JPWO2009084196A1 - 移動体駆動システム、パターン形成装置、露光装置及び露光方法、並びにデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

ステージ装置は、ステージ（ＷＳＴ）が対向する面上に、Ｙ軸方向を長手方向として配置され、Ｘ軸方向を周期方向とする第１格子が形成された第１スケール（４６Ｂ、４６Ｄ）と、Ｘ軸方向を長手方向として配置され、第１格子と周期方向が直交する第２格子が形成された第２スケール（４６Ａ、４６Ｃ）とを備えている。また、ステージの上面には、Ｘ軸方向の位置を異ならせて配置された複数のＸヘッド（６６1〜６６5）と、Ｙ軸方向の位置を異ならせて配置された複数のＹヘッド（６４1〜６４5）と、が設けられている。これらのヘッドを有するエンコーダシステムは、第１スケールに対向するＸヘッドの出力と、第２スケールに対向するＹヘッドの出力とに基づいて、ステージのＸＹ平面内の位置情報を計測する。

Description

本発明は、移動体駆動システム、パターン形成装置、露光装置及び露光方法、並びにデバイス製造方法に係り、さらに詳しくは、エンコーダシステムを用いて移動体の位置を計測し、実質的に所定平面に沿って移動体を駆動する移動体駆動システム、該移動体駆動システムを備えるパターン形成装置、前記移動体駆動システムを備えた露光装置及び前記移動体駆動システムを用いる及び露光方法、並びに該露光装置又は前記露光方法を用いるデバイス製造方法に関する。

従来、半導体素子、液晶表示素子等のマイクロデバイス（電子デバイス）を製造するためのリソグラフィ工程では、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（いわゆるステッパ）、あるいはステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置（いわゆるスキャニング・ステッパ（スキャナとも呼ばれる））などが、主として用いられている。

この種の露光装置では、被露光基板、例えばウエハを保持するステージの位置計測は、レーザ干渉計を用いて行われるのが、一般的であった。しかるに、半導体素子の高集積化に伴う、パターンの微細化により、要求される性能が厳しくなってきた。例えば、トータルオーバイレイ誤差の許容値が数ｎｍのオーダーとなり、これに伴ってステージの位置制御誤差の許容値もサブナノオーダー以下となってきた。従って、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も無視できなくなってきた。

そこで、最近では、干渉計に比べて空気揺らぎの影響を受け難い高分解能のエンコーダが注目されるようになっており、該エンコーダをウエハステージ等の位置計測に用いる露光装置が提案されている（例えば、特許文献１等参照）。該特許文献１に記載の露光装置では、基板テーブルの上方に、基板テーブルの移動範囲の全域を含む広範囲な領域に渡る、グリッド・プレートを用いている。

しかしながら、特許文献１に開示されるような、大面積で高精度なグリッド・プレートは製造が困難であることから、複数のグリッド・プレートを並べて配置する必要があった。また、特許文献１に開示されるような、大面積のグリッド・プレートを用いることは、レイアウト面、及び精度面に難点がある上、特にコスト面で見ると殆ど非現実的であった。

米国特許出願公開第２００６／０２２７３０９号明細書

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、第１の観点からすると、実質的に所定平面に沿って移動体を駆動する移動体駆動システムであって、前記移動体が対向する前記所定平面と平行な第１面上に、第１方向を長手方向として配置され、前記第１方向又は該第１方向に垂直な第２方向を周期方向とする第１格子が形成された第１スケールと；前記第１面に、前記第２方向を長手方向として配置され、前記第１格子と周期方向が直交する第２格子が形成された第２スケールと；前記移動体の前記所定平面に実質的に平行な第２面に前記第２方向の位置を異ならせて配置された前記第１格子の周期方向を計測方向とする複数の第１ヘッドを含む第１ヘッド群と、前記移動体の前記第２面に前記第１方向の位置を異ならせて配置された前記第２格子の周期方向を計測方向とする複数の第２ヘッドを含む第２ヘッド群と、を有し、前記第１スケールに対向する前記第１ヘッドの出力と、前記第２スケールに対向する前記第２ヘッドの出力とに基づいて、前記移動体の前記第１及び第２方向を含む前記所定平面内の少なくとも２自由度方向の位置情報を算出する計測システムと；前記計測システムにより算出された位置情報に基づいて、前記移動体を前記所定平面に沿って駆動する駆動系と；を備える第１の移動体駆動システムである。

これによれば、計測システムにより、第１スケールに対向する第１ヘッドの出力と、第２スケールに対向する第２ヘッドの出力とに基づいて、移動体の第１及び第２方向を含む所定平面内の少なくとも２自由度方向の位置情報が算出され、駆動系により、該計測システムにより算出された位置情報に基づいて、移動体が所定平面に沿って駆動される。従って、移動体の移動範囲の全域に対応してスケール（格子）を配置することなく、移動体の移動範囲の全域で、計測システムの計測値に基づいて、移動体を所定平面に沿って精度良く駆動することが可能になる。

本発明は、第２の観点からすると、実質的に所定平面に沿って移動体を駆動する移動体駆動システムであって、前記移動体が対向する前記所定平面と平行な第１面上に、第１方向を長手方向として配置され、前記第１方向及び該第１方向に垂直な第２方向を周期方向とする２次元格子が形成されたスケールと；前記移動体の前記所定平面に実質的に平行な第２面に前記第２方向の位置を異ならせて配置された前記第１、第２方向を計測方向とする複数の２次元ヘッドを有し、前記スケールに対向する２次元ヘッドの出力に基づいて、前記移動体の前記第１及び第２方向を含む前記所定平面内の少なくとも２自由度方向の位置情報を算出する計測システムと；前記計測システムにより算出された位置情報に基づいて、前記移動体を前記所定平面に沿って駆動する駆動系と；を備える第２の移動体駆動システムである。

これによれば、計測システムにより、スケールに対向する２次元ヘッドの出力に基づいて、移動体の第１及び第２方向を含む所定平面内の少なくとも２自由度方向の位置情報が算出され、駆動系により、その計測システムにより算出された位置情報に基づいて、移動体が所定平面に沿って駆動される。従って、移動体の移動範囲の全域に対応してスケール（格子）を配置することなく、移動体の移動範囲の全域で、計測システムの計測値に基づいて、移動体を所定平面に沿って精度良く駆動することが可能になる。

本発明は、第３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、前記物体上にパターンを生成するパターニング装置と；本発明の第１、第２の移動体駆動システムのいずれかと；を備え、前記物体に対するパターン形成のために前記移動体駆動システムによる前記物体が載置される移動体の駆動を行うパターン形成装置である。

これによれば、本発明の第１、第２の移動体駆動システムのいずれかにより精度良く駆動される移動体上の物体にパターニング装置によりパターンを生成することで、物体上に精度良く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、エネルギビームの照射によって物体にパターンを形成する露光装置であって、前記物体に前記エネルギビームを照射するパターニング装置と；本発明の第１、第２の移動体駆動システムのいずれかと；を備え、前記エネルギビームと前記物体との相対移動のために、前記移動体駆動システムによる前記物体が載置される移動体の駆動を行う第１の露光装置である。

これによれば、パターニング装置から物体に照射されるエネルギビームと前記物体との相対移動のために、本発明の第１、第２の移動体駆動システムのいずれかにより前記物体を載置する移動体が精度良く駆動される。従って、走査露光により、物体上に精度良く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、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に沿って移動可能な移動体と；前記所定平面と実質的に平行かつ第１方向を長手方向として配置されるスケールと；前記移動体に設けられ、前記所定平面内で前記第１方向と直交する第２方向に関して位置が異なる複数のヘッドを有し、少なくとも前記物体の露光時に前記移動体の位置情報を、前記スケールと対向する、前記複数のヘッドの少なくとも１つによって計測するエンコーダシステムと；を備える第２の露光装置である。

これによれば、エンコーダシステムの複数のヘッドが移動体に設けられており、少なくとも物体の露光時に、所定平面と実質的に平行かつ第１方向を長手方向として配置されるスケールに対向する、前記複数のヘッドの少なくとも１つによって、移動体の位置情報が、計測される。

本発明は、第６の観点からすると、本発明の第１、第２の露光装置のいずれかを用いて物体を露光することと；前記露光された物体を現像することと；を含む第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、エネルギビームで物体を露光する露光方法であって、前記物体を移動体で保持することと；本発明の第１、第２の移動体駆動システムのいずれかによって前記移動体を駆動して、前記物体を前記エネルギビームで露光することと：を含む第１の露光方法である。

これによれば、物体を保持する移動体が、本発明の第１、第２の移動体駆動システムのいずれかにより精度良く駆動されるので、その物体に対する良好な露光が可能になる。

本発明は、第８の観点からすると、実質的に所定平面に沿って移動する移動体に保持された物体をエネルギビームで露光する露光方法であって、前記移動体が対向する前記所定平面と平行な第１面上に、第１方向を長手方向とし、かつ前記第１方向又は該第１方向に垂直な第２方向を周期方向とする第１格子が形成された第１スケールと、前記第２方向を長手方向とし、かつ前記第１格子と周期方向が直交する第２格子が形成された第２スケールと、が配置され、前記移動体の前記所定平面に実質的に平行な第２面に前記第２方向の位置を異ならせて配置された前記第１格子の周期方向を計測方向とする複数の第１ヘッドを含む第１ヘッド群と、前記移動体の前記第２面に前記第１方向の位置を異ならせて配置された前記第２格子の周期方向を計測方向とする複数の第２ヘッドを含む第２ヘッド群とのうち、前記第１スケールに対向する前記第１ヘッドの出力と、前記第２スケールに対向する前記第２ヘッドの出力とに基づいて、前記移動体の前記第１及び第２方向を含む前記所定平面内の少なくとも２自由度方向の位置情報を算出する計測工程と；前記計測工程で算出された位置情報に基づいて、前記移動体を前記所定平面に沿って駆動する駆動工程と；を含む第２の露光方法である。

