(57)【要約】  ＸエンコーダとＹエンコーダとを少なくとも各１つ含む３つのエンコーダを用いて、ステージ（ＷＳＴ）の移動面内の位置情報を計測する。ステージ（ＷＳＴ）の位置計測値に基づいて、位置計測に用いるエンコーダを、エンコーダ（Ｅｎｃ１，Ｅｎｃ２及びＥｎｃ３）から、エンコーダ（Ｅｎｃ４，Ｅｎｃ２及びＥｎｃ３）に切り換える。切り換えの際、座標つなぎ法又は位相つなぎ法を適用して、新たに使用するエンコーダ（Ｅｎｃ４）の初期値を設定する。それにより、ステージ（ＷＳＴ）の位置計測に用いるエンコーダが逐次切り換えられるにもかかわらず、切り換えの前後でステージの位置計測値が保存され、ステージを正確に２次元駆動することができる。
2009013903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直交する第１軸及び第２軸を含む所定面に沿って移動体を駆動する移動体駆動方法であって、
前記第２軸と平行な方向に関して位置が異なる複数の第１エンコーダヘッドと、前記第１軸と平行な方向に関して位置が異なる複数の第２エンコーダヘッドとのうち、前記移動体の前記所定面と平行な一面に設けられた前記第１軸に平行な方向を周期方向とする一対の第１グレーティング及び前記第２軸に平行な方向を周期方向とする一対の第２グレーティングから選択された３つのグレーティングにそれぞれ対向する３つのエンコーダヘッドの計測値に基づいて前記移動体の位置座標を求める第１工程と；
該位置座標が、エンコーダヘッドの切り換えの前後で維持されるように、新たに使用を開始するエンコーダヘッドの計測値を再設定する第２工程と；を含む移動体駆動方法。
【請求項２】
請求項１に記載の移動体駆動方法において、
前記第２工程では、前記移動体の位置制御に用いる３つのエンコーダヘッド組を、前記エンコーダヘッド組とは少なくとも１つのエンコーダヘッドが異なる３つのエンコーダヘッドを含む別のエンコーダヘッド組に切り換える際に、新たに使用を開始するエンコーダヘッドの計測値を再設定する移動体駆動方法。
【請求項３】
互いに直交する第１軸及び第２軸を含む所定面に沿って移動体を駆動する移動体駆動方法であって、
前記第２軸と平行な方向に関して位置が異なる複数の第１エンコーダヘッドと、前記第１軸と平行な方向に関して位置が異なる複数の第２エンコーダヘッドとのうち、前記移動体の前記所定面と平行な一面に設けられた前記第１軸に平行な方向を周期方向とする一対の第１グレーティング及び前記第２軸に平行な方向を周期方向とする一対の第２グレーティングから選択された３つのグレーティングにそれぞれ対向する３つのエンコーダヘッドの計測値に基づいて前記移動体の位置座標を求める第１工程と；
前記移動体の位置座標に基づき、切り換え後に新たに使用されるエンコーダヘッドによる計測単位の計測値のみを再設定する第２工程と；を含む移動体駆動方法。
【請求項４】
互いに直交する第１軸及び第２軸を含む所定面に沿って移動体を駆動する移動体駆動方法であって、
前記第２軸と平行な方向に関して位置が異なる複数の第１ヘッドと、前記第１軸と平行な方向に関して位置が異なる複数の第２ヘッドとのうち、前記移動体の前記所定面と平行な一面に設けられた前記第１軸に平行な方向を周期方向とする一対の第１グレーティング及び前記第２軸に平行な方向を周期方向とする一対の第２グレーティングから選択された３つのグレーティングにそれぞれ対向する３つのヘッドを含むエンコーダのヘッド組の計測値に基づいて、前記移動体の前記所定面内の位置を制御する第１工程と；
前記平面内における前記移動体の位置が切り換えの前後で連続になるように、前記移動体の位置制御に用いるヘッド組を、前記ヘッド組とは少なくとも１つが異なる３つのヘッドを含む別のヘッド組に切り換える第２工程と；を含む移動体駆動方法。
【請求項５】
請求項４に記載の移動体駆動方法において、
前記第２工程は、前記移動体の位置制御に用いる３つのヘッドを前記移動体の位置情報に基づいて特定する工程と；
特定した３つのヘッドが現在前記移動体の位置制御に用いられているヘッド組の３つのヘッドと一致しているか否かを判断する工程と；
両者が一致していない場合に、特定した３つのヘッドのうち現在前記移動体の位置制御に用いられていない特定ヘッドの計測値を、前記移動体の位置に基づいて予測することにより、計測単位のオフセットを決定する工程と；
その決定した計測単位のオフセットに基づき、切り換え前後の前記移動体の位置が一致するように前記特定ヘッドの計測単位以下のオフセットを決定する工程と；
現在のヘッド組から前記特定されたヘッド組に前記移動体の位置制御に用いるヘッド組を変更する工程と；を含む移動体駆動方法。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の移動体駆動方法において、
前記移動体の位置制御に用いるヘッド組を、前記移動体の位置に基づいて算出される計測単位のオフセットと、ヘッド毎に保持している計測単位以下のオフセットとを用いて、前記ヘッド組とは少なくとも１つが異なる３つのヘッドを含む別のヘッド組に切り換える第３工程をさらに含む移動体駆動方法。
【請求項７】
互いに直交する第１軸及び第２軸を含む所定面に沿って移動体を駆動する移動体駆動方法であって、
前記第２軸と平行な方向に関して位置が異なる複数の第１ヘッド、及び前記第１軸と平行な方向に関して位置が異なる複数の第２ヘッドのうち、前記移動体の前記所定面と平行な一面に設けられた前記第１軸に平行な方向を周期方向とする一対の第１グレーティング及び前記第２軸に平行な方向を周期方向とする一対の第２グレーティングから選択された３つのグレーティングにそれぞれ対向する３つのヘッドを含むエンコーダのヘッド組の計測値に基づいて、前記移動体の前記所定面内の位置を制御する第１工程と；
前記移動体の位置制御に用いるヘッド組を、前記移動体の位置に基づいて算出される計測単位のオフセットと、ヘッド毎に設定されている計測単位以下のオフセットとを用いて、前記ヘッド組とは少なくとも１つが異なる３つのヘッドを含む別のヘッド組に切り換える第２工程と；を含む移動体駆動方法。
【請求項８】
請求項７に記載の移動体駆動方法において、
前記第２工程は、前記移動体の位置制御に用いられる３つのヘッドを特定する工程と；
特定した３つのヘッドが現在前記移動体の位置制御に用いられているヘッド組の３つのヘッドと一致しているか否かを判断する工程と；
両者が一致していない場合に、特定した３つのヘッドのうち現在前記移動体の位置制御に用いられていない特定ヘッドの計測値を、前記移動体の位置に基づいて予測することにより、計測単位のオフセットを決定する工程と；を含む移動体駆動方法。
【請求項９】
互いに直交する第１軸及び第２軸を含む所定面に沿って移動体を駆動する移動体駆動方法であって、
前記第２軸と平行な方向に関して位置が異なる複数の第１ヘッドと、前記第１軸と平行な方向に関して位置が異なる複数の第２ヘッドとのうち、前記移動体の前記所定面と平行な一面に設けられた前記第１軸に平行な方向を周期方向とする一対の第１グレーティング及び前記第２軸に平行な方向を周期方向とする一対の第２グレーティングから選択された３つのグレーティングにそれぞれ対向する３つのヘッドを含むエンコーダのヘッド組の計測値に基づいて、前記移動体の前記所定面内の位置を制御する第１工程と；
前記所定面内における前記移動体の位置が切り換えの前後で連続になるように、前記移動体の位置制御に用いるヘッド組を、前記ヘッド組とは少なくとも１つが異なる３つのヘッドを含む別のヘッド組に切り換えるとともに、その切り換えに際し、切り換え後にのみ使用される特定ヘッドの計測単位のオフセットを、前記移動体の位置に基づいて決定し、決定した計測単位のオフセットに基づき、切り換え前後の前記移動体の位置が一致するように前記特定ヘッドの計測単位以下のオフセットを決定する処理を、複数の第１ヘッド及び／又は第２ヘッドを前記特定ヘッドとして行う第２工程と；
前記計測単位以下のオフセットが更新されるまでの間、前記移動体の移動に伴って発生するヘッド組の切り換えを要するタイミング毎に、前記移動体の位置制御に用いるヘッド組を、前記移動体の位置に基づいて算出される計測単位のオフセットと、ヘッド毎に保持している計測単位以下のオフセットとを用いて、前記ヘッド組とは少なくとも１つが異なる３つのヘッドを含む別のヘッド組に切り換える第３工程と；を含む移動体駆動方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の移動体駆動方法において、
前記第２工程の処理は、所定の条件が満足される毎に、繰り返し実行される移動体駆動方法。
【請求項１１】
請求項９又は１０に記載の移動体駆動方法において、
前記第２工程では、前記ヘッド組の切り換えに際し、前記移動体が加速度零の状態に維持される移動体駆動方法。
【請求項１２】
請求項４〜１１のいずれか一項に記載の移動体駆動方法において、
前記ヘッド組の切り換えは、切り換え後にのみ使用される前記特定ヘッドがグレーティングに対向してから、切り換え後に使用されなくなる前記特定ヘッドがグレーティングから外れるまでの間に行われる移動体駆動方法。
【請求項１３】
移動面内で移動可能な移動体上に物体を載置する工程と；
前記物体に対してパターンを形成するため、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の移動体駆動方法により前記移動体を駆動する工程と；を含むパターン形成方法。
【請求項１４】
パターン形成工程を含むデバイス製造方法であって、
前記パターン形成工程では、請求項１３に記載のパターン形成方法を用いて物体上にパターンを形成するデバイス製造方法。
【請求項１５】
エネルギビームの照射によって物体にパターンを形成する露光方法であって、
前記エネルギビームと前記物体との相対移動のために、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の移動体駆動方法を用いて、前記物体を載置する移動体を駆動する露光方法。
【請求項１６】
互いに直交する第１軸及び第２軸を含む所定面に沿って移動体を駆動する移動体駆動システムであって、
前記移動体の前記所定面と平行な一面に配置され、前記第１軸に平行な方向を周期方向とする一対の第１グレーティング及び前記第２軸に平行な方向を周期方向とする一対の第２グレーティングと；
前記第２軸と平行な方向に関して位置が異なる複数の第１ヘッドを有し、前記一対の第１グレーティングにそれぞれ対向する前記第１ヘッドの計測値に基づいて前記移動体の前記第１軸に平行な方向の位置情報を計測する第１エンコーダシステムと；
前記第１軸と平行な方向に関して位置が異なる複数の第２ヘッドを有し、前記一対の第２グレーティングにそれぞれ対向する前記第２ヘッドの計測値に基づいて前記移動体の前記第２軸に平行な方向の位置情報を計測する第２エンコーダシステムと；
前記移動体の位置計測に使用するヘッドを切り換えるに際し、前記一対の第１グレーティング及び一対の第２グレーティングから選択された３つのグレーティングにそれぞれ対向する３つのヘッドを含むヘッド組の計測値に基づいて、前記移動体の前記所定面内の位置座標を求め、該位置座標が、ヘッドの切り換えの前後で維持されるように、新たに使用を開始するヘッドの計測値を再設定する制御装置と；を備える移動体駆動システム。
【請求項１７】
請求項１６に記載の移動体駆動システムにおいて、
前記制御装置は、前記移動体の位置制御に用いる３つのヘッド組を、前記ヘッド組とは少なくとも１つのヘッドが異なる３つのヘッドを含む別のヘッド組に切り換える際に、新たに使用を開始するヘッドの計測値を再設定する移動体駆動システム。
【請求項１８】
請求項１７に記載の移動体駆動システムにおいて、
前記制御装置は、前記移動体の位置座標に基づき、切り換え後に新たに使用されるヘッドによる計測単位の計測値を設定する移動体駆動システム。
【請求項１９】
請求項１７に記載の移動体駆動システムにおいて、
前記制御装置は、前記一対の第１グレーティング及び一対の第２グレーティングから選択された３つのグレーティングにそれぞれ対向する３つのヘッドを含むヘッド組の計測値に基づいて、前記移動体の前記所定面内の位置座標を求め、該位置座標が、ヘッドの切り換えの前後で維持されるように、新たに使用を開始するヘッドの計測値を再設定する第１モードと、前記移動体の位置座標に基づき、切り換え後に新たに使用されるヘッドによる計測単位の計測値のみを再設定する第２モードとを切り換えて、前記移動体の駆動が可能である移動体駆動システム。
【請求項２０】
互いに直交する第１軸及び第２軸を含む所定面に沿って移動体を駆動する移動体駆動システムであって、
前記移動体の前記所定面と平行な一面に配置され、前記第１軸に平行な方向を周期方向とする一対の第１グレーティング及び前記第２軸に平行な方向を周期方向とする一対の第２グレーティングと；
前記第２軸と平行な方向に関して位置が異なる複数の第１ヘッドを有し、前記一対の第１グレーティングにそれぞれ対向する前記第１ヘッドの計測値に基づいて前記移動体の前記第１軸に平行な方向の位置情報を計測する第１エンコーダシステムと；
前記第１軸と平行な方向に関して位置が異なる複数の第２ヘッドを有し、前記一対の第２グレーティングにそれぞれ対向する前記第２ヘッドの計測値に基づいて前記移動体の前記第２軸に平行な方向の位置情報を計測する第２エンコーダシステムと；
前記移動体の位置計測に使用するヘッドを切り換えるに際し、前記一対の第１グレーティング及び一対の第２グレーティングから選択された３つのグレーティングにそれぞれ対向する３つのヘッドを含むヘッド組の計測値に基づいて、前記移動体の前記所定面内の位置座標を求め、該位置座標に基づき、切り換え後に新たに使用されるヘッドによる計測単位の計測値のみを再設定する制御装置と；を備える移動体駆動システム。
【請求項２１】
互いに直交する第１軸及び第２軸を含む所定面に沿って移動体を駆動する移動体駆動システムであって、
前記移動体の前記所定面と平行な一面に配置され、前記第１軸に平行な方向を周期方向とする一対の第１グレーティング及び前記第２軸に平行な方向を周期方向とする一対の第２グレーティングと；
前記第２軸と平行な方向に関して位置が異なる複数の第１ヘッドを有し、前記一対の第１グレーティングにそれぞれ対向する前記第１ヘッドの計測値に基づいて前記移動体の前記第１軸に平行な方向の位置情報を計測する第１エンコーダシステムと；
前記第１軸と平行な方向に関して位置が異なる複数の第２ヘッドを有し、前記一対の第２グレーティングにそれぞれ対向する前記第２ヘッドの計測値に基づいて前記移動体の前記第２軸に平行な方向の位置情報を計測する第２エンコーダシステムと；
前記一対の第１グレーティング及び一対の第２グレーティングから選択された３つのグレーティングにそれぞれ対向する３つのヘッドを含むヘッド組の計測値に基づいて、前記移動体の前記所定面内の位置を制御するとともに、前記所定面内における前記移動体の位置が切り換えの前後で連続になるように、前記移動体の位置制御に用いるヘッド組を、前記ヘッド組とは少なくとも１つが異なる３つのヘッドを含む別のヘッド組に切り換える制御装置と；を含む移動体駆動システム。
【請求項２２】
請求項２１に記載の移動体駆動システムにおいて、
前記制御装置は、前記ヘッド組の切り換えのため、
前記移動体の位置制御に用いる３つのヘッドを前記移動体の位置情報に基づいて特定し、特定した３つのヘッドが現在前記移動体の位置制御に用いられているヘッド組の３つのヘッドと一致しているか否かを判断し、両者が一致していない場合に、特定した３つのヘッドのうち現在前記移動体の位置制御に用いられていない特定ヘッドの計測値を、前記移動体の位置に基づいて予測することにより、前記特定ヘッドの計測単位のオフセットを決定し、その決定した計測単位のオフセットに基づき、切り換え前後の前記移動体の位置が一致するように前記特定ヘッドの計測単位以下のオフセットを決定する移動体駆動システム。
【請求項２３】
請求項２２に記載の移動体駆動システムにおいて、
前記制御装置は、さらに、前記移動体の位置制御に用いるヘッド組を、前記移動体の位置に基づいて算出される計測単位のオフセットと、ヘッド毎に保持している計測単位以下のオフセットとを用いて、前記ヘッド組とは少なくとも１つが異なる３つのヘッドを含む別のヘッド組に切り換える移動体駆動システム。
【請求項２４】
互いに直交する第１軸及び第２軸を含む所定面に沿って移動体を駆動する移動体駆動システムであって、
前記移動体の前記所定面と平行な一面に配置され、前記第１軸に平行な方向を周期方向とする一対の第１グレーティング及び前記第２軸に平行な方向を周期方向とする一対の第２グレーティングと；
前記第２軸と平行な方向に関して位置が異なる複数の第１ヘッドを有し、前記一対の第１グレーティングにそれぞれ対向する前記第１ヘッドの計測値に基づいて前記移動体の前記第１軸に平行な方向の位置情報を計測する第１エンコーダシステムと；
前記第１軸と平行な方向に関して位置が異なる複数の第２ヘッドを有し、前記一対の第２グレーティングにそれぞれ対向する前記第２ヘッドの計測値に基づいて前記移動体の前記第２軸に平行な方向の位置情報を計測する第２エンコーダシステムと；前記一対の第１グレーティング及び一対の第２グレーティングから選択された３つのグレーティングにそれぞれ対向する３つのヘッドを含むヘッド組の計測値に基づいて、前記移動体の前記所定面内の位置を制御するとともに、前記移動体の位置制御に用いるヘッド組を、前記移動体の位置に基づいて算出される計測単位のオフセットと、ヘッド毎に保持している計測単位以下のオフセットとを用いて、前記ヘッド組とは少なくとも１つが異なる３つのヘッドを含む別のヘッド組に切り換える制御装置と；を備える移動体駆動システム。
【請求項２５】
請求項２４に記載の移動体駆動システムにおいて、
前記制御装置は、前記ヘッド組の切り換えのため、
前記移動体の位置制御に用いる３つのヘッドを前記移動体の位置情報に基づいて特定し、特定した３つのヘッドが現在前記移動体の位置制御に用いられているヘッド組の３つのヘッドと一致しているか否かを判断し、両者が一致していない場合に、特定した３つのヘッドのうち現在前記移動体の位置制御に用いられていない特定ヘッドの計測値を、前記移動体の位置に基づいて予測することにより、計測単位のオフセットを決定する移動体駆動システム。
【請求項２６】
請求項２５に記載の移動体駆動システムにおいて、
前記制御装置は、前記ヘッド組の切り換えのため、
さらに、所定の条件が満足される毎に、決定された前記計測単位のオフセットに基づき、前記ヘッド組の切り換えを実行する前後で前記移動体の位置が一致するように、前記特定ヘッドの計測単位以下のオフセットを設定する移動体駆動システム。
【請求項２７】
請求項２６に記載の移動体駆動システムにおいて、
前記制御装置は、前記移動体を加速度零の状態に維持して、前記ヘッド組の切り換えを実行する移動体駆動システム。
【請求項２８】
請求項２１〜２７のいずれか一項に記載の移動体駆動システムにおいて、
前記制御装置は、切り換え後にのみ使用される前記特定ヘッドがグレーティングに対向してから、切り換え後に使用されなくなるヘッドがグレーティングから外れるまでの間に、前記ヘッド組の切り換えを行う移動体駆動システム。
【請求項２９】
前記移動体上に物体が載置され、前記物体に対するパターン形成のため、前記移動体を駆動する請求項１６〜２８のいずれか一項に記載の移動体駆動システムと；
前記物体上にパターンを生成するパターン生成システムと；を備えるパターン形成装置。
【請求項３０】
エネルギビームの照射によって物体にパターンを形成する露光装置であって、
前記物体に前記エネルギビームを照射するパターニング装置と；
請求項１６〜２８のいずれか一項に記載の移動体駆動システムと；を備え、
前記エネルギビームと前記物体との相対移動のために、前記移動体駆動システムによる前記物体を載置する移動体の駆動を行う露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体駆動方法及び移動体駆動システム、パターン形成方法及び装置、露光方法及び装置、並びにデバイス製造方法に係り、さらに詳しくは、移動体を所定面に沿って駆動する移動体駆動方法及び移動体駆動システム、前記移動体駆動方法を利用したパターン形成方法及び前記移動体駆動システムを備えるパターン形成装置、前記移動体駆動方法を利用した露光方法及び前記移動体駆動システムを備える露光装置、並びに前記パターン形成方法を利用したデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体素子、液晶表示素子等のマイクロデバイス（電子デバイスなど）の製造におけるリソグラフィ工程では、ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置（いわゆるステッパ）、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型投影露光装置（いわゆるスキャニング・ステッパ（スキャナとも呼ばれる））などが比較的多く用いられている。【０００３】
この種の露光装置では、ウエハ又はガラスプレートなどの基板（以下、ウエハと総称する）上の複数のショット領域にレチクル（又はマスク）のパターンを転写するために、ウエハを保持するウエハステージは２次元方向に例えばリニアモータ等により駆動される。ウエハステージ等の位置計測は、長期に渡って計測値の安定性が良好で、高分解能なレーザ干渉計を用いて行われるのが、一般的であった。【０００４】
しかるに、半導体素子の高集積化に伴う、パターンの微細化により、より高精度なステージの位置制御性能が要求されるようになり、今や、レーザ干渉計のビーム路上の雰囲気の温度変化や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オーバレイバジェット中の大きなウエイトを占めるようになっている。【０００５】
一方、ステージの位置計測に使用されるレーザ干渉計以外の計測装置として、エンコーダがあるが、エンコーダは、スケールを使用するため、そのスケールの機械的な長期安定性（格子ピッチのドリフト、固定位置ドリフト、熱膨張等）に欠け、このためレーザ干渉計に比べて、計測値のリニアリティに欠け、長期安定性に劣るという欠点を有している。【０００６】
上述のレーザ干渉計とエンコーダとの欠点に鑑みて、レーザ干渉計とエンコーダ（回折格子を用いる位置検出センサ）とを併用して、ステージの位置を計測する装置が、種々提案されている（例えば特許文献１参照）。【０００７】
