(57)【要約】  パターンを形成するためにステージを等速駆動する露光時間（Ｔc）でのみ、干渉計システムを用いてステージの位置情報を求める。そのため、位置情報の線形計測性が十分に保障され、ステージを高精度に等速直線駆動することが可能となる。その一方で、ステップ駆動する加速時間（Ｔa）及び減速時間（Ｔe）の間には、エンコーダシステム及び面位置計測システムを用いてステージの位置情報を求める。そのため、回折格子の機械的な安定性により位置情報の計測再現性が十分に保障され、ステージを等速駆動の開始位置に正確に駆動することが可能となる。
2013503458.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体上に配列された複数のショット領域にパターンを順次形成する露光方法であって、
前記物体を保持して所定平面に沿って移動する移動体の位置情報を、第１計測面に第１計測ビームを照射し、その反射ビームを受光する第１計測系により計測し、該計測結果を用いて、前記複数のショット領域のそれぞれに前記パターンを形成するために前記移動体を走査方向に等速駆動することと；
前記移動体の位置情報を、前記第１計測面とは異なる第２計測面に第２計測ビームを照射し、その反射ビームを受光する第２計測系により計測し、該計測結果を用いて、前記複数のショット領域のそれぞれに前記パターンを形成するための前記等速駆動の開始位置に向けて前記移動体をステップ駆動することと；
を含む露光方法。
【請求項２】
前記等速駆動する前に、前記移動体を駆動するために用いる前記位置情報を求める計測系を前記第２計測系から前記第１計測系に切り換えることをさらに含む請求項１に記載の露光方法。
【請求項３】
前記計測系を切り換えることに先立って、前記第１及び第２計測系の計測結果を用いて前記第１計測系の計測結果をリセットするためのオフセットを作成し、該オフセットを用いて前記第１計測系の計測結果をリセットすることをさらに含む請求項２に記載の露光方法。
【請求項４】
前記オフセットは、前記第１及び第２計測系の計測結果の差を時間平均することにより作成される請求項３に記載の露光方法。
【請求項５】
前記第１計測系の計測結果は、前記オフセットが収束した後、該オフセットを用いてリセットされる請求項４に記載の露光方法。
【請求項６】
前記第１計測系の計測結果は、前記第１及び第２計測系の計測結果の差が前記収束したオフセットに一致するときにリセットされる請求項５に記載の露光方法。
【請求項７】
前記オフセットは、前記第１及び第２計測系の計測結果を所定時間毎に収集し、収集された前記計測結果の差を移動平均することにより作成される請求項３〜６のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項８】
前記第１計測系の計測結果は、前記第２計測系の計測結果に一致するようにリセットされる請求項３〜７のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項９】
前記第１計測系の計測結果は、前記移動体が等速度で移動している間にリセットされる請求項３〜８のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項１０】
前記移動体の加速に起因する前記第１計測系の計測誤差を補正することをさらに含み、
前記第１計測系の計測結果は、前記移動体が加速駆動されている間にリセットされる請求項３〜９のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項１１】
前記第２計測面に到るまでの前記第２計測ビームの光路長は、前記第１計測面に到るまでの前記第１計測ビームの光路長より短く設定されている請求項１〜１０のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項１２】
前記第１計測面は、前記移動体に設けられた反射面であり、
前記第１計測系は、前記反射面に前記第１計測ビームを照射し、該反射面からの反射ビームを受光することによって前記移動体の位置情報を求める干渉計システムを含む請求項１〜１１のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項１３】
前記第２計測面は、前記移動体と該移動体の外部との一方に設けられた前記所定平面に平行でその表面に回折格子を有する計測面であり、
前記第２計測系は、前記移動体と該移動体の外部との他方から前記第２計測面に前記第２計測ビームを照射し、前記回折格子からの回折ビームを受光することによって、前記移動体の所定の計測方向に関する位置情報を求めるエンコーダシステムを含む請求項１〜１２のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項１４】
前記エンコーダシステムは、前記所定平面に平行な方向、該所定平面に対する垂直方向及び傾斜方向の少なくとも１方向に関する前記移動体の位置情報を求める請求項１３に記載の露光方法。
【請求項１５】
前記第１計測系は、前記第２計測系に比べて計測値のリニアリティに優れる請求項１〜１４のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項１６】
前記第１計測系は、前記第２計測系に比べて、計測値の長期安定性に優れる請求項１〜１５のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項１７】
前記第１計測系は、前記第２計測系に比べて、異常発生時における出力信号の時間変化が緩やかである請求項１〜１６のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項１８】
前記第２計測系は、前記第１計測系に比べて計測値の短期的な変動が小さい請求項１〜１７のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項１９】
前記第２計測系は、前記第１計測系に比べて計測精度に優れる請求項１〜１８のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項２０】
前記第２計測系は、前記第１計測系に比べて計測再現性に優れる請求項１〜１９のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項２１】
前記等速駆動した後に、前記移動体を駆動するために用いる前記位置情報を求める計測系を前記第１計測系から前記第２計測系に切り換えることをさらに含む請求項１〜２０のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項２２】
前記パターンは、該パターンが形成されたマスクと光学系とを介してエネルギビームを投射することにより前記物体上に形成され、
前記形成する工程では、前記光学系を構成する光学素子を駆動することによって前記パターンを前記複数のショット領域のそれぞれに位置合わせする請求項１〜２１のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項２３】
前記パターンは、該パターンが形成されたマスクと前記物体とを相対駆動することにより該物体上に形成され、
前記形成する工程では、前記相対駆動を調整することによって前記パターンを前記複数のショット領域のそれぞれに位置合わせする請求項１〜２２のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項２４】
物体上に配列された複数のショット領域にパターンを順次形成する露光装置であって、
物体を保持して所定平面に沿って移動する移動体と；
第１計測面に第１計測ビームを照射し、その反射ビームを受光して前記移動体の位置情報を計測する第１計測系と；
前記第１計測面とは異なる第２計測面に第２計測ビームを照射し、その反射ビームを受光して前記移動体の位置情報を計測する第２計測系と；
前記第１計測系の計測結果を用いて、前記移動体を前記複数のショット領域のそれぞれに前記パターンを形成するために走査方向に等速駆動し、前記第２計測系の計測結果を用いて、前記複数のショット領域のそれぞれに前記パターンを形成するための前記等速駆動の開始位置に向けて前記移動体をステップ駆動する制御系と；
を備える露光装置。
【請求項２５】
前記制御系は、前記等速駆動する前に、前記移動体を駆動するために用いる前記位置情報を求める計測系を前記第２計測系から前記第１計測系に切り換える請求項２４に記載の露光装置。
【請求項２６】
前記制御系は、前記計測系を切り換えるに先立って、前記第１及び第２計測系の計測結果を用いて前記第１計測系の計測結果をリセットするためのオフセットを作成し、該オフセットを用いて前記第１計測系の計測結果をリセットする請求項２５に記載の露光装置。
【請求項２７】
前記制御系は、前記等速駆動した後に、前記移動体を駆動するために用いる前記位置情報を求める計測系を前記第１計測系から前記第２計測系に切り換える請求項２５又は２６に記載の露光装置。
【請求項２８】
前記第２計測面に到るまでの前記第２計測ビームの光路長は、前記第１計測面に到るまでの前記第１計測ビームの光路長より短く設定されている請求項２４〜２７のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項２９】
前記第１計測面は、前記移動体に設けられた反射面であり、
前記第１計測系は、前記反射面に前記第１計測ビームを照射し、前記反射面からの戻りビームを受光することによって前記移動体の位置情報を求める干渉計システムを含む請求項２４〜２８のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項３０】
前記第２計測面は、前記移動体と該移動体の外部との一方に設けられた前記所定平面に平行でその表面に回折格子を有する計測面であり、
前記第２計測系は、前記移動体と該移動体の外部との他方から前記第２計測面に前記第２計測ビームを照射し、前記回折格子からの回折ビームを受光することによって、前記移動体の所定の計測方向に関する位置情報を求めるエンコーダシステムを含む請求項２４〜２９のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項３１】
前記エンコーダシステムは、前記所定平面に平行な方向、該所定平面に対する垂直方向及び傾斜方向の少なくとも１方向に関する前記移動体の位置情報を求める請求項３０に記載の露光装置。
【請求項３２】
前記第１計測系は、前記第２計測系に比べて計測値のリニアリティに優れる請求項２４〜３１のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項３３】
前記第１計測系は、前記第２計測系に比べて、計測値の長期安定性に優れる請求項２４〜３２のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項３４】
前記第１計測系は、前記第２計測系に比べて、異常発生時における出力信号の時間変化が緩やかである請求項２４〜３３のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項３５】
前記第２計測系は、前記第１計測系に比べて計測値の短期的な変動が小さい請求項２４〜３４のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項３６】
前記第２計測系は、前記第１計測系に比べて計測精度に優れる請求項２４〜３５のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項３７】
前記第２計測系は、前記第１計測系に比べて計測再現性に優れる請求項２４〜３６のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項３８】
前記パターンの像を前記物体上に投影する光学系をさらに備え、
前記制御系は、前記光学系を構成する光学素子を駆動することによって前記パターンを前記複数のショット領域のそれぞれに位置合わせする請求項２４〜３７のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項３９】
前記パターンが形成されたマスクを保持して移動する別の移動体をさらに備え、
前記制御系は、前記別の移動体と前記移動体との相対駆動を調整することによって前記パターンを前記複数のショット領域のそれぞれに位置合わせする請求項２４〜３８のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項４０】
物体上に配列された複数のショット領域にパターンを順次形成する露光装置であって、
物体を保持して所定平面に沿って移動する移動体と；
第１計測面に第１計測ビームを照射し、その反射ビームを受光して前記移動体の位置情報を計測する第１計測系と；
前記第１計測面とは異なる第２計測面に第２計測ビームを照射し、その反射ビームを受光して前記移動体の位置情報を計測する第２計測系と；
前記物体上の前記複数のショット領域に前記パターンを順次形成する一連の動作中、少なくとも走査露光中は前記第１計測系の計測結果を用いて前記移動体を駆動し、走査露光中以外の期間の少なくとも一部では前記第２計測系の計測結果を用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４１】
前記第２計測面に到るまでの前記第２計測ビームの光路長は、前記第１計測面に到るまでの前記第１計測ビームの光路長より短く設定されている請求項４０に記載の露光装置。
【請求項４２】
前記第１計測面は、前記移動体に設けられた反射面であり、
前記第１計測系は、前記反射面に前記第１計測ビームを照射し、前記反射面からの戻りビームを受光することによって前記移動体の位置情報を求める干渉計システムを含む請求項４０又は４１に記載の露光装置。
【請求項４３】
前記第２計測面は、前記移動体と該移動体の外部との一方に設けられた前記所定平面に平行でその表面に回折格子を有する計測面であり、
前記第２計測系は、前記移動体と該移動体の外部との他方から前記第２計測面に前記第２計測ビームを照射し、前記回折格子からの回折ビームを受光することによって、前記移動体の所定の計測方向に関する位置情報を求めるエンコーダシステムを含む請求項４０〜４２のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項４４】
前記エンコーダシステムは、前記所定平面に平行な方向、該所定平面に対する垂直方向及び傾斜方向の少なくとも１方向に関する前記移動体の位置情報を求める請求項４３に記載の露光装置。
【請求項４５】
前記第１計測系は、前記第２計測系に比べて計測値のリニアリティに優れる請求項４０〜４４のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項４６】
前記第１計測系は、前記第２計測系に比べて、計測値の長期安定性に優れる請求項４０〜４５のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項４７】
前記第１計測系は、前記第２計測系に比べて、異常発生時における出力信号の時間変化が緩やかである請求項４０〜４６のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項４８】
前記第２計測系は、前記第１計測系に比べて計測値の短期的な変動が小さい請求項４０〜４７のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項４９】
前記第２計測系は、前記第１計測系に比べて計測精度に優れる請求項４０〜４８のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項５０】
前記第２計測系は、前記第１計測系に比べて計測再現性に優れる請求項４０〜４９のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項５１】
請求項２４〜５０のいずれか一項に記載の露光装置を用いて、物体上にパターンを形成することと；
前記パターンが形成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５２】
