特許 6788812 露光装置及び露光方法、並びにデバイス製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6788812

(24)【登録日】2020年11月5日

(45)【発行日】2020年11月25日

(54)【発明の名称】露光装置及び露光方法、並びにデバイス製造方法

(51)【国際特許分類】

   G03F 7/20 20060101AFI20201116BHJP

   G01B 11/00 20060101ALI20201116BHJP

   H01L 21/68 20060101ALI20201116BHJP

   H01L 21/683 20060101ALI20201116BHJP

【ＦＩ】

   G03F7/20 521

   G03F7/20 501

   G01B11/00 C

   H01L21/68 F

   H01L21/68 N

【請求項の数】39

【全頁数】39

(21)【出願番号】特願2019-138896(P2019-138896)

(22)【出願日】2019年7月29日

(62)【分割の表示】特願2018-16060(P2018-16060)の分割

【原出願日】2010年8月24日

(65)【公開番号】特開2019-197229(P2019-197229A)

(43)【公開日】2019年11月14日

【審査請求日】2019年7月29日

(31)【優先権主張番号】61/236,701

(32)【優先日】2009年8月25日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】12/859,983

(32)【優先日】2010年8月20日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】000004112

【氏名又は名称】株式会社ニコン

(74)【代理人】

【識別番号】100102901

【弁理士】

【氏名又は名称】立石 篤司

(72)【発明者】

【氏名】柴崎 祐一

【審査官】 冨士 健太

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−３１８１１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１８７３３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１５１４０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０７１８７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１３５４９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／０７８４４３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００７−２５１１５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０８９５９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００７／１１３９５５（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０３Ｆ ７／２０ − ７／２４

９／００ − ９／０２

Ｈ０１Ｌ ２１／０２７、２１／３０

２１／６７ −２１／６８３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

投影光学系を介して照明光で基板を露光する露光装置であって、
前記投影光学系を支持するメトロロジーフレームを有するボディと、
前記投影光学系から離れて前記メトロロジーフレームに設けられ、前記基板のマークを検出するアライメント系と、
前記投影光学系の上方に配置され、前記照明光で照明されるマスクを保持する第１ステージと、前記第１ステージを駆動する第１モータを含む第１駆動系と、を有し、少なくとも前記投影光学系の光軸と直交する所定面内で前記第１ステージを移動可能な第１ステージシステムと、
前記第１ステージの位置情報を計測する第１エンコーダシステムと、
前記投影光学系および前記アライメント系の下方に配置され、前記基板を保持するホルダと、前記所定面内で互いに直交する第１、第２方向と交差する方向に関して前記ホルダを挟むように配置される第１、第２基準と、を含む第２ステージと、前記第２ステージを駆動する第２モータを含む第２駆動系と、を有する第２ステージシステムと、
前記第２ステージに設けられる４つのヘッドを有し、前記所定面と実質的に平行となるように前記メトロロジーフレームに設けられるスケール部材に対してその下方から、前記４つのヘッドを介してそれぞれ計測ビームを照射し、前記第２ステージの位置情報を計測する第２エンコーダシステムと、前記スケール部材は、前記基板の露光動作において第１移動領域内で移動される前記第２ステージが対向して配置される第１スケール板と、前記アライメント系による前記マークの検出動作において前記第１移動領域と異なる第２移動領域内で移動される前記第２ステージが対向して配置される第２スケール板と、を有し、前記第１スケール板は、それぞれ反射型格子が形成される４つの部分と、前記４つの部分に実質的に囲まれる第１開口と、を有し、前記投影光学系が前記第１開口内に位置するように前記メトロロジーフレームに設けられ、前記第２スケール板は、それぞれ反射型格子が形成される４つの部分と、前記４つの部分に実質的に囲まれる第２開口と、を有し、前記アライメント系が前記第２開口内に位置するように前記メトロロジーフレームに設けられ、
前記露光動作おいて、前記アライメント系の検出情報に基づいて前記マスクと前記基板とのアライメントが行われるとともに、前記第１方向を走査方向として前記照明光に対して前記マスクと前記基板をそれぞれ相対移動する走査露光が行われるように、前記第１、第２エンコーダシステムの計測情報に基づいて前記第１、第２駆動系を制御する制御系と、を備え、
前記第１移動領域は、前記４つのヘッドのうち第１ヘッドを除く３つのヘッドがそれぞれ、前記第１スケール板の前記４つの部分のうち第１部分を除く３つの部分と対向する第１領域と、前記４つのヘッドのうち前記第１ヘッドと異なる第２ヘッドを除く３つのヘッドがそれぞれ、前記４つの部分のうち前記第１部分と異なる第２部分を除く３つの部分と対向する第２領域と、前記４つのヘッドのうち前記第１、第２ヘッドと異なる第３ヘッドを除く３つのヘッドがそれぞれ、前記４つの部分のうち前記第１、第２部分と異なる第３部分を除く３つの部分と対向する第３領域と、前記４つのヘッドのうち前記第１、第２、第３ヘッドと異なる第４ヘッドを除く３つのヘッドがそれぞれ、前記４つの部分のうち前記第１、第２、第３部分と異なる第４部分を除く３つの部分と対向する第４領域と、前記４つのヘッドがそれぞれ前記４つの部分と対向する第５領域と、を含み、
前記制御系は、前記検出動作において、前記アライメント系によって前記基板のマークおよび前記第１基準が検出されるとともに、前記露光動作において、前記第１、第２、第３、第４領域の１つから、前記第５領域を介して前記第１、第２、第３、第４領域うち前記１つの領域と異なる領域に前記第２ステージが移動されるように前記第２駆動系を制御し、前記１つの領域において、前記４つのヘッドの３つが前記第１スケール板の前記４つの部分の３つとそれぞれ対向し、前記第５領域において、前記４つのヘッドのうち前記１つの領域で用いられる前記３つのヘッドと異なる別のヘッドが、前記４つの部分のうち前記３つの部分と異なる別の部分と対向し、前記異なる領域において、前記１つの領域で用いられる前記３つのヘッドのうち１つのヘッドの代わりに前記別のヘッドが用いられるとともに、前記１つの領域で用いられる前記３つのヘッドのうち前記１つのヘッドを除く残り２つのヘッドがそのまま用いられ、前記残り２つのヘッドは、それぞれ、前記異なる領域において、前記１つの領域で対向する部分と同じ前記第１スケール板の部分に対向する露光装置。

【請求項2】

請求項１に記載の露光装置において、
前記異なる領域において、前記１つの領域で用いられる前記３つのヘッドのうち前記１つのヘッドを除く残り２つのヘッド、および前記別のヘッドを含む３つのヘッドが、前記第１スケール板の前記４つの部分のうち、前記別の部分を含む、前記１つの領域で前記１つのヘッドが対向する１つの部分を除く３つの部分と対向する露光装置。

【請求項3】

請求項１または２に記載の露光装置において、
前記１つのヘッドは、前記異なる領域の一部において、前記第１スケール板の前記４つの部分のうち前記１つの領域で前記１つのヘッドが対向する前記１つの部分と対向せず、前記別のヘッドは、前記１つの領域の一部において、前記第１スケール板の前記４つの部分のうち前記異なる領域で前記別のヘッドが対向する前記別の部分と対向しない露光装置。

【請求項4】

請求項１〜３のいずれか一項に記載の露光装置において、
前記制御系は、前記第５領域を介して前記１つの領域から前記異なる領域への前記第２ステージの移動に際して、前記第２ステージの駆動制御に用いる前記１つのヘッドを前記別のヘッドに切り換える露光装置。

【請求項5】

請求項１〜４のいずれか一項に記載の露光装置において、
前記制御系は、前記第２ステージが前記第５領域にいる間に前記１つのヘッドを前記別のヘッドに切り換える露光装置。

【請求項6】

請求項１〜５のいずれか一項に記載の露光装置において、
前記制御系は、前記第５領域を介して前記１つの領域から前記異なる領域への前記第２ステージの移動に際して、前記１つの領域で用いられる３つのヘッドから得られる位置情報に基づいて、前記異なる領域で用いられる前記別のヘッドから得られる位置情報の補正情報を取得する露光装置。

【請求項7】

請求項６に記載の露光装置において、
前記補正情報は、前記１つの領域で用いられる３つのヘッドから得られる位置情報と、前記異なる領域で用いられる、前記別のヘッドを含む３つのヘッドから得られる位置情報との差を補償するためのオフセットを含む露光装置。

【請求項8】

請求項６または７に記載の露光装置において、
前記補正情報は、前記異なる領域で前記第２ステージが移動される、前記露光動作の一部で用いられる露光装置。

【請求項9】

請求項６〜８のいずれか一項に記載の露光装置において、
前記補正情報は、前記異なる領域において、前記１つの領域で用いられる３つのヘッドから得られる位置情報に基づく前記第２ステージの駆動制御の代わりに、前記異なる領域で用いられる、前記別のヘッドを含む３つのヘッドから得られる位置情報に基づく前記第２ステージの駆動制御を行うことによって生じる前記第２エンコーダシステムの計測誤差を補償するために用いられる露光装置。

【請求項10】

請求項６〜９のいずれか一項に記載の露光装置において、
前記補正情報は、前記第２ステージが前記第５領域にいる間に取得される露光装置。

【請求項11】

請求項９に記載の露光装置において、
前記制御系は、前記４つのヘッドが前記第１スケール板の前記４つの部分とそれぞれ対向している間に、前記１つの領域で用いられる３つのヘッドから得られる位置情報補に基づく前記第２ステージの駆動制御を、前記異なる領域で用いられる、前記別のヘッドを含む３つのヘッドから得られる位置情報に基づく前記第２ステージの駆動制御に切り換える露光装置。

【請求項12】

請求項１〜１１のいずれか一項に記載の露光装置において、
前記第１、第２スケール板はそれぞれ、前記反射型格子が２次元格子であるとともに、前記メトロロジーフレームに吊り下げ支持される露光装置。

【請求項13】

請求項１〜１２のいずれか一項に記載の露光装置において、
前記第１、第２スケール板は、前記反射型格子が実質的に同一面となるように設けられる露光装置。

【請求項14】

請求項１〜１３のいずれか一項に記載の露光装置において、
前記第１、第２スケール板はそれぞれ、前記４つの部分がそれぞれＬ字状であるとともに、前記反射型格子が前記所定面内で前記第１、第２方向に対して４５°回転した２方向に関して周期的である露光装置。

【請求項15】

請求項１〜１４のいずれか一項に記載の露光装置において、
前記第１、第２スケール板はそれぞれ、前記４つの部分の外縁に非有効領域を有する露光装置。

【請求項16】

請求項１〜１５のいずれか一項に記載の露光装置において、
前記４つのヘッドは、前記第１方向に関して、前記４つのヘッドのうち２つのヘッドの間隔が前記第１、第２開口の幅より大きく、かつ前記第２方向に関して、前記４つのヘッドのうち２つのヘッドの間隔が前記第１、第２開口の幅より大きくなるように前記第２ステージに設けられる露光装置。

【請求項17】

請求項１〜１６のいずれか一項に記載の露光装置において、
前記第２エンコーダシステムは、前記第１、第２方向と、前記所定面と直交する第３方向と、を含む６自由度方向に関する前記第２ステージの位置情報を計測可能であり、
前記４つのヘッドはそれぞれ、前記所定面と平行な方向および前記所定面と垂直な方向の２方向に関する前記第２ステージの位置情報を計測可能である露光装置。

【請求項18】

請求項１〜１７のいずれか一項に記載の露光装置において、
前記第２エンコーダシステムは、前記４つのヘッドと異なるとともに、前記４つのヘッドにそれぞれ近接して配置される少なくとも１つのヘッドを有する露光装置。

【請求項19】

請求項１〜１８のいずれか一項に記載の露光装置において、
前記制御系は、前記第１、第２スケール板の製造誤差と、前記第２ステージの加速度と、前記ヘッドの位置又は傾きとの少なくとも１つに起因して生じる前記第２エンコーダシステムの計測誤差を補償しつつ前記第２ステージの移動を制御する露光装置。

【請求項20】

請求項１〜１９のいずれか一項に記載の露光装置において、
前記ボディは、前記第２ステージが配置されるベース部材を有し、
前記第２ステージシステムは、前記ベース部材上に配置される、前記第２ステージと異なる第２ステージを有し、
前記第２エンコーダシステムは、前記異なる第２ステージに設けられる、前記４つのヘッドと異なる４つのヘッドを有し、前記異なる４つのヘッドの少なくとも３つによって、前記異なる第２ステージの位置情報を計測する露光装置。

【請求項21】

請求項２０に記載の露光装置において、
前記第２モータは、前記ベース部材上で前記２つの第２ステージを浮上支持する磁気浮上方式の平面モータを含み、前記平面モータによって、前記検出動作に続けて前記露光動作が行われるように前記２つの第２ステージがそれぞれ前記第２移動領域から前記第１移動領域に移動される露光装置。

【請求項22】

請求項２１に記載の露光装置において、
前記平面モータは、前記ベース部材と前記２つの第２ステージとの一方に設けられる磁石ユニットと、前記ベース部材と前記２つの第２ステージとの他方に設けられるコイルユニットと、を有し、
前記ベース部材は、前記２つの第２ステージの移動によって生じる反力で移動可能となるように構成されるカウンターマスとして用いられる露光装置。

【請求項23】

デバイス製造方法であって、
請求項１〜２２のいずれか一項に記載の露光装置を用いてウエハを露光することと、
前記露光されたウエハを現像することと、を含むデバイス製造方法。

【請求項24】

請求項２３に記載のデバイス製造方法において、
前記露光装置は液浸型である。

【請求項25】

投影光学系を介して照明光で基板を露光する露光方法であって、
前記投影光学系の上方に配置される第１ステージによって、前記照明光で照明されるマスクを保持することと、前記第１ステージは、少なくとも前記投影光学系の光軸と直交する所定面内で移動可能であり、
前記投影光学系、および前記投影光学系から離れて前記投影光学系を支持するメトロロジーフレームに設けられ、前記基板のマークを検出するアライメント系の下方に配置される第２ステージによって前記基板を保持することと、前記第２ステージは、前記基板を保持するホルダと、前記所定面内で互いに直交する第１、第２方向と交差する方向に関して前記ホルダを挟むように配置される第１、第２基準と、を有し、
第１、第２エンコーダシステムによって前記第１、第２ステージの位置情報をそれぞれ計測することと、前記第２エンコーダシステムは、前記第２ステージに設けられる４つのヘッドを有し、前記所定面と実質的に平行となるように前記メトロロジーフレームに設けられるスケール部材に対してその下方から、前記４つのヘッドを介してそれぞれ計測ビームを照射し、前記スケール部材は、前記基板の露光動作において第１移動領域内で移動される前記第２ステージが対向して配置される第１スケール板と、前記アライメント系による前記マークの検出動作において前記第１移動領域と異なる第２移動領域内で移動される前記第２ステージが対向して配置される第２スケール板と、を有し、前記第１スケール板は、それぞれ反射型格子が形成される４つの部分と、前記４つの部分に実質的に囲まれる第１開口と、を有し、前記投影光学系が前記第１開口内に位置するように前記メトロロジーフレームに設けられ、前記第２スケール板は、それぞれ反射型格子が形成される４つの部分と、前記４つの部分に実質的に囲まれる第２開口と、を有し、前記アライメント系が前記第２開口内に位置するように前記メトロロジーフレームに設けられ、
前記検出動作において、前記アライメント系によって前記基板のマークおよび前記第１基準が検出されるように、前記第２移動領域内で前記第２ステージを移動することと、
前記露光動作おいて、前記アライメント系の検出情報に基づいて前記マスクと前記基板とのアライメントが行われるとともに、前記第１方向を走査方向として前記照明光に対して前記マスクと前記基板をそれぞれ相対移動する走査露光が行われるように、前記第１移動領域内で、前記第１、第２エンコーダシステムの計測情報に基づいて前記第１、第２ステージを移動することと、を含み、
前記第１移動領域は、前記４つのヘッドのうち第１ヘッドを除く３つのヘッドがそれぞれ、前記第１スケール板の前記４つの部分のうち第１部分を除く３つの部分と対向する第１領域と、前記４つのヘッドのうち前記第１ヘッドと異なる第２ヘッドを除く３つのヘッドがそれぞれ、前記４つの部分のうち前記第１部分と異なる第２部分を除く３つの部分と対向する第２領域と、前記４つのヘッドのうち前記第１、第２ヘッドと異なる第３ヘッドを除く３つのヘッドがそれぞれ、前記４つの部分のうち前記第１、第２部分と異なる第３部分を除く３つの部分と対向する第３領域と、前記４つのヘッドのうち前記第１、第２、第３ヘッドと異なる第４ヘッドを除く３つのヘッドがそれぞれ、前記４つの部分のうち前記第１、第２、第３部分と異なる第４部分を除く３つの部分と対向する第４領域と、前記４つのヘッドがそれぞれ前記４つの部分と対向する第５領域と、を含み、
前記露光動作において、前記第２ステージは、前記第１、第２、第３、第４領域の１つから、前記第５領域を介して前記第１、第２、第３、第４領域うち前記１つの領域と異なる領域に移動され、前記１つの領域において、前記４つのヘッドの３つが前記第１スケール板の前記４つの部分の３つとそれぞれ対向し、前記第５領域において、前記４つのヘッドのうち前記１つの領域で用いられる前記３つのヘッドと異なる別のヘッドが、前記４つの部分のうち前記３つの部分と異なる別の部分と対向し、前記異なる領域において、前記１つの領域で用いられる前記３つのヘッドのうち１つのヘッドの代わりに前記別のヘッドが用いられるとともに、前記１つの領域で用いられる前記３つのヘッドのうち前記１つのヘッドを除く残り２つのヘッドがそのまま用いられ、前記残り２つのヘッドは、それぞれ、前記異なる領域において、前記１つの領域で対向する部分と同じ前記第１スケール板の部分に対向する露光方法。

