JP2009252851A - 露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】高精度なウエハテーブルの位置計測及び駆動制御を実現する。
【解決手段】
テーブルWTBが露光領域IAを含む第1領域内に位置する際には、エンコーダシステムを構成する光源16Xa,16Ya1から、テーブルWTBの一側面を介してその上面に設けられたグレーティングに計測光Lx1,Ly21を入射させ、これらの計測光に由来する回折光Lx2,Ly21を光検出器16Xb,16Yb1を用いて受光して、テーブルWTBの位置情報を計測する。テーブルWTBがアライメント系ALGの検出中心を含む第2領域内に位置する際には、光源16Ya2から計測光Ly22をグレーティングに入射させ、回折光Ly22を光検出器16Yb2を用いて受光して位置情報を計測する。それにより、両第1、第2領域において、高精度なテーブルの位置計測が、ひいては高精度なテーブルの駆動制御が可能となる。
【選択図】図2
【解決手段】
テーブルWTBが露光領域IAを含む第1領域内に位置する際には、エンコーダシステムを構成する光源16Xa,16Ya1から、テーブルWTBの一側面を介してその上面に設けられたグレーティングに計測光Lx1,Ly21を入射させ、これらの計測光に由来する回折光Lx2,Ly21を光検出器16Xb,16Yb1を用いて受光して、テーブルWTBの位置情報を計測する。テーブルWTBがアライメント系ALGの検出中心を含む第2領域内に位置する際には、光源16Ya2から計測光Ly22をグレーティングに入射させ、回折光Ly22を光検出器16Yb2を用いて受光して位置情報を計測する。それにより、両第1、第2領域において、高精度なテーブルの位置計測が、ひいては高精度なテーブルの駆動制御が可能となる。
【選択図】図2
Description
本発明は、露光装置及びデバイス製造方法に係り、更に詳しくは、半導体素子、液晶表示素子等のマイクロデバイス(電子デバイスなど)を製造するリソグラフィ工程で用いられる露光装置及び該露光装置を用いるデバイス製造方法に関する。
従来、半導体素子、液晶表示素子等のマイクロデバイス(電子デバイスなど)を製造するリソグラフィ工程では、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置(いわゆるステッパ)又はステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置(いわゆるスキャニング・ステッパ(スキャナとも呼ばれる))などが比較的多く用いられている。
この種の露光装置では、ウエハ又はガラスプレート等の被露光物体(以下、ウエハと総称する)上の複数のショット領域にレチクル(又はマスク)のパターンを転写するために、ウエハを保持するウエハステージはXY2次元方向に例えばリニアモータ等により駆動される。このウエハステージの位置計測は、長期に渡って計測の安定性が良好で、高分解能なレーザ干渉計を用いて行われるのが、一般的であった。
しかるに、半導体素子の高集積化に伴う、パターンの微細化により、より高精度なステージの位置制御が要求されるようになり、今や、レーザ干渉計のビーム路上の雰囲気の温度変化及び/又は温度勾配の影響で発生する空気揺らぎに起因する計測値の短期的な変動がオーバレイバジェット中の大きなウエイトを占めるようになっている。
一方、ステージの位置計測に使用されるレーザ干渉計以外の計測装置として、エンコーダがあるが、エンコーダは、計測においてスケール(グレーティングなど)を使用するため、格子ピッチのドリフト、固定位置ドリフト、あるいは熱膨張等などによりそのスケールの機械的な長期安定性に欠ける。このため、エンコーダは、レーザ干渉計に比べて計測値のリニアリティに欠け、長期安定性に劣るという欠点を有している。
上述のレーザ干渉計とエンコーダとの欠点に鑑みて、レーザ干渉計とエンコーダ(回折格子を用いる位置検出センサ)とを併用して、ステージの位置を計測する装置が、種々提案されている(例えば特許文献1、2等参照)。特に、最近では、計測分解能が、レーザ干渉計と同程度以上のエンコーダが出現しており(例えば、特許文献3等参照)、上述のレーザ干渉計とエンコーダとを組み合わせる技術が注目されるようになってきた。
しかるに、干渉計のミラー又はエンコーダのスケール(グレーティングなど)は、ステージの外面、例えば側面などに設けられた場合、そのステージが加速した際のステージの微小変形に伴い、ステージ上の位置(ステージ上の所定点との位置関係)が変化してしまい、これがステージの位置計測精度を低下させる蓋然性が高い。また、たとえば、スループットを向上させる観点から、スキャニング・ステッパにおいてウエハステージの加速中に露光を開始するという新技術が提案されたとしても、上記のステージの加速に伴うミラー又はスケールのステージ上での位置の変化が、上記新技術の実施のための障害要因となるおそれがある。
本発明は、上述した事情の下になされたものであり、第1の観点からすると、エネルギビームの照射によって物体にパターンを形成する露光装置であって、物体を保持して実質的に所定平面に沿って移動可能で、前記物体の裏面側で前記所定平面に実質的に平行な面に沿ってグレーティングが配置され、所定波長の光が内部を進行可能な移動体と;前記エネルギビームの照射点である露光位置に対応する第1計測位置で、前記所定平面と交差する前記移動体の一側面を介して前記移動体の外部から前記グレーティングに前記所定波長の第1計測光を入射させ、該第1計測光に由来する前記グレーティングからの回折光を受光して、前記移動体の前記所定平面内の計測方向に関する第1位置情報を計測する第1計測装置と;前記露光位置から一軸方向に離間して配置され、前記移動体上のマーク又は前記移動体に保持された物体上のマークを検出するマーク検出系と;前記第1計測装置とともに計測システムを構成し、前記マーク検出系の検出中心に対応する第2計測位置で、前記移動体の一側面を介して前記移動体の外部から前記グレーティングに前記所定波長の第2計測光を入射させ、該第2計測光に由来する前記グレーティングからの回折光を受光して、前記移動体の計測方向に関する第2位置情報を計測する第2計測装置と;前記計測システムからの前記位置情報に基づいて、前記移動体を駆動する駆動システムと;を備える露光装置である。
