JP4239728B2

JP4239728B2 - 露光装置

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Publication number: JP4239728B2
Application number: JP2003270531A
Authority: JP
Inventors: 正紀加藤
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Priority date: 2003-07-02
Filing date: 2003-07-02
Publication date: 2009-03-18
Anticipated expiration: 2023-07-02
Also published as: JP2005026613A

Description

本発明はマスクのパターンを基板に露光する露光装置に関するものである。

液晶表示デバイスや半導体デバイス等のマイクロデバイスは、成膜処理、露光処理、及びエッチング処理等の所定のプロセス処理を複数回繰り返し、基板上に複数のパターンを積層することで製造されるが、露光処理においては、マスクに形成されているパターンを感光性の基板上に転写する露光装置が用いられる。露光装置は、マスクを支持するマスクステージと基板を支持する基板ステージとを有し、マスクステージ及び基板ステージを逐次移動しながらマスクのパターンを投影光学系を介して基板に転写するものである。露光装置としては、基板上にマスクのパターン全体を同時に転写する一括型露光装置と、マスクステージと基板ステージとを同期走査しつつマスクのパターンを連続的に基板上に転写する走査型露光装置との２種類が主に知られている。このうち、液晶表示デバイスを製造する際には、表示領域の大型化の要求から走査型露光装置が主に用いられている。走査型露光装置には、複数の投影光学系を、隣り合う投影領域が走査方向で所定量変位するように、且つ隣り合う投影領域の端部どうしが走査方向と直交する方向に重複するように配置した、所謂マルチレンズ方式の走査型露光装置（マルチレンズスキャン型露光装置）がある。マルチレンズスキャン型露光装置は、良好な結像特性を維持しつつ、露光領域を得ることができる。

露光処理においては、既に基板に形成されているパターンに対して次に積層すべきパターンの像を精度良く重ね合わせる必要があるため、基板上のショット領域と次層のパターンを有するマスクとを位置合わせするアライメント処理が行われる。アライメント処理では、基板を支持する基板ステージの位置情報を例えば干渉計で計測しつつ、基板上に形成されたアライメントマークをアライメント系（マーク検出系）を使って計測することが行われる。下記特許文献１にはアライメント処理に関する技術の一例が開示されている。また、下記特許文献２、３には干渉計に関する技術の一例が開示されている。
特開２００１−３３２４９０号公報特開平５−１７２５１８号公報特開平５−１７２５１９号公報

アライメント方式としては、投影光学系とは別に設けられたアライメント系を使って基板上のアライメントマークを検出するオフ・アクシス方式と、投影光学系を介して基板上のアライメントマークを検出するＴＴＬ方式との２種類が主に知られている。ＴＴＬ方式は、アライメント系の検出領域中心とマスクのパターン像の中心（露光中心）との間隔であるベースラインの変動等の誤差要因が少ないという利点があるが、露光光と同じ波長域のアライメント用検出光を使うため、基板上のフォトレジストの薄膜干渉等の影響を受けたり、あるいはフォトレジストの表面に露光光に対する反射防止膜が設けられている場合に反射光が低減しアライメントマークの検出が困難となる。露光光と異なる波長のアライメント用検出光を用いることが考えられるが、投影光学系は露光光の波長に対してのみ良好に収差補正されているので、アライメント用検出光に対する色収差が大きくなり、マーク位置検出精度が低下するおそれがある。一方、オフ・アクシス方式は、投影光学系を介さないため、アライメント用検出光としては、基板上のフォトレジストの薄膜干渉等の影響を軽減するために、例えばハロゲンランプ等からのフォトレジストに対する感光性の低い波長域で、且つ広帯域の検出光を使用することができる等、自由度の高いアライメント系を構成できる。

ところで、従来において、上記複数の投影光学系やアライメント系はウイングと呼ばれる別々の支持体を介してそれぞれ独立してコラム（露光装置のボディ）に支持されている構成であった。ところが、マスクステージや基板ステージが移動した際、僅かではあるがコラムに歪み変形が生じる場合があり、これによりアライメント系の姿勢が変化してマーク位置計測に誤差が生じ、アライメント精度の低下を招いてパターンの重ね合わせ精度を劣化させるという不都合が生じる。特に、スループットの向上を目的としてアライメント系を複数設けてマーク計測を同時に行おうとする場合、複数のアライメント系の互いの相対位置が変化して精度良いアライメント処理を行うことができなくなる。また、液晶表示デバイスを製造するための走査型露光装置の投影光学系は正立等倍系が一般であって走査露光の際マスクステージと基板ステージとは同じ方向に移動するため、コラムに対する偏荷重が大きくなり、上記問題が顕著に現れる。更に、基板の大型化の要求に伴って装置全体（コラム全体）も大型化し、コラムの十分な剛性が得られず、上記問題が更に顕著に現れるようになった。

また、基板ステージの移動ストロークの長大化あるいは基板ステージ自体の大型化により、移動時における基板ステージの直交度誤差や回転方向の位置ずれが大きくなる可能性があり、アライメント処理において、上述した干渉計を使って基板ステージの位置計測を行いつつアライメント系を使ってマーク計測を行う場合に基板ステージが回転してしまうと、基板ステージに設けられている移動鏡に対して干渉計より照射した測定光の反射光が干渉計の受光部に対してずれた位置に戻ることになり、参照鏡に照射された参照光の反射光と移動鏡に照射された測定光の反射光とが重なり合わず、十分な干渉が得られずにステージ位置計測を良好に行うことができないという問題も生じる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、コラムに生じる歪み変形に起因してアライメント系の姿勢が変動したり、あるいはステージの回転により干渉計の測定光の光路がずれる状況が生じても、良好にアライメント処理できる露光装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明は実施の形態に示す図１〜図２２に対応付けした以下の構成を採用している。
本発明の露光装置（ＥＸ）は、マスクステージ（ＭＳＴ）に支持されたマスク（Ｍ）のパターンを基板ステージ（ＰＳＴ）に支持された基板（Ｐ）に露光する露光装置において、基板（Ｐ）上に形成されたアライメントマーク（ｍ１〜ｍ６）を検出可能な複数のマーク検出系（ＡＬ１〜ＡＬ６）と、複数のマーク検出系（ＡＬ１〜ＡＬ６）を一体で姿勢変化するように支持する検出系支持部（１、Ｕ）と、マスクステージ（ＭＳＴ）及び基板ステージ（ＰＳＴ）の少なくとも一方に対する検出系支持部（１、Ｕ）の相対的な姿勢を検出する姿勢検出装置（６〜１５、ＳＹＳ、ＡＦ、ＣＯＮＴ）とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、複数のマーク検出系を一体で姿勢変化するように検出系支持部で支持したことにより、ステージの移動などにより仮にコラムに歪み変形が生じたとしても、複数のマーク検出系は検出系支持部とともに一体的に変動するので、複数のマーク検出系どうしの相対位置は変動しない。そして、検出系支持部に支持されたマーク検出系の姿勢を検出する姿勢検出装置を設けたことにより、姿勢検出装置の検出結果に基づいてマーク検出系の検出結果を補正するといったこと等が可能となるので、マーク位置計測を精度良く行うことができる。また、これら複数のマーク検出系を使って基板上の複数のアライメントマークを同時に計測するといったことが可能となり、露光処理（アライメント処理）のスループットを向上することができる。

本発明の露光装置（ＥＸ）は、位置計測に用いる干渉計（６〜１５、ＳＹＳ）を備えた露光装置において、干渉計（６〜１５、ＳＹＳ）は、光源（１２０）と、光源（１２０）から射出された光束を測定光（８３Ａなど）及び参照光（８０Ａなど）に分割する分割部（１２４）と、測定光を反射する測定光反射部（８３など）と、参照光を反射する参照光反射部（８０など）と、測定光反射部（８３）で反射された測定光と参照光反射部（８０）で反射された参照光とを合成する合成部（１２４）と、合成した光束を受光する受光部（１３０）と、受光部（１３０）に入射する光束を制限する制限手段（１２９）とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、仮に測定光反射部で反射した測定光の光路が変動し、参照光反射部で反射した参照光と十分に重なり合わない状況が生じても、制限手段により光束を制限して前記重なり合った重複光成分を抽出して受光部に入射させることにより、位置計測を精度良く行うことができる。つまり、測定光と参照光とが重なり合わない非重複光成分は受光部にとってノイズ成分であるため、制限手段によりノイズ成分である非重複光成分をカットし、位置情報を含んだ重複光成分を受光部に入射させることで、干渉計は位置計測を精度良く行うことができる。

また、従来において、基板の回転誤差を補正するために、基板を保持する基板ホルダの基板ステージに対する吸着保持を解除して基板ステージより上方に離し、ピン部材を押し当てることで大まかな位置計測をするポテンショ計測をした後、この計測結果に基づいて基板ホルダを回転することで基板の回転誤差を補正するプリアライメント処理を行い、基板ホルダを基板ステージに再度吸着するということが行われていた。しかしながらこの方法では、基板ホルダを基板ステージに対して再度吸着するために時間がかかり、スループットの低下を招く。また、基板ホルダを基板ステージ上で回転するために軽く（薄く）しなければならないが、基板ホルダを薄くすることで所望の平坦度が得られないといった問題が生じる。そこで、基板ステージ自体を回転することで基板の回転誤差を補正することが考えられる。なお、基板ステージの回転は、例えば基板ステージの両端部に設けられたリニアモータなどの移動装置のうち一方の移動装置に対する他方の移動装置の駆動量を変えてやればよい（つまり駆動量に差を設ければよい）。ところが、基板ステージの回転に伴って移動鏡も回転するため、上記同様、測定光の反射光が干渉計の受光部に戻らず、精度良いステージ位置計測を行うことができないという問題が生じる。しかしながら、制限手段によりノイズ成分である非重複光成分をカットすることで、ステージを回転してもこのステージの位置情報を干渉計を使って計測することができる。

本発明によれば、コラムに生じる歪み変形に起因してマーク検出系の姿勢が変動しても、定盤に支持されたマーク検出系の姿勢を姿勢検出装置で検出することにより、この検出結果に基づいてアライメント処理を良好に行うことができる。また、干渉計の受光部に入射する光束を制限する制限手段を設けたことにより、ステージの回転により干渉計の測定光の光路がずれる状況が生じても良好にアライメント処理できる。そして、このアライメント結果に基づいて高精度に露光処理できる。

以下、本発明の露光装置について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の露光装置の一実施形態を示す概略斜視図である。
図１において、露光装置ＥＸは、パターンが形成されたマスクＭを支持するマスクステージＭＳＴと、感光性の基板Ｐを支持する基板ステージＰＳＴと、マスクステージＭＳＴに支持されたマスクＭを露光光ＥＬで照明する照明光学系ＩＬと、露光光ＥＬで照明されたマスクＭのパターンの像を基板ステージＰＳＴに支持されている基板Ｐに投影する投影光学系ＰＬと、基板Ｐ上に形成されたアライメントマークを検出可能なアライメント系（マーク検出系）ＡＬと、投影光学系ＰＬの像面に対するマスクＭ及び基板Ｐの位置情報を検出するフォーカス検出系ＡＦと、投影光学系ＰＬ、アライメント系ＡＬ、及びフォーカス検出系ＡＦを支持する定盤１と、定盤１を支持するコラム（支持構造体）１００と、コラム１００に設けられた複数の干渉計（姿勢検出装置）６〜１５と、露光処理に関する動作を統括制御する制御装置ＣＯＮＴとを備えている。アライメント系ＡＬ及びフォーカス検出系ＡＦはハウジングＵに収容されてユニット化されており、このハウジングＵを介して定盤１に支持されている。また、干渉計６〜１５はコラム１００に支持されている。コラム１００は、上部プレート部１００Ａと、上部プレート部１００Ａの４隅のそれぞれより下方に延びる脚部１００Ｂとを有しており、床面に水平に載置されたベースプレート１１０上に設置されている。本実施形態において、投影光学系ＰＬは複数（７つ）並んだ投影光学モジュールＰＬａ〜ＰＬｇを有しており、照明光学系ＩＬも投影光学モジュールの数及び配置に対応して複数（７つ）の照明光学モジュールを有している。本実施形態において、基板Ｐはガラス基板に感光剤（フォトレジスト）を塗布したものである。

