JP2009032751A

JP2009032751A - 露光装置及びデバイス製造方法

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Publication number: JP2009032751A
Application number: JP2007192673A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Shibazaki; 祐一柴崎
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2007-07-24
Filing date: 2007-07-24
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2027-07-24
Also published as: JP5057220B2

Abstract

【課題】ウエハステージに保持された物体に精度良くパターンを形成する。
【解決手段】ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃは、Ｙ軸方向に関して同一ユニット内の他のＹヘッドと位置が異なるＹヘッド６５₁，６４₅を含むので、ノズルユニット３２周囲の空き空間の形状に応じて、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃに属する各Ｙヘッド６５，６４を、Ｘ軸方向に関しては所望の間隔を維持して、配置することが可能である。ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃに属する各Ｙヘッド６５，６４は、露光時にウエハステージＷＳＴ上のＹスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂に対向してウエハステージＷＳＴのＹ軸方向及びθｚ方向の位置を計測する。
【選択図】図３

Description

本発明は露光装置及びデバイス製造装置に係り、更に詳しくは、物体上にパターンを形成するパターンを形成する露光装置、及び該露光装置を用いるデバイス製造方法に関する。

従来、半導体素子、液晶表示素子等のマイクロデバイス（電子デバイスなど）を製造するリソグラフィ工程では、ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置（いわゆるステッパ）や、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置（いわゆるスキャニング・ステッパ（スキャナとも呼ばれる））などが、主として用いられている。

このようなステッパやスキャナ等では、被露光基板、例えばウエハを保持するステージの位置計測は、高分解能なレーザ干渉計を用いて行われるのが、一般的であった。しかるに、半導体素子の高集積化に伴う、パターンの微細化により、要求される性能が厳しくなり、例えば重ね合わせ誤差についてみると、総合的な重ね合わせ誤差の許容値が数ｎｍのオーダーとなり、ステージの位置制御誤差の許容値もサブナノオーダー以下となり、今や、レーザ干渉計のビーム光路上の雰囲気の温度揺らぎ（空気揺らぎ）に起因する計測値の短期的な変動が無視できなくなってきた。

そこで、最近では、干渉計に比べて空気揺らぎの影響を受け難い高分解能のエンコーダが注目されるようになっており、該エンコーダをウエハステージ等の位置計測に用いる露光装置の開発が行なわれている。

しかしながら、エンコーダを用いる場合、干渉計と同程度の広範囲でのウエハステージの位置計測を可能とし、しかも装置全体のスループットを維持するためには、解決しなければならない問題は少なくない。

本発明は、上述した事情の下になされたもので、第１の観点からすると、エネルギビームにより光学部材を介して物体を露光し、前記物体上にパターンを形成する露光装置であって、所定の平面に沿って物体を保持して移動するとともに、前記平面に平行な一面に第１方向を周期方向とする格子を有する一対の第１グレーティングが前記一面内で前記物体の載置領域を挟んで前記第１方向に垂直な第２方向に離れて設けられた移動体と；前記光学部材を挟んで前記第２方向の一側と他側にそれぞれ配置され、前記第２方向に関して位置が異なる複数の第１ヘッドを含む第１、第２のヘッド群を有し、前記一対の第１グレーティングのそれぞれと対向する前記第１、第２のヘッド群に属する各１つの第１ヘッドによって、前記移動体の前記第１方向及び前記平面内の回転方向の位置情報を計測するエンコーダシステムと；を備え、前記第１、第２のヘッド群の少なくとも一方は、前記第１方向に関して同一群内の他の第１ヘッドと位置が異なる第１ヘッドを少なくとも１つ含む露光装置である。

これによれば、第１、第２のヘッド群の少なくとも一方は、前記第１方向に関して同一群内の他の第１ヘッドと位置が異なる第１ヘッドを少なくとも１つ含むので、光学部材周囲の空き空間の形状に応じて、第１、第２のヘッド群の各ヘッドを、第２方向に関しては所望の配置状態を維持して、配置することが可能であるともに、スペース効率の向上により装置全体の小型化が可能となる。これに加え、第１、第２のヘッド群のそれぞれ複数の第１ヘッド間でつなぎ（使用ヘッドの切り換え）を支障なく行なうことが可能となる。従って、エンコーダシステムの、一対の第１グレーティングのそれぞれと対向する前記第１、第２のヘッド群に属する各１つの第１ヘッドによって、移動体の第１方向及び平面内の回転方向の位置情報を空気揺らぎの影響を受けることなく高精度に計測することが可能になり、結果的に、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）に保持された物体に精度良くパターンを形成することが可能になる。

本発明は、第２の観点からすると、本発明の露光装置を用いて物体上にパターンを形成する工程と；前記パターンが形成された物体に処理を施す工程と；を含むデバイス製造方法である。

これによれば、移動体に保持された物体上に精度良くパターンが形成され、このパターンが形成された物体に処理が施される。従って、デバイスの生産性を向上させることができる。

以下、本発明一実施形態について、図１〜図１３に基づいて説明する。

図１には、一実施形態の露光装置１００の構成が概略的に示されている。露光装置１００は、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置、すなわちいわゆるスキャナである。後述するように本実施形態では、投影光学系ＰＬが設けられており、以下においては、この投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行な方向をＺ軸方向、これに直交する面内でレチクルとウエハとが相対走査される方向をＹ軸方向、Ｚ軸及びＹ軸に直交する方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸回りの回転（傾斜）方向をそれぞれθｘ、θｙ、及びθｚ方向として説明を行う。

露光装置１００は、照明系１０、該照明系１０からの露光用照明光（以下、照明光、又は露光光と呼ぶ）ＩＬにより照明されるレチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲから射出された照明光ＩＬをウエハＷ上に投射する投影光学系ＰＬを含む投影ユニットＰＵ、ウエハステージＷＳＴ及び計測ステージＭＳＴを有するステージ装置５０、及びこれらの制御系等を含んでいる。ウエハステージＷＳＴ上には、ウエハＷが載置されている。

照明系１０は、例えば特開２００１−３１３２５０号公報（対応する米国特許出願公開第２００３／００２５８９０号明細書）などに開示されるように、光源と、オプティカルインテグレータ等を含む照度均一化光学系、レチクルブラインド等（いずれも不図示）を有する照明光学系とを含む。この照明系１０は、レチクルブラインド（マスキングシステム）で規定されたレチクルＲ上のスリット状の照明領域ＩＡＲを照明光（露光光）ＩＬによりほぼ均一な照度で照明する。ここで、照明光ＩＬとしては、一例としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）が用いられている。また、オプティカルインテグレータとしては、例えばフライアイレンズ、ロッドインテグレータ（内面反射型インテグレータ）あるいは回折光学素子などを用いることができる。

レチクルステージＲＳＴ上には、回路パターンなどがそのパターン面（図１における下面）に形成されたレチクルＲが、例えば真空吸着により固定されている。レチクルステージＲＳＴは、例えばリニアモータ等を含むレチクルステージ駆動系１１（図１では不図示、図６参照）によって、ＸＹ平面内で微少駆動可能であるとともに、走査方向（図１における紙面内左右方向であるＹ軸方向）に指定された走査速度で駆動可能となっている。

レチクルステージＲＳＴの移動面内の位置情報（θｚ方向の回転情報を含む）は、レチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）１１６によって、移動鏡１５（実際には、Ｙ軸方向に直交する反射面を有するＹ移動鏡（あるいは、レトロリフレクタ）とＸ軸方向に直交する反射面を有するＸ移動鏡とが設けられている）を介して、例えば０．２５ｎｍ程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計１１６の計測値は、主制御装置２０（図１では不図示、図６参照）に送られる。主制御装置２０は、レチクル干渉計１１６の計測値に基づいてレチクルステージＲＳＴのＸ軸方向、Ｙ軸方向及びθｚ方向の位置を算出するとともに、この算出結果に基づいてレチクルステージ駆動系１１を制御することで、レチクルステージＲＳＴの位置（及び速度）を制御する。なお、移動鏡１５に代えて、レチクルステージＲＳＴの端面を鏡面加工して反射面（移動鏡１５の反射面に相当）を形成することとしても良い。また、レチクル干渉計１１６はＺ軸、θｘ及びθｙ方向の少なくとも１つに関するレチクルステージＲＳＴの位置情報も計測可能としても良い。

投影ユニットＰＵは、レチクルステージＲＳＴの図１における下方に配置されている。投影ユニットＰＵは、鏡筒４０と、鏡筒４０内に所定の位置関係で保持された複数の光学素子を有する投影光学系ＰＬとを含む。投影光学系ＰＬとしては、例えばＺ軸方向と平行な光軸ＡＸに沿って配列される複数のレンズ（レンズエレメント）から成る屈折光学系が用いられている。投影光学系ＰＬは、例えば両側テレセントリックで所定の投影倍率（例えば１／４倍、１／５倍又は１／８倍など）を有する。このため、照明系１０からの照明光ＩＬによって照明領域ＩＡＲが照明されると、投影光学系ＰＬの第１面（物体面）とパターン面がほぼ一致して配置されるレチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬ（投影ユニットＰＵ）を介してその照明領域ＩＡＲ内のレチクルＲの回路パターンの縮小像（回路パターンの一部の縮小像）が、その第２面（像面）側に配置される、表面にレジスト（感光剤）が塗布されたウエハＷ上の前記照明領域ＩＡＲに共役な領域（以下、露光領域とも呼ぶ）ＩＡに形成される。そして、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとの同期駆動によって、照明領域ＩＡＲ（照明光ＩＬ）に対してレチクルを走査方向（Ｙ軸方向）に相対移動させるとともに、露光領域（照明光ＩＬ）に対してウエハＷを走査方向（Ｙ軸方向）に相対移動させることで、ウエハＷ上の１つのショット領域（区画領域）の走査露光が行われ、そのショット領域にレチクルのパターンが転写される。即ち、本実施形態では照明系１０、レチクル及び投影光学系ＰＬによってウエハＷ上にパターンが生成され、照明光ＩＬによるウエハＷ上の感応層（レジスト層）の露光によってウエハＷ上にそのパターンが形成される。

なお、図示していないが、投影ユニットＰＵは、防振機構を介して３本の支柱で支持される鏡筒定盤に搭載されるが、例えば国際公開第２００６／０３８９５２号パンフレットに開示されているように、投影ユニットＰＵの上方に配置される不図示のメインフレーム部材、あるいはレチクルステージＲＳＴが配置されるベース部材などに対して投影ユニットＰＵを吊り下げ支持しても良い。

本実施形態の露光装置１００では、液浸法を適用した露光が行われるため、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡが実質的に増大することに伴いレチクル側の開口が大きくなる。そこで、ペッツヴァルの条件を満足させ、かつ投影光学系の大型化を避けるために、ミラーとレンズとを含んで構成される反射屈折系（カタディ・オプトリック系）を投影光学系として採用しても良い。また、ウエハＷには感光層だけでなく、例えばウエハ又は感光層を保護する保護膜（トップコート膜）などを形成しても良い。

また、本実施形態の露光装置１００では、液浸法を適用した露光を行うため、投影光学系ＰＬを構成する最も像面側（ウエハＷ側）の光学素子、ここではレンズ（以下、「先端レンズ」ともいう）１９１を保持する鏡筒４０の下端部周囲を取り囲むように、局所液浸装置８の一部を構成するノズルユニット３２が設けられている。本実施形態では、ノズルユニット３２は、図１に示されるように、その下端面が先端レンズ１９１の下端面とほぼ面一に設定されている。また、ノズルユニット３２は、液体Ｌｑの供給口及び回収口と、ウエハＷが対向して配置され、かつ回収口が設けられる下面と、液体供給管３１Ａ及び液体回収管３１Ｂとそれぞれ接続される供給流路及び回収流路とを備えている。液体供給管３１Ａと液体回収管３１Ｂとは、図３に示されるように、平面視（上方から見て）でＸ軸方向及びＹ軸方向に対して４５°傾斜し、投影ユニットＰＵの中心（投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ、本実施形態では前述の露光領域ＩＡの中心とも一致）を通りかつＹ軸と平行な直線（基準軸）ＬＶに関して対称な配置となっている。

