JP5234486B2 - 露光装置及び露光方法、並びにデバイス製造方法 - Google Patents

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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本発明は、露光装置及び露光方法、並びにデバイス製造方法に係り、特に、エネルギビームにより物体を露光する露光装置及び露光方法、該露光方法を利用した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。

しかるに、被露光基板としてのウエハの表面は、例えばウエハのうねり等によって必ずしも平坦ではない。このため、特にスキャナなどの走査型露光装置では、ウエハ上のあるショット領域にレチクルパターンを走査露光方式で転写する際に、露光領域内に設定された複数の検出点におけるウエハ表面の投影光学系の光軸方向に関する位置情報(フォーカス情報)を、例えば多点焦点位置検出系(以下、「多点AF系」とも呼ぶ)などを用いて検出し、その検出結果に基づいて、露光領域内でウエハ表面が常時投影光学系の像面に合致する(像面の焦点深度の範囲内となる)ように、ウエハを保持するテーブル又はステージの光軸方向の位置及び傾きを制御する、いわゆるフォーカス・レベリング制御が行われている(例えば特許文献1参照)。

また、ステッパ、又はスキャナなどでは、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)しており、これによって解像力の向上が図られている。この一方、露光光の短波長化及び投影光学系の大NA化によって、焦点深度が非常に狭くなってきたため、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実質的に大きく(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(特許文献2参照)。

しかるに、この液浸法を利用した露光装置などでは多点AF系を投影光学系の近傍に配置することは困難である。この一方、露光装置には、高精度な露光を実現するために高精度なウエハの面位置制御を実現することが要請される。そこで、多点AF系を、露光位置から離れた場所に設置し、露光に先立って、その多点AF系を用いてウエハの面情報を検出し、露光の際は、その検出した面情報を用いて、ウエハを保持するテーブル又はステージのいわゆるフォーカス・レベリング制御を行うことが考えられる。この場合、その面情報を露光時に用いるためには、面情報検出時に計測装置を用いてウエハテーブルの水平面に直交する方向に関する位置情報を同時に計測する必要がある。この計測装置としては、従来からウエハステージの位置計測に用いられている干渉計を用いることも考えられるが、今や、レーザ干渉計のビーム光路上の雰囲気の温度変化や温度勾配の影響で発生する空気揺らぎに起因する計測値の短期的な変動が無視できなくなりつつある。

特開平6−283403号公報 国際公開第2004/053955号パンフレット

本発明は、第1の観点からすると、エネルギビームにより物体を露光し、前記物体上にパターンを形成する露光装置であって、物体を保持して実質的に二次元平面に沿って移動する移動体と;複数の検出位置を有し、各検出位置で前記移動体の前記二次平面と垂直な方向の位置情報を、前記移動体の前記二次元平面内の位置情報を検出するのに用いられる計測部材を用いて検出する第1検出装置と;前記移動体上に載置された前記物体に対して検出ビームを照射し該検出ビームの反射光を受光して、前記物体表面の面情報を検出する第2検出装置と;前記二次元平面に沿った前記移動体の移動中に、前記第1検出装置の前記複数の検出位置のうちの第1検出位置で前記移動体の前記二次元平面と垂直な方向の位置情報を検出しつつ、前記第2検出装置を用いて前記物体表面の面情報を取り込むマッピングを行なうとともに、前記第1検出装置の第1検出位置とは異なる複数の第2検出位置で前記移動体の前記二次元平面と垂直な方向の位置情報を検出しつつ、前記マッピング時に第2検出装置により検出した前記物体の面情報に基づいて前記移動体の位置を制御して前記物体上にパターンを形成する露光動作を行なう制御装置と;を備え、前記露光動作時に前記第1検出装置の複数の前記第2検出位置で検出する前記計測部材上の領域には、前記マッピング時に前記第1検出装置の前記第1検出位置で検出した前記計測部材上の領域が含まれる第1の露光装置である。

これによれば、制御装置が、マッピング時に第1検出装置の第1検出位置で検出する移動体表面上の領域と、露光時に第2検出位置で検出する移動体表面上の領域との少なくとも一部が共通であることから、その共通領域に、移動体表面の凹凸など、第1検出装置の計測の誤差要因があっても、その共通領域を検出する異なる検出位置の検出結果には、同一の誤差が含まれる。従って、制御装置が、物体上にパターンを形成する露光動作を行なう際に、第1検出装置の第1検出位置とは異なる第2検出位置で移動体表面の位置を検出しつつ、マッピング時に第2検出装置により検出した物体の面情報に基づいて移動体の位置を精度良く制御することができる。これにより、精度良く物体上にパターンを形成することが可能になる。

本発明は、第2の観点からすると、エネルギビームにより物体を露光し、前記物体上にパターンを形成する露光装置であって、物体を保持して実質的に二次元平面に沿って移動する移動体と;前記移動体の動作領域内の異なる位置に複数の検出位置を有し、前記移動体の前記二次元平面と平行な移動体の表面に複数設けられた特定領域のいずれかが前記複数の検出位置のいずれかに位置するときに、前記移動体の表面の前記二次元平面と垂直な方向での位置情報を検出する第1検出装置と;前記移動体上に載置された前記物体に対して検出ビームを照射し該検出ビームの反射光を受光して、前記物体表面の面情報を検出する第2検出装置と;前記二次元平面に沿った前記移動体の移動中に、前記移動体表面上の複数の特定領域のうち第1特定領域における前記二次元平面と垂直な方向での位置情報を前記第1検出装置の前記複数の検出位置のうちの第1検出位置において検出しつつ、前記第2検出装置を用いて前記物体表面の面情報を取り込むマッピングを行なうとともに、前記移動体表面上の複数の特定領域のうち前記第1特定領域と異なる第2特定領域における前記二次元平面と垂直な方向での位置情報を前記第1検出装置の前記第1検出位置において検出しつつ、前記第2検出装置により検出した前記物体の面情報に基づいて前記移動体の位置を制御して前記物体上にパターンを形成する露光動作を行なう制御装置と;を備える第2の露光装置である。

これによれば、制御装置は、マッピング時には、第1検出装置の第1検出位置において移動体表面上の複数の特定領域のうち第1特定領域における二次元平面と垂直な方向での位置情報を検出しつつ、第2検出装置を用いて物体表面の面情報を取り込み、露光動作時には、移動体表面上の第2特定領域における二次元平面と垂直な方向での位置情報を第1検出装置の第1検出位置において検出しつつ、マッピング時に第2検出装置により検出した物体の面情報に基づいて移動体の位置を制御して物体上にパターンを形成する。この場合、第1検出位置における、移動体表面上の第1特定領域における二次元平面と垂直な方向での位置情報の検出結果と、第1検出位置における、移動体表面上の第2特定領域における二次元平面と垂直な方向での位置情報の検出結果とには、第1検出位置に起因する誤差としては同一の誤差が含まれる。従って、制御装置が、物体上にパターンを形成する露光動作を行なう際に、第1検出装置の第1検出位置において、第1特定領域とは異なる第2特定領域における二次元平面と垂直な方向での位置情報を検出しつつ、マッピング時に第2検出装置により検出した物体の面情報に基づいて移動体の位置を精度良く制御することができる。これにより、精度良く物体上にパターンを形成することが可能になる。

本発明は、第3の観点からすると、エネルギビームにより物体を露光し、前記物体上にパターンを形成する露光方法であって、物体を保持する移動体を実質的に二次元平面に沿って移動させることと;複数の検出位置を有し、各検出位置で前記移動体の前記二次元平面と垂直な方向の位置情報を、前記移動体の前記二次元平面内の位置情報を検出するのに用いられる計測部材を用いて検出可能な第1検出装置を用いて、前記複数の検出位置のうちの第1検出位置で前記移動体の前記二次元平面と垂直な方向の位置情報を検出しつつ、第2検出装置を用いて前記物体表面の面情報を取り込むマッピングを行なうことと;前記第1検出装置の前記複数の検出位置のうち前記第1検出位置とは異なる複数の第2検出位置で前記移動体の前記二次元平面と垂直な方向の位置情報を検出しつつ、前記マッピングの際に取り込んだ前記物体の面情報に基づいて、前記移動体の位置を制御して前記物体上にパターンを形成する露光を行うことと;を含み、前記露光動作時に前記第1検出装置の複数の前記第2検出位置で検出する前記計測部材上の領域には、前記マッピング時に前記第1検出装置の前記第1検出位置で検出した前記移動体表面上の領域が含まれる第1の露光方法である。

これによれば、マッピング時に第1検出装置の第1検出位置で検出する移動体表面上の領域と、露光時に第2検出位置で検出する移動体表面上の領域との少なくとも一部が共通であることから、その共通領域に、凹凸、あるいは経時的な変形など、第1検出装置の計測の誤差要因があっても、その共通領域を検出する異なる検出位置の検出結果には、同一の誤差が含まれる。従って、物体上にパターンを形成する露光を行なう際に、第1検出装置の第1検出位置とは異なる第2検出位置で移動体表面の位置を検出しつつ、マッピング時に第2検出装置により検出した物体の面情報に基づいて移動体の位置を精度良く制御することができる。これにより、精度良く物体上にパターンを形成することが可能になる。

本発明は、第4の観点からすると、エネルギビームにより物体を露光し、前記物体上にパターンを形成する露光方法であって、物体を保持する移動体を実質的に二次元平面に沿って移動させることと;前記二次元平面に沿った前記移動体の移動中に、前記移動体表面上の複数の特定領域のうち第1特定領域を第1検出装置の複数の検出位置のうちの第1検出位置で検出しつつ、前記第2検出装置を用いて前記物体表面の面情報を取り込むマッピングを行なうことと;前記移動体表面上の複数の特定領域のうち前記第1特定領域と異なる第2特定領域を前記第1検出装置の前記第1検出位置で検出しつつ、前記第2検出装置により検出した前記物体の面情報に基づいて前記移動体の位置を制御して前記物体上にパターンを形成する露光動作を行なうことと;を含む第2の露光方法である。

