(57)【要約】【課題】安定且つ高精度な移動体の駆動制御を可能にする。【解決手段】エンコーダヘッドの計測ビームの照射点がスケール３９Ｙ１上の一時停止領域（ＳＵ1，ＳＵ2）以外の領域内に位置するときには、計測誤差の発生を回避するためにヘッドから得られる位置情報を修正し、照射点がスケール外又は一時停止領域（ＳＵ1，ＳＵ2）に位置するときには、位置情報の修正を停止する。ここで、スケール３９Ｙ１上の一時停止領域として、例えばスケール端部、スケール上に形成された回折格子が損傷している領域、歪んでいる領域、異物が付着した領域、位置出しパターンの近傍などを選ぶことにより、ヘッドの不安定動作を回避し、エンコーダシステムの安定な稼動、ひいてはウエハステージの安定な駆動制御が可能となる。【選択図】図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体上にパターンを形成する露光方法であって、
前記物体を保持して所定平面内を移動する移動体と該移動体の外部との一方に設けられた複数のヘッドの少なくとも一部の複数のヘッドのそれぞれから、前記移動体と該移動体の外部との他方に設けられたグレーティングを有する計測面に計測光を照射し、前記グレーティングで回折される光をそれぞれ受光して、前記移動体の前記所定平面内の位置情報を計測し、前記計測に用いられている複数のヘッドそれぞれの前記計測光の照射点が端部を含む所定領域以外の前記計測面上の領域に位置するときには、そのヘッドで計測される前記位置情報を修正する一方、前記計測光の照射点が前記計測面外又は前記計測面上の前記所定領域に位置するときには、前記位置情報の修正を停止し、前記位置情報の修正がなされた少なくとも１つのヘッドの修正後の位置情報に基づいて前記移動体を駆動する工程を含む露光方法。
【請求項２】
前記駆動する工程では、前記移動体の移動に伴い、前記計測に用いられている各ヘッドの前記計測光の照射点が前記計測面上の前記所定領域内に入る際に、前記位置情報の修正を停止する請求項１に記載の露光方法。
【請求項３】
前記駆動する工程では、前記移動体の移動に伴い、前記計測に用いられている各ヘッドの前記計測光の照射点が前記所定領域から外れ前記所定領域外の前記計測面上の領域に入る際に、前記位置情報の修正を開始する請求項１又は２に記載の露光方法。
【請求項４】
前記駆動する工程では、前記光の強度の変化に起因する誤差を補正することにより、前記位置情報を修正する請求項１〜３のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項５】
前記駆動する工程と並行して、前記位置情報の修正の精度を検証する工程をさらに含み、
前記検証する工程で十分に修正できていないと判断された前記位置情報を供給する前記ヘッドの計測光が照射される前記計測面内の領域が、前記所定領域に含まれる請求項１〜４のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項６】
前記駆動する工程では、前記移動体の移動に伴い、前記計測面の所定領域内に計測光を照射するヘッドから前記計測面の前記所定領域外の領域に計測光を照射するヘッドへと前記複数のヘッドを切り換えて使用する請求項１〜５のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項７】
前記所定領域は、前記計測面内に設けられた前記計測光を反射しない領域を含む請求項１〜６のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項８】
前記駆動する工程では、前記位置情報の計測に用いられる前記光の強度を、さらに計測し、
前記所定領域は、前記光の強度が変化する前記計測面内の領域を含む請求項１〜７のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項９】
前記駆動する工程に先立って、前記計測面の状態を診断する工程をさらに含み、
前記所定領域は、前記診断する工程で損傷が検出された前記計測面内の領域を含む請求項１〜８のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項１０】
前記診断する工程では、前記光の強度の変化から前記計測面の状態を診断する請求項９に記載の露光方法。
【請求項１１】
前記駆動する工程と並行して、前記計測面上の異物を検出する工程をさらに含み、
前記所定領域は、前記検出する工程にて異物が検出された前記計測面内の領域を含む請求項１〜１０のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項１２】
前記物体が有する感応層にエネルギビームを照射して前記パターンを形成する請求項１〜１１のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の露光方法を用いて、物体上にパターンを形成する工程と；
前記パターンが形成された前記物体に処理を施す工程と；を含むデバイス製造方法。
【請求項１４】
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所定平面内を移動可能な移動体と；
前記移動体と該移動体の外部との一方に設けられた複数のヘッドを有し、該複数のヘッドの少なくとも一部の複数のヘッドそれぞれから、前記移動体と該移動体の外部との他方に設けられたグレーティングを有する計測面に計測光を照射し、前記グレーティングで回折される光をそれぞれ受光して、前記移動体の前記所定平面内の位置情報を計測する位置計測系と；
前記位置計測系の前記計測に用いられている複数のヘッドそれぞれの前記計測光の照射点が端部を含む所定領域以外の前記計測面上の領域に位置するときには、そのヘッドで計測される前記位置情報を修正する一方、前記計測光の照射点が前記計測面外又は前記計測面上の前記所定領域に位置するときには、前記位置情報の修正を停止し、前記位置情報の修正がなされた少なくとも１つのヘッドの修正後の位置情報に基づいて前記移動体を駆動する駆動システムと；
を備える露光装置。
【請求項１５】
前記駆動システムは、前記移動体の移動に伴い、前記計測に用いられている各ヘッドの前記計測光の照射点が前記計測面上の前記所定領域内に入る際に、前記位置情報の修正を停止する請求項１４に記載の露光装置。
【請求項１６】
前記駆動システムは、前記移動体の移動に伴い、前記計測に用いられている各ヘッドの前記計測光の照射点が前記所定領域から外れ前記所定領域外の前記計測面上の領域に入る際に、前記位置情報の修正を開始する請求項１４又は１５に記載の露光装置。
【請求項１７】
前記駆動システムは、前記光の強度の変化に起因する誤差を補正することにより、前記位置情報を修正する請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項１８】
前記駆動システムは、さらに、前記位置情報の修正の精度を検証し、
前記検証の結果、十分に修正できていないと判断された前記位置情報を供給する前記ヘッドの計測光が照射される前記計測面内の領域が、前記所定領域に含まれる請求項１４〜１７のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項１９】
前記駆動システムは、前記移動体の移動に伴い、前記計測面の所定領域内に計測光を照射するヘッドから前記計測面の前記所定領域外の領域に計測光を照射するヘッドへと前記複数のヘッドを切り換えて使用する請求項１４〜１８のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項２０】
前記所定領域は、前記計測面内に設けられた前記計測光を反射しない領域を含む請求項１４〜１９のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項２１】
前記位置計測系は、前記位置情報の計測に用いられる前記光の強度を、さらに計測し、
前記所定領域は、前記光の強度が変化する前記計測面内の領域を含む請求項１４〜２０のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項２２】
