(57)【要約】【課題】  ステージの全動作範囲において、基板搭載面の位置を連続的に計測する。これにより、ステージ位置決め精度の向上と基板ステージの小型化を図る。【解決手段】  本発明の面位置計測装置は、基板を搭載するステージの基板搭載面の、予め定められた基準面に対する位置を計測する。そのために、前記ステージとは分離して前記基準面と平行に配設された第１ミラーと、前記基板搭載面と前記第１ミラーとの距離を計測する第１レーザ干渉測長系と、前記第１ミラーと前記基準面との距離を計測する第２レーザ干渉測長系とを備える。さらに、前記第１レーザ干渉測長系による計測値と前記第２レーザ干渉測長系による計測値に基づいて前記基準面に対する前記基板搭載面の位置を演算する演算手段を備える。【選択図】図１
2008147369.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を搭載するステージの基板搭載面の、予め定められた基準面に対する位置を計測する面位置計測装置であって、
前記ステージとは分離して前記基準面と平行に配設された第１ミラーと、
前記基板搭載面と前記第１ミラーとの距離を計測する第１レーザ干渉測長系と、
前記第１ミラーと前記基準面との距離を計測する第２レーザ干渉測長系と、
前記第１レーザ干渉測長系による計測値と前記第２レーザ干渉測長系による計測値に基づいて前記基準面に対する前記基板搭載面の位置を演算する演算手段と
を備えることを特徴とする面位置計測装置。
【請求項２】
前記第１レーザ干渉測長系は、前記第１ミラーと、前記ステージに基板を保持するチャックの裏面相当部分に設けられた反射部材との相対距離を計測することを特徴とする請求項１に記載の面位置計測装置。
【請求項３】
前記第１ミラーは、前記ステージを前記基準面と平行方向に案内する平面ガイドに設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の面位置計測装置。
【請求項４】
前記平面ガイドが前記第１ミラーを兼用していることを特徴とする請求項３に記載の面位置計測装置。
【請求項５】
前記第１ミラーは、前記平面ガイドに支持されていることを特徴とする請求項３に記載の面位置計測装置。
【請求項６】
前記第１ミラーは、前記平面ガイドに埋め込まれていることを特徴とする請求項３に記載の面位置計測装置。
【請求項７】
前記第１ミラーは、前記平面ガイドに柔軟な部材を介して保持されていることを特徴とする請求項５または６に記載の面位置計測装置。
【請求項８】
前記第１ミラーは、前記ステージを前記基準面と平行方向に案内する平面ガイドに関し、前記ステージの反対側に配置されており、前記平面ガイドは、前記第１レーザ干渉測長系の計測光を透過させる透過溝を設けられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１つに記載の面位置計測装置。
【請求項９】
前記第１ミラーは、前記ステージを前記基準面と平行方向に案内する平面ガイドに関し、前記ステージの反対側に配置されており、前記案内ガイドは前記第１レーザ干渉測長系の計測光を透過させる材料で構成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１つに記載の面位置計測装置。
【請求項１０】
前記第１ミラーは、前記第１レーザ干渉測長系のレーザ干渉計ピックアップからの参照光を反射し、計測光を透過するハーフミラーであることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１つに記載の面位置計測装置。
【請求項１１】
前記レーザ干渉測長系は、前記基準面、前記基板搭載面、及び第１ミラーのそれぞれの少なくとも２カ所に関する相対距離を計測することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１つに記載の面位置計測装置。
【請求項１２】
前記演算手段は、前記少なくとも２カ所に関する相対距離に基づいて、前記基板搭載面の傾き成分の演算をさらに行う計測も行うことを特徴とする請求項１１に記載の面位置計測装置。
【請求項１３】
原版及び投影光学系を介して基板ステージ上に搭載された基板を露光する露光装置であって、
請求項１乃至１２のいずれか１つに記載の面位置計測装置を用いて前記基板ステージの基板搭載面の位置を計測することを特徴とする露光装置。
【請求項１４】
原版を介して基板を露光する露光装置であって、
該原版からの光を該基板に投影する投影光学系と、
前記投影光学系を支持する第１の定盤と、
該基板を保持し、かつ移動する基板ステージと、
前記基板ステージに配された第１のミラーと、
前記基板ステージを支持する第２の定盤と、
