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KR20100046136A - 이동체 구동 방법 및 이동체 구동 시스템 - Google Patents

이동체 구동 방법 및 이동체 구동 시스템 Download PDF

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KR20100046136A
KR20100046136A KR1020107000273A KR20107000273A KR20100046136A KR 20100046136 A KR20100046136 A KR 20100046136A KR 1020107000273 A KR1020107000273 A KR 1020107000273A KR 20107000273 A KR20107000273 A KR 20107000273A KR 20100046136 A KR20100046136 A KR 20100046136A
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encoder
interferometer
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유호 가나야
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가부시키가이샤 니콘
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Abstract

간섭계 시스템, 예를 들어, X 간섭계 (126) 와 Y 간섭계 (16) 를 이용하여 스테이지 (WST) 의 제 1 위치 정보를 계측한다. 동시에, 인코더 시스템, 예를 들어, 하나의 X 헤드 (66) 와 하나의 Y 헤드 (65, 64) 를 이용하여 스테이지의 제 2 위치 정보를 계측한다. 제 1 위치 정보와 제 2 위치 정보의 차분을 소정의 계측 시간에 걸쳐 이동평균하여 좌표 오프셋을 설정하고, 그 좌표 오프셋을 이용하여 인코더 시스템의 출력 신호의 신뢰성을 검증한다. 그 출력 신호가 정상이라고 판정된 경우에는, 제 1 위치 정보와 좌표 오프셋의 합을 이용하여 스테이지를 서보 제어한다. 이 하이브리드 방식의 서보 제어에 의해, 간섭계의 안정성과 인코더의 정밀함을 겸비한 스테이지의 구동 제어를 수행하는 것이 가능하다.

Description

이동체 구동 방법 및 이동체 구동 시스템{MOVABLE BODY DRIVE METHOD AND MOVABLE BODY DRIVE SYSTEM}
본 발명은, 이동체 구동 방법 및 이동체 구동 시스템, 패턴 형성 방법 및 패턴 형성 장치, 그리고 디바이스 제조 방법에 관한 것이고, 더욱 상세하게는, 소정 면을 따라 이동체를 구동하는 이동체 구동 방법 및 이동체 구동 시스템, 이 이동체 구동 방법을 이용한 패턴 형성 방법 및 이 이동체 구동 시스템을 구비한 패턴 형성 장치, 그리고 이 패턴 형성 방법을 이용한 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.
종래, 반도체 소자, 액정 표시 소자 등의 마이크로디바이스 (전자 디바이스 등) 의 제조에서의 리소그래피 공정에서는, 스텝-앤드-리피트 (step-and-repeat) 방식의 투영 노광 장치 (소위 스테퍼), 및 스텝-앤드-스캔 (step-and-scan) 방식의 투영 노광 장치 (소위 스캐닝 스테퍼 (스캐너로도 불린다)) 가 비교적 많이 이용되고 있다.
이러한 종류의 노광 장치에서는, 웨이퍼 또는 유리 플레이트 등의 기판 (이하, 웨이퍼로 총칭한다) 상의 복수의 쇼트 (shot) 영역에 레티클 (또는 마스크) 의 패턴을 전사하기 위해, 웨이퍼를 유지하는 웨이퍼 스테이지는 예를 들어, 리니어 모터 등에 의해 2 차원 방향으로 구동된다. 웨이퍼 스테이지 등의 위치 계측은, 장기간에 걸쳐 계측치의 안정성이 양호하고, 고분해능인 레이저 간섭계를 이용하여 일반적으로 수행된다.
하지만, 반도체 소자의 고집적화를 수반하는 패턴의 미세화로 인해, 보다 고정밀도의 스테이지의 위치 제어 성능에 대한 요구가 증가하게 되고, 이제, 레이저 간섭계의 빔 경로 상의 분위기의 온도 변화나 온도 구배 (gradient) 로 인해 발생하는 공기 변동에 기인하는 계측치의 단기적인 변동이 오버레이 버짓 (overlay budget) 에서 큰 비율을 차지하게 되었다.
한편, 스테이지의 위치 계측에 사용되는 레이저 간섭계 이외의 계측 장치로서, 인코더가 사용될 수 있지만, 인코더는 스케일 (scale) 을 사용하기 때문에, 그 스케일의 기계적인 장기 안정성 (격자 피치의 드리프트, 고정 위치 드리프트, 열팽창 등) 이 결여되고, 따라서, 이 인코더는 레이저 간섭계에 비해 계측치의 선형성이 결여되고, 장기 안정성이 열악하다는 결점을 가지고 있다.
전술한 레이저 간섭계와 인코더의 결점을 감안하여, 레이저 간섭계와 인코더 (회절 격자를 이용하는 위치 검출 센서) 를 병용하여, 스테이지의 위치를 계측하는 장치가 다양하게 제안되고 있다 (예를 들어, 미국 공개특허공보 제 2002/0041380 호 참조).
또한, 종래의 인코더의 계측 분해능은 간섭계에 비해 열악하였다. 하지만, 최근에는, 계측 분해능이 레이저 간섭계와 거의 동등하거나 더 양호한 인코더가 출현하고 있고 (예를 들어, 미국 공개특허공보 제 2005/236558 호 참조), 전술한 레이저 간섭계와 인코더를 조합하는 기술이 주목받기 시작하고 있다.
예를 들어, 노광 장치에서, 인코더를 이용하여 스케일 (격자) 이 배열된 웨이퍼 스테이지의 위치 계측을 행하는 경우에는, 광범위한 웨이퍼 스테이지의 이동 범위를 커버하기 위해, 복수의 헤드를 소정 간격으로 2 차원면 내에 배치하는 것이 고려된다. 하지만, 이와 같은 배치를 갖는 복수의 헤드를 이용하는 경우, 웨이퍼 스테이지 상면에 스케일이 배치되기 때문에, 예를 들어, 그 스케일의 표면에 파티클 등의 이물질이 부착되기 쉽고, 이러한 이물질이 스케일에 부착되는 경우, 인코더에 의한 웨이퍼 스테이지의 위치 계측 정밀도가 감소하거나 위치 계측이 곤란하게 된다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 소정 면을 따라 이동체를 구동하는 이동체 구동 방법이 제공되고, 이 방법은: 이동체의 위치 정보를 간섭계 시스템과 인코더 시스템을 이용하여 계측하고, 간섭계 시스템의 계측 정보에 기초하여 이동체를 구동하고, 또한, 인코더 시스템의 계측 정보를 이용하여 간섭계 시스템의 계측 오차를 보상하도록 이동체를 구동하는 구동 공정을 포함한다.
이 방법에 의하면, 인코더 시스템에 비해 계측의 장기 안정성이 우수한 간섭계 시스템의 계측 정보에 기초하여 이동체가 구동되고, 간섭계 시스템에 비해 고정밀도의 계측이 가능한 인코더 시스템의 계측 정보를 이용하여 간섭계 시스템의 계측 오차가 보상되도록 이동체가 구동된다. 그 결과, 이동체를 장기간에 걸쳐 고정밀도로 구동할 수 있게 된다.
본 발명의 제 2 양태에 따르면, 물체에 패턴을 형성하는 제 1 패턴 형성 방법이 제공되며, 이 방법은: 물체에 대한 패턴 형성을 위해, 본 발명의 이동체 구동 방법을 이용하여, 물체가 재치 (載置) 된 이동체를 포함하는 복수의 이동체 중 적어도 하나의 이동체를 구동하는 것을 포함한다.
본 발명의 제 3 양태에 따르면, 소정의 패턴을 이동체에 의해 유지된 물체 상에 형성하는 제 2 패턴 형성 방법이 제공되며, 이 방법은: 이동체의 위치 정보를 간섭계 시스템과 인코더 시스템을 이용하여 계측하면서 이동체를 소정 면을 따라 구동할 때, 이동체의 위치 정보로서 간섭계 시스템의 계측 정보를 이용하는 구동 공정; 및 인코더 시스템의 계측 정보를 이용하여 패턴과 물체와의 얼라인먼트 정밀도를 향상시키기 위한 소정의 교정 (calibration) 처리를 수행하는 교정 공정을 포함한다.
이 방법에 의하면, 인코더 시스템에 비해 계측의 장기 안정성이 우수한 간섭계 시스템의 계측 정보에 기초하여 이동체가 구동되고, 간섭계 시스템에 비해 고정밀도의 계측이 가능한 인코더 시스템의 계측 정보를 이용하여 패턴과 물체와의 얼라인먼트의 정밀도를 향상시키기 위한 소정의 교정 처리가 수행된다. 그 결과, 이동체에 의해 유지된 물체 상에 장기간에 걸쳐 고정밀도로 패턴을 형성할 수 있게 된다.
본 발명의 제 4 양태에 따르면, 제 1 이동체에 의해 유지된 마스크에 형성된 패턴을 제 2 이동체에 의해 유지된 물체 상에 전사하는 제 3 패턴 형성 방법이 제공되며, 이 방법은: 제 1 이동체와 상기 제 2 이동체의 일방의 위치 정보를 간섭계 시스템과 인코더 시스템을 이용하여 계측하고, 간섭계 시스템의 계측 정보를 이용하여 일방의 이동체를 구동하고, 또한, 제 1 이동체와 제 2 이동체의 타방의 위치 정보를 계측하는 위치 계측 장치의 계측 정보, 및 인코더 시스템의 계측 정보를 이용하여 타방의 이동체를 구동하는 것을 포함한다.
이 방법에 의하면, 일방의 이동체를 간섭계 시스템의 계측 정보로부터 산출되는 위치 정보에 기초하여 장기간에 걸쳐 안정적으로 구동할 수 있다. 또한, 타방의 이동체를, 그 타방의 이동체의 위치 정보를 계측하는 위치 계측 장치의 계측 정보, 및 간섭계 시스템에 비해 고정밀도의 (계측의 단기 안정성이 우수한) 인코더 시스템의 계측 정보를 이용하여 구동하기 때문에, 타방의 이동체를 높은 정밀도로 구동할 수 있다.
본 발명의 제 5 양태에 따르면, 패턴 형성 공정을 포함하는 디바이스 제조 방법이 제공되며, 이 패턴 형성 공정에서는, 본 발명의 제 1 내지 제 3 패턴 형성 방법 중 어느 하나를 이용하여 기판 상에 패턴을 형성한다.
본 발명의 제 6 양태에 따르면, 소정 면을 따라 이동체를 구동하는 이동체 구동 시스템이 제공되며, 이 시스템은: 이동체의 위치 정보를 계측하는 간섭계 시스템; 이동체의 위치 정보를 계측하는 인코더 시스템; 및 간섭계 시스템의 계측 정보에 기초하여 이동체를 구동하고, 또한, 인코더 시스템의 계측 정보를 이용하여 간섭계 시스템의 계측 오차를 보상하도록 이동체를 구동하는 구동 장치를 구비한다.
이 시스템에 의하면, 구동 장치는, 인코더 시스템에 비해 계측의 장기 안정성이 우수한 간섭계 시스템의 계측 정보에 기초하여 이동체를 구동하고, 또한, 간섭계 시스템에 비해 고정밀도의 계측이 가능한 인코더 시스템의 계측 정보를 이용하여 간섭계 시스템의 계측 오차가 보상되도록 이동체를 구동한다. 그 결과, 이동체를 장기간에 걸쳐 고정밀도로 구동할 수 있게 된다.
본 발명의 제 7 양태에 따르면, 물체에 패턴을 형성하는 제 1 패턴 형성 장치가 제공되며, 여기서는, 물체에 대한 패턴 형성을 위해, 본 발명의 이동체 구동 시스템을 이용하여, 물체가 재치된 이동체를 포함하는 복수의 이동체 중 적어도 하나의 이동체를 구동한다. 이 장치에 의하면, 물체에 고정밀도로 패턴을 형성할 수 있게 된다.
본 발명의 제 8 양태에 따르면, 소정의 패턴을 이동체에 의해 유지된 물체 상에 형성하는 제 2 패턴 형성 장치가 제공되며, 이 장치는: 이동체의 위치 정보를 계측하는 간섭계 시스템; 이동체의 위치 정보를 계측하는 인코더 시스템; 및 이동체의 위치 정보를 간섭계 시스템과 인코더 시스템을 이용하여 계측하면서 이동체를 소정 면을 따라 구동할 때, 이동체의 위치 정보로서 간섭계 시스템의 계측 정보를 이용하고, 또한, 인코더 시스템의 계측 정보를 이용하여 패턴과 물체와의 얼라인먼트 정밀도를 향상시키기 위한 소정의 교정 처리를 수행하는 처리 장치를 구비한다.
이 장치에 의하면, 처리 장치는, 인코더 시스템에 비해 계측의 장기 안정성이 우수한 간섭계 시스템의 계측 정보에 기초하여 이동체를 구동하고, 간섭계 시스템에 비해 고정밀도의 계측이 가능한 인코더 시스템의 계측 정보를 이용하여 패턴과 물체와의 얼라인먼트의 정밀도를 향상시키기 위한 소정의 교정 처리를 수행한다. 그 결과, 이동체에 의해 유지된 물체 상에, 장기간에 걸쳐 고정밀도로 패턴을 형성할 수 있게 된다.
본 발명의 제 9 양태에 따르면, 마스크에 형성된 패턴을 물체 상에 전사하는 제 3 패턴 형성 장치가 제공되며, 이 장치는: 마스크를 유지하는 제 1 이동체; 물체를 유지하는 제 2 이동체; 제 1 이동체 및 상기 제 2 이동체의 일방의 위치 정보를 계측하는 간섭계 시스템 및 인코더 시스템; 제 1 이동체 및 제 2 이동체의 타방의 위치 정보를 계측하는 위치 계측 장치; 및 간섭계 시스템의 계측 정보를 이용하여 일방의 이동체를 구동하고, 또한, 위치 계측 장치 및 인코더 시스템의 계측 정보를 이용하여 타방의 이동체를 구동하는 구동 장치를 구비한다.
이 장치에 의하면, 일방의 이동체를 간섭계 시스템의 계측 정보로부터 산출되는 위치 정보에 기초하여 장기간에 걸쳐 안정적으로 구동할 수 있다. 또한, 타방의 이동체를, 그 타방의 이동체의 위치 정보를 계측하는 위치 계측 장치, 및 간섭계 시스템에 비해 고정밀도의 (계측의 단기 안정성이 우수한) 인코더 시스템의 계측 정보를 이용하여 구동하기 때문에, 타방의 이동체를 높은 정밀도로 구동할 수 있게 된다.
도 1 은 일 실시형태에 관한 노광 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2 는 도 1 의 스테이지 장치를 나타내는 평면도이다.
도 3 은 도 1 의 노광 장치에 구비된 각종 계측 장치 (인코더, 얼라인먼트 시스템, 및 멀티포인트 AF 시스템, Z 헤드 등) 의 배치를 나타내는 평면도이다.
도 4(A) 는 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 나타내는 평면도이고, 도 4(B) 는 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 부분 단면을 나타내는 개략적 측면도이다.
도 5(A) 는 계측 스테이지 (MST) 를 나타내는 평면도이고, 도 5(B) 는 계측 스테이지 (MST) 의 부분 단면을 나타내는 개략적 측면도이다.
도 6 은 일 실시형태에 관한 노광 장치의 제어 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 7(A) 는 인코더의 구성의 일예를 도시하는 도면이고, 도 7(B) 는 검출광으로서 격자 (RG) 의 주기 방향으로 길이연장되는 단면 형상을 갖는 레이저 빔 (LB) 이 이용된 경우를 나타내는 도면이다.
도 8 은 간섭계의 배치, 및 노광이 수행될 때 간섭계에 의한 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 계측을 설명하기 위한 도면이다.
도 9 는 웨이퍼의 언로딩 시에 간섭계에 의한 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 계측을 설명하기 위한 도면이다.
도 10 은 웨이퍼의 로딩 시에 간섭계에 의한 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 계측을 설명하기 위한 도면이다.
도 11 은 간섭계에 의한 스테이지 서보제어로부터 인코더에 의한 스테이지 서보제어로의 전환 (switching) 시의 인코더 헤드와 웨이퍼 스테이지 (WST) 와의 위치관계를 나타내는 도면이다.
도 12 는 웨이퍼 얼라인먼트 수행 시의 간섭계에 의한 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 계측을 설명하기 위한 도면이다.
도 13 (A) 및 도 13(B) 는 간섭계의 계측 결과에 기초하여 웨이퍼 스테이지의 XY 위치 좌표를 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 14 는 인코더 헤드 부분의 구성, 및 검출광의 격자로의 입사각과 검출광의 산란각을 나타내는 도면이다.
도 15(A) 는 인코더의 헤드와 스케일과의 사이에 비계측 방향의 상대 운동이 발생하는 경우에도 계측치가 변화하지 않는 경우를 나타내는 도면이고, 도 15(B) 는 인코더의 헤드와 스케일과의 사이에 비계측 방향의 상대 운동이 발생하는 경우에 계측치가 변화하는 경우의 일예를 나타내는 도면이다.
도 16(A) 내지 도 16(D) 는 헤드와 스케일과의 사이에 비계측 방향의 상대 운동이 발생할 때, 인코더의 계측치가 변화하는 경우와 계측치가 변화하지 않는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 17(A) 및 도 17(B) 는 인코더의 계측치를 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치로 변환하는 구체적인 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 18(A) 및 도 18(B) 는 어레이 배열 (array arrangement) 로 배치된 복수의 헤드로 구성된 인코더에 의해 수행되는, 웨이퍼 테이블의 XY 평면 내에서의 위치 계측 및 헤드들 사이의 전환을 설명하기 위한 도면이다.
도 19(A) 내지 도 19(E) 는 인코더 전환의 절차를 설명하기 위한 도면이다.
도 20 은 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 XY 평면 내에서의 위치 제어에 이용되는 인코더의 전환 프로세스를 설명하기 위한 도면이다.
도 21 은 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 제어, 인코더의 계측치의 로딩, 및 인코더 전환의 타이밍을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 22 는 인코더 시스템에 의한 웨이퍼 스테이지의 서보제어로부터 간섭계 시스템에 의한 서보제어로의 전환 (및 그 반대의 전환) 에서의 연결 처리 (linkage process) 의 개략을 나타내는 도면이다.
도 23 은 간섭계 시스템을 메인 센서 시스템으로 사용하고, 인코더 시스템을 서브 센서 시스템으로 사용하는 하이브리드 방식의 웨이퍼 스테이지에 의한 서보제어에서의 연결 처리의 개략을 나타내는 도면이다.
도 24 는 간섭계 시스템과 인코더 시스템을 병용한 하이브리드 방식에 의한 레티클 스테이지와 웨이퍼 스테이지의 동기 구동 제어의 개략을 나타내는 블록도이다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도 1 내지 도 24 를 참조하여 설명할 것이다.
도 1 은 일 실시형태에 관한 노광 장치 (100) 의 구성을 개략적으로 나타낸다. 노광 장치 (100) 는 스텝-앤드-스캔 방식의 투영 노광 장치, 즉, 스캐너이다. 후술하는 바와 같이, 본 실시형태에서는, 투영 광학계 (PL) 가 설치되어 있고, 이하의 설명에서는, 그 투영 광학계 (PL) 의 광축 (AX) 과 평행한 방향을 Z 축 방향, 이 Z 축 방향에 직교하는 면 내에서 레티클과 웨이퍼가 상대적으로 주사되는 방향을 Y 축 방향, Z 축 및 Y 축에 직교하는 방향을 X 축 방향으로 가정하고, X 축, Y 축, 및 Z 축 주위로의 회전 (경사) 방향을 각각 θx, θy, 및 θz 방향으로 가정하여 설명이 이루어진다.
노광 장치 (100) 는, 조명계 (10), 그 조명계 (10) 로부터의 노광용 조명광 (이하, "조명광" 또는 "노광광" 이라 한다) (IL) 에 의해 조명되는 레티클 (R) 을 유지하는 레티클 스테이지 (RST), 레티클 (R) 로부터 사출된 조명광 (IL) 을 웨이퍼 (W) 상에 투사하는 투영 광학계 (PL) 를 포함하는 투영 유닛 (PU), 웨이퍼 스테이지 (WST) 및 계측 스테이지 (MST) 를 갖는 스테이지 장치 (50), 및 이들의 제어 시스템 등을 구비하고 있다. 웨이퍼 스테이지 (WST) 상에는, 웨이퍼 (W) 가 재치된다.
조명계 (10) 는, 예를 들어, 미국 공개특허공보 제 2003/0025890 호 등에 개시된 바와 같이, 광원과, 옵티컬 인티그레이터 (optical integrator) 등을 포함하는 조도 균일화 광학계, 및 레티클 블라인드 등 (이들 모두는 미도시) 을 갖는 조명 광학계를 포함한다. 이 조명계 (10) 는, 레티클 블라인드 (마스킹 시스템) 에 의해 규정된 레티클 (R) 상의 슬릿 형상의 조명 영역 (IAR) 을 조명광 (노광광) (IL) 에 의해 실질적으로 균일한 조도로 조명한다. 이 경우, 조명광 (IL) 으로서는, 일예로서, ArF 엑시머 레이저광 (파장 193nm) 이 이용된다. 또한, 옵티컬 인티그레이터로서는, 예를 들어, 플라이-아이 (fly-eye) 렌즈, 로드 인티그레이터 (rod integrator; 내면 반사형 인티그레이터), 회절 광학 소자 등을 이용할 수 있다.
레티클 스테이지 (RST) 상에는, 회로 패턴 등이 그 패턴면 (도 1 에서의 하면) 에 형성된 레티클 (R) 이, 예를 들어, 진공 흡착에 의해 고정된다. 레티클 스테이지 (RST) 는, 예를 들어, 리니어 모터 등을 포함하는 레티클 스테이지 구동계 (11) (도 1 에는 미도시, 도 6 참조) 에 의해, XY 평면 내에서 미소 구동가능하고 또한 주사 방향 (도 1 에서의 지면의 좌우 방향인 Y 축 방향) 으로 지정된 주사 속도로 구동가능하다.
레티클 스테이지 (RST) 의 XY 평면 (이동면) 내의 위치정보 (θz 방향의 위치 (회전) 정보를 포함) 는, 레티클 레이저 간섭계 (이하, "레티클 간섭계" 라 한다) (116) 에 의해, 이동경 (15) (실제로는, Y 축에 대해 직교하는 반사면을 갖는 Y 이동경 (또는, 레트로리플렉터 (retroreflector)) 및 X 축에 대해 직교하는 반사면을 갖는 X 이동경이 설치되어 있다) 을 통해, 예를 들어, 0.25nm 정도의 분해능으로 상시 검출된다. 레티클 간섭계 (116) 의 계측치는, 주제어 장치 (20) (도 1 에는 미도시, 도 6 참조) 로 전송된다. 주제어 장치 (20) 는, 레티클 간섭계 (116) 의 계측치에 기초하여 레티클 스테이지 (RST) 의 X 축 방향, Y 축 방향 및 θz 방향의 위치를 산출하고, 그 산출결과에 기초하여 레티클 스테이지 구동계 (11) 를 제어하는 것에 의해, 레티클 스테이지 (RST) 의 위치 (및 속도) 를 제어한다. 덧붙여 말하자면, 이동경 (15) 대신에, 레티클 스테이지 (RST) 의 단면을 경면 가공하여 반사면 (이동경 (15) 의 반사면에 상당) 을 형성할 수도 있다. 또한, 레티클 간섭계 (116) 는 Z 축, θx 및 θy 방향 중 적어도 하나의 방향에 관한 레티클 스테이지 (RST) 의 위치 정보를 계측가능할 수도 있다.
투영 유닛 (PU) 은, 도 1 에서의 레티클 스테이지 (RST) 의 하방에 배치되어 있다. 투영 유닛 (PU) 은, 경통 (40) 과, 경통 (40) 내에 소정의 위치 관계로 유지된 복수의 광학 소자를 갖는 투영 광학계 (PL) 를 포함한다. 투영 광학계 (PL) 로서는, 예를 들어, Z 축 방향과 평행한 광축 (AX) 을 따라 배치되는 복수의 렌즈 (렌즈 엘리먼트) 로 이루어지는 굴절 광학계가 이용된다. 투영 광학계 (PL) 는, 예를 들어, 양측 텔레센트릭 (telecentric) 이고, 소정의 투영 배율 (예를 들어, 1/4, 1/5, 1/8 배 등) 을 갖는다. 따라서, 조명계 (10) 로부터의 조명광 (IL) 에 의해 조명 영역 (IAR) 이 조명될 때, 투영 광학계 (PL) 의 제 1 면 (물체면) 과 패턴면이 실질적으로 일치하여 위치되는 레티클 (R) 을 통과한 조명광 (IL) 에 의해, 투영 광학계 (PL) (투영 유닛 (PU)) 를 통해 그 조명 영역 (IAR) 내의 레티클 (R) 의 회로 패턴의 축소 이미지 (회로 패턴의 일부의 축소 이미지) 가, 그 투영 광학계 (PL) 의 제 2 면 (이미지면) 측에 배치되고 표면에 레지스트 (감응제) 가 도포된 웨이퍼 (W) 상의 상기 조명 영역 (IAR) 과 공액인 영역 (이하 "노광 영역" 이라고도 한다) (IA) 에 형성된다. 그 다음, 레티클 스테이지 (RST) 와 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 동기 구동에 의해, 조명 영역 (IAR) (조명광 (IL)) 에 대해 레티클을 주사 방향 (Y 축 방향) 으로 상대이동시키고 또한 노광 영역 (IA) (조명광 (IL)) 에 대해 웨이퍼 (W) 를 주사 방향 (Y 축 방향) 으로 상대이동시킴으로써, 웨이퍼 (W) 상의 하나의 쇼트 영역 (구획 영역) 의 주사 노광이 수행되고, 그 쇼트 영역에 레티클 (R) 의 패턴이 전사된다. 즉, 본 실시형태에서는 조명계 (10), 레티클 (R), 및 투영 광학계 (PL) 에 의해 웨이퍼 (W) 상에 패턴이 생성되고, 조명광 (IL) 에 의한 웨이퍼 (W) 상의 감응층 (레지스트층) 의 노광으로 인해 웨이퍼 (W) 상에 그 패턴이 형성된다.
덧붙여 말하자면, 도시하지는 않았지만, 투영 유닛 (PU)은, 방진 기구 (vibration isolation mechanism) 를 통해 3 개의 지주 (supporting column) 에 의해 지지되는 경통 정반 상에 재치된다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 예를 들어, 국제공개공보 제 2006/038952 호에 개시되어 있는 바와 같이, 투영 유닛 (PU) 의 상방에 배치되는 메인 프레임 부재 (미도시), 또는, 레티클 스테이지 (RST) 가 배치되는 베이스부재 등에 대해 투영 유닛 (PU) 을 매달아 지지할 수도 있다.
덧붙여 말하자면, 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에서는, 액침법을 적용한 노광이 수행되기 때문에, 투영 광학계 (PL) 의 개구수 (NA) 가 실질적으로 증대하는 것에 수반하여 레티클 측의 개구가 커지게 된다. 따라서, 페쯔벌 조건 (Petzval condition) 을 만족시키고 또한 투영 광학계의 크기의 증가를 회피하기 위해, 미러와 렌즈를 포함하여 구성되는 반사굴절계를 투영 광학계로서 채용할 수도 있다. 또한, 웨이퍼 (W) 상에는 감응층 (레지스트층) 뿐만 아니라, 예를 들어, 웨이퍼 또는 감응층을 보호하는 보호막 (탑코트막) 등을 형성할 수도 있다.
또한, 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에서는, 액침법을 이용한 노광을 수행하기 위해, 투영 광학계 (PL) 를 구성하는, 이미지면 측 (웨이퍼 (W) 측) 에 가장 가까운 광학 소자 (본 경우에서는 렌즈 (이하, "선단 렌즈" 라고도 한다) (191)) 를 유지하는 경통 (40) 의 하단부 주위를 둘러싸도록, 국소 액침 장치 (8) 의 일부를 구성하는 노즐 유닛 (32) 이 설치된다. 본 실시형태에서는, 도 1 에 나타낸 바와 같이, 노즐 유닛 (32) 의 하단면은 선단 렌즈 (191) 의 하단면과 실질적으로 공면으로 (flush) 설정되어 있다. 또한, 노즐 유닛 (32) 은, 액체 (Lq) 의 공급구 및 회수구와, 웨이퍼 (W) 가 대향하여 배치되고 또한 회수구가 설치된 하면과, 액체 공급관 (31A) 및 액체 회수관 (31B) 에 각각 접속된 공급 유로 및 회수 유로를 구비하고 있다. 도 3 에 나타낸 바와 같이, 액체 공급관 (31A) 과 액체 회수관 (31B) 은, 평면시에서 (상방으로부터 보았을 때) X 축 방향 및 Y 축 방향에 대해 45°정도의 각도로 경사져, 투영 유닛 (PU) 의 중심 (투영 광학계 (PL) 의 광축 (AX) 과 일치, 본 실시형태에서는 전술한 노광 영역 (IA) 의 중심과도 일치) 을 통과하고 또한 Y 축과 평행한 직선 (기준축) (LV) 에 관해 대칭적으로 배치되어 있다.
공급관 (미도시) 의 일단은 액체 공급관 (31A) 에 접속되어 있는 반면, 공급관의 타단은 액체 공급 장치 (5) (도 1 에서는 미도시, 도 6 참조) 에 접속되어 있으며, 회수관 (미도시) 의 일단은 액체 회수관 (31B) 에 접속되어 있는 반면, 회수관의 타단은 액체 회수 장치 (6) (도 1 에서는 미도시, 도 6 참조) 에 접속되어 있다.
