(57)【要約】【課題】高精度でウエハステージの位置を計測する。【解決手段】  計測アーム７１の内部に配置された参照アーム２０の先端に設けられた変位センサ２１を用いて計測アーム７１の胴部の変位を測定し、その測定結果を用いて微動ステージ位置計測系（ヘッドユニット７７）の計測結果を補正する。これにより、片持ち梁状の計測アーム７１に作用する外力等に起因してヘッドユニット７７が設けられたその先端が微小変位しても、高精度でウエハステージ（ウエハテーブル）の位置を計測し、制御することが可能となる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定面に沿って移動する移動体の位置を計測する計測システムであって、
前記移動体に設けられた計測面に光を照射し、前記計測面からの光を受光する光学部材が自由端に設けられた片持ち梁状の第１アーム部材と、
前記第１アーム部材より短い第２アーム部材と、
前記第２アーム部材と前記第１アーム部材との相対的な変位を測定する変位センサと、を備え、
前記光学部材を用いて前記移動体の位置を計測し、該計測結果を前記変位センサの測定結果を用いて補正する計測システム。
【請求項２】
前記第２アーム部材は、自由端を有する片持ち梁状に形成され、
前記変位センサは、前記第２アーム部材の自由端に設けられる請求項１に記載の計測システム。
【請求項３】
前記変位センサは、前記第１アーム部材の長手方向に交差する方向に関する変位を測定する請求項２に記載の計測システム。
【請求項４】
前記第２アーム部材の自由端は、前記第１アーム部材の中央より自由端側に配置される請求項２又は３に記載の計測システム。
【請求項５】
前記第２アーム部材は、前記第１アーム部材の固定端近傍に固定される請求項１〜４のいずれか一項に記載の計測システム。
【請求項６】
前記第２アーム部材は、前記第１アーム部材の内部に配置される請求項１〜５のいずれか一項に記載の計測システム。
【請求項７】
前記変位センサの測定結果を用いて前記第１アーム部材の前記自由端の変位を算出し、該算出結果を用いて前記移動体の位置の計測結果を補正する請求項１〜６のいずれか一項に記載の計測システム。
【請求項８】
前記変位センサは、前記第１アーム部材の固定端と自由端との間における胴部の変位を測定し、
前記第１アーム部材における前記胴部と前記自由端との変位関係と、前記変位センサの測定結果とを用いて、前記第１アーム部材の前記自由端の変位を算出する請求項７に記載の計測システム。
【請求項９】
前記変位センサは、前記第１アーム部材に光を照射し、その反射光を受光する光学センサである請求項１〜８のいずれか一項に記載の計測システム。
【請求項１０】
前記第２アーム部材は、非磁性体により構成される請求項１〜９のいずれか一項に記載の計測システム。
【請求項１１】
前記計測面には、グレーティングが形成される請求項１〜９のいずれか一項に記載の計測システム。
【請求項１２】
前記移動体は、前記所定面に平行な一軸方向に延びる空間を有し、
前記第１アーム部材の前記自由端は、前記空間内に配置される請求項１〜１１のいずれか一項に記載の計測システム。
【請求項１３】
エネルギビームにより物体を露光して該物体上にパターンを形成する露光装置であって、
物体を保持して、前記所定面に沿って移動する移動体と、
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の計測システムと、
前記計測システムの計測結果に基づいて前記移動体を駆動する制御系と、
を備える露光装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の露光装置を用いて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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測システム及び露光装置、並びにデバイス製造方法に係り、更に詳しくは、所定面内で移動する移動体の位置情報を計測する計測システム及び該計測システムを、被露光物体を保持する移動体の位置計測システムとして備える露光装置、並びに該露光装置を用いるデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体素子（集積回路等）、液晶表示素子等の電子デバイス（マイクロデバイス）を製造するリソグラフィ工程では、主として、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（又は形成）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、種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかるに、特許文献１などに開示される液浸露光装置では、液体が蒸発する際の気化熱などの影響によりウエハステージ（ウエハステージ上面に設けられていたグレーティング）が変形するおそれがあるなど、未だ改善すべき点があった。
【０００５】
かかる不都合を改善するものとして、発明者は、カンチレバーから成る計測アームの先端に設けられたヘッド部からウエハを保持するテーブルの裏面に設けられたグレーティングに計測ビームを照射するエンコーダシステムを備えた露光装置を先に提案した（例えば、特許文献２及び３参照）。
【０００６】
しかし、ウエハの大型化とともにこれを保持するウエハテーブルが大型化し、例えば直径４５０ｍｍのウエハを保持するウエハテーブルに対して計測アームの長さは５００ｍｍ以上になる。かかる場合、ウエハテーブル（ウエハステージ）の移動に伴う空気圧等が外圧として加わることで、計測ビームが射出される計測アームの先端部が変位する。また、１００Ｈｚ〜４００Ｈｚ位の帯域の床振動等を含む暗振動により、計測アームの先端部が振動する。この先端部の変位、さらにはその振動は、計測アームを用いるウエハステージの位置計測精度において無視できない程の誤差を生ずるものと予想される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／００８８８４３号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１０／００７３６５２号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１０／００７３６５３号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、所定面に沿って移動する移動体の位置を計測する計測システムであって、前記移動体に設けられた計測面に光を照射し、前記計測面からの光を受光する光学部材が自由端に設けられた片持ち梁状の第１アーム部材と、前記第１アーム部材より短いアーム部材と、前記第２アーム部材と前記第１アーム部材との相対的な変位を測定する変位センサと、を備え、前記光学部材を用いて前記移動体の位置を計測し、該計測結果を前記変位センサの測定結果を用いて補正する計測システムが、提供される。
【０００９】
これによれば、光学部材を用いて計測される移動体の位置の計測結果が、第２アーム部材と第１アーム部材との相対的な変位を測定する変位センサの測定結果を用いて補正される。従って、片持ち梁状の第１アーム部材に曲げ応力が作用し、光学部材が設けられたその自由端が微小変位しても、それに伴う計測誤差を生ずることなく高精度で移動体の位置を計測することが可能となる。
【００１０】
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該物体上にパターンを形成する露光装置であって、物体を保持して、前記所定面に沿って移動する移動体と、本発明の計測システムと、前記計測システムの計測結果に基づいて前記移動体を駆動する制御系と、を備える露光装置が、提供される。
【００１１】
これによれば、本発明の計測システムにより移動体の位置が計測され、その計測結果に従って移動体が駆動されるので、移動体が保持する物体を高精度に露光することが可能となる。
【００１２】
本発明の第３の態様によれば、上記露光装置を用いて物体を露光することと、露光された前記物体を現像することと、を含むデバイス製造方法が、提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施形態の露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図２（Ａ）は、図１の露光装置が備えるステージ装置を示す−Ｙ方向から見た側面図、図２（Ｂ）は、ステージ装置を示す平面図である。
【図３】図１の露光装置の制御系の構成を示すブロック図である。
【図４】計測アームのカバーを取り外した状態を示す斜視図（分解斜視図）である。
【図５】図５（Ａ）は計測アームを示す縦断面図、図５（Ｂ）は計測アームを示す一部省略した横断面図である。
【図６】図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、それぞれ、変位センサ２１の構成を示す側面図及び正面図である。
【図７】図７（Ａ）は、Ｘヘッド７７ｘの概略構成を示す図、図７（Ｂ）は、Ｘヘッド７７ｘ、Ｙヘッド７７ｙａ、７７ｙｂそれぞれの計測アーム内での配置を説明するための図である。
【図８】図８（Ａ）は、計測アームの先端部を示す斜視図、図８（Ｂ）は、計測アームの先端部の上面を＋Ｚ方向から見た平面図である。
【図９】微動ステージ位置計測系７０（エンコーダシステム７３及びレーザ干渉計システム７５）の計測誤差の補正（先端変位補償）の原理を説明するための図である。
【図１０】図１０（Ａ）は、スキャン露光時のウエハの駆動方法を説明するための図、図１０（Ｂ）は、ステッピング時のウエハの駆動方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態を、図１〜図１０（Ｂ）に基づいて説明する。
【００１５】
図１には、一実施形態の露光装置１００の構成が概略的に示されている。露光装置１００は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置、いわゆるスキャナである。後述するように、本実施形態では、投影光学系ＰＬが設けられており、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とウエハとが相対走査される方向をＹ軸方向、Ｚ軸方向及びＹ軸方向に直交する方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸回りの回転（傾斜）方向をそれぞれθｘ、θｙ、及びθｚ方向として説明を行う。
【００１６】
露光装置１００は、照明系１０、レチクルステージＲＳＴ、投影ユニットＰＵ、局所液浸装置８、ウエハステージＷＳＴを有するステージ装置５５、及び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。
【００１７】
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。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。
