JP2010050292A - 露光方法及び露光装置、並びにデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】露光装置の稼働率を低下させることなく、高精度なウエハステージの駆動制御を行う。
【解決手段】露光動作、及び/又はアライメント計測中、制御装置により、エンコーダシステムを用いてウエハステージＷＳＴの位置情報が計測される。制御装置は、ウエハステージの位置に応じて、例えばヘッド６４₂から６４₃へ切り換える際に、ヘッド６４₃の計測値と、該計測値に対するウエハステージの位置情報から予測される予測値との差を、較正データとして収集する。また、制御装置は、収集された較正データを用いて、個々のヘッドの計測値の基準として設定されているオフセットを、適宜、更新する。そして、更新されたオフセットとエンコーダシステムの計測結果とに従って、ウエハステージを駆動制御する。
【選択図】図８

Description

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、特に、半導体素子（集積回路等）、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又は露光装置を用いるデバイス製造方法に関する。

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、ウエハ又はガラスプレート等の基板（以下、ウエハと総称する）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２次元方向に駆動される。ウエハステージの位置は、一般的に、長期に渡って高い安定性を有するレーザ干渉計を用いて、計測されていた。

しかし、近年、半導体素子の高集積化に伴うパターンの微細化により、重ね合わせ精度の要求が厳しくなり、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の影響で発生する空気揺らぎに起因する計測値の短期的な変動が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。

そこで、レーザ干渉計と同程度以上の計測分解能を有し、一般的に干渉計に比べて空気揺らぎの影響を受けにくいエンコーダを、ウエハステージの位置計測装置として採用する露光装置が、先に提案されている（例えば、特許文献１参照）。

上記特許文献１に開示されている露光装置では、エンコーダシステムを構成する複数のエンコーダヘッド（以下、適宜、ヘッドと略述する）を用いて、ウエハステージに設けられたグレーティング（スケール）に計測ビームを照射し、そのグレーティングで発生する回折光を受光することによって、グレーティングの周期方向に関する個々のヘッドとスケールとの間の相対位置を計測する。そして、ウエハステージの位置に応じて複数のヘッドを切り換えて使用することにより、ウエハステージの位置をその全移動領域に渡って計測することができる。しかしながら、このような構成のエンコーダシステムでは、ヘッドの設置位置がずれると計測誤差が発生する。

国際公開第２００７／０９７３７９号パンフレット

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、物体上にパターンを形成する露光方法であって、所定平面内を移動する移動体と該移動体の外部との一方に設けられた複数のヘッドのうち、前記移動体と該移動体の外部との他方に設けられた計測面に対向する複数の第１ヘッドを用いて、前記移動体の位置情報を計測し、前記複数の第１ヘッドの計測情報と前記複数の第１ヘッドのそれぞれに対して設定されているオフセットとから前記移動体の位置情報を求め、該位置情報に従って前記移動体を駆動する工程と；前記移動体に保持される前記物体上にパターンを形成する工程と；前記物体に付与されたマークを検出する工程と；前記形成する工程と前記検出する工程との少なくとも一方と並行して、前記複数のヘッドのうち、前記計測面に対向する前記複数の第１ヘッドとは異なる少なくとも１つの第２ヘッドを用いて、前記移動体の位置情報を計測し、前記駆動する工程において求められた前記位置情報から前記第２ヘッドの計測情報を予測し、該計測情報からの前記第２ヘッドの計測情報のずれを収集する工程と；前記収集する工程において収集された前記ずれを用いて、前記第２ヘッドに対するオフセットを設定する工程と；を含む露光方法である。

これによれば、収集する工程では、計測面に対向する複数の第１ヘッドとは異なる少なくとも１つの第２ヘッドを用いて移動体の位置情報を計測し、駆動する工程において求められた位置情報から第２ヘッドの計測情報を予測し、予測された計測情報からの第２ヘッドの計測情報のずれを収集する。そして、設定する工程では、収集する工程において収集されたずれを用いて、第２ヘッドに対するオフセットを設定する。これにより、第２ヘッドの設置位置と複数の第１ヘッドの設置位置との関係が、第２ヘッドに対するオフセットに取り込まれる。すなわち、前述のようなヘッドの設置位置のずれが、オフセットに実効的に取り込まれるので、設置位置のずれに伴う計測誤差の発生を回避することが可能となる。さらに、収集する工程では、形成する工程と検出する工程との少なくとも一方と並行して、ずれを収集する。それにより、露光装置の稼働率を低下させることなく高精度且つ安定な移動体の駆動制御を維持することが可能となる。

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；を含む第１のデバイス製造方法である。

本発明は、第３の観点からすると、物体上にパターンを形成する露光装置であって、前記物体を保持して所定平面内を移動する移動体と；前記移動体と該移動体の外部との一方に設けられ、前記移動体と該移動体の外部との他方に設けられた計測面に計測光を照射し、前記計測面からの光を受光する複数のヘッドを有し、前記複数のヘッドのうち、前記計測面に対向する複数の第１ヘッドと少なくとも１つの第２ヘッドとを用いて、前記移動体の位置情報を計測する位置計測系と；前記物体上にパターンを形成するパターン生成装置と；前記物体に付与されたマークを検出するマーク検出装置と；前記複数の第１ヘッドの計測情報と前記複数の第１ヘッドのそれぞれに対して設定されているオフセットとから前記移動体の位置情報を求め、該位置情報に従って前記移動体を駆動するとともに、前記パターン生成装置による前記物体に対するパターン形成と、前記マーク検出装置による前記物体上のマークの検出と、の少なくとも一方と並行して、求められた前記位置情報から前記第２ヘッドの計測情報を予測し、該計測情報からの前記第２ヘッドの計測情報のずれを収集し、さらに、該ずれを用いて前記第２ヘッドに対するオフセットを設定する制御装置と；を備える露光装置である。

これによれば、制御装置により、複数の第１ヘッドの計測情報と複数の第１ヘッドのそれぞれに対して設定されているオフセットとから求められる移動体の位置情報から、第２ヘッドの計測情報が予測され、予測された位置情報からの第２ヘッドの計測情報のずれが収集され、さらに、収集したずれを用いて第２ヘッドに対するオフセットが設定される。これにより、第２ヘッドの設置位置と複数の第１ヘッドの設置位置との関係が、第２ヘッドに対するオフセットに取り込まれる。すなわち、前述のようなヘッドの設置位置のずれが、オフセットに実効的に取り込まれるので、設置位置のずれに伴う計測誤差の発生を回避することが可能となる。さらに、制御装置により、パターン生成装置による物体に対するパターン形成と、マーク検出装置による物体上のマークの検出と、の少なくとも一方と並行して、ずれが収集される。これにより、露光装置の稼働率を低下させることなく高精度且つ安定な移動体の駆動制御を維持することが可能となる。

本発明は、第４の観点からすると、本発明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に処理を施すことと；を含む第２のデバイス製造方法である。

以下、本発明の一実施形態を、図１〜図９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。

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。

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。

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、構成されている。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。

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。

レチクルステージＲＳＴのＸＹ平面内の位置情報（θｚ方向の回転情報を含む）は、レチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）１１６によって、移動鏡１５（又は端面に形成された反射面）を介して、例えば０．２５ｎｍ程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計１１６の計測値は、主制御装置２０（図１では不図示、図７参照）に送られる。

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。

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。局所液浸装置８は、例えば国際公開第２００７／０９７３７９号パンフレットなどに開示される局所液浸装置と同様に構成されている。

主制御装置２０（図７参照）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、供給される液体の量と同一量の液体を回収する。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。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）が用いられるものとする。

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。

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。

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。

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。

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。

第１撥液板２８ａの＋Ｙ側の端部の切り欠きの内部に、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、それを挟むよう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外部に導く送光系（不図示）が設けられている。

第２撥液板２８ｂには、Ｘ軸方向の一側と他側（図２（Ａ）における左右両側）の領域には、それぞれＹスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂が形成され、Ｙ軸方向の一側と他側（図２（Ａ）における上下両側）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。これらのスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂及び３９Ｘ₁，３９Ｘ₂は、それぞれの長手方向に直交する方向に伸びる格子線３８及び３７が、所定ピッチで長手方向に配列された、長手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。スケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂及び３９Ｘ₁，３９Ｘ₂は、後述するエンコーダシステムで用いられる。

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。

また、回折格子を保護するために、撥液性をそな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。

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。

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は、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。

