JP2011047867A - スケール体、位置検出装置、ステージ装置、及び露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スケール用のパターンが形成されたパターン形成面の法線方向の位置情報を高精度に計測する。
【解決手段】スケール体２８ｅは、Ｙスケール３９Ｙ₂が形成されたパターン板４ｅと、パターン板４ｅに設けられ、Ｙスケール３９Ｙ₂を覆うカバーガラス５と、カバーガラス５の表面に形成され、互いに異なる波長域の第１の光及び第２の光に対して波長選択性を有する波長選択膜７と、を備え、波長選択膜７を介してカバーガラス５を透過する第１の光の透過率は、カバーガラス５のみを透過する第１の光の透過率より低く、波長選択膜７を介してカバーガラス５を透過する第２の光の透過率は、波長選択膜７で反射する第２の光の反射率より高い。
【選択図】図４

Description

本発明は、スケール用のパターンが形成された部材を有するスケール体、このスケール体を用いて移動体の位置情報を検出する位置検出装置、この位置検出装置を用いるステージ装置及び露光装置、並びにその露光装置を用いるデバイス製造方法に関する。

半導体素子等のマイクロデバイス（電子デバイス）を生産するためのフォトリソグラフィ工程で用いられる、いわゆるステッパー又はスキャニングステッパーなどの露光装置においては、従来より、露光対象の基板を移動するステージの位置計測はレーザ干渉計によって行われていた。ところが、ステージに設けた反射面又は移動鏡に計測用ビームを照射するレーザ干渉計では、計測用ビームの光路が長く、かつ変化するため、その光路上の雰囲気の温度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りつつある。

そこで、レーザ干渉計に比べて計測値の短期的安定性に優れるとともに、レーザ干渉計に近い分解能を持ちつつある計測装置として、ステージに固定されて、回折格子が形成されたパターン板に検出ヘッドから検出光を照射し、その回折格子からの回折光を検出して、その回折格子の周期方向におけるそのパターン板（ステージ）の位置情報を検出するエンコーダ方式の検出系が提案されている（例えば、特許文献１及びこれに対応する米国特許第５，６１０，７１５号明細書参照）。また、そのパターン板の回折格子の形成面に所定の検出光を照射し、その反射光を検出して、その形成面の法線方向の位置情報（高さ情報）、ひいてはそのパターン板（ステージ）の高さ情報を検出する検出系も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平７−２７０１２２号公報 特開２００９−０５４７３４号公報

従来のパターン板（ステージ）の高さ情報を検出する検出系は、回折格子の形成面に検出光を照射していたため、回折格子の回折等によって反射光にノイズ光が混入するか、又は反射光の光量が減少して、計測精度が低下する恐れがあった。
本発明の態様は、このような事情に鑑み、スケール用のパターンが形成されたパターン形成面の法線方向の位置情報を高精度に計測することを目的とする。

本発明の第１の態様によれば、スケールパターンが形成されたパターン部材と、そのパターン部材に設けられ、そのスケールパターンを覆うカバー部材と、そのカバー部材の表面に形成され、互いに異なる波長域の第１の光及び第２の光に対して波長選択性を有する波長選択膜と、を備え、その波長選択膜を介してそのカバー部材を透過するその第１の光の透過率は、そのカバー部材のみを透過するその第１の光の透過率より低く、その波長選択膜を介してそのカバー部材を透過するその第２の光の透過率は、その波長選択膜で反射するその第２の光の反射率より高いスケール体が提供される。

また、本発明の第２の態様によれば、移動体の位置情報を検出する位置検出装置であって、その移動体に設けられる本発明の第１の態様によるスケール体と、その移動体と異なる部材に設けられ、その第１の光をその波長選択膜に照射し、その波長選択膜から戻される光を受光して、そのカバー部材の表面の法線方向に沿ったそのスケール体の位置情報を検出する第１検出系と、その移動体と異なる部材に設けられ、その第２の光をその波長選択膜及びそのカバー部材を介してそのスケールパターンに照射し、そのスケールパターンから戻される光を受光して、そのパターン部材の表面に沿った方向のそのスケール体の位置情報を検出する第２検出系と、を備える位置検出装置が提供される。

また、本発明の第３の態様によれば、移動体の位置情報を検出する位置検出装置であって、その移動体と異なる部材に設けられる本発明の第１の態様によるスケール体と、その移動体に設けられ、その第１の光をその波長選択膜に照射し、その波長選択膜から戻される光を受光して、そのカバー部材の表面の法線方向に沿ったそのスケール体の位置情報を検出する第１検出系と、その移動体に設けられ、その第２の光をその波長選択膜及びそのカバー部材を介してそのスケールパターンに照射し、そのスケールパターンから戻される光を受光して、そのパターン部材の表面に沿った方向のそのスケール体の位置情報を検出する第２検出系と、を備える位置検出装置が提供される。

また、本発明の第４の態様によれば、物体を保持して移動する移動体と、その移動体の位置情報を検出する本発明の第２又は第３の態様による位置検出装置と、を備えるステージ装置が提供される。
また、本発明の第５の態様によれば、露光光学系を介して基板を露光する露光装置において、その基板を移動するために、本発明の第４の態様によるステージ装置を備える露光装置が提供される。

また、本発明の第６の態様によれば、本発明の第５の態様による露光装置を用いて、基板にパターンを転写することと、そのパターンが転写されたその基板をそのパターンに基づいて加工することと、を含むデバイス製造方法が提供される。

本発明の第１の態様のスケール体によれば、スケールパターンを覆うカバー部材の表面に形成された波長選択膜に第１の光を照射し、その波長選択膜からの反射光を検出することによって、その波長選択膜の法線方向の位置情報、ひいてはそのスケールパターンの形成面の法線方向の位置情報を検出できる。この際に、そのスケールパターンの形成面に直接その第１の光を照射する場合に比べて、そのスケールパターンからの回折光又は反射光の影響が少ないため、計測精度を向上できる。さらに、波長選択膜及びカバー部材の第２の光に対する透過率は比較的高いため、その第２の光を用いてそのスケールパターンを検出できる。

実施形態の一例の露光装置の概略構成を示す図である。 図１中のウエハステージ及びＡＦ系等を示す平面図である。 図２中のウエハステージを示す平面図である。 図２中の検出ユニット２ＹＺを示す拡大断面図である。 （Ａ）はＩＴＯ膜の波長と複素屈折率との関係の一例を示す図、（Ｂ）は所定の厚さのＩＴＯ膜の波長と透過率及び反射率との関係を示す図、（Ｃ）は厚さｄ１の波長選択膜７に対するＺセンサの検出光を示す図、（Ｄ）は厚さｄ２の波長選択膜７に対するＺセンサの検出光を示す図である。 図１の露光装置の制御系を示すブロック図である。 ウエハの露光時のウエハステージを示す平面図である。 電子デバイスの製造工程の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態の一例につき図１〜図７を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係るスキャニングステッパーよりなる走査露光型の露光装置ＥＸの概略構成を示す。本実施形態の露光装置ＥＸは投影光学系ＰＬ（投影ユニットＰＵ）を備えており、以下においては、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行にＺ軸を取り、これに直交する面（ほぼ水平面に平行な面）内でレチクルとウエハとが相対走査される方向にＹ軸を、Ｚ軸及びＹ軸に直交する方向にＸ軸を取り、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の回りの回転（傾斜）方向をそれぞれθｘ、θｙ、及びθｚ方向として説明を行う。

図１において、露光装置ＥＸは、照明系１０、照明系１０からの露光用の照明光（露光光）ＩＬにより照明されるレチクルＲ（マスク）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（基板）上に投射する投影光学系ＰＬを含む投影ユニットＰＵ、及びウエハＷを保持するウエハステージＷＳＴを備えている。露光装置ＥＸは不図示の制御系等も備えている。