【００１８】
レチクルステージＲＳＴ上には、そのパターン面（図１における下面）に回路パターンなどが形成されたレチクルＲが、例えば真空吸着により固定されている。レチクルステージＲＳＴは、例えばリニアモータ等を含むレチクルステージ駆動系１１（図１では不図示、図３参照）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。
【００１９】
レチクルステージＲＳＴのＸＹ平面内の位置情報（θｚ方向の回転情報を含む）は、レチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）１３によって、レチクルステージＲＳＴに固定された移動鏡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１３の計測値は、主制御装置５０（図１では不図示、図３参照）に送られる。なお、例えば米国特許出願公開第２００７／０２８８１２１号明細書などに開示されているように、エンコーダシステムによってレチクルステージＲＳＴの位置情報を計測しても良い。
【００２０】
投影ユニットＰＵは、レチクルステージＲＳＴの図１における下方（−Ｚ側）に配置されている。投影ユニットＰＵは、不図示の支持部材によって水平に支持されたメインフレーム（メトロロジーフレームとも呼ばれる）ＢＤによってその外周部に設けられたフランジ部を介して支持されている。投影ユニットＰＵは、鏡筒４０と、鏡筒４０内に保持された複数の光学素子から成る投影光学系ＰＬと、を含む。投影光学系ＰＬとしては、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）を有する屈折光学系が用いられている。このため、照明系１０からの照明光ＩＬ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、投影光学系ＰＬの第２面（像面）側に配置される、表面にレジスト（感応剤）が塗布されたウエハＷ上で前記照明領域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（より正確には後述する微動ステージＷＦＳ）との同期駆動によって、照明領域ＩＡＲ（照明光ＩＬ）に対してレチクルＲを走査方向（Ｙ軸方向）に相対移動させるとともに、露光領域ＩＡ（照明光ＩＬ）に対してウエハＷを走査方向（Ｙ軸方向）に相対移動させることで、ウエハＷ上の１つのショット領域（区画領域）の走査露光が行われ、そのショット領域にレチクルＲのパターンが転写される。すなわち、本実施形態では照明系１０、及び投影光学系ＰＬによってウエハＷ上にレチクルＲのパターンが生成され、照明光ＩＬによるウエハＷ上の感応層（レジスト層）の露光によってウエハＷ上にそのパターンが形成される。ここで、投影ユニットＰＵはメインフレームＢＤに保持され、本実施形態では、メインフレームＢＤが、それぞれ防振機構を介して設置面（床面など）に配置される複数（例えば３つ又は４つ）の支持部材によってほぼ水平に支持されている。なお、その防振機構は各支持部材とメインフレームＢＤとの間に配置しても良い。また、例えば国際公開第２００６／０３８９５２号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、あるいはレチクルベースなどに対して投影ユニットＰＵを吊り下げ支持しても良い。
【００２１】
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３参照）、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不図示の支持部材を介して、投影ユニットＰＵ等を支持するメインフレームＢＤに吊り下げ支持されている。本実施形態では、主制御装置５０が液体供給装置５（図３参照）を制御して、ノズルユニット３２を介して先端レンズ１９１とウエハＷとの間に液体Ｌｑ（図１参照）を供給するとともに、液体回収装置６（図３参照）を制御して、ノズルユニット３２を介して先端レンズ１９１とウエハＷとの間から液体Ｌｑを回収する。このとき、主制御装置５０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る。本実施形態では、上記の液体Ｌｑとして、一例としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍの光）が透過する純水を用いるものとする。
【００２２】
ステージ装置５５は、図１に示されるように、床面上に防振機構（図示省略）によってほぼ水平に支持されたベース盤１２、ウエハＷを保持してベース盤１２上で移動するウエハステージＷＳＴ、ウエハステージＷＳＴを駆動するウエハステージ駆動系５３（図３参照）及び各種計測系（１６、７０（図３参照）等）等を備えている。
【００２３】
ベース盤１２は、平板状の外形を有する部材から成り、その上面は平坦度が非常に高く仕上げられ、ウエハステージＷＳＴの移動の際のガイド面とされている。
【００２４】
ウエハステージＷＳＴは、図１及び図２（Ａ）等に示されるように、その底面に設けられた複数の非接触軸受（例えばエアベアリング（図示省略））によりベース盤１２上に浮上支持され、ウエハステージ駆動系５３の一部を構成する粗動ステージ駆動系５１（図３参照）により、ＸＹ二次元方向に駆動されるウエハ粗動ステージ（以下、粗動ステージと略記する）ＷＣＳと、粗動ステージＷＣＳに非接触状態で支持され、粗動ステージＷＣＳに対して相対移動可能なウエハ微動ステージ（以下、微動ステージと略記する）ＷＦＳとを有している。微動ステージＷＦＳは、ウエハステージ駆動系５３の一部を構成する微動ステージ駆動系５２（図３参照）によって粗動ステージＷＣＳに対してＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、θｘ方向、θｙ方向及びθｚ方向（以下、６自由度方向、又は６自由度方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ、θｘ、θｙ、θｚ）と記述する）に駆動される。本実施形態では、粗動ステージ駆動系５１と微動ステージ駆動系５２とを含んで、ウエハステージ駆動系５３が構成されている。
【００２５】
ウエハステージＷＳＴ（粗動ステージＷＣＳ）のＸＹ平面内の位置情報（θｚ方向の回転情報を含む）は、ウエハステージ位置計測系１６によって計測される。また、微動ステージＷＦＳの６自由度方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ、θｘ、θｙ、θｚ）の位置情報は微動ステージ位置計測系７０（図３参照）によって計測される。ウエハステージ位置計測系１６及び微動ステージ位置計測系７０の計測結果（計測情報）は、粗動ステージＷＣＳ及び微動ステージＷＦＳの位置制御のため、主制御装置５０（図３参照）に供給される。
【００２６】
上記各種計測系を含めて、ステージ装置５５の構成等については、後に詳述する。
【００２７】
露光装置１００では、投影ユニットＰＵの中心から＋Ｙ側に所定距離隔てた位置にウエハアライメント系ＡＬＧ（図１では不図示、図３参照）が配置されている。ウエハアライメント系ＡＬＧとしては、例えば画像処理方式のＦＩＡ（Field Image Alignment）系が用いられる。ウエハアライメント系ＡＬＧは、主制御装置５０により、ウエハアライメント（例えばエンハンスト・グローバル・アライメント（ＥＧＡ））の際に、後述する微動ステージＷＦＳ上の計測プレートに形成された第２基準マーク、又はウエハＷ上のアライメントマークの検出に用いられる。ウエハアライメント系ＡＬＧの撮像信号は、不図示の信号処理系を介して主制御装置５０に供給される。主制御装置５０は、ウエハアライメント系ＡＬＧの検出結果（撮像結果）と、検出時の微動ステージＷＦＳ（ウエハＷ）の位置情報とに基づいて、対象マークのアライメント時座標系におけるＸ，Ｙ座標を算出する。
【００２８】
この他、本実施形態における露光装置１００には、投影ユニットＰＵの近傍に、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（以下、多点ＡＦ系と略述する）ＡＦ（図１では不図示、図３参照）が設けられている。多点ＡＦ系ＡＦの検出信号は、不図示のＡＦ信号処理系を介して主制御装置５０に供給される（図３参照）。主制御装置５０は、多点ＡＦ系ＡＦの検出信号に基づいて、多点ＡＦ系ＡＦの複数の検出点それぞれにおけるウエハＷ表面のＺ軸方向の位置情報（面位置情報）を検出し、その検出結果に基づいて走査露光中のウエハＷのいわゆるフォーカス・レベリング制御を実行する。なお、ウエハアライメント系ＡＬＧの近傍に多点ＡＦ系を設けて、ウエハアライメント（ＥＧＡ）時にウエハＷ表面の面位置情報（凹凸情報）を事前に取得し、露光時には、その面位置情報と、後述する微動ステージ位置計測系７０の一部を構成するレーザ干渉計システム７５（図３参照）の計測値とを用いて、ウエハＷのいわゆるフォーカス・レベリング制御を実行することとしても良い。なお、微動ステージ位置計測系７０を構成する後述のエンコーダシステム７３を、Ｚ軸方向の位置計測も可能に構成する場合には、レーザ干渉計システム７５ではなく、そのエンコーダシステム７３の計測値を、フォーカス・レベリング制御で用いても良い。
【００２９】
また、レチクルステージＲＳＴの上方には、例えば米国特許第５，６４６，４１３号明細書などに詳細に開示されるように、露光波長の光（本実施形態では照明光ＩＬ）をアライメント用照明光として、後述する微動ステージＷＦＳ上の計測プレートに形成された一対の第１基準マークを検出する画像処理方式の一対のレチクルアライメント系ＲＡ１，ＲＡ２（図１においてはレチクルアライメント系ＲＡ2は、レチクルアライメント系ＲＡ１の紙面奥側に隠れている）が配置されている。レチクルアライメント系ＲＡ１，ＲＡ２の検出信号は、不図示の信号処理系を介して主制御装置５０に供給される（図３参照）。なお、レチクルアライメント系ＲＡ１，ＲＡ２は設けなくても良い。この場合、例えば米国特許出願公開第２００２／００４１３７７号明細書などに開示されるように、微動ステージＷＦＳに光透過部（受光部）が設けられる検出系を搭載して、レチクルアライメントマークの投影像を検出することが好ましい。
【００３０】
図３には、露光装置１００の制御系の主要な構成が示されている。制御系は、主制御装置５０を中心として構成されている。主制御装置５０は、ワークステーション（又はマイクロコンピュータ）等を含み、前述の局所液浸装置８、粗動ステージ駆動系５１、微動ステージ駆動系５２など、露光装置１００の構成各部を統括制御する。
【００３１】