本実施形態に係る露光装置ＥＸは、投影光学系ＰＬに対してマスクＭと基板Ｐとを同期移動して走査露光する走査型露光装置であって、所謂マルチレンズスキャン型露光装置を構成している。以下の説明において、マスクＭ及び基板Ｐの同期移動方向をＸ軸方向（走査方向）、水平面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向（非走査方向）、Ｘ軸方向及びＹ軸方向と直交する方向をＺ軸方向とする。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸まわりのそれぞれの方向をθＸ、θＹ、及びθＺ方向とする。

照明光学系ＩＬは、複数の光源と、複数の光源から射出された光束を一旦集合した後に均等分配して射出するライトガイドと、ライトガイドからの光束を均一な照度分布を有する光束（露光光）に変換するオプティカルインテグレータと、オプティカルインテグレータからの露光光をスリット状に整形するための開口を有するブラインド部と、ブラインド部を通過した露光光をマスクＭ上に結像するコンデンサレンズとを備えている。コンデンサレンズからの露光光ＥＬはマスクＭの複数のスリット状の照明領域を照明する。本実施形態における光源には水銀ランプが用いられ、露光光ＥＬとしては、不図示の波長選択フィルタにより、露光に必要な波長であるｇ線（４３６ｎｍ）、ｈ線（４０５ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）などが用いられる。なお露光光ＥＬとして、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）、Ｆ_２レーザ光（波長１５７ｎｍ）を用いることもできる。

マスクステージＭＳＴは、コラム１００の上部プレート部１００Ａ上に設けられている。マスクステージＭＳＴは、マスクＭを保持するマスクホルダ２０と、上部プレート部１００Ａ上においてマスクホルダ２０をＸ軸方向に所定ストロークで移動可能な一対のリニアモータ２１、２１と、上部プレート部１００Ａに設けられ、Ｘ軸方向に移動するマスクホルダ２０を案内する一対のガイド部２２、２２とを備えている。なお、図１には−Ｙ側のリニアモータ２１及びガイド部２２は図示されていない。マスクホルダ２０はバキュームチャックを介してマスクＭを保持する。マスクホルダ２０の中央部にはマスクＭのパターン像が通過する開口部２０Ａが形成されている。リニアモータ２１のそれぞれは、上部プレート部１００Ａ上において支持部材２３で支持され、Ｘ軸方向に延びるように設けられた固定子２１Ａと、この固定子２１Ａに対応して設けられ、マスクホルダ２０のＹ軸方向両側に固定された可動子２１Ｂとを備えている。リニアモータ２１は、固定子２１Ａをコイルユニット（電機子ユニット）で構成し可動子２１Ｂを磁石ユニットで構成した所謂ムービングマグネット型リニアモータでもよいし、固定子２１Ａを磁石ユニットで構成し可動子２１Ｂをコイルユニットで構成した所謂ムービングコイル型リニアモータでもよい。そして、可動子２１Ｂが固定子２１Ａとの間の電磁気的相互作用により駆動することでマスクホルダ２０がＸ軸方向に移動する。ガイド部２２のそれぞれはＸ軸方向に移動するマスクホルダ２０を案内するものであって、Ｘ軸方向に延びるように設けられ、コラム１００の上部プレート部１００Ａに固定されている。マスクホルダ２０の下部にはガイド部２２と係合する凹部を有する被ガイド部材２４、２４が固定されている。被ガイド部材２４、２４とガイド部２２、２２との間には非接触ベアリングであるエアベアリングが設けられており、マスクホルダ２０はガイド部２２に対して非接触で支持されつつ、Ｘ軸方向に移動する。また、マスクステージＭＳＴは、不図示ではあるが、マスクＭを保持するマスクホルダ２０をＹ軸方向及びθＺ方向に移動する移動機構も有している。なお、マスクホルダ２０は移動機構により、θＸ、θＹ、及びＺ軸方向に移動可能に設けられてもよい。そして、上記リニアモータ及び移動機構によりマスクホルダ２０の姿勢が調整可能である。以下の説明では、マスクホルダ２０（マスクステージＭＳＴ）の姿勢を調整可能な上記リニアモータ及び移動機構を適宜「マスクステージ駆動装置ＭＳＴＤ」と総称する。

図２は投影光学モジュールＰＬａ〜ＰＬｇを支持している定盤１を示す概略斜視図、図３は平面図である。図２及び図３に示すように、投影光学系ＰＬは複数の投影光学モジュールＰＬａ〜ＰＬｇで構成されており、これら投影光学モジュールＰＬａ〜ＰＬｇは定盤１に支持されている。投影光学系ＰＬを構成する複数の投影光学モジュールＰＬａ〜ＰＬｇのうち投影光学モジュールＰＬａ、ＰＬｃ、ＰＬｅ、ＰＬｇがＹ軸方向に並んで配置され、投影光学モジュールＰＬｂ、ＰＬｄ、ＰＬｆがＹ軸方向に並んで配置されている。また、Ｙ軸方向に並んだ投影光学モジュールＰＬａ、ＰＬｃ、ＰＬｅ、ＰＬｇと、Ｙ軸方向に並んだ投影光学モジュールＰＬｂ、ＰＬｄ、ＰＬｆとはＸ軸方向において対向するように配置されており、全体で千鳥状に配置されている。すなわち、千鳥状に配置されている投影光学モジュールＰＬａ〜ＰＬｇのそれぞれは、隣合う投影光学モジュールどうし（例えば投影光学モジュールＰＬａとＰＬｂ、ＰＬｂとＰＬｃ）をＹ軸方向に所定量変位させて配置されている。各投影光学モジュールＰＬａ〜ＰＬｇの視野絞りは、例えば台形形状で、走査方向の視野絞りの開口幅の合計は常に等しくなるように設定されている。そのため、隣り合う投影光学モジュールＰＬａ〜ＰＬｇの継ぎ部が重複して露光されるので、投影光学系の光学収差や露光照度が滑らかに変化するという利点を有している。

定盤１は、コラム（支持構造体）１００の上部プレート部１００Ａに対して支持部２を介してキネマティックに支持されている。ここで、上部プレート部１００Ａの中央部には開口部１００Ｃが設けられており、定盤１は上部プレート部１００Ａのうち開口部１００Ｃの周縁部上に支持されている。そして、投影光学モジュールＰＬａ〜ＰＬｇの下部が開口部１００Ｃに配置されている。

支持部２は、Ｖ状内面３を有するＶ溝部材４と、Ｖ溝部材４のＶ状内面３に接する球面を有する球状部材５とを備えており、定盤１の３箇所の所定位置にそれぞれ設けられている。Ｖ溝部材４はコラム１００の上部プレート部１００Ａに固定されている。また、定盤１の下面には球状部材５を配置可能な球面状凹部が形成されており、定盤１の球面状凹部の内面と球状部材５の球面とが接している。球状部材５はＶ溝部材４のＶ状内面３に載置された状態であって、Ｖ状内面３に対して球状部材５の表面はＶ字稜線Ｌａ方向（図３矢印ｙ参照）に摺動可能となっている。そして、Ｖ溝部材４のＶ字稜線Ｌａの延長線のそれぞれが複数並んだ投影光学モジュールＰＬａ〜ＰＬｇのＸＹ方向におけるほぼ中央部Ｏで交わるように、Ｖ溝部材４のそれぞれが配置されている。

定盤１は、球面状凹部を介して球状部材５に載置された状態であって、球面状凹部の内面と球状部材５の表面とは摺動可能となっている。これら面どうしが摺動可能であることにより、例えばコラム１００が僅かに変形した際、これら面どうしが摺動することでコラム１００の変形の定盤１への影響が抑制されている。なお、Ｖ溝部材４のＶ状内面３、球状部材５の表面、及び定盤１の球面状凹部ののそれぞれに、例えばダイヤモンドライクカーボン等の低摩擦材料膜をコーティングしてもよい。これにより各面の静止摩擦係数が低減され、例えばコラム１００が僅かに変形して前記面どうしが摺動する際に生じる応力が抑えられ、コラム１００の変形の定盤１への影響を良好に抑えることができる。

定盤１は、例えばメタルマトリクス複合材（ＭＭＣ：Metal Matrix Composites）により形成されている。メタルマトリクス複合材は金属をマトリクス材としてその中にセラミックス強化材を複合した複合材であり、ここでは金属としてアルミニウムを含むものが用いられている。定盤１の中央部には開口部１Ａが形成されており、この開口部１Ａにより投影光学モジュールＰＬａ〜ＰＬｇそれぞれの露光光ＥＬの光路が確保されている。ここで、定盤１は平面視において左右対称な六角形状（ホームベース状）に形成されており、Ｙ軸方向に４つ並んだ投影光学モジュールＰＬａ、ＰＬｃ、ＰＬｅ、ＰＬｇは定盤１の幅の広い部分で支持され、Ｙ軸方向に３つ並んだ投影光学モジュールＰＬｂ、ＰＬｄ、ＰＬｆは定盤１の幅の狭い部分で支持されている。すなわち、複数並んだ投影光学モジュールの数に応じて定盤１の形状が設定されており、これにより、投影光学モジュールＰＬａ〜ＰＬｇを支持するのに十分な強度を得られる範囲において、使用材料が最小限に抑えられている。

投影光学モジュールＰＬａ〜ＰＬｇのそれぞれは、鏡筒ＰＫと、鏡筒ＰＫの内部に配置されている複数の光学素子（レンズ）とを有している。そして、−Ｘ側の投影光学モジュールＰＬａ、ＰＬｃ、ＰＬｅ、ＰＬｇと、＋Ｘ側の投影光学モジュールＰＬｂ、ＰＬｄ、ＰＬｆとの間に、アライメント系ＡＬ及びフォーカス検出系ＡＦを収容したハウジングＵが配置されている。投影光学系ＰＬとアライメント系ＡＬ及びフォーカス検出系ＡＦを収容したハウジングＵとは、定盤１と一体で姿勢変化するようになっている。定盤１はコラム１００に対してキネマティック支持され、上記材料で形成されているため、姿勢変化した際にもほぼ変形しない（歪まない）。

投影光学モジュールＰＬａ〜ＰＬｇのそれぞれは、定盤１に対して互いに独立して接続されており、又分離可能である。これにより、投影光学モジュールをモジュール単位で増減させることが可能となり、その場合において、投影光学モジュールの定盤１に対する取り付け・取り外し作業を容易に行うことができる。更に、投影光学モジュールＰＬａ〜ＰＬｇのそれぞれを定盤１に対して互いに独立して接続及び分離可能としたことにより、定盤１の所定の基準位置（例えば開口部１Ａの中心位置）に対してそれぞれ独立して位置決め可能であり、各投影光学モジュールＰＬａ〜ＰＬｇの互いの相対位置を任意に設定することができる。

