JP5686303B2 - 露光方法及び露光装置、並びにデバイス製造方法 - Google Patents

露光方法及び露光装置、並びにデバイス製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、露光方法及び露光装置、並びにデバイス製造方法に係り、特に、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用いられる露光方法及び露光装置、並びに前記露光方法又は露光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）を製造するリソグラフィ工程では、主として、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）、あるいはステップ・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等の基板（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２次元方向に駆動される。ウエハステージの位置は、一般的に、長期に渡って高い安定性を有するレーザ干渉計を用いて、計測されていた。
しかし、近年、半導体素子の高集積化に伴うパターンの微細化に伴い、重ね合わせ精度の要求が厳しくなり、レーザ干渉計のビーム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オーバレイバジェット中の大きなウエイトを占めるようになった。
そこで、レーザ干渉計と同程度以上の計測分解能を有し、一般的に干渉計に比べて空気揺らぎの影響を受けにくいエンコーダを、ウエハステージの位置計測装置として採用する露光装置を、発明者は先に提案した（例えば、特許文献１参照）。発明者らが、種々の実験等を行った結果、エンコーダのヘッドから、回折格子が形成されたスケールに一定時間以上計測ビームを照射し続けると、スケールが熱膨張により微小変形し、この微小変形が無視できない程度の計測誤差の要因となり得ることが、最近になって判明した。
国際公開第２００７／０９７３７９号
本発明は、第１の観点からすると、エネルギビームで物体を露光する露光方法であって、前記物体を保持して所定平面内で移動可能な移動体とその外部との一方に計測面が設置されかつ他方にヘッドが設置される位置計測系を用いて、前記移動体の位置情報を計測し、その位置情報に基づいて前記移動体を駆動することと、前記ヘッドからの計測ビームの照射によって、前記計測面での熱応力、変形量の少なくとも１つを含む物理量が許容値を越えるのを阻止することとを含み、前記阻止のため、前記移動体を前記所定平面内で駆動する第１の露光方法である。
本発明は、第２の観点からすると、エネルギビームで物体を露光する露光方法であって、前記物体を保持して所定平面内で移動可能な移動体とその外部との一方に計測面が設置されかつ他方にヘッドが設置される位置計測系を用いて、前記移動体の位置情報を計測し、その位置情報に基づいて前記移動体を駆動することと、前記ヘッドからの計測ビームの照射によって、前記計測面での熱応力、変形量の少なくとも１つを含む物理量が許容値を越えるのを阻止することと、を含み、前記阻止のため、前記計測面を前記計測ビームの照射位置から外す第２の露光方法である。
本発明は、第３の観点からすると、エネルギビームで物体を露光する露光方法であって、前記物体を保持して所定平面内で移動可能な移動体とその外部との一方に計測面が設置されかつ他方にヘッドが設置される位置計測系を用いて、前記移動体の位置情報を計測し、その位置情報に基づいて前記移動体を駆動することと、前記ヘッドからの計測ビームの照射によって、前記計測面での熱応力、変形量の少なくとも１つを含む物理量が許容値を越えるのを阻止することと、を含み、前記阻止のため、前記計測ビームの光路に遮光部材を配置する、あるいは前記計測ビームの強度を低下させる第３の露光方法である。
本発明は、第４の観点からすると、エネルギビームで物体を露光する露光方法であって、前記物体を保持して所定平面内で移動可能な移動体とその外部との一方に計測面が設置されかつ他方にヘッドが設置される位置計測系を用いて、前記移動体の位置情報を計測し、その位置情報に基づいて前記移動体を駆動することと、前記ヘッドからの計測ビームの照射によって、前記計測面での熱応力、変形量の少なくとも１つを含む物理量が許容値を越えるのを阻止することと、を含み、前記阻止は、前記物体の露光シーケンスの異常時、及び／又は前記移動体を使わない期間中に行われる第４の露光方法である。
ここで、物理量は、計測ビームの照射によって生じる計測面での変形（熱応力に起因する歪みを含む）に関連する物理量を意味する。
第１ないし第４の露光方法によれば、位置計測系を用いて、移動体の位置情報が計測され、その位置情報に基づいて移動体が駆動される。また、計測ビームの照射によって、位置計測系の計測面での熱応力、変形量の少なくとも１つを含む物理量が許容値を越えるのが阻止される。従って、照射熱に起因する計測面の歪みを抑えることができ、これにより、常に、高い位置計測精度を維持し、移動体の駆動精度を保障することが可能になる。
本発明は、第５の観点からすると、第１ないし第４の露光方法のいずれかを用いて物体を露光することと、露光された前記物体を現像することと、を含むデバイス製造方法である。
本発明は、第６の観点からすると、エネルギビームで物体を露光する露光装置であって、前記物体を保持して所定平面内で移動可能な移動体と、前記移動体及び該移動体の外部との他方に設置されたヘッドを有し、該ヘッドから前記移動体及び該移動体の外部との一方に設置された計測面に計測ビームを照射し、その反射光を受光して前記移動体の位置情報を計測する位置計測系と、前記位置情報に基づいて前記移動体を駆動する駆動系と、前記計測ビームの照射によって、前記計測面での熱応力、変形量の少なくとも１つを含む物理量が許容値を越えるのを阻止する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記阻止のため、前記駆動系を介して前記移動体を前記所定平面内で駆動する第１の露光装置である。
本発明は、第７の観点からすると、エネルギビームで物体を露光する露光装置であって、前記物体を保持して所定平面内で移動可能な移動体と、前記移動体及び該移動体の外部との他方に設置されたヘッドを有し、該ヘッドから前記移動体及び該移動体の外部との一方に設置された計測面に計測ビームを照射し、その反射光を受光して前記移動体の位置情報を計測する位置計測系と、前記位置情報に基づいて前記移動体を駆動する駆動系と、前記計測ビームの照射によって、前記計測面での熱応力、変形量の少なくとも１つを含む物理量が許容値を越えるのを阻止する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記阻止のため、前記計測面を前記計測ビームの照射位置から外す第２の露光装置である。
本発明は、第８の観点からすると、エネルギビームで物体を露光する露光装置であって、前記物体を保持して所定平面内で移動可能な移動体と、前記移動体及び該移動体の外部との他方に設置されたヘッドを有し、該ヘッドから前記移動体及び該移動体の外部との一方に設置された計測面に計測ビームを照射し、その反射光を受光して前記移動体の位置情報を計測する位置計測系と、前記位置情報に基づいて前記移動体を駆動する駆動系と、前記計測ビームの照射によって、前記計測面での熱応力、変形量の少なくとも１つを含む物理量が許容値を越えるのを阻止する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記阻止のため、前記計測ビームの光路に遮光部材を配置する、あるいは前記計測ビームの強度を低下させる第３の露光装置である。
本発明は、第９の観点からすると、エネルギビームで物体を露光する露光装置であって、前記物体を保持して所定平面内で移動可能な移動体と、前記移動体及び該移動体の外部との他方に設置されたヘッドを有し、該ヘッドから前記移動体及び該移動体の外部との一方に設置された計測面に計測ビームを照射し、その反射光を受光して前記移動体の位置情報を計測する位置計測系と、前記位置情報に基づいて前記移動体を駆動する駆動系と、前記計測ビームの照射によって、前記計測面での熱応力、変形量の少なくとも１つを含む物理量が許容値を越えるのを阻止する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記阻止を、前記物体の露光シーケンスの異常時、及び／又は前記移動体を使わない期間中に行う第４の露光装置である。
