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TWI652550B - 曝光方法及曝光裝置、以及元件製造方法 - Google Patents

曝光方法及曝光裝置、以及元件製造方法 Download PDF

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TWI652550B
TWI652550B TW106113430A TW106113430A TWI652550B TW I652550 B TWI652550 B TW I652550B TW 106113430 A TW106113430 A TW 106113430A TW 106113430 A TW106113430 A TW 106113430A TW I652550 B TWI652550 B TW I652550B
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Inventor
柴崎祐一
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日商尼康股份有限公司
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Abstract

本發明，係根據在載台(WST1)上搭載之四個讀頭(601~604)中、包含互異之一個讀頭之三個讀頭所屬之第1讀頭群與第2讀頭群中所含之讀頭對向於標尺板上對應區域之區域(A0)內，使用第1讀頭群所得之位置資訊驅動載台(WST1)，並使用以第1及第2讀頭群所得之位置資訊求出對應之第1及第2基準座標系(C1、C2)間之偏差(位置、旋轉、定標之偏差)。使用該結果修正使用第2讀頭群所得之測量結果，據以修正第1及第2基準座標系(C1、C2)間之偏差、以及四個讀頭(601~604)之分別對向之標尺板上之區域彼此間之偏差伴隨之測量誤差。

Description

曝光方法及曝光裝置、以及元件製造方法
本發明係關於曝光方法及曝光裝置、以及元件製造方法，特別是關於在製造半導體元件等微元件(電子元件)之微影製程所使用之曝光方法及曝光裝置、以及使用前述曝光方法或曝光裝置之元件製造方法。
一直以來，於製造半導體元件(積體電路等)、液晶顯示元件等電子元件(微元件)之微影製程，主要係使用步進重複(step & repeat)方式之投影曝光裝置(所謂之步進機)、或步進掃描(step & scan)方式之投影曝光裝置(所謂之掃描步進機(亦稱為掃描機))等。
此種曝光裝置，隨著半導體元件高積體化之元件圖案微細化，日漸被要求要具有高重疊精度(位置對準精度)。因此，形成有圖案之晶圓或玻璃板等基板之位置測量亦被要求更高之精度。
作為回應此種要求之裝置，例如專利文獻1中揭示了一種具備位置測量系統之曝光裝置，此位置測量系統係使用搭載在基板台上之複數個編碼器型感測器(編碼器讀頭)。此曝光裝置中，編碼器讀頭係藉由對與基板台對向配置之標尺照射測量光束、並接受來自標尺之返回光束據以測量基板台之位置。專利文獻1等所揭示之位置測量系統中，標尺最好是能盡可能的涵蓋除了投影光學系正下方區域外之基板台之移動區域。因此，雖有大面積之標尺需要，但欲以高精度製作大面積之標尺不僅非常困難且成本亦 高。因此，一般係製作複數個將標尺分割為複數個部分之小面積標尺，並將之加以組合。因此，雖然希望複數個標尺間之位置對準能正確進行，但現實上，但欲消除各體之製造誤差及無誤差的加以組合，皆是非常困難的。
[先行技術文獻]
[專利文獻1]美國專利申請公開第2006/0227309號說明書
本發明係在上述情形下完成者，其第1態樣之第1曝光方法，係使物體曝光，其包含：包含設於沿既定平面移動之移動體之複數個讀頭中、至少一個互異之讀頭之複數個讀頭分別所屬之複數個讀頭群，在該移動體外部與該既定平面略平行配置之測量面上之對應區域分別對向之該移動體之第1移動區域內，求出分別對應該複數個讀頭群之複數個不同基準座標系間之偏差之修正資訊之動作；以及在該第1移動區域內，使用屬於該複數個讀頭群之各讀頭群之複數個讀頭求出該移動體之位置資訊，使用該位置資訊與和該複數個讀頭群之各讀頭群對應之複數個不同基準座標系間之偏差之該修正資訊驅動該移動體，以使保持於該移動體之物體曝光之動作。
根據此方法，即能在不受與複數個讀頭群之各個對應之複數個不同基準座標系間之偏差之影響，使用與複數個讀頭群之各個對應之複數個讀頭求出之移動體之位置資訊，在第1移動區域內以良好精度驅動移動體，進而對該移動體所保持之物體進行高精度之曝光。
本發明第2態樣之第2曝光方法，係使物體曝光，其包含：為使該物體曝光，根據在保持該物體之移動體上搭載之第1數之讀頭中、分別屬於包含互異之一個讀頭之第1讀頭群與第2讀頭群之第2數之讀頭在與測量面上對應之區域對向之既定區域內，使用該第1、第2讀頭群所得之第1、第2位置資訊之至少一方驅動該移動體之動作。
根據此方法，即使與第1讀頭、第2讀頭對應之座標系不同，亦能不受其影響而高精度的驅動移動體。
本發明第3態樣之第1曝光裝置，係使物體曝光：其具備：移動體，係保持物體沿既定平面移動；位置測量系，係根據設於該移動體之複數個讀頭中、對在對該物體之曝光位置近旁於該移動體外部配置成與該既定平面略平行之測量面照射測量光束並接收來自該測量面之返回光束之讀頭之輸出，求出該移動體之位置資訊；以及控制系，根據以該位置測量系取得之該位置資訊驅動該移動體，並視該移動體之位置從該複數個讀頭中切換該位置測量系用以取得該位置資訊之讀頭；該控制系係在該複數個讀頭對向於該測量面之該移動體之第1移動區域內，修正對應該複數個讀頭之複數個基準座標系彼此間之偏差。
根據此裝置，由於複數個基準座標系彼此間之偏差受到修正，因此可使用複數個讀頭高精度測量移動體之位置資訊，進行驅動(位置控制)。
本發明第4態樣之第2曝光裝置，係使物體曝光，其具備：移動體，係保持物體沿既定平面移動；位置測量系，係根據搭載於該移動體上之第1數之讀頭中、對在對該物體之曝光位置近旁於該移動體外部配置成與該既定平面略平行之測量面照射測量光束並接收來自該測量面之返回光束之讀頭之輸出，求出該移動體之位置資訊；驅動該移動體之驅動系；以及控制系，係根據該位置測量系之第1數之讀頭中、包含互異之一個讀頭之第1讀頭群與第2讀頭群分別所屬之第2數之讀頭與測量面上對應區域對向之既定區域內，使用該第1、第2讀頭群所得之第1、第2位置資訊之至少一方，控制該驅動系。
根據此裝置，即使與第1讀頭、第2讀頭對應之座標系不同，亦能不受其影響而高精度的驅動移動體。
本發明第5態樣之第3曝光裝置，係使物體曝光，其具備：移動體， 係保持物體沿既定平面移動；位置測量系，係根據設於該移動體之複數個讀頭中、對在對該物體之曝光位置近旁於該移動體外部配置成與該既定平面略平行之測量面照射測量光束並接收來自該測量面之返回光束之讀頭之輸出，求出該移動體之位置資訊；以及控制系，係根據該位置測量系取得之該位置資訊驅動該移動體，並在能以較用於該移動體位置控制之第1數之讀頭數多之第2數之讀頭測量位置之區域內移動該移動體，以取得藉該位置測量系求出之該移動體之位置資訊之修正資訊。
根據此裝置，由於以控制系取得由位置測量系求出之前述移動體之位置資訊之修正資訊，因此可使用該修正資訊以高精度驅動移動體。
本發明第6態樣之第3曝光方法，係使物體曝光，其包含：在設於沿既定平面移動之移動體之複數個讀頭中、至少包含一個互異讀頭之該移動體位置控制所須之第1數之讀頭分別所屬之複數個讀頭群，與在該移動體外部配置成與該既定平面略平行之測量面對向之該移動體之第1移動區域內移動該移動體，以取得藉由該位置測量系求出之該移動體之位置資訊之修正資訊之動作；以及使用該修正資訊驅動該移動體，以使該移動體所保持之物體曝光之動作。
根據此方法，可進行對物體之高精度曝光。
本發明第7態樣之第4曝光裝置，係使物體曝光，其具備：移動體，係保持物體沿既定平面移動；位置測量系，係根據設於該移動體之複數個讀頭中、對在對該物體之曝光位置近旁於該移動體外部配置成與該既定平面略平行之複數個標尺板所構成之測量面照射測量光束並接收來自該測量面之返回光束之讀頭之輸出，求出該移動體之位置資訊；以及控制系，係根據以該位置測量系取得之該位置資訊驅動該移動體，並視該移動體之位置從該複數個讀頭中切換該位置測量系用於該位置資訊之取得之讀頭；該控制系係在該複數個讀頭對向於該測量面之該移動體之第1移動區域內， 取得對應該複數個讀頭之複數個標尺板彼此之位置關係。
根據此裝置，由於以控制系取得複數個標尺彼此之位置關係，因此能使用複數個讀頭高精度測量移動體之位置資訊，進行驅動(位置控制)。
本發明第8態樣之第4曝光方法，係使物體曝光，其包含：在設於沿既定平面移動之移動體之複數個讀頭中、包含至少一個相異讀頭之複數個讀頭分別所屬之複數個讀頭群，分別對向於在該移動體外部配置成與該既定平面略平行之複數個標尺板所構成之測量面之該移動體之第1移動區域內，取得分別對應該複數個讀頭群之複數個標尺板彼此之位置關係之動作；在該第1移動區域內，使用屬於該複數個讀頭群之各個之複數個讀頭求出該移動體之位置資訊，使用該位置資訊與對應該複數個讀頭群之各個之複數個標尺板彼此之位置關係驅動該移動體，以使該移動體所保持之物體曝光之動作。
根據此方法，即能不受對應複數個讀頭群之各個之複數個標尺板彼此之位置攀附之影響，使用屬於複數個讀頭群之各個之複數個讀頭求出之移動體之位置資訊，於第1移動區域內以良好精度驅動移動體，進而能進行對該移動體所保持之物體之高精度曝光。
本發明第9態樣之元件製造方法，其包含：使用本發明第1~第4曝光裝置之任一者使物體曝光，以於該物體上形成圖案之動作；以及使形成有該圖案之物體顯影之動作。
本發明第10態樣之元件製造方法，其包含：使用本發明第1~第5曝光方法中之任一者於物體上形成圖案之動作；以及使形成有該圖案之該物體顯影之動作。
10‧‧‧照明系
11‧‧‧標線片載台驅動系
12‧‧‧載台基座
13A、13B‧‧‧標線片對準系
