(57)【要約】  位置計測系の計測結果に基づいてウエハステージを駆動しつつ、アライメント系を用いてウエハ（Ｗ）上に設けられたアライメントマーク（ＡＭ）を撮像し、この撮像結果から求められるアライメントマーク（ＡＭ）の撮像位置（ｄｘ、ｄｙ）と、位置計測系の計測結果から求められる撮像時におけるウエハステージの位置と、からアライメントマーク（ＡＭ）の位置が求められる。アライメントマークの撮像中、ウエハステージを位置計測系の計測周期の整数倍の移動距離、等速駆動するとともに、位置計測系の計測結果の平均から撮像時におけるウエハステージの位置を求める。これにより、位置計測系の周期誤差の影響を受けることなく、精度良くアライメント計測を行うことが可能となる。
2012073483.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体上に存在するマークを検出するマーク検出方法であって、
前記移動体の位置情報を原理上計測周期を有する位置計測系により計測しながら前記移動体を所定方向に駆動し、前記移動体の駆動中に前記マークを、前記移動体の外部に設けられたマーク検出系により撮像することと；
前記マークの撮像結果から求められる前記マークの撮像位置と、前記位置計測系の計測結果から求められる前記マークの撮像時における前記移動体の位置と、を用いて、前記マークの位置を求めることと；
を含むマーク検出方法。
【請求項２】
前記撮像することでは、前記マークの撮像中に、前記移動体を前記位置計測系の計測方向に関して前記計測周期の整数倍の移動距離駆動する請求項１に記載のマーク検出方法。
【請求項３】
前記移動距離は、前記マーク検出系の分解能と同程度以下である請求項２に記載のマーク検出方法。
【請求項４】
前記撮像することでは、前記移動体を前記計測方向に前記移動距離駆動する請求項２又は３に記載のマーク検出方法。
【請求項５】
前記撮像することでは、前記移動体を前記位置計測系の複数の計測方向のそれぞれについて前記移動距離駆動する請求項２又は３に記載のマーク検出方法。
【請求項６】
前記撮像することでは、前記マークの撮像中に、前記移動体を等速度で駆動する請求項２〜５のいずれか一項に記載のマーク検出方法。
【請求項７】
前記移動体の速度は、前記マークの撮像時間と前記移動距離とから定められる請求項６に記載のマーク検出方法。
【請求項８】
前記撮像することでは、前記マークの撮像中に前記移動体の速度を計測し、前記移動体の等速駆動が乱れた場合には前記撮像することを再度実行する請求項６又は７に記載のマーク検出方法。
【請求項９】
前記撮像することでは、前記マークの撮像中に前記位置計測系の計測結果を複数収集し、
前記マークの位置を求めることでは、前記複数の計測結果の平均を前記マークの撮像時における前記移動体の位置とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のマーク検出方法。
【請求項１０】
前記撮像することでは、前記マークの撮像のタイミングと前記位置計測系の計測結果の収集のタイミングとを同期させる請求項９に記載のマーク検出方法。
【請求項１１】
前記撮像することでは、前記移動体上に存在する複数のマークを撮像する度に駆動方向を変える請求項１〜１０のいずれか一項に記載のマーク検出方法。
【請求項１２】
前記位置計測系は、前記物体を保持して移動する移動体及び該移動体の外部の一方に設けられた計測面に光ビームを照射し、前記計測面からの戻りビームを受光する少なくとも一部が前記移動体及び該移動体の外部の他方に配置された計測系である請求項１〜１１のいずれか一項に記載のマーク検出方法。
【請求項１３】
エネルギビームを照射して物体上にパターンを形成する露光方法であって、
請求項１〜１２のいずれか一項に記載のマーク検出方法により前記物体を保持する前記移動体上のマーク及び前記物体上のマークの少なくとも一方を検出することと；
前記マークの検出結果に基づいて前記物体を保持する移動体を駆動して前記物体を位置合わせし、該物体に前記エネルギビームを照射して前記物体上に前記パターンを形成することと；
を含む露光方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の露光方法により物体を露光することと；
露光された前記物体を現像することと；
を含むデバイス製造方法。
【請求項１５】
エネルギビームを照射して物体上にパターンを形成する露光装置であって、
前記物体を保持して移動する移動体と；
原理上計測周期を有し、前記移動体の位置情報を計測する位置計測系と；
前記移動体の外部に設けられ、前記物体上のマークを撮像するマーク検出系と；
前記移動体の位置情報を前記位置計測系により計測しながら前記移動体を所定方向に駆動し、前記移動体の駆動中に前記マーク検出系を用いて前記移動体上に保持された前記物体上のマークを撮像し、前記マークの撮像結果から求められる前記マークの撮像位置と、前記位置計測系の計測結果から求められる前記マークの撮像時における前記移動体の位置と、を用いて前記マークの位置を求める制御装置と；を備える露光装置。
【請求項１６】
前記制御装置は、前記マークの撮像中に、前記移動体を前記位置計測系の計測方向に関して前記計測周期の整数倍の移動距離駆動する請求項１５に記載の露光装置。
【請求項１７】
前記移動距離は、前記マーク検出系の分解能と同程度以下である請求項１６に記載の露光装置。
【請求項１８】
前記制御装置は、前記撮像に際し、前記移動体を前記位置計測系の計測方向に前記移動距離駆動する請求項１６又は１７に記載の露光装置。
【請求項１９】
前記制御装置は、前記撮像に際し、前記移動体を前記位置計測系の複数の計測方向のそれぞれについて前記移動距離駆動する請求項１６又は１７に記載の露光装置。
【請求項２０】
前記制御装置は、前記撮像に際し、前記マークの撮像中に、前記移動体を等速度で駆動する請求項１６〜１９のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項２１】
前記移動体の速度は、前記マークの撮像時間と前記移動距離とから定められる請求項２０に記載の露光装置。
【請求項２２】
前記制御装置は、前記マークの撮像中に前記移動体の速度を計測し、前記移動体の等速駆動が乱れた場合には前記撮像を再度実行する請求項２０又は２１に記載の露光装置。
【請求項２３】
前記制御装置は、前記マークの撮像中に前記位置計測系の計測結果を複数収集し、前記複数の計測結果の平均を前記マークの撮像時における前記移動体の位置とする請求項１５〜２２のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項２４】
前記制御装置は、前記撮像に際し、前記マークの撮像のタイミングと前記位置計測系の計測結果の収集のタイミングとを同期させる請求項２３に記載の露光装置。
【請求項２５】
前記制御装置は、前記移動体上に存在する複数のマークを撮像する度に駆動方向を変える請求項１５〜２４のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項２６】
前記位置計測系は、前記移動体及び該移動体の外部の一方に設けられた計測面に光ビームを照射し、前記計測面からの戻りビームを受光して前記移動体の位置情報を計測する、少なくとも一部が前記移動体及び該移動体の外部の他方に配置された計測系である請求項１５〜２５のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項２７】
前記計測面上には回折格子が形成され、
前記位置計測系は、前記回折格子の周期方向についての前記移動体の位置を計測するエンコーダヘッドから構成されるエンコーダシステムを含む請求項２６に記載の露光装置。
【請求項２８】
前記位置計測系は、前記計測ビームの光路長を計測する干渉計から構成される干渉計システムを含む請求項１５〜２７のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項２９】
前記制御装置は、前記マークの検出結果に基づいて前記物体を保持する移動体を駆動して前記物体を位置合わせし、該物体に前記エネルギビームを照射して前記物体上に前記パターンを形成する請求項１５〜２８のいずれか一項に記載の露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マーク検出方法、露光方法及び露光装置、並びにデバイス製造方法に係り、さらに詳しくは、物体上に形成されたマークを検出するマーク検出方法、該方法を利用する露光方法及び該露光方法を実施する露光装置、並びに前記露光方法を用いるデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子（集積回路等）、液晶表示素子等の電子デバイス（マイクロデバイス）を製造するリソグラフィ工程では、フォトマスク又はレチクル（以下、「レチクル」と総称する）のパターンを、投影光学系を介して、フォトレジスト等の感光剤が塗布されたウエハ、ガラスプレート等の被露光物体（以下、「ウエハ」と総称する）上に転写する、例えば、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（いわゆるステッパ）、あるいはステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置（いわゆるスキャナ）等が、主として用いられている。【０００３】
半導体素子等は、デバイスパターンを十数層以上重ね合わせて形成されるため、投影露光装置では、レチクルに形成されたパターンとウエハ上に既に形成されたパターンとを正確に位置合わせすることが要求される。そこで、近年では、ウエハの位置合わせ（ウエハアライメント）において、複数のショット領域のうちの一部に付設されたアライメントマークを検出し、この検出結果を統計処理することにより、全てのショット領域の配列、さらにショット領域内のパターンの歪み（ショット内誤差）を高精度に求めるエンハンスト・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）方式が、広く採用されている（例えば、特許文献１、特許文献２等参照）。【０００４】
上述のアライメントマークの検出では、ウエハを保持するウエハステージの位置をエンコーダ（あるいは干渉計）等の計測器により計測し、この計測結果に基づいてウエハステージを駆動し、検出対象のアライメントマークをアライメント系の検出視野内に位置させて検出する。ここで、デバイスルールの微細化に伴い、計測器の計測誤差、特に周期的な計測誤差（周期誤差）が、アライメントマークの検出精度、引いてはウエハの位置合わせ精度に対して無視できない程度の誤差要因となることが明らかになった。さらに、アライメントマークは、設計上、どのウエハにおいても同じ位置に形成されるが、ウエハを載置する度にウエハステージ上での載置状態が変わるため、ウエハステージの位置計測座標上でのアライメントマークの位置も検出の度に異なり得る。このため、計測器の周期誤差により、アライメントマークの検出再現性までも悪化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第４，７８０，６１７号明細書