また、従来のエンコーダの計測分解能は、干渉計に比べて劣っていたが、最近では、計測分解能が、レーザ干渉計と同程度以上のエンコーダが出現しており（例えば、特許文献２参照）、上述のレーザ干渉計とエンコーダとを組み合わせる技術が、注目されるようになってきた。【０００８】
例えば露光装置で、エンコーダを用いてスケール（グレーティング）が設けられたウエハステージの移動面内の位置計測を行う場合には、広範囲なウエハステージの移動範囲をカバーするため、複数のヘッドを所定間隔で２次元面内に配置することが考えられる。しかるに、このような配置の複数ヘッドを用いる場合、制御に用いるヘッドの切り換えを、ウエハステージの円滑な動作を妨げることなく、行うことが重要である。【０００９】
【特許文献１】特開２００２−１５１４０５号公報
【特許文献２】特開２００５−３０８５９２号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、第１の観点からすると、互いに直交する第１軸及び第２軸を含む所定面に沿って移動体を駆動する移動体駆動方法であって、前記第２軸と平行な方向に関して位置が異なる複数の第１エンコーダヘッドと、前記第１軸と平行な方向に関して位置が異なる複数の第２エンコーダヘッドとのうち、前記移動体の前記所定面と平行な一面に設けられた前記第１軸に平行な方向を周期方向とする一対の第１グレーティング及び前記第２軸に平行な方向を周期方向とする一対の第２グレーティングから選択された３つのグレーティングにそれぞれ対向する３つのエンコーダヘッドの計測値に基づいて前記移動体の位置座標を求める第１工程と；該位置座標が、エンコーダヘッドの切り換えの前後で維持されるように、新たに使用を開始するエンコーダヘッドの計測値を再設定する第２工程と；を含む第１の移動体駆動方法である。【００１１】
これによれば、エンコーダヘッドの切り換えの際に、その切り換えの前後で移動体の位置座標が維持される。【００１２】
本発明は、第２の観点からすると、互いに直交する第１軸及び第２軸を含む所定面に沿って移動体を駆動する移動体駆動方法であって、前記第２軸と平行な方向に関して位置が異なる複数の第１エンコーダヘッドと、前記第１軸と平行な方向に関して位置が異なる複数の第２エンコーダヘッドとのうち、前記移動体の前記所定面と平行な一面に設けられた前記第１軸に平行な方向を周期方向とする一対の第１グレーティング及び前記第２軸に平行な方向を周期方向とする一対の第２グレーティングから選択された３つのグレーティングにそれぞれ対向する３つのエンコーダヘッドの計測値に基づいて前記移動体の位置座標を求める第１工程と；前記移動体の位置座標に基づき、切り換え後に新たに使用されるエンコーダヘッドによる計測単位の計測値のみを再設定する第２工程と；を含む第２の移動体駆動方法である。【００１３】
これによれば、移動体の移動に伴い、移動体の位置制御（位置計測）に用いられるエンコーダヘッドが連続して切り換えられる場合であっても、切り換えの都度、誤差が累積することがない。【００１４】
本発明は、第３の観点からすると、互いに直交する第１軸及び第２軸を含む所定面に沿って移動体を駆動する移動体駆動方法であって、前記第２軸と平行な方向に関して位置が異なる複数の第１ヘッドと、前記第１軸と平行な方向に関して位置が異なる複数の第２ヘッドとのうち、前記移動体の前記所定面と平行な一面に設けられた前記第１軸に平行な方向を周期方向とする一対の第１グレーティング及び前記第２軸に平行な方向を周期方向とする一対の第２グレーティングから選択された３つのグレーティングにそれぞれ対向する３つのヘッドを含むエンコーダのヘッド組の計測値に基づいて、前記移動体の前記所定面内の位置を制御する第１工程と；前記平面内における前記移動体の位置が切り換えの前後で連続になるように、前記移動体の位置制御に用いるヘッド組を、前記ヘッド組とは少なくとも１つが異なる３つのヘッドを含む別のヘッド組に切り換える第２工程と；を含む第３の移動体駆動方法である。【００１５】
これによれば、ヘッド組の切り換えの前後で、移動体の位置（所定面内の回転を含む）が維持される（位置座標が保存される）。【００１６】
本発明は、第４の観点からすると、互いに直交する第１軸及び第２軸を含む所定面に沿って移動体を駆動する移動体駆動方法であって、前記第２軸と平行な方向に関して位置が異なる複数の第１ヘッド、及び前記第１軸と平行な方向に関して位置が異なる複数の第２ヘッドのうち、前記移動体の前記所定面と平行な一面に設けられた前記第１軸に平行な方向を周期方向とする一対の第１グレーティング及び前記第２軸に平行な方向を周期方向とする一対の第２グレーティングから選択された３つのグレーティングにそれぞれ対向する３つのヘッドを含むエンコーダのヘッド組の計測値に基づいて、前記移動体の前記所定面内の位置を制御する第１工程と；前記移動体の位置制御に用いるヘッド組を、前記移動体の位置に基づいて算出される計測単位のオフセットと、ヘッド毎に保持している計測単位以下のオフセットとを用いて、前記ヘッド組とは少なくとも１つが異なる３つのヘッドを含む別のヘッド組に切り換える第２工程と；を含む第４の移動体駆動方法である。【００１７】
これによれば、移動体の移動に伴い、移動体の位置制御に用いられるヘッド組が連続して切り換えられる場合であっても、切り換えの都度、誤差が累積することがない。【００１８】
本発明は、第５の観点からすると、互いに直交する第１軸及び第２軸を含む所定面に沿って移動体を駆動する移動体駆動方法であって、前記第２軸と平行な方向に関して位置が異なる複数の第１ヘッドと、前記第１軸と平行な方向に関して位置が異なる複数の第２ヘッドとのうち、前記移動体の前記所定面と平行な一面に設けられた前記第１軸に平行な方向を周期方向とする一対の第１グレーティング及び前記第２軸に平行な方向を周期方向とする一対の第２グレーティングから選択された３つのグレーティングにそれぞれ対向する３つのヘッドを含むエンコーダのヘッド組の計測値に基づいて、前記移動体の前記所定面内の位置を制御する第１工程と；前記所定面内における前記移動体の位置が切り換えの前後で連続になるように、前記移動体の位置制御に用いるヘッド組を、前記ヘッド組とは少なくとも１つが異なる３つのヘッドを含む別のヘッド組に切り換えるとともに、その切り換えに際し、切り換え後にのみ使用される特定ヘッドの計測単位のオフセットを、前記移動体の位置に基づいて決定し、決定した計測単位のオフセットに基づき、切り換え前後の前記移動体の位置が一致するように前記特定ヘッドの計測単位以下のオフセットを決定する処理を、複数の第１ヘッド及び／又は第２ヘッドを前記特定ヘッドとして行う第２工程と；前記計測単位以下のオフセットが更新されるまでの間、前記移動体の移動に伴って発生するヘッド組の切り換えを要するタイミング毎に、前記移動体の位置制御に用いるヘッド組を、前記移動体の位置に基づいて算出される計測単位のオフセットと、ヘッド毎に保持している計測単位以下のオフセットとを用いて、前記ヘッド組とは少なくとも１つが異なる３つのヘッドを含む別のヘッド組に切り換える第３工程と；を含む第５の移動体駆動方法である。【００１９】
これによれば、複数のヘッドについて、計測単位のオフセット及び計測単位のオフセットが、切り換え前後の前記移動体の位置が一致するように決定され、計測単位以下のオフセットが更新されるまでの間、ヘッド組の切り換えに際し移動体の位置に基づいて算出される計測単位のオフセットとヘッド毎に保持している計測単位以下のオフセットとが用いられる。従って、移動体の移動に伴い、移動体の位置制御に用いられるヘッド組が連続して切り換えられる場合であっても、切り換えの都度、誤差が累積することがないとともに、高精度な移動体の位置制御が可能となる。【００２０】
本発明は、第６の観点からすると、移動面内で移動可能な移動体上に物体を載置する工程と；前記物体に対してパターンを形成するため、本発明の第１〜第５の移動体駆動方法のいずれかにより前記移動体を駆動する工程と；を含むパターン形成方法である。【００２１】
これによれば、本発明の第１〜第５の移動体駆動方法のいずれかを用いて精度良く駆動される移動体上に載置された物体にパターンを形成することで、物体上に精度良くパターンを形成することが可能になる。【００２２】
本発明は、第７の観点からすると、パターン形成工程を含むデバイス製造方法であって、前記パターン形成工程では、本発明のパターン形成方法を用いて物体上にパターンを形成するデバイス製造方法である。【００２３】
本発明は、第８の観点からすると、エネルギビームの照射によって物体にパターンを形成する露光方法であって、前記エネルギビームと前記物体との相対移動のために、本発明の第１〜第５の移動体駆動方法のいずれかを用いて、前記物体を載置する移動体を駆動する露光方法である。【００２４】
これによれば、物体に照射されるエネルギビームと前記物体との相対移動のために、本発明の第１〜第４の移動体駆動方法のいずれかを用いて、前記物体を載置する移動体が精度良く駆動される。従って、走査露光により、物体上に精度良くパターンを形成することが可能になる。【００２５】
本発明は、第９の観点からすると、互いに直交する第１軸及び第２軸を含む所定面に沿って移動体を駆動する移動体駆動システムであって、前記移動体の前記所定面と平行な一面に配置され、前記第１軸に平行な方向を周期方向とする一対の第１グレーティング及び前記第２軸に平行な方向を周期方向とする一対の第２グレーティングと；前記第２軸と平行な方向に関して位置が異なる複数の第１ヘッドを有し、前記一対の第１グレーティングにそれぞれ対向する前記第１ヘッドの計測値に基づいて前記移動体の前記第１軸に平行な方向の位置情報を計測する第１エンコーダシステムと；前記第１軸と平行な方向に関して位置が異なる複数の第２ヘッドを有し、前記一対の第２グレーティングにそれぞれ対向する前記第２ヘッドの計測値に基づいて前記移動体の前記第２軸に平行な方向の位置情報を計測する第２エンコーダシステムと；前記移動体の位置計測に使用するヘッドを切り換えるに際し、前記一対の第１グレーティング及び一対の第２グレーティングから選択された３つのグレーティングにそれぞれ対向する３つのヘッドを含むヘッド組の計測値に基づいて、前記移動体の前記所定面内の位置座標を求め、該位置座標が、ヘッドの切り換えの前後で維持されるように、新たに使用を開始するヘッドの計測値を再設定する制御装置と；を備える第１の移動体駆動システムである。【００２６】
これによれば、エンコーダヘッドの切り換えの際に、その切り換えの前後で移動体の位置座標が維持される。【００２７】
本発明は、第１０の観点からすると、互いに直交する第１軸及び第２軸を含む所定面に沿って移動体を駆動する移動体駆動システムであって、前記移動体の前記所定面と平行な一面に配置され、前記第１軸に平行な方向を周期方向とする一対の第１グレーティング及び前記第２軸に平行な方向を周期方向とする一対の第２グレーティングと；前記第２軸と平行な方向に関して位置が異なる複数の第１ヘッドを有し、前記一対の第１グレーティングにそれぞれ対向する前記第１ヘッドの計測値に基づいて前記移動体の前記第１軸に平行な方向の位置情報を計測する第１エンコーダシステムと；前記第１軸と平行な方向に関して位置が異なる複数の第２ヘッドを有し、前記一対の第２グレーティングにそれぞれ対向する前記第２ヘッドの計測値に基づいて前記移動体の前記第２軸に平行な方向の位置情報を計測する第２エンコーダシステムと；前記移動体の位置計測に使用するヘッドを切り換えるに際し、前記一対の第１グレーティング及び一対の第２グレーティングから選択された３つのグレーティングにそれぞれ対向する３つのヘッドを含むヘッド組の計測値に基づいて、前記移動体の前記所定面内の位置座標を求め、該位置座標に基づき、切り換え後に新たに使用されるヘッドによる計測単位の計測値のみを再設定する制御装置と；を備える第２の移動体駆動システムである。【００２８】
これによれば、移動体の移動に伴い、移動体の位置制御（位置計測）に用いられるヘッドが連続して切り換えられる場合であっても、切り換えの都度、誤差が累積することがない。【００２９】
本発明は、第１１の観点からすると、互いに直交する第１軸及び第２軸を含む所定面に沿って移動体を駆動する移動体駆動システムであって、前記移動体の前記所定面と平行な一面に配置され、前記第１軸に平行な方向を周期方向とする一対の第１グレーティング及び前記第２軸に平行な方向を周期方向とする一対の第２グレーティングと；前記第２軸と平行な方向に関して位置が異なる複数の第１ヘッドを有し、前記一対の第１グレーティングにそれぞれ対向する前記第１ヘッドの計測値に基づいて前記移動体の前記第１軸に平行な方向の位置情報を計測する第１エンコーダシステムと；前記第１軸と平行な方向に関して位置が異なる複数の第２ヘッドを有し、前記一対の第２グレーティングにそれぞれ対向する前記第２ヘッドの計測値に基づいて前記移動体の前記第２軸に平行な方向の位置情報を計測する第２エンコーダシステムと；前記一対の第１グレーティング及び一対の第２グレーティングから選択された３つのグレーティングにそれぞれ対向する３つのヘッドを含むヘッド組の計測値に基づいて、前記移動体の前記所定面内の位置を制御するとともに、前記所定面内における前記移動体の位置が切り換えの前後で連続になるように、前記移動体の位置制御に用いるヘッド組を、前記ヘッド組とは少なくとも１つが異なる３つのヘッドを含む別のヘッド組に切り換える制御装置と；を含む第３の移動体駆動システムである。【００３０】
これによれば、ヘッド組の切り換えの前後で、移動体の位置（所定面内の回転方向の位置を含む）が、連続になる（維持される）。【００３１】
本発明は、第１２の観点からすると、互いに直交する第１軸及び第２軸を含む所定面に沿って移動体を駆動する移動体駆動システムであって、前記移動体の前記所定面と平行な一面に配置され、前記第１軸に平行な方向を周期方向とする一対の第１グレーティング及び前記第２軸に平行な方向を周期方向とする一対の第２グレーティングと；前記第２軸と平行な方向に関して位置が異なる複数の第１ヘッドを有し、前記一対の第１グレーティングにそれぞれ対向する前記第１ヘッドの計測値に基づいて前記移動体の前記第１軸に平行な方向の位置情報を計測する第１エンコーダシステムと；前記第１軸と平行な方向に関して位置が異なる複数の第２ヘッドを有し、前記一対の第２グレーティングにそれぞれ対向する前記第２ヘッドの計測値に基づいて前記移動体の前記第２軸に平行な方向の位置情報を計測する第２エンコーダシステムと；前記一対の第１グレーティング及び一対の第２グレーティングから選択された３つのグレーティングにそれぞれ対向する３つのヘッドを含むヘッド組の計測値に基づいて、前記移動体の前記所定面内の位置を制御するとともに、前記移動体の位置制御に用いるヘッド組を、前記移動体の姿勢に基づいて算出される計測単位のオフセットと、ヘッド毎に保持している計測単位以下のオフセットとを用いて、前記ヘッド組とは少なくとも１つが異なる３つのヘッドを含む別のヘッド組に切り換える制御装置と；を備える第４の移動体駆動システムである。【００３２】
これによれば、移動体の移動に伴い、移動体の位置制御に用いられるヘッド組が連続して切り換えられる場合であっても、切り換えの都度、誤差が累積することがない。【００３３】
本発明は、第１３の観点からすると、物体が載置され、該物体を保持して移動面内で移動可能な移動体と；前記物体上にパターンを生成するパターニング装置と；前記物体に対するパターン形成のため、前記移動体を駆動する本発明の第１〜第４の移動体駆動システムのいずれかと；を備えるパターン形成装置である。【００３４】
これによれば、本発明の第１〜第４の移動体駆動システムのいずれかにより精度良く駆動される移動体上の物体にパターニング装置によりパターンを生成することで、物体上に精度良くパターンを形成することが可能になる。【００３５】
本発明は、第１４の観点からすると、エネルギビームの照射によって物体にパターンを形成する露光装置であって、前記物体に前記エネルギビームを照射するパターニング装置と；本発明の第１〜第４の移動体駆動システムのいずれかと；を備え、前記エネルギビームと前記物体との相対移動のために、前記移動体駆動システムによる前記物体を載置する移動体の駆動を行う露光装置である。【００３６】
これによれば、パターニング装置から物体に照射されるエネルギビームと前記物体との相対移動のために、本発明の第１〜第４の移動体駆動システムのいずれかにより物体を載置する移動体が精度良く駆動される。従って、走査露光により、物体上に精度良くパターンを形成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【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】図１のステージ装置を示す平面図である。
【図３】図１の露光装置が備える各種計測装置（エンコーダ、アライメント系、多点ＡＦ系、Ｚヘッドなど）の配置を示す平面図である。
【図４】図４（Ａ）はウエハステージを示す平面図、図４（Ｂ）はウエハステージＷＳＴを示す一部断面した概略側面図である。
【図５】図５（Ａ）は計測ステージを示す平面図、図５（Ｂ）は計測ステージを示す一部断面した概略側面図である。
【図６】一実施形態に係る露光装置の制御系の構成を概略的に示すブロック図である。
【図７】図７（Ａ）は、エンコーダの構成の一例を示す図、図７（Ｂ）は、検出光として回折格子ＲＧの周期方向に長く延びる断面形状のレーザビームＬＢが用いられた場合を示す図である。
【図８】ウエハに対するステップ・アンド・スキャン方式の露光が行われているときのウエハステージ及び計測ステージの状態を示す図である。
【図９】ウエハのアンローディング時におけるウエハステージ及び計測ステージの状態を示す図である。
【図１０】ウエハのローディング時におけるウエハステージ及び計測ステージの状態を示す図である。
【図１１】干渉計によるステージサーボ制御からエンコーダによるステージサーボ制御への切り換え時における、ウエハステージ及び計測ステージの状態、並びにエンコーダヘッドの配置を示す図である。
【図１２】ウエハアライメント時におけるウエハステージ及び計測ステージの状態を説明するための図である。
【図１３】図１３（Ａ）は、移動面によって散乱される光が受けるドップラー効果を示す図、図１３（Ｂ）は、エンコーダヘッド部分の構成を示す図である。
【図１４】図１４（Ａ）は、エンコーダのヘッドとスケールとの間に非計測方向の相対運動が生じた場合であっても計測値が変化しないケースを示す図、図１４（Ｂ）は、エンコーダのヘッドとスケールとの間に非計測方向の相対運動が生じた場合に計測値が変化するケースの一例を示す図である。
【図１５】図１５（Ａ）〜図１５（Ｄ）は、ヘッドとスケールとの間に非計測方向の相対運動が生じた場合において、エンコーダの計測値が変化する場合と計測値が変化しない場合とを説明するための図である。
【図１６】図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）は、エンコーダの計測値をウエハステージＷＳＴの位置に変換する具体的方法を説明するための図である。
【図１７】図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）は、アレイ状に配置された複数のヘッドから構成されるエンコーダによる、ウエハテーブルのＸＹ平面内の位置計測及びヘッド間の切り換えを説明するための図である。
【図１８】図１８（Ａ）〜図１８（Ｅ）は、エンコーダ切り換えの手順を説明するための図である。
【図１９】図１９は、ウエハステージのＸＹ平面内の位置制御に用いられるエンコーダの切り換え処理を説明するための図である。
【図２０】図２０は、ウエハステージの位置制御、エンコーダの計測値の取り込み、及びエンコーダ切り換えのタイミングを概念的に示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図２０に基づいて説明する。【００３９】
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、すなわち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が設けられており、以下においては、この投影光学系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とウエハとが相対走査される方向を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。【００４０】
露光装置１００は、照明系１０、該照明系１０からの露光用照明光（以下、照明光、又は露光光と呼ぶ）ＩＬにより照明されるレチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲから射出された照明光ＩＬをウエハＷ上に投射する投影光学系ＰＬを含む投影ユニットＰＵ、ウエハステージＷＳＴ及び計測ステージＭＳＴ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。ウエハステージＷＳＴ上には、ウエハＷが載置されている。【００４１】
照明系１０は、例えば特開２００１−３１３２５０号公報（対応する米国特許出願公開第２００３／００２５８９０号明細書）などに開示されるように、光源と、オプティカルインテグレータ等を含む照度均一化光学系、及びレチクルブラインド等（いずれも不図示）を有する照明光学系と、を含む。この照明系１０は、レチクルブラインド（マスキングシステム）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。ここで、照明光ＩＬとしては、一例としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）が用いられている。また、オプティカルインテグレータとしては、例えばフライアイレンズ、ロッドインテグレータ（内面反射型インテグレータ）あるいは回折光学素子などを用いることができる。【００４２】
レチクルステージＲＳＴ上には、回路パターンなどがそのパターン面（図１における下面）に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平面内で微少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）に指定された走査速度で駆動可能となっている。【００４３】