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。

計測テーブルＭＴＢ（及びステージ本体９２）には、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）などの各種計測用部材が設けられている。また、ステージ本体９２には、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（接触状態を含む）したとき、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を一対の送光系をそれぞれ介して受光する受光素子を有する一対の受光系（不図示）が設けられている。本実施形態では、各空間像計測スリットパターンＳＬと一対の送光系と一対の受光系とによって、空間像計測装置４５（図７参照）が構成される。

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。

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。

本実施形態の露光装置１００では、図４及び図５に示されるように、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ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。

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。

干渉計システム１１８は、図３に示されるように、反射面１７ａ又は１７ｂにそれぞれ干渉計ビーム（測長ビーム）を照射し、その反射光を受光して、ウエハステージＷＳＴの位置を計測する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（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（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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（図７参照）を構成する複数のヘッドユニットが設けられている。

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。

ヘッドユニット６２Ａ、６２Ｃは、図５に示されるように、Ｘ軸方向に関して間隔ＷＤで配置された複数のＹヘッド６５（６５₁〜６５₅）、Ｙヘッド６４（６４₁〜６４₅）を、それぞれ備えている。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、Ｙヘッド６５₁及びＹヘッド６４₅は、ノズルユニット３２の−Ｙ側の位置に配置されている。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。

ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃは、それぞれ、Ｙスケール３９Ｙ₁、３９Ｙ₂を用いて、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＹ軸方向の位置（Ｙ位置）を計測する多眼のＹリニアエンコーダ７０Ａ，７０Ｃ（図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。

ヘッドユニット６２Ｂ、６２Ｄは、図５に示されるように、基準軸ＬＶ上に間隔ＷＤで配置された複数のＸヘッド６６（６６₆〜６６₉）、６６（６６₁〜６６₅）を、それぞれ備えている。

ヘッドユニット６２Ｂ、６２Ｄは、Ｘスケール３９Ｘ₁、３９Ｘ₂をそれぞれ用いて、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＸ軸方向の位置（Ｘ位置）を計測する、多眼のＸリニアエンコーダ７０Ｂ、７０Ｄ（図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、「Ｘエンコーダ」又は「エンコーダ」と略述する。

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（以下、適宜、計測光とも呼ぶ）のスケール上の照射点）のＸ軸方向の間隔ＷＤは、露光の際などに、少なくとも１つのヘッドが、常に、対応するＹスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂に対向する（計測ビームを照射する）ように、格子線３８の長さより僅かに狭く設定されている。同様に、ヘッドユニット６２Ｂ，６２Ｄがそれぞれ備える隣接するＸヘッド６６（より正確には、Ｘヘッド６６が発する計測ビームのスケール上の照射点）のＹ軸方向の間隔ＷＤは、露光の際などに、少なくとも１つのヘッドが、常に、対応するＸスケール３９Ｘ又は３９Ｘ₂に対向する（計測ビームを照射する）ように、格子線３７の長さよりも狭く設定されている。

なお、ヘッドユニット６２Ｂの最も−Ｙ側のＸヘッド６６₆とヘッドユニット６２Ｄの最も＋Ｙ側のＸヘッド６６₅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。

ヘッドユニット６２Ｅ、６２Ｆは、図５に示されるように、Ｘ軸方向に関して間隔ＷＤで配置された複数のＹヘッド６７（６７₁〜６７₄）、６８（６８₁〜６８₄）を、それぞれ備えている。ここで、Ｙヘッド６７₁〜６７₃、及び６８₂〜６４₄は、セカンダリアライメント系ＡＬ２₁の−Ｘ側、＋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、６８₁は、セカンダリアライメント系ＡＬ２₁の＋Ｙ側、セカンダリアライメント系ＡＬ２₄の＋Ｙ側に、それぞれ、配置されている。

アライメント計測の際には、少なくとも各１つのＹヘッド６７，６８が、それぞれＹスケール３９Ｙ₂，３９Ｙ₁に対向する。このＹヘッド６７，６８（すなわち、これらＹヘッド６７，６８によって構成されるＹエンコーダ７０Ｅ，７０Ｆ）によってウエハステージＷＳＴのＹ位置（及びθｚ回転）が計測される。

また、本実施形態では、セカンダリアライメント系のベースライン計測時などに、セカンダリアライメント系ＡＬ２₁，ＡＬ２₄にＸ軸方向で隣接するＹヘッド６７₃，６８₂が、ＦＤバー４６の一対の基準格子５２とそれぞれ対向し、その一対の基準格子５２と対向するＹヘッド６７₃，６８₂によって、ＦＤバー４６のＹ位置が、それぞれの基準格子５２の位置で計測される。以下では、一対の基準格子５２にそれぞれ対向するＹヘッド６７₃，６８₂によって構成されるエンコーダをＹリニアエンコーダ（適宜、「Ｙエンコーダ」又は「エンコーダ」とも略述する）７０Ｅ₂，７０Ｆ₂（図７参照）と呼ぶ。また、識別のため、Ｙスケール３９Ｙ₂，３９Ｙ₁に対向するＹヘッド６７，６８によって構成されるＹエンコーダを、Ｙエンコーダ７０Ｅ₁、７０Ｆ₁と呼ぶ。

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。

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（以下、多点ＡＦ系と略述する）（９０ａ，９０ｂ）が設けられている。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。

また、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。

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６５_j，６４_i（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７６_j，７４_i（ｉ，ｊ＝１〜５）を備えている。

従って、それぞれ５個のＺヘッド７６，７４のうち、少なくとも１つのヘッドが、例えば露光時などには常に、対応するＹスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂に対向する（計測光（以下、適宜、計測ビームとも呼ぶ）を照射する）。

Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄ、７６_j，７４_i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、７６_j，７４_i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、照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。

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。

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。

本実施形態では、主制御装置２０は、エンコーダシステム１５０（図７参照）を用いることにより、ウエハステージＷＳＴの有効ストローク領域、すなわちアライメント及び露光動作のためにウエハステージＷＳＴが移動する領域において、その３自由度（Ｘ，Ｙ，θｚ）方向の位置座標を計測する。

本実施形態では、上述した各エンコーダヘッドとして、例えば、国際公開第２００７／０９７３７９号パンフレットに開示されている干渉型のエンコーダヘッドが用いられている。この種のエンコーダヘッドでは、２つの計測光を対応するスケールに照射し、それぞれの戻り光を１つの干渉光に合成して受光し、その干渉光の強度を光検出器を用いて計測する。ここで、スケールが計測方向（回折格子の周期方向）に変位すると、干渉光の強度ＩがＩ（φ）∝１＋ｃｏｓ（φ）と変化する。ただし、２つの計測光の位相差をφと表記した。また、２つの計測光の強度を互いに等しいと仮定した。

位相差（特に断らない限り位相と呼ぶ）φは、理想状態において、計測方向（Ｘ軸方向とする）についてのヘッドとスケール間の相対変位ΔＸに対し、次式（１）のように変化する。

φ（ΔＸ）＝２πΔＸ／（ｐ／４ｎ）＋φ_０ …（１）
ここで、ｐはスケールが有する回折格子のピッチ、ｎは回折次数（例えばｎ＝１）、φ_０は境界条件（例えば変位ΔＸの基準位置の定義など）より定まる定位相項である。

式（１）より、位相φは計測光の波長λに依存しないことがわかる。そして、干渉光の強度Ｉは、変位ΔＸが計測単位（計測ピッチとも呼ぶ）ｐ／４ｎ増加あるいは減少する毎に、強弱を繰り返すことがわかる。そこで、予め定められた基準位置からの変位ΔＸに伴う干渉光の強度の強弱の回数を計測する。その計数値（カウント値）をｃ_ΔＸと表記する。計数値ｃ_ΔＸはｉｎｔ（φ／２π）に相当する。さらに、干渉光の正弦的な強度変化を、内挿器（インターポレータ）を用いて分割することにより、干渉光の強度Ｉ（φ）の位相φ’（＝φ％２π）を計測する。

各エンコーダヘッドから、上記のカウント値ｃ_ΔＸと位相φ’が、計測結果として出力される。これらの計測結果より、変位ΔＸの計測値Ｃ_ΔＸは、次式（２）のように求められる。

Ｃ_ΔＸ＝（ｐ／４ｎ）×〔ｃ_ΔＸ＋（φ’−φ_０）／２π〕 …（２）
ここで、定位相項φ_０を位相オフセット（ただし、０≦φ_０＜２πと定義する）とし、変位ΔＸの基準位置での位相φ（ΔＸ＝０）を保持することとする。