これによれば、物体上にパターンを形成する露光動作を行なう際に、第1検出装置の第1検出位置において、第1特定領域とは異なる第2特定領域における二次元平面と垂直な方向での位置情報を検出しつつ、マッピング時に第2検出装置により検出した物体の面情報に基づいて移動体の位置を精度良く制御することができる。これにより、精度良く物体上にパターンを形成することが可能になる。

本発明は、第5の観点からすると、本発明の第1、第2の露光方法のいずれかを用いて物体上にパターンを形成する工程と;前記パターンが形成された物体を現像する工程と;を含むデバイス製造方法である。

以下、本発明の一実施形態を図1〜図22に基づいて説明する。

図1には、一実施形態の露光装置100の構成が概略的に示されている。露光装置100は、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置、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む。この照明系10は、レチクルブラインド(マスキングシステム)で規定されたレチクルR上のスリット状の照明領域IARを照明光(露光光)ILによりほぼ均一な照度で照明する。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。

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6参照)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0.25nm程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計116の計測値は、主制御装置20(図1では不図示、図6参照)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良い。

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、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。そして、レチクルステージRSTとウエハステージWSTとの同期駆動によって、照明領域IAR(照明光IL)に対してレチクルを走査方向(Y軸方向)に相対移動させるとともに、露光領域(照明光IL)に対してウエハWを走査方向(Y軸方向)に相対移動させることで、ウエハW上の1つのショット領域(区画領域)の走査露光が行われ、そのショット領域にレチクルのパターンが転写される。即ち、本実施形態では照明系10、レチクル及び投影光学系PLによってウエハW上にパターンが生成され、照明光ILによるウエハW上の感応層(レジスト層)の露光によってウエハW上にそのパターンが形成される。

なお、不図示ではあるが、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ている。ただし、これに限らず、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。そこで、ペッツヴァルの条件を満足させ、かつ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んで構成される反射屈折系(カタディ・オプトリック系)を投影光学系として採用しても良い。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)などを形成しても良い。

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軸方向に対しておよそ45°傾斜し、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(基準軸)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6参照)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6参照)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、液体を供給するためのタンク、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。

液体回収装置6は、液体を回収するため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。

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。

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6参照)。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との間に液体(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)の内部に液体(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良いし、メインフレームとは別のフレーム部材に設けても良い。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良い。

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。

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計測システム200(図6参照)、及びステージWST,MSTを駆動するステージ駆動系124(図6参照)などを備えている。計測システム200は、図6に示されるように、干渉計システム118及びエンコーダシステム150などを含む。干渉計システム118は、図2に示されるように、ウエハステージWSTの位置計測用のY干渉計16、X干渉計126、127、128、及びZ干渉計43A,43B並びに計測ステージMSTの位置計測用のY干渉計18及びX干渉計130等を含む。なお、干渉計システムの構成等については、後に詳述する。

図1に戻り、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、リニアモータ等を含むステージ駆動系124(図6参照)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)に独立して駆動可能である。

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

ウエハテーブルWTB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W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良い。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良い。

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、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、Yスケール39Y1及び39Y2に挟まれた状態でXスケール39X1,39X2がそれぞれ形成され、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として低熱膨張率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率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。

なお、回折格子を保護するために、撥水性をそなえた低熱膨張率のガラス板でカバーすることも有効である。ここで、ガラス板としては、厚さがウエハと同程度、例えば厚さ1mmのもを用いることができ、そのガラス板の表面がウエハ面と同じ高さ(面一)になるよう、ウエハテーブルWST上面に設置される。

なお、各スケールの端付近には、後述するエンコーダヘッドとスケール間の相対位置を決めるための、位置出しパターンがそれぞれ設けられている。この位置出しパターンは例えば反射率の異なる格子線から構成され、この位置出しパターン上をエンコーダヘッドが走査すると、エンコーダの出力信号の強度が変化する。そこで、予め閾値を定めておき、出力信号の強度がその閾値を超える位置を検出する。この検出された位置を基準に、エンコーダヘッドとスケール間の相対位置を設定する。

計測ステージMSTは、不図示のリニアモータ等によってXY平面内で駆動されるステージ本体92と、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。計測ステージMSTも、ウエハステージWSTと同様に、不図示の駆動系によりベース盤12に対し、6自由度方向(X、Y、Z、θx,θy,θz)に駆動可能に構成されている。

なお、図6では、ウエハステージWSTの駆動系と計測ステージMSTの駆動系とを含んで、ステージ駆動系124として示されている。

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2003/065428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)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良い。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に搭載しても良い。

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6参照)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フィデューシャルバー(以下、「FDバー」と略述する)46がX軸方向に延設されている。このFD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。

FD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。FD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、FD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を隔ててFD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、FD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アライメント系、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と異なっても良いが、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FD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。

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、前述の基準軸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。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、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良い。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良いが、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良い。

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6参照)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、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、不図示のアライメント信号処理系を介して図6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良い。

次に、ウエハステージWST及び計測ステージMSTの位置情報を計測する干渉計システム118の構成等について説明する。

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6参照)の一部を構成するY干渉計16及びX干渉計126、127、128(図1では、X干渉計126〜128は不図示、図2参照)は、これらの反射面17a,17bにそれぞれ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(例えば投影ユニット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、この計測した位置情報を主制御装置20に供給する。本実施形態では、後述するように、上記各干渉計としては、一部を除いて、測長軸を複数有する多軸干渉計が用いられている。

一方、ステージ本体91の−Y側の側面には、図4(B)に示されるように、X軸方向を長手方向とする移動鏡41が、不図示のキネマティック支持機構を介して取り付けられている。移動鏡41は、直方体部材と、該直方体の一面(−Y側の面)に固着された一対の三角柱状部材とを一体化したような部材から成る。移動鏡41は、図2からわかるように、X軸方向の長さがウエハテーブルWTBの反射面17aよりも、少なくとも後述する2つのZ干渉計の間隔分、長く設計されている。

移動鏡41の−Y側の面には鏡面加工が施され、図4(B)に示されるように、3つの反射面41b、41a、41cが形成されている。反射面41aは、移動鏡41の−Y側の端面の一部を構成し、XZ平面と平行に且つX軸方向に延びている。反射面41bは、反射面41aの+Z側に隣接する面を構成し、反射面41aに対して鈍角を成し、X軸方向に延びている。反射面41cは、反射面41aの−Z側に隣接する面を構成し、反射面41aを挟んで反射面41bと対称に設けられている。

移動鏡41に対向して、該移動鏡41に測長ビームを照射する、干渉計システム118(図6参照)の一部を構成する一対のZ干渉計43A,43Bが設けられている(図1及び図2参照)。

Z干渉計43A、43Bは、図1及び図2を総合するとわかるように、Y干渉計16のX軸方向の一側と他側にほぼ同一距離離れて、且つY干渉計16より幾分低い位置にそれぞれ配置されている。

Z干渉計43A、43Bそれぞれから、図1に示されるように、Y軸方向に沿う測長ビームB1が反射面41bに向けて投射されるとともに、Y軸方向に沿う測長ビームB2が反射面41c(図4(B)参照)に向けて投射されるようになっている。本実施形態では、反射面41b及び反射面41cで順次反射された測長ビームB1と直交する反射面を有する固定鏡47B、及び反射面41c及び反射面41bで順次反射された測長ビームB2と直交する反射面を有する固定鏡47Aが、移動鏡41から−Y方向に所定距離離れた位置に測長ビームB1,B2に干渉しない状態で、それぞれX軸方向に延設されている。

固定鏡47A、47Bは、例えば投影ユニットPUを支持するフレーム(不図示)に設けられた同一の支持体(不図示)に支持されている。

Y干渉計16は、図2(及び図12)に示されるように、投影光学系PLの投影中心(光軸AX、図1参照)を通るY軸に平行な直線(基準軸)LVから同一距離−X側,+X側に離れたY軸方向の測長軸に沿って測長ビームB41,B42をウエハテーブルWTBの反射面17aに投射し、それぞれの反射光を受光することで、ウエハテーブルWTBの測長ビームB41,B42の照射点におけるY軸方向の位置(Y位置)を検出している。なお、図1では、測長ビームB41,B42が代表的に測長ビームB4として示されている。

また、Y干渉計16は、測長ビームB41,B42との間にZ軸方向に所定間隔をあけてY軸方向の測長軸に沿って測長ビームB3を反射面41aに向けて投射し、反射面41aで反射した測長ビームB3を受光することにより、移動鏡41の反射面41a(すなわちウエハステージWST)のY位置を検出している。

主制御装置20は、Y干渉計16の測長ビームB41,B42に対応する測長軸の計測値の平均値に基づいて反射面17a、すなわちウエハステージWSTのY位置(より正しくは、Y軸方向の変位ΔY)を算出する。また、主制御装置20は、測長ビームB41,B42に対応する測長軸の計測値の差より、ウエハステージWSTのZ軸回りの回転方向(θz方向)の変位(ヨーイング量)Δθz(Y)を算出する。また、主制御装置20は、反射面17a及び反射面41aのY位置(Y軸方向の変位ΔY)に基づいて、ウエハステージWSTのθx方向の変位(ピッチング量)Δθxを算出する。

また、X干渉計126は、図2及び図12に示されるように、投影光学系PLの光軸を通るX軸方向の直線(基準軸)LHに関して同一距離離れた2軸の測長軸に沿って測長ビームB51,B52をウエハテーブルWTBに投射しており、主制御装置20は、測長ビームB51,B52に対応する測長軸の計測値に基づいて、ウエハステージWSTのX軸方向の位置(X位置、より正しくは、X軸方向の変位ΔX)を算出する。また、主制御装置20は、測長ビームB51,B52に対応する測長軸の計測値の差より、ウエハステージWSTのθz方向の変位(ヨーイング量)Δθz(X)を算出する。なお、X干渉計126から得られるΔθz(X)とY干渉計16から得られるΔθz(Y)は互いに等しく、ウエハステージWSTのθz方向への変位(ヨーイング量)Δθzを代表する。

