TW201344379A - 位置測量設備,圖案轉移設備及製造一裝置的方法 - Google Patents
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Abstract
一種使用包含光柵圖案的板狀刻度尺來測量一被量測的物件的位置,位置測量設備包括一支撐單元,其被建構成設置在一結構和該刻度尺之間並支撐該刻度尺,其中該支撐單元包括一彈簧元件,其減小在板子厚度方向上從該結構傳來的振動。
Description
本發明係關於一種使用具有光柵圖案的板狀刻度尺來測量一被量測的物件的位置的位置測量設備。又,本發明係關於一種使用該測量設備的圖案轉移設備。此外,本發明係關於一種使用該圖案轉移設備的裝置測量方法。
一種透過投影光學系統將一形成在原件(original)上的電路圖案轉移至一基材上的投影曝光設備從以前就已被使用。最近幾年,對於更高的解析度及更便宜的曝光設備的需求已大幅地增加。該曝光設備的重要效能之一包括了在該電路圖案被轉移至該基材上時的套合(superposition)精確度。大體上,多個電路圖案被形成在該基材上的一多層結構中,然而,除非該等多個電路圖案係以預設的精確度彼此對準,否則一電子電路就無法被實現。
因此,在曝光的時候用來精確地對準基材的
技術是很重要的。作為一種用來對準基材的技術之一,一種使用具有光柵圖案的板狀刻度尺來測量一其上安裝了該基材的移動中的桌台的位置的位置測量設備已被提出。
日本專利申請案公開第2009-004737號揭示
一種位置測量設備,其包括一固定至一透鏡鏡筒表面板的刻度尺及一固定至一桌台的感測器。此外,日本專利申請案公開第2009-004737號亦揭示了該刻度尺透過一偏向元件和該透鏡鏡筒耦合。
在該位置測量設備中,多個偏向元件被設置
在一假想圓上,該假想圓係以該透鏡鏡筒的中心軸為中心。每一偏向元件具有在直徑方向上具有可撓性以防止該刻度尺在該透鏡鏡筒因為溫度改變而變形時發生移位。
在該傳統技藝的曝光設備中,該透鏡鏡筒表
面板可透過一抗振設備(譬如,空氣吊架及類此者)而被支撐在樓板表面上,因此從樓板傳到該透鏡鏡筒表面板的振動可被忽視。然而,最近幾年,曝光設備所要求的精確度已提高且該空氣吊架所未能完全去除掉而被傳到該透鏡鏡筒表面板的振動已成為問題。
詳言之,在使用該刻度尺的該位置測量設備
中,該刻度尺通常被安裝在一結構上(譬如,該透鏡鏡筒表面板),使得從該結構傳遞至該刻度尺的振動受到關注。詳言之,因為該刻度尺具有一在板子厚度方向上易變形的結構,所以當振動在此方向上被傳遞時,變形量會被
加大。在此情形中,即使是振動頻率比該刻度尺的自然頻率小許多,回應因加速度而產生在該刻度尺內的慣性力仍會施加在該刻度尺上,因此會擔心該刻度尺的變形會被加大。
揭示於日本專利申請案公開第2009-004737
號中的位置測量設備具有一結構,在此結構中一偏向元件具有在直徑方向上的可撓性,但該刻度尺的板子厚度方向則未被考量,且振動很融易從該透鏡鏡筒表面板透過該偏向板傳遞至該刻度尺。
本發明係關於在一使用包含光柵圖案的板狀刻度尺的位置測量設備中,藉由減小在刻度尺的板子厚度方向上的變形來改善測量精確度。
依據本發明的一個態樣,一種使用包含光柵圖案的板狀刻度尺來測量一被量測的物件的位置的位置測量設備包括一支撐單元,其被建構成設置在一結構和該刻度尺之間並支撐該刻度尺,其中該支撐單元包括一彈簧元件,其減小在板子厚度方向上從該結構傳來的振動。
本發明的其它特徵及態樣從下面參考附圖之示範性實施例的詳細描中將變得明顯。
10‧‧‧投影光學系統
30‧‧‧基材
80‧‧‧浸泡式曝光設備
9‧‧‧透鏡鏡筒表面板
22‧‧‧振動隔離設備
44‧‧‧柱狀件
20‧‧‧振動隔離設備
41‧‧‧粗調運動桌台
42‧‧‧基座表面板
40‧‧‧細調運動桌台
45‧‧‧驅動設備
100‧‧‧控制單元
1‧‧‧板狀刻度尺
7‧‧‧感測器
2‧‧‧繞射光柵
3‧‧‧支撐設備
5‧‧‧位置感測器
6‧‧‧測量光軸
8‧‧‧測量光軸
2a‧‧‧板子
2b‧‧‧板子
2c‧‧‧板子
2d‧‧‧板子
5a‧‧‧位置感測器
5b‧‧‧位置感測器
5c‧‧‧位置感測器
5d‧‧‧位置感測器
4‧‧‧驅動設備
4a‧‧‧驅動設備(線性馬達)
4b‧‧‧驅動設備(線性馬達)
4c‧‧‧驅動設備(線性馬達)
4d‧‧‧驅動設備(線性馬達)
4e‧‧‧驅動設備(線性馬達)
4f‧‧‧驅動設備(線性馬達)
4g‧‧‧驅動設備(線性馬達)
4h‧‧‧驅動設備(線性馬達)
3a‧‧‧支撐設備
3b‧‧‧支撐設備
3c‧‧‧支撐設備
3d‧‧‧支撐設備
32‧‧‧磁鐵
31‧‧‧支撐件
33‧‧‧支撐件
34‧‧‧磁鐵
35‧‧‧軛件
36‧‧‧軛件
fc‧‧‧自然頻率
60‧‧‧加速度感測器
60a‧‧‧加速度感測器
60b‧‧‧加速度感測器
60c‧‧‧加速度感測器
60d‧‧‧加速度感測器
19‧‧‧透鏡鏡筒
71‧‧‧線圈彈簧
73‧‧‧板片彈簧
72a‧‧‧磁鐵
72b‧‧‧磁鐵
72c‧‧‧磁鐵
72d‧‧‧磁鐵
72e‧‧‧磁鐵
72f‧‧‧磁鐵
包含在本說明書中且構成本說明書的一部分
的附圖例示出本發明的示範性實施例、特徵、及態樣,其和本說明的描述一起被用來說明本發明的原理。