レチクルステージＲＳＴのＸＹ平面（移動面）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（実際には、Ｙ軸方向に直交する反射面を有するＹ移動鏡（あるいは、レトロリフレクタ）とＸ軸方向に直交する反射面を有するＸ移動鏡とが設けられている）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。主制御装置２０は、レチクル干渉計１１６の計測値に基づいてレチクルステージＲＳＴのＸ軸方向、Ｙ軸方向及びθｚ方向の位置を算出するとともに、この算出結果に基づいてレチクルステージ駆動系１１を制御することで、レチクルステージＲＳＴの位置（及び速度）を制御する。なお、移動鏡１５に代えて、レチクルステージＲＳＴの端面を鏡面加工して反射面（移動鏡１５の反射面に相当）を形成することとしても良い。また、レチクル干渉計１１６はＺ軸、θｘ及びθｙ方向の少なくとも１つに関するレチクルステージＲＳＴの位置情報も計測可能としても良い。【００４４】
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内に所定の位置関係で保持された複数の光学素子を有する投影光学系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レンズ（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からの照明光ＩＬによって照明領域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。【００４５】
なお、不図示ではあるが、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ている。ただし、これに限らず、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。【００４６】
なお、本実施形態の露光装置１００では、液浸法を適用した露光が行われるため、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡが実質的に増大することに伴いレチクル側の開口が大きくなる。そこで、ペッツヴァルの条件を満足させ、かつ投影光学系の大型化を避けるために、ミラーとレンズとを含んで構成される反射屈折系（カタディ・オプトリック系）を投影光学系として採用しても良い。また、ウエハＷには感応層だけでなく、例えばウエハ又は感応層を保護する保護膜（トップコート膜）などを形成しても良い。【００４７】
また、本実施形態の露光装置１００では、液浸法を適用した露光を行うため、投影光学系ＰＬを構成する最も像面側（ウエハＷ側）の光学素子、ここではレンズ（以下、「先端レンズ」ともいう）１９１を保持する鏡筒４０の下端部周囲を取り囲むように、局所液浸装置８の一部を構成するノズルユニット３２が設けられている。本実施形態では、ノズルユニット３２は、図１に示されるように、その下端面が先端レンズ１９１の下端面とほぼ同一面に設定されている。また、ノズルユニット３２は、液体Ｌｑの供給口及び回収口と、ウエハＷが対向して配置され、かつ回収口が設けられる下面と、液体供給管３１Ａ及び液体回収管３１Ｂとそれぞれ接続される供給流路及び回収流路とを備えている。液体供給管３１Ａと液体回収管３１Ｂとは、図３に示されるように、平面視（上方から見て）でＸ軸方向及びＹ軸方向に対してほぼ４５°傾斜し、投影ユニットＰＵの中心（投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ、本実施形態では前述の露光領域ＩＡの中心とも一致）を通りかつＹ軸と平行な直線（基準軸）ＬＶに関して対称な配置となっている。【００４８】
液体供給管３１Ａには、その一端が液体供給装置５（図１では不図示、図６参照）に接続された不図示の供給管の他端が接続されており、液体回収管３１Ｂには、その一端が液体回収装置６（図１では不図示、図６参照）に接続された不図示の回収管の他端が接続されている。【００４９】
液体供給装置５は、液体を供給するためのタンク、加圧ポンプ、温度制御装置、並びに液体供給管３１Ａに対する液体の供給・停止を制御するためのバルブ等を含んでいる。バルブとしては、例えば液体の供給・停止のみならず、流量の調整も可能となるように、流量制御弁を用いることが望ましい。前記温度制御装置は、タンク内の液体の温度を、例えば露光装置が収納されているチャンバ（不図示）内の温度と同程度の温度に調整する。なお、タンク、加圧ポンプ、温度制御装置、バルブなどは、そのすべてを露光装置１００で備えている必要はなく、少なくとも一部を露光装置１００が設置される工場などの設備で代替することもできる。【００５０】
液体回収装置６は、液体を回収するためのタンク及び吸引ポンプ、並びに液体回収管３１Ｂを介した液体の回収・停止を制御するためのバルブ等を含んでいる。バルブとしては、液体供給装置５のバルブと同様に流量制御弁を用いることが望ましい。なお、タンク、吸引ポンプ、バルブなどは、そのすべてを露光装置１００で備えている必要はなく、少なくとも一部を露光装置１００が設置される工場などの設備で代替することもできる。【００５１】
本実施形態では、上記の液体として、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍの光）が透過する純水（以下、特に必要な場合を除いて、単に「水」と記述する）を用いるものとする。純水は、半導体製造工場等で容易に大量に入手できると共に、ウエハ上のフォトレジスト及び光学レンズ等に対する悪影響がないという利点がある。【００５２】
ＡｒＦエキシマレーザ光に対する水の屈折率ｎは、ほぼ１．４４である。この水の中では、照明光ＩＬの波長は、１９３ｎｍ×１／ｎ＝約１３４ｎｍに短波長化される。【００５３】
液体供給装置５及び液体回収装置６は、それぞれコントローラを具備しており、それぞれのコントローラは、主制御装置２０によって制御される（図６参照）。液体供給装置５のコントローラは、主制御装置２０からの指示に応じ、液体供給管３１Ａに接続されたバルブを所定開度で開き、液体供給管３１Ａ、供給流路、及び供給口を介して先端レンズ１９１とウエハＷとの間に液体（水）を供給する。また、このとき、液体回収装置６のコントローラは、主制御装置２０からの指示に応じ、液体回収管３１Ｂに接続されたバルブを所定開度で開き、回収口、回収流路、及び液体回収管３１Ｂを介して、先端レンズ１９１とウエハＷとの間から液体回収装置６（液体のタンク）の内部に液体（水）を回収する。このとき、主制御装置２０は、先端レンズ１９１とウエハＷとの間に供給される水の量と、回収される水の量とが常に等しくなるように、液体供給装置５のコントローラ、液体回収装置６のコントローラに対して指令を与える。従って、先端レンズ１９１とウエハＷとの間に、一定量の液体（水）Ｌｑ（図１参照）が保持される。この場合、先端レンズ１９１とウエハＷとの間に保持された液体（水）Ｌｑは、常に入れ替わっている。【００５４】
上記の説明から明らかなように、本実施形態では、ノズルユニット３２、液体供給装置５、液体回収装置６、液体供給管３１Ａ及び液体回収管３１Ｂ等を含み、局所液浸装置８が構成されている。なお、局所液浸装置８の一部、例えば少なくともノズルユニット３２は、投影ユニットＰＵを保持するメインフレーム（前述の鏡筒定盤を含む）に吊り下げ支持されても良いし、メインフレームとは別のフレーム部材に設けても良い。あるいは、前述の如く投影ユニットＰＵが吊り下げ支持される場合は、投影ユニットＰＵと一体にノズルユニット３２を吊り下げ支持しても良いが、本実施形態では投影ユニットＰＵとは独立に吊り下げ支持される計測フレームにノズルユニット３２を設けている。この場合、投影ユニットＰＵを吊り下げ支持していなくても良い。【００５５】
なお、投影ユニットＰＵ下方に計測ステージＭＳＴが位置する場合にも、上記と同様に後述する計測テーブルと先端レンズ１９１との間に水を満たすことが可能である。【００５６】
なお、上記の説明では、一例として液体供給管（ノズル）と液体回収管（ノズル）とがそれぞれ１つずつ設けられているものとしたが、これに限らず、周囲の部材との関係を考慮しても配置が可能であれば、例えば、国際公開第９９／４９５０４号パンフレットに開示されるように、ノズルを多数有する構成を採用することとしても良い。要は、投影光学系ＰＬを構成する最下端の光学部材（先端レンズ）１９１とウエハＷとの間に液体を供給することができるのであれば、その構成はいかなるものであっても良い。例えば、国際公開第２００４／０５３９５５号パンフレットに開示されている液浸機構、あるいは欧州特許出願公開第１４２０２９８号明細書に開示されている液浸機構なども本実施形態の露光装置に適用することができる。【００５７】
図１に戻り、ステージ装置５０は、ベース盤１２の上方に配置されたウエハステージＷＳＴ及び計測ステージＭＳＴ、これらのステージＷＳＴ，ＭＳＴの位置情報を計測する計測システム２００（図６参照）、及び両ステージＷＳＴ，ＭＳＴを駆動するステージ駆動系１２４（図６参照）などを備えている。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。干渉計システム１１８は、図２に示されるように、ウエハステージＷＳＴの位置計測用のＹ干渉計１６、Ｘ干渉計１２６、１２７、１２８、及びＺ干渉計４３Ａ，４３Ｂ並びに計測ステージＭＳＴの位置計測用のＹ干渉計１８及びＸ干渉計１３０等を含む。なお、干渉計システムの構成等については、後に詳述する。【００５８】
図１に戻り、ウエハステージＷＳＴ及び計測ステージＭＳＴそれぞれの底面には、不図示の非接触軸受、例えば真空予圧型空気静圧軸受（以下、「エアパッド」と呼ぶ）が複数ヶ所に設けられており、これらのエアパッドからベース盤１２の上面に向けて噴出された加圧空気の静圧により、ベース盤１２の上方にウエハステージＷＳＴ及び計測ステージＭＳＴが数μｍ程度のクリアランスを介して非接触で支持されている。また、両ステージＷＳＴ，ＭＳＴ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、Ｙ軸方向（図１における紙面内左右方向）及びＸ軸方向（図１における紙面直交方向）に独立して駆動可能である。【００５９】
ウエハステージＷＳＴは、ステージ本体９１と、ステージ本体９１上に搭載されたウエハテーブルＷＴＢとを含む。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（例えば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。【００６０】
ウエハテーブルＷＴＢ上には、ウエハＷを真空吸着等によって保持するウエハホルダ（不図示）が設けられている。ウエハホルダはウエハテーブルＷＴＢと一体に形成しても良いが、本実施形態ではウエハホルダとウエハテーブルＷＴＢとを別々に構成し、例えば真空吸着などによってウエハホルダをウエハテーブルＷＴＢの凹部内に固定している。また、ウエハテーブルＷＴＢの上面には、ウエハホルダ上に載置されるウエハＷの表面とほぼ同一面となる、液体Ｌｑに対して撥液化処理された表面（撥液面）を有し、かつ外形（輪郭）が矩形でその中央部にウエハホルダ（ウエハの載置領域）よりも一回り大きな円形の開口が形成されたプレート（撥液板）２８が設けられている。プレート２８は、低熱膨張率の材料、例えばガラス又はセラミックス（例えばショット社のゼロデュア（商品名）、Ａｌ２Ｏ３あるいはＴｉＣなど）から成り、その表面には、例えばフッ素樹脂材料、ポリ四フッ化エチレン（テフロン（登録商標））等のフッ素系樹脂材料、アクリル系樹脂材料あるいはシリコン系樹脂材料などにより撥液膜が形成される。さらにプレート２８は、図４（Ａ）のウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）の平面図に示されるように、円形の開口を囲む、外形（輪郭）が矩形の第１撥液領域２８ａと、第１撥液領域２８ａの周囲に配置される矩形枠状（環状）の第２撥液領域２８ｂとを有する。第１撥液領域２８ａは、例えば露光動作時、ウエハの表面からはみ出す液浸領域１４（図８参照）の少なくとも一部が形成され、第２撥液領域２８ｂは、後述のエンコーダシステムのためのスケールが形成される。なお、プレート２８はその表面の少なくとも一部がウエハの表面と同一面となっていなくても良い、すなわち異なる高さであっても良い。また、プレート２８は単一のプレートでも良いが、本実施形態では複数のプレート、例えば第１及び第２撥液領域２８ａ、２８ｂにそれぞれ対応する第１及び第２撥液板を組み合わせて構成する。本実施形態では、前述の如く液体Ｌｑとして水を用いるので、以下では第１及び第２撥液領域２８ａ、２８ｂをそれぞれ第１及び第２撥水板２８ａ、２８ｂとも呼ぶ。【００６１】
この場合、内側の第１撥水板２８ａには、露光光ＩＬが照射されるのに対し、外側の第２撥水板２８ｂには、露光光ＩＬが殆ど照射されない。このことを考慮して、本実施形態では、第１撥水板２８ａの表面には、露光光ＩＬ（この場合、真空紫外域の光）に対する耐性が十分にある撥水コートが施された第１撥液領域が形成され、第２撥水板２８ｂには、その表面に第１撥液領域に比べて露光光ＩＬに対する耐性が劣る撥水コートが施された第２撥液領域が形成されている。一般にガラス板には、露光光ＩＬ（この場合、真空紫外域の光）に対する耐性が十分にある撥水コートを施し難いので、このように第１撥水板２８ａとその周囲の第２撥水板２８ｂとの２部分に分離することは効果的である。なお、これに限らず、同一のプレートの上面に露光光ＩＬに対する耐性が異なる２種類の撥水コートを施して、第１撥液領域、第２撥液領域を形成しても良い。また、第１及び第２撥液領域で撥水コートの種類が同一でも良い。例えば、同一のプレートに１つの撥液領域を形成するだけでも良い。【００６２】
また、図４（Ａ）から明らかなように、第１撥水板２８ａの＋Ｙ側の端部には、そのＸ軸方向の中央部に長方形の切り欠きが形成され、この切り欠きと第２撥水板２８ｂとで囲まれる長方形の空間の内部（切り欠きの内部）に計測プレート３０が埋め込まれている。この計測プレート３０の長手方向の中央（ウエハテーブルＷＴＢのセンターラインＬＬ上）には、基準マークＦＭが形成されるとともに、基準マークＦＭのＸ軸方向の一側と他側に、基準マークＦＭの中心に関して対称な配置で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が形成されている。各空間像計測スリットパターンＳＬとしては、一例として、Ｙ軸方向とＸ軸方向とに沿った辺を有するＬ字状のスリットパターン、あるいはＸ軸及びＹ軸方向にそれぞれ延びる２つの直線状のスリットパターンなどを用いることができる。【００６３】
そして、上記各空間像計測スリットパターンＳＬ下方のウエハステージＷＳＴの内部には、図４（Ｂ）に示されるように、対物レンズ、ミラー、リレーレンズなどを含む光学系が収納されたＬ字状の筐体３６が、ウエハテーブルＷＴＢからステージ本体９１の内部の一部を貫通する状態で、一部埋め込み状態で取り付けられている。筐体３６は、図示は省略されているが、上記一対の空間像計測スリットパターンＳＬに対応して一対設けられている。【００６４】
上記筐体３６内部の光学系は、空間像計測スリットパターンＳＬを透過した照明光ＩＬを、Ｌ字状の経路に沿って導き、−Ｙ方向に向けて射出する。なお、以下においては、便宜上、上記筐体３６内部の光学系を筐体３６と同一の符号を用いて送光系３６と記述する。【００６５】
さらに、第２撥水板２８ｂの上面には、その４辺のそれぞれに沿って所定ピッチで多数の格子線が直接形成されている。これをさらに詳述すると、第２撥水板２８ｂのＸ軸方向一側と他側（図４（Ａ）における左右両側）の領域には、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2がそれぞれ形成され、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2はそれぞれ、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軸に平行な方向（Ｙ軸方向）に沿って形成される、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。【００６６】
同様に、第２撥水板２８ｂのＹ軸方向一側と他側（図４（Ａ）における上下両側）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、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2はそれぞれ、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軸に平行な方向（Ｘ軸方向）に沿って形成される、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。上記各スケールとしては、第２撥水板２８ｂの表面に例えばホログラム等により反射型の回折格子ＲＧ（図７（Ａ）参照）が作成されたものが用いられている。この場合、各スケールには狭いスリット又は溝等から成る格子が目盛りとして所定間隔（ピッチ）で刻まれている。各スケールに用いられる回折格子の種類は限定されるものではなく、機械的に溝等が形成されたもののみならず、例えば、感光性樹脂に干渉縞を焼き付けて作成したものであっても良い。但し、各スケールは、例えば薄板状のガラスに上記回折格子の目盛りを、例えば１３８ｎｍ〜４μｍの間のピッチ、例えば１μｍピッチで刻んで作成されている。これらスケールは前述の撥液膜（撥水膜）で覆われている。なお、図４（Ａ）では、図示の便宜上から、格子のピッチは、実際のピッチに比べて格段に広く図示されている。その他の図においても同様である。【００６７】
このように、本実施形態では、第２撥水板２８ｂそのものがスケールを構成するので、第２撥水板２８ｂとして低熱膨張率のガラス板を用いることとしたものである。しかし、これに限らず、格子が形成された低熱膨張率のガラス板などから成るスケール部材を、局所的な伸縮が生じないように、例えば板ばね（又は真空吸着）等によりウエハテーブルＷＴＢの上面に固定しても良く、この場合には、全面に同一の撥水コートが施された撥水板をプレート２８に代えて用いても良い。あるいは、ウエハテーブルＷＴＢを低熱膨張率の材料で形成することも可能であり、かかる場合には、一対のＹスケールと一対のＸスケールとは、そのウエハテーブルＷＴＢの上面に直接形成しても良い。【００６８】
なお、回折格子を保護するために、撥水性（撥液性）を備えた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のもを用いることができ、そのガラス板の表面がウエハ面と同じ高さ（同一面）になるよう、ウエハテーブルＷＳＴ上面に設置される。【００６９】
なお、各スケールの端付近には、後述するエンコーダヘッドとスケール間の相対位置を決めるための、位置出しパターンがそれぞれ設けられている。この位置出しパターンは例えば反射率の異なる格子線から構成され、この位置出しパターン上をエンコーダヘッドが走査すると、エンコーダの出力信号の強度が変化する。そこで、予め閾値を定めておき、出力信号の強度がその閾値を超える位置を検出する。この検出された位置を基準に、エンコーダヘッドとスケール間の相対位置を設定する。【００７０】
計測ステージＭＳＴは、ステージ本体９２と、ステージ本体９２上に搭載された計測テーブルＭＴＢとを含んでいる。計測ステージＭＳＴもウエハステージＷＳＴと同様に、不図示の駆動系によりベース盤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。しかしながら、これに限らず、例えば、計測テーブルＭＴＢを、ステージ本体９２に対してＸ軸方向、Ｙ軸方向及びθｚ方向に微動可能に構成したいわゆる粗微動構造の計測ステージＭＳＴを採用しても良いし、あるいは、計測テーブルＭＴＢをステージ本体９２上でＺ，θｘ，θｙの３自由度方向に駆動可能な構成にしても良い。【００７１】
なお、図６では、ウエハステージＷＳＴの駆動系と計測ステージＭＳＴの駆動系とを含んで、ステージ駆動系１２４として示されている。【００７２】
計測テーブルＭＴＢ（及びステージ本体９２）には、各種計測用部材が設けられている。この計測用部材としては、例えば、図２及び図５（Ａ）に示されるように、投影光学系ＰＬの像面上で照明光ＩＬを受光するピンホール状の受光部を有する照度むらセンサ９４、投影光学系ＰＬにより投影されるパターンの空間像（投影像）を計測する空間像計測器９６、及び例えば国際公開第０３／０６５４２８号パンフレットなどに開示されているシャック−ハルトマン（Shack-Hartman）方式の波面収差計測器９８などが採用されている。波面収差計測器９８としては、例えば国際公開第９９／６０３６１号パンフレット（対応欧州特許第１０７９２２３号明細書）に開示されるものも用いることができる。【００７３】
照度むらセンサ９４としては、例えば特開昭５７−１１７２３８号公報（対応する米国特許第４，４６５，３６８号明細書）などに開示されるものと同様の構成のものを用いることができる。また、空間像計測器９６としては、例えば特開２００２−０１４００５号公報（対応する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構成のものを用いることができる。なお、本実施形態では３つの計測用部材（９４、９６、９８）を計測ステージＭＳＴに設けるものとしたが、計測用部材の種類、及び／又は数などはこれに限られない。計測用部材として、例えば投影光学系ＰＬの透過率を計測する透過率計測器、及び／又は、前述の局所液浸装置８、例えばノズルユニット３２（あるいは先端レンズ１９１）などを観察する計測器などを用いても良い。さらに、計測用部材と異なる部材、例えばノズルユニット３２、先端レンズ１９１などを清掃する清掃部材などを計測ステージＭＳＴに搭載しても良い。【００７４】
本実施形態では、図５（Ａ）からもわかるように、使用頻度の高いセンサ類、照度むらセンサ９４及び空間像計測器９６などは、計測ステージＭＳＴのセンターラインＣＬ（中心を通るＹ軸）上に配置されている。このため、本実施形態では、これらのセンサ類を用いた計測を、計測ステージＭＳＴをＸ軸方向に移動させることなく、Ｙ軸方向にのみ移動させて行うことができる。【００７５】