また、図13及び図14などに示されるように、X干渉計128から測長ビームB7が、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UPと、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LPを結ぶX軸に平行な直線LULに沿って、ウエハテーブルWTBの反射面17bに投射される。また、図2及び図14に示されるように、X干渉計127から測長ビームB6が、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LAに沿って、ウエハテーブルWTBの反射面17bに投射される。

主制御装置20は、X干渉計127の測長ビームB6の計測値、及びX干渉計128の測長ビームB7の計測値からも、ウエハステージWSTのX軸方向の変位ΔXを求めることができる。ただし、3つのX干渉計126,127,128の配置がY軸方向に関して異なっており、X干渉計126は図12に示される露光時に、X干渉計127は図14に示されるウエハアライメント時に、X干渉計128は図13に示されるウエハのロード時及び図14に示されるアンロード時に使用される。

前述のZ干渉計43A、43Bそれぞれからは、図1に示されるように、Y軸に沿う測長ビームB1、B2が、移動鏡41に向けて投射される。これらの測長ビームB1、B2は、移動鏡41の反射面41b,41cのそれぞれに所定の入射角(θ/2とする)で入射する。そして、測長ビームB1は、反射面41b,41cで順次反射されて固定鏡47Bの反射面に垂直に入射し、測長ビームB2は、反射面41c,41bで順次反射されて固定鏡47A反射面に垂直に入射する。そして、固定鏡47A,47Bの反射面で反射された測長ビームB2、B1は、再度反射面41b,41cで順次反射され、あるいは再度反射面41c,41bで順次反射されて(入射時の光路を逆向きに戻り)Z干渉計43B、43Cで受光される。

ここで、移動鏡41(すなわちウエハステージWST)のZ軸方向への変位をΔZo、Y軸方向への変位をΔYoとすると、測長ビームB1,B2の光路長変化ΔL1,ΔL2は、それぞれ以下の式(1)、(2)で表される。

ΔL1=ΔYo×(1+cosθ)+ΔZo×sinθ …(1)
ΔL2=ΔYo×(1+cosθ)−ΔZo×sinθ …(2)
従って、式(1)、(2)からΔZo及びΔYoは次式(3)、(4)で求められる。
ΔZo=(ΔL1−ΔL2)/2sinθ …(3)
ΔYo=(ΔL1+ΔL2)/{2(1+cosθ)} …(4)

上記の変位ΔZo、ΔYoは、Z干渉計43A、43Bのそれぞれで求められる。そこで、Z干渉計43Aで求められる変位をΔZoR、ΔYoRとし、Z干渉計43Bで求められる変位をΔZoL、ΔYoLとする。そして、Z干渉計43A、43Bそれぞれが投射する測長ビームB1、B2がX軸方向に離間する距離をDとする(図2参照)。かかる前提との下で、移動鏡41(すなわちウエハステージWST)のθz方向への変位(ヨーイング量)Δθz、θy方向への変位(ローリング量)Δθyは次式(5)、(6)で求められる。

Δθz=tan−1{(ΔYoR−ΔYoL)/D} …(5)
Δθy=tan−1{(ΔZoL−ΔZoR)/D} …(6)
従って、主制御装置20は、上記式(3)〜式(6)を用いることで、Z干渉計43A、43Bの計測結果に基づいて、ウエハステージWSTの4自由度の変位ΔZo、ΔYo、Δθz、Δθyを算出することができる。

このように、主制御装置20は、干渉計システム118の計測結果から、6自由度方向(Z、X、Y、θz、θx、θy方向)に関するウエハステージWSTの変位を求めることができる。

なお、本実施形態では、ウエハステージWSTとして6自由度で駆動動可能な単一のステージを採用するものとしたが、これに代えて、XY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に対して少なくとも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とを含んで構成しても良いし、あるいは、ウエハテーブルWTBを、ステージ本体91に対してX軸方向、Y軸方向及びθz方向にも微動可能に構成したいわゆる粗微動構造のウエハステージWSTを採用しても良い。ただし、この場合は、ウエハテーブルWTBの6自由度方向の位置情報を干渉計システム118で計測可能な構成とする必要がある。計測ステージMSTについても、同様に、ステージ本体92と、ステージ本体91上に搭載された3自由度、又は6自由度の計測テーブルMTBとによって構成しても良い。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。

但し、本実施形態では、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)は、主として、後述するエンコーダシステムによって計測され、干渉計16,126,127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。

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良いが、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、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良い。

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良い。また、干渉計システム118をエンコーダシステムのバックアップとして使用することも考えられ、これについては後に詳述する。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良いし、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良い。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良い。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良い。

その他、干渉計システム118(図6参照)には、計測テーブルMTBの2次元位置座標を計測するためのY干渉計18、X干渉計130も含まれている。計測テーブルMTBの+Y端面、−X端面に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のY干渉計18、X干渉計130(図1では、X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、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を計測する。主制御装置20は、Y干渉計18、X干渉計130の計測値を受信し、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)を算出する。

なお、計測テーブルMTB用のY干渉計として、ウエハステージWST用のY干渉計16と同様の多軸干渉計を用いることとしても良い。また、計測テーブルMTBのX干渉計として、ウエハステージWST用のX干渉計126と同様の2軸干渉計を用いることとしても良い。また、計測ステージMSTのZ変位、Y変位、ヨーイング量、及びローリング量を計測するために、ウエハステージWST用のZ干渉計43A,43Bと同様の干渉計を導入することも可能である。

次に、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)を計測するエンコーダシステムの構成等について説明する。

本実施形態の露光装置100では、図3に示されるように、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。

ヘッドユニット62A及び62Cは、図3に示されるように、投影ユニットPUの+X側、−X側に、X軸方向を長手方向として、配置されている。ヘッドユニット62A、62Cは、X軸方向に関しての間隔WDで配置された複数(ここでは5つ)のYヘッド65i、64j(i,j=1〜5)をそれぞれ備えている。より詳細には、ヘッドユニット62A及び62Cは、それぞれ、投影ユニットPUの周辺を除いて、投影光学系PLの光軸AXを通りかつX軸と平行な直線(基準軸)LH上に間隔WDで配置された複数(ここでは4つ)のYヘッド(641〜644、又は652〜655)と、投影ユニットPUの周辺において、基準軸LHから−Y方向に所定距離離れた位置、すなわちノズルユニット32の−Y側の位置に配置された1つのYヘッド(645、又は651)とを備えている。ヘッドユニット62A、62Cは、後述する5つのZヘッドをもそれぞれ備えている。

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のY軸方向の位置(Y位置)を計測する多眼(ここでは、5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6参照)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のY位置を計測する多眼(ここでは、5眼)のYエンコーダ70C(図6参照)を構成する。ここで、ヘッドユニット62A及び62Cがそれぞれ備える5つのYヘッド(64i又は65j)(すなわち、計測ビーム)のX軸方向の間隔WDは、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)より僅かに狭く設定されている。

ヘッドユニット62Bは、図3に示されるように、ノズルユニット32(投影ユニットPU)の+Y側に配置され、上記基準軸LV上にY軸方向に沿って間隔WDで配置された複数、ここでは4個のXヘッド665〜668を備えている。また、ヘッドユニット62Dは、ノズルユニット32(投影ユニットPU)を介してヘッドユニット62Bとは反対側のプライマリアライメント系AL1の−Y側に配置され、上記基準軸LV上に間隔WDで配置された複数、ここでは4個のXヘッド661〜664を備えている。

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のX軸方向の位置(X位置)を計測する、多眼(ここでは、4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6参照)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のX位置を計測する多眼(ここでは、4眼)のXリニアエンコーダ70D(図6参照)を構成する。

ここでヘッドユニット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の最も−Y側のXヘッド66とヘッドユニット62Dの最も+Y側のXヘッド66との間隔は、ウエハステージWSTのY軸方向の移動により、その2つのXヘッド間で切り換え(後述するつなぎ)が可能となるように、ウエハテーブルWTBのY軸方向の幅よりも僅かに狭く設定されている。

本実施形態では、さらに、ヘッドユニット62A、62Cの−Y側に所定距離隔てて、ヘッドユニット62F、62Eが、それぞれ設けられている。ヘッドユニット62E及び62F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62E、62F及び前述のヘッドユニット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良いし、あるいは前述した計測フレームに設けても良い。

ヘッドユニット62Eは、X軸方向の位置が異なる4つのYヘッド671〜674を備えている。より詳細には、ヘッドユニット62Eは、セカンダリアライメント系AL21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(基準軸)LA上に前述の間隔WDとほぼ同一間隔で配置された3つのYヘッド671〜673と、最も内側(+X側)のYヘッド673から+X側に所定距離(WDより幾分短い距離)離れ、かつ基準軸LAから+Y側に所定距離離れたセカンダリアライメント系AL21の+Y側の位置に配置された1つのYヘッド674とを備えている。

ヘッドユニット62Fは、基準軸LVに関して、ヘッドユニット62Eと対称であり、上記4つのYヘッド671〜674と基準軸LVに関して対称に配置された4つのYヘッド681〜684を備えている。後述するアライメント動作の際などには、Yスケール39Y2,39Y1にYヘッド67,68が少なくとも各1つそれぞれ対向し、このYヘッド67,68(すなわち、これらYヘッド67,68によって構成されるYエンコーダ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、後述するセカンダリアライメント系のベースライン計測時(Sec‐BCHK(インターバル))などに、セカンダリアライメント系AL21、AL24にX軸方向で隣接するYヘッド673、682が、FDバー46の一対の基準格子52とそれぞれ対向し、その一対の基準格子52と対向するYヘッド673,682によって、FDバー46のY位置が、それぞれの基準格子52の位置で計測される。以下では、一対の基準格子52にそれぞれ対向するYヘッド673,682によって構成されるエンコーダをYリニアエンコーダ(適宜、「Yエンコーダ」又は「エンコーダ」とも略述する)70E,70F(図6参照)と呼ぶ。