14a‧‧‧線圈
15‧‧‧移動鏡
16‧‧‧標線片干涉儀
18‧‧‧晶圓干涉儀系統
20‧‧‧主控制裝置
21、22‧‧‧標尺板
211~214‧‧‧標尺板21之4個部分
221~224‧‧‧標尺板22之4個部分
21a、22a‧‧‧開口
27‧‧‧晶圓載台驅動系
30‧‧‧平面馬達
40‧‧‧鏡筒
50‧‧‧晶圓載台裝置
601~604‧‧‧編碼器讀頭
70、71‧‧‧編碼器系統
701~704、711~714‧‧‧二維編碼器
91‧‧‧載台本體
91a‧‧‧滑件部
100‧‧‧曝光裝置
A0~A4‧‧‧測量區域
ALG‧‧‧對準系
AX‧‧‧光軸
C1~C4‧‧‧第1~第4基準座標系
CO‧‧‧十字形區域
CA、CE‧‧‧統合座標系
FM1、FM2‧‧‧第1、第2基準標記板
IA‧‧‧曝光區域
IAR‧‧‧照明區域
IL‧‧‧照明光(曝光用光)
O1~O4‧‧‧原點
P‧‧‧曝光中心
PL‧‧‧投影光學系
PU‧‧‧投影單元
R‧‧‧標線片
RG‧‧‧二維繞射光柵
RST‧‧‧標線片載台
W‧‧‧晶圓
WTB1、WTB2‧‧‧晶圓台
WST1、WST2‧‧‧晶圓載台
圖1係概略顯示一實施形態之曝光裝置之構成的圖。
圖2係顯示配置在投影光學系周圍之編碼器系統之構成的圖。
圖3係顯示配置在對準系周圍之編碼器系統之構成的圖。
圖4係將晶圓載台之一部分加以剖斷的放大圖。
圖5係顯示晶圓載台上之編碼器讀頭之配置的圖。
圖6係顯示圖1之曝光裝置中與載台控制相關聯之控制系之主要構成的方塊圖。
圖7(A)係顯示編碼器讀頭及標尺板之配置與編碼器系統之測量區域間之關係的圖、圖7(B)係顯示與標尺板對向之編碼器讀頭之四個組對應規定之四個載台座標系的圖、圖7(C)係顯示標尺板之四個部分彼此有偏差之情形的圖。
圖8(A)、圖8(C)及圖8(E)係顯示在為校正載台座標之載台位置測量中之晶圓載台之動作的圖(其1、2及3)、圖8(B)、圖8(D)及圖8(F)係用以說明四個載台座標系之校正的圖(其1、2及3)。
圖9(A)及圖9(B)係用以說明統合載台座標系CE之原點、旋轉、定標之測量的圖。
圖10(A)及圖10(B)係用以說明統合載台座標系CA之原點、旋轉、定標之測量的圖。
以下，根據圖1~圖10(B)說明本發明之一實施形態。
圖1中顯示了一實施形態之曝光裝置100之概略構成。曝光裝置100係步進掃描方式之投影曝光裝置、亦即、係所謂的掃描機。如後所述，本實施形態中設有投影光學系PL，以下，係設與投影光學系PL之光軸AX平行之方向為Z軸方向、在與此正交之面內相對掃描標線片與晶圓之方向為Y軸方向、與Z軸及Y軸正交之方向為X軸方向，並設繞X軸、Y軸 及Z軸之旋轉(傾斜)方向分別為θx、θy及θz方向來進行說明。
曝光裝置100，具備照明系10、保持標線片R之標線片載台RST、投影單元PU、裝載晶圓W之晶圓載台WST1、包含WST2之晶圓載台裝置50及此等之控制系等。
照明系10，係例如美國專利申請公開第2003/0025890號說明書等所揭示，包含：光源、含光學積分器等之照度均一化光學系、以及具有標線片遮簾等(皆未未圖示)之照明光學系。照明系10藉由照明光(曝光用光)IL以大致均一之照度照明被標線片遮簾(遮蔽系統)規定之標線片R上狹縫狀照明區域IAR。此處，照明光IL，例如係使用ArF準分子雷射光(波長193nm)。
於標線片載台RST上，以例如真空吸附方式固定有其圖案面(圖1之下面)形成有電路圖案等之標線片R。標線片載台RST能藉由例如包含線性馬達等之標線片載台驅動系11(圖1中未圖示，參照圖6)於XY平面內進行微驅動，並以既定之掃描速度驅動於掃描方向(圖1中與紙面正交之方向之Y軸方向)。
標線片載台RST之XY平面(移動面)內之位置資訊(包含θz方向之位置(θz旋轉量)資訊)，係以圖1中所示、對移動鏡15(實際上，係設有具有與Y軸方向正交之反射面之Y移動鏡(或復歸反射器)及具有與X軸方向正交之之反射面之X移動鏡)照射測距光束之標線片雷射干涉儀(以下，稱「標線片干涉儀」)16以例如0.25nm程度之解析能力隨時檢測。此外，為測量標線片R之至少3自由度方向之位置資訊，可取代標線片干涉儀16、或與其組合使用例如美國專利申請公開第2007/0288121號說明書等所揭示之編碼器系統。
投影單元PU係保持於配置在標線片載台RST之圖1下方(-Z側)、構成未圖示之機體之一部分之主機架(亦稱為計量框架：metrology frame)。投影單元PU具有鏡筒40、以及由保持於該鏡筒40之複數個光學元件構成之 投影光學系PL。投影光學系PL，係使用例如由沿著與Z軸方向平行之光軸AX排列之複數個光學元件(透鏡元件)構成之折射光學系。投影光學系PL係例如兩側遠心、且具有既定投影倍率(例如1/4倍、1/5倍或1/8倍等)。因此，當照明區域IAR被來自照明系10之照明光IL照明時，即藉由通過圖案面與投影光學系PL之第1面(物體面)配置成大致一致之標線片R之照明光IL，透過投影光學系PL將該照明區域IAR內之標線片R之電路圖案縮小像(部分電路圖案之縮小像)形成於配置在投影光學系PL之第2面(像面)側、表面塗有抗蝕劑(感應劑)之晶圓W上之與前述照明區域IAR共軛之區域(曝光區域)IA。接著，藉由同步驅動標線片載台RST與晶圓載台WST1、WST2使標線片R相對照明區域IAR(照明光IL)移動於掃描方向(Y軸方向)，並相對曝光區域IA(照明光IL)使晶圓W移動於掃描方向(Y軸方向)，據以進行晶圓W上之一個照射區域(區劃區域)之掃描曝光，於該照射區域轉印標線片R之圖案。亦即，本實施形態係藉由照明系10及投影光學系PL於晶圓W上生成標線片R之圖案，並以照明光IL使晶圓W上之感應層(抗蝕層)曝光而於晶圓W上形成該圖案。
又，主機架可以是習知所使用之門型、及例如美國專利申請公開第2008/0068568號說明書等所揭示之懸吊支承型之任一種。
於鏡筒40之-Z側端部周圍，和例如鏡筒40之下端面大致同一面高、以和XY平面平行的配置有標尺板21。標尺板21，於本實施形態中，如圖2所示，係由例如L字形之四個部分(零件)211、212、213、214構成，於形成在其中央之例如矩形開口21a內插入鏡筒40之-Z側端部。此處，標尺板21之X軸方向及Y軸方向之寬度分別為a及b、開口21a之X軸方向及Y軸方向之寬度則分別為ai及bi。
從標尺板21於+X方向分離之位置，如圖1所示，在與標尺板21大致同一平面上配置有標尺板22。標尺板22，如圖3所示，亦係例如由L字 形之四個部分(零件)221、222、223、224構成，於其中央形成之例如矩形開口22a內插入後述對準系ALG之-Z側端部。標尺板22之X軸方向及Y軸方向之寬度分別為a及b、開口22a之X軸方向及Y軸方向之寬度則分別為ai及bi。又，本實施形態中，雖將於X軸及Y軸方向之標尺板21、22之寬度及開口21a、22a之寬度分別設為相同，但不一定須為相同寬度，亦可於X軸及Y軸方向之至少一方使其寬度不同。
本實施形態中，標尺板21、22係被懸吊支承於用以支承投影單元PU及對準系ALG之未圖示之主機架(計量框架：metrology frame)。於標尺板21、22下面(-Z側之面)，形成有由以X軸為基準之45度方向(以Y軸為基準之-45度方向)為週期方向之既定間距、例如1μm之光柵、與以X軸為基準之-45度方向(以Y軸為基準之-135度方向)為週期方向之既定間距、例如1μm之光柵構成之反射型二維繞射光柵RG(參照圖2、圖3及圖4)。不過，二維繞射光柵RG及後述編碼器讀頭之構成上，在構成標尺板21、22之部分211~214、221~224各個之外緣近旁包含寬度t之非有效區域。標尺板21、22之二維繞射光柵RG，分別涵蓋至少在曝光動作時及對準(測量)時之晶圓載台WST1、WST2之移動範圍。
晶圓載台裝置50，如圖1所示，具備：以複數(例如三個或四個)防振機構(圖示省略)大致水平支承於地面上之載台基座12、配置在載台基座12上之晶圓載台WST1、WST2、驅動晶圓載台WST1、WST2之晶圓載台驅動系27(圖1中僅顯示一部分、參照圖6)以及測量晶圓載台WST1、WST2之位置之測量系等。測量系具備圖6中所示之編碼器系統70、71及晶圓雷射干涉儀系統(以下，簡稱為晶圓干涉儀系統)18等。又，關於編碼器系統70、71及晶圓干涉儀系統18，留待後述。惟，本實施形態中，並不一定須設置晶圓干涉儀系統18。
載台基座12，如圖1所示，係由具平板狀外形之構件構成，其上面之 平坦度作成非常高，以作為晶圓載台WST1、WST2移動時之導引面。於載台基座12內部，收容有包含以XY二維方向為行方向、列方向配置成矩陣狀之複數個線圈14a之線圈單元。
此外，亦可設置與載台基座12不同之用以懸浮支承此之另一基座構件，令其具有使載台基座12因晶圓載台WST1、WST2之驅動力之反作用力而依據動量守恆定律移動之配衡質量(反作用力抵銷器)之功能。
晶圓載台WST1，如圖1所示，具有：載台本體91、以及配置在該載台本體91上方、藉由未圖示之Z傾斜驅動機構以非接觸方式支承於載台本體91之晶圓台WTB1。此場合，晶圓台WTB1係藉由Z傾斜驅動機構以3點調整電磁力等朝上方之力(斥力)與包含自重之朝下方之力(引力)之平衡，以非接觸非常加以支承，且被微驅動於至少Z軸方向、θx方向及θy方向之3自由度方向。於載台本體91之底部設有滑件部91a。滑件部91a具有由在XY平面內XY二維排列之複數個磁石構成之磁石單元、與收容該磁石單元誌筐體、以及設在該筐體底面周圍之複數個空氣軸承。磁石單元與前述線圈單元一起構成例如美國專利第5,196,745號說明書等所揭示之以電磁力(羅倫茲力)驅動之平面馬達30。當然，作為平面馬達30不限於羅倫茲力驅動方式，亦可使用可變磁阻驅動方式之平面馬達。
晶圓載台WST1係藉由上述複數個空氣軸承、隔著既定間隙(間隔/間隙(gap)/空間距離)、例如數μm程度之間隙懸浮支承於載台基座12上，以平面馬達30驅動於X軸方向、Y軸方向及θz方向。因此，晶圓台WTB1(晶圓W)可相對載台基座12被驅動於6自由度方向(X軸方向、Y軸方向、Z軸方向、θx方向、θy方向及θz方向(以下，簡記為X、Y、Z、θx、θy、θz))。
