JP5115859B2 - パターン形成装置、露光装置及び露光方法、並びにデバイス製造方法 - Google Patents

パターン形成装置、露光装置及び露光方法、並びにデバイス製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、パターン形成装置、露光装置及び露光方法、並びにデバイス製造方法に係り、さらに詳しくは、半導体素子及び液晶表示素子などの電子デバイスを製造する際にリソグラフィ工程などで用いるのに好適なパターン形成装置、電子デバイスを製造する際に好適に用いることができ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(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・リピート方式の縮小投影露光装置(いわゆるステッパ)、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、集積回路の微細化に伴い使用される露光光の波長は年々短波長化し、また、投影光学系の開口数も次第に増大(大NA化)し、解像力の向上が図られてきた。しかるに、露光光の短波長化及び投影光学系の大NA化によって、焦点深度が狭くなり過ぎて、露光動作時のフォーカスマージンが不足するおそれが生じていた。そこで、実質的に露光波長を短くして、かつ空気中に比べて焦点深度を大きく(広く)する方法として、液浸法を利用した露光装置が、最近注目されるようになってきた(例えば特許文献1参照)。
また、集積回路の微細化に伴い重ね合わせ精度の要求が厳しくなるにつれて、被露光物体、例えばウエハ又はガラスプレート等(以下、「ウエハ」と総称する)が搭載されるステージ(ウエハステージ)の位置制御性(位置決め性能を含む)の向上も要求されるようになってきた。このため、最近の露光装置では、ウエハステージをウエハより僅かに大きい程度に小型化し、従来ウエハステージに搭載されていた各種計測器類、例えば、投影光学系を介して照明光を受光するセンサ(例えば、投影光学系の像面上で照明光を受光する照度モニタ及び照度むらセンサ、並びに投影光学系により投影されるパターンの空間像(投影像)の光強度を計測する、例えば特許文献2などに開示される空間像計測器など)などを搭載したステージ(計測ステージとも呼ばれる)を、ウエハステージとは別に設けることがなされている(例えば、特許文献3参照)。この計測ステージを備えた露光装置では、例えばウエハステージ上でウエハ交換がなされるのと並行して、計測ステージを用いて各種の計測を行うことが可能であり、結果的にスループットの向上も可能である。また、この露光装置では、例えば投影光学系のベストフォーカス位置を、空間像計測器を用いて計測し、この計測結果に基づいて露光の際のウエハステージ(ウエハ)のフォーカス・レベリング制御が行われる。
しかしながら、この場合、ベストフォーカス位置を計測するために用いられるステージと露光の際のウエハのフォーカス・レベリング制御に用いられるステージとが異なるため、露光の際にフォーカス・レベリング制御誤差が生じ、ひいてはデフォーカスによる露光不良が発生するおそれがあった。
また、ウエハステージの位置計測は、高分解能なレーザ干渉計を用いて行われるのが、一般的である。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。
国際公開第2004/053955号パンフレット 特開2002−14005号公報 国際公開第2005/074014号パンフレット
本発明は、上述の事情の下になされたもので、第1の観点からすると、エネルギビームにより光学系を介して物体上にパターンを形成するパターン形成装置であって、前記物体を保持して第1軸及びこれと交差する第2軸を含む所定の平面内で移動する第1移動体と;前記平面内で前記第1移動体とは独立に移動する第2移動体と;前記第1移動体にその一部が設けられるとともに前記第2移動体に残りの一部が設けられ、前記光学系を介して形成されるマークの空間像を計測する空間像計測装置と;を備えるパターン形成装置である。
これによれば、パターンが形成される物体を保持する第1移動体に空間像計測装置の一部が設けられているので、第1移動体を移動しつつ空間像計測装置による空間像の計測、ひいては空間像の計測結果に基づく、光学系の光学特性(例えばベストフォーカス位置など)の計測が可能となる。従って、エネルギビームにより光学系を介して物体上にパターンを形成する際に、この光学特性の計測結果に基づいて、第1移動体の光学系の光軸方向に関する位置が高精度に調整される。また、第1移動体には、空間像計測装置の一部が設けられるのみなので、その第1移動体が大型化することがなく、その位置制御性を良好に確保することができる。
本発明は、第の観点からすると、光学系を介してエネルギビームで物体を露光する露光装置であって、所定の平面内で独立に可動な第1及び第2移動体と;前記第1及び第2移動体に第1及び第2部材がそれぞれ設けられ、前記第1及び第2部材を介して前記エネルギビームを検出する検出装置と;を備える露光装置である。
これによれば、第1及び第2移動体に第1及び第2部材がそれぞれ設けられているので、第1移動体を移動しつつ検出装置によりエネルギビームの検出が可能となる。また、第1移動体には、検出装置の一部である第1部材が設けられるのみなので、その第1移動体が大型化することがなく、その位置制御性を良好に確保することができる。
本発明は、第の観点からすると、本発明の露光装置を用いて物体を露光することと、前記露光された物体を現像することと、を含むデバイス製造方法である。
本発明は、第の観点からすると、光学系を介してエネルギビームで物体を露光する露光方法であって、所定の平面内で独立に可動な第1及び第2移動体に、第1及び第2部材がそれぞれ設けられた検出装置を用い、前記第1及び第2部材を介して前記エネルギビームを検出することを含む露光方法である。
これによれば、第1及び第2移動体に第1及び第2部材がそれぞれ設けられているので、第1移動体を移動しつつ検出装置によりエネルギビームの検出が可能となる。また、第1移動体には、検出装置の一部である第1部材が設けられるのみなので、その第1移動体が大型化することがなく、その位置制御性を良好に確保することができる。
本発明は、第の観点からすると、本発明の露光方法を用いて物体を露光することと、前記露光された物体を現像することと、を含むデバイス製造方法である。
一実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。 図1のステージ装置を示す平面図である。 図1の露光装置が備える各種計測装置(エンコーダ、アライメント系、多点AF系、Zセンサなど)の配置を示す平面図である。 図4(A)は、ウエハステージを示す平面図、図4(B)は、ウエハステージWSTを示す一部断面した概略側面図である。 図5(A)は、計測ステージを示す平面図、図5(B)は、計測ステージを示す一部断面した概略側面図である。 X軸固定子80,81の図2における+X側端部近傍を示す斜視図である。 図7(A)〜図7(D)は、ストッパ機構の作用を説明するための図である。 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9(A)及び図9(B)は、アレイ状に配置された複数のヘッドをそれぞれ含む複数のエンコーダによるウエハテーブルのXY平面内の位置計測及びヘッド間の計測値の引き継ぎについて説明するための図である。 図10(A)は、エンコーダの構成の一例を示す図、図10(B)は、検出光として格子RGの周期方向に長く延びる断面形状のレーザビームLBが用いられた場合を示す図である。 一実施形態に係る露光装置で行われるスケールの格子ピッチ補正及び格子変形の補正について説明するための図である。 図12(A)〜図12(C)は、一実施形態に係る露光装置で行われるウエハアライメントについて説明するための図である。 図13(A)〜図13(C)には、ウエハテーブルWTB(ウエハW)のZ位置を変化させながら、複数のアライメント系によるウエハ上のマークの同時検出について説明するための図である。 図14(A)及び図14(B)は、プライマリアライメント系のベースライン計測動作について説明するための図である。 図15(A)及び図15(B)は、ロット先頭に行われる、セカンダリアライメント系のベースライン計測動作について説明するための図である。 ウエハ交換毎に行われるセカンダリアライメント系のベースラインチェック動作について説明するための図である。 図17(A)及び図17(B)は、セカンダリアライメント系の位置調整の動作について説明ための図である。 図18(A)〜図18(C)は、一実施形態に係る露光装置で行われるフォーカスマッピングについて説明するための図である。 図19(A)及び図19(B)は、一実施形態に係る露光装置で行われるフォーカスキャリブレーションについて説明するための図である。 図20(A)及び図20(B)は、一実施形態に係る露光装置で行われるAFセンサ間オフセット補正について説明するための図である。 図21(A)及び図21(B)は、一実施形態に係る露光装置で行われるトラバースZ走り補正について説明するための図である。 ウエハステージ上のウエハに対するステップ・アンド・スキャン方式の露光が行われている状態のウエハステージ及び計測ステージの状態を示す図である。 ウエハステージWST側で、ウエハWに対する露光が終了した段階のウエハステージ及び計測ステージの状態を示す図である。 露光終了後に、ウエハステージと計測ステージとが離間した状態から両ステージが接触する状態に移行した直後の両ステージの状態を示す図である。 ウエハテーブルと計測テーブルとのY軸方向の位置関係を保ちつつ、計測ステージが−Y方向に移動し、ウエハステージがアンローディングポジションに向けて移動しているときの両ステージの状態を示す図である。 計測ステージがSec-BCHK(インターバル)を行う位置に到達したときのウエハステージと計測ステージとの状態を示す図である。 Sec-BCHK(インターバル)が行われるのと並行して、ウエハステージがアンロードポジションからローディングポジションに移動したときのウエハステージと計測ステージとの状態を示す図である。 計測ステージが最適スクラム待機位置へ移動し、ウエハがウエハテーブル上にロードされたときのウエハステージと計測ステージとの状態を示す図である。 計測ステージが最適スクラム待機位置で待機中に、ウエハステージがPri-BCHKの前半の処理を行う位置へ移動したときの両ステージの状態を示す図である。 アライメント系AL1,AL22,AL23を用いて、3つのファーストアライメントショット領域に付設されたアライメントマークを同時検出しているときのウエハステージと計測ステージとの状態を示す図である。 フォーカスキャリブレーション前半の処理が行われているときのウエハステージと計測ステージとの状態を示す図である。 アライメント系AL1,AL21〜AL24を用いて、5つのセカンドアライメントショット領域に付設されたアライメントマークを同時検出しているときのウエハステージと計測ステージとの状態を示す図である。 Pri-BCHK後半の処理及びフォーカスキャリブレーション後半の処理の少なくとも一方が行われているときのウエハステージと計測ステージとの状態を示す図である。 アライメント系AL1,AL21〜AL24を用いて、5つのサードアライメントショット領域に付設されたアライメントマークを同時検出しているときのウエハステージと計測ステージとの状態を示す図である。 アライメント系AL1,AL22,AL23を用いて、3つのフォースアライメントショット領域に付設されたアライメントマークを同時検出しているときのウエハステージと計測ステージとの状態を示す図である。 フォーカスマッピングが終了したときのウエハステージと計測ステージとの状態を示す図である。 デバイス製造方法の実施形態を説明するためのフローチャートである。 図37のステップ204の具体例を示すフローチャートである。
以下、本発明の一実施形態を図1〜図36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の構成が概略的に示されている。この露光装置100は、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置、すなわちいわゆるスキャナである。後述するように本実施形態では、投影光学系PLが設けられており、以下においては、この投影光学系PLの光軸AXと平行な方向をZ軸方向、これに直交する面内でレチクルとウエハとが相対走査される方向をY軸方向、Z軸及びY軸に直交する方向をX軸方向とし、X軸、Y軸、及びZ軸回りの回転(傾斜)方向をそれぞれθx、θy、及びθz方向として説明を行う。
露光装置100は、照明系10、該照明系10からの露光用照明光(以下、「照明光」又は「露光光」と呼ぶ)ILにより照明されるレチクルRを保持するレチクルステージRST、レチクルRから射出された照明光ILをウエハW上に投射する投影光学系PLを含む投影ユニットPU、ウエハステージWST及び計測ステージMSTを有するステージ装置50、及びこれらの制御系等を備えている。ウエハステージWST上には、ウエハWが載置されている。
照明系10は、例えば特開2001−313250号公報(対応する米国特許出願公開第2003/0025890号明細書)などに開示されるように、光源と、オプティカルインテグレータ等を含む照度均一化光学系、レチクルブラインド等(いずれも不図示)を有する照明光学系とを含んでいる。この照明系10では、レチクルブラインド(マスキングシステム)で規定されたレチクルR上のスリット状の照明領域IARを照明光(露光光)ILによりほぼ均一な照度で照明する。ここで、照明光ILとしては、一例としてArFエキシマレーザ光(波長193nm)が用いられている。また、オプティカルインテグレータとしては、例えばフライアイレンズ、ロッドインテグレータ(内面反射型インテグレータ)あるいは回折光学素子などを用いることができる。
前記レチクルステージRST上には、回路パターンなどがそのパターン面(図1における下面)に形成されたレチクルRが、例えば真空吸着により固定されている。レチクルステージRSTは、例えばリニアモータ等を含むレチクルステージ駆動系11(図1では不図示、図8参照)によって、XY平面内で微少駆動可能であるとともに、走査方向(図1における紙面内左右方向であるY軸方向)に指定された走査速度で駆動可能となっている。
レチクルステージRSTの移動面内の位置情報(θz方向の回転情報を含む)は、レチクルレーザ干渉計(以下、「レチクル干渉計」という)116によって、移動鏡15(実際には、Y軸方向に直交する反射面を有するY移動鏡(あるいは、レトロリフレクタ)とX軸方向に直交する反射面を有するX移動鏡とが設けられている)を介して、例えば0.5〜1nm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、主制御装置20(図1では不図示、図8参照)に送られる。主制御装置20は、レチクル干渉計116の計測値に基づいてレチクルステージRSTのX軸方向、Y軸方向及びθz方向の位置を算出するとともに、この算出結果に基づいてレチクルステージ駆動系11を制御することで、レチクルステージRSTの位置(及び速度)を制御する。なお、移動鏡15に代えて、レチクルステージRSTの端面を鏡面加工して反射面(移動鏡15の反射面に相当)を形成することとしても良い。また、レチクル干渉計116はZ軸、θx及びθy方向の少なくとも1つに関するレチクルステージRSTの位置情報も計測可能としてよい。
投影ユニットPUは、レチクルステージRSTの図1における下方に配置されている。投影ユニットPUは、鏡筒40と、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としては、例えばZ軸方向と平行な光軸AXに沿って配列される複数のレンズ(レンズエレメント)から成る屈折光学系が用いられている。投影光学系PLは、例えば両側テレセントリックで所定の投影倍率(例えば1/4倍、1/5倍又は1/8倍など)を有する。このため、照明系10からの照明光ILによって照明領域IARが照明されると、投影光学系PLの第1面(物体面)とパターン面がほぼ一致して配置されるレチクルRを通過した照明光ILにより、投影光学系PL(投影ユニットPU)を介してその照明領域IAR内のレチクルRの回路パターンの縮小像(回路パターンの一部の縮小像)が、その第2面(像面)側に配置される、表面にレジスト(感光剤)が塗布されたウエハW上の前記照明領域IARに共役な領域(以下、「露光領域」とも呼ぶ)IAに形成される。図示していないが、投影ユニットPUは、防振機構を介して3本の支柱で支持される鏡筒定盤に搭載されるが、例えば国際公開第2006/038952号パンフレットに開示されているように、投影ユニットPUの上方に配置される不図示のメインフレーム部材、あるいはレチクルステージRSTが配置されるベース部材などに対して投影ユニットPUを吊り下げ支持しても良い。
なお、本実施形態の露光装置100では、液浸法を適用した露光が行われるため、投影光学系PLの開口数NAが実質的に増大することに伴いレチクル側の開口が大きくなる。このため、レンズのみで構成する屈折光学系においては、ペッツヴァルの条件を満足することが困難となり、投影光学系が大型化する傾向にある。かかる投影光学系の大型化を避けるために、ミラーとレンズとを含む反射屈折系(カタディ・オプトリック系)を用いても良い。また、ウエハWには感光層だけでなく、例えばウエハ又は感光層を保護する保護膜(トップコート膜)などを形成してもよい。
また、本実施形態の露光装置100では、液浸法を適用した露光を行うため、投影光学系PLを構成する最も像面側(ウエハW側)の光学素子、ここではレンズ(以下、「先端レンズ」ともいう)191を保持する鏡筒40の下端部周囲を取り囲むように、局所液浸装置8の一部を構成するノズルユニット32が設けられている。本実施形態では、ノズルユニット32は、図1に示されるように、その下端面が先端レンズ191の下端面とほぼ面一に設定されている。また、ノズルユニット32は、液体Lqの供給口及び回収口と、ウエハWが対向して配置され、かつ回収口が設けられる下面と、液体供給管31A及び液体回収管31Bとそれぞれ接続される供給流路及び回収流路とを備えている。液体供給管31Aと液体回収管31Bとは、図3に示されるように、平面視(上方から見て)でX軸方向及びY軸方向に対して45°傾斜し、投影光学系PLの光軸AXを通るY軸方向の直線LVに関して対称な配置となっている。
液体供給管31Aには、その一端が液体供給装置5(図1では不図示、図8参照)に接続された不図示の供給管の他端が接続されており、液体回収管31Bには、その一端が液体回収装置6(図1では不図示、図8参照)に接続された不図示の回収管の他端が接続されている。
液体供給装置5は、液体のタンク、加圧ポンプ、温度制御装置、並びに液体供給管31Aに対する液体の供給・停止を制御するためのバルブ等を含んでいる。バルブとしては、例えば液体の供給・停止のみならず、流量の調整も可能となるように、流量制御弁を用いることが望ましい。前記温度制御装置は、液体タンク内の液体の温度を、例えば露光装置が収納されているチャンバ(不図示)内の温度と同程度の温度に調整する。なお、液体を供給するためのタンク、加圧ポンプ、温度制御装置、バルブなどは、そのすべてを露光装置100で備えている必要はなく、少なくとも一部を露光装置100が設置される工場などの設備で代替することもできる。
液体回収装置6は、液体のタンク及び吸引ポンプ、並びに液体回収管31Bを介した液体の回収・停止を制御するためのバルブ等を含んでいる。バルブとしては、液体供給装置5のバルブと同様に流量制御弁を用いることが望ましい。なお、液体を回収するためのタンク、吸引ポンプ、バルブなどは、そのすべてを露光装置100で備えている必要はなく、少なくとも一部を露光装置100が設置される工場などの設備で代替することもできる。
本実施形態では、上記の液体として、ArFエキシマレーザ光(波長193nmの光)が透過する純水(以下、特に必要な場合を除いて、単に「水」と記述する)を用いるものとする。純水は、半導体製造工場等で容易に大量に入手できると共に、ウエハ上のフォトレジスト及び光学レンズ等に対する悪影響がない利点がある。
ArFエキシマレーザ光に対する水の屈折率nは、ほぼ1.44である。この水の中では、照明光ILの波長は、193nm×1/n=約134nmに短波長化される。
液体供給装置5及び液体回収装置6は、それぞれコントローラを具備しており、それぞれのコントローラは、主制御装置20によって制御される(図8参照)。液体供給装置5のコントローラは、主制御装置20からの指示に応じ、液体供給管31Aに接続されたバルブを所定開度で開き、液体供給管31A、供給流路、及び供給口を介して先端レンズ191とウエハWとの間に水を供給する。また、このとき、液体回収装置6のコントローラは、主制御装置20からの指示に応じ、液体回収管31Bに接続されたバルブを所定開度で開き、回収口、回収流路、及び液体回収管31Bを介して、先端レンズ191とウエハWとの間から液体回収装置6(液体のタンク)の内部に水を回収する。このとき、主制御装置20は、先端レンズ191とウエハWとの間に供給される水の量と、回収される水の量とが常に等しくなるように、液体供給装置5のコントローラ、液体回収装置6のコントローラに対して指令を与える。従って、先端レンズ191とウエハWとの間に、一定量の液体(水)Lq(図1参照)が保持される。この場合、先端レンズ191とウエハWとの間に保持された液体(水)Lqは、常に入れ替わっている。
上記の説明から明らかなように、本実施形態では、ノズルユニット32、液体供給装置5、液体回収装置6、液体供給管31A及び液体回収管31B等を含み、局所液浸装置8が構成されている。なお、局所液浸装置8の一部、例えば少なくともノズルユニット32は、投影ユニットPUを保持するメインフレーム(前述の鏡筒定盤を含む)に吊り下げ支持されてもよいし、メインフレームとは別のフレーム部材に設けてもよい。あるいは、前述の如く投影ユニットPUが吊り下げ支持される場合は、投影ユニットPUと一体にノズルユニット32を吊り下げ支持してもよいが、本実施形態では投影ユニットPUとは独立に吊り下げ支持される計測フレームにノズルユニット32を設けている。この場合、投影ユニットPUを吊り下げ支持していなくてもよい。
なお、投影ユニットPU下方に計測ステージMSTが位置する場合にも、上記と同様に後述する計測テーブルと先端レンズ191との間に水を満たすことが可能である。
なお、上記の説明では、一例として液体供給管(ノズル)と液体回収管(ノズル)とがそれぞれ1つずつ設けられているものとしたが、これに限らず、周囲の部材との関係を考慮しても配置が可能であれば、例えば、国際公開第99/49504号パンフレットに開示されるように、ノズルを多数有する構成を採用することとしても良い。要は、投影光学系PLを構成する最下端の光学部材(先端レンズ)191とウエハWとの間に液体を供給することができるのであれば、その構成はいかなるものであっても良い。例えば、国際公開第2004/053955号パンフレットに開示されている液浸機構、あるいは欧州特許出願公開第1420298号明細書に開示されている液浸機構なども本実施形態の露光装置に適用することができる。
図1に戻り、ステージ装置50は、ベース盤12の上方に配置されたウエハステージWST及び計測ステージMST、これらのステージWST,MSTの位置情報を計測するY軸干渉計16,18を含む干渉計システム118(図8参照)、及び露光の際などにウエハステージWSTの位置情報を計測するのに用いられる後述するエンコーダシステム、並びにステージWST,MSTを駆動するステージ駆動系124(図8参照)などを備えている。
ウエハステージWST,計測ステージMSTそれぞれの底面には、不図示の非接触軸受、例えば真空予圧型空気静圧軸受(以下、「エアパッド」と呼ぶ)が複数ヶ所に設けられており、これらのエアパッドからベース盤12の上面に向けて噴出された加圧空気の静圧により、ベース盤12の上方にウエハステージWST,計測ステージMSTが数μm程度のクリアランスを介して非接触で支持されている。また、ステージWST,MSTは、ステージ駆動系124によって、Y軸方向(図1における紙面内左右方向)及びX軸方向(図1における紙面直交方向)に独立して2次元方向に駆動可能である。
これをさらに詳述すると、床面上には、図2の平面図に示されるように、ベース盤12を挟んでX軸方向の一側と他側に、Y軸方向に延びる一対のY軸固定子86,87が、それぞれ配置されている。Y軸固定子86、87は、例えばY軸方向に沿って所定間隔でかつ交互に配置されたN極磁石とS極磁石の複数の組から成る永久磁石群を内蔵する磁極ユニットによって構成されている。Y軸固定子86、87には、各2つのY軸可動子82,84及び83,85が、それぞれ非接触で係合した状態で設けられている。すなわち、合計4つのY軸可動子82、84、83、85は、XZ断面U字状のY軸固定子86又は87の内部空間に挿入された状態となっており、対応するY軸固定子86又は87に対して不図示のエアパッドをそれぞれ介して例えば数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。Y軸可動子82、84、83、85のそれぞれは、例えばY軸方向に沿って所定間隔で配置された電機子コイルを内蔵する電機子ユニットによって構成されている。すなわち、本実施形態では、電機子ユニットから成るY軸可動子82、84と磁極ユニットから成るY軸固定子86とによって、ムービングコイル型のY軸リニアモータがそれぞれ構成されている。同様にY軸可動子83、85とY軸固定子87とによって、ムービングコイル型のY軸リニアモータがそれぞれ構成されている。以下においては、上記4つのY軸リニアモータのそれぞれを、それぞれの可動子82、84、83、85と同一の符号を用いて、適宜、Y軸リニアモータ82、Y軸リニアモータ84、Y軸リニアモータ83、及びY軸リニアモータ85と呼ぶものとする。
上記4つのY軸リニアモータのうち、2つのY軸リニアモータ82、83の可動子82,83は、X軸方向に延びるX軸固定子80の長手方向の一端と他端にそれぞれ固定されている。また、残り2つのY軸リニアモータ84、85の可動子84,85は、X軸方向に延びるX軸固定子81の一端と他端に固定されている。従って、X軸固定子80、81は、各一対のY軸リニアモータ82,83、84,85によって、Y軸に沿ってそれぞれ駆動される。
X軸固定子80,81のそれぞれは、例えばX軸方向に沿って所定間隔で配置された電機子コイルをそれぞれ内蔵する電機子ユニットによって構成されている。
一方のX軸固定子81は、ウエハステージWSTの一部を構成するステージ本体91(図2では不図示、図1参照)に形成された不図示の開口に挿入状態で設けられている。このステージ本体91の上記開口の内部には、例えばX軸方向に沿って所定間隔でかつ交互に配置されたN極磁石とS極磁石の複数の組から成る永久磁石群を有する磁極ユニットが設けられている。この磁極ユニットとX軸固定子81とによって、ステージ本体91をX軸方向に駆動するムービングマグネット型のX軸リニアモータが構成されている。同様に、他方のX軸固定子80は、計測ステージMSTを構成するステージ本体92に形成された開口に挿入状態で設けられている。このステージ本体92の上記開口の内部には、ウエハステージWST側(ステージ本体91側)と同様の磁極ユニットが設けられている。この磁極ユニットとX軸固定子80とによって、計測ステージMSTをX軸方向に駆動するムービングマグネット型のX軸リニアモータが構成されている。
