(57)【要約】【課題】振動ミラーを用いて被検面の面位置を検出する際に、計測値のドリフトを小さくして、計測精度を向上させる。【解決手段】被検面の面位置情報を検出するＡＦ系９０において、検出光ＤＬを被検面に斜めに投射する投射系９０ａと、その被検面で反射される検出光を受光する受光系９０ｂと、投射系９０ａ内で検出光ＤＬを反射する反射面が形成された可動部と、その可動部を支持する１対の支持部とを有する振動ミラー３８と、振動ミラー３８の支持部が固定される保持部材４８と、振動ミラー３８の可動部を振動させる駆動部４９と、受光系９０ｂで得られる検出信号をその可動部の振動に同期して処理する信号処理系２５と、を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検面の面位置情報を検出する面位置検出装置において、
光を前記被検面に斜めに投射する投射系と、
前記被検面で反射される光を受光する受光系と、
前記投射系又は前記受光系を通過する光を反射する反射面が形成された可動部と、前記可動部を挟むように支持する１対の支持部とを有する反射部材と、
前記反射部材の前記１対の支持部のそれぞれの少なくとも一部が固定される第１部材と、
前記反射部材の前記可動部を振動させる駆動機構と、
前記受光系で得られる検出信号を前記可動部の振動に同期して処理することにより、前記被検面の面位置情報を求める信号処理系と、
を備えることを特徴とする面位置検出装置。
【請求項２】
前記駆動機構は、前記反射部材の前記１対の支持部に沿った方向に延びる軸の回りに前記可動部をねじるように、前記可動部を振動させることを特徴とする請求項１に記載の面位置検出装置。
【請求項３】
前記可動部は平板状であり、
前記反射部材の前記１対の支持部の前記可動部側の部分に、それぞれ前記軸に沿った方向に延びる棒状のトーションバー部が形成されたことを特徴とする請求項２に記載の面位置検出装置。
【請求項４】
前記駆動機構は、
前記反射部材の前記１対の支持部に沿った方向に延びる軸に直交するように、前記可動部に設けられたピン状部材と、
前記ピン状部材を前記軸の回りの一方向及び逆方向に交互に変位させるコイル部材とを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の面位置検出装置。
【請求項５】
前記可動部の前記反射面の中心と前記ピン状部材が設けられた位置との中点は、前記１対の支持部の間の中点にほぼ一致することを特徴とする請求項４に記載の面位置検出装置。
【請求項６】
前記振動機構による振動の応力が与えられていない状態で、
前記反射部材の前記１対の支持部の前記第１部材に固定される部分、及び前記可動部は、それぞれ互いに同一の平面に接する平板状であり、
前記可動部の前記反射面は、前記第１部材の前記反射部材の取り付け面側を向くことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の面位置検出装置。
【請求項７】
前記投射系及び前記受光系の少なくとも一部の機構を支持するフレームに固定される第２部材を備え、
前記第１部材の前記取り付け面が、前記第２部材に固定されることを特徴とする請求項６に記載の面位置検出装置。
【請求項８】
前記駆動機構による前記可動部の駆動周波数のナイキスト周波数が前記反射部材の前記可動部の倒れ振動の周波数にほぼ等しくなるように、前記駆動周波数が設定されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の面位置検出装置。
【請求項９】
前記反射部材の前記反射面は、前記投射系又は前記受光系の射出瞳と共役な面の近傍に配置されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の面位置検出装置。
【請求項１０】
露光光でパターンを照明し、前記露光光で前記パターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光装置において、
請求項１〜９のいずれか一項に記載の面位置検出装置と、
前記面位置検出装置によって検出される前記被検面としての前記基板の表面の面位置情報に基づいて前記基板の位置を制御するステージと、
を備えることを特徴とする露光装置。
【請求項１１】
前記面位置検出装置の前記第１部材が、前記投影光学系を支持するフレームに取り付けられることを特徴とする請求項１０に記載の露光装置。
【請求項１２】
露光光でパターンを照明し、前記露光光で前記パターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光方法において、
請求項１〜９のいずれか一項に記載の面位置検出装置を用いて、前記被検面としての前記基板の表面の面位置情報を検出することと、
前記面位置情報の検出結果に基づいて、前記基板の表面を前記投影光学系の像面に合焦させることと、
を含むことを特徴とする露光方法。
【請求項１３】
請求項１０又は１１に記載の露光装置を用いて、基板に感光層のパターンを形成することと、
前記パターンが形成された前記基板を処理することと、
を含むデバイス製造方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載の露光方法を用いて、基板に感光層のパターンを形成することと、
前記パターンが形成された前記基板を処理することと、
を含むデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検面の面位置情報を検出する面位置検出技術、この面位置検出技術を用いる露光技術、及びこの露光技術を用いるデバイス製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体素子（集積回路等）、又は液晶表示素子等の電子デバイス（マイクロデバイス）を製造するためのリソグラフィー工程中で、レチクルのパターンを投影光学系を介してレジストが塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）の表面に転写するために、ステッパー又はスキャニングステッパー（スキャナー）などの露光装置が用いられている。かかる露光装置においては、投影光学系の焦点深度が比較的浅く、しかも、ウエハの表面に部分的な凹凸が存在することもある。そこで、かかる露光装置においては、従来より、オートフォーカスセンサ（以下、ＡＦ系という）によって検出されるウエハの表面の面位置（法線方向の位置又は投影光学系の光軸方向の位置）に基づいて、露光中にオートフォーカス方式でウエハの表面を投影光学系の像面に合焦させている。
【０００３】
従来のＡＦ系としては、例えば、ウエハの表面等の被検面に対して投射系によって斜め方向からスリット像を投影し、受光系によってその表面からの反射光を受光してそのスリット像を再結像する斜入射型の検出装置が知られている。この場合、被検面の面位置が変化すると、再結像されるスリット像の位置が横ずれすることから、被検面の面位置が検出できる。さらに、この斜入射型の検出装置では、例えば受光系内に設けられた振動ミラーの駆動部の駆動信号に同期して検出信号を同期検波することで、外乱光の影響等を低減させている（例えば、特許文献１参照）。なお、振動ミラーは投射系側に配置している例もある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２４１７４４号公報
