JP2010050291A

JP2010050291A - 露光方法及び露光装置、並びにデバイス製造方法

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Publication number: JP2010050291A
Application number: JP2008213433A
Authority: JP
Inventors: Yuho Kanatani; 有歩金谷
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2008-08-22
Filing date: 2008-08-22
Publication date: 2010-03-04

Abstract

【課題】計測面の異常に起因するヘッド（例えばエンコーダ、Ｚセンサなど）の計測誤差、さらに動作異常の発生を効果的に抑制する。
【解決手段】露光装置の稼働中、エンコーダヘッド６４〜６８及びＺヘッド７４，７６を用いてウエハステージＷＳＴの位置を計測し、その結果に従ってウエハステージＷＳＴを駆動制御する。これと並行して、各ヘッドの計測ビームのスケール（３９Ｙ₁，３９Ｙ₂等）からの戻り光の強度を計測し、該強度の対応する基準強度からのずれを、スケール上の計測ビームの照射点の位置に対して収集する。そして、収集された計測ビームの強度データを用いてスケール上面の状態を診断する。
【選択図】図８

Description

本発明は、露光方法及び露光装置、並びにデバイス製造方法に係り、特に、半導体素子（集積回路等）、液晶表示素子等を製造するリソグラフィ工程で用いられる露光方法及び露光装置、並びに前記露光方法又は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（集積回路等）、液晶表示素子等の電子デバイス（マイクロデバイス）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）、あるいはステップ・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、主として用いられている。

この種の露光装置では、ウエハ又はガラスプレート等の基板（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が、例えばリニアモータ等により２次元方向に駆動される。ウエハステージの位置は、一般的に、長期に渡って高い安定性を有するレーザ干渉計を用いて、計測されていた。

しかし、近年、半導体素子の高集積化に伴うパターンの微細化により、重ね合わせ精度の要求が厳しくなり、レーザ干渉計のビーム路上の雰囲気の温度変化や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た。

そこで、レーザ干渉計と同程度以上の計測分解能を有し、一般的に干渉計に比べて空気揺らぎの影響を受けにくいエンコーダを、ウエハステージの位置計測装置として採用する露光装置が、先に提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかるに、エンコーダでは、計測部材としてグレーティング（スケール）が用いられるため、使用中にスケール上に異物が付着し、あるいはスケールが損傷するなど、スケールの表面に異常が発生することがある。このような場合、そのスケールの表面の異常によりエンコーダの計測誤差が発生し、さらには動作異常が発生し得る。また、特に、特許文献１に記載の露光装置などでは、ウエハステージ上面に設けられた一部のグレーティングをウエハステージのＺ軸方向の位置を計測するＺセンサの計測面としても兼用しているので、上記のスケールの表面の異常は、Ｚセンサの計測誤差等の要因にもなる。

国際公開第２００７／０９７３７９号パンフレット

本発明は、上述の事情の下でなされたものであり、第１の観点からすると、物体上にパターンを形成する露光方法であって、前記物体を保持して所定平面内を移動する移動体と該移動体の外部との一方に設けられた少なくとも１つのヘッドを用いて、前記移動体と該移動体の外部との他方に設けられた計測面に計測光を照射し、前記計測面からの光を受光して、該光の強度と前記移動体の位置情報とを計測し、該位置情報に従って前記移動体を駆動する工程と；前記駆動する工程において計測された前記光の強度と該強度に対応する基準強度との関係を、前記計測面上の前記計測光の照射点の位置に対して収集する工程と；を含む露光方法である。

これによれば、収集する工程では、駆動する工程において（すなわち移動体の駆動の際に）計測された計測面からの光の強度とこれに対応する基準強度との関係を、計測面上の計測光の照射点の位置に対して収集する。これにより、収集された関係より計測面の状態を診断することができる。従って、計測面の異常に起因するヘッド（例えばエンコーダ、Ｚセンサなど）の計測誤差の発生、さらには動作異常の発生を効果的に抑制することが可能となる。

本発明は、第２の観点からすると、本発明の露光方法を用いて、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前記物体に処理を施す工程と；を含む第１の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、物体上にパターンを形成する露光装置であって、前記物体を保持して所定平面内を移動する移動体と；前記移動体と該移動体の外部との一方に設けられ、前記移動体と該移動体の外部との他方に設けられた計測面に計測光を照射し、前記計測面からの光を受光する少なくとも１つのヘッドを有し、該ヘッドを用いて前記計測面からの光の強度と前記移動体の位置情報とを計測する位置計測系と；前記位置情報に従って前記移動体を駆動するとともに、前記光の強度と該強度に対応する基準強度との関係を前記計測面上の前記計測光の照射点の位置に対して収集する制御装置と；前記物体上にパターンを形成するパターン生成装置と；前記物体上に形成されたマークを検出するマーク検出装置と；を備える露光装置である。

これによれば、制御装置により、位置計測系で計測された位置情報に従って移動体が駆動されるとともに、位置計測系のヘッドを用いて計測された計測面からの光の強度と該強度に対応する基準強度との関係が計測面上の計測光の照射点の位置に対して収集される。これにより、収集された関係より計測面の状態を診断することができる。従って、計測面の異常に起因するヘッド（例えばエンコーダ、Ｚセンサなど）の計測誤差、さらに動作異常の発生を効果的に抑制することが可能となる。

本発明は、第４の観点からすると、本発明の露光装置を用いて、物体上にパターンを形成することと；前記パターンが形成された前記物体に処理を施すことと；を含む第２の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９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・スキャン方式の投影露光装置、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とプライマリアライメント系ＡＬ１（図４、図５等参照）が設けられている。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光軸ＡＸとプライマリアライメント系ＡＬ１の検出中心を結ぶ直線と平行な方向を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、レチクルステージＲＳＴ、投影ユニットＰＵ、ウエハステージＷＳＴを有するステージ装置５０、及びこれらの制御系等を備えている。図１では、ウエハステージＷＳＴ上にウエハＷが載置されている。

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。照明系１０の構成は、例えば米国特許出願公開第２００３／００２５８９０号明細書などに開示されている。ここで、照明光ＩＬとして、一例として、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）が用いられる。

