JP2009252848A

JP2009252848A - 露光装置及び露光方法、並びにデバイス製造方法

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Publication number: JP2009252848A
Application number: JP2008096602A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Shibazaki; 祐一柴崎
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2008-04-02
Filing date: 2008-04-02
Publication date: 2009-10-29

Abstract

【課題】高精度且つ安定なウエハテーブルの位置計測及び駆動制御を実現する。
【解決手段】
エンコーダシステムを構成する光源１６Ｘａ，１６Ｙａから、テーブルＷＴＢの一側面を介してその上面に設けられたグレーティングに計測光Ｌｘ１，Ｌｙ２を入射させ、これらの計測光に由来する回折光Ｌｘ２，Ｌｙ２を光検出器１６Ｘｂ，１６Ｙｂを用いて受光して、テーブルＷＴＢの位置情報を計測する。テーブルＷＴＢの周辺雰囲気の揺らぎの影響が小さいため、高精度なテーブルの位置計測が可能になる。さらに、エンコーダシステムの作動状態を診断し、また計測された位置情報の信頼性を検証し、それらの結果に応じて、エンコーダシステムから干渉計システムへ切り換え、干渉計システムを用いて計測される位置情報に基づいてテーブルＷＴＢを駆動制御する。それにより、高精度且つ安定なテーブルの駆動制御が可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、露光装置及び露光方法、並びにデバイス製造方法に係り、半導体素子、液晶表示素子等のマイクロデバイス（電子デバイスなど）を製造するリソグラフィ工程で用いられる露光装置及び露光方法、並びに前記露光装置又は露光方法を用いるデバイス製造方法に関する。

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

この種の露光装置では、ウエハ又はガラスプレート等の被露光物体（以下、ウエハと総称する）上の複数のショット領域にレチクル（又はマスク）のパターンを転写するために、ウエハを保持するウエハステージはＸＹ２次元方向に例えばリニアモータ等により駆動される。このウエハステージの位置計測は、長期に渡って計測の安定性が良好で、高分解能なレーザ干渉計を用いて行われるのが、一般的であった。

しかるに、半導体素子の高集積化に伴う、パターンの微細化により、より高精度なステージの位置制御が要求されるようになり、今や、レーザ干渉計のビーム路上の雰囲気の温度変化及び／又は温度勾配の影響で発生する空気揺らぎに起因する計測値の短期的な変動がオーバレイバジェット中の大きなウエイトを占めるようになっている。

一方、ステージの位置計測に使用されるレーザ干渉計以外の計測装置として、エンコーダがあるが、エンコーダは、計測においてスケール（グレーティングなど）を使用するため、格子ピッチのドリフト、固定位置ドリフト、あるいは熱膨張等などによりそのスケールの機械的な長期安定性に欠ける。このため、エンコーダは、レーザ干渉計に比べて計測値のリニアリティに欠け、長期安定性に劣るという欠点を有している。

上述のレーザ干渉計とエンコーダとの欠点に鑑みて、レーザ干渉計とエンコーダ（回折格子を用いる位置検出センサ）とを併用して、ステージの位置を計測する装置が、種々提案されている（例えば特許文献１、２等参照）。特に、最近では、計測分解能が、レーザ干渉計と同程度以上のエンコーダが出現しており（例えば、特許文献３等参照）、上述のレーザ干渉計とエンコーダとを組み合わせる技術が注目されるようになってきた。

しかるに、干渉計のミラー又はエンコーダのスケール（グレーティングなど）は、ステージの外面、例えば側面などに設けられた場合、そのステージが加速した際のステージの微小変形に伴い、ステージ上の位置（ステージ上の所定点との位置関係）が変化してしまい、これがステージの位置計測精度を低下させる蓋然性が高い。また、たとえば、スループットを向上させる観点から、スキャニング・ステッパにおいてウエハステージの加速中に露光を開始するという新技術が提案されたとしても、上記のステージの加速に伴うミラー又はスケールのステージ上での位置の変化が、上記新技術の実施のための障害要因となるおそれがある。

米国特許第６，８１９，４２５号明細書特開２００４−１０１３６２号公報米国特許第７，２３８，９３１号明細書

本発明は、上述した事情の下になされたものであり、第１の観点からすると、エネルギビームの照射によって物体にパターンを形成する露光装置であって、物体を保持して実質的に所定平面に沿って移動可能で、前記物体の裏面側で前記所定平面に実質的に平行な面に沿ってグレーティングが配置され、所定波長の光が内部を進行可能な移動体と；前記所定平面と交差する前記移動体の一側面を介して前記移動体の外部から前記グレーティングに前記所定波長の計測光を入射させ、該計測光に由来する前記グレーティングからの回折光を受光し、前記所定平面内の計測方向に関する前記移動体の第１位置情報を計測する計測システムと；前記移動体の少なくとも前記計測方向に関する基準位置からの変位である第２位置情報を計測する干渉計システムと；前記計測システムの作動状態を診断し、該診断の結果と、前記第１、第２位置情報と、に基づいて、前記移動体を駆動する駆動システムと；を備える露光装置である。

これによれば、移動体の第１位置情報の計測において、回折光が移動体内を通過する光路上では、移動体の周辺雰囲気の揺らぎの影響を受けることがない。さらに、移動体の外部についても、回折光の光路は近接し、ほぼ同じ雰囲気中を伝播するので、周辺雰囲気の揺らぎの影響は小さい。そのため、移動体の第１位置情報を高精度に計測することができる。さらに、駆動システムは、計測システムの作動状態を診断し、その診断の結果と、第１、第２位置情報と、に基づいて、移動体を駆動する。従って、計測システムの作動状態に応じて第１、第２位置情報を切り換え、切り換え後の位置情報に基づいて移動体を駆動することができるので、常時、高精度且つ安定な移動体の駆動制御が可能となる。

本発明は、第２の観点からすると、本発明の露光装置を用いて基板を露光することと；前記露光された基板を現像することと；を含むデバイス製造方法である。

本発明は、第３の観点からすると、エネルギビームを物体に照射して前記物体上に所定のパターンを形成する露光方法であって、前記物体を保持するとともに、前記物体の裏面側で所定平面に実質的に平行な面に沿ってグレーティングが配置され、所定波長の光が内部を進行可能な移動体を、前記所定平面に沿って移動させ、前記所定平面と交差する前記移動体の一側面を介して前記移動体の外部から前記グレーティングに前記所定波長の計測光を入射させ、該計測光に由来する前記グレーティングからの回折光を受光して、前記所定平面内の計測方向に関する前記移動体の第１位置情報を計測する工程と；前記移動体の少なくとも前記計測方向に関する基準位置からの変位である第２位置情報を、干渉計システムを用いて計測する工程と；前記第１位置情報の信頼性を検証し、該検証の結果と、前記第１、第２位置情報と、に基づいて、前記移動体を駆動する工程と；を含む露光方法である。

これによれば、回折光が移動体内を通過する光路上において、移動体の周辺雰囲気の揺らぎの影響を受けることがない。さらに、移動体の外部においても、回折光の光路は近接し、ほぼ同じ雰囲気中を伝播するので、周辺雰囲気の揺らぎの影響は小さい。そのため、高精度に移動体の第１位置情報を計測することができる。さらに、駆動する工程では、第１位置情報の信頼性を検証し、その検証の結果と、第１、第２位置情報と、に基づいて、移動体を駆動する。従って、第１位置情報の信頼性に応じて第１、第２位置情報を切り換え、切り換え後の位置情報に基づいて移動体を駆動することができるので、常時、高精度且つ安定な移動体の駆動制御が可能となる。