照明系１０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るように、光源と、照明光学系とを含み、照明光学系は、回折光学素子等を含み通常照明、複数極照明、又は輪帯照明等のための光量分布を形成する光量分布形成光学系、オプティカルインテグレータ（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））を含む照度均一化光学系、及びレチクルブラインド等（いずれも不図示）を有する。照明系１０は、レチクルブラインド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ＩＬによりほぼ均一な照度で照明する。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。なお、照明光としては、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）、ＹＡＧレーザ若しくは固体レーザ（半導体レーザなど）の高調波、又は水銀ランプの輝線（ｉ線等）なども使用できる。

レチクルステージＲＳＴの上面には、回路パターンなどがそのパターン面（下面）に形成されたレチクルＲが、例えば真空吸着により保持されている。レチクルステージＲＳＴは、例えばリニアモータ等を含む図６のレチクルステージ駆動系１１によって、ＸＹ平面内で微少駆動可能であると共に、走査方向（Ｙ方向）に指定された走査速度で駆動可能となっている。

図１のレチクルステージＲＳＴの移動面内の位置情報（Ｘ方向、Ｙ方向の位置情報、及びθｚ方向の回転情報を含む）は、レーザ干渉計よりなるレチクル干渉計１１６によって、移動鏡１５（ステージ端面を鏡面加工した反射面でもよい）を介して例えば０．５〜０．１ｎｍ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、図６の主制御装置２０に送られる。主制御装置２０は、その計測値に基づいてレチクルステージＲＳＴの少なくともＸ方向、Ｙ方向、及びθｚ方向の位置を算出し、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。

図１において、レチクルステージＲＳＴの下方に配置された投影ユニットＰＵは、鏡筒４０と、該鏡筒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は、例えば両側テレセントリックで所定の投影倍率β（例えば１／４倍、１／５倍などの縮小倍率）を有する。照明系１０からの照明光ＩＬによってレチクルＲの照明領域ＩＡＲが照明されると、レチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬを介して照明領域ＩＡＲ内のレチクルＲの回路パターンの像が、ウエハＷの一つのショット領域上の露光領域ＩＡ（照明領域ＩＡＲと共役な領域）に形成される。ウエハＷは、例えばシリコン又はＳＯＩ(silicon on insulator)等からなる直径が２００ｍｍから４５０ｍｍ程度の円板状の基材の表面に、フォトレジスト（感光剤）を所定の厚さ（例えば２００ｎｍ程度）で塗布した基板を含む。

また、露光装置ＥＸ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）の光学素子である先端レンズ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。
ノズルユニット３２は、露光用の液体Ｌｑを供給可能な供給口と、液体Ｌｑを回収可能な多孔部材（メッシュ）が配置された回収口とを有する。ノズルユニット３２の供給口は、供給流路及び供給管３１Ａを介して、液体Ｌｑを送出可能な液体供給装置１８６（図６参照）に接続されている。

液浸法によるウエハＷの露光時に、図６の液体供給装置１８６から送出された露光用の液体Ｌｑは、図１の供給管３１Ａ及びノズルユニット３２の供給流路を流れた後、その供給口より照明光ＩＬの光路空間を含むウエハＷ上の液浸領域１４（図７参照）に供給される。また、液浸領域１４からノズルユニット３２の回収口を介して回収された液体Ｌｑは、回収流路及び回収管３１Ｂを介して液体回収装置１８９に回収される。なお、液浸タイプの露光装置としない場合には、上記の局所液浸装置８は設けなくともよい。

図１において、ウエハステージＷＳＴは、ベース盤１２のＸＹ面に平行な上面１２ａに配置されている。露光装置ＥＸは、ウエハステージＷＳＴの位置情報を計測するために後述のエンコーダシステムを含む位置計測システム、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）などを備えている。
ウエハステージＷＳＴは、不図示の複数の例えば真空予圧型空気静圧軸受を構成するエアパッドを介して、ベース盤１２の上面１２ａ上に数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、ウエハステージＷＳＴは、例えば平面モータ、又は直交する２組のリニアモータを含むステージ駆動系１２４によってＸ方向及びＹ方向に駆動可能である。

ウエハステージＷＳＴは、Ｘ方向、Ｙ方向に駆動されるステージ本体９１と、ステージ本体９１上に搭載されたウエハテーブルＷＴＢと、ステージ本体９１内に設けられて、ステージ本体９１に対するウエハテーブルＷＴＢ（ウエハＷ）のＺ方向の位置、及びθｘ方向、θｙ方向のチルト角を相対的に微小駆動するＺ・レベリング機構とを備えている。ウエハテーブルＷＴＢの中央の上部には、ウエハＷを真空吸着等によってほぼＸＹ平面に平行な吸着面上に保持するウエハホルダ（不図示）が設けられている。

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の表面とほぼ同一面となる、液体Ｌｑに対して撥液化処理された表面（又は保護部材）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高平面度の平板状のプレート体２８が設けられている。
なお、上述の局所液浸装置８を設けたいわゆる液浸露光装置の構成にあっては、さらにプレート体２８は、図３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、その円形の開口を囲む、外形（輪郭）が矩形の表面に撥液化処理が施されたプレート部（撥液板）２８ａと、プレート部２８ａをＹ方向に挟むように配置されたＸ方向に細長い１対の第１及び第２のスケール体２８ｂ，２８ｃと、プレート部２８ａをＸ方向に挟むように配置されたＹ方向に細長い１対の第３及び第４のスケール体２８ｄ，２８ｅとを有する。プレート部２８ａの上面には、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（図７参照）の少なくとも一部が形成される。

スケール体２８ｂ，２８ｃは同じ構成であり、スケール体２８ｄ，２８ｅはほぼスケール体２８ｂ，２８ｃを９０°回転した構成である。代表的にスケール体２８ｅの概略構成を説明する。図４に拡大して示すように、スケール体２８ｅは、表面にＹ方向に所定ピッチの回折格子よりなるＹスケール３９Ｙ₂が形成された平板状のパターン板４ｅと、パターン板４ｅの表面にＹスケール３９Ｙ₂を覆うように薄い接着層６を介して固定された平板状のカバーガラス５と、カバーガラス５の表面に形成された波長選択膜７とを有する。パターン板４ｅは、例えば真空吸着又は静電吸着によってウエハテーブルＷＴＢの上面に保持されている。

パターン板４ｅは、低熱膨張率の材料、例えばガラス、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））、又はセラミックス（例えばＡｌ₂Ｏ₃あるいはＴｉＣなど）等から形成されている。パターン板４ｅの厚さは例えば１ｍｍ〜数ｍｍ程度である。カバーガラス５は、パターン板４ｅと同様に低熱膨張率の材料、例えば石英、ガラス、又はガラスセラミックス等から形成可能である。ただし、パターン板４ｅはＹスケール３９Ｙ₂を検出するエンコーダシステムの検出光（後述のレーザビームＬＢ１，ＬＢ２）を透過する必要はないのに対して、カバーガラス５は、レーザビームＬＢ１，ＬＢ２を少なくとも位置検出が可能な程度には透過する必要がある。この条件下で、カバーガラス５の材料はパターン板４ｅの材料とできるだけ線膨張率が近いことが好ましい。

以上より、カバーガラス５の材料としては、厚さが数ｍｍのときに波長０．６〜２μｍ程度の光に対する透過率が０．８程度以上ある光学材料、例えば石英又はガラスが使用可能である。カバーガラス５の厚さは例えば０．５〜数ｍｍ程度であるが、透過率をより大きくするためには１〜１．５ｍｍ程度が好ましい。
カバーガラス５の表面の波長選択膜７として、本実施形態では、厚さｄが例えば１００〜１０００ｎｍ程度で、導電性を有する酸化インジウム・スズ(Indium Tin Oxide)の膜（ＩＴＯ膜）が使用されている。波長選択膜７であるＩＴＯ膜は可視光に対しては実質的に透明な導電膜であるが、その波長選択性に関しては後述する。波長選択膜７の表面には、液浸露光時に使用される液体Ｌｑに対して撥液性のコーティング（不図示）が施されている。導電性を持つ波長選択膜７は、撥液性のコーティングが施されていない部分で、金属等の接地用部材ＥＬを介してウエハテーブルＷＴＢ内の接地ラインに連結されている。従って、波長選択膜７（ＩＴＯ膜）は実質的に接地されているため、波長選択膜７及びその下のカバーガラス５に静電気が帯電することが防止され、波長選択膜７の表面に微小な異物が付着することが防止されている。なお、接地用部材ＥＬは必ずしも設けなくとも、或る程度の帯電防止効果は得られる。