【特許文献２】特開２００８−１７７３０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のＡＦ系では、振動ミラーの全体を駆動部によって振動させていたため、振動ミラーの振動中の位置の中心が次第にずれて、被検面の面位置の検出結果にドリフトが生じる恐れがあった。最近は、半導体素子等のパターンの一層の微細化に応じて、投影光学系の開口数がさらに大きくなり、これによって投影光学系の焦点深度がより狭くなっているため、ＡＦ系のドリフト等は可能な限り抑制することが好ましい。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑み、振動する反射部材（振動ミラー）を用いて被検面の面位置を検出する際に、計測値のドリフトを小さくして、計測精度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の形態によれば、被検面の面位置情報を検出する面位置検出装置が提供される。この面位置検出装置は、光をその被検面に斜めに投射する投射系と、その被検面で反射される光を受光する受光系と、その投射系又はその受光系を通過する光を反射する反射面が形成された可動部と、その可動部を挟むように支持する１対の支持部とを有する反射部材と、その反射部材のその１対の支持部のそれぞれの少なくとも一部が固定される第
１部材と、その反射部材のその可動部を振動させる駆動機構と、その受光系で得られる検出信号をその可動部の振動に同期して処理することにより、その被検面の面位置情報を求める信号処理系と、を備えるものである。
【０００８】
また、本発明の第２の形態によれば、露光光でパターンを照明し、その露光光でそのパターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光装置において、本発明の面位置検出装置と、その面位置検出装置によって検出されるその被検面としてのその基板の表面の面位置情報に基づいてその基板の位置を制御するステージと、を備える露光装置が提供される。
【０００９】
また、本発明の第３の形態によれば、露光光でパターンを照明し、その露光光でそのパターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光方法において、本発明の面位置検出装置を用いて、その被検面としてのその基板の表面の面位置情報を検出することと、その面位置情報の検出結果に基づいて、その基板の表面をその投影光学系の像面に合焦させることと、を含む露光方法が提供される。
【００１０】
また、本発明の第４の形態によれば、本発明の露光装置又は露光方法を用いて、基板に感光層のパターンを形成することと、そのパターンが形成されたその基板を処理することと、を含むデバイス製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、反射部材（振動ミラー）のうちの反射面が形成された可動部は、静止状態で固定される１対の支持部の間に支持されている。従って、可動部を振動させて、被検面の面位置情報を検出しているときに、可動部の平均的な位置が次第に変化することはない。このため、計測値のドリフトが小さくなり、面位置の計測精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態の一例に係る露光装置の概略構成を示す一部が切り欠かれた図である。
【図２】図１の露光装置のアライメント系、位置計測用のエンコーダ、及びＡＦ系の配置を示す平面図である。
【図３】図１の露光装置の制御系の主要な構成を示すブロック図である。
【図４】図１のＡＡ線に沿う断面図である。
【図５】（Ａ）は図４中の固定ブロック５０、振動ミラー３８、及び保持部材４８を示す断面図、（Ｂ）は振動ミラー３８を示す平面図である。
【図６】図５（Ａ）の固定ブロック５０から保持部材４８を示す分解斜視図である。
【図７】（Ａ）は図５（Ａ）のＢＢ線に沿って振動ミラー３８の駆動部４９を示す断面図、（Ｂ）は図７（Ａ）の平面図、（Ｃ）は振動ミラー３８が反時計回りに振動している状態を示す図、（Ｄ）は振動ミラー３８が時計回りに振動している状態を示す図である。
【図８】振動ミラー３８の駆動部４９の共振特性を示す図である。
【図９】露光動作の一例を示すフローチャートである。
【図１０】電子デバイスの製造工程の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態の一例につき図１〜図９を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る露光装置１００の概略構成を示す。この露光装置１００は、走査型の投影露光装置（走査型露光装置）としてのスキャニングステッパーである。本実施形態では、投影光学系ＰＬが設けられており、以下においては、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行にＺ軸を取り、これに直交する面（本実施形態ではほぼ水平面である）内でレ
チクルとウエハとが相対走査される方向にＹ軸を、Ｚ軸及びＹ軸に直交する方向にＸ軸を取り、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸回りの回転（傾斜）方向をそれぞれθｘ、θｙ、及びθｚ方向として説明を行う。
【００１４】
図１において、露光装置１００は、照明系１０、該照明系１０からの露光用の照明光（露光光）ＩＬにより照明されるレチクルＲ（マスク）を保持するレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲのパターンの像をウエハＷ（基板）の表面に投影する投影光学系ＰＬを含む投影ユニットＰＵ、ウエハＷの表面の投影光学系ＰＬの光軸方向の位置（Ｚ位置又は面位置）を計測する投射系９０ａ及び受光系９０ｂを含むＡＦ系（オートフォーカスセンサ）９０（図３参照）、ウエハＷを保持するウエハステージＷＳＴ、及びこれらの制御系等を備えている。
【００１５】
照明系１０は、例えば米国特許出願公開第２００３／００２５８９０号明細書などに開示されるように、光源と、回折光学素子又は空間光変調器等を含む光量分布設定部、オプティカルインテグレータ（フライアイレンズ、ロッドインテグレータ等）等を含む照度均一化光学系、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んでいる。照明系１０は、レチクルブラインドで規定されたレチクルＲのパターン面のスリット状の照明領域ＩＡＲを照明光ＩＬによりほぼ均一な照度で照明する。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。なお、照明光としては、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）、ＹＡＧレーザの高調波、固体レーザ（半導体レーザなど）の高調波、又は水銀ランプの輝線（ｉ線等）なども使用できる。
【００１６】
レチクルステージＲＳＴの上面には、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図３のレチクルステージ駆動系１２４Ｒ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（Ｙ方向）に指定された走査速度で駆動可能となっている。
図１のレチクルステージＲＳＴの移動面内の位置情報（Ｘ方向、Ｙ方向の位置情報、及びθｚ方向の回転情報を含む）は、レーザ干渉計よりなるレチクル干渉計１１６によって、移動鏡１５（又はステージの端面）を介して例えば０．５〜０．１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計１１６の計測値は、図３の主制御装置２０に送られる。主制御装置２０は、レチクル干渉計１１６の計測値に基づいてレチクルステージＲＳＴの少なくともＸ方向、Ｙ方向、及びθｚ方向の位置を算出するとともに、この算出結果に基づいてレチクルステージ駆動系１２４Ｒを制御することで、レチクルステージＲＳＴの位置及び速度を制御する。
【００１７】
