KR20230130161A - 계측 장치, 리소그래피 시스템 및 노광 장치, 그리고 관리 방법, 중첩 계측 방법 및 디바이스 제조 방법 - Google Patents

계측 장치, 리소그래피 시스템 및 노광 장치, 그리고 관리 방법, 중첩 계측 방법 및 디바이스 제조 방법 Download PDF

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Abstract

계측 장치 (100) 는, 기판 (W) 을 유지하고 XY 평면에 평행하게 이동 가능한 슬라이더 (10) 와, 슬라이더를 구동시키는 구동 시스템과, 헤드부 (32) 로부터 슬라이더에 형성된 격자부 (RG1) 를 갖는 계측면에 복수의 빔을 조사하여 그 복수의 빔 각각의 계측면으로부터의 복귀 빔을 수광하여 슬라이더의 절대 위치 좌표를 포함하는 적어도 3 자유도 방향의 위치 정보를 계측 가능한 위치 계측계 (30) 와, 기판 상의 마크를 검출하는 마크 검출계 (MDS) 와, 슬라이더의 구동을 제어하면서, 마크 검출계를 사용하여 기판 상의 복수의 마크를 각각 검출하고, 각 마크의 검출 결과와 검출시의 위치 계측계의 계측 정보에 기초하여, 각 마크의 절대 위치 좌표를 구하는 제어 장치를 구비한다.

Description

계측 장치, 리소그래피 시스템 및 노광 장치, 그리고 관리 방법, 중첩 계측 방법 및 디바이스 제조 방법{MEASUREMENT DEVICE, LITHOGRAPHY SYSTEM AND EXPOSURE DEVICE, AND MANAGEMENT METHOD, SUPERPOSITION MEASUREMENT METHOD AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 계측 장치, 리소그래피 시스템 및 노광 장치, 그리고 관리 방법, 중첩 계측 방법 및 디바이스 제조 방법에 관련되고, 특히 기판 상에 형성된 복수의 마크의 위치 정보를 계측하는 계측 장치, 및 그 계측 장치에 의한 복수의 마크의 위치 정보의 계측이 종료한 기판이 재치 (載置) 되는 기판 스테이지를 갖는 노광 장치와 상기 계측 장치를 구비하는 리소그래피 시스템, 및 상기 계측 장치를 구비하는 노광 장치, 그리고 기판 상의 복수의 구획 영역의 배열의 변동을 관리하는 관리 방법, 기판을 계측 대상으로 하는 중첩 계측 방법, 및 상기 리소그래피 시스템 또는 노광 장치를 사용하는 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 소자 등을 제조하는 리소그래피 공정에서는, 웨이퍼 혹은 유리 플레이트 등의 기판 (이하, 웨이퍼라고 총칭한다) 상에 다층의 회로 패턴을 중첩하여 형성하지만, 각 층간에서의 중첩 정밀도가 나쁘면, 반도체 소자 등은 소정의 회로 특성을 발휘할 수 없어, 경우에 따라서는 불량품이 되기도 한다. 이 때문에, 통상적으로 웨이퍼 상의 복수의 쇼트 영역의 각각에 미리 마크 (얼라이먼트 마크) 를 형성해 두고, 노광 장치의 스테이지 좌표계 상에 있어서의 그 마크의 위치 (좌표값) 를 검출한다. 그러한 후, 이 마크 위치 정보와 새롭게 형성되는 패턴 (예를 들어 레티클 패턴) 의 이미 알려진 위치 정보에 기초하여, 웨이퍼 상의 하나의 쇼트 영역을 그 패턴에 대해 위치 맞춤하는 웨이퍼 얼라이먼트가 실시된다.
웨이퍼 얼라이먼트의 방식으로서, 스루풋과의 균형에서, 웨이퍼 상의 몇 개의 쇼트 영역 (샘플 쇼트 영역 또는 얼라이먼트 쇼트 영역이라고도 불린다) 만의 얼라이먼트 마크를 검출하고, 웨이퍼 상의 쇼트 영역의 배열을 통계적 수법으로 산출하는 인헨스드·글로벌·얼라이먼트 (EGA) 가 주류로 되어 있다.
그런데, 리소그래피 공정에 있어서, 웨이퍼 상에 중첩 노광을 실시하는 경우, 레지스트 도포, 현상, 에칭, CVD (케미컬·베이퍼·디포지션), CMP (케미컬·메커니컬·폴리싱) 등의 프로세스 처리 공정을 거친 웨이퍼에는, 그 프로세스에서 기인하여 전층의 쇼트 영역의 배열에 변형이 생기는 경우가 있으며, 그 변형이 중첩 정밀도의 저하의 요인이 될 수 있다. 이러한 점을 감안하여, 최근의 노광 장치는, 웨이퍼 변형의 1 차 성분뿐만 아니라, 프로세스에서 기인하여 발생하는 쇼트 배열의 비선형 성분 등을 보정하는 그리드 보정 기능 등을 가지고 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).
종래, 예를 들어 장치 기인의 웨이퍼 그리드의 변동의 관리는, 마크가 새겨진 기준 웨이퍼에 대해, 그리드 (Grid) 관리용의 전용 레티클을 사용하여 중첩 노광을 함으로써 실시되고 있다. 여기서, 웨이퍼 그리드란, 쇼트 맵 (웨이퍼 상에 형성되는 쇼트 영역의 배열에 관한 데이터) 에 따라 배열된 웨이퍼 상의 쇼트 영역의 중심을 연결하여 형성되는 격자를 의미한다. 본 명세서에서는, 웨이퍼 그리드를 「그리드」 라고 약기하거나, 혹은 「쇼트 영역 (또는 쇼트) 의 배열」 이라고도 기술하고 있다.
본래, 모든 쇼트 맵에 대해, 쇼트 맵마다 그리드 관리를 하는 것이 이상적이지만, 그러기 위해서는 무수의 레티클과 무수의 웨이퍼가 필요하게 되기 때문에, 기준 웨이퍼 및 상기 전용 레티클을 사용하고 있다.
그런데, 기준 웨이퍼에 새길 수 있는 마크는 아무리 미세하게 부여해도 유한, 이산적이므로, 노광 장치의 사용자의 제품 쇼트 맵 그 자체에서 웨이퍼 그리드를 관리하는 것은 곤란하다. 또, 기준 웨이퍼를 사용하는 그리드 관리는, 통상적으로 다음과 같은 전제 (가정) 에 기초하고 있으며, 일종의 타협을 수반하고 있다.
a. 그리드의 오차란 좌표 의존이고, 장소가 동일하면 동일한 오차를 갖는다. 마크의 위치를 계측하여, 그리드 오차의 보정을 실시한 포인트의 근처라면, 오차도 작은 것으로 생각된다.
b. 스캔 속도 혹은 스캔 가속도 등의 오차는, 그리드 오차를 발생시키지 않는다. 만일, 그리드 오차를 발생시킨다고 해도, 그 오차는, 스캔할 때마다 변화하는 것은 아니기 때문에, 한 번의 조정으로 충분하여, 정기적으로 메인터넌스할 필요는 없다.
미국 출원 공개 제2002/0042664호 명세서
제 1 양태에 의하면, 기판에 형성된 복수의 마크의 위치 정보를 계측하는 계측 장치로서, 상기 기판을 유지하여 이동 가동인 스테이지와, 상기 스테이지를 구동시키는 구동 시스템과, 격자부를 갖는 계측면과 상기 계측면에 빔을 조사하는 헤드부의 일방이 상기 스테이지에 형성되고, 상기 헤드부로부터의 빔을 상기 계측면에 조사함과 함께, 그 빔의 상기 계측면으로부터의 복귀 빔을 수광하여 상기 스테이지의 위치 정보를 취득 가능한 절대 위치 계측계와, 상기 기판에 형성된 마크를 검출하는 마크 검출계와, 상기 구동 시스템에 의한 상기 스테이지의 구동을 제어하여, 상기 마크 검출계를 사용하여 상기 기판에 형성된 상기 복수의 마크를 각각 검출하고, 상기 복수의 마크 각각의 검출 결과와 상기 복수의 마크 각각의 검출시에 상기 절대 위치 계측계를 사용하여 얻어지는 상기 스테이지의 위치 정보에 기초하여, 상기 복수의 마크 각각의 절대 위치 좌표를 구하는 제어 장치를 구비하는 계측 장치가 제공된다.
제 2 양태에 의하면, 제 1 양태에 관련된 계측 장치와, 상기 계측 장치에 의한 상기 복수의 마크의 위치 정보의 계측이 종료한 상기 기판이 재치되는 기판 스테이지를 갖고, 그 기판 스테이지 상에 재치된 상기 기판에 대해, 그 기판 상의 복수의 마크 중 선택된 일부의 마크의 위치 정보를 계측하는 얼라이먼트 계측 및 상기 기판을 에너지 빔으로 노광하는 노광이 실시되는 노광 장치를 구비하는 리소그래피 시스템이 제공된다.
제 3 양태에 의하면, 제 2 양태에 관련된 리소그래피 시스템을 사용하여 기판을 노광하는 것과, 노광된 상기 기판을 현상하는 것을 포함하는 디바이스 제조 방법이 제공된다.
제 4 양태에 의하면, 제 1 양태에 관련된 계측 장치를 구비하고, 상기 계측 장치를 사용하여 복수의 마크의 위치 정보가 취득된 기판을 에너지 빔으로 노광하는 노광 장치가 제공된다.
제 5 양태에 의하면, 제 4 양태에 관련된 노광 장치를 사용하여 기판을 노광하는 것과, 노광된 상기 기판을 현상하는 것을 포함하는 디바이스 제조 방법이 제공된다.
제 6 양태에 의하면, 기판 상에 매트릭스상으로 배치된 복수의 구획 영역의 배열의 변동을 관리하는 관리 방법으로서, 노광 장치에 의해, 마스크에 형성된 패턴 및 마크를 기판 상에 순차 전사하고, 상기 기판 상에, 상기 마크와 함께 구획 영역을 복수 형성하는 것과, 상기 복수의 구획 영역이 형성된 상기 기판을 소정 평면 내에서 이동 가동인 스테이지에 탑재하고, 상기 스테이지의 위치 정보를, 상기 스테이지에 형성된 격자부를 갖는 계측면에 헤드부를 개재하여 빔을 조사하고, 그 빔의 상기 계측면으로부터의 복귀 빔을 수광하여 상기 스테이지의 상기 소정 평면 내의 절대 위치 좌표를 포함하는 위치 정보를 계측 가능한 절대 위치 계측계를 사용하여 계측하면서, 마크 검출계를 사용하여 상기 기판 상의 상기 복수의 구획 영역 각각에 대응하는 상기 복수의 마크를 각각 검출하고, 상기 복수의 마크 각각의 검출 결과와 상기 복수의 마크 각각의 검출시의 상기 절대 위치 계측계의 계측 정보에 기초하여, 상기 기판 상의 상기 복수의 구획 영역 각각에 대응하는 상기 복수의 마크의 상기 소정 평면 내의 절대 위치 좌표를 구하는 것과, 구한 상기 복수의 마크의 절대 위치 좌표에 기초하여, 상기 복수의 구획 영역의 배열 정보를 구하는 것을 포함하는 관리 방법이 제공된다.
제 7 양태에 의하면, 제 1 층의 노광과 그 제 1 층을 하지층으로 하는 제 2 층의 노광에 의해 제 1 마크 이미지와 대응하는 제 2 마크 이미지의 세트가, 복수 소정의 위치 관계로 형성된 기판을 계측 대상으로 하는 중첩 계측 방법으로서, 계측 대상의 상기 기판을, 격자부를 갖는 계측면과 상기 계측면에 빔을 조사하는 헤드부의 일방이 형성된 스테이지에 탑재하고, 상기 스테이지의 위치 정보를, 상기 계측면에 상기 헤드부를 개재하여 복수의 빔을 조사하여 그 복수의 빔 각각의 상기 계측면으로부터의 복귀 빔을 수광하여 상기 스테이지의 상기 소정 평면 내의 절대 위치 좌표를 포함하는 적어도 3 자유도 방향의 위치 정보를 계측 가능한 위치 계측계를 사용하여 계측하면서, 마크 검출계를 사용하여 상기 기판 상의 상기 복수 세트의 상기 제 1 마크 이미지와 상기 제 2 마크 이미지를 각각 검출하고, 상기 복수 세트의 상기 제 1 마크 이미지와 상기 제 2 마크 이미지 각각의 검출 결과와 각각의 마크 이미지의 검출시의 상기 위치 계측계의 계측 정보에 기초하여, 상기 기판 상의 상기 복수 세트의 상기 제 1 마크 이미지와 상기 제 2 마크 이미지 각각의 상기 소정 평면 내의 절대 위치 좌표를 구하는 것과, 서로 세트를 이루는 상기 제 1 마크 이미지와 상기 제 2 마크 이미지의 상기 절대 위치 좌표에 기초하여, 중첩 오차를 구하는 것을 포함하는 중첩 계측 방법이 제공된다.
도 1 은, 제 1 실시형태에 관련된 계측 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2(A) 는, 도 1 의 계측 장치의 일부 생략된 정면도 (-Y 방향에서 본 도면), 도 2(B) 는, 마크 검출계의 광축 (AX1) 을 지나는 XZ 평면에서 단면 (斷面) 한 계측 장치의 일부 생략된 단면도이다.
도 3 은, 마크 검출계의 광축 (AX1) 을 지나는 YZ 평면에서 단면한 계측 장치의 일부 생략된 단면도이다.
도 4(A) 는, 제 1 위치 계측 시스템의 헤드부를 나타내는 사시도, 도 4(B) 는, 제 1 위치 계측 시스템의 헤드부의 평면도 (+Z 방향에서 본 도면) 이다.
도 5 는, 제 2 위치 계측 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6 은, 제 1 실시형태에 관련된 계측 장치의 제어계를 중심적으로 구성하는 제어 장치의 입출력 관계를 나타내는 블록도이다.
도 7 은, 1 로트의 웨이퍼를 처리할 때의 제어 장치의 처리 알고리즘에 대응하는 플로우 차트이다.
도 8 은, 제 2 실시형태에 관련된 리소그래피 시스템의 전체 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 9 는, 도 8 에 나타내는 노광 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 10 은, 노광 장치가 구비하는 노광 제어 장치의 입출력 관계를 나타내는 블록도이다.
도 11 은, 계측 장치 (100) 를 사용하는 노광 장치 기인의 웨이퍼 그리드의 관리 방법을, 리소그래피 시스템 (1000) 에 적용했을 경우의 처리의 흐름을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 12 는, 계측 장치 (100) 를 사용하는 중첩 계측 방법을, 리소그래피 시스템 (1000) 에 적용했을 경우의 처리의 흐름을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 13 은, 변형예에 관련된 리소그래피 시스템의 전체 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
《제 1 실시형태》
이하, 제 1 실시형태에 대해 도 1 ∼ 도 7 에 기초하여 설명한다. 도 1 에는, 제 1 실시형태에 관련된 계측 장치 (100) 의 구성이 사시도로 개략적으로 나타나 있다. 또한, 도 1 에 나타내는 계측 장치 (100) 는, 실제로는, 챔버와, 그 챔버의 내부에 수용된 구성 부분으로 구성되지만, 본 실시형태에서는, 챔버에 관한 설명은 생략한다. 본 실시형태에서는, 후술하는 바와 같이 마크 검출계 (MDS) 가 형성되어 있고, 이하에서는, 마크 검출계 (MDS) 의 광축 (AX1) 의 방향을 Z 축 방향으로 하고, 이것에 직교하는 면내에서, 후술하는 가동 스테이지가 장 (長) 스트로크로 이동하는 방향을 Y 축 방향, Z 축 및 Y 축에 직교하는 방향을 X 축 방향으로 하고, X 축, Y 축, Z 축 둘레의 회전 (경사) 방향을, 각각 θx, θy 및 θz 방향으로 하여 설명을 실시한다. 여기서, 마크 검출계 (MDS) 는, 측면에서 보았을 때 (예를 들어 +X 방향에서 보았을 때) L 자상의 외형을 갖고, 그 하단 (선단) 에는 원통상의 경통부 (41) 가 형성되고, 경통부 (41) 의 내부에는, Z 축 방향의 광축 (AX1) 을 갖는 복수의 렌즈 엘리먼트로 이루어지는 광학계 (굴절 광학계) 가 수납되어 있다. 본 명세서에서는, 설명의 편의상에서 경통부 (41) 의 내부의 굴절 광학계의 광축 (AX1) 을 마크 검출계 (MDS) 의 광축 (AX1) 이라고 칭하고 있다.
도 2(A) 에는, 도 1 의 계측 장치 (100) 의 정면도 (-Y 방향에서 본 도면) 가 일부 생략되어 나타나고, 도 2(B) 에는, 광축 (AX1) 을 지나는 XZ 평면에서 단면한 계측 장치 (100) 의 단면도가 일부 생략되어 나타나 있다. 또, 도 3 에는, 광축 (AX1) 을 지나는 YZ 평면에서 단면한 계측 장치 (100) 의 단면도가 일부 생략되어 나타나 있다.
계측 장치 (100) 는, 도 1 에 나타낸 바와 같이, 광축 (AX1) 에 직교하는 XY 평면에 거의 평행한 상면을 갖는 정반 (定盤) (12) 과, 정반 (12) 상에 배치되고, 웨이퍼 (W) 를 유지하여 정반 (12) 에 대해 X 축 및 Y 축 방향으로 소정 스트로크로 가동하고, 또한 Z 축, θx, θy 및 θz 방향으로 미소 이동 (미소 변위) 이 가능한 웨이퍼 슬라이더 (이하, 슬라이더라고 약기한다) (10) 와, 슬라이더 (10) 를 구동시키는 구동 시스템 (20) (도 1 에서는 도시 생략, 도 6 참조) 과, 슬라이더 (10) 의 정반 (12) 에 대한 X 축, Y 축, Z 축, θx, θy 및 θz 의 각 방향 (이하, 6 자유도 방향이라고 표기한다) 의 위치 정보를 계측하는 제 1 위치 계측 시스템 (30) (도 1 에서는 도시 생략, 도 3, 도 6 참조) 과, 슬라이더 (10) 에 탑재된 (유지된) 웨이퍼 (W) 상의 마크를 검출하는 마크 검출계 (MDS) 를 갖는 계측 유닛 (40) 과, 마크 검출계 (MDS) (계측 유닛 (40)) 와 정반 (12) 의 상대적인 위치 정보를 계측하는 제 2 위치 계측 시스템 (50) (도 1 에서는 도시 생략, 도 6 참조) 과, 구동 시스템 (20) 에 의한 슬라이더 (10) 의 구동을 제어하면서, 제 1 위치 계측 시스템 (30) 에 의한 계측 정보 및 제 2 위치 계측 시스템 (50) 에 의한 계측 정보를 취득하고, 마크 검출계 (MDS) 를 사용하여 슬라이더 (10) 에 유지된 웨이퍼 (W) 상의 복수의 마크의 위치 정보를 구하는 제어 장치 (60) (도 1 에서는 도시 생략, 도 6 참조) 를 구비하고 있다.
정반 (12) 은, 평면에서 보았을 때 사각형 (또는 정방형) 의 직방체 부재로 이루어지고, 그 상면은 평탄도가 매우 높아지도록 마무리되고, 슬라이더 (10) 의 이동시의 가이드면이 형성되어 있다. 정반 (12) 의 소재로는, 제로 팽창 재료라고도 불리는 저열팽창률의 재료, 예를 들어 인바형 합금, 극저팽창 주강 (鑄鋼), 혹은 극저팽창 유리 세라믹스 등이 사용되고 있다.
정반 (12) 에는, -Y 측의 면의 X 축 방향의 중앙부에 1 지점, +Y 측의 면의 X 축 방향의 양단부에 각 1 지점, 합계로 3 지점에 저부가 개구된 절결상의 공소 (空所) (12a) 가 형성되어 있다. 도 1 에서는, 그 3 지점의 공소 (12a) 중, -Y 측의 면에 형성된 공소 (12a) 가 나타나 있다. 각각의 공소 (12a) 의 내부에는, 제진 장치 (14) 가 배치되어 있다. 정반 (12) 은, 플로어 (F) 상에 설치된 평면에서 보았을 때 사각형의 베이스 프레임 (16) 의 XY 평면에 평행한 상면 상에서 3 개의 제진 장치 (14) 에 의해, 상면이 XY 평면에 거의 평행이 되도록 3 점 지지되어 있다. 또한, 제진 장치 (14) 의 수는 3 개에 한정되지 않는다.
슬라이더 (10) 는, 도 3 에 나타낸 바와 같이, 저면의 4 귀퉁이에 공기 정압 베어링 (에어 베어링) (18) 이 각 1 개, 합계 4 개, 각각의 베어링면이, 슬라이더 (10) 의 하면과 거의 동일면이 되는 상태에서 장착되어 있고, 이들 4 개의 에어 베어링 (18) 으로부터 정반 (12) 을 향하여 분출되는 가압 공기의 베어링면과 정반 (12) 의 상면 (가이드면) 사이의 정압 (간극 내 압력) 에 의해, 슬라이더 (10) 가, 정반 (12) 의 상면 상에서 소정의 클리어런스 (공극, 갭), 예를 들어 수 ㎛ 정도의 클리어런스를 두고 부상 지지되어 있다. 본 실시형태에서는, 슬라이더 (10) 는, 제로 팽창 재료의 일종인 제로 팽창 유리 (예를 들어, 쇼트사의 제로듀어 등) 가 그 소재로서 사용되고 있다.
슬라이더 (10) 의 상부에는, 웨이퍼 (W) 의 직경보다 약간 큰 내경의 평면에서 보았을 때 원형의 소정 깊이의 오목부 (10a) 가 형성되고, 오목부 (10a) 의 내부에 웨이퍼 (W) 의 직경과 거의 동일한 직경의 웨이퍼 홀더 (WH) 가 배치되어 있다. 웨이퍼 홀더 (WH) 로는, 버큠 척, 정전 척, 혹은 메커니컬 척 등을 사용할 수 있지만, 일례로서, 핀 척 방식의 버큠 척이 사용되는 것으로 한다. 웨이퍼 (W) 는, 그 상면이, 슬라이더 (10) 의 상면과 거의 동일면이 되는 상태에서, 웨이퍼 홀더 (WH) 에 의해 흡착 유지되어 있다. 웨이퍼 홀더 (WH) 에는, 복수의 흡인구가 형성되어 있고, 이 복수의 흡인구가 도시 생략된 진공 배관계를 개재하여 버큠 펌프 (11) (도 6 참조) 에 접속되어 있다. 그리고, 버큠 펌프 (11) 의 온·오프 등이 제어 장치 (60) 에 의해 제어된다. 또한, 슬라이더 (10) 와 웨이퍼 홀더 (WH) 중 어느 일방, 또는 양방을 「제 1 기판 유지 부재」 라고 불러도 된다.
또, 슬라이더 (10) 에는, 웨이퍼 홀더 (WH) 에 형성된 예를 들어 3 개의 원형 개구를 통해서 상하동하고, 웨이퍼 반송계 (70) (도 1 에서는 도시 생략, 도 6 참조) 와 협동하여 웨이퍼를 웨이퍼 홀더 (WH) 상에 로드함과 함께 웨이퍼를 웨이퍼 홀더 (WH) 상으로부터 언로드하는 상하동 부재 (도시 생략) 가 형성되어 있다. 상하동 부재를 구동시키는 구동 장치 (13) 가 제어 장치 (60) 에 의해 제어된다 (도 6 참조).
본 실시형태에서는, 웨이퍼 홀더 (WH) 로서, 일례로서, 직경 300 ㎜ 의 300 밀리 웨이퍼를 흡착 유지 가능한 사이즈의 것이 사용되고 있는 것으로 한다. 또한, 웨이퍼 반송계 (70) 가 웨이퍼 홀더 (WH) 상의 웨이퍼를, 상방으로부터 비접촉으로 흡인 유지하는 비접촉 유지 부재, 예를 들어 베르누이 척 등을 가지고 있는 경우에는, 슬라이더 (10) 에 상하동 부재를 형성할 필요는 없고, 웨이퍼 홀더 (WH) 에 상하동 부재를 위한 원형 개구를 형성할 필요도 없다.
도 2(B) 및 도 3 에 나타낸 바와 같이, 슬라이더 (10) 의 하면의 웨이퍼 (W) 보다 한층 큰 영역에는, 2 차원 그레이팅 (이하, 간단히 그레이팅이라고 부른다) (RG1) 이 수평 (웨이퍼 (W) 표면과 평행) 으로 배치되어 있다. 그레이팅 (RG1) 은, X 축 방향을 주기 방향으로 하는 반사형의 회절 격자 (X 회절 격자) 와, Y 축 방향을 주기 방향으로 하는 반사형 회절 격자 (Y 회절 격자) 를 포함한다. X 회절 격자 및 Y 회절 격자의 격자선의 피치는, 예를 들어 1 ㎛ 로 설정되어 있다.
제진 장치 (14) 는, 능동형 진동 분리 시스템 (이른바 AVIS (Active Vibration Isolation System)) 이고, 가속도계, 변위 센서 (예를 들어 정전 용량 센서 등), 및 액추에이터 (예를 들어 보이스 코일 모터 등), 그리고 에어 댐퍼로서 기능하는 에어 마운트 등을 구비하고 있다. 제진 장치 (14) 는, 비교적 고주파의 진동을 에어 마운트 (에어 댐퍼) 에 의해 감쇠시킬 수 있음과 함께, 액추에이터에 의해 제진 (除振) (진동 제어 (制振)) 할 수 있다. 따라서, 제진 장치 (14) 는, 정반 (12) 과 베이스 프레임 (16) 사이에서 진동이 전달되는 것을 회피할 수 있다. 또한, 에어 마운트 (에어 댐퍼) 대신에, 유압식의 댐퍼를 사용해도 된다.
여기서, 에어 마운트에 더하여 액추에이터를 형성하고 있는 것은, 에어 마운트의 기체실 내의 기체의 내압은 높기 때문에, 제어 응답이 20 ㎐ 정도밖에 확보할 수 없으므로, 고응답의 제어가 필요한 경우에는, 도시 생략된 가속도계 등의 출력에 따라 액추에이터를 제어할 필요가 있기 때문이다. 단, 플로어 진동 등의 미진동은, 에어 마운트에 의해 제진된다.