액체 공급 장치 (5) 는, 액체를 공급하기 위한 탱크, 가압 펌프, 온도 제어 장치, 및 액체 공급관 (31A) 에 대한 액체의 공급/정지를 제어하기 위한 밸브 등을 포함한다. 밸브로서는, 예를 들어, 액체의 공급/정지 뿐만 아니라, 유량의 조정도 수행될 수 있도록, 유량 제어 밸브를 이용하는 것이 바람직하다. 상기 온도 제어 장치는, 탱크 내의 액체의 온도를, 예를 들어, 노광 장치가 수납되어 있는 챔버 (미도시) 내의 온도와 거의 동일한 온도로 조정한다. 덧붙여 말하자면, 탱크, 가압 펌프, 온도 제어 장치, 밸브 등은, 그 전부를 노광 장치 (100) 에서 구비하고 있을 필요는 없고, 그 적어도 일부를 노광 장치 (100) 가 설치된 공장에서 이용가능한 설비 등으로 대체하는 것도 가능하다.
액체 회수 장치 (6) 는, 액체를 회수하기 위한 탱크 및 흡인 펌프, 그리고, 액체 회수관 (31B) 을 통한 액체의 회수/정지를 제어하기 위한 밸브 등을 포함하고 있다. 밸브로서는, 액체 공급 장치 (5) 의 밸브와 마찬가지로 유량 제어 밸브를 이용하는 것이 바람직하다. 덧붙여 말하자면, 탱크, 흡인 펌프, 밸브 등은, 그 전부를 노광 장치 (100) 에서 구비하고 있을 필요는 없고, 그 적어도 일부를 노광 장치 (100) 가 설치된 공장에서 이용가능한 설비 등으로 대체하는 것도 가능하다.
본 실시형태에서는, 상기의 액체 (Lq) 로서, ArF 엑시머 레이저광 (파장 193nm 의 광) 이 투과하는 순수 (이하, 특히 필요한 경우를 제외하고는 단순히 "물" 이라 칭한다) 가 이용된다. 순수는, 반도체 제조 공장 등에서 용이하게 대량으로 입수할 수 있고, 또한, 웨이퍼 상의 포토레지스트 및 광학 렌즈 등에 대한 악영향이 없다는 이점이 있다.
ArF 엑시머 레이저광에 대한 물의 굴절률 n 은 1.44 정도이다. 이 물 중에서는, 조명광 (IL) 의 파장은 193nm×1/n , 간단히 말해, 약 134nm 로 단파장화된다.
액체 공급 장치 (5) 및 액체 회수 장치 (6) 는, 각각 제어 장치를 구비하고 있고, 각각의 제어 장치는, 주제어 장치 (20) 에 의해 제어된다 (도 6 참조). 액체 공급 장치 (5) 의 제어 장치는, 주제어 장치 (20) 로부터의 지시에 따라, 액체 공급관 (31A) 에 접속된 밸브를 소정 개도로 열어, 액체 공급관 (31A), 공급 유로, 및 공급구를 통해 선단 렌즈 (191) 와 웨이퍼 (W) 사이의 공간에 액체 (물) 를 공급한다. 또한, 물이 공급될 때, 액체 회수 장치 (6) 의 제어 장치는, 주제어 장치 (20) 로부터의 지시에 따라, 액체 회수관 (31B) 에 접속된 밸브를 소정 개도로 열어, 회수구, 회수 유로, 및 액체 회수관 (31B) 을 통해, 선단 렌즈 (191) 와 웨이퍼 (W) 사이의 공간으로부터 액체 회수 장치 (6) (액체 탱크) 내로 액체 (물) 를 회수한다. 공급 및 회수 동작 동안, 주제어 장치 (20) 는, 선단 렌즈 (191) 와 웨이퍼 (W) 사이의 공간에 공급되는 물의 양과, 그 공간으로부터 회수되는 물의 양이 항상 동일하게 되도록, 액체 공급 장치 (5) 의 제어 장치 및 액체 회수 장치 (6) 의 제어 장치에 대해 명령을 부여한다. 따라서, 선단 렌즈 (191) 와 웨이퍼 (W) 사이의 공간에, 일정량의 액체 (물) (Lq) (도 1 참조) 가 유지된다. 이 경우, 선단 렌즈 (191) 와 웨이퍼 (W) 사이의 공간에 유지되는 액체 (물) (Lq) 는 항상 대체된다.
전술한 설명으로부터 명백하게 되는 바와 같이, 본 실시형태에서는, 노즐 유닛 (32), 액체 공급 장치 (5), 액체 회수 장치 (6), 액체 공급관 (31A) 및 액체 회수관 (31B) 등을 포함하는 국소 액침 장치 (8) 가 구성되어 있다. 덧붙여 말하자면, 국소 액침 장치 (8) 의 일부, 예를 들어, 적어도 노즐 유닛 (32) 은, 투영 유닛 (PU) 을 유지하는 메인 프레임 (전술한 경통 정반을 포함) 에 매달아 지지할 수도 있고, 또는, 메인 프레임과는 별도의 다른 프레임 부재에 설치할 수도 있다. 또는, 전술한 바와 같이 투영 유닛 (PU) 이 매달린 상태로 지지되는 경우에는, 투영 유닛 (PU) 과 일체로 노즐 유닛 (32) 을 매달아 지지할 수도 있지만, 본 실시형태에서는 투영 유닛 (PU) 과는 독립적으로 매달려 지지되는 계측 프레임 상에 노즐 유닛 (32) 을 설치하고 있다. 이 경우, 투영 유닛 (PU) 을 매달아 지지할 필요는 없다.
덧붙여 말하자면, 투영 유닛 (PU) 하방에 계측 스테이지 (MST) 가 위치하는 경우에는, 전술한 방식과 유사한 방식으로, 계측 테이블 (후술한다) 과 선단 렌즈 (191) 사이의 공간을 물로 채우는 것 또한 가능하다.
덧붙여 말하자면, 상기 설명에서는, 일예로서 액체 공급관 (노즐) 과 액체 회수관 (노즐) 이 각각 하나씩 설치된다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 주위의 부재와의 관계를 고려하는 경우에도 배치가 가능한 경우에는, 예를 들어, 국제공개공보 제 99/49504 호에 개시되어 있는 바와 같이, 노즐을 다수 갖는 구성을 채용할 수도 있다. 요지는, 투영 광학계 (PL) 를 구성하는 최하단의 광학 부재 (선단 렌즈) (191) 와 웨이퍼 (W) 사이의 공간에 액체가 공급될 수 있는 한, 임의의 구성이 채용될 수도 있다. 예를 들어, 국제공개공보 제 2004/053955 호에 개시되어 있는 액침 기구, 또는 유럽특허청 공개특허공보 제 1 420 298 호에 개시되어 있는 액침 기구 등도 본 실시형태의 노광 장치에 적용될 수 있다.
도 1 을 다시 참조하면, 스테이지 장치 (50) 는, 베이스판 (12) 의 상방에 배치된 웨이퍼 스테이지 (WST) 및 계측 스테이지 (MST), 스테이지 (WST 및 MST) 의 위치 정보를 계측하는 계측 시스템 (200) (도 6 참조), 및 스테이지 (WST 및 MST) 를 구동하는 스테이지 구동계 (124) (도 6 참조) 등을 구비하고 있다. 도 6 에 나타낸 바와 같이, 계측 시스템 (200) 은, 간섭계 시스템 (118), 인코더 시스템 (150) 및 면위치 계측 시스템 (180) 등을 포함한다. 덧붙여 말하자면, 간섭계 시스템 (118) 및 인코더 시스템 (150) 등의 구성에 대해서는 나중에 더 자세히 설명할 것이다.
도 1 을 다시 참조하면, 웨이퍼 스테이지 (WST) 및 계측 스테이지 (MST) 각각의 저면에는, 비접촉 베어링 (미도시), 예를 들어, 진공 예압형 공기 정압 베어링 (이하, "에어 패드" 라 칭한다) 이 복수 개소에 설치되어 있고, 에어 패드로부터 베이스판 (12) 의 상면을 향하여 분출된 가압 공기의 정압에 의해, 베이스판 (12) 의 상방에 웨이퍼 스테이지 (WST) 및 계측 스테이지 (MST) 가 수 μm 정도의 클리어런스 (clearance) 를 통해 비접촉 방식으로 지지되어 있다. 또한, 양 스테이지 (WST, MST) 는, 리니어 모터 등을 포함하는 스테이지 구동계 (124) (도 6 참조) 에 의해, 서로 독립적으로 XY 평면 내에서 구동가능하다.
웨이퍼 스테이지 (WST) 는, 스테이지 본체 (91) 와, 스테이지 본체 (91) 상에 재치된 웨이퍼 테이블 (WTB) 을 포함한다. 웨이퍼 테이블 (WTB) 및 스테이지 본체 (91) 는, 리니어 모터 및 Z-레벨링 기구 (예를 들어, 보이스 코일 모터 등을 포함) 를 포함하는 구동 시스템에 의해, 베이스판 (12) 에 대해, 6 자유도 방향 (X, Y, Z, θx, θy, θz) 으로 구동가능하게 구성되어 있다.
웨이퍼 테이블 (WTB) 상에는, 웨이퍼 (W) 를 진공 흡착 등에 의해 유지하는 웨이퍼 홀더 (미도시) 가 설치되어 있다. 웨이퍼 홀더는 웨이퍼 테이블 (WTB) 과 일체로 형성될 수도 있지만, 본 실시형태에서는, 웨이퍼 홀더와 웨이퍼 테이블 (WTB) 을 별개로 구성하고, 예를 들어, 진공 흡착 등에 의해 웨이퍼 홀더를 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 오목부 내에 고정하고 있다. 또한, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 상면에는, 웨이퍼 홀더 상에 재치되는 웨이퍼 (W) 의 표면과 실질적으로 공면이고 액체 (Lq) 에 대해 발액 처리된 표면 (발액면) 을 가지며 또한 외형 (윤곽) 이 직사각형으로 그 중앙부에 웨이퍼 홀더 (웨이퍼의 재치 영역) 보다도 약간 더 큰 원형의 개구가 형성된 플레이트 (발액판) (28) 가 설치되어 있다. 플레이트 (28) 는, 낮은 열팽창률의 재료, 예를 들어, 유리 또는 세라믹스 (예를 들어, 쇼트 (Schott) 사의 제로듀어 (Zerodur; 상품명), Al2O3 또는 TiC 등) 로 이루어지고, 플레이트 (28) 의 표면 상에는, 예를 들어, 불소 수지 재료, 폴리 사불화 에틸렌 (Teflon (등록 상표)) 등의 불소계 수지 재료, 아크릴계 수지 재료 또는 실리콘계 수지 재료 등에 의해 발액막이 형성된다. 또한, 플레이트 (28) 는, 도 4(A) 의 웨이퍼 테이블 (WTB) (웨이퍼 스테이지 (WST)) 의 평면도에 나타낸 바와 같이, 원형의 개구를 둘러싸는, 외형 (윤곽) 이 직사각형인 제 1 발액 영역 (28a) 과, 제 1 발액 영역 (28a) 의 주위에 배치되는 직사각형 프레임 (루프) 형상의 제 2 발액 영역 (28b) 을 갖는다. 제 1 발액 영역 (28a) 상에는, 예를 들어, 노광 동작이 수행될 때, 웨이퍼의 표면으로부터 돌출된 액침 영역 (14) (도 8 참조) 의 적어도 일부가 형성되고, 제 2 발액 영역 (28b) 상에는, 인코더 시스템 (후술한다) 을 위한 스케일이 형성된다. 덧붙여 말하자면, 플레이트 (28) 의 표면의 적어도 일부는 웨이퍼의 표면과 공면이 될 필요가 없고, 즉, 웨이퍼의 표면과 상이한 높이일 수도 있다. 또한, 플레이트 (28) 는 단일의 플레이트일수도 있지만, 본 실시형태에서는 복수의 플레이트, 예를 들어, 제 1 발액 영역 (28a) 및 제 2 발액 영역 (28b) 에 각각 대응하는 제 1 및 제 2 발액판을 조합하여 구성한다. 본 실시형태에서는, 전술한 바와 같이 액체 (Lq) 로서 물을 이용하고 있기 때문에, 이하에서는, 제 1 발액 영역 (28a) 및 제 2 발액 영역 (28b) 을 각각 제 1 발수판 (28a) 및 제 2 발수판 (28b) 이라 칭한다.
이 경우, 내측의 제 1 발수판 (28a) 에는, 노광광 (IL) 이 조사되는 반면, 외측의 제 2 발수판 (28b) 에는, 노광광 (IL) 이 거의 조사되지 않는다. 이것을 고려하여, 본 실시형태에서는, 제 1 발수판 (28a) 의 표면에는, 노광광 (IL) (이 경우, 진공 자외 영역의 광) 에 대한 내성이 충분한 발수 코팅이 실시된 제 1 발액 영역이 형성되고, 제 2 발수판 (28b) 의 표면에는 제 1 발액 영역에 비해 노광광 (IL) 에 대한 내성이 열악한 발수 코팅이 실시된 제 2 발액 영역이 형성되어 있다. 일반적으로, 유리판에는, 노광 광 (IL) (이 경우, 진공 자외선 영역의 광) 에 대한 내성이 충분히 있는 발수 코팅을 실시하기 어렵기 때문에, 이러한 방식으로 2 부분, 즉, 제 1 발수판 (28a) 과 그 주위의 제 2 발수판 (28b) 으로 발수판을 분리하는 것이 효과적이다. 또한, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고, 제 1 발수 영역 및 제 2 발수 영역을 형성하기 위해 동일 플레이트의 상면에 노광 광 (IL) 에 대한 내성이 상이한 2 종류의 발수 코팅을 실시할 수도 있다. 또한, 제 1 발수 영역 및 제 2 발수 영역에 동일 종류의 발수 코팅이 적용될 수도 있다. 예를 들어, 동일 플레이트에 하나의 발수 영역만을 형성할 수도 있다.
또한, 도 4(A) 로부터 명백해지는 바와 같이, 제 1 발액판 (28a) 의 +Y 측의 단부에는, 그 X 축 방향의 중앙부에 직사각형의 컷아웃 (cutout) 이 형성되고, 그 컷아웃과 제 2 발수판 (28b) 에 의해 둘러싸이는 직사각형의 공간 내부 (컷아웃의 내부) 에 계측 플레이트 (30) 가 내장되어 있다. 이 계측 플레이트 (30) 의 길이 방향의 중앙 (웨이퍼 테이블 (WTB) 의 중심 라인 (LL) 상) 에는, 기준 마크 (FM) 가 형성되어 있고, 또한, 기준 마크 (FM) 의 X 축 방향의 일측과 타측에, 기준 마크의 중심에 관하여 대칭인 배치로 한 쌍의 공간 이미지 계측 슬릿 패턴 (슬릿 모양의 계측용 패턴) (SL) 이 형성되어 있다. 각 공간 이미지 계측 슬릿 패턴 (SL) 으로서는, 일예로서, Y 축 방향과 X 축 방향을 따른 변을 갖는 L 자 모양의 슬릿 패턴, 또는, X 축 방향 및 Y 축 방향으로 각각 연장되는 2 개의 직선 모양의 슬릿 패턴을 이용할 수 있다.
또한, 각 공간 이미지 계측 슬릿 패턴 (SL) 하방의 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 내부에는, 도 4(B) 에 나타낸 바와 같이, 대물 렌즈, 미러, 릴레이 렌즈 등을 포함하는 광학계가 수납된 L 자 모양의 하우징 (36) 이, 웨이퍼 테이블 (WTB) 및 스테이지 본체 (91) 의 내부의 일부를 관통하는 상태로, 일부 매립된 상태로 부착되어 있다. 하우징 (36) 은, 도시는 생략하였지만, 한 쌍의 공간 이미지 계측 슬릿 패턴 (SL) 에 대응하여 한 쌍으로 설치되어 있다.
하우징 (36) 내부의 광학계는, 공간 이미지 계측 슬릿 패턴 (SL) 을 투과한 조명광 (IL) 을, L 자 모양의 경로를 따라 유도하여, -Y 방향으로 향하게 하여 그 광을 사출시킨다. 또한, 이하의 설명에서는, 편의상 상기 하우징 (36) 내부의 광학계를 하우징 (36) 과 동일한 참조 부호를 이용하여 송광계 (light-transmitting system) (36) 로 기술한다.
또한, 제 2 발수판 (28b) 의 상면에는, 그 4 변의 각각을 따라 소정 피치로 다수의 격자선이 직접 형성된다. 더 구체적으로는, 제 2 발수판 (28b) 의 X 축 방향 일측과 타측 (도 4(A) 에서의 수평 방향으로의 양측) 의 영역에는, Y 스케일 (39Y1 및 39Y2) 이 각각 형성된다. Y 스케일 (39Y1 및 39Y2) 은 각각, X 축 방향을 길이 방향으로 하는 격자선 (38) 이 소정 피치로 Y 축에 평행한 방향 (Y 축 방향) 을 따라서 형성되는, Y 축 방향을 주기 방향으로 하는 반사형의 격자 (예를 들어, 회절 격자) 에 의해 구성된다.
마찬가지로, 제 2 발수판 (28b) 의 Y 축 방향 일측과 타측 (도 4(A) 에서의 수직 방향으로의 양측) 의 영역에는, X 스케일 (39X1 및 39X2) 이, Y 스케일 (39Y1 및 39Y2) 사이에 샌드위치된 상태로 각각 형성된다. X 스케일 (39X1 및 39X2) 은 각각, 예를 들어, Y 축 방향을 길이 방향으로 하는 격자선 (37) 이 소정 피치로 X 축에 평행한 방향 (X 축 방향) 을 따라서 형성되는, X 축 방향을 주기 방향으로 하는 반사형의 격자 (예를 들어, 회절 격자) 에 의해 구성된다. 상기 각 스케일로서는, 제 2 발수판 (28b) 의 표면에, 예를 들어, 홀로그램 등에 의해 형성된 반사형 회절 격자 (RG) (도 7(A) 참조) 로 이루어진 스케일이 이용된다. 이 경우, 각 스케일에는 좁은 슬릿, 홈 등으로 이루어진 격자가 눈금으로서 소정 간격 (피치) 으로 마크되어 있다. 각 스케일에 이용되는 회절 격자의 종류는 제한적이지 않고, 기계적으로 형성된 홈 등으로 이루어진 회절 격자 뿐만 아니라, 예를 들어, 감광성 수지에 간섭 무늬 (interference fringe) 를 노광시킴으로써 형성된 회절 격자 또한 이용될 수도 있다. 하지만, 각 스케일은, 박판 모양의 유리에 상기 회절 격자의 눈금을, 예를 들어, 138nm 내지 4μm 사이의 피치, 예를 들어, 1μm 피치로 마킹함으로써 형성된다. 이들 스케일은 전술한 발액막 (발수막) 으로 덮힌다. 또한, 도 4(A) 에서는 도시의 편의상, 격자의 피치는 실제의 피치에 비해 훨씬 넓게 도시되어 있다. 이는 다른 도면들에서도 마찬가지이다.
이러한 방식으로, 본 실시형태에서는, 제 2 발수판 (28b) 그 자체가 스케일을 구성하기 때문에, 제 2 발수판 (28b) 으로서 저열팽창률의 유리판이 이용될 것이다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 격자가 형성된 저열팽창률의 유리판 등으로 이루어진 스케일 부재를 국소적인 신축이 발생하지 않도록, 예를 들어, 판 스프링 (또는 진공 흡착) 등에 의해 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 상면에 고정할 수도 있다. 이 경우에는, 전체면에 동일한 발수 코팅이 실시된 발수판을 플레이트 (28) 대신에 이용할 수도 있다. 또는, 웨이퍼 테이블 (WTB) 을 저열팽창률의 재료로 형성하는 것도 가능하며, 이러한 경우에는, 한 쌍의 Y 스케일과 한 쌍의 X 스케일은 그 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 상면에 직접 형성될 수도 있다.
덧붙여 말하자면, 회절 격자를 보호하기 위해, 발수성 (발액성) 을 구비한 저열팽창률의 유리판으로 격자를 덮는 것도 효율적이다. 이 경우, 유리판으로서는, 두께가 웨이퍼와 유사한 정도, 예를 들어, 두께 1mm 의 판을 이용할 수 있고, 그 유리판의 표면이 웨이퍼면과 동일한 높이 (공면) 로 되도록, 웨이퍼 테이블 (WTB) 상면 상에 유리판이 설치된다.
또한, 각 스케일의 에지 부근에는, 인코더 헤드 (후술함) 와 스케일 사이의 상대 위치를 결정하기 위한, 레이아웃 패턴이 각각 배열되어 있다. 이 레이아웃 패턴은 예를 들어 반사율이 상이한 격자선으로 구성되고, 인코더 헤드가 이 레이 아웃 패턴을 주사할 때, 인코더의 출력 신호의 강도가 변화한다. 따라서, 미리 임계치를 결정해 두고, 출력 신호의 강도가 임계치를 초과하는 위치를 검출한다. 그 다음, 검출된 위치를 기준으로, 인코더 헤드와 스케일 사이의 상대 위치를 설정한다.
또한, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 -Y 단면 및 -X 단면에는, 각각 경면 가공이 실시되고, 도 2 에 도시한 바와 같이, 간섭계 시스템 (118) (후술함) 을 위한, 반사면 (17a) 및 반사면 (17b) 이 형성된다.
도 1 에 도시된 바와 같이, 계측 스테이지 (MST) 는, 스테이지 본체 (92) 와, 스테이지 본체 (92) 상에 재치된 계측 테이블 (MTB) 을 포함한다. 계측 스테이지 (MST) 는, 구동계 (미도시) 에 의해 베이스 판 (12) 에 대해 적어도 3 자유도 방향 (X, Y, θz) 으로 구동 가능하게 구성되어 있다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고, 예를 들어, 계측 테이블 (MTB) 을, 스테이지 본체 (92) 에 대해 X 축 방향, Y 축 방향, 및 θz 방향으로 미소 구동 가능하게 구성한 이른바 조미동 구조의 계측 스테이지 (MST) 를 채용할 수도 있고, 또는, 계측 테이블 (MTB) 을 스테이지 본체 (92) 상에서 Z, θx, 및 θy 의 3 자유도 방향으로 구동 가능한 구성을 채용할 수도 있다.
덧붙여 말하자면, 도 6 에서, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 구동계와 계측 스테이지 (MST) 의 구동계를 포함하는 스테이지 구동계 (124) 가 도시되어 있다.
계측 테이블 (MTB) (및 스테이지 본체 (92)) 에는, 각종 계측용 부재가 설치된다. 이러한 계측용 부재로서는, 예를 들어, 도 2 및 도 5(A) 에 나타낸 바와 같이, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면 상에서 조명광 (IL) 을 수광하는 핀홀 모양의 수광부를 갖는 불균일 조도 계측 센서 (94), 투영 광학계 (PL) 에 의해 투영되는 패턴의 공간 이미지 (투영 이미지) 를 계측하는 공간 이미지 계측기 (96), 및 예를 들어, 국제공개공보 WO 03/065428 호 등에 개시되어 있는 샤크-하트만 (Shack-Hartman) 방식의 파면 수차 계측기 (98) 등이 채용된다. 파면 수차 계측기 (98) 로서는, 예를 들어, 국제공개공보 WO 99/60361 호 (대응 EP 공개특허공보 제 1 079 223 호) 에 개시되어 있는 것 또한 이용될 수 있다.
불균일 조도 센서 (94) 로서는, 예를 들어, 미국 특허 제 4,465,368 호 등에 개시되어 있는 것과 유사한 구성을 이용할 수 있다. 또한, 공간 이미지 계측기 (96) 로서는, 예를 들어, 미국 공개특허공보 제 2002/0041377 호 등에 개시되어 있는 것과 유사한 구성을 이용할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는 3 개의 계측용 부재 (94, 96, 및 98) 를 계측 스테이지 (MST) 에 설치하는 것으로 하였지만, 계측용 부재의 종류 및/또는 수 등은 이에 한정되지 않는다. 계측용 부재로서, 예를 들어, 투영 광학계 (PL) 의 투과율을 계측하는 투과율 계측기 및/또는 국소 액침 장치 (8), 예를 들어, 노즐 유닛 (32) (또는 선단 렌즈 (191)) 등을 관찰하는 계측기 등과 같은 계측용 부재를 이용할 수도 있다. 또한, 계측용 부재와 상이한 부재, 예를 들어, 노즐 유닛 (32), 선단 렌즈 (191) 등을 클리닝 (cleaning) 하는 클리닝 부재 등을 계측 스테이지 (MST) 에 재치할 수도 있다.
본 실시형태에서는, 도 5(A) 로부터 볼 수 있는 바와 같이, 불균일 조도 센서 (94) 및 공간 이미지 계측기 (96) 등과 같은 자주 사용되는 센서들은 계측 스테이지 (MST) 의 센터라인 (centerline; CL) (중심을 통과하는 Y 축) 상에 배치된다. 따라서, 본 실시형태에서는, 이들 센서들을 이용한 계측을, 계측 스테이지 (MST) 를 X 축 방향으로 이동시키는 것 없이 Y 축 방향으로만 이동시켜 수행할 수 있다.
상기 각 센서에 추가하여, 예를 들어, 미국 공개특허공보 제 2002/0061469 호에 개시된, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면 상에서 조명광 (IL) 을 수광하는 소정 면적의 수광부를 갖는 조도 모니터를 채용할 수도 있고, 이 조도 모니터도 센터라인 상에 배치하는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시형태에서는, 투영 광학계 (PL) 와 액체 (물) (Lq) 를 통해 노광 광 (조명광) (IL) 으로 웨이퍼 (W) 를 노광하는 액침 노광이 수행되고, 이에 따라, 조명광 (IL) 을 이용하는 계측에 사용되는 불균일 조도 센서 (94) (및 조도 모니터), 공간 이미지 계측기 (96), 그리고, 파면 수차 계측기 (98) 는, 투영 광학계 (PL) 및 물을 통해 조명광 (IL) 을 수광한다. 또한, 예를 들어 광학계 등과 같은 각 센서의 일부만을 계측 테이블 (MTB) (및 스테이지 본체 (92)) 에 재치할 수도 있고, 또는, 센서 전체를 계측 테이블 (MTB) (및 스테이지 본체 (92)) 에 배치하도록 할 수도 있다.
또한, 계측 테이블 (MTB) 의 +Y 단면 및 -X 단면에는, 전술한 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 반사면과 유사한 반사면 (19a 및 19b) 이 형성되어 있다 (도 2 및 도 5(A) 참조).
도 5(B) 에 나타낸 바와 같이, 계측 스테이지 (MST) 의 스테이지 본체 (92) 의 -Y 측의 단면에, 프레임 모양의 부착 부재 (42) 가 고정된다. 또한, 스테이지 본체 (92) 의 -Y 측의 단면에는, 부착 부재 (42) 의 개구 내부의 X 축 방향의 중심 위치 근방에, 전술한 한 쌍의 송광계 (36) 에 대향할 수 있는 배치로 한 쌍의 광검출계 (44) 가 고정된다. 각각의 광검출계 (44) 는, 릴레이 렌즈 등의 광학계와, 예를 들어, 포토멀티플라이어 튜브 (photomultiplier tube) 등과 같은 수광 소자, 및 이들을 수납하는 하우징으로 이루어진다. 도 4(B) 및 도 5(B), 그리고, 지금까지의 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 실시형태에서는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 와 계측 스테이지 (MST) 가, Y 축 방향에 관해 소정 거리 이내로 서로 근접한 상태 (접촉 상태를 포함) 에서는, 계측 플레이트 (30) 의 각 공간 이미지 계측 슬릿 패턴 (SL) 을 투과한 조명광 (IL) 이 각 송광계 (36) 에 의해 안내되고, 각 광검출계 (44) 내부의 수광 소자에 의해 수광된다. 즉, 계측 플레이트 (30), 송광계 (36), 및 광검출계 (44) 가, 전술한 미국 공개특허공보 제 2002/0041377 호 등에 개시된 것과 유사한, 공간 이미지 계측 장치 (45) (도 6 참조) 를 구성한다.
부착 부재 (42) 상에는, 직사각형 단면 형상의 봉상 (bar-shaped) 부재로 이루어진 기준 바 (fiducial bar) (이하, 간단하게 "FD 바" 라 칭한다) (46) 가 X 축 방향으로 연장되어 설치되어 있다. 이 FD 바 (46) 는, 풀-카이너매틱 마운트 구조 (full-kinematic mount structure) 에 의해 계측 스테이지 (MST) 상에 카이너매틱하게 (kinematically) 지지된다.
FD 바 (46) 는, 원형 (prototype) 표준 (계측 기준) 으로서 기능하기 때문에, 저열팽창계수를 갖는 광학 유리 세라믹스, 예를 들어, 쇼트사의 제로듀어 (상품명) 등이 그 소재로서 채용된다. FD 바 (46) 의 상면 (표면) 은, 소위 기준 평면판과 동일한 정도로 그 평탄도가 높게 설정된다. 또한, FD 바 (46) 의 길이 방향의 일측과 타측의 단부 근방에는, 도 5(A) 에 나타낸 바와 같이, Y 축 방향을 주기 방향으로 하는 기준 격자 (예를 들어, 회절 격자) (52) 가 각각 형성되어 있다. 이 한 쌍의 기준 격자 (52) 는, 서로 소정 거리 떨어져, FD 바 (46) 의 X 축 방향의 중심, 즉, 센터라인 (CL) 에 대해 대칭인 배치로 형성되어 있다.