【請求項26】

請求項２５に記載の露光方法において、
前記異なる領域において、前記１つの領域で用いられる前記３つのヘッドのうち前記１つのヘッドを除く残り２つのヘッド、および前記別のヘッドを含む３つのヘッドが、前記第１スケール板の前記４つの部分のうち、前記別の部分を含む、前記１つの領域で前記１つのヘッドが対向する１つの部分を除く３つの部分と対向する露光方法。

【請求項27】

請求項２５または２６に記載の露光方法において、
前記１つのヘッドは、前記異なる領域の一部において、前記第１スケール板の前記４つの部分のうち前記１つの領域で前記１つのヘッドが対向する前記１つの部分と対向せず、前記別のヘッドは、前記１つの領域の一部において、前記第１スケール板の前記４つの部分のうち前記異なる領域で前記別のヘッドが対向する前記別の部分と対向しない露光方法。

【請求項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、
前記第５領域を介して前記１つの領域から前記異なる領域への前記第２ステージの移動に際して、前記第２ステージの駆動制御に用いる前記１つのヘッドが前記別のヘッドに切り換えられる露光方法。

【請求項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、
前記第２ステージが前記第５領域にいる間に前記１つのヘッドが前記別のヘッドに切り換えられる露光方法。

【請求項30】

請求項２５〜２９のいずれか一項に記載の露光方法において、
前記第５領域を介して前記１つの領域から前記異なる領域への前記第２ステージの移動に際して、前記１つの領域で用いられる３つのヘッドから得られる位置情報に基づいて、前記異なる領域で用いられる前記別のヘッドから得られる位置情報の補正情報が取得される露光方法。

【請求項31】

請求項３０に記載の露光方法において、
前記補正情報は、前記１つの領域で用いられる３つのヘッドから得られる位置情報と、前記異なる領域で用いられる、前記別のヘッドを含む３つのヘッドから得られる位置情報との差を補償するためのオフセットを含む露光方法。

【請求項32】

請求項３０または３１に記載の露光方法において、
前記補正情報は、前記異なる領域で前記第２ステージが移動される、前記露光動作の一部で用いられる露光方法。

【請求項33】

請求項３０〜３２のいずれか一項に記載の露光方法において、
前記補正情報は、前記異なる領域において、前記１つの領域で用いられる３つのヘッドから得られる位置情報に基づく前記第２ステージの駆動制御の代わりに、前記異なる領域で用いられる、前記別のヘッドを含む３つのヘッドから得られる位置情報に基づく前記第２ステージの駆動制御を行うことによって生じる前記第２エンコーダシステムの計測誤差を補償するために用いられる露光方法。

【請求項34】

請求項３０〜３３のいずれか一項に記載の露光方法において、
前記補正情報は、前記第２ステージが前記第５領域にいる間に取得される露光方法。

【請求項35】

請求項２５〜３４のいずれか一項に記載の露光方法において、
前記４つのヘッドが前記第１スケール板の前記４つの部分とそれぞれ対向している間に、前記１つの領域で用いられる３つのヘッドから得られる位置情報補に基づく前記第２ステージの駆動制御が、前記異なる領域で用いられる、前記別のヘッドを含む３つのヘッドから得られる位置情報に基づく前記第２ステージの駆動制御に切り換えられる露光方法。

【請求項36】

請求項２５〜３５のいずれか一項に記載の露光方法において、
前記第１、第２スケール板はそれぞれ、前記反射型格子が２次元格子であるとともに、前記反射型格子が実質的に同一面となるように前記メトロロジーフレームに吊り下げ支持される露光方法。

【請求項37】

請求項２５〜３６のいずれか一項に記載の露光方法において、
前記４つのヘッドは、前記第１方向に関して、前記４つのヘッドのうち２つのヘッドの間隔が前記第１、第２開口の幅より大きく、かつ前記第２方向に関して、前記４つのヘッドのうち２つのヘッドの間隔が前記第１、第２開口の幅より大きくなるように前記第２ステージに設けられる露光方法。

【請求項38】

デバイス製造方法であって、
請求項２５〜３７のいずれか一項に記載の露光方法を用いてウエハを露光することと、
前記露光されたウエハを現像することと、を含むデバイス製造方法。

【請求項39】

請求項３８に記載のデバイス製造方法において、
前記ウエハの露光では液浸型の露光装置が用いられる。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、露光装置及び露光方法、並びにデバイス製造方法に係り、特に、半導体素子などのマイクロデバイス（電子デバイス）を製造するリソグラフィ工程で用いられる露光装置及び露光方法、並びに露光装置又は露光方法を用いるデバイス製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、半導体素子（集積回路等）、液晶表示素子等の電子デバイス（マイクロデバイス）を製造するリソグラフィ工程では、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（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。

【0003】

この種の露光装置では、半導体素子の高集積化によるデバイスパターンの微細化に伴い、高い重ね合わせ精度（位置合わせ精度）が要求されるようになってきた。このため、パターンが形成されるウエハ又はガラスプレート等の基板の位置計測にも一層高い精度が要求されるようになってきた。

【0004】

かかる要求に応える装置として、例えば特許文献１には、基板テーブル上に搭載された複数のエンコーダタイプのセンサ（エンコーダヘッド）を用いる位置計測システムを備えた露光装置が提案されている。この露光装置では、エンコーダヘッドは、基板テーブルに対向して配置されたスケールに計測ビームを照射し、スケールからの戻りビームを受光することによって、基板テーブルの位置を計測する。

【0005】

しかるに、特許文献１に記載の位置計測システムを備えた露光装置では、実際の運用としては、基板テーブルの位置に応じて、複数のエンコーダヘッドの中からスケールに対向するエンコーダヘッドを切り換えて使用する必要がある。さらに、使用するエンコーダヘッドの切り換えに際し、基板テーブルの位置計測結果の連続性を保障する必要もある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】米国特許出願公開第２００６／０２２７３０９号明細書

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の第１の態様によれば、投影光学系を介して照明光で基板を露光する露光装置であって、前記投影光学系を支持するメトロロジーフレームを有するボディと、前記投影光学系から離れて前記メトロロジーフレームに設けられ、前記基板のマークを検出するアライメント系と、前記投影光学系の上方に配置され、前記照明光で照明されるマスクを保持する第１ステージと、前記第１ステージを駆動する第１モータを含む第１駆動系と、を有し、少なくとも前記投影光学系の光軸と直交する所定面内で前記第１ステージを移動可能な第１ステージシステムと、前記第１ステージの位置情報を計測する第１エンコーダシステムと、前記投影光学系および前記アライメント系の下方に配置され、前記基板を保持するホルダと、前記所定面内で互いに直交する第１、第２方向と交差する方向に関して前記ホルダを挟むように配置される第１、第２基準と、を含む第２ステージと、前記第２ステージを駆動する第２モータを含む第２駆動系と、を有する第２ステージシステムと、前記第２ステージに設けられる４つのヘッドを有し、前記所定面と実質的に平行となるように前記メトロロジーフレームに設けられるスケール部材に対してその下方から、前記４つのヘッドを介してそれぞれ計測ビームを照射し、前記第２ステージの位置情報を計測する第２エンコーダシステムと、前記スケール部材は、前記基板の露光動作において第１移動領域内で移動される前記第２ステージが対向して配置される第１スケール板と、前記アライメント系による前記マークの検出動作において前記第１移動領域と異なる第２移動領域内で移動される前記第２ステージが対向して配置される第２スケール板と、を有し、前記第１スケール板は、それぞれ反射型格子が形成される４つの部分と、前記４つの部分に実質的に囲まれる第１開口と、を有し、前記投影光学系が前記第１開口内に位置するように前記メトロロジーフレームに設けられ、前記第２スケール板は、それぞれ反射型格子が形成される４つの部分と、前記４つの部分に実質的に囲まれる第２開口と、を有し、前記アライメント系が前記第２開口内に位置するように前記メトロロジーフレームに設けられ、前記露光動作おいて、前記アライメント系の検出情報に基づいて前記マスクと前記基板とのアライメントが行われるとともに、前記第１方向を走査方向として前記照明光に対して前記マスクと前記基板をそれぞれ相対移動する走査露光が行われるように、前記第１、第２エンコーダシステムの計測情報に基づいて前記第１、第２駆動系を制御する制御系と、を備え、前記第１移動領域は、前記４つのヘッドのうち第１ヘッドを除く３つのヘッドがそれぞれ、前記第１スケール板の前記４つの部分のうち第１部分を除く３つの部分と対向する第１領域と、前記４つのヘッドのうち前記第１ヘッドと異なる第２ヘッドを除く３つのヘッドがそれぞれ、前記４つの部分のうち前記第１部分と異なる第２部分を除く３つの部分と対向する第２領域と、前記４つのヘッドのうち前記第１、第２ヘッドと異なる第３ヘッドを除く３つのヘッドがそれぞれ、前記４つの部分のうち前記第１、第２部分と異なる第３部分を除く３つの部分と対向する第３領域と、前記４つのヘッドのうち前記第１、第２、第３ヘッドと異なる第４ヘッドを除く３つのヘッドがそれぞれ、前記４つの部分のうち前記第１、第２、第３部分と異なる第４部分を除く３つの部分と対向する第４領域と、前記４つのヘッドがそれぞれ前記４つの部分と対向する第５領域と、を含み、前記制御系は、前記検出動作において、前記アライメント系によって前記基板のマークおよび前記第１基準が検出されるとともに、前記露光動作において、前記第１、第２、第３、第４領域の１つから、前記第５領域を介して前記第１、第２、第３、第４領域うち前記１つの領域と異なる領域に前記第２ステージが移動されるように前記第２駆動系を制御し、前記１つの領域において、前記４つのヘッドの３つが前記第１スケール板の前記４つの部分の３つとそれぞれ対向し、前記第５領域において、前記４つのヘッドのうち前記１つの領域で用いられる前記３つのヘッドと異なる別のヘッドが、前記４つの部分のうち前記３つの部分と異なる別の部分と対向し、前記異なる領域において、前記１つの領域で用いられる前記３つのヘッドのうち１つのヘッドの代わりに前記別のヘッドが用いられるとともに、前記１つの領域で用いられる前記３つのヘッドのうち前記１つのヘッドを除く残り２つのヘッドがそのまま用いられ、前記残り２つのヘッドは、それぞれ、前記異なる領域において、前記１つの領域で対向する部分と同じ前記第１スケール板の部分に対向する露光装置が、提供される。

【0008】

本発明の第２の態様によれば、デバイス製造方法であって、第１の態様に係る露光装置を用いてウエハを露光することと、前記露光されたウエハを現像することと、を含むデバイス製造方法が、提供される。

【0009】

本発明の第３の態様によれば、投影光学系を介して照明光で基板を露光する露光方法であって、前記投影光学系の上方に配置される第１ステージによって、前記照明光で照明されるマスクを保持することと、前記第１ステージは、少なくとも前記投影光学系の光軸と直交する所定面内で移動可能であり、前記投影光学系、および前記投影光学系から離れて前記投影光学系を支持するメトロロジーフレームに設けられ、前記基板のマークを検出するアライメント系の下方に配置される第２ステージによって前記基板を保持することと、前記第２ステージは、前記基板を保持するホルダと、前記所定面内で互いに直交する第１、第２方向と交差する方向に関して前記ホルダを挟むように配置される第１、第２基準と、を有し、第１、第２エンコーダシステムによって前記第１、第２ステージの位置情報をそれぞれ計測することと、前記第２エンコーダシステムは、前記第２ステージに設けられる４つのヘッドを有し、前記所定面と実質的に平行となるように前記メトロロジーフレームに設けられるスケール部材に対してその下方から、前記４つのヘッドを介してそれぞれ計測ビームを照射し、前記スケール部材は、前記基板の露光動作において第１移動領域内で移動される前記第２ステージが対向して配置される第１スケール板と、前記アライメント系による前記マークの検出動作において前記第１移動領域と異なる第２移動領域内で移動される前記第２ステージが対向して配置される第２スケール板と、を有し、前記第１スケール板は、それぞれ反射型格子が形成される４つの部分と、前記４つの部分に実質的に囲まれる第１開口と、を有し、前記投影光学系が前記第１開口内に位置するように前記メトロロジーフレームに設けられ、前記第２スケール板は、それぞれ反射型格子が形成される４つの部分と、前記４つの部分に実質的に囲まれる第２開口と、を有し、前記アライメント系が前記第２開口内に位置するように前記メトロロジーフレームに設けられ、前記検出動作において、前記アライメント系によって前記基板のマークおよび前記第１基準が検出されるように、前記第２移動領域内で前記第２ステージを移動することと、前記露光動作おいて、前記アライメント系の検出情報に基づいて前記マスクと前記基板とのアライメントが行われるとともに、前記第１方向を走査方向として前記照明光に対して前記マスクと前記基板をそれぞれ相対移動する走査露光が行われるように、前記第１移動領域内で、前記第１、第２エンコーダシステムの計測情報に基づいて前記第１、第２ステージを移動することと、を含み、前記第１移動領域は、前記４つのヘッドのうち第１ヘッドを除く３つのヘッドがそれぞれ、前記第１スケール板の前記４つの部分のうち第１部分を除く３つの部分と対向する第１領域と、前記４つのヘッドのうち前記第１ヘッドと異なる第２ヘッドを除く３つのヘッドがそれぞれ、前記４つの部分のうち前記第１部分と異なる第２部分を除く３つの部分と対向する第２領域と、前記４つのヘッドのうち前記第１、第２ヘッドと異なる第３ヘッドを除く３つのヘッドがそれぞれ、前記４つの部分のうち前記第１、第２部分と異なる第３部分を除く３つの部分と対向する第３領域と、前記４つのヘッドのうち前記第１、第２、第３ヘッドと異なる第４ヘッドを除く３つのヘッドがそれぞれ、前記４つの部分のうち前記第１、第２、第３部分と異なる第４部分を除く３つの部分と対向する第４領域と、前記４つのヘッドがそれぞれ前記４つの部分と対向する第５領域と、を含み、前記露光動作において、前記第２ステージは、前記第１、第２、第３、第４領域の１つから、前記第５領域を介して前記第１、第２、第３、第４領域うち前記１つの領域と異なる領域に移動され、前記１つの領域において、前記４つのヘッドの３つが前記第１スケール板の前記４つの部分の３つとそれぞれ対向し、前記第５領域において、前記４つのヘッドのうち前記１つの領域で用いられる前記３つのヘッドと異なる別のヘッドが、前記４つの部分のうち前記３つの部分と異なる別の部分と対向し、前記異なる領域において、前記１つの領域で用いられる前記３つのヘッドのうち１つのヘッドの代わりに前記別のヘッドが用いられるとともに、前記１つの領域で用いられる前記３つのヘッドのうち前記１つのヘッドを除く残り２つのヘッドがそのまま用いられ、前記残り２つのヘッドは、それぞれ、前記異なる領域において、前記１つの領域で対向する部分と同じ前記第１スケール板の部分に対向する露光方法が、提供される。