これによれば、第１スケールに対向する第１ヘッドの出力と、第２スケールに対向する第２ヘッドの出力とに基づいて、移動体の第１及び第２方向を含む所定平面内の少なくとも２自由度方向の位置情報が算出され、該計測システムにより算出された位置情報に基づいて、移動体が所定平面に沿って駆動される。従って、移動体の移動範囲の全域に対応してスケール（格子）を配置することなく、移動体の移動範囲の全域で、計測システムの計測値に基づいて、移動体を所定平面に沿って精度良く駆動することが可能になり、ひいては、移動体に保持された物体に対する高精度な露光が可能になる。

本発明は、第９の観点からすると、実質的に所定平面に沿って移動する移動体に保持された物体をエネルギビームで露光する露光方法であって、前記移動体が対向する前記所定平面と平行な第１面上に、第１方向を長手方向とし、かつ前記第１方向及び該第１方向に垂直な第２方向を周期方向とする２次元格子が形成されたスケールが配置され、前記移動体の前記所定平面に実質的に平行な第２面に前記第２方向の位置を異ならせて配置された前記第１、第２方向を計測方向とする複数の２次元ヘッドのうち、前記スケールに対向する２次元ヘッドの出力に基づいて、前記移動体の前記第１及び第２方向を含む前記所定平面内の少なくとも２自由度方向の位置情報を算出する計測工程と；前記計測工程で算出された位置情報に基づいて、前記移動体を前記所定平面に沿って駆動する駆動工程と；を含む第３の露光方法である。

これによれば、スケールに対向する２次元ヘッドの出力に基づいて、移動体の第１及び第２方向を含む所定平面内の少なくとも２自由度方向の位置情報が算出され、その計測システムにより算出された位置情報に基づいて、移動体が所定平面に沿って駆動される。従って、移動体の移動範囲の全域に対応してスケール（格子）を配置することなく、移動体の移動範囲の全域で、計測システムの計測値に基づいて、移動体を所定平面に沿って精度良く駆動することが可能になり、ひいては、移動体に保持された物体に対する高精度な露光が可能になる。

本発明は、第１０の観点からすると、所定平面に沿って移動可能な移動体に保持された物体をエネルギビームで露光する露光方法であって、前記移動体に設けられ、前記所定平面内で前記第１方向と直交する第２方向に関して位置が異なる複数のヘッドを有するエンコーダシステムを用い、前記所定平面と実質的に平行かつ第１方向を長手方向として配置されるスケールと対向する前記複数のヘッドのうちの少なくとも１つのヘッドによって、少なくとも前記物体の露光時に前記移動体の位置情報を、計測する第４の露光方法である。

これによれば、第２方向に関して位置が異なる複数のヘッドが移動体に設けられたエンコーダシステムが用いられ、少なくとも物体の露光時に、所定平面と実質的に平行かつ第１方向を長手方向として配置されるスケールに対向する、前記複数のヘッドの少なくとも１つによって、移動体の位置情報が、計測される。

本発明は、第１１の観点からすると、本発明の第２、第３及び第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；前記露光された物体を現像することと；を含む第２のデバイス製造方法である。

一実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。 図１のステージ装置近傍の構成部分を拡大して示す図である。 ウエハステージを、該ウエハステージの位置情報を計測するエンコーダ及び干渉計と共に示す平面図である。 一実施形態に係る露光装置のステージ制御に関連する制御系を一部省略して示すブロック図である。 図５（Ａ）は、ウエハの中央付近が投影ユニットの直下となる位置にウエハステージがある状態を示す図、図５（Ｂ）は、ウエハの中心と外周との中間付近が投影ユニットの直下となる位置にウエハステージがある状態を示す図である。 図６（Ａ）は、ウエハの＋Ｙ側のエッジ近傍が投影ユニットＰＵの直下となる位置にウエハステージがある状態を示す図、図６（Ｂ）は、ウエハの中心から見てＸ軸及びＹ軸に対し４５°を成す方向のエッジ近傍が投影ユニットＰＵの直下となる位置にウエハステージがある状態を示す図である。 ウエハの＋Ｘ側のエッジ近傍が投影ユニットＰＵの直下となる位置にウエハステージがある状態を示す図である。 他の実施形態に係るウエハステージ用のエンコーダシステムを示す図である。 その他の実施形態に係るウエハステージ用のエンコーダシステムを示す図である。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図７に基づいて説明する。

図１には、一実施形態に係る露光装置１００の概略構成が示されている。露光装置１００は、ステップ・アンド・スキャン方式の縮小投影露光装置、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なう。

露光装置１００は、照明系１０、レチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、投影ユニットＰＵ、ウエハＷが載置されるウエハステージＷＳＴを含むウエハステージ装置１２、及びこれらの制御系等を備えている。

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。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。

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、図１に示される、レチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）１６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、投影ユニットＰＵを構成する鏡筒４０の側面に固定された固定鏡１４（実際には、Ｘ固定鏡、Ｙ固定鏡のそれぞれ）を基準として、例えば０．２５ｎｍ程度の分解能で常時検出される。

投影ユニットＰＵは、レチクルステージＲＳＴの図１における下方で、フランジＦＬＧを介して不図示のボディの一部（鏡筒定盤）に保持されている。投影ユニットＰＵは、円筒状でその外周部の下端部近傍にフランジＦＬＧが設けられた鏡筒４０と、該鏡筒４０に保持された複数の光学素子から成る投影光学系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倍又は１／５倍）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を介してその照明領域ＩＡＲ内のレチクル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（露光領域）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）に相対移動するとともに、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）に相対移動することで、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。

ウエハステージ装置１２は、床面Ｆ上に設置されたベースプレートＢＳ上に配置された複数（例えば３つ又は４つ）の防振機構（図示省略）によってほぼ水平に支持されたステージベース７１、該ステージベース７１の上方に配置されたウエハステージＷＳＴ、該ウエハステージＷＳＴを駆動するウエハステージ駆動系２７（図１では不図示、図４参照）等を備えている。

ステージベース７１は、平板状の外形を有する部材からなり、その上面は平坦度が非常に高く仕上げられ、ウエハステージＷＳＴの移動の際のガイド面とされている。ステージベース７１の内部には、ＸＹ二次元方向を行方向、列方向としてマトリックス状に配置された複数のコイルを含む、コイルユニットが収容されている。

ウエハステージＷＳＴは、図２に示されるように、ステージ本体３０とその上部のウエハテーブルＷＴＢとを有し、ステージ本体３０の底部には、上記のコイルユニットとともに、磁気浮上型の平面モータを構成する、複数の磁石を有する磁石ユニット３１が設けられている。本実施形態では、コイルユニットは、Ｘ軸方向駆動コイル及びＹ軸方向駆動コイルのみならず、Ｚ軸方向駆動コイルをも有しており、これらのコイルユニットと上述の磁石ユニットとによって、ウエハステージＷＳＴを、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、θｘ、θｙ方向、及びθｚ方向の６自由度方向に駆動する、電磁力駆動方式（ローレンツ力駆動方式）のムービングマグネット型の平面モータ（二次元リニアアクチュエータ）が構成されている。上記の平面モータを含んで、ウエハステージ駆動系２７が構成されている。本実施形態では、コイルユニットを構成する各コイルに供給される電流の大きさ及び方向が、主制御装置２０によって制御される。

なお、ウエハステージＷＳＴは、例えばリニアモータ又は平面モータ等によりＸＹ平面内で駆動されるステージ本体と、該ステージ本体上でボイスコイルモータなどにより少なくともＺ軸方向、θｘ方向、及びθｙ方向の３自由度方向に微小駆動されるウエハテーブルとを備えた構造を採用しても良い。かかる場合には、例えば米国特許第５，１９６，７４５号明細書などに開示されるローレンツ電磁力駆動による平面モータなどを用いることができる。なお、ローレンツ電磁力駆動方式に限らず、可変磁気抵抗駆動方式の平面モータを用いることもできる。

ウエハテーブルＷＴＢ上には、不図示のウエハホルダを介してウエハＷが載置され、例えば真空吸着（又は静電吸着）などによって固定されている。

また、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置情報は、図１に示される、スケール部材４６Ｂ、４６Ｃ、４６Ｄ等を含むエンコーダシステム５０（図４参照）と、ウエハレーザ干渉計システム（以下、「干渉計システム」と略述する）１８とによってそれぞれ計測可能に構成されている。以下、ウエハステージＷＳＴ用のエンコーダシステム５０、及び干渉計システム１８の構成等について詳述する。なお、スケール部材はグリッド・プレート、格子部材、あるいは基準部材などとも呼ぶことができる。

ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）の上面には、図３の平面図に示されるように、ウエハＷを取り囲んで、複数（ここでは各１０個）のＸヘッド（以下、適宜、ヘッドと略述する）６６₁〜６６₁₀及びＹヘッド（以下、適宜、ヘッドと略述する）６４₁〜６４₁₀が設けられている。詳述すると、ウエハテーブルＷＴＢ上面の＋Ｙ側の端部、及び−Ｙ側の端部には、Ｘヘッド６６₁、６６₂、…、６６₅及び６６₆、６６₇、…、６６₁₀がＸ軸方向に沿って所定間隔で配置されている。また、ウエハテーブルＷＴＢ上面の＋Ｘ側の端部、及び−Ｘ側の端部には、Ｙヘッド６４_１、６４₂、…、６４₅及び６４₆、６４₇、…、６４₁₀がＹ軸方向に沿って所定間隔で配置されている。Ｙヘッド６４₁〜６４₁₀、及びＸヘッド６６₁〜６６₁₀のそれぞれとしては、例えば米国特許第７，２３８，９３１号明細書、あるいは国際公開第２００７／０８３７５８号パンフレット（対応米国特許出願公開第２００７／０２８８１２１号明細書）などに開示されるヘッド（エンコーダ）と同様の構成のものが用いられている。なお、以下では、Ｙヘッド６４₁〜６４₁₀及びＸヘッド６６₁〜６６₁₀を、それぞれ、Ｙヘッド６４及びＸヘッド６６とも記述する。

一方、図１及び図３を総合するとわかるように、投影ユニットＰＵの最下端部の周囲を四方から囲む状態で、４つのスケール部材４６Ａ〜４６Ｄが配置されている。これらのスケール部材４６Ａ〜４６Ｄ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、例えば支持部材を介して鏡筒定盤に吊り下げ状態で固定されている。