또한, FD 바 (46) 의 상면에는, 복수의 기준 마크 (M) 가 도 5(A) 에 나타낸 바와 같이 형성되어 있다. 이 복수의 기준 마크 (M) 는, 동일 피치로 Y 축 방향에 관하여 3 행의 배열로 형성되고, 각 행의 배열이 X 축 방향에 관하여 서로 소정 거리만큼 시프트되어 형성된다. 각 기준 마크 (M) 로서는, 프라이머리 (primary) 얼라인먼트 시스템 및 세컨더리 (secondary) 얼라인먼트 시스템 (후술함) 에 의해 검출 가능한 사이즈를 갖는 2 차원 마크가 이용된다. 기준 마크 (M) 는 그 형상 (구성) 이 전술한 기준 마크 (FM) 와 상이할 수도 있지만, 본 실시형태에서는, 기준 마크 (M) 와 기준 마크 (FM) 는 동일한 구성을 가지고, 또한, 웨이퍼 (W) 의 얼라인먼트 마크와 동일한 구성을 가진다. 또한, 본 실시형태에서는, FD 바 (46) 의 표면, 및 계측 테이블 (MTB) (전술한 계측용 부재를 포함할 수도 있다) 의 표면도 각각 발액막 (발수막) 으로 덮힌다.
본 실시형태의 노광 장치 (100) 에서는, 도 1 에서는 도면의 복잡함을 회피하는 관점으로부터 도시가 생략되었지만, 실제로는, 도 3 에 도시한 바와 같이, 전술한 기준축 (LV) 상에서, 투영 광학계 (PL) 의 광축 (AL) 으로부터 -Y 측으로 소정 거리 떨어진 위치에 검출 중심을 갖는 프라이머리 얼라인먼트 시스템 (AL1) 이 배치된다. 프라이머리 얼라인먼트 시스템 (AL1) 은, 지지 부재 (54) 를 통해 메인 프레임 (미도시) 의 하면에 고정된다. 프라이머리 얼라인먼트 시스템 (AL1) 을 사이에 두고, X 축 방향의 일측과 타측에는, 직선 (LV) 에 관해 거의 대칭으로 검출 중심이 배치되는 세컨더리 얼라인먼트 시스템 (AL21, AL22, AL23, AL24) 이 각각 설치되어 있다. 즉, 5 개의 얼라인먼트 시스템 (AL1 및 AL21 내지 AL24) 은 그 검출 중심이 X 축 방향에 관해 상이한 위치로 배치되고, 즉, X 축 방향을 따라서 5 개의 얼라인먼트 시스템이 배치된다.
각 세컨더리 얼라인먼트 시스템 (AL2n (n = 1 내지 4)) 은, 세컨더리 얼라인먼트 시스템 (AL24) 에 의해 대표적으로 나타낸 바와 같이, 회전 중심 (O) 을 중심으로 하여 도 3 에서의 시계 방향 및 반시계 방향으로 소정 각도 범위로 회동 (回動) (turn) 할 수 있는 암 (56n (n = 1 내지 4)) 의 선단 (회동단 (turning end)) 에 고정된다. 본 실시형태에서는, 각 세컨더리 얼라인먼트 시스템 (AL2n) 의 일부 (예를 들어, 얼라인먼트 광을 검출 영역에 조사하고, 또한, 검출 영역 내의 대상 마크로부터 발생하는 광을 수광 소자로 유도하는 광학계를 적어도 포함) 가 암 (56n) 에 고정되고, 나머지 부분은 투영 유닛 (PU) 을 유지하는 메인 프레인에 설치된다. 세컨더리 얼라인먼트 시스템 (AL21, AL22, AL23, 및 AL24) 의 X 축 위치는 각각, 회전 중심 (O) 을 중심으로 하여 회동함으로써 조정된다. 즉, 세컨더리 얼라인먼트 시스템 (AL21, AL22, AL23, 및 AL24) 은 그 검출 영역 (또는 검출 중심) 이 독립적으로 X 축 방향으로 움직일 수 있다. 따라서, 프라이머리 얼라인먼트 시스템 (AL1) 및 세컨더리 얼라인먼트 시스템 (AL21, AL22, AL23, 및 AL24) 은 X 축 방향에 관해 그 검출 영역의 상대 위치가 조정 가능하다. 덧붙여 말하자면, 본 실시형태에서는, 암의 회동에 의해 세컨더리 얼라인먼트 시스템 (AL21, AL22, AL23, 및 AL24) 의 X 축 위치가 조정되는 것으로 하였다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고, 세컨더리 얼라인먼트 시스템 (AL21, AL22, AL23, 및 AL24) 을 X 축 방향으로 전후로 구동하는 구동 메커니즘 또한 설치할 수도 있다. 또한, 세컨더리 얼라인먼트 시스템 (AL21, AL22, AL23, 및 AL24) 의 적어도 하나는 X 축 방향만이 아니라 Y 축 방향으로도 움직일 수 있다. 또한, 각 세컨더리 얼라인먼트 시스템 (AL2n) 의 일부가 암 (56n) 에 의해 이동되기 때문에, 간섭계 또는 인코더 등과 같은 센서 (미도시) 에 의해 암 (56n) 에 고정되는 그 일부의 위치 정보를 계측가능하다. 그 센서는, 세컨더리 얼라인먼트 시스템 (AL2n) 의 X 축 방향의 위치 정보만을 계측할 수도 있거나, 다른 방향, 예를 들어, Y 축 방향 및/또는 회전 방향 (θx 및 θy 방향의 적어도 일방을 포함) 의 위치정보 또한 계측가능할 수도 있다.
각 암 (56n) 의 상면에는, 차동 배기형 에어 베어링으로 이루어지는 진공 패드 (58n (n = 1 내지 4)) (도 3 에는 미도시, 도 6 참조) 가 설치된다. 또한, 암 (56n) 은, 예를 들어, 모터 등을 포함하는 회전 구동 메커니즘 (60n (n = 1 내지 4)) (도 3 에는 미도시, 도 6 참조) 에 의해, 주제어 장치 (20) 의 지시에 응답하여 회동 가능하다. 주제어 장치 (20) 는, 암 (56n) 의 회전 조정 후에, 각 진공 패드 (58n) 를 작동시켜 각 암 (56n) 을 메인 프레임 (미도시) 에 흡착 고정한다. 따라서, 각 암 (56n) 의 회전 각도 조정 후의 상태, 즉, 프라이머리 얼라인먼트 시스템 (AL1) 과 4 개의 세컨더리 얼라인먼트 시스템 (AL21 내지 AL24) 사이의 소망의 위치 관계가 유지된다.
또한, 메인 프레임의 암 (56n) 에 대향하는 부분이 자성체인 경우에, 진공 패드 (58) 대신에 전자석을 또한 채용할 수도 있다.
본 실시형태에서는, 프라이머리 얼라인먼트 시스템 (AL1) 및 4 개의 세컨더리 얼라인먼트 시스템 (AL21 내지 AL24) 의 각각으로서, 예를 들어, 웨이퍼 상의 레지스트를 노광시키지 않고 광대역 검출 빔을 대상 마크에 조사하고, 그 대상 마크로부터의 반사광에 의해 수광면에 형성된 대상 마크의 이미지와 지표 (각 얼라인먼트 시스템 내에 설치된 지표판 상의 지표 패턴) (미도시) 의 이미지를 촬상 소자 (CCD 등) 를 이용하여 촬상하고, 그들의 촬상 신호를 출력하는 화상 처리 방식의 FIA (Field Image Alignment) 시스템이 이용된다. 프라이머리 얼라인먼트 시스템 (AL1) 및 4 개의 세컨더리 얼라인먼트 시스템 (AL21 내지 AL24) 의 각각으로부터의 촬상 신호는, 얼라인먼트 신호 처리 시스템 (미도시) 을 통해 도 6 의 주제어 장치 (20) 에 공급된다.
덧붙여 말하자면, 전술한 각 얼라인먼트 시스템으로서는 FIA 시스템에 한정되지 않고, 코히어런트 (coherent) 한 검출광을 대상 마크에 조사하고, 그 대상 마크로부터 발생하는 산란광 또는 회절광을 검출하거나, 그 대상 마크로부터 발생하는 2 개의 회절광 (예를 들어, 동일한 차수의 회절광, 또는 동일한 방향으로 회절하는 회절광) 을 간섭시켜 간섭광을 검출하는 얼라인먼트 센서를 필요에 따라 단독으로 또는 조합하여 이용하는 것 또한 물론 가능하다. 또한, 본 시시형태에서는, 5 개의 얼라인먼트 시스템 (AL1 및 AL21 내지 AL24) 은, 지지 부재 (54) 또는 암 (56n) 을 통해, 투영 유닛 (PU) 을 유지하는 메인 프레임의 하면에 고정되는 것으로 하였지만 본 발명은 이에 한정되지 않고, 예를 들어, 5 개의 얼라인먼트 시스템을 전술한 계측 프레임에 설치할 수도 있다.
다음으로, 웨이퍼 스테이지 (WST) 및 계측 스테이지 (MST) 의 위치 정보를 계측하는 간섭계 시스템 (118) (도 6 참조) 의 구성 등에 대해 설명한다.
간섭계 시스템 (118) 은, 도 2 에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 계측용의 Y 간섭계 (16), X 간섭계 (126, 127, 및 128), 및 Z 간섭계 (43A 및 43B) 그리고, 계측 스테이지 (MST) 의 위치 계측용의 Y 간섭계 (18) 및 X 간섭계 (130) 등을 포함한다. Y 간섭계 (16) 및 X 간섭계 (126, 127, 및 128) (도 1 에서는, X 간섭계 (126 내지 128) 는 미도시, 도 2 참조) 는, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 반사면 (17a 및 17b) 에 각각 계측빔을 조사하여, 각 빔의 반사광을 수광함으로써, 각 반사면의 기준 위치 (예를 들어, 투영 유닛 (PU) 측면에 고정 미러를 배치하고, 그 면을 기준면으로 이용한다) 로부터의 변위, 즉, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 XY 평면 내의 위치 정보를 계측하고, 그 계측한 위치 정보를 주제어 장치 (20) 에 공급한다. 본 실시형태에서는, 후술하는 바와 같이 각 간섭계로서는, 일부를 제외하고, 계측축을 다수 갖는 다축 간섭계가 이용된다.
한편, 스테이지 본체 (91) 의 -Y 측의 측면에는, 도 4(A) 및 도 4(B) 에 나타낸 바와 같이, X 축 방향을 길이 방향으로 하는 이동경 (41) 이, 카이너매틱 지지 메커니즘 (미도시) 을 통해 부착된다. 이동경 (41) 은 직방체 부재와, 그 직방체의 일면 (-Y 측의 면) 에 단단하게 고정된 한 쌍의 삼각 기둥 모양의 부재를 일체화한 것과 같이 보이는 부재로 이루어진다. 이동경 (41) 은, 도 2 로부터 알 수 있는 바와 같이, X 축 방향의 길이가 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 반사면 (17a) 보다도 적어도 2 개의 Z 간섭계 (후술함) 간의 간격만큼 더 길게 설계되어 있다.
이동경 (41) 의 -Y 측의 면에는 경면 가공이 실시되고, 도 4(B) 에 나타낸 바와 같이, 3 개의 반사면 (41b, 41a, 및 41c) 이 형성되어 있다. 반사면 (41a) 은 이동경 (41) 의 -Y 측의 단면의 일부를 구성하고, XZ 평면과 평행하게 그리고 X 축 방향으로 연장되어 있다. 반사면 (41b) 은, 반사면 (41a) 의 +Z 측 상에 인접하는 면을 구성하고, 반사면 (41a) 에 대해 둔각을 형성하며, X 축 방향으로 뻗어 있다. 반사면 (41c) 은, 반사면 (41a) 의 -Z 측 상에 인접하는 면을 구성하고, 반사면 (41a) 을 사이에 두고 반사면 (41b) 과 대칭으로 설치되어 있다.
이동경 (41) 에 대향하여, 그 이동경 (41) 에 계측빔을 조사하는, 한 쌍의 Z 간섭계 (43A 및 43B) 가 설치되어 있다 (도 1 및 도 2 참조).
Z 간섭계 (43A 및 43B) 는, 도 1 및 도 2 를 함께 보면 알 수 있듯이, Y 간섭계 (16) 의 X 축 방향의 일측과 타측으로 거의 동일 거리로 떨어져, Y 간섭계 (16) 보다 약간 더 낮은 위치에 각각 배치되어 있다.
간섭계 (43A 및 43B) 각각으로부터, 도 1 에 나타낸 바와 같이, Y 축 방향을 따라 계측빔 (B1) 이 반사면 (41b) 을 향해 조사되고, 또한, Y 축 방향을 따라 계측빔 (B2) 이 반사면 (41c) (도 4(B) 참조) 을 향해 조사된다. 본 실시형태에서는, 반사면 (41b) 및 반사면 (41c) 에서 순차적으로 반사된 계측빔 (B1) 과 직교하는 반사면을 갖는 고정경 (47B), 및 반사면 (41c) 및 반사면 (41b) 에서 순차적으로 반사된 계측빔 (B2) 과 직교하는 반사면을 갖는 고정경 (47A) 이, 이동경 (41) 으로부터 -Y 방향으로 소정 거리 떨어진 위치에, 계측빔 (B1 및 B2) 과 간섭하지 않는 상태로, 각각 X 축 방향으로 연장되어 설치되어 있다.
고정경 (47A 및 47B) 은, 예를 들어, 투영 유닛 (PU) 을 지지하는 프레임 (미도시) 에 설치된 동일한 지지체 (미도시) 에 의해 지지된다.
간섭계 (16) 는, 도 8 (및 도 2) 에 나타낸 바와 같이, 전술한 기준축 (LV) 으로부터 동일 거리만큼 -X 측 및 +X 측으로 떨어진 Y 축 방향의 계측축을 따라 계측빔 (B41 및 B42) 을 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 반사면 (17a) 에 조사하고, 각각의 계측빔의 반사광을 수광함으로써, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 계측빔 (B41 및 B42) 의 조사점에서의 Y 축 방향의 위치 (Y 위치) 를 검출한다. 덧붙여 말하자면, 도 1 에서는, 계측빔 (B41 및 B42) 이 대표적으로 계측 빔 (B4) 으로서 나타내어져 있다.
또한, Y 간섭계 (16) 는, 계측빔 (B41 및 B42) 과의 사이에 Z 축 방향으로 소정 간격을 두고 Y 축 방향의 계측 축을 따라 계측빔 (B3) 을 반사면 (41a) 을 향해 조사하고, 반사면 (41a) 에서 반사된 계측 빔 (B3) 을 수광함으로써, 이동경 (41) 의 반사면 (41a) (즉, 웨이퍼 스테이지 (WST)) 의 Y 위치를 검출한다.
주제어 장치 (20) 는, Y 간섭계 (16) 의 계측빔 (B41 및 B42) 에 대응하는 계측축의 계측치의 평균치에 기초하여 반사면 (17a), 즉, 웨이퍼 테이블 (WTB) (웨이퍼 스테이지 (WST)) 의 Y 위치 (보다 정확하게는 Y 축 방향의 변위 ΔY) 를 산출한다. 또한, 주제어 장치 (20) 는, 계측빔 (B41 및 B42) 에 대응하는 계측축의 계측치들 간의 차이로부터, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 Z 축 주위로의 회전 방향 (θz 방향) 의 변위 (요잉 (yawing) 량) Δθz (Y) 을 산출한다. 또한, 주제어 장치 (20) 는, 반사면 (17a) 및 반사면 (41a) 의 Y 위치 (Y 축 방향의 변위 ΔY) 에 기초하여, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 θx 방향의 변위 (피칭량) Δθx 를 산출한다.
또한, X 간섭계 (126) 는, 도 8 및 도 2 에 나타낸 바와 같이, 투영 광학계 (PL) 의 광축을 통과하는 X 축 방향의 직선 (기준축) (LH) 으로부터 동일 거리 떨어진 2 축의 계측축을 따라 계측빔 (B51 및 B52) 을 웨이퍼 테이블 (WTB) 에 조사한다. 주제어 장치 (20) 는, 계측빔 (B51 및 B52) 에 대응하는 계측축의 계측치에 기초하여, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 X 축 방향의 위치 (X 위치, 보다 정확하게는, X 축 방향의 변위 ΔX) 를 산출한다. 또한, 주제어 장치 (20) 는, 계측빔 (B51 및 B52) 에 대응하는 계측 축의 계측치들 간의 차이로부터, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 θz 방향의 변위 (요잉량) Δθz (X) 를 산출한다. 또한, X 간섭계 (126) 로부터 얻어진 Δθz (X) 와 Y 간섭계 (16) 로부터 얻어진 Δθz (Y) 는 서로 동일하고, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 θz 방향으로의 변위 (요잉) Δθz 를 대표한다.
또한, 도 9 및 도 10 등에 나타낸 바와 같이, X 간섭계 (128) 로부터 방출된 계측빔 (B7) 이, 웨이퍼 테이블 (WTB) 상의 웨이퍼의 언로드가 행해지는 언로딩 포지션 (UP) 과, 웨이퍼 테이블 (WTB) 상으로의 웨이퍼 로드가 행해지는 로딩 포지션 (LP) 을 연결하는, X 축 방향에 평행한 직선 (LUL) 을 따라, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 반사면 (17b) 에 조사된다. 또한, 도 11 및 도 12 에 나타낸 바와 같이, X 간섭계 (127) 로부터 방출된 계측빔 (B6) 이, 프라이머리 얼라인먼트 시스템 (AL1) 의 검출 중심을 통과하는 X 축에 평행한 직선 (기준축) (LA) 을 따라, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 반사면 (17b) 에 조사된다.
주제어 장치 (20) 는, X 간섭계 (127) 의 계측치, 및 X 간섭계 (128) 의 (B7) 의 계측치로부터, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 X 축 방향의 변위 ΔX 를 구할 수 있다. 하지만, 3 개의 X 간섭계 (126, 127, 및 128) 의 배치가 Y 축 방향으로 상이하고, 따라서, X 간섭계 (126) 는 도 8 에 나타낸 노광 시에 이용되고, X 간섭계 (127) 는 도 12 에 나타낸 웨이퍼 얼라인먼트 시에 이용되며, X 간섭계 (128) 는 도 10 에 나타낸 웨이퍼 로드 시 및 도 9 에 나타낸 웨이퍼 언로드 시에 이용된다.
도 1 에 나타낸 바와 같이, 간섭계 (43A 및 43B) 각각으로부터, Y 축을 따른 계측빔 (B1 및 B2) 이 이동경 (41) 을 향하여 각각 조사된다. 이들 계측빔 (B1 및 B2) 은, 이동경 (41) 의 반사면 (41b 및 41c) 으로 소정의 입사각 (이 각은 θ/2 이 될 것이다) 으로 각각 입사한다. 그 다음, 계측빔 (B1) 은 반사면 (41b 및 41c) 에서 순차 반사되어 고정경 (47B) 의 반사면에 수직으로 입사하는 반면, 계측빔 (B2) 은 반사면 (41c 및 41b) 에서 순차 반사되어 고정경 (47A) 의 반사면에 수직으로 입사한다. 그 다음, 고정경 (47A 및 47B) 의 반사면에서 반사된 계측빔 (B2 및 B1) 은 다시 반사면 (41b 및 41c) 에서 순차 반사되거나, 다시 반사면 (41c 및 41b) 에서 순차 반사되어 (즉, 입사빔이 통과한 광로의 역방향으로 돌아가) Z 간섭계 (43A 및 43B) 에 의해 수광된다.
여기서, 이동경 (41) (즉, 웨이퍼 스테이지 (WST)) 의 Z 축 방향으로의 변위를 ΔZ0, Y 축 방향으로의 변위를 ΔY0 로 하면, 계측빔 (B1) 의 광로 길이 변화 ΔL1 및 계측빔 (B2) 의 광로 길이 변화 ΔL2 는 각각 아래 식 (1) 및 (2) 로 표현된다.
Figure pct00001
따라서, 식 (1) 및 (2) 로부터, ΔZ0 및 ΔY0 는 다음 식 (3) 및 (4) 에 의해 구해진다.
Figure pct00002
변위 ΔZ0 및 ΔY0 는, Z 간섭계 (43A 및 43B) 의 각각에 의해 구해진다. 따라서, Z 간섭계 (43A) 를 이용하여 구해지는 변위를 ΔZ0R 및 ΔY0R 로 하고, Z 간섭계 (43B) 를 이용하여 구해지는 변위를 ΔZ0L 및 ΔY0L 로 한다. 그 다음, Z 간섭계 (43A 및43B) 각각의 계측빔들 (B1 및 B2) 사이의 X 축 방향으로의 거리를 D 라고 가정한다 (도 2 참조). 이러한 가정 하에서, 이동경 (41) (즉, 웨이퍼 스테이지 (WST)) 의 θz 방향으로의 변위 (요잉량) Δθz, θy 방향으로의 변위 (롤링량) Δθy는 다음 식 (5) 및 (6) 에 의해 구해진다.
Figure pct00003
따라서, 주제어 장치 (20) 는, 상기 식 (3) 내지 (6) 을 이용함으로써, Z 간섭계 (43A 및 43B) 의 계측 결과에 기초하여, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 4 자유도의 변위, 즉, ΔZ0, ΔY0, Δθz,Δθy 를 산출할 수 있다.
이와 같이 주제어 장치 (20) 는, 간섭계 시스템 (118) 의 계측 결과로부터 6 자유도 방향 (Z, X, Y, θz, θx, 및 θy 방향) 에 관한 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 변위를 구할 수 있다.
덧붙여 말하자면, 본 실시형태에서는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 가, 스테이지 본체 (91) 및 스테이지 본체 (91) 상에 재치된 웨이퍼 테이블 (WTB) 을 포함하는 6 자유도의 방향으로 구동가능한 단일의 스테이지에 의해 구성되는 경우를 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고, XY 평면 내에서 자유롭게 이동가능한 스테이지 본체 (91) 와, 그 스테이지 본체에 대해 적어도 Z 축 방향, θx 방향, 및 θy 방향으로 상대적으로 미소 구동 가능한 웨이퍼 테이블을 포함하여 구성될 수도 있다. 또한, 반사면 (17a) 및 반사면 (17b) 대신에, 웨이퍼 테이블 (WTB) 에 평면 미러로 이루어지는 이동경을 배치할 수도 있다. 또한, 투영 유닛 (PU) 에 설치된 고정 미러의 반사면을 기준면으로 하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 정보를 계측하는 것으로 하였지만, 그 기준면을 배치하는 위치는 투영 유닛 (PU) 에 한정되는 것은 아니고, 반드시 고정 미러를 이용하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 정보를 계측할 필요는 없다.
하지만, 본 실시형태에서는, 웨이퍼 스테이지 (WST) (웨이퍼 테이블 (WTB)) 의 위치 제어를 위한 XY 평면 내의 위치 정보 (θz 방향의 회전 정보를 포함) 는 주로 인코더 시스템 (후술함) 에 의해 계측되고, 간섭계 (16, 126, 및 127) 의 계측치는 그 인코더 시스템의 계측치의 장기적 변동 (예를 들어, 스케일의 시간 경과로 인한 변형 등에 의한) 을 보정 (교정) 하는 경우 등에 보조적으로 이용된다.
또한, 간섭계 시스템 (118) 의 적어도 일부 (예를 들어, 광학계 등) 가 투영 유닛 (PU) 을 유지하는 메인 프레임에 설치되거나, 전술한 바와 같이 매달려 지지되는 투영 유닛 (PU) 과 일체로 설치될 수도 있지만, 본 실시형태에서는, 간섭계 시스템 (118) 은 전술한 계측 프레임에 설치되는 것으로 한다.
또한, 본 실시형태에서는, 간섭계 시스템 (118) 에 의해 계측되는 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 정보가, 후술하는 노광 동작이나 얼라인먼트 동작에서는 이용되지 아니하고, 주로 인코더 시스템의 캘리브레이션 동작 (즉, 계측치의 교정) 에 이용되는 것으로 하였지만, 간섭계 시스템 (118) 의 계측 정보 (즉, 6 자유도의 방향의 위치 정보 중 적어도 하나) 를, 예를 들어, 노광 동작 및/또는 얼라인먼트 동작 등에서 이용할 수도 있다. 또한, 간섭계 시스템 (118) 을 인코더 시스템의 백업으로서 사용하는 것 또한 고려될 수 있으며, 이에 대해서는 후술하기로 한다. 본 실시형태에서는, 인코더 시스템은 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 3 자유도 방향, 즉, X 축, Y 축, 및 θz 방향의 위치 정보를 계측한다. 따라서, 노광 동작 등에 있어서, 간섭계 시스템 (118) 의 계측 정보 중, 인코더 시스템에 의한 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 정보 중 계측 방향 (X 축, Y 축, 및 θz 방향) 과 상이한 방향에 관한 위치 정보만을, 예를 들어, Z 축 방향, θx 방향 및 θy 방향 중 적어도 하나의 방향에 관한 위치 정보만을 이용할 수도 있고, 또는 그 상이한 방향의 위치 정보에 추가하여, 인코더 시스템의 계측 방향과 동일한 방향 (즉, X 축, Y 축, 및 θz 방향 중 적어도 하나) 에 관한 위치 정보를 이용할 수도 있다. 또한, 노광 동작 등에 있어서 간섭계 시스템 (118) 을 이용하여 계측되는 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 Z 방향의 위치 정보를 이용할 수도 있다.
그 외, 간섭계 시스템 (118) (도 6 참조) 에는, 계측 테이블 (MTB) 의 2 차원 위치 좌표를 계측하기 위해 이용되는 Y 간섭계 (18) 및 X 간섭계 (130) 도 포함되어 있다. Y 간섭계 (18) 및 X 간섭계 (130) (도 1 에서는 X 간섭계 미도시, 도 2 참조) 는 도 2 에 나타낸 바와 같이, 반사면 (19a 및 19b) 에 계측빔을 조사하여, 각각의 계측빔의 반사광을 수광함으로써 각 반사면의 기준 위치로부터의 변위를 계측한다. 주제어 장치 (20) 는, Y 간섭계 (18) 및 X 간섭계 (130) 의 계측치를 수신하고, 계측 스테이지 (MST) 의 위치 정보 (예를 들어, 적어도 X 축 방향 및 Y 축 방향의 위치 정보와 θz 방향의 회전 정보를 포함) 를 산출한다.
덧붙여 말하자면, 계측 테이블 (MTB) 용의 Y 간섭계로서, 웨이퍼 테이블 (WTB) 용의 Y 간섭계 (16) 와 유사한 다축 간섭계를 이용할 수도 있다. 또한, 계측 테이블 (MTB) 용의 X 간섭계로서, 웨이퍼 테이블 (WTB) 용의 X 간섭계 (126) 와 유사한 2 축 간섭계를 이용할 수도 있다. 또한, 계측 스테이지 (MST) 의 Z 변위, Y 변위, 요잉량, 및 롤링 (rolling) 량을 계측하기 위해, 웨이퍼 테이블 (WTB) 용의 Z 간섭계 (43A 및 43B) 와 유사한 간섭계를 도입할 수 있다.
다음으로, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 XY 평면 내의 위치 정보 (θz 방향의 위치 정보를 포함) 를 계측하는 인코더 시스템 (150) (도 6 참조) 의 구성 등에 대해 설명한다.
본 실시형태의 노광 장치 (100) 에서는, 도 3 에 나타낸 바와 같이, 전술한 노즐 유닛 (32) 의 주위를 둘러싼 상태로, 인코더 시스템 (150) 의 4 개의 헤드 유닛 (62A 내지 62D) 이 배치된다. 헤드 유닛 (62A 내지 62D) 은, 도 3 등에서는 도면의 복잡합을 피하기 위해 도시가 생략되었지만, 실제로는 지지 부재를 통해 전술한 투영 유닛 (PU) 을 유지하는 메인 프레임에 매달린 상태로 고정되어 있다.
헤드 유닛 (62A 및 62C) 은, 도 3 에 나타낸 바와 같이, 투영 유닛 (PU) 의 +X 측 및 -X 측에 X 축 방향을 길이 방향으로 하여 각각 배치되어 있다. 헤드 유닛 (62A 및 62C) 은 X 축 방향으로 간격 WD 로 배치된 복수 (본 경우에는 5 개) 의 Y 헤드 (651 내지 655 및 641 내지 645) 를 각각 구비하고 있다. 보다 상세하게는, 헤드 유닛 (62A 및 62C) 은 각각 투영 유닛 (PU) 의 주변을 제외하고, 전술한 기준축 (LH) 상에 간격 WD 로 배치된 복수 (본 경우에는 4 개) 의 Y 헤드 (652 내지 655 또는 641 내지 644) 와, 투영 유닛 (PU) 의 주변 상에 기준축 (LH) 으로부터 -Y 방향으로 소정 거리 떨어진 위치, 즉, 노즐 유닛 (32) 의 -Y 측의 위치에 배치된 하나의 Y 헤드 (651 또는 645) 를 구비하고 있다. 헤드 유닛 (62A 및 62C) 은, 3 개의 Z 헤드 (후술함) 또한 각각 구비하고 있다. 이하에서는, 필요에 따라, Y 헤드 (651 내지 655 또는 641 내지 645) 를 각각 Y 헤드 (65 또는 64) 로도 기술할 것이다.
