(57)【要約】【課題】面位置計測システムによる面位置計測の結果を用いて、安定且つ高精度な面位置計測を可能にする。【解決手段】Ｚヘッド７２ａからステージＷＳＴの上面の一部に設けられた計測面（スケール）３９Ｙ2に計測ビームＬＢを投射し、その計測面からの反射ビームを受光して、計測ビームＬＢの投射点における計測面のＺ軸方向に関する面位置情報を計測する。それと同時に、反射ビームの強度ＩＲ、あるいはビーム断面内の強度分布を計測する。強度ＩＲ又は強度分布の計測結果を用いて、面位置情報の計測結果を検証し、さらに計測誤差を補正する。【選択図】図８
2009252991.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定平面に沿って少なくとも一軸方向に移動する移動体に保持された物体にエネルギビームを照射して前記物体上にパターンを形成する露光方法であって、
前記移動体の前記所定平面に平行な一面に設けられた計測面に計測光を投射し、前記計測面からの反射光を受光して、前記計測光の投射点における前記計測面の前記所定平面に垂直な方向に関する面位置情報と、前記反射光の強度と、を計測し、計測された前記面位置情報と前記反射光の強度とに基づいて、前記移動体を駆動する露光方法。
【請求項２】
前記駆動に際して、計測された前記反射光の強度に基づいて、前記面位置情報の信頼度を判定し、信頼度が高いと判定された前記面位置情報に基づいて、前記移動体を駆動する、請求項１に記載の露光方法。
【請求項３】
前記計測に際して、前記計測光の強度をさらに計測し、
前記駆動に際して、計測された前記計測光の強度と前記反射光の強度とに基づいて、前記面位置情報の信頼度を判定し、信頼度が高いと判定された前記面位置情報に基づいて、前記移動体を駆動する請求項１に記載の露光方法。
【請求項４】
前記計測に際して、前記反射光の断面内の強度分布をさらに計測し、
前記駆動に際して、計測された前記強度分布に基づいて前記面位置情報を補正する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項５】
前記駆動に際して、計測された前記強度分布に基づいて、前記計測面の状態を診断する、請求項４に記載の露光方法。
【請求項６】
前記計測面の状態の診断結果に基づいて、前記計測面に異物が付着したことが確認された場合、前記異物によって遮られた前記計測光の断面内の部分と光量とを特定し、該特定結果に基づいて前記面位置情報を補正する、請求項５に記載の露光方法。
【請求項７】
前記移動体は、前記所定平面内で前記一軸に垂直な方向に移動することができ、
前記計測に際して、少なくとも前記垂直な方向に関して位置が異なる複数のヘッドを用いて、前記計測面に計測光を投射する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の露光方法を用いて、物体上にパターンを形成する工程と；
前記パターンが形成された前記物体に処理を施す工程と；
を含むデバイス製造方法。
【請求項９】
エネルギビームにより物体を露光して前記物体上にパターンを形成する露光装置であって、
前記物体を保持して所定平面に沿って少なくとも一軸方向に移動するとともに、前記所定平面に平行な一面に計測面が設けられた移動体と；
前記計測面に計測光を投射し、前記計測面からの反射光を受光して、前記計測光の投射点における前記計測面の前記所定平面に垂直な方向に関する面位置情報と、前記反射光の強度と、を計測するヘッドを、少なくとも１つ有する計測系と；
前記計測系で計測された前記面位置情報と前記強度とに基づいて、前記移動体を駆動する処理装置と；を備える露光装置。
【請求項１０】
前記処理装置は、計測された前記反射光の強度に基づいて、前記面位置情報の信頼度を判定し、信頼度が高いと判定された前記面位置情報に基づいて、前記移動体を駆動する、請求項９に記載の露光装置。
【請求項１１】
前記計測系は、前記ヘッドから前記計測面に投射される計測光の強度をさらに計測し、
前記処理装置は、計測された前記計測光の強度と前記反射光の強度とに基づいて、前記面位置情報の信頼度を判定し、信頼度が高いと判定された前記面位置情報に基づいて、前記移動体を駆動する請求項９に記載の露光装置。
【請求項１２】
前記計測系は、前記反射光の断面内の強度分布をさらに計測し、
前記処理装置は、計測された前記強度分布に基づいて前記面位置情報の計測結果を補正する、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項１３】
前記移動体は、前記所定平面内で前記一軸に垂直な方向に移動することができ、
前記計測系は、前記計測面に計測光を投射する、少なくとも前記垂直な方向に関して位置が異なる複数のヘッドを備える、請求項９〜１２のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項１４】
前記エネルギビームが経由する光学系と；
前記光学系と前記物体の間に、液体を供給する液体供給装置と；をさらに備える、９〜１３のいずれか一項に記載の露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光方法及びデバイス製造方法、並びに露光装置に係り、さらに詳しくは、物体上にパターンを形成する露光方法及び該露光方法を利用するデバイス製造方法、並びに物体上にパターンを形成する露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体素子（集積回路等）、液晶表示素子等の電子デバイス（マイクロデバイス）を製造するリソグラフィ工程では、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（いわゆるステッパ）、あるいはステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置（いわゆるスキャニング・ステッパ（スキャナとも呼ばれる））などが、主として用いられている。
この種の露光装置では、集積回路の微細化に伴い使用される露光光の波長は年々短波長化し、また、投影光学系の開口数も次第に増大（高ＮＡ化）しており、これによって解像力の向上が図られている。この一方、露光光の短波長化及び投影光学系の高ＮＡ化によって、焦点深度が非常に狭くなってきたため、露光動作時のフォーカスマージンが不足するおそれが生じていた。そこで、実質的に露光波長を短くして、かつ空気中に比べて焦点深度を実質的に大きく（広く）する方法として、液浸法を利用した露光装置が、最近注目されるようになってきた（特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、この液浸法を利用した露光装置のように、投影光学系の下端面とウエハとの間の距離（ワーキングディスタンス）が狭い露光装置では、多点焦点位置検出系（以下、「多点ＡＦ系」とも呼ぶ）などのフォーカスセンサを投影光学系の近傍に配置することは困難である。この一方、多点ＡＦ系などの検出結果に基づいて、露光領域内でウエハ表面が常時投影光学系の像面に合致する（像面の焦点深度の範囲内となる）ように、ウエハを保持するテーブル又はステージの光軸方向の位置及び傾きを制御する、いわゆるフォーカス・レベリング制御、すなわち高精度なウエハの面位置制御を実現することは、高精度な露光を実現するためには重要である。
【０００４】
そこで、ウエハを保持するステージの上面（計測面）上の複数点に計測ビームを投射し、反射光を受光して、各計測ビームの投射点における計測面の光軸方向の位置を検出することによって、ステージの光軸方向の位置及び傾きを計測する面位置計測システムを多点ＡＦ系と共に備えた液浸露光装置に係る発明が、先に提案されている（例えば特許文献２参照）。この液浸露光装置では、面位置計測システムと多点ＡＦ系とを用いた計測面及びウエハ面の、面位置情報の同時計測を事前に行い、露光の際は、面位置計測システムのみを用いてフォーカス・レベリング制御を行う。
【０００５】
しかしながら、特許文献２に開示される露光装置の場合、計測面に異物が付着し、その異物によって計測ビームが遮られることによって、面位置計測システムに、今後の露光装置に要求されるウエハの面位置制御のレベルから考えると、無視できない計測誤差が発生する蓋然性が高いことが、その後判明した。
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２００４／０５３９５５号パンフレット
【特許文献２】国際公開第２００７／０９７３７９号パンフレット
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の事情の下でなされたものであり、第１の観点からすると、所定平面に沿って少なくとも一軸方向に移動する移動体に保持された物体にエネルギビームを照射して前記物体上にパターンを形成する露光方法であって、前記移動体の前記所定平面に平行な一面に設けられた計測面に計測光を投射し、前記計測面からの反射光を受光して、前記計測光の投射点における前記計測面の前記所定平面に垂直な方向に関する面位置情報と、前記反射光の強度と、を計測し、計測された前記面位置情報と前記反射光の強度とに基づいて、前記移動体を駆動する露光方法である。
【０００８】
計測された反射光の強度は、同一の反射光の受光結果から得られる面位置情報の信頼度の高低を判定する指標となる。従って、計測された面位置情報と反射光の強度とに基づいて、移動体を駆動する場合には、反射光の強度を考慮しない場合と異なり、信頼度の高い面位置情報に基づいて、安定且つ高精度に移動体を駆動することが可能となり、ひいては物体上に精度良くパターンを形成することが可能になる。
【０００９】
本発明は、第２の観点からすると、本発明の露光方法を用いて、物体上にパターンを形成する工程と；前記パターンが形成された前記物体に処理を施す工程と；を含むデバイス製造方法である。
【００１０】
本発明は、第３の観点からすると、エネルギビームにより物体を露光して前記物体上にパターンを形成する露光装置であって、前記物体を保持して所定平面に沿って少なくとも一軸方向に移動するとともに、前記所定平面に平行な一面に計測面が設けられた移動体と；前記計測面に計測光を投射し、前記計測面からの反射光を受光して、前記計測光の投射点における前記計測面の前記所定平面に垂直な方向に関する面位置情報と、前記反射光の強度と、を計測するヘッドを、少なくとも１つ有する計測系と；前記計測系で計測された前記面位置情報と前記強度とに基づいて、前記移動体を駆動する処理装置と；を備える露光装置である。
