JP2017010043A - 露光装置及び露光方法、並びにデバイス製造方法 - Google Patents

露光装置及び露光方法、並びにデバイス製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】基板のアライメントを高スループットで行うとともに、露光時に基板を露光位置へ精度良く位置合わせする。【解決手段】制御装置は、複数のアライメント系（ＡＬ１、ＡＬ２１〜ＡＬ２４）の相対位置情報を取得するために、複数のアライメント系でそれぞれＣＤバー４６のマークＭが検出されるようにアライメント系の下方にＣＤバー４６を配置し、Ｙ軸方向に関して互いに位置が異なるウエハＷの複数のマークを、複数のアライメント系の少なくとも一部で検出するために、複数のアライメント系に対してウエハＷがＹ軸方向に相対移動されるようにウエハステージの駆動を制御し、露光動作において、複数のアライメント系の相対位置情報と複数のアライメント系の検出情報に基づいてウエハのアライメントが行われるとともに、ウエハの走査露光が行われるようにマスクステージ及びウエハステージの駆動を制御する。【選択図】図３０

Description

本発明は、露光装置及び露光方法、並びにデバイス製造方法に係り、さらに詳しくは、投影光学系を介して照明光で基板を露光する露光装置及び露光方法、並びに露光装置又は露光方法を用いるデバイス製造方法に関する。
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）の製造におけ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）やステップ・アンド・スキャン方式の縮小投影露光装置（いわゆるスキャニング・ステッパ（スキャナとも呼ばれる））などが比較的多く用いられている。
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はＸＹ２次元方向に例えばリニアモータ等により駆動される。特に、スキャニング・ステッパの場合、ウエハステージのみならず、レチクルステージもリニアモータ等により走査方向に所定ストロークで駆動される。レチクルステージや、ウエハステージの位置計測は、長期に渡って計測値の安定性が良好で、高分解能なレーザ干渉計を用いて行われるのが、一般的である。
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光路上の雰囲気の温度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ている。
一方、ステージの位置計測に使用されるレーザ干渉計以外の計測装置として、エンコーダがあるが、エンコーダは、スケールを使用するため、そのスケールの機械的な長期安定性（格子ピッチのドリフト、固定位置ドリフト、熱膨張等）に欠け、このためレーザ干渉計に比べて、計測値のリニアリティに欠け、長期安定性に劣るという欠点を有している。
上述のレーザ干渉計とエンコーダとの欠点に鑑みて、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装置が、種々提案されている（特許文献１，２等参照）。
また、従来のエンコーダの計測分解能は、干渉計に比べて劣っていたが、最近では、計測分解能が、レーザ干渉計と同程度以上のエンコーダが出現しており（例えば、特許文献３等参照）、上述のレーザ干渉計とエンコーダとを組み合わせる技術が、注目されるようになってきた。
しかるに、例えばエンコーダを用いてウエハを保持して２次元移動する露光装置のウエハステージの移動面内の位置計測を行う場合に、そのウエハステージなどの必要以上の大型化を避けるためには、複数のエンコーダを用い、ウエハステージの移動中に制御に用いるエンコーダを切り換えること、すなわち複数のエンコーダ間でつなぎを行うことが必要不可欠になる。しかしながら、例えばウエハステージにグレーティングを配置した場合を考えると、容易に想像されるように、ウエハステージの移動中、特に所定の経路に沿って正確にウエハステージを２次元移動させつつ、複数のエンコーダ間でつなぎを行うことは、そんなに簡単ではない。
また、つなぎ動作を繰り返すことで、つなぎの際に生じる誤差の累積により、時間の経過とともにウエハステージの位置誤差が大きくなり、結果的に露光精度（重ね合わせ精度）が悪化するおそれもある。
この一方、ウエハステージの移動可能な範囲の全域で、エンコーダシステムを用いてウエハステージの位置を計測する必要は必ずしもないものと考えられる。
ところで、エンコーダのヘッドの検出信号、すなわち受光素子の光電変換信号などの電気信号の電線中の伝播速度は有限であり、エンコーダの検出信号が伝播する電線の長さは、一般に数ｍから１０ｍであり、１０ｍを超える場合も少なくない。このような長さの電線中を光の速度で信号が伝播することを考えると、この伝播に伴う遅延時間の影響は無視できないレベルである。
特開２００２−１５１４０５号公報 特開２００４−１０１３６２号公報 特開２００５−３０８５９２号公報
本発明の第１の態様によれば、投影光学系を介して照明光で基板を露光する露光装置であって、前記投影光学系を支持するフレーム部材と、前記投影光学系から離れて前記フレーム部材に設けられ、前記投影光学系の光軸と直交する所定面内の第１方向に関して互いに位置が異なる複数の検出領域でそれぞれ前記基板のマークを検出可能なマーク検出系と、前記マーク検出系によって検出可能なマークを有する基準部材と、前記投影光学系の上方に配置され、前記照明光で照明されるマスクを保持する第１ステージと、前記第１ステージを駆動する第１モータを有する第１駆動系と、前記第１ステージの位置情報を計測する第１計測システムと、前記投影光学系の複数の光学素子のうち、最も像面側に配置され、かつ前記照明光が通過する射出面が液体と接するレンズを囲むように設けられ、前記投影光学系の下に液体で液浸領域を形成するノズル部材と、前記投影光学系の下方に配置され、前記基板を保持する第２ステージと、前記第２ステージを駆動する第２モータを有する第２駆動系と、前記第２ステージに格子部とヘッドとの一方が設けられ、前記格子部と前記ヘッドとの他方が前記第２ステージの上方で前記投影光学系に対して前記ノズル部材の外側に配置されるように前記フレーム部材に設けられ、前記ヘッドを介して前記格子部の反射型格子に計測ビームを照射し、前記格子部と対向する複数の前記ヘッドによって、前記第２ステージの位置情報を計測する第２計測システムと、前記第１、第２計測システムの計測情報に基づいて前記第１、第２駆動系をそれぞれ制御する制御装置と、を備え、前記マーク検出系によって液体を介さず前記マークが検出されるとともに、前記投影光学系と前記液浸領域の液体とを介して前記基板が露光され、前記マーク検出系による前記マークの検出動作と、前記基板の露光動作でそれぞれ、前記第２計測システムによって前記第２ステージの位置情報が計測され、前記制御装置は、前記複数の検出領域の相対位置情報を取得するために、前記複数の検出領域でそれぞれ前記基準部材のマークが検出されるように前記マーク検出系の下方に前記基準部材を配置し、前記検出動作において、前記所定面内で前記第１方向と直交する第２方向に関して互いに位置が異なる前記基板の複数のマークを、前記複数の検出領域の少なくとも一部で検出するために、前記複数の検出領域に対して前記基板が前記第２方向に相対移動されるように前記第２駆動系を制御し、前記露光動作において、前記複数の検出領域の相対位置情報と前記マーク検出系の検出情報に基づいて前記基板のアライメントが行われるとともに、前記照明光に対して前記マスクと前記基板をそれぞれ相対移動する前記基板の走査露光が行われるように前記第１、第２駆動系を制御する露光装置が、提供される。
本発明の第２の態様によれば、デバイス製造方法であって、第１の態様に係る露光装置を用いて基板を露光することと、前記露光された基板を現像することと、を含むデバイス製造方法が、提供される。
