(57)【要約】【課題】高精度又は短時間で検出を行う位置検出装置及びそれを有する露光装置を提供する。【解決手段】平面エンコーダを用いた位置検出装置を有する露光装置を提供する。位置検出装置の可動部材は、基板ステージの微動可動部２４に設けられたＸスケール４５、４６とＹスケール４７、４８、Ｘエンコーダヘッド５１、５２とＹエンコーダヘッド５３、５４を有する。位置検出装置の固定部材は、Ｘスケール、Ｙスケールを検出するＸ検出ヘッドユニット２５、２６、Ｙ検出ヘッドユニット２７、２８、Ｘエンコーダヘッド５１、５２とＹエンコーダヘッド５３、５４が検出するグレーティング３１〜３４を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動部である被検体に搭載された第１エンコーダヘッド部と、前記可動部に対して静止している固定部に搭載された第１グレーティング部と、を有し、前記第１エンコーダヘッド部によって前記第１グレーティング部の位置を計測することによって前記被検体の二方向における位置を検出する第１平面エンコーダと、
前記固定部に搭載された第２エンコーダヘッド部と、前記可動部に搭載された第２グレーティング部と、を有し、前記第１エンコーダヘッド部が計測する前記第１グレーティング部の位置を校正するデータを生成するのに使用される第２平面エンコーダと、
を有することを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
前記第２平面エンコーダが前記第２グレーティング部の、前記二方向に直交する方向の高さと傾きを維持した状態で前記二方向の一方に前記被検体を駆動しながら前記第１エンコーダヘッド部が前記第１グレーティング部を計測することによって前記データを生成することを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項３】
前記第２グレーティング部は、前記二方向に対応する一対のスケール部と、原点スケールと、を有し、
前記第２エンコーダヘッド部は、前記一対のスケール部を検出する一対のエンコーダヘッドと、前記原点スケールを検出する原点検出ヘッドと、を有し、
前記一対のエンコーダヘッドと前記原点検出ヘッドにより、原点検出を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の位置検出装置。
【請求項４】
前記二方向は直交し、前記第１グレーティング部は前記二方向の両方に対して＋４５°方向又は−４５°方向に延びるパターンを有することを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の位置検出装置。
【請求項５】
前記第１エンコーダヘッド部と前記第２グレーティング部を前記被検体に収納する天板を更に有することを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の位置検出装置。
【請求項６】
前記二方向の一方において、前記第２グレーティング部のグレーティングと前記第１エンコーダヘッド部のグレーティングは一体であることを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか一項に記載の位置検出装置。
【請求項７】
請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の位置検出装置を有することを特徴とする露光装置。
【請求項８】
前記位置検出装置は、第１位置検出装置と第２位置検出装置を有し、
前記露光装置は、
基板を支持及び駆動する第１基板ステージと、当該第１基板ステージの位置を検出する前記第１位置検出装置と、原版のパターンを基板に投影する投影光学系と、を有し、前記基板を前記投影光学系と前記基板との間に充填された液体を介して露光する露光部と、
前記基板を支持及び駆動する第２基板ステージと、当該第２基板ステージの位置を検出する前記第２位置検出装置と、を有し、前記基板のアライメント情報とフォーカス情報を取得するための計測部と、を有し、
前記第２基板ステージから前記第１基板ステージに前記計測部が計測した基板を移動する経路の外側に、前記第１位置検出装置と前記第２位置検出装置の第２グレーティング部がそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
【請求項９】
基板を支持及び駆動する基板ステージを更に有し、
前記位置検出装置は前記基板ステージの位置を検出し、
前記第２エンコーダヘッド部は、投影光学系を介して前記基板ステージの基準マークを観察可能な位置に前記基板ステージを配置した状態で、前記第２グレーティング部を計測可能な位置に配置されたエンコーダヘッドを有することを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
【請求項１０】
請求項７〜９のうちいずれか一項に記載の露光装置を使用して基板を露光するステップと、
露光された前記基板を現像するステップと、
を有することを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置検出装置及び露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