【0010】

本発明の第４の態様によれば、デバイス製造方法であって、第３の態様に係る露光方法を用いてウエハを露光することと、前記露光されたウエハを現像することと、を含むデバイス製造方法が、提供される。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】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2】投影光学系の周囲に配置されるエンコーダシステムの構成を示す図である。

【図3】アライメント系の周囲に配置されるエンコーダシステムの構成を示す図である。

【図4】ウエハステージを一部破砕して示す拡大図である。

【図5】ウエハステージ上のエンコーダヘッドの配置を示す図である。

【図6】図１の露光装置におけるステージ制御に関連する制御系の主要な構成を示すブロック図である。

【図7】エンコーダヘッド及びスケール板の配置とエンコーダシステムの計測領域との関係を示す図（その１）である。

【図8】図７のウエハＷ_１を拡大して示す図である。

【図9】ステップ・アンド・スキャン方式の露光におけるウエハ上での露光中心の移動軌跡を示す図（その１）である。

【図10】図１０（Ａ）はエンコーダヘッドの切り換え手順の一例を示す図（その１）、図１０（Ｂ）はエンコーダヘッドの切り換え前後におけるウエハステージの駆動速度の時間変化を示す図、図１０（Ｃ）及び図１０（Ｄ）はエンコーダヘッドの切り換え手順の一例を示す図（その２及び３）である。

【図11】図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は、つなぎ演算及びつなぎ処理を説明するための図である。

【図12】エンコーダヘッドの切り換え時におけるつなぎ処理の概略を示す図である。

【図13】エンコーダヘッド及びスケール板の配置とエンコーダシステムの計測領域との関係を示す図（その２）である。

【図14】図１３のウエハＷ_２を拡大して示す図である。

【図15】ステップ・アンド・スキャン方式の露光におけるウエハ上での露光中心の移動軌跡を示す図（その２）である。

【図16】図１６（Ａ）〜図１６（Ｃ）は、エンコーダヘッドの切り換え手順の一例を示す図（その４〜６）である。

【図17】図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）は、ウエハステージの加速に伴うエンコーダシステムの計測誤差の発生原理を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の一実施形態について、図１〜図１７（Ｂ）に基づいて説明する。

【0013】

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、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。

【0014】

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ＷＳＴ１，ＷＳＴ２を含むウエハステージ装置５０、及びこれらの制御系等を備えている。

【0015】

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。

【0016】

レチクルステージＲＳＴ上には、回路パターンなどがそのパターン面（図１における下面）に形成されたレチクルＲが、例えば真空吸着により固定されている。レチクルステージＲＳＴは、例えばリニアモータ等を含むレチクルステージ駆動系１１（図１では不図示、図６参照）によって、ＸＹ平面内で微少駆動可能であるとともに、走査方向（図１における紙面直交方向であるＹ軸方向）に所定の走査速度で駆動可能となっている。

【0017】

レチクルステージＲＳＴのＸＹ平面（移動面）内の位置情報（θｚ方向の位置（θｚ回転量）の情報を含む）は、図１に示される、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）に測長ビームを照射するレチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）１６によって例えば０．２５ｎｍ程度の分解能で常時検出される。なお、レチクルＲの少なくとも３自由度方向の位置情報を計測するために、レチクル干渉計１６の代わりに、あるいはそれと組み合わせて、例えば米国特許出願公開第２００７／０２８８１２１号明細書などに開示されているエンコーダシステムを用いても良い。

【0018】

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（−Ｚ側）に配置され、不図示のボディの一部を構成するメインフレーム（メトロロジーフレーム）に保持されている。投影ユニットＰＵは、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とを有している。投影光学系ＰＬとしては、例えば、Ｚ軸方向と平行な光軸ＡＸに沿って配列された複数の光学素子（レンズエレメント）からなる屈折光学系が用いられている。投影光学系ＰＬは、例えば両側テレセントリックで、所定の投影倍率（例えば１／４倍、１／５倍又は１／８倍など）を有する。このため、照明系１０からの照明光ＩＬによって照明領域ＩＡＲが照明されると、投影光学系ＰＬの第１面（物体面）とパターン面がほぼ一致して配置されるレチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬ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（露光領域）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ＷＳＴ１、ＷＳＴ２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ＩＡ（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。

【0019】

なお、メインフレームは、従来用いられている門型、及び例えば米国特許出願公開第２００８／００６８５６８号明細書などに開示される吊り下げ支持型のいずれであっても良い。

【0020】

鏡筒４０の−Ｚ側端部の周囲には、例えば鏡筒４０の下端面とほぼ同一面となる高さで、スケール板２１がＸＹ平面に平行に配置されている。スケール板２１は、本実施形態では図２に示されるように、例えばＬ字状の４つの部分（部品）２１_１，２１_２，２１_３，２１_４から構成され、その中央に形成される例えば矩形の開口２１ａ内に鏡筒４０の−Ｚ側端部が挿入されている。ここで、スケール板２１のＸ軸方向及びＹ軸方向の幅はそれぞれａ及びｂ、開口２１ａのＸ軸方向及びＹ軸方向の幅はそれぞれａｉ及びｂｉである。

【0021】

スケール板２１から＋Ｘ方向に離間した位置には、図１に示されるように、スケール板２１とほぼ同一平面上にスケール板２２が、配置されている。スケール板２２も、図３に示されるように、例えばＬ字状の４つの部分（部品）２２_１，２２_２，２２_３，２２_４から構成され、その中央に形成される例えば矩形の開口２２ａ内に後述するアライメント系ＡＬＧの−Ｚ側端部が挿入されている。スケール板２２のＸ軸方向及びＹ軸方向の幅はそれぞれａ及びｂ、開口２２ａのＸ軸方向及びＹ軸方向の幅はそれぞれａｉ及びｂｉである。なお、本実施形態ではＸ軸及びＹ軸方向に関してスケール板２１、２２の幅、及び開口２１ａ、２２ａの幅をそれぞれ同一としたが、必ずしも同一の幅とする必要はなく、Ｘ軸及びＹ軸方向の少なくとも一方に関してその幅を異ならせても良い。

【0022】

本実施形態では、スケール板２１，２２は、投影ユニットＰＵ及びアライメント系ＡＬＧを支持する不図示のメインフレーム（メトロロジーフレーム）に吊り下げ支持されている。スケール板２１，２２の下面（−Ｚ側の面）には、Ｘ軸を基準とする４５度方向（Ｙ軸を基準とする−４５度方向）を周期方向とする所定ピッチ、例えば１μｍの格子と、Ｘ軸を基準とする−４５度方向（Ｙ軸を基準とする−１３５度方向）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ＲＧ（図２、図３及び図４参照）が形成されている。ただし、２次元回折格子ＲＧ及び後述するエンコーダヘッドの構成上、スケール板２１，２２を構成する部分２１_１〜２１_４，２２_１〜２２_４のそれぞれの外縁近傍には幅ｔの非有効領域が含まれる。スケール板２１，２２の２次元回折格子ＲＧは、それぞれ、少なくとも露光動作時及びアライメント（計測）時におけるウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２の移動範囲をカバーしている。

【0023】

ウエハステージ装置５０は、図１に示されるように、床面上に複数（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１２、ステージベース１２上に配置されたウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２、ウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２を駆動するウエハステージ駆動系２７（図１では一部のみ図示、図６参照）、及びウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２の位置を計測する計測系等を備えている。計測系は、図６に示される、エンコーダシステム７０，７１及びウエハレーザ干渉計システム（以下、ウエハ干渉計システムと略称する）１８等を備えている。なお、エンコーダシステム７０，７１及びウエハ干渉計システム１８については、さらに後述する。ただし、本実施形態では、ウエハ干渉計システム１８は必ずしも設けなくても良い。

【0024】

ステージベース１２は、図１に示されるように、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高く仕上げられ、ウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２の移動の際のガイド面とされている。ステージベース１２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１４ａを含むコイルユニットが、収容されている。

【0025】

なお、ステージベース１２とは別にこれを浮上支持するための別のベース部材を設けて、ステージベース１２を、ウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２の駆動力の反力の作用により、運動量保存則に従って移動するカウンターマス（反力キャンセラ）として機能させても良い。

【0026】

ウエハステージＷＳＴ１は、図１に示されるように、ステージ本体９１と、該ステージ本体９１の上方に配置され、不図示のＺ・チルト駆動機構によって、ステージ本体９１に対して非接触で支持されたウエハテーブルＷＴＢ１とを有している。この場合、ウエハテーブルＷＴＢ１は、Ｚ・チルト駆動機構によって、電磁力等の上向きの力（斥力）と、自重を含む下向きの力（引力）との釣り合いを３点で調整することで、非接触で支持されるとともに、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。ステージ本体９１の底部には、スライダ部９１ａが設けられている。スライダ部９１ａは、ＸＹ平面内でＸＹ二次元配列された複数の磁石から成る磁石ユニットと、該磁石ユニットを収容する筐体と、該筐体の底面の周囲に設けられた複数のエアベアリングとを有している。磁石ユニットは、前述のコイルユニットとともに、例えば米国特許第５，１９６，７４５号明細書などに開示される電磁力（ローレンツ力）駆動による平面モータ３０を構成している。なお、平面モータ３０としては、ローレンツ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。

【0027】

ウエハステージＷＳＴ１は、上記複数のエアベアリングによってステージベース１２上に所定のクリアランス（隙間／間隔／間隙（ギャップ）／空間距離）、例えば数μｍ程度のクリアランスを介して浮上支持され、平面モータ３０によって、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びθｚ方向に駆動される。従って、ウエハテーブルＷＴＢ１（ウエハＷ）は、ステージベース１２に対して、６自由度方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、θｘ方向、θｙ方向及びθｚ方向（以下、Ｘ，Ｙ，Ｚ，θｘ、θｙ、θｚ）と略記する）に駆動可能である。

【0028】

本実施形態では、コイルユニットを構成する各コイル１４ａ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。平面モータ３０と、前述のＺ・チルト駆動機構とを含んで、ウエハステージ駆動系２７が構成されている。なお、平面モータ３０はムービングマグネット方式に限らず、ムービングコイル方式でも良い。また、平面モータ３０として、磁気浮上方式の平面モータを用いても良い。この場合、前述のエアベアリングを設けなくても良い。また、平面モータ３０によってウエハステージＷＳＴ１を６自由度方向に駆動することとしても良い。また、ウエハテーブルＷＴＢ１を、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、θｚ方向のうちの少なくとも一方向に微動可能としても良い。すなわち、ウエハステージＷＳＴ１を粗微動ステージにより構成しても良い。

【0029】

ウエハテーブルＷＴＢ１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、不図示のチャック機構によって例えば真空吸着（又は静電吸着）され、固定されている。図示していないが、ウエハテーブルＷＴＢ１上の一方の対角線上には、ウエハホルダを挟んで第１基準マーク板と第２基準マーク板とが設けられている。第１、第２基準マーク板の上面には、後述する一対のレチクルアライメント系１３Ａ，１３Ｂ及びアライメント系ＡＬＧにより検出される複数の基準マークがそれぞれ形成されている。なお、第１、第２基準マーク板の複数の基準マークの位置関係は既知であるものとする。

【0030】

ウエハステージＷＳＴ２も、ウエハステージＷＳＴ１と同様に構成されている。

【0031】

エンコーダシステム７０，７１は、それぞれ、投影光学系ＰＬ直下の領域を含む露光時移動領域とアライメント系ＡＬＧ直下の領域を含む計測時移動領域とにおけるウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２の６自由度方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ，θｘ，θｙ，θｚ）の位置情報を求める（計測する）。ここで、エンコーダシステム７０，７１の構成等について詳述する。なお、露光時移動領域（第１移動領域）は、投影光学系ＰＬを介してウエハの露光が行われる露光ステーション（第１領域）内で、露光動作中にウエハステージが移動される領域であり、その露光動作は、例えばウエハ上でパターンを転写すべき全てのショット領域の露光だけでなく、その露光のための準備動作（例えば、前述の基準マークの検出）なども含む。計測時移動領域（第２移動領域）は、アライメント系ＡＬＧによるウエハのアライメントマークの検出によってその位置情報の計測が行われる計測ステーション（第２領域）内で、計測動作中にウエハステージが移動される領域であり、その計測動作は、例えばウエハの複数のアライメントマークの検出だけでなく、アライメント系ＡＬＧによる基準マークの検出（さらには、Ｚ軸方向に関するウエハの位置情報（段差情報）の計測）なども含む。

【0032】

ウエハテーブルＷＴＢ１，ＷＴＢ２には、それぞれ図２及び図３の平面図に示されるように、上面の４隅のそれぞれにエンコーダヘッド（以下、適宜、ヘッドと略称する）６０_１〜６０_４が配置されている。ここで、ヘッド６０_１，６０_２間のＸ軸方向の離間距離とヘッド６０_３，６０_４間のＸ軸方向の離間距離は互いに等しくＡである。また、ヘッド６０_１，６０_４間のＹ軸方向の離間距離とヘッド６０_２，６０_３間のＹ軸方向の離間距離は互いに等しくＢである。これらの離間距離Ａ，Ｂは、スケール板２１の開口２１ａの幅ａｉ，ｂｉよりも大きい。厳密には、前述の非有効領域の幅ｔを考慮して、Ａ≧ａｉ＋２ｔ，Ｂ≧ｂｉ＋２ｔである。ヘッド６０_１〜６０_４は、図４にヘッド６０_１を代表的に採り上げて示されるように、ウエハテーブルＷＴＢ１，ＷＴＢ２に形成されたＺ軸方向の所定深さの穴の内部にそれぞれ収容されている。

【0033】

ヘッド６０_１は、図５に示されるように、Ｘ軸を基準とする１３５度方向（すなわちＸ軸を基準とする−４５度方向）及びＺ軸方向を計測方向とする２次元ヘッドである。同様に、ヘッド６０_２〜６０_４は、それぞれ、Ｘ軸を基準とする２２５度方向（すなわちＸ軸を基準とする４５度方向）及びＺ軸方向、Ｘ軸を基準とする３１５度方向（すなわちＸ軸を基準とする−４５度方向）及びＺ軸方向、Ｘ軸を基準とする４５度方向及びＺ軸方向を計測方向とする２次元ヘッドである。ヘッド６０_１〜６０_４は、図２及び図４から明らかなように、それぞれ、対向するスケール板２１の部分２１_１〜２１_４又はスケール板２２の部分２２_１〜２２_４の表面に形成された２次元回折格子ＲＧに計測ビームを照射し、２次元回折格子からの反射・回折ビームを受光することにより、それぞれの計測方向についてのウエハテーブルＷＴＢ１，ＷＴＢ２（ウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２）の位置を計測する。ここで、ヘッド６０_１〜６０_４のそれぞれとして、例えば米国特許第７，５６１，２８０号明細書に開示される変位計測センサヘッドと同様の構成のセンサヘッドを用いることができる。