【特許文献２】米国特許第６，８７６，９４６号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、移動体上に存在するマークを検出するマーク検出方法であって、前記移動体の位置情報を原理上計測周期を有する位置計測系により計測しながら前記移動体を所定方向に駆動し、前記移動体の駆動中に前記マークを、前記移動体の外部に設けられたマーク検出系により撮像することと；前記マークの撮像結果から求められる前記マークの撮像位置と、前記位置計測系の計測結果から求められる前記マークの撮像時における前記移動体の位置と、を用いて、前記マークの位置を求めることと；を含むマーク検出方法が、提供される。【０００７】
これによれば、位置計測系の周期的な計測誤差（周期誤差）を低減して、精度良くマーク検出を行うことが可能となる。【０００８】
本発明の第２の態様によれば、エネルギビームを照射して物体上にパターンを形成する露光方法であって、第１の態様のマーク検出方法により前記物体を保持する前記移動体上のマーク及び前記物体上のマークの少なくとも一方を検出することと；前記マークの検出結果に基づいて前記物体を保持する移動体を駆動して前記物体を位置合わせし、該物体に前記エネルギビームを照射して前記物体上に前記パターンを形成することと；を含む露光方法が、提供される。【０００９】
これによれば、上記マーク検出方法により高精度なマーク検出を行うことができるので、このマーク検出の結果に基づいて物体を保持する移動体を駆動して物体を位置合わせすることにより、高精度な露光が可能となる。【００１０】
本発明の第３の態様によれば、第２の態様の露光方法により物体を露光することと；露光された前記物体を現像することと；を含むデバイス製造方法が、提供される。【００１１】
本発明の第４の態様によれば、エネルギビームを照射して物体上にパターンを形成する露光装置であって、前記物体を保持して移動する移動体と；原理上計測周期を有し、前記移動体の位置情報を計測する位置計測系と；前記移動体の外部に設けられ、前記物体上のマークを撮像するマーク検出系と；前記移動体の位置情報を前記位置計測系により計測しながら前記移動体を所定方向に駆動し、前記移動体の駆動中に前記マーク検出系を用いて前記移動体上に保持された前記物体上のマークを撮像し、前記マークの撮像結果から求められる前記マークの撮像位置と、前記位置計測系の計測結果から求められる前記マークの撮像時における前記移動体の位置と、を用いて前記マークの位置を求める制御装置と；を備える露光装置が、提供される。【００１２】
これによれば、位置計測系の周期的な計測誤差（周期誤差）を低減して、精度良くマーク検出を行うことが可能となる。また、このマーク検出の結果に基づいて物体を保持する移動体を駆動して物体を位置合わせすることにより、高精度な露光が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】ウエハステージを示す平面図である。
【図３】図１の露光装置が備えるステージ装置及び干渉計の配置を示す平面図である。
【図４】図１の露光装置が備える干渉計システム以外の計測装置をウエハステージとともに示す平面図である。
【図５】エンコーダヘッド（Ｘヘッド、Ｙヘッド）とアライメント系の配置を示す平面図である。
【図６】一実施形態に係る露光装置の制御系を中心的に構成する主制御装置の入出力関係を示すブロック図である。
【図７】Pri-BCHKの前半の処理が行われている状態を示す図である。
【図８】アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２2，ＡＬ２3を用いて、３つのファーストアライメントショット領域に付設されたアライメントマークを同時検出している状態を示す図である。
【図９】アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4を用いて、５つのセカンドアライメントショット領域に付設されたアライメントマークを同時検出している状態を示す図である。
【図１０】Pri-BCHK後半の処理が行われている状態を示す図である。
【図１１】エンコーダの構成の一例を示す図である。
【図１２】図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）は、エンコーダの計測結果の解析方法を説明するための図である。
【図１３】図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）はアライメント系を用いてアライメントマークを検出するマーク検出方法を説明するための図、図１３（Ｃ）はマーク検出時におけるウエハステージの駆動速度と計測クロックの発生タイミングを示す図である。
【図１４】交互スキャン方式によるアライメントマークの検出方法を説明するための図（その１）である。
【図１５】交互スキャン方式によるアライメントマークの検出方法を説明するための図（その２）である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、一実施形態について、図１〜図１５に基づいて説明する。
【００１５】
図１には、一実施形態の露光装置１００の構成が概略的に示されている。露光装置１００は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置、いわゆるスキャナである。後述するように、本実施形態では投影光学系ＰＬが設けられている。以下においては、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行な方向をＺ軸方向、これに直交する面内でレチクルＲとウエハＷとが相対走査される走査方向をＹ軸方向、Ｚ軸及びＹ軸に直交する方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸回りの回転（傾斜）方向をそれぞれθｘ、θｙ、及びθｚ方向として説明を行う。
【００１６】
露光装置１００は、照明系１０、レチクルステージＲＳＴ、投影ユニットＰＵ、ウエハステージＷＳＴを有するステージ装置５０、及びこれらの制御系等を備えている。図１では、ウエハステージＷＳＴ上にウエハＷが載置されている。
【００１７】
照明系１０は、レチクルブラインド（マスキングシステムとも呼ばれる）で設定（制限）されたレチクルＲ上のスリット状の照明領域ＩＡＲを、照明光（露光光）ＩＬによりほぼ均一な照度で照明する。照明系１０の構成は、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ている。ここで、照明光ＩＬとして、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。
【００１８】
レチクルステージＲＳＴ上には、そのパターン面（図１における下面）に回路パターンなどが形成されたレチクルＲが、例えば真空吸着により固定されている。レチクルステージＲＳＴは、例えばリニアモータ等を含むレチクルステージ駆動系１１（図１では不図示、図６参照）によって、ＸＹ平面内で微小駆動可能であるとともに、走査方向（図１における紙面内左右方向であるＹ軸方向）に所定の走査速度で駆動可能である。
【００１９】
レチクルステージＲＳＴのＸＹ平面内の位置情報（θｚ方向の回転情報を含む）は、レチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）１１６によって、移動鏡１５（又はレチクルステージＲＳＴの端面に形成された反射面）を介して、例えば０．２５ｎｍ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、主制御装置２０（図１では不図示、図６参照）に送られる。
【００２０】
投影ユニットＰＵは、レチクルステージＲＳＴの図１における下方に配置されている。投影ユニットＰＵは、鏡筒４０と、鏡筒４０内に保持された投影光学系ＰＬと、を含む。投影光学系ＰＬとしては、例えば、Ｚ軸方向と平行な光軸ＡＸに沿って配列される複数の光学素子（レンズエレメント）から成る屈折光学系が用いられている。投影光学系ＰＬは、例えば両側テレセントリックで、所定の投影倍率（例えば１／４倍、１／５倍又は１／８倍など）を有する。このため、照明系１０によってレチクルＲ上の照明領域ＩＡＲが照明されると、投影光学系ＰＬの第１面（物体面）とパターン面がほぼ一致して配置されるレチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬ（投影ユニットＰＵ）を介して照明領域ＩＡＲ内のレチクルＲの回路パターンの縮小像（回路パターンの一部の縮小像）が、投影光学系ＰＬの第２面（像面）側に配置される、表面にレジスト（感応剤）が塗布されたウエハＷ上の前記照明領域ＩＡＲに共役な領域（以下、露光領域とも呼ぶ）ＩＡに形成される。そして、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとの同期駆動によって、照明領域ＩＡＲ（照明光ＩＬ）に対してレチクルＲを走査方向（Ｙ軸方向）に相対移動させるとともに、露光領域ＩＡ（照明光ＩＬ）に対してウエハＷを走査方向（Ｙ軸方向）に相対移動させることで、ウエハＷ上の１つのショット領域（区画領域）の走査露光が行われ、そのショット領域にレチクルＲのパターンが転写される。すなわち、本実施形態では照明系１０、及び投影光学系ＰＬによってウエハＷ上にレチクルＲのパターンが生成され、照明光ＩＬによるウエハＷ上の感応層（レジスト層）の露光によってウエハＷ上にそのパターンが形成される。図示していないが、投影ユニットＰＵは、防振機構を介して３本の支柱で支持される鏡筒定盤に搭載されるが、例えば国際公開第２００６／０３８９５２号パンフレットに開示されているように、投影ユニットＰＵの上方に配置される不図示のメインフレーム部材、あるいはレチクルステージＲＳＴが配置されるベース部材などに対して投影ユニットＰＵを吊り下げ支持しても良い。
【００２１】
ステージ装置５０は、図１に示されるように、ベース盤１２上に配置されたウエハステージＷＳＴ、ウエハステージＷＳＴの位置情報を計測する計測システム２００（図６参照）、及びウエハステージＷＳＴを駆動するステージ駆動系１２４（図６参照）等を備えている。計測システム２００は、図６に示されるように、干渉計システム１１８及びエンコーダシステム１５０などを含む。
【００２２】
ウエハステージＷＳＴは、不図示の非接触軸受、例えばエアベアリングなどにより、数μｍ程度の隙間（クリアランス、ギャップ）を介して、ベース盤１２の上方に支持されている。また、ウエハステージＷＳＴは、リニアモータ等を含むステージ駆動系１２４（図６参照）によって、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に所定ストロークで駆動可能である。