ここで、第1計測装置と第2計測装置とは、移動体の同一の側面を介して、第1、第2計測光を、それぞれグレーティングに入射させるものであっても良いし、移動体の互いに反対側に位置する異なる2つの側面をそれぞれ介して、第1、第2計測光を、グレーティングに入射させるものであっても良い。あるいは、第1計測装置と第2計測装置とは、移動体の相互に交差する側面をそれぞれ介して、第1、第2計測光を、それぞれグレーティングに入射させるものであっても良い。
これによれば、第1計測位置での移動体の第1位置情報の計測において、回折光が移動体内を通過する光路上では、移動体の周辺雰囲気の揺らぎの影響を受けることがない。さらに、移動体の外部についても、回折光の光路は近接し、ほぼ同じ雰囲気中を伝播するので、周辺雰囲気の揺らぎの影響は小さい。そのため、第1計測位置での移動体の第1位置情報を高精度に計測することができる。また、第2計測位置での移動体の第2位置情報を高精度に計測することができる。さらに、駆動システムにより、第1及び第2計測装置から構成される計測システムからの位置情報に基づいて、移動体が駆動される。従って、第1計測位置では第1位置情報に、第2計測位置では第2位置情報に、それぞれ基づいて移動体を駆動することができるので、両計測位置において、高精度な移動体の駆動制御が可能となる。
本発明は、第2の観点からすると、本発明の露光装置を用いて前記物体として基板を露光することと;前記露光された基板を現像することと;を含むデバイス製造方法である。
以下、本発明の一実施形態について、図1〜図4に基づいて説明する。
図1には、一実施形態に係る露光装置100の概略構成が示されている。露光装置100は、ステップ・アンド・スキャン方式の縮小投影露光装置である。露光装置100は、光源及び照明光学系を含み、照明光ILによりレチクルRを照明する照明系12、レチクルRを保持するレチクルステージRST、投影光学系PL、アライメント系ALG、ウエハWを保持するウエハステージWST、及び装置全体を統括制御する主制御装置20(図1では不図示、図4参照)等を備えている。以下においては、投影光学系PLの光軸AXと平行な方向をZ軸方向、これに直交する面内でレチクルRとウエハWとが相対走査される方向をY軸方向、Z軸及びY軸に直交する方向をX軸方向とし、X軸、Y軸、及びZ軸回りの回転(傾斜)方向をそれぞれθx、θy、及びθz方向として説明を行う。
照明系12は、レチクルブラインド(不図示)で規定されたレチクルR上でX軸方向に延びるスリット状の照明領域を照明光ILによりほぼ均一な照度で照明する。ここで、照明光ILとしては、一例としてArFエキシマレーザ光(波長193nm)が用いられている。
レチクルステージRST上には、回路パターン等が描かれたレチクルRが、例えば真空吸着により、固定されている。レチクルステージRSTは、レチクルRの位置制御のため、レチクルステージ駆動系13(図1では不図示、図4参照)により、照明系12の光軸(後述する投影光学系PLの光軸AXに一致)に垂直なXY平面内で微少駆動可能であるとともに、所定の走査方向(図1における紙面内左右方向、すなわちY軸方向)に所定の走査速度で駆動可能となっている。
レチクルステージRSTのXY平面内の位置は、レチクルレーザ干渉計(以下、「レチクル干渉計」という)11によって、レチクルステージRSTの側面(鏡面加工された端面)を介して、例えば0.5〜1nm程度の分解能で、常時検出される。レチクル干渉計11からのレチクルステージRSTの位置情報は、主制御装置20(図4参照)に送られている。主制御装置20は、レチクルステージRSTの位置情報に基づいてレチクルステージ駆動系13を介してレチクルステージRSTを駆動する。
投影光学系PLとしては、例えばZ軸方向と平行な光軸AXに沿って配列される複数のレンズ(レンズエレメント)から成る屈折光学系が用いられている。投影光学系PLは、例えば両側テレセントリックで所定の投影倍率(例えば1/4倍又は1/5倍)を有する。このため、照明系12からの照明光ILによって照明領域が照明されると、投影光学系PLの第1面(物体面)とパターン面がほぼ一致して配置されるレチクルRを通過した照明光ILにより、投影光学系PLを介してその照明領域内のレチクルRの回路パターンの縮小像(回路パターンの一部の縮小像)が、その第2面(像面側)に配置される、表面にレジスト(感応剤)が塗布されたウエハW上の前記照明領域に共役な領域(露光領域IA)に形成される。そしてレチクルステージRSTとウエハステージWSTとの同期駆動によって、照明領域(照明光IL)に対してレチクルRを走査方向(Y軸方向)に相対移動するとともに、露光領域IA(照明光IL)に対してウエハWを走査方向(Y軸方向)に相対移動することで、ウエハW上の1つのショット領域(区画領域)の走査露光が行われ、そのショット領域にレチクルのパターンが形成される。すなわち、本実施形態では、照明系12、レチクルR及び投影光学系PLによってウエハW上にパターンが生成され、照明光ILによるウエハW上の感応層(レジスト層)の露光によってウエハW上にそのパターンが形成される。
投影光学系PLから−Y方向に所定距離離間した位置には、アライメント系ALGが設置されている。ここで、アライメント系ALGが有する光軸ALXは、投影光学系PLの光軸AXと平行であり、且つ、Y軸に直交する。アライメント系ALGとして、例えば、画像処理方式のFIA(Field Image Alignment)系のセンサが用いられる。このFIA系は、ウエハ上のレジストを感光させないブロードバンドな検出光束を検出対象のマーク(ウエハW上のアライメントマーク又は基準マーク板上の基準マーク)に照射し、そのマークからの反射光により受光面に結像されたマークの像と指標(不図示)の像とを撮像素子(CCD)等を用いて撮像し、それらの撮像信号を出力する。撮像信号は不図示の信号処理装置に送られ、その信号処理装置により、指標中心(検出中心)に対するマークの位置ずれ量(位置情報)が、主制御装置20(図4参照)に供給される。