本実施形態では、ステージ駆動系124を構成する上記各リニアモータが、図8に示される主制御装置20によって制御される。なお、各リニアモータは、それぞれムービングマグネット型、ムービングコイル型のどちらか一方に限定されるものではなく、必要に応じて適宜選択することができる。
なお、一対のY軸リニアモータ84,85がそれぞれ発生する推力を僅かに異ならせることで、ウエハステージWSTのヨーイング(θz方向の回転)の制御が可能である。また、一対のY軸リニアモータ82,83がそれぞれ発生する推力を僅かに異ならせることで、計測ステージMSTのヨーイングの制御が可能である。
ウエハステージWSTは、前述したステージ本体91と、該ステージ本体91上に不図示のZ・レベリング機構(例えばボイスコイルモータなど)を介して搭載され、ステージ本体91に対してZ軸方向、θx方向、及びθy方向に相対的に微小駆動されるウエハテーブルWTBとを含んでいる。なお、図8では、上記各リニアモータとZ・レベリング機構とを含んで、ステージ駆動系124として示されている。
ウエハテーブルWTB上には、ウエハWを真空吸着等によって保持するウエハホルダ(不図示)が設けられている。ウエハホルダはウエハテーブルWTBと一体に形成しても良いが、本実施形態ではウエハホルダとウエハテーブルWTBとを別々に構成し、例えば真空吸着などによってウエハホルダをウエハテーブルWTBの凹部内に固定している。また、ウエハテーブルWTBの上面には、ウエハホルダ上に載置されるウエハの表面とほぼ面一となる、液体Lqに対して撥液化処理された表面(撥液面)を有し、かつ外形(輪郭)が矩形でその中央部にウエハホルダ(ウエハの載置領域)よりも一回り大きな円形の開口が形成されたプレート(撥液板)28が設けられている。プレート28は、低熱膨張率の材料、例えばガラス又はセラミックス(ショット社のゼロデュア(商品名)、AlあるいはTiCなど)から成り、その表面には、例えばフッ素樹脂材料、ポリ四フッ化エチレン(テフロン(登録商標))等のフッ素系樹脂材料、アクリル系樹脂材料あるいはシリコン系樹脂材料などにより撥液膜が形成される。さらにプレート28は、図4(A)のウエハテーブルWTB(ウエハステージWST)の平面図に示されるように、円形の開口を囲む、外形(輪郭)が矩形の第1撥液領域28aと、第1撥液領域28aの周囲に配置される矩形枠状(環状)の第2撥液領域28bとを有する。第1撥液領域28aは、例えば露光動作時、ウエハの表面からはみ出す液浸領域14の少なくとも一部が形成され、第2撥液領域28bは、後述のエンコーダシステムのためのスケールが形成される。なお、プレート28はその表面の少なくとも一部がウエハの表面と面一でなくても良い、すなわち異なる高さであっても良い。また、プレート28は単一のプレートでも良いが、本実施形態では複数のプレート、例えば第1及び第2撥液領域28a、28bにそれぞれ対応する第1及び第2撥液板を組み合わせて構成する。本実施形態では、前述の如く液体Lqとして純水を用いるので、以下では第1及び第2撥液領域28a、28bをそれぞれ第1及び第2撥水板28a、28bとも呼ぶ。
この場合、内側の第1撥水板28aには、露光光ILが照射されるのに対し、外側の第2撥水板28bには、露光光ILが殆ど照射されない。このことを考慮して、本実施形態では、第1撥水版28aの表面には、露光光IL(この場合、真空紫外域の光)に対する耐性が十分にある撥水コートが施された第1撥水領域が形成され、第2撥水板28bには、その表面に第1撥水領域に比べて露光光ILに対する耐性が劣る撥水コートが施された第2撥水領域が形成されている。一般にガラス板には、露光光IL(この場合、真空紫外域の光)に対する耐性が十分にある撥水コートを施し難いので、このように第1撥水板28aとその周囲の第2撥水板28bとの2つの部分に分離することは効果的である。なお、これに限らず、同一のプレートの上面に露光光ILに対する耐性が異なる2種類の撥水コートを施して、第1撥水領域、第2撥水領域を形成しても良い。また、第1及び第2撥水領域で撥水コートの種類が同一でもよい。例えば、同一のプレートに1つの撥水領域を形成するだけでもよい。
また、図4(A)から明らかなように、第1撥水板28aの+Y側の端部には、そのX軸方向の中央部に長方形の切り欠きが形成され、この切り欠きと第2撥水板28bとで囲まれる長方形の空間の内部(切り欠きの内部)に計測プレート30が埋め込まれている。この計測プレート30の長手方向の中央(ウエハテーブルWTBのセンターラインLL上)には、基準マークFMが形成されるとともに、該基準マークのX軸方向の一側と他側に、基準マークの中心に関して対称な配置で一対の空間像計測スリットパターン(スリット状の計測用パターン)SLが形成されている。各空間像計測スリットパターンSLとしては、一例として、Y軸方向とX軸方向とに沿った辺を有するL字状のスリットパターン、あるいはX軸及びY軸方向にそれぞれ延びる2つの直線状のスリットパターンなどを用いることができる。
そして、上記各空間像計測スリットパターンSL下方のウエハステージWSTの内部には、図4(B)に示されるように、対物レンズ、ミラー、リレーレンズなどを含む光学系が収納されたL字状の筐体36が、ウエハテーブルWTBからステージ本体91の内部の一部を貫通する状態で、一部埋め込み状態で取り付けられている。筐体36は、図示は省略されているが、上記一対の空間像計測スリットパターンSLに対応して一対設けられている。
上記筐体36内部の光学系は、空間像計測スリットパターンSLを透過した照明光ILを、L字状の経路に沿って導き、−Y方向に向けて射出する。なお、以下においては、便宜上、上記筐体36内部の光学系を筐体36と同一の符号を用いて送光系36と記述する。
さらに、第2撥水板28bの上面には、その4辺のそれぞれに沿って所定ピッチで多数の格子線が直接形成されている。これをさらに詳述すると、第2撥水板28bのX軸方向一側と他側(図4(A)における左右両側)の領域には、Yスケール39Y1,39Y2がそれぞれ形成され、このYスケール39Y1,39Y2はそれぞれ、例えばX軸方向を長手方向とする格子線38が所定ピッチでY軸に平行な方向(Y軸方向)に沿って形成される、Y軸方向を周期方向とする反射型の格子(例えば回折格子)によって構成されている。
同様に、第2撥水板28bのY軸方向一側と他側(図4(A)における上下両側)の領域には、Xスケール39X1,39X2がそれぞれ形成され、このXスケール39X1,39X2はそれぞれ、例えばY軸方向を長手方向とする格子線37が所定ピッチでX軸に平行な方向(X軸方向)に沿って形成される、X軸方向を周期方向とする反射型の格子(例えば回折格子)によって構成されている。上記各スケールとしては、第2撥水板28bの表面に例えばホログラム等により反射型の回折格子RG(図10(A))が作成されたものが用いられている。この場合、各スケールには狭いスリット又は溝等から成る格子が目盛りとして所定間隔(ピッチ)で刻まれている。各スケールに用いられる回折格子の種類は限定されるものではなく、機械的に溝等が形成されたもののみならず、例えば、感光性樹脂に干渉縞を焼き付けて作成したものであっても良い。但し、各スケールは、例えば薄板状のガラスに上記回折格子の目盛りを、例えば138nm〜4μmの間のピッチ、例えば1μmピッチで刻んで作成されている。これらスケールは前述の撥液膜(撥水膜)で覆われている。なお、図4(A)では、図示の便宜上から、格子のピッチは、実際のピッチに比べて格段に広く図示されている。その他の図においても同様である。
このように、本実施形態では、第2撥水板28bそのものがスケールを構成するので、第2撥水板28bとして低熱膨張のガラス板を用いることとしたものである。しかし、これに限らず、格子が形成された低熱膨張のガラス板などから成るスケール部材を、局所的な伸縮が生じないように、例えば板ばね(又は真空吸着)等によりウエハテーブルWTBの上面に固定しても良く、この場合には、全面に同一の撥水コートが施された撥水板をプレート28に代えて用いても良い。あるいは、ウエハテーブルWTBを低熱膨張率の材料で形成することも可能であり、かかる場合には、一対のYスケールと一対のXスケールとは、そのウエハテーブルWTBの上面に直接形成しても良い。
ウエハテーブルWTBの−Y端面,−X端面には、それぞれ鏡面加工が施され、図2に示される反射面17a,反射面17bが形成されている。干渉計システム118(図8参照)のY軸干渉計16及びX軸干渉計126(図1では、X軸干渉計126は不図示、図2参照)は、これらの反射面17a,17bにそれぞれ干渉計ビーム(測長ビーム)を投射して、それぞれの反射光を受光することにより、各反射面の基準位置(一般には投影ユニットPU側面に固定ミラーを配置し、そこを基準面とする)からの変位、すなわちウエハステージWSTのXY平面内の位置情報を計測し、この計測値が主制御装置20に供給される。本実施形態では、Y軸干渉計16及びX軸干渉計126として、ともに光軸を複数有する多軸干渉計が用いられており、これらのY軸干渉計16及びX軸干渉計126の計測値に基づいて、主制御装置20は、ウエハテーブルWTBのX,Y位置に加え、θx方向の回転情報(すなわちピッチング)、θy方向の回転情報(すなわちローリング)、及びθz方向の回転情報(すなわちヨーイング)も計測可能である。但し、本実施形態では、ウエハステージWST(ウエハテーブルWTB)のXY平面内の位置情報(θz方向の回転情報を含む)は、主として、上述したYスケール、Xスケールなどを含む、後述するエンコーダシステムによって計測され、干渉計16,126の計測値は、そのエンコーダシステムの計測値の長期的変動(例えばスケールの経時的な変形などによる)を補正(較正)する場合などに補助的に用いられる。また、Y軸干渉計16は、ウエハ交換のため、後述するアンローディングポジション、及びローディングポジション付近においてウエハテーブルWTBのY位置等を計測するのに用いられる。また、例えばローディング動作とアライメント動作との間、及び/又は露光動作とアンローディング動作との間におけるウエハステージWSTの移動においても、干渉計システム118の計測情報、すなわち5自由度の方向(X軸、Y軸、θx、θy及びθz方向)の位置情報の少なくとも1つが用いられる。なお、干渉計システム118はその少なくとも一部(例えば、光学系など)が、投影ユニットPUを保持するメインフレームに設けられる、あるいは前述の如く吊り下げ支持される投影ユニットPUと一体に設けられてもよいが、本実施形態では前述した計測フレームに設けられるものとする。
なお、本実施形態では、ウエハステージWSTがXY平面内で自在に移動可能なステージ本体91と、該ステージ本体91上に搭載され、ステージ本体91に対してZ軸方向、θx方向、及びθy方向に相対的に微小駆動可能なウエハテーブルWTBとを含むものとしたが、これに限らず、6自由度で移動可能な単一のステージをウエハステージWSTとして採用しても勿論良い。また、反射面17a,反射面17bの代わりに、ウエハテーブルWTBに平面ミラーから成る移動鏡を設けても良い。さらに、投影ユニットPUに設けられる固定ミラーの反射面を基準面としてウエハステージWSTの位置情報を計測するものとしたが、その基準面を配置する位置は投影ユニットPUに限られるものでないし、必ずしも固定ミラーを用いてウエハステージWSTの位置情報を計測しなくてもよい。
また、本実施形態では、干渉計システム118によって計測されるウエハステージWSTの位置情報が、後述の露光動作やアライメント動作などでは用いられず、主としてエンコーダシステムのキャリブレーション動作(すなわち、計測値の較正)などに用いられるものとしたが、干渉計システム118の計測情報(すなわち、5自由度の方向の位置情報の少なくとも1つ)を、例えば露光動作及び/又はアライメント動作などで用いてもよい。本実施形態では、エンコーダシステムはウエハステージWSTの3自由度の方向、すなわちX軸、Y軸及びθz方向の位置情報を計測する。そこで、露光動作などにおいて、干渉計システム118の計測情報のうち、エンコーダシステムによるウエハステージWSTの位置情報の計測方向(X軸、Y軸及びθz方向)と異なる方向、例えばθx方向及び/又はθy方向に関する位置情報のみを用いてもよいし、その異なる方向の位置情報に加えて、エンコーダシステムの計測方向と同じ方向(すなわち、X軸、Y軸及びθz方向の少なくとも1つ)に関する位置情報を用いてもよい。また、干渉計システム118はウエハステージWSTのZ軸方向の位置情報を計測可能としてもよい。この場合、露光動作などにおいてZ軸方向の位置情報を用いてもよい。
計測ステージMSTは、前述したステージ本体92と、該ステージ本体92上に搭載された計測テーブルMTBとを含んでいる。計測テーブルMTBについても不図示のZ・レベリング機構を介してステージ本体92上に搭載されている。しかしながら、これに限らず、例えば、計測テーブルMTBを、ステージ本体92に対してX軸方向、Y軸方向及びθz方向に微動可能に構成したいわゆる粗微動構造の計測ステージMSTを採用しても良いし、あるいは、計測テーブルMTBをステージ本体92に固定し、その計測テーブルMTBを含むステージ本体92を6自由度方向に駆動可能な構成にしても良い。
計測テーブルMTB(及びステージ本体92)には、各種計測用部材が設けられている。この計測用部材としては、例えば、図2及び図5(A)に示されるように、投影光学系PLの像面上で照明光ILを受光するピンホール状の受光部を有する照度むらセンサ94、投影光学系PLにより投影されるパターンの空間像(投影像)を計測する空間像計測器96、及び例えば国際公開第03/065428号パンフレットなどに開示されているシャック−ハルトマン(Shack-Hartman)方式の波面収差計測器98などが採用されている。波面収差計測器98としては、例えば国際公開第99/60361号パンフレット(対応欧州特許第1,079,223号明細書)に開示されるものも用いることができる。
照度むらセンサ94としては、例えば特開昭57−117238号公報(対応する米国特許第4,465,368号明細書)などに開示されるものと同様の構成のものを用いることができる。また、空間像計測器96としては、例えば特開2002−14005号公報(対応する米国特許出願公開第2002/0041377号明細書)などに開示されるものと同様の構成のものを用いることができる。なお、本実施形態では3つの計測用部材(94、96、98)を計測ステージMSTに設けるものとしたが、計測用部材の種類、及び/又は数などはこれに限られない。計測用部材として、例えば投影光学系PLの透過率を計測する透過率計測器、及び/又は、前述の局所液浸装置8、例えばノズルユニット32(あるいは先端レンズ191)などを観察する計測器などを用いてもよい。さらに、計測用部材と異なる部材、例えばノズルユニット32、先端レンズ191などを清掃する清掃部材などを計測ステージMSTに搭載してもよい。
本実施形態では、図5(A)からもわかるように、使用頻度の高いセンサ類、照度むらセンサ94及び空間像計測器96などは、計測ステージMSTのセンターラインCL(中心を通るY軸)上に配置されている。このため、本実施形態では、これらのセンサ類を用いた計測を、計測ステージMSTをX軸方向に移動させることなく、Y軸方向にのみ移動させて行うことができる。
上記各センサに加え、例えば特開平11−16816号公報(対応する米国特許出願公開第2002/0061469号明細書)などに開示される、投影光学系PLの像面上で照明光ILを受光する所定面積の受光部を有する照度モニタを採用しても良く、この照度モニタもセンターライン上に配置することが望ましい。
なお、本実施形態では、投影光学系PLと液体(水)Lqとを介して露光光(照明光)ILによりウエハWを露光する液浸露光が行われるのに対応して、照明光ILを用いる計測に使用される上記の照度むらセンサ94(及び照度モニタ)、空間像計測器96、並びに波面収差計測器98では、投影光学系PL及び水を介して照明光ILを受光することとなる。また、各センサは、例えば光学系などの一部だけが計測テーブルMTB(及びステージ本体92)に搭載されていても良いし、センサ全体を計測テーブルMTB(及びステージ本体92)に配置するようにしても良い。
計測ステージMSTのステージ本体92には、図5(B)に示されるように、その−Y側の端面に、枠状の取付部材42が固定されている。また、ステージ本体92の−Y側の端面には、取付部材42の開口内部のX軸方向の中心位置近傍に、前述した一対の送光系36に対向し得る配置で、一対の受光系44が固定されている。各受光系44は、リレーレンズなどの光学系と、受光素子、例えばフォトマルチプライヤチューブなどと、これらを収納する筐体とによって構成されている。図4(B)及び図5(B)、並びにこれまでの説明からわかるように、本実施形態では、ウエハステージWSTと計測ステージMSTとが、Y軸方向に関して所定距離以内に近接した状態(接触状態を含む)では、計測プレート30の各空間像計測スリットパターンSLを透過した照明光ILが前述の各送光系36で案内され、各受光系44の受光素子で受光される。すなわち、計測プレート30、送光系36及び受光系44によって、前述した特開2002−14005号公報(対応する米国特許出願公開第2002/0041377号明細書)などに開示されるものと同様の、空間像計測装置45(図8参照)が構成される。
取付部材42の上には、断面矩形の棒状部材から成る基準部材としてのコンフィデンシャルバー(以下、「CDバー」と略述する)46がX軸方向に延設されている。このCDバー46は、フルキネマティックマウント構造によって、計測ステージMST上にキネマティックに支持されている。
CDバー46は、原器(計測基準)となるため、低熱膨張率の光学ガラスセラミックス、例えば、ショット社のゼロデュア(商品名)などがその素材として採用されている。このCDバー46の上面(表面)は、いわゆる基準平面板と同程度にその平坦度が高く設定されている。また、このCDバー46の長手方向の一側と他側の端部近傍には、図5(A)に示されるように、Y軸方向を周期方向とする基準格子(例えば回折格子)52がそれぞれ形成されている。この一対の基準格子52は、所定距離(Lとする)を隔ててCDバー46のX軸方向の中心、すなわち前述のセンターラインCLに関して対称な配置で形成されている。
また、このCDバー46の上面には、図5(A)に示されるような配置で複数の基準マークMが形成されている。この複数の基準マークMは、同一ピッチでY軸方向に関して3行の配列で形成され、各行の配列がX軸方向に関して互いに所定距離だけずれて形成されている。各基準マークMとしては、後述するプライマリライメント系、セカンダリアライメント系によって検出可能な寸法の2次元マークが用いられている。基準マークMはその形状(構成)が前述の基準マークFMと異なってもよいが、本実施形態では基準マークMと基準マークFMとは同一の構成であり、かつウエハWのアライメントマークとも同一の構成となっている。なお、本実施形態ではCDバー46の表面、及び計測テーブルMTB(前述の計測用部材を含んでも良い)の表面もそれぞれ撥液膜(撥水膜)で覆われている。
計測テーブルMTBの+Y端面、−X端面も前述したウエハテーブルWTBと同様の反射面19a、19bが形成されている(図2及び図5(A)参照)。干渉計システム118(図8参照)のY軸干渉計18、X軸干渉計130(図1では、X軸干渉計130は不図示、図2参照)は、これらの反射面19a、19bに、図2に示されるように、干渉計ビーム(測長ビーム)を投射して、それぞれの反射光を受光することにより、各反射面の基準位置からの変位、すなわち計測ステージMSTの位置情報(例えば、少なくともX軸及びY軸方向の位置情報とθz方向の回転情報とを含む)を計測し、この計測値が主制御装置20に供給される。
ところで、X軸固定子81とX軸固定子80とには、図2に示されるように、ストッパ機構48A,48Bが設けられている。ストッパ機構48Aは、X軸固定子80,81の+X側端部近傍を斜視図にて示す図6に示されるように、X軸固定子81に設けられた、例えばオイルダンパから成る緩衝装置としてのショックアブソーバ47Aと、X軸固定子80のショックアブソーバ47Aに対向する位置(+X端部の−Y側の端面)に設けられたシャッタ49Aとを含んでいる。X軸固定子80のショックアブソーバ47Aに対向する位置には、開口51Aが形成されている。
シャッタ49Aは、図6に示されるように、X軸固定子80に形成された開口51Aの−Y側に設けられ、例えばエアシリンダ等を含む駆動機構34Aにより矢印A、A’方向(Z軸方向)に駆動可能である。従って、シャッタ49Aによって開口51Aを開状態又は閉状態にすることができる。このシャッタ49Aによる開口51Aの開閉状態は、該シャッタ49A近傍に設けられた開閉センサ(図6では不図示、図8参照)101により検出され、該検出結果が主制御装置20に送られる。
ストッパ機構48Bも、ストッパ機構48Aと同様に構成されている。すなわち、図2に示されるように、ストッパ機構48Bは、X軸固定子81の−X端部近傍に設けられたショックアブソーバ47Bと、X軸固定子80の前記ショックアブソーバ47Bに対向する位置に設けられたシャッタ49Bとを含んでいる。また、X軸固定子80のシャッタ49Bの+Y側部分には、開口51Bが形成されている。
ここで、前記ストッパ機構48A、48Bの作用について、ストッパ機構48Aを代表的に採り上げて、図7(A)〜図7(D)に基づいて説明する。
図7(A)に示されるように、シャッタ49Aが開口51Aを閉塞する状態にある場合には、図7(B)に示されるように、X軸固定子81とX軸固定子80が接近した場合にも、ショックアブソーバ47Aとシャッタ49Aが接触(当接)することにより、それ以上、X軸固定子80,81同士が接近できなくなる。この場合、図7(B)に示されるようにショックアブソーバ47Aのピストンロッド104aの先端に固定されたヘッド部104dが最も−Y側に移動した場合(すなわち、ショックアブソーバ47Aの不図示のばねが最も縮み、その全長が最も短くなった場合)にもウエハテーブルWTBと計測テーブルMTBとは接触しない構成とされている。
一方、図7(C)に示されるように、駆動機構34Aを介して、シャッタ49Aが下降駆動されると、開口51Aが開放された状態となる。この場合、X軸固定子81,80が互いに接近すると、図7(D)に示されるように、ショックアブソーバ47Aのピストンロッド104aの先端部の少なくとも一部を開口51A内に侵入させることができ、図7(B)に示される状態よりもX軸固定子81,80同士を接近させることが可能となる。このようなX軸固定子81,80が最接近した状態では、ウエハテーブルWTBと計測テーブルMTB(CDバー46)とを接触させる(あるいは、300μm程度の距離に近接させる)ことが可能である(図14(B)等参照)。
開口51Aの奥行き(深さ)は、図7(D)に示されるように、X軸固定子81、80が最接近した状態においてもショックアブソーバ47Aと開口51Aの終端部(底に相当する部分)の間にギャップが形成されるように設定しても良いし、ショックアブソーバ47Aのピストンロッド104aのヘッド部104dが終端部に接するように設定しても良い。また、X軸固定子81、80がX軸方向に相対移動した場合でも、ショックアブソーバ47Aと開口51Aの壁部とが接触しないように、相対移動の量に応じて予め開口部の幅を設定しておいても良い。
なお、本実施形態では、X軸固定子81とX軸固定子80とに一対のストッパ機構48A、48Bが設けられるものとしたが、ストッパ機構48A、48Bの一方のみを設けることとしても良いし、あるいは、ウエハステージWSTと計測ステージMSTとに上述と同様のストッパ機構を設けることとしても良い。
図2に戻り、X軸固定子80の+X端部には、間隔検知センサ43Aと衝突検知センサ43Bとが設けられ、X軸固定子81の+X端部には、Y軸方向に細長い板状部材41Aが+Y側に突設されている。また、X軸固定子80の−X端部には、図2に示されるように、間隔検知センサ43Cと衝突検知センサ43Dとが設けられ、X軸固定子81の−X端部には、Y軸方向に細長い板状部材41Bが+Y側に突設されている。
間隔検知センサ43Aは、例えば透過型フォトセンサ(例えばLED−PTrの透過型フォトセンサ)から成り、図6に示されるように、U字状の固定部材142と、該固定部材142の対向する一対の面それぞれに設けられた発光部144A及び受光部144Bとを含む。この間隔検知センサ43Aによると、図6の状態から、X軸固定子80とX軸固定子81が更に接近した場合には、受光部144Bと発光部144Aとの間に板状部材41Aが入り、該板状部材41Aの下半部によって発光部144Aからの光が遮られ、受光部144Bで受光される光量が徐々に減少し、その出力電流が徐々に小さくなる。従って、主制御装置20は、該出力電流を検出することで、X軸固定子80,81の間隔が所定距離以下になったことを検知できる。
衝突検知センサ43Bは、図6に示されるように、U字状の固定部材143と、該固定部材143の対向する一対の面それぞれに設けられた発光部145A及び受光部145Bとを含む。この場合、発光部145Aは、図6に示されるように、前述した間隔検知センサ43Aの発光部144Aにより幾分高い位置に配置され、これに対応して受光部145Bは、間隔検知センサ43Aの受光部144Bより幾分高い位置に配置されている。
この衝突検知センサ43Bによると、X軸固定子81,80が更に接近し、ウエハテーブルWTBとCDバー46(計測テーブルMTB)とが接触した段階(又は300μm程度の距離に近接した段階)で、発光部145Aと受光部145Bとの間に板状部材41Aの上半部が位置決めされるため、発光部145Aからの光が受光部145Bに入射されなくなる。従って、主制御装置20は、受光部145Bからの出力電流が零になるのを検出することで、両テーブルが接触した(又は300μm程度の距離に近接した)ことを検知できる。
なお、X軸固定子80の−X端部近傍に設けられた間隔検知センサ43C及び衝突検知センサ43Dも、上述した間隔検知センサ43A及び衝突検知センサ43Bと同様に構成され、板状部材41Bも前述した板状部材41Aと同様に構成されている。
本実施形態の露光装置100では、図1では図面の錯綜を避ける観点から図示が省略されているが、実際には、図3に示されるように、投影ユニットPUの中心(投影光学系PLの光軸AX、本実施形態では前述の露光領域IAの中心とも一致)を通りかつY軸と平行な直線LV上で、その光軸から−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。このプライマリアライメント系AL1は、支持部材54を介して不図示のメインフレームの下面に固定されている。この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、その直線LVに関してほぼ対称に検出中心が配置されるセカンダリアライメント系AL21,AL22と、AL23,AL24とがそれぞれ設けられている。すなわち、5つのアライメント系AL1,AL21〜AL24はその検出中心がX軸方向に関して異なる位置に配置されている、すなわちX軸方向に沿って配置されている。