헤드 유닛 (62A) 은 전술한 Y 스케일 (39Y1) 을 이용하여 웨이퍼 스테이지 (WST) (웨이퍼 테이블 (WTB)) 의 Y 축 방향의 위치 (Y 위치) 를 계측하는 다중-렌즈 (본 경우에서는 5-렌즈) 의 Y 리니어 인코더 (이하 필요에 따라 "Y 인코더" 또는 "인코더" 로 약칭한다) (70A) (도 6 참조) 를 구성한다. 마찬가지로, 헤드 유닛 (62C) 은 전술한 Y 스케일 (39Y2) 을 이용하여 웨이퍼 스테이지 (WST) (웨이퍼 테이블 (WTB)) 의 Y 위치를 계측하는 다중-렌즈 (본 경우에는 5-렌즈) 의 Y 리니어 인코더 (70C) (도 6 참조) 를 구성한다. 이 경우, 헤드 유닛 (62A 및 62C) 에 구비된 5 개의 Y 헤드 (64 또는 65) (즉, 계측빔) 사이의 X 축 방향의 간격 WD 는, 전술한 Y 스케일 (39Y1 및 39Y2) 의 X 축 방향의 폭 (보다 정확하게는 격자선 (38) 의 길이) 보다 약간 좁게 설정된다.
헤드 유닛 (62B) 은, 도 3 에 나타낸 바와 같이, 노즐 유닛 (32) (투영 유닛 (PU)) 의 +Y 측에 배치되고, 전술한 기준축 (LV) 상에 Y 축 방향을 따라 간격 WD 로 배치된 복수 (이 경우에는 4 개) 의 X 헤드 (665 내지 668) 를 구비하고 있다. 또한, 헤드 유닛 (62D) 은 노즐 유닛 (32) (투영 유닛 (PU)) 을 사이에 개재시켜 유닛 (62B) 과는 반대측의 프라이머리 얼라인먼트 시스템 (AL1) 의 -Y 측에 배치되고, 전술한 기준축 (LV) 상에 간격 WD 로 배치된 복수 (이 경우에는 4 개) 의 X 헤드 (661 내지 664) 를 구비하고 있다. 이하에서는, 필요에 따라 X 헤드 (661 내지 668) 를 X 헤드 (66) 로도 기술한다.
헤드 유닛 (62B) 은 전술한 X 스케일 (39X1) 을 이용하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 X 축 방향의 위치 (X 위치) 를 계측하는 다중-렌즈 (본 경우에서는 4-렌즈) 의 X 리니어 인코더 (이하 필요에 따라 "X 인코더" 또는 "인코더" 로 약칭한다) (70B) (도 6 참조) 를 구성한다. 또한, 헤드 유닛 (62D) 은 전술한 X 스케일 (39X2) 을 이용하여 웨이퍼 스테이지 (WST) (웨이퍼 테이블 (WTB)) 의 X 위치를 계측하는 다중-렌즈 (본 경우에는 4-렌즈) 의 Y 리니어 인코더 (70D) (도 6 참조) 를 구성한다.
이 경우, 헤드 유닛 (62B 및 62D) 의 각각에 구비된 인접하는 X 헤드들 (66) (즉, 계측빔들) 간의 간격은, 전술한 X 스케일 (39X1 및 39X2) 의 Y 축 방향의 폭 (보다 정확하게는, 격자선 (37) 의 길이) 보다도 짧게 설정되어 있다. 또한, 헤드 유닛 (62B) 의 가장 -Y 측에 위치한 X 헤드 (66) 와 헤드 유닛 (62D) 의 가장 +Y 측에 위치한 X 헤드 (66) 사이의 간격은, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 Y 축 방향의 이동에 따라 그 2 개의 X 헤드 사이에 전환 (후술하는 연결 (linkage)) 이 가능하게 되도록, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 Y 축 방향의 폭보다도 약간 좁게 설정되어 있다.
본 실시형태에서는 또한, 헤드 유닛 (62A 및 62C) 의 -Y 측 상에서 소정 거리 떨어져 헤드 유닛 (62F 및 62E) 이 각각 배치되어 있다. 헤드 유닛 (62E 및 62F) 은 도 3 등에서는 도면의 복잡함을 피하기 위해 도시가 생략되어 있지만, 실제로는, 지지 부재를 통해 투영 유닛 (PU) 을 유지하는 전술한 메인 프레임에 매달린 상태로 고정되어 있다. 또한, 헤드 유닛 (62E 및 62F) 및 전술한 헤드 유닛 (62A 내지 62D) 은, 예를 들어, 투영 유닛 (PU) 이 매달려 지지되는 경우에는, 투영 유닛 (PU) 과 일체로 매달려 지지될 수도 있고, 또는, 전술한 계측 프레임에 설치될 수도 있다.
헤드 유닛 (62E) 은 X 축 방향의 위치가 상이한 4 개의 Y 헤드 (671 내지 674) 를 구비하고 있다. 보다 상세하게는, 헤드 유닛 (62E) 은, 세컨더리 얼라인먼트 시스템 (AL21) 의 -X 측 상에 전술한 기준축 (LA) 상에 전술한 간격 WD 와 거의 동일한 간격으로 배치된 3 개의 Y 헤드 (671 내지 673) 와, 가장 내측 (+X 측) 의 Y 헤드 (673) 로부터 +X 측으로 소정 거리 (WD 보다 약간 짧은 거리) 떨어지고 또한 기준축 (LA) 으로부터 +Y 측으로 소정 거리 떨어진 세컨더리 얼라인먼트 시스템 (AL21) 의 +Y 측 상의 위치에 배치된 하나의 Y 헤드 (674) 를 구비하고 있다.
헤드 유닛 (62F) 은 기준축 (LV) 에 관하여 헤드 유닛 (62E) 과 대칭이고, 상기 4 개의 Y 헤드 (671 내지 674) 와 기준축 (LV) 에 관하여 대칭으로 배치된 4 개의 Y 헤드 (681 내지 684) 를 구비하고 있다. 이하에서는, 필요에 따라 Y 헤드 (671 내지 674 또는 681 내지 684) 를 각각 Y 헤드 (67 또는 68) 로도 기술한다. (후술하는) 얼라인먼트 동작 시 등의 경우에는, Y 스케일 (39Y2 및 39Y1) 에 Y 헤드 (67 및 68) 가 적어도 각 하나가 각각 대향하고, 그 Y 헤드 (67 및 68) (즉, 이들 Y 헤드 (67 및 68) 에 의해 구성되는 Y 인코더 (70E 및 70F) (도 6 참조)) 에 의해 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 Y 위치 (및 θz 회전) 가 계측된다.
또한 본 실시형태에서는, (후술하는) 세컨더리 얼라인먼트 시스템 (AL21) 의 베이스 라인 계측 시 (Sec-BCHK (인터벌)) 등에, 세컨더리 얼라인먼트 시스템 (AL21 및 AL24) 에 X 축 방향으로 인접하는 Y 헤드 (673 및 682) 가, FD 바 (46) 의 한 쌍의 기준 격자 (52) 와 각각 대향하고, 그 한 쌍의 기준 격자 (52) 와 대향하는 Y 헤드 (673 및 682) 에 의해 FD 바 (46) 의 Y 위치가 각각의 기준 격자 (52) 의 위치에서 계측된다. 이하에서는, 한 쌍의 기준 격자 (52) 에 각각 대향하는 Y 헤드 (673 및 682) 에 의해 구성되는 인코더를 Y 리니어 인코더 (필요에 따라 간단하게 "Y 인코더" 또는 "인코더" 라고도 칭한다) (70E2 및 70F2) 라 칭한다. 또한 식별을 위해, Y 스케일 (39Y2 및 39Y1) 에 각각 대향하는 Y 헤드 (67 및 68) 에 의해 구성되는 Y 인코더 (70E 및 70F) 를 Y 인코더 (70E1 및 70F1) 라 칭한다.
전술한 인코더 (70A 내지 70F) 는, 예를 들어, 0.1nm 정도의 분해능으로 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표를 계측하고, 그 계측치를 주제어 장치 (20) 에 공급한다. 주제어 장치 (20) 는 리니어 인코더 (70A 내지 70D) 중 3 개의 계측치, 또는, 인코더 (70B, 70D, 70E1, 및 70F1) 중 3 개의 계측치에 기초하여 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 XY 평면 내의 위치를 제어하고, 또한, 리니어 인코더 (70E1 및 70F2) 의 계측치에 기초하여 FD 바 (46) 의 θz 방향의 회전을 제어한다. 또한, 리니어 인코더의 구성 등에 대해서는 더 자세히 후술할 것이다.
본 실시형태의 노광 장치 (100) 에서는, 도 3 에 나타낸 바와 같이, 조사계 (irradiation system; 90a) 및 광검출계 (90b) 로 이루어지는, 예를 들어, 미국 특허 제 5,448,332 호 등에 개시되어 있는 것과 유사한 구성의 경사 입사 방식의 다점 초점 위치 검출계 (이하, "다점 AF계" 로 약칭한다) 가 설치되어 있다. 본 실시형태에서는, 일예로서, 전술한 헤드 유닛 (62E) 의 -X 단부의 +Y 측에 조사계 (90a) 가 배치되고, 이 조사계 (90a) 에 대향하는 상태로 전술한 헤드 유닛 (62F) 의 +X 단부의 +Y 측에 광검출계 (90b) 가 배치되어 있다.
다점 AF계 (90a 및 90b) 의 복수의 검출점은 피검출면 상에서 X 축 방향을 따라 소정 간격으로 배치된다. 본 실시형태에서는, 복수의 검출점은, 예를 들어, 1 행 M 열 (M 은 검출점의 총수) 또는 2 행 N 열 (N 은 검출점의 총수의 1/2) 의 매트릭스 배열로 배치된다. 도 3 에서, 각각 검출 빔이 조사되는 복수의 검출점이 개별적으로 도시되지는 않았지만, 조사계 (90a) 와 광검출계 (90b) 사이에서 X 축 방향으로 연장하는 가늘고 긴 검출 영역 (빔 영역) (AF) 으로서 도시되어 있다. 이 검출 영역 (AF) 의 X 축 방향의 길이가 웨이퍼 (W) 의 직경과 동일한 정도로 설정되어 있기 때문에, 웨이퍼 (W) 를 Y 축 방향으로 1 회 스캔하는 것만으로 웨이퍼 (W) 의 전면에 걸쳐 Z 축 방향의 위치 정보 (면위치 정보) 를 계측할 수 있다. 또한, 이 검출 영역 (AF) 은 Y 축 방향에 관하여 액침 영역 (14) (노광 영역 (IA)) 과 얼라인먼트 시스템 (AL1 및 AL21 내지 AL24) 의 검출 영역과의 사이에 배치되어 있기 때문에, 다점 AF계와 얼라인먼트 시스템의 검출 동작을 병행하여 수행할 수 있다. 다점 AF계는 투영 유닛 (PU) 을 유지하는 메인 프레임 등에 설치될 수도 있지만, 본 실시형태에서는 전술한 계측 프레임 상에 설치되는 것으로 하였다.
덧붙여 말하자면, 복수의 검출점은 1 행 M 열 또는 2 행 N 열로 배치되는 것으로 하였지만, 행수 및/또는 열수는 이에 한정되는 것은 아니다. 하지만, 행수가 2 이상인 경우는 상이한 행들 사이에서 검출점의 X 축 방향의 위치를 상이하게 하는 것이 바람직하다. 또한, 복수의 검출점은 X 축 방향을 따라 배치되는 것으로 하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 복수의 검출점의 전부 또는 일부를 Y 축 방향에 관하여 상이한 위치에 배치할 수도 있다. 예를 들어, X 축 및 Y 축의 양방과 교차하는 방향을 따라 복수의 검출점을 배치할 수도 있다. 즉, 복수의 검출점은 적어도 X 축 방향에 관하여 위치가 상이하게 되기만 하면 된다. 또한, 본 실시형태에서는 복수의 검출점에 검출 빔을 조사하는 것으로 하였지만, 예를 들어, 검출 영역 (AF) 의 전역에 검출 빔을 조사할 수도 있다. 또한, 검출 영역 (AF) 의 X 축 방향의 길이가 웨이퍼 (W) 의 직경과 동일한 정도로 되지 않아도 된다.
다점 AF계 (90a, 90b) 의 복수의 검출점 중 양단에 위치하는 검출점의 근방, 즉, 검출 영역 (AF) 의 양단부 근방에, 기준축 (LV) 에 관하여 대칭으로 배치되어 각 한 쌍의 Z 위치 계측용의 면위치 센서의 헤드 (이하, "Z 헤드" 라 약칭한다) (72a 및 72b, 그리고 72c 및 72d) 가 설치되어 있다. Z 헤드 (72a 내지 72d) 는 메인 프레임 (미도시) 의 하면에 고정되어 있다. 또한, Z 헤드 (72a 내지 72d) 는 전술한 계측 프레임 등에 설치될 수도 있다.
Z 헤드 (72a 내지 72d) 로서는, 웨이퍼 테이블 (WTB) 에 대해 상방으로부터 광을 조사하고 그 반사광을 수광하여 그 광의 조사점에서의 웨이퍼 테이블 (WTB) 표면의 XY 평면에 직교하는 Z 축 방향의 위치 정보를 계측하는 센서 헤드, 일예로서, CD 드라이브 장치에 이용되는 광 픽업 (optical pickup) 과 같은 구성의 광학식 변위 센서의 헤드 (광학 픽업 방식의 센서 헤드) 가 이용되고 있다.
본 실시형태에서는, 각 Z 헤드로서, 인코더에서와 같이, Y 스케일 (39Y1, 39Y2) 등의 회절 격자면을 상방 (+Z 방향) 으로부터 관찰하는 구성이 채용된다. 따라서, 복수의 Z 헤드로 상이한 위치에서 웨이퍼 테이블 (WTB) 상면의 면위치 정보를 계측함으로써, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 Z 축 방향의 위치와 적어도 θy 회전 (롤링) 을 계측할 수 있다.
또한, 전술한 헤드 유닛 (62A 및 62C) 은, 각각이 구비하는 Y 헤드 (65j (j = 3 ~ 5)) 및 64i (i = 1 ~ 3) 와 동일한 X 위치에, Y 위치가 시프트되어, 3 개의 Z 헤드 (76j (j = 3 ~ 5)) 및 3 개의 Z 헤드 (74i (i = 1 ~ 3)) 를 각각 구비하고 있다. 이 경우, 헤드 유닛 (62A 및 62C) 의 각각에 속하는 3 개의 Z 헤드 (76j 및 74i) 는, 기준축 (LH) 으로부터 +Y 방향으로 소정 거리 이격되어 기준축 (LH) 과 평행하게 배치되고, 또한, 서로 기준축 (LV) 에 관해 대칭으로 배치되어 있다. 또한, 각 Z 헤드 (76j 및 74i) 로서는, 전술한 Z 헤드 (72a 내지 72d) 와 유사한 광학식 변위 센서 헤드가 채용된다.
이 경우, Z 헤드 (743) 는, 전술한 Z 헤드 (72a 및 72b) 와 동일하게, Y 축에 평행한 직선 상에 있다. 유사하게, Z 헤드 (763) 는, 전술한 Z 헤드 (72c 및 72d) 와 동일하게, Y 축에 평행한 직선 상에 있다.
Z 헤드 (72a 내지 72d), Z 헤드 (741 내지 743), 및 Z 헤드 (763 내지 765) 는, 도 6 에 나타낸 바와 같이, 신호 처리/선택 장치 (170) 를 통해 주제어 장치 (20) 에 접속되어 있고, 주제어 장치 (20) 는, 신호 처리/선택 장치 (170) 를 통해 Z 헤드 (72a 내지 72d), Z 헤드 (741 내지 743), 및 Z 헤드 (763 내지 765) 중에서 임의의 Z 헤드를 선택하여 작동 상태로 하여, 그 작동 상태로 한 Z 헤드로 검출한 면위치 정보를 신호 처리/선택 장치 (170) 를 통해 수신한다. 본 실시형태에서는, Z 헤드 (72a 내지 72d), Z 헤드 (741 내지 743), 및 Z 헤드 (763 내지 765) 와, 신호 처리/선택 장치 (170) 를 포함하여, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 Z 축 방향 및 XY 평면에 대한 경사 방향의 위치 정보를 계측하는 면위치 계측 시스템 (180) (계측 시스템 (200) 의 일부) 이 구성되어 있다.
또한, 도 3 에서는, 계측 스테이지 (MST) 의 도시가 생략되어 있고, 그 계측 스테이지 (MST) 와 선단 렌즈 (191) 사이의 공간에 유지되는 물 (Lq) 로 형성되는 액침 영역이 부호 14 로 도시되어 있다. 또한, 도 3 에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태에서는, 언로딩 포지션 (UP) 과 로딩 포지션 (LP) 은, 기준축 (LV) 에 관해 대칭으로 설정되어 있다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 언로딩 포지션 (UP) 과 로딩 포지션 (LP) 을 동일한 위치로 할 수도 있다.
도 6 에는, 노광 장치 (100) 의 제어계의 주요한 구성이 도시되어 있다. 그 제어계는, 장치 전체를 총괄적으로 제어하는 마이크로컴퓨터 (또는 워크스테이션) 로 이루어지는 주제어 장치 (20) 를 중심으로 하여 구성되어 있다. 이 주제어 장치 (20) 에 접속된 외부 기억 장치인 메모리 (34) 에는, 간섭계 시스템 (118), 인코더 시스템 (150) (인코더 (70A 내지 70F)), Z 헤드 (72a 내지 72d, 741 내지 743, 763 내지 765) 등과 같은 계측기 시스템의 보정 정보가 기억되어 있다. 또한, 도 6 에서는, 전술한 조도 불균일 계측 센서 (94), 공간 이미지 계측기 (96), 및 파면 수차 계측기 (98) 등의 계측 스테이지 (MST) 에 설치된 각종 센서가, 집합적으로 센서군 (99) 으로서 도시되어 있다.
다음으로, 인코더 (70A 내지 70F) 의 구성 등에 대해, 도 7(A) 에 확대하여 도시된 Y 인코더 (70C) 에 대표적으로 초점을 맞춰 설명한다. 도 7(A) 에는, Y 스케일 (39Y2) 에 검출광 (계측빔) 을 조사하는 헤드 유닛 (62C) 중 하나의 Y 헤드 (64) 가 도시되어 있다.
Y 헤드 (64) 는 크게, 조사계 (64a), 광학계 (64b), 및 광검출계 (64c) 의 3 부분으로 이루어진다.
조사계 (64a) 는, 레이저 빔 (LB) 을 Y 축 및 Z 축에 대해 45°각도를 이루는 방향으로 사출하는 광원, 예를 들어, 반도체 레이저 (LD) 와, 그 반도체 레이저 (LD) 로부터 사출되는 레이저빔 (LB) 의 광로 상에 배치된 렌즈 (L1) 를 포함한다.
광학계 (64b) 는, 그 분리면이 XZ 평면과 평행한 편광 빔 스플릿터 (PBS), 한 쌍의 반사 미러 (R1a 및 R1b), 렌즈 (L2a 및 L2b), 1/4 파장판 (이하 λ/4 판이라 칭한다) (WP1a 및 WP1b), 및 반사 미러 (R2a 및 R2b) 등을 구비하고 있다. 이 경우, 편광 빔 스플릿터 (PBS) 의 분리면을 기준으로 하여, 반사 미러 (R1a) 와 대칭인 위치에 반사 미러 (R1b) 가 배치되어 있다. 마찬가지로, 수렴 렌즈 (converging lens; L2a 및 L2b), λ/4 판 (WP1a 및 WP1b), 및 반사 미러 (R2a 및 R2b) 도, 편광 빔 스플릿터 (PBS) 의 분리면을 기준으로 하여 서로 대칭인 위치에 배치되어 있다.
광검출계 (64c) 는, 편광자 (검광자 (analyzer)) 및 광검출기 등을 포함한다. 광검출계 (64c) 는, 편광 빔 스플릿터 (PBS) 의 분리면을 통한 레이저 빔 (LB) 의 반사 회절광의 복귀 광로 상에 배치된다.
Y 인코더 (70C) 에서, 반도체 레이저 (LD) 로부터 사출된 레이저 빔 (LB) 은 렌즈 (L1) 를 통해 편광 빔 스플릿터 (PBS) 로 입사하고, 2 개의 빔 (LB1 및 LB2) 으로 편광 분리된다. 이 경우, 레이저 빔 (LB) 의 P 편광 성분이 편광 빔 스플릿터 (PBS) 를 투과하여 빔 (LB1) 을 형성하고, S 편광 성분이 편광 빔 스플릿터 (PBS) 의 분리면에서 반사되어 빔 (LB2) 을 형성한다. 빔 (LB1 및 LB2) 은 반사 미러 (R1a 및 R1b) 에 의해 각각 반사되어, 반사형 회절 격자 (RG) 에 입사한다.
반사형 회절 격자 (RG) 에 빔 (LB1 및 LB2) 이 조사되는 것에 의해 회절광이 발생한다. 이 경우, 빔 (LB1) 의 조사에 의해 발생하는 -1 차 이하의 회절광 중, 예를 들어, -1 차의 회절광이 수렴 렌즈 (L2a) 및 λ/4 판 (WP1a) 을 투과하여, 반사 미러 (R2a) 에 도달한다. 하지만, 회절광의 차수의 부호는, 후술하는 바와 같이, 입사광과 동일한 각도로 반사되는 0 차의 회절광을 기준으로, +Y 방향 (-Y 방향) 으로 회절하는 회절광에 대해 정 (부) 으로 정의한다. 그 다음, 회절광은 반사 미러 (R2a) 에 의해 반사되고, 왕로 (往路; outward path) 와 동일한 광로를 역으로 따라감으로써, 반사형 회절 격자 (RG) 에 도달한다. 이 경우, 왕로와 복로 (復路; return path) 에서 λ/4 판 (WP1a) 을 2 번 투과함으로써, 회절광의 편광 방향은 90°회전하여 회절광은 S 편광으로 변환된다. 한편, 빔 (LB2) 의 조사에 의해 발생하는 +1 차 이상의 회절광 중, 예를 들어, +1 차의 회절광이, 수렴 렌즈 (L2b) 및 λ/4 판 (WP1b) 을 투과하여, 반사 미러 (R2b) 에 도달한다. 그 다음, 회절광은 반사 미러 (R2b) 에 의해 반사되어, 왕로와 동일한 광로를 역으로 따라가서, 반사형 회절 격자 (RG) 에 도달한다. 이 경우, 왕로와 복로에서 λ/4 판 (WP1b) 을 2 번 투과함으로써, 회절광의 편광 방향은 90 도 회전하여 회절광은 P 편광으로 변환된다.
반사형 회절 격자 (RG) 에 반사 미러 (R2a 및 R2b) 로부터 돌아오는 회절광이 조사됨으로써, 다시 회절광이 발생한다. 반사 미러 (R2a) 로부터의 복귀광으로부터 도출되는 회절광 중, 복귀광과 동일 차수의 회절광이 반사 미러 (R1a) 에 반사되어, 편광 빔 스플릿터 (PBS) 에 도달한다. 한편, 반사 미러 (R2b) 로부터의 복귀 광으로부터 도출되는 회절 광 중, 복귀광과 동일 차수의 회절광이 반사 미러 (R1b) 에 반사되어, 편광 빔 스플릿터 (PBS) 에 도달한다.
편광 빔 스플릿터 (PBS) 에 도달하는 복귀 빔 (LB1 및 LB2) 은, 각각 S 편광과 P 편광으로 변환된다. 따라서, 복귀 빔 (LB1) 은 편광 빔 스플릿터 (PBS) 의 분리면에서 반사되고, 복귀 빔 (LB2) 은 편광 빔 스플릿터 (PBS) 를 투과한다. 따라서, 복귀 빔 (LB1 및 LB2) 은 동축으로 합성되어 광검출계 (64c) 에 입사한다.
광검출계 (64c) 의 내부에서, 2 개의 복귀 빔 (LB1 및 LB2) 은, 검광자에 의해 편광 방향이 정렬되고, 서로 간섭하여 간섭광을 형성한다. 이 간섭광이 광검출기에 의해 검출된다. 이 경우, Y 스케일 (39Y2) (즉, 웨이퍼 스테이지 (WST)) 이 계측 방향 (이 경우, Y 축 방향) 으로 이동할 때, 후술하는 바와 같이, 2 개의 빔 (LB1 및 LB2) 사이의 위상 차이가 변화하고, 이에 의해, 간섭광의 강도가 변화한다. 이 간섭광의 강도 변화에 의해, Y 헤드 (64) 와 Y 스케일 (39Y2) 사이의 위치 관계, 즉, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 Y 좌표가 산출되고, Y 인코더 (70A) 의 계측치로서 출력된다.
또한, 헤드 유닛 (62C) 의 다른 Y 헤드 (64), 및 헤드 유닛 (62A) 에 속하는 각 Y 헤드 (65) 도 전술한 구성과 유사하게 구성되어, Y 스케일 (39Y2 또는 39Y1) 에 대향하여 Y 인코더 (70C 또는 70A) 를 구성한다.
또한, 헤드 유닛 (62B 및 62D) 각각에 속하는 각 X 헤드 (66) 도, 전술한 Y 헤드 (64) 와 유사하게 구성되어, X 스케일 (39X1 또는 39X2) 에 대향하여 X 인코더 (70B 또는 70D) 를 구성한다.
또한, 헤드 유닛 (62E 및 62F) 각각에 속하는 각 Y 헤드 (67 및 68) 도, 전술한 Y 헤드 (64) 와 유사하게 구성되어, Y 스케일 (39Y2 또는 39Y1) 에 대향하여 Y 인코더 (70E1 또는 70F1) 를 구성한다. 또한, Y 헤드 (673 및 683) 는, 계측 스테이지 (MST) 상의 한 쌍의 기준 격자 (52) 에 각각 대향하여 Y 인코더 (70E2 및 70F2) 를 구성한다.
각 인코더로서는, 분해능이, 예를 들어, 0.1nm 정도의 것이 이용된다. 또한, 본 실시형태의 인코더에서는, 도 7(B) 에 도시된 바와 같이, 검출광으로서 회절 격자 (RG) 의 주기 방향으로 길게 연장되는 단면 형상의 레이저 빔 (LB) 을 이용할 수도 있다. 도 7(B) 에서는, 격자 (RG) 와 비교하여 빔 (LB) 이 과장되어 크게 도시되어 있다.
또한, 인코더 헤드의 다른 형태로서, 인코더 헤드에는 광학계 (64b) 만이 포함되고, 조사계 (64a) 와 광검출계 (64c) 가 광학계 (64b) 로부터 물리적으로 분리되어 있는 타입일 수도 있다. 이러한 타입의 경우에, 레이저 빔은 이들 3 부분 간에, 예를 들어, 광섬유를 통해 유도된다.
다음으로, 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에서의, 웨이퍼 스테이지 (WST) 와 계측 스테이지 (MST) 를 이용한 병행 처리 동작에 대해서, 도 8 내지 도 12 에 기초하여 설명한다. 또한, 이하의 동작 중, 주제어 장치 (20) 에 의해, 국소 액침 장치 (8) 의 액체 공급 장치 (5) 및 액체 회수 장치 (6) 의 각 밸브의 개폐 제어가 전술한 바와 같이 행해지고, 투영 광학계 (PL) 의 선단 렌즈 (191) 의 사출면 측에는 항상 물이 채워져 있다. 하지만, 이하에서는 설명을 이해하기 쉽게 하기 위해, 액체 공급 장치 (5) 및 액체 회수 장치 (6) 의 제어에 관한 설명은 생략한다. 또한, 이후의 동작 설명은 다수의 도면을 이용하여 행하지만, 각 도면에 대해 동일 부재에 부호가 붙어있기도 하고 붙어 있지 않기도 하다. 즉, 각 도면마다 기재되어 있는 부호가 상이하지만, 이들 부재들은 부호의 표시에 상관 없이 동일 구성이다. 지금까지의 설명에 이용된 각 도면에 대해서도 마찬가지다.
도 8 에는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 상에 재치된 웨이퍼 (W) 에 대한 스텝-앤드-스캔 방식의 노광이 수행되는 상태가 도시되어 있다. 이 노광은, 노광 개시 전에 행해진 웨이퍼 얼라인먼트 (예를 들어, EGA: Enhanced Global Alignment) 등의 결과에 기초하여, 웨이퍼 (W) 상의 각 쇼트 영역의 노광을 위한 주사 개시 위치 (가속 개시 위치) 로 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 이동시키는 쇼트 간 이동과, 각 쇼트 영역 상으로 레티클 (R) 에 형성된 패턴을 주사 노광 방식으로 전사하는 주사 노광을 교대로 반복함으로써 행해진다. 또한, 노광은, 웨이퍼 (W) 상의 -Y 측에 위치하는 쇼트 영역으로부터 +Y 측에 위치하는 쇼트 영역의 순서로 행해진다. 또한, 투영 유닛 (PU) 과 웨이퍼 (W) 사이에 액침 영역 (14) 이 형성된 상태에서 노광이 행해진다.
전술한 노광 동안, 주제어 장치 (20) 에 의해, 웨이퍼 스테이지 (WST) (웨이퍼 테이블 (WTB)) 의 XY 평면 내의 위치 (θz 방향의 회전을 포함) 는, 2 개의 Y 인코더 (70A 및 70C) 와, 2 개의 X 인코더 (70B 및 70D) 중 일방과의 합계 3 개의 인코더의 계측 결과에 기초하여 제어된다. 이 경우, 2 개의 X 인코더 (70B 및 70D) 는, X 스케일 (39X1 및 39X2) 의 각각에 대향하는 2 개의 X 헤드 (66) 에 의해 구성되며, 2 개의 Y 인코더 (70A 및 70C) 는, Y 스케일 (39Y1 및 39Y2) 의 각각에 대향하는 Y 헤드 (65 및 64) 에 의해 구성된다. 또한, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 Z 위치와 θy 방향의 회전 (롤링) 은, 웨이퍼 테이블 (WTB) 표면의 X 축 방향 일측과 타측의 단부에 각각 대향하는 한 쌍의 Z 헤드 (74i 및 76j) 의 계측 결과에 기초하여 제어된다. 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 θx 회전 (피칭) 은, Y 간섭계 (16) 의 계측 결과에 기초하여 제어된다. 또한, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 Z 축 방향의 위치, θy 방향의 회전, 및 θx 방향의 회전의 제어 (즉, 웨이퍼 (W) 의 포커스 레벨링 제어) 는, 사전에 행해지는 포커스 맵핑의 결과에 기초하여 수행된다.