上記各センサに加え、例えば特開平１１−０１６８１６号公報（対応する米国特許出願公開第２００２／００６１４６９号明細書）などに開示される、投影光学系ＰＬの像面上で照明光ＩＬを受光する所定面積の受光部を有する照度モニタを採用しても良く、この照度モニタもセンターライン上に配置することが望ましい。【００７６】
なお、本実施形態では、投影光学系ＰＬと液体（水）Ｌｑとを介して露光光（照明光）ＩＬによりウエハＷを露光する液浸露光が行われるのに対応して、照明光ＩＬを用いる計測に使用される上記の照度むらセンサ９４（及び照度モニタ）、空間像計測器９６、並びに波面収差計測器９８では、投影光学系ＰＬ及び水を介して照明光ＩＬを受光することとなる。また、各センサは、例えば光学系などの一部だけが計測テーブルＭＴＢ（及びステージ本体９２）に搭載されていても良いし、センサ全体を計測テーブルＭＴＢ（及びステージ本体９２）に配置するようにしても良い。【００７７】
計測ステージＭＳＴのステージ本体９２には、図５（Ｂ）に示されるように、その−Ｙ側の端面に、枠状の取付部材４２が固定されている。また、ステージ本体９２の−Ｙ側の端面には、取付部材４２の開口内部のＸ軸方向の中心位置近傍に、前述した一対の送光系３６に対向し得る配置で、一対の受光系４４が固定されている。各受光系４４は、リレーレンズなどの光学系と、受光素子、例えばフォトマルチプライヤチューブなどと、これらを収納する筐体とによって構成されている。図４（Ｂ）及び図５（Ｂ）、並びにこれまでの説明からわかるように、本実施形態では、ウエハステージＷＳＴと計測ステージＭＳＴとが、Ｙ軸方向に関して所定距離以内に近接した状態（接触状態を含む）では、計測プレート３０の各空間像計測スリットパターンＳＬを透過した照明光ＩＬが前述の各送光系３６で案内され、各受光系４４の受光素子で受光される。すなわち、計測プレート３０、送光系３６及び受光系４４によって、前述した特開２００２−０１４００５号公報（対応する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、空間像計測装置４５（図６参照）が構成される。【００７８】
取付部材４２の上には、断面矩形の棒状部材から成るフィデューシャルバー（以下、「ＦＤバー」と略述する）４６がＸ軸方向に延設されている。このＦＤバー４６は、フルキネマティックマウント構造によって、計測ステージＭＳＴ上にキネマティックに支持されている。【００７９】
ＦＤバー４６は、原器（計測基準）となるため、低熱膨張率の光学ガラスセラミックス、例えば、ショット社のゼロデュア（商品名）などがその素材として採用されている。ＦＤバー４６の上面（表面）は、いわゆる基準平面板と同程度にその平坦度が高く設定されている。また、ＦＤバー４６の長手方向の一側と他側の端部近傍には、図５（Ａ）に示されるように、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。この一対の基準格子５２は、所定距離Ｌを隔ててＦＤバー４６のＸ軸方向の中心、すなわち前述のセンターラインＣＬに関して対称な配置で形成されている。【００８０】
また、ＦＤバー４６の上面には、図５（Ａ）に示されるような配置で複数の基準マークＭが形成されている。この複数の基準マークＭは、同一ピッチでＹ軸方向に関して３行の配列で形成され、各行の配列がＸ軸方向に関して互いに所定距離だけずれて形成されている。各基準マークＭとしては、後述するプライマリアライメント系、セカンダリ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。基準マークＭはその形状（構成）が前述の基準マークＦＭと異なっても良いが、本実施形態では基準マークＭと基準マークＦＭとは同一の構成であり、かつウエハＷのアライメントマークとも同一の構成となっている。なお、本実施形態ではＦＤバー４６の表面、及び計測テーブルＭＴＢ（前述の計測用部材を含んでも良い）の表面もそれぞれ撥液膜（撥水膜）で覆われている。【００８１】
本実施形態の露光装置１００では、図１では図面の錯綜を避ける観点から図示が省略されているが、実際には、図３に示されるように、前述の基準軸ＬＶ上で、投影光学系の光軸ＡＸから−Ｙ側に所定距離隔てた位置に検出中心を有するプライマリアライメント系ＡＬ１が配置されている。このプライマリアライメント系ＡＬ１は、支持部材５４を介して不図示のメインフレームの下面に固定されている。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、直線ＬＶに関してほぼ対称に検出中心が配置されるセカンダリアライメント系ＡＬ２1，ＡＬ２2と、ＡＬ２3，ＡＬ２4とがそれぞれ設けられている。すなわち、５つのアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4はその検出中心がＸ軸方向に関して異なる位置に配置されている、すなわちＸ軸方向に沿って配置されている。【００８２】
各セカンダリアライメント系ＡＬ２n（ｎ＝１〜４）は、セカンダリアライメント系ＡＬ２4について代表的に示されるように、回転中心Ｏを中心として図３における時計回り及び反時計回りに所定角度範囲で回動可能なアーム５６n（ｎ＝１〜４）の先端（回動端）に固定されている。本実施形態では、各セカンダリアライメント系ＡＬ２nはその一部（例えば、アライメント光を検出領域に照射し、かつ検出領域内の対象マークから発生する光を受光素子に導く光学系を少なくとも含む）がアーム５６nに固定され、残りの一部は投影ユニットＰＵを保持するメインフレームに設けられる。セカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4はそれぞれ、回転中心Ｏを中心として回動することで、Ｘ位置が調整される。すなわち、セカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4はその検出領域（又は検出中心）が独立にＸ軸方向に可動である。従って、プライマリアライメント系ＡＬ１及びセカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4はＸ軸方向に関してその検出領域の相対位置が調整可能となっている。なお、本実施形態では、アームの回動によりセカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4のＸ位置が調整されるものとしたが、これに限らず、セカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4をＸ軸方向に往復駆動する駆動機構を設けても良い。また、セカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4の少なくとも１つをＸ軸方向だけでなくＹ軸方向にも可動として良い。なお、各セカンダリアライメント系ＡＬ２nはその一部がアーム５６nによって移動されるので、不図示のセンサ、例えば干渉計、あるいはエンコーダなどによって、アーム５６nに固定されるその一部の位置情報が計測可能となっている。このセンサは、セカンダリアライメント系ＡＬ２nのＸ軸方向の位置情報を計測するだけでも良いが、他の方向、例えばＹ軸方向、及び／又は回転方向（θｘ及びθｙ方向の少なくとも一方を含む）の位置情報も計測可能として良い。【００８３】
各アーム５６nの上面には、差動排気型のエアベアリングから成るバキュームパッド５８n（ｎ＝１〜４、図３では不図示、図６参照）が設けられている。また、アーム５６nは、例えばモータ等を含む回転駆動機構６０n（ｎ＝１〜４、図３では不図示、図６参照）によって、主制御装置２０の指示に応じて回動可能である。主制御装置２０は、アーム５６nの回転調整後に、各バキュームパッド５８nを作動させて各アーム５６nを不図示のメインフレームに吸着固定する。これにより、各アーム５６nの回転角度調整後の状態、すなわち、プライマリアライメント系ＡＬ１及び４つのセカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4の所望の位置関係が維持される。【００８４】
なお、メインフレームのアーム５６nに対向する部分が磁性体であるならば、バキュームパッド５８に代えて電磁石を採用しても良い。【００８５】
本実施形態では、プライマリアライメント系ＡＬ１及び４つのセカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4のそれぞれとして、例えばウエハ上のレジストを感光させないブロードバンドな検出光束を対象マークに照射し、その対象マークからの反射光により受光面に結像された対象マークの像と不図示の指標（各アライメント系内に設けられた指標板上の指標パターン）の像とを撮像素子（ＣＣＤ等）を用いて撮像し、それらの撮像信号を出力する画像処理方式のＦＩＡ（Field Image Alignment）系が用いられている。プライマリアライメント系ＡＬ１及び４つのセカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4のそれぞれからの撮像信号は、不図示のアライメント信号処理系を介して図６の主制御装置２０に供給されるようになっている。【００８６】
なお、上記各アライメント系としては、ＦＩＡ系に限らず、例えばコヒーレントな検出光を対象マークに照射し、その対象マークから発生する散乱光又は回折光を検出する、あるいはその対象マークから発生する２つの回折光（例えば同次数の回折光、あるいは同方向に回折する回折光）を干渉させて検出するアライメントセンサを単独であるいは適宜組み合わせて用いることは勿論可能である。また、本実施形態では、５つのアライメント系ＡＬ１、ＡＬ２1〜ＡＬ２4は、支持部材５４又はアーム５６nを介して投影ユニットＰＵを保持するメインフレームの下面に固定されるものとしたが、これに限らず、例えば前述した計測フレームに設けても良い。【００８７】
次に、ウエハステージＷＳＴ及び計測ステージＭＳＴの位置情報を計測する干渉計システム１１８の構成等について説明する。【００８８】
ウエハテーブルＷＴＢの−Ｙ端面，−Ｘ端面には、それぞれ鏡面加工が施され、図２に示される反射面１７ａ，反射面１７ｂが形成されている。干渉計システム１１８（図６参照）の一部を構成するＹ干渉計１６及びＸ干渉計１２６、１２７、１２８（図１では、Ｘ干渉計１２６〜１２８は不図示、図２参照）は、これらの反射面１７ａ，１７ｂにそれぞれ測長ビームを投射して、それぞれの反射光を受光することにより、各反射面の基準位置（例えば投影ユニットＰＵ側面に固定ミラーを配置し、そこを基準面とする）からの変位、すなわちウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置情報を計測し、この計測した位置情報を主制御装置２０に供給する。本実施形態では、後述するように、上記各干渉計としては、一部を除いて、測長軸を複数有する多軸干渉計が用いられている。【００８９】
一方、ステージ本体９１の−Ｙ側の側面には、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示されるように、Ｘ軸方向を長手方向とする移動鏡４１が、不図示のキネマティック支持機構を介して取り付けられている。移動鏡４１は、直方体部材と、該直方体の一面（−Ｙ側の面）に固着された一対の三角柱状部材とを一体化したような部材から成る。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、少なくとも後述する２つのＺ干渉計の間隔分、長く設計されている。【００９０】
移動鏡４１の−Ｙ側の面には鏡面加工が施され、図４（Ｂ）に示されるように、３つの反射面４１ｂ、４１ａ、４１ｃが形成されている。反射面４１ａは、移動鏡４１の−Ｙ側の端面の一部を構成し、ＸＺ平面と平行に且つＸ軸方向に延びている。反射面４１ｂは、反射面４１ａの＋Ｚ側に隣接する面を構成し、反射面４１ａに対して鈍角を成し、Ｘ軸方向に延びている。反射面４１ｃは、反射面４１ａの−Ｚ側に隣接する面を構成し、反射面４１ａを挟んで反射面４１ｂと対称に設けられている。【００９１】
移動鏡４１に対向して、該移動鏡４１に測長ビームを照射する、干渉計システム１１８（図６参照）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２参照）。【００９２】
Ｚ干渉計４３Ａ、４３Ｂは、図１及び図２を総合するとわかるように、Ｙ干渉計１６のＸ軸方向の一側と他側にほぼ同一距離離れて、且つＹ干渉計１６より幾分低い位置にそれぞれ配置されている。【００９３】
Ｚ干渉計４３Ａ、４３Ｂそれぞれから、図１に示されるように、Ｙ軸方向に沿う測長ビームＢ１が反射面４１ｂに向けて投射されるとともに、Ｙ軸方向に沿う測長ビームＢ２が反射面４１ｃ（図４（Ｂ）参照）に向けて投射されるようになっている。本実施形態では、反射面４１ｂ及び反射面４１ｃで順次反射された測長ビームＢ１と直交する反射面を有する固定鏡４７Ｂ、及び反射面４１ｃ及び反射面４１ｂで順次反射された測長ビームＢ２と直交する反射面を有する固定鏡４７Ａが、移動鏡４１から−Ｙ方向に所定距離離れた位置に測長ビームＢ１，Ｂ２に干渉しない状態で、それぞれＸ軸方向に延設されている。【００９４】
固定鏡４７Ａ、４７Ｂは、例えば投影ユニットＰＵを支持するフレーム（不図示）に設けられた同一の支持体（不図示）に支持されている。【００９５】
Ｙ干渉計１６は、図８（及び図２）に示されるように、前述の基準軸ＬＶから同一距離、−Ｘ側と＋Ｘ側に離れたＹ軸方向の測長軸に沿って測長ビームＢ４1，Ｂ４2をウエハテーブルＷＴＢの反射面１７ａに投射し、それぞれの反射光を受光することで、ウエハテーブルＷＴＢの測長ビームＢ４1，Ｂ４2の照射点におけるＹ軸方向の位置（Ｙ位置）を検出している。なお、図１では、測長ビームＢ４1，Ｂ４2が代表的に測長ビームＢ４として示されている。【００９６】
また、Ｙ干渉計１６は、測長ビームＢ４1，Ｂ４2との間にＺ軸方向に所定間隔をあけてＹ軸方向の測長軸に沿って測長ビームＢ３を反射面４１ａに向けて投射し、反射面４１ａで反射した測長ビームＢ３を受光することにより、移動鏡４１の反射面４１ａ（すなわちウエハステージＷＳＴ）のＹ位置を検出している。【００９７】
主制御装置２０は、Ｙ干渉計１６の測長ビームＢ４1，Ｂ４2に対応する測長軸の計測値の平均値に基づいて反射面１７a、すなわちウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）のＹ位置（より正しくは、Ｙ軸方向の変位ΔＹ）を算出する。また、主制御装置２０は、測長ビームＢ４1，Ｂ４2に対応する測長軸の計測値の差より、ウエハテーブルＷＴＢのＺ軸回りの回転方向（θｚ方向）の変位（ヨーイング量）Δθｚ（Ｙ）を算出する。また、主制御装置２０は、反射面１７ａ及び反射面４１ａのＹ位置（Ｙ軸方向の変位ΔＹ）に基づいて、ウエハステージＷＳＴのθｘ方向の変位（ピッチング量）Δθｘを算出する。【００９８】
また、Ｘ干渉計１２６は、図８及び図２に示されるように、投影光学系ＰＬの光軸を通るＸ軸方向の直線（基準軸）ＬＨに関して同一距離離れた２軸の測長軸に沿って測長ビームＢ５1，Ｂ５2をウエハテーブルＷＴＢに投射する。主制御装置２０は、測長ビームＢ５1，Ｂ５2に対応する測長軸の計測値に基づいて、ウエハテーブルＷＴＢのＸ軸方向の位置（Ｘ位置、より正しくは、Ｘ軸方向の変位ΔＸ）を算出する。また、主制御装置２０は、測長ビームＢ５1，Ｂ５2に対応する測長軸の計測値の差より、ウエハテーブルＷＴＢのθｚ方向の変位（ヨーイング量）Δθｚ（Ｘ）を算出する。なお、Ｘ干渉計１２６から得られるΔθｚ（Ｘ）とＹ干渉計１６から得られるΔθｚ（Ｙ）は互いに等しく、ウエハテーブルＷＴＢのθｚ方向への変位（ヨーイング量）Δθｚを代表する。【００９９】
また、図９及び図１０などに示されるように、Ｘ干渉計１２８から測長ビームＢ７が、ウエハテーブルＷＴＢ上のウエハのアンロードが行われるアンローディングポジションＵＰと、ウエハテーブルＷＴＢ上へのウエハのロードが行われるローディングポジションＬＰを結ぶＸ軸に平行な直線ＬＵＬに沿って、ウエハテーブルＷＴＢの反射面１７ｂに投射される。また、図１１及び図１２などに示されるように、Ｘ干渉計１２７から測長ビームＢ６が、プライマリアライメント系ＡＬ１の検出中心を通るＸ軸に平行な直線（基準軸）ＬＡに沿って、ウエハテーブルＷＴＢの反射面１７ｂに投射される。【０１００】
主制御装置２０は、Ｘ干渉計１２７の計測値、及びＸ干渉計１２８の計測値からも、ウエハテーブルＷＴＢのＸ軸方向の変位ΔＸを求めることができる。ただし、３つのＸ干渉計１２６，１２７，１２８の配置がＹ軸方向に関して異なっており、Ｘ干渉計１２６は図８に示される露光時に、Ｘ干渉計１２７は図１２に示されるウエハアライメント時に、Ｘ干渉計１２８は図９に示されるウエハのアンロード時及び図１０に示されるウエハのロード時に使用される。【０１０１】
前述のＺ干渉計４３Ａ、４３Ｂそれぞれからは、図１に示されるように、Ｙ軸に沿う測長ビームＢ１、Ｂ２が、移動鏡４１に向けて投射される。これらの測長ビームＢ１、Ｂ２は、移動鏡４１の反射面４１ｂ，４１ｃのそれぞれに所定の入射角（θ/２とする）で入射する。そして、測長ビームＢ１は、反射面４１ｂ，４１ｃで順次反射されて固定鏡４７Ｂの反射面に垂直に入射し、測長ビームＢ２は、反射面４１ｃ，４１ｂで順次反射されて固定鏡４７Ａ反射面に垂直に入射する。そして、固定鏡４７Ａ，４７Ｂの反射面で反射された測長ビームＢ２、Ｂ１は、再度反射面４１ｂ，４１ｃで順次反射され、あるいは再度反射面４１ｃ，４１ｂで順次反射されて（入射時の光路を逆向きに戻り）Ｚ干渉計４３Ａ、４３Ｂで受光される。【０１０２】
ここで、移動鏡４１（すなわちウエハステージＷＳＴ）のＺ軸方向への変位をΔＺｏ、Ｙ軸方向への変位をΔＹｏとすると、測長ビームＢ１，Ｂ２の光路長変化ΔＬ１，ΔＬ２は、それぞれ以下の式（１）、（２）で表される。【０１０３】
ΔＬ１＝ΔＹｏ×（１＋ｃｏｓθ）＋ΔＺｏ×ｓｉｎθ    …（１）
ΔＬ２＝ΔＹｏ×（１＋ｃｏｓθ）−ΔＺｏ×ｓｉｎθ    …（２）
従って、式（１）、（２）からΔＺｏ及びΔＹｏは次式（３）、（４）で求められる。【０１０４】
ΔＺｏ＝（ΔＬ１−ΔＬ２）／２ｓｉｎθ                …（３）
ΔＹｏ＝（ΔＬ１＋ΔＬ２）／｛２（１＋ｃｏｓθ）｝    …（４）【０１０５】
上記の変位ΔＺｏ、ΔＹｏは、Ｚ干渉計４３Ａ、４３Ｂのそれぞれで求められる。そこで、Ｚ干渉計４３Ａで求められる変位をΔＺｏＲ、ΔＹｏＲとし、Ｚ干渉計４３Ｂで求められる変位をΔＺｏＬ、ΔＹｏＬとする。そして、Ｚ干渉計４３Ａ、４３Ｂそれぞれが投射する測長ビームＢ１、Ｂ２がＸ軸方向に離間する距離をＤとする（図２参照）。かかる前提の下で、移動鏡４１（すなわちウエハステージＷＳＴ）のθｚ方向への変位（ヨーイング量）Δθｚ、θｙ方向への変位（ローリング量）Δθｙは次式（５）、（６）で求められる。【０１０６】
Δθｚ＝ｔａｎ−１｛（ΔＹｏＲ−ΔＹｏＬ）／Ｄ｝    …（５）
Δθｙ＝ｔａｎ−１｛（ΔＺｏＬ−ΔＺｏＲ）／Ｄ｝    …（６）
従って、主制御装置２０は、上記式（３）〜式（６）を用いることで、Ｚ干渉計４３Ａ、４３Ｂの計測結果に基づいて、ウエハステージＷＳＴの４自由度の変位ΔＺｏ、ΔＹｏ、Δθｚ、Δθｙを算出することができる。【０１０７】
このように、主制御装置２０は、干渉計システム１１８の計測結果から、６自由度方向（Ｚ、Ｘ、Ｙ、θｚ、θｘ、θｙ方向）に関するウエハステージＷＳＴの変位を求めることができる。【０１０８】
なお、本実施形態では、ウエハステージＷＳＴが、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６自由度で移動可能な単一のステージにより構成される場合について説明したが、これに限らず、ＸＹ平面内で自在に移動可能なステージ本体と、該ステージ本体に対して少なくともＺ軸方向、θｘ方向及びθｙ方向に相対的に微小駆動可能なウエハテーブルと含んで、ウエハステージＷＳＴを構成しても良い。また、反射面１７ａ，反射面１７ｂの代わりに、ウエハテーブルＷＴＢに平面ミラーから成る移動鏡を設けても良い。さらに、投影ユニットＰＵに設けられる固定ミラーの反射面を基準面としてウエハステージＷＳＴの位置情報を計測するものとしたが、その基準面を配置する位置は投影ユニットＰＵに限られるものでないし、必ずしも固定ミラーを用いてウエハステージＷＳＴの位置情報を計測しなくても良い。【０１０９】
但し、本実施形態では、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＸＹ平面内の位置情報（θｚ方向の回転情報を含む）は、主として、後述するエンコーダシステムによって計測され、干渉計１６，１２６，１２７の計測値は、そのエンコーダシステムの計測値の長期的変動（例えばスケールの経時的な変形などによる）を補正（較正）する場合などに補助的に用いられる。【０１１０】
なお、干渉計システム１１８はその少なくとも一部（例えば、光学系など）が、投影ユニットＰＵを保持するメインフレームに設けられる、あるいは前述の如く吊り下げ支持される投影ユニットＰＵと一体に設けられても良いが、本実施形態では前述した計測フレームに設けられるものとする。【０１１１】
また、本実施形態では、干渉計システム１１８によって計測されるウエハステージＷＳＴの位置情報が、後述の露光動作やアライメント動作などでは用いられず、主としてエンコーダシステムのキャリブレーション動作（すなわち、計測値の較正）などに用いられるものとしたが、干渉計システム１１８の計測情報（すなわち、６自由度の方向の位置情報の少なくとも１つ）を、例えば露光動作及び／又はアライメント動作などで用いても良い。本実施形態では、エンコーダシステムはウエハステージＷＳＴの３自由度の方向、すなわちＸ軸、Ｙ軸及びθｚ方向の位置情報を計測する。そこで、露光動作などにおいて、干渉計システム１１８の計測情報のうち、エンコーダシステムによるウエハステージＷＳＴの位置情報の計測方向（Ｘ軸、Ｙ軸及びθｚ方向）と異なる方向、例えばＺ軸方向、θｘ方向及びθｙ方向のうちの少なくとも１方向に関する位置情報のみを用いても良いし、その異なる方向の位置情報に加えて、エンコーダシステムの計測方向と同じ方向（すなわち、Ｘ軸、Ｙ軸及びθｚ方向の少なくとも１つ）に関する位置情報を用いても良い。また、露光動作などにおいて干渉計システム１１８で計測されるウエハステージＷＳＴのＺ軸方向の位置情報を用いても良い。【０１１２】