第１ないし第４の露光装置によれば、位置計測系により移動体の位置情報が計測され、その位置情報に基づいて駆動系により移動体が駆動される。また、制御装置により、計測ビームの照射によって、位置計測系の計測面での熱応力、変形量の少なくとも１つを含む物理量が許容値を越えるのが阻止される。従って、照射熱に起因する計測面の歪みを抑えることができ、これにより、常に、高い位置計測精度を維持し、移動体の駆動精度を保障することが可能になる。
本発明は、第１０の観点からすると、第１ないし第４の露光装置のいずれかを用いて物体を露光することと、露光された前記物体を現像することと、を含むデバイス製造方法である。
一実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。 ウエハステージを示す平面図である。 図１の露光装置が備えるステージ装置及び干渉計の配置を示す平面図である。 図１の露光装置が備えるステージ装置及びセンサユニットの配置を示す平面図である。 エンコーダヘッド（Ｘヘッド、Ｙヘッド）とアライメント系の配置を示す平面図である。 Ｚヘッドと多点ＡＦ系の配置を示す平面図である。 一実施形態に係る露光装置の制御系の主要な構成を示すブロック図である。 ウエハステージの第１待機位置（アンローディングポジション）を示す図である。 ウエハステージの第２待機位置（ローディングポジション）を示す図である。 スケール上の同一箇所へのエンコーダヘッド及びＺヘッドからの計測ビームの連続照射を避けるためのステージ駆動方法の一例を説明するための図である。 スケール上の同一箇所へのエンコーダヘッド及びＺヘッドからの計測ビームの連続照射を避けるためのステージ駆動方法の他の一例を説明するための図である。 スケール上の同一箇所へのエンコーダヘッド及びＺヘッドからの計測ビームの連続照射を避けるためのステージ駆動方法の他の一例を説明するための図である。 スケール上の同一箇所へのエンコーダヘッド及びＺヘッドからの計測ビームの連続照射を避けるためのステージ駆動方法の他の一例を説明するための図である。
以下、本発明の一実施形態について、図１〜図１３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、レチクルステージＲＳＴ、投影ユニットＰＵ、ウエハステージＷＳＴ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。図１では、ウエハステージＷＳＴ上にウエハＷが載置されている。
照明系１０は、例えば米国特許出願公開第２００３／００２５８９０号明細書などに開示されるように、光源と、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。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７参照）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（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７参照）に送られる。
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、不図示のメインフレームに支持されている。投影ユニットＰＵは、鏡筒４０と、鏡筒４０内に保持された投影光学系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光学素子（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、及び投影光学系ＰＬによってウエハＷ上にレチクルＲの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。
ステージ装置５０は、図１に示されるように、ベース盤１２上に配置されたウエハステージＷＳＴ、ウエハステージＷＳＴの位置情報を計測する計測システム２００（図７参照）、及びウエハステージＷＳＴを駆動するステージ駆動系１２４（図７参照）等を備えている。計測システム２００は、図７に示されるように、干渉計システム１１８、エンコーダシステム１５０及び面位置計測システム１８０などを含む。
ウエハステージＷＳＴは、不図示の非接触軸受、例えばエアベアリングなどにより、数μｍ程度のクリアランスを介して、ベース盤１２上に支持されている。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に搭載されたウエハテーブルＷＴＢとを含む。ウエハテーブルＷＴＢ及びステージ本体９１は、例えばリニアモータ等を含むステージ駆動系１２４によって駆動される。これにより、ウエハＷはベース盤１２上で６自由度方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ，θｘ，θｙ，θｚ）に移動可能となっている。
ウエハテーブルＷＴＢの上面の中央には、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。
ウエハテーブルＷＴＢ上面のウエハホルダの＋Ｙ側には、計測プレート３０が配置されている。計測プレート３０には、その中央に基準マークＦＭが配置され、基準マークＦＭのＸ軸方向の両側には、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、配置されている。そして、各空間像計測スリットパターンＳＬに対応して、ウエハステージＷＳＴの内部には、光学系及び受光素子などが配置されている。すなわち、ウエハテーブルＷＴＢ上には、空間像計測スリットパターンＳＬを含む一対の空間像計測器４５Ａ，４５Ｂ（図７参照）が設けられている。なお、ウエハステージＷＳＴの内部には光学系の一部のみが配置され、熱源となる受光素子などはウエハステージＷＳＴの外部に配置されていても良い。
また、ウエハテーブルＷＴＢ上面には、後述するエンコーダシステムで用いられるスケールが形成されている。詳述すると、ウエハテーブルＷＴＢ上面のＸ軸方向（図２における紙面内左右方向）の一側と他側の領域には、それぞれＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2が形成されている。Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2は、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軸方向に配列された、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、ウエハテーブルＷＴＢ上面のＹ軸方向（図２における紙面内上下方向）の一側と他側の領域には、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ている。Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2は、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軸方向に配列された、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。
なお、格子線３７，３８のピッチは、例えば１μｍと設定される。図２及びその他の図においては、図示の便宜上から、格子のピッチは実際のピッチよりも大きく図示されている。
また、各回折格子を保護するために、各スケールを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のもの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ＷＴＢ（各スケール）の上面に設置される。
また、ウエハテーブルＷＴＢの−Ｙ端面，−Ｘ端面には、図２に示されるように、後述する干渉計システムで用いられる反射面１７ａ，反射面１７ｂが形成されている。