スケール部材４６Ａ、４６Ｃは、投影ユニットＰＵの−Ｘ側、＋Ｘ側にそれぞれ、Ｘ軸方向を長手方向として、かつ投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに関して対称に配置されている。また、スケール部材４６Ｂ、４６Ｄは、投影ユニットＰＵの＋Ｙ側、−Ｙ側にそれぞれ、Ｙ軸方向を長手方向として、かつ投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに関して対称に配置されている。

スケール部材４６Ａ〜４６Ｄは同一素材（例えばセラミックス、又は低熱膨張のガラスなど）から成り、その表面（図１における下面、すなわち−Ｚ側の面）に長手方向に垂直な方向を周期方向とする同一の反射型の回折格子が形成されている。この回折格子は、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。なお、図３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。また、スケール部材４６Ａ〜４６Ｄの表面（格子面）に、上記ヘッドからの計測ビームに対して実質的に透明なカバー部材（例えばガラスプレートなど）を設けても良い。

スケール部材４６Ａ、４６Ｃは、回折格子がＹ軸方向を周期方向とするので、ウエハステージＷＳＴのＹ軸方向の位置計測に用いられる。また、スケール部材４６Ｂ及び４６Ｄは、回折格子がＸ軸方向を周期方向とするので、ウエハステージＷＳＴのＸ軸方向の位置計測に用いられる。

本実施形態では、隣接する２つのＸヘッド６６が対応するスケール部材（回折格子）に同時に対向し得る間隔で、すなわち、スケール部材４６Ｂ、４６Ｄの長手方向と直交する方向（回折格子の配列方向）に関する回折格子の長さと同程度以下の間隔で、Ｘヘッド６６_１、６６₂、…、６６₅、及び６６₆、６６₇、…、６６₁₀がウエハテーブルＷＴＢ上に配置されている。

同様に、隣接する２つのＹヘッド６４が対応するスケール部材（回折格子）に同時に対向し得る間隔で、すなわち、スケール部材４６Ａ、４６Ｃの長手方向と直交する方向（回折格子の配列方向）に関する回折格子の長さと同程度以下の間隔で、Ｙヘッド６４₁〜６４₅、及びＹヘッド６４₆〜６４₁₀がウエハテーブルＷＴＢ上に配置されている。

Ｙヘッド６４₁〜６４₅、及びＹヘッド６４₆〜６４₁₀のそれぞれは、スケール部材４６Ｃ、４６Ａのいずれかと対向して、ウエハステージＷＳＴのＹ位置を計測する、多眼、より正確には５眼のＹリニアエンコーダを構成する。また、Ｘヘッド６６_１、６６₂、…、６６₅及び６６₆、６６₇、…、６６₁₀のそれぞれは、スケール部材４６Ｂ、４６Ｄのいずれかと対向して、ウエハステージＷＳＴのＸ位置を計測する、多眼、より正確には５眼のＸリニアエンコーダを構成する。

ウエハＷが、投影光学系ＰＬ（投影ユニットＰＵ）の下方に位置する、露光の際のウエハステージＷＳＴの移動範囲内では、Ｙヘッド６４_i（ｉ＝１〜５のいずれか）、６４_j（ｊ＝ｉ＋５）が、スケール部材４６Ｃ、４６Ａにそれぞれ対向するとともに、Ｘヘッド６６_p（ｐ＝１〜５のいずれか）、６６_q（ｑ＝ｐ＋５）が、スケール部材４６Ｂ、４６Ｄにそれぞれ対向する。すなわち、スケール部材４６Ｃ、４６Ａにそれぞれ対向するＹヘッド６４_i、６４_jによって構成される一対のＹリニアエンコーダ５０Ｃ、５０Ａ（図４参照）と、スケール部材４６Ｂ、４６Ｄにそれぞれ対向するＸヘッド６６_p、６６_qによって構成される一対のＸリニアエンコーダ５０Ｂ、５０Ｄ（図４参照）との合計４つのエンコーダの計測値が、主制御装置２０に供給されるようになっている。一対のＹリニアエンコーダ５０Ｃ、５０Ａと一対のＸリニアエンコーダ５０Ｂ、５０Ｄとを含んで、図４のエンコーダシステム５０が構成されている。

また、干渉計システム１８は、図２に示されるように、ウエハテーブルＷＴＢの端面に形成された反射面及びステージ本体３０に固定された移動鏡４３に測長ビームを照射することによって、ウエハステージＷＳＴの位置情報を、例えば０．２５ｎｍ程度の分解能で常時検出する。干渉計システム１８はその少なくとも一部（例えば、光源を除く光学ユニット）が、鏡筒定盤に吊り下げ状態で固定されている。

ウエハステージＷＳＴには、実際には、図３に示されるように、走査方向であるＹ軸方向に直交する反射面１７Ｙと、非走査方向であるＸ軸方向に直交する反射面１７Ｘとが形成されているが、図１では、これらが代表的に反射面１７として示されている。

干渉計システム１８は、図３に示されるように、ウエハＹ干渉計１８Ｙと、２つのウエハＸ干渉計１８Ｘ₁及び１８Ｘ₂と、一対のＺ干渉計１８Ｚ₁，１８Ｚ₂の５つの干渉計を含む。これら５つの干渉計１８Ｙ、１８Ｘ₁、１８Ｘ₂、１８Ｚ₁、１８Ｚ_２としては、ゼーマン効果を利用した２周波レーザを用いたマイケルソン型のヘテロダイン・レーザ干渉計が用いられている。このうち、ウエハＹ干渉計１８Ｙとしては、図３に示されるように、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ（前述の照明領域ＩＡＲと共役な露光領域の中心）及び後述するアライメント系ＡＬＧの検出中心を通るＹ軸に平行な軸（基準軸）に関して対称な２つの測長軸を含む複数の測長軸を有する多軸干渉計が用いられている。なお、ウエハＹ干渉計１８Ｙについては、さらに後述する。

ウエハＸ干渉計１８Ｘ₁は、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ（前述の露光領域の中心）を通るＸ軸に平行な軸（基準軸）を通る測長軸に沿って測長ビームを反射面１７Ｘに対して照射する。このウエハＸ干渉計１８Ｘ₁は、投影ユニットＰＵの鏡筒４０の側面に固定されたＸ固定鏡の反射面を基準とする反射面１７Ｘの変位をウエハステージＷＳＴのＸ軸方向に関する位置情報として計測する。

ウエハＸ干渉計１８Ｘ₂は、アライメント系ＡＬＧの検出中心を通るＸ軸方向の測長軸に沿って測長ビームを反射面１７Ｘに対して照射し、アライメント系ＡＬＧの側面に固定された固定鏡の反射面を基準とする移動鏡１７Ｘの反射面の変位をウエハステージＷＳＴのＸ軸方向に関する位置情報として計測する。

また、ステージ本体３０の＋Ｙ側の側面には、図１及び図２に示されるように、Ｘ軸方向を長手方向とする移動鏡４３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４３に対向して、該移動鏡４３に測長ビームを照射する一対のＺ干渉計１８Ｚ₁，１８Ｚ₂が配置されている（図３参照）。詳述すると、移動鏡４３は、図２及び図３を総合するとわかるように、Ｘ軸方向の長さが反射面１７Ｙ（ウエハテーブルＷＴＢ）よりも長い、長方形と等脚台形とを一体化したような六角形の断面形状を有する部材から成る。この移動鏡４３の＋Ｙ側の面に鏡面加工が施され、図２に示される３つの反射面が形成されている。

Ｚ干渉計１８Ｚ₁、１８Ｚ₂は、図３からわかるように、Ｙ干渉計１８ＹのＸ軸方向の一側と他側にほぼ同一距離離れて配置されている。また、Ｚ干渉計１８Ｚ₁、１８Ｚ₂は、実際には、Ｙ干渉計１８Ｙより幾分低い位置にそれぞれ配置されている。

Ｚ干渉計１８Ｚ₁、１８Ｚ₂それぞれから、図２及び図３に示されるように、Ｙ軸方向の測長ビームＢ１が移動鏡４３の上側反射面（傾斜面）に向けて照射されるとともに、Ｙ軸方向の測長ビームＢ２が移動鏡４３の下側反射面（傾斜面）に向けて照射されるようになっている。本実施形態では、上側反射面で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４７Ａ、及び下側反射面で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４７Ｂが、投影ユニットＰＵ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を支持する鏡筒定盤に設けられた同一の支持体（不図示）に支持される。

Ｚ干渉計１８Ｚ₁，１８Ｚ₂それぞれからＹ軸方向の測長ビームＢ１、Ｂ２が、移動鏡４３に向けて照射され、これらの測長ビームＢ１、Ｂ２は、移動鏡４３の上下の反射面のそれぞれに所定の入射角で入射し、各反射面でそれぞれ反射されて固定鏡４７Ａ，４７Ｂの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Ｂ１、Ｂ２は、入射時と同一の光路を逆向きに通ってＺ干渉計１８Ｚ₁、１８Ｚ₂に戻る。

Ｙ干渉計１８Ｙは、図３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）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を反射面１７Ｙに照射し、それぞれの反射光を受光することで、測長ビームＢ４₁，Ｂ４₂の照射点におけるウエハステージＷＳＴのＹ軸方向の位置情報を、投影ユニットＰＵの鏡筒４０の側面に固定されたＹ固定鏡の反射面を基準として検出している。なお、図２では、測長ビームＢ４₁，Ｂ４₂が代表的にビームＢ４として示されている。

また、Ｙ干渉計１８Ｙ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を移動鏡４３のＸＺ平面に平行な中央反射面に向けて照射し、その中央反射面で反射した測長ビームＢ３を受光することにより、移動鏡４３の中央反射面（すなわちウエハステージＷＳＴ）のＹ軸方向の位置を検出している。

主制御装置２０は、Ｙ干渉計１８Ｙ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１７Ｙ、すなわちウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）のＹ位置、すなわちＹ軸方向の変位ΔＹｏを算出する。また、主制御装置２０は、反射面１７Ｙ及び移動鏡４３の中央反射面におけるＹ位置に基づいて、ウエハステージＷＳＴのＸ軸回りの回転方向（θｘ方向）の変位（ピッチング量）ΔＸｏを算出する。