【００１１】
計測された反射光の強度は、同一の反射光の受光結果から得られる面位置情報の信頼度の高低を判定する指標となる。従って、処理装置により、計測系で計測された面位置情報と反射光の強度とに基づいて、移動体が駆動される場合には、反射光の強度を考慮しない場合と異なり、信頼度の高い面位置情報に基づいて、安定且つ高精度に移動体を駆動することが可能となる。従って、移動体に保持された物体上に精度良くパターンを形成することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
《第１の実施形態》
以下、本発明の第１の実施形態を、図１〜図１４（Ｃ）に基づいて、説明する。図１には、第１の実施形態の露光装置１００の構成が概略的に示されている。
【００１３】
露光装置１００は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置、いわゆるスキャナである。後述するように、本実施形態では投影光学系ＰＬとプライマリアライメント系ＡＬ１（図４、図５等参照）が設けられている。以下においては、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行な方向をＺ軸方向、これに直交する面内で光軸ＡＸとプライマリアライメント系ＡＬ１の検出中心を結ぶ直線と平行な方向をＹ軸方向、Ｚ軸及びＹ軸に直交する方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸回りの回転（傾斜）方向をそれぞれθｘ、θｙ、及びθｚ方向として説明を行う。
【００１４】
露光装置１００は、図１に示されるように、照明系１０、レチクルステージＲＳＴ、投影ユニットＰＵ、局所液浸装置８、ウエハステージＷＳＴ及び計測ステージＭＳＴを有するステージ装置５０、並びにこれらの制御系等を備えている。図１において、ウエハステージＷＳＴ上には、ウエハＷが載置されている。
【００１５】
照明系１０は、例えば米国特許出願公開第２００３／００２５８９０号明細書などに開示されるように、光源と、オプティカルインテグレータ等を含む照度均一化光学系、及びレチクルブラインド等（いずれも不図示）を有する照明光学系と、を含む。照明系１０は、レチクルブラインド（マスキングシステム）で規定されたレチクルＲ上のスリット状の照明領域ＩＡＲを、照明光（露光光）ＩＬによりほぼ均一な照度で照明する。ここで、照明光ＩＬとして、一例として、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）が用いられる。
【００１６】
レチクルステージＲＳＴ上には、そのパターン面（図１における下面）に回路パターンなどが形成されたレチクルＲが、例えば真空吸着により固定されている。レチクルステージＲＳＴは、例えばリニアモータ等を含むレチクルステージ駆動系１１（図１では不図示、図７参照）によって、ＸＹ平面内で微小駆動可能であるとともに、走査方向（図１における紙面内左右方向であるＹ軸方向）に所定の走査速度で駆動可能となっている。
【００１７】
レチクルステージＲＳＴのＸＹ平面内の位置情報（θｚ方向の回転情報を含む）は、レチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）１１６によって、移動鏡１５（実際には、Ｙ軸方向に直交する反射面を有するＹ移動鏡（あるいは、レトロリフレクタ）とＸ軸方向に直交する反射面を有するＸ移動鏡とが設けられている）を介して、例えば０．２５ｎｍ程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計１１６の計測値は、主制御装置２０（図１では不図示、図７参照）に送られる。
【００１８】
投影ユニットＰＵは、レチクルステージＲＳＴの図１における下方に配置されている。投影ユニットＰＵは、鏡筒４０と、鏡筒４０内に保持された投影光学系ＰＬと、を含む。投影光学系ＰＬとしては、例えば、Ｚ軸方向と平行な光軸ＡＸに沿って配列される複数の光学素子（レンズエレメント）から成る屈折光学系が用いられる。投影光学系ＰＬは、例えば両側テレセントリックで、所定の投影倍率（例えば１／４倍、１／５倍又は１／８倍など）を有する。このため、照明系１０によってレチクルＲ上の照明領域ＩＡＲが照明されると、投影光学系ＰＬの第１面（物体面）とパターン面がほぼ一致して配置されるレチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬ（投影ユニットＰＵ）を介してその照明領域ＩＡＲ内のレチクルＲの回路パターンの縮小像（回路パターンの一部の縮小像）が、その第２面（像面）側に配置される、表面にレジスト（感応剤）が塗布されたウエハＷ上の前記照明領域ＩＡＲに共役な領域（以下、露光領域とも呼ぶ）ＩＡに形成される。そして、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとの同期駆動によって、照明領域ＩＡＲ（照明光ＩＬ）に対してレチクルＲを走査方向（Ｙ軸方向）に相対移動させるとともに、露光領域ＩＡ（照明光ＩＬ）に対してウエハＷを走査方向（Ｙ軸方向）に相対移動させることで、ウエハＷ上の１つのショット領域（区画領域）の走査露光が行われ、そのショット領域にレチクルＲのパターンが転写される。すなわち、本実施形態では照明系１０、レチクルＲ及び投影光学系ＰＬによってウエハＷ上にパターンが生成され、照明光ＩＬによるウエハＷ上の感応層（レジスト層）の露光によってウエハＷ上にそのパターンが形成される。
【００１９】
本実施形態の露光装置１００には、液浸方式の露光を行うために、前述の如く、局所液浸装置８が設けられている。局所液浸装置８は、液体供給装置５、液体回収装置６（いずれも図１では不図示、図７参照）、液体供給管３１Ａ、液体回収管３１Ｂ、及びノズルユニット３２等を含む。ノズルユニット３２は、図１に示されるように、投影光学系ＰＬを構成する最も像面側（ウエハＷ側）の光学素子、ここではレンズ（以下、「先端レンズ」ともいう）１９１を保持する鏡筒４０の下端部周囲を取り囲むように、投影ユニットＰＵを保持する不図示のメインフレームに吊り下げ支持されている。本実施形態では、ノズルユニット３２は、図１に示されるように、その下端面が先端レンズ１９１の下端面とほぼ同一面に設定されている。また、ノズルユニット３２は、液体Ｌｑの供給口及び回収口と、ウエハＷが対向して配置され、かつ回収口が設けられる下面と、液体供給管３１Ａ及び液体回収管３１Ｂとそれぞれ接続される供給流路及び回収流路とを備えている。液体供給管３１Ａと液体回収管３１Ｂとは、図４に示されるように、平面視（上方から見て）でＸ軸方向及びＹ軸方向に対してほぼ４５°傾斜し、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸとプライマリアライメント系ＡＬ１の検出中心とを結ぶＹ軸に平行な直線（以下、基準軸と呼ぶ）ＬＶに関して対称な配置となっている。図４において、符号ＵＰはウエハステージＷＳＴ上のウエハのアンロード時にウエハステージＷＳＴの中心が位置するアンローディングポジションを示し、符号ＬＰはウエハステージＷＳＴ上へのウエハのロード時にウエハステージＷＳＴの中心が位置するローディングポジションを示す。
【００２０】
液体供給管３１Ａは液体供給装置５（図１では不図示、図７参照）に、液体回収管３１Ｂは液体回収装置６（図１では不図示、図７参照）に接続されている。ここで、液体供給装置５には、液体を貯蔵するタンク、加圧ポンプ、温度制御装置、液体の流量を制御するためのバルブ等が備えられている。液体回収装置６には、回収した液体を貯蔵するタンク、吸引ポンプ、液体の流量を制御するためのバルブ等が備えられている。
【００２１】
主制御装置２０は、液体供給装置５（図７参照）を制御して、液体供給管３１Ａを介して先端レンズ１９１とウエハＷとの間に液体を供給するとともに、液体回収装置６（図７参照）を制御して、液体回収管３１Ｂを介して先端レンズ１９１とウエハＷとの間から液体を回収する。このとき、主制御装置２０は、供給される液体の量と回収される液体の量とが常に等しくなるように、液体供給装置５と液体回収装置６を制御する。従って、先端レンズ１９１とウエハＷとの間には、一定量の液体Ｌｑ（図１参照）が常に入れ替わって保持され、これにより液浸領域１４（図４参照）が形成される。なお、投影ユニットＰＵの下方に後述する計測ステージＭＳＴが位置する場合にも、同様に先端レンズ１９１と計測テーブルとの間に液浸領域１４を形成することができる。
【００２２】
本実施形態では、上記の液体として、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍの光）が透過する純水（以下、特に必要な場合を除いて、単に「水」と記述する）を用いるものとする。なお、ＡｒＦエキシマレーザ光に対する水の屈折率ｎは、ほぼ１．４４であり、水の中では、照明光ＩＬの波長は、１９３ｎｍ×１／ｎ＝約１３４ｎｍに短波長化される。
【００２３】
ステージ装置５０は、図１に示されるように、ベース盤１２の上方に配置されたウエハステージＷＳＴ及び計測ステージＭＳＴ、両ステージＷＳＴ，ＭＳＴの位置情報を計測する計測システム２００（図７参照）、及び両ステージＷＳＴ，ＭＳＴを駆動するステージ駆動系１２４（図７参照）等を備えている。計測システム２００は、図７に示されるように、干渉計システム１１８、エンコーダシステム１５０、及び面位置計測システム１８０などを含む。
【００２４】
ウエハステージＷＳＴ及び計測ステージＭＳＴは、不図示の非接触軸受、例えばエアベアリングなどにより、数μｍ程度のクリアランスを介して、ベース盤１２の上方に支持されている。また、両ステージＷＳＴ，ＭＳＴは、リニアモータ等を含むステージ駆動系１２４（図７参照）によって、独立して駆動可能である。
【００２５】
ウエハステージＷＳＴは、図１に示されるように、ステージ本体９１と、該ステージ本体９１上に搭載されたウエハテーブルＷＴＢとを含む。ウエハテーブルＷＴＢ及びステージ本体９１は、リニアモータ及びＺ・レベリング機構（ボイスコイルモータなどを含む）を含む駆動系によって、ベース盤１２に対し、６自由度方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ，θｘ，θｙ，θｚ）に駆動可能に構成されている。
【００２６】