本實施形態中，供給至構成線圈單元之各線圈14a之電流大小及方向係以主控制裝置20加以控制。包含平面馬達30與前述Z傾斜驅動機構而構成晶圓載台驅動系27。又，平面馬達30不限於動磁(moving magnet)方式， 亦可以是動圈(moving coil)方式。作為平面馬達30亦可使用、磁浮方式之平面馬達。此場合，可不設置前述空氣軸承。又，亦可使用平面馬達30來進行晶圓載台WST1之6自由度方向驅動。當然，亦可作成使晶圓台WTB1微動於X軸方向、Y軸方向、θz方向中之至少一方向。亦即，可以粗微動載台構成晶圓載台WST1。
於晶圓台WTB1上透過未圖示之晶圓保持具裝載晶圓W、以未圖示之夾頭機構、以例如真空吸附(或靜電吸附)分方加以固定。又，於晶圓台WTB1上之一對角線上，隔著晶圓保持具設有第1基準標記板與第2基準標記板(例如參照圖2)。於此等第1、第2基準標記板上面分別形成有以後述一對標線片對準系13A、13B及對準系ALG加以檢測之複數個基準標記。此處，假設第1、第2基準標記板FM1、FM2上之複數個基準標記彼此之位置關係為已知。
晶圓載台WST2之構成與晶圓載台WST1相同。
編碼器系統70、71係分別用以求出(測量)晶圓載台WST1、WST2在包含緊鄰投影光學系PL下方區域之曝光時移動區域、與包含緊鄰對準系ALG下方區域之測量時移動區域之6自由度方向(X、Y、Z、θx、θy、θz)之位置資訊。此處，詳述編碼器系統70、71之構成等。又，曝光時移動區域(第1移動區域)係在透過投影光學系PL進行晶圓曝光之曝光站(第1區域)內、晶圓載台於曝光動作中移動之區域，該曝光動作不僅是例如晶圓上待轉印圖案之所有照射區域之曝光，亦包含為進行該曝光之準備動作(例如，前述基準標記之檢測)等。測量時移動區域(第2移動區域)係在以對準系ALG進行晶圓對準標記之檢測據以進行其位置資訊之測量之測量站(第2區域)內、晶圓載台於測量動作中移動之區域，該測量動作不僅是例如晶圓之複數個對準標記之檢測，亦包含以對準系ALG進行之基準標記之檢測(以及於Z軸方向之晶圓位置資訊(段差資訊)之測量)等。
於晶圓台WTB1、WTB2，分別如圖2及圖3之俯視圖所示，在上面四角分別配置有編碼器讀頭(以下，適當的簡稱為讀頭)601~604。此處，讀頭601、602間於X軸方向之分離距離與讀頭603、604間於X軸方向之分離距離彼此相等為A。此外，讀頭601、604間於Y軸方向之分離距離與讀頭602、603間於Y軸方向之分離距離彼此相等為B。此等分離距離A、B較標尺板21之開口21a之寬度ai、bi來得大。嚴格來說，考量前述非有效區域之寬度t，為A≧ai+2t、b≧bi+2t。讀頭601~604，如圖4中代表性的舉讀頭601為例所示，係分別被收容在形成於晶圓台WTB1、WTB2之Z軸方向既定深度之孔內部。
讀頭601，如圖5所示，係以X軸為基準之135度方向(亦即以X軸為基準之-45度方向)及Z軸方向為測量方向之二維讀頭。同樣的，讀頭602~604亦分別是以X軸為基準之225度方向(亦即以X軸為基準之45度方向)及Z軸方向、以X軸為基準之315度方向(亦即以X軸為基準之-45度方向)及Z軸方向、以X軸為基準之45度方向及Z軸方向為測量方向之二維讀頭。讀頭601~604，由圖2及圖4可知，係分別對對向之標尺板21之部分211~214或標尺板22之部分221~224表面形成之二維繞射光柵RG照射測量光束，並接收來自二維繞射光柵之反射、繞射光束，據以測量於各個測量方向之晶圓台WTB1、WTB2(晶圓載台WST1、WST2)之位置。此處，作為讀頭601~604，可分別使用例如與美國專利第7,561,280號說明書所揭示之位移測量感測器讀頭相同構成之感測器讀頭。
以上述方式構成之讀頭601~604，由於測量光束在空氣中之光路長極短，因此可幾乎忽視空氣波動之影響。不過，本實施形態中，光源及光檢測器係設在各讀頭之外部、具體而言係設在載台本體91內部(或外部)，而僅光學系係設在各讀頭之內部。而光源及光檢測器與光學系係經由未圖示之光纖、光學連接。為提升晶圓台WTB(微動載台)之定位精度，亦可作成 為在載台本體91(粗動載台)與晶圓台WTB(微動載台)之間(以下，簡稱為粗微動載台間)進行雷射光等之空中傳輸，或將讀頭設於載台本體91(粗動載台)而以該讀頭測量載台本體91(粗動載台)之位置、且以另一感測器測量粗微動載台間之相對位移。
在晶圓載台WST1、WST2位於前述曝光時移動區域內時，讀頭601構成為對標尺板21(之部分211)照射測量光束(測量光)、並接收來自形成在標尺板21表面(下面)之以X軸為基準之135度方向、亦即以X軸為基準之-45度方向(以下，僅稱為-45度方向)為週期方向之光柵之繞射光束，以測量晶圓台WTB1、WTB2之-45度方向及Z軸方向位置之二維編碼器701、711(參照圖6)。同樣的，讀頭602~604分別構成對標尺板21(之部分212~214)照射測量光束(測量光)、並接收來自形成在標尺板21表面(下面)之以X軸為基準之225度方向、亦即以X軸為基準之+45度方向(以下，僅稱為45度方向)、315度方向、亦即以X軸為基準之-45度方向、以及以45度方向為週期方向之光柵之繞射光束，以測量晶圓台WTB1、WTB2之225度(45度)方向及Z軸方向位置、315度(-45度)方向及Z軸方向位置、以及45度方向及Z軸方向位置之二維編碼器702~704、712~714(參照圖6)。
又，在晶圓載台WST1、WST2位於前述測量時移動區域內時，讀頭601構成為對標尺板22(之部分221)照射測量光束(測量光)、並接收來自形成在標尺板22表面(下面)以135度方向(-45度方向)為週期方向之光柵之繞射光束，以測量晶圓台WTB1、WTB2之135度方向及Z軸方向位置之二維編碼器701、711(參照圖6)。同樣的，讀頭602~604分別構成為對標尺板22(之部分222~224)照射測量光束(測量光)、並接收來自形成在標尺板22表面(下面)之以225度方向(45度方向)、315度方向(-45度方向)及45度方向為週期方向之光柵之繞射光束，以分別測量晶圓台WTB1、WTB2之225度方向(45度方向)及Z軸方向位置、315度方向(-45度方向)及Z軸方向位 置、及45度方向及Z軸方向位置之二維編碼器702~704、712~714(參照圖6)。
由上述說明可知，本實施形態中，無論是對標尺板21、22之任一者照射測量光束(測量光)，亦即，無論晶圓載台WST1、WST2是在前述曝光時移動區域、測量時移動區域之任一區域內，晶圓載台WST1上之讀頭601~604皆與照射測量光束(測量光)之標尺板一起分別構成二維編碼器701~704，晶圓載台WST2上之讀頭601~604皆與照射測量光束(測量光)之標尺板一起分別構成二維編碼器711~714。
二維編碼器(以下，適當的簡稱為編碼器)701~704、711~714之各編碼器之測量值係供應至主控制裝置20(參照圖6)。主控制裝置20根據與形成有二維繞射光柵RG之標尺板21(構成之部分211~214)下面對向之至少三個編碼器(亦即，輸出有效測量值之至少三個編碼器)之測量值，求出晶圓台WTB1、WTB2在包含緊鄰投影光學系PL下方區域之曝光時移動區域內之位置資訊。同樣的，主控制裝置20根據與形成有二維繞射光柵RG之標尺板22(構成之部分221~224)下面對向之至少三個編碼器(亦即，輸出有效測量值之至少三個編碼器)之測量值，求出晶圓台WTB1、WTB2在包含緊鄰對準系ALG下方區域之測量時移動區域內之位置資訊。
又，本實施形態之曝光裝置100中，晶圓載台WST1、WST2(晶圓台WTB1、WTB2)之位置可藉由晶圓干涉儀系統18(參照圖6)而與編碼器系統70、71分開獨立的加以測量。晶圓干涉儀系統18之測量結果，係係輔助性的用於修正(校正)編碼器系統70、71之測量值之長期變動(例如標尺之經時變形等造成)之情形時、或編碼器系統70、71之輸出異常時之備用等。此處，省略晶圓干涉儀系統18之詳細說明。
對準系ALG，如圖1所示，係在投影光學系PL之+X側相隔既定間隔配置之離軸方式之對準系。本實施形態中，作為對準系ALG，例如係使 用以鹵素燈等之寬頻光照明標記，並藉由對此標記影像進行影像處理據以測量標記位置之影像處理方式對準感測器之一種的FIA(Field Image Alignment)系。來自對準系ALG之攝影訊號透過未圖示之對準訊號處理系供應至主控制裝置20(參照圖6)。
又，對準系ALG不限於FIA系，當然亦可單獨或適當組合使用例如對標記照射相干的(coherent)檢測光，並檢測從該標記產生之散射光或繞射光、或使從標記產生之二個繞射光(例如同次數之繞射光、或繞射於同方向之繞射光)干涉後加以檢測之對準感測器。作為對準系ALG，亦可使用例如美國專利申請公開第2008/0088843號說明書等所揭示之具有複數個檢測區域之對準系。
此外，於本實施形態之曝光裝置100，設有與對準系ALG一起配置於測量站、與例如美國專利第5,448,332號說明書等所揭示者相同構成之斜入射方式之多點焦點位置檢測系(以下，簡稱為多點AF系)AF(圖1中未圖示，參照圖6)。以多點AF系AF進行之測量動作，其至少一部分係與以對準系ALG進行之標記檢測動作平行進行，且使用前述編碼器系統於該測量動作中測量晶圓台之位置資訊。多點AF系AF之檢測訊號經由AF訊號處理系(未圖示)供應至主控制裝置20(參照圖6)。主控制裝置20根據多點AF系AF之檢測訊號與前述編碼器系統之測量資訊，檢測晶圓W表面之Z軸方向之位置資訊(段差資訊/凹凸資訊)，曝光動作係根據該事前檢測資訊與前述編碼器系統之測量資訊(Z軸、θx及θy方向之位置資訊)實施掃描曝光中晶圓W之所謂的聚焦、調平控制。又，亦可在曝光站內於投影單元PU近旁設置多點AF系，於曝光動作時一邊測量晶圓表面之位置資訊(凹凸資訊)一邊驅動晶圓台，來實施晶圓W之聚焦、調平控制。