図３において、プレート部２８ａは、スケール体２８ｂ〜２８ｅに対してそのカバーガラス５の厚さ分だけ厚く形成されている。プレート部２８ａの材料はパターン板４ｅと同様に低熱膨張率の材料である。プレート部２８ａも例えば真空吸着又は静電吸着によってウエハテーブルＷＴＢ上に保持されている。
なお、スケール体２８ｂ〜２８ｅ毎に個別にカバーガラス５を設けてもよい。さらに、プレート体２８の分割方法は任意であり、例えば第１〜第４のスケール体２８ｂ〜２８ｅを１体のプレートで構成してもよく、さらにプレート体２８全体を単一のプレートで構成してもよい。また、プレート部２８ａの表面もカバーガラス５で覆うようにしてもよい。

第１、第２のスケール体２８ｂ，２８ｃのカバーガラス５の裏面（パターン板の表面）に形成されているＸスケール３９Ｘ₁，３９Ｘ₂、及び第３、第４のスケール体２８ｄ，２８ｅのカバーガラス５の裏面（パターン板の表面）に形成されているＹスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂は、それぞれＹ方向及びＸ方向を長手方向とする格子線３７及び３８を所定ピッチでＸ方向及びＹ方向に沿って形成した反射型の回折格子（例えば位相型の回折格子）である。

上記各スケール３９Ｘ₁，３９Ｘ₂，３９Ｙ₁，３９Ｙ₂は、スケール体２８ｂ〜２８ｅ中のパターン板４ｅ等（例えば薄板状のガラス等）の表面に、例えば１００ｎｍ〜４μｍのピッチ（例えば１μｍピッチ）で例えばホログラム（例えば感光性樹脂に干渉縞を焼き付けて作成される）により反射型の回折格子を形成することで作製できる。なお、各スケールに用いられる回折格子は、機械的に溝等を形成して作製してもよい。なお、図３等では、図示の便宜上から、格子ピッチは、実際のピッチに比べて格段に広く図示されている。

また、本実施形態では、プレート部２８ａの一部に基準マークが形成された基準マーク板（不図示）が固定されている。この底面に、その基準マークと対応するレチクルＲのアライメントマークの像との位置関係を計測するレチクルアライメント系（不図示）が設置され、この検出結果が主制御装置２０に供給されている。さらに、ベース盤１２の上面１２ａに、ウエハステージＷＳＴと独立にＸ方向、Ｙ方向に移動可能に計測ステージ（不図示）が載置されている。計測ステージには、例えば投影光学系ＰＬの結像特性を計測する図６の空間像計測装置４５が配置されている。

次に、図２は図１のウエハステージＷＳＴ、この位置計測システム、及びウエハＷのアライメント系を示す平面図である。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２に示すように、投影ユニットＰＵの中心から−Ｙ方向に離れた位置に、Ｘ方向に概ね等間隔で並ぶ複数のアライメント系（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）が、固定アーム５４、及び回転軸を中心として回動可能なアーム５６_n（ｎ＝１〜４）の先端に固定されている。

本実施形態では、アライメント系ＡＬ１及びＡＬ２₁〜ＡＬ２₄のそれぞれとして、画像処理方式のアライメント系が用いられている。そのアライメント情報は主制御装置２０に供給される。なお、アライメント系の数は５つに限られるものでなく、１つのみ（例えばプライマリアライメント系ＡＬ１のみ）でもよい。
図２において、前述した投影光学系ＰＬの下端のノズルユニット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，６２Ｂ，６２Ｃ，６２Ｄが配置されている。これらのヘッドユニット６２Ａ〜６２Ｄを構成する複数のＹヘッド６４及びＸヘッド６６は、図２では２点鎖線で示すように、メインフレーム（不図示）に連結された取り付け板６３Ａ〜６３Ｄに固定されている。Ｙヘッド６４及びＸヘッド６６は、それぞれＹ方向及びＸ方向に所定ピッチで形成された回折格子にレーザビームを照射して、回折格子から発生する回折光を光電変換して、その回折格子のＹ方向及びＸ方向の位置を例えば０．５〜０．１ｎｍの分解能で計測する。

ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃは、投影ユニットＰＵの＋Ｘ側、−Ｘ側にそれぞれＸ方向に沿って、投影光学系ＰＬの光軸を通りＸ軸と平行な直線ＬＨ上に所定間隔で配置された複数（ここでは６個）のＹヘッド６４を備えている。Ｙヘッド６４はそれぞれ前述のＹスケール３９Ｙ₁又は３９Ｙ₂を用いて、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＹ方向の位置（Ｙ位置）を計測する。また、ヘッドユニット６２Ｂ，６２Ｄは、投影ユニットＰＵの＋Ｙ側、−Ｙ側にそれぞれ光軸を通りＹ軸と平行な直線ＬＶ上にほぼ所定間隔で配置された複数（ここでは７個及び１１個（ただし、図２ではその１１個のうちのプライマリアライメント系ＡＬ１と重なる３個は不図示））のＸヘッド６６を備えている。Ｘヘッド６６は、それぞれ前述のＸスケール３９Ｘ₁又は３９Ｘ₂を用いて、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＸ方向の位置（Ｘ位置）を計測する。

従って、図２のヘッドユニット６２Ａ及び６２Ｃは、それぞれＹスケール３９Ｙ₁及び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のＹ軸のリニアエンコーダ（以下、適宜、Ｙエンコーダと略述する）７０Ａ及び７０Ｃ（図６参照）を構成する。Ｙエンコーダ７０Ａ，７０Ｃはそれぞれ複数のＹヘッド６４の計測値の切り替え（常にＹスケール３９Ｙ₁及び３９Ｙ₂に対向しているＹヘッド６４の計測値を用いること）を行う切り替え制御部を備えている。

また、ヘッドユニット６２Ｂ及び６２Ｄは、基本的にそれぞれＸスケール３９Ｘ₁及び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、多眼のＸ軸のリニアエンコーダ（以下、適宜、Ｘエンコーダと略述する）７０Ｂ及び７０Ｄ（図６参照）を構成する。Ｘエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄはそれぞれ複数のＸヘッド６６の計測値の切り替え（常にＸスケール３９Ｘ₁及び３９Ｘ₂に対向しているＸヘッド６６の計測値を用いること）を行う切り替え制御部を備えている。

さらに、図２のセカンダリアライメント系ＡＬ２₁，ＡＬ２₄の−Ｘ側及び＋Ｘ側に、ほぼ対称に検出点が配置されるＹヘッド６４ｙ₁，６４ｙ₂がそれぞれ設けられている。Ｙヘッド６４ｙ₁，６４ｙ₂は、ウエハステージＷＳＴ上のウエハＷの中心が上記直線ＬＶ上にある図２に示される状態では、Ｙスケール３９Ｙ₂，３９Ｙ₁にそれぞれ対向している。アライメント動作の際などでは、Ｙヘッド６４ｙ₁，６４ｙ₂（すなわち、これらＹヘッド６４ｙ₁，６４ｙ₂を含む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方向の角度が計測される。

