JP5403263B2 - 移動体装置、露光装置及びパターン形成装置、並びにデバイス製造方法 - Google Patents

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

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Description

本発明は、移動体装置、露光装置及びパターン形成装置、並びにデバイス製造方法に係り、さらに詳しくは、所定平面に沿って少なくとも一軸方向に移動する移動体を備える移動体装置、該移動体装置を備える露光装置及びパターン形成装置、前記露光装置又は前記パターン形成装置を用いるデバイス製造方法に関する。
従来、半導体素子（集積回路等）、液晶表示素子等の電子デバイス（マイクロデバイス）を製造するに際し、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）、又はステップ・アンド・スキャン方式の縮小投影露光装置（いわゆるスキャニング・ステッパ（スキャナとも呼ばれる））などが比較的多く用いられている。
この種の露光装置では、ウエハ又はガラスプレートなどの基板（以下、「ウエハ」と総称する）上の複数のショット領域にレチクル（又はマスク）のパターンを転写するために、ウエハを保持するウエハステージが、例えばリニアモータ等により、二次元方向に駆動される。特に、スキャニング・ステッパの場合、ウエハステージだけでなくレチクルステージも、リニアモータ等により、走査方向に所定ストロークで駆動される。
ステージの位置計測には、従来、レーザ干渉計が一般的に用いられていたが、この他にエンコーダも用いられていた。ここで、ステージの位置計測にエンコーダを用いると、スケール固有の製造誤差、及びスケールの取り付けに起因する誤差（取り付け時の変形なども含む）などによって、装置固有の計測誤差が生じ易い。一方、レーザ干渉計は光の波長という物理量を用いるために一般には装置に寄らない絶対長さを得ることが出来るが、反面、レーザ干渉計のビーム路上の雰囲気の温度変化及び／又はや温度勾配の影響で発生する空気揺らぎなどによる計測誤差があり、ステージ位置決め精度を損なう。そこで、従来においても、エンコーダとレーザ干渉計とを相補的に用いるステージ装置が、提案されている（例えば特許文献１参照）。
エンコーダとレーザ干渉計とを相補的に用いる方法として、最も現実的（実際的）な方法として、非常に低速度でステージを駆動し、充分に時間を掛けて計測することによって干渉計の計測値を信頼できるものとし、その干渉計の計測値を用いてエンコーダ計測値の較正テーブルを作成し、実露光時にはエンコーダ計測値と較正テーブルだけを用いて露光を行うようにする方法が挙げられる。
しかるに、上記特許文献１に記載のエンコーダなどでは、リニアスケールを、ウエハステージ上のウエハ載置位置から（露光光が実際に照射される位置から）遠く離れた位置に設置する必要があったため、エンコーダとレーザ干渉計との計測点が離れ、ウエハステージの回転運動によるアッベの誤差、及びステージの局所的な変形などの影響をうけて正確な計測値を得ることが難しかった。
特開２００４-１０１３６２号公報
本発明は、上述の事情の下でなされたものであり、第１の観点からすると、所定平面に沿って少なくとも一軸方向に移動する移動体と；前記一軸方向の第１光路を少なくとも一部に含む光路に沿って第１計測光が照射される前記移動体に設けられた移動格子と、該移動格子にて発生する回折光が照射される前記移動体外に設けられた前記一軸方向を周期方向とする固定格子と、前記第１計測光の光路を前記固定格子に向けて折り曲げる前記移動体の一部を構成する光学部材と、前記固定格子からの回折光を前記移動格子を介して受光する受光系と、を含み、前記移動体の前記一軸方向の位置情報を計測する第１計測装置と；前記第１光路に近接する又は重なる前記一軸方向の第２光路に沿って第２計測光を前記光学部材の一面に設けられた反射面に照射し、該反射面からの反射光を受光することによって、前記移動体の前記一軸方向の位置情報を計測する第２計測装置と；を備える第１の移動体装置である。
これによれば、第１、第２計測装置の測長軸同士が一致又は近接しているので、第１、第２の計測装置で計測される移動体の一軸方向の位置情報には、移動体の回転、あるいは局所的な変形などに起因する計測誤差が殆ど含まれなくなる。従って、例えば、非常に低速度で移動体を駆動し、その駆動中に第１、第２計測装置を用いて移動体の位置情報を計測すると、第２計測光が空気揺らぎの影響を殆ど受けないので、第２計測装置の計測値の信頼性が向上する。そして、第２計測装置の計測値を用いて第１計測装置の計測値の較正情報を作成することで、高精度な較正情報の作成が可能となる。また、第１及び第２計測装置は、移動体の一部を構成する共通の光学部材をそれぞれ含むので、第１計測装置と第２計測装置とが全く別々である場合に比べて、部品点数の削減が可能である。
本発明は、第２の観点からすると、所定平面に沿って少なくとも一軸方向に移動する移動体と；前記一軸方向の第１光路を少なくとも一部に含む光路に沿って第１計測光を前記移動体の一部を介して前記移動体外に設けられた前記一軸方向を周期方向とする固定格子に照射し、該固定格子からの回折光を前記移動体の一部を介して受光することによって、前記移動体の前記一軸方向の位置情報を計測する第１計測装置と；前記一軸方向の第２光路に沿って第２計測光を前記移動体の一部に照射し、該移動体からの前記第２計測光の戻り光を受光することによって、前記移動体の前記一軸方向の位置情報を計測する第２計測装置と；を備え、前記第１及び第２計測装置は、前記移動体の一部を構成する共通の光学部材をそれぞれ含む、第２の移動体装置である。
これによれば、第１及び第２計測装置は、移動体の一部を構成する共通の光学部材をそれぞれ含むので、移動体に送光される第１計測光の光路と、移動体に送光される第２計測光の光路とを、一致又は近接させることが可能となる。従って、第１、第２の計測装置で計測される移動体の一軸方向の位置情報には、移動体の回転、あるいは局所的な変形などに起因する計測誤差が殆ど含まれなくなる。また、第１計測装置と第２計測装置とが全く別々である場合に比べて、部品点数の削減が可能である。
本発明は、第３の観点からすると、所定平面に沿って少なくとも一軸方向に移動する移動体と；光学系を経由し前記移動体に向かう前記一軸方向の第１光路を含む光路に沿って第１計測光を、前記移動体の外部に設けられた第１格子に前記移動体の一部を構成する第１光学部材を介して照射し、前記第１格子からの回折光を受光することによって、前記移動体の前記一軸方向の位置情報を計測する第１計測装置と；前記光学系の少なくとも一部の第２光学部材を経由した第２計測光を前記第１光路に平行な第２光路に沿って前記第１光学部材に照射し、該第１光学部材からの前記第２計測光の戻り光を受光することによって、前記移動体の前記一軸方向の位置情報を計測する第２計測装置と；を備える第３の移動体装置である。
これによれば、第１計測光及び第２計測光は、光学系を構成する少なくとも一部の第２光学部材（共通の光学部材）をそれぞれ経由して、一軸方向の第１光路、第２光路に沿って移動体に送光される。従って、第１光路と第２光路とを、一致又は近接させることが可能となる。従って、第１、第２の計測装置で計測される移動体の一軸方向の位置情報には、移動体の回転、あるいは局所的な変形などに起因する計測誤差が殆ど含まれなくなる。また、第１及び第２計測装置は、移動体の一部を構成する共通の第１光学部材をそれぞれ含む。従って、第１計測装置と第２計測装置とが全く別々である場合に比べて、部品点数の削減が可能である。
本発明は、第４の観点からすると、エネルギビームを照射して物体上にパターンを形成する露光装置であって、前記パターンを形成するために、前記物体を保持する移動体を所定平面に沿って駆動する、本発明の第１ないし第３の移動体装置のいずれかを備える露光装置である。
これによれば、エネルギビームを照射して物体上にパターンを形成するために、本発明の第１ないし第３の移動体装置のいずれかにより、物体を保持する移動体が所定平面に沿って駆動される。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、物体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移動可能な移動体と；前記物体上にパターンを形成するパターン生成装置と；前記移動体を所定平面内で駆動する、本発明の第１ないし第３の移動体装置のいずれかと；を備えるパターン形成装置である。