曝光裝置100中，進一步的於標線片R之上方設有例如美國專利第5,646,413號說明書等所揭示之使用曝光波長之光之TTR(Through The Reticle)方式之一對標線片對準系13A、13B(圖1中未圖示，參照圖6)。標線片對準系13A、13B之檢測訊號經由未圖示之對準訊號處理系供應至主控制裝置20。又，亦可取代標線片對準系而使用設在晶圓載台WST上之未圖示之空間像測量器進行標線片對準。
圖6係曝光裝置100之與載台控制關聯之控制系之部分省略的方塊圖。此控制系係以主控制裝置20為中心而構成。主控制裝置20包含由CPU(中央運算處理裝置)、ROM(唯讀記憶體)、RAM(隨機存取記憶體)等構成之所謂的微電腦(或工作站)，統籌控制裝置全體。
以上述方式構成之曝光裝置100，於元件之製造時，藉由主控制裝置20使裝載了晶圓之晶圓載台WST1、WST2之一方在測量站(測量時移動區域)內移動，以實施使用對準系ALG及多點AF系之晶圓測量動作。亦即，針對在測量時移動區域內晶圓載台WST1、WST2之一方所保持之晶圓W，進行使用對準系ALG之標記檢測、所謂的晶圓對準(例如美國專利第4,780,617號說明書等所揭示之全晶圓加強型對準(EGA)等)、與使用多點AF系之晶圓面資訊(段差/凹凸資訊)之測量。此時，以編碼器系統70(編碼器701~704)或編碼器系統71(編碼器711~714)求出(測量)晶圓載台WST1、WST2之6自由度方向(X、Y、Z、θx、θy、θz)之位置資訊。
晶圓對準等之測量動作後，一方之晶圓載台(WST1或WST2)移動至曝光時移動區域，藉由主控制裝置20，使用標線片對準系13A、13B、晶圓台(WTB1或WTB2)上之基準標記板(未圖示)等，以和一般掃描步進機相同之程序(例如美國專利第5,646,413號說明書等所揭示之程序)進行標線片對準等。
接著，由主控制裝置20根據晶圓對準等之測量結果進行步進掃描方式之曝光動作，將標線片R之圖案分別轉印至晶圓W上之複數個照射區域。步進掃描方式之曝光動作，係藉由交互的反覆實施進行標線片載台RST與 晶圓載台WST1或WST2之同步移動之掃描曝光動作、與將晶圓載台WST1或WST2移動至為進行照射區域曝光之加速開始位置之照射間移動(步進)動作，據以進行。於曝光動作時，以編碼器系統70(編碼器701~704)或編碼器系統71(編碼器711~714)求出(測量)一方之晶圓載台(WST1或WST2)之6自由度方向(X、Y、Z、θx、θy、θz)之位置資訊。
又，本實施形態之曝光裝置100具備二個晶圓載台WST1、WST2。因此，係進行下述平行處理動作，亦即與對一方之晶圓載台、例如裝載於晶圓載台WST1上之晶圓進行步進掃描方式之曝光，並與此平行的，進行對另一方之晶圓載台WST2上裝載之晶圓進行晶圓對準等。
本實施形態之曝光裝置100，如前所述，主控制裝置20在曝光時移動區域內及測量時移動區域內之任一者時，皆使用編碼器系統70(參照圖6)求出(測量)晶圓載台WST1之6自由度方向(X、Y、Z、θx、θy、θz)之位置資訊。又，主控制裝置20，在曝光時移動區域內及測量時移動區域內之任一者時，皆使用編碼器系統71(參照圖6)求出(測量)晶圓載台WST2之6自由度方向(X、Y、Z、θx、θy、θz)之位置資訊。
接著，進一步說明使用編碼器系統70、71之XY平面內之3自由度方向(X軸方向、Y軸方向及θz方向(亦簡記為X、Y、θz))之位置測量原理等。此處，編碼器讀頭601~604或編碼器701~704之測量結果或測量值，係指編碼器讀頭601~604或編碼器701~704之非Z軸方向之測量方向之測量結果。
本實施形態，藉由採用前述編碼器讀頭601~604及標尺板21之構成及配置，在曝光時移動區域內，編碼器讀頭601~604中之至少三個、可恆與標尺板21(之對應部分211~214)對向。
圖7(A)中顯示了晶圓載台WST1上之編碼器讀頭601~604及標尺板21之各部分211~214之配置與編碼器系統70之測量區域A0~A4之關係。又， 由於晶圓載台WST2與晶圓載台WST1同樣構成，因此，此處僅說明晶圓載台WST1。
當晶圓載台WST1之中心(與晶圓之中心一致)位於曝光時移動區域內、且相對曝光中心(曝光區域IA之中心)P位置+X側且+Y側之區域(以曝光中心P為原點之第1象限內區域(惟，不含區域A0))之第1區域A1內時，晶圓載台WST1上之讀頭604、601、602分別對向於標尺板21之部分214、211、212。於第1區域A1內，從讀頭604、601、602(編碼器704、701、702)將有效測量值送至主控制裝置20。以下說明中之晶圓載台WST1、WST2之位置，係指該晶圓載台之中心(與晶圓之中心一致)位置。亦即，將晶圓載台WST1、WST2之中心之位置記載為晶圓載台WST1、WST2之位置。
同樣的，當晶圓載台WST1於曝光時移動區域內、且相對曝光中心P位置-X側且+Y側區域(以曝光中心P為原點之第2象限內區域(惟，不含區域A0))之第2區域A2內時，讀頭601、602、603分別對向於標尺板21之部分211、212、213。當晶圓載台WST1於曝光時移動區域內、且相對曝光中心P位置-X側且-Y側區域(以曝光中心P為原點之第3象限內區域(惟，不含區域A0))之第3區域A3內時，讀頭602、603、604分別對向於標尺板21之部分212、213、214。當晶圓載台WST1於曝光時移動區域內、且相對曝光中心P位置+X側且-Y側區域(以曝光中心P為原點之第4象限內區域(惟，不含區域A0))之第4區域A4內時，讀頭603、604、601分別對向於標尺板21之部分213、214、211。
本實施形態中，關於前述編碼器讀頭601~604及標尺板21之構成及配置之條件(A≧ai+2t、B≧bi+2t)下，如圖7(A)所示，當晶圓載台WST1位於以曝光中心P為中心之十字形區域A0(包含以通過曝光中心P之Y軸方向為長邊方向之寬度A-ai-2t之區域、與以X軸方向為長邊方向之寬度B-bi-2t之區域的區域(以下，稱第0區域))內之情形時，晶圓載台WST1 上之所有讀頭601~604對向於標尺板21(對應之部分211~214)。因此，在第0區域A0內，從所有讀頭601~604(編碼器701~704)將有效測量值送至主控制裝置20。又，本實施形態中除上述條件(A≧ai+2t、B≧bi+2t)外，亦可考慮形成圖案之晶圓上照射區域之尺寸(W、L)，而再加上條件A≧ai+W+2t、B≧bi+L+2t。此處、W、L分別為照射區域之X軸方向、Y軸方向之寬度。W、L分別與掃描曝光區間之距離、往X軸方向之步進距離相等。
主控制裝置20根據讀頭601~604(編碼器701~704)之測量結果，算出晶圓載台WST1在XY平面內之位置(X、Y、θz)。此處，編碼器701~704之測量值(分別記載為C1~C4)係如次式(1)~(4)所示，依存於晶圓載台WST1之位置(X、Y、θz)。
其中，如圖5所示，p係從晶圓台WTB1(WTB2)中心於讀頭之X軸及Y軸方向之距離。
主控制裝置20，依據晶圓載台WST1所在之區域A0~A4特定出與標尺板21對向之三個讀頭(編碼器)，並從上式(1)~(4)中選擇該等測量值依據之式來組合連立方程式，使用三個讀頭(編碼器)之測量值解連立方程式，據以算出晶圓載台WST1於XY平面內之位置(X、Y、θz)。例如，晶圓載台WST1位於第1區域A1內之情形時，主控制裝置20從讀頭601、602、604(編碼器 701、702、704)之測量值依據之式(1)、(2)及(4)組合連立方程式，將各讀頭之測量值代入式(1)、(2)及(4)各式左邊以解連立方程式。將算出之位置(X、Y、θz)記載為X1、Y1、θz1。同樣的，當晶圓載台WST1位於第k區域Ak內時，主控制裝置20從讀頭60k-1、60k、60k+1(編碼器70k-1、70k、70k+1)之依據之測量值(k-1)，(k)及(k+1)組合連立方程式，將各讀頭之測量值代入該等式之左邊以解連立方程式。據此，算出位置(Xk、Yk、θzk)。此處，於k-1、k及k+1係代入1~4週期性置換之數。
又，當晶圓載台WST1位置第0區域A0內之情形時，主控制裝置20從讀頭601~604(編碼器701~704)中選擇任意三個即可。例如，在晶圓載台WST1從第1區域移動至第0區域後，選擇與第1區域對應之讀頭601、602、604(編碼器701、702、704)即可。
主控制裝置20根據上述算出結果(X、Y、θz)，於曝光時移動區域內驅動晶圓載台WST1(進行位置控制)。
當晶圓載台WST1位於測量時移動區域內之情形時，主控制裝置20使用編碼器系統70測量3自由度方向(X、Y、θz)之位置資訊。此處，關於測量原理等，除曝光中心P更換為對準系ALG之檢測中心、標尺板21(之部分211~214)更換為標尺板22(之部分221~224)外，與晶圓載台WST1位於之前之曝光時移動區域內之情形相合。
進一步的，主控制裝置20依據晶圓載台WST1、WST2之位置，將與標尺板21、22對向之讀頭601~604中之三個，切換為至少一個不同之三個加以使用。此處，於切換編碼器讀頭時，係進行例如美國專利申請公開第2008/0094592號說明書等所揭示之確保晶圓載台位置測量結果之連續性的接續處理。
如前所述，於本實施形態之曝光裝置100中之標尺板21、22係分別由四個部分211~214、221~224構成。此處，當四個部分、嚴格來說當形成在 四個部分下面之二維繞射光柵RG彼此偏差時，即會產生編碼器系統70、71之測量誤差。
圖7(B)及圖7(C)中，以示意方式顯示了與在第k區域Ak(k=1~4)內從讀頭60k-1、60k、60k+1(編碼器70k-1、70k、70k+1或編碼器71k-1、71k、71k+1)之有效測量值算出之晶圓載台WST1或WST2之位置(Xk、Yk、θzk)對應之第k基準座標系Ck(k=1~4)。四個基準座標系C1~C4對應區域A1~A4(參照圖7(A))之配置，在原點O近旁彼此重複，在以原點O為中心之十字形區域C0與相鄰接之基準座標系重複。