ここで、ステージ装置５５の構成等について詳述する。粗動ステージＷＣＳは、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示されるように、平面視で（＋Ｚ方向から見て）Ｘ軸方向を長手方向とする長方形板状の粗動スライダ部９１と、粗動スライダ部９１の長手方向の一端部と他端部の上面にＹＺ平面に平行な状態でそれぞれ固定され、かつＹ軸方向を長手方向とする長方形板状の一対の側壁部９２ａ，９２ｂと、側壁部９２ａ,９２ｂそれぞれの上面に固定された一対の固定子部９３ａ、９３ｂと、を備えている。粗動ステージＷＣＳは、全体として、上面のＸ軸方向中央部及びＹ軸方向の両側面が開口した高さの低い箱形の形状を有している。すなわち、粗動ステージＷＣＳには、その内部にＹ軸方向に貫通した空間が形成されている。
【００３２】
粗動ステージＷＣＳの底面（粗動スライダ部９１の底面）には、図２（Ａ）に示されるように、マトリックス状に配置された複数の永久磁石９１ａから成る磁石ユニットが固定されている。磁石ユニットに対応して、ベース盤１２の内部には、図１に示されるように、ＸＹ二次元方向を行方向、列方向としてマトリックス状に配置された複数のコイル１４を含む、コイルユニットが収容されている。磁石ユニットは、ベース盤１２のコイルユニットと共に、例えば米国特許第５，１９６，７４５号明細書などに開示される電磁力（ローレンツ力）駆動方式の平面モータから成る粗動ステージ駆動系５１（図３参照）を構成している。コイルユニットを構成する各コイル１４に供給される電流の大きさ及び方向は、主制御装置５０によって制御される（図３参照）。粗動ステージＷＣＳは、上記磁石ユニットが設けられた粗動スライダ部９１の底面の周囲に固定された前述のエアベアリングによって、ベース盤１２上に例えば数μｍ程度の隙間（ギャップ又はクリアランス）を介して浮上支持され、粗動ステージ駆動系５１によって、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びθｚ方向に駆動される。なお、粗動ステージ駆動系５１としては、電磁力（ローレンツ力）駆動方式の平面モータに限らず、例えば可変磁気抵抗駆動方式の平面モータを用いることもできる。なお、電磁力駆動方式における電磁力はローレンツ力に限られない。この他、粗動ステージ駆動系５１を、磁気浮上型の平面モータによって構成しても良い。この場合、粗動スライダ部９１の底面にエアベアリングを設けなくても良くなる。
【００３３】
一対の固定子部９３ａ、９３ｂそれぞれは、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示されるように、外形が板状の部材から成り、その内部に微動ステージＷＦＳを駆動するためのコイルユニットＣＵａ、ＣＵｂが収容されている。コイルユニットＣＵａ、ＣＵｂを構成する各コイルに供給される電流の大きさ及び方向は、主制御装置５０によって制御される。
【００３４】
一対の固定子部９３ａ，９３ｂそれぞれは、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示されるように、Ｙ軸方向を長手方向とする矩形板状の形状を有する。固定子部９３ａは、＋Ｘ側の端部が側壁部９２ａ上面に固定され、固定子部９３ｂは、−Ｘ側の端部が側壁部９２ｂ上面に固定されている。
【００３５】
微動ステージＷＦＳは、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示されるように、平面視でＸ軸方向を長手方向とする八角形板状の部材から成る本体部８１と、本体部８１の長手方向の一端部と他端部にそれぞれ固定された一対の可動子部８２ａ、８２ｂと、を備えている。
【００３６】
本体部８１は、その内部を後述するエンコーダシステムの計測ビーム（レーザ光）が進行可能とする必要があることから、光が透過可能な透明な素材で形成されている。また、本体部８１は、その内部におけるレーザ光に対する空気揺らぎの影響を低減するため、中実に形成されている（内部に空間を有しない）。なお、透明な素材は、低熱膨張率であることが好ましく、本実施形態では一例として合成石英（ガラス）などが用いられる。なお、本体部８１は、その全体が透明な素材で構成されていても良いが、エンコーダシステムの計測ビームが透過する部分のみが透明な素材で構成されていても良く、この計測ビームが透過する部分のみが中実に形成されていても良い。
【００３７】
微動ステージＷＦＳの本体部８１（より正確には、後述するカバーガラス）の上面中央には、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。本実施形態では、例えば環状の凸部（リム部）内に、ウエハＷを支持する複数の支持部（ピン部材）が形成される、いわゆるピンチャック方式のウエハホルダが用いられ、一面（表面）がウエハ載置面となるウエハホルダの他面（裏面）側に後述するグレーティングＲＧなどが設けられる。なお、ウエハホルダは、微動ステージＷＦＳと一体に形成されていても良いし、本体部８１に対して、例えば静電チャック機構あるいはクランプ機構等を介して、又は接着等により固定されていても良い。
【００３８】
さらに、本体部８１の上面には、ウエハホルダ（ウエハＷの載置領域）の外側に、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）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、かつ本体部８１に対応する八角形状の外形（輪郭）を有するプレート（撥液板）８３が取り付けられている。プレート８３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）。プレート８３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本体部８１の上面に固定されている。また、プレート８３には、図２（Ｂ）に示されるように、一端部に円形の開口が形成され、この開口内にその表面がプレート８３の表面と、すなわちウエハＷの表面とほぼ同一面となる状態で計測プレート８６が埋め込まれている。計測プレート８６の表面には、前述した一対の第１基準マークと、ウエハアライメント系ＡＬＧにより検出される第２基準マークとが少なくとも形成されている（第１及び第２基準マークはいずれも図示省略）。なお、プレート８３を本体部８１に取り付ける代わりに、例えばウエハホルダを微動ステージＷＦＳと一体に形成し、微動ステージＷＦＳの、ウエハホルダを囲む周囲領域（プレート８３と同一の領域（計測プレート８６の表面を含んでも良い））の上面に撥液化処理を施して、撥液面を形成しても良い。
【００３９】
図２（Ａ）に示されるように、本体部８１の上面には、２次元グレーティング（以下、単にグレーティングと呼ぶ）ＲＧが水平（ウエハＷ表面と平行）に配置されている。グレーティングＲＧは、透明な素材から成る本体部８１の上面に、固定（あるいは形成）されている。グレーティングＲＧは、Ｘ軸方向を周期方向とする反射型の回折格子（Ｘ回折格子）と、Ｙ軸方向を周期方向とする反射型回折格子（Ｙ回折格子）と、を含む。本実施形態では、本体部８１上で２次元グレーティングが固定あるいは形成される領域（以下、形成領域）は、一例として、ウエハＷよりも一回り大きな円形となっている。
【００４０】
グレーティングＲＧは、保護部材、例えばカバーガラス８４によって覆われて、保護されている。本実施形態では、カバーガラス８４の上面に、ウエハホルダを吸着保持する前述の静電チャック機構が設けられている。なお、本実施形態では、カバーガラス８４は、本体部８１の上面のほぼ全面を覆うように設けられているが、グレーティングＲＧを含む本体部８１の上面の一部のみを覆うように設けても良い。また、保護部材（カバーガラス８４）は、本体部８１と同一の素材によって形成しても良いが、これに限らず、保護部材を、例えば金属、セラミックスで形成しても良い。また、グレーティングＲＧを保護するのに十分な厚みを要するため板状の保護部材が望ましいが、素材に応じて薄膜状の保護部材を用いても良い。
【００４１】
なお、グレーティングＲＧの形成領域のうち、ウエハホルダの周囲にはみ出す領域に対応するカバーガラス８４の一面には、グレーティングＲＧに照射されるエンコーダシステムの計測ビームがカバーガラス８４を透過しないように、すなわち、ウエハホルダ裏面の領域の内外で計測ビームの強度が大きく変動しないように、例えばその形成領域を覆う反射部材（例えば薄膜など）を設けることが望ましい。
【００４２】
本体部８１は、図２（Ａ）からもわかるように、長手方向の一端部と他端部との下端部に外側に突出した張り出し部が形成された全体として八角形板状部材から成り、その底面の、グレーティングＲＧに対向する部分に凹部が形成されている。本体部８１は、グレーティングＲＧが配置された中央の領域は、その厚さが実質的に均一な板状に形成されている。
【００４３】
本体部８１の＋Ｘ側、−Ｘ側の張り出し部それぞれの上面には、断面凸形状のスペーサ８５ａ、８５ｂが、それぞれの凸部８９ａ、８９ｂを、外側に向けてＹ軸方向に延設されている。
【００４４】
可動子部８２ａは、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示されるように、Ｙ軸方向寸法（長さ）及びＸ軸方向寸法（幅）が、共に固定子部９３ａよりも短い（半分程度の）２枚の平面視矩形状の板状部材８２ａ１、８２ａ２を含む。板状部材８２ａ１、８２ａ２は、本体部８１の＋Ｘ側の端部に対し、前述したスペーサ８５ａの凸部８９ａを介して、Ｚ軸方向（上下）に所定の距離だけ離間した状態でともにＸＹ平面に平行に固定されている。この場合、板状部材８２ａ２は、スペーサ８５ａと本体部８１の＋Ｘ側の張り出し部とによって、その−Ｘ側端部が挟持されている。２枚の板状部材８２ａ１、８２ａ２の間には、固定子部９３ａの−Ｘ側の端部が非接触で挿入されている。板状部材８２ａ１、８２ａ２の内部には、磁石ユニットＭＵａ１、ＭＵａ２が、収容されている。
【００４５】
可動子部８２ｂは、スペーサ８５ｂにＺ軸方向（上下）に所定の間隔が維持された２枚の板状部材８２ｂ１、８２ｂ２を含み、可動子部８２ａと左右対称ではあるが同様に構成されている。２枚の板状部材８２ｂ１、８２ｂ２の間には、固定子部９３ｂの＋Ｘ側の端部が非接触で挿入されている。板状部材８２ｂ１、８２ｂ２の内部には、磁石ユニットＭＵａ１、ＭＵａ２と同様に構成された磁石ユニットＭＵｂ１、ＭＵｂ２が、収容されている。
【００４６】
ここで、前述したように、粗動ステージＷＣＳは、Ｙ軸方向の両側面が開口しているので、微動ステージＷＦＳを粗動ステージＷＣＳに装着する際には、板状部材８２ａ１、８２ａ２、及び８２ｂ１、８２ｂ２間に固定子部９３ａ、９３ｂがそれぞれ位置するように、微動ステージのＷＦＳのＺ軸方向の位置決めを行い、この後に微動ステージＷＦＳをＹ軸方向に移動（スライド）させれば良い。
【００４７】
微動ステージ駆動系５２は、前述した可動子部８２ａが有する一対の磁石ユニットＭＵａ１、ＭＵａ２と、固定子部９３ａが有するコイルユニットＣＵａと、可動子部８２ｂが有する一対の磁石ユニットＭＵｂ１、ＭＵｂ２と、固定子部９３ｂが有するコイルユニットＣＵｂと、を含む。
【００４８】