前記所定領域は、損傷した前記計測面内の領域を含む請求項１４〜２１のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項２３】
前記所定領域は、異物が付着した前記計測面内の領域を含む請求項１４〜２２のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項２４】
前記計測面上の異物を検出する異物検出器をさらに備える請求項２３に記載の露光装置。
【請求項２５】
前記物体が有する感応層にエネルギビームを照射して前記パターンを形成するパターン生成装置をさらに備える請求項１４〜２４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、露光方法及び露光装置、並びにデバイス製造方法に係り、特に、半導体素子（集積回路等）、液晶表示素子等を製造するリソグラフィ工程で用いられる露光方法及び露光装置、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】
従来、半導体素子（集積回路等）、液晶表示素子等の電子デバイス（マイクロデバイス）を製造するリソグラフィ工程では、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（いわゆるステッパ）、あるいはステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置（いわゆるスキャニング・ステッパ（スキャナとも呼ばれる））などが、主として用いられている。
【０００３】
この種の露光装置では、一般的に、パターンが転写・形成されるウエハ又はガラスプレート等の基板（以下、ウエハと総称する）を保持して２次元移動するウエハステージの位置が、レーザ干渉計を用いて計測されていた。しかし、近年の半導体素子の高集積化に伴うパターンの微細化により、さらに高精度なウエハステージの位置制御性能が要求されるようになり、その結果、レーザ干渉計のビーム路上の雰囲気の温度変化、及び／又は温度勾配の影響で発生する空気揺らぎに起因する計測値の短期的な変動が、無視できなくなってきた。
【０００４】
かかる不都合を改善するものとして、レーザ干渉計と同程度以上の計測分解能を有するエンコーダを、ウエハステージの位置計測装置として採用した露光装置に係る発明が、提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に開示される露光装置では、ウエハステージの上面に回折格子を設け、その回折格子に計測光を照射し、発生する回折光を受光することによって、回折格子の周期方向に関するウエハステージの変位を計測するエンコーダシステムが採用されている。
【０００５】
上述のエンコーダシステムは、回折格子に計測光を照射し、回折光を受光する複数のヘッドを有する。個々のヘッドは、内部に備えた受光素子を用いて回折光を受光し、その強度に比例する電気信号を発生する。この電気信号は、理想状態では、回折格子（すなわちウエハステージ）の変位に対して正弦的に変化する。この正弦変化から回折格子の変位が求められ、計測結果として出力される。しかし、実際の使用環境の下では、回折格子の損傷等による回折光の乱れ、ヘッド内の受光素子の不安定動作、等により、電気信号は理想状態における正弦信号からずれる。そこで、そのずれを常時修正して計測誤差の発生を回避する信号処理機能を、個々のヘッド（の制御装置）に持たせることが考えられる。
【０００６】
上述の信号処理機能は、計測誤差の発生を回避する目的においては有用である。しかるに、特許文献１のエンコーダシステムでは、回折格子の有効面積が有限であるため、ウエハステージの移動に伴い、複数のヘッドの中から計測光の照射点が回折格子上に位置するヘッドを切り換えて使用している。ここで、計測光の照射点が回折格子から外れる際、及びこれとは逆に回折格子の無い所から回折格子内に入る際には、ヘッドが受光する回折光の強度が急激に変化する。また、回折格子上に付着した異物等によって計測光が遮られるといった異常時においても、回折光の強度は急激に変化する。このように回折光の強度が急激に変化する状況では、上述の信号処理機能は、むしろ、ヘッドの不安定動作を誘発する恐れがある。
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２００７／０９７３７９号パンフレット
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述の事情の下でなされたものであり、第１の観点からすると、物体上にパターンを形成する露光方法であって、前記物体を保持して所定平面内を移動する移動体と該移動体の外部との一方に設けられた複数のヘッドの少なくとも一部の複数のヘッドのそれぞれから、前記移動体と該移動体の外部との他方に設けられたグレーティングを有する計測面に計測光を照射し、前記グレーティングで回折される光をそれぞれ受光して、前記移動体の前記所定平面内の位置情報を計測し、前記計測に用いられている複数のヘッドそれぞれの前記計測光の照射点が端部を含む所定領域以外の前記計測面上の領域に位置するときには、そのヘッドで計測される前記位置情報を修正する一方、前記計測光の照射点が前記計測面外又は前記計測面上の前記所定領域に位置するときには、前記位置情報の修正を停止し、前記位置情報の修正がなされた少なくとも１つのヘッドの修正後の位置情報に基づいて前記移動体を駆動する工程を含む露光方法である。
【０００９】
これによれば、移動体の所定平面内の位置情報の計測に用いられている複数のヘッドそれぞれの計測光の照射点が端部を含む所定領域以外の計測面上の領域に位置するときには、そのヘッドから得られる位置情報（ヘッドの出力）を修正する一方、前記計測光の照射点が計測面外又は計測面上の所定領域に位置するときには、位置情報の修正を停止し、位置情報の修正がなされた少なくとも１つのヘッドの修正後の位置情報に基づいて移動体を駆動する。
【００１０】
ここで、所定領域には、計測面の端部のように、回折光の強度が急激に変化するあるいは不安定になる計測面上の領域を含めることができる。
【００１１】
従って、計測光の照射点が回折光の強度が十分安定する計測面上の領域内に位置するときのみ、そのヘッドから得られる位置情報（ヘッドの出力）を修正するようにすることができる。これにより、ヘッドの不安定動作を回避し、複数のヘッドを含む計測システムの安定な稼動、ひいては移動体の安定な駆動制御が可能となる。
【００１２】
本発明は、第２の観点からすると、本発明の露光方法を用いて、物体上にパターンを形成する工程と；前記パターンが形成された前記物体に処理を施す工程と；を含むデバイス製造方法である。
【００１３】
本発明は、第３の観点からすると、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所定平面内を移動可能な移動体と；前記移動体と該移動体の外部との一方に設けられた複数のヘッドを有し、該複数のヘッドの少なくとも一部の複数のヘッドそれぞれから、前記移動体と該移動体の外部との他方に設けられたグレーティングを有する計測面に計測光を照射し、前記グレーティングで回折される光をそれぞれ受光して、前記移動体の前記所定平面内の位置情報を計測する位置計測系と；前記位置計測系の前記計測に用いられている複数のヘッドそれぞれの前記計測光の照射点が前記計測面上の端部を含む所定領域以外に位置するときには、そのヘッドで計測される前記位置情報を修正する一方、前記計測光の照射点が端部を含む所定領域以外の前記計測面上の領域に位置するときには、前記位置情報の修正を停止し、前記位置情報の修正がなされた少なくとも１つのヘッドの修正後の位置情報に基づいて前記移動体を駆動する駆動システムと；を備える露光装置である。
【００１４】
これによれば、駆動システムにより、移動体の所定平面内の位置情報の計測に用いられている位置計測系の複数のヘッドそれぞれの計測光の照射点が端部を含む所定領域以外の計測面上の領域に位置するときには、そのヘッドで計測される位置情報（ヘッドの出力）が修正される一方、計測光の照射点が計測面外又は計測面上の所定領域に位置するときには、位置情報（ヘッドの出力）の修正が停止され、位置情報の修正がなされた少なくとも１つのヘッドの修正後の位置情報に基づいて移動体が駆動される。