Ｙヘッド６４，６４ｙ₁，６４ｙ₂は同一構成であり、Ｘヘッド６６はＹヘッド６４を９０°回転した構成である。以下、Ｙスケール３９Ｙ₂ を検出するためのＹエンコーダ７０Ａ内の一つのＹヘッド６４の検出原理の一例につき図４を参照して説明する。
図４において、Ｙヘッド６４から例えば３０°程度の入射角φａで計測方向（ここではＹ方向）に対称に射出された１対のレーザビームＬＢ１，ＬＢ２は、スケール体２８ｅの波長選択膜７、カバーガラス５、及び接着層６を介して、パターン板４ｅのＹスケール３９Ｙ₂に入射する。レーザビームＬＢ１，ＬＢ２は、一例として半導体レーザ等から射出されて、中心波長λｘｙが７９０ｎｍ、半値幅が０．０１ｎｍ以下の高い可干渉性を有する光である。波長選択膜７及びカバーガラス５におけるレーザビームＬＢ１，ＬＢ２の透過率は、波長選択膜７におけるレーザビームＬＢ１，ＬＢ２の反射率よりも高くなっている。一例として、波長選択膜７及びカバーガラス５におけるレーザビームＬＢ１，ＬＢ２の透過率はほぼ０．８以上であり、波長選択膜７におけるレーザビームＬＢ１，ＬＢ２の反射率はほぼ０．２以下である。また、接着層６におけるレーザビームＬＢ１，ＬＢ２の光量損失は極めて小さい。

Ｙスケール３９Ｙ₂からは、レーザビームＬＢ１，ＬＢ２の１次回折光LB1D,LB2Dが対称に回折角φｂ（ほぼ入射角φａに等しい）で発生し、これらの１次回折光LB1D，LB2DはＹヘッド６４内のミラーで反射され、入射時と同じ光路を逆方向にＹスケール３９Ｙ₂に戻る。そして、さらにＹスケール３９Ｙ₂で対称に発生する１対の１次回折光が、回折角φａで入射時のレーザビームＬＢ１，ＬＢ２の光路に沿ってＹヘッド６４に戻る。Ｙヘッド６４に戻った１対の１次回折光の干渉光を光電変換して電気信号を生成する。この電気信号を用い、Ｙスケール３９Ｙ₂のピッチの１／２をさらに例えば数１００分の１以上に内挿した計測パルスを生成することで、パターン板４ｅ（スケール体２８ｅ）のＹヘッド６４に対するＹ方向の相対位置をレーザ干渉計と同等の分解能で高精度に計測できる。

なお、Ｙヘッド６４の構成例については、例えば米国特許第５，６１０，７１５号明細書に開示されている。上記の説明から分かるように、Ｙヘッド６４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。上述したエンコーダ７０Ａ〜７０Ｄの計測値は、主制御装置２０に供給され、主制御装置２０は、エンコーダ７０Ａ〜７０Ｄ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。

次に、本実施形態の露光装置ＥＸは、図２に示すように、照射系９０ａ及び受光系９０ｂから成る、例えば米国特許第５，４４８，３３２号明細書に開示されるものと同様の構成の斜入射方式の多点のオートフォーカスセンサ（以下、多点ＡＦ系と呼ぶ。）９０を備えている。一例として、投影光学系ＰＬと、ウエハステージＷＳＴ上のウエハのローディング位置ＬＰ及びアンローディング位置ＵＰとのＹ方向の間の領域に、多点ＡＦ系９０の照射系９０ａ及び受光系９０ｂが不図示のメインフレームに支持されて配置されている。

本実施形態では、多点ＡＦ系９０の検出領域ＡＦのＸ方向の長さは、ウエハＷの直径とほぼ等しい程度に設定されている。そして、多点ＡＦ系９０の複数の計測点は、検出領域ＡＦ内に１行又は複数行（例えば２行）に配置される。この場合、検出領域ＡＦに対してウエハＷをＹ方向に１回走査するだけで、多点ＡＦ系９０によってウエハＷのほぼ全面でＺ位置の分布（面位置情報）を計測できる。また、検出領域ＡＦは、Ｙ方向に関して、前述の液浸領域１４（露光領域ＩＡ）とアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２₁〜ＡＬ２₄の検出領域との間に配置されているので、多点ＡＦ系９０とアライメント系とでその検出動作を並行して行うことが可能となっている。

本実施形態の露光装置ＥＸは、多点ＡＦ系９０の複数の計測点のうち両端に位置する計測点の近傍、すなわち検出領域ＡＦの両端部近傍に、Ｘ方向に関して対称な配置で、各一対の被検面のＺ位置計測用の面位置センサ（以下、Ｚセンサと呼ぶ）７２ａ，７２ｂ及び７２ｃ，７２ｄを備えている。これらの同一構成のＺセンサ７２ａ，７２ｂ及び７２ｃ，７２ｄは、例えばメインフレーム（不図示）に連結された取り付け板６３Ｃ，６３Ａに固定されている。Ｚセンサ７２ａ〜７２ｄは、被検面に対し上方から光束を照射し、その反射光を受光してその光の照射点における被検面の法線方向（ここではＺ方向）の位置情報を計測するセンサである。

図２において、ヘッドユニット６２Ｃ及び６２Ａは、それぞれ複数のＹヘッド６４の検出中心を結ぶＸ軸に平行な直線ＬＨを挟むように対称に、かつ直線ＬＨに平行な２本の直線に沿って所定間隔で配置された複数（ここでは各６個、合計で１２個）のＺセンサ７４_i,j（ｉ＝１，２、ｊ＝１〜６）及びＺセンサ７６_p,q（ｐ＝１，２、ｑ＝１〜６）を備えている。各Ｚセンサ７４_i,j及び７６_p,qとしては、前述のＺセンサ７２ａ〜７２ｄと同様のセンサが用いられている。また、一対のＺセンサ７４_1,4，７４_2,4は、Ｚセンサ７２ａ，７２ｂと同一のＹ軸に平行な直線上に位置しており、一対のＺセンサ７６_1,3，７６_2,3は、Ｚセンサ７２ｃ，７２ｄと同一のＹ軸に平行な直線上に位置している。Ｚセンサ７４_i,j及び７６_p,qは例えば取り付け板６３Ｃ，６３Ａに固定されている。

本実施形態では、例えばヘッドユニット６２Ｃ中のＹヘッド６４と、Ｚセンサ７２ａと、図３のＹ軸のスケール体２８ｅとから、スケール体２８ｅ（又はこれが固定されているウエハテーブルＷＴＢ）のＹ方向及びＺ方向の位置情報を検出する一つの検出ユニット２ＹＺが構成されている。なお、複数のＹヘッド６４と、複数のＺセンサ７２ａ〜７２ｄ，７４_i,j，７６_p,qと、Ｙ軸のスケール体２８ｄ，２８ｅとの組み合わせに応じて、多数のＹ方向及びＺ方向の検出ユニットが構成可能である。同様に、ヘッドユニット６２Ｂ中のＸヘッド６６と、Ｚセンサ７６_1,1 等と、Ｘ軸のスケール体２８ｂとから、スケール体２８ｂ（又はこれが固定されているウエハテーブルＷＴＢ）のＸ方向及びＺ方向の位置情報を検出する一つの検出ユニット２ＸＺが構成されている。

次に、検出ユニット２ＹＺ中のＺセンサ７２ａの構成例につき図４を参照して説明する。
図４は、図２の検出ユニット２ＹＺを示す拡大図である。図４において、検出ユニット２ＹＺは、スケール体２８ｅと、Ｙヘッド６４と、Ｚセンサ７２ａとを有し、スケール体２８ｅの上方（＋Ｚ方向）にＺセンサ７２ａ及びヘッドユニット６２Ｃ（Ｙエンコーダ７０Ｃ）のＹヘッド６４が位置している。スケール体２８ｅの上部の波長選択膜７の表面はほぼＸＹ平面に平行（Ｚ軸に垂直）である。