また、主制御装置２０は、Ｚ干渉計４３Ａ、４３Ｂの計測結果に基づいて、例えば国際公開第２００７／０８３７５８号パンフレット（対応米国特許出願公開第２００７／０２８８１２１号明細書）などに開示される手法により、ウエハステージＷＳＴのＺ軸方向、Ｙ軸方向、θｚ方向、及びθｙ方向の変位ΔＺｏ、ΔＹｏ、Δθｚ、Δθｙを算出することができる。

なお、図１では、Ｘ干渉計１８Ｘ₁，１８Ｘ₂及びＹ干渉計１８Ｙ、並びにＺ干渉計１８Ｚ₁，１８Ｚ₂が代表的に干渉計システム１８として示され、Ｘ軸方向位置計測用のＸ固定鏡とＹ軸方向位置計測用のＹ固定鏡とが代表的に固定鏡５７として図示されている。また、アライメント系ＡＬＧ及びこれに固定された固定鏡は図１では図示が省略されている。

本実施形態では、ウエハＸ干渉計１８Ｘ_１とウエハＹ干渉計１８Ｙとは、ウエハの露光動作時に用いられるエンコーダシステムのキャリブレーションに用いられるとともに、ウエハＸ干渉計１８Ｘ_２とウエハＹ干渉計１８Ｙとは、アライメント系ＡＬＧによるマーク検出時に用いられる。なお、本実施形態において、ウエハテーブルＷＴＢの端面に反射面１７Ｘ、１７Ｙを形成する代わりにウエハステージＷＳＴの端部に移動鏡（平面ミラー）を固定しても良い。

また、ウエハステージＷＳＴ上には、不図示の基準マーク板が、その表面がウエハＷと同一高さとなる状態で固定されている。この基準マーク板の表面には、少なくとも一対のレチクルアライメント用の第１基準マークと、これらの第１基準マークに対して既知の位置関係にあるアライメント系ＡＬＧのベースライン計測用の第２基準マークなどが形成されている。

本実施形態の露光装置１００は、さらに、レチクルステージＲＳＴの上方にＸ軸方向に所定距離隔てて配置された一対のレチクルアライメント系１３Ａ、１３Ｂ（図１では不図示、図４参照）備えている。レチクルアライメント系１３Ａ、１３Ｂとしては、投影光学系ＰＬを介してウエハステージＷＳＴ上の一対の基準マークとこれに対応するレチクル上の一対のレチクルマークとを同時に観察するための露光波長の光を用いたＴＴＲ（Through The Reticle）アライメント系が用いられている。レチクルアライメント系の詳細な構成は、例えば米国特許第５，６４６，４１３号明細書などに開示されている。なお、レチクルアライメント系として、例えばスリット開口を有する受光面がウエハステージＷＳＴに配置される空間像計測系を代用又は兼用しても良い。この場合、前述の第１基準マークは設けなくても良い。

同様に、図１では図示が省略されているが、露光装置１００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照射系４２ａと受光系４２ｂ（図４参照）とから成る斜入射方式の多点焦点位置検出系を、さらに備えている。

また、露光装置１００では、投影ユニットＰＵの近傍に、前述のアライメント系ＡＬＧ（図１では不図示、図３参照）が設けられている。このアライメント系ＡＬＧとしては、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ＡＬＧは、指標中心を基準とするマークの位置情報を主制御装置２０に供給する。主制御装置２０は、この供給された情報と、干渉計システム１８のウエハＹ干渉計１８Ｙの測長ビームＢ４₁，Ｂ４₂に対応する測長軸及びウエハＸ干渉計１８Ｘ₂の計測値とに基づいて、検出対象のマーク、具体的には基準マーク板上の第２基準マーク又はウエハ上のアライメントマークのウエハＹ干渉計１８Ｙ及びウエハＸ干渉計１８Ｘ₂の測長軸で規定される座標系（アライメント座標系）上における位置情報を計測する。

図４には、本実施形態の露光装置１００のステージ制御に関連する制御系が一部省略してブロック図にて示されている。この図６の制御系は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等から成るいわゆるマイクロコンピュータ（又はワークステーション）を含み、装置全体を統括して制御する主制御装置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露光装置１００では、例えば米国特許第４,７８０,６１７号明細書などに開示されている周知のＥＧＡ（エンハンスド・グローバル・アライメント）方式などで行われるウエハアライメント動作時には、上述の如く、干渉計システム１８のウエハＹ干渉計１８Ｙ及びウエハＸ干渉計１８Ｘ₂の計測値に基づいて、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置が主制御装置２０によって管理され、ウエハアライメント動作時以外の例えば露光動作時などには、エンコーダ５０Ａ〜５０Ｄの計測値に基づいて、ウエハステージＷＳＴの位置が主制御装置２０によって管理されるようになっている。

従って、ウエハアライメント動作終了後、露光開始前までの間で、ウエハステージのＸＹ平面内の位置計測に用いる位置計測系を、ウエハＹ干渉計１８Ｙ及びウエハＸ干渉計１８Ｘ₂からエンコーダ５０Ａ〜５０Ｄへ切り替える、位置計測系の切り換え動作を行う必要がある。この位置計測系の切り換え動作は、大略、次の手順で行なわれる。

ウエハアライメントの終了後、主制御装置２０は、干渉計１８Ｙ，１８Ｘ₂，１８Ｚ₁，１８Ｚ₂の計測値に基づいて、ウエハステージＷＳＴを所定方向、例えば＋Ｙ方向に駆動する。

そして、干渉計１８Ｘ₂からの測長ビームと、干渉計１８Ｘ₁からの測長ビームとが同時に反射面１７Ｘに照射される位置に、ウエハステージＷＳＴが到達すると、主制御装置２０は、干渉計システム１８（干渉計１８Ｙ，１８Ｘ₂，１８Ｚ₁，１８Ｚ₂）の計測値に基づいて、ウエハステージＷＳＴのθｚ回転（ヨーイング）誤差（及びθｘ回転（ピッチング）誤差、並びにθｙ回転（ローリング）誤差）が零となるようにウエハステージＷＳＴの姿勢を調整した後、干渉計１８Ｘ₁の計測値を、そのときの干渉計１８Ｘ₂の計測値と同じ値にプリセットする。

そのプリセット後、干渉計１８Ｘ₁、１８Ｙの各軸の計測値の空気揺らぎ（空気の温度揺らぎ）による短期的変動の影響が平均化効果により無視できるレベルになるまでの所定時間その位置でウエハステージＷＳＴを停止させ、その停止時間中に取得した干渉計１８Ｘ₁の計測値の加算平均値（停止時間中の平均値）を、Ｘリニアエンコーダ５０Ｂ，５０Ｄの計測値として引き継ぐとともに、その停止時間中に取得した干渉計１８Ｙの複数軸それぞれにおける計測値の加算平均値（停止時間中の平均値）の平均値を、Ｙリニアエンコーダ５０Ａ，５０Ｃの計測値として引き継ぐ。これにより、Ｘリニアエンコーダ５０Ｂ，５０Ｄ、及びＹリニアエンコーダ５０Ａ，５０Ｃのプリセット、すなわち位置計測系の切り換え動作が完了する。以後、主制御装置２０により、エンコーダ５０Ａ〜５０Ｄの計測値に基づいて、ウエハステージＷＳＴの位置が管理されることとなる。

本実施形態の露光装置１００では、通常のスキャニング・ステッパと同様に、レチクルアライメント系１３Ａ，１３Ｂ、ウエハステージＷＳＴ上の基準マーク板及びアライメント系ＡＬＧなどを用いて、レチクルアライメント（レチクル座標系とウエハ座標系との対応付けを含む）及びアライメント系ＡＬＧのベースライン計測などの一連の作業が行われる。これらの一連の作業中のレチクルステージＲＳＴ、及びウエハステージＷＳＴの位置制御は、レチクル干渉計１６、及び干渉計システム１８の計測値に基づいて行われる。

次いで、主制御装置２０により、不図示のウエハローダを用いてウエハステージＷＳＴ上のウエハ交換（ウエハステージＷＳＴ上にウエハがない場合は、ウエハのロード）が行われ、そのウエハに対するアライメント系ＡＬＧを用いたウエハアライメント（例えばＥＧＡなど）が行われる。このウエハアライメントにより、前述したアライメント座標系上におけるウエハ上の複数のショット領域の配列座標が求められる。

その後、前述した位置計測系の切り替えが行われ、主制御装置２０により、先に計測したベースライン及びエンコーダ５０Ａ〜５０Ｄの計測値に基づいてウエハステージＷＳＴの位置が管理され、かつ前述したレチクル干渉計１６の計測値に基づいてレチクルステージＲＳＴの位置を管理しつつ、通常のスキャニング・ステッパと同様の手順で、ステップ・アンド・スキャン方式の露光が行われ、レチクルＲのパターンがウエハ上の複数のショット領域にそれぞれ転写される。

図５（Ａ）には、ウエハＷの中央付近が投影ユニットＰＵの直下となる位置にウエハステージＷＳＴがある状態が示され、図５（Ｂ）には、ウエハＷの中心と外周との中間付近が投影ユニットＰＵの直下となる位置にウエハステージＷＳＴがある状態が示されている。また、図６（Ａ）には、ウエハＷの＋Ｙ側のエッジ近傍が投影ユニットＰＵの直下となる位置にウエハステージＷＳＴがある状態が示され、図６（Ｂ）には、ウエハＷの中心から見てＸ軸及びＹ軸に対し４５°を成す方向のエッジ近傍が投影ユニットＰＵの直下となる位置にウエハステージＷＳＴがある状態が示されている。また、図７には、ウエハＷの＋Ｘ側のエッジ近傍が投影ユニットＰＵの直下となる位置にウエハステージＷＳＴがある状態が示されている。これらの図５（Ａ）〜図７を見ると、いずれの図においても、ウエハテーブルＷＴＢ上のＹヘッド６４₁〜６４₅、及びＹヘッド６４₆〜６４₁₀、並びにＸヘッド６６_１〜６６₅及び６６₆〜６６₁₀の４つのグループについて、各グループに属する少なくとも１つ（本実施形態では１つ又は２つ）のヘッドが、対応するスケール部材に対向していることがわかる。この事実、並びにスケール部材４６Ａ〜４６Ｄの投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを中心とする上下、左右方向に関する対称配置及びＹヘッド６４₁〜６４₁₀、及びＸヘッド６６_１〜６６₁₀のウエハステージＷＳＴの中心に対するＸ軸方向及びＹ軸方向に関する対称配置を総合して考えればわかるように、露光装置１００では、露光中のウエハステージＷＳＴの移動範囲内のいずれの位置にウエハステージＷＳＴがあっても、Ｙヘッド６４₁〜６４₅、及びＹヘッド６４₆〜６４₁₀、並びにＸヘッド６６_１〜６６₅及び６６₆〜６６₁₀のうちの少なくとも各１つが、対応する移動スケールに対向し、４つのエンコーダ５０Ａ〜５０ＤによるウエハステージＷＳＴのＸ位置及びＹ位置の計測を常時、ほぼ同時に行うことができる。