各セカンダリアライメント系AL2n(n=1〜4)は、セカンダリアライメント系AL24について代表的に示されるように、回転中心Oを中心として図3における時計回り及び反時計回りに所定角度範囲で回動可能なアーム56n(n=1〜4)の先端(回動端)に固定されている。本実施形態では、各セカンダリアライメント系AL2nはその一部(例えば、アライメント光を検出領域に照射し、かつ検出領域内の対象マークから発生する光を受光素子に導く光学系を少なくとも含む)がアーム56nに固定され、残りの一部は投影ユニットPUを保持するメインフレームに設けられる。セカンダリアライメント系AL21,AL22,AL23,AL24はそれぞれ、回転中心Oを中心として回動することで、X位置が調整される。すなわち、セカンダリアライメント系AL21,AL22,AL23,AL24はその検出領域(又は検出中心)が独立にX軸方向に可動である。従って、プライマリアライメント系AL1及びセカンダリアライメント系AL21,AL22,AL23,AL24はX軸方向に関してその検出領域の相対位置が調整可能となっている。なお、本実施形態では、アームの回動によりセカンダリアライメント系AL21,AL22,AL23,AL24のX位置が調整されるものとしたが、これに限らず、セカンダリアライメント系AL21,AL22,AL23,AL24をX軸方向に往復駆動する駆動機構を設けても良い。また、セカンダリアライメント系AL21,AL22,AL23,AL24の少なくとも1つをX軸方向だけでなくY軸方向にも可動としてよい。なお、各セカンダリアライメント系AL2nはその一部がアーム56nによって移動されるので、不図示のセンサ、例えば干渉計、あるいはエンコーダなどによって、アーム56nに固定されるその一部の位置情報が計測可能となっている。このセンサは、セカンダリアライメント系AL2nのX軸方向の位置情報を計測するだけでもよいが、他の方向、例えばY軸方向、及び/又は回転方向(θx及びθy方向の少なくとも一方を含む)の位置情報も計測可能としてよい。
前記各アーム56nの上面には、差動排気型のエアベアリングから成るバキュームパッド58n(n=1〜4)が設けられている。また、アーム56nは、例えばモータ等を含む回転駆動機構60n(n=1〜4、図3では不図示、図8参照)によって、主制御装置20の指示に応じて回動可能である。主制御装置20は、アーム56nの回転調整後に、各バキュームパッド58nを作動させて各アーム56nを不図示のメインフレームに吸着固定する。これにより、各アーム56nの回転角度調整後の状態、すなわち、プライマリアライメント系AL1及び4つのセカンダリアライメント系AL21〜AL24の所望の位置関係が維持される。なお、各アームの回転の具体的な調整、すなわち、4つのセカンダリアライメント系AL21〜AL24のプライマリアライメント系AL1に対する相対位置の調整方法については後述する。
なお、メインフレームのアーム56nに対向する部分が磁性体であるならば、バキュームパッド58に代えて電磁石を採用しても良い。
本実施形態では、プライマリアライメント系AL1及び4つのセカンダリアライメント系AL21〜AL24のそれぞれとして、例えばウエハ上のレジストを感光させないブロードバンドな検出光束を対象マークに照射し、その対象マークからの反射光により受光面に結像された対象マークの像と不図示の指標(各アライメント系内に設けられた指標板上の指標パターン)の像とを撮像素子(CCD等)を用いて撮像し、それらの撮像信号を出力する画像処理方式のFIA(Field Image Alignment)系が用いられている。プライマリアライメント系AL1及び4つのセカンダリアライメント系AL21〜AL24のそれぞれからの撮像信号は、図8の主制御装置20に供給されるようになっている。
なお、上記各アライメント系としては、FIA系に限らず、例えばコヒーレントな検出光を対象マークに照射し、その対象マークから発生する散乱光又は回折光を検出する、あるいはその対象マークから発生する2つの回折光(例えば同次数の回折光、あるいは同方向に回折する回折光)を干渉させて検出するアライメントセンサを単独であるいは適宜組み合わせて用いることは勿論可能である。また、本実施形態では5つのアライメント系AL1、AL21〜AL24を設けるものとしているが、その数は5つに限られるものでなく、2つ以上かつ4つ以下、あるいは6つ以上でもよいし、奇数ではなく偶数でもよい。さらに、本実施形態では、5つのアライメント系AL1、AL21〜AL24は、支持部材54を介して投影ユニットPUを保持するメインフレームの下面に固定されるものとしたが、これに限らず、例えば前述した計測フレームに設けてもよい。
本実施形態の露光装置100では、図3に示されるように、前述したノズルユニット32の周囲を四方から囲む状態で、エンコーダシステムの4つのヘッドユニット62A〜62Dが配置されている。これらのヘッドユニット62A〜62Dは、図3等では図面の錯綜を避ける観点から図示が省略されているが、実際には、支持部材を介して、前述した投影ユニットPUを保持するメインフレームに吊り下げ状態で固定されている。なお、ヘッドユニット62A〜62Dは、例えば投影ユニットPUが吊り下げ支持される場合は投影ユニットPUと一体に吊り下げ支持してもよいし、あるいは前述した計測フレームに設けてもよい。
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軸方向を長手方向として、かつ投影光学系PLの光軸AXに関して対称に光軸AXからほぼ同一距離隔てて配置されている。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Y軸方向を長手方向として、かつ投影光学系PLの光軸AXからほぼ同一距離隔てて配置されている。
ヘッドユニット62A及び62Cは、図3に示されるように、X軸方向に沿って投影光学系PLの光軸AXを通りかつX軸と平行な直線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。ヘッドユニット62Aは、前述のYスケール39Y1を用いて、ウエハステージWST(ウエハテーブルWTB)のY軸方向の位置(Y位置)を計測する多眼(ここでは、6眼)のYリニアエンコーダ(以下、適宜「Yエンコーダ」又は「エンコーダ」と略述する)70A(図8参照)を構成する。同様に、ヘッドユニット62Cは、前述のYスケール39Y2を用いて、ウエハステージWST(ウエハテーブルWTB)のY位置を計測する多眼(ここでは、6眼)のYエンコーダ70C(図8参照)を構成する。ここで、ヘッドユニット62A,62Cが備える隣接するYヘッド64(すなわち、計測ビーム)の間隔は、前述のYスケール39Y1,39Y2のX軸方向の幅(より正確には、格子線38の長さ)よりも狭く設定されている。また、ヘッドユニット62A,62Cがそれぞれ備える複数のYヘッド64のうち、最も内側に位置するYヘッド64は、投影光学系PLの光軸になるべく近く配置するために、投影光学系PLの鏡筒40の下端部(より正確には先端レンズ191を取り囲むノズルユニット32の横側)に固定されている。
ヘッドユニット62Bは、図3に示されるように、上記直線LV上にY軸方向に沿って所定間隔で配置された複数、ここでは7個のXヘッド66を備えている。また、ヘッドユニット62Dは、上記直線LV上に所定間隔で配置された複数、ここでは11個(ただし、図3ではプライマリアライメント系AL1と重なる11個のうちの3個は不図示)のXヘッド66を備えている。ヘッドユニット62Bは、前述のXスケール39X1を用いて、ウエハステージWST(ウエハテーブルWTB)のX軸方向の位置(X位置)を計測する、多眼(ここでは、7眼)のXリニアエンコーダ(以下、適宜「Xエンコーダ」又は「エンコーダ」と略述する)70B(図8参照)を構成する。また、ヘッドユニット62Dは、前述のXスケール39X2を用いて、ウエハステージWST(ウエハテーブルWTB)のX位置を計測する多眼(ここでは、11眼)のXエンコーダ70D(図8参照)を構成する。また、本実施形態では、例えば後述するアライメント時などにヘッドユニット62Dが備える11個のXヘッド66のうちの2個のXヘッド66が、Xスケール39X1,Xスケール39X2に同時にそれぞれ対向する場合がある。この場合には、Xスケール39X1とこれに対向するXヘッド66とによって、Xリニアエンコーダ70Bが構成され、Xスケール39X2とこれに対向するXヘッド66とによって、Xリニアエンコーダ70Dが構成される。
ここで、11個のXヘッド66のうちの一部、ここでは3個のXヘッドは、プライマリアライメント系AL1の支持部材54の下方に取り付けられている。また、ヘッドユニット62B,62Dがそれぞれ備える隣接するXヘッド66(計測ビーム)の間隔は、前述のXスケール39X1,39X2のY軸方向の幅(より正確には、格子線37の長さ)よりも狭く設定されている。また、ヘッドユニット62B,62Dがそれぞれ備える複数のXヘッド66のうち、最も内側に位置するXヘッド66は、投影光学系PLの光軸になるべく近く配置するために、投影光学系PLの鏡筒の下端部(より正確には先端レンズ191を取り囲むノズルユニット32の横側)に固定されている。
さらに、セカンダリアライメント系AL21の−X側、セカンダリアライメント系AL24の+X側に、プライマリアライメント系AL1の検出中心を通るX軸に平行な直線上かつその検出中心に対して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の間隔は、前述した距離Lにほぼ等しく設定されている。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3に示される状態では、Yスケール39Y2,39Y1にそれぞれ対向するようになっている。後述するアライメント動作の際などでは、Yヘッド64y1,64y2に対向してYスケール39Y2,39Y1がそれぞれ配置され、このYヘッド64y1,64y2(すなわち、これらYヘッド64y1,64y2によって構成されるYエンコーダ70C、70A)によってウエハステージWSTのY位置(及びθz回転)が計測される。
また、本実施形態では、セカンダリアライメント系の後述するベースライン計測時などに、CDバー46の一対の基準格子52とYヘッド64y1,64y2とがそれぞれ対向し、Yヘッド64y1,64y2と対向する基準格子52とによって、CD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、基準格子52にそれぞれ対向するYヘッド64y1,64y2によって構成されるエンコーダをY軸リニアエンコーダ70E,70F(図8参照)と呼ぶ。
上述した6つのリニアエンコーダ70A〜70Fの計測値は、主制御装置20に供給され、主制御装置20は、リニアエンコーダ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とともに、リニアエンコーダ70E,70Fの計測値に基づいて、CDバー46のθz方向の回転を制御する。
本実施形態の露光装置100では、図3に示されるように、照射系90a及び受光系90bから成る、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)等に開示されるものと同様の構成の斜入射方式の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。本実施形態では、一例として、前述のヘッドユニット62C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62Aの+X端部の−Y側に受光系90bが配置されている。
この多点AF系(90a,90b)の複数の検出点は、被検面上でX軸方向に沿って所定間隔で配置される。本実施形態では、例えば1行M列(Mは検出点の総数)または2行N列(Nは検出点の総数の1/2)の行マトリックス状に配置される。図3中では、それぞれ検出ビームが照射される複数の検出点を、個別に図示せず、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AFとして示している。この検出領域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。また、この検出領域AFは、Y軸方向に関して、前述の液浸領域14(露光領域IA)とアライメント系(AL1、AL21,AL22,AL23,AL24)の検出領域との間に配置されているので、多点AF系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。多点AF系は、投影ユニットPUを保持するメインフレームなどに設けてもよいが、本実施形態では前述の計測フレームに設けるものとする。
なお、複数の検出点は1行M列または2行N列で配置されるものとしたが、行数及び/又は列数はこれに限られない。但し、行数が2以上である場合は、異なる行の間でも検出点のX軸方向の位置を異ならせることが好ましい。さらに、複数の検出点はX軸方向に沿って配置されるものとしたが、これに限らず、複数の検出点の全部又は一部をY軸方向に関して異なる位置に配置してもよい。例えば、X軸及びY軸の両方と交差する方向に沿って複数の検出点を配置してもよい。すなわち、複数の検出点は少なくともX軸方向に関して位置が異なっていればよい。また、本実施形態では複数の検出点に検出ビームを照射するものとしたが、例えば検出領域AFの全域に検出ビームを照射してもよい。さらに、検出領域AFはX軸方向の長さがウエハWの直径と同程度でなくてもよい。
本実施形態の露光装置100は、多点AF系の複数の検出点のうち両端に位置する検出点の近傍、すなわち検出領域AFの両端部近傍に、前述の直線LVに関して対称な配置で、各一対のZ位置計測用の面位置センサ(以下、「Zセンサ」と略述する)72a,72b、及び72c,72dが設けられている。これらのZセンサ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センサ72a〜72dとしては、ウエハテーブルWTBに対し上方から光を照射し、その反射光を受光してその光の照射点におけるウエハテーブルWTB表面のXY平面に直交するZ軸方向の位置情報を計測するセンサ、一例としてCDドライブ装置などで用いられる光ピックアップのような構成の光学式の変位センサ(CDピックアップ方式のセンサ)が用いられている。なお、Zセンサ72a〜72dは前述した計測フレームなどに設けてもよい。
さらに、前述したヘッドユニット62Cは、複数のYヘッド64を結ぶX軸方向の直線LHを挟んで一側と他側に位置する、直線LHに平行な2本の直線上にそれぞれ沿って且つ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74i,j(i=1,2、j=1,2,……,6)を備えている。この場合、対を成すZセンサ741,j、742,jは、上記直線LHに関して対称に配置されている。さらに、複数対(ここでは6対)のZセンサ741,j、742,jと複数のYヘッド64とは、X軸方向に関して交互に配置されている。各Zセンサ74i,jとしては、例えば、前述のZセンサ72a〜72dと同様のCDピックアップ方式のセンサが用いられている。
ここで、直線LHに関して対称な位置にある各対のZセンサ741,j,742,jの間隔は、前述したZセンサ74c,74dの間隔と同一間隔に設定されている。また、一対のZセンサ741,4,742,4は、Zセンサ72a,72bと同一の、Y軸方向に平行な直線上に位置している。
また、前述したヘッドユニット62Aは、前述の直線LVに関して、上述の複数のZセンサ74i,jと対称に配置された複数、ここでは12個のZセンサ76p,q(p=1,2、q=1,2,……,6)を備えている。各Zセンサ76p,qとしては、例えば、前述のZセンサ72a〜72dと同様のCDピックアップ方式のセンサが用いられている。また、一対のZセンサ761,3,762,3は、Zセンサ72c,72dと同一のY軸方向の直線上に位置している。
なお、図3では、計測ステージMSTの図示が省略されるとともに、その計測ステージMSTと先端レンズ191との間に保持される水Lqで形成される液浸領域が符号14で示されている。また、この図3において、符号78は、多点AF系(90a,90b)のビーム路近傍に所定温度に温度調整されたドライエアーを、図3中の白抜き矢印で示されるように、例えばダウンフローにて送風する局所空調システムを示す。また、符号UPは、ウエハテーブルWTB上のウエハのアンロードが行われるアンローディングポジションを示し、符号LPはウエハテーブルWTB上へのウエハのロードが行われるローディングポジションを示す。本実施形態では、アンロードポジションUPと、ローディングポジションLPとは、直線LVに関して対称に設定されている。なお、アンロードポジションUPとローディングポジションLPとを同一位置としてもよい。
図8には、露光装置100の制御系の主要な構成が示されている。この制御系は、装置全体を統括的に制御するマイクロコンピュータ(又はワークステーション)から成る主制御装置20を中心として構成されている。なお、図8においては、前述した照度むらセンサ94、空間像計測器96及び波面収差計測器98などの計測ステージMSTに設けられた各種センサが、纏めてセンサ群99として示されている。
上述のようにして構成された本実施形態の露光装置100では、前述したようなウエハテーブルWTB上のXスケール、Yスケールの配置及び前述したようなXヘッド、Yヘッドの配置を採用したことから、図9(A)及び図9(B)などに例示されるように、ウエハステージWSTの有効ストローク範囲(すなわち、本実施形態では、アライメント及び露光動作のために移動する範囲)では、必ず、Xスケール39X1,39X2とヘッドユニット62B、62D(Xヘッド66)とがそれぞれ対向し、かつYスケール39Y1,39Y2とヘッドユニット62A、62C(Yヘッド64)又はYヘッド64y1、64y2とがそれぞれ対向するようになっている。なお、図9(A)及び図9(B)中では、対応するXスケール又はYスケールに対向したヘッドが丸で囲んで示されている。
このため、主制御装置20は、前述のウエハステージWSTの有効ストローク範囲では、エンコーダ70A〜70Dの少なくとも3つの計測値に基づいて、ステージ駆動系124を構成する各モータを制御することで、ウエハステージWSTのXY平面内の位置情報(θz方向の回転情報を含む)を、高精度に制御することができる。エンコーダ70A〜70Dの計測値が受ける空気揺らぎの影響は、干渉計に比べては無視できるほど小さいので、空気揺らぎに起因する計測値の短期安定性は、干渉計に比べて格段に良い。なお、本実施形態では、ウエハステージWSTの有効ストローク範囲及びスケールのサイズ(すなわち、回折格子の形成範囲)などに応じて、ヘッドユニット62B、62D、62A、62Cのサイズ(例えば、ヘッドの数及び/又は間隔など)を設定している。従って、ウエハステージWSTの有効ストローク範囲では、4つのスケール39X1,39X2、39Y1,39Y2が全てヘッドユニット62B、62D、62A、62Cとそれぞれ対向するが、4つのスケールが全て対応するヘッドユニットと対向しなくてもよい。例えば、Xスケール39X1,39X2の一方、及び/又はYスケール39Y1,39Y2の一方がヘッドユニットから外れてもよい。Xスケール39X1,39X2の一方、又はYスケール39Y1,39Y2の一方がヘッドユニットから外れる場合、ウエハステージWSTの有効ストローク範囲では3つのスケールがヘッドユニットと対向するので、ウエハステージWSTのX軸、Y軸及びθz方向の位置情報を常時計測可能である。また、Xスケール39X1,39X2の一方、及びYスケール39Y1,39Y2の一方がヘッドユニットから外れる場合、ウエハステージWSTの有効ストローク範囲では2つのスケールがヘッドユニットと対向するので、ウエハステージWSTのθz方向の位置情報は常時計測できないが、X軸及びY軸方向の位置情報は常時計測可能である。この場合、干渉計システム118によって計測されるウエハステージWSTのθz方向の位置情報を併用して、ウエハステージWSTの位置制御を行ってもよい。
また、図9(A)中に白抜き矢印で示されるようにウエハステージWSTをX軸方向に駆動する際、そのウエハステージWSTのY軸方向の位置を計測するYヘッド64が、同図中に矢印e1,e2で示されるように、隣のYヘッド64に順次切り換わる。例えば、実線の丸で囲まれるYヘッド64から点線の丸で囲まれるYヘッド64へ切り換わる。このため、その切り換わりの前後で、計測値が引き継がれる。すなわち、本実施形態では、このYヘッド64の切り換え及び計測値の引継ぎを円滑に行うために、前述の如く、ヘッドユニット62A,62Cが備える隣接するYヘッド64の間隔を、Yスケール39Y1,39Y2のX軸方向の幅よりも狭く設定したものである。
また、本実施形態では、前述の如く、ヘッドユニット62B,62Dが備える隣接するXヘッド66の間隔は、前述のXスケール39X1,39X2のY軸方向の幅よりも狭く設定されているので、上述と同様に、図9(B)中に白抜き矢印で示されるようにウエハステージWSTをY軸方向に駆動する際、そのウエハステージWSTのX軸方向の位置を計測するXヘッド66が、順次隣のXヘッド66に切り換わり(例えば実線の丸で囲まれるXヘッド66から点線の丸で囲まれるXヘッド66へ切り換わる)、その切り換わりの前後で計測値が引き継がれる。
次に、エンコーダ70A〜70Fの構成等について、図10(A)に拡大して示されるYエンコーダ70Aを代表的に採り上げて説明する。この図10(A)では、Yスケール39Y1に検出光(計測ビーム)を照射するヘッドユニット62Aの1つのYヘッド64を示している。
Yヘッド64は、大別すると、照射系64a、光学系64b、及び受光系64cの3部分から構成されている。
照射系64aは、レーザ光LBをY軸及びZ軸に対して45°を成す方向に射出する光源、例えば半導体レーザLDと、該半導体レーザLDから射出されるレーザビームLBの光路上に配置されたレンズL1とを含む。
光学系64bは、その分離面がXZ平面と平行である偏光ビームスプリッタPBS、一対の反射ミラーR1a,R1b、レンズL2a,L2b、四分の一波長板(以下、λ/4板と記述する)WP1a,WP1b、及び反射ミラーR2a,R2b等を備えている。
前記受光系64cは、偏光子(検光子)及び光検出器等を含む。
このYエンコーダ70Aにおいて、半導体レーザLDから射出されたレーザビームLBはレンズL1を介して偏光ビームスプリッタPBSに入射し、偏光分離されて2つのビームLB1、LB2となる。偏光ビームスプリッタPBSを透過したビームLB1は反射ミラーR1aを介してYスケール39Y1に形成された反射型回折格子RGに到達し、偏光ビームスプリッタPBSで反射されたビームLB2は反射ミラーR1bを介して反射型回折格子RGに到達する。なお、ここで「偏光分離」とは、入射ビームをP偏光成分とS偏光成分に分離することを意味する。
ビームLB1、LB2の照射によって回折格子RGから発生する所定次数の回折ビーム、例えば1次回折ビームはそれぞれ、レンズL2b、L2aを介してλ/4板WP1b、WP1aにより円偏光に変換された後、反射ミラーR2b、R2aにより反射されて再度λ/4板WP1b、WP1aを通り、往路と同じ光路を逆方向に辿って偏光ビームスプリッタPBSに達する。
偏光ビームスプリッタPBSに達した2つのビームは、各々その偏光方向が元の方向に対して90度回転している。このため、先に偏光ビームスプリッタPBSを透過したビームLB1の1次回折ビームは、偏光ビームスプリッタPBSで反射されて受光系64cに入射するとともに、先に偏光ビームスプリッタPBSで反射されたビームLB2の1次回折ビームは、偏光ビームスプリッタPBSを透過してビームLB1の1次回折ビームと同軸に合成されて受光系64cに入射する。
そして、上記2つの1次回折ビームは、受光系64cの内部で、検光子によって偏光方向が揃えられ、相互に干渉して干渉光となり、この干渉光が光検出器によって検出され、干渉光の強度に応じた電気信号に変換される。
上記の説明からわかるように、Yエンコーダ70Aでは、干渉させる2つのビームの光路長が極短くかつほぼ等しいため、空気揺らぎの影響がほとんど無視できる。そして、Yスケール39Y1(すなわちウエハステージWST)が計測方向(この場合、Y軸方向)に移動すると、2つのビームそれぞれの位相が変化して干渉光の強度が変化する。この干渉光の強度の変化が、受光系64cによって検出され、その強度変化に応じた位置情報がYエンコーダ70Aの計測値として出力される。その他のエンコーダ70B,70C,70D等も、エンコーダ70Aと同様にして構成されている。各エンコーダとしては、分解能が、例えば0.1nm程度のものが用いられている。なお、本実施形態のエンコーダでは、図10(B)に示されるように、検出光として格子RGの周期方向に長く延びる断面形状のレーザビームLBを用いても良い。図10(B)では、格子RGと比較してビームLBを誇張して大きく図示している。
ところで、エンコーダのスケールは、使用時間の経過と共に熱膨張その他により回折格子が変形したり、回折格子のピッチが部分的は又は全体的に変化したりする等、機械的な長期安定性に欠ける。このため、その計測値に含まれる誤差が使用時間の経過と共に大きくなるので、これを補正する必要がある。以下、本実施形態の露光装置100で行われるスケールの格子ピッチ補正及び格子変形の補正について、図11に基づいて説明する。
この図11において、符号IBY1,IBY2は、Y軸干渉計16からウエハテーブルWTBの反射面17aに照射される多数の光軸のうちの2つの光軸の測長ビームを示し、符号IBX1,IBX2は、X軸干渉計126からウエハテーブルWTBの反射面17bに照射される多数の光軸のうちの2つの光軸の測長ビームを示す。この場合、測長ビームIBY1,IBY2は、上記直線LV(複数のXヘッド66の中心を結んだ直線に一致)に関して対称に配置され、Y軸干渉計16の実質的な測長軸は、上記直線LVに一致する。このため、Y軸干渉計16によれば、アッベ誤差なくウエハテーブルWTBのY位置を計測することができる。同様に、測長ビームIBX1,IBX2は、投影光学系PLの光軸を通る、X軸と平行な直線LH(複数のYヘッド64の中心を結んだ直線に一致)に関して対称に配置され、X軸干渉計126の実質的な測長軸は、投影光学系PLの光軸を通る、X軸と平行な直線LHに一致する。このため、X軸干渉計16によれば、アッベ誤差なくウエハテーブルWTBのX位置を計測することができる。
まず、Xスケールの格子線の変形(格子線の曲がり)と、Yスケールの格子線のピッチの補正について説明する。ここでは、説明を簡単にするために、反射面17bは、理想的な平面であるものとする。
まず、主制御装置20は、Y軸干渉計16、X軸干渉計126の計測値に基づいてウエハステージWSTを駆動し、図11に示されるように、Yスケール39Y1及び39Y2がそれぞれ対応するヘッドユニット62A、62C(少なくとも1つのヘッド)の直下に配置され、かつYスケール39Y1、39Y2(回折格子)の+Y側の一端がそれぞれ対応するヘッドユニット62A、62Cと一致する位置に、ウエハステージWSTを位置決めする。