所定平面に沿って移動する移動体に保持された物体上に配列された複数のショット領域にパターンを順次形成する露光方法であって、
前記物体上の前記複数のショット領域に前記パターンを順次形成する一連の動作中、少なくとも走査露光中は第１計測面に第１計測ビームを照射し、その反射ビームを受光する第１計測系の計測結果を用いて前記移動体を駆動し、走査露光中以外の期間の少なくとも一部では前記第１計測面とは異なる第２計測面に第２計測ビームを照射し、その反射ビームを受光する第２計測系の計測結果を用いて前記移動体を駆動する露光方法。
【請求項５３】
前記第２計測面に到るまでの前記第２計測ビームの光路長は、前記第１計測面に到るまでの前記第１計測ビームの光路長より短く設定されている請求項５２に記載の露光方法。
【請求項５４】
前記第１計測面は、前記移動体に設けられた反射面であり、
前記第１計測系は、前記反射面に前記第１計測ビームを照射し、該反射面からの反射ビームを受光することによって前記移動体の位置情報を求める干渉計システムを含む請求項５２又は５３に記載の露光方法。
【請求項５５】
前記第２計測面は、前記移動体と該移動体の外部との一方に設けられた前記所定平面に平行でその表面に回折格子を有する計測面であり、
前記第２計測系は、前記移動体と該移動体の外部との他方から前記第２計測面に前記第２計測ビームを照射し、前記回折格子からの回折ビームを受光することによって、前記移動体の所定の計測方向に関する位置情報を求めるエンコーダシステムを含む請求項５２〜５４のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項５６】
前記エンコーダシステムは、前記所定平面に平行な方向、該所定平面に対する垂直方向及び傾斜方向の少なくとも１方向に関する前記移動体の位置情報を求める請求項５５に記載の露光方法。
【請求項５７】
前記第１計測系は、前記第２計測系に比べて計測値のリニアリティに優れる請求項５２〜５６のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項５８】
前記第１計測系は、前記第２計測系に比べて、計測値の長期安定性に優れる請求項５２〜５７のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項５９】
前記第１計測系は、前記第２計測系に比べて、異常発生時における出力信号の時間変化が緩やかである請求項５２〜５８のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項６０】
前記第２計測系は、前記第１計測系に比べて計測値の短期的な変動が小さい請求項５２〜５９のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項６１】
前記第２計測系は、前記第１計測系に比べて計測精度に優れる請求項５２〜６０のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項６２】
前記第２計測系は、前記第１計測系に比べて計測再現性に優れる請求項５２〜６１のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項６３】
請求項１〜２３、５２〜６２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ことと；
前記パターンが形成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、露光方法及び露光装置、並びにデバイス製造方法に係り、更に詳しくは、半導体素子、液晶表示素子等を製造するリソグラフィ工程で用いられる露光方法及び露光装置、並びに前記露光方法を用いるデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体素子、液晶表示素子等のマイクロデバイス（電子デバイスなど）を製造するリソグラフィ工程では、ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置（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、ウエハ上の複数のショット領域にレチクル（又はマスク）のパターンを転写するために、ウエハを保持するウエハステージが例えばリニアモータ等により駆動される。ここで、ウエハステージの位置計測は、一般的に、安定且つ高分解能なレーザ干渉計を用いて行われる。
【０００４】
しかるに、半導体素子の高集積化に伴うパターンの微細化により、より高精度なステージの位置制御が要求されるようになり、今や、レーザ干渉計のビーム路上の雰囲気の温度変化や温度勾配によって発生する空気揺らぎに起因する計測誤差がオーバレイバジェット中の大きなウエイトを占めるようになった。
【０００５】
レーザ干渉計に替わるステージの位置計測装置として、エンコーダ（例えば特許文献１参照）が有望である。しかし、エンコーダは、スケールを使用するため計測再現性の観点において優れているが、スケールの機械的な不安定性（格子ピッチのドリフト、固定位置ドリフト、熱膨張等）のため線形性の観点において劣る。また、ステージの面位置計測装置として、スケールの面位置を計測する面位置計測センサ（例えば特許文献１参照）が有望であるが、同様に、線形性の観点において劣る。
【０００６】
上述のレーザ干渉計とエンコーダ（及び面位置計測センサ）との欠点に鑑みて、レーザ干渉計とエンコーダ（回折格子を用いる位置検出センサ）とを併用して、ステージの位置を計測する種々の方法が提案されている（例えば特許文献２参照）。しかし、特許文献２に開示される方法などでは、現在の露光装置に要求される高精度且つ安定なステージの位置制御を実現する上で、必ずしもまだ十分ではない。
【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】特開２００９−０３３０６２号公報
【発明の概要】
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、物体上に配列された複数のショット領域にパターンを順次形成する露光方法であって、前記物体を保持して所定平面に沿って移動する移動体の位置情報を、第１計測面に第１計測ビームを照射し、その反射ビームを受光する第１計測系により計測し、該計測結果を用いて、前記複数のショット領域のそれぞれに前記パターンを形成するために前記移動体を走査方向に等速駆動することと；前記移動体の位置情報を、前記第１計測面とは異なる第２計測面に第２計測ビームを照射し、その反射ビームを受光する第２計測系により計測し、該計測結果を用いて、前記複数のショット領域のそれぞれに前記パターンを形成するための前記等速駆動の開始位置に向けて前記移動体をステップ駆動することと；を含む第１の露光方法が、提供される。
【０００９】
これによれば、複数のショット領域のそれぞれにパターンを形成するために移動体を等速駆動する際に、第１計測系を用い、一方、移動体をステップ駆動する際には、第２計測系を用いる。このため、第１、第２の計測系として、それぞれ、移動体の等速駆動、及び等速駆動の開始位置への駆動に適した計測系を用いることができ、これにより、物体上に配列された複数のショット領域のそれぞれに、正確に位置合わせして、精度良くパターンを形成することが可能となる。
【００１０】
本発明の第２の態様によれば、物体上に配列された複数のショット領域にパターンを順次形成する露光装置であって、物体を保持して所定平面に沿って移動する移動体と；第１計測面に第１計測ビームを照射し、その反射ビームを受光して前記移動体の位置情報を計測する第１計測系と；前記第１計測面とは異なる第２計測面に第２計測ビームを照射し、その反射ビームを受光して前記移動体の位置情報を計測する第２計測系と；前記第１計測系の計測結果を用いて、前記移動体を前記複数のショット領域のそれぞれに前記パターンを形成するために走査方向に等速駆動し、前記第２計測系の計測結果を用いて、前記複数のショット領域のそれぞれに前記パターンを形成するための前記等速駆動の開始位置に向けて前記移動体をステップ駆動する制御系と；を備える第１の露光装置が、提供される。
【００１１】
これによれば、制御系が、複数のショット領域のそれぞれにパターンを形成するために移動体を等速駆動する際に、第１計測系を用い、一方、移動体をステップ駆動する際には、第２計測系を用いる。このため、第１、第２の計測系として、それぞれ、移動体の等速駆動、及び等速駆動の開始位置への駆動に適した計測系を用いることができ、これにより、物体上に配列された複数のショット領域のそれぞれに、正確に位置合わせして、精度良くパターンを形成することが可能となる。
【００１２】
本発明の第３の態様によれば、物体上に配列された複数のショット領域にパターンを順次形成する露光装置であって、物体を保持して所定平面に沿って移動する移動体と；第１計測面に第１計測ビームを照射し、その反射ビームを受光して前記移動体の位置情報を計測する第１計測系と；前記第１計測面とは異なる第２計測面に第２計測ビームを照射し、その反射ビームを受光して前記移動体の位置情報を計測する第２計測系と；前記物体上の前記複数のショット領域に前記パターンを順次形成する一連の動作中、少なくとも走査露光中は前記第１計測系の計測結果を用いて前記移動体を駆動し、走査露光中以外の期間の少なくとも一部では前記第２計測系の計測結果を用いて前記移動体を駆動する制御系と；を備える第２の露光装置が、提供される。
【００１３】
これによれば、制御系が、物体上の複数のショット領域にパターンを順次形成する一連の動作中、少なくとも走査露光中は第１計測系の計測結果を用いて移動体を駆動し、走査露光中以外の期間の少なくとも一部では第２計測系の計測結果を用いて移動体を駆動する。このため、第１、第２の計測系として、それぞれ、走査露光中の移動体の駆動、及び走査露光中以外の期間の移動体の駆動に適した計測系を用いることができ、これにより、物体上に配列された複数のショット領域のそれぞれに、正確に位置合わせして、精度良くパターンを形成することが可能となる。
【００１４】
本発明の第４の態様によれば、所定平面に沿って移動する移動体に保持された物体上に配列された複数のショット領域にパターンを順次形成する露光方法であって、前記物体上の前記複数のショット領域に前記パターンを順次形成する一連の動作中、少なくとも走査露光中は第１計測面に第１計測ビームを照射し、その反射ビームを受光する第１計測系の計測結果を用いて前記移動体を駆動し、走査露光中以外の期間の少なくとも一部では前記第１計測面とは異なる第２計測面に第２計測ビームを照射し、その反射ビームを受光する第２計測系の計測結果を用いて前記移動体を駆動する第２の露光方法が、提供される。
【００１５】
本発明の第５の態様によれば、本発明の第１、第２の露光装置のいずれかを用いて物体を露光し、前記物体上にパターンを形成することと；前記パターンが形成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。
【００１６】
本発明の第６の態様によれば、本発明の第１、第２の露光方法のいずれかを用いて、物体上にパターンを形成することと；前記パターンが形成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】
【００１７】
【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】図１の露光装置の制御系を中心的に構成する主制御装置の入出力関係を示すブロック図である。
【図８】図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は、それぞれ、エンコーダシステムを用いてのウエハステージの駆動（位置制御）時、及びエンコーダシステムと干渉計システムを用いたハイブリッドのウエハステージの駆動時における、ウエハステージの真の位置と、エンコーダシステム及び干渉計システムが提示するウエハステージの位置と、の時間変化（の軌跡）を示す図である。
【図９】図９（Ａ）〜図９（Ｃ）は、エンコーダシステムを用いたウエハステージの駆動（位置制御）に生じ得るショット変形（パターン形成誤差）を説明するための図である。
【図１０】ウエハテーブルに載置されたウエハ上の、露光領域の中心の移動軌跡を示す平面図である。
【図１１】図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は、露光時におけるエンコーダシステムと干渉計システムとによるハイブリッドステージ駆動（位置制御）方法を説明するための図である。
【図１２】エンコーダシステムによるウエハステージのサーボ制御から干渉計システムによるサーボ制御への切り換え（及びその反対の切り換え）における、つなぎ処理の概略を示す図である。
【図１３】Ｚヘッドの構成の一例を概略的に示す図である。
【図１４】面位置計測システムから干渉計システム、及び干渉計システムから面位置計測システムによるウエハステージのサーボ駆動（位置制御）への切り換えにおける、つなぎ処理の概略を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態を、図１〜図１４に基づいて説明する。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。
【００１９】
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、この投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行な方向をＺ軸方向、これに直交する面内でレチクルとウエハとが相対走査される方向をＹ軸方向、Ｚ軸及びＹ軸に直交する方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸回りの回転（傾斜）方向をそれぞれθｘ、θｙ、及びθｚ方向として説明を行う。
【００２０】
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。
【００２１】
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、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では、レチクルブラインド（マスキングシステム）で設定（制限）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。また、オプティカルインテグレータとしては、例えばフライアイレンズ、ロッドインテグレータ（内面反射型インテグレータ）あるいは回折光学素子などを用いることができる。
【００２２】
レチクルステージＲＳＴ上には、回路パターンなどがそのパターン面（図１における下面）に形成されたレチクルＲが、例えば真空吸着により固定されている。レチクルステージＲＳＴは、例えばリニアモータ等を含むレチクルステージ駆動系１１（図１では不図示、図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。
【００２３】
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。主制御装置２０は、レチクル干渉計１１６の計測値に基づいてレチクルステージＲＳＴのＸ軸方向、Ｙ軸方向及びθｚ方向の位置を算出するとともに、この算出結果に基づいてレチクルステージ駆動系１１を制御することで、レチクルステージＲＳＴの位置（及び速度）を制御する。なお、移動鏡１５に代えて、レチクルステージＲＳＴの端面を鏡面加工して反射面（移動鏡１５の反射面に相当）を形成することとしても良い。また、レチクル干渉計１１６はＺ軸、θｘ及びθｙ方向の少なくとも１つに関するレチクルステージＲＳＴの位置情報も計測可能としても良い。また、レチクル干渉計の代わりにエンコーダシステムを用いて、レチクルステージＲＳＴの位置情報の計測を行うようにしても良い。
【００２４】