換言すれば、前述した４つのヘッド群６４₁〜６４₅、６４₆〜６４₁₀、６６_１〜６６₅及び６６₆〜６６₁₀の配置領域は、その長さ（例えばヘッド群６４₁〜６４₅の場合、ヘッド６４₁とヘッド６４₅との距離）が、少なくともウエハＷの全面を走査露光するときのウエハステージＷＳＴの移動ストローク（移動範囲）の全域をカバーする（本実施形態では全てのショット領域で、少なくとも走査露光中と、走査露光前後のウエハステージＷＳＴの加減速及び同期整定の期間中とに、４つのヘッド群６４₁〜６４₅、６４₆〜６４₁₀、６６_１〜６６₅及び６６₆〜６６₁₀（計測ビーム）の少なくとも１つが、対応するスケール部材（回折格子）から外れない、すなわち計測不能とならない）ように、ウエハＷの大きさ（直径）よりも長く設定されている。

また、４つのスケール部材４６Ａ〜４６Ｄも同様に、それぞれ長手方向に関して、その長さ（回折格子の幅に相当）が、少なくともウエハＷの全面を走査露光するときのウエハステージＷＳＴの移動ストロークの全域をカバーする（すなわち、少なくともウエハＷの露光動作中に４つのヘッド群６４₁〜６４₅、６４₆〜６４₁₀、６６_１〜６６₅及び６６₆〜６６₁₀（計測ビーム）が対応するスケール部材（回折格子）から外れない、すなわち計測不能とならない）ように、その移動ストロークと同程度以上に設定されている。

以上詳細に説明したように、本実施形態の露光装置１００によると、エンコーダシステム５０により、スケール部材４６Ａ，４６Ｃにそれぞれ対向する一対のＹヘッド６４の出力と、スケール部材４６Ｂ，４６Ｄにそれぞれ対向する一対のＸヘッド６６の出力とに基づいて、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の３自由度方向の位置情報が算出され、ウエハステージ駆動系２７により、主制御装置２０の指示に応じ、エンコーダシステム５０により算出された位置情報に基づいて、ウエハステージＷＳＴがＸＹ平面に沿って駆動される。従って、ウエハステージＷＳＴの移動範囲の全域に対応してスケール（格子）を配置することなく、ウエハステージＷＳＴの移動範囲の全域で、エンコーダシステム５０の計測値に基づいて、ウエハステージＷＳＴをＸＹ平面に沿って精度良く駆動することが可能になる。

また、本実施形態の露光装置１００によると、ウエハＷ上の各ショット領域に対する走査露光の際に、主制御装置２０は、レチクル干渉計１６と、エンコーダ５０Ａ，５０Ｃ（及び５０Ｂ及び５０Ｄ）の計測値に基づいて、レチクルＲ（レチクルステージＲＳＴ）、ウエハＷ（ウエハステージＷＳＴ）を走査方向（Ｙ軸方向）に沿って精度良く駆動することが可能であるとともに、非走査方向（Ｘ軸方向）にもウエハＷ（ウエハステージＷＳＴ）を精度良く駆動することができ、非走査方向に関するレチクルＲ（レチクルステージＲＳＴ）とウエハＷ（ウエハステージＷＳＴ）との高精度な位置決め（アライメント）も可能となる。これにより、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形成することが可能になる。

なお、本実施形態で用いられる各エンコーダとしては、上述した回折干渉方式、又は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、例えば米国特許第６，６３９，６８６号明細書などに開示されるいわゆるスキャンエンコーダなどを用いることができる。

次に、図８に基づいて、本発明の他の実施形態について説明する。この実施形態の露光装置では、ウエハステージ用のエンコーダシステムのみが、前述の実施形態と異なるので、以下では、このエンコーダシステムについて説明する。なお、図３との差異がエンコーダシステムの構成のみであるので、以下では図３と同一若しくは同等の作用、機能の構成部分には同一の符号を付すとともにその説明を省略する。また、この図８では、干渉計システム１８も図示が省略されている。

図８に示されるように、投影ユニットＰＵの最下端部の−Ｘ側、＋Ｙ側には、細長い長方形板状のスケール部材４６Ａ’及び４６Ｂ’が配置されている。これらのスケール部材Ａ’及び４６Ｂ’は、実際には、支持部材を介して鏡筒定盤に吊り下げ状態で固定されている。

スケール部材４６Ａ’は、投影ユニットＰＵの−Ｘ側にＸ軸方向を長手方向としてかつ、その長手方向に垂直な方向の中心線（長手方向に延びる中心線）の延長線が投影光学系ＰＬの光軸と直交する状態で配置されている。スケール部材４６Ａ’の表面（−Ｚ側の面）には、Ｘ軸方向を周期方向とする所定ピッチ、例えば１μｍの反射型回折格子が、前述と同様にして形成されている。

また、スケール部材４６Ｂ’は、投影ユニットＰＵの＋Ｙ側にＹ軸方向を長手方向としてかつ、その長手方向に垂直な方向の中心線（長手方向に延びる中心線）の延長線が投影光学系ＰＬの光軸で前述のスケール部材４６Ａ’の長手方向の中心軸の延長線と直交する状態で配置されている。スケール部材４６Ｂ’の表面（−Ｚ側の面）には、Ｙ軸方向を周期方向とする所定ピッチ、例えば１μｍの反射型回折格子が、前述と同様にして形成されている。この場合、スケール部材４６Ａ’の長手方向に垂直な方向の幅（回折格子の幅）は、前述のスケール部材４６Ａとほぼ同一であり、スケール部材４６Ｂ’の幅（回折格子の幅）は、スケール部材４６Ａ’の幅（回折格子の幅）の約２倍である。

一方、ウエハテーブルＷＴＢの上面には、前述の実施形態でＹヘッド６４₆、６４₇、…、６４₁₀が配置されていた位置に、Ｘヘッド６６₁、６６₂、…、６６₅がそれぞれ配置されている。また、ウエハテーブルＷＴＢの上面には、前述の実施形態でＸヘッド６６₁、６６₂、…、６６₅が配置されていた位置に、Ｙヘッド６４₁、６４₂、…、６４₅がそれぞれ配置されている。

この実施形態では、ウエハＷが、投影光学系ＰＬの下方に位置する、露光の際のウエハステージＷＳＴの移動範囲内では、少なくとも２つの隣接するＹヘッド６４_i、６４_i+1（ｉ＝１〜４のいずれか）が、スケール部材４６Ｂ’に同時に対向するとともに、少なくとも１つのＸヘッド６６_p（ｐ＝１〜５のいずれか）が、スケール部材４６Ａ’に対向する。すなわち、スケール部材４６Ｂ’に対向するＹヘッド６４_i、６４_i+1によって構成される２つのＹリニアエンコーダと、スケール部材４６Ａ’に対向するＸヘッド６６_pによって構成されるＸリニアエンコーダとの合計３つのエンコーダの計測値が、主制御装置２０に供給されるようになっている。主制御装置２０は、これら３つのエンコーダの計測値に基づいて算出される、ウエハステージＷＳＴのＸ軸及びＹ軸方向の位置情報とθｚ方向の回転情報とに基づき、ウエハステージ駆動系２７を介してウエハステージＷＳＴの位置制御を行う。これにより、上記実施形態と全く同様に、高精度なウエハステージＷＳＴの２次元駆動が可能となる。

なお、図８において、前述した２つのヘッド群６４₁〜６４₅、及び６６_１〜６６₅の配置領域は、その長さ（例えばヘッド群６４₁〜６４₅の場合、ヘッド６４₁とヘッド６４₅との距離）が、少なくともウエハＷの露光動作時におけるウエハステージＷＳＴの移動ストローク（移動範囲）の全域をカバーする（換言すれば、全てのショット領域の走査露光時に各ヘッド群（計測ビーム）が対応する移動スケール（回折格子）から外れない、すなわち計測不能とならない）ように、ウエハＷの大きさ（直径）より長く設定される。また、図８に示されるエンコーダシステムにおいて、スケール部材４６Ａ’又はスケール部材４６Ｂ’はそれぞれ長手方向に関して、その長さ（回折格子の形成範囲に相当）が、少なくともウエハＷの露光動作時におけるウエハステージＷＳＴの移動ストローク（移動範囲）の全域をカバーする（換言すれば、全てのショット領域の走査露光時に各ヘッド群（計測ビーム）が対応するスケール（回折格子）から外れない、すなわち計測不能とならない）ように、その移動ストロークと同程度以上に設定される。

次に、本発明のその他の実施形態について、図９に基づいて説明する。この実施形態の露光装置では、ウエハステージ用のエンコーダシステムのみが、前述の実施形態と異なるので、以下では、このエンコーダシステムについて説明する。なお、図３との差異がエンコーダシステムの構成のみであるので、以下では図３と同一若しくは同等の作用、機能の構成部分には同一の符号を付すとともにその説明を省略する。

図９では、投影ユニットＰＵの最下端部の＋Ｙ側に、細長い長方形板状のスケール部材４６Ｂ”が配置されている。このスケール部材４６Ｂ”は、前述のスケール部材４６Ｂ’と同一の大きさ（長さ及び幅）を有している。ただし、このスケール部材４６Ｂ”の表面（−Ｚ側の面）には、Ｙ軸方向を周期方向とする所定ピッチ、例えば１μｍの格子と、Ｘ軸方向を周期方向とする所定ピッチ、例えば１μｍの格子とから成る反射型の２次元回折格子が形成されている。

