KR102780809B1 - 노광 장치 및 노광 방법, 그리고 플랫 패널 디스플레이 제조 방법 - Google Patents

노광 장치 및 노광 방법, 그리고 플랫 패널 디스플레이 제조 방법 Download PDF

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Abstract

노광 장치에서는, 기판 홀더 (34) 상에 X 축 방향에 관해서 복수의 격자 영역 (RG) 이 서로 떨어져 배치되고, 격자 영역에 대해 각각 계측 빔을 조사하고 또한 Y 축 방향에 관해서 이동 가능한 복수의 헤드 (66a ∼ 66d) 가 기판 홀더의 외부에 배치되어 있다. 제어계는, 복수의 헤드 중, 격자 영역에 대향하는 적어도 3 개의 헤드의 계측 정보와, 복수의 헤드의 위치 정보를 계측하는 계측 장치의 계측 정보에 기초하여, 적어도 XY 면 내의 3 자유도 방향에 관한 기판 홀더의 이동을 제어한다. 복수의 헤드는 각각, X 축 방향의 기판 홀더의 이동 중, 계측 빔이 복수의 격자 영역의 1 개로부터 벗어남과 함께, 인접하는 다른 격자 영역으로 갈아탄다.

Description

노광 장치 및 노광 방법, 그리고 플랫 패널 디스플레이 제조 방법
본 발명은, 노광 장치 및 노광 방법, 그리고 플랫 패널 디스플레이 제조 방법에 관하며, 더욱 상세하게는, 액정 표시 소자 등의 마이크로 디바이스를 제조하는 리소그래피 공정에서 사용되는 노광 장치 및 노광 방법, 그리고 노광 장치 또는 노광 방법을 사용하는 플랫 패널 디스플레이 제조 방법에 관한 것이다.
종래, 액정 표시 소자, 반도체 소자 (집적 회로 등) 등의 전자 디바이스 (마이크로 디바이스) 를 제조하는 리소그래피 공정에서는, 마스크 (포토마스크) 또는 레티클 (이하, 「마스크」 라고 총칭한다) 과, 유리 플레이트 또는 웨이퍼 (이하, 「기판」 이라고 총칭한다) 를 소정의 주사 방향 (스캔 방향) 을 따라 동기 이동시키면서, 에너지 빔으로 조명되는 마스크에 형성된 패턴을 기판 상에 전사하는 스텝·앤드·스캔 방식의 노광 장치 (이른바 스캐닝·스테퍼 (스캐너라고도 불린다)) 등이 이용되고 있다.
이 종류의 노광 장치로서는, 기판 스테이지 장치가 갖는 바 미러 (장척의 거울) 를 사용하여 노광 대상 기판의 수평면 내의 위치 정보를 구하는 광 간섭계 시스템을 구비하는 것이 알려져 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).
여기서, 광 간섭계 시스템을 사용하여 기판의 위치 정보를 구하는 경우, 이른바 공기 동요의 영향을 무시할 수 없다. 또, 상기 공기 동요의 영향은, 인코더 시스템을 사용함으로써 저감할 수 있지만, 최근의 기판의 대형화에 의해, 기판의 전체 이동 범위를 커버할 수 있는 스케일을 준비하는 것이 곤란하다.
미국 특허출원 공개 제2010/0018950호 명세서
본 발명의 제 1 양태에 의하면, 광학계를 통하여 물체에 조명광을 조사하는 노광 장치로서, 상기 광학계의 하방에 배치되어, 상기 물체를 유지하는 이동체와, 상기 광학계의 광축과 직교하는 소정 평면 내에서 서로 직교하는 제 1, 제 2 방향에 관해서 상기 이동체를 이동 가능한 구동계와, 상기 제 1 방향에 관해서 복수의 격자 영역이 서로 떨어져 배치되는 격자 부재와, 상기 격자 부재에 대해 각각 계측 빔을 조사하고 또한 상기 제 2 방향에 관해서 이동 가능한 복수의 헤드의 일방이 상기 이동체에 형성됨과 함께, 상기 격자 부재와 상기 복수의 헤드의 타방이 상기 이동체와 대향하도록 형성되고, 상기 제 2 방향에 관한 상기 복수의 헤드의 위치 정보를 계측하는 계측 장치를 가지며, 상기 복수의 헤드 중, 상기 계측 빔이 상기 복수의 격자 영역 중 적어도 1 개에 조사되는 적어도 3 개의 헤드의 계측 정보와, 상기 계측 장치의 계측 정보에 기초하여, 적어도 상기 소정 평면 내의 3 자유도 방향에 관한 상기 이동체의 위치 정보를 계측하는 계측계와, 상기 계측계로 계측되는 위치 정보에 기초하여 상기 구동계를 제어하는 제어계를 구비하고, 상기 복수의 헤드는 각각, 상기 제 1 방향으로의 상기 이동체의 이동 중, 상기 계측 빔이 상기 복수의 격자 영역의 1 개로부터 벗어남과 함께, 상기 1 개의 격자 영역에 인접하는 다른 격자 영역으로 갈아타는 노광 장치가 제공된다.
본 발명의 제 2 양태에 의하면, 플랫 패널 디스플레이 제조 방법으로서, 제 1 양태에 관련된 노광 장치를 사용하여 기판을 노광하는 것과, 노광된 기판을 현상하는 것을 포함하는 플랫 패널 디스플레이 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 제 3 양태에 의하면, 광학계를 통하여 물체에 조명광을 조사하는 노광 방법으로서, 상기 광학계의 광축과 직교하는 소정 평면 내의 제 1 방향에 관해서 복수의 격자 영역이 서로 떨어져 배치되는 격자 부재와, 상기 격자 부재에 대해 각각 계측 빔을 조사하고 또한 상기 소정 평면 내에서 상기 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향에 관해서 이동 가능한 복수의 헤드의 일방이 상기 물체를 유지하는 이동체에 형성됨과 함께, 상기 격자 부재와 상기 복수의 헤드의 타방이 상기 이동체와 대향하도록 형성되고, 상기 제 2 방향에 관한 상기 복수의 헤드의 위치 정보를 계측하는 계측 장치를 갖는 계측계에 의해, 상기 복수의 헤드 중, 상기 계측 빔이 상기 복수의 격자 영역 중 적어도 1 개에 조사되는 적어도 3 개의 헤드의 계측 정보와, 상기 계측 장치의 계측 정보에 기초하여, 적어도 상기 소정 평면 내의 3 자유도 방향에 관한 상기 이동체의 위치 정보를 계측하는 것과, 상기 계측계로 계측되는 위치 정보에 기초하여 상기 이동체를 이동하는 것을 포함하고, 상기 복수의 헤드는 각각, 상기 제 1 방향으로의 상기 이동체의 이동 중, 상기 계측 빔이 상기 복수의 격자 영역의 1 개로부터 벗어남과 함께, 상기 1 개의 격자 영역에 인접하는 다른 격자 영역으로 갈아타는 노광 방법이 제공된다.
본 발명의 제 4 양태에 의하면, 플랫 패널 디스플레이 제조 방법으로서, 제 3 양태에 관련된 노광 방법을 사용하여 기판을 노광하는 것과, 노광된 기판을 현상하는 것을 포함하는 플랫 패널 디스플레이 제조 방법이 제공된다.
도 1 은, 제 1 실시 형태에 관련된 액정 노광 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2 는, 도 1 의 액정 노광 장치가 구비하는 기판 스테이지 장치의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3(A) 는, 마스크 인코더 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면, 도 3(B) 는, 마스크 인코더 시스템의 일부 (도 3(A) 의 A 부) 확대도이다.
도 4(A) 는, 기판 인코더 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면, 도 4(B) 및 도 4(C) 는, 기판 인코더 시스템의 일부 (도 4(A) 의 B 부) 확대도이다.
도 5 는, 기판 인코더 시스템이 갖는 헤드 유닛의 측면도이다.
도 6 은, 도 5 의 C-C 선 단면도이다.
도 7 은, 기판 인코더 시스템의 개념도이다.
도 8 은, 액정 노광 장치의 제어계를 중심적으로 구성하는 주제어 장치의 입출력 관계를 나타내는 블록도이다.
도 9(A) 는, 노광 동작 시에 있어서의 마스크 인코더 시스템의 동작을 나타내는 도면 (제 1) 이며, 도 9(B) 는, 노광 동작 시에 있어서의 기판 인코더 시스템의 동작을 나타내는 도면 (제 1) 이다.
도 10(A) 는, 노광 동작 시에 있어서의 마스크 인코더 시스템의 동작을 나타내는 도면 (제 2) 이며, 도 10(B) 는, 노광 동작 시에 있어서의 기판 인코더 시스템의 동작을 나타내는 도면 (제 2) 이다.
도 11(A) 는, 노광 동작 시에 있어서의 마스크 인코더 시스템의 동작을 나타내는 도면 (제 3) 이며, 도 11(B) 는, 노광 동작 시에 있어서의 기판 인코더 시스템의 동작을 나타내는 도면 (제 3) 이다.
도 12(A) 는, 노광 동작 시에 있어서의 마스크 인코더 시스템의 동작을 나타내는 도면 (제 4) 이며, 도 12(B) 는, 노광 동작 시에 있어서의 기판 인코더 시스템의 동작을 나타내는 도면 (제 4) 이다.
도 13(A) 는, 노광 동작 시에 있어서의 마스크 인코더 시스템의 동작을 나타내는 도면 (제 5) 이며, 도 13(B) 는, 노광 동작 시에 있어서의 기판 인코더 시스템의 동작을 나타내는 도면 (제 5) 이다.
도 14(A) 는, 노광 동작 시에 있어서의 마스크 인코더 시스템의 동작을 나타내는 도면 (제 6) 이며, 도 14(B) 는, 노광 동작 시에 있어서의 기판 인코더 시스템의 동작을 나타내는 도면 (제 6) 이다.
도 15(A) 는, 노광 동작 시에 있어서의 마스크 인코더 시스템의 동작을 나타내는 도면 (제 7) 이며, 도 15(B) 는, 노광 동작 시에 있어서의 기판 인코더 시스템의 동작을 나타내는 도면 (제 7) 이다.
도 16(A) 는, 노광 동작 시에 있어서의 마스크 인코더 시스템의 동작을 나타내는 도면 (제 8) 이며, 도 16(B) 는, 노광 동작 시에 있어서의 기판 인코더 시스템의 동작을 나타내는 도면 (제 8) 이다.
도 17 은, 제 2 실시 형태에 관련된 액정 노광 장치가 갖는 기판 홀더 및 기판 인코더 시스템의 한 쌍의 헤드 유닛을, 투영 광학계와 함께 나타내는 평면도이다.
도 18(A) 및 도 18(B) 는, 기판 홀더의 위치 계측이 실시될 때의 기판 홀더의 X 축 방향의 이동 범위를 설명하기 위한 도면이다.
도 19(A) ∼ 도 19(D) 는, 제 2 실시 형태에 있어서, 기판 홀더가 X 축 방향으로 이동하는 과정에 있어서의 1 쌍의 헤드 유닛과 스케일의 위치 관계의 상태 천이 중 제 1 상태 ∼ 제 4 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 20(A) ∼ 도 20(C) 는, 제 2 실시 형태에 관련된 액정 노광 장치에서 실시되는, 기판 홀더의 위치 정보를 계측하는, 기판 인코더 시스템의 헤드의 전환 시에 있어서의 연결 처리에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 21 은, 제 3 실시 형태에 관련된 액정 노광 장치가 갖는 기판 홀더 및 기판 인코더 시스템의 한 쌍의 헤드 유닛을, 투영 광학계와 함께 나타내는 평면도이다.
도 22 는, 제 4 실시 형태에 관련된 액정 노광 장치의 특징적 구성에 대해 설명하기 위한 도면이다.
《제 1 실시 형태》
이하, 제 1 실시 형태에 대해, 도 1 ∼ 도 16(B) 를 사용하여 설명한다.
도 1 에는, 제 1 실시 형태에 관련된 액정 노광 장치 (10) 의 구성이 개략적으로 나타나 있다. 액정 노광 장치 (10) 는, 예를 들어 액정 표시 장치 (플랫 패널 디스플레이) 등에 사용되는 직사각형 (각형) 의 유리 기판 (P) (이하, 간단히 기판 (P) 이라고 칭한다) 을 노광 대상물로 하는 스텝·앤드·스캔 방식의 투영 노광 장치, 이른바 스캐너이다.
액정 노광 장치 (10) 는, 조명계 (12), 회로 패턴 등이 형성된 마스크 (M) 를 유지하는 마스크 스테이지 장치 (14), 투영 광학계 (16), 장치 본체 (18), 표면 (도 1 에서 ＋Z 측을 향한 면) 에 레지스트 (감응제) 가 도포된 기판 (P) 을 유지하는 기판 스테이지 장치 (20), 및 이들의 제어계 등을 가지고 있다. 이하, 주사 노광 시에 조명광 (IL) 에 대해 마스크 (M) 와 기판 (P) 이 각각 상대 주사되는 방향을, 투영 광학계 (16) 의 광축 (본 실시 형태에서는 조명계 (12) 의 광축과 일치) 과 직교하는 소정 평면 (XY 평면, 도 1 에서는 수평면) 내의 X 축 방향으로 하고, 수평면 내에서 X 축에 직교하는 방향을 Y 축 방향, X 축 및 Y 축에 직교하는 방향을 Z 축 방향으로 하고, X 축, Y 축, 및 Z 축 둘레의 회전 방향을 각각 θx, θy, 및 θz 방향으로서 설명을 실시한다. 또, X 축, Y 축, 및 Z 축 방향에 관한 위치를 각각 X 위치, Y 위치, 및 Z 위치로서 설명을 실시한다.
조명계 (12) 는, 예를 들어 미국 특허 제5,729,331호 명세서 등에 개시되는 조명계와 동일하게 구성되어 있다. 조명계 (12) 는, 도시되지 않은 광원 (예를 들어, 수은 램프) 으로부터 사출된 광을, 각각 도시되지 않은 반사경, 다이크로익 미러, 셔터, 파장 선택 필터, 각종 렌즈 등을 통하여, 노광용 조명광 (조명광) (IL) 으로서 마스크 (M) 에 조사한다. 조명광 (IL) 으로서는, 예를 들어 i 선 (파장 365 nm), g 선 (파장 436 nm), 및 h 선 (파장 405 nm) 중 적어도 1 개를 포함하는 광 (본 실시 형태에서는, 상기 i 선, g 선, h 선의 합성광) 이 사용된다. 조명계 (12) 는, Y 축 방향에 관해서 위치가 상이한 복수의 조명 영역에 각각 조명광 (IL) 을 조사하는 복수의 광학계를 가지며, 이 복수의 광학계는 후술하는 투영 광학계 (16) 의 복수의 광학계와 동수이다.
마스크 스테이지 장치 (14) 는, 마스크 (M) 를, 예를 들어 진공 흡착에 의해 유지하는 마스크 홀더 (슬라이더, 가동 부재라고도 부른다) (40), 마스크 홀더 (40) 를 주사 방향 (X 축 방향) 으로 소정의 장(長)스트로크로 구동함과 함께, Y 축 방향, 및 θz 방향으로 적절히 미소 구동하기 위한 마스크 구동계 (91) (도 1 에서는 도시 생략. 도 8 참조), 및 마스크 홀더 (40) 의 적어도 XY 평면 내의 위치 정보 (X 축 및 Y 축 방향과 θz 방향을 포함하는 3 자유도 방향의 위치 정보로, θz 방향은 회전 (요잉) 정보). 이하, 동일) 를 계측하기 위한 마스크 위치 계측계를 포함한다. 마스크 홀더 (40) 는, 예를 들어 미국 특허출원 공개 제2008/0030702호 명세서에 개시되는 바와 같은, 평면에서 보아 직사각형의 개구부가 형성된 프레임상 부재로 이루어진다. 마스크 홀더 (40) 는, 장치 본체 (18) 의 일부인 상가대부 (18a) 에 고정된 1 쌍의 마스크 가이드 (42) 상에, 예를 들어 에어 베어링 (도시 생략) 을 통하여 재치되어 있다. 마스크 구동계 (91) 는, 예를 들어 리니어 모터 (도시 생략) 를 포함한다. 이하에서는, 마스크 홀더 (40) 를 이동하는 것으로서 설명을 실시하지만, 마스크 (M) 의 유지부를 갖는 테이블 혹은 스테이지를 이동하는 것으로 해도 된다. 즉, 마스크를 유지하는 마스크 홀더를, 마스크 테이블 또는 마스크 스테이지와는 별도로 반드시 형성할 필요는 없고, 마스크 테이블 또는 마스크 스테이지 상에 마스크를 진공 흡착 등에 의해 유지해도 되고, 그 경우에는, 마스크를 유지하는 마스크 테이블 또는 마스크 스테이지가 XY 평면 내의 3 자유도 방향으로 이동되게 된다.
마스크 위치 계측계는, 1 쌍의 인코더 헤드 유닛 (44) (이하, 간단히 헤드 유닛 (44) 이라고 칭한다) 과, 헤드 유닛 (44) 을 통하여 계측 빔이 조사되는 복수의 인코더 스케일 (46) (도 1 에서는 지면 깊이 방향과 겹쳐져 있다. 도 3(A) 참조) 의 일방이 마스크 홀더 (40) 에 형성되고, 인코더 헤드 (44) 와 복수의 인코더 스케일 (46) 의 타방이 마스크 홀더 (40) 와 대향하도록 형성되는 마스크 인코더 시스템 (48) 을 구비한다. 본 실시 형태에서는, 인코더 헤드 (44) 가 인코더 베이스 (43) 를 통하여 상가대부 (18a) 에 형성되고, 복수의 인코더 스케일 (46) 이 각각 1 쌍의 인코더 헤드 (44) 와 대향하도록 마스크 홀더 (40) 의 하면측에 형성된다. 또한, 상가대부 (18a) 가 아니고, 예를 들어 투영 광학계 (16) 의 상단측에 인코더 헤드 (44) 를 형성해도 된다. 마스크 인코더 시스템 (48) 의 구성에 대해서는, 후에 상세하게 설명한다.
투영 광학계 (투영계) (16) 는, 상가대부 (18a) 에 지지되고, 마스크 스테이지 장치 (14) 의 하방에 배치되어 있다. 투영 광학계 (16) 는, 예를 들어 미국 특허 제6,552,775호 명세서 등에 개시되는 투영 광학계와 동일한 구성의, 이른바 멀티 렌즈 투영 광학계이며, 예를 들어 양측 텔레센트릭인 등배계로 정립정상 (正立正像) 을 형성하는 복수 (본 실시 형태에서는, 예를 들어 11 개. 도 3(A) 참조) 의 광학계 (투영 광학계) 를 구비하고 있다.
액정 노광 장치 (10) 에서는, 조명계 (12) 로부터의 조명광 (IL) 에 의해 마스크 (M) 상의 조명 영역이 조명되면, 마스크 (M) 를 통과한 조명광에 의해, 투영 광학계 (16) 를 통하여 그 조명 영역 내의 마스크 (M) 의 회로 패턴의 투영 이미지 (부분 정립상) 가, 기판 (P) 상의 조명 영역에 공액인 조명광의 조사 영역 (노광 영역) 에 형성된다. 그리고, 조명 영역 (조명광 (IL)) 에 대해 마스크 (M) 가 주사 방향으로 상대 이동함과 함께, 노광 영역 (조명광 (IL)) 에 대해 기판 (P) 이 주사 방향으로 상대 이동함으로써, 기판 (P) 상의 1 개의 쇼트 영역의 주사 노광이 실시되고, 그 쇼트 영역에 마스크 (M) 에 형성된 패턴이 전사된다.
장치 본체 (본체부, 프레임 구조 등이라고도 부른다) (18) 는, 상기 마스크 스테이지 장치 (14), 투영 광학계 (16), 및 기판 스테이지 장치 (20) 를 지지하고 있고, 복수의 방진 장치 (19) 를 통하여 클린 룸의 플로어 (11) 상에 설치되어 있다. 장치 본체 (18) 는, 예를 들어 미국 특허출원 공개 제2008/0030702호 명세서에 개시되는 장치 본체와 동일하게 구성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 상기 투영 광학계 (16) 를 지지하는 상가대부 (18a) (광학 정반 등이라고도 칭해진다), 기판 스테이지 장치 (20) 가 배치되는 1 쌍의 하가대부 (18b) (도 1 에서는, 지면 깊이 방향과 겹쳐져 있기 때문에 일방은 도시 생략. 도 2 참조.), 및 1 쌍의 중가대부 (18c) 를 가지고 있다.
기판 스테이지 장치 (20) 는, 주사 노광에 있어서, 투영 광학계 (16) 를 통하여 투영되는, 마스크 패턴의 복수의 부분 이미지 (노광 광 (IL)) 에 대해 기판 (P) 을 고정밀도로 위치 결정하기 위한 것이며, 기판 (P) 을 6 자유도 방향 (X 축, Y 축 및 Z 축 방향과 θx, θy 및 θz 방향) 으로 구동한다. 기판 스테이지 장치 (20) 의 구성은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 미국 특허출원 공개 제2008/129762호 명세서, 혹은 미국 특허출원 공개 제2012/0057140호 명세서 등에 개시되는 바와 같은, 갠트리 타입의 2 차원 조동 스테이지와, 그 2 차원 조동 스테이지에 대해 미소 구동되는 미동 스테이지를 포함하는, 이른바 조미동 구성의 스테이지 장치를 사용할 수 있다. 이 경우, 조동 스테이지에 의해 기판 (P) 이 수평면 내의 3 자유도 방향으로 이동 가능, 또한 미동 스테이지에 의해 기판 (P) 이 6 자유도 방향으로 미동 가능하게 되어 있다.
도 2 에는, 본 실시 형태의 액정 노광 장치 (10) 에서 사용되는, 이른바 조미동 구성의 기판 스테이지 장치 (20) 의 일례가 나타나 있다. 기판 스테이지 장치 (20) 는, 1 쌍의 베이스 프레임 (22), Y 조동 스테이지 (24), X 조동 스테이지 (26), 중량 캔슬 장치 (28), Y 스텝 가이드 (30), 미동 스테이지 (32) 를 구비하고 있다.
베이스 프레임 (22) 은, Y 축 방향으로 연장되는 부재로 이루어지고, 장치 본체 (18) 와 진동적으로 절연된 상태로, 플로어 (11) 상에 설치되어 있다. 또, 장치 본체 (18) 의 한 쌍의 하가대부 (18b) 의 사이에는, 보조 베이스 프레임 (23) 이 배치되어 있다. Y 조동 스테이지 (24) 는, 1 쌍의 베이스 프레임 (22) 간에 가설된 1 쌍 (도 2 에서는 일방은 도시 생략) 의 X 빔 (25) 을 가지고 있다. 전술한 보조 베이스 프레임 (23) 은, X 빔 (25) 의 길이 방향 중간부를 하방으로부터 지지하고 있다. Y 조동 스테이지 (24) 는, 기판 (P) 을 6 자유도 방향으로 구동하기 위한 기판 구동계 (93) (도 2 에서는 도시 생략. 도 8 참조) 의 일부인 복수의 Y 리니어 모터를 통하여 1 쌍의 베이스 프레임 (22) 상에서 Y 축 방향으로 소정의 장스트로크로 구동된다. X 조동 스테이지 (26) 는, 1 쌍의 X 빔 (25) 간에 가설된 상태로 Y 조동 스테이지 (24) 상에 재치되어 있다. X 조동 스테이지 (26) 는, 기판 구동계 (93) 의 일부인 복수의 X 리니어 모터를 통하여 Y 조동 스테이지 (24) 상에서 X 축 방향으로 소정의 장스트로크로 구동된다. 또, X 조동 스테이지 (26) 는, Y 조동 스테이지 (24) 에 대한 Y 축 방향으로의 상대 이동이 기계적으로 제한되어 있고, Y 조동 스테이지 (24) 와 일체적으로 Y 축 방향으로 이동한다.
중량 캔슬 장치 (28) 는, 1 쌍의 X 빔 (25) 간에 삽입되고, 또한 X 조동 스테이지 (26) 에 기계적으로 접속되어 있다. 이로써, 중량 캔슬 장치 (28) 는, X 조동 스테이지 (26) 와 일체적으로 X 축 및/또는 Y 축 방향으로 소정의 장스트로크로 이동한다. Y 스텝 가이드 (30) 는, X 축 방향으로 연장되는 부재로 이루어지고, Y 조동 스테이지 (24) 에 기계적으로 접속되어 있다. 이로써, Y 스텝 가이드 (30) 는, Y 조동 스테이지 (24) 와 일체적으로 Y 축 방향으로 소정의 장스트로크로 이동한다. 상기 중량 캔슬 장치 (28) 는, 복수의 에어 베어링을 통하여 Y 스텝 가이드 (30) 상에 재치되어 있다. 중량 캔슬 장치 (28) 는, X 조동 스테이지 (26) 가 X 축 방향으로만 이동하는 경우, 정지 상태의 Y 스텝 가이드 (30) 상을 X 축 방향으로 이동하고, X 조동 스테이지 (26) 가 Y 축 방향으로 이동하는 경우 (X 축 방향으로의 이동을 수반하는 경우도 포함한다), Y 스텝 가이드 (30) 와 일체적으로 (Y 스텝 가이드 (30) 로부터 탈락하지 않도록) Y 축 방향으로 이동한다.
미동 스테이지 (32) 는, 평면에서 보아 직사각형의 판상 (혹은 상자형) 의 부재로 이루어지고, 중앙부가 구면 베어링 장치 (29) 를 통하여 XY 평면에 대해 자유롭게 요동 가능한 상태로 중량 캔슬 장치 (28) 에 하방으로부터 지지되어 있다. 미동 스테이지 (32) 의 상면에는, 기판 홀더 (34) 가 고정되고, 그 기판 홀더 (34) 상에 기판 (P) 이 재치된다. 또한, 기판을 유지하는 기판 홀더를, 기판의 유지부가 형성된 테이블 또는 스테이지, 여기서는 미동 스테이지 (32) 와는 별도로 반드시 형성할 필요는 없고, 테이블 또는 스테이지 상에 기판을 진공 흡착 등에 의해 유지해도 된다. 미동 스테이지 (32) 는, X 조동 스테이지 (26) 가 갖는 고정자와 미동 스테이지 (32) 가 갖는 가동자를 포함하고, 상기 기판 구동계 (93) (도 2 에서는 도시 생략. 도 8 참조) 의 일부를 구성하는 복수의 리니어 모터 (33) (예를 들어, 보이스 코일 모터) 에 의해, X 조동 스테이지 (26) 에 대해 6 자유도 방향으로 미소 구동된다. 또, 미동 스테이지 (32) 는, 상기 복수의 리니어 모터 (33) 를 통하여 X 조동 스테이지 (26) 로부터 부여되는 추력에 의해, 그 X 조동 스테이지 (26) 와 함께 X 축 및/또는 Y 축 방향으로 소정의 장스트로크로 이동한다. 이상 설명한 기판 스테이지 장치 (20) 의 구성 (단, 계측계를 제외한다) 은, 예를 들어 미국 특허출원 공개 제2012/0057140호 명세서에 개시되어 있다.