該第２の定盤に関し、該基板ステージとは反対の側に配された第２のミラーと、
前記第１の定盤に支持され、かつ前記投影光学系の光軸の方向における、前記第２のミラーに対する前記第１のミラーの位置を計測する第１のレーザ干渉計と、
前記第１の定盤に支持され、かつ該光軸の方向における、前記第１の定盤に対する前記第２のミラーの位置を計測する第２のレーザ干渉計と、
を有し、
前記第１のレーザ干渉計による計測値と前記第２のレーザ干渉計による計測値とに基づき、該光軸の方向における、前記第１の定盤に対する前記基板ステージの位置を算出する、
ことを特徴とする露光装置。
【請求項１５】
前記第１のレーザ干渉計と前記第２のレーザ干渉計とをそれぞれ複数有し、
該複数の前記第１のレーザ干渉計による計測値と該複数の前記第２のレーザ干渉計による計測値とに基づき、前記第１の定盤に対する前記基板ステージの傾きを算出する、
ことを特徴とする請求項１４に記載の露光装置。
【請求項１６】
前記第２の定盤は、前記第１のレーザ干渉計の計測光および前記第２のレーザ干渉計の計測光のいずれかが通過する、開口部および透光部のいずれかを有する、ことを特徴とする請求項１４または１５に記載の露光装置。
【請求項１７】
前記第２のミラーは、ハーフミラーを含む、ことを特徴とする請求項１４乃至１６のいずれかに記載の露光装置。
【請求項１８】
前記基板ステージに保持された該基板上のアライメントマークの位置を計測する第１のセンサと、
前記基板ステージに保持された該基板の表面形状を計測する第２のセンサと、
を有し、
前記第１のレーザ干渉計と前記第２のレーザ干渉計とは、前記投影光学系が配された露光ステーションと、前記第１のセンサおよび前記第２のセンサが配された計測ステーションとに、それぞれ配されている、
ことを特徴とする請求項１４乃至１７のいずれかに記載の露光装置。
【請求項１９】
請求項１３乃至１８のいずれかに記載の露光装置を用いて基板を露光するステップと、
該露光された基板を現像するステップと、
を有することを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原版を介して基板を露光する露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の露光装置は、投影光学系のＮＡの増大に伴い、ウエハステージ（基板ステージともいう）によるフォーカス及びレベリング合わせは非常に厳しい精度（再現性）が要求される。例えば、ウエハの露光時に確保できる焦点深度はＮＡ＝０．９３の走査露光装置で約２００［ｎｍ］程度である。しかし、その中から、像面湾曲やレチクル要因のデフォーカス量、像面キャリブレーション誤差などの誤差要因を取り除いてフォーカスレベリング駆動誤差に割り振ることができる制御精度は一般的な経験則より、たかだかその１０％（２０［ｎｍ］）位である。そのため、Ｚ軸（フォーカス方向）及びレベリング軸の位置計測に直線性がよく分解能の高いレーザ干渉計を用いて制御を行う方法が採用されるようになっている。
【０００３】
例えば、ウエハステージの上面左右に平面ミラー（ＹＺ１、ＹＺ２）を配し、各々において投影レンズの両側に固定された参照ミラーからの計測光を反射させることでステージ面のフォーカス方向の位置を計測可能としている。
また、特許文献１（特表２００１−５１０５７７）では、ウエハチャックの側面に鋭角ミラーを配し投影レンズや干渉計の固定された鏡筒定盤に対して水平に入射された計測光を投影レンズ側に反射させて、ウエハチャックの高さを計測する方法が提案されている。
【特許文献１】特表２００１−５１０５７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記平面ミラー（ＹＺ１、ＹＺ２）を配した例では、ウエハステージのＹ方向移動に伴い、平面ミラーＹＺ１およびＹＺ２の計測光が切れて（平面ミラーＹＺ１およびＹＺ２で計測光を反射できなくなって）しまう。そのため、Ｚ（フォーカス）現在位置計測系の切り替えを行うシステムの構築が必要である。また、Ｚ干渉計の切り替えの際には空気揺らぎやステージ天板の変形要因による誤差が累積してしまうため、絶対的に安定した座標系を維持することが困難であるという問題があった。また、レベリング方向の計測は、Ｘ軸もしくはＹ軸に平行な２つの計測光を用いたピッチング干渉計によって行われる。しかし、ステージサイズを小さくする必要性からピッチング計測の光軸スパンを広く取ることができず、そのために空気揺らぎや分解能の粗さによるピッチング計測精度劣化要因が無視できなくなってきた。
【０００５】