また、ウエハテーブルＷＴＢの上面には、前述の図８におけるヘッド群６４₁〜６４₅と同一の配置で、５つの２次元ヘッド（２Ｄヘッド）６８₁〜６８₅が、Ｙ軸方向に所定間隔で配置されている。各２次元ヘッドとしては、例えば、計測ビームを＋Ｚ方向に射出し、この計測ビームの２次元回折格子からの所定次数の回折光を集光させる一対のＸ回折格子及び一対のＹ回折格子（固定スケール）と、これらの一対のＸ回折格子、及び一対のＹ回折格子でそれぞれ集光された回折光を干渉させる、透過型の２次元の回折格子から成るインデックススケールと、インデックススケールにて干渉した光を検出する検出器と、を含んで構成することができる。すなわち、いわゆる３格子回折干渉方式の２次元のエンコーダヘッドを、２Ｄヘッド６８₁〜６８₅として用いることができる。なお、２Ｄヘッドの代わりに、Ｘ軸方向を計測方向とする一次元ヘッド（Ｘヘッド）と、Ｙ軸方向を計測方向とする一次元ヘッド（Ｙヘッド）とを組み合わせて用いても良い。この場合、計測ビームの照射位置は、ＸヘッドとＹヘッドとで同一でなくても良い。なお、本明細書中では、上記ＸヘッドとＹヘッドとの組み合わせのような２つの１次元ヘッドの組み合わせをも含む概念として、「２次元ヘッド」なる用語を用いている。

この図９に示される構成のエンコーダシステムを備えたステージ装置では、ウエハＷが、投影光学系ＰＬの下方に位置する、露光の際のウエハステージＷＳＴの移動範囲内では、少なくとも２つの隣接する２Ｄヘッド６８_i、６８_i+1（ｉ＝１〜４のいずれか）が、スケール部材４６Ｂ”に同時に対向する。すなわち、スケール部材４６Ｂ”に対向する２Ｄヘッド６８_i、６８_i+1によって構成される２つの２次元エンコーダの計測値が、主制御装置２０に供給される。主制御装置２０は、これら２つのエンコーダの計測値に基づいて算出される、ウエハステージＷＳＴのＸ軸及びＹ軸方向の位置情報とθｚ方向の回転情報とに基づき、ウエハステージ駆動系２７を介してウエハステージＷＳＴの位置制御を行う。これにより、上記実施形態と全く同様に、高精度なウエハステージＷＳＴの２次元駆動が可能となる。

なお、ウエハステージＷＳＴのθｚ方向の回転情報を計測する必要がない場合、あるいは干渉計システム１８によって計測したθｚ方向の回転情報を用いる場合などには、２Ｄヘッド６８₁〜６８₅のうちの少なくとも１つが、スケール部材４６Ｂ”に対向するような構成を採用することもできる。この場合において、スケール部材４６Ｂ”に代えて、２次元回折格子が形成されたスケール部材を２つ設けても良い。このようにすると、１つのスケール部材の大きさを抑えつつ、少なくとも露光動作時のウエハステージＷＳＴの移動範囲の全域をカバーすることができる。この場合、２つのスケール部材は、それぞれの長手方向が互いに直交するように配置しても良いし、長手方向を同一方向として配置しても良い。

なお、上記各実施形態では、ウエハの露光動作中に前述のエンコーダシステムを用いてウエハステージＷＳＴの位置制御を行うものとしたが、例えばアライメント動作（少なくともアライメント系ＡＬＧによるマーク検出動作を含む）、及び／又はウエハの交換動作などにおいても、図３、図８及び図９などに示したエンコーダシステムを用いてウエハステージＷＳＴの位置制御を行っても良い。この場合、当然ながら前述した位置計測系の切り換え動作が不要となる。

ここで、アライメント系ＡＬＧによるウエハＷ上のアライメントマーク又はウエハステージＷＳＴの基準マークの検出時などでも、前述のエンコーダシステム（図３、図８及び図９）を用いる場合、この検出動作時におけるウエハステージＷＳＴの移動範囲をも考慮して、ヘッドの配置（例えば、位置、個数の少なくとも１つを含む）及び／又はスケール部材の配置（例えば、位置、個数、大きさの少なくとも１つを含む）などを設定することが好ましい。すなわち、アライメント系ＡＬＧの計測位置にウエハステージを移動して行われるマークの検出動作中にも、例えばＸ軸、Ｙ軸及びθｚ方向の３自由度の位置計測を可能とするため、常に少なくとも３つのヘッドが対応する同一及び／又は異なるスケール部材（回折格子）と対向し続ける、すなわちエンコーダシステムによる位置計測が不能となってウエハステージの位置制御が切れることがないように、ヘッド及び／又はスケール部材の配置を設定することが好ましい。この場合、一例として、露光動作とアライメント動作とで上記各実施形態のスケール部材が兼用可能となるようにその大きさを設定しても良いし、あるいは、前述のスケール部材とは別に、アライメント動作で使用するスケール部材を設けても良い。特に後者では、例えば、アライメント系ＡＬＧに対しても、図３、図８、図９などに示される配置と同様の配置でスケール部材を設ければ良い。または、露光動作で使用する複数のスケール部材の少なくとも１つと、別設される少なくとも１つのスケール部材とを用いて、アライメント動作などでも、エンコーダシステムによってウエハステージＷＳＴの位置計測を行っても良い。

なお、前述のレチクルアライメント系によるウエハステージＷＳＴの基準マークの検出時、及び／又は前述の空間像計測系によるレチクルＲのマーク又はレチクルステージＲＳＴの基準マークの投影像の検出時に、前述の干渉計システムによってウエハステージＷＳＴの位置計測を行っても良いが、上記各実施形態のスケール部材を含むエンコーダシステムによってウエハステージＷＳＴの位置計測を行うことが好ましい。

また、ウエハの交換位置（ロード位置とアンロード位置との少なくとも一方を含む）にウエハステージＷＳＴがあるときに、前述のエンコーダシステム（図３、図８及び図９）を用いる場合、ウエハ交換動作におけるウエハステージの移動範囲をも考慮し、前述と同様にヘッド及び／又はスケール部材の配置などを設定することが好ましい。すなわち、ウエハ交換位置においてもエンコーダシステムによる位置計測が不能となってウエハステージの位置制御が切れることがないように、ヘッド及び／又はスケール部材の配置を設定することが好ましい。また、ウエハの交換位置と、投影光学系ＰＬを介してレチクルパターンの転写が行われる露光位置、あるいはアライメント系ＡＬＧによるマーク検出が行われる計測位置との間、及び／又はアライメント系ＡＬＧの計測位置と露光位置との間におけるウエハステージＷＳＴの移動中に、前述のエンコーダシステム（図３、図８及び図９）を用いる場合も同様である。

さらに、例えば米国特許第６,２６２,７９６号明細書などに開示されているように、２つのウエハステージを用いて露光動作と計測動作（例えば、アライメント系によるマーク検出など）とをほぼ並行して実行可能なツインウエハステージ方式の露光装置でも、上記各実施形態と同様にヘッドが各ウエハステージに設けられる前述のエンコーダシステム（図３、図８及び図９）を用いて、各ウエハステージの位置制御を行うことが可能である。ここで、露光動作時だけでなく他の動作、例えば計測動作時でも、前述と同様にヘッド及び／又はスケール部材の配置を適切に設定することで、前述のエンコーダシステムによって各ウエハステージの位置計測を行うことが可能である。例えば、ヘッドの配置を適切に設定することで、上記各実施形態のスケール部材をそのまま用いて各ウエハステージの位置制御を行うことが可能であるが、前述したスケール部材とは別に、その計測動作中に使用可能なスケール部材を設けても良い。この場合、一例として、上記各実施形態のスケール部材と同様の配置、例えば、アライメント系ＡＬＧを中心として十字状に配置される４つのスケール部材を設け、上記計測動作時にはこれらスケール部材と対応するヘッドとによって各ウエハステージＷＳＴの位置情報を計測するようにしても良い。ツインウエハステージ方式の露光装置では、例えば、それぞれ前述と同様の配置でヘッド（図３、図８及び図９）が設けられるとともに、一方のウエハステージに載置されたウエハの露光動作が終了すると、その一方のウエハステージとの交換で、計測位置にてマーク検出などが行われた次のウエハを載置する他方のウエハステージが露光位置に配置される。また、露光動作と並行して行われる計測動作は、アライメント系によるウエハなどのマーク検出に限られるものでなく、その代わりに、あるいはそれと組み合わせて、ウエハの面情報（段差情報など）の検出を行っても良い。

なお、上記の説明において、計測位置又は交換位置において、あるいは露光位置、計測位置、及び交換位置の１つから他の位置へのウエハステージの移動中に、前述のエンコーダシステムを用いるウエハステージの位置制御が切れるときは、そのエンコーダシステムとは別の計測装置（例えば、干渉計、エンコーダなど）を用いて、上記各位置あるいは移動中にウエハステージの位置制御を行うことが好ましい。

また、上記各実施形態では、例えば国際公開第２００５／０７４０１４号パンフレット（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ステージを設け、ウエハの交換動作時などにウエハステージとの交換で計測ステージを投影光学系ＰＬの直下に配置し、露光装置の特性（例えば、投影光学系の結像特性（波面収差）、照明光ＩＬの偏光特性など）を計測するものとしても良い。この場合、計測ステージにもヘッドを配置し、前述のスケール部材を用いて計測ステージの位置制御を行うようにしても良い。また、ウエハステージに載置したウエハの露光動作中、計測ステージはウエハステージと干渉しない所定位置に退避しており、この退避位置と露光位置との間で移動されることになる。このため、その退避位置においても、あるいはその退避位置と露光位置との一方から他方への移動中にも、ウエハステージと同様に、計測ステージの移動範囲をも考慮し、エンコーダシステムによる位置計測が不能となって計測ステージの位置制御が切れることがないように、前述と同様にヘッド及び／又はスケール部材の配置などを設定することが好ましい。または、その退避位置で、又はその移動中に前述のエンコーダシステムによる計測ステージの位置制御が切れるときは、そのエンコーダシステムとは別の計測装置（例えば干渉計、エンコーダなど）を用いて計測ステージの位置制御を行うことが好ましい。あるいは、計測ステージの位置制御は、前述の干渉計システムのみで行っても良い。