図１において、レチクルステージＲＳＴの下方に配置された投影ユニットＰＵは、鏡筒４０と、該鏡筒４０内に所定の位置関係で保持された複数の光学素子を有する例えば屈折系又は反射屈折系からなる投影光学系ＰＬとを含む。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β（例えば１／４倍、１／５倍などの縮小倍率）を有する。レチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬを介して照明領域ＩＡＲ内のレチクルＲの回路パターンの像が、ウエハＷの一つのショット領域上の露光領域ＩＡ（照明領域ＩＡＲに共役な領域）に形成される。ウエハＷは、例えば直径が２００ｍｍから４５０ｍｍ程度の円板状の半導体ウエハの表面にフォトレジスト（感光剤）を所定の厚さ（例えば２００ｎｍ程度）で塗布したものを含む。
【００１８】
また、レチクルステージＲＳＴの下方にＸＹ面に平行に厚い平板状の低膨張率の材料（例えばインバー等）よりなる光学系フレーム６が配置され、光学系フレーム６はその上方の本体コラム１１に、それぞれチェーン２１を防塵ベローズ２２で覆って形成されている複数の吊り下げ機構２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ等を介して吊り下げて支持されている。この構成によって、光学系フレーム６は外乱の影響を殆ど受けることなく安定に支持される。光学系フレーム６には開口６ａが形成され、この開口６ａを通して投影ユニットＰＵが設置されている。投影ユニットＰＵの鏡筒４０のフランジ部４０Ｆが光学系フレーム６の上面に固定されている。
【００１９】
また、露光装置１００では、液浸法で露光を行うため、投影光学系ＰＬを構成する最も像面側（ウエハＷ側）の光学素子である先端レンズ１９１を保持する鏡筒４０の下端部周囲を取り囲むように、局所液浸装置８の一部を構成するノズルユニット３２が設けられている。ノズルユニット３２は、供給管３１Ａを介して、純水等の液体Ｌｑを送出可能な液体供給装置５Ａ（図３参照）に接続されている。さらにノズルユニット３２は、回収管３１Ｂを介して、少なくとも液体Ｌｑを回収可能な液体回収装置５Ｂ（図３参照）に接続されている。ノズルユニット３２を含む局所液浸装置８の詳細な構成は、例えば米国特許出願公開第２００７／２４２２４７号明細書等に開示されている。
【００２０】
図１において、ベース盤１２の上面にウエハステージＷＳＴ及び投影光学系ＰＬの結像特性等を計測する装置が組み込まれた計測ステージＭＳＴが載置されている。ステージＷＳＴ，ＭＳＴの位置情報はＹ軸干渉計１６，１８を含む干渉計システム１１８（図３参照）により計測され、この計測結果及び後述のエンコーダシステムの計測結果に基づいてリニアモータ等を含むステージ駆動系１２４Ｗ（図３参照）がステージＷＳＴ，ＭＳＴ及び後述のＺ・レベリング機構を駆動する。ウエハステージＷＳＴ、計測ステージＭＳＴそれぞれの底面には、不図示の非接触軸受、例えば真空予圧型空気静圧軸受を構成するエアパッドが複数箇所に設けられている。ステージＷＳＴ，ＭＳＴは、ステージ駆動系１２４によって、Ｙ方向及びＸ方向に独立して２次元方向に駆動可能である。
【００２１】
また、ウエハステージＷＳＴは、Ｘ方向、Ｙ方向に駆動されるステージ本体９１と、ステージ本体９１上に搭載されたウエハテーブルＷＴＢと、ステージ本体９１内に設けられて、ステージ本体９１に対してＺ方向、θｘ方向、及びθｙ方向にウエハテーブルＷＴＢ（ウエハＷ）を相対的に微小駆動するＺ・レベリング機構とを備えている。そのＺ・レベリング機構は、例えば３箇所でＺ方向に変位を与えるボイスコイルモータと、その３箇所のＺ方向の変位を計測するセンサとを含む機構などで構成される。
【００２２】
ウエハテーブルＷＴＢの上部には、ウエハＷを真空吸着等によって保持するウエハホルダ（不図示）が設けられている。ウエハホルダはウエハテーブルＷＴＢと一体に形成しても良いが、本実施形態ではウエハホルダとウエハテーブルＷＴＢとを別々に構成し、例えば真空吸着などによってウエハホルダをウエハテーブルＷＴＢの凹部内に固定している。また、ウエハテーブルＷＴＢの上面には、ウエハホルダ上に載置されるウエハの表面とほぼ同じ高さの面となる、液体Ｌｑに対して撥液化処理された表面（撥液面）を有し、かつ外形（輪郭）が矩形でその中央部にウエハホルダ（ウエハの載置領域）よりも一回り大きな円形の開口が形成されたプレート（撥液板）２８が設けられている。プレート２８のウエハＷを囲む部分に、エンコーダシステムのためのスケールが形成される。
【００２３】
即ち、図２に示すように、プレート２８の表面の、Ｘ方向の両側の領域には、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2がそれぞれ形成されている。このＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2はそれぞれ、例えばＸ方向を長手方向とする格子線を所定ピッチでＹ軸に平行な方向（Ｙ方向）に沿って形成してなる反射型の格子によって構成されている。同様に、プレート２８の表面のＹ方向の両側の領域には、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2がそれぞれ形成されている。このＸスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2はそれぞれ、例えばＹ方向を長手方向とする格子線を所定ピッチでＸ軸に平行な方向（Ｘ方向）に沿って形成してなる、反射型の格子によって構成されている。
【００２４】
上記各スケール３９Ｙ1，３９Ｙ2，３９Ｘ1，３９Ｘ2としては、プレート２８の表面に例えばホログラム等により反射型の回折格子が作成されたものが用いられている。各スケールは、例えば薄板状のガラスであるプレート２８に上記回折格子の目盛りを、例えば１３８ｎｍ〜４μｍの間のピッチ、例えば１μｍピッチで刻んで作成されている。これらスケールは撥液膜（撥水膜）で覆われている。なお、図２では、図示の便宜上から、格子のピッチは、実際のピッチに比べて格段に広く図示されている。
【００２５】
また、干渉計１６等の計測値に基づいて、主制御装置２０は、ウエハテーブルＷＴＢのＸ，Ｙ方向の位置に加え、θｘ方向の回転情報（ピッチング）、θｙ方向の回転情報（ローリング）、及びθｚ方向の回転情報（ヨーイング）も計測可能である。同様に干渉計１８等の計測値に基づいて、計測ステージＭＳＴの位置情報も計測されている。
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平面内の位置情報（θｚ方向の回転情報を含む）は、主として、上述したＹスケール、Ｘスケールなどを含むエンコーダシステムによって計測され、干渉計１６等の計測値は、そのエンコーダシステム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（キャリブレーション）する場合などに補助的に用いられる。干渉計１６，１８等は、光学系フレーム６に不図示の支持部材を介して設けられている。
【００２６】
また、計測ステージＭＳＴは、ステージ本体９２上に平板状の計測テーブルＭＴＢを搭載して構成されている。ステージ本体９２には、計測テーブルＭＴＢのＺ方向の位置、及びθｘ方向、θｙ方向の傾斜角を制御するＺ・レベリング機構が組み込まれている。計測テーブルＭＴＢ及びステージ本体９２には、空間像計測装置４５（図３参照）等の各種計測用部材が設けられている。
【００２７】