上述した6つのリニアエンコーダ70A〜70Fは、例えば0.1nm程度の分解能で、ウエハステージWSTの位置座標を計測し、その計測値を主制御装置20に供給する。主制御装置20は、リニアエンコーダ70A〜70Dのうちの3つの計測値に基づいて、ウエハステージWSTのXY平面内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、FDバー46のθz方向の回転を制御する。なお、リニアエンコーダの構成等については、さらに後述する。

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62Eの−X端部の+Y側に照射系90aが配置され、これに対峙する状態で、前述のヘッドユニット62Fの+X端部の+Y側に受光系90bが配置されている。

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)又は2行N列(Nは検出点の総数の1/2)の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(ビーム領域)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、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良いが、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列又は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良い。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良い。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良い。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良い。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良い。

多点AF系(90a,90b)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、基準軸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のヘッド(以下、「Zヘッド」と略述する)72a,72b、及び72c,72dが設けられている。これらのZヘッド72a〜72dは、不図示のメインフレームの下面に固定されている。なお、Zヘッド72a〜72dは前述した計測フレームなどに設けても良い。

Zヘッド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ヘッド、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のヘッド(CDピックアップ方式のセンサヘッド)が用いられている。

さらに、前述のヘッドユニット62A,62Cは、それぞれが備える5つのYヘッド65j,64i(i,j=1〜5)と同じX位置に、ただしY位置をずらして、それぞれ5つのZヘッド76j,74i(i,j=1〜5)を備えている。ここで、ヘッドユニット62A,62Cのそれぞれに属する外側の3つのZヘッド763〜765,741〜743は、基準軸LHから+Y方向に所定距離隔てて、基準軸LHと平行に配置されている。また、ヘッドユニット62A,62Cのそれぞれに属する最も内側のZヘッド761,745は、投影ユニットPUの+Y側に、また最も内側から2つめのZヘッド762,744は、Yヘッド652,644それぞれの−Y側に、配置されている。そして、ヘッドユニット62A,62Cのそれぞれに属する5つのZヘッド76j,74i(i,j=1〜5)は、互いに基準軸LVに関して対称に配置されている。なお、各Zヘッド76,74としては、前述のZヘッド72a〜72dと同様の光学式変位センサのヘッドが採用される。なお、Zヘッドの構成等については、後述する。

ここで、Zヘッド743は、前述したZヘッド72a,72bと同一のY軸に平行な直線上にある。同様に、Zヘッド763は、前述したZヘッド72c,72dと同一のY軸に平行な直線上にある。

また、Zヘッド743とZヘッド744とのY軸に平行な方向の距離、及びZヘッド763とZヘッド762とのY軸に平行な方向の距離は、Zヘッド72a,72bのY軸に平行な方向の間隔(Zヘッド72c,72dのY軸に平行な方向の間隔と一致)とほぼ同一である。また、Zヘッド743とZヘッド745とのY軸に平行な方向の距離、及びZヘッド763とZヘッド761とのY軸に平行な方向の距離は、Zヘッド72a,72bのY軸に平行な方向の間隔より僅かに短い。

上述したZヘッド72a〜72d、Zヘッド741〜745、及びZヘッド761〜765は、図6に示されるように、信号処理・選択装置170を介して主制御装置20に接続されており、主制御装置20は、信号処理・選択装置170を介してZヘッド72a〜72d、Zヘッド741〜745、及びZヘッド761〜765の中から任意のZヘッドを選択して作動状態とし、その作動状態としたZヘッドで検出した面位置情報を信号処理・選択装置170を介して受け取る。本実施形態では、Zヘッド72a〜72d、Zヘッド741〜745、及びZヘッド761〜765と、信号処理・選択装置170とを含んでウエハステージWSTのZ軸方向及びXY平面に対する傾斜方向の位置情報を計測する面位置計測システム180が構成されている。

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、図3において、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良い。

図6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。この主制御装置20に接続された外部記憶装置であるメモリ34には、干渉計システム118、エンコーダシステム150(エンコーダ70A〜70F)、Zヘッド72a〜72d,741〜745,761〜765等、計測器系の補正情報が記憶されている。なお、図6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。

次に、Zヘッド72a〜72d、741〜745、及び761〜765の構成等について、図7に示されるZヘッド72aを代表的に採り上げて説明する。

Zヘッド72aは、図7に示されるように、フォーカスセンサFS、フォーカスセンサFSを収納したセンサ本体ZH及びセンサ本体ZHをZ軸方向に駆動する駆動部(不図示)、並びにセンサ本体ZHのZ軸方向の変位を計測する計測部ZE等を備えている。

フォーカスセンサFSとしては、プローブビームLBを計測対象面Sに投射し、その反射光を受光することで、計測対象面Sの変位を光学的に読み取る、CDドライブ装置などで用いられる光ピックアップと同様の光学式変位センサが用いられている。フォーカスセンサの構成等については、後述する。フォーカスセンサFSの出力信号は、不図示の駆動部に送られる。

駆動部(不図示)は、アクチュエータ、例えばボイスコイルモータを含み、該ボイスコイルモータの可動子及び固定子の一方は、センサ本体ZHに、他方はセンサ本体ZH及び計測部ZE等を収容する不図示の筐体の一部に、それぞれ固定されている。この駆動部は、フォーカスセンサFSからの出力信号に従って、センサ本体ZHと計測対象面Sとの距離を一定に保つように(より正確には、計測対象面SをフォーカスセンサFSの光学系のベストフォーカス位置に保つように)、センサ本体ZHをZ軸方向に駆動する。これにより、センサ本体ZHは計測対象面SのZ軸方向の変位に追従し、フォーカスロック状態が保たれる。

計測部ZEとしては、本実施形態では、一例として回折干渉方式のエンコーダが用いられている。計測部ZEは、センサ本体ZHの上面に固定されたZ軸方向に延びる支持部材SMの側面に設けられたZ軸方向を周期方向とする反射型の回折格子EGと、該回折格子EGに対向して不図示の筐体に取付けられたエンコーダヘッドEHとを含む。エンコーダヘッドEHは、プローブビームELを回折格子EGに投射し、回折格子EGからの反射・回折光を受光素子で受光することで、プローブビームELの照射点の、基準点(例えば原点)からの変位を読み取ることで、センサ本体ZHのZ軸方向の変位を読み取る。

本実施形態では、上述のように、フォーカスロック状態では、センサ本体ZHは、計測対象面Sとの距離を一定に保つように、Z軸方向に変位する。従って、計測部ZEのエンコーダヘッドEHが、センサ本体ZHのZ軸方向の変位を計測することにより、計測対象面Sの面位置(Z位置)が計測される。このエンコーダヘッドEHの計測値が、Zヘッド72aの計測値として前述の信号処理・選択装置170を介して主制御装置20に供給される。

フォーカスセンサFSは、一例として、図8(A)に示されるように、照射系FS1、光学系FS2、受光系FS3の3つの部分を含む。

照射系FS1は、例えばレーザダイオードから成る光源LDと、該光源LDから射出されるレーザ光の光路上に配置された回折格子板(回折光学素子)ZGとを含む。

光学系FS2は、一例として回折格子板ZGで発生するレーザ光の回折光、すなわちプローブビームLB1の光路上に順次配置された偏光ビームスプリッタPBS、コリメータレンズCL、四分の一波長板(λ/4板)WP及び対物レンズOL等を含む。

受光系FS3は、一例として、プローブビームLB1の計測対象面Sでの反射ビームLB2の戻り光路上に順次配置された円筒レンズCYL及び四分割受光素子ZDを含む。

フォーカスセンサFSによると、照射系FS1の光源LDで発生した直線偏光のレーザ光が回折格子板ZGに投射され、該回折格子板ZGで回折光(プローブビーム)LB1が発生する。このプローブビームLB1の中心軸(主光線)は、Z軸と平行で、且つ計測対象面Sに直交する。

そして、このプローブビームLB1、すなわち偏光ビームスプリッタPBSの分離面に対してP偏光となる偏光成分の光が、光学系FS2に入射する。すると、このプローブビームLB1は偏光ビームスプリッタPBSを透過し、コリメータレンズCLで平行ビームに変換され、λ/4板WPを透過して、円偏光となって対物レンズOLで集光され、計測対象面Sに投射される。これにより、その計測対象面SでプローブビームLB1の入射光とは逆向きの円偏光である反射光(反射ビーム)LB2が発生する。そして、反射ビームLB2は、入射光(プローブビームLB1)の光路を逆に辿って、対物レンズOL、λ/4板WP、コリメータレンズCLを透過し、偏光ビームスプリッタPBSに向かう。この場合、λ/4板WPを2回透過することにより、反射ビームLB2はS偏光に変換されている。それゆえ、反射ビームLB2は、偏光ビームスプリッタPBSの分離面で進行方向を折り曲げられ、受光系FS3へ送られる。

受光系FS3では、反射ビームLB2は円筒レンズCYLを透過して、四分割受光素子ZDの検出面に投射される。ここで、円筒レンズCYLは、いわゆる「かまぼこ型」のレンズで、図8(B)に示されるように、YZ断面はY軸方向に凸部を向けた凸形状を有するとともに、図8(C)に示されるように、XY断面は矩形状を有する。このため、円筒レンズCYLを透過する反射ビームLB2は、Z軸方向とX軸方向とでその断面形状が非対称に絞られ、非点収差が発生する。

四分割受光素子ZDは、その検出面で反射ビームLB2を受光する。四分割受光素子ZDの検出面は、図9(A)に示されるように、全体として正方形で、その2本の対角線を分離線として、4つの検出領域a,b,c,dに等分割されている。検出面の中心をOZDとする。