投影ユニットＰＵは、レチクルステージＲＳＴの図１における下方に配置されている。投影ユニットＰＵは、鏡筒４０と、鏡筒４０内に所定の位置関係で保持された複数の光学素子を有する投影光学系ＰＬと、を含む。投影光学系ＰＬとしては、例えば、Ｚ軸方向と平行な光軸ＡＸに沿って配列される複数の光学素子（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からの照明光ＩＬによって照明領域ＩＡＲが照明されると、投影光学系ＰＬの第１面（物体面）とパターン面がほぼ一致して配置されるレチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬ（投影ユニットＰＵ）を介してその照明領域ＩＡＲ内のレチクルＲの回路パターンの縮小像（回路パターンの一部の縮小像）が、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、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。
【００２５】
不図示ではあるが、投影ユニットＰＵは、防振機構を介して３本の支柱で支持される鏡筒定盤に搭載されるが、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、あるいはレチクルステージＲＳＴが配置されるベース部材などに対して投影ユニットＰＵを吊り下げ支持しても良い。また、ウエハＷには感応層だけでなく、例えばウエハ又は感応層を保護する保護膜（トップコート膜）などを形成しても良い。
【００２６】
本実施形態の露光装置１００では、液浸法を適用した露光が行われるため、投影光学系ＰＬを構成する最も像面側（ウエハＷ側）の光学素子、ここではレンズ（以下、「先端レンズ」ともいう）１９１を保持する鏡筒４０の下端部周囲を取り囲むように、局所液浸装置８の一部を構成するノズルユニット３２が設けられている。本実施形態では、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を通る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。本実施形態では、アンローディングポジションＵＰと、ローディングポジションＬＰとは、基準軸ＬＶに関して対称に設定されている。なお、アンローディングポジションＵＰとローディングポジションＬＰとを同一位置としても良い。
【００２７】
液体供給管３１Ａには、その一端が液体供給装置５（図１では不図示、図７参照）に接続された不図示の供給管の他端が接続されており、液体回収管３１Ｂには、その一端が液体回収装置６（図１では不図示、図７参照）に接続された不図示の回収管の他端が接続されている。
【００２８】
液体供給装置５は、液体のタンク、加圧ポンプ、温度制御装置、並びに液体供給管３１Ａに対する液体の供給・停止を制御するためのバルブ等を含んでいる。バルブとしては、例えば液体の供給・停止のみならず、流量の調整も可能となるように、流量制御弁を用いることが望ましい。前記温度制御装置は、液体タンク内の液体の温度を、例えば露光装置が収納されているチャンバ（不図示）内の温度と同程度の温度に調整する。なお、液体を供給するためのタンク、加圧ポンプ、温度制御装置、バルブなどは、そのすべてを露光装置１００で備えている必要はなく、少なくとも一部を露光装置１００が設置される工場などの設備で代替することもできる。
【００２９】
液体回収装置６は、液体のタンク及び吸引ポンプ、並びに液体回収管３１Ｂを介した液体の回収・停止を制御するためのバルブ等を含んでいる。バルブとしては、液体供給装置５のバルブと同様に流量制御弁を用いることが望ましい。なお、液体を回収するためのタンク、吸引ポンプ、バルブなどは、そのすべてを露光装置１００で備えている必要はなく、少なくとも一部を露光装置１００が設置される工場などの設備で代替することもできる。
【００３０】
本実施形態では、上記の液体として、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍの光）が透過する純水（以下、特に必要な場合を除いて、単に「水」と記述する）を用いるものとする。純水は、半導体製造工場等で容易に大量に入手できると共に、ウエハ上のフォトレジスト及び光学レンズ等に対する悪影響がない利点がある。
【００３１】
ＡｒＦエキシマレーザ光に対する水の屈折率ｎは、ほぼ１．４４である。この水の中では、照明光ＩＬの波長は、１９３ｎｍ×１／ｎ＝約１３４ｎｍに短波長化される。
【００３２】
液体供給装置５及び液体回収装置６は、それぞれコントローラを具備しており、それぞれのコントローラは、主制御装置２０によって制御される（図７参照）。液体供給装置５のコントローラは、主制御装置２０からの指示に応じ、液体供給管３１Ａに接続されたバルブを所定開度で開き、液体供給管３１Ａ、供給流路、及び供給口を介して先端レンズ１９１とウエハＷとの間に水を供給する。また、このとき、液体回収装置６のコントローラは、主制御装置２０からの指示に応じ、液体回収管３１Ｂに接続されたバルブを所定開度で開き、回収口、回収流路、及び液体回収管３１Ｂを介して、先端レンズ１９１とウエハＷとの間から液体回収装置６（液体のタンク）の内部に水を回収する。このとき、主制御装置２０は、先端レンズ１９１とウエハＷとの間に供給される液体の量と、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のコントローラ、液体回収装置６のコントローラに対して指令を与える。従って、先端レンズ１９１とウエハＷとの間に、一定量の液体（水）Ｌｑ（図１参照）が保持される。この場合、先端レンズ１９１とウエハＷとの間に保持された液体（水）Ｌｑは、常に入れ替わっている。これにより液浸領域１４（図４参照）が形成される。
【００３３】
上記の説明から明らかなように、本実施形態では、ノズルユニット３２、液体供給装置５、液体回収装置６、液体供給管３１Ａ及び液体回収管３１Ｂ等を含み、局所液浸装置８が構成されている。なお、局所液浸装置８の一部、例えば少なくともノズルユニット３２は、投影ユニットＰＵを保持するメインフレーム（前述の鏡筒定盤を含む）に吊り下げ支持されても良いし、メインフレームとは別のフレーム部材に設けても良い。あるいは、前述の如く投影ユニットＰＵが吊り下げ支持される場合は、投影ユニットＰＵと一体にノズルユニット３２を吊り下げ支持しても良いが、本実施形態では投影ユニットＰＵとは独立に吊り下げ支持される計測フレームにノズルユニット３２を設けている。この場合、投影ユニットＰＵを吊り下げ支持していなくても良い。
【００３４】
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、上記と同様に先端レンズ１９１と後述する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。
【００３５】
なお、上記の説明では、一例として液体供給管（ノズル）と液体回収管（ノズル）とがそれぞれ１つずつ設けられているものとしたが、これに限らず、周囲の部材との関係を考慮しても配置が可能であれば、例えば、国際公開第９９／４９５０４号に開示されるように、ノズルを多数有する構成を採用することとしても良い。要は、投影光学系ＰＬを構成する最下端の光学部材（先端レンズ）１９１とウエハＷとの間に液体を供給することができるのであれば、その構成はいかなるものであっても良い。例えば、米国特許第７，４４６，８５１号明細書に開示されている液浸機構、あるいは欧州特許公開第１４２０２９８号公報に開示されている液浸機構なども本実施形態の露光装置に適用することができる。
【００３６】
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及び計測ステージＭＳＴ、両ステージＷＳＴ，ＭＳＴの位置情報を求める（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。
【００３７】
ウエハステージＷＳＴ及び計測ステージＭＳＴそれぞれの底面には、不図示の非接触軸受、例えばエアベアリングが複数ヶ所に設けられており、これらのベアリングを介して、ウエハステージＷＳＴ及び計測ステージＭＳＴは、ベース盤１２上に所定の隙間、例えば数μｍ程度の隙間を介して支持されている。また、両ステージＷＳＴ，ＭＳＴは、例えば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。なお、ステージ駆動系１２４として平面モータを採用しても良く、この場合、両ステージＷＳＴ，ＭＳＴをそれぞれ磁気力で浮上支持しても良い。
【００３８】
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。なお、ウエハステージＷＳＴは、６自由度で駆動可能な単一のステージに限らず、ＸＹ平面内で自在に移動可能なステージ本体９１と、該ステージ本体９１上に搭載され、ステージ本体９１に対してＺ軸方向、θｘ方向、及びθｙ方向に相対的に微小駆動可能なウエハテーブルＷＴＢとを含んでも良い。
【００３９】
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。ウエハホルダはウエハテーブルＷＴＢと一体に形成しても良いが、本実施形態ではウエハホルダとウエハテーブルＷＴＢとを別々に構成し、例えば真空吸着などによってウエハホルダをウエハテーブルＷＴＢの凹部内に固定している。また、ウエハテーブルＷＴＢの上面には、図２（Ａ）に示されるように、ウエハホルダ上に載置されるウエハの表面とほぼ面一となる、液体Ｌｑに対して撥液化処理された表面（撥液面）を有し、かつ外形（輪郭）が矩形でその中央部にウエハホルダ（ウエハの載置領域）よりも一回り大きな円形の開口が形成されたプレート（撥液板）２８が設けられている。プレート２８は、低熱膨張率の材料、例えばガラス又はセラミックス（ショット社のゼロデュア（商品名）、Ａｌ２Ｏ３あるいはＴｉＣなど）から成り、その表面には、例えばフッ素樹脂材料、ポリ四フッ化エチレン（テフロン（登録商標））等のフッ素系樹脂材料、アクリル系樹脂材料あるいはシリコン系樹脂材料などにより撥液膜が形成される。さらにプレート２８は、上述の円形の開口囲む、外形（輪郭）が矩形の第１撥液領域２８ａと、第１撥液領域２８ａの周囲に配置される矩形枠状（環状）の第２撥液領域２８ｂとを有する。第１撥液領域２８ａは、例えば露光動作時、ウエハの表面からはみ出す液浸領域１４の少なくとも一部が形成され、第２撥液領域２８ｂは、後述のエンコーダシステムのためのスケールが形成される。なお、プレート２８はその表面の少なくとも一部がウエハの表面と面一でなくても良い。すなわち異なる高さであっても良い。また、プレート２８は単一のプレートでも良いが、本実施形態では複数のプレート、例えば第１及び第２撥液領域２８ａ、２８ｂにそれぞれ対応する第１及び第２撥液板を組み合わせて構成する。本実施形態では、前述の如く液体Ｌｑとして純水を用いるので、以下では第１及び第２撥液領域２８ａ、２８ｂをそれぞれ第１及び第２撥水板２８ａ、２８ｂとも呼ぶ。
【００４０】
この場合、内側の第１撥水板２８ａには、露光光ＩＬが照射されるのに対し、外側の第２撥水板２８ｂには、露光光ＩＬが殆ど照射されない。このことを考慮して、本実施形態では、第１撥水版２８ａの表面には、露光光ＩＬ（この場合、真空紫外域の光）に対する耐性が十分にある撥水コートが施された第１撥水領域が形成され、第２撥水板２８ｂには、その表面に第１撥水領域に比べて露光光ＩＬに対する耐性が劣る撥水コートが施された第２撥水領域が形成されている。一般にガラス板には、露光光ＩＬ（この場合、真空紫外域の光）に対する耐性が十分にある撥水コートを施し難いので、このように第１撥水板２８ａとその周囲の第２撥水板２８ｂとの２つの部分に分離することは効果的である。なお、これに限らず、同一のプレートの上面に露光光ＩＬに対する耐性が異なる２種類の撥水コートを施して、第１撥水領域、第２撥水領域を形成しても良い。また、第１及び第２撥水領域で撥水コートの種類が同一でも良い。例えば、同一のプレートに１つの撥水領域を形成するだけでも良い。
【００４１】
また、図２（Ａ）から明らかなように、第１撥水板２８ａの＋Ｙ側の端部には、そのＸ軸方向の中央部に長方形の切り欠きが形成され、この切り欠きと第２撥水板２８ｂとで囲まれる長方形の空間の内部（切り欠きの内部）に計測プレート３０が埋め込まれている。この計測プレート３０の長手方向の中央には、基準マークＦＭが形成されるとともに、該基準マークＦＭのＸ軸方向の一側と他側に、基準マークの中心に関して対称な配置で一対の空間像計測スリットパターン（スリット状の計測用パターン）ＳＬが形成されている。各空間像計測スリットパターンＳＬとしては、一例として、Ｙ軸方向とＸ軸方向とに沿った辺を有するＬ字状のスリットパターン、あるいはＸ軸及びＹ軸方向にそれぞれ延びる２つの直線状のスリットパターンなどを用いることができる。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。
【００４２】
さらに、第２撥水板２８ｂの上面には、その４辺のそれぞれに沿って所定ピッチで多数の格子線が直接形成されている。これをさらに詳述すると、第２撥水板２８ｂのＸ軸方向一側と他側（図２（Ａ）における左右両側）の領域には、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2がそれぞれ形成されている。Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2はそれぞれ、例えばＸ軸方向を長手方向とする格子線３８が所定ピッチでＹ軸に平行な方向（Ｙ軸方向）に沿って配列される、Ｙ軸方向を周期方向とする反射型の格子（例えば回折格子）によって構成されている。
【００４３】
同様に、第２撥水板２８ｂのＹ軸方向一側と他側（図２（Ａ）における上下両側）の領域には、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はそれぞれ、例えばＹ軸方向を長手方向とする格子線３７が所定ピッチでＸ軸に平行な方向（Ｘ軸方向）に沿って配列される、Ｘ軸方向を周期方向とする反射型の格子（例えば回折格子）によって構成されている。上記各スケールとしては、第２撥水板２８ｂの表面に例えばホログラム等により反射型の回折格子が作成されたものが用いられている。この場合、各スケールには狭いスリット又は溝等から成る格子が目盛りとして所定間隔（ピッチ）で刻まれている。各スケールに用いられる回折格子の種類は限定されるものではなく、機械的に溝等が形成されたもののみならず、例えば、感光性樹脂に干渉縞を焼き付けて作成したものであっても良い。但し、各スケールは、例えば薄板状のガラスに上記回折格子の目盛りを、例えば１３８ｎｍ〜４μｍの間のピッチ、例えば１μｍピッチで刻んで作成されている。これらスケールは前述の撥液膜（撥水膜）で覆われている。なお、図２（Ａ）及びその他の図では、図示の便宜上から、格子のピッチは、実際のピッチに比べて格段に広く図示されている。
【００４４】
また、回折格子を保護するために、撥液性を備えた低熱膨張率のガラス板でカバーすることも有効である。ここで、ガラス板（カバーガラスとも呼ばれる）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。
【００４５】
また、ウエハテーブルＷＴＢの−Ｙ端面，−Ｘ端面には、それぞれ鏡面加工が施され、図２（Ａ）に示される反射面１７ａ，反射面１７ｂが形成されている。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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、投影光学系ＰＬの像面上で照明光ＩＬを受光するピンホール状の受光部を有する照度むらセンサ９４、投影光学系ＰＬにより投影されるパターンの空間像（投影像）を計測する空間像計測器９６、及び例えば国際公開第０３／０６５４２８号などに開示されているシャック−ハルトマン（Shack-Hartman）方式の波面収差計測器９８などが設けられている。
【００４９】
照度むらセンサ９４としては、例えば米国特許第４，４６５，３６８号明細書などに開示されるものと同様の構成のものを用いることができる。また、空間像計測器９６としては、例えば米国特許出願公開第２００２／００４１３７７号明細書などに開示されるものと同様の構成のものを用いることができる。
【００５０】