その他、干渉計システム１１８（図６参照）には、計測テーブルＭＴＢの２次元位置座標を計測するためのＹ干渉計１８、Ｘ干渉計１３０も含まれている。計測テーブルＭＴＢの＋Ｙ端面、−Ｘ端面にも前述したウエハテーブルＷＴＢと同様の反射面１９ａ、１９ｂが形成されている（図２及び図５（Ａ）参照）。干渉計システム１１８のＹ干渉計１８、Ｘ干渉計１３０（図１では、Ｘ干渉計１３０は不図示、図２参照）は、これらの反射面１９ａ、１９ｂに、図２に示されるように、測長ビームを投射して、それぞれの反射光を受光することにより、各反射面の基準位置からの変位を計測する。主制御装置２０は、Ｙ干渉計１８、Ｘ干渉計１３０の計測値を受信し、計測ステージＭＳＴの位置情報（例えば、少なくともＸ軸及びＹ軸方向の位置情報とθｚ方向の回転情報とを含む）を算出する。【０１１３】
なお、計測テーブルＭＴＢ用のＹ干渉計として、ウエハテーブルＷＴＢ用のＹ干渉計１６と同様の多軸干渉計を用いることとしても良い。また、計測テーブルＭＴＢのＸ干渉計として、ウエハテーブルＷＴＢ用のＸ干渉計１２６と同様の２軸干渉計を用いることとしても良い。また、計測ステージＭＳＴのＺ変位、Ｙ変位、ヨーイング量、及びローリング量を計測するために、ウエハテーブルＷＴＢ用のＺ干渉計４３Ａ，４３Ｂと同様の干渉計を導入することも可能である。【０１１４】
次に、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）を計測するエンコーダシステムの構成等について説明する。【０１１５】
本実施形態の露光装置１００では、図３に示されるように、前述したノズルユニット３２の周囲を四方から囲む状態で、エンコーダシステムの４つのヘッドユニット６２Ａ〜６２Ｄが配置されている。これらのヘッドユニット６２Ａ〜６２Ｄは、図３等では図面の錯綜を避ける観点から図示が省略されているが、実際には、支持部材を介して、前述した投影ユニットＰＵを保持するメインフレームに吊り下げ状態で固定されている。【０１１６】
ヘッドユニット６２Ａ及び６２Ｃは、図３に示されるように、投影ユニットＰＵの＋Ｘ側、−Ｘ側に、Ｘ軸方向を長手方向として、配置されている。ヘッドユニット６２Ａ、６２Ｃは、Ｘ軸方向に関しての間隔ＷＤで配置された複数（ここでは５つ）のＹヘッド６５1〜６５5、６４1〜６４5をそれぞれ備えている。より詳細には、ヘッドユニット６２Ａ及び６２Ｃは、それぞれ、投影ユニットＰＵの周辺を除いて、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを通りかつＸ軸と平行な直線（基準軸）ＬＨ上に間隔ＷＤで配置された複数（ここでは４つ）のＹヘッド（６４1〜６４4又は６５2〜６５5）と、投影ユニットＰＵの周辺において、基準軸ＬＨから−Ｙ方向に所定距離離れた位置、すなわちノズルユニット３２の−Ｙ側の位置に配置された１つのＹヘッド（６４5又は６５1）とを備えている。ヘッドユニット６２Ａ、６２Ｃは、後述する３つのＺヘッドも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、６４1〜６４5をそれぞれ、Ｙヘッド６５、６４とも記述する。【０１１７】
ヘッドユニット６２Ａは、前述のＹスケール３９Ｙ1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（ここでは、５眼）のＹリニアエンコーダ（以下、適宜「Ｙエンコーダ」又は「エンコーダ」と略述する）７０Ａ（図６参照）を構成する。同様に、ヘッドユニット６２Ｃは、前述のＹスケール３９Ｙ2を用いて、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＹ位置を計測する多眼（ここでは、５眼）のＹエンコーダ７０Ｃ（図６参照）を構成する。ここで、ヘッドユニット６２Ａ及び６２Ｃがそれぞれ備える５つのＹヘッド（６４又は６５）（すなわち、計測ビーム）のＸ軸方向の間隔ＷＤは、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2のＸ軸方向の幅（より正確には、格子線３８の長さ）より僅かに狭く設定されている。【０１１８】
ヘッドユニット６２Ｂは、図３に示されるように、ノズルユニット３２（投影ユニットＰＵ）の＋Ｙ側に配置され、上記基準軸ＬＶ上にＹ軸方向に沿って間隔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、ノズルユニット３２（投影ユニットＰＵ）を介してヘッドユニット６２Ｂとは反対側のプライマリアライメント系ＡＬ１の−Ｙ側に配置され、上記基準軸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６６1〜６６8を、Ｘヘッド６６とも記述する。【０１１９】
ヘッドユニット６２Ｂは、前述のＸスケール３９Ｘ1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（ここでは、４眼）のＸリニアエンコーダ（以下、適宜「Ｘエンコーダ」又は「エンコーダ」と略述する）７０Ｂ（図６参照）を構成する。また、ヘッドユニット６２Ｄは、前述のＸスケール３９Ｘ2を用いて、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＸ位置を計測する多眼（ここでは、４眼）のＸリニアエンコーダ７０Ｄ（図６参照）を構成する。【０１２０】
ここでヘッドユニット６２Ｂ，６２Ｄがそれぞれ備える隣接するＸヘッド６６（計測ビーム）の間隔は、前述のＸスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2のＹ軸方向の幅（より正確には、格子線３７の長さ）よりも狭く設定されている。またヘッドユニット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（後述するつなぎ）が可能となるように、ウエハテーブルＷＴＢのＹ軸方向の幅よりも僅かに狭く設定されている。【０１２１】
本実施形態では、さらに、ヘッドユニット６２Ａ、６２Ｃの−Ｙ側に所定距離隔てて、ヘッドユニット６２Ｆ、６２Ｅが、それぞれ設けられている。ヘッドユニット６２Ｅ及び６２Ｆは、図３等では図面の錯綜を避ける観点から図示が省略されているが、実際には、支持部材を介して、前述した投影ユニットＰＵを保持するメインフレームに吊り下げ状態で固定されている。なお、ヘッドユニット６２Ｅ、６２Ｆ及び前述のヘッドユニット６２Ａ〜６２Ｄは、例えば投影ユニットＰＵが吊り下げ支持される場合は投影ユニットＰＵと一体に吊り下げ支持しても良いし、あるいは前述した計測フレームに設けても良い。【０１２２】
ヘッドユニット６２Ｅは、Ｘ軸方向の位置が異なる４つのＹヘッド６７1〜６７4を備えている。より詳細には、ヘッドユニット６２Ｅは、セカンダリアライメント系ＡＬ２1の−Ｘ側に前述の基準軸ＬＡ上に前述の間隔ＷＤとほぼ同一間隔で配置された３つのＹヘッド６７1〜６７3と、最も内側（＋Ｘ側）のＹヘッド６７3から＋Ｘ側に所定距離（ＷＤより幾分短い距離）離れ、かつ基準軸ＬＡから＋Ｙ側に所定距離離れたセカンダリアライメント系ＡＬ２1の＋Ｙ側の位置に配置された１つのＹヘッド６７4とを備えている。【０１２３】
ヘッドユニット６２Ｆは、基準軸ＬＶに関して、ヘッドユニット６２Ｅと対称であり、上記４つのＹヘッド６７4〜６７1と基準軸ＬＶに関して対称に配置された４つのＹヘッド６８1〜６８4を備えている。以下では、必要に応じて、Ｙヘッド６７1〜６７4、６８1〜６８4をそれぞれ、Ｙヘッド６７、６８とも記述する。後述するアライメント動作の際などには、Ｙスケール３９Ｙ2，３９Ｙ1にＹヘッド６７，６８が少なくとも各１つそれぞれ対向し、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）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。【０１２４】
また、本実施形態では、後述するセカンダリアライメント系のベースライン計測時（Sec‐BCHK（インターバル））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（適宜、「Ｙエンコーダ」又は「エンコーダ」とも略述する）７０Ｅ2，７０Ｆ2（図６参照）と呼ぶ。また、識別のため、上述したＹスケール３９Ｙ2，３９Ｙ1にそれぞれ対向するＹヘッド６７，６８によって構成されるＹエンコーダ７０Ｅ、７０Ｆを、Ｙエンコーダ７０Ｅ1、７０Ｆ1と呼ぶ。【０１２５】
上述した６つのリニアエンコーダ７０Ａ〜７０Ｆは、例えば０．１ｎｍ程度の分解能で、ウエハステージＷＳＴの位置座標を計測し、その計測値を主制御装置２０に供給する。主制御装置２０は、リニアエンコーダ７０Ａ〜７０Ｄのうちの３つ、又は７０Ｂ，７０Ｄ，７０Ｅ1，７０Ｆ1のうちの３つの計測値に基づいて、ウエハテーブルＷＴＢのＸＹ平面内の位置を制御するとともに、リニアエンコーダ７０Ｅ2，７０Ｆ2の計測値に基づいて、ＦＤバー４６のθｚ方向の回転を制御する。なお、リニアエンコーダの構成等については、さらに後述する。【０１２６】
本実施形態の露光装置１００では、図３に示されるように、照射系９０ａ及び受光系９０ｂから成る、例えば特開平６−２８３４０３号公報（対応する米国特許第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。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。【０１２７】
この多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の複数の検出点は、被検面上でＸ軸方向に沿って所定間隔で配置される。本実施形態では、例えば１行Ｍ列（Ｍは検出点の総数）又は２行Ｎ列（Ｎは検出点の総数の１／２）のマトリックス状に配置される。図３中では、それぞれ検出ビームが照射される複数の検出点を、個別に図示せず、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として示している。この検出領域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。また、この検出領域ＡＦは、Ｙ軸方向に関して、液浸領域１４（露光領域ＩＡ）とアライメント系（ＡＬ１、ＡＬ２1〜ＡＬ２4）の検出領域との間に配置されているので、多点ＡＦ系とアライメント系とでその検出動作を並行して行うことが可能となっている。多点ＡＦ系は、投影ユニットＰＵを保持するメインフレームなどに設けても良いが、本実施形態では前述の計測フレームに設けるものとする。【０１２８】
なお、複数の検出点は１行Ｍ列又は２行Ｎ列で配置されるものとしたが、行数及び／又は列数はこれに限られない。但し、行数が２以上である場合は、異なる行の間で検出点のＸ軸方向の位置を異ならせることが好ましい。さらに、複数の検出点はＸ軸方向に沿って配置されるものとしたが、これに限らず、複数の検出点の全部又は一部をＹ軸方向に関して異なる位置に配置しても良い。例えば、Ｘ軸及びＹ軸の両方と交差する方向に沿って複数の検出点を配置しても良い。すなわち、複数の検出点は少なくともＸ軸方向に関して位置が異なっていれば良い。また、本実施形態では複数の検出点に検出ビームを照射するものとしたが、例えば検出領域ＡＦの全域に検出ビームを照射しても良い。さらに、検出領域ＡＦはＸ軸方向の長さがウエハＷの直径と同程度でなくても良い。【０１２９】
多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の複数の検出点のうち両端に位置する検出点の近傍、すなわち検出領域ＡＦの両端部近傍に、基準軸ＬＶに関して対称な配置で、各一対のＺ位置計測用の面位置センサのヘッド（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。なお、Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄは前述した計測フレームなどに設けても良い。【０１３０】
Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄとしては、ウエハテーブルＷＴＢに対し上方から光を照射し、その反射光を受光してその光の照射点におけるウエハテーブルＷＴＢ表面のＸＹ平面に直交するＺ軸方向の位置情報を計測するセンサヘッド、一例としてＣＤドライブ装置などで用いられる光ピックアップのような構成の光学式の変位センサのヘッド（光ピックアップ方式のセンサヘッド）が用いられている。【０１３１】
本実施形態では、各Ｚヘッドとして、エンコーダと同じくＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2の回折格子面を上方（＋Ｚ方向）から観察する構成が採用される。それにより、複数のＺヘッドで、ウエハテーブルＷＴＢ上面の異なる位置の面位置情報を計測することで、ウエハテーブルＷＴＢのＺ軸方向の位置とθｙ回転（ローリング）を計測することができる。【０１３２】
さらに、前述のヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃは、それぞれが備えるＹヘッド６５j（ｊ＝３〜５），６４i（ｉ＝１〜３）と同じＸ位置に、ただしＹ位置をずらして、それぞれ３つのＺヘッド７６j（ｊ＝３〜５），７４i（ｉ＝１〜３）を備えている。ここで、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃのそれぞれに属する３つのＺヘッド７６j，７４iは、基準軸ＬＨから＋Ｙ方向に所定距離隔てて基準軸ＬＨと平行に配置され、且つ互いに基準軸ＬＶに関して対称に配置されている。なお、各Ｚヘッド７６j，７４i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。【０１３３】
ここで、Ｚヘッド７４3は、前述したＺヘッド７２ａ，７２ｂと同一のＹ軸に平行な直線上にある。同様に、Ｚヘッド７６3は、前述したＺヘッド７２ｃ，７２ｄと同一のＹ軸に平行な直線上にある。【０１３４】
上述したＺヘッド７２ａ〜７２ｄ、Ｚヘッド７４1〜７４3、及びＺヘッド７６3〜７６5は、図６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、Ｚヘッド７４1〜７４3、及びＺヘッド７６3〜７６5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、Ｚヘッド７４1〜７４3、及びＺヘッド７６3〜７６5と、信号処理・選択装置１７０とを含んでウエハテーブルＷＴＢ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。【０１３５】
なお、図３では、計測ステージＭＳＴの図示が省略されるとともに、その計測ステージＭＳＴと先端レンズ１９１との間に保持される水Ｌｑで形成される液浸領域が符号１４で示されている。また、図３に示されるように、本実施形態では、アンローディングポジションＵＰと、ローディングポジションＬＰとは、基準軸ＬＶに関して対称に設定されている。しかし、これに限らず、アンロードポジションＵＰとローディングポジションＬＰとを同一位置としても良い。【０１３６】
図６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。この主制御装置２０に接続された外部記憶装置であるメモリ３４には、干渉計システム１１８、エンコーダシステム１５０（エンコーダ７０Ａ〜７０Ｆ）、Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄ，７４1〜７４3，７６3〜７６5等、計測器系の補正情報が記憶されている。なお、図６においては、前述した照度むらセンサ９４、空間像計測器９６及び波面収差計測器９８などの計測ステージＭＳＴに設けられた各種センサが、纏めてセンサ群９９として示されている。【０１３７】
次に、エンコーダ７０Ａ〜７０Ｆの構成等について、図７（Ａ）に拡大して示されるＹエンコーダ７０Ｃを代表的に採り上げて説明する。この図７（Ａ）には、Ｙスケール３９Ｙ2に検出光（計測ビーム）を照射するヘッドユニット６２Ｃの１つのＹヘッド６４が示されている。【０１３８】
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。【０１３９】
照射系６４ａは、レーザ光ＬＢをＹ軸及びＺ軸に対して４５°を成す方向に射出する光源、例えば半導体レーザＬＤと、該半導体レーザＬＤから射出されるレーザビームＬＢの光路上に配置されたレンズＬ１とを含む。【０１４０】
光学系６４ｂは、その分離面がＸＺ平面と平行である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。ここで、偏光ビームスプリッタＰＢＳの分離面を基準にして、反射ミラーＲ１ａと対称な位置に、反射ミラーＲ１ｂが配置されている。同様に、収束レンズＬ２ａ，Ｌ２ｂ、λ／４板ＷＰ１ａ，ＷＰ１ｂ、及び反射ミラーＲ２ａ，Ｒ２ｂも、偏光ビームスプリッタＰＢＳの分離面を基準にして、互いに対称な位置に配置されている。【０１４１】
前記受光系６４ｃは、偏光子（検光子）及び光検出器等を含む。受光系６４ｃは、偏光ビームスプリッタＰＢＳの分離面を介したレーザ光ＬＢの反射回折光の戻り光路上に、配置される。【０１４２】
このＹエンコーダ７０Ｃにおいて、半導体レーザＬＤから射出されたレーザビームＬＢ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つの光束ＬＢ1、ＬＢ2に偏光分離される。ここで、レーザビームＬＢのＰ偏光成分が、偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過して光束ＬＢ1を成し、Ｓ偏光成分が、偏光ビームスプリッタＰＢＳの分離面で反射されて光束ＬＢ2を成す。光束ＬＢ１，ＬＢ２は、それぞれ反射ミラーＲ１ａ，Ｒ１ｂによって反射されて、反射型回折格子ＲＧに入射する。【０１４３】
反射型回折格子ＲＧに光束ＬＢ１，ＬＢ２が照射されることにより、回折光が発生する。ここで、光束ＬＢ１の照射よって発生する−１次以下の回折光のうち、例えば−１次の回折光が、収束レンズＬ２ａ及びλ／４板ＷＰ１ａを透過して、反射ミラーＲ２ａに到達する。ただし、回折光の次数の符号は、後述するように、入射光と同じ角度で反射される零次の回折光を基準に、＋Ｙ方向（−Ｙ方向）へ回折する回折光に対して正（負）と定義する。そして、回折光は反射ミラーＲ２ａによって反射され、往路と同じ光路を逆方向に辿って、反射型回折格子ＲＧに到達する。ここで、往路と復路でλ／４板ＷＰ１ａを２回透過することにより、回折光の偏光方向は９０度回転し、Ｓ偏光に変換される。一方、光束ＬＢ２の照射よって発生する＋１次以上の回折光のうち、例えば＋１次の回折光が、収束レンズＬ２ｂ及びλ／４板ＷＰ１ｂを透過して、反射ミラーＲ２ｂに到達する。そして、回折光は反射ミラーＲ２ｂによって反射され、往路と同じ光路を逆方向に辿って、反射型回折格子ＲＧに到達する。ここで、往路と復路でλ／４板ＷＰ１ｂを２回透過することにより、回折光の偏光方向は９０度回転し、Ｐ偏光に変換される。【０１４４】
反射型回折格子ＲＧに反射ミラーＲ２ａ，Ｒ２ｂからの戻り回折光が照射されることにより、再び回折光が発生する。反射ミラーＲ２ａからの戻り光に由来する回折光のうち、戻り光と同一次の回折光が反射ミラーＲ１ａに反射されて、偏光ビームスプリッタＰＢＳに到達する。一方、反射ミラーＲ２ｂからの戻り光に由来する回折光のうち、戻り光と同一次の回折光が反射ミラーＲ１ｂに反射されて、偏光ビームスプリッタＰＢＳに到達する。【０１４５】
偏光ビームスプリッタＰＢＳに到達する戻り光束ＬＢ１，ＬＢ２は、それぞれＳ偏光とＰ偏光に変換されている。そのため、戻り光束ＬＢ１は偏光ビームスプリッタＰＢＳの分離面で反射され、戻り光束ＬＢ２は偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過する。それにより、戻り光束ＬＢ１，ＬＢ２は同軸に合成されて受光系６４ｃに入射する。【０１４６】
受光系６４ｃの内部において、２つの戻り光束ＬＢ１，ＬＢ２は、検光子によって偏光方向を揃えて重ね合わせられ、干渉光を形成する。この干渉光が光検出器によって検出される。ここで、Ｙスケール３９Ｙ2（すなわちウエハステージＷＳＴ）が計測方向（この場合、Ｙ軸方向）に移動すると、後述するように、２つの光束ＬＢ１，ＬＢ２間の位相差が変化し、それにより干渉光の強度が変化する。この干渉光の強度変化より、Ｙヘッド６４とＹスケール３９Ｙ2間の位置関係、すなわちウエハステージＷＳＴのＹ座標が算出され、Ｙエンコーダ７０Ａの計測値として出力される。【０１４７】
なお、ヘッドユニット６２Ｃのその他のＹヘッド６４、及びヘッドユニット６２Ａに属する各Ｙヘッド６５も上述と同様に構成され、Ｙスケール３９Ｙ2又は３９Ｙ1に対向してＹエンコーダ７０Ｃ又は７０Ａを構成する。【０１４８】
また、ヘッドユニット６２Ｂ，６２Ｄそれぞれに属する各Ｘヘッド６６も、上述したＹヘッド６４と同様に構成され、Ｘスケール３９Ｘ1又は３９Ｘ2に対向してＸエンコーダ７０Ｂ又は７０Ｄを構成する。【０１４９】
また、ヘッドユニット６２Ｅ，６２Ｆそれぞれに属する各Ｙヘッド６７，６８も、上述したＹヘッド６４と同様に構成され、Ｙスケール３９Ｙ2又は３９Ｙ1に対向してＹエンコーダ７０Ｅ1又は７０Ｆ1を構成する。また、Ｙヘッド６７3，６８2は、計測ステージＭＳＴ上の一対の基準格子５２にそれぞれ対向してＹエンコーダ７０Ｅ2，７０Ｆ2を構成する。【０１５０】
各エンコーダとしては、分解能が、例えば０．１ｎｍ程度のものが用いられている。なお、本実施形態のエンコーダでは、図７（Ｂ）に示されるように、検出光として回折格子ＲＧの周期方向に長く延びる断面形状のレーザビームＬＢを用いても良い。図７（Ｂ）では、格子ＲＧと比較してビームＬＢが誇張して大きく図示されている。【０１５１】