液体供給管３１Ａには、その一端が液体供給装置５（図１では不図示、図６参照）に接続された不図示の供給管の他端が接続されており、液体回収管３１Ｂには、その一端が液体回収装置６（図１では不図示、図６参照）に接続された不図示の回収管の他端が接続されている。

液体供給装置５は、液体を供給するためのタンク、加圧ポンプ、温度制御装置、並びに液体供給管３１Ａに対する液体の供給・停止を制御するためのバルブ等を含んでいる。バルブとしては、例えば液体の供給・停止のみならず、流量の調整も可能となるように、流量制御弁を用いることが望ましい。前記温度制御装置は、タンク内の液体の温度を、例えば露光装置が収納されているチャンバ（不図示）内の温度と同程度の温度に調整する。なお、タンク、加圧ポンプ、温度制御装置、バルブなどは、そのすべてを露光装置１００で備えている必要はなく、少なくとも一部を露光装置１００が設置される工場などの設備で代替することもできる。

液体回収装置６は、液体を回収するためのタンク及び吸引ポンプ、並びに液体回収管３１Ｂを介した液体の回収・停止を制御するためのバルブ等を含んでいる。バルブとしては、液体供給装置５のバルブと同様に流量制御弁を用いることが望ましい。なお、タンク、吸引ポンプ、バルブなどは、そのすべてを露光装置１００で備えている必要はなく、少なくとも一部を露光装置１００が設置される工場などの設備で代替することもできる。

本実施液体では、上記の液体として、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍの光）が透過する純水（以下、特に必要な場合を除いて、単に「水」と記述する）を用いるものとする。純水は、半導体製造工場等で容易に大量に入手できると共に、ウエハ上のフォトレジスト及び光学レンズ等に対する悪影響がない利点がある。

ＡｒＦエキシマレーザ光に対する水の屈折率ｎは、ほぼ１．４４である。この水の中では、照明光ＩＬの波長は、１９３ｎｍ×１／ｎ＝約１３４ｎｍに短波長化される。

液体供給装置５及び液体回収装置６は、それぞれコントローラを具備しており、それぞれのコントローラは、主制御装置２０によって制御される（図６参照）。液体供給装置５のコントローラは、主制御装置２０からの指示に応じ、液体供給管３１Ａに接続されたバルブを所定開度で開き、液体供給管３１Ａ、供給流路、及び供給口を介して先端レンズ１９１とウエハＷとの間に液体（水）を供給する。また、このとき、液体回収装置６のコントローラは、主制御装置２０からの指示に応じ、液体回収管３１Ｂに接続されたバルブを所定開度で開き、回収口、回収流路、及び液体回収管３１Ｂを介して、先端レンズ１９１とウエハＷとの間から液体回収装置６（液体のタンク）の内部に液体（水）を回収する。このとき、主制御装置２０は、先端レンズ１９１とウエハＷとの間に供給される水の量と、回収される水の量とが常に等しくなるように、液体供給装置５のコントローラ、液体回収装置６のコントローラに対して指令を与える。従って、先端レンズ１９１とウエハＷとの間に、一定量の液体（水）Ｌｑ（図１参照）が保持される。この場合、先端レンズ１９１とウエハＷとの間に保持された液体（水）Ｌｑは、常に入れ替わっている。

上記の説明から明らかなように、本実施形態では、ノズルユニット３２、液体供給装置５、液体回収装置６、液体供給管３１Ａ及び液体回収管３１Ｂ等を含み、局所液浸装置８が構成されている。なお、局所液浸装置８の一部、例えば少なくともノズルユニット３２は、投影ユニットＰＵを保持するメインフレーム（前述の鏡筒定盤を含む）に吊り下げ支持されても良いし、メインフレームとは別のフレーム部材に設けても良い。あるいは、前述の如く投影ユニットＰＵが吊り下げ支持される場合は、投影ユニットＰＵと一体にノズルユニット３２を吊り下げ支持しても良いが、本実施形態では投影ユニットＰＵとは独立に吊り下げ支持される計測フレームにノズルユニット３２を設けている。この場合、投影ユニットＰＵを吊り下げ支持していなくても良い。

なお、投影ユニットＰＵ下方に計測ステージＭＳＴが位置する場合にも、上記と同様に後述する計測テーブルと先端レンズ１９１との間に水を満たすことが可能である。

なお、上記の説明では、一例として液体供給管（ノズル）と液体回収官（ノズル）とがそれぞれ１つずつ設けられているものとしたが、これに限らず、周囲の部材との関係を考慮しても配置が可能であれば、例えば、国際公開第９９／４９５０４号パンフレットに開示されるように、ノズルを多数有する構成を採用することとしても良い。要は、投影光学系ＰＬを構成する最下端の光学部材（先端レンズ）１９１とウエハＷとの間に液体を供給することができるのであれば、その構成はいかなるものであっても良い。例えば、国際公開第２００４／０５３９５５号パンフレットに開示されている液浸機構、あるいは欧州特許公開第１４２０２９８号公報に開示されている液浸機構なども本実施形態の露光装置に適用することができる。

図１に戻り、ステージ装置５０は、ベース盤１２の上方に配置されたウエハステージＷＳＴ及び計測ステージＭＳＴ、これらのステージＷＳＴ，ＭＳＴの位置情報を計測する計測システム２００（図６参照）、及びステージＷＳＴ，ＭＳＴを駆動するステージ駆動系１２４（図６参照）などを備えている。計測システム２００は、図６に示されるように、干渉計システム１１８及びエンコーダシステム１５０などを含む。干渉計システム１１８は、図２に示されるように、ウエハステージＷＳＴの位置計測用のＹ干渉計１６、Ｘ干渉計１２６、１２７、１２８、並びに計測ステージＭＳＴの位置計測用のＹ干渉計１８及びＸ干渉計１３０等を含む。

図１に戻り、ウエハステージＷＳＴ，計測ステージＭＳＴそれぞれの底面には、不図示の非接触軸受、例えば真空予圧型空気静圧軸受（以下、「エアパッド」と呼ぶ）が複数ヶ所に設けられており、これらのエアパッドからベース盤１２の上面に向けて噴出された加圧空気の静圧により、ベース盤１２の上方にウエハステージＷＳＴ，計測ステージＭＳＴが数μｍ程度のクリアランスを介して非接触で支持されている。また、ステージＷＳＴ，ＭＳＴは、リニアモータ等を含むステージ駆動系１２４（図６参照）によって、Ｙ軸方向（図１における紙面内左右方向）及びＸ軸方向（図１における紙面直交方向）に独立して駆動可能である。

ウエハステージＷＳＴは、不図示のリニアモータ等によってＸＹ平面内で駆動されるステージ本体９１と、ステージ本体９１上に不図示のＺ・レベリング機構（例えばボイスコイルモータなど）を介して搭載され、ステージ本体９１に対してＺ軸方向、θｘ方向、及びθｙ方向に相対的に微小駆動されるウエハテーブルＷＴＢとを含んでいる。

ウエハテーブルＷＴＢ上には、ウエハＷを真空吸着等によって保持するウエハホルダ（不図示）が設けられている。ウエハホルダはウエハテーブルＷＴＢと一体に形成しても良いが、本実施形態ではウエハホルダとウエハテーブルＷＴＢとを別々に構成し、例えば真空吸着などによってウエハホルダをウエハテーブルＷＴＢの凹部内に固定している。また、ウエハテーブルＷＴＢの上面には、ウエハホルダ上に載置されるウエハＷの表面とほぼ面一となる、液体Ｌｑに対して撥液化処理された表面（撥液面）を有し、かつ外形（輪郭）が矩形でその中央部にウエハホルダ（ウエハの載置領域）よりも一回り大きな円形の開口が形成されたプレート（撥液板）２８が設けられている。プレート２８は、低熱膨張率の材料、例えばガラス又はセラミックス（ショット社のゼロデュア（商品名）、Ａｌ_２Ｏ_３あるいはＴｉＣなど）から成り、その表面には、例えばフッ素樹脂材料、ポリ四フッ化エチレン（テフロン（登録商標））等のフッ素系樹脂材料、アクリル系樹脂材料あるいはシリコン系樹脂材料などにより撥液膜が形成される。さらにプレート２８は、図４（Ａ）のウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）の平面図に示されるように、円形の開口を囲む、外形（輪郭）が矩形の第１撥液領域２８ａと、第１撥液領域２８ａの周囲に配置された矩形枠状（環状）の第２撥液領域２８ｂとを有する。第１撥液領域２８ａは、例えば露光動作時、ウエハの表面からはみ出す液浸領域１４の少なくとも一部が形成され、第２撥液領域２８ｂは、後述のエンコーダシステムのためのスケールが形成される。なお、プレート２８はその表面の少なくとも一部がウエハの表面と面一でなくても良い、すなわち異なる高さであっても良い。また、プレート２８は単一のプレートでも良いが、本実施形態では複数のプレート、例えば第１及び第２撥液領域２８ａ、２８ｂにそれぞれ対応する第１及び第２撥液板を組み合わせて構成する。本実施形態では、前述の如く液体Ｌｑとして水を用いるので、以下では第１及び第２撥液領域２８ａ、２８ｂをそれぞれ第１及び第２撥水板２８ａ、２８ｂとも呼ぶ。

この場合、内側の第１撥水板２８ａには、露光光ＩＬが照射されるのに対し、外側の第２撥水板２８ｂには、露光光ＩＬが殆ど照射されない。このことを考慮して、本実施形態では、第１撥水板２８ａの表面には、露光光ＩＬ（この場合、真空紫外域の光）に対する耐性が十分にある撥水コートが施された第１撥水領域が形成され、第２撥水板２８ｂには、その表面に第１撥水領域に比べて露光光ＩＬに対する耐性が劣る撥水コートが施された第２撥水領域が形成されている。一般にガラス板には、露光光ＩＬ（この場合、真空紫外域の光）に対する耐性が十分にある撥水コートを施し難いので、このように第１撥水板２８ａとその周囲の第２撥水板２８ｂとの２部分に分離することは効果的である。なお、これに限らず、同一のプレートの上面に露光光ＩＬに対する耐性が異なる２種類の撥水コートを施して、第１撥水領域、第２撥水領域を形成しても良い。また、第１及び第２撥水領域で撥水コートの種類が同一でも良い。例えば、同一のプレートに１つの撥水領域を形成するだけでも良い。

また、図４（Ａ）から明らかなように、第１撥水板２８ａの＋Ｙ側の端部には、そのＸ軸方向の中央部に長方形の切り欠きが形成され、この切り欠きと第２撥水板２８ｂとで囲まれる長方形の空間の内部（切り欠きの内部）に計測プレート３０が埋め込まれている。この計測プレート３０の長手方向の中央（ウエハテーブルＷＴＢのセンターラインＬＬ上）には、基準マークＦＭが形成されるとともに、該基準マークのＸ軸方向の一側と他側に、基準マークの中心に関して対称な配置で一対の空間像計測スリットパターン（スリット状の計測用パターン）ＳＬが形成されている。各空間像計測スリットパターンＳＬとしては、一例として、Ｙ軸方向とＸ軸方向とに沿った辺を有するＬ字状のスリットパターン、あるいはＸ軸及びＹ軸方向にそれぞれ延びる２つの直線状のスリットパターンなどを用いることができる。