本実施形態の露光装置１００では、図１では図面の錯綜を避ける観点からセカンダリアライメント系ＡＬ２4のみが図示されているが、実際には、図２に示されるように、投影ユニットＰＵの中心（投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ）を通りかつＹ軸と平行な直線ＬＶ上で、その光軸ＡＸから−Ｙ側に所定距離隔てた位置に検出中心を有するプライマリアライメント系ＡＬ１が配置されている。また、プライマリアライメント系ＡＬ１を挟んで、Ｘ方向の一側と他側には、その直線ＬＶに関してほぼ対称に検出中心が配置されるセカンダリアライメント系ＡＬ２1，ＡＬ２2と、セカンダリアライメント系ＡＬ２3，ＡＬ２4とがそれぞれ設けられている。すなわち、５つの例えば画像処理型のアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4はその検出領域（検出中心）がＸ方向に関して異なる位置に、すなわちＸ方向に沿って配置されている。
【００２８】
各セカンダリアライメント系ＡＬ２n（ｎ＝１〜４）は、セカンダリアライメント系ＡＬ２4について代表的に示されるように、回転中心Ｏを中心として図２における時計回り及び反時計回りに所定角度範囲で回動可能なアーム５６n（ｎ＝１〜４）の先端（回動端）に固定されている。本実施形態では、各セカンダリアライメント系ＡＬ２nはその一部（例えば、アライメント光を検出領域に照射し、かつ検出領域内の対象マークから発生する光を受光素子に導く光学系を少なくとも含む）がアーム５６nに固定され、残りの一部はメインフレーム（不図示）に設けられる。これらのアーム５６n等は、光学系フレーム６の底面に固定されている。セカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4はその検出領域（又は検出中心）が独立にＸ方向に可動である。
【００２９】
前記各アーム５６nの上面には、差動排気型のエアベアリングから成るバキュームパッド５８n（ｎ＝１〜４）が設けられている。また、アーム５６nは、例えばモータ等を含む回転駆動機構６０n（ｎ＝１〜４、図３参照）によって、主制御装置２０の指示に応じて回動可能である。主制御装置２０は、アーム５６nの回転調整後に、各バキュームパッド５８nを作動させて各アーム５６nを光学系フレーム６に吸着固定する。アライメント系Ａ
Ｌ１及びＡＬ２1〜ＡＬ２4を介して求められるウエハＷのアライメントマーク（ウエハマーク）等の被検マークの位置情報は、主制御装置２０に供給される。
【００３０】
また、本実施形態では５つのアライメント系ＡＬ１、ＡＬ２1〜ＡＬ２4を設けているため、アライメントを効率的に行うことができる。しかしながら、アライメント系の数は５つに限られるものでなく、任意の個数が可能であり、一つのみでもよい。
次に、本実施形態の露光装置１００では、図２に示されるように、前述したノズルユニット３２の周囲を四方から囲む状態で、エンコーダシステムの４つのヘッドユニット６２Ａ〜６２Ｄが配置されている。これらのヘッドユニット６２Ａ〜６２Ｄを構成する複数のＹヘッド６４及びＸヘッド６６は、図２では２点鎖線で示すように、光学系フレーム６（図１参照）の底面に固定されている。
【００３１】
図２において、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃは、投影ユニットＰＵの＋Ｘ側、−Ｘ側にそれぞれＸ方向に沿って投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを通りかつＸ軸と平行な直線ＬＨ上に所定間隔で配置された複数（ここでは６個）のＹヘッド６４を備えている。Ｙヘッド６４は、それぞれＹスケール３９Ｙ1又は３９Ｙ2を用いて、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＹ方向の位置（Ｙ位置）を計測する。また、ヘッドユニット６２Ｂ，６２Ｄは、投影ユニットＰＵの＋Ｙ側、−Ｙ側にそれぞれＹ方向に沿って光軸ＡＸを通りかつＹ軸と平行な直線ＬＶ上にほぼ所定間隔で配置された複数（ここでは７個及び１１個（ただし、図２ではその１１個のうちのプライマリアライメント系ＡＬ１と重なる３個は不図示））のＸヘッド６６を備えている。Ｘヘッド６６は、それぞれＸスケール３９Ｘ1又は３９Ｘ2を用いて、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＸ方向の位置（Ｘ位置）を計測する。
【００３２】
従って、ヘッドユニット６２Ａ及び６２Ｃは、それぞれＹスケール３９Ｙ1及び３９Ｙ2を用いて、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＹ位置を計測する多眼のＹ軸のリニアエンコーダ（以下、適宜、Ｙエンコーダと略述する）７０Ａ及び７０Ｃ（図３参照）を構成する。Ｙエンコーダ７０Ａ，７０Ｃはそれぞれ複数のＹヘッド６４の計測値の切り替え（詳細後述）を行う切り替え制御部を備えている。ここで、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃが備える隣接するＹヘッド６４（すなわち、Ｙヘッド６４から照射される計測ビーム）の間隔は、前述のＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2のＸ方向の幅（より正確には、格子線３８の長さ）よりも狭く設定されている。
【００３３】
また、ヘッドユニット６２Ｂ及び６２Ｄは、基本的にそれぞれ前述のＸスケール３９Ｘ1及び３９Ｘ2を用いて、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＸ位置を計測する、多眼のＸ軸のリニアエンコーダ（以下、適宜、Ｘエンコーダと略述する）７０Ｂ及び７０Ｄ（図３参照）を構成する。Ｘエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄはそれぞれ複数のＸヘッド６６の計測値の切り替えを行う切り替え制御部を備えている。なお、本実施形態では、例えば後述するアライメント時などにヘッドユニット６２Ｄが備える１１個のＸヘッド６６のうちの２個のＸヘッド６６が、Ｘスケール３９Ｘ1及び３９Ｘ2に同時に対向する場合がある。この場合には、Ｘスケール３９Ｘ1及び３９Ｘ2とこれに対向するＸヘッド６６とによって、Ｘリニアエンコーダ７０Ｂ及び７０Ｄが構成される。
【００３４】
ヘッドユニット６２Ｂ，６２Ｄがそれぞれ備える隣接するＸヘッド６６（計測ビーム）の間隔は、前述のＸスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2のＹ方向の幅（より正確には、格子線３７の長さ）よりも狭く設定されている。
さらに、セカンダリアライメント系ＡＬ２1の−Ｘ側、セカンダリアライメント系ＡＬ２4の＋Ｘ側に、プライマリアライメント系ＡＬ１の検出中心を通るＸ軸に平行な直線上かつその検出中心に対してほぼ対称に検出点が配置されるＹヘッド６４ｙ1，６４ｙ2がそれぞれ設けられている。Ｙヘッド６４ｙ1，６４ｙ2は、ウエハステージＷＳＴ上のウエハ
Ｗの中心が上記直線ＬＶ上にある図２に示される状態では、Ｙスケール３９Ｙ2，３９Ｙ1にそれぞれ対向するようになっている。例えばアライメント動作の際などでは、Ｙヘッド６４ｙ1，６４ｙ2に対向してＹスケール３９Ｙ2，３９Ｙ1がそれぞれ配置され、このＹヘッド６４ｙ1，６４ｙ2（すなわち、これらＹヘッド６４ｙ1，６４ｙ2を含むＹエンコーダ７０Ｃ，７０Ａ）によってウエハステージＷＳＴのＹ位置（及びθｚ方向の角度）が計測される。
【００３５】
上述したエンコーダ７０Ａ〜７０Ｄの計測値は、主制御装置２０に供給され、主制御装置２０は、エンコーダ７０Ａ〜７０Ｄの計測値に基づいて、ウエハテーブルＷＴＢのＸＹ平面内の位置を制御する。なお、Ｙヘッド６４及びＸヘッド６６としては、例えば、米国特許第５，６１０，７１５号明細書等に開示されている、スケールに可干渉な検出光を照射し、そのスケールからの回折光を検出して、そのスケールの周期方向の位置を検出する計測装置が使用可能である。
【００３６】
また、本実施形態の露光装置１００は、図１に示されるように、投射系９０ａ及び受光系９０ｂを含む斜入射方式の多点の焦点位置検出系（オートフォーカスセンサ）としてのＡＦ系９０を備えている。このＡＦ系９０の大部分の構成部材は光学系フレーム６に支持されている。