제진 장치 (14) 의 상단면은, 정반 (12) 에 접속되어 있다. 에어 마운트에는, 도시 생략된 기체 공급구를 통해서 기체 (예를 들어 압축 공기) 를 공급하는 것이 가능하고, 에어 마운트는, 내부에 충전된 기체량 (압축 공기의 압력 변화) 에 따라 Z 축 방향으로 소정의 스트로크 (예를 들어, 1 ㎜ 정도) 로 신축된다. 이 때문에, 3 개의 제진 장치 (14) 각각이 갖는 에어 마운트를 사용하여 정반 (12) 의 3 지점을 하방에서 개별적으로 상하동시킴으로써, 정반 (12) 및 이 위에 부상 지지된 슬라이더 (10) 를, Z 축 방향, θx 방향, 및 θy 방향 각각의 위치를 임의로 조정할 수 있게 되어 있다. 또, 제진 장치 (14) 의 액추에이터는, 정반 (12) 을 Z 축 방향으로 구동시킬 뿐만 아니라, X 축 방향 및 Y 축 방향으로도 구동 가능하다. 또한, X 축 방향 및 Y 축 방향으로의 구동량은, Z 축 방향으로의 구동량에 비해 작다. 3 개의 제진 장치 (14) 는, 제어 장치 (60) 에 접속되어 있다 (도 6 참조). 또한, 3 개의 제진 장치 (14) 의 각각이, X 축 방향, Y 축 방향, 및 Z 축 방향에 한정되지 않고, 예를 들어 6 자유도 방향으로 정반 (12) 을 이동할 수 있는 액추에이터를 구비하고 있어도 된다. 제어 장치 (60) 는, 제 2 위치 계측 시스템 (50) 에 의해 계측되는 마크 검출계 (MDS) (계측 유닛 (40)) 와 정반 (12) 의 상대적인 위치 정보에 기초하여, 후술하는 제 1 위치 계측 시스템 (30) 의 헤드부 (32) 가 고정되는 정반 (12) 의 6 자유도 방향의 위치가, 마크 검출계 (MDS) 에 대해 원하는 위치 관계를 유지하도록, 3 개의 제진 장치 (14) 의 액추에이터를 항상 실시간으로 제어하고 있다. 또한, 3 개의 제진 장치 (14) 의 각각을 피드·포워드 제어해도 된다. 예를 들어, 제어 장치 (60) 는, 제 1 위치 계측 시스템 (30) 의 계측 정보에 기초하여, 3 개의 제진 장치 (14) 의 각각을 피드·포워드 제어하도록 해도 된다. 또한, 제어 장치 (60) 에 의한 제진 장치 (14) 의 제어에 대해서는 더욱 후술한다.
구동 시스템 (20) 은, 도 6 에 나타낸 바와 같이, 슬라이더 (10) 를 X 축 방향으로 구동시키는 제 1 구동 장치 (20A) 와, 슬라이더 (10) 를 제 1 구동 장치 (20A) 와 일체로 Y 축 방향으로 구동시키는 제 2 구동 장치 (20B) 를 포함한다.
도 1 및 도 3 으로부터 알 수 있는 바와 같이, 슬라이더 (10) 의 -Y 측의 측면에는, 자석 유닛 (또는 코일 유닛) 으로 이루어지고, 측면에서 보았을 때 역 L 자상의 1 쌍의 가동자 (22a) 가 X 축 방향으로 소정 간격으로 고정되어 있다. 슬라이더 (10) 의 +Y 측의 측면에는, 도 3 에 나타낸 바와 같이, 자석 유닛 (또는 코일 유닛) 으로 이루어지는 1 쌍의 가동자 (22b) (단, +X 측의 가동자 (22b) 는 도시 생략) 가 X 축 방향으로 소정 간격으로 고정되어 있다. 1 쌍의 가동자 (22a) 와 1 쌍의 가동자 (22b) 는, 좌우 대칭으로 배치되어 있지만, 서로 동일하게 구성되어 있다.
가동자 (22a, 22b) 는, 도 1 ∼ 도 3 에 나타낸 바와 같이, 평면에서 보았을 때 사각형 프레임상의 가동 스테이지 (24) 의 일부를 구성하는 Y 축 방향으로 소정 거리 떨어져서 배치되고, 각각 X 축 방향으로 연장되는 1 쌍의 판부재 (24a, 24b) 의 XY 평면에 실질적으로 평행한 상면 상에 비접촉으로 지지되어 있다. 즉, 가동자 (22a, 22b) 의 하면 (판부재 (24a, 24b) 에 각각 대향하는 면) 에는, 에어 베어링 (도시 생략) 이 각각 형성되고, 이들 에어 베어링이 판부재 (24a, 24b) 에 대해 발생하는 부상력 (가압 공기의 정압) 에 의해, 가동자 (22a, 22b) 는, 가동 스테이지 (24) 에 의해, 하방에서 비접촉으로 지지되어 있다. 또한, 각 1 쌍의 가동자 (22a, 22b) 가 고정된 슬라이더 (10) 의 자중은, 전술한 바와 같이, 4 개의 에어 베어링 (18) 이 정반 (12) 에 대해 발생하는 부상력에 의해 지지되어 있다.
1 쌍의 판부재 (24a, 24b) 각각의 상면에는, 도 1 ∼ 도 3 에 나타낸 바와 같이, 코일 유닛 (또는 자석 유닛) 으로 이루어지는 고정자 (26a, 26b) 가, X 축 방향의 양단부를 제외한 영역에 배치되어 있다.
1 쌍의 가동자 (22a) 와 고정자 (26a) 사이의 전자 상호 작용에 의해, 1 쌍의 가동자 (22a) 를 X 축 방향으로 구동시키는 구동력 (전자력) 및 Y 축 방향으로 구동시키는 구동력 (전자력) 이 발생하고, 1 쌍의 가동자 (22b) 와 고정자 (26b) 사이의 전자 상호 작용에 의해, 1 쌍의 가동자 (22b) 를, X 축 방향으로 구동시키는 구동력 (전자력) 및 Y 축 방향으로 구동시키는 구동력 (전자력) 이 발생한다. 즉, 1 쌍의 가동자 (22a) 와 고정자 (26a) 에 의해, X 축 방향 및 Y 축 방향의 구동력을 발생시키는 XY 리니어 모터 (28A) 가 구성되고, 1 쌍의 가동자 (22b) 와 고정자 (26b) 에 의해, X 축 방향 및 Y 축 방향의 구동력을 발생시키는 XY 리니어 모터 (28B) 가 구성되고, XY 리니어 모터 (28A) 와 XY 리니어 모터 (28B) 에 의해, 슬라이더 (10) 를, X 축 방향으로 소정 스트로크로 구동시킴과 함께, Y 축 방향으로 미소 구동시키는 제 1 구동 장치 (20A) 가 구성되어 있다 (도 6 참조). 제 1 구동 장치 (20A) 는, XY 리니어 모터 (28A) 와 XY 리니어 모터 (28B) 가 각각 발생시키는 X 축 방향의 구동력의 크기를 상이하게 함으로써, 슬라이더 (10) 를 θz 방향으로 구동시킬 수 있다. 제 1 구동 장치 (20A) 는, 제어 장치 (60) 에 의해 제어된다 (도 6 참조). 본 실시형태에서는, 후술하는 제 2 구동 장치와 함께 제 1 구동 장치 (20A) 에 의해, 슬라이더 (10) 를 Y 축 방향으로 구동시키는 조미동 (粗微動) 구동계를 구성하는 관계에서 제 1 구동 장치 (20A) 는, X 축 방향의 구동력뿐만 아니라, Y 축 방향의 구동력도 발생하지만, 제 1 구동 장치 (20A) 는, Y 축 방향의 구동력을 반드시 발생시킬 필요는 없다.
가동 스테이지 (24) 는, 1 쌍의 판부재 (24a, 24b) 와, X 축 방향으로 소정 거리 떨어져서 배치되고, 각각 Y 축 방향으로 연장되는 1 쌍의 연결 부재 (24c, 24d) 를 가지고 있다. 연결 부재 (24c, 24d) 의 Y 축 방향의 양단부에는, 단부 (段部) 가 각각 형성되어 있다. 그리고, 연결 부재 (24c, 24d) 각각의 -Y 측의 단부 상에 판부재 (24a) 의 길이 방향의 일단부와 타단부가 재치된 상태에서, 연결 부재 (24c, 24d) 와 판부재 (24a) 가 일체화되어 있다. 또, 연결 부재 (24c, 24d) 각각의 +Y 측의 단부 상에 판부재 (24b) 의 길이 방향의 일단부와 타단부가 재치된 상태에서, 연결 부재 (24c, 24d) 와 판부재 (24b) 가 일체화되어 있다 (도 2(B) 참조). 즉, 이와 같이 하여, 1 쌍의 판부재 (24a, 24b) 가 1 쌍의 연결 부재 (24c, 24d) 에 의해 연결되어, 사각형 프레임상의 가동 스테이지 (24) 가 구성되어 있다.
도 1 및 도 2(A) 에 나타낸 바와 같이, 베이스 프레임 (16) 상면의 X 축 방향의 양단부 근방에는, Y 축 방향으로 연장되는 1 쌍의 리니어 가이드 (27a, 27b) 가 고정되어 있다. +X 측에 위치하는 일방의 리니어 가이드 (27a) 의 내부에는, 상면 및 -X 측의 면의 근방에 Y 축 방향의 거의 전체 길이에 걸친 코일 유닛 (또는 자석 유닛) 으로 이루어지는 Y 축 리니어 모터 (29A) 의 고정자 (25a) (도 2(B) 참조) 가 수납되어 있다. 리니어 가이드 (27a) 의 상면 및 -X 측의 면에 대향하고, 단면 L 자상의 자석 유닛 (또는 코일 유닛) 으로 이루어지고, 고정자 (25a) 와 함께, Y 축 리니어 모터 (29A) 를 구성하는 가동자 (23a) 가 배치되어 있다. 리니어 가이드 (27a) 의 상면 및 -X 측의 면에 각각 대향하는, 가동자 (23a) 의 하면 및 +X 측의 면에는, 대향하는 면에 대해 가압 공기를 분출하는 에어 베어링이 각각 고정되어 있다. 그 중, 특히, 가동자 (23a) 의 +X 측의 면에 고정된 에어 베어링으로는, 진공 예압형의 에어 베어링이 사용되고 있다. 이 진공 예압형의 에어 베어링은, 베어링면과 리니어 가이드 (27a) 의 -X 측의 면 사이의 가압 공기의 정압과 진공 예압력의 밸런스에 의해, 가동자 (23a) 와 리니어 가이드 (27a) 사이의 X 축 방향의 클리어런스 (간극, 갭) 를 일정한 값으로 유지한다.
가동자 (23a) 의 상면 상에는, 복수, 예를 들어 2 개의 직방체 부재로 이루어지는 X 가이드 (19) 가 Y 축 방향으로 소정 간격을 두고 고정되어 있다. 2 개의 X 가이드 (19) 의 각각에는, X 가이드 (19) 와 함께 1 축 가이드 장치를 구성하는 단면 역 U 자상의 슬라이드 부재 (21) 가 비접촉으로 걸어맞추어져 있다. 슬라이드 부재 (21) 의 X 가이드 (19) 에 대향하는 3 개의 면에는, 에어 베어링이 각각 형성되어 있다.
2 개의 슬라이드 부재 (21) 는, 도 1 에 나타낸 바와 같이, 연결 부재 (24c) 의 하면 (-Z 측의 면) 에 각각 고정되어 있다.
-X 측에 위치하는 타방의 리니어 가이드 (27b) 는, 내부에 코일 유닛 (또는 자석 유닛) 으로 이루어지는 Y 축 리니어 모터 (29B) 의 고정자 (25b) 를 수납하고, 좌우 대칭이지만, 리니어 가이드 (27a) 와 동일하게 구성되어 있다 (도 2(B) 참조). 리니어 가이드 (27b) 의 상면 및 +X 측의 면에 대향하고, 좌우 대칭이지만 가동자 (23a) 와 동일한 단면 L 자상의 자석 유닛 (또는 코일 유닛) 으로 이루어지고, 고정자 (25b) 와 함께, Y 축 리니어 모터 (29B) 를 구성하는 가동자 (23b) 가 배치되어 있다. 리니어 가이드 (27b) 의 상면 및 +X 측의 면에 각각 대향하고, 가동자 (23b) 의 하면 및 -X 측의 면에는, 에어 베어링이 각각 고정되고, 특히, 가동자 (23b) 의 -X 측의 면에 고정된 에어 베어링으로서, 진공 예압형의 에어 베어링이 사용되고 있다. 이 진공 예압형의 에어 베어링에 의해, 가동자 (23b) 와 리니어 가이드 (27b) 사이의 X 축 방향의 클리어런스 (간극, 갭) 가 일정한 값으로 유지된다.
가동자 (23b) 의 상면과, 연결 부재 (24d) 의 저면 사이에는, 전술과 동일하게, X 가이드 (19) 와 그 X 가이드 (19) 에 비접촉으로 걸어맞추는 슬라이드 부재 (21) 에 의해 구성되는 1 축 가이드 장치가 2 개 형성되어 있다.
가동 스테이지 (24) 는, +X 측과 -X 측의 각 2 개 (합계 4 개) 의 1 축 가이드 장치를 개재하여, 가동자 (23a, 23b) 에 의해 하방에서 지지되고, 가동자 (23a, 23b) 상에서 X 축 방향으로 이동 가능하다. 이 때문에, 전술한 제 1 구동 장치 (20A) 에 의해, 슬라이더 (10) 가 X 축 방향으로 구동되었을 때, 그 구동력의 반력이 고정자 (26a, 26b) 가 형성된 가동 스테이지 (24) 에 작용하여, 가동 스테이지 (24) 는 슬라이더 (10) 와는 반대 방향으로 운동량 보존칙에 따라 이동한다. 즉, 슬라이더 (10) 에 대한 X 축 방향의 구동력의 반력에서 기인하는 진동의 발생이, 가동 스테이지 (24) 의 이동에 의해 방지 (혹은 효과적으로 억제) 된다. 즉, 가동 스테이지 (24) 가, 슬라이더 (10) 의 X 축 방향의 이동시에, 카운터 매스로서 기능한다. 단, 가동 스테이지 (24) 를, 반드시 카운터 매스로서 기능시킬 필요는 없다. 또한, 슬라이더 (10) 는, 가동 스테이지 (24) 에 대해 Y 축 방향으로 미소 이동할 뿐이므로 특별히 형성하지 않지만, 가동 스테이지 (24) 에 대해 슬라이더 (10) 를 Y 축 방향으로 구동시키는 구동력에서 기인하는 진동의 발생을 방지 (혹은 효과적으로 억제) 하기 위한 카운터 매스를 형성해도 된다.
Y 축 리니어 모터 (29A) 는, 가동자 (23a) 와 고정자 (25a) 사이의 전자 상호 작용에 의해 가동자 (23a) 를 Y 축 방향으로 구동시키는 구동력 (전자력) 을 발생시키고, Y 축 리니어 모터 (29B) 는, 가동자 (23b) 와 고정자 (25b) 사이의 전자 상호 작용에 의해 가동자 (23b) 를 Y 축 방향으로 구동시키는 구동력 (전자력) 을 발생시킨다.
Y 축 리니어 모터 (29A, 29B) 가 발생시키는 Y 축 방향의 구동력은, +X 측과 -X 측의 각 2 개의 1 축 가이드 장치를 개재하여, 가동 스테이지 (24) 에 작용한다. 이로써, 가동 스테이지 (24) 와 일체적으로, 슬라이더 (10) 가 Y 축 방향으로 구동된다. 즉, 본 실시형태에서는, 가동 스테이지 (24) 와, 4 개의 1 축 가이드 장치와, 1 쌍의 Y 축 리니어 모터 (29A, 29B) 에 의해, 슬라이더 (10) 를 Y 축 방향으로 구동시키는 제 2 구동 장치 (20B) (도 6 참조) 가 구성되어 있다.
본 실시형태에서는, 1 쌍의 Y 축 리니어 모터 (29A, 29B) 는, 정반 (12) 과는 물리적으로 분리되어 있음과 함께, 3 개의 제진 장치 (14) 에 의해 진동적으로도 분리되어 있다. 또한, 1 쌍의 Y 축 리니어 모터 (29A, 29B) 의 고정자 (25a, 25b) 가 각각 형성된 리니어 가이드 (27a, 27b) 를, 베이스 프레임 (16) 에 대해 Y 축 방향으로 이동 가능한 구성으로 하고, 슬라이더 (10) 의 Y 축 방향의 구동시에 있어서의 카운터 매스로서 기능시켜도 된다.
계측 유닛 (40) 은, 도 1 에 나타낸 바와 같이, -Y 측의 면에 저부가 개구된 절결상의 공소 (42a) 가 형성된 유닛 본체 (42) 와, 그 공소 (42a) 내에 기단부가 삽입된 상태에서 유닛 본체 (42) 에 접속된 전술한 마크 검출계 (MDS) 와, 마크 검출계 (MDS) 의 선단의 경통부 (41) 를 유닛 본체 (42) 에 접속하는 접속 기구 (43) 를 가지고 있다.
접속 기구 (43) 는, 경통부 (41) 를 도시 생략된 장착 부재를 개재하여 배면측 (+Y 측) 에서 지지하는 지지 플레이트 (44) 와, 지지 플레이트 (44) 를 각각의 일단부에서 지지하고 타단부가 유닛 본체 (42) 의 저면에 고정된 1 쌍의 지지 아암 (45a, 45b) 을 포함한다.
본 실시형태에서는, 슬라이더 (10) 상에 유지되어 있는 웨이퍼 상면에는, 감응제 (레지스트) 가 도포되어 있는 데에 대응하여, 마크 검출계 (MDS) 로서, 레지스트를 감광시키지 않는 파장의 검출 빔을 사용하는 것이 사용된다. 마크 검출계 (MDS) 로서, 예를 들어 웨이퍼 상에 도포되어 있는 레지스트를 감광시키지 않는 브로드밴드한 검출 광속을 대상 마크에 조사하고, 그 대상 마크로부터의 반사광에 의해 수광면에 결상된 대상 마크의 이미지와 도시 생략된 지표 (내부에 형성된 지표판 상의 지표 패턴) 의 이미지를 촬상 소자 (CCD 등) 를 사용하여 촬상하고, 그들 촬상 신호를 출력하는 화상 처리 방식의 FIA (Field Image Alignment) 계가 사용되고 있다. 마크 검출계 (MDS) 로부터의 촬상 신호는, 신호 처리 장치 (49) (도 1 에서는 도시 생략, 도 6 참조) 를 통해서 제어 장치 (60) 에 공급되게 되어 있다 (도 6 참조). 마크 검출계 (MDS) 는, 광학계의 초점 위치를 조정하는 얼라이먼트 오토포커스 기능을 가지고 있다.
경통부 (41) 와 지지 플레이트 (44) 사이에, 도 1 에 나타낸 바와 같이, 개략 이등변 삼각형상의 헤드 장착 부재 (51) 가 배치되어 있다. 헤드 장착 부재 (51) 에는, 도 1 의 Y 축 방향으로 관통하는 개구부가 형성되고, 이 개구부 내에 삽입된 장착 부재 (도시 생략) 를 개재하여, 경통부 (41) 가 지지 플레이트 (44) 에 장착되어 있다 (고정되어 있다). 또, 헤드 장착 부재 (51) 도, 그 이면이 지지 플레이트 (44) 에 고정되어 있다. 이와 같이 하여, 경통부 (41) (마크 검출계 (MDS)) 와 헤드 장착 부재 (51) 와 지지 플레이트 (44) 가, 1 쌍의 지지 아암 (45a, 45b) 을 개재하여 유닛 본체 (42) 와 일체화되어 있다.
유닛 본체 (42) 의 내부에는, 마크 검출계 (MDS) 로부터 검출 신호로서 출력되는 촬상 신호를 처리하여 검출 중심에 대한 대상 마크의 위치 정보를 산출하여, 제어 장치 (60) 에 출력하는 전술한 신호 처리 장치 (49) 등이 배치되어 있다. 유닛 본체 (42) 는, 베이스 프레임 (16) 상에 설치된 -Y 측에서 보았을 때 문형 (門型) 의 지지 프레임 (46) 상에, 복수, 예를 들어 3 개의 제진 장치 (48) 를 개재하여 하방에서 3 점 지지되어 있다. 각 제진 장치 (48) 는, 능동형 진동 분리 시스템 (이른바 AVIS (Active Vibration Isolation System)) 이고, 가속도계, 변위 센서 (예를 들어 정전 용량 센서 등), 및 액추에이터 (예를 들어 보이스 코일 모터 등), 그리고 에어 댐퍼 또는 유압식 댐퍼 등의 기계식 댐퍼 등을 구비하고, 제진 장치 (48) 는, 비교적 고주파의 진동을 기계식 댐퍼에 의해 감쇠시킬 수 있음과 함께, 액추에이터에 의해 제진 (진동 제어) 할 수 있다. 따라서, 각 제진 장치 (48) 는, 비교적 고주파의 진동이, 지지 프레임 (46) 과 유닛 본체 (42) 사이에서 전달되는 것을 회피할 수 있다.
또한, 마크 검출계 (MDS) 로는, FIA 계에 한정되지 않고, 예를 들어 코히런트한 검출광을 대상 마크에 조사하고, 그 대상 마크로부터 발생하는 2 개의 회절광 (예를 들어 동 차수의 회절광, 혹은 동 방향으로 회절하는 회절광) 을 간섭시켜 검출하여 검출 신호를 출력하는 회절광 간섭형의 얼라이먼트 검출계를, FIA 계 대신에 사용해도 된다. 혹은, 회절광 간섭형의 얼라이먼트계를 FIA 계와 함께 사용하여, 2 개의 대상 마크를 동시에 검출해도 된다. 또한 마크 검출계 (MDS) 로서, 슬라이더 (10) 를 소정 방향으로 이동하고 있는 동안, 대상 마크에 대해, 계측광을 소정 방향으로 주사시키는 빔 스캔형의 얼라이먼트계를 사용해도 된다. 또, 본 실시형태에서는, 마크 검출계 (MDS) 가, 얼라이먼트 오토포커스 기능을 가지고 있는 것으로 했지만, 이것 대신에, 혹은 이것에 더하여, 계측 유닛 (40) 이, 초점 위치 검출계, 예를 들어 미국 특허 제5,448,332호 명세서 등에 개시되는 것과 동일한 구성의 경입사 방식의 다점 초점 위치 검출계를 구비하고 있어도 된다.
제 1 위치 계측 시스템 (30) 은, 도 2(B) 및 도 3 에 나타낸 바와 같이, 정반 (12) 의 상면에 형성된 오목부 내에 배치되고, 정반 (12) 에 고정된 헤드부 (32) 를 갖는다. 헤드부 (32) 는, 상면이 슬라이더 (10) 의 하면 (그레이팅 (RG1) 의 형성면) 에 대향하고 있다. 헤드부 (32) 의 상면과 슬라이더 (10) 의 하면 사이에 소정의 클리어런스 (간극, 갭), 예를 들어 수 ㎜ 정도의 클리어런스가 형성되어 있다.
제 1 위치 계측 시스템 (30) 은, 도 6 에 나타낸 바와 같이, 인코더 시스템 (33) 과, 레이저 간섭계 시스템 (35) 을 구비하고 있다. 인코더 시스템 (33) 은, 헤드부 (32) 로부터 슬라이더 (10) 의 하면의 계측부 (그레이팅 (RG1) 의 형성면) 에 복수의 빔을 조사함과 함께, 슬라이더 (10) 의 하면의 계측부로부터의 복수의 복귀 빔 (예를 들어, 그레이팅 (RG1) 으로부터의 복수의 회절 빔) 을 수광하여, 슬라이더 (10) 의 위치 정보를 취득 가능하다. 인코더 시스템 (33) 은, 슬라이더 (10) 의 X 축 방향의 위치를 계측하는 X 리니어 인코더 (33x), 슬라이더 (10) 의 Y 축 방향의 위치를 계측하는 1 쌍의 Y 리니어 인코더 (33ya, 33yb) 를 포함한다. 인코더 시스템 (33) 에서는, 예를 들어 미국 특허 제7,238,931호 명세서, 및 미국 특허출원공개 제2007/288,121호 명세서 등에 개시되는 인코더 헤드 (이하, 적절히 헤드라고 약술한다) 와 동일한 구성의 회절 간섭형의 헤드가 사용되고 있다. 또한, 헤드는, 광원 및 수광계 (광 검출기를 포함한다), 그리고 광학계를 포함하지만, 본 실시형태에서는, 이들 중, 적어도 광학계가 그레이팅 (RG1) 에 대향하여 헤드부 (32) 의 케이싱 내부에 배치되어 있으면 되고, 광원 및 수광계 중 적어도 일방은, 헤드부 (32) 의 케이싱 외부에 배치되어 있어도 된다.
도 4(A) 에는 헤드부 (32) 가 사시도로 나타나 있고, 도 4(B) 에는 헤드부 (32) 의 상면을 +Z 방향에서 본 평면도가 나타나 있다. 인코더 시스템 (33) 은, 슬라이더 (10) 의 X 축 방향의 위치를 1 개의 X 헤드 (37x) 로 계측하고, Y 축 방향의 위치를 1 쌍의 Y 헤드 (37ya, 37yb) 로 계측한다 (도 4(B) 참조). 즉, 그레이팅 (RG1) 의 X 회절 격자를 사용하여 슬라이더 (10) 의 X 축 방향의 위치를 계측하는 X 헤드 (37x) 에 의해, 전술한 X 리니어 인코더 (33x) 가 구성되고, 그레이팅 (RG1) 의 Y 회절 격자를 사용하여 슬라이더 (10) 의 Y 축 방향의 위치를 계측하는 1 쌍의 Y 헤드 (37ya, 37yb) 에 의해, 1 쌍의 Y 리니어 인코더 (33ya, 33yb) 가 구성되어 있다.
도 4(A) 및 도 4(B) 에 나타낸 바와 같이, X 헤드 (37x) 는, 헤드부 (32) 의 중심을 지나는 X 축에 평행한 직선 (LX) 상에서, 헤드부 (32) 의 중심을 지나는 Y 축에 평행한 직선 (CL) 으로부터 등거리에 있는 2 점 (도 4(B) 의 흰색 원 참조) 으로부터, 계측 빔 (LBx1, LBx2) (도 4(A) 중에 실선으로 나타나 있다) 을, 그레이팅 (RG1) 상의 동일한 조사점에 조사한다. 계측 빔 (LBx1, LBx2) 의 조사점, 즉 X 헤드 (37x) 의 검출점 (도 4(B) 중의 부호 (DP) 참조) 은, 마크 검출계 (MDS) 의 검출 중심에 X 축 방향 및 Y 축 방향의 위치가 일치하고 있다.
여기서, 계측 빔 (LBx1, LBx2) 은, 광원으로부터의 빔이 도시 생략된 편광 빔 스플리터에 의해 편광 분리된 것으로, 계측 빔 (LBx1, LBx2) 이 그레이팅 (RG1) 에 조사되면, 이들 계측 빔 (LBx1, LBx2) 의 X 회절 격자로 회절된 소정 차수, 예를 들어 1 차 회절 빔 (제 1 회절 빔) 이, 각각, 도시 생략된 렌즈, 4 분의 1 파장판을 통해 반사 미러에서 되접어 꺾여, 4 분의 1 파장판을 2 회 통과함으로써 편광 방향이 90 도 회전되고, 원래의 광로를 지나 편광 빔 스플리터에 다시 입사하여, 동축에 합성된 후, 계측 빔 (LBx1, LBx2) 의 1 차 회절 빔끼리의 간섭광이, 도시 생략된 광 검출기에 의해 수광됨으로써, 슬라이더 (10) 의 X 축 방향의 위치가 계측된다.
도 4(B) 에 나타낸 바와 같이, 1 쌍의 Y 헤드 (37ya, 37yb) 각각은, 직선 (CL) 의 +X 측, -X 측에 배치되어 있다. Y 헤드 (37ya) 는, 도 4(A) 및 도 4(B) 에 나타낸 바와 같이, 직선 (LYa) 상에서 직선 (LX) 으로부터의 거리가 동일한 2 점 (도 4(B) 의 흰색 원 참조) 으로부터, 그레이팅 (RG1) 상의 공통의 조사점에 도 4(A) 에 있어서 각각 파선으로 나타내는 계측 빔 (LBya1, LBya2) 을 조사한다. 계측 빔 (LBya1, LBya2) 의 조사점, 즉 Y 헤드 (37ya) 의 검출점이, 도 4(B) 에 부호 (DPya) 로 나타나 있다.