도 8 에 도시된 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치에서는, X 스케일 (39X1) 에는 X 헤드 (665) (도 8 에서 원으로 표시) 가 대향하지만, X 스케일 (39X2) 에 대향하는 X 헤드 (66) 는 없다. 따라서, 주제어 장치 (20) 는, 하나의 X 인코더 (70B) 와 2 개의 Y 인코더 (70A 및 70C) 를 이용하여, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 (X, Y, θz) 제어 (이하, 필요에 따라 스테이지 제어라 약칭한다) 를 실행한다. 이 경우, 도 8 에 도시된 위치로부터 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 -Y 방향으로 이동하면, X 헤드 (665) 는 X 스케일 (39X1) 로부터 벗어나고 (더이상 대향하지 않게 되고), 대신에 X 헤드 (664) (도 8 에서 파선의 원으로 표시) 가 X 스케일 (39X2) 에 대향한다. 따라서, 주제어 장치 (20) 는, 하나의 X 인코더 (70D) 와 2 개의 Y 인코더 (70A 및 70C) 를 이용하는 제어로 스테이지 제어를 전환한다.
이와 같이, 주제어 장치 (20) 는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표에 따라, 사용하는 인코더를 끊임없이 전환하여 스테이지 제어를 실행한다.
또한, 전술한 인코더를 이용한 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 계측과 독립적으로, 간섭계 시스템 (118) 을 이용한 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 (X, Y, Z, θx, θy, θz) 계측이 항시 수행된다. 이 경우, X 간섭계 (126, 127, 또는 128) 를 이용하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 X 위치 및 θz 회전 (요잉), 또는 X 위치가 계측되고, Y 간섭계 (16) 를 이용하여 Y 위치, θx 회전 및 θz 회전이 계측되고, Z 간섭계 (43A 및 43B) (도 8 에서는 미도시, 도 1 또는 도 2 참조) 를 이용하여 Y 위치, Z 위치, θy 회전, 및 θz 회전이 계측되며,이 간섭계들은 간섭계 시스템 (118) 을 구성하는 것들이다. X 간섭계 (126, 127, 및 128) 는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 Y 위치에 따라 어느 하나가 이용된다. 노광 동안에는, 도 8 에 도시된 바와 같이 X 갑섭계 (126) 가 이용된다. X, Y, 및 θz 방향의 3 자유도 방향에 관해서는, 간섭계 시스템 (118) 의 계측 결과는 보조적으로 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 제어에 이용된다.
웨이퍼 (W) 의 노광이 종료되면, 주제어 장치 (20) 는 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 언로딩 포지션 (UP) 을 향해 구동한다. 이 구동 시에, 노광 동안에는 서로 떨어져 있던 웨이퍼 스테이지 (WST) 와 계측 스테이지 (MST) 가, 접촉 또는 300μm 정도의 이격 거리를 사이에 두고 서로 근접하여 스크럼 (scrum) 상태로 이행한다. 이 경우, 계측 테이블 (MTB) 상의 FD 바 (46) 의 -Y 측 면과 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 +Y 측 면이 함께 접촉 또는 근접한다. 이 스크럼 상태를 유지하면서 양 스테이지 (WST 및 MST) 가 -Y 방향으로 이동함으로써, 투영 유닛 (PU) 의 아래에 형성되는 액침 영역 (14) 이 계측 스테이지 (MST) 상으로 이동한다. 예를 들어, 도 9 및 도 10 에는 이동 후의 상태가 도시되어 있다.
웨이퍼 스테이지 (WST) 가 언로딩 포지션 (UP) 을 향해 구동이 개시된 후, 추가로 -Y 방향으로 이동하여 유효 스트로크 영역 (웨이퍼 스테이지 (WST) 가 노광 및 웨이퍼 얼라인먼트 시에 이동하는 영역) 으로부터 벗어나게 되면, 인코더 (70A 내지 70D) 를 구성하는 모든 X 헤드 및 Y 헤드, 그리고, 모든 Z 헤드가, 웨이퍼 테이블 (WTB) 상의 대응하는 스케일로부터 벗어난다. 따라서, 인코더 (70A 내지 70D) 및 Z 헤드의 계측 결과에 기초한 스테이지 제어가 더이상 가능하지 않게 된다. 이 직전에, 주제어 장치 (20) 는 간섭계 시스템 (118) 의 계측 결과에 기초한 제어로 스테이지 제어를 전환한다. 이 경우, 3 개의 X 간섭계 (126, 127, 및 128) 중, X 간섭계 (128) 가 이용된다.
그 다음, 웨이퍼 스테이지 (WST) 는, 계측 스테이지 (MST) 와의 스크럼 상태를 해제하고, 도 9 에 도시된 바와 같이, 언로딩 포지션 (UP) 으로 이동한다. 이동 후, 주제어 장치 (20) 는, 웨이퍼 테이블 (WTB) 상의 웨이퍼 (W) 를 언로딩한다. 그 다음, 주제어 장치 (20) 는, 웨이퍼 스테이지 (WTB) 를 +X 방향으로 구동하여 로딩 포지션 (LP) 으로 이동시키고, 도 10 에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 테이블 (WTB) 상으로 다음 웨이퍼 (W) 를 로딩한다.
이들 동작과 병렬적으로, 주제어 장치 (20) 는, 계측 스테이지 (MST) 에 지지된 FD 바 (46) 의 XY 평면 내에서의 위치 조정과, 4 개의 세컨더리 얼라인먼트계 (AL21 내지 AL24) 의 베이스라인 계측을 수행하는 Sec-BCHK (세컨더리 베이스라인 체크) 를 실행한다. Sec-BCHK 는 웨이퍼 교환 때마다 인터벌적으로 수행된다. 이 경우, XY 평면 내의 위치 (θz 회전) 를 계측하기 위해, 전술한 Y 인코더 (70E2 및 70F2) 가 사용된다.
다음으로, 주제어 장치 (20) 는, 도 11 에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 구동하고, 계측 플레이트 (30) 상의 기준 마크 (FM) 를 프라이머리 얼라인먼트계 (AL1) 의 검출 필드 내에 위치결정하고, 얼라인먼트계 (AL1, AL21 내지 AL24) 의 베이스라인 계측의 기준 위치를 결정하는 Pri-BCHK (프라이머리 베이스라인 체크) 의 전반의 처리를 수행한다.
이 프로세스 시에, 도 11 에 도시된 바와 같이, 2 개의 Y 헤드 (682 및 673) 와 하나의 X 헤드 (66) (도면에서 원으로 표시) 가 각각 Y 스케일 (39Y1 및 39Y2) 과 X 스케일 (39X2) 에 대향하게 된다. 따라서, 주제어 장치 (20) 는, 간섭계 시스템 (118) 을 이용한 제어로부터 인코더 시스템 (150) (인코더 (70F1, 70E1, 및 70D)) 을 이용한 제어로 스테이지 제어를 전환한다. 간섭계 시스템 (118) 은 다시 보조적으로 사용된다. 또한, 3 개의 X 간섭계 (126, 127, 및 128) 중, X 간섭계 (127) 가 이용된다.
그 다음, 주제어 장치 (20) 는, 프라이머리 얼라인먼트계 (AL1) 와 세컨더리 얼라인먼트계 (AL21 내지 AL24) 를 이용하여, 웨이퍼 얼라인먼트 (EGA) 를 실행한다 (도 12 에서 별 마크 참조).
또한, 본 실시형태에서는, 도 12 에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 얼라인먼트를 개시할 때까지, 웨이퍼 스테이지 (WST) 와 계측 스테이지 (MST) 는 스크럼 상태로 이행하게 된다. 주제어 장치 (20) 는, 스크럼 상태를 유지하면서, 양 스테이지 (WST 및 MST) 를 +Y 방향으로 구동한다. 그 다음, 액침 영역 (14) 의 물은, 계측 테이블 (MTB) 상으로부터 웨이퍼 테이블 (WTB) 상으로 이동한다.
웨이퍼 얼라인먼트 (EGA) 와 병렬적으로, 주제어 장치 (20) 는, Z 헤드 (70a 내지 70d) 와 다점 AF 계 (90a 및 90b) 를 이용한 포커스 캘리브레이션 및 포커스 맵핑을 실행하고, 추가적으로 공간 이미지 계측 장치 (45) 를 이용한 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 XY 위치에 대한 투영 이미지의 강도 분포를 계측하는 Pri-BCHK 후반의 처리를 실행한다.
이상의 작업이 종료하면, 주제어 장치 (20) 는, 양 스테이지 (WST 및 MST) 의 스크럼 상태를 해제한다. 그리고, 도 8 에 도시된 바와 같이, 스텝-앤드-스캔 방식의 노광을 수행하고, 새로운 웨이퍼 (W) 상에 레티클 패턴을 전사한다. 이하, 유사한 동작이 반복적으로 실행된다.
본 실시형태에서는, 전술한 바와 같이, 주제어 장치 (20) 는 간섭계 시스템 (118) 의 X 간섭계 (126, 127, 및 128) 와, Y 간섭계 (16) 와, Z 간섭계 (43A 및 43B) 를 이용함으로써, 모든 스트로크 영역에 있어서의 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 6 자유도 (X, Y, Z, θx, θy, θz) 방향의 변위를 계측할 수 있다.
이하, 간섭계의 계측 원리를 간단히 설명한다. 간섭계는, 계측 대상물에 설치된 반사면을 향해 계측빔 (계측광) 을 조사하고, 그 반사광을 참조광과 합성하여 수광하고, 그 합성광의 강도, 즉, 간섭광의 강도를 계측한다. 이 경우, 반사광과 참조광의 광로차 ΔL 로 인해, 이들 사이의 상대 위치 (위상차) 가 KΔL 만큼 변화한다. 따라서, 간섭광의 강도는 1+a·cos(KΔL) 에 비례하여 변화한다. 이 경우, 호모다인 검파 방식을 채용하고, 계측광과 참조광의 파수는 동일하게 K 인 것으로 가정한다. 상수 a 는 계측광과 참조광의 강도비에 의해 결정된다. 이 경우, 참조광에 대한 반사면은 일반적으로 투영 유닛 (PU) 측면 (경우에 따라서는 간섭계 유닛 내) 에 설치된다. 이 참조광의 반사면이 계측의 기준 위치로서 기능한다. 따라서, 광로차 ΔL 에는, 기준 위치로부터 반사면까지의 거리가 반영된다. 따라서, 반사면까지의 거리의 변화에 대한, 간섭광의 강도 변화의 횟수 (프린지 (fringe) 의 수) 를 계측하면, 그 계수치와 계측 단위의 프로덕트 (product) 에 의해 계측 대상물에 설치된 반사면의 변위가 산출될 수 있다. 계측 단위는, 싱글 패스 방식의 간섭계의 경우에는 계측광의 파장의 1/2, 더블 패스 방식의 경우에는 파장의 1/4 이다.
이제, 헤테로다인 검파 방식의 간섭계를 채용한 경우, 계측광의 파수 K1 와 참조광의 파수 K2 는 약간 상이하다. 이 경우, 계측광과 참조광의 광로 길이를 각각 L1 및 L2 로 하면, 계측광과 참조광 사이의 위상차는 KΔL+ΔKL1 으로 주어지고, 간섭광의 강도는 1+a·cos(KΔL+ΔKL1) 에 비례하여 변화한다. 이 경우, 광로차 ΔL = L1-L2, ΔK = K1-K2, K = K2 라 가정한다. 참조광의 광로 길이 L2 가 충분히 짧고, 근사 ΔL
Figure pct00004
L1 이 성립하면, 간섭광의 강도는 1+a·cos[(K+ΔK)ΔL] 에 비례하여 변화한다. 이로부터 알 수 있는 바와 같이, 간섭광의 강도는, 광로차 ΔL 의 변화에 따라, 참조광의 파장 2π/K 로 주기적으로 진동하고, 그 주기 진동의 포락선은 긴 주기 2π/ΔK 로 진동 (비트) 한다. 따라서, 헤테로다인 검파 방식에서는, 긴 주기의 비트로부터, 광로차 ΔL 의 변화 방향, 즉, 계측 대상물의 변위 방향을 알 수 있다.
또한, 간섭계의 주요한 오차 요인으로서, 빔 광로 상의 분위기의 온도 요동 (공기 요동) 이 고려될 수 있다. 예를 들어, 공기 요동에 의해, 광의 파장 λ 가 λ+Δλ 로 변화하는 것으로 가정한다. 이 파장의 미소 변화 Δλ 에 의한 위상차 KΔL 의 변화는, 파수 K = 2π/λ 이기 때문에, 2πΔLΔλ/λ2 이 구해질 수 있다. 이 경우, 광의 파장 λ = 1μm, 미소 변화 Δλ = 1nm 라고 가정하면, 광로차 ΔL = 100mm 에 대해 위상 변화는 2π×100 이 된다. 이 위상 변화는, 계측 단위의 100 배의 변위에 대응한다. 이와 같이, 광로 길이가 길게 설정되는 경우에는, 간섭계는, 단시간에 일어나는 공기 요동의 영향이 크고, 단기 안정성에 열악하다. 이러한 경우에는, 인코더를 사용하는 것이 바람직하다.
다음으로, 주제어 장치 (20) 에 의한, X 간섭계 (126) (127 또는 128) 와 Y 간섭계 (16) 의 계측 결과에 기초한, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 위치 좌표 (X, Y) 의 산출 방법에 대해 설명한다.
도 13 에서, 3 개의 X 간섭계를 총칭하여 IntX, Y 간섭계를 IntY 라 칭할 것이다. 간단함을 위해, 이들 간섭계들은 하나의 계측 축을 갖는 것으로 한다. X 및 Y 좌표축은, 각각 X 간섭계 (IntX) 의 계측 축 LX 와 Y 간섭계 (IntY) 의 계측 축 LY 에 의해 정의된다. X 간섭계 (IntX) 의 기준 위치 OX = (px, qx), Y 간섭계 (IntY) 의 기준 위치 OY = (py, qy), XY 좌표계의 원점을 O = (py, qx) 로 한다. 계측 빔 LX 및 LY 의 반사면 (17a, 17b) 상의 조사점을 QX, QY 로 한다.
도 13(A) 에 도시된 기준 상태에서, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 중심은 좌표 원점 (O) 에 위치한다. 또한, X 반사면 (17b) 은 Y 축에 평행하고, 계측 축 (LX) (이하에서는, 필요에 따라 X 간섭계 (IntX) 의 계측 빔도 계측 빔 (LX) 으로 기술한다) 에 직교하고, X 반사면 (17a) 은 X 축에 평행하고, 계측 축 (LY) (이하에서는, 필요에 따라, Y 간섭계 (IntY) 의 계측 빔도 계측 빔 (LY) 으로 기술한다) 에 직교한다. 이 기준 상태에서, 좌표 원점 (O) 으로부터의 반사면 (17b, 17a) 에의 최근접 벡터를, 각각 dx = -dXex, dy= -dYey 로 가정한다. 여기서, ex 및 ey 는 각각 X 및 Y 단위 벡터이다.
최근접 벡터 dx 및 dy 에 의해 표시된 반사면 (17b 및 17a) 상의 점은, 각각 계측 빔 (LX 및 LY) 의 반사면 (17b 및 17a) 상의 조사점 (QX 및 QY) 과 일치한다. 또한, XY 간섭계 (IntX 및 IntY) 의 계측 빔 (LX 및 LY) 의 조사점 (QX 및 QY) 까지의 거리는, 각각 |(dx-OX)·ex| = |dX+px|, |(dy-OY)·ey| = |dY+qy| 이다.
도 13(B) 에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 테이블 (WTB) 이 기준 상태로부터 위치 O' = (X+py, Y+qx) 로 이동하고, θz 회전하는 것으로 가정한다. 이 경우, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 변위 벡터를 ρ = O'-O = (X, Y), 스테이지 중심으로부터 반사면 (17b 및 17a) 으로의 최근접 벡터를 dx' 및 dy' 이라 가정한다. 하지만, R(θz) 을 회전 행렬로 하여, dx' = R(θz)·dx, dy' = R(θz)·dy 로 표현된다. 이 상태에서, 계측 빔 (LX 및 LY) 의 조사점 (QX 및 QY) 까지의 거리, 즉, X 및 Y 간섭계 (IntX 및 IntY) 의 계측치 (Lx 및 Ly) 는, 각각, 다음 식 (7a) 및 (7b) 에 의해 주어진다.
Figure pct00005
단, ρx = dx'-ρ, ρy = dy'-ρ 이다. 연립 방정식 (7a) 및 (7b) 에서의 미지 변수는 X 및 Y 2 개이고, 각각, 다음 식 (8a) 및 (8b) 와 같이 구해진다.
Figure pct00006
따라서, X 및 Y 간섭계 (IntX 및 IntY) 의 계측 결과 (Lx 및 Ly) 와, 예를 들어, 전술한 Z 간섭계 (43A 및 43B) 에 의해 얻어진 회전각 (θz) 으로부터, 상기 식 (8a) 및 (8b) 을 이용하여, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표 (X, Y) 가 산출된다.
주제어 장치 (20) 에 의해, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 Y 위치 좌표에 따라, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표를 계측하기 위해 사용하는 X 간섭계가 전환된다. 도 8 에 도시된 바와 같이, 노광 시에는 X 간섭계 (126) 가 사용된다. 도 12 에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 얼라인먼트 시에는 X 간섭계 (127) 가 사용된다. 또한, 도 9 에 도시된 웨이퍼의 언로딩 시, 및 도 10 에 도시된 웨이퍼의 로딩 시에는, X 간섭계 (128) 가 사용된다. 여기서, 위치 좌표의 계측에 사용되지 않는 X 간섭계는 주제어 장치 (20) 에 의해 정지된다. 예를 들어, 도 8 에 도시된 노광 시에는 X 간섭계 (127 및 128) 가, 도 12 에 도시된 웨이퍼 얼라인먼트 시에는 X 간섭계 (126 및 128) 가, 도 10 및 도 9 에 도시된 웨이퍼의 로딩/언로딩 시에는 X 간섭계 (126 및 127) 가, 각각 정지된다.
주제어 장치 (20) 에 의해, X 간섭계의 전환 전후에 산출된 웨이퍼 테이블 (WTB) (웨이퍼 스테이지 (WST)) 의 위치 좌표가 연속이 되도록, X 간섭계의 복귀 시에 계측치의 초기 설정이 수행된다. 전환 전의 제 1 의 X 간섭계의 계측치 Lx, Y 간섭계 (16) 의 계측치 Ly, Z 간섭계에 의해 얻어진 회전각 θz 를 이용하여, 상기 식 (8a) 및 (8b) 로부터 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표 (X, Y) 가 얻어질 수 있다. 주제어 장치 (20) 는 여기서 얻어진 위치 좌표 (X, Y) 를 식 (7a) 에 대입하여 Lx 를 구한다. 전환 후의 제 2 의 X 간섭계의 계측치도 식 (7a) 를 따르기 때문에, 주제어 장치 (20) 는 얻어진 Lx 를 제 2 의 X 간섭계의 계측치로서 초기화한다. 초기화 종료 후, 주제어 장치 (20) 는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표에 기초하여 소정의 타이밍에서 계측치를 감시하는 X 간섭계를 제 1 의 X 간섭계로부터 제 2 의 X 간섭계로 전환한다.
다음으로, 인코더의 계측 원리, 즉, 인코더가 검출하는 2 개의 빔 (LB1 및 LB2) 간의 위상차와 스케일의 변위와의 관계를, 전술한 Y 인코더 (70C) 를 예로 간단하게 설명한다.
전술한 바와 같이, Y 인코더 (70C) 를 구성하는 수광계 (64c) 의 내부에서, 2 개의 복귀 빔 (LB1 및 LB2) 은, 검광자에 의해 편광 방향이 정렬되고, 서로 간섭하여 간섭광을 이룬다. 그 간섭광이 광검출기 (64c) 에 의해 검출된다. 이 경우, Y 스케일 (39Y2) (즉, 웨이퍼 스테이지 (WST)) 가 변위하면, 2 개의 빔 (LB1 및 LB2) 사이의 위상차 φ가 변화하고, 이에 의해, 간섭광의 강도 I 가, I ∝ 1+cosφ 로 변화한다. 이 경우, 2 개의 빔 (LB1 및 LB2) 의 강도는 서로 동등하게 된다.
여기서, 2 개의 빔 (LB1 및 LB2) 사이의 위상차 φ 는, 빔들 (LB1 및 LB2) 의 광로차 ΔL 에 기인하는 위상차 (KΔL) 과, 빔 (LB1 및 LB2) 의 Y 스케일 (39Y2) 의 Y 축 및 Z 축 방향의 변위 ΔY 및 ΔZ 에 기인하는 위상 시프트의 차의 합으로서, 다음 식 (9) 에서와 같이 구해진다.
Figure pct00007
여기서, 다음 식 (10) 및 식 (11) 에 의해 표현되는 2 개의 빔 (LB1 및 LB2) 의 각각의 회절 조건, 즉, 도 14 에 의해 표현되는 빔 (LB1) 의 반사형 회절 격자 (RG) 에 대한 입사각 θa0 와 산란각 θa1 간의 관계와 빔 (LB2) 의 반사형 회절 격자 (RG) 에 대한 입사각 θb0 와 산란각 θb1 간의 관계를 적용하였다.
Figure pct00008
단, 빔 (LB1 및 LB2) 의 회절 차수를 "na", "nb" 로 하고, 파장 λ1 = λ2 = λ 로 하고, 회절 격자의 피치를 "p" 로 하였다. 또한, 회절 차수는, 산란각 -θa0 또는 -θb0 의 영차 회절광을 기준으로 하여, +Y 방향으로 산란되는 회절광에 대해서 + 회절로, -Y 방향으로 산란되는 회절광에 대해 - 회절로 정의하였다 (도 14 참조). 또한, 식 (9) 에서, 반사경 (R1a, R1b, R2a, 및 R2b) 의 배치와 회절 조건 (식 (10) 및 식 (11)) 에 의해 결정되는 기하학적 인자를 다음 식 (12) 와 같이 표현하였다.
Figure pct00009
또한, 다른 인자 (예를 들어, 변위 ΔL, ΔY, 및 ΔZ 의 기준 위치의 정의 등) 에 의해 결정되는 상수 위상 항을 φ0 로 표기하였다. 또한, 위상차 φ 는 원리상 X 축 방향의 변위에도 의존할 수 있지만, 이 경우에는 고려하지 않는 것으로 한다.
이 경우, Y 인코더 (70C) 는, 광로차 ΔL = 0 과 다음 식 (13) 으로 표현되는 대칭성을 만족하도록 구성되어 있는 것으로 한다.
Figure pct00010
이 경우, 식 (9) 의 우변 제 3 항은 영이 되고, 동시에 nb = -na (=n) 을 만족하기 때문에, 다음 식 (14) 가 얻어진다.
Figure pct00011
다음 식 (14) 로부터, 위상차 φsym 은 빔 (LB1 및 LB2) 의 파장 λ 에 의존하지 않는 것을 알 수 있다. 그리고, 간섭광의 강도 I 는, 변위 ΔY 가 계측 단위 (계측 피치라고도 한다) p/4n 만큼 증가 또는 감소할 때마다 강약을 반복하는 것을 알 수 있다. 따라서, 미리 설정된 기준 위치로부터의 변위 ΔY 에 따른 간섭광의 강도의 강약의 회수를 계측한다. 그 다음, 그 계측치 (카운트값) CΔ Y 로부터, 변위 ΔY 의 계측치 CΔY 가 다음 식 (15) 과 같이 산출된다.
Figure pct00012
또한, 내삽기 (interpolation instrument) (인터폴레이터) 를 이용하여 간섭광의 정현 (正弦) 적인 강도 변화를 분할하는 것에 의해, 그 위상 φ' (즉, φsym 을 2π 로 분할했을 때의 나머지) 를 계측할 수 있다. 이 경우, 변위 ΔY 의 계측치 CΔY 는, 다음 식 (16) 에 따라 산출된다.
Figure pct00013
이 경우, 상수 위상 항 φ0 를 위상 오프셋 (단, 0
Figure pct00014
φ0 < 2π 로 정의한다) 으로 가정하고, 변위 ΔY 의 기준 위치에서의 위상 φsym (ΔY = 0) 을 유지하는 것으로 가정한다.
이상의 설명으로부터 명백해지는 바와 같이, 내삽기를 병용할 때, 변위 ΔY 를, 계측 단위 (p/4n) 이하의 계측 분해능으로 계측할 수 있다. 이 경우에, 계측 분해능은, 위상 φ' 의 분할 단위로부터 결정되는 이산화 오차 (양자화 오차라고도 한다), 변위 ΔY 에 의한 간섭광의 강도 변화 I (ΔY) = I (φsym (ΔY)) 의 이상적인 정현파로부터의 어긋남에 기인하는 내삽 오차 등으로부터 결정된다. 또한, 변위 ΔY 의 이산화 단위는, 예를 들어, 계측 단위 (p/4n) 의 수백분의 1, 즉, 0.1nm 정도로 충분히 작고, 따라서, 달리 표시되지 않는다면, 인코더의 계측치 CΔ Y 를 연속량으로 간주한다.
웨이퍼 스테이지 (WST) 가 Y 축 방향과는 상이한 방향으로 이동하고, Y 헤드 (64) 와 Y 스케일 (39Y2) 사이에 계측 방향 이외의 방향으로 상대 변위가 발생하면, Y 인코더 (70C) 에 계측 오차가 발생한다. 이하, 전술한 인코더의 계측 원리에 기초하여, 계측 오차의 발생 메커니즘을 고려할 것이다.
간단한 예로서, 도 15(A) 및 도 15(B) 에 도시된 2 개의 케이스에서, 상기 식 (9) 에 의해 나타내어진 위상차 φ 의 변화를 고려할 것이다. 도 15(A) 및 도 15(B) 양자 모두에서는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 는 XY 평면에 평행한 자세를 유지하고 있는 것으로 한다. 우선, 도 15(A) 의 케이스에서는, 헤드 (64) 의 광축이 Z 축 방향에 일치하고 있다 (헤드 (64) 가 경사져 있지 않다). 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 Z 축 방향으로 변위하는 것으로 가정한다 (ΔZ ≠ 0, ΔY = 0). 이 경우, 광로차 ΔL 에 변화가 없기 때문에, 식 (9) 우변 제 1 항에 변화는 없다. 제 2 항은 가정 ΔY = 0 에 따라 0 으로 된다. 그리고, 제 3 항은, 식 (13) 의 대칭성을 만족하고 있기 때문에 0 으로 된다. 따라서, 위상차 φ 에 변화는 발생하지 않고, 또한, 간섭광의 강도 변화도 발생하지 않는다. 결과로서, 인코더의 카운트값도 변화하지 않는다.
한편, 도 15(B) 의 케이스에서는, 헤드 (64) 의 광축이 Z 축에 대해 경사져 있다 (헤드 (64) 가 경사져 있다). 이 상태로부터, 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 Z 축 방향으로 변위하는 것으로 가정한다 (ΔZ ≠ 0, ΔY = 0). 이 경우에도, 광로차 ΔL 에 변화는 발생하지 않기 때문에, 식 (9) 의 우변 제 1 항에 변화는 없다. 그리고, 제 2 항은 가정 ΔY = 0 에 따라 0 으로 된다. 하지만, 헤드가 경사져 있기 때문에, 식 (13) 의 대칭성이 상실되고, 제 3 항은 0 으로 되지 않고, Z 변위 ΔZ 에 비례하여 변화한다. 따라서, 위상차 φ 에 변화가 발생하지 않고, 결과로서, 카운트값이 변화한다.
또한, 도시는 생략하였지만, 계측 방향 (Y 축 방향) 과 광축 방향 (Z 축 방향) 에 수직인 방향 (X 축 방향) 으로 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 변위하는 경우 (ΔX ≠ 0, ΔY = 0, ΔZ = 0), 회절 격자 (RG) 의 격자선이 향하는 방향이 계측 방향과 직교하고 있는 한 계측치는 변화하지 않지만, 직교하고 있지 않다면 각도에 비례한 게인 (gain) 으로 감도가 발생한다.
다음으로, 도 16(A) 내지 도 16(D) 를 이용하여, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 회전 (경사가 변화) 하는 케이스를 고려할 것이다. 우선, 도 16(A) 내지 도 16(D) 에서는, 헤드 (64) 의 광축이 Z 축 방향에 일치하고 있는 (헤드 (64) 가 경사져 있지 않다) 것으로 가정한다.
도 16(A) 의 상태에서는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 XY 평면에 평행하다. 도 16(A) 의 상태로부터, 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 +Z 방향으로 변위하여 도 16(B) 의 상태로 되더라도, 전술한 도 15(A) 와 동일한 케이스이기 때문에, 인코더의 계측치는 변화하지 않는다.
다음으로, 도 16(B) 의 상태로부터, 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 X 축 주위로 회전하여 도 16(C) 의 상태로 되는 것으로 가정한다. 이 경우, 헤드와 스케일이 상대 운동하고 있지 않지만, 즉, ΔY = ΔZ = 0 이지만, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 회전에 의해 광로차 ΔL 에 변화가 발생하기 때문에, 인코더의 계측치가 변화한다.