図４は、図１のＡＡ線に沿う断面図に沿って投射系９０ａ及び受光系９０ｂを示す図である。図４において、発光ダイオード又はランプ等の光源２６は、駆動系２４の制御のもとで、波長幅の広い可視光及び／又は近赤外光よりなる白色光（レジストに対する感光性の低い光が好ましい）よりなる検出光ＤＬを発生する。光源２６は、光学系フレーム６とは離れた位置に固定されている。光源２６からの照明光は、コンデンサーレンズ２７によって可撓性を持つ光ガイド２９に入射し、光ガイド２９の光学系フレーム６に固定された射出端から射出される検出光ＤＬは、コンデンサーレンズ３０によって、略平行光束に変換されて、偏向プリズム３５Ａに入射する。
【００３７】
次に、偏向プリズム３５Ａに入射した光束は、偏向プリズム３５Ａにより屈折されることにより偏向される。偏向プリズム３５Ａの射出側には、送光領域及び非送光領域を備えている送光パターンとして、送光スリット３５Ａａが備えられている。送光スリット３５Ａａは、図２の検出領域ＤＡ内の複数のスリットパターン像ＳＰｋ（ｋ＝１〜Ｋ：Ｋは２以上の整数）に対応する開口を有する。開口の数は、適宜、選択可能である。
【００３８】
送光スリット３５Ａａに達した検出光ＤＬは、送光スリット３５Ａａの複数の開口をそれぞれ通過した後、平行平板よりなる投影位置調整用のハービング３６Ａ、集光レンズ３７Ａ、駆動部４９によって軸ａｘの回りに所定周期で振動する振動ミラー３８の反射面３８ｒ（図５（Ａ）参照）、及びミラー４１Ａを介して対物レンズ４２Ａに入射する。対物レンズ４２Ａから射出される検出光ＤＬは、光路を−Ｚ方向にシフトさせるプリズム４３Ａを介してウエハＷの表面Ｗａ（被検面）に投射され、表面ＷａのＸ方向に細長い検出領域ＤＡ内に図２の複数のスリットパターン像ＳＰｋが形成される。
【００３９】
集光レンズ３７Ａと対物レンズ４２Ａとで構成されている第１結像光学系は、送光スリット３５Ａａと被検面（表面Ｗａ）とを光学的に共役な配置とする。また、振動ミラー３８の反射面は、ほぼその第１結像光学系の瞳面である投射系９０ａの瞳面（射出瞳の共役面）に配置されている。これによって、振動ミラー３８の反射面が振動すると、検出領域ＤＡ内に投影されるスリットパターン像ＳＰｋはほぼＹ方向に横ずれするように振動するため、後述の同期検波によって計測点のＺ位置が求められる。
そして、送光スリット３５Ａａと被検面とは、その第１結像光学系に関してシャインプルーフの条件を満たすように配置されているため、送光スリット３５Ａａの複数の開口の像である図２のスリットパターン像ＳＰｋは、被検面の検出領域ＤＡの全面に渡って正確
に結像する。また、集光レンズ３７Ａと対物レンズ４２Ａとで構成されている第１結像光学系は、いわゆる両側テレセントリック光学系であり、送光スリット３５Ａａと被検面上の共役点とは、全面に渡ってそれぞれ同倍率である。
【００４０】
ウエハＷの表面Ｗａ（被検面）に投射された光は、表面Ｗａで反射されて、光路を＋Ｚ方向にシフトさせるプリズム４３Ｂを介して対物レンズ４３Ｂに入射し、対物レンズ４３Ｂを介した光は、ミラー４１Ｂ及びミラー４４を介して集光レンズ３７Ｂに入射する。集光レンズ３７Ｂから射出された被検面（表面Ｗａ）からの反射光は、結像位置を調整するための平板状のハービング３６Ｂを介して偏向プリズム３５Ｂの入射面上に、図２の検出領域ＤＡ内の複数のスリットパターン像ＳＰｋの像を形成する。この入射面には、受光パターンとしての受光スリット３５Ｂａが設けられている。受光スリット３５Ｂａは、図２の複数のスリットパターン像ＳＰｋの像とほぼ同じ形状の複数の開口を有する。
【００４１】
ここで、ウエハＷの表面Ｗａ（被検面）と偏向プリズム３５Ｂの入射面とは、対物レンズ４２Ｂと集光レンズ３７Ｂとで構成されている第２結像光学系に関して、シャインプルーフの条件を満たすように構成されている。従って、表面Ｗａが投影光学系ＰＬの像面と同じ高さである状態においては、偏向プリズム３５Ｂの入射面の全面に渡って、表面Ｗａの検出領域ＤＡ内に結像したスリットパターン像ＳＰｋの像が正確に再結像する。また、対物レンズ４２Ｂと集光レンズ３７Ｂとで構成されている第２結像光学系が両側テレセントリック光学系で構成されているため、表面Ｗａ上の各点と偏向プリズム３５Ｂの入射面上の共役点とは、全面で同倍率である。
【００４２】
偏向プリズム３５Ｂの入射面には、偏光プリズム３５Ａの送光スリット３５Ａａに対応する（スリットパターン像ＳＰｋの像と同じ配列の）複数の開口を持つ受光スリット３５Ｂａが設けられているので、入射面に再結像されたスリットパターンＳＰｋの像は、部分的に遮光される。受光スリット３５Ｂａの複数の開口を通過した光束は、リレー光学系４６により、スリットパターン像ＳＰｋの個数と同じ個数の受光素子（例えばフォトダイオード）を含む受光部４７にリレーされる。受光部４７からは、被検面（表面Ｗａ）に投影された複数（Ｋ個とする）のスリットパターン像ＳＰｋの像のうちで、受光スリット３５Ｂａの対応する開口を通過した光束をそれぞれ光電変換したＫ個の検出信号が信号処理系２５に出力される。なお、受光素子としてはＣＣＤ又はＭＯＳ型のラインセンサ又は撮像素子等を使用してもよい。
【００４３】
この場合、振動ミラー３８の反射面を含む部分は、駆動部４９により例えば１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚ程度の周波数ｆｄｖの駆動信号によって、周波数ｆｄｖで振動している。駆動部４９を駆動する駆動系２４（主制御装置２０によって制御されている）からその駆動信号と同じ検波用信号が信号処理系２５に供給されている。信号処理系２５では、受光部４７からのＫ個の検出信号をそれぞれその検波用信号で例えば同期検波（同期整流）することによって、表面Ｗａに投影されたＫ個のスリットパターン像ＳＰｋの表面Ｗａの法線方向の位置（Ｚ位置）の、予め求めてある基準面（例えば投影光学系ＰＬの像面と同じ高さの面）からの位置ずれ量をＺ位置ΔＺｋ（ｋ＝１〜Ｋ）として求める。求められた複数のＺ位置ΔＺｋ（面位置情報）は主制御装置２０に供給される。主制御装置２０は、このＺ位置ΔＺｋ等に基づいて、ウエハステージＷＳＴのＺ・レベリング機構等を駆動する。
【００４４】
図４において、光ガイド２９からプリズム４３Ａまでの光学部材を含んで投射系９０ａが構成され、プリズム４３Ｂから受光部４７までの光学部材を含んで受光系９０ｂが構成されている。また、光源２６、コンデンサーレンズ２７、投射系９０ａ、受光系９０ｂ、駆動系２４、信号処理系２５、及び後述の振動ミラー３８の駆動部４９を含んでＡＦ系９０が構成されている。本実施形態において、投射系９０ａの光ガイド２９の射出端、及びその他の構成部材は不図示の支持部材を介して光学系フレーム６に支持されている。なお、振動ミラー３８の支持方法については後述する。また、受光系９０ｂの各構成部材も不図示の支持部材を介して光学系フレーム６に支持されている。
また、投射系９０ａのミラー４１Ａ、対物レンズ４２Ａ、及びプリズム４３Ａは光学系フレーム６の開口６ｃ内に支持され、受光系９０ｂのプリズム４３Ｂ、対物レンズ４２Ｂ、及びミラー４１Ｂは光学系フレーム６の開口６ｄ内に支持されている。そして、光学系フレーム６の上面６ｂに固定ブロック５０が固定され、固定ブロック５０に保持部材４８が固定され、保持部材４８に振動ミラー３８及び駆動部４９が支持されている。
【００４５】
図５（Ａ）に示すように、光学系フレーム６の上面６ｂに固定ブロック５０（第２部材）がボルト５２Ａによって固定され、固定ブロック５０にボルト５２Ｂによって保持部材４８（第１部材）が固定され、保持部材４８に振動ミラー３８がボルト５２Ｃによって固定されている。この場合、振動ミラー３８の検出光ＤＬを反射する反射面３８ｒは、検出光ＤＬが通過する開口４８ｂが形成された矩形の枠状の保持部材４８の取り付け面４８ａ側を向いて、取り付け面４８ａと同じ高さに固定されている。さらに、保持部材４８の取り付け面４８ａは、固定ブロック５０の斜め下方の外側を向く基準面５０ａに取り付けられている。従って、振動ミラー３８の反射面３８ｒは、振動していない状態で、固定ブロック５０の基準面５０ａと同じ面内にあるため、固定ブロック５０の位置決めを行うのみで、振動ミラー３８の反射面３８ｒの位置決めも高精度に行われる。
