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WO2009133702A1 - ステージ装置、パターン形成装置、露光装置、ステージ駆動方法、露光方法、並びにデバイス製造方法 - Google Patents

ステージ装置、パターン形成装置、露光装置、ステージ駆動方法、露光方法、並びにデバイス製造方法 Download PDF

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Publication number
WO2009133702A1
WO2009133702A1 PCT/JP2009/001949 JP2009001949W WO2009133702A1 WO 2009133702 A1 WO2009133702 A1 WO 2009133702A1 JP 2009001949 W JP2009001949 W JP 2009001949W WO 2009133702 A1 WO2009133702 A1 WO 2009133702A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
stage
movement stage
fine movement
coarse
grating
Prior art date
Application number
PCT/JP2009/001949
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
柴崎祐一
Original Assignee
株式会社ニコン
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社ニコン filed Critical 株式会社ニコン
Priority to KR1020157035708A priority Critical patent/KR101670624B1/ko
Priority to CN2009801153336A priority patent/CN102017072B/zh
Priority to EP09738639.5A priority patent/EP2284865B1/en
Priority to JP2010510041A priority patent/JP5071894B2/ja
Publication of WO2009133702A1 publication Critical patent/WO2009133702A1/ja
Priority to HK11106037.9A priority patent/HK1152149A1/xx

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/027—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34
    • H01L21/0271—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers
    • H01L21/0273—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers characterised by the treatment of photoresist layers
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    • G—PHYSICS
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    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/36—Forming the light into pulses
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    • G—PHYSICS
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    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/347—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells using displacement encoding scales
    • G01D5/34746—Linear encoders
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70691—Handling of masks or workpieces
    • G03F7/70775—Position control, e.g. interferometers or encoders for determining the stage position
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D2205/00—Indexing scheme relating to details of means for transferring or converting the output of a sensing member
    • G01D2205/90—Two-dimensional encoders, i.e. having one or two codes extending in two directions

Definitions

  • the present invention relates to a stage apparatus, a pattern forming apparatus, an exposure apparatus, a stage driving method, an exposure method, and a device manufacturing method, and more specifically, a stage apparatus including a coarse / fine movement stage that moves along a predetermined plane, and the stage apparatus
  • the present invention relates to a pattern forming apparatus including the above, an exposure apparatus including the stage apparatus, a stage driving method for driving a coarse / fine movement stage, an exposure method using the stage driving method, and a device manufacturing method using the exposure apparatus or the exposure method.
  • a step-and-repeat type projection exposure apparatus such as semiconductor elements (integrated circuits, etc.), liquid crystal display elements, etc.
  • a step-and-scan type Projection exposure apparatuses such as scanning steppers (also called scanners)
  • scanning steppers also called scanners
  • the semiconductor elements will be further highly integrated, and accordingly, the circuit pattern to be formed on the wafer will surely become finer. Further improvement in position detection accuracy is required.
  • Patent Document 1 discloses an exposure apparatus in which an encoder type sensor (encoder head) is mounted on a substrate table.
  • an encoder type sensor encoder head
  • the encoder head of Patent Document 1 is mounted on a coarse / fine movement stage having a coarse movement stage and a fine movement stage moving on the coarse movement stage
  • the encoder head is usually mounted on the fine movement stage. It is.
  • it is necessary to perform wiring between the coarse movement stage and the fine movement stage for supplying power to the encoder head in some cases, both stages are connected by an optical fiber. Since it moves on the coarse movement stage, there is a possibility that the tension acting on the wiring or the like hinders the smooth operation of the fine movement stage.
  • the dragging of the wiring or the like may be a major obstacle.
  • a coarse / fine movement stage including a coarse movement stage moving along a predetermined plane and a fine movement stage capable of fine movement on the coarse movement stage; an encoder provided in the coarse movement stage; A first measurement beam that irradiates a first grating portion that is disposed substantially parallel to the predetermined plane outside the coarse / fine movement stage, and receives diffracted light from the first grating portion; A measuring apparatus that measures position information of the fine movement stage in a predetermined direction based on the obtained first position information and relative second position information of the coarse movement stage and the fine movement stage.
  • a stage apparatus is provided.
  • the measurement apparatus irradiates the first grating beam from the encoder head to the first grating unit and receives the diffracted light from the first grating unit, the first position information obtained, the coarse movement stage, and the fine movement. Based on the second position information relative to the stage, the position information of the fine movement stage in a predetermined direction is accurately measured. Therefore, the fine movement stage and / or the coarse / coarse movement stage can be driven with high accuracy.
  • a coarse / fine movement stage including a coarse movement stage that moves along a predetermined plane and a fine movement stage that can be finely moved on the coarse movement stage; an encoder provided in the coarse movement stage; The first and second measurements are respectively provided to a first grating portion that has a head and is disposed substantially parallel to the predetermined plane outside the coarse / fine movement stage and a second grating portion that is disposed on the fine movement stage.
  • a second stage device comprising: a measuring device that irradiates a beam, receives diffracted light from the first and second grating sections, and measures positional information of the fine movement stage in a predetermined direction.
  • the measurement apparatus irradiates the first grating beam and the second grating beam from the encoder head to the first grating unit and the second grating unit, respectively, and receives the diffracted light from the first and second grating units.
  • the position information in the predetermined direction is accurately measured. Therefore, the fine movement stage and / or the coarse / coarse movement stage can be driven with high accuracy.
  • a coarse / fine movement stage including a coarse movement stage that moves along a predetermined plane, and a fine movement stage that is finely movable on the coarse movement stage and has a light transmission part at least in part.
  • a first grating section having one or more encoder heads fixed to the coarse movement stage, and arranged substantially parallel to the predetermined plane outside the coarse / fine movement stage;
  • the coarse / fine movement in the predetermined plane is irradiated on the basis of the output of at least one of the encoder heads that irradiates the first measurement beam through the light transmission unit and receives the diffracted light from the first grating unit through the light transmission unit.
  • a third stage device comprising: a measuring device for measuring position information of the stage.
  • the measurement device irradiates the first grating unit with the first measurement beam via the light transmission part of the fine movement stage, and receives the diffracted light from the first grating part via the light transmission part. Based on the output of the encoder head, the position information of the coarse / fine movement stage within a predetermined plane is accurately measured. Accordingly, the coarse / fine movement stage can be driven with high accuracy.
  • a pattern forming apparatus for forming a pattern on an object, wherein the object is placed on the fine movement stage.
  • a pattern forming apparatus comprising: a patterning apparatus that generates a pattern on an object placed on the fine movement stage.
  • the pattern is generated by the patterning device on the object placed on the fine movement stage that can be driven with high accuracy, the pattern can be formed on the object with high accuracy.
  • an exposure apparatus for forming a pattern on an object by irradiation with an energy beam, wherein the object is placed on the fine movement stage.
  • an exposure apparatus comprising: a stage apparatus; and a patterning apparatus that irradiates the energy beam onto an object placed on the fine movement stage.
  • the energy beam is irradiated by the patterning device onto the object placed on the fine movement stage that can be driven with high accuracy, the object is exposed with the energy beam, and the pattern is formed on the object. It becomes possible to form with high accuracy.
  • a device manufacturing method including exposing an object using the exposure apparatus of the present invention; and developing the exposed object.
  • a stage driving method for driving a coarse / fine movement stage having a coarse movement stage that moves along a predetermined plane and a fine movement stage that can be finely moved on the coarse movement stage,
  • a first measurement beam is radiated to a first grating portion provided on the coarse movement stage and arranged outside the coarse / fine movement stage and substantially parallel to the predetermined plane, and diffracted light from the first grating portion is irradiated.
  • a step of measuring position information of the fine movement stage in a predetermined direction based on first position information obtained from an output of the encoder head that receives light and second position information relative to the coarse movement stage and the fine movement stage.
  • a first stage driving method is provided.
  • the encoder head is provided on the coarse movement stage, even if the fine movement stage moves on the coarse movement stage, the movement of the fine movement stage is not obstructed by the tension of the piping or the like. Further, when the coarse / fine movement stage moves along a predetermined plane, an encoder head that irradiates the first grating part with the first measurement beam and receives the diffracted light from the first grating part via the light transmitting part. Based on the first position information obtained from the output and the second position information relative to the coarse movement stage and the fine movement stage, position information of the fine movement stage in a predetermined direction is accurately measured. Accordingly, the fine movement stage and / or the coarse movement stage can be driven with high accuracy.
  • a stage driving method for driving a coarse / fine movement stage having a coarse movement stage that moves along a predetermined plane and a fine movement stage that can be finely moved on the coarse movement stage.
  • First and second grating portions provided on the coarse movement stage and disposed substantially parallel to the predetermined plane outside the coarse and fine movement stage, and a second grating portion arranged on the fine movement stage, respectively.
  • a second stage including a step of measuring position information of the fine movement stage in a predetermined direction based on an output of an encoder head that irradiates a second measurement beam and receives diffracted light from the first and second grating sections;
  • a driving method is provided.
  • the encoder head is provided on the coarse movement stage, even if the fine movement stage moves on the coarse movement stage, the movement of the fine movement stage is not obstructed by the tension of the piping or the like. Further, when the coarse / fine movement stage moves along a predetermined plane, the first and second grating parts are irradiated with the first and second grating parts, respectively, and diffracted light from the first and second grating parts. The position information of the fine movement stage in a predetermined direction is accurately measured based on the output of the encoder head that receives the light. Accordingly, the fine movement stage and / or the coarse movement stage can be driven with high accuracy.
  • a stage driving method for driving a coarse / fine movement stage having a coarse movement stage that moves along a predetermined plane and a fine movement stage that can be finely moved on the coarse movement stage,
  • the light transmission of the fine movement stage is transmitted to the first grating portion disposed outside the coarse / fine movement stage and substantially parallel to the predetermined plane.
  • the coarse / fine movement in the predetermined plane is irradiated on the basis of the output of at least one of the encoder heads that irradiates the first measurement beam through the light transmission unit and receives the diffracted light from the first grating unit through the light transmission unit.
  • Stage drive method is provided.
  • the coarse / fine movement stage moves along a predetermined plane
  • the first measurement beam is irradiated to the first grating section through the light transmission section of the fine movement stage, and the diffracted light from the first grating section is transmitted through the light.
  • the position information of the coarse / fine movement stage in a predetermined plane is accurately measured. Accordingly, the coarse / fine movement stage can be driven with high accuracy.
  • an exposure method for forming a pattern on an object by irradiation with an energy beam wherein the object is formed using any one of the first to third stage driving methods of the present invention.
  • the fine movement stage on which the object is placed is accurately driven using any one of the first to third stage driving methods of the present invention, the object is exposed with an energy beam, A pattern can be accurately formed on the object.
  • a device manufacturing method comprising: exposing an object using the exposure method of the present invention; and developing the exposed object.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a part of the wafer stage of FIG. 1. It is a figure for demonstrating the structure of the optical system in the main-body part of an encoder head.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a main configuration of a control system related to stage control in the exposure apparatus of FIG. 1.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of an exposure apparatus 100 according to an embodiment.
  • the exposure apparatus 100 is a step-and-scan projection exposure apparatus, that is, a so-called scanner.
  • a projection optical system PL is provided.
  • a direction parallel to the optical axis AX of the projection optical system PL is a Z-axis direction, and a reticle in a plane perpendicular to the Z-axis direction.
  • the direction in which the wafer is relatively scanned is the Y-axis direction
  • the direction orthogonal to the Z-axis and the Y-axis is the X-axis direction
  • the rotation (tilt) directions around the X-axis, Y-axis, and Z-axis are ⁇ x, ⁇ y
  • the explanation will be given with respect to the ⁇ z direction.
  • the exposure apparatus 100 includes an illumination system 10, a reticle stage RST for holding a reticle R, a projection unit PU, a wafer stage device 50 including a wafer stage WST on which a wafer W is placed, a control system for these, and the like.
  • the illumination system 10 includes a light source, an illuminance uniformizing optical system including an optical integrator, a reticle blind, and the like (both not shown) as disclosed in, for example, US Patent Application Publication No. 2003/0025890. And an illumination optical system.
  • the illumination system 10 illuminates the slit-shaped illumination area IAR on the reticle R defined by the reticle blind (masking system) with illumination light (exposure light) IL with a substantially uniform illuminance.
  • illumination light IL for example, ArF excimer laser light (wavelength 193 nm) is used.
  • reticle stage RST On reticle stage RST, reticle R on which a circuit pattern or the like is formed on its pattern surface (lower surface in FIG. 1) is fixed, for example, by vacuum suction.
  • the reticle stage RST can be driven minutely in the XY plane by a reticle stage drive system 11 (not shown in FIG. 1, see FIG. 5) including a linear motor, for example, and also in the scanning direction (left and right direction in FIG. 1). In the Y-axis direction) at a predetermined scanning speed.
  • Position information (including information on the position in the ⁇ z direction, that is, ⁇ z rotation) in the XY plane (moving surface) of the reticle stage RST is reflected by the moving mirror 15 (actually, orthogonal to the Y-axis direction).
  • a reticle laser interferometer (hereinafter referred to as “reticle interference”) that irradiates a length measuring beam onto a Y moving mirror (or a retroreflector) having a surface and an X moving mirror having a reflecting surface orthogonal to the X-axis direction. For example, it is always detected with a resolution of about 0.25 nm.
  • the projection unit PU is arranged below the reticle stage RST in FIG. 1 (on the ⁇ Z side) and is held by a part of the body (not shown).
  • the projection unit PU has a lens barrel 40 and a projection optical system PL composed of a plurality of optical elements held by the lens barrel 40.
  • the projection optical system PL for example, a refractive optical system including a plurality of optical elements (lens elements) arranged along an optical axis AX parallel to the Z-axis direction is used.
  • the projection optical system PL is, for example, both-side telecentric and has a predetermined projection magnification (for example, 1/4 times, 1/5 times, or 1/8 times).
  • the illumination area IAR when the illumination area IAR is illuminated by the illumination light IL from the illumination system 10, the illumination that has passed through the reticle R, in which the first surface (object surface) of the projection optical system PL and the pattern surface are substantially aligned, is passed. Due to the light IL, a reduced image of the circuit pattern of the reticle R in the illumination area IAR (a reduced image of a part of the circuit pattern) passes through the projection optical system PL on the second surface (image surface) side of the projection optical system PL. Are formed in an area (exposure area) IA conjugated to the illumination area IAR on the wafer W having a resist (sensitive agent) coated on the surface thereof.
  • reticle R is moved relative to illumination area IAR (illumination light IL) in the scanning direction (Y-axis direction) and exposure area IA (illumination light IL).
  • illumination area IAR illumination light IL
  • exposure area IA illumination light IL
  • scanning exposure of one shot area (partition area) on the wafer W is performed, and the pattern of the reticle R is transferred to the shot area.
  • the pattern of the reticle R is generated on the wafer W by the illumination system 10 and the projection optical system PL, and the sensitive layer (resist layer) on the wafer W is exposed on the wafer W by the illumination light IL. A pattern is formed.
  • a scale plate 21 is disposed in parallel with the XY plane at a height that is substantially flush with the lower end surface of the lens barrel 40.
  • the scale plate 21 has a circular opening into which a ⁇ Z side end of the lens barrel 40 is inserted and a circular opening into which a ⁇ Z side end of an alignment system described later is inserted. And is supported by being suspended from a body (not shown).
  • the scale plate 21 is suspended and supported by a main frame (not shown) that supports the projection unit PU.
  • a predetermined pitch with the Y-axis direction as a periodic direction for example, 1 ⁇ m
  • a predetermined pitch with a periodic direction in the X-axis direction for example, 1 ⁇ m.
  • a reflection type two-dimensional diffraction grating RG (see FIGS. 3 and 4) is formed. This diffraction grating RG covers the moving range of wafer stage WST.