可動子部８２ａが有する一対の磁石ユニットＭＵａ１、ＭＵａ２及び固定子部９３ａが有するコイルユニットＣＵａ、並びに可動子部８２ｂが有する一対の磁石ユニットＭＵｂ１、ＭＵｂ２及び固定子部９３ｂが有するコイルユニットＣＵｂは、前述した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ものと同様に構成されている。従って、本実施形態では、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露光装置と同様に、主制御装置５０は、微動ステージ駆動系５２が有する各コイルに対する電流の供給を制御する（電流の方向及び大きさの少なくとも一方を制御する）ことで、微動ステージＷＦＳを、粗動ステージＷＣＳに対して非接触状態で浮上支持するとともに、粗動ステージＷＣＳに対して、非接触で６自由度方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ、θｘ、θｙ、θｚ）へ駆動することができるようになっている。
【００４９】
本実施形態の露光装置１００では、ウエハＷに対するステップ・アンド・スキャン方式の露光動作時には、微動ステージＷＦＳのＸＹ平面内の位置情報（θｚ方向の位置情報を含む）は、主制御装置５０により、後述する微動ステージ位置計測系７０のエンコーダシステム７３（図３参照）を用いて計測される。微動ステージＷＦＳの位置情報は、主制御装置５０に送られ、主制御装置５０は、この位置情報に基づいて微動ステージＷＦＳの位置を制御する。
【００５０】
これに対し、ウエハステージＷＳＴ（微動ステージＷＦＳ）が微動ステージ位置計測系７０の計測領域外にあるときには、ウエハステージＷＳＴの位置情報は、主制御装置５０により、ウエハステージ位置計測系１６（図３参照）を用いて計測される。ウエハステージ位置計測系１６は、図１に示されるように、粗動ステージＷＣＳ側面に鏡面加工により形成された反射面に測長ビームを照射してウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置情報（θｚ方向の回転情報を含む）を計測するレーザ干渉計を含んでいる。なお、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内での位置情報は、上述のウエハステージ位置計測系１６に代えて、その他の計測装置、例えばエンコーダシステムによって計測しても良い。この場合、例えばベース盤１２の上面に２次元スケールを配置し、粗動ステージＷＣＳの底面にエンコーダヘッドを取り付けることができる。
【００５１】
微動ステージ位置計測系７０は、図１に示されるように、ウエハステージＷＳＴが投影ユニットＰＵの下方に配置された状態で粗動ステージＷＣＳの前述の空間内に挿入される計測アーム７１を備えている。計測アーム７１は、メインフレームＢＤに支持部材７２を介して片持ち支持されている（一側（−Ｙ側）の端部のみが支持部材７２に支持（固定）されている）。
【００５２】
計測アーム７１は、図４の斜視図、図５（Ａ）の縦断面図、及び図５（Ｂ）の一部省略した横断面図に示されるように、アーム本体７１ａ、カバー７１ｂ、ヘッドユニット７７、参照アーム２０、及び変位センサ２１等を備えている。図４は、カバー７１ｂを、アーム本体７１ａから取り外した状態を示す。図５（Ａ）は、図５（Ｂ）のＡ−Ａ線断面図に相当する。
【００５３】
アーム本体７１ａは、Ｙ軸方向を長手方向とし、上方が開口した空間７１０がほぼ全長に渡って形成された中空の部材から成る。アーム本体７１ａは、ＸＺ断面が長方形（矩形）の所定長さの部材から成る。アーム本体７１ａは、図４及び図５（Ｂ）に示されるように、幅方向（Ｘ軸方向）の寸法が異なる３つの部分、すなわち先端（＋Ｙ側端）から長手方向（Ｙ軸方向）の中央より幾分基端（−Ｙ側端）寄りの位置まで一定幅で延びるアーム部７１ａ１と、−Ｙ側の端部に位置し一定の幅を有し、Ｙ軸方向の寸法が支持部材７２のＹ軸方向の寸法とほぼ等しい基端部７１ａ３と、アーム部７１ａ１と基端部７１ａ３との間に位置する中間部７１ａ２とを有する。このうち、基端部７１ａ３の幅が最も広く、中間部７１ａ２はその幅が基端部７１ａ３からアーム部７１ａ１側に行くにつれて徐々に細くなっている。一例として、アーム部７１ａ１は、アーム本体７１ａの約２／３の長さを有し、中間部７１ａ２と基端部７１ａ３とが、それぞれアーム部７１ａ１の約１／４の長さを有している。基端部７１ａ３の上面（＋Ｚ側の面）が支持部材７２の下面（−Ｚ側の面）に固定されている。
【００５４】
アーム本体７１ａ（アーム部７１ａ１、中間部７１ａ２、及び基端部７１ａ３）は、例えばショット社のゼロデュア（商品名）など低熱膨張率（ゼロ熱膨張率）の素材により一体成形されている。アーム部７１ａ１は、底壁と該底壁とともに空間７１０を区画する一対の側壁とを有する。アーム部７１ａ１の底壁及び一対の側壁は、図５（Ａ）に示されるように、その先端側（＋Ｙ側）の約３分の２がその基端側（−Ｙ側）の約３分の１に比べて肉厚が薄く形成され、これにより、アーム本体７１ａ（アーム部７１ａ１）には、その内部に段部７１１が設けられている。空間７１０は、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）からわかるように、段部７１１から基端部７１ａ３までの空間部分が、高さ寸法及び幅寸法が先端部に比べて小さく、基端部７１ａ３の内部では、幅が基端側に行くに連れて徐々に広くなっている。
【００５５】
中間部７１ａ２及び基端部７１ａ３には肉抜きが施され、肉抜きされなかった残りの部分がリブ部とされている。これにより、アーム本体７１ａ（計測アーム７１）は、軽量であるが高い剛性を備えた構造となっている。
【００５６】
カバー７１ｂは、先端部（＋Ｙ側端部）の一部を除くアーム部７１ａ１、及び中間部７１ａ２を上方から覆う状態で、アーム本体７１ａに取付けられている。カバー７１ｂも、アーム本体７１ａと同様、低熱膨張率（ゼロ熱膨張率）の素材から成る。カバー７１ｂは、アーム本体７１ａに対応して、その先端部（＋Ｙ側端部）の下面（−Ｚ側の面）に所定深さの凹部が、アーム部７１ａ１の底壁に設けられた段部７１１に対応する位置までＹ軸方向に沿って形成されている。すなわち、カバー７１ｂの先端部は、Ｘ軸方向の両端部を除き、他の部分に比べて薄く形成されている。
【００５７】
アーム部７１ａ１の先端の部分には、矩形の開口を有する固定カバー７１ｃが、上方から取付けられている。固定カバー７１ｃは、その−Ｙ端が、カバー７１ｂの＋Ｙ端に接し、その＋Ｙ端が、アーム部７１ａ１の先端部上面に形成された段部に接する状態で、固定されている。固定カバー７１ｃの開口内にヘッドユニット７７が隙間なく挿入され、上端部を除く残りの部分が、空間７１０内に配置されている。固定カバー７１ｃは、厚さがカバー７１ｂの薄肉部を除く部分と同程度の厚さを有し、その上面がカバー７１ｂの上面と同一面を形成している。また、ヘッドユニット７７の上面も、固定カバー７１ｃ及びカバー７１ｂと同一面を形成している。ヘッドユニット７７は、後に詳述するエンコーダヘッドを含む。
【００５８】
参照アーム２０は、例えば外形が四角柱状の部材から成り、Ｙ軸方向を長手方向として、アーム本体７１ａの空間７１０内に、配置されている。参照アーム２０の−Ｙ側端部の下面（−Ｚ側の面）には、図５（Ａ）に示されるように、他の部分に比べて下方に僅かに突出する凸部２０ａが設けられている。参照アーム２０は、凸部２０ａが、アーム本体７１ａの基端部７１ａ３の近傍、一例として中間部７１ａ２の底壁の上面及び基端部７１ａ３の底壁の＋Ｙ側端部の上面に固定されている。参照アーム２０は、凸部２０ａの下面を除いて、アーム本体７１ａ及びカバー７１ｂに非接触状態となっている。すなわち、参照アーム２０は、計測アーム７１の空間７１０内に配置され、アーム本体７１ａに片持ち支持されている。
【００５９】
参照アーム２０の長さは、本実施形態では、一例として計測アーム７１のＹ軸方向の長さの約２分の１とされている。このため、参照アーム２０の先端（＋Ｙ側端）は、空間７１０内の段部７１１より先端側（＋Ｙ側）に位置している。参照アーム２０の先端（自由端、ここでは＋Ｙ側端）には、変位センサ２１が設けられている。変位センサ２１は、参照アーム２０（厳密には、凸部２０ａを除く部分）を基準にして、計測アーム７１（アーム部７１ａ１）の胴部（すなわち固定端と自由端との間の部分）のＸ軸方向及びＺ軸方向の変位を測定するためのものである。
【００６０】
参照アーム２０は、ヘッドユニット７７が設けられた計測アーム７１の先端のＸ軸方向及びＺ軸方向の変位を測定に用いられるものであり、その変位の基準になるものであることから、変位センサ２１が設けられた参照アーム２０の先端が変位し難い（又は変位しない）よう、計測アーム７１より十分に高い剛性を有している必要がある。このため、参照アーム２０は、長さが計測アーム７１より短く、その固定端（凸部２０ａ）が、アーム本体７１ａの基端部７１ａ３近傍に固定され、変位センサ２１が設けられるその先端の位置は、計測アーム７１の長手方向の中央より先端側であることが望ましい。また、参照アーム２０（特にその先端）を、支持部材等を用いて支持しても良い。この場合、支持部材は、計測アーム７１のアーム部７１ａ１を除く部分、例えば基端部７１ａ３又は基端部７１ａ３の近傍に固定することとする。
【００６１】
本実施形態では、参照アーム２０として中空部材が用いられ、その内部空間に変位センサ２１を構成する後述する光学ヘッド２２Ａ，２３Ａ，２２Ｂ，２３Ｂに対する送光用及び受光用の光ファイバ等が配設されている。ただし、これに限らず、光ファイバ等が配設される空間がその一部に形成された中実部材から成る参照アーム２０を用いても良い。
【００６２】
参照アーム２０は、アーム本体７１ａと同様の低熱膨張率（ゼロ熱膨張率）で特に非磁性の素材を用いて構成されている。これにより、参照アーム２０は、例えば変位センサ２１、後述するエンコーダヘッド等により用いられる光を吸収することで発する熱、その他計測アーム７１に設けられる電子素子が発する熱等による変形、ウエハステージ駆動系５３（粗動ステージ駆動系５１）が発する磁場による変形等の影響を、変位センサ２１が、要求される測定精度の範囲内で、殆ど受けることがないようになっている。
【００６３】
変位センサ２１は、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示されるように、光学ヘッド２２Ａ，２３Ａ，２２Ｂ，２３Ｂ、光学ブロック２４、及び参照ブロック２５等を備えている。
【００６４】
光学ヘッド２２Ａ、２３Ａ、２２Ｂ、２３Ｂは、参照アーム２０の＋Ｙ側の壁にそれぞれ形成された４つの貫通孔に個別に挿入され、固定されている。光学ヘッド２２Ａ，２２Ｂは光源（不図示）から光ファイバを介して供給されるプローブ光ＩＢ１、ＩＢ２を光学ブロック２４及び参照ブロック２５に対して送光する送光用のヘッドである。残りの光学ヘッド２３Ａ、２３Ｂは、光学ブロック２４及び参照ブロック２５からの戻り光を受光する受光用のヘッドである。
【００６５】