図４は、基板ステージＰＳＴの概略斜視図である。基板ステージＰＳＴはベースプレート１１０上に設けられている。基板ステージＰＳＴは、基板Ｐを保持する基板ホルダ３０と、基板ホルダ３０をＹ軸方向に案内しつつ移動自在に支持するガイドステージ３５と、ガイドステージ３５に設けられ、基板ホルダ３０をＹ軸方向に移動するリニアモータ３６と、ベースプレート１１０上において基板ホルダ３０をガイドステージ３５とともにＸ軸方向に所定ストロークで移動可能な一対のリニアモータ３１、３１と、ベースプレート１１０上に設けられ、Ｘ軸方向に移動するガイドステージ３５（及び基板ホルダ３０）を案内する一対のガイド部３２、３２とを備えている。基板ホルダ３０はバキュームチャックを介して基板Ｐを保持する。リニアモータ３１のそれぞれは、ベースプレート１１０上において支持部材３３で支持され、Ｘ軸方向に延びるように設けられた固定子３１Ａと、この固定子３１Ａに対応して設けられ、ガイドステージ３５のＹ軸方向両端部に固定された可動子３１Ｂとを備えている。リニアモータ３１は、固定子３１Ａをコイルユニット（電機子ユニット）で構成し可動子３１Ｂを磁石ユニットで構成した所謂ムービングマグネット型リニアモータでもよいし、固定子３１Ａを磁石ユニットで構成し可動子３１Ｂをコイルユニットで構成した所謂ムービングコイル型リニアモータでもよい。そして、可動子３１Ｂが固定子３１Ａとの間の電磁気的相互作用により駆動することで基板ホルダ３０がガイドステージ３５とともにＸ軸方向に移動する。ガイド部３２のそれぞれは、Ｘ軸方向に移動するガイドステージ３５及び基板ホルダ３０を案内するものであって、Ｘ軸方向に延びるように設けられ、ベースプレート１１０に固定されている。ガイドステージ３５の下部にはガイド部３２と係合する凹部を有する被ガイド部材３４、３４が固定されている。被ガイド部材３４、３４とガイド部３２、３２との間には非接触ベアリングであるエアベアリング３４Ａが設けられており、ガイドステージ３５はガイド部３２に対して非接触で支持されつつ、Ｘ軸方向に移動する。同様に、リニアモータ３６も、ガイドステージ３５に設けられた固定子３６Ａと、基板ホルダ３０に設けられた可動子３６Ｂとを有しており、基板ホルダ３０はリニアモータ３６の駆動によりガイドステージ３５に案内されつつＹ軸方向に移動する。また、リニアモータ３１、３１のそれぞれの駆動を調整することでガイドステージ３５はθＺ方向にも回転移動可能となっている。したがって、このリニアモータ３１、３１により基板ホルダ３０がガイドステージ３５とほぼ一体的にＸ軸方向及びθＺ方向に移動可能となっている。更に、基板ステージＰＳＴは基板ホルダ３０をＺ軸方向、θＸ及びθＹ方向に移動する移動機構も有している。そして、上記リニアモータ及び移動機構により基板ホルダ３０の姿勢が調整可能である。以下の説明では、基板ホルダ３０（基板ステージＰＳＴ）の姿勢を調整可能な上記リニアモータ及び移動機構を適宜「基板ステージ駆動装置ＰＳＴＤ」と総称する。

図５は、投影光学モジュールＰＬｆの構成図である。以下では投影光学モジュールＰＬｆについて説明するが、他の投影光学モジュールＰＬａ、ＰＬｂ、ＰＬｃ、ＰＬｄ、ＰＬｅ、ＰＬｇも投影光学モジュールＰＬｆと同様の構成である。投影光学モジュールＰＬｆは、基板Ｐ上におけるマスクＭのパターンをシフトするシフト調整機構４０と、二組の反射屈折型光学系４１、４２と、投影光学モジュール（投影光学系）の像面のＺ軸方向の位置及び傾斜を調整する像面調整機構４３と、不図示の視野絞りと、基板Ｐ上におけるマスクＭのパターンの倍率を調整するスケーリング調整機構４４とを備えている。マスクＭを通過した光束はシフト調整機構４０に入射する。シフト調整機構４０は、θＹ及びθＸ方向にそれぞれ回転可能な一対の平行平面ガラス板を備えている。一方の平行平面ガラス板がθＹ方向に回転することにより基板Ｐ上におけるマスクＭのパターンの像がＸ軸方向にシフトし、他方の平行平面ガラス板がθＸ方向に回転することにより基板Ｐ上におけるマスクＭのパターンの像がＹ軸方向にシフトする。シフト調整機構４０を透過した光束は、１組目の反射屈折型光学系４１に入射する。反射屈折型光学系４１は、マスクＭのパターンの中間像を形成するものであって、直角プリズム４５Ａ、レンズ４６、及び凹面鏡４７を備えている。直角プリズム４５Ａは、θＺ方向に回転可能に設けられており、回転することで基板Ｐ上におけるマスクＭのパターンの像がθＺ方向に回転する。つまり、直角プリズム４５Ａはローテーション調整機構としての機能を有している。反射屈折型光学系４１により形成されるパターンの中間像位置には、基板Ｐ上における投影領域を設定する不図示の視野絞りが配置されており、例えば基板Ｐ上の投影領域を台形状に設定する。また、視野絞りの近傍（反射屈折型光学系４１による中間像が形成される位置近傍）、換言すればマスクＭ及び基板Ｐに対してほぼ共役な位置には像面調整機構４３が設けられている。像面調整機構４３は、一対のくさび型光学部材を備えている。一方のくさび型光学部材に対して他方のくさび型光学部材がスライド移動することにより投影光学モジュールＰＬｆの像面位置がＺ軸方向に移動し、一方のくさび型光学部材に対して他方のくさび型光学部材がθＺ方向に回転することにより投影光学モジュールＰＬｆの像面が傾斜する。視野絞り及び像面調整機構４３を透過した光束は、２組目の反射屈折型光学系４２に入射する。反射屈折型光学系４２は、反射屈折型光学系４１と同様に、ローテーション調整機構としての直角プリズム４５Ｂ、レンズ４８、及び凹面鏡４９を備えている。反射屈折型光学系４２から射出した光束は、スケーリング調整機構４４を通り、基板Ｐ上にマスクＭのパターンの像を正立等倍で結像する。スケーリング調整機構４４は、例えばレンズをＺ軸方向に移動させることで、マスクＭのパターンの像の倍率（スケーリング）を調整する。

上記シフト調整機構４０、ローテーション調整機構４５Ａ、４５Ｂ、スケーリング調整機構４４、及び像面調整機構４３により、投影光学モジュールＰＬｆの光学特性（結像特性）を調整する結像特性調整装置が構成される。なお、結像特性調整装置としては、一部の光学素子（レンズ）間を密封して内部圧力を調整する機構であってもよい。

図６は、ハウジングＵに収容されているアライメント系ＡＬ及びフォーカス検出系ＡＦの配置を示す模式図である。アライメント系ＡＬは、投影光学系ＰＬとは別のハウジングＵに収容されたオフ・アクシス方式のアライメント系であって、基板Ｐ上に形成されたアライメントマークを検出可能な複数のマーク検出系ＡＬ１〜ＡＬ６を備えている。複数のマーク検出系ＡＬ１〜ＡＬ６は、基板Ｐに対向するようにＹ軸方向に並んで設けられている。フォーカス検出系ＡＦは、基板Ｐに対向し、この基板ＰのＺ軸方向における位置を検出する複数の基板側フォーカス検出系５０（５０ａ〜５０ｇ）と、マスクＭに対向し、このマスクＭのＺ軸方向における位置を検出する複数のマスク側フォーカス検出系５２（５２ａ〜５２ｄ）とが設けられている。基板側フォーカス検出系５０及びマスク側フォーカス検出系５２のそれぞれも、Ｙ軸方向に複数並んで配置されている。

図７は、アライメント系ＡＬ及び基板側フォーカス検出系５０と、基板Ｐ上に形成されているアライメントマークｍ１〜ｍ６との関係を示す図である。基板Ｐには、アライメント処理に用いられる複数のアライメントマークｍ１〜ｍ６が設けられている。基板Ｐ上にはＹ軸方向に６つ並んだアライメントマークｍ１〜ｍ６がＸ軸方向の６箇所に間隔をおいて形成されており、全部で３６個のアライメントマークが形成されている。そして、マーク検出系ＡＬ１〜ＡＬ６は、基板Ｐ上においてＹ軸方向に６つ並んだアライメントマークｍ１〜ｍ６に対応して設けられている。マーク検出系ＡＬ１〜ＡＬ６はアライメントマークｍ１〜ｍ６のそれぞれに対向した状態で、これらアライメントマークｍ１〜ｍ６を同時に検出可能である。なお図７に示す例では、基板Ｐ上に９つのパターン形成領域（ショット領域、露光領域）ＰＡ１〜ＰＡ９が形成されており、Ｙ軸方向に並んだ複数のアライメントマークｍ１〜ｍ６のうち、アライメントマークｍ１、ｍ２がパターン形成領域ＰＡ３、ＰＡ６、ＰＡ９に配置され、アライメントマークｍ３、ｍ４がパターン形成領域ＰＡ２、ＰＡ５、ＰＡ８に配置され、アライメントマークｍ５、ｍ６がパターン形成領域ＰＡ１、ＰＡ４、ＰＡ７に配置されるように、アライメントマークｍ１〜ｍ６のそれぞれの間隔が予め設定されている。

複数の基板側フォーカス検出系５０ａ〜５０ｇのうち、フォーカス検出系５０ａ、５０ｂ、５０ｄ、５０ｆ、５０ｇがＹ軸方向に所定間隔で並んで配置されているとともに、フォーカス検出系５０ｃ、５０ｅがＹ軸方向に所定間隔で並んで配置されている。そして、これら２列のフォーカス検出系５０ａ、５０ｂ、５０ｄ、５０ｆ、５０ｇとフォーカス検出系５０ｃ、５０ｅとがアライメント系ＡＬ（ＡＬ１〜ＡＬ６）を挟むように配置されている。基板側フォーカス検出系５０ａ〜５０ｇのそれぞれの検出結果は制御装置ＣＯＮＴに出力され、制御装置ＣＯＮＴは基板側フォーカス検出系５０ａ〜５０ｇの検出結果に基づいて、基板ＰのＺ軸方向における位置を求める。更に、基板側フォーカス検出系５０ａ〜５０ｇはＸ軸及びＹ軸方向のそれぞれにおいて２次元的に配置されているので、制御装置ＣＯＮＴは複数の基板側フォーカス検出系５０ａ〜５０ｇの検出結果に基づいて、基板ＰのθＸ方向及びθＹ方向における姿勢を求めることができる。制御装置ＣＯＮＴは、求めたＺ軸方向の位置、及びθＸ、θＹ方向における姿勢に基づいて、基板ステージ駆動装置ＰＳＴＤを駆動し、基板ＰのＺ軸方向の位置の調整（フォーカス調整）、及びθＸ、θＹ軸方向における姿勢の調整（レベリング調整）を行う。同様に、制御装置ＣＯＮＴは、複数のマスク側フォーカス検出系５２ａ〜５２ｄそれぞれの検出結果に基づいて、マスクＭのフォーカス調整及びレベリング調整を行うことができる。

