(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定平面内で移動する移動体に保持された物体にエネルギビームを照射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、
前記移動体の前記所定平面に平行な一面に設けられた一軸方向を周期方向とする回折格子に計測光を投射し、前記回折格子で発生する複数の回折光から生成される干渉光の強度と前記複数の回折光のうちの少なくとも１つの回折光の強度とを計測し、計測された前記干渉光の強度に基づいて前記移動体の前記一軸方向に関する位置情報を算出し、計測された前記回折光の強度に基づいて前記位置情報の信頼度を判定し、該信頼度が高いと判定された前記位置情報に基づいて前記移動体を駆動する露光方法。
【請求項２】
前記回折光の強度の計測に際して、前記計測光の強度をさらに計測し、
前記信頼度の判定に際して、計測された前記計測光の強度にさらに基づいて、前記位置情報の信頼度を判定する、請求項１に記載の露光方法。
【請求項３】
前記干渉光及び前記複数の回折光のうちの少なくとも１つの光の断面内の強度分布をさらに計測し、
前記駆動に際して、計測された前記強度分布に基づいて前記位置情報を補正する、請求項１又は２に記載の露光方法。
【請求項４】
前記強度分布は、前記断面内の２次元方向について計測される、請求項３に記載の露光方法。
【請求項５】
前記強度分布は、前記断面の長手方向について計測される、請求項３に記載の露光方法。
【請求項６】
前記少なくとも１つの光の波面の歪みをさらに計測し、
前記駆動に際して、前記波面の歪みの計測結果を用いて前記位置情報を補正する、請求項３〜５のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項７】
前記駆動に際して、前記強度分布に基づいて、前記回折格子の状態を診断する、請求項３〜５のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項８】
前記回折格子の状態の診断結果に基づいて、前記回折格子に異物が付着したことが確認された場合、前記異物によって遮られた前記計測光の断面内の部分と光量とを特定し、該特定結果に基づいて前記位置情報を補正する、請求項７に記載の露光方法。
【請求項９】
前記移動体は、前記所定平面内で前記一軸に垂直な方向に移動することができ、
前記計測に際して、少なくとも前記垂直な方向に関して位置が異なる複数のヘッドを用いて、前記回折格子に計測光を投射する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の露光方法を用いて、物体上にパターンを形成する工程と；
前記パターンが形成された前記物体に処理を施す工程と；
を含むデバイス製造方法。
【請求項１１】
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装置であって、
前記物体を保持して所定平面内で移動するとともに、前記所定平面に平行な一面に前記所定平面内の一軸方向を周期方向とする回折格子が設けられた移動体と；
前記回折格子に計測光を投射し、前記回折格子で発生する複数の回折光から生成される干渉光を受光して、該干渉光の強度を計測すると共に、前記複数の回折光のうちの少なくとも１つの回折光の強度を計測するヘッドを、少なくとも１つ有する計測系と；
前記計測系で計測された前記干渉光の強度に基づいて前記移動体の前記一軸方向に関する位置情報を算出し、前記計測系で計測された前記回折光の強度に基づいて前記位置情報の信頼度を判定し、該信頼度が高いと判定された前記位置情報に基づいて前記移動体を駆動する処理装置と；を備える露光装置。
【請求項１２】
前記計測系は、前記ヘッドから前記回折格子に投射される前記計測光の強度をさらに計測し、
前記処理装置は、計測された前記計測光の強度にさらに基づいて、前記位置情報の信頼度を判定する、請求項１１に記載の露光装置。
【請求項１３】
前記位置計測系は、前記干渉光と前記複数の回折光のうちの少なくとも１つの光の断面内の強度分布をさらに計測し、
前記処理装置は、計測された前記強度分布に基づいて前記位置情報を補正する、請求項１１又は１２に記載の露光装置。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの光の波面の歪みを計測する波面計測系をさらに備え、
前記処理装置は、前記波面の歪みの計測結果を用いて、前記位置情報を補正する、請求項１３に記載の露光装置。
【請求項１５】
前記移動体は、前記所定平面内で前記一軸に垂直な方向に移動することができ、
前記計測系は、前記回折格子に計測光を投射する、少なくとも前記垂直な方向に関して位置が異なる複数のヘッドを備える、請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項１６】
前記エネルギビームが経由する光学系と；
前記光学系と前記物体の間に、液体を供給する液体供給装置と；をさらに備える、請求項１１〜１５のいずれか一項に記載の露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光方法及びデバイス製造方法、並びに露光装置に係り、さらに詳しくは、物体上にパターンを形成する露光方法及び該露光方法を利用するデバイス製造方法、並びに物体上にパターンを形成する露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体素子（集積回路等）、液晶表示素子等の電子デバイス（マイクロデバイス）を製造するリソグラフィ工程では、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（いわゆるステッパ）、あるいはステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置（いわゆるスキャニング・ステッパ（スキャナとも呼ばれる））などが、主として用いられている。
【０００３】
この種の露光装置では、一般的に、パターンが転写・形成されるウエハ又はガラスプレート等の基板（以下、ウエハと総称する）を保持して２次元移動するウエハステージの位置が、レーザ干渉計を用いて計測されていた。しかし、近年の半導体素子の高集積化に伴うパターンの微細化により、さらに高精度なウエハステージの位置制御性能が要求されるようになり、その結果、レーザ干渉計のビーム路上の雰囲気の温度変化、及び／又は温度勾配の影響で発生する空気揺らぎに起因する計測値の短期的な変動が、無視できなくなってきた。
【０００４】
かかる不都合を改善するものとして、レーザ干渉計と同程度以上の計測分解能を有するエンコーダを、ウエハステージの位置計測装置として採用した露光装置に係る発明が、提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に開示される露光装置では、ウエハステージの上面に回折格子を設け、その回折格子上に計測ビームを投射し、回折格子で発生する回折光を受光することによって、回折格子の周期方向に関するウエハステージの変位を計測するエンコーダシステムが採用されている。
【０００５】
上述のエンコーダシステムの場合、回折格子にパーティクル等の異物が付着し、その異物によって計測ビームが遮られることによって、計測誤差が発生し得る。また、特許文献１に開示される露光装置では、液浸露光方式が採用されているため、回収されずに回折格子上に残った液体（水滴）、あるいはウエハ上のレジスト膜上に塗布されたトップコート片などの異物により、エンコーダに計測誤差が発生するおそれがあった。従って、そのような異物の存在を確認し、エンコーダシステムの計測誤差によるウエハステージの位置制御誤差の発生を回避若しくは位置制御誤差を低減する必要がある。
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２００７／０９７３７９号パンフレット
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の事情の下でなされたものであり、第１の観点からすると、所定平面内で移動する移動体に保持された物体にエネルギビームを照射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、前記移動体の前記所定平面に平行な一面に設けられた一軸方向を周期方向とする回折格子に計測光を投射し、前記回折格子で発生する複数の回折光から生成される干渉光の強度と前記複数の回折光のうちの少なくとも１つの回折光の強度とを計測し、計測された前記干渉光の強度に基づいて前記移動体の前記一軸方向に関する位置情報を算出し、計測された前記回折光の強度に基づいて前記位置情報の信頼度を判定し、該信頼度が高いと判定された前記位置情報に基づいて前記移動体を駆動する露光方法である。
【０００８】
これによれば、計測された回折光の強度と干渉光の強度とに基づいて移動体の一軸方向に関する位置情報が算出され、該位置情報に基づいて、移動体が駆動される。ここで、例えばゴミなどの存在により干渉光の元となる回折光の強度が低下した場合、干渉光の強度変化のみに基づいて移動体の位置情報を算出する場合と異なり、回折光の強度信号の振幅の減衰が考慮された正確な位置情報が算出される。従って、この算出された位置情報に基づいて移動体を精度良く駆動することができ、これにより移動体に保持された物体にエネルギビームを照射して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。
【０００９】
本発明は、第２の観点からすると、本発明の露光方法を用いて、物体上にパターンを形成する工程と；前記パターンが形成された前記物体に処理を施す工程と；を含むデバイス製造方法である。
【００１０】
本発明は、第３の観点からすると、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装置であって、前記物体を保持して所定平面内で移動するとともに、前記所定平面に平行な一面に前記所定平面内の一軸方向を周期方向とする回折格子が設けられた移動体と；前記回折格子に計測光を投射し、前記回折格子で発生する複数の回折光から生成される干渉光を受光して、該干渉光の強度を計測すると共に、前記複数の回折光のうちの少なくとも１つの回折光の強度を計測するヘッドを、少なくとも１つ有する計測系と；前記計測系で計測された前記干渉光の強度に基づいて前記移動体の前記一軸方向に関する位置情報を算出し、前記計測系で計測された前記回折光の強度に基づいて前記位置情報の信頼度を判定し、該信頼度が高いと判定された前記位置情報に基づいて前記移動体を駆動する処理装置と；を備える露光装置である。
【００１１】