ウエハテーブルＷＴＢの上面の中央には、ウエハＷを真空吸着等によって保持するウエハホルダ（不図示）が設けられている。ウエハホルダ（ウエハの載置領域）の外側には、図２（Ａ）に示されるように、ウエハＷ（ウエハホルダ）よりも一回り大きな円形の開口が中央に形成され、かつ矩形状の外形（輪郭）を有するプレート（撥液板）２８が設けられている。プレート２８の表面は、液体Ｌｑに対して撥液化処理されている（撥液面が形成されている）。なお、プレート２８は、その表面の全部（あるいは一部）がウエハＷの表面と同一面となるようにウエハテーブルＷＴＢ上面に固定されている。
【００２７】
プレート２８は、中央に上述の円形の開口が形成された矩形の外形（輪郭）を有する第１撥液領域（第１撥液板）２８ａと、その周囲に配置された矩形枠状（環状）の第２撥液領域（第２撥液板）２８ｂと、を有する。
【００２８】
第１撥液板２８ａの＋Ｙ側の端部には、長方形の切り欠きが形成され、該切り欠きの内部にその表面がプレート２８とほぼ同一面となる状態で計測プレート３０が設けられている。この計測プレート３０には、中央に基準マークＦＭが設けられ、基準マークＦＭのＸ軸方向の両側に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、設けられている。そして、各空間像計測スリットパターンＳＬに対応して、それらを透過する照明光ＩＬを、ウエハステージＷＳＴ外部（後述する計測ステージＭＳＴに設けられる受光系）に導く送光系（不図示）が設けられている。
【００２９】
第２撥液板２８ｂには、後述するエンコーダシステムで用いられるスケールが形成されている。詳述すると、第２撥液板２８ｂのＸ軸方向（図２（Ａ）における紙面内左右方向）の一側と他側の領域には、それぞれＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2が形成されている。Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2は、例えば、Ｘ軸方向を長手方向とする格子線３８が所定ピッチでＹ軸方向に配列された、Ｙ軸方向を周期方向とする反射型の格子（例えば回折格子）ＲＧ（図８参照）によって構成されている。
【００３０】
同様に、第２撥液板２８ｂのＹ軸方向（図２（Ａ）における紙面内上下方向）の一側と他側の領域には、Ｙスケール３９Ｙ1及び３９Ｙ2に挟まれた状態で、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2がそれぞれ形成されている。Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2は、例えば、Ｙ軸方向を長手方向とする格子線３７が所定ピッチでＸ軸方向に配列された、Ｘ軸方向を周期方向とする反射型の格子（例えば回折格子）によって構成されている。
【００３１】
なお、格子線３７，３８のピッチは、例えば１μｍと設定される。図２（Ａ）及びその他の図において、図示の便宜のため、格子のピッチは実際のピッチよりも大きく図示されている。
【００３２】
また、回折格子ＲＧは、撥液性をそなえた低熱膨張率のガラス板ＣＧ（図８参照）でカバーされ、保護されている。ここで、ガラス板（カバーガラスとも呼ばれる）ＣＧとしては、厚さがウエハと同程度、例えば厚さ１ｍｍのものを用いることができ、そのカバーガラスＣＧの表面がウエハ面と同じ高さ（同一面）になるよう、ウエハテーブルＷＳＴ上面に設置されている。
【００３３】
また、ウエハテーブルＷＴＢの−Ｙ端面，−Ｘ端面には、図２（Ａ）に示されるように、後述する干渉計システムで用いられる反射面１７ａ，反射面１７ｂが形成されている。
【００３４】
計測ステージＭＳＴは、図１に示されるように、不図示のリニアモータ等によってＸＹ平面内で駆動されるステージ本体９２と、ステージ本体９２上に搭載された計測テーブルＭＴＢとを含んでいる。計測ステージＭＳＴも、不図示の駆動系によりベース盤１２に対し、少なくとも３自由度方向（Ｘ，Ｙ，θｚ）に駆動可能に構成されている。
【００３５】
なお、図７では、ウエハステージＷＳＴの駆動系と計測ステージＭＳＴの駆動系とを含んで、ステージ駆動系１２４として示されている。
【００３６】
計測テーブルＭＴＢ（及びステージ本体９２）には、各種計測用部材が設けられている。この計測用部材としては、例えば、図２（Ｂ）に示されるように、照度むらセンサ９４、空間像計測器９６、波面収差計測器９８、照度モニタ（不図示）などが設けられている。また、ステージ本体９２には、前述の一対の送光系（不図示）に対向する配置で、一対の受光系（不図示）が設けられている。本実施形態では、ウエハステージＷＳＴと計測ステージＭＳＴとがＹ軸方向に関して所定距離以内に近接した状態（接触状態を含む）において、ウエハステージＷＳＴ上の計測プレート３０の各空間像計測スリットパターンＳＬを透過した照明光ＩＬを各送光系（不図示）で案内し、計測ステージＭＳＴ内の各受光系（不図示）の受光素子で受光する、空間像計測装置４５（図７参照）が構成される。
【００３７】
また、計測テーブルＭＴＢの＋Ｙ端面、−Ｘ端面には、干渉計用の反射面１９ａ，１９ｂが形成されている。
【００３８】
計測テーブルＭＴＢの−Ｙ側の面には、図２（Ｂ）に示されるように、Ｘ軸方向に延びるフィデューシャルバー（以下、「ＦＤバー」と略述する）４６が取り付けられている。ＦＤバー４６の長手方向の一側と他側の端部近傍には、センターラインＣＬに関して対称な配置で、Ｙ軸方向を周期方向とする基準格子（例えば回折格子）５２がそれぞれ形成されている。また、ＦＤバー４６の上面には、複数の基準マークＭが形成されている。各基準マークＭとしては、後述するアライメント系によって検出可能な寸法の２次元マークが用いられている。なお、ＦＤバー４６の表面及び計測テーブルＭＴＢの表面も撥液膜で覆われている。
【００３９】
本実施形態の露光装置１００では、図４及び図５に示されるように、前述の基準軸ＬＶ上で、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸから−Ｙ側に所定距離隔てた位置に検出中心を有するプライマリアライメント系ＡＬ１が設けられている。プライマリアライメント系ＡＬ１は、不図示のメインフレームの下面に固定されている。図５に示されるように、プライマリアライメント系ＡＬ１を挟んで、Ｘ軸方向の一側と他側には、基準軸ＬＶに関してほぼ対称に検出中心が配置されるセカンダリアライメント系ＡＬ２1，ＡＬ２2と、ＡＬ２3，ＡＬ２4とがそれぞれ設けられている。セカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4は、可動式の支持部材を介してメインフレーム（不図示）の下面に固定されており、駆動機構６０1〜６０4（図７参照）を用いて、Ｘ軸方向に関してそれらの検出領域の相対位置が調整可能となっている。
【００４０】
本実施形態では、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4のそれぞれとして、例えば画像処理方式のＦＩＡ（Field Image Alignment）系が用いられている。アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4のそれぞれからの撮像信号は、不図示の信号処理系を介して主制御装置２０に供給される。
【００４１】
干渉計システム１１８は、図３に示されるように、反射面１７ａ又は１７ｂにそれぞれ干渉計ビーム（測長ビーム）を投射し、その反射光を受光して、ウエハステージＷＳＴの位置を計測するＹ干渉計１６、及び３つのＸ干渉計１２６〜１２８、並びに計測ステージＭＳＴの位置を計測するＹ干渉計１８、及びＸ干渉計１３０等を備えている。詳述すると、Ｙ干渉計１６は、基準軸ＬＶに関して対称な一対の測長ビームＢ４1，Ｂ４2を含む少なくとも３つのＹ軸に平行な測長ビームを反射面１７ａ、及び後述する移動鏡４１に投射する。また、Ｘ干渉計１２６は、図３に示されるように、光軸ＡＸと基準軸ＬＶとに直交するＸ軸に平行な直線（以下、基準軸と呼ぶ）ＬＨ（図４参照）に関して対称な一対の測長ビームＢ５1，Ｂ５2を含む少なくとも３つのＸ軸に平行な測長ビームを反射面１７ｂに投射する。また、Ｘ干渉計１２７は、アライメント系ＡＬ１の検出中心にて基準軸ＬＶと直交するＸ軸に平行な直線（以下、基準軸と呼ぶ）ＬＡ（図４参照）を測長軸とする測長ビームＢ６を含む少なくとも２つのＹ軸に平行な測長ビームを反射面１７ｂに投射する。また、Ｘ干渉計１２８は、Ｙ軸に平行な測長ビームＢ７を反射面１７ｂに投射する。
【００４２】
干渉計システム１１８の上記各干渉計からの位置情報は、主制御装置２０に供給される。主制御装置２０は、Ｙ干渉計１６及びＸ干渉計１２６又は１２７の計測結果に基づいて、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）のＸ，Ｙ位置に加え、θｘ方向の回転情報（すなわちピッチング情報）、θｙ方向の回転情報（すなわちローリング情報）、及びθｚ方向の回転情報（すなわちヨーイング情報）も求めることができる。
【００４３】
また、図１に示されるように、ステージ本体９１の−Ｙ側の側面に、凹形状の反射面を有する移動鏡４１が取り付けられている。移動鏡４１は、図２（Ａ）からわかるように、Ｘ軸方向の長さがウエハテーブルＷＴＢの反射面１７ａよりも、長く設計されている。
【００４４】
移動鏡４１に対向して、干渉計システム１１８（図７参照）の一部を構成する一対のＺ干渉計４３Ａ，４３Ｂが配置されている（図１及び図３参照）。Ｚ干渉計４３Ａ，４３Ｂは、移動鏡４１を介して、例えば投影ユニットＰＵを支持するフレーム（不図示）に固定された固定鏡４７Ａ，４７Ｂにそれぞれ２つの測長ビームＢ１，Ｂ２を投射する。そして、Ｚ干渉計４３Ａ，４３Ｂは、それぞれの反射光を受光して、測長ビームＢ１，Ｂ２の光路長を計測する。その結果より、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴの４自由度（Ｙ，Ｚ，θｙ，θｚ）方向の位置を算出する。
【００４５】
本実施形態では、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＸＹ平面内の位置情報（θｚ方向の回転情報を含む）は、主として、後述するエンコーダシステム１５０を用いて計測される。干渉計システム１１８は、ウエハステージＷＳＴがエンコーダシステム１５０の計測領域外（例えば、アンローディングポジション又はローディングポジション付近）に位置する際に、使用される。また、干渉計システム１１８はエンコーダシステム１５０の計測結果の長期的変動（例えばスケールの経時的な変形などによる）を補正（較正）する場合などに補助的に使用される。勿論、干渉計システム１１８とエンコーダシステム１５０とを併用して、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）の全位置情報を計測することとしても良い。