또, 기판 스테이지 장치 (20) 는, 미동 스테이지 (32) (즉 기판 홀더 (34), 및 기판 (P)) 의 6 자유도 방향의 위치 정보를 계측하기 위한 기판 위치 계측계를 가지고 있다. 기판 위치 계측계는, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 기판 (P) 의 Z 축, θx, θy 방향 (이하, Z·틸트 방향이라고 칭한다) 의 위치 정보를 구하기 위한 Z·틸트 위치 계측계 (98), 및 기판 (P) 의 XY 평면 내의 3 자유도 방향의 위치 정보를 구하기 위한 기판 인코더 시스템 (50) 을 포함한다. Z·틸트 위치 계측계 (98) 는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 미동 스테이지 (32) 의 하면에 장착된 프로브 (36a) 와, 중량 캔슬 장치 (28) 에 장착된 타겟 (36b) 을 포함하는 Z 센서 (36) 를 복수 구비하고 있다. 복수의 Z 센서 (36) 는, 예를 들어 미동 스테이지 (32) 의 중심을 통과하는 Z 축에 평행한 축선 둘레로 소정 간격으로, 예를 들어 4 개 (적어도 3 개) 배치되어 있다. 주제어 장치 (90) (도 8 참조) 는, 상기 복수의 Z 센서 (36) 의 출력에 기초하여, 미동 스테이지 (32) 의 Z 위치 정보, 및 θx, 및 θy 방향의 회전량 정보를 구한다. 상기 Z 센서 (36) 를 포함하여, Z·틸트 위치 계측계 (98) 의 구성에 대해서는, 예를 들어 미국 특허출원 공개 제2010/0018950호 명세서에 상세하게 개시되어 있다. 기판 인코더 시스템 (50) 의 구성은 후술한다.
다음으로, 도 3(A) 및 도 3(B) 를 사용하여 마스크 인코더 시스템 (48) 의 구성에 대해 설명한다. 도 3(A) 에 모식적으로 나타내는 바와 같이, 마스크 홀더 (40) 에 있어서의 마스크 (M) (보다 상세하게는, 마스크 (M) 를 수용하기 위한 도시 생략된 개구부) 의 ＋Y 측, 및 -Y 측의 영역에는, 각각 복수의 인코더 스케일 (46) (격자 부재, 격자부, 그리드 부재 등이라고도 부르지만, 이하, 간단히 스케일 (46) 이라고 칭한다) 이 배치되어 있다. 또한, 이해를 용이하게 하기 위해서, 도 3(A) 에서는, 복수의 스케일 (46) 이 실선으로 도시되고, 마스크 홀더 (40) 의 상면에 배치되어 있는 바와 같이 도시되어 있지만, 복수의 스케일 (46) 은, 실제로는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 복수의 스케일 (46) 각각의 하면의 Z 위치와, 마스크 (M) 의 하면 (패턴면) 의 Z 위치가 일치하도록, 마스크 홀더 (40) 의 하면측에 배치되어 있다. 복수의 스케일 (46) 은 각각, 반사형의 2 차원 격자 또는 배열 방향 (주기 방향) 이 상이한 (예를 들어 직교하는) 2 개의 반사형의 1 차원 격자가 형성되는 격자 영역 (격자부) 을 가지며, 마스크 홀더 (40) 의 하면측에서 Y 축 방향에 관해서 마스크 (M) 의 재치 영역 (전술한 개구부를 포함한다) 의 양측에 각각, X 축 방향에 관해서 격자 영역이 서로 떨어져 배치되도록 복수의 스케일 (46) 이 형성된다. 또한, X 축 및 Y 축 방향과도 스케일 (46) 의 전역에 걸쳐 격자를 형성해도 되지만, 스케일 (46) 의 단부에서 정밀도 좋게 격자를 형성하는 것이 곤란하기 때문에, 본 실시 형태에서는 스케일 (46) 에 있어서 격자 영역의 주위가 여백부가 되도록 격자를 형성한다. 이 때문에, X 축 방향에 관해서 인접하는 1 쌍의 스케일 (46) 의 간격보다 격자 영역의 간격이 넓어져 있고, 계측 빔이 격자 영역 외에 조사되고 있는 동안은 위치 계측이 불능인 비계측 기간 (비계측 구간이라고도 부르지만, 이하에서는 비계측 기간으로 총칭한다) 이 된다.
본 실시 형태의 마스크 홀더 (40) 에 있어서, 마스크 (M) 의 재치 영역의 ＋Y 측, 및 -Y 측의 영역에는, 각각 스케일 (46) 이 X 축 방향으로 소정 간격으로, 예를 들어 3 개 배치되어 있다. 즉, 마스크 홀더 (40) 는, 합계로, 예를 들어 6 개의 스케일 (46) 을 가지고 있다. 복수의 스케일 (46) 각각은, 마스크 (M) 의 ＋Y 측과 -Y 측에서 지면 상하 대칭으로 배치되어 있는 점을 제외하고, 실질적으로 동일한 것이다. 스케일 (46) 은, 예를 들어 석영 유리에 의해 형성된 X 축 방향으로 연장되는 평면에서 보아 직사각형의 판상 (띠형상) 의 부재로 이루어진다. 마스크 홀더 (40) 는, 예를 들어 세라믹스에 의해 형성되고, 복수의 스케일 (46) 은, 마스크 홀더 (40) 에 고정되어 있다. 본 실시 형태에서는, X 축 방향에 관해서 서로 떨어져 배치되는 복수의 스케일 (46) 대신에 1 개 (단일) 의 스케일을 마스크 홀더용 스케일로서 사용해도 된다. 이 경우, 격자 영역도 1 개여도 되지만, 복수의 격자 영역을 X 축 방향으로 떼어놓아 1 개의 스케일에 형성해도 된다.
도 3(B) 에 나타내는 바와 같이, 스케일 (46) 의 하면 (본 실시 형태에서는, -Z 측을 향한 면) 에 있어서의, 폭방향 일측 (도 3(B) 에서는, -Y 측) 의 영역에는, X 스케일 (47x) 이 형성되어 있다. 또, 스케일 (46) 의 하면에 있어서의, 폭방향 타측 (도 3(B) 에서는, ＋Y 측) 의 영역에는, Y 스케일 (47y) 이 형성되어 있다. X 스케일 (47x) 은, X 축 방향으로 소정 피치로 형성된 (X 축 방향을 주기 방향으로 한다) Y 축 방향으로 연장되는 복수의 격자선을 갖는 반사형의 회절 격자 (X 그레이팅) 에 의해 구성되어 있다. 동일하게, Y 스케일 (47y) 은, Y 축 방향으로 소정 피치로 형성된 (Y 축 방향을 주기 방향으로 한다) X 축 방향으로 연장되는 복수의 격자선을 갖는 반사형의 회절 격자 (Y 그레이팅) 에 의해 구성되어 있다. 본 실시 형태의 X 스케일 (47x), 및 Y 스케일 (47y) 에 있어서, 복수의 격자선은, 예를 들어 10 nm 이하의 간격으로 형성되어 있다. 또한, 도 3(A) 및 도 3(B) 에서는, 도시의 편의 상, 격자간의 간격 (피치) 은, 실제보다 현격히 넓게 도시되어 있다. 그 밖의 도면도 동일하다.
또, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 상가대부 (18a) 의 상면에는, 1 쌍의 인코더 베이스 (43) 가 고정되어 있다. 1 쌍의 인코더 베이스 (43) 는, 일방이 ＋X 측의 마스크 가이드 (42) 의 -X 측, 타방이 -X 측의 마스크 가이드 (42) 의 ＋X 측 (즉 1 쌍의 마스크 가이드 (42) 의 사이의 영역) 에 배치되어 있다. 또, 상기 투영 광학계 (16) 의 일부가, 1 쌍의 인코더 베이스 (43) 의 사이에 배치되어 있다. 인코더 베이스 (43) 는, 도 3(A) 에 나타내는 바와 같이, X 축 방향으로 연장되는 부재로 이루어진다. 1 쌍의 인코더 베이스 (43) 각각의 길이 방향 중앙부에는, 인코더 헤드 유닛 (44) (이하, 간단히 헤드 유닛 (44) 이라고 칭한다) 이 고정되어 있다. 즉, 헤드 유닛 (44) 은, 인코더 베이스 (43) 를 통하여 장치 본체 (18) (도 1 참조) 에 고정되어 있다. 1 쌍의 헤드 유닛 (44) 은, 마스크 (M) 의 ＋Y 측과 -Y 측에서 지면 상하 대칭으로 배치되어 있는 점을 제외하고, 실질적으로 동일한 것이므로, 이하, 일방 (-Y 측) 에 대해서만 설명한다.
도 3(B) 에 나타내는 바와 같이, 헤드 유닛 (44) 은, X 축 방향으로 배치되는 복수의 스케일 (46) 중 적어도 1 개에 조사되는 계측 빔의 위치가 X 축 및 Y 축 방향의 적어도 일방에 관해서 상이한 복수의 헤드를 가지며, 평면에서 보아 직사각형의 판상 부재로 이루어지는 유닛 베이스 (45) 를 가지고 있다. 유닛 베이스 (45) 에는, X 축 방향에 관해서 인접하는 1 쌍의 X 스케일 (47x) (격자 영역) 의 간격보다 넓은 간격으로 계측 빔을 조사하고, 서로 이간되어 배치된 1 쌍의 X 헤드 (49x), 및 X 축 방향에 관해서 인접하는 1 쌍의 Y 스케일 (47y) (격자 영역) 의 간격보다 넓은 간격으로 계측 빔을 조사하고, 서로 이간되어 배치된 1 쌍의 Y 헤드 (49y) 가 고정되어 있다. 즉, 마스크 인코더 시스템 (48) 은, X 헤드 (49x) 를, 예를 들어 Y 축 방향에 관해서 마스크 홀더 (40) 의 마스크 (M) 의 재치 영역의 양측에 각각 1 쌍씩, 합계 4 개 가짐과 함께, Y 헤드 (49y) 를, 예를 들어 Y 축 방향에 관해서 마스크 (M) 의 재치 영역의 양측에 각각 1 쌍씩, 합계 4 개 가지고 있다. 또한, 1 쌍의 X 헤드 (49x) 또는 1 쌍의 Y 헤드 (49y) 는 각각, 1 쌍의 X 스케일 (49x) 또는 1 쌍의 Y 스케일 (49y) 의 간격보다 넓게 이간되어 배치되어 있을 필요는 없고, 스케일 간격과 동일한 정도 이하의 간격으로 배치되어 있거나, 혹은 서로 접촉하여 배치되어 있어도 되고, 요점은 X 축 방향에 관해서 1 쌍의 계측 빔이 스케일 간격보다 넓은 간격으로 배치되어 있으면 된다. 또, 도 3(B) 에서는, 일방의 X 헤드 (49x) 와 일방의 Y 헤드 (49y) 가 1 개의 케이싱 내에 수용되고, 타방의 X 헤드 (49x) 와 타방의 Y 헤드 (49y) 가 다른 1 개의 케이싱 내에 수용되어 있지만, 상기 1 쌍의 X 헤드 (49x), 및 1 쌍의 Y 헤드 (49y) 는, 각각 독립적으로 배치되어 있어도 된다. 또, 도 3(B) 에서는, 이해를 용이하게 하기 위해, 1 쌍의 X 헤드 (49x) 와 1 쌍의 Y 헤드 (49y) 가 스케일 (46) 의 상방 (＋Z 측) 에 배치된 것처럼 도시되어 있지만, 실제로는, 1 쌍의 X 헤드 (49x) 는, X 스케일 (47y) 의 하방에, 1 쌍의 Y 헤드 (49y) 는, Y 스케일 (47y) 의 하방에 각각 배치되어 있다 (도 1 참조).
1 쌍의 X 헤드 (49x), 및 1 쌍의 Y 헤드 (49y) 는, 예를 들어 진동 등에서 기인하여 1 쌍의 X 헤드 (49x) (계측 빔) 의 적어도 일방의 위치 (특히 계측 방향 (X 축 방향) 의 위치) 혹은 헤드 (계측 빔) 간격, 및 1 쌍의 Y 헤드 (49y) (계측 빔) 의 적어도 일방의 위치 (특히 계측 방향 (Y 축 방향) 의 위치) 혹은 헤드 (계측 빔) 간격이 변화되지 않도록, 유닛 베이스 (45) 에 대해 고정되어 있다. 또, 유닛 베이스 (45) 자체도, 1 쌍의 X 헤드 (49x) 의 위치나 간격, 및 1 쌍의 Y 헤드 (49y) 의 위치나 간격이, 예를 들어 온도 변화 등에서 기인하여 변화되지 않도록, 열팽창률이 스케일 (46) 보다 낮은 (혹은 스케일 (46) 과 동등한) 재료로 형성되어 있다.
X 헤드 (49x), 및 Y 헤드 (49y) 는, 예를 들어 미국 특허출원 공개 제2008/0094592호 명세서에 개시되는 바와 같은, 이른바 회절 간섭 방식의 인코더 헤드이며, 대응하는 스케일 (X 스케일 (47x), Y 스케일 (47y)) 에 계측 빔을 조사하고, 그 스케일로부터의 빔을 수광함으로써, 마스크 홀더 (40) (즉, 마스크 (M). 도 3(A) 참조) 의 변위량 정보를 주제어 장치 (90) (도 8 참조) 에 공급한다. 즉, 마스크 인코더 시스템 (48) 에서는, 예를 들어 4 개의 X 헤드 (49x) 와, 그 X 헤드 (49x) 에 대향하는 X 스케일 (47x) (마스크 홀더 (40) 의 X 위치에 따라 상이하다) 에 의해, 마스크 (M) 의 X 축 방향의 위치 정보를 구하기 위한, 예를 들어 4 개의 X 리니어 인코더 (92x) (도 3(B) 에서는 도시 생략. 도 8 참조) 가 구성되고, 예를 들어 4 개의 Y 헤드 (49y) 와, 그 Y 헤드 (49y) 에 대향하는 Y 스케일 (47y) (마스크 홀더 (40) 의 X 위치에 따라 상이하다) 에 의해, 마스크 (M) 의 Y 축 방향의 위치 정보를 구하기 위한, 예를 들어 4 개의 Y 리니어 인코더 (92y) (도 3(B) 에서는 도시 생략. 도 8 참조) 가 구성된다. 본 실시 형태에서는, XY 평면 내의 상이한 2 방향 (본 실시 형태에서는 X 축 및 Y 축 방향과 일치) 의 일방을 계측 방향으로 하는 헤드를 사용하고 있지만, 계측 방향이 X 축 및 Y 축 방향의 일방과 다른 헤드를 사용해도 된다. 예를 들어, XY 평면 내에서 X 축 또는 Y 축 방향에 대해 45 도 회전한 방향을 계측 방향으로 하는 헤드를 사용해도 된다. 또, XY 평면 내의 상이한 2 방향의 일방을 계측 방향으로 하는 1 차원 헤드 (X 헤드 또는 Y 헤드) 대신에, 예를 들어 X 축 및 Y 축 방향의 일방과 Z 축 방향의 2 방향을 계측 방향으로 하는 2 차원 헤드 (XZ 헤드 또는 YZ 헤드) 를 사용해도 된다. 이 경우, 상기 3 자유도 방향 (X 축 및 Y 축 방향과 θz 방향) 과 다른 3 자유도 방향 (Z 축 방향과 θx 및 θy 방향을 포함하고, θx 방향은 롤링 정보, θy 방향은 피칭 정보) 에 관한 마스크 홀더 (40) 의 위치 정보도 계측 가능해진다.
주제어 장치 (90) 는, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 예를 들어 4 개의 X 리니어 인코더 (92x), 및, 예를 들어 4 개의 Y 리니어 인코더 (92y) 의 출력에 기초하여 마스크 홀더 (40) (도 3(A) 참조) 의 X 축 방향, 및 Y 축 방향의 위치 정보를, 예를 들어 10 nm 이하의 분해능으로 구한다. 또, 주제어 장치 (90) 는, 예를 들어 4 개의 X 리니어 인코더 (92x) (혹은, 예를 들어 4 개의 Y 리니어 인코더 (92y)) 중 적어도 2 개의 출력에 기초하여 마스크 홀더 (40) 의 θz 위치 정보 (회전량 정보) 를 구한다. 주제어 장치 (90) 는, 상기 마스크 인코더 시스템 (48) 의 계측치로부터 구해진 마스크 홀더 (40) 의 XY 평면 내의 3 자유도 방향의 위치 정보에 기초하여, 마스크 구동계 (91) 를 사용하여 마스크 홀더 (40) 의 XY 평면 내의 위치를 제어한다.
여기서, 도 3(A) 에 나타내는 바와 같이, 마스크 홀더 (40) 에는, 상기 서술한 바와 같이, 마스크 (M) 의 ＋Y 측, 및 -Y 측의 영역 각각에 스케일 (46) 이 X 축 방향으로 소정 간격으로, 예를 들어 3 개 배치되어 있다. 또, 적어도 기판 (P) 의 주사 노광에 있어서, 상기 X 축 방향으로 소정 간격으로 배치된, 예를 들어 3 개의 스케일 (46) 중, 가장 ＋X 측의 스케일 (46) 에 헤드 유닛 (44) (1 쌍의 X 헤드 (49x), 1 쌍의 Y 헤드 (49y) (각각 도 3(B) 참조) 의 모두) 이 대향하는 위치와, 가장 -X 측의 스케일 (46) 에 헤드 유닛 (44) 이 대향하는 위치의 사이에서, 마스크 홀더 (40) 가 X 축 방향으로 구동된다. 또한, 마스크 (M) 의 교환 동작과 프리얼라인먼트 동작의 적어도 일방에 있어서, X 축 방향에 관해서 조명광 (IL) 이 조사되는 조명 영역으로부터 떨어지도록 마스크 홀더 (40) 를 이동하고, 헤드 유닛 (44) 의 적어도 1 개의 헤드가 스케일 (46) 로부터 벗어나는 경우에는, X 축 방향에 관해서 헤드 유닛 (44) 으로부터 떨어져 배치되는 적어도 1 개의 헤드를 형성하고, 교환 동작이나 프리얼라인먼트 동작에 있어서도 마스크 인코더 시스템 (48) 에 의한 마스크 홀더 (40) 의 위치 계측을 계속 가능으로 해도 된다.
그리고, 본 실시 형태의 마스크 스테이지 장치 (14) 에서는, 도 3(B) 에 나타내는 바와 같이, 1 개의 헤드 유닛 (44) 이 갖는 1 쌍의 X 헤드 (49x), 및 1 쌍의 Y 헤드 (49y) 각각의 간격이, 복수의 스케일 (46) 중 인접하는 1 쌍의 스케일 (46) 의 간격보다 넓게 설정되어 있다. 이로써, 마스크 인코더 시스템 (48) 에서는, 1 쌍의 X 헤드 (49x) 중 항상 적어도 일방이 X 스케일 (47x) 에 대향함과 함께, 1 쌍의 Y 헤드 (49y) 중 적어도 일방이 항상 Y 스케일 (47y) 에 대향한다. 따라서, 마스크 인코더 시스템 (48) 은, 마스크 홀더 (40) (도 3(A) 참조) 의 위치 정보를 중단시키는 일 없이 주제어 장치 (90) (도 8 참조) 에 공급할 수 있다.
구체적으로 설명하면, 예를 들어 마스크 홀더 (40) (도 3(A) 참조) 가 ＋X 측으로 이동하는 경우, 마스크 인코더 시스템 (48) 은, 인접하는 1 쌍의 X 스케일 (47x) 중 ＋X 측의 X 스케일 (47x) 에 대해 1 쌍의 헤드 (49x) 의 양방이 대향하는 제 1 상태 (도 3(B) 에 나타내는 상태), -X 측의 X 헤드 (49x) 가 상기 인접하는 1 쌍의 X 스케일 (47x) 사이의 영역에 대향하고 (어느 X 스케일 (47x) 에도 대향하지 않고), ＋X 측의 X 헤드 (49x) 가 상기 ＋X 측의 X 스케일 (47x) 에 대향하는 제 2 상태, -X 측의 X 헤드 (49x) 가 -X 측의 X 스케일 (47x) 에 대향하고, 또한 ＋X 측의 X 헤드 (49x) 가 ＋X 측의 X 스케일 (47x) 에 대향하는 제 3 상태, -X 측의 X 헤드 (49x) 가 -X 측의 스케일 (47x) 에 대향하고, ＋X 측의 X 헤드 (49x) 가 1 쌍의 X 스케일 (47x) 사이의 영역에 대향하는 (어느 X 스케일 (47x) 에도 대향하지 않는) 제 4 상태, 및 -X 측의 X 스케일 (47x) 에 대해 1 쌍의 헤드 (49x) 의 양방이 대향하는 제 5 상태를 상기 순서로 이행한다. 따라서, 항상 적어도 일방의 X 헤드 (49x) 가 X 스케일 (47x) 에 대향한다.
주제어 장치 (90) (도 8 참조) 는, 상기 제 1, 제 3, 및 제 5 상태에서는, 1 쌍의 X 헤드 (49x) 의 출력의 평균치에 기초하여 마스크 홀더 (40) 의 X 위치 정보를 구한다. 또, 주제어 장치 (90) 는, 상기 제 2 상태에서는, ＋X 측의 X 헤드 (49x) 의 출력에만 기초하여 마스크 홀더 (40) 의 X 위치 정보를 구하고, 상기 제 4 상태에서는, -X 측의 X 헤드 (49x) 의 출력에만 기초하여 마스크 홀더 (40) 의 X 위치 정보를 구한다. 따라서, 마스크 인코더 시스템 (48) 의 계측치가 중단되는 일이 없다. 또한, 제 1, 제 3, 제 5 상태에서도 1 쌍의 X 헤드 (49x) 의 일방의 출력만을 사용하여 X 위치 정보를 구해도 된다. 단, 제 2, 제 4 상태에서는, 1 쌍의 헤드 유닛 (44) 의 양방에 있어서 1 쌍의 X 헤드 (49x) 의 일방 및 1 쌍의 Y 헤드 (49y) 의 일방이 스케일 (46) 로부터 벗어나 마스크 홀더 (40) 의 θz 방향의 위치 정보 (회전 정보) 를 취득할 수 없게 된다. 그래서, 마스크 (M) 의 재치 영역에 대해 ＋Y 측에 배치되는 3 개의 스케일 (46) 과 -Y 측에 배치되는 3 개의 스케일 (46) 에서, 인접하는 1 쌍의 스케일 (46) 의 간격 (격자가 형성되어 있지 않은 비격자 영역) 이 X 축 방향에 관해서 겹치지 않도록 서로 비켜서 배치하고, ＋Y 측에 배치되는 3 개의 스케일 (46) 과 -Y 측에 배치되는 3 개의 스케일 (46) 의 일방에서, X 헤드 (49x) 및 Y 헤드 (49y) 가 스케일 (46) 로부터 벗어나도, 타방에서 X 헤드 (49x) 및 Y 헤드 (49y) 가 스케일 (46) 로부터 벗어나지 않도록 하는 것이 바람직하다. 또는, X 축 방향에 관해서 1 쌍의 헤드 유닛 (44) 을, 인접하는 1 쌍의 스케일 (46) 의 간격 (비격자 영역의 폭) 보다 넓은 거리만큼 비켜서 배치해도 된다. 이로써, ＋Y 측에 배치되는 1 쌍의 X 헤드 (49x) 및 -Y 측에 배치되는 1 쌍의 X 헤드 (49x) 의 합계 4 개의 헤드에 있어서, X 축 방향에 관해서 계측 빔이 스케일 (46) 의 격자 영역으로부터 벗어나는 (계측 불능인) 비계측 기간이 겹치지 않고, 적어도 주사 노광에 있어서 마스크 홀더 (40) 의 θz 방향의 위치 정보를 상시 계측 가능해진다. 또한, 1 쌍의 헤드 유닛 (44) 의 적어도 일방에 있어서, 1 쌍의 X 헤드 (49x) 및 1 쌍의 Y 헤드 (49y) 중 적어도 일방에 대해 X 축 방향에 관해서 떨어져 배치되는 적어도 1 개의 헤드를 배치하고, 제 2, 제 4 상태에서도 X 헤드 (49x) 및 Y 헤드 (49y) 중 적어도 일방에서 2 개의 헤드가 스케일 (46) 과 대향하도록 해도 된다.
다음으로, 기판 인코더 시스템 (50) 의 구성에 대해 설명한다. 기판 인코더 시스템 (50) 은, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 기판 스테이지 장치 (20) 에 배치된 복수의 인코더 스케일 (52) (도 1 에서는 지면 깊이 방향과 겹쳐져 있다. 도 4(A) 참조), 상가대부 (18a) 의 하면에 고정된 인코더 베이스 (54), 인코더 베이스 (54) 의 하면에 고정된 복수의 인코더 스케일 (56), 및 1 쌍의 인코더 헤드 유닛 (60) 을 구비하고 있다.
도 4(A) 에 모식적으로 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 기판 스테이지 장치 (20) 에 있어서, 기판 (P) (기판 재치 영역) 의 ＋Y 측, 및 -Y 측의 영역에는, 각각 인코더 스케일 (52) (이하, 간단히 스케일 (52) 이라고 칭한다) 이 X 축 방향으로 소정 간격으로, 예를 들어 5 개 배치되어 있다. 즉, 기판 스테이지 장치 (20) 는, 합계로, 예를 들어 10 의 스케일 (52) 을 가지고 있다. 복수의 스케일 (52) 각각은, 기판 (P) 의 ＋Y 측과 -Y 측에서 지면 상하 대칭으로 배치되어 있는 점을 제외하고, 실질적으로 동일한 것이다. 스케일 (52) 은, 상기 마스크 인코더 시스템 (48) 의 스케일 (46) (각각 도 3(A) 참조) 과 마찬가지로, 예를 들어 석영 유리에 의해 형성된 X 축 방향으로 연장되는 평면에서 보아 직사각형의 판상 (띠형상) 의 부재로 이루어진다. 또, 복수의 스케일 (52) 은 각각, 반사형의 2 차원 격자 또는 배열 방향 (주기 방향) 이 상이한 (예를 들어 직교하는) 2 개의 반사형의 1 차원 격자가 형성되는 격자 영역 (격자부) 을 가지며, Y 축 방향에 관해서 기판 재치 영역의 양측에 각각, X 축 방향에 관해서 격자 영역이 서로 떨어져 배치되도록 5 개의 스케일 (52) 이 형성된다.