これによれば、処理装置により、計測された回折光の強度と干渉光の強度とに基づいて移動体の一軸方向に関する位置情報が算出され、該位置情報に基づいて、移動体が駆動される。ここで、例えばゴミなどの存在により干渉光の元となる回折光の強度が低下した場合、干渉光の強度変化のみに基づいて移動体の位置情報を算出する場合と異なり、回折光の強度信号の振幅の減衰が考慮された正確な位置情報が算出される。従って、処理装置は、その算出された位置情報に基づいて移動体を精度良く駆動することができ、これにより移動体に保持された物体にエネルギビームを照射して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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
《第１の実施形態》
以下、本発明の第１の実施形態を、図１〜図１１（Ｄ）に基づいて説明する。図１には、第１の実施形態の露光装置１００の構成が概略的に示されている。
【００１３】
露光装置１００は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置、いわゆるスキャナである。後述するように、本実施形態では投影光学系ＰＬとプライマリアライメント系ＡＬ１（図４、図５等参照）が設けられている。以下においては、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行な方向をＺ軸方向、これに直交する面内で光軸ＡＸとプライマリアライメント系ＡＬ１の検出中心を結ぶ直線と平行な方向をＹ軸方向、Ｚ軸及びＹ軸に直交する方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸回りの回転（傾斜）方向をそれぞれθｘ、θｙ、及びθｚ方向として説明を行う。
【００１４】
露光装置１００は、図１に示されるように、照明系１０、レチクルステージＲＳＴ、投影ユニットＰＵ、局所液浸装置８、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、並びにこれらの制御系等を備えている。図１において、ウエハステージＷＳＴ上には、ウエハＷが載置されている。
【００１５】
照明系１０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。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、一例として、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）が用いられる。
【００１６】
レチクルステージＲＳＴ上には、そのパターン面（図１における下面）に回路パターンなどが形成されたレチクルＲが、例えば真空吸着により固定されている。レチクルステージＲＳＴは、例えばリニアモータ等を含むレチクルステージ駆動系１１（図１では不図示、図７参照）によって、ＸＹ平面内で微小駆動可能であるとともに、走査方向（図１における紙面内左右方向であるＹ軸方向）に所定の走査速度で駆動可能となっている。
【００１７】
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（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７参照）に送られる。
【００１８】
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。
【００１９】
本実施形態の露光装置１００には、液浸方式の露光を行うために、前述の如く、局所液浸装置８が設けられている。局所液浸装置８は、液体供給装置５、液体回収装置６（いずれも図１では不図示、図７参照）、液体供給管３１Ａ、液体回収管３１Ｂ、及びノズルユニット３２等を含む。ノズルユニット３２は、図１に示されるように、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、投影ユニットＰＵを保持する不図示のメインフレームに吊り下げ支持されている。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４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、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸとプライマリアライメント系ＡＬ１の検出中心とを結ぶＹ軸に平行な直線（以下、基準軸と呼ぶ）ＬＶに関して対称な配置となっている。図４において、符号ＵＰはウエハステージＷＳＴ上のウエハのアンロード時にウエハステージＷＳＴの中心が位置す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上へのウエハのロード時にウエハステージＷＳＴの中心が位置するローディングポジションを示す。
【００２０】
液体供給管３１Ａは液体供給装置５（図１では不図示、図７参照）に、液体回収管３１Ｂは液体回収装置６（図１では不図示、図７参照）に接続されている。ここで、液体供給装置５には、液体を貯蔵するタンク、加圧ポンプ、温度制御装置、液体の流量を制御するためのバルブ等が備えられている。液体回収装置６には、回収した液体を貯蔵するタンク、吸引ポンプ、液体の流量を制御するためのバルブ等が備えられている。
【００２１】
主制御装置２０は、液体供給装置５（図７参照）を制御して、液体供給管３１Ａを介して先端レンズ１９１とウエハＷとの間に液体を供給するとともに、液体回収装置６（図７参照）を制御して、液体回収管３１Ｂを介して先端レンズ１９１とウエハＷとの間から液体を回収する。このとき、主制御装置２０は、供給される液体の量と回収される液体の量とが常に等しくなるように、液体供給装置５と液体回収装置６を制御する。従って、先端レンズ１９１とウエハＷとの間には、一定量の液体Ｌｑ（図１参照）が常に入れ替わって保持され、これにより液浸領域１４（図４参照）が形成される。なお、投影ユニットＰＵの下方に後述する計測ステージＭＳＴが位置する場合にも、同様に先端レンズ１９１と計測テーブルとの間に液浸領域１４を形成することができる。
【００２２】
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。なお、ＡｒＦエキシマレーザ光に対する水の屈折率ｎは、ほぼ１．４４であり、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。
【００２３】
ステージ装置５０は、図１に示されるように、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、両ステージＷＳＴ，ＭＳＴの位置情報を計測する計測システム２００（図７参照）、及び両ステージＷＳＴ，ＭＳＴを駆動するステージ駆動系１２４（図７参照）等を備えている。計測システム２００は、図７に示されるように、干渉計システム１１８、エンコーダシステム１５０、及び面位置計測システム１８０などを含む。
【００２４】
ウエハステージＷＳＴ及び計測ステージＭＳＴ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、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７参照）によって、独立して駆動可能である。
【００２５】
ウエハステージＷＳＴは、図１に示されるように、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。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。ウエハホルダ（ウエハの載置領域）の外側には、図２（Ａ）に示されるように、ウエハＷ（ウエハホルダ）よりも一回り大きな円形の開口が中央に形成され、かつ矩形状の外形（輪郭）を有するプレート（撥液板）２８が設けられている。プレート２８の表面は、液体Ｌｑに対して撥液化処理されている（撥液面が形成されている）。なお、プレート２８は、その表面の全部（あるいは一部）がウエハＷの表面と同一面となるようにウエハテーブルＷＴＢ上面に固定されている。
【００２７】
プレート２８は、中央に上述の円形の開口が形成された矩形の外形（輪郭）を有する第１撥液領域（第１撥液板）２８ａと、その周囲に配置された矩形枠状（環状）の第２撥液領域（第２撥液板）２８ｂと、を有する。
【００２８】
第１撥液板２８ａの＋Ｙ側の端部には、長方形の切り欠きが形成され、該切り欠きの内部にその表面がプレート２８とほぼ同一面となる状態で計測プレート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空間像計測スリットパターン（スリット状の計測用パターン）ＳＬが、設けられている。そして、各空間像計測スリットパターンＳＬに対応して、それらを透過する照明光ＩＬを、ウエハステージＷＳＴ外部（後述する計測ステージＭＳＴに設けられる受光系）に導く送光系（不図示）が設けられている。
【００２９】
第２撥液板２８ｂには、後述するエンコーダシステムで用いられるスケールが形成されている。詳述すると、第２撥液板２８ｂのＸ軸方向（図２（Ａ）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）ＲＧ（図８参照）によって構成されている。格子線３８の長さは、一例として約７６ｍｍに設定されている。
【００３０】
同様に、第２撥液板２８ｂのＹ軸方向（図２（Ａ）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。
【００３１】
なお、格子線３７，３８のピッチは、例えば１μｍと設定される。図２（Ａ）及びその他の図において、図示の便宜のため、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。
【００３２】
また、回折格子ＲＧは、撥液性をそなえた低熱膨張率のガラス板ＣＧ（図８参照）でカバーされ、保護されている。ここで、ガラス板（カバーガラスとも呼ばれる）ＣＧ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、そのカバーガラスＣＧ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上面に設置されている。
【００３３】
また、ウエハテーブルＷＴＢの−Ｙ端面，−Ｘ端面には、図２（Ａ）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。
【００３４】
計測ステージＭＳＴは、図１に示されるように、不図示のリニアモータ等によってＸＹ平面内で駆動されるステージ本体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、不図示の駆動系によりベース盤１２に対し、少なくとも３自由度方向（Ｘ，Ｙ，θｚ）に駆動可能に構成されている。
【００３５】
なお、図７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。