光学ブロック２４は、参照アーム２０の先端面（＋Ｙ側の壁の＋Ｙ側面）に固定された側面視（−Ｘ方向から見て）台形状を有する四角柱状の光学部材２６と、光学部材２６の−Ｘ側面に上下に並んで固定された一対のコーナーキューブ２７Ａ，２７Ｂとを含む。光学部材２６は、直方体状の偏光ビームスプリッタ２６ａと、偏光ビームスプリッタ２６ａの上面に固定されたＹＺ断面が直角三角形のプリズム部材２６ｂと、を有している。偏光ビームスプリッタ２６ａは、それぞれの斜面を対向させた一対の直角プリズムから成り、その対向面に偏光分離膜が設けられ、これによって偏光分離面ＢＳが形成されている。プリズム部材２６ｂは、斜面以外の一側面が、偏光ビームスプリッタ２６ａの上面に固定されている。そして、上記偏光分離面ＢＳがＸＹ平面及びＹＺ平面に対して４５度を成す状態で、光学ブロック２４（光学部材２６）は、参照アーム２０の先端面に固定されている。偏光ビームスプリッタ２６ａの＋Ｘ側面の上半部には、反射部材２８Ａが固定され、−Ｚ側面の＋Ｘ半部には、反射部材２８Ｂが、固定されている。反射部材２８Ａ、２８Ｂは、外面に反射膜が形成された１／４波長板から成る。
【００６６】
参照ブロック２５は、ＸＺ断面がＬ字状のブロック部材から成り、光学部材２６の下面（−Ｚ側の面）及び側面（＋Ｘ側の面）のそれぞれに対して、僅かな間隙を介して、対向する２つの反射面を有し、アーム部７１ａ１の底壁の上面に固定されている。参照ブロック２５は、その２つの反射面に１／４波長板２９Ａ、及び２９Ｂが固定されている。
【００６７】
ここで、上述のようにして構成された変位センサ２１の測定原理について説明する。変位センサ２１は、光源としてゼーマン効果を利用した２周波レーザを用いたヘテロダイン方式の干渉計である。光源は、周波数安定化されたもので、ゼーマン効果を用いて２〜３ＭＨｚだけ周波数が異なり（従って波長が異なり）、かつ、偏光が互いに直交する２成分を含むレーザ光束を出力する。ここでは、光源は、２つの直交する偏光成分（Ｐ偏光成分とＳ偏光成分）で波長が異なり、ガウス分布の円形ビームを出力するものとする。後述するように、Ｐ偏光成分及びＳ偏光成分の一方が測定ビームになり、他方が参照ビームになる。
【００６８】
光源から光ファイバ（図６（Ａ）に光学ヘッド２２Ａに接続された光ファイバのみが示されている）をそれぞれ介して送られたレーザ光束が、光学ヘッド２２Ａ、２２Ｂからプローブ光ＩＢ１、ＩＢ２として、それぞれ＋Ｙ方向に向けて射出される。
【００６９】
光学ヘッド２２Ａからのプローブ光ＩＢ１は、プリズム部材２６ｂの斜面（反射面）ＲＳで反射されて偏光ビームスプリッタ２６ａに入射し、偏光分離面ＢＳで２つのビームに偏光分離される。この偏光分離により、偏光分離面ＢＳを透過したＰ偏光成分（測定ビーム）は１／４波長板２９Ａに向かって進み、偏光分離面ＢＳで反射されたＳ偏光成分（参照ビーム）は反射部材２８Ａに向かって進む。
【００７０】
Ｐ偏光成分は、１／４波長板２９Ａを通過後、参照ブロック２５の＋Ｚ側の反射面で反射された後、再度１／４波長板２９Ａを通過する。これにより、Ｐ偏光成分は、偏光方向が９０度回転されてＳ偏光成分になり、その後、偏光分離面ＢＳ、コーナーキューブ２７Ａの２つの反射面、偏光分離面ＢＳで順次反射された後、再び１／４波長板２９Ａに向かう。そして、そのＳ偏光成分は、１／４波長板２９Ａを通過後、参照ブロック２５の＋Ｚ側の反射面で反射され、１／４波長板２９Ａを通過してＰ偏光成分になる。これにより、そのＰ偏光成分は、偏光分離面ＢＳを透過する。
【００７１】
一方、偏光分離面ＢＳで反射されたＳ偏光成分（参照ビーム）は、外面に反射面が形成された１／４波長板から成る反射部材２８Ａで反射されて（すなわち１／４波長板を２回通過して）Ｐ偏光成分になり、偏光分離面ＢＳを透過し、コーナーキューブ２７Ａの２つの反射面により反射された後、偏光分離面ＢＳを透過する。そして、このＰ偏光成分は、再度、反射部材２８Ａにより反射されてＳ偏光成分になり、偏光分離面ＢＳにより反射される。この偏光分離面ＢＳにより反射されたＳ偏光成分(参照ビーム）は、上述した偏光分離面ＢＳを透過したＰ偏光成分（参照ブロック２５の＋Ｚ側の反射面で反射され、１／４波長板２９Ａを通過した測定ビーム）と同軸に合成されて光学ヘッド２３Ａにより受光される。
【００７２】
光学ヘッド２３Ａは、偏光分離面ＢＳからの同軸に合成された上述のプローブ光ＩＢ１の戻り光（検出光）を受光し、不図示の光ファイバを介して検出器（不図示）に送る。検出器（不図示）は、検出光に含まれる２つの偏光成分をそれらの偏光方向を揃えて干渉させ、その干渉光の強度（２つの偏光成分の位相差）を検出する。すなわち、検出器では、干渉信号（干渉光の強度信号）に基づいて、測定ビームの位相が参照ビームの位相に対してドップラーシフトし、位相変化が生じることを利用して、その位相変化で生じた干渉信号の変化をヘテロダイン検出する。検出器では、このようにして、２つの偏光成分の光路差、すなわち参照アーム２０を基準とする計測アーム７１（アーム部７１ａ１）の胴部のＺ軸方向の変位ｄｚを検出する。
【００７３】
同様に、光学ヘッド２２Ｂからのプローブ光ＩＢ２は、プリズム部材２６ｂの斜面（反射面）ＲＳで反射されて偏光ビームスプリッタ２６ａに入射し、偏光分離面ＢＳで２つのビームに偏光分離される。この偏光分離により、偏光分離面ＢＳを透過したＰ偏光成分（参照ビーム）は反射部材２８Ｂに向かって進み、偏光分離面ＢＳで反射されたＳ偏光成分（測定ビーム）は１／４波長板２９Ｂに向かって進む。
【００７４】
Ｐ偏光成分（参照ビーム）は、外面に反射面が形成された１／４波長板から成る反射部材２８Ｂで反射されてＳ偏光成分になり、偏光分離面ＢＳ、コーナーキューブ２７Ｂの２つの反射面、偏光分離面ＢＳで順次反射された後、反射部材２８Ｂに再度向かう。そして、そのＳ偏光成分は、反射部材２８Ｂで反射されてＰ偏光成分になる。これにより、そのＰ偏光成分（参照ビーム）は、偏光分離面ＢＳを透過する。
【００７５】
一方、偏光分離面ＢＳで反射されたＳ偏光成分（測定ビーム）は、１／４波長板２９Ｂを通過後、参照ブロック２５の−Ｘ側の反射面で反射された後、再度１／４波長板２９Ｂを透過する。これにより、Ｓ偏光成分は、偏光方向が９０度回転されてＰ偏光成分になり、偏光分離面ＢＳを透過後、コーナーキューブ２７Ｂの２つの反射面で反射された後、偏光分離面ＢＳを透過して１／４波長板２９Ｂに再度向かう。そして、そのＰ偏光成分は、参照ブロック２５の−Ｘ側の反射面で反射された後、再度１／４波長板２９Ｂを透過してＳ偏光成分になる。これにより、そのＳ偏光成分（測定ビーム）は、偏光分離面ＢＳで反射され、上述のＰ偏光成分（反射部材２８Ｂで反射された参照ビーム）と同軸に合成されて光学ヘッド２３Ｂにより受光される。
【００７６】
光学ヘッド２３Ｂは、偏光分離面ＢＳからの同軸に合成された上述のプローブ光ＩＢ２の戻り光（検出光）を受光し、不図示の光ファイバを介して検出器（不図示）に送る。検出器（不図示）は、検出光に含まれる２つの偏光成分をそれらの偏光方向を揃えて干渉させ、その干渉光の強度（２つの偏光成分の位相差）を前述のようにして検出することで、２つの偏光成分の光路差、すなわち参照アーム２０を基準とする計測アーム７１（アーム部７１ａ１）の胴部のＸ軸方向の変位ｄｘを検出する。
【００７７】
変位センサ２１の検出結果は、主制御装置５０に供給される（図３参照）。主制御装置５０は、変位センサ２１の検出結果ｄｘ，ｄｚを用いて、微動ステージ位置計測系７０（後述するエンコーダシステム７３及びレーザ干渉計システム７５）の計測値（微動ステージＷＦＳの６自由度方向の位置、特にＸ軸方向及びＺ軸方向の位置の計測結果）を補正する。この補正については後述する。
【００７８】
本実施形態では、計測アーム７１が上述のようにして構成されていることから、ウエハステージＷＳＴが投影光学系ＰＬの下方に位置する場合、計測アーム７１（先端部）は粗動ステージＷＣＳの空間内に位置する。このとき、図１に示されるように、計測アーム７１の上面が、例えば数ｍｍ程度の隙間（ギャップ又はクリアランス）を介して、微動ステージＷＦＳの下面（より正確には、本体部８１（図１では不図示、図２（Ａ）等参照）の下面）に対向する。これにより、計測アーム７１に干渉することなく、ウエハステージＷＳＴが移動することができる。
【００７９】
なお、計測アーム７１（アーム本体７１ａ）内に、例えば１００Ｈｚ程度の固有の共振周波数を有するマスダンパ（ダイナミックダンパとも呼ばれる）を設けても良い。ここで、マスダンパとは、弾性部材、例えばバネと重りとから構成された振り子を含み、その重りが共振することで計測アーム７１の振動（マスダンパーの共振周波数の振動）を減衰する振動減衰部材である。
【００８０】
微動ステージ位置計測系７０は、図３に示されるように、エンコーダシステム７３と、レーザ干渉計システム７５とを備えている。
【００８１】
本実施形態のエンコーダシステム７３では、例えば米国特許第７，２３８，９３１号明細書及び米国特許出願公開第２００７／０２８８１２１号明細書などに開示されるエンコーダヘッド（以下、適宜、ヘッドと呼ぶ。）と同様の構成の回折干渉型のヘッドが用いられている。ただし、本実施形態では、ヘッドは、後述するように光源及び受光系（光検出器を含む）が、計測アーム７１の外部に配置され、光学系のみが計測アーム７１の内部に配置されている。以下、特に必要な場合を除いて、計測アーム７１の内部に配置された光学系をヘッドと呼ぶ。
【００８２】
エンコーダシステム７３は、微動ステージＷＦＳのＸ軸方向の位置を計測するＸリニアエンコーダ７３ｘと、微動ステージＷＦＳのＹ軸方向の位置を計測する一対のＹリニアエンコーダ７３ｙａ，７３ｙｂとを含む。Ｘリニアエンコーダ７３ｘは、グレーティングＲＧのＸ回折格子を用いて微動ステージＷＦＳのＸ軸方向の位置を計測する１つのＸヘッド７７ｘ（図７（Ａ）及び図７（Ｂ）参照）を有し、一対のＹリニアエンコーダ７３ｙａ，７３ｙｂはグレーティングＲＧのＹ回折格子を用いてそのＹ軸方向の位置を計測する一対のＹヘッド７７ｙａ，７７ｙｂ（図７（Ｂ）参照）を、それぞれ有している。
【００８３】
ここで、エンコーダシステム７３を構成する３つのヘッド７７ｘ、７７ｙａ、７７ｙｂの構成について説明する。図７（Ａ）には、３つのヘッド７７ｘ、７７ｙａ、７７ｙｂを代表して、Ｘヘッド７７ｘの概略構成が示されている。また、図７（Ｂ）には、Ｘヘッド７７ｘ、Ｙヘッド７７ｙａ、７７ｙｂそれぞれの計測アーム７１（ヘッドユニット７７）内での配置が示されている。
【００８４】
図７（Ａ）に示されるように、Ｘヘッド７７ｘは、その分離面がＹＺ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板と表記する）ＷＰ１ａ，ＷＰ１ｂ、反射ミラーＲ２ａ，Ｒ２ｂ、及び反射ミラーＲ３ａ，Ｒ３ｂ等を有し、これらの光学素子が所定の位置関係で配置されている。Ｙヘッド７７ｙａ、７７ｙｂも同様の構成の光学系を有している。Ｘヘッド７７ｘ、Ｙヘッド７７ｙａ、７７ｙｂそれぞれは、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示されるように、ユニット化されて計測アーム７１（ヘッドユニット７７）の内部に固定されている。
【００８５】