レチクルステージＲＳＴ上には、そのパターン面（図１における下面）に回路パターンなどが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７参照）によって、ＸＹ平面内で微小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（又はレチクルステージＲＳＴの端面に形成された反射面）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７参照）に送られる。

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内に保持された投影光学系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光学素子（レンズエレメント）から成る屈折光学系が用いられる。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によってレチクルＲ上の照明領域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（感応剤）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Ｒ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。すなわち、本実施形態では照明系１０、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。

ステージ装置５０は、図１に示されるように、ベース盤１２上に配置されたウエハステージＷＳＴ、ウエハステージＷＳＴの位置情報を計測する計測システム２００（図７参照）、及びウエハステージＷＳＴを駆動するステージ駆動系１２４（図７参照）等を備えている。計測システム２００は、図７に示されるように、干渉計システム１１８、エンコーダシステム１５０及び面位置計測システム１８０などを含む。

ウエハステージＷＳＴは、不図示の非接触軸受、例えばエアベアリングなどにより、数μｍ程度のクリアランスを介して、ベース盤１２の上方に支持されている。また、ウエハステージＷＳＴは、リニアモータ等を含むステージ駆動系１２４（図７参照）によって、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に所定ストロークで駆動可能である。

ウエハステージＷＳＴは、ステージ本体９１と、該ステージ本体９１上に搭載されたウエハテーブルＷＴＢとを含む。このウエハテーブルＷＴＢ及びステージ本体９１は、リニアモータ及びＺ・レベリング機構（ボイスコイルモータなどを含む）を含む駆動系によって、ベース盤１２に対し、６自由度方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ，θｘ，θｙ，θｚ）に駆動可能に構成されている。

ウエハテーブルＷＴＢの上面の中央には、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。図２に示されるように、ウエハテーブルＷＴＢ上面のウエハホルダ（ウエハＷ）の＋Ｙ側には、計測プレート３０が設けられている。この計測プレート３０には、中央に基準マークＦＭが設けられ、基準マークＦＭのＸ軸方向の両側に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、設けられている。そして、各空間像計測スリットパターンＳＬに対応して、ウエハテーブルＷＴＢの内部には、光学系及び受光素子などが配置されている。すなわち、ウエハテーブルＷＴＢ上には、空間像計測スリットパターンＳＬを含む一対の空間像計測装置４５Ａ，４５Ｂ（図７参照）が設けられている。

また、ウエハテーブルＷＴＢ上面には、後述するエンコーダシステムで用いられるスケールが形成されている。詳述すると、ウエハテーブルＷＴＢ上面のＸ軸方向（図２における紙面内左右方向）の一側と他側の領域には、それぞれＹスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂が形成されている。Ｙスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂は、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軸方向に配列された、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、ウエハテーブルＷＴＢ上面のＹ軸方向（図２における紙面内上下方向）の一側と他側の領域には、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ている。Ｘスケール３９Ｘ₁，３９Ｘ₂は、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軸方向に配列された、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。

なお、格子線３７，３８のピッチは、例えば１μｍと設定される。図２及びその他の図において、図示の便宜のため、格子のピッチを実際のピッチよりも大きく図示している。

また、回折格子を保護するために、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（同一面）になるよう、ウエハテーブルＷＴＢ上面に設置される。

また、ウエハテーブルＷＴＢの−Ｙ端面，−Ｘ端面には、図２に示されるように、後述する干渉計システムで用いられる反射面１７ａ，反射面１７ｂが形成されている。

また、ウエハテーブルＷＴＢの−Ｙ側の面には、図２に示されるように、国際公開第２００７／０９７３７９号パンフレットに開示されるＣＤバーと同様の、Ｘ軸方向に延びるフィデューシャルバー（以下、「ＦＤバー」と略述する）４６が取り付けられている。ＦＤバー４６の長手方向の一側と他側の端部近傍には、センターラインＬＬに関して対称な配置で、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。また、ＦＤバー４６の上面には、複数の基準マークＭが形成されている。各基準マークＭとしては、後述する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。

本実施形態の露光装置１００では、図４及び図５に示されるように、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸとプライマリアライメント系ＡＬ１の検出中心を結ぶＹ軸に平行な直線（以下、基準軸と呼ぶ）ＬＶ上で、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、不図示のメインフレームの下面に固定されている。図５に示されるように、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。セカンダリアライメント系ＡＬ２₁〜ＡＬ２₄は、可動式の支持部材を介してメインフレーム（不図示）の下面に固定されており、駆動機構６０₁〜６０₄（図７参照）により、Ｘ軸方向に関してそれらの検出領域の相対位置が調整可能となっている。

本実施形態では、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２₁〜ＡＬ２₄のそれぞれとして、例えば画像処理方式のＦＩＡ（Field Image Alignment）系が用いられている。アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２₁〜ＡＬ２₄のそれぞれからの撮像信号は、不図示の信号処理系を介して主制御装置２０に供給される。

干渉計システム１１８は、図３に示されるように、反射面１７ａ又は１７ｂにそれぞれ干渉計ビーム（測長ビーム）を照射し、その反射光を受光して、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置を計測するＹ干渉計１６と、３つのＸ干渉計１２６〜１２８と、一対のＺ干渉計４３Ａ，４３Ｂとを備えている。詳述すると、Ｙ干渉計１６は、基準軸ＬＶに関して対称な一対の測長ビームＢ４₁，Ｂ４₂を含む少なくとも３つのＹ軸に平行な測長ビームを反射面１７ａ、及び後述する移動鏡４１に照射する。また、Ｘ干渉計１２６は、図３に示されるように、光軸ＡＸと基準軸ＬＶとに直交するＸ軸に平行な直線（以下、基準軸と呼ぶ）ＬＨに関して対称な一対の測長ビームＢ５₁，Ｂ５₂を含む少なくとも３つのＸ軸に平行な測長ビームを反射面１７ｂに照射する。また、Ｘ干渉計１２７は、アライメント系ＡＬ１の検出中心にて基準軸ＬＶと直交するＸ軸に平行な直線（以下、基準軸と呼ぶ）ＬＡを測長軸とする測長ビームＢ６を含む少なくとも２つのＹ軸に平行な測長ビームを反射面１７ｂに照射する。また、Ｘ干渉計１２８は、Ｙ軸に平行な測長ビームＢ７を反射面１７ｂに照射する。