なお、本実施形態では３つの計測用部材（９４、９６、９８）を計測ステージＭＳＴに設けるものとしたが、計測用部材の種類、及び／又は数などはこれに限られない。計測用部材として、例えば投影光学系ＰＬの透過率を計測する透過率計測器、及び／又は、前述の局所液浸装置８、例えばノズルユニット３２（あるいは先端レンズ１９１）などを観察する計測器などを用いても良い。さらに、計測用部材と異なる部材、例えばノズルユニット３２、先端レンズ１９１などを清掃する清掃部材などを計測ステージＭＳＴに搭載しても良い。
【００５１】
上記各センサに加え、例えば特開平１１−１６８１６号公報（対応する米国特許出願公開第２００２／００６１４６９号明細書）などに開示される、投影光学系ＰＬの像面上で照明光ＩＬを受光する所定面積の受光部を有する照度モニタを採用しても良い。
【００５２】
なお、本実施形態では、投影光学系ＰＬと液体（水）Ｌｑとを介して露光光（照明光）ＩＬによりウエハＷを露光する液浸露光が行われるのに対応して、照明光ＩＬを用いる計測に使用される上記の照度むらセンサ９４（及び照度モニタ）、空間像計測器９６、並びに波面収差計測器９８では、投影光学系ＰＬ及び水を介して照明光ＩＬを受光することとなる。また、各センサは、例えば光学系などの一部だけが計測テーブルＭＴＢ（及びステージ本体９２）に搭載されていても良いし、センサ全体を計測テーブルＭＴＢ（及びステージ本体９２）に配置するようにしても良い。
【００５３】
計測ステージＭＳＴのステージ本体９２には、前述した一対の送光系に対向し得る配置で、一対の受光系が固定されている。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）では、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が前述の各送光系で案内され、計測ステージＭＳＴ内の各受光系の受光素子で受光される。すなわち、計測プレート３０、送光系及び受光系によって、前述した米国特許出願公開第２００２／００４１３７７号明細書などに開示されるものと同様の、空間像計測装置４５（図７参照）が構成される。
【００５４】
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軸方向に延びる断面矩形の棒状部材から成る基準部材としての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は、フルキネマティックマウント構造によって、計測ステージＭＳＴ上にキネマティックに支持されている。
【００５５】
ＦＤバー４６は、原器（計測基準）となるため、低熱膨張率の光学ガラスセラミックス、例えば、ショット社のゼロデュア（商品名）などがその素材として採用されている。このＦＤバー４６の上面（表面）は、いわゆる基準平面板と同程度にその平坦度が高く設定されている。また、このＦＤバー４６の長手方向の一側と他側の端部近傍には、Ｙ軸方向を周期方向とする基準格子（例えば回折格子）５２がそれぞれ形成されている。この一対の基準格子５２は、所定距離を隔ててＦＤバー４６のＸ軸方向の中心、すなわちセンターラインＣＬに関して対称な配置で形成されている。
【００５６】
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。この複数の基準マークＭは、同一ピッチでＹ軸方向に関して３行の配列で形成され、各行の配列がＸ軸方向に関して互いに所定距離だけずれて形成されている。各基準マークＭとしては、後述するプライマリライメント系、セカンダリアライメント系によって検出可能な寸法の２次元マークが用いられている。基準マークＭはその形状（構成）が前述の基準マークＦＭと異なっても良いが、本実施形態では基準マークＭと基準マークＦＭとは同一の構成であり、かつウエハＷのアライメントマークとも同一の構成となっている。なお、本実施形態ではＦＤバー４６の表面、及び計測テーブルＭＴＢ（前述の計測用部材を含んでも良い）の表面もそれぞれ撥液膜（撥水膜）で覆われている。
【００５７】
また、計測テーブルＭＴＢの＋Ｙ端面、−Ｘ端面には、前述したウエハテーブルＷＴＢと同様の干渉計用の反射面１９ａ，１９ｂが形成されている。
【００５８】
本実施形態の露光装置１００では、図１では図面の錯綜を避ける観点から図示が省略されているが、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。すなわち、５つのアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4はその検出中心がＸ軸方向に関して異なる位置に配置されている、すなわちＸ軸方向に沿って配置されている。
【００５９】
セカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4は、可動式の支持部材を介してメインフレーム（不図示）の下面に固定されており、駆動機構６０1〜６０4（図７参照）により、Ｘ軸方向に関してそれらの検出領域の位置が独立に調整される。すなわち、セカンダリアライメント系ＡＬ２1，ＡＬ２2，ＡＬ２3，ＡＬ２4はその検出領域（又は検出中心）が独立にＸ軸方向に可動である。従って、プライマリアライメント系ＡＬ１及びセカンダリアライメント系ＡＬ２1，ＡＬ２2，ＡＬ２3，ＡＬ２4はＸ軸方向に関してその検出領域の相対位置が調整可能となっている。
【００６０】
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。
【００６１】
なお、上記各アライメント系としては、ＦＩＡ系に限らず、例えばコヒーレントな検出光を対象マークに照射し、その対象マークから発生する散乱光又は回折光を検出する、あるいはその対象マークから発生する２つの回折光（例えば同次数の回折光、あるいは同方向に回折する回折光）を干渉させて検出するアライメントセンサを単独であるいは適宜組み合わせて用いることは勿論可能である。また、本実施形態では５つのアライメント系ＡＬ１、ＡＬ２1〜ＡＬ２4を設けるものとしているが、その数は５つに限られるものでなく、２つ以上かつ４つ以下、あるいは６つ以上でも良いし、奇数ではなく偶数でも良い。さらに、本実施形態では、５つのアライメント系ＡＬ１、ＡＬ２1〜ＡＬ２4は、支持部材５４を介して投影ユニットＰＵを保持するメインフレームの下面に固定されるものとしたが、これに限らず、例えば前述した計測フレームに設けても良い。
【００６２】
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、それぞれの反射光を受光することにより、各反射面の基準位置（一般には投影ユニットＰＵ側面に固定ミラーを配置し、そこを基準面とする）からの変位、すなわち、ウエハステージＷＳＴの位置を計測するＹ干渉計１６、及び３つのＸ干渉計１２６，１２７，１２８を備えている。干渉計システム１１８は、図３に示されるように、反射面１９ａ、１９ｂに、それぞれ干渉計ビーム（測長ビーム）を照射し、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の位置を計測するＹ干渉計１８、及びＸ干渉計１３０等をも備えている。
【００６３】
詳述すると、Ｙ干渉計１６は、基準軸ＬＶに関して対称な一対の測長ビームＢ４1，Ｂ４2を含む少なくとも３つのＹ軸に平行な測長ビームを反射面１７ａ、及び後述する移動鏡４１に照射する。また、Ｘ干渉計１２６は、図３に示されるように、光軸ＡＸと基準軸ＬＶとに直交するＸ軸に平行な直線（以下、基準軸と呼ぶ）ＬＨに関して対称な一対の測長ビームＢ５1，Ｂ５2を含む少なくとも３つのＸ軸に平行な測長ビームを反射面１７ｂに照射する。また、Ｘ干渉計１２７は、アライメント系ＡＬ１の検出中心にて基準軸ＬＶと直交するＸ軸に平行な直線（以下、基準軸と呼ぶ）ＬＡを測長軸とする測長ビームＢ６を含む少なくとも２つのＹ軸に平行な測長ビームを反射面１７ｂに照射する。また、Ｘ干渉計１２８は、Ｙ軸に平行な測長ビームＢ７を反射面１７ｂに照射する。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
移動鏡４１に対向して、干渉計システム１１８（図７参照）の一部を構成する一対のＺ干渉計４３Ａ，４３Ｂが設けられている（図１及び図３参照）。Ｚ干渉計４３Ａ，４３Ｂは、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を照射する。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。
【００６７】
干渉計システム１１８のＹ干渉計１８、及び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）を照射して、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。
【００６８】
但し、本実施形態では、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＸＹ平面内の位置情報（θｚ方向の回転情報を含む）は、主として、上述したＹスケール、Ｘスケールなどを含む、後述するエンコーダシステムによって計測され、干渉計１６，１２６の計測値は、そのエンコーダシステムの計測値の長期的変動（例えばスケールの経時的な変形などによる）を補正（較正）する場合などに補助的に用いられる。また、Ｙ干渉計１６は、ウエハ交換のため、アンローディングポジション、及びローディングポジション付近においてウエハテーブルＷＴＢのＹ位置等を計測するのに用いられる。また、例えばローディング動作とアライメント動作との間、及び／又は露光動作とアンローディング動作との間におけるウエハステージＷＳＴの移動においても、干渉計システム１１８の計測情報、すなわち５自由度の方向（Ｘ軸、Ｙ軸、θｘ、θｙ及びθｚ方向）の位置情報の少なくとも１つが用いられる。なお、干渉計システム１１８はその少なくとも一部（例えば、光学系など）が、投影ユニットＰＵを保持するメインフレームに設けられる、あるいは前述の如く吊り下げ支持される投影ユニットＰＵと一体に設けられても良いが、本実施形態では前述した計測フレームに設けられるものとする。
【００６９】
なお、反射面１７ａ，反射面１７ｂの代わりに、ウエハテーブルＷＴＢに平面ミラーから成る移動鏡を設けても良い。さらに、投影ユニットＰＵに設けられる固定ミラーの反射面を基準面としてウエハステージＷＳＴの位置情報を計測するものとしたが、その基準面を配置する位置は投影ユニットＰＵに限られるものでないし、必ずしも固定ミラーを用いてウエハステージＷＳＴの位置情報を計測しなくても良い。
【００７０】
また、本実施形態では、干渉計システム１１８によって計測されるウエハステージＷＳＴの位置情報が、後述の露光動作やアライメント動作などでは用いられず、主としてエンコーダシステムのキャリブレーション動作（すなわち、計測値の較正）などに用いられるものとしたが、干渉計システム１１８の計測情報（すなわち、５自由度の方向の位置情報の少なくとも１つ）を、例えば露光動作及び／又はアライメント動作などで用いても良い。本実施形態では、エンコーダシステムはウエハステージＷＳＴの３自由度の方向、すなわちＸ軸、Ｙ軸及びθｚ方向の位置情報を計測する。そこで、露光動作などにおいて、干渉計システム１１８の計測情報のうち、エンコーダシステムによるウエハステージＷＳＴの位置情報の計測方向（Ｘ軸、Ｙ軸及びθｚ方向）と異なる方向、例えばθｘ方向及び／又はθｙ方向に関する位置情報のみを用いても良いし、その異なる方向の位置情報に加えて、エンコーダシステムの計測方向と同じ方向（すなわち、Ｘ軸、Ｙ軸及びθｚ方向の少なくとも１つ）に関する位置情報を用いても良い。また、干渉計システム１１８はウエハステージＷＳＴのＺ軸方向の位置情報を計測可能としても良い。この場合、露光動作などにおいてＺ軸方向の位置情報を用いても良い。
【００７１】
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。
【００７２】
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、前述した投影ユニット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、ヘッドユニット６２Ａ〜６２Ｄは、例えば投影ユニットＰＵが吊り下げ支持される場合は投影ユニットＰＵと一体に吊り下げ支持しても良いし、あるいは前述した計測フレームに設けても良い。
【００７３】
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とも表記する。
【００７４】
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（以下、適宜「Ｙエンコーダ」又は「エンコーダ」と略記する）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エンコーダ７０Ｃ（図７参照）を構成する。
【００７５】
ここで、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃがそれぞれ備える隣接するＹヘッド６５，６４（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、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）。
【００７６】
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とも表記する。
【００７７】
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（以下、適宜「Ｘエンコーダ」又は「エンコーダ」と略記する）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エンコーダ７０Ｄ（図７参照）を構成する。
【００７８】
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照射点）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（計測ビームを照射する）。
【００７９】
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とほぼ同一間隔に設定されている。
【００８０】
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とも表記する。
【００８１】
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リニアエンコーダ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。
【００８２】
また、本実施形態では、セカンダリアライメント系のベースライン計測時などに、セカンダリアライメント系ＡＬ２1，ＡＬ２4にＸ軸方向で隣接するＹヘッド６７3，６８2が、ＦＤバー４６の一対の基準格子５２とそれぞれ対向し、その一対の基準格子５２と対向するＹヘッド６７3，６８2によって、ＦＤバー４６のＹ位置が、それぞれの基準格子５２の位置で計測される。以下では、一対の基準格子５２にそれぞれ対向するＹヘッド６７3，６８2によって構成されるエンコーダをＹリニアエンコーダ７０Ｅ2，７０Ｆ2（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リニアエンコーダを、エンコーダ７０Ｅ1、７０Ｆ1と呼ぶ。
【００８３】
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、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、ウエハテーブルＷＴＢのＸＹ平面内の位置を制御するとともに、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。
【００８４】
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、照射系９０ａ及び受光系９０ｂから成る、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）が設けられている。本実施形態では、一例として、前述のヘッドユニット６２Ｃの−Ｘ端部の−Ｙ側に照射系９０ａが配置され、これに対峙する状態で、前述のヘッドユニット６２Ａの＋Ｘ端部の−Ｙ側に受光系９０ｂが配置されている。