Ｘヘッド７７ｘ（Ｘリニアエンコーダ７３ｘ）では、計測アーム７１の−Ｙ側の端部の上面（又はその上方）に設けられた光源ＬＤｘ（図７（Ｂ）参照）から射出されたレーザビームＬＢｘ０が、計測アーム７１（前述の空間７１０）内に配設された送光用光ファイバ７６ａを介して反射ミラーＲ３ａ（図７（Ａ）参照）に導かれる。そして、レーザビームＬＢｘ０は、反射ミラーＲ３ａによりその光路が折り曲げられて、偏光ビームスプリッタＰＢＳに入射する。レーザビームＬＢｘ０は、偏光ビームスプリッタＰＢＳで偏光分離されて２つの計測ビームＬＢｘ1，ＬＢｘ2となる。偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過した計測ビームＬＢｘ1は反射ミラーＲ１ａを介して微動ステージＷＦＳに形成されたグレーティング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ＬＢｘ2は反射ミラーＲ１ｂを介してグレーティングＲＧに到達する。なお、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。
【００８６】
計測ビームＬＢｘ1，ＬＢｘ2の照射によってグレーティングＲＧから発生する所定次数の回折ビーム、例えば１次回折ビームそれぞれは、レンズＬ２ａ，Ｌ２ｂを介して、λ／４板ＷＰ１ａ，ＷＰ１ｂにより円偏光に変換された後、反射ミラーＲ２ａ，Ｒ２ｂにより反射されて再度λ／４板ＷＰ１ａ，ＷＰ１ｂ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に達する。
【００８７】
偏光ビームスプリッタＰＢＳに達した２つの１次回折ビームは、各々その偏光方向が元の方向に対して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ＬＢｘ1の１次回折ビームは、偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射される。また、先に偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射された計測ビームＬＢｘ2の１次回折ビームは、偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過する。これにより、計測ビームＬＢｘ1，ＬＢｘ2それぞれの１次回折ビームは同軸上に合成ビームＬＢｘ12として合成される。合成ビームＬＢｘ12は、反射ミラーＲ３ｂで反射され、計測アーム７１（前述の空間７１０）内に配設された受光用光ファイバ７６ｂを介して、計測アーム７１の−Ｙ側の端部の上面（又はその上方）に設けられたＸ受光系７４ｘに送光される。
【００８８】
Ｘ受光系７４ｘでは、合成ビームＬＢｘ12として合成された計測ビームＬＢｘ1，ＬＢｘ2の１次回折ビームが不図示の偏光子（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り、この干渉光が不図示の光検出器によって検出され、干渉光の強度に応じた電気信号に変換される。ここで、微動ステージＷＦＳが計測方向（この場合、Ｘ軸方向）に移動すると、２つのビーム間の位相差が変化して干渉光の強度が変化する。この干渉光の強度の変化は、微動ステージＷＦＳのＸ軸方向に関する位置情報として主制御装置５０（図３参照）に供給される。
【００８９】
Ｙヘッド７７ｙａ，７７ｙｂも、Ｘヘッド７７ｘと同様に構成されている。Ｙヘッド７７ｙａ、７７ｙｂには、それぞれの光源ＬＤｙａ、ＬＤｙｂ（図７（Ｂ）参照）から射出されたレーザビームＬＢｙａ０、ＬＢｙｂ０が、送光用光ファイバをそれぞれ介して入射し、前述と同様にして、Ｙヘッド７７ｙａ、７７ｙｂから、偏向ビームスプリッタで偏光分離された計測ビームそれぞれのグレーティングＲＧ（のＹ回折格子）による１次回折ビームの合成ビームＬＢｙａ１２、ＬＢｙｂ１２が、それぞれ出力され、受光用光ファイバをそれぞれ介してＹ受光系７４ｙａ、７４ｙｂ（図７（Ｂ）参照）に戻される。図７（Ｂ）中では、光源ＬＤｙａとＹヘッド７７ｙａとを接続する送光用光ファイバと、Ｙヘッド７７ｙａとＹ受光系７４ｙａとを接続する受光用光ファイバとが重なっており、これら両光ファイバが、符号７６ｃで示されている。同様に、図７（Ｂ）中では、光源ＬＤｙｂとＹヘッド７７ｙｂとを接続する送光用光ファイバと、Ｙヘッド７７ｙｂとＹ受光系７４ｙｂとを接続する受光用光ファイバとが重なっており、これら両光ファイバが、符号７６ｄで示されている。
【００９０】
図８（Ａ）には、計測アーム７１の先端部が斜視図にて示されており、図８（Ｂ）には、計測アーム７１の先端部の上面を＋Ｚ方向から見た平面図が示されている。図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示されるように、Ｘヘッド７７ｘは、Ｘ軸に平行な直線ＬＸ上で計測アーム７１のセンターラインＣＬから等距離にある２点（図８（Ｂ）の白丸参照）から、計測ビームＬＢｘ１、ＬＢｘ２（図８（Ａ）中に実線で示されている）を、グレーティングＲＧ上の同一の照射点に照射する（図７（Ａ）参照）。計測ビームＬＢｘ１、ＬＢｘ２の照射点、すなわちＸヘッド７７ｘの検出点（図８（Ｂ）中の符号ＤＰ参照）は、ウエハＷに照射される照明光ＩＬの照射領域（露光領域）ＩＡの中心である露光位置に一致している（図１参照）。なお、計測ビームＬＢｘ１、ＬＢｘ２は、実際には、本体部８１と空気層との境界面などで屈折するが、図７（Ａ）等では、簡略化して図示されている。
【００９１】
図７（Ｂ）に示されるように、一対のＹヘッド７７ｙａ、７７ｙｂそれぞれは、センターラインＣＬの＋Ｘ側、−Ｘ側に配置されている。
【００９２】
Ｙヘッド７７ｙａは、Ｙ軸に平行な直線ＬＹａ上で直線ＬＸからの距離が等しい２点（図８（Ｂ）の白丸参照）から、グレーティングＲＧ上の共通の照射点に図８（Ａ）においてそれぞれ破線で示される計測ビームＬＢｙａ１，ＬＢｙａ２を照射する。計測ビームＬＢｙａ１，ＬＢｙａ２の照射点、すなわちＹヘッド７７ｙａの検出点が、図８（Ｂ）に符号ＤＰｙａで示されている。
【００９３】
Ｙヘッド７７ｙｂは、センターラインＣＬに関して、Ｙヘッド７７ｙａの計測ビームＬＢｙａ１，ＬＢｙａ２の射出点に対称な２点（図８（Ｂ）の白丸参照）から、計測ビームＬＢｙｂ１，ＬＢｙｂ２を、グレーティングＲＧ上の共通の照射点ＤＰｙｂに照射する。図８（Ｂ）に示されるように、Ｙヘッド７７ｙａ、７７ｙｂそれぞれの検出点ＤＰｙａ、ＤＰｙｂは、Ｘ軸に平行な直線ＬＸ上に配置される。
【００９４】
ここで、主制御装置５０は、微動ステージＷＦＳのＹ軸方向の位置は、２つのＹヘッド７７ｙａ、７７ｙｂの計測値の平均に基づいて決定する。従って、本実施形態では、微動ステージＷＦＳのＹ軸方向の位置は、検出点ＤＰｙａ、ＤＰｙｂの中点ＤＰを実質的な計測点として計測される。中点ＤＰは、計測ビームＬＢｘ１，ＬＢＸ２のグレーティングＲＧ上の照射点と一致する。
【００９５】
すなわち、本実施形態では、微動ステージＷＦＳのＸ軸方向及びＹ軸方向の位置情報の計測に関して、共通の検出点を有し、この検出点は、ウエハＷに照射される照明光ＩＬの照射領域（露光領域）ＩＡの中心である露光位置に一致する。従って、本実施形態では、主制御装置５０は、エンコーダシステム７３を用いることで、微動ステージＷＦＳ上に載置されたウエハＷの所定のショット領域にレチクルＲのパターンを転写する際、微動ステージＷＦＳのＸＹ平面内の位置情報の計測を、常に露光位置の直下（微動ステージＷＦＳの裏面側）で行うことができる。また、主制御装置５０は、一対のＹヘッド７７ｙａ、７７ｙｂの計測値の差に基づいて、微動ステージＷＦＳのθｚ方向の回転量を計測する。
【００９６】
レーザ干渉計システム７５は、図８（Ａ）に示されるように、３本の測長ビームＬＢｚ１、ＬＢｚ２、ＬＢｚ３を計測アーム７１の先端部（ヘッドユニット７７）から、微動ステージＷＦＳの下面に入射させる。レーザ干渉計システム７５は、これら３本の測長ビームＬＢｚ１、ＬＢｚ２、ＬＢｚ３それぞれを照射する３つのレーザ干渉計７５ａ〜７５ｃ（図３参照）を備えている。
【００９７】
レーザ干渉計システム７５では、３本の測長ビームＬＢｚ１、ＬＢｚ２、ＬＢｚ３は、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示されるように、計測アーム７１の上面上の同一直線上に無い３点それぞれから、Ｚ軸に平行に射出される。ここで、３本の測長ビームＬＢｚ１、ＬＢｚ２、ＬＢｚ３は、図８（Ｂ）に示されるように、その重心が、照射領域（露光領域）ＩＡの中心である露光位置に一致する、二等辺三角形（又は正三角形）の各頂点に相当する３点から、それぞれ射出される。この場合、測長ビームＬＢｚ３の射出点（照射点）はセンターラインＣＬ上に位置し、残りの測長ビームＬＢｚ１、ＬＢｚ２の射出点（照射点）は、センターラインＣＬから等距離にある。本実施形態では、主制御装置５０は、レーザ干渉計システム７５を用いて、微動ステージＷＦＳのＺ軸方向の位置、θｘ方向及びθｙ方向の回転量の情報を計測する。なお、レーザ干渉計７５ａ〜７５ｃは、計測アーム７１の−Ｙ側の端部の上面（又はその上方）に設けられている。レーザ干渉計７５ａ〜７５ｃから−Ｚ方向に射出された測長ビームＬＢｚ１、ＬＢｚ２、ＬＢｚ３は、送受光用の光ファイバ（不図示）を介してヘッドユニット７７に導かれ、上述の３点から射出される。
【００９８】
本実施形態では、微動ステージＷＦＳの下面に、エンコーダシステム７３からの各計測ビームを透過させ、レーザ干渉計システム７５からの各測長ビームの透過を阻止する、波長選択フィルタ（図示省略）が設けられている。この場合、波長選択フィルタは、レーザ干渉計システム７５からの各測長ビームの反射面をも兼ねる。波長選択フィルタとして、波長選択性を有する薄膜などが用いられ、本実施形態では、波長選択フィルタは、例えば透明板（本体部８１）の一面に設けられ、グレーティングＲＧはその一面に対してウエハホルダ側に配置される。
【００９９】
以上の説明からわかるように、主制御装置５０は、微動ステージ位置計測系７０のエンコーダシステム７３及びレーザ干渉計システム７５を用いることで、微動ステージＷＦＳの６自由度方向の位置を計測することができる。この場合、エンコーダシステム７３では、計測ビームの空気中での光路長が極短くかつほぼ等しいため、空気揺らぎの影響が殆ど無視できる。従って、エンコーダシステム７３により、微動ステージＷＦＳのＸＹ平面内（θｚ方向も含む）の位置情報を高精度に計測できる。また、エンコーダシステム７３によるＸ軸方向、及びＹ軸方向の実質的なグレーティング上の検出点、及びレーザ干渉計システム７５によるＺ軸方向の微動ステージＷＦＳ下面上の検出点は、それぞれ露光領域ＩＡの中心（露光位置）にＸＹ平面内で一致するので、検出点と露光位置とのＸＹ平面内のずれに起因するいわゆるアッベ誤差の発生が実質的に無視できる程度に抑制される。従って、主制御装置５０は、微動ステージ位置計測系７０を用いることで、検出点と露光位置とのＸＹ平面内のずれに起因するアッベ誤差なく、微動ステージＷＦＳのＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の位置を高精度に計測できる。
【０１００】