露光装置において、基板を支持及び駆動する基板ステージの位置を、スケール（又はグレーティング）とエンコーダヘッドからなる平面エンコーダを使用して検出する位置検出装置は知られている（特許文献１及び２）。スケールとエンコーダヘッドの一方は可動部である基板ステージに固定され、他方は固定部に固定される。エンコーダヘッドは、通常、光源、グレーティング（回折格子又は格子プレート）及び光センサを有する。光源からの光はグレーティングで回折されてスケールで反射及び回折されて光センサ上に干渉縞を形成する。かかる干渉縞を計測することによって基板ステージの位置を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２７０１２２号公報
【特許文献２】特開２００７−２６６５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の位置検出装置は、複数のエンコーダヘッドを切り替えてスケールを計測しているが、切り替え時に誤差が累積するという問題がある。特許文献２の位置検出装置は、スケールの製作精度や設置精度が低く校正をしないと検出精度が低下するという問題がある。しかも、校正を短時間で行う方法が提案されておらず、検出時間がかかるという問題もある。また、エンコーダヘッド内部のグレーティングと基板ステージとの位置合わせ精度が低いために検出精度が低いという問題もある。
【０００５】
本発明は、高精度又は短時間で検出を行う位置検出装置及びそれを有する露光装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面としての位置検出装置は、可動部である被検体に搭載された第１エンコーダヘッド部と、前記可動部に対して静止している固定部に搭載された第１グレーティング部と、を有し、前記第１エンコーダヘッド部によって前記第１グレーティング部の位置を計測することによって前記被検体の二方向における位置を検出する第１平面エンコーダと、前記固定部に搭載された第２エンコーダヘッド部と、前記可動部に搭載された第２グレーティング部と、を有し、前記第１エンコーダヘッド部が計測する前記第１グレーティング部の位置を校正するデータを生成するのに使用される第２平面エンコーダと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、高精度又は短時間で検出を行う位置検出装置及びそれを有する露光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】露光装置の部分透過平面図である。
【図２】図１に示す基板ステージの微動可動部の透過平面図である。
【図３】図１に示す位置検出装置の固定部材周辺の平面図である。
【図４】図１の部分拡大透過平面図である。
【図５】図５（ａ）は図１に示す計測部の透過平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ断面図、図５（ｃ）は図５（ａ）のＢ断面図、図５（ｄ）は図５（ａ）のＣ断面図である。
【図６】図５（ｄ）の部分拡大断面図である。
【図７】図３に示すグレーティングの計測を説明するための平面図である。
【図８】図８（ａ）〜図８（ｄ）は、図１に示す計測部の微動可動部へ基板を搬入する動作を示す平面図である。
【図９】図１の構成の変形例の透過平面図である。
【図１０】図１の構成の別の変形例の透過平面図である
【図１１】図１０の構成の別の状態を示す透過平面図である
【図１２】図１０の部分拡大透過平面図である。
【図１３】図３のグレーティングの変形例を示す平面図である。
【図１４】図２の変形例を示す透過平面図である。
【図１５】図２の別の変形例を示す透過平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、露光装置の部分透過平面図である。露光装置は、露光部１と計測部２１を有するツインステージ型露光装置である。
【００１０】
露光部１と計測部２１には基板がそれぞれ搭載される。計測部２１に搭載される基板Ｓ１は、次に露光部１で露光される基板であり、露光部１に搭載されている基板Ｓ０は直前に計測部２１で計測された計測済の基板である。露光部１と計測部２１とは同時並行で動作する。即ち、計測部２１が基板Ｓ１を計測している間に露光部１が基板Ｓ０を露光する。
【００１１】
基板は、本実施例ではウエハであり、別の実施例では液晶基板である。基板表面にはフォトレジストが塗布されている。基板にはパターンが露光され、一回の露光で行われる領域（以下、この露光領域を「ショット」と呼ぶ。）Ｖが複数マトリックス状に形成されている。
【００１２】
露光部１は、原版（マスクやレチクル）のパターンを基板にステップアンドスキャン方式で露光する走査型露光装置である。露光部１は、光源（不図示）、照明光学系（不図示）、原版ステージ（不図示）、投影光学系２、基板ステージ（第１基板ステージ）、位置検出装置（第１位置検出装置）を有する。
【００１３】
図１の上側に示す露光部１において、一点鎖線の交点を通り、紙面に垂直な方向は投影光学系２の光軸方向（Ｚ軸方向）である。Ｙ軸方向は、Ｚ軸方向に直交する走査方向である。Ｘ軸方向は光軸方向及び走査方向の双方に直交する方向である。
【００１４】