また、ウエハテーブルＷＴＢの＋Ｙ端面には、図２に示されるように、国際公開第２００７／０９７３７９号（対応米国特許出願公開第２００８／００８８８４３号明細書）に開示されるＣＤバーと同様の、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。ＦＤバー４６の長手方向の一側と他側の端部近傍には、ウエハテーブルＷＴＢのセンターラインＬＬに関して対称な配置で、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。また、ＦＤバー４６の上面には、複数の基準マークＭが形成されている。各基準マークＭとしては、後述する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。本実施形態では、各スケールのカバーガラス板の表面、ウエハテーブルＷＴＢの上面、計測プレート３０の表面、後述のＦＤバー４６の表面、及びウエハの表面が面一になっている。また、これらの面の少なくとも一部は、撥液性を有していても良い。
本実施形態の露光装置１００では、図４及び図５に示されるように、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを通るＹ軸に平行な直線（基準軸）ＬＶ上で光軸ＡＸ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が設けられている。プライマリアライメント系ＡＬ１は、前述のメインフレームの下面に固定されている。図５に示されるように、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、基準軸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。セカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4は、可動式の支持部材を介してメインフレーム（不図示）の下面に固定されており、駆動機構６０1〜６０4（図７参照）により、Ｘ軸方向に関してそれらの検出領域の相対位置が調整可能となっている。
本実施形態では、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4のそれぞれとして、例えば画像処理方式のＦＩＡ（Field Image Alignment）系が用いられている。アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4のそれぞれからの撮像信号は、不図示の信号処理系を介して主制御装置２０に供給される。
本実施形態では、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＸＹ平面内の位置情報（θｚ方向の回転情報を含む）は、主として、後述するエンコーダシステム１５０を用いて計測される。干渉計システム１１８は、ウエハステージＷＳＴがエンコーダシステム１５０の計測領域外（例えば、アンローディングポジションＵＰ（図８参照）及びローディングポジションＬＰ（図９参照）付近）に位置する際に、使用される。また、エンコーダシステム１５０の計測結果の長期的変動（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使用される。従って、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＸＹ平面内の位置情報の計測のためには、干渉計システム１１８は、必ずしも設けなくても良い。この一方、干渉計システム１１８とエンコーダシステム１５０とを併用して、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）の位置情報を計測することとしても良い。
本実施形態の露光装置１００には、干渉計システム１１８とは独立に、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内での位置（Ｘ，Ｙ，θｚ）を計測するために、エンコーダシステム１５０を構成する複数のヘッドユニットが設けられている。
図４に示されるように、投影ユニットＰＵの＋Ｘ側、＋Ｙ側、−Ｘ側、及びプライマリアライメント系ＡＬ１の−Ｙ側に、４つのヘッドユニット６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、及び６２Ｄが、それぞれ配置されている。また、アライメント系ＡＬ１、ＡＬ２1〜ＡＬ２4のＸ軸方向の両外側にヘッドユニット６２Ｅ、６２Ｆが、それぞれ配置されている。これらのヘッドユニット６２Ａ〜６２Ｆは、支持部材を介して、前述の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５に示されるように、それぞれ複数（ここでは５つ）のＹヘッド６５1〜６５5及びＹヘッド６４1〜６４5を備えている。ここで、Ｙヘッド６５2〜６５5及びＹヘッド６４1〜６４4は、基準軸ＬＨ上に間隔ＷＤで配置されている。Ｙヘッド６５1及びＹヘッド６４5は、基準軸ＬＨから−Ｙ方向に所定距離離れた投影ユニットＰＵの−Ｙ側の位置に配置されている。Ｙヘッド６５1，６５2間、及びＹヘッド６４4，６４5間のＸ軸方向の間隔もＷＤに設定されている。なお、Ｙヘッド６５1〜６５5とＹヘッド６４5〜６４1は、基準軸ＬＶに関して対称に配置されている。以下では、必要に応じて、Ｙヘッド６５1〜６５5及びＹヘッド６４1〜６４5を、それぞれ、Ｙヘッド６５及びＹヘッド６４とも記述する。
ヘッドユニット６２Ａは、Ｙスケール３９Ｙ1を用いて、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＹ軸方向の位置（Ｙ位置）を計測する多眼（ここでは５眼）のＹリニアエンコーダ７０Ａ（図７参照）を構成する。同様に、ヘッドユニット６２Ｃは、Ｙスケール３９Ｙ2を用いて、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＹ位置を計測する多眼（ここでは５眼）のＹリニアエンコーダ７０Ｃ（図７参照）を構成する。なお、以下では、Ｙリニアエンコーダを、適宜、「Ｙエンコーダ」又は「エンコーダ」と略述する。
ここで、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃがそれぞれ備える５つのＹヘッド６５，６４（より正確には、Ｙヘッド６５，６４が発する計測ビームのスケール上の照射点）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。従って、例えば露光時などには、それぞれ５つのＹヘッド６５，６４のうち、少なくとも１つのヘッドが、常に、対応するＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2に対向する（計測ビームを照射する）。
ヘッドユニット６２Ｂは、図５に示されるように、基準軸ＬＶ上に間隔ＷＤで配置された複数（ここでは４つ）のＸヘッド６６5〜６６8を備えている。また、ヘッドユニット６２Ｄは、基準軸ＬＶ上に間隔ＷＤで配置された複数（ここでは４つ）のＸヘッド６６1〜６６4を備えている。以下では、必要に応じて、Ｘヘッド６６5〜６６8及びＸヘッド６６1〜６６4をＸヘッド６６とも記述する。
ヘッドユニット６２Ｂは、Ｘスケール３９Ｘ1を用いて、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＸ軸方向の位置（Ｘ位置）を計測する、多眼（ここでは４眼）のＸリニアエンコーダ７０Ｂ（図７参照）を構成する。また、ヘッドユニット６２Ｄは、Ｘスケール３９Ｘ2を用いて、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＸ位置を計測する多眼（ここでは４眼）のＸリニアエンコーダ７０Ｄ（図７参照）を構成する。なお、以下では、Ｘリニアエンコーダを、適宜、「エンコーダ」と略述する。
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（より正確には、Ｘヘッド６６が発する計測ビームのスケール上の照射点）のＹ軸方向の間隔ＷＤは、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。従って、例えば露光時又はアライメント時などには、ヘッドユニット６２Ｂ，６２Ｄが備える合計８つのＸヘッド６６のうち少なくとも１つのヘッドが、常に、対応するＸスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2に対向する（計測ビームを照射する）。