本発明の第３の態様によれば、投影光学系を介して照明光で基板を露光する露光方法であって、前記投影光学系の複数の光学素子のうち、最も像面側に配置され、かつ前記照明光が通過する射出面が液体と接するレンズを囲むように設けられるノズル部材によって、前記投影光学系の下に液体で液浸領域を形成することと、前記投影光学系から離れて前記投影光学系を支持するフレーム部材に設けられ、前記投影光学系の光軸と直交する所定面内の第１方向に関して互いに位置が異なる複数の検出領域でそれぞれ前記基板のマークを検出可能なマーク検出系の下方に、前記複数の検出領域の相対位置情報を取得するために、前記複数の検出領域でそれぞれ基準部材のマークが検出されるように、前記基準部材を配置することと、前記所定面内で前記第１方向と交差する第２方向に関して位置が異なる前記基板の複数のマークが前記複数の検出領域の少なくとも一部で検出されるように、前記複数の検出領域に対して前記基板を前記第２方向に相対移動することと、前記投影光学系の上方に配置され、前記照明光で照明されるマスクを保持する第１ステージの位置情報を第１計測システムで計測することと、前記投影光学系の下方に配置され、前記基板を保持する第２ステージに格子部とヘッドとの一方が設けられ、前記格子部と前記ヘッドとの他方が前記第２ステージの上方で前記投影光学系に対して前記ノズル部材の外側に配置されるように前記フレーム部材に設けられ、前記ヘッドを介して前記格子部の反射型格子に計測ビームを照射する第２計測システムの、前記格子部と対向する複数の前記ヘッドによって、前記第２ステージの位置情報を計測することと、前記第１、第２計測システムの計測情報に基づいて前記第１、第２ステージをそれぞれ移動することと、を含み、前記マーク検出系によって液体を介さず前記マークが検出されるとともに、前記投影光学系と前記液浸領域の液体とを介して前記基板が露光され、前記マーク検出系による前記マークの検出動作と、前記基板の露光動作でそれぞれ、前記第２計測システムによって前記第２ステージの位置情報が計測され、前記露光動作において、前記複数の検出領域の相対位置情報と前記マーク検出系の検出情報に基づいて前記基板のアライメントが行われるとともに、前記照明光に対して前記マスクと前記基板をそれぞれ相対移動する前記基板の走査露光が行われるように前記第１、第２ステージが移動される露光方法が、提供される。
本発明の第４の態様によれば、デバイス製造方法であって、第３の態様に係る露光方法を用いて基板を露光することと、前記露光された基板を現像することと、を含むデバイス製造方法が、提供される。
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１のステージ装置を示す平面図である。 図１の露光装置が備える各種計測装置（エンコーダ、アライメント系、多点ＡＦ系、Ｚセンサなど）の配置を示す平面図である。 図４（Ａ）は、ウエハステージを示す平面図、図４（Ｂ）は、ウエハステージＷＳＴを示す一部断面した概略側面図である。 図５（Ａ）は、計測ステージを示す平面図、図５（Ｂ）は、計測ステージを示す一部断面した概略側面図である。 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７（Ａ）は、エンコーダの構成の一例を示す図、図７（Ｂ）は、検出光として格子ＲＧの周期方向に長く延びる断面形状のレーザビームＬＢが用いられた場合を示す図である。 図８（Ａ）は、移動面によって散乱される光が受けるドップラー効果を示す図、図８（Ｂ）は、エンコーダヘッド内のビームの反射型回折格子に対する入射光、回折光の関係を説明するための図である。 図９（Ａ）は、エンコーダのヘッドとスケールとの間に非計測方向の相対運動が生じた場合であっても計測値が変化しないケースを示す図、図９（Ｂ）は、エンコーダのヘッドとスケールとの間に非計測方向の相対運動が生じた場合に計測値が変化するケースの一例を示す図である。 図１０（Ａ）〜図１０（Ｄ）は、ヘッドとスケールとの間に非計測方向の相対運動が生じた場合において、エンコーダの計測値が変化する場合と計測値が変化しない場合とを説明するための図である。 図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は、非計測方向へのヘッドとスケールとの相対運動に起因するエンコーダ（第１番目のエンコーダ）の計測誤差を補正する補正情報を取得するための動作を説明するための図である。 ピッチング量θｘ＝αにおけるＺ位置の変化に対するエンコーダの計測誤差を示すグラフである。 ヘッドとスケールとの非計測方向への相対運動に起因する別のエンコーダ（第２番目のエンコーダ）の計測誤差を補正する補正情報を取得するための動作を説明するための図である。 ヘッド位置のキャリブレーション処理について説明するための図である。 アッベ外し量を求めるためのキャリブレーション処理について説明するための図である。 複数のヘッドで同一のスケール上の複数の計測点を計測する場合に生じる不都合を説明するための図である。 スケールの凹凸を測定する方法を説明するための図（その１）である。 図１８（Ａ）〜図１８（Ｄ）は、スケールの凹凸を測定する方法を説明するための図（その２）である。 スケールの格子ピッチの補正情報及び格子変形の補正情報の取得動作について説明するための図である。 各Ｙヘッドの検出信号の電線中の伝播に伴う遅延時間を求める方法を説明するための図である。 各ヘッドの検出信号の電線中の伝播に伴う計測遅延に起因するエンコーダの計測誤差の補正方法の一例について説明するための図である。 図２２（Ａ）及び図２２（Ｂ）は、補正済みのエンコーダの計測値をウエハステージＷＳＴの位置に変換する具体的方法を説明するための図である。 図２３（Ａ）及び図２３（Ｂ）は、アレイ状に配置された複数のヘッドをそれぞれ含む複数のエンコーダによるウエハテーブルのＸＹ平面内の位置計測及びヘッド間の計測値の引き継ぎについて説明するための図である。 図２４（Ａ）〜図２４（Ｅ）は、エンコーダ切り換えの手順を説明するための図である。 ウエハステージのＸＹ平面内の位置制御に用いられるエンコーダの切り換え処理を説明するための図である。 ウエハステージの位置制御、エンコーダのカウント値の取り込み、及びエンコーダ切り換えのタイミングを概念的に示す図である。 ウエハステージ上のウエハに対するステップ・アンド・スキャン方式の露光が行われている状態のウエハステージ及び計測ステージの状態を示す図である。 露光終了後に、ウエハステージと計測ステージとが離間した状態から両ステージが接触する状態に移行した直後の両ステージの状態を示す図である。 ウエハテーブルと計測テーブルとのＹ軸方向の位置関係を保ちつつ、計測ステージが−Ｙ方向に移動し、ウエハステージがアンローディングポジションに向けて移動しているときの両ステージの状態を示す図である。 計測ステージがSec-BCHK（インターバル）を行う位置に到達したときのウエハステージと計測ステージとの状態を示す図である。 Sec-BCHK（インターバル）が行われるのと並行して、ウエハステージがアンロードポジションからローディングポジションに移動したときのウエハステージと計測ステージとの状態を示す図である。 計測ステージが最適スクラム待機位置へ移動し、ウエハがウエハテーブル上にロードされたときのウエハステージと計測ステージとの状態を示す図である。 計測ステージが最適スクラム待機位置で待機中に、ウエハステージがPri-BCHKの前半の処理を行う位置へ移動したときの両ステージの状態を示す図である。 アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２2，ＡＬ２3を用いて、３つのファーストアライメントショット領域に付設されたアライメントマークを同時検出しているときのウエハステージと計測ステージとの状態を示す図である。 フォーカスキャリブレーション前半の処理が行われているときのウエハステージと計測ステージとの状態を示す図である。 アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4を用いて、５つのセカンドアライメントショット領域に付設されたアライメントマークを同時検出しているときのウエハステージと計測ステージとの状態を示す図である。 Pri-BCHK後半の処理及びフォーカスキャリブレーション後半の処理の少なくとも一方が行われているときのウエハステージと計測ステージとの状態を示す図である。 アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4を用いて、５つのサードアライメントショット領域に付設されたアライメントマークを同時検出しているときのウエハステージと計測ステージとの状態を示す図である。 アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２2，ＡＬ２3を用いて、３つのフォースアライメントショット領域に付設されたアライメントマークを同時検出しているときのウエハステージと計測ステージとの状態を示す図である。 フォーカスマッピングが終了したときのウエハステージと計測ステージとの状態を示す図である。 デバイス製造方法の実施形態を説明するためのフローチャートである。 図４１のステップ２０４の具体例を示すフローチャートである。
以下、本発明の一実施形態を図１〜図４０に基づいて説明する。
図１には、一実施形態に係る露光装置１００の構成が概略的に示されている。この露光装置１００は、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置、すなわち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。