そして、上記各空間像計測スリットパターンＳＬ下方のウエハステージＷＳＴの内部には、図４（Ｂ）に示されるように、対物レンズ、ミラー、リレーレンズなどを含む光学系が収納されたＬ字状の筐体３６が、ウエハテーブルＷＴＢからステージ本体９１の内部の一部を貫通する状態で、一部埋め込み状態で取り付けられている。筐体３６は、図示は省略されているが、上記一対の空間像計測スリットパターンＳＬに対応して一対設けられている。

上記筐体３６内部の光学系は、空間像計測スリットパターンＳＬを透過した照明光ＩＬを、Ｌ字状の経路に沿って導き、−Ｙ方向に向けて射出する。なお、以下においては、便宜上、上記筐体３６内部の光学系を筐体３６と同一の符号を用いて送光系３６と記述する。

さらに、第２撥水板２８ｂの上面には、その４辺のそれぞれに沿って所定ピッチで多数の格子線が直接形成されている。これをさらに詳述すると、第２撥水板２８ｂのＸ軸方向一側と他側（図４（Ａ）における左右両側）の領域には、Ｙスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂がそれぞれ形成され、Ｙスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂はそれぞれ、例えばＸ軸方向を長手方向とする格子線３８が所定ピッチでＹ軸に平行な方向（Ｙ軸方向）に沿って形成される、Ｙ軸方向を周期方向とする反射型の格子（例えば回折格子）によって構成されている。

同様に、第２撥水板２８ｂのＹ軸方向一側と他側（図４（Ａ）における上下両側）の領域には、Ｙスケール３９Ｙ₁及び３９Ｙ₂に挟まれた状態でＸスケール３９Ｘ₁，３９Ｘ₂がそれぞれ形成され、Ｘスケール３９Ｘ₁，３９Ｘ₂はそれぞれ、例えばＹ軸方向を長手方向とする格子線３７が所定ピッチでＸ軸に平行な方向（Ｘ軸方向）に沿って形成される、Ｘ軸方向を周期方向とする反射型の格子（例えば回折格子）によって構成されている。上記各スケールとしては、第２撥水板２８ｂの表面に例えばホログラム等により反射型の回折格子ＲＧ（図８（Ａ））が作成されたものが用いられている。この場合、各スケールには狭いスリット又は溝等から成る格子が目盛りとして所定間隔（ピッチ）で刻まれている。各スケールに用いられる回折格子の種類は限定されるものではなく、機械的に溝等が形成されたもののみならず、例えば、感光性樹脂に干渉縞を焼き付けて作成したものであっても良い。但し、各スケールは、例えば薄板状のガラスに上記回折格子の目盛りを、例えば１３８ｎｍ〜４μｍの間のピッチ、例えば１μｍピッチで刻んで作成されている。これらスケールは前述の撥液膜（撥水膜）で覆われている。なお、図４（Ａ）では、図示の便宜上から、格子のピッチは、実際のピッチに比べて格段に広く図示されている。その他の図においても同様である。

このように、本実施形態では、第２撥水板２８ｂそのものがスケールを構成するので、第２撥水板２８ｂとして低熱膨張率のガラス板を用いることとしたものである。しかし、これに限らず、格子が形成された低熱膨張率のガラス板などから成るスケール部材を、局所的な伸縮が生じないように、例えば板ばね（又は真空吸着）等によりウエハテーブルＷＴＢの上面に固定しても良く、この場合には、全面に同一の撥水コートが施された撥水板をプレート２８に代えて用いても良い。あるいは、ウエハテーブルＷＴＢを低熱膨張率の材料で形成することも可能であり、かかる場合には、一対のＹスケールと一対のＸスケールとは、そのウエハテーブルＷＴＢの上面に直接形成しても良い。

なお、回折格子を保護するために、撥水性をそなえた低熱膨張率のガラス板でカバーすることも有効である。ここで、ガラス板としては、厚さがウエハと同程度、例えば厚さ１ｍｍのものを用いることができ、そのガラス板の表面がウエハ面と同じ高さ（面一）になるよう、ウエハテーブルＷＳＴ上面に設置される。

なお、各スケールの端付近には、後述するエンコーダヘッドとスケール間の相対位置を決めるための、不図示の位置出しパターンがそれぞれ設けられている。この位置出しパターンは例えば反射率の異なる格子線から構成され、この位置出しパターン上をエンコーダヘッドが走査すると、エンコーダの出力信号の強度が変化する。そこで、予め閾値を定めておき、出力信号の強度がその閾値を超える位置を検出する。この検出された位置を基準に、エンコーダヘッドとスケール間の相対位置を設定する。

ウエハテーブルＷＴＢの−Ｙ端面，−Ｘ端面には、それぞれ鏡面加工が施され、図２に示される反射面１７ａ，反射面１７ｂが形成されている。干渉計システム１１８のＹ干渉計１６、並びに３つのＸ干渉計１２６、１２７及び１２８（図１では、Ｘ干渉計１２６〜１２８は不図示、図２参照）は、これらの反射面１７ａ、１７ｂにそれぞれ干渉計ビーム（測長ビーム）を投射して、それぞれの反射光を受光することにより、各反射面の基準位置（例えば投影ユニットＰＵの側面に固定ミラーを配置し、そこを基準面とする）からの変位、すなわちウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置情報を計測し、この計測値が主制御装置２０に供給される。本実施形態では、上記各干渉計として、一部（例えば干渉計１２８）を除いて、測長軸を複数有する多軸干渉計が用いられおり、Ｙ干渉計１６及びＸ干渉計１２６又は１２７のいずれかの計測値に基づいて、主制御装置２０は、ウエハテーブルＷＴＢのＸ，Ｙ位置に加え、θｘ方向の回転情報（すなわちピッチング）、θｙ方向の回転情報（すなわちローリング）、及びθｚ方向の回転情報（すなわちヨーイング）も計測可能である。但し、本実施形態では、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＸＹ平面内の位置情報（θｚ方向の回転情報を含む）は、主として、後述するエンコーダシステムによって計測され、干渉計１６，１２６〜１２８の計測値は、そのエンコーダシステムの計測値の長期的変動（例えばスケールの経時的な変形などによる）を補正（較正）する場合などに補助的に用いられる。

また、Ｙ干渉計１６は、ウエハ交換のため、後述するアンローディングポジション、及びローディングポジション付近においてウエハテーブルＷＴＢのＹ位置等を計測するのに用いられる。また、アンローディングポジション、及びローディングポジション付近においてウエハテーブルＷＴＢのＸ位置等を計測するのに干渉計１２８が用いられる。

また、例えばローディング動作とアライメント動作との間、及び／又は露光動作とアンローディング動作との間におけるウエハステージＷＳＴの移動においても、干渉計システム１１８の計測情報、すなわち５自由度の方向（Ｘ軸、Ｙ軸、θｘ、θｙ及びθｚ方向）の位置情報の少なくとも１つが用いられる。なお、干渉計システム１１８はその少なくとも一部（例えば、光学系など）が、投影ユニットＰＵを保持するメインフレームに設けられる、あるいは前述の如く吊り下げ支持される投影ユニットＰＵと一体に設けられても良いが、本実施形態では前述した計測フレームに設けられるものとする。

なお、本実施形態では、ウエハステージＷＳＴがＸＹ平面内で自在に移動可能なステージ本体９１と、ステージ本体９１上に搭載され、ステージ本体９１に対してＺ軸方向、θｘ方向、及びθｙ方向に相対的に微小駆動可能なウエハテーブルＷＴＢとを含むものとしたが、これに限らず、６自由度で移動可能な単一のステージをウエハステージＷＳＴとして採用しても勿論良い。また、反射面１７ａ，反射面１７ｂの代わりに、ウエハテーブルＷＴＢに平面ミラーから成る移動鏡を設けても良い。さらに、投影ユニットＰＵに設けられる固定ミラーの反射面を基準面としてウエハステージＷＳＴの位置情報を計測するものとしたが、その基準面を配置する位置は投影ユニットＰＵに限られるものでないし、必ずしも固定ミラーを用いてウエハステージＷＳＴの位置情報を計測しなくても良い。

また、本実施形態では、干渉計システム１１８によって計測されるウエハステージＷＳＴの位置情報が、後述の露光動作やアライメント動作などでは用いられず、主としてエンコーダシステムのキャリブレーション動作（すなわち、計測値の較正）などに用いられるものとしたが、干渉計システム１１８の計測情報（すなわち、５自由度の方向の位置情報の少なくとも１つ）を、例えば露光動作及び／又はアライメント動作などで用いても良い。本実施形態では、エンコーダシステムはウエハステージＷＳＴの３自由度の方向、すなわちＸ軸、Ｙ軸及びθｚ方向の位置情報を計測する。そこで、露光動作などにおいて、干渉計システム１１８の計測情報のうち、エンコーダシステムによるウエハステージＷＳＴの位置情報の計測方向（Ｘ軸、Ｙ軸及びθｚ方向）と異なる方向、例えばθｘ方向及び／又はθｙ方向に関する位置情報のみを用いても良いし、その異なる方向の位置情報に加えて、エンコーダシステムの計測方向と同じ方向（すなわち、Ｘ軸、Ｙ軸及びθｚ方向の少なくとも１つ）に関する位置情報を用いても良い。また、干渉計システム１１８はウエハステージＷＳＴのＺ軸方向の位置情報を計測可能としても良い。この場合、露光動作などにおいてＺ軸方向の位置情報を用いても良い。

計測ステージＭＳＴは、不図示のリニアモータ等によってＸＹ平面内で駆動されるステージ本体９２と、ステージ本体９２上に搭載された計測テーブルＭＴＢとを含んでいる。計測テーブルＭＴＢについても不図示のＺ・レベリング機構を介してステージ本体９２上に搭載されている。しかしながら、これに限らず、例えば、計測テーブルＭＴＢを、ステージ本体９２に対してＸ軸方向、Ｙ軸方向及びθｚ方向に微動可能に構成したいわゆる粗微動構造の計測ステージＭＳＴを採用しても良いし、あるいは、計測テーブルＭＴＢをステージ本体９２に固定し、その計測テーブルＭＴＢを含むステージ本体９２を６自由度方向に駆動可能な構成にしても良い。

なお、図６では、ウエハステージＷＳＴのステージ本体９１を駆動するリニアモータ等及びＺ・レベリング機構、並びに計測ステージＭＳＴのステージ本体９２を駆動するリニアモータ等及びＺ・レベリング機構を含んで、ステージ駆動系１２４として示されている。

計測テーブルＭＴＢ（及びステージ本体９２）には、各種計測用部材が設けられている。この計測用部材としては、例えば、図２及び図５（Ａ）に示されるように、投影光学系ＰＬの像面上で照明光ＩＬを受光するピンホール状の受光部を有する照度むらセンサ９４、投影光学系ＰＬにより投影されるパターンの空間像（投影像）を計測する空間像計測器９６、及び例えば国際公開第０３／０６５４２８号パンフレットなどに開示されているシャック−ハルトマン（Shack-Hartman）方式の波面収差計測器９８などが採用されている。波面収差計測器９８としては、例えば国際公開第９９／６０３６１号パンフレット（対応欧州特許第１,０７９,２２３号）に開示されるものも用いることができる。