【００１５】
ここで、所定領域には、計測面の端部のように、回折光の強度が急激に変化するあるいは不安定になる計測面上の領域を含めることができる。従って、計測光の照射点が回折光の強度が十分安定する計測面上の領域内に位置するときのみ、そのヘッドから得られる位置情報（ヘッドの出力）が修正されるので、ヘッドの不安定動作を回避し、位置計測系の安定な稼動、ひいては移動体の安定な駆動制御が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態を、図１〜図１４（Ｂ）に基づいて説明する。
【００１７】
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とプライマリアライメント系ＡＬ１（図４、図５等参照）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光軸ＡＸとプライマリアライメント系ＡＬ１の検出中心を結ぶ直線と平行な方向を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。
【００１８】
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。
【００１９】
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）で規定されたレチクルＲ上のスリット状の照明領域ＩＡＲを、照明光（露光光）ＩＬによりほぼ均一な照度で照明する。照明系１０の構成は、例えば米国特許出願公開第２００３／０２５８９０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）が用いられる。
【００２０】
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７参照）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となっている。
【００２１】
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７参照）に送られる。
【００２２】
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）を介してその照明領域ＩＡＲ内のレチクルＲの回路パターンの縮小像（回路パターンの一部の縮小像）が、その第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、レチクルＲ及び投影光学系ＰＬによってウエハＷ上に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。
【００２３】
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７参照）、及びウエハステージＷＳＴを駆動するステージ駆動系１２４（図７参照）等を備えている。計測システム２００は、図７に示されるように、干渉計システム１１８、エンコーダシステム１５０及び面位置計測システム１８０などを含む。
【００２４】
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程度のクリアランスを介して、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７参照）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。
【００２５】
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，Ｙ，Ｚ，θｘ，θｙ，θｚ）に駆動可能に構成されている。
【００２６】
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スリットパターン（スリット状の計測用パターン）ＳＬが、設けられている。そして、各空間像計測スリットパターンＳＬに対応して、ウエハテーブルＷＴＢの内部には、光学系及び受光素子などが配置されている。すなわち、ウエハテーブルＷＴＢ上には、空間像計測スリットパターンＳＬを含む一対の空間像計測装置４５Ａ，４５Ｂ（図７参照）が設けられている。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
なお、格子線３７，３８のピッチは、例えば１μｍと設定される。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。
【００３０】
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ＷＳＴ上面に設置される。
【００３１】
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が形成されている。
【００３２】
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、国際公開第２００７／０９７３７９号パンフレットに開示される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。
【００３３】
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とプライマリアライメント系ＡＬ１の検出中心を結ぶ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を有するプライマリアライメント系ＡＬ１が配置されている。プライマリアライメント系ＡＬ１は、不図示のメインフレーム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、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７参照）により、Ｘ軸方向に関してそれらの検出領域の相対位置が調整可能となっている。
【００３４】
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。
【００３５】
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、そ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、一対のＺ干渉計４３Ａ，４３Ｂとを備えている。詳述すると、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、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Ｙ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、Ｙ軸に平行な測長ビームＢ７を反射面１７ｂに照射する。
【００３６】
干渉計システム１１８の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。
【００３７】
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、長く設計されている。
【００３８】
移動鏡４１に対向して、干渉計システム１１８（図７参照）の一部を構成する一対のＺ干渉計４３Ａ，４３Ｂが設けられている（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を支持するフレーム（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。その結果より、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。
【００３９】