光源は、原版を照明する光束又は露光に使用される光束（露光光）を射出し、レーザや水銀ランプを使用することができる。照明光学系は、原版を光源からの光束により露光スリットを介して均一に照明する。原版は、基板に転写されるパターンを有し、原版ステージに支持及び駆動される。原版ステージは原版をＸＹＺ軸及び各軸周りの回転方向に駆動することができる。
【００１５】
投影光学系２は、原版パターンの像を基板に投影し、原版と基板とを光学的に共役の関係に維持する。本実施例では、投影光学系２の基板に最も近い光学素子の最終面と基板との間隙に空気よりも屈折率の高い液体を充填して液浸露光装置を構成している。３は液浸露光による露光領域である液浸領域である。但し、本発明は、投影光学系２と基板との間の媒質を特に限定するものではない。
【００１６】
基板ステージは、基板Ｓ０を支持して、基板Ｓ０をＸＹＺ軸方向及び各軸の回転方向に駆動することができる。基板ステージは基板Ｓ０を微動する微動可動部４を有する。基板Ｓ０は、基板チャック（図１には不図示）４１を介して基板ステージに固定される。露光部１の基板ステージと計測部２１の基板ステージは同様の構成を有する。
【００１７】
位置検出装置は、可動部である基板ステージ（被検体）の二方向（ＸＹ方向）における位置を検出する第１平面エンコーダと、第２平面エンコーダと、を有する。即ち、本実施例の位置検出装置は、第１平面エンコーダを有する位置検出装置に第２平面エンコーダを追加している。
【００１８】
位置検出装置は、基板ステージの微動可動部４に固定されて基板ステージと共に移動する可動部材と、投影光学系２の鏡筒の周囲に（基板ステージに対して）静止している固定部に搭載された固定部材と、を有する。固定部は、投影光学系２の鏡筒でもよいし、露光装置の図示しないフレーム、定盤、チャンバなどであってもよい。
【００１９】
図２は、計測部２１の微動可動部２４の透過平面図であるが、露光部１の微動可動部４の構成も微動可動部２４と同様である。微動可動部２４には中央に基板チャック４１が固定される。基板チャック４１の周囲に、投影光学系２によって投影された原版基準マークを検出するための４つの原版マークセンサ４２が設けられている。微動可動部２４には、図２に示すように、位置検出装置の可動部材が更に設けられている。
【００２０】
位置検出装置の可動部材は、図２に示すように、Ｘスケール（又はＸグレーティング）４５、４６と、Ｙスケール（又はＹグレーティング）４７、４８と、Ｘエンコーダヘッド５１、５２と、Ｙエンコーダヘッド５３、５４と、を有する。Ｘスケール４５、４６とＹスケール４７、４８は、中空正方形の四辺を構成し、Ｘエンコーダヘッド５１、５２と、Ｙエンコーダヘッド５３、５４は、それぞれ、その正方形の四隅に配置される。
【００２１】
第１平面エンコーダは、可動部に搭載された第１エンコーダヘッド部と、固定部に搭載された第１グレーティング部と、を有する。一方、第２平面エンコーダは、固定部に搭載された第２エンコーダヘッド部と、可動部に搭載された第２グレーティング部と、を有する。第１平面エンコーダは、第１エンコーダヘッド部によって第１グレーティング部の位置を計測することによって基板ステージの二方向における位置を検出する。第２平面エンコーダは、第１エンコーダヘッド部が計測する第１グレーティング部の位置を校正するデータを生成するのに使用される。
【００２２】
図２において、第１エンコーダヘッド部は、Ｘ軸方向を計測するためのＸエンコーダヘッド５１、５２と、Ｙ軸方向を計測するためのＹエンコーダヘッド５３、５４と、から構成される。第２グレーティング部は、主としてＸ軸方向を計測するためのＸスケール４５、４６と、主としてＹ軸方向を計測するためのＹスケール４７、４８と、から構成される。
【００２３】
Ｘ（リニア）スケール４５は、Ｘ検出ヘッドユニット５又は２５により微動可動部４又は２４のＸ軸方向の位置計測を行うために、Ｙ軸方向に平行に延びる細幅部材である。Ｘ（リニア）スケール４６は、Ｘ検出ヘッドユニット６又は２６により微動可動部４又は２４のＸ軸方向の位置計測を行うために、Ｙ軸方向に平行に延びる細幅部材である。Ｘスケール４５、４６には、Ｘ軸方向計測のためのグレーティング（Ｘスケール部）、Ｙ軸方向計測のグレーティング（Ｙスケール部）、及び、Ｘ軸方向の原点検出のための原点スケールを配置している。
【００２４】
Ｙ（リニア）スケール４７は、Ｙ検出ヘッドユニット７又は２７により微動可動部４又は２４のＹ軸方向の位置計測を行うために、Ｘ軸方向に平行に延びる細幅部材である。Ｙ（リニア）スケール４８は、Ｙ検出ヘッドユニット８又は２８により微動可動部４又は２４のＹ軸方向の位置計測を行うために、Ｘ軸方向に平行に延びる細幅部材である。Ｙスケール４７、４８も、Ｙ軸方向計測のためのグレーティング（Ｙスケール部）、Ｘ軸方向計測のためのグレーティング（Ｘスケール部）、及び、Ｙ軸方向の原点検出のための原点スケールを配置している。
【００２５】
Ｘエンコーダヘッド５１は、グレーティング１１又は３１に対する微動可動部４又は２４のＸ軸方向の位置を計測する。Ｘエンコーダヘッド５２は、グレーティング１２又は３２に対する微動可動部４又は２４のＸ軸方向の位置を計測する。Ｘエンコーダヘッド５１、５２は、Ｚ軸に関して対角に配置される。
【００２６】
Ｙエンコーダヘッド５３は、グレーティング１３又は３３に対する微動可動部４又は２４のＹ軸方向の位置を計測する。Ｙエンコーダヘッド５４は、グレーティング１４又は３４に対する微動可動部４又は２４のＹ軸方向の位置を計測する。Ｙエンコーダヘッド５３、５４は、Ｚ軸に関して対角に配置される。