當標尺板21之構成如設計值時，亦即，形成在四個部分211~214之二維繞射光柵RG彼此間未偏差時，如圖7(B)所示，四個基準座標系C1~C4各自之原點O1~O4彼此一致(圖中，以符號O表示)、旋轉θz1~θz4及定標(scaling)Γx1~Γx4、Γy1~Γy4亦彼此一致。因此，可將四個基準座標系統合為一個座標系CE。亦即，可將曝光時在移動區域A1~A4內之晶圓載台WST1、WST2之位置，以在統合座標系CE之位置座標X、Y、θz加以表示。
然而，形成在四個部分211~214之二維繞射光柵RG彼此間有偏差時，如圖7(C)所示，四個基準座標系C1~C4各自之原點O1~O4、旋轉θz1~θz4及定標Γx1~Γx4、Γy1~Γy4產生偏差，伴隨於此而產生測量誤差。因此，圖7(B)所示之例，無法將四個基準座標系統合為一個座標系CE。
同樣的，當構成標尺板22之四個部分221~224、嚴格來說當形成在四個部分221~224下面之二維繞射光柵RG彼此偏差時，即會產生編碼器系統70或71之測量誤差。
因此，本實施形態，採用了校正因構成標尺板21、22之部分211~214、221~224彼此間偏差導致之四個基準座標系C1~C4彼此間偏差之校正方法。接著，以標尺板21為例，詳細說明校正方法。
首先，主控制裝置20，如圖8(A)所示，將晶圓載台WST1(WST2)定位 在區域A0內。圖8(A)中，晶圓載台WST1係被定位在區域A0之中央(緊臨投影光學系PL下方)。於區域A0內，晶圓載台WST1上所搭載之讀頭601~604全部對向於標尺板21(之對應部分211~214)，將有效測量值送至主控制裝置20。主控制裝置20使用在第k(=1~4)區域Ak內使用之讀頭60k-1、60k、60k+2(稱第k讀頭群)之測量值求出晶圓載台WST1之位置(Xk、Yk、θzk)。主控制裝置20求出從第k(=2~4)讀頭群之測量值算出之位置(Xk、Yk)相對從第1讀頭群之測量值算出之位置(X1、Y1)之偏差、亦亦即求出偏移(OXk=Xk-X1、OYk=Yk-Y1)。
又，亦可與偏移(OXk、OYk)一起求出針對旋轉θz之偏移(Oθzk=θzk-θz1)。此場合，省略後述偏移Oθzk之算出。
上述求出之偏移(OXk、OYk)係用以將從第k(=2~4)讀頭群之測量值算出之位置(Xk、Yk)修正為(Xk-OXk、Yk-OYk)。藉由此修正，如圖8(B)所示，第k基準座標系Ck(=2~4)之原點Ok即與第1基準座標系C1之原點O1一致。圖中，彼此一致之原點以符號O表示。
接著，主控制裝置20，如圖8(C)所示，根據作為校正基準之從第1讀頭群之測量值算出之載台位置(X1、Y1、θz1)，將晶圓載台WST1在區域A0內驅動於箭頭方向(X軸方向及Y軸方向)，一邊每隔一既定間距進行定位、一邊使用四個讀頭群之測量值求出四個晶圓載台WST1之位置(Xk、Yk(k=1~4))。
主控制裝置20使用上述求出之四個載台位置(Xk、Yk(k=1~4))以例如最小平方運算決定偏移Oθzk，以使平方誤差εk=Σ((ξk-X1)2+(ζk-Y1)2)為最小。其中，k=2~4。(ξk、ζk)係使用次式(5)加以旋轉轉換之載台位置(Xk、Yk(k=2~4))。此處，為求出偏移Oθzk，雖係使用最小平方法為例，但不限於此，亦可使用最小平方法以外之運算手法。
上述求出之偏移Oθzk，係用於將從第k(=2~4)讀頭群之測量值算出之旋轉θzk修正為θzk-Oθzk。藉由此修正，如圖8(D)所示，第k基準座標系Ck(=2~4)之方向(旋轉)即與第1基準座標系C1之方向(旋轉)一致。
其次，主控制裝置20與先前同樣的，如圖8(E)所示，根據載台位置(X1、Y1、θz1)將晶圓載台WST1在區域A0內驅動於箭頭方向(X軸方向及Y軸方向)，一邊每隔既定間距進行定位、一邊求出四個晶圓載台WST1之位置(Xk、Yk(k=1~4))。
主控制裝置20使用上述求出之四個載台位置(Xk、Yk(k=1~4))，以最小平方運算決定定標(ΓXk、ΓYk)以使平方誤差εk=Σ((ξk’-X1)2+(ζk’-Y1)2)為最小。其中，k=2~4。此處，(ξk’、ζk’)係使用次式(6)加以標尺轉換之載台位置(Xk、Yk(k=2~4))。
上述求出之定標(ΓXk、ΓYk)係用於將從第k(=2~4)讀頭群之測量值算出之位置(Xk、Yk)修正為(Xk/(1+ΓXk)、Yk/(1+ΓYk))。藉由此修正，如圖8(F)所示，第k基準座標系Ck(=2~4)之定標即與第1基準座標系C1之定標一致。
藉由以上處理，旋轉及定標經校正之四個基準座標系C1~C4即被統合為涵蓋曝光時移動區域A0~A4之一個座標系(統合座標系)CE。
又，亦可取代以上處理，藉由下述般之處理求出偏移及定標(OXk、OYk、Oθzk、ΓXk、ΓYk(k=2~4))。亦即，主控制裝置20，如圖8(C)或圖8(E)所示，根據載台位置(X1、Y1、θz1)將晶圓載台WST1在區域A0內驅動於箭頭方向(X軸方向及Y軸方向)，一邊每隔既定間距進行定位、一邊求出四個晶圓載台WST1之位置(Xk、Yk(k=1~4))。主控制裝置20使用求出之四個 載台位置(Xk、Yk(k=1~4))，以最小平方運算決定偏移及定標(OXk、OYk、Oθzk、ΓXk、ΓYk)，以使平方誤差εk=Σ((ξ”k-X1)2+(ζ”k-Y1)2)為最小。其中，k=2~4。此處，(ξ”k、ζ”k)係使用次式(7)進行轉換之載台位置(Xk、Yk(k=2~4))。
又，上述處理雖係以第1基準座標系C1為基準直接求出針對第2~第4基準座標系C2~C4之偏移及定標，但亦可以間接方式求出。例如，依循上述程序求出針對以第1基準座標系C1為基準之第2基準座標系C2之偏移及定標(OX2、OY2、Oθz2、ΓX2、ΓY2)。同樣的，求出針對以第2基準座標系C2為基準之第3基準座標系C3之偏移及定標(OX32、OY32、Oθz32、ΓX32、ΓY32)。從此等之結果，針對以第1基準座標系C1為基準之第3基準座標系C3之偏移及定標即被求出為(OX3=OX32+OX2、OY3=OY32+OY2、Oθz3=Oθz32+Oθz2、ΓX3=ΓX32‧ΓX2、ΓY3=ΓY32‧ΓY2)。同樣的，亦可求出針對以第3基準座標系C3為基準之第4基準座標C4之偏移及定標，使用其結果求出針對以第1基準座標C1為基準之第4基準座標C4之偏移及定標。
主控制裝置20針對標尺板22亦係依循同様程序校正四個基準座標，將之統合為涵蓋測量時移動區域之一個座標系(統合座標系)CA(參照圖7(B))。
最後，主控制裝置20，求出涵蓋曝光時移動區域A0~A4之統合座標系CE與涵蓋測量時移動區域之統合座標系CA間之位置、旋轉、定標之偏差。主控制裝置20，如圖9(A)所示，使用編碼器系統70求出(測量)晶圓載台WST1之位置資訊，根據其結果驅動晶圓載台WST1，將晶圓台WTB1上之第1基準標記板FM1定位在投影光學系PL正下方(曝光中心P)。主控制裝置20使用一對標線片對準系13A、13B檢測第1基準標記板FM1上形成 之二個(一對)基準標記。其次，主控制裝置20根據編碼器系統70之測量結果驅動晶圓載台WST1，將晶圓台WTB1上之第2基準標記板FM2定位在投影光學系PL正下方(曝光中心P)，使用一對標線片對準系13A、13B之任一者檢測第2基準標記板FM2上形成之一個基準標記。主控制裝置20從三個基準標記之檢測結果(亦即，三個基準標記之二維位置座標)求出統合座標系CE之原點之位置、旋轉、定標。
主控制裝置20將晶圓載台WST1移動至測量時移動區域。此時，主控制裝置20在曝光時移動區域A0~A4與測量時移動區域之間之區域內係使用晶圓干涉儀系統18、測量時移動區域內則使用編碼器系統70測量晶圓載台WST1之位置資訊，根據其結果進行晶圓載台WST1之驅動(位置控制)。移動後，主控制裝置20，如圖10(A)及圖10(B)所示，使用對準系ALG與先前同樣的檢測三個基準標記，從其檢測結果求出統合座標系CA之原點之位置、旋轉、定標。又，作為標線片對準系13A、13B之檢測對象之三個基準標記與作為對準系ALG之檢測對象之三個基準標記，雖以同一標記較佳，但在無法以標線片對準系13A、13B與對準系ALG檢測同一基準標記之情形時，由於已知基準標記彼此之位置關係，因此標線片對準系13A、13B與對準系ALG可以不同基準標記為檢測對象。
又，在晶圓載台於曝光時移動區域與測量時移動區域之間移動之情形時，亦可使用編碼器系統進行晶圓載台之位置控制。於曝光時移動區域內、測量時移動區域內分別進行接續處理(相位接續及/或座標接續)。此處，座標接續係指在切換編碼器(讀頭)之前與後，為使算出之晶圓載台WST之位置座標完全一致，而設定對切換後使用之編碼器之測量值，與此時再設定相位偏移之接續處理。相位接續法則係指基本上雖與座標接續法相同，但相位偏移之處理之不同，不進行相位偏移之再設定，而繼續使用已設定之相位偏移，僅再設定計數值之接續法。
主控制裝置20，從上述求出之統合座標系CE之原點之位置、旋轉、定標與統合座標系CA之原點之位置、旋轉、定標，求出統合座標系CE、CA間之原點、旋轉、定標之偏差。主控制裝置20可使用此偏差，例如將於統合座標系CA上測量之晶圓對準結果、例如晶圓上複數個照射區域之排列座標(或晶圓上對準標記之位置座標)轉換為在統合座標系CE上之晶圓上複數個照射區域之排列座標，根據該轉換後之排列座標，於晶圓之曝光動作時在統合座標CE系上進行晶圓載台WST1之驅動(位置控制)。
主控制裝置20係在每一晶圓之曝光處理(或每隔既定片數晶圓之曝光處理)進行上述校正方法。亦即，在進行使用對準系ALG之晶圓對準前，如前所述，校正使用標尺板22時之編碼器系統70、71(將四個基準座標系C1~C4統合為統合座標系CA)。使用經校正之編碼器系統70、71(在統合座標系CA上)對曝光對象之晶圓進行晶圓對準等之測量動作。接著，於晶圓之曝光處理前，如前所述，校正使用標尺板21時之編碼器系統70、71(將四個基準座標系C1~C4統合為統合座標系CE)。又，求出統合座標系CA、CE間之位置、旋轉、定標之偏差(相對位置、相對旋轉、相對定標)。使用此等結果將在統合座標系CA上測量之晶圓對準結果(例如晶圓上複數個照射區域之排列座標)轉換為在統合座標系CE上之晶圓上複數個照射區域之排列座標，根據該轉換後之排列座標，在統合座標系CE上進行保持晶圓之晶圓載台WST1、WST2之驅動(位置控制)以進行晶圓之曝光處理。