本実施形態では、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＸＹ平面内の位置情報（θｚ方向の回転情報を含む）は、主として、後述するエンコーダシステム１５０及び面位置計測システム１８０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及び面位置計測システム１８０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及び面位置計測システム１８０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及び面位置計測システム１８０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。
【００４０】
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平面内での位置（Ｘ，Ｙ，θｚ）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。
【００４１】
図４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。
【００４２】
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とも記述する。
【００４３】
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７参照）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」と略述する。
【００４４】
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とも記述する。
【００４５】
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７参照）を構成する。なお、以下では、Ｘリニアエンコーダを、適宜、「Ｘエンコーダ」又は「エンコーダ」と略述する。
【００４６】
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３９Ｘ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。
【００４７】
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、その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。
【００４８】
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。
【００４９】
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６７4〜６７1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６７4〜６７1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とも記述する。
【００５０】
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７参照））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。
【００５１】
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、その一対の基準格子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。
【００５２】
上述したエンコーダ７０Ａ〜７０Ｆの計測値は、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】
さらに、本実施形態の露光装置１００では、図４及び図６に示されるように、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を採用している。本実施形態では、一例として、前述のヘッドユニット６２Ｅの−Ｘ端部の＋Ｙ側に照射系９０ａが配置され、これに対峙する状態で、前述のヘッドユニット６２Ｆの＋Ｘ端部の＋Ｙ側に受光系９０ｂが配置されている。なお、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）は、投影ユニットＰＵを保持するメインフレームの下面に固定されている。
【００５５】
図４及び図６では、それぞれ検出ビームが照射される複数の検出点が、個別に図示されず、照射系９０ａ及び受光系９０ｂの間でＸ軸方向に延びる細長い検出領域（ビーム領域）ＡＦとして示されている。検出領域ＡＦは、Ｘ軸方向の長さがウエハＷの直径と同程度に設定されているので、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）を計測できる。
【００５６】
図６に示されるように、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の検出領域ＡＦの両端部近傍に、基準軸ＬＶに関して対称な配置で、面位置計測システム１８０の一部を構成する各一対のＺ位置計測用のヘッド（以下、「Ｚヘッド」と略述する）７２ａ，７２ｂ、及び７２ｃ，７２ｄが設けられている。これらのＺヘッド７２ａ〜７２ｄは、不図示のメインフレームの下面に固定されている。
【００５７】
Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄとしては、例えば、ＣＤドライブ装置などで用いられる光ピックアップと同様の光学式変位センサのヘッドが用いられる。Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄは、ウエハテーブルＷＴＢに対し上方から計測ビームを照射し、その反射光を受光して、照射点におけるウエハテーブルＷＴＢの面位置を計測する。なお、本実施形態では、Ｚヘッドの計測ビームは、前述のＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2を構成する反射型回折格子の面によって反射される構成を採用している。
【００５８】
さらに、前述のヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃは、図６に示されるように、それぞれが備える５つのＹヘッド６５j，６４i（ｉ，ｊ＝１〜５）と同じＸ位置に、ただしＹ位置をずらして、それぞれ５つのＺヘッド７６j，７４i（ｉ，ｊ＝１〜５）を備えている。そして、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃのそれぞれに属する５つのＺヘッド７６，７４は、互いに基準軸ＬＶに関して対称に配置されている。なお、各Ｚヘッド７６，７４としては、前述のＺヘッド７２ａ〜７２ｄと同様の光学式変位センサのヘッドが採用される。
【００５９】
上述したＺヘッド７２ａ〜７２ｄ，７４1〜７４5，７６1〜７６5は、図７に示されるように、信号処理・選択装置１７０を介して主制御装置２０に接続されており、主制御装置２０は、信号処理・選択装置１７０を介してＺヘッド７２ａ〜７２ｄ，７４1〜７４5，７６1〜７６5の中から任意のＺヘッドを選択して作動状態とし、その作動状態としたＺヘッドで検出した面位置情報を信号処理・選択装置１７０を介して受け取る。本実施形態では、Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄ，７４1〜７４5，７６1〜７６5と、信号処理・選択装置１７０とを含んでウエハステージＷＳＴのＺ軸方向及びＸＹ平面に対する傾斜方向の位置情報を計測する面位置計測システム１８０が構成されている。
【００６０】
本実施形態では、主制御装置２０は、面位置計測システム１８０（図７参照）を用いて、ウエハステージＷＳＴの有効ストローク領域、すなわち露光及びアライメント計測のためにウエハステージＷＳＴが移動する領域において、その２自由度方向（Ｚ，θｙ）の位置座標を計測する。
【００６１】