干渉計システム１１８の上記各干渉計からの位置情報は、主制御装置２０に供給される。主制御装置２０は、Ｙ干渉計１６及びＸ干渉計１２６又は１２７の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）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）も算出することができる。

また、図１に示されるように、ステージ本体９１の−Ｙ側の側面に、凹形状の反射面を有する移動鏡４１が取り付けられている。移動鏡４１は、図２からわかるように、Ｘ軸方向の長さがウエハテーブルＷＴＢの反射面１７ａよりも、長く設計されている。

移動鏡４１に対向して、干渉計システム１１８（図７参照）の一部を構成する一対のＺ干渉計４３Ａ，４３Ｂが設けられている（図１及び図３参照）。Ｚ干渉計４３Ａ，４３Ｂは、移動鏡４１を介して、例えば投影ユニットＰＵを支持するフレーム（不図示）に固定された固定鏡４７Ａ，４７Ｂにそれぞれ２つのＹ軸に平行な測長ビームＢ１，Ｂ２を照射する。そして、それぞれの反射光を受光して、測長ビームＢ１，Ｂ２の光路長を計測する。その結果より、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴの４自由度（Ｙ，Ｚ，θｙ，θｚ）方向の位置を算出する。

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１５０及び面位置計測システム１８０を用いて計測される。干渉計システム１１８は、ウエハステージＷＳＴがエンコーダシステム１５０及び面位置計測システム１８０の計測領域外（例えば、アンローディングポジションとローディングポジション付近）に位置する際に、使用される。また、エンコーダシステム１５０及び面位置計測システム１８０の計測結果の長期的変動（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使用される。勿論、干渉計システム１１８とエンコーダシステム１５０及び面位置計測システム１８０とを併用して、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）の全位置情報を計測することとしても良い。

本実施形態の露光装置１００には、干渉計システム１１８とは独立に、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内での位置（Ｘ，Ｙ，θｚ）を計測するために、エンコーダシステム１５０を構成する複数のヘッドユニットが設けられている。

図４に示されるように、投影ユニットＰＵの＋Ｘ側、＋Ｙ側、−Ｘ側、及びプライマリアライメント系ＡＬ１の−Ｙ側に、４つのヘッドユニット６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、及び６２Ｄが、それぞれ配置されている。また、アライメント系ＡＬ１、ＡＬ２₁〜ＡＬ２₄のＸ軸方向の両外側にヘッドユニット６２Ｅ、６２Ｆが、それぞれ設けられている。ヘッドユニット６２Ａ〜６２Ｆは、支持部材を介して、投影ユニットＰＵを保持するメインフレーム（不図示）に吊り下げ状態で固定されている。なお、図４において、符号ＵＰは、ウエハステージＷＳＴ上にある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、ウエハステージＷＳＴ上への新たな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。

ヘッドユニット６２Ａ及び６２Ｃは、図５に示されるように、前述の基準軸ＬＨ上に所定間隔で配置された複数（ここでは５個）のＹヘッド６５₁〜６５₅、Ｙヘッド６４₁〜６４₅を、それぞれ備えている。以下では、必要に応じて、Ｙヘッド６５₁〜６５₅及びＹヘッド６４₁〜６４₅を、それぞれ、Ｙヘッド６５及びＹヘッド６４とも記述する。

ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃは、Ｙスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂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）を計測する多眼のＹリニアエンコーダ７０Ａ，７０Ｃ（図７参照）を構成する。なお、以下では、Ｙリニアエンコーダを、適宜、「Ｙエンコーダ」又は「エンコーダ」と略述する。

ヘッドユニット６２Ｂは、図５に示されるように、投影ユニットＰＵの＋Ｙ側に配置され、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６６₅〜６６₈を備えている。また、ヘッドユニット６２Ｄは、プライマリアライメント系ＡＬ１の−Ｙ側に配置され、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６６₁〜６６₄を備えている。以下では、必要に応じて、Ｘヘッド６６₅〜６６₈及びＸヘッド６６₁〜６６₄をＸヘッド６６とも記述する。

ヘッドユニット６２Ｂ，６２Ｄは、Ｘスケール３９Ｘ₁,３９Ｘ₂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）を計測する多眼のＸリニアエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄ（図７参照）を構成する。なお、以下では、Ｘリニアエンコーダを、適宜、「Ｘエンコーダ」又は「エンコーダ」と略述する。

ここで、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃがそれぞれ備える５個のＹヘッド６５，６４（より正確には、Ｙヘッド６５，６４が発する計測ビームのスケール上の照射点）のＸ軸方向の間隔ＷＤは、露光の際などに、少なくとも１つのヘッドが、常に、対応するＹスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂に対向する（計測ビームを照射する）ように定められている。同様に、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（より正確には、Ｘヘッド６６が発する計測ビームのスケール上の照射点）のＹ軸方向の間隔ＷＤは、露光の際などに、少なくとも１つのヘッドが、常に、対応するＸスケール３９Ｘ_１又は３９Ｘ₂に対向する（計測ビームを照射する）ように定められている。

なお、ヘッドユニット６２Ｂの最も−Ｙ側のＸヘッド６６₅とヘッドユニット６２Ｄの最も＋Ｙ側のＸヘッド６６₄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軸方向の幅よりも狭く設定されている。

ヘッドユニット６２Ｅは、図５に示されるように、複数（ここでは４個）のＹヘッド６７₁〜６７₄を備えている。

ヘッドユニット６２Ｆは、複数（ここでは４個）のＹヘッド６８₁〜６８₄を備えている。Ｙヘッド６８₁〜６８₄は、基準軸ＬＶに関して、Ｙヘッド６７₄〜６７₁と対称な位置に配置されている。以下では、必要に応じて、Ｙヘッド６７₄〜６７₁及びＹヘッド６８₁〜６８₄を、それぞれＹヘッド６７及びＹヘッド６８とも記述する。