前述のようなエンコーダヘッドの配置を採用したことにより、ウエハステージＷＳＴが前述の有効ストローク領域にあるときには常時、Ｘスケール３９Ｘ₁又は３９Ｘ₂に少なくとも１つのＸヘッド６６が、Ｙスケール３９Ｙ₁に少なくとも１つのＹヘッド６５（又は６８）が、Ｙスケール３９Ｙ₂に少なくとも１つのＹヘッド６４（又は６７）が、それぞれ対向する。スケールに対向しているエンコーダヘッドは、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，７０Ｂ，７０Ｃ，７０Ｄ，７０Ｅ₁，７０Ｆ₁の計測結果として、主制御装置２０に供給される。

主制御装置２０は、エンコーダ７０Ａ、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（又は６８），６４（又は６７）の計測値（それぞれＣ_X，Ｃ_Y1，Ｃ_Y2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（３）〜（５）のように依存する。

Ｃ_Ｘ＝ （ｐ_Ｘ−Ｘ）ｃｏｓθｚ＋（ｑ_Ｘ−Ｙ）ｓｉｎθｚ …（３）
Ｃ_Ｙ1＝−（ｐ_Ｙ1−Ｘ）ｓｉｎθｚ＋（ｑ_Ｙ1−Ｙ）ｃｏｓθｚ …（４）
Ｃ_Ｙ2＝−（ｐ_Ｙ2−Ｘ）ｓｉｎθｚ＋（ｑ_Ｙ2−Ｙ）ｃｏｓθｚ …（５）
ただし、（ｐ_Ｘ，ｑ_Ｘ），（ｐ_Ｙ1，ｑ_Ｙ1），（ｐ_Ｙ2，ｑ_Ｙ2）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（より正確には計測光の照射点の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Ｃ_X，Ｃ_Y1，Ｃ_Y2を連立方程式（３）〜（５）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。また、主制御装置２０は、算出結果に従って、ウエハステージＷＳＴを駆動制御する。

また、主制御装置２０は、リニアエンコーダ７０Ｅ₂，７０Ｆ₂の計測値に基づいて、ＦＤバー４６（計測ステージＭＳＴ）のθｚ方向の回転を制御する。ここで、リニアエンコーダ７０Ｅ₂，７０Ｆ₂の計測値（それぞれＣ_Y1，Ｃ_Y2と表記する）は、ＦＤバー４６の（Ｘ，Ｙ，θｚ）位置に対し、式（４）（５）のように依存する。従って、ＦＤバー４６のθｚ位置は、計測値Ｃ_Y1，Ｃ_Y2より、次式（６）のように求められる。

ｓｉｎθｚ＝−（Ｃ_Ｙ1−Ｃ_Ｙ2）／（ｐ_Ｙ1−ｐ_Ｙ2） …（６）
ただし、簡単のため、ｑ_Ｙ1＝ｑ_Ｙ2を仮定した。

本実施形態では、前述したエンコーダヘッドの配置により、ウエハステージＷＳＴの移動に伴い、スケールに対向するヘッドが、順次、隣接ヘッドと入れ換わる。そこで、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴの位置を算出するために計測値を監視するエンコーダヘッドを、ウエハステージＷＳＴの移動に従って、順次、隣接ヘッドに切り換える。

例えば、図８（Ａ）に示されるように、ウエハステージＷＳＴが＋Ｘ方向に移動したとする。この場合、矢印ｅ₁で示されるように、ウエハステージＷＳＴのＹ位置を計測するＹヘッド６４が、Ｙヘッド６４₂からＹヘッド６４₃へと、切り換えられる。また、図８（Ｂ）に示されるように、ウエハステージＷＳＴが＋Ｙ方向に移動したとする。この場合、矢印ｅ_２で示されるように、ウエハステージＷＳＴのＸ位置を計測するＸヘッド６６が、Ｘヘッド６６₆からＸヘッド６６₇へと、切り換えられる。このように、Ｙヘッド６４（及び６５）は、ウエハステージＷＳＴのＸ軸方向への移動に伴い、順次、隣のヘッドに切り換えられる。また、Ｘヘッド６６も、ウエハステージＷＳＴのＹ軸方向への移動に伴い、順次、隣のヘッドに切り換えられる。

なお、エンコーダでは相対変位が検出されるので、絶対変位（すなわち位置）を算出するために、基準位置（位置計測の基準点）を定めなくてはならない。そこで、ヘッドの切り換え時には、切り換え後に使用されるヘッドによる位置計測の基準点（計測値の原点）がリセットされる。このヘッドの切り換え時に行う基準点のリセット処理を、つなぎ処理と呼ぶ。

次に、エンコーダヘッドの切り換え時に実行するつなぎ処理について、主制御装置２０の動作を中心に、説明する。

本実施形態では、前述の如く、ウエハステージＷＳＴの移動範囲内では、常に３つのエンコーダ（Ｘヘッド及び２つのＹヘッド）がステージＷＳＴの位置を監視する。これら３つのエンコーダ（ヘッド）を、それぞれＥｈＸ，ＥｈＹ１，ＥｈＹ２と表記する。従って、ヘッドの切り換え時には、上記３つのエンコーダヘッドに切り換え後に使用される４つめのエンコーダヘッドを加えた、４つのエンコーダヘッドがウエハステージＷＳＴの位置を監視することになる。ここで、一例として、図８（Ａ）に示される、Ｙヘッド６４₂から隣のＹヘッド６４₃への切り換えについて説明する。ただし、Ｘヘッド６６₆をＥｈＸ、Ｙヘッド６５₂をＥｈＹ１、Ｙヘッド６４₂をＥｈＹ２、Ｙヘッド６４₃をＥｈＹ２’、と表記する。

前述の通り、ウエハステージＷＳＴの（Ｘ，Ｙ，θｚ）位置を算出するためには、少なくとも３つのヘッドの計測値が必要となる。従って、ヘッドの切り換え処理では、３つのヘッドＥｈＸ，ＥｈＹ１，ＥｈＹ２を用いる位置計測から、別のヘッドＥｈＹ２’を含む３つのヘッドＥｈＸ，ＥｈＹ１，ＥｈＹ２’を用いる位置計測へと、切り換えられる。すなわち、あるヘッドＥｈＹ２を別のヘッドＥｈＹ２’に切り換えるのではなく、３つのヘッドの組み合わせから別の３つのヘッドの組み合わせに切り換えるものである。

その際、主制御装置２０は、まず、エンコーダＥｈＸ，ＥｈＹ１，ＥｈＹ２の計測値Ｃ_X，Ｃ_Y1，Ｃ_Y2を用いて連立方程式（３）〜（５）を解き、ウエハステージＷＳＴの（Ｘ，Ｙ，θｚ）位置を算出する。次に、ここで算出された（Ｘ，Ｙ，θｚ）位置を用いて、新たに使用するＹヘッドＥｈＹ２’の計測値が従う理論式（７）より、予測値Ｃ_Y2’を求める。

Ｃ_Y2’＝−（ｐ_Y2’−Ｘ）ｓｉｎθｚ＋（ｑ_Y2’−Ｙ）ｃｏｓθｚ …（７）
ここで、ｐ_Y2’，ｑ_Y2’は、ＹヘッドＥｈＹ２’の計測点のＸ、Ｙ位置である。そして、予測値Ｃ_Y2’をＹヘッドＥｈＹ２’の計測値として設定する。

計測値の設定において、位相つなぎ法を適用する。ＹヘッドＥｈＹ２’の計測値Ｃ_Y2’は、式（２）と同様に、カウント値ｃ_Y2’と位相φ’を用いて、次式（８）のように与えられる。

Ｃ_Y2’＝（ｐ／４ｎ）×〔ｃ_Y2’＋（φ’−φ_０）／２π〕 …（８）
ただし、定位相項φ_０（０≦φ_０＜２π）は、ＹヘッドＥｈＹ２’に対して設定されている位相オフセットである。ここで、予測値Ｃ_Y2’を、計測単位δ（＝ｐ／４ｎ）の離散値に変換し、カウント値ｃ_Y2’として設定する。