【0034】

上述のようにして構成されたヘッド６０_１〜６０_４では、計測ビームの空気中での光路長が極短いため、空気揺らぎの影響が殆ど無視できる。ただし、本実施形態では、光源及び光検出器は各ヘッドの外部、具体的には、ステージ本体９１の内部（又は外部）に設けられ、光学系のみが各ヘッドの内部に設けられている。そして、光源及び光検出器と、光学系とは、不図示の光ファイバを介して光学的に接続されている。ウエハテーブルＷＴＢ（微動ステージ）の位置決め精度を向上させるため、ステージ本体９１（粗動ステージ）とウエハテーブルＷＴＢ（微動ステージ）との間（以下、粗微動ステージ間と略述する）で、レーザ光等を空中伝送しても良いし、あるいはヘッドをステージ本体９１（粗動ステージ）に設けて、該ヘッドによりステージ本体９１（粗動ステージ）の位置を計測し、かつ別のセンサで粗微動ステージ間の相対変位を計測する構成としても良い。

【0035】

ウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２が前述の露光時移動領域内に位置する際には、ヘッド６０_１は、スケール板２１（の部分２１_１）に計測ビーム（計測光）を照射し、スケール板２１の表面（下面）に形成されたＸ軸を基準とする１３５度方向、すなわちＸ軸を基準とする−４５度方向（以下、単に−４５度方向と称する）を周期方向とする格子からの回折ビームを受光して、ウエハテーブルＷＴＢ１，ＷＴＢ２の−４５度方向及びＺ軸方向の位置を計測する２次元エンコーダ７０_１、７１_１（図６参照）を構成する。同様に、ヘッド６０_２〜６０_４は、それぞれ、スケール板２１（の部分２１_２〜２１_４）に計測ビーム（計測光）を照射し、スケール板２１の表面（下面）に形成されたＸ軸を基準とする２２５度方向、すなわちＸ軸を基準とする＋４５度方向（以下、単に４５度方向と称する）、３１５度方向、すなわちＸ軸を基準とする−４５度方向、及び４５度方向を周期方向とする格子からの回折ビームを受光して、ウエハテーブルＷＴＢ１，ＷＴＢ２の２２５度（４５度）方向及びＺ軸方向の位置、３１５度（−４５度）方向及びＺ軸方向の位置、及び４５度方向及びＺ軸方向の位置、を計測する２次元エンコーダ７０_２〜７０_４、７１_２〜７１_４（図６参照）を構成する。

【0036】

また、ウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２が前述の計測時移動領域内に位置する際には、ヘッド６０_１は、スケール板２２（の部分２２_１）に計測ビーム（計測光）を照射し、スケール板２２の表面（下面）に形成された１３５度方向（−４５度方向）を周期方向とする格子からの回折ビームを受光して、ウエハテーブルＷＴＢ１，ＷＴＢ２の１３５度方向及びＺ軸方向の位置を計測する２次元エンコーダ７０_１、７１_１（図６参照）を構成する。同様に、ヘッド６０_２〜６０_４は、それぞれ、スケール板２２（の部分２２_２〜２２_４）に計測ビーム（計測光）を照射し、スケール板２２の表面（下面）に形成された２２５度方向（４５度方向）、３１５度方向（−４５度方向）、及び４５度方向を周期方向とする格子からの回折ビームを受光して、ウエハテーブルＷＴＢ１，ＷＴＢ２の２２５度方向（４５度方向）及びＺ軸方向の位置、３１５度方向（−４５度方向）及びＺ軸方向の位置、及び４５度方向及びＺ軸方向の位置を、それぞれ計測する２次元エンコーダ７０_２〜７０_４、７１_２〜７１_４（図６参照）を構成する。

【0037】

上述の説明からわかるように、本実施形態では、スケール板２１，２２のどちらに計測ビーム（計測光）を照射するか、すなわち、ウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２が前述の露光時移動領域、計測時移動領域のいずれの領域内にあるかにかかわらず、ウエハステージＷＳＴ１上のヘッド６０_１〜６０_４は、計測ビーム（計測光）を照射しているスケール板とともに、それぞれ２次元エンコーダ７０_１〜７０_４を構成し、ウエハステージＷＳＴ２上のヘッド６０_１〜６０_４は、計測ビーム（計測光）を照射しているスケール板とともに、それぞれ２次元エンコーダ７１_１〜７１_４を構成するものとしている。

【0038】

２次元エンコーダ（以下、適宜、エンコーダと略称する）７０_１〜７０_４，７１_１〜７１_４のそれぞれの計測値は、主制御装置２０（図６参照）に供給される。主制御装置２０は、２次元回折格子ＲＧが形成されたスケール板２１（を構成する部分２１_１〜２１_４）の下面に対向する少なくとも３つのエンコーダ（すなわち、有効な計測値を出力している少なくとも３つのエンコーダ）の計測値に基づいて、投影光学系ＰＬ直下の領域を含む露光時移動領域内でのウエハテーブルＷＴＢ１，ＷＴＢ２の位置情報を求める。同様に、主制御装置２０は、２次元回折格子ＲＧが形成されたスケール板２２（を構成する部分２２_１〜２２_４）の下面に対向する少なくとも３つのエンコーダ（すなわち、有効な計測値を出力している少なくとも３つのエンコーダ）の計測値に基づいて、アライメント系ＡＬＧ直下の領域を含む計測時移動領域内でのウエハテーブルＷＴＢ１，ＷＴＢ２の位置情報を求める。

【0039】

また、本実施形態の露光装置１００では、ウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２（ウエハテーブルＷＴＢ１，ＷＴＢ２）の位置は、ウエハ干渉計システム１８（図６参照）によって、エンコーダシステム７０，７１とは独立して、計測可能である。ウエハ干渉計システム１８の計測結果は、エンコーダシステム７０，７１の計測値の長期的変動（例えばスケールの経時的な変形などによる）を補正（較正）する場合、あるいはエンコーダシステム７０，７１の出力異常時のバックアップ用などとして補助的に用いられる。なお、ウエハ干渉計システム１８の詳細は省略する。

【0040】

アライメント系ＡＬＧは、図１に示されるように、投影光学系ＰＬの＋Ｘ側に所定間隔を隔てて配置されたオフアクシス方式のアライメント系である。本実施形態では、アライメント系ＡＬＧとして、一例としてハロゲンランプ等のブロードバンド（広帯域）光でマークを照明し、このマーク画像を画像処理することによってマーク位置を計測する画像処理方式のアライメントセンサの一種であるＦＩＡ（Field Image Alignment）系が用いられている。アライメント系ＡＬＧからの撮像信号は、不図示のアライメント信号処理系を介して主制御装置２０（図６参照）に供給される。

【0041】

なお、アライメント系ＡＬＧとしては、ＦＩＡ系に限らず、例えばコヒーレントな検出光をマークに照射し、そのマークから発生する散乱光又は回折光を検出する、あるいはマークから発生する２つの回折光（例えば同次数の回折光、あるいは同方向に回折する回折光）を干渉させて検出するアライメントセンサを単独であるいは適宜組み合わせて用いることは勿論可能である。アライメント系ＡＬＧとして、例えば米国特許出願公開第２００８／００８８８４３号明細書などに開示される、複数の検出領域を有するアライメント系を採用しても良い。

【0042】

この他、本実施形態の露光装置１００には、アライメント系ＡＬＧと一緒に計測ステーションに配置され、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の多点焦点位置検出系（以下、多点ＡＦ系と略述する）ＡＦ（図１では不図示、図６参照）が設けられている。多点ＡＦ系ＡＦによる計測動作はその少なくとも一部がアライメント系ＡＬＧによるマーク検出動作と並行して行われるとともに、前述のエンコーダシステムによってその計測動作中にウエハテーブルの位置情報が計測される。多点ＡＦ系ＡＦの検出信号は、ＡＦ信号処理系（不図示）を介して主制御装置２０に供給される（図６参照）。主制御装置２０は、多点ＡＦ系ＡＦの検出信号と前述のエンコーダシステムの計測情報に基づいて、ウエハＷ表面のＺ軸方向の位置情報（段差情報／凹凸情報）を検出し、露光動作ではその事前検出情報と前述のエンコーダシステムの計測情報（Ｚ軸、θｘ及びθｙ方向の位置情報）とに基づいて走査露光中のウエハＷのいわゆるフォーカス・レベリング制御を実行する。なお、露光ステーション内で投影ユニットＰＵの近傍に多点ＡＦ系を設け、露光動作時にウエハ表面の位置情報（凹凸情報）を計測しつつウエハテーブルを駆動して、ウエハＷのフォーカス・レベリング制御を実行することとしても良い。

【0043】

露光装置１００では、さらに、レチクルＲの上方に、例えば米国特許第５，６４６，４１３号明細書などに開示される露光波長の光を用いたＴＴＲ（Through The Reticle）方式の一対のレチクルアライメント系１３Ａ，１３Ｂ（図１では不図示、図６参照）が設けられている。レチクルアライメント系１３Ａ，１３Ｂの検出信号は、不図示のアライメント信号処理系を介して主制御装置２０に供給される。なお、レチクルアライメント系に代えて、ウエハステージＷＳＴ上に設けられた不図示の空間像計測器を用いてレチクルアライメントを行っても良い。

【0044】

図６には、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。この制御系は、主制御装置２０を中心として構成されている。主制御装置２０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）等からな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。

【0045】

上述のようにして構成された露光装置１００では、デバイスの製造に際し、主制御装置２０により、ウエハがローディングされたウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２の一方を計測ステーション（計測時移動領域）内で移動して、アライメント系ＡＬＧ及び多点ＡＦ系によるウエハの計測動作が実行される。すなわち、計測時移動領域内でウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２の一方に保持されたウエハＷに対して、アライメント系ＡＬＧを用いたマーク検出、いわゆるウエハアライメント（例えば米国特許第４，７８０，６１７号明細書などに開示されるエンハンスト・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）など）と、多点ＡＦ系を用いたウエハの面情報（段差／凹凸情報）の計測とが行われる。その際、エンコーダシステム７０（エンコーダ７０_１〜７０_４）又はエンコーダシステム７１（エンコーダ７１_１〜７１_４）により、ウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２の６自由度方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ，θｘ，θｙ，θｚ）の位置情報が求められる（計測される）。

【0046】

ウエハアライメントなどの計測動作後、一方のウエハステージ（ＷＳＴ１又はＷＳＴ２）は露光時移動領域に移動し、主制御装置２０により、レチクルアライメント系１３Ａ，１３Ｂ、ウエハテーブル（ＷＴＢ１又はＷＴＢ２）上の基準マーク板（不図示）などを用いて、通常のスキャニング・ステッパと同様の手順（例えば、米国特許第５，６４６，４１３号明細書などに開示される手順）で、レチクルアライメント等が行われる。

【0047】

そして、主制御装置２０により、ウエハアライメント等の計測結果に基づいて、ステップ・アンド・スキャン方式の露光動作が行われ、ウエハＷ上の複数のショット領域にレチクルＲのパターンがそれぞれ転写される。ステップ・アンド・スキャン方式の露光動作は、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴ１又はＷＳＴ２との同期移動を行う走査露光動作と、ウエハステージＷＳＴ１又はＷＳＴ２をショット領域の露光のための加速開始位置に移動させるショット間移動（ステッピング）動作とを交互に繰り返すことで行われる。露光動作時には、エンコーダシステム７０（エンコーダ７０_１〜７０_４）又はエンコーダシステム７１（エンコーダ７１_１〜７１_４）により、一方のウエハステージ（ＷＳＴ１又はＷＳＴ２）の６自由度方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ，θｘ，θｙ，θｚ）の位置情報が求められる（計測される）。

【0048】

また、本実施形態の露光装置１００は、２つのウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２を備えている。そこで、一方のウエハステージ、例えばウエハステージＷＳＴ１上にロードされたウエハに対してステップ・アンド・スキャン方式の露光を行うのと並行して、他方のウエハステージＷＳＴ２上に載置されたウエハに対してウエハアライメントなどを行う、並行処理動作が行われる。

【0049】

本実施形態の露光装置１００では、前述の通り、主制御装置２０は、露光時移動領域内及び計測時移動領域内のいずれにおいても、エンコーダシステム７０（図６参照）を用いて、ウエハステージＷＳＴ１の６自由度方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ，θｘ，θｙ，θｚ）の位置情報を求める（計測する）。また、主制御装置２０は、露光時移動領域内及び計測時移動領域内のいずれにおいても、エンコーダシステム７１（図６参照）を用いて、ウエハステージＷＳＴ２の６自由度方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ，θｘ，θｙ，θｚ）の位置情報を求める（計測する）。

【0050】

ここで、エンコーダシステム７０，７１によるＸＹ平面内の３自由度方向（Ｘ軸方向，Ｙ軸方向及びθｚ方向（Ｘ，Ｙ，θｚ）とも略記する））の位置計測の原理などについてさらに説明する。ここでは、エンコーダヘッド６０_１〜６０_４又はエンコーダ７０_１〜７０_４の計測結果又は計測値は、エンコーダヘッド６０_１〜６０_４又はエンコーダ７０_１〜７０_４のＺ軸方向でない計測方向の計測結果を意味する。

【0051】

本実施形態では、前述のようなエンコーダヘッド６０_１〜６０_４及びスケール板２１の構成及び配置を採用したことにより、露光時移動領域内ではエンコーダヘッド６０_１〜６０_４のうちの少なくとも３つが、常時、スケール板２１（の対応する部分２１_１〜２１_４）に対向する。

【0052】

図７及び図１３には、ウエハステージＷＳＴ１上のエンコーダヘッド６０_１〜６０_４及びスケール板２１の各部分２１_１〜２１_４の配置とエンコーダシステム７０の計測領域Ａ_０〜Ａ_４との関係が示されている。なお、ウエハステージＷＳＴ２はウエハステージＷＳＴ１と同様に構成されているので、ここではウエハステージＷＳＴ１についてのみ説明する。

【0053】

ウエハステージＷＳＴ１の中心（ウエハの中心に一致）が、露光時移動領域内で、かつ露光中心（露光領域ＩＡの中心）Ｐに対して＋Ｘ側かつ＋Ｙ側の領域（露光中心Ｐを原点とする第１象限内の領域（ただし、領域Ａ_０を除く））である第１領域Ａ_１内に位置する場合、ウエハステージＷＳＴ１上のヘッド６０_４，６０_１，６０_２がそれぞれスケール板２１の部分２１_４，２１_１，２１_２に対向する。第１領域Ａ_１内では、ヘッド６０_４，６０_１，６０_２（エンコーダ７０_４，７０_１，７０_２）から有効な計測値が主制御装置２０に送られる。なお、以下の説明中のウエハステージＷＳＴ１、ＷＳＴ２の位置は、そのウエハステージの中心（ウエハの中心に一致）の位置を意味する。すなわち、ウエハステージＷＳＴ１、ＷＳＴ２の中心の位置と記述する代わりに、ウエハステージＷＳＴ１、ＷＳＴ２の位置と記述する。

【0054】

同様に、ウエハステージＷＳＴ１が、露光時移動領域内で、かつ露光中心Ｐに対して−Ｘ側かつ＋Ｙ側の領域（露光中心Ｐを原点とする第２象限内の領域（ただし、領域Ａ_０を除く））である第２領域Ａ_２内に位置する場合、ヘッド６０_１，６０_２，６０_３がそれぞれスケール板２１の部分２１_１，２１_２，２１_３に対向する。ウエハステージＷＳＴ１が、露光時移動領域内で、かつ露光中心Ｐに対して−Ｘ側かつ−Ｙ側の領域（露光中心Ｐを原点とする第３象限内の領域（ただし、領域Ａ_０を除く））である第３領域Ａ_３内に位置する場合、ヘッド６０_２，６０_３，６０_４がそれぞれスケール板２１の部分２１_２，２１_３，２１_４に対向する。ウエハステージＷＳＴ１が、露光時移動領域内で、かつ露光中心Ｐに対して＋Ｘ側かつ−Ｙ側の領域（露光中心Ｐを原点とする第４象限内の領域（ただし、領域Ａ_０を除く））である第４領域Ａ_４内に位置する場合、ヘッド６０_３，６０_４，６０_１がそれぞれスケール板２１の部分２１_３，２１_４，２１_１に対向する。