露光装置１００は、照明系１０、該照明系１０からの露光用照明光（以下、「照明光」又は「露光光」と呼ぶ）ＩＬにより照明されるレチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲから射出された照明光ＩＬをウエハＷ上に投射する投影光学系ＰＬを含む投影ユニットＰＵ、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、及びこれらの制御系等を含んでいる。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、例えば特開２００１−３１３２５０号公報（対応する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んでいる。この照明系１０では、レチクルブラインド（マスキングシステム）で規定されたレチクルＲ上でＸ軸方向に延びるスリット状の照明領域を照明光（露光光）ＩＬによりほぼ均一な照度で照明する。ここで、照明光ＩＬとしては、一例としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）が用いられている。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。
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６参照）によって、ＸＹ平面内で微少駆動可能であるとともに、所定の走査方向（図１における紙面内左右方向であるＹ軸方向）に指定された走査速度で駆動可能となっている。
レチクルステージＲＳＴの移動面内の位置情報（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０．５〜１ｎｍ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６参照）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良い。
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、該鏡筒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レンズ（レンズエレメント）から成る屈折光学系が用いられている。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）及び液体Ｌｑ（図１参照）を介してその照明領域ＩＡＲ内のレチクル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（感光剤）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（露光領域）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（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。図示していないが、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、本実施形態の露光装置１００では、液浸法を適用した露光を行うため、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、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の下端面とほぼ面一に設定されている。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３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４５°傾斜し、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを通るＹ軸方向の直線ＬＶに関して対称な配置となっている。
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６参照）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６参照）に接続された不図示の回収管の他端が接続されている。
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、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。
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のバルブに対応して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。
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。
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。
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６参照）。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Ｌｑ（図１参照）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Ｌｑ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水Ｌｑの量と、回収される水Ｌｑ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、一定量の水Ｌｑが保持される（図１参照）。この場合、先端レンズ１９１とウエハＷとの間に保持された水Ｌｑは、常に入れ替わっている。
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。局所液浸装置８は、ノズルユニット３２によって、先端レンズ１９１とウエハＷとの間を液体Ｌｑで満たして、照明光ＩＬの光路空間を含む局所的な液浸空間（液浸領域１４に相当）を形成する。従って、ノズルユニット３２は、液浸空間形成部材あるいはcontainment member（又はconfinement member）などとも呼ばれる。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。
なお、投影ユニットＰＵ下方に計測ステージＭＳＴが位置する場合にも、上記と同様に後述する計測テーブルと先端レンズ１９１との間に水Ｌｑを満たすことが可能である。
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。また、ノズルユニット３２の下面を、先端レンズ１９１の射出面よりも投影光学系ＰＬの像面（すなわちウエハ）の近くに配置する、あるいは先端レンズ１９１の像面側の光路に加えて、先端レンズ１９１の物体面側の光路も液体で満たす構成を採用しても良い。要は、少なくとも投影光学系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、国際公開第２００４／０５３９５５号に開示されている液浸機構、あるいは欧州特許出願公開第１４２０２９８号明細書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。
図１に戻り、前記ステージ装置５０は、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、これらのステージＷＳＴ，ＭＳＴの位置情報を計測するＹ干渉計１６，１８等を含む干渉計システム１１８（図６参照）、及び露光の際などにウエハステージＷＳＴの位置情報を計測するのに用いられる後述するエンコーダシステム、並びにステージＷＳＴ，ＭＳＴを駆動するステージ駆動系１２４（図６参照）などを備えている。
ウエハステージＷＳＴ，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、例えば真空予圧型空気静圧軸受（以下、「エアパッド」と呼ぶ）が複数ヶ所に設けられている。これらのエアパッドからベース盤１２の上面に向けて噴出された加圧空気の静圧により、ベース盤１２の上方にウエハステージＷＳＴ，計測ステージＭＳＴが数μｍ程度のクリアランスを介して非接触で支持されている。また、ステージＷＳＴ，ＭＳＴは、ステージ駆動系１２４によって、所定平面（ＸＹ平面）内のＹ軸方向（図１における紙面内左右方向）及びＸ軸方向（図１における紙面直交方向）に独立して２次元駆動可能である。