Y 헤드 (37yb) 는, 직선 (CL) 에 관해, Y 헤드 (37ya) 의 계측 빔 (LBya1, LBya2) 의 사출점에 대칭인 2 점 (도 4(B) 의 흰색 원 참조) 으로부터, 계측 빔 (LByb1, LByb2) 을, 그레이팅 (RG1) 상의 공통의 조사점 (DPyb) 에 조사한다. 도 4(B) 에 나타낸 바와 같이, Y 헤드 (37ya, 37yb) 각각의 검출점 (DPya, DPyb) 은, X 축에 평행한 직선 (LX) 상에 배치된다.
계측 빔 (LBya1, LBya2) 도, 동일한 빔이 편광 빔 스플리터에 의해 편광 분리된 것으로, 이들 계측 빔 (LBya1, LBya2) 의 Y 회절 격자에 의한 소정 차수, 예를 들어 1 차 회절 빔 (제 2 회절 빔) 끼리의 간섭광이, 상기 서술과 동일하게 하여, 도시 생략된 광 검출기로 광전 검출됨으로써, 슬라이더 (10) 의 Y 축 방향의 위치가 계측된다. 계측 빔 (LByb1, LByb2) 에 대해서도, 계측 빔 (LBya1, LBya2) 과 동일하게, 1 차 회절 빔 (제 2 회절 빔) 끼리의 간섭광이, 도시 생략된 광 검출기로 광전 검출됨으로써, 슬라이더 (10) 의 Y 축 방향의 위치가 계측된다.
여기서, 제어 장치 (60) 는, 슬라이더 (10) 의 Y 축 방향의 위치를, 2 개의 Y 헤드 (37ya, 37yb) 의 계측값의 평균에 기초하여 결정한다. 따라서, 본 실시형태에서는, 슬라이더 (10) 의 Y 축 방향의 위치는, 검출점 (DPya, DPyb) 의 중점 (DP) 을 실질적인 계측점으로 하여 계측된다. 중점 (DP) 은, 계측 빔 (LBx1, LBx2) 의 그레이팅 (RG1) 상의 조사점과 일치한다.
즉, 본 실시형태에서는, 슬라이더 (10) 의 X 축 방향 및 Y 축 방향의 위치 정보의 계측에 관해 공통의 검출점을 갖고, 이 검출점은, 마크 검출계 (MDS) 의 검출 중심에 XY 평면 내의 위치가 일치하도록, 제어 장치 (60) 에 의해, 제 2 위치 계측 시스템 (50) 에 의해 계측되는 마크 검출계 (MDS) (계측 유닛 (40)) 와 정반 (12) 의 상대적인 위치 정보에 기초하여, 3 개의 제진 장치 (14) 의 액추에이터가 항상 실시간으로 제어된다. 따라서, 본 실시형태에서는, 제어 장치 (60) 는, 인코더 시스템 (33) 을 사용함으로써, 슬라이더 (10) 상에 재치된 웨이퍼 (W) 상의 얼라이먼트 마크를 계측할 때, 슬라이더 (10) 의 XY 평면 내의 위치 정보의 계측을, 항상 마크 검출계 (MDS) 의 검출 중심의 바로 아래 (슬라이더 (10) 의 이면측)에서 실시할 수 있다. 또, 제어 장치 (60) 는, 1 쌍의 Y 헤드 (37ya, 37yb) 의 계측값의 차에 기초하여, 슬라이더 (10) 의 θz 방향의 회전량을 계측한다.
레이저 간섭계 (35) 는, 슬라이더 (10) 의 하면의 계측부 (그레이팅 (RG1) 이 형성된 면) 에 측장 빔을 입사시킴과 함께, 그 복귀 빔 (예를 들어, 그레이팅 (RG1) 이 형성된 면으로부터의 반사광) 을 수광하여, 슬라이더 (10) 의 위치 정보를 취득 가능하다. 레이저 간섭계 시스템 (35) 은, 도 4(A) 에 나타낸 바와 같이, 4 개의 측장 빔 (LBz1, LBz2, LBz3, LBz4) 을, 슬라이더 (10) 의 하면 (그레이팅 (RG1) 이 형성된 면) 에 입사시킨다. 레이저 간섭계 시스템 (35) 은, 이들 4 개의 측장 빔 (LBz1, LBz2, LBz3, LBz4) 각각을 조사하는 레이저 간섭계 (35a ∼ 35d) (도 6 참조) 를 구비하고 있다. 본 실시형태에서는, 레이저 간섭계 (35a ∼ 35d) 에 의해, 4 개의 Z 헤드가 구성되어 있다.
레이저 간섭계 시스템 (35) 에서는, 도 4(A) 및 도 4(B) 에 나타낸 바와 같이, 4 개의 측장 빔 (LBz1, LBz2, LBz3, LBz4) 이, 검출점 (DP) 을 중심으로 하여, X 축에 평행한 2 변과 Y 축에 평행한 2 변을 갖는 정방형의 각 정점에 상당하는 4 점에서 Z 축으로 평행하게 사출된다. 이 경우, 측장 빔 (LBz1, LBz4) 의 사출점 (조사점) 은 직선 (LYa) 상에서 직선 (LX) 으로부터 등거리에 있고, 나머지 측장 빔 (LBz2, LBz3) 의 사출점 (조사점) 은, 직선 (LYb) 상에서 직선 (LX) 으로부터 등거리에 있다. 본 실시형태에서는, 그레이팅 (RG1) 이 형성된 면은, 레이저 간섭계 시스템 (35) 으로부터의 각 측장 빔의 반사면도 겸한다. 제어 장치 (60) 는, 레이저 간섭계 시스템 (35) 을 사용하여, 슬라이더 (10) 의 Z 축 방향의 위치, θx 방향 및 θy 방향의 회전량의 정보를 계측한다. 또한, 상기 서술한 설명으로부터 분명한 바와 같이, 슬라이더 (10) 는, Z 축, θx 및 θy 의 각 방향에 관해서는, 정반 (12) 에 대해 전술한 구동 시스템 (20) 에 의해 적극적으로 구동되는 일은 없지만, 저면의 4 귀퉁이에 배치된 4 개의 에어 베어링 (18) 에 의해 정반 (12) 상에 부상 지지되어 있기 때문에, 실제로는, 슬라이더 (10) 는, Z 축, θx 및 θy 의 각 방향에 관해 정반 (12) 상에서 그 위치가 변화한다. 즉, 슬라이더 (10) 는, 실제로는, Z 축, θx 및 θy 의 각 방향에 관해 정반 (12) 에 대해 가동이다. 특히, 슬라이더 (10) 의 θx 및 θy 의 각 방향의 변위는, 인코더 시스템 (33) 의 계측 오차 (아베 오차) 를 발생시킨다. 이러한 점을 고려하여, 제 1 위치 계측 시스템 (30) (레이저 간섭계 시스템 (35)) 에 의해, 슬라이더 (10) 의 Z 축, θx 및 θy 의 각 방향의 위치 정보를 계측하는 것으로 하고 있다.
또한, 슬라이더 (10) 의 Z 축 방향의 위치, θx 방향 및 θy 방향의 회전량의 정보의 계측을 위해서는, 그레이팅 (RG1) 이 형성된 면 상의 상이한 3 점에 빔을 입사시킬 수 있으면 충분하므로, Z 헤드, 예를 들어 레이저 간섭계는 3 개 있으면 된다. 또한, 슬라이더 (10) 의 하면에 그레이팅 (RG1) 을 보호하기 위한 보호 유리를 형성하고, 보호 유리의 표면에 인코더 시스템 (33) 으로부터의 각 계측 빔을 투과시켜, 레이저 간섭계 시스템 (35) 으로부터의 각 측장 빔의 투과를 저지하는, 파장 선택 필터를 형성해도 된다.
이상의 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 제어 장치 (60) 는, 제 1 위치 계측 시스템 (30) 의 인코더 시스템 (33) 및 레이저 간섭계 시스템 (35) 을 사용함으로써, 슬라이더 (10) 의 6 자유도 방향의 위치를 계측할 수 있다. 이 경우, 인코더 시스템 (33) 에서는, 계측 빔의 공기 중에서의 광로 길이가 극히 짧고 또한 거의 동일하기 때문에, 공기 흔들림의 영향을 거의 무시할 수 있다. 따라서, 인코더 시스템 (33) 에 의해, 슬라이더 (10) 의 XY 평면 내 (θz 방향도 포함한다) 의 위치 정보를 고정밀도로 계측할 수 있다. 또, 인코더 시스템 (33) 에 의한 X 축 방향, 및 Y 축 방향의 실질적인 그레이팅 (RG1) 상의 검출점, 및 레이저 간섭계 시스템 (35) 에 의한 Z 축 방향의 슬라이더 (10) 하면 상의 검출점은, 각각 마크 검출계 (MDS) 의 검출 중심에 XY 평면 내에서 일치하므로, 검출점과 마크 검출계 (MDS) 의 검출 중심의 XY 평면 내의 어긋남에서 기인하는 이른바 아베 오차의 발생을 실질적으로 무시할 수 있을 정도로 억제된다. 따라서, 제어 장치 (60) 는, 제 1 위치 계측 시스템 (30) 을 사용함으로써, 검출점과 마크 검출계 (MDS) 의 검출 중심의 XY 평면 내의 어긋남에서 기인하는 아베 오차 없이, 슬라이더 (10) 의 X 축 방향, Y 축 방향 및 Z 축 방향의 위치를 고정밀도로 계측할 수 있다.
그러나, 마크 검출계 (MDS) 의 광축 (AX1) 에 평행한 Z 축 방향에 관해서는, 웨이퍼 (W) 의 표면의 위치에서, 인코더 시스템 (33) 에 의해 슬라이더 (10) 의 XY 평면 내의 위치 정보를 계측하고 있는 것은 아닌, 즉 그레이팅 (RG1) 의 배치면과 웨이퍼 (W) 표면의 Z 위치가 일치하고 있는 것은 아니다. 따라서, 그레이팅 (RG1) (즉, 슬라이더 (10)) 이 XY 평면에 대해 경사져 있는 경우, 인코더 시스템 (33) 의 각 인코더의 계측값에 기초하여, 슬라이더 (10) 를 위치 결정하면, 결과적으로, 그레이팅 (RG1) 의 배치면과 웨이퍼 (W) 표면의 Z 위치의 차 (ΔZ) (즉 인코더 시스템 (33) 에 의한 검출점과 마크 검출계 (MDS) 에 의한 검출 중심 (검출점) 의 Z 축 방향의 위치 어긋남) 에서 기인하여, 그레이팅 (RG1) 의 XY 평면에 대한 경사에 따른 위치 결정 오차 (일종의 아베 오차) 가 발생해 버린다. 그런데, 이 위치 결정 오차 (위치 제어 오차) 는, 차 (ΔZ) 와, 피칭량 (θx), 롤링량 (θy) 을 사용하여, 간단한 연산으로 구할 수 있고, 이것을 오프셋으로 하여, 그 오프셋분만큼 인코더 시스템 (33) (의 각 인코더) 의 계측값을 보정한 보정 후의 위치 정보에 기초하여, 슬라이더 (10) 를 위치 결정함으로써, 상기의 일종의 아베 오차의 영향을 받는 일이 없어진다. 혹은, 인코더 시스템 (33) (의 각 인코더) 의 계측값을 보정하는 대신에, 상기의 오프셋에 기초하여, 슬라이더 (10) 를 위치 결정해야 할 목표 위치 등의 슬라이더를 움직이기 위한 1 개, 또는 복수의 정보를 보정해도 된다.
또한, 그레이팅 (RG1) (즉, 슬라이더 (10)) 이 XY 평면에 대해 경사져 있는 경우, 그 경사에서 기인하는 위치 결정 오차가 생기지 않도록, 헤드부 (32) 를 움직여도 된다. 즉, 제 1 위치 계측 시스템 (30) (예를 들어, 간섭계 시스템 (35)) 에 의해 그레이팅 (RG1) (즉, 슬라이더 (10)) 이 XY 평면에 대해 경사져 있는 것이 계측된 경우에는, 제 1 위치 계측 시스템 (30) 을 사용하여 취득되는 위치 정보에 기초하여, 헤드부 (32) 를 유지하고 있는 정반 (12) 을 움직여도 된다. 정반 (12) 은, 상기 서술한 바와 같이, 제진 장치 (14) 를 사용하여 이동할 수 있다.
또, 그레이팅 (RG1) (즉, 슬라이더 (10)) 이 XY 평면에 대해 경사져 있는 경우, 그 경사에서 기인하는 위치 결정 오차에 기초하여, 마크 검출계 (MDS) 를 사용하여 취득되는 마크의 위치 정보를 보정해도 된다.
제 2 위치 계측 시스템 (50) 은, 도 1, 도 2(A) 및 도 2(B) 에 나타낸 바와 같이, 전술한 헤드 장착 부재 (51) 의 길이 방향의 일단부와 타단부의 하면에 각각 형성된 1 쌍의 헤드부 (52A, 52B) 와, 헤드부 (52A, 52B) 에 대향하여 배치된 스케일 부재 (54A, 54B) 를 갖는다. 스케일 부재 (54A, 54B) 의 상면은, 웨이퍼 홀더 (WH) 에 유지된 웨이퍼 (W) 의 표면과 동일 높이로 되어 있다. 스케일 부재 (54A, 54B) 각각의 상면에는, 반사형의 2 차원 그레이팅 (RG2a, RG2b) 이 형성되어 있다. 2 차원 그레이팅 (이하, 그레이팅이라고 약기한다) (RG2a, RG2b) 은, 모두, X 축 방향을 주기 방향으로 하는 반사형 회절 격자 (X 회절 격자) 와, Y 축 방향을 주기 방향으로 하는 반사형 회절 격자 (Y 회절 격자) 를 포함한다. X 회절 격자 및 Y 회절 격자의 격자선의 피치는, 예를 들어 1 ㎛ 로 설정되어 있다.
스케일 부재 (54A, 54B) 는, 열팽창률이 낮은 재료, 예를 들어 전술한 제로 팽창 재료로 이루어지고, 도 2(A) 및 도 2(B) 에 나타낸 바와 같이, 지지 부재 (56) 를 각각 개재하여 정반 (12) 상에 고정되어 있다. 본 실시형태에서는, 그레이팅 (RG2a, RG2b) 과, 헤드부 (52A, 52B) 가, 수 ㎜ 정도의 갭을 두고 대향하도록, 스케일 부재 (54A, 54B) 및 지지 부재 (56) 의 치수가 정해져 있다.
도 5 에 나타낸 바와 같이, 헤드 장착 부재 (51) 의 +X 측의 단부의 하면에 고정된 일방의 헤드부 (52A) 는, 동일한 케이싱의 내부에 수용된 X 축 및 Z 축 방향을 계측 방향으로 하는 XZ 헤드 (58X1) 와, Y 축 및 Z 축 방향을 계측 방향으로 하는 YZ 헤드 (58Y1) 를 포함한다. XZ 헤드 (58X1) (보다 정확하게는, XZ 헤드 (58X1) 가 발하는 계측 빔의 그레이팅 (RG2a) 상의 조사점) 와, YZ 헤드 (58Y1) (보다 정확하게는, YZ 헤드 (58Y1) 가 발하는 계측 빔의 2 차원 그레이팅 (RG2a) 상의 조사점) 는, 동일한 Y 축에 평행한 직선 상에 배치되어 있다.
타방의 헤드부 (52B) 는, 마크 검출계 (MDS) 의 광축 (AX1) 을 지나는 Y 축에 평행한 직선 (이하, 기준축이라고 부른다) (LV) 에 관해 헤드부 (52A) 와 대칭으로 배치되어 있지만, 헤드부 (52A) 와 동일하게 구성되어 있다. 즉, 헤드부 (52B) 는, 기준축 (LV) 에 관해 XZ 헤드 (58X1), YZ 헤드 (58Y1) 와 대칭으로 배치된 XZ 헤드 (58X2), YZ 헤드 (58Y2) 를 갖고, XZ 헤드 (58X2), YZ 헤드 (58Y2) 의 각각으로부터 그레이팅 (RG2b) 상에 조사되는 계측 빔의 조사점은, 동일한 Y 축에 평행한 직선 상에 설정된다. 여기서, 기준축 (LV) 은, 전술한 직선 (CL) 에 일치한다.
XZ 헤드 (58X1 및 58X2), 그리고 YZ 헤드 (58Y1 및 58Y2) 의 각각으로는, 예를 들어 미국 특허 제7,561,280호 명세서에 개시되는 변위 계측 센서 헤드와 동일한 구성의 인코더 헤드를 사용할 수 있다.
헤드부 (52A, 52B) 는, 각각 스케일 부재 (54A, 54B) 를 사용하여, 그레이팅 (RG2a, RG2b) 의 X 축 방향의 위치 (X 위치) 및 Z 축 방향의 위치 (Z 위치) 를 계측하는 XZ 리니어 인코더, 및 Y 축 방향의 위치 (Y 위치) 및 Z 위치를 계측하는 YZ 리니어 인코더를 구성한다. 여기서, 그레이팅 (RG2a, RG2b) 은, 정반 (12) 상에 지지 부재 (56) 를 각각 개재하여 고정된 스케일 부재 (54A, 54B) 의 상면에 형성되어 있고, 헤드부 (52A, 52B) 는, 마크 검출계 (MDS) 와 일체의 헤드 장착 부재 (51) 에 형성되어 있다. 이 결과, 헤드부 (52A, 52B) 는, 마크 검출계 (MDS) 에 대한 정반 (12) 의 위치 (마크 검출계 (MDS) 와 정반 (12) 의 위치 관계) 를 계측한다. 이하에서는, 편의상, XZ 리니어 인코더, YZ 리니어 인코더를, XZ 헤드 (58X1, 58X2), YZ 헤드 (58Y1, 58Y2) 와 각각 동일한 부호를 사용하여, XZ 리니어 인코더 (58X1, 58X2), 및 YZ 리니어 인코더 (58Y1, 58Y2) 로 표기한다 (도 6 참조).
본 실시형태에서는, XZ 리니어 인코더 (58X1) 와 YZ 리니어 인코더 (58Y1) 에 의해, 정반 (12) 의 마크 검출계 (MDS) 에 대한 X 축, Y 축, Z 축, 및 θx 의 각 방향에 관한 위치 정보를 계측하는 4 축 인코더 (581) 가 구성된다 (도 6 참조). 동일하게, XZ 리니어 인코더 (58X2) 와 YZ 리니어 인코더 (58Y2) 에 의해, 정반 (12) 의 마크 검출계 (MDS) 에 대한 X 축, Y 축, Z 축, 및 θx 의 각 방향에 관한 위치 정보를 계측하는 4 축 인코더 (582) 가 구성된다 (도 6 참조). 이 경우, 4 축 인코더 (581, 582) 에서 각각 계측되는 정반 (12) 의 마크 검출계 (MDS) 에 대한 Z 축 방향에 관한 위치 정보에 기초하여, 정반 (12) 의 마크 검출계 (MDS) 에 대한 θy 방향에 관한 위치 정보가 구해지고 (계측되고), 4 축 인코더 (581, 582) 에서 각각 계측되는 정반 (12) 의 마크 검출계 (MDS) 에 대한 Y 축 방향에 관한 위치 정보에 기초하여, 정반 (12) 의 마크 검출계 (MDS) 에 대한 θz 방향에 관한 위치 정보가 구해진다 (계측된다).
따라서, 4 축 인코더 (581) 와 4 축 인코더 (582) 에 의해, 정반 (12) 의 마크 검출계 (MDS) 에 대한 6 자유도 방향의 위치 정보, 즉 마크 검출계 (MDS) 와 정반 (12) 의 6 자유도 방향에 관한 상대 위치의 정보를 계측하는 제 2 위치 계측 시스템 (50) 이 구성된다. 제 2 위치 계측 시스템 (50) 에 의해 계측되는 마크 검출계 (MDS) 와 정반 (12) 의 6 자유도 방향에 관한 상대 위치의 정보는, 제어 장치 (60) 에 항상 공급되어 있고, 제어 장치 (60) 는, 이 상대 위치의 정보에 기초하여, 제 1 위치 계측 시스템 (30) 의 검출점이, 마크 검출계 (MDS) 의 검출 중심에 대해 원하는 위치 관계가 되도록, 구체적으로는, 제 1 위치 계측 시스템 (30) 의 검출점이, 마크 검출계 (MDS) 의 검출 중심과 XY 평면 내의 위치가 예를 들어 ㎚ 레벨로 일치하고, 또한 슬라이더 (10) 상의 웨이퍼 (W) 의 표면이 마크 검출계 (MDS) 의 검출 위치에 일치하도록, 3 개의 제진 장치 (14) 의 액추에이터를 실시간으로 제어하고 있다. 이 때, 예를 들어 기준축 (LV) 에, 전술한 직선 (CL) 이 일치한다. 또한, 제 1 위치 계측 시스템 (30) 의 검출점이, 마크 검출계 (MDS) 의 검출 중심에 대해, 원하는 위치 관계가 되도록 제어 가능하면, 제 2 위치 계측 시스템 (50) 은, 6 자유도의 모든 방향에서 상대 위치의 정보를 계측할 수 없어도 된다.
도 6 에는, 본 실시형태에 관련된 계측 장치 (100) 의 제어계를 중심적으로 구성하는 제어 장치 (60) 의 입출력 관계를 나타내는 블록도가 나타나 있다. 제어 장치 (60) 는, 워크스테이션 (또는 마이크로 컴퓨터) 등을 포함하고, 계측 장치 (100) 의 구성 각 부를 통괄 제어한다. 도 6 에 나타낸 바와 같이, 계측 장치 (100) 는, 도 1 에 나타내는 구성 부분과 함께 챔버 내에 배치된 웨이퍼 반송계 (70) 를 구비하고 있다. 웨이퍼 반송계 (70) 는, 예를 들어 수평 다관절형 로봇으로 이루어진다.
다음으로, 상기 서술한 바와 같이 하여 구성된 본 실시형태에 관련된 계측 장치 (100) 에 있어서, 1 로트의 웨이퍼를 처리할 때의 일련의 동작에 대해, 제어 장치 (60) 의 처리 알고리즘에 대응하는 도 7 의 플로우 차트에 기초하여 설명한다.
전제로서, 계측 장치 (100) 의 계측 대상인 웨이퍼 (W) 는 300 밀리 웨이퍼이고, 웨이퍼 (W) 상에는, 전층 이전의 노광에 의해, 복수, 예를 들어 I 개 (일례로서 I = 98) 의 쇼트 영역이라고 불리는 구획 영역 (이하, 쇼트라고도 부른다) 이 매트릭스상의 배치로 형성되고, 각 쇼트를 둘러싸는 스트리트 라인 또는 각 쇼트 내부의 스트리트 라인 (1 쇼트 복수 칩 취득의 경우) 상에는, 복수 종류의 마크, 예를 들어 서치 얼라이먼트용의 서치 얼라이먼트 마크 (서치 마크), 파인 얼라이먼트용의 웨이퍼 얼라이먼트 마크 (웨이퍼 마크) 등이 형성되어 있는 것으로 한다. 이 복수 종류의 마크는 구획 영역과 함께 형성된다. 본 실시형태에서는, 서치 마크 및 웨이퍼 마크로서, 2 차원 마크가 사용되는 것으로 한다.
또, 계측 장치 (100) 는, 마크 검출계 (MDS) 에 의한 마크 검출 조건이 서로 상이한 복수의 계측 모드를 설정 가능한 것으로 한다. 복수의 계측 모드로서, 일례로서, 전체 웨이퍼에 대해 전체 쇼트에 대해 각 1 개의 웨이퍼 마크를 검출하는 A 모드, 및 로트 내의 최초의 소정 장수의 웨이퍼에 대해서는 모든 쇼트에 대해 복수의 웨이퍼 마크를 검출하고, 그 웨이퍼 마크의 검출 결과에 따라, 로트 내의 나머지 웨이퍼에 대해, 쇼트마다 검출 대상이 되는 웨이퍼 마크를 결정하고, 그 결정한 웨이퍼 마크를 검출하는 B 모드를 설정 가능한 것으로 한다.
또, 계측 장치 (100) 의 오퍼레이터에 의해, 미리 웨이퍼 (W) 에 대한 얼라이먼트 계측에 필요한 정보가 도시 생략된 입력 장치를 통해서 입력되고, 제어 장치 (60) 의 메모리 내에 기억되어 있는 것으로 한다. 여기서, 얼라이먼트 계측에 필요한 정보로는, 웨이퍼 (W) 의 두께 정보, 웨이퍼 홀더 (WH) 의 플랫니스 정보, 웨이퍼 (W) 상의 쇼트 영역 및 얼라이먼트 마크의 배치의 설계 정보 등의 각종 정보가 포함된다. 또한, 계측 모드의 설정 정보는, 예를 들어, 오퍼레이터에 의해, 도시 생략된 입력 장치를 통해서 미리 입력되어 있는 것으로 한다.
도 7 의 플로우 차트에 대응하는 처리 알고리즘이 스타트하는 것은, 예를 들어 오퍼레이터에 의해 계측 개시가 지시되었을 때이다. 이 때, 1 로트의 웨이퍼는, 소정 위치에 있는 웨이퍼 캐리어 내에 수납되어 있는 것으로 한다. 이에 한정되지 않고, 예를 들어 계측 장치 (100) 가 인라인으로 기판 처리 장치 (예를 들어 코터·디벨로퍼 등) 에 접속되어 있는 경우 등에는, 그 기판 처리 장치의 제어계로부터 1 로트의 웨이퍼의 반송 개시의 허가 요구가 있고, 그 요구에 대해 응답하여, 1 장째의 웨이퍼가 소정의 수수 위치에 반입되었을 때, 스타트하는 것으로 해도 된다. 또한, 인라인으로 접속된다는 것은, 웨이퍼 (기판) 의 반송 경로가 연결되어 있는 상태에서, 상이한 장치끼리가 접속되는 것을 의미하고, 본 명세서에서는, 이러한 의미에서, 「인라인으로 접속」 혹은 「인라인 접속」 이라는 용어를 사용한다.
먼저, 스텝 S102 에서 로트 내의 웨이퍼의 번호를 나타내는 카운터의 카운트값 i 를 1 로 초기화한다 (i ← 1).
다음의 스텝 S104 에서, 웨이퍼 (W) 를 슬라이더 (10) 상에 로드한다. 이 웨이퍼 (W) 의 로드는, 제어 장치 (60) 의 관리하, 웨이퍼 반송계 (70) 와 슬라이더 (10) 상의 상하동 부재에 의해 실시된다. 구체적으로는, 웨이퍼 반송계 (70) 에 의해 웨이퍼 (W) 가 웨이퍼 캐리어 (또는 수수 위치) 로부터 로딩 포지션에 있는 슬라이더 (10) 의 상방으로 반송되고, 구동 장치 (13) 에 의해 상하동 부재가 소정량 상승 구동됨으로써, 웨이퍼 (W) 가 상하동 부재에 건네진다. 그리고, 웨이퍼 반송계 (70) 가 슬라이더 (10) 의 상방으로부터 퇴피한 후, 구동 장치 (13) 에 의해 상하동 부재가 하강 구동됨으로써, 웨이퍼 (W) 가 슬라이더 (10) 상의 웨이퍼 홀더 (WH) 상에 재치된다. 그리고, 버큠 펌프 (11) 가 온으로 되고, 슬라이더 (10) 상에 로드된 웨이퍼 (W) 가 웨이퍼 홀더 (WH) 로 진공 흡착된다. 또한, 계측 장치 (100) 가 인라인으로 기판 처리 장치에 접속되어 있는 경우에는, 기판 처리 장치측의 웨이퍼 반송계로부터 순차 웨이퍼가 반입되어, 수수 위치에 재치된다.