【００２７】
図３は、位置検出装置の固定部材周辺の平面図である。露光部１の位置検出装置の固定部材は、固定部材は、Ｘ検出ヘッドユニット５、６と、Ｙ検出ヘッドユニット７、８と、グレーティング（又はグレーティングプレート）１１〜１４と、を有する。
【００２８】
Ｘ検出ヘッドユニット５、６とＹ検出ヘッドユニット７、８は、投影光学系２の鏡筒の周辺に固定され、微動可動部４の上方に配置される。Ｘ検出ヘッドユニット５はＸスケール４５を計測し、Ｘ検出ヘッドユニット６はＸスケール４６を計測する。Ｙ検出ヘッドユニット７はＹスケール４７を計測し、Ｙ検出ヘッドユニット８はＹスケール４８を計測する。
【００２９】
グレーティング１１、１２は、投影光学系２の光軸に関して対角に配置され、グレーティング面を下向きに（即ち、Ｘエンコーダヘッド５１、５２に対向して）配置され、これらのグレーティング面はＹ軸方向に平行に延びるパターンを有する。グレーティング１３、１４は、投影光学系２の光軸に関して対角に配置され、グレーティング面を下向きに（即ち、Ｙエンコーダヘッド５３、５４に対向して）配置され、これらのグレーティング面はＸ軸方向に平行に延びるパターンを有する。
【００３０】
また、Ｘエンコーダヘッド５１、５２、Ｙエンコーダヘッド５３、５４内のグレーティングもグレーティング１１〜１４と平行な方向に延びるパターンを有する（図２）。
【００３１】
計測部２１は、基板のアライメント情報とフォーカス情報を取得し、アライメント検出系、フォーカス検出系、基板ステージ（第２基板ステージ）、位置検出装置（第２位置検出装置）を有する。計測部２１は、顕微鏡（ＯＡスコープ）２２を有する。図１の下側に示す計測部２１において、一点鎖線の交点を通り、紙面に垂直な方向は顕微鏡２２の光軸方向（Ｚ軸方向）である。
【００３２】
アライメント検出系は、いわゆるグローバルアライメント方式を利用して顕微鏡２２を利用して基板のアライメントマークを検出する。位置検出装置の検出結果と顕微鏡２２によるアライメントマークの計測結果から、基板上に形成されたショットの配列情報を算出することができる。フォーカス検出系は、基板上方に設けられた不図示の斜入射光学系を利用して、基板の露光前に基板の表面位置（高さ及び傾き）を検出する。
【００３３】
Ｘ検出ヘッドユニット２５、２６はＸ検出ヘッドユニット５、６に対応し、Ｙ検出ヘッドユニット２７、２８はＹ検出ヘッドユニット７、８に対応する。グレーティング３１〜３４は、それぞれグレーティング１１〜１４に対応する構成を有する。計測部２１においては、顕微鏡２２の鏡筒の周りに位置検出装置の固定部材が設けられる。
【００３４】
このように、図３において、第１グレーティング部は、グレーティング１１〜１４、３１〜３４である。また、第２エンコーダヘッド部は、主としてＸ軸方向を検出するためのＸ検出ヘッドユニット５、６、２５、２６と、主としてＹ軸方向を検出するためのＹ検出ヘッドユニット７、８、２７、２８と、を有する。
【００３５】
図４は、Ｙ検出ヘッドユニット２７とＹスケール４７の詳細を示した部分拡大透過平面図である。Ｙ検出ヘッドユニット２７には、Ｙエンコーダヘッド６４、Ｘエンコーダヘッド６５、原点検出ヘッド６６、Ｙスケール４７の表面高さ位置を計測するファイバーセンサー型ギャップセンサ６７、６８が設けられている。一方、Ｙスケール４７には、Ｙスケール部６１、Ｘスケール部６２、原点スケール６３が設けられている。Ｘスケール部６２とＹスケール部６１は二方向（ＸＹ方向）に対応する一対のスケール部である。Ｘエンコーダヘッド６５とＹエンコーダヘッド６４は、一対のスケール部を検出する一対のエンコーダヘッドである。本実施例は、これら一対のエンコーダヘッド６４、６５と原点検出ヘッド６６により、原点検出を行う。
【００３６】
Ｘ検出ヘッドユニット２６、Ｙ検出ヘッドユニット２８、Ｘ検出ヘッドユニット２５は、Ｙ検出ヘッドユニット２７を、それぞれ、９０°、１８０°、２７０°回転した構成を有する。同様に、Ｘスケール４６、Ｙスケール４８、Ｘスケール４５も、Ｙスケール４７を、それぞれ、９０°、１８０°、２７０°回転した構成を有する。更に、露光部１も同様の構成を有する。
【００３７】
図５（ａ）は、図１に示す計測部２１の透過平面図である。図５（ｂ）、図５（ｃ）、図５（ｄ）は、それぞれ、図５（ａ）のＡ断面図、Ｂ断面図、Ｃ断面図である。
【００３８】
計測部２１の基板ステージは、基台（又は案内部）上に設けられたステージ可動部７３を有する。ステージ可動部７３は、下から順に、粗動可動部７１、微動駆動部７２、微動駆動部７２により駆動される微動可動部２４から構成される。粗動可動部７１は平面パルスモータを使用しているため、エンコーダの計測ができない場合でも１０μ程度の精度では任意位置に移動することができる。
【００３９】
図５（ｂ）及び図５（ｄ）に示すように、Ｘ検出ヘッドユニット２５の下にＸスケール４５を配置し、Ｘ検出ヘッドユニット２６の下にＸスケール４６を配置する。顕微鏡２２の鏡筒に固定されたＸ検出ヘッドユニット２５、２６により、微動可動部２４に取り付けられたＸスケール４５、４６の位置を計測しながら微動可動部２４をＸ軸方向に動かす。これにより、Ｘエンコーダヘッド５１、５２及びＹエンコーダヘッド５３、５４でグレーティング３１〜３４の位置を同時に計測することができる。
【００４０】
図６は、図５（ｄ）の部分拡大断面図である。
【００４１】
