(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期パターンの位置情報を計測する計測方法であって、
移動体と該移動体の外部との一方に配置された周期パターンの周期方向に関する位置情報を、前記移動体を前記周期パターンの周期方向に駆動しつつ、前記周期方向に関する前記移動体の位置を計測する位置計測系の出力と、前記移動体と該移動体の外部との他方に少なくともその一部が設けられ、前記周期パターンを検出する検出系の出力とに基づいて計測する工程を含み、
前記計測する工程では、前記計測中、前記周期パターンのピッチが、前記位置計測系の周期誤差が前記周期パターンの位置の計測誤差の要因とならない前記位置計測系の計測周期に対する所定の関係を満たし、
前記所定の関係は、前記周期パターンのピッチが、前記計測周期の自然数ｍ倍とはならない関係である計測方法。
【請求項２】
前記所定の関係は、ｎを２以上の自然数として、前記周期パターンのピッチが、前記計測周期の（ｍ＋１／ｎ）倍に等しくなる関係である請求項１に記載の計測方法。
【請求項３】
前記計測する工程では、前記移動体の外部に配置された前記周期パターンを照明光で照明し、前記周期パターン及び光学系を介した前記照明光を前記移動体に少なくともその一部が設けられた前記検出系で受光する請求項１又は２に記載の計測方法。
【請求項４】
前記計測する工程では、前記周期パターンのピッチと前記位置計測系の計測周期とが、前記所定の関係を満たすように、前記移動体とともに、前記周期パターンを前記周期方向に駆動する請求項３に記載の計測方法。
【請求項５】
前記計測する工程では、ｍを自然数、ｎを２以上の自然数として、前記移動体の駆動速度の１／（１＋ｍｎ）倍の速度で前記周期パターンを駆動する請求項４に記載の計測方法。
【請求項６】
前記計測する工程では、前記周期方向に関する前記周期パターンの位置を計測する別の位置計測系の出力にさらに基づいて、前記周期パターンの周期方向に関する位置情報を計測する請求項４又は５に記載の計測方法。
【請求項７】
前記ｎは、４の倍数である請求項２、５、６のいずれか一項に記載の計測方法。
【請求項８】
前記周期パターンは、前記周期方向に配列された前記ｎの倍数である数のパターンを含む請求項２、５〜７のいずれか一項に記載の計測方法。
【請求項９】
前記計測する工程では、前記移動体と該移動体の外部との一方に設けられ、他方に設けられた計測面に計測光を照射し、前記計測面からの光を受光するヘッドを有し、該ヘッドの出力に基づいて前記移動体の位置情報を計測する位置計測系が用いられる請求項１〜８のいずれか一項に記載の計測方法。
【請求項１０】
前記計測面には、少なくとも前記周期パターンの周期方向を周期方向とするグレーティングが配置され、
前記計測周期は、前記グレーティングのピッチより定まる請求項９に記載の計測方法。
【請求項１１】
前記計測周期は、前記計測光の波長より定まる請求項９に記載の計測方法。
【請求項１２】
エネルギビームにより物体を露光して前記物体上にパターンを形成する露光方法であって、
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の計測方法により前記周期パターンの位置情報を計測することと；
前記周期パターンの位置情報の計測結果に基づいて前記物体を保持する移動体を駆動し、前記エネルギビームにより前記物体を露光することと；
を含む露光方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の露光方法により物体を露光することと；
露光された前記物体を現像することと；
を含むデバイス製造方法。
【請求項１４】
エネルギビームにより物体を露光して前記物体上にデバイスパターンを形成する露光装置であって、
前記物体を保持して移動する移動体と；
前記移動体の位置を計測する位置計測系と；
前記移動体と該移動体の外部との一方に少なくともその一部が設けられ、パターン又はパターン像を検出する検出系と；
前記移動体と該移動体の外部との他方に配置された周期パターンの周期方向に前記移動体を駆動しつつ、前記位置計測系で計測される前記移動体の位置の計測情報と、前記周期パターン又はその像を検出する前記検出系の出力とに基づいて、前記周期パターンの周期方向に関する位置情報を計測する制御装置と；を備え、
前記計測中、前記周期パターンのピッチが、前記位置計測系の周期誤差が前記周期パターンの位置の計測誤差の要因とならない前記位置計測系の計測周期に対する所定の関係を満たし、
前記所定の関係は、前記周期パターンのピッチが、前記計測周期の自然数ｍ倍とはならない関係である露光装置。
【請求項１５】
前記所定の関係は、ｎを２以上の自然数として、前記周期パターンのピッチが、前記計測周期の（ｍ＋１／ｎ）倍に等しくなる関係である請求項１４に記載の露光装置。
【請求項１６】
前記デバイスパターンが形成されたマスクが載置されるマスク保持部材と；
前記マスク保持部材上に存在するパターンを介した前記エネルギビームを前記移動体に向けて射出する光学系と；をさらに備え、
前記検出系は、前記移動体に少なくともその一部が設けられ、
前記制御装置は、前記周期パターンの周期方向に関する位置情報の計測に際し、前記マスク保持部材上に存在する前記周期パターン及び前記光学系を介して前記検出系で受光する請求項１４又は１５に記載の露光装置。
【請求項１７】
前記マスク保持部材は、少なくとも前記周期方向に移動可能であり、
前記制御装置は、前記周期パターンのピッチと前記位置計測系の計測周期とが、前記所定の関係を満たすように、前記移動体とともに、前記マスク保持部材を前記周期方向に駆動する請求項１６に記載の露光装置。
【請求項１８】
前記制御装置は、ｍを自然数、ｎを２以上の自然数として、前記移動体の駆動速度の１／（１＋ｍｎ）倍の速度で前記マスク保持部材を駆動する請求項１７に記載の露光装置。
【請求項１９】
前記マスク保持部材の位置を計測する別の位置計測系をさらに備え、
前記制御装置は、前記別の位置計測系で計測される前記マスク保持部材の位置の計測情報にさらに基づいて、前記周期パターンの周期方向に関する位置情報を計測する請求項１７又は１８に記載の露光装置。
【請求項２０】
前記ｎは、４の倍数である請求項１５、１８、１９のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項２１】
前記周期パターンは、前記周期方向に配列された前記ｎの倍数である数のパターンを含む請求項１５、１８〜２０のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項２２】
前記位置計測系は、前記移動体と該移動体の外部との一方に設けられ、他方に設けられた計測面に計測光を照射し、前記計測面からの光を受光するヘッドを有し、該ヘッドの出力に基づいて前記移動体の位置情報を計測する請求項１４〜２１のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項２３】
前記計測面には、少なくとも前記周期パターンの周期方向を周期方向とするグレーティングが配置され、
前記計測周期は、前記グレーティングのピッチより定まる請求項２２に記載の露光装置。