ここで、図8(A)に示される理想フォーカス状態(ピントの合った状態)、すなわちプローブビームLB1が計測対象面S0上に焦点を結ぶ状態では、反射ビームLB2の検出面上での断面形状は、図9(C)に示されるように、中心OZDを中心とする円形となる。

また、図8(A)において、プローブビームLB1が計測対象面S1上に焦点を結ぶ、いわゆる前ピン状態(すなわち計測対象面Sが理想位置S0にあり、四分割受光素子ZDが、図8(B)及び図8(C)において符号1で示す位置にある状態と等価な状態)では、反射ビームLB2の検出面上での断面形状は、図9(B)に示されるような中心OZDを中心とする横長の長円形となる。

また、図8(A)において、プローブビームLB1が計測対象面S-1上に焦点を結ぶ、いわゆる後ピン状態、(すなわち計測対象面Sが理想位置S0にあり、四分割受光素子ZDが、図8(B)及び図8(C)において符号−1で示す位置にある状態と等価な状態)では、反射ビームLB2の検出面上での断面形状は、図9(D)に示されるような中心OZDを中心とする縦長の長円形となる。

四分割受光素子ZDに接続された不図示の演算回路では、4つの検出領域a,b,c,dで受光する光の強度をそれぞれIa,Ib,Ic,Idとして、次式(7)で表されるフォーカスエラーIを算出し、不図示の駆動部に出力する。

I=(Ia+Ic)−(Ib+Id) …(7)
なお、上述の理想フォーカス状態では、4つの検出領域のそれぞれにおけるビーム断面の面積は互いに等しいので、I=0が得られる。また、上述の前ピン状態では、式(7)より、I<0となり、後ピン状態では、式(7)より、I>0となる。

不図示の駆動部は、フォーカスセンサFS内の検出部FS3よりフォーカスエラーIを受信し、I=0を再現するように、フォーカスセンサFSを格納したセンサ本体ZHをZ軸方向に駆動する。この駆動部の動作により、計測対象面SのZ変位に追従して、センサ本体ZHも変位するため、プローブビームは必ず計測対象面S上で焦点を結ぶ、すなわちセンサ本体ZHと計測対象面Sの間の距離は常に一定に保たれる(フォーカスロック状態が保たれる)。

一方、不図示の駆動部は、計測部ZEの計測結果がZヘッド72a外部からの入力信号に一致するように、センサ本体ZHをZ軸方向に駆動し、位置決めすることもできる。従って、実際の計測対象面Sの面位置とは異なる位置に、プロービームLBの焦点を位置させることもできる。この駆動部の動作(スケールサーボ制御)により、後述するZヘッドの切り換えにおける復帰処理、出力信号の異常発生時における回避処理等、を実行することができる。

本実施形態では、前述のように、計測部ZEとしてエンコーダを採用し、センサ本体ZHに設置された回折格子EGのZ変位を、エンコーダヘッドEHを用いて読み取る。エンコーダヘッドEHは、基準点からの計測対象(回折格子EG)の変位を計測する相対位置センサであるから、その基準点を定める必要がある。本実施形態では、回折格子EGの端部を検出する、あるいは回折格子EGに位置出しパターンが設けられている場合には、その位置出しパターンを検出することで、そのZ変位の基準位置(例えば原点)を定めても良い。いずれにしても、回折格子EGの基準位置に対応して計測対象面Sの基準面位置を定めることができ、その基準面位置からの計測対象面SのZ変位、すなわちZ軸方向の位置を計測することができる。なお、Zヘッドの起動時および復帰時には、必ず、回折格子EGの基準位置(例えば原点)、(すなわち計測対象面Sの基準面位置)の設定が実行される。この場合において、基準位置は、センサ本体ZHの移動範囲の中央近傍に設定されていることが、望ましいので、その中央近傍の基準位置に対応する基準面位置が、フォーカスセンサFSの光学系の焦点位置に一致するように、光学系の焦点位置を調整するための駆動コイルを設けて対物レンズOLのZ位置を調整することとしても良い。また、計測部ZEは、基準位置(例えば原点)に、センサ本体ZHが位置するときに原点検出信号を発生するようになっている。

Zヘッド72aでは、センサ本体ZH及び計測部ZEは、ともに不図示の筐体内部に格納されており、またプローブビームLB1の筐体外部に露出する部分の光路長も極短いため、空気揺らぎの影響が非常に小さい。従って、Zヘッドを含むセンサは、例えばレーザ干渉計と比較しても、空気が揺らぐ程度の短い期間における計測安定性(短期安定性)に格段に優れている。

その他のZヘッドも上述のZヘッド72aと同様に構成され機能する。このように、本実施形態では、各Zヘッドとして、エンコーダと同じくYスケール39Y1,39Y2等の回折格子面を上方(+Z方向)から観察する構成が採用されている。従って、複数のZヘッドで、ウエハテーブルWTB上面の異なる位置の面位置情報を計測することで、ウエハステージWST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)を計測することができる。ただし、本実施形態では、露光の際、ウエハステージWSTのピッチング制御の精度は特に重要ではないため、Zヘッドを含む面位置計測システムではピッチングは計測しないこととし、ウエハテーブルWTB上のYスケール39Y1,39Y2にZヘッドが各1つ対向する構成とした。

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10(A)に示されるように、Xスケール39X2に対向するXヘッド663(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682,673(Yリニアエンコーダ70A,70C)とに基づいてウエハステージWSTのXY平面内の位置を管理している。この図10(A)の状態では、前述の基準線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ヘッド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ヘッド72a〜72dと多点AF系(90a,90b)とが同時に作動している状態で、図10(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ヘッド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ヘッド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ヘッド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ヘッド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P1と呼ぶ)における面位置情報を求める。また、Zヘッド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ヘッド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P2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10(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、主制御装置20は、前述のZヘッド74i、76j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(上記の左計測点P1の近傍の点)、及びYスケール39Y1が形成された領域上の点(上記の右計測点P2の近傍の点))を計測して、ウエハステージWSTのZ位置とθy回転(ローリング)量θyを算出する。そして、これらのZ位置とローリング量θyとY干渉計16で計測されるウエハステージWSTのθx回転(ピッチング)量θxとを用いて、所定の演算を行い、前述の露光領域IAの中心(露光中心)におけるウエハテーブルWTB表面のZ位置(Z0)、ローリング量θy及びピッチング量θxとを算出し、この算出結果に基づいて、上述の左計測点P1の面位置と右計測点P2の面位置とを結ぶ、露光中心を通る直線を求め、この直線と面位置データz1〜zkとを用いることで、ウエハW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(フォーカス・レベリング制御)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ヘッド72a,72bの計測値の平均値、Zヘッド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ヘッド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ヘッド72aの計測値とZヘッド72bの計測値との差、及びZヘッド72cの計測値とZヘッド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ヘッド74i及び76jでウエハテーブルWTB表面を計測してウエハステージWSTのZ位置とθy回転を算出し、これらの算出値と、Y干渉計16で計測されたウエハステージWSTのピッチング量θxと、前述の面位置データz1〜zk及び前記差とを用いて所定の演算を行うことで、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の面位置制御を行うことが可能になる。

ただし、以上の説明は、ウエハテーブルWTB表面にX軸方向に関して凹凸が存在しないことを前提にしている。以下では、ウエハテーブルWTB表面にX軸方向に関して凹凸が存在しないものとする。

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。

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11(A)に示されるように、Xスケール39X2に対向するXヘッド662(Xリニアエンコーダ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682,673(Yリニアエンコーダ70A,70C)とに基づいて、ウエハステージWSTのXY平面内の位置を管理している。この図11(A)の状態では、基準線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11(A)の状態では、ウエハステージWST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、ウエハステージWSTの+Y側に計測ステージMSTがあり、前述したFD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17参照)。

(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ヘッド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、基準線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ヘッド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11(B)に示されるように、上述のフォーカスキャリブレーションの前半の処理のときと同様に、Zヘッド72a,72b、72c,72d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(ウエハステージWST)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、例えば国際公開第2005/124834号パンフレットなどに開示される、Z方向スキャン計測で計測し、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。主制御装置20は、上記のZ方向スキャン計測中、空間像計測装置45からの出力信号の取り込みと同期して、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計測する一対のZヘッド743、763の計測値を取り込む。そして、投影光学系PLのベストフォーカス位置に対応するZヘッド743、763の値を不図示のメモリに記憶する。なお、フォーカスキャリブレーションの後半の処理で、Zヘッド72a,72b、72c,72d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(ウエハステージWST)の投影光学系PLの光軸方向に関する位置(Z位置)を制御するのは、このフォーカスキャリブレーションの後半の処理は、前述したフォーカスマッピングの途中で行なわれるからである。

この場合、図11(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(ウエハステージWST)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11(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19参照)。

(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ヘッド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ヘッド743、763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良い。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。又は、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、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12〜図22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12には、ウエハステージWST上に載置されたウエハW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。この露光は、開始前に行われるウエハアライメント(EGA:Enhanced Global Alignment)等の結果に基づいて、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を移動するショット間移動と、各ショット領域に対してレチクルRに形成されたパターンを走査露光方式で転写する走査露光と、を繰り返すことにより行われる。また、露光は、ウエハW上の−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。なお、投影ユニットPUとウエハWとの間に液浸領域14が形成された状態で行われる。

上述の露光中、主制御装置20により、ウエハステージWSTのXY面内の位置(θz方向の回転を含む)は、2つのYエンコーダ70A,70Cと、2つのXエンコーダ70B,70Dの一方との合計3つのエンコーダの計測結果に基づいて制御されている。ここで、2つのXエンコーダ70B,70Dは、Xスケール39X1,39X2のそれぞれに対向する2つのXヘッド66によって構成され、2つのYエンコーダ70A,70Cは、Yスケール39Y1,39Y2のそれぞれに対向するYヘッド65、64により構成される。また、ウエハステージWSTのZ位置とθy方向の回転(ローリング)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、ヘッドユニット62C,62Aにそれぞれ属するZヘッド74i,76iの計測値に基づいて制御されている。ウエハステージWSTのθx回転(ピッチング)は、Y干渉計16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の第2撥水板28bの表面にZヘッド74i、76iを含む3個以上のZヘッドが対向する場合には、Zヘッド74i、76i及びその他の1つのZヘッドの計測値に基づいて、ウエハステージWSTのZ軸方向の位置、θy回転(ローリング)及びθx回転(ピッチング)を制御することも可能である。いずれにしても、ウエハステージWSTのZ軸方向の位置、θy方向の回転、及びθx方向の回転の制御(すなわちウエハWのフォーカス・レベリング制御)は、事前に行われるフォーカスマッピングの結果に基づいて行われている。