【００４６】
干渉計システム１１８のＹ干渉計１８、Ｘ干渉計１３０は、図３に示されるように、反射面１９ａ，１９ｂに、干渉計ビーム（測長ビーム）を投射して、それぞれの反射光を受光することにより、計測ステージＭＳＴの位置情報（例えば、少なくともＸ軸及びＹ軸方向の位置情報とθｚ方向の回転情報とを含む）を計測し、その計測結果を、主制御装置２０に供給する。
【００４７】
本実施形態の露光装置１００には、干渉計システム１１８とは独立に、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内での位置（Ｘ，Ｙ，θｚ）を計測するためのエンコーダシステム１５０を構成する複数のヘッドユニットが設けられている。
【００４８】
図４に示されるように、ノズルユニット３２の＋Ｘ側、＋Ｙ側、−Ｘ側、及びプライマリアライメント系ＡＬ１の−Ｙ側に、４つのヘッドユニット６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、及び６２Ｄが、それぞれ配置されている。また、図５に示されるように、アライメント系ＡＬ１、ＡＬ２1〜ＡＬ２4のＸ軸方向の両外側にヘッドユニット６２Ｅ、６２Ｆが、それぞれ配置されている。これらのヘッドユニット６２Ａ〜６２Ｆは、支持部材を介して、投影ユニットＰＵを保持するメインフレーム（不図示）に吊り下げ状態で固定されている。
【００４９】
ヘッドユニット６２Ａ及び６２Ｃは、図５に示されるように、それぞれ複数（ここでは５個）のＹヘッド６５1〜６５5及びＹヘッド６４1〜６４5を備えている。ここで、Ｙヘッド６５2〜６５5及びＹヘッド６４1〜６４4は、基準軸ＬＨ上に間隔ＷＤで配置されている。Ｙヘッド６５1及びＹヘッド６４5は、基準軸ＬＨから−Ｙ方向に所定距離離れたノズルユニット３２の−Ｙ側の位置に配置されている。Ｙヘッド６５1，６５2間、及びＹヘッド６４4，６４5間のＸ軸方向の間隔もＷＤに設定されている。なお、Ｙヘッド６５1〜６５5とＹヘッド６４5〜６４1は、基準軸ＬＶに関して対称に配置されている。以下では、必要に応じて、Ｙヘッド６５1〜６５5及びＹヘッド６４1〜６４5を、それぞれ、Ｙヘッド６５及びＹヘッド６４とも記述する。
【００５０】
ヘッドユニット６２Ａは、Ｙスケール３９Ｙ1を用いて、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＹ軸方向の位置（Ｙ位置）を計測する多眼（ここでは５眼）のＹリニアエンコーダ７０Ａ（図７参照）を構成する。同様に、ヘッドユニット６２Ｃは、Ｙスケール３９Ｙ2を用いて、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＹ位置を計測する多眼（ここでは５眼）のＹリニアエンコーダ７０Ｃ（図７参照）を構成する。なお、以下では、Ｙリニアエンコーダを、適宜、「Ｙエンコーダ」又は「エンコーダ」と略述する。
【００５１】
ここで、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃがそれぞれ備える５個のＹヘッド６５，６４（より正確には、Ｙヘッド６５，６４が発する計測ビームのスケール上の投射点）のＸ軸方向の間隔ＷＤは、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2のＸ軸方向の幅（より正確には、格子線３８の長さ）より僅かに狭く設定されている。従って、例えば、露光の際などにはそれぞれ５個のＹヘッド６５，６４のうち、少なくとも各１つのＹヘッドが、常に、対応するＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2に対向する（計測ビームを投射する）。
【００５２】
ヘッドユニット６２Ｂは、図５に示されるように、基準軸ＬＶ上に間隔ＷＤで配置された複数（ここでは４個）のＸヘッド６６5〜６６8を備えている。また、ヘッドユニット６２Ｄは、基準軸ＬＶ上に間隔ＷＤで配置された複数（ここでは４個）のＸヘッド６６1〜６６4を備えている。以下では、必要に応じて、Ｘヘッド６６5〜６６8及びＸヘッド６６1〜６６4をＸヘッド６６とも記述する。
【００５３】
ヘッドユニット６２Ｂは、Ｘスケール３９Ｘ1を用いて、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＸ軸方向の位置（Ｘ位置）を計測する、多眼（ここでは４眼）のＸリニアエンコーダ７０Ｂ（図７参照）を構成する。また、ヘッドユニット６２Ｄは、Ｘスケール３９Ｘ2を用いて、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＸ位置を計測する多眼（ここでは４眼）のＸリニアエンコーダ７０Ｄ（図７参照）を構成する。なお、以下では、Ｘリニアエンコーダを、適宜、「エンコーダ」と略述する。
【００５４】
ここで、ヘッドユニット６２Ｂ，６２Ｄがそれぞれ備える隣接するＸヘッド６６（より正確には、Ｘヘッド６６が発する計測ビームのスケール上の投射点）のＹ軸方向の間隔ＷＤは、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2のＹ軸方向の幅（より正確には、格子線３７の長さ）よりも狭く設定されている。また、ヘッドユニット６２Ｂの最も−Ｙ側のＸヘッド６６5とヘッドユニット６２Ｄの最も＋Ｙ側のＸヘッド６６4との間隔は、ウエハステージＷＳＴのＹ軸方向の移動により、その２つのＸヘッド間で切り換え（つなぎ）が可能となるように、ウエハテーブルＷＴＢのＹ軸方向の幅よりも狭く設定されている。従って、例えば、露光の際などには、ヘッドユニット６２Ｂ，６２Ｄが備えるＸヘッド６６のうち少なくとも１つが、常に、対応するＸスケール（３９Ｘ1又は３９Ｘ2）に対向する（計測ビームを投射する）。
【００５５】
ヘッドユニット６２Ｅは、図５に示されるように、複数（ここでは４個）のＹヘッド６７1〜６７4を備えている。ここで、３個のＹヘッド６７1〜６７3は、セカンダリアライメント系ＡＬ２1の−Ｘ側に、基準軸ＬＡ上に間隔ＷＤとほぼ同一間隔で配置されている。Ｙヘッド６７4は、基準軸ＬＡから＋Ｙ方向に所定距離離れたセカンダリアライメント系ＡＬ２1の＋Ｙ側に配置されている。なお、Ｙヘッド６７3，６７4間のＸ軸方向の間隔もＷＤと設定されている。
【００５６】
ヘッドユニット６２Ｆは、複数（ここでは４個）のＹヘッド６８1〜６８4を備えている。これらのＹヘッド６８1〜６８4は、基準軸ＬＶに関して、Ｙヘッド６７4〜６７1と対称な位置に配置されている。以下では、必要に応じて、Ｙヘッド６７1〜６７4及びＹヘッド６８1〜６８4を、それぞれＹヘッド６７及びＹヘッド６８とも記述する。
【００５７】
アライメント計測の際には、少なくとも各１つのＹヘッド６７，６８が、それぞれＹスケール３９Ｙ2，３９Ｙ1に対向する。このＹヘッド６７，６８（すなわち、これらＹヘッド６７，６８によって構成されるＹエンコーダ７０Ｅ，７０Ｆ（図７参照））によってウエハステージＷＳＴのＹ位置（及びθｚ回転）が計測される。
【００５８】
また、本実施形態では、セカンダリアライメント系のベースライン計測時などに、セカンダリアライメント系ＡＬ２1，ＡＬ２4にＸ軸方向で隣接するＹヘッド６７3，６８2が、ＦＤバー４６の一対の基準格子５２とそれぞれ対向し、その一対の基準格子５２と対向するＹヘッド６７3，６８2によって、ＦＤバー４６のＹ位置が、それぞれの基準格子５２の位置で計測される。以下では、一対の基準格子５２にそれぞれ対向するＹヘッド６７3，６８2によって構成されるエンコーダをＹリニアエンコーダ（適宜、「Ｙエンコーダ」又は「エンコーダ」とも略述する）７０Ｅ2，７０Ｆ2と呼ぶ。また、識別のため、Ｙスケール３９Ｙ2，３９Ｙ1に対向するＹヘッド６７，６８によって構成されるＹエンコーダを、Ｙエンコーダ７０Ｅ1、７０Ｆ1と呼ぶ。
【００５９】
上述したリニアエンコーダ７０Ａ〜７０Ｆの計測値は、主制御装置２０に供給され、主制御装置２０は、リニアエンコーダ７０Ａ〜７０Ｄのうちの３つ、又はリニアエンコーダ７０Ｅ1，７０Ｆ1，７０Ｂ及び７０Ｄのうちの３つの計測値に基づいて、ウエハテーブルＷＴＢのＸＹ平面内の位置を制御するとともに、リニアエンコーダ７０Ｅ2，７０Ｆ2の計測値に基づいて、ＦＤバー４６（計測ステージＭＳＴ）のθｚ方向の回転を制御する。
【００６０】
本実施形態の露光装置１００には、図４及び図６に示されるように、ウエハステージＷＳＴに載置されるウエハＷの全面の面位置を計測するための、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（９０ａ，９０ｂ）が設けられている。
【００６１】
多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の複数の検出点は、被検面上でＸ軸方向に沿って所定間隔で配置される。図４及び図６では、それぞれ検出ビームが照射される複数の検出点が、個別に図示されず、照射系９０ａ及び受光系９０ｂの間でＸ軸方向に延びる細長い検出領域（ビーム領域）ＡＦとして示されている。
【００６２】
図６に示されるように、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の検出領域ＡＦの両端部近傍に、基準軸ＬＶに関して対称な配置で、各一対のＺ位置計測用の面位置センサのヘッド（以下、「Ｚヘッド」と略述する）７２ａ，７２ｂ、及び７２ｃ，７２ｄが設けられている。これらのＺヘッド７２ａ〜７２ｄは、不図示のメインフレームの下面に固定されている。
【００６３】
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と７４5は投影ユニットＰＵの＋Ｙ側に、残りのＺヘッド７６2と７４4はそれぞれＹヘッド６５2と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。
【００６４】
ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃがそれぞれ備える５つのＺヘッド７６j，７４i（より正確には、Ｚヘッドが発する計測ビームのスケール上の投射点）のＸ軸方向の間隔は、Ｙヘッドの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（計測ビームを投射する）。