これをさらに詳述すると、床面上には、図２の平面図に示されるように、ベース盤１２を挟んで、Ｘ軸方向の一側と他側に、Ｙ軸方向に延びる一対のＹ軸固定子８６，８７が、それぞれ配置されている。Ｙ軸固定子８６、８７は、例えばＹ軸方向に沿って所定間隔でかつ交互に配置されたＮ極磁石とＳ極磁石の複数の組から成る永久磁石群を内蔵する磁極ユニットによって構成されている。Ｙ軸固定子８６、８７には、各２つのＹ軸可動子８２，８４及び８３，８５が、それぞれ非接触で係合した状態で設けられている。すなわち、合計４つのＹ軸可動子８２、８４、８３、８５は、ＸＺ断面Ｕ字状のＹ軸固定子８６又は８７の内部空間に挿入された状態となっており、対応するＹ軸固定子８６又は８７に対して不図示のエアパッドをそれぞれ介して例えば数μｍ程度のクリアランスを介して非接触で支持されている。Ｙ軸可動子８２、８４、８３、８５のそれぞれは、例えばＹ軸方向に沿って所定間隔で配置された電機子コイルを内蔵する電機子ユニットによって構成されている。すなわち、本実施形態では、電機子ユニットから成るＹ軸可動子８２、８４と磁極ユニットから成るＹ軸固定子８６とによって、ムービングコイル型のＹ軸リニアモータがそれぞれ構成されている。同様にＹ軸可動子８３、８５とＹ軸固定子８７とによって、ムービングコイル型のＹ軸リニアモータがそれぞれ構成されている。以下においては、上記４つのＹ軸リニアモータのそれぞれを、それぞれの可動子８２、８４、８３、８５と同一の符号を用いて、適宜、Ｙ軸リニアモータ８２、Ｙ軸リニアモータ８４、Ｙ軸リニアモータ８３、及びＹ軸リニアモータ８５と呼ぶものとする。
上記４つのＹ軸リニアモータのうち、２つのＹ軸リニアモータ８２、８３の可動子８２，８３は、Ｘ軸方向に延びるＸ軸固定子８０の長手方向の一端と他端にそれぞれ固定されている。また、残り２つのＹ軸リニアモータ８４、８５の可動子８４，８５は、Ｘ軸方向に延びるＸ軸固定子８１の一端と他端に固定されている。従って、Ｘ軸固定子８０、８１は、各一対のＹ軸リニアモータ８２，８３、８４，８５によって、Ｙ軸に沿ってそれぞれ駆動される。
Ｘ軸固定子８０，８１のそれぞれは、例えばＸ軸方向に沿って所定間隔で配置された電機子コイルをそれぞれ内蔵する電機子ユニットによって構成されている。
一方のＸ軸固定子８１は、ウエハステージＷＳＴの一部を構成するステージ本体９１（図２では不図示、図１参照）に形成された不図示の開口に挿入状態で設けられている。このステージ本体９１の上記開口の内部には、例えばＸ軸方向に沿って所定間隔でかつ交互に配置されたＮ極磁石とＳ極磁石の複数の組から成る永久磁石群を有する磁極ユニットが設けられている。この磁極ユニットとＸ軸固定子８１とによって、ステージ本体９１をＸ軸方向に駆動するムービングマグネット型のＸ軸リニアモータが構成されている。同様に、他方のＸ軸固定子８０は、計測ステージＭＳＴの一部を構成するステージ本体９２（図２では不図示、図１参照）に形成された開口に挿入状態で設けられている。このステージ本体９２の上記開口の内部には、ウエハステージＷＳＴ側（ステージ本体９１側）と同様の磁極ユニットが設けられている。この磁極ユニットとＸ軸固定子８０とによって、計測ステージＭＳＴをＸ軸方向に駆動するムービングマグネット型のＸ軸リニアモータが構成されている。
本実施形態では、ステージ駆動系１２４を構成する上記各リニアモータが、図６に示される主制御装置２０によって制御される。なお、各リニアモータは、それぞれムービングマグネット型やムービングコイル型のどちらか一方に限定されるものではなく、必要に応じて適宜選択することができる。
なお、一対のＹ軸リニアモータ８４，８５がそれぞれ発生する推力を僅かに異ならせることで、ウエハステージＷＳＴのヨーイング量（θｚ方向の回転量）の制御が可能である。また、一対のＹ軸リニアモータ８２，８３がそれぞれ発生する推力を僅かに異ならせることで、計測ステージＭＳＴのヨーイング量の制御が可能である。
ウエハステージＷＳＴは、前述したステージ本体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。このウエハテーブルＷＴＢ及びステージ本体９１は、不図示のＺレベリング機構（例えばボイスコイルモータ等を含む）によって、ベース盤１２及びＸ軸固定子８１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される。すなわち、ウエハテーブルＷＴＢはＸＹ平面（又は投影光学系ＰＬの像面）に対してＺ軸方向に微動可能かつ傾斜（チルト）可能となっている。なお、図６では、上記各リニアモータ及びＺレベリング機構、並びに計測ステージＭＳＴの駆動系を含んで、ステージ駆動系１２４として示されている。また、ウエハテーブルＷＴＢはＸ軸、Ｙ軸、及びθｚ方向の少なくとも１つについても微動可能に構成しても良い。
前記ウエハテーブルＷＴＢ上には、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、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、図４（Ａ）のウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）の平面図に示されるように、円形の開口を囲む、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（格子部）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。
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撥水板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。
また、図４（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。計測プレート３０の長手方向の中央（ウエハテーブルＷＴＢのセンターラインＬＬ上）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ＦＭ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を用いることができる。
そして、上記各空間像計測スリットパターンＳＬ下方のウエハステージＷＳＴ部分には、図４（Ｂ）に示されるように、その内部に対物レンズ、ミラー、リレーレンズなどを含む光学系が収納されたＬ字状の筐体３６が、ウエハテーブルＷＴＢからステージ本体９１の内部の一部を貫通する状態で、一部埋め込み状態で取り付けられている。筐体３６は、図示は省略されているが、上記一対の空間像計測スリットパターンＳＬに対応して一対設けられている。
上記筐体３６内部の光学系は、空間像計測スリットパターンＳＬを上方から下方に透過した照明光ＩＬを、Ｌ字状の経路に沿って導き、−Ｙ方向に向けて射出する。なお、以下においては、便宜上、筐体３６内部の光学系を筐体３６と同一の符号を用いて送光系３６と記述する。
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４（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）に沿って形成される、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。
同様に、第２撥水板２８ｂのＹ軸方向一側と他側（図４（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）に沿って形成される、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ＲＧ（図７参照）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や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４（Ａ）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。その他の図においても同様である。
このように、本実施形態では、第２撥水板２８ｂそのものがスケールを構成するので、第２撥水板２８ｂとして低熱膨張のガラス板を用いることとしたものである。しかし、これに限らず、格子が形成された低熱膨張のガラス板などから成るスケール部材を、局所的な伸縮が生じないように、板ばね（又は真空吸着）等によりウエハテーブルＷＴＢの上面に固定しても良く、この場合には、全面に同一の撥水コートが施された撥水板をプレート２８に代えて用いても良い。あるいは、ウエハテーブルＷＴＢを低熱膨張材料で形成することも可能であり、かかる場合には、一対のＹスケールとＸスケールとは、そのウエハテーブルＷＴＢの上面に直接形成しても良い。