Ｚセンサ７２ａは、互いに周波数が所定量だけ異なり、偏光方向が直交している２つの可干渉なレーザビームよりなるヘテロダインビームＬＢＨを射出する光源部２１と、ヘテロダインビームＬＢＨを＋Ｙ方向に向かうＳ偏光の参照ビームＬＢＲと、スケール体２８ｅの波長選択膜７（−Ｚ方向）に向かうＰ偏光の計測ビームＬＢＺとに分岐する偏光ビームスプリッタ２２とを有する。さらに、Ｚセンサ７２ａは、参照ビームＬＢＲ及び計測ビームＬＢＺをそれぞれ円偏光に変換する１／４波長板２３Ａ及び２３Ｂと、円偏光の参照ビームＬＢＲを反射して１／４波長板２３Ａを介してＰ偏光として偏光ビームスプリッタ２２に戻すミラー２４とを有する。この場合、波長選択膜７は、導電性を有し計測ビームＬＢＺの少なくとも一部を反射するとともに、Ｙヘッド６４から射出されるレーザビームＬＢ１，ＬＢ２の大部分を透過する（詳細後述）。偏光ビームスプリッタ２２と波長選択膜７との間隔は、偏光ビームスプリッタ２２とミラー２４との間隔とほぼ同じに設定されている。

波長選択膜７で反射された計測ビームＬＢＺは１／４波長板２３Ｂを介してＳ偏光として偏光ビームスプリッタ２２に戻る。偏光ビームスプリッタ２２に戻された参照ビームＬＢＲ及び計測ビームＬＢＺは、偏光ビームスプリッタ２２の接合面で同軸に合成されて干渉光ＬＢＩとなる。Ｚセンサ７２ａは、干渉光ＬＢＩの偏光方向を合わせる偏光板（検光子）２３Ｐと、偏光板２３Ｐを通過した干渉光ＬＢＩを検出する光電センサ２５と、光電センサ２５の検出信号を処理して波長選択膜７のＺ方向の変位、ひいてはスケール体２８ｅの計測ビームＬＢＺの照射点におけるＺセンサ７２ａに対するＺ位置を求める信号処理系２６とを有する。求められたＺ位置が主制御装置２０に供給される。Ｚ位置の計測分解能は例えば１ｎｍ程度である。

光源部２１は、一例としてレーザビームを発生する半導体レーザ等のレーザ光源と、そのレーザビームを２分割するビームスプリッタと、分割した一方のレーザビームの周波数を変調する変調器と、２つのレーザビームを伝送する偏波面保持型の２つの光ファイバーと、２つの光ファイバーから射出されるレーザビームを合成する偏光ビームスプリッタとを有する。本実施形態では、Ｚセンサ７２ａの計測ビームＬＢＺ及び参照ビームＬＢＲとして、中心波長λｚが約１．５５μｍで、半値幅Δλが３ｎｍ程度又はこれ以上の比較的広帯域のレーザ光が使用されている。ビームＬＢＺ，ＬＢＲの可干渉距離Ｌｃｏは、次のようにほぼ０．８ｍｍ程度又はこれ以下となる。

Ｌｃｏ≦λｚ²／Δλ≒０．８０（ｍｍ） …（１）
従って、偏光ビームスプリッタ２２と波長選択膜７との間隔と、偏光ビームスプリッタ２２とミラー２４との間隔との差は、初期状態で０．２ｍｍ（往復の光路差で０．４ｍｍ）程度以下に設定することが好ましい。これによって、波長選択膜７（スケール体２８ｅ）のＺ位置の計測レンジはほぼ０．２ｍｍ（往復の光路で０．４ｍｍ）程度又はこれ以下になる。さらに、計測ビームＬＢＺの可干渉距離Ｌｃｏはあまり長くないため、計測ビームＬＢＺのうちで波長選択膜７を透過してＹスケール３９Ｙ₂で反射された光束は、干渉光ＬＢＩ中でほぼオフセットの差となり、Ｚ位置の計測誤差（後述の非線形誤差）にはほとんど寄与しない。また、波長選択膜７に入射する計測ビームＬＢＺの断面形状はほぼ直径が１ｍｍ程度の円形である。従って、波長選択膜７の表面に微小なパーティクルが付着していても、計測誤差はほとんど生じない。

Ｚセンサ７２ａにおいても、計測ビームＬＢＺ及び参照ビームＬＢＲの光路長は短いため、空気揺らぎの影響が非常に小さい。従って、Ｚセンサ７２ａは、例えばレーザ干渉計と比較しても、空気が揺らぐ程度の短い期間における計測安定性（短期安定性）に格段に優れている。
次に、本実施形態のスケール体２８ｅのＩＴＯ膜よりなる波長選択膜７につき詳細に説明する。波長選択膜７は導電性であるが、波長選択膜７の好ましい波長選択特性は、Ｚセンサ７２ａの中心波長λｚ（ここでは約１５５０ｎｍ）の計測ビームＬＢＺに対する反射率が高く、かつ透過率が低い（吸収率が大きい）とともに、Ｙヘッド６４から射出される中心波長λｘｙ（ここでは約７９０ｎｍ）のレーザビームＬＢ１，ＬＢ２に対する透過率が高いことである。なお、パターン板４ｅのＹスケール３９Ｙ₂を覆うカバーガラス５として通常のガラスを使用するものとして、カバーガラス５の厚さが１．５ｍｍ程度までであれば、カバーガラス５自体の計測ビームＬＢＺ及びレーザビームＬＢ１，ＬＢ２に対する反射率はともにほぼ０．０５で、透過率はともにほぼ０．９５である。

本実施形態の波長選択膜７は導電性を持つＩＴＯ膜であるため、その屈折率は次のような複素屈折率ｎ’で表すことができる。なお、ｎは通常の屈折率、ｋは消衰係数、ｉは虚数単位である。
ｎ’＝ｎ＋ｉ・ｋ …（２）
また、ＩＴＯ膜のキャリア密度ｃｄ（／ｃｍ³)を変えた場合の、ＩＴＯ膜に入射する光の波長λと複素屈折率（屈折率ｎ及び消衰係数ｋ）との関係のシミュレーション結果の一例を図５（Ａ）に示す。この図５（Ａ）及び後述の図５（Ｂ）については、参考文献「南 内嗣：透明導電膜の新展開＜３＞ＩＴＯとその代替材料開発の現状，ｐ．２２４（図２、図３）（シーエムシー出版，２００８年４月）」に記載されている。このシミュレーションは、電気伝導率のモデルとして、ドルーデの式(Drude's formula)を使用し、このモデルから複素誘電率、ひいては複素屈折率を計算したものである。

図５（Ａ）において、横軸は波長λ（ｎｍ）、縦軸は屈折率ｎ及び消衰係数ｋであり、横軸中に中心波長λｘｙ及びλｚが示されている。図５（Ａ）において、曲線Ａｎ６、Ａｎ３、Ａｎ２はそれぞれキャリア密度ｃｄが６×１０²⁰／ｃｍ³、３×１０²⁰／ｃｍ³、２×１０²⁰／ｃｍ³の場合の波長λに対する屈折率ｎを示す。また、曲線Ｂｋ６、Ｂｋ３、Ｂｋ２はそれぞれキャリア密度ｃｄが６×１０²⁰／ｃｍ³、３×１０²⁰／ｃｍ³、２×１０²⁰／ｃｍ³の場合の波長λに対する消衰係数ｋを示す。

図５（Ａ）の波長λｘｙ及びλｚの光に対する屈折率ｎ及び消衰係数ｋを記載したものが次の表１である。
［表１］
キャリア密度ｃｄ（／ｃｍ³） ６×１０²⁰ ３×１０²⁰ ２×１０²⁰
屈折率ｎ、消衰係数ｋ ｎ ｋ ｎ ｋ ｎ ｋ
波長λｘｙ（７９０ｎｍ） 1.75 0 1.9 0 1.95 0
波長λｚ（１５５０ｎｍ） 0.5 0.6 1.5 0.01 1.75 0

図５（Ａ）及び表１から、ＩＴＯ膜はキャリア密度ｃｄが高くなるほど消衰係数ｋが大きくなり、その内部を透過する光の吸収率が大きくなることが分かる。さらに、キャリア密度に関係なく、波長λが大きいほど、屈折率ｎが小さくなり透過率がほぼ低下する（反射率がほぼ上昇する）ことが分かる。また、キャリア密度ｃｄが３×１０²⁰／ｃｍ³であるときに、波長λｚに対する消衰係数ｋがほぼ０．０１となり、この場合に、ＩＴＯ膜の厚さが例えば５００ｎｍであると、その波長λｚの光に対する吸収率がほぼ１０％になる。