ウエハステージWSTは、その上面にて静電チャック機構(不図示)によりウエハホルダWHを吸着保持している。また、ウエハホルダWHは、該ウエハホルダWHが有する静電チャック機構により、ウエハWを吸着保持する。ウエハステージWSTは、図1に示されるように、ステージ本体14と、その上に固定されたウエハテーブルWTBと、静電チャック機構(不図示)によってウエハテーブルWTBに対して着脱自在のウエハホルダWHと、を含んでいる。なお、ウエハホルダWHをウエハテーブルWTBに固定する保持機構は静電チャック機構に限らず、例えば真空チャック機構あるいはクランプ機構などでも良い。また、ウエハホルダWHは、ウエハテーブルWTBと一体に形成されても良いし、静電チャック機構と異なる機構、例えば真空チャック機構などによってウエハWを保持しても良い。
ステージ本体14(ウエハステージWST)は、例えばリニアモータ及びボイスコイルモータ(VCM)などを含むステージ駆動系27(図4参照)により、X軸方向、Y軸方向、Z軸方向、θx方向、θy方向、及びθz方向の6自由度方向に駆動される。これにより、ウエハWは6自由度方向に移動可能である。なお、ステージ本体14はX軸方向、Y軸方向、及びθz方向に駆動可能とし、かつウエハテーブルWTBを少なくともZ軸方向、θx方向、及びθy方向に微動可能としても良い。この場合、ウエハテーブルWTBを6自由度方向に微動可能としても良い。
ウエハテーブルWTBは、透明な部材(例えば、ガラス等)から成る、平面視(上方から見て)、略正方形の板状部材である。ウエハテーブルWTBの上面の中央部にウエハホルダWHが保持されている。ウエハテーブルWTBは、その内部を後述するエンコーダシステムの計測光が進行するので、少なくともこの計測光に対して透明な透明部材で構成される。また、ウエハテーブルWTBは、XY平面と実質的に平行な第1面(上面)及び第2面(下面)と、X軸方向にそれぞれ延びる一対の側面及びY軸方向にそれぞれ延びる一対の側面とを有する。本実施形態では、後述するように、4つの側面(以下では、端面とも呼ぶ)から、計測用のレーザ光(計測光)がウエハテーブルWTBの内部に入射する又は外部に射出される。なお、透明部材は、低熱膨張率の材料であることが好ましく、本実施形態では一例として合成石英などが用いられる。また、ウエハテーブルWTBはその全体が透明部材で構成されても良いが、計測用のレーザ光が通るウエハテーブルWTBの一部のみを透明部材で構成しても良い。
ウエハテーブルWTBの−Y側端面及び+Y側端面は、図3(A)に示されるように、X軸方向に延び、かつXZ平面に対して所定角度(θ(0°<θ<90°))傾斜している。すなわち、両端面は、ウエハテーブルWTBの上面に対して鋭角(90°−θ)をなす。同様に、ウエハテーブルWTBの−X側端面及び+X側端面は、Y軸方向に延び、かつYZ平面に対して所定角度(θ)傾斜している。
ウエハテーブルWTBの上面中央部(ウエハホルダWHよりも一回り大きい部分)には、図1に示されるように、X軸方向を周期方向とするグレーティングと、Y軸方向を周期方向とするグレーティングと、を組み合わせた2次元グレーティング(以降、単にグレーティングと呼ぶ)24が水平に設置されている。グレーティング24の上面は、保護部材としてのカバーガラス51によって覆われている。本実施形態では、カバーガラス51の上面に、ウエハホルダWHを吸着保持する前述の静電チャック機構が設けられている。なお、本実施形態では、ウエハテーブルWTBの上面のほぼ全面を覆うようにカバーガラス51を設けているが、グレーティング24を含む上面の一部のみを覆うようにカバーガラス51を設けても良い。また、本実施形態では、カバーガラス51をウエハテーブルWTBと同一の材料で構成するが、他の材料、例えば金属、セラミックス、あるいは薄膜などで構成しても良い。
なお、ウエハテーブルWTBはカバーガラス51を含むものとしても良い。この場合、グレーティング24の形成面がウエハテーブルWTBの最上面ではなくその内部に配置されることになる。また、グレーティング24を、ウエハホルダの裏面に設けても良い。さらに、カバーガラスなどの保護部材を設ける代わりに、例えばウエハホルダなどで代用しても良い。
ウエハステージWSTのXY平面内における、すなわちX及びY軸方向に関する位置情報は、後述するエンコーダシステムにより、グレーティング24を用いて、常時検出されている。検出されるウエハステージWSTの位置情報は主制御装置20に送られる。主制御装置20は、この位置情報に基づいて、前述したリニアモータ及びボイスコイルモータを駆動して、ウエハステージWSTの位置を制御する。
また、露光装置100では、上述のエンコーダシステムとは独立に、ウエハテーブルWTBに固定された移動鏡17を介して、ウエハテーブルWTB(ウエハW)の全6自由度(X,Y,Z,θx,θy,θz)方向に関する位置情報を計測するためのレーザ干渉計システム18(以下、適宜干渉計システムと略述する)が設けられている。ここで、実際には、ウエハテーブルWTB上には、X軸に垂直な反射面を有し、Y軸方向に延びるX移動鏡と、Y軸に垂直な反射面を有し、X軸方向に延びるY移動鏡とが設けられ、これに対応して、X移動鏡、Y移動鏡にそれぞれ測長ビームを照射するX干渉計、Y干渉計が、それぞれ設けられる。X干渉計、Y干渉計としては、測長軸を複数有する多軸干渉計が用いられており、主制御装置20は、X干渉計及びY干渉計の計測値に基づいて、ウエハテーブルWTB(ウエハステージWST)のX軸方向の位置及びY軸方向の位置に加え、θx、θy、及びθz方向の位置情報(回転情報)をも計測することができる。また、干渉計システム18は、ウエハテーブルWTBに固定されたXY平面に対して45度傾斜した不図示の反射面、及び投影光学系PLを保持する不図示のメインフレームに固定された反射面を介してウエハテーブルWTB(ウエハステージWST)のZ位置を計測する、Z干渉計をも備えている。
本実施形態では、主制御装置20は、露光時などにウエハテーブルWTB(ウエハステージWST)のX軸方向及びY軸方向の位置を、通常、後述するエンコーダシステムの計測値に基づいて制御し、干渉計システム18のX干渉計、Y干渉計の計測値は、補助的に用いる。すなわち、主制御装置20は、後述するエンコーダシステムの各エンコーダの計測領域から外れる位置に移動した場合に、干渉計システム18のX干渉計、Y干渉計の計測値に基づいてウエハテーブルWTB(ウエハステージWST)のX軸方向及びY軸方向の位置を制御する。また、主制御装置20は、エンコーダシステムのいずれかのエンコーダの出力異常が発生した場合などに、バックアップとして、干渉計システム18のX干渉計及び/又はY干渉計の計測値を用いる。