これによれば、物体上にパターンを形成するために、本発明の第１ないし第３の移動体装置のいずれかにより、物体を保持する移動体が所定平面に沿って駆動される。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６の観点からすると、本発明の露光装置を用いて、物体上にパターンを形成する工程と；前記パターンが形成された前記物体に処理を施す工程と；を含む第１のデバイス製造方法である。
本発明は、第７の観点からすると、本発明のパターン形成装置を用いて、物体上にパターンを形成する工程と；前記パターンが形成された前記物体に処理を施す工程と；を含む第２のデバイス製造方法である。
第１の実施形態の露光装置の構成を概略的に示す図である。 図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、図１のＹ位置計測系の構成を説明するための図である。 第１の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４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、第１の実施形態の変形例を説明するための図である。 図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、第２の実施形態の露光装置が備える位置計測系の構成を説明するための図である。 図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、第２の実施形態の変形例を説明するための図である。
《第１の実施形態》
以下、本発明の第１の実施形態を、図１〜図３に基づいて説明する。
図１には、第１の実施形態の露光装置１００の構成が概略的に示されている。露光装置１００は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置、いわゆるスキャナである。後述するように、本実施形態では投影光学系ＰＬが設けられており、以下においては、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行な方向をＺ軸方向、これに直交する面内でレチクルＲとウエハＷとが露光のため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、照明ユニットＩＯＰ、レチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、ウエハＷを保持してＸＹ平面内で二次元移動するウエハステージＷＳＴを含むステージ装置５０、及びこれらの制御系等を、備えている。
照明ユニットＩＯＰは、例えば米国特許出願公開第２００３／００２５８９０号明細書などに開示されるように、光源と、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、及びレチクルブラインド等（いずれも不図示）を有する照明光学系と、を含む。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、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。
レチクルステージＲＳＴ上には、そのパターン面（図１における下面）に回路パターンなどが形成されたレチクルＲが、例えば真空吸着により固定されている。レチクルステージＲＳＴは、例えばリニアモータ等を含むレチクルステージ駆動系１１（図１では不図示、図３参照）によって、ＸＹ平面内で微小駆動可能であるとともに、走査方向（図１における紙面内左右方向であるＹ軸方向）に所定の走査速度で駆動可能となっている。
レチクルステージＲＳＴのＸＹ平面内の位置情報（θｚ方向の回転情報を含む）は、レチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）１１６によって、移動鏡１５（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の計測情報は、制御装置５０（図１では不図示、図３参照）に送られる。
投影光学系ＰＬとしては、例えば、Ｚ軸方向の共通の光軸ＡＸを有する複数のレンズ（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。この投影光学系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あるいは１／５）を有する。このため、照明ユニットＩＯＰからの照明光ＩＬによってレチクルＲ上の照明領域ＩＡＲが照明されると、投影光学系ＰＬの第１面（物体面）とパターン面がほぼ一致して配置されるレチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬ（投影ユニットＰＵ）を介してその照明領域ＩＡＲ内のレチクルＲの回路パターンの縮小像（回路パターンの一部の縮小像）が、投影光学系ＰＬの第２面（像面）側に配置される、表面にレジスト（感応剤）が塗布されたウエハＷ上の前記照明領域ＩＡＲに共役な領域（以下、露光領域とも呼ぶ）ＩＡに形成される。そして、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとの同期駆動によって、照明領域ＩＡＲ（照明光ＩＬ）に対してレチクルＲを走査方向（Ｙ軸方向）に相対移動させるとともに、露光領域（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Ｒのパターンが転写される。すなわち、本実施形態では照明系１０、レチクルＲ及び投影光学系ＰＬによってウエハＷ上にパターンが生成され、照明光ＩＬによるウエハＷ上の感応層（レジスト層）の露光によってウエハＷ上にそのパターンが形成される。
投影光学系ＰＬの近傍には、オフアクシス方式のアライメント系ＡＬＧが設けられている。アライメント系ＡＬＧとしては、例えば画像処理方式のセンサを用いることができ、画像処理方式のセンサは、例えば米国特許第５，４９３，４０３号明細書などに開示されている。アライメント系ＡＬＧによる検出結果は、制御装置５０に送られる。
ステージ装置５０は、不図示のウエハホルダを介してウエハＷを保持するウエハステージＷＳＴ、及びウエハステージＷＳＴを駆動するウエハステージ駆動系１２４等を備えている。ウエハステージＷＳＴは、投影光学系ＰＬの図１における下方に配置され、その底面に設けられた気体静圧軸受、例えばエアベアリングによって、不図示のベースの上方に非接触で支持されている。ウエハステージＷＳＴは、例えばリニアモータ及びボイスコイルモータなどを含むウエハステージ駆動系１２４によってＸ軸方向及びＹ軸方向に所定ストロークで駆動されるとともに、ＸＹ平面に直交するＺ軸方向及び回転方向、θｘ方向、θｙ方向及びθｚ方向に微小駆動される。
なお、本実施形態では、上述のように、ウエハステージＷＳＴが６自由度で駆動可能な単一のステージであるものとしたが、これに限らず、ＸＹ平面内で自在に移動可能なＸＹステージと、ＸＹステージ上でＺ，θｘ，θｙの３自由度方向で駆動されるテーブルとによってウエハステージＷＳＴを構成しても良い。
ウエハステージＷＳＴの位置情報は、位置計測系２００（図３参照）によって、常時検出され、制御装置５０に送られる。位置計測系２００は、Ｙ計測系２０Ｙ（図1参照）と、Ｘ計測系２０Ｘとを備えている。
Ｙ計測系２０Ｙは、図２（Ａ）に示されるように、光源ＬＤからのレーザ光ＢＹが、ビームスプリッタＢＳで分岐されてそれぞれ入射されるＹエンコーダユニット２８Ｙと、Ｙ干渉計ユニット２６Ｙと、を含む。
光源ＬＤは、コヒーレントな光、例えば波長λ（＝８５０ｎｍ）のレーザ光（以下、適宜、光と略述する）ＢＹを所定の光路、例えばＸ軸に平行な光路に沿って射出する。光ＢＹは、ビームスプリッタＢＳにより、２つの光、すなわち光ＢＹ１と光ＢＹ２とに分割される。２つの光ＢＹ１，ＢＹ２は、それぞれ、Ｙ干渉計ユニット（以下、適宜、Ｙ干渉計と略述する）２６Ｙ、Ｙエンコーダユニット（以下、適宜、Ｙエンコーダと略述する）２８Ｙに、供給される。