【請求項２４】
前記計測周期は、前記計測光の波長より定まる請求項２２に記載の露光装置。
【請求項２５】
前記制御装置は、前記周期パターンの位置情報の計測結果に基づいて前記物体を保持する移動体を駆動し、前記エネルギビームにより前記物体を露光する請求項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、計測方法、露光方法及び露光装置、並びにデバイス製造方法に係り、さらに詳しくは、周期パターンの位置情報を計測する計測方法、該方法を利用する露光方法及び該露光方法を実施する露光装置、並びに前記露光方法を用いるデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子（集積回路等）、液晶表示素子等の電子デバイス（マイクロデバイス）を製造するリソグラフィ工程では、フォトマスク又はレチクル（以下、「レチクル」と総称する）のパターンを、投影光学系を介して、フォトレジスト等の感光剤が塗布されたウエハ、ガラスプレート等の被露光物体（以下、「ウエハ」と総称する）上に転写する例えば、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（いわゆるステッパ）、あるいはステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置（いわゆるスキャナ）等の投影露光装置が、主として用いられている。
【０００３】
半導体素子等は、デバイスパターンを十数層以上重ね合わせて形成されるため、投影露光装置では、レチクルに形成されたパターンとウエハ上に既に形成されたパターンとを正確に位置合わせすることが要求される。このため、レチクルのパターンの投影位置とウエハ上のマークを検出するマーク検出系の検出中心との距離（ベースライン）を計測するベースライン計測（該計測動作の一部にレチクルのパターンの投影位置を計測するレチクルアライメントが含まれる）が行われる。このレチクルアライメントの方法として、レチクル上の計測マークの空間像をウエハステージ上に少なくとも一部（計測用スリットを含む）が設けられた空間像計測器を用いて計測する方法が、最近の露光装置では、採用されていることがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかるに、空間像計測器を用いて計測マークの空間像を計測する場合、空間像計測器の計測用スリットが設けられたウエハステージを移動させながら計測する必要があるが、このウエハステージの位置は、エンコーダ（又は干渉計）などの計測器を用いて計測される。デバイスルールの微細化に伴い、最近になって、計測器の計測誤差、特に周期的な計測誤差（周期誤差）が、空間像計測において無視できない程度のマーク像の結像位置の計測誤差の要因となることが判明した。空間像計測に限らず、移動体を移動させながら、周期マークの位置を計測する場合には、同様の問題が生じ得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／００８８８４３号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、周期パターンの位置情報を計測する計測方法であって、移動体と該移動体の外部との一方に配置された周期パターンの周期方向に関する位置情報を、前記移動体を前記周期パターンの周期方向に駆動しつつ、前記周期方向に関する前記移動体の位置を計測する位置計測系の出力と、前記移動体と該移動体の外部との他方に少なくともその一部が設けられ、前記周期パターンを検出する検出系の出力とに基づいて計測する工程を含み、前記計測する工程では、前記計測中、前記周期パターンのピッチが、前記位置計測系の周期誤差が前記周期パターンの位置の計測誤差の要因とならない前記位置計測系の計測周期に対する所定の関係を満たし、前記所定の関係は、前記周期パターンのピッチが、前記計測周期の自然数ｍ倍とはならない関係である計測方法が、提供される。
【０００７】
ここで、位置計測系の周期誤差が、前記周期パターンの位置の計測誤差の要因とならない所定の関係を満たすように、予め、周期パターンのピッチ及び位置計測系の計測周期の一方を他方に基づいて設定しても良いし、あるいは計測中に移動体と移動体の外部との少なくとも一方の駆動速度を調整しても良い。
【０００８】
本発明の計測方法によれば、周期的な計測誤差（周期誤差）を発生する位置計測系（例えばエンコーダなど）を用いて移動体の位置計測を行っても、周期パターンの位置計測を精度良く行うことが可能となる。
【０００９】
本発明の第２の態様によれば、エネルギビームにより物体を露光して前記物体上にパターンを形成する露光方法であって、本発明の計測方法により前記周期パターンの位置情報を計測することと；前記周期パターンの位置情報の計測結果に基づいて前記物体を保持する移動体を駆動し、前記エネルギビームにより前記物体を露光することと；を含む露光方法が、提供される。
【００１０】
これによれば、本発明の計測方法により高精度な周期パターンの位置計測を精度良く行うことができるので、その位置情報の計測結果に基づいて物体を保持する移動体を駆動し、エネルギビームにより前記物体を露光することで、高精度な露光が可能となる。
【００１１】
本発明の第３の態様によれば、本発明の露光方法により物体を露光することと；
露光された前記物体を露光することと；を含むデバイス製造方法が、提供される。
【００１２】
本発明の第４の態様によれば、エネルギビームにより物体を露光して前記物体上にデバイスパターンを形成する露光装置であって、前記物体を保持して移動する移動体と；前記移動体の位置を計測する位置計測系と；前記移動体と該移動体の外部との一方に少なくともその一部が設けられ、パターン又はパターン像を検出する検出系と；前記移動体と該移動体の外部との他方に配置された周期パターンの周期方向に前記移動体を駆動しつつ、前記位置計測系で計測される前記移動体の位置の計測情報と、前記周期パターン又はその像を検出する前記検出系の出力とに基づいて、前記周期パターンの周期方向に関する位置情報を計測する制御装置と；を備え、前記計測中、前記周期パターンのピッチが、前記位置計測系の周期誤差が前記周期パターンの位置の計測誤差の要因とならない前記位置計測系の計測周期に対する所定の関係を満たし、前記所定の関係は、前記周期パターンのピッチが、前記計測周期の自然数ｍ倍とはならない関係である露光装置が、提供される。
【００１３】
ここで、位置計測系の周期誤差が、前記周期パターンの位置の計測誤差の要因とならない所定の関係を満たすように、予め、周期パターンのピッチ及び位置計測系の計測周期の一方を他方に基づいて設定しても良いし、あるいは計測中に移動体と移動体の外部との少なくとも一方の駆動速度を調整しても良い。
【００１４】
本発明の露光装置によれば、周期的な計測誤差（周期誤差）を発生する位置計測系（例えばエンコーダなど）を用いて移動体の位置計測を行っても、周期パターンの位置計測を精度良く行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】一実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】ウエハステージを示す平面図である。