【００３６】
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（Ｂ）に示されるように、照度むらセンサ９４、空間像計測器９６、波面収差計測器９８、照度モニタ（不図示）などが設けられている。また、ステージ本体９２には、前述の一対の送光系（不図示）に対向する配置で、一対の受光系（不図示）が設けられている。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）において、ウエハステージＷＳＴ上の計測プレート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を各送光系（不図示）で案内し、計測ステージＭＳＴ内の各受光系（不図示）の受光素子で受光する、空間像計測装置４５（図７参照）が構成される。
【００３７】
また、計測テーブルＭＴＢの＋Ｙ端面、−Ｘ端面には、干渉計用の反射面１９ａ，１９ｂが形成されている。
【００３８】
計測テーブルＭＴＢの−Ｙ側の面には、図２（Ｂ）に示されるように、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ＣＬ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。なお、ＦＤバー４６の表面及び計測テーブルＭＴＢの表面も撥液膜で覆われている。
【００３９】
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、前述の基準軸ＬＶ上で、投影光学系ＰＬ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が設けられている。プライマリアライメント系ＡＬ１は、不図示のメインフレームの下面に固定されている。図５に示されるように、プライマリアライメント系ＡＬ１を挟んで、Ｘ軸方向の一側と他側には、基準軸ＬＶに関してほぼ対称に検出中心が配置されるセカンダリアライメント系ＡＬ２1，ＡＬ２2と、ＡＬ２3，ＡＬ２4とがそれぞれ設けられている。セカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4は、可動式の支持部材を介してメインフレーム（不図示）の下面に固定されており、駆動機構６０1〜６０4（図７参照）を用いて、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。
【００４０】
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。
【００４１】
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）を投射し、その反射光を受光して、ウエハステージＷＳＴの位置を計測するＹ干渉計１６、及び３つのＸ干渉計１２６〜１２８、並びに計測ステージＭＳＴの位置を計測するＹ干渉計１８、及びＸ干渉計１３０等を備えている。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に投射する。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（図４参照）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に投射する。また、Ｘ干渉計１２７は、アライメント系ＡＬ１の検出中心にて基準軸ＬＶと直交するＸ軸に平行な直線（以下、基準軸と呼ぶ）ＬＡを測長軸とする測長ビームＢ６を含む少なくとも２つのＹ軸に平行な測長ビームを反射面１７ｂに投射する。また、Ｘ干渉計１２８は、Ｙ軸に平行な測長ビームＢ７を反射面１７ｂに投射する。
【００４２】
干渉計システム１１８の上記各干渉計からの位置情報は、主制御装置２０に供給される。主制御装置２０は、Ｙ干渉計１６及びＸ干渉計１２６又は１２７の計測結果に基づいて、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）のＸ，Ｙ位置に加え、θｘ方向の回転情報（すなわちピッチング情報）、θｙ方向の回転情報（すなわちローリング情報）、及びθｚ方向の回転情報（すなわちヨーイング情報）も求めることができる。
【００４３】
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（Ａ）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。
【００４４】
移動鏡４１に対向して、干渉計システム１１８（図７参照）の一部を構成する一対のＺ干渉計４３Ａ，４３Ｂが配置されている（図１及び図３参照）。Ｚ干渉計４３Ａ，４３Ｂは、移動鏡４１を介して、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にそれぞれ２つの測長ビームＢ１，Ｂ２を投射する。そして、Ｚ干渉計４３Ａ，４３Ｂは、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。
【００４５】
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を用いて計測される。干渉計システム１１８は、ウエハステージＷＳＴがエンコーダシステム１５０の計測領域外（例えば、アンローディングポジション又は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、干渉計システム１１８はエンコーダシステム１５０の計測結果の長期的変動（例えばスケールの経時的な変形などによる）を補正（較正）する場合などに補助的に使用される。勿論、干渉計システム１１８とエンコーダシステム１５０とを併用して、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）の全位置情報を計測することとしても良い。
【００４６】
干渉計システム１１８のＹ干渉計１８、Ｘ干渉計１３０は、図３に示されるように、反射面１９ａ，１９ｂに、干渉計ビーム（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、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）を計測し、その計測結果を、主制御装置２０に供給する。
【００４７】
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）を計測するための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。
【００４８】
図４に示されるように、ノズルユニット３２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、図５に示されるように、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、それぞれ配置されている。これらのヘッドユニット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。
【００４９】
ヘッドユニット６２Ａ及び６２Ｃは、図５に示されるように、それぞれ複数（ここでは５個）のＹヘッド６５1〜６５5及びＹヘッド６４1〜６４5を備えている。ここで、Ｙヘッド６５2〜６５5及びＹヘッド６４1〜６４4は、基準軸ＬＨ上に間隔ＷＤで配置されている。Ｙヘッド６５1及びＹヘッド６４5は、基準軸ＬＨから−Ｙ方向に所定距離離れたノズルユニット３２の−Ｙ側の位置に配置されている。Ｙヘッド６５1，６５2間、及びＹヘッド６４4，６４5間のＸ軸方向の間隔もＷＤに設定されている。なお、Ｙヘッド６５1〜６５5とＹヘッド６４5〜６４1は、基準軸ＬＶに関して対称に配置されている。以下では、必要に応じて、Ｙヘッド６５1〜６５5及びＹヘッド６４1〜６４5を、それぞれ、Ｙヘッド６５及びＹヘッド６４とも記述する。
【００５０】
ヘッドユニット６２Ａは、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７０Ａ（図７参照）を構成する。同様に、ヘッドユニット６２Ｃは、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リニアエンコーダ７０Ｃ（図７参照）を構成する。なお、以下では、Ｙリニアエンコーダを、適宜、「Ｙエンコーダ」又は「エンコーダ」と略述する。
【００５１】
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投射点）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。従って、例えば、露光の際などにはそれぞれ５個のＹヘッド６５，６４のうち、少なくとも各１つのＹヘッドが、常に、対応するＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2に対向する（計測ビームを投射する）。
【００５２】
ヘッドユニット６２Ｂは、図５に示されるように、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、基準軸ＬＶ上に間隔ＷＤで配置された複数（ここでは４個）のＸヘッド６６1〜６６4を備えている。以下では、必要に応じて、Ｘヘッド６６5〜６６8及びＸヘッド６６1〜６６4をＸヘッド６６とも記述する。
【００５３】
ヘッドユニット６２Ｂは、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７０Ｂ（図７参照）を構成する。また、ヘッドユニット６２Ｄは、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７参照）を構成する。なお、以下では、Ｘリニアエンコーダを、適宜、「エンコーダ」と略述する。
【００５４】
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（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投射点）のＹ軸方向の間隔ＷＤは、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（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。従って、例えば、露光の際などには、ヘッドユニット６２Ｂ，６２Ｄが備えるＸヘッド６６のうち少なくとも１つが、常に、対応するＸスケール（３９Ｘ1又は３９Ｘ2）に対向する（計測ビームを投射する）。
【００５５】