圖1是一應用了本發明的浸泡式曝光設備的示意圖。
圖2A是依據本發明的刻度尺的底視圖,及圖2B是依據本發明的該刻度尺的頂視圖。
圖3A及3B為依據本發明的支撐設備的示意圖。
圖4為刻度尺的變形的例子。
圖5是依據本發明的刻度尺的頂視圖。
圖6是依據本發明的支撐設備的示意圖。
圖7是依據本發明的支撐設備的示意圖。
圖8A及8B為分別例示依據本發明的支撐設備的另一例子的圖式。
圖9為例示每一頻率的振動從透鏡鏡筒表面板透過該支撐設備傳遞至該刻度尺的圖式。
圖10為例示該支撐設備的正彈簧特徵及負彈簧特徵的圖式。
圖11為例示該刻度尺的定位控制的伺服控制頻率和施加至該刻度尺的振動能之間的關係的圖式。
本發明的各式示範性實施例、特徵、及態樣將參考圖式於下文中詳細描述。
第一示範性實施例現將被描述。依據本發明
的第一示範性實施例的曝光設備將參考圖式加以描述。此外,在圖式中,用帶有字母的數字標示的構件是用只有數字而沒有字母標示的構件的一部分。此外,該曝光設備的曝照光的光軸方向被設定為Z方向,和該Z方向正交且彼此正交的方向則被設定為X方向及Y方向。圖1為例示依據第一示範性實施例的浸泡式曝光設備80的圖式。一形成在一原件(未示出)上的圖案透過一投影光學系統10形成影像(曝光)於一基材30上。在該浸泡式曝光設備中,曝光係在一介於該投影光學系統10和該基材30之間的空間充滿了液體的狀態下被實施。
該原件(original)係泛指一其上形成有一圖
案的物件,譬如一光罩或標線片。基材係泛指一被曝光的物件,例如,晶圓或玻璃基板。基材30被安裝在一基材桌台(移動的物體)上,且一基材桌台被一驅動設備及一位置測量設備放置,這將於下文中描述。該投影光學系統10包括多個光學元件及一將該等光學元件封圍起來的透鏡鏡筒,且該投影光學系統透過一振動隔離設備22被支撐在一透鏡鏡筒表面板9(結構)上。該透鏡鏡筒表面板可被稱為一支撐件,其支撐該投影光學系統。透鏡、面鏡、或它們的組合可被用作為該等多個光學元件。該透鏡鏡筒表面板9透過一柱狀件44及振動隔離設備20而被安裝在一樓板上。振動隔離設備20及22被安裝,用以抑制振動或變形被傳遞。例如,一使用空氣壓力、使用電或磁
來產生力的設備、電子構件、及類此者的吊架可被使用。又,該抗振設備可以是被動式或主動式的設備。
在此示範性實施例中,該基材桌台包括一粗調運動(coarse motion)桌台41,其可相對於該基座表面板42以一長的行程移動於XY方向上。又,該基材桌台亦包括一微調運動桌台40,其可相對於該粗調運動桌台41以一短的行程移動於X、Y、及Z方向上以及運動於繞著一平行於X、Y、及Z方向的每一方向的軸線的轉動方向上,ωx、ωy及ωz方向(在下文中中被稱為六軸方向)上。然而,本發明並不侷限於此,因此該基材桌台可被建構成具有一被用作為該粗調運動桌台及該微調運動桌台的桌台。此外,一(用於圖中的粗調運動桌台及微調運動桌台的)驅動設備45(驅動單元)被安裝,用以驅動該基材桌台,例如,一線性馬達可被有利地使用。該驅動設備45被一控制單元100控制。該控制單元100可包括一中央處理單元(CPU)或一微處理單元(MPU)、一唯讀記憶體(ROM)、一隨機存取記憶體(RAM)、一記錄單元、一驅動器、及類此者,且其組態並沒有特別的限制。
在該基材桌台的六軸方向上的位置係用一位置測量設備來測量。換言之,該基材桌台是一被測量的物件。
該位置測量設備包括一被安裝在該基材桌台上的感測器7(第一位置感測器)及一被支撐在一透鏡鏡
筒表面板9上的板狀刻度尺1。該感測器7被稱為一編碼器頭或感測器頭。在已知的位置測量設備中的各式刻度尺可被用作為該刻度尺1。在該示範性實施例中,該刻度尺1包括一繞射光柵2(光柵圖案)。該繞射光柵2可被形成在一板狀件上且形成有該繞射光柵的構件亦可被附裝在該板狀件上。該感測器7測量該基材桌台和該刻度尺1之間的相對位置,且該驅動設備45被控制,用以根據該感測器7的輸出來驅動該基材桌台。例如,一使用已知的PID補償的回饋控制及類此者可被使用。
又,該位置測量設備包括一支撐設備3(支撐
單元),其支撐該刻度尺1及一驅動設備4(驅動單元)其將該刻度尺1相對於該透鏡鏡筒表面板9驅動於該六軸方向上。該支撐設備3被配置在該透鏡鏡筒表面板9和刻度尺1之間。此外,該位置測量設備包括一位置感測器5(第二位置感測器),其測量該刻度尺1相對於該投影光學系統10的透鏡鏡筒在六軸方向上的相對位置。該位置感測器5被安裝在一被該支撐結構3支撐的物件上且足以測量介於一參考物件(在本文中為該透鏡鏡筒)(其在測量該基材桌台的位置時是一參考物)和該刻度尺1之間的相對位置。又,在圖式中,該位置感測器5、該感測器7的一部分、及測量光軸6及8係以舉例的方式被例示。
該支撐設備3被建構來減小在該刻度尺1的
板子厚度方向(Z)上、在兩個平行於該刻度尺1的一板平面且彼此正交的方向(X及Y)上、及在轉動方向
(θx,θy,及θz)(其將平行於每一方向的軸設定為轉動軸)上從該透鏡鏡筒表面板9到該刻度尺1的振動傳遞。
圖2A為該刻度尺1的底視圖(從-Z方向看的圖式)。在此示範性的實施例中,該刻度尺1包括四片板子2a,2b,2c,及2d(在圖1係以標號2來表示),該繞射光柵被形成在這些板子上且這些板子附裝至一板狀件。該繞射光柵被來自該感測器7的光照射,使得一光接受元件(未示出)依據繞射光來測量該基材桌台的位置。