【図３】図１の露光装置が備えるステージ装置及び干渉計の配置を示す平面図である。
【図４】図１の露光装置が備える干渉計システム以外の計測装置をウエハステージとともに示す平面図である。
【図５】エンコーダヘッド（Ｘヘッド、Ｙヘッド）とアライメント系の配置を示す平面図である。
【図６】一実施形態に係る露光装置の制御系の主要な構成を示すブロック図である。
【図７】エンコーダの構成の一例を示す図である。
【図８】図８（Ａ）及び図８（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９】図９（Ａ）はウエハテーブル上に設けられた空間像計測用スリット板を示す図、図９（Ｂ）はレチクルステージ上に設けられた計測マークを示す図、図９（Ｃ）及び図９（Ｄ）は計測マークの投影像（空間像）に対する空間像計測用スリットの走査を説明するための図である。
【図１０】図１０（Ａ）は計測マークの空間像の検出結果（その１）を示す図、図１０（Ｂ）は検出結果（その１）を０．２５μｍ単位でプロットした図、図１０（Ｃ）は計測マークの空間像の検出結果（その２）を０．２５μｍ単位でプロットした図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態を、図１〜図１０（Ｃ）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が設けられている。以下においては、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行な方向をＺ軸方向、これに直交する面内でレチクルＲとウエハＷとが相対走査される走査方向をＹ軸方向、Ｚ軸及びＹ軸に直交する方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸回りの回転（傾斜）方向をそれぞれθｘ、θｙ、及びθｚ方向として説明を行う。
【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２００３／００２５８９０号明細書などに開示されている。ここで、照明光ＩＬとして、一例として、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）が用いられている。
【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６参照）によって、ＸＹ平面内で微小駆動可能であるとともに、走査方向（図１における紙面内左右方向であるＹ軸方向）に所定の走査速度で駆動可能となっている。
【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６参照）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６参照）、及びウエハステージＷＳＴを駆動するステージ駆動系１２４（図６参照）等を備えている。計測システム２００は、図６に示されるように、干渉計システム１１８及びエンコーダシステム１５０などを含む。
【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６参照）によって、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に所定ストロークで駆動可能である。
【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用スリット板ＳＬが、設けられている。各空間像計測用スリット板ＳＬには、図９（Ａ）に示されるように、Ｙ軸方向を長手方向とする所定幅（例えば、０．２μｍ）のライン状の開口パターン（Ｘスリット）ＳＬＸと、Ｘ軸方向を長手方向とする所定幅（例えば、０．２μｍ）のライン状の開口パターン（Ｙスリット）ＳＬＹと、が形成されている。
【００２７】
そして、各空間像計測用スリット板ＳＬに対応して、ウエハテーブルＷＴＢの内部には、レンズ等を含む光学系及び光電子増倍管（フォト・マルチプライヤ・チューブ（ＰＭＴ））等の受光素子が配置され、米国特許出願公開第２００２／００４１３７７号明細書などに開示されるものと同様の一対の空間像計測装置４５Ａ，４５Ｂ（図６参照）が設けられている。空間像計測装置４５Ａ，４５Ｂの計測結果（受光素子の出力信号）は、信号処理装置（不図示）により所定の信号処理が施されて、主制御装置２０に送られる（図６参照）。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
また、回折格子を保護するために、低熱膨張率のガラス板でカバーすることも有効である。ここで、ガラス板としては、厚さがウエハと同程度、例えば厚さ１ｍｍのものを用いることができ、そのガラス板の表面がウエハの表面と同じ高さ（同一面）になるよう、ウエハテーブルＷＴＢ上面に設置される。
【００３２】
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。
【００３３】
また、ウエハテーブルＷＴＢの＋Ｙ側の面には、図２に示されるように、米国特許出願公開第２００８／００８８８４３号明細書に開示されるＣＤバーと同様の、Ｘ軸方向に延びるフィデューシャルバー（以下、「ＦＤバー」と略述する）４６が取り付けられている。ＦＤバー４６の長手方向の一側と他側の端部近傍には、センターラインＬＬに関して対称な配置で、Ｙ軸方向を周期方向とする基準格子（例えば回折格子）５２がそれぞれ形成されている。また、ＦＤバー４６の上面には、複数の基準マークＭが形成されている。各基準マークＭとしては、後述するアライメント系によって検出可能な寸法の２次元マークが用いられている。
【００３４】
本実施形態の露光装置１００では、図４及び図５に示されるように、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを通るＹ軸に平行な直線（以下、基準軸と呼ぶ）ＬＶ上で、光軸ＡＸから−Ｙ側に所定距離隔てた位置に検出中心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６参照）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。
【００３５】
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。
【００３６】
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Ｘ軸に平行な測長ビームを反射面１７ｂに照射する。また、Ｘ干渉計１２８は、Ｘ軸に平行な測長ビームＢ７を反射面１７ｂに照射する。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
移動鏡４１に対向して、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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