  • Wafer stage apparatus 50 includes a stage base 12 supported substantially horizontally on a floor surface by a plurality of (for example, three or four) anti-vibration mechanisms (not shown), and wafer stage WST disposed on stage base 12. , A wafer stage drive system 27 for driving the wafer stage WST (partially shown in FIG. 1, refer to FIG. 5), an encoder system and a wafer laser interferometer system, which will be described later, and the like.
  • the stage base 12 is made of a member having a flat outer shape, and the upper surface of the stage base 12 is finished with a very high flatness and serves as a guide surface when the wafer stage WST is moved.
  • the stage base 12 accommodates a coil unit including a plurality of coils 14a arranged in a matrix with the XY two-dimensional direction as the row direction and the column direction.
  • wafer stage WST is moved to coarse movement stage 91 by a coarse movement stage 91 (hereinafter abbreviated as coarse movement stage) 91 and a driving mechanism (not shown) including, for example, a voice coil motor.
  • coarse movement stage a coarse movement stage
  • driving mechanism including, for example, a voice coil motor.
  • wafer table WTB supported in a non-contact manner.
  • Wafer table WTB is also called a wafer fine movement stage.
  • wafer table WTB is composed of a substantially square plate-like member in plan view (viewed from above), and is driven by an unillustrated drive mechanism in the X-axis direction, Y-axis direction, Z-axis direction, ⁇ x.
  • Coarse movement stage 91 has a rectangular parallelepiped body (a square prism with a low height) in which a square flange portion 28 whose outer edge substantially overlaps with wafer table WTB is provided on the outer periphery of the upper end portion, And a slider portion 91a provided integrally with the bottom portion.
  • the slider portion 91a includes a magnet unit composed of a plurality of magnets arranged two-dimensionally in an XY plane, a housing that houses the magnet unit, and a plurality of air bearings that are provided around the bottom surface of the housing. have.
  • the magnet unit together with the above-described coil unit, constitutes a flat motor 30 by Lorentz electromagnetic force drive disclosed in, for example, US Pat. No. 5,196,745.
  • the planar motor 30 is not limited to the Lorentz electromagnetic force driving method, and a variable magnetic resistance driving planar motor can also be used.
  • Wafer stage WST (coarse movement stage 91) is levitated and supported on stage base 12 by a plurality of air bearings through a predetermined clearance, for example, a clearance of about several ⁇ m, and is driven by plane motor 30 in the X-axis direction. Driven in the Y-axis direction and the ⁇ z direction. Note that wafer stage WST may be driven in the direction of six degrees of freedom by planar motor 30.
  • the wafer stage drive system 27 of FIG. 5 is configured including the planar motor 30 and the drive mechanism described above.
  • the planar motor 30 is not limited to the moving magnet method, and may be a moving coil method. Further, as the planar motor 30, a magnetic levitation type planar motor may be used. In this case, the air bearing described above may not be provided.
  • a wafer holder (not shown) is provided in a circular recess on the upper surface, and wafer W is placed on the wafer holder.
  • the wafer W is, for example, vacuum chucked (or electrostatic chucked) by a chuck mechanism (not shown) and fixed to the wafer holder.
  • the surface of the wafer W adsorbed on the wafer holder and the surface of at least the peripheral area of the wafer mounting area (corresponding to a circular recess) among the surfaces of the wafer table WTB are substantially the same height. Is set to However, this setting is not necessarily required.
  • the position information of wafer stage WST in the XY plane can be measured by encoder system 70 (not shown in FIG. 1, refer to FIG. 5).
  • encoder system 70 not shown in FIG. 1, refer to FIG. 5.
  • the wafer stage WST is provided with encoder heads 60A, 60B, 60C, and 60D at the four corners thereof, respectively.
  • the pair of heads 60A and 60C located on one diagonal line of wafer stage WST are heads whose measurement direction is the Y-axis direction.
  • a pair of heads 60B and 60D located on the other diagonal line of wafer stage WST are heads whose measurement direction is in the X-axis direction.
  • FIG. 3 is a sectional view of the wafer stage WST in the vicinity of the head 60C, taking the head 60C as a representative.
  • the head 60 ⁇ / b> C has a rectangular parallelepiped (or cylindrical) main body 22 that accommodates an optical system to be described later, and has a + X end on the upper surface of the flange portion 28 of the coarse movement stage 91. And the corner of the + Y end (region in the vicinity of the corner). That is, head 60C is fixed at a position facing + X end and + Y end corner of wafer table WTB. More specifically, the main body portion 22 of the head 60C is inserted and fixed from above into a concave portion 28a having a rectangular shape (or circular shape) in a plan view formed on the upper surface of the flange portion 28 from above.
  • the upper portion of the head 60C is inserted from below into a recess 23 that is rectangular (or circular) in plan view formed on the lower surface of the wafer table WTB and is slightly larger than the recess 28a.
  • a recess 23 that is rectangular (or circular) in plan view formed on the lower surface of the wafer table WTB and is slightly larger than the recess 28a.
  • four recesses 23 are formed on the lower surface of wafer table WTB in the vicinity of the four corners to face heads 60A, 60B, 60C, 60D, respectively, and inside each recess 23, heads 60A, 60B
  • the wafer table WTB is supported in a non-contact manner above the coarse movement stage 91 via a drive mechanism (not shown) in a state in which 60C and 60D are accommodated except for a part of the lower end.
  • wafer table WTB is driven to the maximum extent in any of the six degrees of freedom on coarse movement stage 91 between the upper surface and outer peripheral surface of main body portion 22 of head 60C and wafer table WTB.
  • a gap is formed on the inner wall surface of the recess 23 to such an extent that the main body portion 22 does not contact.
  • the bottom wall of the concave portion 28a of the flange portion 28 is formed with an opening 28b penetrating vertically at the center thereof, and four light beams each having one end introduced into the main body portion 22 through the opening 28b.
  • the fibers 62a, 62b, 62c, and 62d are taken out of the flange portion 28.
  • the other ends of the four optical fibers 62 a, 62 b, 62 c, and 62 d are attached near the lower end of the coarse movement stage 91.
  • the optical fibers 62b and 62d are light receiving fibers, and the other ends of the optical fibers 62b and 62d are optically connected to first and second light receiving systems (not shown) having first and second light detectors, respectively.
  • the optical fibers 62a and 62c are light transmitting fibers, and the other ends of the optical fibers 62a and 62c are optically connected to the same light source (or two light sources that emit light of the same wavelength), respectively.
  • the optical fibers 62a and 62c may be the same optical fiber branched in the middle. In this case, the light from the same light source is divided into two and guided into the main body 22 respectively. can do.
  • an opening 24 that penetrates in the vertical direction and has a stepped portion is formed in the upper wall portion of the recess 23 of the wafer table WTB.
  • a grating plate 26 made of a transparent member such as glass is fixed inside the opening 24 so as to be supported by the stepped portion.
  • a reflective diffraction grating RG2 Y having the Y-axis direction as a periodic direction is formed at the center of the grating plate 26 in the Y-axis direction.
  • a predetermined clearance is formed between the outer peripheral edge of the grating plate 26 and the inner wall surface of the opening 24. This is to prevent excessive thermal stress from acting on the grating plate 26 when the grating plate 26 is thermally expanded.
  • the upper surface of grating plate 26 is substantially flush with the upper surface of wafer table WTB.
  • the installation surface of the grating plate 26 is not necessarily the same as the upper surface of the wafer table WTB in the Z-axis direction.
  • the remaining head 60A whose measurement direction is the Y-axis direction is configured in the same manner as the head 60C, and is fixed to the corner portion of the flange portion 28 at the ⁇ X end portion and the ⁇ Y end portion.
  • each component in the vicinity of the head 60A is configured in the same manner as described above.
  • the pair of heads 60B and 60D whose measurement direction is the X-axis direction are configured in the same manner as the head 60C, and are the corners of the flange portion 28 at the + X end portion and the ⁇ Y end portion, ⁇ X end portion and + Y It is fixed to each corner of the end.
  • the constituent members in the vicinity of these heads are configured in the same manner as described above.
  • the periodic direction of the diffraction grating formed on the grating plate 26 facing the heads 60B and 60D is the X-axis direction.
  • a schematic configuration of the optical system inside the head 60C will be described with reference to FIG.
  • a polarization beam splitter PBS whose separation surface is parallel to the XZ plane, a pair of reflection mirrors R1a and R1b, two pairs of lenses L1a and L1b and L2a and L2b, four
  • An optical system 64 including a half-wave plate (hereinafter referred to as a ⁇ / 4 plate) WP1a, WP1b and WP2a, WP2b, reflection mirrors R2a, R2b, R3a, R3b, and the like is housed.
  • One end surfaces of the optical fibers 62a and 62c are respectively disposed facing the incident surface of the polarizing beam splitter PBS, and one end surfaces of the optical fibers 62b and 62d are disposed facing the exit surface of the polarizing beam splitter PBS.
  • a laser beam LB (measurement light) emitted from a light source provided on the coarse movement stage 91, for example, a semiconductor laser or the like. Enters the polarization beam splitter PBS through the optical fibers 62a and 62c, respectively, and becomes measurement beams LB 1 , LB 2 , LB 3 , and LB 4 by polarization separation.
  • the measurement beam LB 1 transmitted through the polarization beam splitter PBS reaches the scale plate 21 via the reflection mirror R1a, and the measurement beam LB 2 reflected by the polarization beam splitter PBS reaches the scale plate 21 via the reflection mirror R1b.
  • polarized light separation means that an incident beam is separated into a P-polarized component and an S-polarized component.
  • the polarization directions of the two beams that have reached the polarization beam splitter PBS are each rotated by 90 degrees with respect to the original direction. For this reason, the first-order diffracted beam of the measurement beam LB 1 that has been transmitted through the polarizing beam splitter PBS is reflected by the polarizing beam splitter PBS and enters the first light receiving system (not shown) via the optical fiber 62b.
  • the first-order diffracted beam of the measurement beam LB 2 previously reflected by the polarization beam splitter PBS passes through the polarization beam splitter PBS and is coaxially combined with the first-order diffracted beam of the measurement beam LB 1 and passes through the optical fiber 62b. Incident on the first light receiving system.
  • the two first-order diffracted beams are aligned in the polarization direction by, for example, an analyzer inside the first light receiving system, and interfere with each other to become interference light. It is detected by a multiplier tube or the like and converted into an electrical signal corresponding to the intensity of the interference light.
  • polarizing beam splitter measurement beam LB 3 passing through the PBS reaches the grating plate 26 via reflection mirror R1a, grating plate 26 measuring beam LB 4 reflected by the polarizing beam splitter PBS via the reflecting mirror R1b To reach.
  • the polarization directions of the two beams that have reached the polarization beam splitter PBS are each rotated by 90 degrees with respect to the original direction. For this reason, the first-order diffracted beam of the measurement beam LB 3 that has passed through the polarizing beam splitter PBS is reflected by the polarizing beam splitter PBS and enters the second light receiving system (not shown) via the optical fiber 62d.
  • the first-order diffracted beam of the measurement beam LB 4 previously reflected by the polarization beam splitter PBS passes through the polarization beam splitter PBS and is coaxially combined with the first-order diffracted beam of the measurement beam LB 3 and passes through the optical fiber 62d. Incident on the second light receiving system.
  • the two first-order diffracted beams are aligned in the polarization direction by, for example, an analyzer inside the second light receiving system and interfere with each other to become interference light, which is detected by the second photodetector. And converted into an electric signal corresponding to the intensity of the interference light.
  • the optical path lengths of the measurement beams LB 1 , LB 2 , LB 3 , and LB 4 in the air are shorter than those of an interferometer or the like.
  • the influence of fluctuation is almost negligible.
  • the phase of the measurement beams LB 1 , LB 2 and / or LB 3 , LB 4 changes and the intensity of the interference light changes.
  • the change in the intensity of the interference light is detected by the first and second light receiving systems, respectively, and the first position information and the second position information corresponding to the intensity change are sent from the Y encoder 70C to the main controller 20 (see FIG. 5). ).
  • the first position information is information indicating a relative position (first positional relationship) between the coarse movement stage 91 and the scale plate 21 in the Y-axis direction
  • the second position information is the coarse movement stage 91 and the grating. This is information indicating a relative position (second positional relationship) in the Y-axis direction with respect to the plate 26 (wafer table WTB).
  • the measurement beams LB 1 and LB 2 and the measurement beams LB 3 and LB 4 are each perpendicular to the lower surface (lattice formation surface) of the scale plate 21, that is, the Z axis.
  • the diffraction gratings RG and RG2 Y are irradiated along an optical path that is symmetric with respect to a predetermined central axis AX E parallel to.
  • the measurement beams LB 1 and LB 2 and the measurement beams LB 3 and LB 4 are respectively transmitted to the diffraction gratings RG and RG 2 Y along the symmetrical optical path having the common central axis AX E as described above. Since it is irradiated from 60C, while maintaining the above-mentioned symmetry, some of the optical elements, for example, the reflection mirrors R1a and R1b in FIG. 4 are applied to the measurement beams LB 1 and LB 2 and these.
  • the derived diffracted beam, the measurement beams LB 3 and LB 4, and the diffracted beam derived therefrom can be shared.
  • the head 60A has an optical system 64 configured in the same manner as the head 60C, irradiates each of the pair of measurement beams to the scale plate 21 and the grating plate 26, and performs coarse motion based on the same measurement principle as described above.
  • First position information indicating the relative position of the stage 91 and the scale plate 21 in the Y-axis direction, and second position information indicating the relative position of the coarse movement stage 91 and the grating plate 26 (wafer table WTB) in the Y-axis direction, Output to the main controller 20.
  • the encoder constituted by the head 60A is hereinafter referred to as a Y encoder 70A (see FIG. 5).
  • the remaining heads 60B and 60D have the measurement direction in the X-axis direction, and are configured in the same manner as the head 60C described above, and according to the same measurement principle, the relative positions of the coarse movement stage 91 and the scale plate 21 in the X-axis direction.
  • the second position information indicating the relative position of the coarse movement stage 91 and the grating plate 26 (wafer table WTB) in the X-axis direction is output to the main controller 20.
  • the encoder constituted by the heads 60B and 60D is hereinafter referred to as X encoders 70B and 70D (see FIG. 5).
  • main controller 20 Based on the first position information and second position information from Y encoder 70C, main controller 20 has a first positional relationship between coarse movement stage 91 and scale plate 21 (diffraction grating RG) in the Y-axis direction, A second positional relationship in the Y-axis direction between coarse movement stage 91 and grating plate 26 (diffraction grating RG2 Y , that is, wafer table WTB) is calculated, and wafer table WTB is based on the first and second positional relationships.
  • a positional relationship between the (wafer W) and the scale plate 21 (diffraction grating RG) in the Y-axis direction, that is, a position (Y position) Yc in the Y-axis direction of the wafer table WTB (wafer W) can be calculated.
  • Main controller 20 calculates the first positional relationship and the second positional relationship based on the first positional information and the second positional information from Y encoder 70A in the same manner as described above. Based on the second positional relationship, the positional relationship of wafer table WTB (wafer W) and scale plate 21 (diffraction grating RG) in the Y-axis direction, that is, the position of wafer table WTB (wafer W) in the Y-axis direction (Y position) ) Ya can be calculated.
  • main controller 20 determines wafer table WTB (wafer W) and scale plate 21 (diffraction grating RG) based on the first position information and second position information from X encoders 70B and 70D. , That is, the positions (X positions) Xb and Xd of the wafer table WTB (wafer W) in the X-axis direction can be calculated.
  • main controller 20 uses at least three of Y position Yc and Ya and X positions Xb and Xd to position (in the X axis direction) wafer table WTB in the XY plane. , Y-axis direction, and ⁇ z-direction three-degree-of-freedom direction position), the position control of wafer table WTB in the XY plane is performed.