また、上記各実施形態では、例えば投影ユニットＰＵの大きさなどによっては、同一方向に延設される一対のスケール部材の間隔を広げなければならず、ウエハＷ上の特定のショット領域、例えば最外周に位置するショット領域の走査露光時に、その一対のスケール部材の一方に、これに対応するヘッドが対向しなくなることがある。一例として、図３中で投影ユニットＰＵが少し大きくなると、一対のスケール部材４６Ｂ、４６Ｄのうちヘッドユニット４６Ｂに、対応するＸヘッド６６がいずれも対向しなくなる。さらに、例えば国際公開ＷＯ９９／４９５０４号パンフレットなどに開示される、投影光学系ＰＬとウエハとの間に液体（例えば純水など）が満たされる液浸型露光装置では、液体を供給するノズル部材などが投影ユニットＰＵを囲むように設けられるので、投影光学系ＰＬの前述の露光領域に対してヘッドを近づけて配置することが一層困難となる。従って、液浸型露光装置で図３のエンコーダシステムを採用する場合には、常にＸ軸及びＹ軸方向に関してそれぞれ２つずつ位置情報が計測可能である必要はなく、Ｘ軸及びＹ軸方向の一方では２つの位置情報、及び他方では１つの位置情報が計測可能となるように、エンコーダシステムを構成すれば良い。すなわち、エンコーダシステムによるウエハステージ（又は計測ステージ）の位置制御では、必ずしもＸ軸及びＹ軸方向に関してそれぞれ２つずつ、計４つの位置情報を用いなくても良い。

また、上記各実施形態において、干渉計システム１８はその構成が図３に限られるものでなく、例えばアライメント系ＡＬＧ（計測位置）にもスケール部材を配置するときなどは、ウエハＸ干渉計１８Ｘ_２を備えていなくても良いし、ウエハＸ干渉計１８Ｘ_２を、例えばウエハＹ干渉計１８Ｙと同様に多軸干渉計によって構成し、ウエハステージＷＳＴのＸ位置の他、回転情報（例えばヨーイング及びローリング）を計測できるようにしても良い。さらに、上記各実施形態では、干渉計システム１８をエンコーダシステムのキャリブレーションのため、あるいは露光動作以外の他の動作におけるウエハステージの位置計測のために用いるものとしたが、これに限らず、露光動作、計測動作（アライメント動作を含む）などの少なくとも１つの動作において、エンコーダシステム５０と干渉計システム１８とを併用しても良い。例えば、エンコーダシステム５０が計測不能あるいはその計測値が異常である場合、干渉計システム１８に切り替えてウエハステージＷＳＴの位置制御を継続させるようにしても良い。なお、上記各実施形態では干渉計システム１８を設けなくても良く、前述のエンコーダシステムを設けるだけでも良い。

また、上記各実施形態では、エンコーダシステム５０によってウエハステージＷＳＴのＸ軸及びＹ軸方向の少なくとも一方の位置を計測するものとしたが、これに限らず、Ｚ軸方向の位置計測を行っても良い。例えば、前述のヘッドとは別に、Ｚ軸方向の位置を計測可能なエンコーダ方式のヘッドをウエハステージに設けても良いし、前述のヘッドを、Ｘ軸及びＹ軸方向の少なくとも一方の位置と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、図３、図８に示されるエンコーダシステムにおいて、Ｘヘッド、Ｙヘッドの少なくとも一方を２Ｄヘッドに代え、この２Ｄヘッドと対向するスケール部材を、２次元回折格子が形成されたスケール部材としても良い。この場合、図３に示されるエンコーダシステムでは、スケール部材の数を４つから最小で２つに減らすことができ、図８のエンコーダシステムでは、特にスケール部材４６Ｂ’を、２次元回折格子が形成されたスケール部材とすることで、その幅を狭くできる。

また、上記各実施形態において、１つのスケール部材に対して常に複数の計測ビームを照射可能な構成を採用し、１つの計測ビームが異常となった場合に、別の計測ビームに切り替えて計測を続行することとしても良い。この場合、複数の計測ビームは、１つのヘッドからスケール部材に照射されることとしても良いし、あるいは異なる複数のヘッドから照射されることとしても良い。１つのスケール部材に対して複数の計測ビームを照射する場合、その複数の計測ビームはスケール部材上で異なる位置に照射されることが好ましい。

また、前述した各スケール部材を、複数の小スケール部材をプレート部材等に一体的に保持させることで構成しても良い。この場合、小スケール部材同士のつなぎ部に対向するヘッドが計測不能あるいは計測異常となるときは、つなぎ部以外の部分に対向する他のヘッドによる位置計測で代替しても良い。

また、上記各実施形態で説明したヘッドの配置は、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、上記各実施形態では、スケール部材が、支持部材を介して鏡筒定盤に吊り下げ状態で固定されるものとしたが、鏡筒定盤以外の別の保持部材で、スケール部材を保持しても良い。また、上記各実施形態では、必要に応じ、スケール部材の温調を行っても良い。

また、上記各実施形態では、ウエハステージＷＳＴの移動範囲の全域に対応してスケール（格子）を配置する必要がないので、空調などが容易になるという効果もある。

なお、上記各実施形態では、スキャニング・ステッパに本発明が適用された場合について説明したが、これに限らず、ステッパなどの静止型露光装置に本発明を適用しても良い。ステッパなどであっても、露光対象の物体が搭載されたステージの位置をエンコーダで計測することにより、干渉計を用いてそのステージの位置を計測する場合と異なり、空気揺らぎに起因する位置計測誤差の発生を殆ど零にすることができ、エンコーダの計測値に基づいて、ステージを高精度に位置決めすることが可能になり、結果的に高精度なレチクルパターンの物体上への転写が可能になる。また、ショット領域とショット領域とを合成するステップ・アンド・スティッチ方式の縮小投影露光装置にも本発明は適用することができる。

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、照明光ＩＬは、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）に限らず、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）などの紫外光や、Ｆ₂レーザ光（波長１５７ｎｍ）などの真空紫外光であっても良い。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、軟Ｘ線領域（例えば５〜１５ｎｍの波長域）のＥＵＶ（Extreme Ultraviolet）光を用いるＥＵＶ露光装置に本発明を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。かかる可変成形マスクを用いる場合には、ウエハ又はガラスプレート等が搭載されるステージが、可変成形マスクに対して走査されるので、そのステージの位置をエンコーダを用いて計測することで、上記各実施形態と同等の効果を得ることができる。

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や、有機ＥＬ、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシン及びＤＮＡチップなどを製造するための露光装置にも広く適用できる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。

なお、本発明の移動体駆動システムは、露光装置に限らず、その他の基板の処理装置（例えば、レーザリペア装置、基板検査装置その他）、あるいはその他の精密機械における試料の位置決め装置、ワイヤーボンディング装置等の移動ステージを備えた装置にも広く適用できる。

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。

なお、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、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、前述した調整方法によりパターンの転写特性が調整される上記各実施形態の露光装置で、マスクに形成されたパターンをウエハ等の物体上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、上記各実施形態の露光装置が用いられるので、高集積度のデバイスを歩留り良く製造することができる。

以上説明したように、本発明の移動体駆動システムは、所定平面に沿って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は、ウエハ等の物体上にパターンを形成するのに適している。また、本発明の露光装置、露光方法、及び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 (31)