一方、特許文献１では、Ｚ方向計測のためにＺ測定ミラーとＺ反射器の間に配置された２本の干渉計計測光は、露光処理中のステージのあらゆるポジションにおいても切れることがない構成となっている。しかしながら特許文献１の発明者の見解にもあるように、Ｚ測定ミラーを上記計測光が切れないように構成するためには、Ｚ測定ミラーを含んだ基板ホルダの寸法（ｈ）を拡大する必要がある。これが、ステージ動特性向上や露光装置のフットプリント設計上の妨げになる可能性があった。特にＮＡの拡大に伴ってレンズ口径が大きくなると、特にこの問題に対する対処が重要となる。
本発明は、上記課題に鑑み、投影光学系の光軸の方向における基板ステージの位置を計測する新規な技術を提供することを例示的目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するための面位置計測装置は、基板を搭載するステージの基板搭載面の、予め定められた基準面に対する位置を計測する面位置計測装置である。そして、本発明の面位置計測装置は、前記ステージとは分離して前記基準面と平行に配設された第１ミラーと、前記基板搭載面と前記第１ミラーとの距離を計測する第１レーザ干渉測長系と、前記第１ミラーと前記基準面との距離を計測する第２レーザ干渉測長系とを備える。さらに、前記第１レーザ干渉測長系による計測値と前記第２レーザ干渉測長系による計測値に基づいて前記基準面に対する前記基板搭載面の位置を演算する演算手段を備える。基準面としては、例えば設計上または理想上の基板搭載面か、または露光装置であれば投影光学系の像面を設定すればよい。
【０００７】
また、本発明の露光装置は、原版を介して基板を露光する露光装置であり、以下を特徴とする。すなわち、該原版からの光を該基板に投影する投影光学系と、前記投影光学系を支持する第１の定盤と、該基板を保持し、かつ移動する基板ステージと、前記基板ステージに配された第１のミラーと、前記基板ステージを支持する第２の定盤とを有する。また、該第２の定盤に関し、該基板ステージとは反対の側に配された第２のミラーと、前記第１の定盤に支持され、かつ前記投影光学系の光軸の方向における、前記第２のミラーに対する前記第１のミラーの位置を計測する第１のレーザ干渉計とを有する。さらに、前記第１の定盤に支持され、かつ該光軸の方向における、前記第１の定盤に対する前記第２のミラーの位置を計測する第２のレーザ干渉計とを有する。そして、前記第１のレーザ干渉計による計測値と前記第２のレーザ干渉計による計測値とに基づき、該光軸の方向における、前記第１の定盤に対する前記基板ステージの位置を算出する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、例えば、投影光学系の光軸の方向における基板ステージの位置を計測する新規な技術を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の好ましい実施の形態に係る露光装置は、原版及び投影光学系を介して基板を露光する露光装置であって、ウエハチャック（基板搭載面）の高さ及び傾きを計測する面位置計測装置を備える。この面位置計測装置は、ウエハステージ構造物（ステージ）とは分離してウエハチャック面に対して平行に取り付けられた反射ミラー（第１ミラー、間接参照ミラー）と、上記間接参照ミラーとウエハチャックの距離を計測する第１レーザ干渉測長系とを備える。さらに、上記間接参照ミラーと装置基準となる構造体（ＰＯ定盤、基準面）の距離を計測する第２レーザ干渉測長系を備える。上記間接参照ミラーは、ウエハチャックの裏面相当部分に設けられた反射ミラーもしくは反射ミラーに類する反射部材との相対距離および姿勢を第１レーザ干渉測長系によって計測する。
【００１０】
本実施形態によれば、ウエハステージのＺおよびチルト軸を計測するためのレーザ干渉計の計測光軸をウエハステージ定盤側に反射する反射ミラー、及び上記計測光軸をレーザ干渉計のピックアップ側に反射する間接参照ミラーをステージ定盤側に設けている。これにより、ワーク範囲におけるウエハステージの連続的なＺおよびチルト軸計測システムを提供することができる。同時に、ウエハステージの連続的なＺおよびチルト軸計測システムを実現するにあたって、従来例に比較してより小型なウエハステージシステムを構築可能とする。
【実施例】
【００１１】
以下、本発明の好ましい実施の形態を添付図に示す実施例に基づき説明する。
以下の実施例は本発明の効果を説明する便宜上、２つのウエハステージを備えた露光装置を例に挙げるが、本発明をシングルステージ構成の露光装置に適用した場合においても以下に説明すると同様の効果が得られることは明らかである。
【００１２】
［第１の実施例］