다음으로, 도 16(C) 의 상태로부터, 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 하방으로 이동하여 도 16(D) 의 상태로 되는 것으로 가정한다. 이 경우, 웨이퍼 스테이지 (WST) 는 회전하지 않기때문에, 광로차 ΔL 에 변화는 생기지 않는다. 하지만, 식 (13) 의 대칭성이 상실되었기 때문에, 식 (9) 의 우변 제 3 항을 통해 Z 변위 ΔZ 에 의해 위상차 φ 가 변화한다. 이러한 변화로 인해, 인코더의 계측치가 변화한다.
다른 계측 오차의 발생 인자로서, 빔 광로 상의 분위기의 온도 요동 (공기 요동) 이 고려될 수 있다. 2 개의 복귀 빔 (LB1 및 LB2) 간의 위상차 φ 는, 식 (9) 우변 제 1 항에 따라, 2 개의 빔의 광로차 ΔL 에 의존한다. 이 경우, 공기 요동에 의해, 광의 파장 λ 가 λ+Δλ 로 변화하는 것으로 가정한다. 이 파장의 미소 변화 Δλ 에 의해, 위상차는 미소량 Δφ = 2πΔLΔλ/λ2 만큼 변화한다. 이 경우, 광의 파장 λ = 1μm, 미소 변화 Δλ = 1nm 라고 가정하면, 광로차 ΔL = 1mm 에 대해, 위상 변화 Δφ = 2π 가 된다. 이 위상 변화는, 인코더의 카운트값으로 환산하면 1 에 상당한다. 또한, 변위로 환산하면, p/2 (nb-na) 에 상당한다. 따라서, nb = -na = 1 이면, P = 1μm 의 경우, 0.25μm 의 계측 오차가 발생하게 된다.
실제의 인코더에서는, 간섭시킨 2 개의 빔의 광로 길이가 극히 짧기 때문에, 공기 요동으로 인한 파장 변화 Δλ 는 매우 작다. 또한, 광로차 ΔL 은, 광축이 반사면에 대해 직교하는 이상 상태에서 거의 영이 되도록 설계된다. 따라서, 공기 요동에 기인하는 계측 오차는 거의 무시될 수 있다. 계측 오차는 간섭계와 비교할 때 현저하게 작고, 단기 안정성 면에서 우수하다.
인코더의 계측 오차의 주요한 요인으로서, 불균일한 스케일 표면이나 회절 격자의 기계적인 변형 등에 기인하는 오차가 있을 수 있다. 인코더의 스케일의 경우에는, 사용 시간의 경과와 함께 열팽창 등에 의해 표면이 변형되거나, 회절 격자의 피치가 부분적으로 또는 전체적으로 변화한다. 따라서, 인코더는 사용 시간의 경과와 함께 계측 오차가 커지게 되는 경향이 있고, 장기 안정성이 부족하다.
따라서, 이들 주요한 오차를 미리 보정하기 위한 전처리를 수행한 후, 실제의 로트 (lot) 의 처리 동안 실행되는 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 계측에 인코더가 사용된다.
주제어 장치 (20) 는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 유효 스트로크 범위에서는, 반드시, 인코더 (70A 및 70C), 그리고, 인코더 (70B 및 70D) 의 적어도 일방 (또는 Y 인코더 (70E1 및 70F1), 그리고, 인코더 (70B 및 70D) 의 적어도 일방) 의 적어도 합계 3 개의 인코더의 계측치를 모니터링하고, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표를 산출한다. 그 다음, 산출된 위치 좌표에 따라 스테이지 구동계 (124) 를 구성하는 각 모터를 제어함으로써, 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 고정밀도로 구동할 수 있다.
이제, 도 17(A) 및 도 17(B) 를 참조하여, 모니터링되는 3 개의 인코더의 계측로부터, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표를 산출하는 방법을 설명한다. 이 경우에, 간단함을 위해, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 이동의 자유도는 3 (X, Y, 및 θz) 으로 한다.
도 17(A) 는 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 좌표 원점 (X, Y, θz) = (0, 0, 0) 에 있는 기준 상태를 도시한다. 이 기준 상태로부터, 인코더 (Y 헤드) (Enc1 및 Enc2) 및 인코더 (X 헤드) (Enc3) 가 그들의 대향하는 스케일들 (39Y1 및 39Y2 및 39X1) 의 주사 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 구동한다. 이와 같은 방식으로, 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 위치 (X, Y, θz) 으로 이동된 상태가 도 17(B) 에 도시되어 있다. 이 경우, XY 좌표계에서의 인코더 (Enc1, Enc2, 및 Enc3) 의 위치 (X, Y) 를 각각 (p1, q1), (p2, q2), 및 (p3, q3) 로 한다.
X 헤드와 Y 헤드는 각각 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 중심축 (LL 및 LW) 으로부터의 상대 거리를 계측한다. 따라서, X 헤드와 Y 헤드의 계측치 (CX 및 CY) 는 각각 다음 식 (17a) 및 (17b) 로서 표현할 수 있다.
Figure pct00015
이 경우, ex' 및 ey' 는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 에 상에 설정된 상대 좌표계 (X', Y', θz') 에서의 X' 및 Y' 단위 벡터이고, 기준 좌표계 (X, Y, θz) 에서의 X 및 Y 단위 벡터 (ex 및 ey) 와 다음 식 (18) 과 같은 관계가 있다.
Figure pct00016
또한, r' 은 상대 좌표계에서의 인코더의 위치 벡터이고, 기준 좌표계에서의 위치 벡터 r = (p, q) 를 이용하여, r' = r - (O'-O) 로 주어진다. 따라서, 식 (17a) 및 (17b) 는 다음 식 (19a) 및 (19b) 에서와 같이 다시 쓰여질 수 있다.
Figure pct00017
따라서, 도 17b 에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 좌표 (X, Y, θz) 에 위치하는 경우, 3 개의 인코더의 계측치는 이론상 다음 식 (20a) 내지 (20c) 에서와 같이 표현될 수 있다.
Figure pct00018
또한, 도 17a 의 기준 상태에서는, 연립 방정식 (20a) 내지 (20c) 에 따라, C1 = q1, C2 = q2, C3 = p3 로 된다. 따라서, 기준 상태에서, 3 개의 인코더 (Enc1, Enc2, 및 Enc3) 의 계측치를, 각각 q1, q2, 및 p3 로 초기화하면, 이후 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 변위 (X, Y, θz) 에 대해, 3 개의 인코더는 식 (20a) 내지 (20c) 에 의해 주어지는 이론값을 보일 것이다.
연립 방정식 (20a) 내지 (20c) 에서는, 3 개의 변수 (X, Y, θz) 에 대해 3 개의 식이 주어진다. 따라서, 역으로, 연립 방정식 (20a) 내지 (20c) 에서의 종속 변수 C1, C2, 및 C3 가 주어지면, 변수 X, Y, 및 θz 를 구할 수 있다. 이 경우, 근사 sinθz
Figure pct00019
θz 를 적용할 때, 또는, 보다 고차의 근사를 적용하는 경우에도, 용이하게 방정식을 풀 수 있다. 따라서, 인코더의 계측치 C1, C2, 및 C3 로부터 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 (X, Y, θz) 를 산출할 수 있다.
본 실시형태의 노광 장치 (100) 에서, 도 18(A) 및 도 18(B) 등의 도면에 예시된 바와 같이, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 유효 스트로크 범위 (얼라인먼트 및 노광 동작을 위해 스테이지가 이동하는 범위) 에서는, 반드시, Y 스케일 (39Y1 및 39Y2) 각각에, 적어도 1 개의 Y 헤드 (65, 64, 68, 또는 67) 가 대향하도록, Y 스케일과 Y 헤드가 배치된다. 그리고, X 스케일 (39X1 및 39X2) 중 적어도 일방에, 적어도 1 개의 X 헤드 (66) 가 대향하도록, X 스케일과 X 헤드가 배치된다. 따라서, 적어도 3 개의 헤드가, 대응하는 X 스케일 또는 Y 스케일에 동시에 대향하도록 배치된다. 또한, 도 18(A) 및 도 18(B) 에서는, 대응하는 X 스케일 및 Y 스케일에 대향하는 헤드가 원으로 표시되어 있다.
이 경우에, 주제어 장치 (20) 는, 도 18(A) 에 윤곽 화살표에 의해 도시된 바와 같이 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 +X 방향으로 구동하는 경우, Y 헤드 (64) 를, 예를 들어, 이 도면에서 화살표 e1 으로 나타낸 바와 같이 실선 원으로 표시된 Y 헤드 (643) 로부터 점선 원으로 표시된 헤드 (644) 로 전환한다. 이와 같이, Y 헤드 (64) 는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 X 축 방향으로의 이동에 따라, 순차적으로 다음 헤드로 전환된다. 또한, 인코더는 상대 변위를 검출하기 때문에, 절대 변위 (즉, 위치) 를 산출하기 위해, 기준이 되는 위치를 설정하여야 한다. 따라서, 헤드의 전환 시에, 작동하는 (활성화된다) 헤드의 위치가 산출되고, 기준 위치로서 초기화된다. 초기 설정에 대해서는, 후에 상세히 설명할 것이다.
또한, 주제어 장치 (20) 는, 도 18(B) 에 윤곽 화살표로 나타낸 바와 같이 웨이퍼 스테이지를 +Y 방향으로 구동하는 경우, X 헤드 (66) 를, 예를 들어, 화살표 (e2) 로 나타낸 바와 같이 실선 원으로 표시된 헤드 (665) 로부터 점선 원으로 표시된 헤드 (666) 로 전환한다. 이와 같이, X 헤드 (66) 는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 Y 축 방향으로의 이동에 따라, 순차적으로 다음 헤드로 전환된다. 이 헤드 전환 시에, 작동하는 (활성화되는) 헤드의 위치가 산출되고, 기준 위치로서 초기화된다.
이제, 도 18(A) 의 화살표 (e1) 로 표시된 Y 헤드 (643) 로부터 Y 헤드 (644) 로의 전환을 일예로, 인코더 헤드의 전환 절차를 도 19(A) 내지 도 19(E) 에 기초하여 설명할 것이다.
도 19(A) 에는 전환 전의 상태가 도시되어 있다. 이 상태에서는, Y 스케일 (39Y2) 상의 주사 영역 (회절 격자가 설치되어 있는 영역) 에 대향하는 Y 헤드 (643) 가 작동하고 있고, 주사 영역으로부터 벗어나 있는 Y 헤드 (644) 는 정지하고 있다. 도 19(A) 내지 도 19(E) 에서는, 작동하고 있는 헤드가 검게 칠해진 원으로, 정지하고 있는 헤드가 윤곽 원으로 표시되어 있다. 그 다음, 주제어 장치 (20) 는, 작동 중의 Y 헤드 (643) 의 계측치를 모니터링한다. 도 19(A) 내지 도 19(E) 에서는, 계측치가 모니터링되는 헤드를 2 중의 직사각형 프레임으로 나타내었다.
웨이퍼 스테이지 (WST) 가 +X 방향으로 이동할 때, Y 스케일 (39Y2) 이 오른 쪽 방향으로 변위한다. 이 경우에, 본 실시형태에서는, 전술한 바와 같이, Y 헤드들 사이의 거리는, Y 스케일 (39Y2) 의 X 축 방향의 유효폭 (주사 영역의 폭) 보다 좁게 설정된다. 따라서, 도 19(B) 에 도시된 바와 같이, 양 Y 헤드 (643 및 644) 가 Y 스케일 (39Y2) 의 주사 영역에 대향하는 상태가 발생한다. 따라서, 주제어 장치 (20) 는, 작동 중의 Y 헤드 (644) 와 함께, 정지 중의 Y 헤드 (644) 가 주사 영역에 대향한 것을 확인하고, 그 다음, 정지 중의 Y 헤드 (644) 를 활성화시킨다. 하지만, 주제어 장치 (20) 는, 이 시점에서는 아직 Y 헤드 (644) 의 계측치의 모니터링을 개시하지 않는다.
다음으로, 도 19(C) 에 도시된 바와 같이, 후에 정지되는 Y 헤드 (643) 가 주사 영역에 대향하고 있는 동안에, 주제어 장치 (20) 는, Y 헤드 (643) 를 포함하는 작동 중의 인코더 헤드의 계측치로부터, 복귀한 Y 헤드 (644) 의 기준 위치를 산출한다. 그 다음, 주제어 장치 (20) 는 그 기준 위치를 Y 헤드 (644) 의 계측치의 초기값으로서 설정한다. 또한, 기준 위치의 산출과 초기값의 설정에 관해서는 후에 상세히 설명할 것이다.
주제어 장치 (20) 는, 상기의 초기값의 설정과 동시에, 계측치를 모니터링하는 인코더 헤드를 Y 헤드 (643) 로부터 Y 헤드 (644) 로 전환한다. 전환의 종료 후, 주제어 장치 (20) 는, 도 19(D) 에 도시된 바와 같이, Y 헤드 (643) 의 동작을 주사 영역으로부터 벗어나기 전에 정지시킨다. 전술한 동작에 의해, 인코더 헤드의 전환의 모든 동작이 종료하고, 그 후, 도 19(E) 에 도시된 바와 같이, Y 헤드 (644) 의 계측치가 주제어 장치 (20) 에 의해 모니터링된다.
본 실시형태에서는, 헤드 유닛 (62A 및 62C) 이 각각 구비된 인접하는 Y 헤드들 (65) 간의 거리, 및 인접하는 Y 헤드들 (64) 간의 거리는 양자 모두, 예를 들어, 70mm (일부 예외는 있다) 이고, Y 스케일 (39Y1 및 39Y2) 의 주사 영역의 X 축 방향의 유효폭 (예를 들어, 76mm) 보다도 좁게 설정된다. 또한, 마찬가지로, 헤드 유닛 (62B 및 62D) 이 각각 구비된 인접하는 X 헤드들 (66) 간의 거리는, 예를 들어, 70mm (일부 예외는 있다) 이고, X 스케일 (39X1 및 39X2) 의 주사 영역의 Y 축 방향의 유효폭 (예를 들어, 76mm) 보다도 좁게 설정된다. 따라서, 전술한 바와 같이, Y 헤드들 (65 또는 64) 및 X 헤드들 (66) 의 전환을 부드럽게 수행할 수 있다.
또한, 인접하는 양 헤드가 스케일에 대향하는 범위, 즉, 도 19(B) 에 도시된 상태로부터 도 19(D) 에 도시된 상태까지의 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 이동 거리는, 예를 들어, 6mm 이다. 그리고, 중앙에서, 즉, 도 19(C) 에 도시된 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치에서, 계측치를 모니터링하는 헤드가 전환된다. 이 전환 동작은, 정지될 헤드가 주사 영역으로부터 벗어날 때까지, 보다 구체적으로, 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 도 19(C) 에 도시된 상태로부터 도 19(D) 에 도시된 상태까지의 거리 3mm 의 영역을 이동하는 동안 완료된다. 예를 들어, 스테이지의 이동 속도가 1m/sce 인 경우, 3msec 내에 헤드의 전환 동작이 완료되게 된다.
다음으로, 인코더 헤드의 전환 시의 연결 처리 (linkage process), 즉, 계측치의 초기 설정에 대해, 주제어 장치 (20) 의 동작을 중심으로 하여 설명한다.
본 실시형태에서는, 전술한 바와 같이, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 유효 스트로크 범위에서는, XY 평면 내에서의 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 정보를 검출하기 위해, 항상 3 개의 인코더 (X 헤드들 및 Y 헤드들) 가 스테이지의 움직임을 관찰한다. 따라서, 인코더의 전환 처리가 수행될 때에는, 도 20 에 도시된 바와 같이, 4 번째의 인코더 (Y 헤드) (Enc4) 를 추가한 4 개의 인코더 (Enc1 내지 Enc4) 가 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 관찰하는 것으로 한다.
도 20 에 도시된 인코더의 전환 상태에서는, 인코더 (Enc1, Enc2, Enc3, 및 Enc4) 가 각각 스케일 (39Y1, 39Y2, 39X1, 및 39Y1) 의 위에 위치하고 있다. 언뜻보기에, 인코더는, 인코더 (Enc1) 로부터 인코더 (Enc4) 로 전환되려는 것처럼 보인다. 하지만, 인코더 (Enc1) 와 인코더 (Enc4) 에서는 그들의 계측 방향인 Y 축 방향의 위치가 상이한 것으로부터도 알수 있는 바와 같이, 전환이 수행되는 타이밍에서 인코더 (Enc1) 의 계측치를 그대로 인코더 (Enc4) 의 계측치의 초기값으로서 설정하는 경우에도 아무런 의미도 없다.
따라서, 본 실시형태에서는, 주제어 장치 (20) 는, 도 20 에 도시된 바와 같이, 3 개의 인코더 (Enc1, Enc2, 및 Enc3) 에 의한 위치 계측으로부터, 3 개의 인코더 (Enc2, Enc3, 및 Enc4) 에 의한 위치 계측으로 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 계측을 전환한다. 이 전환 방법에서는, 하나의 헤드로부터 다른 헤드로 전환되지 않지만, 3 개의 헤드 (인코더) 의 조합 (그룹) 으로부터, 다른 3 개의 헤드 (인코더) 의 조합 (그룹) 으로 전환된다.
전환 시, 주제어 장치 (20) 는, 먼저, 인코더 (Enc1, Enc2, 및 Enc3) 의 계측치 (C1, C2, 및 C3) 를 이용하여 연립 방정식 (20a) 내지 (20c) 을 풀고, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 XY 평면 내의 위치 좌표 (X, Y, θz) 를 산출한다. 다음으로, 여기서 산출된 위치 좌표를 이용하여, 인코더 (Y 헤드) (Enc4) 의 계측치가 따르는 다음의 이론식 (20d) 으로부터 이론값 C4 를 구한다.
Figure pct00020
이 경우, p4 및 q4 는 인코더 (Enc4) 의 X 및 Y 설정값이다. 그 다음, 이론값 C4 을 인코더 (Enc4) 의 초기값으로서 설정한다.
전술한 연결 처리에 의해, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 계측의 결과 (X, Y, θz) 를 유지한 채로, 인코더의 전환 동작이 완료된다. 이후로는, 전환 후에 사용하는 인코더 (Enc2, Enc3, 및 Enc4) 의 계측치 (C2, C3, 및 C4) 를 이용하여, 다음의 연립 방정식 (20b) 내지 (20d) 를 풀어, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표 (X, Y, θz) 를 산출한다.
Figure pct00021
또한, 4 번째의 인코더가 X 헤드인 경우에는, 이론식 (20d) 대신에 다음의 이론식 (20e) 을 이용한 연립 방정식 (20b), (20c), 및 (20e) 를 이용할 수 있다.
Figure pct00022
하지만, 실제의 인코더의 계측치 (원시 (raw) 계측치) 에는 각종 계측 오차가 포함되어 있다. 따라서, 주제어 장치 (20) 는 오차 보정한 값을 계측치 C4 로서 제시한다. 따라서, 전술한 연결 처리에서, 주제어 장치 (20) 는, 스테이지 위치 기인 오차 보정 정보 및/또는 스케일의 격자 피치에 대한 보정 정보 (및 격자 변형에 대한 보정 정보) 등을 이용하여, 식 (20d) 또는 식 (20e) 로부터 구해지는 이론값 C4 을 역보정하고, 보정 전의 원시값 C4' 을 산출하고, 그 원시값 C4' 을 인코더 (Enc4) 의 계측치의 초기값으로서 설정한다.
이제, 본 실시형태에서, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표는 주제어 장치 (20) 에 의해, 예를 들어, 90μsec 의 시간 간격으로 제어된다. 이 각각의 제어 샘플링 간격에서, 위치 서보 제어계 (주제어 장치 (20) 의 일부) 가, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 현재 위치를 갱신하고, 목표 위치에 스테이지를 위치 결정하기 위한 추력 (thrust) 명령값 등을 연산하고, 그 값들을 출력한다. 전술한 바와 같이, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 현재 위치는 간섭계 또는 인코더의 계측치로부터 산출된다.
이제, 앞에서 설명한 바와 같이, 간섭계와 인코더는 간섭광의 강도를 계측한다. 계측치는 주제어 장치 (20) 로 전송된다. 주제어 장치 (20) 는, 간섭광의 강도 변화의 횟수 (즉, 간섭광의 프린지의 수) 를 카운트한다. 그리고, 이 계수치 (카운트값) 로부터 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치를 산출한다. 따라서, 주제어 장치 (20) 는, 프린지를 트랙킹하는 것을 놓치지 않도록, 제어 샘플링 간격보다 훨씬 짧은 시간 간격 (계측 샘플링 간격) 으로, 간섭계와 인코더의 계측치를 모니터링한다.
따라서, 본 실시형태에서, 주제어 장치 (20) 는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 유효 스트로크 범위에 있는 동안에는, 스케일의 주사 영역에 대향하는 모든 인코더 (항상 3 개인 것은 아니다) 로부터 방출되는 계측치를 수신하는 것을 항상 계속한다. 그리고, 주제어 장치 (20) 는, 전술한 인코더의 전환 동작 (복수의 인코더 사이의 연결 동작) 을, 제어 샘플링 간격마다 수행되는 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 제어와 동기하여 수행하고 있다. 이러한 구성에서, 인코더의 전기적으로 고속의 전환 동작이 불필요할 것이고, 이는 또한 이러한 고속의 전환 동작을 실현하기 위한 고가의 하드웨어를 반드시 설치할 필요는 없다는 것을 의미하기도 한다.
도 21 에는, 본 실시형태에서의, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 제어, 인코더의 계측치의 로딩, 및 인코더의 전환의 타이밍이 개념적으로 도시되어 있다. 도면 중의 부호 CSCK 는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 제어의 샘플링 클럭 (제어 클럭) 의 발생 타이밍을 나타내고, 부호 MSCK 는, 인코더 (및 간섭계) 의 계측의 샘플링 클럭 (계측 클럭) 의 발생 타이밍을 나타낸다. 또한, 부호 CH 는, 도 19(A) 내지 도 19(E) 에서 상세하게 설명한 인코더의 전환 (연결) 처리를 모식적으로 나타낸다.
주제어 장치 (20) 는, 인코더 (헤드) 의 전환을, 인코더의 복귀와 연결 처리의 2 단계로 동작을 나누어 실행한다. 도 21 에 나타낸 예에 따라 이 전환을 설명하면, 우선, 제 1 제어 클럭 시에 동작하고 있는 인코더는, 제 1 조합 (Enc1, Enc2, 및 Enc3) 의 3 개의 인코더로 한다. 주제어 장치 (20) 는, 이들 인코더의 계측치를 감시하고, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표 (X, Y, θz) 를 산출한다. 다음으로, 주제어 장치 (20) 는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표에 따라, X 스케일 및 Y 스케일의 주사 영역 위에 있는 모든 인코더를 확인한다. 그리고, 주제어 장치 (20) 는, 그 인코더들 중 복귀를 필요로 하는 인코더 (Enc4) 를 특정하고, 제 2 제어 클럭 시에 그 인코더를 복귀시킨다. 이 프로세스 시점에서, 동작하고 있는 인코더의 수는 4 가 된다. 그리고, 동작하고 있는 인코더 중에서, 다음 제어 클럭 시에 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표를 산출하기 위해 계측치를 감시하는 인코더를, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표에 따라 특정한다. 여기서, 제 2 조합 (Enc2, Enc3, 및 Enc4) 이 특정된 것으로 가정한다. 주제어 장치 (20) 는, 이 특정된 조합이, 전 제어 클럭 시에 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표를 산출하기 위해 사용되었던 조합과 일치하는가를 확인한다. 이 예에서는, 제 1 조합 중의 인코더 (Enc1) 와 제 2 조합 중의 인코더 (Enc4) 는 상이하다. 따라서, 제 3 제어 클럭 시에 제 2 조합으로의 연결 처리 (CH) 를 실행한다. 이하, 주제어 장치 (20) 는, 제 2 조합 (Enc2, Enc3, 및 Enc4) 의 계측치를 모니터링하고, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표 (X, Y, θz) 를 산출한다. 물론, 조합의 변경이 없다면, 연결 처리 (CH) 는 실행하지 않는다. 모니터링 대상으로부터 벗어난 인코더 (Enc1) 는, 그 인코더 (Enc1) r가 스케일 상의 주사 영역으로부터 벗어나는 제 4 제어 클럭 시에 정지된다.
주제어 장치 (20) 는, 쇼트 맵 (노광 맵) 마다 인코더 전환 처리를 스케쥴링하고, 그 결과를 메모리 (34) 에 저장한다. 따라서, 재시도 (재실행) 가 없다면, 쇼트 맵마다의 스케쥴의 내용이 일정하게 된다. 하지만, 실제로는 재시도를 고려하지 않으면 않되기 때문에, 주제어 장치 (20) 는, 노광 동작을 수행하면서 약간 앞선 스케쥴을 항상 갱신하는 것이 바람직하다.
또한, 이제까지, 본 실시형태에서의 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 제어에 이용하는 인코더의 전환 방법의 원리를 설명하기 위해, 4 개의 인코더 (헤드) (Enc1, Enc2, Enc3, 및 Enc4) 를 취했지만, 인코더 (Enc1 및 Enc2) 는 다음의 헤드 유닛 (62A 및 62C) 의 Y 헤드 (65 및 64) 및 헤드 유닛 (62E 및 62F) 의 Y 헤드 (67 및 68) 중 임의의 것을 대표적으로 나타내고, 인코더 (Enc3) 는 헤드 유닛 (62B 및 62D) 의 X 헤드 (66) 를 나타내며, 인코더 (Enc4) 는 다음의 Y 헤드 (65, 64, 67 및 68) 또는 X 헤드 (66) 중 임의의 것을 대표적으로 나타낸다.
스케일 표면에 부착된 이물에 의해 계측 빔이 적어도 일부 차단되는 것 (이에 의해, 이물의 검출이 가능하게 되기 때문에, 이하에서는 "이물을 검출하는 것에 의해" 라고도 표현될 수 있다) 등에 의해, 인코더의 계측 결과에 이상이 발생할 수도 있다. 이 경우에, 인코더의 계측 빔은, 스케일면 (반사형 회절 격자의 격자면) 상에서, 예를 들어, 계측 방향으로 2mm, 격자선 방향으로 50μm 의 퍼짐을 갖는다. 따라서, 작은 이물조차도 검출할 수 있다. 또한, 실제적인 견지에서, 이물의 장치 내로의 침입, 그리고, 스케일 표면에의 부착을, 장기간에 걸쳐 완전히 방지하는 것은 매우 곤란하다. 인코더의 헤드가 고장나고, 어떤 구간에서 인코더로부터의 출력이 획득될 수 없는 상황도 고려될 수 있다. 따라서, 인코더의 계측 결과에 이상이 검지된 때에는, 계측을 간섭계 시스템 (118) 에 의한 계측으로 전환하거나, 간섭계 시스템 (118) 의 계측 결과를 이용하여 인코더의 계측 결과를 보정하는 등과 같은 백업 동작이 필요하게 된다.
본 실시형태에서 채용하는 액침형 노광 장치의 경우, 스케일 표면에 물방울이 남을 수도 있다. 예를 들어, 액침 영역은, 스크럼 시에 계측 스테이지 (MST) 에 인접하는 스케일 (39X1) 위를 빈번하게 통과한다. 또한, 다른 스케일에 관해서도 마찬가지로, 에지 쇼트 노광 시에, 액침 영역은 스케일 상의 영역의 일부로 진입한다. 따라서, 회수될 수 없고 스케일 상에 남겨진 물방울이 인코더의 계측 결과에 이상을 발생시키는 원인이 될 수도 있다. 이 경우에, 인코더의 계측 빔이 스케일 상의 물방울을 주사할 때, 계측 빔이 물방울에 의해 차단되어 빔의 강도가 감소되고, 최악의 경우 출력 신호가 단절된다. 또한, 굴절률이 상이한 물질을 계측 빔이 주사하기 때문에, 변위에 대한 계측 결과의 선형성이 저하될 수도 있다. 이와 같은 여러 가지 영향에 기초하여, 주제어 장치 (20) 는, 계측 결과의 이상의 발생을 판단하여야 한다.
인코더의 계측 결과의 이상은, 계측 결과의 급격한 시간 변화로부터, 또는, 인코더의 계측 결과의 간섭계 시스템 (118) 의 계측 결과로부터의 벗어남 등으로부터 판단할 수 있다. 우선, 전자의 경우에, 계측 샘플링 간격마다 인코더를 이용하여 얻어지는 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표가, 이전 샘플링 시에 얻어진 위치 좌표로부터, 실제의 스테이지의 구동 속도를 고려할 때 가능할 수 없을 만큼 많이 변화한 경우에, 주제어 장치 (20) 는 이상이 발생하였다고 판단한다. 후자에 관해서는, 본 실시형태에서는, 인코더를 이용한 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 계측과는 독립적으로, 전체 스트로크 영역에서 간섭계 시스템 (118) 을 이용한 위치 계측을 수행한다. 따라서, 인코더를 이용하여 얻어지는 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표의, 간섭계 시스템 (118) 을 이용하여 얻어진 위치 좌표로부터의 벗어남이, 미리 설정된 허용 범위를 초과하는 경우에, 주제어 장치 (20) 는 이상이 발생하였다고 판단한다.
인코더 (70A 내지 70F) (도 6 참조) 의 출력 신호가 단절되는 등, 계측기 시스템에 이상이 검지된 때에는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 구동의 서보 제어 (이하, "서보 제어" 라 약칭한다) 를 방해하지 않기 위해, 주제어 장치 (20) 는, 즉시 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 서보 제어를 간섭계 시스템 (118) (도 6 참조) 에 의한 서보 제어로 전환하기 위한 백업 처리를 실행한다. 보다 구체적으로, 웨이퍼 스테이지 (WST) (웨이퍼 테이블 (WTB)) 의 위치 좌표를 산출하기 위해 사용하는 계측기 시스템을, 인코더 시스템 (150) (인코더 (70A 내지 70F)) 으로부터 간섭계 시스템 (118) 으로 전환한다. 이 동작 시에, 산출되는 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표가 연속적으로 되도록 연결 처리를 실행한다.