【００８５】
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。この検出領域ＡＦは、Ｘ軸方向の長さがウエハＷの直径と同程度に設定されているので、ウエハＷをＹ軸方向に１回スキャンするだけで、ウエハＷのほぼ全面でＺ軸方向の位置情報（面位置情報）を計測できる。また、この検出領域ＡＦは、Ｙ軸方向に関して、前述の液浸領域１４（露光領域ＩＡ）とアライメント系（ＡＬ１、ＡＬ２1，ＡＬ２2，ＡＬ２3，ＡＬ２4）の検出領域との間に配置されているので、多点ＡＦ系とアライメント系とでその検出動作を並行して行うことが可能となっている。多点ＡＦ系は、投影ユニットＰＵを保持するメインフレームなどに設けても良いが、本実施形態では前述の計測フレームに設けるものとする。
【００８６】
なお、本実施形態では複数の検出点に検出ビームを照射するものとしたが、例えば検出領域ＡＦの全域に検出ビームを照射しても良い。さらに、検出領域ＡＦはＸ軸方向の長さがウエハＷの直径と同程度でなくても良い。
【００８７】
本実施形態の露光装置１００は、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の複数の検出点のうち両端に位置する検出点の近傍、すなわち検出領域ＡＦの両端部近傍に、図６に示されるように、基準軸ＬＶに関して対称な配置で、各一対のＺ位置計測用の面位置センサのヘッド（以下、「Ｚヘッド」と略記する）７２ａ，７２ｂ、及び７２ｃ，７２ｄが設けられている。これらのＺヘッド７２ａ〜７２ｄは、不図示のメインフレームの下面に固定されている。なお、Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄは前述した計測フレームなどに設けても良い。
【００８８】
さらに、前述のヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃは、図６に示されるように、それぞれが備える５つのＹヘッド６５j，６４i（ｉ，ｊ＝１〜５）と同じＸ位置に、ただしＹ位置をずらして、それぞれ５つのＺヘッド７６j，７４i（ｉ，ｊ＝１〜５）を備えている。ここで、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃのそれぞれに属する外側の３つのＺヘッド７６3〜７６5，７４1〜７４3は、基準軸ＬＨから＋Ｙ方向に所定距離隔てて、基準軸ＬＨと平行に配置されている。また、ヘッドユニット６２Ａと６２Ｃのそれぞれに属する最も内側のＺヘッド７６1、７４5は、投影ユニットＰＵの＋Ｙ側に配置され、残りのＺヘッド７６2、７４4は、それぞれＹヘッド６５2、６４4の−Ｙ側に配置されている。そして、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃのそれぞれに属する５つのＺヘッド７６j、７４iは、互いに基準軸ＬＶに関して対称に配置されている。
【００８９】
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照射点）のＸ軸方向の間隔は、Ｙヘッドの６５，６４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。
【００９０】
Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄ、７６j，７４iとしては、一例として、ＣＤドライブ装置などで用いられる光ピックアップと同様の光学式変位センサのヘッドが用いられている。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照射し、その反射光を受光してその照射点におけるウエハテーブルＷＴＢ表面の面位置を計測する。なお、本実施形態では、Ｚヘッドからの計測ビームが、前述のＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2を構成する反射型回折格子によって反射される構成が、採用されている。
【００９１】
上述したＺヘッド７２ａ〜７２ｄ，７４1〜７４5，７６1〜７６5は、図７に示されるように、信号処理・選択装置１７０を介して主制御装置２０に接続されている。主制御装置２０は、信号処理・選択装置１７０を介してＺヘッド７２ａ〜７２ｄ，７４1〜７４5，７６1〜７６5の中から任意のＺヘッドを選択して作動状態とし、その作動状態としたＺヘッドで検出した面位置情報を信号処理・選択装置１７０を介して受け取る。本実施形態では、Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄ，７４1〜７４5，７６1〜７６5と、信号処理・選択装置１７０とを含んでウエハステージＷＳＴのＺ軸方向及びＸＹ平面に対する傾斜方向の位置情報を求める（計測する）面位置計測システム１８０が構成されている。
【００９２】
主制御装置２０は、面位置計測システム１８０を用いて、ウエハステージＷＳＴの有効ストローク領域、すなわちアライメント計測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２自由度方向（Ｚ，θｙ）の位置座標を計測する。
【００９３】
図７には、露光装置１００の制御系を中心的に構成する主制御装置２０の入出力関係が、ブロック図にて示されている。主制御装置２０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等から成るいわゆるマイクロコンピュータ（又はワークステーション）を含み、装置全体を統括して制御する。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。
【００９４】
本実施形態の露光装置１００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、少なくともその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。
【００９５】
ここで、エンコーダシステム１５０の各エンコーダヘッドの構成及び位置計測の原理などについてさらに説明する。
【００９６】
エンコーダシステム１５０の一部を構成する各エンコーダのヘッドとして、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ている、照射系、光学系、及び受光系の３部分から構成された干渉型のエンコーダヘッドを用いることができる。このエンコーダヘッドでは、光源（例えば半導体レーザ）から射出されるレーザビームが、光学系内の偏光ビームスプリッタで偏光分離され、分離された２つのビームが、折り曲げミラーを介してスケール（反射型回折格子）のほぼ同一領域に照射され、それらのビームの照射によって回折格子から発生する所定次数（例えば１次）の回折ビームが、それぞれλ／４板を介して反射ミラーに照射される。そして、反射ミラーでそれぞれ反射された２つの回折ビームは、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に達し、該偏光ビームスプリッタで同軸に合成され、受光系に入射する。そして、受光系の内部で、２つの回折ビームは、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。
【００９７】
上記の説明からわかるように、本実施形態で用いられる干渉型のエンコーダでは、干渉させる２つのビーム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ほとんど無視できる。そして、スケール（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）に移動すると、２つのビームそれぞれの位相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が、受光系によって検出され、その強度変化に応じた位置情報がエンコーダの計測値として出力される。
【００９８】
本実施形態の露光装置１００では、ウエハテーブルＷＴＢ上のＸスケール、Ｙスケールの配置及び前述のようなエンコーダヘッドの配置を採用したことから、ウエハステージＷＳＴの有効ストローク範囲（すなわち、本実施形態では、アライメント及び露光動作のために移動する範囲）では、必ず、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は、ヘッドの位置（より正確には計測ビームの照射点の位置）を基準とする、それぞれの計測方向についてのウエハステージＷＳＴの位置（より正確には計測ビームを照射するスケールの位置）を計測する。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。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（１）〜（３）のように依存する。
【０１００】
ＣＸ＝  （ｐＸ−Ｘ）ｃｏｓθｚ＋（ｑＸ−Ｙ）ｓｉｎθｚ  …（１）
ＣＹ1＝−（ｐＹ1−Ｘ）ｓｉｎθｚ＋（ｑＹ1−Ｙ）ｃｏｓθｚ  …（２）
ＣＹ2＝−（ｐＹ2−Ｘ）ｓｉｎθｚ＋（ｑＹ2−Ｙ）ｃｏｓθｚ  …（３）
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照射点の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（１）〜（３）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。この算出結果に従って、ウエハステージＷＳＴを駆動（位置制御）する。
【０１０１】
さらに、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴの位置に応じて、Ｘスケール３９Ｘ1又は３９Ｘ2に対向する１つのＸヘッド６６、Ｙスケール３９Ｙ1に対向する１つのＹヘッド６５（又は６８）、Ｙスケール３９Ｙ2に対向する１つのＹヘッド６４（又は６７）を切り換えて使用する。ここで、エンコーダヘッドを切り換える際には、例えば米国特許出願公開第２００９／００２７６４０号明細書などに開示されているように、ウエハステージＷＳＴの位置の計測結果の連続性を保証するためのつなぎ処理が行われる。
【０１０２】
また、主制御装置２０は、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。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（２），（３）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（４）のように求められる。
ｓｉｎθｚ＝−（ＣＹ1−ＣＹ2）／（ｐＹ1−ｐＹ2）  …（４）
ただし、簡単のため、ｑＹ1＝ｑＹ2を仮定した。
【０１０３】
本実施形態の露光装置１００において採用されるエンコーダシステム１５０と干渉計システム１１８とによるハイブリッド方式のウエハステージＷＳＴの駆動（位置制御）について説明する。
【０１０４】
前述の通り、エンコーダは干渉計と比較して空気揺らぎの影響が極小さいので、エンコーダシステム１５０（エンコーダ７０Ａ〜７０Ｆ）を用いることにより、原理上、高精度でウエハステージＷＳＴを駆動（位置制御）することができる。また、エンコーダは、スケールを使用するため計測再現性の観点において優れている。しかし、エンコーダは、スケールの製造誤差及び機械的不安定性（格子ピッチのドリフト、固定位置ドリフト、熱膨張等）のため、線形性の観点において劣る。
【０１０５】
図８（Ａ）には、エンコーダシステム１５０を用いてのウエハステージＷＳＴの駆動（位置制御）時における、ウエハステージＷＳＴの真の位置（実際の位置）と、エンコーダシステム１５０及び干渉計システム１１８が提示するウエハステージＷＳＴの位置（の計測結果）と、の時間変化（の軌跡）が示されている。図８（Ａ）の例では、エンコーダシステム１５０の計測結果に基づいてウエハステージＷＳＴが駆動（位置制御）されているため、スケールの製造誤差等に起因する計測誤差により、ウエハステージＷＳＴの実際の位置（真の位置）の軌跡が小さく揺らいでいる。このため、図９（Ａ）に示されるウエハＷをステップ・アンド・スキャン方式で露光すると、図９（Ｂ）に示されるように、ウエハＷの表面に配列されたショット領域の配列が崩れる（すなわちグリッド誤差が生じる）とともに、ショット領域の形状が歪む（すなわちパターンの形成誤差が生ずる）ことが予想される。
【０１０６】
また、前述の通り、本実施形態のエンコーダシステム１５０では、ウエハステージＷＳＴの位置に応じて、エンコーダヘッドを切り換えて使用する。ここで、切り換え時に行われるつなぎ処理において演算誤差（つなぎ誤差）が生ずると、エンコーダシステム１５０の計測結果が不連続に変化し、これにより図８（Ａ）に示されるように、ウエハステージＷＳＴの真の位置が不連続に変化する（軌跡が不連続に跳ねる）。従って、走査露光時につなぎ誤差が発生すると、図９（Ｂ）に示されるように、ショット領域に亀裂（すなわちパターンの亀裂）が生じることが予想される。
【０１０７】
また、スケール表面に水滴、ゴミ、傷等の異物が付着し、その異物を走査することにより、エンコーダ（ヘッド）からの出力信号が瞬間的に途絶える、あるいは異常な信号が出力されることも起こり得る。このような不都合が走査露光時に発生すると、上と同様に、パターンの亀裂が生じることが予想される。
【０１０８】
以上の予想の結果から、各ショット領域に対する走査露光時には、線形計測性に優れ、且つ異常発生時における出力信号の時間変化が緩やかな、あるいは出力信号の著しい時間変化を伴う異常動作を起こさない安定したセンサシステムを用いることが望ましい。この観点において、走査露光時には干渉計システム１１８を用いるのが有望である。なぜならば、図８（Ａ）中に二点差線を用いて示されるように、空気揺らぎに起因する干渉計の計測誤差（揺らぎ誤差）は大きいが、空気揺らぎの時間スケールは１つのショット領域を走査露光する時間スケールと比べてはるかに長く、１つのショット領域を走査露光する時間に限れば揺らぎ誤差（正確には走査露光時間内での揺らぎ誤差の変化）は十分に小さいからである。
【０１０９】
これに対し、ショット領域間のステッピング時には、パターンの高い重ね合わせ精度が要求されるため、計測精度に優れ、特に計測再現性に優れるセンサシステムを用いることが望ましい。この観点において、ステッピング時にはエンコーダシステム１５０を用いるのが有望である。そこで、本実施形態では、走査露光時には干渉計システム１１８を、ステッピング時にはエンコーダシステム１５０を使用するハイブリッド方式のウエハステージＷＳＴの駆動（位置制御）方法を採用する。
【０１１０】
本実施形態では、図１０に示されるようなウエハＷ上のＮ個（Ｎは例えば７６）のショット領域に対して、同図に示されるような経路で露光が行われる。なお、図１０に示される経路は、露光領域ＩＡ（図１１（Ａ）参照）の中心Ｐが各ショット領域上を通過する軌跡を示すものである。この軌跡中の実線部は、各ショット領域の露光の際の露光領域ＩＡの中心Ｐの軌跡を示し、点線部（破線部）は、非走査方向の同一行内の隣接ショット間における中心Ｐの移動軌跡を示し、一点鎖線部は、異なる行間における中心Ｐの移動軌跡を示している。なお、実際には、露光領域ＩＡの中心Ｐが固定で、ウエハＷが移動するが、ここでは説明をわかりやすくするため、固定のウエハＷに対して露光領域ＩＡの中心Ｐが移動するかのように示されている。
【０１１１】
図１１（Ａ）には、投影光学系ＰＬの有効フィールドＰＬ’に内接する、ウエハＷ上の幅ｗのスリット状の照明領域（レチクルＲ上の照明領域ＩＡＲと共役な露光領域）ＩＡとショット長Ｌのショット領域Ｓk，Ｓk+1との関係が平面図にて示され、図１１（Ｂ）には、ウエハステージＷＳＴの移動時間ｔとＹ軸方向に関するウエハステージＷＳＴの速度Ｖｙとの関係が示されている。なお、実際には、ショット領域が露光領域ＩＡに対して矢印ＴＲとは反対方向に移動することで露光が行なわれるが、図１１（Ａ）では、図１１（Ｂ）のウエハステージＷＳＴの移動時間とウエハステージＷＳＴの速度Ｖｙの関係と対応付けるため、露光領域ＩＡがショット領域Ｓk，Ｓk+1に対して移動するように示されている。