Ｘエンコーダヘッド５２は、エンコーダの光源である半導体レーザ８１、グレーティング８２、光検出センサ８３、８４を有する。半導体レーザ８１から出射された光ビームはグレーティング８２により０次光と±１次光に回折し、グレーティング３２で回折された後で光検出センサ８３、８４に干渉縞を作る（図面と垂直方向）。光検出センサ８３、８４上には、干渉縞の移動を検出するために、干渉縞と同じ向きに不図示の３相の櫛歯状の光検出器が設けられている。３相の光検出器からの３相のアナログ出力信号をインタ−ポレート（内挿）して数ミクロンのグレーティング周期の１／４０００程度の精度で計測する。光検出センサ８３、８４上の干渉縞は、グレーティングのＸ軸方向の動きだけではなくＺ方向の動きによっても移動するため、光検出センサ８３、８４の出力からＸ軸方向及びＺ方向の計測が可能である。なお、この構成は、Ｘエンコーダヘッド５１、Ｙエンコーダヘッド５３、５４にも当てはまる。
【００４２】
Ｘ検出ヘッドユニット２６に設けられるＸエンコーダヘッド、Ｙエンコーダヘッド、原点検出ヘッドのそれぞれが半導体レーザ９１、グレーティング９２、光検出センサ９３、９４を有し、Ｘエンコーダヘッド５２と同様な構成を有する。なお、この構成は、Ｘ検出ヘッドユニット５、６、２５、Ｙ検出ヘッドユニット７、８、２７、２８にも当てはまる。
【００４３】
図７は、グレーティング１１〜１４と３１〜３４の計測を説明するための平面図である。
【００４４】
計測位置において、Ｘ検出ヘッドユニット２５、２６の下にＸスケール４５、４６を配置し、Ｘ検出ヘッドユニット２５、２６の内部のギャップセンサにより、二方向（ＸＹ方向）に直交するＺ軸方向の高さと傾きを維持する。この状態で、微動可動部２４を二方向の一方であるＸ軸方向に駆動する。これにより、矢印１２１、１２２で示す位置で、グレーティング３１、３２のＸ軸方向のスケール誤差と高さ情報を、Ｘスケール４５、４６のＸスケール部、及び、スケール表面高さ基準で計測することができる。また、同時に、矢印１２３、１２４で示す位置で、グレーティング３４、３３のＹ軸方向のスケール誤差（回転）と高さ情報（校正データ）を、Ｘスケール４５、４６のＹスケール部、及び、スケール表面高さ基準で計測することができる。
【００４５】
同様に、計測位置において、Ｙ検出ヘッドユニット２７、２８の下にＹスケール４７、４８を配置し、Ｙ検出ヘッドユニット２７、２８の内部のギャップセンサにより、二方向（ＸＹ方向）に直交するＺ軸方向の高さと傾きを維持する。この状態で、微動可動部２４を二方向の一方であるＹ軸方向に駆動する。これにより、矢印１３１、１３２で示す位置で、グレーティング３４、３３のＹ軸方向のスケール誤差と高さ情報を、Ｙスケール４８、４７のＹスケール部、及び、スケール表面高さ基準で計測することができる。また、同時に、矢印１３３、１３４で示す位置で、グレーティング３２、３１のＸ軸方向のスケール誤差（回転）と高さ情報（校正データ）を、Ｙスケール４８，４７のＸスケール部、及び、スケール表面高さ基準で計測することができる。
【００４６】
グレーティング１１〜１４に関しても、同様の計測が行われる。このように、校正データは、グレーティング１１〜１４、３１〜３４の倍率、回転及び高さの少なくとも一つの情報を含んでいる。
【００４７】
図８（ａ）〜図８（ｄ）は、微動可動部２４への基板Ｓ１の搬入動作を示す平面図である。２０２は、不図示の搬送系でプリアライメントが完了した基板Ｓ１を搬送系から微動可動部２４に搭載する搬送ハンド、２０３は搬送ハンド２０２に搭載された基板Ｓ１の表面パターンの画像を入力するＸ軸方向に駆動可能なＰＡ顕微鏡である。
【００４８】
図８（ａ）は、搬送ハンド２０２の搬送中に基板上のスクライブライン上の不図示のアライメントマークを計測している様子を示す平面図である。図８（ｂ）は、別のアライメントマークを計測し、２つのアライメントマークの計測結果から基板のスクライブラインの回転成分を算出し、回転成分だけ微動可動部２４を回転させた状態を示す平面図である。図８（ｃ）は、回転させた微動可動部２４に基板Ｓ１を搭載した状態を示す平面図である。図８（ｄ）は、微動可動部２４に基板Ｓ１を搭載した後、微動可動部２４の姿勢を元に戻し、計測部２１の中心に移動させた状態を示す平面図である。
【００４９】
これにより、エンコーダヘッドの内部にあるグレーティング（例えば、図６に示す８２）の方向とそのエンコーダヘッドの測定対象であるグレーティング（例えば、図６に示す３２）の回転方向を一致させることができる。両者が一致していないと、干渉縞の位相差が出て内挿誤差が大きくなって計測誤差が発生する。本実施例は、Ｘ検出ヘッドユニット５、６、２５、２６、Ｙ検出ヘッドユニット７、８、２７、２８でその向きを計測可能なＸスケール４５、４６、Ｙスケール４７、４８を可動部材側に設けている。このため、エンコーダヘッドの内部にあるグレーティングの向きもＸスケール、Ｙスケールに合わせればよく調整を容易に且つ高精度に行うことができる。
【００５０】
以下、本実施例の露光装置の動作について説明する。
【００５１】
まず、低熱膨張材でできた基準スケールを有する不図示の基準基板を用いる高精度グレーティング校正が行われる。ここでは、グレーティング１１〜１４、３１〜３４の全面、及び、基板ステージの微動可動部４、２４の上の全てのＸ、Ｙスケールの倍率、回転、高さの計測を行い、基準基板を基準とした補正データを作成する。この校正は、時間がかかるので位置検出装置の設置時とアライメント精度に異常が発生した場合にのみ行われる。補正データは、不図示のメモリに格納される。