次に、主制御装置20は、Y軸干渉計16の計測値の短期変動が無視できる程度の低速で、且つX軸干渉計126の計測値を所定値に固定しつつ、Y軸干渉計16及びZセンサ741,4、742,4、761,3、762,3の計測値に基づいて、ピッチング量、ローリング量及びヨーイング量を全て零に維持しながら、図11中に矢印Fで示されるように、例えばYスケール39Y1、39Y2の他端(−Y側の一端)がそれぞれ対応するヘッドユニット62A、62Cと一致するまで(前述の有効ストローク範囲で)、ウエハステージWSTを+Y方向に移動させる。この移動中に、主制御装置20は、Yリニアエンコーダ70A,70Cの計測値及びY軸干渉計16の計測値(測定ビームIBY1、IBY2による計測値)を、所定のサンプリング間隔で取り込み、その取り込んだ計測値に基づいてYリニアエンコーダ70A,70Cの計測値とY軸干渉計16の計測値との関係を求める。すなわち、主制御装置20は、ウエハステージWSTの移動に伴ってヘッドユニット62A及び62Cに順次対向して配置されるYスケール39Y1及び39Y2の格子ピッチ(隣接する格子線の間隔)及び該格子ピッチの補正情報を求める。補正情報は、例えば、横軸が干渉計の計測値、縦軸がエンコーダの計測値とした場合の両者の関係を曲線で示す補正マップなどとして求めることができる。この場合のY軸干渉計16の計測値は、前述した極低速でウエハステージWSTをスキャンしたときに得られるものであるから、長期的な変動誤差は勿論、空気揺らぎなどに起因する短期的な変動誤差も殆ど含まれず、誤差が無視できる正確な値と考えて差し支えない。なお、上記範囲内で、図11中に矢印F’で示されるように、ウエハステージWSTを−Y方向に移動させて、上記と同様の手順で、Yスケール39Y1及び39Y2の格子ピッチ(隣接する格子線の間隔)及び該格子ピッチの補正情報を求めても良い。ここでは、Yスケール39Y1、39Y2の両端が対応するヘッドユニット62A、62Cを横切る範囲に渡ってウエハステージWSTをY軸方向に駆動するものとしたが、これに限らず、例えばウエハの露光動作時にウエハステージWSTが移動されるY軸方向の範囲でウエハステージWSTを駆動しても良い。
また、主制御装置20は、上記のウエハステージWSTの移動中に、その移動に伴ってXスケール39X1,39X2に順次対向して配置されるヘッドユニット62B及び62Dの複数のXヘッド66から得られる計測値と、各計測値に対応する、干渉計16の計測値とを用いて、所定の統計演算を行って、その複数のXヘッド66に順次対向した格子線37の変形(曲がり)の補正情報をも求めている。このとき、主制御装置20は、例えばXスケール39X1,39X2に順次対向して配置されるヘッドユニット62B及び62Dの複数のヘッドの計測値(又は重み付き平均値)などを、格子曲がりの補正情報として算出する。これは、反射面17bが理想的な平面である場合には、ウエハステージWSTを+Y方向又は−Y方向に送っていく過程で、繰り返し同じぶれパターンが出現する筈であるから、複数のXヘッド66で取得した計測データを平均化等すれば、その複数のXヘッド66に順次対向した格子線37の変形(曲がり)の補正情報を正確に求めることができるからである。
なお、反射面17bが理想的な平面でない場合には、予めその反射面の凹凸(曲がり)を計測してその曲がりの補正データを求めておく。そして、上述のウエハステージWSTの+Y方向又は−Y方向への移動の際に、X軸干渉計126の計測値を所定値に固定する代わりに、その補正データに基づいて、ウエハステージWSTのX位置を制御することで、ウエハステージWSTを正確にY軸方向に移動させることとすれば良い。このようにすれば、上記と全く同様に、Yスケールの格子ピッチの補正情報及び格子線37の変形(曲がり)の補正情報を得ることができる。なお、複数のXヘッド66で取得した計測データは、反射面17bの異なる部位基準での複数のデータであり、いずれのヘッドも同一の格子線の変形(曲がり)を計測しているのであるから、上記の平均化等によって、反射面の曲がり補正残差が平均化されて真の値に近づく(換言すれば、複数のヘッドで取得した計測データ(格子線の曲がり情報)を平均化することで、曲がり残差の影響を薄めることができる)という付随的な効果もある。
次に、Yスケールの格子線の変形(格子線の曲がり)と、Xスケールの格子線のピッチの補正について説明する。ここでは、説明を簡単にするために、反射面17aは、理想的な平面であるものとする。この場合、上述の補正の場合と、X軸方向とY軸方向とを入れ替えた処理を行えば良い。
すなわち、主制御装置20は、まず、ウエハステージWSTを駆動し、Xスケール39X1及び39X2がそれぞれ対応するヘッドユニット62B、62D(少なくとも1つのヘッド)の直下に配置され、かつXスケール39X1、39X2(回折格子)の+X側(又は−X側)の一端がそれぞれ対応するヘッドユニット62B、62Dと一致する位置に、ウエハステージWSTを位置決めする。次に、主制御装置20は、X軸干渉計126の計測値の短期変動が無視できる程度の低速で、且つY軸干渉計16の計測値を所定値に固定しつつ、X軸干渉計126等の計測値に基づいて、ピッチング量、ローリング量及びヨーイング量を全て零に維持しながら、例えばXスケール39X1、39X2の他端(−Y側(又は+Y側)の一端)がそれぞれ対応するヘッドユニット62A、62Cと一致するまで(前述の有効ストローク範囲で)、ウエハステージWSTを+X方向(又は−X方向)に移動させる。この移動中に、主制御装置20は、Xリニアエンコーダ70B,70Dの計測値及びX軸干渉計126の計測値(測定ビームIBX1、IBX2による計測値)を、所定のサンプリング間隔で取り込み、その取り込んだ計測値に基づいてXリニアエンコーダ70B,70Dの計測値とX軸干渉計126の計測値との関係を求めることとすれば良い。すなわち、主制御装置20は、ウエハステージWSTの移動に伴ってヘッドユニット62B及び62Dに順次対向して配置されるXスケール39X1及び39X2の格子ピッチ及び該格子ピッチの補正情報を求める。補正情報は、例えば、横軸が干渉計の計測値、縦軸がエンコーダの計測値とした場合の両者の関係を曲線で示すマップなどとして求めることができる。この場合のX軸干渉計126の計測値は、前述した極低速でウエハステージWSTをスキャンしたときに得られるものであるから、長期的な変動誤差は勿論、空気揺らぎなどに起因する短期的な変動誤差も殆ど含まれず、誤差が無視できる正確な値と考えて差し支えない。
また、主制御装置20は、上記のウエハステージWSTの移動中に、その移動に伴ってYスケール39Y1,39Y2に順次対向して配置されるヘッドユニット62A及び62Cの複数のYヘッド64から得られる計測値と、各計測値に対応する、干渉計126の計測値とを用いて、所定の統計演算を行って、その複数のYヘッド64に順次対向した格子線38の変形(曲がり)の補正情報をも求めている。このとき、主制御装置20は、例えばYスケール39Y1,39Y2に順次対向して配置されるヘッドユニット62A及び62Cの複数のヘッドの計測値(又は重み付き平均値)などを、格子曲がりの補正情報として算出する。これは、反射面17aが理想的な平面である場合には、ウエハステージWSTを+X方向又は−X方向に送っていく過程で、繰り返し同じぶれパターンが出現する筈であるから、複数のYヘッド64で取得した計測データを平均化等すれば、その複数のYヘッド64に順次対向した格子線38の変形(曲がり)の補正情報を正確に求めることができるからである。
なお、反射面17aが理想的な平面でない場合には、予めその反射面の凹凸(曲がり)を計測してその曲がりの補正データを求めておく。そして、上述のウエハステージWSTの+X方向又は−X方向への移動の際に、Y軸干渉計16の計測値を所定値に固定する代わりに、その補正データに基づいて、ウエハステージWSTのY位置を制御することで、ウエハステージWSTを正確にX軸方向に移動させることとすれば良い。このようにすれば、上記と全く同様に、Xスケールの格子ピッチの補正情報及び格子線38の変形(曲がり)の補正情報を得ることができる。
このようにして、主制御装置20は、所定のタイミング毎、例えばロット毎などに、Yスケールの格子ピッチの補正情報及び格子線37の変形(曲がり)の補正情報、並びにXスケールの格子ピッチの補正情報及び格子線38の変形(曲がり)の補正情報を得る。
そして、ロット内のウエハの露光処理中などには、主制御装置20は、ヘッドユニット62A,62Cから得られる計測値(すなわち、エンコーダ70A,70Cの計測値)を、Yスケールの格子ピッチの補正情報及び上述の格子線38の変形(曲がり)の補正情報に基づいて補正しながら、ウエハステージWSTのY軸方向の位置制御を行う。これにより、Yスケールの格子ピッチの経時的な変化及び格子線38の曲がりの影響を受けることなく、Yリニアエンコーダ70A,70Cを用いて、ウエハステージWSTのY軸方向の位置制御を精度良く行なうことが可能となる。
また、ロット内のウエハの露光処理中などには、主制御装置20は、ヘッドユニット62B,62Dから得られる計測値(すなわち、エンコーダ70B,70Dの計測値)を、Xスケールの格子ピッチの補正情報及び格子線38の変形(曲がり)の補正情報に基づいて補正しながら、ウエハステージWSTのX軸方向の位置制御を行う。これにより、Xスケールの格子ピッチの経時的な変化及び格子線37の曲がりの影響を受けることなく、Xリニアエンコーダ70B,70Dを用いて、ウエハステージWSTのX軸方向の位置制御を精度良く行なうことが可能となる。
なお、上述の説明では、Yスケール39Y1,39Y2、及びXスケール39X1,39X2のいずれについても、格子ピッチ、及び格子線曲がりの補正情報の取得を行うものとしたが、これに限らず、Yスケール39Y1,39Y2及びXスケール39X1,39X2のいずれかについてのみ、格子ピッチ及び格子線曲がりの補正情報の取得を行っても良いし、Yスケール44A,44C及びXスケール44B,44Dの両者について、格子ピッチ、格子線曲がりのいずれかについての補正情報のみを取得しても良い。例えば格子線曲がりの補正情報の取得のみを行う場合には、Y軸干渉計16を用いることなく、Yリニアエンコーダ70A,70Cの計測値に基づいてウエハステージWSTをY軸方向に移動させる、あるいはX軸干渉計126を用いることなく、Xリニアエンコーダ70B,70Dの計測値に基づいてウエハステージWSTをX軸方向に移動させることとしても良い。
次に、本実施形態の露光装置100で行われる、ウエハアライメントについて、図12(A)〜図12(C)を用いて、簡単に説明する。なお、詳細については後述する。
ここでは、図12(C)に示されるレイアウト(ショットマップ)で複数のショット領域が形成されているウエハW上の着色された16個のショット領域ASを、アライメントショット領域とする場合の動作について説明する。なお、図12(A),図12(B)では、計測ステージMSTの図示は省略されている。
前提として、セカンダリアライメント系AL21〜AL24は、アライメントショット領域ASの配置に合わせて、そのX軸方向の位置調整が事前に行われているものとする。なお、このセカンダリアライメント系AL21〜AL24の具体的な位置調整の手法については後述する。
まず、主制御装置20は、ローディングポジションLPにウエハW中心が位置決めされたウエハステージWSTを、図12(A)中の左斜め上に向けて移動させ、ウエハWの中心が直線LV上に位置する、所定の位置(後述するアライメント開始位置)に位置決めする。この場合のウエハステージWSTの移動は、主制御装置20により、Xエンコーダ70Dの計測値及びY軸干渉計16の計測値に基づいて、ステージ駆動系124の各モータを駆動することで行われる。アライメント開始位置に位置決めされた状態では、ウエハWが載置されたウエハテーブルWTBのXY平面内の位置(θz回転を含む)の制御は、Xスケール39X1,39X2にそれぞれ対向するヘッドユニット62Dが備える2つのXヘッド66、及びYスケール39Y1,39Y2にそれぞれ対向するYヘッド64y2,64y1(4つのエンコーダ)の計測値に基づいて行われる。
次に、主制御装置20は、上記4つのエンコーダの計測値に基づいて、ウエハステージWSTを+Y方向に所定距離移動して図12(A)に示される位置に位置決めし、プライマリアライメント系AL1,セカンダリアライメント系AL22,AL23を用いて、3つのファーストアライメントショット領域ASに付設されたアライメントマークをほぼ同時にかつ個別に検出し(図12(A)中の星マーク参照)、上記3つのアライメント系AL1,AL22,AL23の検出結果とその検出時の上記4つのエンコーダの計測値とを関連付けて不図示のメモリに格納する。なお、このときアライメントマークを検出していない、両端のセカンダリアライメント系AL21,AL24は、ウエハテーブルWTB(又はウエハ)に検出光を照射しないようにしても良いし、照射するようにしても良い。また、本実施形態のウエハアライメントでは、プライマリアライメント系AL1がウエハテーブルWTBのセンターライン上に配置されるように、ウエハステージWSTはそのX軸方向の位置が設定され、このプライマリアライメント系AL1はウエハの子午線上に位置するアライメントショット領域のアライメントマークを検出する。なお、ウエハW上で各ショット領域の内部にアライメントマークが形成されるものとしてもよいが、本実施形態では各ショット領域の外部、すなわちウエハWの多数のショット領域を区画するストリートライン(スクライブライン)上にアライメントマークが形成されているものとする。
次に、主制御装置20は、上記4つのエンコーダの計測値に基づいて、ウエハステージWSTを+Y方向に所定距離移動して5つのアライメント系AL1,AL21〜AL24がウエハW上の5つのセカンドアライメントショット領域ASに付設されたアライメントマークをほぼ同時にかつ個別に検出可能となる位置に位置決めし、5つのアライメント系AL1,AL21〜AL24を用いて、5つのアライメントマークをほぼ同時にかつ個別に検出し、上記5つのアライメント系AL1,AL21〜AL24の検出結果とその検出時の上記4つのエンコーダの計測値とを関連付けて不図示のメモリに格納する。
次に、主制御装置20は、上記4つのエンコーダの計測値に基づいて、ウエハステージWSTを+Y方向に所定距離移動して5つのアライメント系AL1,AL21〜AL24がウエハW上の5つのサードアライメントショット領域ASに付設されたアライメントマークをほぼ同時にかつ個別に検出可能となる位置に位置決めし、5つのアライメント系AL1,AL21〜AL24を用いて、5つのアライメントマークをほぼ同時にかつ個別に検出し(図12(B)中の星マーク参照)、上記5つのアライメント系AL1,AL21〜AL24の検出結果とその検出時の上記4つのエンコーダの計測値とを関連付けて不図示のメモリに格納する。
次に、主制御装置20は、上記4つのエンコーダの計測値に基づいて、ウエハステージWSTを+Y方向に所定距離移動してプライマリアライメント系AL1,セカンダリアライメント系AL22,AL23を用いて、ウエハW上の3つのフォースアライメントショット領域ASに付設されたアライメントマークをほぼ同時にかつ個別に検出可能となる位置に位置決めし、上記3つのアライメント系AL1,AL22,AL23を用いて、3つのアライメントマークをほぼ同時にかつ個別に検出し、上記3つのアライメント系AL1,AL22,AL23の検出結果とその検出時の上記4つのエンコーダの計測値とを関連付けて不図示のメモリに格納する。
そして、主制御装置20は、このようにして得た合計16個のアライメントマークの検出結果と対応する上記4つのエンコーダの計測値と、セカンダリアライメント系AL2nのベースラインとを用いて、例えば特開昭61−44429号公報(対応する米国特許第4,780,617号明細書)などに開示されるEGA方式にて統計演算を行って、上記4つのエンコーダ(4つのヘッドユニット)の計測軸で規定される座標系(例えば、投影光学系PLの光軸を原点とするXY座標系)上におけるウエハW上の全てのショット領域の配列を算出する。
このように、本実施形態では、ウエハステージWSTを+Y方向に移動させ、その移動経路上における4箇所にウエハステージWSTを位置決めすることにより、合計16箇所のアライメントショット領域ASにおけるアライメントマークの位置情報を、16箇所のアライメントマークを単一のアライメント系で順次検出する場合などに比べて、格段に短時間で得ることができる。この場合において、例えばアライメント系AL1,AL22,AL23について見れば特に分かり易いが、上記のウエハステージWSTの移動する動作と連動して、これらアライメント系AL1,AL22,AL23はそれぞれ、検出領域(例えば、検出光の照射領域に相当)内に順次配置される、Y軸方向に沿って配列された複数のアライメントマークを検出する。このため、上記のアライメントマークの計測に際して、ウエハステージWSTをX軸方向に移動させる必要が無いようになっている。
また、この場合、ウエハステージWSTのXY平面内での位置(特にY位置(すなわち、複数のアライメント系に対するウエハWの進入度合い))によって、複数のアライメント系によりほぼ同時に検出されるウエハW上のアライメントマークの検出点数(計測点数)が異なる。このため、ウエハステージWSTを複数アライメント系の配列方向(X軸方向)に直交するY軸方向に移動する際に、ウエハW上の互いに異なる位置のマークを、ウエハステージWSTの位置に応じて、換言すればウエハW上のショット配列に応じて、必要な数のアライメント系を用いて同時に検出することができる。
ところで、ウエハWの表面は、理想的な平面ではなく、多少の凹凸があるのが通常である。従って、ウエハテーブルWTBのZ軸方向(投影光学系PLの光軸AXに平行な方向)のある位置でのみ、上述の複数のアライメント系による同時計測を行う場合には、少なくとも1つのアライメント系は、アライメントマークの検出を、デフォーカス状態で行う蓋然性が高い。そこで、本実施形態では、次のようにして、アライメントマークの検出をデフォーカス状態で行うことに起因するアライメントマークの位置の計測誤差を抑制している。
すなわち、主制御装置20は、上述の各アライメントショット領域におけるアライメントマークの検出のためのウエハステージWSTの位置決め位置毎に、複数のアライメント系AL1,AL21〜AL24とウエハテーブルWTB(ウエハステージWST)に載置されているウエハWとの間の、XY平面に垂直なZ軸方向(フォーカス方向)における相対位置関係を、ステージ駆動系124の一部を構成する不図示のZ・レベリング機構で変更しつつ、ウエハW上の互いに異なる位置に形成されたアライメントマークそれぞれを、各アライメントマークに対応する各アライメント系によってほぼ同時に検出させるように、ステージ駆動系124(Z・レベリング機構)とアライメント系AL1,AL21〜AL24と、を制御する。
図13(A)〜図13(C)には、前述のサードアライメントショット領域におけるアライメントマークの検出位置に、ウエハステージWSTが位置決めされた図12(B)に示される状態における5つのアライメント系AL1,AL21〜AL24によるウエハW上のマーク検出の様子が示されている。これら図13(A)〜図13(C)は、それぞれ異なるZ位置にウエハテーブルWTB(ウエハW)を位置させてアライメント系AL1,AL21〜AL24を用いてほぼ同時に異なるアライメントマークを検出している様子を示すものである。図13(A)の状態では、両端のアライメント系AL21及びAL24がフォーカス状態で残りのアライメント系はデフォーカス状態となっている。図13(B)の状態では、アライメント系AL22及びAL23がフォーカス状態で残りのアライメント系はデフォーカス状態となっている。図13(C)の状態では、中央のアライメント系AL1のみがフォーカス状態で残りのアライメント系はデフォーカス状態となっている。
このように、ウエハテーブルWTB(ウエハW)のZ位置を変化させることで、複数のアライメント系AL1,AL21〜AL24とウエハテーブルWTB(ウエハステージWST)に載置されているウエハWとの間の、Z軸方向(フォーカス方向)における相対位置関係を変更しつつ、アライメント系AL1,AL21〜AL24によるアライメントマークの同時計測を行うことで、いずれのアライメント系についても、ほぼベストフォーカス状態でのアライメントマークの計測が可能となる。従って、主制御装置20は、各アライメント系について、例えば最も良好なフォーカス状態でのマークの検出結果を、優先して用いることなどによって、ウエハW表面の凹凸及び複数のアライメント系のベストフォーカス差の影響を受けることなく、ウエハW上の互いに異なる位置に形成されたマークを精度良く検出することできる。
なお、上記説明では、各アライメント系について、例えば最も良好なフォーカス状態でのマークの検出結果を、優先して用いるものとしたが、これに限らず、主制御装置20は、デフォーカス状態でのマークの検出結果をも用いて、アライメントマークの位置情報を求めても良い。この場合には、デフォーカス状態に応じた重みを乗じて、デフォーカス状態でのマークの検出結果をも用いることとしても良い。また、例えばウエハに形成されるレイヤの材料などによっては、ベストフォーカス状態でのマークの検出結果よりも、デフォーカス状態でのマークの検出結果の方が良好となることがある。この場合、各アライメント系について、最も良好な結果が得られるフォーカス状態、すなわちデフォーカス状態でマークの検出を行い、その検出結果を用いてマークの位置情報を求めてもよい。
また、図13(A)〜図13(C)からもわかるように、全てのアライメント系の光軸が全て同じ理想の方向(Z軸方向)と正確に一致しているとは限らず、このZ軸に対する光軸の傾き(テレセントリシティ)の影響によってアライメントマークの位置の検出結果に誤差が含まれるおそれがある。従って、全てのアライメント系の光軸のZ軸に対する傾きを予め計測しておいて、その計測結果に基づいて、アライメントマークの位置の検出結果を補正することが望ましい。
次に、プライマリアライメント系AL1のベースライン計測(ベースラインチェック)について説明する。ここで、プライマリアライメント系AL1のベースラインとは、投影光学系PLによるパターン(例えばレチクルRのパターン)の投影位置とプライマリアライメント系AL1の検出中心との位置関係(又は距離)を意味する。
a. このプライマリアライメント系AL1のベースライン計測が開始される時点では、図14(A)に示されるように、ノズルユニット32によって、投影光学系PLと計測テーブルMTB及びCDバー46の少なくとも一方との間に、液浸領域14が形成されている。すなわち、ウエハステージWSTと計測ステージMSTとは、離間した状態にある。
プライマリアライメント系AL1のベースライン計測に際して、まず、主制御装置20は、図14(A)に示されるように、前述した計測プレート30の中央に位置する基準マークFMを、プライマリアライメント系AL1で検出(観察)する(図14(A)中の星マーク参照)。そして、主制御装置20は、そのプライマリアライメント系AL1の検出結果とその検出時におけるエンコーダ70A〜70Dの計測値とを対応付けてメモリに記憶する。この処理を、以下では、便宜上Pri-BCHKの前半の処理と呼ぶものとする。このPri-BCHKの前半の処理に際しては、ウエハテーブルWTBのXY平面内の位置は、Xスケール39X1,39X2に対向する図14(A)中に丸で囲んで示される2つのXヘッド66(エンコーダ70B,70D)と、Yスケール39Y1,39Y2に対向する図14(A)中に丸で囲んで示される2つのYヘッド64y2,64y1(エンコーダ70A,70C)とに基づいて制御されている。
b. 次に、主制御装置20は、図14(B)に示されるように、計測プレート30が投影光学系PLの直下に位置付けされるように、ウエハステージWSTの+Y方向への移動を開始する。このウエハステージWSTの+Y方向への移動開始後、主制御装置20は、間隔検知センサ43A,43Cの出力に基づいてウエハステージWSTと計測ステージMSTとの接近を感知し、これに前後して、すなわちウエハステージWSTの+Y方向への移動中に、前述した駆動機構34A,34Bを介してシャッタ49A,49Bを開き始め、そのシャッタを開放することで、ウエハステージWSTと計測ステージMSTとの更なる接近を許可する。また、主制御装置20は、シャッタ49A,49Bの開放を開閉センサ101の検出結果に基づいて確認する。
c. 次いで、主制御装置20は、衝突検知センサ43B,43Cの出力に基づいて、ウエハステージWSTと計測ステージMSTとが接触する(又は300μm程度の距離に近接する)のを検知すると直ちに、ウエハステージWSTを一旦停止する。その後、主制御装置20は、計測ステージMSTとウエハステージWSTとを接触状態を保ったまま(あるいは300μm程度の距離を保ったまま)一体的にさらに+Y方向に移動させる。そして、この移動の途中で液浸領域14がCDバー46からウエハテーブルWTBに受け渡される。
d. そして、図14(B)に示される位置にウエハステージWSTが達すると、主制御装置20は、両ステージWST,MSTを停止し、投影光学系PLによって投影されたレチクルR上の一対の計測マークの投影像(空間像)を、計測プレート30を含む前述した空間像計測装置45を用いて計測する。例えば、前述の特開2002−14005号公報(対応する米国特許出願公開第2002/0041377号明細書)などに開示される方法と同様に、一対の空間像計測スリットパターンSLを用いたスリットスキャン方式の空間像計測動作にて、一対の計測マークの空間像をそれぞれ計測し、その計測結果(ウエハテーブルWTBのXY位置に応じた空間像強度)をメモリに記憶する。このレチクルR上の一対の計測マークの空間像の計測処理を、以下では、便宜上Pri-BCHKの後半の処理と呼ぶものとする。このPri-BCHKの後半の処理に際しては、ウエハテーブルWTBのXY平面内の位置は、Xスケール39X1,39X2に対向する図14(B)中に丸で囲んで示される2つのXヘッド66(エンコーダ70B,70D)と、Yスケール39Y1,39Y2に対向する図14(B)中に丸で囲んで示される2つのYヘッド64(エンコーダ70A,70C)とに基づいて制御されている。
そして、主制御装置20は、前述のPri-BCHKの前半の処理の結果とPri-BCHKの後半の処理の結果とに基づいて、プライマリアライメント系AL1のベースラインを算出する。
なお、上述のようにして、このプライマリアライメント系AL1のベースライン計測が終了した時点(すなわち、Pri-BCHKの後半の処理が終了した時点)では、計測ステージMSTとウエハステージWSTとは接触状態(あるいは300μm程度の距離離れた状態)にある。
次に、主としてロットのウエハに対する処理を開始する直前(ロット先頭)に行われる、セカンダリアライメント系AL2n(n=1〜4)のベースライン計測動作について説明する。ここで、セカンダリアライメント系AL2nのベースラインとは、プライマリアライメント系AL1(の検出中心)を基準とする各セカンダリアライメント系AL2n(の検出中心)の相対位置を意味する。なお、セカンダリアライメント系AL2n(n=1〜4)は、例えばロット内のウエハのショットマップデータに応じて、前述の回転駆動機構60nにより駆動されてX軸方向の位置が設定されているものとする。
e. ロット先頭に行われるセカンダリアライメント系のベースライン計測(以下、適宜Sec-BCHKとも呼ぶ)に際しては、主制御装置20は、まず、図15(A)に示されるように、ロット先頭のウエハW(プロセスウエハ)上の特定のアライメントマークをプライマリアライメント系AL1で検出し(図15(A)中の星マーク参照)、その検出結果とその検出時のエンコーダ70A〜70Dの計測値とを対応付けてメモリに格納する。この図15(A)の状態では、ウエハテーブルWTBのXY平面内の位置は、Xスケール39X1,39X2に対向する2つのXヘッド66(エンコーダ70B,70D)と、Yスケール39Y1,39Y2に対向する2つのYヘッド64y2,64y1(エンコーダ70A,70C)とに基づいて、主制御装置20によって制御されている。