【0055】

本実施形態では、前述のエンコーダヘッド６０_１〜６０_４及びスケール板２１の構成及び配置についての条件（Ａ≧ａｉ＋２ｔ，Ｂ≧ｂｉ＋２ｔ）に加えて、ウエハ上のパターンが形成されるショット領域のサイズ（Ｗ，Ｌ）を考慮して、条件Ａ≧ａｉ＋Ｗ＋２ｔ，Ｂ≧ｂｉ＋Ｌ＋２ｔを加える。ここで、Ｗ、Ｌは、それぞれ、ショット領域のＸ軸方向、Ｙ軸方向の幅である。Ｗ、Ｌは、それぞれ、走査露光区間の距離、Ｘ軸方向へのステッピングの距離に等しい。この条件では、図７及び図１３に示されるように、ウエハステージＷＳＴ１が、露光中心Ｐを中心とする十字状の領域Ａ_０（露光中心Ｐを通るＹ軸方向を長手方向とする幅Ａ−ａｉ−２ｔの領域とＸ軸方向を長手方向とする幅Ｂ−ｂｉ−２ｔの領域とを含む領域（以下、第０領域と呼ぶ））内に位置する場合、ウエハステージＷＳＴ１上の全ヘッド６０_１〜６０_４がスケール板２１（対応する部分２１_１〜２１_４）に対向する。従って、第０領域Ａ_０内では、全ヘッド６０_１〜６０_４（エンコーダ７０_１〜７０_４）から有効な計測値が主制御装置２０に送られる。なお、本実施形態では上記条件（Ａ≧ａｉ＋２ｔ，Ｂ≧ｂｉ＋２ｔ）に加えて、パターンが形成されるウエハ上のショット領域のサイズ（Ｗ，Ｌ）を考慮して、条件Ａ≧ａｉ＋Ｗ＋２ｔ，Ｂ≧ｂｉ＋Ｌ＋２ｔを加えても良い。ここで、Ｗ、Ｌは、それぞれ、ショット領域のＸ軸方向、Ｙ軸方向の幅である。Ｗ、Ｌは、それぞれ、走査露光区間の距離、Ｘ軸方向へのステッピングの距離に等しい。

【0056】

主制御装置２０は、ヘッド６０_１〜６０_４（エンコーダ７０_１〜７０_４）の計測結果に基づいて、ウエハステージＷＳＴ１のＸＹ平面内での位置（Ｘ，Ｙ，θｚ）を算出する。ここで、エンコーダ７０_１〜７０_４の計測値（それぞれＣ_１〜Ｃ_４と表記する）は、ウエハステージＷＳＴ１の位置（Ｘ，Ｙ，θｚ）に対して、次式（１）〜（４）のように依存する。

【0057】

Ｃ_１＝−（ｃｏｓθｚ＋ｓｉｎθｚ）Ｘ／√２
＋（ｃｏｓθｚ−ｓｉｎθｚ）Ｙ／√２＋√２ｐｓｉｎθｚ…（１）
Ｃ_２＝−（ｃｏｓθｚ−ｓｉｎθｚ）Ｘ／√２
−（ｃｏｓθｚ＋ｓｉｎθｚ）Ｙ／√２＋√２ｐｓｉｎθｚ…（２）
Ｃ_３＝ （ｃｏｓθｚ＋ｓｉｎθｚ）Ｘ／√２
−（ｃｏｓθｚ−ｓｉｎθｚ）Ｙ／√２＋√２ｐｓｉｎθｚ…（３）
Ｃ_４＝ （ｃｏｓθｚ−ｓｉｎθｚ）Ｘ／√２
＋（ｃｏｓθｚ＋ｓｉｎθｚ）Ｙ／√２＋√２ｐｓｉｎθｚ…（４）
ただし、ｐは、図５に示されるように、ウエハテーブルＷＴＢ１（ＷＴＢ２）の中心からのヘッドのＸ軸及びＹ軸方向に関する距離である。

【0058】

主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴ１の位置する領域Ａ_０〜Ａ_４に応じてスケール板２１に対向する３つのヘッド（エンコーダ）を特定し、それらの計測値が従う式を上式（１）〜（４）から選択して連立方程式を組み、３つのヘッド（エンコーダ）の計測値を用いて連立方程式を解くことにより、ウエハステージＷＳＴ１のＸＹ平面内での位置（Ｘ，Ｙ，θｚ）を算出する。例えば、ウエハステージＷＳＴ１が第１領域Ａ_１内に位置する場合、主制御装置２０は、ヘッド６０_１，６０_２，６０_４（エンコーダ７０_１，７０_２，７０_４）の計測値が従う式（１），（２），及び（４）から連立方程式を組み、式（１），（２），及び（４）それぞれの左辺に各ヘッドの計測値を代入して連立方程式を解く。

【0059】

なお、ウエハステージＷＳＴ１が第０領域Ａ_０内に位置する場合、主制御装置２０は、ヘッド６０_１〜６０_４（エンコーダ７０_１〜７０_４）から任意の３つを選択すれば良い。例えば、ウエハステージＷＳＴ１が第１領域から第０領域に移動した後では、第１領域に対応するヘッド６０_１，６０_２，６０_４（エンコーダ７０_１，７０_２，７０_４）を選択すると良い。

【0060】

主制御装置２０は、上の算出結果（Ｘ，Ｙ，θｚ）に基づいて、露光時移動領域内でウエハステージＷＳＴ１を駆動（位置制御）する。

【0061】

ウエハステージＷＳＴ１が、計測時移動領域内に位置する場合、主制御装置２０は、エンコーダシステム７０を用いて３自由度方向（Ｘ，Ｙ，θｚ）の位置情報を計測する。ここで、計測原理等は、露光中心Ｐがアライメント系ＡＬＧの検出中心に、スケール板２１（の部分２１_１〜２１_４）がスケール板２２（の部分２２_１〜２２_４）に置き換わる以外、ウエハステージＷＳＴ１が先の露光時移動領域内に位置する場合と同様である。

【0062】

さらに、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２の位置に応じて、スケール板２１，２２に対向するヘッド６０_１〜６０_４のうちの３つを、少なくとも１つが異なる３つに切り換えて使用する。ここで、エンコーダヘッドを切り換える際には、例えば米国特許出願公開第２００８／００９４５９２号明細書などに開示されているように、ウエハステージの位置計測結果の連続性を保証するためのつなぎ処理が行われる。

【0063】

ここで、ステップ・アンド・スキャン方式の露光動作時におけるヘッド６０_１〜６０_４の切り換えとつなぎ処理についてさらに説明する。

【0064】

第１の例として、図７に示されるウエハＷ_１に対する露光動作について説明する。ここで、ウエハＷ_１上には、一例として、図８に拡大して示されるように、Ｘ軸方向に偶数、Ｙ軸方向に奇数の全３６個のショット領域Ｓ_１〜Ｓ_３６が、配列されているものとする。

【0065】

ウエハＷ_１に対して、図９に示される経路に沿って、ステップ・アンド・スキャン方式の露光が行われる。なお、図９中の経路は、露光中心（露光領域ＩＡの中心）Ｐが各ショット領域上を通過する軌跡を示すものである。この軌跡中の実線部は、各ショット領域の走査露光の際の露光中心Ｐの移動軌跡を示し、点線部（破線部）は、走査方向及び非走査方向の隣接ショット領域間における露光中心Ｐのステップ移動の際の軌跡を示す。なお、実際には、露光中心Ｐが固定で、ウエハが図９の経路と逆向きに移動するのであるが、本明細書中では、説明の便宜上から、固定のウエハに対して露光中心が移動するものとしている。

【0066】

本実施形態の露光装置１００では、ヘッド６０_１〜６０_４のうちのスケール板２１に対向する３つが、ウエハステージＷＳＴ１の位置に応じて切り換えて、使用される。従って、ウエハステージＷＳＴ１が、図７に示される領域Ａ_１〜Ａ_４のうちの１つの領域から領域Ａ_０を介して他の領域に移動する際に、使用するヘッドが切り換えられる。そこで、図９には、ウエハＷ_１上の露光中心Ｐの軌跡に重ねて、該軌跡中の露光中心Ｐの位置にウエハステージＷＳＴ１が位置するときにスケール板２１に対向するヘッドの組に対応する領域Ｂ_０〜Ｂ_４が示されている。

【0067】

図９における領域Ｂ_０〜Ｂ_４は、それぞれ、図７におけるウエハステージＷＳＴ１の移動領域Ａ_０〜Ａ_４に対応する。例えば、領域Ｂｉ内のショット領域を走査露光する、あるいは次のショット領域へステップ移動する際には、ウエハステージＷＳＴ１は領域Ａｉ内を移動する。従って、露光中心Ｐが領域Ｂ_１内に位置する際には、ヘッド６０_４，６０_１，６０_２がスケール板２１に対向する。同様に、露光中心Ｐが領域Ｂ_２，Ｂ_３，Ｂ_４，及びＢ_０内に位置する際には、それぞれ、ヘッド６０_１，６０_２，６０_３、ヘッド６０_２，６０_３，６０_４、ヘッド６０_３，６０_４，６０_１、及び全ヘッド６０_１〜６０_４がスケール板２１に対向する。

【0068】

従って、ショット領域の走査露光又はショット領域間のステップ移動により、露光中心Ｐが図９に示される軌跡上を移動して、領域Ｂ_１〜Ｂ_４のうちの１つの領域から領域Ｂ_０を介して他の領域に移動する際に、使用するヘッドが切り換えられる。そこで、図９中には、ウエハＷ_１に対するヘッドの切り換えの発生場所が二重丸にて示されている。

【0069】

例えば、まず、露光中心Ｐが、第１ショット領域Ｓ_１〜第３ショット領域Ｓ_３を露光処理して領域Ｂ_１から領域Ｂ_０へ移動した後、円Ｃ_１内に示される領域Ｂ_０内の第４ショット領域Ｓ_４を露光処理して領域Ｂ_２内の第５ショット領域Ｓ_５へステップ移動する際に、ヘッドの切り換え（第１切換）が発生する。ここで、前述の通り、露光中心Ｐが領域Ｂ_１，Ｂ_０，Ｂ_２内に位置する際には、それぞれ、ヘッド６０_４，６０_１，６０_２、全ヘッド６０_１〜６０_４、ヘッド６０_１，６０_２，６０_３がスケール板２１に対向する。従って、第１切換では、ヘッド６０_４，６０_１，６０_２からヘッド６０_１，６０_２，６０_３へ、使用するヘッドが切り換えられる。

【0070】

図１０（Ａ）には、第１切換の詳細を説明するための図９中の円Ｃ_１内部の拡大図が示され、第１切換前後におけるウエハステージＷＳＴ１のＹ軸方向に関する速度Ｖｙの時間変化が図１０（Ｂ）に示されている。

【0071】

主制御装置２０は、第３ショット領域Ｓ_３を露光処理した後、ヘッド６０_４，６０_１，６０_２（エンコーダ７０_４，７０_１，７０_２）の計測結果に基づいてウエハステージＷＳＴ１を駆動（位置制御）して、露光中心Ｐを第４ショット領域Ｓ_４の露光のための加速開始位置ｅ４に移動させる。露光中心Ｐが加速開始位置ｅ４に到達すると、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴ１（ウエハＷ_１）とレチクルステージＲＳＴ（レチクルＲ）との同期移動を開始する。すなわち、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴ１を加速駆動し、それと同時にレチクルステージＲＳＴを、ウエハステージＷＳＴ１と反対向きかつウエハステージＷＳＴ１の速度の投影倍率βの逆数倍の速度で、ウエハステージＷＳＴ１の動きに追従して駆動する。図１０（Ｂ）に示されるように、加速開始（時刻ｔ４）から加速時間Ｔaの経過後、両ステージＷＳＴ１、ＲＳＴの速度は一定になる。

【0072】

加速終了後、露光開始までの整定時間Ｔbの間、主制御装置２０は、ウエハＷ_１とレチクルＲとの変位誤差が所定の関係（ほぼ零）になるまでレチクルステージＲＳＴをウエハステージＷＳＴ１に対して追従駆動する。

【0073】

整定時間Ｔbの後、主制御装置２０は、ヘッド６０_４，６０_１，６０_２（エンコーダ７０_４，７０_１，７０_２）の計測結果に基づいてウエハステージＷＳＴ１を等速駆動する。これにより、露光時間Ｔcの間、図１０（Ａ）に示されるように、露光領域ＩＡ（露光中心Ｐ）がショット領域Ｓ_４の−Ｙ端から＋Ｙ端まで等速度で移動し、ショット領域Ｓ_４が走査露光される。走査露光中、ウエハＷ_１とレチクルＲとの等速同期移動状態が維持される。

【0074】

露光終了後、等速度オーバースキャン時間（後整定時間）Ｔdの間、ウエハステージＷＳＴ１は等速度で移動する。この間に、図１０（Ａ）に示されるように、露光中心Ｐはショット領域Ｓ_４の＋Ｙ側の第１切換位置Ｐ_１を等速度で通過する。この時、主制御装置２０は、ヘッド６０_４，６０_１，６０_２（エンコーダ７０_４，７０_１，７０_２）からヘッド６０_１，６０_２，６０_３（エンコーダ７０_１，７０_２，７０_３）へ、使用するヘッドを切り換える。ここで、主制御装置２０は、切り換えの前後を通じてウエハステージＷＳＴ１の位置の計測結果の連続性を保障するために、つなぎ処理を実行する。すなわち、主制御装置２０は、ヘッド６０_１，６０_２，６０_３の計測値から得られるウエハステージＷＳＴ１の位置の計測結果（Ｘ’，Ｙ’，θｚ’）がヘッド６０_４，６０_１，６０_２の計測値から得られるウエハステージＷＳＴ１の計測結果（Ｘ，Ｙ，θｚ）に一致するように、切り換え後に新たに使用するヘッド６０_３の計測値Ｃ_３をリセットする。このつなぎ処理の詳細は後述する。

【0075】

切り換え後、減速オーバースキャン時間Ｔeの間、主制御装置２０は、ヘッド６０_１，６０_２，６０_３（エンコーダ７０_１，７０_２，７０_３）の計測結果に基づいてウエハステージＷＳＴ１を減速駆動する。同時に、レチクルステージＲＳＴも減速させる。なお、減速オーバースキャン時間Ｔeにおいては、ウエハステージＷＳＴ１は、Ｙ軸方向への移動と並行してＸ軸方向にも移動される。これにより、露光中心Ｐがショット領域Ｓ_４の＋Ｙ端からＵ字状の軌跡を描いて、領域Ｂ_２内の次のショット領域Ｓ_５に向かってステップ移動する。

【0076】

主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴ１の減速終了後、引き続き、先と同様に、ただしウエハステージＷＳＴ１とレチクルステージＲＳＴとをそれぞれ逆方向に駆動して、次のショット領域Ｓ_５を露光する。

【0077】

エンコーダシステム７０（７１）の計測結果にはスケールの製造誤差等に起因する計測誤差が含まれる。

【0078】

ここで、以下においては、ヘッドの切り換え及びつなぎ処理の原理を簡単に説明するため４つのヘッドを抽象的にＥｎｃ１，Ｅｎｃ２，Ｅｎｃ３，Ｅｎｃ４とも表記するものとする。