なお、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、ガラス板はその厚さが、例えば１ｍｍであり、その表面がウエハ面と同じ高さになるよう、ウエハテーブルＷＴB上面に設置される。このため、ウエハステージＷＳＴに保持されるウエハＷの表面とスケールの格子面とのＺ軸方向の間隔は１ｍｍとなる。
なお、スケールの端付近には、後述するエンコーダヘッドとスケール間の相対位置を決めるための、位置出しパターンが設けられている。この位置出しパターンは反射率の異なる格子線から構成され、このパターン上をエンコーダヘッドが走査すると、エンコーダの出力信号の強度が変化する。そこで、予め閾値を定めておき、出力信号の強度がその閾値を超える位置を検出する。この検出された位置を基準に、エンコーダヘッドとスケール間の相対位置を設定する。
本実施形態では、主制御装置２０は、干渉計システム１１８（図６参照）の計測結果から、全ストローク領域におけるウエハステージＷＳＴの６自由度方向（Ｚ、Ｘ、Ｙ、θｚ、θｘ、θｙ方向）の変位を求めることができる。ここで、干渉計システム１１８は、Ｘ干渉計１２６〜１２８と、Ｙ干渉計１６と、Ｚ干渉計４３Ａ，４３Ｂと、を含む。
前記ウエハテーブルＷＴＢの−Ｙ端面，−Ｘ端面には、それぞれ鏡面加工が施され、図２に示される反射面１７ａ，反射面１７ｂが形成されている。干渉計システム１１８（図６参照）の一部を構成するＹ干渉計１６及びＸ干渉計１２６、１２７、１２８（図１では、Ｘ干渉計１２６〜１２８は不図示、図２参照）は、これらの反射面１７ａ，１７ｂにそれぞれ干渉計ビーム（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、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ＸＹ平面内の位置情報を計測し、この計測した位置情報を主制御装置２０に供給する。本実施形態では、後述するように、上記各干渉計としては、一部を除いて、測長軸を複数有する多軸干渉計が用いられている。
一方、ステージ本体９１の−Ｙ側の側面には、図１及び図４（Ｂ）に示されるように、Ｘ軸方向を長手方向とする移動鏡４１が、不図示のキネマティック支持機構を介して取り付けられている。
移動鏡４１に対向して、該移動鏡４１に測長ビームを照射する、干渉計システム１１８（図６参照）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２参照）。これをさらに詳述すると、移動鏡４１は、図２及び図４（Ｂ）を総合するとわかるように、Ｘ軸方向の長さがウエハテーブルＷＴＢの反射面１７ａよりも、少なくともＺ干渉計４３Ａ，４３Ｂの間隔分、長く設計されている。また、移動鏡４１は、長方形と等脚台形とを一体化したような六角形の断面形状を有する部材から成る。移動鏡４１の−Ｙ側の面に鏡面加工が施され、３つの反射面４１ｂ、４１ａ、４１ｃが形成されている。
反射面４１ａは、移動鏡４１の−Ｙ側の端面を構成し、ＸＺ平面と平行に且つＸ軸方向に延びている。反射面４１ｂは、反射面４１ａの＋Ｚ側に隣接する面を構成し、ＸＺ平面に対して所定角度だけ図４（Ｂ）における時計回り方向に傾斜した面と平行に且つＸ軸方向に延びている。反射面４１ｃは、反射面４１ａの−Ｚ側に隣接する面を構成し、反射面４１ａを挟んで反射面４１ｂと対称に設けられている。
Ｚ干渉計４３Ａ、４３Ｂは、図１及び図２を総合するとわかるように、Ｙ干渉計１６のＸ軸方向の一側と他側にほぼ同一距離離れて、且つＹ干渉計１６より幾分低い位置にそれぞれ配置されている。
Ｚ干渉計４３Ａ、４３Ｂそれぞれから、図１に示されるように、Ｙ軸方向に沿う測長ビームＢ１が反射面４１ｂに向けて投射されるとともに、Ｙ軸方向に沿う測長ビームＢ２が反射面４１ｃ（図４（Ｂ）参照）に向けて投射される。本実施形態では、反射面４１ｂで反射された測長ビームＢ１と直交する反射面を有する固定鏡４７Ａ、及び反射面４１ｃで反射された測長ビームＢ２と直交する反射面を有する固定鏡４７Ｂが、移動鏡４１から−Ｙ方向に所定距離離れた位置に測長ビームＢ１，Ｂ２に干渉しない状態で、それぞれＸ軸方向に延設されている。
固定鏡４７Ａ、４７Ｂは、例えば投影ユニットＰＵを支持するフレーム（不図示）に設けられた同一の支持体（不図示）に支持されている。なお、固定鏡４７Ａ、４７Ｂは前述の計測フレームなどに設けても良い。また、本実施形態では、３つの反射面４１ｂ、４１ａ、４１ｃを有する移動鏡４１と、固定鏡４７Ａ、４７Ｂとを設けるものとしたが、これに限らず、例えば４５度の斜面を有する移動鏡をステージ本体９１の側面に設け、ウエハステージＷＳＴの上方に固定鏡を配置する構成としても良い。この場合、固定鏡を前述の支持体あるいは計測フレームなどに設ければ良い。
Ｙ干渉計１６は、図２に示されるように、投影光学系ＰＬの投影中心（光軸ＡＸ、図１参照）を通るＹ軸に平行な直線から同一距離−Ｘ側，＋Ｘ側に離れたＹ軸方向の測長軸に沿って測長ビームＢ４1，Ｂ４2をウエハテーブルＷＴＢの反射面１７ａに投射し、それぞれの反射光を受光することで、ウエハテーブルＷＴＢの測長ビームＢ４1，Ｂ４2の照射点におけるＹ軸方向の位置（Ｙ位置）を検出している。なお、図１では、測長ビームＢ４1，Ｂ４2が代表的に測長ビームＢ４として示されている。
また、Ｙ干渉計１６は、測長ビームＢ４1，Ｂ４2との間にＺ軸方向に所定間隔をあけてＹ軸方向の測長軸に沿って測長ビームＢ３を反射面４１ａに向けて投射し、反射面４１ａで反射した測長ビームＢ３を受光することにより、移動鏡４１の反射面４１ａ（すなわちウエハステージＷＳＴ）のＹ位置を検出している。
主制御装置２０は、Ｙ干渉計１６の測長ビームＢ４1，Ｂ４2に対応する測長軸の計測値の平均値に基づいて反射面１７a、すなわちウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）のＹ位置（より正しくは、Ｙ軸方向の変位ΔＹ）を算出する。また、主制御装置２０は、測長ビームＢ４1，Ｂ４2に対応する測長軸の計測値の差より、ウエハステージＷＳＴのθｚ方向の変位（ヨーイング量）Δθｚ（Ｙ）を算出する。また、主制御装置２０は、反射面１７ａ及び反射面４１ａのＹ位置（Ｙ軸方向の変位ΔＹ）に基づいて、ウエハステージＷＳＴのθｘ方向の変位（ピッチング量）Δθｘを算出する。
また、Ｘ干渉計１２６は、図２に示されるように、前述の直線ＬＨに関して同一距離離れた２軸の測長軸に沿って測長ビームＢ５1，Ｂ５2をウエハテーブルＷＴＢに投射しており、主制御装置２０は、測長ビームＢ５1，Ｂ５2に対応する測長軸の計測値に基づいて、ウエハステージＷＳＴのＸ軸方向の位置（Ｘ位置、より正しくは、Ｘ軸方向の変位ΔＸ）を算出する。また、主制御装置２０は、測長ビームＢ５1，Ｂ５2に対応する測長軸の計測値の差より、ウエハステージＷＳＴのθｚ方向の変位（ヨーイング量）Δθｚ（Ｘ）を算出する。なお、Ｘ干渉計１２６から得られるΔθｚ（Ｘ）とＹ干渉計１６から得られるΔθｚ（Ｙ）は互いに等しく、ウエハステージＷＳＴのθｚ方向への変位（ヨーイング量）Δθｚを代表する。
また、図２に点線で示されるように、Ｘ干渉計１２８からＸ軸に平行な測長軸に沿って測長ビームＢ７が射出される。このＸ干渉計１２８は、実際には、後述する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（図３参照）とを結ぶＸ軸に平行な測長軸に沿って、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の近傍に位置するウエハテーブルＷＴＢの反射面１７ｂに測長ビームＢ７を投射する。また、図２に示されるように、Ｘ干渉計１２７から測長ビームＢ６が、ウエハテーブルＷＴＢの反射面１７ｂに投射される。実際には、測長ビームＢ６は、プライマリアライメント系ＡＬ１の検出中心を通るＸ軸に平行な測長軸に沿って、ウエハテーブルＷＴＢの反射面１７ｂに投射される。
主制御装置２０は、Ｘ干渉計１２７の測長ビームＢ６の計測値、及びＸ干渉計１２８の測長ビームＢ７の計測値からも、ウエハテーブルＷＴＢのＸ軸方向の変位ΔＸを求めることができる。ただし、３つのＸ干渉計１２６，１２７，１２８の配置がＹ軸方向に関して異なっており、Ｘ干渉計１２６は図２７に示される露光時に、Ｘ干渉計１２７は図３４などに示されるウエハアライメント時に、Ｘ干渉計１２８は図３２に示されるウエハのロード時及び図３０に示されるアンロード時に使用される。
また、Ｚ干渉計４３Ａ、４３Ｂそれぞれからは、Ｙ軸に沿う測長ビームＢ１、Ｂ２が、移動鏡４１に向けて投射される。これらの測長ビームＢ１、Ｂ２は、移動鏡４１の反射面４１ｂ，４１ｃのそれぞれに所定の入射角（θ/２とする）で入射する。そして、測長ビームＢ１、Ｂ２は、反射面４１ｂ、４１ｃでそれぞれ反射されて、固定鏡４７Ａ、４７Ｂの反射面に垂直に入射する。そして、固定鏡４７Ａ、４７Ｂの反射面で反射された測長ビームＢ１、Ｂ２は、再度反射面４１ｂ，４１ｃでそれぞれ反射されて（入射時の光路を逆向きに戻り）Ｚ干渉計４３Ａ、４３Ｂで受光される。