【０１１２】
主制御装置２０は、エンコーダシステム１５０の計測結果に基づいて、ウエハステージＷＳＴをショット領域Ｓkに対する露光のための加速開始位置に移動させる。これにより、図１１（Ａ）に示されるように、露光領域ＩＡの中心Ｐが、ショット領域Ｓkの端部から所定距離離れた位置に移動する。ウエハステージＷＳＴが上記の加速開始位置に到達すると、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴ（ウエハＷ）とレチクルステージＲＳＴ（レチクルＲ）との同期駆動を開始する。すなわち、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴを加速駆動し、それと同時にレチクルステージＲＳＴを、ウエハステージＷＳＴと反対向きかつウエハステージＷＳＴの速度の投影倍率βの逆数倍の速度で、ウエハステージＷＳＴの動きに追従して駆動する。図１１（Ｂ）に示されるように、加速開始から加速時間Ｔaの経過後、両ステージＷＳＴ、ＲＳＴの速度は一定になる。
【０１１３】
加速終了後、露光開始までの整定時間Ｔbの間、主制御装置２０は、ウエハＷとレチクルＲとの変位誤差が所定の関係になるまでレチクルステージＲＳＴをウエハステージＷＳＴに対して追従駆動する。
【０１１４】
これと並行して、主制御装置２０は、エンコーダシステム１５０を用いてのウエハステージＷＳＴの駆動（位置制御）から干渉計システム１１８を用いてのウエハステージＷＳＴの駆動（位置制御）に切り換える。ここで、主制御装置２０は、切り換えの前後を通じてウエハステージＷＳＴの位置の計測結果の連続性を保障するために、つなぎ処理を実行する。すなわち、主制御装置２０は、エンコーダシステム１５０の計測結果（Ｘ，Ｙ，θｚ）に一致するように、干渉計システム１１８の計測結果（Ｘ’，Ｙ’，θｚ’）にオフセットＯを加えて較正する。このつなぎ処理の詳細は後述する。
【０１１５】
切り換え後、主制御装置２０は、干渉計システム１１８の計測結果に基づいて、ウエハステージＷＳＴを等速駆動する。これにより、整定時間Ｔbの後の露光時間Ｔcの間、露光領域ＩＡがショット領域Ｓkの＋Ｙ端から−Ｙ端まで等速度で移動し、ショット領域Ｓkが走査露光される。
【０１１６】
露光終了後、等速度オーバースキャン時間（後整定時間）Ｔdの間、ウエハステージＷＳＴは等速度で移動する。この間に、主制御装置２０は、干渉計システム１１８を用いてのステージ駆動（位置制御）からエンコーダシステム１５０を用いてのステージ駆動（位置制御）に切り換える。ここで、主制御装置２０は、切り換えの前後を通じてウエハステージＷＳＴの位置の計測結果の連続性を保障するために、先と同様のつなぎ処理を実行する。
【０１１７】
切り換え後、減速オーバースキャン時間Ｔeの間、主制御装置２０は、エンコーダシステム１５０の計測結果に基づいてウエハステージＷＳＴを減速駆動する。主制御装置２０は、同時に、レチクルステージＲＳＴも減速駆動する。なお、減速オーバースキャン時間Ｔeにおいては、ウエハステージＷＳＴは、Ｙ軸方向への駆動と並行してＸ軸方向にも駆動される。これにより、露光領域ＩＡの中心Ｐがショット領域Ｓkの−Ｙ端からＵ字状の軌跡を描く（以下、この動作をステッピングとも呼ぶ）。
【０１１８】
主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴの減速終了後、引き続き、先と同様に、ただしウエハステージＷＳＴとレチクルステージＲＳＴとをそれぞれ逆方向に駆動して、隣接するショット領域Ｓk+1を露光する。
【０１１９】
前述したように、エンコーダシステム１５０の計測結果にはスケールの製造誤差等に起因する計測誤差が含まれるため、単純なつなぎ処理では、その計測誤差まで取り込んで干渉計システム１１８を較正してしまう。そこで、次に、かかる不都合を回避することができる、本実施形態の露光装置１００に好適なつなぎ処理の原理を説明する。
【０１２０】
本実施形態では、ウエハステージＷＳＴの位置座標は、主制御装置２０により、所定の制御サンプリング間隔、例えば９６μｓｅｃの時間間隔で制御されている。この制御サンプリング間隔毎に、位置サーボ制御系（主制御装置２０の一部）が、ウエハステージＷＳＴの現在位置を更新し、目標位置に位置決めするための推力指令値などを演算し、その結果をステージ駆動系１２４に出力している。前述のように、ウエハステージＷＳＴの現在位置は、エンコーダシステム１５０を構成するエンコーダヘッド６４〜６８の計測値又は干渉計システム１１８を構成する干渉計１６，４３Ａ，４３Ｂ，１２６〜１２８の計測値より算出される。これらのエンコーダと干渉計の計測値は、制御サンプリング間隔よりはるかに短い時間間隔（計測サンプリング間隔）で監視されている。
【０１２１】
図１２には、エンコーダシステム１５０によるウエハステージＷＳＴの駆動（位置制御）と干渉計システム１１８によるウエハステージＷＳＴの駆動（位置制御）との切り換え、及びそれに伴うつなぎ処理の概略が示されている。図１２中の符号ＣＳＣＫは、ウエハステージＷＳＴの位置制御のサンプリングクロック（制御クロック）の発生タイミングを示し、符号ＭＳＣＫは、エンコーダ（及び干渉計）の計測のサンプリングクロック（計測クロック）の発生タイミングを示す。
【０１２２】
主制御装置２０は、制御クロック（ＣＳＣＫ）毎に、エンコーダシステム１５０（ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置制御に用いられている３つのエンコーダＥｎｃ１，Ｅｎｃ２，Ｅｎｃ３）と干渉計システム１１８（ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置制御に用いられている２つの干渉計ＩｎｔＸ，ＩｎｔＹ）との出力信号を監視する。なお、干渉計システム１１８の計測クロックは、実際には、エンコーダシステム１５０の計測クロックより頻繁に発生しているが、ここでは、煩雑を避けるため、同時に発生する計測クロックのみが図示されている。制御クロック発生時には、主制御装置２０は、例えば図１２中の第１制御クロック発生時のように、エンコーダシステム１５０（Ｅｎｃ１，Ｅｎｃ２，Ｅｎｃ３）の計測値から連立方程式（１）〜（３）又は式（４）を用いてウエハステージＷＳＴの位置座標（Ｘ，Ｙ，θｚ）を算出するとともに、干渉計システム１１８（ＩｎｔＸ，ＩｎｔＹ）の計測値からもウエハステージＷＳＴの位置座標（Ｘ’，Ｙ’，θｚ’）を算出する。
【０１２３】
主制御装置２０は、前述のステップ・アンド・リピート方式の露光におけるステッピング時（図１１（Ｂ）における加速時間Ｔa及び減速オーバースキャン時間Ｔe）には、エンコーダシステム１５０（Ｅｎｃ１，Ｅｎｃ２，Ｅｎｃ３）の計測値から算出されたステージ位置座標（Ｘ，Ｙ，θｚ）をサーボ制御用ステージ座標としてステージ駆動系１２４に出力して、ウエハステージＷＳＴを駆動（位置制御）する。
【０１２４】
図８（Ｂ）にはエンコーダシステム１５０と干渉計システム１１８とを用いたハイブリッドなウエハステージの駆動（位置制御）におけるウエハステージＷＳＴの真の位置（実際の位置）と、エンコーダシステム１５０及び干渉計システム１１８が提示するウエハステージＷＳＴの位置（の計測結果）と、の時間変化（の軌跡）が示されている。上述の通り、ショット領域Ｓｋ−２〜Ｓｋ＋２に対する露光（図８（Ｂ）（及び図８（Ｂ））中に示される露光Ｓｋ−２〜Ｓｋ＋２）の間のステッピング時には、エンコーダシステム１５０の計測値に基づいてウエハステージＷＳＴが駆動（位置制御）されている。このため、図８（Ａ）の例と同様にスケールの製造誤差等に起因する計測誤差により、ウエハステージＷＳＴの位置の軌跡は微細に揺らぐ。また、つなぎ誤差、異物の走査に伴う誤差等により、軌跡が不連続に跳ねる。ただし、エンコーダの高い計測再現性により、ウエハの露光を何度繰り返しても、軌跡の形は高い確率で再現される、すなわちウエハステージＷＳＴは殆ど同じ軌道上をステップ移動する。
【０１２５】
主制御装置２０は、上のエンコーダシステム１５０の計測結果を用いてのステージ駆動（位置制御）と同時に、制御クロック（ＣＳＣＫ）毎に、つなぎ処理のための前処理を実行する。すなわち、主制御装置２０は、図１２に示されるように、位置座標（Ｘ，Ｙ，θｚ）と位置座標（Ｘ’，Ｙ’，θｚ’）との差分を求め、さらに所定のクロック数について差分の移動平均ＭＡK｛（Ｘ，Ｙ，θｚ）−（Ｘ’，Ｙ’，θｚ’）｝を求め、座標オフセットＯとして保持する。ただし、図１２中においては、差分の移動平均の演算が符号ＭＡを用いて表されている。
【０１２６】
主制御装置２０は、前述のステップ・アンド・スキャン方式の露光におけるウエハステージＷＳＴの加速終了後、露光開始までの整定時間Ｔb（図１１（Ｂ）参照）の間の第２制御クロック発生時に、エンコーダシステム１５０を用いてのウエハステージＷＳＴの駆動（位置制御）から干渉計システム１１８を用いてのウエハステージＷＳＴの駆動（位置制御）に切り換える。切り換えの際、主制御装置２０は、つなぎ処理を実行する。すなわち、主制御装置２０は、直前の制御クロック発生時（この場合、第１制御クロック発生時）にエンコーダシステム１５０の計測値より算出されたウエハステージＷＳＴの位置座標（Ｘ，Ｙ，θｚ）と一致するよう、第２制御クロック発生時に、干渉計システム１１８の計測値より算出されるウエハステージＷＳＴの位置座標（Ｘ’，Ｙ’，θｚ’）に、直前の第１制御クロック発生時に保持された座標オフセットＯを加える。
【０１２７】
ここで、ウエハステージＷＳＴの位置座標（Ｘ’，Ｙ’，θｚ’）をオフセット補正する際、座標オフセットＯの値が直近の所定クロック数について十分安定していることを確認することとする。さらに、前述の通り、スケールの製造誤差等に起因する計測誤差のため、エンコーダシステム１５０の計測値より算出されるウエハステージＷＳＴの位置座標（Ｘ，Ｙ，θｚ）は、真の位置に対して小さく揺らぐ。そこで、エンコーダシステム１５０の計測値より算出されるウエハステージＷＳＴの位置座標（Ｘ，Ｙ，θｚ）と干渉計システム１１８の計測値より算出されるウエハステージＷＳＴの位置座標（Ｘ’，Ｙ’，θｚ’）との差が十分安定している座標オフセットＯに一致又はほぼ一致するタイミング（クロック発生時）にて、オフセット補正すると良い。
【０１２８】
主制御装置２０は、露光時間Ｔcの間、オフセット補正された位置座標｛（Ｘ’，Ｙ’，θｚ’）＋Ｏ｝をサーボ制御用ステージ座標としてステージ駆動系１２４に出力して、ウエハステージＷＳＴを駆動（位置制御）する。これにより、図８（Ｂ）に示されるように、露光Ｓｋ−２〜Ｓｋ＋２におけるウエハステージＷＳＴの位置の軌跡は、エンコーダシステム１５０の計測誤差のため原点（目標位置）から僅かにずれるものの、揺らぎ誤差の長い時間スケールのためほとんど傾きのないあるいは僅かな傾きをもつ直線となる。すなわち、ウエハステージＷＳＴは、走査露光中（露光時間Ｔcの間）、高い線形性でもって駆動（位置制御）される。
【０１２９】
露光時間Ｔcが経過してショット領域Ｓkに対する走査露光の終了後、主制御装置２０は、等速度オーバースキャン時間（後整定時間）Ｔdの間の第４制御クロック発生時に、干渉計システム１１８を用いてのウエハステージＷＳＴの駆動（位置制御）からエンコーダシステム１５０を用いてのウエハステージＷＳＴの駆動（位置制御）に切り換える。この時、主制御装置２０は、逆つなぎ処理を実行する。すなわち、主制御装置２０は、オフセット補正済みの位置座標［（Ｘ’，Ｙ’，θｚ’）＋Ｏ］を連立方程式（１）〜（３）に代入して各エンコーダＥｎｃ１，Ｅｎｃ２，Ｅｎｃ３が提示すべき計測値を算出し、初期設定する。図１２中では、この逆つなぎ処理が符号ＣＨで示されている。
【０１３０】
主制御装置２０は、次の第５制御クロック発生時以降、第１制御クロック発生時と同様に、エンコーダシステム１５０によるサーボ制御を実行する。それと同時に、主制御装置２０は、座標オフセットＯの更新を再開する。
【０１３１】
なお、これまでの説明では、本実施形態におけるエンコーダシステム１５０と干渉計システム１１８とによるハイブリッド方式のウエハステージＷＳＴの駆動（位置制御）方法の原理を説明するために、エンコーダシステム１５０を構成するエンコーダ（ヘッド）のうち３つのヘッドＥｎｃ１，Ｅｎｃ２，及びＥｎｃ３を抽象的に取り上げたが、エンコーダＥｎｃ１，Ｅｎｃ２はヘッドユニット６２Ａ，６２ＣのＹヘッド６５，６４、及びヘッドユニット６２Ｅ，６２ＦのＹヘッド６７，６８のいずれかを、エンコーダＥｎｃ３はヘッドユニット６２Ｂ，６２ＤのＸヘッド６６を、代表的に示したものである。また、干渉計システム１１８を構成するＸ干渉計１２６〜１２８、Ｙ干渉計１８を抽象的にＩｎｔＸ，ＩｎｔＹと表記した。
【０１３２】
上述のハイブリッド方式のウエハステージＷＳＴの駆動（位置制御）方法を採用することにより、走査露光時におけるウエハステージＷＳＴの位置の線形計測性が保障されるので、図９（Ｃ）に示されるように、ショット領域の形状の歪み、すなわちパターンの形成誤差が解消される。さらに、エンコーダシステム１５０の計測誤差に起因するショット領域の配列の崩れ、すなわちグリッド誤差は、エンコーダシステム１５０の高い計測再現性のため、各ショット領域Ｓｋに対する加速開始位置を補正することにより容易に解消することができる。
【０１３３】
なお、前もって、全てのショット領域Ｓｋに対して、加速開始位置のＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びθｚ方向のそれぞれについてのオフセットを求める。ステッピング時には、このオフセットを用いて次の加速開始位置にウエハステージＷＳＴを駆動するための目標位置、すなわちアライメント計測より求められるショット配列（個々のショット領域の位置）を補正する。これにより、加速開始位置を補正することができるので、残るグリッド誤差も容易に解消することができる。この他、例えば特開平４−１２７５１４号公報（及び対応する米国特許第５，１１７，２５５号明細書）などに開示されるように、投影光学系ＰＬを構成するレンズ素子を駆動する、あるいは例えば、特開２００５−１６６９５１号公報などに開示されるようにレチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとの同期駆動を微小補正する等により、グリッド誤差を解消することもできる。
【０１３４】
本実施形態の露光装置１００では、主制御装置２０は、面位置計測システム１８０（図７参照）を用いることにより、ウエハステージＷＳＴの有効ストローク領域において、少なくともその２自由度（Ｚ，θｙ）方向の位置座標を計測することができる。
【０１３５】
ここで、面位置計測システム１８０の各Ｚヘッドの構成及び位置計測の原理などについてさらに説明する。
【０１３６】
本実施形態では、主制御装置２０は、露光時にはヘッドユニット６２Ｃ，６２Ａに属する各１つのＺヘッド７４i，７６j（ｉ，ｊは１〜５のいずれか）を用いて、ウエハステージＷＳＴの高さＺと傾斜（ローリング）θｙを計測する。また、主制御装置２０は、露光に先立ってウエハＷ表面の凹凸情報をウエハテーブルＷＴＢの上面を基準として計測するフォーカスマッピング時には４つのＺヘッド７２ａ〜７２ｄを用いて、ウエハステージＷＳＴの高さＺと傾斜（ローリング）θｙを計測する。
【０１３７】
Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄ，７４1〜７４5，７６1〜７６5のそれぞれとしては、計測面、すなわち対応するＹスケール３９Ｙ1又は３９Ｙ2に形成された反射型回折格子の面に計測ビームを照射し、その反射光を受光して、計測面がヘッド本体内部のフォーカスセンサのべストフォーカス位置に保たれるように、ヘッド本体を計測方向に追従駆動する構成のセンサヘッドが用いられている。このセンサヘッドからは、ヘッド本体の計測方向の変位量の読取り値が、計測面の面位置（Ｚ位置）として出力される構成となっている。
【０１３８】