  • each encoder of the encoder system 70 of the present embodiment for example, when the wafer table WTB is inclined with respect to the XY plane, the symmetry of the optical paths of the measurement beams LB 3 and LB 4 is lost, and the second position information described above. Measurement error occurs. For example, when the coarse movement stage 91 is tilted with respect to the XY plane, the symmetry of the optical paths of the measurement beams LB 3 and LB 4 and the symmetry of the optical paths of the measurement beams LB 1 and LB 2 are lost, and the first position described above is obtained. A measurement error occurs in the information and the second position information.
  • the relationship between the tilt ( ⁇ x rotation, ⁇ y rotation) of wafer table WTB with respect to the XY plane and the measurement error included in the second position information of each encoder, the tilt of coarse movement stage 91 with respect to the XY plane, and each encoder The relationship with the measurement error included in the first and second position information is obtained, and the obtained relationship is stored in the internal memory of the main controller 20 in the form of a correction function or a correction map, for example.
  • Each of the above relationships is caused by the relative movement of the head and the scale in the non-measurement direction disclosed in, for example, the above-mentioned International Publication No. 2008/026732 (corresponding to US Patent Application Publication No. 2008/0106722).
  • the position of wafer stage WST can be measured by wafer laser interferometer system (hereinafter referred to as “wafer interferometer system”) 18 (see FIG. 5) independently of encoder system 70.
  • Wafer stage WST has an X reflection surface and a Y reflection surface formed on one end face (side surface) of each of the X axis direction and the Y axis direction.
  • Wafer interferometer system 18 has a plurality of X reflection surfaces and a plurality of Y reflection surfaces, respectively.
  • the position of the wafer stage WST in the five-degree-of-freedom direction (X-axis direction, Y-axis direction, ⁇ x direction, ⁇ y direction, and ⁇ z direction) can be measured.
  • the + Y side surface (+ Y end surface) and the ⁇ X side surface ( ⁇ X end surface) of wafer table WTB are each mirror-finished to form reflecting surfaces 17a and 17b (see FIG. 2). Further, the flange portion 28 of the coarse movement stage 91 is subjected to mirror finishing on the + Y end surface and the ⁇ X end surface, respectively, to form reflection surfaces 17c and 17d (see FIGS. 2 and 3).
  • the wafer interferometer system 18 includes a Y interferometer 18Y that irradiates each of the reflection surfaces 17a and 17c with a plurality of measurement beams parallel to the Y-axis direction, and a plurality of reflection surfaces 17b and 17d that are parallel to the X-axis direction.
  • X interferometers that irradiate a length measuring beam, and include a plurality of X interferometers 18X 1 and 18X 2 in this embodiment (see FIGS. 2 and 5).
  • the substantial measurement axis in the Y-axis direction of the Y interferometer 18Y is a straight line in the Y-axis direction that passes through the optical axis AX of the projection optical system PL and the detection center of the alignment system ALG described later.
  • Y interferometer 18Y measures position information of wafer table WTB in the Y-axis direction, ⁇ z direction, and ⁇ x direction, and position information of coarse movement stage 91 in the ⁇ x direction (and Y-axis direction).
  • the substantial length measurement axis in the X-axis direction of the X interferometer 18X 1 is a straight line in the X-axis direction that passes through the optical axis AX of the projection optical system PL.
  • X interferometer 18X 2 measures positional information of wafer table WTB in the X-axis direction, ⁇ y direction (and ⁇ z direction), and coarse movement stage 91 in the ⁇ y direction (and X-axis direction).
  • the measurement axis of the X interferometer 18X 2 is a straight line in the X-axis direction passing through the detection center of the alignment system ALG.
  • X interferometer 18X 1 measures positional information of wafer table WTB in the X-axis direction and ⁇ y direction, and positional information of coarse movement stage 91 in the ⁇ y direction (and X-axis direction).
  • a movable mirror made of a plane mirror may be attached to the end of the wafer table WTB.
  • a reflection surface inclined by 45 ° with respect to the XY plane may be provided on wafer table WTB, and the position of wafer table WTB in the Z-axis direction may be measured via the reflection surface.
  • the measurement value of each interferometer of the wafer interferometer system 18 is supplied to the main controller 20.
  • the position information measured by encoder system 70 described above is used, and interference is performed.
  • the measured values of the total 18Y, 18X 1 , 18X 2 are used when correcting (calibrating) long-term fluctuations in the measured values of the encoder system 70 (for example, due to deformation of the scale over time) or when the output of the encoder system is abnormal It is used as an auxiliary for backups.
  • the position of wafer table WTB in the ⁇ x direction and the ⁇ y direction other than the X-axis direction, the Y-axis direction, and the ⁇ z direction is measured by each interferometer of wafer interferometer system 18. Further, the ⁇ x rotation and ⁇ y rotation of the coarse movement stage 91 are measured by each interferometer of the wafer interferometer system 18.
  • the alignment system ALG is arranged at a predetermined interval on the ⁇ Y side of the projection optical system PL, as shown in FIGS.
  • an alignment system ALG as an example, it is a type of an image processing type alignment sensor that measures a mark position by illuminating a mark with broadband light such as a halogen lamp and processing the mark image.
  • a certain FIA (Field Image Alignment) system is used.
  • the imaging signal from the alignment system ALG is supplied to the main controller 20 via an alignment signal processing system (not shown) (see FIG. 5).
  • the alignment system ALG is not limited to the FIA system.
  • the target mark is irradiated with coherent detection light, and scattered light or diffracted light generated from the target mark is detected, or two types of light generated from the target mark are detected.
  • an alignment sensor that detects diffracted light (for example, diffracted light of the same order or diffracted light that is diffracted in the same direction) alone or in combination.
  • an oblique incidence type multi-point focal position having the same configuration as that disclosed in, for example, US Pat. No. 5,448,332 is provided near the projection unit PU.
  • a detection system hereinafter abbreviated as a multi-point AF system
  • the detection signal of the multipoint AF system AF is supplied to the main controller 20 via an AF signal processing system (not shown) (see FIG. 5).
  • Main controller 20 detects position information in the Z-axis direction of the surface of wafer W at each detection point based on the detection signal of multipoint AF system AF, and based on the detection result, so-called wafer W during scanning exposure is so-called.
  • Execute focus leveling control A multi-point AF system is provided in the vicinity of the alignment system ALG so that surface position information (unevenness information) on the wafer surface is acquired in advance during wafer alignment, and during exposure, the surface position information and the Z-axis direction on the wafer table top surface
  • the so-called focus leveling control of the wafer W may be executed using the measurement value of another sensor that detects the position of the wafer W.
  • the exposure apparatus 100 further includes a pair of reticle alignment detection systems 13A and 13B (not shown in FIG. 1, see FIG. 5) of TTR (Through-The-Reticle) method using light having an exposure wavelength above the reticle R. It has been. Detection signals of the reticle alignment detection systems 13A and 13B are supplied to the main controller 20 via an alignment signal processing system (not shown).
  • FIG. 5 is a block diagram in which a part of the control system related to the stage control of the exposure apparatus 100 is omitted.
  • This control system is configured around the main controller 20.
  • the main controller 20 includes a so-called microcomputer (or workstation) comprising a CPU (Central Processing Unit), ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory), etc., and controls the entire apparatus. Control.
  • CPU Central Processing Unit
  • ROM Read Only Memory
  • RAM Random Access Memory
  • the above-described reticle alignment detection systems 13A and 13B, a reference plate (not shown) on the wafer table WTB, and the like are used, as in a normal scanning stepper.
  • reticle alignment and baseline measurement of the alignment system ALG are performed.
  • main controller 20 performs a step-and-scan exposure operation based on the baseline measurement result and the wafer alignment result, and the pattern of reticle R is formed on a plurality of shot areas on wafer W. Each is transcribed.
  • This exposure operation includes a scanning exposure operation in which the above-described reticle stage RST and wafer stage WST are synchronously moved, and an inter-shot movement (stepping) operation in which wafer stage WST is moved to an acceleration start position for exposure of a shot area. This is done by alternately repeating.
  • main controller 20 measures position information (including rotation information in the ⁇ z direction) of wafer table WTB (wafer stage WST) in the XY plane using encoder system 70, and also uses the wafer table.
  • the WTB ⁇ x rotation and ⁇ y rotation and the coarse movement stage 91 ⁇ x rotation and ⁇ y rotation are measured using the X interferometer 18X 1 and the Y interferometer 18Y, and the measured values of at least three encoders of the encoder system 70 are Corrections are made based on the ⁇ x rotation and ⁇ y rotation of wafer table WTB, the ⁇ x rotation and ⁇ y rotation of coarse movement stage 91, and the correction function or correction map described above, and the measured values of at least three encoders after the correction are made.
  • the main controller 20 drives a drive mechanism (not shown) based on the measurement value of the multi-point AF system AF, whereby a part of the shot area to be exposed on the wafer W (exposure area IA).
  • the so-called focus leveling control of the wafer W is executed so that the region corresponding to (1) matches the depth of focus of the projection optical system PL. For this reason, wafer table WTB is driven in at least one of the Z-axis direction, the ⁇ x direction, and the ⁇ z direction during focus / leveling.
  • the position ( ⁇ z direction) of the wafer stage WST in the XY plane based on the measurement information of each encoder of the encoder system 70 while performing so-called focus leveling control of the wafer W. Can be controlled with high accuracy.
  • the wafer stage apparatus 50 since the plurality of heads 60A to 60D constituting the encoder system 70 are provided on the coarse movement stage 91, these heads 60A to 60D. There is no wiring or the like for supplying electric power to the coarse movement stage 91 and the wafer table WTB. Accordingly, wafer table WTB is driven by driving mechanism on coarse movement stage 91 in any of the six degrees of freedom directions of the X-axis direction, Y-axis direction, Z-axis direction, ⁇ x direction, ⁇ x direction, and ⁇ z direction. Even if this is done, the movement of the wafer table WTB is not disturbed by the tension of the wiring or the like.
  • scale plate 21 (diffraction grating RG) and grating plate 26 among the plurality of heads 60A to 60D are moved by encoder system 70. Based on the output of one or more heads facing the diffraction grating RG2 Y or the like, position information of the wafer table WTB in the XY plane is accurately measured. Therefore, it is possible to accurately measure the position information of wafer table WTB in the XY plane without being affected by fine movement of wafer table WTB.
  • the position measurement of the wafer table WTB and the like by the encoder system 70 is adversely affected by the leveling of the wafer table WTB and the relative displacement between the coarse movement stage 91 and the wafer table WTB caused by acceleration / deceleration. There is no possibility that a measurement error will occur or measurement will not be possible.
  • the movement of wafer table WTB is not obstructed by the tension of wiring or the like, so that no particular problem occurs even if a plurality of encoder heads are attached to wafer stage WST. Therefore, it is possible to accurately obtain the position information of the wafer table WTB (wafer stage WST) in the XY plane without being affected by the fine movement of the wafer table WTB. As a result, the wafer table WTB (wafer stage WST) at the time of exposure is obtained.
  • the position in the XY plane can be controlled with high accuracy, and the wafer W held on the wafer table WTB can be exposed with high accuracy.
  • the light source and the light detector that are heat sources do not exist in the head, the influence of the heat of wafer table WTB can be reduced.
  • a pair of measurement beams LB 1 , LB 2 and a pair of measurement beams LB 3 from each head to the scale plate 21 (diffraction grating RG) and the grating plate 26 (for example, diffraction grating RG2 Y ).
  • LB 4 is irradiated separately.
  • main controller 20 performs coarse movement stage 91 and scale plate 21 based on the photoelectric conversion signal of the interference light between the diffracted lights (return lights from diffraction grating RG) derived from measurement beams LB 1 and LB 2 , respectively.
  • the first positional relationship with respect to the measurement direction is obtained, and based on the photoelectric conversion signal of the interference light between the diffracted lights (for example, return lights from the diffraction grating RG2 Y ) derived from the measurement beams LB 3 and LB 4 , A second positional relationship between the moving stage 91 and the grating plate 26 (wafer table WTB) in the measurement direction is obtained, and the measurement between the wafer table WTB and the scale plate 21 is further performed based on the first and second positional relationships.
  • the positional relationship regarding the direction is calculated.
  • the present invention is not limited to this.
  • the wafer table WTB (fine movement stage) faces one or more encoder heads fixed to the coarse movement stage 91 (an encoder system (measuring device) including the encoder head).
  • a light transmitting portion that can transmit a measurement beam from each encoder head for example, an opening portion, a transparent portion (for example, the grating plate 26 corresponds to this) or the like may be provided at least in part, and is not necessarily a grating (diffraction grating). May not be provided.
  • the measurement beam (LB) is passed through the light transmitting portion on the scale plate 21 (diffraction grating RG) disposed substantially parallel to the XY plane outside the wafer stage WST (coarse / fine movement stage). 1 , LB 2 ), and receives the diffracted light from the scale plate 21 (diffraction grating RG) through the light transmission part, based on the output of at least one encoder head, the wafer stage WST in the XY plane Can be measured with high accuracy (for example, hardly affected by air fluctuation).
  • the fine line stage (wafer table WTB) is driven in any direction on the coarse movement stage, and the tension of the pipes, etc. The movement of the fine movement stage is not disturbed.
  • a sensor for measuring the positional relationship between the coarse movement stage 91 and the fine movement stage (wafer table WTB) in the XY plane may be further provided.
  • a sensor for example, an encoder including an encoder head that irradiates a measurement beam to a diffraction grating disposed on a fine movement stage can be used.
  • the fine movement is performed as in the above embodiment.
  • the position information in the XY plane of the fine movement stage can be accurately obtained without being influenced by the fine movement of the stage (wafer table WTB), and the position of the fine movement stage (coarse fine movement stage) in the XY plane can be accurately determined. It becomes possible to control.
  • the encoder head may be provided on the fine movement stage, but it is preferable to provide a diffraction grating on the fine movement stage.
  • the position where the diffraction grating is provided is not limited to the above embodiment, and may be arbitrary, and the sensor may be provided separately from the encoder of the above embodiment, or at least a part thereof may be shared by the encoder of the above embodiment. You may do it.
  • the sensor may be an interferometer or the like other than the encoder. In this case, it is not necessary to provide a diffraction grating on the fine movement stage.
  • the configuration of the optical system inside the main body part 22 is devised to provide a scale.
  • the plate 21 is irradiated with a pair of first measurement beams, and a pair of diffraction beams from the diffraction grating RG derived from the respective first measurement beams, or a pair of diffraction beams derived from the pair of diffraction beams, respectively.
  • a grating plate 26 (for example, diffraction grating RG2 Y ) is irradiated as a second measurement beam, and a pair of diffraction beams from diffraction grating RG2 Y derived from each second measurement beam is received by the light receiving system, and the light receiving system
  • the output signal may be configured to output information corresponding to the difference between the first positional relationship and the second positional relationship.
  • a pair of first measurement beams is irradiated on the grating plate 26 (for example, the diffraction grating RG2 Y ), and the pair of diffraction beams from the diffraction grating RG2 Y derived from the respective first measurement beams, or the pair of diffraction beams.
  • a pair of diffracted beams derived from each is irradiated to the scale plate 21 as a pair of second measurement beams, and a pair of diffracted beams from the diffraction grating RG derived from the respective second measurement beams is received by the light receiving system,
  • a configuration in which information corresponding to the difference between the first positional relationship and the second positional relationship described above may be output as the output signal of the light receiving system.
  • the first grating portion disposed substantially parallel to the predetermined plane (XY plane) and the second grating portion provided on the fine movement stage respectively have first, At least one encoder head that irradiates the second measurement beam and receives diffracted light from each of the first and second grating sections is fixed to the coarse movement stage and faces the first and second grating sections.
  • the stage apparatus and the exposure apparatus may be provided with a measuring device that measures position information of the fine movement stage within a predetermined plane based on the outputs of the two encoder heads.
  • the scale plate 21 and the grating plate 26 do not have to have the same measurement beam irradiation position in the measurement direction. That is, the scale plate 21 and the grating plate 26 do not have to be coaxial with the optical axis of the measurement beam.
  • the encoder system 70 includes a pair of X heads and a pair of Y heads.