なお、ヘッドユニット６２Ｂの最も−Ｙ側のＸヘッド６６5とヘッドユニット６２Ｄの最も＋Ｙ側のＸヘッド６６4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（つなぎ）が可能となるように、ウエハテーブルＷＴＢのＹ軸方向の幅よりも狭く設定されている。
ヘッドユニット６２Ｅは、図５に示されるように、複数（ここでは４つ）のＹヘッド６７1〜６７4を備えている。ここで、３つのＹヘッド６７1〜６７3は、セカンダリアライメント系ＡＬ２1の−Ｘ側に、基準軸ＬＡ上に間隔ＷＤとほぼ同一間隔で配置されている。Ｙヘッド６７4は、基準軸ＬＡから＋Ｙ方向に所定距離離れたセカンダリアライメント系ＡＬ２1の＋Ｙ側に配置されている。なお、Ｙヘッド６７3，６７4間のＸ軸方向の間隔もＷＤと設定されている。
ヘッドユニット６２Ｆは、複数（ここでは４つ）のＹヘッド６８1〜６８4を備えている。これらのＹヘッド６８1〜６８4は、基準軸ＬＶに関して、Ｙヘッド６７4〜６７1と対称な位置に配置されている。すなわち、３つのＹヘッド６８2〜６８4は、セカンダリアライメント系ＡＬ２4の＋Ｘ側に、基準軸ＬＡ上に間隔ＷＤとほぼ同一間隔で配置されている。Ｙヘッド６８1は、基準軸ＬＡから＋Ｙ方向に所定距離離れたセカンダリアライメント系ＡＬ２4の＋Ｙ側に配置されている。なお、Ｙヘッド６８1，６８2間のＸ軸方向の間隔もＷＤと設定されている。以下では、必要に応じて、Ｙヘッド６７4〜６７1及びＹヘッド６８1〜６８4を、それぞれＹヘッド６７及びＹヘッド６８とも記述する。
アライメント計測の際には、少なくとも各１つのＹヘッド６７，６８が、それぞれＹスケール３９Ｙ2，３９Ｙ1に対向する。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リニアエンコーダ７０Ｅ，７０Ｆ）によってウエハステージＷＳＴのＹ位置（及びθｚ回転）が計測される。
また、本実施形態では、セカンダリアライメント系のベースライン計測時などに、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７０Ｅ2，７０Ｆ2（図７参照）と呼ぶ。また、識別のため、Ｙスケール３９Ｙ2，３９Ｙ1に対向するＹヘッド６７，６８によって構成されるＹエンコーダを、Ｙエンコーダ７０Ｅ1、７０Ｆ1と呼ぶ。
上述したリニアエンコーダ７０Ａ〜７０Ｆの計測値は、主制御装置２０に供給され、主制御装置２０は、リニアエンコーダ７０Ａ〜７０Ｄのうちの３つ、又はリニアエンコーダ７０Ｅ1，７０Ｆ1，７０Ｂ及び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７０Ｅ2，７０Ｆ2の計測値に基づいて、ＦＤバー４６（ウエハステージＷＳＴ）のθｚ方向の回転を制御する。
なお、各エンコーダヘッド（Ｙヘッド、Ｘヘッド）として、例えば、国際公開第２００７／０９７３７９号に開示されている干渉型のエンコーダヘッドを用いることができる。この種のエンコーダヘッドでは、２つの計測光を対応するスケールに照射し、それぞれの戻り光を１つの干渉光に合成して受光し、その干渉光の強度を光検出器を用いて計測する。その干渉光の強度変化より、スケールの計測方向（回折格子の周期方向）への変位を計測する。なお、各エンコーダヘッド（Ｙヘッド、Ｘヘッド）としては、上述した回折干渉方式に限らず、例えばいわゆるピックアップ方式など、種々の方式を用いることができる。
干渉計システム１１８は、図３に示されるように、反射面１７ａ又は１７ｂにそれぞれ干渉計ビーム（測長ビーム）を照射し、その反射光を受光して、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置情報を計測するＹ干渉計１６及び３つのＸ干渉計１２６，１２７，１２８を備えている。詳述すると、Ｙ干渉計１６は、基準軸ＬＶに関して対称な一対の測長ビームＢ４1，Ｂ４2を含む少なくとも３つのＹ軸に平行な測長ビームを反射面１７ａ、及び後述する移動鏡４１に照射する。また、Ｘ干渉計１２６は、図３に示されるように、光軸ＡＸと基準軸ＬＶとに直交するＸ軸に平行な直線（基準軸ＬＨ）に関して対称な一対の測長ビームＢ５1，Ｂ５2を含む少なくとも３つのＸ軸に平行な測長ビームを反射面１７ｂに照射する。また、Ｘ干渉計１２７は、アライメント系ＡＬ１の検出中心にて基準軸ＬＶと直交するＸ軸に平行な直線（基準軸）ＬＡを測長軸とする測長ビームＢ６を含む少なくとも２つのＹ軸に平行な測長ビームを反射面１７ｂに照射する。また、Ｘ干渉計１２８は、Ｙ軸に平行な測長ビームＢ７を反射面１７ｂに照射する。
干渉計システム１１８の上記各干渉計からの位置情報は、主制御装置２０に供給される。主制御装置２０は、例えばＹ干渉計１６及びＸ干渉計１２６又は１２７の計測結果に基づいて、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）のＸ，Ｙ位置に加え、θｘ方向の回転情報（すなわちピッチング）、θｙ方向の回転情報（すなわちローリング）、及びθｚ方向の回転情報（すなわちヨーイング）も算出することができる。
干渉計システム１１８は、図１及び図３に示されるように、一対のＺ干渉計４３Ａ，４３Ｂをもさらに備えている。Ｚ干渉計４３Ａ，４３Ｂは、ステージ本体９１の−Ｙ側の側面に固定された凹形状の反射面を有する移動鏡４１に対向して配置されている。ここで、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、長く設計されている。
Ｚ干渉計４３Ａ，４３Ｂは、移動鏡４１を介して、例えば前述のメインフレームに固定された固定鏡４７Ａ，４７Ｂにそれぞれ２つのＹ軸に平行な測長ビームＢ１，Ｂ２を照射し、それぞれの反射光を受光して、測長ビームＢ１，Ｂ２の光路長を計測する。その計測結果に基づいて、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴの４自由度（Ｙ，Ｚ，θｙ，θｚ）方向の位置を算出する。
さらに、本実施形態の露光装置１００では、図４及び図６に示されるように、照射系９０ａ及び受光系９０ｂから成る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。多点ＡＦ系としては、例えば米国特許第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を採用している。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。なお、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）は、前述のメインフレームの下面に固定されている。
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＝Ｍ／２）のマトリックス状に配置される。図４及び図６では、それぞれ検出ビームが照射される複数の検出点が、個別に図示されず、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として示されている。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。
図６に示されるように、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の検出領域ＡＦの両端部近傍に、基準軸ＬＶに関して対称な配置で、面位置計測システム１８０の一部を構成する各一対のＺ位置計測用のヘッド（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、前述のメインフレームの下面に固定されている。なお、以下では、Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄをまとめて、Ｚヘッド７２とも記述する。
Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄとしては、例えば、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のヘッドが用いられている。Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄは、ウエハテーブルＷＴＢに対し上方から計測ビームを照射し、その反射光を受光して、照射点におけるウエハテーブルＷＴＢの面位置を計測する。なお、本実施形態では、Ｚヘッドの計測ビームは、前述のＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2を構成する反射型回折格子によって反射される構成を採用している。
さらに、前述のヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃは、図６に示されるように、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と６２Ｃのそれぞれに属する最も内側のＺヘッド７６1と７４5は投影ユニットＰＵの＋Ｙ側に、残りのＺヘッド７６2と７４4はそれぞれＹヘッド６５2と６４4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７６，７４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ている。
前述の如く、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と同じＸ位置に、それぞれ５つのＺヘッド７６j，７４iを備えているので、例えば露光時などには、Ｙヘッド６５，６４と同様に、それぞれ５つのＺヘッド７６，７４のうち、少なくとも１つのヘッドが、常に、対応するＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2に対向する。
上述したＺヘッド７２ａ〜７２ｄ，７４1〜７４5，７６1〜７６5は、図７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，７４1〜７４5，７６1〜７６5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，７４1〜７４5，７６1〜７６5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（主としてθｙ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。
図７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。
上述のようにして構成された本実施形態の露光装置では、例えば国際公開第２００７／０９７３７９号の実施形態中に開示されている手順と同様の手順に従って、ウエハステージＷＳＴを用いた処理が、主制御装置２０によって実行される。
すなわち、図８に示されるアンローディングポジションＵＰにウエハステージＷＳＴがあるときに、ウエハＷがアンロードされ、図９に示されるローディングポジションＬＰに移動したときに、新たなウエハＷがウエハテーブルＷＴＢ上にロードされる。アンローディングポジションＵＰ、ローディングポジションＬＰ近傍では、ウエハステージＷＳＴの６自由度の位置は、干渉計システム１１８の計測値に基づいて制御されている。また、アンローディングポジションＵＰ、ローディングポジションＬＰ及び両者間の移動経路では、全てのエンコーダヘッド及びＺヘッドが、スケール３９Ｙ1，３９Ｙ2，３９Ｘ1，３９Ｘ2のいずれにも対向することがない。すなわち、アンローディングポジションＵＰ、ローディングポジションＬＰ及び両者間の移動経路の領域は、すべてのエンコーダヘッド及びＺヘッドの計測ビームの照射点がスケール外に位置する。
ところで、本実施形態の露光装置１００では、所定時間以上、エンコーダヘッド及びＺヘッドの計測ビームがスケールの同一点に照射されないような（すなわち、熱応力が許容値を越えないような）シーケンスが採用されており、その１つとして、ウエハステージＷＳＴを「待機位置」に退避させる方法が採用されている。従って、ウエハステージＷＳＴを所定時間以上停止させる必要がある場合には、アンローディングポジションＵＰ、ローディングポジションＬＰなどは、その待機位置として好適な位置となっている。なお、例えばローディングポジションＬＰにおいて、露光前のウエハＷの周辺の一部にＸヘッド６６1〜６６4の一部が対向することがあるが、ヘッドからの計測ビームは、ウエハＷ表面のレジストを感光させるおそれはないので特に支障はない。
ローディング終了後、ウエハステージＷＳＴを移動して、計測プレート３０の基準マークＦＭをプライマリアライメント系ＡＬ１で検出するプライマリアライメント系ＡＬ１のベースラインチェック前半の処理が行われる。これと前後して、エンコーダシステム及び干渉計システムの原点の再設定（リセット）が行われる。
その後、エンコーダシステム及びＺヘッドを用いてウエハステージＷＳＴの６自由度方向の位置を計測しつつ、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4を用いて、ウエハＷ上の複数のサンプルショット領域のアライメントマークを検出するアライメント計測が実行され、これと並行して多点ＡＦ系（９０ａ、９０ｂ）を用いてフォーカスマッピング（Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄの計測値を基準とする、ウエハＷの面位置（Ｚ位置）情報の計測）が行われる。そして、これらアライメント計測及びフォーカスマッピングのためのウエハステージＷＳＴの＋Ｙ方向への移動中に、計測プレート３０が投影光学系ＰＬの直下に達したとき、空間像計測器４５Ａ，４５Ｂを用いてレチクルＲ上の一対のアライメントマークをスリットスキャン方式で計測する、プライマリアライメント系ＡＬ１のベースラインチェック後半の処理が行われる。
その後、アライメント計測及びフォーカスマッピングが続行される。
そして、アライメント計測及びフォーカスマッピングが終了すると、アライメント計測の結果から得られるウエハ上の各ショット領域の位置情報と、最新のアライメント系のベースラインとに基づいて、ステップ・アンド・スキャン方式でウエハＷ上の複数のショット領域が露光され、レチクルのパターンが転写される。露光動作中、フォーカスマッピングにより得られた情報に基づいて、ウエハＷのフォーカスレベリング制御が行われる。なお、露光中のウエハのＺ、θｙは、Ｚヘッド７４，７６の計測値に基づいて制御されるが、θｘは、Ｙ干渉計１６の計測値に基づいて制御される。
なお、セカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4のベースライン計測は、適宜なタイミングで、国際公開第２００７／０９７３７９号に開示される方法と同様に、前述のエンコーダ７０Ｅ2，７０Ｆ2の計測値に基づいて、ＦＤバー４６（ウエハステージＷＳＴ）のθｚ回転を調整した状態で、４つのセカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4を用いて、それぞれのセカンダリアライメント系の視野内にあるＦＤバー４６上の基準マークＭを同時に計測することで行われる。
上述のようにして、ウエハステージＷＳＴを用いた一連の処理が行われるが、何らかの原因により、ウエハステージＷＳＴを用いた一連の処理を一時的に停止して、ウエハステージＷＳＴを待機状態（アイドル状態）にしなければならない事態が生じることがある。
例えば、ウエハ交換時に、新たなウエハが、露光装置１００に例えばインラインにて接続されたコータ・デベロッパから送られてこないような場合であれば、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴを前述した待機位置の１つであるローディングポジションＬＰに停止させて待機させることができる。