ここで、Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄ，７４1〜７４5，７６1〜７６5の構成等について、図１３に示されるＺヘッド７２ａを代表的に採り上げて、さらに詳述する。図１３では、Ｚヘッド７２ａからＹスケール３９Ｙ2に検出光（計測ビーム）ＬＢが照射されている。図１３において、符号ＣＧは、カバーガラスを示す。
【０１３９】
Ｚヘッド７２ａは、図１３に示されるように、フォーカスセンサＦＳ、フォーカスセンサＦＳを収納したセンサ本体ＺＨ、及びセンサ本体ＺＨをＺ軸方向に駆動する駆動部（不図示）、並びにセンサ本体ＺＨのＺ軸方向の変位を計測する計測部ＺＥ等を備えている。
【０１４０】
フォーカスセンサＦＳとしては、計測ビームＬＢを計測対象面に照射し、その反射光を受光することで、計測対象面の変位を光学的に読み取るピックアップ方式のフォーカスセンサが用いられている。フォーカスセンサＦＳの出力信号は、不図示の駆動部に送られる。
【０１４１】
駆動部（不図示）は、アクチュエータ、例えばボイスコイルモータを含み、ボイスコイルモータの可動子及び固定子の一方は、センサ本体ＺＨに、他方はセンサ本体ＺＨ及び計測部ＺＥ等を収容する不図示の筐体の一部に、それぞれ固定されている。この駆動部は、フォーカスセンサＦＳからの出力信号に基づいて、センサ本体ＺＨと計測対象面との距離を一定に保つように（より正確には、計測対象面をフォーカスセンサＦＳの受光光学系のベストフォーカス位置に保つように）、センサ本体ＺＨをＺ軸方向に駆動する。これにより、センサ本体ＺＨは計測対象面のＺ軸方向の変位に追従し、フォーカスロック状態が保たれる。
【０１４２】
計測部ＺＥとしては、本実施形態では、一例として、エンコーダ７０Ａ〜７０Ｆと同様の回折干渉方式のエンコーダが用いられている。計測部ＺＥは、センサ本体ＺＨの上面に固定されたＺ軸方向に延びる支持部材ＳＭの側面に設けられたＺ軸方向を周期方向とする反射型の回折格子ＥＧと、回折格子ＥＧに対向して不図示の筐体に取付けられたエンコーダヘッドＥＨとを含む。エンコーダヘッドＥＨは、計測ビームＥＬを回折格子ＥＧに照射し、回折格子ＥＧからの反射・回折光を受光素子で受光して計測ビームＥＬの照射点の原点からの変位を読み取ることで、センサ本体ＺＨのＺ軸方向の変位、すなわち計測対象面のＺ軸方向の位置を計測する。このエンコーダヘッドＥＨの計測値が、Ｚヘッド７２ａの計測値として前述の信号処理・選択装置１７０を介して主制御装置２０に供給される。
【０１４３】
主制御装置２０は、露光時には、少なくとも各１つのＺヘッド７４i，７６j（ｉ，ｊは１〜５のいずれか）の計測値に基づいて、テーブル面上の基準点（テーブル面と光軸ＡＸとの交点）における、ウエハステージＷＳＴの高さＺ０とローリング量（角）θｙを算出する。ここで、Ｚヘッド７４i，７６j（ｉ，ｊは１〜５のいずれか）の計測値（それぞれＺL，ＺRと表記する）は、ウエハステージＷＳＴの（Ｚ0，θｘ，θｙ）位置に対して、次式（７），（８）のように依存する。
ＺL＝−ｔａｎθｙ・ｐL＋ｔａｎθｘ・ｑL＋Ｚ0，  …（７）
ＺR＝−ｔａｎθｙ・ｐR＋ｔａｎθｘ・ｑR＋Ｚ0    …（８）
ただし、計側面を含めウエハテーブルＷＴＢの上面は、理想的な平面だとする。なお、（ｐL，ｑL），（ｐR，ｑR）は、それぞれＺヘッド７４i，７６jのＸ，Ｙ設置位置（より正確には計測ビームの照射点のＸ，Ｙ位置）である。式（７），（８）より、次式（９）（１０）が導かれる。
Ｚ0＝〔ＺL＋ＺR−ｔａｎθｘ・（ｑL＋ｑR）〕／２，                …（９）
ｔａｎθｙ＝〔ＺL−ＺR−ｔａｎθｘ・（ｑL−ｑR）〕／（ｐR−ｐL）  …（１０）
従って、主制御装置２０は、Ｚヘッド７４i，７６jの計測値ＺL，ＺRを用いて、式（９）、（１０）より、ウエハステージＷＳＴの高さＺ０とローリング量θｙを算出する。ただし、ピッチング量（角）θｘは、別のセンサシステム（本実施形態では干渉計システム１１８）の計測結果を用いる。
【０１４４】
さらに、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴのＸ，Ｙ位置に応じて、Ｙスケール３９Ｙ1に対向する１つのＺヘッド７６j、Ｙスケール３９Ｙ2に対向する１つのＺヘッド７４iを切り換えて使用する。ここで、Ｚヘッドを切り換える際には、例えば米国特許出願公開第２００９／００５３６２９号明細書などに開示されているように、ウエハステージＷＳＴのＺ0，θｙ位置の計測結果の連続性を保障するためのつなぎ処理が行われる。
【０１４５】
主制御装置２０は、フォーカスマッピング時などには、４つのＺヘッド７２ａ〜７２ｄの計測値（それぞれＺａ，Ｚｂ，Ｚｃ，Ｚｄと表記する）に基づいて、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の複数の検出点の中心（Ｘ，Ｙ）＝（Ｏｘ’，Ｏｙ’）におけるウエハテーブルＷＴＢの高さＺ０とローリング量θｙを、次式（１１）、（１２）より、算出する。
Ｚ０＝（Ｚａ＋Ｚｂ＋Ｚｃ＋Ｚｄ）／４  …（１１）
ｔａｎθｙ＝−（Ｚａ＋Ｚｂ−Ｚｃ−Ｚｄ）／（ｐa＋ｐb−ｐc−ｐd）  …（１２）
ここで、（ｐａ，ｑａ），（ｐｂ，ｑｂ），（ｐｃ，ｑｃ），（ｐｄ，ｑｄ）はそれぞれＺヘッド７２ａ〜７２ｄのＸ，Ｙ設置位置（より正確には計測ビームの照射点のＸ，Ｙ位置）である。ただし、ｐa＝ｐb，ｐc＝ｐd，ｑa＝ｑc，ｑb＝ｑd，（ｐa＋ｐc）／２＝（ｐb＋ｐd）／２＝Ｏｘ’，（ｑa＋ｑb）／２＝（ｑc＋ｑd）／２＝Ｏｙ’とする。なお、先と同様に、ピッチング量θｘは、別のセンサシステム（本実施形態では干渉計システム１１８）の計測結果を用いる。
【０１４６】
本実施形態の露光装置１００では、前述のエンコーダシステム１５０と干渉計システム１１８とによるハイブリッド方式のウエハステージＷＳＴの駆動（位置制御）に加えて、面位置計測システム１８０と干渉計システム１１８とによるハイブリッド方式のウエハステージＷＳＴの駆動（フォーカス・レベリング制御）を採用している。
【０１４７】
本実施形態で用いられるＺヘッドは、上述の通り、計測ビームＬＢの雰囲気中での光路長が極短いため、空気揺らぎの影響がほとんど無視できる。従って、面位置計測システム１８０を用いることにより、原理上、高精度でウエハステージＷＳＴ（ウエハＷ）をフォーカス・レベリング制御することができる。しかし、Ｚヘッドは、計測面（スケール）の製造誤差（反射面の凹凸等）のため、エンコーダと同様に、線形性の観点において劣る。
【０１４８】
また、前述の通り、本実施形態の面位置計測システム１８０では、ウエハステージＷＳＴの位置に応じて、Ｚヘッドを切り換えて使用する。ここで、切り換え時に行われるつなぎ処理において演算誤差（つなぎ誤差）が生ずると、面位置計測システム１８０の計測結果が不連続に変化する。また、計測面（スケール）の表面に水滴、ゴミ、傷等の異物が付着し、その異物を走査することにより、Ｚヘッドからの出力信号が瞬間的に途絶える、あるいは異常な信号が出力されることも起こり得る。これらの不都合が走査露光時に発生すると、図９（Ｂ）に示されるように、ショット領域に亀裂（すなわちパターンの亀裂）が生じることが予想される。
【０１４９】
そこで、本実施形態では、走査露光時には干渉計システム１１８を、ステッピング時には面位置計測システム１８０を、それぞれ使用するハイブリッド方式のウエハステージＷＳＴのＺチルト駆動（フォーカス・レベリング制御）方法を採用する。
【０１５０】
主制御装置２０は、図１１（Ａ）に示されるように、エンコーダシステム１５０の計測結果に基づいてウエハステージＷＳＴをショット領域Ｓkの露光ための加速開始位置に移動させるとともに、面位置計測システム１８０の計測結果に基づいてウエハステージＷＳＴ（ウエハＷ）をフォーカス・レベリング制御する。さらに、ウエハステージＷＳＴが上記の加速開始位置に到達すると、主制御装置２０は、加速時間Ｔa（図１１（Ｂ）参照）の間、ウエハステージＷＳＴを加速駆動する。
【０１５１】
加速終了後、露光開始までの整定時間Ｔb（図１１（Ｂ）参照）の間に、主制御装置２０は、エンコーダシステム１５０を用いてのウエハステージＷＳＴの駆動（位置制御）から干渉計システム１１８を用いてのウエハステージＷＳＴの駆動（位置制御）に切り換えると同時に、面位置計測システム１８０を用いてのフォーカス・レベリング制御から干渉計システム１１８を用いてのフォーカス・レベリング制御に切り換える。ここで、主制御装置２０は、切り換えの前後を通じてウエハステージＷＳＴの位置の計測結果の連続性を保障するために、つなぎ処理を実行する。すなわち、主制御装置２０は、面位置計測システム１８０の計測結果（Ｚ０，θｙ）に一致するように、干渉計システム１１８の計測結果（Ｚ０’，θｙ’）にオフセットＯを加えて較正する。このつなぎ処理の詳細は後述する。
【０１５２】
切り換え後、主制御装置２０は、干渉計システム１１８の計測結果に基づいてウエハステージＷＳＴを等速駆動するとともに、フォーカス・レベリング制御する。このようにして、ショット領域Ｓkが走査露光される。
【０１５３】
露光終了後、等速度オーバースキャン時間（後整定時間）Ｔdの間に、主制御装置２０は、エンコーダシステム１５０を用いてのウエハステージＷＳＴの駆動（位置制御）に切り換えると同時に、面位置計測システム１８０を用いてのフォーカス・レベリング制御に切り換える。ここで、主制御装置２０は、切り換えの前後を通じてウエハステージＷＳＴの位置の計測結果の連続性を保障するために、先と同様のつなぎ処理を実行する。
【０１５４】
切り換え後、減速オーバースキャン時間Ｔeの間、主制御装置２０は、エンコーダシステム１５０の計測結果に基づいてウエハステージＷＳＴをステッピング駆動すると同時に、面位置計測システム１８０の計測結果に基づいてウエハステージＷＳＴをフォーカス・レベリング制御する。
【０１５５】
ステッピング駆動後、主制御装置２０は、引き続き、先と同様に、隣接するショット領域Ｓk+1を露光する。
【０１５６】
前述したように、面位置計測システム１８０の計測結果にはスケールの製造誤差等に起因する計測誤差が含まれるため、単純なつなぎ処理では、その計測誤差まで取り込んで干渉計システム１１８を較正してしまう。そこで、次に、かかる不都合を回避することができる、つなぎ処理の原理を説明する。
【０１５７】
前述の通り、本実施形態では、ウエハステージＷＳＴの位置座標は、主制御装置２０により、例えば９６μｓｅｃの時間間隔で制御されている。ウエハステージＷＳＴのＺ，θｙ位置は、面位置計測システム１８０を構成するＺヘッド７４i，７６j（以下、ＺｓＬ，ＺｓＲと略称する）の計測値又は干渉計システム１１８を構成する干渉計４３Ａ，４３Ｂ（以下、ＩｎｔＺと略称する）の計測値より算出される。
【０１５８】
図１４には、面位置計測システム１８０によるウエハステージＷＳＴのフォーカス・レベリング制御から干渉計システム１１８によるウエハステージＷＳＴのフォーカス・レベリング制御への切り換え（及びその反対の切り換え）における、つなぎ処理の概略が示されている。
【０１５９】
主制御装置２０は、制御クロック（ＣＳＣＫ）発生時毎に、面位置計測システム１８０（フォーカス・レベリング制御に用いられるＺヘッドＺｓＬ，ＺｓＲ）と干渉計システム１１８（フォーカス・レベリング制御に用いられる干渉計ＩｎｔＺ）の出力信号を監視する。制御クロック発生時には、主制御装置２０は、第１制御クロック発生時のように面位置計測システム１８０（ＺｓＬ，ＺｓＲ）の計測値から式（９）及び（１０）を用いてウエハステージＷＳＴの位置（Ｚ０，θｙ）を算出するとともに、干渉計システム１１８（ＩｎｔＺ）の計測値からもウエハステージＷＳＴの位置座標（Ｚ０’，θｙ’）を算出する。
【０１６０】
主制御装置２０は、前述のステップ・アンド・スキャン方式の露光におけるステッピング時（図１１（Ｂ）における加速時間Ｔa及び減速オーバースキャン時間Ｔe）には、面位置計測システム１８０（ＺｓＬ，ＺｓＲ）の計測値から算出されたステージ位置座標（Ｚ０，θｙ）をサーボ制御用ステージ座標としてステージ駆動系１２４に出力して、ウエハステージＷＳＴをフォーカス・レベリング制御する。
【０１６１】
主制御装置２０は、上の面位置計測システム１８０の計測結果を用いてのフォーカス・レベリング制御と同時に、制御クロック（ＣＳＣＫ）発生時毎に、つなぎ処理のための前処理を実行する。すなわち、主制御装置２０は、図１４に示されるように、位置座標（Ｚ０，θｙ）と位置座標（Ｚ０’，θｙ’）との差分を求め、さらに所定のクロック数について差分の移動平均ＭＡK｛（Ｚ，θｙ）−（Ｚ’，θｙ’）｝を求め、座標オフセットＯとして保持する。ただし、図１４中においては、差分の移動平均の演算が符号ＭＡを用いて表されている。
【０１６２】
主制御装置２０は、前述のステップ・アンド・リピート方式の露光におけるウエハステージＷＳＴの加速終了後、露光開始までの整定時間Ｔb（図１１（Ｂ）参照）の間の第２制御クロック発生時に、面位置計測システム１８０から干渉計システム１１８を用いてのフォーカス・レベリング制御に切り換える。切り換えの際、主制御装置２０は、つなぎ処理を実行する。すなわち、主制御装置２０は、直前の制御クロック発生時（この場合、第１制御クロック発生時）に面位置計測システム１８０の計測値より算出されたウエハステージＷＳＴの位置座標（Ｚ，θｙ）と一致するよう、第２制御クロック発生時に、干渉計システム１１８の計測値より算出されるウエハステージＷＳＴの位置座標（Ｚ’，θｙ’）に、直前の第１制御クロック発生時に保持された座標オフセットＯを加える。
【０１６３】
ここで、ウエハステージＷＳＴの位置座標（Ｚ’，θｙ’）をオフセット補正する際、座標オフセットＯの値が直近の所定クロック数について十分安定していることを確認することとする。さらに、前述の通り、スケールの製造誤差等に起因する計測誤差のため、面位置計測システム１８０の計測値より算出されるウエハステージＷＳＴの位置座標（Ｚ，θｙ）は、真の位置に対して小さく揺らぐ。そこで、面位置計測システム１８０の計測値より算出されるウエハステージＷＳＴの位置座標（Ｚ，θｙ）と干渉計システム１１８の計測値より算出されるウエハステージＷＳＴの位置座標（Ｚ’，θｙ’）との差が十分安定している座標オフセットＯに一致又はほぼ一致するタイミング（クロック発生時）にて、オフセット補正すると良い。
【０１６４】
主制御装置２０は、露光時間Ｔcの間、オフセット補正された位置座標｛（Ｚ’，θｙ’）＋Ｏ｝をサーボ制御用ステージ座標としてステージ駆動系１２４に出力して、ウエハステージＷＳＴをフォーカス・レベリング制御する。
【０１６５】
露光時間Ｔcが経過してショット領域Ｓkに対する走査露光の終了後、主制御装置２０は、等速度オーバースキャン時間（後整定時間）Ｔdの間の第４制御クロック発生時に、干渉計システム１１８から面位置計測システム１８０を用いてのフォーカス・レベリング制御に切り換える。この時、主制御装置２０は、逆つなぎ処理を実行する。すなわち、主制御装置２０は、オフセット補正済みの位置座標［（Ｚ’，θｙ’）＋Ｏ］を式（９）及び（１０）に代入して各ＺヘッドＺｓＬ，ＺｓＲが提示すべき計測値を算出し、初期設定する。図１４中では、この逆つなぎ処理が符号ＣＨで示されている。
【０１６６】
主制御装置２０は、次の第５制御クロック発生時以降、第１制御クロック発生時と同様に、面位置計測システム１８０によるフォーカス・レベリング制御を実行する。それと同時に、主制御装置２０は、座標オフセットＯの更新を再開する。
【０１６７】
なお、エンコーダシステム１５０と干渉計システム１１８とによるハイブリッド方式のウエハステージＷＳＴの駆動（位置制御）におけるエンコーダシステム１５０と干渉計システム１１８との間のつなぎ処理、及び面位置計測システム１８０と干渉計システム１１８とによるハイブリッド方式のウエハステージＷＳＴの駆動（フォーカス・レベリング制御）における面位置計測システム１８０と干渉計システム１１８との間のつなぎ処は、上記の方法に限らず、他の方法を採用しても良い。
【０１６８】
本実施形態の露光装置１００では、前述の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、主制御装置２０により、ウエハステージＷＳＴと計測ステージＭＳＴとを用いた以下の(a)〜(e)のような一連の動作が行われる。