主制御装置２０は、露光の際には面位置計測システム１８０（図７参照）を構成する各１つのＺヘッド７４i，７６j（ｉ，ｊは１〜５のいずれか）を用いて、後述するフォーカスマッピング（及びフォーカスキャリブレーション）の際には４つのＺヘッド７２ａ〜７２ｄを用いて、ウエハステージＷＳＴの高さＺと傾斜（ローリング）θｙを計測する。
【００６２】
図７には、露光装置１００の制御系の主要な構成が示されている。この制御系は、装置全体を統括的に制御するマイクロコンピュータ（又はワークステーション）から成る主制御装置２０を中心として構成されている。
【００６３】
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、例えば国際公開第２００７／０９７３７９号パンフレット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、これと並行したフォーカスマッピング、空間像計測器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。なお、詳細説明については省略する。
【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、国際公開第２００７／０９７３７９号パンフレット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７参照）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、その３自由度（Ｘ，Ｙ，θｚ）方向の位置を計測することができる。
【００６６】
エンコーダシステム１５０（図７参照）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、次に説明するような回折干渉型のエンコーダヘッドが用いられている。
【００６７】
図８には、エンコーダ７０Ａ〜７０Ｆを代表して、エンコーダ７０Ａの構成が示されている。以下では、このエンコーダ７０Ａ（ヘッドユニット６２Ａ）を取り上げて、エンコーダの構成及び計測原理、並びに、修正機能のオンオフについて説明する。なお、図８では、エンコーダ７０Ａを構成するヘッドユニット６２Ａの１つのＹヘッド６５からＹスケール３９Ｙ1に対し計測ビームが照射されている。
【００６８】
Ｙヘッド６５は、大別すると、照射系６５ａ、光学系６５ｂ、及び受光系６５ｃの３部分から構成されている。照射系６５ａ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６５ｂは、偏光ビームスプリッタＰＢＳ、一対の反射ミラーＲ１ａ，Ｒ１ｂ、レンズＬ２ａ，Ｌ２ｂ、四分の一波長板（以下、λ／４板と記述する）ＷＰ１ａ，ＷＰ１ｂ、及び反射ミラーＲ２ａ，Ｒ２ｂ等を備えている。受光系６５ｃは、偏光子（検光子）及び光検出器等を含む。
【００６９】
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３９Ｙ1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。
【００７０】
計測ビームＬＢ1，ＬＢ2の照射によって回折格子ＲＧから発生する所定次数の回折ビーム、例えば１次回折ビームは、それぞれ、レンズ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。
【００７１】
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の１次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６５ｃに送光される。
【００７２】
受光系６５ｃ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６５ｃ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、例えば特開２００３−３２２５５１号公報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７０Ａの出力として、主制御装置２０に送られる。
【００７３】
主制御装置２０は、Ｙエンコーダ７０Ａの出力から、Ｙヘッド６５とスケール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、その原理を含め、詳述する。簡単のため、理想状態、すなわち計測ビームＬＢ1，ＬＢ2の強度は互いに等しく且つ出力Ｉ１〜Ｉ４の最大値も互いに等しい状況、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。
【００７４】
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。
【００７５】
主制御装置２０は、出力Ｉ１〜Ｉ４から、次のように、差Ｉ１３，Ｉ４２を求める。
【００７６】
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、それを用いて光学的（又は電気的）に求めても良い。
【００７７】
ここで、Ｙエンコーダ７０Ａ（ヘッド６５）の出力Ｉ１〜Ｉ４の修正の原理を説明するため、図９（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９（Ａ）及び図９（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。
【００７８】
理想状態では、干渉光ＬＢ３の強度Ｉの振幅は常に一定である。従って、出力Ｉ１〜Ｉ４の振幅Ａも常に一定である。そのため、図９（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。
【００７９】
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〜Ｉ４も、それぞれ式（１ａ）〜（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９（Ａ）における点ρ（Ｉ１３，Ｉ４２）の位相φに等しい。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。
【００８０】
φ（ΔＹ）＝２πΔＹ／（ｐ／４ｎ）＋φ０  …（３）
ここで、ｐはスケール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。
【００８１】
式（３）より、位相φは、変位ΔＹが計測単位（計測ピッチとも呼ぶ）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、式（２ａ），（２ｂ）より、点ρ（Ｉ１３，Ｉ４２）は、例えば図９（Ｂ）に示されるように、変位ΔＹの増加とともに、半径２Ａの円周上を点ａから点ｂへと左回りに回転することがわかる。逆に、変位ΔＹの減少とともに、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。その計数値（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】
実際のエンコーダヘッドの使用環境下では、回折格子の歪み等による回折ビームの乱れ、及び／又は光検出器の不安定動作等により、出力Ｉ１〜Ｉ４の変化の状態は、式（１ａ）〜（１ｄ）により表される理想的な変化の状態からずれる。従って、差Ｉ１３，Ｉ４２を、次のように表す必要がある。
【００８５】
Ｉ１３＝２Ａ１３ｃｏｓ（φ）＋Ｂ１３    …（５ａ）
Ｉ４２＝２Ａ４２ｓｉｎ（φ）＋Ｂ４２    …（５ｂ）
【００８６】