又，作為校正處理(校正方法)，雖可修正編碼器系統之測量值，但亦可採用其他處理。例如，亦可適用將該測量誤差作為偏移於晶圓載台之現在位置或目標位置加入偏移，以進行晶圓載台之驅動(位置控制)、或將標線片位置僅修正該測量誤差分等之其他手法。
接著，進一步說明以編碼器系統70、71進行之3自由度方向(Z、θx、θy)之位置測量原理等。此處，編碼器讀頭601~604或編碼器701~704之測 量結果或測量值，係指編碼器讀頭601~604或編碼器701~704之Z軸方向之測量結果。
本實施形態，由於採用了如前述之編碼器讀頭601~604及標尺板21之構成及配置，在曝光時移動區域內，依據晶圓載台WST1(WST2)所在之區域A0~A4，編碼器讀頭601~604中之至少三個與標尺板21(之對應部分211~214)對向。從與標尺板21對向之讀頭(編碼器)將有效測量值送至主控制裝置20。
主控制裝置20根據編碼器701~704(或711~714)之測量結果算出晶圓載台WST1(WST2)之位置(Z、θx、θy)。此處，編碼器701~704(或711~714)於Z軸方向之測量值(非前述Z軸方向之測量方向，亦即與針對XY平面內之一軸方向之測量值C1~C4作出區別，分別記載為D1~D4)，係如次式(8)~(11)般依存於晶圓載台WST1(WST2)之位置(Z、θx、θy)。
D1=-ptanθy+ptanθx+Z...(8)
D2=ptanθy+ptanθx+Z...(9)
D3=ptanθy-ptanθx+Z...(10)
D4=-ptanθy-ptanθx+Z...(11)
其中，p係從晶圓台WTB1(WTB2)之中心至讀頭之X軸及Y軸方向之距離(參照圖5)。
主控制裝置20依據晶圓載台WST1(WST2)所在之區域A0~A4從上式(8)~(11)選擇三個讀頭(編碼器)之測量值依據之式，藉由將三個讀頭(編碼器)之測量值代入以解由所選擇之三個式構成之連立方程式，據以算出晶圓載台WST1(WST2)之位置(Z、θx、θy)。例如，晶圓載台WST1(或WST2)位於第1區域A1內之情形時，主控制裝置20由讀頭601、602、604(編碼器701、702、704或711、712、714)之測量值依據之式(8)、(9)及(11)組合連立方程式，將測量值代入式(8)、(9)及(11)各式之左邊以解之。將算出之位置(Z、θx、θy) 記載為Z1、θx1、θy1。同樣的，主控制裝置20在晶圓載台WST1位於第k區域Ak內之情形時，從讀頭60k-1、60k、60k+1(編碼器70k-1、70k、70k+1)之測量值所依據之式((k-1)+7)、(k+7)及((k+1)+7)組合連立方程式，將各讀頭之測量值代入式((k-1)+7)、(k+7)及((k+1)+7)各自之左邊以解連立方程式。據此，算出位置(Zk、θxk、θyk)。此處，於k-1、k及k+1係代入週期性置換1~4之數。
又，當晶圓載台WST1(或WST2)位置第0區域A0內之情形時，從讀頭601~604(編碼器701~704或711~714))選擇任意三個，使用由所選擇之三個讀頭之測量值依據之式組合之連立方程式即可。
主控制裝置20根據上述算出結果(Z、θx、θy)與前述段差資訊(focus mapping data)，於曝光時移動區域內進行晶圓載台WST1(或WST2)聚焦調平控制。
當晶圓載台WST1(或WST2)位於測量時移動區域內之情形時，主控制裝置20使用編碼器系統70(或71)測量晶圓載台WST1(或WST2)之3自由度方向(Z、θx、θy)之位置資訊。此處，測量原理等，除曝光中心換為對準系ALG之檢測中心、標尺板21(之部分211~214)換為標尺板22(之部分221~224)外，與晶圓載台WST1位於之前之曝光時移動區域內之情形相同。主控制裝置20根據編碼器系統70或71之測量結果，進行晶圓載台WST1或WST2之聚焦調平控制。又，於測量時移動區域(測量站)亦可不進行聚焦、調平。亦即，先取得標記位置及段差資訊(focus mapping data)，並從該段差資訊減去段差資訊取得時(測量時)之晶圓載台之Z傾斜分，據以取得晶圓載台之基準面、例如以上面為基準之段差資訊。於曝光時，根據此段差資訊與晶圓載台(之基準面)之3自由度方向(Z、θx、θy)之位置資訊，即能進行聚焦、調平。
進一步的，主控制裝置20依據晶圓載台WST1、WST2之位置，將與 標尺板21、22對向之讀頭601~604中之三個換為至少一個不同之三個來使用。此處，於切換編碼器讀頭時，為確保晶圓載台WST1(或WST2)之位置測量結果之連續性，進行與前述相同之接續處理。
如前所述，本實施形態之曝光裝置100中之標尺板21、22係分別由四個部分211~214、221~224構成。此處，四個部分之高度與傾斜彼此偏差時，即會產生編碼器系統70、71之測量誤差。因此，適用與先前相同之校正方法，校正因部分211~214或221~224彼此間之高度與傾斜之偏差造成之四個基準座標系C1~C4彼此間之偏差。
此處，以使用編碼器系統70之情形為例，說明校正方法之一例。
主控制裝置20，如圖8(C)或圖8(E)所示，根據以編碼器系統70測量之晶圓載台WST1之位置之測量結果(X1、Y1、θz1)，將晶圓載台WST1在區域A0內驅動於箭頭方向(X軸方向及Y軸方向)，一邊每隔既定間距進行定位、一邊使用四個讀頭群之測量值求出四個晶圓台WTB1之位置(Zk、θxk、θyk(k=1~4))。主控制裝置20使用此等結果，求出從第k(=2~4)讀頭群之測量值算出之位置(Zk、θxk、θyk)相對於從第1讀頭群之測量值算出之位置(Z1、θx1、θy1)之偏差、亦即求出偏移(OZk=Zk-Z1、Oθxk=θxk-θx1、Oθyk=θyk-θy1)。進一步的，主控制裝置20將每次定位求出之偏移(OZk、Oθxk、Oθyk)加以平均。
上述求出之偏移(OZk、Oθxk、Oθyk)係用於將從第k(=2~4)讀頭群之測量值算出之位置(Zk、θxk、θyk)分別修正為Zk-OZk、θxk-Oθxk、θyk-Oθyk。藉由此修正，第k基準座標系Ck(k=2~4)之高度Z與傾斜θx、θy即與第1基準座標系C1之高度Z與傾斜θx、θy一致。亦即，四個基準座標系C1~C4被統合為涵蓋曝光時移動區域A0~A4之一個座標系(統合座標系)CE。
主控制裝置20，針對編碼器系統71亦依循同様程序校正四個基準座標，將之統合為涵蓋測量時移動區域之一個座標系(統合座標系)CA。
主控制裝置20，與先前同樣的，在每一晶圓之曝光處理(或每既定片數之晶圓之曝光處理)進行上述校正方法。亦即，在使用對準系ALG之晶圓對準前，如前所述，對使用標尺板22時之編碼器系統70(或71)進行校正(將四個基準座標系C1~C4統合為統合座標系CA)。主控制裝置20並使用經校正之編碼器系統70(或71)(在統合座標系CA上)對曝光對象之晶圓進行晶圓對準。接著，主控制裝置20在晶圓之曝光處理前，如前所述，對使用標尺板21時之編碼器系統70(或71)進行校正(將四個基準座標系C1~C4統合為統合座標系CE)。主控制裝置20並使用經校正之編碼器系統70(或71)(在統合座標系CE上)求出(測量)保持晶圓之晶圓台WTB1(或WTB2)之位置資訊，根據該測量結果與晶圓對準之結果，於晶圓之曝光時，進行晶圓台WTB1(或WTB2)之驅動(位置控制)。
如以上之詳細說明，根據本實施形態之曝光裝置100，主控制裝置20在晶圓載台WST1、WST2上搭載之四個讀頭601~604中、包含互異之一個讀頭之三個讀頭所屬之第1讀頭群與第2讀頭群中所含之讀頭與標尺板21、22上對應之區域(部分211~214、221~224)對向之區域A0內，根據使用第1讀頭群所得之位置資訊進行晶圓載台WST1、WST2之驅動(位置控制)，並使用以第1及第2讀頭群所得之位置資訊求出與第1及第2讀頭群分別對應之第1及第2基準座標系C1、C2間之偏差(位置、旋轉、定標之偏差)。主控制裝置20使用該結果修正使用第2讀頭群所得之測量結果，據以使第1及第2基準座標系C1、C2間之偏差獲得校正，而能修正四個讀頭601~604分別對向之標尺板21、22上之區域彼此間之偏差伴隨之測量誤差。
又，根據本實施形態之曝光裝置100，由於係利用上述校正方法校正編碼器系統70、71，以修正四個基準座標系C1~C4彼此間之偏差，因此能使用編碼器系統70、71以高精度測量晶圓載台WST1、WST2之位置資訊並加以驅動(位置控制)。
又，根據本實施形態之曝光裝置100，由主控制裝置20使用標線片對準系13A、13B及對準系ALG檢測晶圓載台WST1、WST2上所設之三個基準標記，據以求出分別對應曝光時移動區域、測量時移動區域之統合座標系CE、CA之相對位置、相對旋轉、相對定標。並可由主控制裝置20使用該結果，將在統合座標系CA上測量之晶圓對準之結果、例如將晶圓上複數個照射區域之排列座標轉換為在統合座標系CE上之晶圓上複數個照射區域之排列座標，使用該結果在統合座標CE上進行晶圓載台WST1、WST2之驅動(位置控制)以使晶圓曝光。
又，上述實施形態中，在晶圓載台WST1位於第0區域A0內時晶圓載台WST1上之所有讀頭601~604與標尺板21(對應之部分211~214)對向。因此，在第0區域A0內，係從所有讀頭601~604(編碼器701~704)將有效測量值送至主控制裝置20。因此，主控制裝置20亦可根據在四個讀頭601~604中、包含互異之一個讀頭之三個讀頭所屬之前述第k讀頭群(k=1~4)中所含之讀頭與標尺板21上之對應區域(部分211~214)對向之區域A0內，使用第k讀頭群(k=1~4)之至少一個所得之位置資訊、例如使用第1讀頭群所得之第1位置資訊與使用第2讀頭群所得之第2位置資訊之至少一方，進行晶圓載台WST1、WST2之驅動(位置控制)。此場合，即使與第1讀頭群及第2讀頭群對應之座標系(標尺板21之部分)不同，亦能在不受影響之情形下，高精度的驅動晶圓載台WST1、WST2。使用標尺板22之場合亦同。