Ｙ干渉計２６Ｙとして、本実施形態では、測定パスを２つ有するダブルパス方式の干渉計が用いられている。図２（Ａ）には、Ｙ軸に平行な第１測定パスを通る測長ビーム（計測光）が符号Ｂ１で、Ｙ軸に平行な第２測定パスを通る計測光が符号Ｂ２で、それぞれ示されている。Ｙ干渉計２６Ｙでは、第１測定パスを通って計測光Ｂ１がウエハステージＷＳＴに設けられたＸＺ平面に平行な反射面３６Ｙに垂直に照射され、この計測光Ｂ１の反射光が、Ｙ干渉計２６Ｙの内部のコーナーキューブにより光路を折り返され、第２測定パスを通る計測光Ｂ２となって、反射面３６Ｙに垂直に再度照射される。そして、この計測光Ｂ２の反射光が、Ｙ干渉計２６Ｙ内部で発生した参照光と同軸に合成されてディテクタに入射する。ディテクタで受光された合成光の強度が、Ｙ干渉計２６Ｙが備える計測ユニット（不図示）で計測される。
合成光の強度は、Ｙ干渉計ユニット２６Ｙと反射面３６Ｙとの間のＹ軸方向に関する相対変位に対して、正弦的に変化する。そこで、Ｙ干渉計ユニット２６Ｙは、合成光の強度変化から、相対変位を求める。
その相対変位の情報（計測結果）は、制御装置５０に送信される。制御装置５０は、受信した計測結果から、ウエハステージＷＳＴのＹ軸方向に関する基準位置からの変位、すなわちＹ軸方向の位置（Ｙ位置）を算出する。
Ｙエンコーダ２８Ｙとしては、本実施形態では、回折干渉方式のエンコーダが用いられている。Ｙエンコーダ２８Ｙに供給された光ＢＹ２は、Ｙエンコーダ２８Ｙの筐体内部で折り曲げミラー（不図示）により光路が＋Ｙ方向に折り曲げられ、計測光（計測ビーム）ＢＥとして、ウエハステージＷＳＴに向けて送光される。
計測光ＢＥの光路は、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに直交する、Ｘ軸に平行な軸に一致している。すなわち、Ｙエンコーダ２８Ｙの測長軸は、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを通る。
計測光ＢＥの光路、すなわちＹエンコーダ２８Ｙの測長軸を基準として、平面視でＸ軸方向に等距離隔てて、かつＺ軸方向に所定距離隔てて、前述のＹ干渉計２６Ｙの２つの計測光Ｂ１，Ｂ２の光路（第１測定パス、第２測定パス）が配置されている。すなわち、Ｙ干渉計２６ＹのＹ軸方向に関する実施的な測長軸は、Ｙエンコーダ２８Ｙの測長軸に一致している。この場合、計測光ＢＥの光路と計測光Ｂ１，Ｂ２の光路とのＺ軸方向の離間距離は、可能な限り短くなるように、設定されている。
図２（Ａ）に示されるように、ウエハステージＷＳＴの−Ｙ側の側面には、Ｘ軸方向を長手方向とする四角柱状の光学部材３０Ｙが一体的に固定されている。光学部材３０Ｙは、図２（Ｂ）の断面図に示されるように、その２面が、該光学部材３０Ｙの−Ｙ側端面の一部、及び上面の一部をそれぞれ構成する状態で配設されたペンタプリズム（以下、適宜、プリズムと略述する）３２と、該ペンタプリズム３２を保持する保持部材３４とを有している。この場合、プリズム３２の＋Ｚ側の面と保持部材３４の＋Ｚ側の面とは、同一面となっている。同様に、プリズム３２の−Ｙ側の面と保持部材３４の−Ｙ側の面とは、同一面となっている。この場合、プリズム３２の保持部材３４との境界面には、図２（Ｂ）に示されるような反射面３２ａ，３２ｂ等がそれぞれ形成されている。
プリズム３２の＋Ｚ側の面には、Ｙ軸方向を周期方向とする透過型の回折格子から成る移動格子３７Ｙが設けられている。移動格子３７ＹのＸ軸方向の長さは、プリズム３２のＸ軸方向の長さにほぼ等しい。
移動格子３７Ｙに対向して、固定格子３８ＹがＸＹ平面に平行に配置されている。固定格子３８Ｙは、例えば、投影光学系ＰＬを支持する不図示の支持定盤の下面に固定されている。ここで、固定格子３８Ｙは、一面（−Ｚ側の面）にＹ軸方向を周期方向とする反射型の回折格子が形成されたＹ軸方向を長手方向とするプレートから成る。ここで、固定格子３８ＹのＹ軸方向の長さは、ウエハステージＷＳＴのＹ軸方向の移動ストロークをカバーするように設定されている。
計測光ＢＥは、図２（Ｂ）に示されるように、プリズム３２の−Ｙ側の面（すなわち光学部材３０Ｙの−Ｙ側の面の上半部）に対して垂直に照射される。計測光ＢＥは、プリズム３２の−Ｙ側の面を透過してプリズム３２内部に入射し、反射面３２ａ，３２ｂで順次反射されて、光路が＋Ｚ方向に折り曲げられ、プリズム３２の＋Ｚ側の面を透過して、外部へ射出される。ここで、ペンタプリズムは、定偏角プリズムの一種であり、入射光と射出光とは、プリズムの傾斜に関係なく、常に所定の位置関係、ここでは直交する関係を保つ。従って、プリズム３２（プリズム３２が固定されたウエハステージＷＳＴ）が傾斜しても、Ｙ軸に平行に入射した計測光ＢＥは必ずＺ軸に平行に射出される。また、反対に、プリズム３２の＋Ｚ側の面よりＺ軸に平行に入射する光は、反射面３２ｂ，３２ａを順次介して−Ｙ方向に光路が折り曲げられ、プリズム３２の−Ｙ側の面を透過して、外部に射出力される。
計測光ＢＥが、前述の如くプリズム３２を介して、下方（−Ｚ方向）から移動格子３７Ｙに垂直に照射されると、ＹＺ平面内で回折角の異なる複数の回折光が移動格子３７Ｙから発生する。図２（Ａ）及び図２（Ｂ）では、それら複数の回折光のうち＋１次回折光ＢＥ１、及び−１次回折光ＢＥ２が図示されている。
移動格子３７Ｙにて発生した回折光ＢＥ１，ＢＥ２は、固定格子３８Ｙに照射される。これにより、固定格子３８Ｙで、再度、ＹＺ平面内で回折角の異なる複数の回折光が発生する。この場合、移動格子３７Ｙにて発生した＋１次回折光ＢＥ１の−１次回折光、及び移動格子３７Ｙにて発生した−１次回折光ＢＥ２の＋１次回折光が、それぞれ元の回折光の光路に沿って移動格子３７Ｙに照射される。
固定格子３８Ｙからの上記±１次回折光は、移動格子３７Ｙを介して、同軸に集光（合成）される。合成光は、プリズム３２を介してその光路が−Ｙ方向に折り曲げられ、Ｙエンコーダ２８Ｙの筐体内部のディテクタ（不図示）によって受光される。ディテクタで受光された合成光の強度が、不図示の計測ユニットにより計測される。
ここで、合成光の強度は、固定格子３８Ｙにて発生する回折光が互いに干渉することにより、移動格子３７Ｙと固定格子３８Ｙとの間のＹ軸方向に関する相対変位に対して、正弦的に変化する。そこで、計測ユニットは、合成光の強度変化から回折光の位相差を検出し、その位相差から移動格子３７Ｙと固定格子３８Ｙとの間のＹ軸方向に関する相対変位を求める。
その相対変位の情報（計測結果）は、制御装置５０に送信される。制御装置５０は、受信した計測結果から、ウエハステージＷＳＴのＹ軸方向に関する基準位置からの変位、すなわちＹ軸方向の位置（Ｙ位置）を算出する。
Ｙエンコーダ２８Ｙは、干渉計のように、ウエハステージＷＳＴから戻ってくる計測光を別に用意した参照光と合成して、その合成光の強度を計測するのではなく、固定格子３８Ｙにて発生する回折光を移動格子３７Ｙを介して合成し、その合成光の強度を計測するものである。すなわち、計測光は、エンコーダの筐体内で合成されるのではなく、ウエハステージＷＳＴ側で合成される。従って、合成済みの計測光が、ウエハステージＷＳＴからＹエンコーダ２８Ｙに戻る間に、空気揺らぎを受けたとしても、合成光の強度変化より検出される２つの回折光の間の位相差は変化しない。従って、Ｙエンコーダ２８Ｙは、ウエハステージＷＳＴがＹエンコーダヘッド２８Ｙから離れても、空気揺らぎの影響を受け難い。従って、Ｙエンコーダヘッド２８Ｙを用いることにより高精度なウエハステージＷＳＴの位置計測が可能となる。
この場合において、移動格子３７Ｙにて発生する回折光の回折角は、計測光ＢＥの波長と移動格子３７Ｙのピッチとによって決まる。同様に、固定格子３８Ｙにて発生する回折光の回折角は、計測光ＢＥの波長と固定格子３８Ｙのピッチとによって決まる。従って、固定格子３８Ｙにて発生する回折光が移動格子３７Ｙを介して１つの光軸上に集光されるように、計測光ＢＥの波長と、移動格子３７Ｙのピッチと、固定格子３８Ｙのピッチと、に応じて、移動格子３７Ｙと固定格子３８ＹとのＺ軸方向の位置関係を適切に設定する必要がある。
なお、上では、移動格子３７Ｙと固定格子３８Ｙとで発生する複数の回折光のうち±１次回折光を用いる場合について説明したが、これに限らず、零次以外であれば任意の次数（±２次、±３次、…）の回折光を用いることとしても良い。この場合においても、固定格子３８Ｙにて発生する回折光が、移動格子３７Ｙを介して１つの光軸上に集光されるように、移動格子３７Ｙと固定格子３８ＹとのＺ軸方向の位置関係を適切に設定する必要がある。