【0079】

図１１（Ａ）には、ヘッド（エンコーダ）Ｅｎｃ１，Ｅｎｃ２，Ｅｎｃ３からエンコーダＥｎｃ２，Ｅｎｃ３，Ｅｎｃ４への切り換え前後における、エンコーダＥｎｃ１，Ｅｎｃ２，Ｅｎｃ３の計測値から算出されるウエハステージＷＳＴ１の位置座標（Ｘ，Ｙ，θｚ）と、エンコーダＥｎｃ２，Ｅｎｃ３，Ｅｎｃ４の計測値から算出されるウエハステージＷＳＴ１の位置座標（Ｘ’，Ｙ’，θｚ’）との時間変化（の軌跡）が示されている。スケールの製造誤差等に起因する計測誤差により、ウエハステージＷＳＴ１の位置の計測結果の軌跡は微細に揺らぐ。そのため、例えば米国特許出願公開第２００８／００９４５９２号明細書などに開示されているような単純なつなぎ処理では、その計測誤差まで取り込んで新たに使用されるエンコーダＥｎｃ４の計測値（ここではヘッド６０_４の計測値Ｃ_４）がリセットされてしまう。本実施形態では、かかる事態が生じることがないようなつなぎ処理を採用している。

【0080】

次に、本実施形態の露光装置１００で行われるつなぎ処理の原理を説明する。本実施形態では、ウエハステージＷＳＴ１の位置座標は、主制御装置２０により、例えば９６μｓｅｃの時間間隔で制御されている。この制御サンプリング間隔毎に、位置サーボ制御系（主制御装置２０の一部）が、ウエハステージＷＳＴ１の現在位置を更新し、目標位置に位置決めするための推力指令値などを演算し、その結果をウエハステージ駆動系２７に出力している。前述のように、ウエハステージＷＳＴ１の現在位置は、エンコーダシステム７０を構成するヘッド６０_１〜６０_４（エンコーダ７０_１〜７０_４）のうちの３つの計測値より算出される。これらのヘッド（エンコーダ）の計測値は、制御サンプリング間隔よりはるかに短い時間間隔（計測サンプリング間隔）で監視されている。

【0081】

図１２には、エンコーダシステム７０の計測結果に基づくウエハステージＷＳＴの駆動（位置制御）、ヘッド６０_１〜６０_４（エンコーダ７０_１〜７０_４）の切り換え、及び該切り換えに伴うつなぎ処理の概略が示されている。図１２中の符号ＣＳＣＫは、ウエハステージＷＳＴ１の位置制御のサンプリングクロック（制御クロック）の発生タイミングを示し、符号ＭＳＣＫは、エンコーダの計測のサンプリングクロック（計測クロック）の発生タイミングを示す。

【0082】

主制御装置２０は、制御クロック（ＣＳＣＫ）毎に、エンコーダシステム７０（を構成する４つのエンコーダＥｎｃ１，Ｅｎｃ２，Ｅｎｃ３，Ｅｎｃ４）の計測値を監視する。

【0083】

第１切換時には、エンコーダＥｎｃ１，Ｅｎｃ２，Ｅｎｃ３，Ｅｎｃ４は、それぞれ、ヘッド６０_４，６０_１，６０_２，６０_３（エンコーダ７０_４，７０_１，７０_２，７０_３）に対応する。

【0084】

制御クロック時には、主制御装置２０は、第１制御クロック時のように、エンコーダＥｎｃ１，Ｅｎｃ２，Ｅｎｃ３の計測値から対応する式（１）〜式（３）から成る連立方程式を用いてウエハステージＷＳＴ１の位置座標（Ｘ，Ｙ，θｚ）を算出するとともに、切り換え後に使用するエンコーダＥｎｃ２，Ｅｎｃ３，Ｅｎｃ４の計測値からもウエハステージＷＳＴ１の位置座標（Ｘ’，Ｙ’，θｚ’）を算出する。

【0085】

主制御装置２０は、ショット領域Ｓ_４の走査露光（露光時間Ｔｃ）の終了まで、エンコーダＥｎｃ１，Ｅｎｃ２，Ｅｎｃ３の計測値から算出されたステージ位置座標（Ｘ，Ｙ，θｚ）をサーボ制御用ステージ座標としてウエハステージ駆動系２７に出力して、ウエハステージＷＳＴ１を駆動する。露光終了後、等速度オーバースキャン時間（後整定時間）Ｔdの間の第３制御クロック時に、主制御装置２０は、エンコーダＥｎｃ１，Ｅｎｃ２，Ｅｎｃ３からエンコーダＥｎｃ２，Ｅｎｃ３，Ｅｎｃ４へ切り換える。

【0086】

図１１（Ａ）に示されるように、スケールの製造誤差等に起因する計測誤差により、単純なつなぎ処理では、算出されるステージ位置座標の連続性が満たされない。そこで、主制御装置２０は、ショット領域Ｓ_４に対する走査露光、すなわち図１０（Ａ）に示される走査露光区間の一部Ｑ_１についてウエハステージＷＳＴ１を等速駆動するのと並行して、制御クロック（ＣＳＣＫ）毎につなぎ処理のための前処理（つなぎ演算とも呼ぶ）を実行する。すなわち、主制御装置２０は、図１２に示されるように、位置座標（Ｘ，Ｙ，θｚ）と位置座標（Ｘ’，Ｙ’，θｚ’）との差分を求め、さらに所定のクロック数Ｋについて差分の移動平均ＭＡ_Ｋ｛（Ｘ，Ｙ，θｚ）−（Ｘ’，Ｙ’，θｚ’）｝を求め、座標オフセットＯとして保持する。図１２中、移動平均の演算が符号ＭＡ_Ｋにて表されている。

【0087】

なお、位置座標（Ｘ，Ｙ，θｚ）と位置座標（Ｘ’，Ｙ’，θｚ’）のそれぞれに対して所定のクロック数Ｋについて移動平均ＭＡ_Ｋ（Ｘ，Ｙ，θｚ）とＭＡ_Ｋ（Ｘ’，Ｙ’，θｚ’）を求め、これらの差ＭＡ_Ｋ（Ｘ，Ｙ，θｚ）−ＭＡ_Ｋ（Ｘ’，Ｙ’，θｚ’）を座標オフセットＯとして保持しても良い。

【0088】

主制御装置２０は、切り換えの際、つなぎ処理を実行する。すなわち、主制御装置２０は、直前の制御クロック時（この場合、第２制御クロック時）にエンコーダＥｎｃ１，Ｅｎｃ２，Ｅｎｃ３の計測値より算出されたウエハステージＷＳＴ１の位置座標（Ｘ，Ｙ，θｚ）と一致するよう、第３制御クロック時に、エンコーダＥｎｃ２，Ｅｎｃ３，Ｅｎｃ４の計測値より算出されるウエハステージＷＳＴ１の位置座標（Ｘ’，Ｙ’，θｚ’）に、直前の第２制御クロック時に保持された座標オフセットＯを加える。オフセット補正された位置座標｛（Ｘ’，Ｙ’，θｚ’）＋Ｏ｝を、エンコーダＥｎｃ４の計測値が従う式（１）〜（４）のいずれかに代入して、エンコーダＥｎｃ４の計測値を算出し、それをエンコーダＥｎｃ４の計測値としてセットする。図１２では、このつなぎ処理が記号ＣＨにて示されている。

【0089】

上のつなぎ処理を行う際、座標オフセットＯの値が直近の所定クロック数について十分安定していることを確認することとする。さらに、前述の通り、スケールの製造誤差等に起因する計測誤差のため、エンコーダシステム７０の計測値より算出されるウエハステージＷＳＴ１の位置座標（Ｘ，Ｙ，θｚ）は、真の位置に対して微細に揺らぐ。そこで、エンコーダＥｎｃ１，Ｅｎｃ２，Ｅｎｃ３の計測値より算出されるウエハステージＷＳＴ１の位置座標（Ｘ，Ｙ，θｚ）とエンコーダＥｎｃ２，Ｅｎｃ３，Ｅｎｃ４の計測値より算出されるウエハステージＷＳＴ１の位置座標（Ｘ’，Ｙ’，θｚ’）との差が十分安定している座標オフセットＯに一致又はほぼ一致するタイミング（クロック発生時）にて、つなぎ処理を行うと良い。

【0090】

以上のつなぎ処理により、図１１（Ｂ）に示されるように、切り換え前後で算出されるウエハステージの位置座標の連続性が保障される。

【0091】

なお、つなぎ処理は、上記のように、切り換え後のヘッドの計測値を補正する場合に限らず、他の処理もあり、それらを採用しても良い。例えば、その計測誤差をオフセットとしてウエハステージの現在位置又は目標位置にオフセットを加えて、ウエハステージを駆動（位置制御）する、あるいはその計測誤差分だけレチクル位置を補正するなど他の手法を適用しても良い。

【0092】

切り換え後、図１２における第４制御クロック時以降、主制御装置２０は、エンコーダＥｎｃ２，Ｅｎｃ３，Ｅｎｃ４の計測値から算出される位置座標（Ｘ’，Ｙ’，θｚ’）をサーボ制御用ステージ座標としてウエハステージ駆動系２７に出力して、ウエハステージＷＳＴ１を駆動制御する。

【0093】

なお、上述の第１切換では、領域Ｂ_０内の第４ショット領域Ｓ_４を走査露光した後、領域Ｂ_２内の第５ショット領域Ｓ_５へステップ移動する前に、使用するヘッドを切り換えた。ここで、図７に示されるウエハＷ_１上のショット領域の配列では、図９に示されるように領域Ｂ_０内に第３ショット領域Ｓ_３も含まれている。そこで、図１０（Ｃ）に示されるように、領域Ｂ_０内の第３ショット領域Ｓ_３を走査露光した後、第４ショット領域Ｓ_４へステップ移動する前に、使用するヘッドを切り換えることも可能である。この場合、ショット領域Ｓ_３に対する走査露光区間の一部Ｑ_１’についてウエハステージＷＳＴ１を等速駆動するのと並行して上述のつなぎ演算を行い、第３ショット領域Ｓ_３を走査露光した後、ウエハステージＷＳＴ１が第３ショット領域Ｓ_３の−Ｙ側の切り換え発生位置Ｐ_１’を等速度で通過する際に、使用するヘッドをヘッド６０_４，６０_１，６０_２からヘッド６０_１，６０_２，６０_３へ切り換えることとなる。その際、主制御装置２０は、切り換えの前後を通じてウエハステージＷＳＴ１の位置の計測結果の連続性を保障するために、つなぎ処理、すなわち切り換え後に新たに使用するヘッド６０_３の計測値Ｃ_３をつなぎ演算よって求められた座標オフセットＯを用いてリセットする。

【0094】

上述の第１切換と同様に、露光中心Ｐが、第７ショット領域Ｓ_７〜第１０ショット領域Ｓ_１０を露光処理して領域Ｂ_２から領域Ｂ_０へ移動した後、領域Ｂ_０内の第１１ショット領域Ｓ_１１を露光処理して領域Ｂ_１内の第１２ショット領域Ｓ_１２へステップ移動する際に、ヘッドの切り換え（第２切換）が発生する。ここでは、ヘッド６０_１，６０_２，６０_３からヘッド６０_４，６０_１，６０_２へ、使用するヘッドが切り換えられる。

【0095】

次に、ウエハＷ_１上のＹ軸方向の中央にＸ軸方向に並ぶ第１５ショット領域Ｓ_１５〜第２２ショット領域Ｓ_２２をステップ・アンド・スキャン露光する際に、露光中心Ｐが、領域Ｂ_０を介して領域Ｂ_１，Ｂ_４間又は領域Ｂ_２，Ｂ_３間を移動する。ここで、ヘッドの切り換え（第３〜第１１切換）が発生する。露光中心Ｐが、領域Ｂ_０を介して、領域Ｂ_１，Ｂ_４間を移動する際にはヘッド６０_４，６０_１，６０_２とヘッド６０_３，６０_４，６０_１との間で、領域Ｂ_２，Ｂ_３間を移動する際にはヘッド６０_１，６０_２，６０_３とヘッド６０_２，６０_３，６０_４との間で、使用するヘッドが切り換えられる。

【0096】

図１０（Ｄ）には、第３〜第１１切換を代表して第８及び第９切換の詳細を説明するための図９中の円Ｃ_２内部の拡大図が示されている。この図１０（Ｄ）からわかるように、第２０ショット領域Ｓ_２０及び第２１ショット領域Ｓ_２１（及びその他の第１５ショット領域Ｓ_１５〜第１９ショット領域Ｓ_１９、第２２ショット領域Ｓ_２２）は、領域Ｂ_０内に位置する。露光中心Ｐの軌跡は、領域Ｂ_０をまたいで領域Ｂ_２，Ｂ_３間に拡がっている。すなわち、露光中心Ｐは、領域Ｂ_０をまたいで領域Ｂ_２，Ｂ_３間を往復する。

【0097】

主制御装置２０は、第１９ショット領域Ｓ_１９を露光処理した後、ヘッド６０_２，６０_３，６０_４（エンコーダ７０_２，７０_３，７０_４）の計測結果に基づいてウエハステージＷＳＴ１を駆動（位置制御）して、露光中心Ｐを、図１０（Ｄ）において破線で表されるＵ字上の経路に沿って、第２０ショット領域Ｓ_２０に向けてステップ移動させる。

【0098】

ステップ移動の途中で、露光中心Ｐが加速開始位置に到達すると、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴ１（ウエハＷ_１）とレチクルステージＲＳＴ（レチクルＲ）との加速（同期駆動）を開始する。加速開始から加速時間（Ｔa）の経過後、両ステージＷＳＴ１、ＲＳＴの速度は一定になる。

【0099】

さらに整定時間（Ｔb）の後の露光時間（Ｔc）の間、主制御装置２０は、ヘッド６０_２，６０_３，６０_４（エンコーダ７０_２，７０_３，７０_４）の計測結果に基づいてウエハステージＷＳＴ１を等速駆動する。これにより、露光中心Ｐが、図１０（Ｄ）において実線を用いて表される直線経路（走査露光経路）に沿って等速移動する。すなわち、露光領域ＩＡ（露光中心Ｐ）がショット領域Ｓ_２０の＋Ｙ端から−Ｙ端まで等速度で移動し、ショット領域Ｓ_２０が走査露光される。

【0100】

主制御装置２０は、上のショット領域Ｓ_２０の走査露光と並行して、厳密にはショット領域Ｓ_２０に対する走査露光経路の一部Ｑ_２についてウエハステージＷＳＴ１を等速駆動するのと並行して前述のつなぎ演算を行う。主制御装置２０は、第２０ショット領域Ｓ_２０を走査露光した後、ウエハステージＷＳＴ１が第２０ショット領域Ｓ_２０の−Ｙ側の切り換え発生位置Ｐ_２を等速度で通過する際に、使用するヘッドをヘッド６０_２，６０_３，６０_４からヘッド６０_１，６０_２，６０_３へ切り換える。ここで、主制御装置２０は、切り換えの前後を通じてウエハステージＷＳＴ１の位置の計測結果の連続性を保障するために、前述のつなぎ処理、すなわち切り換え後に新たに使用するヘッド６０_１の計測値Ｃ_１をつなぎ演算よって求められた座標オフセットＯを用いてリセットする。

【0101】

切り換え後、主制御装置２０は、ヘッド６０_１，６０_２，６０_３（エンコーダ７０_１，７０_２，７０_３）の計測結果に基づいてウエハステージＷＳＴ１を駆動（位置制御）して、次のショット領域Ｓ_２１に向けてステップ移動させる。ここで、露光中心Ｐは、ショット領域Ｓ_２０の−Ｙ端からＵ字状の軌跡を描いて、一旦領域Ｂ_２に退出し、再び領域Ｂ_０内に戻り、次のショット領域Ｓ_２０に向かう。

【0102】

ステップ移動の途中で、露光中心Ｐが加速開始位置に到達すると、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴ１（ウエハＷ_１）とレチクルステージＲＳＴ（レチクルＲ）との加速（同期駆動）を開始する。

【0103】

そして、加速開始から加速時間Ｔa及び整定時間Ｔbの経過後、主制御装置２０は、ヘッド６０_１，６０_２，６０_３（エンコーダ７０_１，７０_２，７０_３）の計測結果に基づいて、ウエハステージＷＳＴ１を、図１０（Ｄ）中に実線で表される直線経路（走査露光経路）に沿って等速駆動する。これにより、露光領域ＩＡ（露光中心Ｐ）がショット領域Ｓ_２１の−Ｙ端から＋Ｙ端まで等速度で移動し、ショット領域Ｓ_２１が走査露光される。