アライメント計測の際には、少なくとも各１つのＹヘッド６７，６８が、それぞれＹスケール３９Ｙ₂，３９Ｙ₁に対向する。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７０Ｅ，７０Ｆ）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ベースライン計測時などに、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６７₃，６８₂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６７₃，６８₂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６７₃，６８₂によって構成されるエンコーダをＹリニアエンコーダ７０Ｅ₂，７０Ｆ₂（図７参照）と呼ぶ。また、識別のため、Ｙスケール３９Ｙ₂，３９Ｙ₁に対向するＹヘッド６７，６８によって構成されるＹエンコーダを、Ｙエンコーダ７０Ｅ₁、７０Ｆ₁と呼ぶ。

上述したエンコーダ７０Ａ〜７０Ｆの計測値は、主制御装置２０に供給される。主制御装置２０は、エンコーダ７０Ａ〜７０Ｄのうちの３つ、又はエンコーダ７０Ｅ₁，７Ｆ₁，７０Ｂ及び７０Ｄのうちの３つの計測値に基づいて、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内での位置（Ｘ，Ｙ，θｚ）を算出する。

また、主制御装置２０は、リニアエンコーダ７０Ｅ₂，７０Ｆ₂の計測値に基づいて、ＦＤバー４６（計測ステージＭＳＴ）のθｚ方向の回転を制御する。

なお、各エンコーダヘッド（Ｙヘッド、Ｘヘッド）として、例えば、国際公開第２００７／０９７３７９号パンフレットに開示されている干渉型のエンコーダヘッドを用いることができる。この種のエンコーダヘッドでは、２つの計測光を対応するスケールに照射し、それぞれの戻り光を１つの干渉光に合成して受光し、その干渉光の強度を光検出器を用いて計測する。その干渉光の強度変化より、スケールの計測方向（回折格子の周期方向）への変位を計測する。

さらに、本実施形態の露光装置１００では、図４及び図６に示されるように、照射系９０ａ及び受光系９０ｂから成る多点焦点位置検出系（以下、「多点ＡＦ系」と略述する）が設けられている。多点ＡＦ系としては、例えば米国特許第５，４４８，３３２号明細書等に開示されるものと同様の構成の斜入射方式を採用している。本実施形態では、一例として、前述のヘッドユニット６２Ｅの−Ｘ端部の＋Ｙ側に照射系９０ａが配置され、これに対峙する状態で、前述のヘッドユニット６２Ｆの＋Ｘ端部の＋Ｙ側に受光系９０ｂが配置されている。なお、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）は、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ている。

図４及び図６では、それぞれ検出ビームが照射される複数の検出点が、個別に図示されず、照射系９０ａ及び受光系９０ｂの間でＸ軸方向に延びる細長い検出領域（ビーム領域）ＡＦとして示されている。検出領域ＡＦは、Ｘ軸方向の長さがウエハＷの直径と同程度に設定されているので、ウエハＷをＹ軸方向に１回スキャンするだけで、ウエハＷのほぼ全面でＺ軸方向の位置情報（面位置情報）を計測できる。

図６に示されるように、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の検出領域ＡＦの両端部近傍に、基準軸ＬＶに関して対称な配置で、面位置計測システム１８０の一部を構成する各一対のＺ位置計測用のヘッド（以下、「Ｚヘッド」と略述する）７２ａ，７２ｂ、及び７２ｃ，７２ｄが設けられている。これらのＺヘッド７２ａ〜７２ｄは、不図示のメインフレームの下面に固定されている。

Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄとしては、例えば、ＣＤドライブ装置などで用いられる光ピックアップと同様の光学式変位センサのヘッドが用いられる。Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄは、ウエハテーブルＷＴＢに対し上方から計測ビームを照射し、その反射光を受光して、照射点におけるウエハテーブルＷＴＢの面位置を計測する。なお、本実施形態では、Ｚヘッドの計測ビームは、前述のＹスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂を構成する反射型回折格子によって反射される構成を採用している。

さらに、前述のヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃは、図６に示されるように、それぞれが備える５つのＹヘッド６５_j，６４_i（ｉ，ｊ＝１〜５）と同じＸ位置に、ただしＹ位置をずらして、それぞれ５つのＺヘッド７６_j，７４_i（ｉ，ｊ＝１〜５）を備えている。そして、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃのそれぞれに属する５つのＺヘッド７６，７４は、互いに基準軸ＬＶに関して対称に配置されている。なお、各Ｚヘッド７６，７４としては、前述のＺヘッド７２ａ〜７２ｄと同様の光学式変位センサのヘッドが採用される。

上述したＺヘッド７２ａ〜７２ｄ，７４₁〜７４₅，７６₁〜７６₅は、図７に示されるように、信号処理・選択装置１７０を介して主制御装置２０に接続されており、主制御装置２０は、信号処理・選択装置１７０を介してＺヘッド７２ａ〜７２ｄ，７４₁〜７４₅，７６₁〜７６₅の中から任意のＺヘッドを選択して作動状態とし、その作動状態としたＺヘッドで検出した面位置情報を信号処理・選択装置１７０を介して受け取る。本実施形態では、Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄ，７４₁〜７４₅，７６₁〜７６₅と、信号処理・選択装置１７０とを含んでウエハステージＷＳＴのＺ軸方向及びＸＹ平面に対する傾斜方向の位置情報を計測する面位置計測システム１８０が構成されている。

本実施形態では、主制御装置２０は、面位置計測システム１８０（図７参照）を用いて、ウエハステージＷＳＴの有効ストローク領域、すなわち露光及びアライメント計測のためにウエハステージＷＳＴが移動する領域において、その２自由度方向（Ｚ，θｙ）の位置座標を計測する。

主制御装置２０は、露光の際には面位置計測システム１８０（図７参照）を構成する各１つのＺヘッド７４_i，７６_j（ｉ，ｊは１〜５のいずれか）を用いて、後述するフォーカスマッピング（及びフォーカスキャリブレーション）の際には４つのＺヘッド７２ａ〜７２ｄを用いて、ウエハステージＷＳＴの高さＺと傾斜（ローリング）θｙを計測する。

図７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。

上述のようにして構成された本実施形態の露光装置では、例えば国際公開第２００７／０９７３７９号パンフレットの実施形態中に開示されている手順と同様の手順に従って、ウエハステージＷＳＴを用いた処理が、主制御装置２０によって実行される。なお、これについては後述する。