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。ここで、３個のＹヘッド６７1〜６７3は、セカンダリアライメント系ＡＬ２1の−Ｘ側に、基準軸ＬＡ上に間隔ＷＤとほぼ同一間隔で配置されている。Ｙヘッド６７4は、基準軸ＬＡから＋Ｙ方向に所定距離離れたセカンダリアライメント系ＡＬ２1の＋Ｙ側に配置されている。なお、Ｙヘッド６７3，６７4間のＸ軸方向の間隔もＷＤと設定されている。
【００５６】
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。これらの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６７1〜６７4及びＹヘッド６８1〜６８4を、それぞれＹヘッド６７及びＹヘッド６８とも記述する。
【００５７】
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）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。
【００５８】
また、本実施形態では、セカンダリアライメント系のベースライン計測時などに、セカンダリアライメント系ＡＬ２1，ＡＬ２4にＸ軸方向で隣接するＹヘッド６７3，６８2が、ＦＤバー４６の一対の基準格子５２とそれぞれ対向し、その一対の基準格子５２と対向するＹヘッド６７3，６８2によって、ＦＤバー４６のＹ位置が、それぞれの基準格子５２の位置で計測される。以下では、一対の基準格子５２にそれぞれ対向するＹヘッド６７3，６８2によって構成されるエンコーダをＹリニアエンコーダ（適宜、「Ｙエンコーダ」又は「エンコーダ」とも略述する）７０Ｅ2，７０Ｆ2（図７参照）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。
【００５９】
上述したリニアエンコーダ７０Ａ〜７０Ｆの計測値は、主制御装置２０に供給され、主制御装置２０は、リニアエンコーダ７０Ａ〜７０Ｄのうちの３つ、又はリニアエンコーダ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（計測ステージＭＳＴ）のθｚ方向の回転を制御する。
【００６０】
本実施形態の露光装置１００には、図４及び図６に示されるように、ウエハステージＷＳＴに載置されるウエハＷの全面の面位置を計測するための多点焦点位置検出系（９０ａ，９０ｂ）と、ウエハステージＷＳＴのＺ軸方向と傾斜方向の位置を計測するための面位置計測システム１８０を構成する複数のＺセンサのヘッド（以下、Ｚヘッドと略述する）７２ａ〜７２ｄ，７４1〜７４5，７６1〜７６5が設けられている。Ｚヘッド（７２ａ〜７２ｄ，７４1〜７４5，７６1〜７６5）は、図７に示されるように、該Ｚヘッド共に面位置計測システム１８０を構成する信号処理・選択装置１７０を介して主制御装置２０に接続される。多点焦点位置検出系（９０ａ，９０ｂ）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焦点位置検出系が用いられている。
【００６１】
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。図４及び図６では、それぞれ検出ビームが照射される複数の検出点が、個別に図示されず、照射系９０ａ及び受光系９０ｂの間でＸ軸方向に延びる細長い検出領域（ビーム領域）ＡＦとして示されている。
【００６２】
Ｚヘッド７２ａ，７２ｂ、及び７２ｃ，７２ｄは、図６に示されるように、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の検出領域ＡＦの両端部近傍に、基準軸ＬＶに関して対称に配置されている。また、Ｚヘッド７６j，７４i（ｉ，ｊ＝１〜５）は、前述のヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃの内部に、５つのＹヘッド６５j，６４i（ｉ，ｊ＝１〜５）と同じＸ位置に、ただしＹ位置をずらして、それぞれ配置されている。ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃがそれぞれ備える５つのＺヘッド７６j，７４i（より正確には、Ｚヘッドが発する計測ビームのスケール上の投射点）のＸ軸方向の間隔は、Ｙヘッドの６５j，６４iのＸ軸方向の間隔ＷＤと等しく設定されている。従って、Ｙヘッド６５，６４と同様に、例えば露光時などには、それぞれ５個のＺヘッド７６j，７４iのうち、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（計測ビームを投射する）。
【００６３】
Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄ、７６j，７４iとしては、例えば、ＣＤドライブ装置などで用いられる光ピックアップと同様の光学式変位センサのヘッドが用いられる。Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄ、７６j，７４iは、ウエハテーブルＷＴＢに対し上方から計測ビームを投射し、その反射光を受光して、投射点におけるウエハテーブルＷＴＢの面位置を計測する。なお、本実施形態では、Ｚヘッドの計測ビームは、前述のＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2（反射型回折格子）によって反射される構成を採用している。
【００６４】
図７には、露光装置１００の制御系の主要な構成が示されている。この制御系は、装置全体を統括的に制御するマイクロコンピュータ（又はワークステーション）から成る主制御装置２０を中心として構成されている。なお、図７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、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。
【００６５】
本実施形態では、主制御装置２０は、エンコーダシステム１５０（図７参照）を用いることにより、ウエハステージＷＳＴの有効ストローク領域、すなわちアライメント及び露光動作のためにウエハステージＷＳＴが移動する領域において、その３自由度（Ｘ，Ｙ，θｚ）方向の位置座標を計測することができる。
【００６６】
エンコーダシステム１５０（図７参照）を構成するエンコーダ７０Ａ〜７０Ｆのヘッド（６４1〜６４5，６５1〜６５5，６６1〜６６8，６７1〜６７４，６８1〜６８4）として、次に説明するような回折干渉型のエンコーダヘッドが用いられている。
【００６７】
図８には、エンコーダ７０Ａ〜７０Ｆを代表して、エンコーダ７０Ｃの構成が示されている。図８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。
【００６８】
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Ｙ軸及びＺ軸に対して４５度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ＬＢ０の光路上に配置されたレンズＬ１とを含む。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。受光系６４ｃは、図９に示されるように、第１及び第２光検出器ＥＤ１，ＥＤ２、ビームスプリッタＢＳ、及び反射ミラーＲ等を含む。
【００６９】
半導体レーザＬＤから射出されたレーザビームＬＢ０はレンズＬ１を介して偏光ビームスプリッタＰＢＳに入射し、２つの計測ビームＬＢ1，ＬＢ2に偏光分離される。ここで「偏光分離」とは、入射ビームをＰ偏光成分とＳ偏光成分に分離することを意味する。偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過した計測ビームＬＢ1は反射ミラーＲ１ａを介してＹスケール３９Ｙ2に形成された反射型回折格子ＲＧに到達し、偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射された計測ビームＬＢ2は反射ミラーＲ１ｂを介して反射型回折格子ＲＧに到達する。
【００７０】
計測ビームＬＢ（ＬＢ1，ＬＢ2）として、本実施形態では、図１０（Ａ）に示される円形の断面、又は図１０（Ｂ）に示される回折格子ＲＧの周期方向に長く延びる楕円形の断面、を有する計測ビームＬＢが用いられるものとする。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
受光系６４ｃに送光された出力ビームＬＢ３は、図９に示されるように、ビームスプリッタＢＳに入射し、主ビームＬＢ４と副ビームＬＢ５とに分離される。本実施形態では、説明の便宜上、ビームスプリッタＢＳとして、反射率０．５の光学素子（例えばハーフミラー）が用いられているものとする。ただし、ビームスプリッタＢＳの反射率は、０．５に限られるものではない。
【００７４】
主ビームＬＢ４は、第１光検出器ＥＤ１によって受光される。主ビームＬＢ４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主ビームＬＢ４のＳ，Ｐ偏光成分）は、第１光検出器ＥＤ１の内部において、検光子によって偏光方向が揃えられ、相互に干渉して干渉光となる。さらに、例えば特開２００３−３２２５５１号公報に開示されているように、その干渉光は４つの光に分岐される。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ＥＤ1（内部のディテクタ）によって受光されて、それぞれの光強度Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４に応じた電気信号に変換される。
【００７５】
一方、副ビームＬＢ５は、反射ミラーＲを介して、第２光検出器ＥＤ２によって受光される。そして、光検出器ＥＤ２によって検出され、副ビームＬＢ５の強度ＩＲに応じた電気信号に変換される。ここで、副ビームＬＢ５の強度ＩＲは、副ビームＬＢ５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副ビームＬＢ５のＳ偏光成分とＰ偏光成分）のそれぞれの強度の和に等しい。なお、第２光検出器ＥＤ２の内部に副ビームＬＢ５をＳ偏光成分とＰ偏光成分とに分離する偏光ビームスプリッタを設け、一方の偏光成分の強度を計測することとしても良い。これは、２つの回折ビームの一方の強度を計測することに他ならない。
【００７６】
主ビームＬＢ４のＳ及びＰ偏光成分から合成された干渉光（以下、適宜、主ビームと同じ記号を用いて干渉光ＬＢ４と表記する）の分岐光の強度Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４と副ビームＬＢ５の強度ＩＲとに応じた電気信号が、Ｙエンコーダ７０Ｃの出力として、主制御装置２０に送られる。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３９Ｙ2間の相対変位ΔＹを求めるとともに、その求めた相対変位ΔＹの信頼度の高低を判定する（すなわち信頼性の有無を判断、若しくは信頼性の評価を行う）。以下では、強度Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４と強度ＩＲとに応じた電気信号を、エンコーダの出力Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４，ＩＲとも表記する。