照度むらセンサ９４としては、例えば特開昭５７−１１７２３８号公報（対応する米国特許第４，４６５，３６８号明細書）などに開示されるものと同様の構成のものを用いることができる。また、空間像計測器９６としては、例えば特開２００２−１４００５号公報（対応する米国特許出願公開第２００２／００４１３７７号明細書）などに開示されるものと同様の構成のものを用いることができる。なお、本実施形態では３つの計測用部材（９４、９６、９８）を計測ステージＭＳＴに設けるものとしたが、計測用部材の種類、及び／又は数などはこれに限られない。計測用部材として、例えば投影光学系ＰＬの透過率を計測する透過率計測器、及び／又は、前述の局所液浸装置８、例えばノズルユニット３２（あるいは先端レンズ１９１）などを観察する計測器などを用いても良い。さらに、計測用部材と異なる部材、例えばノズルユニット３２、先端レンズ１９１などを清掃する清掃部材などを計測ステージＭＳＴに搭載しても良い。

本実施形態では、図５（Ａ）からもわかるように、使用頻度の高いセンサ類、照度むらセンサ９４及び空間像計測器９６などは、計測ステージＭＳＴのセンターラインＣＬ（中心を通るＹ軸）上に配置されている。このため、本実施形態では、これらのセンサ類を用いた計測を、計測ステージＭＳＴをＸ軸方向に移動させることなく、Ｙ軸方向にのみ移動させて行うことができる。

上記各センサに加え、例えば特開平１１−１６８１６号公報（対応する米国特許出願公開第２００２／００６１４６９号明細書）などに開示される、投影光学系ＰＬの像面上で照明光ＩＬを受光する所定面積の受光部を有する照度モニタを採用しても良く、この照度モニタもセンターライン上に配置することが望ましい。

なお、本実施形態では、投影光学系ＰＬと液体（水）Ｌｑとを介して露光光（照明光）ＩＬによりウエハＷを露光する液浸露光が行われるのに対応して、照明光ＩＬを用いる計測に使用される上記の照度むらセンサ９４（及び照度モニタ）、空間像計測器９６、並びに波面収差計測器９８では、投影光学系ＰＬ及び水を介して照明光ＩＬを受光することとなる。また、各センサは、例えば光学系などの一部だけが計測テーブルＭＴＢ（及びステージ本体９２）に搭載されていても良いし、センサ全体を計測テーブルＭＴＢ（及びステージ本体９２）に配置するようにしても良い。

計測ステージＭＳＴのステージ本体９２には、図５(Ｂ)に示されるように、その−Ｙ側の端面に、枠状の取付部材４２が固定されている。また、ステージ本体９２の−Ｙ側の端面には、取付部材４２の開口内部のＸ軸方向の中心位置近傍に、前述した一対の送光系３６に対向し得る配置で、一対の受光系４４が固定されている。各受光系４４は、リレーレンズなどの光学系と、受光素子、例えばフォトマルチプライヤチューブなどと、これらを収納する筐体とによって構成されている。図４（Ｂ）及び図５(Ｂ)、並びにこれまでの説明からわかるように、本実施形態では、ウエハステージＷＳＴと計測ステージＭＳＴとが、Ｙ軸方向に関して所定距離以内に近接した状態（接触状態を含む）では、計測プレート３０の各空間像計測スリットパターンＳＬを透過した照明光ＩＬが前述の各送光系３６で案内され、各受光系４４の受光素子で受光される。すなわち、計測プレート３０、送光系３６及び受光系４４によって、前述した特開２００２−１４００５号公報（対応する米国特許出願公開第２００２／００４１３７７号明細書）などに開示されるものと同様の、空間像計測装置４５（図６参照）が構成される。

取付部材４２の上には、断面矩形の棒状部材から成るフィデューシャルバー（以下、「ＦＤバー」と略述する）４６がＸ軸方向に延設されている。このＦＤバー４６は、フルキネマティックマウント構造によって、計測ステージＭＳＴ上にキネマティックに支持されている。

ＦＤバー４６は、原器（計測基準）となるため、低熱膨張率の光学ガラスセラミックス、例えば、ショット社のゼロデュア（商品名）などがその素材として採用されている。このＦＤバー４６の上面（表面）は、いわゆる基準平面板と同程度にその平坦度が高く設定されている。また、ＦＤバー４６の長手方向の一側と他側の端部近傍には、図５（Ａ）に示されるように、Ｙ軸方向を周期方向とする基準格子（例えば回折格子）５２がそれぞれ形成されている。この一対の基準格子５２は、所定距離Ｌを隔ててＦＤバー４６のＸ軸方向の中心、すなわち前述のセンターラインＣＬに関して対称な配置で形成されている。

また、このＦＤバー４６の上面には、図５（Ａ）に示されるような配置で複数の基準マークＭが形成されている。この複数の基準マークＭは、同一ピッチでＹ軸方向に関して３行の配列で形成され、各行の配列がＸ軸方向に関して互いに所定距離だけずれて形成されている。各基準マークＭとしては、後述するプライマリアライメント系、セカンダリアライメント系によって検出可能な寸法の２次元マークが用いられている。基準マークＭはその形状（構成）が前述の基準マークＦＭと異なっても良いが、本実施形態では基準マークＭと基準マークＦＭとは同一の構成であり、かつウエハＷのアライメントマークとも同一の構成となっている。なお、本実施形態ではＦＤバー４６の表面、及び計測テーブルＭＴＢ（前述の計測用部材を含んでも良い）の表面もそれぞれ撥液膜（撥水膜）で覆われている。

計測テーブルＭＴＢの＋Ｙ端面、−Ｘ端面にも前述したウエハテーブルＷＴＢと同様の反射面１９ａ、１９ｂが形成されている（図２及び図５（Ａ）参照）。干渉計システム１１８のＹ干渉計１８、Ｘ干渉計１３０（図１では、Ｘ干渉計１３０は不図示、図２参照）は、これらの反射面１９ａ、１９ｂに、図２に示されるように、干渉計ビーム（測長ビーム）を投射して、それぞれの反射光を受光することにより、各反射面の基準位置からの変位、すなわち計測ステージＭＳＴの位置情報（例えば、少なくともＸ軸及びＹ軸方向の位置情報とθｚ方向の回転情報とを含む）を計測し、この計測値が主制御装置２０に供給される。

本実施形態の露光装置１００では、図１では図面の錯綜を避ける観点から図示が省略されているが、実際には、図３に示されるように、前述の基準軸ＬＶ上で、その光軸ＡＸから−Ｙ側に所定距離隔てた位置に検出中心を有するプライマリアライメント系ＡＬ１が配置されている。プライマリアライメント系ＡＬ１は、支持部材５４を介して不図示のメインフレームの下面に固定されている。プライマリアライメント系ＡＬ１を挟んで、Ｘ軸方向の一側と他側には、基準軸ＬＶに関してほぼ対称に検出中心が配置されるセカンダリアライメント系ＡＬ２₁，ＡＬ２₂と、ＡＬ２₃，ＡＬ２₄とがそれぞれ設けられている。すなわち、５つのアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２₁〜ＡＬ２₄はその検出中心がＸ軸方向に関して異なる位置に配置されている、すなわちＸ軸方向に沿って配置されている。

各セカンダリアライメント系ＡＬ２_n（ｎ＝１〜４）は、セカンダリアライメント系ＡＬ２₄について代表的に示されるように、回転中心Ｏを中心として図３における時計回り及び反時計回りに所定角度範囲で回動可能なアーム５６_n（ｎ＝１〜４）の先端（回動端）に固定されている。本実施形態では、各セカンダリアライメント系ＡＬ２_nはその一部（例えば、アライメント光を検出領域に照射し、かつ検出領域内の対象マークから発生する光を受光素子に導く光学系を少なくとも含む）がアーム５６_nに固定され、残りの一部は投影ユニットＰＵを保持するメインフレームに設けられる。セカンダリアライメント系ＡＬ２₁，ＡＬ２₂，ＡＬ２₃，ＡＬ２₄はそれぞれ、回転中心Ｏを中心として回動することで、Ｘ位置が調整される。すなわち、セカンダリアライメント系ＡＬ２₁，ＡＬ２₂，ＡＬ２₃，ＡＬ２₄はその検出領域（又は検出中心）が独立にＸ軸方向に可動である。従って、プライマリアライメント系ＡＬ１及びセカンダリアライメント系ＡＬ２₁，ＡＬ２₂，ＡＬ２₃，ＡＬ２₄はＸ軸方向に関してその検出領域の相対位置が調整可能となっている。なお、本実施形態では、アームの回動によりセカンダリアライメント系ＡＬ２₁，ＡＬ２₂，ＡＬ２₃，ＡＬ２₄のＸ位置が調整されるものとしたが、これに限らず、セカンダリアライメント系ＡＬ２₁，ＡＬ２₂，ＡＬ２₃，ＡＬ２₄をＸ軸方向に往復駆動する駆動機構を設けても良い。また、セカンダリアライメント系ＡＬ２₁，ＡＬ２₂，ＡＬ２₃，ＡＬ２₄の少なくとも１つをＸ軸方向だけでなくＹ軸方向にも可動として良い。なお、各セカンダリアライメント系ＡＬ２_nはその一部がアーム５６_nによって移動されるので、不図示のセンサ、例えば干渉計、あるいはエンコーダなどによって、アーム５６_nに固定されるその一部の位置情報が計測可能となっている。このセンサは、セカンダリアライメント系ＡＬ２_nのＸ軸方向の位置情報を計測するだけでも良いが、他の方向、例えばＹ軸方向、及び／又は回転方向（θｘ及びθｙ方向の少なくとも一方を含む）の位置情報も計測可能として良い。

各アーム５６_nの上面には、差動排気型のエアベアリングから成るバキュームパッド５８_n（ｎ＝１〜４）が設けられている。また、アーム５６_nは、例えばモータ等を含む回転駆動機構６０_n（ｎ＝１〜４、図３では不図示、図６参照）によって、主制御装置２０の指示に応じて回動可能である。主制御装置２０は、アーム５６_nの回転調整後に、各バキュームパッド５８_nを作動させて各アーム５６_nを不図示のメインフレームに吸着固定する。これにより、各アーム５６_nの回転角度調整後の状態、すなわち、プライマリアライメント系ＡＬ１及び４つのセカンダリアライメント系ＡＬ２₁〜ＡＬ２₄の所望の位置関係が維持される。

なお、メインフレームのアーム５６_nに対向する部分が磁性体であるならば、バキュームパッド５８に代えて電磁石を採用しても良い。

本実施形態では、プライマリアライメント系ＡＬ１及び４つのセカンダリアライメント系ＡＬ２₁〜ＡＬ２₄のそれぞれとして、例えばウエハ上のレジストを感光させないブロードバンドな検出光束を対象マークに照射し、その対象マークからの反射光により受光面に結像された対象マークの像と不図示の指標（各アライメント系内に設けられた指標板上の指標パターン）の像とを撮像素子（ＣＣＤ等）を用いて撮像し、それらの撮像信号を出力する画像処理方式のＦＩＡ（Field Image Alignment）系が用いられている。プライマリアライメント系ＡＬ１及び４つのセカンダリアライメント系ＡＬ２₁〜ＡＬ２₄のそれぞれからの撮像信号は、図６の主制御装置２０に供給されるようになっている。

なお、上記各アライメント系としては、ＦＩＡ系に限らず、コヒーレントな検出光を対象マークに照射し、その対象マークから発生する散乱光又は回折光を検出する、あるいはその対象マークから発生する２つの回折光（例えば同次数の回折光、あるいは同方向に回折する回折光）を干渉させて検出するアライメントセンサを単独であるいは適宜組み合わせて用いることは勿論可能である。また、本実施形態では、５つのアライメント系ＡＬ１、ＡＬ２₁〜ＡＬ２₄は、支持部材５４を介して投影ユニットＰＵを保持するメインフレームの下面に固定されるものとしたが、これに限らず、例えば前述した計測フレームに設けても良い。