【００４６】
また、振動ミラー３８の反射面３８ｒの近傍に設けた穴に、反射面３８ｒの法線方向に細長い駆動用ピン５１が、例えば溶接によって固定されている。
振動ミラー３８は、非強磁性体の金属である例えばステンレスから形成され、駆動用ピン５１は、強磁性体の金属である例えば鋼（例えばフェライト鋼）又はニッケルやコバルトを含む合金から形成されている。振動ミラー３８の反射面３８ｒは、例えば振動ミラー３８の材料の表面に高反射率の金属（クロム等）をメッキした後、その表面を研磨して形成されている。さらに、保持部材４８は、低熱膨張率の材料、例えばセラミックス等から形成され、固定ブロック５０は低熱膨張率の材料、例えばインバー等から形成されている。
【００４７】
図５（Ｂ）は、保持部材４８から取り外した状態の振動ミラー３８及び駆動用ピン５１を示す。図５（Ｂ）において、振動ミラー３８は、全体として軸ａｘに沿って細長い平板状である。また、振動ミラー３８は、反射面３８ｒが形成された平板状の可動部３８ａの両端を支持部３８ｂ，３８ｃで支持する形状である。可動部３８ａは、反射面３８ｒが形成された部分３８ａ１と、駆動用ピン５１を固定する穴３８ｆが形成された部分３８ａ２とを含み、一方の支持部３８ｂは、外側のボルト５２Ｃ用の穴３８ｇが形成された部分３８ｂ１と、部分３８ｂ１と可動部３８ａとを連結するトーションバー部３８ｄとを有し、他方の支持部３８ｃは、外側のボルト５２Ｃ用の穴３８ｈが形成された部分３８ｃ１と、部分３８ｃ１と可動部３８ａとを連結するトーションバー部３８ｅとを有する。トーションバー部３８ｄ，３８ｅは、互いに同じ円柱状の形状で、同じばね定数を持つ、弾性変形によるねじりバネとして作用する。また、より詳細には、トーションバー部３８ｄ，３８ｅの根本の部分は中間部分よりも僅かに太く形成されている。振動ミラー３８は、全体として同一の部材から形成され（一体ものであり）、トーションバー部３８ｄ，３８ｅは、例えば旋盤等で加工可能である。
【００４８】
この場合、反射面３８ｒの振動の軸ａｘは、トーションバー部３８ｄ，３８ｅに沿った方向である。また、トーションバー部３８ｄ，３８ｅの中間点ＣＰに対して、反射面３８ｒの中心３８ｒｃと駆動用ピン５１用の穴３８ｆとはほぼ対称な位置に形成されている。これによって、駆動用ピン５１を介して可動部３８ａを安定に振動させることができる。
なお、実際には、図６の分解斜視図で示すように、保持部材４８は４箇所の開口４８ｃを介して固定ブロック５０にボルト５２Ｂで固定され、振動ミラー３８の２つの支持部３
８ｂ，３８ｃの部分３８ｂ１，３８ｃ１が開口３８ｇ，３８ｈを介してボルト５２Ｃによって保持部材４８のねじ穴４８ｄに固定されている。固定ブロック５０には、保持部材４８の凸部４８ｅを収納する凹部５０ｂが形成されている。
【００４９】
次に、図５（Ａ）の振動ミラー３８を軸ａｘの回りに振動させる駆動部４９につき説明する。
図７（Ａ）は、図５（Ａ）のＢＢ線に沿う断面図であり、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の一部の平面図である。図７（Ａ）において、保持部材４８の凸部４８ｅ内の振動ミラー３８の反射面３８ｒの裏面側に磁気ユニット５３Ａが固定され、磁気ユニット５３Ａと振動ミラー３８との間で、駆動用ピン５１を囲むように駆動コイル５５Ａが配置され、保持部材４８の開口４８ｂ内の反射面３８ｒ側に磁気ユニット５３Ｂが固定され、磁気ユニット５３Ｂと振動ミラー３８との間で、駆動用ピン５１を囲むように駆動コイル５５Ｂが配置されている。同一形状の駆動コイル５５Ａ，５５Ｂは、連結部材（不図示）を介して保持部材４８に支持されている。駆動コイル５５Ａ，５５Ｂには、図４の駆動系２４から周波数ｆｄｖの交流電流（駆動信号）が供給される。
【００５０】
図７（Ｂ）に示すように、磁気ユニット５３Ａは、永久磁石５４Ａと、永久磁石５４Ａに連結され、先端部が駆動用ピン５１を挟むように配置された２つのヨーク５４Ｂ，５４Ｃとを有し、この例では、駆動用ピン５１の紙面左側がＮ極で、紙面右側がＳ極である。図７（Ａ）の磁気ユニット５３Ｂは、磁気ユニット５３Ａと同じ構成であり、磁気ユニット５３Ｂの極性は磁気ユニット５３Ａと同じである。磁気ユニット５３Ａ，５３Ｂ及び駆動コイル５５Ａ，５５Ｂを含んで駆動部４９が構成されている。
【００５１】
この場合、駆動コイル５５Ａ，５５Ｂに或る方向に電流が流れて、図７（Ｃ）に示すように、駆動用ピン５１の上端がＳ極に下端がＮ極になると、駆動用ピン５１及び可動部３８ａは磁気ユニット５３Ａ，５３Ｂによって軸ａｘの反時計回りに回転する。一方、駆動コイル５５Ａ，５５Ｂに逆方向に電流が流れて、図７（Ｄ）に示すように、駆動用ピン５１の上端がＮ極に下端がＳ極になると、駆動用ピン５１及び可動部３８ａは磁気ユニット５３Ａ，５３Ｂによって軸ａｘの時計回りに回転する。これに対して支持部３８ｂの部分３８ｂ１は固定されている。従って、駆動コイル５５Ａ，５５Ｂに周波数ｆｄｖの交流電流を供給することによって、駆動用ピン５１、ひいては振動ミラー３８の可動部３８ａ（反射面３８ｒ）は、軸ａｘの回りに非接触方式で周波数ｆｄｖで振動する。その振動の大きさは、交流電流の最大振幅で調整可能である。
【００５２】
この場合、振動ミラー３８は、可動部３８ａの両端が支持部３８ｂ，３８ｃを介して保持部材４８に固定されているため、反射面３８ｒの面倒れ振動モードが抑制され、反射面３８ｒを高精度に、殆どドリフトのない状態で安定に振動させることができる。
なお、駆動コイル５５Ａ，５５Ｂの一方は省略可能である。また、磁気ユニット５３Ａ，５３Ｂがあると駆動用ピン５１（可動部３８ａ）を安定に振動できるが、磁気ユニット５３Ａ，５３Ｂの一方を省略することも可能である。
【００５３】
また、振動ミラー３８のねじれ振動の共振周波数の特性は図８の曲線Ｃ１のようになる。図８において、横軸は周波数ｆ、縦軸は振幅Ａ（ｆ）である。本実施形態において、振動ミラー３８の駆動周波数ｆｄｖは、共振周波数ｆｃよりも僅かに低く設定されている。例えば共振周波数ｆｃが３〜５ｋＨｚとすると、駆動周波数ｆｄｖは、それよりも０．１〜０．５ｋＨｚ程度低く設定されている。この場合、駆動周波数ｆｄｖのナイキスト周波数ｆｎｙは、駆動周波数ｆｄｖの１／２である。また、図４の受光部４７の検出信号を処理した場合に、ナイキスト周波数ｆｎｙより低い周波数成分は高精度に検出可能であるが、周波数がｆｎｙ〜ｆｄｖの成分は折り返し歪みを生じて、Ｚ位置の検出誤差となる。
【００５４】
これに関して、駆動周波数ｆｄｖが共振周波数ｆｃよりも低い場合には、共振周波数ｆｃの振動（共振成分）は折り返し歪みをほとんど生じないため、共振成分の影響が軽減される。また、駆動周波数ｆｄｖは、共振周波数ｆｃより小さい範囲で、できるだけ大きい方が、より高い周波数の検出信号を検出可能である。
また、振動ミラー３８の面倒れ振動モードの周波数ｆｆが、ナイキスト周波数ｆｎｙにできるだけ近づくように、振動ミラー３８のねじれ振動の共振周波数ｆｃ及び駆動周波数ｆｄｖが設定されている。共振周波数ｆｃは、振動ミラー３８のトーションバー部３８ｄ，３８ｅの形状等でも変化する。これに対して、例えば面倒れ振動モードの周波数ｆｆが、点線の曲線Ｃ２で示すように、ナイキスト周波数ｆｎｙよりも高いと、曲線Ｃ３で示す周波数ｆｆｘの位置に折り返し歪みが生じるため、あまり好ましくない。
【００５５】
なお、ＡＦ系９０の検出領域ＤＡ内のスリットパターン像ＳＰｋは１行であるが、スリットパターン像ＳＰｋを複数行に形成してもよい。