図12に示される、ウエハステージWSTの位置では、Xスケール39X1にはXヘッド665(図12中に丸で囲んで示されている)が対向するが、Xスケール39X2に対向するXヘッド66はない。そのため、主制御装置20は、1つのXエンコーダ70Bと2つのYエンコーダ70A,70Cを用いて、ウエハステージWSTの位置(X,Y,θz)制御を実行している。ここで、図12に示される位置からウエハステージWSTが−Y方向に移動すると、Xヘッド665はXスケール39X1から外れ(対向しなくなり)、代わりにXヘッド664(図12中に破線の丸で囲んで示されている)がXスケール39X2に対向する。そこで、主制御装置20は、1つのXエンコーダ70Dと2つのYエンコーダ70A,70Cを用いるステージ制御に切り換える。

また、図12に示される位置にウエハステージWSTがあるとき、Zヘッド743,763(図12中に丸で囲んで示されている)がそれぞれYスケール39Y2,39Y1に対向している。そのため、主制御装置20は、Zヘッド743,763を用いて、ウエハステージWSTの位置(Z,θy)制御を実行している。ここで、図12に示される位置からウエハステージWSTが+X方向に移動すると、Zヘッド743,763は対応するYスケールから外れ、代わりにZヘッド744,764(図中に破線の丸で囲んで示されている)がそれぞれYスケール39Y2,39Y1に対向する。そこで、主制御装置20は、Zヘッド744,764を用いるステージ制御に切り換える。

このように、主制御装置20は、ウエハステージWSTの位置座標に応じて、使用するエンコーダとZヘッドを絶えず切り換えて、ステージ制御を実行している。

なお、上述の計測器系を用いたウエハステージWSTの位置計測と独立に、干渉計システム118を用いたウエハステージWSTの位置(X,Y,Z,θx,θy,θz)計測が、常時、行われている。ここで、干渉計システム118を構成するX干渉計126,127,又は128を用いてウエハステージWSTのX位置とθz回転(ヨーイング)が、Y干渉計16を用いてY位置、θx回転、及びθz回転が、Z干渉計43A,43B(図12では不図示、図1又は2を参照)を用いてY位置、Z位置、θy回転、及びθz回転が計測される。X干渉計126,127,及び128は、ウエハステージWSTのY位置に応じて、いずれか1つが使用される。露光中は、図12に示したように、X干渉計126が使用される。干渉計システム118の計測結果は、ピッチング量(θx回転)を除き、補助的に、又は、後述するバックアップの際、あるいはエンコーダシステムによる計測が出来ないときなどにウエハステージWSTの位置制御に利用される。

ウエハWの露光が終了すると、主制御装置20は、ウエハステージWSTをアンロードポジションUPに向けて駆動する。その際、露光中には互いに離れていたウエハステージWSTと計測ステージMSTとが、接触或いは300μm程度の離間距離を挟んで近接して、スクラム状態に移行する。ここで、計測テーブルMTB上のFDバー46の−Y側面とウエハテーブルWTBの+Y側面とが接触或いは近接する。このスクラム状態を保って、両ステージWST,MSTが−Y方向に移動することにより、投影ユニットPUの下に形成される液浸領域14は、計測ステージMST上に移動する。例えば図13、図14には、移動後の状態が示されている。

ウエハステージWSTが、更に−Y方向へ移動して有効ストローク領域(ウエハステージWSTが露光及びウエハアライメント時に移動する領域)から外れると、エンコーダ70A〜70Dを構成する全てのXヘッド、Yヘッド及び全てのZヘッドが、ウエハテーブルWTB上の対応するスケールから外れる。そのため、エンコーダ70A〜70D及びZヘッド74i、76jの計測結果に基づくステージ制御が不可能になる。その直前に、主制御装置20は、干渉計システム118の計測結果に基づくステージ制御に切り換える。ここで、3つのX干渉計126,127,128のうちX干渉計128が使用される。

その後、図13に示されるように、ウエハステージWSTは、計測ステージMSTとのスクラム状態を解除し、アンロードポジションUPに移動する。移動後、主制御装置20は、ウエハテーブルWTB上のウエハWをアンロードする。そして、図14に示されるように、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、ウエハテーブルWTB上に次のウエハWをロードする。

これらの動作と平行して、主制御装置20は、計測ステージMSTに支持されたFDバー46のXY面内での位置調整と、4つのセカンダリアライメント系AL21〜AL24のベースライン計測と、を行うSec-BCHK(セカンダリ・ベースライン・チェック)を実行する。Sec-BCHKはウエハ交換毎にインターバル的に行う。ここで、XY面内の位置(θz回転)を計測するために、Yヘッド673,682とYヘッド673,682のそれぞれが対向するFDバー46上の一対の基準格子52とから構成されるYエンコーダ70E,70Fが使用される。

次に、主制御装置20は、図15に示されるように、ウエハステージWSTを駆動し、計測プレート30上の基準マークFMをプライマリアライメント系AL1の検出視野内に位置決めし、アライメント系AL1,AL21〜AL24のベースライン計測の基準位置を決定するPri-BCHK(プライマリ・ベースライン・チェック)の前半の処理を行う。

このとき、図15に示されるように、2つのYヘッド682,673と1つのXヘッド661(図中に丸で囲んで示されている)が、それぞれYスケール39Y1,39Y2とXスケール39X2に対向するようになる。そこで、主制御装置20は、干渉計システム118からエンコーダシステム150(エンコーダ70A,70C,70D)を用いたステージ制御へ切り換える。干渉計システム118は、θx回転の計測を除き、再び補助的に使用される。なお、3つのX干渉計126,127,128のうちX干渉計127が使用される。

次に、主制御装置20は、上述の3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、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。

そして、ウエハステージWSTが図16に示される位置に到達すると、主制御装置20は、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ヘッド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ヘッド72a〜72dを作動させ(オンにし)、ウエハステージWSTのZ位置及び傾斜(θy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16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3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。

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(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16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17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、基準軸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ヘッド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、FDバー46上面に形成されている。

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18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18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ウエハステージWSTのXY平面内の位置を計測している3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。このとき、主制御装置20は、Xスケール39X2に対向するXヘッド662(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、ウエハステージWSTのXY平面内の位置を制御している。

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18に示されるように、Zヘッド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19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、ウエハステージWSTの投影光学系PLの光軸方向に関する位置(Z位置)を制御に用いるZヘッドを、Zヘッド74i、76jに切り換えることなく、Zヘッド72a,72b、72c,72dによって計測される面位置情報を基準とする、ウエハステージWST(計測プレート30)の(Z位置を制御を継続した状態で、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、上述のフォーカスキャリブレーション前半の処理及び後半所の処理の結果に基づいて、前述した手順で、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、内部メモリに格納する。そして、主制御装置20は、露光時に、フォーカスマッピングの結果得られたマッピング情報を読み出す際に、そのマッピング情報にオフセット分を加算することとしている。

なお、この図19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20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20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3つのエンコーダの計測値とを関連付けて内部メモリに格納する。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、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。この離間状態に移行後、主制御装置20は、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、3つのフォースアライメントショット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21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21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つのエンコーダのうちの3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。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エンコーダの計測値とを用いて、例えば特開昭61−44429号公報などに開示される統計演算を行って、エンコーダシステムの上記4つのエンコーダの計測軸で規定される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22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、ウエハステージWSTを、ウエハW上のファーストショットの露光のための走査開始位置(露光開始位置)に移動させるが、その移動の途中で、ウエハステージWSTのZ位置、θy回転及びθx回転を維持したまま、ウエハステージWSTのZ位置、θy回転の制御に用いるZヘッドを、Zヘッド72a〜72dから、Zヘッド74i、74jに切り換える。その切り換え後、直ちに、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、同様の動作が繰り返し行われる。

ところで、本実施形態の露光装置では、前述の如く、Zヘッド743は、Zヘッド72a,72bと同一のY軸に平行な直線上にあり、Zヘッド763は、Zヘッド72c,72dと同一のY軸に平行な直線上にある。換言すれば、Zヘッド743とZヘッド763のX軸方向の間隔(LDとする)は、Zヘッド72a,72bとZヘッド72c,72dのX軸方向の間隔に等しい。また、Zヘッド74i(i=1〜5)、Zヘッド76j(j=1〜5)の隣接するヘッド間のX軸方向の間隔は、ともにWDで一定である。すなわち、Zヘッド74iとZヘッド76j(i=j)のX軸方向の間隔(距離)は、LDである。

従って、ウエハW上のショット領域のX軸方向の寸法が、間隔WDと所定の関係、例えば、間隔WDがショット領域のX軸方向の寸法SDの整数k(kは自然数)倍である場合(WD≒kSD)には、前述のフォーカスマッピング時に、主制御装置20によってウエテーブルWTBの面位置検出のために用いられる、Zヘッド72a,72bが対向するYスケール39Y2上の領域(Y軸方向の線状の領域)、Zヘッド72c,72dが対向するYスケール39Y2上の領域(Y軸方向の線状の領域)と、ウエハW上の複数のショット領域の露光の際に、主制御装置20によってウエテーブルWTBの面位置検出のために用いられる、Zヘッド74i、76jがそれぞれ対向するYスケール39Y2、39Y上の領域(Y軸方向の線状の領域)とが、X軸方向に隣接するk個のショット領域毎に、共通の領域(同じ領域)となる。従って、ショット領域のサイズが、例えばX軸方向の寸法が25mm、Y軸方向の寸法が30mmの場合に、一例として間隔WDを75mmに設定すると、X軸方向に隣接する3つのショット領域毎に、フォーカスマッピング時に、Zヘッド72a,72bが対向するYスケール39Y2上の領域、Zヘッド72c,72dが対向するYスケール39Y2上の領域と、露光時にZヘッド74i、76jがそれぞれ対向するYスケール39Y2、39Y1上の領域とが、共通の領域(同じ領域)となる。