図８は、基板側フォーカス検出系５０ａを示す概略構成図である。なお、他の基板側フォーカス検出系５０ｂ〜５０ｇ、及びマスク側フォーカス検出系５２ａ〜５２ｄも、フォーカス検出系５０ａと同等の構成である。図８に示すように、フォーカス検出系５０ａは、検出光を射出するＬＥＤからなる光源５３と、光源５３から射出した検出光が入射される送光レンズ系５４と、送光レンズ系５４を通過した光を、検出対象である基板Ｐ（あるいはマスクＭ）に傾斜方向から導くミラー５５と、ミラー５５を介して照射された検出光の基板Ｐ（あるいはマスクＭ）での反射光を受光レンズ系５７に導くミラー５６と、受光レンズ系５７を通過した光を受光する撮像素子（ＣＣＤ）５８とを備えている。送光レンズ系５４は、検出光を例えばスリット状に整形してから基板Ｐに照射する。ここで、検出対象である基板ＰのＺ軸方向における位置がΔＺ変位すると、傾斜方向から照射されたスリット状の検出光は、撮像素子５８におけるＸ軸方向における結像位置をΔＸ変位させる。撮像素子５８の撮像信号は制御装置ＣＯＮＴに出力され、制御装置ＣＯＮＴは撮像素子５８による撮像位置の基準位置に対する変位量ΔＸに基づいて、基板ＰのＺ軸方向における変位量ΔＺを求める。基板Ｐに対して垂直な線とフォーカス検出系から入射する光線とのなす角度をβとすると、２×ΔＺ×ｓｉｎβがフォーカス検出系の撮像素子５８に対する横ずれとなるため、フォーカス検出系の光学系の倍率がＮの場合には撮像素子５８上でのずれ量をγとすると、γ＝２×ΔＺ×ｓｉｎβ×Ｎとなる。

上記フォーカス検出系５０ａ（５０ｂ〜５０ｇ、５２ａ〜５２ｄ）では、光源５３、送光レンズ系５４、及びミラー５５がフォーカス検出系の送光系を構成しており、ミラー５６、受光レンズ系５７、及び撮像素子５８がフォーカス検出系の受光系を構成している。なお、光源５３は複数のフォーカス検出系５０ａ〜５０ｇ（５２ａ〜５２ｄ）のそれぞれに設ける構成でもよいし、１つの光源５３から射出された光を複数のライトガイド（光ファイバ）で分岐し、この分岐した複数の光を複数のフォーカス検出系のそれぞれに供給する構成としてもよい。また、検出光も基板Ｐのフォトレジストに対して非感光性であることが望ましく、光源５３より射出された光のうち、特定の波長の光をカットするフィルタを、光源５３と基板Ｐとの間の光路上に設ける構成としてもよい。また撮像素子５８は、基板Ｐ上のスリット光の非計測方向を圧縮するように配置されたシリンドリカルレンズと一次元ラインセンサで構成されてもよい。更に、光源には、フォトレジストの干渉性を考慮してハロゲンランプからの光をフィルタにより非感光性の波長にし、ファイバにて導光してもよい。

図９は、マーク検出系ＡＬ１の概略構成図である。なお、他のマーク検出系ＡＬ２〜ＡＬ６も、マーク検出系ＡＬ１と同等の構成である。図９に示すように、マーク検出系ＡＬ１は、アライメント用検出光を射出するハロゲンランプからなるアライメント用光源６１と、光源６１から射出した検出光をリレーレンズ６３に導く光ファイバからなるライトガイド６２と、リレーレンズ６３の光路下流側に設けられたハーフミラー６４と、ハーフミラー６４と検出対象である基板Ｐ（アライメントマークｍ１〜ｍ６）との間に設けられ、ハーフミラー６４を通過した検出光を基板Ｐ上に照射する対物レンズ６５と、照射された検出光の基板Ｐ（アライメントマーク）での反射光がハーフミラー６４を介して導かれる偏向ミラー６６と、偏向ミラー６６からの反射光を分岐するビームスプリッタ６７と、ビームスプリッタ６７で分岐された２つの光束のうち一方の光束が入射する低倍率アライメント受光系６８と、他方の光束が入射する高倍率アライメント受光系６９とを備えている。低倍率アライメント受光系６８は、低倍用レンズ系６８Ａと、低倍用撮像素子（ＣＣＤ）６８Ｂとを有しており、基板Ｐ上の広い領域を所定の精度で計測可能である。高倍率アライメント受光系６９は、高倍用レンズ系６９Ａと、高倍用撮像素子（ＣＣＤ）６９Ｂとを有しており、基板Ｐの狭い領域を高精度で計測可能である。これら低倍率アライメント受光系６８Ａと高倍率アライメント受光系６８Ｂとは同軸に配置されている。そして、照射されたアライメント用検出光の基板Ｐ（アライメントマークｍ１〜ｍ６）での反射光は、低倍率アライメント受光系６８と高倍率アライメント受光系６９とのそれぞれに受光される。

低倍率アライメント受光系６８は、アライメント用検出光により照射された基板Ｐの広い領域からの光情報に基づいて、アライメントマークｍ１（ｍ２〜ｍ６）の位置情報をラフな精度で検出するサーチアライメント処理を行う。一方、高倍率アライメント受光系６９は、アライメント用検出光により照射された基板Ｐの狭い領域からの光情報に基づいて、アライメントマークｍ１（ｍ２〜ｍ６）の位置情報を高い精度で検出するファインアライメント処理を行う。低倍率アライメント受光系６８及び高倍率アライメント受光系６９のそれぞれは受光信号を制御装置ＣＯＮＴに出力し、制御装置ＣＯＮＴはアライメント受光系６８、６９それぞれの受光信号に基づいて画像処理を行い、マーク位置情報を求める。ここで、制御装置ＣＯＮＴでは、低倍率アライメント受光系６８によるサーチアライメント処理結果を参照し、高倍率アライメント受光系６９によるファインアライメント処理を行う。

マーク検出系ＡＬ１（ＡＬ２〜ＡＬ６）によりマーク位置情報を求める際、画像処理によりマークのエッジ情報からマーク位置を求める。なお、マーク位置を求める方法としてパターンマッチング法を用いるようにしてもよい。すなわち、制御装置ＣＯＮＴは、テンプレート画像を記憶した記憶装置（不図示）に接続されており、パターンマッチングによってテンプレートに一致するパターンの座標（ステージの移動座標系での位置）を求める。制御装置ＣＯＮＴは、この座標値を用いてつなぎ露光時や重ね合わせ露光時に生じたずれ量を求め、次回以降の露光の際には基板ステージ駆動装置ＰＳＴＤに補正パラメータを与えることにより、位置合わせ精度を高める。

上記マーク検出系ＡＬ１（ＡＬ２〜ＡＬ６）では、光源６１、ライトガイド６２、及びリレーレンズ系６３がアライメント系の送光系を構成しており、ビームスプリッタ６７、低倍率アライメント受光系６８、及び高倍率アライメント受光系６９がアライメント系の受光系を構成している。なお、光源６１は複数のアライメント系ＡＬ１〜ＡＬ６のそれぞれに設ける構成でもよいし、１つの光源６１から射出された光を複数のライドガイド（光ファイバ）６２で分岐し、この分岐した複数の光をマーク検出系ＡＬ１〜ＡＬ６のそれぞれに供給する構成としてもよい。また、アライメント用検出光は基板Ｐのフォトレジストに対して非感光性であることが望ましく、ハロゲンランプからなる光源６１より射出された光のうち、特定の波長の光をカットするフィルタを、光源６１と基板Ｐとの間の光路上に設ける構成としてもよい。

図１０はマスクホルダ２０（マスクステージＭＳＴ）の位置を計測するレーザ干渉システムＳＹＳの概略構成図である。図１０において、マスクホルダ２０の上面のうち開口部２０Ａを挟んでＹ軸方向に並ぶ位置のそれぞれには、コーナーキューブからなるＸ移動鏡７０、７１が設けられている。また、マスクホルダ２０の下面のうち−Ｙ側の端縁にはＸ軸方向に延びるＹ移動鏡７２が設けられている。Ｘ移動鏡７０、７１のそれぞれに対向する位置にはレーザ干渉計６、７がＹ軸方向に並んで設けられている。また、Ｙ移動鏡７２に対向する位置にはレーザ干渉計１１が設けられている。レーザ干渉計６、７、１１はコラム１００の上部プレート部１００Ａの上面に設けられている（図１参照）。

定盤１には参照鏡７３、７４が取り付けられている。参照鏡７３はレーザ干渉計６に対向する位置に設けられ、参照鏡７４はレーザ干渉計７に対向する位置に設けられている。アライメント系（マーク検出系）ＡＬを保持するハウジングＵの−Ｙ側面の上部には参照鏡７５が設けられている。参照鏡７５はレーザ干渉計１１に対向する位置に設けられている。

Ｙ軸方向に２つ並んだレーザ干渉計６、７のうち、＋Ｙ側のレーザ干渉計６は、Ｘ移動鏡７０に測長ビーム（測定光）７０Ａを照射するとともに、参照鏡７３に参照ビーム（参照光）７３Ａを照射する。一方、−Ｙ側のレーザ干渉計７は、Ｘ移動鏡７１に測長ビーム７１Ａを照射するとともに、参照鏡７４に参照ビーム７４Ａを照射する。照射した測長ビーム及び参照ビームに基づくＸ移動鏡７０、７１及び参照鏡７３、７４それぞれからの反射光はレーザ干渉計６、７の受光部で受光され、レーザ干渉計６、７はこれら光を干渉し、参照ビームの光路長を基準とした測長ビームの光路長の変化量、ひいては、参照鏡７３、７４を基準としたＸ移動鏡７０、７１の位置（座標）を計測する。レーザ干渉計６、７の計測結果は制御装置ＣＯＮＴに出力される。ここで、参照鏡７３、７４は定盤１に支持され、Ｘ移動鏡７０、７１はマスクホルダ２０（マスクステージＭＳＴ）に支持されているため、制御装置ＣＯＮＴはレーザ干渉計６、７の計測結果に基づいて、定盤１に対するマスクホルダ２０のＸ軸方向における位置を求める。

更に、制御装置ＣＯＮＴは、Ｙ軸方向に並んだレーザ干渉計６、７それぞれの計測結果に基づいて、定盤１に対するマスクホルダ２０のθＺ方向における位置を求める。

レーザ干渉計１１は、Ｙ移動鏡７２に測長ビーム７２Ａを照射するとともに、参照鏡７５に参照ビーム７５Ａを照射する。照射した測長ビーム及び参照ビームに基づくＹ移動鏡７２及び参照鏡７５それぞれからの反射光はレーザ干渉計１１の受光部で受光され、レーザ干渉計１１はこれら光を干渉し、参照ビームの光路長を基準とした測長ビームの光路長の変化量、ひいては、参照鏡７５を基準としたＹ移動鏡７２の位置（座標）を計測する。レーザ干渉計１１の計測結果は制御装置ＣＯＮＴに出力される。ここで、参照鏡７５は定盤１に支持されたアライメント系ＡＬを保持するハウジングＵに設けられ、Ｙ移動鏡７２はマスクホルダ２０に支持されているため、制御装置ＣＯＮＴはレーザ干渉計１１の計測結果に基づいて、アライメント系ＡＬを支持した定盤１に対するマスクホルダ２０のＹ軸方向における位置を求める。

