較前述上面外側。
  26. 一種元件製造方法,其包含:使用申請專利範圍第14至25項中任一項之曝光方法使基板曝光的動作;以及使前述曝光後之基板顯影的動作。
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