또한, 도 1 및 도 4(A) 에서는, 이해를 용이하게 하기 위해서, 복수의 스케일 (52) 이 기판 홀더 (34) 의 상면에 고정되어 있는 것처럼 도시되어 있지만, 복수의 스케일 (52) 은, 실제로는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 기판 홀더 (34) 와는 이간된 상태로, 미동 스테이지 (32) 에 스케일 베이스 (51) 를 개재하여 고정되어 있다 (또한, 도 2 에는, 복수의 스케일 (52) 이 기판 (P) 의 ＋X 측 및 -X 측에 배치되는 경우가 나타나 있다). 단, 경우에 따라서는, 실제로 기판 홀더 (34) 상에 복수의 스케일 (52) 이 고정되어도 된다. 이하의 설명에서는, 복수의 스케일 (52) 이 기판 홀더 (34) 상에 배치되어 있는 것으로서 설명을 실시한다. 또한, 복수의 스케일 (52) 은, 기판 홀더 (34) 를 가지며, 적어도 Z 축 방향과 θx 및 θy 방향에 관해서 미동 가능한 기판 테이블의 상면, 혹은 기판 테이블을 미동 가능하게 지지하는 기판 스테이지의 상면 등에 배치해도 된다.
도 4(B) 에 나타내는 바와 같이, 스케일 (52) 의 상면에 있어서의, 폭방향 일측 (도 4(B) 에서는, -Y 측) 의 영역에는, X 스케일 (53x) 이 형성되어 있다. 또, 스케일 (52) 의 상면에 있어서의, 폭방향 타측 (도 4(B) 에서는, ＋Y 측) 의 영역에는, Y 스케일 (53y) 이 형성되어 있다. X 스케일 (53x), 및 Y 스케일 (53y) 의 구성은, 상기 마스크 인코더 시스템 (48) 의 스케일 (46) (각각 도 3(A) 참조) 에 형성된 X 스케일 (47x), 및 Y 스케일 (47y) (각각 도 3(B) 참조) 과 동일하므로 설명을 생략한다.
인코더 베이스 (54) 는, 도 5 및 도 6 에서 알 수 있는 바와 같이, 상가대부 (18a) 의 하면에 고정된 Y 축 방향으로 연장되는 판상의 부재로 이루어지는 제 1 부분 (54a) 과, 제 1 부분 (54a) 의 하면에 고정된 Y 축 방향으로 연장되는 XZ 단면 U 자 모양의 부재로 이루어지는 제 2 부분 (54b) 을 구비하고, 전체적으로 Y 축 방향으로 연장되는 통형상으로 형성되어 있다. 도 4(A) 에 나타내는 바와 같이, 인코더 베이스 (54) 의 X 위치는, 투영 광학계 (16) 의 중심의 X 위치와 대체로 일치하고 있지만, 인코더 베이스 (54) 와 투영 광학계 (16) 가 접촉하지 않도록 배치되어 있다. 또한, 인코더 베이스 (54) 는, 투영 광학계 (16) 와 ＋Y 측과 -Y 측으로 분리하여 배치되어 있어도 된다. 인코더 베이스 (54) 의 하면에는, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 1 쌍 Y 리니어 가이드 (63a) 가 고정되어 있다. 1 쌍의 Y 리니어 가이드 (63a) 는, 각각 Y 축 방향으로 연장되는 부재로 이루어지고, X 축 방향으로 소정 간격으로 서로 평행하게 배치되어 있다.
인코더 베이스 (54) 의 하면에는, 복수의 인코더 스케일 (56) (이하, 간단히 스케일 (56) 이라고 칭한다) 이 고정되어 있다. 본 실시 형태에 있어서, 스케일 (56) 은, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 투영 광학계 (16) 보다 ＋Y 측의 영역에, 예를 들어 2 개, 투영 광학계 (16) 보다 -Y 측의 영역에, 예를 들어 2 개, 각각 Y 축 방향으로 이간되어 배치되어 있다. 즉, 인코더 베이스 (54) 에는, 합계로, 예를 들어 4 개의 스케일 (56) 이 고정되어 있다. 복수의 스케일 (56) 각각은, 실질적으로 동일한 것이다. 스케일 (56) 은, Y 축 방향으로 연장되는 평면에서 보아 직사각형의 판상 (띠형상) 의 부재로 이루어지고, 기판 스테이지 장치 (20) 에 배치된 스케일 (52) 과 마찬가지로, 예를 들어 석영 유리에 의해 형성되어 있다. 복수의 스케일 (56) 은 각각, 반사형의 2 차원 격자 또는 배열 방향 (주기 방향) 이 상이한 (예를 들어 직교하는) 2 개의 반사형의 1 차원 격자가 형성되는 격자 영역 (격자부) 을 가지고 있고, 본 실시 형태에서는 스케일 (46, 52) 과 동일하게, X 축 방향을 배열 방향 (주기 방향) 으로 하는 1 차원 격자가 형성되는 X 스케일과, Y 축 방향을 배열 방향 (주기 방향) 으로 하는 1 차원 격자가 형성되는 Y 스케일을 가지며, Y 축 방향에 관해서 투영 광학계 (16) 의 양측에 각각, Y 축 방향에 관해서 격자 영역이 서로 떨어져 2 개의 스케일 (56) 이 형성된다. 또한, 이해를 용이하게 하기 위해서, 도 4(A) 에서는, 복수의 스케일 (56) 이 실선으로 도시되고, 인코더 베이스 (54) 의 상면에 배치되어 있는 것처럼 도시되어 있지만, 복수의 스케일 (56) 은, 실제로는, 도 1 에 나타내는 바와 같이 인코더 베이스 (54) 의 하면측에 배치되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 투영 광학계 (16) 의 ＋Y 측과 -Y 측에 각각 2 개의 스케일 (56) 을 형성하는 것으로 했지만, 2 개가 아니고 1 개 혹은 3 개 이상의 스케일 (56) 을 형성해도 된다. 또, 본 실시 형태에서는 격자면을 하방을 향하여 (격자 영역이 XY 평면과 평행이 되도록) 스케일 (56) 을 형성하는 것으로 했지만, 예를 들어 격자 영역이 YZ 평면과 평행이 되도록 스케일 (56) 을 형성해도 된다.
도 4(C) 에 나타내는 바와 같이, 스케일 (56) 의 하면에 있어서의, 폭방향 일측 (도 4(C) 에서는, ＋X 측) 의 영역에는, X 스케일 (57x) 이 형성되어 있다. 또, 스케일 (56) 의 하면에 있어서의, 폭방향 타측 (도 4(C) 에서는, -X 측) 의 영역에는, Y 스케일 (57y) 이 형성되어 있다. X 스케일 (57x), 및 Y 스케일 (57y) 의 구성은, 상기 마스크 인코더 시스템 (48) 의 스케일 (46) (각각 도 3(A) 참조) 에 형성된 X 스케일 (47x), 및 Y 스케일 (47y) (각각 도 3(B) 참조) 과 동일하므로 설명을 생략한다.
도 1 로 돌아가서, 1 쌍의 인코더 헤드 유닛 (60) (이하, 간단히 헤드 유닛 (60) 이라고 칭한다) 은, 인코더 베이스 (54) 의 하방에 Y 축 방향으로 이간되어 배치되어 있다. 1 쌍의 헤드 유닛 (60) 각각은, 도 1 에서 지면 좌우 대칭으로 배치되어 있는 점을 제외하고 실질적으로 동일한 것이므로, 이하 일방 (-Y 측) 에 대해 설명한다. 헤드 유닛 (60) 은, 도 5 에 나타내는 바와 같이, Y 슬라이드 테이블 (62), 1 쌍의 X 헤드 (64x), 1 쌍의 Y 헤드 (64y) (도 5 에서는 1 쌍의 X 헤드 (64x) 의 지면 안쪽에 숨어 있기 때문에 도시 생략. 도 4(C) 참조), 1 쌍의 X 헤드 (66x) (도 5 에서는 일방의 X 헤드 (66x) 는 도시 생략. 도 4(B) 참조), 1 쌍의 Y 헤드 (66y) (도 5 에서는 일방의 Y 헤드 (66y) 는 도시 생략. 도 4(B) 참조), 및 Y 슬라이드 테이블 (62) 을 Y 축 방향으로 구동하기 위한 벨트 구동 장치 (68) 를 구비하고 있다. 또한, 본 실시 형태의 한 쌍의 헤드 유닛 (60) 은, 90 도 회전하고 있는 점을 제외하고, 마스크 인코더 시스템 (48) 의 한 쌍의 헤드 유닛 (44) 과 동일 구성으로 되어 있다.
Y 슬라이드 테이블 (62) 은, 평면에서 보아 직사각형의 판상의 부재로 이루어지고, 인코더 베이스 (54) 의 하방에, 그 인코더 베이스 (54) 에 대해 소정의 클리어런스를 통하여 배치되어 있다. 또, Y 슬라이드 테이블 (62) 의 Z 위치는, 기판 스테이지 장치 (20) 가 갖는 기판 홀더 (34) (각각 도 1 참조) 의 Z·틸트 위치에 상관없이, 그 기판 홀더 (34) 보다 ＋Z 측이 되도록 설정되어 있다.
Y 슬라이드 테이블 (62) 의 상면에는, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 상기 Y 리니어 가이드 (63a) 에 대해 도시 생략된 전동체 (예를 들어 순환식의 복수의 볼) 를 통하여 Y 축 방향으로 자유롭게 슬라이드 가능하게 걸어맞춤하는 Y 슬라이드 부재 (63b) 가 복수 (1 개의 Y 리니어 가이드 (63a) 에 대해, 예를 들어 2 개 (도 5 참조)) 고정되어 있다. Y 리니어 가이드 (63a) 와, 그 Y 리니어 가이드 (63a) 에 대응하는 Y 슬라이드 부재 (63b) 는, 예를 들어 미국 특허 제6,761,482호 명세서에 개시되는 바와 같이 기계적인 Y 리니어 가이드 장치 (63) 를 구성하고 있고, Y 슬라이드 테이블 (62) 은, 1 쌍의 Y 리니어 가이드 장치 (63) 를 통하여 인코더 베이스 (54) 에 대해 Y 축 방향으로 직진 안내된다.
벨트 구동 장치 (68) 는, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 회전 구동 장치 (68a), 풀리 (68b), 및 벨트 (68c) 를 구비하고 있다. 또한, -Y 측의 Y 슬라이드 테이블 (62) 구동용과 ＋Y 측의 Y 슬라이드 테이블 (62) (도 5 에서는 도시 생략. 도 4(A) 참조) 구동용으로, 독립적으로 벨트 구동 장치 (68) 가 배치되어도 되고, 1 개의 벨트 구동 장치 (68) 로 1 쌍의 Y 슬라이드 테이블 (62) 을 일체적으로 구동해도 된다.
회전 구동 장치 (68a) 는, 인코더 베이스 (54) 에 고정되고, 도시 생략된 회전 모터를 구비하고 있다. 그 회전 모터의 회전수, 회전 방향은, 주제어 장치 (90) (도 8 참조) 에 의해 제어된다. 풀리 (68b) 는, 회전 구동 장치 (68a) 에 의해 X 축에 평행한 축선 둘레로 회전 구동된다. 또, 도시 생략하지만, 벨트 구동 장치 (68) 는, 상기 풀리 (68b) 에 대해 Y 축 방향으로 이간되어 배치되고, X 축에 평행한 축선 둘레로 회전 자재의 상태로 인코더 베이스 (54) 에 장착된 다른 풀리를 가지고 있다. 벨트 (68c) 는, 일단, 및 타단이 Y 슬라이드 테이블 (62) 에 접속됨과 함께, 길이 방향의 중간부의 2 지점이 상기 풀리 (68b), 및 상기 다른 풀리 (도시 생략) 에 소정의 장력이 부여된 상태로 감겨져 있다. 벨트 (68c) 의 일부는, 인코더 베이스 (54) 내에 삽입 통과되어 있고, 예를 들어 벨트 (68c) 로부터의 분진이 스케일 (52, 56) 에 부착되는 것 등이 억제되어 있다. Y 슬라이드 테이블 (62) 은, 풀리 (68b) 가 회전 구동됨으로써, 벨트 (68c) 에 견인되어 Y 축 방향으로 소정의 스트로크로 왕복 이동한다.
주제어 장치 (90) (도 8 참조) 는, 일방 (＋Y 측) 의 헤드 유닛 (60) 을 투영 광학계 (16) 보다 ＋Y 측에 배치된, 예를 들어 2 개의 스케일 (56) 의 하방에서, 타방 (-Y 측) 의 헤드 유닛 (60) 을 투영 광학계 (16) 보다 -Y 측에 배치된, 예를 들어 2 개의 스케일 (56) 의 하방에서, Y 축 방향으로 소정의 스트로크로 적절히 동기 구동한다. 여기서, 기판 스테이지 장치 (20) 의 Y 축 방향으로의 이동에 동기하여 1 쌍의 헤드 유닛 (60) 을 각각 이동해도 되지만, 본 실시 형태에서는, 1 쌍의 헤드 유닛 (60) 에서 각각, Y 축 방향에 관해서 1 쌍의 X 헤드 (66x) 및 1 쌍의 Y 헤드 (66y) 의 계측 빔이 모두 스케일 (52) 의 격자 영역으로부터 벗어나지 않도록 (적어도 1 개의 계측 빔의 격자 영역에 대한 조사가 유지된다) 1 쌍의 헤드 유닛 (60) 을 이동한다. 또한, Y 슬라이드 테이블 (62) 을 구동하는 액추에이터로서, 본 실시 형태에서는, 톱니가 형성된 풀리 (68b) 와, 톱니가 형성된 벨트 (68c) 를 포함하는 벨트 구동 장치 (68) 가 이용되고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 톱니 없는 풀리와 벨트를 포함하는 마찰차 장치가 이용되어도 된다. 또, Y 슬라이드 테이블 (62) 을 견인하는 가요성 부재는, 벨트에 한정되지 않고, 예를 들어 로프, 와이어, 체인 등이어도 된다. 또, Y 슬라이드 테이블 (62) 을 구동하기 위한 액추에이터의 종류는, 벨트 구동 장치 (68) 에 한정되지 않고, 예를 들어 리니어 모터, 이송 나사 장치 등의 다른 구동 장치여도 된다.
X 헤드 (64x), Y 헤드 (64y) (도 5 에서는 도시 생략. 도 6 참조), X 헤드 (66x), 및 Y 헤드 (66y) 각각은, 상기 서술한 마스크 인코더 시스템 (48) 이 갖는 X 헤드 (49x), Y 헤드 (49y) 와 동일한, 이른바 회절 간섭 방식의 인코더 헤드이며, Y 슬라이드 테이블 (62) 에 고정되어 있다. 여기서, 헤드 유닛 (60) 에 있어서, 1 쌍의 Y 헤드 (64y), 1 쌍의 X 헤드 (64x), 1 쌍의 Y 헤드 (66y), 및 1 쌍의 X 헤드 (66x) 는, 각각의 상호간의 거리가, 예를 들어 진동 등에서 기인하여 변화되지 않도록, Y 슬라이드 테이블 (62) 에 대해 고정되어 있다. 또, Y 슬라이드 테이블 (62) 자체도, 1 쌍의 Y 헤드 (64y), 1 쌍의 X 헤드 (64x), 1 쌍의 Y 헤드 (66y), 및 1 쌍의 X 헤드 (66x) 각각의 상호간의 거리가, 예를 들어 온도 변화에서 기인하여 변화되지 않도록, 열팽창률이 스케일 (52, 56) 보다 낮은 (혹은 스케일 (52, 56) 과 동등한) 재료로 형성되어 있다.
도 7 에 나타내는 바와 같이, 1 쌍의 X 헤드 (64x) 각각은, X 스케일 (57x) 위의 Y 축 방향으로 서로 이간된 2 지점 (2 점) 에 계측 빔을 조사하고, 1 쌍의 Y 헤드 (64y) 각각은, Y 스케일 (57y) 상의 Y 축 방향으로 서로 이간된 2 지점 (2 점) 에 계측 빔을 조사한다. 기판 인코더 시스템 (50) 에서는, 상기 X 헤드 (64x), 및 Y 헤드 (64y) 가 대응하는 스케일로부터의 빔을 수광함으로써, Y 슬라이드 테이블 (62) (도 7 에서는 도시 생략. 도 5 및 도 6 참조) 의 변위량 정보를 주제어 장치 (90) (도 8 참조) 에 공급한다. 즉, 기판 인코더 시스템 (50) 에서는, 예를 들어 4 개의 X 헤드 (64x) 와, 그 X 헤드 (64x) 에 대향하는 X 스케일 (57x) (Y 슬라이드 테이블 (62) 의 Y 위치에 따라 상이하다) 에 의해, 1 쌍의 Y 슬라이드 테이블 (62) (즉 1 쌍의 헤드 유닛 (60) (도 1 참조)) 각각의 Y 축 방향의 위치 정보를 구하기 위한, 예를 들어 4 개의 X 리니어 인코더 (96x) (도 7 에서는 도시 생략. 도 8 참조) 가 구성되고, 예를 들어 4 개의 Y 헤드 (64y) 와, 그 Y 헤드 (64y) 에 대향하는 Y 스케일 (57y) (Y 슬라이드 테이블 (62) 의 Y 위치에 따라 상이하다) 에 의해, 1 쌍의 Y 슬라이드 테이블 (62) 각각의 Y 축 방향의 위치 정보를 구하기 위한, 예를 들어 4 개의 Y 리니어 인코더 (96y) (도 7 에서는 도시 생략. 도 8 참조) 가 구성된다.
주제어 장치 (90) 는, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 예를 들어 4 개의 X 리니어 인코더 (96x), 및, 예를 들어 4 개의 Y 리니어 인코더 (96y) 의 출력에 기초하여, 1 쌍의 헤드 유닛 (60) (도 1 참조) 각각의 X 축 방향, 및 Y 축 방향의 위치 정보를, 예를 들어 10 nm 이하의 분해능으로 구한다. 또, 주제어 장치 (90) 는, 일방의 헤드 유닛 (60) 에 대응하는, 예를 들어 2 개의 X 리니어 인코더 (96x) (혹은, 예를 들어 2 개의 Y 리니어 인코더 (96y)) 의 출력에 기초하여 그 일방의 헤드 유닛 (60) 의 θz 위치 정보 (회전량 정보) 를, 타방의 헤드 유닛 (60) 에 대응하는, 예를 들어 2 개의 X 리니어 인코더 (96x) (혹은, 예를 들어 2 개의 Y 리니어 인코더 (96y)) 의 출력에 기초하여 그 타방의 헤드 유닛 (60) 의 θz 위치 정보 (회전량 정보) 를 각각 구한다. 주제어 장치 (90) 는, 1 쌍의 헤드 유닛 (60) 각각의 XY 평면 내의 위치 정보에 기초하여, 벨트 구동 장치 (68) 를 사용하여 헤드 유닛 (60) 의 Y 축 방향의 위치를 제어한다.
여기서, 도 4(A) 에 나타내는 바와 같이, 인코더 베이스 (54) 에는, 상기 서술한 바와 같이, 투영 광학계 (16) 의 ＋Y 측, 및 -Y 측의 영역 각각에 스케일 (56) 이 Y 축 방향으로 소정 간격으로, 예를 들어 2 개 배치되어 있다. 또, 상기 Y 축 방향으로 소정 간격으로 배치된, 예를 들어 2 개의 스케일 (56) 중, ＋Y 측의 스케일 (56) 에 헤드 유닛 (60) (1 쌍의 X 헤드 (64x), 1 쌍의 Y 헤드 (64y) (각각 도 4(C) 참조) 의 모두) 이 대향하는 위치와, -Y 측의 스케일 (56) 에 헤드 유닛 (60) 이 대향하는 위치의 사이에서, Y 슬라이드 테이블 (62) 이 Y 축 방향으로 구동된다.
그리고, 상기 마스크 인코더 시스템 (48) 과 마찬가지로, 기판 인코더 시스템 (50) 에 있어서도, 1 개의 헤드 유닛 (60) 이 갖는 1 쌍의 X 헤드 (64x), 및 1 쌍의 Y 헤드 (64y) 각각의 간격은, 도 4(C) 에 나타내는 바와 같이, 인접하는 스케일 (56) 간의 간격보다 넓게 설정되어 있다. 이로써, 기판 인코더 시스템 (50) 에서는, 1 쌍의 X 헤드 (64x) 중 항상 적어도 일방이 X 스케일 (57x) 에 대향함과 함께, 1 쌍의 Y 헤드 (64y) 중 적어도 일방이 항상 Y 스케일 (57y) 에 대향한다. 따라서, 기판 인코더 시스템 (50) 은, 계측치를 중단시키는 일 없이 Y 슬라이드 테이블 (62) (헤드 유닛 (60)) 의 위치 정보를 구할 수 있다.
또, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 1 쌍의 X 헤드 (66x) 각각은, X 스케일 (53x) 위의 X 축 방향으로 서로 이간된 2 지점 (2 점) 에 계측 빔을 조사하고, 1 쌍의 Y 헤드 (66y) 각각은, Y 스케일 (53y) 상의 X 축 방향으로 서로 이간된 2 지점 (2 점) 에 계측 빔을 조사한다. 기판 인코더 시스템 (50) 에서는, 상기 X 헤드 (66x), 및 Y 헤드 (66y) 가 대응하는 스케일로부터의 빔을 수광함으로써, 기판 홀더 (34) (도 7 에서는 도시 생략. 도 2 참조) 의 변위량 정보를 주제어 장치 (90) (도 8 참조) 에 공급한다. 즉, 기판 인코더 시스템 (50) 에서는, 예를 들어 4 개의 X 헤드 (66x) 와, 그 X 헤드 (66x) 에 대향하는 X 스케일 (53x) (기판 홀더 (34) 의 X 위치에 따라 상이하다) 에 의해, 기판 (P) 의 X 축 방향의 위치 정보를 구하기 위한, 예를 들어 4 개의 X 리니어 인코더 (94x) (도 7 에서는 도시 생략. 도 8 참조) 가 구성되고, 예를 들어 4 개의 Y 헤드 (66y) 와, 그 Y 헤드 (66y) 에 대향하는 Y 스케일 (53y) (기판 홀더 (34) 의 X 위치에 따라 상이하다) 에 의해, 기판 (P) 의 Y 축 방향의 위치 정보를 구하기 위한, 예를 들어 4 개의 Y 리니어 인코더 (94y) (도 7 에서는 도시 생략. 도 8 참조) 가 구성된다.
주제어 장치 (90) 는, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 예를 들어 4 개의 X 리니어 인코더 (94x), 및, 예를 들어 4 개의 Y 리니어 인코더 (94y) 의 출력, 그리고 상기 4 개의 X 리니어 인코더 (96x), 및, 예를 들어 4 개의 Y 리니어 인코더 (96y) 의 출력 (즉, 1 쌍의 헤드 유닛 (60) 각각의 XY 평면 내의 위치 정보) 에 기초하여 기판 홀더 (34) (도 2 참조) 의 X 축 방향, 및 Y 축 방향의 위치 정보를, 예를 들어 10 nm 이하의 분해능으로 구한다. 또, 주제어 장치 (90) 는, 예를 들어 4 개의 X 리니어 인코더 (94x) (혹은, 예를 들어 4 개의 Y 리니어 인코더 (94y)) 중 적어도 2 개의 출력에 기초하여 기판 홀더 (34) 의 θz 위치 정보 (회전량 정보) 를 구한다. 주제어 장치 (90) 는, 상기 기판 인코더 시스템 (50) 의 계측치로부터 구해진 기판 홀더 (34) 의 XY 평면 내의 위치 정보에 기초하여, 기판 구동계 (93) 를 사용하여 기판 홀더 (34) 의 XY 평면 내의 위치를 제어한다.
또, 도 4(A) 에 나타내는 바와 같이, 기판 홀더 (34) 에는, 상기 서술한 바와 같이, 기판 (P) 의 ＋Y 측, 및 -Y 측의 영역 각각에 스케일 (52) 이 X 축 방향으로 소정 간격으로, 예를 들어 5 개 배치되어 있다. 또, 상기 X 축 방향으로 소정 간격으로 배치된, 예를 들어 5 개의 스케일 (52) 중, 가장 ＋X 측의 스케일 (52) 에 헤드 유닛 (60) (1 쌍의 X 헤드 (66x), 1 쌍의 Y 헤드 (66y) (각각 도 4(B) 참조) 의 모두) 이 대향하는 위치와, 가장 -X 측의 스케일 (52) 에 헤드 유닛 (60) 이 대향하는 위치의 사이에서, 기판 홀더 (34) 가 X 축 방향으로 구동된다.
그리고, 상기 마스크 인코더 시스템 (48) 과 마찬가지로, 1 개의 헤드 유닛 (60) 이 갖는 1 쌍의 X 헤드 (66x), 및 1 쌍의 Y 헤드 (66y) 각각의 간격은, 도 4(B) 에 나타내는 바와 같이, 인접하는 스케일 (52) 간의 간격보다 넓게 설정되어 있다. 이로써, 기판 인코더 시스템 (50) 에서는, 1 쌍의 X 헤드 (66x) 중 항상 적어도 일방이 X 스케일 (53x) 에 대향함과 함께, 1 쌍의 Y 헤드 (66y) 중 적어도 일방이 항상 Y 스케일 (53y) 에 대향한다. 따라서, 기판 인코더 시스템 (50) 은, 계측치를 중단시키는 일 없이 기판 홀더 (34) (도 4(A) 참조) 의 위치 정보를 구할 수 있다.
또한, 기판 인코더 시스템 (50) 의 한 쌍의 헤드 유닛 (60) 의 각각이 갖는 1 쌍의 Y 헤드 (64y), 1 쌍의 X 헤드 (64x), 1 쌍의 Y 헤드 (66y), 및 1 쌍의 X 헤드 (66x), 그리고 이들의 헤드로부터의 계측 빔이 조사되는 스케일 (56, 52) 에 대해, 전술한 마스크 인코더 시스템 (48) 을 구성하는 헤드, 스케일에 관해서 설명한 모든 설명 (내용 보충글 포함한다) 의 구성을 동일하게 적용할 수 있다.