説明が前後するが、前述のＹ干渉計２６Ｙからの計測光Ｂ１，Ｂ２が垂直に照射される反射面３６Ｙは、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示されるように、光学部材３０Ｙの−Ｙ側の面の一部、より詳細には、光学部材３０Ｙの−Ｙ側の面の下半部を構成する保持部材３４の−Ｙ側の端面に形成されている。ここで、反射面３６ＹのＸ軸方向の長さは、プリズム３０ＹのＸ軸方向の長さにほぼ等しく、Ｚ軸方向の幅は、ウエハステージＷＳＴのＺ軸方向の移動ストロークをカバーするように設定されている。
本実施形態では、Ｙエンコーダ２８ＹとウエハステージＷＳＴに固定された光学部材３０Ｙとの間の計測光ＢＥの光路長に対して、光学部材３０Ｙと固定格子３８Ｙとの間の光路長は、十分短くなっている。そして、前述のように、Ｙ干渉計２６ＹのＹ軸方向に関する実質的な測長軸は、Ｙエンコーダ２８Ｙの測長軸（計測光ＢＥの光路）に一致している。
上述の構成により、Ｙ計測系２０Ｙは、実質的に、共通の測長軸を有する２つの計測装置（Ｙ干渉計２６ＹとＹエンコーダ２８Ｙ）を、備えていることになる。そのため、各格子に製造誤差、取り付け誤差、及び経時的な変形などがなく、かつ空気揺らぎによる誤差がなければ、Ｙ干渉計２６ＹとＹエンコーダ２８Ｙとで、ウエハステージＷＳＴの回転・傾斜によるアッベ誤差、計測ビーム（計測光）の照射面の局所的な変形に伴う誤差等による、固有の計測誤差が解消される。換言すれば、格子に起因するエンコーダの計測誤差、及び空気揺らぎに起因する計測誤差が発生しなければ、Ｙ干渉計２６ＹとＹエンコーダ２８Ｙとで、等しい計測結果が得られることになる。
Ｘ位置計測系２０Ｘは、ウエハステージＷＳＴの＋Ｘ側又は−Ｘ側に配置され、図３に示されるように、Ｘ干渉計２６Ｘ、及びＸエンコーダ２８Ｘを含む。Ｘ位置計測系２０Ｘは、上述したＹ位置計測系２０Ｙと同様に構成されている。従って、ウエハステージＷＳＴの＋Ｘ側又は−Ｘ側の面には、光学部材３０Ｙと同様に構成された光学部材（便宜上３０Ｘとする）が固定されている。すなわち、本実施形態では、ウエハステージＷＳＴと光学部材３０Ｙと３０Ｘとによって移動体が構成されている。本実施形態では、この移動体を、適宜、ウエハステージＷＳＴと呼んでいる。後述する第２の実施形態においても同様である。また、Ｘ位置計測系２０Ｘの実質的な測長軸は、投影光学系ＰＬの光軸に直交する、Ｘ軸に平行な軸となっている。
ウエハステージＷＳＴのＹ位置を計測する位置計測系として、Ｙ計測系２０Ｙを導入することにより、Ｙ干渉計２６ＹとＹエンコーダ２８Ｙとを相補的に用いるウエハステージＷＳＴのＹ位置の計測が可能になる。また、ウエハステージＷＳＴのＸ位置を計測する位置計測系として、Ｘ計測系２０Ｘを導入することにより、Ｘ干渉計２６ＸとＸエンコーダ２８Ｘとを相補的に用いるウエハステージＷＳＴのＸ位置の計測が可能になる。
図３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）から成る制御装置５０を中心として構成されている。
上述のように構成された本実施形態の露光装置１００では、移動格子３７Ｙ及び固定格子３８Ｙに起因するＹエンコーダ２８Ｙの計測誤差を較正するための較正データを、次のようにして、露光処理の開始に先立って、予め作成する。すなわち、制御装置５０は、オペレータの指示に応じ、計測光Ｂ１，Ｂ２が空気揺らぎの影響を受けない程度の速度（低速度）で、Ｙ干渉計２６Ｙの計測値に基づいてウエハステージＷＳＴをＹ軸方向に駆動しつつ、Ｙエンコーダ２８Ｙ及びＹ干渉計２６Ｙの計測値を、所定のサンプリング間隔で同時に取り込む。そして、制御装置５０は、取り込んだサンプリングデータを用いて、Ｙエンコーダ２８Ｙの計測値を較正（補正）するための較正情報を算出し、メモリに記憶する。較正情報は、関数の形式でも、マップデータの形式でも良い。制御装置５０は、同様にして、Ｘエンコーダ２８Ｘの計測値を較正（補正）するための較正情報を算出し、メモリに記憶する。
本実施形態の露光装置１００では、通常のスキャナと同様の手順で、制御装置５０の指示の下、レチクルアライメント及びウエハアライメント系ＡＬＧのベースライン計測、並びにＥＧＡ等のウエハアライメントが行われる。そして、ウエハアライメント結果に基づいて、ステップ・アンド・スキャン方式の露光処理動作が行われ、レチクルＲのパターンがウエハＷ上の複数のショット領域にそれぞれ転写される。この露光処理動作は、ウエハＷの次のショット領域の露光のために加速開始位置にウエハＷを保持するウエハステージＷＳＴを移動させるショット間ステッピング動作と、前述の走査露光動作とを交互に繰り返すことで行われる。
制御装置５０は、上記の露光処理動作に際し、Ｙエンコーダ２８Ｙを用いてウエハステージＷＳＴのＹ位置を計測し、その計測結果を先に作成した較正情報を用いて較正（補正）するとともに、Ｘエンコーダ２８Ｘを用いてウエハステージＷＳＴのＸ位置を計測し、その計測結果を先に作成した較正情報を用いて較正（補正）する。そして、較正後のエンコーダ２８Ｙ、２８Ｘの計測値に基づいて、ウエハステージＷＳＴを駆動制御する。これにより、安定かつ高精度なウエハステージＷＳＴの駆動制御が可能となる。
なお、例えば、移動格子３７Ｙ上に異物が付着し、計測光ＢＥ（回折光ＢＥ１,ＢＥ２）が遮られて、Ｙエンコーダ２８ＹによるウエハステージＷＳＴの位置の計測が不能となるような異常が発生し得る。その様な異常が発生した際には、本実施形態では、制御装置５０が、直ちにＹ干渉計２６Ｙの計測値に基づいて、ウエハステージＷＳＴを駆動制御するように、制御方式を切り換えることも可能である。すなわち、通常時は、計測精度に優れるＹエンコーダ２８Ｙを使用し、Ｙエンコーダ２８Ｙの異常時には、安定性に優れるＹ干渉計２６Ｙを使用する、ハイブリッド方式の位置計測を行う。これにより、安定かつ高精度なウエハステージＷＳＴの駆動制御が可能となる。
以上説明したように、本実施形態の露光装置１００によると、Ｙ計測系２０Ｙを構成する、Ｙ干渉計２６ＹとＹエンコーダ２８Ｙとの、Ｙ軸方向に関する測長軸同士が実質的に一致している。このため、Ｙ干渉計２６Ｙ及びＹエンコーダ２８Ｙでそれぞれ計測されるウエハステージＷＳＴのＹ軸方向の位置情報には、ウエハステージＷＳＴのθｚ回転、あるいは局所的な変形などに起因する相互間の計測誤差が殆ど含まれなくなる。従って、前述の如く、低速度でウエハステージＷＳＴを駆動し、その駆動中にＹ干渉計２６ＹとＹエンコーダ２８Ｙとを用いてウエハステージＷＳＴの位置情報を計測すると、Ｙ干渉計２６Ｙの測長ビームＢ１，Ｂ２が空気揺らぎの影響を殆ど受けないので、Ｙ干渉計２６Ｙの計測値の信頼性が向上する。そして、このＹ干渉計２６Ｙの計測値を用いてＹエンコーダ２８Ｙの計測値の較正情報を作成することで、高精度な較正情報の作成が可能となる。
また、本実施形態の露光装置１００によると、上記と同様の理由により、Ｘ干渉計２６Ｘ及びＸエンコーダ２８Ｘでそれぞれ計測されるウエハステージＷＳＴのＸ軸方向の位置情報には、ウエハステージＷＳＴのθｚ回転、あるいは局所的な変形などに起因する相互間の計測誤差が殆ど含まれなくなる。また、前述と同様にして、Ｘ干渉計２６Ｘの計測値を用いてＸエンコーダ２８Ｘの計測値の較正情報を作成することで、高精度な較正情報の作成が可能となる。
そして、露光処理動作に際しては、Ｙエンコーダ２８Ｙの計測値と先に作成した較正情報、並びにＸエンコーダ２８Ｙの計測値と先に作成した較正情報とに基づいて、ウエハステージＷＳＴをＸＹ２次元方向に駆動制御する。これにより、空気揺らぎの影響を受けることがなく、かつ移動格子３７Ｙと固定格子３８Ｙに起因する計測誤差による影響がない、高精度なウエハステージＷＳＴの駆動制御が可能になる。また、本実施形態では、Ｙエンコーダ２８Ｙ及びＸエンコーダ２８Ｘの測長軸がいずれも投影光学系ＰＬの光軸を通るので、露光時などに、いわゆるアッベ誤差のない高精度なウエハステージＷＳＴをＸＹ２次元方向の位置計測、ひいては位置制御が可能になる。
従って、本実施形態の露光装置１００によると、ウエハＷ上の複数のショット領域にレチクルＲのパターンを精度良く転写することが可能になる。