다음의 스텝 S106 에서는, 웨이퍼 (W) 의 Z 축 방향의 위치 (Z 위치) 를 조정한다. 이 Z 위치의 조정에 앞서, 제어 장치 (60) 에 의해, 제 2 위치 계측 시스템 (50) 에 의해 계측되는 마크 검출계 (MDS) 와 정반 (12) 의 Z 축 방향, θy 방향, θx 방향에 관한 상대적인 위치 정보에 기초하여, 3 개의 제진 장치 (14) 의 에어 마운트의 내압 (제진 장치 (14) 가 발생시키는 Z 축 방향의 구동력) 이 제어되고, 정반 (12) 은, 그 상면이, XY 평면에 평행하게 되어, Z 위치가 소정의 기준 위치가 되도록 설정되어 있다. 웨이퍼 (W) 는 두께가 고른 것으로 생각된다. 따라서, 스텝 S106 에서는, 제어 장치 (60) 는, 메모리 내의 웨이퍼 (W) 의 두께 정보에 기초하여, 마크 검출계 (MDS) 에 의한 오토포커스 기능에 의해 광학계의 초점 위치를 조정 가능한 범위에 웨이퍼 (W) 표면이 설정되도록, 3 개의 제진 장치 (14) 가 발생시키는 Z 축 방향의 구동력, 예를 들어 에어 마운트의 내압 (압축 공기의 양) 을 조정하여, 정반 (12) 을 Z 축 방향으로 구동시켜, 웨이퍼 (W) 표면의 Z 위치를 조정한다. 또한, 계측 유닛 (40) 이 초점 위치 검출계를 구비하고 있는 경우에는, 제어 장치 (60) 는, 초점 위치 검출계의 검출 결과 (출력) 에 기초하여 웨이퍼 표면의 Z 위치 조정을 실시하는 것으로 해도 된다. 예를 들어, 마크 검출계 (MDS) 가, 선단부의 광학 소자 (대물 광학 소자) 를 개재하여 웨이퍼 (W) 표면의 Z 축 방향의 위치를 검출하는 초점 위치 검출계를 구비하고 있어도 된다. 또, 초점 위치 검출계의 검출 결과에 기초하는 웨이퍼 (W) 표면의 Z 위치의 조정은, 제진 장치 (14) 를 사용하여 정반 (12) 을 움직이고, 정반 (12) 과 함께 슬라이더 (10) 를 움직임으로써 실시할 수 있다. 또한, 슬라이더 (10) 를, XY 평면 내의 방향뿐만 아니라, Z 축 방향, θx 방향 및 θy 방향으로도 구동 가능한 구성의 구동 시스템 (20) 을 채용하고, 그 구동 시스템 (20) 을 사용하여 슬라이더 (10) 를 움직여도 된다. 또한, 웨이퍼 표면의 Z 위치 조정은, 웨이퍼 표면의 경사 조정을 포함하고 있어도 된다. 웨이퍼 표면의 경사를 조정하기 위해 구동 시스템 (20) 을 사용함으로써, 그레이팅 (RG1) 의 배치면과 웨이퍼 (W) 표면의 Z 위치의 차 (ΔZ) 에서 기인하는 오차 (일종의 아베 오차) 가 생길 가능성이 있는 경우에는, 상기 서술한 바와 같은 대책의 적어도 1 개를 실행하면 된다.
다음의 스텝 S108 에서는, 웨이퍼 (W) 의 서치 얼라이먼트를 실시한다. 구체적으로는, 예를 들어, 웨이퍼 (W) 중심에 관해 거의 대칭으로 주변부에 위치하는 적어도 2 개의 서치 마크를 마크 검출계 (MDS) 를 사용하여 검출한다. 제어 장치 (60) 는, 구동 시스템 (20) 에 의한 슬라이더 (10) 의 구동을 제어하어, 각각의 서치 마크를 마크 검출계 (MDS) 의 검출 영역 (검출 시야) 내에 위치 결정하면서, 제 1 위치 계측 시스템 (30) 에 의한 계측 정보 및 제 2 위치 계측 시스템 (50) 에 의한 계측 정보를 취득하고, 마크 검출계 (MDS) 를 사용하여 웨이퍼 (W) 에 형성된 서치 마크를 검출했을 때의 검출 신호와, 제 1 위치 계측 시스템 (30) 에 의한 계측 정보 (및 제 2 위치 계측 시스템 (50) 에 의한 계측 정보) 에 기초하여, 각 서치 마크의 위치 정보를 구한다.
보다 구체적으로는, 제어 장치 (60) 는, 신호 처리 장치 (49) 로부터 출력되는 마크 검출계 (MDS) 의 검출 결과 (검출 신호로부터 구해지는 마크 검출계 (MDS) 의 검출 중심 (지표 중심) 과 각 서치 마크의 상대 위치 관계) 와, 각 서치 마크 검출시의 제 1 위치 계측 시스템 (30) 의 계측값 및 제 2 위치 계측 시스템 (50) 의 계측값에 기초하여, 2 개의 서치 마크의 기준 좌표계 상의 위치 좌표를 구한다. 여기서, 기준 좌표계는, 제 1 위치 계측 시스템 (30) 의 측장축에 의해 규정되는 직교 좌표계이다.
그러한 후, 2 개의 서치 마크의 위치 좌표로부터 웨이퍼 (W) 의 잔류 회전 오차를 산출하고, 이 회전 오차가 거의 영이 되도록 슬라이더 (10) 를 미소 회전시킨다. 이로써, 웨이퍼 (W) 의 서치 얼라이먼트가 종료한다. 또한, 웨이퍼 (W) 는, 실제로는 프리얼라이먼트가 실시된 상태에서 슬라이더 (10) 상에 로드되므로, 웨이퍼 (W) 의 중심 위치 어긋남은 무시할 수 있을 정도로 작고, 잔류 회전 오차는 매우 작다.
다음의 스텝 S110 에서는, 설정된 계측 모드가 A 모드인지의 여부를 판단한다. 그리고, 이 스텝 S110 에 있어서의 판단이 긍정되었을 경우, 즉 A 모드가 설정되어 있는 경우에는, 스텝 S112 로 진행된다.
스텝 S112 에서는, 전체 웨이퍼에 대한 얼라이먼트 계측 (전체 쇼트 1 점 계측, 바꿔 말하면, 전체 쇼트 EGA 계측), 즉 98 개의 쇼트의 각각에 대해, 1 개의 웨이퍼 마크를 계측한다. 구체적으로는, 제어 장치 (60) 는, 전술한 서치 얼라이먼트시에 있어서의 각 서치 마크의 위치 좌표의 계측과 동일하게 하여, 웨이퍼 (W) 상의 웨이퍼 마크의 기준 좌표계 상에 있어서의 위치 좌표, 즉, 쇼트의 위치 좌표를 구한다. 단, 이 경우, 서치 얼라이먼트시와는 달리, 쇼트의 위치 좌표의 산출시에는, 제 2 위치 계측 시스템 (50) 의 계측 정보를 반드시 사용한다. 그 이유는, 전술한 바와 같이, 제어 장치 (60) 에 의해, 제 2 위치 계측 시스템 (50) 의 계측 정보에 기초하여, 제 1 위치 계측 시스템 (30) 의 검출점이, 마크 검출계 (MDS) 의 검출 중심과 XY 평면 내의 위치가 예를 들어 ㎚ 레벨로 일치하고, 또한 슬라이더 (10) 상의 웨이퍼 (W) 표면이 마크 검출계 (MDS) 의 검출 위치에 일치하도록, 3 개의 제진 장치 (14) 의 액추에이터가 실시간으로 제어되어 있다. 그러나, 웨이퍼 마크의 검출시에 있어서, 제 1 위치 계측 시스템 (30) 의 검출점이, 마크 검출계 (MDS) 의 검출 중심과 XY 평면 내의 위치가 예를 들어 ㎚ 레벨로 일치하고 있는 보장은 없기 때문에, 양자의 위치 어긋남량을 오프셋으로 하여 고려하여, 쇼트의 위치 좌표를 산출할 필요가 있기 때문이다. 예를 들어, 상기 오프셋을 사용하여, 마크 검출계 (MDS) 의 검출 결과 또는 제 1 위치 계측 시스템 (30) 의 계측값을 보정함으로써, 산출되는 웨이퍼 (W) 상의 웨이퍼 마크의 기준 좌표계 상에 있어서의 위치 좌표를 보정할 수 있다.
여기서, 이 전체 쇼트 1 점 계측시에, 제어 장치 (60) 는, 슬라이더 (10) (웨이퍼 (W)) 를, 구동 시스템 (20) 을 개재하여 X 축 방향 및 Y 축 방향 중 적어도 일방의 방향으로 이동하여 웨이퍼 마크를, 마크 검출계 (MDS) 의 검출 영역 내에 위치 결정한다. 즉, 스텝·앤드·리피트 방식으로 슬라이더 (10) 를 XY 평면 내에서 마크 검출계 (MDS) 에 대해 이동하고, 전체 쇼트 1 점 계측이 실시된다.
또한, 계측 유닛 (40) 이 초점 위치 검출계를 구비하고 있는 경우에는, 스텝 S106 에서의 설명과 동일하게, 제어 장치 (60) 는, 초점 위치 검출계의 검출 결과 (출력) 에 기초하여 웨이퍼 표면의 Z 위치의 조정을 실시해도 된다.
스텝 S112 의 전체 웨이퍼에 대한 얼라이먼트 계측 (전체 쇼트 1 점 계측) 시에, 슬라이더 (10) 가 XY 평면 내에서 이동되면, 그 이동에 수반하여, 정반 (12) 에 편하중이 작용하지만, 본 실시형태에서는, 제어 장치 (60) 가, 제 1 위치 계측 시스템 (30) 의 계측 정보에 포함되는 슬라이더의 X, Y 좌표 위치에 따라, 편하중의 영향이 상쇄되도록 3 개의 제진 장치 (14) 를 개별적으로 피드·포워드 제어하고, 각각의 제진 장치 (14) 가 발생시키는 Z 축 방향의 구동력을 개별적으로 제어한다. 또한, 제어 장치 (60) 는, 제 1 위치 계측 시스템 (30) 의 계측 정보를 사용하지 않고, 슬라이더 (10) 의 이미 알려진 이동 경로의 정보에 기초하여, 정반 (12) 에 작용하는 편하중을 예측하여, 편하중의 영향이 상쇄되도록 3 개의 제진 장치 (14) 를 개별적으로 피드·포워드 제어해도 된다. 또, 본 실시형태에서는, 웨이퍼 홀더 (WH) 의 웨이퍼 유지면 (핀 척의 다수의 핀의 상단면에서 규정되는 면) 의 요철의 정보 (이하, 홀더 플랫니스 정보라고 불린다) 는, 미리 실험 등으로 구해져 있으므로, 얼라이먼트 계측 (예를 들어 전체 쇼트 1 점 계측) 시에, 슬라이더 (10) 를 이동할 때, 제어 장치 (60) 는, 그 홀더 플랫니스 정보에 기초하여, 웨이퍼 (W) 표면의 계측 대상의 웨이퍼 마크를 포함하는 영역이, 마크 검출계 (MDS) 의 광학계의 초점 심도의 범위 내에 신속하게 위치하도록, 3 개의 제진 장치 (14) 를 피드·포워드 제어함으로써, 정반 (12) 의 Z 위치를 미조정한다. 또한, 상기 서술한 정반 (12) 에 작용하는 편하중의 영향을 상쇄하기 위한 피드·포워드 제어 및 홀더 플랫니스 정보에 기초하는 피드·포워드 제어 중 어느 일방, 또는 양방은 실행하지 않아도 된다.
또한, 마크 검출계 (MDS) 의 배율의 조정이 가능한 경우에는, 서치 얼라이먼트시에는, 저배율로 설정하고, 얼라이먼트 계측시에는, 고배율로 설정하는 것으로 해도 된다. 또, 슬라이더 (10) 상에 로드된 웨이퍼 (W) 의 중심 위치 어긋남 및 잔류 회전 오차를 무시할 수 있을 만큼 작은 경우에는, 스텝 S108 을 생략해도 된다.
스텝 S112 에 있어서의 전체 쇼트 1 점 계측에 있어서, 후술하는 EGA 연산에서 사용되는, 기준 좌표계에 있어서의 샘플 쇼트 영역 (샘플 쇼트) 의 위치 좌표의 실측값이 검출되게 된다. 샘플 쇼트란, 웨이퍼 (W) 상의 모든 쇼트 중, 후술하는 EGA 연산에서 사용되는 것으로서, 미리 정해진 특정한 복수 (적어도 3 개) 의 쇼트를 가리킨다. 또한, 전체 쇼트 1 점 계측에서는, 웨이퍼 (W) 상의 전체 쇼트가 샘플 쇼트가 된다. 스텝 S112 후, 스텝 S124 로 진행된다.
한편, 스텝 S110 에 있어서의 판단이 부정되었을 경우, 즉 B 모드가 설정되어 있는 경우에는, 스텝 S114 로 이행하고, 카운트값 i 가 소정수 K (K 는 1 < K < I 를 만족시키는 자연수이고, 미리 정해진 수, 예를 들어 4 이다) 보다 작은지의 여부를 판단한다. 또한, 카운트값 i 는, 후술하는 스텝 S128 에서 증가된다. 그리고, 이 스텝 S114 에 있어서의 판단이 긍정된 경우에는, 스텝 S120 으로 이행하고, 전체 쇼트 다점 계측을 실시한다. 여기서, 전체 쇼트 다점 계측이란, 웨이퍼 (W) 상의 모든 쇼트에 대해, 각각 복수의 웨이퍼 마크를 계측하는 것을 의미한다. 계측 대상이 되는 복수의 웨이퍼 마크는 미리 정해져 있다. 예를 들어, 쇼트의 형상 (이상 격자로부터의 형상 오차) 을 통계 연산에 의해 구할 수 있는 배치의 복수의 웨이퍼 마크를 계측 대상으로 해도 된다. 계측 순서는, 계측 대상의 마크의 수가 상이한 점을 제외하고, 스텝 S112 에 있어서의 전체 쇼트 1 점 계측의 경우와 동일하므로, 상세 설명은 생략한다. 스텝 S120 후, 스텝 S124 로 이행한다.
한편, 스텝 S114 에 있어서의 판단이 부정된 경우에는, 스텝 S116 으로 이행하고, 카운트값 i 가 K + 1 보다 작은지의 여부를 판단한다. 여기서, 이 스텝 S116 에 있어서의 판단이 긍정되는 것은, 카운트값 i 가 i ≥ K 또한 i < k + 1 인 경우이기 때문에, i = K 의 경우가 된다.
스텝 S116 의 판단이 긍정된 경우에는, 스텝 S118 로 진행되고, 그때까지 계측이 실시된 K - 1 장 (예를 들어 K = 4 의 경우에는 3 장) 의 웨이퍼 (W) 에 대한 웨이퍼 마크의 검출 결과에 기초하여, 쇼트마다 계측 대상으로 해야 할 웨이퍼 마크를 결정한다. 구체적으로는, 쇼트마다, 1 개의 웨이퍼 마크의 검출로 충분한지, 복수의 웨이퍼 마크를 검출해야 할지를 결정한다. 후자의 경우, 어느 웨이퍼 마크를 검출 대상으로 할지도 결정한다. 예를 들어, 쇼트마다 복수의 웨이퍼 마크 각각의 실측 위치와 설계 위치의 차 (절대값) 를 구하고, 그 차의 최대값과 최소값의 차가, 어느 임계값을 초과했는지의 여부로, 쇼트마다, 복수의 웨이퍼 마크를 검출해야할지, 1 개의 웨이퍼 마크의 검출로 충분한지를 결정한다. 전자의 경우, 예를 들어 실측 위치와 설계 위치의 차 (절대값) 가 최대가 되는 웨이퍼 마크와 최소가 되는 웨이퍼 마크가 포함되도록, 검출해야 할 웨이퍼 마크가 결정된다. 스텝 S118 후, 스텝 S122 로 진행된다.
한편, 스텝 S116 에 있어서의 판단이 부정된 경우에는, 스텝 S122 로 이행한다. 여기서, 스텝 S116 에 있어서의 판단이 부정되는 것은, 카운트값 i 가 K + 1 ≤ i 를 만족시키는 경우이고, 반드시, 그 전에, 카운트값 i = K 가 되어 스텝 S118 에서 쇼트마다 계측 대상으로 해야 할 웨이퍼 마크가 결정되어 있다.
스텝 S122 에서는, 스텝 S118 에서 쇼트마다 결정된 계측 대상으로 해야 할 웨이퍼 마크를 계측한다. 계측 순서는, 계측 대상의 마크의 수가 상이한 점을 제외하고, 스텝 S112 에 있어서의 전체 쇼트 1 점 계측의 경우와 동일하므로, 상세 설명은 생략한다. 스텝 S122 후, 스텝 S124 로 이행한다.
지금까지의 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, B 모드의 경우, 로트 내의 제 1 장째 내지 제 K - 1 장째 (예를 들어 제 3 장째) 까지의 웨이퍼에 대해서는, 전체 쇼트 다점 계측이 실시되고, K 장째 (예를 들어 제 4 장째) 내지 제 I 장째 (예를 들어 제 25 장째) 까지의 웨이퍼에 대해서는, 최초의 K - 1 장 (예를 들어 3 장) 의 웨이퍼의 전체 쇼트 다점 계측의 결과에 기초하여, 쇼트마다 결정된 웨이퍼 마크의 계측이 실시되게 된다.
스텝 S124 에서는, 스텝 S112, 스텝 S120 및 스텝 S122 중 어느 스텝에서 계측한 웨이퍼 마크의 위치 정보를 사용하여, EGA 연산을 실시한다. EGA 연산이란, 상기 서술한 웨이퍼 마크의 계측 (EGA 계측) 후, 샘플 쇼트의 위치 좌표의 설계값과 실측값의 차의 데이터에 기초하여, 최소 이승법 등의 통계 연산을 사용하여, 쇼트의 위치 좌표와, 그 쇼트의 위치 좌표의 보정량의 관계를 표현하는 모델식의 계수를 구하는 통계 연산을 의미한다.
본 실시형태에서는, 일례로서, 다음의 모델식이 쇼트의 위치 좌표의 설계값으로부터의 보정량의 산출에 사용된다.
여기서, dx, dy 는, 쇼트의 위치 좌표의 설계값으로부터의 X 축 방향, Y 축 방향의 보정량이고, X, Y 는, 웨이퍼 (W) 의 중심을 원점으로 하는 웨이퍼 좌표계에 있어서의 쇼트의 설계상의 위치 좌표이다. 즉, 상기 식 (1) 은, 웨이퍼의 중심을 원점으로 하는 웨이퍼 좌표계에 있어서의 각 쇼트의 설계상의 위치 좌표 (X, Y) 에 관한 다항식이고, 그 위치 좌표 (X, Y) 와, 그 쇼트의 위치 좌표의 보정량 (얼라이먼트 보정 성분) (dx, dy) 의 관계를 표현하는 모델식으로 되어 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 전술한 서치 얼라이먼트에 의해, 기준 좌표계와 웨이퍼 좌표계의 회전이 캔슬되기 때문에, 이하에서는, 기준 좌표계와, 웨이퍼 좌표계를 특별히 구별하지 않고, 모두 기준 좌표계인 것으로 하여 설명한다.
모델식 (1) 을 사용하면, 웨이퍼 (W) 의 쇼트의 위치 좌표 (X, Y) 로부터, 그 쇼트의 위치 좌표의 보정량을 구할 수 있다. 단, 이 보정량을 산출하기 위해서는, 계수 (a0, a1, …, b0, b1, …) 를 구할 필요가 있다. EGA 계측 후, 그 샘플 쇼트의 위치 좌표의 설계값과 실측값의 차의 데이터에 기초하여, 최소 이승법 등의 통계 연산을 사용하여, 상기 식 (1) 의 계수 (a0, a1, …, b0, b1, …) 를 구한다.
모델식 (1) 의 계수 (a0, a1, …, b0, b1, …) 를 결정 후, 계수 결정 후의 모델식 (1) 에 웨이퍼 좌표계에 있어서의 각 쇼트 (구획 영역) 의 설계상의 위치 좌표 (X, Y) 를 대입하고, 각 쇼트의 위치 좌표의 보정량 (dx, dy) 을 구함으로써, 웨이퍼 (W) 상의 복수의 쇼트 (구획 영역) 의 진 (眞) 배열 (변형 성분으로서, 선형 성분뿐만 아니라 비선형 성분까지 포함한다) 을 구할 수 있다.
그런데, 이미 노광이 실시된 웨이퍼 (W) 의 경우, 지금까지의 프로세스의 영향에 의해, 계측 결과로서 얻어지는 검출 신호의 파형이, 모든 웨이퍼 마크에 대해 양호하다고는 할 수 없다. 이러한 계측 결과 (검출 신호의 파형) 가 불량인 웨이퍼 마크의 위치를, 상기의 EGA 연산에 포함시키면, 그 계측 결과 (검출 신호의 파형) 가 불량인 웨이퍼 마크의 위치 오차가, 계수 (a0, a1, …, b0, b1, …) 의 산출 결과에 악영향을 미친다.
그래서, 본 실시형태에서는, 신호 처리 장치 (49) 가, 계측 결과가 양호한 웨이퍼 마크의 계측 결과만을 제어 장치 (60) 에 보내고, 제어 장치 (60) 는, 계측 결과를 수신한 모든 웨이퍼 마크의 위치를 사용하여, 상기 서술한 EGA 연산을 실행하게 되어 있다. 또한, 상기 식 (1) 의 다항식의 차수에 특별히 제한은 없다. 제어 장치 (60) 는, EGA 연산의 결과를, 그 연산에 사용된 마크에 관한 정보와 함께, 웨이퍼의 식별 정보 (예를 들어 웨이퍼 번호, 로트 번호) 에 대응시켜, 얼라이먼트 이력 데이터 파일로서 작성하고, 내부 또는 외부의 기억 장치에 기억한다.
스텝 S124 의 EGA 연산이 종료하면, 스텝 S126 으로 진행되고, 웨이퍼 (W) 를 슬라이더 (10) 상에서 언로드한다. 이 언로드는, 제어 장치 (60) 의 관리하, 스텝 S104 에 있어서의 로드의 순서와 반대의 순서로, 웨이퍼 반송계 (70) 와 슬라이더 (10) 상의 상하동 부재에 의해 실시된다.
다음의 스텝 S128 에서는, 카운터의 카운트값 i 를 1 증가 (i ← i + 1) 시킨 후, 스텝 S130 으로 진행되고, 카운트값 i 가 로트 내의 웨이퍼의 총수 I 보다 큰지의 여부를 판단한다. 그리고, 이 스텝 S130 에 있어서의 판단이 부정된 경우에는, 로트 내의 모든 웨이퍼에 대한 처리가 종료하지 않은 것으로 판단하고, 스텝 S104 로 되돌아가고, 이후 스텝 S130 에 있어서의 판단이 긍정될 때까지, 스텝 S104 ∼ 스텝 S130 까지의 처리 (판단을 포함한다) 를 반복한다.
그리고, 스텝 S130 에 있어서의 판단이 긍정되면, 로트 내의 모든 웨이퍼에 대해 처리가 종료한 것으로 판단하고, 본 루틴의 일련의 처리를 종료한다.
이상 상세하게 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 관련된 계측 장치 (100) 에 의하면, 본 실시형태에 관련된 계측 장치 (100) 에 의하면, 웨이퍼 (W) 가 재치되고 유지되는 슬라이더 (10) 의 6 자유도 방향의 위치 정보를 계측하는 제 1 위치 계측 시스템 (30) 은, 적어도 웨이퍼 (W) 상의 웨이퍼 마크를, 마크 검출계 (MDS) 로 검출하기 때문에, 슬라이더 (10) 가 이동하는 범위에서는, 헤드부 (32) 로부터 계측 빔을 그레이팅 (RG1) 에 계속 조사할 수 있다. 따라서, 제 1 위치 계측 시스템 (30) 은, 마크 검출을 위해서 슬라이더 (10) 가 이동하는 XY 평면 내의 전체 범위에서 연속해서, 그 위치 정보의 계측이 가능하다. 따라서, 예를 들어 계측 장치 (100) 의 제조 단계 (반도체 제조 공장 내에서의 장치의 시작 단계를 포함한다) 에 있어서, 제 1 위치 계측 시스템 (30) 의 측장축에 의해, 즉 그레이팅 (RG1) 의 격자에 의해 규정되는 직교 좌표계 (기준 좌표계) 의 원점 형성을 실시함으로써, XY 평면 내에서는 슬라이더 (10) 의 절대 좌표 위치의 취득이 가능해지고, 나아가서는 제 1 위치 계측 시스템 (30) 에 의해 계측되는 슬라이더 (10) 의 위치 정보와 마크 검출계 (MDS) 의 검출 결과로부터 구해지는, 슬라이더 (10) 상에 유지된 웨이퍼 (W) 상의 마크 (서치 마크, 웨이퍼 마크에 한정되지 않고, 그 밖의 마크, 예를 들어 중첩 계측 마크 (레지스트레이션 마크) 등도 포함한다) 의 XY 평면 내의 절대 위치를 구하는 것이 가능해진다. 또한, 본 명세서에서 「절대 위치 좌표」 란, 상기의 기준 좌표계 상에 있어서의 위치 좌표를 의미한다.
또, 본 실시형태에 관련된 계측 장치 (100) 에 의하면, 웨이퍼 상의 마크의 XY 평면 내의 위치 좌표를 계측할 수 있기 때문에, 예를 들어 스캐너 또는 스테퍼 등의 노광 장치에 의해, 사각형의 패턴 영역과 함께 패턴 영역과의 위치 관계가 이미 알려진 얼라이먼트 마크가 형성된 제품 레티클을 사용하여, 베어 웨이퍼에 대해 스텝·앤드·스캔 방식 또는 스텝·앤드·리피트 방식으로 노광을 실시하고, 그 노광 후의 웨이퍼 상의 얼라이먼트 마크 이미지의 절대 좌표를, 계측 장치 (100) 로 계측함으로써, 기준 웨이퍼를 사용하지 않고, 웨이퍼 그리드의 변동 (예를 들어, 설계상의 웨이퍼 그리드로부터의 변동) 을 관리하는 것이 가능해진다. 또한, 장치 기인의 웨이퍼 그리드의 변동의 관리에 대해서는, 이후에 상세히 서술한다.
또, 본 실시형태에 관련된 계측 장치 (100) 에 의하면, 제어 장치 (60) 는, 구동 시스템 (20) 에 의한 슬라이더 (10) 의 이동을 제어하면서, 제 1 위치 계측 시스템 (30), 및 제 2 위치 계측 시스템 (50) 을 사용하여, 정반 (12) 에 대한 슬라이더 (10) 의 위치 정보, 및 마크 검출계 (MDS) 와 정반 (12) 의 상대적인 위치 정보를 취득함과 함께, 마크 검출계 (MDS) 를 사용하여 웨이퍼 (W) 에 형성된 복수의 마크의 위치 정보를 구하고 있다. 따라서, 계측 장치 (100) 에 의하면, 웨이퍼 (W) 에 형성된 복수의 마크의 위치 정보를 양호한 정밀도로 구할 수 있다.