本実施形態に係る露光装置１００では、計測アーム７１の曲がりに伴う先端の変位による微動ステージ位置計測系７０（エンコーダシステム７３及びレーザ干渉計システム７５）の計測誤差の補正（先端変位補償）が行われる。先端変位補償では、前述の変位センサ２１の検出結果（参照アーム２０を基準とする計測アーム７１（アーム部７１ａ１）の胴部のＸ軸方向及びＺ軸方向の変位）ｄｘ，ｄｚを用いて、微動ステージＷＦＳの６自由度方向の位置、特にＸ軸方向及びＺ軸方向の位置（Ｘ，Ｚ）の計測値を補正する。
【０１０１】
計測アーム７１の先端に設けられたヘッドユニット７７の中心（検出点ＤＰ）のＸ軸方向及びＺ軸方向の変位ΔＸ，ΔＺと計測アーム７１（アーム部７１ａ１）の胴部のＸ軸方向及びＺ軸方向の変位ｄｘ，ｄｚとの間には、Ｘ軸方向を取り上げて図９に模式的に示されるように、比例関係ΔＸ＝ｋｘｄｘ，ΔＺ＝ｋｚｄｚが成り立つものとする。ここで、変位ΔＸ、ΔＺと変位ｄｘ、ｄｚは、片持ち梁（カンチレバー）のＸ軸方向、Ｚ軸方向の撓み量である。従って、比例係数（比例定数）ｋｘ，ｋｚは、計測アーム７１の先端部と参照アーム２０の先端部との長さの関係（差）において定まり、予め実測又はシミュレーションにより求められる。主制御装置５０は、比例係数ｋｘ，ｋｚを用いて、変位センサ２１の検出結果ｄｘ，ｄｚから検出点ＤＰの変位ΔＸ，ΔＺを求め、これらを微動ステージ位置計測系７０の計測結果Ｘ，Ｚにオフセットとして加算する。
【０１０２】
発明者は、計測アーム７１の設計データを基に、比例係数を、シミュレーションにより２つの場合について求めた。第１の場合として、計測アーム７１（アーム部７１ａ１）の側面（又は上面）の全長に渡って、当分布荷重を加える場合を想定し、第２の場合として、計測アーム７１（アーム部７１ａ１）の側面（又は上面）の先端側半部に同じ大きさの当分布荷重を加える場合を想定した。等分布荷重を１Ｐａの圧力として、シミュレーションを行った結果、第１の場合と第２の場合とで、ｋｘとして３．４４、３．４７が、Ｋｚとして４．０７、４，０４がそれぞれ得られた。このように、得られたｋｘ同士、及びｋｚ同士は、殆ど同じ大きさ（両者の差は、１％程度又はそれ以下）となることが確認された。これより、上記の比例関係を用いて、ヘッドユニット７７の中心（検出点ＤＰ）のＸ軸方向及びＺ軸方向の変位ΔＸ，ΔＺを求める取り扱いが実用上有効であることが分かる。
【０１０３】
なお、参照アーム２０はその構成より十分高い剛性を有し、その固有振動数は十分に高くなることから、計測アーム７１の例えば２００Ｈｚ以下の低周波帯域の振動に対して十分な計測精度（０．０１ｎｍあるいはそれ以下）が得られることが期待される。また、先端変位補償における比例係数ｋｘ，ｋｚが、十分な計測精度を得るために必要な例えばシミュレーション等により求められた範囲の値（例えば３〜４程度の値）になるよう、参照アーム２０の構成、配置を調整することとすれば良い。
【０１０４】
上述のようにして構成された本実施形態に係る露光装置１００では、デバイスの製造に際し、まず、主制御装置５０により、ウエハアライメント系ＡＬＧを用いて、微動ステージＷＦＳの計測プレート８６上の第２基準マークが検出される。次いで、主制御装置５０により、ウエハアライメント系ＡＬＧを用いてウエハアライメント（例えば米国特許第４，７８０，６１７号明細書などに開示されるエンハンスト・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）など）などが行われる。なお、本実施形態の露光装置１００では、ウエハアライメント系ＡＬＧは、投影ユニットＰＵからＹ軸方向に離間して配置されているので、ウエハアライメントを行う際、微動ステージ位置計測系７０のエンコーダシステム（計測アーム）による微動ステージＷＦＳの位置計測ができない。そこで、前述したウエハステージ位置計測系１６と同様のレーザ干渉計システム（不図示）を介してウエハＷ（微動ステージＷＦＳ）の位置を計測しながらウエハのアライメントを行うものとする。また、ウエハアライメント系ＡＬＧと投影ユニットＰＵとが離間しているので、主制御装置５０は、ウエハアライメントの結果得られたウエハＷ上の各ショット領域の配列座標を、第２基準マークを基準とする配列座標に変換する。
【０１０５】
そして、主制御装置５０は、露光開始に先立って、前述の一対のレチクルアライメント系ＲＡ１，ＲＡ２、及び微動ステージＷＦＳの計測プレート８６上の一対の第１基準マークなどを用いて、通常のスキャニング・ステッパと同様の手順（例えば、米国特許第５，６４６，４１３号明細書などに開示される手順）で、レチクルアライメントを行う。そして、主制御装置５０は、レチクルアライメントの結果と、ウエハアライメントの結果（ウエハＷ上の各ショット領域の第２基準マークを基準とする配列座標）とに基づいて、ステップ・アンド・スキャン方式の露光動作を行い、ウエハＷ上の複数のショット領域にレチクルＲのパターンをそれぞれ転写する。この露光動作は、前述したレチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとの同期移動を行う走査露光動作と、ウエハステージＷＳＴをショット領域の露光のための加速開始位置に移動するショット間移動（ステッピング）動作とを交互に繰り返すことで行われる。この場合、液浸露光による走査露光が行われる。本実施形態に係る露光装置１００では、上述の一連の露光動作中、主制御装置５０により、微動ステージ位置計測系７０を用いて、微動ステージＷＦＳ（ウエハＷ）の位置が計測され、エンコーダシステム７３の各エンコーダの計測値が、上述したようにして補正され、その補正後のエンコーダシステム７３の各エンコーダの計測値に基づいてウエハＷのＸＹ平面内の位置が制御される。また、露光中のウエハＷのフォーカス・レベリング制御は、前述の如く、主制御装置５０により、多点ＡＦ系ＡＦの計測結果に基づいて行われる。
【０１０６】
なお、上述の走査露光動作時は、ウエハＷをＹ軸方向に高加速度で走査する必要があるが、本実施形態の露光装置１００では、主制御装置５０は、走査露光動作時には、図１０（Ａ）に示されるように、原則的に粗動ステージＷＣＳを駆動せず、微動ステージＷＦＳのみをＹ軸方向に（必要に応じて他の５自由度方向にも併せて）駆動する（図１０（Ａ）の黒塗り矢印参照）ことで、ウエハＷをＹ軸方向に走査する。これは、粗動ステージＷＣＳを駆動する場合に比べ、微動ステージＷＦＳのみを動かす方が駆動対象の重量が軽い分、高加速度でウエハＷを駆動できて有利だからである。また、前述のように、微動ステージ位置計測系７０は、その位置計測精度がウエハステージ位置計測系１６よりも高いので、走査露光時には微動ステージＷＦＳを駆動した方が有利である。なお、この走査露光時には、微動ステージＷＦＳの駆動による反力（図１０（Ａ）の白抜き矢印参照）の作用により、粗動ステージＷＣＳが微動ステージＷＦＳと反対側に駆動される。すなわち、粗動ステージＷＣＳがカウンタマスとして機能し、ウエハステージＷＳＴの全体から成る系の運動量が保存され、重心移動が生じないので、微動ステージＷＦＳの走査駆動によってベース盤１２に偏荷重が作用するなどの不都合が生じることがない。
【０１０７】
一方、Ｘ軸方向にショット間移動（ステッピング）動作を行う際には、微動ステージＷＦＳのＸ軸方向への移動可能量が少ないことから、主制御装置５０は、図１０（Ｂ）に示されるように、粗動ステージＷＣＳをＸ軸方向に駆動することによって、ウエハＷをＸ軸方向に移動させる。
【０１０８】
以上説明したように、本実施形態に係る露光装置１００によると、計測アーム７１の内部に配置された参照アーム２０の先端に設けられた変位センサ２１により計測アーム７１の胴部の変位が測定され、主制御装置５０によってその測定結果を用いて微動ステージ位置計測系７０による微動ステージＷＦＳの位置（特に、Ｘ軸及びＺ軸方向の位置）の計測値が補正される。これにより、片持ち梁状の計測アーム７１に空気圧等が外力（計測アーム７１を曲げる又は撓ませる力）として作用し、ヘッドユニット７７が設けられた計測アーム７１の先端が微小変位しても、それに伴う計測誤差の無い高精度な微動ステージＷＦＳ（ウエハテーブルＷＴＢ）の位置情報の計測、及びその計測結果に基づく、高精度な位置の制御が可能となり、ひいては微動ステージＷＦＳに保持されたウエハＷに対する高精度な露光が可能になる。
【０１０９】
なお、上記実施形態では、ウエハステージＷＳＴの移動に伴う空気圧等が外部から加わらないように参照アーム２０を計測アーム７１内に配置したが、外圧が加わらない又は無視できる程度である場合には参照アーム２０を計測アーム７１の外側に配置することとしても良い。例えば、参照アーム２０を筒状に構成し、その内側に計測アーム７１を配置することとしても良い。あるいは、参照アーム２０を計測アーム７１の外部に計測アーム７１と平行に配置することとしても良い。
【０１１０】
なお、参照アーム２０が計測アーム７１の外側に配置される場合、参照アーム２０は計測アームの胴部の外側面、上面、下面等を計測しても良く、また、計測アームの両サイドに２つの参照アーム２０を配置しても良い。後者の場合、いずれか一方の参照アーム２０に設けられた変位センサ２１の計測値、又は２つの参照アーム２０にそれぞれ設けられた変位センサ２１で計測される変位の絶対値の平均値に基づいて、微動ステージ位置計測系７０による微動ステージＷＦＳの位置（特に、Ｘ軸及びＺ軸方向の位置）の計測値を補正することとしても良い。
【０１１１】
また、上記実施形態では、変位センサ２１として干渉計を採用したが、これに限らず、静電容量センサ、エンコーダ等、計測アーム７１の変位を測定することのできるセンサを採用することができる。ただし、熱の発生が少ないことが期待できる光学センサが望ましい。
【０１１２】
また、上記実施形態では、変位センサ２１を構成する光学ヘッド２２Ａ，２３Ａ，２２Ｂ，２３Ｂ及び光学ブロック２４を参照アーム２０の先端に、参照ブロック２５を計測アーム７１の胴部（アーム部７１ａ１）に設けることとしたが、逆に、光学ヘッド２２Ａ，２３Ａ，２２Ｂ，２３Ｂ及び光学ブロック２４を計測アーム７１の胴部に、参照ブロック２５を参照アーム２０の先端に設けることとしても良い。
【０１１３】
なお、上記実施形態では、エンコーダシステム７３が、Ｘヘッドと一対のＹヘッドを備える場合について例示したが、これに限らず、例えばＸ軸方向及びＹ軸方向の２方向を計測方向とする２次元ヘッド（２Ｄヘッド）を、１つ又は２つ設けても良い。２Ｄヘッドを２つ設ける場合には、それらの検出点がグレーティング上で露光位置を中心として、Ｘ軸方向に同一距離離れた２点になるようにしても良い。
【０１１４】