さらに、本実施形態の露光装置１００では、レチクルＲの上方に、例えば特開平７−１７６４６８号公報等に開示される、露光波長の光を用いたＴＴＲ（Through The Reticle）アライメント系から成る一対のレチクルアライメント検出系１３Ａ，１３Ｂ（図１では不図示、図６参照）が設けられ、該レチクルアライメント検出系１３Ａ，１３Ｂの検出信号は、不図示のアライメント信号処理系を介して主制御装置２０に供給される。

本実施形態の露光装置１００では、図３に示されるように、前述したノズルユニット３２の周囲を四方から囲む状態で、エンコーダシステムの４つのヘッドユニット６２Ａ〜６２Ｄが配置されている。これらのヘッドユニット６２Ａ〜６２Ｄは、図３等では図面の錯綜を避ける観点から図示が省略されているが、実際には、支持部材を介して前述した投影ユニットＰＵを保持するメインフレームに吊り下げ状態で固定されている。

ヘッドユニット６２Ａ及び６２Ｃは、図３に示されるように、Ｘ軸方向の位置が異なる複数（ここでは５つ）のＹヘッド６５_i、６４_i（ｉ＝１〜５）をそれぞれ備えている。より詳細には、ヘッドユニット６２Ａ及び６２Ｃは、それぞれ、Ｘ軸方向に沿って投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを通りかつＸ軸と平行な直線（基準軸）ＬＨ上に間隔ＷＤで配置された複数（ここでは４つ）のＹヘッド６５₂〜６５₅，６４₁〜６４₄と、これら４つのＹヘッドの投影光学系ＰＬ側に距離ＷＤ離れ、かつ基準軸ＬＨから−Ｙ方向に所定距離離れた液浸ユニット３２の−Ｙ側の位置に配置された１つのＹヘッド６５₁，６４₅とを備えている。

ヘッドユニット６２Ａは、前述のＹスケール３９Ｙ₁を用いて、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＹ軸方向の位置（Ｙ位置）を計測する多眼（ここでは、５眼）のＹリニアエンコーダ（以下、適宜「Ｙエンコーダ」又は「エンコーダ」と略述する）７０Ａ（図６参照）を構成する。同様に、ヘッドユニット６２Ｃは、前述のＹスケール３９Ｙ₂を用いて、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＹ位置を計測する多眼（ここでは、５眼）のＹエンコーダ７０Ｃ（図６参照）を構成する。ここで、ヘッドユニット６２Ａ及び６２Ｃがそれぞれ備える５つのＹヘッド６５及び６４（すなわち、計測ビーム）のＸ軸方向の間隔ＷＤは、Ｙスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂のＸ軸方向の幅（より正確には、格子線３８の長さ）より僅かに狭く設定されている。

ヘッドユニット６２Ｂは、図３に示されるように、ノズルユニット３２（投影ユニットＰＵ）の＋Ｙ側に配置され、上記基準軸ＬＶ上にＹ軸方向に沿って間隔ＷＤで配置された複数、ここでは４個のＸヘッド６６を備えている。また、ヘッドユニット６２Ｄは、ノズルユニット３２（投影ユニットＰＵ）を介してヘッドユニット６２Ｂとは反対側のプライマリアライメント系ＡＬ１の−Ｙ側に配置され、上記基準軸ＬＶ上に間隔ＷＤで配置された複数、ここでは４個のＸヘッド６６を備えている。ヘッドユニット６２Ｂは、前述のＸスケール３９Ｘ₁を用いて、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＸ軸方向の位置（Ｘ位置）を計測する、多眼（ここでは、４眼）のＸリニアエンコーダ（以下、適宜「Ｘエンコーダ」又は「エンコーダ」と略述する）７０Ｂ（図６参照）を構成する。また、ヘッドユニット６２Ｄは、前述のＸスケール３９Ｘ₂を用いて、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＸ位置を計測する多眼（ここでは、４眼）のＸリニアエンコーダ７０Ｄ（図６参照）を構成する。

ここでヘッドユニット６２Ｂ，６２Ｄがそれぞれ備える隣接するＸヘッド６６（計測ビーム）の間隔ＷＤは、前述のＸスケール３９Ｘ₁，３９Ｘ₂のＹ軸方向の幅（より正確には、格子線３７の長さ）よりも狭く設定されている。またヘッドユニット６２Ｂの最も−Ｙ側のＸヘッド６６とヘッドユニット６２Ｄの最も＋Ｙ側のＸヘッド６６との間隔は、ウエハステージＷＳＴのＹ軸方向の移動により、その２つのＸヘッド間で切り換え（つなぎ）が可能となるように、ウエハテーブルＷＴＢのＹ軸方向の幅よりも僅かに狭く設定されている。

本実施形態では、さらに、ヘッドユニット６２Ｃ、６２Ａの−Ｙ側に所定距離隔てて、ヘッドユニット６２Ｅ、６２Ｆが、それぞれ設けられている。ヘッドユニット６２Ｅ及び６２Ｆは、図３等では図面の錯綜を避ける観点から図示が省略されているが、実際には、支持部材を介して、前述した投影ユニットＰＵを保持するメインフレームに吊り下げ状態で固定されている。なお、ヘッドユニット６２Ｅ、６２Ｆ及び前述のヘッドユニット６２Ａ〜６２Ｄは、例えば投影ユニットＰＵが吊り下げ支持される場合は投影ユニットＰＵと一体に吊り下げ支持しても良いし、あるいは前述した計測フレームに設けても良い。

ヘッドユニット６２Ｅは、Ｘ軸方向の位置が異なる４つのＹヘッド６７を備えている。より詳細には、ヘッドユニット６２Ｅは、セカンダリアライメント系ＡＬ２₁の−Ｘ側にＸ軸に平行な直線（基準軸）ＬＡ上に前述の間隔ＷＤとほぼ同一間隔で配置された３つのＹヘッド６７₁〜６７₃と、最も内側（＋Ｘ側）のＹヘッド６７₃から＋Ｘ側に所定距離（ＷＤより幾分短い距離）離れ、かつ基準軸ＬＡから＋Ｙ側に所定距離離れたセカンダリアライメント系ＡＬ２₁の＋Ｙ側の位置に配置された１つのＹヘッド６７₄とを備えている。

ヘッドユニット６２Ｆは、前述の基準軸ＬＶに関して、ヘッドユニット６２Ｅと対称であり、上記４つのＹヘッド６７₁〜６７₄と基準軸ＬＶに関して対称に配置された４つのＹヘッド６８₁〜６８₄を備えている。後述するアライメント動作の際などには、Ｙスケール３９Ｙ₂，３９Ｙ₁にＹヘッド６７，６８が少なくとも各１つそれぞれ対向し、このＹヘッド６７，６８（すなわち、これらＹヘッド６７，６８によって構成されるＹエンコーダ７０Ｃ、７０Ａ）によってウエハステージＷＳＴのＹ位置（及びθｚ回転）が計測される。

また、本実施形態では、セカンダリアライメント系の後述するベースライン計測時（Sec‐BCHK（インターバル））などに、セカンダリアライメント系ＡＬ２₁、ＡＬ２₄にＸ軸方向で隣接するＹヘッド６７、６８が、ＦＤバー４６の一対の基準格子５２とそれぞれ対向し、その一対の基準格子５２と対向するＹヘッド６７，６８によって、ＦＤバー４６のＹ位置が、それぞれの基準格子５２の位置で計測される。以下では、一対の基準格子５２にそれぞれ対向するＹヘッド６７，６８によって構成されるエンコーダをＹリニアエンコーダ（適宜、「Ｙエンコーダ」又は「エンコーダ」とも略述する）７０Ｅ，７０Ｆ（図６参照）と呼ぶ。

上述した６つのリニアエンコーダ７０Ａ〜７０Ｆは、例えば０．１ｎｍ程度の分解能で、ウエハステージＷＳＴの位置座標を計測し、その計測値を主制御装置２０に供給する。主制御装置２０は、リニアエンコーダ７０Ａ〜７０Ｄのうちの３つの計測値に基づいて、ウエハテーブルＷＴＢのＸＹ平面内の位置を制御するとともに、リニアエンコーダ７０Ｅ，７０Ｆの計測値に基づいて、ＦＤバー４６のθｚ方向の回転を制御する。

なお、図３では、計測ステージＭＳＴの図示が省略されるとともに、その計測ステージＭＳＴと先端レンズ１９１との間に保持される水Ｌｑで形成される液浸領域が符号１４で示されている。また、図３において、符号ＵＰは、ウエハテーブルＷＴＢ上のウエハのアンロードが行われるアンローディングポジションを示し、符号ＬＰはウエハテーブルＷＴＢ上へのウエハのロードが行われるローディングポジションを示す。本実施形態では、アンロードポジションＵＰと、ローディングポジションＬＰとは、基準軸ＬＶに関して対称に設定されている。なお、アンロードポジションＵＰとローディングポジションＬＰとを同一位置としても良い。

図６には、露光装置１００の制御系の主要な構成が示されている。この制御系は、装置全体を統括的に制御するマイクロコンピュータ（又はワークステーション）から成る主制御装置２０を中心として構成されている。なお、図６においては、前述した照度むらセンサ９４、空間像計測器９６及び波面収差計測器９８などの計測ステージＭＳＴに設けられた各種センサが、纏めてセンサ群９９として示されている。

本実施形態の露光装置１００では、前述したようなウエハテーブルＷＴＢ上のＸスケール、Ｙスケールの配置及び前述したようなＸヘッド、Ｙヘッドの配置を採用したことから、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）などに例示されるように、ウエハステージＷＳＴの有効ストローク範囲（すなわち、本実施形態では、アライメント及び露光動作のために移動する範囲）では、必ず、Ｙスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂と、Ｙヘッド６５，６４（ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃ）又はＹヘッド６８，６７（ヘッドユニット６２Ｆ，６２Ｅ）とがそれぞれ対向し、かつＸスケール３９Ｘ₁、３９Ｘ₂のいずれか一方にＸヘッド６６（ヘッドユニット６２Ｂ又は６２Ｄ）が対向するようになっている。なお、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）中では、対応するＸスケール又はＹスケールに対向したヘッドが実線の丸で囲んで示されている。

これを更に詳述すると、主制御装置２０は、ウエハＷ上にレチクルＲのパターンを転写する、後述するステップ・アンド・スキャン方式の露光動作中には、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃの各５個のＹヘッド６４の中からＹスケール３９Ｙ₁、３９Ｙ₂にそれぞれ対向するＹヘッド６４を各１つ選択するとともに、ヘッドユニット６２Ｂ、６４Ｄの合計９個のＸヘッドの中からＸスケール３９Ｘ₁、３９Ｘ₂の所定の一方（これは、ウエハステージＷＳＴのＹ位置に応じて定まる）に対向するＸヘッド６６を選択し、選択された２つのＹヘッド６４の計測値と選択されたＸヘッド６６の計測値とに基づいて、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置及び回転（θｚ方向の回転）を制御する。

また、主制御装置２０は、後述するウエハアライメントの際には、Ｙスケール３９Ｙ₁、３９Ｙ₂にそれぞれ対向するＹヘッド６８、６７と、ヘッドユニット６２Ｂ、６４Ｄの合計９個のＸヘッドの中からＸスケール３９Ｘ₁、３９Ｘ₂の所定の一方（これは、ウエハステージＷＳＴのＹ位置に応じて定まる）に対向するＸヘッド６６との計測値に基づいて、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置及び回転（θｚ方向の回転）を制御する。