図１１は基板ホルダ３０（基板ステージＰＳＴ）の位置を計測するレーザ干渉システムＳＹＳの概略構成図である。図１１において、基板ホルダ３０の−Ｘ側の端縁にはＹ軸方向に延びるＸ移動鏡８２が設けられ、基板ホルダ３０の−Ｙ側の端縁にはＸ軸方向に延びるＹ移動鏡８３が設けられている。Ｘ移動鏡８２に対向する位置には、３つのレーザ干渉計８、９、１０がＹ軸方向に並んで設けられている。また、Ｙ移動鏡８３に対向する位置には、３つのレーザ干渉計１３、１４、１５がＸ軸方向に並んで設けられている。レーザ干渉計８、９、１０、１３、１４、１５は、コラム１００の上部プレート部１００Ａから垂下するように設けられている（図１参照）。また、レーザ干渉計１１とレーザ干渉計１４との間には、別のレーザ干渉計１２が設けられている。

投影光学モジュールの鏡筒ＰＫの−Ｘ側面には参照鏡７７、７８、７９が設けられ、−Ｙ側の側面には参照鏡８０、８１が設けられている。また、アライメント系（マーク検出系）ＡＬを保持するハウジングＵの−Ｘ側面の下部には参照鏡７６が設けられており、ハウジングＵはその−Ｙ側面にＺ軸方向に並んだ２つの参照鏡７５、７６を備えた構成となっている。参照鏡７７は、Ｙ軸方向に３つ並んだレーザ干渉計８、９、１０のうち＋Ｙ側のレーザ干渉計８に対向する位置に設けられ、参照鏡７８は中央のレーザ干渉計９に対向する位置に設けられ、参照鏡７９は−Ｙ側のレーザ干渉計１０に対向する位置に設けられている。参照鏡８０は、Ｘ軸方向に３つ並んだレーザ干渉計１３、１４、１５のうち−Ｘ側のレーザ干渉計１３に対向する位置に設けられ、参照鏡７６は中央のレーザ干渉計１２（及び１４）に対向する位置に設けられ、参照鏡８１は＋Ｘ側のレーザ干渉計１５に対向する位置に設けられている。

レーザ干渉計８は、Ｘ移動鏡８２に測長ビーム８２Ａを照射するとともに、参照鏡７７に参照ビーム７７Ａを照射する。レーザ干渉計９は、参照鏡７８に参照ビーム７８Ａ、７８Ｂを照射する。ここで、参照ビーム７８Ａ、７８ＢはＺ軸方向に並ぶように参照鏡７８に照射される。レーザ干渉計１０は、Ｘ移動鏡８２に測長ビーム８２Ｂを照射するとともに、参照鏡７９に参照ビーム７９Ａを照射する。照射した測長ビーム及び参照ビームに基づくＸ移動鏡８２及び参照鏡７７、７９それぞれからの反射光はレーザ干渉計８、１０の受光部で受光され、レーザ干渉計８、１０はこれら光を干渉し、参照ビームの光路長を基準とした測長ビームの光路長の変化量、ひいては、参照鏡７７、７９を基準としたＸ移動鏡８２の位置（座標）を計測する。レーザ干渉計８、１０の計測結果は制御装置ＣＯＮＴに出力される。ここで、参照鏡７７、７９は定盤１に支持され、Ｘ移動鏡８２は基板ホルダ３０（基板ステージＰＳＴ）に支持されているため、制御装置ＣＯＮＴはレーザ干渉計８、１０の計測結果に基づいて、定盤１に対する基板ホルダ３０のＸ軸方向における位置を求める。

更に、制御装置ＣＯＮＴは、Ｙ軸方向に並んだレーザ干渉計８、１０それぞれの計測結果に基づいて、定盤１に対する基板ホルダ３０のθＺ方向における位置を求める。

また、レーザ干渉計１３は、Ｙ移動鏡８３に測長ビーム８３Ａを照射するとともに、参照鏡８０に参照ビーム８０Ａを照射する。レーザ干渉計１４は、Ｙ移動鏡８３に測長ビーム８３Ｂを照射するとともに、参照鏡７６に参照ビーム７６Ｂを照射する。レーザ干渉計１５は、Ｙ移動鏡８３に測長ビーム８３Ｃを照射可能であるとともに、参照鏡８１に参照ビーム８１Ａを照射する。ここで、Ｘ軸方向に３つのレーザ干渉計１３、１４、１５が並んで設けられていることにより、基板ホルダ３０のＹ軸方向における位置を計測する際に、走査移動する基板ホルダ３０のＸ軸方向における位置に応じて使用するレーザ干渉計を切り替えて位置検出することができる。図１１では、レーザ干渉計１３、１４から射出された測長ビーム８３Ａ、８３ＢがＹ移動鏡８３に照射され、レーザ干渉計１５から射出される測長ビーム８３ＣはＹ移動鏡８３に照射されていない状態が図示されている。照射した測長ビーム及び参照ビームに基づくＹ移動鏡８３及び参照鏡８０、７６、８１それぞれからの反射光はレーザ干渉計１３、１４、１５の受光部で受光され、レーザ干渉計１３、１４、１５はこれら光を干渉し、参照ビームの光路長を基準とした測長ビームの光路長の変化量、ひいては、参照鏡８０、７６、８１を基準としたＹ移動鏡８３の位置（座標）を計測する。レーザ干渉計１３、１４、１５の計測結果は制御装置ＣＯＮＴに出力される。ここで、参照鏡８０、７６、８１は定盤１に支持され、Ｙ移動鏡８３は基板ホルダ３０に支持されているため、制御装置ＣＯＮＴはレーザ干渉計１３、１４、１５の計測結果に基づいて、定盤１に対する基板ホルダ３０のＹ軸方向における位置を求める。

更に、制御装置ＣＯＮＴは、Ｘ軸方向に並んだレーザ干渉計１３、１４、１５それぞれの計測結果に基づいて、定盤１に対する基板ホルダ３０のθＺ方向における位置を求めることができる。

レーザ干渉計９は参照鏡７８に対してＺ軸方向に並ぶ２つの参照ビーム７８Ａ、７８Ｂを照射する。レーザ干渉計９の計測結果は制御装置ＣＯＮＴに出力され、制御装置ＣＯＮＴは、参照ビーム７８Ａ及び７８Ｂそれぞれの光路長測定結果に基づいて、定盤１に支持されている投影光学モジュールＰＬａ〜ＰＬｇのθＹ方向における姿勢、ひいては定盤１のθＹ方向における姿勢を求めることができる。

ハウジングＵの−Ｙ側に設けられたレーザ干渉計１２は、Ｚ軸方向に並ぶ参照鏡７５、７６のそれぞれに対して参照ビーム７５Ｂ、７６Ａを照射する。レーザ干渉計１２の計測結果は制御装置ＣＯＮＴに出力され、制御装置ＣＯＮＴは、Ｚ軸方向に並ぶ参照ビーム７５Ｂ及び７６Ａそれぞれの光路長測定結果に基づいて、定盤１に支持されているハウジングＵ（アライメント系ＡＬ）のθＸ方向における姿勢、ひいては定盤１のθＸ方向における姿勢を求めることができる。

こうして、制御装置ＣＯＮＴは、レーザ干渉計より参照鏡に照射した参照ビームによる計測結果に基づいて、投影光学系ＰＬと、アライメント系ＡＬ及びフォーカス検出系ＡＦを収容したハウジングＵとを支持する定盤１の姿勢を求めることができる。そして、投影光学系ＰＬとアライメント系ＡＬ及びフォーカス検出系ＡＦを収容したハウジングＵとは定盤１に支持されて一体で姿勢変化するため、制御装置ＣＯＮＴは、定盤１の姿勢に基づいて、この定盤１に支持されたアライメント系ＡＬ、フォーカス検出系ＡＦ、及び投影光学系ＰＬの姿勢を求めることができる。このとき制御装置ＣＯＮＴは、上述したように、レーザ干渉計の計測結果に基づいて、マスクステージＭＳＴ及び基板ステージＰＳＴに対するアライメント系ＡＬ（定盤１）の相対的な姿勢、すなわち、Ｘ軸、Ｙ軸、θＸ、θＹ、及びθＺ方向における位置を求めることができる。更に、制御装置ＣＯＮＴは、定盤１に支持されたフォーカス検出系ＡＦの検出結果に基づいて、ハウジングＵ、ひいてはアライメント系ＡＬ及び定盤１に対するマスクステージＭＳＴ及び基板ステージＰＳＴのθＸ、θＹ、及びＺ軸方向における位置（姿勢）も求めることができる。このように、制御装置ＣＯＮＴは、姿勢検出装置の一部を構成するレーザ干渉計、及びフォーカス検出系を使って、マスクステージＭＳＴ及び基板ステージＰＳＴに対するアライメント系ＡＬの相対的な姿勢を検出することができる。

投影光学系ＰＬを支持した定盤１がマスクステージＭＳＴ及び基板ステージＰＳＴに対して姿勢変化した場合、投影光学系ＰＬを介したマスクＭの基板Ｐ上でのパターン像の位置が変化する。そこで、制御装置ＣＯＮＴは、上記レーザ干渉計やフォーカス検出系を使って検出した定盤１（投影光学系ＰＬ）の姿勢情報に基づいて、マスクホルダ２０の姿勢をマスクステージ駆動装置ＭＳＴＤを介して制御する。例えば、制御装置ＣＯＮＴは、定盤１のθＹ方向への傾斜量を補正量として、マスクホルダ２０の姿勢を補正する。これにより、定盤１の姿勢が変化した場合でも、定盤１に支持されている投影光学モジュールＰＬａ〜ＰＬｇとマスクホルダ２０（及びこのマスクホルダ２０に保持されているマスクＭ）との相対位置を維持することができる。同様に、制御装置ＣＯＮＴは、検出した定盤１（投影光学系ＰＬ）の姿勢情報に基づいて、基板ホルダ３０の姿勢を基板ステージ駆動装置ＰＳＴＤを介して補正することもできるし、マスクステージＭＳＴ及び基板ステージＰＳＴ双方の姿勢を補正することもできる。こうすることにより、定盤１（投影光学系ＰＬ）の姿勢変化に基づく投影光学系ＰＬを介した基板Ｐ上でのパターン像（投影像）の位置を補正することができる。あるいは、投影光学系ＰＬを介した基板Ｐ上でのパターン像の位置を補正するために、制御装置ＣＯＮＴは、定盤１の姿勢情報に基づいて、投影光学系ＰＬに設けられたシフト調整機構４０などを含む上記結像特性調整装置を使って、パターン像の位置を補正するようにしてもよい。

あるいは、制御装置ＣＯＮＴは、定盤１の姿勢情報に基づいて、レーザ干渉計によるマスクステージＭＳＴの位置計測結果及び基板ステージＰＳＴの位置計測結果のうち少なくともいずれか一方を補正し、この補正した位置計測結果に基づいて、マスクステージＭＳＴ及び基板ステージＰＳＴを駆動するようにしてもよい。

また、定盤１に複数のアライメント系ＡＬ（マーク検出系ＡＬ１〜ＡＬ６）を搭載してあるので、アライメント系ＡＬの姿勢を計測する系は、定盤１の姿勢を計測できる数で足りる。例えば、ピッチング、ローリング、及びθＺ方向の回転などの３つを計測する系が挙げられる。このように、アライメント系の姿勢を検出する系を、複数のマーク検出系の数よりも少なくすることができる。