【００２３】
ウエハステージＷＳＴは、ステージ本体９１と、該ステージ本体９１上に搭載されたウエハテーブルＷＴＢとを含む。このウエハテーブルＷＴＢ及びステージ本体９１は、リニアモータ及びＺ・レベリング機構（ボイスコイルモータなどを含む）を含む駆動系によって、ベース盤１２に対し、６自由度方向（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θｘ、θｙ、及びθｚの各方向）に駆動可能に構成されている。
【００２４】
ウエハテーブルＷＴＢの上面の中央には、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。図２に示されるように、ウエハテーブルＷＴＢ上面のウエハホルダ（ウエハＷ）の＋Ｙ側には、計測プレート３０が設けられている。この計測プレート３０には、中央に基準マークＦＭが設けられ、基準マークＦＭのＸ軸方向の両側に一対の空間像計測用スリット板ＳＬが、設けられている。各空間像計測用スリット板ＳＬには、不図示ではあるが、Ｙ軸方向を長手方向とする所定幅（例えば、０．２μｍ）のライン状の開口パターン（Ｘスリット）と、Ｘ軸方向を長手方向とする所定幅（例えば、０．２μｍ）のライン状の開口パターン（Ｙスリット）と、が形成されている。
【００２５】
そして、各空間像計測用スリット板ＳＬに対応して、ウエハテーブルＷＴＢの内部には、レンズ等を含む光学系及び光電子増倍管（フォト・マルチプライヤ・チューブ（ＰＭＴ））等の受光素子が配置され、米国特許出願公開第２００２／００４１３７７号明細書などに開示されるものと同様の一対の空間像計測装置４５Ａ，４５Ｂ（図６参照）が設けられている。空間像計測装置４５Ａ，４５Ｂの計測結果（受光素子の出力信号）は、信号処理装置（不図示）により所定の信号処理が施されて、主制御装置２０に送られる（図６参照）。
【００２６】
また、ウエハテーブルＷＴＢ上面には、後述するエンコーダシステム１５０で用いられるスケールが形成されている。詳述すると、ウエハテーブルＷＴＢ上面のＸ軸方向（図２における紙面内左右方向）の一側と他側の領域には、それぞれＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2が形成されている。Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2は、例えば、Ｘ軸方向を長手方向とする格子線３８が所定ピッチでＹ軸方向に配列された、Ｙ軸方向を周期方向とする反射型の格子（例えば回折格子）によって構成されている。
【００２７】
同様に、ウエハテーブルＷＴＢ上面のＹ軸方向（図２における紙面内上下方向）の一側と他側の領域には、Ｙスケール３９Ｙ1及び３９Ｙ2に挟まれた状態で、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2がそれぞれ形成されている。Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2は、例えば、Ｙ軸方向を長手方向とする格子線３７が所定ピッチでＸ軸方向に配列された、Ｘ軸方向を周期方向とする反射型の格子（例えば回折格子）によって構成されている。
【００２８】
なお、格子線３７，３８のピッチは、例えば１μｍに設定されている。図２及びその他の図においては、図示の便宜上から、格子のピッチは実際のピッチよりも大きく図示されている。
【００２９】
また、回折格子を保護するために、低熱膨張率のガラス板でカバーすることも有効である。ここで、ガラス板としては、厚さがウエハと同程度、例えば厚さ１ｍｍのものを用いることができ、そのガラス板の表面がウエハの表面と同じ高さ（同一面）になるよう、ウエハテーブルＷＴＢ上面に設置される。
【００３０】
また、ウエハテーブルＷＴＢの−Ｙ端面，−Ｘ端面には、図２に示されるように、後述する干渉計システムで用いられる反射面１７ａ，反射面１７ｂが設けられている。
【００３１】
また、ウエハテーブルＷＴＢの＋Ｙ側の面には、図２に示されるように、米国特許出願公開第２００８／００８８８４３号明細書に開示されるＣＤバーと同様の、Ｘ軸方向に延びるフィデューシャルバー（以下、ＦＤバーと略述する）４６が取り付けられている。ＦＤバー４６の長手方向の一側と他側の端部近傍には、センターラインＬＬに関して対称な配置で、Ｙ軸方向を周期方向とする基準格子（例えば回折格子）５２がそれぞれ形成されている。また、ＦＤバー４６の上面には、複数の基準マークＭが形成されている。各基準マークＭとしては、後述するアライメント系によって検出可能な寸法の２次元マークが用いられている。
【００３２】
本実施形態の露光装置１００では、図４及び図５に示されるように、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを通るＹ軸に平行な直線（以下、基準軸と呼ぶ）ＬＶ上で、光軸ＡＸから−Ｙ側に所定距離隔てた位置に検出中心が配置されたプライマリアライメント系ＡＬ１が設けられている。プライマリアライメント系ＡＬ１は、投影ユニットＰＵを保持する不図示のメインフレーム（前述の鏡筒定盤を含む）の下面に固定されている。図５に示されるように、プライマリアライメント系ＡＬ１を挟んで、Ｘ軸方向の一側と他側には、基準軸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。セカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4は、可動式の支持部材を介してメインフレーム（不図示）の下面に固定されており、駆動機構６０1〜６０4（図６参照）により、Ｘ軸方向に関してそれぞれの検出領域の位置が調整可能となっている。
【００３３】
本実施形態では、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4のそれぞれとして、例えば画像処理方式のＦＩＡ（Field Image Alignment）系が用いられている。アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4のそれぞれからの撮像信号は、不図示の信号処理系を介して主制御装置２０に供給される。
【００３４】
干渉計システム１１８は、図３に示されるように、反射面１７ａ又は１７ｂにそれぞれ干渉計ビーム（測長ビーム）を照射し、反射面１７ａ又は１７ｂからの反射光を受光して、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置を計測するＹ干渉計１６と、３つのＸ干渉計１２６〜１２８とを備えている。Ｙ干渉計１６は、基準軸ＬＶに関して対称な一対の測長ビームＢ４1，Ｂ４2を含む少なくとも３つのＹ軸に平行な測長ビームを反射面１７ａ、及び後述する移動鏡４１に照射する。また、Ｘ干渉計１２６は、図３に示されるように、光軸ＡＸと基準軸ＬＶとに直交するＸ軸に平行な直線（以下、基準軸と呼ぶ）ＬＨに関して対称な一対の測長ビームＢ５1，Ｂ５2を含む少なくとも３つのＸ軸に平行な測長ビームを反射面１７ｂに照射する。また、Ｘ干渉計１２７は、プライマリアライメント系ＡＬ１の検出中心にて基準軸ＬＶと直交するＸ軸に平行な直線（以下、基準軸と呼ぶ）ＬＡを測長軸とする測長ビームＢ６を含む少なくとも２つのＸ軸に平行な測長ビームを反射面１７ｂに照射する。また、Ｘ干渉計１２８は、Ｘ軸に平行な測長ビームＢ７を反射面１７ｂに照射する。
【００３５】
干渉計システム１１８の上記各干渉計からの位置情報は、主制御装置２０に供給される。主制御装置２０は、Ｙ干渉計１６及びＸ干渉計１２６又は１２７の計測結果に基づいて、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）のＸ，Ｙ位置に加え、θｘ方向の回転（すなわちピッチング）、θｙ方向の回転（すなわちローリング）、及びθｚ方向の回転（すなわちヨーイング）も算出することができる。
【００３６】
また、図１に示されるように、ステージ本体９１の−Ｙ側の側面に、凹形状の反射面を有する移動鏡４１が取り付けられている。移動鏡４１は、図２からわかるように、Ｘ軸方向の長さがウエハテーブルＷＴＢの反射面１７ａよりも長い。
【００３７】
干渉計システム１１８（図６参照）は、移動鏡４１に対向して配置された一対のＺ干渉計４３Ａ，４３Ｂをさらに備えている（図１及び図３参照）。Ｚ干渉計４３Ａ，４３Ｂは、それぞれ２つのＹ軸に平行な測長ビームＢ１，Ｂ２を移動鏡４１に照射し、該移動鏡４１を介して測長ビームＢ１，Ｂ２のそれぞれを、例えば投影ユニットＰＵを保持するメインフレーム（不図示）に固定された固定鏡４７Ａ，４７Ｂに照射する。そして、それぞれの反射光を受光して、測長ビームＢ１，Ｂ２の光路長を計測する。この計測結果より、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴの４自由度（Ｙ，Ｚ，θｙ，θｚ）方向の位置を算出する。
【００３８】
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、主制御装置２０により、主として、後述するエンコーダシステム１５０を用いて計測される。干渉計システム１１８は、ウエハステージＷＳＴがエンコーダシステム１５０の計測領域外（例えば、アンローディングポジションとローディングポジション付近）に位置する際に、使用される。また、エンコーダシステム１５０の計測結果の長期的変動（例えばスケールの経時的な変形などによる）を補正（較正）する場合などに補助的に使用される。勿論、干渉計システム１１８とエンコーダシステム１５０とを併用して、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）の全位置情報を計測することとしても良い。
【００３９】
本実施形態の露光装置１００には、干渉計システム１１８とは独立に、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内での３自由度方向（Ｘ軸、Ｙ軸、及びθｚの各方向）の位置（以下、ＸＹ平面内の位置（Ｘ，Ｙ，θｚ）と略述する）を計測するために、エンコーダシステム１５０を構成する複数のヘッドユニットが設けられている。
【００４０】
図４及び図５に示されるように、投影ユニットＰＵの＋Ｘ側、＋Ｙ側、−Ｘ側、及びプライマリアライメント系ＡＬ１の−Ｙ側に、４つのヘッドユニット６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、及び６２Ｄが、それぞれ配置されている。また、アライメント系ＡＬ１、ＡＬ２1〜ＡＬ２4のＸ軸方向の両外側にヘッドユニット６２Ｅ、６２Ｆが、それぞれ設けられている。ヘッドユニット６２Ａ〜６２Ｆは、支持部材を介して、投影ユニットＰＵを保持するメインフレーム（不図示）に吊り下げ状態で固定されている。なお、図４において、符号ＵＰは、ウエハステージＷＳＴ上にあるウエハのアンロードが行われるアンローディングポジションを示し、符号ＬＰは、ウエハステージＷＳＴ上への新たな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。