なお、別形態として、エンコーダヘッドには光学系６４ｂのみが含まれ、照射系６４ａと受光系６４ｃが光学系６４ｂから物理的に分離しているタイプもある。このタイプの場合、レーザ光は、これら３部分間を、光ファイバを介して引き回される。【０１５２】
次に、本実施形態の露光装置１００における、ウエハステージＷＳＴと計測ステージＭＳＴとを用いた並行処理動作について、図８〜図１１に基づいて説明する。なお、以下の動作中、主制御装置２０によって、局所液浸装置８の液体供給装置５及び液体回収装置６の各バルブの開閉制御が前述したようにして行われ、投影光学系ＰＬの先端レンズ１９１の射出面側には常時水が満たされている。しかし、以下では、説明を分かり易くするため、液体供給装置５及び液体回収装置６の制御に関する説明は省略する。また、以後の動作説明は、多数の図面を用いて行うが、図面毎に同一の部材に符号が付されていたり、付されていなかったりしている。すなわち、図面毎に、記載している符号が異なっているが、それら図面は符号の有無に関わらず、同一構成である。これまでに説明に用いた、各図面についても同様である。【０１５３】
図８には、ウエハステージＷＳＴ上に載置されたウエハＷに対するステップ・アンド・スキャン方式の露光が行われている状態が示されている。この露光は、開始前に行われるウエハアライメント（例えばＥＧＡ：Enhanced Global Alignment）等の結果に基づいて、ウエハＷ上の各ショット領域の露光のための走査開始位置（加速開始位置）へウエハステージＷＳＴを移動するショット間移動と、各ショット領域に対してレチクルＲに形成されたパターンを走査露光方式で転写する走査露光と、を交互に繰り返すことにより行われる。また、露光は、ウエハＷ上の−Ｙ側に位置するショット領域から＋Ｙ側に位置するショット領域の順で行われる。なお、投影ユニットＰＵとウエハＷとの間に液浸領域１４が形成された状態で行われる。【０１５４】
上述の露光中、主制御装置２０により、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＸＹ平面内の位置（θｚ方向の回転を含む）は、２つのＹエンコーダ７０Ａ，７０Ｃと、２つのＸエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄの一方との合計３つのエンコーダの計測結果に基づいて制御されている。ここで、２つのＸエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄは、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2のそれぞれに対向する２つのＸヘッド６６によって構成され、２つのＹエンコーダ７０Ａ，７０Ｃは、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2のそれぞれに対向するＹヘッド６５、６４により構成される。また、ウエハステージＷＳＴのＺ位置とθｙ方向の回転（ローリング）は、ウエハテーブルＷＴＢ表面のＸ軸方向一側と他側の端部にそれぞれ対向する一対のＺヘッド７４i，７６jの計測結果に基づいて制御されている。ウエハステージＷＳＴのθｘ回転（ピッチング）は、Ｙ干渉計１６の計測結果に基づいて制御されている。なお、ウエハテーブルＷＴＢのＺ軸方向の位置、θｙ方向の回転、及びθｘ方向の回転の制御（すなわちウエハＷのフォーカス・レベリング制御）は、事前に行われるフォーカスマッピングの結果に基づいて行われている。【０１５５】
図８に示される、ウエハステージＷＳＴの位置では、Ｘスケール３９Ｘ1にはＸヘッド６６5（図８中に丸で囲んで示されている）が対向するが、Ｘスケール３９Ｘ2に対向するＸヘッド６６はない。そのため、主制御装置２０は、１つのＸエンコーダ７０Ｂと２つのＹエンコーダ７０Ａ，７０Ｃを用いて、ウエハステージＷＳＴの位置（Ｘ，Ｙ，θｚ）制御を実行している。ここで、図８に示される位置からウエハステージＷＳＴが−Ｙ方向に移動すると、Ｘヘッド６６5はＸスケール３９Ｘ1から外れ（対向しなくなり）、代わりにＸヘッド６６4（図８中に破線の丸で囲んで示されている）がＸスケール３９Ｘ2に対向する。そこで、主制御装置２０は、１つのＸエンコーダ７０Ｄと２つのＹエンコーダ７０Ａ，７０Ｃを用いるステージ制御に切り換える。【０１５６】
このように、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴの位置座標に応じて、使用するエンコーダを絶えず切り換えて、ステージ制御を実行している。【０１５７】
なお、上述のエンコーダを用いたウエハステージＷＳＴの位置計測と独立に、干渉計システム１１８を用いたウエハステージＷＳＴの位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ，θｘ，θｙ，θｚ）計測が、常時、行われている。ここで、干渉計システム１１８を構成するＸ干渉計１２６，１２７，又は１２８を用いてウエハステージＷＳＴのＸ位置とθｚ回転（ヨーイング）が、Ｙ干渉計１６を用いてＹ位置、θｘ回転、及びθｚ回転が、Ｚ干渉計４３Ａ，４３Ｂ（図８では不図示、図１又は図２を参照）を用いてＹ位置、Ｚ位置、θｙ回転、及びθｚ回転が計測される。Ｘ干渉計１２６，１２７，及び１２８は、ウエハステージＷＳＴのＹ位置に応じて、いずれか１つが使用される。露光中は、図８に示されるように、Ｘ干渉計１２６が使用される。Ｘ、Ｙ、θｚ方向の３自由度方向に関しては、干渉計システム１１８の計測結果は、補助的に、ウエハステージＷＳＴの位置制御に利用される。【０１５８】
ウエハＷの露光が終了すると、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴをアンロードポジションＵＰに向けて駆動する。その際、露光中には互いに離れていたウエハステージＷＳＴと計測ステージＭＳＴとが、接触あるいは３００μｍ程度の離間距離を挟んで近接して、スクラム状態に移行する。ここで、計測テーブルＭＴＢ上のＣＤバー４６の−Ｙ側面とウエハテーブルＷＴＢの＋Ｙ側面とが接触あるいは近接する。このスクラム状態を保って、両ステージＷＳＴ，ＭＳＴが−Ｙ方向に移動することにより、投影ユニットＰＵの下に形成される液浸領域１４は、計測ステージＭＳＴ上に移動する。例えば図９、図１０には、移動後の状態が示されている。【０１５９】
ウエハステージＷＳＴが、更に−Ｙ方向へ移動して有効ストローク領域（ウエハステージＷＳＴが露光及びウエハアライメント時に移動する領域）から外れると、エンコーダ７０Ａ〜７０Ｄを構成する全てのＸヘッド、Ｙヘッド及び全てのＺヘッドが、ウエハテーブルＷＴＢ上の対応するスケールから外れる。そのため、エンコーダ７０Ａ〜７０Ｄ及びＺヘッドの計測結果に基づくステージ制御が不可能になる。その直前に、主制御装置２０は、干渉計システム１１８の計測結果に基づくステージ制御に切り換える。ここで、３つのＸ干渉計１２６，１２７，１２８のうちＸ干渉計１２８が使用される。【０１６０】
その後、図９に示されるように、ウエハステージＷＳＴは、計測ステージＭＳＴとのスクラム状態を解除し、アンロードポジションＵＰに移動する。移動後、主制御装置２０は、ウエハテーブルＷＴＢ上のウエハＷをアンロードする。そして、図１０に示されるように、ウエハステージＷＳＴを＋Ｘ方向に駆動してローディングポジションＬＰに移動させ、ウエハテーブルＷＴＢ上に次のウエハＷをロードする。【０１６１】
これらの動作と平行して、主制御装置２０は、計測ステージＭＳＴに支持されたＦＤバー４６のＸＹ平面内での位置調整と、４つのセカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4のベースライン計測と、を行うSec-BCHK（セカンダリ・ベースライン・チェック）を実行する。Sec-BCHKはウエハ交換毎にインターバル的に行う。ここで、ＸＹ平面内の位置（θｚ回転）を計測するために、前述のＹエンコーダ７０Ｅ2，７０Ｆ2が使用される。【０１６２】
次に、主制御装置２０は、図１１に示されるように、ウエハステージＷＳＴを駆動し、計測プレート３０上の基準マークＦＭをプライマリアライメント系ＡＬ１の検出視野内に位置決めし、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4のベースライン計測の基準位置を決定するPri-BCHK（プライマリ・ベースライン・チェック）の前半の処理を行う。【０１６３】
このとき、図１１に示されるように、２つのＹヘッド６８2，６７3と１つのＸヘッド６６1（図中に丸で囲んで示されている）が、それぞれＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2とＸスケール３９Ｘ2に対向するようになる。そこで、主制御装置２０は、干渉計システム１１８からエンコーダシステム１５０（エンコーダ７０Ａ，７０Ｃ，７０Ｄ）を用いたステージ制御へ切り換える。干渉計システム１１８は、再び補助的に使用される。なお、３つのＸ干渉計１２６，１２７，１２８のうちＸ干渉計１２７が使用される。【０１６４】
その後、主制御装置２０は、プライマリアライメント系ＡＬ１とセカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4を用いて、ウエハアライメント（ＥＧＡ）を実行する（図１２中の星マーク参照）。【０１６５】
なお、本実施形態では、図１２に示されるように、ウエハアライメントを開始するまでに、ウエハステージＷＳＴと計測ステージＭＳＴはスクラム状態へ移行している。主制御装置２０は、スクラム状態を保ちながら、両ステージＷＳＴ，ＭＳＴを＋Ｙ方向に駆動する。その後、液浸領域１４の水は、計測テーブルＭＴＢ上からウエハテーブルＷＴＢ上に移動する。【０１６６】
ウエハアライメント（ＥＧＡ）と平行して、主制御装置２０は、Ｚヘッド（７０ａ〜７０ｄ）と多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）とを用いたフォーカスキャリブレーションとフォーカスマッピング、さらに空間像計測装置４５を用いたウエハテーブルＷＴＢのＸＹ位置に対する投影像の強度分布を計測するPri-BCHK後半の処理を実行する。【０１６７】
以上の作業が終了すると、主制御装置２０は、両ステージＷＳＴ，ＭＳＴのスクラム状態を解除する。そして、図８に示されるように、ステップ・アンド・スキャン方式の露光を行い、新しいウエハＷ上にレチクルパターンを転写する。以降、同様の動作が繰り返し実行される。【０１６８】
次に、エンコーダの計測原理を、図７（Ａ）に示されるＹエンコーダ７０Ｃを例にして、詳細に説明する。まず、２つの戻り光束ＬＢ１，ＬＢ２から合成される干渉光の強度と、Ｙスケール３９Ｙ2の変位（Ｙヘッド６４との相対変位）の関係を導出する。【０１６９】
２つの光束ＬＢ１，ＬＢ２は、移動する反射型回折格子ＲＧに散乱されると、ドップラー効果による周波数のシフト、すなわちドップラーシフトを受ける。図１３（Ａ）に、移動する反射面ＤＳによる光の散乱を示す。ただし、図中のベクトルｋ０，ｋ１はＹＺ面に対し平行、反射面ＤＳはＹ軸に対し平行でＺ軸に対し垂直とする。【０１７０】
反射面ＤＳは速度ベクトルｖ＝ｖｙ＋ｖｚ、すなわち＋Ｙ方向に速度Ｖｙ（＝｜ｖｙ｜）かつ＋Ｚ方向に速度Ｖｚ（＝｜ｖｚ｜）で移動しているとする。この反射面に対し、波数ベクトルｋ０の光が角度θ０で入射し、波数ベクトルｋ１の光が角度θ１で散乱される。ただし、｜ｋ０｜＝｜ｋ１｜＝Ｋとする。入射光ｋ０が受けるドップラーシフト（散乱光ｋ１と入射光ｋ０の周波数の差）ｆＤは、次式（７）で与えられる。【０１７１】
２πｆＤ＝（ｋ１−ｋ０）・ｖ
＝２ＫＶｙｃｏｓ［（θ１−θ０）／２］ｃｏｓθ
＋２ＫＶｚｃｏｓ［（θ１−θ０）／２］ｓｉｎθ  …（７）
ここで、θ＝π／２−（θ１＋θ０）／２なので、上式（７）を変形して、次式（８）を得る。【０１７２】
２πｆＤ＝ＫＶｙ（ｓｉｎθ１＋ｓｉｎθ０）＋ＫＶｚ（ｃｏｓθ１＋ｃｏｓθ０）                                                        …（８）【０１７３】
反射面ＤＳは、時間Δｔの間に、変位ベクトルｖΔｔ、すなわち＋Ｙ方向に距離ΔＹ＝ＶｙΔｔ、＋Ｚ方向に距離ΔＺ＝ＶｚΔｔ変位する。それに伴って散乱光ｋ１の位相はφ＝２πｆＤΔｔシフトする。式（８）を代入すると、位相シフトφは、次式（９）のように求められる。【０１７４】
φ＝ＫΔＹ（ｓｉｎθ１＋ｓｉｎθ０）＋ＫΔＺ（ｃｏｓθ１＋ｃｏｓθ０）
…（９）
ここで、入射角θ０と散乱角θ１には次式（１０）の関係（回折条件）が成立する。【０１７５】
ｓｉｎθ１＋ｓｉｎθ０＝ｎλ／ｐ    …（１０）
ただし、λは光の波長、ｐは回折格子のピッチ、ｎは回折次数である。なお、回折次数ｎは、散乱角−θ０の零次回折光を基準にして、＋Ｙ方向に散乱される回折光に対して正、−Ｙ方向に散乱される回折光に対し負となる。式（１０）を式（９）に代入すると、位相シフトφは、次式（１１）のように書き換えられる。【０１７６】
φ＝２πｎΔＹ／ｐ＋ＫΔＺ（ｃｏｓθ１＋ｃｏｓθ０）    …（１１）
上式（１１）より明らかなように、反射面ＤＳが停止していれば、すなわちΔＹ＝ΔＺ＝０ならば、位相シフトφも零となる。【０１７７】
式（１１）を用いて、２つの光束ＬＢ１，ＬＢ２の位相シフトを求める。まず、光束ＬＢ１の位相シフトを考える。図１３（Ｂ）において、反射鏡Ｒ１ａで反射された光束ＬＢ１は、反射型回折格子ＲＧに角θａ０で入射し、ｎａ次回折光が角θａ１で散乱するとする。この時、回折光が受ける位相シフトは式（１１）の右辺と同じ形となる。そして、反射鏡Ｒ２ａによって反射され復路を辿る戻り光束は、反射型回折格子ＲＧに角θａ１で入射する。そして再度、回折光が発生する。ここで、角θａ０で散乱し、元の光路を辿って反射鏡Ｒ１ａに向かう回折光は、往路において発生した回折光と同一次のｎａ次回折光である。従って、光束ＬＢ１が復路で被る位相シフトは、往路で被る位相シフトに等しい。従って、光束ＬＢ１が被る全位相シフトは、次式（１２）のように求められる。【０１７８】
φ１＝４πｎａΔＹ／ｐ＋２ＫΔＺ（ｃｏｓθａ１＋ｃｏｓθａ０）
…（１２）
ただし、回折条件を、次式（１３）で与えた。【０１７９】
ｓｉｎθａ１＋ｓｉｎθａ０＝ｎａλ／ｐ      …（１３）
一方、光束ＬＢ２は角θｂ０で反射型回折格子ＲＧに入射し、ｎｂ次回折光が角θｂ１で散乱される。この回折光が、反射鏡Ｒ２ｂによって反射され、同じ光路を辿って反射鏡Ｒ１ｂに戻るとする。光束ＬＢ２が被る全位相シフトは、式（１２）と同様に、次式（１４）のように求められる。【０１８０】
φ２＝４πｎｂΔＹ／ｐ＋２ＫΔＺ（ｃｏｓθｂ１＋ｃｏｓθｂ０）
…（１４）
ただし、回折条件を、次式（１５）で与えた。【０１８１】
ｓｉｎθｂ１＋ｓｉｎθｂ０＝ｎｂλ／ｐ    …（１５）【０１８２】
２つの戻り光束ＬＢ１，ＬＢ２から合成される干渉光の強度Ｉは、光検出器の受光位置における２つの戻り光束ＬＢ１，ＬＢ２間の位相の差φに、Ｉ∝１＋ｃｏｓφと依存する。ただし、２つの光束ＬＢ１，ＬＢ２の強度は互いに等しいとした。ここで、位相差φは、２つの光束ＬＢ１，ＬＢ２のそれぞれの反射型回折格子ＲＧのＹ，Ｚ変位に起因する位相シフトの差（すなわちφ２−φ１）と、２つの光束ＬＢ１，ＬＢ２の光路差ΔＬに起因する位相差（ＫΔＬ）との和として、次式（１６）のように求められる。【０１８３】
φ＝ＫΔＬ＋４π（ｎｂ−ｎａ）ΔＹ／ｐ
＋２ＫΔＺｆ（θａ０，θａ１，θｂ０，θｂ１）＋φ０  …（１６）
ここで、式（１２）、（１４）を用いた。なお、反射鏡Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｒ２ａ，Ｒ２ｂの配置と回折条件とから定まる幾何学的因子を、次式（１７）のように表記した。【０１８４】
ｆ（θａ０，θａ１，θｂ０，θｂ１）
＝ｃｏｓθｂ１＋ｃｏｓθｂ０−ｃｏｓθａ１−ｃｏｓθａ０  …（１７）
また、その他の要因（例えば、変位ΔＬ，ΔＹ，ΔＺの基準位置の定義など）より定まる定位相項をφ０と表記した。【０１８５】
ここで、エンコーダは、光路差ΔＬ＝０及び次式（１８）で示される対称性を満たすように、構成されているとする。【０１８６】
θａ０＝θｂ０，θａ１＝θｂ１  …（１８）
その場合、式（１６）の右辺第３項の括弧内は零になり、同時にｎｂ＝−ｎａ（＝ｎ）を満たすので、次式（１９）が得られる。【０１８７】
φｓｙｍ（ΔＹ）＝２πΔＹ／（ｐ／４ｎ）＋φ０  …（１９）
上式（１９）より、位相差φｓｙｍは光の波長λに依存しないことがわかる。そして、干渉光の強度Ｉは、変位ΔＹが計測単位（計測ピッチとも呼ぶ）ｐ／４ｎ増加あるいは減少する毎に、強弱を繰り返すことがわかる。そこで、予め定められた基準位置からの変位ΔＹに伴う干渉光の強度の強弱の回数を計測する。そして、その計数値（カウント値）ｃΔＹより、変位ΔＹの計測値ＣΔＹが、次式（２０）のように求められる。【０１８８】
ＣΔＹ＝（ｐ／４ｎ）×ｃΔＹ  …（２０）
さらに、内挿器（インターポレータ）を用いて干渉光の正弦的な強度変化を分割することにより、その位相φ’（＝φｓｙｍ％２π）を計測することができる。その場合、変位ΔＹの計測値ＣΔＹは、次式（２１）より算出される。【０１８９】
ＣΔＹ＝（ｐ／４ｎ）×｛ｃΔＹ＋（φ’−φ０）／２π｝  …（２１）
ここで、定位相項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φｓｙｍ（ΔＹ＝０）を保持することとする。【０１９０】
以上の説明よりわかるように、内挿器を併用することにより、変位ΔＹを、計測単位（ｐ／４ｎ）以下の計測分解能で計測することができる。ここで、計測分解能は、位相φ’の分割単位から定まる離散化誤差（量子化誤差とも呼ぶ）、変位ΔＹによる干渉光の強度変化I（ΔＹ）＝I（φｓｙｍ（ΔＹ））の理想的な正弦波形からのずれに起因する内挿誤差等、から決まる。なお、変位ΔＹの離散化単位は、例えば計測単位（ｐ／４ｎ）の数１０００分の１で、約０．１ｎｍと十分小さいので、特に断らない限り、エンコーダの計測値ＣΔＹを連続量とみなす。【０１９１】
ウエハステージＷＳＴがＹ軸方向とは異なる方向に移動し、Ｙヘッド６４とＹスケール３９Ｙ2の間に計測方向以外の相対変位が生じると、Ｙエンコーダ７０Ｃに計測誤差が生じる。以下、上述のエンコーダの計測原理に基づいて、計測誤差の発生機構を考えてみる。【０１９２】
簡単な例として、図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）に示される２つのケースにおいて、上式（１６）で示される位相差φの変化を考えてみる。まず、図１４（Ａ）のケースでは、ヘッド６４の光軸がＺ軸方向に一致している（ヘッド６４が傾いていない）。ここで、ウエハステージＷＳＴがＺ軸方向に変位したとする（ΔＺ≠０，ΔＹ＝０）。この場合、光路差ΔＬに変化はないので、式（１６）右辺第１項に変化はない。第２項は、仮定ΔＹ＝０より、零となる。そして、第３項は、式（１８）の対称性を満たしているので、零となる。従って、位相差φに変化は生じず、また干渉光の強度変化も生じない。結果として、エンコーダの計測値も変化しない。【０１９３】
一方、図１４（Ｂ）のケースでは、ヘッド６４の光軸がＺ軸に対して傾いている（ヘッド６４が傾いている）。この状態から、ウエハステージＷＳＴがＺ軸方向に変位したとする（ΔＺ≠０，ΔＹ＝０）。この場合も、光路差ΔＬに変化は生じないので、式（１６）右辺第１項に変化はない。そして第２項は、仮定ΔＹ＝０より、零となる。しかし、ヘッドが傾いていることにより式（１８）の対称性が破れるので、第３項は零にならず、Ｚ変位ΔＺに比例して変化する。従って、位相差φに変化が生じ、結果として、計測値が変化する。【０１９４】
また、図示は省略するが、計測方向（Ｙ軸方向）と光軸方向（Ｚ軸方向）とに垂直な方向にウエハステージＷＳＴが変位する場合（ΔＸ≠０，ΔＹ＝０，ΔＺ＝０）、回折格子ＲＧの格子線の向く方向が計測方向と直交している限り計測値は変化しないが、直交していなければ角度に比例したゲインで感度が発生する。【０１９５】
次に、図１５（Ａ）〜図１５（Ｄ）を用いて、ウエハステージＷＳＴが回転（傾斜が変化）するケースを考えてみる。まず、図１５（Ａ）では、ヘッド６４の光軸がＺ軸方向に一致している（ヘッド６４が傾いていない）。この状態から、ウエハステージＷＳＴが＋Ｚ方向に変位して図１５（Ｂ）の状態になっても、先の図１４（Ａ）と同じケースなので、エンコーダの計測値は変化しない。【０１９６】
次に、図１５（Ｂ）の状態から、ウエハステージＷＳＴがＸ軸回りに回転して図１５（Ｃ）の状態になるとする。この場合、ヘッドとスケールが相対運動していない、すなわちΔＹ＝ΔＺ＝０であるにもかかわらず、ウエハステージＷＳＴの回転により光路差ΔＬに変化が生じるため、エンコーダの計測値が変化する。【０１９７】
次に、図１５（Ｃ）の状態から、ウエハステージＷＳＴが下方に移動して図１５（Ｄ）の状態になるとする。この場合、ウエハステージＷＳＴは回転しないので、光路差ΔＬに変化は生じない。しかし、式（１８）の対称性が破れているため、式（１６）の右辺第３項を通じてＺ変位ΔＺによって位相差φが変化する。それにより、エンコーダの計測値が変化する。【０１９８】
その他の計測誤差の発生要因として、ビーム光路上の雰囲気の温度揺らぎ（空気揺らぎ）が考えられる。２つの戻り光束ＬＢ１，ＬＢ２間の位相差φは、式（１６）右辺第１項より、２つの光束の光路差ΔＬに依存する。ここで、空気揺らぎによって、光の波長λがλ＋Δλに変化したとする。この波長の微小変化Δλによって、位相差は微小量Δφ＝２πΔＬΔλ／λ２変化する。ここで、仮に、光の波長λ＝１μｍ、微小変化Δλ＝１ｎｍとすると、光路差ΔＬ＝１ｍｍに対して、位相変化Δφ＝２πとなる。この位相変化は、エンコーダのカウント値に換算すると１に相当する。また、変位に換算すると、ｐ／２（ｎｂ−ｎａ）に相当する。従って、ｎｂ＝−ｎａ＝１とすれば、ｐ＝１μｍの場合、０．２５μｍの計測誤差が生ずることになる。【０１９９】
実際のエンコーダでは、干渉させる２つの光束の光路長が極短いため、空気揺らぎによる波長変化Δλは非常に小さい。さらに、光路差ΔＬは、光軸が反射面に対して直交する理想状態において、ほぼ零になるよう設計されている。そのため、空気揺らぎに起因する計測誤差はほぼ無視できる。干渉計と比較しても格段に小さく、短期安定性に優れている。【０２００】