ここで、ウエハステージＷＳＴ（すなわち移動鏡４１）のＹ軸方向への変位をΔＹｏ、Ｚ軸方向への変位をΔＺｏとすると、Ｚ干渉計４３Ａ、４３Ｂで受光される測長ビームＢ１の光路長変化ΔＬ１及び測長ビームＢ２の光路長変化ΔＬ２は、それぞれ以下の式（１）、（２）で表される。
ΔＬ１＝ΔＹｏ×（１＋ｃｏｓθ）−ΔＺｏ×ｓｉｎθ …（１）
ΔＬ２＝ΔＹｏ×（１＋ｃｏｓθ）＋ΔＺｏ×ｓｉｎθ …（２）
従って、式（１）、（２）からΔＺｏ及びΔＹｏは次式（３）、（４）で求められる。
ΔＺｏ＝（ΔＬ２−ΔＬ１）／２ｓｉｎθ …（３）
ΔＹｏ＝（ΔＬ１＋ΔＬ２）／｛２（１＋ｃｏｓθ）｝ …（４）
上記の変位ΔＺｏ、ΔＹｏは、Ｚ干渉計４３Ａ、４３Ｂのそれぞれで求められる。そこで、Ｚ干渉計４３Ａで求められる変位をΔＺｏＲ、ΔＹｏＲとし、Ｚ干渉計４３Ｂで求められる変位をΔＺｏＬ、ΔＹｏＬとする。そして、Ｚ干渉計４３Ａ、４３Ｂそれぞれが投射する測長ビームＢ１、Ｂ２がＸ軸方向に離間する距離をＤとする（図２参照）。かかる前提の下で、移動鏡４１（すなわちウエハステージＷＳＴ）のθｚ方向への変位（ヨーイング量）Δθｚ、及び移動鏡４１（すなわちウエハステージＷＳＴ）のθｙ方向への変位（ローリング量）Δθｙは次式（５）、（６）で求められる。
Δθｚ≒（ΔＹｏＲ−ΔＹｏＬ）／Ｄ …（５）
Δθｙ≒（ΔＺｏＬ−ΔＺｏＲ）／Ｄ …（６）
従って、主制御装置２０は、上記式（３）〜式（６）を用いることで、Ｚ干渉計４３Ａ、４３Ｂの計測結果に基づいて、ウエハステージＷＳＴの４自由度の変位ΔＺｏ、ΔＹｏ、Δθｚ、Δθｙを算出することができる。
このように、主制御装置２０は、干渉計システム１１８の計測結果から、６自由度方向（Ｚ、Ｘ、Ｙ、θｚ、θｘ、θｙ方向）に関するウエハステージＷＳＴの変位を求めることができる。なお、本実施形態では干渉計システム１１８がウエハステージＷＳＴの６自由度方向の位置情報を計測可能であるものとしたが、計測方向は６自由度方向に限られず５自由度以下の方向でも良い。
なお、干渉計の主要な誤差要因として、ビーム光路上の雰囲気の温度変化と温度勾配とにより発生する空気揺らぎの効果がある。空気揺らぎによって、光の波長λがλ＋Δλに変化したとする。この波長の微小変化Δλによる位相差ＫΔＬの変化は、波数Ｋ＝２π／λなので、２πΔＬΔλ／λ２と求められる。ここで、仮に、光の波長λ＝１μｍ、微小変化Δλ＝１ｎｍとすると、光路差ΔＬ＝１００ｍｍに対して、位相変化は２π×１００となる。この位相変化は、計測単位の１００倍の変位に対応する。この様に、光路長が長く設定される場合には、干渉計は、短時間に起こる空気揺らぎの影響が大きく、短期安定性に劣る。その様な場合には、エンコーダを使用するのが望ましい。
なお、本実施形態では、ウエハステージＷＳＴ（９１，ＷＴＢ）が６自由度で移動可能な単一のステージである場合について説明したが、これに限らず、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に対して少なくとも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とを含んでウエハステージＷＳＴを構成しても良い。この場合、前述の移動鏡４１はウエハテーブルＷＴＢに設けられる。また、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。
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３自由度方向の位置情報）は、主として、後述するエンコーダシステムによって計測され、干渉計１６，１２６，１２７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、エンコーダシステムの出力異常時のバックアップ場合などに補助的に用いられる。なお、本実施形態では、ウエハステージＷＳＴの６自由度方向の位置情報のうち、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びθｚ方向を含む３自由度方向の位置情報は後述のエンコーダシステムによって計測し、残りの３自由度方向、すなわちＺ軸方向、θｘ方向及びθｙ方向の位置情報は、後述の複数のＺセンサを有する計測システムによって計測される。ここで、残りの３自由度方向の位置情報は、計測システムと干渉計システム１１８の両方によって計測しても良い。例えば、計測システムによってＺ軸方向及びθｙ方向の位置情報を計測し、干渉計システム１１８によってθｘ方向の位置情報を計測しても良い。
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。
計測ステージＭＳＴは、前述したステージ本体９２と、該ステージ本体９２上に搭載された計測テーブルＭＴＢとを含んでいる。計測テーブルＭＴＢは、不図示のＺレベリング機構を介してステージ本体９２上に搭載されている。しかしながら、これに限らず、例えば、計測テーブルＭＴＢを、ステージ本体９２に対してＸ軸方向、Ｙ軸方向及びθｚ方向に微動可能に構成したいわゆる粗微動構造の計測ステージＭＳＴを採用しても良いし、あるいは、計測テーブルＭＴＢをステージ本体９２に固定し、その計測テーブルＭＴＢとステージ本体９２とを含む計測ステージＭＳＴの全体を６自由度方向に駆動可能な構成にしても良い。
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及び図５（Ａ）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などが採用されている。波面収差計測器９８としては、例えば国際公開第９９／６０３６１号（対応欧州特許出願公開第１０７９２２３号明細書）に開示されるものも用いることができる。
照度むらセンサ９４としては、例えば特開昭５７−１１７２３８号公報（対応する米国特許第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、例えば特開２００２−１４００５号公報（対応する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。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。
本実施形態では、図５（Ａ）からもわかるように、使用頻度の高いセンサ類、照度むらセンサ９４や空間像計測器９６などは、計測ステージＭＳＴのセンターラインＣＬ（中心を通るＹ軸）上に配置されている。このため、本実施形態では、これらのセンサ類を用いた計測を、計測ステージＭＳＴをＸ軸方向に移動させることなく、Ｙ軸方向にのみ移動させて行うことができる。
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く、この照度モニタもセンターライン上に配置することが望ましい。
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Ｌｑ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。
計測ステージＭＳＴのステージ本体９２には、図５(Ｂ)に示されるように、その−Ｙ側の端面に、枠状の取付部材４２が固定されている。また、ステージ本体９２の−Ｙ側の端面には、取付部材４２の開口内部のＸ軸方向の中心位置近傍に、前述した一対の送光系３６に対向し得る配置で、一対の受光系４４が固定されている。各受光系４４は、リレーレンズなどの光学系と、受光素子、例えばフォトマルチプライヤチューブなどと、これらを収納する筐体とによって構成されている。図４（Ｂ）及び図５(Ｂ)、並びにこれまでの説明から容易に想像されるように、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、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３６で案内され、各受光系４４内部の各受光素子で受光される。すなわち、計測プレート３０、送光系３６及び受光系４４によって、前述した特開２００２−１４００５号公報（対応する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が構成される（図６参照）。
前記取付部材４２の上には、断面矩形の棒状部材から成る基準部材としてのコンフィデンシャルバー（以下、「ＣＤバー」と略述する）４６がＸ軸方向に延設されている。このＣＤ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。