ヘッドユニット６２Ａ及び６２Ｃは、図５に示されるように、前述の基準軸ＬＨ上に間隔ＷＤで配置された複数（ここでは５個）のＹヘッド６５1〜６５5、Ｙヘッド６４1〜６４5を、それぞれ備えている。以下では、必要に応じて、Ｙヘッド６５1〜６５5及びＹヘッド６４1〜６４5を、それぞれ、Ｙヘッド６５及びＹヘッド６４とも表記する。
【００４４】
ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃは、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2を用いて、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＹ軸方向の位置（Ｙ位置）を計測する多眼のＹリニアエンコーダ７０Ａ，７０Ｃ（図６参照）を構成する。なお、以下では、Ｙリニアエンコーダを、適宜、「Ｙエンコーダ」又は「エンコーダ」と略記する。
【００４５】
ヘッドユニット６２Ｂは、図５に示されるように、投影ユニットＰＵの＋Ｙ側に配置され、基準軸ＬＶ上に間隔ＷＤで配置された複数（ここでは４個）のＸヘッド６６5〜６６8を備えている。また、ヘッドユニット６２Ｄは、プライマリアライメント系ＡＬ１の−Ｙ側に配置され、基準軸ＬＶ上に間隔ＷＤで配置された複数（ここでは４個）のＸヘッド６６1〜６６4を備えている。以下では、必要に応じて、Ｘヘッド６６5〜６６8及びＸヘッド６６1〜６６4をＸヘッド６６とも表記する。
【００４６】
ヘッドユニット６２Ｂ，６２Ｄは、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2を用いて、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＸ軸方向の位置（Ｘ位置）を計測する多眼のＸリニアエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄ（図６参照）を構成する。なお、以下では、Ｘリニアエンコーダを、適宜、「Ｘエンコーダ」又は「エンコーダ」と略記する。
【００４７】
ここで、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃがそれぞれ備える５個のＹヘッド６５，６４（より正確には、Ｙヘッド６５，６４が発する計測ビームのスケール上の照射点）のＸ軸方向の間隔ＷＤは、露光の際などに、少なくとも１つのヘッドが、常に、対応するＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2に対向する（計測ビームを照射する）ように定められている。同様に、ヘッドユニット６２Ｂ，６２Ｄがそれぞれ備える隣接するＸヘッド６６（より正確には、Ｘヘッド６６が発する計測ビームのスケール上の照射点）のＹ軸方向の間隔ＷＤは、露光の際などに、少なくとも１つのヘッドが、常に、対応するＸスケール３９Ｘ1又は３９Ｘ2に対向する（計測ビームを照射する）ように定められている。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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とも表記する。
【００５１】
アライメント計測の際には、少なくとも各１つのＹヘッド６７，６８が、それぞれＹスケール３９Ｙ2，３９Ｙ1に対向する。このＹヘッド６７，６８（すなわち、これらＹヘッド６７，６８によって構成されるＹエンコーダ７０Ｅ，７０Ｆ（図６参照））によってウエハステージＷＳＴのＹ位置（及びθｚ回転）が計測される。
【００５２】
また、本実施形態では、セカンダリアライメント系のベースライン計測時などに、セカンダリアライメント系ＡＬ２1，ＡＬ２4にＸ軸方向でそれぞれ隣接するＹヘッド６７3，６８2が、ＦＤバー４６の一対の基準格子５２とそれぞれ対向し、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。
【００５３】
エンコーダシステム１５０（図６参照）を構成するエンコーダ７０Ａ〜７０Ｆのヘッド（６４1〜６４5，６５1〜６５5，６６1〜６６8，６７1〜６７４，６８1〜６８4）として、例えば、米国特許７，２３８，９３１号明細書、米国特許出願公開第２００８／００８８８４３号明細書などに開示されている干渉型のエンコーダヘッドが用いられている。回折干渉型のエンコーダヘッドについては、後に詳述する。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
この他、本実施形態の露光装置１００では、投影ユニットＰＵの近傍に、ウエハＷ表面のＺ位置を多数の検出点で検出するための照射系９０ａ及び受光系９０ｂから成る多点焦点位置検出系（以下、「多点ＡＦ系」と略述する）が設けられている。多点ＡＦ系としては、例えば米国特許第５，４４８，３３２号明細書等に開示されるものと同様の構成の斜入射方式の多点ＡＦ系が採用されている。なお、多点ＡＦ系の照射系９０ａ及び受光系９０ｂを、例えば米国特許出願公開第２００８／００８８８４３号明細書などに開示されるように、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｂの近傍に配置し、ウエハアライメント時にウエハＷをＹ軸方向に１回スキャンするだけで、ウエハＷのほぼ全面でＺ軸方向の位置情報（面位置情報）を計測する（フォーカスマッピングを行う）ようにしても良い。この場合、ウエハテーブルＷＴＢのＺ位置を、そのフォーカスマッピング中に計測する面位置計測系を設けることが望ましい。
【００５７】
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。
【００５８】
上述のようにして構成された本実施形態の露光装置１００では、例えば米国特許出願公開第２００８／００８８８４３号明細書の実施形態中に開示されている手順と同様の手順に従って、アンローディングポジションＵＰ（図４参照）でのウエハＷのアンロード、ローディングポジションＬＰ（図４参照）での新たなウエハＷのウエハテーブルＷＴＢ上へのロード、計測プレート３０の基準マークＦＭとプライマリアライメント系ＡＬ１とを用いたプライマリアライメント系ＡＬ１のベースラインチェック前半の処理、エンコーダシステム及び干渉計システムの原点の再設定（リセット）、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4を用いたウエハＷのアライメント計測、空間像計測装置４５Ａ，４５Ｂを用いたプライマリアライメント系ＡＬ１のベースラインチェック後半の処理、並びにアライメント計測の結果求められるウエハ上の各ショット領域の位置情報と、最新のアライメント系のベースラインとに基づく、ステップ・アンド・スキャン方式でのウエハＷ上の複数のショット領域の露光などの、ウエハステージＷＳＴを用いた一連の処理が、主制御装置２０によって実行される。なお、詳細説明については省略する。
【００５９】