さらに、露光装置100には、投影光学系PLの直下でウエハWの面位置(Z軸方向の位置)を検出するための、例えば特開平6−283403号公報(対応する米国特許第5,448,332号明細書)等に開示される多点焦点位置検出系から成るフォーカスセンサAF(図4参照)が設けられている。このフォーカスセンサAFの出力が主制御装置20に供給され、主制御装置20はウエハステージWSTをZ軸方向、θx方向及びθy方向に微動していわゆるフォーカスレベリング制御を行う。
図4には、露光装置100の制御系の主要な構成が示されている。制御系は、主制御装置20を中心として構成されている。制御装置20(図4参照)は、ワークステーション(又はマイクロコンピュータ)等を含み、上記検出系など、露光装置100の構成各部を統括制御する。
次に、ウエハステージWSTの位置計測に用いられるエンコーダシステム16(図4参照)の構成について説明する。本実施形態のエンコーダシステムは、前述のグレーティング24と、グレーティング24に計測用のレーザ光(計測光)Lx1,Ly11,Ly12をそれぞれ照射する光源16Xa,16Ya1,16Ya2(光源16Ya1,16Ya2は、図1及び図3(A)〜図3(C)では不図示、図2(A)参照)と、グレーティング24からの複数の回折光Lx2,Ly21,Ly22をそれぞれ受光する光検出器16Xb,16Yb1,16Yb2(光検出器16Yb1,16Yb2は、図1及び図3(A)〜図3(C)では不図示、図2(A)参照)と、を備えている。光検出器16Xb,16Yb1,16Yb2は、それぞれ複数の回折光Lx2,Ly21,Ly22を集光して干渉光を生成するための回折格子と、生成された干渉光を受光するための受光素子、例えばCCDと、を含む。
図2(A)には、露光領域IA及びアライメント系ALGの光軸ALXと、光源16Xa,16Ya1,16Ya2と、光検出器16Xb,16Yb1,16Yb2と、の位置関係が、斜視図にて示されている。光源16Xaと光検出器16Xbは、露光領域IAの中心の直下の点IAa(図2(B)参照)から−Y側及び+Y側にほぼ等間隔離れた位置に配置されている。光源16Ya1と光検出器16Yb1は、露光領域IAの中心の直下の点IAa(以下、適宜露光領域IAの中心IAaとも記述する)から+X側及び−X側にほぼ等間隔離れた位置に配置されている。ここで、露光領域IAの中心IAaは、XY平面内で投影光学系PLの光軸AXと一致している。光源16Ya2と光検出器16Yb2は、アライメント系ALGの検出中心ALa(図2(C)参照)から+X側及び−X側にほぼ等間隔離れた位置に配置されている。ここで、アライメント系ALGの検出中心ALaは、XY平面内でアライメント系ALGの光軸ALXと一致し、ウエハW上のアライメントマークを検出するアライメント計測時には検出中心ALaを基準にウエハステージWSTが位置決めされる。
グレーティング24と光源16Xaと受光系16Xbとを用いることにより、ウエハテーブルWTB(ウエハW)のX軸方向に関する位置情報を検出することができる。これらの要素を含んで構成されるエンコーダを、Xエンコーダ16Xと呼ぶ。図2(A)及び図3(A)に示されるように、光源16Xaは計測光Lx1を、XY平面内においてY軸に平行に、YZ平面においてY軸に対して角θを成す方向に射出する。計測光Lx1は、ウエハテーブルWTBの−Y側の端面に垂直に入射し、ウエハテーブルWTBの内部に進入する。進入した計測光Lx1は、ウエハテーブルWTBの内部を伝播し、グレーティング24にYZ平面内において入射角(90°−θ)で入射する。ここで、図2(B)に示されるように、計測光Lx1のグレーティング24上での照射点が、常に、露光領域IAの中心の直下の点IAaに位置するように、光源16Xaの設置位置、計測光Lx1の射出角、及びウエハテーブルWTBの端面の傾斜角θ、が定められている。
計測光Lx1が、グレーティング24に入射し、そのX軸方向を周期方向とするグレーティングによって反射・回折されることにより、複数の回折光が発生する。図2(A)及び図2(B)には、±1次の回折光Lx2が図示されている。これら±1次の回折光Lx2は、グレーティング24から、図3(A)に示されるように、YZ平面内において射出角(90°−θ)を成し、且つ、図2(B)に示されるように、XY平面内においてY軸に平行な中心軸に関して互いに絶対値が等しい(ただし符号が異なる)回折角を成す方向へ射出される。なお、これらの回折光は、図3(A)〜図3(C)では、紙面垂直方向に重なっている。
回折光Lx2は、ウエハテーブルWTBの+Y側の端面から外部に射出され、光検出器16Xbによって受光される。光検出器16Xbは、その内部に設けられた回折格子を用いて、回折光Lx2を集光、合成して干渉光を発生させ、その強度を検出する。検出結果は、主制御装置20に送られる。主制御装置20は、受信した検出結果から、ウエハテーブルWTB(ウエハW)のX軸方向に関する位置情報を算出する。ここで、Xエンコーダ16Xの計測光Lx1の光路は、図2(B)からもわかるように、Z軸方向から見て(XY平面内において)その計測方向(X軸方向)と直交している。
同様に、グレーティング24と光源16Ya1と受光系16Yb1とを用いることにより、ウエハテーブルWTB(ウエハW)のY軸方向に関する位置情報を検出することができる。これらの要素を含んで構成されるエンコーダを、Yエンコーダ16Y1と呼ぶ。図2(A)に示されるように、光源16Ya1は、計測光Ly11を、XY平面内においてX軸に平行に、XZ平面においてX軸に対して角θを成す方向に射出する。計測光Ly11は、ウエハテーブルWTBの+X側の端面に垂直に入射し、ウエハテーブルWTBの内部に進入する。進入した計測光Ly11は、ウエハテーブルWTBの内部を伝播し、グレーティング24にXZ平面内において入射角(90°−θ)で入射する。ここで、図2(B)に示されるように、計測光Ly11のグレーティング24上での照射点が、常に、露光領域IAの中心の直下の点IAaに位置するように、光源16Ya1の設置位置、計測光Ly11の射出角、及びウエハテーブルWTBの端面の傾斜角θ、が定められている。