以上のつなぎ処理により、ウエハステージＷＳＴの位置計測の結果（Ｘ，Ｙ，θｚ）を（計測単位δレベルにおいて）維持したまま、ヘッドの切り換え処理が完了する。ヘッドの切り換え処理の完了後には、主制御装置２０は、切り換え後に使用する３つのヘッドＥｈＸ，ＥｈＹ１，ＥｈＹ２’の計測値Ｃ_X，Ｃ_Y1，Ｃ_Y2’を用いて、連立方程式（３）、（４）、（７）を解き、ウエハステージＷＳＴの（Ｘ，Ｙ，θｚ）位置を算出する。そして、主制御装置２０は、その算出結果に基づいて、ウエハステージＷＳＴを駆動制御する。

なお、図８（Ｂ）に示される、Ｘヘッド６６₆（ＥｈＸと表記する）から隣のＸヘッド６６₇（ＥｈＸ’と表記する）へのＸヘッド間の切り換えの場合、主制御装置２０は、次の理論式（９）を用いてＸヘッドＥｈＸ’の計測値Ｃ_X’を予測する。

Ｃ_X’＝ （ｐ_X’−Ｘ）ｃｏｓθｚ＋（ｑ_X’−Ｙ）ｓｉｎθｚ …（９）
ここで、ｐ_X’，ｑ_X’は、ＸヘッドＥｈＸ’の計測点のＸ、Ｙ位置である。そして、主制御装置２０は、予測値Ｃ_X’をＸヘッドＥｈＸ’の計測値として設定する。ここで、先と同様に、位相つなぎ法を適用する。ＸヘッドＥｈＸ’の計測値Ｃ_X’は、式（２）と同様に、カウント値ｃ_X’と位相φ’を用いて与えられるので、予測値Ｃ_X’を計測単位δ（＝ｐ／４ｎ）の離散値に変換し、カウント値ｃ_X’として設定する。以降、主制御装置２０は、切り換え後に使用する３つのヘッドＥｈＸ’，ＥｈＹ１，ＥｈＹ２の計測値Ｃ_X’，Ｃ_Y1，Ｃ_Y2を用いて、連立方程式（９）、（４）、（５）を解いて、ウエハステージＷＳＴの（Ｘ，Ｙ，θｚ）位置を算出する。そして、主制御装置２０は、その結果に基づいて、ウエハステージＷＳＴを駆動制御する。

本実施形態の露光装置１００では、特に、高い計測精度（〜０．１ｎｍ）が要求される。この計測精度に対し、エンコーダヘッドの設置位置のずれが、必ずしも無視できないレベルの計測誤差を発生し得る。また、エンコーダヘッドを設計位置に、長期にわたって安定して固定することも困難である。そこで、本実施形態では、主制御装置２０が、エンコーダヘッドの設置位置のずれに起因するエンコーダシステム１５０の計測誤差を補正するための較正情報を収集・作成し、それを用いてエンコーダシステム１５０の計測誤差を補正して、ウエハステージＷＳＴの位置計測精度を保障している。以下、これについて説明する。

前述のエンコーダヘッドの切り換え時に実行するつなぎ処理（位相つなぎ）と並行して、次のようにエンコーダヘッドの設置位置のずれを較正するための較正データを収集する。先と同様に、図８（Ａ）に示されるＹヘッド６４₂から隣のＹヘッド６４₃への切り換えを例に考える。ただし、Ｘヘッド６６₆をＥｈＸ、Ｙヘッド６５₂をＥｈＹ１、Ｙヘッド６４₂をＥｈＹ２、Ｙヘッド６４₃をＥｈＹ２’、と表記する。

主制御装置２０は、先に説明したつなぎ処理に従って、切り換え前に使用している３つのヘッドＥｈＸ，ＥｈＹ１，ＥｈＹ２の計測値Ｃ_X，Ｃ_Y1，Ｃ_Y2から、連立方程式（３）〜（５）を介して、ウエハステージＷＳＴの（Ｘ，Ｙ，θｚ）位置を算出する。また、主制御装置２０は、算出された（Ｘ，Ｙ，θｚ）位置から、式（７）を介して、新たに使用するＹヘッドＥｈＹ２’の計測値Ｃ_Y2’を予測する。また、主制御装置２０は、先に説明した位相つなぎ法に従って、予測値Ｃ_Y2’を計測単位δ（＝ｐ／４ｎ）の離散値に変換し、カウント値ｃ_Y2’として設定する。主制御装置２０は、そのカウント値の設定と並行して、離散値δ×ｃ_Y2’と微小量ｄＣ_Y2’の和δ×ｃ_Y2’＋ｄＣ_Y2’を、式（７）の左辺に代入し、連立方程式（３）、（４）、（７）を解いて、ウエハステージＷＳＴの位置を逆算する。ただし、計測値Ｃ_X，Ｃ_Y1は、先と共通である。ここで求まる位置（Ｘ’，Ｙ’，θｚ’）が、先に求められた位置（Ｘ，Ｙ，θｚ）に一致するように、主制御装置２０は、微小量ｄＣ_Y2’を決定する。そして、主制御装置２０は、式（８）内の位相項（δ／２π）・（φ’−φ_０）が微小量ｄＣ_Y2’に一致するように、位相オフセットφ_０を求める。すなわち、主制御装置２０は、φ_０＝φ’−２πｄＣ_Y2’／δの演算を行う。なお、微小量ｄＣ_Y2’は、ヘッドの設置位置のずれなどにより、Ｃ_Y2’をδで除した剰余と異なり得る。

そして、主制御装置２０は、求められた位相オフセットφ_０を較正データとして、切り換え前に使用していたＹヘッドＥｈＹ２が対応するスケール３９Ｙ₂から外れ、ウエハステージＷＳＴの位置計測に使用する３つのヘッドをヘッドＥｈＸ，ＥｈＹ１，ＥｈＹ２からヘッドＥｈＸ，ＥｈＹ１，ＥｈＹ２’へ切り換えるまでの間、収集する。

ここで、切り換え対象のヘッドも含め、ウエハステージＷＳＴの位置を計測するために使用している４つのヘッドの計測精度が十分保証されているとする。この条件の下で求められた位相オフセットφ_０には、切り換え対象の２つのヘッド間の位置関係、すなわち切り換えられるＹヘッドＥｈＹ２の設置位置を基準とする新規ヘッドＥｈＹ２’の設置位置の相対関係、が取り込まれる。従って、収集された位相オフセットφ_０を用いることにより、エンコーダヘッドの設置位置を、直接計測することなく、較正することができる。

主制御装置２０は、上述の較正データ（位相オフセットφ_０）の収集を、通常のシーケンスの実行中、例えば、露光動作、アライメント計測等を実行している際に、すべてのエンコーダヘッドについて、ヘッドの切り換え（つなぎ処理）が発生する毎に、実行する。露光動作中に較正データを収集する場合、露光動作中に使用されるＸヘッド６６及びＹヘッド６５，６４に対する較正データが収集される。例えば、図８（Ａ）に示されるＹヘッド６４₂からＹヘッド６４₃への切り換え時には、Ｙヘッド６４₃に対する較正データが収集される。図８（Ｂ）に示されるＸヘッド６６₆からＸヘッド６６₇への切り換え時には、Ｘヘッド６６₇に対する較正データが収集される。また、アライメント計測中に較正データを収集する場合、アライメント計測中に使用されるＸヘッド６６及びＹヘッド６８，６７に対する較正データが収集される。

なお、主制御装置２０は、実際の露光動作中に限らず、露光動作中にウエハステージＷＳＴが移動する領域内をウエハステージＷＳＴが移動する際に、較正データを収集しても良い。また、主制御装置２０は、実際のアライメント計測中に限らず、アライメント計測中にウエハステージＷＳＴが移動する領域内をウエハステージＷＳＴが移動する際に、較正データを収集しても良い。

また、主制御装置２０は、エンコーダヘッドの設置位置を正確に較正するために、較正データを選別して収集する。例えば、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴの加速度が所定の許容範囲を超えた場合には、較正データの収集を中断する。これは、ウエハステージＷＳＴの加速に伴ってスケールが歪み、それによってエンコーダの計測誤差が発生するからである。従って、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴが等速度で移動している又は停止している際に、集中して較正データを収集することとしても良い。

また、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴの速度が所定の許容範囲を超えた場合にも、較正データの収集を中断することとしても良い。ウエハステージＷＳＴの速度に応じてエンコーダヘッドの計測誤差が拡大することも考えられるからである。また、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴが基準姿勢（θｘ＝θｙ＝０）を維持している場合にのみ、較正データの収集を実行することが望ましい。