なお、上記実施形態では、移動格子３７Ｙが、プリズム３２の上面（＋Ｚ側の面）に配置された場合について説明したが、これに限らず、例えば図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示されるように、移動格子３７Ｙを、プリズム３２の−Ｙ側の面に配置しても良い。ただし、この場合の移動格子３７Ｙは、固定格子３８Ｙの周期方向に対応するＺ軸方向を、その周期方向とする。この場合、計測光ＢＥが照射されて移動格子３７Ｙにて発生する±１次回折光ＢＥ１，ＢＥ２は、プリズム３２の反射面３２ａ，３２ｂを順次介して、＋Ｚ方向に光路が折り曲げられ、固定格子３８Ｙに照射される。これにより、固定格子３８Ｙにて複数の回折光が発生するが、そのうち、移動格子３７Ｙにて発生した＋１次回折光ＢＥ１の−１次回折光、及び移動格子３７Ｙにて発生した−１次回折光ＢＥ２の＋１次回折光が、それぞれ元の回折光の光路を辿って、反射面３２ｂ，３２ａを順次経由して−Ｙ方向に光路が折り曲げられ、移動格子３７Ｙを介して同軸上に合成され、不図示のディテクタに入射する。
移動格子３７Ｙは、上述の光学部材３０Ｙの＋Ｚ側の面、及び−Ｙ側の面に限らず、計測光ＢＥの光路上であって、かつウエハステージＷＳＴに固定された部材（又はウエハステージＷＳＴの一部）に配置するのであれば、その配置場所は任意に定めることができる。例えば、プリズム３２の反射面３２ａ，３２ｂの一方を反射型の回折格子とし、該回折格子を移動格子３７Ｙとして使用しても良い。ただし、回折格子の周期方向は、固定格子３８Ｙの周期方向に対応する方向とする。いずれの構成においても、前述した実施形態の構成と同等の効果を得ることができる。
なお、上記実施形態及び変形例では、単一の光源ＬＤを、Ｙ干渉計２６ＹとＹエンコーダ２８Ｙとで兼用する場合を例示したが、２つの光源を設け、それぞれを用いて、Ｙ干渉計２６ＹとＹエンコーダ２８Ｙに、光を供給しても良い。また、２つの光源のそれぞれを、Ｙ干渉計２６Ｙ、Ｙエンコーダ２８Ｙそれぞれの筐体の内部に収容しても良い。
《第２の実施形態》
次に、本発明の第２の実施形態を、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に基づいて説明する。ここで、前述した第１の実施形態と同一若しくは同等の構成部分については、同一の符号を用いるとともに、その説明を簡略化し若しくは省略するものとする。本第２の実施形態の露光装置は、第１の実施形態の露光装置と比べて、ウエハステージＷＳＴの位置を計測する位置計測系の構成が相違するのみである。そこで、以下では重複説明を避けるべく、相違点を中心として説明する。
本第２の実施形態では、図５（Ａ）に示されるように、前述の第１の実施形態のＹ計測系２０Ｙに代えて、Ｙ計測系としてＹ計測ユニット（以下、適宜、ユニットと略述する）２０Ｙ’が設けられている。Ｙ計測ユニット２０Ｙ’には、光源ＬＤからのレーザ光ＢＹがＸ軸に平行な光路に沿って入射されている。ただし、本第２の実施形態では、光源ＬＤとして、ゼーマン効果を利用した２周波レーザ（Ｈｅ−Ｎｅガスレーザ）が用いられている。この光源は、周波数安定化されたもので、ゼーマン効果を用いて２〜３ＭＨｚだけ振動数が異なり（従って波長が異なり）、かつ、偏光方向が互いに直交する２つの偏向成分を含むガウス分布の円形ビームから成るレーザビームを射出する。
Ｙ計測ユニット２０Ｙ’に入射した光ＢＹは、ユニット２０Ｙ’内部で光路が＋Ｙ方向に折り曲げられ、計測光Ｂ０として、ウエハステージＷＳＴに固定された光学部材３０Ｙの反射面３６Ｙ’に垂直に照射される。なお、計測光Ｂ０の光路（光軸）は、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに直交するように設定されている。
光学部材３０Ｙは、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示されるように、第１の実施形態と同様に構成されている。ただし、本第２の実施形態では、反射面３６Ｙ’が、プリズム３２の−Ｙ端面に形成されている。また、反射面３６Ｙ’は、偏光分離膜（又は半透過膜）から成り、入射光を偏光分離（又は二分割）する。反射面３６Ｙ’のＸ軸方向の長さは、光学部材３０ＹのＸ軸方向の長さにほぼ等しい。
Ｙ計測ユニット２０Ｙ’から射出される計測光Ｂ０が、光学部材３０Ｙに設けられた反射面３６Ｙ’に垂直に照射されると、反射面３６Ｙ’で偏光分離される。反射面３６Ｙ’を透過した光ＢＥが、第１の実施形態におけるＹエンコーダ２８Ｙの計測光ＢＥと同じ役割を果たす。すなわち、光ＢＥは、プリズム３２の２つの反射面３２ａ，３２ｂを順次経由して＋Ｚ方向に光路がり曲げられ、移動格子３７Ｙに照射される。これにより、ＹＺ平面内で回折角の異なる複数の回折光が発生する。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）では、それら複数の回折光のうち＋１次回折光ＢＥ１、及び−１次回折光ＢＥ２が図示されている。
移動格子３７Ｙにて発生した回折光ＢＥ１，ＢＥ２は、固定格子３８Ｙに照射される。これにより、固定格子３８Ｙで、再度、ＹＺ平面内で回折角の異なる複数の回折光が発生する。この場合、移動格子３７Ｙにて発生した＋１次回折光ＢＥ１の−１次回折光、及び移動格子３７Ｙにて発生した−１次回折光ＢＥ２の＋１次回折光が、それぞれ元の回折光の光路に沿って移動格子３７Ｙに照射される。
固定格子３８Ｙからの上記±１次回折光は、移動格子３７Ｙを介して、同軸上に集光（合成）される。合成光は、プリズム３２を介してその光路が−Ｙ方向に折り曲げられ、反射面３６Ｙ’に照射される。そして、合成光は、反射面３６Ｙ’を透過することにより、反射面３６Ｙ’で反射した計測光Ｂ０とさらに合成されて、Ｙ計測ユニット２０Ｙ’の筐体内部のディテクタによって受光される。ディテクタによって受光された合成光（以下、識別のため、第1の合成光と呼ぶ）の強度と位相が、不図示の計測ユニットにより計測される。この場合、計測ユニットは、第1の合成光の位相と、ユニット２０Ｙ’内で生成される参照光との位相とを比較し、第1の合成光の位相と参照光の位相との差から、ユニット２０Ｙ’と反射面３６Ｙ’との第１相対変位を検出する。なお、ヘテロダイン検波方式を採用することにより、固定格子３８Ｙからの±１次回折光の合成光（以下、識別のため、第２の合成光と呼ぶ）と参照光との位相差から分離して、反射面３６Ｙからの反射光と参照光との位相差を検出することができる。
一方、第１の合成光の強度は、固定格子３８Ｙにて発生する±１次回折光が互いに干渉することにより、移動格子３７Ｙと固定格子３８Ｙとの間のＹ軸方向に関する相対変位に対して、正弦的に変化する。そこで、計測ユニットは、第１の合成光の強度変化から、±１次回折光の互いの位相差を検出し、その位相差から移動格子３７Ｙと固定格子３８Ｙとの第２相対変位を求める。
第１、第２相対変位の計測結果は、制御装置５０に送られる。制御装置５０は、第１、第２相対変位の計測結果のそれぞれから、ウエハステージＷＳＴのＹ軸方向に関する基準位置からの変位、すなわちＹ軸方向の位置（Ｙ位置）を算出する。
なお、Ｙ計測ユニット２０Ｙ’の計測原理から明らかなように、Ｙ計測ユニット２０Ｙ’は、干渉計部とエンコーダ部とを一体的に備えた計測装置である。ここで、第１、第２相対変位の計測結果が、それぞれ干渉計部とエンコーダ部の計測結果に対応する。
Ｙ計測ユニット２０Ｙ’のエンコーダ部は、固定格子３８Ｙにて発生した回折光をウエハステージＷＳＴ側で合成し、その合成光をディテクタで受光するので、合成光がウエハステージＷＳＴからディテクタに戻る間に空気揺らぎを受けたとしても、計測誤差は発生しない。従って、Ｙ計測ユニット２０Ｙ’のエンコーダ部は、ウエハステージＷＳＴがＹ計測ユニット２０Ｙ’から離れても、空気揺らぎの影響を受け難い。従って、Ｙ計測ユニット２０Ｙ’のエンコーダ部を用いることにより高精度なウエハステージＷＳＴのＹ位置の計測が可能となる。
なお、上では、移動格子３７Ｙと固定格子３８Ｙとで発生する複数の回折光のうち±１次回折光を用いることとしたが、零次以外であれば任意の次数（±２次、±３次、…）の回折光を用いることとしても良い。この場合においても、固定格子３８Ｙにて発生する回折光が、移動格子３７Ｙを介して１つの光軸上に集光されるように、移動格子３７Ｙと固定格子３８ＹとのＺ軸方向の位置関係を適切に設定する必要がある。
本第２の実施形態では、Ｙ計測ユニット２０Ｙ’とウエハステージＷＳＴに固定された光学部材３０Ｙとの間の計測光Ｂ０の光路長に対して、光学部材３０Ｙと固定格子３８Ｙとの間の光路長は、十分短くなっている。そして、Ｙ計測ユニット２０Ｙ’の干渉計部とエンコーダ部とは測長軸が共通である。