圖2B為該刻度尺1的頂視圖(從+Z方向看的圖式)。位置感測器5a至5d(在圖1係以標號5來表示)被安裝在該刻度尺1上。例如,一電容感測器、一干涉儀、及一線性編碼器可被用作為位置感測器5a至5d。位置感測器5a及5b可測量該刻度尺1相對於該投影光學系統10在該X方向及在該Z方向上的位置,及位置感測器5c及5d可測量該刻度尺1相對於該投影光學系統10的透鏡鏡筒在該Y方向及在該Z方向上的位置。轉動方向(θx,θy,及θz方向)可從位置感測器的兩個輸出之間的差異中被獲得。又,來自被多餘地(redundantly)安裝的位置感測器的輸出的平均值可被設定為被測得的數值。位置感測器的數量及配置並不侷限於此且足以測量該刻度尺1相對於該投影光學系統10的透鏡鏡筒在該六軸方向上的位置。此外,該刻度尺1的位置測量被描述在日本專利申請案公開第2009-27141號中。
此外,該刻度尺1和該透鏡鏡筒表面板9被安裝驅動設備4a至4h(在圖1中以標號4標示)及支撐設備3a至3d(在圖1中以標號3來標示)。一種具有振動隔離效果的非接觸式驅動設備被有利地用作為驅動設備4a至4h。該驅動設備的一個例子可包括勞倫茲型(Lorenz type)線性馬達、電磁式致動器、及類此者。此外,驅動設備4a至4h被控制單元100控制。該等驅動設備4a至4h的控制將於下文中描述。又,一冷卻該等驅動設備的冷卻單元亦可被設置。
圖3A為一例示該支撐設備3a的圖式及圖3B為其立體圖。支撐設備3b、3c及3d的組態和支撐設備3a的組態相同,因此它們的描述將省略。
該支撐設備3a包括一對磁鐵32(第一磁鐵),其透過一支撐件31被固定至該透鏡鏡筒表面板9;及一磁鐵34(第二磁鐵),其透過一支撐件33被固定至該刻度尺1。該對磁鐵32被設置成彼此相對且相隔一間距,該磁鐵34以一種非接觸的方式***設在該對磁鐵32之間。在此示範性實施例中,磁鐵32可被配置在該透鏡鏡筒表面板9側(結構側)及該磁鐵34可被配置在該刻度尺1側,且反之亦可。每一磁鐵都是永久磁鐵且在該磁鐵的板子厚度方向(即,X方向)被磁化,且磁鐵32及34被配置成面向它們的同一磁極。
支撐設備3a有利地包括軛件35及36,用以強化該磁鐵32所形成的磁迴路的通量。該軛件的材料的
一個例子可包括軟質磁性件,譬如,鐵。
磁鐵34遭受因該對磁鐵32和該磁鐵34之間
的磁性互斥力所產生在+Z方向上的磁浮力。磁鐵32及34係作為彈簧元件,用以減小從該透鏡鏡筒表面板9傳至該刻度尺1的振動。又,在磁鐵32的一者和磁鐵34之間在X方向上的互斥力偏離施加在另一磁鐵和該磁鐵34之間的互斥力。
支撐設備和驅動設備的數量及配置並不侷限
於所示的形式。在此示範性實施例中,可被驅動於X方向上的線性馬達4e及4f被配置成相對於該通過該刻度尺1的重心的Y軸線成線性地對稱。又,可被驅動於Y方向上的線性馬達4g及4h被配置成相對於該通過該刻度尺1的重心的X軸線成線性地對稱。可被驅動於Z方向上的線性馬達4a及4d被配置在該刻度尺1的四個角落。此外,為了要施加相對於該刻度尺1對稱的力,支撐設備和驅動設備兩者較佳地具有對稱性。變形可藉由允許該等設備具有對稱特性而被輕易地抑制或預測並予以校正。
在下文中,依據此示範性實施例的支撐設備
的特性將於下面被描述。圖10為例示當該刻度尺1係如圖3A及3B所示地使用該支撐設備3a(支撐設備3b至3d亦同)來予以支撐時,該刻度尺1的板子厚度方向(Z方向)上的位置和該支撐設備3a在該板子厚度方向上施加至該刻度尺1的力之間的關係的圖式。FG為施加至被該支撐設備3a支撐的刻度尺1上的重力。該支撐設備3a
根據在該刻度尺1的板子厚度方向上的位置而具有負的彈簧特性及正的彈簧特性。在本文中,“負的彈簧特性”是一種產生力於一遠離平衡位置的方向上的特性,如果一物件在支撐該物件的時候偏離該平衡位置的話。與此不同地,“正的彈簧特性”是一種當一物件在支撐該物件的時候偏離平衡位置時會產生力將該物件返回至該平衡位置的的特性。
在第一示範性實施例中,該支撐設備被使用
在一彈簧常數的絕對值很小的位置處,其具有該正的彈簧特性。又,該支撐設備3a被建構來使得該彈簧常數的絕對值在該刻度尺1的板子厚度方向(Z方向)上以及該等六軸方向上變得更小。換言之,該刻度尺1係以振動隔離方式被支撐。
因為該刻度尺1具有板子形狀,所以就材料
機械特性而言,該刻度尺1很容易因為施加於該刻度尺1的板子厚度方向上的慣性力而變形。圖4例示在該刻度尺1於該板子厚度方向上被剛性地支撐(固定)的該支撐設備中,當振動從該透鏡鏡筒表面板被傳過來時該刻度尺1的形狀。力F1至F4撞擊在該刻度尺1的支撐部分108a至108d上,且該等力在整個刻度尺1上產生加速度以產生慣性力F5。因此,發生了示於圖4中的變形。
又,產生於該刻度尺1內的該慣性力F5係以
[刻度尺的質量]×[振動振幅]×[振動的角頻率]2來表示。換言之,該慣性力和振動振幅成正比,而該慣性力和該振動
的角頻率[rad/s]或振動頻率[Hz](其和該角度頻率成正比)的平方有正比關係。因此,減小傳遞至該刻度尺1的高頻振動對於減小該刻度尺1的變形是有效的。
因為最近的曝光設備要求約0.1奈米的精確度