図１〜図３は、本発明の第１の実施例に係る露光装置の構成を示す。図示の露光装置において、ウエハステージ７の移動空間はウエハの露光を行う露光ステーション（図１）とウエハのアライメント計測とフォーカスチルト計測を一括して行う計測ステーション（図２）とから構成されている。図３は２つのウエハステージ７（７ａ、７ｂ）が移動するステージ定盤２の上面図である。ウエハステージ７は、図１では７ａ、図２では７ｂと記されているが、２つとも、露光ステーション（図１）と計測ステーション（図２）とを移動するものである。
【００１３】
図１において、１は床面に接触して配置されるベースフレームであり、露光装置本体上の構成物はすべてベースフレーム１上に搭載されている。２はステージ定盤であり、ベースフレーム１に対してアクティブダンパ１４によって所定の着目周波数領域において振動的に絶縁されて保持されている。ステージ定盤２は、ウエハステージ７ａの粗動部分における平面ガイドを兼ねている。また、ステージ定盤２はウエハステージ位置座標によってウエハステージ７ａの荷重を受けて数μｍ程度の変形や姿勢変化を生じる。ウエハステージ７ａのＸＹ方向ステップによる反力は、不図示のカウンタマスに与えられることにより運動量が相殺される。
【００１４】
３は鏡筒定盤（ＰＯ定盤）であり、装置の座標系の基準を与える構造物となっている。すなわち、ウエハステージレーザ干渉計のピックアップ１０ａ、１０ｃ、レチクルレーザ干渉計のピックアップ１６、及びレチクルのフォーカスレベリングを計測するレチクルフォーカス計測器１５は鏡筒定盤３上に形成されている。鏡筒定盤３は、床面からの振動を遮断する必要があるため、ステージ定盤同様アクティブダンパ２８によってベースフレーム１上から支持されている。４は投影レンズであり、レチクル１７上に描画されたパターン像をウエハ面上に縮小投影する。投影レンズ４は外筒９によって支持されている。
【００１５】
近年の事例においてはレンズ収差を補正するために投影レンズ４に構成されたレンズを補正駆動する駆動軸が実装されるようになった。そのため、投影レンズ４の振動を鏡筒定盤に伝達させない目的で投影レンズ４を鏡筒定盤から振動的に隔離した保持方法がとられるようになってきた。
【００１６】
１３は、ウエハステージ７ａに保持されたウエハと投影レンズ４の空隙に純水などの液体を充填するための液浸ノズルである。１７はレチクルを保持するレチクルステージである。走査露光装置ではレチクルステージ１７のスキャン動作（本実施例では紙面に対して手前と奥の方向にスキャンする）に同期してウエハステージ７ａをスキャンさせてレチクル上のパターンをウエハ上に転写露光する。１８はアライメントビーム投光素子であり、レチクルまたはレチクルステージ１７上に描画された格子マークを照射する。この格子マークをウエハステージ７ａ上に設けられた不図示のセンサ（以下ＬＩＰＳセンサ）でＸＹ方向もしくはＺ方向に微少領域スキャンしながら計測することにより、該３軸方向の基準ポジションからのずれ量を計測することができる。同様な計測をウエハステージ７ａ上の異なった複数の位置に設けられたセンサを使って行うことで、ウエハステージ７ａに関する６軸の座標を正確にアライメントすることができる。
【００１７】
図２において説明する計測ステーションでアライメント及び形状計測されたウエハはウエハステージ７上に固定された不図示の基準マークとの相対位置をウエハ面内のポジション毎の関数もしくはテーブルとして記憶されている。ウエハステージ７と共に露光ステーションへ搬送されたウエハは、基準マークと同様にウエハステージ７ａ上に固定された不図示のセンサとレチクルまたはレチクルステージ上に描画された格子マークとの相対位置を計測する事により、レチクル上のアライメントマークとウエハ上のアライメントマークとの６軸における相対関係が確定する。
【００１８】
１９及び２０はそれぞれレチクルを照明する露光光を整形するための第１コンデンサ光学素子ユニット及び第２コンデンサ光学素子ユニットである。２１は露光スリットであり、レチクルパターン面に対して共役面と成る位置に配置されている。２２はマスキングブレードであり、レチクル上に描画された遮光帯以遠の無関係のレチクル領域に露光光が当たらないようにする。マスキングブレード２２は、レチクルステージ１７およびウエハステージ７ａのスキャン動作に同期してＺ方向にスキャンする。
【００１９】
レーザ干渉計ピックアップ１０ａ、１０ｃは鏡筒定盤から支持されている。本実施例においては、右側のレーザ干渉計ピックアップ１０ｃはウエハステージ７ａのＸ方向の距離を計測する計測光１２ａをウエハステージ７ａ上に搭載されたＸミラー２４ａに照射してＸ方向の現在位置を得ている。レーザ干渉計ピックアップ１０ａ、１０ｃは左右ユニットとも、Ｚ方向の距離を計測する計測光１１ａをウエハステージ上に搭載された折り曲げミラー８ａに照射し、間接参照ミラー５ａとの相対距離を計測できるようになっている。