次に、図２に戻り、本実施形態の露光装置１００は、多点のＡＦ系９０の複数の検出点のうち両端に位置する検出点の近傍、すなわち検出領域ＤＡの両端部近傍に、前述の直線ＬＶに関して対称な配置で、各一対のＺ位置計測用の面位置センサ（以下、Ｚセンサと略述する）７２ａ，７２ｂ、及び７２ｃ，７２ｄが設けられている。これらのＺセンサ７２ａ〜７２ｄは、例えば図１の光学系フレーム６の下面に固定されている。Ｚセンサ７２ａ〜７２ｄとしては、ウエハテーブルＷＴＢに対し上方から光を照射し、その反射光を受光してその光の照射点におけるウエハテーブルＷＴＢ表面のＸＹ平面に直交するＺ方向の位置情報を計測するセンサ、一例としてＣＤドライブ装置などで用いられる光ピックアップのような構成の光学式の変位センサ（ＣＤピックアップ方式のセンサ）が用いられている。
【００５６】
さらに、前述したヘッドユニット６２Ｃは、複数のＹヘッド６４を結ぶＸ方向の直線ＬＨを挟んで一側と他側に位置する、直線ＬＨに平行な２本の直線上にそれぞれ沿って且つ所定間隔で配置された複数（ここでは各６個、合計で１２個）のＺセンサ７４i,j（ｉ＝１，２、ｊ＝１，２，……，６）を備えている。この場合、対を成すＺセンサ７４1,j、
７４2,jは、上記直線ＬＨに関して対称に配置されている。さらに、複数対（ここでは６対）のＺセンサ７４1,j、７４2,jと複数のＹヘッド６４とは、Ｘ方向に関して交互に配置されている。各Ｚセンサ７４i,jとしては、例えば、前述のＺセンサ７２ａ〜７２ｄと同様のＣＤピックアップ方式のセンサが用いられている。
【００５７】
ここで、直線ＬＨに関して対称な位置にある各対のＺセンサ７４1,j，７４2,jの間隔は、前述したＺセンサ７２ｃ，７２ｄの間隔と同一間隔に設定されている。また、一対のＺセンサ７４1,4，７４2,4は、Ｚセンサ７２ａ，７２ｂと同一の、Ｙ方向に平行な直線上に位置している。
また、前述したヘッドユニット６２Ａは、前述の直線ＬＶに関して、上述の複数のＺセンサ７４i,jと対称に配置された複数、ここでは１２個のＺセンサ７６p,q（ｐ＝１，２、ｑ＝１，２，……，６）を備えている。各Ｚセンサ７６p,qとしては、例えば、前述のＺセンサ７２ａ〜７２ｄと同様のＣＤピックアップ方式のセンサが用いられている。また、一対のＺセンサ７６1,3，７６2,3は、Ｚセンサ７２ｃ，７２ｄと同一のＹ方向の直線上に位置している。Ｚセンサ７４i,j及び７６p,qは光学系フレーム６の底面に固定されている。
【００５８】
なお、図２では、計測ステージＭＳＴの図示が省略されるとともに、その計測ステージＭＳＴと先端レンズ１９１との間に保持される水Ｌｑで形成される液浸領域１４が示されている。また、この図２において、符号７８は、ＡＦ系９０のビーム路近傍に所定温度に温度調整されたドライエアーを、図２中の白抜き矢印で示されるように、例えばダウンフローにて送風する局所空調システムを示す。また、符号ＵＰは、ウエハテーブルＷＴＢ上
のウエハのアンロードが行われるアンロードポジションを示し、符号ＬＰはウエハテーブルＷＴＢ上へのウエハのロードが行われるローディングポジションを示す。
【００５９】
図３には、露光装置１００の制御系の主要な構成が示されている。この制御系は、装置全体を統括的に制御するマイクロコンピュータ（又はワークステーション）から成る主制御装置２０を中心として構成されている。なお、図３においては、照度むらセンサ、空間像計測器及び波面収差計測器などの計測ステージＭＳＴに設けられる各種センサが、まとめてセンサ群９９として示されている。
【００６０】
上述のようにして構成された本実施形態の露光装置１００では、前述したようなウエハテーブルＷＴＢ上のＸスケール、Ｙスケールの配置及び前述したようなＸヘッド、Ｙヘッドの配置を採用したことから、ウエハステージＷＳＴの有効ストローク範囲（すなわち、本実施形態では、アライメント及び露光動作のために移動する範囲）では、必ず、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2とヘッドユニット６２Ｂ，６２Ｄ（Ｘヘッド６６）とがそれぞれ対向し、かつＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2とヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃ（Ｙヘッド６４）又はＹヘッド６４ｙ1，６４ｙ2とがそれぞれ対向するようになっている。
【００６１】
このため、主制御装置２０は、前述のウエハステージＷＳＴの有効ストローク範囲では、エンコーダ７０Ａ〜７０Ｄの少なくとも３つの計測値に基づいて、ステージ駆動系１２４Ｗを構成する各モータを制御することで、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置情報（θｚ方向の回転情報を含む）を、高精度に制御することができる。エンコーダ７０Ａ〜７０Ｄの計測値が受ける空気揺らぎの影響は、干渉計に比べては無視できるほど小さいので、空気揺らぎに起因する計測値の短期安定性は、干渉計に比べて格段に良い。
【００６２】
以下、本実施形態の図１の露光装置１００において、主制御装置２０の制御のもとで１ロットのウエハに順次レチクルＲのパターンの像を露光する際の動作の一例につき、図９のフローチャートを参照して説明する。
先ず図９のステップ１０２において、図２のローディングポジションＬＰにおいて、ウエハステージＷＳＴ上に１ロットの先頭のウエハ（ウエハＷとする）をロードする。その後、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴを移動させ、ウエハＷの中心を直線ＬＶ上に位置させる。その後、ウエハステージＷＳＴを介してウエハＷをＹ方向に移動させて、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4用によってウエハＷの所定のウエハマークを検出し、ウエハＷのアライメントを行う。
【００６３】
次のステップ１０４において、ウエハステージＷＳＴによってウエハＷをＹ方向に移動させながら、ＡＦ系９０でウエハＷ表面の複数の検出点のＺ位置を検出し、Ｚセンサ７２ａ〜７２ｄによってウエハテーブルＷＴＢのＺ位置を検出し、ウエハＷの各検出点毎にＺセンサ７２ａ〜７２ｄの計測値の差分を記憶する。なお、ステップ１０３とステップ１０４とは部分的に並行して行ってもよい。
【００６４】
次のステップ１０５において、ウエハＷの各ショット領域を投影光学系ＰＬの露光領域の手前に移動し、ウエハＷの表面のステップ１０４で記憶されたＺ位置の差分と、Ｚセンサ７４i,j等で計測されるウエハテーブルＷＴＢのＺ位置とから、ウエハＷの表面のＺ位置を求め、このＺ位置に基づいてオートフォーカス方式でウエハＷの表面を投影光学系ＰＬの像面に合焦させる動作を開始する。そして、ステップ１１０６において、液浸法でかつ走査露光方式で、レチクルＲのパターンの像を投影光学系ＰＬを介してウエハＷの当該ショット領域に露光する。その後、ステップ１０７で未露光のショット領域が尽きるまで、ステップ１０５及び１０６が繰り返される。ステップ１０８において、露光済みのウエハＷはウエハステージＷＳＴからアンローディングされる。
【００６５】
次のステップ１０９において１ロット中に未露光のウエハがないかどうかを判定し、未露光のウエハがある場合には、ステップ１０２に移行して、ＡＦ系９０等によるＺ位置の計測及び露光が繰り返される。この際に、本実施形態では、ＡＦ系９０のＺ位置の計測値にドリフトがなく、Ｚ位置の計測精度が高いため、合焦精度が高く、レチクルＲのパターンの像を高精度にウエハＷの各ショット領域に露光できる。
【００６６】
本実施形態の効果等は以下の通りである。