主制御装置２０は、前述のウエハステージＷＳＴの有効ストローク範囲では、エンコーダ７０Ａ〜７０Ｄのうちの３つの計測値に基づいて、ステージ駆動系１２４を構成する各モータを制御することで、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置情報（θｚ方向の回転情報を含む）を、高精度に制御することができる。エンコーダ７０Ａ〜７０Ｄの計測値が受ける空気揺らぎの影響は、干渉計と比べた場合には無視できるほど小さいので、空気揺らぎに起因する計測の短期安定性は、干渉計に比べて格段に良い。

また、主制御装置２０は、図７（Ａ）中に白抜き矢印で示されるようにウエハステージＷＳＴをＸ軸方向に駆動する際、そのウエハステージＷＳＴのＹ軸方向の位置を計測するＹヘッド６５、６４を、同図中に矢印ｅ₁で示されるように、隣のＹヘッド６５、６４に順次切り換える。例えば実線の丸で囲まれるＹヘッド６４₂から点線の丸で囲まれるＹヘッド６４₃へ切り換える。すなわち、本実施形態では、このＹヘッド６５、６４の切り換え（つなぎ）を円滑に行うために、前述の如く、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃが備える隣接するＹヘッド６５，６４の間隔ＷＤを、Ｙスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂のＸ軸方向の幅よりも狭く設定したものである。

また、本実施形態では、前述の如く、ヘッドユニット６２Ｂ，６２Ｄが備える隣接するＸヘッド６６の間隔ＷＤは、前述のＸスケール３９Ｘ₁，３９Ｘ₂のＹ軸方向の幅よりも狭く設定されているので、上述と同様に、主制御装置２０は、図７（Ｂ）中に白抜き矢印で示されるようにウエハステージＷＳＴをＹ軸方向に駆動する際、そのウエハステージＷＳＴのＸ軸方向の位置を計測するＸヘッド６６を、同図中に矢印ｅ₂で示されるように、順次隣のＸヘッド６６に切り換える（例えば実線の丸で囲まれるＸヘッド６６₅から点線の丸で囲まれるＸヘッド６６₆へ切り換える）。

次に、エンコーダ７０Ａ〜７０Ｆの構成等について、図８（Ａ）に拡大して示されるＹエンコーダ７０Ｃを代表的に採り上げて説明する。この図８（Ａ）では、Ｙスケール３９Ｙ₂に検出光（計測ビーム）を照射するヘッドユニット６２Ｃの１つのＹヘッド６４を示している。

Ｙヘッド６４は、大別すると、照射系６４ａ、光学系６４ｂ、及び受光系６４ｃの３部分から構成されている。

照射系６４ａは、レーザ光ＬＢをＹ軸及びＺ軸に対して４５°を成す方向に射出する光源、例えば半導体レーザＬＤと、該半導体レーザＬＤから射出されるレーザビームＬＢの光路上に配置されたレンズＬ１とを含む。

光学系６４ｂは、その分離面がＸＺ平面と平行である偏光ビームスプリッタＰＢＳ、一対の反射ミラーＲ１ａ，Ｒ１ｂ、レンズＬ２ａ，Ｌ２ｂ、四分の一波長板（以下、λ／４板と記述する）ＷＰ１ａ，ＷＰ１ｂ、及び反射ミラーＲ２ａ，Ｒ２ｂ等を備えている。

前記受光系６４ｃは、偏光子（検光子）及び光検出器等を含む。

このＹエンコーダ７０Ｃにおいて、半導体レーザＬＤから射出されたレーザビームＬＢはレンズＬ１を介して偏光ビームスプリッタＰＢＳに入射し、偏光分離されて２つのビームＬＢ₁、ＬＢ₂となる。偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過したビームＬＢ₁は反射ミラーＲ１ａを介してＹスケール３９Ｙ₁に形成された反射型回折格子ＲＧに到達し、偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射されたビームＬＢ₂は反射ミラーＲ１ｂを介して反射型回折格子ＲＧに到達する。なお、ここで「偏光分離」とは、入射ビームをＰ偏光成分とＳ偏光成分に分離することを意味する。

ビームＬＢ₁、ＬＢ₂の照射によって回折格子ＲＧから発生する所定次数の回折ビーム、例えば１次回折ビームはそれぞれ、レンズＬ２ｂ、Ｌ２ａを介してλ／４板ＷＰ１ｂ、ＷＰ１ａにより円偏光に変換された後、反射ミラーＲ２ｂ、Ｒ２ａにより反射されて再度λ／４板ＷＰ１ｂ、ＷＰ１ａを通り、往路と同じ光路を逆方向に辿って偏光ビームスプリッタＰＢＳに達する。

偏光ビームスプリッタＰＢＳに達した２つのビームは、各々その偏光方向が元の方向に対して９０度回転している。このため、先に偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過したビームＬＢ₁の１次回折ビームは、偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射されて受光系６４ｃに入射するとともに、先に偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射されたビームＬＢ₂の１次回折ビームは、偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過してビームＬＢ₁の１次回折ビームと同軸に合成されて受光系６４ｃに入射する。

そして、上記２つの１次回折ビームは、受光系６４ｃの内部で、検光子によって偏光方向が揃えられ、相互に干渉して干渉光となり、この干渉光が光検出器によって検出され、干渉光の強度に応じた電気信号に変換される。

上記の説明からわかるように、Ｙエンコーダ７０Ｃでは、干渉させる２つのビームの光路長が極短くかつほぼ等しいため、空気揺らぎの影響がほとんど無視できる。そして、Ｙスケール３９Ｙ₂（すなわちウエハステージＷＳＴ）が計測方向（この場合、Ｙ軸方向）に移動すると、２つのビームそれぞれの位相が変化して干渉光の強度が変化する。この干渉光の強度の変化が、受光系６４ｃによって検出され、その強度変化に応じた位置情報がＹエンコーダ７０Ｃの計測値として出力される。その他のエンコーダ７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｄ等も、エンコーダ７０Ｃと同様にして構成されている。各エンコーダとしては、分解能が、例えば０．１ｎｍ程度のものが用いられている。なお、本実施形態のエンコーダでは、図８（Ｂ）に示されるように、検出光として格子ＲＧの周期方向に長く延びる断面形状のレーザビームＬＢを用いても良い。図８（Ｂ）では、格子ＲＧと比較してビームＬＢを誇張して大きく図示されている。

次に、本実施形態の露光装置１００における、ウエハステージＷＳＴと計測ステージＭＳＴとを用いた並行処理動作について、図９〜図１３に基づいて説明する。なお、以下の動作中、主制御装置２０によって、局所液浸装置８の液体供給装置５及び液体回収装置６の各バルブの開閉制御が前述したようにして行われ、投影光学系ＰＬの先端レンズ１９１の直下には常時水が満たされている。しかし、以下では、説明を分かり易くするため、液体供給装置５及び液体回収装置６の制御に関する説明は省略する。また、以後の動作説明は、多数の図面を用いて行うが、図面毎に同一の部材に符号が付されていたり、付されていなかったりしている。すなわち、図面毎に、記載している符号が異なっているが、それら図面は符号の有無に関わらず、同一構成である。これまでに説明に用いた、各図面についても同様である。

図９には、ウエハステージＷＳＴ上に載置されたウエハＷに対するステップ・アンド・スキャン方式の露光が行われている状態が示されている。この露光は、開始前に行われるウエハアライメント（ＥＧＡ：Enhanced Global Alignment）等の結果に基づいて、ウエハＷ上の各ショット領域の露光のための走査開始位置（加速開始位置）へウエハステージＷＳＴを移動するショット間移動と、各ショット領域に対してレチクルＲに形成されたパターンを走査露光方式で転写する走査露光と、を繰り返すことにより行われる。また、露光は、ウエハＷ上の−Ｙ側に位置するショット領域から＋Ｙ側に位置するショット領域の順で行われる。

上述の露光中、主制御装置２０により、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＸＹ面内の位置（θｚ方向の回転を含む）は、２つのＹエンコーダ７０Ａ，７０Ｃと、２つのＸエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄの一方との合計３つのエンコーダの計測結果に基づいて制御されている。ここで、２つのＸエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄは、Ｘスケール３９Ｘ₁，３９Ｘ₂のそれぞれに対向する２つのＸヘッド６６によって構成され、２つのＹエンコーダ７０Ａ，７０Ｃは、Ｙスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂のそれぞれに対向する２つのＹヘッド６４により構成される。また、主制御装置２０により、ウエハテーブルＷＴＢのθｙ回転（ローリング）及びθｘ回転（ピッチング）は、前述のＸ干渉計１２６及びＹ干渉計１６計測値に基づいて管理されている。なお、ウエハテーブルＷＴＢのＺ軸方向の位置（Ｚ位置）、θｙ回転（ローリング）及びθｘ回転（ピッチング）の少なくとも１つ、例えばＺ位置及びθｙ回転をその他のセンサ、例えばウエハテーブルＷＴＢの上面のＺ位置を検出するセンサによって計測しても良い。いずれにしても、この露光中のウエハテーブルＷＴＢのＺ軸方向の位置，θｙ回転及びθｘ回転の制御（ウエハＷのフォーカス・レベリング制御）は、主制御装置２０により、ウエハＷ表面の面位置情報を検出する不図示の面位置検出系を用いたリアルタイムの面位置検出の結果に基づいて行われる。なお、主制御装置２０は、露光中にウエハテーブルＷＴＢの面位置を不図示の面位置センサを用いて検出しつつ、事前に計測したウエハの面位置情報の計測結果に基づいて、ウエハＷのフォーカス・レベリング制御を行っても良い。

図９に示される、ウエハステージＷＳＴの位置では、Ｘスケール３９Ｘ₁にはＸヘッド６６₅（図中に丸で囲んで示されている）が対向するが、Ｘスケール３９Ｘ₂に対向するＸヘッド６６はない。そのため、主制御装置２０は、１つのＸエンコーダ７０Ｂと２つのＹエンコーダ７０Ａ，７０Ｃを用いて、ウエハステージＷＳＴの位置（Ｘ，Ｙ，θｚ）制御を実行している。ここで、図９に示される位置からウエハステージＷＳＴが−Ｙ方向に移動すると、Ｘヘッド６６₅はＸスケール３９Ｘ₁から外れ（対向しなくなり）、代わりにＸヘッド６６₄（図中に破線の丸で囲んで示されている）がＸスケール３９Ｘ₂に対向する。そこで、主制御装置２０は、１つのＸエンコーダ７０Ｄと２つのＹエンコーダ７０Ａ，７０Ｃを用いるステージ制御に切り換える。

このように、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴの位置座標に応じて、使用するエンコーダを絶えず切り換えて、ステージ制御を実行している。

なお、上述のエンコーダシステムを用いたウエハステージＷＳＴの位置計測と独立に、干渉計システム１１８を用いたウエハステージＷＳＴの位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ，θｘ，θｙ，θｚ）計測が、常時、行われている。例えば、Ｘ干渉計１２６，１２７，及び１２８は、ウエハステージＷＳＴのＹ位置に応じて、いずれか１つが使用される。露光中は、図９に示したように、Ｘ干渉計１２６が使用される。例えば、干渉計システム１１８によるウエハステージＷＳＴのＸ，Ｙ，θｚ方向の計測結果は、補助的に、ウエハステージＷＳＴの位置制御に利用される。