【００４１】
ヘッドユニット６２Ａ及び６２Ｃは、図５に示されるように、前述の基準軸ＬＨ上に間隔ＷＤで配置された複数（ここでは５個）のＹヘッド６５1〜６５5、Ｙヘッド６４1〜６４5を、それぞれ備えている。以下では、必要に応じて、Ｙヘッド６５1〜６５5及びＹヘッド６４1〜６４5を、それぞれ、Ｙヘッド６５及びＹヘッド６４とも表記する。
【００４２】
ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃは、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2を用いて、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＹ軸方向の位置（Ｙ位置）を計測する多眼のＹリニアエンコーダ７０Ａ，７０Ｃ（図６参照）を構成する。なお、以下では、Ｙリニアエンコーダを、適宜、「Ｙエンコーダ」又は「エンコーダ」と略記する。
【００４３】
ヘッドユニット６２Ｂは、図５に示されるように、投影ユニットＰＵの＋Ｙ側に配置され、基準軸ＬＶ上に間隔ＷＤで配置された複数（ここでは４個）のＸヘッド６６5〜６６8を備えている。また、ヘッドユニット６２Ｄは、プライマリアライメント系ＡＬ１の−Ｙ側に配置され、基準軸ＬＶ上に間隔ＷＤで配置された複数（ここでは４個）のＸヘッド６６1〜６６4を備えている。以下では、必要に応じて、Ｘヘッド６６5〜６６8及びＸヘッド６６1〜６６4をＸヘッド６６とも表記する。
【００４４】
ヘッドユニット６２Ｂ，６２Ｄは、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2を用いて、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＸ軸方向の位置（Ｘ位置）を計測する多眼のＸリニアエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄ（図６参照）を構成する。なお、以下では、Ｘリニアエンコーダを、適宜、「エンコーダ」と略記する。
【００４５】
ここで、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃがそれぞれ備える５個のＹヘッド６５，６４（より正確には、Ｙヘッド６５，６４が発する計測ビームのスケール上の照射点）のＸ軸方向の間隔ＷＤは、露光の際などに、少なくとも１つのヘッドが、常に、対応するＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2に対向する（計測ビームを照射する）ように定められている。同様に、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（より正確には、Ｘヘッド６６が発する計測ビームのスケール上の照射点）のＹ軸方向の間隔ＷＤは、露光の際などに、少なくとも１つのヘッドが、常に、対応するＸスケール３９Ｘ1又は３９Ｘ2に対向する（計測ビームを照射する）ように定められている。
【００４６】
なお、ヘッドユニット６２Ｂの最も−Ｙ側のＸヘッド６６5とヘッドユニット６２Ｄの最も＋Ｙ側のＸヘッド６６4との間隔は、ウエハステージＷＳＴのＹ軸方向の移動により、この２つのＸヘッド間で切り換え（つなぎ）が可能となるように、ウエハテーブルＷＴＢのＹ軸方向の幅よりも狭く設定されている。
【００４７】
ヘッドユニット６２Ｅは、図５に示されるように、複数（ここでは４個）のＹヘッド６７1〜６７4を備えている。
【００４８】
ヘッドユニット６２Ｆは、複数（ここでは４個）のＹヘッド６８1〜６８4を備えている。Ｙヘッド６８1〜６８4は、基準軸ＬＶに関して、Ｙヘッド６７1〜６７4と対称な位置に配置されている。以下では、必要に応じて、Ｙヘッド６７1〜６７4及びＹヘッド６８1〜６８4を、それぞれＹヘッド６７及びＹヘッド６８とも表記する。
【００４９】
アライメント計測の際には、少なくとも各１つのＹヘッド６７，６８が、それぞれＹスケール３９Ｙ2，３９Ｙ1に対向する。このＹヘッド６７，６８（すなわち、これらＹヘッド６７，６８によって構成されるＹエンコーダ７０Ｅ，７０Ｆ（図６参照））によってウエハステージＷＳＴのＹ位置（及びθｚ回転）が計測される。
【００５０】
また、本実施形態では、セカンダリアライメント系のベースライン計測時などに、セカンダリアライメント系ＡＬ２1，ＡＬ２4にＸ軸方向でそれぞれ隣接するＹヘッド６７3，６８2が、ＦＤバー４６の一対の基準格子５２とそれぞれ対向し、この一対の基準格子５２と対向するＹヘッド６７3，６８2によって、ＦＤバー４６のＹ位置が、それぞれの基準格子５２の位置で計測される。以下では、一対の基準格子５２にそれぞれ対向するＹヘッド６７3，６８2によって構成されるエンコーダをＹリニアエンコーダ７０Ｅ2，７０Ｆ2と呼ぶ。また、識別のため、Ｙスケール３９Ｙ2，３９Ｙ1に対向するＹヘッド６７，６８によって構成されるＹエンコーダを、Ｙエンコーダ７０Ｅ1、７０Ｆ1と呼ぶ。
【００５１】
エンコーダシステム１５０（図６参照）を構成するエンコーダ７０Ａ〜７０Ｆのヘッド（６４1〜６４5，６５1〜６５5，６６1〜６６8，６７1〜６７４，６８1〜６８4）として、例えば、米国特許第７，２３８，９３１号明細書、米国特許出願公開第２００８／００８８８４３号明細書などに開示されている回折干渉型のエンコーダヘッドが用いられている。回折干渉型のエンコーダヘッドについては、後に詳述する。
【００５２】
上述したエンコーダ７０Ａ〜７０Ｆの計測値（位置情報）は、主制御装置２０に供給される。主制御装置２０は、エンコーダ７０Ａ〜７０Ｄのうちの３つ、又はエンコーダ７０Ｅ1，７０Ｆ1，７０Ｂ及び７０Ｄのうちの３つの計測値に基づいて、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内での位置（Ｘ，Ｙ，θｚ）を算出する。
【００５３】
また、主制御装置２０は、リニアエンコーダ７０Ｅ2，７０Ｆ2の計測値に基づいて、ＦＤバー４６（ウエハステージＷＳＴ）のθｚ方向の回転を制御する。
【００５４】
この他、本実施形態の露光装置１００では、図１では図示が省略されているが、投影ユニットＰＵの近傍に、ウエハＷ表面のＺ位置を多数の検出点で検出するための照射系９０ａ及び受光系９０ｂから成る多点焦点位置検出系（以下、「多点ＡＦ系」と略述する）が設けられている。多点ＡＦ系としては、例えば米国特許第５，４４８，３３２号明細書等に開示されるものと同様の構成の斜入射方式の多点ＡＦ系が採用されている。なお、多点ＡＦ系の照射系９０ａ及び受光系９０ｂを、例えば米国特許出願公開第２００８／００８８８４３号明細書などに開示されるように、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｂの近傍に配置し、ウエハアライメント時にウエハＷをＹ軸方向に１回スキャンするだけで、ウエハＷのほぼ全面でＺ軸方向の位置情報（面位置情報）を計測する（フォーカスマッピングを行う）ようにしても良い。この場合、ウエハテーブルＷＴＢのＺ位置を、このフォーカスマッピング中に計測する面位置計測系を設けることが望ましい。
【００５５】
図６には、露光装置１００の制御系を中心的に構成し、構成各部を統括制御する主制御装置２０の入出力関係を示すブロック図が示されている。主制御装置２０は、ワークステーション（又はマイクロコンピュータ）等を含み、露光装置１００の構成各部を統括制御する。
【００５６】
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、例えば米国特許出願公開第２００８／００８８８４３号明細書の実施形態中に開示されている手順と同様の手順に従って、アンローディングポジションＵＰ（図４参照）でのウエハＷのアンロード、ローディングポジションＬＰ（図４参照）での新たなウエハＷのウエハテーブルＷＴＢ上へのロード、計測プレート３０の基準マークＦＭとプライマリアライメント系ＡＬ１とを用いたプライマリアライメント系ＡＬ１のベースラインチェック前半の処理、エンコーダシステム及び干渉計システムの原点の再設定（リセット）、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4を用いたウエハＷのアライメント計測、空間像計測装置４５Ａ，４５Ｂを用いたプライマリアライメント系ＡＬ１のベースラインチェック後半の処理、並びにアライメント計測の結果求められるウエハ上の各ショット領域の位置情報と、最新のアライメント系のベースラインとに基づく、ステップ・アンド・スキャン方式でのウエハＷ上の複数のショット領域の露光などの、ウエハステージＷＳＴを用いた一連の処理が、主制御装置２０によって実行される。
【００５７】
ここで、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4を用いたウエハＷのアライメント計測（及びアライメント系のベースラインチェック）について説明する。ウエハＷのロード後、主制御装置２０は、図７に示されるように、ウエハステージＷＳＴを、計測プレート３０上の基準マークＦＭがプライマリアライメント系ＡＬ１の検出視野内に位置決めされる位置（すなわち、プライマリアライメント系のベースライン計測（Pri-BCHK）の前半の処理を行う位置）へ移動させる。ここで、主制御装置２０は、エンコーダシステム１５０、具体的には、図７中に丸で囲んで示されている、Ｙスケール３９Ｙ2，３９Ｙ1にそれぞれ対向するＹヘッド６７３，６８２とＸスケール３９Ｘ2に対向するＸヘッド６６１との計測値に基づいて、ウエハステージＷＳＴを駆動（位置制御）する。そして、主制御装置２０は、プライマリアライメント系ＡＬ１を用いて基準マークＦＭを検出するPri-BCHKの前半の処理を行う。
【００５８】
次に、図８に示されるように、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴを白抜き矢印方向（＋Ｙ方向）へ移動させる。そして、主制御装置２０は、図８中に星マークを付して示されるように、プライマリアライメント系ＡＬ１，セカンダリアライメント系ＡＬ２2，ＡＬ２3を用いて、３つのファーストアライメントショット領域に付設されたアライメントマークをほぼ同時かつ個別に検出する。そして、３つのアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２2，ＡＬ２3の検出結果を、その検出時のエンコーダシステム１５０の計測結果（すなわちウエハテーブルＷＴＢのＸ、Ｙ、θｚ位置）と関連付けて、内部メモリに記憶する。