(a)  図４に示されるアンローディングポジションＵＰにウエハステージＷＳＴがあるときに、露光済みのウエハＷがウエハテーブルＷＴＢ上からアンロードされ、図４に示されるローディングポジションＬＰにウエハステージＷＳＴが移動したときに、新たなウエハＷがウエハテーブルＷＴＢ上にロードされる。アンローディングポジションＵＰ、ローディングポジションＬＰ近傍では、ウエハステージＷＳＴの６自由度の位置は、干渉計システム１１８の計測値に基づいて制御されている。このとき、Ｘ干渉計１２８が用いられる。
上述のウエハ交換が行われるのと並行して、セカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4のベースライン計測が行われる。このベースライン計測は、上記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（計測ステージＭＳＴ）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。
(b)  ウエハ交換及びセカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4のベースライン計測終了後、ウエハステージＷＳＴを移動して、計測プレート３０の基準マークＦＭをプライマリアライメント系ＡＬ１で検出する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が行われる。これと前後して、エンコーダシステム１５０、面位置計測システム１８０、及び干渉計システム１１８の原点の再設定（リセット）が行われる。
(c)  その後、エンコーダシステム１５０及びＺヘッド７２ａ〜７２ｄを用いてウエハステージＷＳＴの６自由度方向の位置を計測しつつ、アライメント系ＡＬ１、ＡＬ２1〜ＡＬ２4を用いて、ウエハＷ上の複数のサンプルショット領域のアライメントマークを検出するアライメント計測が実行され、これと並行して多点ＡＦ系（９０ａ、９０ｂ）を用いてフォーカスマッピング（Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄの計測値を基準とする、ウエハＷの面位置（Ｚ位置）情報の計測）が行われる。ここで、アライメント計測開始後、フォーカスマッピングが開始される前に、ウエハステージＷＳＴと計測ステージＭＳＴとがスクラム状態となり、これらアライメント計測及びフォーカスマッピングのためのウエハステージＷＳＴの＋Ｙ方向への移動により、液浸領域１４が計測ステージＭＳＴ上からウエハステージＷＳＴ上へ受け渡される。そして、計測プレート３０が投影光学系ＰＬの直下に達したとき、空間像計測装置４５を用いてレチクルＲ上の一対のアライメントマークをスリットスキャン方式で計測する、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が行われる。
(d)  その後、アライメント計測及びフォーカスマッピングが続行される。
(e)  そして、アライメント計測及びフォーカスマッピングが終了すると、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いて、ステップ・アンド・スキャン方式でウエハＷ上の複数のショット領域が露光され、レチクルのパターンが転写される。露光動作中、フォーカスマッピングにより得られた情報に基づいて、ウエハＷのフォーカス・レベリング制御が行われる。なお、露光中のウエハのＺ、θｙは、Ｚヘッド７４，７６の計測値に基づいて制御されるが、θｘは、Ｙ干渉計１６の計測値に基づいて制御される。
【０１６９】
以上説明したように、本実施形態の露光装置１００では、パターンを形成するためにウエハステージＷＳＴを等速駆動する露光（走査露光）時間Ｔcでのみ、干渉計システム１１８を用いてウエハステージＷＳＴの位置情報を求める（計測する）。そのため、位置情報の線形計測性が十分に保障され、ウエハステージＷＳＴを高精度に等速直線駆動することが可能となる。その一方で、ステップ駆動する加速時間Ｔa及び減速時間Ｔeの間には、エンコーダシステム１５０及び面位置計測システム１８０を用いてウエハステージＷＳＴの位置情報を求める（計測する）。そのため、スケールの機械的な安定性により位置情報の計測再現性が十分に保障され、ウエハステージＷＳＴを等速駆動の開始位置に正確に駆動することが可能となる。従って、ウエハＷ上に配列された複数のショット領域のそれぞれに、正確に位置合わせして、精度良くパターンを形成することが可能となる。
【０１７０】
また、本実施形態の露光装置１００及びその露光方法では、走査露光時には干渉計システム１１８を用いてのステージ駆動制御（位置制御）に切り換えるので、エンコーダシステム１５０及び面位置計測システム１８０におけるヘッドの切り換え、スケール上に付着した異物を走査する等に起因する計測誤差、特に不連続な計測結果の変化が生ずることがない。従って、歪み、亀裂等のない精密なパターンの転写が可能となる。
【０１７１】
また、本実施形態の露光装置及び露光方法では、ステップ駆動時にはエンコーダシステム１５０及び面位置計測システム１８０を用いてのウエハステージＷＳＴの駆動制御（位置制御）に切り換えるので、上述の通り、パターンをショット領域に再現性良く位置合わせすることができる。ここで、エンコーダシステム１５０の計測誤差に起因するショット領域の配列の崩れ、すなわちグリッド誤差が残り得るが、エンコーダシステム１５０の高い計測再現性のため、アライメント計測の結果を補正することにより容易に解消することができる。
【０１７２】
例えば、アライメント計測より求められる個々のショット領域の位置に対して、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びθｚ方向についてのオフセットを用意すれば良い。図１０に示されるウエハＷを露光する場合、ショット領域の数は７６なので、２２８のオフセットを用意することとなる。なお、ステップ駆動時には高い線形計測性が要求されないので、ウエハステージＷＳＴの全移動領域についてエンコーダシステム１５０の計測誤差を補正する補正データ（例えば１ｍｍメッシュの補正データ）を作成する必要はない。従って、本実施形態のハイブリッド方式のウエハステージＷＳＴの駆動制御（位置制御）が経済的であることがわかる。
【０１７３】
また、上述のオフセットは、実際の露光処理において、あるいは専用のシーケンスを設けて、ウエハステージＷＳＴをステップ・アンド・スキャン駆動しつつエンコーダシステム１５０（面位置計測システム１８０）と干渉計システム１１８との計測結果を比較することにより容易に作成することができる。なお、オフセットが時間とともに変化する場合、適宜専用シーケンスを実行し、オフセットを更新することとする。
【０１７４】
なお、上述の説明では、一例として、各ショット領域に対する走査露光の前の整定時間Ｔbの間、すなわちウエハステージＷＳＴが等速駆動されている間に、面位置計測システム１８０から干渉計システム１１８を用いてのフォーカス・レベリング制御に切り換えることとした。また、各ショット領域に対する走査露光の後の後整定時間Ｔdの間に、干渉計システム１１８から面位置計測システム１８０を用いてのフォーカス・レベリング制御に切り換えることとした。しかし、これらに限らず、ウエハステージＷＳＴが加速駆動されている加速時間Ｔa及び減速オーバースキャン時間Ｔeの間に、フォーカス・レベリング制御の切り換えを行っても良い。ただし、エンコーダシステム１５０、面位置計測システム１８０、及び干渉計システム１１８のそれぞれについて、ウエハステージＷＳＴを加速することに起因する計測誤差が発生する場合、露光装置１００の起動時、アイドル中等に、適宜、補正することとする。
【０１７５】
なお、上記実施形態では、ウエハ上の各ショット領域に対する走査露光時には、干渉計システム１１８を用いてウエハステージＷＳＴを駆動し、ショット領域間のステッピング時には、その全区間で、エンコーダシステム１５０及び面位置計測システム１８０を用いてウエハステージＷＳＴの駆動（フォーカス・レベリング制御）を行うものとしたが、例えば、ショット領域間のステッピング時の一部のみで、エンコーダシステム１５０及び面位置計測システム１８０を用いてウエハステージＷＳＴを駆動しても良い。
【０１７６】
また、上記実施形態では、干渉計システム１１８がエンコーダシステム１５０に比べて、線形計測性（計測値のリニアリティ）に優れ、且つ異常発生時における出力信号の時間変化が緩やかであるなど走査露光時のウエハステージの位置を計測するのに適した安定したセンサシステムであることに鑑みて、走査露光時のウエハステージＷＳＴの駆動（位置制御）に、干渉計システム１１８を用いている。また、エンコーダシステム１５０が干渉計システム１１８に比べて、計測精度に優れ、特に計測再現性に優れるなどショット領域間のステッピング時のウエハステージの位置を計測するのに適したセンサシステムであることに鑑みて、ショット領域間のステッピング時のウエハステージＷＳＴの駆動（位置制御）に、エンコーダシステム１５０を用いている。しかしながら、走査露光時のウエハステージの位置を計測するのに適したセンサシステム、及びショット領域間のステッピング時のウエハステージの位置を計測するのに適したセンサシステムの要件は、上記のものに限られない。例えば、異なる種類の２つのセンサシステム、例えば異なる計測面にそれぞれ計測ビームを照射し、それぞれの計測面からの反射光を受光することで、ウエハステージの位置情報を計測する第１計測システムと第２計測システムとを用いる場合を考えてみる。この場合、ステップ・アンド・スキャン方式の露光動作中に、制御装置は、走査露光時のウエハステージの位置を、第１計測システムによって計測し、走査露光時以外の期間の少なく一部でウエハステージの位置を、第２の計測システムによって計測するものとする。この場合の第１計測システムは、前記第２計測システムに比べて、異常発生時における出力信号の時間変化が緩やかであり、計測値のリニアリティに優れるなどの他、計測値の長期安定性に優れるなどの要件を満たせば良い。また、第２計測システムは、前記第１計測システムに比べて計測精度に優れ、計測再現性に優れるなどの他、計測値の短期的な変動が小さいなどの要件を満たせば良い。センサから計測面までの計測ビームの光路長が長いと、空気ゆらぎの影響を受け計測値の短期的な変動が大きくなるので、第２計測システムは、第１の計測システムに比べて、計測面までの計測ビームの光路長が短いことが必然的に要請される。
【０１７７】
以上の各要件を考慮すると、例えば干渉計システムとエンコーダシステムとを用いる場合、第１計測システムとして干渉計システムを用い、第２計測システムとしてエンコーダシステムを用いれば良いことが、明らかである。
【０１７８】
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ないことは勿論である。例えば、上記実施形態では、ウエハテーブル（ウエハステージ）上に格子部（Ｙスケール、Ｘスケール）を設け、これに対向してＸヘッド、Ｙヘッドをウエハステージの外部に配置する構成のエンコーダシステムを採用した場合について例示したが、これに限らず、例えば米国特許出願公開第２００６／０２２７３０９号明細書などに開示されているように、ウエハステージにエンコーダヘッドを設け、これに対向してウエハステージの外部に格子部（例えば２次元格子又は２次元に配置された１次元の格子部）を配置する構成のエンコーダシステムを採用しても良い。この場合において、Ｚヘッドもウエハステージに設け、その格子部の面を、Ｚヘッドの計測ビームが照射される反射面としても良い。また、ウエハステージに２次元格子を有するスケールを配置する場合、例えばその２次元格子を、ウエハステージ上面のＸ軸方向（又はＹ軸方向）の両端部にそれぞれＹ軸方向（又はＸ軸方向）を長手方向として配置しても良い。また、エンコーダヘッドは、１次元ヘッド（１ＤＯＦセンサ）に限らず、Ｘ軸方向又はＹ軸方向とＺ軸方向とを計測方向とする２次元ヘッド（２ＤＯＦセンサ）でも良い。かかる２次元ヘッドとしては、米国特許第７，５６１，２８０号明細書に開示される変位計測センサヘッドなどを用いることができる。上記実施形態において、この２次元ヘッドを例えばＹヘッドに代えて採用する場合には、該２次元ヘッドがＹヘッドとＺヘッドとを兼ねるので、前述したＺヘッド７４、７６は設けなくても良くなる。また、Ｘスケール、Ｙスケールに代えて、二次元回折格子が形成されたスケールを採用する場合には、エンコーダヘッドとしては、１次元ヘッド（１ＤＯＦセンサ）、Ｘ軸方向又はＹ軸方向とＺ軸方向とを計測方向とする２次元ヘッドは勿論、その二次元回折格子の周期方向、例えばＸ軸方向とＹ軸方向とを計測方向とする２次元ヘッド（２ＤＯＦセンサ）、又はＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向の３方向を計測方向とする３次元ヘッド（３ＤＯＦセンサ）を用いることも可能になる。
【０１７９】
また、上述の実施形態では、露光装置が、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液浸露光装置である場合について説明したが、非液浸タイプの露光装置であっても良い。
【０１８０】
また、上記実施形態では、露光装置が、ステップ・アンド・スキャン方式等の走査型露光装置である場合について説明したが、これに限らず、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上記実施形態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上記実施形態を適用できる。
【０１８１】
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およ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。
【０１８２】
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。
【０１８３】
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、上記実施形態は適用できる。
【０１８４】
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。
【０１８５】
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）にも上記実施形態を適用することができる。
【０１８６】
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。
【０１８７】
また、物体上にパターンを形成する装置は、前述の露光装置（リソグラフィシステム）に限られず、例えばインクジェット方式にて物体上にパターンを形成する装置にも上記実施形態を適用することができる。
【０１８８】
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。
【０１８９】
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上記実施形態を適用できる。
【０１９０】
なお、これまでの説明で引用した露光装置などに関する全ての公報、国際公開、米国特許出願公開明細書及び米国特許明細書の開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
【０１９１】
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。
【０１９２】
また、上記実施形態の露光装置（パターン形成装置）は、本願請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【０１９３】
本発明の露光方法及び露光装置は、エネルギビームを照射して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９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１】
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【図８】
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【国際調査報告】
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