【００５２】
次に、本実施例は、定期的なグレーティング校正を行う。定期的なグレーティング校正では、図７で示すように、グレーティングの計測方向の倍率、回転、高さの計測を行う。そして、この計測結果から、高精度グレーティング校正で決定した、全てのグレーティングの全ての位置での倍率、回転、高さの計測値の補正データの修正を行う。この計測は、グレーティングの全面を行うものではないが、図７に示すように、各グレーティングの中心付近を計測するために定期的な校正としては十分である。校正データは、不図示のメモリに格納される。
【００５３】
上述したように、本実施例の露光装置によれば、Ｘ検出ヘッドユニット５、６、２５、２６、Ｙ検出ヘッドユニット７、８、２７、２８でＸスケール４５、４６、Ｙスケール４７、４８を計測する。また、同時に、Ｘエンコーダヘッド５１、５２、Ｙエンコーダヘッド５３、５４でグレーティング１１〜１４、３１〜３４を計測する。それらの計測値の差分をグレーティングの補正データとして記憶し、その後に、基板ステージの位置制御を行う際に、その補正データに基づいて位置補正を行っている。このように、Ｘスケール４５、４６、Ｙスケール４７、４８を基準にグレーティング１１〜１４、３１〜３４の補正データを定期的に短時間で計測することができるので高精度な位置検出とそれによる位置制御を維持することができる。
【００５４】
また、本実施例は、Ｘ検出ヘッドユニット５、６、２５、２６とＹ検出ヘッドユニット７、８、２７、２８を振動が少ない固定部材として設け、Ｘスケール４５、４６、Ｙスケール４７、４８を高加速度で往復運動をする基板ステージ側に可動部材として設けている。このため、本実施例の位置検出装置は長期的な計測再現性を確保し易い。
【００５５】
次に、計測部２１で原点検出を行う。まず、図８に示す方法で基板Ｓ１を微動可動部２４に搭載して計測部２１の中心に移動する。ここで、Ｘ検出ヘッドユニット２５、２６及びＹ検出ヘッドユニット２７、２８内のギャップセンサにより、Ｘスケール４５、４６、及び、Ｙスケール４７、４８の表面を特定の高さに合わせる。
【００５６】
この後、Ｘ検出ヘッドユニット２５、２６により、Ｘスケール４５、４６の位置計測を開始する。微動可動部２４をＸ軸方向に微小駆動することにより、Ｘ検出ヘッドユニット２５、２６の内部の原点検出ヘッドでＸスケール４５、４６の内部の原点スケールを検出し、微動可動部２４のＸ軸方向の原点検出と、回転方向の補正を行う。
【００５７】
この後、Ｙ検出ヘッドユニット２７、２８により、Ｙスケール４７、４８の位置計測を開始する。微動可動部２４をＹ軸方向に微小駆動することにより、Ｙ検出ヘッドユニット２７、２８の内部の原点検出ヘッドでＹスケール４７、４８の内部の原点スケールを検出し、微動可動部２４のＹ軸方向の原点検出を行う。これにより、顕微鏡２２に対する微動可動部２４の位置は正確に決定される。
【００５８】
本動作以降は、微動可動部２４の位置制御は、不図示の制御部が不図示のメモリを参照してデータを校正しながら、Ｘエンコーダヘッド５１、５２及びＹエンコーダヘッド５３、５４でグレーティング３１〜３４を計測した結果に基づいて行われる。
【００５９】
次に、計測部２１で基準マークを計測する。計測部２１での原点検出が終了すると、顕微鏡２２の下に原版マークセンサ４２の１つを位置させる。原版マークセンサ４２の表面には、不図示のステージ基準マークが配置されており、このマークを顕微鏡２２で位置計測することにより、顕微鏡２２に対する微動可動部２４の位置がより正確に決定される。
【００６０】
次に、計測部２１でアライメント計測と高さ計測を行う。ステージ基準マーク計測が終了すると、顕微鏡２２により基板Ｓ１のアライメントマークを計測し、この後、基板の高さ計測を行う。これにより、ステージ基準マークを基準とした、基板全面の各位置情報と高さ情報が決定される。
【００６１】
次に、露光部１で原点検出を行う。計測部２１によるアライメント計測と高さ計測が完了すると、微動可動部２４を露光部１に移動させる。この移動時には、Ｘエンコーダヘッド５１、５２及びＹエンコーダヘッド５３、５４が、グレーティング３１〜３４の下から外れてしまうため、図５（ｂ）〜（ｄ）に示す粗動可動部７１による位置制御が用いられる。
【００６２】
微動可動部２４は、露光部１に移動した後で、投影光学系２の鏡筒に対する正確な位置を求める必要がある。このため、露光部１で計測部２１の原点検出と同様なことを行う。この場合も、Ｘスケール４５、４６、Ｙスケール４７、４８が使用されるので、計測部２１での計測結果を露光部１においてより早く且つより正確に反映することができる。
【００６３】
原点検出動作後は、計測部２１と同様に、微動可動部２４の位置制御は、Ｘエンコーダヘッド５１、５２及びＹエンコーダヘッド５３、５４でグレーティング１１〜１４を計測した結果に基づいて行われる。
【００６４】
露光部１での原点検出が完了すると、露光部１において原版像の位置計測が行われる。投影光学系２の下に原版マークセンサ４２の１つを位置させる。原版マークセンサ４２の表面には、特定の原版マークの投影像のＸＹＺ位置を検出するセンサが配置されており、このセンサにより、原版マークの投影像基準で、微動可動部２４の位置がより正確に決定される。原版マークセンサ４２の表面の、上記センサとステージ基準マークの位置関係は決まっているため、以上の動作により、原版マークの投影像基準で基板全面の各位置情報と高さ情報が得られる。