主制御装置２０により、上述の手順に従って収集された較正データ（位相オフセットφ_０）を用いて、エンコーダシステム１５０を構成するヘッド６６，６５，６４，６８，６７のそれぞれについて設定されている位相オフセットφ_０が更新されることで、個々のヘッドの設置位置のずれが較正される。ここで、選別して収集された較正データには、殆ど無秩序に発生した誤差のみが含まれる。そこで、主制御装置２０は、各ヘッドについて収集された較正データを平均し、それを用いて位相オフセットφ_０を更新し、以降、更新された位相オフセットφ_０と式（２）又は式（８）を用いて、各ヘッドからの出力、すなわちカウント値ｃ_ΔＸと位相φ’より、変位ΔＸ又はΔＹを求める。そして、主制御装置２０は、変位ΔＸ又はΔＹを用いてウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内での位置（Ｘ，Ｙ，θｚ）を算出し、算出された位置に従って、ウエハステージＷＳＴを駆動制御する。

なお、露光装置の稼働中に、エンコーダヘッドの設置位置がずれることも考えられる。そこで、主制御装置２０は、例えば、所定数（例えば１、あるいは２５枚（１ロット））のウエハの露光が終了し、最後のウエハを交換する毎に、上述の手順に従って位相オフセットを更新することとしても良い。さらに、主制御装置２０は、位相オフセットを更新する際、収集してから一定時間内の較正データのみを用いることとしても良い。この場合、主制御装置２０は、収集された較正データの分散が一定の範囲内に収まる（すなわち収集された較正データを平均して求められる位相オフセットに含まれる誤差が一定の範囲内に収まる）場合にのみ、位相オフセットを更新する。このように、適宜、較正情報を更新することにより、エンコーダシステム１５０の計測誤差、さらに時間とともに拡大するような計測誤差でさえも、解消することができる。従って、高精度且つ安定なウエハステージＷＳＴの駆動制御が可能となる。

次に、本実施形態の露光装置１００で行われるＸエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄの較正方法について説明する。

本実施形態の露光装置１００では、ウエハステージＷＳＴのＹ軸方向の移動ストロークが長いため、投影光学系ＰＬとアライメント系ＡＬ１を挟んで、それらの＋Ｙ側に４つのＸヘッド６６₆〜６６₉からなるヘッドユニット６２Ｂを、−Ｙ側に５つのＸヘッド６６₁〜６６₅からなるヘッドユニット６２Ｄを、配置した。そして、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴが移動ストローク領域の＋Ｙ側半部に位置する際には、Ｘスケール３９Ｘ₁に対向する（計測ビームを照射する）ヘッドを有するヘッドユニット６２Ｂ（Ｘエンコーダ７０Ｂ）を用いて、ウエハステージＷＳＴのＸ位置を計測する。一方、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴが移動ストローク領域の−Ｙ側半部に位置する際には、Ｘスケール３９Ｘ₂に対向する（計測ビームを照射する）ヘッドを有するヘッドユニット６２Ｄ（Ｘエンコーダ７０Ｄ）を用いて、ウエハステージＷＳＴのＸ位置を計測する。

すなわち、Ｘエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄは、主制御装置２０により、有効ストローク領域内でのウエハステージＷＳＴのＹ位置に応じて切り換えて使用される。例えば、図９に示されるように、ウエハステージＷＳＴが、Ｘエンコーダ７０Ｂを構成するＸヘッド６６₆がＸスケール３９Ｘ₁に対向する位置から−Ｙ方向に移動すると、Ｘヘッド６６₆がＸスケール３９Ｘ₁から外れ、Ｘエンコーダ７０Ｄを構成するＸヘッド６６₅がＸスケール３９Ｘ_２に対向するようになる。このとき、主制御装置２０により、Ｘエンコーダ７０Ｂから７０Ｄへの切り換えが行われる。なお、この切り換えは、互いに異なるスケールを走査するＸヘッド６６₆から６６₅への切り換えと見なすこともできる。

Ｘエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄは、ともにウエハステージＷＳＴのＸ位置を計測するために設けられている。そのため、図９に示されるＸヘッド６６₆，６６₅の間の切り換え時の様に、Ｘヘッド６６₆，６６₅が、同時に、それぞれＸスケール３９Ｘ₁，３９Ｘ₂を走査する際には、互いに等しい計測値を提示しなくてはならない。しかし、両ヘッド６６₆，６６₅の離間距離は、同じヘッドユニットに属する隣接ヘッドの離間距離の数倍である。従って、両ヘッド６６₆，６６₅の設置位置のずれは、特に大きな計測誤差を発生する恐れがある。そこで、主制御装置２０は、Ｘヘッド６６₆，６６₅に対して較正データを収集するに際し、次のように較正データを選別収集することとする。

図９に示されるＸヘッド６６とＸスケール３９Ｘ₁，３９Ｘ₂とウエハＷとの配置よりわかるように、Ｘヘッド６６₆がＸスケール３９Ｘ₁に対向すると同時にＸヘッド６６₅がＸスケール３９Ｘ₂に対向する位置にウエハステージＷＳＴが位置する際に、ウエハＷ上にマトリクス状に配列された複数のショット領域のうち、所定の１行（又は２行）に含まれ、Ｘ軸方向に並ぶ複数のショット領域が液浸領域１４内に進入し得る。そこで、主制御装置２０は、ステップ・アンド・スキャン方式の露光動作中、その１行（又は２行）に含まれる複数のショット領域に対する走査露光と並行して、Ｘヘッド６６₆，６６₅に対する較正データの収集を実行する。この露光動作では、両ヘッド６６₆，６６₅が同時に対応するＸスケールに対向し、さらにウエハステージＷＳＴは走査方向（Ｙ軸方向）に繰り返し移動するため、両ヘッド６６₆，６６₅間の切り換えが頻繁に発生する。さらに、走査露光中にはウエハステージＷＳＴは等速度で駆動される。従って、良質の較正データを収集することができる。

本実施形態では、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において、その２自由度方向（Ｚ，θｙ）の位置座標をも計測する。

主制御装置２０は、露光時には面位置計測システム１８０を構成する各１つのＺヘッド７４_i，７６_j（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、フォーカスマッピング、すなわち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）情報の計測を行うときなどには、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。

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７４_i，７６_j（ｉ，ｊは１〜５のいずれか）の計測値に基づいて、ウエハテーブルＷＴＢ上面の基準点（ウエハテーブルＷＴＢ上面と光軸ＡＸとの交点）における、ウエハステージＷＳＴの高さＺ_０とローリングθｙを算出する。ここで、Ｚヘッド７４_i，７６_j（ｉ，ｊは１〜５のいずれか）の計測値（それぞれＺ_L，Ｚ_R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（１０），（１１）のように依存する。

Ｚ_L＝−ｔａｎθｙ・ｐ_L＋ｔａｎθｘ・ｑ_L＋Ｚ₀ …（１０）
Ｚ_R＝−ｔａｎθｙ・ｐ_R＋ｔａｎθｘ・ｑ_R＋Ｚ₀ …（１１）
ただし、計側面（Ｙスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂）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、（ｐ_L，ｑ_L），（ｐ_R，ｑ_R）は、それぞれＺヘッド７４_i，７６_j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（１０）（１１）より、次式（１２）（１３）が導かれる。

Ｚ₀＝〔Ｚ_L＋Ｚ_R−ｔａｎθｘ・（ｑ_L＋ｑ_R）〕／２ …（１２）
ｔａｎθｙ＝〔Ｚ_L−Ｚ_R−ｔａｎθｘ・（ｑ_L−ｑ_R）〕／（ｐ_R−ｐ_L） …（１３）
従って、主制御装置２０は、Ｚヘッド７４_i，７６_jの計測値Ｚ_L，Ｚ_Rを用いて、式（１２）（１３）より、ウエハステージＷＳＴの高さＺ_０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。

主制御装置２０は、例えばフォーカスマッピング時（及びフォーカスキャリブレーション時）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）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Ｚ_０とローリングθｙを、次式（１４）（１５）より、算出する。