一方、アンローディングポジションＵＰ及びローディングポジションＬＰなどから離れた位置にウエハステージＷＳＴがあるときにウエハステージＷＳＴを短時間待機させる必要が生じた場合などには、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴを所定範囲内で動かし続けることで、ウエハステージＷＳＴ上の各スケールの同一箇所に、エンコーダのヘッド及びＺヘッドからの計測ビームが照射され続ける事態が発生するのを防止する。この場合において、近くにアンローディングポジションＵＰ及びローディングポジションＬＰ以外の待機位置があれば、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴを、動かし続ける代わりに、その待機位置に移動させても良い。
この場合において、エンコーダのヘッド及びＺヘッドからの計測ビームの射出を停止する、すなわちこれらのヘッドをＯＦＦにすることも考えられなくもないが、これらのヘッドをＯＦＦにすると、再度ＯＮにしたときの計測ビームの射出状態が安定化するまでに長時間を要するので、好ましくない。
かかる点に鑑みて、本実施形態では、主制御装置２０は、上述のように、ウエハステージＷＳＴを動かし続ける、あるいは待機位置に退避させることで、各スケールに対する計測ビームの照射量を制御し、これによって計測ビームの照射熱によるスケールの歪み（変形）及びそれに伴うエンコーダヘッド及びＺヘッドの計測誤差の発生を回避する。主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴを動かし続ける場合、ウエハステージＷＳＴを、連続移動に限らず、ステップ移動させても良い。本明細書では、かかるステップ移動をも含む概念として、「動かし続ける」なる用語を用いている。
例えば、主制御装置２０は、図１０中に白抜き両矢印で示されるように、ウエハステージＷＳＴを、所定の範囲内で往復駆動する。この場合において、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴの駆動範囲（往復の移動距離）と駆動速度を、計測ビームの照射に伴って発生する熱の発生量と拡散量に応じて、スケールを歪ませ得るだけの熱応力が蓄積されない程度に、計測ビームの照射量を抑えるように定める。なお、図１０では、ウエハステージＷＳＴの往復駆動の方向がＸ軸方向である場合が例示されているが、ウエハステージＷＳＴの往復駆動の方向は任意に設定することができる。
あるいは、主制御装置２０は、例えば、図１１に中に白抜き両矢印で示されるように、ウエハステージＷＳＴを、所定の範囲内で、ジグザグな軌道に沿って往復駆動することとしても良いし、図１２中に白抜き矢印で示されるように、所定の範囲内で、停止位置を中心に旋回駆動することとしても良いし、図１３中に白抜き矢印で示されるように、所定の範囲内で、周回駆動することとしても良い。また、主制御装置２０は、これらの駆動方法を組み合わせても良い。これらの場合にも、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴの駆動範囲と駆動速度は、計測ビームの照射に伴って発生する熱の発生量と拡散量に応じて、スケールを歪ませ得るだけの熱応力が蓄積されない程度に、計測ビームの照射量を抑えるように定める。要は、スケールを無視できないレベルで歪ませ得るだけの熱が蓄積されなければ、ウエハステージＷＳＴの駆動範囲、駆動経路、駆動速度は、任意に設定して構わない。なお、オペレータが、上述のウエハステージＷＳＴの駆動範囲、駆動経路、駆動速度の設定を行うことができるようにしても良い。
なお、ウエハステージＷＳＴを動かし続ける方法は、スケール上の同じ位置への計測ビームの照射量を抑えるための手段なので、短時間の露光装置１００のアイドル中にのみ適用することとし、長時間のアイドル中にはウエハステージＷＳＴを前述の待機位置へ退避させることが望ましい。また、図１０〜図１３の例では、上述の対応するスケールに対向しているエンコーダヘッド及びＺヘッドの他に、ウエハテーブルＷＴＢ上面（ウエハＷ又はその周囲部分）に対向しているヘッドが幾つかある。そこで、主制御装置２０は、計測ビームの照射を制御する方法を併用して、対応するスケールに対向していないヘッドからの計測ビームの照射を停止し、あるいは間欠照射しても良い。あるいは、そのヘッドから強度を落として計測ビームを照射しても良い。
上述の方法に従ってスケールの熱変形を回避することにより、エンコーダシステム１５０（及び面位置計測システム１８０）の計測精度が保障される。
以上、詳細に説明したように、本実施形態の露光装置１００には、ウエハステージＷＳＴの位置を計測するために、エンコーダヘッド６４〜６８及びＺヘッド７２，７４，７６が設置されている。これらのヘッドから発せられる計測ビームが、ウエハステージＷＳＴの上面に設けられているスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2，３９Ｙ1，３９Ｙ2に照射される。そこで、主制御装置２０は、ステージ駆動系１２４を用いてウエハステージＷＳＴを駆動することによって、エンコーダヘッド６４〜６８及びＺヘッド７２，７４，７６から発せられる計測ビームのスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2，３９Ｙ1，３９Ｙ2上への照射量を調整する。例えば、露光装置１００のアイドル中には、主制御装置２０は、前述のように、ウエハステージＷＳＴを動かし続ける、あるいは計測ビームがスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2，３９Ｙ1，３９Ｙ2上に当たらない領域に、ウエハステージＷＳＴを退避させて、計測ビームのスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2，３９Ｙ1，３９Ｙ2上への連続照射を回避する。そのため、スケールに与えられる照射熱が調整され、その熱によって発生する応力（熱応力）及び／又は熱膨張等によるスケールの歪みを抑えることができる。従って、常に、エンコーダヘッド６４〜６８（及びＺヘッド７２，７４，７６）の高い位置計測精度を維持し、ウエハステージＷＳＴの駆動精度を保障することが可能になる。
なお、本実施形態において、エンコーダヘッド（及びＺヘッド）からスケールに照射される計測ビームの照射量を調整するため、次のａ．、ｂ．のような手法を採用しても良い。
ａ．主制御装置２０は、エンコーダヘッドの計測ビームの強度から、上記の熱応力、スケールの変形量（及び歪み）などが許容値を越えないように、ウエハステージＷＳＴの、連続移動での最低速度など、又はステップ移動での最長滞在時間及び／又はステップ距離を決定しても良い。勿論、主制御装置２０は、強度を考慮することなく、単純にウエハステージＷＳＴを移動させることとしても良い。
ｂ．また、主制御装置２０は、タイマーによる時間管理で上記シーケンス（ステージ移動、待機位置への退避など）を開始しても良い。あるいは、主制御装置２０は、時間管理を行わず、露光シーケンス上、予め分かっている場合には上記シーケンスを自動的に開始しても良いし、エラーが発生した場合に上記シーケンスを開始するだけでも良い。
ｃ．また、本実施形態において、エンコーダヘッド（及びＺヘッド）からスケールに照射される計測ビームの照射量を調整するため、以下のｃ１．、ｃ２のような手法により、計測ビームの強度を落とす、あるいは計測ビームを遮る、あるいはこれらを上記ａ．及びｂ．の少なくとも一方と組み合わせて実行しても良い。
ｃ１． 計測ビームの強度を落とすため、例えば、エンコーダの光源を制御しても良いし、送光系に減光フィルタを挿入しても良い。
ｃ２． また、計測ビームを遮るため、送光系あるいはヘッドの射出部近傍にシャッタを配置しても良いし、スケールを覆うカバー（庇）が設置された所定位置にウエハステージＷＳＴを移動させても良い。後者では、その所定位置が、少なくとも１つの計測ビームがスケールに照射される位置でも良い。また、カバーは、スケール全面を覆わなくても良く、スケールと対向するヘッドのみに対してその計測ビームを遮るだけでも良い。
なお、上記実施形態では、スケールを歪ませ得る計測ビームとして、主として、エンコーダヘッドとＺヘッドから発せられる計測ビームを取り上げた。しかし、同様に、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4と多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の計測ビームも、スケールを歪ませ得る。そこで、上記実施形態において、これらの計測ビームのスケールに対する照射量の調整をも、主制御装置２０が、行い、その熱によって発生する応力によるスケールの歪みを抑えることが望ましい。この場合においても、上記ａ．、ｂ．又はｃ．（ｃ１．及びｃ２．）の照射調整手法は適用可能である。