【００６５】
原版像の位置計測が完了すると露光部１での露光が行われる。原版パターンの像の位置と基板Ｓ１の各ショットの理想的なＸＹＺ軸方向及びチルト位置の関係が得られているので各ショットを順次走査露光する。
【００６６】
デバイス（半導体集積回路素子、液晶表示素子等）は、露光装置を使用して感光剤を塗布した基板（ウエハ、ガラスプレート等）を露光する工程と、基板を現像する工程と、他の周知の工程と、を経ることにより製造される（デバイス製造方法）。
【００６７】
なお、顕微鏡２２内の光学系及び電気処理系が非常に安定している場合には、計測部２１の原点検出のみで顕微鏡２２に対する微動可動部２４の位置は正確に決定されるので計測部２１における基準マークの計測を省略してもよい。また、投影光学系２に対する原版の位置が非常に安定している場合には、露光部１での原点検出のみで投影光学系２の鏡筒に対する微動可動部２４の位置は正確に決定されるため、露光部１における原版像の計測を省略してもよい。
【００６８】
本実施例の露光装置は、計測部２１と露光部１における高い再現性を有する原点検出機能を必要とする。このため、原点検出後に、計測部２１は、顕微鏡２２により、原版マークセンサ４２の位置を計測し、露光部１は、原版の投影位置を示す原版マークの投影像を原版マークセンサ４２を用いて計測している。しかし、この構成では、原点検出位置とその後の計測位置は離れているため、スループットを低下させるおそれがある。
【００６９】
図９は、この問題を解決する実施例の透過平面図である。本実施例は、露光部１のＸ検出ヘッドユニット６とＹ検出ヘッドユニット７の近くにＸ検出ヘッドユニット６ＡとＹ検出ヘッドユニット７Ａを設けている。Ｘ検出ヘッドユニット６ＡとＹ検出ヘッドユニット７Ａの位置は、左上隅の原版マークセンサ４２を投影光学系２の下に配置した時にＸスケール４６、Ｙスケール４７を測定できる位置に設けられる。また、計測部２１のＸ検出ヘッドユニット２６とＹ検出ヘッドユニット２７の近くにＸ検出ヘッドユニット２６ＡとＹ検出ヘッドユニット２７Ａを設けている。Ｘ検出ヘッドユニット２６ＡとＹ検出ヘッドユニット２７Ａの位置は、左上隅の原版マークセンサ４２を顕微鏡２２の下に配置した時にＸスケール４６、Ｙスケール４７を測定できる位置に設けられる。もちろん、左上隅以外の原版マークセンサ４２を投影光学系２や顕微鏡２２の下に配置する場合には、Ｘ検出ヘッドユニットとＹ検出ヘッドユニットの位置を変更してよいことは言うまでもない。
【００７０】
このように、図９の第２エンコーダヘッド部は、投影光学系２や顕微鏡２２を介して基板ステージの基準マークを観察可能な位置に基板ステージを配置した状態で、第２グレーティング部を計測可能な位置に配置されたエンコーダヘッドを有する。かかる構成により、原点検出終了後に、計測部２１では、顕微鏡２２により、原版マークセンサ４２上の位置を直ちに計測し、露光部１では、原版の投影位置を示す原版マークの投影像の位置を直ちに計測することができる。
【００７１】
本実施例では、液浸領域３を２つの微動可動部間で受け渡している。液浸領域３は、微動可動部４Ａ又は２４Ａが投影光学系２の下になければ保持することができずに外部に漏れてしまう。液浸領域３が、微動可動部４Ａ及び２４ＡのＹスケールの上部を通過しないようにして計測誤差を維持する手段について説明する。
【００７２】
図１０及び図１１は、微動可動部４Ａと２４Ａの間からＹスケールを除外（即ち、基板を移動する経路の外側にＹスケールを配置）した手段の一例を示す透過平面図である。図１０は、液浸領域３を受け渡す状態を示しており、図１１は、微動可動部４Ａ、２４Ａが、それぞれ、露光部１、計測部２１にある状態を示している。
【００７３】
図１０に示す手段は、右側に配置される微動可動部４ＡのＹスケール４７Ａを微動可動部４Ａの右側に取り付け、微動可動部４Ａの左側に配置される微動可動部２４ＡのＹスケール４８Ａを微動可動部２４Ａの左側に取り付けている。Ｙスケール４７Ａ、４８Ａは同じ幅でＹスケール４７、４８よりも幅広であり、これに対応して、Ｙ検出ヘッドユニット７Ｂ、８Ｂ、２７Ｂ、２８Ｂの幅も広くなっている。
【００７４】
図１２は、Ｙ検出ヘッドユニット７ＢとＹスケール４７Ａの詳細を示した部分拡大透過平面図である。Ｙ検出ヘッドユニット７Ｂには、Ｙエンコーダヘッド６４Ａ、６４Ｂ、Ｘエンコーダヘッド６５Ａ、原点検出ヘッド６６Ａ、６６Ｂ、ギャップセンサ６７Ａ、６７Ｂ、６８Ａ、６８Ｂが設けられている。一方、Ｙスケール４７Ａには、Ｙスケール部６１Ａ、６１Ｂ、Ｘスケール部６２Ａ、原点スケール６３Ａ、６３Ｂが設けられている。Ｙ検出ヘッドユニット８Ｂ、２７Ｂ、２８ＢやＹスケール４８Ａの構成も同様である。
【００７５】
図１３は、図３に示すグレーティング１１〜１４、３１〜３４の変形例を示す平面図である。グレーティング１１Ａ、１２Ａは、投影光学系２の光軸に関して対角に配置され、グレーティング面を下向きに配置され、これらのグレーティング面は＋４５°方向（Ｘ＝Ｙ方向）に延びるパターンを有する。グレーティング１３Ａ、１４Ａは、投影光学系２の光軸に関して対角に配置され、グレーティング面を下向きに配置され、これらのグレーティング面は−４５°方向（−Ｘ＝Ｙ方向）に延びるパターンを有する。グレーティング３１Ａ〜３４Ａは、それぞれグレーティング１１Ａ〜１４Ａに対応する構成を有する。即ち、図１３では、第１グレーティング部であるグレーティング１１Ａ〜１４Ａ、３１Ａ〜３４Ａは、二方向（ＸＹ方向）の両方に対して＋４５°方向又は−４５°方向に延びるパターンを有する。