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、米国特許出願公開第２００８／００８８８４３号明細書に開示される方法と同様に、前述のエンコーダ７０Ｅ2，７０Ｆ2の計測値に基づいて、ＦＤバー４６（ウエハステージＷＳＴ）のθｚ回転を調整した状態で、アライメント系ＡＬ１、ＡＬ２1〜ＡＬ２4を用いて、それぞれの視野内にあるＦＤバー４６上の基準マークＭを同時に計測することで行われる。
【００６０】
本実施形態では、主制御装置２０は、エンコーダシステム１５０（図６参照）を用いることにより、ウエハステージＷＳＴの有効ストローク領域、すなわちアライメント及び露光動作のためにウエハステージＷＳＴが移動する領域において、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。
【００６１】
図７には、エンコーダ７０Ａ〜７０Ｆを代表して、エンコーダ７０Ｃの構成が示されている。以下では、このエンコーダ７０Ｃ（ヘッドユニット６２Ｃ）を取り上げて、エンコーダの構成及び計測原理等について説明する。なお、図７では、エンコーダ７０Ｃを構成するヘッドユニット６２Ｃの１つのＹヘッド６４からＹスケール３９Ｙ2に対し計測ビームが照射されている。
【００６２】
Ｙヘッド６４は、大別すると、照射系６４ａ、光学系６４ｂ、及び受光系６４ｃの３部分から構成されている。照射系６４ａは、レーザビームＬＢ０を射出する光源、例えば半導体レーザＬＤと、レーザビームＬＢ０の光路上に配置されたレンズＬ１と、を含む。光学系６４ｂは、偏光ビームスプリッタＰＢＳ、一対の反射ミラーＲ１ａ，Ｒ１ｂ、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６４ｃは、偏光子（検光子）及び光検出器等を含む。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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６４ｃに送光される。
【００６６】
受光系６４ｃに送光された出力ビームＬＢ３中の２つの回折ビーム（正確には、計測ビームＬＢ1，ＬＢ2にそれぞれ由来する出力ビームＬＢ３のＳ，Ｐ偏光成分）は、受光系６４ｃ内部の検光子（不図示）によって偏光方向が揃えられて干渉光となる。さらに、例えば米国特許出願公開第２００３／０２０２１８９号明細書などに開示されているように、その干渉光は４つに分岐される。分岐された４つの光は、それぞれの位相が相対的に０，π／２，π，３π／２シフトされた後、光検出器（不図示）によって受光されて、それぞれの光強度（Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４とする）に応じた電気信号に変換され、Ｙエンコーダ７０Ｃの出力として、主制御装置２０に送られる。
【００６７】
主制御装置２０は、Ｙエンコーダ７０Ｃの出力から、Ｙヘッド６４とスケール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、計測ビームＬＢ1，ＬＢ2の強度は互いに等しい状況を考える。この状況において、出力Ｉ１〜Ｉ４は、次のように表される。
【００６８】
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。
【００６９】
主制御装置２０は、出力Ｉ１〜Ｉ４から、次式（２ａ）、（２ｂ）で表される差Ｉ１３，Ｉ４２を求める。
【００７０】
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。
【００７１】
ここで、Ｙエンコーダ７０Ｃ（ヘッド６４）の出力Ｉ１〜Ｉ４の修正の原理を説明するため、図８（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８（Ａ）及び図８（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。
【００７２】
理想状態では、干渉光ＬＢ３の強度Ｉは常に一定である。従って、出力Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４の振幅Ａも常に一定である。そのため、図８（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。
【００７３】
また、理想状態では、干渉光ＬＢ３の強度Ｉは、Ｙスケール３９Ｙ1（すなわちウエハステージＷＳＴ）が計測方向（回折格子の周期方向、すなわちＹ軸方向）に変位することにより、正弦的に変化する。同様に、４つの分岐光の強度Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４は、それぞれ式（１ａ），（１ｂ），（１ｃ），（１ｄ）で表されるように、正弦的に変化する。この理想状態では、位相差φは、図８（Ａ）における点ρ（Ｉ１３，Ｉ４２）の位相φと等価である。位相差φ（以下では、特に区別する必要が無い限り、位相と呼ぶ）は、相対変位ΔＹに対し、次のように変化する。
【００７４】
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。
【００７５】
式（３）より、位相φは、計測ビームＬＢ1，ＬＢ2の波長に依存しないことがわかる。また、位相φは、変位ΔＹが計測単位ｐ／４ｎ増加（減少）する毎に２π増加（減少）することがわかる。従って、干渉光ＬＢ３の強度Ｉ及び出力Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４は、変位ΔＹが計測単位増加又は減少する毎に、振動することがわかる。
【００７６】
式（３）によって表わされる位相φと変位ΔＹとの関係及び式（１ａ）〜（１ｄ）によって表される出力Ｉ１〜Ｉ４と位相φとの関係（すなわち差Ｉ１３，Ｉ４２と変位ΔＹとの関係）より、変位ΔＹの増加に応じて、点ρ（Ｉ１３，Ｉ４２）は、半径２Ａの円周上を、例えば図８（Ｂ）に示されるように点ａから点ｂへと、左回りに回転する。逆に、変位ΔＹの減少に応じて、点ρ（Ｉ１３，Ｉ４２）は、上記円周上を右回りに回転する。そして、点ρ（Ｉ１３，Ｉ４２）は、変位ΔＹが計測単位増加（減少）する毎に、円周上を一周する。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
以上の説明より明らかなように、Ｙエンコーダ７０Ｃは、計測単位λ＝ｐ／４ｎに等しい計測周期を有する。
【００８０】
なお、例えば迷光との干渉が生じる等により、位相φと変位ΔＹとの比例関係が崩れることがある。その場合、見かけ上、上述のような理想的な出力Ｉ１〜Ｉ４であっても、変位ΔＹの計測値ＣΔＹに対して、計測周期に等しい周期の誤差が発生し得る。また、出力Ｉ１〜Ｉ４が理想的な出力からずれると、位相φの算出誤差が発生するため、計測周期に等しい周期の誤差が発生し得る。これらのような計測周期に等しい周期の誤差を、周期誤差と総称する。
【００８１】
ヘッドユニット６２Ｃ内のその他のヘッド、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｄ，６２Ｅ，６２Ｆがそれぞれ備えるヘッド６５，６６，６７，６８も、ヘッド６４（エンコーダ７０Ｃ）と同様に構成されている。
【００８２】