來測量該基材桌台的位置,所以有必要對於將該刻度尺1的變形設定在等於或小於0.1奈米。根據分析的結果,如果該刻度尺1的板子厚度為數十毫米的話,則只須要將該支撐設備3在該板子厚度方向上的自然頻率設定成等於或小於10Hz,用以抑制該刻度尺之導因於該板子厚度方向上等於或小於0.1奈米的振動的變形。當該刻度尺1具有在板子厚度方向上被剛性地支撐的構造時,該自然頻率變成等於或大於100Hz,這是不利的。在此示範性實施例中,該刻度尺1係藉由使用磁鐵的互斥力被該支撐設備3所支撐,用以造成彈簧常數很小,使得該自然頻率等於或小於10Hz可被達成。因此,可顯著地減小該刻度尺1之導因於從該透鏡鏡筒表面板傳遞至該刻度尺1的振動所產生的變形。
接下來,在此示範性實施例中,該刻度尺1
使用該驅動設備4的定位控制將被描述。依據此示範性實施例的支撐設備3具有絕對值很小的彈簧常數,使其在該刻度尺1的位置穩定性很差的時候很難在該刻度尺1上產生加速度。例如,該刻度尺1很可能被移位,甚至是被該基材桌台的運動期間產生的風壓效果移位。因此,在依據此示範性實施例的驅動設備4中,該刻度尺1的位置穩定
性及抑制產生在該刻度尺1上的加速度都可被達成。
為了要描述依據此示範性實施例的定位控
制,該支撐設備3和該定位控制之間的關係將首先被描述。
在此依據此示範性實施例中,該刻度尺1在
該六軸方向上相對於該投影光學系統10的透鏡鏡筒的相對位置是用該位置感測器5來測量,且該驅動設備4係根據該測得的結果被控制於該六軸方向上,使得它們之間的相對位置舉有一預定的關係。詳言之,一使用PID補償的回饋控制被施用。
然而,當該刻度尺1藉由實施該刻度尺1的
定位控制而跟隨該投影光學系統10的透鏡鏡筒時,存在著該刻度尺1的定位控制會放大振動的疑慮。
圖9例示從該透鏡鏡筒表面板9傳遞至該刻
度尺1的振動傳遞速率。水平軸代表頻率、垂直軸代表該刻度尺1之導因於振動的振幅、及這兩個軸係以對數刻度來表示。在圖中,該支撐設備3的自然頻率被設定為fc。
該支撐設備3的自然頻率是由該支撐設備3
的彈簧常數及該刻度尺1的質量來定在依據此示範性實施例被設定為2Hz的頻率[Hz]。
在該透鏡鏡筒表面板9的振動頻率比該自然
頻率fc低很多的區域中(例如,等於或小於0.5Hz),該透鏡鏡筒表面板9和該刻度尺1係如一被整合在一起的結構般地被振動,使得該透鏡鏡筒表面板9和該刻度尺1這
兩者具有大致相同的振幅及相位。又,如果該投影光學系統10被一具有比該支撐設備3的自然頻率高許多的該自然頻率(例如,10Hz)的彈簧件支撐至該透鏡鏡筒表面板9的話,則該投影光學系統10和該透鏡鏡筒表面板9係如同一被整合在一起的結構般地被振動。亦即,該投影光學系統10、該透鏡鏡筒表面板9、及該刻度尺1係如一被整合在一起的結構般地被振動。
在該透鏡鏡筒表面板9的振動頻率在該fc附
近的區域中(例如,0.5Hz至3Hz),該透鏡鏡筒表面板9的振動被放大的量和該支撐設備3的阻尼率成正比且被傳遞至該刻度尺1。
在該透鏡鏡筒表面板9的振動頻率比該自然
頻率fc高很多的區域中(例如,等於或大於3Hz),很難將該透鏡鏡筒表面板9的振動傳遞至該刻度尺1。
因此,因為振動在該自然頻率fc附近的區域
中很容易被放大(亦即,容易共振),所以在該刻度尺的定位控制時,必須將振動設定至比該自然頻率fc低許多的伺服控制頻率。因此,在依據此示範性實施例中,該支撐設備3的自然頻率fc在該六軸方向中被設定為約2Hz及該伺服控制頻率被設定為該自然頻率的一半或更低以避免共振。有利地,該伺服控制頻率可被設定為等於或小於該自然頻率fc的1/4(例如,0.5Hz)。
該“伺服控制頻率”(亦被稱為伺服控制頻
帶)是由一開放式特徵的零交叉頻率(zero cross
frequency in an open characteristic)所界定且變成一指標,其指出一後續的控制是否被充分地操作的邊界。詳言之,如果該伺服控制頻率被設定為0.5Hz的話,該後續的(follow-up)控制可能無法在一頻率等於或大於0.5Hz的運動被實施,而是在一頻率小於0.5Hz的運動被實施,用以防止在該刻度尺1的一個位置的低頻帶漂移。
該定位控制係藉由將該伺服控制頻率設定為
比該支撐設備3的2Hz自然頻率低(如,0.5Hz)而只在該投影光學系統10、該透鏡鏡筒表面板9、及該刻度尺1自然地被一體地振動的頻率範圍內被實施。因此之故,該刻度尺1原本跟隨該投影光學系統10的運動(即使該定位控制沒有被實施),因此該定位控制並不具有任何意義。在施加至該刻度尺1的力只被該支撐設備3產生的理想狀況中,該定位控制不具有任何意義。然而,實際上,從電纜線(譬如,安裝在該刻度尺1上的感測器)傳來的力或該刻度尺1周圍因為該刻度尺1底下的桌台40的運動造成之不均勻的壓力變化所產生的力會被施加於該刻度尺1上。該刻度尺1和該投影光學系統10之間的位置關係會因為這些力而緩慢地不對準(misaligned)。換言之,該刻度尺1上會發生以極緩慢的頻率(例如,等於或小於0.1Hz)移位的漂移現象。例如,如果一介於該位置感測器5和該投影光學系統10之間的間隙被設定為約0.3至0.5mm的話,則必須要抑制0.1mm或更小的間隙改變,用以維持該位置感測器5的高測量精確度且前述的控
制在減小該間隙的改變上是有效的。