【0104】

主制御装置２０は、上のショット領域Ｓ_２１の走査露光と並行して、厳密にはショット領域Ｓ_２１に対する走査露光経路の一部Ｑ_３についてウエハステージＷＳＴ１を等速駆動するのと並行して前述のつなぎ演算を行う。主制御装置２０は、第２１ショット領域Ｓ_２１を走査露光した後、ウエハステージＷＳＴ１が第２１ショット領域Ｓ_２１の＋Ｙ側の切り換え発生位置Ｐ_３を等速度で通過する際に、使用するヘッドをヘッド６０_１，６０_２，６０_３からヘッド６０_２，６０_３，６０_４へ切り換える。ここで、主制御装置２０は、切り換えの前後を通じてウエハステージＷＳＴ１の位置の計測結果の連続性を保障するために、前述のつなぎ処理、すなわち切り換え後に新たに使用するヘッド６０_４の計測値Ｃ_４をつなぎ演算よって求められた座標オフセットＯを用いてリセットする。

【0105】

切り換え後、主制御装置２０は、ヘッド６０_２，６０_３，６０_４（エンコーダ７０_２，７０_３，７０_４）の計測結果に基づいてウエハステージＷＳＴ１を駆動（位置制御）して、次のショット領域Ｓ_２２に向けてステップ移動させる。ここで、露光中心Ｐは、ショット領域Ｓ_２１の＋Ｙ端からＵ字状の軌跡を描いて、一旦領域Ｂ_３に退出し、再び領域Ｂ_０内に戻り、次のショット領域Ｓ_２２に向かう。

【0106】

次に、露光中心Ｐが、第２３ショット領域Ｓ_２３〜第２６ショット領域Ｓ_２６を露光処理して領域Ｂ_３から領域Ｂ_０へ移動した後、領域Ｂ_０内の第２７ショット領域Ｓ_２７を露光処理して領域Ｂ_４内の第２８ショット領域Ｓ_２８へステップ移動する際に、ヘッドの切り換え（第１２切換）が発生する。ここでは、ヘッド６０_２，６０_３，６０_４からヘッド６０_３，６０_４，６０_１へ、使用するヘッドが切り換えられる。その詳細は、前述の第１切換と同様である。

【0107】

同様に、露光中心Ｐが、第３１ショット領域Ｓ_３１〜第３３ショット領域Ｓ_３３を露光処理して領域Ｂ_４から領域Ｂ_０へ移動した後、領域Ｂ_０内の第３４ショット領域Ｓ_３４を露光処理して領域Ｂ_３内の第３５ショット領域Ｓ_３５へステップ移動する際に、ヘッドの切り換え（第１３切換）が発生する。ここでは、ヘッド６０_３，６０_４，６０_１からヘッド６０_２，６０_３，６０_４へ、使用するヘッドが切り換えられる。この詳細も、前述の第１切換と同様である。

【0108】

上述のヘッドの切り換え手順及びつなぎ処理により、ステップ・アンド・スキャン方式の露光動作において、ウエハ上の各ショット領域を走査露光する最中にヘッドの切り換えが発生することがないので、十分なパターンの重ね合わせ精度が維持され、安定したウエハの露光処理が実現される。また、走査露光中、ウエハステージＷＳＴ１（ＷＳＴ２）が等速移動している間につなぎ演算を行い、その結果を用いて走査露光直後につなぎ処理及びヘッドの切り換えを行うので、ヘッドの切り換え前後を通じてウエハステージの位置計測結果の連続性が保障される。

【0109】

次に、第２の例として、図１３に示されるウエハＷ_２に対する露光動作について説明する。ここで、ウエハＷ_２上には図１４に拡大して示されるように、Ｘ軸方向に奇数、Ｙ軸方向に偶数の全３８個のショット領域Ｓ_１〜Ｓ_３８が配列されている。

【0110】

ウエハＷ_２に対して、図１５に示される経路に沿って、ステップ・アンド・スキャン方式の露光が行われる。図１５中、経路に重ねて、該経路中の露光中心Ｐの位置にウエハステージＷＳＴ１が位置するときにスケール板２１に対向するヘッドの組に対応する領域Ｂ_０〜Ｂ_４と、ヘッドの切り換えの発生場所とが示されている。図１５の表記は、図９の表記と同様である。

【0111】

まず、露光中心Ｐが、第１ショット領域Ｓ_１を露光処理して領域Ｂ_１から領域Ｂ_０へ移動した後、領域Ｂ_０内の第２ショット領域Ｓ_２を露光処理して領域Ｂ_２内の第３ショット領域Ｓ_３へステップ移動する際に、ヘッドの切り換え（第１切換）が発生する。ここで、前述の通り、露光中心Ｐが領域Ｂ_１，Ｂ_０，Ｂ_２内に位置する際には、それぞれ、ヘッド６０_４，６０_１，６０_２、全ヘッド６０_１〜６０_４、ヘッド６０_１，６０_２，６０_３がスケール板２１に対向する。従って、第１切換では、ヘッド６０_４，６０_１，６０_２からヘッド６０_１，６０_２，６０_３へ、使用するヘッドが切り換えられる。その詳細は、前述の第１の例におけるウエハＷ_１に対する第１切換と同様である。

【0112】

上述の第１切換と同様に、露光中心Ｐが、第４ショット領域Ｓ_４〜第６ショット領域Ｓ_６を露光処理して領域Ｂ_２から領域Ｂ_０へ移動した後、領域Ｂ_０内の第７ショット領域Ｓ_７を露光処理して領域Ｂ_１内の第８ショット領域Ｓ_８へステップ移動する際に、ヘッドの切り換え（第２切換）が発生する。ここでは、ヘッド６０_１，６０_２，６０_３からヘッド６０_４，６０_１，６０_２へ、使用するヘッドが切り換えられる。

【0113】

次に、ウエハＷ_２上のＹ軸方向の中央（第３行目）にＸ軸方向に並ぶ第１１ショット領域_Ｓ１１〜第１９ショット領域Ｓ_１９をステップ・アンド・スキャン露光する際に、露光中心Ｐが、領域Ｂ_０を介して領域Ｂ_１，Ｂ_４間又は領域Ｂ_２，Ｂ_３間を移動する。ここで、ヘッドの切り換え（第３〜第１０切換）が発生する。同様に、第４行目にＸ軸方向に並ぶ第２０ショット領域Ｓ_２０〜第２８ショット領域Ｓ_２８をステップ・アンド・スキャン露光する際に、露光中心Ｐが、領域Ｂ_０を介して領域Ｂ_１，Ｂ_４間又は領域Ｂ_２，Ｂ_３間を移動する。ここで、ヘッドの切り換え（第１１〜第１８切換）が発生する。露光中心Ｐが、領域Ｂ_０を介して、領域Ｂ_１，Ｂ_４間を移動する際にはヘッド６０_４，６０_１，６０_２とヘッド６０_３，６０_４，６０_１との間で、領域Ｂ_２，Ｂ_３間を移動する際にはヘッド６０_１，６０_２，６０_３とヘッド６０_２，６０_３，６０_４との間で、使用するヘッドが切り換えられる。

【0114】

図１６（Ａ）には、第３〜第１８切換を代表して第３及び第４切換の詳細を説明するための図１５中の円Ｃ_３内部の拡大図が示されている。この図１６（Ａ）からわかるように、第１１ショット領域Ｓ_１１及び第１２ショット領域Ｓ_１２は、領域Ｂ_０と領域Ｂ_１との境界上に位置する。露光中心Ｐの軌跡は、領域Ｂ_０をまたいで領域Ｂ_１，Ｂ_４間に拡がっている。すなわち、露光中心Ｐは、領域Ｂ_０をまたいで領域Ｂ_１，Ｂ_４間を往復する。

【0115】

この例では、露光対象のショット領域が領域Ｂ_０内に完全に含まれていないため、第３及び第４切換の詳細手順は、前述のウエハＷ_１に対する第８及び第９切換の詳細手順と幾分相違する。そこで、相違点に重点を置いて、第３及び第４切換の詳細を説明する。

【0116】

主制御装置２０は、第１０ショット領域Ｓ_１０を露光処理した後、ヘッド６０_４，６０_１，６０_２（エンコーダ７０_４，７０_１，７０_２）の計測結果に基づいてウエハステージＷＳＴ１を駆動（位置制御）して、露光中心Ｐを、図１５において破線で表される経路に沿って、第１１ショット領域Ｓ_１１の露光のための加速開始位置に向けてステップ移動させる。

【0117】

ステップ移動後、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴ１（ウエハＷ_１）とレチクルステージＲＳＴ（レチクルＲ）との加速同期駆動を開始する。加速開始から加速時間（Ｔa）の経過後、両ステージＷＳＴ１、ＲＳＴの速度は一定になる。

【0118】

さらに整定時間（Ｔb）の後の露光時間（Ｔc）の間、主制御装置２０は、ヘッド６０_４，６０_１，６０_２（エンコーダ７０_４，７０_１，７０_２）の計測結果に基づいてウエハステージＷＳＴ１を等速駆動する。これにより、露光中心Ｐが、図１６（Ａ）中に実線で表される直線経路（走査露光経路）に沿って等速移動する。すなわち、露光領域ＩＡ（露光中心Ｐ）がショット領域Ｓ_１１の−Ｙ端から＋Ｙ端まで等速度で移動し、ショット領域Ｓ_１１が走査露光される。

【0119】

主制御装置２０は、前述のウエハＷ_１に対する第８及び第９切り換えと同様に、ショット領域Ｓ_１１の走査露光と並行して、厳密にはショット領域Ｓ_１１に対する走査露光経路の一部Ｑ_５についてウエハステージＷＳＴ１を等速移動するのと並行して前述のつなぎ演算を行う。主制御装置２０は、第１１ショット領域Ｓ_１１を走査露光した後、ウエハステージＷＳＴ１が第１１ショット領域Ｓ_１１の＋Ｙ側の切り換え発生位置Ｐ_５を等速度で通過する際に、使用するヘッドをヘッド６０_４，６０_１，６０_２からヘッド６０_３，６０_４，６０_１へ切り換える（第３切換）。ここで、主制御装置２０は、切り換えの前後を通じてウエハステージＷＳＴ１の位置の計測結果の連続性を保障するために、前述のつなぎ処理、すなわち切り換え後に新たに使用するヘッド６０_３の計測値Ｃ_３をつなぎ演算よって求められた座標オフセットＯを用いてリセットする。

【0120】

切り換え後、主制御装置２０は、ヘッド６０_３，６０_４，６０_１（エンコーダ７０_３，７０_４，７０_１）の計測結果に基づいてウエハステージＷＳＴ１を駆動（位置制御）して、次のショット領域Ｓ_１２に向けてステップ移動させる。ここで、露光中心Ｐは、ショット領域Ｓ_１１の＋Ｙ端からＵ字状の軌跡を描いて、一旦領域Ｂ_４に退出し、再び領域Ｂ_０内に戻り、次のショット領域Ｓ_１２に向かう。

【0121】

ステップ移動の途中で、露光中心Ｐが加速開始位置に到達すると、ショット領域Ｓ_１２を露光処理するため、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴ１（ウエハＷ_１）とレチクルステージＲＳＴ（レチクルＲ）との加速（同期駆動）を開始する。しかし、ショット領域Ｓ_１２は領域Ｂ_０と領域Ｂ_１との境界上に位置するため、第１２ショット領域Ｓ_１２を走査露光する最中にヘッドを切り換える必要が生じる。そこで、第４切換では、第１２ショット領域Ｓ_１２を走査露光する前に、使用するヘッドをヘッド６０_３，６０_４，６０_１からヘッド６０_４，６０_１，６０_２へ切り換える。

【0122】

第４切換では、主制御装置２０は、切り換えに先立って、露光中心ＰがＵ字状の経路に沿ってショット領域Ｓ_１１からショット領域Ｓ_１２へステップ移動する途中、整定時間Ｔb中に通過する一部の短い直線区間Ｑ_６についてウエハステージＷＳＴ１を等速駆動するのと並行して、前述のつなぎ演算を行う。主制御装置２０は、第１２ショット領域Ｓ_１２を走査露光する前、ウエハステージＷＳＴ１が第１２ショット領域Ｓ_１２の＋Ｙ側の切り換え発生位置Ｐ_６を等速度で通過する際に、使用するヘッドをヘッド６０_３，６０_４，６０_１からヘッド６０_４，６０_１，６０_２へ切り換える。ここで、主制御装置２０は、切り換えの前後を通じてウエハステージＷＳＴ１の位置の計測結果の連続性を保障するために、前述のつなぎ処理、すなわち切り換え後に新たに使用するヘッド６０_２の計測値Ｃ_２をつなぎ演算よって求められた座標オフセットＯを用いてリセットする。

【0123】

切り換え後、主制御装置２０は、ヘッド６０_４，６０_１，６０_２（エンコーダ７０_４，７０_１，７０_２）の計測結果に従って、ウエハステージＷＳＴ１を、図１６（Ａ）中に実線で表される直線経路（走査露光経路）に沿って等速移動する。これにより、露光領域ＩＡ（露光中心Ｐ）がショット領域Ｓ_１２の＋Ｙ端から−Ｙ端まで等速度で移動し、ショット領域Ｓ１２が走査露光される。

【0124】

ただし、整定時間Ｔb中のつなぎ演算では、ウエハステージＷＳＴ１が等速度で駆動される距離（直線区間Ｑ_６の距離）が短いため、十分に安定した座標オフセットＯが得られないことが起こり得る。

【0125】

かかる事態の発生を未然に防止するため、つなぎ演算のための時間を十分に確保する（十分に安定した座標オフセットＯを得る）ための第１の方法として、ウエハステージＷＳＴ１が加速駆動される間に、すなわち図１６（Ａ）において露光中心ＰがＵ字状の経路に沿ってショット領域Ｓ_１２に向かってステップ移動する途中、加速時間Ｔa（あるいは減速オーバースキャン時間Ｔeと加速時間Ｔa）中に通過する十分に長い曲線区間Ｑ_６’についてウエハステージＷＳＴ１を駆動するのと並行して、前述のつなぎ演算を行うことが考えられる。しかし、この時、ウエハステージＷＳＴ１は加速されるため、エンコーダシステム７０によるステージ位置計測に誤差が発生し得る。

【0126】

すなわち、図１７（Ａ）に示されるように、本実施形態のエンコーダシステム７０では、ウエハステージＷＳＴ１に搭載されたヘッド６０_１から、Ｚ軸に平行に、対向するスケール板２１（２２）に計測ビームが照射される。しかし、ウエハステージＷＳＴ１に、例えば図１７（Ｂ）中に矢印で示される方向（−Ｘ方向）の加速度が加えられると、エンコーダヘッド６０_１の設置位置がウエハステージＷＳＴ１に対して相対的に＋Ｘ方向にシフトするとともに設置姿勢がθｙ方向に傾く。これにより計測ビームが傾き、設計上の照射点からずれたスケール板２１（２２）上の点に照射され、計測誤差が発生する。

【0127】

そこで、加速時間中もつなぎ演算を行う場合のあることを考慮して、予めウエハステージＷＳＴ１（ＷＳＴ２）の加速度とエンコーダシステム７０（７１）の計測誤差との関係を実測し、露光装置の稼働中、その実測データを用いてエンコーダシステム７０（７１）の計測結果を補正することとしても良い。あるいは、ウエハステージＷＳＴ１（ＷＳＴ２）にヘッド６０_１〜６０_４の位置と傾きを測定する測定器を設け、測定器の測定結果に基づいてヘッド６０_１〜６０_４の計測値を補正することとしても良い。