前述のように、本実施形態のエンコーダシステム１５０を構成するエンコーダヘッド（以下、適宜、ヘッドとも記述する）６４〜６８は、計測ビームを、ウエハテーブルＷＴＢ上に設けられた対象スケール（Ｙスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂及びＸスケール３９Ｘ₁，３９Ｘ₂のいずれか）に照射し、その対象スケールを構成する回折格子から発生する回折ビームを受光することによって、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。また、面位置計測システム１８０を構成するＺヘッド７２ａ〜７２ｄ，７４₁〜７４₅，７６₁〜７６₅も、エンコーダヘッドと同様に、計測ビームを計測対象であるＹスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂に照射し、Ｙスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂からの反射光（反射ビーム）を受光することによって、ウエハテーブルＷＴＢの面位置情報（Ｚ軸方向に関する位置情報）を計測する。

ところで、長時間のエンコーダシステム１５０及び面位置計測システム１８０の使用において、例えば、スケール上に異物が付着し、その異物によって計測ビームが遮られる、あるいはスケール（を構成する回折格子）が局所的に損傷し、その損傷部分に計測ビームが投射される、などによってエンコーダシステム１５０及び面位置計測システム１８０による位置情報の計測結果が異常になることが考えられる。ここで、異常には、エンコーダシステム１５０及び面位置計測システム１８０の誤作動などの他、計測誤差の発生をも含む。そこで、上述の計測結果の異常の発生による影響を極力抑制するために、本実施形態の露光装置１００では、主制御装置２０により、通常のシーケンスの処理を実行中、例えば露光、アライメント計測、フォーカスマッピングなどの動作と並行して、以下のようにして、スケール上面の状態が診断されている。ここでは、一例として、診断に、エンコーダシステム１５０のヘッド６４〜６８を使用する場合について説明する。

すなわち、主制御装置２０は、露光装置１００の通常のシーケンスの処理を実行中（以下、適宜、通常稼働中とも呼ぶ）、エンコーダヘッド６４〜６８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とともに、各エンコーダヘッドが受光するＹスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂及びＸスケール３９Ｘ₁，３９Ｘ₂からの回折ビーム（すなわち、計測ビームの照射によって各スケールから発生する回折ビーム（特に混乱のない限り計測ビームと呼ぶ））の強度を計測する。そして、主制御装置２０は、計測ビームの強度の計測結果（強度データ）を、スケール上の計測ビームの照射点の位置に対して収集する。ただし、主制御装置２０は、強度データを用いてスケール上面の状態を診断するために、強度の計測結果の基準強度からのずれを強度データとして収集する。

強度データを収集する際に用いる基準強度としては、露光装置１００（すなわちスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂，３９Ｘ₁，３９Ｘ₂）が基準状態にあるときの各ヘッドの計測ビームの強度の計測結果が用いられる。基準状態として、例えば露光装置１００の起動時等、スケール上面が理想的な状態にある状態を選ぶことができる。上述の強度データの収集に先立って、主制御装置２０は、露光装置１００が基準状態にあるときに、ヘッド６４〜６８を用いて、各ヘッドの計測ビームの強度を、計測ビームが照射されるスケール上の照射点の位置に対して計測する。ここで、計測ビームの強度を、各ヘッドについて、対応するスケール上の全領域又は露光装置の通常稼動中に計測ビームが照射され得る領域に対して計測する。あるいは、共通のスケールに計測ビームを照射する同じヘッドユニットに属するヘッド毎（すなわちヘッドユニット毎）に、対応するスケール上の全領域に対して計測する。ただし、この場合は、同一ヘッドユニット内の全てのヘッドの計測ビームの強度は等しく、得られる強度の計測結果も等しいことを条件とする。

前述のように、スケール上に異物が付着したり、スケール（を構成する回折格子）が局所的に損傷したりすると、計測ビームの強度が変化し得る。そこで、主制御装置２０は、収集した強度データ、すなわち、計測ビームの強度の計測結果の基準強度からのずれを用いて、基準強度を計測した基準状態からのスケール上面の状態の変化を診断する。そして、主制御装置２０は、露光装置の通常稼働中、ずれが大きくなる場合、スケール上面に異常が発生したと判断することができ、反対にずれが小さくなる場合、スケール上面の状態が回復したと判断することができる。そして、主制御装置２０は、スケールの異常が検知された際には、その異常の発生及びその診断内容（異常内容）に応じて必要な処置をとる。主制御装置２０は、例えば、スケール上に付着した異物が一定量を超えたと診断した場合には、その診断内容をオペレータに通知するとともに、不図示の清掃装置を用いてスケールの清掃（又は洗浄）を行う。この場合、オペレータが診断内容を見て、露光装置を停止してスケールの清掃（又は洗浄）を自ら行う、あるいはスケールの清掃（又は洗浄）を主制御装置２０に指示することとしても良い。また、主制御装置２０は、例えば、スケールがある程度以上損傷したと診断した場合には、その診断内容をオペレータに通知する。オペレータは、診断内容を見て、露光装置を停止しスケールを交換する。上記のスケールの清掃（又は洗浄）、スケールの交換などの後、スケール上面の状態の回復が確認された際には、オペレータは、主制御装置２０に、再度、基準強度を計測するよう指示する。そして、その後、オペレータの指示に基づき、装置の運転を再開した際には、主制御装置２０は、その基準強度からの計測ビームの強度のずれを強度データとして収集する。

なお、露光装置１００で実際に用いられるスケールは、歪み、凹凸、及び損傷などが一切ない理想的なスケールだとは限らない。従って、ヘッドの計測ビームの強度が常に一定だとしても、スケールの歪み、凹凸、軽度の損傷等により、ヘッドが受光する計測ビーム（回折ビーム）の強度は照射点の位置によって異なり得る。そのため、本実施形態では、主制御装置２０が、計測ビームの強度ではなく、計測ビームの強度の基準強度からのずれを用いることにより、基準強度を計測した基準状態からのスケール上面の状態の変化を診断することとしている。

また、スケール上面の状態が、時間とともに変化することも考えられる。そこで、主制御装置２０は、基準強度の計測を、露光装置の起動時、アイドル中に限らず、例えば単位数のウエハに対する露光が終了する毎に、行うこととしても良い。ここで、単位数として、例えば、１あるいは２５（１ロット）などを代表的に選択することができる。また、主制御装置２０（又はオペレータ）は、収集した強度データを一定時間蓄積し、それを用いてスケール上面の状態の時間変化を診断することとしても良い。