【００５９】
次に、図９に示されるように、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴを白抜き矢印方向（＋Ｙ方向）へ移動させる。そして、主制御装置２０は、図９中に星マークを付して示されるように、５つのアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4を用いて、５つのセカンドアライメントショット領域に付設されたアライメントマークをほぼ同時にかつ個別に検出する。そして、５つのアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4の検出結果を、その検出時のエンコーダシステム１５０の計測結果（すなわちウエハテーブルＷＴＢのＸ、Ｙ、θｚ位置）と関連付けて、内部メモリに記憶する。
【００６０】
次に、主制御装置２０は、エンコーダシステム１５０の計測値に基づいて、ウエハステージＷＳＴを＋Ｙ方向へ移動させる。そして、図１０に示されるように、計測プレート３０が投影光学系ＰＬの直下に到達すると、主制御装置２０は、Pri-BCHK後半の処理を実行する。ここで、Pri-BCHK後半の処理とは、投影光学系ＰＬによって投影されたレチクルＲ上の一対の計測マークの投影像（空間像）を、計測プレート３０を含む前述した空間像計測装置４５Ａ，４５Ｂを用いて、例えば米国特許出願公開第２００２／００４１３７７号明細書などに開示される方法と同様の一対の空間像計測用スリット板ＳＬをそれぞれ用いたスリットスキャン方式の空間像計測動作にてそれぞれ計測する。そして、その計測結果（ウエハテーブルＷＴＢのＸ、Ｙ位置に応じた空間像強度）を内部メモリに記憶する処理を意味する。主制御装置２０は、上述のPri-BCHKの前半の処理の結果とPri-BCHKの後半の処理の結果とに基づいて、プライマリアライメント系ＡＬ１のベースラインを算出する。
【００６１】
さらに、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴを＋Ｙ方向へ順次ステップ移動させ、５つのサードアライメントショット領域に付設されたアライメントマーク、さらには３つのフォースアライメントショット領域に付設されたアライメントマークを検出し、その検出結果を検出時のエンコーダシステム１５０の計測結果（すなわちウエハテーブルＷＴＢのＸ、Ｙ、θｚ位置）と関連付けて、内部メモリに記憶する。
【００６２】
主制御装置２０は、このようにして得た合計１６個のアライメントマークの検出結果（２次元位置情報）と対応するエンコーダシステム１５０の計測結果（すなわちウエハテーブルＷＴＢのＸ、Ｙ、θｚ位置）とを用いて、例えば米国特許第４，７８０，６１７号明細書などに開示される統計演算を行って、エンコーダシステム１５０の計測軸で定められる座標系（ここでは、基準軸ＬＶと基準軸ＬＨとを座標軸とするＸＹ座標系）上におけるウエハＷ上の全てのショット領域の配列、及びショット領域のスケーリング（ショット倍率）を算出する。さらに、その算出したショット倍率に基づいて、投影光学系ＰＬを構成する特定の可動レンズを駆動する、あるいは投影光学系ＰＬを構成する特定レンズ間に形成された気密室内部の気体の圧力を変更するなどして、投影光学系ＰＬの光学特性を調整する調整装置（不図示）を制御して投影光学系ＰＬの光学特性、例えば投影倍率を調整する。
【００６３】
その後、主制御装置２０は、事前に行われた前述のウエハアライメント（ＥＧＡ）の結果及び最新のアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4のベースラインに基づいて、ステップ・アンド・スキャン方式の露光を行い、ウエハＷ上の複数のショット領域にレチクルパターンを順次転写する。以降、同様の動作が繰り返し行われる。
【００６４】
なお、セカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4のベースライン計測は、適宜なタイミングで、例えば米国特許出願公開第２００８／００８８８４３号明細書に開示される方法と同様に、前述のエンコーダ７０Ｅ2，７０Ｆ2の計測値に基づいて、ＦＤバー４６（ウエハステージＷＳＴ）のθｚ回転を調整した状態で、アライメント系ＡＬ１、ＡＬ２1〜ＡＬ２4を用いて、それぞれの視野内にあるＦＤバー４６上の基準マークＭを同時に計測することで行われる。
【００６５】
本実施形態では、主制御装置２０は、エンコーダシステム１５０（図６参照）を用いることにより、ウエハステージＷＳＴの有効ストローク領域、すなわちアライメント及び露光動作のためにウエハステージＷＳＴが移動する領域において、ＸＹ平面内での位置（Ｘ，Ｙ，θｚ）を計測することができる。
【００６６】
図１１には、エンコーダ７０Ａ〜７０Ｆを代表して、エンコーダ７０Ｃの構成が示されている。以下では、このエンコーダ７０Ｃ（ヘッドユニット６２Ｃ）を取り上げて、エンコーダの構成及び計測原理等について説明する。なお、図１１では、エンコーダ７０Ｃを構成するヘッドユニット６２Ｃの１つのＹヘッド６４からＹスケール３９Ｙ2に対し計測ビームが照射されている。
【００６７】
Ｙヘッド６４は、大別すると、照射系６４ａ、光学系６４ｂ、及び受光系６４ｃの３部分から構成されている。照射系６４ａは、レーザビームＬＢ０を射出する光源、例えば半導体レーザＬＤと、レーザビームＬＢ０の光路上に配置されたレンズＬ１と、を含む。光学系６４ｂは、偏光ビームスプリッタＰＢＳ、一対の反射ミラーＲ１ａ，Ｒ１ｂ、一対のレンズＬ２ａ，Ｌ２ｂ、一対の四分の一波長板（以下、λ／４板と記述する）ＷＰ１ａ，ＷＰ１ｂ、及び一対の反射ミラーＲ２ａ，Ｒ２ｂ等を備えている。受光系６４ｃは、偏光子（検光子）及び光検出器等を含む。
【００６８】
半導体レーザＬＤから射出されたレーザビームＬＢ０はレンズＬ１を介して偏光ビームスプリッタＰＢＳに入射し、２つの計測ビームＬＢ1，ＬＢ2に偏光分離される。ここで「偏光分離」とは、入射ビームをＰ偏光成分とＳ偏光成分に分離することを意味する。偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過した計測ビームＬＢ1は反射ミラーＲ１ａを介してＹスケール３９Ｙ2に形成された反射型回折格子ＲＧに到達し、偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射された計測ビームＬＢ2は反射ミラーＲ１ｂを介して反射型回折格子ＲＧに到達する。
【００６９】
計測ビームＬＢ1，ＬＢ2の照射によって反射型回折格子ＲＧから発生する所定次数の回折ビーム、例えば１次回折ビームは、それぞれ、レンズＬ２ｂ，Ｌ２ａを介してλ／４板ＷＰ１ｂ，ＷＰ１ａにより円偏光に変換された後、反射ミラーＲ２ｂ，Ｒ２ａにより反射されて再度λ／４板ＷＰ１ｂ，ＷＰ１ａを通り、往路と同じ光路を逆方向に辿って偏光ビームスプリッタＰＢＳに向かう。
【００７０】
偏光ビームスプリッタＰＢＳに向かう２つの回折ビームの偏光方向は、元の偏光方向から９０度回転している。このため、先に偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過した計測ビームＬＢ1に由来する回折ビームは、偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射される。一方、先に偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射された計測ビームＬＢ2に由来する回折ビームは、偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過して計測ビームＬＢ1に由来する回折ビームと同軸上に集光される。そして、これら２つの回折ビームが、出力ビームＬＢ３として受光系６４ｃに送光される。
【００７１】
受光系６４ｃに送光された出力ビームＬＢ３中の２つの回折ビーム（正確には、計測ビームＬＢ1，ＬＢ2にそれぞれ由来する出力ビームＬＢ３のＳ，Ｐ偏光成分）は、受光系６４ｃ内部の検光子（不図示）によって偏光方向が揃えられて干渉光となる。さらに、例えば米国特許出願公開第２００３／０２０２１８９号明細書などに開示されているように、その干渉光は４つに分岐される。分岐された４つの光は、それぞれの位相が相対的に０，π／２，π，３π／２シフトされた後、光検出器（不図示）によって受光されて、それぞれの光強度（Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４とする）に応じた電気信号に変換され、Ｙエンコーダ７０Ｃの出力として、主制御装置２０に送られる。
【００７２】
主制御装置２０は、Ｙエンコーダ７０Ｃの出力から、Ｙヘッド６４とＹスケール３９Ｙ1間の相対変位ΔＹを求める。ここで、本実施形態における相対変位ΔＹの算出方法について、その算出原理を含め、詳述する。簡単のため、計測ビームＬＢ1，ＬＢ2の強度は互いに等しい状況を考える。この状況において、出力Ｉ１〜Ｉ４は、次のように表される。
【００７３】
Ｉ１＝Ａ（１＋ｃｏｓ（φ））∝Ｉ        …（１ａ）
Ｉ２＝Ａ（１＋ｃｏｓ（φ＋π／２））    …（１ｂ）
Ｉ３＝Ａ（１＋ｃｏｓ（φ＋π））        …（１ｃ）
Ｉ４＝Ａ（１＋ｃｏｓ（φ＋３π／２））  …（１ｄ）
ここで、φは、計測ビームＬＢ1，ＬＢ2（それらに由来する出力ビームＬＢ３のＳ，Ｐ偏光成分）の間の位相差である。
【００７４】
主制御装置２０は、出力Ｉ１〜Ｉ４から、次式（２ａ）、（２ｂ）で表される差Ｉ１３，Ｉ４２を求める。
【００７５】
Ｉ１３＝Ｉ１−Ｉ３＝２Ａｃｏｓ（φ）    …（２ａ）
Ｉ４２＝Ｉ４−Ｉ２＝２Ａｓｉｎ（φ）    …（２ｂ）
なお、差Ｉ１３，Ｉ４２は、光学回路（又は電気回路）を光検出器内に導入し、その光学回路（又は電気回路）を用いて光学的（又は電気的）に求めても良い。
【００７６】
ここで、Ｙエンコーダ７０Ｃ（Ｙヘッド６４）の出力Ｉ１〜Ｉ４の修正の原理を説明するため、図１２（Ａ）に示されるように、直交座標系上にプロットされた点ρ（Ｉ１３，Ｉ４２）の動きを考える。なお、図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）では、点ρ（Ｉ１３，Ｉ４２）がベクトルρを用いて表され、点ρ（Ｉ１３，Ｉ４２）の位相がφと表記されている。ベクトルρの長さ、すなわち点ρ（Ｉ１３，Ｉ４２）の原点Ｏからの距離は２Ａである。
【００７７】
理想状態では、干渉光ＬＢ３の強度Ｉは常に一定である。従って、出力Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４の振幅Ａも常に一定である。このため、図１２（Ａ）において、点ρ（Ｉ１３，Ｉ４２）は、干渉光ＬＢ３の強度Ｉの変化（すなわち出力Ｉ１〜Ｉ４の変化）とともに、原点からの距離（半径）が２Ａの円周上を移動する。