如上文所描述的,該依據此示範性實施例的
支撐設備被建構來減小在該刻度尺1的板子厚度方向上從該透鏡鏡筒表面板9傳來的振動。又,一有利的例子為,如果該支撐設備3在該刻度尺1的板子厚度方向的自然頻率被設定為fc的話,則當實施該定位控制於該刻度尺1上時,該伺服控制頻率被設定為等於或小於該自然頻率fc的1/2。因此,因該刻度尺1的定位控制而產生在該刻度尺1內的慣性力可被抑制,且因為振動而發生在該刻度尺1的板子厚度方向上的變形可被顯著地減小。
此外,在此示範性實施例中,該刻度尺1係以一種非接觸的方式相關於該透鏡鏡筒表面板9被支撐。因此,因為該透鏡鏡筒表面板9的溫度改變不會傳遞至該刻度尺1,所以該刻度尺1導因於溫度的變化的變形可被減小。因為使用於該曝光設備中的該透鏡鏡筒表面板具有一比該刻度尺的表面積大非常多的表面積,所以約100mK的溫度變化會因為周圍環境的溫度變化而發生。如果該位置測量設備的測量誤差要被維持在等於或小於0.1奈米的話,則該刻度尺1的溫度變化必須被抑制在約1至10mK,這使得讓該刻度尺1被非接觸地支撐以減低熱傳遞量在測量精確度方面是有利的。此外,雖然此示範性實施例以一有利的例子來描述在該六軸方向上的位置測量及在該六軸方向上的驅動,但亦可實施只在該刻度尺1的板子厚度方向上的位置測量及只在該板子厚度方向上的驅
動。又,在此示範性實施例中,該位置感測器5測量該刻度尺1相關於該投影光學系統10的位置,但取而代之地,該刻度尺1相關於該透鏡鏡筒表面板9(結構)的位置可被測量。
又,在此示範性實施例中,該刻度尺1被該
透鏡鏡筒表面板9支撐,但亦可被該透鏡鏡筒表面板9之外的結構支撐。即使是在此例子中,該結構係透過該抗震設備被支撐。
在此示範性實施例中,一曝光設備80的構造
是本實施例的一個例子且該曝光設備80可被不同地建構而不偏離本發明的標的。該曝光設備80可被有利地應用在將圖案轉移至基材的該圖案轉移設備上。該圖案轉移設備的一個例子可包括一曝光設備、一帶電粒子束繪圖設備、及一壓印設備。又,依據此示範性實施例的該位置測量設備可被應用至數位顯微鏡上,且除了該圖案轉移設備之外,一位置測量設備被用於機器工具上。
在前述的位置測量設備被使用於該帶電粒子
束繪圖設備的例子中,一用來偏轉且形塑帶電粒子束的電子光學系統可被用來取代該投影光學系統。
在前述的位置測量設備被應用於該壓印設備上的例子中,一其上形成有圖案的模具或一支撐該模具的支撐件可被用來取代該投影光學系統。
在前述的位置測量設備被應用在該數位顯微鏡上的例子中,構成該顯微鏡的光學系統可被用來取代該
投影光學系統。
第二示範性實施例現將被描述。一依據此第
二示範性實施例的位置測量設備將被描述。除了第一示範性實施例的組態之外,一加速度感測器60(加速度感測單元)被加至該刻度尺1上,且來自該加速度感測器60的輸出被用來控制該驅動設備4。在下面的描述中,和第一示範性實施例不同的部分將被描述且和該第一示範性實施例具有相同功能的諸部分的描述將被省略。又,該加速度感測器60只需要被安裝在一將被該支撐設備3支撐的物件上。圖5是依據第二示範性實施例的刻度尺1的頂視圖。在圖式中,具有和第一示範性實施例相同功能的部分被標示相同的標號。
偵測在該刻度尺1的板子厚度方向上的加速
度的加速度感測器60a至60d被配置在該刻度尺1上。該控制單元根據該等加速度感測器60a至60d的偵測到的加速度來控制該驅動設備4a至4h以抵消產生在該刻度尺1內的加速度。換言之,該驅動設備被控制,使得來自該加速度感測器60a至60d的輸出變成0。
在此示範性實施例中,該加速度感測器偵測
在該刻度尺1的板子厚度方向上的加速度,但亦可偵測在其它方向上(例如,六軸方向上)的加速度。在此例子中,產生在該刻度尺1內之不是在板子厚度方向上的加速度可被抵消。
前述在第二示範性實施例中的加速控制和該
第一示範性實施例中用來防止漂移的位置控制一起被實施。因為該加速度控制的該伺服控制頻率不像位置控制般有限制,所以該伺服控制頻率可被儘可能高地被設定,以進一步減小該刻度尺1的變形。
又,驅動設備4a至4d可被配置在支撐設備
3a至3d的附近。此外,加速度感測器60a至60d可被置在被驅動於該板子的厚度方向上的驅動設備4a至4d及支撐設備3a至3d的附近。藉此配置,在從支撐設備3a至3d被傳遞至該刻度尺1的力偏離驅動設備4a至4d所產生的力的情況中,因為每一力的施力點不同所產生之該刻度尺1的局部變形可被減小。
如果該支撐設備3的自然頻率fc為2Hz的
話,則等於或大於約3Hz(2Hzx2)的振動在該透鏡鏡筒表面板9的振動期間被阻尼且被傳遞至該刻度尺1。依據此示範性實施例,和第一示範性實施例的組態相較,被傳遞至該刻度尺1的頻率等於或小於3Hz的振動可被減小,且該刻度尺1的變形可因而被減小。
第三示範性實施例現將被描述。一依據此第
三示範性實施例的位置測量系統將被描述。依據第一示範性實施例的支撐設備將伺服控制頻率設定為等於或小於自然頻率fc的1/2,而本示範性實施例將該伺服控制頻率設定為等於或大於2至小於10倍的自然頻率fc。在下面的描述中,和第一示範性實施例不同的部分將被描述且和該第一示範性實施例具有相同功能的諸部分的描述將被省
略。
如果該伺服控制頻率被設定為一比自然頻率