また、ヘッドの計測ビームの強度は、必ずしもすべてのヘッドについて等しいとは限らない。そこで、主制御装置２０は、強度データとして、計測ビームの強度の計測結果と基準強度の差に限らず、計測ビームの強度の計測結果と基準強度との比の変化を、採用しても良い。この場合、基準強度は、ヘッド毎に計測されているものとする。

上述のエンコーダヘッド６４〜６８を用いる場合と同様に、主制御装置２０は、面位置計測システム１８０を構成するＺヘッド７２ａ〜７２ｄ，７４₁〜７４₅，７６₁〜７６₅を用いて、スケール上面の状態を診断することもできる。ただし、エンコーダヘッドとＺヘッドとでは、計測原理が異なるため、主制御装置２０は、基準強度を個別に計測し、強度データも個別に収集することが必要である。

主制御装置２０は、上述の強度データの収集を、通常のシーケンスの処理を実行中（通常稼働中）、例えば図８（Ａ）に示される露光、図８（Ｂ）に示されるアライメント計測、又は、図９に示されるフォーカスマッピング等の動作と並行して実行する。なお、図８（Ａ）に示される露光中の状態では、主制御装置２０は、Ｘヘッド６６_５を用いてＸスケール３９Ｘ_１を、Ｙヘッド６５_３及びＺヘッド７６_３を用いてＹスケール３９Ｙ_１を、Ｙヘッド６４_３及びＺヘッド７４_３を用いてＹスケール３９Ｙ_２を、診断するための強度データを収集している。また、図８（Ｂ）に示されるアライメント計測中の状態では、主制御装置２０は、Ｘヘッド６６_２を用いてＸスケール３９Ｘ_２を、Ｙヘッド６８_２を用いてＹスケール３９Ｙ_１を、Ｙヘッド６７_３を用いてＹスケール３９Ｙ_２を、診断するための強度データを収集している。また、図９に示されるフォーカスマッピング中の状態では、主制御装置２０は、Ｘヘッド６６_３を用いてＸスケール３９Ｘ_２を、Ｙヘッド６８_２及びＺヘッド７２ｃ，７２ｄを用いてＹスケール３９Ｙ_１を、Ｙヘッド６７_３及びＺヘッド７２ａ，７２ｂを用いてＹスケール３９Ｙ_２を、診断するための強度データを収集している。また、主制御装置２０は、露光、アライメント計測、及びフォーカスマッピングなどの各動作を実行しているか否かに関わらず、これらの動作の際にウエハステージＷＳＴが移動する領域内にウエハステージＷＳＴが位置する際に、強度データの収集を実行することとしても良い。

なお、上記の説明では、スケール上面の状態を診断するために、エンコーダヘッドとＺヘッドとを併用するものとしているが、露光装置１００の機能として、スケール上面の状態を診断するために、エンコーダヘッドとＺヘッドとを併用するモード、あるいはいずれか一方のみを用いるモードとを用意し、これらのモードを、オペレータが選択できるようにしても良い。

本実施形態の露光装置１００では、上述のスケール上面の状態の診断により、異常が検知されない限り、主制御装置２０により、エンコーダシステム１５０及び面位置計測システム１８０の計測結果に従って、ウエハステージＷＳＴの駆動制御が行われる。

ここで、主制御装置２０によって実行されるウエハステージＷＳＴを用いた通常のシーケンスの処理について説明する。

アンローディングポジションＵＰ（図４参照）にウエハステージＷＳＴがあるときに、ウエハＷがアンロードされ、ローディングポジションＬＰ（図４参照）に移動したときに、新たなウエハＷがウエハテーブルＷＴＢ上にロードされる。アンローディングポジションＵＰ、ローディングポジションＬＰ近傍では、ウエハステージＷＳＴの６自由度の位置は、干渉計システム１１８の計測値に基づいて制御されている。このとき、Ｘ干渉計１２８が用いられる。

ローディング終了後、ウエハステージＷＳＴを移動して、計測プレート３０の基準マークＦＭをプライマリアライメント系ＡＬ１で検出するプライメリアライメント系ＡＬ１のベースラインチェック前半の処理が行われる。これと前後して、エンコーダシステム及び干渉計システムの原点の再設定（リセット）が行われる。

その後、エンコーダシステム１５０及びＺヘッド７２ａ〜７２ｄを用いてウエハステージＷＳＴの６自由度方向の位置を計測しつつ、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２₁〜ＡＬ２₄を用いて、ウエハＷ上の複数のサンプルショット領域のアライメントマークを検出するアライメント計測が実行され、これと並行して多点ＡＦ系（９０ａ、９０ｂ）を用いてフォーカスマッピング（Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄの計測値を基準とする、ウエハＷの面位置（Ｚ位置）情報の計測）が行われる。そして、これらアライメント計測及びフォーカスマッピングのためのウエハステージＷＳＴの＋Ｙ方向への移動中に、計測プレート３０が投影光学系ＰＬの直下に達したとき、空間像計測装置４５Ａ，４５Ｂを用いてレチクルＲ上の一対のアライメントマークをスリットスキャン方式で計測する、プライマリアライメント系ＡＬ１のベースラインチェック後半の処理が行われる。

その後、アライメント計測及びフォーカスマッピングが続行される。

そして、アライメント計測及びフォーカスマッピングが終了すると、アライメント計測の結果求められるウエハ上の各ショット領域の位置情報と、最新のアライメント系のベースラインとに基づいて、ステップ・アンド・スキャン方式でウエハＷ上の複数のショット領域が露光され、レチクルのパターンが転写される。露光動作中、フォーカスマッピングにより得られた情報に基づいて、ウエハＷのフォーカスレベリング制御が行われる。なお、露光中のウエハのＺ、θｙは、Ｚヘッド７４，７６の計測値に基づいて制御されるが、θｘは、Ｙ干渉計１６の計測値に基づいて制御される。