ただし、間隔WDがショット領域のX軸方向の寸法SDの整数倍でない場合であっても、少なくとも、ウエハWの子午線上(X軸方向の中央に位置する)複数のショット領域については、フォーカスマッピング時に、Zヘッド72a,72bが対向するYスケール39Y2上の領域(Y軸方向の線状の領域)、Zヘッド72c,72dが対向するYスケール39Y1上の領域(Y軸方向の線状の領域)と、露光時に、Zヘッド74i、76jがそれぞれ対向するYスケール39Y2、39Y1上の領域とが、共通の領域(同じ領域)となる。

なお、これまでは、説明を簡略化するために、主制御装置20が、ステージ系の制御、干渉計システム、エンコーダシステムなどを含め、露光装置の構成各部の制御を行うものとしたが、これに限らず、上記の主制御装置20が行う制御の少なくとも一部を、複数の制御装置で分担して行っても良いことは勿論である。例えば、ステージ系の制御、エンコーダシステム、面位置計測システムのヘッドの切り換えなどを行なうステージ制御装置を、主制御装置20の配下に設けても良い。また、上記主制御装置20が行う制御は必ずしもハードウェアによって実現する必要はなく、主制御装置20、又は前述のように分担して制御を行ういくつかの制御装置それぞれの動作を規定するコンピュータ・プログラムによりソフトウェア的に実現しても良い。

以上詳細に説明したように、本実施形態に係る露光装置100によると、主制御装置20が、フォーカスマッピング時に面位置計測システム180の第1検出位置(Zヘッド72a〜72d)で検出するウエハテーブルWTBの表面上の領域(Yスケール39Y1,Y2上の領域)と、露光時に面位置計測システム180の第2検出位置(Zヘッド74i、76j)で検出するウエハテーブルWTBの表面上の領域(Yスケール39Y1,Y2上の領域)との少なくとも一部が共通である。

このため、その共通領域に、スケール表面の凹凸など、各Zヘッドの検出(計測)の誤差要因があっても、その共通領域を検出する異なるZヘッドの検出結果には、同一の誤差が含まれることとなる。従って、主制御装置20が、ウエハW上にパターンを形成する露光動作を行なう際に、面位置検出装置180のZヘッド72a,72b、72c,72dとは異なる、Zヘッド74i、76jでYスケール39Y2,39Y1のZ位置を検出しつつ、フォーカスマッピング時に多点AF系(90a,90b)により検出したウエハWの面情報に基づいてウエハステージWSTのZ軸方向及びθy方向の位置を精度良く制御することができる。換言すれば、主制御装置20は、事前に行なわれた前述のフォーカスマッピングの結果に基づいて、露光中にウエハW表面の面位置情報を計測することなく、Zヘッドを用いて走査露光中にウエハのフォーカス・レベリング制御を高精度に行うことができる。これにより、精度良くウエハ上の各ショット領域にレチクルRのパターンを転写形成することが可能になる。さらに、本実施形態では、液浸露光により高解像度の露光を実現できるので、この点においても微細パターンを精度良くウエハW上に転写することが可能になる。

《変形例》
上記実施形態に係る露光装置100では、ウエハステージWSTの動作範囲(移動範囲のうち、装置の実際のシーケンス上移動する範囲)のウエハステージWSTの外部(上方)に複数のZヘッドを配置し、各ZヘッドでウエハテーブルWTB(Yスケール39Y1,39Y2)表面のZ位置を検出する構成の面位置計測システムを採用するものとしたが、本発明がこれに限定されるものではない。例えば、図23(A)及び図23(B)に示されるように、実質的に二次元平面(XY平面)に沿って移動する移動体MBの上面の複数領域(位置)に、前述のZヘッド72aと同様の複数のZヘッドZH1,ZH2等を配置し、これに対向して移動体の外部にZヘッドZH1,ZH2等からのプローブビームを反射する反射面MSが設けられた検出装置を、面位置検出システム180に代えて採用しても良い。反射面MSは、不図示の支持部材によってXY平面に平行に支持された板部材BDの下面に設けられている。この検出装置は、図23(A)に示されるように、移動体MBの動作領域内の異なる位置に複数の検出位置MP1、MP2、MP3等を有し、移動体MBのXY平面と平行な移動体MBの表面に複数設けられたZヘッドZH1,ZH2等がそれぞれ設けられた特定領域のいずれかが複数の検出位置MP1、MP2、MP3等のいずれかに位置するときに、移動体MBの表面のXY平面と垂直なZ軸方向での位置情報を検出する。主制御装置20は、図23(A)に示されるように、XY平面に沿ったY軸方向に関する移動体MBの移動中に、移動体MBの表面上のZヘッドZH2が設けられた第1特定領域におけるZ軸方向の位置情報を検出装置の検出位置MP2において検出しつつ(このとき、移動体MBの表面上のZヘッドZH1が設けられた第2特定領域におけるZ軸方向に関する位置情報を検出装置の検出位置MP1で同時に検出しても良い)、前述の多点AF系(90a,90b)を用いて移動体MB上に保持された物体(ウエハ等)の面情報を取り込むマッピング(前述のフォーカスマッピングと同様の処理)を行なう。また、主制御装置は、図23(B)に示されるように、移動体MBの表面上のZヘッドZH1が設けられた第2特定領域におけるZ軸方向に関する位置情報を検出装置の検出位置MP2において検出しつつ、多点AF系(90a,90b)を用いてマッピング時に検出した物体の面情報に基づいて、移動体MBの位置を制御して物体上にパターンを形成する露光動作を行なう。

従って、この変形例では、主制御装置20は、マッピング時には、検出装置の検出位置MP2において移動体MBの表面上の第1特定領域におけるZ軸方向での位置情報を検出しつつ、多点AF系(90a,90b)を用いて物体表面の面情報を取り込み、露光動作時には、移動体表面上の第2特定領域におけるZ軸方向に関する位置情報を検出装置の検出位置MP2において検出しつつ、マッピング時に多点AF系(90a,90b)により検出した物体の面情報に基づいて移動体MBの位置を制御して物体上にパターンを形成する。この場合、検出位置MP2における、移動体MBの表面上の第1特定領域におけるZ軸方向に関する位置情報の検出結果(ZヘッドZH2による検出結果)と、検出位置MP2における、移動体MBの表面上の第2特定領域におけるZ軸方向に関する位置情報の検出結果(ZヘッドZH1による検出結果)とには、検出位置MP2に起因する誤差としては同一の誤差が含まれる。従って、主制御装置20が、物体上にパターンを形成する露光動作を行なう際に、検出装置の検出位置MP2において、第1特定領域とは異なる第2特定領域におけるZ軸方向に関する位置情報を検出しつつ、マッピング時に多点AF系(90a,90b)により検出した物体の面情報に基づいて移動体MBの位置を精度良く制御することができる。これにより、精度良く物体上にパターンを形成することが可能になる。

また、上記実施形態では、ウエハテーブル(ウエハステージ)上に格子部(Xスケール、Yスケール)を設け、これに対向してXヘッド、Yヘッドをウエハステージの外部に配置する構成のエンコーダシステムを採用した場合について例示したが、これに限らず、移動体にエンコーダヘッドを設け、これに対向して移動体の外部に2次元格子(又は2次元配置された1次元の格子部)を配置する構成のエンコーダシステムを採用しても良い。この場合、図23(A)、図23(B)に示されるように、移動体上面にZヘッドをも配置する場合には、その2次元格子(又は2次元配置された1次元の格子部)を、Zヘッドからのプローブビームを反射する反射面として兼用しても良い。

また、上記実施形態では、各Zヘッドが、図7に示されるように、駆動部(不図示)によってZ軸方向に駆動される、フォーカスセンサFSを収納したセンサ本体ZH(第1センサ)と、第1センサ(センサ本体ZH)のZ軸方向の変位を計測する計測部ZE(第2センサ)等を備える場合について説明したが、本発明がこれに限定されるものではない。すなわち、Zヘッド(センサヘッド)は、必ずしも第1センサそのものが、Z軸方向に可動である必要はなく、第1センサ(例えば前述のフォーカスセンサなど)を構成する部材の一部が移動可能で、第1センサとその計測対象物表面との光学的な位置関係(例えば第1センサ内の受光素子の受光面(検出面)と共役関係)が保たれるように、移動体のZ軸方向の移動に応じて、その部材の移動が移動するようになっていれば良い。その場合、第2センサは、その移動部材の基準位置からの移動方向の変位を計測する。勿論、移動体上にセンサヘッドが設けられる場合には、二次元平面に垂直な方向での前記移動体の前記二次元平面に垂直な方向での位置変化に応じて、第1センサの計測対象物、例えば上述の2次元格子(又は2次元配置された1次元の格子部)などと第1センサとの光学的な位置関係を維持するように移動部材が移動すれば良い。

なお、上記実施形態では、各ZヘッドのフォーカスセンサFSは、前述のフォーカスサーボを行なうに際し、スケールY1,Y2上に形成された回折格子面を保護するカバーガラス表面に焦点を合わせても良いが、カバーガラス表面より遠くの面、例えば回折格子面などに焦点を合わせることが望ましい。このようにすると、カバーガラス表面にパーティクル等の異物(ゴミ)が存在している場合などに、そのカバーガラス表面がカバーガラスの厚み分デフォーカスした面となるので、その異物の影響をZヘッドが受け難くなるからである。