fc更高的頻率的話,則該振動係在該支撐設備3很難傳遞振動的頻率範圍內(圖9中等於或大於2倍的fc的範圍)被傳遞。然而,例如,藉由將該伺服控制頻率設定至避開該自然頻率fc附近(例如,1至3Hz)的5至10Hz,該刻度尺1導因於共振的振動可被減小,用以抑制該刻度尺1的變形。
例如,如果該伺服控制頻率被設定為10Hz的
話,則該透鏡鏡筒表面板19之高達10Hz的振動會被傳遞,但該刻度尺1之約1至3Hz的共振可被抑制,使得產生於該刻度尺1內的慣性力可被抑制。
該伺服控制頻率可被設定為等於或大於該支
撐設備3的自然頻率fc的2倍,更加有利地,等於或大於該自然頻率fc的2倍。如果該伺服控制頻率極接近該自然頻率fc的話,則該控制是不穩定的。又,如果該支撐設備3的阻尼率很小的話,則在該自然頻率fc附近的振動放大率會很大,使得如果本示範性實施例被實施的話,抗震效果會更顯著。如果該刻度尺1的伺服控制頻率等於或小於該支撐設備3的自然頻率fc的10倍的話,則可獲得充分的抗震效果。
第四示範性實施例現將被描述。一依據此第
四示範性實施例的位置測量系統將被描述。支撐設備的組態不同於第一示範性實施例。詳言之,依據第一示範性實
施例的支撐設備是非接觸式的,而依據本示範性實施例的支撐設備是接觸式的。和第一示範性實施例類似地,該支撐設備被建構來降低在該刻度尺1的板子厚度方向上的支撐剛性(彈簧構件)。在下面的描述中,和第一示範性實施例不同的部分將被描述且和該第一示範性實施例具有相同功能的諸部分的描述將被省略。
圖6的支撐設備係藉由線圈彈簧71來支撐該
刻度尺1。該線圈彈簧71係以其一端被安裝至該刻度尺1側及其另一端被安裝至該透鏡鏡筒表面板9側的方式來設置。該線圈彈簧71在該刻度尺1的板子厚度方向(Z方向)上具有低的支撐剛性(亦即,實施可撓性支撐)且在XY方向上亦具有低的剛性。又,如果該線圈彈簧的支撐剛性很低的話,則有必要實施控制,使得該線圈彈簧導因於該刻度尺1的質量的伸長量在慣性狀態下不會過大。
又,如圖7所示,刻度尺1亦可被板片彈簧
73支撐,而不是被圖6的線圈彈簧71支撐。
第五示範性實施例現將被描述。一依據此第
五示範性實施例的位置測量系統將被描述。依據第五示範性實施例的位置測量系統和依據第一示範性實施例的位置測量系統不同之處在於,依據第五示範性實施例的支撐設備是接觸式的,而依據第一示範性實施例的支撐設備是非接觸式的。因為該支撐設備不包括第一示範性實施例的第一特徵,所以和第一示範性實施例的組態比較起來刻度尺1的溫度變化較容易發生,但因為該支撐設備包括第二特
徵,所以該刻度尺1的變形可被減小。在下面的描述中,和第一示範性實施例不同的部分將被描述且和該第一示範性實施例具有相同功能的諸部分的描述將被省略。
圖8A例示依據第五示範性實施例的支撐設
備。圖8A例示一個支撐設備,但和第一示範性實施例相類似地,該位置測量系統包括多個支撐設備及另一支撐設備(未示出)亦具有相同的組態。
該支撐設備包括一磁鐵72a其被固定至該透鏡鏡筒表面板9、一磁鐵72b其被固定至該刻度尺1以面向磁鐵72a、及該線圈彈簧71,其連接該透鏡鏡筒表面板9和該刻度尺1。磁鐵72a及72b每一者都是永久磁鐵。另一種組態可被用來取代該線圈彈簧71,只要該組態如一彈簧件般地作用即可。
該刻度尺1被該磁鐵72a及該磁鐵72b之間的磁性互斥力及一由該線圈彈簧71的回復力所決定的支撐力支撐。該磁鐵72a及該磁鐵72b產生一和該刻度尺1的位移呈現非線性關係的彈簧力,該線圈彈簧71被建構來產生一和該刻度尺1的位移呈現線性關係的彈簧力。
又,支撐該刻度尺1的該支撐力係藉由控制該等彈簧力及該刻度尺1的支撐部分來獲得,且在此同時,在平衡位置附近該線圈彈簧71相對於該刻度尺的位移的伸長量可被抑制。這可減小該刻度尺1和該透鏡鏡筒表面板9之間的距離。又,該彈簧常數的絕對值在該平衡位置亦可藉由該控制被減小。
圖8B是圖8A的一變化例。例示於圖8B中
的支撐設備使用一空氣彈簧73(伸縮軟管形式)來取代線圈彈簧71。又,磁鐵72c至72f被用來取代磁鐵72a及72b。該支撐設備和圖8A的支撐設備不同處亦在於磁鐵72c至72f使用磁性吸力。
第六示範性實施例現將被描述。本示範性實
施例具有和依據第一示範性實施例至第五示範性實施例的支撐設備相同的組態,但具有和第一示範性實施例至第五示範性實施例不同的特徵。在第六示範性實施例中,該支撐設備具有負的彈簧特徵且被使用在該彈簧常數的絕對值很小的位置。
在日本專利申請案公開第2009-004737號中
討論的支撐設備使用一偏向元件,因此該偏向元件(彈簧元件)本身的質量和該彈簧常數的共振會是問題。在傳統的例子中,即使是該偏向元件的彈簧常數極小,多個自然頻率(共振頻率)會根據該偏向元件本身的質量出現在數個10Hz的附近且從該透鏡鏡筒表面板9傳來之在該板子厚度方向上的振動被放大。該振動造成該刻度尺1的變形。
即使在該第一示範性實施例中(如,參考圖9
描述者),在該透鏡鏡筒表面板9的振動頻率是在該自然頻率fc附近的區域中(例如,0.5Hz至3Hz),該透鏡鏡筒表面板9的振動被放大的量和該支撐設備3的阻尼率成正比且被傳遞至該刻度尺1。上述的放大被產生在該正的
彈簧特徵中且在本示範性實施例中,該支撐設備具有負的彈簧特徵,使得沒有導因於該放大的共振問題。因此,和第一示範性實施例比較起來,該刻度尺1的變形可被減小。