또, 본 실시형태에 관련된 계측 장치 (100) 에 의하면, 제어 장치 (60) 는, 제 2 위치 계측 시스템 (50) 에 의한 계측 정보 (정반 (12) 과 마크 검출계 (MDS) 의 상대적인 위치 정보) 를 항상 취득하고, 마크 검출계 (MDS) 의 검출 중심과 정반 (12) 에 대한 슬라이더 (10) 의 6 자유도 방향의 위치 정보를 검출하는 제 1 위치 계측 시스템의 계측점의 위치 관계가 ㎚ 레벨로 원하는 관계로 유지되도록, 3 개의 제진 장치 (14) (의 액추에이터) 를 통해서 정반 (12) 의 6 자유도 방향의 위치를 실시간으로 제어하고 있다. 또, 제어 장치 (60) 는, 구동 시스템 (20) 에 의한 슬라이더 (10) 의 구동을 제어하면서, 제 1 위치 계측 시스템 (30) 에 의한 계측 정보 (정반 (12) 에 대한 슬라이더 (10) 의 위치 정보) 및 제 2 위치 계측 시스템 (50) 에 의한 계측 정보 (정반 (12) 과 마크 검출계 (MDS) 의 상대적인 위치 정보) 를 취득하고, 마크 검출계 (MDS) 를 사용하여 웨이퍼 (W) 에 형성된 마크를 검출했을 때의 검출 신호와, 마크 검출계 (MDS) 를 사용하여 웨이퍼 (W) 에 형성된 마크를 검출했을 때에 얻어지는 제 1 위치 계측 시스템 (30) 에 의한 계측 정보와, 마크 검출계 (MDS) 를 사용하여 웨이퍼 (W) 에 형성된 마크를 검출했을 때에 얻어지는 제 2 위치 계측 시스템 (50) 에 의한 계측 정보에 기초하여, 복수의 웨이퍼 마크의 위치 정보를 구한다. 따라서, 계측 장치 (100) 에 의하면, 웨이퍼 (W) 에 형성된 복수의 마크의 위치 정보를 양호한 정밀도로 구할 수 있다.
또한, 예를 들어, 계측된 마크의 위치 정보를 사용하여 EGA 연산을 실시하지 않고, 계측된 마크의 위치 정보에 기초하여, 후술하는 노광시의 웨이퍼 (W) (웨이퍼 스테이지 (WST)) 의 위치 제어를 실시하는 경우 등에는, 예를 들어 상기의 제 2 위치 계측 시스템 (50) 에 의한 계측 정보를, 마크의 위치 정보의 산출에는 사용하지 않아도 된다. 단, 이 경우에는, 마크 검출계 (MDS) 를 사용하여 웨이퍼 (W) 에 형성된 마크를 검출했을 때에 얻어지는 제 2 위치 계측 시스템 (50) 에 의한 계측 정보를 오프셋하여 사용하여, 예를 들어 웨이퍼 (W) (웨이퍼 스테이지 (WST)) 의 위치 결정 목표값 등 웨이퍼 (W) 를 이동시키기 위한 정보를 보정하는 것으로 하면 된다. 혹은, 상기의 오프셋을 고려하여, 노광시에 있어서의 후술하는 레티클 (R) (레티클 스테이지 (RST)) 의 이동을 제어하는 것으로 해도 된다.
또, 본 실시형태에 관련된 계측 장치 (100) 에 의하면, 얼라이먼트 계측시에, 웨이퍼 (W) 상의 I 개 (예를 들어 98 개) 의 쇼트의 각각에 대해, 적어도 각 1 개의 웨이퍼 마크의 위치 정보가 계측되고, 이 위치 정보를 사용하여, 최소 이승법 등의 통계 연산에 의해, 상기 식 (1) 의 계수 (a0, a1, …, b0, b1, …) 가 구해진다. 따라서, 웨이퍼 그리드의 변형 성분을 선형 성분뿐만 아니라, 비선형 성분까지 정확하게 구하는 것이 가능해진다.
계측 장치 (100) 에 의해 구해진 웨이퍼 (W) 의 쇼트의 위치 좌표의 보정량 (상기 식 (1) 의 계수 (a0, a1, …, b0, b1, …)) 은, 예를 들어 노광 장치에 의해 웨이퍼 (W) 를 노광할 때의 노광 위치에 대한 웨이퍼의 위치 맞춤에 사용되는 것으로 생각된다. 그런데, 노광 장치에 의해 계측 장치 (100) 로 위치 좌표의 보정량이 계측된 웨이퍼 (W) 를 노광하기 위해서는, 그 웨이퍼 (W) 를, 슬라이더 (10) 로부터 언로드한 후, 노광 장치의 웨이퍼 스테이지 상에 로드할 필요가 있다. 슬라이더 (10) 상의 웨이퍼 홀더 (WH) 와, 노광 장치의 웨이퍼 스테이지 상의 웨이퍼 홀더는, 만일 동일 타입의 웨이퍼 홀더가 사용되고 있었다고 해도, 웨이퍼 홀더의 개체차에 의해 웨이퍼 (W) 의 유지 상태가 상이하다. 이 때문에, 모처럼 계측 장치 (100) 로 웨이퍼 (W) 의 쇼트의 위치 좌표의 보정량 (상기 식 (1) 의 계수 (a0, a1, …, b0, b1, …)) 을 구하고 있어도, 그 계수 (a0, a1, …, b0, b1, …) 모두를 그대로 사용할 수는 없다. 그런데, 웨이퍼 홀더마다 웨이퍼 (W) 의 유지 상태가 상이함으로써 영향을 받는 것은, 쇼트의 위치 좌표의 보정량의 1 차 이하의 저차 성분 (선형 성분) 이고, 2 차 이상의 고차 성분은 거의 영향을 받지 않는 것으로 생각된다. 그 이유는, 2 차 이상의 고차 성분은, 주로 프로세스에서 기인하는 웨이퍼 (W) 의 변형에서 기인하여 생기는 성분인 것으로 생각되고, 웨이퍼 홀더에 의한 웨이퍼의 유지 상태와는 관계없는 성분인 것으로 생각해도 지장없기 때문이다.
이러한 생각에 기초하면, 계측 장치 (100) 에 의해, 시간을 들여 웨이퍼 (W) 에 대해 구한 고차 성분의 계수 (a3, a4, ……, a9, ……, 및 b3, b4, ……, b9, ……) 는, 노광 장치에서의 웨이퍼 (W) 의 위치 좌표의 보정량의 고차 성분의 계수로서도 그대로 사용하는 것이 가능하다. 따라서, 노광 장치의 웨이퍼 스테이지 상에서는, 웨이퍼 (W) 의 위치 좌표의 보정량의 선형 성분을 구하기 위한 간이한 EGA 계측 (예를 들어 3 ∼ 16 개 정도의 웨이퍼 마크의 계측) 을 실시하는 것만으로도 좋아진다. 계측 장치 (100) 는, 노광 장치와는 다른 장치이기 때문에, 기판의 노광 처리에 있어서의 스루풋의 저하를 초래하지 않고, 기판 상의 보다 많은 마크의 위치 정보를 구하는 것이 가능해진다.
또, 노광 장치에 의한, 전술한 간이한 EGA 계측 및 노광을 포함하는 노광 장치에 의한 웨이퍼의 처리와 병행하여, 계측 장치 (100) 로 다른 웨이퍼에 대해 얼라이먼트 계측을 실시하도록 하면, 웨이퍼 처리의 스루풋을 거의 저하시키지 않는, 효율적인 처리가 가능해진다.
또한, 상기 실시형태에서는, 설명의 간략화를 위해, 계측 모드로서 A 모드와 B 모드 중 어느 것이 설정되는 것으로 했지만, 이것에 한정되지 않고, 로트 내의 모든 웨이퍼 상의 전체 쇼트에 대해 2 이상의 제 1 수의 웨이퍼 마크를 검출하는 C 모드, 및 로트 내의 모든 웨이퍼에 대해, 일부의 쇼트, 예를 들어 웨이퍼의 주변부에 위치하는 미리 정해진 쇼트에 대해서는 2 이상의 제 2 수의 웨이퍼 마크를 검출하고, 나머지 쇼트에 대해서는 각 1 개의 웨이퍼 마크를 검출하는 모드 (D 모드라고 부른다) 등을 형성해도 된다. 또한 로트 내의 최초의 소정 장수의 웨이퍼에 대한 웨이퍼 마크의 검출 결과에 따라, 로트 내의 나머지 웨이퍼에 대해서는, A 모드, C 모드, D 모드 중 어느 것을 선택하는 E 모드를 형성해도 된다.
또, 계측 장치 (100) 의 계측 모드로서, 로트 내의 모든 웨이퍼에 대해, 일부의 쇼트, 예를 들어, 9 할 또는 8 할의 수의 쇼트의 하나 이상의 웨이퍼 마크를 계측하거나, 웨이퍼의 중앙부에 위치하는 쇼트에 대해서는, 하나 간격을 둔 쇼트의 하나 이상의 웨이퍼 마크를 계측해도 된다.
또한, 상기 실시형태에서는, 그레이팅 (RG1, RG2a, RG2b) 각각이 X 축 방향 및 Y 축 방향을 주기 방향으로 하는 경우에 대해 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 제 1 위치 계측 시스템 (30), 제 2 위치 계측 시스템 (50) 의 각각이 구비하는 격자부 (2 차원 그레이팅) 는, XY 평면 내에서 서로 교차하는 2 방향을 주기 방향으로 하고 있으면 된다.
또, 상기 실시형태에서 설명한 제 1 위치 계측 시스템 (30) 의 헤드부 (32) 의 구성, 및 검출점의 배치 등은 일례에 불과한 것은 물론이다. 예를 들어, 마크 검출계 (MDS) 의 검출점과, 헤드부 (32) 의 검출 중심은, X 축 방향 및 Y 축 방향 중 적어도 일방에서 위치가 일치하지 않아도 된다. 또, 제 1 계측 시스템 (30) 의 헤드부와 그레이팅 (RG1) (격자부) 의 배치는 반대이어도 된다. 즉, 슬라이더 (10) 에 헤드부가 형성되고, 정반 (12) 에 격자부가 형성되어 있어도 된다. 또, 제 1 위치 계측 시스템 (30) 은, 인코더 시스템 (33) 과 레이저 간섭계 시스템 (35) 을 반드시 구비하고 있을 필요는 없고, 인코더 시스템에 의해서만 제 1 위치 계측 시스템 (30) 을 구성해도 된다. 헤드부로부터 슬라이더 (10) 의 그레이팅 (RG1) 에 빔을 조사하고, 그레이팅으로부터의 복귀 빔 (회절 빔) 을 수광하여 정반 (12) 에 대한 슬라이더 (10) 의 6 자유도 방향의 위치 정보를 계측하는 인코더 시스템에 의해, 제 1 위치 계측 시스템을 구성해도 된다. 이 경우에 있어서, 헤드부의 헤드의 구성은 특별히 상관없다. 예를 들어, 그레이팅 (RG1) 상의 소정점에 대해 X 축 방향으로 동일 거리 떨어진 2 점에 검출 빔을 조사하는 1 쌍의 XZ 헤드와, 소정점에 대해 Y 축 방향으로 동일 거리 떨어진 2 점에 검출 빔을 조사하는 1 쌍의 YZ 헤드를 형성해도 되고, 혹은 그레이팅 (RG1) 의 X 축 방향으로 떨어진 2 개의 점에 각각 검출 빔을 조사하는 1 쌍의 3 차원 헤드와, 상기 2 개의 점은, Y 축 방향의 위치가 상이한 점에 검출 빔을 조사하는 XZ 헤드 또는 YZ 헤드를 형성해도 된다. 제 1 위치 계측 시스템 (30) 은, 정반 (12) 에 대한 슬라이더 (10) 의 6 자유도 방향의 위치 정보를 반드시 계측할 수 있을 필요는 없고, 예를 들어 X, Y, θz 방향의 위치 정보를 계측할 수 있을 뿐이어도 된다. 또, 정반 (12) 에 대한 슬라이더 (10) 의 위치 정보를 계측하는 제 1 위치 계측 시스템이, 정반 (12) 과 슬라이더 (10) 사이에 배치되어 있어도 된다.
동일하게, 상기 실시형태에서 설명한 제 2 위치 계측 시스템 (50) 의 구성은 일례에 불과하다. 예를 들어, 헤드부 (52A, 52B) 가 정반 (12) 측에 고정되고, 스케일 (54A, 54B) 이 마크 검출계 (MDS) 와 일체적으로 형성되어 있어도 된다. 또, 제 2 계측 시스템 (50) 이 1 쌍의 헤드부 (52A, 52B) 를 구비하고 있는 경우에 대해 예시했지만, 이것에 한정되지 않고, 제 2 계측 시스템 (50) 은, 헤드부를 1 개만 구비하고 있어도 되고, 3 개 이상 구비하고 있어도 된다. 어느 쪽이든, 제 2 위치 계측 시스템 (50) 에 의해, 정반 (12) 과 마크 검출계 (MDS) 의 6 자유도 방향의 위치 관계를 계측할 수 있는 것이 바람직하다. 단, 제 2 계측 시스템 (50) 은, 반드시 6 자유도 방향 모든 위치 관계를 계측할 수 없어도 된다.
또한, 상기 실시형태에서는, 슬라이더 (10) 가, 복수의 에어 베어링 (18) 에 의해 정반 (12) 상에 부상 지지되고, 슬라이더 (10) 를 X 축 방향으로 구동시키는 제 1 구동 장치 (20A) 와, 슬라이더 (10) 를 제 1 구동 장치 (20A) 와 일체로 Y 축 방향으로 구동시키는 제 2 구동 장치 (20B) 를 포함하고, 슬라이더 (10) 를 정반 (12) 에 대해 비접촉 상태에서 구동시키는 구동 시스템 (20) 이 구성된 경우에 대해 설명하였다. 그러나, 이것에 한정되지 않고, 구동 시스템 (20) 으로서, 슬라이더 (10) 를, 정반 (12) 상에서 6 자유도 방향으로 구동시키는 구성의 구동 시스템을 채용해도 된다. 이러한 구동 시스템을, 일례로서 자기 부상형의 평면 모터에 의해 구성해도 된다. 이러한 경우에는, 에어 베어링 (18) 은 필요하지 않게 된다. 또한, 계측 장치 (100) 는, 제진 장치 (14) 와는 별도로, 정반 (12) 을 구동시키는 구동 시스템을 구비하고 있어도 된다.
이 밖에, 자기 부상형 또는 에어 부상형의 평면 모터에 의해, 슬라이더 (10) 를, 정반 (12) 에 대해 예를 들어 X, Y, θz 방향으로 구동 가능한 구성을 채용해도 되고, 그 경우, 전술한 제 2 위치 계측 시스템 (50) 은 반드시 형성하지 않아도 좋아진다.
《제 2 실시형태》
다음으로, 상기 서술한 계측 장치 (100) 를 포함하는 리소그래피 시스템에 관한 제 2 실시형태에 대해, 도 8 ∼ 도 10 에 기초하여 설명한다.
본 제 2 실시형태에 관련된 리소그래피 시스템 (1000) 은, 도 8 에 나타낸 바와 같이, 서로 인라인 접속된 노광 장치 (200), 계측 장치 (100) 및 기판 처리 장치 (300) 를 구비하고 있다. 여기서, 기판 처리 장치 (300) 로서, 코터·디벨로퍼 (C/D) 가 사용되고 있으므로, 이하에서는, 적절히 C/D (300) 로도 표기한다. 리소그래피 시스템 (1000) 은, 클린 룸 내에 설치되어 있다.
통상적인 리소그래피 시스템에서는, 예를 들어 미국 특허 제6,698,944호 명세서 등에 개시된 바와 같이, 노광 장치와 기판 처리 장치 (C/D) 사이에 양자를 인라인으로 접속하기 위한 웨이퍼 반송계를 챔버의 내부에 갖는 인라인 인터페이스부가 배치된다. 한편, 도 8 을 보면 알 수 있는 바와 같이, 본 제 2 실시형태에 관련된 리소그래피 시스템 (1000) 에서는, 인라인 인터페이스부 대신에, 계측 장치 (100) 가, 노광 장치 (200) 와 C/D (300) 사이에 배치되어 있다.
리소그래피 시스템 (1000) 이 구비하는 노광 장치 (200), C/D (300) 및 계측 장치 (100) 는, 모두 챔버를 갖고, 챔버끼리가 인접하여 배치되어 있다. 노광 장치 (200) 가 갖는 노광 제어 장치 (220) 와, C/D (300) 가 갖는 도포 현상 제어 장치 (320) 와, 계측 장치 (100) 가 갖는 제어 장치 (60) 는, 로컬 에어리어 네트워크 (LAN) (500) 를 통해 서로 접속되어 있고, 삼자 사이에서 통신을 실시한다. LAN (500) 에는, 기억 장치 (400) 도 접속되어 있다.
노광 장치 (200) 는, 일례로서 스텝·앤드·스캔 방식의 투영 노광 장치 (스캐너) 이다. 도 9 에는, 노광 장치 (200) 의 챔버 내의 구성 부분이 일부 생략되어 나타나 있다.
노광 장치 (200) 는, 도 9 에 나타낸 바와 같이, 조명계 (IOP), 레티클 (R) 을 유지하는 레티클 스테이지 (RST), 레티클 (R) 에 형성된 패턴의 이미지를 감응제 (레지스트) 가 도포된 웨이퍼 (W) 상에 투영하는 투영 유닛 (PU), 웨이퍼 (W) 를 유지하고 XY 평면 내를 이동하는 웨이퍼 스테이지 (WST), 및 이들의 제어계 등을 구비하고 있다. 노광 장치 (200) 는, 전술한 마크 검출계 (MDS) 의 광축 (AX1) 과 평행한 Z 축 방향의 광축 (AX) 을 갖는 투영 광학계 (PL) 를 구비하고 있다.
조명계 (IOP) 는, 광원 및 광원에 송광 광학계를 개재하여 접속된 조명 광학계를 포함하고, 레티클 블라인드 (마스킹 시스템) 로 설정 (제한) 된 레티클 (R) 상에서 X 축 방향 (도 9 에 있어서의 지면 직교 방향) 으로 가늘고 길게 신장하는 슬릿상의 조명 영역 (IAR) 을, 조명광 (노광광) (IL) 에 의해 거의 균일한 조도로 조명한다. 조명계 (IOP) 의 구성은, 예를 들어 미국 특허출원공개 제2003/0025890호 명세서 등에 개시되어 있다. 여기서, 조명광 (IL) 으로서, 일례로서, ArF 엑시머 레이저광 (파장 193 ㎚) 이 사용된다.
레티클 스테이지 (RST) 는, 조명계 (IOP) 의 도 9 에 있어서의 하방에 배치되어 있다. 레티클 스테이지 (RST) 는, 예를 들어 리니어 모터 등을 포함하는 레티클 스테이지 구동계 (211) (도 9 에서는 도시 생략, 도 10 참조) 에 의해, 도시 생략된 레티클 스테이지 정반 상을, 수평면 (XY 평면) 내에서 미소 구동 가능함과 함께, 주사 방향 (도 9 에 있어서의 지면 내 좌우 방향인 Y 축 방향) 으로 소정 스트로크 범위에서 구동 가능하게 되어 있다.
레티클 스테이지 (RST) 상에는, -Z 측의 면 (패턴면) 에 패턴 영역과, 그 패턴 영역의 위치 관계가 이미 알려진 복수의 마크가 형성된 레티클 (R) 이 재치되어 있다. 레티클 스테이지 (RST) 의 XY 평면 내의 위치 정보 (θz 방향의 회전 정보를 포함한다) 는, 레티클 레이저 간섭계 (이하, 「레티클 간섭계」 라고 한다) (214) 에 의해, 이동경 (212) (또는 레티클 스테이지 (RST) 의 단면에 형성된 반사면) 을 통해서, 예를 들어 0.25 ㎚ 정도의 분해능으로 항상 검출되고 있다. 레티클 간섭계 (214) 의 계측 정보는, 노광 제어 장치 (220) (도 10 참조) 에 공급된다. 또한, 상기 서술한 레티클 스테이지 (RST) 의 XY 평면 내의 위치 정보는, 레티클 레이저 간섭계 (214) 대신에, 인코더에 의해 계측을 실시해도 된다.
투영 유닛 (PU) 은, 레티클 스테이지 (RST) 의 도 9 에 있어서의 하방에 배치되어 있다. 투영 유닛 (PU) 은, 경통 (240) 과, 경통 (240) 내에 유지된 투영 광학계 (PL) 를 포함한다. 투영 광학계 (PL) 는, 예를 들어 양측 텔레센트릭으로, 소정의 투영 배율 (예를 들어 1/4 배, 1/5 배 또는 1/8 배 등) 을 갖는다. 레티클 (R) 은, 투영 광학계 (PL) 의 제 1 면 (물체면) 과 패턴면이 거의 일치하도록 배치되고, 표면에 레지스트 (감응제) 가 도포된 웨이퍼 (W) 는, 투영 광학계 (PL) 의 제 2 면 (이미지면) 측에 배치된다. 이 때문에, 조명계 (IOP) 로부터의 조명광 (IL) 에 의해 레티클 (R) 상의 조명 영역 (IAR) 이 조명되면, 레티클 (R) 을 통과한 조명광 (IL) 에 의해, 그 조명 영역 (IAR) 내의 레티클 (R) 의 회로 패턴의 축소 이미지 (회로 패턴의 일부의 축소 이미지) 가, 투영 광학계 (PL) 를 통해서, 조명 영역 (IAR) 에 공액인 웨이퍼 (W) 상의 영역 (이하, 노광 영역이라고도 부른다) (IA) 에 형성된다. 그리고, 레티클 스테이지 (RST) 와 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 동기 구동에 의해, 조명 영역 (IAR) (조명광 (IL)) 에 대해 레티클 (R) 을 주사 방향 (Y 축 방향) 으로 상대 이동시킴과 함께, 노광 영역 (IA) (조명광 (IL)) 에 대해 웨이퍼 (W) 를 주사 방향 (Y 축 방향) 으로 상대 이동시킴으로써, 웨이퍼 (W) 상의 하나의 쇼트 영역 (구획 영역) 의 주사 노광이 실시되고, 그 쇼트 영역에 레티클 (R) 의 패턴이 전사된다.
투영 광학계 (PL) 로는, 일례로서 Z 축 방향과 평행한 광축 (AX) 을 따라 배열되는 복수장, 예를 들어 10 ∼ 20 장 정도의 굴절 광학 소자 (렌즈 소자) 만으로 이루어지는 굴절계가 사용되고 있다. 이 투영 광학계 (PL) 를 구성하는 복수장의 렌즈 소자 중, 물체면측 (레티클 (R) 측) 의 복수장의 렌즈 소자는, 도시 생략된 구동 소자, 예를 들어 피에조 소자 등에 의해, Z 축 방향 (투영 광학계 (PL) 의 광축 방향) 으로 시프트 구동, 및 XY 면에 대한 경사 방향 (즉 θx 방향 및 θy 방향) 으로 구동 가능한 가동 렌즈로 되어 있다. 그리고, 결상 특성 보정 컨트롤러 (248) (도 9 에서는 도시 생략, 도 10 참조) 가, 노광 제어 장치 (220) 로부터의 지시에 기초하여, 각 구동 소자에 대한 인가 전압을 독립적으로 조정함으로써, 각 가동 렌즈가 개별적으로 구동되고, 투영 광학계 (PL) 의 여러 가지 결상 특성 (배율, 왜곡 수차, 비점 수차, 코마 수차, 상면 만곡 등) 이 조정되게 되어 있다. 또한, 가동 렌즈의 이동 대신에, 혹은 이에 더하여, 경통 (240) 의 내부의 인접하는 특정한 렌즈 소자 사이에 기밀실을 형성하고, 그 기밀실 내의 기체의 압력을 결상 특성 보정 컨트롤러 (248) 가 제어하는 구성으로 해도 되고, 조명광 (IL) 의 중심 파장을 결상 특성 보정 컨트롤러 (248) 가 시프트할 수 있는 구성을 채용해도 된다. 이러한 구성에 의해서도, 투영 광학계 (PL) 의 결상 특성의 조정이 가능하다.
웨이퍼 스테이지 (WST) 는, 평면 모터 또는 리니어 모터 등을 포함하는 스테이지 구동계 (224) (도 9 에서는, 편의상 블록으로 나타내고 있다) 에 의해, 웨이퍼 스테이지 정반 (222) 상을 X 축 방향, Y 축 방향으로 소정 스트로크로 구동됨과 함께, Z 축 방향, θx 방향, θy 방향, 및 θz 방향으로 미소 구동된다. 웨이퍼 스테이지 (WST) 상에, 웨이퍼 (W) 가, 웨이퍼 홀더 (도시 생략) 를 개재하여 진공 흡착 등에 의해 유지되어 있다. 본 제 2 실시형태에서는, 웨이퍼 홀더는, 300 ㎜ 웨이퍼를 흡착 유지할 수 있는 것으로 한다. 또한, 웨이퍼 스테이지 (WST) 대신에, X 축 방향, Y 축 방향 및 θz 방향으로 이동하는 제 1 스테이지와, 그 제 1 스테이지 상에서 Z 축 방향, θx 방향 및 θy 방향으로 미동하는 제 2 스테이지를 구비하는 스테이지 장치를 사용할 수도 있다. 또한, 웨이퍼 스테이지 (WST) 와 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 웨이퍼 홀더 중 어느 일방, 또는 양방을 「제 2 기판 유지 부재」 라고 불러도 된다.
웨이퍼 스테이지 (WST) 의 XY 평면 내의 위치 정보 (회전 정보 (요잉량 (θz 방향의 회전량 θz), 피칭량 (θx 방향의 회전량 θx), 롤링량 (θy 방향의 회전량 θy)) 을 포함한다) 는, 레이저 간섭계 시스템 (이하, 간섭계 시스템이라고 약기한다) (218) 에 의해, 이동경 (216) (또는 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 단면에 형성된 반사면) 을 통해서, 예를 들어 0.25 ㎚ 정도의 분해능으로 항상 검출된다. 또한, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 XY 평면 내의 위치 정보는, 간섭계 시스템 (218) 대신에, 인코더 시스템에 의해 계측을 실시해도 된다.
간섭계 시스템 (218) 의 계측 정보는, 노광 제어 장치 (220) 에 공급된다 (도 10 참조). 노광 제어 장치 (220) 는, 간섭계 시스템 (218) 의 계측 정보에 기초하여, 스테이지 구동계 (224) 를 통해서 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 XY 평면 내의 위치 (θz 방향의 회전을 포함한다) 를 제어한다.
또, 도 9 에서는 도시가 생략되어 있지만, 웨이퍼 (W) 표면의 Z 축 방향의 위치 및 경사량은, 예를 들어 미국 특허 제5,448,332호 명세서 등에 개시되는 경입사 방식의 다점 초점 위치 검출계로 이루어지는 포커스 센서 (AFS) (도 10 참조) 에 의해 계측된다. 이 포커스 센서 (AFS) 의 계측 정보도 노광 제어 장치 (220) 에 공급된다 (도 10 참조).
또, 웨이퍼 스테이지 (WST) 상에는, 그 표면이 웨이퍼 (W) 의 표면과 동일한 높이인 기준판 (FP) 이 고정되어 있다. 이 기준판 (FP) 의 표면에는, 얼라이먼트 검출계 (AS) 의 베이스라인 계측 등에 사용되는 제 1 기준 마크, 및 후술하는 레티클 얼라이먼트 검출계로 검출되는 1 쌍의 제 2 기준 마크 등이 형성되어 있다.