計測光Ly11が、グレーティング24に入射し、そのY軸方向を周期方向とするグレーティングによって反射・回折されることにより、複数の回折光が発生する。図2(A)及び図2(B)には、±1次の回折光Ly21が図示されている。これら±1次の回折光Ly21は、グレーティング24から、XZ平面内において射出角(90°−θ)を成し、且つ、図2(B)に示されるように、XY平面内においてX軸に平行な中心軸に関して互いに絶対値が等しい(ただし符号が異なる)回折角を成す方向へ射出される。
回折光Ly21は、ウエハテーブルWTBの−X側の端面から外部に射出され、光検出器16Yb1によって受光される。光検出器16Yb1は、その内部に設けられた回折格子を用いて、回折光Ly21を集光、合成して干渉光を発生させ、その強度を検出する。検出結果は、主制御装置20に送られる。主制御装置20は、受信した検出結果から、ウエハテーブルWTB(ウエハW)のY軸方向に関する位置情報を算出する。なお、Yエンコーダ16Y1の計測光Ly11の光路は、図2(B)からもわかるように、Z軸方向から見て(XY平面内において)その計測方向(Y軸方向)と直交している。
図3(A)〜図3(C)に示されるように、光源16Xaから射出される計測光Lx1は、少なくともウエハW上に露光領域IAが存在する領域内では、必ず、ウエハテーブルWTBの−Y側の端面に入射する。そのため、少なくとも露光領域IAがウエハW上に存在する領域、例えば露光時における移動領域(露光時移動領域)の内部をウエハテーブルWTBが移動する際には、Xエンコーダ16Xを用いて、ウエハテーブルWTBのX軸方向に関する位置情報を計測することができる。同様に、光源16Ya1から射出される計測光Ly11は、少なくともウエハW上に露光領域IAが存在する領域内では、必ず、ウエハテーブルWTBの+X側の端面に入射する。そのため、少なくとも露光領域IAがウエハW上に存在する領域、例えば露光時移動領域の内部をウエハテーブルWTBが移動する際には、Yエンコーダ16Y1を用いて、ウエハテーブルWTBのY軸方向に関する位置情報を計測することができる。
上述のYエンコーダ16Y1と同様に、グレーティング24と光源16Ya2と受光系16Yb2とを含んで構成されるYエンコーダ16Y2を用いることにより、ウエハテーブルWTB(ウエハW)のY軸方向に関する位置情報を検出することができる。図2(A)に示されるように、光源16Ya2は、計測光Ly11と平行に、計測光Ly12を射出する。計測光Ly12は、ウエハテーブルWTBがアライメント系ALGの下方にあるとき、ウエハテーブルWTBの+X側の端面を介してウエハテーブルWTBの内部に進入し、グレーティング24に入射する。ここで、図2(C)に示されるように、計測光Ly12のグレーティング24上での照射点が、常に、アライメント系ALGの検出中心ALaに位置するように、光源16Ya2の設置位置、計測光Ly12の射出角、及びウエハテーブルWTBの端面の傾斜角θ、が定められている。
計測光Ly12が、グレーティング24に入射し、そのY軸方向を周期方向とするグレーティングによって反射・回折されることにより、複数の回折光が発生する。図2(A)及び図2(C)には、±1次の回折光Ly22が図示されている。これら±1次の回折光Ly22は、それぞれ±1次の回折光Ly21の光路と平行な光路に沿って、ウエハテーブルWTBの−X側の端面から外部に射出され、光検出器16Yb2によって受光される。光検出器16Yb2は、その内部に設けられた回折格子を用いて、回折光Ly22を集光、合成して干渉光を発生させ、その強度を検出する。検出結果は、主制御装置20に送られる。主制御装置20は、受信した検出結果から、ウエハテーブルWTB(ウエハW)のY軸方向に関する位置情報を算出する。なお、Yエンコーダ16Y2の計測光Ly12の光路は、図2(C)からもわかるように、Z軸方向から見て(XY平面内において)その計測方向(Y軸方向)と直交している。
光源16Ya2から射出される計測光Ly12は、少なくともウエハW上にアライメント系ALGの検出中心ALaが存在する領域内では、必ず、ウエハテーブルWTBの+X側の端面に入射する。そのため、検出中心ALaがウエハW上に存在する領域、例えばアライメント時における移動領域(アライメント時移動領域)の内部をウエハテーブルWTBが移動する際には、Yエンコーダ16Y2を用いて、ウエハテーブルWTBのY軸方向に関する位置情報を計測することができる。なお、アライメント時移動領域では、ウエハテーブルWTBのX軸方向に関する位置情報は、主制御装置20により、干渉計システム18を用いて計測されるようになっている。勿論、アライメント系ALGの検出中心ALaに対応するグレーティング24上の点に計測光を照射して、ウエハテーブルWTBのX位置を計測する、Xエンコーダ16Xと同様のXエンコーダを導入しても良い。
以上詳細に説明したように、本実施形態に係るエンコーダシステム16は、ウエハテーブルWTBが投影光学系PLの下方に位置するとき、光源16Xa,16Ya1から射出される計測光Lx1,Ly11を、ウエハテーブルWTBの外部からその一側面を介して、露光領域IAの直下に位置する点IAaにてグレーティング24に照射する。それにより、複数の回折光が発生する。そして、計測光Lx1,Ly11のそれぞれに由来する回折光Lx2,Ly21を、光検出器16Xb,16Yb1を用いて受光することにより、ウエハテーブルWTBの位置情報を計測することができる。従って、ウエハテーブルWTBの位置情報の計測において、回折光がウエハテーブルWTB内を通過する光路上では、ウエハテーブルWTBの周辺雰囲気の揺らぎの影響を受けることがない。さらに、ウエハテーブルWTBの外部についても、回折光の光路は近接し、ほぼ同じ雰囲気中を伝播するので、周辺雰囲気の揺らぎの影響は小さい。そのため、例えば露光時移動領域などの露光領域IAがウエハW上に存在する領域において、高精度なウエハテーブルWTBの位置計測を行うことが可能となる。