具有負的彈簧特徵的該支撐設備不具有該一般的自然頻率,因為該彈簧常數被界定為負的。因此,下面的頻率fc被界定為對應於該自然頻率的頻率。
等式(1)是一代表該一般的自然頻率的變形,其中該彈簧常數k被設定為代表該自然頻率的等式中的一絕對值,及m為該刻度尺1的質量或該刻度尺1和一被安裝在該刻度尺1上的物件的總質量。在該負的彈簧特徵的情況中,該共振現象沒有發生,因此該頻率fc不具有造成共振的頻率的意義。然而,等式1可以是一用於決定該振動因為施加至該被支撐的物件上的慣性力的影響而變得多難被傳遞或多少該彈簧力被施加至該被支撐的物件的參考。
在本文中,即使該彈簧常數是負的,該透鏡鏡筒表面板9的振動因為該彈簧常數很小的絕對值的關係而很難被傳遞至該刻度尺1的特徵和該彈簧常數是正的情形並沒有不同。在本示範性實施例中的該刻度尺1的定位控制現將被描述。因為在本示範性實施例中的支撐設備3具有負的彈簧常數且該彈簧常數具有很小的絕對值,所以
加速度很難被產生在該刻度尺1內,但該刻度尺1的定位穩定性被降低。例如,該刻度尺1可被該基材桌台的運動時涉及的風壓效應移位。
因此,該刻度尺的定位控制係用和第一示範
性實施例相同的組態來實施。在該支撐設備具有正的彈簧特徵的情形中,存在著該刻度尺1的定位控制的振動被放大的疑慮。大體上,在1/2至2倍自然頻率的範圍內,很難實施定位控制。在另一方面,在該支撐設備具有負的彈簧特徵的情形中,該共振現象不會發生在相當於該自然頻率的頻率上,且即使該刻度尺1的定位控制的伺服控制頻率被設定為接近該頻率fc,沒有不穩定不會發生在該定位控制中。然而,在負的彈簧特徵中,因為被施加了在遠離該平衡位置的方向上的力,所有必須要控制該伺服控制頻率以確保一控制驅動力至少足以超過該上述的力。該定位控制回應該刻度尺1和該透鏡鏡筒表面板9之間被假設的相對位移,但可被一般性地實施,如果該伺服控制頻率被設定為等於或大於該相當於自然頻率的頻率fc的1倍的話。在另一方面,在該定位控制是在該伺服控制頻率小於頻率fc的1倍下被實施的情形中,該控制驅動力可被該負的彈簧所產生的力超過,使得該定位控制很容易不穩定。
同時,該刻度尺1的定位控制具有促使該刻
度尺1跟隨該投影光學系統10的運動的功能,使得如果該刻度尺1的定位控制是在高於該伺服控制頻率下被實施
的話,則該投影光學系統10的振動被過度地傳遞。
圖11A及11B為例示該刻度尺1的定位控制
的伺服控制頻率和施加至該刻度尺1的振動能量之間的關係的圖式。圖11A例示該支撐設備3具有正的彈簧特徵的情形,及圖11B例示該支撐設備3具有負的彈簧特徵的情形。水平軸代表頻率比率且該頻率比率為該自然頻率或頻率fc相對於該伺服控制頻率的比率。
垂直軸代表振動能量比率,及一從該支撐設
備3被傳遞的力或振幅的平方(如果該刻度尺1被該控制驅動力振動的話)被一數值標準化(normalized),該數值是在該伺服控制不是被具有正的彈簧特徵(其具有2Hz的自然頻率)的支撐設備支撐的時候實施的情形中獲得的。如果該伺服控制頻率是0的話(即,如果該伺服控制沒有被實施),該振動能量比率變成1.0,因為該標準化被實施。該圖形可被解讀為例示該定位控制在每一伺服控制頻率被實施的情形中該被施加至刻度尺1振動能量被標準化的圖形。
從圖11A中可瞭解到的是,如果具有正的彈
簧特徵的該支撐設備將該伺服控制頻率設定為自然頻率的約2至4倍的話,則施加至該刻度尺1上的振動能量可被減小,換言之,抗震效果可被最大化。又,可被瞭解的是,如果該伺服控制頻率被設定為等於或大於自然頻率的10倍的話,則施加至該刻度尺1上的振動能量會比該伺服控制頻率在該自然頻率附近時的定位控制所施加的振動
能量更多,因而減弱該抗震效果。
從圖11B可瞭解的是,在具有負的彈簧特徵的支撐設備中,隨著該伺服控制頻率被提高,施加至該刻度尺1的振動能量亦被增加,因而減弱了該抗震效果。又,可被瞭解的是,如果該伺服控制頻率被設定為該頻率fc的約1至3倍的話,則該抗震是極有效的。如果該伺服控制頻率被設定為等於或大於fc的10倍的話,則該抗震效果就和具有正的彈簧特徵的支撐設備沒有不同了。
總結以上的描述,在具有負的彈簧特徵的支撐設備3中,該刻度尺1的定位控制的伺服控制頻率被有利地設定為等於或大於1至等於或小於10倍的頻率fc。又,將該伺服控制頻率設定為等於或大於1至等於或小於3倍的頻率fc是更佳的。在本示範性實施例中,該支撐設備的頻率fc在該六軸方向的所有方向上被設定約2Hz及該伺服控制頻率被設定為約3至5Hz是本實施例的一個例子。
該“伺服控制頻率”(被稱為伺服控制頻帶)是由一零交叉頻率開放特徵(zero cross frequency in an open characteristic)所界定且是一指出一後續的控制是否被充分地操作的邊界的指標。詳言之,如果該伺服控制頻率被設定為5Hz的話,該後續的控制可能無法在一頻率等於或大於5Hz的運動被實施,而是在一頻率小於5Hz的運動被實施,用以防止在該刻度尺1的一個位置的低頻帶漂移。
依據本示範性實施例的支撐設備3在該刻度
此1的厚度方向上具有負的彈簧特徵且將實施於該刻度尺1上的該定位控制的該伺服控制頻率設定為等於或大於1至等於或小於10倍的頻率fc。因此,該刻度尺1所產生的該慣性力可被該刻度尺1的定位控制抑制,用以顯著地減小因為振動而發生在該刻度尺1的板子厚度方向上的變形。