ウエハＷの露光が終了すると、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴをアンロードポジションＵＰに向けて駆動する。その際、露光中には互いに離れていたウエハステージＷＳＴと計測ステージＭＳＴとが、接触或いは３００μｍ程度の離間距離を挟んで近接して、スクラム状態に移行する。ここで、計測テーブルＭＴＢ上のＦＤバー４６の−Ｙ側面とウエハテーブルＷＴＢの＋Ｙ側面とが接触或いは近接する。このスクラム状態を保って、両ステージＷＳＴ，ＭＳＴが−Ｙ方向に移動することにより、投影ユニットＰＵの下に形成される液浸領域１４は、計測ステージＭＳＴ上に移動する（例えば図１０参照）。

ウエハステージＷＳＴが、スクラム状態に移行後、更に−Ｙ方向へ移動して有効ストローク領域（ウエハステージが露光及びウエハアライメント時に移動する領域）から外れると、エンコーダ７０Ａ〜７０Ｄを構成する全てのＸヘッド、Ｙヘッドが、ウエハテーブルＷＴＢ上の対応するスケールから外れる。そのため、エンコーダ７０Ａ〜７０Ｄの計測結果に基づくステージ制御が不可能になる。その直前に、主制御装置２０は、干渉計システム１１８の計測結果に基づくステージ制御に切り換える。ここで、３つのＸ干渉計１２６，１２７，１２８のうちＸ干渉計１２８が使用される。

その後、図１０に示されるように、ウエハステージＷＳＴは、計測ステージＭＳＴとのスクラム状態を解除し、アンロードポジションＵＰに移動する。移動後、主制御装置２０は、ウエハテーブルＷＴＢ上のウエハＷをアンロードする。そして、図１１に示されるように、ウエハステージＷＳＴを＋Ｘ方向に駆動してローディングポジションＬＰに移動させ、ウエハテーブルＷＴＢ上に次のウエハＷをロードする。

これらの動作と平行して、主制御装置２０は、計測ステージＭＳＴに支持されたＦＤバー４６のＸＹ面内での位置調整と、４つのセカンダリアライメント系ＡＬ２₁〜ＡＬ２₄のベースライン計測と、を行うSec-BCHK（インターバル）を実行する。ここで、ＸＹ面内の位置（θｚ回転）を計測するために、Ｙヘッド６７₃，６８₂とＹヘッド６７₃，６８₂のそれぞれが対向する計測ステージＭＴＢ上の一対の基準格子５２とから構成されるＹエンコーダ７０Ｅ，７０Ｆが使用される。

次に、主制御装置２０は、図１２に示されるように、ウエハステージＷＳＴを駆動し、計測プレート３０上の基準マークＦＭをプライマリアライメント系ＡＬ１の検出視野内に位置決めし、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２₁〜ＡＬ２₄のベースライン計測の基準位置を決定するPri-BCHKの前半の処理を行う。

このとき、図１２に示されるように、２つのＹヘッド６８₂，６７₃と１つのＸヘッド６６（図中に丸で囲んで示されている）が、それぞれＹスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂とＸスケール３９Ｘ₂に対向するようになる。そこで、主制御装置２０は、干渉計システム１１８からエンコーダシステム１５０（エンコーダ７０Ａ，７０Ｃ，７０Ｄ）を用いたステージ制御へ切り換える。干渉計システム１１８は、再び補助的に使用される。なお、３つのＸ干渉計１２６，１２７，１２８のうちＸ干渉計１２７が使用される。

その後、主制御装置２０は、プライマリアライメント系ＡＬ１とセカンダリアライメント系ＡＬ２₁〜ＡＬ２₄を用いて、ウエハアライメント（ＥＧＡ）を実行する（図１３中の星マーク参照）。

なお、本実施形態では、図１３に示されるウエハアライメントを開始するまでに、ウエハステージＷＳＴと計測ステージＭＳＴはスクラム状態へ移行している。主制御装置２０は、スクラム状態を保ちながら、両ステージＷＳＴ，ＭＳＴを＋Ｙ方向に駆動する。その後、液浸領域１４の水は、計測テーブルＭＴＢ上からウエハテーブルＷＴＢ上に移動する。

ウエハアライメント（ＥＧＡ）と並行して、主制御装置２０は、空間像計測装置４５を用いたウエハテーブルＷＴＢのＸＹ位置に対する投影像の強度分布を計測するPri-BCHK後半の処理を実行する。

以上の作業が終了すると、主制御装置２０は、両ステージＷＳＴ，ＭＳＴのスクラム状態を解除する。そして、図９に示されるように、ステップ・アンド・スキャン方式の露光を行い、新しいウエハＷ上にレチクルパターンを転写する。以降、同様の動作が繰り返し実行される。

以上、説明したように、本実施形態に係る露光装置１００によると、露光の際に、Ｙスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂のそれぞれに対向してウエハステージＷＳＴのＹ軸方向及びθｚ方向の位置計測に用いられる、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃにそれぞれ属する各５つのＹヘッド６５₁〜６５₅，６４₁〜６４₅は、Ｘ軸方向に関しては、隣接するＹヘッドの間隔ＷＤをＹスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂のＸ軸方向の幅（例えば７６ｍｍ）を考慮した所望の間隔例えば７０ｍｍに設定し、かつ空きスペース（本実施形態では、ノズルユニット３２の周囲の空きスペース）に応じて最も投影ユニットＰＵの中心寄りに位置するＹヘッド６５₁、６４₅のＹ位置を他の（残り４つの）Ｙヘッドと異ならせて配置している。これにより、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃの各５つのＹヘッド６５、６４の、空きスペースに応じた配置が可能であるともに、スペース効率の向上により装置全体の小型化が可能となる。これに加え、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃの各５つのＹヘッド６５，６４それぞれの間でつなぎ（使用ヘッドの切り換え）を支障なく行なうことが可能となる。従って、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃをそれぞれ有するＹエンコーダ７０Ａ、７０Ｃ、及びヘッドユニット６２Ｂ、６２Ｄをそれぞれ有するＸエンコーダ７０Ｂ、７０Ｄを含むエンコーダシステムによって、露光の際、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置を空気揺らぎの影響を受けることなく高精度に計測することが可能になり、ひいてはウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）に保持されたウエハＷに精度良くレチクルＲのパターンを形成することが可能になる。

なお、上記実施形態では、ノズルユニット３２周囲の空きスペースに合わせて、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃがそれぞれ備える５つのＹヘッド６５、６４のうち、最も投影ユニットＰＵの中心より位置するＹヘッド６５₅、６４₁のＹ位置を、残り４つのＹヘッド６５、６４のＹ位置と異ならせる場合について説明したが、本発明がこれに限定されるものでない。すなわち、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃの少なくとも一方に属する各５つのＹヘッドのうち、いずれかのＹヘッドが、他のＹヘッドとＹ位置が異なっていれば良い。例えば、ヘッドユニット６２Ａ、６２Ｃの少なくとも一方で、任意の２つのＹヘッドが残り３つのＹヘッドとＹ位置が異なっていても良いし、例えば任意の３つのＹヘッドが残り２つのＹヘッドとＹ位置が異なっていても良いし、例えば、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃにそれぞれ属する個々のＹヘッドのＹ位置が互いに異なっていても良い。

また、上記実施形態では、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃが、それぞれ５つのＹヘッド６５，６４を備えるものとしたが、これに限らず、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃが、それぞれ複数のＹヘッドを備えていれば良い。

なお、上記実施形態ではノズルユニット３２の下面と投影光学系ＰＬの先端光学素子の下端面とがほぼ面一であるものとしたが、これに限らず、例えばノズルユニット３２の下面を、先端光学素子の射出面よりも投影光学系ＰＬの像面（すなわちウエハ）の近くに配置しても良い。すなわち、局所液浸装置８は上述の構造に限られず、例えば、欧州特許公開第１４２０２９８号公報、国際公開第２００４／０５５８０３号パンフレット、国際公開第２００４／０５７５９０号パンフレット、国際公開第２００５／０２９５５９号パンフレット（対応米国特許公開第２００６／０２３１２０６号）、国際公開第２００４／０８６４６８号パンフレット（対応米国特許公開第２００５／０２８０７９１号）、特開２００４−２８９１２６号公報（対応米国特許第６,９５２,２５３号）などに記載されているものを用いることができる。また、例えば国際公開第２００４／０１９１２８号パンフレット（対応米国特許公開第２００５／０２４８８５６号）に開示されているように、先端光学素子の像面側の光路に加えて、先端光学素子の物体面側の光路も液体で満たすようにしても良い。さらに、先端光学素子の表面の一部（少なくとも液体との接触面を含む）又は全部に、親液性及び／又は溶解防止機能を有する薄膜を形成しても良い。なお、石英は液体との親和性が高く、かつ溶解防止膜も不要であるが、蛍石は少なくとも溶解防止膜を形成することが好ましい。

なお、上記実施形態では、液体として純水（水）を用いるものとしたが、本発明がこれに限定されないことは勿論である。液体としては、化学的に安定で、照明光ＩＬの透過率が高く安全な液体、例えばフッ素系不活性液体を使用しても良い。このフッ素系不活性液体としては、例えばフロリナート（米国スリーエム社の商品名）が使用できる。このフッ素系不活性液体は冷却効果の点でも優れている。また、液体として、照明光ＩＬに対する屈折率が、純水（屈折率は１．４４程度）よりも高い、例えば１．５以上の液体を用いても良い。この液体としては、例えば、屈折率が約１．５０のイソプロパノール、屈折率が約１．６１のグリセロール（グリセリン）といったＣ−Ｈ結合あるいはＯ−Ｈ結合を持つ所定液体、ヘキサン、ヘプタン、デカン等の所定液体（有機溶剤）、あるいは屈折率が約１．６０のデカリン(Decalin: Decahydronaphthalene)などが挙げられる。あるいは、これら液体のうち任意の２種類以上の液体が混合されたものであっても良いし、純水にこれら液体の少なくとも１つが添加（混合）されたものであっても良い。あるいは、液体としては、純水に、Ｈ^＋、Ｃｓ^＋、Ｋ^＋、Ｃｌ⁻、ＳＯ_４ ^２−、ＰＯ_４ ^２−等の塩基又は酸を添加（混合）したものであっても良い。更には、純水にＡｌ酸化物等の微粒子を添加（混合）したものであっても良い。これら液体は、ＡｒＦエキシマレーザ光を透過可能である。また、液体としては、光の吸収係数が小さく、温度依存性が少なく、投影光学系（先端の光学部材）、及び／又はウエハの表面に塗布されている感光材（又は保護膜（トップコート膜）あるいは反射防止膜など）に対して安定なものであることが好ましい。また、Ｆ₂レーザを光源とする場合は、フォンブリンオイルを選択すれば良い。さらに、液体としては、純水よりも照明光ＩＬに対する屈折率が高い液体、例えば屈折率が１．６〜１．８程度のものを使用しても良い。液体として、超臨界流体を用いることも可能である。また、投影光学系ＰＬの先端光学素子を、例えば石英（シリカ）、あるいは、フッ化カルシウム（蛍石）、フッ化バリウム、フッ化ストロンチウム、フッ化リチウム、及びフッ化ナトリウム等のフッ化化合物の単結晶材料で形成しても良いし、石英や蛍石よりも屈折率が高い（例えば１．６以上）材料で形成しても良い。屈折率が１．６以上の材料としては、例えば、国際公開第２００５／０５９６１７号パンフレットに開示される、サファイア、二酸化ゲルマニウム等、あるいは、国際公開第２００５／０５９６１８号パンフレットに開示される、塩化カリウム（屈折率は約１．７５）等を用いることができる。

また、上記実施形態で、回収された液体を再利用するようにしても良く、この場合は回収された液体から不純物を除去するフィルタを液体回収装置、又は回収管等に設けておくことが望ましい。