図１２は、アライメント系ＡＬを収容したハウジングＵが傾斜した状態を示す模式図である。図１２に示すように、ハウジングＵの側面の上部及び下部のそれぞれには参照鏡７５、７６が設けられ、これら参照鏡７５、７６にレーザ干渉計１２からの参照ビーム７５Ｂ、７６Ａがそれぞれ照射されている。また、参照鏡７６にはレーザ干渉計１４からの参照ビーム７６Ｂが照射され、基板ホルダ３０上のＹ移動鏡８３にはレーザ干渉計１４からの測長ビーム８３Ｂが照射されている。例えば、アライメント系ＡＬがアライメントマークｍ１を中心として角度φ傾斜した場合、計測点自体に位置ずれは発生しないが、図１２に示すように、レーザ干渉計１４は参照鏡７６に対して距離ｓの計測誤差を生じる。参照鏡７６と移動鏡８３とのＺ軸方向に関する距離をＬ’とすると、ｓ＝Ｌ’×φとなる。距離Ｌ’は予め定まった所定値であるため、角度φを求めることにより、計測誤差ｓを求めることができる。この角度φは、レーザ干渉計１２により計測することができる。すなわち、ハウジングＵの傾斜前と傾斜後とでの参照鏡７５の参照ビーム７５Ｂの照射位置におけるＹ軸方向に関する変動距離をｓ’、参照鏡７６の参照ビーム７６Ａの照射位置における変動距離をｓ”とすると、φ＝（ｓ’−ｓ”）／Ｌであるので、ｓ＝（ｓ’−ｓ”）×Ｌ’／Ｌとなる。そして、求めた計測誤差ｓに基づいて補正量を求め、この補正量に基づいてステージ位置制御を行えばよい。

また、露光処理を行う前に、制御装置ＣＯＮＴはアライメント系ＡＬを使って基板Ｐ上に形成されたアライメントマークｍ１〜ｍ６を検出し、基板Ｐを所定の位置に位置合わせするアライメント処理を行うが、この場合も、定盤１（アライメント系ＡＬ）の姿勢情報に基づいて、アライメント系ＡＬの検出結果を補正し、この補正した結果に基づいてアライメント処理することができる。こうすることにより、アライメント精度を向上することができる。

そして、露光処理を行う際には、マスクホルダ２０にマスクＭがロードされるとともに基板ホルダ３０に基板Ｐがロードされる。制御装置ＣＯＮＴは、マスクＭを保持したマスクホルダ２０と基板Ｐを保持した基板ホルダ３０とをＸ軸方向に同期移動しつつマスクＭを照明光学系ＩＬにより露光光ＥＬで照明する。制御装置ＣＯＮＴは、定盤１の姿勢計測結果に基づいて、マスクホルダ２０及び基板ホルダ３０の姿勢をマスクステージ駆動装置ＭＳＴＤ及び基板ステージ駆動装置ＰＳＴＤを介して制御し、定盤１に支持されている投影光学モジュールＰＬａ〜ＰＬｇとマスクホルダ２０（マスクＭ）及び基板ホルダ３０（基板Ｐ）との相対位置関係を維持しつつ露光する。

露光中、マスクホルダ２０及び基板ホルダ３０の移動により、コラム１００に歪み変形が生じる場合がある。しかしながら、投影光学モジュールＰＬａ〜ＰＬｇは１つの定盤１により支持されているので、コラム１００の変形の投影光学モジュールＰＬａ〜ＰＬｇに対する影響は、コラム１００にキネマティックに支持されている定盤１に遮られる。また、投影光学モジュールＰＬａ〜ＰＬｇのそれぞれは１つの定盤１により支持されているので互いの相対位置を変化させることがない。また、定盤１はコラム１００に対して支持部２によりキネマティックに支持されているので、コラム１００や定盤１自体が仮に熱変形してもキネマティック支持構造がこの変形分を吸収するため、投影光学系ＰＬの結像特性に与える影響を抑えることができる。

なお、上述した構成を有する露光装置ＥＸを組み立てる際には、投影光学モジュールＰＬａ〜ＰＬｇを定盤１に取り付ける前に、投影光学モジュールＰＬａ〜ＰＬｇそれぞれの光学特性調整が上記結像特性調整装置により調整される。そして、投影光学モジュールＰＬａ〜ＰＬｇの光学特性調整が終わったら、投影光学モジュールＰＬａ〜ＰＬｇのそれぞれが定盤１の基準位置に対して位置決めされつつ定盤１に取り付けられる。

以下、本発明に係る姿勢検出装置の一部を構成する干渉計の一実施形態について説明する。図１３は、干渉計６〜１５を含むレーザ干渉システムＳＹＳの概略構成図である。レーザ干渉システムＳＹＳは、光源１２０と、光源１２０から射出された光束を分岐するハーフミラーなどにより構成される光束分岐部１２１と、光源１２０と干渉計６〜１５との間の光路上の所定位置に配置され、光束を拡大するビームエキスパンダ（拡大手段）１２２とを備えている。光源１２０は２つの異なる周波数を有する光束を射出可能なゼーマンレーザ装置により構成されている。光源１２０から射出された光束は、更に複数の光束分岐部１２１により複数の干渉計（計測軸）６〜１５に対応した複数の光束に分岐され、所定位置に配置された反射ミラー１２３等を介して各干渉計６〜１５に分配される。本実施形態において、光源１２０は１つ設けられ、この光源１２０から射出された光束を複数の干渉計６〜１５のそれぞれに光束分岐部１２１を使って分岐する構成である。これにより、複数の干渉計６〜１５のそれぞれに関して光源を設ける構成に比べて装置コストを抑えることができる。また、熱源となる光源１２０の数を減らすことにより露光精度に与える影響を低減することができる。

図１４は、干渉計１３の概略構成図である。なお他の干渉計も図１４に示す干渉計１３と同等の構成を有する。光源１２０から射出され、ビームエキスパンダ１２２、光束分岐部１２１、反射ミラー１２３を通過した光束は干渉計１３に入射する。干渉計１３は、反射ミラー１２３を介して入射された光束を測長ビーム８３Ａと参照ビーム８０Ａとに分割する偏光ビームスプリッタ（分割部）１２４と、偏光ビームスプリッタ１２４と移動鏡（測定光反射部）８３との間に配置され、偏光ビームスプリッタ１２４からの測長ビーム８３Ａが通過するλ／４板１２５（１２５Ａ、１２５Ｂ）と、偏光ビームスプリッタ１２４と参照鏡（参照光反射部）８０との間に配置され、反射ミラー１２７を介した偏光ビームスプリッタ１２４からの参照ビーム８０Ａが通過するλ／４板１２６（１２６Ａ、１２６Ｂ）と、移動鏡８３で反射され偏光ビームスプリッタ１２４を介した測長ビーム８３Ａ、及び参照鏡８０で反射され偏光ビームスプリッタ１２４を介した参照ビーム８０Ａのそれぞれが入射されるコーナーキューブ１２８と、偏光ビームスプリッタ（合成部）１２４で合成された測長ビーム８３Ａの反射光及び参照ビーム８０Ａの反射光の合成光（干渉光）を受光する受光部１３０と、偏光ビームスプリッタ１２４と受光部１３０との間に配置され、受光部１３０に入射する光束を制限する絞り及びピックアップレンズ等の光学素子を組み合わせた制限部（制限手段）１２９とを備えている。ビームエキスパンダ１２２は、光源１２０と偏光ビームスプリッタ１２４との間に配置されている。

ここで、受光部１３０は複数の干渉計（計測軸）６〜１５のそれぞれに対応して複数設けられており、これら複数の受光部１３０それぞれの光束に対する感度特性は互いに異なっている。

光源１２０からビームエキスパンダ１２２を介して偏光ビームスプリッタ１２４に入射された光束は、測長ビーム８３Ａと参照ビーム８０Ａとに分割される。このうち測長ビーム８３Ａは、λ／４板１２５Ａを通過した後、移動鏡８３に照射される。λ／４板１２５Ａを通過することで、直線偏光の測長ビーム８３Ａは円偏光に変換された後、移動鏡８３に照射される。移動鏡８３に照射された測長ビーム８３Ａの反射光は再びλ／４板１２５Ａを通過した後、偏光ビームスプリッタ１２４に入射し、コーナーキューブ１２８に送光される。コーナーキューブ１２８を介した測長ビーム８３Ａは再び偏光ビームスプリッタ１２４に入射し、λ／４板１２５Ｂを通過した後、移動鏡８３に照射される。その反射光はλ／４板１２５Ｂを再び通過した後、偏光ビームスプリッタ１２４に入射する。一方、偏光ビームスプリッタ１２４から射出された参照ビーム８０Ａは、反射ミラー１２７を介してλ／４板１２６Ａを通過した後、参照鏡８０に照射される。参照ビーム８０Ａは円偏光にて参照鏡８０に照射され、その反射光は再びλ／４板１２６Ａを通過した後、偏光ビームスプリッタ１２４に入射し、コーナーキューブ１２８に送光される。コーナーキューブ１２８を介した参照ビーム８０Ａは再び偏光ビームスプリッタ１２４に入射し、λ／４板１２６Ｂを通過した後、参照鏡８０に照射される。その反射光はλ／４板１２６Ｂを再び通過した後、偏光ビームスプリッタ１２４に入射される。λ／４板１２５Ｂを通過した測長ビーム８３Ａ及びλ／４板１２６Ｂを通過した参照ビーム８０Ａは、偏光ビームスプリッタ１２４で合成され、その合成光束は制限部１２９で制限された後、受光部１３０に受光される。このように、本実施形態の干渉計１３は、移動鏡（参照鏡）に対して測長ビーム（参照ビーム）を２回照射する所謂ダブルパス干渉計により構成されており、移動鏡８３がたとえ傾いた場合であっても、その移動鏡８３からの測長ビームの反射光の進行方向に変化がないという特徴を有している。

図１５は、ダブルパス干渉計の模式図である。図１５では、移動鏡８３に照射される測長ビーム８３Ａについてのみ図示されており、λ／４板などは省略されている。図１５において、光源１２０から射出された光束は、ビームエキスパンダ１２２及び反射ミラー１２３を介して偏光ビームスプリッタ１２４に入射される。測長ビーム８３Ａは、偏光ビームスプリッタ１２４の反射面で反射した後、移動鏡８３の反射面に照射され、その反射光は偏光ビームスプリッタ１２４及びコーナーキューブ１２８を介して移動鏡８３の反射面に２回照射された後、受光部１３０に受光される。このとき、移動鏡８３の反射面の傾きがない場合（Ｘ軸に対する角度が０度である場合）、測長ビーム８３Ａは図１５の破線で示すように進行し、偏光ビームスプリッタ１２４から射出され受光部１３０に向かう射出光束は、偏光ビームスプリッタ１２４に対して入射する入射光束と平行となる。一方、移動鏡８３の反射面が角度θ傾いている場合、測長ビームは、図１５の一点鎖線８３Ａ’で示すように進行するが、この場合においても、偏光ビームスプリッタ１２４からの射出光束は、入射光束と平行となる。つまり、移動鏡８３の反射面の傾きがある場合とない場合とでの射出光束それぞれの進行方向は同じとなる。したがって、図１６に示す模式図のように、移動鏡８３に測長ビーム８３Ａを１回照射する構成である場合、移動鏡８３に傾きがあると、傾きがない状態に対してその反射光の進行方向が変化し、受光部１３０に受光されない不都合が生じるが、図１５を参照して説明したように、ダブルパス干渉計によれば、移動鏡８３がたとえ傾いてもその反射光を受光部１３０で受光することができる。