なお、セカンダリアライメント系ＡＬ２₁〜ＡＬ２₄のベースライン計測は、適宜なタイミングで、国際公開第２００７／０９７３７９号パンフレットに開示される方法と同様に、前述のエンコーダ７０Ｅ₂，７０Ｆ₂の計測値に基づいて、ＦＤバー４６（ウエハステージＷＳＴ）のθｚ回転を調整した状態で、アライメント系ＡＬ１、ＡＬ２₁〜ＡＬ２₄を用いて、それぞれの視野内にあるＦＤバー４６上の基準マークＭを同時に計測することで行われる。

上述のようにして、ウエハステージＷＳＴを用いた一連の処理が行われる。

以上詳細に説明したように、本実施形態の露光装置１００によると、主制御装置２０により、露光装置１００の通常稼働中、エンコーダシステム１５０及び面位置計測システム１８０で計測されたウエハステージＷＳＴの位置情報に従ってウエハステージＷＳＴが駆動される。また、主制御装置２０により、ウエハステージＷＳＴの位置情報の計測と並行して、エンコーダシステム１５０及び面位置計測システム１８０を構成するヘッドを用いて計測された、そのヘッドの計測ビームのスケールからの戻り光の強度の基準強度からのずれ（計測ビームの強度データ）が、スケール上の計測ビームの照射点の位置に対して収集される。そして、主制御装置２０により、収集された計測ビームの強度データを用いてスケール上面の状態が診断される。これにより、スループットを低下させることなく、スケール上面の異常に起因するエンコーダシステム１５０（エンコーダヘッド）及び面位置計測システム１８０（Ｚヘッド）の計測誤差、さらに動作異常の発生を効果的に抑制することが可能となる。

なお、上記実施形態で説明したエンコーダシステムなどの各計測装置の構成は一例に過ぎず、本発明がこれに限定されないことは勿論である。例えば、上記実施形態では、ウエハテーブル（ウエハステージ）上に格子部（Ｙスケール、Ｘスケール）を設け、これに対向してＸヘッド、Ｙヘッドをウエハステージの外部に配置する構成のエンコーダシステムを採用した場合について例示したが、これに限らず、例えば米国特許出願公開第２００６／０２２７３０９号明細書などに開示されているように、ウエハステージにエンコーダヘッドを設け、これに対向してウエハステージの外部に格子部（例えば２次元格子又は２次元に配置された１次元の格子部）を配置する構成のエンコーダシステムを採用しても良い。この場合において、Ｚヘッドもウエハステージに設け、その格子部の面を、面位置計測システムＺヘッドの計測ビームが照射される反射面としても良い。このような構成のエンコーダシステム及び面位置計測システムに対しても上記実施形態で説明した診断方法を好適に適用することができる。

また、上記実施形態では、例えばヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃの内部にエンコーダヘッドとＺヘッドとが、別々に設けられている場合について説明したが、エンコーダヘッドとＺヘッドとの機能を備えた単一のヘッドを、エンコーダヘッドとＺヘッドの組に代えて用いても良い。

また、上述の実施形態では、本発明が、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適用された場合について説明したが、これに限らず、例えば国際公開第９９／４９５０４号パンフレット、欧州特許出願公開第１４２０２９８号明細書、国際公開第２００４／０５５８０３号パンフレット、特開２００４−２８９１２６号公報（対応米国特許第６,９５２,２５３号明細書）などに開示されているように、投影光学系とウエハとの間に照明光の光路を含む液浸空間を形成し、投影光学系及び液浸空間の液体を介して照明光でウエハを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、例えば国際公開第２００７／０９７３７９号パンフレット（対応米国特許出願公開第２００８／０８８４３号明細書）に開示される、液浸露光装置などにも、本発明を適用することができる。この国際公開第２００７／０９７３７９号パンフレット（対応米国特許出願公開第２００８／０８８４３号明細書）に開示される液浸露光装置では、ウエハステージに設けられたグレーティング（スケール）に計測ビームを照射し、その反射光を受光することによって、グレーティングの周期方向に関するヘッドとスケールとの間の相対位置を計測するエンコーダシステムが採用されている。かかる露光装置では、回収されずにスケール上に残った液浸液（液体）が、異物として、計測システムを構成するヘッドの計測ビームを遮ることが頻繁に起こり得るので、上記実施形態の方法は有用である。

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上記実施形態と同様に、エンコーダを用いて計測することができるので、同様の効果を得ることができる。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、例えば国際公開第２００５／０７４０１４号パンフレットなどに開示されているように、ウエハステージとは別に、計測部材（例えば、基準マーク、及び／又はセンサなど）を含む計測ステージを備える露光装置にも本発明は適用が可能である。

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及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。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、例えば米国特許７,０２３,６１０号明細書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。

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。

本発明の露光方法及び露光装置は、物体上に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、半導体素子又は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。ウエハステージを示す平面図である。図１の露光装置が備えるステージ装置及び干渉計の配置を示す平面図である。図１の露光装置が備えるステージ装置及びセンサユニットの配置を示す平面図である。エンコーダヘッド（Ｘヘッド、Ｙヘッド）とアライメント系の配置を示す平面図である。Ｚヘッドと多点ＡＦ系の配置を示す平面図である。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８（Ａ）は露光工程中におけるエンコーダを用いたウエハステージの位置計測と強度データの収集、図８（Ｂ）はアライメント計測中におけるエンコーダを用いたウエハステージの位置計測と強度データの収集、を説明するための図である。フォーカスマッピング及びフォーカスキャリブレーション中におけるＺヘッドを用いたウエハステージの位置計測と強度データの収集を説明するための図である。

符号の説明

２０…主制御装置、３９Ｘ₁，３９Ｘ₂…Ｘスケール、３９Ｙ₁，３９Ｙ₂…Ｙスケール、５０…ステージ装置、６２Ａ〜６２Ｆ…ヘッドユニット、６４，６５…Ｙヘッド、６６…Ｘヘッド、６７，６８…Ｙヘッド、７０Ａ，７０Ｃ…Ｙエンコーダ、７０Ｂ，７０Ｄ…Ｘエンコーダ、７２ａ〜７２ｄ，７４，７６…Ｚヘッド、１００…露光装置、１２４…ステージ駆動系、１５０…エンコーダシステム、１８０…面位置計測システム、２００…計測システム、Ｗ…ウエハ、ＷＳＴ…ウエハステージ、ＷＴＢ…ウエハテーブル。