f. 次に、主制御装置20は、ウエハステージWSTを−X方向に所定距離移動し、図15(B)で示されるように、上記の特定のアライメントマークを、セカンダリアライメント系AL21で検出し(図15(B)中の星マーク参照)、その検出結果とその検出時のエンコーダ70A〜70Dの計測値とを対応付けてメモリに格納する。この図15(B)の状態では、ウエハテーブルWTBのXY平面内の位置は、Xスケール39X1,39X2に対向する2つのXヘッド66(エンコーダ70B,70D)と、Yスケール39Y1,39Y2に対向する2つのYヘッド64(エンコーダ70A,70C)とに基づいて制御されている。
g. 同様にして、主制御装置20は、ウエハステージWSTを+X方向に順次移動して上記の特定のアライメントマークを、残りのセカンダリアライメント系AL22,AL23,AL24で順次検出し、その検出結果と検出時のエンコーダ70A〜70Dの計測値とを、順次対応付けてメモリに格納する。
h. そして、主制御装置20は、上記e.の処理結果と上記f.又はg.の処理結果とに基づいて、各セカンダリアライメント系AL2nのベースラインをそれぞれ算出する。
このように、ロット先頭のウエハW(プロセスウエハ)を用いて、そのウエハW上の同一のアライメントマークをプライマリアライメント系AL1と各セカンダリアライメント系AL2nとで検出することで、各セカンダリアライメント系AL2nのベースラインを求めることから、この処理により、結果的に、プロセスに起因するアライメント系間の検出オフセットの差も補正される。なお、ウエハのアライメントマークの代わりに、ウエハステージWST又は計測ステージMST上の基準マークを用いて、セカンダリアライメント系AL2nのベースライン計測を行っても良い。この場合、プライマリアライメント系AL1のベースライン計測で用いられる計測プレート30の基準マークFMを兼用する、すなわち基準マークFMをセカンダリアライメント系AL2nでそれぞれ検出してもよい。あるいは、例えば、セカンダリアライメント系AL2nと同じ位置関係でn個の基準マークをウエハステージWST又は計測ステージMSTに設け、セカンダリアライメント系AL2nによる基準マークの検出をほぼ同時に実行可能としてもよい。この基準マークとして、例えばCDバー46の基準マークMを用いてもよい。さらに、プライマリアライメント系AL1のベースライン計測用の基準マークFMに対して所定の位置関係で、セカンダリアライメント系AL2nのベースライン計測用の基準マークをウエハステージWSTに設け、プライマリアライメント系AL1による基準マークFMの検出とほぼ同時に、セカンダリアライメント系AL2nによる基準マークの検出を実行可能としてもよい。この場合、セカンダリアライメント系AL2nのベースライン計測用の基準マークは1つでもよいが、複数、例えばセカンダリアライメント系AL2nと同数設けてもよい。また、本実施形態では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AL2nがそれぞれ2次元マーク(X、Yマーク)を検出可能であるので、セカンダリアライメント系AL2nのベースライン計測時に2次元マークを用いることで、セカンダリアライメント系AL2nのX軸及びY軸方向のベースラインを同時に求めることができる。本実施形態では、基準マークFM、M及びウエハのアライメントマークは、例えばX軸及びY軸方向にそれぞれ複数本のラインマークが周期的に配列される1次元のXマーク及びYマークを含む。
次に、ロット内のウエハの処理中に、所定のタイミング、例えばウエハの露光終了から次のウエハのウエハテーブルWTB上へのロードが完了するまでの間、すなわちウエハ交換中に行われるSec-BCHKの動作について説明する。この場合のSec-BCHKは、ウエハ交換毎というインターバルで行われるので、以下ではSec-BCHK(インターバル)とも記述する。
このSec-BCHK(インターバル)に際しては、主制御装置20は、図16に示されるように、プライマリアライメント系AL1の検出中心が配置される上記直線LVとセンターラインCLがほぼ一致し、かつCDバー46が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AL2nに対向するように計測ステージMSTを移動する。そして、CDバー46上の一対の基準格子52とそれぞれと対向する図16中に丸で囲んで示されるYヘッド64y1,64y2(Y軸リニアエンコーダ70E,70F)の計測値に基づいて、CDバー46のθz回転を調整するとともに、計測テーブルMTBのセンターラインCL上又はその近傍に位置する基準マークMを検出する図16中に丸で囲んで示されるプライマリアライメント系AL1の計測値に基づいて、例えば干渉計の計測値を用いてCDバー46のXY位置を調整する。
そして、この状態で、主制御装置20は、4つのセカンダリアライメント系AL21〜AL24を用いて、それぞれのセカンダリアライメント系の視野内にあるCDバー46上の基準マークMを同時に計測することで、4つのセカンダリアライメント系AL21〜AL24のベースラインをそれぞれ求める。そして、その後の処理に際しては、新たに計測したベースラインを用いることで、4つのセカンダリアライメント系AL21〜AL24のベースラインのドリフトが補正される。
なお、上記のSec-BCHK(インターバル)は、複数のセカンダリアライメント系による異なる基準マークの同時計測によって行うものとしたが、これに限らず、CDバー46上の同一の基準マークMを、複数のセカンダリアライメント系で順次(非同時に)計測することで、4つのセカンダリアライメント系AL21〜AL24のベースラインをそれぞれ求めることとしても良い。
次に、図17(A)及び図17(B)に基づいて、セカンダリアライメント系AL2nの位置調整の動作について簡単に説明する。
調整前に、プライマリアライメント系AL1と、4つのセカンダリアライメント系AL21〜AL24との位置関係が、図17(A)の位置関係であったものとする。
主制御装置20は、図17(B)に示されるように、プライマリアライメント系AL1及び4つのセカンダリアライメント系AL21〜AL24が、CDバー46の上方に位置するように、計測ステージMSTを移動させる。次に、上述したSec-BCHK(インターバル)の際と同様にして、Y軸リニアエンコーダ70E,70F(Yヘッド64y1,64y2)の計測値に基づいて、CDバー46のθz回転を調整するとともに、計測テーブルMSTのセンターラインCL上又はその近傍に位置する基準マークMを検出するプライマリアライメント系AL1の計測値に基づいてCDバー46のXY位置を調整する。これと同時に、主制御装置20は、次の露光対象であるウエハ上のアライメントショット領域のサイズ及び配置(すなわちウエハ上のアライメントマークの配置)の情報を含むショットマップ情報に基づいて、回転駆動機構601〜604を駆動して各セカンダリアライメント系AL2nがその先端に設けられたアーム56を、それぞれの回転中心を中心として図17(B)中の矢印で示されるようにそれぞれ回転させる。この場合、主制御装置20は、各セカンダリアライメント系AL2nの検出結果をモニタしながら、CDバー46上の所望の基準マークMがそれぞれのセカンダリアライメント系AL2nの視野(検出領域)に入る位置で各アーム56の回転を停止する。これにより、検出すべきアライメントショット領域に付されたアライメントマークの配置に合わせて、セカンダリアライメント系AL2nのベースラインが調整(変更)される。すなわち、セカンダリアライメント系AL2nの検出領域のX軸方向の位置が変更される。これにより、ウエハWをY軸方向にのみ移動するだけで、各セカンダリアライメント系AL2nによってウエハW上でX軸方向の位置がほぼ同一かつY軸方向の位置が異なる複数のアライメントマークを順次検出できる。本実施形態では、ウエハアライメント動作、すなわち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AL2nによるウエハのアライメントマークの検出動作において、後述の如くウエハWをY軸方向のみに1次元移動するものとしているが、その動作の途中で少なくとも1つのセカンダリアライメント系AL2nの検出領域とウエハWとをY軸方向と異なる方向(例えばX軸方向)に相対移動してもよい。この場合、セカンダリアライメント系AL2nの移動によって検出領域の位置を調整してもよいが、調整時間やベースラインの変化などを考慮すると、ウエハWのみを移動してもよい。
そして、このようにしてセカンダリアライメント系AL2nのベースラインを調整した後、主制御装置20は、各バキュームパッド58nを作動させて各アーム56nを不図示のメインフレームに吸着固定する。これにより、各アーム56nの回転角度調整後の状態が維持される。
なお、上の説明では、CDバー46上の異なる位置に形成された基準マークMを5つのアライメント系AL1,AL21〜AL24で同時にかつ個別に検出するものとしたが、これに限らず、例えばウエハW(プロセスウエハ)上の異なる位置に形成されたアライメントマークを5つのアライメント系AL1,AL21〜AL24で同時にかつ個別に検出して、各アーム56nの回転を調整することで、セカンダリアライメント系AL2nのベースラインを調整することも可能である。また、本実施形態では、CDバー46の基準マークMなどを用いてセカンダリアライメント系AL2nのベースライン(検出領域の位置)を調整するものとしたが、調整動作はこれに限られるものでなく、例えばセカンダリアライメント系AL2nを前述のセンサでその位置を計測しつつ目標位置まで移動するだけでもよい。この場合、そのセンサによって計測されたセカンダリアライメント系AL2nの位置又は移動量に基づいて移動前に計測されたベースラインを補正する、あるいは、移動後にベースライン計測を再度実行する、または、少なくともセカンダリアライメント系AL2nのベースライン計測をその移動後に行うシーケンスを採用すればよい。
次に、本実施形態の露光装置100で行われるウエハW表面のZ軸方向に関する位置情報(面位置情報)の検出(以下、フォーカスマッピングと呼ぶ)について説明する。
このフォーカスマッピングに際しては、主制御装置20は、図18(A)に示されるように、Xスケール39X2に対向するXヘッド66(Xリニアエンコーダ70D)と、Yスケール39Y1,Y2にそれぞれ対向する2つのYヘッド64y2,64y1(Yリニアエンコーダ70A,70C)とに基づいてウエハテーブルWTBのXY平面内の位置を管理している。この図18(A)の状態では、前述の直線LVに、ウエハテーブルWTBの中心(ウエハWの中心にほぼ一致)を通るY軸に平行な直線(センターライン)が一致した状態となっている。
そして、この状態で、主制御装置20は、ウエハステージWSTの+Y方向への走査(スキャン)を開始し、この走査開始後、ウエハステージWSTが+Y方向に移動して、多点AF系(90a,90b)の検出ビームがウエハW上に掛かり始めるまでの間に、Zセンサ72a〜72dと多点AF系(90a,90b)とを共に作動させる(ONにする)。
そして、このZセンサ72a〜72dと多点AF系(90a,90b)とが同時に作動している状態で、図18(B)に示されるように、ウエハステージWSTが+Y方向へ進行している間に、所定のサンプリング間隔で、Zセンサ72a〜72dで計測されるウエハテーブルWTB表面(プレート28の表面)のZ軸方向に関する位置情報(面位置情報)と、多点AF系(90a,90b)で検出される複数の検出点におけるウエハW表面のZ軸方向に関する位置情報(面位置情報)とを、取り込み、その取り込んだ各面位置情報と各サンプリング時のYリニアエンコーダ70A,70Cの計測値との三者を相互に対応付けて不図示のメモリに逐次格納する。
そして、多点AF系(90a,90b)の検出ビームがウエハWに掛からなくなると、主制御装置20は、上記のサンプリングを終了し、多点AF系(90a,90b)の各検出点についての面位置情報を、同時に取り込んだZセンサ72a〜72dによる面位置情報を基準とするデータに換算する。
これをさらに詳述すると、Zセンサ72a,72bの計測値の平均値に基づいて、プレート28の−X側端部近傍の領域(Yスケール39Y2が形成された領域)上の所定の点(例えば、Zセンサ72a,72bそれぞれの計測点の中点、すなわち多点AF系(90a,90b)の複数の検出点の配列とほぼ同一のX軸上の点に相当:以下、この点を左計測点と呼ぶ)における面位置情報を求める。また、Zセンサ72c,72dの計測値の平均値に基づいて、プレート28の+X側端部近傍の領域(Yスケール39Y1が形成された領域)上の所定の点(例えば、Zセンサ72c,72dそれぞれの計測点の中点、すなわち多点AF系(90a,90b)の複数の検出点の配列とほぼ同一のX軸上の点に相当:以下、この点を右計測点と呼ぶ)における面位置情報を求める。そして、主制御装置20は、図18(C)に示されるように、多点AF系(90a,90b)の各検出点における面位置情報を、左計測点P1の面位置と右計測点P2の面位置とを結ぶ直線を基準とする面位置データz1〜zkに換算する。このような換算を、主制御装置20は、全てのサンプリング時に取り込んだ情報について行う。
このようにして、予め上記の換算データを取得しておくことで、例えば、露光の際などには、前述のZセンサ741,j、742,j及び761,q、762,qでウエハテーブルWTB表面(Yスケール39Y2が形成された領域上の点、及びYスケール39Y1が形成された領域上の点)を計測して、ウエハテーブルWTBのZ位置とXY平面に対する傾斜(主としてθy回転)を算出する。この算出したウエハテーブルWTBのZ位置とXY平面に対する傾斜と前述の面位置データz1〜zkとを用いることで、ウエハ表面の面位置情報を実際に取得することなく、ウエハW上面の面位置制御が可能になる。従って、多点AF系を投影光学系PLから離れた位置に配置しても何ら支障がないので、ワーキングディスタンスが狭い露光装置などであっても、本実施形態のフォーカスマッピングは好適に適用できる。
なお、上記の説明では、左計測点P1の面位置と右計測点P2の面位置とをZセンサ72a,72bの計測値の平均値、Zセンサ72c,72dの平均値にそれぞれ基づいて算出するものとしたが、これに限らず、多点AF系(90a,90b)の各検出点における面位置情報を、例えばZセンサ72a、72cによって計測される面位置を結ぶ直線を基準とする面位置データに換算しても良い。この場合、各サンプリングタイミングで取得したZセンサ72aの計測値とZセンサ72bの計測値との差、及びZセンサ72cの計測値とZセンサ72dの計測値との差をそれぞれ求めておく。そして、露光時などに面位置制御を行う際に、Zセンサ741,j、742,j及び761,q、762,qでウエハテーブルWTB表面を計測してウエハテーブルWTBのZ位置とXY平面に対する傾斜(θy回転のみならずθx回転も)を算出することで、その算出したウエハテーブルWTBのZ位置とXY平面に対する傾斜と前述の面位置データz1〜zk及び前記差とを用いることで、ウエハ表面の面位置情報を実際に取得することなく、ウエハWの面位置制御が可能になる。
以上の説明は、ウエハテーブルWTB表面に凹凸が存在しないことを前提にしている。しかし、実際には、図18(C)に示されるように、ウエハテーブルWTBの表面、すなわちYスケール39Y2が形成された第1部分領域28b1の表面及びYスケール39Y1が形成された第2部分領域28b2の表面などには、凹凸がある。しかしながら、このようにウエハテーブルWTBの表面に凹凸が存在する場合であっても、ウエハWの子午線(ウエハ中心を通るY軸に平行な直線)上の点では、極めて高精度な面位置制御が可能である。
以下、これについて説明する。
フォーカスマッピングを行う際、マッピングの際の基準となるZセンサ72a〜72dは、ウエハテーブルWTB表面上のある位置(XY座標位置)の面位置情報を検出している。そして、フォーカスマッピングは上述の説明から明らかなように、ウエハステージWSTのX位置を固定し、+Y方向に一直線でウエハステージWSTを移動させながら行われる。すなわち、フォーカスマッピングを行う際にZセンサ72a〜72dがその面位置情報を検出するライン(第2撥水板28b表面上)もY軸に平行な直線になる。
そのフォーカスマッピングをしている際(ウエハステージWSTが+Y方向に移動している際)に、ウエハの子午線上に位置するショット領域は、ウエハステージWSTをX軸方向に移動させることなく、露光位置(投影光学系PLの下)に配置されることになる。子午線上のショット領域が露光位置に達したときに、Zセンサ72a,72bと同一のY軸に平行な直線上にあり、かつ一対のZサンサ741,4,742,4、Zセンサ72c,72dと同一のY軸に平行な直線上にある、一対のZセンサ761,3、762,3は、フォーカスマッピング時にZセンサ72a,72b及びZセンサ72c,72dがそれぞれ面位置情報を検出していたウエハテーブルWTB上の点と同じ点における面位置情報を検出することとなる。すなわち、多点AF系(90a,90b)による面位置情報の検出の基準となる、Zセンサが計測する基準面が、フォーカスマッピング時と露光時とで同じになる。このため、ウエハテーブルWTBの表面に凹凸又はうねりなどが生じていたとしても、子午線上のショット領域を露光する際には、その凹凸及びうねりなどを考慮することなく、フォーカスマッピング時に得られたZ位置をそのままZ位置として用いて、露光の際のウエハのフォーカス制御を行うことができるので、高精度なフォーカス制御が可能となる。
子午線上以外のショット領域を露光する際、ウエハテーブルWTBの表面に凹凸及びうねりなどがない場合には、上記子午線上のショット領域と同程度のフォーカス制御精度を確保できるが、ウエハテーブルWTBの表面に凹凸又はうねりなどがある場合には、フォーカス制御精度は、後述するトラバースZ走り補正の精度に依存する。また、主制御装置20は、子午線上以外のショット領域を露光するため、ウエハステージWSTを例えばX軸方向に移動させる際などには、そのウエハステージWSTの移動に伴って、複数のZセンサ間において計測値の引き継ぎを行う。
次に、フォーカスキャリブレーションについて説明する。フォーカスキャリブレーションとは、ある基準状態におけるウエハテーブルWTBのX軸方向の一側と他側の端部における面位置情報と、多点AF系(90a,90b)の計測プレート30表面の代表的な検出点における検出結果(面位置情報)との関係を求める処理(フォーカスキャリブレーションの前半の処理)と、上記の基準状態と同様の状態において、空間像計測装置45を用いて検出した投影光学系PLのベストフォーカス位置に対応する、ウエハテーブルWTBのX軸方向の一側と他側の端部における面位置情報を求める処理(フォーカスキャリブレーションの後半の処理)とを行い、これらの処理結果に基づいて、多点AF系(90a,90b)の代表的な検出点におけるオフセット、すなわち投影光学系PLのベストフォーカス位置と多点AF系の検出原点との偏差を求めるなどの処理を意味する。
このフォーカスキャリブレーションに際して、主制御装置20は、図19(A)に示されるように、Xスケール39X1,39X2にそれぞれ対向する2つのXヘッド66(Xリニアエンコーダ70B,70D)と、Yスケール39Y1,39Y2にそれぞれ対向する2つのYヘッド64y2,64y1(Yリニアエンコーダ70A,70C)とに基づいて、ウエハテーブルWTBのXY平面内の位置を管理している。この図19(A)の状態では、前述の直線LVにウエハテーブルWTBのセンターラインが一致した状態となっている。また、この図19(A)の状態では、ウエハテーブルWTBは、Y軸方向に関しては、前述した計測プレート30に多点AF系(90a,90b)からの検出ビームが照射される位置にある。また、ここでは、図示が省略されているが、ウエハテーブルWTB(ウエハステージWST)の+Y側に計測ステージMSTがあり、前述したCDバー46及びウエハテーブルWTBと投影光学系PLの先端レンズ191との間に水が保持されている(図31参照)。
(a) この状態で、主制御装置20は、次のようなフォーカスキャリブレーションの前半の処理を行う。すなわち、主制御装置20は、多点AF系(90a,90b)の検出領域の両端部に位置する検出点それぞれの近傍の前述したZセンサ72a,72b、72c,72dによって検出されるウエハテーブルWTBのX軸方向の一側と他側の端部における面位置情報を検出しつつ、その面位置情報を基準として、多点AF系(90a,90b)を用いて前述の計測プレート30(図3参照)表面の面位置情報を検出する。これにより、前述の直線LVにウエハテーブルWTBのセンターラインが一致した状態におけるZセンサ72a,72b、72c,72dの計測値(ウエハテーブルWTBのX軸方向の一側と他側の端部における面位置情報)と、多点AF系(90a,90b)の計測プレート30表面の検出点(複数の検出点のうち中央又はその近傍に位置する検出点)における検出結果(面位置情報)との関係が求まる。
(b) 次に、主制御装置20は、ウエハステージWSTを+Y方向に所定距離移動させ、計測プレート30が投影光学系PLの直下に配置される位置でウエハステージWSTを停止させる。そして、主制御装置20は、次のようなフォーカスキャリブレーションの後半の処理を行う。すなわち、主制御装置20は、図19(B)に示されるように、ウエハテーブルWTBのX軸方向の一側と他側の端部における面位置情報を計測する各一対のZセンサ741,4,742,4、761,3、762,3によって計測される面位置情報を基準として、計測プレート30(ウエハテーブルWTB)の投影光学系PLの光軸方向に関する位置(Z位置)を制御しつつ、空間像計測装置45を用いて、レチクルR、又はレチクルステージRST上の不図示のマーク板に形成された計測マークの空間像をスリットスキャン方式で計測し、その計測結果に基づいて投影光学系PLのベストフォーカス位置を測定する。この場合、図19(B)に示されるように、液浸領域14が投影光学系PLと計測プレート30(ウエハテーブルWTB)との間に形成されているので、上記の空間像の計測は、投影光学系PL及び水を介して行われる。また、図19(B)では図示が省略されているが、空間像計測装置45の計測プレート30などはウエハステージWST(ウエハテーブルWTB)に搭載され、受光素子などは計測ステージMSTに搭載されているので、上記の空間像の計測は、ウエハステージWSTと計測ステージMSTとが、接触状態(又は近接状態)を保ったままで行われる(図33参照)。上記の測定により、前述の直線LVに、ウエハテーブルWTBのセンターラインが一致した状態におけるZセンサ741,4,742,4、761,3、762,3の計測値(すなわち、ウエハテーブルWTBのX軸方向の一側と他側の端部における面位置情報)が求まる。この計測値は、投影光学系PLのベストフォーカス位置に対応している。
(c) これにより、主制御装置20は、上記(a)のフォーカスキャリブレーション前半の処理で求めたZセンサ72a,72b、72c,72dの計測値(ウエハテーブルWTBのX軸方向の一側と他側の端部における面位置情報)と、多点AF系(90a,90b)による計測プレート30表面の検出結果(面位置情報)との関係と、上記(b)のフォーカスキャリブレーション後半の処理で求めた投影光学系PLのベストフォーカス位置に対応するZセンサ741,4,742,4、761,3、762,3の計測値(すなわち、ウエハテーブルWTBのX軸方向の一側と他側の端部における面位置情報)とに基づいて、多点AF系(90a,90b)の代表的な検出点におけるオフセット、すなわち投影光学系PLのベストフォーカス位置と多点AF系の検出原点との偏差を求めることが可能になる。本実施形態では、この代表的な検出点は、例えば複数の検出点の中央又はその近傍の検出点であるが、その数及び/又は位置などは任意でよい。この場合において、主制御装置20は、その代表的な検出点におけるオフセットが零になるように多点AF系の検出原点の調整を行う。この調整は、例えば、受光系90b内部の不図示の平行平面板の角度調整によって光学的に行っても良いし、あるいは電気的に検出オフセットを調整しても良い。または、検出原点の調整を行わず、そのオフセットを記憶しておいても良い。ここでは、上記の光学的手法により、その検出原点の調整が行われるものとする。これにより、多点AF系(90a,90b)のフォーカスキャリブレーションが終了する。なお、光学的な検出原点の調整では、代表的な検出点以外の残りの検出点全てでそのオフセットを零にすることは難しいので、残りの検出点では光学的な調整後のオフセットを記憶しておくことが好ましい。
次に、多点AF系(90a,90b)の複数の検出点に個別に対応する複数の受光素子(センサ)間の検出値のオフセット補正(以下、AFセンサ間オフセット補正と呼ぶ)について説明する。
このAFセンサ間オフセット補正に際しては、主制御装置20は、図20(A)に示されるように、所定の基準平面を備えた前述のCDバー46に対して多点AF系(90a,90b)の照射系90aから検出ビームを照射させ、CDバー46表面(基準平面)からの反射光を受光した多点AF系(90a,90b)の受光系90bからの出力信号を取り込む。
この場合において、CDバー46表面が、XY平面に平行に設定されているのであれば、主制御装置20は、上述の如くして取り込んだ出力信号に基づいて、複数の検出点に個別に対応する複数のセンサの検出値(計測値)の関係を求め、その関係をメモリに記憶する、あるいは、全てのセンサの検出値が、例えば、前述のフォーカスキャリブレーションの際の代表的な検出点に対応するセンサの検出値と同一値となるように、各センサの検出オフセットを電気的に調整することで、AFセンサ間オフセット補正を行うことができる。
しかるに、本実施形態では、多点AF系(90a,90b)の受光系90bからの出力信号の取り込みの際に、主制御装置20は、図20(A)に示されるように、Zセンサ72a,72b,72c,72dを用いてCDバー46表面の傾きを検出しているので、必ずしもCDバー46表面をXY平面に平行に設定する必要はない。すなわち、図20(B)に模式的に示されるように、各検出点における検出値が、それぞれ同図中の矢印で示されるような値になっており、検出値の上端を結ぶ線が同図中の点線で示されるような凹凸があるものとすれば、その検出値の上端を結ぶ線が同図中の実線で示されるようになるように、各検出値を調整すれば良い。
次に、ウエハテーブルWTB表面、より正確には第2撥水板28b表面のX軸方向に関する凹凸の影響を補正するための情報を求めるトラバースZ走り補正について説明する。ここで、トラバースZ走り補正は、ウエハテーブルWTBをX軸方向に移動しながら、所定のサンプリング間隔で、ウエハテーブルWTBの第2撥水板28b表面の左右領域の面位置情報を検出するZセンサの計測値と、多点AF系によるウエハの面位置情報の検出値とを同時に取り込むことで行われる。
このトラバースZ走り補正に際しては、主制御装置20は、前述のフォーカスマッピング時と同様に、図21(A)に示されるように、Xスケール39X1,39X2にそれぞれ対向する2つのXヘッド66(Xリニアエンコーダ70B,70D)と、Yスケール39Y1,39Y2にそれぞれ対向する2つのYヘッド64y2,64y1(Yリニアエンコーダ70A,70C)とに基づいて、ウエハテーブルWTBのXY平面内の位置を管理している。この図21(A)の状態では、ウエハテーブルWTBのセンターラインは、前述の直線LVよりも+X側にあり、主制御装置20は、ウエハテーブルWTBの第2撥水板28b表面の左右領域の−X側端部近傍の点の面位置情報を、Zセンサ72a,72b、及びZセンサ72c,72を用いて計測すると同時に、多点AF系(90a,90b)を用いてウエハの面位置情報を検出している。