図１０（Ａ）〜図１０（Ｆ）には、点ρ（Ｉ１３，Ｉ４２）の軌道の代表例が、模式的に示されている。このうち、図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）には、それぞれ、Ａ１３＝Ａ４２＞２Ａ及びＡ１３＝Ａ４２＜２Ａ（ただしＢ１３＝Ｂ４２＝０）の場合の点ρの軌道Ｔが示されている。この場合、点ρの軌道Ｔは、理想状態における点ρの軌道Ｔ０より、それぞれ、大きな半径及び小さな半径の円軌道となる。図１０（Ｃ）及び図１０（Ｄ）には、それぞれ、Ａ１３＞２Ａ、Ａ４２＜２Ａ及びＡ１３＜２Ａ、Ａ４２＞２Ａ（ただしＢ１３＝Ｂ４２＝０）の場合の点ρの軌道Ｔが示されている。この場合、点ρの軌道Ｔは、それぞれ、横長及び縦長の長円形の軌道となる。図１０（Ｅ）には、Ｂ１３＝Ｂ４２≠０（ただしＡ１３＝Ａ４２＝２Ａ）の場合の点ρの軌道Ｔが示されている。この場合、点ρの軌道Ｔは、理想状態における点ρの軌道Ｔ０と同じ円形であるが、その中心が原点Ｏから点Ｏ’にシフトしている。図１０（Ｆ）には、φ→φ＋Δφ（ただしΔφ＞０）の場合の点ρの軌道Ｔが示されている。点ρの軌道Ｔは、理想状態における点ρの軌道Ｔ０と同じ円形であるが、軌道Ｔ０から左周りに回転している。
【００８７】
本実施形態における相対変位ΔＹの算出方法では、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φを、点ρ（Ｉ１３，Ｉ４２）の位相φから読み取る。そのため、点ρが、図１０（Ａ）〜１０（Ｆ）に示されるような軌道Ｔを取ると、点ρの軌道から読み取られる位相φは、計測ビームＬＢ1，ＬＢ2の位相差φからずれてしまう。そこで、主制御装置２０は、常時、点ρの軌道（軌跡）を解析し、その歪み（軌道Ｔ０からのずれ）を修正するための信号処理（出力の修正処理）を行う。これにより、計測誤差の発生を回避している。
【００８８】
上述の信号処理、すなわち出力の修正処理は、出力Ｉ１〜Ｉ４、すなわち、式（５ａ）及び（５ｂ）における係数Ａ１３，Ａ４２，Ｂ１３，Ｂ４２の微小変化に伴う計測誤差の発生を回避する目的においては大変、有用である。しかし、前述の通り、本実施形態のエンコーダシステム１５０では、スケール３９Ｘ１，３９Ｘ２，３９Ｙ１，３９Ｙ２の有効面積が有限であるため、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴの移動に伴い、複数のヘッドの中から計測ビームの照射点がスケール上に位置するヘッドを切り換えて使用している。従って、ヘッドユニット６２Ａのヘッド６５1〜６５5も、ウエハステージＷＳＴの移動に伴い、計測ビームＬＢ1，ＬＢ2の照射点がＹスケール３９Ｙ1上に位置するヘッド６５が、切り換えて使用される。ここで、ヘッド６５の計測ビームＬＢ1，ＬＢ2の照射点がＹスケール３９Ｙ1から外れる際には、ヘッド６５が受光する出力ビームＬＢ３の強度Ｉ（すなわち出力Ｉ１〜Ｉ４）は有限の値から零に、急激に変化する。逆に計測ビームＬＢ1，ＬＢ2の照射点が外部からＹスケール３９Ｙ1内に入る際には、出力ビームＬＢ３の強度Ｉ（すなわち出力Ｉ１〜Ｉ４）は、零から有限の値に、急激に変化する。このように出力ビームＬＢ３の強度Ｉ（すなわち出力Ｉ１〜Ｉ４）が急激に変化する状況では、上述の出力の修正処理は、却って、ヘッド６５の不安定動作を誘発する恐れがある。
【００８９】
そこで、本実施形態では、上記の出力の修正処理を一時的に停止すべき領域（以下、便宜上、一時停止領域と呼ぶ）が、Ｙスケール３９Ｙ１上に、予め設定されている。ここで、一時停止領域として、上述の出力の修正処理が有効に機能する程度には、出力ビームＬＢ３の強度が安定しないＹスケール３９Ｙ１上の領域が選ばれている。そして、主制御装置２０は、ヘッド６５の計測ビームＬＢ1，ＬＢ2の照射点が、Ｙスケール３９Ｙ１上の一時停止領域外の領域に位置するときには、ヘッド６５の出力Ｉ１〜Ｉ４の修正処理、すなわち出力Ｉ１〜Ｉ４（すなわち式（５ａ）及び式（５ｂ）における係数Ａ１３，Ａ４２，Ｂ１３，Ｂ４２）の修正処理を行う。この一方、ヘッド６５の計測ビームＬＢ1，ＬＢ2の照射点が、Ｙスケール３９Ｙ１の外部又はＹスケール３９Ｙ１上の一時停止領域に位置するときには、前述の出力Ｉ１〜Ｉ４の修正処理を、停止する。
【００９０】
ここで、図１１（Ａ）〜図１１（Ｄ）、図１２及び図１３に基づいて、本実施形態における、上記の出力の修正処理の停止、再開の仕組みについて、さらに詳述する。
【００９１】
図１１（Ａ）〜図１１（Ｄ）には、ウエハステージＷＳＴが＋Ｘ方向に移動し、それに伴いＹヘッド６５がＹスケール３９Ｙ１上に対向する状況が表されている。なお、ウエハステージＷＳＴは、同時に、＋Ｙ方向にもわずかに移動しているものとする。前提として、図１１（Ａ）〜図１１（Ｄ）に示されるように、Ｙスケール３９Ｙ1には、そのＸ軸方向の両端部の所定幅の帯状領域（図中の陰影の無い領域）から成る一時停止領域ＳＵ1、ＳＵ2が、設定されているものとする。
【００９２】
図１１（Ａ）では、Ｙヘッド６５はＹスケール３９Ｙ１に対向していない。すなわち、Ｙヘッド６５の計測ビームＬＢ1，ＬＢ2は、Ｙスケール３９Ｙ１上に照射されていない。従って、Ｙヘッド６５が受光する出力ビームＬＢ３の強度Ｉは、図１２中の点ａで示されるように、零である。なお、図１２において、横軸はＹスケール３９Ｙ1（ウエハステージＷＳＴ）のＸ位置である。この図１１（Ａ）の状態では、点ρ（Ｉ１３，Ｉ４２）は、図１３中にベクトルρ1で示されるように、点ａ（原点Ｏに一致）に位置し、その位相φを読み取ることすらできないので、主制御装置２０は、出力Ｉ１〜Ｉ４の修正処理を行わない。
【００９３】
図１１（Ａ）の状態からウエハステージＷＳＴが＋Ｘ方向に移動すると、Ｙヘッド６５がＹスケール３９Ｙ1に対向し始める。図１１（Ｂ）には、Ｙヘッド６５の計測ビームＬＢ1，ＬＢ2の照射点（有限の面積を有する断面）が、Ｙスケール３９Ｙ1の＋Ｘ端部の一時停止領域ＳＵ1に位置している状態が示されている。この状態は、計測ビームＬＢ1，ＬＢ2の照射点がＹスケール３９Ｙ1上に進入している最中でもある。このとき、出力ビームＬＢ３の強度Ｉは、図１２中の点ｂで示されるように、急激に増大している。しかし、まだ、最大強度（２Ａ）には届いていない。この図１１（Ｂ）の状態では、点ρ（Ｉ１３，Ｉ４２）は、図１３中にベクトルρ2で示されるように、点ｂに位置し、原点Ｏから急速に遠ざかっている。しかし、まだ、理想状態における軌道Ｔ０（原点Ｏからの距離２Ａの円軌道）からは遠く離れている。このため、図１１（Ｂ）の状態においても、主制御装置２０は、出力Ｉ１〜Ｉ４の修正処理を行わない。
【００９４】
図１１（Ｂ）の状態からウエハステージＷＳＴがさらに＋Ｘ方向に移動すると、Ｙヘッド６５の全体がＹスケール３９Ｙ1に対向するようになる。図１１（Ｃ）には、Ｙヘッド６５の計測ビームＬＢ1，ＬＢ2の照射点（有限の面積を有する断面）が、Ｙスケール３９Ｙ1上の一時停止領域ＳＵ1から外れ、該一時停止領域ＳＵ1の−Ｘ側のＹスケール３９Ｙ1上に位置している状態が示されている。この図１１（Ｃ）の状態では、出力ビームＬＢ３の強度Ｉは、図１２中の点ｃで示されるように、最大強度（２Ａ）に近づき、その変化も緩やかになっている。また、この図１１（Ｃ）の状態では、点ρ（Ｉ１３，Ｉ４２）は、図１３中にベクトルρ3で示されるように、点ｃに位置し、その軌道は理想状態における軌道Ｔ０（原点Ｏからの距離２Ａの円軌道）に十分近づいている。そこで、主制御装置２０は、出力Ｉ１〜Ｉ４の修正を行う。なお、図１１（Ｃ）では、Ｙヘッド６５の出力Ｉ１〜Ｉ４の修正が行われていることが、黒丸を用いて表されている。また、二重線の四角により、ヘッド６５が、ウエハステージＷＳＴの位置制御に用いられていることが示されている。
【００９５】
図１１（Ｃ）の状態からウエハステージＷＳＴがさらに＋Ｘ方向に移動すると、図１１（Ｄ）に示されるように、Ｙヘッド６５の計測ビームＬＢ1，ＬＢ2の照射点がＹスケール３９Ｙ1のＸ軸方向の中央の陰影が付された領域に位置する状態が続く。計測ビームＬＢ1，ＬＢ2の照射点がＹスケール３９Ｙ1の陰影が付された領域に位置する間、出力ビームＬＢ３の強度Ｉは、図１２中の点ｄで示されるように、ほぼ最大強度（２Ａ）をとり、その変化も十分微小になっている。また、図１１（Ｄ）及びその前後の状態では、点ρ（Ｉ１３，Ｉ４２）は、図１３中にベクトルρ4で示されるように、理想状態における軌道Ｔ０（原点Ｏからの距離２Ａの円軌道）上の点ｄに位置している。点ρ（Ｉ１３，Ｉ４２）が軌道Ｔ０の極近傍に位置する限り、主制御装置２０は、Ｙヘッド６５の出力Ｉ１〜Ｉ４の修正を行う。
【００９６】