  • the present invention is not limited to this. That is, the number of encoder heads is not particularly limited, but in order to measure position information (including ⁇ z rotation) of wafer stage WST in the XY plane, at least one X head and one Y head are included, It is sufficient to have three.
  • a two-dimensional head whose measurement direction is the orthogonal two-axis direction may be used. In this case, if there are at least two two-dimensional heads, position information (including ⁇ z rotation) of wafer stage WST in the XY plane can be measured.
  • a sensor (or head) capable of measuring position information in the Z-axis direction may be used in combination, a sensor (or head) capable of measuring position information in the X-axis direction and the Y-axis direction, or the X-axis direction.
  • a sensor (X sensor) having the measurement direction as a measurement direction and a sensor (Y sensor) having the measurement direction in the Y-axis direction may be combined.
  • a backup sensor used for backup when the output of the main sensor is abnormal may be provided. When a plurality of groups of main sensors and backup sensors are provided, a fine movement stage is provided for each group. A grating may also be used.
  • an encoder capable of measuring position information regarding at least one of the X-axis direction and the Y-axis direction and the Z-axis direction may be used.
  • the first position information of coarse movement stage 91 and scale plate 21 in the Z-axis direction, and the second position information of coarse movement stage 91 and fine movement stage (wafer table WTB) by another sensor Based on the above, position information regarding the Z-axis direction of the fine movement stage may be obtained.
  • the encoder can measure at least one position information in the X-axis direction and the Y-axis direction.
  • the present invention is not limited to this, and for example, only the Z-axis direction may be measured.
  • the two-dimensional diffraction grating is formed on the lower surface of the scale plate 21.
  • the arrangement is not limited to this, and the arrangement is in accordance with the movement path of the wafer stage (movement path of each head). If so, an X grating whose periodic direction is the X-axis direction and a Y grating whose periodic direction is the Y-axis direction may be formed on the lower surface of the scale plate 21.
  • the scale plate 21 may be configured by combining a plurality of scale plates.
  • the scale may be arranged so that measurement by an encoder is possible at least in the exposure operation and the alignment operation.
  • separate scale plates may be arranged in the vicinity (periphery) of the projection optical system and in the vicinity (periphery) of the alignment system.
  • the position of the wafer stage is measured by the encoder system using a scale plate arranged in the vicinity of the projection optical system.
  • the position of the wafer stage is measured by the encoder system.
  • the wafer interferometer system was provided in addition to the encoder system was illustrated in the above embodiment, the wafer interferometer system is not necessarily provided.
  • a light source and a light receiving system are arranged outside the heads 60A to 60D (coarse movement stage 91), and between these light sources and the light receiving system and each of the heads 60A to 60D.
  • the optical fibers 26a to 26d are used to guide both light (measurement light) incident on the encoder head from the light source and light returning from the encoder head to the light receiving system.
  • the present invention is not limited to this. It is not something.
  • the encoder head has a light source such as a semiconductor laser, it is only necessary to optically connect each encoder head and a light receiving system (including a photodetector) with an optical fiber.
  • the encoder head may have a light receiving system (including a photodetector).
  • a light receiving system including a photodetector
  • the measurement light from the light source is transmitted through the optical fiber between the light source and the head in the same manner as in the above embodiment.
  • the light source and the light receiving system (including the photodetector) optically connected to the heads 60A to 60D via the optical fibers 26a to 26d are arranged on the coarse movement stage 91.
  • the light source and the light receiving system (including the photodetector) are disposed on the coarse movement stage 91.
  • the present invention is not limited to this, and the present invention may be applied to a stationary exposure apparatus such as a stepper.
  • a stepper Even in the case of a stepper, the position measurement error caused by air fluctuation differs from the case where the position of the stage on which the object to be exposed is mounted is measured with an encoder, unlike when the position of the stage is measured using an interferometer. Generation can be made almost zero, and the stage can be positioned with high accuracy based on the measurement value of the encoder. As a result, the reticle pattern can be transferred onto the object with high accuracy.
  • the present invention can also be applied to a step-and-stitch reduction projection exposure apparatus that synthesizes a shot area and a shot area.
  • the projection optical system in the exposure apparatus of the above embodiment may be not only a reduction system but also an equal magnification and an enlargement system
  • the projection optical system PL may be not only a refraction system but also a reflection system or a catadioptric system.
  • the projected image may be either an inverted image or an erect image.
  • the illumination light IL is not limited to ArF excimer laser light (wavelength 193 nm), but may be ultraviolet light such as KrF excimer laser light (wavelength 248 nm) or vacuum ultraviolet light such as F 2 laser light (wavelength 157 nm). good.
  • ultraviolet light such as KrF excimer laser light (wavelength 248 nm) or vacuum ultraviolet light such as F 2 laser light (wavelength 157 nm).
  • vacuum ultraviolet light for example, erbium.
  • a harmonic which is amplified by a fiber amplifier doped with (or both erbium and ytterbium) and wavelength-converted into ultraviolet light using a nonlinear optical crystal may be used.
  • the illumination light IL of the exposure apparatus is not limited to light having a wavelength of 100 nm or more, and light having a wavelength of less than 100 nm may be used.
  • the present invention can be applied to an EUV exposure apparatus that uses EUV (Extreme Ultraviolet) light in a soft X-ray region (for example, a wavelength region of 5 to 15 nm).
  • EUV Extreme Ultraviolet
  • the present invention can be applied to an exposure apparatus using a charged particle beam such as an electron beam or an ion beam.
  • the present invention may be applied to, for example, an immersion type exposure apparatus in which a liquid is filled between a projection optical system and a wafer as disclosed in, for example, US Patent Application Publication No.
  • each encoder head included in the wafer stage device 50 of the above embodiment is also suitable for this immersion type exposure apparatus. Since the opening on the upper surface of wafer table WTB is closed by a grating plate made of glass or the like at substantially the same height as the upper surface of wafer table WTB, even if the liquid forming the liquid immersion area is positioned on the head There is almost no inconvenience such as liquid leakage.
  • a light transmission type mask in which a predetermined light shielding pattern (or phase pattern / dimming pattern) is formed on a light transmission substrate is used.
  • a predetermined light shielding pattern or phase pattern / dimming pattern
  • an electronic mask variable shaping mask, which forms a transmission pattern, a reflection pattern, or a light emission pattern based on electronic data of a pattern to be exposed, as disclosed in US Pat. No. 6,778,257.
  • an active mask or an image generator for example, a DMD (Digital Micro-mirror Device) which is a kind of non-light emitting image display element (spatial light modulator) may be used.
  • DMD Digital Micro-mirror Device
  • variable molding mask When such a variable molding mask is used, a stage on which a wafer or a glass plate is mounted is scanned with respect to the variable molding mask. Therefore, by measuring the position of the stage using an encoder, the above embodiment can be used. The same effect can be obtained.
  • an exposure apparatus (lithography system) that forms a line-and-space pattern on a wafer W by forming interference fringes on the wafer W.
  • the present invention can also be applied.
  • two reticle patterns are synthesized on a wafer via a projection optical system, and 1 on the wafer by one scan exposure.
  • the present invention can also be applied to an exposure apparatus that double exposes two shot areas almost simultaneously.