従って、本実施形態では、波長選択膜７（ＩＴＯ膜）の波長λｚの光に対する消衰係数ｋが０．０１以上であることが好ましい。
さらに、このように波長λｚの光に対する消衰係数ｋをほぼ０．０１以上にするには、波長選択膜７（ＩＴＯ膜）のキャリア密度ｃｄは３×１０²⁰／ｃｍ³以上である必要がある。これは、ＩＴＯ膜以外の透明導電膜についても当てはまるものと予測される。

なお、このように波長選択膜７が波長λｚの光を吸収しても、波長λｘｙの光に対する波長選択膜７の吸収は極めて小さいため、Ｙヘッド６４からのレーザビームＬＢ１，ＬＢ２は波長選択膜７を効率的に透過する。
本実施形態では、波長選択膜７として、表１のキャリア密度ｃｄが６×１０²⁰／ｃｍ³のＩＴＯ膜を使用するものとする。このＩＴＯ膜を厚さ５００ｎｍとした場合の波長λの光に対する透過率Ｔ（％）及び反射率（％）のシミュレーション結果を図５（Ｂ）に示す。図５（Ｂ）において、曲線ＡＴ６が透過率、曲線ＢＲ６が反射率を示す。図５（Ｂ）から、このＩＴＯ膜よりなる波長選択膜７の波長λｘｙ及びλｚの光に対する反射率Ｒはそれぞれほぼ１０％及び５０％であり、波長λｘｙ及びλｚの光に対する透過率Ｔはそれぞれほぼ８０％及び３０％であることが分かる。従って、波長選択膜７は、Ｚセンサ７２ａからの計測ビームＬＢＺに対する反射率が高く、Ｙヘッド６４からのレーザビームＬＢ１，ＬＢ２に対する透過率が高いため、Ｚセンサ７２ａ及びＹヘッド６４でそれぞれ高精度にスケール体２８ｅのＺ位置及びＹ方向の位置を計測できる。

次に、波長選択膜７の厚さｄを最適化する方法の一例につき説明する。波長選択膜７のＹヘッド６４からのレーザビームＬＢ１，ＬＢ２に対する透過率を高めるためには、波長選択膜７（ＩＴＯ膜）の厚さｄ（実際には光路長）を、レーザビームＬＢ１，ＬＢ２の中心波長λｘｙの１／２の整数倍とすることが好ましい。この場合、図４のレーザビームＬＢ１，ＬＢ２の波長選択膜７に対する入射角φａ及び回折角φｂの平均値φ０を２８°とする。また、波長λｘｙでの波長選択膜７の屈折率ｎは表１より１．７５であり、空気中の屈折率は１であるため、レーザビームＬＢ１，ＬＢ２の波長選択膜７における光路長Ｌｘは次のようになる。なお、入射角２８°で屈折率１．７５の媒体に入射する光の屈折角はほぼ１５．６°であることを利用している。

Ｌｘ＝１．７５×ｄ／ｃｏｓ１５．６° …（３）
この光路長Ｌｘが波長λｘｙ／２の整数倍となる条件は以下のようになる。なお、ｑは１以上の整数である。
Ｌｘ＝１．７５×ｄ／ｃｏｓ１５．６°＝ｑ×λｘｙ／２ …（４）
この式（４）で整数ｑを１としたときの条件をλ／２条件と呼ぶ。この場合に波長選択膜７の厚さｄは２１７ｎｍ（これをｄ１とする）となる。この条件では、波長選択膜７におけるレーザビームＬＢ１，ＬＢ２の透過率はほぼ１００％となる。一方、波長選択膜７における中心波長λｚの計測ビームＬＢＺに対する反射率は０．３０４、透過率は０．４２４となり、残りは吸収される。

次に、式（４）で整数ｑを２としたときの条件をλ条件と呼ぶ。この場合に波長選択膜７の厚さｄは４３４ｎｍ（これをｄ２とする）となる。この条件では、波長選択膜７におけるレーザビームＬＢ１，ＬＢ２の透過率はほぼ１００％となる。一方、波長選択膜７における中心波長λｚの計測ビームＬＢＺに対する反射率は０．１９、透過率は０．１５となり、残りは吸収される。

λ／２条件とλ条件とを比べると、波長選択膜７の計測ビームＬＢＺに対する透過率が小さいという観点からは、λ条件（式（４）の整数ｑを２（偶数）とした条件）の方が好ましいことになる。従って、波長選択膜７の厚さｄをレーザビームＬＢ１，ＬＢ２の光路長で換算した値は、レーザビームＬＢ１，ＬＢ２の中心波長λｘｙの１／２の偶数倍とすることがより好ましい。

なお、λ条件を用いる場合に、図５（Ｃ）に示すように、カバーガラス５の厚さを１ｍｍとして、計測ビームＬＢＭＺのうちで波長選択膜７を透過する光ＬＢＮに起因する計測誤差（非線形誤差）を評価した結果、その計測誤差は０．６７ｎｍ程度であった。
一方、λ／２条件を用いる場合に、図５（Ｄ）に示すように、カバーガラス５の厚さを１．３５ｍｍとして、計測ビームＬＢＭＺのうちで波長選択膜７を透過する光ＬＢＮに起因する計測誤差（非線形誤差）を評価した結果、その計測誤差は０．３９ｎｍ程度であった。従って、計測誤差の観点からは、λ条件でもλ／２条件でも使用可能である。

次に、本実施形態においては、ウエハＷにレチクルＲのパターンの像を露光する際には、投影光学系ＰＬの先端部とウエハＷとの間の液浸領域１４（露光領域ＩＡを含む）に液体Ｌｑが供給されるため、その液浸領域１４におけるウエハＷの表面のＺ位置を斜入射方式のＡＦ系で高精度に計測するのは困難である。そこで、ウエハＷの露光中には、Ｚセンサ７４_i,j及び７６_p,qのうちのいずれかで、ウエハステージＷＳＴ上のＹスケール３９Ｙ₂，３９Ｙ₁（より正確にはこの上の図４の波長選択膜７）のＺ位置を計測し、この計測値と予め多点ＡＦ系９０及びＺセンサ７２ａ〜７２ｄによって計測されているウエハＷ及びＹスケール３９Ｙ₂，３９Ｙ₁（波長選択膜７）のＺ位置分布とから、ウエハＷの表面のＺ位置分布を求める。そして、このようにして求めたＺ位置分布に基づいて、液浸法で露光中のウエハＷの表面を投影光学系ＰＬの像面に合焦させる。

また、図６には、露光装置ＥＸ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コンピュータから成る主制御装置２０を中心として構成されている。
以下、本実施形態の露光装置ＥＸにおいて、主制御装置２０の制御のもとで所定ロットのウエハに順次レチクルＲのパターンの像を露光する際の動作の一例につき説明する。この場合、予め図２のＺセンサ７２ａ〜７２ｄ、Ｚセンサ７４_i,j及び７６_p,q、並びに多点ＡＦ系９０のＺ位置の計測値は、例えばその被検面が投影光学系ＰＬの像面と同じＺ位置にあるときに０になるように調整が行われている。

先ず、図２のウエハステージＷＳＴの中心をローディング位置ＬＰに移動して、不図示のウエハローダ系からウエハステージＷＳＴ上にウエハＷをロードする。
次に、ウエハステージＷＳＴの中心を、投影光学系ＰＬの光軸を通りＹ軸に平行な直線ＬＶ上に移動した後、さらにウエハステージＷＳＴの中心が投影光学系ＰＬの露光領域（露光位置）の方向に移動するように、ウエハステージＷＳＴの＋Ｙ方向への移動を開始する。その移動中、プライマリアライメント系ＡＬ１で基準マーク（不図示）の位置計測を行う。