本発明は、第４の観点からすると、本発明の露光方法を用いて前記物体として基板を露光することと；前記露光された基板を現像することと；を含むデバイス製造方法である。

以下、本発明の一実施形態について、図１〜図４に基づいて説明する。

図１には、一実施形態に係る露光装置１００の概略構成が示されている。露光装置１００は、ステップ・アンド・スキャン方式の縮小投影露光装置である。露光装置１００は、光源及び照明光学系を含み、照明光ＩＬによりレチクルＲを照明する照明系１２、レチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、ウエハＷを保持するウエハステージＷＳＴ、及び装置全体を統括制御する主制御装置２０（図１では不図示、図４参照）等を備えている。以下においては、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行な方向をＺ軸方向、これに直交する面内でレチクルＲとウエハＷとが相対走査される方向をＹ軸方向、Ｚ軸及びＹ軸に直交する方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸回りの回転（傾斜）方向をそれぞれθｘ、θｙ、及びθｚ方向として説明を行う。

照明系１２は、レチクルブラインド（不図示）で規定されたレチクルＲ上でＸ軸方向に延びるスリット状の照明領域を照明光ＩＬによりほぼ均一な照度で照明する。ここで、照明光ＩＬとしては、一例としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）が用いられている。

レチクルステージＲＳＴ上には、回路パターン等が描かれたレチクルＲが、例えば真空吸着により、固定されている。レチクルステージＲＳＴは、レチクルＲの位置制御のため、レチクルステージ駆動系１３（図１では不図示、図４参照）により、照明系１２の光軸（後述する投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに一致）に垂直なＸＹ平面内で微少駆動可能であるとともに、所定の走査方向（図１における紙面内左右方向、すなわちＹ軸方向）に所定の走査速度で駆動可能となっている。

レチクルステージＲＳＴのＸＹ平面内の位置は、レチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）１１によって、レチクルステージＲＳＴの側面（鏡面加工された端面）を介して、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で、常時検出される。レチクル干渉計１１からのレチクルステージＲＳＴの位置情報は、主制御装置２０（図４参照）に送られている。主制御装置２０は、レチクルステージＲＳＴの位置情報に基づいてレチクルステージ駆動系１３を介してレチクルステージＲＳＴを駆動する。

投影光学系ＰＬとしては、例えばＺ軸方向と平行な光軸ＡＸに沿って配列される複数のレンズ（レンズエレメント）から成る屈折光学系が用いられている。投影光学系ＰＬは、例えば両側テレセントリックで所定の投影倍率（例えば１／４倍又は１／５倍）を有する。このため、照明系１２からの照明光ＩＬによって照明領域が照明されると、投影光学系ＰＬの第１面（物体面）とパターン面がほぼ一致して配置されるレチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬを介してその照明領域内のレチクルＲの回路パターンの縮小像（回路パターンの一部の縮小像）が、その第２面（像面側）に配置される、表面にレジスト（感応剤）が塗布されたウエハＷ上の前記照明領域に共役な領域（露光領域ＩＡ）に形成される。そしてレチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとの同期駆動によって、照明領域（照明光ＩＬ）に対してレチクルＲを走査方向（Ｙ軸方向）に相対移動するとともに、露光領域ＩＡ（照明光ＩＬ）に対してウエハＷを走査方向（Ｙ軸方向）に相対移動することで、ウエハＷ上の１つのショット領域（区画領域）の走査露光が行われ、そのショット領域にレチクルのパターンが形成される。すなわち、本実施形態では、照明系１２、レチクルＲ及び投影光学系ＰＬによってウエハＷ上にパターンが生成され、照明光ＩＬによるウエハＷ上の感応層（レジスト層）の露光によってウエハＷ上にそのパターンが形成される。

ウエハステージＷＳＴは、その上面にて静電チャック機構（不図示）によりウエハホルダＷＨを吸着保持している。また、ウエハホルダＷＨは、該ウエハホルダＷＨが有する静電チャック機構により、ウエハＷを吸着保持する。ウエハステージＷＳＴは、図１に示されるように、ステージ本体１４と、その上に固定されたウエハテーブルＷＴＢと、静電チャック機構（不図示）によってウエハテーブルＷＴＢに対して着脱自在のウエハホルダＷＨと、を含んでいる。なお、ウエハホルダＷＨをウエハテーブルＷＴＢに固定する保持機構は静電チャック機構に限らず、例えば真空チャック機構あるいはクランプ機構などでも良い。また、ウエハホルダＷＨは、ウエハテーブルＷＴＢと一体に形成されても良いし、静電チャック機構と異なる機構、例えば真空チャック機構などによってウエハＷを保持しても良い。

ステージ本体１４（ウエハステージＷＳＴ）は、例えばリニアモータ及びボイスコイルモータ（ＶＣＭ）などを含むステージ駆動系２７（図４参照）により、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、θｘ方向、θｙ方向、及びθｚ方向の６自由度方向に駆動される。これにより、ウエハＷは６自由度方向に移動可能である。なお、ステージ本体１４はＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びθｚ方向に駆動可能とし、かつウエハテーブルＷＴＢを少なくともＺ軸方向、θｘ方向、及びθｙ方向に微動可能としても良い。この場合、ウエハテーブルＷＴＢを６自由度方向に微動可能としても良い。

ウエハテーブルＷＴＢは、透明な部材（例えば、ガラス等）から成る、平面視（上方から見て）、略正方形の板状部材である。ウエハテーブルＷＴＢの上面の中央部にウエハホルダＷＨが保持されている。ウエハテーブルＷＴＢは、その内部を後述するエンコーダシステムの計測光が進行するので、少なくともこの計測光に対して透明な透明部材で構成される。また、ウエハテーブルＷＴＢは、ＸＹ平面と実質的に平行な第１面（上面）及び第２面（下面）と、Ｘ軸方向にそれぞれ延びる一対の側面及びＹ軸方向にそれぞれ延びる一対の側面とを有する。本実施形態では、後述するように、４つの側面（以下では、端面とも呼ぶ）から、計測用のレーザ光（計測光）がウエハテーブルＷＴＢの内部に入射する又は外部に射出される。なお、透明部材は、低熱膨張率の材料であることが好ましく、本実施形態では一例として合成石英などが用いられる。また、ウエハテーブルＷＴＢはその全体が透明部材で構成されても良いが、計測用のレーザ光が通るウエハテーブルＷＴＢの一部のみを透明部材で構成しても良い。

ウエハテーブルＷＴＢの−Ｙ側端面及び＋Ｙ側端面は、図３（Ａ）に示されるように、Ｘ軸方向に延び、かつＸＺ平面に対して所定角度（θ（０°＜θ＜９０°））傾斜している。すなわち、両端面は、ウエハテーブルＷＴＢの上面に対して鋭角（９０°−θ）をなす。同様に、ウエハテーブルＷＴＢの−Ｘ側端面及び＋Ｘ側端面は、Ｙ軸方向に延び、かつＹＺ平面に対して所定角度（θ）傾斜している。

ウエハテーブルＷＴＢの上面中央部（ウエハホルダＷＨよりも一回り大きい部分）には、図１に示されるように、Ｘ軸方向を周期方向とするグレーティングと、Ｙ軸方向を周期方向とするグレーティングと、を組み合わせた２次元グレーティング（以降、単にグレーティングと呼ぶ）２４が水平に設置されている。グレーティング２４の上面は、保護部材としてのカバーガラス５１によって覆われている。本実施形態では、カバーガラス５１の上面に、ウエハホルダＷＨを吸着保持する前述の静電チャック機構が設けられている。なお、本実施形態では、ウエハテーブルＷＴＢの上面のほぼ全面を覆うようにカバーガラス５１を設けているが、グレーティング２４を含む上面の一部のみを覆うようにカバーガラス５１を設けても良い。また、本実施形態では、カバーガラス５１をウエハテーブルＷＴＢと同一の材料で構成するが、他の材料、例えば金属、セラミックス、あるいは薄膜などで構成しても良い。

なお、ウエハテーブルＷＴＢはカバーガラス５１を含むものとしても良い。この場合、グレーティング２４の形成面がウエハテーブルＷＴＢの最上面ではなくその内部に配置されることになる。また、グレーティング２４を、ウエハホルダの裏面に設けても良い。さらに、カバーガラスなどの保護部材を設ける代わりに、例えばウエハホルダなどで代用しても良い。

ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内における、すなわちＸ及びＹ軸方向に関する位置情報は、後述するエンコーダシステムにより、グレーティング２４を用いて、常時検出されている。検出されるウエハステージＷＳＴの位置情報は主制御装置２０に送られる。主制御装置２０は、この位置情報に基づいて、前述したリニアモータ及びボイスコイルモータを駆動して、ウエハステージＷＳＴの位置を制御する。

また、露光装置１００では、上述のエンコーダシステムとは独立に、ウエハテーブルＷＴＢに固定された移動鏡１７を介して、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハＷ）の全６自由度（Ｘ，Ｙ，Ｚ，θｘ，θｙ，θｚ）方向に関する位置情報を計測するためのレーザ干渉計システム１８（以下、適宜、干渉計システムと略述する）が設けられている。ここで、実際には、ウエハテーブルＷＴＢ上には、Ｘ軸に垂直な反射面を有し、Ｙ軸方向に延びるＸ移動鏡と、Ｙ軸に垂直な反射面を有し、Ｘ軸方向に延びるＹ移動鏡とが設けられ、これに対応して、Ｘ移動鏡、Ｙ移動鏡にそれぞれ測長ビームを照射するＸ干渉計、Ｙ干渉計が、それぞれ設けられる。Ｘ干渉計、Ｙ干渉計としては、測長軸を複数有する多軸干渉計が用いられており、主制御装置２０は、Ｘ干渉計及びＹ干渉計の計測値に基づいて、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）のＸ軸方向の位置及びＹ軸方向の位置に加え、θｘ、θｙ、及びθｚ方向の位置情報（回転情報）をも計測することができる。また、干渉計システム１８は、ウエハテーブルＷＴＢに固定されたＸＹ平面に対して４５度傾斜した不図示の反射面、及び投影光学系ＰＬを保持する不図示のメインフレームに固定された反射面を介してウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）のＺ位置を計測する、Ｚ干渉計をも備えている。

本実施形態では、主制御装置２０は、露光時などにウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）のＸ軸方向及びＹ軸方向の位置を、通常、後述するエンコーダシステムの計測値に基づいて制御し、干渉計システム１８のＸ干渉計、Ｙ干渉計の計測値は、補助的に用いる。すなわち、主制御装置２０は、後述するエンコーダシステムの各エンコーダの計測領域から外れる位置に移動した場合に、干渉計システム１８のＸ干渉計、Ｙ干渉計の計測値に基づいてウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）のＸ軸方向及びＹ軸方向の位置を制御する。また、主制御装置２０は、エンコーダシステムのいずれかのエンコーダの出力異常が発生した場合などに、バックアップとして、干渉計システム１８のＸ干渉計及び／又はＹ干渉計の計測値を用いる。詳細は、後述する。

また、図１では図示が省略されているが、本実施形態の露光装置１００には、投影光学系ＰＬの−Ｙ側に、例えば画像処理方式のＦＩＡ（Field Image Alignment）系から構成されるアライメント系ＡＬＧ（図４参照）が設けられている。

さらに、露光装置１００には、投影光学系ＰＬの直下でウエハＷの面位置（Ｚ軸方向の位置）を検出するための、例えば特開平６−２８３４０３号公報（対応する米国特許第５，４４８，３３２号明細書）等に開示される多点焦点位置検出系から成るフォーカスセンサＡＦ（図４参照）が設けられている。このフォーカスセンサＡＦの出力が主制御装置２０に供給され、主制御装置２０はウエハステージＷＳＴをＺ軸方向、θｘ方向及びθｙ方向に微動していわゆるフォーカスレベリング制御を行う。

図４には、露光装置１００の制御系の主要な構成が示されている。制御系は、主制御装置２０を中心として構成されている。制御装置２０（図４参照）は、ワークステーション（又はマイクロコンピュータ）等を含み、上記検出系など、露光装置１００の構成各部を統括制御する。

次に、ウエハステージＷＳＴの位置計測に用いられるエンコーダシステム１６（図４参照）の構成について説明する。本実施形態のエンコーダシステム１６は、前述のグレーティング２４と、グレーティング２４に計測用のレーザ光（計測光）Ｌｘ１，Ｌｙ１をそれぞれ照射する光源１６Ｘａ，１６Ｙａ（光源１６Ｙａは、図１及び図３（Ａ）〜図３（Ｃ）では不図示、図２（Ａ）参照）と、グレーティング２４からの複数の回折光Ｌｘ２，Ｌｙ２をそれぞれ受光する光検出器１６Ｘｂ，１６Ｙｂ（光検出器１６Ｙｂは、図１及び図３（Ａ）〜図３（Ｃ）では不図示、図２（Ａ）参照）と、を備えている。光検出器１６Ｘｂ，１６Ｙｂは、複数の回折光Ｌｘ２又はＬｙ２を集光して干渉光を生成するための回折格子と、生成された干渉光を受光するための受光素子、例えばＣＣＤと、を含む。

図２（Ａ）には、露光領域ＩＡと、光源１６Ｘａ，１６Ｙａと、光検出器１６Ｘｂ，１６Ｙｂと、の位置関係が、斜視図にて示されている。光源１６Ｘａと光検出器１６Ｘｂは、露光領域ＩＡの中心から−Ｙ側及び＋Ｙ側にほぼ等間隔離れた位置に配置されている。光源１６Ｙａと光検出器１６Ｙｂは、露光領域ＩＡの中心から＋Ｘ側及び−Ｘ側にほぼ等間隔離れた位置に配置されている。なお、本実施形態では、露光領域ＩＡの中心はＸＹ平面内で投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと一致している。

グレーティング２４と光源１６Ｘａと受光系１６Ｘｂとを用いることにより、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハＷ）のＸ軸方向に関する位置情報を検出することができる。これらの要素を含んで構成されるエンコーダを、Ｘエンコーダ１６Ｘと呼ぶ。図２（Ａ）及び図３（Ａ）に示されるように、光源１６Ｘａは計測光Ｌｘ１を、ＸＹ平面内においてＹ軸に平行に、ＹＺ平面においてＹ軸に対して角θを成す方向に、射出する。計測光Ｌｘ１は、ウエハテーブルＷＴＢの−Ｙ側の端面に垂直に入射し、ウエハテーブルＷＴＢの内部に進入する。進入した計測光Ｌｘ１は、ウエハテーブルＷＴＢの内部を伝播し、グレーティング２４にＹＺ平面内において入射角（９０°−θ）で入射する。ここで、図２（Ｂ）に示されるように、計測光Ｌｘ１のグレーティング２４上での照射点が、常に、露光領域ＩＡの中心の直下の点ＩＡａに位置するように、光源１６Ｘａの設置位置、計測光Ｌｘ１の射出角、及びウエハテーブルＷＴＢの端面の傾斜角θ、が定められている。

計測光Ｌｘ１が、グレーティング２４に入射し、そのＸ軸方向を周期方向とするグレーティングによって反射・回折されることにより、複数の回折光が発生する。図２（Ａ）及び図２（Ｂ）には、±１次の回折光Ｌｘ２が図示されている。これら±１次の回折光Ｌｘ２は、グレーティング２４から、図３（Ａ）に示されるように、ＹＺ平面内において射出角（９０°−θ）を成し、且つ、図２（Ｂ）に示されるように、ＸＹ平面内においてＹ軸に平行な中心軸に関して互いに絶対値が等しい（ただし符号が異なる）回折角を成す方向へ射出される。なお、これらの回折光は、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）では、紙面垂直方向に重なっている。