さらに、本実施形態におけるエンコーダシステム16は、ウエハテーブルWTBがアライメント系ALGの下方に位置するとき、光源16Ya2から射出される計測光Ly12を、ウエハテーブルWTBの外部からその一側面を介して、アライメント系ALGの検出中心ALaにてグレーティング24に照射する。それにより、複数の回折光が発生する。そして、計測光Ly12に由来する回折光Ly22を、光検出器16Yb2を用いて受光することにより、ウエハテーブルWTBの位置情報を計測することができる。従って、アライメント時移動領域などのアライメント系ALGの検出中心ALaがウエハW上に存在する領域においても、高精度なウエハテーブルWTBの位置計測を行うことが可能となる。
また、本実施形態では、主制御装置20は、エンコーダシステム16によるウエハテーブルWTBの位置情報に基づいて、ウエハテーブルWTB(ウエハステージWST)を駆動する。従って、露光領域IAがウエハW上に存在する領域及びアライメント系ALGの検出中心ALaがウエハW上に存在する領域において、高精度にウエハテーブルWTB(ウエハステージWST)を駆動することが可能になる。
また、本実施形態では、ウエハテーブルWTB及びこれに保持されるウエハWの位置計測を高精度に行うことが可能なエンコーダシステム16を備えているので、その計測結果に基づいて、レチクルステージRST(レチクルR)とウエハステージWST(ウエハW)とを投影光学系PLの投影倍率に応じた速度比で相対移動させることにより、ウエハ上にレチクルRのパターンを高精度に転写、形成することが可能となる。
また、本実施形態では、ウエハテーブルWTBのウエハホルダWHの裏面部分にグレーティング24が設けられていることから、ウエハテーブルWTBの加速により、ウエハテーブルWTB上でのグレーティング24の位置が微小に変化することが無い。このため、ウエハテーブルWTBを加速している間にも高精度な位置計測を行うことができる。したがって、例えば加速している間に露光を開始することも可能となり、高スループットが期待できる。
また、本実施形態では、露光領域IAの中心の直下の点IAa、及びアライメント系ALGの検出中心ALa、にてウエハテーブルWTBの位置を計測しているので、アッベ誤差無く、高精度な位置計測を行うことができ、該計測結果を用いて、露光の際のウエハの位置制御を行うことで、高精度な露光を行うことが可能である。
また、本実施形態では、計測光をウエハテーブルWTBの端面から、その内部を伝播させて、グレーティング24に入射させている。この構成の場合、例えば計測光をウエハテーブルWTBの上面から入射し、そして底面にて反射させて、グレーティング24に入射させる構成と比べて、ウエハテーブルWTBのY軸方向及びX軸方向のサイズを小さくすることができる。また、計測光とグレーティング24とのなす角θを小さくすることにより、ウエハテーブルWTBのZ軸方向のサイズ(高さ又は厚さ)も小さくすることができる。従って、本実施形態のエンコーダシステムの構成を採用することにより、ウエハテーブルWTBを小型化することができる。
なお、上記実施形態では、Yエンコーダ16Y1、16Y2の光源16Ya1,16Ya2が、ともにウエハテーブルWTBの+X側の端面を介して計測光Ly11,Ly12をウエハテーブルWTBの内部に入射させる(進入させる)場合について説明したが、これに限らず、光源16Ya1,16Ya2は、ウエハテーブルWTBのX軸方向の反対側の端面をそれぞれ介して計測光Ly11,Ly12をウエハテーブルWTBの内部に入射させる(進入させる)構成であっても良い。
なお、上記実施形態において、図2(A)に示されるエンコーダシステム16の各光源に代えて、2つの計測光を射出する光源を用いても良い。2つの計測光は、光源の内部において、例えば半導体レーザから射出されるレーザ光を回折格子を介して分岐することによって、生成される。射出される2つの計測光は、ウエハテーブルWTBの側面を介してウエハテーブルWTBの内部に進入し、ウエハテーブルWTBの内部を伝播し、グレーティング24に入射する。そして、グレーティング24にて発生する複数の回折光のうち、2つの計測光のそれぞれに由来する少なくとも各1つの回折光が同軸上に合成される。その合成光の強度を、光検出器を用いて検出する。ここで、2つの計測光がグレーティング24上の同一点(例えば、点IAa又はその近傍)に入射し、それぞれの計測光に由来する少なくとも各1つの回折光が同軸上に合成されるように、ウエハテーブルWTBの側面に入射する際の屈折を考慮して、光源の設置位置、2つの計測光の射出角、及びウエハテーブルWTBの端面の傾斜角θ、グレーティング24のピッチが定められているものとする。この光源を導入したエンコーダシステムを採用した場合も、図2(A)に示される構成のエンコーダシステム16を用いた場合と同等の効果が得られる。
また、上記実施形態では、光源からの計測光を、ウエハテーブルのX軸方向(又はY軸方向)の一側の端面から入射させ、その計測光に由来するグレーティングで発生する回折光をウエハテーブルのX軸方向(又はY軸方向)の他側の端面を介して光検出器で受光する構成のエンコーダが用いられる場合について説明した。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。例えば、ウエハテーブルのX軸方向(又はY軸方向)の一側の端面をビームスプリッタにより構成し、該ビームスプリッタを介して光源からの計測光の一部をウエハテーブルの内部に入射させ、その計測光に由来するウエハテーブルの天井部に設けられたグレーティングからの回折光を、ビームスプリッタ(前記端面)で反射された計測光の一部と同軸に合成し、この合成された2つの光の干渉光の強度を光検出器で検出する構成のエンコーダを用いる、露光装置などにも本発明は好適に適用することができる。
なお、上記実施形態及び変形例では、ウエハテーブルWTBの少なくとも一部を、エンコーダシステムの計測用レーザ光が透過可能な材料(合成石英など)で構成するものとしたが、これに限らず、例えば中空の枠部材などで構成しても良い。この場合、枠部材の開口部に透過部材を設けてその内部を密封しても良いし、その内部の温度を調整可能としても良い。ウエハテーブルを中空の枠部材などで構成する場合を含み、上記実施形態では、エンコーダ本体の構成部分のうち、熱源となる部分(光源、ディテクタなど)と、熱源と成らない部分(光学系など)とを分離し、両者を光ファイバで接続するような構成を採用しても良い。