투영 유닛 (PU) 의 경통 (240) 의 측면에는, 웨이퍼 (W) 에 형성된 얼라이먼트 마크 또는 제 1 기준 마크를 검출하는 얼라이먼트 검출계 (AS) 가 형성되어 있다. 얼라이먼트 검출계 (AS) 로서, 일례로서 할로겐 램프 등의 브로드밴드 (광대역) 광으로 마크를 조명하고, 이 마크의 화상을 화상 처리함으로써 마크 위치를 계측하는 화상 처리 방식의 결상식 얼라이먼트 센서의 일종인 FIA (Field Image Alignment) 계가 사용되고 있다. 또한, 화상 처리 방식의 얼라이먼트 검출계 (AS) 대신에, 혹은 얼라이먼트 검출계 (AS) 와 함께, 회절광 간섭형의 얼라이먼트계를 사용해도 된다.
노광 장치 (200) 에서는, 추가로, 레티클 스테이지 (RST) 의 상방에, 레티클 스테이지 (RST) 에 재치된 레티클 (R) 상의 동일 Y 위치에 있는 1 쌍의 레티클 마크를 동시에 검출 가능한 1 쌍의 레티클 얼라이먼트 검출계 (213) (도 9 에서는 도시 생략, 도 10 참조) 가 X 축 방향으로 소정 거리 간격을 두고 형성되어 있다. 레티클 얼라이먼트 검출계 (213) 에 의한 마크의 검출 결과는, 노광 제어 장치 (220) 에 공급되어 있다.
도 10 에는, 노광 제어 장치 (220) 의 입출력 관계가 블록도로 나타나 있다. 도 10 에 나타낸 바와 같이, 노광 장치 (200) 는, 상기 구성 각 부 외에, 노광 제어 장치 (220) 에 접속된, 웨이퍼를 반송하는 웨이퍼 반송계 (270) 등을 구비하고 있다. 노광 제어 장치 (220) 는, 마이크로 컴퓨터 또는 워크스테이션 등을 포함하고, 상기 구성 각 부를 포함하는 장치 전체를 통괄적으로 제어한다. 웨이퍼 반송계 (270) 는, 예를 들어 수평 다관절형 로봇으로 이루어진다.
도 8 로 되돌아가, C/D (300) 는 도시는 생략되어 있지만, 예를 들어 웨이퍼에 대한 감응제 (레지스트) 의 도포를 실시하는 도포부와, 웨이퍼의 현상이 가능한 현상부와, 프리베이크 (PB) 및 현상 전 베이크 (post-exposure bake : PEB) 를 실시하는 베이크부와, 웨이퍼 반송계 (이하, 편의상, C/D 내 반송계라고 부른다) 를 구비하고 있다. C/D (300) 는, 추가로 웨이퍼를 온조할 수 있는 온조부 (330) 를 구비하고 있다. 온조부 (330) 는, 통상적으로 냉각부이고, 예를 들어 쿨 플레이트라고 불리는 평탄한 플레이트 (온조 장치) 를 구비하고 있다. 쿨 플레이트는, 예를 들어 냉각수의 순환 등에 의해 냉각된다. 이 밖에, 펠티에 효과에 의한 전자 냉각을 이용하는 경우도 있다.
기억 장치 (400) 는, LAN (500) 에 접속된 관리 장치와, 그 관리 장치에 스카지 (SCSI) 등의 통신로를 통해서 접속된 스토리지 디바이스를 포함한다.
본 제 2 실시형태에 관련된 리소그래피 시스템 (1000) 에서는, 계측 장치 (100), 노광 장치 (200) 및 C/D (300) 는, 모두 바코드 리더 (도시 생략) 를 구비하고 있고, 웨이퍼 반송계 (70) (도 6 참조), 웨이퍼 반송계 (270) (도 10 참조) 및 C/D 내 반송계 (도시 생략) 의 각각에 의한 웨이퍼의 반송 중에, 바코드 리더에 의해, 각 웨이퍼의 식별 정보, 예를 들어 웨이퍼 번호, 로트 번호 등의 판독이 적절히 실시된다. 이하에서는, 설명의 간략화를 위해, 바코드 리더를 사용한 각 웨이퍼의 식별 정보의 판독에 관한 설명은 생략한다.
리소그래피 시스템 (1000) 에서는, 노광 장치 (200), C/D (300) 및 계측 장치 (100) (이하, 적절히 3 개의 장치 (100, 200, 300) 라고도 부른다) 의 각각에 의해, 다수의 웨이퍼가 연속해서 처리된다. 리소그래피 시스템 (1000) 에서는, 시스템 전체로서의 스루풋이 최대가 되도록, 즉, 예를 들어 처리에 가장 시간을 필요로 하는 장치의 처리 시간에, 다른 장치의 처리 시간이 완전히 오버랩되도록, 전체의 처리 시퀀스가 정해져 있다.
이하, 리소그래피 시스템 (1000) 에 의해, 다수의 웨이퍼를 연속적으로 처리하는 경우의 동작의 흐름에 대해 설명한다.
먼저, C/D 내 반송계 (예를 들어 스카라 로봇) 에 의해, C/D (300) 의 챔버 내에 배치된 웨이퍼 캐리어로부터 제 1 장째의 웨이퍼 (W1 로 한다) 가 취출되어, 도포부에 반입된다. 이로써, 도포부에 의해 레지스트의 도포가 개시된다. 레지스트의 도포가 종료하면, C/D 내 반송계는, 웨이퍼 (W1) 를 도포부로부터 취출하여 베이크부에 반입한다. 이로써, 베이크부에서 웨이퍼 (W1) 의 가열 처리 (PB) 가 개시된다. 그리고, 웨이퍼의 PB 가 종료하면, C/D 내 반송계에 의해, 웨이퍼 (W1) 가 베이크부로부터 취출되어 온조부 (330) 내에 반입된다. 이로써, 온조부 (330) 내부의 쿨 플레이트에서 웨이퍼 (W1) 의 냉각이 개시된다. 이 냉각은, 노광 장치 (200) 내에서 영향이 없는 온도, 일반적으로는, 예를 들어 20 ∼ 25 ℃ 의 범위에서 정해지는 노광 장치 (200) 의 공조계의 목표 온도를 목표 온도로 하여 실시된다. 통상적으로 온조부 (330) 내에 반입된 시점에서는, 웨이퍼의 온도는 목표 온도에 대해 ±0.3 [℃] 의 범위 내에 있지만, 온조부 (330) 에 의해 목표 온도 ±10 [mK] 의 범위로 온조된다.
그리고, 온조부 (330) 내에서 냉각 (온조) 이 종료하면, 그 웨이퍼 (W1) 는, C/D 내 반송계에 의해, C/D (300) 와 계측 장치 (100) 사이에 형성된 제 1 기판 수수부 상에 재치된다.
C/D (300) 내에서는, 상기와 동일한 일련의 웨이퍼에 대한 레지스트 도포, PB, 냉각, 및 이들의 일련의 처리에 수반하는 상기 웨이퍼의 반송 동작이 순차 반복하여 실시되고, 웨이퍼가 순차 제 1 기판 수수부 상에 재치된다. 또한, 실제로는, C/D (300) 의 챔버 내에, 도포부 및 C/D 내 반송계를 각각 2 개 이상 형성함으로써, 복수장의 웨이퍼에 대한 병행 처리가 가능하여, 노광 전 처리에 필요로 하는 시간의 단축이 가능해진다.
계측 장치 (100) 에서는, C/D 내 반송계에 의해 제 1 기판 수수부 상에 순차 재치되는 노광 전의 웨이퍼 (W1) 를, 웨이퍼 반송계 (70) 와 슬라이더 (10) 상의 상하동 부재의 공동 작업에 의해 앞서 제 1 실시형태에서 설명한 순서로 슬라이더 (10) 상에 로드한다. 로드 후, 계측 장치 (100) 에 의해, 설정된 계측 모드에서의 웨이퍼의 얼라이먼트 계측이 실시되고, 제어 장치 (60) 에 의해, 웨이퍼 (W) 의 쇼트의 위치 좌표의 보정량 (상기 식 (1) 의 계수 (a0, a1, …, b0, b1, …)) 이 구해진다.
제어 장치 (60) 는, 구한 위치 좌표의 보정량 (상기 식 (1) 의 계수 (a0, a1, …, b0, b1, …)), 그 보정량의 산출에 마크의 위치 정보가 사용된 웨이퍼 마크의 정보, 계측 모드의 정보, 및 검출 신호가 양호한 모든 웨이퍼 마크의 정보 등의 이력 정보와 웨이퍼 (W1) 의 식별 정보 (웨이퍼 번호, 로트 번호) 를 관련지어 얼라이먼트 이력 데이터 (파일) 를 작성하고, 기억 장치 (400) 내에 격납한다.
그러한 후, 얼라이먼트 계측이 종료한 웨이퍼 (W1) 를, 웨이퍼 반송계 (70) 가, 노광 장치 (200) 의 챔버 내부의 계측 장치 (100) 근처에 형성된 제 2 기판 수수부의 로드측 기판 재치부에 재치한다. 여기서, 제 2 기판 수수부에는, 로드측 기판 재치부와 언로드측 기판 재치부가 형성되어 있다.
이후, 계측 장치 (100) 에서는, 제 2 장째 이후의 웨이퍼에 대해, 웨이퍼 (W1) 와 동일한 순서로, 얼라이먼트 계측, 얼라이먼트 이력 데이터 (파일) 의 작성, 웨이퍼의 반송이 반복하여 실시되게 된다.
전술한 로드측 기판 재치부에 재치된 웨이퍼 (W1) 는, 웨이퍼 반송계 (270) 에 의해, 노광 장치 (200) 내부의 소정의 대기 위치까지 반송된다. 단, 제 1 장째의 웨이퍼 (W1) 는, 대기 위치에서 대기하지 않고, 즉시 노광 제어 장치 (220) 에 의해, 웨이퍼 스테이지 (WST) 상에 로드된다. 이 웨이퍼의 로드는, 노광 제어 장치 (220) 에 의해, 전술한 계측 장치 (100) 에서 실시된 것과 동일하게 하여, 웨이퍼 스테이지 (WST) 상의 도시 생략된 상하동 부재와 웨이퍼 반송계 (270) 를 사용하여 실시된다. 로드 후, 웨이퍼 스테이지 (WST) 상의 웨이퍼에 대해, 얼라이먼트 검출계 (AS) 를 사용하여 전술과 동일한 서치 얼라이먼트, 및 예를 들어 3 ∼ 16 정도의 쇼트를 얼라이먼트 쇼트로 하는 EGA 방식의 웨이퍼 얼라이먼트가 실시된다. 이 EGA 방식의 웨이퍼 얼라이먼트시에, 노광 장치 (200) 의 노광 제어 장치 (220) 는, 기억 장치 (400) 내에 격납된 얼라이먼트 이력 데이터 파일을, 웨이퍼 얼라이먼트 및 노광의 대상이 되는 웨이퍼 (대상 웨이퍼) 의 식별 정보 (예를 들어 웨이퍼 번호, 로트 번호) 를 키로 하여 검색하여, 그 대상 웨이퍼의 얼라이먼트 이력 데이터를 취득한다. 그리고, 노광 제어 장치 (220) 는, 소정의 준비 작업 후, 취득한 얼라이먼트 이력 데이터에 포함되는 계측 모드의 정보에 따라, 다음과 같은 웨이퍼 얼라이먼트를 실시한다.
먼저, 모드 A 의 정보가 포함되어 있는 경우에 대해 설명한다. 이 경우에는, 얼라이먼트 이력 데이터에 포함되는, 계측 장치 (100) 에 의해 위치 정보가 계측된 (보정량의 산출에 마크의 위치 정보가 사용된) 웨이퍼 마크 중에서 얼라이먼트 쇼트수에 대응하는 수의 웨이퍼 마크를 선택하여, 검출 대상으로 하고, 그 검출 대상의 웨이퍼 마크를 얼라이먼트 검출계 (AS) 를 사용하여 검출하고, 그 검출 결과와 검출시의 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 (간섭계 시스템 (218) 에 의한 계측 정보) 에 기초하여, 검출 대상의 각 웨이퍼 마크의 위치 정보를 구하고, 그 위치 정보를 사용하여, EGA 연산을 실시하고, 다음 식 (2) 의 각 계수를 구한다.
그리고, 노광 제어 장치 (220) 는, 여기서 구한 계수 (c0, c1, c2, d0, d1, d2) 를, 얼라이먼트 이력 데이터에 포함되는 계수 (a0, a1, a2, b0, b1, b2) 로 치환하고, 치환 후의 계수를 포함하는 다음 식 (3) 으로 나타내는 웨이퍼의 중심을 원점으로 하는 웨이퍼 좌표계에 있어서의 각 쇼트의 설계상의 위치 좌표 (X, Y) 에 관한 다항식을 사용하여, 각 쇼트의 위치 좌표의 보정량 (얼라이먼트 보정 성분) (dx, dy) 을 구하고, 이 보정량에 기초하여, 웨이퍼 그리드를 보정하기 위한, 각 쇼트의 노광시의 노광 위치 (레티클 패턴의 투영 위치) 에 대한 위치 맞춤을 위한 목표 위치 (이하, 편의상, 위치 결정 목표 위치라고 부른다) 를 결정한다. 또한, 본 실시형태에서는, 정지 노광 방식이 아니라, 주사 노광 방식으로 노광이 실시되지만, 편의상, 위치 결정 목표 위치라고 칭하고 있다.
또한, 노광 장치 (200) 에서도, 서치 얼라이먼트에 의해, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 이동을 규정하는 기준 좌표계 (스테이지 좌표계) 와 웨이퍼 좌표계의 회전이 캔슬되기 때문에, 기준 좌표계와 웨이퍼 좌표계를 특별히 구별할 필요는 없다.
다음으로, B 모드가 설정되어 있는 경우에 대해 설명한다. 이 경우는, 노광 제어 장치 (220) 는, 상기 서술한 A 모드의 경우와 동일한 순서에 따라 웨이퍼 그리드를 보정하기 위한 각 쇼트의 위치 결정 목표 위치를 결정한다. 단, 이 경우, 얼라이먼트 이력 데이터에는, 몇 개의 쇼트에 대한 복수의 웨이퍼 마크와, 나머지 쇼트에 대해 각 1 개의 웨이퍼 마크 중, 검출 신호가 양호한 웨이퍼 마크가 보정량의 산출에 마크의 위치 정보가 사용된 웨이퍼 마크로서 포함되어 있다.
그래서, 노광 제어 장치 (220) 는, 상기 서술한 각 쇼트의 위치 결정 목표 위치의 결정에 더하여, 상기 몇 개의 쇼트에 대한 복수의 웨이퍼 마크 중에서 쇼트 형상을 구하는 데에 필요한 수의 웨이퍼 마크를 선택하고, 그들 웨이퍼 마크의 위치 정보 (실측값) 를 사용하여, 예를 들어 미국 특허 제6,876,946호 명세서에 개시되어 있는 [수학식 7] 의 모델식에 최소 제곱법을 적용하는 통계 연산 (쇼트 내 다점 EGA 연산이라고도 불린다) 을 실시하여, 쇼트 형상을 구한다. 구체적으로는, 상기 미국 특허 제6,876,946호 명세서에 개시되어 있는 [수학식 7] 의 모델식 중의 10 개의 파라미터 중, 칩 로테이션 (θ), 칩의 직교도 오차 (w), 그리고 x 방향의 칩 스케일링 (rx) 및 y 방향의 칩 스케일링 (ry) 을 구한다. 또한, 쇼트 내 다점 EGA 연산에 관해서는, 상기 미국 특허에 상세하게 개시되어 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.
그리고, 노광 제어 장치 (220) 는, 그 위치 결정 목표 위치에 따라 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 위치 제어하면서, 웨이퍼 (W1) 상의 각 쇼트에 대해 스텝·앤드·스캔 방식으로 노광을 실시한다. 여기서, 쇼트 내 다점 EGA 계측에 의해 쇼트 형상도 구하고 있던 경우에는, 주사 노광 중에, 구한 쇼트 형상에 맞춰 레티클 (R) 의 패턴의 투영 광학계 (PL) 에 의한 투영 이미지가 변형되도록, 레티클 스테이지 (RST) 와 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 상대 주사 각도, 주사 속도비, 레티클 스테이지 (RST) 및 웨이퍼 스테이지 (WST) 중 적어도 일방의 투영 광학계에 대한 상대 위치, 투영 광학계 (PL) 의 결상 특성 (수차), 및 조명광 (노광광) (IL) 의 파장 중 적어도 1 개를 조정한다. 여기서, 투영 광학계 (PL) 의 결상 특성 (수차) 의 조정 및 조명광 (IL) 의 중심 파장의 조정은, 노광 제어 장치 (220) 에 의해 결상 특성 보정 컨트롤러 (248) 를 통해서 실시된다.
상기의 웨이퍼 스테이지 (WST) 상의 웨이퍼 (이 경우 웨이퍼 (W1)) 에 대한 EGA 웨이퍼 얼라이먼트 및 노광이 실시되고 있는 것과 병행하여, 계측 장치 (100) 에 의해 제 2 장째의 웨이퍼 (웨이퍼 (W2) 로 한다) 에 대해, 설정된 모드에서의 웨이퍼 얼라이먼트 계측, 얼라이먼트 이력 데이터의 작성 등이 전술한 순서로 실행되고 있다.
그리고, 웨이퍼 스테이지 (WST) 상의 웨이퍼 (이 경우 웨이퍼 (W1)) 에 대한 노광이 종료하기 전에, 계측 장치 (100) 의 계측 처리가 종료하고, 그 2 장째의 웨이퍼 (W2) 가, 웨이퍼 반송계 (70) 에 의해 로드측 기판 재치부에 재치되고, 웨이퍼 반송계 (270) 에 의해 노광 장치 (200) 내부의 소정의 대기 위치까지 반송되고, 그 대기 위치에서 대기하게 된다.
그리고, 웨이퍼 (W1) 의 노광이 종료하면, 웨이퍼 스테이지 상에서 웨이퍼 (W1) 와 웨이퍼 (W2) 가 교환되고, 교환 후의 웨이퍼 (W2) 에 대해, 전술과 동일한 웨이퍼 얼라이먼트 및 노광이 실시된다. 또한, 웨이퍼 (W2) 의 대기 위치까지의 반송이, 웨이퍼 스테이지 상의 웨이퍼 (이 경우 웨이퍼 (W1)) 에 대한 노광이 종료할 때까지 끝나지 않는 경우에는, 웨이퍼 스테이지가 노광이 끝난 웨이퍼를 유지한 채로 대기 위치의 근방에서 대기하게 된다.
상기의 교환 후의 웨이퍼 (W2) 에 대한 웨이퍼 얼라이먼트와 병행하여 웨이퍼 반송계 (270) 에 의해 노광이 끝난 웨이퍼 (W1) 가 제 2 기판 수수부의 언로드측 기판 재치부에 반송된다.
이 이후, 웨이퍼 반송계 (70) 는, 전술한 바와 같이, 계측 장치 (100) 에 의해 웨이퍼의 얼라이먼트 계측이 실시되는 것과 병행하여, 노광이 끝난 웨이퍼를 언로드측 기판 재치부로부터 제 1 기판 수수부 상으로 반송하여 재치하는 동작, 및 계측 종료 후의 노광 전의 웨이퍼를 슬라이더 (10) 상으로부터 취출 및 로드측 기판 재치부에 반송하는 동작을 소정의 순서로 반복하여 실시하게 된다.
전술한 바와 같이 하여, 웨이퍼 반송계 (70) 에 의해, 제 1 기판 수수부 상에 반송되고 재치된 노광이 끝난 웨이퍼는, C/D 내 반송계에 의해 베이크부 내에 반입되고, 그 베이크부 내의 베이킹 장치에 의해 PEB 가 실시된다. 베이크부 내에는, 복수장의 웨이퍼를 동시에 수용 가능하다.
한편, PEB 가 종료한 웨이퍼는, C/D 내 반송계에 의해 베이크부로부터 취출되어 현상부 내에 반입되고, 그 현상부 내의 현상 장치에 의해 현상이 개시된다.
그리고, 웨이퍼의 현상이 종료하면, 그 웨이퍼는, C/D 내 반송계에 의해 현상부로부터 취출되어 웨이퍼 캐리어 내의 소정의 수납단에 반입된다. 이후, C/D (300) 내에서는, 노광이 끝난 제 2 장째 이후의 웨이퍼에 대해, 웨이퍼 (W1) 와 동일한 순서로, PEB, 현상, 및 웨이퍼의 반송이 반복하여 실시되게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 제 2 실시형태에 관련된 리소그래피 시스템 (1000) 에 의하면, 노광 장치 (200) 의 동작과 병행하여, 계측 장치 (100) 에 의해 웨이퍼의 얼라이먼트 계측을 실시할 수 있고, 또한 전체 쇼트를 샘플 쇼트로 하는 전체 쇼트 EGA 를, 노광 장치 (200) 의 웨이퍼 얼라이먼트 및 노광의 동작과 병행하여 실시할 수 있다. 또, 전체 쇼트 EGA 에서 얻어진 모델식에 있어서의 고차 성분의 계수는, 노광 장치 (200) 에 있어서도 그대로 채용할 수 있으므로, 노광 장치 (200) 에서는, 수 (數) 쇼트를 얼라이먼트 쇼트로 하는 얼라이먼트 계측을 실시하여 상기 모델식의 저차 성분의 계수를 구할 뿐으로, 이 저차 성분의 계수와, 계측 장치 (100) 에서 취득된 고차 성분의 계수를 사용함으로써, 노광 장치 (200) 에서 모델식 (1) 의 저차 및 고차 성분의 계수를 구했을 경우와 동일한 양호한 정밀도의 각 쇼트의 노광시의 위치 결정 목표 위치의 산출이 가능해진다. 따라서, 노광 장치 (200) 의 스루풋을 저하시키지 않고, 노광시의 레티클의 패턴의 이미지와 웨이퍼 상의 각 쇼트 영역에 형성된 패턴의 중첩 정밀도의 향상이 가능해진다.
또한, 상기 제 2 실시형태에 관련된 리소그래피 시스템 (1000) 에서는, 노광 장치 (200) 에서는 상기 모델식의 1 차 이하의 저차 성분의 계수를 구하고, 이 저차 성분의 계수와, 계측 장치 (100) 에서 취득된 상기 모델식의 2 차 이상의 고차 성분의 계수를 사용하는 경우에 대해 설명하였다. 그러나, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 상기 모델식의 2 차 이하의 성분의 계수를 노광 장치 (200) 내에서의 얼라이먼트 마크의 검출 결과로부터 구하고, 이 2 차 이하의 성분의 계수와, 계측 장치 (100) 에서 취득된 상기 모델식의 3 차 이상의 고차 성분의 계수를 사용해도 된다. 혹은, 예를 들어 상기 모델식의 3 차 이하의 성분의 계수를 노광 장치 (200) 내에서의 얼라이먼트 마크의 검출 결과로부터 구하고, 이 3 차 이하의 성분의 계수와, 계측 장치 (100) 에서 취득된 상기 모델식의 4 차 이상의 고차 성분의 계수를 사용해도 된다. 즉, 상기 모델식의 (N - 1) 차 (N 은 2 이상의 정수) 이하의 성분의 계수를 노광 장치 (200) 내에서의 얼라이먼트 마크의 검출 결과로부터 구하고, 이 (N - 1) 차 이하의 성분의 계수와, 계측 장치 (100) 에서 취득된 상기 모델식의 N 차 이상의 고차 성분의 계수를 사용해도 된다.
또한, 리소그래피 시스템 (1000) 에 있어서, 계측 장치 (100) 의 계측 유닛 (40) 이, 전술한 다점 초점 위치 검출계를 구비하고 있는 경우에는, 계측 장치 (100) 에 의해, 웨이퍼 얼라이먼트 계측과 함께 웨이퍼 (W) 의 플랫니스 계측 (포커스 매핑이라고도 불린다) 을 실시하는 것으로 해도 된다. 이 경우, 그 플랫니스 계측의 결과를 사용함으로써, 노광 장치 (200) 에 의해 플랫니스 계측을 실시하지 않고, 노광시의 웨이퍼 (W) 의 포커스·레벨링 제어가 가능해진다.
또한, 상기 제 2 실시형태에서는, 대상이 300 ㎜ 웨이퍼인 것으로 했지만, 이것에 한정되지 않고, 직경 450 ㎜ 의 450 ㎜ 웨이퍼이어도 된다. 노광 장치 (200) 와는 별도로, 계측 장치 (100) 에 의해 웨이퍼 얼라이먼트를 실시할 수 있으므로, 450 ㎜ 웨이퍼이어도, 노광 처리의 스루풋의 저하를 초래하지 않고, 예를 들어 전점 EGA 계측 등이 가능해진다.
또한, 도시는 생략했지만, 리소그래피 시스템 (1000) 에 있어서, 노광 장치 (200) 와 C/D (300) 를 인라인으로 접속하고, 계측 장치 (100) 를 C/D (300) 의 노광 장치 (200) 와 반대측에 배치해도 된다. 이 경우, 계측 장치 (100) 는, 예를 들어 레지스트 도포 전의 웨이퍼를 대상으로 하는 전술과 동일한 얼라이먼트 계측 (이하, 사전 계측이라고 칭한다) 에 사용할 수 있다. 혹은, 계측 장치 (100) 를, 현상 종료 후의 웨이퍼에 대한 중첩 어긋남 계측 마크의 위치 어긋남 계측 (중첩 어긋남 계측) 에 사용할 수도 있고, 사전 계측 및 중첩 어긋남 계측에 사용할 수도 있다.
《웨이퍼 그리드의 변동 관리》
다음으로, 계측 장치 (100) 를 사용하는 노광 장치 기인의 웨이퍼 그리드의 관리 방법을, 리소그래피 시스템 (1000) 에 적용했을 경우를 예로 하여 설명한다. 도 11 에는, 이 경우의 웨이퍼 그리드의 관리 방법에 있어서의 처리의 흐름이 개략적으로 나타나 있다.
먼저, 스텝 S202 에 있어서, 노광 장치 (200) 에 의해, 베어 웨이퍼 (편의상, 웨이퍼 (W0) 로 한다) 에 대해, 제품 레티클 (R) 을 사용하여, 스텝·앤드·스캔 방식으로 노광이 실시된다. 여기서, 레티클 (R) 에는, 그 패턴면에 사각형의 패턴 영역과 함께, 그 주위의 영역 또는 패턴 영역 내부 (1 쇼트 복수 칩 취득의 경우) 에, 마크 (웨이퍼 상에 전사되면 웨이퍼 마크가 된다) 등이 형성되어 있는 것으로 한다. 여기서, 웨이퍼 (W0) 는, 미노광의 웨이퍼이고, 그 표면에는 C/D (300) 에 의해 레지스트가 도포되어 있다. 따라서, 웨이퍼 (W0) 의 노광시에는, 얼라이먼트는 실시되지 않고, 설계값에 기초하여, 레티클 스테이지 (RST) 와 웨이퍼 스테이지 (WST) 가, 노광 제어 장치 (220) 에 의해 구동 제어된다. 이 스텝 S202 의 노광에 의해, 웨이퍼 (W0) 표면의 레지스트층에는, 매트릭스상으로 배치된 I 개 (예를 들어 98 개) 의 사각형의 패턴 영역과 각 쇼트의 위치 관계가 설계상 이미 알려진 각 쇼트에 대응하는 마크의 전사 이미지 (잠상 (潛像)) 이 형성된다.