도 6 으로 돌아가서, 방진 커버 (55) 는, XZ 단면 U 자 모양으로 형성된 Y 축 방향으로 연장되는 부재로 이루어지고, 1 쌍의 대향면간에 상기 서술한 인코더 베이스 (54) 의 제 2 부분 (54b), 및 Y 슬라이드 테이블 (62) 이 소정의 클리어런스를 개재하여 삽입되어 있다. 방진 커버 (55) 의 하면에는, X 헤드 (66x), 및 Y 헤드 (66y) 를 통과시키는 개구부가 형성되어 있다. 이로써, Y 리니어 가이드 장치 (63), 벨트 (68c) 등에서 발생하는 분진이 스케일 (52) 에 부착되는 것이 억제된다. 또, 인코더 베이스 (54) 의 하면에는, 1 쌍의 방진판 (55a) (도 5 에서는 도시 생략) 이 고정되어 있다. 스케일 (56) 은, 1 쌍의 방진판 (55a) 간에 배치되어 있고, Y 리니어 가이드 장치 (63) 등에서 발생하는 분진이 스케일 (56) 에 부착되는 것이 억제된다.
도 8 에는, 액정 노광 장치 (10) (도 1 참조) 의 제어계를 중심적으로 구성하고, 구성 각 부를 통괄 제어하는 주제어 장치 (90) 의 입출력 관계를 나타내는 블록도가 나타나 있다. 주제어 장치 (90) 는, 워크스테이션 (또는 마이크로 컴퓨터) 등을 포함하고, 액정 노광 장치 (10) 의 구성 각 부를 통괄 제어한다.
상기 서술한 바와 같이 하여 구성된 액정 노광 장치 (10) (도 1 참조) 에서는, 주제어 장치 (90) (도 8 참조) 의 관리하, 도시 생략된 마스크 로더에 의해, 마스크 스테이지 장치 (14) 상에 대한 마스크 (M) 의 로드가 실시됨과 함께, 도시 생략된 기판 로더에 의해, 기판 스테이지 장치 (20) (기판 홀더 (34)) 상에 대한 기판 (P) 의 로드가 실시된다. 그 후, 주제어 장치 (90) 에 의해, 도시 생략된 얼라인먼트 검출계를 사용하여 얼라인먼트 계측 (기판 (P) 의 복수의 얼라인먼트 마크의 검출) 이 실행되고, 그 얼라인먼트 계측의 종료 후, 기판 (P) 상에 설정된 복수의 쇼트 영역에 순서대로 스텝·앤드·스캔 방식의 노광 동작이 실시된다. 또한, 얼라인먼트 계측 동작에 있어서도 기판 인코더 시스템 (50) 에 의해 기판 홀더 (34) 의 위치 정보가 계측된다.
다음으로, 노광 동작 시에 있어서의 마스크 스테이지 장치 (14), 및 기판 스테이지 장치 (20) 의 동작의 일례를, 도 9(A) ∼ 도 16(B) 를 사용하여 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는, 1 매의 기판 (P) 상에 4 개의 쇼트 영역이 설정되었을 경우 (이른바 4 모따기의 경우) 를 설명하지만, 1 매의 기판 (P) 상에 설정되는 쇼트 영역의 수, 및 배치는, 적절히 변경 가능하다.
도 9(A) 에는, 얼라인먼트 동작이 완료된 후의 마스크 스테이지 장치 (14) 가, 도 9(B) 에는, 얼라인먼트 동작이 완료된 후의 기판 스테이지 장치 (20) (단 기판 홀더 (34) 이외의 부재는 도시 생략. 이하, 동일) 가 각각 나타나 있다. 노광 처리는, 일례로서, 도 9(B) 에 나타내는 바와 같이, 기판 (P) 의 -Y 측 또한 ＋X 측에 설정된 제 1 쇼트 영역 (S1) 으로부터 실시된다. 마스크 스테이지 장치 (14) 에서는, 도 9(A) 에 나타내는 바와 같이, 조명계 (12) 로부터의 조명광 (IL) (각각 도 1 참조) 이 조사되는 조명 영역 (단, 도 9(A) 에 나타내는 상태에서는, 아직 마스크 (M) 에 대해 조명광 (IL) 은 조사되지 않았다) 보다 마스크 (M) 의 ＋X 측의 단부가 약간 -X 측에 위치하도록, 마스크 인코더 시스템 (48) (도 8 참조) 의 출력에 기초하여 마스크 (M) 의 위치 결정이 된다. 구체적으로는, 예를 들어, 조명 영역에 대해 마스크 (M) 의 패턴 영역의 ＋X 측의 단부가, 소정의 속도로 주사 노광하기 위해서 필요한 조주 거리 (즉, 소정의 속도에 도달하기 위해서 필요한 가속 거리) 만큼 -X 측에 배치되고, 그 위치에 있어서 마스크 인코더 시스템 (48) 에 의해 마스크 (M) 의 위치를 계측할 수 있도록 스케일 (46) 이 형성되어 있다. 또, 기판 스테이지 장치 (20) 에서는, 도 9(B) 에 나타내는 바와 같이, 투영 광학계 (16) 로부터의 조명광 (IL) (도 1 참조) 이 조사되는 노광 영역 (단, 도 9(B) 에 나타내는 상태에서는, 아직 기판 (P) 에 대해 조명광 (IL) 은 조사되지 않았다) 보다 제 1 쇼트 영역 (S1) 의 ＋X 측의 단부가 약간 -X 측에 위치하도록, 기판 인코더 시스템 (50) (도 8 참조) 의 출력에 기초하여 기판 (P) 의 위치 결정이 된다. 구체적으로는, 예를 들어, 노광 영역에 대해 기판 (P) 의 제 1 쇼트 영역 (S1) 의 ＋X 측의 단부가, 소정의 속도로 주사 노광하기 위해서 필요한 조주 거리 (즉, 소정의 속도에 도달하기 위해서 필요한 가속 거리) 만큼 -X 측에 배치되고, 그 위치에 있어서 기판 인코더 시스템 (50) 에 의해 기판 (P) 의 위치를 계측할 수 있도록 스케일 (52) 이 형성되어 있다. 또한, 쇼트 영역의 주사 노광을 종료하여 마스크 (M) 및 기판 (P) 을 각각 감속하는 측에 있어서도, 동일하게 주사 노광 시의 속도로부터 소정의 속도까지 감속시키기 위해서 필요한 감속 거리만큼 마스크 (M) 및 기판 (P) 을 더욱 이동시킬 때까지 마스크 인코더 시스템 (48), 기판 인코더 시스템 (50) 에 의해 각각 마스크 (M), 기판 (P) 의 위치를 계측 가능한 스케일 (46, 52) 이 형성되어 있다. 혹은, 가속 중 및 감속 중의 적어도 일방의 동작 중에는, 마스크 인코더 시스템 (48), 기판 인코더 시스템 (50) 과는 다른 계측계에 의해 마스크 (M) 및 기판 (P) 의 위치를 각각 계측할 수 있도록 해도 된다.
이어서, 도 10(A) 에 나타내는 바와 같이, 마스크 홀더 (40) 가 ＋X 방향으로 구동 (가속, 등속 구동, 및 감속) 됨과 함께, 그 마스크 홀더 (40) 에 동기하여, 도 10(B) 에 나타내는 바와 같이, 기판 홀더 (34) 가 ＋X 방향으로 구동 (가속, 등속 구동, 및 감속) 된다. 마스크 홀더 (40) 가 구동될 때, 주제어 장치 (90) (도 8 참조) 는, 마스크 인코더 시스템 (48) (도 8 참조) 의 출력에 기초하여 마스크 (M) 의 위치 제어를 실시함과 함께, 기판 인코더 시스템 (50) (도 8 참조) 의 출력에 기초하여 기판 (P) 의 위치 제어를 실시한다. 기판 홀더 (34) 가 X 축 방향으로 구동될 때, 1 쌍의 헤드 유닛 (60) 은, 정지 상태가 된다. 마스크 홀더 (40), 및 기판 홀더 (34) 가 X 축 방향으로 등속 구동되는 동안, 기판 (P) 에는, 마스크 (M) 및 투영 광학계 (16) 를 통과한 조명광 (IL) (각각 도 1 참조) 이 조사되고, 이로써 마스크 (M) 가 갖는 마스크 패턴이 쇼트 영역 (S1) 에 전사된다.
기판 (P) 상의 제 1 쇼트 영역 (S1) 에 대한 마스크 패턴의 전사가 완료되면, 기판 스테이지 장치 (20) 에서는, 도 11(B) 에 나타내는 바와 같이, 제 1 쇼트 영역 (S1) 의 ＋Y 측의 설정된 제 2 쇼트 영역 (S2) 에 대한 노광 동작을 위해서, 기판 홀더 (34) 가 -Y 방향으로 소정 거리 (기판 (P) 의 폭방향 치수의 거의 반의 거리), 기판 인코더 시스템 (50) (도 8 참조) 의 출력에 기초하여 구동 (Y 스텝) 된다. 상기 기판 홀더 (34) 의 Y 스텝 동작 시에 있어서, 마스크 홀더 (40) 는, 도 11(A) 에 나타내는 바와 같이, 마스크 (M) 의 -X 측의 단부가 조명 영역 (단, 도 11(A) 에 나타내는 상태에서는, 마스크 (M) 는 조명되지 않는다) 보다 약간 ＋X 측에 위치한 상태로 정지하고 있다.
여기서, 도 11(B) 에 나타내는 바와 같이, 상기 기판 홀더 (34) 의 Y 스텝 동작 시에 있어서, 기판 스테이지 장치 (20) 에서는, 1 쌍의 헤드 유닛 (60) 이, 기판 홀더 (34) 에 동기하여 Y 축 방향으로 구동된다. 즉, 주제어 장치 (90) (도 8 참조) 는, 기판 인코더 시스템 (50) (도 8 참조) 중, Y 리니어 인코더 (94y) 의 출력에 기초하여, 기판 홀더 (34) 를 기판 구동계 (93) (도 8 참조) 를 통하여 목표 위치까지 Y 축 방향으로 구동하면서, Y 리니어 인코더 (96y) (도 8 참조) 의 출력에 기초하여, 1 쌍의 헤드 유닛 (60) 을 대응하는 벨트 구동 장치 (68) (도 8 참조) 를 통하여 Y 축 방향으로 구동한다. 이 때, 주제어 장치 (90) 는, 1 쌍의 헤드 유닛 (60) 과 기판 홀더 (34) 를 동기하여 (1 쌍의 헤드 유닛 (60) 이 기판 홀더 (34) 에 추종하도록) 구동한다. 따라서, 기판 홀더 (34) 의 Y 위치 (기판 홀더 (34) 의 이동 중도 포함한다) 에 상관없이, X 헤드 (66x), Y 헤드 (66y) (각각 도 7 참조) 로부터 조사되는 계측 빔 각각이, X 스케일 (53x), Y 스케일 (53y) (각각 도 7 참조) 로부터 벗어나는 일이 없다. 환언하면, 기판 홀더 (34) 를 Y 축 방향으로 이동 중 (Y 스텝 동작 중) 에 X 헤드 (66x), Y 헤드 (66y) 로부터 조사되는 계측 빔 각각이 X 스케일 (53x), Y 스케일 (53y) 로부터 벗어나지 않을 정도, 즉 X 헤드 (66x), Y 헤드 (66y) 로부터의 계측 빔에 의한 계측이 중단되지 않을 (계측을 계속할 수 있는) 정도로, 1 쌍의 헤드 유닛 (60) 과 기판 홀더 (34) 를 Y 축 방향으로 이동시키면 된다. 즉, 1 쌍의 헤드 유닛 (60) 과 기판 홀더 (34) 의 Y 축 방향으로의 이동은, 동기, 추종 이동이 아니어도 된다.
기판 홀더 (34) 의 Y 스텝 동작이 완료되면, 도 12(A) 에 나타내는 바와 같이, 마스크 인코더 시스템 (48) (도 8 참조) 의 출력에 기초하여 마스크 홀더 (40) 가 -X 방향으로 구동됨과 함께, 그 마스크 홀더 (40) 에 동기하여, 도 12(B) 에 나타내는 바와 같이, 기판 인코더 시스템 (50) (도 8 참조) 의 출력에 기초하여 기판 홀더 (34) 가 -X 방향으로 구동된다. 이로써, 제 2 쇼트 영역 (S2) 에 마스크 패턴이 전사된다. 이 때도 1 쌍의 헤드 유닛 (60) 은, 정지 상태가 된다.
제 2 쇼트 영역 (S2) 에 대한 노광 동작이 완료되면, 마스크 스테이지 장치 (14) 에서는, 도 13(A) 에 나타내는 바와 같이, 마스크 홀더 (40) 가 ＋X 방향으로 구동되고, 조명 영역보다 마스크 (M) 의 -X 측의 단부가 약간 ＋X 측에 위치하도록, 마스크 인코더 시스템 (48) (도 8 참조) 의 출력에 기초하여 마스크 (M) 의 위치 결정이 된다. 또, 기판 스테이지 장치 (20) 에서는, 도 13(B) 에 나타내는 바와 같이, 제 2 쇼트 영역 (S2) 의 -X 측에 설정된 제 3 쇼트 영역 (S3) 에 대한 노광 동작을 위해서, 기판 홀더 (34) 가 ＋X 방향으로 구동되고, 노광 영역보다 제 3 쇼트 영역 (S3) 의 -X 측의 단부가 약간 ＋X 측에 위치하도록, 기판 인코더 시스템 (50) (도 8 참조) 의 출력에 기초하여 기판 (P) 의 위치 결정이 된다. 도 13(A) 및 도 13(A) 에 나타내는 마스크 홀더 (40), 및 기판 홀더 (34) 의 이동 동작 시에 있어서, 조명계 (12) (도 1 참조) 로부터는, 조명광 (IL) 이 마스크 (M) (도 13(A) 참조) 및 기판 (P) (도 13(B) 참조) 에 대해 조사되지 않는다. 즉, 도 13(A) 및 도 13(B) 에 나타내는 마스크 홀더 (40), 및 기판 홀더 (34) 의 이동 동작은, 단순한 마스크 (M), 및 기판 (P) 의 위치 결정 동작 (X 스텝 동작) 이다.
마스크 (M), 및 기판 (P) 의 X 스텝 동작이 완료되면, 마스크 스테이지 장치 (14) 에서는, 도 14(A) 에 나타내는 바와 같이, 마스크 인코더 시스템 (48) (도 8 참조) 의 출력에 기초하여 마스크 홀더 (40) 가 -X 방향으로 구동됨과 함께, 그 마스크 홀더 (40) 에 동기하여, 도 14(B) 에 나타내는 바와 같이, 기판 인코더 시스템 (50) (도 8 참조) 의 출력에 기초하여 기판 홀더 (34) 가 -X 방향으로 구동된다. 이로써, 제 3 쇼트 영역 (S3) 에 마스크 패턴이 전사된다. 이 때도 1 쌍의 헤드 유닛 (60) 은, 정지 상태가 된다.
제 3 쇼트 영역 (S3) 에 대한 노광 동작이 완료되면, 기판 스테이지 장치 (20) 에서는, 도 15(B) 에 나타내는 바와 같이, 제 3 쇼트 영역 (S3) 의 -Y 측의 설정된 제 4 쇼트 영역 (S4) 에 대한 노광 동작을 위해서, 기판 홀더 (34) 가 ＋Y 방향으로 소정 거리, 구동 (Y 스텝 구동) 된다. 이 때, 도 11(B) 에 나타내는 기판 홀더 (34) 의 Y 스텝 동작 시와 마찬가지로, 마스크 홀더 (40) 는 정지 상태가 된다 (도 15(A) 참조). 또, 1 쌍의 헤드 유닛 (60) 은, 기판 홀더 (34) 에 동기하여 (기판 홀더 (34) 에 추종하도록) ＋Y 방향으로 구동된다.
기판 홀더 (34) 의 Y 스텝 동작이 완료되면, 도 16(A) 에 나타내는 바와 같이, 마스크 인코더 시스템 (48) (도 8 참조) 의 출력에 기초하여 마스크 홀더 (40) 가 ＋X 방향으로 구동됨과 함께, 그 마스크 홀더 (40) 에 동기하여, 도 16(B) 에 나타내는 바와 같이, 기판 인코더 시스템 (50) (도 8 참조) 의 출력에 기초하여 기판 홀더 (34) 가 ＋X 방향으로 구동된다. 이로써, 제 4 쇼트 영역 (S4) 에 마스크 패턴이 전사된다. 이 때도 1 쌍의 헤드 유닛 (60) 은, 정지 상태가 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 관련된 액정 노광 장치 (10) 에 의하면, 마스크 (M) 의 XY 평면 내의 위치 정보를 구하기 위한 마스크 인코더 시스템 (48), 및 기판 (P) 의 XY 평면 내의 위치 정보를 구하기 위한 기판 인코더 시스템 (50) (각각 도 1 참조) 각각은, 대응하는 스케일에 대해 조사되는 계측 빔의 광로 길이가 짧기 때문에, 예를 들어 종래의 간섭계 시스템에 비해 공기 동요의 영향을 저감할 수 있다. 따라서, 마스크 (M), 및 기판 (P) 의 위치 결정 정밀도가 향상된다. 또, 공기 동요의 영향이 작기 때문에, 종래의 간섭계 시스템을 사용하는 경우에 필수가 되는 부분 공조 설비를 생략할 수 있어 비용 절감이 가능해진다.
또한, 간섭계 시스템을 사용하는 경우에는, 크고 무거운 바 미러를 마스크 스테이지 장치 (14), 및 기판 스테이지 장치 (20) 에 구비할 필요가 있었지만, 본 실시 형태에 관련된 마스크 인코더 시스템 (48), 및 기판 인코더 시스템 (50) 에서는, 상기 바 미러가 불필요해지므로, 마스크 홀더 (40) 를 포함하는 계 (예를 들어, 마스크 스테이지 장치), 및 기판 홀더 (34) 를 포함하는 계 (예를 들어, 기판 스테이지 장치) 각각이 소형·경량화됨과 함께 중량 밸런스가 좋아지고, 이로써 마스크 (M), 기판 (P) 의 위치 제어성이 향상된다. 또, 간섭계 시스템을 사용하는 경우에 비해, 조정 지점이 적어도 되므로, 마스크 스테이지 장치 (14), 및 기판 스테이지 장치 (20) 의 비용이 절감되고, 또한 메인터넌스성도 향상된다. 또, 조립 시의 조정도 용이 (혹은 불요) 해진다.
또, 본 실시 형태에 관련된 기판 인코더 시스템 (50) 에서는, Y 축 방향으로의 기판 (P) 의 이동 (예를 들어 스텝 동작) 에 있어서, 1 쌍의 헤드 유닛 (60) 을 Y 축 방향으로 구동함으로써, 기판 (P) 의 Y 위치 정보를 구하는 구성이기 때문에, 기판 스테이지 장치 (20) 측에 Y 축 방향으로 연장되는 스케일을 배치하거나, 또는 X 축 방향으로 연장되는 스케일의 폭을 Y 축 방향으로 넓힐 필요 (혹은 장치 본체 (18) 측에 Y 축 방향으로 복수의 헤드를 배열할 필요) 가 없다. 따라서, 기판 위치 계측계의 구성을 심플하게 할 수 있어, 비용 절감이 가능해진다.
또, 본 실시 형태에 관련된 마스크 인코더 시스템 (48) 에서는, 인접하는 1 쌍의 인코더 헤드 (X 헤드 (49x), Y 헤드 (49y)) 의 출력을 마스크 홀더 (40) 의 X 위치에 따라 적절히 전환하면서 그 마스크 홀더 (40) 의 XY 평면 내의 위치 정보를 구하는 구성이므로, 복수의 스케일 (46) 을 X 축 방향으로 소정 간격으로 (서로 이간되어) 배치해도, 마스크 홀더 (40) 의 위치 정보를 중단하는 일 없이 구할 수 있다. 따라서, 마스크 홀더 (40) 의 이동 스트로크와 동등한 길이 (본 실시 형태의 스케일 (46) 의 약 3 배의 길이) 의 스케일을 준비할 필요가 없어, 비용 절감이 가능하고, 특히 본 실시 형태와 같은 대형의 마스크 (M) 를 사용하는 액정 노광 장치 (10) 에 바람직하다. 본 실시 형태에 관련된 기판 인코더 시스템 (50) 도 동일하게, 복수의 스케일 (52) 이 X 축 방향으로, 복수의 스케일 (56) 이 Y 축 방향으로, 각각 소정 간격으로 배치되므로, 기판 (P) 의 이동 스트로크와 동등한 길이의 스케일을 준비할 필요가 없어, 대형의 기판 (P) 을 사용하는 액정 노광 장치 (10) 에 바람직하다.
또한, 상기 제 1 실시 형태에서는, 1 쌍의 헤드 유닛 (60) 이, 각각 기판 홀더 (34) 의 위치를 계측하기 위한 4 개의 헤드 (각 1 쌍의 X 헤드 (66x) 및 Y 헤드 (66y)) 를 가지며, 합계로 8 개의 기판 홀더 위치 계측용의 헤드가 형성된 경우에 대해 설명했지만, 기판 홀더 위치 계측용의 헤드의 수는, 8 개 보다 적어도 된다. 이하에서는, 이와 같은 실시 형태에 대해 설명한다.
《제 2 실시 형태》
다음으로, 제 2 실시 형태에 대해 도 17 ∼ 도 20(C) 에 기초하여 설명한다. 본 제 2 실시 형태에 관련된 액정 노광 장치의 구성은, 기판 인코더 시스템 (50) 의 일부의 구성을 제외하고, 전술한 제 1 실시 형태와 동일하므로, 이하, 차이점에 대해서만 설명하고, 제 1 실시 형태와 동일한 구성 및 기능을 갖는 요소에 대해서는, 제 1 실시 형태와 동일한 부호를 부여하여 그 설명을 생략한다.
도 17 에는, 본 제 2 실시 형태에 관련된 기판 홀더 (34) 및 기판 인코더 시스템 (50) 의 한 쌍의 헤드 유닛 (60) 이, 투영 광학계 (16) 와 함께 평면도로 나타나 있다. 도 17 에서는, 설명을 알기 쉽게 하기 위해, 인코더 베이스 (54) 등의 도시가 생략되어 있다. 또, 도 17 에서는, 헤드 유닛 (60) (Y 슬라이드 테이블 (62)) 이 점선으로 도시됨과 함께, Y 슬라이드 테이블 (62) 의 상면에 형성된 X 헤드 (64x), Y 헤드 (64y) 의 도시도 생략되어 있다.
본 제 2 실시 형태에 관련된 액정 노광 장치에서는, 도 17 에 나타내는 바와 같이, 기판 홀더 (34) 의 기판 재치 영역을 사이에 두는 ＋Y 측, 및 -Y 측의 영역에, 각각 인코더 스케일 (152) (이하, 간단히 스케일 (152) 이라고 칭한다) 이 X 축 방향에 관해서 격자 영역이 서로 떨어져 배치되도록 X 축 방향으로 소정 간격으로, 예를 들어 5 개 배치되어 있다. 기판 재치 영역의 ＋Y 측에 배치된 5 개의 스케일 (152) 과, -Y 측의 영역에 배치된 5 개의 스케일 (152) 에서는, 인접하는 스케일 (152) (격자 영역) 간의 간격은, 동일하지만, 그 배치 위치가, ＋Y 측의 5 개의 스케일 (152) 에 대해, -Y 측의 5 개의 스케일 (152) 이 전체적으로, 소정 거리 D (인접하는 스케일 (152) (격자 영역) 의 간격보다 약간 큰 거리) ＋X 측으로 어긋나 배치되어 있다. 이것은, 기판 홀더 (34) 의 위치 정보를 계측하는 후술하는 2 개의 X 헤드 (66x) 및 2 개의 Y 헤드 (66y) 의 합계 4 개의 헤드 중 2 개 이상이 어느 스케일에도 대향하지 않는 상태가 발생하지 않도록 (즉, 4 개의 헤드에서 계측 빔이 스케일로부터 벗어나는 비계측 기간이 겹치지 않도록) 하기 위함이다.
각 스케일 (152) 은, 예를 들어 석영 유리에 의해 형성된 X 축 방향으로 연장되는 평면에서 보아 직사각형의 판상 (띠형상) 의 부재로 이루어진다. 각 스케일 (152) 의 상면에는, X 축 방향 및 Y 축 방향을 주기 방향으로 하는 소정 피치 (예를 들어 1 ㎛) 의 반사형의 2 차원 회절 격자 (2 차원 그레이팅) (RG) 가 형성되어 있다. 이하에서는, 전술한 격자 영역을 간단히 2 차원 그레이팅 (RG) 이라고도 부른다. 또한, 도 17 에서는, 도시의 편의 상, 2 차원 그레이팅 (RG) 의 격자선간의 간격 (피치) 은, 실제보다 현격히 넓게 도시되어 있다. 이하에서 설명하는 그 밖의 도면에 있어서도 동일하다. 이하에서는, 기판 홀더 (34) 의 ＋Y 측의 영역에 배치된 5 개의 스케일 (152) 을, 제 1 격자군이라고 칭하고, 기판 홀더 (34) 의 -Y 측의 영역에 배치된 5 개의 스케일 (152) 을, 제 2 격자군이라고 칭하는 것으로 한다.
＋Y 측에 위치하는 일방의 헤드 유닛 (60) 의 Y 슬라이드 테이블 (62) 의 하면 (-Z 측의 면) 에는, 스케일 (152) 에 각각 대향하는 상태로, X 헤드 (66x) 와 Y 헤드 (66y) 가 X 축 방향으로 소정 간격 (인접하는 스케일 (152) 의 간격보다 큰 거리) 떨어져 고정되어 있다. 동일하게, -Y 측에 위치하는 타방의 헤드 유닛 (60) 의 Y 슬라이드 테이블 (62) 의 하면 (-Z 측의 면) 에는, 스케일 (152) 에 각각 대향하는 상태로, Y 헤드 (66y) 와 X 헤드 (66x) 가 X 축 방향으로 소정 간격 떨어져 고정되어 있다. 즉, 제 1 격자군과 대향하는 X 헤드 (66x) 및 Y 헤드 (66y) 와, 제 2 격자군과 대향하는 X 헤드 (66x) 및 Y 헤드 (66y) 는 각각, 인접하는 스케일 (152) 의 격자 영역의 간격보다 넓은 간격으로 계측 빔을 스케일 (152) 에 조사한다. 이하에서는, 설명의 편의 상, 일방의 헤드 유닛 (60) 이 갖는 X 헤드 (66x), Y 헤드 (66y) 를, 각각 헤드 (66a), 헤드 (66b) 라고 부르고, 타방의 헤드 유닛 (60) 이 갖는 Y 헤드 (66y), X 헤드 (66x) 를, 각각 헤드 (66c), 헤드 (66d) 라고도 부르는 것으로 한다.