なお、図１１（Ｄ）の状態からウエハステージＷＳＴがさらに＋Ｘ方向に移動し、あるいは−Ｘ方向に移動すると、このウエハステージＷＳＴの移動に伴い、Ｙヘッド６５の計測ビームＬＢ1，ＬＢ2の照射点がＹスケール３９Ｙ１上の一時停止領域ＳＵ2、あるいはＳＵ1に位置するが、その際には、主制御装置２０は、上述の手順と逆の手順に従って、Ｙヘッド６５の出力Ｉ１〜Ｉ４の修正を停止する。
【００９７】
また、Ｙスケール３９Ｙ1上の計測ビームＬＢ1，ＬＢ2の照射点の位置は、ウエハステージＷＳＴの位置から求めることができる。ここで、安全性の観点より、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴの位置として干渉計システム１１８の計測結果を用いることとしても良い。
【００９８】
Ｙスケール３９Ｙ1上の一時停止領域として、前述の通り、ヘッド６５の出力ビームＬＢ３の強度Ｉ（すなわち出力Ｉ１〜Ｉ４）が安定しない領域（例えば、前述した領域ＳＵ1、ＳＵ2）を選ぶことにより、この一時停止領域ＳＵ1、ＳＵ2以外のＹスケール３９Ｙ1上の領域では、出力ビームＬＢ３の強度Ｉ（すなわち出力Ｉ１〜Ｉ４）が十分安定することとなる。これにより、主制御装置２０は、前述した手順に従って、Ｙヘッド６５の出力Ｉ１〜Ｉ４の修正を行う、あるいは一時停止することで、Ｙヘッド６５の不安定動作を回避する。ここで、図１４（Ａ）に示されるように、Ｙスケール３９Ｙ１上の回折格子が損傷した領域ＤＡ又は歪んだ領域ＤＳに計測ビームＬＢ1，ＬＢ2を照射する、あるいは図１４（Ｂ）に示されるように、Ｙスケール３９Ｙ１上に付着した異物ＤＰ等によって計測ビームＬＢ1，ＬＢ2が遮られる、といった異常時においても、出力ビームＬＢ３の強度Ｉは急激に変化する。また、通常、スケールの内部には、スケールとヘッドの相対位置の基準を定めるための位置出しパターンが設けられている。位置出しパターンは、例えば図１４（Ｂ）に示されるパターン３９Ｙ３のように、回折格子が形成されていない間隙を挟んでＹスケール３９Ｙ１の内部に設けられる。ここで、位置出しパターン３９Ｙ３を囲む間隙に計測ビームＬＢ1，ＬＢ2が照射される場合にも、出力ビームＬＢ３の強度Ｉは急激に変化する。そこで、本実施形態では、さらに、回折格子が損傷した領域ＤＡ又は歪んでいる領域ＤＳ、異物ＤＰが付着した領域、位置出しパターン３９Ｙ３の近傍領域が、Ｙスケール３９Ｙ1上の一時停止領域に定められている。
【００９９】
ヘッドユニット６２Ｂ，６２Ｃ，６２Ｄ，６２Ｅ，６２Ｆがそれぞれ備えるヘッド６４，６６，６７，６８も、ヘッド６５（エンコーダ７０Ａ）と同様に構成され、スケール３９Ｘ１，３９Ｘ２，３９Ｙ２上にも、上述したＹスケール３９Ｙ１と同様に、一時停止領域（スケールの非計測方向の両端部の領域ＳＵ1，ＳＵ2、回折格子が損傷した領域ＤＡ又は歪んでいる領域ＤＳ、異物ＤＰが付着した領域、位置出しパターン３９Ｙ３の近傍領域など）が、定められている。そして、主制御装置２０によって、前述と同様の手順に従って、ヘッド６４，６６，６７，６８の出力修正、及びその修正の一時停止が行われる。
【０１００】
従って、本実施形態の露光装置１００によると、ヘッド６４，６５，６６，６７，６８の不安定動作を回避し、エンコーダシステム１５０の安定な稼動、ひいてはウエハステージＷＳＴの安定な駆動制御が可能となる。
【０１０１】
なお、本実施形態の露光装置１００では、各スケール上に付着した異物を検出するための異物検出器が設けられていても良い。そして、主制御装置２０は、その異物検出器を用いて、露光動作に先立って（あるいは露光動作と並行して）、各スケール上の異物を検出することとしても良い。また、主制御装置２０は、露光動作に先立って、回折格子の状態を診断することとしても良い。そして、主制御装置２０は、異物が検出されたスケール上の領域、及び回折格子の異常が検出されたスケール上の領域を、前述した一時停止領域に定めても良い。
【０１０２】
また、主制御装置２０は、各エンコーダヘッドの出力の修正処理を実行している間、出力信号の修正の精度を検証することとしても良い。例えば、図１０（Ａ）〜図１０（Ｆ）に示されるような、点ρ（Ｉ１３，Ｉ４２）の軌道Ｔ０からのずれを、修正精度の指標として用いることができる。そして、修正精度が十分でない場合（ずれが大きい場合）、主制御装置２０は、そのヘッドの計測ビームの照射点に相当するスケール上の位置（領域）を、一時停止領域に含めることとしても良い。
【０１０３】
また、主制御装置２０は、図１２に示される、出力ビームＬＢ３の強度Ｉを監視することによって、スケール上の一時停止領域を定めても良い。主制御装置２０は、例えば、露光動作に先立って、いずれかのエンコーダヘッドを用いてスケール全面に計測ビームＬＢ1，ＬＢ2を照射し、出力ビームＬＢ３の強度Ｉを監視する。あるいは、主制御装置２０は、露光動作と並行して、スケールに計測ビームＬＢ1，ＬＢ2を照射しているエンコーダヘッドの出力ビームＬＢ３の強度Ｉを監視する。そして、主制御装置２０は、強度の変化が著しい領域、あるいは強度が一定強度（最大強度から定められる）以下である領域を、スケール上の一時停止領域と定める。この処理は、上述の異物の検出及び回折格子の状態の診断を兼ねることも可能である。なお、出力ビームＬＢ３の強度Ｉの代わりに、参照強度ＩＲ＝√（Ｉ１３２＋Ｉ４２２）を用いると良い。参照強度ＩＲは、計測ビームの照射点が、スケール上の一時停止領域以外の領域内に位置するときには、ほぼ最大強度２Ａとなる。
【０１０４】
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、上述の出力ビーム（干渉光）ＬＢ３の分岐光の強度Ｉ１〜Ｉ４に応じた出力信号（出力Ｉ１〜Ｉ４）が、主制御装置２０に供給される。主制御装置２０は、供給された出力Ｉ１〜Ｉ４に対応するヘッド（の計測ビームの照射点）がスケール上の一時停止領域以外の領域内に位置する場合に、前述の信号処理（出力Ｉ１〜Ｉ４の修正処理）を行い、処理済の信号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照射されるスケールの変位）を求める。その計測結果は、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）の計測結果として、主制御装置２０に供給される。
【０１０５】
なお、リニアエンコーダ７０Ａ〜７０Ｄ（あるいはエンコーダ７０Ｅ1，７０Ｆ1及び７０Ｂ又は７０Ｄ）、又は７０Ｅ2，７０Ｆ2について、有効な計測結果が必要数に満たない場合、主制御装置２０は、エンコーダシステム１５０に替えて干渉計システム１１８を用いてウエハステージＷＳＴの位置を計測する。このような状況は、特に、エンコーダヘッドの計測ビームが、図１４（Ａ）に示されるスケール上の回折格子が損傷した領域ＤＡ、歪んでいる領域ＤＳ、図１４（Ｂ）に示される異物ＤＰが付着した領域、位置出しパターン３９Ｙ３の近傍領域、に照射される際に起こり得る。
【０１０６】
以上詳細に説明したように、本実施形態の露光装置１００によると、主制御装置２０により、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置情報の計測に用いられているエンコーダシステム１５０の複数のヘッド（６５，６４，６６，６７，６８）それぞれの計測ビームの照射点がスケール（３９Ｙ1，３９Ｙ2，３９Ｘ1，３９Ｘ2）上の長手方向に直交する方向の端部を含む一時停止領域以外に位置するときには、そのヘッドで計測される位置情報（ヘッドの出力）が修正される一方、計測ビームの照射点がスケール外又はスケール上の一時停止領域に位置するときには、位置情報（ヘッドの出力）の修正が停止され、位置情報の修正がなされた３つのヘッドの修正後の位置情報に基づいてウエハステージＷＳＴが駆動される。
【０１０７】
ここで、一時停止領域には、スケール（３９Ｙ1，３９Ｙ2，３９Ｘ1，３９Ｘ2）の端部のように、回折光の強度が急激に変化するあるいは不安定になるスケール上の領域が含まれる。従って、計測ビームの照射点が回折光の強度が十分安定するスケール上の領域内に位置するときのみ、そのヘッドから得られる位置情報（ヘッドの出力）が修正されるので、ヘッドの不安定動作を回避し、エンコーダシステム１５０の安定な稼動、ひいてはウエハステージＷＳＴの安定な駆動制御が可能となる。これにより、レチクルステージＲＳＴに同期して、ウエハステージＷＳＴを、精度良く駆動することが可能になるので、レチクルＲのパターンをウエハＷ上の複数のショット領域に精度良く転写することが可能になる。