回折光Ｌｘ２は、ウエハテーブルＷＴＢの＋Ｙ側の端面から外部に射出され、光検出器１６Ｘｂによって受光される。光検出器１６Ｘｂは、その内部に設けられた回折格子を用いて、回折光Ｌｘ２を集光、合成して干渉光を発生させ、その強度を検出する。検出結果は、主制御装置２０に送られる。主制御装置２０は、受信した検出結果から、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハＷ）のＸ軸方向に関する位置情報を算出する。ここで、Ｘエンコーダ１６Ｘの計測光Ｌｘ１の光路は、図２（Ｂ）からもわかるように、Ｚ軸方向から見て（ＸＹ平面内において）その計測方向（Ｘ軸方向）と直交している。

同様に、グレーティング２４と光源１６Ｙａと受光系１６Ｙｂとを用いることにより、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハＷ）のＹ軸方向に関する位置情報を検出することができる。これらの要素を含んで構成されるエンコーダを、Ｙエンコーダ１６Ｙと呼ぶ。図２（Ａ）に示されるように、光源１６Ｙａは、計測光Ｌｙ１を、ＸＹ平面内においてＸ軸に平行に、ＸＺ平面においてＸ軸に対して角θを成す方向に、射出する。計測光Ｌｙ１は、ウエハテーブルＷＴＢの＋Ｘ側の端面に垂直に入射し、ウエハテーブルＷＴＢの内部に進入する。進入した計測光Ｌｘ１は、ウエハテーブルＷＴＢの内部を伝播し、グレーティング２４にＸＺ平面内において入射角（９０°−θ）で入射する。ここで、図２（Ｂ）に示されるように、計測光Ｌｙ１のグレーティング２４上での照射点が、常に、露光領域ＩＡの中心の直下の点ＩＡａに位置するように、光源１６Ｙａの設置位置、計測光Ｌｙ１の射出角、及びウエハテーブルＷＴＢの端面の傾斜角θ、が定められている。

計測光Ｌｙ１が、グレーティング２４に入射し、そのＹ軸方向を周期方向とするグレーティングによって反射・回折されることにより、複数の回折光が発生する。図２（Ａ）及び図２（Ｂ）には、±１次の回折光Ｌｙ２が図示されている。これら±１次の回折光Ｌｙ２は、グレーティング２４から、ＸＺ平面内において射出角（９０°−θ）を成し、且つ、図２（Ｂ）に示されるように、ＸＹ平面内においてＸ軸に平行な中心軸に関して互いに絶対値が等しい（ただし符号が異なる）回折角を成す方向へ射出される。

回折光Ｌｙ２は、ウエハテーブルＷＴＢの−Ｘ側の端面から外部に射出され、光検出器１６Ｙｂによって受光される。光検出器１６Ｙｂは、その内部に設けられた回折格子を用いて、回折光Ｌｙ２を集光・合成して干渉光を発生させ、その強度を検出する。検出結果は、主制御装置２０に送られる。主制御装置２０は、受信した検出結果から、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハＷ）のＹ軸方向に関する位置情報を算出する。なお、Ｙエンコーダ１６Ｙの計測光Ｌｙ１の光路は、図２（Ｂ）からもわかるように、Ｚ軸方向から見て（ＸＹ平面内において）その計測方向（Ｙ軸方向）と直交している。

図３（Ａ）〜図３（Ｃ）に示されるように、光源１６Ｘａから射出される計測光Ｌｘ１は、少なくともウエハＷ上に露光領域ＩＡが存在する領域内では、必ず、ウエハテーブルＷＴＢの−Ｙ側の端面に入射する。そのため、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）に示される領域内をウエハテーブルＷＴＢが移動する際には、Ｘエンコーダ１６Ｘを用いて、ウエハテーブルＷＴＢのＸ軸方向に関する位置情報を計測することができる。同様に、光源１６Ｙａから射出される計測光Ｌｙ１は、少なくともウエハＷ上に露光領域ＩＡが存在する領域内では、必ず、ウエハテーブルＷＴＢの＋Ｘ側の端面に入射する。そのため、露光時移動領域内をウエハテーブルＷＴＢが移動する際には、Ｙエンコーダ１６Ｙを用いて、ウエハテーブルＷＴＢのＹ軸方向に関する位置情報を計測することができる。

上述のように、本実施形態のエンコーダシステム１６は、計測光を、ウエハテーブルＷＴＢの側面を介してその上面に設けられたグレーティング２４に照射し、それによって発生する回折光を受光することによって、グレーティング２４、すなわちウエハテーブルＷＴＢの位置情報を計測する。ここで、グレーティング２４は、長時間の使用において、機械的あるいは熱的な力が加えられて歪むことがある。また、カバーガラスなど保護部材を設けない場合には、機械的に損傷することも起こり得る。グレーティング２４の歪みや損傷は、本実施形態の露光装置１００において要求される計測精度に対し、必ずしも無視できない計測誤差を生じ得る。そこで、本実施形態では、主制御装置２０が、以下のようにして、干渉計システム１８を用いて、エンコーダシステム１６の計測誤差を補正する補正データを作成し、該補正データを用いてエンコーダシステム１６の計測値を補正することで、エンコーダシステム１６の計測精度を保証する。

まず、主制御装置２０は、干渉計システム１８を用いてウエハテーブルＷＴＢの位置情報を監視しつつステージ駆動系２７を制御して、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）を基準姿勢（所定のＺ位置及びθｘ＝θｙ＝θｚ＝０）に設定した後、ＸＹ平面内で駆動してエンコーダシステム１６の計測領域内に位置させる。

次に、主制御装置２０は、干渉計システム１８の位置計測結果に従ってステージ駆動系２７を制御して、基準姿勢を維持したまま、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）をエンコーダシステム１６の計測領域内で移動させる。それと同時に、主制御装置２０は、干渉計システム１８とエンコーダシステム１６とを用いて、ウエハテーブルＷＴＢのＸ，Ｙ軸方向に関する位置情報（Ｘ，Ｙ位置情報）を計測する。得られた両システム１８，１６の位置情報について差をとり、Ｘ，Ｙ位置の関数ΔＸ（Ｘ，Ｙ），ΔＹ（Ｘ，Ｙ）として、メモリ内に記憶する。これらの関数を、エンコーダシステム１６の計測誤差を補正する補正データとして使用する。

ここで、干渉計システム１８の各干渉計を用いた計測では、測長ビームの光路上の雰囲気の温度変化と温度勾配とによって発生する空気の揺らぎにより、計測誤差が発生し得る。そこで、上述の位置計測では、揺らぎによる計測誤差が発生しないように十分低速度でウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）を駆動することが望ましい。

なお、補正データは、Ｘ位置とＹ位置の各計測点における離散データからなるテーブルデータの形で、メモリ内に記憶しても良い。あるいは、エンコーダシステム１６の計測誤差を表すＸ，Ｙ位置の試行関数を与え、試行関数の未定乗数を、上述の計測結果を用いて最小二乗法により決定する。そして、得られた試行関数を、補正データとして用いても良い。

主制御装置２０は、以上の処理を、露光装置１００の起動時、アイドル中、所定枚数、例えば単位数のウエハ交換時、などに実行して、補正データΔＸ（Ｘ，Ｙ），ΔＹ（Ｘ，Ｙ）を作成しておく。そして、主制御装置２０は、露光装置の稼働中は、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）のＸ，Ｙ位置を監視し、これらの計測結果を用いて、補正データからエンコーダシステム１６の誤差補正量ΔＸ，ΔＹを求める。そして、これらの補正量を、エンコーダシステム１６の実の計測結果に加えて、補正する。あるいは、これらの補正量を、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）を駆動するための目標位置に加えて補正しても良い。この取り扱いにおいても、エンコーダシステム１６の計測結果を補正する場合と同等の効果が得られる。