なお、上記実施形態では、主制御装置２０は、一例として、新たなウエハが送られてこないなどのエラー発生時（異常時）に、ウエハステージＷＳＴを待機位置に退避させるものとした。しかし、エラーなどの異常時だけでなく、通常の露光シーケンス中（例えば、ウエハステージＷＳＴを使わない動作が行われるとき、あるいはその期間中など）にウエハステージＷＳＴの退避、あるいは移動を行っても良い。
なお、上記実施形態で説明したエンコーダシステムなどの各計測装置の構成は一例に過ぎず、本発明がこれに限定されないことは勿論である。例えば、上記実施形態では、エンコーダシステムの各ヘッドにより、ウエハステージＷＳＴのＸ軸及びＹ軸方向の一方の位置を計測するものとしたが、これに限らず、エンコーダヘッドを、Ｘ軸及びＹ軸方向の一方の位置とＺ軸方向の位置とを計測可能なヘッドとしても良い。
また、上記実施形態で説明したエンコーダヘッド、Ｚヘッドの配置は、一例であり、ヘッドの配置は、これに限定されるものではない。また、上記実施形態では、ステージ装置５０が、エンコーダシステム１５０（エンコーダヘッド）と面位置計測システム１８０（Ｚヘッド）とを備えるものとしたが、どちらか一方のみを備えていても良い。
また、例えば、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（Ｙスケール、Ｘ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、例えば米国特許出願公開第２００６／０２２７３０９号明細書などに開示されているように、ウエハステージにエンコーダヘッドを設け、これに対向してウエハステージの外部に格子部（例えば２次元格子又は２次元に配置された１次元の格子部）を配置する構成（以下、便宜上、テーブルヘッド方式と呼ぶ）のエンコーダシステムを採用しても良い。この場合において、Ｚヘッドもウエハステージに設け、その格子部の面を、Ｚヘッドの計測ビームが照射される反射面としても良い。
また、テーブルヘッド方式のエンコーダシステムを採用する場合にも、エンコーダヘッドを、Ｘ軸及びＹ軸方向の一方の位置とＺ軸方向の位置とを計測可能なヘッドとしても良い。
また、テーブルヘッド方式のエンコーダシステムを採用する場合にも、前述したａ．、ｂ．又はｃ．（ｃ１．及びｃ２．）の照射調整手法を含み、上記実施形態及びその変形例を適用することができる。また、テーブルヘッド方式のエンコーダシステムを採用する場合には、少なくとも１つのヘッドがウエハステージの外部の格子部（天井スケール）と対向する位置にウエハステージを停止させても良く、この場合は、例えば、露光シーケンスの移動範囲内でウエハステージが移動されてもヘッドからの計測ビームが照射されない天井スケールの一部に、待機状態のウエハステージ上のヘッドからの計測ビームが照射されるようにその位置が決定される。また、その天井スケールの一部は、露光シーケンスで使用される領域であり、熱応力、変形が天井スケールの使用領域に影響を及ぼさない程度にその使用領域から離れていることが好ましい。
また、上述の実施形態では、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、例えば国際公開第９９／４９５０４号、欧州特許出願公開第１,４２０,２９８号明細書、国際公開第２００４／０５５８０３号、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。例えば、上記実施形態の露光装置を、液浸型の露光装置とする場合、例えばノズル洗浄などの際にも、ウエハステージを前述した待機位置に退避させても良い。
また、上記実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式等の走査型露光装置に本発明が適用された場合について説明したが、これに限らず、ステッパなどの静止型露光装置に本発明を適用しても良い。ステッパなどであっても、露光対象の物体が搭載されたステージの位置を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。
例えば、２つのウエハステージを備えたツインステージ型の露光装置では、ウエハの露光が行われる露光ステーションとウエハのアライメントなどが行われる計測ステーションとがあり、露光ステーションでは上記実施形態及びその変形例を適用できるとともに、計測ステーションでも同様に適用できる。この場合、計測ステーションでエンコーダシステム（上記実施形態のタイプ、テーブルヘッド方式のいずれでも良い）による位置計測を行う構成であっても、エンコーダシステム以外で位置計測を行う構成であっても、上記実施形態及びその変形例を適用できる。後者では、アライメント系やＡＦ系が配置され、上述の如くその対策としても有効だからである。
また、例えば国際公開第２００５／０７４０１４号（対応米国特許出願公開第２００７／０１２７００６号明細書）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。計測ステージにエンコーダシステムのスケール、又はヘッドを設ける場合にも、上記実施形態及びその変形例と同様の照射調整を含む、各種制御を行うことが好ましい。
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。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、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やプラズマレーザを光源として、軟Ｘ線領域（例えば５〜１５ｎｍの波長域）のＥＵＶ（Extreme Ultraviolet）光を発生させるとともに、その露光波長（例えば１３．５ｎｍ）の下で設計されたオール反射縮小光学系、及び反射型マスクを用いたＥＵＶ露光装置の開発が行われている。この装置においては、円弧照明を用いてマスクとウエハを同期走査してスキャン露光する構成が考えられるので、かかる装置にも本発明を好適に適用することができる。この他、電子線又はイオンビームなどの荷電粒子線を用いる露光装置にも、本発明は適用できる。
また、上述の実施形態においては、光透過性の基板上に所定の遮光パターン（又は位相パターン・減光パターン）を形成した光透過型マスク（レチクル）を用いたが、このレチクルに代えて、例えば米国特許第６，７７８，２５７号明細書に開示されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて、透過パターン又は反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスク（可変成形マスク、アクティブマスク、あるいはイメージジェネレータとも呼ばれ、例えば非発光型画像表示素子（空間光変調器）の一種であるＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）などを含む）を用いても良い。
また、例えば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、例えば米国特許第６，６１１，３１６号明細書に開示されているように、２つのレチクルパターンを投影光学系を介してウエハ上で合成し、１回のスキャン露光によってウエハ上の１つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置にも本発明を適用することができる。
また、物体上にパターンを形成する装置は、前述の露光装置（リソグラフィシステム）に限られず、例えばインクジェット方式にて物体上にパターンを形成する装置にも本発明を適用することができる。
なお、上記実施形態でパターンを形成すべき物体（エネルギビームが照射される露光対象の物体）はウエハに限られるものではなく、ガラスプレート、セラミック基板、フィルム部材、あるいはマスクブランクスなど、他の物体でも良い。