なお、上記実施形態では露光装置が単一のウエハステージを備える場合について説明したが、これに限らず、例えば米国特許第6,590,634号明細書、米国特許第5,969,441号明細書、米国特許第6,208,407号明細書などに開示されているように、複数のウエハステージを備える露光装置にも、本発明を適用することが可能である。また、例えば、米国特許第6,897,963号明細書に開示されるように、ウエハステージと、ウエハステージとは独立して移動可能な計測ステージとを含むステージ装置を備える露光装置に本発明を適用することも可能である。
なお、例えば国際公開第2004/053955号パンフレット及びこれに対応する米国特許出願公開第2005/0259234号明細書などに開示される液浸露光装置に、本発明を適用することも可能である。この場合、移動鏡17に代えて、ウエハテーブルWTBの側面に反射面を形成することで、ウエハテーブルWTBの上面が、ウエハWを含め、全体としてフルフラットな同一面となるようにすることが望ましい。
また、上記実施形態の露光装置における投影光学系は縮小系のみならず等倍及び拡大系のいずれでも良いし、投影光学系は屈折系のみならず、反射系及び反射屈折系のいずれでも良いし、その投影像は倒立像及び正立像のいずれでも良い。さらに、前述の露光領域IAは、投影光学系PLの視野内で光軸AXを含むオンアクシス領域であるが、例えば国際公開第2004/107011号パンフレットに開示されるインライン型の反射屈折系と同様に、光軸AXを含まないオフアクシス領域でも良い。また、露光領域IAの形状は矩形に限らず、例えば円弧、台形、あるいは平行四辺形などでも良い。
また、照明光ILは、ArFエキシマレーザ光(波長193nm)に限らず、KrFエキシマレーザ光(波長248nm)などの紫外光、あるいはF2レーザ光(波長157nm)などの真空紫外光であっても良い。また、例えば米国特許第7,023,610号明細書などに開示されているように、真空紫外光としてDFB半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム(又はエルビウムとイッテルビウムの両方)がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外域に波長変換した高調波を用いても良い。
また、上記実施形態では、露光装置の照明光ILとしては波長100nm以上の光に限らず、波長100nm未満の光を用いても良いことは言うまでもない。例えば、SOR又はプラズマレーザを光源として、軟X線領域(例えば5〜15nmの波長域)のEUV(Extreme Ultraviolet)光を発生させるとともに、その露光波長(例えば13.5nm)の下で設計されたオール反射光学系、及び反射型マスクを用いるEUV露光装置にも本発明を好適に適用することができる。このほか、電子線又はイオンビームなどの荷電粒子線を用いる露光装置にも、本発明は適用できる。
また、上記実施形態においては、光透過性の基板上に所定の遮光パターン(又は位相パターン・減光パターン)を形成した光透過型マスク(レチクル)を用いたが、このレチクルに代えて、例えば米国特許第6,778,257号明細書に開示されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて、透過パターンまたは反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスク(可変成形マスク、アクティブマスク、あるいはイメージジェネレータとも呼ばれ、例えば非発光型画像表示素子(空間光変調器)の一種であるDMD(Digital Micro-mirror Device)などを含む)を用いても良い。
また、例えば国際公開第2001/035168号パンフレットに開示されているように、干渉縞をウエハ上に形成することによって、ウエハ上にライン・アンド・スペースパターンを形成する露光装置(リソグラフィシステム)にも本発明を適用することができる。
さらに、例えば米国特許第6,611,316号明細書に開示されているように、2つのレチクルパターンを投影光学系を介してウエハ上で合成し、1回のスキャン露光によってウエハ上の1つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置にも本発明を適用することができる。
また、物体上にパターンを形成する装置は、前述の露光装置(リソグラフィシステム)に限られず、例えばインクジェット方式にて物体上にパターンを形成する装置にも本発明を適用することができる。
なお、上記実施形態でパターンを形成すべき物体(エネルギビームが照射される露光対象の物体)はウエハに限られるものではなく、ガラスプレート、セラミック基板、フィルム部材、あるいはマスクブランクスなど、他の物体でも良い。
露光装置の用途としては半導体製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを転写形成する液晶用の露光装置、あるいは有機EL、薄型磁気ヘッド、撮像素子(CCD等)、マイクロマシン及びDNAチップなどを製造するための露光装置にも広く適用できる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、EUV露光装置、X線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。
半導体素子などの電子デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたレチクルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、前述した実施形態の露光装置(パターン形成装置)によりマスク(レチクル)のパターンをウエハに転写するリソグラフィステップ、露光されたウエハを現像する現像ステップ、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト除去ステップ、デバイス組み立てステップ(ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む)、検査ステップ等を経て製造される。この場合、リソグラフィステップで、上記実施形態の露光装置を用いて前述の露光方法が実行され、ウエハ上にデバイスパターンが形成されるので、高集積度のデバイスを生産性良く製造することができる。