ダブルパス干渉計は、長尺の移動鏡７２、８２、８３等に測長ビームを照射する干渉計、あるいは定盤１（ハウジングＵ、鏡筒ＰＫ）の傾斜を検出するための参照鏡７５、７６、７８等に参照ビームを照射する干渉計に採用される。これにより、移動鏡（参照鏡）が傾いても、移動鏡からの反射光に基づいて位置計測（姿勢計測）を行うことができる。なお、マスクホルダ２０のＸ軸方向の位置を計測するための移動鏡７０、７１や、定盤１に設けられている参照鏡７３、７４などはコーナーキューブにより構成されており、このコーナーキューブに対する入射光とその反射光とは平行となるので、干渉計の受光部に受光される。

ところで、図１５において、移動鏡８３の傾き角度をθ、コーナーキューブ１２８の頂点と移動鏡８３との距離をＤとすると、移動鏡８３に傾きがない場合の射出光束８３Ａの受光部１３０に対する照射位置に対して、傾きがある場合の射出光束８３Ａ’の受光部１３０に対する照射位置は、距離（移動量）Δ＝４×Ｄ×θだけ移動する。例えば、距離Ｄが２５００ｍｍ、移動鏡８３のθＺ方向の回転量を±２００μｒａｄ、θＸ方向の回転量を±４００μｒａｄとすると、距離Δは最大で約４．４７ｍｍ程度となる。そして、光源１２０から射出された後の光束の径が５ｍｍ程度である場合、光束は受光部１３０に良好に受光されずにステージ位置計測できなくなる等の不都合が生じる可能性がある。つまり、図１７中、（ａ）に示す模式図のように、受光部１３０の検出領域１３０Ａに対して移動量Δが大きいと、径Ｈを有する光束が入射されない。そこで、図１７中、（ｂ）に示すように、ビームエキスパンダ１２２により光源１２０から射出された光束の径を拡大することで、移動鏡８３が傾いて受光部１３０に対する光束の光路が移動（シフト）した場合であっても、光束は受光部１３０に受光される。

このとき、移動鏡８３の姿勢変化（傾斜）に伴う移動鏡８３で反射する測長ビーム８３Ａの移動量Δ（＝４×Ｄ×θ）に応じて、ビームエキスパンダ１２２は光束を拡大する倍率を変更する。これにより、移動鏡８３が傾いた場合でも光束をより確実に受光部１３０に受光させることができる。例えば、移動鏡８３の傾き角度θが大きい場合（移動量Δが大きい場合）、ビームエキスパンダ１２２は倍率を大きくし、傾き角度θが小さい場合、倍率を小さくする。この場合、受光部１３０に対する光束の移動量Δを例えば予め実験等により求めておき、この求めた移動量Δに基づいてビームエキスパンダ１２２の倍率を設定することができる。そして、移動鏡８３の傾きに伴って受光部１３０に対して光束（射出光束）が移動する方向に沿うように、ビームエキスパンダ１２２で光束８３Ａを拡大することで、受光部１３０に対して光束８３Ａを入射させることができる。

ビームエキスパンダ１２２による光束の拡大に伴い、その照度（所定面に照射されたときの単位面積あたりの光量）は低下する。そこで、受光部１３０に対する光束の光路が移動して例えばその一部が受光部１３０より外れても、受光される光量が所定値（許容値）以下とならない程度に、ビームエキスパンダ１２２の倍率を小さく抑えることが好ましい。そのため、移動鏡８３で反射した光束８３Ａの受光部１３０に対する移動量Δと、受光部１３０の光束８３Ａに対する感度特性とに応じて、ビームエキスパンダ１２２の倍率が設定される。例えば、受光部１３０の感度が高い場合、ビームエキスパンダ１２２の倍率を大きくすることにより、移動量Δが大きい場合でも光束を受光部１３０に入射させることができる。この場合、ビームエキスパンダ１２２の倍率を大きくすることに伴って光束の照度（光強度）が低下するが、受光部１３０の感度は高いので、干渉計１３は受光部１３０の受光結果に基づいて精度良い位置計測を行うことができる。

ところで、図１３に示すように、光源１２０から射出された光束は、光束分岐部１２１で２つの光束に分岐された後、２つのビームエキスパンダ１２２Ａ、１２２Ｂのそれぞれに入射し、一方のビームエキスパンダ１２２Ａを通過した光束はマスクステージＭＳＴ及び基板ステージＰＳＴの主にＸ軸方向の位置を計測する干渉計６〜１０に送られ、他方のビームエキスパンダ１２２Ｂを通過した光束は主にＹ軸方向の位置を計測する干渉計１１〜１５に送られる構成となっている。このとき、ビームエキスパンダ１２２Ｂの倍率のほうがビームエキスパンダ１２２Ａの倍率より大きく設定されていることにより、長尺の移動鏡７２、８２、８３等の姿勢変化に伴う受光部１３０に対する光束の移動量Δが大きくても、干渉計１１〜１５の受光部１３０は光束をより確実に受光することができる。

また、干渉計では、図１８に示す模式図のように、測長ビームと参照ビームとが重なる（合成される）重複領域の光成分（重複光成分）に基づいて位置計測を行うが、移動鏡８３が傾いて測長ビームが移動すると、重複領域が小さくなり、受光部１３０に受光される重複光成分の光量が低下して精度良い位置計測を行うことができない不都合が生じる。また、重複領域以外（非重複領域）の非重複光成分は干渉計（受光部１３０）に対するノイズ成分であり、重複光成分に対する非重複光成分の割合が多くなると重複光成分と非重複光成分とのコントラストが低下し、この場合も干渉計は精度良い位置計測を行うことができなくなる場合がある。

そこで、受光部１３０に対する光路手前側に、この受光部１３０に入射する光束を制限する制限部１２９を配置することで、ノイズ成分（非重複光成分）を除いた状態で、光束を受光部１３０に入射させることができる。これにより、重複光成分と非重複光成分とのコントラストが向上し、干渉計は位置計測を精度良く行うことができる。

上記重複光成分は、移動鏡８３の姿勢変化に伴う受光部１３０に対する光束の移動量Δに応じて、その大きさが変化する。そこで、制限部１２９は、光束の移動量Δに応じて、受光部１３０に入射する光束を制限することにより、受光部１３０に入射する光束の光量を維持しつつ、ノイズ成分を除くことができる。なお、一般にレーザ光源はガウス分布となるため、詳細の光量はこの分布を考慮することが必要である。

なお、上記実施形態において、制限部１２９は、合成部としての偏光ビームスプリッタ１２４と受光部１３０との間に設けられた構成であるが、移動鏡（測定光反射部）８３と受光部１３０との間に配置されていればよい。例えば、制限部１２９が移動鏡８３と偏光ビームスプリッタ１２４との間に設けられていてもよい。これにより、ビームエキスパンダ１２２で拡大され移動鏡８３で反射された光束の径を、その光束が受光部１３０に入射される前に制限できるため、受光部１３０に対するノイズ成分を除くことができる。一方、絞りを含む制限部１２９を移動鏡８３と偏光ビームスプリッタ１２４との間に配置した場合、絞りにより回折した光成分の位相が変化する場合が考えられる。このとき、位相が変化した光成分を含む測長ビームと参照ビームとが偏光ビームスプリッタ１２４で合成され、その合成光に基づいて位置計測を行うと、位置計測誤差が生じる可能性がある。そこで、図１４に示したように、制限部１２９を偏光ビームスプリッタ１２４と受光部１３０との間に配置することで、偏光ビームスプリッタ１２４を介した測長ビームと参照ビームとの双方の位相が同様に変化するので、測長ビームと参照ビームとの位相差に起因する位置計測誤差の発生を防止することができる。

そして、制限部１２９は、受光部１３０に対して入射させる光束の径を少なくとも参照ビームの径より小さくすることで、十分にノイズ成分を除いた状態で受光部１３０に入射させることができる。ここでは、制限部１２９は、光を集光するためのピックアップレンズの外径（有効径）にて制限する構成であるが、機械的な絞りを配置しても構わない。

ところで、上述したように、受光部１３０は各干渉計（計測軸）６〜１５のそれぞれに設けられているが、光束に対して互いに異なる感度特性を有している。全ての受光部１３０を高感度のものにすることにより光源１２０のパワーを低減できるという利点があるが、高感度の受光部１３０は高価であって装置コストの上昇を招き、またノイズの影響を受けやすい。そこで、例えばその移動ストロークが大きく移動速度も高速であるステージの走査方向（Ｘ軸方向）の位置計測に用いる干渉計６、７、８、１０等に高感度な受光部１３０を使用し、他の干渉計の受光部１３０については安価な受光部１３０を使用するといった構成とすることができる。そして、各受光部１３０のそれぞれに対してその受光部１３０の感度以上の光量の光束が照射されるように、複数の光束分岐部１２１それぞれの光量分岐比を最適に設定することが好ましい。

ここで、移動鏡８３に傾きがない場合における受光部１３０に対して入射する信号強度（光強度）Ｓ０と、移動鏡８３が傾き、受光部１３０に対して光束が距離Δ移動した場合における受光部１３０に対して入射する信号強度Ｓ１との比（＝Ｓ１／Ｓ０）をＨ１、光源１２０から射出された光束を複数の計測軸（干渉計）に分岐したときの光量分岐比をＨ２、複数の受光部１３０どうしの感度比をＨ３としたとき、信号強度比Ｈ１及び感度比Ｈ３に応じて光量分岐比Ｈ２を設定することが好ましい。

簡単のために、図１０に示したマスクホルダ２０の位置を計測する干渉計６〜１２について考える。干渉計１１の計測対象である移動鏡７２は長尺な移動鏡であり、この移動鏡７２の姿勢変化に伴って干渉計１１の受光部１３０に対して入射する光束は移動する。この干渉計１１の受光部１３０における信号強度比Ｈ１を例えば０．８とする。一方、マスクホルダ２０及び定盤１上の移動鏡及び参照鏡は例えばコーナーキューブにより形成されており、これらに照射された光束の反射光は、干渉計６、７、１２の受光部１３０に対して移動しない。また、マスクホルダ２０の走査方向の位置計測をする干渉計６、７の受光部１３０を、他の干渉計１１、１２の受光部１３０に比べて１０倍高感度のものとする。つまり、干渉計６、７の受光部１３０と、干渉計１１、１２との感度比Ｈ３は１０である。この場合、光源１２０から射出された光束を干渉計６、７、１１、１２のそれぞれに光束分岐部１２１を使って分岐する場合、干渉計６、７に対して供給する光量をＲ１、干渉計１１に対して供給する光量をＲ２、干渉計１２に対して供給する光量をＲ３とした場合、Ｒ１：Ｒ２：Ｒ３＝１：８：１０となるように各光束分岐部を設定することにより、干渉計６、７、１１、１２の受光部１３０のそれぞれは、光束（測長ビーム）を良好に受光することができる。なお実際には、例えば各光路上の光学素子の反射率や透過率も考慮して上記光量分岐比が決定され、例えば、高感度の受光素子の場合にはノイズに弱いといった特徴があるため、安全係数を５倍見込むと、Ｒ１：Ｒ２：Ｒ３＝５：８：１０のように設定される。