上述の構成により、Ｙ計測ユニット２０Ｙ’は、共通の測長軸を有する２つの計測部（干渉計部とエンコーダ部）を、備えていることになる。そのため、各格子に製造誤差、取り付け誤差、及び経時的な変形などがなく、かつ空気揺らぎによる誤差がなければ、干渉計部とエンコーダ部とで、ウエハステージＷＳＴの回転・傾斜によるアッベ誤差、計測ビーム（計測光）の照射面の局所的な変形に伴う誤差等による、固有の計測誤差が解消される。換言すれば、格子に起因するエンコーダ部の計測誤差、及び空気揺らぎに起因する計測誤差が発生しなければ、干渉計部とエンコーダ部とで、等しい計測結果が得られることになる。
また、本第２の実施形態では、ウエハステージＷＳＴのＸ位置を計測するために、Ｙ計測ユニット２０Ｙ’と同様の構成のＸ計測ユニット（不図示）が、ウエハステージＷＳＴの＋Ｘ側又は−Ｘ側に配置されている。Ｘ位置計測ユニットは、測長軸は、投影光学系ＰＬの光軸に直交する、Ｘ軸に平行な軸となっている。
ウエハステージＷＳＴのＹ位置を計測する位置計測系として、Ｙ計測ユニット２０Ｙ’を導入することにより、Ｙ計測ユニット２０Ｙ’の干渉計部とエンコーダ部とを相補的に用いるウエハステージＷＳＴのＹ位置の計測が可能になる。また、ウエハステージＷＳＴのＸ位置を計測する位置計測系として、Ｘ計測ユニットを導入することにより、Ｘ計測ユニットの干渉計部とエンコーダ部とを相補的に用いるウエハステージＷＳＴのＸ位置計測が可能になる。
本第２の実施形態の露光装置は、その他の部分の構成などは、第１の実施形態と同様になっている。
上述のように構成された本第２の実施形態の露光装置では、Ｙ計測ユニット２０Ｙ’のエンコーダ部及び干渉計部は、ウエハステージＷＳＴに固定された光学部材３０Ｙ（見方を変えれば、光学部材３０Ｙは、ウエハステージＷＳＴと光学部材３０Ｙとを含む移動体の一部である）を、それぞれ含むので、エンコーダ部の計測光の光路と、干渉計部の計測光の光路とを、一致させることができる、すなわち。エンコーダ部及び干渉計部の測長軸を一致させることができる。また、Ｘ計測ユニットを構成する、エンコーダ部及び干渉計部の測長軸を一致させることができる。
従って、本第２の実施形態の露光装置によると、前述した第１の実施形態と同等の効果を得ることができる。これに加え、Ｙ計測ユニット２０Ｙ’のエンコーダ部及び干渉計部が共通の光学部材３０Ｙをそれぞれの一部に含むので、エンコーダ部及び干渉計部とが全く別々である場合に比べて、部品点数の削減が可能である。
なお、上記第２の実施形態では、移動格子３７Ｙが、プリズム３２の上面（＋Ｚ側の面）に配置された場合について説明したが、これに限らず、例えば図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示されるように、プリズム３２の−Ｙ側の面に、反射面を兼ねる移動格子３７Ｙ’を配置しても良い。ただし、この場合の移動格子３７Ｙ’は、固定格子３８Ｙの周期方向に対応するＺ軸方向を、その周期方向とする。この場合、計測光Ｂ０が照射されて移動格子３７Ｙ’にて発生する回折光ＢＥ１，ＢＥ２は、プリズム３２の反射面３２ａ，３２ｂを順次介して、＋Ｚ方向に光路が折り曲げられ、固定格子３８Ｙに照射される。そして、固定格子３８Ｙにて発生する回折光は、もとの回折光の光路を辿って、反射面３２ｂ，３２ａを順次経由して−Ｙ方向に光路が折り曲げられ、移動格子３７Ｙ’を介して同軸上に合成される。
そして、この合成光は、移動格子３７Ｙ’で反射された計測光Ｂ０の反射光とさらに合成されて、−Ｙ方向に進み、Ｙ計測ユニット２０Ｙ’の内部のディテクタによって受光される。この構成においても、上述の構成と同様の効果が得られる。
上記各実施形態及び各変形例では、ウエハステージＷＳＴの端部に光学部材が固定された場合について例示したが、ウエハステージＷＳＴの一部にプリズム３２が嵌合する切り欠きを形成し、この切り欠きにプリズム３２を嵌合させても良い。また、上記各実施形態及び各変形例では、ペンタプリズム３２を用いるものとしたが、これに限らず、入射光と射出光の光路を９０度変換できるのであれば、如何なる光学素子を用いても良い。例えば、ペンタプリズムに代えてペンタミラーを用いることも可能である。
また、上記各実施形態又は各変形例において、ウエハステージＷＳＴのＹ位置を計測するためのＹ計測系（２０Ｙ又は２０Ｙ’）を、Ｘ軸方向に所定距離隔てて２つ設けても良い。かかる場合には、ウエハステージＷＳＴのＹ位置とともにヨーイングθｚ（Ｚ軸回りの回転）を計測することが可能になる。この場合において、２つのＹ計測系（２０Ｙ又は２０Ｙ’）の測長軸が、投影光学系ＰＬの光軸に直交するＹ軸に平行な軸から、等距離となるように、２つのＹ計測系を配置することができる。かかる場合には、２つのＹ計測系の計測値の平均値に基づいて、アッベの誤差なく、ウエハステージＷＳＴのＹ位置を計測することができる。Ｙ計測系（２０Ｙ又は２０Ｙ’）と同様の構成のＸ計測系をＹ軸方向に所定距離隔てて２つ設けても良い。
あるいは、ウエハステージＷＳＴのＹ軸方向の両側に、それぞれ１つ、Ｙ計測系（２０Ｙ又は２０Ｙ’）を配置しても良い。この場合、ウエハステージＷＳＴのＹ軸方向の両端部に、光学部材３０Ｙ、移動格子３７Ｙを設ける。この構成においても、上述の配置と同じ効果が得られる。Ｙ計測系（２０Ｙ又は２０Ｙ’）と同様の構成のＸ計測系をウエハステージＷＳＴの＋Ｘ側及び−Ｘ側に設けても良い。
なお、ウエハステージＷＳＴの＋Ｘ，−Ｘ、＋Ｙ及び−Ｙ側のうち、任意の方向にＸ計測系とＹ計測系とを、合計で２つ以上配置する場合には、それらの全て又は任意の２つ以上の計測系で、光源を共通にしても良い。この場合において、各計測系を構成するエンコーダ（第１計測装置）と干渉計（第２計測装置）との一方のみを、光源を共通にしても良いし、各計測系を構成するエンコーダ（第１計測装置）と干渉計（第２計測装置）との両方で光源を共通にしても良い。
また、上記各実施形態及び各変形例等では、Ｙ計測系及びＸ計測系がともに、エンコーダと干渉計とを有す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、上記各実施形態の露光装置は、スキャナであるから、走査方向であるＹ軸方向についてのみ、ウエハステージＷＳＴの高精度な位置計測及び位置制御が可能なＹ計測系を用い、非走査方向であるＸ軸方向に関するウエハステージＷＳＴの位置を計測するＸ計測系は、干渉計及びエンコーダの一方のみを用いて構成しても良い。
なお、エンコーダの構成は、上記各実施形態及び各変形例で説明したものに限られない。例えば、上記各実施形態及び各変形例では、エンコーダが、ウエハステージＷＳＴの一部に配置された移動格子とウエハステージＷＳＴの外部（上方）に配置された固定格子とを備えている場合を例示したが、これに限らず、エンコーダは、いずれか一方の格子のみを備えていても良い。例えば、ウエハステージＷＳＴの外部（上方）にのみ格子を配置する場合には、ウエハステージＷＳＴに設けられた反射面を介してその格子に計測光が照射され、その格子からの回折光がその反射面を介して受光系に戻る構成を採用することができる。この場合、受光系内に戻り光（回折光）を干渉させる格子などの光学部材が設けられる。また、ウエハステージＷＳＴの一部にのみ格子を配置する場合、同様に、受光系内に、その格子からの回折光を干渉させる格子などの光学部材が設ければ良い。要は、反射面に照射される計測光と、格子に照射される計測光とが、同一の光学系の少なくとも一部を共通に経由して、Ｙ軸方向（又はＸ軸方向）に平行な光路に沿ってそれぞれ反射面、格子に照射されれば良い。これにより、両者の光路を近接させることが可能となる。
また、これまでの説明では、干渉計の計測光が照射される反射面と、エンコーダの計測光が照射される反射面（又は格子）が設けられる部材は、ウエハステージＷＳＴとは別の部材であるものとしたが、これに限らず、ウエハステージＷＳＴに一体的にそれら反射面（又は格子）を形成しても良い。
また、干渉計として、Ｘ軸方向位置計測用及び/又はＹ軸方向位置計測用の干渉計に代え、あるいは加え、Ｚ軸方向位置計測用の干渉計を設けても良い。
また、上記各実施形態では、前述の較正データを用いて、ウエハステージの位置を調整するものとしたが、ウエハステージの位置はエンコーダの計測値に基づいて制御し、レチクルステージの位置を、上記較正データを用いて調整しても良い。
また、上記各実施形態では、干渉計は、エンコーダの較正（キャリブレーション）用及び／又はバックアップ用として用いられるものとしたが、干渉計の用途はこれらに限られるものではなく、例えばエンコーダと併用してウエハステージの位置を制御しても良い。