さらにウエハステージＷＳＴを＋Ｙ方向に移動して、Ｚセンサ７２ａ〜７２ｄによってウエハＷの両側のＹスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂（波長選択膜７）の表面のＺ位置を計測しつつ、多点ＡＦ系９０の検出領域ＡＦでウエハＷの全面を走査して、Ｙスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂（波長選択膜７）のＺ位置を基準として、ウエハＷ表面のＺ位置分布を計測する。この計測結果は、主制御装置２０内の記憶部に記憶される。

また、上述のように、ウエハステージＷＳＴをＹ方向に移動して多点ＡＦ系９０でウエハＷの表面のＺ位置分布を計測する途中で、計測対象のアライメントショットのウエハマークがアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２₁〜ＡＬ２₄の検出領域内に入ったときにウエハステージＷＳＴを停止させて、順次、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２₁〜ＡＬ２₄によってそのウエハマークの位置を検出する。その後、主制御装置２０は、計測された複数のウエハマークの座標を用いて、例えばＥＧＡ方式でウエハの全部のショット領域の配列座標（ショット配列）を算出する。

次に算出された配列座標に基づいて図６のエンコーダ７０Ａ〜７０Ｄの計測値を用いてウエハステージＷＳＴを駆動することで、図７に示すように、液浸方式で、かつステップ・アンド・スキャン方式でウエハＷ上の全部のショット領域に投影光学系ＰＬを介してレチクルＲのパターン像を露光する。この際に、投影光学系ＰＬを挟むように配置されている図２のＺセンサ７４_i,j 及び７６_p,q を用いて、ウエハＷの両側のＹスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂（波長選択膜７）の表面のＺ位置を計測し、この計測値と上記のように求められているウエハＷ表面のＺ位置分布とからウエハＷ表面のＺ位置を間接的に求め、このように求めたウエハＷ表面のＺ位置に基づいてウエハステージＷＳＴのＺ・レベリング機構を駆動して、ウエハＷの表面を投影光学系ＰＬの像面に合焦させる。

次に、ウエハステージＷＳＴの中心を図７のアンローディング位置ＵＰに移動して、露光済みのウエハＷのアンロードを行って、そのウエハＷを不図示のウエハローダ系に受け渡す。次に未露光のウエハがあるかどうかを判定し、未露光のウエハがある場合にはウエハのローディングを行った後、上記の露光動作を繰り返す。
本実施形態によれば、予め多点ＡＦ系９０及びＺセンサ７２ａ〜７２ｄによって、Ｙスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂（波長選択膜７）の表面を基準として、ウエハＷの表面のＺ位置分布を計測しておくことによって、液浸領域１４を介してウエハＷを露光する際に、オートフォーカス方式でウエハＷの表面を投影光学系ＰＬの像面に高精度に合焦できる。従って、ウエハＷの各ショット領域に微細な回路パターンを高精度に形成できる。

本実施形態の効果等は以下の通りである。
（１）本実施形態の検出ユニット２ＹＺ（位置検出装置）はスケール体２８ｅのＹ方向、及びＺ方向の位置を検出するものである。また、本実施形態のスケール体２８ｅは、Ｙスケール３９Ｙ₂（スケールパターン）が形成されたパターン板４ｅと、パターン板４ｅに設けられ、Ｙスケール３９Ｙ₂を覆うカバーガラス５と、カバーガラス５の表面に形成され、互いに異なる波長域の計測ビームＬＢＺ（第１の光）及びレーザビームＬＢ１，ＬＢ２（第２の光）に対して波長選択性を有する波長選択膜７と、を備えている。そして、波長選択膜７を介してカバーガラス５を透過する計測ビームＬＢＺの透過率は、カバーガラス５のみ透過する計測ビームＬＢＺの透過率より低く、波長選択膜７を介してカバーガラス５を透過するレーザビームＬＢ１，ＬＢ２の透過率は、波長選択膜７で反射するレーザビームＬＢ１，ＬＢ２の反射率より高く設定されている。

このスケール体２８ｅによれば、Ｙスケール３９Ｙ₂を覆うカバーガラス５の表面に形成された波長選択膜７に計測ビームＬＢＺを照射し、波長選択膜７からの反射光を検出することによって、波長選択膜７の法線方向（Ｚ方向）の位置情報、ひいてはＹスケール３９Ｙ₂の形成面の法線方向の位置情報を検出できる。この際に、Ｙスケール３９Ｙ₂の形成面に直接に計測ビームＬＢＺを照射する場合に比べて、Ｙスケール３９Ｙ₂からの回折光又は反射光の影響が少ないため、計測精度を向上できる。さらに、波長選択膜７及びカバーガラス５のレーザビームＬＢ１，ＬＢ２に対する透過率は比較的高いため、レーザビームＬＢ１，ＬＢ２を用いてＹスケール３９Ｙ₂の表面に沿った方向の位置を高精度に検出できる。

（２）また、波長選択膜７はＩＴＯ膜よりなり導電性を有するため、波長選択膜７及びカバーガラス５の帯電が防止できる。なお、ＩＴＯ膜以外の透明導電膜も使用可能である。
さらに、波長選択膜７は必ずしも導電性を有する必要はない。
（３）また、本実施形態の検出ユニット２ＹＺは、ウエハステージＷＳＴのウエハテーブルＷＴＢ（移動体）の位置情報を検出する位置検出装置であって、ウエハテーブルＷＴＢに設けられる本実施形態のスケール体２８ｅと、ウエハテーブルＷＴＢと異なる取り付け板６３Ｃに設けられ、計測ビームＬＢＺを波長選択膜７に照射し、波長選択膜７から戻される光を受光して、カバーガラス５の表面の法線方向（Ｚ方向）に沿ったスケール体２８ｅの位置情報を検出するＺセンサ７２ａ（第１検出系）と、取り付け板６３Ｃに設けられ、レーザビームＬＢ１，ＬＢ２を波長選択膜７及びカバーガラス５を介してＹスケール３９Ｙ₂に照射し、Ｙスケール３９Ｙ₂から戻される光を受光して、パターン板４ｅの表面に沿った方向（Ｙ方向）のスケール体２８ｅの位置情報を検出するＹヘッド６４（第２検出系）と、を備えている。

この検出ユニット２ＹＺによれば、Ｙヘッド６４によってスケール体２８ｅ（Ｙスケール３９Ｙ₂）のＹ方向の位置を高精度に計測できるとともに、Ｙスケール３９Ｙ₂における回折又は反射に影響されることなく、Ｚセンサ７２ａによってスケール体２８ｅ（波長選択膜７）のＺ方向の位置を高精度に計測できる。
（４）また、Ｚセンサ７２ａは、波長選択膜７からの反射光と参照ビームＬＢＲ（参照光）との干渉光を検出しているため、スケール体２８ｅのＺ位置を極めて高い分解能で計測できる。

なお、本実施形態のＺセンサ７２ａは、ヘテロダイン干渉方式であるが、その代わりにホモダイン干渉方式でもよい。この場合、干渉する２つのレーザビームの一方を位相変調しておいてもよい。
（５）また、本実施形態のウエハステージＷＳＴを含むステージ装置は、ウエハＷ（物体）を保持して移動するウエハステージＷＳＴ（移動体）と、ウエハステージＷＳＴの位置情報を検出する検出ユニット２ＹＺ（及び２ＸＺ）を備えている。従って、レーザ干渉計を用いる場合に想定される計測ビームの光路の揺らぎによる計測誤差を低減させて、ウエハステージＷＳＴの位置を高精度に計測できる。

（６）また、本実施形態の露光装置ＥＸは、投影ユニットＰＵ（露光光学系）を介してウエハＷ（基板）を露光する露光装置において、ウエハＷを移動するために、そのウエハステージＷＳＴを含むステージ装置を備えている。この場合、ウエハステージＷＳＴの位置を高精度に制御できるため、ウエハＷに対して高精度に露光を行うことができる。