接下來,一種依據本發明的示範性實施例之製造一裝置(半導體裝置、液晶裝置、及類此者)的方法將被描述。該半導體裝置係藉由實施一將積體電路製作在一晶圓上的預處理及一將積體電路晶片完成在該預處理中製造的該晶圓上以成為一產品的後處理來製成的。該預處理包括一藉由使用前述的曝光設備將其上施用了光敏材料的該晶圓曝光的處理及一將該晶圓顯影的處理。該後處理包括一組裝處理(分切、打線)及一封裝處理(包封)。該液晶裝置係藉由實施一形成透明的電極的處理來製造的。該形成透明的電極的處理包括施用光敏材料至一其上沉積了一透明的導電膜的玻璃基板上的處理、藉由使用前述的曝光設備將其上施用了光敏材料的該玻璃基板曝光的處理、及一將該玻璃基板顯影的處理。根據該依據本發明的示範性實施例之製造一裝置的方法,可製造出比習知技術品質更高的裝置。
如上文所述,本發明的示範性實施例被描述,但本發明並不侷限於此且可在本發明的範圍內被不同地修改及變化。
依據本發明,在包括該刻度尺和該感測器的定位控制設備中,可藉由減小在該刻度尺的板子厚度方向上的變形來改善測量精確度。
雖然本發明已參考示範性實施例予以描述,但應被瞭解的是,本發明並不侷限於被揭示的示範性實施例。下面的申請專利範圍的範圍將和最廣義的詮釋一致,用以包含所有修改、等效結構、及功能。
1‧‧‧板狀刻度尺
2‧‧‧繞射光柵
3‧‧‧支撐設備
4‧‧‧驅動設備
5‧‧‧位置感測器
6‧‧‧測量光軸
7‧‧‧感測器
8‧‧‧測量光軸
9‧‧‧透鏡鏡筒表面板
10‧‧‧投影光學系統
20‧‧‧振動隔離設備
22‧‧‧振動隔離設備
30‧‧‧基材
40‧‧‧細調運動桌台
41‧‧‧粗調運動桌台
42‧‧‧基座表面板
44‧‧‧柱狀件
45‧‧‧驅動設備
80‧‧‧浸泡式曝光設備
100‧‧‧控制單元
Claims (13)
- 一種位置測量設備,其被建構成使用包含光柵圖案的板狀刻度尺來測量一被量測的物件的位置,該位置測量設備包含一支撐單元,其被建構成設置在一結構和該刻度尺之間並支撐該刻度尺,其中該支撐單元包括一彈簧元件,其減小在板子厚度方向上從該結構傳至該刻度尺的振動。
- 如申請專利範圍第1項之位置測量設備,其中該支撐單元以非接觸方式支撐該刻度尺。
- 如申請專利範圍第2項之位置測量設備,其中該支撐單元包括一包含一對磁鐵的第一磁鐵,其被安裝在該結構及該刻度尺的一者上、及一第二磁鐵,其被安裝在該結構及該刻度尺的另一者上且被配置在該對磁鐵之間。
- 如申請專利範圍第1項之位置測量設備,其中在一包括該刻度尺且被該支撐單元支撐的物件的質量被設定為m且該支撐單元的彈簧常數被設定為k的情形中,一由下面的等式代表的數值被設定為等於或小於10,
- 如申請專利範圍第1項之位置測量設備,其更包含一第一位置感測器,其被建構成被安裝在該被量測的物件上並測量該刻度尺和該被量測的物件之間的相對位置。
- 如申請專利範圍第5項之位置測量設備,其中一包括該刻度尺且被該支撐單元支撐的物件包括一第二位置 感測器,其被建構來測量該結構或一安裝在該結構上的參考物件和該刻度尺之間的相對位置。
- 如申請專利範圍第6項之位置測量設備,其更包含一驅動單元,其被建構來根據來自該第二位置感測器的輸出以非接觸方式驅動該物件。
- 如申請專利範圍第7項之位置測量設備,其中該第二位置感測器根據來自該第一位置感測器及該第二位置感測器的輸出測量該參考物件和該物件之間的相對位置及測量該被量測的物件和該參考物件之間的相對位置。
- 如申請專利範圍第8項之位置測量設備,其中該支撐單元具有負的彈簧特徵,及其中一藉由使用該驅動單元及該第二位置感測器來將該物件定位的伺服控制頻率被設定為等於或大於1及等於或小於10倍的fc。
- 如申請專利範圍第8項之位置測量設備,其中該支撐單元具有正的彈簧特徵,及其中該藉由使用該驅動單元及該第二位置感測器來將該物件定位的伺服控制頻率被設定為等於或小於1/2,或等於或大於2及等於或小於10倍的fc。
- 如申請專利範圍第7項之位置測量設備,其更包含一加速度感測器,其被建構來偵測該刻度尺的加速度,其中該驅動單元係根據來自該第二位置感測器及該加速度感測器的輸出來加以控制。
- 一種圖案轉移設備,其被建構來將圖案轉移至基 材上,該設備包含:一移動件,其被建構成被安裝了該基材並移動;及一位置測量設備,其被建構成使用一包括光柵圖案的板狀刻度尺來測量該移動件的位置,其中該位置測量設備包括一支撐單元,其被建構成設置在一結構和該刻度尺之間並支撐該刻度尺,及其中該支撐單元包括一彈簧元件,其減小在板子厚度方向上從該結構傳至該刻度尺的振動。
- 一種製造一裝置的方法,該方法包含:使用一圖案轉移設備將圖案轉移至一基材;及將其上被轉移了該圖案的基材顯影,其中該圖案轉移設備包括:一移動件,其被建構成被安裝了該基材並移動;及一位置測量設備,其使用一包括光柵圖案的板狀刻度尺來測量該移動件的位置,及其中該位置測量設備包括一支撐單元,其被建構成設置在一結構和該刻度尺之間並支撐該刻度尺,及其中該支撐單元包括一彈簧元件,其減小在板子厚度方向上從該結構傳至該刻度尺的振動。
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