以上説明したように、本発明の露光装置は、移動体を用いて物体を保持して移動させ、該物体にエネルギビームを照射してパターンを形成するのに適している。また、本発明のデバイス製造方法は、高集積度のデバイスの製造に適している。
12…照明系(パターニング装置の一部)、16…エンコーダシステム、16X…Xエンコーダ、16Y1,16Y2…Yエンコーダ、16Xa,16Ya1,16Ya2…光源、16Xb,16Yb1,16Yb2…光検出器、18…干渉計システム、24…2次元グレーティング、100…露光装置(パターン形成装置)、ALG…アライメント系、ALa,IAa…所定点、IL…照明光(エネルギビーム)、PL…投影光学系(パターニング装置の一部)、Lx1,Ly11,Ly12…計測光、Lx2,Ly21,Ly21…回折光、W…ウエハ(物体)、WTB…ウエハテーブル(移動体、テーブル)。
Claims (18)
- エネルギビームの照射によって物体にパターンを形成する露光装置であって、
物体を保持して実質的に所定平面に沿って移動可能で、前記物体の裏面側で前記所定平面に実質的に平行な面に沿ってグレーティングが配置され、所定波長の光が内部を進行可能な移動体と;
前記エネルギビームの照射点である露光位置に対応する第1計測位置で、前記所定平面と交差する前記移動体の一側面を介して前記移動体の外部から前記グレーティングに前記所定波長の第1計測光を入射させ、該第1計測光に由来する前記グレーティングからの回折光を受光して、前記移動体の前記所定平面内の計測方向に関する第1位置情報を計測する第1計測装置と;
前記露光位置から一軸方向に離間して配置され、前記移動体上のマーク又は前記移動体に保持された物体上のマークを検出するマーク検出系と;
前記第1計測装置とともに計測システムを構成し、前記マーク検出系の検出中心に対応する第2計測位置で、前記移動体の一側面を介して前記移動体の外部から前記グレーティングに前記所定波長の第2計測光を入射させ、該第2計測光に由来する前記グレーティングからの回折光を受光して、前記移動体の計測方向に関する第2位置情報を計測する第2計測装置と;
前記計測システムからの前記位置情報に基づいて、前記移動体を駆動する駆動システムと;を備える露光装置。 - 前記第1計測装置と前記第2計測装置とは、前記移動体の同一の側面を介して、前記第1、第2計測光を、それぞれ前記グレーティングに入射させる請求項1に記載の露光装置。
- 前記第1計測装置と前記第2計測装置とは、前記移動体の互いに反対側に位置する異なる2つの側面をそれぞれ介して、前記第1、第2計測光を、前記グレーティングに入射させる請求項1又は2に記載の露光装置。
- 前記移動体の外部から内部に入射する前記第1、第2計測光の前記所定平面に対する正射影の延びる方向は、それぞれの計測方向と前記所定平面内で交差する請求項1〜3のいずれか一項に記載の露光装置。
- 前記移動体の外部から内部に入射する第1、第2計測光は、側面視でそれぞれが入射する前記一側面に直交する請求項1〜4のいずれか一項に記載の露光装置。
- 前記各一側面は、前記所定平面に対して鋭角をなす傾斜面から成る請求項1〜5のいずれか一項に記載の露光装置。
- 前記第1、第2計測装置は、前記第1、第2計測光に由来する前記グレーティングからの回折光を、前記一側面とは異なる前記移動体の他の側面を介して受光する請求項1〜6のいずれか一項に記載の露光装置。
- 前記一側面は、前記一軸方向に延びる前記移動体の第1側面であり、
前記他の側面は、前記一側面と前記一軸方向に垂直な方向に関して反対側で前記一軸方向に延びる前記移動体の第2側面であり、
前記第1、第2計測装置は、前記第1側面を介して少なくとも1つの第1、第2計測光を前記移動体内部に入射させ、該第1、第2計測光に由来する前記回折光を前記第2側面を介して受光する、請求項7に記載の露光装置。 - 前記グレーティングは、前記一軸方向を周期方向とする回折格子を含み、
前記第1、第2計測装置は、それぞれ前記一軸方向に関する前記移動体の位置情報を計測する、請求項8に記載の露光装置。 - 前記移動体は、前記所定平面内で前記一軸方向に垂直な方向に延びる第3、第4側面を有し、
前記計測システムは、前記第3、第4側面の一方を介して少なくとも1つの第3計測光を前記移動体内部に入射させ、該第3計測光に由来する前記回折光を前記第3、第4側面の他方を介して受光する第3計測装置をさらに有する、請求項8又は9に記載の露光装置。 - 前記グレーティングは、前記垂直な方向を周期方向とする回折格子を含み、
前記第3計測装置は、前記所定平面内の前記照射中心を含む領域内における、前記垂直な方向に関する前記移動体の位置情報を計測する、請求項10に記載の露光装置。 - 前記第3計測装置は、前記第3計測光を、前記グレーティング上の前記第1計測光の照射点又は該照射点の近傍の点に照射する、請求項10又は11に記載の露光装置。
- 前記移動体は、前記物体を保持するとともに、その裏面に前記グレーティングが配置された保持部材と、該保持部材が搭載されかつ内部を前記計測光が透過するテーブルとを含む請求項1〜12のいずれか一項に記載の露光装置。
- 前記保持部材は、前記テーブルに対して着脱自在である請求項13に記載の露光装置。
- 前記移動体は、前記光が入射しかつ前記所定平面と実質的に平行な一面に前記グレーティングが形成される透過部材と、前記物体を保持しかつ前記透過部材に対してその一面側に設けられる保持部材とを含む請求項1〜12のいずれか一項に記載の露光装置。
- 前記グレーティングは、前記所定平面内で互いに直交する2つの方向を周期方向とする2次元格子である、請求項1〜15のいずれか一項に記載の露光装置。
- 前記計測システムは、前記計測光を、前記移動体の内部で反射させることなく前記グレーティングに照射する、請求項1〜16のいずれか一項に記載の露光装置。
- 請求項1〜17のいずれか一項に記載の露光装置を用いて前記物体として基板を露光することと;
前記露光された基板を現像することと;を含むデバイス製造方法。
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