次いで、主制御装置20は、図21(A)中に白抜き矢印で示されるように、ウエハステージWSTを−X方向へ所定速度で移動させる。この移動中に、主制御装置20は、上述のZセンサ72a,72b、及びZセンサ72c,72の計測値と、多点AF系(90a,90b)の検出値との同時取り込みを、所定のサンプリング間隔で繰り返し実行する。そして、図21(B)に示されるように、ウエハテーブルWTBの第2撥水板28b表面の左右領域の+X側端部近傍の点にZセンサ72a,72b、及びZセンサ72c,72が対向した状態での、上記の同時取り込みが完了した時点で、作業を終了する。
そして、主制御装置20は、多点AF系(90a,90b)の各検出点についての面位置情報と、同時に取り込んだZセンサ72a〜72dによる面位置情報との関係を求める。そして、異なるサンプリング時について求めた複数の関係から、第2撥水板28b表面のX軸方向に関する凹凸を算出する。すなわち、この場合、多点AF系(90a,90b)は、センサ間オフセットが調整されているので、第2撥水板28b表面の同じ点であれば、どの検出点に対応するセンサの検出値も同じ値になるはずである。従って、異なる検出点に対応するセンサで第2撥水板28b表面の同じ点を検出した際の検出値の差は、第2撥水板28b表面の凹凸及びその移動の際のウエハテーブルのZ軸方向の位置変動をそのまま反映したものである。そこで、この関係を利用することで、異なるサンプリング時について求めた複数の関係から、第2撥水板28b表面のX軸方向に関する凹凸を算出するのである。
このように、主制御装置20は、ウエハテーブルWTB(ウエハステージWST)を、X軸方向に移動させつつ、多点AF系(90a,90b)を用いて順次検出した結果に基づいて、ウエハテーブルWTB(ウエハステージWST)がX軸方向に移動する(異なるX位置にある)際に生じる、ウエハテーブルWTB表面のZ軸方向における位置変動に関する情報を求めている。主制御装置20は、露光時にこの情報を補正量として加味しながら、ウエハWのフォーカス制御を行う。
次に、本実施形態の露光装置100における、ウエハステージWSTと計測ステージMSTとを用いた並行処理動作について、図22〜図36に基づいて説明する。なお、以下の動作中、主制御装置20によって、局所液浸装置8の液体供給装置5及び液体回収装置6の各バルブの開閉制御が前述したようにして行われ、投影光学系PLの先端レンズ191の射出面側には常時水が満たされている。しかし、以下では、説明を分かり易くするため、液体供給装置5及び液体回収装置6の制御に関する説明は省略する。また、以後の動作説明は、多数の図面を用いて行うが、図面毎に同一の部材に符号が付されていたり、付されていなかったりしている。すなわち、図面毎に、記載している符号が異なっているが、それら図面は符号の有無に関わらず、同一構成である。これまでに説明に用いた、各図面についても同様である。
図22には、ウエハステージWST上のウエハW(ここでは、一例として、あるロット(1ロットは25枚又は50枚)の中間のウエハとする)に対するステップ・アンド・スキャン方式の露光が行われている状態が示されている。このとき、計測ステージMSTは、ウエハステージWSTと所定の距離を保って追従して移動している。このため、露光終了後に、ウエハステージWSTとの前述の接触状態(又は近接状態)に移行する際の、計測ステージMSTの移動距離は、上記の所定の距離と同一の距離で足りることになる。
この露光中、主制御装置20により、Xスケール39X1,39X2にそれぞれ対向する図22中に丸で囲んで示されている2つのXヘッド66(Xエンコーダ70B,70D)と、Yスケール39Y1,39Y2にそれぞれ対向する図22中に丸で囲んで示されている2つのYヘッド64(Yエンコーダ70A,70C)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XY平面内の位置(θz回転を含む)が制御されている。また、主制御装置20により、ウエハテーブルWTBのZ軸方向の位置とθy回転(ローリング)及びθx回転(ピッチング)とは、ウエハテーブルWTB表面のX軸方向一側と他側の端部にそれぞれ対向する各一対のZセンサ741,j,742,j、761,q,762,qの計測値に基づいて制御されている。なお、ウエハテーブルWTBのZ軸方向の位置とθy回転(ローリング)とをZセンサ741,j,742,j、761,q,762,qの計測値に基づいて制御し、θx回転(ピッチング)はY軸干渉計16の計測値に基づいて制御しても良い。いずれにしても、この露光中のウエハテーブルWTBのZ軸方向の位置,θy回転及びθx回転の制御(ウエハWのフォーカス・レベリング制御)は、事前に行われた前述のフォーカスマッピングの結果に基づいて行われる。
また、この露光中は、ウエハステージWSTと計測ステージMSTとが所定距離よりも接近するのを防止するため、シャッタ49A、49Bが開口51A,51Bを閉塞した状態に設定されている。
上記の露光動作は、主制御装置20により、事前に行われた前述のウエハアライメント(EGA)の結果及びアライメント系AL1,AL21〜AL24の最新のベースライン等に基づいて、ウエハW上の各ショット領域の露光のための走査開始位置(加速開始位置)へウエハステージWSTが移動されるショット間移動動作と、レチクルRに形成されたパターンを走査露光方式で各ショット領域に転写する走査露光動作とを繰り返すことにより、行われる。なお、上記の露光動作は、先端レンズ191とウエハWとの間に水を保持した状態で行われる。また、図22における−Y側に位置するショット領域から+Y側に位置するショット領域の順で行われる。
また、主制御装置20は、露光中に、エンコーダ70A〜70Dの計測値と干渉計16,126の計測値とを蓄積し、必要に応じて前述した補正マップを更新することとしても良い。
そして、図23に示されるように、ウエハWに対する露光が終了する前、例えばウエハW上の異なるショット領域が順次露光される際に、最終のショット領域が露光される前に、主制御装置20は、駆動機構34A,34Bを介してシャッタ49A,49Bの下降駆動を開始し、開口51A,51Bを開状態に設定する。主制御装置20は、開閉センサ101を介して、シャッタ49A,49Bが全開状態になったことを確認した後に、X軸干渉計130の計測値を一定値に維持しつつY軸干渉計18の計測値に基づいてステージ駆動系124を制御して、計測ステージMST(計測テーブルMTB)を図24に示される位置まで移動させる。このとき、CDバー46(計測テーブルMTB)の−Y側の端面とウエハテーブルWTBの+Y側の端面とは接触している。なお、例えば各テーブルのY軸方向の位置を計測する干渉計又はエンコーダの計測値をモニタして計測テーブルMTBとウエハテーブルWTBとをY軸方向に300μm程度離間させて、非接触の状態(近接状態)を保っても良い。
次いで、図25に示されるように、主制御装置20は、ウエハテーブルWTBと計測テーブルMTBとのY軸方向の位置関係を保ちつつ、計測ステージMSTを−Y方向に駆動する動作を開始するとともに、ウエハステージWSTをアンローディングポジションUPに向けて駆動する動作を開始する。この動作が開始されると、本実施形態では計測ステージMSTが−Y方向のみに移動され、ウエハステージWSTが−Y方向及び−X方向に移動される。
このようにして、主制御装置20により、ウエハステージWST、計測ステージMSTが同時に駆動されると、投影ユニットPUの先端レンズ191とウエハWとの間に保持されていた水(液浸領域14の水)が、ウエハステージWST及び計測ステージMSTの−Y側への移動に伴って、ウエハW→プレート28→CDバー46→計測テーブルMTBの順に移動する。なお、上記の移動中、ウエハテーブルWTB、計測テーブルMTBは前述の接触状態(又は近接状態)を保っている。なお、図25には、液浸領域14の水がプレート28からCDバー46に渡される直前の状態が示されている。
図25の状態から、更にウエハステージWST,計測ステージMSTが−Y方向へ同時に僅かに駆動されると、Yエンコーダ70A,70CによるウエハステージWST(ウエハテーブルWTB)の位置計測ができなくなるので、この直前に、主制御装置20は、ウエハステージWST(ウエハテーブルWTB)のY位置及びθz回転の制御を、Yエンコーダ70A,70Cの計測値に基づく制御から、Y軸干渉計16の計測値に基づく制御に切り換える。そして、所定時間後、図26に示されるように、計測ステージMSTが、前述したSec-BCHK(インターバル)を行う位置に到達するので、主制御装置20は、その位置で計測ステージMSTを停止するとともに、Xスケール39X1に対向する図26中に丸で囲んで示されるXヘッド66(Xリニアエンコーダ70B)によりウエハステージWSTのX位置を計測しかつY位置及びθz回転等はY軸干渉計16により計測しつつ、ウエハステージWSTをさらにアンローディングポジションUPに向かって駆動し、アンローディングポジションUPで停止させる。なお、図26の状態では、計測テーブルMTBと先端レンズ191との間に水が保持されている。
次いで、主制御装置20は、図26及び図27に示されるように、計測ステージMSTのCDバー46を用いて、前述した手順でプライマリアライメント系AL1に対する4つのセカンダリアライメント系の相対位置を計測するSec-BCHK(インターバル)を行う。このSec-BCHK(インターバル)と並行して、主制御装置20は、アンロードポジションUPに停止しているウエハステージWST上のウエハWを、不図示のアンロードアームの駆動系に指令を与えてアンロードさせるとともに、そのアンロードの際に上昇駆動した上下動ピンCT(図26では不図示、図27参照)を所定量上昇させたまま、ウエハステージWSTを+X方向に駆動してローディングポジションLPに移動させる。ここで、ウエハのアンロードは、上下動ピンCTがウエハWを下方から支持して持ち上げ、そのウエハWの下方にアンロードアームが進入し、上下動ピンCTが僅かに下がるあるいはアンロードアームが僅かに上昇するなどして、上下動ピンCTからアンロードアームにウエハを受け渡すことで行われる。
次に、主制御装置20は、図28に示されるように、計測ステージMSTを、ウエハステージWSTから離れた状態からウエハステージWSTとの前述の接触状態(又は近接状態)に移行させるための最適な待機位置(以下、「最適スクラム待機位置」と呼ぶ)へ移動させ、前述した手順でシャッタ49A,49Bを閉じる。これと並行して、主制御装置20は、不図示のロードアームの駆動系に指令を与えて、ウエハテーブルWTB上に新たなウエハWをロードさせる。このウエハWのロードは、ロードアームに保持されたウエハWがロードアームから所定量上昇した状態を維持している上下動ピンCTに渡され、ロードアームが退避した後、上下動ピンCTが下降することで、ウエハWがウエハホルダ上に載置され、不図示のバキュームチャックにより吸着されるという手順で行われる。この場合、上下動ピンCTが所定量上昇した状態を維持しているので、上下動ピンCTが下降駆動されてウエハホルダの内部に収納されている場合に比べてウエハロードを短時間で行うことができる。なお、図28には、ウエハWがウエハテーブルWTB上にロードされた状態が示されている。
本実施形態において、上述の計測ステージMSTの最適スクラム待機位置は、ウエハ上のアライメントショット領域に付設されたアライメントマークのY座標に応じて適切に設定される。これにより、上記の接触状態(又は近接状態)への移行の際に、計測ステージMSTをその最適スクラム待機位置に移動させる動作が不要になるので、最適スクラム待機位置から離れた位置に待機させる場合に比べて、計測ステージMSTの移動回数を1回削減できる。また、本実施形態では、上記の最適スクラム待機位置としては、ウエハステージWSTが前述のウエハアライメントのために停止する位置で、上記の接触状態(又は近接状態)に移行できるように、最適スクラム待機位置が定められる。
次に、主制御装置20は、図29に示されるように、ウエハステージWSTをローディングポジションLPから、計測プレート30上の基準マークFMがプライマリアライメント系AL1の視野(検出領域)内に位置決めされる位置(すなわち、前述したPri-BCHKの前半の処理を行う位置)へ移動させる。この移動の途中で、主制御装置20は、ウエハテーブルWTBのXY平面内の位置の制御を、X軸方向についてはエンコーダ70Bの計測値,Y軸方向及びθz回転についてはY軸干渉計16の計測値に基づく制御から、Xスケール39X1,39X2に対向する図29中に丸で囲んで示される2つのXヘッド66(エンコーダ70B,70D)と、Yスケール39Y1,39Y2に対向する図29中に丸で囲んで示される2つのYヘッド64y2,64y1(エンコーダ70A,70C)との計測値に基づく制御に切り換える。
そして、主制御装置20は、基準マークFMをプライマリアライメント系AL1を用いて検出する、前述のPri-BCHKの前半の処理を行う。このとき、計測ステージMSTは、前述の最適スクラム待機位置で待機中である。
次に、主制御装置20は、上述の4つのエンコーダの計測値に基づいて、ウエハステージWSTの位置を管理しつつ、前述した3つのファーストアライメントショット領域AS(図12(C)参照)に付設されたアライメントマークを検出する位置へ向けてのウエハステージWSTの+Y方向への移動を開始する。このウエハステージWSTの+Y方向への移動開始後、主制御装置20は、前述した手順で、シャッタ49A,49Bを開放し、ウエハステージWSTと計測ステージMSTとの更なる接近を許可する。また、主制御装置20は、シャッタ49A,49Bの開放を開閉センサ101の検出結果に基づいて確認する。
そして、ウエハステージWSTが図30に示される位置に到達すると、主制御装置20は、衝突検知センサ43B,43Cの出力に基づいて、ウエハステージWSTと計測ステージMSTとが接触する(又は300μm程度の距離に近接する)のを検知し、直ちにウエハステージWSTを停止する。これに先立って、主制御装置20は、Zセンサ72a〜72dの全部又は一部がウエハテーブルWTBと対向した時点又はその前の時点で、それらZセンサ72a〜72dを作動させ(オンにし)、ウエハテーブルWTBのZ位置及び傾斜(θy回転及びθx回転)の計測を開始する。
ウエハステージWSTの停止後、主制御装置20は、プライマリアライメント系AL1,セカンダリアライメント系AL22,AL23を用いて、3つのファーストアライメントショット領域ASに付設されたアライメントマークをほぼ同時にかつ個別に検出し(図30中の星マーク参照)、上記3つのアライメント系AL1,AL22,AL23の検出結果とその検出時の上記4つのエンコーダの計測値とを関連付けて不図示のメモリに格納する。なお、この場合の3つのファーストアライメントショット領域ASに付設されたアライメントマークの同時検出は、前述した如く、ウエハテーブルWTBのZ位置を変化させることで、複数のアライメント系AL1,AL21〜AL24とウエハテーブルWTBに載置されているウエハWとの間の、Z軸方向(フォーカス方向)における相対位置関係を変更しつつ行われている。
上述のように本実施形態では、ファーストアライメントショット領域ASのアライメントマークの検出を行う位置で、計測ステージMSTとウエハステージWSTとの接触状態(又は近接状態)への移行が完了し、その位置から、主制御装置20によって、その接触状態(又は近接状態)での両ステージWST,MSTの+Y方向への移動(前述した5つのセカンドアライメントショット領域ASに付設されたアライメントマークを検出する位置に向かってのステップ移動)が開始される。この両ステージWST,MSTの+Y方向への移動開始に先立って、主制御装置20は、図30に示されるように、多点AF系(90a,90b)の検出ビームのウエハテーブルWTBへの照射を開始する。これにより、ウエハテーブルWTB上に多点AF系の検出領域が形成される。
そして、上記の両ステージWST,MSTの+Y方向への移動中に、図31に示される位置に両ステージWST,MSTが到達すると、主制御装置20は、前述したフォーカスキャリブレーション前半の処理を行い、前述の直線LVにウエハテーブルWTBのセンターラインが一致した状態におけるZセンサ72a,72b、72c,72dの計測値(ウエハテーブルWTBのX軸方向の一側と他側の端部における面位置情報)と、多点AF系(90a,90b)による計測プレート30表面の検出結果(面位置情報)との関係を求める。このとき、液浸領域14は、CDバー46とウエハテーブルWTBとの境界付近に形成されている。すなわち、液浸領域14の水がCDバー46からウエハテーブルWTBに渡される直前の状態となっている。
そして、両ステージWST,MSTが接触状態(又は近接状態)を保ったまま+Y方向へ更に移動し、図32に示される位置に到達すると、5つのアライメント系AL1,AL21〜AL24を用いて、5つのセカンドアライメントショット領域ASに付設されたアライメントマークをほぼ同時にかつ個別に検出し(図32中の星マーク参照)、上記5つのアライメント系AL1,AL21〜AL24の検出結果とその検出時の上記4つのエンコーダの計測値とを関連付けて不図示のメモリに格納する。なお、この場合の5つのセカンドアライメントショット領域ASに付設されたアライメントマークの同時検出も、前述した如く、ウエハテーブルWTBのZ位置を変化させながら行われる。
また、このとき、Xスケール39X1に対向し、かつ上記直線LV上に位置するXヘッドが存在しないので、主制御装置20は、Xスケール39X2に対向するXヘッド66(Xリニアエンコーダ70D)及びYリニアエンコーダ70A,70C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している。
上述したように、本実施形態では、セカンドアライメントショット領域ASのアライメントマークの検出が終了した時点で、合計8個のアライメントマークの位置情報(2次元位置情報)が検出できる。そこで、この段階で、主制御装置20は、これらの位置情報を用いて例えば前述のEGA方式にて統計演算を行って、ウエハWのスケーリング(ショット倍率)を求め、その算出したショット倍率に基づいて、投影光学系PLの光学特性、例えば投影倍率を調整しても良い。本実施形態では、投影光学系PLを構成する特定の可動レンズを駆動する、あるいは投影光学系PLを構成する特定レンズ間に形成された気密室内部の気体の圧力を変更するなどして、投影光学系PLの光学特性を調整する調整装置68(図8参照)を制御して投影光学系PLの光学特性を調整する。すなわち、主制御装置20は、アライメント系AL1,AL21〜AL24がウエハW上の所定数(ここでは8個)のマークを検出し終えた段階で、それらの検出結果に基づいて、投影光学系PLの光学特性を調整させるように調整装置68を制御することとしても良い。なお、マークの個数は8個、あるいは検出対象のマークの総数の半分などに限られるものでなく、例えばウエハのスケーリングなどの算出に必要な個数以上であればよい。
また、主制御装置20は、上記の5つのセカンドアライメントショット領域ASに付設されたアライメントマークの同時検出の終了後、接触状態(又は近接状態)での両ステージWST,MSTの+Y方向への移動を再び開始すると同時に、図32に示されるように、Zセンサ72a〜72dと多点AF系(90a,90b)とを用いた前述のフォーカスマッピングを開始する。
そして、両ステージWST,MSTが、図33に示される計測プレート30が投影光学系PLの直下に配置される位置に到達すると、主制御装置20は、前述したPri-BCHK後半の処理及び前述したフォーカスキャリブレーション後半の処理を行う。
そして、主制御装置20は、前述のPri-BCHKの前半の処理の結果とPri-BCHKの後半の処理の結果とに基づいて、プライマリアライメント系AL1のベースラインを算出する。これとともに、主制御装置20は、前述のフォーカスキャリブレーション前半の処理で得られたZセンサ72a,72b、72c,72dの計測値(ウエハテーブルWTBのX軸方向の一側と他側の端部における面位置情報)と、多点AF系(90a,90b)による計測プレート30表面の検出結果(面位置情報)との関係と、前述のフォーカスキャリブレーション後半の処理で得られた投影光学系PLのベストフォーカス位置に対応するZセンサ741,4,742,4、761,3、762,3の計測値(すなわち、ウエハテーブルWTBのX軸方向の一側と他側の端部における面位置情報)とに基づいて、多点AF系(90a,90b)の代表的な検出点におけるオフセットを求め、そのオフセットが零になるように前述の光学的手法により多点AF系の検出原点を調整する。
この場合において、スループットの観点から、上述のPri-BCHKの後半の処理及びフォーカスキャリブレーション後半の処理の一方のみを行っても良いし、両方の処理を行うことなく、次の処理に移行しても良い。勿論、Pri-BCHKの後半の処理を行わない場合には、前述のPri-BCHKの前半の処理を行う必要もなく、この場合には、主制御装置20は、前述のローディングポジションLPからファーストアライメントショット領域ASに付設されたアライメントマークを検出する位置に、ウエハステージWSTを移動させれば良い。
なお、この図33の状態では、前述のフォーカスマッピングは続行されている。
上記の接触状態(又は近接状態)での両ステージWST,MSTの+Y方向への移動により、ウエハステージWSTが、図34に示される位置に達すると、主制御装置20は、ウエハステージWSTをその位置で停止させるとともに、計測ステージMSTについては、そのまま+Y方向への移動を続行させる。そして、主制御装置20は、5つのアライメント系AL1,AL21〜AL24を用いて、5つのサードアライメントショット領域ASに付設されたアライメントマークをほぼ同時にかつ個別に検出し(図34中の星マーク参照)、上記5つのアライメント系AL1,AL21〜AL24の検出結果とその検出時の上記4つのエンコーダの計測値とを関連付けて不図示のメモリに格納する。なお、この場合の5つのサードアライメントショット領域ASに付設されたアライメントマークの同時検出も、前述した如く、ウエハテーブルWTBのZ位置を変化させながら行われる。また、この時点でも、フォーカスマッピングは続行されている。
一方、上記のウエハステージWSTの停止から所定時間後に、前述したショックアブソーバ47A,47BがX軸固定子80に形成された開口51A,51Bから離脱し、計測ステージMSTとウエハステージWSTとは、接触(又は近接状態)から離間状態に移行する。この離間状態への移行後、主制御装置20は、シャッタ49A,49Bを、駆動機構34A,34Bを介して上昇駆動することで、開口51A,51Bを閉塞した状態に設定するとともに、計測ステージMSTが、露光開始まで待機する露光開始待機位置に達すると、その位置で停止させる。
次に、主制御装置20は、前述した3つのフォースアライメントショット領域ASに付設されたアライメントマークを検出する位置へ向けてのウエハステージWSTの+Y方向への移動を開始する。このとき、フォーカスマッピングは続行されている。一方、計測ステージMSTは、上記露光開始待機位置で待機している。
そして、ウエハステージWSTが図35に示される位置に到達すると、主制御装置20は、直ちにウエハステージWSTを停止させ、プライマリアライメント系AL1,セカンダリアライメント系AL22,AL23を用いて、ウエハW上の3つのフォースアライメントショット領域ASに付設されたアライメントマークをほぼ同時にかつ個別に検出し(図35中の星マーク参照)、上記3つのアライメント系AL1,AL22,AL23の検出結果とその検出時の上記4つのエンコーダの計測値とを関連付けて不図示のメモリに格納する。なお、この場合の3つのフォースアライメントショット領域ASに付設されたアライメントマークの同時検出も、前述した如く、ウエハテーブルWTBのZ位置を変化させながら行われる。この時点でも、フォーカスマッピングは続行され、計測ステージMSTは、上記露光開始待機位置で待機したままである。そして、主制御装置20は、このようにして得た合計16個のアライメントマークの検出結果と対応する4つのエンコーダの計測値とを用いて、例えば前述のEGA方式にて統計演算を行って、上記4つのエンコーダの計測軸で規定されるXY座標系上におけるウエハW上の全てのショット領域の配列情報(座標値)を算出する。
次に、主制御装置20は、ウエハステージWSTを再度+Y方向へ移動させながら、フォーカスマッピングを続行する。そして、多点AF系(90a,90b)からの検出ビームがウエハW表面から外れると、図36に示されるように、フォーカスマッピングを終了する。その後、主制御装置20は、前述のウエハアライメント(EGA)の結果及び最新の5つのアライメント系AL1,AL21〜AL24のベースラインの計測結果等に基づいて、ステップ・アンド・スキャン方式の露光を、液浸露光にて行い、ウエハW上の複数のショット領域にレチクルパターンを順次転写する。以降、ロット内の残りのウエハに対して同様の動作が繰り返し行われる。
以上説明したように、本実施形態によると、空間像計測装置45は、その一部がウエハテーブルWTB(ウエハステージWST)に設けられ、且つ残りの一部が計測ステージMSTに設けられており、投影光学系PLにより形成される計測マークの空間像を計測する。このため、例えば前述したフォーカスキャリブレーション時において、その空間像計測装置45により、投影光学系PLのベストフォーカス位置を計測する際に、空間像計測装置45の一部が設けられたウエハテーブルWTB(ウエハステージWST)の投影光学系PLの光軸に平行な方向に関する位置をそのベストフォーカス位置の基準として計測を行うことが可能となる。従って、照明光ILでウエハを露光する際に、このベストフォーカス位置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)の投影光学系PLの光軸に平行な方向に関する位置が高精度に調整される。また、ウエハテーブルWTB(ウエハステージWST)には、空間像計測装置45の一部が設けられるのみなので、そのウエハテーブルWTB(ウエハステージWST)が大型化することがなく、その位置制御性を良好に確保することができる。なお、空間像計測装置45の残りの一部を全て計測ステージMSTに設けないで、計測ステージMST及びその外部にそれぞれ設けても良い。
また、本実施形態によると、Y軸干渉計18及びX軸干渉計130により計測ステージMSTの位置情報が計測され、4つのリニアエンコーダ70A〜70DによってウエハテーブルWTB(ウエハステージWST)の位置情報が計測される。ここで、リニアエンコーダ70A〜70Dは、ウエハテーブルWTB上に配置され且つY軸、X軸にそれぞれ平行な方向を周期方向とする格子を有する複数のグレーティング(すなわちYスケール39Y1,39Y2又はXスケール39X1,39X2)と、スケール39Y1,39Y2,39X1,39X2が対向して配置される複数のヘッド(Yヘッド64又はXヘッド66)とを含む反射型のエンコーダである。このため、リニアエンコーダ70A〜70Dは、各ヘッドから対向するスケール(グレーティング)に照射されるビームの光路長がY軸干渉計18及びX軸干渉計130に比べて格段短いので、空気揺らぎの影響を受け難く、Y軸干渉計18及びX軸干渉計130に比べて計測値の短期安定性が優れている。従って、ウエハを保持するウエハテーブルWTB(ウエハステージWST)を安定して位置制御することが可能となる。