エンコーダの計測誤差の主要な要因として、スケール表面の凹凸、あるいは回折格子の機械的な変形等に起因する誤差がある。エンコーダのスケールは、使用時間の経過と共に熱膨張等により、表面が変形したり、回折格子のピッチが部分的又は全体的に変化したりする。そのため、エンコーダは、使用時間の経過とともに、計測誤差が大きくなる傾向があり、長期安定性に欠ける。【０２０１】
そこで、予め、これらの主要な誤差を補正するための前処理を行った後、実際のロットの処理中などに実行されるウエハステージＷＳＴの位置計測に、エンコーダが使用される。【０２０２】
主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴの有効ストローク範囲では、必ず、エンコーダ７０Ａ及び７０Ｃ、並びにエンコーダ７０Ｂ及び７０Ｄの少なくとも一方の少なくとも合計３個のエンコーダの計測値を監視し、ウエハステージＷＳＴの位置座標を算出している。そして、算出された位置座標に従って、ステージ駆動系１２４を構成する各モータを制御することにより、ウエハステージＷＳＴを高精度に駆動することができる。【０２０３】
ここで、図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）を用いて、監視している３つのエンコーダの計測値から、ウエハステージＷＳＴの位置座標を算出する方法を説明する。ここでは、簡単のため、ウエハステージＷＳＴの移動の自由度は３つ（Ｘ，Ｙ，θｚ）とする。【０２０４】
図１６（Ａ）には、ウエハステージＷＳＴが座標原点（Ｘ，Ｙ、θｚ）＝（０，０，０）にある基準状態が示されている。この基準状態から、エンコーダ（Ｙヘッド）Ｅｎｃ１，Ｅｎｃ２及びエンコーダ（Ｘヘッド）Ｅｎｃ３のいずれもが、それぞれが対向するスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2及び３９Ｘ1の走査領域から外れない範囲内で、ウエハステージＷＳＴを駆動する。このようにして、ウエハステージＷＳＴが位置（Ｘ，Ｙ，θｚ）に移動した状態が、図１６（Ｂ）に示されている。ただし、ＸＹ座標系における、エンコーダＥｎｃ１，Ｅｎｃ２，Ｅｎｃ３の設置位置（Ｘ，Ｙ）をそれぞれ（ｐ1，ｑ1）、（ｐ2，ｑ2）、（ｐ3，ｑ3）とする。【０２０５】
ＸヘッドとＹヘッドは、それぞれ、ウエハステージＷＳＴの中心軸ＬＬとＬＷからの相対距離を計測する。従って、ＸヘッドとＹヘッドの計測値ＣＸ，ＣＹは、それぞれ、次式（２２ａ）、（２２ｂ）で表すことができる。【０２０６】
ＣＸ＝ｒ’・ｅｘ’    …（２２ａ）
ＣＹ＝ｒ’・ｅｙ’    …（２２ｂ）
ここで、ｅｘ’，ｅｙ’は、ウエハステージＷＳＴにのった相対座標系（Ｘ’，Ｙ’，θｚ’）におけるＸ’，Ｙ’単位ベクトルで、基準座標系（Ｘ，Ｙ，θｚ）におけるＸ，Ｙ単位ベクトルｅｘ，ｅｙと、次式（２３）の関係がある。【０２０７】
【数１】
2009013903.tif 000003
また、ｒ’は相対座標系におけるエンコーダの位置ベクトルで、基準座標系における位置ベクトルｒ＝（ｐ，ｑ）を用いて、ｒ’＝ｒ−（Ｏ’−Ｏ）と与えられる。従って、式（２２ａ），（２２ｂ）は、次式（２４ａ），（２４ｂ）のように書き換えられる。【０２０８】
ＣＸ＝  （ｐ−Ｘ）ｃｏｓθｚ＋（ｑ−Ｙ）ｓｉｎθｚ    …（２４ａ）
ＣＹ＝−（ｐ−Ｘ）ｓｉｎθｚ＋（ｑ−Ｙ）ｃｏｓθｚ    …（２４ｂ）【０２０９】
従って、図１６（Ｂ）に示されるように、ウエハステージＷＳＴが座標（Ｘ，Ｙ，θｚ）に位置する場合、３つのエンコーダの計測値は、理論上、次式（２５ａ）〜（２５ｃ）で表すことができる。【０２１０】
Ｃ1＝−（ｐ1−Ｘ）ｓｉｎθｚ＋（ｑ1−Ｙ）ｃｏｓθｚ    …（２５ａ）
Ｃ2＝−（ｐ2−Ｘ）ｓｉｎθｚ＋（ｑ2−Ｙ）ｃｏｓθｚ    …（２５ｂ）
Ｃ3＝  （ｐ3−Ｘ）ｃｏｓθｚ＋（ｑ3−Ｙ）ｓｉｎθｚ    …（２５ｃ）【０２１１】
なお、図１６（Ａ）の基準状態では、連立方程式（２５ａ）〜（２５ｃ）より、Ｃ1＝ｑ1，Ｃ2＝ｑ2，Ｃ3＝ｐ3となる。従って、基準状態において、３つのエンコーダＥｎｃ１、Ｅｎｃ２、Ｅｎｃ３の計測値を、それぞれｑ1，ｑ2，ｐ3と初期設定すれば、以降ウエハステージＷＳＴの変位（Ｘ，Ｙ，θｚ）に対して、３つのエンコーダは式（２５ａ）〜（２５ｃ）で与えられる理論値を提示することになる。【０２１２】
連立方程式（２５ａ）〜（２５ｃ）では、変数が３つ（Ｘ，Ｙ，θｚ）に対して３つの式が与えられている。従って、逆に、連立方程式（２５ａ）〜（２５ｃ）における従属変数Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3が与えられれば、変数Ｘ，Ｙ，θｚを求めることができる。ここで、近似ｓｉｎθｚ≒θｚを適用すると、あるいはより高次の近似を適用しても、容易に方程式を解くことができる。従って、エンコーダの計測値Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3よりウエハステージＷＳＴの位置（Ｘ，Ｙ，θｚ）を算出することができる。【０２１３】
本実施形態の露光装置１００では、図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）などに例示されるように、ウエハステージＷＳＴの有効ストローク範囲（アライメント及び露光動作のために移動する範囲）では、必ず、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2それぞれに、少なくとも１個のＹヘッド（６５、６４、６８又は６７）が対向するように、ＹスケールとＹヘッドが配置されている。そして、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2のうちの少なくとも一方に、少なくとも１個のＸヘッド６６が対向するように、ＸスケールとＸヘッドが配置されている。従って、少なくとも３個のヘッドが、対応するＸスケール又はＹスケールに、同時に対向するように配置されている。なお、図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）中では、対応するＸスケール又はＹスケールに対向したヘッドが丸で囲んで示されている。【０２１４】
ここで、主制御装置２０は、図１７（Ａ）に白抜き矢印で示されるように、ウエハステージＷＳＴを＋Ｘ方向に駆動する場合、Ｙヘッド６４を、例えば同図中に矢印ｅ1で示されるように、実線の丸で囲まれるＹヘッド６４3から点線の丸で囲まれるヘッド６４4へと切り換える。そのように、Ｙヘッド６４は、ウエハステージＷＳＴのＸ軸方向への移動に伴い、順次、隣のヘッドに切り換えられていく。なお、エンコーダでは相対変位が検出されるので、絶対変位（すなわち位置）を算出するために、基準となる位置を設定しなければならない。そこで、ヘッドの切り換え時に、作動するヘッドの位置が算出され、基準位置として初期設定される。初期設定については、後で詳細に説明する。【０２１５】
また、主制御装置２０は、図１７（Ｂ）に白抜き矢印で示されるように、ウエハステージＷＳＴを＋Ｙ方向に駆動する場合、Ｘヘッド６６を、例えば、矢印ｅ２で示されるように、実線の丸で囲まれるヘッド６６5から点線の丸で囲まれるヘッド６６6へと切り換える。そのように、Ｘヘッド６６は、ウエハステージＷＳＴのＹ軸方向への移動に伴い、順次、隣のヘッドに切り換えられていく。このヘッド切り換え時に、作動するヘッドの位置が算出され、基準位置として初期設定される。【０２１６】
ここで、図１７（Ａ）中に矢印ｅ1で示されるＹヘッド６４３から６４４への切り換えを例に、エンコーダヘッドの切り換え手順を、図１８（Ａ）〜図１８（Ｅ）に基づいて説明する。【０２１７】
図１８（Ａ）には、切り換え前の状態が示されている。この状態では、Ｙスケール３９Ｙ２上の走査領域（回折格子が設けられている領域）に対向しているＹヘッド６４３が作動していて、走査領域から外れているＹヘッド６４４は停止している。ここで、作動しているヘッドを黒抜き丸、停止しているヘッドを白抜き丸で表した。そして、主制御装置２０は、作動中のＹヘッド６４３の計測値を監視している。ここで、計測値が監視されているヘッドを、２重の矩形枠で表した。【０２１８】
ここで、ウエハステージＷＳＴが＋Ｘ方向に移動すると、Ｙスケール３９Ｙ２が右方向に変位する。ここで、本実施形態では、前述の如く、Ｙヘッドの相互の間隔は、Ｙスケール３９Ｙ2のＸ軸方向の有効幅（走査領域の幅）よりも狭く設定されている。そのため、図１８（Ｂ）に示されるように、両Ｙヘッド６４３，６４４がＹスケール３９Ｙ2の走査領域に対向する状態がある。そこで、主制御装置２０は、作動中のＹヘッド６４３とともに、停止中のＹヘッド６４４が走査領域に対向したのを確認して、Ｙヘッド６４４を復帰させる。ただし、主制御装置２０は、この時点では、まだ、計測値の監視を開始しない。【０２１９】
次に、図１８（Ｃ）に示されるように、後に停止されるＹヘッド６４３が走査領域に対向している間に、主制御装置２０は、Ｙヘッド６４３を含む作動中のエンコーダヘッドの計測値より、復帰したＹヘッド６４４の基準位置を算出する。そして、主制御装置２０は、その基準位置を、Ｙヘッド６４４の計測値の初期値として設定する。なお、基準位置の算出と初期値の設定に関しては、後で詳細に説明する。【０２２０】
主制御装置２０は、上記の初期値の設定と同時に、計測値を監視するエンコーダヘッドを、Ｙヘッド６４３から６４４へ切り換える。切り換え終了後、主制御装置２０は、図１８（Ｄ）に示されるように、Ｙヘッド６４３を、走査領域から外れる前に停止する。以上でエンコーダヘッドの切り換えの全作業が終了し、以降、図１８（Ｅ）に示されるように、Ｙヘッド６４４の計測値が主制御装置２０により監視される。【０２２１】
本実施形態では、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃがそれぞれ備える隣接するＹヘッド６５相互，６４相互の間隔はともに例えば７０ｍｍ（一部例外あり）と、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2の走査領域のＸ軸方向の有効幅（例えば７６ｍｍ）よりも狭く設定されている。また、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相互の間隔は例えば７０ｍｍ（一部例外あり）と、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2の走査領域のＹ軸方向の有効幅（例えば７６ｍｍ）よりも狭く設定されている。これにより、上述のように、Ｙヘッド６５又は６４、及びＸヘッド６６の切り換えを円滑に実行することができる。【０２２２】
なお、隣接する両ヘッドがスケールに対向する範囲、すなわち、図１８（Ｂ）に示される状態から図１８（Ｄ）に示される状態までのウエハステージＷＳＴの移動距離が例えば６ｍｍある。その中央、すなわち、図１８（Ｃ）に示されるウエハステージＷＳＴの位置で、計測値を監視するヘッドが切り換えられる。この切り換え作業は、停止されるヘッドが走査領域から外れるまでに、すなわち、ウエハステージＷＳＴが図１８（Ｃ）に示される状態から図１８（Ｄ）に示される状態までの距離３ｍｍの領域を移動する間に、完了する。例えば、ステージの移動速度１ｍ／ｓｅｃの場合、３ｍｓｅｃの時間内に、ヘッドの切り換え作業が完了することになる。【０２２３】
次に、エンコーダヘッドの切り換え時におけるつなぎ処理、すなわち計測値の初期設定について、主制御装置２０の動作を中心として説明する。【０２２４】
本実施形態では、前述の如く、ウエハステージＷＳＴの有効ストローク範囲では、ＸＹ平面内でのウエハステージＷＳＴの位置情報を検出するために、常に３つのエンコーダ（Ｘヘッド及びＹヘッド）がステージの動きを観測している。従って、エンコーダの切り換え処理を行う際には、図１９に示されるように、４つめのエンコーダ（Ｙヘッド）Ｅｎｃ４を加えた、４つのエンコーダＥｎｃ１〜Ｅｎｃ４でウエハステージＷＳＴを観測していることとなる。【０２２５】
図１９に示されるエンコーダの切り換え状態では、エンコーダＥｎｃ１、Ｅｎｃ２、Ｅｎｃ３、及びＥｎｃ４が、それぞれスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2，３９Ｘ1，３９Ｙ1の上に位置している。一見すると、エンコーダＥｎｃ１からエンコーダＥｎｃ４に切り換えられるように見える。しかし、エンコーダＥｎｃ１とエンコーダＥｎｃ４とではそれらの計測方向であるＹ軸方向の位置が異なることからも明らかなように、切り換えを行うタイミングにおいてエンコーダＥｎｃ１の計測値をそのままエンコーダＥｎｃ４の計測値の初期値として設定しても何の意味もない。【０２２６】
そこで、本実施形態では、主制御装置２０が、図１９に示されるように、３つのエンコーダＥｎｃ１、Ｅｎｃ２、及びＥｎｃ３によるウエハステージＷＳＴの位置計測から、３つのエンコーダＥｎｃ２、Ｅｎｃ３、及びＥｎｃ４による位置計測に、切り換えるようになっている。この切り換え方式はあるヘッドから別のヘッドに切り換えるのではなく、３つのヘッド（エンコーダ）の組み合わせ（組）から、別の３つのヘッド（エンコーダ）の組み合わせ（組）に切り換えるものである。【０２２７】
その際、主制御装置２０は、まず、エンコーダＥｎｃ１、Ｅｎｃ２、及びＥｎｃ３の計測値Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を用いて連立方程式（２５ａ）〜（２５ｃ）を解き、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置座標（Ｘ，Ｙ，θｚ）を算出する。次に、ここで算出された位置座標を用いて、エンコーダ（Ｙヘッド）Ｅｎｃ４の計測値が従う次の理論式（２５ｄ）より、理論値Ｃ４を求める。【０２２８】
Ｃ4＝−（ｐ4−Ｘ）ｓｉｎθｚ＋（ｑ4−Ｙ）ｃｏｓθｚ    …（２５ｄ）
ここで、ｐ4、ｑ4は、エンコーダＥｎｃ４のＸ，Ｙ設置位置である。そして、理論値Ｃ4をエンコーダＥｎｃ４の初期値として設定する。ただし、式（１９）の下で説明したように、エンコーダの計測値は離散化されるので、理論値Ｃ4は計測単位δ（＝ｐ／４ｎ）を単位とする離散値、すなわちカウント値ｃ4＝ｉｎｔ（Ｃ4／δ）に換算されて、エンコーダＥｎｃ４の初期値として設定される。ただし、ｉｎｔ（ｘ／ｙ）＝［ｘ−ｘ％ｙ］／ｙである。剰余Ｃ４％δの取り扱いは、後述する。【０２２９】
以上のつなぎ処理により、ウエハステージＷＳＴの位置計測の結果（Ｘ，Ｙ，θｚ）を維持したまま、エンコーダの切り換え作業が完了する。それ以降は、切り換え後に使用するエンコーダＥｎｃ２、Ｅｎｃ３、及びＥｎｃ４の計測値Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を用いて、次の連立方程式（２５ｂ）〜（２５ｄ）を解いて、ウエハステージＷＳＴの位置座標（Ｘ，Ｙ，θｚ）を算出する。【０２３０】
Ｃ2＝−（ｐ2−Ｘ）ｓｉｎθｚ＋（ｑ2−Ｙ）ｃｏｓθｚ    …（２５ｂ）
Ｃ3＝  （ｐ3−Ｘ）ｃｏｓθｚ＋（ｑ3−Ｙ）ｓｉｎθｚ    …（２５ｃ）
Ｃ4＝−（ｐ4−Ｘ）ｓｉｎθｚ＋（ｑ4−Ｙ）ｃｏｓθｚ    …（２５ｄ）【０２３１】
なお、４つめのエンコーダがＸヘッドの場合には、理論式（２５ｄ）の代わりに次の理論式（２５ｅ）を用いた連立方程式（２５ｂ）（２５ｃ）（２５ｅ）を用いれば良い。【０２３２】
Ｃ4＝  （ｐ4−Ｘ）ｃｏｓθｚ＋（ｑ4−Ｙ）ｓｉｎθｚ    …（２５ｅ）【０２３３】
ただし、実際のエンコーダの計測値（生計測値）には、各種の計測誤差が含まれている。そこで、主制御装置２０は、誤差補正した値を計測値Ｃ4として提示する。従って、上述のつなぎ処理において、主制御装置２０は、ステージ位置起因誤差補正情報及び／又はスケールの格子ピッチの補正情報（及び格子変形の補正情報）等を用いて、式（２５ｄ）又は式（２５ｅ）から求まる理論値Ｃ4を逆補正し、補正前の生値Ｃ4’を算出し、その生値Ｃ4’をエンコーダＥｎｃ４の測定値の初期値として設定する。【０２３４】
エンコーダのつなぎ処理、すなわち第４のエンコーダの初期値Ｃ4の算出と設定において、誤差が発生し得る。ここで、実際にウエハ上の全ショット領域の露光を行うと、エンコーダの切り換えを、例えば１００回程度実行することになる。従って、１回のつなぎ処理で発生する誤差が無視できるほど小さくても、切り換えを何度も繰り返すことにより、誤差が累積され、許容範囲を超えてしまう恐れがある。なお、誤差はランダムに発生するとして、１００回の切り換えによって発生する累積誤差は、１回当たりに発生する誤差の１０倍程度である。従って、つなぎ処理の精度を最大限向上しなければならない。【０２３５】
そこで、次の２つのつなぎ法、すなわち座標つなぎ法と位相つなぎ法を導入する。【０２３６】
座標つなぎ法では、まず、切り換え前の３つのエンコーダＥｎｃ１，Ｅｎｃ２，Ｅｎｃ３の計測値Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３から、連立方程式（２５ａ）〜（２５ｃ）を介して、ウエハステージＷＳＴの位置座標（Ｘ，Ｙ，θｚ）を算出する。この位置座標から、式（２５ｄ）（又は式（２５ｅ））を介して、第４のエンコーダＥｎｃ４の計測値Ｃ４を予測する。この予測値Ｃ４を、計測単位δの離散値、すなわちδ×ｃ４（ここで、ｃ４はカウント値）に変換する。そして、この離散値と微小量ｄＣ４の和δ×ｃ４＋ｄＣ４を、式（２５ｄ）（又は式（２５ｅ））の左辺のＣ４に代入し、連立方程式（２５ｂ）〜（２５ｄ）（又は連立方程式（２５ｂ）（２５ｃ）（２５ｅ））を解いて、位置座標を逆算する。ただし、計測値Ｃ２，Ｃ３は、先と共通である。ここで求まる位置座標（Ｘ’，Ｙ’，θｚ’）が、先に求められた位置座標（Ｘ，Ｙ，θｚ）に一致するように、微小量ｄＣ４を決定する。そして、第４のエンコーダＥｎｃ４に対し、離散値δ×ｃ４（カウント値ｃ４）を初期値として設定する。それと同時に、位相φ’を微小量ｄＣ４に相当する位相２πｄＣ４／δに補正するために、位相オフセットをφ０＝φ’−２πｄＣ４／δと設定する。ここで、微小量ｄＣ４は、連立方程式（２５ｂ）〜（２５ｄ）（又は連立方程式（２５ｂ）（２５ｃ）（２５ｅ））を用いたウエハステージＷＳＴの位置座標の算出誤差などにより、剰余Ｃ4％δと異なり得る。【０２３７】
座標つなぎ法では、その原理より、算出されるウエハステージＷＳＴの位置座標は、エンコーダの切り換え前後で、必ず保存される。しかし、つなぎ処理を繰り返す度に、誤差が累積されてしまうことに変わりはない。【０２３８】
本実施形態では、図１８（Ａ）〜図１８（Ｅ）に基づいて詳述したように、同じヘッドユニット内の隣接する２つのエンコーダ間で切り換え処理が行われる場合には、それらが同時に同じスケールに対向している間に、切り換え処理が実行される。ここで、図１８（Ｂ）に示されるように、新たに使用するＹヘッド６４４がＹスケール３９Ｙ２に対向した状態から、図１８（Ｄ）に示されるように、後に停止されるＹヘッド６４３がＹスケール３９Ｙ２から外れる状態まで、隣接する２つのヘッドが同じスケールに対向する区間が約６ｍｍある。ここで、ウエハステージＷＳＴの最高移動速度は、例えば、１ｍ／ｓｅｃなので、隣接する２つのヘッドが同じスケールに対向する時間は約６ｍｓｅｃ以上ある。そこで、上述の例のように、準備が整い次第、直ちにつなぎ処理を実行するのではなく、短くとも約６ｍｓｅｃの切り換え時間を利用して、十分なつなぎ精度を確保した上で、つなぎ処理を実行することを考える。【０２３９】
その手順を、図１８（Ａ）〜図１８（Ｅ）の例を交えて説明する。ただし、図中のＹヘッド６４３が後に停止される第１ヘッド（第１エンコーダ）Ｅｎｃ１、Ｙヘッド６４４が新たに使用する第４ヘッド（第４エンコーダ）Ｅｎｃ４に対応する。図１８（Ｂ）に示されるように、第４エンコーダＥｎｃ４（６４４）がスケール（３９Ｙ２）に対向すると、主制御装置２０は、直ちに第４エンコーダＥｎｃ４（６４４）を復帰させる。そして、主制御装置２０は、上述の手順に従い、第４エンコーダＥｎｃ４（６４４）の計測値Ｃ４を予測し、図１８（Ｃ）に示される状態、すなわち両隣接エンコーダ（６４３，６４４）の中心がスケール（３９Ｙ２）の中央に位置するタイミングで、予測値Ｃ４から決まる初期値（ｃ４とφ０）を仮設定する。【０２４０】
ここで、前述の例では、初期値の設定（つなぎ処理の実行）後、直ちにウエハステージＷＳＴの位置座標を算出するために計測値を監視するエンコーダを、第１の組み合わせＥｎｃ１，Ｅｎｃ２，Ｅｎｃ３から第２の組み合わせＥｎｃ２，Ｅｎｃ３，Ｅｎｃ４に切り換えた。しかし、ここではまだ切り換え処理を行わず、引き続き、第４エンコーダＥｎｃ４の計測値Ｃ４の予測を続ける。そして、主制御装置２０は、その予測値と仮設定状態での第４エンコーダＥｎｃ４の実測値の差ΔＣ４を求め、その差を、実際に第４エンコーダＥｎｃ４の初期値を本設定するまで、時間平均する。なお、後述するように、本実施形態では、所定の時間間隔毎にエンコーダシステムの計測結果を監視しているので、所定数の監視結果を移動平均することになる。【０２４１】
第４エンコーダＥｎｃ４の計測値Ｃ４の予測値と仮設定状態での実測値の差ΔＣ４は、理想的には零値を取るが、実際には様々の誤差要因により非零となる。さらに、ほとんどの誤差要因は時間に対しランダムに発生するため、時間の経過に対して差ΔＣ４の値もランダムに揺らぐ。ここで、差ΔＣ４の時間平均を取ることにより、誤差成分が平均化され、ランダムな揺らぎは小さくなる。そこで、主制御装置２０は、約６ｍｓｅｃ以上の切り換え時間をかけて、差ΔＣ４を時間平均する。そして、主制御装置２０は、揺らぎが十分許容できる程度に十分小さくなるのを確認して、差ΔＣ４を先の仮予測値Ｃ４に加算し、予測値Ｃ４＋ΔＣ４から決まる初期値（ｃ４とφ０）を、第４エンコーダＥｎｃ４の計測値として本設定する。本設定が終了した後、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴの位置座標を算出するために使用するエンコーダを第２の組み合わせＥｎｃ２，Ｅｎｃ３，Ｅｎｃ４に切り換える。そして、主制御装置２０は、第１エンコーダＥｎｃ１を、対応するスケールから外れる際に停止する。これにより、切り換え処理が完了する。【０２４２】