【００２０】
２３ａは露光ステーションにおいてステージ定盤２に設けられた貫通穴であり、Ｚ方向計測を行う干渉計の計測光軸１１ａおよび２５ａを通す。その態様の一例を図７に示す。他方、ステージ定盤２に穴を開けるまでもなく、ステージ定盤の間接参照ミラーの部分を掘り下げて、底に間接参照ミラー５ａを配置しても良い。その態様の一例を図８に示す。また別の例として、レーザ干渉計の計測光軸を通すためにステージ定盤２をガラスのような透明な材料を用いて構成しても良い。
ステージ定盤２の表面を鏡面に仕上げて間接参照ミラー５ａの代わりに用いることもできる。但し、この方法によれば、ウエハステージ７ａの位置によってステージ定盤２に加えられる荷重ポジションが変動するため、間接参照ミラーがステージ座標に依存して変形する結果となる。これを補うためにはステージ座標に応じた補正機構と調整工程が必要となる。
【００２１】
図１の説明に戻り、間接参照ミラー５ａは鏡筒定盤に設けられた左右のレーザ干渉計ピックアップ１０ａ、１０ｃから投下される計測光２５ａによってもＺ方向の位置を計測される。間接参照ミラーはウエハステージ７の荷重移動に際してステージ定盤２の変形の影響を受けないようにするため、本実施例のように別置きにしても良いし、床からの振動を懸念してステージ定盤裏面から支持してもよい。重要なことは、間接参照ミラーの位置変動や角度変動は許容するも、ミラー変形は計測誤差を生むということである。そこで、間接参照ミラーは剛性を持つように設計し、柔軟な支持部材６ａ、６ｂを使って保持することが望ましい。
【００２２】
ステージ定盤裏面から支持する場合、間接参照ミラー５ａは支持部材６ａ、６ｂを介してステージ定盤２に取り付けられる。レーザ干渉計ピックアップ１０ａ、１０ｃから間接参照ミラー５ａの位置及び姿勢を計測することにより、間接参照ミラー５ａが鏡筒定盤３に対して概ね静止していれば床振動などの影響を受けて姿勢や位置が変動した場合でもその変動分を正しく計測できるので、ウエハステージ７と鏡筒定盤の相対距離は正確に計測することができる。
間接参照ミラーを使ってウエハステージのＺ軸及びレベリング軸の座標を求める方法については図８の説明において解説する。
【００２３】
本実施例によれば、露光ステーション内の露光に供するすべてのストローク内で常に両側のレーザ干渉計ピックアップ１０ａ、１０ｃから投光される計測光からの位置情報が得られる。そのため、ウエハステージ位置の干渉計切り替え誤差が解消し、かつ良好なωｙ方向のピッチング軸計測精度が得られる。ωｘ方向のピッチング計測に関し、図１〜図３に開示はないが、レーザ干渉計ピックアップ１０と間接参照ミラー５の対をＹ方向に離して複数配置すれば、ωｘ方向のピッチング計測精度においても同様の効果が得られる。しかしながら走査露光に使う露光スリットは、スキャン方向がＹ方向であるのに対してＸ方向に長くＹ方向に短い形状となっている。そのため、ωｘ軸の制御に対する要求精度はωｙほど厳しくはなく、レーザ干渉計ピックアップ３０４ａ、３０４ｂ（図３参照）から当てるピッチング計測光軸の計測精度で十分要求性能を達成できると考えられる。
【００２４】
図９は、本発明の第１実施例におけるＺ軸計測システムのＺおよびωｙ軸の座標計算方法を説明する説明図である。図中の部品において、干渉計ピックアップ１０ａ、１０ｃから水平方向に出射し、ウエハステージ７ａにてミラー８によってＺ方向に９０度曲げられ、間接参照ミラー５ａにて反射される光路長を計測する干渉計の現在位置をそれぞれＺＬ、ＺＲとする。これらは間接参照ミラーを中立点に維持した状態でウエハステージのウエハチャック中心がＸＹ計測を行う干渉計１２ａ（Ｙ軸は不図示）の交点に位置した状態でのウエハ表面の高さおよびωｙ方向の傾きがおおむね像面と平行になる特定の姿勢を座標原点とする。また、ウエハステージ７ａのＸＹ方向を計測する干渉計１２ａの交点にウエハチャックの中心が位置したところを原点とするウエハステージ７ａのＸ方向の距離をＸとする。ウエハステージ７ａの両側に取り付けられた９０度反射ミラー８は、ウエハチャックの中心から等間隔（１／２ＷＳ）だけ離れて取り付けられている。また、干渉計ピックアップ１０ａ、１０ｃからＺ方向に垂直に投下されて間接参照ミラー５ａを計測する光路長を計測する干渉計の現在位置をそれぞれＲＬ、ＲＲとする。ＲＬとＲＲが投下される計測スポットのスパン長をＷＲとする。ＲＬ、ＲＲの原点は、間接参照ミラー５ａが所定の中立点に位置決めされた状態を原点と定義される。このような定義のもと、ウエハステージ７ａのウエハチャック中心の現在位置（Ｚ，ωｙ）は、以下の式で求められる。
【００２５】
【数１】
2008147369.tif 000003