（１）上記の実施形態の露光装置１００が備えるＡＦ系９０（面位置検出装置）は、ウエハＷの表面Ｗａ等の被検面の法線方向の位置（投影光学系ＰＬの光軸方向の位置）であるＺ位置（面位置）を検出する装置である。ＡＦ系９０は、検出光ＤＬを被検面に斜めに投射する投射系９０ａと、被検面で反射される光を受光する受光系９０ｂと、投射系９０ａを通過する検出光ＤＬを反射する反射面３８ｒが形成された可動部３８ａと、可動部３８ａを挟むように支持する１対の支持部３８ｂ，３８ｃとを有する振動ミラー３８（反射部材）と、振動ミラー３８の１対の支持部３８ｂ，３８ｃのそれぞれの少なくとも一部（部分３８ｂ１，３８ｃ１）が固定される保持部材４８（第１部材）と、振動ミラー３８の可動部３８ａを振動させる駆動部４９及び駆動用ピン５１を含む駆動機構と、受光系９０ｂで得られる検出信号を可動部３８ａの振動に同期して処理（同期整流）することにより、被検面のＺ位置を求める信号処理系２５と、を備えている。
【００６７】
本実施形態によれば、振動ミラー３８のうちの反射面３８ｒが形成された可動部３８ａは、静止状態で保持部材４８に固定される１対の支持部３８ｂ，３８ｃの間に支持されている。従って、可動部３８ａを振動させて、被検面のＺ位置を検出しているときに、可動部３８ａの平均的な位置が次第に変化することはない。このため、Ｚ位置の計測値のドリフトが小さくなり、Ｚ位置の計測精度が向上する。
【００６８】
さらに、同期整流等により、外乱光の影響が低減されるとともに、反射面３８ｒの面倒れ振動モードが減少するため、反射面３８ｒを軸ａｘの回りに高精度に振動させることができ、Ｚ位置の計測精度が向上する。
（２）また、振動ミラー３８は投射系９０ａ内に設置されているが、図４の投射系９０ａ内の振動ミラー３８を固定されたミラーとして、受光系９０ｂ内の例えばミラー４４を振動ミラー３８で置き換えてもよい。この構成でも、被検面のＺ位置を高精度に検出できる。この場合にも、振動ミラー３８は、対物レンズ４２Ｂと集光レンズ３７Ｂとからなる第２結像光学系の瞳面である受光系９０ｂの瞳面（射出瞳の共役面）の近傍に配置することが好ましい。
【００６９】
（３）また、振動ミラー３８の可動部３８ａ（反射面３８ｒ）の振動は、反射面３８ｒの法線方向に延びる駆動用ピン５１を介して非接触で行われているため、駆動機構が小型化できる。なお、駆動用ピン５１は、振動の軸ａｘに直交していればよいため、駆動用ピン５１を、例えば可動部３８ａに反射面３８ｒにほぼ平行になるように固定してもよい。この場合には、駆動用ピン５１の代わりに、平板状の強磁性体を用いることもできる。
また、反射面３８ｒの振動の振幅が小さい場合には、トーションバー部３８ｄ，３８ｅを省略することも可能である。
また、ＡＦ系９０の投射系９０ａ及び受光系９０ｂはそれぞれ一つの結像光学系を備えているが、投射系９０ａ及び受光系９０ｂの少なくとも一方は、直列に配置された複数の結像光学系を備え、送光スリット又はスリットパターンの像ＳＰｋの中間結像面を設けてもよい。
【００７０】
（４）また、本実施形態の露光装置１００は、照明光ＩＬ（露光光）でレチクルＲのパターンを照明し、照明光ＩＬでそのパターン及び投影光学系ＰＬを介してウエハＷを露光する露光装置において、ＡＦ系９０と、ＡＦ系９０によって検出される被検面としてのウ
エハＷの表面のＺ位置（面位置）情報に基づいてウエハＷのＺ位置を制御するウエハステージＷＳＴと、を備えている。
また、露光装置１００による露光方法は、ＡＦ系９０のＺ位置の計測結果を用いて、ウエハＷの表面を投影光学系ＰＬの像面に合焦させている。
露光装置１００又はこの露光方法によれば、ＡＦ系９０は高精度にＺ位置を計測できるため、この計測値に基づいてウエハＷの表面を投影光学系ＰＬの像面に高精度に合焦できる。
【００７１】
（５）また、ＡＦ系９０の振動ミラー３８の保持部材４８（第１部材）及び固定ブロック（第２部材）が、投影光学系ＰＬを支持する光学系フレーム６に取り付けられているため、投影光学系ＰＬの像面に対する被検面のＺ位置を高精度に計測できる。
なお、光学系フレーム６に別のフレームを連結し、このフレームに保持部材４８を取り付けてもよい。
【００７２】
なお、上記の実施形態の露光装置又は露光方法を用いて半導体デバイス等の電子デバイスを製造する場合、電子デバイスは、図１０に示すように、電子デバイスの機能・性能設計を行うステップ２２１、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップ２２２、デバイスの基材である基板（ウエハ）を製造するステップ２２３、前述した実施形態の露光装置１００（露光方法）によりレチクルのパターンを基板に露光する工程、露光した基板を現像する工程、現像した基板の加熱（キュア）及びエッチング工程などを含む基板処理ステップ２２４、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、パッケージ工程などの加工プロセスを含む）２２５、並びに検査ステップ２２６等を経て製造される。
【００７３】
言い換えると、このデバイスの製造方法は、上記の実施形態の露光装置又は露光方法を用いて基板（物体）を露光することと、その露光された基板を処理すること（現像等）と、を含んでいる。この場合、基板の投影光学系ＰＬに対する合焦精度が高いため、電子デバイスを高精度に製造できる。
なお、本発明は、上述の走査露光型の投影露光装置（スキャナ）の他に、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（ステッパー等）にも適用できる。さらに、本発明は、液浸型露光装置以外の、ドライ露光型の露光装置にも同様に適用することができる。
【００７４】
また、本発明は、２つのウエハステージを備えて、２つのウエハステージ上のウエハに交互に露光を行う露光装置にも適用可能である。
さらに、エンコーダシステムは、光学系フレーム６側にスケールを固定し、ウエハステージＷＳＴ側に検出ヘッドを設ける構成でもよい。
さらに、ＡＦ系９０は、通常の投影光学系ＰＬの露光領域又はこの近傍の被検面のＺ位置を検出するオートフォーカスセンサにも適用可能である。この際に、ＡＦ系９０による被検面におけるＺ位置の計測点は１点のみでもよい。
【００７５】
また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置に限らず、液晶表示素子やプラズマディスプレイなどを含むディスプレイの製造に用いられる、デバイスパターンをガラスプレート上に転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられるデバイスパターンをセラミックスウエハ上に転写する露光装置、並びに撮像素子（ＣＣＤなど）、有機ＥＬ、マイクロマシーン、ＭＥＭＳ(Microelectromechanical Systems)、及びＤＮＡチップなどの製造に用いられる露光装置などにも適用することができる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置及びＥＵＶ露光装置などで使用される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。
【００７６】
このように、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。
【符号の説明】
【００７７】
Ｒ…レチクル、Ｗ…ウエハ、ＷＴＢ…ウエハテーブル、ＷＳＴ…ウエハステージ、ＭＳＴ…計測ステージ、６…光学系フレーム、２０…主制御装置、３８…振動ミラー、３８ａ…可動部、３８ｂ，３８ｃ…支持部、３８ｄ，３８ｅ…トーションバー部、４８…保持部材、４９…駆動部、５０…固定ブロック、５１…駆動用ピン、９０…ＡＦ系、９０ａ…投射系、９０ｂ…受光系
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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