なお、上述の各実施形態では、ウエハステージＷＳＴの位置計測にエンコーダと干渉計を備えた計測系を用いる場合について説明したが、これに限らず、レチクルステージＲＳＴの位置計測にエンコーダと干渉計を備えた計測系を用いることも可能である。
また、上記各実施形態では、本発明が、液体（水）を介さずにウエハＷの露光を行うドライタイプの露光装置に適用された場合について説明したが、これに限らず、例えば例えば国際公開第９９／４９５０４号パンフレット、欧州特許出願公開第１,４２０,２９８号明細書、国際公開第２００４／０５５８０３号パンフレット、特開２００４−２８９１２６号公報（対応米国特許第６,９５２,２５３号明細書）などに開示されているように、投影光学系とプレートとの間に照明光の光路を含む液浸空間を形成し、投影光学系及び液浸空間の液体を介して照明光でプレートを露光する露光装置にも本発明を適用することができる。
また、上記各実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式等の走査型露光装置に本発明が適用された場合について説明したが、これに限らず、ステッパなどの静止型露光装置に本発明を適用しても良い。ステッパなどであっても、露光対象の物体が搭載されたステージの位置を上記実施形態と同様に、エンコーダを用いて計測することができるので、同様の効果を得ることができる。また、ショット領域とショット領域とを合成するステップ・アンド・スティッチ方式の縮小投影露光装置、プロキシミティー方式の露光装置、又はミラープロジェクション・アライナーなどにも本発明は適用することができる。さらに、例えば米国特許第６，５９０，６３４号明細書、米国特許第５，９６９，４４１号明細書、米国特許第６，２０８，４０７号明細書などに開示されているように、複数のウエハステージを備えたマルチステージ型の露光装置にも本発明を適用できる。また、例えば国際公開第２００５／０７４０１４号パンフレットなどに開示されているように、ウエハステージとは別に、計測部材（例えば、基準マーク、及び／又はセンサなど）を含む計測ステージを備える露光装置にも本発明は適用が可能である。
また、上記各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。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、上記各実施形態の露光装置の光源は、ＡｒＦエキシマレーザに限らず、ＫｒＦエキシマレーザ（出力波長２４８ｎｍ）、Ｆ2レーザ（出力波長１５７ｎｍ）、Ａｒ2レーザ（出力波長１２６ｎｍ）、Ｋｒ2レーザ（出力波長１４６ｎｍ）などのパルスレーザ光源、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）などの輝線を発する超高圧水銀ランプなどを用いることも可能である。また、ＹＡＧレーザの高調波発生装置などを用いることもできる。この他、例えば米国特許第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、上記各実施形態では、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。
なお、上述の各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Ｗ上に形成することによって、ウエハＷ上にデバイスパターンを形成する露光装置（リソグラフィシステム）にも本発明を適用することができる。
さらに、例えば米国特許第６，６１１，３１６号明細書に開示されているように、２つのレチクルパターンを投影光学系を介してウエハ上で合成し、１回のスキャン露光によってウエハ上の１つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置にも本発明を適用することができる。
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、上記各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、上記実施形態では、エンコーダ（第１計測装置）と干渉計（第２計測装置）とを備えた（位置計測系を含む）本発明の移動体装置が、露光装置に適用された場合について説明したが、これに限らず、他の装置に適用しても良い。例えばレチクルパターンの位置や線幅などを計測する検査装置などにも、本発明の移動体装置は好適に適用できる。
なお、これまでの説明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。
半導体素子などの電子デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたレチクルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、前述した実施形態の露光装置（パターン形成装置）によりレチクルのパターンをウエハに転写するリソグラフィステップ、露光されたウエハを現像する現像ステップ、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト除去ステップ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、検査ステップ等を経て製造される。この場合、リソグラフィステップで、上記実施形態の露光装置を用いて前述の露光方法が実行され、ウエハ上にデバイスパターンが形成されるので、高集積度のデバイスを生産性良く製造することができる。
本発明の移動体装置は、所定平面に沿って少なくとも一軸方向に移動体を駆動するのに適している。また、本発明の露光装置は、エネルギビームを照射して物体上にパターンを形成するのに適している。また、本発明のパターン形成装置は、物体上にパターンを形成するのに適している。また、本発明のデバイス製造方法は、半導体素子などの電子デバイスを製造するのに適している。

Claims (33)

  1. 所定平面に沿って少なくとも一軸方向に移動する移動体と；
    前記一軸方向の第１光路を少なくとも一部に含む光路に沿って第１計測光が照射される前記移動体に設けられた移動格子と、該移動格子にて発生する回折光が照射される前記移動体外に設けられた前記一軸方向を周期方向とする固定格子と、前記第１計測光の光路を前記固定格子に向けて折り曲げる前記移動体の一部を構成する光学部材と、前記固定格子からの回折光を前記移動格子を介して受光する受光系と、を含み、前記移動体の前記一軸方向の位置情報を計測する第１計測装置と；
    前記第１光路に近接する又は重なる前記一軸方向の第２光路に沿って第２計測光を前記光学部材の一面に設けられた反射面に照射し、該反射面からの反射光を受光することによって、前記移動体の前記一軸方向の位置情報を計測する第２計測装置と；
    を備える移動体装置。
  2. 請求項１に記載の移動体装置において、
    前記第１及び第２計測光は、同一の光源から供給され、
    前記反射面は、半透過性の反射面であり、
    前記同一の光源から射出される光を前記反射面に照射し、該反射面にて発生する透過光と反射光のそれぞれを前記第１、第２計測光として使用する移動体装置。
  3. 請求項１又は２に記載の移動体装置において、
    前記移動格子と前記固定格子の離間距離は、前記第１光路の距離に対して十分に短い移動体装置。
  4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の移動体装置において、
    前記移動格子は、前記固定格子の周期方向に対応する方向を周期方向とする移動体装置。
  5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の移動体装置において、
    前記移動格子は、前記光学部材の前記一面又は異なる一面に設けられる移動体装置。
  6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の移動体装置において、
    前記移動格子は、前記所定平面に平行な面に設けられる移動体装置。
  7. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の移動体装置において、
    前記移動格子は、前記第１光路と直交する面に設けられる移動体装置。