  • the apparatus for forming a pattern on an object is not limited to the exposure apparatus (lithography system) described above, and the present invention can be applied to an apparatus for forming a pattern on an object by, for example, an ink jet method.
  • the object on which the pattern is to be formed is not limited to the wafer, but may be another object such as a glass plate, a ceramic substrate film member, or a mask blank. .
  • the use of the exposure apparatus is not limited to the exposure apparatus for semiconductor manufacturing, but for example, an exposure apparatus for liquid crystal that transfers a liquid crystal display element pattern to a square glass plate, an organic EL, a thin film magnetic head, an image sensor (CCD, etc.), micromachines, DNA chips and the like can also be widely applied to exposure apparatuses. Further, in order to manufacture reticles or masks used in not only microdevices such as semiconductor elements but also light exposure apparatuses, EUV exposure apparatuses, X-ray exposure apparatuses, and electron beam exposure apparatuses, glass substrates, silicon wafers, etc. The present invention can also be applied to an exposure apparatus that transfers a circuit pattern.
  • the stage apparatus of the present invention is not limited to the exposure apparatus, but may be a substrate processing apparatus (for example, a laser repair apparatus, a substrate inspection apparatus, etc.), a sample positioning apparatus in other precision machines, a wire bonding apparatus, etc. It can be widely applied to devices.
  • a substrate processing apparatus for example, a laser repair apparatus, a substrate inspection apparatus, etc.
  • sample positioning apparatus in other precision machines
  • wire bonding apparatus etc. It can be widely applied to devices.
  • the semiconductor device was formed on the mask by the step of designing the function / performance of the device, the step of manufacturing a reticle based on this design step, the step of manufacturing a wafer from a silicon material, and the exposure apparatus of the above embodiment.
  • a highly integrated device can be manufactured with a high yield.
  • the stage apparatus and the stage driving method of the present invention are suitable for accurately managing the position of the fine movement stage.
  • the pattern forming apparatus of the present invention is suitable for forming a pattern on an object.
  • the exposure apparatus, exposure method, and device manufacturing method of the present invention are suitable for manufacturing electronic devices such as semiconductor elements and liquid crystal display elements.

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Abstract

　ステージ装置は、ＸＹ平面に沿って移動する粗動ステージ（９１）と、該粗動ステージ上で、少なくともＸＹ平面に平行な方向に微動可能なテーブル（ＷＴＢ）とを有するウエハステージと、エンコーダシステムとを備えている。粗動ステージには、複数のエンコーダヘッド（６０Ｃ等）が設けられている。各ヘッドは、ＸＹ平面に平行に配置された第１グレーティング部（ＲＧ）及びテーブルに設けられた第２グレーティング部（ＲＧ２Y）に、それぞれ計測ビーム（ＬＢ1，ＬＢ2）等を照射し、第１及び第２グレーティング部それぞれからの回折光を受光する。エンコーダシステムは、第１及び第２グレーティング部に対向する少なくとも１つのエンコーダヘッドの出力に基づいて、ＸＹ平面内におけるテーブル（ウエハステージ）の位置情報を計測する。

Description

ステージ装置、パターン形成装置、露光装置、ステージ駆動方法、露光方法、並びにデバイス製造方法
　本発明は、ステージ装置、パターン形成装置、露光装置、ステージ駆動方法、露光方法、並びにデバイス製造方法に係り、更に詳しくは、所定平面に沿って移動する粗微動ステージを備えるステージ装置、該ステージ装置を備えるパターン形成装置、前記ステージ装置を備える露光装置、粗微動ステージを駆動するステージ駆動方法、該ステージ駆動方法を利用する露光方法、並びに前記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。
　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。
　しかるに、将来的に、半導体素子は更に高集積化し、これに伴ってウエハ上に形成すべき回路パターンが微細化することが確実であり、半導体素子の大量生産装置である露光装置には、ウエハ等の位置検出精度の更なる向上が要請される。
　例えば、特許文献１には、基板テーブル上にエンコーダタイプのセンサ（エンコーダヘッド）が搭載された露光装置が開示されている。しかるに、特に、粗動ステージと該粗動ステージ上で移動する微動ステージとを有する粗微動ステージに、特許文献１のエンコーダヘッドを搭載する場合には、エンコーダヘッドを微動ステージに搭載するのが通常である。しかし、この場合、そのエンコーダヘッドに対する電源の供給などのため、粗動ステージと微動ステージとの間に配線を行う（場合によっては、光ファイバで両ステージを接続する）必要があるが、微動ステージは、粗動ステージ上で移動するため、その配線等に作用する張力が微動ステージの円滑な動作を妨げるおそれがあった。特に、複数のエンコーダヘッドを微動ステージに搭載する場合には、この配線等の引きずりが大きな障害となるおそれがあった。
米国特許出願公開第２００６／０２２７３０９号明細書
　本発明の第１の態様によれば、所定平面に沿って移動する粗動ステージと、該粗動ステージ上で微動可能な微動ステージとを含む粗微動ステージと；前記粗動ステージに設けられるエンコーダヘッドを有し、前記粗微動ステージの外部に前記所定平面と実質的に平行に配置された第１グレーティング部に第１計測ビームを照射し、前記第１グレーティング部からの回折光を受光して得られる第１位置情報と、前記粗動ステージと前記微動ステージとの相対的な第２位置情報とに基づいて、前記微動ステージの所定方向の位置情報を計測する計測装置と；を備える第１のステージ装置が、提供される。
　これによれば、エンコーダヘッドが粗動ステージに設けられているので、微動ステージが、粗動ステージ上で移動しても、配管等の張力などによって微動ステージの動きが邪魔されることがない。また、計測装置により、エンコーダヘッドから第１グレーティング部に、第１計測ビームを照射し、第１グレーティング部からの回折光を受光して得られる第１位置情報と、前記粗動ステージと前記微動ステージとの相対的な第２位置情報とに基づいて、微動ステージの所定方向の位置情報が精度良く計測される。従って、微動ステージ及び／又は粗粗動ステージを精度良く駆動することが可能になる。
　本発明の第２の態様によれば、所定平面に沿って移動する粗動ステージと、該粗動ステージ上で微動可能な微動ステージとを含む粗微動ステージと；前記粗動ステージに設けられるエンコーダヘッドを有し、前記粗微動ステージの外部に前記所定平面と実質的に平行に配置される第１グレーティング部と、前記微動ステージに配置される第２グレーティング部とにそれぞれ第1、第２計測ビームを照射し、前記第１、第２グレーティング部からの回折光を受光して、前記微動ステージの所定方向の位置情報を計測する計測装置と；を備える第２のステージ装置が、提供される。
　これによれば、エンコーダヘッドが粗動ステージに設けられているので、微動ステージが、粗動ステージ上で移動しても、配管等の張力などによって微動ステージの動きが邪魔されることがない。また、計測装置により、エンコーダヘッドから第１グレーティング部と第２グレーティング部とにそれぞれ第1、第２計測ビームを照射し、第１、第２グレーティング部からの回折光を受光して、微動ステージの所定方向の位置情報が精度良く計測される。従って、微動ステージ及び／又は粗粗動ステージを精度良く駆動することが可能になる。
　本発明の第３の態様によれば、所定平面に沿って移動する粗動ステージと、該粗動ステージ上で微動可能かつ少なくとも一部に光透過部を有する微動ステージとを含む粗微動ステージと；前記粗動ステージに固定された１又は２以上のエンコーダヘッドを有し、前記粗微動ステージの外部に前記所定平面と実質的に平行に配置された第１グレーティング部に、前記光透過部を介して第１計測ビームを照射し、前記第１グレーティング部からの回折光を前記光透過部を介して受光する、少なくとも１つの前記エンコーダヘッドの出力に基づいて、前記所定平面内における前記粗微動ステージの位置情報を計測する計測装置と；を備える第３のステージ装置が、提供される。
　これによれば、１又は２以上のエンコーダヘッドが粗動ステージに固定されているので、微動ステージが、粗動ステージ上で移動しても、配管等の張力などによって微動ステージの動きが邪魔されることがない。また、計測装置により、第１グレーティング部に、微動ステージの光透過部を介して第１計測ビームを照射し、第１グレーティング部からの回折光を光透過部を介して受光する、少なくとも１つのエンコーダヘッドの出力に基づいて、所定平面内における粗微動ステージの位置情報が精度良く計測される。従って、粗微動ステージを精度良く駆動することが可能になる。
　本発明の第４の態様によれば、物体にパターンを形成するパターン形成装置であって、前記物体が、前記微動ステージ上に載置される、本発明の第１ないし第３のステージ装置のいずれかと；前記微動ステージ上に載置された物体上にパターンを生成するパターニング装置と；を備えるパターン形成装置が、提供される。
　これによれば、精度良く駆動可能な微動ステージ上に載置された物体上に、パターニング装置により、パターンが生成されるので、物体上にパターンを精度良く形成することが可能になる。
　本発明の第５の態様によれば、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、前記物体が、前記微動ステージ上に載置される、本発明の第1ないし第３のステージ装置のいずれかと；前記微動ステージ上に載置された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；を備える露光装置が、提供される。
　これによれば、精度良く駆動可能な微動ステージ上に載置された物体上に、パターニング装置により、エネルギビームが照射されるので、その物体をエネルギビームで露光して、該物体上にパターンを精度良く形成することが可能になる。
　本発明の第６の態様によれば、本発明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が、提供される。
　本発明の第７の態様によれば、所定平面に沿って移動する粗動ステージと、該粗動ステージ上で微動可能な微動ステージとを有する粗微動ステージを駆動するステージ駆動方法であって、前記粗動ステージに設けられ、前記粗微動ステージの外部に前記所定平面と実質的に平行に配置された第１グレーティング部に第１計測ビームを照射し、前記第１グレーティング部からの回折光を受光するエンコーダヘッドの出力から得られる第１位置情報と、前記粗動ステージと前記微動ステージとの相対的な第２位置情報とに基づいて、前記微動ステージの所定方向の位置情報を計測する工程を含む第１のステージ駆動方法が、提供される。
　これによれば、エンコーダヘッドが粗動ステージに設けられているので、微動ステージが、粗動ステージ上で移動しても、配管等の張力などによって微動ステージの動きが邪魔されることがない。また、粗微動ステージが、所定平面に沿って移動した場合、第１グレーティング部に、第１計測ビームを照射し、第１グレーティング部からの回折光を光透過部を介して受光するエンコーダヘッドの出力から得られる第１位置情報と、前記粗動ステージと前記微動ステージとの相対的な第２位置情報とに基づいて、微動ステージの所定方向の位置情報が精度良く計測される。従って、微動ステージ及び／又は粗動ステージを精度良く駆動することが可能になる。
　本発明の第８の態様によれば、所定平面に沿って移動する粗動ステージと、該粗動ステージ上で微動可能な微動ステージとを有する粗微動ステージを駆動するステージ駆動方法であって、前記粗動ステージに設けられ、前記粗微動ステージの外部に前記所定平面と実質的に平行に配置される第１グレーティング部と、前記微動ステージに配置される第２グレーティング部とにそれぞれ第1、第２計測ビームを照射し、前記第１、第２グレーティング部からの回折光を受光するエンコーダヘッドの出力に基づいて、前記微動ステージの所定方向の位置情報を計測する工程を含む第２のステージ駆動方法が、提供される。
　これによれば、エンコーダヘッドが粗動ステージに設けられているので、微動ステージが、粗動ステージ上で移動しても、配管等の張力などによって微動ステージの動きが邪魔されることがない。また、粗微動ステージが、所定平面に沿って移動した場合、第１グレーティング部と第２グレーティング部とにそれぞれ第1、第２計測ビームを照射し、第１、第２グレーティング部からの回折光を受光するエンコーダヘッドの出力に基づいて、微動ステージの所定方向の位置情報が精度良く計測される。従って、微動ステージ及び／又は粗動ステージを精度良く駆動することが可能になる。
　本発明の第９の態様によれば、所定平面に沿って移動する粗動ステージと、該粗動ステージ上で微動可能な微動ステージとを有する粗微動ステージを駆動するステージ駆動方法であって、前記粗動ステージに固定された１又は２以上のエンコーダヘッドのうち、前記粗微動ステージの外部に前記所定平面と実質的に平行に配置された第１グレーティング部に、前記微動ステージの光透過を介して第１計測ビームを照射し、前記第１グレーティング部からの回折光を前記光透過部を介して受光する、少なくとも１つの前記エンコーダヘッドの出力に基づいて、前記所定平面内における前記粗微動ステージの位置情報を計測する工程と；計測された前記粗微動ステージの位置情報に基づいて、前記粗微動ステージを駆動する工程と；を含む第３のステージ駆動方法が、提供される。
　これによれば、１又は２以上のエンコーダヘッドが粗動ステージに固定されているので、微動ステージが、粗動ステージ上で移動しても、配管等の張力などによって微動ステージの動きが邪魔されることがない。また、粗微動ステージが、所定平面に沿って移動した場合、微動ステージの光透過部を介して第１グレーティング部に、第１計測ビームを照射し、第１グレーティング部からの回折光を光透過部を介して受光する、少なくとも１つのエンコーダヘッドの出力に基づいて、所定平面内における粗微動ステージの位置情報が精度良く計測される。従って、粗微動ステージを精度良く駆動することが可能になる。
　本発明の第１０の態様によれば、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方法であって、本発明の第１ないし第３のステージ駆動方法のいずれかを用いて、前記物体が前記微動ステージ上に載置された粗微動ステージの駆動を行う露光方法が、提供される。
　これによれば、物体が載置された微動ステージが、本発明の第1ないし第３のステージ駆動方法のいずれかを用いて精度良く駆動されるので、その物体をエネルギビームで露光して、該物体上にパターンを精度良く形成することが可能になる。
　本発明の第１１の態様によれば、本発明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が、提供される。
一実施形態の露光装置の構成を概略的に示す図である。 エンコーダヘッド及び干渉計の配置を説明するための図である。 図１のウエハステージの一部を断面して示す図である。 エンコーダヘッドの本体部内の光学系の構成を説明するための図である。 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。
　以下、本発明の一実施形態について、図１～図５に基づいて説明する。
　図１には、一実施形態の露光装置１００の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、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５０、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（図１では不図示、図５参照）によって、ＸＹ平面内で微少駆動可能であるとともに、走査方向（図１における紙面内左右方向であるＹ軸方向）に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方向の位置、すなわちθｚ回転の情報を含む）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。
　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、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。
　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。このスケール板２１は、本実施形態では、その一部に鏡筒４０の－Ｚ側端部が挿入される円形の開口、及び後述するアライメント系の－Ｚ側端部が挿入される円形の開口を有する矩形のプレートから成り、不図示のボディに吊り下げ支持されている。本実施形態では、投影ユニットＰＵ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）にスケール板２１が吊り下げ支持されている。スケール板２１の下面（－Ｚ側の面）には、２次元グレーティングとして、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ＲＧ（図３及び図４参照）が形成されている。この回折格子ＲＧは、ウエハステージＷＳＴの移動範囲をカバーしている。