【００７７】
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。ここで、簡単のため、計測ビームＬＢ1，ＬＢ2の強度は互いに等しい、且つ出力Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４，ＩＲの最大値は干渉光ＬＢ４の強度Ｉの最大値に等しくなるように定数倍されている、と仮定して、エンコーダの出力Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４，ＩＲは、次式のように表されるとする。ここで、φは、計測ビームＬＢ1，ＬＢ2（それらに由来する主ビームＬＢ４のＳ，Ｐ偏光成分）の間の位相差である。
【００７８】
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）
ＩＲ＝Ａ                                  …（１ｅ）
【００７９】
まず、主制御装置２０は、Ｙエンコーダ７０Ｃの出力Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４を用いて、次式（２ａ）、（２ｂ）で表される差Ｉ１３，Ｉ４２を求める。
Ｉ１３＝Ｉ１−Ｉ３＝２Ａｃｏｓ（φ）    …（２ａ）
Ｉ４２＝Ｉ４−Ｉ２＝２Ａｓｉｎ（φ）    …（２ｂ）
【００８０】
なお、差Ｉ１３，Ｉ４２は、光学回路（又は電気回路）を第１光検出器ＥＤ１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。そして、図１１（Ａ）に示されるように、横軸に関して原点Ｏからの距離が差Ｉ１３、縦軸に関して原点Ｏからの距離が差Ｉ４２、となる点ρ（Ｉ１３，Ｉ４２）をプロットする。図１１（Ａ）〜図１１（Ｄ）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。
【００８１】
ここで、理想状態、すなわちＹエンコーダ７０Ｃによる計測が正常に行われる状態における、点ρ（Ｉ１３，Ｉ４２）の動きを考える。理想状態では、干渉光ＬＢ４の強度Ｉの振幅Ａは常に一定である。従って、出力Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４，ＩＲの振幅Ａも常に一定である。そのため、図１１（Ａ）に示されている点ρ（Ｉ１３，Ｉ４２）は、干渉光ＬＢ４の強度Ｉの変化（すなわち出力Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，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。
【００８２】
また、理想状態では、干渉光ＬＢ４の強度Ｉは、Ｙスケール３９Ｙ2（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、式（１ａ）のように、正弦的に変化する。同様に、４つの分岐光の強度Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４も、Ｙスケール３９Ｙ2の変位に伴い、それぞれ式（１ａ），（１ｂ），（１ｃ），（１ｄ）のように、正弦的に変化する。この理想状態では、位相差φは、図１１（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ない限り、位相差と位相を区別することなく用いる）は、相対変位ΔＹに対し、次式（３）のように変化する。
【００８３】
φ（ΔＹ）＝２πΔＹ／（ｐ／４ｎ）＋φ０  …（３）
式（３）において、ｐはスケール３９Ｙ2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）より定まる定位相項である。
【００８４】
式（３）より、位相φは、計測ビームＬＢ1，ＬＢ2の波長λ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（計測ピッチとも呼ぶ）ｐ／４ｎ増加（減少）すると２π増加（減少）することがわかる。従って、干渉光ＬＢ４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。
【００８５】
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１１（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。
【００８６】
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ＬＢ４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、次式（４）のように求められる。
【００８７】
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。
【００８８】
次に、エンコーダ７０Ｃによる計測に異常が発生した状態、例えば、図１０（Ａ）又は図１０（Ｂ）に示されるように、スケール３９Ｙ2の回折格子ＲＧ上に付着した異物ＤＷによって、計測ビームＬＢ（ＬＢ1，ＬＢ2）が遮られる状況（以下、スケールの異常とも呼ぶ）における点ρ（Ｉ１３，Ｉ４２）の動きを考える。
【００８９】
異常発生前には、図１１（Ｃ）中に、点ρ（Ｉ１３，Ｉ４２）が、半径２Ａの円周上の点ａに位置している。この状態から、スケール３９Ｙ2（ウエハステージＷＳＴ）がＹ軸方向に変位し、それに伴い異物ＤＷがスケール３９Ｙ2上の計測ビームＬＢの照射領域内に侵入し、そして異物ＤＷによって計測ビームＬＢが徐々に遮られるとする。この時、干渉光ＬＢ４の強度Ｉは、図１１（Ｅ）に示されるように、スケール３９Ｙ2の変位ΔＹとともに振動する。それと同時に、強度Ｉが取り得る最大値が小さくなる。すなわち、強度Ｉの振幅（破線を用いて表した包絡線）が、点ａから点ｃへと減衰し、Ａより小さくなる。この時、図１１（Ｃ）において、点ρ（Ｉ１３，Ｉ４２）は、半径２Ａの円周から外れて曲線ａｃを辿って、点ｃに到達する。
【００９０】
本実施形態では、先に説明したように、点ρ（Ｉ１３，Ｉ４２）の位相φ、すなわち図１１（Ｃ）における点ｃの位相φから、計測ビームＬＢ1，ＬＢ2の間の位相差φを求める。ここで、上述のようなスケールの異常が発生し、干渉光ＬＢ４の強度Ｉの振幅が減衰したとしても、点ρ（Ｉ１３，Ｉ４２）の位相φは計測ビームＬＢ1，ＬＢ2の間の位相差φと必ず一致する（図１１（Ｃ）の点ｃ参照）。従って、上述した本実施形態の相対変位ΔＹの算出方法を適用することにより、上述のスケールの異常の発生時においても、正確に計測ビームＬＢ1，ＬＢ2の間の位相差φを、ひいてはそのφを用いてスケール３９Ｙ2の変位ΔＹを算出（計測）することができる。
【００９１】
ただし、第１光検出器ＥＤ１の内部で、干渉光ＬＢ４を４つの分岐光に分岐し、それぞれの強度Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４を検出する光学素子（さらには差Ｉ１３，Ｉ４２を求める光学回路（又は電気回路））の設計誤差などにより、出力Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４のそれぞれに時間に対して一定の誤差成分が含まれることがある。この場合、差Ｉ１３，Ｉ４２は、一般的に、次式（５ａ），（５ｂ）のように振る舞う。
【００９２】
Ｉ１３＝２Ａｃｏｓ（φ）＋Ｂ１３  …（５ａ）
Ｉ４２＝２Ａｓｉｎ（φ）＋Ｂ４２  …（５ｂ）
従って、図１１（Ｄ）に示されるように、理想状態であっても、点ρ（Ｉ１３，Ｉ４２）の円軌道の中心Ｏ’は、座標原点Ｏからシフトする。すなわち、点ρ（Ｉ１３，Ｉ４２）の位相φは、計測ビームＬＢ1，ＬＢ2間の位相差（この場合、図中のφ’に等しい）からずれる。
【００９３】
通常、上記Ｂ１３，Ｂ４２が振幅２Ａと比べて無視できるほど小さくなるように、第１光検出器ＥＤ１が設計されているので、良い近似で点ρ（Ｉ１３，Ｉ４２）の位相φは位相差φ’に等しいとみなすことができる。しかし、得られる出力Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４（すなわちＩ１３，Ｉ４２）の強度が低すぎる場合には、Ｂ１３，Ｂ４２が振幅２Ａに対して相対的に大きくなるため、点ρ（Ｉ１３，Ｉ４２）の位相φの位相差φ’からのずれが無視できなくなる。従って、点ρ（Ｉ１３，Ｉ４２）の位相φを用いて変位ΔＹを求めたとしても、変位ΔＹの算出結果（計測結果）が正しいことを保証できない。
【００９４】
そこで、主制御装置２０は、副ビームＬＢ５の強度ＩＲを指標として、変位ΔＹの算出結果（計測結果）の信頼度の高低を判定する。具体的には、主制御装置２０は、副ビームＬＢ５の強度ＩＲが予め設定された閾強度Ｉｔｈ以上の場合には、位相φの変化から導かれるカウント値ｃΔＹと位相変位φ’の計測結果（すなわちこれらから求められる変位ΔＹの計測値ＣΔＹ）の信頼度は高いと判断する。逆に、副ビームＬＢ５の強度ＩＲが閾強度Ｉｔｈを下回った場合には、主制御装置２０は、カウント値ｃΔＹと位相変位φ’の計測結果（すなわちこれらから求められる変位ΔＹの計測値ＣΔＹ）の信頼度は低いと判断する。
【００９５】
信頼度は低いが補正が可能と判断された場合、副ビームＬＢ５の強度ＩＲを用いて、位相φを補正する。そこで、エンコーダ７０Ｃの使用に先立って、上記の定数Ａ，Ｂ１３，Ｂ４２を計測しておく。そして、差Ｉ１３，Ｉ４２の実測値に、式（２ａ）（２ｂ）ではなく、式（５ａ）（５ｂ）（ただし定数Ａに対して式（１ｅ）を適用する）を適用することにより、真の位相差φが求められる。
【００９６】
なお、環境の温度、気圧などの変化により、エンコーダヘッドの光源（半導体レーザ）ＬＤから射出されるレーザビームＬＢ０の強度が微小変化した場合、該強度変化に伴って副ビームＬＢ５の強度ＩＲも微小変化する。かかる場合には、上述したようなスケールの異常などがないにもかかわらず、図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）において、点ρ（Ｉ１３，Ｉ４２）の軌道は半径２Ａの円周から外れ、不安定な軌道上を点ρ（Ｉ１３，Ｉ４２）が移動することが起こり得る。そこで、主制御装置２０は、レーザビームＬＢ０の強度Ｉ０を計測し、副ビームＬＢ５の強度ＩＲを規格化し、規格化された強度ＩＲ／（Ｉ０／〈Ｉ０〉）を、上記の指標として用いることとしても良い。ただし、〈Ｉ０〉は、安定時におけるレーザビームＬＢ０の強度である。