【００６５】
Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄ、７６j，７４iとしては、例えば、ＣＤドライブ装置などで用いられる光ピックアップと同様の光学式変位センサのヘッドが用いられる。Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄ、７６j，７４iは、ウエハテーブルＷＴＢに対し上方から計測ビームを投射し、その反射光を受光して、投射点におけるウエハテーブルＷＴＢの面位置を計測する。なお、本実施形態では、Ｚヘッドの計測ビームは、前述のＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2（反射型回折格子）によって反射される構成を採用している。なお、計測原理の詳細は、後述する。
【００６６】
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計測する面位置計測システム１８０が構成されている。
【００６７】
図７には、露光装置１００の制御系の主要な構成が示されている。この制御系は、装置全体を統括的に制御するマイクロコンピュータ（又はワークステーション）から成る主制御装置２０を中心として構成されている。なお、図７においては、前述した照度むらセンサ９４、空間像計測器９６、及び波面収差計測器９８など、計測ステージＭＳＴに設けられた各種センサが、纏めてセンサ群９９として示されている。
【００６８】
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、少なくともその２自由度方向（Ｚ，θｙ）の位置座標を計測する。
【００６９】
より具体的には、主制御装置２０は、露光時には面位置計測システム１８０（図７参照）を構成する各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、フォーカスキャリブレーションとフォーカスマッピング時には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。
【００７０】
次に、Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄ，７４1〜７４5，７６1〜７６5の構成等について、図８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８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８において、符号ＣＧは、カバーガラスを示す。
【００７１】
Ｚヘッド７２ａは、図８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ＤＰ（図８では不図示、図１０参照）、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。
【００７２】
フォーカスセンサＦＳとして、計測ビームＬＢを計測面（Ｙスケール３９Ｙ２）に投射し、その反射光を受光することにより、計測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（この構成等については後述する）が用いられている。フォーカスセンサＦＳの出力は、後述する第１演算回路ＣＣ１（図８では不図示、図１０参照）に送られ、該第１演算回路ＣＣ１で算出されるフォーカスエラーＩ（出力信号）が駆動部ＤＰ（図８では不図示、図１０参照）に送られる。
【００７３】
駆動部ＤＰ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。駆動部ＤＰは、第１演算回路ＣＣ１からの出力信号に従って、センサ本体ＺＨと計測面との距離を一定に保つように（より正確には、計測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。
【００７４】
計測部ＺＥとしては、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に投射し、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の投射点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、すなわち計測面のＺ軸方向の変位を計測する。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Ｚａ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。
【００７５】
ここで、フォーカスセンサＦＳの構成及び機能を詳述する。フォーカスセンサＦＳは、一例として、図９（Ａ）に示されるように、照射系ＦＳ1、光学系ＦＳ2、受光系ＦＳ3の３部分を含む。
【００７６】
照射系ＦＳ1は、例えばレーザダイオードから成る光源ＬＤと、該光源ＬＤから射出されるレーザ光の光路上に配置された回折格子板（回折光学素子）ＺＧとを含む。
【００７７】
光学系ＦＳ2は、一例として回折格子板ＺＧにて発生するレーザ光の回折光、すなわち計測ビームＬＢ1の光路上に順次配置された偏光ビームスプリッタＰＢＳ、コリメータレンズＣＬ、四分の一波長板（λ／４板）ＷＰ、及び対物レンズＯＬ等を含む。
【００７８】
受光系ＦＳ3は、一例として、計測ビームＬＢ1の計測面Ｓでの反射ビームＬＢ2の戻り光路上に順次配置された円筒レンズＣＹＬ及び分割受光素子ＺＤを含む。
【００７９】
フォーカスセンサＦＳにおいて、照射系ＦＳ1の光源ＬＤで発生した直線偏光のレーザ光が回折格子板ＺＧに投射され、該回折格子板ＺＧで回折光（計測ビームＬＢ1）が発生する。この計測ビームＬＢ1の中心軸（主光線）は、Ｚ軸と平行で、且つ計測面Ｓに直交する。
【００８０】
計測ビームＬＢ1は、光学系ＦＳ2内の偏光ビームスプリッタＰＢＳに入射する。これに
より、計測ビームＬＢ1の２つの偏光成分のうち、偏光ビームスプリッタＰＢＳの分離面に対してＰ偏光となる成分が偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過する。そして、この偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過した計測ビームＬＢ1は、コリメータレンズＣＬを透過して平行ビームに変換され、λ／４板ＷＰを透過して円偏光に変換され、対物レンズＯＬを透過して集光され、そして計測面Ｓに投射される。これにより、計測面Ｓにて計測ビームＬＢ1とは逆向きの円偏光である反射ビームＬＢ2が発生する。反射ビームＬＢ2は、計測ビームＬＢ1の光路を逆に辿って、対物レンズＯＬ、λ／４板ＷＰ、コリメータレンズＣＬを透過し、偏光ビームスプリッタＰＢＳに向かう。ここで、再度λ／４板ＷＰを透過することにより、反射ビームＬＢ2は偏光ビームスプリッタＰＢＳの分離面に対するＳ偏光に変換されている。そのため、反射ビームＬＢ2は、偏光ビームスプリッタＰＢＳの分離面で進行方向を折り曲げられ、受光系ＦＳ3へ送られる。
【００８１】
受光系ＦＳ3では、反射ビームＬＢ2は円筒レンズＣＹＬを透過して、四分割受光素子ＺＤの検出面に投射される。ここで、円筒レンズＣＹＬは、いわゆる「かまぼこ型」のレンズで、図９（Ｂ）に示されるように、ＹＺ断面はＹ軸方向に凸部を向けた凸形状（すなわち、直線と円弧（又は楕円の一部）とで囲まれた形状）を有するとともに、図９（Ｃ）に示されるように、ＸＹ断面は矩形状を有する。このため、円筒レンズＣＹＬを透過することにより、反射ビームＬＢ2はＺ軸方向とＸ軸方向とでその断面形状が非対称に絞られる。すなわち、非点収差が発生する。そして、四分割受光素子ＺＤに投射される。
【００８２】
四分割受光素子ＺＤは、その検出面で反射ビームＬＢ2を受光する。四分割受光素子ＺＤの検出面は、図１１（Ａ）に示されるように、全体として正方形で、その２本の対角線を分離線として、４つの検出領域ａ，ｂ，ｃ，ｄに等分割されている。検出面の中心をＯＺＤとする。
【００８３】
ここで、図９（Ａ）に示される理想フォーカス状態（ピントの合った状態、デフォーカス量ΔＬ＝０）、すなわち計測ビームＬＢ1が計測面Ｓ0上に焦点を結ぶ状態では、反射ビームＬＢ2の検出面上での断面形状は、図１１（Ｃ）に示されるように、中心ＯＺＤを中心とする円形となる。また、図９（Ａ）において、計測ビームＬＢ1の焦点に対して計測面Ｓ1が手前（＋Ｚ側）に位置する、いわゆる後ピン状態（ΔＬ＜０）では、反射ビームＬＢ2の検出面上での断面形状は、図１１（Ｂ）に示されるような中心ＯＺＤを中心とする横長の長円形となる。また、図９（Ａ）において、計測ビームＬＢ1の焦点に対して計測面Ｓ-1が奥側（−Ｚ側）に位置する、いわゆる前ピン状態（ΔＬ＞０）では、反射ビームＬＢ2の検出面上での断面形状は、図１１（Ｄ）に示されるような中心ＯＺＤを中心とする縦長の長円形となる。
【００８４】
四分割受光素子ＺＤ（検出部ＦＳ3）に接続された第１演算回路（図９（Ａ）等では不図示、図１０参照）ＣＣ１では、４つの検出領域ａ，ｂ，ｃ，ｄで受光する光の強度（それぞれＩａ，Ｉｂ，Ｉｃ，Ｉｄと表記する）から、次式（１）によって定義されるフォーカスエラーＩを算出し、駆動部（図９（Ａ）等では不図示、図１０参照）ＤＰに出力する。
【００８５】
Ｉ＝（Ｉａ＋Ｉｃ）−（Ｉｂ＋Ｉｄ）  …（１）
図１２には、フォーカスエラーＩとデフォーカス量△Ｚ（上述の理想フォーカス状態を基準とする、計測ビームの焦点と計測面Ｓの離間距離ΔＬ）との関係が、図示されている。上述の理想フォーカス状態（ΔＺ＝０、すなわちΔＬ＝０）では、４つの検出領域のそれぞれにおけるビーム断面の面積は互いに等しいので、式（１）より、Ｉ＝０が得られる。また、後ピン状態（ΔＬ＜０）ではＩ＜０、前ピン状態（ΔＬ＞０）ではＩ＞０が得られる。
【００８６】
駆動部ＤＰは、第１演算回路ＣＣ１よりフォーカスエラー（出力信号）Ｉを受信し、Ｉ＝０を再現するように、フォーカスセンサＦＳを格納したセンサ本体ＺＨをＺ軸方向に駆動する。この駆動部ＤＰの動作により、計測面ＳのＺ変位に追従して、センサ本体ＺＨも変位するため、計測ビームが計測面Ｓ上で焦点を結ぶ状態で、センサ本体ＺＨと計測面Ｓの間の距離が常に一定（ΔＬ＝０）に保たれる、すなわちフォーカスロック状態が保たれる。なお、フォーカスセンサＦＳの光学系の焦点位置を所望の位置に調整するために、例えば対物レンズＯＬを駆動する駆動系などを設けても良い。