　ウエハステージ装置５０は、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、該ステージベース１２上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では一部のみ図示、図５参照）、及び後述するエンコーダシステム及びウエハレーザ干渉計システム等を備えている。
　ステージベース１２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。
　ウエハステージＷＳＴは、図１に示されるように、ウエハ粗動ステージ（以下、粗動ステージと略述する）９１と、例えばボイスコイルモータ等を含む不図示の駆動機構により、粗動ステージ９１に対して非接触で支持されたウエハテーブルＷＴＢとを有している。ウエハテーブルＷＴＢは、ウエハ微動ステージとも呼ばれる。ウエハテーブルＷＴＢは、図２に示されるように、平面視（上方から見て）ほぼ正方形の板状部材から成り、不図示の駆動機構によって、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、θｘ方向、θｙ方向、及びθｚ方向の６自由度方向に微小駆動される。粗動ステージ９１は、その外縁がウエハテーブルＷＴＢとほぼ重なる正方形状のフランジ部２８が上端部の外周に設けられた直方体状（高さの低い正四角柱状）の本体部と、該本体部の底部に一体的に設けられたスライダ部９１ａとを備えている。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ローレンツ電磁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。
　ウエハステージＷＳＴ（粗動ステージ９１）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、例えば数μｍ程度のクリアランスを介して浮上支持され、上記の平面モータ３０によって、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びθｚ方向に駆動される。なお、平面モータ３０によってウエハステージＷＳＴを６自由度方向に駆動しても良い。
　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、図５の主制御装置２０によって制御される。平面モータ３０と、前述の駆動機構とを含んで、図５の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。
　ウエハテーブルＷＴＢ上には、その上面の円形凹部内に不図示のウエハホルダが設けられ、該ウエハホルダ上にウエハＷが載置される。ウエハＷは、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、ウエハホルダに固定されている。本実施形態では、ウエハホルダ上に吸着されたウエハＷの表面と、ウエハテーブルＷＴＢの表面のうち、少なくともウエハ載置領域（円形凹部にほぼ対応）の周囲領域の表面とは、ほぼ同一の高さに設定されている。しかし、必ずしもこのように設定する必要はない。
　また、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置情報は、エンコーダシステム７０（図１では不図示、図５参照）によって計測可能に構成されている。以下、エンコーダシステム７０の構成等について詳述する。
　ウエハステージＷＳＴには、図２の平面図に示されるように、その４隅にそれぞれエンコーダヘッド（以下、適宜、ヘッドと略述する）６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ及び６０Ｄが設けられている。このうち、ウエハステージＷＳＴの一方の対角線上に位置する一対のヘッド６０Ａ、６０Ｃは、Ｙ軸方向を計測方向とするヘッドである。また、ウエハステージＷＳＴのもう一方の対角線上に位置する一対のヘッド６０Ｂ、６０Ｄは、Ｘ軸方向を計測方向とするヘッドである。
　ここで、ヘッド６０Ａ～６０ＤのウエハステージＷＳＴに対する取り付け状況について、ヘッド６０Ｃを代表的に採り上げ、該ヘッド６０Ｃ近傍のウエハステージＷＳＴの断面図である図３に基づいて説明する。
　ヘッド６０Ｃは、図３に示されるように、その内部に後述する光学系を収容する直方体状（又は円筒状）の本体部２２を有し、粗動ステージ９１のフランジ部２８上面の、＋Ｘ端部かつ＋Ｙ端部の角部（角の近傍の領域）に固定されている。すなわち、ヘッド６０Ｃは、ウエハテーブルＷＴＢの＋Ｘ端部かつ＋Ｙ端部の角部に対向する位置に固定されている。詳述すると、ヘッド６０Ｃの本体部２２は、フランジ部２８の上面に形成された所定深さの平面視矩形（又は円形）の凹部２８ａの内部に上方から挿入され固定されている。また、ヘッド６０Ｃは、その上部が、ウエハテーブルＷＴＢに下面に形成された平面視矩形（又は円形）で凹部２８ａより一回り大きい凹部２３の内部に下方から挿入されている。（すなわち、ウエハテーブルＷＴＢの下面には、四隅の近傍に、ヘッド６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄのそれぞれに対向して、４つの凹部２３が形成され、各凹部２３の内部にヘッド６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄが、下端部の一部を除きそれぞれ収容される状態で、ウエハテーブルＷＴＢが、不図示の駆動機構を介して粗動ステージ９１の上方に非接触で支持されている。）
　この場合、ヘッド６０Ｃの本体部２２の上面及び外周面と、ウエハテーブルＷＴＢとの間には、ウエハテーブルＷＴＢが、粗動ステージ９１上で６自由度方向のいずれの方向に最大限駆動されても、凹部２３の内壁面に、本体部２２が接触しない程度の隙間が形成されている。
　フランジ部２８の凹部２８ａの底壁には、その中央部に上下に貫通した開口２８ｂが形成され、この開口２８ｂを介して、本体部２２の内部にそれぞれの一端が導入された４本の光ファイバ６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄが、フランジ部２８の外部に取り出されている。４本の光ファイバ６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄの他端は、粗動ステージ９１の下端部近傍に取り付けられている。このうち、光ファイバ６２ｂ、６２ｄは、受光用ファイバであり、それぞれの他端は、第１、第２光検出器をそれぞれ有する不図示の第１、第２受光系に光学的に接続されている。また、光ファイバ６２ａ、６２ｃは、送光用ファイバであり、それぞれの他端は、同一の光源（又は同一波長の光を射出する２つの光源）に、それぞれ光学的に接続されている。なお、光ファイバ６２ａ、６２ｃは、同一の光ファイバが途中で分岐されたものであっても良く、この場合、同一の光源からの光を２分割して、本体部２２内にそれぞれ導くようにすることができる。
　ウエハテーブルＷＴＢの凹部２３の上壁部分には、上下方向に貫通し、段部を有する開口２４が形成されている。この開口２４の内部には、例えばガラスなどの透明部材から成る、グレーティングプレート２６が段部に支持される状態で固定されている。グレーティングプレート２６のＹ軸方向の中央部には、Ｙ軸方向を周期方向とする反射型の回折格子ＲＧ２Yが、形成されている。この場合、グレーティングプレート２６の外周縁と開口２４の内壁面との間には、所定のクリアランスが形成されている。これは、グレーティングプレート２６が熱膨張した場合に、余計な熱応力がグレーティングプレート２６に作用しないようにするためである。また、グレーティングプレート２６の上面は、ウエハテーブルＷＴＢ上面とほぼ同一面となっている。なお、グレーティングプレート２６の設置面は必ずしもＺ軸方向に関してウエハテーブルＷＴＢの上面と同一でなくても良い。
　Ｙ軸方向を計測方向とする残りのヘッド６０Ａは、上記ヘッド６０Ｃと同様に構成され、フランジ部２８の、－Ｘ端部かつ－Ｙ端部の角部に固定されている。また、このヘッド６０Ａの近傍の各構成部材も、上記と同様に構成されている。
　また、Ｘ軸方向を計測方向とする一対のヘッド６０Ｂ、６０Ｄは、上記ヘッド６０Ｃと同様に構成され、フランジ部２８の、＋Ｘ端部かつ－Ｙ端部の角部、－Ｘ端部かつ＋Ｙ端部の角部に、それぞれに固定されている。また、これらのヘッドの近傍の各構成部材も、上記と同様に構成されている。ただし、ヘッド６０Ｂ、６０Ｄに対向するグレーティングプレート２６に形成された回折格子の周期方向は、Ｘ軸方向となっている。
　ここで、ヘッド６０Ｃの内部の光学系の概略構成などについて、図４に基づいて説明する。ヘッド６０Ｃの本体部２２の内部には、例えば、その分離面がＸＺ平面と平行である偏光ビームスプリッタＰＢＳ、一対の反射ミラーＲ１ａ，Ｒ１ｂ、各２対のレンズＬ１ａ，Ｌ１ｂ及びＬ２ａ，Ｌ２ｂ、四分の一波長板（以下、λ／４板と記述する）ＷＰ１ａ，ＷＰ１ｂ及びＷＰ２ａ，ＷＰ２ｂ、並びに反射ミラーＲ２ａ，Ｒ２ｂ及びＲ３ａ，Ｒ３ｂ等を含む光学系６４が収容されている。
　偏光ビームスプリッタＰＢＳの入射面に対向して光ファイバ６２ａ，６２ｃの一端面がそれぞれ配置され、偏光ビームスプリッタＰＢＳの射出面に対向して光ファイバ６２ｂ，６２ｄの一端面がそれぞれ配置されている。
　このヘッド６０Ｃによって構成されるエンコーダ（以下、Ｙエンコーダ７０Ｃと記述する（図５参照））において、粗動ステージ９１に設けられた光源、例えば半導体レーザなどから射出されたレーザビームＬＢ（計測光）は、光ファイバ６２ａ，６２ｃをそれぞれ介して偏光ビームスプリッタＰＢＳに入射し、偏光分離により計測ビームＬＢ1、ＬＢ2、及びＬＢ3、ＬＢ4となる。
　偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過した計測ビームＬＢ1は反射ミラーＲ１ａを介してスケール板２１に到達し、偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射された計測ビームＬＢ2は反射ミラーＲ１ｂを介してスケール板２１に到達する。なお、ここで「偏光分離」とは、入射ビームをＰ偏光成分とＳ偏光成分に分離することを意味する。
　計測ビームＬＢ1、ＬＢ2の照射によって回折格子ＲＧから発生する所定次数の回折ビーム、例えば１次回折ビームはそれぞれ、レンズＬ１ｂ、Ｌ１ａを介してλ／４板ＷＰ１ｂ、ＷＰ１ａにより円偏光に変換された後、反射ミラーＲ２ｂ、Ｒ２ａにより反射されて再度λ／４板ＷＰ１ｂ、ＷＰ１ａを通り、往路と同じ光路を逆方向に辿って偏光ビームスプリッタＰＢＳに達する。
　偏光ビームスプリッタＰＢＳに達した２つのビームは、各々その偏光方向が元の方向に対して９０度回転している。このため、先に偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過した計測ビームＬＢ1の１次回折ビームは、偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射されて、光ファイバ６２ｂを介して第１受光系（不図示）に入射するとともに、先に偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射された計測ビームＬＢ2の１次回折ビームは、偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過して計測ビームＬＢ1の１次回折ビームと同軸に合成されて光ファイバ６２ｂを介して第１受光系に入射する。
　そして、上記２つの１次回折ビームは、第１受光系の内部で、例えば検光子によって偏光方向が揃えられ、相互に干渉して干渉光となり、この干渉光が第１光検出器、例えばフォトマルチプライヤ・チューブなどによって検出され、干渉光の強度に応じた電気信号に変換される。
　同様に、偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過した計測ビームＬＢ3は反射ミラーＲ１ａを介してグレーティングプレート２６に到達し、偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射された計測ビームＬＢ4は反射ミラーＲ１ｂを介してグレーティングプレート２６に到達する。
　計測ビームＬＢ3、ＬＢ4の照射によって回折格子ＲＧ２Yから発生する所定次数の回折ビーム、例えば１次回折ビームはそれぞれ、レンズＬ２ｂ、Ｌ２ａを介してλ／４板ＷＰ２ｂ、ＷＰ２ａにより円偏光に変換された後、反射ミラーＲ３ｂ、Ｒ３ａにより反射されて再度λ／４板ＷＰ２ｂ、ＷＰ２ａを通り、往路と同じ光路を逆方向に辿って偏光ビームスプリッタＰＢＳに達する。
　偏光ビームスプリッタＰＢＳに達した２つのビームは、各々その偏光方向が元の方向に対して９０度回転している。このため、先に偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過した計測ビームＬＢ3の１次回折ビームは、偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射されて、光ファイバ６２ｄを介して第２受光系（不図示）に入射するとともに、先に偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射された計測ビームＬＢ4の１次回折ビームは、偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過して計測ビームＬＢ3の１次回折ビームと同軸に合成されて光ファイバ６２ｄを介して第２受光系に入射する。
　そして、上記２つの１次回折ビームは、第２受光系の内部で、例えば検光子によって偏光方向が揃えられ、相互に干渉して干渉光となり、この干渉光が第２光検出器によって検出され、干渉光の強度に応じた電気信号に変換される。
　上記の説明からわかるように、Ｙエンコーダ７０Ｃ（エンコーダヘッド６０Ｃ）では、計測ビームＬＢ1，ＬＢ2、及びＬＢ3，ＬＢ4の空気中での光路長が干渉計などに比べて短いため、空気揺らぎの影響が殆ど無視できる。そして、計測方向（この場合、Ｙ軸方向）に関する、ウエハステージＷＳＴの移動によるヘッド６０Ｃとスケール板２１との相対移動、及び／又はウエハテーブルＷＴＢと粗動ステージ９１（すなわち、グレーティングプレート２６とヘッド６０Ｃ）との相対移動によって計測ビームＬＢ1，ＬＢ2、及び／又はＬＢ3，ＬＢ4で位相が変化して干渉光の強度が変化する。この干渉光の強度の変化が、第１、第２受光系によってそれぞれ検出され、その強度変化に応じた第１位置情報及び第２位置情報が、Ｙエンコーダ７０Ｃから主制御装置２０（図５参照）へ出力される。この場合、第１位置情報は、粗動ステージ９１とスケール板２１とのＹ軸方向に関する相対位置（第１の位置関係）を示す情報であり、第２位置情報は、粗動ステージ９１とグレーティングプレート２６（ウエハテーブルＷＴＢ）とのＹ軸方向に関する相対位置（第２の位置関係）を示す情報である。
　ところで、図４から明らかなように、本実施形態では、計測ビームＬＢ1，ＬＢ2、及び計測ビームＬＢ3，ＬＢ4はそれぞれ、スケール板２１の下面（格子形成面）に垂直、すなわちＺ軸に平行な所定の中心軸ＡＸEに関して対称な光路に沿って、回折格子ＲＧ、ＲＧ２Yに照射される。ヘッド６０Ｃ等では、計測ビームＬＢ1とＬＢ2の光路が左右対称であること、及び計測ビームＬＢ3とＬＢ4の光路が左右対称であることが、重要である。これは、対称性が崩れると、その対称性の崩れに起因して計測誤差が生じるからである。この点については、例えば国際公開第２００８／０２６７３２号（対応米国特許出願公開第２００８／０１０６７２２号明細書）などに詳述されている。本実施形態では、上述の中心軸ＡＸEを共通とする対称な光路に沿って、回折格子ＲＧ、ＲＧ２Yにそれぞれ、計測ビームＬＢ1，ＬＢ2、及び計測ビームＬＢ3，ＬＢ4が、ヘッド６０Ｃから照射されるようになっているので、上述の対称性を維持しつつ、一部の光学素子、例えば図４中の反射ミラーＲ１ａ、Ｒ１ｂなどを、計測ビームＬＢ1，ＬＢ2及びこれらに由来する回折ビームと、計測ビームＬＢ3，ＬＢ4及びこれらに由来する回折ビームとで、共用できるようになっている。
　ヘッド６０Ａは、ヘッド６０Ｃと同様に構成された光学系６４を有し、スケール板２１及びグレーティングプレート２６に、各一対の計測ビームをそれぞれ照射し、上記と同様の計測原理に基づいて、粗動ステージ９１とスケール板２１とのＹ軸方向に関する相対位置を示す第１位置情報、粗動ステージ９１とグレーティングプレート２６（ウエハテーブルＷＴＢ）とのＹ軸方向に関する相対位置を示す第２位置情報を、主制御装置２０に対して出力する。ヘッド６０Ａによって構成されるエンコーダを、以下Ｙエンコーダ７０Ａ（図５参照）と呼ぶ。
　残りのヘッド６０Ｂ，６０Ｄは、計測方向がＸ軸方向であるが、上述のヘッド６０Ｃと同様に構成され、同様の計測原理に従って、粗動ステージ９１とスケール板２１とのＸ軸方向に関する相対位置を示す第１位置情報、粗動ステージ９１とグレーティングプレート２６（ウエハテーブルＷＴＢ）とのＸ軸方向に関する相対位置を示す第２位置情報を、主制御装置２０に対して出力する。ヘッド６０Ｂ，６０Ｄによって構成されるエンコーダを、以下では、Ｘエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄ（図５参照）と呼ぶ。
　主制御装置２０は、Ｙエンコーダ７０Ｃからの第１位置情報及び第２位置情報に基づいて、粗動ステージ９１とスケール板２１（回折格子ＲＧ）とのＹ軸方向に関する第１の位置関係と、粗動ステージ９１とグレーティングプレート２６（回折格子ＲＧ２Y、すなわちウエハテーブルＷＴＢ）とのＹ軸方向に関する第２の位置関係とを算出するとともに、第１及び第２の位置関係に基づいてウエハテーブルＷＴＢ（ウエハＷ）とスケール板２１（回折格子ＲＧ）とのＹ軸方向に関する位置関係、すなわちウエハテーブルＷＴＢ（ウエハＷ）のＹ軸方向に関する位置（Ｙ位置）Ｙｃを算出することができる。
　主制御装置２０は、上記と同様に、Ｙエンコーダ７０Ａからの第１位置情報及び第２位置情報に基づいて、上記第１の位置関係と第２の位置関係とを算出するとともに、第１及び第２の位置関係に基づいてウエハテーブルＷＴＢ（ウエハＷ）とスケール板２１（回折格子ＲＧ）とのＹ軸方向に関する位置関係、すなわちウエハテーブルＷＴＢ（ウエハＷ）のＹ軸方向に関する位置（Ｙ位置）Ｙａを算出することができる。
　主制御装置２０は、上記と同様にして、Ｘエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄそれぞれからの第１位置情報及び第２位置情報に基づいて、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハＷ）とスケール板２１（回折格子ＲＧ）とのＸ軸方向に関する位置関係、すなわちウエハテーブルＷＴＢ（ウエハＷ）のＸ軸方向に関する位置（Ｘ位置）Ｘｂ，Ｘｄを、算出することができる。
　そして、主制御装置２０は、露光時などには、上記のＹ位置Ｙｃ、Ｙａ及びＸ位置Ｘｂ，Ｘｄの少なくとも３つを用いて、ウエハテーブルＷＴＢのＸＹ平面内の位置（すなわち、Ｘ軸方向，Ｙ軸方向，及びθｚ方向の３自由度方向の位置）を算出しながら、ウエハテーブルＷＴＢのＸＹ平面内の位置制御を行う。
　また、本実施形態のエンコーダシステム７０の各エンコーダは、例えばウエハテーブルＷＴＢがＸＹ平面に対して傾斜すると、前述した計測ビームＬＢ3とＬＢ4の光路の対称性が崩れ、前述の第２位置情報に計測誤差が発生する。また、例えば粗動ステージ９１がＸＹ平面に対して傾斜すると、計測ビームＬＢ3とＬＢ4の光路の対称性及び計測ビームＬＢ1とＬＢ2の光路の対称性が崩れ、前述の第１の位置情報及び第２の位置情報に計測誤差が発生する。
　そこで、予め、ウエハテーブルＷＴＢのＸＹ平面に対する傾斜（θｘ回転、θｙ回転）と各エンコーダの第２位置情報に含まれる計測誤差との関係、及び粗動ステージ９１のＸＹ平面に対する傾斜と各エンコーダの第１及び第２位置情報に含まれる計測誤差との関係が求められ、その求めた関係が、例えば補正関数又は補正マップの形式で、主制御装置２０の内部メモリに格納されている。なお、上記各関係は、例えば前述の国際公開第２００８／０２６７３２号（対応米国特許出願公開第２００８／０１０６７２２号明細書）などに開示される、非計測方向へのヘッドとスケールの相対運動に起因する各エンコーダの計測誤差を補正する補正情報の取得方法と同様の方法を用いることで、取得することが可能である。