【0128】

つなぎ演算のための時間を十分に確保するための第２の方法として、図１６（Ｂ）に示されるように、ステップ経路に冗長区間Ｑ_６”を設けてウエハステージＷＳＴ１が等速移動する区間（すなわち図１６（Ａ）における区間Ｑ_６）を伸長し、その区間をウエハステージＷＳＴ１が等速度で駆動される間につなぎ演算を行うことが考えられる。

【0129】

つなぎ演算のための時間を十分に確保するための第３の方法として、前述のエンコーダヘッド６０_１〜６０_４及びスケール板２１の構成及び配置についての条件（Ｂ≧ｂｉ＋Ｌ＋２ｔ）に加えて、さらにＵ字状のステップ区間のＹ軸方向の距離Ｌａを考慮して、条件Ｂ≧ｂｉ＋２Ｌａ＋２ｔを加える（すなわち、条件Ｂ≧ｂｉ＋Ｍａｘ（Ｌ，２Ｌａ）＋２ｔに変更する。）ことが考えられる。

【0130】

図１６（Ｃ）には、図１５中の円Ｃ_４の内部が拡大して示されている。ただし、この図１６（Ｃ）では、上記の条件Ｂ≧ｂｉ＋Ｍａｘ（Ｌ，２Ｌａ）＋２ｔに従い、領域Ｂ_０がＹ軸方向に拡げられている。この図１６（Ｃ）の場合、Ｕ字状のステップ区間が領域Ｂ_０内に完全に含まれるため、ショット領域Ｓ_１９を走査露光した後、ショット領域Ｓ_２０に向かってＹステップする際にのみヘッド切換（図１５における第１０切換）を要し、図１５における第３〜９切換及び第１１〜１８切換が不要となる。

【0131】

なお、条件Ｂ≧ｂｉ＋Ｍａｘ（Ｌ，２Ｌａ）＋２ｔは、ウエハＷ_２のようにＹ軸方向に偶数のショット領域が配列されたショット配列に限らず、任意のショット配列に対して適用することも可能である。

【0132】

次に、露光中心Ｐが、第２９ショット領域Ｓ_２９〜第３１ショット領域Ｓ_３１を露光処理して領域Ｂ_４から領域Ｂ_０へ移動した後、領域Ｂ_０内の第３２ショット領域Ｓ_３２を露光処理して領域Ｂ_３内の第３３ショット領域Ｓ_３３へステップ移動する際に、ヘッドの切り換え（第１９切換）が発生する。ここでは、ヘッド６０_３，６０_４，６０_１からヘッド６０_２，６０_３，６０_４へ、使用するヘッドが切り換えられる。その詳細は、前述の第１切換と同様である。

【0133】

同様に、露光中心Ｐが、第３６ショット領域Ｓ_３６を露光処理して領域Ｂ_３からＢ_０へ移動した後、領域Ｂ_０内の第３７ショット領域Ｓ_３７を露光処理して領域Ｂ_４内の第３８ショット領域Ｓ_３８へステップ移動する際に、ヘッドの切り換え（第２０切換）が発生する。ここでは、ヘッド６０_２，６０_３，６０_４からヘッド６０_３，６０_４，６０_１へ、使用するヘッドが切り換えられる。この詳細も、前述の第１切換と同様である。

【0134】

上述のヘッドの切り換え手順及びつなぎ処理により、ステップ・アンド・スキャン方式の露光動作において、ウエハ上の各ショット領域を走査露光する最中にヘッドの切り換えが発生することがないので、十分なパターンの重ね合わせ精度が維持され、安定したウエハの露光処理が実現される。また、主制御装置２０は、走査露光中、ウエハステージＷＳＴ１（ＷＳＴ２）が等速移動している間につなぎ演算を行い、その結果を用いて走査露光直後につなぎ処理及びヘッドの切り換えを行う。あるいは、主制御装置２０は、ステップ移動中、ウエハステージＷＳＴ１（ＷＳＴ２）が等速移動している間につなぎ演算を行う、若しくは加速移動している間に加速度補正をしつつつなぎ演算を行い、その結果を用いて走査露光直前につなぎ処理及びヘッドの切り換えを行う。これにより、ヘッドの切り換え前後を通じてウエハステージの位置計測結果の連続性が保障される。

【0135】

次に、エンコーダシステム７０，７１による３自由度方向（Ｚ，θｘ，θｙ）の位置計測の原理などについてさらに説明する。ここでは、エンコーダヘッド６０_１〜６０_４又はエンコーダ７０_１〜７０_４の計測結果又は計測値は、エンコーダヘッド６０_１〜６０_４又はエンコーダ７０_１〜７０_４のＺ軸方向の計測結果を意味する。

【0136】

本実施形態では、前述のようなエンコーダヘッド６０_１〜６０_４及びスケール板２１の構成及び配置を採用したことにより、露光時移動領域内では、ウエハステージＷＳＴ１（ＷＳＴ２）の位置する領域Ａ_０〜Ａ_４に応じて、エンコーダヘッド６０_１〜６０_４のうちの少なくとも３つがスケール板２１（の対応する部分２１_１〜２１_４）に対向する。スケール板２１に対向するヘッド（エンコーダ）から有効な計測値が主制御装置２０に送られる。

【0137】

主制御装置２０は、エンコーダ７０_１〜７０_４の計測結果に基づいて、ウエハステージＷＳＴ１（ＷＳＴ２）の位置（Ｚ，θｘ，θｙ）を算出する。ここで、エンコーダ７０_１〜７０_４のＺ軸方向に関する計測値（前述のＺ軸方向ではない計測方向、すなわちＸＹ平面内の一軸方向についての計測値Ｃ_１〜Ｃ_４と区別して、それぞれ、Ｄ_１〜Ｄ_４と表記する）は、ウエハステージＷＳＴ１（ＷＳＴ２）の位置（Ｚ，θｘ，θｙ）に対して、次式（５）〜（８）のように依存する。

【0138】

Ｄ_１＝−ｐｔａｎθｙ＋ｐｔａｎθｘ＋Ｚ …（５）
Ｄ_２＝ ｐｔａｎθｙ＋ｐｔａｎθｘ＋Ｚ …（６）
Ｄ_３＝ ｐｔａｎθｙ−ｐｔａｎθｘ＋Ｚ …（７）
Ｄ_４＝−ｐｔａｎθｙ−ｐｔａｎθｘ＋Ｚ …（８）
ただし、ｐは、ウエハテーブルＷＴＢ１（ＷＴＢ２）の中心からのヘッドのＸ軸及びＹ軸方向に関する距離（図５参照）である。

【0139】

主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴ１（ＷＳＴ２）の位置する領域Ａ_０〜Ａ_４に応じて３つのヘッド（エンコーダ）の計測値の従う式を上式（５）〜（８）から選択し、選択した３つの式から構成される連立方程式に３つのヘッド（エンコーダ）の計測値を代入して解くことにより、ウエハステージＷＳＴ１（ＷＳＴ２）の位置（Ｚ，θｘ，θｙ）を算出する。例えば、ウエハステージＷＳＴ１（又はＷＳＴ２）が第１領域Ａ_１内に位置する場合、主制御装置２０は、ヘッド６０_１，６０_２，６０_４（エンコーダ７０_１，７０_２，７０_４）（又はヘッド６０_１，６０_２，６０_４（エンコーダ７１_１，７１_２，７１_４）の計測値が従う式（５），（６），及び（８）から連立方程式を組み、式（５），（６），及び（８）それぞれの左辺に計測値を代入して解く。

【0140】

なお、ウエハステージＷＳＴ１（又はＷＳＴ２）が第０領域Ａ_０内に位置する場合、ヘッド６０_１〜６０_４（エンコーダ７０_１〜７０_４）（又はヘッド６０_１，〜６０_４（エンコーダ７１_１〜７１_４））から任意の３つを選択し、選択した３つのヘッドの計測値が従う式から組まれる連立方程式を用いれば良い。

【0141】

主制御装置２０は、上の算出結果（Ｚ，θｘ，θｙ）と前述の段差情報（フォーカスマッピングデータ）とに基づいて、露光時移動領域内でウエハステージＷＳＴ１（又はＷＳＴ２）をフォーカス・レベリング制御する。

【0142】

ウエハステージＷＳＴ１（又はＷＳＴ２）が、計測時移動領域内に位置する場合、主制御装置２０は、エンコーダシステム７０又は７１を用いて３自由度方向（Ｚ，θｘ，θｙ）の位置情報を計測する。ここで、計測原理等は、露光中心がアライメント系ＡＬＧの検出中心に、スケール板２１（の部分２１_１〜２１_４）がスケール板２２（の部分２２_１〜２２_４）に置き換わる以外、ウエハステージＷＳＴ１が先の露光時移動領域内に位置する場合と同様である。主制御装置２０は、エンコーダシステム７０又は７１の計測結果に基づいて、ウエハステージＷＳＴ１又はＷＳＴ２をフォーカス・レベリング制御する。なお、計測時移動領域（計測ステーション）では必ずしもフォーカス・レベリングを行わなくても良い。すなわち、マーク位置及び段差情報（フォーカスマッピングデータ）の取得を行っておき、その段差情報から段差情報取得時（計測時）のウエハステージのＺ・チルト分を差し引くことで、ウエハステージの基準面、例えば上面を基準とする段差情報得て置く。そして、露光時には、この段差情報とウエハステージ（の基準面）の３自由度方向（Ｚ，θｘ，θｙ）の位置情報とに基づいて、フォーカス・レベリングが可能になるからである。

【0143】

さらに、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２の位置に応じて、スケール板２１，２２に対向するヘッド６０_１〜６０_４のうちの３つを、少なくとも１つが異なる３つに切り換えて使用する。ここで、エンコーダヘッドを切り換える際には、ウエハステージＷＳＴ１（又はＷＳＴ２）の位置の計測結果の連続性を保証するため、前述と同様のつなぎ処理が行われる。

【0144】

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、投影光学系ＰＬ（アライメント系ＡＬＧ）直下の領域を除くウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２の移動範囲をカバーするスケール板２１に、ウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２に搭載された４つのヘッド６０_１〜６０_４から計測ビームを照射することによって、ウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２の６自由度（Ｘ，Ｙ，Ｚ，θｘ，θｙ，θｚ）方向の位置情報を計測するエンコーダシステム７０，７１が設けられている。そして、ヘッド６０_１〜６０_４の配置間隔Ａ，Ｂは、それぞれ、スケール板２１，２２の開口の幅ａｉ，ｂｉよりも大きく定められている。これにより、ウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２の位置に応じて４つのヘッド６０_１〜６０_４の中からスケール板２１，２２に対向する３つのヘッドを切り換えて使用することにより、ウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２の位置情報を求める（計測する）ことが可能となる。

【0145】

さらに、本実施形態の露光装置１００では、ヘッド６０_１〜６０_４の配置間隔Ａ，Ｂは、それぞれ、スケール板２１，２２の開口の幅ａｉ，ｂｉとショット領域の幅Ｗ，Ｌとの和よりも大きく定められている。これにより、ウエハを露光するためにウエハを保持するウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２を走査（等速）駆動する間に、ヘッド６０_１〜６０_４を切り換えることなしにウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２の位置情報を計測することができる。従って、精度良くパターンをウエハ上に形成することができ、特に第２層目（セカンドレイヤ）以後の露光に際しては重ね合わせ精度を高精度に維持することが可能となる。

【0146】

また、本実施形態の露光装置１００では、４つのヘッド６０_１〜６０_４により計測されるウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２の位置情報の計測結果を用いることによって、ウエハ上の対象ショット領域を露光するために、ウエハを保持するウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２が走査（等速）駆動され、駆動の後、ウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２の位置に応じて４つのヘッド６０_１〜６０_４の中から位置情報を計測するために用いられる３つ１組のヘッド組が（異なるヘッドを少なくとも１つ含む）別のヘッド組に切り換えられる。あるいは、位置情報の計測結果を用いることによって、ウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２が、対象ショット領域についての走査（等速）駆動の開始点に向けてステップ駆動され、ステップ駆動の後、ウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２が対象ショット領域を露光するために走査（等速）される前に、ウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２の位置に応じて４つのヘッド６０_１〜６０_４の中から位置情報を計測するために用いられるヘッド組が（異なるヘッドを含む）別のヘッド組に切り換えられる。これにより、ウエハを露光するためにウエハを保持するウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２を走査（等速）駆動する間に、ヘッド６０_１〜６０_４を切り換えることなしにウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２の位置情報を計測することができる。従って、精度良くパターンをウエハ上に形成することができ、特に第２層目（セカンドレイヤ）以後の露光に際しては重ね合わせ精度を高精度に維持することが可能となる。

【0147】

なお、上記実施形態では、ウエハテーブル上面の４隅のヘッドにそれぞれ近接して少なくとも１つの補助ヘッドを設け、メインのヘッドに計測異常が生じた場合に、近接する補助ヘッドに切り換えて計測を継続しても良い。その際、補助ヘッドについても前述の配置条件を適用しても良い。

【0148】

なお、上記実施形態では、スケール板２１，２２の部分２１_１〜２１_４，２２_１〜２２_４のそれぞれの下面に２次元回折格子ＲＧが形成された場合について例示したが、これに限らず、対応するエンコーダヘッド６０_１〜６０_４の計測方向（ＸＹ平面内での一軸方向）のみを周期方向とする１次元回折格子が形成された場合においても、上記実施形態は適用可能である。

【0149】

また、上記実施形態では、各ヘッド６０_１〜６０_４（エンコーダ７０_１〜７０_４）として、ＸＹ平面内の一軸方向とＺ軸方向とを計測方向とする２次元エンコーダが採用された場合について例示したが、これに限らず、ＸＹ平面内の１軸方向を計測方向とする１次元エンコーダとＺ軸方向とを計測方向とする１次元エンコーダ（あるいは非エンコーダ方式の面位置センサ等）とを採用しても良い。又は、ＸＹ平面内で互いに直交する２軸方向を計測方向とする２次元エンコーダを採用することも可能である。さらに、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向の３方向を計測方向とする３次元エンコーダ（３ＤＯＦセンサ）を採用しても良い。

【0150】

なお、上記実施形態では、露光装置がスキャニング・ステッパである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上記実施形態を適用しても良い。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、干渉計により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ウエハ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・スティッチ方式の投影露光装置にも上記実施形態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上記実施形態を適用しても良い。また、例えば、米国特許出願公開第２００７／０２１１２３５号明細書及び米国特許出願公開第２００７／０１２７００６号明細書などに開示され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上記実施形態を適用しても良い。

【0151】

また、上記実施形態の露光装置を、例えば国際公開第９９／４９５０４号、米国特許出願公開第２００５／０２５９２３４号明細書などに開示される液浸型としても良い。

【0152】

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及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。

【0153】

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。

【0154】

また、上記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、上記実施形態と同等の効果を得ることができる。

【0155】

また、例えば国際公開第２００１／０３５１６８号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）にも上記実施形態を適用することができる。

【0156】

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上記実施形態を適用することができる。

【0157】

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。

【0158】

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上記実施形態を適用できる。

【0159】

半導体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、上記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（物体）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及び露光方法が用いられるので、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。

【0160】

また、上記実施形態の露光装置（パターン形成装置）は、本願請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。

【産業上の利用可能性】

【0161】

以上説明したように、本発明の露光装置及び露光方法は、基板を露光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。

【符号の説明】

【0162】

２０…主制御装置、２１，２２…スケール板、２１_１〜２１_４，２２_１〜２２_４…スケール板、２７…ウエハステージ駆動系、５０…ウエハステージ装置、６０_１〜６０_４…エンコーダヘッド、７０，７１…エンコーダシステム、７０_１〜７０_４，７１_１〜７１_４…エンコーダ、１００…露光装置、ＡＬＧ…アライメント系、ＷＳＴ１，ＷＳＴ２…ウエハステージ、ＷＴＢ１，ＷＴＢ２…ウエハテーブル、Ｗ…ウエハ、Ｒ…レチクル、ＰＬ…投影光学系。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】