本実施形態の露光装置１００では、グレーティング２４は、ウエハＷを保持するウエハホルダＷＨと接触するウエハテーブルＷＴＢの上面に設けられている。従って、露光されたウエハＷが持つ熱がウエハホルダＷＨを介してウエハテーブルＷＴＢに伝わり、グレーティング２４を歪ませてしまうことも考えられる。また、この場合、時間の経過とともにグレーティング２４の歪みが拡大し得る。そこで、主制御装置２０は、例えば、所定数のウエハの露光が終了し、最後のウエハを交換する毎に、上述の手順に従って補正データを適宜、更新する。なお、所定数として、例えば１、あるいは２５（１ロットの枚数）と定める。このように、適宜補正データを更新することにより、エンコーダシステム１６の計測誤差、さらに時間とともに拡大するような計測誤差でさえも解消することができる。これにより、高精度且つ安定なウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）の駆動制御が可能となる。

前述のように、本実施形態のエンコーダシステム１６は、計測光を、ウエハテーブルＷＴＢの側面を介してその上面に設けられたグレーティング２４に照射し、それによって発生する回折光を受光することによって、グレーティング２４、すなわちウエハテーブルＷＴＢの位置情報を計測する。ここで、長時間のエンコーダシステム１６の使用において、例えば、ウエハテーブルＷＴＢの側面に異物が付着し、その異物によって計測光又は回折光が遮られるなどによってエンコーダシステム１６が誤作動することが考えられる。また、エンコーダシステム１６を構成する光源又は光検出器が故障し、エンコーダシステム１６からの出力が得られなくなる事態が起こることも考えられる。なお、グレーティング２４が局所的に損傷するなどの事態は殆ど起こりえないと思われるが、仮に起こった場合、その損傷部分に計測光が投射されることで、エンコーダシステム１６が誤作動するおそれがある。そこで、このような事態を回避するために、主制御装置２０が、エンコーダシステム１６の作動状態を診断し、異常が検知された際には干渉計システム１８による位置情報の計測に切り換える、あるいはエンコーダシステム１６の計測結果の信頼性を検証し、その信頼性が著しく損なわれていると判断された際には干渉計システム１８の計測結果を用いてエンコーダシステム１６の計測結果を補正する、といったバックアップ処理が必要になる。

本実施形態では、前述のように、エンコーダシステム１６とは独立に、干渉計システム１８を用いたウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）の位置計測を行っている。そこで、エンコーダシステム１６の作動状態を診断するために、またエンコーダシステム１６の計測結果の信頼性を検証するために、エンコーダシステム１６と干渉計システム１６との計測結果の差を指標として用いることができる。例えば、主制御装置２０は、この指標の絶対値が、予め設定されている最大許容範囲を超えた場合に、エンコーダシステム１６が誤作動を起こした（エンコーダシステム１６に異常が発生した）と判断する。また、主制御装置２０は、指標の絶対値が、最大許容範囲内ではあるが最小許容範囲を超えている場合、エンコーダシステム１６の計測結果に誤差が含まれ、その信頼性が損なわれていると判断する。

主制御装置２０は、エンコーダシステム１６の誤作動（異常）が検知された際には、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）の駆動制御を停止させないために、直ちにエンコーダシステム１６の位置計測結果に基づく駆動制御から干渉計システム１８の位置計測結果に基づく駆動制御に切り換えるためのバックアップ処理を実行する。その切り換えの際、主制御装置２０は、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）の位置情報が連続になるように、より正確にはエンコーダシステム１６の誤作動（異常）が検知される前の位置情報と切り換え後の位置情報とが連続になるように、干渉計システム１８の位置計測結果に対するオフセットを設定する。切り換え後は、主制御装置２０は、オフセットを用いて干渉計システム１８の位置計測結果を補正し、補正後の位置計測結果に基づいてウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）を駆動制御する。

前述の指標が許容範囲に収まり、エンコーダシステム１６の正常状態への回復が検知されると、主制御装置２０は、干渉計システム１８の位置計測結果に基づく駆動制御からエンコーダシステム１６の位置計測結果に基づく駆動制御への切り換え処理を実行する。その切り換えの際、主制御装置２０は、必要に応じて、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）の位置情報が連続になるように、エンコーダシステム１６（を構成する各エンコーダ１６Ｘ，１６Ｙ）の計測値をリセットする。

また、エンコーダシステム１６の計測結果に誤差が含まれ、その信頼性が損なわれたと判断された場合にも、主制御装置２０は、上と同様に、エンコーダシステム１６の位置計測結果に基づく駆動制御から干渉計システム１８の位置計測結果に基づく駆動制御に切り換えるためのバックアップ処理を実行する。ただし、切り換え時には、すでにエンコーダシステム１６の計測結果に誤差が含まれている。そこで、主制御装置２０は、エンコーダシステム１６の計測結果の信頼性が十分保証されている際に、指標として用いているエンコーダシステム１６と干渉計システム１８との計測結果の差を（少なくとも一定期間にわたって）記憶しておく。そして、切り換え時に、主制御装置２０は、記憶された信頼性が保証されている差を用いて、干渉計システム１８の位置計測結果に対するオフセットを設定する。

前述の指標が許容範囲に収まり、エンコーダシステム１６の計測結果の信頼性が十分回復したことが検知されると、主制御装置２０は、干渉計システム１８の位置計測結果に基づく駆動制御からエンコーダシステム１６の位置計測結果に基づく駆動制御への切り換え処理を実行する。その切り換えの際、主制御装置２０は、必要に応じて、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）の位置情報が連続になるように、エンコーダシステム１６（を構成する各エンコーダ１６Ｘ，１６Ｙ）の計測値をリセットする。

本実施形態では、前述のように、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）が露光時に移動する領域（露光時移動領域）内、少なくともウエハＷ上に露光領域ＩＡが存在する領域内、ではエンコーダシステム１６を用いてウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）の位置情報を計測することがきる。露光時移動領域外、例えばウエハＷの交換時にウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）が移動する領域では、干渉計システム１８を用いてのみウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）の位置情報を計測することがきる。そのため、主制御装置２０は、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）がエンコーダシステム１６の計測領域内から外に移動する際には、先と同様のエンコーダシステム１６の位置計測結果に基づく駆動制御から干渉計システム１８の位置計測結果に基づく駆動制御への切り換え処理を実行する。また、エンコーダシステム１６の計測領域外から内に移動する際にも、主制御装置２０は、先と同様の干渉計システム１８の位置計測結果に基づく駆動制御からエンコーダシステム１６の位置計測結果に基づく駆動制御への切り換え処理を実行する。

以上詳細に説明したように、本実施形態に係るエンコーダシステムは、光源１６Ｘａ，１６Ｙａから射出される計測光Ｌｘ１，Ｌｙ１を、ウエハテーブルＷＴＢの外部からその一側面を介して、露光領域ＩＡの直下に位置する点ＩＡａにてグレーティング２４に照射する。それにより、複数の回折光が発生する。そして、計測光Ｌｘ１，Ｌｙ１のそれぞれに由来する回折光Ｌｘ２，Ｌｙ２を、光検出器１６Ｘｂ，１６Ｙｂを用いて受光することにより、ウエハテーブルＷＴＢの位置情報を計測することができる。従って、ウエハテーブルＷＴＢの位置情報の計測において、回折光がウエハテーブルＷＴＢ内を通過する光路上では、ウエハテーブルＷＴＢの周辺雰囲気の揺らぎの影響を受けることがない。さらに、ウエハテーブルＷＴＢの外部についても、回折光の光路は近接し、ほぼ同じ雰囲気中を伝播するので、周辺雰囲気の揺らぎの影響は小さい。従って、高精度なウエハテーブルＷＴＢの位置計測を行うことが可能となる。

さらに、本実施形態では、主制御装置２０が、エンコーダシステム１６の作動状態を診断し、またエンコーダシステム１６の計測結果の信頼性を検証し、これらの結果と、エンコーダシステム１６と干渉計システム１８とを用いて計測されるウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）の位置情報と、に基づいて、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）を駆動制御する。従って、エンコーダシステム１６の作動状態又はエンコーダシステム１６の計測結果の信頼性に応じてエンコーダシステム１６と干渉計システム１８とを用いて計測されるウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）の位置情報を切り換えて使用し、切り換え後の位置情報に基づいてウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）を駆動することができるので、高精度且つ安定なウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）の駆動制御が可能となる。