Ｃｃｍｐｚ、Ｃｃｍｐｑｙは、レーザ干渉計の組み立て公差やミラーの理想平面からの凹凸変動量を補正するためのＡＢＢＥ補正パラメータおよびミラーベンド補正テーブルである。これらのパラメータはウエハステージのＸＹ座標やθ座標に関連して補正値が変動するため、多項式や補正テーブルなどによって補正計算が行われ、その計算結果が現在位置に加算されて補正が行われるのが一般的である。
間接参照ミラー５ａ、５ｂは重力による撓みや加工精度による表面荒さによって、理想的な平面ではないため、上記補正（Ｃｃｍｐｚ、Ｃｃｍｐｑｙ）は必須である。
【００２６】
【数２】
2008147369.tif 000004
Ｏｙは、ステージをＸ方向に駆動したときのステージ走り面を補正する補正係数、Ｆｚｘ（Ｘ）は、間接参照ミラー５ａのミラー平面度のＺ成分補正テーブル、Ｆｚｙ（Ｙ）は、ウエハステージ７ａの反射ミラー８平面度のＺ成分補正テーブルである。ＣｘはウエハステージをＸ方向に駆動した時のωｙ軸干渉成分の一次係数であり、間接参照ミラー５ａが放物線形状の弓なりを持っていると発生する。Ｃｑはウエハステージをθ方向に駆動した場合のωｙ軸干渉成分の一次係数、Ｆｑｘ（Ｘ）は、間接参照ミラー５ａのミラー平面度のωｙ成分補正テーブル、Ｆｑｙ（ｙ）は、ウエハステージ７ａの反射ミラー８平面度のωｙ成分補正テーブルである。
【００２７】
本実施例によれば、Ｚ軸計測用のレーザ干渉計計測光１１ａはウエハステージ７ａに取り付けられた９０度反射ミラー８ａによってウエハステージ定盤２に向けて反射され、ウエハステージ定盤２の裏面側に配置された間接参照ミラー５ａとの相対距離を計測する。一方間接参照ミラー５ａはステージベースフレーム１またはステージ定盤２から床振動や定盤変形を伝達しない柔軟な支持部品６ａによって保持されており、この間接参照ミラー５ａと干渉計ピックアップ１０の相対距離を計測することにより、計測基準となる鏡筒定盤に固定された干渉計ピックアップ１０とウエハステージのＺの相対距離が計算によって得られる。間接参照ミラー５ａの変位および姿勢変動は上記式（１）において相殺されるために、Ｚ軸計測もしくはチルト軸計測に対して誤差を与えない。またウエハチャック上面より上の部分にレーザ干渉計による計測光軸を配する必要がないので、特にＮＡが大きな投影レンズを上部に配置しようとした場合の設計自由度が向上する利点がある。
【００２８】
［第２の実施例］
上述においては、本発明を露光装置の露光ステーションに適用する例を示したが、本発明は、図２の計測ステーションにも適用することができる。図２において、通し番号が図１と同じ数値のものは露光ステーションと共通の部材である。また、アルファベットを除いた番号が同一の部材も図１と共通の部材である。レーザ干渉計の光軸の引き回しとステージ７の構成は図１で説明した構成と共通である。また、Ｚ軸計測システムのＺおよびωｙ軸の座標計算方法も共通である。
【００２９】
図２において、２０１はウエハ上のフォーカス（Ｚ）方向の位置を計測する複眼のフォーカスセンサ、２０２はウエハステージ７上にチャッキングされたウエハのＸＹ方向のアライメントマークを計測するアライメントセンサである。計測ステーションにおいては、ウエハステージ７を駆動してアライメントセンサ２０２で所定のアライメント計測サンプルショットの座標に位置決めしながら、アライメントシーケンスを実施する。アライメントシーケンスの前もしくは後にウエハステージ上の不図示の基準マークの位置を計測し、基準マークとウエハ上のアライメントマークの相対距離を計算して記憶する。フォーカスレベリング方向に関しても同様にウエハステージ７を駆動してフォーカスセンサ２０１を用いてフォーカス計測を行い、そのシーケンス前または後に不図示の基準マークとの相対距離関係を計測して記憶する。
【００３０】
［第３の実施例］
図３は、本発明を露光ステーションと計測ステーションとの双方に適用した露光装置のステージ定盤２を上面から見た図、図４は図３に示すステージ定盤を横から見た図である。レーザ干渉計ピックアップ１０ａ〜１０ｄは、鏡筒定盤３（図１及び図２参照）に固定されており、ウエハステージ定盤２とは直接接触はしていない。３０４ａ、３０４ｂはそれぞれ２基あるウエハステージ７ａと７ｂのＹ軸方向及びωｘ方向の位置を計測するレーザ干渉計ピックアップである。３０１は露光ステーション側の投影レンズ４の位置、３０２は計測ステーション側のアライメント及びフォーカス計測器２０１の位置である。
【００３１】