【００８７】
ここで、図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）に示されるように、計測面Ｓ上に付着した微小な異物ＤＷによって、計測ビームＬＢ1のビーム断面内の一部が遮られること（以下、スケールの異常とも呼ぶ）に起因して、Ｚヘッドの計測誤差又は異常が発生する発生機構について説明する。前提として、異物ＤＷによって計測ビームＬＢ1が遮られる前には、計測ビームＬＢ1と計測面Ｓは理想フォーカス状態（デフォーカス量ΔＬ＝０、及びフォーカスエラーＩ＝０）にあったものとする。
【００８８】
図１３（Ｂ）のように計測ビームＬＢ1のビーム断面内の一部が異物ＤＷによって遮られることにより、図１４（Ａ）に示される反射ビームＬＢ2の強度分布が、四分割受光素子ＺＤによって検出される。ただし、この強度分布は、計測ビームＬＢ1が遮られた直後の分布である。検出された強度分布において、領域ｄｗ内の強度が減衰している。この領域ｄｗが、計測ビームＬＢ1の異物ＤＷによって遮られた断面内の領域に対応する。
【００８９】
図１４（Ａ）の強度分布において、領域ｄｗは検出領域ｃ内に位置している。検出領域ｃによって受光される反射ビームＬＢ2の強度Ｉｃは、異物ＤＷによって計測ビームＬＢ1が遮られることによって小さくなる。そのため、フォーカスエラーＩ＜０と算出される。この算出結果は、図１４（Ｃ）における点ｅに対応する。従って、理想フォーカス状態、すなわち計測ビームＬＢ1の焦点は計測面Ｓ上に位置しているにも関わらず、Ｚヘッド７２ａの第１演算回路ＣＣ１は、後ピン状態（ΔＬ＜０）、すなわち計測ビームＬＢ1の焦点に対して計測面Ｓが手前（＋Ｚ側）に位置していると誤判断する。
【００９０】
Ｚヘッド７２ａの駆動部ＤＰは、第１演算回路ＣＣ１（フォーカスセンサＦＳ）のフォーカスエラーＩの出力に従い、Ｉ＝０を再現するように、フォーカスセンサＦＳを格納したセンサ本体ＺＨを＋Ｚ方向に駆動する。これにより、Ｉ＝０が再現される。この時のＩの変化が、図１４（Ｃ）における点ｅから点ｆへの移動に対応する。なお、この時、四分割受光素子ＺＤによって検出される反射ビームＬＢ2の強度分布は、図１４（Ａ）に示される分布から図１４（Ｂ）に示される分布へと変化する。しかし、この時の真のデフォーカス量はΔＬ＞０、すなわち計測ビームＬＢ1の焦点に対して計測面Ｓは奥（−Ｚ側）に外れている。
【００９１】
駆動部ＤＰの誤動作により、センサ本体ＺＨは、理想状態におけるそのＺ位置の＋Ｚ側に位置している。この実際のセンサ本体ＺＨのＺ位置が計測部ＺＥによって計測され、Ｚヘッド７２ａの計測値（計測結果）Ｚａとして出力される。その結果、Ｚヘッド７２ａの計測値に誤差が生じることになる。
【００９２】
本実施形態では、フォーカスセンサＦＳの検出部ＦＳ3（四分割受光素子ＺＤ）に、図１０に示されるように、第２演算回路ＣＣ２も接続されている。第２演算回路ＣＣ２は、４つの検出領域ａ，ｂ，ｃ，ｄで受光する光の強度Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ，Ｉｄの和、すなわち次式（２）で表される反射ビームＬＢ2の強度ＩＲを算出する。
【００９３】
ＩＲ＝（Ｉａ＋Ｉｃ）＋（Ｉｂ＋Ｉｄ）  …（２）
算出結果（強度ＩＲ）は、計測部ＺＥから出力されるＺヘッド７２ａの計測値、すなわち計測面の面位置（Ｚ軸方向の位置）Ｚａととともに、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。
【００９４】
主制御装置２０は、供給された反射ビームＬＢ2の強度ＩＲを指標として、それとともに供給されたＺヘッド７２ａの計測値Ｚａの信頼度の高低を判定する。ここで、主制御装置２０は、反射ビームＬＢ2の強度ＩＲと所定の閾強度Ｉｔｈとを比較し、強度ＩＲが閾強度Ｉｔｈ以上の場合（ＩＲ０≧ＩＲ≧Ｉｔｈ）は、Ｚヘッド７２ａの計測値Ｚａの信頼度は高いと判断する。なお、ＩＲ０は理想状態における反射ビームＬＢ2の強度である。従って、主制御装置２０は、強度ＩＲが、その強度を保っている場合（ＩＲ＝ＩＲ０）に、計測値Ｚａの信頼度が高いと判断することも可能である。逆に、強度ＩＲが閾強度Ｉｔｈを下回った場合（ＩＲ＜Ｉｔｈ）には、主制御装置２０は、Ｚヘッド７２ａの計測値Ｚａの信頼度は低いと判断する。なお、反射ビームＬＢ2の強度ＩＲが理想状態における強度ＩＲ０からずれた場合（ＩＲ≠ＩＲ０）に計測値Ｚａの信頼度は低いと判断することも可能である。
【００９５】
なお、環境の温度、気圧などの変化により、フォーカスセンサＦＳ内の光源（レーザーダイオード）ＬＤから射出されるレーザ光の強度が微小変化し得る。それに伴い、反射ビームＬＢ2の強度ＩＲが微小変化して、上述と同様な誤動作が発生し得る。そこで、レーザ光の強度Ｉ０を計測し、反射ビームＬＢ2の強度ＩＲを規格化し、規格化された強度ＩＲ／（Ｉ０／〈Ｉ０〉）を指標として用いることとしても良い。ただし、〈Ｉ０〉は、安定時におけるレーザ光の強度である。
【００９６】
なお、Ｚヘッド７２ａでは、センサ本体ＺＨ及び計測部ＺＥは、ともに不図示の筐体内部に格納されており、また計測ビームＬＢ1の筐体外部に露出する部分の光路長も極短いため、空気揺らぎの影響が非常に小さい。従って、Ｚヘッドを含むセンサは、例えばレーザ干渉計と比較しても、空気が揺らぐ程度の短い期間における計測安定性（短期安定性）に格段に優れている。
【００９７】
その他のＺヘッドも、上述のＺヘッド７２ａと同様に構成され機能する。
【００９８】
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）の計測値を用いて、ウエハテーブルＷＴＢ上面（以下、テーブル面と略述する）上の基準点（テーブル面と投影光学系ＰＬの光軸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θｙを算出する。ここで、計測面（すなわち対応するＹスケール３９Ｙ１又は３９Ｙ２）に対向しているＺヘッドからは、計測ビームの投射点における計測面の面位置（すなわちＺヘッドの計測値）Ｚと反射ビームＬＢ2の強度ＩＲ（計測値）とが、主制御装置２０に供給される。主制御装置２０は、上述のように、供給された強度ＩＲを指標として、面位置Ｚの信頼度の高低を判定する。そして、各１つのＺヘッド７４i，７６jの計測値の信頼度が高いと判定された場合、それらの計測値を用いてウエハステージＷＳＴの高さＺ０とローリングθｙを算出する。
【００９９】
Ｚヘッド７４i，７６j（ｉ，ｊは１〜５のいずれか）の計測値（以下では、それぞれＺL，ＺRと表記する）は、計側面を含めウエハテーブルＷＴＢの上面が理想的な平面だとして、ウエハステージＷＳＴの（Ｚ0，θｘ，θｙ）位置に対して、次式（３），（４）のように依存する。
【０１００】
ＺL＝−ｔａｎθｙ・ｐL＋ｔａｎθｘ・ｑL＋Ｚ0，  …（３）
ＺR＝−ｔａｎθｙ・ｐR＋ｔａｎθｘ・ｑR＋Ｚ0    …（４）
ここで、（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投射点のＸ，Ｙ位置）である。式（３）（４）より、次式（５）（６）が導かれる。
【０１０１】
Ｚ0＝〔ＺL＋ＺR−ｔａｎθｘ・（ｑL＋ｑR）〕／２，                …（５）
ｔａｎθｙ＝〔ＺL−ＺR−ｔａｎθｘ・（ｑL−ｑR）〕／（ｐR−ｐL）  …（６）
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（５）、式（６）より、ウエハステージＷＳＴの高さＺ０とローリングθｙを算出する。ただし、ピッチング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。
【０１０２】
また、主制御装置２０は、フォーカスキャリブレーションとフォーカスマッピング時には、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）を用いて、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θｙを、次式（７）（８）より、算出する。
【０１０３】
Ｚ０＝（Ｚａ＋Ｚｂ＋Ｚｃ＋Ｚｄ）／４，  …（７）
ｔａｎθｙ＝−（Ｚａ＋Ｚｂ−Ｚｃ−Ｚｄ）／（ｐa＋ｐb−ｐc−ｐd）  …（８）
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投射点の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。
【０１０４】
一方、Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄ，７４i（ｉ＝１〜５），７６j（ｊ＝１〜５）の計測値の信頼度が低いと判定された場合には、主制御装置２０は、面位置計測システム１８０を用いるウエハステージＷＳＴの位置計測を中断し、干渉計システム１１８を用いて位置計測を行う。そして、Ｚヘッドの計測値の信頼性が回復した際に、面位置計測システム１８０を用いる位置計測を再開する。
【０１０５】
本実施形態の露光装置１００では、国際公開第２００７／０９７３７９号パンフレットの実施形態中に開示されている手順と同様の手順に従って、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とを用いた並行処理動作が実行される。かかる並行処理動作中に、主制御装置２０により、上述した、ウエハステージＷＳＴのＺ、θｙ（及びθｚ）方向の位置の計測、及びその計測値に基づくウエハステージＷＳＴの駆動が行われる。
【０１０６】
以上詳細に説明したように、本実施形態の露光装置１００によると、面位置計測システム１８０が備えるＺヘッド７２ａ〜７２ｄ、７４i、７６jは、ウエハステージＷＳＴ上面の計測面（Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2）に計測ビームを投射し、計測面からの反射ビームを受光して、計測ビームの投射点における計測面のＺ軸方向に関する面位置情報と、反射ビームの強度を計測する。そして、主制御装置２０は、Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄ又は７４i、７６jで計測された反射ビームの強度を指標として、Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄ又は７４i、７６jで面位置情報（Ｚ）の信頼度の高低を判定し、信頼度が高いと判定された場合にのみ面位置情報（Ｚ）に基づいて、ウエハステージＷＳＴのＺ位置及びθｙ回転を計測、制御し、信頼度が低いと判定された場合には、干渉計システム１１８の計測値に基づいて、ウエハステージＷＳＴのＺ位置及びθｙ回転を計測、制御する。これにより、前述したスケールの異常等に起因する面位置計測システム１８０（が備えるＺヘッド）の誤計測の動作を回避することができ、安定且つ高精度にウエハステージＷＳＴのＺ軸方向及びθｙ方向への駆動が可能となる。また、主制御装置２０は、干渉計システム１１８の計測値に基づいてウエハステージＷＳＴのθｘ方向の位置制御を行う。従って、前述の国際公開パンフレットの実施形態と同じ手順で、ウエハＷのフォーカス・レベリング制御を、長期に渡って精度良く行うことができ、これにより、ウエハＷ上の複数のショット領域に、走査露光方式でレチクルＲのパターンを精度良く形成することが可能になる。