露光装置の用途としては半導体製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを転写する液晶用の露光装置、有機ＥＬ、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシン及びＤＮＡチップなどを製造するための露光装置にも広く適用できる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。
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。
本発明の露光方法及び露光装置は、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、本発明のデバイス製造方法は、半導体素子又は液晶表示素子などの電子デバイスを製造するのに適している。
２０…主制御装置、３９Ｘ1，３９Ｘ2，３９Ｙ1，３９Ｙ2…スケール、６４，６５，６６…エンコーダヘッド、７４，７６…Ｚヘッド、１００…露光装置、１２４…ステージ駆動系、１５０…エンコーダシステム、１８０…面位置計測システム、２００…計測システム、Ｗ…ウエハ、ＷＳＴ…ウエハステージ。

Claims (14)

  1. エネルギビームで物体を露光する露光方法であって、
    前記物体を保持して所定平面内で移動可能な移動体とその外部との一方に計測面が設置されかつ他方にヘッドが設置される位置計測系を用いて、前記移動体の位置情報を計測し、その位置情報に基づいて前記移動体を駆動することと、
    前記ヘッドからの計測ビームの照射によって、前記計測面での熱応力、変形量の少なくとも１つを含む物理量が許容値を越えるのを阻止することと、を含み、
    前記阻止のため、前記移動体を前記所定平面内で駆動する露光方法。
  2. エネルギビームで物体を露光する露光方法であって、
    前記物体を保持して所定平面内で移動可能な移動体とその外部との一方に計測面が設置されかつ他方にヘッドが設置される位置計測系を用いて、前記移動体の位置情報を計測し、その位置情報に基づいて前記移動体を駆動することと、
    前記ヘッドからの計測ビームの照射によって、前記計測面での熱応力、変形量の少なくとも１つを含む物理量が許容値を越えるのを阻止することと、を含み、
    前記阻止のため、前記計測面を前記計測ビームの照射位置から外す露光方法。
  3. エネルギビームで物体を露光する露光方法であって、
    前記物体を保持して所定平面内で移動可能な移動体とその外部との一方に計測面が設置されかつ他方にヘッドが設置される位置計測系を用いて、前記移動体の位置情報を計測し、その位置情報に基づいて前記移動体を駆動することと、
    前記ヘッドからの計測ビームの照射によって、前記計測面での熱応力、変形量の少なくとも１つを含む物理量が許容値を越えるのを阻止することと、を含み、
    前記阻止のため、前記計測ビームの光路に遮光部材を配置する、あるいは前記計測ビームの強度を低下させる露光方法。
  4. エネルギビームで物体を露光する露光方法であって、
    前記物体を保持して所定平面内で移動可能な移動体とその外部との一方に計測面が設置されかつ他方にヘッドが設置される位置計測系を用いて、前記移動体の位置情報を計測し、その位置情報に基づいて前記移動体を駆動することと、
    前記ヘッドからの計測ビームの照射によって、前記計測面での熱応力、変形量の少なくとも１つを含む物理量が許容値を越えるのを阻止することと、を含み、
    前記阻止は、前記物体の露光シーケンスの異常時、及び／又は前記移動体を使わない期間中に行われる露光方法。
  5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の露光方法において、
    前記計測面は、前記所定平面と実質的に平行でかつ回折格子を有する露光方法。
  6. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の露光方法において、
    前記位置計測系とは別の計測装置によって前記物体の位置情報を計測することと、
    前記計測装置のビームによって前記物理量が許容値を越えるのを阻止することと、を含む露光方法。
  7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の露光方法を用いて物体を露光することと、
    露光された前記物体を現像することと、
    を含むデバイス製造方法。
  8. エネルギビームで物体を露光する露光装置であって、
    前記物体を保持して所定平面内で移動可能な移動体と、
    前記移動体及び該移動体の外部との他方に設置されたヘッドを有し、該ヘッドから前記移動体及び該移動体の外部との一方に設置された計測面に計測ビームを照射し、その反射光を受光して前記移動体の位置情報を計測する位置計測系と、
    前記位置情報に基づいて前記移動体を駆動する駆動系と、
    前記計測ビームの照射によって、前記計測面での熱応力、変形量の少なくとも１つを含む物理量が許容値を越えるのを阻止する制御装置と、を備え、
    前記制御装置は、前記阻止のため、前記駆動系を介して前記移動体を前記所定平面内で駆動する露光装置。
  9. エネルギビームで物体を露光する露光装置であって、
    前記物体を保持して所定平面内で移動可能な移動体と、
    前記移動体及び該移動体の外部との他方に設置されたヘッドを有し、該ヘッドから前記移動体及び該移動体の外部との一方に設置された計測面に計測ビームを照射し、その反射光を受光して前記移動体の位置情報を計測する位置計測系と、
    前記位置情報に基づいて前記移動体を駆動する駆動系と、
    前記計測ビームの照射によって、前記計測面での熱応力、変形量の少なくとも１つを含む物理量が許容値を越えるのを阻止する制御装置と、を備え、
    前記制御装置は、前記阻止のため、前記計測面を前記計測ビームの照射位置から外す露光装置。
  10. エネルギビームで物体を露光する露光装置であって、
    前記物体を保持して所定平面内で移動可能な移動体と、
    前記移動体及び該移動体の外部との他方に設置されたヘッドを有し、該ヘッドから前記移動体及び該移動体の外部との一方に設置された計測面に計測ビームを照射し、その反射光を受光して前記移動体の位置情報を計測する位置計測系と、
    前記位置情報に基づいて前記移動体を駆動する駆動系と、
    前記計測ビームの照射によって、前記計測面での熱応力、変形量の少なくとも１つを含む物理量が許容値を越えるのを阻止する制御装置と、を備え、
    前記制御装置は、前記阻止のため、前記計測ビームの光路に遮光部材を配置する、あるいは前記計測ビームの強度を低下させる露光装置。
  11. エネルギビームで物体を露光する露光装置であって、
    前記物体を保持して所定平面内で移動可能な移動体と、
    前記移動体及び該移動体の外部との他方に設置されたヘッドを有し、該ヘッドから前記移動体及び該移動体の外部との一方に設置された計測面に計測ビームを照射し、その反射光を受光して前記移動体の位置情報を計測する位置計測系と、
    前記位置情報に基づいて前記移動体を駆動する駆動系と、
    前記計測ビームの照射によって、前記計測面での熱応力、変形量の少なくとも１つを含む物理量が許容値を越えるのを阻止する制御装置と、を備え、
    前記制御装置は、前記阻止を、前記物体の露光シーケンスの異常時、及び／又は前記移動体を使わない期間中に行う露光装置。
  12. 請求項８〜１１のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記計測面は、前記所定平面と実質的に平行でかつ回折格子を有する露光装置。
  13. 請求項８〜１１のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記物体の位置情報を計測する前記位置計測系とは別の計測装置をさらに備え、
    前記制御装置は、前記計測装置のビームによって前記物理量が許容値を越えるのを阻止する露光装置。
  14. 請求項８〜１３のいずれか一項に記載の露光装置を用いて物体を露光することと、
    露光された前記物体を現像することと、
    を含むデバイス製造方法。
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