이 경우, 헤드 (66a) 와 헤드 (66c) 가, 동일한 X 위치 (Y 축 방향과 평행한 동일 직선 상) 에 배치되고, 헤드 (66b) 와 헤드 (66d) 가, 헤드 (66a) 와 헤드 (66c) 의 X 위치와 상이한, 동일한 X 위치 (Y 축 방향과 평행한 동일 직선 상) 에 배치되어 있다. 헤드 (66a, 66d) 와 각각 대향하는 2 차원 그레이팅 (RG) 에 의해, 1 쌍의 X 리니어 인코더가 구성되고, 헤드 (66b, 66c) 와 각각 대향하는 2 차원 그레이팅 (RG) 에 의해, 1 쌍의 Y 리니어 인코더가 구성되어 있다.
본 제 2 실시 형태에 관련된 액정 노광 장치에서는, 헤드 유닛 (60) 의 나머지의 부분을 포함하고, 그 밖의 부분의 구성은, 주제어 장치 (90) 의 기판 인코더 시스템을 사용한 기판 홀더 (34) 의 구동 제어 (위치 제어) 를 제외하고, 전술한 제 1 실시 형태에 관련된 액정 노광 장치 (10) 와 동일하게 되어 있다.
본 제 2 실시 형태에 관련된 액정 노광 장치에서는, 도 18(A) 에 나타내는, 기판 홀더 (34) 의 ＋X 단부에 1 쌍의 헤드 유닛 (60) 이 대향하는 제 1 위치와, 도 18(B) 에 나타내는, 기판 홀더 (34) 의 -X 단부에 1 쌍의 헤드 유닛 (60) 이 대향하는 제 2 위치의 사이에서, 기판 홀더 (34) 가 X 축 방향으로 이동하는 범위 내에서, 1 쌍의 헤드 유닛 (60) 의 헤드 (66a ∼ 66d), 즉 1 쌍의 X 리니어 인코더 및 1 쌍의 Y 리니어 인코더에 의한 기판 홀더 (34) 의 위치 계측이 가능하다. 도 18(A) 는, 헤드 (66b) 만이 어느 스케일 (152) 에도 대향하고 있지 않은 상태를 나타내고, 도 18(B) 는, 헤드 (66c) 만이 어느 스케일 (152) 에도 대향하고 있지 않은 상태를 나타내고 있다.
도 18(A) 에 나타내는 제 1 위치와 도 18(B) 에 나타내는 제 2 위치의 사이에서 기판 홀더 (34) 가 X 축 방향으로 이동하는 과정에서, 1 쌍의 헤드 유닛 (60) 과 스케일 (152) 의 위치 관계는, 도 19(A) ∼ 도 19(D) 에 각각 나타내는 제 1 상태 ∼ 제 4 상태와, 4 개의 헤드 (66a ∼ 66d) 모두가, 어느 스케일 (152) 의 2 차원 그레이팅 (RG) 에 대향하는 (즉, 4 개의 헤드 (66a ∼ 66d) 모두에서 계측 빔이 2 차원 그레이팅 (RG) 에 조사되는) 제 5 상태의 5 개 상태의 사이에서 천이한다. 이하에서는, 헤드가 스케일 (152) 의 2 차원 그레이팅 (RG) 에 대향하거나, 혹은 계측 빔이 스케일 (152) 의 2 차원 그레이팅 (RG) 에 조사된다고 하는 대신에, 단순히 헤드가 스케일에 대향한다고 표현한다.
여기서는, 설명의 편의 상, 6 개의 스케일 (152) 을 채택하고, 각 스케일에 각각 식별을 위한 기호 a ∼ f 를 부여하여, 스케일 (152a ∼ 152f) 이라고 표기한다 (도 19(A) 참조).
도 19(A) 의 제 1 상태는, 헤드 (66a) 가 스케일 (152b) 에 대향하고, 또한 헤드 (66c, 66d) 가 스케일 (152e) 에 대향하고, 헤드 (66b) 만이, 어느 스케일에도 대향하지 않는 상태를 나타내고, 도 19(B) 의 제 2 상태는, 도 19(A) 의 상태로부터 기판 홀더 (34) 가 ＋X 방향으로 소정 거리 이동하여 헤드 (66a, 66b) 가 스케일 (152b) 에 대향하고, 또한 헤드 (66d) 가 스케일 (152e) 에 대향하고, 헤드 (66c) 만이 어느 스케일에도 대향하지 않게 된 상태를 나타낸다. 도 19(A) 의 상태로부터 도 19(B) 의 상태로 천이하는 과정에서, 헤드 (66a, 66b) 가 스케일 (152b) 에 대향하고, 또한 헤드 (66c, 66d) 가, 스케일 (152e) 에 대향하는 제 5 상태를 경유한다.
도 19(C) 의 제 3 상태는, 도 19(B) 의 상태로부터 기판 홀더 (34) 가 ＋X 방향으로 소정 거리 이동하여 헤드 (66a) 만이 어느 스케일에도 대향하지 않게 된 상태를 나타낸다. 도 19(B) 의 상태로부터 도 19(C) 의 상태로 천이하는 과정에서, 헤드 (66a, 66b) 가 스케일 (152b) 에 대향하고, 또한 헤드 (66c) 가 스케일 (152d) 에 대향하고, 또한 헤드 (66d) 가 스케일 (152e) 에 대향하는 제 5 상태를 경유한다.
도 19(D) 의 제 4 상태는, 도 19(C) 의 상태로부터 기판 홀더 (34) 가 ＋X 방향으로 소정 거리 이동하여 헤드 (66d) 만이 어느 스케일에도 대향하지 않게 된 상태를 나타낸다. 도 19(C) 의 상태로부터 도 19(D) 의 상태로 천이하는 과정에서, 헤드 (66a) 가 스케일 (152a) 에 대향하고, 또한 헤드 (66b) 가 스케일 (152b) 에 대향하고, 또한 헤드 (66c) 가 스케일 (152d) 에 대향하고, 또한 헤드 (66d) 가 스케일 (152e) 에 대향하는 제 5 상태를 경유한다.
도 19(D) 의 상태로부터, 기판 홀더 (34) 가 소정 거리 ＋X 방향으로 이동하면, 헤드 (66a) 가 스케일 (152a) 에 대향하고, 또한 헤드 (66b) 가 스케일 (152b) 에 대향하고, 또한 헤드 (66c, 66d) 가 스케일 (152d) 에 대향하는 제 5 상태를 경유한 후, 헤드 (66a) 가 스케일 (152a) 에 대향하고, 또한 헤드 (66c, 66d) 가 스케일 (152d) 에 대향하고, 헤드 (66b) 만이, 어느 스케일에도 대향하지 않는 제 1 상태가 된다.
이상은, 기판 홀더 (34) 의 ±Y 측에 각각 5 개 배치된 스케일 (152) 중 각 3 개의 스케일 (152) 과, 1 쌍의 헤드 유닛 (60) 의 사이의 상태 (위치 관계) 의 천이에 대한 설명이지만, 10 의 스케일 (152) 과 1 쌍의 헤드 유닛 (60) 의 사이에서도, 기판 홀더 (34) 의 ±Y 측에 각각 배치된 5 개의 스케일 중 인접하는 각 3 개의 스케일 (152) 에 대해 보면, 1 쌍의 헤드 유닛 (60) 의 위치 관계는, 상기 서술과 동일한 순서로 천이한다.
이와 같이, 본 제 2 실시 형태에서는, 기판 홀더 (34) 가 X 축 방향으로 이동되어도, 2 개의 X 헤드 (66x), 즉 헤드 (66a, 66d) 와 2 개의 Y 헤드 (66y), 즉 헤드 (66b, 66c) 의 합계 4 개 중의 적어도 3 개가, 항상 어느 스케일 (152) (2 차원 그레이팅 (RG)) 에 대향한다. 또한, 기판 홀더 (34) 가 Y 축 방향으로 이동되어도, 4 개의 헤드 모두 Y 축 방향에 관해서 계측 빔이 스케일 (152) (2 차원 그레이팅 (RG)) 로부터 벗어나지 않도록 1 쌍의 Y 슬라이드 테이블 (62) 이 Y 축 방향으로 구동되기 때문에, 4 개의 헤드 중 적어도 3 개가 항상 어느 스케일 (152) 에 대향한다. 따라서, 주제어 장치 (90) 는, 상시, 헤드 (66a ∼ 66d) 중 3 개를 사용하여, 기판 홀더 (34) 의 X 축 방향, Y 축 방향 및 θz 방향의 위치 정보를 관리하는 것이 가능하다. 이하, 이 점에 대해 한층 더 설명한다.
X 헤드 (66x), Y 헤드 (66y) 의 계측치를, 각각 CX, CY 라고 하면, 계측치 CX, CY 는, 각각, 다음 식 (1a), (1b) 로 나타낼 수 있다.
CX = (pi - X)cosθz ＋ (qi - Y)sinθz ……(1a)
CY = -(pi - X)sinθz ＋ (qi - Y)cosθz ……(1b)
여기서, X, Y, θz 는, 각각 기판 홀더 (34) 의 X 축 방향, Y 축 방향 및 θz 방향의 위치를 나타낸다. 또, pi, qi 는, 헤드 (66a ∼ 66d) 각각의 X 위치 (X 좌표치), Y 위치 (Y 좌표치) 이다. 본 실시 형태에서는, 헤드 (66a, 66b, 66c, 66d) 각각의 X 좌표치 pi 및 Y 좌표치 qi (i = 1, 2, 3, 4) 는, 전술한 4 개의 X 리니어 인코더 (96x) 와, 4 개의 Y 리니어 인코더 (96y) 의 출력으로부터 산출되는 1 쌍의 헤드 유닛 (60) (도 1 참조) 각각의 X 축 방향, 및 Y 축 방향의 위치 정보 (Y 슬라이드 테이블 (62) 의 중심의 X 축 방향, 및 Y 축 방향의 위치) 로부터, 각 헤드의 Y 슬라이드 테이블 (62) 의 중심에 대한 이미 알려진 위치 관계에 기초하여 간단하게 산출할 수 있다.
따라서, 기판 홀더 (34) 와 1 쌍의 헤드 유닛 (60) 이 도 18(A) 에 나타내는 바와 같은 위치 관계에 있고, 이 때 기판 홀더 (34) 의 XY 평면 내의 3 자유도 방향의 위치가 (X, Y, θz) 인 것으로 하면, 3 개의 헤드 (66a, 66c, 66d) 의 계측치는, 이론 상, 다음의 식 (2a) ∼ (2c) (아핀 변환의 관계라고도 부른다) 로 나타낼 수 있다.
C1 = (p1 - X)cosθz ＋ (q1 - Y)sinθz ……(2a)
C3 = -(p3 - X)sinθz ＋ (q3 - Y)cosθz ……(2b)
C4 = (p4 - X)cosθz ＋ (q4 - Y)sinθz ……(2c)
기판 홀더 (34) 가 좌표 원점 (X, Y, θz) = (0, 0, 0) 에 있는 기준 상태에서는, 연립 방정식 (2a) ∼ (2c) 로부터, C1 = p1, C3 = q3, C4 = p4 가 된다. 기준 상태는, 예를 들어 투영 광학계 (16) 에 의한 투영 영역의 중심에, 기판 홀더 (34) 중심 (기판 (P) 의 중심에 거의 일치) 이 일치하고, θz 회전이 제로의 상태이다. 따라서, 기준 상태에서는, 헤드 (66b) 에 의한 기판 홀더 (34) 의 Y 위치의 계측도 가능해지고 있고, 헤드 (66b) 에 의한 계측치 C2 는, 식 (1b) 에 따라, C2 = q2 가 된다.
따라서, 기준 상태에 있어서, 3 개의 헤드 (66a, 66c, 66d) 의 계측치를, 각각 p1, q3, p4 로 초기 설정하면, 이후 기판 홀더 (34) 의 변위 (X, Y, θz) 에 대해, 3 개의 헤드 (66a, 66c, 66d) 는, 식 (2a) ∼ (2c) 에서 부여되는 이론치를 제시하게 된다.
또한, 기준 상태에 있어서, 헤드 (66a, 66c, 66d) 의 어느 1 개, 예를 들어 헤드 (66c) 대신에, 헤드 (66b) 의 계측치 C2 를, q2 로 초기 설정해도 된다.
이 경우에는, 이후 기판 홀더 (34) 의 변위 (X, Y, θz) 에 대해, 3 개의 헤드 (66a, 66b, 66d) 는, 식 (2a), (2c), (2d) 에서 부여되는 이론치를 제시하게 된다.
C1 = (p1 - X)cosθz ＋ (q1 - Y)sinθz ……(2a)
C4 = (p4 - X)cosθz ＋ (q4 - Y)sinθz ……(2c)
C2 = -(p2 - X)sinθz ＋ (q2 - Y)cosθz ……(2d)
연립 방정식 (2a) ∼ (2c) 및 연립 방정식 (2a), (2c), (2d) 에서는, 변수가 3 개 (X, Y, θz) 에 대해 3 개의 식이 부여되어 있다. 따라서, 반대로, 연립 방정식 (2a) ∼ (2c) 에 있어서의 종속 변수 C1, C3, C4, 혹은 연립 방정식 (2a), (2c), (2d) 에 있어서의 종속 변수 C1, C4, C2 가 주어지면, 변수 X, Y, θz 를 구할 수 있다. 여기서, 근사 sinθz ≒ θz 를 적용하면, 혹은 보다 고차의 근사를 적용해도, 용이하게 방정식을 풀 수 있다. 따라서, 헤드 (66a, 66c, 66d) (또는 헤드 (66a, 66b, 66d) 의 계측치 C1, C3, C4 (또는 C1, C2, C4) 로부터 웨이퍼 스테이지 WST 의 위치 (X, Y, θz) 를 산출할 수 있다.
다음으로, 본 제 2 실시 형태에 관련된 액정 노광 장치에서 실시되는, 기판 홀더 (34) 의 위치 정보를 계측하는, 기판 인코더 시스템의 헤드의 전환 시에 있어서의 연결 처리, 즉 계측치의 초기 설정에 대해, 주제어 장치 (90) 의 동작을 중심으로 하여 설명한다.
본 제 2 실시 형태에서는, 전술과 같이, 기판 홀더 (34) 의 유효 스트로크 범위에서는 항상 3 개의 인코더 (X 헤드 및 Y 헤드) 가 기판 홀더 (34) 의 위치 정보를 계측하고 있고, 인코더 (X 헤드 또는 Y 헤드) 의 전환 처리를 실시할 때에는, 예를 들어 도 20(B) 에 나타내는 바와 같이, 4 개의 헤드 (66a ∼ 66d) 의 각각이, 어느 스케일 (152) 에 대향하고, 기판 홀더 (34) 의 위치를 계측 가능한 상태 (전술한 제 5 상태) 가 된다. 도 20(B) 는, 도 20(A) 에 나타내는 바와 같이, 헤드 (66a, 66b 및 66d) 에서 기판 홀더 (34) 의 위치를 계측하고 있던 상태로부터, 기판 홀더 (34) 가 ＋X 방향으로 이동하고, 도 20(C) 에 나타내는 바와 같이, 헤드 (66b, 66c, 66d) 에서 기판 홀더 (34) 의 위치를 계측하는 상태로 천이하는 도중에서 출현하는 제 5 상태의 일례를 나타낸다. 즉, 도 20(B) 는, 기판 홀더 (34) 의 위치 정보의 계측에 사용되는 3 개의 헤드가, 헤드 (66a, 66b, 66d) 로부터 헤드 (66b, 66c, 66d) 로 한창 전환되어 있는 상태를 나타낸다.
기판 홀더 (34) 의 XY 평면 내의 위치 제어 (위치 정보의 계측) 에 사용되는 헤드 (인코더) 의 전환 처리 (연결) 를 실시하고자 하는 순간에 있어서, 도 20(B) 에 나타내는 바와 같이, 헤드 (66a, 66b, 66c 및 66d) 가, 각각 스케일 (152b, 152b, 152d, 152e) 에 대향하고 있다. 도 20(A) 로부터 도 20(C) 를 언뜻 보면, 도 20(B) 에 있어서 헤드 (66a) 로부터 헤드 (66c) 로 전환하고자 하고 있는 것처럼 보이지만, 헤드 (66a) 와 헤드 (66c) 에서는, 계측 방향이 상이한 점에서도 분명한 바와 같이, 연결을 실시하고자 하는 타이밍에 있어서 헤드 (66a) 의 계측치 (카운트치) 를 그대로 헤드 (66c) 의 계측치의 초기치로서 부여해도 아무 의미도 없다.
그래서, 본 실시 형태에서는, 주제어 장치 (90) 가, 3 개의 헤드 (66a, 66b 및 66d) 를 사용하는 기판 홀더 (34) 의 위치 정보의 계측 (및 위치 제어) 으로부터, 3 개의 헤드 (66b, 66c, 66d) 를 사용하는 기판 홀더 (34) 의 위치 정보의 계측 (및 위치 제어) 으로 전환하도록 되어 있다. 즉, 이 방식은 통상적인 인코더 연결의 개념과는 상이하고, 어느 헤드로부터 다른 헤드에 연결한다는 것이 아니고, 3 개의 헤드 (인코더) 의 조합으로부터 다른 3 개의 헤드 (인코더) 의 조합에 연결하는 것이다.
주제어 장치 (90) 는, 먼저, 헤드 (66a, 66d 및 66b) 의 계측치 C1, C4, C2 에 기초하여, 연립 방정식 (2a), (2c), (2d) 를 풀고, 기판 홀더의 XY 평면 내의 위치 정보 (X, Y, θz) 를 산출한다.
다음으로, 주제어 장치 (90) 는, 다음 식 (3) 의 아핀 변환의 식에, 위에서 산출한 X, θz 를 대입하고, 헤드 (66c) 의 계측치의 초기치 (헤드 (66c) 가 계측 해야 할 값) 를 구한다.
C3 = -(p3 - X)sinθz ＋ (q3 - Y)cosθz ……(3)
상기 식 (3) 에 있어서, p3, q3 은, 헤드 (66c) 의 계측점의 X 좌표치, Y 좌표치이다. 본 실시 형태에서는, X 좌표치 p3 및 Y 좌표치 q3 은, 전술한 바와 같이, 4 개의 X 리니어 인코더 (96x) 와, 4 개의 Y 리니어 인코더 (96y) 의 출력으로부터 산출되는 1 쌍의 헤드 유닛 (60) 각각의 Y 슬라이드 테이블 (62) 의 중심의 X 축 방향, 및 Y 축 방향의 위치로부터, 헤드 (66c) 의 Y 슬라이드 테이블 (62) 의 중심에 대한 이미 알려진 위치 관계에 기초하여 산출된 값이 사용된다.
상기 초기치 C3 을 헤드 (66c) 의 초기치로서 부여함으로써, 기판 홀더 (34) 의 3 자유도 방향의 위치 (X, Y, θz) 를 유지한 채로, 모순없이 연결이 완료되게 된다. 그 이후는, 전환 후에 사용하는 헤드 (66b, 66c, 66d) 의 계측치 C2, C3, C4 를 사용하여, 다음의 연립 방정식 (2b) ∼ (2d) 를 풀고, 웨이퍼 스테이지 WST 의 위치 좌표 (X, Y, θz) 를 산출한다.
C3 = -(p3 - X)sinθz ＋ (q3 - Y)cosθz ……(2b)
C4 = (p4 - X)cosθz ＋ (q4 - Y)sinθz ……(2c)
C2 = -(p2 - X)sinθz ＋ (q2 - Y)cosθz ……(2d)
또한, 위에서는, 3 개의 헤드로부터, 이 3 개의 헤드와 상이한 다른 헤드를 1 개 포함하는 상이한 3 개의 헤드로의 전환에 대해 설명했지만, 이것은 전환 전의 3 개의 헤드의 계측치로부터 구해지는 기판 홀더 (34) 의 위치 (X, Y, θz) 를 사용하여, 전환 후에 사용되는 다른 헤드에서 계측해야 할 값을, 아핀 변환의 원리에 기초하여, 산출하고, 그 산출한 값을, 전환 후에 사용되는 다른 헤드의 초기치로서 설정하고 있기 때문에, 이와 같이 설명했다. 그러나, 전환 후에 사용되는 다른 헤드에서 계측해야 할 값의 산출 등의 순서에는 저촉되지 않고, 전환 및 연결 처리의 직접적인 대상인 2 개의 헤드에만 주목하면, 전환 전에 사용하고 있는 3 개의 헤드 중 1 개의 헤드를 다른 1 개의 헤드로 전환하고 있다고도 할 수 있다. 여하튼, 헤드의 전환은, 전환 전에 기판 홀더의 위치 정보의 계측 및 위치 제어에 사용되고 있는 헤드와, 전환 후에 사용되는 헤드가, 모두 어느 스케일 (152) 에 동시에 대향하고 있는 상태로 실시된다.
또한, 위의 설명은, 헤드 (66a ∼ 66d) 의 전환의 일례이지만, 어느 3 개의 헤드로부터 다른 3 개의 헤드로의 전환, 혹은 어느 헤드로부터 다른 헤드로의 전환에 있어서도, 상기의 설명과 동일한 순서로 헤드의 전환이 실시된다.
이상 설명한 본 제 2 실시 형태에 관련된 액정 노광 장치는, 전술한 제 1 실시 형태와 동등한 작용 효과를 발휘한다. 이것에 더하여, 본 제 2 실시 형태에 관련된 액정 노광 장치에 의하면, 기판 홀더 (34) 의 구동 중에, 기판 인코더 시스템 (50) 의 X 헤드 (66x) (X 리니어 인코더) 와 Y 헤드 (66y) (Y 리니어 인코더) 를 적어도 각 1 개 포함하는 3 개의 헤드 (인코더) 에 의해 XY 평면 내에 있어서의 기판 홀더 (34) 의 위치 정보 (θz 회전을 포함한다) 가 계측된다. 그리고, 주제어 장치 (90) 에 의해, XY 평면 내에 있어서의 기판 홀더 (34) 의 위치가 전환의 전후에서 유지되도록, XY 평면 내에 있어서의 기판 홀더 (34) 의 위치 정보의 계측에 사용하는 헤드 (인코더) 가, 전환 전에 기판 홀더 (34) 의 위치 계측 및 위치 제어에 사용되고 있던 3 개의 헤드 (인코더) 중 어느 헤드 (인코더) 로부터 다른 헤드 (인코더) 로 전환된다. 이 때문에, 기판 홀더 (34) 의 위치의 제어에 사용하는 인코더의 전환이 실시되고 있음에도 불구하고, 전환의 전후에서 기판 홀더 (34) 의 XY 평면 내의 위치가 유지되고, 정확한 연결이 가능해진다. 따라서, 복수의 헤드 (인코더) 간에 헤드의 전환 및 연결 (계측치의 연결 처리) 을 실시하면서, 소정의 경로를 따라 정확하게 기판 홀더 (34) (기판 (P)) 를 XY 평면을 따라 이동시키는 것이 가능해진다.
또, 본 제 2 실시 형태에 관련된 액정 노광 장치에 의하면, 예를 들어 기판의 노광 중, 주제어 장치 (90) 에 의해, 기판 홀더 (34) 의 위치 정보의 계측 결과와 그 위치 정보의 계측에 사용된 3 개의 헤드의 XY 평면 내에 있어서의 위치 정보 ((X, Y) 좌표치) 에 기초하여, XY 평면 내에서 기판 홀더 (34) 가 구동된다. 이 경우, 주제어 장치 (90) 는, 아핀 변환의 관계를 이용하여 XY 평면 내에 있어서의 기판 홀더 (34) 의 위치 정보를 산출하면서 XY 평면 내에서 기판 홀더 (34) 를 구동한다. 이로써, 복수의 Y 헤드 (66y) 또는 복수의 X 헤드 (66x) 를 각각 갖는 인코더 시스템을 사용하여 기판 홀더 (34) 의 이동 중에 제어에 사용하는 헤드 (인코더) 를 전환하면서, 기판 홀더 (34) (기판 (P)) 의 이동을 정밀도 좋게 제어하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 제 2 실시 형태에 있어서, 인접하는 1 쌍의 스케일의 1 개로부터 벗어나 계측 빔이 타방의 스케일로 갈아타는 헤드 (상기 다른 헤드에 상당) 를 사용하여 기판 홀더의 이동을 제어하기 위한 보정 정보 (전술한 다른 헤드의 초기치) 를, 적어도 1 개의 스케일 (152) 과 대향하는 3 개의 헤드로 계측되는 위치 정보 에 기초하여 취득하는 것으로 했지만, 이 보정 정보는, 다른 헤드의 계측 빔이 타방의 스케일로 갈아탄 후에, 적어도 1 개의 스케일 (152) 과 대향하는 3 개의 헤드 중 1 개가 2 차원 그레이팅 (RG) 으로부터 벗어나기 전까지 취득하면 된다. 또, 적어도 1 개의 스케일 (152) 과 대향하는 3 개의 헤드를, 상기 다른 헤드를 포함하는 상이한 3 개의 헤드로 전환하여 기판 홀더의 위치 계측 혹은 위치 제어를 실시하는 경우, 그 전환은, 상기 보정 정보가 취득된 후에, 적어도 1 개의 스케일 (152) 과 대향하는 3 개의 헤드 중 1 개가 2 차원 그레이팅 (RG) 으로부터 벗어나기 전까지 실시하면 된다. 또한, 보정 정보의 취득과 전환을 실질적으로 동시에 실시해도 된다.