なお、上記の実施形態では、ウエハステージＷＳＴのウエハテーブルＷＴＢにスケール体２８ｅ等を設け、投影ユニットＰＵ側の取り付け板６３ＣにＺセンサ７２ａ及びＹヘッド６４等を設けている。しかしながら、投影ユニットＰＵ側の取り付け板６３Ｃにスケール体２８ｂ〜２８ｅと同様で、かつより大面積のスケール体を固定し、ウエハステージＷＳＴ（例えばウエハテーブルＷＴＢ）にＺセンサ７２ａ、Ｙヘッド６４、及びＸヘッド６６を固定してもよい。一例として、ウエハステージＷＳＴ側には、４箇所にそれぞれＺセンサ７２ａ、Ｙヘッド６４、及びＸヘッド６６よりなる計測系が配置される。この場合にも、Ｚセンサ７２ａ及びＹヘッド６４等を用いて、投影ユニットＰＵ側の取り付け板６３Ｃに対するウエハステージＷＳＴのＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向の位置情報を高精度に計測できる。

また、上記の実施形態では、パターン板４ｅとカバーガラス５とを接着層６を介して固定しているが、パターン板４ｅとカバーガラス５とは例えば圧着等で固定してもよい。
また、上記の実施形態では、Ｚセンサ７２ａの計測ビームＬＢＺとして半値幅が３ｎｍ程度又はこれ以上のレーザ光が使用されている。しかしながら、例えば波長選択膜７における計測ビームＬＢＺの透過率が小さい（又は吸収率が大きい）ときには、計測ビームＬＢＺとして半値幅が３ｎｍ程度以下の狭帯域のレーザ光を使用してもよい。
また、上記の実施形態の露光装置ＥＸ（露光方法）を用いて半導体デバイス等の電子デバイス（又はマイクロデバイス）を製造する場合、電子デバイスは、図８に示すように、電子デバイスの機能・性能設計を行うステップ２２１、この設計ステップに基づいたレチクル（マスク）を製作するステップ２２２、デバイスの基材である基板（ウエハ）を製造してレジストを塗布するステップ２２３、前述した実施形態の露光装置（露光方法）によりレチクルのパターンを基板（感光基板）に露光する工程、露光した基板を現像する工程、現像した基板の加熱（キュア）及びエッチング工程などを含む基板処理ステップ２２４、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、パッケージ工程などの加工プロセスを含む）２２５、並びに検査ステップ２２６等を経て製造される。

言い換えると、このデバイスの製造方法は、上記の実施形態の露光装置ＥＸ（露光方法）を用いてレチクルのパターンの像を基板（ウエハ）に転写することと、そのパターンの像が転写されたその基板をそのパターンの像に基づいて加工すること（ステップ２２４の現像、エッチング等）とを含んでいる。この際に、上記の実施形態によれば、露光装置のウエハステージＷＳＴのウエハテーブルＷＴＢ（基板）のＺ位置を高精度に制御でき、レチクルのパターンの像の合焦精度を向上できるため、電子デバイスを高精度に製造できる。

なお、本発明は、上述のステップ・アンド・スキャン方式の走査露光型の投影露光装置（スキャナ）の他に、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（ステッパ等）にも適用できる。さらに、本発明は、液浸型露光装置以外のドライ露光型の露光装置にも同様に適用することができる。
また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置に限らず、液晶表示素子やプラズマディスプレイなどを含むディスプレイの製造に用いられる、デバイスパターンをガラスプレート上に転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられるデバイスパターンをセラミックスウエハ上に転写する露光装置、並びに撮像素子（ＣＣＤなど）、有機ＥＬ、マイクロマシーン、ＭＥＭＳ(Microelectromechanical Systems)、及びＤＮＡチップなどの製造に用いられる露光装置などにも適用することができる。このように、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。

ＥＸ…露光装置、Ｒ…レチクル、Ｗ…ウエハ、ＷＴＢ…ウエハテーブル、ＷＳＴ…ウエハステージ、２ＹＺ…Ｙ方向及びＺ方向の検出ユニット、４ｅ…パターン板、５…カバーガラス、６…接着層、７…波長選択膜、２０…主制御装置、２８ｂ〜２８ｅ…スケール体、３９Ｙ₁，３９Ｙ₂…Ｙスケール、６２Ａ〜６２Ｄ…ヘッドユニット、６４…Ｙヘッド、７２ａ〜７２ｄ…Ｚセンサ、７４_i,j，７６_p,q…Ｚセンサ

Claims (13)

1. スケールパターンが形成されたパターン部材と、
   前記パターン部材に設けられ、前記スケールパターンを覆うカバー部材と、
   前記カバー部材の表面に形成され、互いに異なる波長域の第１の光及び第２の光に対して波長選択性を有する波長選択膜と、を備え、
   前記波長選択膜を介して前記カバー部材を透過する前記第１の光の透過率は、前記カバー部材のみを透過する前記第１の光の透過率より低く、前記波長選択膜を介して前記カバー部材を透過する前記第２の光の透過率は、前記波長選択膜で反射する前記第２の光の反射率より高いことを特徴とするスケール体。
2. 前記波長選択膜は導電性を有することを特徴とする請求項２に記載のスケール体。
3. 前記第１の光に対する前記波長選択膜の複素屈折率の消衰係数ｋの絶対値が少なくとも０．０１であることを特徴とする請求項２に記載のスケール体。
4. 前記第１の光の波長は前記第２の光の波長よりも長く、
   前記波長選択膜のキャリア密度が少なくとも３×１０²⁰／ｃｍ³であることを特徴とする請求項２又は３に記載のスケール体。
5. 前記波長選択膜は酸化インジウム・スズの膜であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載のスケール体。
6. 前記第２の光の波長をλとして、前記波長選択膜の光路長で表した厚さはλ／２の偶数倍であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のスケール体。
7. 移動体の位置情報を検出する位置検出装置であって、
   前記移動体に設けられる請求項１〜６のいずれか一項に記載のスケール体と、
   前記移動体と異なる部材に設けられ、前記第１の光を前記波長選択膜に照射し、前記波長選択膜から戻される光を受光して、前記カバー部材の表面の法線方向に沿った前記スケール体の位置情報を検出する第１検出系と、
   前記移動体と異なる部材に設けられ、前記第２の光を前記波長選択膜及び前記カバー部材を介して前記スケールパターンに照射し、前記スケールパターンから戻される光を受光して、前記パターン部材の表面に沿った方向の前記スケール体の位置情報を検出する第２検出系と、
   を備えることを特徴とする位置検出装置。
8. 移動体の位置情報を検出する位置検出装置であって、
   前記移動体と異なる部材に設けられる請求項１〜６のいずれか一項に記載のスケール体と、
   前記移動体に設けられ、前記第１の光を前記波長選択膜に照射し、前記波長選択膜から戻される光を受光して、前記カバー部材の表面の法線方向に沿った前記スケール体の位置情報を検出する第１検出系と、
   前記移動体に設けられ、前記第２の光を前記波長選択膜及び前記カバー部材を介して前記スケールパターンに照射し、前記スケールパターンから戻される光を受光して、前記パターン部材の表面に沿った方向の前記スケール体の位置情報を検出する第２検出系と、
   を備えることを特徴とする位置検出装置。
9. 前記第１検出系は、前記波長選択膜からの反射光と参照光との干渉光を検出することを特徴とする請求項７又は８に記載の位置検出装置。
10. 物体を保持して移動する移動体と、
    前記移動体の位置情報を検出する請求項７〜９のいずれか一項に記載の位置検出装置と、
    を備えることを特徴とするステージ装置。
11. 前記位置検出装置の検出結果に基づいて、前記移動体の移動制御を行う制御部を備えることを特徴とする請求項１０に記載のステージ装置。
12. 露光光学系を介して基板を露光する露光装置において、
    前記基板を移動するために、請求項１０又は１１に記載のステージ装置を備えることを特徴とする露光装置。
13. 請求項１１に記載の露光装置を用いて、基板にパターンを転写することと、
    前記パターンが転写された前記基板を前記パターンに基づいて加工することと、
    を含むデバイス製造方法。

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