また、本実施形態によると、Y軸方向を計測方向とする複数のYヘッド64のX軸方向の配置間隔は、Yスケール39Y1,39Y2のX軸方向の幅より狭く、X軸方向を計測方向とする複数のXヘッド66のY軸方向の配置間隔は、Xスケール39X1,39X2のY軸方向の幅より狭い。このため、ウエハテーブルWTB(ウエハステージWST)を移動させる際に、複数のYヘッド64を順次切り換えながら、Yスケール39Y1又は39Y2に検出光(ビーム)を照射するYリニアエンコーダ70A又は70C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Y位置を計測することができ、これと並行して複数のXヘッド66を順次切り換えながら、Xスケール39X1又は39X2に検出光(ビーム)を照射するXリニアエンコーダ70B又は70D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位置を計測することができる。
また、本実施形態によると、前述のスケールの格子ピッチの補正情報の取得のためのウエハテーブルWTB(ウエハステージWST)のY軸方向への移動の際に、主制御装置20により、Xスケール39X1,39X2を構成する各格子線37の曲がりを補正するための補正情報(格子曲がりの補正情報)が前述の手順で求められる。そして、主制御装置20により、ヘッドユニット62B,62Dから得られる計測値を、ウエハテーブルWTB(ウエハステージWST)のY位置情報及びXスケール39X1,39X2の格子曲がりの補正情報、(並びに格子ピッチの補正情報)に基づいて補正しながら、ウエハテーブルWTB(ウエハステージWST)のX軸方向への駆動が、Xスケール39X1,39X2とヘッドユニット62B,62Dとを用いて行われる。従って、Xスケール39X1,39X2を構成する各格子の曲がりの影響を受けることなく、Xスケール39X1,39X2を用いるヘッドユニット62B,62D(エンコーダ70B,70D)を用いて、ウエハテーブルWTB(ウエハステージWST)のX軸方向の駆動を精度良く行なうことが可能となる。また、上記と同様のことを、Y軸方向についても行うことにより、ウエハテーブルWTB(ウエハステージWST)のY軸方向の駆動も精度良く行なうことができる。
また、本実施形態によると、ウエハステージWSTがY軸方向に直線的に移動する間に、複数の検出点がX軸方向に所定間隔で設定される多点AF系(90a,90b)によってウエハW表面の面位置情報が検出されるとともに、X軸方向に沿って一列に検出領域が配列される複数のアライメント系AL1,AL21〜AL24によってウエハW上で互いに位置が異なるアライメントマークが検出される。すなわち、ウエハステージWST(ウエハW)が、多点AF系(90a,90b)の複数の検出点(検出領域AF)と、複数のアライメント系AL1,AL21〜AL24の検出領域とを、直線的に通過するだけで、ウエハWのほぼ全面の面位置情報の検出と、ウエハW上で検出すべき全てのアライメントマーク(例えば、EGAにおけるアライメントショット領域のアライメントマーク)の検出とが終了するので、アライメントマークの検出動作と面位置情報(フォーカス情報)の検出動作とを無関係に(別々に)行う場合に比べてスループットを向上させることができる。
本実施形態では、前述のウエハステージWSTと計測ステージMSTとを用いた並行処理動作の説明から明らかなように、主制御装置20は、ローディングポジションから露光位置(露光領域IA)に向けたウエハステージWSTの移動の途中で(すなわち、ウエハステージWSTのY軸方向への移動中に)、ウエハW上でX軸方向の位置が異なる複数のマーク(アライメントショット領域のアライメントマーク)を、複数のアライメント系AL1,AL21〜AL24で同時に検出させるとともに、ウエハステージWSTのY軸方向への移動に伴い複数のアライメント系の検出領域を通過したウエハWの面位置情報を、多点AF系(90a,90b)で検出させる。このため、アライメントマークの検出動作と面位置情報(フォーカス情報)の検出動作とを無関係に行う場合に比べてスループットを向上させることができる。なお、本実施形態ではX軸方向に関してローディングポジションと露光位置とが異なるものとしたが、X軸方向の位置をほぼ同一としても良い。この場合、ローディングポジションからアライメント系(及び多点AF系)の検出領域までウエハステージWSTをほぼ一直線に移動することができる。また、ローディングポジションとアンローディングポジションとを同一位置としても良い。
また、本実施形態によると、一対のYスケール39Y1,39Y2にそれぞれ対向する一対のYヘッド64y2,64y1(一対のY軸リニアエンコーダ70A,70C)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Y軸方向の位置とθz回転(ヨーイング)とを計測しつつ、ウエハテーブルWTB(ウエハステージWST)をY軸方向へ移動させることができる。また、この場合、ウエハW上に形成されるショット領域の配列(サイズなど)に合わせてプライマリアライメント系AL1に対するセカンダリアライメント系AL21〜AL24のX軸方向の相対的な位置を調整した状態で、ウエハテーブルWTB(ウエハステージWST)のY軸方向への移動を実現できるので、ウエハW上でY軸方向の位置が同一かつX軸方向の位置が異なる複数のショット領域(例えばアライメントショット領域)のアライメントマークを、複数のアライメント系AL1、AL21〜AL24で同時に計測することが可能になる。
また、本実施形態によると、主制御装置20により、エンコーダシステム(Yリニアエンコーダ70A,70C、Xリニアエンコーダ70B,70D)による計測値に基づいてウエハテーブルWTB(ウエハステージWST)の位置を制御しつつ、ウエハW上のアライメントマークがアライメント系AL1、AL21〜AL24を用いて検出される。すなわち、Yスケール39Y1,39Y2にそれぞれ対向するYヘッド64(Yリニアエンコーダ70A,70C)と、Xスケール39X1,39X2にそれぞれ対向するXヘッド66(Xリニアエンコーダ70B,70D)と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)の位置を高精度に制御しつつ、ウエハW上のアライメントマークをアライメント系AL1、AL21〜AL24を用いて検出することが可能になる。
また、本実施形態によると、ウエハテーブルWTB(ウエハステージWST)のXY平面内での位置によって、アライメント系AL1、AL21〜AL24により同時検出されるウエハW上のアライメントマークの検出点数(計測点数)が異なるので、例えば前述のウエハアライメント時などに、ウエハテーブルWTB(ウエハステージWST)をX軸に交差する方向、例えばY軸方向に移動する際に、ウエハW上で互いに位置が異なるアライメントマークを、ウエハテーブルWTB(ウエハステージWST)のY軸方向の位置に応じて、換言すればウエハW上のショット領域の配置(レイアウト)に応じて、必要な数のアライメント系を用いて同時に検出することが可能になる。
また、本実施形態によると、主制御装置20により、ウエハW上にアライメント系で検出すべきアライメントマークが残存している段階(例えば、前述のセカンドアライメントショット領域ASに付設されたアライメントマークの検出が終了した時点)で、それまでにアライメント系で検出されたウエハW上の複数(例えば8個)のアライメントマークの検出結果に基づいて、投影光学系PLの光学特性を調整させるよう調整装置68が制御される場合がある。かかる場合には、この投影光学系PLの光学特性の調整後に、例えば投影光学系PLによる所定の計測マーク(又はパターン)の像の検出などを行う場合に、上記の調整に伴って計測マークの像がシフトしても、そのシフト後の計測マークの像を計測するので、結果的に投影光学系PLの光学特性の調整に伴う計測マークの像のシフトが計測誤差要因となることがない。また、検出すべきアライメントマークを全て検出し終える前に、それまでに検出されたアライメントマークの検出結果に基づいて上記調整を開始するので、上記調整を残りのアライメントマークの検出動作と並行して行うことができる。すなわち、本実施形態では、上記調整に要する時間を、サードアライメントショット領域ASのアライメントマークの検出を開始してからフォースアライメントショット領域ASのアライメントマークの検出が終了するまでの時間にオーバーラップさせることができる。これにより、全てのマークを検出し終えてから上記調整を開始していた従来技術と比べてスループットの向上が可能である。
また、本実施形態によると、主制御装置20により、投影光学系PLによるパターン(例えばレチクルRのパターン)の像の投影位置とアライメント系AL1の検出中心との位置関係(アライメント系AL1のベースライン)を計測する動作(例えば、前述のPri-BCHKの前半の処理)を開始してから該動作を完了するまでの間(例えば、前述のPri-BCHKの後半の処理を終了するまでの間)に、アライメント系AL1、AL21〜AL24によるウエハW上のアライメントマーク(例えば、前述の3つのファーストアライメントショット領域及び5つのセカンドアライメントショット領域のアライメントマーク)の検出動作が行われる。すなわち、アライメント系によるマークの検出動作の少なくとも一部を、上記位置関係の計測動作と並行して行うことができる。従って、上記位置関係の計測動作が完了した時点では、ウエハW上で検出すべき複数のアライメントマークのアライメント系による検出動作の少なくとも一部を終了させることができる。これによって、上記位置関係の計測動作の前又は後で上記複数のアライメントマークのアライメント系による検出動作を行う場合に比べて、スループットの向上が可能である。
また、本実施形態によると、主制御装置20により、ウエハW上で検出すべき複数のアライメントマークのアライメント系AL1、AL21〜AL24による検出動作(例えば、前述のウエハアライメント動作、すなわちファーストアライメントショット領域ASからフォースアライメントショット領域ASにそれぞれ付設された合計16個のアライメントマークの検出動作)を開始してから該動作を完了する前までに、投影光学系PLによるレチクルRのパターンの像の投影位置とアライメント系AL1の検出中心との位置関係(アライメント系AL1のベースライン)の計測動作が行われる。すなわち、アライメント系によるマークの検出動作の一部と並行して、上記位置関係の計測動作を行うことができる。従って、ウエハW上で検出すべき複数のアライメントマークのアライメント系AL1、AL21〜AL24による検出動作が行われる間に、上記位置関係の計測動作を終了させることができる。これによって、ウエハW上で検出すべき複数のアライメントマークのアライメント系による検出動作の前又は後で上記位置関係の計測動作を行う場合に比べて、スループットの向上が可能である。
また、本実施形態によると、主制御装置20により、ウエハW上で検出すべき複数のマークの検出動作(例えば、前述のウエハアライメント動作、すなわち16個のアライメントマークの検出動作)が開始されてから該検出動作が完了する前までに、ウエハテーブルWTBと計測テーブルMTBとの接触状態(又は例えば300μm以下に近接させる近接状態)と、該両テーブルを離間させる離間状態との切り換え動作が行われる。換言すれば、本実施形態によると、前記接触状態(又は近接状態)においてウエハW上で検出すべき複数のマークのアライメント系による検出動作が開始され、複数のマークの全ての検出動作を完了する前に、前記接触状態(又は近接状態)から前記離間状態への切り換えが行われるように該両テーブルが制御される。従って、ウエハW上で検出すべき複数のマークの検出動作が行われる間に、上記状態の切り換え動作を終了させることができる。これによって、ウエハW上で検出すべき複数のマークの検出動作の前又は後で上記状態の切り換え動作を行う場合に比べて、スループットの向上が可能である。
また、本実施形態によると、主制御装置20は、アライメント系AL1のベースラインの計測動作を、前記離間状態において開始し、かつ前記接触状態(又は近接状態)において終了する。
また、本実施形態によると、主制御装置20により、複数のアライメント系とウエハWとのZ軸方向(フォーカス方向)の相対位置関係を不図示のZ・レベリング機構で変更しつつ、ウエハW上で互いに位置が異なるアライメントマークを、対応する複数のアライメント系によって同時に検出させるように、ステージ駆動系124(Z・レベリング機構)とアライメント系AL1,AL21〜AL24と、が制御される。換言すれば、複数のアライメント系とウエハWとのフォーカス方向の相対位置関係を、複数のアライメント系で同時に変更しつつ、ウエハW上で互いに位置が異なるマークが、対応する複数のアライメント系によって同時に計測される。これにより、各アライメント系について、例えば最も良好なフォーカス状態でマーク検出を行うことができ、その検出結果を優先して用いることなどによって、ウエハW表面の凹凸、及び複数のアライメント系でのベストフォーカス差の影響を受けることなく、ウエハW上で互いに位置が異なるマークを精度良く検出することできる。なお、本実施形態では、アライメント系AL1,AL21〜AL24がX軸方向にほぼ沿って配置されるものとしたが、複数のアライメント系とウエハWとのフォーカス方向の相対位置関係を、複数のアライメント系で同時に変更しつつ、ウエハW上で互いに位置が異なるマークを、対応する複数のアライメント系によって同時に計測する手法は、アライメント系が上述の配置と異なる配置であっても有効である。要は、複数のアライメント系で、ウエハW上の互いに異なる位置に形成されたマークをほぼ同時に検出できれば良い。
また、本実施形態によると、計測値の短期安定性が良好なエンコーダ70A〜70D等を含むエンコーダシステムによってウエハテーブルWTBのXY平面内の位置情報が、空気揺らぎなどの影響を受けることなく、高精度に計測されるとともに、Zセンサ72a〜72d、741,1〜742,6、及び761,1〜762,6等を含む面位置計測システムによってウエハテーブルWTBのXY平面に直交するZ軸方向における位置情報が、空気揺らぎなどの影響を受けることなく、高精度に計測される。この場合、上記エンコーダシステム及び上記面位置計測システムの両者とも、ウエハテーブルWTB上面を直接的に計測しているので、シンプルでかつ直接的なウエハテーブルWTB、ひいてはウエハWの位置制御が可能になる。
また、本実施形態によると、前述したフォーカスマッピングの際に、主制御装置20により、上記面位置計測システムと多点AF系(90a,90b)とが同時に作動され、多点AF系(90a,90b)の検出結果が、面位置計測システムの計測結果を基準としたデータに換算される。従って、予めこの換算データを取得しておくことで、その後に、面位置計測システムによってウエハテーブルWTBのZ軸方向の位置情報、及びXY平面に対する傾斜方向の位置情報を計測するのみで、ウエハWの面位置情報を取得することなく、ウエハWの面位置制御が可能になる。従って、本実施形態では、先端レンズ191とウエハW表面との間のワーキングディスタンスが狭いが、特に支障なく、露光の際のウエハWのフォーカス・レベリング制御を精度良く実行することができる。
本実施形態では、前述のウエハステージWSTと計測ステージMSTとを用いた並行処理動作の説明から明らかなように、ウエハステージWSTへのウエハWの搬入が行われる位置(ローディングポジションLP)から、ウエハWに対して所定の処理、例えば露光(パターン形成)が行われる位置までウエハWが移動する過程において、主制御装置20は、面位置計測システムと多点AF系(90a,90b)との同時作動及び上述のデータの換算処理(フォーカスマッピング)を行っている。
また、本実施形態では、アライメント系AL1,AL21〜AL24による検出すべき複数のマークの検出動作(例えば、前述のウエハアライメント動作)を開始してから、該複数のマークの検出動作を完了するまでの過程において、主制御装置20は、上記面位置計測システムと多点AF系(90a,90b)との同時作動を開始させるとともに上記データの換算処理を開始している。
また、本実施形態によると、上述の如く、ウエハテーブルWTB、ひいてはウエハWの面位置を高精度に制御できるので、面位置制御誤差に起因する露光不良の殆どない高精度な露光が可能になり、これによりパターンの像を、像ぼけを伴うことなく、ウエハW上に形成することが可能になる。
また、本実施形態によると、主制御装置20により、例えば露光に先立って、ウエハテーブルWTBのX軸方向の一側と他側の端部における面位置情報を基準として、多点AF系(90a,90b)の検出値(計測値)を用いてウエハWの面位置情報が計測され、露光の際にも、ウエハテーブルWTBのX軸方向の一側と他側の端部における面位置情報を基準として、投影光学系PLの光軸AXに平行な方向及び光軸AXに直交する面に対する傾斜方向に関するウエハWの位置調整が行われる。従って、露光に先立って、ウエハWの面位置情報を計測しているにもかかわらず、実際の露光の際には、ウエハWの面位置制御を高精度に行うことが可能になる。
なお、上記実施形態では、Y軸方向位置の計測に用いられる一対のYスケール39Y1,39Y2と、X軸方向位置の計測に用いられる一対のXスケール39X1,39X2とが、ウエハテーブルWTB上に設けられ、これに対応して、一対のヘッドユニット62A,62Cが投影光学系PLを挟んでX軸方向の一側と他側に配置され、2つのヘッドユニット62B、62Dが投影光学系PLを挟んでY軸方向の一側と他側に配置される場合について例示した。しかしながら、これに限らず、Y軸方向位置の計測用のYスケール39Y1,39Y2及びX軸方向位置の計測用のXスケール39X1,39X2のうち、少なくとも一方が一対でなく1つのみ、ウエハテーブルWTB上に設けられていても良いし、あるいは、一対のヘッドユニット62A,62C及び2つのヘッドユニット62B、62Dのうち、少なくとも一方が、1つのみ設けられていても良い。また、スケールの延設方向及びヘッドユニットの延設方向は、上記実施形態のX軸方向、Y軸方向のような直交方向に限定されるものではなく、相互に交差する方向であれば良い。
なお、上記の説明では、ウエハステージWSTでウエハ交換を行っている間に、計測ステージMSTのCDバー46を用いて、Sec-BCHK(インターバル)を行う場合について説明したが、これに限らず、計測ステージMSTの計測用部材を用いて、照度むら計測(及び照度計測)、空間像計測、波面収差計測などの少なくとも一つを行い、その計測結果をその後に行われるウエハの露光に反映させることとしても良い。具体的には、例えば、計測結果に基づいて調整装置68により投影光学系PLの調整を行うこととすることができる。
なお、上記実施形態では、スケールの格子ピッチの補正情報を取得するキャリブレーションに際し、ウエハテーブルWTBを干渉計の計測値の短期変動が無視できる程度の低速(極低速)で移動させる場合について説明したが、これに限らず、極低速ではない速度で移動させることも可能である。この場合、例えばYスケール39Y1、39Y2の格子ピッチの補正情報などを取得する場合には、ウエハテーブルをX軸方向に関して異なる位置に設定し、それぞれの位置で上記実施形態と同様にウエハテーブルをY軸方向に移動させつつ、その移動中にエンコーダ70A、70C計測値とY干渉計16の計測値ヘッドユニット62A、62Cの計測値とを同時に取り込み、2回の同時取り込みの動作で得られたサンプリング値を用いて連立方程式を立て、この連立方程式を解くことで、Yスケールの格子ピッチの補正情報(例えば補正マップ)を、それぞれ独立に求めることとしても良い。
また、上記実施形態では、図10(A)に示されるように、ビームスプリッタなどの光学素子で光源からの光を分岐し、分岐後の光を反射する2枚の反射ミラーを備えた回折干渉方式のエンコーダをエンコーダ70A〜70Fとして用いるものとしたが、これに限らず、3格子の回折干渉式のエンコーダ、あるいは、例えば、特開2005−114406号公報などに開示されるような、光反射ブロックを備えたエンコーダなどを用いても良い。また、上記実施形態では、ヘッドユニット62A〜62Dは、所定間隔で配置された複数のヘッドを有するものとしたが、これに限らず、Yスケール又はXスケールのピッチ方向に細長く延びる領域に光ビームを射出する光源と、光ビームのYスケール又はXスケール(回折格子)からの反射光(回折光)を受光する、Yスケール又はXスケールのピッチ方向に光ビームを受光する、隙間無く配列された多数の受光素子とを備えた単一のヘッドを採用しても良い。
また、上記実施形態では、ヘッドユニット62A〜62Dからの検出光が透過可能な保護部材(例えば、薄膜又はガラス板など)で反射型の回折格子を覆い、回折格子の損傷などを防止しても良い。また、上記実施形態ではXY平面とほぼ平行なウエハステージWSTの上面に反射型の回折格子を設けるものとしたが、例えばウエハステージWSTの下面に反射型の回折格子を設けても良い。この場合、ヘッドユニット62A〜62DはウエハステージWSTの下面が対向する、例えばベースプレートに配置される。さらに、上記実施形態ではウエハステージWSTを水平面内で移動させるものとしたが、水平面と交差する平面(例えば、ZX平面など)内で移動させても良い。また、レチクルステージRSTが2次元移動する場合、前述のエンコーダシステムと同様の構成のエンコーダシステムを設けてレチクルステージRSTの位置情報を計測しても良い。
なお、上記実施形態では干渉計システム118が5自由度の方向(X軸、Y軸、θx、θy及びθz方向)に関してウエハステージWSTの位置情報を計測可能であるものとしたが、Z軸方向の位置情報をも計測可能として良い。この場合、少なくとも露光動作時に、前述のエンコーダシステムの計測値と干渉計システム118の計測値(少なくともZ軸方向の位置情報を含む)とを用いてウエハステージWSTの位置制御を行っても良い。この干渉計システム118は、例えば特開2000−323404号公報(対応米国特許第7,116,401号明細書)、特表2001−513267号公報(対応米国特許第6,208,407号明細書)などに開示されているように、XY平面に対して所定角度(例えば45度)傾斜した反射面をウエハステージWSTの側面に設け、この反射面を介して測定ビームを、例えば前述の鏡筒定盤あるいは計測フレームなどに設けられる反射面に照射することで、ウエハステージWSTのZ軸方向の位置情報を計測する。この干渉計システム118では、複数の測定ビームを用いることで、Z軸方向に加えてθx方向及び/又はθy方向の位置情報も計測可能となる。この場合、ウエハステージWSTの移動鏡に照射されるθx方向及び/又はθy方向の位置情報を計測するための測定ビームは用いなくても良い。
なお、上記実施形態では、複数のZセンサ74i,j,76p,qがヘッドユニット62C,62Aに設けられるものとしたが、これに限らず、Zセンサと同様の面位置センサを例えば計測フレームなどに設けても良い。また、エンコーダヘッド及びZセンサはそれぞれ、ウエハステージの上面との間隔が投影光学系PLの先端光学素子191と同程度以下、例えば狭いことが好ましい。これにより計測精度の向上を図れる。この場合、AFセンサを設けることが困難だからこそ、簡易なZセンサは有効となる。
なお、上記実施形態ではノズルユニット32の下面と投影光学系PLの先端光学素子の下端面とがほぼ面一であるものとしたが、これに限らず、例えばノズルユニット32の下面を、先端光学素子の射出面よりも投影光学系PLの像面(すなわちウエハ)の近くに配置しても良い。すなわち、局所液浸装置8は上述の構造に限られず、例えば、欧州特許出願公開第1420298号明細書、国際公開第2004/055803号パンフレット、国際公開第2004/057590号パンフレット、国際公開第2005/029559号パンフレット(対応米国特許出願公開第2006/0231206号明細書)、国際公開第2004/086468号パンフレット(対応米国特許出願公開第2005/0280791号明細書)、特開2004−289126号公報(対応米国特許第6,952,253号明細書)などに記載されているものを用いることができる。また、例えば国際公開第2004/019128号パンフレット(対応米国特許出願公開第2005/0248856号明細書)に開示されているように、先端光学素子の像面側の光路に加えて、先端光学素子の物体面側の光路も液体で満たすようにしても良い。さらに、先端光学素子の表面の一部(少なくとも液体との接触面を含む)又は全部に、親液性及び/又は溶解防止機能を有する薄膜を形成しても良い。なお、石英は液体との親和性が高く、かつ溶解防止膜も不要であるが、蛍石は少なくとも溶解防止膜を形成することが好ましい。
なお、上記実施形態では、液体として純水(水)を用いるものとしたが、本発明がこれに限定されないことは勿論である。液体としては、化学的に安定で、照明光ILの透過率が高く安全な液体、例えばフッ素系不活性液体を使用しても良い。このフッ素系不活性液体としては、例えばフロリナート(米国スリーエム社の商品名)が使用できる。このフッ素系不活性液体は冷却効果の点でも優れている。また、液体として、照明光ILに対する屈折率が、純水(屈折率は1.44程度)よりも高い、例えば1.5以上の液体を用いても良い。この液体としては、例えば、屈折率が約1.50のイソプロパノール、屈折率が約1.61のグリセロール(グリセリン)といったC−H結合あるいはO−H結合を持つ所定液体、ヘキサン、ヘプタン、デカン等の所定液体(有機溶剤)、あるいは屈折率が約1.60のデカリン(Decalin: Decahydronaphthalene)などが挙げられる。あるいは、これら液体のうち任意の2種類以上の液体が混合されたものであっても良いし、純水にこれら液体の少なくとも1つが添加(混合)されたものであっても良い。あるいは、液体としては、純水に、H、Cs、K、Cl、SO 2−、PO 2−等の塩基又は酸を添加(混合)したものであっても良い。更には、純水にAl酸化物等の微粒子を添加(混合)したものであっても良い。これら液体は、ArFエキシマレーザ光を透過可能である。また、液体としては、光の吸収係数が小さく、温度依存性が少なく、投影光学系(先端の光学部材)、及び/又はウエハの表面に塗布されている感光材(又は保護膜(トップコート膜)あるいは反射防止膜など)に対して安定なものであることが好ましい。また、F2レーザを光源とする場合は、フォンブリンオイルを選択すれば良い。さらに、液体としては、純水よりも照明光ILに対する屈折率が高い液体、例えば屈折率が1.6〜1.8程度のものを使用しても良い。液体として、超臨界流体を用いることも可能である。また、投影光学系PLの先端光学素子を、例えば石英(シリカ)、あるいは、フッ化カルシウム(蛍石)、フッ化バリウム、フッ化ストロンチウム、フッ化リチウム、及びフッ化ナトリウム等のフッ化化合物の単結晶材料で形成しても良いし、石英や蛍石よりも屈折率が高い(例えば1.6以上)材料で形成しても良い。屈折率が1.6以上の材料としては、例えば、国際公開第2005/059617号パンフレットに開示される、サファイア、二酸化ゲルマニウム等、あるいは、国際公開第2005/059618号パンフレットに開示される、塩化カリウム(屈折率は約1.75)等を用いることができる。
また、上記実施形態で、回収された液体を再利用するようにしても良く、この場合は回収された液体から不純物を除去するフィルタを液体回収装置、又は回収管等に設けておくことが望ましい。
なお、上記実施形態では、露光装置が液浸型の露光装置である場合について説明したが、これに限られるものではなく、液体(水)を介さずにウエハWの露光を行うドライタイプの露光装置にも採用することができる。