【００７８】
また、理想状態では、干渉光ＬＢ３の強度Ｉは、Ｙスケール３９Ｙ1（すなわちウエハステージＷＳＴ）が計測方向（回折格子の周期方向、すなわちＹ軸方向）に変位することにより、正弦的に変化する。同様に、４つの分岐光の強度Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４は、それぞれ式（１ａ），（１ｂ），（１ｃ），（１ｄ）で表されるように、正弦的に変化する。この理想状態では、位相差φは、図１２（Ａ）における点ρ（Ｉ１３，Ｉ４２）の位相φと等価である。位相差φ（以下では、特に区別する必要が無い限り、位相と呼ぶ）は、相対変位ΔＹに対し、次のように変化する。
【００７９】
φ（ΔＹ）＝２πΔＹ／（ｐ／４ｎ）＋φ０  …（３）
ここで、ｐはＹスケール３９Ｙ1が有する回折格子のピッチ、ｎは回折次数（例えばｎ＝１）、φ０は境界条件（例えば変位ΔＹの基準位置の定義など）より定まる定位相である。
【００８０】
式（３）より、位相φは、計測ビームＬＢ1，ＬＢ2の波長に依存しないことがわかる。また、位相φは、変位ΔＹが計測単位ｐ／４ｎ増加（減少）する毎に２π増加（減少）することがわかる。従って、干渉光ＬＢ３の強度Ｉ及び出力Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４は、変位ΔＹが計測単位増加又は減少する毎に、振動することがわかる。
【００８１】
式（３）によって表わされる位相φと変位ΔＹとの関係及び式（１ａ）〜（１ｄ）によって表される出力Ｉ１〜Ｉ４と位相φとの関係（すなわち差Ｉ１３，Ｉ４２と変位ΔＹとの関係）より、変位ΔＹの増加に応じて、点ρ（Ｉ１３，Ｉ４２）は、半径２Ａの円周上を、例えば図１２（Ｂ）に示されるように点ａから点ｂへと、左回りに回転する。逆に、変位ΔＹの減少に応じて、点ρ（Ｉ１３，Ｉ４２）は、上記円周上を右回りに回転する。そして、点ρ（Ｉ１３，Ｉ４２）は、変位ΔＹが計測単位増加（減少）する毎に、円周上を一周する。
【００８２】
そこで、主制御装置２０は、予め定められた基準位相（例えば定位相φ０）を基準にして、点ρ（Ｉ１３，Ｉ４２）の周回数を数える。この周回数は、干渉光ＬＢ３の強度Ｉの振動回数に等しい。この計数値（カウント値）をｃΔＹと表記する。さらに、主制御装置２０は、点ρ（Ｉ１３，Ｉ４２）の基準位相に対する位相の変位φ’＝φ−φ０を求める。これらのカウント値ｃΔＹと位相変位φ’から、変位ΔＹの計測値ＣΔＹが、次のように求められる。
【００８３】
ＣΔＹ＝（ｐ／４ｎ）×（ｃΔＹ＋φ’／２π）    …（４）
ここで、定位相φ０を位相オフセット（ただし、０≦φ０＜２πと定義する）とし、変位ΔＹの基準位置での位相φ（ΔＹ＝０）を保持することとする。
【００８４】
以上の説明より明らかなように、Ｙエンコーダ７０Ｃは、計測単位λ＝ｐ／４ｎに等しい計測周期を有する。
【００８５】
なお、例えば迷光との干渉が生じる等により、位相φと変位ΔＹとの比例関係が崩れることがある。この場合、見かけ上、上述のような理想的な出力Ｉ１〜Ｉ４であっても、変位ΔＹの計測値ＣΔＹに対して、計測周期に等しい周期の誤差が発生し得る。また、出力Ｉ１〜Ｉ４が理想的な出力からずれると、位相φの算出誤差が発生するため、計測周期に等しい周期の誤差が発生し得る。これらのような計測周期に等しい周期の誤差を、周期誤差と総称する。
【００８６】
ヘッドユニット６２Ｃ内のその他のヘッド、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｄ，６２Ｅ，６２Ｆがそれぞれ備えるヘッド６５，６６，６７，６８も、Ｙヘッド６４（エンコーダ７０Ｃ）と同様に構成されている。
【００８７】
また、本実施形態では、前述のようなエンコーダヘッドの配置を採用したことにより、常時、Ｘスケール３９Ｘ1又は３９Ｘ2に少なくとも１つのＸヘッド６６が、Ｙスケール３９Ｙ1に少なくとも１つのＹヘッド６５（又は６８）が、Ｙスケール３９Ｙ2に少なくとも１つのＹヘッド６４（又は６７）が、それぞれ対向する。スケールに対向しているエンコーダヘッドからは、上述の分岐光の強度Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４の測定結果が、主制御装置２０に供給される。主制御装置２０は、供給された測定結果Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４から、それぞれのヘッドの計測方向についてのウエハステージＷＳＴの変位（より正確には計測ビームが投射されるスケールの変位）を求める。求められた結果は、上述のエンコーダ７０Ａ、７０Ｃ及び７０Ｂ又は７０Ｄ（又はエンコーダ７０Ｅ1，７０Ｆ1及び７０Ｂ又は７０Ｄ）の計測値として扱われる。
【００８８】
主制御装置２０は、リニアエンコーダ７０Ａ〜７０Ｄのうちの少なくとも３つの計測結果に基づいて、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内での位置（Ｘ，Ｙ，θｚ）を算出する。ここで、Ｘヘッド６６，Ｙヘッド６５，６４の計測値（それぞれＣX，ＣY1，ＣY2と表記する）は、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内での位置（Ｘ，Ｙ，θｚ）に対して、次式（５ａ）〜（５ｃ）のように依存する。
【００８９】
ＣＸ＝  （ｐＸ−Ｘ）ｃｏｓθｚ＋（ｑＸ−Ｙ）ｓｉｎθｚ  …（５ａ）
ＣＹ1＝−（ｐＹ1−Ｘ）ｓｉｎθｚ＋（ｑＹ1−Ｙ）ｃｏｓθｚ  …（５ｂ）
ＣＹ2＝−（ｐＹ2−Ｘ）ｓｉｎθｚ＋（ｑＹ2−Ｙ）ｃｏｓθｚ  …（５ｃ）
ただし、（ｐＸ，ｑＸ），（ｐＹ1，ｑＹ1），（ｐＹ2，ｑＹ2）は、それぞれＸヘッド６６，Ｙヘッド６５，Ｙヘッド６４のＸ，Ｙ設置位置（より正確には計測ビームの投射点のＸ，Ｙ位置）である。そこで、主制御装置２０は、３つのヘッドの計測値ＣX，ＣY1，ＣY2を式（５ａ）〜（５ｃ）に代入し、代入後に連立方程式（５ａ）〜（５ｃ）を解くことによって、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内での位置（Ｘ，Ｙ，θｚ）を算出する。この算出結果に基づいて、ウエハステージＷＳＴを駆動（位置制御）する。
【００９０】
また、主制御装置２０は、リニアエンコーダ７０Ｅ2，７０Ｆ2の計測値に基づいて、ＦＤバー４６（計測ステージＭＳＴ）のθｚ方向の回転を制御する。ここで、リニアエンコーダ７０Ｅ2，７０Ｆ2の計測値（それぞれＣＹ1，ＣＹ2と表記する）は、ＦＤバー４６のＸＹ平面内での位置（Ｘ，Ｙ，θｚ）に対し、式（５ｂ）（５ｃ）のように依存する。従って、ＦＤバー４６のθｚ位置は、計測値ＣＹ1，ＣＹ2より、次式（６）のように求められる。
【００９１】
ｓｉｎθｚ＝−（ＣＹ1−ＣＹ2）／（ｐＹ1−ｐＹ2）  …（６）
ただし、簡単のため、ｑＹ1＝ｑＹ2を仮定した。
【００９２】
本実施形態の露光装置１００において行われるアライメント計測では、前述の通り、ウエハステージＷＳＴの位置をエンコーダシステム１５０（あるいは干渉計システム１１８）を用いて計測し、この計測結果に基づいてウエハステージＷＳＴを駆動し、検出対象のアライメントマークをアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4の検出視野内に位置決めして検出する。この検出結果とその検出時のエンコーダシステム１５０の計測結果（すなわちウエハステージＷＳＴのＸＹθｚ位置の計測結果）とを用いて統計演算することにより、ウエハＷ上のショット領域の配列等が算出される。ここで、エンコーダシステム１５０（及び干渉計システム１１８）では、計測周期（計測単位λ）に等しい周期で誤差（周期誤差）が生じることがある。計測周期は、エンコーダシステム１５０について一例として２５０ｎｍ（干渉計システム１１８について一例として約１６０ｎｍ）である。これに対し、アライメントマークは、設計上、どのウエハにおいても同じ位置に形成されるが、ウエハを載置する度にウエハステージＷＳＴ上での載置位置が例えば数μｍ〜数１０μｍの精度で変わるため、ウエハステージＷＳＴの位置計測座標上でのアライメントマークの位置も計測する度に異なり得る。そのため、エンコーダシステム１５０の周期誤差により、アライメントマークの検出再現性が悪化し、これによりアライメント計測の計測精度の低下、ひいてはウエハの位置合わせ誤差が発生する。
【００９３】
ここで、上述のエンコーダシステム１５０（あるいは干渉計システム１１８）の周期誤差の影響を回避するためのアライメントマークの検出方法について説明する。
【００９４】
図１３（Ａ）に示されるように、主制御装置２０は、エンコーダシステム１５０の計測結果に基づいてウエハステージＷＳＴを駆動し、検出対象のアライメントマークＡＭをアライメント系（ここでは例としてプライマリアライメント系ＡＬ１とする）の検出視野ＡＬ１’内に位置決めする。
【００９５】
位置決め後、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴをエンコーダシステム１５０の計測方向、例えばＸ軸方向（又はＹ軸方向）に駆動する。これにより、図１３（Ｃ）中に実線を用いて示されるように、駆動開始時ｔ０からｔ１にかけてウエハステージＷＳＴの速度Ｖｘ（Ｖｙ）が増し、時刻ｔ１にて所定の速度Ｖ０に達する。この後、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴの速度Ｖｘ（Ｖｙ）をＶ０に保つ、すなわち、ウエハステージＷＳＴを等速駆動する。
【００９６】
ウエハステージＷＳＴの等速駆動中、主制御装置２０は、所定の撮像時間Ｔｍの間、プライマリアライメント系ＡＬ１を用いてアライメントマークＡＭを撮像する。撮像中、所定の時間間隔ΔＴで発生する計測クロックｃｋ毎に、エンコーダシステム１５０の計測結果（Ｘｋ、Ｙｋ、θｚｋ）を収集する。図１３（Ｃ）の例では、計測クロックｃｋ（ｋ＝１〜Ｋ）の発生時にて、計測結果（Ｘｋ、Ｙｋ、θｚｋ）を収集している。
【００９７】
撮像時間Ｔｍが経過し、ウエハステージＷＳＴが計測周期（計測単位λ）の整数ｎ倍の距離Ｌｍ（＝ｎλ）移動した時に、主制御装置２０はアライメントマークＡＭの撮像を終了する。これにより、図１３（Ｂ）に示されるように、移動距離Ｌｍの分ぶれたアライメントマークＡＭが撮像される。なお、図１３（Ｂ）では、ウエハＷの図示は省略されている。
【００９８】
主制御装置２０は、上の撮像結果を用いて、プライマリアライメント系ＡＬ１の検出中心ＯＡを基準とするアライメントマークＡＭの位置（検出位置）ｄｘ、ｄｙを求める。また、主制御装置２０は、撮像中に収集したＫ個の計測結果Ｘｋ、Ｙｋの平均Ｘ０＝ΣｋＸｋ／Ｋ、Ｙ０＝ΣｋＹｋ／Ｋを、アライメントマークＡＭの検出時におけるウエハステージＷＳＴの位置計測結果とする。求められたｄｘ、ｄｙ、Ｘ０、Ｙ０が、アライメントマークＡＭの検出結果となる。