Ｚ_０＝（Ｚａ＋Ｚｂ＋Ｚｃ＋Ｚｄ）／４ …（１４）
ｔａｎθｙ＝−（Ｚａ＋Ｚｂ−Ｚｃ−Ｚｄ）／（ｐ_a＋ｐ_b−ｐ_c−ｐ_d） …（１５）
ここで、（ｐ_ａ，ｑ_ａ），（ｐ_ｂ，ｑ_ｂ），（ｐ_ｃ，ｑ_ｃ），（ｐ_ｄ，ｑ_ｄ）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、ｐ_a＝ｐ_b，ｐ_c＝ｐ_d，ｑ_a＝ｑ_c，ｑ_b＝ｑ_d，（ｐ_a＋ｐ_c）／２＝（ｐ_b＋ｐ_d）／２＝Ｏｘ’，（ｑ_a＋ｑ_b）／２＝（ｑ_c＋ｑ_d）／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。

次に、Ｚヘッドの切り換え手順について説明する。主制御装置２０は、スケールに対向している少なくとも各１つのＺヘッド７４_ｉ，７６_ｊの計測値を用いて、ウエハステージＷＳＴの（Ｚ₀，θｙ）位置を算出する。図６に示されるＺヘッド７４_ｉ，７６_ｊ（ｉ，ｊ＝１〜５）の配置から明らかなように、ウエハステージＷＳＴの移動に伴い、スケールに対向するＺヘッドが、順次、隣接ヘッドと入れ換わる。そこで、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴの位置を算出するために計測値を監視するＺヘッドを、ウエハステージＷＳＴの移動に従って、順次、隣接ヘッドに切り換える。

例えば、図８（Ａ）に示されるように、ウエハステージＷＳＴが＋Ｘ方向に移動したとする。この場合、前述の如く、Ｙヘッド６４が、Ｙヘッド６４₂からＹヘッド６４₃へと、切り換えられるのと同時に、図８（Ａ）中に矢印ｆで示されるように、Ｚヘッド７４が、Ｚヘッド７４₂からＺヘッド７４₃へと、切り換えられる。

本実施形態の露光装置１００において要求される計測精度に対し、Ｚヘッドの設置位置のずれが、必ずしも無視できないレベルの計測誤差を発生し得る。また、Ｚヘッドを設計位置に、長期にわたって安定して固定することも困難である。そこで、主制御装置２０は、Ｚヘッドの設置位置のずれに起因する面位置計測システム１８０の計測誤差を補正するための較正情報を収集・作成し、それを用いて面位置計測システム１８０の計測誤差を補正して、ウエハステージＷＳＴの位置計測精度を保障することとしている。

主制御装置２０は、前述のＺヘッドの切り換えと並行して、次のようにＺヘッドの設置位置のずれを較正するための較正データを収集する。ここで、先と同様に、図８（Ａ）に示される、Ｚヘッド７４₂から隣のＺヘッド７４₃への切り換えを例に考える。ここでは、Ｚヘッド７６₂をＺｈ１、Ｚヘッド７４₂をＺｈ２、Ｚヘッド７４₃をＺｈ２’、と表記する。

本実施形態では、前述の如く、ウエハステージＷＳＴの移動範囲内では、常に２つのＺヘッド７６，７４（Ｚｈ１，Ｚｈ２）がステージＷＳＴの位置を監視する。従って、Ｚヘッドの切り換え時には、切り換え後に使用される３つめのＺヘッド（Ｚｈ２’）を加えた、３つのＺヘッドがステージＷＳＴの位置を監視することになる。

ウエハステージＷＳＴの（Ｚ₀，θｙ）位置を算出するためには、少なくとも２つのＺヘッドの計測値が必要となる。従って、Ｚヘッドの切り換え処理では、２つのヘッドＺｈ１，Ｚｈ２を用いる位置計測から、別のヘッドＺｈ２’を含む２つのヘッドＺｈ１，Ｚｈ２’を用いる位置計測へと、切り換えられる。

その際、主制御装置２０は、まず、ＺヘッドＺｈ１，Ｚｈ２の計測値Ｚ_R，Ｚ_Lを用いて、式（１２）、（１３）より、ウエハステージＷＳＴの（Ｚ₀，θｙ）位置を算出する。次に、ここで算出された（Ｚ₀，θｙ）位置を用いて、新たに使用するＺヘッドＺｈ２’の計測値が従う理論式（１６）より、予測値Ｚ_L’を求める。

Ｚ_L’＝−ｔａｎθｙ・ｐ_L’＋ｔａｎθｘ・ｑ_L’＋Ｚ_０ …（１６）
ここで、ｐ_L’，ｑ_L’は、ＺヘッドＺｈ２’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、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）の計測結果が用いられる。そして、主制御装置２０は、オフセットＯ＝Ｚ_L’−Ｚ_L0’を求める。ここで、Ｚ_L0’はＺヘッドＺｈ２’の実の計測値、すなわち対向するＹスケール３９Ｙ₂の面位置の実測結果である。

主制御装置２０は、求められたオフセットＯを較正データとして、切り換え前に使用していたＺヘッドＺｈ２が対応するＹスケール３９Ｙ₂から外れ、ウエハステージＷＳＴの位置計測に使用する２つのＺヘッドをＺヘッドＺｈ１，Ｚｈ２からＺヘッドＺｈ１，Ｚｈ２’へ切り換えるまでの間、収集する。

ここで、切り換え対象のＺヘッドも含め、ウエハステージＷＳＴの位置を計測するために使用している３つのＺヘッドの計測精度が十分保証されているとする。この条件の下で求められたオフセットＯには、切り換え対象の２つのヘッド間の位置関係（Ｚ軸方向に関する位置関係だけでなく、ＸＹ軸方向についての位置関係も含む）、すなわち切り換えられるＺヘッドＺｈ２の設置位置を基準とする新規ヘッドＺｈ２’の設置位置の相対関係、が取り込まれる。従って、収集されたオフセットＯを用いることにより、Ｚヘッドの設置位置を、直接計測することなく、較正することができる。

上述の較正データ（オフセットＯ）の収集を、通常のシーケンスを実行中、すなわち例えば露光動作、フォーカスマッピング（及びフォーカスキャリブレーション）等を実行している際に、すべてのＺヘッドについて、Ｚヘッドの切り換えが発生する毎に、実行する。露光動作中に較正データを収集する場合、露光動作中に使用されるＺヘッド７４，７６に対する較正データが収集される。例えば、図８（Ａ）に示されるＺヘッド７４₂からＺヘッド７４₃への切り換え時には、Ｚヘッド７４₃に対する較正データが収集される。また、フォーカスマッピング（及びフォーカスキャリブレーション）中に較正データを収集する場合、これらの計測中に使用されるＺヘッド７２ａ〜７２ｄに対する較正データが収集される。

なお、主制御装置２０は、実際の露光動作中に限らず、露光動作中にウエハステージＷＳＴが移動する領域内をウエハステージＷＳＴが移動する際に、較正データを収集しても良い。また、主制御装置２０は、実際のフォーカスマッピング（及びフォーカスキャリブレーション）中に限らず、これらの計測中にウエハステージＷＳＴが移動する領域内をウエハステージＷＳＴが移動する際に、較正データを収集しても良い。

また、主制御装置２０は、Ｚヘッドの設置位置を正確に較正するために、較正データを選別して収集する。主制御装置２０は、前述と同様の理由により、例えば、ウエハステージＷＳＴの加速度が所定の許容範囲を超えた場合には、較正データの収集を中断する、あるいは、ウエハステージＷＳＴが等速度で移動している又は停止している際に、集中して較正データを収集する。また、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴの速度が所定の許容範囲を超えた場合にも、較正データの収集を中断する。この場合も、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴが基準姿勢（θｘ＝θｙ＝０）を維持している場合にのみ、較正データの収集を実行することが望ましい。

主制御装置２０により、上述の手順に従って収集された較正データ（オフセットＯ）を用いて、面位置計測システム１８０を構成するＺヘッド７２ａ〜７２ｄ，７４，７６の設置位置のずれが較正される。ここで、選別して収集された較正データには、殆ど無秩序に発生した誤差のみが含まれる。そこで、主制御装置２０は、各Ｚヘッドについて収集された較正データを平均し、その平均値〈Ｏ〉をオフセットとして設定する。主制御装置２０は、以降、設定されたオフセット〈Ｏ〉を用いて、すなわち次式（１７）のように、Ｚヘッドの実の計測値Ｚ₀を補正する。