ＣＤバー４６は、原器（計測基準）となるため、低熱膨張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ＣＤ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ＣＤバー４６の長手方向の一側と他側の端部近傍には、図５（Ａ）に示されるように、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、相互に所定距離（Ｌとする）を隔ててＣＤバー４６のＸ軸方向の中心、すなわち前述のセンターラインＣＬに関して対称な配置で形成されている。なお、距離Ｌは例えば４００ｍｍ以上の距離である。
また、このＣＤバー４６の上面には、図５（Ａ）に示されるような配置で複数の基準マーク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アライメント系、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ＣＤ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。
計測テーブルＭＴＢの＋Ｙ端面、−Ｘ端面も前述したウエハテーブルＷＴＢと同様の反射面１９ａ、１９ｂが形成されている（図２及び図５（Ａ）参照）。干渉計システム１１８（図６参照）のＹ干渉計１８、Ｘ干渉計１３０（図１では、Ｘ干渉計１３０は不図示、図２参照）は、これらの反射面１９ａ、１９ｂに、図２に示されるように、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、各反射面の基準位置からの変位、すなわち計測ステージ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、この計測値が主制御装置２０に供給される。
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、実際には、図３に示されるように、投影ユニットＰＵの中心（投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ、本実施形態では前述の露光領域ＩＡの中心とも一致）を通りかつＹ軸と平行な直線ＬＶ上で、その光軸から−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が配置されている。このプライマリアライメント系ＡＬ１は、支持部材５４を介して不図示のメインフレームの下面に固定されている。この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、その直線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。
各セカンダリアライメント系ＡＬ２n（ｎ＝１〜４）は、セカンダリアライメント系ＡＬ２4について代表的に示されるように、回転中心Ｏを中心として図３における時計回り及び反時計回りに所定角度範囲で回動可能なアーム５６n（ｎ＝１〜４）の先端（回動端）に固定されている。本実施形態では、各セカンダリアライメント系ＡＬ２nはその一部（例えば、アライメント光を検出領域に照射し、かつ検出領域内の対象マークから発生する光を受光素子に導く光学系を少なくとも含む）がアーム５６nに固定され、残りの一部は投影ユニットＰＵを保持するメインフレームに設けられる。セカンダリアライメント系ＡＬ２1，ＡＬ２2，ＡＬ２3，ＡＬ２4はそれぞれ、回転中心Ｏを中心として回動することで、Ｘ位置が調整される。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。なお、本実施形態では、アームの回動によりセカンダリアライメント系ＡＬ２1，ＡＬ２2，ＡＬ２3，ＡＬ２4のＸ位置が調整されるものとしたが、これに限らず、セカンダリアライメント系ＡＬ２1，ＡＬ２2，ＡＬ２3，ＡＬ２4をＸ軸方向に往復駆動する駆動機構を設けても良い。また、セカンダリアライメント系ＡＬ２1，ＡＬ２2，ＡＬ２3，ＡＬ２4の少なくとも１つをＸ軸方向だけでなくＹ軸方向にも可動として良い。なお、各セカンダリアライメント系ＡＬ２nはその一部がアーム５６nによって移動されるので、不図示のセンサ、例えば干渉計、あるいはエンコーダなどによって、アーム５６nに固定されるその一部の位置情報が計測可能となっている。このセンサは、セカンダリアライメント系ＡＬ２nのＸ軸方向の位置情報を計測するだけでも良いが、他の方向、例えばＹ軸方向、及び／又は回転方向（θｘ及びθｙ方向の少なくとも一方を含む）の位置情報も計測可能として良い。
各アーム５６nの上面には、差動排気型のエアベアリングから成るバキュームパッド５８n（ｎ＝１〜４）が設けられている。また、アーム５６nは、モータ等を含む回転駆動機構６０n（ｎ＝１〜４、図３では不図示、図６参照）によって、主制御装置２０の指示に応じて回動される。主制御装置２０は、アーム５６nの回転調整後に、各バキュームパッド５８nを作動させて各アーム５６nを不図示のメインフレームに吸着固定する。これにより、各アーム５６nの回転角度調整後の状態、すなわち、プライマリアライメント系ＡＬ１に対する４つのセカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4の所望の位置関係が維持される。
なお、メインフレームのアーム５６nに対向する部分が磁性体であるならば、バキュームパッド５８に代えて電磁石を採用しても良い。
本実施形態では、プライマリアライメント系ＡＬ１及び４つのセカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4のそれぞれとして、例えばウエハ上のレジストを感光させないブロードバンドな検出光束を対象マークに照射し、その対象マークからの反射光により受光面に結像された対象マークの像と不図示の指標（各アライメント系内に設けられた指標板上の指標パターン）の像とを撮像素子（ＣＣＤ等）を用いて撮像し、それらの撮像信号を出力する画像処理方式のＦＩＡ（Field Image Alignment）系が用いられている。プライマリアライメント系ＡＬ１及び４つのセカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4のそれぞれからの撮像信号は、図６の主制御装置２０に供給される。
なお、上記各アライメント系としては、ＦＩＡ系に限らず、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。また、アライメント系ＡＬ１、ＡＬ２1〜ＡＬ２4はウエハＷのアライメントマーク、及びＣＤバー４６の基準マークを検出するので、本実施形態では単にマーク検出系とも呼ばれる。
本実施形態の露光装置１００では、図３に示されるように、前述したノズルユニット３２の周囲を四方から囲む状態で、エンコーダシステムの４つのヘッドユニット６２Ａ〜６２Ｄが配置されている。これらのヘッドユニット６２Ａ〜６２Ｄは、図３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、実際には、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。
ヘッドユニット６２Ａ、６２Ｃは、投影ユニットＰＵの＋Ｘ側、−Ｘ側にそれぞれＸ軸方向を長手方向として、かつ投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに関して対称に光軸ＡＸからほぼ同一距離隔てて配置されている。また、ヘッドユニット６２Ｂ、６２Ｄは、投影ユニットＰＵの＋Ｙ側、−Ｙ側にそれぞれＹ軸方向を長手方向として、かつ投影光学系ＰＬの光軸ＡＸからほぼ同一距離隔てて配置されている。
ヘッドユニット６２Ａ及び６２Ｃは、図３に示されるように、Ｘ軸方向に沿って投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを通りかつＸ軸と平行な直線ＬＨ上に所定間隔で配置された複数（ここでは６個）のＹヘッド６４を備えている。ヘッドユニット６２Ａは、前述の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、６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」と略述する）７０Ａ（図６参照）を構成する。同様に、ヘッドユニット６２Ｃは、前述の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、６眼）のＹエンコーダ７０Ｃ（図６参照）を構成する。ここで、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃが備える隣接するＹヘッド６４（すなわち、計測ビーム）の間隔は、前述の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）よりも狭く設定されている。また、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃがそれぞれ備える複数のＹヘッド６４のうち、最も内側に位置するＹヘッド６４は、投影光学系ＰＬの光軸になるべく近く配置するために、投影光学系ＰＬの鏡筒４０の下端部（より正確には先端レンズ１９１を取り囲むノズルユニット３２の横側）に固定されている。