【００９７】
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。
【００９８】
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、上述の主ビーム（干渉光）ＬＢ４の分岐光の強度Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４と副ビームＬＢ５の強度ＩＲとに応じた出力信号（出力Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４，ＩＲ）が、主制御装置２０に供給される。主制御装置２０は、供給された出力Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４，ＩＲ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。その計測結果は、上述のエンコーダ７０Ａ、７０Ｃ及び７０Ｂ又は７０Ｄ（又はエンコーダ７０Ｅ1，７０Ｆ1及び７０Ｂ又は７０Ｄ）の計測結果として、主制御装置２０に供給される。
【００９９】
主制御装置２０は、エンコーダ７０Ａ、７０Ｃ及び７０Ｂ又は７０Ｄ（又はエンコーダ７０Ｅ1，７０Ｆ1及び７０Ｂ又は７０Ｄ）の計測結果が信頼できる場合、すなわち上述の副ビームＬＢ５の強度ＩＲを用いた信頼度の高低の判定の結果、信頼度が高いと判定された場合、それらを用いて、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内での位置（Ｘ，Ｙ，θｚ）を算出する。そして、その算出結果に基づいて、ウエハステージＷＳＴをＸＹ平面内で駆動制御する。ここで、Ｘヘッド６６，Ｙヘッド６５，６４（又は６８，６７）の計測値（それぞれＣＸ，ＣＹ1，ＣＹ2と表記する）は、ウエハステージＷＳＴの位置（Ｘ，Ｙ，θｚ）に対して、次式（６）〜（８）のように依存する。
【０１００】
ＣＸ＝  （ｐＸ−Ｘ）ｃｏｓθｚ＋（ｑＸ−Ｙ）ｓｉｎθｚ  …（６）
ＣＹ1＝−（ｐＹ1−Ｘ）ｓｉｎθｚ＋（ｑＹ1−Ｙ）ｃｏｓθｚ  …（７）
ＣＹ2＝−（ｐＹ2−Ｘ）ｓｉｎθｚ＋（ｑＹ2−Ｙ）ｃｏｓθｚ  …（８）
ただし、（ｐＸ，ｑＸ），（ｐＹ1，ｑＹ1），（ｐＹ2，ｑＹ2）は、それぞれＸヘッド６６，Ｙヘッド６５（又は６８），Ｙヘッド６４（又は６７）のＸ，Ｙ設置位置（より正確には計測ビームの投射点のＸ，Ｙ位置）である。そこで、主制御装置２０は、３つのヘッドの計測値ＣＸ，ＣＹ1，ＣＹ2を連立方程式（６）〜（８）に代入し、それらを解くことにより、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。
【０１０１】
また、主制御装置２０は、エンコーダ７０Ｅ2，７０Ｆ2の計測結果が信頼できる場合、すなわち上述の副ビームＬＢ５の強度ＩＲを用いた信頼度判定の結果、信頼度が高いと判定された場合、エンコーダ７０Ｅ2，７０Ｆ2の計測結果に基づいて、ＦＤバー４６（計測ステージＭＳＴ）のθｚ方向の回転を制御する。ここで、エンコーダ７０Ｅ2，７０Ｆ2の計測値（それぞれＣＹ1，ＣＹ2と表記する）は、ＦＤバー４６の（Ｘ，Ｙ，θｚ）位置に対し、式（７）（８）のように依存する。従って、ＦＤバー４６のθｚ位置は、計測値ＣＹ1，ＣＹ2より、次式（９）のように求められる。
【０１０２】
ｓｉｎθｚ＝−（ＣＹ1−ＣＹ2）／（ｐＹ1−ｐＹ2）  …（９）
ただし、簡単のため、ｑＹ1＝ｑＹ2を仮定した。
【０１０３】
一方、エンコーダ７０Ａ、７０Ｃ及び７０Ｂ又は７０Ｄ（又はエンコーダ７０Ｅ1，７０Ｆ1及び７０Ｂ又は７０Ｄ）の計測結果が信頼できない場合、主制御装置２０は、エンコーダシステム１５０を用いるウエハステージＷＳＴの位置計測を中断し、干渉計システム１１８を用いて位置計測を行う。そして、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）の信頼性が回復した際に、エンコーダシステム１５０を用いる位置計測を再開する。
【０１０４】
本実施形態の露光装置１００において、主制御装置２０は、上述のように、エンコーダシステム１５０を用いてウエハステージＷＳＴの（Ｘ，Ｙ，θｚ）位置を計測し、その結果に従ってウエハステージＷＳＴを駆動制御する。そして、国際公開第２００７／０９７３７９号パンフレットの実施形態中に開示されている手順と同様の手順に従って、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を実行する。
【０１０５】
以上詳細に説明したように、本実施形態の露光装置１００によると、主制御装置２０により、各エンコーダで計測された副ビームＬＢ５の強度ＩＲと干渉光ＬＢ４の強度Ｉ（より正確には分岐光の強度Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４）とに基づいて、ウエハステージＷＳＴの計測方向に関する位置情報が算出され、該位置情報に基づいて、ウエハステージＷＳＴが駆動される。ここで、例えばゴミなどの存在により干渉光の元となる回折光の強度が低下した場合、干渉光の強度変化のみに基づいてウエハステージＷＳＴの位置情報を算出する場合と異なり、回折光の強度信号の振幅の減衰が考慮された正確な位置情報が算出される。従って、主制御装置２０が、この算出された位置情報に基づいて、レチクルＲ（レチクルステージＲＳＴ）に同期して、ウエハステージＷＳＴを精度良く駆動することができ、これによりウエハステージＷＳＴに保持されたウエハＷ上の各ショット領域に走査露光により、精度良くレチクルＲのパターンを形成することが可能になる。
【０１０６】
《第２の実施形態》
次に、本発明の第２の実施形態を、図１２、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）、図１３（Ａ）〜図１３（Ｃ）、及び図１４（Ａ）〜図１４（Ｃ）に基づいて説明する。ここで、前述した第１の実施形態の露光装置１００と同一若しくは同等の構成部分については、同一の符号を用いると共に、その説明を省略若しくは簡略する。
【０１０７】
本第２の実施形態の露光装置は、エンコーダシステム１５０が備えるエンコーダヘッドの構成及びその計測結果の処理方法が、前述の第１の実施形態の露光装置１００と多少異なるが、その他の部分の構成などは露光装置１００と同様である。従って、以下では、相違点を中心に、第２の実施形態について説明する。
【０１０８】
本第２の実施形態の露光装置が備える各ヘッドユニット内のエンコーダヘッド６４，６５、６７，６８は、図８に示される、第１の実施形態におけるＹヘッド６４と同様に構成され、照射系、光学系、及び受光系の３部分を有する。
【０１０９】
ここで、ヘッドユニット６２ＣのＹヘッド６４及びこれを含むエンコーダ７０Ｃを代表的に取り上げて説明する。Ｙヘッド６４が備える受光系６４ｃは、図１２に示されるように、第１及び第２光検出器ＥＤ１，ＥＤ２、ビームスプリッタＢＳ及びハーフミラーＲ’を含む。ここで、ハーフミラーＲ’には、光源ＥＬが光学的に接続されており、該光源ＥＬがオンのときには、光源ＥＬから計測ビームＬＢ1，ＬＢ2の波長と同一波長の参照光ＥＢが入射されるようになっている。そして、参照光ＥＢは、ハーフミラーＲ’によって、ビームスプリッタＢＳで分離された副ビームＬＢ５と同軸に合成され（同軸上に集光され）、第２光検出器ＥＤ２に入射する。そして、第２光検出器ＥＤ２の内部で、参照光ＥＢは、副ビームＬＢ５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副ビームＬＢ５のＳ，Ｐ偏光成分）の一方と検光子により偏光方向が揃えられて相互に干渉して干渉光となり、その干渉光が不図示のディテクタ、例えばＣＣＤイメージセンサなどによって、受光され、該ディテクタから干渉光の断面内の強度分布に応じた電気信号（光電変換信号）が出力される。すなわち、第２光検出器ＥＤ２内部のディテクタによって、上記干渉光の断面内の強度分布が検出される。参照光ＥＢとしては、理想的な平面波（断面内の強度も一様とする）が用いられるものとする。
【０１１０】
また、光源ＥＬがオフの場合、第２光検出器ＥＤ２には、副ビームＬＢ５が入射し、第２光検出器ＥＤ２内部のディテクタによって、副ビームＬＢ５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主ビームＬＢ４のＳ，Ｐ偏光成分）の断面内の強度分布ＩＲ（ｘ，ｙ）及び強度ＩＲが検出される。ここでは、ビーム断面内の位置座標がｘ，ｙで表記されている。
【０１１１】
第１光検出器ＥＤ１の構成、機能などは、第１の実施形態と同一であり、第１光検出器ＥＤ１によって、主ビームＬＢ４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主ビームＬＢ４のＳ，Ｐ偏光成分）の干渉光の強度Ｉが検出される。
【０１１２】
図１３（Ａ）には、光源ＥＬがオフの場合に、第２光検出器ＥＤ２内部のディテクタ（ＣＣＤイメージセンサなど）で検出される強度分布ＩＲ（ｘ，ｙ）の一例が示されている。なお、副ビームＬＢ５の強度ＩＲは、ＩＲ＝∫ｄｘｄｙＩＲ（ｘ，ｙ）より求められる。また、強度ＩＲは、副ビームＬＢ５中の２つの回折ビームそれぞれの強度の和に等しい。
【０１１３】
主ビームＬＢ４のＳ及びＰ偏光成分から合成された干渉光（以下、適宜、主ビームと同じ記号を用いて干渉光ＬＢ４と表記する）の強度Ｉと、副ビームＬＢ５の強度ＩＲ及び強度分布ＩＲ（ｘ，ｙ）と、が、Ｙエンコーダ７０Ｃの出力として、主制御装置２０に転送される。主制御装置２０は、これらの出力から、ヘッド６４とスケール３９Ｙ１間の相対変位ΔＹを求めるとともに、その相対変位ΔＹ（Ｙエンコーダ７０Ｃの計測結果）の信頼度の高低を判定する。
【０１１４】
主制御装置２０は、第１の実施形態と同様に、Ｙエンコーダ７０Ｃの出力Ｉ（正確にはＩ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４），ＩＲからカウント値ｃΔＹと位相変位φ’を求める。ただし、式（１ｅ）で表わされる関係が成立するように、ビームスプリッタＢＳと反射ミラーＲ’の反射率に応じて、副ビームＬＢ５の強度ＩＲ（及び強度分布ＩＲ（ｘ，ｙ））の計測値を定数倍することとする。また、先と同様に、レーザビームＬＢ０の強度Ｉ０を計測し、副ビームＬＢ５の強度ＩＲ（及び強度分布ＩＲ（ｘ，ｙ））を規格化し、規格化された強度ＩＲ／（Ｉ０／〈Ｉ０〉）を用いることとしても良い。ただし、〈Ｉ０〉は、安定時におけるレーザビームＬＢ０の強度である。そして、主制御装置２０は、求められたカウント値ｃΔＹと位相変位φ’を式（４）に適用して、Ｙスケール３９Ｙ2（すなわちウエハステージＷＳＴ）の計測方向（Ｙ軸方向）への変位ΔＹを求める。
【０１１５】