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、欧州特許公開第1420298号公報、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(対応米国特許公開第2006/0231206号)、国際公開第2004/086468号パンフレット(対応米国特許公開第2005/0280791号)、特開2004−289126号公報(対応米国特許第6,952,253号)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(対応米国特許公開第2005/0248856号)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−、SO42−、PO42−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。

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。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)、特表2000−505958号公報(対応米国特許第5,969,441号)、米国特許第6,208,407号などに開示されているように、複数のウエハステージWST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99/46835号パンフレット(対応米国特許7,023,610号)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号公報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)に開示されているように、2つのレチクルパターンを投影光学系を介してウエハ上で合成し、1回のスキャン露光によってウエハ上の1つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置にも本発明を適用することができる。

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

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

半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、シリコン材料からウエハを形成するステップ、上記の実施形態の露光装置により露光を行いウエハ上にパターンを形成するステップ、パターンが形成されたウエハを現像するステップ、現像後にウエハにエッチング等の処理を施すステップ、デバイス組み立てステップ(ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む)、及び検査ステップ等を経て製造される。

以上説明したように、本発明の移動体駆動システム及び移動体駆動方法は、移動面内で移動体を駆動するのに適している。また、本発明のパターン形成装置及びパターン形成方法は、物体上にパターンを形成するのに適している。また、本発明の露光方法及び露光装置、並びにデバイス製造方法は、マイクロデバイスの製造に適している。

一実施形態に係る露光装置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ヘッドなど)の配置を示す平面図である。 図4(A)はウエハステージWST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MSTを示す平面図、図5(B)は計測ステージMSTを示す一部断面した概略側面図である。 一実施形態に係る露光装置の制御系の構成を概略的に示すブロック図である。 Zヘッドの構成の一例を概略的に示す図である。 図8(A)は、フォーカスセンサの構成の一例を示す図、図8(B)及び図8(C)は、図8(A)の円筒レンズの形状及び機能を説明するための図である。 図9(A)は、四分割受光素子の検出領域の分割の様子を示す図、図9(B)、図9(C)及び図9(D)は、それぞれ、前ピン状態、理想フォーカス状態、及び後ピン状態での、反射ビームLB2の検出面上での断面形状を示す図である。 図10(A)〜図10(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11(A)及び図11(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。 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。 ウエハのアンローディング時(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)における両ステージの状態を示す図である。 ウエハのローディング時における両ステージの状態を示す図である。 干渉計によるステージサーボ制御からエンコーダによるステージサーボ制御への切り換え時(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)における、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。 図23(A)及び図23(B)は、変形例に係る露光装置を説明するための図である。

符号の説明

20…主制御装置、34…メモリ、39Y1,39Y2…Yスケール、50…ステージ装置、72a〜72d…Zヘッド、741〜745…Zヘッド、761〜765…Zヘッド、100…露光装置、118…干渉計システム、150…エンコーダシステム、180…面位置計測システム、WST…ウエハステージ、WTB…ウエハテーブル、FS…フォーカスセンサ、ZH…センサ本体、ZE…計測部、RST…レチクルステージ、PL…投影光学系、W…物体。

Claims (13)

  1. エネルギビームにより物体を露光し、前記物体上にパターンを形成する露光装置であって、
    物体を保持して実質的に二次元平面に沿って移動する移動体と;
    複数の検出位置を有し、各検出位置で前記移動体の前記二次平面と垂直な方向の位置情報を、前記移動体の前記二次元平面内の位置情報を検出するのに用いられる計測部材を用いて検出する第1検出装置と;
    前記移動体上に載置された前記物体に対して検出ビームを照射し該検出ビームの反射光を受光して、前記物体表面の面情報を検出する第2検出装置と;
    前記二次元平面に沿った前記移動体の移動中に、前記第1検出装置の前記複数の検出位置のうちの第1検出位置で前記移動体の前記二次元平面と垂直な方向の位置情報を検出しつつ、前記第2検出装置を用いて前記物体表面の面情報を取り込むマッピングを行なうとともに、前記第1検出装置の第1検出位置とは異なる複数の第2検出位置で前記移動体の前記二次元平面と垂直な方向の位置情報を検出しつつ、前記マッピング時に第2検出装置により検出した前記物体の面情報に基づいて前記移動体の位置を制御して前記物体上にパターンを形成する露光動作を行なう制御装置と;を備え、
    前記露光動作時に前記第1検出装置の複数の前記第2検出位置で検出する前記計測部材上の領域には、前記マッピング時に前記第1検出装置の前記第1検出位置で検出した前記計測部材上の領域が含まれる露光装置。
  2. 前記第1検出装置は、前記移動体表面上の特定領域が前記複数の検出位置のいずれかに位置するときに、前記特定領域の前記二次元方向と垂直な方向での位置情報を検出する請求項1に記載の露光装置。
  3. 前記第1検出装置は、前記複数の検出位置のそれぞれに、前記二次元方向と垂直な方向のビームを照射するヘッドを備え、
    前記移動体上の特定領域には、前記ヘッドから照射されたビームを反射する反射面が配置される請求項2に記載の露光装置。
  4. 前記特定領域は、前記移動体表面上の複数位置に配置される請求項2又は3に記載の露光装置。
  5. 前記第1検出装置の複数の検出位置には、光ピックアップ方式のセンサヘッドが配置される請求項1〜4のいずれか一項に記載の露光装置。
  6. 前記第1検出装置は、前記計測部材に設けられた格子線を用いて前記移動体の前記二次元平面内の位置情報を検出する請求項1〜5のいずれか一項に記載の露光装置。
  7. エネルギビームにより物体を露光し、前記物体上にパターンを形成する露光装置であって、
    物体を保持して実質的に二次元平面に沿って移動する移動体と;
    前記移動体の動作領域内の異なる位置に複数の検出位置を有し、前記移動体の前記二次元平面と平行な移動体の表面に複数設けられた特定領域のいずれかが前記複数の検出位置のいずれかに位置するときに、前記移動体の表面の前記二次元平面と垂直な方向での位置情報を検出する第1検出装置と;
    前記移動体上に載置された前記物体に対して検出ビームを照射し該検出ビームの反射光を受光して、前記物体表面の面情報を検出する第2検出装置と;
    前記二次元平面に沿った前記移動体の移動中に、前記移動体表面上の複数の特定領域のうち第1特定領域における前記二次元平面と垂直な方向での位置情報を前記第1検出装置の前記複数の検出位置のうちの第1検出位置において検出しつつ、前記第2検出装置を用いて前記物体表面の面情報を取り込むマッピングを行なうとともに、前記移動体表面上の複数の特定領域のうち前記第1特定領域と異なる第2特定領域における前記二次元平面と垂直な方向での位置情報を前記第1検出装置の前記第1検出位置において検出しつつ、前記第2検出装置により検出した前記物体の面情報に基づいて前記移動体の位置を制御して前記物体上にパターンを形成する露光動作を行なう制御装置と;を備える露光装置。
  8. 前記移動体上の特定領域には、前記二次元平面と垂直な方向のビームを照射するヘッドが配置され、
    前記第1検出装置は、少なくとも前記検出位置に、前記ヘッドから照射されたビームを反射する反射面が配置される請求項に記載の露光装置。
  9. 前記移動体の前記特定領域には、光ピックアップ方式のセンサヘッドが配置される請求項又はに記載の露光装置。
  10. エネルギビームにより物体を露光し、前記物体上にパターンを形成する露光方法であって、
    物体を保持する移動体を実質的に二次元平面に沿って移動させることと;
    複数の検出位置を有し、各検出位置で前記移動体の前記二次元平面と垂直な方向の位置情報を、前記移動体の前記二次元平面内の位置情報を検出するのに用いられる計測部材を用いて検出可能な第1検出装置を用いて、前記複数の検出位置のうちの第1検出位置で前記移動体の前記二次元平面と垂直な方向の位置情報を検出しつつ、第2検出装置を用いて前記物体表面の面情報を取り込むマッピングを行なうことと;
    前記第1検出装置の前記複数の検出位置のうち前記第1検出位置とは異なる複数の第2検出位置で前記移動体の前記二次元平面と垂直な方向の位置情報を検出しつつ、前記マッピングの際に取り込んだ前記物体の面情報に基づいて、前記移動体の位置を制御して前記物体上にパターンを形成する露光を行うことと;を含み、
    前記露光動作時に前記第1検出装置の複数の前記第2検出位置で検出する前記計測部材上の領域には、前記マッピング時に前記第1検出装置の前記第1検出位置で検出した前記移動体表面上の領域が含まれる露光方法。
  11. 前記マッピングを行なうこと、及び前記露光を行うことにおいて、前記第1検出装置は、前記計測部材に設けられた格子線を用いて前記移動体の前記二次元平面内の位置情報を検出する請求項10に記載の露光方法。
  12. エネルギビームにより物体を露光し、前記物体上にパターンを形成する露光方法であって、
    物体を保持する移動体を実質的に二次元平面に沿って移動させることと;
    前記二次元平面に沿った前記移動体の移動中に、前記移動体表面上の複数の特定領域のうち第1特定領域における前記二次元平面と垂直な方向での位置情報を第1検出装置の複数の検出位置のうちの第1検出位置において検出しつつ、前記物体表面の面情報を取り込む第2検出装置を用いて前記面情報を取り込むマッピングを行なうことと;
    前記移動体表面上の複数の特定領域のうち前記第1特定領域と異なる第2特定領域の前記二次元平面と垂直な方向での位置情報を前記第1検出装置の前記第1検出位置において検出しつつ、前記第2検出装置により検出した前記物体の面情報に基づいて前記移動体の位置を制御して前記物体上にパターンを形成する露光動作を行なうことと;を含む露光方法。
  13. 請求項10〜12のいずれか一項に記載の露光方法を用いて物体上にパターンを形成する工程と;
    前記パターンが形成された物体を現像する工程と;を含むデバイス製造方法。
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