また、本実施形態では、ウエハテーブルＷＴＢ及びこれに保持されるウエハＷの位置計測を高精度に行うことが可能なエンコーダシステムを備えているので、その計測結果に基づいて、レチクルステージＲＳＴ（レチクルＲ）とウエハステージＷＳＴ（ウエハＷ）とを投影光学系ＰＬの投影倍率に応じた速度比で相対移動させることにより、ウエハ上にレチクルＲのパターンを高精度に転写、形成することが可能となる。

また、本実施形態では、ウエハテーブルＷＴＢのウエハホルダＷＨの裏面部分にグレーティング２４が設けられていることから、ウエハテーブルＷＴＢの加速により、ウエハテーブルＷＴＢ上でのグレーティング２４の位置が微小に変化することが無い。このため、ウエハテーブルＷＴＢを加速している間にも高精度な位置計測を行うことができる。したがって、例えば加速している間に露光を開始することも可能となり、高スループットが期待できる。

また、本実施形態では、露光領域ＩＡの中心の直下の所定点ＩＡａにてウエハテーブルＷＴＢの位置を計測しているので、アッベ誤差無く、高精度な位置計測を行うことができ、該計測結果を用いて、露光の際のウエハの位置制御を行うことで、高精度な露光を行うことが可能である。

また、本実施形態では、計測光をウエハテーブルＷＴＢの端面から、その内部を伝播させて、グレーティング２４に入射させている。この構成の場合、例えば計測光をウエハテーブルＷＴＢの上面から入射し、そして底面にて反射させて、グレーティング２４に入射させる構成と比べて、ウエハテーブルＷＴＢのＹ軸方向及びＸ軸方向のサイズを小さくすることができる。また、計測光とグレーティング２４とのなす角θを小さくすることにより、ウエハテーブルＷＴＢのＺ軸方向のサイズ（高さ又は厚さ）も小さくすることができる。従って、本実施形態のエンコーダシステムの構成を採用することにより、ウエハテーブルＷＴＢを小型化することができる。

なお、上記実施形態において、図２（Ａ）に示されるエンコーダシステム１６の各光源に代えて、２つの計測光を射出する光源を用いても良い。２つの計測光は、光源の内部において、例えば半導体レーザから射出されるレーザ光を回折格子を介して分岐することによって、生成される。射出される２つの計測光は、ウエハテーブルＷＴＢの側面を介してテーブル内部に進入し、テーブル内部を伝播し、グレーティング２４に入射する。そして、グレーティング２４にて発生する複数の回折光のうち、２つの計測光のそれぞれに由来する少なくとも各１つの回折光が同軸上に合成される。その合成光の強度を、光検出器を用いて検出する。ここで、２つの計測光がグレーティング２４上の同一点（例えば点ＩＡａ又はその近傍）に入射し、それぞれの計測光に由来する少なくとも各１つの回折光が同軸上に合成されるように、ウエハテーブルＷＴＢの側面に入射する際の屈折を考慮して、光源の設置位置、２つの計測光の射出角、及びウエハテーブルＷＴＢの端面の傾斜角θ、グレーティング２４のピッチが定められているものとする。この光源を導入したエンコーダシステムを採用した場合も、図２（Ａ）に示される構成のエンコーダシステム１６を用いた場合と同等の効果が得られる。

また、上記実施形態では、光源からの計測光を、ウエハテーブルのＸ軸方向（又はＹ軸方向）の一側の端面から入射させ、その計測光に由来するグレーティングで発生する回折光をウエハテーブルのＸ軸方向（又はＹ軸方向）の他側の端面を介して光検出器で受光する構成のエンコーダが用いられる場合について説明した。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。例えば、ウエハテーブルのＸ軸方向（又はＹ軸方向）の一側の端面をビームスプリッタにより構成し、該ビームスプリッタを介して光源からの計測光の一部をウエハテーブルの内部に入射させ、その計測光に由来するウエハテーブルの天井部に設けられたグレーティングからの回折光を、ビームスプリッタ（前記端面）で反射された計測光の一部と同軸に合成し、この合成された２つの光の干渉光の強度を光検出器で検出する構成のエンコーダを用いる、露光装置などにも本発明は好適に適用することができる。

なお、上記実施形態及び変形例では、ウエハテーブルＷＴＢの少なくとも一部を、エンコーダシステムの計測用レーザ光が透過可能な材料（合成石英など）で構成するものとしたが、これに限らず、例えば中空の枠部材などで構成しても良い。この場合、枠部材の開口部に透過部材を設けてその内部を密封しても良いし、その内部の温度を調整可能としても良い。ウエハテーブルを中空の枠部材などで構成する場合を含み、上記実施形態では、エンコーダ本体の構成部分のうち、熱源となる部分（光源、ディテクタなど）と、熱源と成らない部分（光学系など）とを分離し、両者を光ファイバで接続するような構成を採用しても良い。

なお、上記実施形態では露光装置が単一のウエハステージを備える場合について説明したが、これに限らず、例えば米国特許第６，５９０，６３４号明細書、米国特許第５，９６９，４４１号明細書、米国特許第６，２０８，４０７号明細書などに開示されているように、複数のウエハステージを備える露光装置にも、本発明を適用することが可能である。また、例えば、米国特許第６,８９７,９６３号明細書に開示されるように、ウエハステージと、ウエハステージとは独立して移動可能な計測ステージとを含むステージ装置を備える露光装置に本発明を適用することも可能である。

なお、例えば国際公開第２００４／０５３９５５号パンフレット及びこれに対応する米国特許出願公開第２００５／０２５９２３４号明細書などに開示される液浸露光装置に、本発明を適用することも可能である。この場合、移動鏡１７に代えて、ウエハテーブルＷＴＢの側面に反射面を形成することで、ウエハテーブルＷＴＢの上面が、ウエハＷを含め、全体としてフルフラットな同一面となるようにすることが望ましい。

また、上記実施形態の露光装置における投影光学系は縮小系のみならず等倍及び拡大系のいずれでも良いし、投影光学系は屈折系のみならず、反射系及び反射屈折系のいずれでも良いし、その投影像は倒立像及び正立像のいずれでも良い。さらに、前述の露光領域ＩＡは、投影光学系ＰＬの視野内で光軸ＡＸを含むオンアクシス領域であるが、例えば国際公開第２００４／１０７０１１号パンフレットに開示されるインライン型の反射屈折系と同様に、光軸ＡＸを含まないオフアクシス領域でも良い。また、露光領域ＩＡの形状は矩形に限らず、例えば円弧、台形、あるいは平行四辺形などでも良い。

また、照明光ＩＬは、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）に限らず、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）などの紫外光、あるいはＦ₂レーザ光（波長１５７ｎｍ）などの真空紫外光であっても良い。また、例えば米国特許第７,０２３,６１０号明細書などに開示されているように、真空紫外光としてＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（又はエルビウムとイッテルビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外域に波長変換した高調波を用いても良い。

また、上記実施形態では、露光装置の照明光ＩＬとしては波長１００ｎｍ以上の光に限らず、波長１００ｎｍ未満の光を用いても良いことは言うまでもない。例えば、ＳＯＲ又はプラズマレーザを光源として、軟Ｘ線領域（例えば５〜１５ｎｍの波長域）のＥＵＶ（Extreme Ultraviolet）光を発生させるとともに、その露光波長（例えば１３．５ｎｍ）の下で設計されたオール反射光学系、及び反射型マスクを用いるＥＵＶ露光装置にも本発明を好適に適用することができる。このほか、電子線又はイオンビームなどの荷電粒子線を用いる露光装置にも、本発明は適用できる。

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

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

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

また、物体上にパターンを形成する装置は、前述の露光装置（リソグラフィシステム）に限られず、例えばインクジェット方式にて物体上にパターンを形成する装置にも本発明を適用することができる。