【０１０７】
なお、上記実施形態では、主制御装置２０が、Ｚヘッドで計測された式（２）で表される反射ビームＬＢ2の強度ＩＲを用いて、Ｚヘッドの計測値（面位置情報）Ｚの信頼度の高低を判定し、この判定結果を利用することで、Ｚヘッドの誤計測の結果に基づく、ウエハステージＷＳＴの位置制御誤差の発生を防止するものとした。しかし、これに限らず、例えば、フォーカスセンサＦＳの検出部ＦＳ3（四分割受光素子ＺＤ）に、前述の第２演算回路ＣＣ２に代えて、あるいはこれに加えて、検出領域ａ，ｃにて受光する反射ビームＬＢ2の強度の差Ｉａｃ＝Ｉａ−Ｉｃと、検出領域ｂ，ｄにて受光する反射ビームＬＢ2の強度の差Ｉｂｄ＝Ｉｂ−Ｉｄと、を算出する第３演算回路（不図示）を接続することとしても良い。この場合、差Ｉａｃ及び差Ｉｂｄの一方のみが零でないときは、計測面に異物が付着した（スケールの異常が発生した）と推測できるので、かかる場合に、Ｚヘッドの計測値（面位置情報）Ｚの信頼度が低いものとして、上記実施形態と同様の処理を行うようにしても良い。
【０１０８】
《第２の実施形態》
次に、本発明の第２の実施形態を、図１０、図９（Ａ）、図１２、図１３、及び図１５（Ａ）〜図１５（Ｃ）等に基づいて説明する。ここで、前述した第１の実施形態と同一若しくは同等の構成部分には同一の符号を用いると共にその説明を省略するものとする。本第２の実施形態の露光装置は、面位置計測システム１８０が備えるＺヘッドの構成及びその計測結果の処理の方法が、前述の第１の実施形態の露光装置１００と異なるが、その他の部分の構成等は露光装置１００と同様になっている。以下では、相違点を中心として、第２の実施形態について説明する。
【０１０９】
本第２の実施形態では、Ｚヘッド内のフォーカスセンサＦＳ（図９（Ａ）参照）を構成する四分割受光素子ＺＤが、例えばＣＣＤイメージセンサＣＣＤ（図１５（Ａ）等参照）に置き換えられるとともに、第２演算回路ＣＣ２が、ＣＣＤイメージセンサＣＣＤの出力信号に基づいて、反射ビームＬＢ2のビーム断面内の強度分布を計測し、該強度分布を信号処理選択装置１７０を介して主制御装置２０に供給する。この場合、反射ビームＬＢ2が円筒レンズＣＹＬを透過することによって非点収差が発生するため（図９（Ａ）〜図９（Ｃ）参照）、第２演算回路ＣＣ２は、数値解析をおこない、円筒レンズＣＹＬを透過する前の反射ビームＬＢ2のビーム断面内の強度分布Ｉ（ｘ，ｙ）を復元し、その復元後の強度分布を主制御装置２０に供給するものとする。
【０１１０】
理想状態、すなわちデフォーカス量ΔＬ＝０、且つフォーカスエラーＩ＝０では、図１５（Ａ）に示されるような、反射ビームＬＢ2のビーム断面内の強度分布Ｉ０（ｘ，ｙ）が各Ｚヘッドの第２演算回路ＣＣ２で計測（算出）される。主制御装置２０は、この強度分布Ｉ０（ｘ，ｙ）を、記憶装置に保存している。
【０１１１】
なお、図１５（Ａ）〜図１５（Ｃ）では、四分割受光素子ＺＤの４つの検出領域ａ〜ｄに対応する、ＣＣＤイメージセンサＣＣＤの領域が、同じ符号ａ〜ｄを用いて示されている。ヘッドが備える第１演算回路ＣＣ１は、４つの領域における強度分布の積分（それぞれＩａ，Ｉｂ，Ｉｃ，Ｉｄと表記する）から、式（１）によって定義されるフォーカスエラーＩを算出する。算出されたフォーカスエラーＩは、駆動部ＤＰに出力される。そして、第１の実施形態と同様にして、駆動部ＤＰによってセンサ本体ＺＨがＺ軸方向に駆動され、センサ本体ＺＨのＺ軸方向の変位、すなわち計測面のＺ軸方向の変位が、Ｚヘッドの計測値Ｚとして計測部ＺＥから信号処理・選択装置１７０を介して主制御装置２０に供給される。
【０１１２】
ここで、本第２の実施形態において、図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）に示されるように、計測面Ｓ上に付着した微小な異物ＤＷによって、計測ビームＬＢ1のビーム断面内の一部が遮られた場合、すなわちスケールの異常が発生した場合の、主制御装置２０の動作について説明する。前提として、異物ＤＷによって計測ビームＬＢ1が遮られる前には、理想フォーカス状態（デフォーカス量ΔＬ＝０、及びフォーカスエラーＩ＝０）にあったものとする。
【０１１３】
図１３（Ｂ）に示されるように計測ビームＬＢ1のビーム断面内の一部が異物ＤＷによって遮られることにより、Ｚヘッドの第２演算回路ＣＣ２により、図１５（Ｂ）に示される反射ビームＬＢ2の強度分布Ｉ（ｘ，ｙ）が計測される。ただし、この強度分布Ｉ（ｘ，ｙ）は、前述の通り、数値解析によって復元された強度分布である。図１５（Ｂ）に示されるように、計測された強度分布Ｉ（ｘ，ｙ）において、領域ｄｗ内の強度が減衰している。この領域ｄｗが、計測ビームＬＢ1の異物ＤＷによって遮られた断面内の領域に対応する。
【０１１４】
そこで、主制御装置２０は、強度分布Ｉ（ｘ，ｙ）と理想状態における強度分布Ｉ０（ｘ，ｙ）（図１５（Ａ）参照）とを用いて、強度変化分布ΔＩ（ｘ，ｙ）〔＝Ｉ（ｘ，ｙ）−Ｉ０（ｘ，ｙ）〕を、領域ａ，ｂ，ｃ，ｄのそれぞれについて求める。図１５（Ｃ）には、この場合に求められる強度変化分布ΔＩ（ｘ，ｙ）が示されている。強度変化分布ΔＩ（ｘ，ｙ）より、領域ｄｗにおいて、計測ビームＬＢ1が異物ＤＷによって遮られたことが読み取られる。異物ＤＷの大きさ（面積）は領域ｄｗの面積に等しい。その異物ＤＷによって、計測ビームＬＢ1が遮られて、領域ｃで受光する光の強度ＩｃがΔＩｃ＝∫ｃｄｘｄｙΔＩ（ｘ，ｙ）小さくなったことが分かる。ただし、積分範囲は領域ｃとする。なお、この時、領域ａ、ｂ、ｄで受光する光の強度の変化分がすべて零（ΔＩａ＝ΔＩｂ＝ΔＩｄ＝０）であることも分かる。
【０１１５】
主制御装置２０は、領域ｄｗの面積Ｓｄｗ、強度変化ΔＩを、予め定めた閾面積Ｓｔｈ、閾変化ΔＩｔｈとそれぞれ比較し、領域ｄｗの面積Ｓｄｗが閾面積Ｓｔｈを超えた場合（Ｓｄｗ＞Ｓｔｈ）、あるいは強度変化ΔＩが閾変化ΔＩｔｈを超えた場合（ΔＩ＞ΔＩｔｈ）には、異常が発生し、Ｚヘッドの計測値Ｚの信頼度は低い（信頼できない）と判定する。なお、ここでの比較は、領域ａ，ｂ，ｃ，ｄの全体について行っても良いし、領域毎に行っても良い。
【０１１６】
一方、正常状態（Ｓｄｗ≦Ｓｔｈ且つΔＩ≦ΔＩｔｈ）ではあるが、Ｓｄｗ≠０，ΔＩ≠０の場合には、主制御装置２０は、Ｚヘッドの計測結果（計測値Ｚ）には、補正可能な誤差が発生していると判断する。そして、主制御装置２０は、上で求められた強度変化ΔＩａ〜ΔＩｄからフォーカスエラーＩに対する補正量ΔＩ＝−（ΔＩａ＋ΔＩｃ）＋（ΔＩｂ＋ΔＩｄ）を求める。そして、主制御装置２０は、求められた補正量ΔＩを、図１２のフォーカスエラーＩとデフォーカス量ΔＬの関係に当てはめ、補正量ΔＩに対応するデフォーカス量の補正量ｄＬを求め、求められた補正量ｄＬを、Ｚヘッドの計測値Ｚに加えて補正する。
【０１１７】
ただし、上述の補正法では非点収差による強度分布Ｉ（ｘ，ｙ）の収差を考慮していない。従って、収差の影響が無視できる範囲内で、閾面積Ｓｔｈと閾変化ΔＩｔｈとを適切に定めることとする。また、図１２において、フォーカスエラーＩのデフォーカス量ΔＬに対する線形性が十分保障されるように閾変化ΔＩｔｈを定めた場合、補正量ｄＬ＝ｇΔＩより、補正量ｄＬを求めると良い。ただし、ｇ＝ｄＩ（０）／ｄΔＬである。
【０１１８】
主制御装置２０は、上述の手順に従って、Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄ，７４i（ｉ＝１〜５），７６j（ｊ＝１〜５）の計測値の信頼度の高低を判定するとともに、必要な場合計測誤差を補正する。そして、各１つのＺヘッド７４i，７６jの計測値ＺL，ＺRの信頼度が高い場合（信頼できる場合）、第１の実施形態と同様に、計測値ＺL，ＺR（補正した場合には補正後の値）を式（５）、式（６）に適用して、ウエハステージＷＳＴの高さＺ０とローリングθｙを算出する。また、Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄの計測値Ｚａ，Ｚｂ，Ｚｃ，Ｚｄの信頼度が高い場合（信頼できる場合）、計測値Ｚａ，Ｚｂ，Ｚｃ，Ｚｄ（補正した場合には補正後の値）を式（７）、式（８）に適用して、ウエハステージＷＳＴの高さＺ０とローリングθｙを算出する。
【０１１９】
一方、Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄ，７４i（ｉ＝１〜５），７６j（ｊ＝１〜５）の計測値の信頼度が低い場合（信頼できない場合）、主制御装置２０は、面位置計測システム１８０を用いるウエハステージＷＳＴの位置計測を中断し、干渉計システム１１８を用いて位置計測を行う。そして、Ｚヘッドの計測結果の信頼性が回復した際に、面位置計測システム１８０を用いる位置計測を再開する。
【０１２０】
本第２の実施形態の露光装置では、主制御装置２０により、第１の実施形態と同様のウエハステージＷＳＴと計測ステージＭＳＴとを用いた並行処理動作が実行され、かかる並行処理動作中に、主制御装置２０により、上述した、ウエハステージＷＳＴのＺ、θｙ（及びθｚ）方向の位置の計測、及びその計測結果に基づくウエハステージＷＳＴの駆動が行われる。
【０１２１】
以上詳細に説明したように、本第２の実施形態の露光装置によると、前述した第１の実施形態と同等の効果を得ることができる。これに加え、Ｚヘッドの計測値の信頼度が高い場合であっても、計測値の補正が必要な場合には、主制御装置２０により、計測値の補正が行われるので、補正を行わない場合に比べて、より高精度なウエハステージＷＳＴの（Ｚ、θｙ）方向の位置計測、及び駆動制御が可能になる。
【０１２２】