また、本実施形態では、前述のようなエンコーダヘッドの配置を採用したことにより、常時、Ｘスケール３９Ｘ1又は３９Ｘ2に少なくとも１つのＸヘッド６６が、Ｙスケール３９Ｙ1に少なくとも１つのＹヘッド６５（又は６８）が、Ｙスケール３９Ｙ2に少なくとも１つのＹヘッド６４（又は６７）が、それぞれ対向する。スケールに対向しているエンコーダヘッドからは、上述の分岐光の強度Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４の測定結果が、主制御装置２０に供給される。主制御装置２０は、供給された測定結果Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４から、それぞれのヘッドの計測方向についてのウエハステージＷＳＴの変位（より正確には計測ビームが投射されるスケールの変位）を求める。求められた結果は、上述のエンコーダ７０Ａ、７０Ｃ及び７０Ｂ又は７０Ｄ（又はエンコーダ７０Ｅ1，７０Ｆ1及び７０Ｂ又は７０Ｄ）の計測値として扱われる。
【００８３】
本実施形態では、例えば前述し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（いわゆるレチクルアライメント）の際に、空間像計測装置４５Ａ，４５Ｂを用いてレチクルＲ（又はレチクルステージＲＳＴ上に設けられたレチクル基準板ＲＦＭ）上の一対の計測マークＰＭの空間像（投影像）の計測が行われる。
【００８４】
まず、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）を駆動して、ウエハテーブルＷＴＢ上の計測プレート３０を投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ上に移動する。同時に、主制御装置２０は、レチクルステージＲＳＴを駆動して、レチクルＲ（又はレチクル基準板ＲＦＭ）を光軸ＡＸ上に位置決めする。
【００８５】
レチクルＲ（又はレチクル基準板ＲＦＭ）には、ウエハテーブルＷＴＢ上の一対の空間像計測用スリット板ＳＬの配置に対応する配置で、一対の計測マークＰＭが形成されている。計測マークＰＭとして、図９（Ｂ）に示されるように、Ｙ軸方向を長手方向とする所定幅（例えば１μｍ）のライン状の開口パターン（以下、ラインパターンと略記する）がＸ軸方向に複数配列されたＸ計測マークＰＭＸと、Ｘ軸方向を長手方向とする所定幅（例えば１μｍ）のラインパターンがＹ軸方向に複数配列されたＹ計測マークＰＭＹと、を含む二次元マークが用いられている。
【００８６】
次に、主制御装置２０は、照明光ＩＬでレチクルＲ（又はレチクル基準板ＲＦＭ）の少なくとも一対の計測マークＰＭを含む領域を照明し、レチクルＲ（又はレチクル基準板ＲＦＭ）を通過した照明光ＩＬを投影光学系ＰＬを介して計測プレート３０上の一対の空間像計測用スリット板ＳＬに投射する。これにより、例えば図９（Ｃ）及び図９（Ｄ）に示されるように、計測マークＰＭ内のＸ計測マークＰＭＸの像ＰＭＸ’及びＹ計測マークＰＭＹの像ＰＭＹ’が、それぞれ、空間像計測用スリット板ＳＬのＸスリットＳＬＸの−Ｘ側の近傍及びＹスリットＳＬＹの近傍に投影される。
【００８７】
そして、Ｘ計測マークＰＭＸの空間像を計測する場合、主制御装置２０は、上述のように照明光ＩＬで一対の計測マークＰＭを照明した状態で、図９（Ｃ）中に白抜き矢印で示されるように−Ｘ方向にウエハステージＷＳＴを駆動する。これにより、一対の空間像計測用スリット板ＳＬのＸスリットＳＬＸが対応するＸ計測マークＰＭＸの投影像（空間像）ＰＭＸ’に対してＸ軸方向に走査される。走査中、ＸスリットＳＬＸが投影像（空間像）ＰＭＸ’の一部のラインパターンの像に重なったとき、照明光ＩＬは、スリットＳＬＸを透過し、空間像計測装置４５Ａ，４５Ｂにより検出される。
【００８８】
また、Ｙ計測マークＰＭＹの空間像を計測する場合、主制御装置２０は、上述のように照明光ＩＬで一対の計測マークＰＭを照明した状態で、図９（Ｄ）中に白抜き矢印で示されるように＋Ｙ方向にウエハステージＷＳＴを駆動する。これにより、一対の空間像計測用スリット板ＳＬのＹスリットＳＬＹが対応するＹ計測マークＰＭＹの投影像（空間像）ＰＭＹ’に対してＹ軸方向に走査され、スリットＳＬＹを透過した照明光ＩＬが、空間像計測装置４５Ａ，４５Ｂにより検出される。
【００８９】
主制御装置２０は、空間像計測装置４５Ａ，４５Ｂからの光量信号を、エンコーダシステム１５０によって計測されるウエハステージＷＳＴの位置計測情報とともに取り込む。これにより、主制御装置２０は、Ｘ計測マークＰＭＸ（又はＹ計測マークＰＭＹ）の投影像（空間像）ＰＭＸ’（又はＰＭＹ’）のプロファイル（空間像プロファイル）を得る。
【００９０】
図１０（Ａ）には、一例として、Ｘ計測マークＰＭＸの空間像（空間像プロファイル）の計測結果が示されている。ここで、Ｘ計測マークＰＭＸは、Ｘ軸方向に２μｍ／βのピッチＰで配列された８つのラインパターンから成る（図９（Ｂ）参照）。ここで、βは投影光学系ＰＬの投影倍率である。従って、２μｍ間隔で並ぶ８つのピークをもつ空間像プロファイルが得られる。
【００９１】
なお、説明の便宜のため、Ｘ計測マークＰＭＸ（Ｙ計測マークＰＭＹ）の配列ピッチを、投影光学系ＰＬを介してウエハステージＷＳＴ（空間像計測用スリット板ＳＬ）上に投影されるＸ計測マークＰＭＸ（Ｙ計測マークＰＭＹ）の像の配列ピッチを用いて表すこととする。すなわち、実際の配列ピッチと投影倍率βの積を配列ピッチＰとする。
【００９２】
図１０（Ｂ）には、横軸Ｘを０．２５μｍ周期で描画した空間像プロファイルの例が示されている。ここで、本実施形態の露光装置１００では、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2（及びＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2）は、１μｍピッチ（ｐ）で配列された回折格子より構成されている。また、１次（ｎ＝１）の回折光を利用するエンコーダヘッド６４，６５，６６，６７，６８を採用している。従って、エンコーダ７０Ａ〜７０Ｄ（エンコーダヘッド６４，６５，６６，６７，６８）の計測単位λ（＝ｐ／４ｎ）は０．２５μｍである。すなわち、周期の０．２５μｍは、エンコーダ７０Ａ〜７０Ｄの計測単位と同じである。
【００９３】
Ｘ計測マークＰＭＸの配列ピッチＰ（＝２μｍ）は周期（すなわち、計測単位０．２５μｍ）の自然数倍であるため、図１０（Ｂ）の空間像プロファイル（従来例における空間像プロファイル）では、Ｘ計測マークＰＭＸの８つのラインパターンに由来する８つのピーク（図１０（Ａ）参照）は、計測誤差の範囲内で重なって、１つのピークとして現れている。従って、前述のようなエンコーダ７０Ａ〜７０Ｄの周期誤差が発生すると、その周期誤差は８つのピークのそれぞれに対して同等に影響することになる。
【００９４】