なお、上記実施形態では、ウエハステージWST(移動体)、計測ステージMST(別の移動体)、アライメント系(AL1、AL21〜AL24)、多点AF系(90a,90b)、Zセンサ、干渉計システム118、及びエンコーダシステム(70A〜70F)などの全てを備えた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、本発明がこれに限定されなるものでない。例えば、計測ステージMSTなどが設けられていない露光装置にも、本発明は適用が可能である。本発明は、上記各構成部分のうち、ウエハステージ(移動体)とこれ以外の一部の構成部分とを備えていれば適用が可能である。一例を挙げれば、例えばマーク検出系をポイントする発明は、少なくともウエハステージWSTとアライメント系とを備えた装置であれば適用が可能である。また、干渉計システムとエンコーダシステムとは、必ずしも両方設ける必要はないことは勿論である。
また、上記実施形態では、空間像計測装置45が、異なるステージ、具体的にはウエハステージWSTと計測ステージWSTとに分離して配置された場合について説明したが、分離して配置されるセンサは空間像計測装置に限られるものではなく、例えば、波面収差計測器などであっても良い。また、異なるステージは、基板ステージと計測ステージとの組み合わせに限られるものではない。
また、上記実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式等の走査型露光装置に本発明が適用された場合について説明したが、これに限らず、ステッパなどの静止型露光装置に本発明を適用しても良い。ステッパなどであっても、露光対象の物体が搭載されたステージの位置をエンコーダで計測することにより、同様に、空気揺らぎに起因する位置計測誤差の発生を殆ど零にすることができる。この場合、エンコーダの計測値の短期変動を干渉計の計測値を用いて補正する補正情報とエンコーダの計測値とに基づいて、ステージを高精度に位置決めすることが可能になり、結果的に高精度なレチクルパターンの物体上への転写が可能になる。また、ショット領域とショット領域とを合成するステップ・アンド・スティッチ方式の縮小投影露光装置、プロキシミティー方式の露光装置、又はミラープロジェクション・アライナーなどにも本発明は適用することができる。さらに、例えば特開平10−163099号公報及び特開平10−214783号公報(対応米国特許第6,590,634号明細書)、特表2000−505958号公報(対応米国特許第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、上記実施形態の露光装置における投影光学系は縮小系のみならず等倍および拡大系のいずれでも良いし、投影光学系PLは屈折系のみならず、反射系及び反射屈折系のいずれでも良いし、その投影像は倒立像及び正立像のいずれでも良い。さらに、投影光学系PLを介して照明光ILが照射される露光領域IAは、投影光学系PLの視野内で光軸AXを含むオンアクシス領域であるが、例えば国際公開第2004/107011号パンフレットに開示されるように、複数の反射面を有しかつ中間像を少なくとも1回形成する光学系(反射系又は反屈系)がその一部に設けられ、かつ単一の光軸を有する、いわゆるインライン型の反射屈折系と同様に、その露光領域は光軸AXを含まないオフアクシス領域でも良い。また、前述の照明領域及び露光領域はその形状が矩形であるものとしたが、これに限らず、例えば円弧、台形、あるいは平行四辺形などでも良い。
なお、上記実施形態の露光装置の光源は、ArFエキシマレーザに限らず、KrFエキシマレーザ(出力波長248nm)、F2レーザ(出力波長157nm)、Ar2レーザ(出力波長126nm)、Kr2レーザ(出力波長146nm)などのパルスレーザ光源、あるいはg線(波長436nm)、i線(波長365nm)などの輝線を発する超高圧水銀ランプなどを用いることも可能である。また、YAGレーザの高調波発生装置などを用いることもできる。この他、例えば国際公開第1999/46835号パンフレット(対応米国特許7,023,610号明細書)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、例えば国際公開第2001/035168号パンフレットに開示されているように、干渉縞をウエハ上に形成することによって、ウエハ上にライン・アンド・スペースパターンを形成する露光装置(リソグラフィシステム)にも本発明を適用することができる。
さらに、例えば特表2004−519850号公報(対応米国特許第6,611,316号明細書)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。
なお、本発明の移動制御装置、移動制御方法は、露光装置に限らず、その他の基板の処理装置(例えば、レーザリペア装置、基板検査装置その他)、あるいはその他の精密機械における試料の位置決め装置、ワイヤーボンディング装置等の2次元面内で移動するステージ等の移動体を備えた装置にも広く適用できる。
また、上記実施形態の露光装置(パターン形成装置)は、本願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。
なお、上記実施形態で引用した露光装置などに関する全ての公報、国際公開パンフレット、米国特許出願公開明細書及び米国特許明細書の開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
次に上述した露光装置(パターン形成装置)をリソグラフィ工程で使用するデバイスの製造方法の実施形態について説明する。
図37には、デバイス(ICあるいはLSI等の半導体チップ、液晶パネル、CCD、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等)の製造例のフローチャートが示されている。図37に示されるように、まず、ステップ201(設計ステップ)において、デバイスの機能・性能設計(例えば、半導体デバイスの回路設計等)を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、ステップ202(マスク製作ステップ)において、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。一方、ステップ203(ウエハ製造ステップ)において、シリコン等の材料を用いてウエハを製造する。
次に、ステップ204(ウエハ処理ステップ)において、ステップ201〜ステップ203で用意したマスクとウエハを使用して、後述するように、リソグラフィ技術等によってウエハ上に実際の回路等を形成する。次いで、ステップ205(デバイス組立てステップ)において、ステップ204で処理されたウエハを用いてデバイス組立てを行う。このステップ205には、ダイシング工程、ボンディング工程、及びパッケージング工程(チップ封入)等の工程が必要に応じて含まれる。
最後に、ステップ206(検査ステップ)において、ステップ205で作成されたデバイスの動作確認テスト、耐久テスト等の検査を行う。こうした工程を経た後にデバイスが完成し、これが出荷される。
図38には、半導体デバイスにおける、上記ステップ204の詳細なフロー例が示されている。図38において、ステップ211(酸化ステップ)においてはウエハの表面を酸化させる。ステップ212(CVDステップ)においてはウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ213(電極形成ステップ)においてはウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ214(イオン打ち込みステップ)においてはウエハにイオンを打ち込む。以上のステップ211〜ステップ214それぞれは、ウエハ処理の各段階の前処理工程を構成しており、各段階において必要な処理に応じて選択されて実行される。
ウエハプロセスの各段階において、上述の前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程が実行される。この後処理工程では、まず、ステップ215(レジスト形成ステップ)において、ウエハに感光剤を塗布する。引き続き、ステップ216(露光ステップ)において、上で説明した露光装置(パターン形成装置)及びその露光方法(パターン形成方法)によってマスクの回路パターンをウエハに転写する。次に、ステップ217(現像ステップ)においては露光されたウエハを現像し、ステップ218(エッチングステップ)において、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。そして、ステップ219(レジスト除去ステップ)において、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。
これらの前処理工程と後処理工程とを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
以上説明した本実施形態のデバイス製造方法を用いれば、露光工程(ステップ216)において上記実施形態の露光装置(パターン形成装置)及びその露光方法(パターン形成方法)が用いられるので、重ね合せ精度を高く維持しつつ、高スループットな露光を行うことができる。従って、微細パターンが形成された高集積度のマイクロデバイスの生産性を向上することができる。
以上説明したように、本発明のパターン形成装置露光装置及び露光方、並びにデバイス製造方法は、半導体素子及び液晶表示素子などの電子デバイスなどを製造するのに適している

Claims (61)

  1. エネルギビームにより光学系を介して物体上にパターンを形成するパターン形成装置であって、
    前記物体を保持して第1軸及びこれと交差する第2軸を含む所定の平面内で移動する第1移動体と
    前記平面内で前記第1移動体とは独立に移動する第2移動体と
    前記第1移動体にその一部が設けられるとともに前記第2移動体に残りの一部が設けられ、前記光学系を介して形成されるマークの空間像を計測する空間像計測装置とを備えるパターン形成装置。
  2. 請求項1に記載のパターン形成装置において、
    前記空間像計測装置は、前記第1移動体と前記第2移動体とが近接する第1の状態と、前記第1移動体と前記第2移動体とが接触する第2の状態との少なくとも一方の状態で、前記計測を行うパターン形成装置。
  3. 請求項1又は2に記載のパターン形成装置において、
    前記空間像計測装置は、前記第1移動体に設けられる計測用パターン及び光学部材と、前記第2移動体に設けられる受光系とを有し、前記計測用パターン及び前記光学系を介して前記空間像を前記受光系で検出するパターン形成装置。
  4. 請求項3に記載のパターン形成装置において、
    前記第1移動体は、前記計測用パターン及び前記光学系が各一対設けられ、
    前記第2移動体は、前記一対の計測用パターン及び光学系に対応する一対の受光系が設けられるパターン形成装置。
  5. 請求項4に記載のパターン形成装置において、
    前記第1移動体は、前記一対の計測用パターンと所定の位置関係で基準マークが設けられるパターン形成装置。
  6. 請求項5に記載のパターン形成装置において、
    前記一対の計測用パターンは、前記第2軸に平行な方向に関して離れて前記第1移動体の一面に配置され、前記基準マークは、前記一対の計測用パターンの間で、且つ前記第1移動体の一面における前記第1軸と平行な中心軸上に配置されているパターン形成装置。
  7. 請求項1〜6のいずれか一項に記載のパターン形成装置において、
    前記第1移動体の前記平面内の位置情報を計測する位置計測系をさらに備えるパターン形成装置。
  8. 請求項7に記載のパターン形成装置において、
    前記位置計測系は、
    前記第1軸に平行な方向を周期方向とする格子を有し、前記第1移動体上に配置された第1格子部と、前記第2軸に平行な方向を周期方向とする格子を有し、前記第1移動体上に配置された第2格子部と、前記第2軸に平行な方向に関して位置が異なる複数の第1ヘッドを有し、前記第1格子部と対向する第1ヘッドによって前記第1移動体の前記第1軸に平行な方向の位置情報を計測する第1軸エンコーダと、前記第1軸に平行な方向に関して位置が異なる複数の第2ヘッドを有し、前記第2格子部と対向する第2ヘッドによって前記第1移動体の前記第2軸に平行な方向の位置情報を計測する第2軸エンコーダと、を含むパターン形成装置。
  9. 請求項8に記載のパターン形成装置において、
    前記第1格子部と前記第2格子部との少なくとも一方は、前記第1移動体上で前記格子の周期方向と交差する方向に所定間隔を隔てて一対配置されているパターン形成装置。
  10. 請求項8又は9に記載のパターン形成装置において、
    前記複数の第1ヘッドは、前記光学系を中心として対称に配置され、前記複数の第2ヘッドは、前記光学系を中心として対称に配置されているパターン形成装置。
  11. 請求項8〜10のいずれか一項に記載のパターン形成装置において、
    前記第1移動体の前記第1軸に平行な方向への移動に伴って、前記複数の第2ヘッド間において計測値の引継ぎを行い、前記第1移動体の前記第2軸に平行な方向への移動に伴って、前記複数の第1ヘッド間において計測値の引継ぎを行う制御装置をさらに備えるパターン形成装置。
  12. 請求項8〜11のいずれか一項に記載のパターン形成装置において、
    前記複数の第1ヘッドは、前記光学系の中心を通り且つ前記第2軸に平行な軸上に配置され、
    前記複数の第2ヘッドは、前記光学系の中心を通り且つ前記第1軸に平行な軸上に配置されているパターン形成装置。
  13. 請求項12に記載のパターン形成装置において、
    前記複数の第1ヘッドのうち最も内側に位置する第1ヘッド、及び前記複数の第2ヘッドのうち最も内側に位置する第2ヘッドの少なくとも一方は、前記光学系に固定されているパターン形成装置。
  14. 請求項8〜13のいずれか一項に記載のパターン形成装置において、
    前記第1格子部及び前記第2格子部の全てが、前記第1移動体の上面に直接形成されているパターン形成装置。
  15. 請求項8〜14のいずれか一項に記載のパターン形成装置において、
    前記第2移動体は、前記複数の第1ヘッドのうちの2つの第1ヘッドから検出光が照射される一対の基準格子が形成された基準部材を備え、
    前記基準部材は、前記第2移動体にキネマティックに支持されているパターン形成装置。
  16. 請求項1〜15のいずれか一項に記載のパターン形成装置において、
    前記第1及び第2移動体の少なくとも一方が、前記光学系に対向しているとき、前記光学系とこれに対向する前記少なくとも一方の移動体との間に液体を供給して液浸領域を形成する液浸装置をさらに備えるパターン形成装置。
  17. 請求項16に記載のパターン形成装置において、
    前記第1軸と前記第2軸とは互いに直交しており、
    前記液浸装置は、前記第1軸に平行な軸に関して対称に配置された液体供給配管と、液体回収配管とを有し、且つ両配管は前記対称軸と45°で交差する方向にそれぞれ延びるパターン形成装置。
  18. 請求項16又は17に記載のパターン形成装置において、
    前記第1移動体の上面には、前記物体の載置領域の近傍の第1撥液領域と、該第1撥液領域の周囲に配置され、前記第1撥液領域に比べて前記エネルギビームに対する耐性が劣る第2撥液領域とが形成されているパターン形成装置。
  19. 請求項18に記載のパターン形成装置において、
    前記第1移動体の上面の前記物体の載置領域の周囲に設けられた撥液板をさらに備え、該撥液板上面に前記第1撥液領域と前記第2撥液領域とが形成されているパターン形成装置。
  20. 請求項19に記載のパターン形成装置において、
    前記撥液板の上面に、前記第1格子部及び前記第2格子部の全てが形成されているパターン形成装置。
  21. 請求項1〜20のいずれか一項に記載のパターン形成装置において、
    前記第1移動体と第2移動体の一方に設けられ、一軸方向からの衝撃を緩和する緩衝装置と、該緩衝装置と接触可能で、前記他方の移動体に形成され、前記緩衝装置の先端部の少なくとも一部が浸入可能な開口を開閉するシャッタとを有し、該シャッタが閉じているとき、前記2つの移動体同士が所定距離よりも接近するのを阻止するストッパ機構と
    前記シャッタを駆動する駆動装置とを備え、
    前記第1移動体と第2移動体とが接近する方向に、少なくとも一方の移動体が移動中に、前記駆動装置は、前記シャッタを開く動作を開始するパターン形成装置。
  22. 請求項21に記載のパターン形成装置において、
    前記駆動装置は、物体上の異なる領域が順次露光される際に、最終の領域が露光される前に前記シャッタを開く動作を開始するパターン形成装置。
  23. 請求項1〜22のいずれか一項に記載のパターン形成装置において、
    前記第2移動体には、複数種類のセンサが、その中心を通る、前記第1移動体と第2移動体とが接近又は離間する方向の直線上に配置されているパターン形成装置。
  24. 光学系を介してエネルギビームで物体を露光する露光装置であって、
    所定の平面内で独立に可動な第1及び第2移動体と
    前記第1及び第2移動体に第1及び第2部材がそれぞれ設けられ、前記第1及び第2部材を介して前記エネルギビームを検出する検出装置とを備える露光装置。
  25. 請求項24に記載の露光装置において、
    前記検出時、前記第1移動体が前記光学系に対向して配置され、前記光学系からのエネルギビームは、前記第1移動体の第1部材を介して前記第2移動体の第2部材に導かれる露光装置。
  26. 請求項24又は25に記載の露光装置において、
    前記第1及び第2移動体のうち前記第1移動体は、前記物体を保持可能である露光装置。
  27. 請求項26に記載の露光装置において、
    前記第2移動体は、前記第2部材とは別に、前記露光と異なる動作で用いられる計測部材を有する露光装置。
  28. 請求項27に記載の露光装置において、
    前記計測部材はその少なくとも一部が前記平面とほぼ平行な前記第2移動体の一面に設けられる露光装置。
  29. 請求項24〜28のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記第1部材はその一部が前記平面とほぼ平行な前記第1移動体の一面に設けられる露光装置。
  30. 請求項24〜29のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記検出装置は、前記光学系を介して形成されるパターン像を計測する露光装置。
  31. 請求項30に記載の露光装置において、
    前記第1部材は、前記光学系に対向して配置される開口パターンを含み、前記検出装置は、前記開口パターンを介して前記パターン像を計測する露光装置。
  32. 請求項24〜31のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記第1移動体の位置情報を計測する第1計測装置と第2移動体の位置情報を計測する第2計測装置とを含み、前記第1計測装置は前記第2計測装置に比べて計測値の短期安定性が優れる計測システムをさらに備える露光装置。
  33. 請求項24〜32のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記第1移動体は、前記平面内で前記物体を保持して第1及び第2方向に移動するとともに、前記第1方向に格子が周期的に配列される第1格子部が設けられ、
    前記第1計測装置は、前記第2方向に関して前記第1格子部の幅より広い検出範囲を有する第1ヘッドユニットによって前記第1移動体の前記第1方向の位置情報を計測するエンコーダシステムを含む露光装置。
  34. 請求項33に記載の露光装置において、
    前記第1格子部は、前記第2方向に関して前記物体を挟んで一対設けられ、
    前記第1ヘッドユニットは、前記第2方向に関して前記エネルギビームの照射位置の両側にそれぞれ前記検出範囲を有する露光装置。
  35. 請求項34に記載の露光装置において、
    前記第1ヘッドユニットは、前記第2方向に関して前記検出範囲が前記第1格子部の幅と同程度以上離れている露光装置。
  36. 請求項33〜35のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記第1ヘッドユニットは、前記第2方向に関して位置が異なる複数の第1ヘッドを有し、前記エンコーダシステムは、前記検出範囲内で前記第1格子部と対向する第1ヘッドによって前記第1移動体の前記第1方向の位置情報を計測する露光装置。
  37. 請求項36に記載の露光装置において、
    前記複数の第1ヘッドは、前記第2方向に関して前記第1格子部の幅よりも狭い間隔で配置される露光装置。
  38. 請求項33〜37のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記第1移動体は、前記第2方向に格子が周期的に配列される第2格子部が設けられ、
    前記エンコーダシステムは、前記第1方向に関して前記第2格子部の幅より広い検出範囲を有する第2ヘッドユニットによって前記第1移動体の前記第2方向の位置情報を計測する露光装置。
  39. 請求項38に記載の露光装置において、
    前記第2格子部は、前記第1方向に関して前記物体を挟んで一対設けられ、
    前記第2ヘッドユニットは、前記第1方向に関して前記エネルギビームの照射位置の両側にそれぞれ前記検出範囲を有する露光装置。
  40. 請求項38又は39に記載の露光装置において、
    前記第2ヘッドユニットは、前記第1方向に関して位置が異なる複数の第2ヘッドを有し、前記エンコーダシステムは、前記検出範囲内で前記第2格子部と対向する第2ヘッドによって前記第1移動体の前記第2方向の位置情報を計測する露光装置。
  41. 請求項33〜40のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記エンコーダシステムによって計測される位置情報は、少なくとも前記物体の露光動作で用いられる露光装置。
  42. 請求項33〜41のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記エンコーダシステムによって計測される位置情報は、少なくとも前記物体のマークの検出動作で用いられる露光装置。
  43. 請求項24〜32のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記第1移動体は、前記平面内で前記物体を保持して第1及び第2方向に移動し、それぞれ前記第1方向に格子が周期的に配列される一対の第1格子部が前記第2方向に関して前記物体を挟んで設けられるとともに、それぞれ前記第2方向に格子が周期的に配列される一対の第2格子部が前記第1方向に関して前記物体を挟んで設けられ、
    前記第2方向に関して位置が異なり、かつ前記一対の第1格子部と異なる2つが対向する複数の第1ヘッドによって前記第1移動体の前記第1方向の位置情報を計測するとともに、前記第1方向に関して位置が異なり、かつ前記一対の第2格子部と異なる2つが対向する複数の第2ヘッドによって前記第1移動体の前記第2方向の位置情報を計測するエンコーダシステムを含む計測システムをさらに備える露光装置。
  44. 請求項43に記載の露光装置において、
    前記複数の第1ヘッドは、前記第2方向に関して前記第1格子部の幅よりも狭い間隔で配置され、前記複数の第2ヘッドは、前記第1方向に関して前記第2格子部の幅よりも狭い間隔で配置される露光装置。
  45. 請求項33〜44のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記第2計測装置は、前記第2移動体の位置情報を計測する干渉計を含む露光装置。
  46. 請求項33〜45のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記第1計測装置は、前記第1移動体の位置情報を計測する干渉計システムを含み、前記干渉計システムによる前記第1移動体の位置情報の計測方向は、前記エンコーダシステムによる前記第1移動体の位置情報の計測方向と異なる方向を含む露光装置。
  47. 請求項46に記載の露光装置において、
    前記干渉計システムは、前記平面内の方向と異なる方向に関して前記第1移動体の位置情報を計測する露光装置。
  48. 請求項46又は47に記載の露光装置において、
    前記干渉計システムは、前記エンコーダシステムによる前記第1移動体の位置情報の少なくとも1つの計測方向に関して前記第1移動体の位置情報を計測する露光装置。
  49. 請求項46〜48のいずれか一項に記載の露光装置において、
    記干渉計システムによって計測される位置情報を含む前記第1計測装置の計測情報に基づいて前記第1移動体の移動を制御する制御装置をさらに備える露光装置。
  50. 請求項49に記載の露光装置において、
    前記計測情報は、前記エンコーダシステムによる前記第1移動体の位置情報の計測方向と異なる方向に関する、前記干渉計システムによる前記第1移動体の位置情報を含む露光装置。
  51. 請求項24〜50のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記物体が対向して配置され、前記エネルギビームを射出する光学部材と、
    前記光学部材と前記物体の間を液体で満たして液浸領域を形成する液浸システムと、をさらに備え、
    前記液浸領域は、前記第1移動体との交換で前記光学部材と対向して配置される前記第2移動体との間に維持される露光装置。
  52. 請求項24〜51のいずれか一項に記載の露光装置を用いて物体を露光することと、
    前記露光された物体を現像することと、を含むデバイス製造方法。
  53. 光学系を介してエネルギビームで物体を露光する露光方法であって、
    所定の平面内で独立に可動な第1及び第2移動体に、第1及び第2部材がそれぞれ設けられた検出装置を用い、前記第1及び第2部材を介して前記エネルギビームを検出することを含む露光方法。
  54. 請求項53に記載の露光方法において、
    前記検出時、前記第1移動体が前記光学系に対向して配置され、前記光学系からのエネルギビームは、前記第1移動体の第1部材を介して前記第2移動体の第2部材に導かれる露光方法。
  55. 請求項53又は54に記載の露光方法において、
    前記第1及び第2移動体のうち前記第1移動体は、前記物体を保持可能である露光方法。
  56. 請求項55に記載の露光方法において、
    前記第2移動体は、前記第2部材とは別に、前記露光と異なる動作で用いられる計測部材を有する露光方法。
  57. 請求項56に記載の露光方法において、
    前記計測部材はその少なくとも一部が前記平面とほぼ平行な前記第2移動体の一面に設けられる露光方法。
  58. 請求項53〜57のいずれか一項に記載の露光方法において、
    前記第1部材はその一部が前記平面とほぼ平行な前記第1移動体の一面に設けられる露光方法。
  59. 請求項53〜58のいずれか一項に記載の露光方法において、
    前記検出装置を用いて、前記光学系を介して形成されるパターン像を計測する露光方法。
  60. 請求項59に記載の露光方法において、
    前記第1部材は、前記光学系に対向して配置される開口パターンを含み、前記パターン像は前記開口パターンを介して計測される露光方法。
  61. 請求項53〜60のいずれか一項に記載の露光方法を用いて物体を露光することと、
    前記露光された物体を現像することと、を含むデバイス製造方法。
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