1. 実質的に所定平面に沿って移動体を駆動する移動体駆動システムであって、
   前記移動体が対向する前記所定平面と平行な第１面上に、第１方向を長手方向として配置され、前記第１方向又は該第１方向に垂直な第２方向を周期方向とする第１格子が形成された第１スケールと；
   前記第１面に、前記第２方向を長手方向として配置され、前記第１格子と周期方向が直交する第２格子が形成された第２スケールと；
   前記移動体の前記所定平面に実質的に平行な第２面に前記第２方向の位置を異ならせて配置された前記第１格子の周期方向を計測方向とする複数の第１ヘッドを含む第１ヘッド群と、前記移動体の前記第２面に前記第１方向の位置を異ならせて配置された前記第２格子の周期方向を計測方向とする複数の第２ヘッドを含む第２ヘッド群と、を有し、前記第１スケールに対向する前記第１ヘッドの出力と、前記第２スケールに対向する前記第２ヘッドの出力とに基づいて、前記移動体の前記第１及び第２方向を含む前記所定平面内の少なくとも２自由度方向の位置情報を算出する計測システムと；
   前記計測システムにより算出された位置情報に基づいて、前記移動体を前記所定平面に沿って駆動する駆動系と；を備える移動体駆動システム。
2. 請求項１に記載の移動体駆動システムにおいて、
   前記第１スケールは、前記第１ヘッドが３つ同時に対向可能な前記第２方向の幅を有し、
   前記計測システムは、前記第１スケールに同時に対向する少なくとも２つの第１ヘッドの出力と、前記第２スケールに対向する前記第２ヘッドの出力とに基づいて、前記移動体の前記所定平面内の３自由度方向の位置情報を算出する移動体駆動システム。
3. 請求項１に記載の移動体駆動システムにおいて、
   前記第１スケールは、前記第１面上に、長手方向を前記第１方向に向けて所定間隔で一対配置され、
   前記第１ヘッド群は、前記移動体が所定の有効領域内にあるとき、前記一対の第１スケールの各々に、少なくとも各１つ同時に対向可能となる配置で、前記移動体の前記第２面に配置され、
   前記計測システムは、前記一対の第１スケールの各々に同時に対向する２つの第１ヘッドの出力と、前記第２スケールに対向する前記第２ヘッドの出力とに基づいて、前記移動体の前記所定平面内の３自由度方向の位置情報を算出する移動体駆動システム。
4. 請求項１に記載の移動体駆動システムにおいて、
   前記第２スケールは、前記第１面上に、長手方向を前記第２方向に向けて所定間隔で一対配置され、
   前記第２ヘッド群は、前記移動体が前記有効領域内にあるとき、前記一対の第２スケールの各々に、少なくとも各１つ同時に対向可能となる配置で、前記移動体の前記第２面に配置され、
   前記計測システムは、前記一対の第１スケールの各々に同時に対向する２つの第１ヘッドの出力と、前記一対の第２スケールの各々に同時に対向する２つの第２ヘッドの出力に基づいて、前記移動体の前記所定平面内の３自由度方向の位置情報を算出する移動体駆動システム。
5. 実質的に所定平面に沿って移動体を駆動する移動体駆動システムであって、
   前記移動体が対向する前記所定平面と平行な第１面上に、第１方向を長手方向として配置され、前記第１方向及び該第１方向に垂直な第２方向を周期方向とする２次元格子が形成されたスケールと；
   前記移動体の前記所定平面に実質的に平行な第２面に前記第２方向の位置を異ならせて配置された前記第１、第２方向を計測方向とする複数の２次元ヘッドを有し、前記スケールに対向する２次元ヘッドの出力に基づいて、前記移動体の前記第１及び第２方向を含む前記所定平面内の少なくとも２自由度方向の位置情報を算出する計測システムと；
   前記計測システムにより算出された位置情報に基づいて、前記移動体を前記所定平面に沿って駆動する駆動系と；を備える移動体駆動システム。
6. 請求項５に記載の移動体駆動システムにおいて、
   前記スケールは、前記２次元ヘッドが３つ同時に対向可能な前記第２方向の幅を有し、
   前記計測システムは、前記スケールに同時に対向する少なくとも２つの２次元ヘッドの出力に基づいて、前記移動体の前記所定平面内の３自由度方向の位置情報を算出する移動体駆動システム。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の移動体駆動システムにおいて、
   前記駆動系は、前記移動体を前記所定平面に沿って駆動する平面モータを含む移動体駆動システム。
8. 物体にパターンを形成するパターン形成装置であって、
   前記物体上にパターンを生成するパターニング装置と；
   請求項１〜７のいずれか一項に記載の移動体駆動システムと；を備え、
   前記物体に対するパターン形成のために前記移動体駆動システムによる前記物体が載置される移動体の駆動を行うパターン形成装置。
9. 請求項８に記載のパターン形成装置において、
   前記物体は感応層を有し、前記パターニング装置は、エネルギビームの照射による前記感応層の露光によって前記物体上にパターンを生成するパターン形成装置。
10. エネルギビームの照射によって物体にパターンを形成する露光装置であって、
    前記物体に前記エネルギビームを照射するパターニング装置と；
    請求項１〜７のいずれか一項に記載の移動体駆動システムと；を備え、
    前記エネルギビームと前記物体との相対移動のために、前記移動体駆動システムによる前記物体が載置される移動体の駆動を行う露光装置。
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に沿って移動可能な移動体と；
    前記所定平面と実質的に平行かつ第１方向を長手方向として配置されるスケールと；
    前記移動体に設けられ、前記所定平面内で前記第１方向と直交する第２方向に関して位置が異なる複数のヘッドを有し、少なくとも前記物体の露光時に前記移動体の位置情報を、前記スケールと対向する、前記複数のヘッドの少なくとも１つによって計測するエンコーダシステムと；を備える露光装置。
12. 請求項１１に記載の露光装置において、
    前記エネルギビームを前記物体に投射する投影系と；
    前記投影系を保持する保持部材と；をさらに備え、
    前記スケールは、前記保持部材に吊り下げ支持される露光装置。
13. 請求項１１又は１２に記載の露光装置において、
    前記複数のヘッドはそれぞれ、異なる２方向に関して前記移動体の位置情報を計測可能である露光装置。
14. 請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記スケールは複数設けられ、
    前記エンコーダシステムは、前記複数のヘッドが前記複数のスケールにそれぞれ対応して前記移動体に設けられる露光装置。
15. 請求項１１、１３、１４のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記エネルギビームを前記物体に投射する投影系と；
    前記物体のマークを検出可能なマーク検出系と；をさらに備え、
    前記エンコーダシステムは、前記マークの検出時に前記移動体の位置情報を計測可能である露光装置。
16. 請求項１５に記載の露光装置において、
    前記スケールは、前記投影系に近接して配置され、前記スケールとは別のスケールが前記マーク検出系に近接して配置される露光装置。
17. 請求項１０〜１６のいずれか一項に記載の露光装置を用いて物体を露光することと；
    前記露光された物体を現像することと；
    を含むデバイス製造方法。
18. エネルギビームで物体を露光する露光方法であって、
    前記物体を移動体で保持することと；
    請求項１〜７のいずれか一項に記載の移動体駆動システムによって前記移動体を駆動して、前記物体を前記エネルギビームで露光することと：
    を含む露光方法。
19. 実質的に所定平面に沿って移動する移動体に保持された物体をエネルギビームで露光する露光方法であって、
    前記移動体が対向する前記所定平面と平行な第１面上に、第１方向を長手方向とし、かつ前記第１方向又は該第１方向に垂直な第２方向を周期方向とする第１格子が形成された第１スケールと、前記第２方向を長手方向とし、かつ前記第１格子と周期方向が直交する第２格子が形成された第２スケールと、が配置され、
    前記移動体の前記所定平面に実質的に平行な第２面に前記第２方向の位置を異ならせて配置された前記第１格子の周期方向を計測方向とする複数の第１ヘッドを含む第１ヘッド群と、前記移動体の前記第２面に前記第１方向の位置を異ならせて配置された前記第２格子の周期方向を計測方向とする複数の第２ヘッドを含む第２ヘッド群とのうち、前記第１スケールに対向する前記第１ヘッドの出力と、前記第２スケールに対向する前記第２ヘッドの出力とに基づいて、前記移動体の前記第１及び第２方向を含む前記所定平面内の少なくとも２自由度方向の位置情報を算出する計測工程と；
    前記計測工程で算出された位置情報に基づいて、前記移動体を前記所定平面に沿って駆動する駆動工程と；を含む露光方法。
20. 請求項１９に記載の露光方法において、
    前記第１スケールは、前記第１ヘッドが３つ同時に対向可能な前記第２方向の幅を有し、
    前記計測工程では、前記第１スケールに同時に対向する少なくとも２つの第１ヘッドの出力と、前記第２スケールに対向する前記第２ヘッドの出力とに基づいて、前記移動体の前記所定平面内の３自由度方向の位置情報を算出する露光方法。
21. 請求項１９に記載の露光方法において、
    前記第１スケールは、前記第１面上に、長手方向を前記第１方向に向けて所定間隔で一対配置され、
    前記第１ヘッド群は、前記移動体が所定の有効領域内にあるとき、前記一対の第１スケールの各々に、少なくとも各１つ同時に対向可能となる配置で、前記移動体の前記第２面に配置され、
    前記計測工程では、前記一対の第１スケールの各々に同時に対向する２つの第１ヘッドの出力と、前記第２スケールに対向する前記第２ヘッドの出力とに基づいて、前記移動体の前記所定平面内の３自由度方向の位置情報を算出する露光方法。
22. 請求項１９に記載の露光方法において、
    前記第２スケールは、前記第１面上に、長手方向を前記第２方向に向けて所定間隔で一対配置され、
    前記第２ヘッド群は、前記移動体が前記有効領域内にあるとき、前記一対の第２スケールの各々に、少なくとも各１つ同時に対向可能となる配置で、前記移動体の前記第２面に配置され、
    前記計測工程では、前記一対の第１スケールの各々に同時に対向する２つの第１ヘッドの出力と、前記一対の第２スケールの各々に同時に対向する２つの第２ヘッドの出力に基づいて、前記移動体の前記所定平面内の３自由度方向の位置情報を算出する露光方法。
23. 実質的に所定平面に沿って移動する移動体に保持された物体をエネルギビームで露光する露光方法であって、
    前記移動体が対向する前記所定平面と平行な第１面上に、第１方向を長手方向とし、かつ前記第１方向及び該第１方向に垂直な第２方向を周期方向とする２次元格子が形成されたスケールが配置され、
    前記移動体の前記所定平面に実質的に平行な第２面に前記第２方向の位置を異ならせて配置された前記第１、第２方向を計測方向とする複数の２次元ヘッドのうち、前記スケールに対向する２次元ヘッドの出力に基づいて、前記移動体の前記第１及び第２方向を含む前記所定平面内の少なくとも２自由度方向の位置情報を算出する計測工程と；
    前記計測工程で算出された位置情報に基づいて、前記移動体を前記所定平面に沿って駆動する駆動工程と；を含む露光方法。
24. 請求項２３に記載の露光方法において、
    前記スケールは、前記２次元ヘッドが３つ同時に対向可能な前記第２方向の幅を有し、
    前記計測工程では、前記スケールに同時に対向する少なくとも２つの２次元ヘッドの出力に基づいて、前記移動体の前記所定平面内の３自由度方向の位置情報を算出する露光方法。
25. 所定平面に沿って移動可能な移動体に保持された物体をエネルギビームで露光する露光方法であって、
    前記移動体に設けられ、前記所定平面内で前記第１方向と直交する第２方向に関して位置が異なる複数のヘッドを有するエンコーダシステムを用い、前記所定平面と実質的に平行かつ第１方向を長手方向として配置されるスケールと対向する前記複数のヘッドのうちの少なくとも１つのヘッドによって、少なくとも前記物体の露光時に前記移動体の位置情報を、計測する露光方法。
26. 請求項２５に記載の露光方法において、
    前記スケールは、前記エネルギビームを前記物体に投射する投影系を保持する保持部材に吊り下げ支持される露光方法。
27. 請求項２５又は２６に記載の露光方法において、
    前記複数のヘッドそれぞれとして、異なる２方向に関して前記移動体の位置情報を計測可能なヘッドが用いられる露光方法。
28. 請求項２５〜２７のいずれか一項に記載の露光方法において、
    前記スケールは複数設けられ、
    前記複数のヘッドが前記複数のスケールにそれぞれ対応して前記移動体に設けられる露光方法。
29. 請求項２５〜２８のいずれか一項に記載の露光方法において、
    前記エンコーダシステムは、マーク検出系による前記物体のマークの検出時に前記移動体の位置情報を計測可能である露光方法。
30. 請求項２９に記載の露光方法において、
    前記スケールは、前記エネルギビームを前記物体に投射する投影系に近接して配置され、前記スケールとは別のスケールが前記マーク検出系に近接して配置される露光方法。
31. 請求項１９〜３０のいずれか一項に記載の露光方法を用いて物体を露光することと；
    前記露光された物体を現像することと；
    を含むデバイス製造方法。

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