投影光学系ＰＬの空間像計測では、例えば米国特許出願公開第２００２／００４１３７７号明細書などに開示されているように、例えばＸ計測マークＰＭＸ内の周期パターンに由来する空間像プロファイル内の複数のピーク波形にスライス法その他の波形処理アルゴリズムを適用して、各ラインパターンのエッジ位置（Ｘ位置）を求める。そして、例えば各ラインパターンの一対のエッジ位置の平均をそのラインパターンの位置とし、また、設計上マーク中心に関して対称に位置する２つのラインパターンの位置の平均などに基づいて、Ｘ計測マークの位置を求めることが行われる。各ラインパターンの線幅も同様にして求められる。図１０（Ｂ）の空間像プロファイルに対しては、上述の通り、エンコーダの周期誤差に由来する誤差が８つのピーク波形のそれぞれに同等に発生しているため、平均演算をしても誤差は低減されず、求められるラインパターンの位置、Ｘ計測マークの位置などに計測誤差が含まれることとなる。
【００９５】
そこで、本実施形態では、原則として、エンコーダ７０Ａ〜７０Ｄの計測単位λの自然数（ｍ）倍と異なる配列ピッチＰ（≠ｍλ）の周期パターンを、Ｘ計測マークＰＭＸ（Ｙ計測マークＰＭＹ）として採用する。さらに、計測マークＰＭの空間像計測において、エンコーダ７０Ａ〜７０Ｄの周期誤差に伴うマークの位置誤差（結像位置の計測誤差）の発生を効果的に抑えるために、周期パターンの配列ピッチＰを、計測単位λの（ｍ＋１／ｎ）倍、すなわち（ｍ＋１／ｎ）λに定める。ここで、ｍは自然数であり、ｎは２以上の自然数である。
【００９６】
図１０（Ｃ）には、配列ピッチＰ＝（ｍ＋１／ｎ）λ＝２．０３１２５μｍに対する、Ｘ計測マークＰＭＸの空間像（空間像プロファイル）の計測結果が示されている。ただし、ｍ＝ｎ＝８と定めた。空間像プロファイルは、横軸Ｘを０．２５μｍ周期で描画されている。
【００９７】
図１０（Ｃ）の空間像プロファイルでは、配列ピッチＰが計測単位λの自然数倍（ｍλ）からλ／ｎ（０．０３１２５μｍ）ずれているため、８つのピークは異なる位置に現れている。そのため、８つのピーク波形にスライス法その他の波形処理アルゴリズムを適用して、各ラインパターンのエッジ位置（Ｘ位置）を求め、さらに各ラインパターンの一対のエッジ位置の平均をそのラインパターンの位置として求め、あるいは設計上マーク中心に関して対称に位置する２つのラインパターンの位置の平均に基づいて、Ｘ計測マークの位置を求める際などに、平均化効果によりエンコーダの周期誤差に由来する誤差がほぼ相殺される。この結果、マークの空間像計測において、エンコーダ７０Ａ〜７０Ｄの周期誤差に伴う結像位置の計測誤差の発生が効果的に抑えられる。
【００９８】
なお、上述の平均化効果を最大限引き出すために、自然数ｎをある程度大きな数、例えば４以上の数とするのが望ましい。また、Ｘ計測マークＰＭＸ（Ｙ計測マークＰＭＹ）として、Ｘ軸方向（Ｙ軸方向）にピッチＰで配列された２以上の自然数ｎの倍数である数のラインパターンを採用することとする。
【００９９】
なお、これまでは、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（いわゆるレチクルアライメント）の際の計測マークの空間像計測について説明したが、上で説明したマークの結像位置の計測誤差の発生の防止のための手法は、レチクル基準板ＲＦＭ（又は計測用レチクル）を用いた光学特性計測マークを用いた投影光学系ＰＬの光学特性（例えば、ディストーション、コマ収差）などの計測（例えば前述の米国特許出願公開第２００２／００４１３７７号明細書などに詳細が開示されている）にも好適に適用することができる。
【０１００】
以上詳細に説明したように、本実施形態の露光装置１００では、例えば前述の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（いわゆるレチクルアライメント）の際に、主制御装置２０が、ウエハステージＷＳＴを計測対象の計測マークＰＭの周期方向に走査し、レチクルステージＲＳＴ上の計測マークＰＭの投影光学系ＰＬによる空間像の強度を、ウエハステージＷＳＴに構成部分の一部（計測スリットＳＬＸ、ＳＬＹが設けられた空間像計測用スリット板ＳＬ）が配置された空間像計測装置４５Ａ，４５Ｂを用いて検出し、その空間像計測装置４５Ａ，４５Ｂの出力とエンコーダシステム１５０によって計測されるウエハステージＷＳＴの位置の計測情報とに基づいて、計測マークＰＭの空間像の結像位置を計測する。計測中、計測マークＰＭに含まれる周期パターンである計測マークＰＭＸ、ＰＭＹのピッチとエンコーダシステム１５０の各エンコーダ７０Ａ，７０Ｃ（７０Ｂ，７０Ｄ）の計測周期とが、各エンコーダ７０Ａ，７０Ｃ（７０Ｂ，７０Ｄ）の周期誤差が、計測マークＰＭＸ、ＰＭＹの位置（より正確には、計測マークＰＭＸ、ＰＭＹの空間像の結像位置）の計測誤差の要因とならない所定の関係を満たしている。本実施形態では、この所定の関係を満たすため、例えばエンコーダシステム１５０の各エンコーダ７０Ａ，７０Ｃ（７０Ｂ，７０Ｄ）の計測周期の自然数（ｍ）倍と異なるピッチの周期パターンを計測マークＰＭＸ、ＰＭＹとして用いられている。より具体的には、エンコーダ７０Ａ〜７０Ｄの計測単位λの、（ｍ＋１／ｎ）倍の配列ピッチＰの周期パターンが、Ｘ計測マークＰＭＸ（Ｙ計測マークＰＭＹ）として採用されている。ここで、ｍは自然数、ｎは２以上の自然数である。従って、本実施形態によると、周期的な計測誤差（周期誤差）を発生するエンコーダシステム１５０を位置計測系として用いてウエハステージＷＳＴの位置計測を行っても、Ｘ計測マークＰＭＸ（Ｙ計測マークＰＭＹ）の位置計測（結像位置の計測）を精度良く行う、ひいては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を精度良く行うことが可能となる。
【０１０１】
また、本実施形態の露光装置１００では、プライマリアライメント系ＡＬ１のベースラインを精度良く求めることができ、そのベースラインを用いてウエハステージＷＳＴを、ステップ・アンド・スキャン方式で駆動して、ウエハ上の各ショット領域にレチクルＲのパターンを転写する。このため、ウエハ上の各ショット領域に正確にレチクルＲのパターンを転写することが可能となる。
【０１０２】
なお、上記実施形態では、計測マークＰＭＸ，ＰＭＹとして、ライン・アンド・スペースパターンを用いたがこれに限らず、周期パターンであれば如何なる形状のパターンを用いても良い。
【０１０３】
また、上記実施形態では、投影光学系の像面側にウエハステージＷＳＴを配置し、このウエハステージＷＳＴに空間像計測装置４５Ａ，４５Ｂの構成部分の一部（空間像計測用スリット板ＳＬ）を配置する場合を例示したが、これに限らず、例えば、ウエハを保持するウエハステージＷＳＴに加えてウエハを保持しない別のステージを設け、この別のステージに空間像計測装置４５Ａ，４５Ｂの少なくとも一部を配置する構成を採用しても良い。
【０１０４】