本第２の実施形態では、主制御装置２０は、さらに、副ビームＬＢ５の強度分布ＩＲ（ｘ，ｙ）の計測結果を用いて、Ｙエンコーダ７０Ｃの計測結果（変位ΔＹ）の信頼度の高低を判定するとともに、可能な場合には、計測誤差を補正する。計測誤差（及びスケールの異常）の発生要因として、図１０（Ａ）又は図１０（Ｂ）に示されるように、スケール３９Ｙ2の回折格子ＲＧ上に異物ＤＷが付着し、その異物ＤＷによってＹヘッド６４の計測ビームＬＢ（ＬＢ1，ＬＢ2）が遮られる場合を取り上げる。ここでは、Ｙヘッド６４の計測ビームＬＢとして、図１０（Ａ）に示される円形状の断面を有する計測ビームＬＢが用いられているものとする。
【０１１６】
まず、計測誤差の発生機構について説明する。理想状態、すなわちＹエンコーダ７０Ｃによる計測が正常に行われる状態では、干渉光ＬＢ４の強度分布Ｉ（ｘ，ｙ）は、図１３（Ａ）に示される強度分布ＩＲ（ｘ，ｙ）と同様の分布となる。この状態で、図１０（Ａ）に示されるように、スケール３９Ｙ１の回折格子ＲＧ上に付着した異物ＤＷによって計測ビームＬＢ（ＬＢ1，ＬＢ2）が遮られると、干渉光ＬＢ４の強度分布Ｉ（ｘ，ｙ）は、図１３（Ｂ）に示される分布のように、一部の領域ｄにおいてその振幅が小さくなる。この場合、領域ｄは、異物ＤＷによって遮られた計測ビームＬＢの断面内の領域に対応する。
【０１１７】
ここで、干渉光ＬＢ４の強度分布Ｉ（ｘ，ｙ）は、断面内の位置ｘ，ｙと計測ビームＬＢ1，ＬＢ2の間の位相差φとの関数Ａ（ｘ，ｙ，φ）を用いて、表すことができる。すなわち、Ｉ（ｘ，ｙ）＝Ａ（ｘ，ｙ，φ）。関数Ａ（ｘ，ｙ，φ）は、干渉光ＬＢ４（すなわち計測ビームＬＢ1，ＬＢ2）が理想的な平面波である場合、次式（１０）のように表わすことができる。
【０１１８】
Ａ（ｘ，ｙ，φ）＝Ａ（ｘ，ｙ）（１＋ｃｏｓ（φ））  …（１０）
干渉光ＬＢ４の強度Ｉ＝∫ｄｘｄｙＩ（ｘ，ｙ）は、式（１０）を適用することにより、Ｉ＝ＩＭＡＸ（１＋ｃｏｓ（φ））と求められる。ただし、ＩＭＡＸ＝∫ｄｘｄｙＡ（ｘ，ｙ）である。
【０１１９】
すなわち、干渉光ＬＢ４の強度分布Ｉ（ｘ，ｙ）が平面波の強度分布から歪んでも、振幅ＩＭＡＸが変化するだけで、位相依存性（１＋ｃｏｓ（φ））は変化しない。従って、干渉光ＬＢ４（すなわち計測ビームＬＢ1，ＬＢ2）が理想的な平面波である限り、前述の第１の実施形態と同様の算出方法を適用して求められる位相φは、必ず、計測ビームＬＢ1，ＬＢ2の間の位相差φと一致する。そのため、第１の実施形態と同様の算出手法を用いる限り、上述のスケールの異常時などにおいても、変位ΔＹの算出誤差（計測誤差）は発生しない。
【０１２０】
しかるに、実際問題として、干渉光ＬＢ４（すなわち計測ビームＬＢ1，ＬＢ2）が、完全なる平面波であることは希であり、干渉光ＬＢ４は、波面に歪みが存在する波（以下、歪み波と呼ぶ）であることが通常である。従って、干渉光ＬＢ４では、位相差φが位置ｘ，ｙに依存するため、式（１０）のように、強度分布を表す関数Ａ（ｘ，ｙ，φ）を位置（ｘ，ｙ）のみに依存する部分と位相差φのみに依存する部分とに変数分離することはできない。この場合、干渉光ＬＢ４の強度Ｉを、先と同様の一般形ＩＭＡＸ’（１＋ｃｏｓ（θ））を用いて表すことができるが、その振幅ＩＭＡＸ’と位相θは、ともに、理想状態における振幅ＩＭＡＸと位相φからずれる。さらに、干渉光ＬＢ４の強度分布Ｉ（ｘ，ｙ）の変化によって、振幅ＩＭＡＸ’と位相θも変化する。従って、干渉光ＬＢ４が歪み波である場合、第１の実施形態と同様の解析手法を適用しても、変位ΔＹの計測誤差が発生する。
【０１２１】
本第２の実施形態の露光装置では、上述の計測誤差の発生機構に鑑みて、主制御装置２０により、以下のような計測結果の信頼度の高低判定と、計測誤差の補正方法とが、行われる。
【０１２２】
主制御装置２０は、露光装置１００の起動時など、理想状態、すなわちＹエンコーダ７０Ｃが正常に作動している状態において、第２光検出器ＥＤ２を用いて副ビームＬＢ５の断面内の強度分布ＩＲ０（ｘ，ｙ）を計測する。
【０１２３】
ここで、図１３（Ａ）に示される強度分布ＩＲ０（ｘ，ｙ）が得られたとする。そして、その結果を記憶装置に保存する。ここで、エンコーダヘッドの構成より明らかなように、副ビームＬＢ５の強度分布ＩＲ（ｘ，ｙ）は、振幅が異なることを除いて、干渉光ＬＢ４の強度分布Ｉ（ｘ，ｙ）に等しい、すなわちＩＲ（ｘ，ｙ）∝Ｉ（ｘ，ｙ）の関係がある。なお、前述のように、関係ＩＲ＝ＩＭＡＸが成立するように、ビームスプリッタＢＳとハーフミラーＲ’の反射率に応じて、強度分布ＩＲ（ｘ，ｙ）の計測値を定数倍することとする。
【０１２４】
一方、露光装置１００の作動中、すなわちＹエンコーダ７０Ｃの使用中に、図１３（Ｂ）に示される副ビームＬＢ５の強度分布ＩＲ（ｘ，ｙ）が計測されたとすると、主制御装置２０は、その計測された強度分布ＩＲ（ｘ，ｙ）を、理想状態における強度分布ＩＲ０（ｘ，ｙ）と比較し、両者の差、すなわち強度変化分布ΔＩＲ（ｘ，ｙ）（＝ＩＲ（ｘ，ｙ）−ＩＲ０（ｘ，ｙ））を求める。これにより、図１３（Ｃ）に示されるような強度変化分布ΔＩＲ（ｘ，ｙ）が求められる。強度変化分布ΔＩＲ（ｘ，ｙ）より、領域ｄにおいて、計測ビームＬＢ（ＬＢ1，ＬＢ2）が、異物ＤＷによって遮られたことが読み取られる。異物ＤＷの大きさ（面積）は領域ｄの面積に対応する（等しい）。その異物ＤＷによって、計測ビームＬＢ（ＬＢ1，ＬＢ2）が遮られ、副ビームＬＢ５の強度ＩＲがΔＩＲ＝∫ｄｘｄｙΔＩＲ（ｘ，ｙ）小さくなったことが分かる。
【０１２５】
そこで、主制御装置２０は、領域ｄの面積Ｓｄ及び強度変化ΔＩＲを、予め定められた閾面積Ｓｔｈ及び閾変化ΔＩｔｈとそれぞれ比較する。そして、面積Ｓｄが閾面積Ｓｔｈを超えた場合（Ｓｄ＞Ｓｔｈ）、あるいは強度変化ΔＩＲが閾変化ΔＩｔｈを超えた場合（ΔＩＲ＞ΔＩｔｈ）に、Ｙエンコーダ７０Ｃの計測結果の信頼度は低いと判定し、その他の場合は、Ｙエンコーダ７０Ｃの計測結果の信頼度は高いと判定する。
【０１２６】
信頼度が高いと判定された場合（Ｓｄ≦Ｓｔｈ且つΔＩＲ≦ΔＩｔｈ）には、Ｓｄ≠０又はΔＩＲ≠０であるか否かを判断する。そして、この判断が否定された場合、すなわちＳｄ＝０かつΔＩＲ＝０の場合には、主制御装置２０は、Ｙエンコーダ７０Ｃの計測結果の補正は不要であると判断する。一方Ｓｄ≠０又はΔＩＲ≠０である場合には、主制御装置２０は、Ｙエンコーダ７０Ｃの計測結果は、補正可能であると判断し、以下のように干渉光ＬＢ４の波面の歪みΔφ（ｘ，ｙ）を用いて、計測誤差を補正する。
【０１２７】
主制御装置２０は、予め、露光装置１００の起動時など、理想状態、すなわちＹエンコーダ７０Ｃによる計測が正常に行われる状態において、干渉光ＬＢ４の波面の歪みΔφ（ｘ、ｙ）を計測する。すなわち、主制御装置２０は、前述の光源ＥＬをオンにして、参照光ＥＢと、副ビームＬＢ５２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副ビームＬＢ５中のＳ，Ｐ偏光成分）の一方との干渉光の断面内の強度分布を、第２光検出器ＥＤ２を用いて計測する。ここで、参照光ＥＢとして、理想的な平面波（断面内の強度も一様とする）が用いられるので、検出される強度分布は、干渉光ＬＢ４の波面の歪みを表す。従って、主制御装置２０は、このようにして計測した干渉光ＬＢ４（計測ビームＬＢ1，ＬＢ2）の波面の歪みΔφ（ｘ、ｙ）を、不図示の記憶装置に記憶する。
【０１２８】
なお、計測ビームＬＢ1，ＬＢ2の歪みがほぼ等しい場合、副ビームＬＢ５と参照光ＥＢとの合成光を干渉させなくても良い。その場合、計測ビームＬＢ1，ＬＢ2の歪みの平均が得られる。
【０１２９】
ここで、一例として、計測ビームＬＢ1，ＬＢ2が、球面状の波面を有する球面波である場合を考える。この場合、計測ビームＬＢ1，ＬＢ2に由来する干渉光ＬＢ４及び副ビームＬＢ５は、球面波となる。従って、副ビームＬＢ５と参照光ＥＢとの干渉光の強度分布ＩＲＤ（ｘ，ｙ）として、図１４（Ａ）に示されるような波紋状の強度分布が得られる。この強度分布ＩＲＤ（ｘ，ｙ）が、副ビームＬＢ５の波面の歪み（すなわち干渉光ＬＢ４（計測ビームＬＢ1，ＬＢ2）の波面の歪み）を表す。なお、図１４（Ｂ）には、図１４（Ａ）のｘ軸方向の中心におけるｙ軸方向に関する強度分布が示されている。
【０１３０】
図１４（Ａ）において、個々の波紋の間で位相が２π異なる。従って、強度分布ＩＲＤ（ｘ，ｙ）から、干渉光ＬＢ４の断面内での歪み、すなわち位相の分布Δφ（ｘ，ｙ）が求められる。ここで、位相の平均、すなわちφ０＝∫ｄｘｄｙφ（ｘ，ｙ）ＩＲＤ（ｘ，ｙ）／∫ｄｘｄｙＩＲＤ（ｘ，ｙ）を基準として、位相の分布Δφ（ｘ，ｙ）を求める。一例として、図１４（Ａ）では、最も内側の波紋の中心上での位相がφ０に等しいとした。これにより、図１４（Ｃ）中に等高線図によって表わされる歪み（位相の分布）Δφ（ｘ，ｙ）が得られる。得られた歪み（位相の分布）Δφ（ｘ，ｙ）は、記憶装置に保存される。
【０１３１】
露光装置１００の作動中、すなわちＹエンコーダ７０Ｃの作動中において、補正可能な計測誤差が発生していると診断された際には、主制御装置２０は、図１３（Ｃ）に示されるような強度変化分布ΔＩ（ｘ，ｙ）を用いて、記憶装置に保存された歪み（位相の分布）Δφ（ｘ，ｙ）を、図１４（Ｃ）に示されるように重みづけし、平均して、歪みによる位相のずれ（誤差）〈Δφ〉＝∫ｄｘｄｙΔφ（ｘ，ｙ）ΔＩＲ（ｘ，ｙ）／∫ｄｘｄｙΔＩＲ（ｘ，ｙ）を求める。そして、主制御装置２０は、求められた位相のずれ（誤差）〈Δφ〉を用いて、第１の実施形態と同様の算出方法を適用して求めた位相φを、φ→φ−〈Δφ〉と、補正する。
【０１３２】
主制御装置２０は、上述の手順に従って、各エンコーダの計測結果の信頼度の高低判定を行うと共に、必要な場合、計測誤差を補正する。そして、主制御装置２０は、エンコーダ７０Ａ、７０Ｃ及び７０Ｂ又は７０Ｄ（又はエンコーダ７０Ｅ1，７０Ｆ1及び７０Ｂ又は７０Ｄ）の計測結果の信頼度が高い場合、第１の実施形態と同様に、それらを式（６）〜（８）に適用して、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。また、エンコーダ７０Ｅ2，７０Ｆ2の計測結果の信頼度が高い場合、それらを式（９）に適用して、ＦＤバー４６のθｚ位置を算出する。
【０１３３】
この一方、エンコーダ７０Ａ、７０Ｃ及び７０Ｂ又は７０Ｄ（又はエンコーダ７０Ｅ1，７０Ｆ1及び７０Ｂ又は７０Ｄ）の計測結果の信頼度が低い場合、主制御装置２０は、エンコーダシステム１５０を用いるウエハステージＷＳＴの位置計測を中断し、干渉計システム１１８を用いて位置計測を行う。そして、エンコーダ７０Ａ、７０Ｃ及び７０Ｂ又は７０Ｄ（又はエンコーダ７０Ｅ1，７０Ｆ1及び７０Ｂ又は７０Ｄ）の計測結果の信頼性が回復した際に、エンコーダシステム１５０を用いる位置計測を再開する。
【０１３４】
本第２の実施形態の露光装置１００においては、主制御装置２０は、国際公開第２００７／０９７３７９号パンフレットの実施形態中に開示されている手順と同様の手順に従って、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を実行する。その際、主制御装置２０は、上述のように、エンコーダシステム１５０を用いてウエハステージＷＳＴの（Ｘ，Ｙ，θｚ）位置を計測し、その結果に従ってウエハステージＷＳＴを駆動制御する。