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

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

半導体素子などの電子デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたレチクルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、前述した実施形態の露光装置（パターン形成装置）によりマスク（レチクル）のパターンをウエハに転写するリソグラフィステップ、露光されたウエハを現像する現像ステップ、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト除去ステップ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、検査ステップ等を経て製造される。この場合、リソグラフィステップで、上記実施形態の露光装置を用いて前述の露光方法が実行され、ウエハ上にデバイスパターンが形成されるので、高集積度のデバイスを生産性良く製造することができる。

以上説明したように、本発明の露光装置及び露光方法は、移動体を用いて物体を保持して移動させ、該物体にエネルギビームを照射してパターンを形成するのに適している。また、本発明のデバイス製造方法は、高集積度のデバイスの製造に適している。

一実施形態に係る露光装置を示す概略図である。図２（Ａ）は図１のウエハテーブルとエンコーダシステムの構成各部の位置関係を示す斜視図、図２（Ｂ）はエンコーダシステムが発する計測光の光路を示す射影図である。図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は、エンコーダシステム及び干渉計システムを用いたウエハテーブルの位置計測を説明するための図である。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。

符号の説明

１２…照明系（パターニング装置の一部）、１６…エンコーダシステム、１６Ｘ…Ｘエンコーダ、１６Ｙ…Ｙエンコーダ、１６Ｘａ，１６Ｙａ…光源、１６Ｘｂ，１６Ｙｂ…光検出器、１８…干渉計システム、１８Ｙ…Ｙ干渉計ユニット、２４…２次元グレーティング、１００…露光装置（パターン形成装置）、ＩＡａ…所定点、ＩＬ…照明光（エネルギビーム）、ＰＬ…投影光学系（パターニング装置の一部）、Ｌｘ１，Ｌｙ１…計測光、Ｌｘ２，Ｌｙ２…回折光、Ｗ…ウエハ（物体）、ＷＴＢ…ウエハテーブル（移動体、テーブル）。