Ｚ＝Ｚ₀＋〈Ｏ〉 …（１７）
そして、主制御装置２０は、上述のようにして補正された各Ｚヘッドの計測値Ｚを用いてウエハステージＷＳＴの（Ｚ₀，θｙ）位置を算出し、算出された位置に従って、ウエハステージＷＳＴを駆動制御する。

なお、露光装置の稼働中に、エンコーダヘッドの設置位置と同様、Ｚヘッドの設置位置がずれることも考えられる。そこで、主制御装置２０は、例えば、所定数のウエハの露光が終了し、最後のウエハを交換する毎に、上述の手順に従ってオフセットを更新する。さらに、主制御装置２０は、オフセットを更新する際、収集してから一定時間内の較正データのみを用いることとしても良い。この場合、主制御装置２０は、収集された較正データの分散が一定の範囲内に収まる場合にのみ、オフセットを更新する。このように、適宜、較正情報を更新することにより、面位置計測システム１８０の計測誤差、さらに時間とともに拡大するような計測誤差でさえも、解消することができるので、高精度且つ安定なウエハステージＷＳＴの駆動制御が可能となる。

本実施形態の露光装置１００では、主制御装置２０により、国際公開第２００７／０９７３７９号パンフレットの実施形態中に開示されている手順と同様の手順に従って、ウエハステージＷＳＴと計測ステージＭＳＴとを用いた並行処理動作が、通常シーケンスとして行われる。そして、主制御装置２０は、この通常シーケンスの一部、例えば露光、及び／又はアライメント計測と並行して、エンコーダシステム１５０を構成する各ヘッドの設置位置情報を較正するための較正データを収集する。また、主制御装置２０は、露光、及び／又はフォーカスマッピング（及びフォーカスキャリブレーション）と並行して、面位置計測システム１８０を構成する各Ｚヘッドの設置位置情報を較正するための較正データを収集する。その際、主制御装置２０は、上述のように、較正データを選別して収集する。そして、主制御装置２０は、所定のタイミングで、収集した較正データを用いて各エンコーダヘッドについて設定されている位相オフセット、各Ｚヘッドについてのオフセットを、更新することにより、各エンコーダヘッド及び各Ｚヘッドの設置位置情報を更新する。このようにしてヘッドの設置位置情報が更新されたエンコーダシステム１５０及びＺヘッドの設置位置情報が更新された面位置計測システム１８０の計測結果に従って、ウエハステージＷＳＴを駆動制御する。

以上詳細に説明したように、本実施形態の露光装置１００によると、主制御装置２０により、エンコーダシステム１５０を構成する複数のエンコーダヘッドのうちスケールに対向する３つのヘッド、及び面位置計測システム１８０を構成する複数のＺヘッドのうちスケールに対向する２つのＺヘッドを用いてウエハステージＷＳＴの位置が計測され、その計測情報に従ってウエハステージＷＳＴが駆動制御される。ここで、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴの位置に応じて使用するエンコーダヘッドを切り換える際に、新規にスケールに対向する別のヘッドを用いてウエハステージＷＳＴの位置を計測し、３つのヘッドの計測情報を用いて別のヘッドの計測情報を予測し、その予測値からの実測値のずれ、すなわち位相オフセットφ_０、を較正データとして収集する。

そして、主制御装置２０により、所定のタイミングで、収集した較正データを用いて別のエンコーダヘッドについて設定されている位相オフセットが更新される。これにより、別のヘッドの設置位置と３つのヘッドの設置位置との関係が、別のヘッドに対する位相オフセットに取り込まれる。従って、ヘッドの設置位置を直接計測することなく、設置位置のずれに伴う計測誤差の発生を回避することが可能となる。主制御装置２０により、同様の処理が、エンコーダシステム１５０が備えるすべてのヘッドについて行われる。このようにしてエンコーダヘッドの設置位置情報が更新されたエンコーダシステム１５０の計測結果に従って、ウエハステージＷＳＴが駆動制御される。

また、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴの位置に応じて使用するＺヘッドを切り換える際に、新規にスケールに対向する別のＺヘッドを用いてウエハステージＷＳＴの位置を計測し、２つのＺヘッドの計測情報を用いて別のＺヘッドの計測情報を予測し、その予測値からの実測値のずれ、すなわちオフセットＯ、を較正データとして収集する。

そして、主制御装置２０により、所定のタイミングで、収集した較正データを用いて別のＺヘッドについて設定されているオフセットが更新される。これにより、別のヘッドの設置位置と２つのヘッドの設置位置との関係が、別のヘッドに対するオフセットに取り込まれる。従って、Ｚヘッドの設置位置を直接計測することなく、設置位置のずれに伴う計測誤差の発生を回避することが可能となる。同様の処理が、面位置計測システム１８０が備えるすべてのＺヘッドについて行われる。このようにしてＺヘッドの設置位置情報が更新された面位置計測システム１８０の計測結果に従って、ウエハステージＷＳＴが駆動制御される。

さらに、主制御装置２０は、エンコーダヘッドの較正データの収集を、露光装置の稼働中、すなわち露光、及び／又はアライメント計測等と並行して実行するとともに、露光、及び／又はフォーカスマッピング（及びフォーカスキャリブレーション）と並行して、実行する。これにより、露光装置の稼働率を低下させることなく高精度且つ安定なウエハステージＷＳＴの駆動制御行うことが可能となる。

なお、これまでの説明では、特に断らずに「ヘッドの設置位置」を較正すると記述されている。しかし、較正方法の原理より、ヘッドの設置位置のみでなく、ヘッドの傾斜に伴う計測誤差も較正される。従って、ヘッドの設置位置は、ヘッドの傾斜も含む、広義の意味において使用している。

なお、上記実施形態で説明したエンコーダシステムなどの各計測装置の構成は一例に過ぎず、本発明がこれに限定されないことは勿論である。例えば、上記実施形態では、ウエハテーブル（ウエハステージ）上に格子部（Ｙスケール、Ｘスケール）を設け、これに対向してＸヘッド、Ｙヘッドをウエハステージの外部に配置する構成のエンコーダシステムを採用した場合について例示したが、これに限らず、例えば米国特許出願公開第２００６／０２２７３０９号明細書などに開示されているように、ウエハステージにエンコーダヘッドを設け、これに対向してウエハステージの外部に格子部（例えば２次元格子又は２次元に配置された１次元の格子部）を配置する構成のエンコーダシステムを採用しても良い。この場合において、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、上記実施形態では、例えばヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃの内部にエンコーダヘッドとＺヘッドとが、別々に設けられている場合について説明したが、エンコーダヘッドとＺヘッドとの機能を備えた単一のヘッドを、エンコーダヘッドとＺヘッドの組に代えて用いても良い。

なお、上記実施形態では、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。

また、上記実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式等の走査型露光装置に本発明が適用された場合について説明したが、これに限らず、ステッパなどの静止型露光装置に本発明を適用しても良い。ステッパなどであっても、露光対象の物体が搭載されたステージの位置を上記実施形態と同様に、エンコーダを用いて計測することができるので、同様の効果を得ることができる。また、ショット領域とショット領域とを合成するステップ・アンド・スティッチ方式の縮小投影露光装置、プロキシミティー方式の露光装置、又はミラープロジェクション・アライナーなどにも本発明は適用することができる。また、例えば米国特許第６，５９０，６３４号明細書、米国特許第５，９６９，４４１号明細書、米国特許第６，２０８，４０７号明細書などに開示されているように、複数のウエハステージを備えたマルチステージ型の露光装置にも本発明を適用できる。

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。

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。

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、本発明は適用できる。

また、上記実施形態では、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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明の露光方法及び露光装置は、物体上にパターンを形成するのに適している。また、本発明のデバイス製造方法は、半導体素子又は液晶表示素子などの電子デバイスを製造するのに適している。

一実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。 図２（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１の露光装置が備えるステージ装置及びセンサユニットの配置を示す平面図である。 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。 Ｚヘッドと多点ＡＦ系の配置を示す平面図である。 一実施形態に係る露光装置の制御系の主要な構成を示すブロック図である。 図８（Ａ）は、ウエハステージＷＳＴのＸ軸方向の移動の際のエンコーダシステム及び面位置計測システムのヘッド間の切り換えを説明するための図、図８（Ｂ）は、ウエハステージＷＳＴのＹ軸方向の移動の際のエンコーダシステムのヘッド間の切り換えを説明するための図である。 エンコーダシステムの異なるヘッドユニットに属するヘッド間の切り換えを説明するための図である。