もう１つの位相つなぎ法の場合、その基本手順は先の座標つなぎ法と同じであるが、位相オフセットの取り扱いが異なる。座標つなぎ法では、エンコーダの切り換え前後で、算出されるウエハステージＷＳＴの位置座標が完全に一致するように、第４のエンコーダに対する位相オフセットを再設定した。位相つなぎ法では、位相オフセットを再設定せず、すでに設定されている位相オフセットを引き続き使用する。すなわち、位相つなぎ法では、カウント値のみを再設定する。この場合、エンコーダの切り換え前後で、算出されるウエハステージＷＳＴの位置座標は不連続となり得る。しかし、位相オフセットが正確に設定されている場合には、カウント値の設定ミスが生じない限り、誤差は発生しない。従って、つなぎ処理の繰り返しによる誤差の累積も生じない。なお、前述のカウント値の設定手順に従う限り、その設定ミスが生ずる可能性は極めて低い。【０２４３】
ただし、位相オフセットは、一度正確に設定したとしても、エンコーダヘッドの設置位置のずれ等が生じて、正確さを失うことがあり得る。そこで、露光装置１００の起動後、初回のつなぎ処理時に座標つなぎ法を適用して位相オフセットを設定し、以降のつなぎ処理時には位相つなぎ法を適用する。そして、露光装置１００のアイドル中又はロット先頭時等に、適宜、座標つなぎ法を実行して、位相オフセットを最新値に更新すると良い。【０２４４】
ここで、ウエハステージＷＳＴを加速駆動するとスケールが歪み、それによってエンコーダの計測誤差が発生することが、発明者等の研究の結果、最近になって判明した。すなわち、ウエハステージＷＳＴが加速移動している際に、座標つなぎ法を適用して位相オフセットを設定すると、つなぎ誤差が発生し、位相オフセットの正確さが損なわれてしまう。従って、ウエハステージＷＳＴが加速移動している際に発生するつなぎ処理時に、座標つなぎ法を適用して位相オフセットを設定することは、好ましくない。そこで、例えば露光装置１００の起動時又はアイドル中、あるいはロット先頭時等に、全ての又は一部のエンコーダ（ヘッド）に対する位相オフセットを更新するためのシーケンスを実行することとする。ただし、このシーケンスでは、必ず、ウエハステージＷＳＴを等速駆動する又はつなぎ位置に位置決めしたうえで、座標つなぎ法を実行して、正確な位相オフセットを設定する。そして、露光時及びアライメント計測時には、位相つなぎ法を適用してエンコーダを切り換えることにより、常に、高精度なウエハステージＷＳＴの位置計測を保障することが可能になる。【０２４５】
ところで、本実施形態では、ウエハステージＷＳＴの位置座標は、主制御装置２０により、例えば９６μｓｅｃの時間間隔で制御されている。この制御サンプリング間隔毎に、位置サーボ制御系（主制御装置２０の一部）が、ウエハステージＷＳＴの現在位置を更新し、目標位置に位置決めするための推力指令値などを演算し、出力している。前述のように、ウエハステージＷＳＴの現在位置は、干渉計又はエンコーダの計測値より、算出される。【０２４６】
ここで、先に説明したように、干渉計とエンコーダとは干渉光の強度を計測する。その計測値は主制御装置２０に転送される。主制御装置２０は、干渉光の強度変化の回数（すなわち干渉光のフリンジの数）を数える。その計数値（カウント値）より、ウエハステージＷＳＴの位置を算出する。従って、フリンジを見失わないよう、制御サンプリング間隔よりはるかに短い時間間隔（計測サンプリング間隔）で、干渉計とエンコーダの計測値を監視している。【０２４７】
そこで、本実施形態では、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴが有効ストローク範囲にいる間は常に、スケールの走査領域に対向しているすべてのエンコーダ（３つとは限らない）から、計測値を垂れ流しで受け取り続ける。そして、主制御装置２０は、上述したエンコーダの切り換え動作（複数のエンコーダ間のつなぎ動作）を、制御サンプリング間隔毎に行われるウエハステージＷＳＴの位置制御と同期して行っている。このようにすることで、電気的に高速なエンコーダの切り換え動作が不要となり、また、そのような高速な切り換え動作を実現するための高価なハードウェアを必ずしも設けなくても良いことになる。【０２４８】
図２０には、本実施形態における、ウエハステージＷＳＴの位置制御、エンコーダの計測値の取り込み、及びエンコーダ切り換えのタイミングが概念的に示されている。図中の符号ＣＳＣＫは、ウエハステージＷＳＴの位置制御のサンプリングクロック（制御クロック）の発生タイミングを示し、符号ＭＳＣＫは、エンコーダ（及び干渉計）の計測のサンプリングクロック（計測クロック）の発生タイミングを示す。また、符号ＣＨは、図１８（Ａ）〜図１８（Ｅ）で詳細に説明したエンコーダの切り換え（つなぎ）処理を模式的に示す。【０２４９】
主制御装置２０は、エンコーダ（ヘッド）の切り換え手順を、エンコーダの復帰とつなぎ処理の２段階に分けて実行する。図２０に示される例に従って説明すると、まず、第１制御クロック時に作動しているエンコーダは、第１の組み合わせＥｎｃ１，Ｅｎｃ２，及びＥｎｃ３の３つとする。主制御装置２０は、これらのエンコーダの計測値を監視し、ウエハステージＷＳＴの位置座標（Ｘ，Ｙ，θｚ）を算出している。次に、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴの位置座標より、Ｘスケール及びＹスケールの走査領域上にあるすべてのエンコーダを確認する。その中から、復帰を要するエンコーダＥｎｃ４を特定し、第２制御クロック時に復帰させる。この時点で、作動しているエンコーダは４つとなる。そして、作動しているエンコーダの中から、次の制御クロック時にウエハステージＷＳＴの位置座標を算出するために計測値を監視するエンコーダを、ウエハステージＷＳＴの位置座標に従って特定する。ここで、第２の組み合わせＥｎｃ２，Ｅｎｃ３，及びＥｎｃ４が特定されたとする。この特定された組み合わせが、前制御クロック時にウエハステージＷＳＴの位置座標を算出するために使用されていた組み合わせと一致しているか確認する。この例では、第１の組み合わせの中のエンコーダＥｎｃ１と第２の組み合わせの中のエンコーダＥｎｃ４が異なる。そこで、第３制御クロック時に第２の組み合わせへのつなぎ処理ＣＨを実行する。以降、主制御装置２０は、第２の組み合わせＥｎｃ２，Ｅｎｃ３，及びＥｎｃ４の計測値を監視し、ウエハステージＷＳＴの位置座標（Ｘ，Ｙ，θｚ）を算出する。もちろん、組み合わせの変更がなければ、つなぎ処理ＣＨは実行しない。監視対象から外れたエンコーダＥｎｃ１は、スケール上の走査領域から外れる第４制御クロック時に、停止される。【０２５０】
主制御装置２０は、ショットマップ（露光マップ）毎にエンコーダ切り換え処理をスケジューリングし、その結果をメモリ３４に記憶している。従って、リトライ（やり直し）がなければ、ショットマップ毎に一定のスケジュール内容となる。しかし、実際にはリトライを考慮しなければならないので、主制御装置２０は、露光動作を行いながら少し先のスケジュールを常に更新していくことが望ましい。【０２５１】
なお、これまで、本実施形態におけるウエハステージＷＳＴの位置制御に用いるエンコーダの切り換え方式の原理を説明するために、４つのエンコーダ（ヘッド）Ｅｎｃ１，Ｅｎｃ２，Ｅｎｃ３，及びＥｎｃ４を取り上げたが、エンコーダＥｎｃ１，Ｅｎｃ２はヘッドユニット６２Ａ，６２ＣのＹヘッド６５，６４、及びヘッドユニット６２Ｅ，６２ＦのＹヘッド６７，６８のいずれかを、エンコーダＥｎｃ３はヘッドユニット６２Ｂ，６２ＤのＸヘッド６６を、エンコーダＥｎｃ４はＹヘッド６５，６４，６７，６８、又はＸヘッド６６のいずれかを、代表的に示したものである。【０２５２】
なお、これまでの説明では、説明を簡略化するために、主制御装置２０が、ステージの制御、干渉計システム、エンコーダシステム及びそのヘッドの切り換え（つなぎ）などを含め、露光装置の構成各部の制御を行うものとしたが、これに限らず、上記の主制御装置２０が行う制御の少なくとも一部を、複数の制御装置で分担して行っても良いことは勿論である。例えば、ステージの制御、干渉計システム、エンコーダシステム及びそのヘッドの切り換え（つなぎ）などを行なうステージ制御装置を、主制御装置２０の配下に設けても良い。【０２５３】
以上詳細に説明したように、本実施形態に係る露光装置１００によると、エンコーダシステムのＸエンコーダとＹエンコーダとを少なくとも各１つ含む３つのエンコーダ（ヘッド）を用いて、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面（移動面）内における位置（θｚ回転を含む）が計測される。そして、主制御装置２０により、ウエハステージＷＳＴの移動に従って、ウエハステージＷＳＴの位置計測に用いられるエンコーダ（ヘッド）が、前記３つのエンコーダからなる第１の組み合わせから、前記３つのエンコーダのうちの少なくとも１つが別のエンコーダに入れ替わった３つのエンコーダからなる第２の組み合わせに、切り換えられる。そして、この切り換えに際し、主制御装置２０により、座標つなぎ法及び／又は位相つなぎ法を適用して、新たに使用されるエンコーダ（ヘッド）の計測値が初期設定される（計測値の初期値が設定される）。これにより、エンコーダ（ヘッド）の切り換えの前後で、初期値の設定に際しての計測単位以下の誤差を考慮しないレベルで見れば、エンコーダシステムの計測値より算出されるウエハステージＷＳＴの位置座標が保存される。このように、ウエハステージＷＳＴの移動に伴い、ウエハステージＷＳＴの位置計測に用いられるエンコーダ（ヘッド）が絶えず切り換えられるにもかかわらず、切り換えの前後でウエハステージＷＳＴの位置座標の正確なつなぎが可能になる。これにより、複数のエンコーダを切り換えながら、ウエハステージＷＳＴを正確に２次元移動させることが可能になる。【０２５４】
特に、主制御装置２０が、座標つなぎ法を用いて新たに使用されるエンコーダ（ヘッド）の計測値の初期値を設定する場合には、エンコーダの切り換え（つなぎ）の前後でウエハステージの位置座標を保存することができる。【０２５５】
一方、主制御装置２０が、位相つなぎ法を用いて新たに使用されるエンコーダ（ヘッド）の計測値の初期値を設定する場合には、つなぎ処理を繰り返しても誤差の累積を防止することができる。そこで、露光装置１００の起動時又はアイドル中、あるいはロット先頭時等に、全ての又は一部のエンコーダ（ヘッド）に対する位相オフセットを更新するためのシーケンスを実行する。ただし、このシーケンスでは、必ず、ウエハステージＷＳＴを等速駆動する又はつなぎ位置に位置決めしたうえで、座標つなぎ法を実行して、正確な位相オフセットを設定する。そして、露光時及びアライメント計測時には、位相つなぎ法を適用してエンコーダを切り換えることにより、常に、高精度なウエハステージＷＳＴの位置計測を保障することが可能になる。【０２５６】
また、本実施形態に係る露光装置１００によると、上述した手法により、複数のエンコーダを切り換えながら、精度良く駆動されるウエハステージＷＳＴ上に載置されたウエハＷ上の複数のショット領域それぞれにレチクルＲのパターンが転写形成されるので、そのウエハＷ上の各ショット領域に精度良くパターンを形成することが可能になる。特に、本実施形態では、レチクルＲ及び投影光学系ＰＬを介してウエハＷに照射される照明光ＩＬとウエハＷとの相対移動のために、上述した手法により、複数のエンコーダを切り換えながら、ウエハステージＷＳＴが精度良く駆動される。従って、走査露光により、ウエハＷ上に精度良くパターンを形成することが可能になる。【０２５７】
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、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。【０２５８】
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。【０２５９】
なお、上記実施形態では、エンコーダとして、回折干渉方式の光学エンコーダを用いる場合について例示したが、本発明に係る移動体駆動方法及び移動体駆動システムは、かかる方式以外のエンコーダを用いる場合にも適用できることは勿論である。例えば、磁気エンコーダを用いても良い。【０２６０】
また、上記実施形態では、ウエハステージＷＳＴの位置計測が、干渉計システム及びエンコーダシステムで行なわれる場合について説明したが、これに限らず、計測ステージは勿論、レチクルステージＲＳＴが２次元移動する場合、前述のエンコーダシステムと同様の構成のエンコーダシステムをさらに設けてレチクルステージＲＳＴの位置情報を計測するとともに、必要に応じて前述の座標つなぎ及び／又は位相つなぎなどを用いて、ヘッドの切り換え、つなぎを前述と同様の手順で行なうようにしても良い。【０２６１】
なお、上記実施形態ではノズルユニット３２の下面と投影光学系ＰＬの先端光学素子の下端面とがほぼ面一であるものとしたが、これに限らず、例えばノズルユニット３２の下面を、先端光学素子の射出面よりも投影光学系ＰＬの像面（すなわちウエハ）の近くに配置しても良い。すなわち、局所液浸装置８は上述の構造に限られず、例えば、欧州特許出願公開第１４２０２９８号明細書、国際公開第２００４／０５５８０３号パンフレット、国際公開第２００４／０５７５９０号パンフレット、国際公開第２００５／０２９５５９号パンフレット（対応米国特許出願公開第２００６／０２３１２０６号明細書）、国際公開第２００４／０８６４６８号パンフレット（対応米国特許出願公開第２００５／０２８０７９１号明細書）、特開２００４−２８９１２６号公報（対応する米国特許第６,９５２,２５３号明細書）などに記載されているものを用いることができる。また、例えば国際公開第２００４／０１９１２８号パンフレット（対応米国特許出願公開第２００５／０２４８８５６号明細書）に開示されているように、先端光学素子の像面側の光路に加えて、先端光学素子の物体面側の光路も液体で満たすようにしても良い。さらに、先端光学素子の表面の一部（少なくとも液体との接触面を含む）又は全部に、親液性及び／又は溶解防止機能を有する薄膜を形成しても良い。なお、石英は液体との親和性が高く、かつ溶解防止膜も不要であるが、蛍石は少なくとも溶解防止膜を形成することが好ましい。【０２６２】
なお、上記実施形態では、液体として純水（水）を用いるものとしたが、本発明がこれに限定されないことは勿論である。液体としては、化学的に安定で、照明光ＩＬの透過率が高く安全な液体、例えばフッ素系不活性液体を使用しても良い。このフッ素系不活性液体としては、例えばフロリナート（米国スリーエム社の商品名）が使用できる。このフッ素系不活性液体は冷却効果の点でも優れている。また、液体として、照明光ＩＬに対する屈折率が、純水（屈折率は１．４４程度）よりも高い、例えば１．５以上の液体を用いても良い。この液体としては、例えば、屈折率が約１．５０のイソプロパノール、屈折率が約１．６１のグリセロール（グリセリン）といったＣ−Ｈ結合あるいはＯ−Ｈ結合を持つ所定液体、ヘキサン、ヘプタン、デカン等の所定液体（有機溶剤）、あるいは屈折率が約１．６０のデカリン(Decalin: Decahydronaphthalene)などが挙げられる。あるいは、これら液体のうち任意の２種類以上の液体が混合されたものであっても良いし、純水にこれら液体の少なくとも１つが添加（混合）されたものであっても良い。あるいは、液体としては、純水に、Ｈ＋、Ｃｓ＋、Ｋ＋、Ｃｌ−、ＳＯ４２−、ＰＯ４２−等の塩基又は酸を添加（混合）したものであっても良い。更には、純水にＡｌ酸化物等の微粒子を添加（混合）したものであっても良い。これら液体は、ＡｒＦエキシマレーザ光を透過可能である。また、液体としては、光の吸収係数が小さく、温度依存性が少なく、投影光学系（先端の光学部材）、及び／又はウエハの表面に塗布されている感応材（又は保護膜（トップコート膜）あるいは反射防止膜など）に対して安定なものであることが好ましい。また、Ｆ2レーザを光源とする場合は、フォンブリンオイルを選択すれば良い。さらに、液体としては、純水よりも照明光ＩＬに対する屈折率が高い液体、例えば屈折率が１．６〜１．８程度のものを使用しても良い。液体として、超臨界流体を用いることも可能である。また、投影光学系ＰＬの先端光学素子を、例えば石英（シリカ）、あるいは、フッ化カルシウム（蛍石）、フッ化バリウム、フッ化ストロンチウム、フッ化リチウム、及びフッ化ナトリウム等のフッ化化合物の単結晶材料で形成しても良いし、石英や蛍石よりも屈折率が高い（例えば１．６以上）材料で形成しても良い。屈折率が１．６以上の材料としては、例えば、国際公開第２００５／０５９６１７号パンフレットに開示される、サファイア、二酸化ゲルマニウム等、あるいは、国際公開第２００５／０５９６１８号パンフレットに開示される、塩化カリウム（屈折率は約１．７５）等を用いることができる。【０２６３】
また、上記実施形態で、回収された液体を再利用するようにしても良く、この場合は回収された液体から不純物を除去するフィルタを液体回収装置、又は回収管等に設けておくことが望ましい。【０２６４】
なお、上記実施形態では、露光装置が液浸型の露光装置である場合について説明したが、これに限られるものではなく、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も採用することができる。【０２６５】
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エンコーダで計測することにより、同様に、空気揺らぎに起因する位置計測誤差の発生を殆ど零にすることができる。この場合、エンコーダの計測値の短期変動を干渉計の計測値を用いて補正する補正情報とエンコーダの計測値とに基づいて、ステージを高精度に位置決めすることが可能になり、結果的に高精度なレチクルパターンの物体上への転写が可能になる。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、例えば特開平１０−１６３０９９号公報及び特開平１０−２１４７８３号公報（対応する米国特許第６，５９０，６３４号明細書）、特表２０００−５０５９５８号公報（対応米国特許第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。【０２６６】
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。さらに、投影光学系ＰＬを介して照明光ＩＬが照射される露光領域ＩＡは、投影光学系ＰＬの視野内で光軸ＡＸを含むオンアクシス領域であるが、例えば国際公開第２００４／１０７０１１号パンフレットに開示されるように、複数の反射面を有しかつ中間像を少なくとも１回形成する光学系（反射系又は反屈系）がその一部に設けられ、かつ単一の光軸を有する、いわゆるインライン型の反射屈折系と同様に、その露光領域は光軸ＡＸを含まないオフアクシス領域でも良い。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。【０２６７】
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、あるいは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、例えば国際公開第９９／４６８３５号パンフレット（対応する米国特許第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。【０２６８】
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又は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。【０２６９】
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。【０２７０】
また、例えば国際公開第０１／０３５１６８号パンフレットに開示されているように、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。【０２７１】
さらに、例えば特表２００４−５１９８５０号公報（対応する米国特許第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。【０２７２】
また、物体上にパターンを形成する装置は、前述の露光装置（リソグラフィシステム）に限られず、例えばインクジェット方式にて物体上にパターンを形成する装置にも本発明を適用することができる。【０２７３】
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。【０２７４】
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。【０２７５】
なお、本発明の移動体駆動方法及び移動体駆動システムは、露光装置に限らず、その他の基板の処理装置（例えば、レーザリペア装置、基板検査装置その他）、あるいはその他の精密機械における試料の位置決め装置、ワイヤーボンディング装置等の平面内で移動するステージ等の移動体を備えた装置にも広く適用できる。【０２７６】
なお、上記実施形態で引用した露光装置などに関する全ての公報、国際公開パンフレット、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。【０２７７】
半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、シリコン材料からウエハを形成するステップ、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）に形成された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）、及び検査ステップ等を経て製造される。
【産業上の利用可能性】
【０２７８】
以上説明したように、本発明の移動体駆動方法及び移動体駆動システムは、移動体を駆動するのに適している。また、本発明の処理装置及び処理方法は、平面内で移動する移動体上に載置された物体に所定の処理を行うのに適している。また、本発明のパターン形成方法及び装置は、物体上にパターンを形成するのに適している。また、本発明の露光方法及び装置、並びに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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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