【０１０８】
なお、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ず、本発明がこれに限定され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。この場合において、Ｚヘッドもウエハステージに設け、その格子部の面を、面位置計測システムＺヘッドの計測ビームが照射される反射面としても良い。
【０１０９】
また、上記実施形態では、例えばヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃの内部にエンコーダヘッドとＺヘッドとが、別々に設けられている場合について説明したが、エンコーダヘッドとＺヘッドとの機能を備えた単一のヘッドを、エンコーダヘッドとＺヘッドの組に代えて用いても良い。
【０１１０】
また、上述の実施形態では、本発明が、液体（水）を介さずにウエハＷの露光を行うドライタイプの露光装置に適用された場合について説明したが、これに限らず、例えば国際公開第９９／４９５０４号パンフレット、欧州特許出願公開第１,４２０,２９８号明細書、国際公開第２００４／０５５８０３号パンフレット、特開２００４−２８９１２６号公報（対応米国特許第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本発明を適用することができる。また、例えば国際公開第２００７／０９７３７９号パンフレット（対応米国特許出願公開第２００８／０８８４３号明細書）に開示される、液浸露光装置などにも、本発明を適用することができる。この国際公開第２００７／０９７３７９号パンフレット（対応米国特許出願公開第２００８／０８８４３号明細書）に開示される液浸露光装置では、ウエハステージに設けられたグレーティング（スケール）に計測ビームを照射し、その反射光を受光することによって、グレーティングの周期方向に関するヘッドとスケールとの間の相対位置を計測するエンコーダシステムが採用されている。かかる露光装置では、回収されずにスケール上に残った液浸液（液体）が、異物として、計測システムを構成するヘッドの計測ビームを遮ることが頻繁に起こり得るので、上記実施形態の方法は有用である。
【０１１１】
また、上記実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式等の走査型露光装置に本発明が適用された場合について説明したが、これに限らず、ステッパなどの静止型露光装置に本発明を適用しても良い。ステッパなどであっても、露光対象の物体が搭載されたステージの位置を上記実施形態と同様に、エンコーダを用いて計測することができるので、同様の効果を得ることができる。また、ショット領域とショット領域とを合成するステップ・アンド・スティッチ方式の縮小投影露光装置、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本発明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本発明を適用できる。また、例えば国際公開第２００５／０７４０１４号パンフレット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本発明は適用が可能である。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
また、上記実施形態では、露光装置の照明光ＩＬとしては波長１００ｎｍ以上の光に限らず、波長１００ｎｍ未満の光を用いても良いことはいうまでもない。例えば、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、その露光波長（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、かかる装置にも本発明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、本発明は適用できる。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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）にも本発明を適用することができる。
【０１１７】
さらに、例えば米国特許第６，６１１，３１６号明細書に開示されているように、２つのレチクルパターンを投影光学系を介してウエハ上で合成し、１回のスキャン露光によってウエハ上の１つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置にも本発明を適用することができる。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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本発明を適用できる。
【０１２０】
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）によりレチクル（マスク）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。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
本発明の露光方法及び露光装置は、物体上にパターンを形成するのに適している。また、本発明の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。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【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】Ｚヘッドと多点ＡＦ系の配置を示す平面図である。
【図７】一実施形態に係る露光装置の制御系の主要な構成を示すブロック図である。
【図８】エンコーダの構成の一例を示す図である。
【図９】図９（Ａ）及び図９（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１０】図１０（Ａ）〜図１０（Ｆ）は、エンコーダの異常な計測結果の例を説明するための図である。
【図１１】図１１（Ａ）〜図１１（Ｄ）は、エンコーダヘッドがスケールに対向する際の、ヘッドの起動手順を説明するための図である。
【図１２】図１２は、エンコーダヘッドがスケールに対向する際の、エンコーダヘッドが受光する反射ビームの強度の変化を示す図である。
【図１３】図１３は、エンコーダヘッドがスケールに対向する際の、エンコーダの計測結果を説明するための図である。
【図１４】図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）は、スケール上の一時停止領域の他の例を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１２３】
１０…照明系、２０…主制御装置、３９Ｘ1，３９Ｘ2…Ｘスケール、３９Ｙ1，３９Ｙ2…Ｙスケール、６２Ａ〜６２Ｆ…ヘッドユニット、６４，６５…Ｙヘッド、６６…Ｘヘッド、６７，６８…Ｙヘッド、７０Ａ，７０Ｃ…Ｙエンコーダ、７０Ｂ，７０Ｄ…Ｘエンコーダ、１００…露光装置、１２４…ステージ駆動系、１５０…エンコーダシステム、ＰＬ…投影光学系、ＰＵ…投影ユニット、Ｗ…ウエハ、ＷＳＴ…ウエハステージ、ＷＴＢ…ウエハテーブル、Ｒ…レチクル。
【図１】
2010067873.tif 000003
【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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