符号の説明

８…局所液浸装置、２０…主制御装置、３９Ｘ₁，３９Ｘ₂…Ｘスケール、３９Ｙ₁，３９Ｙ₂…Ｙスケール、５０…ステージ装置、６２Ａ〜６２Ｆ…ヘッドユニット、６４，６５…Ｙヘッド、６６…Ｘヘッド、６７，６８…Ｙヘッド、７０Ａ，７０Ｃ…Ｙエンコーダ、７０Ｂ，７０Ｄ…Ｘエンコーダ、７２ａ〜７２ｄ，７４，７６…Ｚヘッド、１００…露光装置、１２４…ステージ駆動系、１５０…エンコーダシステム、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。

Claims (30)

1. 物体上にパターンを形成する露光方法であって、
   所定平面内を移動する移動体と該移動体の外部との一方に設けられた複数のヘッドのうち、前記移動体と該移動体の外部との他方に設けられた計測面に対向する複数の第１ヘッドを用いて、前記移動体の位置情報を計測し、前記複数の第１ヘッドの計測情報と前記複数の第１ヘッドのそれぞれに対して設定されているオフセットとから前記移動体の位置情報を求め、該位置情報に従って前記移動体を駆動する工程と；
   前記移動体に保持される前記物体上にパターンを形成する工程と；
   前記物体に付与されたマークを検出する工程と；
   前記形成する工程と前記検出する工程との少なくとも一方と並行して、前記複数のヘッドのうち、前記計測面に対向する前記複数の第１ヘッドとは異なる少なくとも１つの第２ヘッドを用いて、前記移動体の位置情報を計測し、前記駆動する工程において求められた前記位置情報から前記第２ヘッドの計測情報を予測し、該計測情報からの前記第２ヘッドの計測情報のずれを収集する工程と；
   前記収集する工程において収集された前記ずれを用いて、前記第２ヘッドに対するオフセットを設定する工程と；を含む露光方法。
2. 前記収集する工程では、前記形成する工程と並行して前記ずれを収集するに際し、前記パターンを形成する際の前記移動体の移動方向に前記移動体が等速度で駆動される際に、前記ずれを収集する請求項１に記載の露光方法。
3. 前記収集する工程では、前記ずれの収集を、前記第２ヘッドが前記計測面に対向し、前記複数の第１ヘッドと前記第２ヘッドとのうちの１つが前記計測面から外れるまでの間の少なくとも一部の期間において実行する請求項１又は２に記載の露光方法。
4. 前記収集する工程では、前記ずれの収集を、前記移動体が停止している際に、実行する請求項１〜３のいずれか一項に記載の露光方法。
5. 前記収集する工程では、前記ずれの収集を、前記移動体の加速度と速度との少なくとも一方が許容範囲を超えた際に、中断する請求項１〜４のいずれか一項に記載の露光方法。
6. 前記収集する工程では、前記ずれの収集を、前記形成する工程中に前記移動体が移動する領域内に前記移動体が位置する際に、実行する請求項１〜５のいずれか一項に記載の露光方法。
7. 前記収集する工程では、前記ずれの収集を、前記検出する工程中に前記移動体が移動する領域内に前記移動体が位置する際に、実行する請求項１〜６のいずれか一項に記載の露光方法。
8. 前記設定する工程では、収集された前記ずれのうちの少なくとも一部について平均を求め、該平均を前記オフセットとして設定する請求項１〜７のいずれか一項に記載の露光方法。
9. 前記設定する工程では、収集された前記ずれのうち、収集されてから一定時間内の前記ずれのみを用いて前記オフセットを設定する請求項１〜８のいずれか一項に記載の露光方法。
10. 前記設定する工程を、所定数の前記物体にパターンを形成する毎に、実行する請求項１〜９のいずれか一項に記載の露光方法。
11. 前記設定する工程を、前記オフセットについて一定の精度が保証される場合にのみ実行する請求項１〜１０のいずれか一項に記載の露光方法。
12. 前記物体が有する感応層にエネルギビームを照射して前記パターンを形成する請求項１〜１１のいずれか一項に記載の露光方法。
13. 前記エネルギビームを、光学系と、該光学系と前記物体の間に供給される液体と、を介して照射する請求項１２に記載の露光方法。
14. 請求項１〜１３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。
15. 物体上にパターンを形成する露光装置であって、
    前記物体を保持して所定平面内を移動する移動体と；
    前記移動体と該移動体の外部との一方に設けられ、前記移動体と該移動体の外部との他方に設けられた計測面に計測光を照射し、前記計測面からの光を受光する複数のヘッドを有し、前記複数のヘッドのうち、前記計測面に対向する複数の第１ヘッドと少なくとも１つの第２ヘッドとを用いて、前記移動体の位置情報を計測する位置計測系と；
    前記物体上にパターンを形成するパターン生成装置と；
    前記物体に付与されたマークを検出するマーク検出装置と；
    前記複数の第１ヘッドの計測情報と前記複数の第１ヘッドのそれぞれに対して設定されているオフセットとから前記移動体の位置情報を求め、該位置情報に従って前記移動体を駆動するとともに、前記パターン生成装置による前記物体に対するパターン形成と、前記マーク検出装置による前記物体上のマークの検出と、の少なくとも一方と並行して、求められた前記位置情報から前記第２ヘッドの計測情報を予測し、該計測情報からの前記第２ヘッドの計測情報のずれを収集し、さらに、該ずれを用いて前記第２ヘッドに対するオフセットを設定する制御装置と；を備える露光装置。
16. 前記制御装置は、前記パターンを形成する際の前記移動体の移動方向に前記移動体が等速度で駆動される際に、前記ずれを収集する請求項１５に記載の露光装置。
17. 前記制御装置は、前記ずれの収集を、前記第２ヘッドが前記計測面に対向し、前記複数の第１ヘッドと前記第２ヘッドとのうちの１つが前記計測面から外れるまでの間の少なくとも一部の期間において実行する請求項１５又は１６に記載の露光装置。
18. 前記制御装置は、前記ずれの収集を、前記移動体が停止している際に、実行する請求項１５〜１７のいずれか一項に記載の露光装置。
19. 前記制御装置は、前記ずれの収集を、前記移動体の加速度と速度との少なくとも一方が許容範囲を超えた際に中断する請求項１５〜１８のいずれか一項に記載の露光装置。
20. 前記制御装置は、前記ずれの収集を、前記パターン生成装置を用いて前記移動体に保持される前記物体上にパターンを形成する際に前記移動体が移動する領域内に前記移動体が位置する際に実行する請求項１５〜１９のいずれか一項に記載の露光装置。
21. 前記制御装置は、前記ずれの収集を、前記マーク検出装置による前記物体上のマークの検出の際に前記移動体が移動する領域内に前記移動体が位置する際に実行する請求項１５〜２０のいずれか一項に記載の露光装置。
22. 前記制御装置は、収集した前記ずれのうちの少なくとも一部について平均を求め、該平均を前記オフセットとして設定する、請求項１５〜２１のいずれか一項に記載の露光装置。
23. 前記制御装置は、収集した前記ずれのうち、収集してから一定時間内の前記ずれのみを用いて前記オフセットを設定する請求項１５〜２２のいずれか一項に記載の露光装置。
24. 前記制御装置は、前記オフセットを、所定数の前記物体にパターンを形成する毎に、設定する請求項１５〜２３のいずれか一項に記載の露光装置。
25. 前記制御装置は、前記オフセットを、該オフセットについて一定の精度が保証される場合にのみ設定する請求項１５〜２４のいずれか一項に記載の露光装置。
26. 前記計測面は、前記所定平面内で互いに直交する第１及び第２方向をそれぞれ周期方向とする第１及び第２グレーティングを有し、
    前記複数の第１ヘッドは、前記第１及び第２グレーティングの一方に計測光を照射するヘッドを少なくとも各１つ含む、請求項１５〜２５のいずれか一項に記載の露光装置。
27. 前記複数のヘッドは、前記所定平面に垂直な方向を計測方向とする請求項１５〜２５のいずれか一項に記載の露光装置。
28. 前記パターン生成装置は、前記物体が有する感応層にエネルギビームを照射することによってパターンを形成する請求項１５〜２７のいずれか一項に記載の露光装置。
29. 前記パターン生成装置は、光学系を含み、
    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をさらに備える請求項２８に記載の露光装置。
30. 請求項１５〜２９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に処理を施すことと；を含むデバイス製造方法。

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