ウエハステージ７ａ及び７ｂは、それぞれの位置で行うべきジョブが終了した後に、位置を交換する。すなわち、計測ステーションで試料ウエハのアライメント及びフォーカス計測が終了したウエハステージ７ｂは、露光ステーションで露光処理を行っているウエハステージ７ａの処理が完了するまで待機し、スワップされる。露光処理の終わったウエハは計測ステーションに搬送されてウエハアンロードされる。ウエハステージがスワップされる間は１０ａから１０ｄ及び３０４ａと３０４ｂのレーザ干渉計の光軸は遮られ、これらの干渉計による位置計測情報はすべて不定となる。スワップが完了すると自動的に行われる粗原点出しの後で各ウエハステージ７ａ、７ｂのレーザ干渉計による位置計測が復活し、干渉計による位置制御のもと、精密原点出しが行われる。図１で説明したアライメントビーム投光素子１８による計測は、ここでいう露光ステーションにおける精密原点出しに相当する。計測ステーションではアライメントスコープ２０２とフォーカス計測センサ２０１によって精密原点出しが行われる。
【００３２】
図５は、第３実施例において２基のウエハステージ７ａ、７ｂがスワップされるときのレイアウトを記述したものである。本発明を適用した場合、ウエハステージ７ａ、７ｂのＸ方向の幅は１２インチウエハチャックを搭載した場合で４００〜４５０ミリ前後の寸法となることが見積もられる。
【００３３】
図６は、第１〜３実施例におけるウエハステージ７（７ａ、７ｂ）の構造図である。ウエハステージ７はＸＹ方向に大きなストロークを有する粗動ステージ７０８と粗動ステージ上に構成された微少量６軸方向に駆動可能な微動ステージ７０８から構成されている。微動ステージ上にはウエハチャック７０５、及び不図示のアライメントスコープで観察可能なマークを搭載した基板である基準マークプレートが固定されている。さらに、露光ステーションにおいてＸＹ方向もしくはＺ方向に微少領域スキャンしながらアライメント、フォーカス計測を行う不図示のＬＩＰＳセンサも固定されている。７０１、７０２は微動ステージを駆動するためのリニアモータである。
粗動ステージ７０８は平面パルスモータ７０３で駆動される一方、ステージ定盤からエアーベアリング７０４によって微少量浮上している。
【００３４】
上記の構成以外に、以下のように構成することもできる。すなわち、粗動ステージ７０７における駆動力発生機構７０３を廃し、ステージ外部の駆動案内機構を粗動ステージ７０７に連結する。そして、ステージスワップ時には、上記駆動案内機構の連結を交換することによって、駆動案内機構を露光ステーション、計測ステーションごとに配置しつつも粗動ステージ７０７より上のユニットは両ステーション間を往来できるようにする。このような構成であっても本発明の適用は可能である。
【００３５】
［第４の実施例］
図１０は、本発明の第４の実施例に係る露光装置の露光ステーション構成を示す。図１０において、図１とアルファベットを除き同一の番号は同一の部材を示す。第１実施例との相違は、図１の反射ミラー８ａに対し、図１０では反射ミラー９０１がウエハチャック裏面にＸＹ平面に対して平行に形成されている点である。ウエハステージのＺ軸計測光９０４ａ、９０４ｂは、図１１において説明するレーザ干渉計ピックアップユニットから出射される。９０２はハーフミラーであり、図１の間接参照ミラー５ａに対応する。ハーフミラー９０２はリファレンス計測光９０５ａ、９０５ｂを反射し、計測光９０４ａ、９０４ｂを透過させる。Ｚ軸干渉計の計測値は光路９０４と９０５の差分が出力値となり、これはすなわち間接参照ミラーであるハーフミラー９０２とウエハステージ裏面の反射ミラー９０１の相対距離となる。レーザ干渉計ピックアップ１０ａ、１０ｂから下方向に出射される２５ａ、２５ｂの計測光とハーフミラー９０２の関係は第一の実施例における間接参照ミラー５ａ、５ｂと同じである。
【００３６】
図１１は、第４実施例におけるＸ方向に移動可能なレーザ干渉計ピックアップ（以下可動ピックアップ）の説明図である。可動ピックアップは、レーザ干渉計１００１が搭載されており、そこからはＺ軸計測光９０４ａ、９０４ｂ、９０５ａ、９０５ｂが紙面に対して法線方向に出射され、それぞれ図１０で説明したミラーにおいて反射されて戻される。１００２は可動ピックアップをＸ軸方向に駆動するピックアップステージである。ピックアップステージの駆動精度はそれほど厳しい精度は要求されない。
かくして、第４実施例に示した構成においても本発明による間接参照ミラーを使ったＺおよびωｙ軸計測システムを構成することができる。
なお、本実施例も第１〜第３実施例に示したと同様に計測ステーションに適用することが可能である。
【００３７】
上述の実施例によれば、ウエハステージのＺおよびチルト軸を計測するためのレーザ干渉計の計測光軸をウエハステージ定盤側に反射する反射ミラー及び、上記計測光軸をレーザ干渉計のピックアップ側に反射する間接参照ミラーをステージ定盤側に設けている。これにより、ワーク範囲におけるウエハステージの連続的なＺおよびチルト軸計測システムを提供することができる。同時に、ウエハステージの連続的なＺおよびチルト軸計測システムを実現するにあたって、従来例に比較してより小型なウエハステージシステムの構築が可能である。