又，上記實施形態中，因構成標尺板21、22之部分211~214、221~224彼此間之偏差造成之四個基準座標系C1~C4彼此間之偏差之校正處理，無須著眼於位置、旋轉、定標之全部，可以是其中之一者或任意二者，亦可追加或代用其他因素(正交度等)。
又，上述實施形態，可分別接近晶圓台上面四角之讀頭設置至少一個 輔助讀頭，在主要讀頭發生測量異常時，切換為近旁之輔助讀頭來持續進行測量。此時，針對輔助讀頭亦可適用前述配置條件。
又，上述實施形態，雖係針對在標尺板21、22之部分211~214、221~224各個之下面形成有二維繞射光柵RG之情形作了例示，但不限於此，形成有僅以對應編碼器讀頭601~604之測量方向(在XY平面內之一軸方向)為週期方向之1維繞射光柵之場合，亦能適用上述實施形態。
又，上述實施形態，雖係針對根據在晶圓載台WST1、WST2上搭載之四個讀頭601~604中、包含互異之一個讀頭之三個讀頭所屬之第1讀頭群與第2讀頭群中所含之讀頭與標尺板21、22上對應之區域(部分211~214、221~224)對向之區域A0內，使用第1讀頭群所得之位置資訊進行晶圓載台WST1、WST2之驅動(位置控制)，並使用以第1及第2讀頭群所得之位置資訊求出與第1及第2讀頭群分別對應之第1及第2基準座標系C1、C2間之偏差(位置、旋轉、定標之偏差)，使用其結果修正使用第2讀頭群所得之測量結果，據以修正四個讀頭601~604分別對向之標尺板21、22上之區域彼此間之偏差所伴隨之測量誤差之情形作了說明，但不限於此，例如亦可以較用於晶圓載台之位置控制之複數(第1數)讀頭數量多之複數(第2數)讀頭在可分別進行位置測量之區域內移動晶圓載台，而取得以編碼器系統求出之載台位置資訊之修正資訊，亦即可在例如上述實施形態之十字區域A0內移動載台而使用冗長讀頭取得修正資訊。
此場合，此修正資訊雖係係用於由主控制裝置20修正編碼器測量值之值，但不限於此，亦可於其他處理使用。
例如，亦可適用將該測量誤差作為偏移於晶圓載台之現在位置或目標位置加入偏移，以進行晶圓載台之驅動(位置控制)、或將標線片位置僅修正該測量誤差分等之其他手法。
又，上述實施形態中，雖係使用以第1及第2讀頭群所得之位置資訊 來求出與第1及第2讀頭群分別對應之第1及第2基準座標系C1、C2間之偏差(位置、旋轉、定標之偏差)，但不限於此，曝光裝置亦可包含例如根據設於晶圓載台之複數個讀頭中、在對晶圓之曝光位置近旁於晶圓載台之外部配置成與XY平面略平行之複數個標尺板構成之測量面照射測量光束並接收來自測量面之返回光束之讀頭之輸出，以求出晶圓載台之位置資訊之位置測量系(例如編碼器系統)，以及根據以該位置測量系取得之位置資訊驅動晶圓載台並視晶圓載台之位置從該複數個讀頭中切換該位置測量系用於取得該位置資訊之讀頭之控制系，該控制系在該複數個讀頭與該測量面對向之該移動體之第1移動區域內，取得與該複數個讀頭對應之複數個標尺板彼此之位置關係。此場合，可使複數個讀頭中、至少包含一個彼此互異之讀頭之複數個讀頭分別所屬之複數個讀頭群，分別與複數個標尺板對向。
此場合，複數個標尺板彼此之位置關係，不僅可用於修正編碼器測量值之值，亦可於其他處理使用。例如，亦可適用將該測量誤差作為偏移於晶圓載台之現在位置或目標位置加入偏移，以進行晶圓載台之驅動(位置控制)、或將標線片位置僅修正該測量誤差分等之其他手法。
又，上述實施形態，雖係針對各讀頭601~604(編碼器701~704)採用以XY平面內之一軸方向與Z軸方向為測量方向之二維編碼器之情形作了例示，但不限於此，亦可採用以XY平面內之1軸方向為測量方向之1維編碼器與以Z軸方向為測量方向之1維編碼器(或非編碼器方式之面位置感測器等)。或者，亦可採用以XY平面內彼此正交之之2軸方向為測量方向之二維編碼器。再者，亦可採用以X軸、Y軸及Z軸方向之3方向為測量方向之3維編碼器(3DOF感測器)。
又，上述實施形態雖係針對曝光裝置為掃描步進機之情形作了說明，但不限於此，亦可於步進機等之靜止型曝光裝置適用上述實施形態。即使是步進機等，藉由以編碼器測量搭載有曝光對象物體之載台之位置，與使 用干涉儀測量載台位置之情形不同之，能使空氣波動造成之位置測量誤差之發生幾乎為零，可根據編碼器之測量值高精度的定位載台，其結果，能以高精度將標線片圖案轉印至晶圓上。此外，上述實施形態亦能適於將照射區域與照射區域加以合成之步進接合(step & stitch)方式之投影曝光裝置。再者，亦可於例如美國專利第6,590,634號說明書、美國專利第5,969,441號說明書、美國專利第6,208,407號說明書等所揭示之具備複數個晶圓載台之多載台型曝光裝置適用上述實施形態。此外，亦可於例如美國專利申請公開第2007/0211235號說明書及美國專利申請公開第2007/0127006號說明書等所揭示之具備與晶圓載台不同之、包含測量構件(例如基準標記及/或感測器等)之測量載台之曝光裝置適用上述實施形態。
又，上述實施形態之曝光裝置，亦可以是例如國際公開第99/49504號、美國專利申請公開第2005/0259234號說明書等所揭示之液浸型曝光裝置。
又，上述實施形態之曝光裝置中之投影光學系不限於縮小系而可以是等倍及放大系之任一種，投影光學系PL不限於折射系而亦可以是反射系及折反射系之任一種，其投影像可以是倒立像及正立像之任一種。
又，照明光IL不限於ArF準分子雷射光(波長193nm)，亦可以是KrF準分子雷射光(波長248nm)等之紫外光、或F2雷射光(波長157nm)等之真空紫外光。亦可使用例如美國專利第7,023,610號說明書所揭示之以摻雜有鉺(或鉺及鐿兩者)之光纖放大器，將從DFB半導體雷射或光纖雷射發出之紅外線區或可見區的單一波長雷射光加以放大作為真空紫外光，並以非線形光學結晶將其轉換波長成紫外光之諧波。
又，上述實施形態中，雖係使用在光透射性之基板上形成有既定遮光圖案(或相位圖案、減光圖案)之光透射型光罩(標線片)，但亦可取代此標線片，使用例如美國專利第6,778,257號說明書所揭示之根據待曝光圖案之電 子資料，來形成透射圖案或反射圖案、或發光圖案之電子光罩(包含亦稱為可變成形光罩、主動光罩或影像產生器之例如非發光型影像顯示元件(空間光調變器)之一種的DMD(Digital Micro-mirror Device)等)。使用該可變成形光罩之場合，由於搭載晶圓或玻璃板片等之載台係相對可變成形光罩被掃描，藉由使用編碼器系統及雷射干涉儀系統測量此載台之位置，即能獲得與上述實施形態同等之效果。
又，上述實施形態亦能適應用於例如國際公開第2001/035168號所揭示之藉由在晶圓W上形成干涉條紋，據以在晶圓W上形成線與空間圖案(line & space)圖案之曝光裝置(微影系統)。
再者，亦能將上述實施形態適用於例如美國專利第6,611,316號所揭示之將兩個標線片圖案透過投影光學系統合成在晶圓上，藉由一次掃描曝光使晶圓上之一個照射區域大致同時雙重曝光之曝光裝置。
又，上述實施形態中待形成圖案之物體(被照射能量束之曝光對象物體)不限於晶圓，亦可以是玻璃板、陶瓷基板、薄膜構件或光罩母板等之其他物體。
曝光裝置之用途不限於半導體製造用之曝光裝置，亦能廣泛適用於例如將液晶顯示元件圖案轉印至方型玻璃板片之液晶用曝光裝置、及用以製造有機EL、薄膜磁頭、攝影元件(CCD等)、微機器及DNA晶片等之曝光裝置。此外，不僅僅是半導體元件等之微元件，本發明亦能適用於為製造光曝光裝置、EUV曝光裝置、X線曝光裝置及電子束曝光裝置等所使用之標線片或光罩，而將電路圖案轉印至玻璃基板或矽晶圓等之曝光裝置。
又，援用以上說明所引用之關於曝光裝置等所有公報、國際公開公報、美國專利申請公開說明書及美國專利說明書之揭示作為本說明書記載之一部分。
半導體元件等之電子元件，係經由進行元件之功能、性能設計之步驟、 製作依據此設計步驟之標線片之步驟、從矽材料製作晶圓之步驟、以前述各實施形態之曝光裝置(圖案形成裝置)及其曝光方法將光罩(標線片)圖案轉印至晶圓之微影步驟、使曝光後晶圓(物體)顯影之顯影步驟、將殘存有光阻之以外部分之露出構件以蝕刻加以去除之蝕刻步驟、將蝕刻後不要之光阻去除之光阻除去步驟、元件組裝步驟(包含切割步驟、結合步驟、封裝步驟)、以及檢査步驟等而製造出。此場合，於微影製程使用上述實施形態之曝光裝置及曝光方法，因此能以良好之生產性製造高積體度之元件。
如以上所述，上述實施形態之曝光裝置(圖案形成裝置)，係將包含本案申請專利範圍所舉之各構成要素的各種子系統，以能保持既定機械精度、電氣精度、光學精度之方式，加以組裝製造。為確保上述各種精度，於此組裝之前後，對各種光學系統進行用以達成光學精度之調整，對各種機械系統進行用以達成機械精度之調整，對各種電氣系統則進行用達成各種電氣精度之調整。各種子系統組裝至曝光裝置之步驟，包含各種子系統彼此間之機械連接、電氣迴路之連接、氣壓迴路之連接等。此各種子系統組裝至曝光裝置之步驟前，當然有各個子系統之組裝步驟。各種子系統組裝至曝光裝置之步驟結束後，即進行綜合調整，以確保曝光裝置全體之各種精度。又，曝光裝置的製造以在溫度及清潔度等受到管理的無塵室中進行較佳。
[產業上之可利用性]
如以上之說明，本發明之曝光方法及曝光裝置適於使物體曝光。又，本發明之元件製造方法非常適於製造半導體元件或液晶顯示元件等之電子元件。

Claims (36)