또한, 상기 제 2 실시 형태에서는, X 축 방향 (제 1 방향) 에 관해서, 제 1 격자군의 2 차원 그레이팅 (RG) 이 없는 영역 (비격자 영역) 이 제 2 격자군의 2 차원 그레이팅 (RG) 이 없는 영역 (비격자 영역) 과 겹치지 않도록, 바꿔 말하면, 계측 빔이 2 차원 그레이팅 (RG) 으로부터 벗어나는 비계측 기간이 4 개의 헤드에서 겹치지 않도록, 제 1 격자군, 제 2 격자군의 각 5 개의 스케일 (152) 이 기판 홀더 (34) 상에 배치되어 있다. 이 경우, ＋Y 측의 헤드 유닛 (60) 이 갖는 헤드 (66a, 66b) 는, X 축 방향에 관해서 제 1 격자군의 2 차원 그레이팅 (RG) 이 없는 영역의 폭보다 넓은 간격으로 배치되고, -Y 측의 헤드 유닛 (60) 이 갖는 헤드 (66c, 66d) 는, X 축 방향에 관해서 제 2 격자군의 2 차원 그레이팅 (RG) 이 없는 영역의 폭보다 넓은 간격으로 배치되어 있다. 그러나, 복수의 2 차원 격자를 포함하는 격자부와 이것에 대향 가능한 복수의 헤드의 조합이 이것으로 한정되는 것은 아니다. 요점은, X 축 방향으로의 이동체의 이동 중, 2 차원 그레이팅 (RG) 으로부터 계측 빔이 벗어나는 (계측 불능인) 비계측 기간이 4 개의 헤드 (66a, 66b, 66c, 66d) 에서 겹치지 않도록, 헤드 (66a, 66b) 의 간격 및 헤드 (66c, 66d) 의 간격, 위치, 제 1, 제 2 격자군의 격자부의 위치나 길이 또는 격자부의 간격이나 그 위치를 설정하면 된다. 예를 들어, 제 1 격자군과 제 2 격자군에서, X 축 방향에 관해서 비격자 영역의 위치 및 폭이 동일해도, 제 1 격자군의 적어도 1 개의 스케일 (152) (2 차원 그레이팅 (RG)) 과 대향하는 2 개의 헤드와, 제 2 격자군의 적어도 1 개의 스케일 (152) (2 차원 그레이팅 (RG)) 과 대향하는 2 개의 헤드를, X 축 방향에 관해서 비격자 영역의 폭보다 넓은 거리만큼 비켜서 배치해도 된다. 이 경우, 제 1 격자군과 대향하는 2 개의 헤드 중 ＋X 측에 배치되는 헤드와, 제 2 격자군과 대향하는 2 개의 헤드 중 -X 측에 배치되는 헤드의 간격을, 비격자 영역의 폭보다 넓은 간격으로 해도 되고, 제 1 격자군과 대향하는 2 개의 헤드와, 제 2 격자군과 대향하는 2 개의 헤드를, X 축 방향에 관해서 교대로 배치하고, 또한 인접하는 1 쌍의 헤드의 간격을 비격자 영역의 폭보다 넓게 설정해도 된다.
또, 상기 제 2 실시 형태에서는, 기판 홀더 (34) 의 ＋Y 측의 영역에 제 1 격자군이 배치되고, 또한 기판 홀더 (34) 의 -Y 측의 영역에 제 2 격자군이 배치되는 경우에 대해 설명했지만, 제 1 격자군 및 제 2 격자군의 일방, 예를 들어 제 1 격자군 대신에, X 축 방향으로 연장되는 2 차원 격자가 형성된 단일의 스케일 부재를 사용해도 된다. 이 경우에 있어서, 그 단일의 스케일 부재에는, 1 개의 헤드가 상시 대향하는 것으로 해도 된다. 이 경우에는, 제 2 격자군에 대향하여 3 개의 헤드를 형성하고, 그 3 개의 헤드의 X 축 방향의 간격 (계측 빔의 조사 위치간의 간격) 을, 인접하는 스케일 (152) 상의 2 차원 그레이팅 (RG) 간의 간격보다 넓게 함으로써, 기판 홀더 (34) 의 X 축 방향의 위치에 상관없이, 제 2 격자군에 대향하는 3 개의 헤드 중 적어도 2 개가 제 2 격자군의 적어도 1 개의 2 차원 그레이팅 (RG) 에 대향 가능한 구성으로 해도 된다. 혹은, 기판 홀더 (34) 의 X 축 방향의 위치에 상관없이, 상기의 단일의 스케일 부재에 상시 적어도 2 개의 헤드가 대향 가능한 구성을 채용하고, 아울러 제 2 격자군의 적어도 1 개의 2 차원 그레이팅 (RG) 에 적어도 2 개의 헤드가 대향 가능한 구성으로 해도 된다. 이 경우에는, 그 적어도 2 개의 헤드는 각각, X 축 방향으로의 기판 홀더 (34) 의 이동 중, 계측 빔이 복수의 스케일 (152) (2 차원 그레이팅 (RG)) 의 1 개로부터 벗어남과 함께, 1 개의 스케일 (152) (2 차원 그레이팅 (RG)) 에 인접하는 다른 스케일 (152) (2 차원 그레이팅 (RG)) 로 갈아타게 된다. 그러나, 적어도 2 개의 헤드의 X 축 방향의 간격을, 인접하는 스케일 (152) 의 2 차원 그레이팅 (RG) 의 간격보다 넓게 함으로써, 적어도 2 개의 헤드에서 비계측 기간이 겹치지 않는, 즉 항상 적어도 1 개의 헤드에서 계측 빔이 스케일 (152) 에 조사된다. 이들의 구성에서는 항상 적어도 3 개의 헤드가 적어도 1 개의 스케일 (152) 과 대향하여 3 자유도 방향의 위치 정보를 계측 가능하다.
또한, 제 1 격자군과 제 2 격자군에서, 스케일의 수, 인접하는 스케일의 간격 등이 상이해도 된다. 이 경우, 제 1 격자군과 대향하는 적어도 2 개의 헤드와 제 2 격자군과 대향하는 적어도 2 개의 헤드에서, 헤드 (계측 빔) 의 간격, 위치 등이 상이해도 된다.
또한, 상기 제 2 실시 형태에서는, 헤드 (66a ∼ 66d) 의 X 축 방향 및 Y 축 방향의 위치는, 4 개의 X 리니어 인코더 (96x) 와, 4 개의 Y 리니어 인코더 (96y) 의 출력으로부터 산출되는 1 쌍의 헤드 유닛 (60) 각각의 Y 슬라이드 테이블 (62) 의 중심의 X 축 방향, 및 Y 축 방향의 위치로부터, 각 헤드의 Y 슬라이드 테이블 (62) 의 중심에 대한 이미 알려진 위치 관계에 기초하여 산출되는 것으로 했다. 즉, 헤드 (66a ∼ 66d) 의 X 축 방향 및 Y 축 방향의 위치의 계측에, 인코더 시스템이 사용되는 것으로 했다. 그러나, 이것에 한정되지 않고, 헤드 (66a ∼ 66d) (1 쌍의 헤드 유닛 (60)) 는, Y 축 방향으로만 이동 가능하기 때문에, 헤드 (66a ∼ 66d) 의 Y 축 방향의 위치 정보만을 인코더 시스템 등을 사용하여 계측해도 된다. 즉, 상기 제 2 실시 형태에서는, 4 개의 X 리니어 인코더 (96x) 는, 반드시 형성하지 않아도 된다. 이 경우, 헤드 (66a ∼ 66d) 에 대해, 전술한 식 (2a) ∼ (2d) 등의 적용에 있어서, p1 ∼ P4 (X 위치) 로서 설계치 (고정치) 가 사용되고, q1 ∼ q4 (Y 위치) 는, 4 개의 Y 리니어 인코더 (96y) 의 출력으로부터 산출되는 값이 사용된다. 또한, 아핀 변환의 관계를 이용하지 않는 경우, 헤드 (66b, 66c) 에 의해 기판 홀더 (34) 의 Y 축 방향에 관한 위치 정보를 계측하는데 있어서, 4 개의 Y 리니어 인코더 (96y) 의 계측 정보가 이용되고, 헤드 (66a, 66d) 에 의해 기판 홀더 (34) 의 X 축 방향에 관한 위치 정보를 계측할 때에는, 4 개의 Y 리니어 인코더 (96y) 의 계측 정보를 이용하지 않아도 된다.
또한, 상기 제 2 실시 형태에서는, 단일의 2 차원 그레이팅 (RG) (격자 영역) 이 각각 형성된 복수의 스케일 (152) 을 사용하는 것으로 했지만, 이것에 한정되지 않고, 2 개 이상의 격자 영역이, X 축 방향으로 떨어져 형성된 스케일 (152) 을, 제 1 격자군 또는 제 2 격자군의 적어도 일방에 포함하고 있어도 된다.
또한, 상기 제 2 실시 형태에서는, 항상 3 개의 헤드에 의해 기판 홀더 (34) 의 위치 (X, Y, θz) 를 계측, 제어하기 위해, 동일 구성의 각 5 개의 스케일 (152) 을 포함하는 제 1 격자군과 제 2 격자군에서, X 축 방향에 관해서 소정 거리 비켜서 배치하는 경우에 대해 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 제 1 격자군과 제 2 격자군에서, X 축 방향에 관해서 비키는 일 없이 (서로 거의 완전히 대향하여 스케일 (152) 의 열을 배치하고), 일방의 헤드 유닛 (60) 과 타방의 헤드 유닛 (60) 에서, 기판 홀더 (34) 의 위치 계측용의 헤드 (헤드 (66x, 66y)) 의 배치를 X 축 방향에 관해서 다르게 해도 된다. 이 경우에도, 항상 3 개의 헤드에 의해 기판 홀더 (34) 의 위치 (X, Y, θz) 를 계측, 제어하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 제 2 실시 형태에서는, 헤드 (66a, 66b) 와 헤드 (66c, 66d) 의 합계 4 개의 헤드를 사용하는 경우에 대해 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 5 개 이상의 헤드를 사용하는 것으로 해도 된다. 즉, 제 1 격자군, 제 2 격자군에 각각 대향하는 각 2 개의 헤드 중 적어도 일방에, 적어도 1 개의 용장 헤드를 추가해도 된다. 이 구성에 대해 이하의 제 3 실시 형태에서 설명한다.
《제 3 실시 형태》
다음으로, 제 3 실시 형태에 대해 도 21 에 기초하여 설명한다. 본 제 3 실시 형태에 관련된 액정 노광 장치의 구성은, 기판 인코더 시스템 (50) 의 일부의 구성을 제외하고, 전술한 제 1 및 제 2 실시 형태와 동일하므로, 이하, 차이점에 대해서만 설명하고, 제 1 및 제 2 실시 형태와 동일한 구성 및 기능을 갖는 요소 에 대해서는, 제 1 및 제 2 실시 형태와 동일한 부호를 부여하여 그 설명을 생략 한다.
도 21 에는, 본 제 3 실시 형태에 관련된 기판 홀더 (34) 및 기판 인코더 시스템 (50) 의 한 쌍의 헤드 유닛 (60) 이, 투영 광학계 (16) 와 함께 평면도로 나타나 있다. 도 21 에서는, 설명을 이해하기 쉽게 하기 위해, 인코더 베이스 (54) 등의 도시가 생략되어 있다. 또, 도 21 에서는, 헤드 유닛 (60) (Y 슬라이드 테이블 (62)) 이 점선으로 나타내짐과 함께, Y 슬라이드 테이블 (62) 의 상면에 형성된 X 헤드 (64x), Y 헤드 (64y) 의 도시도 생략되어 있다.
본 제 3 실시 형태에 관련된 액정 노광 장치에서는, 도 21 에 나타내는 바와 같이, 기판 홀더 (34) 의 기판 재치 영역을 사이에 두고 ＋Y 측, 및 -Y 측의 영역에, 각각 스케일 (152) 이 X 축 방향으로 소정 간격으로, 예를 들어 5 개 배치되어 있다. 기판 재치 영역의 ＋Y 측에 배치된 5 개의 스케일 (152) 과, -Y 측의 영역에 배치된 5 개의 스케일 (152) 에서는, 인접하는 스케일 (152) 간의 간격은, 동일하고, 또한 기판 재치 영역의 ＋Y 측, 및 -Y 측의 각 5 개의 스케일 (152) 끼리는, 서로 대향하여 동일한 X 위치에 배치되어 있다. 따라서, 인접하는 스케일 (152) 간의 간극의 위치가, 거의 동일한 Y 축 방향의 소정 선폭의 직선 상에 위치하고 있다.
＋Y 측에 위치하는 일방의 헤드 유닛 (60) 의 Y 슬라이드 테이블 (62) 의 하면 (-Z 측의 면) 에는, 스케일 (152) 에 각각 대향하는 상태로, Y 헤드 (66y), X 헤드 (66x) 및 Y 헤드 (66y) 의 합계 3 개의 헤드가 -X 측으로부터 순서대로 X 축 방향으로 소정 간격 (인접하는 스케일 (152) 상호의 간격보다 큰 거리) 떨어져 고정되어 있다. -Y 측에 위치하는 타방의 헤드 유닛 (60) 의 Y 슬라이드 테이블 (62) 의 하면 (-Z 측의 면) 에는, 스케일 (152) 에 각각 대향하는 상태로, Y 헤드 (66y) 와 X 헤드 (66x) 가 X 축 방향으로 소정 간격 떨어져 고정되어 있다. 이하에서는, 설명의 편의 상, 일방의 헤드 유닛 (60) 이 갖는 3 개의 헤드를, -X 측으로부터 순서대로 각각 헤드 (66e), 헤드 (66a), 헤드 (66b) 라고 부르고, 타방의 헤드 유닛 (60) 이 갖는 Y 헤드 (66y), X 헤드 (66x) 를, 각각 헤드 (66c), 헤드 (66d) 라고도 부르는 것으로 한다.
이 경우, 헤드 (66a) 와 헤드 (66c) 가, 동일한 X 위치 (동일한 Y 축 방향의 직선 상) 에 배치되고, 헤드 (66b) 와 헤드 (66d) 가, 동일한 X 위치 (동일한 Y 축 방향의 직선 상) 에 배치되어 있다. 헤드 (66a, 66d) 와 각각 대향하는 2 차원 그레이팅 (RG) 에 의해, 1 쌍의 X 리니어 인코더가 구성되고, 헤드 (66b, 66c, 66e) 와 각각 대향하는 2 차원 그레이팅 (RG) 에 의해, 3 개의 Y 리니어 인코더가 구성되어 있다.
본 제 3 실시 형태에 관련된 액정 노광 장치에서는, 그 밖의 부분의 구성은, 전술한 제 2 실시 형태에 관련된 액정 노광 장치와 동일하게 되어 있다.
본 제 3 실시 형태에서는, ＋Y 측과 -Y 측의 스케일 (152) 의 열의 배치를, X 축 방향에 관해서 비켜 있지 않음에도 불구하고, 1 쌍의 헤드 유닛 (60) 이 기판 홀더 (34) 에 동기하여 Y 축 방향으로 이동하고 있는 (또는 1 쌍의 헤드 유닛 (60) 과 스케일 (152) 의 열이 대향하는 위치에서 기판 홀더 (34) 의 Y 위치가 유지되어 있는) 한, 헤드 (66a ∼ 66e) 중 3 개가, 기판 홀더 (34) 의 X 위치에 상관없이, 항상 스케일 (152) (2 차원 그레이팅 (RG)) 에 대향한다.
이상 설명한 본 제 3 실시 형태에 관련된 액정 노광 장치는, 전술한 제 2 실시 형태에 관련된 액정 노광 장치와 동일한 작용 효과를 발휘한다.
또한, 상기 제 3 실시 형태는, 기판 홀더 (34) 의 위치 정보 계측용의 복수의 헤드는, 헤드의 전환에 필요한 4 개의 헤드, 예를 들어 헤드 (66e, 66b, 66c, 66d) 에 더하여, 그 4 개의 헤드 중 1 개의 헤드 (66c) 와 비계측 기간이 일부 겹치는 1 개의 헤드 (66a) 를 포함하고 있다고도 파악할 수 있다. 그리고, 본 제 3 실시 형태에서는, 기판 홀더 (34) 의 위치 정보 (X, Y, θz) 의 계측에 있어서, 4 개의 헤드 (66e, 66b, 66c, 66d) 와, 1 개의 헤드 (66c) 를 포함하는 5 개의 헤드 중, 계측 빔이 복수의 격자 영역 (2 차원 그레이팅 (RG)) 의 적어도 1 개에 조사되는 적어도 3 개의 헤드의 계측 정보가 사용된다.
또한, 상기 제 3 실시 형태는, 복수의 헤드 중, 적어도 2 개의 헤드에서 비계측 기간이 겹치는 경우, 예를 들어 2 개의 헤드가 동시에 스케일 (152) (격자 영역, 예를 들어 2 차원 그레이팅 (RG)) 로부터 벗어나고, 동시에 인접하는 스케일 (152) (격자 영역, 예를 들어 2 차원 그레이팅 (RG)) 로 갈아타는 경우의 일례이다. 이 경우, 적어도 2 개의 헤드의 계측이 끊어져도, 계측을 계속하기 위해서 적어도 3 개의 헤드가 격자부의 격자 영역 (2 차원 그레이팅) 과 대향하고 있을 필요가 있다. 게다가, 그 적어도 3 개의 헤드는, 계측이 끊어진 적어도 2 개의 헤드 중 1 개 이상이 인접하는 격자 영역으로 갈아탈 때까지는 계측이 끊어지지 않는 것이 전제이다. 즉, 비계측 기간이 겹치는 적어도 2 개의 헤드가 있어도, 그것에 더하여 적어도 3 개의 헤드가 있으면, 격자 영역이 간격을 두고 배치되어 있어도 계측을 계속할 수 있다.
《제 4 실시 형태》
다음으로, 제 4 실시 형태에 대해 도 22 에 기초하여 설명한다. 본 제 4 실시 형태에 관련된 액정 노광 장치의 구성은, 도 22 에 나타내는 바와 같이, 기판 홀더 (34) 의 기판 재치 영역의 ＋Y 측과 -Y 측에 각각 배치된 스케일 (52) 의 열이, 제 3 실시 형태와 마찬가지로 대향 배치되고, 또한 -Y 측에 위치하는 일방의 헤드 유닛 (60) 이, 전술한 제 1 실시 형태와 마찬가지로 각 2 개의 X 헤드 (66x), Y 헤드 (66y) 를 가지고 있는 점이, 전술한 제 2 실시 형태에 관련된 액정 노광 장치의 구성과 상이하지만, 그 밖의 부분의 구성은 제 2 실시 형태에 관련된 액정 노광 장치와 동일하게 되어 있다.
일방의 헤드 유닛 (60) 의 Y 슬라이드 테이블 (62) 의 하면 (-Z 측의 면) 에는, Y 헤드 (66y) (헤드 (66c)) 의 -Y 측에 인접하여 X 헤드 (66x) (이하, 적절히, 헤드 (66e) 라고 부른다) 가 형성됨과 함께, X 헤드 (66x) (헤드 (66d)) 의 -Y 측에 인접하여 Y 헤드 (66y) (이하, 적절히, 헤드 (66f) 라고 부른다) 가 형성되어 있다.
본 실시 형태에 관련된 액정 노광 장치에서는, 1 쌍의 헤드 유닛 (60) 이 Y 축 방향으로 이동하고 있는 상태 (또는 1 쌍의 헤드 유닛 (60) 과 스케일 (152) 의 열이 대향하는 위치에서 기판 홀더 (34) 의 Y 위치가 유지되어 있는 상태) 에 있어서, 기판 홀더 (34) 의 X 축 방향의 이동에 수반하여, 3 개의 헤드 (66a, 66c, 66e) (제 1 그룹의 헤드라고 칭한다) 및 3 개의 헤드 (66b, 66d, 66f) (제 2 그룹의 헤드라고 칭한다) 의 일방이, 어느 스케일에도 대향하지 않게 되는 경우가 있지만, 그 때에는, 반드시 제 1 그룹의 헤드와 제 2 그룹의 헤드의 타방이, 스케일 (152) (2 차원 그레이팅 (RG)) 에 대향한다. 즉, 본 제 4 실시 형태에 관련된 액정 노광 장치에서는, ＋Y 측과 -Y 측의 스케일 (152) 의 열의 배치를, X 축 방향에 관해서 비켜 있지 않음에도 불구하고, 기판 홀더 (34) 의 X 축 방향으로의 이동에 있어서, 1 쌍의 헤드 유닛 (60) 이 Y 축 방향으로 이동하고 있는 (또는 1 쌍의 헤드 유닛 (60) 과 스케일 (152) 의 열이 대향하는 위치에서 기판 홀더 (34) 의 Y 위치가 유지되어 있는) 한, 제 1 그룹의 헤드와 제 2 그룹의 헤드 중 적어도 일방에 포함되는 3 개의 헤드에 의해, 기판 홀더 (34) 의 X 위치에 상관없이, 기판 홀더 (34) 의 위치 (X, Y, θz) 의 계측이 가능하게 되어 있다.
여기서, 예를 들어 제 1 그룹의 헤드 (헤드 (66a, 66c, 66e)) 가 어느 스케일에도 대향하지 않게 되어 계측 불능이 된 후에, 재차, 스케일 (152) 에 대향했을 경우에, 그들의 헤드 (66a, 66c, 66e) 를 복귀시키는 (계측을 재개시키는) 경우에 대해 생각한다. 이 경우, 제 1 그룹의 헤드 (헤드 (66a, 66c, 66e)) 에 의한 계측이 재개되기 전의 시점에서는, 제 2 그룹의 헤드 (헤드 (66b, 66d, 66f)) 에 의해, 기판 홀더 (34) 의 위치 (X, Y, θz) 의 계측, 제어가 속행되고 있다. 그래서, 주제어 장치 (90) 는, 도 22 에 나타내는 바와 같이, 1 쌍의 헤드 유닛 (60) 이, ＋Y 측, -Y 측에 각각 배치된 인접하는 2 개의 스케일 (152) 을 넘어, 제 1 그룹의 헤드와 제 2 그룹의 헤드가, 인접하는 2 개의 스케일 (152) 의 일방과 타방에 대향한 시점에서, 전술한 제 2 실시 형태에서 상세히 서술한 수법에 의해, 제 2 그룹의 헤드 (헤드 (66b, 66d, 66f)) 의 계측치에 기초하여, 기판 홀더의 위치 (X, Y, θz) 를 산출하고, 이 산출한 기판 홀더의 위치 (X, Y, θz) 를, 전술한 아핀 변환의 식에 대입함으로써, 제 1 그룹의 헤드 (헤드 (66a, 66c, 66e)) 의 초기치를 동시에 산출하여 설정한다. 이로써, 간단하게, 제 1 그룹의 헤드를 복귀시켜, 이들의 헤드에 의한 기판 홀더 (34) 의 위치의 계측, 제어를 재개시킬 수 있다.
이상 설명한 본 제 4 실시 형태에 관련된 액정 노광 장치에 의하면, 전술한 제 2 실시 형태에 관련된 액정 노광 장치와 동일한 작용 효과를 발휘한다.
《제 4 실시 형태의 변형예》
이 변형예는, 제 4 실시 형태에 관련된 액정 노광 장치에 있어서, ＋Y 측에 위치하는 타방의 헤드 유닛 (60) 으로서, 일방의 헤드 유닛 (60) 과 동일한 구성 (또는 지면 상하 방향에 관해서 대칭인 구성) 의 헤드 유닛이 사용되는 경우이다.
이 경우, 상기 서술과 마찬가지로, 동일한 Y 축 방향의 직선상으로 배치된 각 4 개의 헤드가 속하는 제 1 그룹의 헤드와, 제 2 그룹의 헤드에 8 개의 헤드를 그룹 분리한다.
제 1 그룹의 헤드가 어느 스케일에도 대향하지 않게 되어 계측 불능이 된 후에, 재차, 스케일 (152) 에 대향했을 경우에, 제 1 그룹의 헤드를 복귀시켜, 그들의 헤드에 의한 계측을 재개시키는 경우에 대해 생각한다.
이 경우, 제 1 그룹의 헤드에 의한 계측이 재개되기 전의 시점에서는, 제 2 그룹의 헤드 중 3 개의 헤드에 의해, 기판 홀더 (34) 의 위치 (X, Y, θz) 의 계측, 제어가 속행되고 있다. 그래서, 주제어 장치 (90) 는, 전술과 마찬가지로, 1 쌍의 헤드 유닛 (60) 이, ＋Y 측, -Y 측에 각각 배치된 인접하는 2 개의 스케일 (152) 을 넘어, 제 1 그룹의 헤드와 제 2 그룹의 헤드가, 인접하는 2 개의 스케일 (152) 의 일방과 타방에 대향한 시점에서, 제 1 그룹의 헤드 각각의 계측치의 초기치를 산출하지만, 이 경우에는, 제 1 그룹의 4 개의 헤드의 모든 초기치를 동시에 산출할 수는 없다. 그 이유는, 계측에 복귀시키는 헤드가 3 개 (X 헤드와 Y 헤드를 합한 수) 이면, 전술과 동일한 순서로 그들 3 개의 헤드의 계측치의 초기치를 설정했을 경우에, 그들의 초기치를 전술한 계측치 C1, C2, C3 등으로 하여, 전술한 연립 방정식을 풀므로써, 기판 홀더의 위치 (X, Y, θ) 가 일의적으로 정해지므로, 특별히 문제는 없다. 그러나, 기판 홀더의 위치 (X, Y, θ) 를 일의적으로 정할 수 있는, 4 개의 헤드의 계측치를 사용하는, 아핀 변환의 관계를 이용한 연립 방정식을 관념할 수 없기 때문이다.
그래서, 본 변형예에서는, 복귀시키는 제 1 그룹을, 다른 헤드를 각각 포함하는 3 개 헤드가 속하는, 2 개의 그룹으로 그룹 분리하고, 그룹마다 전술과 동일한 수법으로, 3 개의 헤드에 대해, 초기치를 동시에 산출하여 설정한다. 초기치의 설정 후는, 어느 그룹의 3 개의 헤드의 계측치를, 기판 홀더 (34) 의 위치 제어에 사용하면 된다. 위치 제어에 사용하지 않는 쪽의 그룹의 헤드에 의한 기판 홀더 (34) 의 위치 계측을, 기판 홀더 (34) 의 위치 제어와 병행해서 실행해도 된다. 또한, 복귀시키는 제 1 그룹의 각 헤드의 초기치를, 전술한 수법에 의해, 순차 개별적으로 산출하는 것도 가능하다.