도 22 에는, 인코더 시스템 (150) 에 의한 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 서보 제어로부터 간섭계 시스템 (118) 에 의한 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 서보 제어로의 전환 (및 간섭계 시스템 (118) 에 의한 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 서보 제어로부터 인코더 시스템 (150) 에 의한 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 서보 제어로의 전환) 에 있어서의 연결처리의 개략이 도시되어 있다. 도 22 에 도시된 바와 같이, 주제어 장치 (20) 는, 우선, 제어 클럭 (CSCK) 마다 연결 처리를 위한 전처리를 실행한다. 이 경우에, 계측 클럭 (MSCK) 시에는, 검은 도형에 의해 도시된 바와 같이, 인코더 시스템 (150) 과 간섭계 시스템 (118) 의 양 출력 신호를 항상 모니터링하고 있다. 또한, 간섭계 시스템 (118) 의 계측 클럭은, 실제로는, 인코더 시스템 (150) 의 계측 클럭보다 빈번하게 발생하지만, 이 경우에서, 복잡함을 피하기 위해, 동시에 발생하는 계측 클럭만이 도시되어 있다. 그리고, 제어 클럭 시에는, 주제어 장치 (20) 는, 도 22 중의 제 1 제어 클럭에서와 같이, 인코더 시스템 (150) (Enc1, Enc2, 및 Enc3) 의 계측 결과로부터 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표 (X, Y, θz) 를 산출하고, 또한, 간섭계 시스템 (118) (IntX, IntY, IntZ) 의 계측 결과로부터도 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표 (X', Y', θz') 를 산출한다. 동시에, 위치 좌표 (X, Y, θz) 와 위치 좌표 (X', Y', θz') 의 차분을 구한다. 또한, 소정의 클럭수에 대해 그 차분의 이동 평균 MAK {(X, Y, θz)-(X', Y', θz')} 을 취하고, 좌표 오프셋 (O) 으로서 유지한다. 하지만, 도 22 에서, 차분의 이동 평균의 연산이 부호 (MA) 로 간단하게 나타나 있다.
이 좌표 오프셋 (O) 은, 전술한 바와 같이, 인코더 시스템 (150) 의 계측 결과의 이상 발생을 판단하기 위한 지표로서도 이용할 수 있다. 주제어 장치 (20)는, 좌표 오프셋 (O) 의 절대값이, 미리 결정된 허용치 이하에 있는 경우 이상은 발생하지 않았고, 허용치를 초과한 경우에는 이상이 발생한 것으로 판단한다. 도 22 에서의 제 1 제어 클럭 시에는, 주제어 장치 (20) 는 이상이 발생하지 않았다고 판단하고, 따라서, 인코더 시스템 (150) 의 계측 결과로부터 산출된 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표 (X, Y, θz) 를 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 서보 제어용의 위치 좌표로서 사용한다.
인코더 시스템 (150) 의 출력 신호의 이상이 검지된 때에는, 주제어 장치 (20) 는, 즉시 간섭계 시스템 (118) 에의 연결 처리를 실행한다. 예를 들어, 도 22 에서의 제 13 클럭 시에, 도 22 에서 윤곽으로 도시된 바와 같이, 인코더 (Enc1, Enc2, 및 Enc3) 의 출력 신호가 단절된 것으로 가정한다. 이 경우에, 주제어 장치 (20) 는, 직전의 제어 클럭 시 (이 경우, 제 1 제어 클럭 시) 에 인코더 시스템 (150) 의 계측 결과로부터 산출된 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표 (X, Y, θz) 와 일치하도록, 제 2 제어 클럭 시에, 간섭계 시스템 (118) 의 계측 결과로부터 산출되는 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표 (X', Y', θz') 에, 직전의 제 1 제어 클럭 시에 유지된 좌표 오프셋 (O) 을 부가한다. 그 다음, 주제어 장치 (20) 는, 위치 좌표가 출력 신호의 회복이 검지될 때까지, 그 오프셋 보정된 위치 좌표 {(X', Y', θz')+O} 를 사용하여, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 서보 제어를 수행한다.
또한, 도 22 에서는, 제 13 클럭 시에, 3 개의 인코더 (Enc1, Enc2, 및 Enc3) 의 모든 출력 신호가 단절되는 경우를 도시한다. 하지만, 3 개의 출력 신호뿐만 아니라, 임의의 하나 또는 2 개의 출력 신호가 단절되는 경우에도, 공급되는 출력 신호가 2 개 이하로 되면 전술한 연립 방정식 (20a) 내지 (20c) 을 이용하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표를 산출할 수 없기 때문에, 주제어 장치 (20) 는, 유사한 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 서보 제어의 전환을 실행한다.
그리고, 인코더 시스템 (150) 의 출력 신호의 회복을 검지한 때에는, 주제어 장치 (20) 는, 즉시 간섭계 시스템 (118) 으로부터 인코더 시스템 (150) 으로의 역 연결 처리를 실행한다. 이 경우에, 도 22 에서의 제 23 클럭 시에, 인코더 (Enc1, Enc2, 및 Enc3) 의 출력 신호가 회복된 것으로 가정한다. 이 회복을 검지한 후의 제 3 제어 클럭 시에, 주제어 장치 (20) 는, 오프셋 보정이 수행된 간섭계 시스템 (118) 으로부터 공급된 위치 좌표 [(X', Y', θz')+O] 를 연립 방정식 (20a) 내지 (20c) 에 대입하여 각 인코더 (Enc1, Enc2, 및 Enc3) 가 제시할 계측치를 산출하고, 초기 설정한다. 도 22 에서는, 이 역 연결 처리가 부호 CH 에 의해 도시되어 있다. 또한, 이 경우에는, 위상 연결법이 적용될 수 있다. 주제어 장치 (20) 는, 다음의 제 4 제어 클럭 이후, 제 1 제어 클럭 시와 마찬가지로, 통상의 인코더 시스템 (150) 에 의한 서보 제어를 실행한다. 이와 동시에, 주제어 장치 (20) 는, 좌표 오프셋의 갱신을 재개한다.
주제어 장치 (20) 는, 전술한 바와 같은 인코더로부터의 출력 신호가 단절되는 경우 뿐만 아니라, 출력 신호의 신뢰성이 낮은 경우에도, 유사한 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 서보 제어의 전환을 실행한다. 이 경우에, 전술한 좌표 오프셋을 지표로 하여 이용함으로써, 출력 신호의 신뢰성이 검증된다. 도 22 에서의 제 5 제어 클럭 시에는, 신뢰성이 허용 범위를 하회한다고 판단하고, 간섭계 시스템 (118) 의 계측 결과로부터 산출되는 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표 (X', Y', θz') 를, 서보 제어용의 위치 좌표로 하여 사용하고 있는 상태를 도시한다. 또한, 이 때의 좌표 오프셋은 신뢰할 수 없기 때문에, 이 좌표 오프셋은 오프셋 보정에 사용될 수 없다. 따라서, 이전에 구해진 좌표 오프셋 중 소정 수의 최근 클럭이 저장되고, 신뢰성이 충분히 보장되는 최신의 좌표 오프셋을 이용하여 보정이 수행될 수도 있다. 그리고, 신뢰성이 충분히 회복된 경우에는, 제 1 및 제 4 제어 클럭 시와 마찬가지로, 인코더 시스템 (150) 의 계측 결과로부터 산출되는 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표 (X, Y, θz) 를 서보 제어용의 위치 좌표로서 사용한다.
인코더 시스템 (150) 에 이상이 발생한 때에는, 주제어 장치 (20) 는, 그 발생 타이밍에 따라 적당한 처리 방법을 선택한다. 빈번하게 수행될 수 있는 처리 방법으로서, 다음의 3 가지 방법이 준비된다. 우선, (a) 사용자에 대해 이상 발생의 경고를 발생시키고, 자동 조작에 의해 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 제어를 간섭계 시스템 (118) 에 의한 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 서보 제어로 전환한다. (b) 사용자에 대해 경고를 발생시키고, 백업 동작이 정상으로 기능한다고 믿고 처리를 계속할 지; 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 제어를, 간섭계 시스템 (118) 에 의한 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 서보 제어로부터 인코더 시스템 (150) 에 의한 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 서보 제어로의 전환하고, 또한, 얼라인먼트 계측을 전체적으로 다시 수행할 지; 또는, 처리를 취소할 지에 대한 판단을 사용자에게 요구한다. (c) 경고는 발생시키지 않고, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 서보 제어의 자동 전환을 실행한다. 방법 (a) 는 노광 시, 방법 (b) 는 얼라인먼트 시에 적용하는 것이 바람직하다.
다음으로, 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에서 채용하고 있는, 인코더 시스템 (150) 과 간섭계 시스템 (118) 에 의한 하이브리드 스테이지 제어에 대해 설명한다.
인코더는 간섭계에 비해 공기 요동의 영향이 극히 적기 때문에, 인코더 시스템 (150) (인코더 (70A 내지 70F)) (도 6 참조) 을 이용함으로써, 고정밀도로 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 구동 제어할 수 있다. 하지만, 전술한 바와 같이, 스케일 표면에 물방울, 먼지, 흠 등의 이물이 부착하고, 그 이물을 계측 빔이 주사할 때, 인코더 (헤드) 로부터의 출력 신호가 단절되거나 이상 신호가 출력되는 불편함이 발생한다. 따라서, 인코더 (70A 내지 70F) 로부터의 출력 신호에 이상이 발생한 때에는, 스테이지 제어의 이상 동작을 회피하는 수단이 필요하게 된다.
이 수단들 중 하나로서, 본 실시형태에서는, 전술한 간섭계 시스템 (118) (도 6 참조) 에 의한 백업 제어와 같이, 다른 센서 시스템을 이용한 제어로 스테이지 제어를 전환하는 방법이 채용된다. 하지만, 인코더 시스템 (150) (인코더 (70A 내지 70F)) 의 출력 신호의 신뢰성을 검증하기 위해서는, 어느 정도의 시간에 걸쳐 출력 신호를 모니터링하여야 한다. 스테이지 제어를 위해, 소정 회수의 제어 샘플링 클럭 (제어 클럭) 의 발생 시의 출력 신호를 모니터링할 필요가 있다. 따라서, 실제로 인코더 (70A 내지 70F) 의 출력 신호에 이상이 발생할 때부터, 주제어 장치 (20) 가 그 이상을 검지할 때까지의, 지연 시간이 발생한다.
이제, 이상 발생의 단순한 예로서, 인코더의 계측 빔이 스케일의 표면에 부착한 이물을 주사하는 경우에, 출력 신호가 단절되는 시간 간격이 고려될 것이다. 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 속도 1m/sec 로 이동하는 동안, 인코더 (헤드) 의 계측 빔이 이물 (예를 들어, 물) 을 주사하는 것으로 가정한다. 이 물의 퍼짐은, 헤드의 계측 빔의 퍼짐 (이 경우에는, 일예로서 1mm 로 한다) 보다 충분히 큰 것으로 가정한다. 이 경우, 계측 빔이 물에 의해 완전히 차단되기까지 필요한 시간은 1msec 가 될 것이다. 즉, 인코더의 출력 신호는 1msce 의 시간 간격에서 완전히 소실될 것이다.
한편, 출력 신호의 이상 발생으로부터 주제어 장치 (20) 가 실제로 이상을 검지할 때까지 필요한 시간 (지연 시간) 은, 출력 신호를 모니터링하는 제어 클럭 수를, 예를 들어, 5 로 한 경우, 제어 클럭의 발생 간격이 본 실시형태에서는 약 100μsec 이기 때문에, 0.5msec 가 된다. 이 지연 시간 0.5msec 는, 위에서 구한 이상 발생 시의 출력 신호의 소실 시간 1msec 에 비해 무시할 수 있을 만큼 짧지는 않다. 따라서, 인코더 시스템 (150) (인코더 (70A 내지 70F)) 의 출력 신호의 이상을 검지한 때에, 정밀도의 저하 없이, 다른 센서 시스템을 이용한 제어로 스테이지 제어를 전환하는 것은, 고속으로 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 구동되는 경우에는 특히 어렵다.
이제까지의 고찰로부터, 인코더 시스템 (150) 의 대체 수단으로서, 이상 발생시에 있어서의 출력 신호의 시간 변화가 완만하고, 또는, 출력 신호의 현저한 시간 변화를 수반하는 이상 동작을 발생시지 않는, 안정한 센서 시스템을 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 관점에서, 간섭계 시스템 (118) 을 이용하는 것이 장려되지만, 전술한 바와 같이, 간섭계는 공기 요동의 영향이 크고, 스테이지 제어의 정밀도의 관점에서 인코더 시스템 (150) 의 인코더 (70A 내지 70F) 에 비해 열등하다. 따라서, 안정한 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 서보 제어를 위한 메인 센서 시스템으로서 간섭계 시스템 (118) 을 사용하고, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 서보 제어의 정밀도를 커버하기 위한 서브 센서 시스템으로서 인코더 시스템 (150) 을 병용하는, 하이브리드 방식의 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 서보 제어가 유망하다. 이러한 이유로, 본 실시형태에서는, 이하의 2 개의 대체 방식을 채용한다.
[제 1 대체 방식]
제 1 대체 방식에서는, 주제어 장치 (20) 는, 간섭계 시스템 (118) 의 출력 신호로부터 산출된 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표 (X', Y', θz') 와, 전술한 좌표 오프셋 O = MAK {(X, Y, θz)-(X', Y', θz')} 의 합으로부터 산출되는 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표를, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 구동 제어를 위해 사용한다. 이 경우에, (X, Y, θz) 는 인코더 시스템 (150) (즉, 인코더 (70A 내지 70F)) 의 출력 신호로부터 산출되는 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표를 의미하고, MAK 는 소정의 클럭 수 K 에 대한 이동 평균을 의미한다.
제 1 대체 방식에서는, 주제어 장치 (20) 는, 전술한 간섭계 시스템 (118) 에 의한 백업 처리와 마찬가지로, 좌표 오프셋 (O) 을 이용하여 인코더 시스템 (150) 의 출력 신호의 신뢰성을 검증한다. 주제어 장치 (20) 는, 출력 신호가 정상인 것을 확인한 경우, 검증 후의 좌표 오프셋 (O) 과 간섭계 시스템 (118) 의 출력 신호로부터 산출되는 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표 (X', Y', θz') 의 합을 취하고, 그 합을 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 구동 제어를 위해 사용한다. 또한, 좌표 오프셋 (O) 의 이동평균이 수행되지 않는 경우, 같은 시각 t 에서 얻어진 (X', Y', θz') 과 "O" 가 사용되고, 단순히, 시각 t 에서의 인코더 시스템 (70A 내지 70F) 의 출력 신호로부터 산출된 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표 (X, Y, θz) 가 사용될 것이다.
한편, 주제어 장치 (20) 는, 출력 신호의 이상을 검지한 경우, 이상이 검지된 좌표 오프셋 (O) 은 사용하지 않고, 이전의 검증 시에 정상인 것으로 판정된 좌표 오프셋 (O) 과 간섭계 시스템 (118) 의 출력 신호로부터 산출된 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표 (X', Y', θz') 의 합, 또는, 간섭계 시스템 (118) 의 출력 신호로부터 산출된 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표 (X', Y', θz') 를, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 서보 제어를 위해 사용한다.
도 23 에는, 제 1 대체 방식에서의, 간섭계 시스템 (118) 과 인코더 시스템 (150) 을 이용한 하이브리드 방식의 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 서보 제어의 개략이 도시되어 있다. 또한, 도 23 의 표기는 전술한 도 22 와 동일하다. 도 22 와 도 23 을 비교하면 알 수 있는 바와 같이, 정상 시에 사용하는 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 서보 제어용의 위치 좌표로서, 인코더 시스템 (150) (Enc1, Enc2, Enc3) 의 계측 결과로부터 얻어지는 위치 좌표 (X, Y, θz) 가, 간섭계 시스템 (118) (IntX, IntY, IntZ) 의 계측 결과로부터 얻어지는 위치 좌표 (X', Y', θz') 와 좌표 오프셋 (O) 의 합으로 대체되는 것을 제외하고는, 이상 발생 시의 연결 처리 등의 절차는 전술한 간섭계 시스템 (118) 에 의한 백업 처리와 완전히 동일하다. 따라서, 도 23 에 대한 상세한 설명은 여기서 생략한다.
제 1 대체 방식에서는, 출력 신호의 급격한 변화가 없는 안정한 동작 시에는, 간섭계 시스템 (118) 의 출력 신호로부터 산출되는 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표 (X', Y', θz') 와 좌표 오프셋 (O) 의 합은, 인코더 시스템 (150) 의 출력 신호로부터 산출되는 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표 (X, Y, θz) 와 대략 동일하다. 따라서, 안정 동작 시에는, 인코더 시스템 (150) 의 출력 신호에 기초한 스테이지 제어와 거의 동일한 정도의 고정밀도인 스테이지 제어가 수행될 수 있다.
또한, 제 1 대체 방식에서는 몇몇 경우에, 인코더 시스템 (150) 의 출력 신호를 검증하기 위해 좌표 오프셋 (O) 의 갱신이 지연된다. 또한, 좌표 오프셋 (O) 을 이동평균하기 위해, 그 평균 시간 (평균 회수와 제어 클럭 시간 간격의 프로덕트 (product)) 보다 짧은 시간 스케일에서 발생하는 간섭계 시스템 (118) 의 공기 요동 성분의 영향이 충분히 보정될 수 없고, 이는 제어 오차의 발생을 야기할 수 있을 것이다.
[제 2 대체 방식]
제 2 대체 방식에서는, 주제어 장치 (20) 는, 간섭계 시스템 (118) 의 출력 신호로부터 산출되는 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표 (X', Y', θz') 를, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 구동 제어를 위해 사용한다. 이 경우, 간섭계 시스템 (118) 의 공기 요동의 영향이 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 제어 정밀도의 한계를 부여한다. 따라서, 인코더 시스템 (150) (인코더 (70A 내지 70F)) 을 병용하여, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 제어 정밀도를 보다 높게 하기 위해, 이하의 처리를 실행한다.
(a) 정지 (靜止; static) 얼라인먼트 계측 (FIA 계측) 시에 있어서의 처리; 얼라인먼트계 (AL1 및 AL21 내지 AL24) 를 이용한 얼라인먼트 계측 (FIA 계측) 에서는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 목표 위치로부터의 실제의 위치의 벗어남 (보다 정확하게는 그 평균적인 값) 을 계측 결과에 부가함으로써, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 제어 정밀도가 불충분한 경우에도, 계측 오차 발생이 방지된다. 따라서, 인코더 시스템 (150) 을 이용하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 편차를 계측하면, 간섭계 시스템 (118) 의 계측 오차의 영향을 받지 않는 FIA 계측이 수행될 수 있다. 이 경우에, FIA 계측시에는 웨이퍼 스테이지 (WST) 는 정지하고 있기 때문에, 인코더의 헤드로부터의 계측 빔이 이물을 주사하지 않고, 인코더 시스템 (150) 의 출력 신호에 이상이 발생하지도 않는다. 따라서, 안정 동작 시의 인코더 시스템 (150) 에 의한 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 서보 제어와 동일한 정도의 고정밀도인 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 구동 제어가 수행될 수 있다.
(b) 주사 얼라인먼트 계측 (AIS 계측) 시에 있어서의 처리; 공간 이미지 계측 장치 (45) 를 이용하여, 웨이퍼 테이블 (WTB) 의 등속 스캔 중에 대상 마크의 공간 이미지를 촬상하는 AIS 계측에서는, 계측 중의 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 소정의 속도로부터의 속도 편차를 보정하기 위해, 소정 횟수의 제어 샘플링 클럭 발생 시의 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표를 사용한다. 따라서, 이 경우에도 FIA 계측의 경우와 마찬가지로, 인코더 시스템 (150) 의 출력 신호로부터 얻어진 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 정보를 이용하여 속도 편차를 구하고, 보정할 수도 있다. 이 경우에, 웨이퍼 스테이지 (WST) 는 움직이고 있기 때문에, 인코더 (헤드) 의 계측 빔이 이물을 주사할 수도 있을 것이다. 하지만, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 서보 제어용으로 인코더 시스템 (150) 을 사용하고 있지 않고, 따라서, 그 출력 신호의 검증으로 인한 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 서보 제어의 지연은 발생하지 않는다. 하지만, AIS 계측의 오차 보정을 위한 출력 신호의 검증은 필요하다.
(c) 노광 시에 있어서의 처리; 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에서는, 레티클 스테이지 (RST) 를 웨이퍼 스테이지 (WST) 에 추종하도록 구동 및 제어하는 동기 구동 제어에 의해, 전사 패턴의 중첩과 결상의 충분한 정밀도를 확보할 수 있도록 한다. 이러한 동기 구동 방식에서는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 제어 오차가 발생할 때에도, 레티클 스테이지 (RST) 의 추종 기능이 충분히 양호하다면, 전사 패턴의 중첩과 결상의 정밀도는 제어 오차에 의해 영향을 받지 않는다. 따라서, 레티클 스테이지 (RST) 의 추종 제어에 이용되는 위치의 목표값으로서, 인코더 시스템 (150) 의 출력 신호로부터 얻어지는 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 좌표를 사용한다.
도 24 에는, 간섭계 시스템 (118) 과 인코더 시스템 (150) 을 병용한 레티클 스테이지 (RST) 와 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 동기 구동 제어계의 구성을 모식적으로 나타낸 블록도가 도시되어 있다. 도 24 에서, 목표값 계산/출력부 (120) 가 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치의 목표값을 스테이지 구동계 (124) 로 출력한다. 스테이지 구동계 (124) 는, 위치의 목표값과 간섭계 시스템 (118) 으로부터의 실측치와의 차이에 따라서, 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 구동한다. 간섭계 시스템 (118) 으로부터의 실측치는, 간섭계/인코더 출력 변환부 (121) 에 의해 인코더 시스템 (150) (인코더 (70A 내지 70F)) 의 실측치로 변환되고, 또한, 투영 배율 1/β 배되어, 레티클 스테이지 (RST) 의 위치의 목표값으로서, 레티클 스테이지 구동계 (11) 로 출력된다. 레티클 스테이지 구동계 (11) 는, 위치의 목표값과 레티클 간섭계 (116) 로부터의 실측치 간의 차이에 따라, 레티클 스테이지 (RST) 를 구동한다. 또한, 스테이지의 제어계에 있어서, 스테이지 자신이 그 제어계의 요소를 구성하는 것은 아니고, 또한, 스테이지로부터 간섭계 시스템에 어떠한 신호가 공급되는 것도 아니지만, 도 24 에서는, 설명을 이해하기 쉽게 하기 위해, 도시의 구성을 채용하고 있다. 도 24 에 있어서, 가상선 (이점 쇄선) 으로 둘러싸인 부분은, 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 이동할 때, 간섭계 시스템 (118) 에 의해 그 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 정보가 계측됨과 동시에, 인코더 시스템 (150) 에 의해서도 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치정보가 계측되고, 그 인코더 시스템 (150) 의 출력에 기초하여 얻어진 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치가 1/β 되어 레티클 스테이지 제어계에 목표값으로서 입력된다. 이러한 물리 현상이, 도 24 에 있어서는, 간섭계/인코더 출력 변환부 (121) 에 의한, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치를 계측하는 간섭계 시스템 (118) 의 출력으로부터 인코더 시스템 (150) 의 출력으로의 변환으로서 표현되어 있다.
도 24 에 도시된 제어계에서는, 간섭계 시스템 (118) 에 의한 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 서보 제어에 오차가 발생할 때에도, 레티클 스테이지 구동계 (11) 에는 인코더 시스템 (150) 으로부터의 고정밀도의 실측치가 위치 목표값으로서 입력되고, 따라서, 충분히 고정밀도의 동기 구동 제어를 실행할 수 있다. 또한, 이 제 2 대체 방식에서는, 제 1 대체 방식과 마찬가지로, 짧은 시간 스케일에서 발생하는 간섭계 시스템 (118) 의 공기 요동 성분에 기인하는 제어 오차가 발생할 수 있을 것이다.
전술한 제 2 대체 방식에서는, 간섭계 시스템 (118) 을 이용하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 서보 제어를 수행하기 때문에, 이러한 방법은 안정성의 관점에서 유망하다. 반면, 제어 정밀도의 관점에서는, 제 2 대체 방식은 인코더 시스템 (150) 을 이용하는 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 서보 제어에 비해 열등하지만, 짧은 시간 스케일의 공기 요동 성분이 발생하지 않는 한, 특별히 문제를 야기하지는 않는다.
또한, 주제어 장치 (20) 는, 전술한 제 1 대체 방식과 제 2 대체 방식을 병용하는 방식 (편의상 제 3 대체 방식으로 칭한다) 에서, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 구동 제어를 수행할 수도 있다. 이 제 3 대체 방식에서는, 제 1 대체 방식의 스테이지 제어의 정밀도가 항상 보장되기 때문에, FIA 계측시의 위치 편차나, AIS 계측시의 속도 편차를 억제할 수 있다. 이에 추가하여, 제 2 대체 방식에 의한 제어 오차의 보정 처리가 또한 부가되기 때문에, FIA 및 AIS 계측시의 제어 오차를 또한 효과적으로 저감할 수 있다.
또한, 지금까지의 설명에서는, 설명을 간략화하기 위해, 주제어 장치 (20) 가, 간섭계 시스템 (118) 및 인코더 시스템 (150) 을 이용한 스테이지의 제어, 인코더 시스템 (150) 의 헤드의 연결 등을 포함하는, 노광 장치의 구성 각부의 제어를 수행하는 것으로 하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고, 물론, 상기의 주제어 장치 (20) 에 의해 수행되는 전술한 제어의 적어도 일부를, 복수의 제어 장치에 의해 분담하여 수행할 수 있다. 예를 들어, 스테이지의 제어, 인코더 시스템의 연결 등을 수행하는 스테이지 제어 장치를, 주제어 장치 (20) 의 제어 하에 동작하도록 설치할 수 있다. 또한, 상기 주제어 장치 (20) 가 수행하는 제어는 반드시 하드웨어에 의해 실현될 필요는 없고, 주제어 장치 (20), 또는, 전술한 바와 같이 분담하여 제어를 수행하는 몇몇 제어 장치의 각각의 동작을 규정하는 컴퓨터 프로그램에 따라 소프트웨어적으로 실현할 수도 있다.
이상 상세하게 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에 따르면, 주제어 장치 (20) 는, 간섭계 시스템 (118) 을 이용하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 제 1 위치 정보를 계측한다. 동시에, 주제어 장치 (20) 는, 인코더 시스템 (150) (인코더 (70A 내지 70F)) 을 이용하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 제 2 위치 정보를 계측한다. 또한, 주제어 장치 (20) 는, 제 1 위치 정보와 제 2 위치 정보 간의 차분을 소정의 계측 시간에 걸쳐 평균하여 좌표 오프셋을 설정하고, 그 좌표 오프셋을 이용하여 인코더 (70A 내지 70F) 의 출력 신호의 신뢰성을 검증한다. 정상임이 확인될 때, 제 1 위치 정보와 좌표 오프셋의 합을 참조하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 구동의 서보 제어를 수행한다. 이 간섭계 시스템 (118) 과 인코더 시스템 (150) (인코더 (70A 내지 70F)) 을 병용하는 하이브리드 방식의 서보 제어에 의해, 간섭계의 안정성과 인코더의 정밀성을 겸비한 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 구동 제어가 수행될 수 있다.
또한, 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에 따르면, 주제어 장치 (20) 에 의해, 인코더 시스템 (150) 에 비해 계측의 장기 안정성 면에서 우수한 간섭계 시스템 (118) 의 계측 결과에 기초하여, 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 구동되고, 간섭계 시스템 (118) 에 비해 고정밀도인 계측이 가능한 인코더 시스템 (150) 의 계측 결과를 이용하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 제어 정밀도를 향상시키기 위한 소정의 교정 처리, 예를 들어, 전술한 (a) 정지 얼라인먼트 계측 (FIA 계측) 시의 처리, 및 (b) 주사 얼라인먼트 계측 (AIS 계측) 시의 처리 등이 수행된다. 따라서, 얼라인먼트 정밀도를 향상시킬 수 있고, 이는 노광 시의 중첩 정밀도가 향상될 수 있도록 한다.
따라서, 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에서는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 상에 유지된 웨이퍼 (W) 상에, 장기간에 걸쳐 고정밀도로 패턴을 형성할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에 따르면, 주제어 장치 (20) 는, 전술한 (c) 의 제어 방식을 채용하는 경우, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 서보 제어에 오차가 발생할 때에도, 주사 노광에 의해, 레티클 (R) 의 패턴을 높은 정밀도로 웨이퍼 (W) 상의 각 쇼트 영역에 전사할 수 있다. 더욱이, 본 실시형태에서는, 액침 노광에 의해 고해상도의 노광을 실현할 수 있기 때문에, 이 점에 있어서도 미세 패턴을 고정밀도로 웨이퍼 (W) 상에 전사하는 것이 가능하다.