なお、上記実施形態では、露光装置が液浸型の露光装置である場合について説明したが、これに限られるものではなく、液体（水）を介さずにウエハＷの露光を行うドライタイプの露光装置にも採用することができる。

また、上記実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式等の走査型露光装置に本発明が適用された場合について説明したが、これに限らず、ステッパなどの静止型露光装置に本発明を適用しても良い。ステッパなどであっても、露光対象の物体が搭載されたステージの位置をエンコーダで計測することにより、同様に、空気揺らぎに起因する位置計測誤差の発生を殆ど零にすることができ、このエンコーダの計測値に基づいて、ステージを高精度に位置決めすることが可能になり、結果的に高精度なレチクルパターンの物体上への転写が可能になる。また、ショット領域とショット領域とを合成するステップ・アンド・スティッチ方式の縮小投影露光装置、プロキシミティー方式の露光装置、又はミラープロジェクション・アライナーなどにも本発明は適用することができる。さらに、例えば特開平１０−１６３０９９号公報及び特開平１０−２１４７８３号公報（対応米国特許第６，５９０，６３４号）、特表２０００−５０５９５８号公報（対応米国特許第５，９６９，４４１号）、米国特許第６，２０８，４０７号などに開示されているように、複数のウエハステージを備えたマルチステージ型の露光装置にも本発明を適用できる。

また、上記実施形態の露光装置における投影光学系は縮小系のみならず等倍および拡大系のいずれでも良いし、投影光学系ＰＬは屈折系のみならず、反射系及び反射屈折系のいずれでも良いし、その投影像は倒立像及び正立像のいずれでも良い。さらに、投影光学系ＰＬを介して照明光ＩＬが照射される露光領域ＩＡは、投影光学系ＰＬの視野内で光軸ＡＸを含むオンアクシス領域であるが、例えば国際公開第２００４／１０７０１１号パンフレットに開示されるように、複数の反射面を有しかつ中間像を少なくとも１回形成する光学系（反射系又は反屈系）がその一部に設けられ、かつ単一の光軸を有する、いわゆるインライン型の反射屈折系と同様に、その露光領域は光軸ＡＸを含まないオフアクシス領域でも良い。また、前述の照明領域及び露光領域はその形状が矩形であるものとしたが、これに限らず、例えば円弧、台形、あるいは平行四辺形などでも良い。

なお、上記実施形態の露光装置の光源は、ＡｒＦエキシマレーザに限らず、ＫｒＦエキシマレーザ（出力波長２４８ｎｍ）、Ｆ₂レーザ（出力波長１５７ｎｍ）、Ａｒ₂レーザ（出力波長１２６ｎｍ）、Ｋｒ₂レーザ（出力波長１４６ｎｍ）などのパルスレーザ光源、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）などの輝線を発する超高圧水銀ランプなどを用いることも可能である。また、ＹＡＧレーザの高調波発生装置などを用いることもできる。この他、例えば国際公開第１９９９／４６８３５号パンフレット（対応米国特許７,０２３,６１０号）に開示されているように、真空紫外光としてＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（又はエルビウムとイッテルビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。

また、上記実施形態では、露光装置の照明光ＩＬとしては波長１００ｎｍ以上の光に限らず、波長１００ｎｍ未満の光を用いても良いことはいうまでもない。例えば、近年、７０ｎｍ以下のパターンを露光するために、ＳＯＲやプラズマレーザを光源として、軟Ｘ線領域（例えば５〜１５ｎｍの波長域）のＥＵＶ（Extreme Ultraviolet）光を発生させるとともに、その露光波長（例えば１３．５ｎｍ）の下で設計されたオール反射縮小光学系、及び反射型マスクを用いたＥＵＶ露光装置の開発が行われている。この装置においては、円弧照明を用いてマスクとウエハを同期走査してスキャン露光する構成が考えられるので、かかる装置にも本発明を好適に適用することができる。この他、電子線又はイオンビームなどの荷電粒子線を用いる露光装置にも、本発明は適用できる。

また、上述の実施形態においては、光透過性の基板上に所定の遮光パターン（又は位相パターン・減光パターン）を形成した光透過型マスク（レチクル）を用いたが、このレチクルに代えて、例えば米国特許第６，７７８，２５７号公報に開示されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて、透過パターン又は反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスク（可変成形マスク、アクティブマスク、あるいはイメージジェネレータとも呼ばれ、例えば非発光型画像表示素子（空間光変調器）の一種であるＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）などを含む）を用いても良い。

また、例えば国際公開第２００１／０３５１６８号パンフレットに開示されているように、干渉縞をウエハ上に形成することによって、ウエハ上にライン・アンド・スペースパターンを形成する露光装置（リソグラフィシステム）にも本発明を適用することができる。

さらに、例えば特表２００４−５１９８５０号公報（対応米国特許第６，６１１，３１６号）に開示されているように、２つのレチクルパターンを投影光学系を介してウエハ上で合成し、１回のスキャン露光によってウエハ上の１つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置にも本発明を適用することができる。

なお、上記実施形態でパターンを形成すべき物体（エネルギビームが照射される露光対象の物体）はウエハに限られるものではなく、ガラスプレート、セラミック基板、フィルム部材、あるいはマスクブランクスなど、他の物体でも良い。

露光装置の用途としては半導体製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを転写する液晶用の露光装置、有機ＥＬ、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシン及びＤＮＡチップなどを製造するための露光装置にも広く適用できる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。

半導体素子などの電子デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたレチクルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、前述した実施形態の露光装置（パターン形成装置）によりレチクルのパターンをウエハに転写するステップ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、検査ステップ等を経て製造される。この場合、リソグラフィステップで、上記実施形態の露光装置を用いて前述の露光方法が実行され、ウエハ上にデバイスパターンが形成されるので、高集積度のデバイスを生産性良く製造することができる。

以上説明したように、本発明の露光装置は、半導体素子及び液晶表示素子などの電子デバイスを製造するのに適している。

一実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。図１のステージ装置を示す平面図である。図１の露光装置が備えるエンコーダ、アライメント系などの配置を示す平面図である。図４（Ａ）はウエハステージを示す平面図、図４（Ｂ）はウエハステージＷＳＴを示す一部断面した概略側面図である。図５（Ａ）は計測ステージを示す平面図、図５（Ｂ）は計測ステージを示す一部断面した概略側面図である。一実施形態に係る露光装置の制御系の主要な構成を示すブロック図である。図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、複数のヘッドをそれぞれ含む複数のエンコーダによるウエハテーブルのＸＹ平面内の位置計測及びヘッドの切り換え（つなぎ）について説明するための図である。図８（Ａ）は、エンコーダの構成の一例を示す図、図８（Ｂ）は、検出光として格子ＲＧの周期方向に長く延びる断面形状のレーザビームＬＢが用いられた場合を示す図である。露光時におけるエンコーダ及び干渉計によるウエハステージの位置計測を説明するための図である。ウエハのアンローディング時における干渉計によるウエハステージの位置計測を説明するための図である。ウエハのローディング時における干渉計によるウエハステージの位置計測を説明するための図である。干渉計によるステージサーボ制御からエンコーダによるステージサーボ制御への切り換え時における、ウエハステージとエンコーダヘッドの配置を示す図である。ウエハアライメント時におけるエンコーダ及び干渉計によるウエハステージの位置計測を説明するための図である。

符号の説明

８…局所液浸装置、３９Ｘ₁，３９Ｘ₂…Ｘスケール、３９Ｙ₁，３９Ｙ₂…Ｙスケール、５０…主制御装置、６２Ａ〜６２Ｄ…ヘッドユニット、６４…Ｙヘッド、６６…Ｘヘッド、７０Ａ，７０Ｃ…Ｙエンコーダ、７０Ｂ，７０Ｄ…Ｘエンコーダ、１００…露光装置、ＰＬ…投影光学系（光学系）、Ｗ…ウエハ（物体）、ＷＳＴ…ウエハステージ（移動体）。

Claims

エネルギビームにより光学部材を介して物体を露光し、前記物体上にパターンを形成する露光装置であって、
所定の平面に沿って物体を保持して移動するとともに、前記平面に平行な一面に第１方向を周期方向とする格子を有する一対の第１グレーティングが前記一面内で前記第１方向に垂直な第２方向に離れて設けられた移動体と；
前記光学部材を挟んで前記第２方向の一側と他側にそれぞれ配置され、前記第２方向に関して位置が異なる複数の第１ヘッドを含む第１、第２のヘッド群を有し、前記一対の第１グレーティングのそれぞれと対向する前記第１、第２のヘッド群に属する各１つの第１ヘッドによって、前記移動体の前記第１方向及び前記平面内の回転方向の位置情報を計測するエンコーダシステムと；を備え、
前記第１、第２のヘッド群の少なくとも一方は、前記第１方向に関して同一群内の他の第１ヘッドと位置が異なる第１ヘッドを少なくとも１つ含む露光装置。
前記第１、第２のヘッド群は、それぞれ前記第１方向に関して同一群内の他の第１ヘッドと位置が異なる第１ヘッドを少なくとも１つ含む請求項１に記載の露光装置。
前記第１、第２のヘッド群に属する各第１ヘッドは、前記物体の露光時に前記移動体の位置を求めるのに用いられる請求項１又は２に記載の露光装置。
前記第１、第２のヘッド群それぞれに含まれる前記複数の第１ヘッドのうち、最も前記光学部材の中心側に位置する第１ヘッドが、前記第１方向に関して、他の第１ヘッドと位置が異なる請求項１〜３のいずれか一項に記載の露光装置。
前記第１、第２ヘッド群それぞれに属する前記複数の第１ヘッドは、前記第２方向に関して前記第１グレーティングの幅より狭い間隔で配置されている請求項１〜４のいずれか一項に記載の露光装置。
前記移動体の前記一面には、前記第２方向を周期方向とする格子を有する第２グレーティングがさらに設けられ、
前記エンコーダシステムは、前記第１方向に関して位置が異なる複数の第２ヘッドをさらに有し、前記第２グレーティングと対向する第２ヘッドによって前記移動体の前記第２方向の位置情報を計測する請求項１〜５のいずれか一項に記載の露光装置。
前記複数の第２ヘッドは、光学部材の中心を通る、前記第１方向の直線に沿って配置されている請求項６に記載の露光装置。
前記複数の第２ヘッドは、前記光学部材を挟み、前記第１方向の一側と他側に配置され、それぞれ複数の第２ヘッドを含む第３、第の４ヘッド群に分離され、
前記移動体の前記一面には、前記第２グレーティングが前記第１方向に離れて一対設けられている請求項６又は７に記載の露光装置。
前記第３、第４のヘッド群それぞれに属する複数の第２ヘッドは、前記第１方向に関して前記第１グレーティングの幅より狭い間隔で配置されている請求項８に記載の露光装置。
前記物体上にパターンを形成するため、前記第１、第２のヘッド群の中から前記一対の第１グレーティングにそれぞれ対向する第１ヘッドを各１つ選択するとともに、前記第３、第４のヘッド群の中から前記一対の第２グレーティングのいずれかに対向する第２ヘッドを選択し、選択された２つの第１ヘッドの計測値と、選択された第２ヘッドの計測値とに基づいて、前記移動体の前記所定面内の位置及び回転を制御する制御装置を更に備える請求項８又は９に記載の露光装置。
前記光学部材と前記物体の間を液体で満たして液浸領域を形成する液浸システム、をさらに備える請求項１〜１０のいずれか一項に記載の露光装置。
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の露光装置を用いて物体上にパターンを形成する工程と；
前記パターンが形成された物体を現像する工程と；を含むデバイス製造方法。