다음으로, 스텝 S204 에 있어서, 그 노광이 끝난 웨이퍼 (W0) 는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 로부터 언로드되어, C/D (300) 의 현상부 내에 반입된다. 구체적으로는, 웨이퍼 (W0) 는, 웨이퍼 반송계 (270) 및 웨이퍼 반송계 (70) 에 의해 반송되고, C/D (300) 와 계측 장치 (100) 사이에 형성된 제 1 기판 수수부 상에 재치된다. 그리고, 웨이퍼 (W0) 는, C/D 내 반송계에 의해, C/D (300) 의 현상부 내에 반입된다.
다음으로, 스텝 S206 에 있어서, 웨이퍼 (W0) 는, C/D (300) 의 현상부의 현상 장치에 의해 현상된다. 이 현상 후, 웨이퍼 (W0) 상에는, 매트릭스상으로 배치된 I 개 (예를 들어 98 개) 의 사각형의 쇼트와 각 쇼트의 위치 관계가 설계상 이미 알려진 각 쇼트에 대응하는 웨이퍼 마크의 레지스트 이미지 (이하, 적절히 웨이퍼 마크라고 약기한다) 가 형성된다.
다음으로, 스텝 S208 에 있어서, 현상이 끝난 웨이퍼 (W0) 가 C/D (300) 로부터 취출되어, 계측 장치 (100) 의 슬라이더 (10) 상에 로드된다. 구체적으로는, 웨이퍼 (W0) 는, C/D 내 반송계에 의해 현상부로부터 취출되어, 제 1 기판 수수부 상에 재치된다. 그리고, 웨이퍼 (W0) 는, 계측 장치 (100) 의 웨이퍼 반송계 (70) 에 의해 제 1 기판 수수부로부터 로딩 포지션에 있는 슬라이더 (10) 의 상방으로 반송되어, 슬라이더 (10) 상에 로드된다.
다음으로, 스텝 S210 에 있어서, 제어 장치 (60) 에 의해, 현상이 끝난 웨이퍼 (W0) 에 대해 전술한 전체 쇼트 1 점 계측이 실시되어, 각 웨이퍼 마크의 절대 위치 좌표구가 구해진다. 즉, 제어 장치 (60) 는, 슬라이더 (10) 의 위치 정보를, 제 1 위치 계측 시스템 (30) (및 제 2 위치 계측 시스템 (50)) 을 사용하여 계측하면서, 마크 검출계 (MDS) 를 사용하여 I 개 (예를 들어 98 개) 의 쇼트 각각에 대응하는 I 개의 웨이퍼 마크를 각각 검출하고, I 개의 웨이퍼 마크 각각의 검출 결과와 I 개의 웨이퍼 마크 각각의 검출시의 슬라이더 (10) 의 절대 위치 좌표 (X, Y) 에 기초하여, 웨이퍼 (W0) 상의 I 개의 쇼트 각각에 대응하는 I 개의 웨이퍼 마크의 절대 위치 좌표 (X, Y) 를 구한다. 이 때, 제어 장치 (60) 는, 제 1 계측 시스템 (30) 에 의해 계측되는 슬라이더 (10) 의 θx 방향 및 θy 방향의 계측값에 기초하여, 제 1 위치 계측 시스템 (30) 의 X 축 방향 및 Y 축 방향 아베 오차, 및 제 2 위치 계측 시스템 (50) 의 X 축 방향 및 Y 축 방향의 계측값을, 오프셋으로 하여, I 개의 웨이퍼 마크의 절대 위치 좌표 (X, Y) 를 구한다.
다음으로, 스텝 S212 에 있어서, 제어 장치 (60) 에 의해, 구한 I 개의 마크의 절대 위치 좌표를 사용하여, 웨이퍼 (W0) 상의 I 개의 쇼트의 배열 (웨이퍼 그리드) 의 변동 정보가 구해진다. 예를 들어, 제어 장치 (60) 는, 웨이퍼 마크와 쇼트 중심의 이미 알려진 위치 관계에 기초하여, I 개의 웨이퍼 마크의 절대 위치 좌표로부터 I 개의 쇼트 각각의 절대 위치 좌표 (X.Y) 의 실측값을 구하고, 이 I 개의 쇼트 각각의 절대 위치 좌표 (X.Y) 의 실측값과 각 쇼트의 위치 좌표 (X.Y) 의 설계값의 차의 데이터에 기초하여, 최소 이승법 등의 통계 연산을 사용하여, 전술한 식 (1) 의 계수 (a0, a1, …, b0, b1, …) 를 구한다. 여기서, 구한 계수 (a0, a1, …, b0, b1, …) 를 식 (1) 에 대입하고, 계수 확정 후의 식 (1) 을, 웨이퍼 그리드의 변동 정보로 하여, 내부의 메모리 (또는 기억 장치 (400)) 에 기억한다.
혹은, 제어 장치 (60) 는, 웨이퍼 마크와 쇼트 중심의 이미 알려진 위치 관계에 기초하여, I 개의 웨이퍼 마크의 절대 위치 좌표로부터 I 개의 쇼트 각각의 절대 위치 좌표 (X.Y) 의 실측값을 구하고, 이 I 개의 쇼트 각각의 절대 위치 좌표 (X.Y) 의 실측값과 각 쇼트의 위치 좌표 (X.Y) 의 설계값의 차의 데이터로 이루어지는 맵을 작성하고, 이 맵을 웨이퍼 그리드의 변동 정보로 하여, 메모리 (또는 기억 장치 (400)) 에 기억해도 된다.
이로써, 언제라도 웨이퍼 그리드의 설계값으로부터의 변동량을 구하고, 그 변동량을 관리하는 것이 가능해진다.
다음의 스텝 S214 는, 필요에 따라 이루어진다. 스텝 S214 에 있어서, 제어 장치 (60) 는, 스텝 S210 에서 구한 웨이퍼 그리드의 설계값으로부터의 변동 정보를, 메모리 (또는 기억 장치 (400)) 내에 사전에 기억되어 있는, 기준이 되는 웨이퍼 그리드의 변동 정보와 비교하여, 그 기준이 되는 웨이퍼 그리드의 변동으로부터의 웨이퍼 그리드의 변동량을 구한다. 이 스텝 S214 의 처리에 의해, 상이한 노광 장치 사이에서의 스테이지 그리드의 오차에서 기인하여 생기는 쇼트 배열의 오차, 또는 동일한 노광 장치의 상이한 시점간의 스테이지 그리드의 오차에서 기인하여 생기는 쇼트 배열의 오차를 관리하는 것이 가능해진다.
전자의 경우, 스텝 S214 의 처리에 앞서, 노광 장치 (200) 와는 상이한 스캐닝·스테퍼로 레티클 (R) 을 사용하여 웨이퍼 (W0) 와는 다른 베어 웨이퍼 상에 대해, 전술한 스텝 S202 와 동일하게 하여 노광이 실시되고, 그 노광이 끝난 웨이퍼에 대해, 스텝 S204 ∼ S212 와 동일한 처리가 실시됨으로써, 기준이 되는 웨이퍼 그리드의 변동 정보가 구해지고, 메모리 (또는 기억 장치 (400)) 내에 기억되어 있다.
후자의 경우, 스텝 S214 의 처리에 앞서, 웨이퍼 (W0) 와는 다른 웨이퍼에 대해, 스텝 S202 ∼ S208 와 동일한 처리가 실시됨으로써, 기준이 되는 웨이퍼 그리드의 변동 정보가 구해지고, 메모리 (또는 기억 장치 (400)) 내에 기억되어 있다.
상기 서술한 설명으로부터 분명한 바와 같이, 본 실시형태에 관련된 관리 방법에서는, 기준 웨이퍼를 사용하지 않고, 장치 기인의 웨이퍼 그리드의 변동을 관리할 수 있다. 이 때문에, 기준 웨이퍼를 사용하는 경우의 이하와 같은 문제가 생기는 것을 회피할 수 있다.
즉, 기준 웨이퍼에 의한 운용은, 기준 웨이퍼를 복수의 노광 장치에서 재사용하게 되기 때문에, 쟁탈전이 된다. 기준 웨이퍼는, 통상적으로 1 장뿐만 아니라 복수장 제조되기 때문에, 기준 웨이퍼끼리의 개체차를 보증할 필요가 있다. 또, 기준 웨이퍼는 파손되는 경우도 있고, 사용하고 있는 동안에 열화되는 경우도 있다. 또한 기준 웨이퍼를 사용하는 웨이퍼 그리드의 관리 방법에서는, 기준 웨이퍼 표면에 레지스트를 도포하여 노광하고, 그 후 필요한 처리가 끝나면 레지스트를 박리하여 기준 웨이퍼를 세정한다. 이 프로세스를 반복함으로써 표면이 손상되는 경우도 있다. 또, 기준 웨이퍼의 이면에도 웨이퍼 홀더가 갖는 척 부재 (핀 척 등) 의 자국이 남아, 이것이 기준 웨이퍼의 흡착 변형을 발생시켜, 웨이퍼 그리드를 변형시켜 버린다.
한편, 기준 웨이퍼를 사용하지 않음으로써, 다음과 같은 장점이 있다.
a. 기준 웨이퍼의 빔이나 시리얼 번호를 신경쓰지 않고, 웨이퍼 그리드의 변동을 계측하고자 할 (보정을 실시하자 할) 때에 계측 (보정) 을 실효할 수 있게 된다.
b. 기준 웨이퍼 대신에 베어 웨이퍼를 사용할 수 있기 때문에, 품질 관리를 간편하게 실행할 수 있게 된다.
c. 제품 쇼트 맵·제품 레티클로 웨이퍼 그리드의 관리가 가능해진다. 즉, 제품 레티클에 부여되어 있는 중첩 계측용 마크나 얼라이먼트 마크를 사용하여 웨이퍼 그리드의 관리를 하는 것이 가능해진다. 이 결과, 품질 관리용의 전용 레티클이 필요하지 않게 된다. 또, 제품 쇼트 맵 그 자체로 품질 관리가 가능해지고, 나아가서는, 장소 의존 오차뿐만 아니라, 스캔 속도나 가속도, 그 밖에 제품 노광 동작으로 발생하는 모든 오차 요인에 의해 생기는 웨이퍼 그리드의 변동량을 계측할 수 있으므로, 이 계측 결과에 기초하여, 보정을 실시함으로써, 앞서 설명한 어느 종류의 타협을 모두 배제하는 것이 가능해진다.
제 2 실시형태에 관련된 리소그래피 시스템 (1000) 에 있어서, 예를 들어 리소그래피 시스템 (1000) 전체의 웨이퍼 처리의 스루풋을 필요 이상으로 저하시키지 않는 경우에는, 현상이 끝난 웨이퍼를, 전술한 PB 후의 노광 전의 웨이퍼와 동일한 순서로 다시 계측 장치 (100) 의 슬라이더 (10) 상에 로드하고, 웨이퍼 상에 형성되어 있는 중첩 어긋남 계측 마크 (예를 들어 박스·인·박스 마크 등) 의 위치 어긋남의 계측을 실시해도 된다. 즉, 계측 장치 (100) 는, 웨이퍼 상의 마크의 절대값 계측 (제 1 위치 계측 시스템 (30) 에 의한 기준 좌표계 상에서) 을 할 수 있으므로, 웨이퍼 얼라이먼트 계측뿐만 아니라, 상대 위치 계측의 일종인 중첩 어긋남 계측 마크의 위치 어긋남 계측을 실시하기 위한 계측 장치로서도 바람직하다.
《중첩 계측》
다음으로, 계측 장치 (100) 를 사용하는 중첩 계측 방법을, 리소그래피 시스템 (1000) 에 적용했을 경우를 예로 하여 설명한다. 도 12 에는, 이 경우의 중첩 계측 방법에 있어서의 처리의 흐름이 개략적으로 나타나 있다.
먼저, 스텝 S302 에 있어서, C/D (300) 의 도포부에 있어서, 노광 장치 (200) 와는 상이한 노광 장치, 예를 들어 스캐너 또는 스테퍼에 의해 제 1 층 (하지층) 의 노광이 실시된 웨이퍼 (웨이퍼 (W11) 로 한다) 에 레지스트의 도포가 실시된다. 레지스트 도포 전의 웨이퍼 (W11) 에는, 하지층의 노광에 의해, 복수, 예를 들어 I 개 (I 는 예를 들어 98) 의 쇼트와 함께, 쇼트와의 설계상의 위치 관계가 이미 알려진 웨이퍼 마크 및 중첩 어긋남 계측용의 제 1 마크 (정확하게는, 제 1 마크의 레지스트 이미지 (적절히 제 1 마크 이미지라고도 칭한다)) 가 각각의 쇼트에 대응하여 형성되어 있다. 이 경우, I 개의 제 1 마크 이미지 각각의 설계상의 위치 관계도 이미 알려진 바와 같다.
다음으로, 스텝 S304 에 있어서, 레지스트가 도포된 웨이퍼 (W11) 가, 전술한 웨이퍼 (W1) 와 동일한 소정의 처리 과정을 거쳐, 노광 장치 (200) 의 웨이퍼 스테이지 (WST) 상에 로드된다. 구체적으로는, 웨이퍼 (W11) 는, 베이크부에서 가열 처리 (PB), 온조부 (330) 에서의 온조, 그리고 계측 장치 (100) 에 의한 얼라이먼트 계측 (여기서는, A 모드의 계측으로 한다) 이 실시된 후, 웨이퍼 스테이지 (WST) 상에 로드된다.
다음으로, 스텝 S306 에 있어서, 노광 장치 (200) 의 노광 제어 장치 (220) 에 의해, 웨이퍼 스테이지 (WST) 상의 웨이퍼 (W11) 에 대해, 얼라이먼트 검출계 (AS) 를 사용하여 전술과 동일한 서치 얼라이먼트, 및 예를 들어 3 ∼ 16 정도의 쇼트를 얼라이먼트 쇼트로 하는 EGA 방식의 웨이퍼 얼라이먼트가 실시된다.
다음으로, 스텝 S308 에 있어서, 노광 제어 장치 (220) 에 의해, 웨이퍼 얼라이먼트의 결과에 기초하여, 전술한 식 (3) 으로 나타내는 각 쇼트의 위치 좌표의 보정량 (얼라이먼트 보정 성분) (dx, dy) 이 구해지고, 이 보정량에 기초하여, 웨이퍼 그리드를 보정하기 위한, 각 쇼트의 노광시의 위치 결정 목표 위치가 결정된다.
다음으로, 스텝 S310 에 있어서, 노광 장치 (200) 에 의해, 그 위치 결정 목표 위치에 따라 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 위치 제어하면서, 웨이퍼 (W11) 상의 각 쇼트에 대해 스텝·앤드·스캔 방식으로 제 2 층 (제 1 층을 하지층으로 하는 상지층) 의 노광이 실시된다. 이 때, 노광 장치 (200) 는, 웨이퍼 (W11) 상의 제 1 마크 이미지에 대응하여 제 2 마크가 형성된 레티클 (편의상, 레티클 (R11) 로 한다) 을 사용하여 노광을 실시한다. 따라서, 이 제 2 층의 노광에 의해, 웨이퍼 (W11) 상의 I 개의 쇼트에 대해 레티클 (R11) 의 패턴 영역이 중첩되어 전사됨과 함께, I 개의 제 1 마크의 위치 관계에 대응하는 위치 관계로 배치된 I 개의 제 2 마크의 전사 이미지가 형성된다.
다음으로, 스텝 S312 에 있어서, 제 2 층의 노광이 종료한 웨이퍼 (W11) 는, 전술한 노광이 끝난 웨이퍼 (W1) 와 동일한 처리 과정을 거쳐, C/D (300) 의 현상부 내에 반입된다. 구체적으로는, 웨이퍼 (W11) 는, 웨이퍼 반송계 (270) 에 의해 제 2 기판 수수부의 언로드측 기판 재치부에 반송되고, 웨이퍼 반송계 (70) 에 의해, 언로드측 기판 재치부로부터 제 1 기판 수수부 상으로 반송되고, C/D 내 반송계에 의해 C/D (300) 의 베이크부 내에 반입되고, 그 베이크부 내의 베이킹 장치에 의해 PEB 가 실시된다. PEB 가 종료한 웨이퍼 (W11) 는, C/D 내 반송계에 의해 베이크부로부터 취출되어, 현상부 내에 반입된다.
다음으로, 스텝 S314 에 있어서, 현상부 내의 현상 장치에 의해, 복수의 제 2 마크의 전사 이미지가 형성된 웨이퍼 (W11) 가 현상된다. 이 현상에 의해, 웨이퍼 (W11) 상에는, I 개의 쇼트와 함께, 제 1 마크 이미지와 대응하는 제 2 마크 이미지의 세트가 I 개, 소정의 위치 관계로 형성되고, 중첩 계측시의 계측 대상의 기판이 된다. 즉, 이와 같이 하여 중첩 계측시의 계측 대상이 되는 기판 (중첩 계측 대상 기판) 이 제조된다. 여기서, 제 1 마크 이미지와 대응하는 제 2 마크 이미지의 세트로서, 예를 들어 외 (外) 박스 마크와 이 내측에 배치된 내 (內) 박스 마크로 이루어지는 박스·인·박스 마크의 레지스트 이미지 등을 사용할 수 있다.
다음으로, 스텝 S316 에 있어서, 현상이 끝난 웨이퍼 (W11) (중첩 계측 대상의 기판) 가, C/D 내 반송계에 의해 현상부로부터 취출되어, 제 1 기판 수수부 상에 재치된다.
다음으로 스텝 S318 에 있어서, 계측 장치 (100) 의 제어 장치 (60) 에 의해, 제 1 기판 수수부 상에 재치되어 있는 현상이 끝난 웨이퍼 (W11) (중첩 계측 대상 기판) 가, 전술한 순서로 슬라이더 (10) 상에 로드되고, I 세트의 제 1 마크 이미지와 제 2 마크 이미지 각각의 XY 평면 내의 절대 위치 좌표를 다음과 같이 하여 구할 수 있다. 즉, 제어 장치 (60) 는, 슬라이더 (10) 의 위치 정보를, 제 1 위치 계측 시스템 (30) (및 제 2 위치 계측 시스템 (50)) 을 사용하여 계측하면서, 마크 검출계 (MDS) 를 사용하여 웨이퍼 (W11) 상의 I 세트의 제 1 마크 이미지와 제 2 마크 이미지를 각각 검출하고, I 세트의 제 1 마크 이미지와 제 2 마크 이미지 각각의 검출 결과와 각각의 마크 이미지의 검출시의 슬라이더 (10) 의 절대 위치 좌표 (X, Y) 에 기초하여, 웨이퍼 (W11) 상의 I 세트의 제 1 마크 이미지와 제 2 마크 이미지 각각의 XY 평면 내의 절대 위치 좌표를 구한다. 이 때, 제어 장치 (60) 는, 제 1 계측 시스템 (30) 에 의해 계측되는 슬라이더 (10) 의 θx 방향 및 θy 방향의 계측값에 기초하여, 제 1 위치 계측 시스템 (30) 의 X 축 방향 및 Y 축 방향 아베 오차, 및 제 2 위치 계측 시스템 (50) 의 X 축 방향 및 Y 축 방향의 계측값을, 오프셋으로 하여, I 세트의 제 1 마크 이미지와 제 2 마크 이미지 각각의 XY 평면 내의 절대 위치 좌표를 구한다.
다음으로 스텝 S320 에 있어서, 제어 장치 (60) 에 의해, 서로 세트를 이루는 제 1 마크 이미지의 절대 위치 좌표와 제 2 마크 이미지의 절대 위치 좌표에 기초하여, 제 1 층과 제 2 층의 중첩 오차 (중첩 어긋남) 가 구해진다.
다음으로 스텝 S322 에 있어서, 제어 장치 (60) 에 의해, I 개의 제 1 마크 이미지의 절대 위치 좌표와 I 개의 제 2 마크 이미지의 절대 위치 좌표에 기초하여, 중첩 오차가, 제 1 층의 노광과, 제 2 층의 노광 중 어느 것에서 주로 기인하는지가, 예를 들어 다음과 같이 하여 판단된다. 즉, 제어 장치 (60) 는, 제 1 마크 이미지의 절대 위치 좌표의 설계상의 위치 좌표로부터의 어긋남량 (ΔX1i, ΔY1i) (i = 1 ∼ I) 과, 제 2 마크 이미지의 절대 위치 좌표의 설계상의 위치 좌표로부터의 어긋남량 (ΔX2i, ΔY2i) (i = 1 ∼ I) 을 구하고, ΔX1i, ΔX2i, ΔY1i, ΔY2i 각각에 대해 i = 1 ∼ I 의 총합 ΣX1i, ΣX2i, ΣY1i, ΣY2i 를 구한다. 그리고, 제어 장치 (60) 는, ΣX1i > ΣX2i 또한 ΣY1i > ΣY2i 인 경우, 중첩 오차는, X 축 방향 및 Y 축 방향 중 어느 것에 대해서도 제 1 층의 노광에서 주로 기인하는 것으로 판단하고, ΣX1i < ΣX2i 또한 ΣY1i < ΣY2i 인 경우, 중첩 오차는, X 축 방향 및 Y 축 방향 중 어느 것에 대해서도 제 2 층의 노광에서 주로 기인하는 것으로 판단한다. 또, 제어 장치 (60) 는, ΣX1i > ΣX2i 또한 ΣY1i < ΣY2i 인 경우, 중첩 오차는, X 축 방향에 대해서는 제 1 층의 노광에서 주로 기인하고, 또한 Y 축 방향에 대해서는 제 2 층의 노광에서 주로 기인하는 것으로 판단하고, ΣX1i < ΣX2i 또한 ΣY1i > ΣY2i 인 경우, 중첩 오차는, X 축 방향에 대해서는 제 2 층의 노광에서 주로 기인하고, 또한 Y 축 방향에 대해서는 제 1 층의 노광에서 주로 기인하는 것으로 판단한다.
또한, 상기의 판단 방법은 일례이고, 요점은, 제어 장치 (60) 는, I 개의 제 1 마크 이미지의 절대 위치 좌표와 I 개의 제 2 마크 이미지의 절대 위치 좌표에 기초하여, 중첩 오차가, 제 1 층의 노광과, 제 2 층의 노광 중 어느 것에서 주로 기인하는가를 판단한다면, 그 구체적인 판단 방법은 특별히 상관없다.
상기 서술한 설명으로부터 분명한 바와 같이, 본 실시형태에 관련된 중첩 계측 방법에 의하면, 계측 장치 (100) 의 제어 장치 (60) 는, 제 1 마크 이미지의 절대 위치 좌표와 제 2 마크 이미지의 절대 위치 좌표를 각각 계측할 수 있고, 이들 절대 위치 좌표에 기초하여, 중첩 오차가, 하지층의 노광에서 주로 기인하는지, 상지층의 노광에서 주로 기인하는지를 특정할 수 있다는, 종래에 없는 우수한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기에서는, 하지층의 노광에 사용되는 노광 장치와, 상지층의 노광에 사용되는 노광 장치가 상이한 경우에 대해 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 노광 장치 (200) 에 의해, 하지층과 상지층의 노광이 실시되었을 경우에도, 상기 서술한 스텝 S302 ∼ S322 의 일련의 처리에 의해, 중첩 정밀도를 고정밀도로 관리할 수 있다.
또한, 상기 스텝 S320 에 있어서, 제 1 층과 제 2 층의 중첩 오차 (중첩 어긋남) 가 구해져 있으므로, 스텝 S322 는 필요에 따라 실행하면 된다.
또한, 도 8 의 리소그래피 시스템 (1000) 에서는, 계측 장치 (100) 가 1 대만 형성되어 있지만, 다음의 변형예와 같이, 계측 장치를 복수대, 예를 들어 2 대 형성해도 된다.
《변형예》
도 13 에는, 변형예에 관련된 리소그래피 시스템 (2000) 의 구성이 개략적으로 나타나 있다. 리소그래피 시스템 (2000) 은, 노광 장치 (200) 와, C/D (300) 와, 전술한 계측 장치 (100) 와 동일하게 구성된 2 대의 계측 장치 (100a, 100b) 를 구비하고 있다. 리소그래피 시스템 (2000) 은, 클린 룸 내에 설치되어 있다.
리소그래피 시스템 (2000) 에서는, 2 대의 계측 장치 (100a, 100b) 가, 노광 장치 (200) 와 C/D (300) 사이에 병렬로 배치되어 있다.
리소그래피 시스템 (2000) 이 구비하는 노광 장치 (200), C/D (300) 및 계측 장치 (100a, 100b) 는, 챔버끼리가 인접하여 배치되어 있다. 노광 장치 (200) 의 노광 제어 장치 (220) 와, C/D (300) 의 도포 현상 제어 장치 (320) 와, 계측 장치 (100a, 100b) 각각이 갖는 제어 장치 (60) 는, LAN (500) 을 통해 서로 접속되어 있고, 서로 통신을 실시한다. LAN 에는 기억 장치 (400) 도 접속되어 있다.
이 변형예에 관련된 리소그래피 시스템 (2000) 에서는, 전술한 리소그래피 시스템 (1000) 과 동일한 동작 시퀀스의 설정이 가능하므로, 리소그래피 시스템 (1000) 과 동등한 효과를 얻을 수 있다.
이에 더하여, 리소그래피 시스템 (2000) 에서는, 계측 장치 (100a, 100b) 를, 모두, 전술한 PB 후의 웨이퍼를 대상으로 하는 얼라이먼트 계측 (이하, 사후 계측이라고 칭한다), 및 레지스트 도포 전의 웨이퍼를 대상으로 하는 전술과 동일한 얼라이먼트 계측 (사전 계측) 에 사용하는 시퀀스의 채용도 가능하다. 이 경우, 어느 웨이퍼를 대상으로 하는 사전 계측은, 그 웨이퍼와는 상이한 웨이퍼를 대상으로 하는 전술한 일련의 웨이퍼 처리와 병행하여 실시되므로, 시스템 전체의 스루풋을 거의 저하시키지 않는다. 단, 최초의 웨이퍼에 대해서는, 사전 계측의 시간을 일련의 웨이퍼 처리의 시간에 오버랩시킬 수 없다.
동일한 웨이퍼 상의 동일한 웨이퍼 마크에 대해 사전 계측으로 실측된 위치와, 사후 계측으로 실측된 위치를 비교함으로써, 레지스트 도포에서 기인하는 웨이퍼 마크의 위치 계측 오차를 구할 수 있다. 따라서, 노광 장치 (200) 에 의한 동일 웨이퍼를 대상으로 하는 웨이퍼 얼라이먼트시에 실측된 동일한 웨이퍼 마크의 위치를, 상기에서 구한 레지스트 도포에서 기인하는 웨이퍼 마크의 위치 계측 오차분만큼 보정함으로써, 레지스트 도포에서 기인하는 웨이퍼 마크의 위치의 계측 오차를 캔슬한 고정밀도의 EGA 계측이 가능해진다.
이 경우에 있어서, 사전 계측과 사후 계측 중 어느 것에 있어서도, 웨이퍼 마크의 위치의 계측 결과는, 웨이퍼 홀더의 유지 상태에 의해 영향을 받으므로, 동일 웨이퍼는, 사전 계측 및 사후 계측을, 동일한 계측 장치 (100a 또는 100b) 에 의해 실시되는 시퀀스를 채용하는 것이 바람직하다.