【００７６】
図１３には不図示のＸエンコーダヘッド５１、５２、Ｙエンコーダヘッド５３、５４内のグレーティングもグレーティング１１Ａ〜１４Ａ、３１Ａ〜３４Ａと平行な方向（即ち、＋４５°方向又は−４５°方向）に延びるパターンを有する。図３では、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の計測を１〜２個のエンコーダヘッドの計測結果から求めているのに対して、図１３では、３〜４個のエンコーダヘッドの計測結果から求めることになるため、平均化効果により、計測再現性の向上が期待できる。
【００７７】
図１４は、図２の変形例を示す透過平面図である。微動可動部２４Ｂには位置検出装置の可動部材が設けられるが、図２と異なり、微動可動部２４Ｂの上にはステージ天板１０が取り付けられている。本実施例は、基板チャック４１以外の全ての位置検出装置の構成要素（即ち、第１エンコーダヘッド部と第２グレーティング部）を微動可動部２４Ｂに収納するためのステージ天板１０を設けている。このため、複数のエンコーダヘッド内のグレーティングと、複数のスケールの間の位置調整が不要で長期的に安定し、計測再現性が向上する。
【００７８】
図１５は、図２の別の変形例を示す透過平面図である。微動可動部２４Ｃには位置検出装置の可動部材が設けられるが、図２と異なり、エンコーダヘッドとスケールが一体となっている。即ち、図１５に示す位置検出装置の可動部材は、ＸエンコーダヘッドのグレーティングとＸスケールを一体にしたＸエンコーダスケール７５、７６、ＹエンコーダヘッドのグレーティングとＹスケールを一体にしたＸエンコーダスケール７７、７８を有する。本実施例では、エンコーダヘッド内のグレーティングとスケールを一体化しているので、位置調整が容易になり、また、一体化部分が小さいために比較的容易かつ安価に製作することができる。
【００７９】
なお、本発明の位置検出装置の対象は、露光装置の基板ステージに限定されないことはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
位置検出装置は、露光装置における基板ステージの位置検出の用途に適用することができる。露光装置は、デバイスを製造する用途に適用することができる。
【符号の説明】
【００８１】
２                            投影光学系
３                            液浸領域
５、６、６Ａ、２５、２６、２６Ａ                  Ｘ検出ヘッドユニット
７〜７Ｂ、８〜８Ｂ、２７〜２７Ｂ、２８〜２８Ｂ    Ｙ検出ヘッドユニット
１０                          ステージ天板
１１〜１４、１１Ａ〜１４Ａ    グレーティング
４、４Ａ、２４〜２４Ｃ        微動可動部
３１〜３４、３１Ａ〜３４Ａ    グレーティング
４２                          原版マークセンサ
４５、４６                    Ｘスケール
４７、４７Ａ、４８、４８Ａ    Ｙスケール
５１、５２、６５              Ｘエンコーダヘッド
５３、５４、６４              Ｙエンコーダヘッド
６１〜６１Ｂ                  Ｙスケール部
６２、６２Ａ                  Ｘスケール部
６３〜６３Ｂ                  原点スケール
６６〜６６Ｂ                  原点検出ヘッド
６７〜６７Ｂ、６８〜６８Ｂ    ギャップセンサ
７５、７６                    Ｘエンコーダスケーラ
７７、７８                    Ｙエンコーダスケーラ
８２                          Ｘエンコーダヘッドのグレーティング
９２                          Ｘ検出ヘッドユニットのグレーティング
Ｓ０、Ｓ１                    基板
Ｖ                            ショット
【図１】
2010205867.tif 000003
【図２】
2010205867.tif 000004
【図３】
2010205867.tif 000005
【図４】
2010205867.tif 000006
【図５】
2010205867.tif 000007
【図６】
2010205867.tif 000008
【図７】
2010205867.tif 000009
【図８】
2010205867.tif 000010
【図９】
2010205867.tif 000011
【図１０】
2010205867.tif 000012
【図１１】
2010205867.tif 000013
【図１２】
2010205867.tif 000014
【図１３】
2010205867.tif 000015
【図１４】
2010205867.tif 000016
【図１５】
2010205867.tif 000017