  8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の移動体装置において、
    前記受光系は、前記回折光と前記反射光をそれぞれ受光して、前記第１及び第２計測装置の計測結果に対応する信号を出力する第１及び第２受光素子を含む移動体装置。
  9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の移動体装置において、
    前記受光系は、前記回折光と前記反射光との合成光を受光して、該合成光の強度と位相のそれぞれに基づいて、前記第１及び第２計測装置の計測結果に対応する信号を出力する受光素子を含む移動体装置。
  10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の移動体装置において、
    前記移動体を駆動する駆動装置と；
    前記第１及び第２計測装置を含む位置計測系の計測結果に基づいて、前記駆動装置を制御する制御装置と；
    をさらに備える移動体装置。
  11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の移動体装置において、
    前記移動体は、前記所定平面内で前記一軸方向に直交する方向にさらに移動し、
    前記位置計測系に含まれる、前記直交する方向の第３光路に沿って前記移動体に照射される第３計測光を用いる前記第１計測装置と同様の構成の第３計測装置と、前記第３光路に近接する又は重なる前記直交する方向の第４光路に沿って前記移動体に照射される第４計測光を用いる前記第２計測装置と同様の構成の第４計測装置と、をさらに備える移動体装置。
  12. 所定平面に沿って少なくとも一軸方向に移動する移動体と；
    前記一軸方向の第１光路を少なくとも一部に含む光路に沿って第１計測光を前記移動体の一部を介して前記移動体外に設けられた前記一軸方向を周期方向とする固定格子に照射し、該固定格子からの回折光を前記移動体の一部を介して受光することによって、前記移動体の前記一軸方向の位置情報を計測する第１計測装置と；
    前記一軸方向の第２光路に沿って第２計測光を前記移動体の一部に照射し、該移動体からの前記第２計測光の戻り光を受光することによって、前記移動体の前記一軸方向の位置情報を計測する第２計測装置と；
    を備え、
    前記第１及び第２計測装置は、前記移動体の一部を構成する共通の光学部材をそれぞれ含む移動体装置。
  13. 請求項１２に記載の移動体装置において、
    前記光学部材は、前記第１計測光が照射される、前記固定格子の周期方向に対応する方向を周期方向とする移動格子と、前記第２計測光を反射する反射面と、を有する移動体装置。
  14. 請求項１３に記載の移動体装置において、
    前記移動格子は、前記所定平面に平行な面に設けられる移動体装置。
  15. 請求項１３に記載の移動体装置において、
    前記移動格子は、前記第１光路と直交する面に設けられる移動体装置。
  16. 請求項１５に記載の移動体装置において、
    前記移動格子の一面は前記反射面を兼ねる移動体装置。
  17. 請求項１２〜１６のいずれか一項に記載の移動体装置において、
    前記光学部材は、前記第１計測光の光路を前記固定格子に向けて折り曲げる部材をさらに有する移動体装置。
  18. 請求項１２〜１７のいずれか一項に記載の移動体装置において、
    前記第１及び第２計測光は、同一の光源から供給される移動体装置。
  19. 請求項１８に記載の移動体装置において、
    前記反射面は、半透過性の反射面であり、
    前記同一の光源から射出される光を前記反射面に照射し、該反射面にて発生する透過光と反射光のそれぞれを前記第１、第２計測光として使用する移動体装置。
  20. 請求項１２〜１９のいずれか一項に記載の移動体装置において、
    前記第１、第２計測装置は、共通の受光素子を含み、
    前記共通の受光素子は、前記回折光と前記戻り光との合成光を受光し、該合成光の強度と位相のそれぞれに基づいて、前記第１及び第２計測装置の計測結果に対応する信号を出力する移動体装置。
  21. 請求項１２〜２０のいずれか一項に記載の移動体装置において、
    前記移動体を駆動する駆動装置と；
    前記第１及び第２計測装置を含む位置計測系の計測結果に基づいて、前記駆動装置を制御する制御装置と；をさらに備える移動体装置。
  22. 請求項１２〜２１のいずれか一項に記載の移動体装置において、
    前記移動体は、前記所定平面内で前記一軸方向に直交する方向にさらに移動し、
    前記直交する方向の第３光路を少なくとも一部に含む光路に沿って第３計測光を前記移動体の一部を介して前記移動体外に設けられた前記直交する方向を周期方向とする固定格子に照射する前記第１計測装置と同様の構成の第３計測装置と；
    前記直交する方向の第４光路に沿って第４計測光を前記移動体の一部に照射する前記第２計測装置と同様の構成の第４計測装置と；をさらに備える移動体装置。
  23. 所定平面に沿って少なくとも一軸方向に移動する移動体と；
    光学系を経由し前記移動体に向かう前記一軸方向の第１光路を含む光路に沿って第１計測光を、前記移動体の外部に設けられた第１格子に前記移動体の一部を構成する第１光学部材を介して照射し、前記第１格子からの回折光を受光することによって、前記移動体の前記一軸方向の位置情報を計測する第１計測装置と；
    前記光学系の少なくとも一部の第２光学部材を経由した第２計測光を前記第１光路に平行な第２光路に沿って前記第１光学部材に照射し、該第１光学部材からの前記第２計測光の戻り光を受光することによって、前記移動体の前記一軸方向の位置情報を計測する第２計測装置と；を備える移動体装置。
  24. 請求項２３に記載の移動体装置において、
    前記第１格子は、前記移動体外に設けられた前記一軸方向を周期方向とする固定格子であり、
    前記移動体に設けられ、前記固定格子の周期方向に対応する方向を周期方向とする第２格子をさらに備える移動体装置。
  25. 請求項２４に記載の移動体装置において、
    前記第１光学部材には、前記第２計測光を反射する反射面が設けられている移動体装置。
  26. 請求項２３〜２５のいずれか一項に記載の移動体装置において、
    前記光学系は、入射された光を分岐して、前記第１計測光と前記第２計測光とを生成する光分岐部材を有する移動体装置。
  27. 請求項２３〜２６のいずれか一項に記載の移動体装置において、
    前記第１計測光と前記第２計測光とは、同一の光源からの光である移動体装置。
  28. 請求項２３又は２４に記載の移動体装置において、
    前記第１光学部材には、半透過性の反射面が設けられ、
    同一の光源から射出される光を前記反射面に照射し、該反射面にて発生する透過光と反射光のそれぞれを前記第１、第２計測光として使用する移動体装置。
  29. エネルギビームを照射して物体上にパターンを形成する露光装置であって、
    前記パターンを形成するために、前記物体を保持する移動体を所定平面に沿って駆動する請求項１〜２８のいずれか一項に記載の移動体装置を備える露光装置。
  30. 物体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移動可能な移動体と；
    前記物体上にパターンを形成するパターン生成装置と；
    前記移動体を所定平面内で駆動する請求項１〜２８のいずれか一項に記載の移動体装置と；
    を備えるパターン形成装置。
  31. 請求項３０に記載のパターン形成装置において、
    前記物体は感応層を有し、
    前記パターン生成装置は、前記感応層にエネルギビームを照射することによって、前記パターンを形成するパターン形成装置。
  32. 請求項２９に記載の露光装置を用いて、物体上にパターンを形成する工程と；
    前記パターンが形成された前記物体に処理を施す工程と；
    を含むデバイス製造方法。
  33. 請求項３０又は３１に記載のパターン形成装置を用いて、物体上にパターンを形成する工程と；
    前記パターンが形成された前記物体に処理を施す工程と；
    を含むデバイス製造方法。
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