【００３８】
［第５の実施例］
次に、上述の露光装置を利用した微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造プロセスを説明する。
図１２は半導体デバイスの製造のフローを示す。
ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では設計したパターンを形成したマスク（原版またはレチクルともいう）を製作する。
一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハ（基板ともいう）を製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクを設置した露光装置とウエハを用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。
次のステップ５（組立）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程である。後工程は、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の組み立て工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、ステップ７でこれを出荷する。
【００３９】
上記ステップ４のウエハプロセスは、ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を成膜するＣＶＤステップ、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップステップを有する。また、ウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込みステップ、ウエハに感光剤を塗布するレジスト処理ステップ、上記の露光装置を用いて、回路パターンを有するマスクを介し、レジスト処理ステップ後のウエハを露光する露光ステップを有する。さらに、露光ステップで露光したウエハを現像する現像ステップ、現像ステップで現像したレジスト像以外の部分を削り取るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト剥離ステップを有する。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１実施例に係る露光装置の露光ステーションの構成を示す図である。
【図２】本発明の第２実施例に係る露光装置の計測ステーションの構成を示す図である。
【図３】本発明の第３実施例に係る露光ステーション及び計測ステーションを適用した露光装置のステージ定盤２を上面から見た図である。
【図４】図３に示すステージ定盤を横から見た図である。
【図５】図３の露光装置において２基のウエハステージがスワップされるときのレイアウト図である。
【図６】図１〜図３の露光装置におけるウエハステージの構造図である。
【図７】図１〜図３の露光装置におけるステージ定盤に設けられた貫通穴の説明図である。
【図８】図１〜図３の露光装置における間接参照ミラーの配置方法の変形例を示す図である。
【図９】図１〜図３の露光装置におけるＺ軸計測システムのＺおよびωｙ軸の座標計算方法を説明する説明図である。
【図１０】本発明の第４実施例に係る露光装置の露光ステーションの構成を示す図である。
【図１１】図１０におけるＸ方向に移動可能なレーザ干渉計ピックアップの説明図である。
【図１２】デバイスの製造プロセスのフローを説明する図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  ベースフレーム
２  ステージ定盤
３  鏡筒定盤（ＰＯ定盤）
４  投影レンズ
５ａ、５ｂ  間接参照ミラー
６ａ、６ｂ  柔軟な支持部材
７ａ、７ｂ  ウエハステージ（Ｗ／Ｓ）
８ａ、８ｂ  ウエハステージ上に搭載された折り曲げミラー
１０ａ〜１０ｄ  レーザ干渉計ピックアップ
１１ａ、１１ｂ  Ｚ軸およびチルト軸計測に使われるレーザ干渉計計測光軸
１２ａ、１２ｂ  ＸＹ軸計測に使われるレーザ干渉計計測光軸
２３ａ、２３ｂ  ウエハステージに設けられた貫通穴
２５ａ、２５ｂ  レーザ干渉計ピックアップと間接参照ミラーの相対距離を計測する干渉計計測光軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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