또한, 이상 설명한 제 1 ∼ 제 4 실시 형태의 구성은, 적절히 변경이 가능하다. 예를 들어, 상기 제 1 실시 형태의 마스크 인코더 시스템 (48), 기판 인코더 시스템 (50) 에 있어서, 인코더 헤드, 및 스케일의 배치는 반대여도 된다. 즉, 예를 들어 마스크 홀더 (40) 의 위치 정보를 구하기 위한 X 리니어 인코더 (92x), Y 리니어 인코더 (92y) 는, 마스크 홀더 (40) 에 인코더 헤드가 장착되고, 인코더 베이스 (43) 에 스케일이 장착되는 구성이어도 된다. 또, 기판 홀더 (34) 의 위치 정보를 구하기 위한 X 리니어 인코더 (94x), Y 리니어 인코더 (94y) 는, 기판 홀더 (34) 에 인코더 헤드가 장착되고, Y 슬라이드 테이블 (62) 에 스케일이 장착되어도 된다. 그 경우, 기판 홀더 (34) 에 장착되는 인코더 헤드는, 예를 들어 X 축 방향을 따라 복수 배치되고, 서로 전환 동작 가능하게 구성되면 된다. 또, 기판 홀더 (34) 에 형성되는 인코더 헤드를 가동으로 하고, 또한 그 인코더 헤드의 위치 정보를 계측하는 센서를 형성하고, 인코더 베이스 (43) 에 스케일을 형성해도 된다. 이 경우, 인코더 베이스 (43) 에 형성되는 스케일은, 고정이 된다. 동일하게, Y 슬라이드 테이블 (62) 의 위치 정보를 구하기 위한 X 리니어 인코더 (96x), Y 리니어 인코더 (96y) 는, Y 슬라이드 테이블 (62) 에 스케일이 장착되고, 인코더 베이스 (54) (장치 본체 (18)) 에 인코더 헤드가 장착되어도 된다. 그 경우, 인코더 베이스 (54) 에 장착되는 인코더 헤드는, 예를 들어 Y 축 방향을 따라 복수 배치되고, 서로 전환 동작 가능하게 구성되면 된다. 기판 홀더 (34), 및 인코더 베이스 (54) 에 인코더 헤드가 고정되는 경우, Y 슬라이드 테이블 (62) 에 고정되는 스케일을 공통화해도 된다.
또, 기판 인코더 시스템 (50) 에 있어서, 기판 스테이지 장치 (20) 측에 X 축 방향으로 연장되는 스케일 (52) 이 복수 고정되고, 장치 본체 (18) (인코더 베이스 (54)) 측에 Y 축 방향으로 연장되는 스케일 (56) 이 복수 고정되는 경우에 대해 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 기판 스테이지 장치 (20) 측에 Y 축 방향으로 연장되는 스케일, 장치 본체 (18) 측에 X 축 방향으로 연장되는 스케일이 각각 복수 고정되어도 된다. 이 경우, 헤드 유닛 (60) 은, 기판 (P) 의 노광 동작 등에 있어서의 기판 홀더 (34) 의 이동 중에 X 축 방향으로 구동된다.
또, 마스크 인코더 시스템 (48) 에서는, 예를 들어 3 개의 스케일 (46) 이 X 축 방향으로 이간되어 배치되고, 기판 인코더 시스템 (50) 에서는, 예를 들어 2 개의 스케일 (52) 이 Y 축 방향, 예를 들어 5 개의 스케일 (56) 이 X 축 방향으로 각각 이간되어 배치되는 경우를 설명했지만, 스케일의 수는, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 마스크 (M), 기판 (P) 의 크기, 혹은 이동 스트로크에 따라 적절히 변경이 가능하다. 또, 반드시 복수의 스케일이 이간되어 배치되어 있지 않아도 되고, 예를 들어 보다 긴 1 개의 스케일 (상기 실시 형태의 경우에서는, 예를 들어 스케일 (46) 의 약 3 배의 길이의 스케일, 스케일 (52) 의 약 2 배의 길이의 스케일, 스케일 (56) 의 약 5 배의 길이의 스케일) 을 사용해도 된다. 또, 길이가 상이한 복수의 스케일을 사용해도 되고, X 축 방향 또는 Y 축 방향으로 늘어서 배치된 복수의 격자 영역을 각각의 격자부에 포함하는 것이면, 격자부를 구성하는 스케일의 수는, 특히 불문한다.
또, Y 슬라이드 테이블 (62), 벨트 구동 장치 (68) 는, 장치 본체 (18) 의 상가대부 (18a) 의 하면 (도 4 참조) 에 형성하도록 구성하고 있지만, 하가대부 (18b) 나 중가대부 (18c) 에 형성하도록 해도 된다.
또, 상기 제 1 실시 형태에서는, 스케일 (46, 52, 56) 각각의 표면에 X 스케일과 Y 스케일이 독립적으로 형성된 경우를 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 전술한 제 2 내지 제 4 실시 형태와 마찬가지로, 2 차원 그레이팅이 형성된 스케일을 사용해도 된다. 이 경우, 인코더 헤드도 XY 2 차원 헤드를 사용할 수 있다. 또, 기판 홀더 (34) 상에 형성되어 있는 스케일 (52) 내에 있어서, X 스케일 (53x) 과 Y 스케일 (53y) 이 X 축 방향으로 동일 길이로 형성되어 있지만, 이들의 길이를 서로 상이하도록 해도 된다. 또 양자를 X 축 방향으로 상대적으로 비켜서 배치하도록 해도 된다. 또, 회절 간섭 방식의 인코더 시스템을 사용하는 경우에 대해 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 이른바 픽업 방식, 자기 방식 등의 다른 인코더도 사용할 수 있고, 예를 들어 미국 특허 제6,639,686호 명세서 등에 개시되는 이른바 스캔 인코더 등도 사용할 수 있다. 또, Y 슬라이드 테이블 (62) 의 위치 정보는, 인코더 시스템 이외의 계측 시스템 (예를 들어 광 간섭계 시스템) 에 의해 구해져도 된다.
또한, 상기 제 2 ∼ 제 4 실시 형태 및 그 변형예 (이하, 제 4 실시 형태라고 약기한다) 에서는, 헤드를 적어도 4 개 형성하는 경우에 대해 설명했지만, 이러한 경우, 제 1 방향에 관해서 늘어서 배치된 복수의 격자 영역을 격자부에 포함하는 것이면, 격자부를 구성하는 스케일 (152) 의 수는, 특히 불문한다. 그 복수의 격자 영역은, 기판 홀더 (34) 의 기판 (P) 을 사이에 두는 Y 축 방향의 일측 및 타측의 양방에 배치할 필요는 없고, 일방으로만 배치되어 있어도 된다. 단, 적어도 기판 (P) 의 노광 동작 중, 기판 홀더 (34) 의 위치 (X, Y, θz) 를 계속해서 제어하기 위해서는, 이하의 조건을 만족시킬 필요가 있다.
즉, 적어도 4 개의 헤드 중 1 개의 헤드에서 계측 빔이 복수의 격자 영역 (예를 들어, 전술한 2 차원 그레이팅 (RG)) 으로부터 벗어나 있는 동안, 나머지 적어도 3 개의 헤드는 계측 빔이 복수의 격자 영역의 적어도 1 개에 조사됨과 함께, X 축 방향 (제 1 방향) 으로의 기판 홀더 (34) 의 이동에 의해, 상기 서술한 적어도 4 개의 헤드 중에서 계측 빔이 복수의 격자 영역으로부터 벗어나는 상기 1 개의 헤드가 전환된다. 이 경우에 있어서, 적어도 4 개의 헤드는, X 축 방향 (제 1 방향) 에 관해서 서로 계측 빔의 위치 (조사 위치) 가 상이한 2 개의 헤드와, Y 축 방향 (제 2 방향) 에 관해서 상기 2 개의 헤드의 적어도 일방과 계측 빔의 위치가 상이함과 함께, X 축 방향에 관해서 서로 계측 빔의 위치 (조사 위치) 가 상이한 2 개의 헤드를 포함하고, 상기 2 개의 헤드는, X 축 방향에 관해서, 복수의 격자 영역 중 인접하는 1 쌍의 격자 영역의 간격보다 넓은 간격으로 계측 빔을 조사한다.
또한, X 축 방향으로 늘어선 격자 영역 (예를 들어 2 차원 그레이팅 (RG)) 의 열을, Y 축 방향에 관해서 3 열 이상 배치해도 된다. 예를 들어, 상기 제 4 실시 형태에서는, -Y 측의 5 개의 스케일 (152) 대신에, 그 5 개의 스케일 (152) 의 각각을 Y 축 방향으로 2 등분한 면적을 각각 갖는 10 개의 격자 영역 (예를 들어 2 차원 그레이팅 (RG)) 으로 이루어지는, Y 축 방향으로 인접한 2 개의 격자 영역 (예를 들어 2 차원 그레이팅 (RG)) 의 열을 형성하고, 일방의 열의 2 차원 그레이팅 (RG) 에 헤드 (66e, 66f) 가 대향 가능, 또한 타방의 열의 2 차원 그레이팅 (RG) 에 헤드 (66c, 66d) 가 대향 가능해지는 구성을 채용해도 된다. 또, 상기 제 4 실시 형태의 변형예에서는, ＋Y 측의 5 개의 스케일 (152) 에 대해서도, 상기 서술과 동일한 10 개의 격자 영역으로 이루어지는, Y 축 방향으로 인접한 2 개의 격자 영역 (예를 들어 2 차원 그레이팅 (RG)) 의 열을 형성하고, 일방의 열의 2 차원 그레이팅 (RG) 에 1 쌍의 헤드가 대향 가능, 또한 타방의 열의 2 차원 그레이팅 (RG) 에 나머지 한 쌍의 헤드가 대향 가능해지는 구성을 채용해도 된다.
또한, 상기 제 2 ∼ 제 4 실시 형태에서는, X 축 방향 (제 1 방향) 으로의 기판 홀더 (34) 의 이동에 있어서, 적어도 4 개의 헤드 상호간에서, 어느 2 개의 헤드에 대해서 봐도, 계측 빔이 어느 2 차원 그레이팅 (RG) 에도 조사되지 않는 (격자 영역으로부터 벗어나는), 즉 헤드에서의 계측이 불능이 되지만 (비계측 구간) 겹치지 않도록, 스케일 및 헤드의 적어도 일방의 위치 혹은 간격, 혹은 위치 및 간격 등을 설정하는 것이 중요하다.
또한, 상기 제 2 내지 제 4 실시 형태에 있어서, 기판 홀더 (34) 의 위치 정보를 계측하는 각 X 헤드 (66x) 대신에, X 축 방향 및 Z 축 방향을 계측 방향으로 하는 인코더 헤드 (XZ 헤드) 를 사용함과 함께, 각 Y 헤드 (66y) 대신에, Y 축 방향 및 Z 축 방향을 계측 방향으로 하는 인코더 헤드 (YZ 헤드) 를 사용해도 된다. 이들 헤드로서는, 예를 들어 미국 특허 제7,561,280호 명세서에 개시되는 변위 계측 센서 헤드와 동일한 구성의 센서 헤드를 사용할 수 있다. 이러한 경우에는, 주제어 장치 (90) 는, 전술한 헤드의 전환 및 연결 처리에 있어서, 전환 전에 기판 홀더 (34) 의 위치 제어에 사용되는 3 개의 헤드의 계측치를 사용하여, 소정의 연산을 실시함으로써, XY 평면 내의 3 자유도 방향 (X, Y, θz) 에 관한 기판 홀더 (34) 의 위치의 계측 결과의 연속성을 보증하기 위한 연결 처리에 더하여, 전술과 동일한 수법에 의해, 나머지 3 자유도 방향 (Z, θx, θy) 에 관한 기판 홀더 (34) 의 위치의 계측 결과의 연속성을 보증하기 위한 연결 처리도 실시해도 된다. 대표적으로 제 2 실시 형태를 예로 들어 구체적으로 설명하면, 주제어 장치 (90) 는, 4 개의 헤드 (66a, 66b, 66c, 66d) 중, 계측 빔이 1 개의 2 차원 그레이팅 (RG) (격자 영역) 으로부터 벗어나 다른 2 차원 그레이팅 (RG) (격자 영역) 으로 갈아타는 1 개의 헤드를 사용하여 나머지 3 자유도 방향 (Z, θx, θy) 에 관한 기판 홀더 (34) 의 이동을 제어하기 위한 보정 정보를, 나머지 3 개의 헤드에 의한 Z 축 방향 (제 3 방향) 의 계측 정보, 혹은 그 나머지 3 개의 헤드를 사용하여 계측되는 나머지 3 자유도 방향 (Z, θx, θy) 에 관한 기판 홀더 (34) 의 위치 정보에 기초하여 취득하는 것으로 하면 된다.
또한, 상기 제 2 내지 제 4 실시 형태에 있어서, 계측 빔이 1 개의 스케일로부터 벗어나 다른 스케일로 갈아타는 다른 헤드의 초기치를 설정하는 것으로 했지만, 이것에 한정되지 않고, 다른 헤드의 계측치의 보정 정보 등, 다른 헤드를 사용하여 기판 홀더의 이동을 제어하기 위한 보정 정보를 취득해도 된다. 다른 헤드를 사용하여 기판 홀더의 이동을 제어하기 위한 보정 정보에는, 초기치는 물론 포함되지만, 이것에 한정되지 않고, 그 다른 헤드가 계측을 재개할 수 있기 위한 정보이면 되고, 계측 재개 후에 계측해야 할 값으로부터의 오프셋치 등이어도 된다.
또한, 상기 제 1 ∼ 제 4 실시 형태에 있어서, Z·틸트 위치 계측계 (98) 및 기판 인코더 시스템 (50) 에 의해 기판 위치 계측계를 구성하는 것으로 했지만, 예를 들어 X, Y 헤드 대신에 XZ, YZ 헤드를 사용함으로써, 기판 인코더 시스템 (50) 만으로 기판 위치 계측계를 구성해도 된다.
또, 상기 제 1 ∼ 제 4 실시 형태에 있어서, 기판 인코더 시스템 (50) 의 한 쌍의 헤드 유닛 (60) 과는 별도로, X 축 방향에 관해서 헤드 유닛 (60) 으로부터 떨어져 배치되는 적어도 1 개의 헤드를 형성해도 된다. 예를 들어, X 축 방향에 관해서 투영 광학계 (16) 로부터 떨어져 배치되고, 기판 (P) 의 얼라인먼트 마크를 검출하는 마크 검출계 (얼라인먼트계) 에 대해 ±Y 측에 각각 헤드 유닛 (60) 과 동일한 가동의 헤드 유닛을 형성하고, 기판 마크의 검출 동작에 있어서 마크 검출계의 ±Y 측에 배치되는 1 쌍의 헤드 유닛을 사용하여 기판 홀더 (34) 의 위치 정보를 계측해도 된다. 이 경우, 마크 검출 동작에 있어서, 1 쌍의 헤드 유닛 (60) 에서 모든 계측 빔이 스케일 (152) (또는 52) 로부터 벗어나도, 기판 인코더 시스템 (50) (다른 1 쌍의 헤드 유닛) 에 의한 기판 홀더 (34) 의 위치 정보의 계측이 계속 가능해져, 마크 검출계의 위치 등, 노광 장치의 설계의 자유도를 높일 수 있다. 또한, Z 축 방향에 관한 기판 (P) 의 위치 정보를 계측하는 기판 위치 계측계를 마크 검출계에 근방에 배치함으로써, 기판의 Z 위치의 검출 동작에 있어서도 기판 인코더 시스템 (50) 에 의한 기판 홀더 (34) 의 위치 정보의 계측이 가능해진다. 또는, 기판 위치 계측계를 투영 광학계 (16) 의 근방에 배치하고, 기판의 Z 위치의 검출 동작에 있어서 1 쌍의 헤드 유닛 (60) 으로 기판 홀더 (34) 의 위치 정보를 계측해도 된다. 또, 본 실시 형태에서는, 투영 광학계 (16) 로부터 떨어져 설정되는 기판 교환 위치에 기판 홀더 (34) 가 배치되면, 1 쌍의 헤드 유닛 (60) 의 모든 헤드에서 계측 빔이 스케일 (152) (또는 52) 로부터 벗어난다. 그래서, 기판 교환 위치에 배치되는 기판 홀더 (34) 의 복수의 스케일 (152) (또는 52) 의 적어도 1 개와 대향하는 적어도 1 개의 헤드 (가동의 헤드 또는 고정의 헤드 중 어느 것이어도 된다) 를 형성하고, 기판 교환 동작에 있어서도 기판 인코더 시스템 (50) 에 의한 기판 홀더 (34) 의 위치 정보의 계측을 가능으로 해도 된다. 여기서, 기판 홀더 (34) 가 기판 교환 위치에 도달하기 전, 바꿔 말하면, 기판 교환 위치에 배치되는 적어도 1 개의 헤드가 스케일 (152) (또는 52) 에 대향하기 전에, 1 쌍의 헤드 유닛 (60) 의 모든 헤드에서 계측 빔이 스케일 (152) (또는 52) 로부터 벗어나는 경우에는, 기판 홀더 (34) 의 이동 경로의 도중에 적어도 1 개의 헤드를 추가로 배치하고, 기판 인코더 시스템 (50) 에 의한 기판 홀더 (34) 의 위치 정보의 계측을 계속 가능으로 해도 된다. 또한, 1 쌍의 헤드 유닛 (60) 과는 별도로 형성되는 적어도 1 개의 헤드를 사용하는 경우, 1 쌍의 헤드 유닛 (60) 의 계측 정보를 사용하여 전술한 연결 처리를 실시해도 된다.
또, 상기 제 1 ∼ 제 4 실시 형태에 있어서, 마스크 인코더 시스템 (48) 의 각 X 헤드 대신에, 전술한 XZ 헤드를 사용함과 함께, 각 Y 헤드 대신에, 전술한 YZ 헤드를 사용해도 된다. 혹은, 상기 제 1 ∼ 제 4 실시 형태에 있어서, 마스크 인코더 시스템을, 기판 인코더 시스템 (50) 의 기판 홀더 (34) 의 위치 계측용의 인코더와 마찬가지로, 복수의 헤드가 Y 축 방향에 관해서 스케일 (46) 에 대해 상대 이동 가능한 구성으로 해도 된다. 또, 스케일 (46) 대신에, 전술한 스케일 (152) 과 동일한 2 차원 그레이팅 (RG) 이 형성된 스케일을 사용해도 된다.
동일하게, 상기 제 1 ∼ 제 4 실시 형태에 있어서, 각 X 헤드 (64x) 대신에, 전술한 XZ 헤드를 사용함과 함께, 각 Y 헤드 (64y) 대신에, 전술한 YZ 헤드를 사용해도 된다. 이러한 경우에 있어서, 또, 스케일 (56) 대신에, 전술한 스케일 (152) 과 동일한 2 차원 그레이팅 (RG) 이 형성된 스케일을 사용해도 된다. 이러한 경우, 1 쌍의 XZ 헤드와 1 쌍의 YZ 헤드와, 이들이 대향 가능한 인코더 시스템에서는, 복수의 헤드 (66x, 66y) 의 회전 (θz) 과 경사 (θx 및 θy 의 적어도 일방) 의 적어도 일방에 관한 위치 정보를 계측하는 것으로 해도 된다.
또한, 스케일 (46, 52, 56, 152) 등에서는 표면에 격자가 형성되는 (표면이 격자면이다) 것으로 했지만, 예를 들어 격자를 덮는 커버 부재 (유리 또는 박막 등) 를 형성하여, 격자면을 스케일의 내부로 해도 된다.
또한, 상기 제 1 ∼ 제 4 실시 형태에서는, 각 1 쌍의 X 헤드 (64x) 및 Y 헤드 (64y) 가, 기판 홀더 (34) 의 위치를 계측하기 위한 헤드와 함께, Y 슬라이드 테이블 (62) 에 형성되는 경우에 대해 설명했지만, 각 1 쌍의 X 헤드 (64x) 및 Y 헤드 (64y) 는, Y 슬라이드 테이블을 개재하지 않고, 기판 홀더 (34) 의 위치를 계측하기 위한 헤드에 형성되어 있어도 된다.
또한, 지금까지의 설명에서는, 마스크 인코더 시스템, 기판 인코더 시스템이 각각 구비하는 각 헤드의 XY 평면 내에 있어서의 계측 방향이, X 축 방향 또는 Y 축 방향인 경우에 대해 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 상기 제 2 ∼ 제 4 실시 형태의 경우, 2 차원 그레이팅 (RG) 대신에, XY 평면 내에서, X 축 방향 및 Y 축 방향으로 교차하고, 또한 서로 직교하는 2 방향 (편의 상, α 방향, β 방향이라고 부른다) 을 주기 방향으로 하는 2 차원 격자를 사용해도 되고, 이것에 대응하여 전술한 각 헤드로서, α 방향 (및 Z 축 방향) 또는 β 방향 (및 Z 축 방향) 을 각각의 계측 방향으로 하는 헤드를 사용하는 것으로 해도 된다. 또, 전술한 제 1 실시 형태에서는, 각 X 스케일, Y 스케일 대신에, 예를 들어 α 방향, β 방향을 주기 방향으로 하는 1 차원 격자를 사용함과 함께, 이것에 대응하여 전술한 각 헤드로서, α 방향 (및 Z 축 방향) 또는 β 방향 (및 Z 축 방향) 을 각각의 계측 방향으로 하는 헤드를 사용하는 것으로 해도 된다.
또한, 상기 제 2 ∼ 제 4 실시 형태에 있어서, 제 1 격자군을 전술한 X 스케일의 열로 구성하고, 제 2 격자군을 전술한 Y 스케일의 열로 구성하고, 이것에 대응하여, X 스케일의 열에 대향 가능하게 복수의 X 헤드 (또는 XZ 헤드) 를 소정의 간격 (인접하는 X 스케일간의 간격보다 큰 간격) 으로 배치함과 함께, Y 스케일의 열에 대향 가능하게 복수의 Y 헤드 (또는 YZ 헤드) 를 소정의 간격 (인접하는 Y 스케일간의 간격보다 큰 간격) 으로 배치하는 것으로 해도 된다.
또한, 상기 제 1 ∼ 제 4 실시 형태에 있어서, X 축 방향 또는 Y 축 방향으로 늘어서 배치되는 각 스케일로서, 길이가 상이한 복수의 스케일을 사용해도 물론 좋다. 이 경우에 있어서, 주기 방향이 동일하거나, 혹은 직교하는 스케일의 열을 2 열 이상, 늘어서 형성하는 경우에는, 스케일간의 스페이스가, 서로 겹치지 않도록 설정 가능한 길이의 스케일을 선택하는 것으로 해도 된다. 즉, 1 열의 스케일열을 구성하는 스케일간의 스페이스의 배치 간격은, 등간격이 아니어도 된다. 또, 예를 들어, 기판 홀더 (34) 상의 스케일열에 있어서, X 축 방향에 있어서의 양 단부 부근에 각각 배치되는 스케일 (스케일열에 있어서, 각 단부에 배치되는 스케일) 의 X 축 방향의 길이보다, 중앙부에 배치되는 스케일의 쪽을 물리적으로 길게 해도 된다.
또한, 상기 제 1 ∼ 제 4 실시 형태에 있어서, 가동 헤드용 인코더는, 적어도 가동 헤드의 이동 방향 (상기 실시 형태에서는 Y 축 방향) 의 위치 정보를 계측하면 되지만, 이동 방향과 상이한 적어도 1 개의 방향 (X, Z, θx, θy, θz 중 적어도 1 개) 의 위치 정보도 계측해도 된다. 예를 들어, 계측 방향이 X 축 방향의 헤드 (X 헤드) 의 X 축 방향의 위치 정보도 계측하고, 이 X 정보와 X 헤드의 계측 정보에서 X 축 방향의 위치 정보를 구해도 된다. 단, 계측 방향이 Y 축 방향의 헤드 (Y 헤드) 에서는, 계측 방향과 직교하는 X 축 방향의 위치 정보를 이용하지 않아도 된다. 동일하게, X 헤드에서는, 계측 방향과 직교하는 Y 축 방향의 위치 정보를 이용하지 않아도 된다. 요점은, 헤드의 계측 방향과 상이한 적어도 1 개의 방향의 위치 정보를 계측하고, 이 계측 정보와 헤드의 계측 정보에서 계측 방향에 관한 기판 홀더 (34) 의 위치 정보를 구해도 된다. 또, 예를 들어 X 축 방향에 관해서 위치가 상이한 2 개의 계측 빔을 사용하여 가동 헤드의 θz 방향의 위치 정보 (회전 정보) 를 계측하고, 이 회전 정보를 사용하여 X, Y 헤드의 계측 정보에서 X 축, Y 축 방향의 위치 정보를 구해도 된다. 이 경우, X 헤드와 Y 헤드의 일방을 2 개, 타방을 1 개, 계측 방향이 동일한 2 개의 헤드가 계측 방향과 직교하는 방향에 관해서 동일 위치가 되지 않도록 배치함으로써, X, Y, θz 방향의 위치 정보를 계측 가능하게 된다. 또 1 개의 헤드는, 2 개의 헤드와 상이한 위치에 계측 빔을 조사하면 된다. 또한, 가동 헤드용 인코더의 헤드가 XZ 또는 YZ 헤드이면, 예를 들어 XZ 헤드와 YZ 헤드의 일방을 2 개, 타방을 1 개, 동일 직선 상이 되지 않도록 배치함으로써, Z 정보 뿐만이 아니라 θx 및 θy 방향의 위치 정보 (경사 정보) 도 계측할 수 있다. θx 및 θy 방향의 위치 정보의 적어도 일방과, X, Y 헤드의 계측 정보에서 X 축, Y 축 방향의 위치 정보를 구해도 된다. 동일하게, XZ 또는 YZ 헤드에서도, Z 축 방향과 상이한 방향에 관한 가동 헤드의 위치 정보를 계측하고, 이 계측 정보와 헤드 계측 정보에서 Z 축 방향의 위치 정보를 구해도 된다. 또한, 가동 헤드의 위치 정보를 계측하는 인코더의 스케일이 단일의 스케일 (격자 영역) 이면, XYθz 도 Zθxθy 도 3 개의 헤드로 계측할 수 있지만, 복수의 스케일 (격자 영역) 이 떨어져 배치되는 경우에는, X, Y 헤드를 2 개씩, 혹은 XZ, YZ 헤드를 2 개씩 배치하고, 4 개의 헤드에서 비계측 기간이 겹치지 않도록 X 축 방향의 간격을 설정하면 된다. 이 설명은, 격자 영역이 XY 평면과 평행하게 배치되는 스케일을 전제로 했지만, 격자 영역이 YZ 평면과 평행하게 배치되는 스케일에서도 동일하게 적용할 수 있다.