　また、本実施形態では、ウエハステージＷＳＴの位置は、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」という）１８（図５参照）によって、エンコーダシステム７０とは独立して、計測可能に構成されている。ウエハステージＷＳＴは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向それぞれの一側の端面（側面）にＸ反射面及びＹ反射面が形成され、ウエハ干渉計システム１８は、Ｘ反射面とＹ反射面にそれぞれ複数のレーザビーム（測長ビーム）を照射して、ウエハステージＷＳＴの５自由度方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、θｘ方向、θｙ方向、及びθｚ方向）の位置を計測可能である。
　ウエハテーブルＷＴＢの＋Ｙ側の面（＋Ｙ端面）及び－Ｘ側の面（－Ｘ端面）には、それぞれ鏡面加工が施され、反射面１７ａ，１７ｂが形成されている（図２参照）。また、粗動ステージ９１のフランジ部２８には、＋Ｙ端面及び－Ｘ端面に、それぞれ鏡面加工が施され、反射面１７ｃ，１７ｄが形成されている（図２及び図３参照）。
　ウエハ干渉計システム１８は、反射面１７ａ及び１７ｃそれぞれに、Ｙ軸方向と平行な複数の測長ビームを照射するＹ干渉計１８Ｙと、反射面１７ｂ及び１７ｄそれぞれに、Ｘ軸方向と平行な複数の測長ビームを照射するＸ干渉計とを備え、このＸ干渉計は複数、本実施形態では２つのＸ干渉計１８Ｘ1、１８Ｘ2を含む（図２及び図５参照）。
　Ｙ干渉計１８ＹのＹ軸方向に関する実質的な測長軸は、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと、後述するアライメント系ＡＬＧの検出中心とを通るＹ軸方向の直線である。Ｙ干渉計１８Ｙは、ウエハテーブルＷＴＢのＹ軸方向、θｚ方向及びθｘ方向の位置情報、並びに粗動ステージ９１のθｘ方向（及びＹ軸方向）の位置情報を計測する。
　また、Ｘ干渉計１８Ｘ1のＸ軸方向に関する実質的な測長軸は、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを通るＸ軸方向の直線である。Ｘ干渉計１８Ｘ2は、ウエハテーブルＷＴＢのＸ軸方向、θｙ方向（及びθｚ方向）の位置情報、並びに粗動ステージ９１のθｙ方向（及びＸ軸方向）の位置情報を計測する。
　また、Ｘ干渉計１８Ｘ2の測長軸は、アライメント系ＡＬＧの検出中心を通るＸ軸方向の直線である。Ｘ干渉計１８Ｘ1は、ウエハテーブルＷＴＢのＸ軸方向及びθｙ方向の位置情報、並びに粗動ステージ９１のθｙ方向（及びＸ軸方向）の位置情報を計測する。
　なお、例えば、上記反射面１７ａ，１７ｂに代えて、ウエハテーブルＷＴＢの端部に、平面ミラーからなる移動鏡を取り付けても良い。また、ウエハテーブルＷＴＢにＸＹ平面に対し４５°傾斜した反射面を設け、該反射面を介してウエハテーブルＷＴＢのＺ軸方向の位置を計測するようにしても良い。
　ウエハ干渉計システム１８の各干渉計の計測値は、主制御装置２０に供給されている。但し、本実施形態では、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＸＹ平面内の位置（θｚ回転を含む）の制御に際しては、主として、上述したエンコーダシステム７０によって計測される位置情報が用いられ、干渉計１８Ｙ、１８Ｘ1、１８Ｘ2の計測値は、そのエンコーダシステム７０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。ただし、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びθｚ方向以外の、θｘ方向及びθｙ方向についてのウエハテーブルＷＴＢの位置は、ウエハ干渉計システム１８の各干渉計によって計測される。また、粗動ステージ９１のθｘ回転、及びθｙ回転は、ウエハ干渉計システム１８の各干渉計によって計測される。
　アライメント系ＡＬＧは、図１及び図２に示されるように、投影光学系ＰＬの－Ｙ側に所定間隔を隔てて配置されている。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に供給される（図５参照）。
　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対象マークに照射し、その対象マークから発生する散乱光又は回折光を検出する、あるいはその対象マークから発生する２つの回折光（例えば同次数の回折光、あるいは同方向に回折する回折光）を干渉させて検出するアライメントセンサを単独であるいは適宜組み合わせて用いることは勿論可能である。
　その他、本実施形態の露光装置１００には、投影ユニットＰＵの近傍に、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５参照）が設けられている。多点ＡＦ系ＡＦの検出信号は、不図示のＡＦ信号処理系を介して主制御装置２０に供給される（図５参照）。主制御装置２０は、多点ＡＦ系ＡＦの検出信号に基づいて、各検出点におけるウエハＷ表面のＺ軸方向の位置情報を検出し、その検出結果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、アライメント系ＡＬＧの近傍に多点ＡＦ系を設けて、ウエハアライメント時にウエハ表面の面位置情報（凹凸情報）を事前に取得し、露光時には、その面位置情報とウエハテーブル上面のＺ軸方向の位置を検出する別のセンサの計測値とを用いて、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こととしても良い。
　露光装置１００では、さらに、レチクルＲの上方に、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検出系１３Ａ，１３Ｂ（図１では不図示、図５参照）が設けられている。レチクルアライメント検出系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。
　図５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。
　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、前述のレチクルアライメント検出系１３Ａ，１３Ｂ、ウエハテーブルＷＴＢ上の不図示の基準板などを用いて、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及びアライメント系ＡＬＧのベースライン計測が行われ、これと前後して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）などが行われる。
　そして、主制御装置２０により、ベースラインの計測結果、及びウエハアライメントの結果に基づいて、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。この露光動作は、前述したレチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとの同期移動を行う走査露光動作と、ウエハステージＷＳＴをショット領域の露光のための加速開始位置に移動するショット間移動（ステッピング）動作とを交互に繰り返すことで行われる。
　上記の走査露光中、主制御装置２０は、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）のＸＹ平面内における位置情報（θｚ方向の回転情報を含む）を、エンコーダシステム７０を用いて計測するとともに、ウエハテーブルＷＴＢのθｘ回転及びθｙ回転、並びに粗動ステージ９１のθｘ回転及びθｙ回転をＸ干渉計１８Ｘ1及びＹ干渉計１８Ｙを用いて計測し、エンコーダシステム７０の少なくとも３つのエンコーダの各計測値を、ウエハテーブルＷＴＢのθｘ回転及びθｙ回転、並びに粗動ステージ９１のθｘ回転及びθｙ回転と、前述の補正関数又は補正マップとに基づいて、補正し、その補正後の少なくとも３つのエンコーダの各計測値に基づいて、ウエハテーブルＷＴＢのＸＹ平面内の位置を制御する。また、上記の走査露光中、主制御装置２０は、多点ＡＦ系ＡＦの計測値に基づいて不図示駆動機構を駆動することで、ウエハＷの露光対象のショット領域の一部（露光領域ＩＡに対応する領域）を投影光学系ＰＬの焦点深度内に合致させる、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。このため、フォーカス・レベリング時にウエハテーブルＷＴＢが、Ｚ軸方向、θｘ方向、及びθｚ方向の少なくとも１つの方向に駆動される。
　従って、本実施形態の露光装置１００によると、ウエハＷのいわゆるフォーカス・レベリング制御を実行しつつ、エンコーダシステム７０の各エンコーダの計測情報に基づいて、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置（θｚ方向の回転を含む）を高精度に制御することができる。
　ところで、ステージベース１２の上面の加工精度と、スライダ部９１ａの複数のエアベアリングの性能をある程度高くすれば、粗動ステージ９１のＺ軸方向、θｘ方向及びθｙ方向の移動は、非常に小さくなるものと考えられる。この場合、粗動ステージ９１のＸＹ平面に対する傾斜による、各エンコーダの第１、第２位置情報に含まれる計測誤差は殆ど無視できる。この場合、ウエハ干渉計システム１８により、粗動ステージ９１の傾斜を計測する必要もない。また、この場合、ウエハテーブルＷＴＢが、ＸＹ平面に対して傾斜しても、各エンコーダの、計測ビームＬＢ1，ＬＢ2の光路の対称性の崩れは生じず、計測ビームＬＢ1，ＬＢ2に比べて光路長が短く、ヘッドに対する回折格子の傾斜の影響が、より小さい計測ビームＬＢ3，ＬＢ4の光路の対称性の崩れが生じるのみである。従って、ウエハテーブルＷＴＢのＸＹ平面に対する傾斜に起因する各エンコーダの計測誤差を小さくすることができる。
　以上説明したように、本実施形態に係るウエハステージ装置５０によると、エンコーダシステム７０を構成する複数のヘッド６０Ａ～６０Ｄが、粗動ステージ９１に設けられていることから、それらのヘッド６０Ａ～６０Ｄに対する電力の供給用などの配線等は、粗動ステージ９１とウエハテーブルＷＴＢとの間には存在しない。従って、ウエハテーブルＷＴＢが、粗動ステージ９１上でＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、θｘ方向、θｘ方向及びθｚ方向の６自由度方向のうちのいずれの方向に、駆動機構によって駆動されても、上記の配線等の張力などによってウエハテーブルＷＴＢの動きが邪魔されることがない。また、ウエハテーブルＷＴＢが、粗動ステージ９１上でＸＹ平面に平行な方向に移動した場合、エンコーダシステム７０により、複数のヘッド６０Ａ～６０Ｄのうち、スケール板２１（回折格子ＲＧ）及びグレーティングプレート２６（回折格子ＲＧ２Yなど）に対向する１又は２以上のヘッドの出力に基づいて、ＸＹ平面内におけるウエハテーブルＷＴＢの位置情報が精度良く計測される。従って、ウエハテーブルＷＴＢの微動の影響を受けずに、ウエハテーブルＷＴＢのＸＹ平面内の位置情報を精度良く計測することができる。
　また、ウエハステージ装置５０では、粗動ステージ９１に対してウエハテーブルＷＴＢが移動可能な範囲内で移動しても、各ヘッドによる計測には特に支障は生じない。従って、ウエハテーブルＷＴＢのレベリング、及び加減速に起因する粗動ステージ９１とウエハテーブルＷＴＢとの間の相対変位などの影響で、エンコーダシステム７０によるウエハテーブルＷＴＢなどの位置計測が悪影響を受ける、例えば計測誤差が生じる、あるいは計測不能になるなどの事態が発生するおそれはない。
　また、本実施形態によると、前述の如く、配線等の張力などによってウエハテーブルＷＴＢの動きが邪魔されることがないので、ウエハステージＷＳＴにエンコーダヘッドを複数取り付けても特に支障は生じない。従って、ウエハテーブルＷＴＢの微動の影響を受けずに、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）のＸＹ平面内の位置情報を精度良く求めることができ、ひいては露光の際のウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）のＸＹ平面内の位置を高精度に制御して、ウエハテーブルＷＴＢに保持されたウエハＷに対する高精度な露光が可能になる。また、熱源となる光源及び光検出器が、ヘッド内に存在しないので、ウエハテーブルＷＴＢの熱による影響を軽減することができる。
　なお、上記実施形態では、各ヘッドから、スケール板２１（回折格子ＲＧ）、グレーティングプレート２６（例えば回折格子ＲＧ２Y）に、一対の計測ビームＬＢ1，ＬＢ2と、一対の計測ビームＬＢ3，ＬＢ4とが、別々に照射される。そして、主制御装置２０は、計測ビームＬＢ1，ＬＢ2にそれぞれ由来する回折光（回折格子ＲＧからの戻り光）同士の干渉光の光電変換信号に基づいて、粗動ステージ９１とスケール板２１との計測方向に関する第１の位置関係を求め、計測ビームＬＢ3，ＬＢ4にそれぞれ由来する回折光（例えば回折格子ＲＧ２Yからの戻り光）同士の干渉光の光電変換信号に基づいて、粗動ステージ９１とグレーティングプレート２６（ウエハテーブルＷＴＢ）との前記計測方向に関する第２の位置関係を求め、さらに第１及び第２の位置関係に基づいて、ウエハテーブルＷＴＢとスケール板２１との前記計測方向に関する位置関係を算出する。しかしながら、本発明がこれに限定されるものではない。
　すなわち、例えば、ウエハテーブルＷＴＢ（微動ステージ）には、粗動ステージ９１に固定された１又は２以上のエンコーダヘッド（該エンコーダヘッドを含んでエンコーダシステム（計測装置）が構成される）に対向して、各エンコーダヘッドからの計測ビームが透過可能な光透過部、例えば開口部、透明部（例えばグレーティングプレート２６はこれに相当）などが、少なくとも一部にあれば良く、必ずしもグレーティング（回折格子）は設けられていなくても良い。かかる場合であっても、ウエハステージＷＳＴ（粗微動ステージ）の外部にＸＹ平面と実質的に平行に配置されたスケール板２１（回折格子ＲＧ）に、上記光透過部を介して計測ビーム（ＬＢ1、ＬＢ2）を照射し、スケール板２１（回折格子ＲＧ）からの回折光を上記光透過部を介して受光する、少なくとも１つのエンコーダヘッドの出力に基づいて、ＸＹ平面内におけるウエハステージＷＳＴの位置情報を精度良く（例えば、空気揺らぎの影響を殆ど受けることなく）計測することができる。この場合、１又は２以上のエンコーダヘッドが粗動ステージ９１に固定されているので、微動ステージ（ウエハテーブルＷＴＢ）が、粗動ステージ上でいずれの方向に駆動されても、配管等の張力などによって微動ステージの動きが邪魔されることがない。
　また、上記の場合、粗動ステージ９１と微動ステージ（ウエハテーブルＷＴＢ）とのＸＹ平面内における位置関係を計測するセンサをさらに備えていても良い。この場合、センサとしては、一例として、微動ステージに配置された回折格子に計測ビームを照射するエンコーダヘッドを含むエンコーダを用いることができる。かかる場合には、ウエハステージＷＳＴの位置情報、すなわちスケール板２１とウエハステージＷＳＴとのＸＹ平面内における位置関係の情報と、上記センサの計測情報とに基づいて、上記実施形態と同様に、微動ステージ（ウエハテーブルＷＴＢ）の微動の影響を受けずに、微動ステージのＸＹ平面内の位置情報を精度良く求めることができ、ひいては微動ステージ（粗微動ステージ）のＸＹ平面内の位置を高精度に制御することが可能になる。なお、上記センサではエンコーダヘッドを微動ステージに設けても良いが、微動ステージには回折格子を設けることが好ましい。この場合、回折格子を設ける位置は上記実施形態に限られず任意で良いし、上記センサは上記実施形態のエンコーダと別設しても良いし、あるいはその少なくとも一部を上記実施形態のエンコーダで兼用しても良い。また、上記センサはエンコーダ以外、例えば干渉計などであっても良く、この場合は微動ステージに回折格子を設ける必要はない。
　また、上記実施形態と同様に、ウエハテーブルＷＴＢに光透過部（グレーティングプレート２６）及び回折格子（ＲＧ２Y）を設ける場合においても、例えば、本体部２２内部の光学系の構成を工夫し、スケール板２１に一対の第１計測ビームを照射し、それぞれの第１計測ビームに由来する回折格子ＲＧからの一対の回折ビーム、又はその一対の回折ビームにそれぞれ由来する一対の回折ビームを、一対の第２計測ビームとして、グレーティングプレート２６（例えば回折格子ＲＧ２Y）に照射し、それぞれの第２計測ビームに由来する回折格子ＲＧ２Yからの一対の回折ビームを、受光系で受光し、その受光系の出力信号として、上述の第１の位置関係と第２の位置関係との差に相当する情報を出力するような構成を採用しても良い。あるいは、グレーティングプレート２６（例えば回折格子ＲＧ２Y）に一対の第１計測ビームを照射し、それぞれの第１計測ビームに由来する回折格子ＲＧ２Yからの一対の回折ビーム、又はその一対の回折ビームにそれぞれ由来する一対の回折ビームを、一対の第２計測ビームとして、スケール板２１に照射し、それぞれの第２計測ビームに由来する回折格子ＲＧからの一対の回折ビームを、受光系で受光し、その受光系の出力信号として、上述の第１の位置関係と第２の位置関係との差に相当する情報を出力するような構成を採用しても良い。要は、ヘッド内部の光学系の構成を問わず、所定平面（ＸＹ平面）と実質的に平行に配置された第１グレーティング部及び微動ステージに設けられた第２グレーティング部に、それぞれ第１、第２計測ビームを照射し、第１及び第２グレーティング部それぞれからの回折光を受光するエンコーダヘッドが１又は２以上、粗動ステージに固定され、第１及び第２グレーティング部に対向する少なくとも１つのエンコーダヘッドの出力に基づいて、所定平面内における微動ステージの位置情報を計測する計測装置を、ステージ装置及び露光装置は、備えていれば良い。
　なお、スケール板２１とグレーティングプレート２６とで、計測方向に関する計測ビームの照射位置が同一でなくても良い。すなわち、スケール板２１とグレーティングプレート２６とで、計測ビームの光軸が同軸でなくても良い。
　また、上記実施形態では、エンコーダシステム７０が、一対のＸヘッドと、一対のＹヘッドとを備えた場合について説明したが、本発明がこれに限定されるものではない。すなわち、エンコーダヘッドの数は特に問わないが、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置情報（θｚ回転を含む）を計測するためには、ＸヘッドとＹヘッドとを少なくとも各１つ含み、合計で３つ有していれば良い。また、上述の一対のＸヘッドと、一対のＹヘッドとに代えて、直交２軸方向を計測方向とする２次元ヘッドを用いても良い。この場合、少なくとも２つの２次元ヘッドがあれば、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置情報（θｚ回転を含む）を計測することができる。あるいは、Ｚ軸方向の位置情報の計測が可能なセンサ（又はヘッド）を併用しても良いし、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の位置情報の計測が可能なセンサ（又はヘッド）あるいはＸ軸方向を計測方向とするセンサ（Ｘセンサ）とＹ軸方向を計測方向とするセンサ（Ｙセンサ）とを組み合わせても良い。また、メインセンサに加えて、該メインセンサの出力異常時等にそのバックアップに用いられるバックアップセンサをも設けても良いし、メインセンサとバックアップセンサとを複数グループ設ける場合、グループ毎に微動ステージのグレーティングを兼用させても良い。
　この他、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の少なくとも一方とＺ軸方向に関する位置情報を計測可能なエンコーダを用いても良い。この場合、前述と同様、Ｚ軸方向に関する、粗動ステージ９１とスケール板２１との第１位置情報と、別センサによる粗動ステージ９１と微動ステージ（ウエハテーブルＷＴＢ）との第２位置情報とに基づいて、微動ステージのＺ軸方向に関する位置情報を求めるようにしても良い。
　また、上記実施形態では、エンコーダは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の少なくとも一方の位置情報を計測可能としたが、これに限らず、例えばＺ軸方向のみ計測可能としても良い。
　また、上記実施形態では、スケール板２１の下面に２次元回折格子が形成されているものとしたが、これに限らず、ウエハステージの移動経路（各ヘッドの移動経路）に応じた配置になっていれば、スケール板２１の下面に、Ｘ軸方向を周期方向とするＸグレーティングと、Ｙ軸方向を周期方向とするＹグレーティングとを組み合わせて形成しても良い。また、スケール板２１を複数のスケール板を組み合わせて構成しても良い。あるいは、少なくとも露光動作とアライメント動作でエンコーダによる計測が可能となるようにスケールを配置するだけでも良い。