また、微動ステージ位置計測系７０は、レーザ干渉計システム７５を備えることなく、エンコーダシステム７３のみで微動ステージの６自由度方向に関する位置情報を計測できるようにしても良い。この場合、例えばＸ軸方向及びＹ軸方向の少なくとも一方とＺ軸方向に関する位置情報を計測可能なエンコーダを用いることができる。この場合のエンコーダとしては、例えば米国特許第７，５６１，２８０号明細書に開示される変異計測センサヘッドシステムを用いることができる。そして、例えば、２次元のグレーティングＲＧ上の同一直線上に無い３つの計測点に、Ｘ軸方向とＺ軸方向に関する位置情報を計測可能なエンコーダ（上記変異計測センサヘッドシステムなど）と、Ｙ軸方向とＺ軸方向に関する位置情報を計測可能なエンコーダ（上記変異計測センサヘッドシステムなど）とを含む合計３つのエンコーダから計測ビームを照射し、グレーティングＲＧからのそれぞれの戻り光を受光することで、グレーティングＲＧが設けられた移動体の６自由度方向の位置情報を計測することとすることができる。かかる場合、レーザ干渉計システム７５は不要となる。また、エンコーダシステム７３の構成は上記実施形態に限られない。例えばＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各方向に関する位置情報を計測可能な３次元ヘッド（３Ｄヘッド）を用いても良い。３Ｄヘッドとしては、例えば、Ｘ軸方向及びＺ軸方向を計測方向とする上記変異計測センサヘッドシステムと、Ｙ軸方向及びＺ軸方向を計測方向とする上記変異計測センサヘッドシステムとを、それぞれの計測点（検出点）が同一点となり、かつＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の計測が可能となるように組み合わせて構成した３Ｄヘッドを用いることができる。この場合において、３Ｄヘッドの検出点は、ウエハＷに照射される照明光ＩＬの照射領域（露光領域）ＩＡの中心である露光位置の真下に位置させることが好ましい。
【０１１５】
また、上記実施形態では、微動ステージの上面、すなわちウエハに対向する面にグレーティングが配置されているものとしたが、これに限らず、グレーティングＲＧは、ウエハＷを保持するウエハホルダＷＨの下面に形成されていても良い。この場合、露光中にウエハホルダＷＨが膨張したり、微動ステージＷＦＳに対する装着位置がずれたりした場合であっても、これに追従してウエハホルダ（ウエハ）の位置を計測することができる。グレーティングＲＧは、ウエハホルダＷＨの下面に固定されていても良い。この場合、グレーティングＲＧが固定又は形成される透明板の一面をウエハホルダの裏面に接触又は近接して配置しても良い。
【０１１６】
また、グレーティングＲＧは、微動ステージの下面に配置されていても良く、この場合、セラミックスなどの不透明な部材にグレーティングＲＧを固定又は形成しても良い。また、この場合、エンコーダヘッドから照射される計測ビームが微動ステージの内部を進行しないので、微動ステージを光が透過可能な中実部材とする必要がなく、微動ステージを中空構造にして内部に配管、配線等を配置することができ、微動ステージを軽量化できる。この場合、グレーティングＲＧの表面に保護部材（カバーガラス）を設けても良い。あるいは、従来の微動ステージにウエハホルダとグレーティングＲＧを保持するだけでも良い。また、ウエハホルダを、中実のガラス部材によって形成し、該ガラス部材の上面（ウエハ載置面）にグレーティングＲＧを配置しても良い。
【０１１７】
また、上記実施形態では、微動ステージ位置計測系７０が、内部に送光用の光ファイバ、受光用の光ファイバ、及び送受光用の光ファイバなどが配設された中空の計測アーム７１を備える場合を説明したが、これに限らず、計測アーム７１は、少なくとも前述の各レーザビームが進行する部分が、光を透過可能であれば、その構成は特に問わない。
【０１１８】
また、例えば計測アームとしては、グレーティングに対向する部分から計測ビームを照射できれば、例えば計測アームの先端部（ヘッドユニット７７）に光源や光検出器等を内蔵していても良い。この場合、計測アーム７１の内部に光ファイバ等を配置したり、計測アーム７１の内部をエンコーダの計測ビームを進行させたりする必要は無い。さらに、計測アームは、その形状は特に問わない。
【０１１９】
なお、上記実施形態において、微動ステージ位置計測系７０に加えて、微動ステージＷＦＳの位置情報を計測する干渉計システムを備えることとしても良い。また、ウエハテーブル（ウエハステージ）上にグレーティングを設け、これに対向してエンコーダヘッドをウエハステージの上方に配置する構成のエンコーダシステム、又は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るように、ウエハテーブル（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上方にグレーティングを配置する構成のエンコーダシステムを備えることとしても良い。
【０１２０】
なお、上記実施形態では、レーザ干渉計システム（不図示）を介してウエハＷ（微動ステージＷＦＳ）の位置を計測しながらウエハのアライメントを行うものとしたが、これに限らず、上述した微動ステージ位置計測系７０の計測アーム７１と同様の構成の計測アームを含む第２の微動ステージ位置計測系をウエハアライメント系ＡＬＧの近傍に設け、これを用いてウエハアライメント時における微動ステージのＸＹ平面内の位置計測を行うものとしても良い。
【０１２１】
なお、上記実施形態では、微動ステージを、粗動ステージに対して移動可能に支持すると共に、６自由度方向に駆動する微動ステージ駆動系５２を構成する一対の駆動部として、コイルユニットを一対の磁石ユニットで上下から挟み込むサンドイッチ構造が採用される場合について例示した。しかし、これに限らず、一対の駆動部は、磁石ユニットを一対のコイルユニットで上下から挟み込む構造であっても良いし、サンドイッチ構造でなくても良い。また、コイルユニットを微動ステージに配置し、磁石ユニットを粗動ステージに配置しても良い。
【０１２２】
また、上記実施形態では、微動ステージ駆動系５２により、微動ステージを、６自由度方向に駆動するものとしたが、必ずしも６自由度に駆動できなくても良い。
【０１２３】
なお、上記実施形態では、微動ステージＷＦＳは、ローレンツ力（電磁力）の作用により粗動ステージＷＣＳに非接触支持されたが、これに限らず、例えば微動ステージＷＦＳに真空予圧空気静圧軸受等を設けて、粗動ステージＷＣＳに対して浮上支持しても良い。また、微動ステージ駆動系５２は、上述したムービングマグネット型のものに限らず、ムービングコイル型のものであっても良い。さらに微動ステージＷＦＳは、粗動ステージＷＣＳに接触支持されていても良い。従って、微動ステージＷＦＳを粗動ステージＷＣＳに対して駆動する微動ステージ駆動系５２としては、例えばロータリモータとボールねじ（又は送りねじ）とを組み合わせたものであっても良い。
【０１２４】
また、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上記実施形態は好適に適用することができる。
【０１２５】
また、上記実施形態では、露光装置が、スキャニング・ステッパである場合について説明したが、これに限らず、ステッパなどの静止型露光装置に上記実施形態を適用しても良い。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、干渉計を用いてこのステージの位置を計測する場合と異なり、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、エンコーダの計測値に基づいて、ステージを高精度に位置制御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にも上記実施形態は適用することができる。
【０１２６】
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、この投影像は倒立像及び正立像のいずれでも良い。
【０１２７】
また、照明光ＩＬは、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）に限らず、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）などの紫外光や、Ｆ2レーザ光（波長１５７ｎｍ）などの真空紫外光であっても良い。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。
【０１２８】
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、軟Ｘ線領域（例えば５〜１５ｎｍの波長域）のＥＵＶ（Extreme Ultraviolet）光を用いるＥＵＶ露光装置に上記実施形態を適用することができる。その他、電子線又はイオンビームなどの荷電粒子線を用いる露光装置にも、上記実施形態は適用できる。
【０１２９】
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。かかる可変成形マスクを用いる場合には、ウエハ又はガラスプレート等が搭載されるステージが、可変成形マスクに対して走査されるので、このステージの位置をエンコーダシステム及びレーザ干渉計システムを用いて計測することで、上記実施形態と同等の効果を得ることができる。
【０１３０】
また、例えば国際公開第２００１／０３５１６８号に開示されているように、干渉縞をウエハＷ上に形成することによって、ウエハＷ上にライン・アンド・スペースパターンを形成する露光装置（リソグラフィシステム）にも上記実施形態を適用することができる。
【０１３１】
さらに、例えば米国特許第６，６１１，３１６号明細書に開示されているように、２つのレチクルパターンを、投影光学系を介してウエハ上で合成し、１回のスキャン露光によってウエハ上の１つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置にも上記実施形態を適用することができる。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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や、有機ＥＬ、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシン及びＤＮＡチップなどを製造するための露光装置にも広く適用できる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも上記実施形態を適用できる。
【０１３４】
なお、本発明に係る計測システムは、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移動ステージを備えた装置にも広く適用できる。
【０１３５】
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）及びその露光方法によりマスク（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。
【符号の説明】
【０１３６】
２０…参照アーム、２１…変位センサ、５０…主制御装置、７０…微動ステージ位置計測系、７１…計測アーム、７３…エンコーダシステム、７７…ヘッドユニット、７７ｘ…Ｘヘッド、７７ｙａ，７７ｙｂ…Ｙヘッド、ＩＬ…照明光、Ｗ…ウエハ、ＷＣＳ…粗動ステージ、ＷＦＳ…微動ステージ、ＷＳＴ…ウエハステージ、ＲＧ…グレーティング。
【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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