단, 계측 장치 (100a 및 100b) 의 일방을, 사전 계측 전용으로 하고, 타방을 사후 계측 전용으로 해도 된다. 이 경우, 계측 장치 (100a 및 100b) 각각의 시작시에, 기준 웨이퍼를 각각의 슬라이더 (10) 에 탑재하고, 제 1 위치 계측 시스템 (30) 으로 슬라이더 (10) 의 위치를 계측하면서, 기준 웨이퍼 상의 마크를 마크 검출계 (MDS) 로 검출하고, 그 검출 결과에 기초하여, 전술한 웨이퍼 (W0) 의 경우와 동일하게 하여, 기준 웨이퍼의 그리드를, 계측 장치 (100a 및 100b) 각각으로 구한다. 이 경우, 기준 웨이퍼로는, 예를 들어 마크 검출계 (MDS) 의 해상도로 계측할 수 있는 마크 (라인 앤드 스페이스 마크, 2 차원 우물정 마크, 및 박스 마크 중 어느 것이어도 된다) 가 특정한 피치, 예를 들어 1 ㎜ 피치로, 전체면에 에칭 등으로 형성되어 있는 웨이퍼를 사용할 수 있다.
그리고, 구한 기준 웨이퍼의 그리드끼리의 차가 없어지도록, 각각의 제 1 위치 계측 시스템 (30) 의 좌표계끼리를 맞춘다. 이 이유는, 동일한 기준 웨이퍼의 그리드는, 본래 동일하므로, 구한 기준 웨이퍼의 그리드 사이에 오차가 있다고 하면, 계측 장치 (100a, 100b) 각각의 슬라이더 (10) 의 이동을 규정하는 기준 좌표계 상호간에 오차가 있는 것이 요인이기 때문이다.
이 경우, 기준 웨이퍼는, 계측 장치의 슬라이더의 이동을 규정하는 좌표계 상호간의 캘리브레이션을 위해서 필요한 것이기 때문에, 필요한 경우는 각각의 계측 장치의 시작시뿐이므로, 필요한 장수, 빈도가 종래 기술에 비해 압도적으로 적고, 또한 각각의 계측 장치로 기준 웨이퍼 상의 마크를 계측할 뿐이면 되고, 기준 웨이퍼에 대해 노광을 실시할 필요도 없다. 즉, 레지스트를 도포하거나 박리하거나 하지 않기 때문에 기준 웨이퍼가 손상되는 일도 없다. 기준 웨이퍼는, 원기 (原器) 로서 소중하게 보관하고 있으면 된다. 또한, 각각의 계측 장치가 시작된 후에는, 기준 웨이퍼는 원칙 불요다.
리소그래피 시스템 (2000) 에서는, 상기에서 설명한 사전 계측 대신에, 현상 종료 후의 웨이퍼에 대한 전술한 중첩 어긋남 계측을 실시하도록 해도 된다. 이 경우에 있어서, 계측 장치 (100a 및 100b) 의 소정의 일방을, 전술한 사후 계측 전용으로 하고, 타방을 중첩 어긋남 계측 전용으로 해도 된다. 혹은, 동일 웨이퍼에 대해서는, 사후 계측 및 중첩 어긋남 계측이, 동일한 계측 장치 (100a 또는 100b) 에 의해 실시되는 시퀀스를 채용해도 된다. 후자의 경우, 동일한 웨이퍼에 대해, 동일한 계측 장치에 의해, 또한 사전 계측을 실시하도록 해도 된다.
도시는 생략했지만, 리소그래피 시스템 (2000) 에 있어서, 계측 장치 (100a 및 100b) 의 소정의 일방, 예를 들어 계측 장치 (100a) 를, C/D (300) 의 노광 장치 (200) 와 반대측에 배치해도 된다. 이 경우, 계측 장치 (100a) 는, 웨이퍼의 반송의 흐름을 생각하면, 현상 종료 후의 웨이퍼에 대한 전술한 중첩 어긋남 계측을 실시하는 데에 적합하다. 또한, 계측 장치 (100a, 100b) 간 홀더의 유지 상태의 개체차가 거의 문제가 되지 않으면, 계측 장치 (100a) 는, 중첩 어긋남 계측 대신에, 사전 계측에 사용해도 되고, 중첩 어긋남 계측 및 사전 계측에 사용해도 된다.
이 밖에, 노광 장치 (200), C/D (300) 에 더하여, 계측 장치 (100) 를 3 개 이상 형성하고, 모든 장치를 인라인 접속하고, 3 개의 계측 장치 (100) 중 2 개를 사전 계측 및 사후 계측용으로 하고, 나머지 1 개의 계측 장치를 중첩 어긋남 계측 전용으로 해도 된다. 전자의 2 개를 각각, 사전 계측 전용, 사후 계측 전용으로 해도 된다.
또한, 상기 제 2 실시형태 및 상기 변형예에서는, 계측 장치 (100, 100a, 100b) 가, 구비하는 마크 검출계 (MDS) 의 검출 신호를 처리하는 신호 처리 장치 (49) 가, 마크 검출계 (MDS) 의 검출 결과로서 얻어지는 검출 신호의 파형이 양호한 웨이퍼 마크의 계측 결과만을 제어 장치 (60) 에 보냄으로써, 제어 장치 (60) 에 의해 그들 웨이퍼 마크의 계측 결과를 사용하여 EGA 연산이 실시되는 결과, 노광 제어 장치 (220) 에 의해 마크 검출계 (MDS) 에 의한 검출 결과로서 얻어지는 검출 신호의 파형이 양호한 복수의 웨이퍼 마크 중에서 선택한 웨이퍼 마크의 위치 정보의 일부의 위치 정보를 사용하여 EGA 연산이 실시되는 경우에 대해 설명하였다. 그러나, 이것에 한정되지 않고, 신호 처리 장치 (49) 는, 마크 검출계 (MDS) 의 검출 결과로서 얻어지는 검출 신호의 파형이 불량인 웨이퍼 마크를 제외한 나머지 웨이퍼 마크의 계측 결과를, 제어 장치 (60) 에 보내는 것으로 해도 된다. 또, 마크 검출계 (MDS) 에 의한 검출 결과로서 얻어지는 검출 신호가 양호한지 여부의 판단을, 신호 처리 장치 대신에 제어 장치 (60) 가 실시해도 되고, 이 경우도, 제어 장치 (60) 는, 그 검출 신호가 양호하다고 판단한 웨이퍼 마크 혹은 그 검출 신호가 불량이라고 판단한 웨이퍼 마크를 제외한 나머지 웨이퍼 마크의 계측 결과만을 사용하여, 전술한 EGA 연산을 실시한다. 그리고, 노광 제어 장치 (220) 가, 제어 장치 (60) 에 의한 EGA 연산에 사용된 웨이퍼 마크의 계측 결과에서 선택한 일부의 웨이퍼 마크의 계측 결과를 사용하여 전술한 EGA 연산을 실시하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 2 실시형태 및 변형예에서는, 계측 장치 (100, 100a, 100b) 가, 인라인 인터페이스부 대신에, 노광 장치 (200) 와 C/D (300) 사이에 배치된 경우에 대해 예시했지만, 이것에 한정되지 않고, 계측 장치 (100, 100a, 100b) 는, 노광 장치의 일부이어도 된다. 예를 들어, 노광 장치 (200) 내의, 노광 전의 웨이퍼가 반입되는 반입부에 설치하는 것으로 해도 된다. 또, 계측 장치 (100, 100a, 100b) 가 노광 장치 (200) 의 일부로서, 노광 장치 (200) 의 챔버 내에 설치되는 경우, 계측 장치는 챔버를 구비하고 있어도 되고, 구비하지 않아도 된다. 또, 계측 장치 (100, 100a, 100b) 를 노광 장치의 일부로 하는 경우, 계측 장치는, 제어 장치를 구비하고 있어도 되고, 제어 장치를 구비하지 않고, 노광 장치의 제어 장치로 제어되어도 된다. 어느 쪽이든 계측 장치는 노광 장치에 인라인 접속된다.
또한, 상기 실시형태에서는, 기판 처리 장치가 C/D 인 경우에 대해 설명했지만, 기판 처리 장치는, 노광 장치 및 계측 장치에 인라인 접속되는 장치이면 충분하고, 기판 (웨이퍼) 상에 감응제 (레지스트) 를 도포하는 도포 장치 (코터), 혹은 노광 후의 기판 (웨이퍼) 을 현상하는 현상 장치 (디벨로퍼) 이어도 되고, 노광 장치 및 계측 장치에 각각 인라인 접속된 도포 장치 (코터) 및 현상 장치 (디벨로퍼) 이어도 된다.
기판 처리 장치가 도포 장치 (코터) 인 경우에는, 계측 장치는, 전술한 사후 계측만 혹은 사전 계측 및 사후 계측에 사용할 수 있다. 이 경우, 노광 후의 웨이퍼는, 노광 장치에 대해 인라인 접속되어 있지 않은 현상 장치에 반입되게 된다.
기판 처리 장치가 현상 장치 (디벨로퍼) 인 경우에는, 계측 장치는, 전술한 사후 계측만 혹은 사후 계측 및 중첩 어긋남 계측에 사용할 수 있다. 이 경우, 다른 장소에서 미리 레지스트가 도포된 웨이퍼가 노광 장치에 반입되게 된다.
상기 제 2 실시형태 및 상기 변형예 (이하, 제 2 실시형태 등이라고 칭한다) 에서는, 노광 장치가 스캐닝·스테퍼인 경우에 대해 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 노광 장치는, 스테퍼 등의 정지형 노광 장치이어도 되고, 쇼트 영역과 쇼트 영역을 합성하는 스텝·앤드·스티치 방식의 축소 투영 노광 장치이어도 된다. 또한 예를 들어 미국 특허 제6,590,634호 명세서, 미국 특허 제5,969,441호 명세서, 미국 특허 제6,208,407호 명세서 등에 개시되어 있는 바와 같이, 복수의 웨이퍼 스테이지를 구비한 멀티 스테이지형의 노광 장치에도 제 2 실시형태 등을 적용할 수 있다. 또, 노광 장치는, 전술한 액체 (물) 를 통하지 않고 웨이퍼 (W) 의 노광을 실시하는 드라이 타입의 노광 장치에 한정되지 않고, 예를 들어, 유럽 특허출원공개 제1420298호 명세서, 국제 공개 제2004/055803호, 국제 공개 제2004/057590호, 미국 특허출원공개 제2006/0231206호 명세서, 미국 특허출원공개 제2005/0280791호 명세서, 미국 특허 제6,952,253호 명세서 등에 기재되어 있는 액체를 통해서 기판을 노광하는 액침형의 노광 장치이어도 된다. 또, 노광 장치는 반도체 제조용의 노광 장치에 한정되지 않고, 예를 들어, 각형의 유리 플레이트에 액정 표시 소자 패턴을 전사하는 액정용의 노광 장치 등이어도 된다.
또한, 상기 실시형태에서 인용한 노광 장치 등에 관한 모든 공보, 국제 공개, 미국 특허출원공개 명세서 및 미국 특허 명세서의 개시를 원용하여 본 명세서의 기재의 일부로 한다.
반도체 디바이스는, 상기 실시형태에 관련된 리소그래피 시스템을 구성하는 노광 장치로, 패턴이 형성된 레티클 (마스크) 을 사용하여 감광 물체를 노광함과 함께, 노광된 감광 물체를 현상하는 리소그래피 스텝을 거쳐 제조된다. 이 경우, 고집적도의 디바이스를 양호한 수율로 제조할 수 있다.
또한, 반도체 디바이스의 제조 프로세스가, 리소그래피 스텝 외에, 디바이스의 기능·성능 설계를 실시하는 스텝, 이 설계 스텝에 기초한 레티클 (마스크) 을 제조하는 스텝, 디바이스 조립 스텝 (다이싱 공정, 본딩 공정, 패키지 공정을 포함한다), 검사 스텝 등을 포함하고 있어도 된다.
10…슬라이더
12…정반
14…제진 장치
16…베이스 프레임
18…에어 베어링
20…구동 시스템
20A…제 1 구동 장치
20B…제 2 구동 장치
22a, 22b…가동자
23a, 23b…가동자
24…가동 스테이지
25a, 25b…고정자
26a, 26b…고정자
28A, 28B…X 축 리니어 모터
29A, 29B…Y 축 리니어 모터
30…제 1 위치 계측 시스템
32…헤드부
33…인코더 시스템
35a ∼ 35d…레이저 간섭계
37x…X 헤드
37ya, 37yb…Y 헤드
40…계측 유닛
48…제진 장치
50…제 2 위치 계측 시스템
52A, 52B…헤드부
58X1, 58X2…XZ 헤드
58Y1, 58Y2…YZ 헤드
60…제어 장치
100…계측 장치
100a, 100b…계측 장치
200…노광 장치
300…C/D
330…온조부
1000…리소그래피 시스템
MDS…마크 검출계
RG1…그레이팅
RG2a, RG2b…그레이팅
W…웨이퍼
WST…웨이퍼 스테이지

Claims (40)

  1. 노광 장치가 구비하는 기판 홀더 상에 유지되어 노광 처리가 실시되는 기판에 형성된 마크의 위치 정보를, 상기 노광 처리에 앞서 취득하는 계측 장치로서,
    상기 기판에 형성된 마크를 검출하는 제 1 검출계와,
    상기 기판 홀더와는 상이한 유지 부재 상에 상기 기판을 유지하고 이동 가동 (可動) 인 스테이지와,
    상기 스테이지의 위치 정보를 취득 가능한 위치 계측계와,
    상기 제 1 검출계의 검출 결과와, 상기 위치 계측계를 사용하여 취득한 상기 스테이지의 위치 정보에 기초하여, 상기 기판 상의 복수의 구획 영역 각각에 형성된 복수의 마크 각각의 위치 정보를 구하는 제어 장치를 구비하고,
    상기 제어 장치는, 구해진 상기 복수의 마크 각각의 위치 정보를 사용하여, 상기 구획 영역 각각의 설계 위치로부터의 보정량을 나타내는 다차원 다항식을 통계 연산에 의해 구하는 계측 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 검출계로 검출한 상기 마크의 신호를 처리하는 신호 처리 장치를 구비하고,
    상기 신호 처리 장치는 상기 신호의 양부 (良否) 를 판단하고, 상기 신호가 양 (良) 으로 판단된 상기 마크의 검출 결과만을 상기 제어 장치에 제공하는 계측 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 노광 장치에 의한 상기 기판의 노광 처리에서 이용하기 위해, 상기 노광 처리에 앞서 상기 다차원 다항식의 적어도 일부를 출력하는 계측 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 다차원 다항식의 2 차 이상의 항의 계수를 출력하는 계측 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 표면의 높이를 검출하는 제 2 검출계를 추가로 구비하고,
    상기 제어 장치는, 상기 제 2 검출계의 검출 결과와, 상기 위치 계측계에 의해 취득한 상기 스테이지의 위치에 기초하여, 상기 기판 표면의 높이 분포 정보를 취득하는 계측 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 노광 장치에 의한 상기 기판의 노광 처리에서 이용하기 위해, 상기 노광 처리에 앞서 상기 높이 분포 정보를 출력하는 계측 장치.
  7. 기판 홀더 상에 기판을 유지하고 이동 가능한 기판 스테이지와,
    제 1 항에 기재된 계측 장치에 의해 취득된 상기 다차원 다항식을 사용하여 구해진 보정량에 기초하여 상기 기판 스테이지를 제어하는 제어 장치를 구비하고,
    상기 보정량이 취득되고 상기 기판 홀더에 유지된 상기 기판을, 에너지 빔으로 노광하는 노광 장치.
  8. 기판 홀더 상에 기판을 유지하고 이동 가능한 기판 스테이지와,
    제 6 항에 기재된 계측 장치에 의해 취득된 상기 다차원 다항식을 사용하여 구해진 보정량과 상기 높이 분포 정보에 기초하여 상기 기판 스테이지를 제어하는 제어 장치를 구비하고,
    상기 보정량이 취득되고 상기 기판 홀더에 유지된 상기 기판을, 에너지 빔으로 노광하는 노광 장치.
  9. 제 1 항에 기재된 계측 장치와,
    상기 기판 홀더에 유지한 상기 기판에 대해, 상기 보정량에 기초하여 노광 처리를 실시하는 노광 장치를 구비하는 리소그래피 시스템.
  10. 제 6 항에 기재된 계측 장치와,
    상기 기판 홀더에 유지한 상기 기판에 대해, 상기 높이 분포 정보와 상기 보정량에 기초하여 노광 처리를 실시하는 노광 장치를 구비하는 리소그래피 시스템.
  11. 노광 장치가 구비하는 기판 홀더 상에 유지되어 노광 처리가 실시되는 기판에 형성된 마크의 위치 정보를, 상기 노광 처리에 앞서 취득하는 계측 장치로서,
    상기 기판에 형성된 복수의 구획 영역 각각에 형성된 마크를 검출하는 제 1 검출계와,
    상기 기판 홀더와는 상이한 유지 부재 상에 상기 기판을 유지하고 이동 가동 (可動) 인 스테이지와,
    상기 스테이지의 위치 정보를 취득 가능한 위치 계측계와,
    상기 제 1 검출계의 검출 결과와, 상기 위치 계측계를 사용하여 얻어진 상기 스테이지의 위치 정보에 기초하여, 상기 복수의 마크 각각의 위치 정보를 구하는 제어 장치를 구비하고,
    상기 제어 장치는, 구해진 상기 복수의 마크 각각의 위치 정보를 사용하여, 상기 구획 영역의 비선형인 배열 정보를 포함하는 배열 정보를 통계 연산에 의해 구하는 계측 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 노광 장치에 의한 상기 기판의 노광 처리에서 이용하기 위해, 상기 노광 처리에 앞서 상기 배열 정보를 출력하는 계측 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 기판 표면의 높이를 검출하는 제 2 검출계를 추가로 구비하고,
    상기 제어 장치는, 상기 제 2 검출계의 검출 결과와, 상기 위치 계측계를 사용하여 얻어진 상기 스테이지의 위치 정보에 기초하여, 상기 기판 표면의 높이 분포 정보를 구하는 계측 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 노광 장치에 의한 상기 기판의 노광 처리에서 이용하기 위해, 상기 노광 처리에 앞서 상기 높이 분포 정보를 출력하는 계측 장치.
  15. 기판 홀더 상에 기판을 유지하고 이동 가능한 기판 스테이지와,
    제 11 항에 기재된 계측 장치에 의해 취득된 기판에 관한 정보에 기초하여 상기 기판 스테이지를 제어하는 노광 제어 장치를 구비하고,
    상기 정보가 취득된 상기 기판을, 상기 기판 홀더에 유지하고 에너지 빔으로 노광하는 노광 장치.
  16. 제 11 항에 기재된 계측 장치와,
    상기 기판을 상기 기판 홀더에 유지하고, 상기 계측 장치가 취득한 기판에 관한 정보에 기초하여 노광 처리를 실시하는 노광 장치를 구비하는 리소그래피 시스템.
  17. 노광 장치가 구비하는 기판 홀더 상에 유지되어 노광 처리가 실시되는 기판에 형성된 마크의 위치 정보를, 상기 노광 처리에 앞서 취득하는 계측 장치로서,
    상기 기판에 형성된 마크를 검출하는 제 1 검출계와,
    상기 기판 홀더와는 상이한 유지 부재 상에 상기 기판을 유지하고 이동 가동 (可動) 인 스테이지와,
    상기 스테이지의 위치 정보를 취득 가능한 위치 계측계와,
    상기 제 1 검출계의 검출 결과와, 상기 위치 계측계를 사용하여 얻어지는 상기 스테이지의 위치 정보에 기초하여, 상기 기판 상의 복수의 구획 영역 각각에 형성된 복수의 마크 각각의 위치 정보를 구하는 제어 장치를 구비하고,
    상기 제어 장치는, 통계 연산에 의해 상기 구획 영역의 비선형인 배열 정보를 산출 가능한 상기 복수의 마크의 위치 정보를 출력하는 계측 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 노광 장치에 의한 상기 기판의 노광 처리에서 이용하기 위해, 상기 노광 처리에 앞서 상기 복수의 마크의 위치 정보를 출력하는 계측 장치.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 기판 표면의 높이를 검출하는 제 2 검출계를 추가로 구비하고,
    상기 제어 장치는, 상기 제 2 검출계의 검출 결과와, 상기 위치 계측계를 사용하여 취득한 상기 스테이지의 위치 정보에 기초하여, 상기 기판 표면의 높이 분포 정보를 취득하는 계측 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 노광 장치에 의한 상기 기판의 노광 처리에서 이용하기 위해, 상기 노광 처리에 앞서 상기 높이 분포 정보를 출력하는 계측 장치.
  21. 기판 홀더 상에 기판을 유지하고 이동 가능한 기판 스테이지와,
    제 17 항에 기재된 계측 장치에 의해 취득된 기판에 관한 정보에 기초하여 상기 기판 스테이지를 제어하는 노광 제어 장치를 구비하고,
    상기 정보가 취득된 상기 기판을, 상기 기판 홀더 상에 유지하고 에너지 빔으로 노광하는 노광 장치.
  22. 제 17 항에 기재된 계측 장치와,
    상기 기판을 상기 기판 홀더에 유지하고, 상기 계측 장치가 취득한 기판에 관한 정보에 기초하여 노광 처리를 실시하는 노광 장치를 구비하는 리소그래피 시스템.
  23. 제 1 항 내지 제 6 항, 제 11 항 내지 제 14 항 및 제 17 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판에 형성된 상기 복수의 마크의 위치 정보의 취득은, 감응제가 도포되기 전의 상기 기판에 대해 실시되는 계측 장치.
  24. 노광 장치가 구비하는 기판 홀더 상에 유지되어 노광 처리가 실시되는 기판에 형성된 마크의 위치 정보를, 상기 노광 처리에 앞서 취득하는 계측 방법으로서,
    상기 기판에 형성된 마크를 제 1 검출계에 의해 검출하고,
    상기 기판 홀더와는 상이한 유지 부재를 구비하는 스테이지에 의해, 상기 기판을 상기 유지 부재 상에 유지하여 이동하고,
    상기 스테이지의 위치 정보를 위치 계측계에 의해 취득하고,
    상기 제 1 검출계의 검출 결과와, 상기 위치 계측계를 사용하여 얻어진 상기 스테이지의 위치 정보에 기초하여, 상기 기판 상의 복수의 구획 영역 각각에 형성된 복수의 마크 각각의 위치 정보를 구하고,
    구해진 상기 복수의 마크 각각의 위치 정보를 사용하여, 상기 구획 영역 각각의 설계 위치로부터의 보정량을 나타내는 다차원 다항식을 통계 연산에 의해 구하는 계측 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 제 1 검출계로 검출한 상기 마크의 신호의 양부를 판단하고, 상기 신호가 양으로 판단된 상기 마크의 계측 결과만을 상기 위치 정보의 도출에 사용하는 계측 방법.
  26. 제 24 항에 있어서,
    상기 노광 장치에 의한 상기 기판의 노광 처리에서 이용하기 위해, 상기 노광 처리에 앞서 상기 다차원 다항식의 적어도 일부를 출력하는 계측 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 다차원 다항식의 2 차 이상의 항의 계수를 출력하는 계측 방법.
  28. 제 24 항에 있어서,
    상기 기판에 형성된 상기 복수의 마크의 위치 정보의 취득은, 감응제가 도포되기 전의 상기 기판에 대해 실시되는 계측 방법.
  29. 제 24 항에 기재된 계측 방법에 의해 상기 다차원 다항식의 적어도 일부를 상기 노광 장치에 출력하고,
    출력된 상기 다차원 다항식의 적어도 일부를 사용하여, 상기 노광 장치에 의해 상기 기판 홀더 상에 유지한 기판에 노광 처리를 실시하는 노광 방법.
  30. 노광 장치가 구비하는 기판 홀더 상에 유지되어 노광 처리가 실시되는 기판에 형성된 복수의 마크의 위치 정보를, 상기 노광 처리에 앞서 취득하는 계측 방법으로서,
    상기 기판에 형성된 복수의 마크를 제 1 검출계에 의해 검출하고,
    상기 기판 홀더와는 상이한 유지 부재를 구비하는 스테이지에 의해, 상기 기판을 상기 유지 부재 상에 유지하여 이동하고,
    상기 스테이지의 위치 정보를 위치 계측계에 의해 취득하고,
    상기 제 1 검출계의 검출 결과와, 상기 위치 계측계를 사용하여 얻어진 상기 스테이지의 위치 정보에 기초하여, 상기 복수의 마크 각각의 상기 위치 정보를 구하고,
    구해진 상기 복수의 마크 각각의 위치 정보를 사용하여, 상기 기판 상의 구획 영역의 비선형인 배열 정보를 포함하는 배열 정보를 통계 연산에 의해 취득하는 계측 방법.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 노광 장치에 의한 상기 기판의 노광 처리에서 이용하기 위해, 상기 노광 처리에 앞서 상기 배열 정보를 출력하는 계측 방법.
  32. 제 30 항에 있어서,
    상기 기판에 형성된 상기 복수의 마크의 위치 정보의 취득은, 감응제가 도포되기 전의 상기 기판에 대해 실시되는 계측 방법.
  33. 제 30 항에 기재된 계측 방법에 의해 상기 배열 정보를 산출하고,
    상기 배열 정보를 사용하여, 상기 노광 장치에 의해 상기 기판 홀더 상에 유지한 기판에 노광 처리를 실시하는 노광 방법.
  34. 노광 장치가 구비하는 기판 홀더 상에 유지되어 노광 처리가 실시되는 기판에 형성된 마크의 위치 정보를, 상기 노광 처리에 앞서 취득하는 계측 방법으로서,
    상기 기판에 형성된 마크를 제 1 검출계에 의해 검출하고,
    상기 기판 홀더와는 상이한 유지 부재를 구비하는 스테이지에 의해, 상기 기판을 상기 유지 부재 상에 유지하여 이동하고,
    상기 스테이지의 위치 정보를 위치 계측계에 의해 취득하고,
    상기 제 1 검출계의 검출 결과와, 상기 위치 계측계를 사용하여 얻어진 상기 스테이지의 위치 정보에 기초하여, 상기 기판 상의 구획 영역 각각에 형성된 복수의 마크 각각의 위치 정보를 구하고,
    통계 연산에 의해 상기 구획 영역의 비선형인 배열 정보를 취득 가능한 상기 복수의 마크의 위치 정보를 출력하는 계측 방법.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 노광 장치에 의한 상기 기판의 노광 처리에서 이용하기 위해, 상기 노광 처리에 앞서 상기 마크의 위치 정보를 출력하는 계측 방법.
  36. 제 34 항에 있어서,
    상기 기판에 형성된 상기 복수의 마크의 위치 정보의 취득은, 감응제가 도포되기 전의 상기 기판에 대해 실시되는 계측 방법.
  37. 제 34 항에 기재된 계측 방법에 의해 상기 복수의 마크의 위치 정보를 취득하고,
    상기 복수의 마크의 위치 정보를 사용하여, 상기 노광 장치에 의해 상기 기판 홀더 상에 유지한 기판에 노광 처리를 실시하는 노광 방법.
  38. 제 24 항 내지 제 28 항, 제 30 항 내지 제 32 항 및 제 34 항 내지 제 36 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 표면의 높이를 제 2 검출계에 의해 검출하고,
    상기 제 2 검출계의 검출 결과와, 상기 위치 계측계를 사용하여 취득한 상기 스테이지의 위치 정보에 기초하여, 상기 기판 표면의 높이 분포 정보를 취득하는 계측 방법.
  39. 제 38 항에 있어서,
    상기 노광 장치에 의한 상기 기판의 노광 처리에서 이용하기 위해, 상기 노광 처리에 앞서 상기 높이 분포 정보를 출력하는 계측 방법.
  40. 제 38 항에 기재된 계측 방법에 의해 상기 높이 분포 정보를 출력하고,
    출력된 상기 높이 분포 정보를 사용하여, 상기 노광 장치에 의해 상기 기판 홀더 상에 유지한 기판에 노광 처리를 실시하는 노광 방법.
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