또, 상기 제 1 ∼ 제 4 실시 형태에 있어서, 가동 헤드의 위치 정보를 계측 하는 계측 장치로서 인코더를 사용하는 것으로 했지만, 인코더 이외, 예를 들어 간섭계 등을 사용해도 된다. 이 경우, 예를 들어 가동 헤드 (또는 그 유지부) 에 반사면을 형성하고, Y 축 방향과 평행하게 계측 빔을 반사면에 조사하면 된다. 특히 가동 헤드가 Y 축 방향으로만 이동되는 경우에는 반사면을 크게 할 필요가 없고, 공기 동요를 저감하기 위한 간섭계 빔의 광로의 국소적인 공조도 용이해진다.
또, 상기 제 1 ∼ 제 4 실시 형태에 있어서, 기판 홀더의 스케일에 계측 빔을 조사하는 가동 헤드를, Y 축 방향에 관해서 투영계의 양측에 1 개씩 형성하는 것으로 했지만, 복수씩 가동 헤드를 형성해도 된다. 예를 들어, Y 축 방향에 관해서 복수의 가동 헤드에서 계측 기간이 일부 겹치도록 인접하는 가동 헤드 (계측 빔) 를 배치하면, 기판 홀더가 Y 축 방향으로 이동해도, 복수의 가동 헤드에 의해 위치 계측을 계속할 수 있다. 이 경우, 복수의 가동 헤드에서 연결 처리가 필요하게 된다. 그래서, 투영계의 ±Y 측의 일방에만 배치되고, 적어도 1 개의 스케일에 계측 빔이 조사되는 복수의 헤드의 계측 정보를 이용하여, 계측 빔이 스케일에 들어가는 다른 헤드에 관한 보정 정보를 취득해도 되고, ±Y 측의 일방 뿐만이 아니고 타측에 배치되는 적어도 1 개의 헤드의 계측 정보를 이용해도 된다. 요점은, ±Y 측에 각각 배치되는 복수의 헤드 중, 스케일에 계측 빔이 조사되고 있는 적어도 3 개의 헤드의 계측 정보를 이용하면 된다.
또, 상기 제 1 ∼ 제 4 실시 형태의 기판 인코더 시스템 (50) 에 있어서, 주사 노광에 있어서 기판 (P) 이 이동되는 주사 방향 (X 축 방향) 에 관해서 복수의 스케일 (격자 영역) 을 서로 떼어놓아 배치함과 함께, 복수의 헤드를 기판 (P) 의 스텝 방향 (Y 축 방향) 으로 이동 가능하게 했지만, 이것과는 반대로, 스텝 방향 (Y 축 방향) 에 관해서 복수의 스케일을 서로 떼어놓아 배치함과 함께, 복수의 헤드를 주사 방향 (X 축 방향) 으로 이동 가능하게 해도 된다.
또, 상기 제 1 ∼ 제 4 실시 형태에 있어서, 마스크 인코더 시스템 (48) 및 기판 인코더 시스템 (50) 의 헤드는, 광원으로부터의 빔을 스케일에 조사하는 광학계의 모두를 가지고 있을 필요는 없고, 광학계의 일부, 예를 들어 사출부만을 갖는 것으로 해도 된다.
또, 상기 제 2 ∼ 제 4 실시 형태에 있어서, 1 쌍의 헤드 유닛 (60) 의 헤드는 도 17 의 배치 (X 헤드 및 Y 헤드가 ±Y 측에 각각 배치되고 또한 ±Y 측의 일방과 타방에서 X 축 방향에 관해서 X, Y 헤드의 배치가 반대) 에 한정되는 것이 아니고, 예를 들어 X 헤드 및 Y 헤드가 ±Y 측에 각각 배치되고, 또한 ±Y 측의 일방과 타방에서 X 축 방향에 관해서 X, Y 헤드의 배치가 동일해도 된다. 단, 2 개의 Y 헤드의 X 위치가 동일하면, 2 개의 X 헤드의 일방에서 계측이 끊어지면, θz 정보를 계측할 수 없게 되기 때문에, 2 개의 Y 헤드의 X 위치를 다르게 하는 것이 바람직하다.
또, 상기 제 1 ∼ 제 4 실시 형태에 있어서, 인코더 시스템의 헤드로부터 계측 빔이 조사되는 스케일 (스케일 부재, 격자부) 을, 투영 광학계 (16) 측에 형성하는 경우, 투영 광학계 (16) 를 지지하는 장치 본체 (18) (프레임 부재) 의 일부에 한정하지 않고, 투영 광학계 (16) 의 경통 부분에 형성해도 된다.
또, 상기 제 1 ∼ 제 4 실시 형태에서는, 주사 노광 시의 마스크 (M) 및 기판 (P) 의 이동 방향 (주사 방향) 이 X 축 방향인 경우에 대해 설명했지만, 주사 방향을 Y 축 방향으로 해도 된다. 이 경우, 마스크 스테이지의 장스트로크 방향을 Z 축 둘레로 90 도 회전시킨 방향으로 설정함과 함께, 투영 광학계 (16) 의 방향도 Z 축 둘레로 90 도 회전시키거나 할 필요가 있다.
또한, 상기 제 1 ∼ 제 4 실시 형태에 있어서, 기판 홀더 (34) 상에 있어서, X 축 방향으로 복수의 스케일이, 소정 간격의 간극을 개재시키면서 이어서 배치된 스케일군 (스케일열) 을, 복수 열, 서로 Y 축 방향으로 떨어진 상이한 위치 (예를 들어 투영 광학계 (16) 에 대해 일방의 측 (＋Y 측) 의 위치와, 타방 (-Y 측) 의 위치) 에 배치하는 경우에, 이 복수의 스케일군 (복수의 스케일열) 을, 기판 상에 있어서의 쇼트의 배치 (쇼트 맵) 에 기초하여 구분하여 사용할 수 있도록 구성해도 된다. 예를 들어, 복수의 스케일열의 전체로서의 길이를, 스케일열간에서 서로 다르게 해 두면, 상이한 쇼트 맵에 대응할 수 있고, 4 모따기의 경우와 6 모따기의 경우 등, 기판 상에 형성하는 쇼트 영역의 수의 변화에도 대응할 수 있다. 또 이와 같이 배치함과 함께, 각 스케일열의 간극의 위치를 X 축 방향에 있어서 서로 상이한 위치로 하면, 복수의 스케일열에 각각 대응하는 헤드가 동시에 계측 범위 외가 되는 경우가 없기 때문에, 연결 처리에 있어서 부정치가 되는 센서의 수를 줄일 수 있고, 연결 처리를 고정밀도로 실시할 수 있다.
또, 기판 홀더 (34) 상에서, X 축 방향으로 복수의 스케일이, 소정 간격의 간극을 개재시키면서 이어서 배치된 스케일군 (스케일열) 에 있어서, 1 개의 스케일 (X 축 계측용의 패턴) 의 X 축 방향의 길이를, 1 쇼트 영역의 길이 (기판 홀더 상의 기판을 X 축 방향으로 이동시키면서 스캔 노광을 실시할 때에, 디바이스 패턴이 조사되어 기판 상에 형성되는 길이) 분만큼 연속해서 측정할 수 있는 길이로 해도 된다. 이와 같이 하면, 1 쇼트 영역의 스캔 노광 중에, 복수 스케일에 대한 헤드의 승계 제어를 실시하지 않아도 되기 때문에, 스캔 노광 중의 기판 (P) (기판 홀더) 의 위치 계측 (위치 제어) 을 용이하게 할 수 있다.
또, 상기 제 1 ∼ 제 4 실시 형태에 있어서, 기판 인코더 시스템은, 기판 스테이지 장치 (20) 가 기판 로더와의 기판 교환 위치까지 이동하는 동안의 위치 정보를 취득하기 위해서, 기판 스테이지 장치 (20) 또는 다른 스테이지 장치에 기판 교환용의 스케일을 형성하고, 하방향의 헤드 (X 헤드 (66x) 등) 를 사용하여 기판 스테이지 장치 (20) 의 위치 정보를 취득해도 된다. 혹은, 기판 스테이지 장치 (20) 또는 다른 스테이지 장치에 기판 교환용의 헤드를 형성하고, 스케일 (56) 이나 기판 교환용의 스케일을 계측함으로써 기판 스테이지 장치 (20) 의 위치 정보를 취득해도 된다.
또, 각 실시 형태에 관련된 마스크 인코더 시스템은, 마스크 스테이지 장치 (14) 가 마스크 로더와의 마스크 교환 위치까지 이동하는 동안의 위치 정보를 취득하기 위해서, 마스크 스테이지 장치 (14) 또는 다른 스테이지 장치에 마스크 교환용의 스케일을 형성하고, 헤드 유닛 (44) 을 사용하여 마스크 스테이지 장치 (14) 의 위치 정보를 취득해도 된다.
또 인코더 시스템과는 다른 위치 계측계 (예를 들어 스테이지 상의 마크와 그것을 관찰하는 관찰계) 를 형성하여 스테이지의 교환 위치 제어 (관리) 를 실시해도 된다.
또, 상기 각 실시 형태에서는, 기판 홀더 (34) 상에 스케일을 형성하도록 구성하고 있지만, 스케일을 노광 처리에서 기판 (P) 에 직접 형성하도록 해도 된다. 예를 들어 쇼트 영역간의 스크라이브 라인 상에 형성하도록 해도 된다. 이와 같이 하면, 기판 상에 형성된 스케일을 계측하고, 그 위치 계측 결과에 기초하여, 기판 상의 각 쇼트 영역마다의 비선형 성분 오차를 구할 수 있고, 또 그 오차에 기초하여 노광 시의 겹침 정밀도를 향상시킬 수도 있다.
또한, 기판 스테이지 장치 (20) 는, 적어도 기판 (P) 을 수평면을 따라 장스트로크로 구동할 수 있으면 되고, 경우에 따라서는 6 자유도 방향의 미소 위치 결정을 할 수 없어도 된다. 이와 같은 2 차원 스테이지 장치에 대해서도 상기 제 1 ∼ 제 4 실시 형태에 관련된 기판 인코더 시스템을 바람직하게 적용할 수 있다.
또, 조명광은, ArF 엑시머 레이저광 (파장 193 nm), KrF 엑시머 레이저광 (파장 248 nm) 등의 자외광이나, F2 레이저광 (파장 157 nm) 등의 진공 자외광이어도 된다. 또, 조명광으로서는, 예를 들어 DFB 반도체 레이저 또는 파이버 레이저로부터 발진되는 적외역, 또는 가시역의 단일 파장 레이저광을, 예를 들어 에르븀 (또는 에르븀과 이테르븀의 양방) 이 도프된 파이버 앰프로 증폭하고, 비선형 광학 결정을 사용하여 자외광으로 파장 변환된 고조파를 사용해도 된다. 또, 고체 레이저 (파장 ： 355 nm, 266 nm) 등을 사용해도 된다.
또, 투영 광학계 (16) 가 복수개의 광학계를 구비한 멀티 렌즈 방식의 투영 광학계인 경우에 대해 설명했지만, 투영 광학계의 갯수는 이것에 한정되지 않고, 1 개 이상 있으면 된다. 또, 멀티 렌즈 방식의 투영 광학계에 한정하지 않고, 오프너형의 대형 미러를 사용한 투영 광학계 등이어도 된다. 또, 투영 광학계 (16) 로서는, 확대계, 또는 축소계여도 된다.
또, 노광 장치의 용도로서는 각형의 유리 플레이트에 액정 표시 소자 패턴을 전사하는 액정용의 노광 장치로 한정되는 일 없이, 예를 들어 유기 EL (Electro-Luminescence) 패널 제조용의 노광 장치, 반도체 제조용의 노광 장치, 박막 자기 헤드, 마이크로 머신 및 DNA 칩 등을 제조하기 위한 노광 장치에도 널리 적용할 수 있다. 또, 반도체 소자 등의 마이크로 디바이스 뿐만이 아니고, 광 노광 장치, EUV 노광 장치, X 선 노광 장치, 및 전자선 노광 장치 등에서 사용되는 마스크 또는 레티클을 제조하기 위해서, 유리 기판 또는 실리콘 웨이퍼 등에 회로 패턴을 전사하는 노광 장치에도 적용할 수 있다.
또, 노광 대상이 되는 물체는 유리 플레이트에 한정되지 않고, 예를 들어 웨이퍼, 세라믹 기판, 필름 부재, 혹은 마스크 블랭크스 등, 다른 물체여도 된다. 또, 노광 대상물이 플랫 패널 디스플레이용의 기판인 경우, 그 기판의 두께는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 필름상 (가요성을 갖는 시트상의 부재) 의 것도 포함된다. 또한, 본 실시 형태의 노광 장치는, 한 변의 길이, 또는 대각 길이가 500 mm 이상의 기판이 노광 대상물인 경우에 특히 유효하다.
액정 표시 소자 (혹은 반도체 소자) 등의 전자 디바이스는, 디바이스의 기능·성능 설계를 실시하는 스텝, 이 설계 스텝에 기초한 마스크 (혹은 레티클) 를 제작하는 스텝, 유리 기판 (혹은 웨이퍼) 을 제작하는 스텝, 상기 서술한 각 실시 형태의 노광 장치, 및 그 노광 방법에 의해 마스크 (레티클) 의 패턴을 유리 기판에 전사하는 리소그래피 스텝, 노광된 유리 기판을 현상하는 현상 스텝, 레지스트가 잔존하고 있는 부분 이외의 부분의 노출 부재를 에칭에 의해 제거하는 에칭 스텝, 에칭이 완료되어 불필요해진 레지스트를 제거하는 레지스트 제거 스텝, 디바이스 조립 스텝, 검사 스텝 등을 거쳐 제조된다. 이 경우, 리소그래피 스텝에서, 상기 실시 형태의 노광 장치를 사용하여 전술한 노광 방법이 실행되고, 유리 기판 위에 디바이스 패턴이 형성되므로, 고집적도의 디바이스를 생산성 좋게 제조할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서 인용한 노광 장치 등에 관한 미국 특허출원 공개 명세서 및 미국 특허 명세서의 개시를 원용하여 본 명세서의 기재의 일부로 한다.
산업상 이용가능성
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 노광 장치 및 노광 방법은, 리소그래피 공정에 있어서 물체에 조명광을 조사하여 노광하는데 적합하다. 또, 본 발명의 플랫 패널 디스플레이 제조 방법은, 플랫 패널 디스플레이의 생산에 적합하다.
10 : 액정 노광 장치
14 : 마스크 스테이지 장치
20 : 기판 스테이지 장치
34 : 기판 홀더
40 : 마스크 홀더
44 : 헤드 유닛
46 : 스케일
48 : 마스크 인코더 시스템
50 : 기판 인코더 시스템
52 : 스케일
56 : 스케일
60 : 헤드 유닛
90 : 주제어 장치
M : 마스크
P : 기판.

Claims (79)

  1. 광학계를 통하여 물체에 조명광을 조사하는 노광 장치로서,
    상기 광학계의 하방에 배치되어, 상기 물체를 유지하는 이동체와,
    상기 광학계의 광축과 직교하는 소정 평면 내에서 서로 직교하는 제 1, 제 2 방향에 관해서 상기 이동체를 이동 가능한 구동계와,
    상기 제 1 방향에 관해서 복수의 격자 영역이 서로 떨어져 배치되는 격자 부재와, 상기 격자 부재에 대해 각각 계측 빔을 조사하고 또한 상기 제 2 방향에 관해서 이동 가능한 복수의 헤드의 일방이 상기 이동체에 형성됨과 함께, 상기 격자 부재와 상기 복수의 헤드의 타방이 상기 이동체와 대향하도록 형성되고, 상기 제 2 방향에 관한 상기 복수의 헤드의 위치 정보를 계측하는 계측 장치를 가지며, 상기 복수의 헤드 중, 상기 계측 빔이 상기 복수의 격자 영역 중 적어도 1 개에 조사되는 적어도 3 개의 헤드의 계측 정보와, 상기 계측 장치의 계측 정보에 기초하여, 적어도 상기 소정 평면 내의 3 자유도 방향에 관한 상기 이동체의 위치 정보를 계측하는 계측계와,
    상기 계측계로 계측되는 위치 정보에 기초하여 상기 구동계를 제어하는 제어계를 구비하고,
    상기 복수의 헤드는 각각, 상기 제 1 방향으로의 상기 이동체의 이동 중, 상기 계측 빔이 상기 복수의 격자 영역의 1 개로부터 벗어남과 함께, 상기 1 개의 격자 영역에 인접하는 다른 격자 영역으로 갈아타는, 노광 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 헤드는 각각, 상기 소정 평면 내에서 서로 교차하는 2 방향의 일방을 계측 방향으로 하고,
    상기 계측계에서 계측에 사용되는 상기 적어도 3 개의 헤드는, 상기 2 방향의 일방을 계측 방향으로 하는 적어도 1 개의 헤드와, 상기 2 방향의 타방을 계측 방향으로 하는 적어도 2 개의 헤드를 포함하는, 노광 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 헤드는, 상기 소정 평면 내에서 상기 제 1 방향과 상이한 방향을 계측 방향으로 하는 헤드를 포함하고,
    상기 계측계는, 상기 계측 방향이 상기 제 1 방향과 상이한 헤드를 사용하여 상기 이동체의 위치 정보를 계측하기 위해서 상기 계측 장치의 계측 정보를 사용하는, 노광 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 헤드는, 상기 제 2 방향에 관해서 상기 이동체와 상대 이동 가능한, 노광 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 헤드는, 상기 제 1 방향에 관해서, 상기 복수의 격자 영역 중 인접하는 1 쌍의 격자 영역의 간격보다 넓은 간격으로 상기 계측 빔을 조사하는 2 개의 헤드와, 상기 제 2 방향에 관해서 상기 2 개의 헤드 중 적어도 일방과 상기 계측 빔의 위치가 상이한 적어도 1 개의 헤드를 포함하는, 노광 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 격자 부재는, 상기 복수의 격자 영역이 각각 형성되는 복수의 스케일을 갖는, 노광 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 계측계는, 상기 복수의 헤드를 상기 제 2 방향으로 이동 가능한 구동부를 가지며,
    상기 제어계는, 상기 이동체의 이동 중, 상기 계측계에서 계측에 사용되는 상기 적어도 3 개의 헤드에서 각각, 상기 제 2 방향에 관해서 상기 계측 빔이 상기 복수의 격자 영역으로부터 벗어나지 않도록 상기 구동부를 제어하는, 노광 장치.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 계측계는, 상기 복수의 헤드 중 1 개 또는 복수의 헤드를 각각 유지하여 이동 가능한 복수의 가동부를 가지며, 상기 계측 장치에 의해 상기 복수의 가동부로 각각 상기 헤드의 위치 정보를 계측하는, 노광 장치.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 헤드는 적어도 4 개의 헤드를 가지며,
    상기 적어도 4 개의 헤드 중 1 개의 헤드에서 상기 계측 빔이 상기 복수의 격자 영역으로부터 벗어나 있는 동안, 나머지 적어도 3 개의 헤드는 상기 계측 빔이 상기 복수의 격자 영역 중 적어도 1 개에 조사됨과 함께, 상기 제 1 방향으로의 상기 이동체의 이동에 의해, 상기 적어도 4 개의 헤드 중에서 상기 계측 빔이 상기 복수의 격자 영역으로부터 벗어나는 상기 1 개의 헤드가 전환되는, 노광 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 방향으로의 상기 이동체의 이동에 있어서, 상기 적어도 4 개의 헤드에서 상기 계측 빔이 상기 복수의 격자 영역으로부터 벗어나는 비계측 구간이 겹치지 않는, 노광 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 복수의 헤드는, 상기 적어도 4 개의 헤드 중 적어도 1 개와 상기 비계측 구간이 적어도 일부 겹치는 적어도 1 개의 헤드를 포함하고,
    상기 이동체의 위치 정보의 계측에 있어서, 상기 적어도 4 개의 헤드와, 상기 적어도 1 개의 헤드를 포함하는 적어도 5 개의 헤드 중, 상기 계측 빔이 상기 복수의 격자 영역 중 적어도 1 개에 조사되는 적어도 3 개의 헤드의 계측 정보가 사용되는, 노광 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어계는, 상기 적어도 4 개의 헤드 중, 상기 계측 빔이 상기 1 개의 격자 영역으로부터 벗어나 상기 다른 격자 영역으로 갈아타는 1 개의 헤드를 사용하여 상기 이동체의 이동을 제어하기 위한 보정 정보를, 나머지 적어도 3 개의 헤드의 계측 정보, 혹은 상기 나머지 적어도 3 개의 헤드를 사용하여 계측되는 상기 이동체의 위치 정보에 기초하여 취득하는, 노광 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 보정 정보는, 상기 적어도 4 개의 헤드에서 각각 상기 계측 빔이 상기 복수의 격자 영역 중 적어도 1 개에 조사되고 있는 동안에 취득되는, 노광 장치.
  14. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 계측 장치는, 상기 복수의 헤드에 스케일 부재와 제 2 헤드의 일방이 형성됨과 함께, 상기 스케일 부재와 상기 제 2 헤드의 타방이 상기 복수의 헤드에 대향하도록 형성되고, 상기 제 2 헤드를 통하여 상기 스케일 부재에 계측 빔을 조사하고, 상기 제 2 방향에 관한 상기 복수의 헤드의 위치 정보를 계측하는, 노광 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 광학계를 지지하는 프레임 부재를, 추가로 구비하고,
    상기 계측계는, 상기 격자 부재가 상기 이동체에 형성됨과 함께, 상기 복수의 헤드가 상기 프레임 부재에 형성되고,
    상기 계측 장치는, 상기 제 2 헤드가 상기 복수의 헤드에 형성됨과 함께, 상기 스케일 부재가 상기 프레임 부재에 형성되는, 노광 장치.
  16. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 물체는 마스크이며,
    상기 광학계는, 상기 조명광으로 상기 마스크를 조명하는 조명 광학계인, 노광 장치.
  17. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 물체는, 상기 조명광으로 노광되는 기판이며,
    상기 광학계는, 상기 조명광으로 조명되는 패턴의 이미지를 상기 기판 상에 투영하는 투영계인, 노광 장치.
  18. 플랫 패널 디스플레이 제조 방법으로서,
    제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 노광 장치를 사용하여 기판을 노광하는 것과,
    상기 노광된 기판을 현상하는 것을 포함하는, 플랫 패널 디스플레이 제조 방법.
  19. 광학계를 통하여 물체에 조명광을 조사하는 노광 방법으로서,
    상기 광학계의 광축과 직교하는 소정 평면 내의 제 1 방향에 관해서 복수의 격자 영역이 서로 떨어져 배치되는 격자 부재와, 상기 격자 부재에 대해 각각 계측 빔을 조사하고 또한 상기 소정 평면 내에서 상기 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향에 관해서 이동 가능한 복수의 헤드의 일방이 상기 물체를 유지하는 이동체에 형성됨과 함께, 상기 격자 부재와 상기 복수의 헤드의 타방이 상기 이동체와 대향하도록 형성되고, 상기 제 2 방향에 관한 상기 복수의 헤드의 위치 정보를 계측하는 계측 장치를 갖는 계측계에 의해, 상기 복수의 헤드 중, 상기 계측 빔이 상기 복수의 격자 영역 중 적어도 1 개에 조사되는 적어도 3 개의 헤드의 계측 정보와, 상기 계측 장치의 계측 정보에 기초하여, 적어도 상기 소정 평면 내의 3 자유도 방향에 관한 상기 이동체의 위치 정보를 계측하는 것과,
    상기 계측계로 계측되는 위치 정보에 기초하여 상기 이동체를 이동하는 것을 포함하고,
    상기 복수의 헤드는 각각, 상기 제 1 방향으로의 상기 이동체의 이동 중, 상기 계측 빔이 상기 복수의 격자 영역의 1 개로부터 벗어남과 함께, 상기 1 개의 격자 영역에 인접하는 다른 격자 영역으로 갈아타는, 노광 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 복수의 헤드는, 상기 제 1 방향에 관해서, 상기 복수의 격자 영역 중 인접하는 1 쌍의 격자 영역의 간격보다 넓은 간격으로 상기 계측 빔을 조사하는 2 개의 헤드와, 상기 제 2 방향에 관해서 상기 2 개의 헤드 중 적어도 일방과 상기 계측 빔의 위치가 상이한 적어도 1 개의 헤드를 포함하는, 노광 방법.
  21. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
    상기 복수의 헤드 중 1 개 또는 복수의 헤드가 각각 복수의 가동부에 유지 되고, 상기 계측 장치에 의해 상기 복수의 가동부에서 각각 상기 헤드의 위치 정보가 계측되는, 노광 방법.
  22. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
    상기 복수의 헤드는 적어도 4 개의 헤드를 가지며,
    상기 적어도 4 개의 헤드 중 1 개의 헤드에서 상기 계측 빔이 상기 복수의 격자 영역으로부터 벗어나 있는 동안, 나머지 적어도 3 개의 헤드는 상기 계측 빔이 상기 복수의 격자 영역 중 적어도 1 개에 조사됨과 함께, 상기 제 1 방향으로의 상기 이동체의 이동에 의해, 상기 적어도 4 개의 헤드 중에서 상기 계측 빔이 상기 복수의 격자 영역으로부터 벗어나는 상기 1 개의 헤드가 전환되는, 노광 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 제 1 방향으로의 상기 이동체의 이동에 있어서, 상기 적어도 4 개의 헤드에서 상기 계측 빔이 상기 복수의 격자 영역으로부터 벗어나는 비계측 구간이 겹치지 않는, 노광 방법.
  24. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
    상기 복수의 헤드에 스케일 부재와 제 2 헤드의 일방이 형성됨과 함께, 상기 스케일 부재와 상기 제 2 헤드의 타방이 상기 복수의 헤드에 대향하도록 형성되고, 상기 제 2 헤드를 통하여 상기 스케일 부재에 계측 빔을 조사하는 상기 계측 장치에 의해, 상기 복수의 헤드의 위치 정보가 계측되는, 노광 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 격자 부재는 상기 이동체에 형성되고, 상기 복수의 헤드는 상기 광학계를 지지하는 프레임 부재에 형성되고,
    상기 제 2 헤드는 상기 복수의 헤드에 형성되고, 상기 스케일 부재가 상기 프레임 부재에 형성되는, 노광 방법.
  26. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
    상기 물체는, 상기 광학계를 통하여 상기 조명광으로 조명되는 마스크인, 노광 방법.
  27. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
    상기 물체는, 상기 광학계를 통하여 상기 조명광으로 노광되는 기판인, 노광 방법.
  28. 플랫 패널 디스플레이 제조 방법으로서,
    제 19 항 또는 제 20 항에 기재된 노광 방법을 사용하여 기판을 노광하는 것과,
    상기 노광된 기판을 현상하는 것을 포함하는, 플랫 패널 디스플레이 제조 방법.
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