또한, 상기 실시형태에서는, 본 발명에 관한 이동체 구동 방법 및 이동체 구동 시스템이, 상기 (c) 의 경우를 제외하고, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 구동에 이용되는 경우에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고, 웨이퍼 스테이지 (WST) 에 추가하여, 또는, 그 대신에, 다른 이동체, 예를 들어, 레티클 스테이지 (RST) 및/또는 계측 스테이지 등의 구동에 본 발명에 관한 이동체 구동 방법 및 이동체 구동 시스템을 이용할 수도 있다. 특히, 웨이퍼 스테이지 (WST) 에 추가하여 레티클 스테이지 (RST) 의 구동에 본 발명에 관한 이동체 구동 방법 및 이동체 구동 시스템을 이용하는 경우에는, 웨이퍼 (W) 상에 레티클 (R) 의 패턴을 고정밀도로 전사할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서 설명한 인코더 시스템 등의 각 계측 장치의 구성은 일예에 불과하고, 본 발명이 이에 한정되지 않는 것은 물론이다. 예를 들어, 상기 실시형태에서는, 웨이퍼 테이블 (웨이퍼 스테이지) 상에 격자부 (Y 스케일, X 스케일) 를 설치하고, 이 격자부에 대향하도록 X 헤드 및 Y 헤드를 웨이퍼 스테이지의 외부에 배치하는 구성의 인코더 시스템을 채용한 경우에 대해 예시하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고, 예를 들어, 미국 공개특허공보 제 2006/0227309 호 등에 개시되어 있는 바와 같이, 웨이퍼 스테이지에 인코더 헤드를 설치하고, 이 격자부에 대향하도록 웨이퍼 스테이지의 외부에 격자부 (예를 들어, 2 차원 격자 또는 2 차원으로 배치된 1 차원의 격자부) 를 배치하는 구성의 인코더 시스템을 채용할 수도 있다. 이 경우에, Z 헤드도 웨이퍼 스테이지에 설치하고, 그 격자부의 면을, Z 헤드의 계측 빔이 조사되는 반사면으로 할 수도 있다. 또한, 상기 실시형태에서는, 인코더로서 광학 인코더를 이용하는 경우에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고, 자기 인코더를 이용할 수도 있다.
또한, 상기 실시형태에서는 노즐 유닛 (32) 의 하면과 투영 광학계 (PL) 의 선단 광학 소자의 하단면이 거의 동일면인 것으로 하였지만, 본 발명은, 이에 한정되지 아니하고, 예를 들어, 노즐 유닛 (32) 의 하면을, 선단 광학 소자의 사출면보다도 투영 광학계 (PL) 의 이미지면 (즉, 웨이퍼) 에 더 가깝게 배치할 수 있다. 즉, 국소 액침 장치 (8) 의 구성은 는 전술한 구성에 한정되지 아니하고, 예를 들어, 유럽 공개특허공보 제 1 420 298 호, 국제공개공보 제 2004/055803 호, 국제공개공보 제 2004/057590 호, 국제공개공보 제 2005/029559 호, (대응 미국 공개특허공보 제 2006/0231206 호), 국제공개공보 제 2004/086468 호 (대응 미국 공개특허공보 제 2005/0280791 호), 미국 특허 제 6,952,253 호 등에 기재되어 있는 것을 이용할 수 있다. 또한, 예를 들어, 국제공개공보 제 2004/019128 호 (대응 미국 공개특허공보 제 2005/0248856 호) 에 개시되어 있는 바와 같이, 선단 광학 소자의 이미지면 측의 광로에 추가하여, 선단 광학 소자의 물체면 측의 광로도 액체로 채울 수도 있다. 또한, 선단 광학 소자의 표면의 일부 (적어도 액체와의 접촉면을 포함) 또는 전부에, 친액성 및/또는 용해 방지 기능을 갖는 박막을 형성할 수도 있다. 또한, 석영은 액체와의 친화성이 높고, 또한 용해 방지막도 불필요한 반면, 형석의 경우, 적어도 용해 방지막을 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 실시형태에서는, 액체로서 순수 (물) 를 이용하는 것으로 하였지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는 것은 물론이다. 액체로서는, 화학적으로 안정되고, 조명광 (IL) 에 대한 투과율이 높고 안전한 액체, 예를 들어, 불소계 불활성 액체를 사용할 수도 있다. 이 불소계 불활성 액체로서는, 예를 들어, 플루오리너트 (Fluorinert) (미국 3M 사의 상품명) 를 사용할 수 있다. 이 불소계 불활성 액체는 냉각 효과의 점에서도 우수하다. 또한, 액체로서, 조명광 (IL) 에 대한 굴절률이 순수 (굴절률은 1.44 정도) 보다 높은, 예를 들어, 1.5 이상의 굴절률을 갖는 액체를 이용할 수도 있다. 이러한 타입의 액체로서는, 예를 들어, 굴절률이 약 1.50 의 이소프로판올, 굴절률이 약 1.61 인 글리세롤 (글리세린) 등과 같은 C-H 결합 또는 O-H 결합을 갖는 소정 액체, 헥산, 헵탄, 데칸 등의 소정 액체 (유기 용제), 또는 굴절률이 약 1.60 인 데칼린 (Decalin; Decahydronaphthalene) 등을 들 수 있다. 다르게는, 이들 액체들 중 임의의 2 종류 이상의 액체를 혼합하여 얻어진 액체를 이용할 수도 있고, 또는, 순수에 이들 액체들 중 적어도 하나를 첨가 (혼합) 하여 얻어진 액체를 이용할 수도 있다. 다르게는, 액체로서, 순수에, H+, Cs+, K+, Cl-, SO4 2 -, PO4 2 - 등의 염기 또는 산을 첨가 (혼합) 하여 얻어진 액체를 이용할 수도 있다. 더욱이, 순수에 Al 산화물 등의 입자를 첨가 (혼합) 하여 얻어진 액체를 이용할 수도 있다. 이들 액체는, ArF 엑시머 레이저광을 투과할 수 있다. 또한, 액체로서는, 광의 흡수 계수가 작고, 온도 의존성이 적으며, 투영 광학계 (선단 광학 부재) 및/또는 웨이퍼의 표면 상에 코팅된 감광재 (또는 보호막 (톱 코트막) 또는 반사 방지막 등) 에 대해 안정적인 액체가 바람직하다. 또한, F2 레이저를 광원으로 하는 경우에는, 폼블린 오일을 선택할 수도 있다. 또한, 액체로서는, 순수보다도 조명광 (IL) 에 대한 굴절률이 높은 액체, 예를 들어, 굴절률이 1.6 내지 1.8 정도의 액체를 사용할 수도 있다. 액체로서, 초임계 유체를 또한 이용할 수 있다. 또한, 투영 광학계 (PL) 의 선단 광학 소자를, 예를 들어, 석영 (실리카), 또는, 불화 칼슘 (형석), 불화 바륨, 불화 스트론튬, 불화 리튬, 및 불화 나트륨 등과 같은 불화 화합물의 단결정 재료로 형성할 수도 있고, 석영 또는 형석보다 굴절률이 높은 (예를 들어, 1.6 이상) 재료로 형성할 수도 있다. 굴절률이 1.6 이상인 재료로서는, 예를 들어, 국제공개공보 제 2005/059617 호에 개시되어 있는, 사파이어, 이산화 게르마늄 등, 또는, 국제공개공보 제 2005/059618 호에 개시되어 있는, 염화 칼륨 (굴절률은 약 1.75) 등을 이용할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서, 회수된 액체를 재이용할 수도 있고, 이 경우에는, 회수된 액체로부터 불순물을 제거하는 필터를 액체 회수 장치, 또는, 회수관 등에 설치하여 두는 것이 바람직하다.
또한, 상기 실시형태에서는, 노광 장치가 액침형의 노광 장치인 경우에 대해서 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 액체 (물) 없이 웨이퍼 (W) 의 노광을 수행하는 건식 노광 장치에도 채용될 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 스텝-앤드-스캔 방식 등의 주사 노광 장치에 본 발명이 적용된 경우에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고, 스테퍼 등의 정지형 노광 장치에도 본 발명을 적용할 수도 있다. 스테퍼 등이어도, 노광 대상의 물체가 재치된 스테이지의 위치를 인코더로 계측함으로써, 마찬가지로, 공기 요동에 기인하는 위치 계측 오차의 발생을 거의 제로로 만들 수 있다. 이 경우, 인코더의 계측치의 단기 변동을 간섭계의 계측치를 이용하여 보정하기 위한 보정 정보와 인코더의 계측치에 기초하여, 고정밀도로 스테이지의 위치를 설정하는 것이 가능하게 되고, 결과적으로 고정밀도의 레티클 패턴의 물체 상으로의 전사가 수행될 수 있다. 또한, 쇼트 영역과 쇼트 영역을 합성하는 스텝-앤드-스티치 (step-and-stitch) 방식의 축소 투영 노광 장치, 프록시미티 (proximity) 방식의 노광 장치, 또는 미러 프로젝션 얼라이너 (mirror projection aligner) 등에도 본 발명을 적용할 수 있다. 더욱이, 예를 들어, 미국 특허 제 6,590,634 호, 제 5,969,441 호, 제 6,208,407 호 등에 개시되어 있는 바와 같이, 복수의 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 구비한 멀티 스테이지 타입의 노광 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 상기 실시형태의 노광 장치에서의 투영 광학계는 축소계 뿐만 아니라 등배계 또는 확대계 중 어느 일방일 수도 있고, 투영 광학계 (PL) 는 굴절계 뿐만이 아니라, 반사계 또는 반사굴절계 중 어느 일방일 수도 있다. 더욱이, 투영 광학계 (PL) 를 통해 조명광 (IL) 이 조사되는 노광 영역 (IA) 은, 투영 광학계 (PL) 의 시야 내에 광축 (AX) 을 포함하는 온-액시스 (on-axis) 영역이다. 하지만, 예를 들어, 국제공개공보 제 2004/107011 호에 개시되어 있는 바와 같이, 복수의 반사면을 가지고, 중간 이미지를 적어도 1 회 형성하는 광학계 (반사계 또는 굴절계) 가 그 일부에 설치되며, 그리고, 단일의 광축을 갖는, 소위 인라인 타입의 반사굴절계와 유사하게, 그 노광 영역 (IA) 은 광축 (AX) 을 포함하지 않는 오프-액시스 (off-axis) 영역일 수도 있다. 또한, 전술한 조명 영역 및 노광 영역은 그 형상이 직사각형 형상인 것으로 하였지만, 이에 한정되지 아니하고, 원호, 사다리꼴, 또는 평행사변형 등일 수도 있다.
또한, 상기 실시형태의 노광 장치의 광원은, ArF 엑시머 레이저에 한정되지 아니하고, KrF 엑시머 레이저 (출력 파장: 248nm), F2 레이저 (출력 파장: 157nm), Ar2 레이저 (출력 파장: 126nm), Kr2 레이저 (출력 파장: 146nm) 등의 펄스 레이저 광원, 또는, g 선 (파장: 436nm), 또는 i 선 (파장: 365nm) 등의 휘선을 방출하는 초고압 수은 램프 등도 이용할 수 있다. 또한, YAG 레이저의 고조파 발생 장치 등을 이용할 수 있다. 상기 광원 외에, 예를 들어, 국제공개공보 제 1999/46835 호 (대응 미국 특허 제 7,023,610 호) 에 개시되어 있는 바와 같이, 진공 자외광으로서 DFB 반도체 레이저 또는 화이바 (fiber) 레이저에 의해 방출되는 적외역 또는 가시역의 단일 파장 레이저빔을, 예를 들어, 에르븀 (또는, 에르븀 (erbium) 과 이테르븀 (ytterbium) 양자) 으로 도프 (dope) 된 화이바 앰플리파이어로 증폭하고, 비선형 광학 결정을 이용하여 자외광으로 파장 변환하여 얻어진 고조파를 이용할 수도 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 노광 장치의 조명광 (IL) 으로서는 파장 100nm 이상의 광에 한정되지 아니하고, 파장 100nm 미만의 광을 이용할 수 있음은 말할 필요도 없다. 예를 들어, 근래에, 70nm 이하의 패턴을 노광하기 위해, SOR 또는 플라즈마 레이저를 광원으로 하여, 소프트 X 선 영역 (예를 들어, 5nm 내지 15nm 의 파장역) 의 EUV (Extreme Ultraviolet) 광을 발생시키고, 그 노광 파장 (예를 들어, 13.5nm) 하에서 설계된 전체 반사 축소 광학계, 및 반사형 마스크를 이용한 EUV 노광 장치가 개발되었다. 이 노광 장치에서는, 원호 조명을 이용하여 마스크와 웨이퍼를 동기 주사하여 스캔 노광하는 구성이 고려될 수 있고, 따라서, 이러한 노광 장치에도 본 발명을 적합하게 적용할 수 있다. 이러한 장치 외에도, 전자빔 또는 이온 빔 등의 하전 입자빔을 이용하는 노광 장치에도 본 발명은 적용될 수 있다.
또한, 전술한 실시형태에서는, 광투과성의 기판 상에 소정의 차광 패턴 (또는 위상 패턴 또는 감광 패턴) 을 형성한 투과형 마스크 (레티클) 을 이용하였다. 하지만, 이 레티클 대신에, 예를 들어, 미국 특허 제 6,778,257 호에 개시되어 있는 바와 같이, 노광될 패턴의 전자 데이터에 따라, 광투과 패턴, 반사 패턴, 또는 발광 패턴을 형성하는 전자 마스크 (가변 성형 마스크, 액티브 마스크, 또는 이미지 제네레이터로도 불리며, 예를 들어, 비발광형 화상 표시 소자 (공간 광 변조기) 의 일종인 DMD (Digital Micromirror Device) 등을 포함) 를 또한 이용할 수도 있다.
또한, 예를 들어, 국제공개공보 제 2001/035168 호에 개시되어 있는 바와 같이, 간섭 무늬를 웨이퍼 상에 형성함으로써, 웨이퍼 상에 라인-앤드-스페이스 패턴을 형성하는 노광 장치 (리소그래피 시스템) 에도 본 발명을 적용할 수 있다.
더욱이, 예를 들어, 미국 특허 제 6,611,316 호에 개시되어 있는 바와 같이, 2 개의 레티클 패턴을 투영 광학계를 통해 합성하고, 1 회의 스캔 노광에 의해 하나의 쇼트 영역을 거의 동시에 이중 노광하는 노광 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 물체에 패턴을 형성하는 장치는, 전술한 노광 장치 (리소그래피 시스템) 에 한정되지 아니하고, 예를 들어, 잉크젯 방식으로 물체에 패턴을 형성하는 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서 패턴을 형성할 물체 (에너지 빔이 조사되는 노광 대상의 물체) 는 웨이퍼에 한정되는 것은 아니며, 유리 플레이트, 세라믹 기판, 필름 부재, 또는 마스크 블랭크 등의 다른 물체일 수도 있다.
노광 장치의 용도로서는 반도체 디바이스 제조용의 노광 장치에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어, 직사각형의 유리 플레이트에 액정 표시 소자 패턴을 전사하는 액정용의 노광 장치, 유기 EL, 박막 자기 헤드, 촬상 소자 (CCD 등), 마이크로머신 및 DNA 칩등을 제조하기 위한 노광 장치에도 본 발명을 폭넓게 적용될 수 있다. 또한, 반도체 디바이스 등의 마이크로디바이스를 제조하기 위한 노광 장치 뿐만 아니라, 광 노광 장치, EUV 노광 장치, X 선 노광 장치, 및 전자빔 노광 장치 등에서 사용되는 레티클 또는 마스크를 제조하기 위해, 유리 플레이트 또는 실리콘 웨이퍼 등에 회로 패턴을 전사하는 노광 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 본 발명의 이동체 구동 방법 및 이동체 구동 시스템은, 노광 장치에 한정되지 아니하고, 다른 기판의 처리 장치 (예를 들어, 레이저 리페어 장치, 기판 검사 장치 등), 또는 다른 정밀 기계에 있어서의 시료의 위치 설정 장치 또는 와이어 본딩 장치 등의 평면 내에서 이동하는 스테이지 등의 이동체를 구비한 장치에도 폭넓게 적용가능하다.
또한, 상기 실시형태에서 인용한 노광 장치 등에 관한 모든 공보 (명세서), 국제공개공보, 미국 공개특허공보, 및 미국 특허 등의 상기 개시들은 참조에 의해 본 명세서에 각각 통합된다.
반도체 디바이스는, 웨이퍼의 기능/성능 설계를 수행하는 단계, 실리콘 재료를 이용하여 웨이퍼를 제조하는 단계; 전술한 실시형태의 노광 장치 (패턴 형성 장치) 에 의해 레티클 (마스크) 에 형성된 패턴을 웨이퍼에 전사하는 리소그래피 단계, 노광된 웨이퍼를 현상하는 현상 단계; 레지스트가 잔존하고 있는 영역 이외의 영역의 노출 부재를 에칭에 의해 제거하는 에칭 단계; 에칭이 완료되어 불필요하게 된 레지스트를 제거하는 레지스트 제거 단계; 디바이스 조립 단계 (다이싱 공정, 본딩 공정, 패키징 공정을 포함); 및 검사 단계 등을 거쳐 제조된다.
이상 설명한 본 실시형태의 디바이스 제조 방법을 이용하면, 노광 공정에 있어서 상기 실시형태의 노광 장치 (패턴 형성 장치) 및 그 노광 방법 (패턴 형성 방법) 이 이용되기 때문에, 중첩 (overlay) 정밀도를 높게 유지하면서, 높은 스루풋의 노광을 수행할 수 있다. 따라서, 미세 패턴이 형성된 고집적도의 마이크로디바이스의 생산성을 향상시킬수 있다.
산업상 이용가능성
전술한 바와 같이, 본 발명의 이동체 구동 방법 및 이동체 구동 시스템은 이동체 구동에 적합하다. 또한, 본 발명의 처리 장치 및 처리 방법은, 평면 내에서 이동하는 이동체 상에 재치된 물체에 소정의 처리를 수행하는데 적합하다. 또한, 본 발명의 패턴 형성 방법 및 장치는 물체에 패턴을 형성하는데 적합하다. 또한, 본 발명의 노광 방법 및 장치, 그리고 디바이스 제조 방법은, 반도체 디바이스 또는 액정 표시 소자 등의 전자 디바이스를 제조하기에 적합하다.

Claims (27)

  1. 소정 면을 따라 이동체를 구동하는 이동체 구동 방법으로서,
    상기 이동체의 위치 정보를 간섭계 시스템과 인코더 시스템을 이용하여 계측하고, 상기 간섭계 시스템의 계측 정보에 기초하여 상기 이동체를 구동하고, 또한, 상기 인코더 시스템의 계측 정보를 이용하여 상기 간섭계 시스템의 계측 오차를 보상하도록 상기 이동체를 구동하는 구동 공정을 포함하는, 이동체 구동 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 간섭계 시스템의 계측 오차의 보상은, 상기 인코더 시스템의 계측 정보를 이용하여 상기 간섭계 시스템의 계측 정보를 보정하는 것을 포함하는, 이동체 구동 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 구동 공정에서는, 상기 간섭계 시스템의 계측 정보로부터 산출되는 상기 이동체의 제 1 위치 좌표와, 상기 인코더 시스템의 계측 정보로부터 산출되는 상기 이동체의 제 2 위치 좌표와 상기 제 1 위치 좌표와의 차이에 관련된 좌표 오프셋 정보의 합에 기초하여 상기 이동체를 구동함으로써 상기 계측 오차를 보상하는, 이동체 구동 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 좌표 오프셋 정보는, 상기 차이의 소정의 제어 클럭 수에 대한 이동평균인, 이동체 구동 방법.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 좌표 오프셋 정보를 이용하여 상기 인코더 시스템의 계측 정보의 신뢰성을 검증하는 검증 공정을 더 포함하고,
    상기 구동 공정에서는, 상기 검증의 결과 상기 인코더 시스템의 계측 정보가 정상인 것으로 판정된 경우에는, 그 검증 후의 상기 좌표 오프셋 정보와 상기 제 1 위치 좌표의 합에 기초하여 상기 이동체를 구동하고, 상기 검증의 결과 상기 인코더 시스템의 계측 정보의 이상이 검지된 경우에는, 이전의 검증 시에 정상인 것으로 판정된 상기 좌표 오프셋 정보와 상기 제 1 위치 좌표의 합에 기초하여 상기 이동체를 구동하는, 이동체 구동 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이동체는, 상기 소정 면 내에서 직교하는 제 1 축 및 제 2 축과 평행한 방향으로 구동되고, 상기 인코더 시스템은, 상기 이동체 상에 설치되며 회절 격자의 배열 방향을 길이 방향으로 하는 격자부와 교차하는 방향으로 위치가 상이한 복수의 헤드를 갖는 헤드 유닛에 의해, 상기 이동체의 위치 정보를 계측하는, 이동체 구동 방법.
  7. 물체에 패턴을 형성하는 패턴 형성 방법으로서,
    상기 물체에 대한 패턴 형성을 위해, 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 이동체 구동 방법을 이용하여, 상기 물체가 재치된 이동체를 포함하는 복수의 이동체 중 적어도 하나의 이동체를 구동하는 것을 포함하는, 패턴 형성 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 구동되는 적어도 하나의 이동체는, 상기 물체가 재치된 이동체와, 상기 물체에 패턴을 생성하는 패터닝 장치의 적어도 일부가 재치된 이동체의 적어도 일방을 포함하는, 패턴 형성 방법.
  9. 소정의 패턴을 이동체에 의해 유지된 물체 상에 형성하는 패턴 형성 방법으로서,
    상기 이동체의 위치 정보를 간섭계 시스템과 인코더 시스템을 이용하여 계측하면서 상기 이동체를 소정 면을 따라 구동할 때, 상기 이동체의 위치 정보로서 상기 간섭계 시스템의 계측 정보를 이용하는 구동 공정; 및
    상기 인코더 시스템의 계측 정보를 이용하여 상기 패턴과 상기 물체와의 얼라인먼트 정밀도를 향상시키기 위한 소정의 교정 처리를 수행하는 교정 공정을 포함하는, 패턴 형성 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 교정 처리는, 상기 이동체의 정지 상태에서 상기 물체 상의 마크를 마크 검출계를 이용하여 검출하는 정지 얼라인먼트 계측을 수행할 때 발생하는 상기 이동체의 위치 편차를 상기 인코더 시스템을 이용하여 계측하는 것을 포함하는, 패턴 형성 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 교정 처리는, 상기 인코더 시스템의 계측 정보로부터 얻어진 상기 이동체의 위치 정보를 이용하여, 상기 이동체의 등속 스캔 중에 소정 마크의 공간 이미지를 계측하는 주사 얼라인먼트 계측을 수행할 때 발생하는 상기 이동체의 속도 편차를 구하고, 보정하는 것을 포함하는, 패턴 형성 방법.
  12. 제 1 이동체에 의해 유지된 마스크에 형성된 패턴을 제 2 이동체에 의해 유지된 물체 상에 전사하는 패턴 형성 방법으로서,
    상기 제 1 이동체와 상기 제 2 이동체의 일방의 위치 정보를 간섭계 시스템과 인코더 시스템을 이용하여 계측하고, 상기 간섭계 시스템의 계측 정보를 이용하여 상기 일방의 이동체를 구동하고, 또한, 상기 제 1 이동체와 상기 제 2 이동체의 타방의 위치 정보를 계측하는 위치 계측 장치의 계측 정보, 및 상기 인코더 시스템의 계측 정보를 이용하여 상기 타방의 이동체를 구동하는 것을 포함하는, 패턴 형성 방법.
  13. 제 7 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 물체는 감응층을 가지며, 에너지 빔의 조사에 의한 상기 감응층의 노광에 의해 상기 물체에 패턴을 형성하는, 패턴 형성 방법.
  14. 패턴 형성 공정을 포함하는 디바이스 제조 방법으로서,
    상기 패턴 형성 공정에서는, 제 7 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 기재된 패턴 형성 방법을 이용하여 기판에 패턴을 형성하는, 디바이스 제조 방법.
  15. 소정 면을 따라 이동체를 구동하는 이동체 구동 시스템으로서,
    상기 이동체의 위치 정보를 계측하는 간섭계 시스템;
    상기 이동체의 위치 정보를 계측하는 인코더 시스템; 및
    상기 간섭계 시스템의 계측 정보에 기초하여 상기 이동체를 구동하고, 또한, 상기 인코더 시스템의 계측 정보를 이용하여 상기 간섭계 시스템의 계측 오차를 보상하도록 상기 이동체를 구동하는 구동 장치를 구비하는, 이동체 구동 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 간섭계 시스템의 계측 오차의 보상은, 상기 인코더 시스템의 계측 정보를 이용하여 상기 간섭계 시스템의 계측 정보를 보정하는 것을 포함하는, 이동체 구동 시스템.
  17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 구동 장치는, 상기 간섭계 시스템의 계측 정보로부터 산출되는 상기 이동체의 제 1 위치 좌표와, 상기 인코더 시스템의 계측 정보로부터 산출되는 상기 이동체의 제 2 위치 좌표와 상기 제 1 위치 좌표와의 차이에 관련되는 좌표 오프셋 정보의 합에 기초하여, 상기 이동체를 구동하는, 이동체 구동 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 좌표 오프셋 정보는, 상기 차이의 소정의 제어 클럭 수에 대한 이동평균인, 이동체 구동 시스템.
  19. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
    상기 구동 장치는, 상기 좌표 오프셋 정보를 이용하여, 상기 인코더 시스템의 계측 정보의 신뢰성을 검증하고, 그 검증의 결과 상기 인코더 시스템의 계측 정보가 정상인 것으로 판정된 경우에는, 그 검증 후의 상기 좌표 오프셋 정보와 상기 제 1 위치 좌표의 합에 기초하여 상기 이동체를 구동하고, 상기 검증의 결과 상기 인코더 시스템의 계측 정보의 이상이 검지된 경우에는, 이전의 검증 시에 정상인 것으로 판정된 상기 좌표 오프셋 정보와 상기 제 1 위치 좌표의 합에 기초하여 상기 이동체를 구동하는, 이동체 구동 시스템.
  20. 제 15 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이동체는 상기 소정 면 내에서 직교하는 제 1 축 및 제 2 축과 평행한 방향으로 구동되고, 회절 격자의 배열 방향을 길이 방향으로 하는 격자부가 상기 이동체 상에 설치되며,
    상기 인코더 시스템은, 상기 격자부와 교차하는 방향으로 위치가 상이한 복수의 헤드를 갖는 헤드 유닛에 의해, 상기 이동체의 위치 정보를 계측하는, 이동체 구동 시스템.
  21. 물체에 패턴을 형성하는 패턴 형성 장치로서,
    상기 물체에 대한 패턴 형성을 위해, 제 15 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 기재된 이동체 구동 시스템을 이용하여, 상기 물체가 재치된 이동체를 포함하는 복수의 이동체 중 적어도 하나의 이동체를 구동하는, 패턴 형성 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 구동되는 적어도 하나의 이동체는, 상기 물체가 재치된 이동체와, 상기 물체에 패턴을 생성하는 패터닝 장치의 적어도 일부가 재치된 이동체의 적어도 일방을 포함하는, 패턴 형성 장치.
  23. 소정의 패턴을 이동체에 의해 유지된 물체 상에 형성하는 패턴 형성 장치로서,
    상기 이동체의 위치 정보를 계측하는 간섭계 시스템;
    상기 이동체의 위치 정보를 계측하는 인코더 시스템; 및
    상기 이동체의 위치 정보를 상기 간섭계 시스템과 상기 인코더 시스템을 이용하여 계측하면서 상기 이동체를 소정 면을 따라 구동할 때, 상기 이동체의 위치 정보로서 상기 간섭계 시스템의 계측 정보를 이용하고, 또한, 상기 인코더 시스템의 계측 정보를 이용하여 상기 패턴과 상기 물체와의 얼라인먼트 정밀도를 향상시키기 위한 소정의 교정 처리를 수행하는 처리 장치를 구비하는, 패턴 형성 장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 물체 상의 마크를 검출하는 마크 검출계를 더 구비하고,
    상기 처리 장치는, 상기 교정 처리로서, 상기 이동체의 정지 상태에서, 상기 물체 상의 마크를 상기 마크 검출계를 이용하여 검출하는 정지 얼라인먼트 계측을 수행할 때, 상기 이동체의 위치 편차를 상기 인코더 시스템을 이용하여 계측하는, 패턴 형성 장치.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 이동체의 등속 스캔 중에 소정 마크의 공간 이미지를 계측하는데 이용되는 공간 이미지 계측 장치의, 패턴판을 포함하는 적어도 일부가 상기 이동체 상에 설치되며,
    상기 처리 장치는, 상기 교정 처리로서, 상기 공간 이미지 계측 장치를 이용하여 상기 이동체의 등속 스캔 중에 소정 마크의 공간 이미지를 계측하는 주사 얼라인먼트 계측을 수행할 때, 상기 인코더 시스템의 계측 정보로부터 얻어진 상기 이동체의 위치 정보를 이용하여, 상기 이동체의 속도 편차를 구하고, 보정하는, 패턴 형성 장치.
  26. 마스크에 형성된 패턴을 물체 상에 전사하는 패턴 형성 장치로서,
    상기 마스크를 유지하는 제 1 이동체;
    상기 물체를 유지하는 제 2 이동체;
    상기 제 1 이동체 및 상기 제 2 이동체의 일방의 위치 정보를 계측하는 간섭계 시스템 및 인코더 시스템;
    상기 제 1 이동체 및 상기 제 2 이동체의 타방의 위치 정보를 계측하는 위치 계측 장치; 및
    상기 간섭계 시스템의 계측 정보를 이용하여 상기 일방의 이동체를 구동하고, 또한, 상기 위치 계측 장치 및 상기 인코더 시스템의 계측 정보를 이용하여 상기 타방의 이동체를 구동하는 구동 장치를 구비하는, 패턴 형성 장치.
  27. 제 21 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 물체는 감응층을 가지며, 에너지 빔의 조사에 의한 상기 감응층의 노광에 의해 상기 물체에 패턴을 형성하는, 패턴 형성 장치.
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