　また、例えば投影光学系とアライメント系とが離れている露光装置などでは、投影光学系の近傍（周囲）と、アライメント系の近傍（周囲）とで別々のスケール板を配置しても良い。この場合、ウエハＷの露光動作を行う際には、投影光学系の近傍に配置されたスケール板を用いて、エンコーダシステムにより、ウエハステージの位置が計測され、ウエハアライメントの際などには、アライメント系の近傍に配置されたスケール板を用いて、エンコーダシステムにより、ウエハステージの位置が計測されることとなる。
　また、上記実施形態では、エンコーダシステムに加えて、ウエハ干渉計システムが設けられている場合を例示したが、ウエハ干渉計システムは、必ずしも設けなくても良い。
　また、上記実施形態では、ヘッド６０Ａ～６０Ｄの外部（粗動ステージ９１）に光源及び受光系（光検出器を含む）を配置し、これら光源及び受光系とヘッド６０Ａ～６０Ｄそれぞれとの間で、光ファイバ２６ａ～２６ｄを用いて、光源からエンコーダヘッドに入射する光（計測光）及びエンコーダヘッドから受光系に戻る光の両者を導光する場合について説明したが、本発明がこれに限定されるものではない。例えば、エンコーダヘッド内に半導体レーザなどの光源を有している場合には、各エンコーダヘッドと受光系（光検出器を含む）との間を光ファイバで光学的に接続するのみで良い。あるいは、エンコーダヘッド内に受光系（光検出器を含む）を有していても良い。この場合において、ヘッドの外部に光源がある場合には、光源とヘッドとの間で、光源からの計測光の光ファイバを介した送光を上記実施形態と同様に行う。
　また、上記実施形態では、前述の各光ファイバに代えて、リレー光学系その他の送光光学系を用いることも可能である。また、上記実施形態では、ヘッド６０Ａ～６０Ｄそれぞれと光ファイバ２６ａ～２６ｄを介して光学的に接続される光源及び受光系（光検出器を含む）が、粗動ステージ９１に配置されている場合を例示したが、必ずしも光源及び受光系（光検出器を含む）等の全てが粗動ステージ９１に配置されている必要はない。
　なお、上記実施形態では、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。さらに、例えば米国特許出願公開第２００５／０２５９２３４号明細書などに開示される、投影光学系とウエハとの間に液体が満たされる液浸型露光装置などに本発明を適用しても良い。この液浸型露光装置にも、上記実施形態のウエハステージ装置５０が備える、各エンコーダヘッドの構成は適している。ウエハテーブルＷＴＢの上面とほぼ同一高さで、ガラス等から成るグレーティングプレートにより、ウエハテーブルＷＴＢ上面の開口が閉塞されているので、仮に、液浸領域を形成する液体がヘッド上に位置しても液漏れ等の不都合が殆ど生じない。
　また、上述の実施形態においては、光透過性の基板上に所定の遮光パターン（又は位相パターン・減光パターン）を形成した光透過型マスク（レチクル）を用いたが、このレチクルに代えて、例えば米国特許第６，７７８，２５７号明細書に開示されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて、透過パターン又は反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスク（可変成形マスク、アクティブマスク、あるいはイメージジェネレータとも呼ばれ、例えば非発光型画像表示素子（空間光変調器）の一種であるＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）などを含む）を用いても良い。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。
　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）にも本発明を適用することができる。
　さらに、例えば米国特許第６，６１１，３１６号明細書に開示されているように、２つのレチクルパターンを、投影光学系を介してウエハ上で合成し、１回のスキャン露光によってウエハ上の１つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置にも本発明を適用することができる。
　また、物体上にパターンを形成する装置は前述の露光装置（リソグラフィシステム）に限られず、例えばインクジェット方式にて物体上にパターンを形成する装置にも本発明を適用することができる。
　なお、上記実施形態でパターンを形成すべき物体（エネルギビームが照射される露光対象の物体）はウエハに限られるものでなく、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、本発明のステージ装置は、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（国際公開公報を含む）、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、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、本発明のステージ装置及びステージ駆動方法は、微動ステージの位置を精度良く管理するのに適している。また、本発明のパターン形成装置は、物体上にパターンを形成するのに適している。また、本発明の露光装置及び露光方法、並びにデバイス製造方法は、半導体素子及び液晶表示素子などの電子デバイスなどを製造するのに適している。

Claims (43)

  1. 　所定平面に沿って移動する粗動ステージと、該粗動ステージ上で微動可能な微動ステージとを含む粗微動ステージと；
    　前記粗動ステージに設けられるエンコーダヘッドを有し、前記粗微動ステージの外部に前記所定平面と実質的に平行に配置された第１グレーティング部に第１計測ビームを照射し、前記第１グレーティング部からの回折光を受光して得られる第１位置情報と、前記粗動ステージと前記微動ステージとの相対的な第２位置情報とに基づいて、前記微動ステージの所定方向の位置情報を計測する計測装置と；を備えるステージ装置。
  2. 　請求項１に記載のステージ装置において、
    　前記計測装置は、前記エンコーダヘッドと異なるセンサを含み、前記センサによって前記粗動ステージと前記微動ステージとの第２位置情報を取得するステージ装置。
  3. 　請求項１に記載のステージ装置において、
    　前記計測装置は、前記エンコーダヘッドによって前記粗動ステージと前記微動ステージとの第２位置情報を取得するステージ装置。
  4. 　請求項３に記載のステージ装置において、
    　前記計測装置は、前記エンコーダヘッドによって、前記微動ステージに設けられる第２グレーティング部に第２計測ビームを照射し、前記第２グレーティング部からの回折光を受光して前記第２位置情報を得るステージ装置。
  5. 　所定平面に沿って移動する粗動ステージと、該粗動ステージ上で微動可能な微動ステージとを含む粗微動ステージと；
    　前記粗動ステージに設けられるエンコーダヘッドを有し、前記粗微動ステージの外部に前記所定平面と実質的に平行に配置される第１グレーティング部と、前記微動ステージに配置される第２グレーティング部とにそれぞれ第1、第２計測ビームを照射し、前記第１、第２グレーティング部からの回折光を受光して、前記微動ステージの所定方向の位置情報を計測する計測装置と；を備えるステージ装置。
  6. 　請求項１～５のいずれか一項に記載のステージ装置において、
    　前記計測装置は、前記微動ステージに設けられる光透過部を介して前記第１計測ビームを前記第１グレーティング部に照射するステージ装置。
  7. 　請求項１～６のいずれか一項に記載のステージ装置において、
    　前記計測装置は、少なくとも前記所定平面と平行な一方向に関する前記微動ステージの位置情報を計測するステージ装置。
  8. 　請求項１～７のいずれか一項に記載のステージ装置において、
    　前記計測装置は、前記粗動ステージの異なる位置に配置される複数の前記エンコーダヘッドを有し、少なくとも前記所定平面内の３自由度方向の位置情報を計測するステージ装置。
  9. 　所定平面に沿って移動する粗動ステージと、該粗動ステージ上で微動可能かつ少なくとも一部に光透過部を有する微動ステージとを含む粗微動ステージと；
    　前記粗動ステージに固定された１又は２以上のエンコーダヘッドを有し、前記粗微動ステージの外部に前記所定平面と実質的に平行に配置された第１グレーティング部に、前記光透過部を介して第１計測ビームを照射し、前記第１グレーティング部からの回折光を前記光透過部を介して受光する、少なくとも１つの前記エンコーダヘッドの出力に基づいて、前記所定平面内における前記粗微動ステージの位置情報を計測する計測装置と；を備えるステージ装置。
  10. 　請求項６又は９に記載のステージ装置において、
    　前記粗動ステージには、前記エンコーダヘッドが複数異なる位置に固定され、前記微動ステージは、前記複数のエンコーダヘッドそれぞれが対向する領域に前記光透過部を有するステージ装置。
  11. 　請求項１０に記載のステージ装置において、
    　前記微動ステージには、前記複数のエンコーダヘッドそれぞれに対向する位置に第２グレーティング部が設けられ、
    　前記複数のエンコーダヘッドそれぞれは、対向する前記第２グレーティング部に第２計測ビームを照射し、該第２グレーティング部からの回折光をも受光し、
    　前記計測装置は、少なくとも１つの前記エンコーダヘッドの出力に基づいて、前記所定平面内における前記微動ステージの位置情報を計測するステージ装置。
  12. 　請求項５又は１１に記載のステージ装置において、
    　前記第１計測ビームと前記第２計測ビームとは、同一の光源から発生した光ビームであるステージ装置。
  13. 　請求項１２に記載のステージ装置において、
    　前記第１計測ビーム及び前記第２計測ビームのうちの一方の計測ビームは、他方の計測ビームが対応するグレーティング部で回折された回折ビームの少なくとも一部を前記エンコーダヘッド内で取り出して生成されるステージ装置。
  14. 　請求項１１～１３のいずれか一項に記載のステージ装置において、
    　前記複数のエンコーダヘッドそれぞれは、前記第１グレーティング部に垂直な所定の中心軸を共通とする光路に沿って、前記第１、第２グレーティング部にそれぞれ前記第１、第２計測ビームを照射するステージ装置。
  15. 　請求項１１～１４のいずれか一項に記載のステージ装置において、
    　前記計測装置は、前記複数のエンコーダヘッドそれぞれからの出力に基づいて、前記粗動ステージと前記第１グレーティング部との前記所定平面に平行な計測方向に関する第１の位置関係と、前記粗動ステージと前記第２グレーティング部との前記計測方向に関する第２の位置関係とを算出するとともに、前記第１及び第２の位置関係に基づいて前記微動ステージと前記第１グレーティング部との前記計測方向に関する位置関係を算出するステージ装置。
  16. 　請求項８、１１～１５のいずれか一項に記載のステージ装置において、
    　前記微動ステージは、前記所定平面に対する傾斜方向に可動であり、
    　前記計測装置は、前記微動ステージの傾斜に起因する、前記微動ステージの位置情報の計測に用いられる前記エンコーダヘッドの計測誤差を補正するステージ装置。
  17. 　請求項８、１０～１６のいずれか一項に記載のステージ装置において、
    　前記微動ステージは平面視矩形の部材から成り、前記微動ステージの四隅部に対応する前記粗動ステージの位置に、それぞれ前記エンコーダヘッドが配置されているステージ装置。
  18. 　請求項１０～１７のいずれか一項に記載のステージ装置において、
    　前記計測装置は、前記粗動ステージの前記所定平面に対する傾斜に起因する、前記粗微動ステージの位置情報の計測に用いられる前記エンコーダヘッドの計測誤差を補正するステージ装置。
  19. 　請求項９又は１０に記載のステージ装置において、
    　前記粗動ステージと前記微動ステージとの前記所定平面内における位置関係を計測するセンサをさらに備えるステージ装置。
  20. 　請求項１～１９のいずれか一項に記載のステージ装置において、
    　前記第１グレーティング部は、前記粗微動ステージの移動範囲をカバーする２次元格子を含むステージ装置。
  21. 　請求項１～２０のいずれか一項に記載のステージ装置において、
    　前記微動ステージは、前記粗動ステージに非接触で支持されるステージ装置。
  22. 　物体にパターンを形成するパターン形成装置であって、
    　前記物体が、前記微動ステージ上に載置される請求項１～２１のいずれか一項に記載のステージ装置と；
    　前記微動ステージ上に載置された物体上にパターンを生成するパターニング装置と；
    を備えるパターン形成装置。
  23. 　請求項２２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。
  24. 　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、
    　前記物体が、前記微動ステージ上に載置される請求項１～２１のいずれか一項に記載のステージ装置と；
    　前記微動ステージ上に載置された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；を備える露光装置。
  25. 　請求項２４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。
  26. 　所定平面に沿って移動する粗動ステージと、該粗動ステージ上で微動可能な微動ステージとを有する粗微動ステージを駆動するステージ駆動方法であって、
    　前記粗動ステージに設けられ、前記粗微動ステージの外部に前記所定平面と実質的に平行に配置された第１グレーティング部に第１計測ビームを照射し、前記第１グレーティング部からの回折光を受光するエンコーダヘッドの出力から得られる第１位置情報と、前記粗動ステージと前記微動ステージとの相対的な第２位置情報とに基づいて、前記微動ステージの所定方向の位置情報を計測する工程を含むステージ駆動方法。
  27. 　請求項２６に記載のステージ駆動方法において、
    　前記計測する工程では、前記エンコーダヘッドと異なるセンサによって前記粗動ステージと前記微動ステージとの第２位置情報が取得されるステージ駆動方法。
  28. 　請求項２６に記載のステージ駆動方法において、
    　前記計測する工程では、前記エンコーダヘッドによって前記粗動ステージと前記微動ステージとの第２位置情報が取得されるステージ駆動方法。
  29. 　請求項２８に記載のステージ駆動方法において、
    　前記エンコーダヘッドは、前記微動ステージに設けられる第２グレーティング部に第２計測ビームを照射し、前記第２グレーティング部からの回折光を受光して前記第２位置情報を得るステージ駆動方法。
  30. 　所定平面に沿って移動する粗動ステージと、該粗動ステージ上で微動可能な微動ステージとを有する粗微動ステージを駆動するステージ駆動方法であって、
    　前記粗動ステージに設けられ、前記粗微動ステージの外部に前記所定平面と実質的に平行に配置される第１グレーティング部と、前記微動ステージに配置される第２グレーティング部とにそれぞれ第1、第２計測ビームを照射し、前記第１、第２グレーティング部からの回折光を受光するエンコーダヘッドの出力に基づいて、前記微動ステージの所定方向の位置情報を計測する工程を含むステージ駆動方法。
  31. 　請求項２６～３０のいずれか一項に記載のステージ駆動方法において、
    　前記エンコーダヘッドは、前記微動ステージに設けられる光透過部を介して前記第１計測ビームを前記第１グレーティング部に照射するステージ駆動方法。
  32. 　請求項２６～３１のいずれか一項に記載のステージ駆動方法において、
    　前記計測する工程では、少なくとも前記所定平面と平行な一方向に関する前記微動ステージの位置情報を計測するステージ駆動方法。
  33. 　請求項２６～３２のいずれか一項に記載のステージ駆動方法において、
    　前記粗動ステージには、異なる位置に複数の前記エンコーダヘッド配置され、
    　前記計測する工程では、前記微動ステージの少なくとも前記所定平面内の３自由度方向の位置情報を計測するステージ駆動方法。
  34. 　所定平面に沿って移動する粗動ステージと、該粗動ステージ上で微動可能な微動ステージとを有する粗微動ステージを駆動するステージ駆動方法であって、
    　前記粗動ステージに固定された１又は２以上のエンコーダヘッドのうち、前記粗微動ステージの外部に前記所定平面と実質的に平行に配置された第１グレーティング部に、前記微動ステージの光透過を介して第１計測ビームを照射し、前記第１グレーティング部からの回折光を前記光透過部を介して受光する、少なくとも１つの前記エンコーダヘッドの出力に基づいて、前記所定平面内における前記粗微動ステージの位置情報を計測する工程と；
    　計測された前記粗微動ステージの位置情報に基づいて、前記粗微動ステージを駆動する工程と；
    を含むステージ駆動方法。
  35. 　請求項３４に記載のステージ駆動方法において、
    　前記粗動ステージには、前記エンコーダヘッドが複数異なる位置に固定され、前記微動ステージは、前記複数のエンコーダヘッドそれぞれが対向する領域に前記光透過部を有し、
    　前記計測する工程では、前記複数のエンコーダヘッドから選択された少なくとも１つのエンコーダヘッドの出力に基づいて、前記所定平面内における前記粗微動ステージの位置情報を計測するステージ駆動方法。
  36. 　請求項３５に記載のステージ駆動方法において、
    　前記微動ステージには、前記複数のエンコーダヘッドそれぞれに対向する位置に第２グレーティング部が設けられ、
    　前記計測する工程では、対向する前記第２グレーティング部に第２計測ビームを照射し、該第２グレーティング部からの回折光をも受光する、少なくとも１つの前記エンコーダヘッドの出力に基づいて、前記所定平面内における前記微動ステージの位置情報を計測し、
    　前記駆動する工程では、計測された前記微動ステージの位置情報をも考慮して、前記粗微動ステージを駆動するステージ駆動方法。
  37. 　請求項３０又は３６に記載のステージ駆動方法において、
    　前記第１計測ビームと前記第２計測ビームとは、同一の光源から発生した光ビームであるステージ駆動方法。
  38. 　請求項３７に記載のステージ駆動方法において、
    　前記第１計測ビーム及び前記第２計測ビームのうち一方の計測ビームは、他方の計測ビームが対応するグレーティング部で回折された回折ビームの少なくとも一部を前記エンコーダヘッド内で取り出して生成されるステージ駆動方法。
  39. 　請求項３６～３８のいずれか一項に記載のステージ駆動方法において、
    　前記計測する工程では、前記複数のエンコーダヘッドそれぞれからの出力に基づいて、前記粗動ステージと前記第１グレーティング部との前記所定平面に平行な計測方向に関する第１の位置関係と、前記粗動ステージと前記第２グレーティング部との前記計測方向に関する第２の位置関係とを算出するとともに、前記第１及び第２の位置関係に基づいて前記微動ステージと前記第１グレーティング部との前記計測方向に関する位置関係を算出するステージ駆動方法。
  40. 　請求項３６～３９のいずれか一項に記載のステージ駆動方法において、
    　前記計測する工程では、前記微動ステージの傾斜に起因する，前記微動ステージの位置情報の計測に用いられる前記エンコーダヘッドの計測誤差を補正するステージ駆動方法。
  41. 　請求項３４～４０のいずれか一項に記載のステージ駆動方法において、
    　前記計測する工程では、前記粗動ステージの前記所定平面に対する傾斜に起因する、前記粗微動ステージの位置情報の計測に用いられる前記エンコーダヘッドの計測誤差を補正するステージ駆動方法。
  42. 　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方法であって、
    　請求項２６～４１のいずれか一項に記載のステージ駆動方法を用いて、前記物体が前記微動ステージ上に載置された粗微動ステージの駆動を行う露光方法。
  43. 　請求項４２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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