Claims

エネルギビームの照射によって物体にパターンを形成する露光装置であって、
物体を保持して実質的に所定平面に沿って移動可能で、前記物体の裏面側で前記所定平面に実質的に平行な面に沿ってグレーティングが配置され、所定波長の光が内部を進行可能な移動体と；
前記所定平面と交差する前記移動体の一側面を介して前記移動体の外部から前記グレーティングに前記所定波長の計測光を入射させ、該計測光に由来する前記グレーティングからの回折光を受光し、前記所定平面内の計測方向に関する前記移動体の第１位置情報を計測する計測システムと；
前記移動体の少なくとも前記計測方向に関する基準位置からの変位である第２位置情報を計測する干渉計システムと；
前記計測システムの作動状態を診断し、該診断の結果と、前記第１、第２位置情報と、に基づいて、前記移動体を駆動する駆動システムと；
を備える露光装置。
前記駆動システムは、前記第１、第２位置情報の差を指標として、前記計測システムの作動状態を診断する、請求項１に記載の露光装置。
前記駆動システムは、前記計測システムが正常に作動していると診断した場合には、前記第１位置情報に基づいて前記移動体を駆動する、請求項１又は２に記載の露光装置。
前記駆動システムは、前記計測システムに異常が発生したと診断した場合には、前記第１位置情報から前記第２位置情報に切り換え、切り換え後の位置情報に基づいて前記移動体を駆動する、請求項３に記載の露光装置。
前記駆動システムは、前記計測システムが異常状態から正常状態に回復したと診断した場合には、前記第２位置情報から前記第１位置情報に切り換え、切り換え後の位置情報に基づいて前記移動体を駆動する、請求項４に記載の露光装置。
前記駆動システムは、前記第１、第２位置情報の切り換えに際し、切り換え前後で位置情報が保存するように、切り換え後に基づく位置情報に対してオフセットを設定する、請求項４又は５に記載の露光装置。
前記駆動システムは、前記計測システムが正常に作動している際に前記第１位置情報を記憶し、前記第１位置情報から前記第２位置情報への切り換えに際し、前記切り換え前に記憶された前記第１位置情報に前記第２位置情報が一致するように、該第２位置情報に対してオフセットを設定する、請求項６に記載の露光装置。
前記駆動システムは、前記移動体が前記計測システムの計測領域内から外に移動する際に、前記第１位置情報から前記第２位置情報に切り換え、また前記計測領域外から内に移動する際に、前記第２位置情報から前記第１位置情報に切り換え、切り換え後の位置情報に基づいて前記移動体を駆動する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の露光装置。
前記駆動システムは、前記第１、第２位置情報の切り換えに際し、切り換え前後で位置情報が保存するように、切り換え後に基づく位置情報に対してオフセットを設定する、請求項８に記載の露光装置。
前記移動体の前記一側面を介して前記移動体の外部から内部に入射する前記計測光の前記所定平面に対する正射影の延びる方向は、前記計測方向と前記所定平面内で交差する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の露光装置。
前記移動体の前記一側面を介して前記移動体の外部から内部に入射する前記計測光は、側面視で前記一側面に直交する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の露光装置。
前記移動体の前記一側面は、前記所定平面に対して鋭角をなす傾斜面から成る、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の露光装置。
前記計測システムは、前記計測光に由来する前記グレーティングからの回折光を、前記移動体の前記一側面とは異なる他の側面を介して受光する、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の露光装置。
前記一側面は、前記所定平面に平行な一軸方向に延びる前記移動体の第１側面であり、
前記他の側面は、前記一側面と前記一軸方向に垂直な方向に関して反対側で前記一軸方向に延びる前記移動体の第２側面であり、
前記計測システムは、前記第１側面を介して少なくとも１つの第１計測光を前記移動体内部に入射させ、該第１計測光に由来する前記回折光を前記第２側面を介して受光する第１計測装置を含む、請求項１３に記載の露光装置。
前記第１計測装置は、１つの前記第１計測光を照射し、少なくとも２つの前記回折光を受光する、請求項１４に記載の露光装置。
前記第１計測装置は、２つの前記第１計測光を前記グレーティング上の同一点に照射し、同軸上に合成された少なくとも２つの前記回折光を受光する、請求項１４に記載の露光装置。
前記グレーティングは、前記一軸方向を周期方向とする回折格子を含み、
前記第１計測装置は、前記移動体の前記一軸方向の位置情報を計測する、請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の露光装置。
前記移動体は、前記所定平面内で前記一軸方向に垂直な方向に延びる第３、第４側面を有し、
前記計測システムは、前記第３、第４側面の一方を介して少なくとも１つの第２計測光を前記移動体内部に入射させ、該第２計測光に由来する前記回折光を前記第３、第４側面の他方を介して受光する第２計測装置をさらに含む、請求項１４〜１７のいずれか一項に記載の露光装置。
前記第２計測装置は、１つの前記第２計測光を照射し、少なくとも２つの前記回折光を受光する、請求項１８に記載の露光装置。
前記第２計測装置は、２つの前記第２計測光を前記グレーティング上の同一点に照射し、同軸上に合成された少なくとも２つの前記回折光を受光する、請求項１８に記載の露光装置。
前記グレーティングは、前記一軸方向に垂直な方向を周期方向とする回折格子を含み、
前記第２計測装置は、前記垂直な方向に関する前記ステージの位置情報を計測する、請求項１８〜２０のいずれか一項に記載の露光装置。
前記干渉計システムは、前記移動体に設けられた反射面に測定ビームを照射し、前記測定ビームの前記反射面からの反射ビームと所定の参照ビームとの干渉光を受光して、前記移動体の少なくとも前記計測方向に関する位置情報を計測する、請求項１〜２１のいずれか一項に記載の露光装置。
前記移動体は、前記計測システムからの光が内部を透過するテーブルと、前記物体を保持可能かつ前記テーブルに設けられる保持部材とを含み、前記グレーティングは、前記テーブル又は前記保持部材に形成される、請求項１〜２２のいずれか一項に記載の露光装置。
前記保持部材は、前記テーブルに対して着脱自在である、請求項２３に記載の露光装置。
前記移動体は、前記光が入射しかつ前記所定平面と実質的に平行な一面に前記グレーティングが形成される透過部材と、前記物体を保持しかつ前記透過部材に対してその一面側に設けられる保持部材とを含む、請求項１〜２２のいずれか一項に記載の露光装置。
前記グレーティングは、前記所定平面内で互いに直交する２つの方向を周期方向とする２次元格子である、請求項１〜２５のいずれか一項に記載の露光装置。
前記計測システムは、前記計測光を、前記移動体の内部で反射させることなく前記グレーティングに照射する、請求項１〜２６のいずれか一項に記載の露光装置。
前記移動体の内部に入射する光は、前記エネルギビームの照射領域内の所定点に照射される、請求項１〜２７のいずれか一項に記載の露光装置。
前記移動体の内部に入射する光が照射される所定点は、露光中心である、請求項２８に載の露光装置。
請求項１〜２９のいずれか一項に記載の露光装置を用いて基板を露光することと；
前記露光された基板を現像することと；を含むデバイス製造方法。
エネルギビームを物体に照射して前記物体上に所定のパターンを形成する露光方法であって、
前記物体を保持するとともに、前記物体の裏面側で所定平面に実質的に平行な面に沿ってグレーティングが配置され、所定波長の光が内部を進行可能な移動体を、前記所定平面に沿って移動させ、前記所定平面と交差する前記移動体の一側面を介して前記移動体の外部から前記グレーティングに前記所定波長の計測光を入射させ、該計測光に由来する前記グレーティングからの回折光を受光して、前記所定平面内の計測方向に関する前記移動体の第１位置情報を計測する工程と；
前記移動体の少なくとも前記計測方向に関する基準位置からの変位である第２位置情報を、干渉計システムを用いて計測する工程と；
前記第１位置情報の信頼性を検証し、該検証の結果と、前記第１、第２位置情報と、に基づいて、前記移動体を駆動する工程と；
を含む露光方法。
前記駆動する工程では、前記第１、第２位置情報の差を指標として、前記第１位置情報の信頼性を検証する、請求項３１に記載の露光方法。
前記駆動する工程では、前記第１位置情報の信頼性が保証されていると判断した場合には、前記第１位置情報に基づいて前記移動体を駆動する、請求項３１又は３２に記載の露光方法。
前記駆動する工程では、前記第１位置情報の信頼性が損なわれたと判断した場合には、前記第１位置情報から前記第２位置情報に切り換え、切り換え後の位置情報に基づいて前記移動体を駆動する、請求項３３に記載の露光方法。
前記駆動する工程では、前記第１位置情報の信頼性が回復したと判断した場合には、前記第２位置情報から前記第１位置情報に切り換え、切り換え後の位置情報に基づいて前記移動体を駆動する、請求項３４に記載の露光方法。
前記駆動する工程では、前記第１、第２位置情報の切り換えに際し、切り換え前後で位置情報が保存するように、切り換え後に基づく位置情報に対してオフセットを設定する、請求項３４又は３５に記載の露光方法。
前記駆動する工程では、前記第１位置情報の信頼性が保証されている際に前記第１位置情報を記憶し、前記第１位置情報から前記第２位置情報への切り換えに際し、前記切り換え前に記憶された前記第１位置情報に前記第２位置情報が一致するように、該第２位置情報に対してオフセットを設定する、請求項３６に記載の露光方法。
前記駆動する工程では、前記移動体が前記計測システムの計測領域内から外に移動する際に、前記第１位置情報から前記第２位置情報に切り換え、また前記計測領域外から内に移動する際に、前記第２位置情報から前記第１位置情報に切り換え、切り換え後の位置情報に基づいて前記移動体を駆動する、請求項３１〜３７のいずれか一項に記載の露光方法。
前記駆動する工程では、前記第１、第２位置情報の切り換えに際し、切り換え前後で位置情報が保存するように、切り換え後に基づく位置情報に対してオフセットを設定する、請求項３８に記載の露光方法。
前記第１位置情報を計測する工程では、前記計測光を、該計測光の前記所定平面に対する正射影の延びる方向が前記計測方向と前記所定平面内で交差する所定方向から、前記移動体の前記一側面を介して外部から前記移動体の内部に入射させる、請求項３１〜３９のいずれか一項に記載の露光方法。
前記第１位置情報を計測する工程では、側面視で前記一側面に直交する方向から、前記移動体の前記一側面を介して外部から前記移動体の内部に、前記計測光を入射させる、請求項３１〜４０のいずれか一項に記載の露光方法。
前記移動体の前記一側面は、前記所定平面に対して鋭角をなす傾斜面から成る、請求項３１〜４１のいずれか一項に記載の露光方法。
前記第１位置情報を計測する工程では、前記計測光に由来する前記グレーティングからの回折光を、前記移動体の前記一側面とは異なる他の側面を介して受光する、請求項３１〜４２のいずれか一項に記載の露光方法。
前記一側面は、前記所定平面に平行な一軸方向に延びる前記移動体の第１側面であり、
前記他の側面は、前記一側面と前記一軸方向に垂直な方向に関して反対側で前記一軸方向に延びる前記移動体の第２側面であり、
前記第１位置情報を計測する工程は、前記第１側面を介して少なくとも１つの第１計測光を前記移動体内部に入射させ、該第１計測光に由来する前記回折光を前記第２側面を介して受光する第１計測工程を含む、請求項４３に記載の露光方法。
前記第１計測工程では、１つの前記第１計測光を照射し、少なくとも２つの前記回折光を受光する、請求項４４に記載の露光方法。
前記第１計測工程では、２つの前記第１計測光を前記グレーティング上の同一点に照射し、同軸上に合成された少なくとも２つの前記回折光を受光する、請求項４４に記載の露光方法。
前記グレーティングは、前記一軸方向を周期方向とする回折格子を含み、
前記第１計測工程では、前記移動体の前記一軸方向の位置情報を計測する、請求項４４〜４６のいずれか一項に記載の露光方法。
前記移動体は、前記所定平面内で前記一軸方向に垂直な方向に延びる第３、第４側面を有し、
前記第１位置情報を計測する工程は、前記第３、第４側面の一方を介して少なくとも１つの第２計測光を前記移動体内部に入射させ、該第２計測光に由来する前記回折光を前記第３、第４側面の他方を介して受光する第２計測工程をさらに含む、請求項４４〜４７のいずれか一項に記載の露光方法。
前記第２計測工程では、１つの前記第２計測光を照射し、少なくとも２つの前記回折光を受光する、請求項４８に記載の露光方法。
前記第２計測工程では、２つの前記第２計測光を前記グレーティング上の同一点に照射し、同軸上に合成された少なくとも２つの前記回折光を受光する、請求項４８に記載の露光方法。
前記グレーティングは、前記一軸方向に垂直な方向を周期方向とする回折格子を含み、
前記第２計測工程では、前記垂直な方向に関する前記移動体の位置情報を計測する、請求項４８〜５０のいずれか一項に記載の露光方法。
前記グレーティングとして、前記所定平面内で互いに直交する２つの方向を周期方向とする２次元格子が用いられている、請求項３１〜５１のいずれか一項に記載の露光方法。
前記第１位置情報を計測する工程では、前記計測光を、前記移動体の内部で反射させることなく前記グレーティングに照射する、請求項３１〜５２のいずれか一項に記載の露光方法。
前記移動体の内部に入射する光は、前記エネルギビームの照射領域内の所定点に照射される、請求項３１〜５３のいずれか一項に記載の露光方法。
前記移動体の内部に入射する光が照射される所定点は、露光中心である、請求項５４に記載の露光方法。
請求項３１〜５５のいずれか一項に記載の露光方法を用いて前記物体として基板を露光
することと；
前記露光された基板を現像することと；を含むデバイス製造方法。