【００９９】
主制御装置２０は、セカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4を用いる場合においても、同様にアライメントマークを検出する。
【０１００】
以上の手順により、アライメントマークＡＭの検出時におけるウエハステージＷＳＴの位置計測結果Ｘ０（Ｙ０）において、ウエハステージＷＳＴの等速駆動の方向、すなわちＸ軸方向（Ｙ軸方向）についてのエンコーダシステム１５０の周期誤差が、平均化効果により軽減される。
【０１０１】
なお、上の説明では、アライメントマークＡＭの撮像中、ウエハステージＷＳＴをＸ軸方向（又はＹ軸方向）に駆動することとしたが、Ｘ軸及びＹ軸方向の両方向についてエンコーダシステム１５０の周期誤差が発生する場合には、Ｘ軸及びＹ軸方向のそれぞれについて計測周期（λｘ、λｙ）の整数倍（ｎｘ、ｎｙ）の距離（ｎｘλｘ、ｎｙλｙ）、ウエハステージＷＳＴを駆動する。例えば、Ｘ軸及びＹ軸方向のそれぞれについての計測周期が等しい場合（λｘ＝λｙ）、ｎｘ＝ｎｙと選んで、図１３（Ａ）に示されるように、ウエハステージＷＳＴをＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに対して４５度をなす方向（黒塗り矢印の方向）に駆動する。
【０１０２】
また、アライメント計測（アライメントマークの検出）がＸ軸方向又はＹ軸方向のみについての一次元計測である場合においても、アライメントマークＡＭの撮像中、Ｘ軸及びＹ軸方向のそれぞれについて計測周期の整数倍の距離、ウエハステージＷＳＴを駆動する。本実施形態の露光装置１００では、前述の通り、リニアエンコーダ７０Ａ〜７０Ｄのうちの３つの計測結果を用いてウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内での位置（Ｘ，Ｙ，θｚ）を算出しているため、例えば、Ｘ軸方向を計測方向とするリニアエンコーダ７０Ｂの周期誤差がウエハステージＷＳＴのＹ位置の計測結果にも影響するからである。
【０１０３】
また、アライメントマークの撮像中におけるウエハステージＷＳＴの駆動距離（個々の計測方向についての駆動距離）Ｌｍは、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２１〜ＡＬ２４の検出分解能と同程度以下とする。さもなければ、アライメントマークＡＭの像ぶれが、この検出結果に対して無視できない程度の誤差を与えることになるからである。本実施形態の露光装置１００において使用されているアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２１〜ＡＬ２４では、それぞれが備える撮像素子（ＣＣＤ）の分解能、すなわち１画素のサイズは約２００ｎｍであり、エンコーダシステム１５０及び干渉計システム１１８の計測周期λと同程度若しくは同程度以下である。従って、移動距離Ｌｍ（＝ｎλ）においてｎ＝１と選べば、検出結果に対する像ぶれの影響は十分無視できる。
【０１０４】
また、平均化効果によりアライメント計測におけるエンコーダシステム１５０の周期誤差の影響を軽減するために、撮像時間Ｔｍに対して計測クロックｃｋの発生間隔を短くして、多くの計測結果（Ｘｋ、Ｙｋ、θｚｋ）を収集し、それらの計測結果を平均すると良い。ここで、本実施形態の露光装置１００では、例えば、Ｔｍ＝１／６０ｓｅｃ、計測クロックｃｋの発生周期１０ｋＨｚであるため、約１６０の計測結果を収集することになる。従って、平均化効果による周期誤差の影響の軽減が十分に期待できる。
【０１０５】
また、ウエハステージＷＳＴの駆動速度Ｖ０は、駆動距離ｎλと撮像時間ＴｍからＶ０＝ｎλ／Ｔｍと定められる。ここで、ウエハステージＷＳＴの等速駆動が乱れると、撮像されるアライメントマークの像に非対称な歪みが生じ、また検出時におけるウエハステージＷＳＴの位置計測結果Ｘ０、Ｙ０が変化する。これらはアライメント計測の誤差をもたらす。そこで、アライメントマークの撮像中、ウエハステージＷＳＴの位置計測結果を収集し、それらの計測周期λ内での分布を監視する、あるいは速度Ｖｘ，Ｖｙを算出し、それらのばらつきを監視する。位置計測結果の分布に偏りが見られる場合、速度のばらつきが大きい場合等、等速駆動が乱れたと判断された場合には、例えば、アライメント計測を再度実行することとする。
【０１０６】
また、アライメントマークの撮像タイミングとエンコーダシステム１５０の計測結果の収集タイミングとを同期させる。例えば、図１３（Ｃ）に示されるように、計測クロックｃ１の発生と同時にアライメントマークの撮像を開始し、計測クロックｃＫの発生と同時にアライメントマークの撮像を終了する。この同期が取れていない場合、計測クロックｃｋの発生間隔ΔＴの間にウエハステージＷＳＴが移動する距離と同程度のアライメント計測の誤差が発生する。移動距離は、例えばＴｍ＝１／６０ｓｅｃ、等速駆動距離Ｌｍ＝２５０ｎｍ、及び計測クロックｃｋの発生周期１／ΔＴ＝１０ｋＨｚに対して１．５ｎｍである。この距離は、本実施形態の露光装置１００において要求される重ね精度に対して無視できない。そこで、例えば要求される重ね精度０．１５ｎｍに対し、少なくとも１０μｓｅｃの精度で同期をとることとする。また、後述するウエハステージＷＳＴの駆動方向の反転（交互スキャン）と関連して、アライメントマークの撮像の開始だけでなく終了についても、計測クロックｃｋの発生と同期をとることとする。これにより、駆動方向に関わらず同期をとることができる。
【０１０７】
なお、アライメント系において、アライメントマークの検出信号の信号強度は安定していることが望ましい。例えば、アライメントマークを照明する照明光のちらつきなどによって検出信号の強度が時間変化している場合、その検出信号が強い時間帯を重点的に計測したことになり、一様な平均値として求められたステージ位置の計測と差が生じるおそれがあるためである。例えば、照明光が、単一周波数の照明ちらつきを含む場合を考えると、検出信号の振幅が０．１％程度であれば、アライメントの計測誤差を０．１ｎｍ程度に抑えることが可能である。また、検出信号の振動周期が、撮影時間に対して十分短ければ、その振動の影響は小さくなる。例えば、毎秒６０フレームの撮影をおこなう場合、検出信号の強度変動が１％あっても、変動周波数が６００Ｈｚ（フレームレートの１０倍）であれば、アライメントの計測誤差を０．１ｎｍ程度に抑えられる。
【０１０８】
また、前述の通り、本実施形態の露光装置１００におけるアライメント計測では、ウエハステージＷＳＴを＋Ｙ方向に移動させつつ、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4を用いてＸ軸方向に並ぶ最大５個のアライメントマークを同時に検出する。そこで、検出の都度、Ｘ軸方向についてウエハステージＷＳＴの駆動方向を反転させると良い。例えば、図８に示されるように、ファーストアライメントショット領域に付設されたアライメントマークを検出する際には、ウエハステージＷＳＴをＸ軸及びＹ軸方向に対して４５度をなす方向（黒塗り矢印の方向）に等速駆動する。また、図９に示されるように、セカンドアライメントショット領域に付設されたアライメントマークを検出する際には、ウエハステージＷＳＴをＸ軸方向に対して１３５度及びＹ軸方向に対して４５度をなす方向（黒塗り矢印の方向）に等速駆動する。サードアライメントショット領域に付設されたアライメントマークを検出する際には、ウエハステージＷＳＴをＸ軸及びＹ軸方向に対して４５度をなす方向（黒塗り矢印の方向）に、フォースアライメントショット領域に付設されたアライメントマークを検出する際には、ウエハステージＷＳＴをＸ軸方向に対して１３５度及びＹ軸方向に対して４５度をなす方向（黒塗り矢印の方向）に等速駆動する。これにより、ウエハステージＷＳＴを等速駆動の開始位置に戻すことなく連続してアライメントマークを検出することが可能となり、アライメント計測に要する時間を短縮することができる。
【０１０９】
また、ウエハ表面の凹凸、或いはアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4間のフォーカス誤差（又は焦点合わせの精度）等により、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4を用いてＸ軸方向に並ぶ５個のアライメントマークを何回かに分けて検出する場合、交互スキャン方式によるアライメントマークの検出方法を採用すると良い。例えば、図１４に示されるように、１回目の検出では、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1、ＡＬ２4を用いて対応する３つのアライメントマークを検出する。ここでは、ウエハステージＷＳＴを、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに対して４５度をなす方向（黒塗り矢印の方向）に駆動する。２回目の検出では、図１５に示されるように、アライメント系ＡＬ２2、ＡＬ２3を用いて対応する２つのアライメントマークを検出する。ここでは、ウエハステージＷＳＴを、駆動方向を反転させて、黒塗り矢印の方向に駆動する。すなわち、アライメントマークを検出する都度、ウエハステージＷＳＴの駆動方向を反転させる。これにより、検出の都度、ウエハステージＷＳＴを等速駆動の開始位置に戻すことなく連続してアライメントマークを検出することが可能となり、アライメント計測に要する時間を短縮することができる。
【０１１０】
また、先の説明では、図１３（Ｃ）中に実線を用いて速度Ｖｘ（Ｖｙ）が示されるように、検出対象のアライメントマークを検出する際に、そのアライメントマークをアライメント系の検出視野内に位置決めしてからウエハステージＷＳＴを等速駆動することとしたが、破線を用いて示すように、必ずしも位置決めする必要はない。
【０１１１】
以上詳細に説明したように、本実施形態の露光装置１００では、エンコーダシステム１５０の計測結果に基づいてウエハステージＷＳＴを駆動しつつ、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4を用いてウエハＷ上に設けられたアライメントマークを撮像し、この撮像結果から求められるアライメントマークの撮像位置と、エンコーダシステム１５０の計測結果から求められる撮像時におけるウエハステージＷＳＴの位置と、を用いてアライメントマークの位置が求められる。ここで、アライメントマークの撮像中、ウエハステージＷＳＴをエンコーダシステム１５０の計測周期の整数倍の移動距離、等速駆動するとともに、エンコーダシステム１５０の位置計測結果の平均から撮像時におけるウエハステージＷＳＴの位置を求める。これにより、エンコーダシステム１５０の周期誤差の影響を受けることなく、精度良くアライメント計測を行うことが可能となる。
【０１１２】