また、上記実施形態では、計測マークＰＭが設けられたレチクルステージＲＳＴを静止した状態で、ウエハステージＷＳＴに少なくとも一部（空間像計測用スリット板ＳＬ）が配置された空間像計測装置（検出器）４５Ａ，４５Ｂを用いて、ウエハステージＷＳＴを駆動しつつ計測マークＰＭの空間像を検出する場合について説明した。しかし、これに限らず、計測マーク内の周期パターンのピッチとウエハステージＷＳＴの位置計測系の計測周期との関係が、計測系の周期誤差が、計測マーク内の周期パターンの位置の計測誤差の要因とならない関係（以下、便宜上所定の関係と呼ぶ）であれば良い。従って、例えば計測マークＰＭ（すなわちレチクルステージＲＳＴ）と空間像計測装置（検出器）４５Ａ，４５Ｂ（すなわちウエハステージＷＳＴ）とを、計測マークの計測方向に相対駆動して、計測マーク内の周期パターンのピッチを計測周期の自然数（ｍ）倍から実効的にずらすことも可能である。その場合、レチクルステージＲＳＴの駆動速度ｖはウエハステージＷＳＴの駆動速度Ｖの１／（１＋ｍｎ）倍（ｎは２以上の自然数）と与えられる。ただし、簡単のため、投影光学系ＰＬの投影倍率β＝１とした。また、レチクルステージＲＳＴの位置情報を考慮して、空間像の検出結果を処理することとする。例えば、ウエハステージＷＳＴの位置情報に替えてレチクルステージＲＳＴに対するウエハステージＷＳＴの相対位置情報に対して、空間像の検出結果が処理される。
【０１０５】
また、計測マーク内の周期パターンのピッチとウエハステージＷＳＴの位置計測系の計測周期との関係が、上記所定の関係であれば、例えば、ウエハステージＷＳＴ上に計測マークＰＭを設け、ウエハステージＷＳＴ外に固定された空間像計測装置４５Ａ，４５Ｂを設け、可動式の計測マークＰＭを固定された空間像計測装置４５Ａ，４５Ｂを用いて検出する構成を採用することも可能である。
【０１０６】
また、本実施形態では、位置計測系の計測周期λを基準にして計測マーク内の周期パターンのピッチＰを定めたが、逆にピッチＰを基準に位置計測系の計測周期λを調整することも可能である。例えば、エンコーダの場合、スケールに形成された回折格子のピッチｐを変更すること、干渉計の場合、計測ビームの波長を変更することにより、ピッチＰ＝（ｍ＋１／ｎ）λを与えるように計測周期λを調整する。
【０１０７】
また、本実施形態では、空間像計測においてウエハステージＷＳＴの位置を計測する位置計測系としてエンコーダシステム１５０を採用した場合に対して、本発明のパターン検出方法及びパターン検出システムを適用したが、これに限らず、干渉計システム１１８の他、計測周期を有するあらゆる計測器を位置計測系として採用する場合に対して適用することが可能である。
【０１０８】
また、本実施形態では、投影光学系ＰＬの光学特性の計測を目的とした空間像計測を例にして、本発明のパターン検出方法及びパターン検出システムを説明したが、これらの用途は空間像計測に限らず、検出器と周期パターンとの一方を動かしつつ検出器を用いて周期パターンを検出するあらゆるパターン検出に対して適用することができる。
【０１０９】
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、面位置センサのヘッド（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。
【０１１０】
また、上記実施形態において、例えば米国特許出願公開第２００８／００８８８４３号明細書などに開示されるように、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃの内部にエンコーダヘッドとＺヘッドとを、別々に設けても良いし、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ヘッドの組に代え設けても良い。
【０１１１】
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、例えば欧州特許出願公開第１４２０２９８号明細書、国際公開第２００４／０５５８０３号、米国特許第６,９５２,２５３号明細書などに開示されているように、投影光学系とウエハとの間に照明光の光路を含む液浸空間を形成し、投影光学系及び液浸空間の液体を介して照明光でウエハを露光する露光装置にも本発明を適用することができる。また、例えば米国特許出願公開第２００８／００８８８４３号明細書に開示される、液浸露光装置などにも、本発明を適用することができる。
【０１１２】
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。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、例えば米国特許第７，５８９，８２２号明細書などに開示されているように、ウエハステージとは別に、計測部材（例えば、基準マーク、及び／又はセンサなど）を含む計測ステージを備える露光装置にも本発明は適用が可能である。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
また、上記実施形態では、露光装置の照明光ＩＬとしては波長１００ｎｍ以上の光に限らず、波長１００ｎｍ未満の光を用いても良いことは言うまでもない。例えば、近年、７０ｎｍ以下のパターンを露光するために、ＳＯＲやプラズマレーザを光源として、軟Ｘ線領域（例えば５〜１５ｎｍの波長域）のＥＵＶ（Extreme Ultraviolet）光を発生させるとともに、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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
半導体素子などの電子デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたレチクルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、前述した実施形態の露光装置（パターン形成装置）によりマスク（レチクル）のパターンをウエハに転写するリソグラフィステップ、露光されたウエハを現像する現像ステップ、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト除去ステップ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、検査ステップ等を経て製造される。この場合、リソグラフィステップで、上記実施形態の露光装置を用いて前述の露光方法が実行され、ウエハ上にデバイスパターンが形成されるので、高集積度のデバイスを生産性良く製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２２】
本発明の計測方法は、周期パターンの位置情報を計測するのに適している。また、本発明の露光方法及び露光装置は、物体上にパターンを転写するのに適している。また、本発明のデバイス製造方法は、半導体素子又は液晶表示素子などの電子デバイスを製造するのに適している。
【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、４５Ａ，４５Ｂ…空間像計測装置、５０…ステージ装置、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、ＰＭ（ＰＭＸ，ＰＭＹ）…計測マーク（Ｘ計測マーク、Ｙ計測マーク）、ＰＵ…投影ユニット，ＲＳＴ…レチクルステージ、Ｒ…レチクル、Ｗ…ウエハ、ＷＳＴ…ウエハステージ、ＷＴＢ…ウエハテーブル。
【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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