なお、上記第２の実施形態では、第２演算回路ＣＣ２が、四分割受光素子に代えて設けられたＣＣＤイメージセンサＣＣＤの出力信号に基づいて、反射ビームＬＢ2のビーム断面内の強度分布を計測するものとしたが、これに限らず、反射ビームＬＢ2の光路の一部に、例えば円筒レンズＣＹＬより上流側の反射ビームＬＢ2の光路上に、反射ビームＬＢ2の一部を分岐するビームスプリッタ（ハーフミラーなど）を設け、分岐されたビーム（参照ビーム）のビーム断面内の強度分布を、例えばＣＣＤイメージセンサを用いて計測することとしても良い。この場合、参照ビームについては、カバーガラス表面と共役な位置で検出することとしても良い。かかる場合には、フォーカスエラーを算出する第１演算回路に出力信号を供給する受光素子として、四分割受光素子及びＣＣＤイメージセンサのいずれを用いても良い。この場合において、ビームスプリッタ（ハーフミラーなど）を、円筒レンズＣＹＬと四分割受光素子ＺＤの間の反射ビームＬＢ2の光路上に設置する場合には、先と同様に、数値解析を行って、円筒レンズＣＹＬを透過する前の反射ビームＬＢ2のビーム断面内の強度分布を復元することが望ましい。
【０１２３】
なお、上記各実施形態では、本発明が、投影光学系とウエハとの間に照明光の光路を含む液浸空間を形成し、投影光学系及び液浸空間の液体を介して照明光でウエハを露光する露光装置に適用された場合について説明したが、非液浸タイプの露光装置にも本発明を適用することができる。
【０１２４】
また、上記各実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式等の走査型露光装置に本発明が適用された場合について説明したが、これに限らず、ステッパなどの静止型露光装置に本発明を適用しても良い。また、ショット領域とショット領域とを合成するステップ・アンド・スティッチ方式の縮小投影露光装置、プロキシミティー方式の露光装置、又はミラープロジェクション・アライナーなどにも本発明は適用することができる。また、例えば米国特許第６，５９０，６３４号明細書、米国特許第５，９６９，４４１号明細書、米国特許第６，２０８，４０７号明細書などに開示されているように、複数のウエハステージを備えたマルチステージ型の露光装置にも本発明を適用できる。
【０１２５】
また、上記各実施形態の露光装置における投影光学系は縮小系のみならず等倍及び拡大系のいずれでも良いし、投影光学系ＰＬは屈折系のみならず、反射系及び反射屈折系のいずれでも良いし、その投影像は倒立像及び正立像のいずれでも良い。また、前述の照明領域及び露光領域はその形状が矩形であるものとしたが、これに限らず、例えば円弧、台形、あるいは平行四辺形などでも良い。
【０１２６】
なお、上記各実施形態の露光装置の光源は、ＡｒＦエキシマレーザに限らず、ＫｒＦエキシマレーザ（出力波長２４８ｎｍ）、Ｆ2レーザ（出力波長１５７ｎｍ）、Ａｒ2レーザ（出力波長１２６ｎｍ）、Ｋｒ2レーザ（出力波長１４６ｎｍ）などのパルスレーザ光源、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）などの輝線を発する超高圧水銀ランプなどを用いることも可能である。また、ＹＡＧレーザの高調波発生装置などを用いることもできる。この他、例えば米国特許第７,０２３,６１０号明細書に開示されているように、真空紫外光としてＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（又はエルビウムとイッテルビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。
【０１２７】
また、上記各実施形態では、露光装置の照明光ＩＬとしては波長１００ｎｍ以上の光に限らず、波長１００ｎｍ未満の光を用いても良いことはいうまでもない。例えば、軟Ｘ線領域（例えば５〜１５ｎｍの波長域）のＥＵＶ（Extreme Ultraviolet）光を露光光とし、オール反射縮小光学系、及び反射型マスクを用いたＥＵＶ露光装置にも本発明を好適に適用することができる。この他、電子線又はイオンビームなどの荷電粒子線を用いる露光装置にも、本発明は適用できる。
【０１２８】
また、上述の各実施形態においては、光透過性の基板上に所定の遮光パターン（又は位相パターン・減光パターン）を形成した光透過型マスク（レチクル）を用いたが、このレチクルに代えて、例えば米国特許第６，７７８，２５７号明細書に開示されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて、透過パターン又は反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスク（可変成形マスク、アクティブマスク、あるいはイメージジェネレータとも呼ばれ、例えば非発光型画像表示素子（空間光変調器）の一種であるＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）などを含む）を用いても良い。
【０１２９】
また、例えば干渉縞をウエハ上に形成することによって、ウエハ上にライン・アンド・スペースパターンを形成する露光装置（リソグラフィシステム）にも本発明を適用することができる。
【０１３０】
さらに、例えば米国特許第６，６１１，３１６号明細書に開示されているように、２つのレチクルパターンを投影光学系を介してウエハ上で合成し、１回のスキャン露光によってウエハ上の１つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置にも本発明を適用することができる。
【０１３１】
なお、上記各実施形態でパターンを形成すべき物体（エネルギビームが照射される露光対象の物体）はウエハに限られるものではなく、ガラスプレート、セラミック基板、フィルム部材、あるいはマスクブランクスなど、他の物体でも良い。
【０１３２】
露光装置の用途としては半導体製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを転写する液晶用の露光装置、有機ＥＬ、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシン及びＤＮＡチップなどを製造するための露光装置にも広く適用できる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。
【０１３３】
半導体素子などの電子デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたレチクルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、前述した各実施形態の露光装置（パターン形成装置）によりマスク（レチクル）のパターンをウエハに転写するリソグラフィステップ、露光されたウエハを現像する現像ステップ、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト除去ステップ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、検査ステップ等を経て製造される。この場合、リソグラフィステップで、上記各実施形態の露光装置を用いて前述の露光方法が実行され、ウエハ上にデバイスパターンが形成されるので、高集積度のデバイスを生産性良く製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１３４】
本発明の露光方法及び露光装置は、リソグラフィ工程において、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。
【図面の簡単な説明】
【０１３５】
【図１】第１の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ステージ装置及び干渉計の配置を示す平面図である。
【図４】図１の露光装置が備えるステージ装置及び計測装置類の配置を示す平面図である。
【図５】エンコーダヘッド（Ｘヘッド、Ｙヘッド）とアライメント系の配置を示す平面図である。
【図６】Ｚヘッドと多点ＡＦ系の配置を示す平面図である。
【図７】第１の実施形態の露光装置の制御系の主要な構成を示すブロック図である。
【図８】Ｚヘッドの構成の一例を概略的に示す図である。
【図９】図９（Ａ）はフォーカスセンサの構成の一例を示す図、図９（Ｂ）及び図９（Ｃ）は円筒レンズの形状及び機能を説明するための図である。
【図１０】Ｚヘッドの構成の一例を、信号処理選択装置とともに示すブロック図である。
【図１１】図１１（Ａ）は四分割受光素子の検出領域の構成を示す図、図１１（Ｂ）、図１１（Ｃ）、及び図１１（Ｄ）は、それぞれ、前ピン状態、理想フォーカス状態、及び後ピン状態での反射ビームＬＢ2の検出面上での断面形状を示す図である。
【図１２】非点収差法におけるフォーカスエラーＩとデフォーカス量ΔＬとの関係（Ｓ字カーブ）を示す図である。
【図１３】図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）は、Ｚヘッドの計測光が計測面に付着した異物を走査した状況を説明するための図である。
【図１４】図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）は、Ｚヘッドの計測光が計測面に付着した異物を走査した場合における、四分割受光素子による計測光の検出結果の一例を示す図、図１４（Ｃ）はこの時のフォーカスエラーＩとデフォーカス量ΔＬとの関係を示す図である。
【図１５】図１５（Ａ）は第２の実施形態の露光装置が備えるＺヘッドの理想状態における反射ビームＬＢ2の強度分布を示す図、図１５（Ｂ）はＺヘッドの計測ビームが計測面に付着した異物を走査した時の反射ビームＬＢ2の強度分布を示す図、図１５（Ｃ）は図１５（Ａ）と図１５（Ｂ）との間の反射ビームＬＢ2の強度分布の変化を示す図である。
【符号の説明】
【０１３６】
１０…照明系、２０…主制御装置、３９Ｘ1，３９Ｘ2…Ｘスケール、３９Ｙ1，３９Ｙ2…Ｙスケール、５０…ステージ装置、６２Ａ〜６２Ｆ…ヘッドユニット、７２ａ〜７２ｄ，７４，７６…Ｚヘッド、１００…露光装置、１２４…ステージ駆動系、１７０…信号処理・選択装置、１８０…面位置計測システム、２００…計測システム、ＰＬ…投影光学系、ＰＵ…投影ユニット、Ｗ…ウエハ、ＷＳＴ…ウエハステージ、ＷＴＢ…ウエハテーブル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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