また、上述のように高精度なマーク検出（アライメント計測）を行うことができるので、このマークの検出結果に基づいてウエハステージＷＳＴを駆動してウエハＷを位置合わせすることにより、高精度な露光が可能となる。
【０１１３】
また、本実施形態のアライメントマークの検出方法に類似する方法として、ウエハステージＷＳＴの位置、すなわち、アライメントマークの位置決め位置を複数変更してアライメントマークを検出し、これらの結果の平均をもって検出結果とするステップ検出方法がある。しかし、周期誤差の影響を軽減するには検出回数を増やす必要があり、これにより検出時間が長くなる欠点がある。これに対し、本実施形態の検出方法は、ウエハステージＷＳＴの加減速に時間を要することを除いて１回の検出を行うのみであるため、検出時間が短くなるという顕著な効果がある。
【０１１４】
なお、本実施形態のアライメント計測では、一例としてエンコーダシステム１５０によって計測される撮像時におけるウエハステージＷＳＴの位置の計測結果を用いてアライメントマークの位置を求めるものとしたが、これに限らず干渉計システム１１８は勿論、その他の周期誤差が発生し得る計測系を用いて撮像時におけるウエハステージＷＳＴの位置を計測し、その計測結果を用いてアライメントマークの位置を求める場合においても、同様の検出方法を適用することができる。また、ウエハステージＷＳＴの駆動（位置制御）のために用いられる位置計測系と、アライメント計測のために用いられるウエハステージＷＳＴの位置計測系として、異なる計測系を用いる場合についても、同様の検出方法を適用することができる。
【０１１５】
また、本実施形態のマーク検出法では、ウエハ上に設けられたアライメントマークを検出する場合について適用したが、これに限らず基準マークＦＭ等、ウエハステージＷＳＴ上に設けられたマークを検出する場合についても適用できる。
【０１１６】
また、上記実施形態で説明したエンコーダシステムなどの各計測装置の構成は一例に過ぎないことは勿論である。例えば、上記実施形態では、ウエハテーブル（ウエハステージ）上に格子部（Ｙスケール、Ｘスケール）を設け、これに対向してＸヘッド、Ｙヘッドをウエハステージの外部に配置する構成のエンコーダシステムを採用した場合について例示したが、これに限らず、例えば米国特許出願公開第２００６／０２２７３０９号明細書などに開示されているように、ウエハステージにエンコーダヘッドを設け、これに対向してウエハステージの外部に格子部（例えば２次元格子又は２次元に配置された１次元の格子部）を配置する構成のエンコーダシステムを採用しても良い。エンコーダヘッドとして、一次元ヘッドに限らず、Ｘ軸方向及びＹ軸方向を計測方向とする２次元ヘッドは勿論、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の一方とＺ軸方向を計測方向とするセンサヘッドを用いても良い。後者のセンサヘッドとしては、例えば米国特許第７，５６１，２８０号明細書に開示されている変位計測センサヘッドを用いることができる。
【０１１７】
また、上述の実施形態では、露光装置が、液体（水）を介さずにウエハＷの露光を行うドライタイプである場合について説明したが、これに限らず、例えば欧州特許出願公開第１４２０２９８号明細書、国際公開第２００４／０５５８０３号、米国特許第６,９５２,２５３号明細書などに開示されているように、投影光学系とウエハとの間に照明光の光路を含む液浸空間を形成し、投影光学系及び液浸空間の液体を介して照明光でウエハを露光する露光装置にも上記実施形態を適用することができる。また、例えば米国特許出願公開第２００８／００８８８４３号明細書に開示される、液浸露光装置などにも、上記実施形態を適用することができる。
【０１１８】
また、上記実施形態では、露光装置が、ステップ・アンド・スキャン方式等の走査型露光装置である場合について説明したが、これに限らず、ステッパなどの静止型露光装置に上記実施形態を適用しても良い。また、ショット領域とショット領域とを合成するステップ・アンド・スティッチ方式の縮小投影露光装置、プロキシミティー方式の露光装置、又はミラープロジェクション・アライナーなどにも上記実施形態は適用することができる。さらに、例えば米国特許第６，５９０，６３４号明細書、米国特許第５，９６９，４４１号明細書、米国特許第６，２０８，４０７号明細書などに開示されているように、複数のウエハステージを備えたマルチステージ型の露光装置にも上記実施形態を適用できる。また、例えば米国特許第７，５８９，８２２号明細書などに開示されているように、ウエハステージとは別に、計測部材（例えば、基準マーク、及び／又はセンサなど）を含む計測ステージを備える露光装置にも上記実施形態は適用が可能である。
【０１１９】
また、上記実施形態の露光装置における投影光学系は縮小系のみならず等倍及び拡大系のいずれでも良いし、投影光学系ＰＬは屈折系のみならず、反射系及び反射屈折系のいずれでも良いし、その投影像は倒立像及び正立像のいずれでも良い。また、前述の照明領域及び露光領域はその形状が矩形であるものとしたが、これに限らず、例えば円弧、台形、あるいは平行四辺形などでも良い。
【０１２０】
なお、上記実施形態の露光装置の光源は、ＡｒＦエキシマレーザに限らず、ＫｒＦエキシマレーザ（出力波長２４８ｎｍ）、Ｆ2レーザ（出力波長１５７ｎｍ）、Ａｒ2レーザ（出力波長１２６ｎｍ）、Ｋｒ2レーザ（出力波長１４６ｎｍ）などのパルスレーザ光源、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）などの輝線を発する超高圧水銀ランプなどを用いることも可能である。また、ＹＡＧレーザの高調波発生装置などを用いることもできる。この他、例えば米国特許第７,０２３,６１０号明細書に開示されているように、真空紫外光としてＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（又はエルビウムとイッテルビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。
【０１２１】
また、上記実施形態では、露光装置の照明光ＩＬとしては波長１００ｎｍ以上の光に限らず、波長１００ｎｍ未満の光を用いても良いことは言うまでもない。例えば、近年、７０ｎｍ以下のパターンを露光するために、ＳＯＲやプラズマレーザを光源として、軟Ｘ線領域（例えば５〜１５ｎｍの波長域）のＥＵＶ（Extreme Ultraviolet）光を発生させるとともに、この露光波長（例えば１３．５ｎｍ）の下で設計されたオール反射縮小光学系、及び反射型マスクを用いたＥＵＶ露光装置の開発が行われている。この装置においては、円弧照明を用いてマスクとウエハを同期走査してスキャン露光する構成が考えられるので、かかる装置にも上記実施形態を好適に適用することができる。この他、電子線又はイオンビームなどの荷電粒子線を用いる露光装置にも、上記実施形態は適用できる。
【０１２２】
また、上述の実施形態においては、光透過性の基板上に所定の遮光パターン（又は位相パターン・減光パターン）を形成した光透過型マスク（レチクル）を用いたが、このレチクルに代えて、例えば米国特許第６，７７８，２５７号明細書に開示されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて、透過パターン又は反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスク（可変成形マスク、アクティブマスク、あるいはイメージジェネレータとも呼ばれ、例えば非発光型画像表示素子（空間光変調器）の一種であるＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）などを含む）を用いても良い。
【０１２３】
また、例えば干渉縞をウエハ上に形成することによって、ウエハ上にライン・アンド・スペースパターンを形成する露光装置（リソグラフィシステム）にも上記実施形態を適用することができる。
【０１２４】
さらに、例えば米国特許第６，６１１，３１６号明細書に開示されているように、２つのレチクルパターンを投影光学系を介してウエハ上で合成し、１回のスキャン露光によってウエハ上の１つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置にも上記実施形態を適用することができる。
【０１２５】
なお、上記実施形態でパターンを形成すべき物体（エネルギビームが照射される露光対象の物体）はウエハに限られるものではなく、ガラスプレート、セラミック基板、フィルム部材、あるいはマスクブランクスなど、他の物体でも良い。
【０１２６】
露光装置の用途としては半導体製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを転写する液晶用の露光装置、有機ＥＬ、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシン及びＤＮＡチップなどを製造するための露光装置にも広く適用できる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも上記実施形態を適用できる。
【０１２７】
半導体素子などの電子デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたレチクルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、前述した実施形態の露光装置（パターン形成装置）によりマスク（レチクル）のパターンをウエハに転写するリソグラフィステップ、露光されたウエハを現像する現像ステップ、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト除去ステップ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、検査ステップ等を経て製造される。この場合、リソグラフィステップで、上記実施形態の露光装置を用いて前述の露光方法が実行され、ウエハ上にデバイスパターンが形成されるので、高集積度のデバイスを生産性良く製造することができる。
【０１２８】
なお、これまでの説明で引用した露光装置などに関する全ての公報、国際公開、米国特許出願公開明細書及び米国特許明細書の開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
【産業上の利用可能性】
【０１２９】
本発明のマーク検出方法は、移動体上に存在するマークを検出するのに適している。また、本発明の露光方法及び露光装置は、物体上にパターンを転写するのに適している。また、本発明のデバイス製造方法は、半導体素子又は液晶表示素子などの電子デバイスを製造するのに適している。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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