  1. 一種曝光裝置，係透過投影光學系使物體曝光，其具備：移動體，保持該物體；位置測量系，具有設於該移動體之複數個讀頭，根據該複數個讀頭中對設於該移動體之外部、且在相對於該物體之曝光位置附近配置成與該投影光學系之光軸正交之既定平面大致平行之標尺構件照射測量光束並接收從該標尺構件之返回光束之複數個該讀頭之各個輸出，取得該移動體之位置資訊；以及控制系，根據以該位置測量系所取得之該位置資訊，控制該移動體之驅動，且於該移動體之驅動控制中，將該位置測量系為了取得該位置資訊所使用之該複數個讀頭中的一個讀頭切換成該複數個讀頭中的另一個讀頭；該控制系，將用以修正根據屬於該複數個讀頭中之第1讀頭群之既定數量的讀頭之各個輸出所取得之位置資訊與根據屬於該複數個讀頭中之第2讀頭群之既定數量的讀頭之各個輸出所取得之位置資訊之測量誤差之修正資訊，在該移動體位在屬於該第1讀頭群之該讀頭與屬於該第2讀頭群之該讀頭分別與該標尺構件對向之第1移動區域內之期間取得。
  2. 如申請專利範圍第1項之曝光裝置，其中，該位置測量系，在與該第1移動區域不同的第2移動區域，根據包含該一個讀頭之該第1讀頭群的輸出取得該移動體之位置資訊，且在與該第1、第2移動區域不同的第3移動區域，根據包含該另一個讀頭之該第2讀頭群的輸出取得該移動體之位置資訊。
  3. 如申請專利範圍第2項之曝光裝置，其中，該移動體，經由該第1移動區域從該第2、第3移動區域之一方移動至另一方；該控制系，根據在該第2移動區域中從該第1讀頭群的輸出所取得之位置資訊驅動控制該移動體，且根據在該第3移動區域中從該第2讀頭群的輸出所取得之位置資訊驅動控制該移動體。
  4. 如申請專利範圍第3項之曝光裝置，其中，該第1讀頭群之該一個讀頭，係在該第1、第2移動區域中與該標尺構件對向，且在該第3移動區域中不與該標尺構件對向；該第2讀頭群之該另一個讀頭，係在該第1、第3移動區域中與該標尺構件對向，且在該第2移動區域中不與該標尺構件對向。
  5. 如申請專利範圍第3項之曝光裝置，其中，該第1讀頭群與該第2讀頭群分別包含三個讀頭；該第2讀頭群，包含該第1讀頭群之三個讀頭中與該一個讀頭不同之兩個讀頭、及該另一個讀頭。
  6. 如申請專利範圍第5項之曝光裝置，其中，該位置測量系，在該第1移動區域，包含該第1讀頭群之三個讀頭及該另一個讀頭之四個讀頭係分別與該標尺構件對向。
  7. 如申請專利範圍第1項之曝光裝置，其中，該第1讀頭群，係該一個讀頭切換成該另一個讀頭之前該位置測量系為了取得該位置資訊所使用之一群讀頭，該第2讀頭群，係該一個讀頭切換成該另一個讀頭之後該位置測量系為了取得該位置資訊所使用之一群讀頭。
  8. 如申請專利範圍第1項之曝光裝置，其中，該移動體，係從包含該一個讀頭之該第1讀頭群與該標尺構件對向、且該另一個讀頭不與該標尺構件對向之與該第1移動區域不同之第2移動區域，經由該第1移動區域，移動至包含該另一個讀頭之該第2讀頭群與該標尺構件對向、且該一個讀頭不與該標尺構件對向之與該第1、第2移動區域不同之第3移動區域；該控制系，在該第3移動區域內，為了修正根據該第2讀頭群的輸出所取得之該位置資訊而應用該修正資訊。
  9. 如申請專利範圍第1至8項中任一項之曝光裝置，其中，該標尺構件，係由當該移動體位於該第1移動區域內時分別與該複數個讀頭個別對應之複數個部分構成。
  10. 如申請專利範圍第9項之曝光裝置，其中，該標尺構件，具有分別形成反射型光柵之四個該部分；該位置測量系，具有在該移動體位於該第1移動區域之期間分別與該四個部分對向之四個該讀頭。
  11. 如申請專利範圍第10項之曝光裝置，其中，該四個部分，具有分別形成該反射型光柵之L字形區域；該標尺構件，具有配置該投影光學系之被該L字形區域圍繞之開口。
  12. 如申請專利範圍第11項之曝光裝置，其中，在該標尺構件，形成有以在該既定平面內彼此垂直之2軸方向作為週期方向之二維光柵。
  13. 如申請專利範圍第12項之曝光裝置，其中，該複數個讀頭之各個，係至少以該2軸方向之任一者作為測量方向。
  14. 如申請專利範圍第13項之曝光裝置，其中，該複數個讀頭之各個，係至少以垂直於該既定平面之方向作為測量方向。
  15. 如申請專利範圍第14項之曝光裝置，其中，該標尺構件，係以在該物體之曝光動作中與該移動體對向之方式配置於該投影光學系之下端側；該位置測量系，係經由該讀頭對該標尺構件從其下方照射該測量光束。
  16. 如申請專利範圍第15項之曝光裝置，其中，該標尺構件，係藉由支承該投影光學系之計量框架支承。
  17. 如申請專利範圍第9項之曝光裝置，其具備：標記檢測系，檢測被保持於該移動體之該物體上之標記；該位置測量系，在該標記之檢測動作中，根據該複數個讀頭中對設於該移動體之外部、且在該標記檢測系附近配置成與該既定平面大致平行之另一個標尺構件照射該測量光束並接收從該另一個標尺構件之返回光束之複數個該讀頭之各個之輸出，取得該移動體之位置資訊。
  18. 如申請專利範圍第17項之曝光裝置，其中，該另一個標尺構件，係由當該移動體位於該標記檢測系下方時分別與該複數個讀頭個別對應之複數個部分構成。
  19. 如申請專利範圍第18項之曝光裝置，其中，該另一個標尺構件，係以於該檢測動作中與該移動體對向之方式支承該投影光學系及該標記檢測系之計量框架支承。
  20. 一種元件製造方法，其包含：使用申請專利範圍第1至19項中任一項之曝光裝置使物體曝光之動作；以及使曝光後之該物體顯影之動作。
  21. 一種曝光方法，係透過投影光學系使物體曝光，其包含：以移動體保持該物體之動作；根據設於該移動體之複數個讀頭中對設於該移動體之外部、且在相對於該物體之曝光位置附近配置成與該投影光學系之光軸正交之既定平面大致平行之標尺構件照射測量光束並接收從該標尺構件之返回光束之複數個該讀頭之各個輸出，取得該移動體之位置資訊之動作；根據所取得之該位置資訊，控制該移動體之驅動之動作；於該移動體之驅動控制中，將為了取得該位置資訊所使用之該複數個讀頭中的一個讀頭切換成該複數個讀頭中的另一個讀頭之動作；以及將用以修正根據屬於該複數個讀頭中之第1讀頭群之既定數量的讀頭之各個輸出所取得之位置資訊與根據屬於該複數個讀頭中之第2讀頭群之既定數量的讀頭之各個輸出所取得之位置資訊之測量誤差之修正資訊，在該移動體位在屬於該第1讀頭群之該讀頭與屬於該第2讀頭群之該讀頭分別與該標尺構件對向之第1移動區域內之期間取得之動作。
  22. 如申請專利範圍第21項之曝光方法，其中，在與該第1移動區域不同的第2移動區域，根據包含該一個讀頭之該第1讀頭群的輸出取得該移動體之位置資訊，且在與該第1、第2移動區域不同的第3移動區域，根據包含該另一個讀頭之該第2讀頭群的輸出取得該移動體之位置資訊。
  23. 如申請專利範圍第22項之曝光方法，其中，該移動體，經由該第1移動區域從該第2、第3移動區域之一方移動至另一方；根據在該第2移動區域中從該第1讀頭群的輸出所取得之位置資訊驅動控制該移動體，且根據在該第3移動區域中從該第2讀頭群的輸出所取得之位置資訊驅動控制該移動體。
  24. 如申請專利範圍第23項之曝光方法，其中，該第1讀頭群之該一個讀頭，係在該第1、第2移動區域中與該標尺構件對向，且在該第3移動區域中不與該標尺構件對向；該第2讀頭群之該另一個讀頭，係在該第1、第3移動區域中與該標尺構件對向，且在該第2移動區域中不與該標尺構件對向。
  25. 如申請專利範圍第23項中任一項之曝光方法，其中，該第1讀頭群與該第2讀頭群分別包含三個讀頭；該第2讀頭群，包含該第1讀頭群之三個讀頭中與該一個讀頭不同之兩個讀頭、及該另一個讀頭。
  26. 如申請專利範圍第25項之曝光方法，其中，在該第1移動區域，包含該第1讀頭群之三個讀頭及該另一個讀頭之四個讀頭係分別與該標尺構件對向。
  27. 如申請專利範圍第21項之曝光方法，其中，該第1讀頭群，係該一個讀頭切換成該另一個讀頭之前該位置測量系為了取得該位置資訊所使用之一群讀頭，該第2讀頭群，係該一個讀頭切換成該另一個讀頭之後該位置測量系為了取得該位置資訊所使用之一群讀頭。
  28. 如申請專利範圍第21項之曝光方法，其中，該移動體，係從包含該一個讀頭之該第1讀頭群與該標尺構件對向、且該另一個讀頭不與該標尺構件對向之與該第1移動區域不同之第2移動區域，經由該第1移動區域，移動至包含該另一個讀頭之該第2讀頭群與該標尺構件對向、且該一個讀頭不與該標尺構件對向之與該第1、第2移動區域不同之第3移動區域；在該第3移動區域內，為了修正根據該第2讀頭群的輸出所取得之該位置資訊而應用該修正資訊。
  29. 如申請專利範圍第21至28項中任一項之曝光方法，其中，該位置測量系，具有在該移動體位於該第1移動區域內時與該標尺構件對向之四個該讀頭；該標尺構件，具有在該第1移動區域中分別與該四個讀頭對向、且分別形成反射型光柵之四個部分。
  30. 如申請專利範圍第29項之曝光方法，其中，在該標尺構件，形成有以在該既定平面內彼此垂直之2軸方向作為週期方向之二維光柵；該複數個讀頭之各個，係至少以該2軸方向之任一者作為測量方向。
  31. 如申請專利範圍第30項之曝光方法，其中，該複數個讀頭之各個，係至少以垂直於該既定平面之方向作為測量方向。
  32. 如申請專利範圍第31項之曝光方法，其中，該標尺構件，係以在該物體之曝光動作中與該移動體對向之方式配置於該投影光學系之下端側；經由該讀頭對該標尺構件從其下方照射該測量光束。
  33. 如申請專利範圍第32項之曝光方法，其中，該標尺構件，係藉由支承該投影光學系之計量框架支承。
  34. 如申請專利範圍第29項之曝光方法，其進一步包含：以標記檢測系檢測被保持於該移動體之該物體上之標記之動作；以及在該標記之檢測動作中，該複數個讀頭中對設於該移動體之外部、且在該標記檢測系附近配置成與該既定平面大致平行之另一個標尺構件照射該測量光束並接收從該另一個標尺構件之返回光束之複數個該讀頭之各個之輸出，取得該移動體之位置資訊之動作。
  35. 如申請專利範圍第34項之曝光方法，其中，該另一個標尺構件，係由當該移動體位於該標記檢測系下方時分別與該複數個讀頭個別對應之複數個部分構成。
  36. 一種元件製造方法，其包含：使用申請專利範圍第21至35項中任一項之曝光方法使物體曝光之動作；以及使曝光後之該物體顯影之動作。
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