Claims

物体上にパターンを形成する露光方法であって、
前記物体を保持して所定平面内を移動する移動体と該移動体の外部との一方に設けられた少なくとも１つのヘッドを用いて、前記移動体と該移動体の外部との他方に設けられた計測面に計測光を照射し、前記計測面からの光を受光して、該光の強度と前記移動体の位置情報とを計測し、該位置情報に従って前記移動体を駆動する工程と；
前記駆動する工程において計測された前記光の強度と該強度に対応する基準強度との関係を、前記計測面上の前記計測光の照射点の位置に対して収集する工程と；を含む露光方法。
前記収集する工程において収集された前記関係を用いて、前記計測面の状態を診断する工程をさらに含む請求項１に記載の露光方法。
前記診断する工程では、前記収集する工程において収集された前記関係のうち、収集されてから一定時間内の前記関係のみを用いる請求項２に記載の露光方法。
前記関係は、前記光の強度の該強度に対応する基準強度からのずれである請求項１〜３のいずれか一項に記載の露光方法。
前記関係は、前記光の強度と該強度に対応する基準強度との比である請求項１〜３のいずれか一項に記載の露光方法。
前記収集する工程に先立って、前記基準強度を計測する工程をさらに含む請求項１〜５のいずれか一項に記載の露光方法。
前記基準強度は、前記計測面上の前記計測光の照射点の位置に対して計測される前記光の強度である請求項６に記載の露光方法。
前記計測する工程では、前記基準強度を、前記計測面の全面について計測する請求項７に記載の露光方法。
前記計測する工程を、所定数の前記物体にパターンを形成する毎に実行する請求項６〜８のいずれか一項に記載の露光方法。
前記計測する工程を、前記計測面の状態の回復を確認した後に実行する請求項６〜９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、前記移動体の位置情報を計測するに際し、前記ヘッドを複数用い、
前記計測する工程では、前記基準強度を、前記複数のヘッドのすべてについて使用する共通の情報として作成する請求項６〜１０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、前記移動体の位置情報を計測するに際し、前記ヘッドを複数用い、
前記計測する工程では、前記基準強度を、前記複数のヘッドのそれぞれについて使用する個別の情報として作成する請求項６〜１０のいずれか一項に記載の露光方法。
前記移動体に保持される前記物体上にパターンを形成する工程をさらに含む請求項１〜１２のいずれか一項に記載の露光方法。
前記収集する工程を、前記形成する工程と並行して実行する請求項１３に記載の露光方法。
前記収集する工程を、前記形成する工程中に前記移動体が移動する領域内に前記移動体が位置する際に実行する請求項１３又は１４に記載の露光方法。
前記物体上に形成されたマークを検出する工程をさらに含む請求項１〜１５のいずれか一項に記載の露光方法。
前記収集する工程を、前記検出する工程と並行して実行する請求項１６に記載の露光方法。
前記収集する工程を、前記検出する工程中に前記移動体が移動する領域内に前記移動体が位置する際に実行する請求項１６又は１７に記載の露光方法。
前記物体が有する感応層にエネルギビームを照射して前記パターンを形成する請求項１〜１８のいずれか一項に記載の露光方法。
前記エネルギビームを、光学系と、該光学系と前記物体の間に供給される液体と、を介して照射する請求項１９に記載の露光方法。
請求項１〜２０のいずれか一項に記載の露光方法を用いて、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前記物体に処理を施す工程と；を含むデバイス製造方法。
物体上にパターンを形成する露光装置であって、
前記物体を保持して所定平面内を移動する移動体と；
前記移動体と該移動体の外部との一方に設けられ、前記移動体と該移動体の外部との他方に設けられた計測面に計測光を照射し、前記計測面からの光を受光する少なくとも１つのヘッドを有し、該ヘッドを用いて前記計測面からの光の強度と前記移動体の位置情報とを計測する位置計測系と；
前記位置情報に従って前記移動体を駆動するとともに、前記光の強度と該強度に対応する基準強度との関係を前記計測面上の前記計測光の照射点の位置に対して収集する制御装置と；
前記物体上にパターンを形成するパターン生成装置と；
前記物体上に形成されたマークを検出するマーク検出装置と；を備える露光装置。
前記制御装置は、収集した前記関係を用いて、前記計測面の状態を診断する請求項２２に記載の露光装置。
前記制御装置は、前記関係を収集するに先立って、前記基準強度を計測する請求項２２又は２３に記載の露光装置。
前記制御装置は、前記パターン生成装置を用いて前記移動体に保持される前記物体上にパターンを形成する際に、前記関係を収集する請求項２２〜２４のいずれか一項に記載の露光装置。
前記制御装置は、前記パターン生成装置を用いて前記移動体に保持される前記物体上にパターンを形成する際に前記移動体が移動する領域内に前記移動体が位置する際に、前記関係を収集する請求項２２〜２５のいずれか一項に記載の露光装置。
前記制御装置は、前記マーク検出装置を用いて前記物体上に形成されたマークを検出する際に、前記関係を収集する請求項２２〜２６のいずれか一項に記載の露光装置。
前記制御装置は、前記マーク検出装置を用いて前記物体上に形成されたマークを検出する際に前記移動体が移動する領域内に前記移動体が位置する際に、前記関係を収集する請求項２２〜２７のいずれか一項に記載の露光装置。
前記計測面は、前記所定平面内の少なくとも一軸方向を周期方向とするグレーティングを有し、
前記ヘッドは、前記周期方向を計測方向とする請求項２２〜２８のいずれか一項に記載の露光装置。
前記計測面は、前記所定平面内で互いに直交する第１及び第２方向をそれぞれ周期方向とする第１及び第２グレーティングを有し、
前記位置計測系は、前記第１及び第２グレーティングの一方に計測光を照射するヘッドを少なくとも各１つ含む複数のヘッドを用いる請求項２２〜２８のいずれか一項に記載の露光装置。
前記ヘッドは、前記所定平面に垂直な方向を計測方向とする請求項２２〜２８のいずれか一項に記載の露光装置。
前記パターン生成装置は、前記物体が有する感応層にエネルギビームを照射することによって、パターンを形成する請求項２２〜３１のいずれか一項に記載の露光装置。
請求項２２〜３２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ことと；
前記パターンが形成された前記物体に処理を施すことと；を含むデバイス製造方法。