また、計測軸の数をｍ（但し、ｍは７以上の整数）、計測軸のそれぞれに配置される光束分岐部の数をｎとしたとき、ｎは、２^ｎ ≧ ｍの条件を満足する最小値に設定されることが好ましい。例えば、計測軸を１０軸に分岐し、光源１２０からの光束を各計測軸（干渉計）６〜１５に等分配する場合、図１９に示す模式図のように、光束分岐部１２１を直列に配置すると、第１の光束分岐部１２１Ａの分岐比は０．１：０．９に設定され、第２の光束分岐部１２１Ｂの分岐比は０．１：０．８に設定される必要がある。ところが、製造誤差等に起因して光束分岐部１２１Ａ〜１２１Ｉの分岐比が変動する。例えば製造誤差が±５％である場合、第１の光束分岐部１２１Ａの分岐比は、０．０５：０．９５となる場合と、０．１５：０．８５となる場合とが考えられ、各軸に分岐される光量のばらつきが大きくなる。一方、各軸における分岐比が１：１に近づくほど、各軸に分岐される光量のばらつきは小さくなる。そこで、上記式を満足するように光束分岐部を設けることにより、各軸に分岐される光量のばらつきを抑えることができる。上記実施形態では、計測軸の数ｍは１０であり、この場合、ｎ＝４となる。つまり、光源１２０から射出された光束を１０軸に分岐する場合、１つの軸に対して最大で４つの光束分岐部１２１を配置することで、光束を良好に分岐できる。そこで、本実施形態における干渉システムＳＹＳでは、図２０に示すように、光源１２０から射出された光束は、光束分岐部１２１Ａにより２つの軸Ｊ１、Ｊ２に分岐される。軸Ｊ１上には４つの光束分岐部１２１Ｂ〜１２１Ｅが配置され、それら光束分岐部１２１Ｂ〜１２１Ｅにより軸Ｊ１は４つの軸Ｊ３〜Ｊ６に分岐される。軸Ｊ４、Ｊ５、Ｊ６は干渉計１０、９、８に接続される。軸Ｊ３上には２つの光束分岐部１２１Ｆ、１２１Ｇが配置され、それら光束分岐部１２１Ｆ、１２１Ｇにより軸Ｊ３は２つの軸Ｊ７、Ｊ８に分岐される。軸Ｊ７、Ｊ８は干渉計７、６に接続される。一方、軸Ｊ２上には３つの光束分岐部１２１Ｈ〜１２１Ｊが配置され、それら光束分岐部１２１Ｈ〜１２１Ｊにより軸Ｊ２は３つの軸Ｊ９〜Ｊ１１に分岐される。軸Ｊ９、Ｊ１１は干渉計１３、１５に接続される。軸Ｊ１０上には３つの光束分岐部１２１Ｋ、１２１Ｌ、１２１Ｍが配置され、それら光束分岐部１２１Ｋ、１２１Ｌ、１２１Ｍにより軸Ｊ１０は３つの軸Ｊ１２〜Ｊ１４に分岐される。軸Ｊ１２、Ｊ１３、Ｊ１４は干渉計１４、１２、１１に接続される。なお、本実施形態において、軸数が少ない場合（ｍ＜７）、光量のばらつきは顕著にあらわれないため、考慮していない。

なお、上記実施形態における露光装置ＥＸは、互いに隣接する複数の投影光学モジュールＰＬａ〜ＰＬｇを有する、いわゆるマルチレンズスキャン型露光装置であるが、投影光学系が１つである走査型露光装置ついても、本発明を適用することができる。更に、本実施形態の露光装置ＥＸとして、図２１に示すような、マスクＭと基板Ｐとを静止した状態でマスクＭのパターンを露光し、基板Ｐを順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート型の露光装置にも適用することができる。図１９に示す例では、投影光学系ＰＬは、鏡筒ＰＫに設けられたフランジ部Ｆを介して定盤１に支持されている。また、この定盤１には複数のマーク検出系ＡＬが支持されている。定盤１の側面には複数の参照鏡１４０が取り付けられており、この定盤１は不図示のコラムに対してキネマティックに支持されている。

なお、露光装置ＥＸの用途としては角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを露光する液晶用の露光装置に限定されることなく、例えば、半導体製造用の露光装置や薄膜磁気ヘッドを製造するための露光装置にも広く適当できる。

基板ステージＰＳＴやマスクステージＭＳＴにリニアモータを用いる場合は、エアベアリングを用いたエア浮上型およびローレンツ力またはリアクタンス力を用いた磁気浮上型のどちらを用いてもいい。また、ステージは、ガイドに沿って移動するタイプでもいいし、ガイドを設けないガイドレスタイプでもよい。

ステージの駆動装置として平面モ−タを用いる場合、磁石ユニットと電機子ユニットのいずれか一方をステージに接続し、磁石ユニットと電機子ユニットの他方をステージの移動面側（ベース）に設ければよい。

基板ステージＰＳＴの移動により発生する反力は、特開平８−１６６４７５号公報に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。マスクステージＭＳＴの移動により発生する反力は、特開平８−３３０２２４号公報に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。

本願実施形態の露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。

半導体デバイスは、図２２に示すように、デバイスの機能・性能設計を行うステップ２０１、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップ２０２、デバイスの基材である基板（ウエハ、ガラスプレート）を製造するステップ２０３、前述した実施形態の露光装置によりマスクのパターンを基板に露光する基板処理ステップ２０４、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）２０５、検査ステップ２０６等を経て製造される。

本発明のマーク検出系を備えた露光装置の一実施形態を示す概略斜視図である。定盤に支持された投影光学系、マーク検出系、及びフォーカス検出系を示す斜視図である。図２を上方から見た平面図である。基板ステージを示す斜視図である。定盤に支持された投影光学系を示す概略構成図である。ハウジングに収容されたマーク検出系及びフォーカス検出系の配置を示す模式図である。マーク検出系と基板ステージに支持された基板との関係を示す平面図である。フォーカス検出系の概略構成図である。マーク検出系の概略構成図である。マスクホルダ及び定盤と干渉計との関係を示す斜視図である。基板ホルダ及び定盤と干渉計との関係を示す斜視図である。干渉計がマーク検出系の姿勢を検出している状態を説明するための模式図である。干渉システムの全体構成を示す概略斜視図である。干渉計を示す概略斜視図である。ダブルパス干渉計の光束の光路を示す模式図である。移動鏡の傾斜により干渉計の光束の光路が変化する様子を示す模式図である。拡大手段の作用を説明するための模式図である。制限手段の作用を説明するための模式図である。光束分岐部の一例を示す模式図である。光束分岐部の一例を示す模式図である。露光装置の他の実施形態を示す概略斜視図である。半導体デバイスの製造工程の一例を示すフローチャート図である。

符号の説明

１…定盤、２…支持部、６〜１５…干渉計（姿勢検出装置）、２０…マスクホルダ（マスクステージ）、３０…基板ホルダ（基板ステージ）、５０、５２…フォーカス検出系、７０、７１、８２、８３…移動鏡（測定光反射部）、７３〜８１…参照鏡（参照光反射部）、１００…コラム（支持構造体）、１２０…光源、１２２…ビームエキスパンダ（拡大手段）、１２４…偏光ビームスプリッタ（分割部、合成部）、１２９…制限部（制限手段）、１３０…受光部、ＡＦ…フォーカス検出系（姿勢検出装置）、ＡＬ（ＡＬ１〜ＡＬ６）…アライメント系（マーク検出系）、ＣＯＮＴ…制御装置、ＥＸ…露光装置、Ｊ１〜Ｊ１４…計測軸、Ｍ…マスク、ｍ１〜ｍ６…アライメントマーク、ＭＳＴ…マスクステージ、Ｐ…基板、ＰＬ…投影光学系、ＰＬａ〜ＰＬｇ…投影光学モジュール、ＰＳＴ…基板ステージ、ＳＹＳ…干渉システム（干渉計、姿勢検出装置）

Claims

マスクステージに支持されたマスクのパターンを基板ステージに支持された基板に露光する露光装置において、
前記基板上に形成されたアライメントマークを検出可能な複数のマーク検出系と、
前記複数のマーク検出系を一体で姿勢変化するように支持する検出系支持部と、
前記マスクステージ及び前記基板ステージの少なくとも一方に対する前記検出系支持部の相対的な姿勢を検出する姿勢検出装置とを備え、
前記姿勢検出装置は、
前記検出系支持部に支持された参照鏡と、
前記マスクステージ及び前記基板ステージの少なくとも一方に設けられた移動鏡と、
前記参照鏡及び前記移動鏡からの反射光を干渉させる第１のレーザ干渉計と、
複数の前記参照鏡からの反射光を干渉させる第２のレーザ干渉計とを有することを特徴とする露光装置。
前記検出系支持部は、前記複数のマーク検出系を収容してユニット化するハウジング部と、前記ハウジング部を介して前記複数のマーク検出系を支持する定盤とを含むことを特徴とする請求項１記載の露光装置。
前記定盤を支持構造体に対してキネマティックに支持する支持部を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の露光装置。
前記姿勢検出装置の検出結果に基づいて、前記マーク検出系の検出結果を補正するマーク検出制御装置を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の露光装置。
前記姿勢検出装置の検出結果に基づいて、前記マスクステージ及び前記基板ステージのうち少なくともいずれか一方の姿勢を補正するステージ制御装置を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の露光装置。
前記パターンの像を前記基板に投影する投影光学系を備え、
前記検出系支持部は、前記投影光学系を前記複数のマーク検出系と一体に支持することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の露光装置。
前記参照鏡は、前記投影光学系に設けられ、
前記姿勢検出装置は、前記投影光学系を介して前記検出系支持部の前記相対的な姿勢を検出することを特徴とする請求項６記載の露光装置。
前記姿勢検出装置の検出結果に基づいて、前記基板上での前記パターンの像の位置を補正する像位置制御装置を備えたことを特徴とする請求項６又は７記載の露光装置。
前記投影光学系は、該投影光学系の結像特性を調整する結像特性調整装置を有し、
前記像位置制御装置は、前記姿勢検出装置の検出結果に基づいて、前記結像特性調整装置を制御することを特徴とする請求項８記載の露光装置。
前記投影光学系は、複数の投影光学モジュールを有することを特徴とする請求項６〜９のいずれか一項記載の露光装置。
前記アライメントマークは、所定方向に複数並んで設けられ、
前記複数のマーク検出系は、複数の前記アライメントマークを同時に検出可能に配置されたことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項記載の露光装置。
前記第１及び第２のレーザ干渉計は、同一部材に設けられることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項記載の露光装置。
前記姿勢検出装置は、前記投影光学系の像面に対する前記マスク及び前記基板のうち少なくともいずれか一方の位置を検出するフォーカス検出系を備え、
前記フォーカス検出系は、前記検出系支持部に支持されていることを特徴とする請求項６〜１１のいずれか一項記載の露光装置。
マスクステージに支持されたマスクのパターンを基板ステージに支持された基板に露光する露光装置において、
前記パターンの像を前記基板に投影する投影光学系と、
前記基板上に形成されたアライメントマークを検出可能な複数のマーク検出系と、
前記複数のマーク検出系を一体で姿勢変化するように支持する検出系支持部と、
前記投影光学系及び前記複数のマーク検出系と一体に前記検出系支持部に支持され、前記投影光学系の像面に対する前記マスク及び前記基板のうち少なくともいずれか一方の位置を検出して前記マスクステージ及び前記基板ステージの少なくとも一方に対する前記検出系支持部の相対的な姿勢を検出する姿勢検出装置とを備え、
前記姿勢検出装置は、
前記マスク及び前記基板のうち少なくとも一方を検出対象とし、該検出対象に対して傾斜方向から光を照射する送光系と、
前記検出対象で反射した前記光を受光する受光系と、
前記受光系が受光した前記光の変位量に基づいて前記検出対象の前記位置を検出する制御装置とを有することを特徴とする露光装置。