【０１３５】
以上説明したように、本第２の実施形態の露光装置によると、前述した第1の実施形態と同等の効果を得ることができる。これに加え、各エンコーダで計測されるウエハステージＷＳＴの位置情報（相対変位ΔＹ）の信頼度の高低を、異物ＤＷによって遮られた計測ビームＬＢの断面内の領域ｄの面積Ｓｄ及び副ビームＬＢ５の強度変化ΔＩＲに基づいて判定し、その判定の結果信頼度が高い場合に、各エンコーダで計測される位置情報を、補正する必要がある場合に、補正する。従って、その補正後の位置情報に基づいてウエハステージＷＳＴを精度良く駆動することが可能になる。
【０１３６】
なお、上記第２の実施形態では、図１２に示される、エンコーダヘッドの受光系６４ｃ内に含まれる第２光検出器ＥＤ２として、例えばＣＣＤイメージセンサを使用し、副ビームＬＢ５のビーム断面内の強度分布ＩＲ（ｘ，ｙ）を、例えば図１３（Ａ）に示される分布のように、高分解能で計測することとした。しかし、これに限らず、図１４（Ｃ）に示される副ビームＬＢ５（干渉光ＬＢ４）の歪みΔφ（ｘ，ｙ）の程度に応じて、例えば図１３（Ａ）に示されるように検出器の受光面を１２×１２の受光素子を用いて構成し、１４４画素の強度分布として計測することとしても良い。この場合、図１４（Ｃ）に示される干渉光ＬＢ４の歪みΔφ（ｘ，ｙ）に対し、対応する１４４の区画領域毎にΔφ（ｘ，ｙ）を平均して求められる歪みを用いても良い。
【０１３７】
また、上記第２の実施形態では、Ｙヘッド６４の計測ビームＬＢとして、図１０（Ａ）に示される円形状の断面を有する計測ビームＬＢを用いたが、これに限らず、図１０（Ｂ）に示される回折格子の周期方向に長く延びる楕円形状の断面を有する計測ビームＬＢを用いることとしても良い。この場合、理想状態、すなわちＹエンコーダ７０Ｃによる計測が正常に行われる状態では、例えば図１５（Ａ）に示されるような参照ビームＬＢ５の強度分布ＩＲ０（ｘ，ｙ）が計測される。この強度分布ＩＲ０（ｘ，ｙ）は、ｙ軸方向の分布に比べてｘ軸方向の分布の重要度が低い。従って、図１０（Ｂ）に示される計測ビームＬＢを用いる場合には、図１５（Ｂ）に示される一次元（ｙ軸方向）の強度分布ＩＲ０（ｙ）〔＝∫ｄｘＩＲ０（ｘ，ｙ）〕を用いるものとする。
【０１３８】
この場合において、図１０（Ｂ）に示されるように、回折格子ＲＧに付着した異物ＤＷによって計測ビームＬＢが遮られると、図１５（Ａ）に示される理想状態における強度分布ＩＲ０（ｘ，ｙ）が、図１５（Ｄ）に示される強度分布ＩＲ（ｘ，ｙ）のように、変化する。図１５（Ｅ）には、図１５（Ｄ）のように強度分布ＩＲ（ｘ，ｙ）が変化したときに計測される、一次元（ｙ軸方向）の強度分布ＩＲ（ｙ）が示されている。図１５（Ｅ）において、斜線部は、理想状態からの強度変化分布ΔＩＲ（ｙ）〔＝ＩＲ（ｙ）−ＩＲ０（ｙ）〕を表す。また、図１５（Ｆ）には、強度変化分布ΔＩＲ（ｙ）が示されている。
【０１３９】
そこで、主制御装置２０は、図１５（Ｃ）に示される、前述と同様に計測される干渉光ＬＢ４の歪み（すなわち副ビームＬＢ５の歪み）Δφ（ｙ）〔＝∫ｄｘΔφ（ｘ，ｙ）〕を、図１５（Ｆ）の強度変化分布ΔＩＲ（ｙ）を用いて重みづけして平均し、歪みによる位相のずれ（誤差）〈Δφ〉＝∫ｄｙΔφ（ｙ）ΔＩＲ（ｙ）／∫ｄｙΔＩＲ（ｙ）を求める。そして、主制御装置２０は、求められた位相のずれ（誤差）〈Δφ〉を用いて、第１の実施形態と同様の算出方法を適用して求められる位相φを、φ→φ−〈Δφ〉と、補正する。
【０１４０】
なお、歪みΔφ（ｙ）の変化の程度に応じて、第２光検出器ＥＤ２内部のディテクタを、例えば図１５（Ａ）に示されるように、短冊状に１２分割された受光素子を用いて構成しても良い。この場合、図１５（Ｂ）に示されるように、１２の領域毎に積算した強度分布が計測される。この場合、図１５（Ｃ）に示される干渉光ＬＢ４の歪みΔφ（ｙ）に対し、対応する１２の区画領域毎にΔφ（ｙ）を平均して求められる歪みを用いても良い。
【０１４１】
なお、上記各実施形態では、本発明が、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適用された場合について説明したが、非液浸タイプの露光装置にも本発明を適用することができる。
【０１４２】
また、上記各実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式等の走査型露光装置に本発明が適用された場合について説明したが、これに限らず、ステッパなどの静止型露光装置に本発明を適用しても良い。ステッパなどであっても、露光対象の物体が搭載されたステージの位置を上記実施形態と同様に、エンコーダを用いて計測することができるので、同様の効果を得ることができる。また、ショット領域とショット領域とを合成するステップ・アンド・スティッチ方式の縮小投影露光装置、プロキシミティー方式の露光装置、又はミラープロジェクション・アライナーなどにも本発明は適用することができる。また、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。
【０１４３】
また、上記各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。
【０１４４】
なお、上記各実施形態の露光装置の光源は、ＡｒＦエキシマレーザに限らず、ＫｒＦエキシマレーザ（出力波長２４８ｎｍ）、Ｆ2レーザ（出力波長１５７ｎｍ）、Ａｒ2レーザ（出力波長１２６ｎｍ）、Ｋｒ2レーザ（出力波長１４６ｎｍ）などのパルスレーザ光源、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）などの輝線を発する超高圧水銀ランプなどを用いることも可能である。また、ＹＡＧレーザの高調波発生装置などを用いることもできる。この他、例えば米国特許第７,０２３,６１０号明細書に開示されているように、真空紫外光としてＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（又はエルビウムとイッテルビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。
【０１４５】
また、上記各実施形態では、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、軟Ｘ線領域（例えば５〜１５ｎｍの波長域）のＥＵＶ（Extreme Ultraviolet）光を露光光とし、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。
【０１４６】
また、上記各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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
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であっても良い。
【０１５０】
なお、上記各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。
【０１５１】
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。
【０１５２】
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、前述した各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、上記各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】
【０１５３】
本発明の露光方法及び露光装置は、物体上にパターンを形成するのに適している。また、本発明のデバイス製造方法は、半導体素子又は液晶表示素子などの電子デバイスを製造するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【０１５４】
【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２（Ａ）はウエハステージを示す平面図、図２（Ｂ）は計測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ステージ装置及び計測装置類の配置を示す平面図である。
【図５】エンコーダヘッド（Ｘヘッド、Ｙヘッド）とアライメント系の配置を示す平面図である。
【図６】Ｚヘッドと多点ＡＦ系の配置を示す平面図である。
【図７】一実施形態に係る露光装置の制御系の主要な構成を示すブロック図である。
【図８】エンコーダの構成の一例を示す図である。
【図９】第１の実施形態に係るエンコーダヘッドの受光系の構成の一例を示す図である。
【図１０】図１０（Ａ）は円形状の断面を有する計測光が回折格子に投射された状態を示す図、図１０（Ｂ）は回折格子の周期方向に長く延びる楕円形状の断面を有する計測光が回折格子に投射された状態を示す図である。
【図１１】図１１（Ａ）〜図１１（Ｅ）は、第１の実施形態における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１２】第２の実施形態に係るエンコーダヘッドの受光系の近傍の構成の一例を示す図である。
【図１３】図１３（Ａ）〜図１３（Ｃ）は、第２の実施形態における計測ビームの強度変化分布を用いた信頼度の高低判定を説明するための図である。
【図１４】図１４（Ａ）〜図１４（Ｃ）は、エンコーダヘッドの計測ビームの波面の計測結果を用いて、エンコーダヘッドの計測誤差を説明するための図である。
【図１５】図１５（Ａ）〜図１５（Ｆ）は、第２の実施形態の変形例を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１５５】
１０…照明系、２０…主制御装置、３９Ｘ1，３９Ｘ2…Ｘスケール、３９Ｙ1，３９Ｙ2…Ｙスケール、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、ＰＵ…投影ユニット、Ｗ…ウエハ、ＷＳＴ…ウエハステージ、ＷＴＢ…ウエハテーブル。
【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１１】
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【図１２】
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【図１０】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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