ヘッドユニット６２Ｂは、図３に示されるように、上記直線ＬＶ上にＹ軸方向に沿って所定間隔で配置された複数、ここでは７個のＸヘッド６６を備えている。また、ヘッドユニット６２Ｄは、上記直線ＬＶ上に所定間隔で配置された複数、ここでは１１個（ただし、図３ではプライマリアライメント系ＡＬ１と重なる１１個のうちの３個は不図示）のＸヘッド６６を備えている。ヘッドユニット６２Ｂは、前述の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、７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」と略述する）７０Ｂ（図６参照）を構成する。また、ヘッドユニット６２Ｄは、前述の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、１１眼）のＸエンコーダ７０Ｄ（図６参照）を構成する。また、本実施形態では、例えば後述するアライメント時などにヘッドユニット６２Ｄが備える１１個のＸヘッド６６のうちの２個のＸヘッド６６が、Ｘスケール３９Ｘ1，Ｘスケール３９Ｘ2に同時にそれぞれ対向する場合がある。この場合には、Ｘスケール３９Ｘ1とこれに対向するＸヘッド６６とによって、Ｘリニアエンコーダ７０Ｂが構成され、Ｘスケール３９Ｘ2とこれに対向するＸヘッド６６とによって、Ｘリニアエンコーダ７０Ｄが構成される。
ここで、１１個のＸヘッド６６のうちの一部、ここでは３個のＸヘッドは、プライマリアライメント系ＡＬ１の支持部材５４の下面側に取り付けられている。また、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（計測ビーム）相互の間隔は、前述の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，６２Ｄがそれぞれ備える複数のＸヘッド６６のうち、最も内側に位置するＸヘッド６６は、投影光学系ＰＬの光軸になるべく近く配置するために、投影光学系ＰＬの鏡筒の下端部（より正確には先端レンズ１９１を取り囲むノズルユニット３２の横側）に固定されている。
さらに、セカンダリアライメント系ＡＬ２1の−Ｘ側、セカンダリアライメント系ＡＬ２4の＋Ｘ側に、プライマリアライメント系ＡＬ１の検出中心を通るＸ軸に平行な直線上かつその検出中心に対してほぼ対称に検出点が配置されるＹヘッド６４ｙ1，６４ｙ2がそれぞれ設けられている。Ｙヘッド６４ｙ1，６４ｙ2の間隔は、前述した距離Ｌにほぼ等しく設定されている。Ｙヘッド６４ｙ1，６４ｙ2は、ウエハステージＷＳＴ上のウエハＷの中心が上記直線ＬＶ上にある図３に示される状態では、Ｙスケール３９Ｙ2，３９Ｙ1にそれぞれ対向するようになっている。後述するアライメント動作の際などでは、Ｙヘッド６４ｙ1，６４ｙ2に対向してＹスケール３９Ｙ2，３９Ｙ1がそれぞれ配置され、このＹヘッド６４ｙ1，６４ｙ2（すなわち、これらＹヘッド６４ｙ1，６４ｙ2によって構成されるＹエンコーダ７０Ｃ、７０Ａ）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後述するベースライン計測時などに、ＣＤバー４６の一対の基準格子５２とＹヘッド６４ｙ1，６４ｙ2とがそれぞれ対向し、Ｙヘッド６４ｙ1，６４ｙ2と対向する基準格子５２とによって、ＣＤ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、基準格子５２にそれぞれ対向するＹヘッド６４ｙ1，６４ｙ2によって構成されるエンコーダをＹ軸リニアエンコーダ７０Ｅ，７０Ｆ（図６参照）と呼ぶ。
上述した６つのリニアエンコーダ７０Ａ〜７０Ｆは、例えば０．１ｎｍ程度の分解能でウエハステージＷＳＴのそれぞれの計測方向の位置情報を計測し、それらの計測値（計測情報）は、主制御装置２０に供給される。主制御装置２０は、リニアエンコーダ７０Ａ〜７０Ｄ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７０Ｅ，７０Ｆの計測値に基づいて、ＣＤバー４６のθｚ方向の回転を制御する。なお、リニアエンコーダの構成等については、さらに後述する。
本実施形態の露光装置１００では、ウエハＷのＺ軸方向の位置情報を計測する位置計測装置が設けられる。本実施形態では、この位置計測装置として、図３に示されるように、照射系９０ａ及び受光系９０ｂから成る、例えば特開平６−２８３４０３号公報（対応する米国特許第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。
この多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の複数の検出点は、図示は省略されているが、被検面上でＸ軸方向に沿って所定間隔で配置される。本実施形態では、例えば１行Ｍ列（Ｍは検出点の総数）又は２行Ｎ列（Ｎは検出点の総数の１／２）のマトリックス状に配置される。図３中では、それぞれ検出ビームが照射される複数の検出点を、個別に図示せず、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として示している。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。
なお、複数の検出点は１行Ｍ列又は２行Ｎ列で配置されるものとしたが、行数及び／又は列数はこれに限られない。但し、行数が２以上である場合は、異なる行の間でも検出点のＸ軸方向の位置を異ならせることが好ましい。さらに、複数の検出点はＸ軸方向に沿って配置されるものとしたが、これに限らず、複数の検出点の全部又は一部をＹ軸方向に関して異なる位置に配置しても良い。例えば、Ｘ軸及びＹ軸の両方と交差する方向に沿って複数の検出点を配置しても良い。すなわち、複数の検出点は少なくともＸ軸方向に関して位置が異なっていれば良い。また、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。
本実施形態では、多点ＡＦ系の複数の検出点のうちの、両端に位置する検出点の近傍、すなわちビーム領域ＡＦの両端部近傍に、前述の直線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（以下、「Ｚセンサ」と略述する）７２ａ，７２ｂ、及び７２ｃ，７２ｄが設けられている。これらのＺセンサ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。Ｚセンサ７２ａ〜７２ｄとしては、ウエハテーブルＷＴＢに対し上方から光を照射し、その反射光を受光してその光の照射点におけるウエハテーブルＷＴＢ表面のＸＹ平面に直交するＺ軸方向の位置情報を計測するセンサ、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のような構成の光学式の変位センサ（光ピックアップ方式のセンサ）が用いられている。なお、Ｚセンサ７２ａ〜７２ｄは前述した計測フレームなどに設けても良い。
さらに、前述したヘッドユニット６２Ｃは、複数のＹヘッド６４を結ぶＸ軸方向の直線ＬＨを挟んで一側と他側に位置する、直線ＬＨに平行な２本の直線上にそれぞれ沿って且つ相互に対応して所定間隔で配置された複数（ここでは各６個、合計で１２個）のＺセンサ７４i,j（ｉ＝１，２、ｊ＝１，２，……，６）を備えている。この場合、対を成すＺセンサ７４1,j、７４2,jは、上記直線ＬＨに関して対称に配置されている。さらに、複数対（ここでは６対）のＺセンサ７４1,j、７４2,jと複数のＹヘッド６４とは、Ｘ軸方向に関して交互に配置されている。各Ｚセンサ７４i,jとしては、前述のＺセンサ７２ａ〜７２ｄと同様の光ピックアップ方式のセンサが用いられている。
ここで、直線ＬＨに関して対称な位置にある各対のＺセンサ７４1,j，７４2,jの間隔は、前述したＺセンサ７２ａ，７２ｂの間隔と同一間隔に設定されている。また、一対のＺセンサ７４1,4，７４2,4は、Ｚセンサ７２ａ，７２ｂと同一のＹ軸方向の直線上に位置している。
また、前述したヘッドユニット６２Ａは、前述の直線ＬＶに関して、上述の複数のＺセンサ７４i,jと対称に配置された複数、ここでは１２個のＺセンサ７６p,q（ｐ＝１，２、ｑ＝１，２，……，６）を備えている。各Ｚセンサ７６p,qとしては、前述のＺセンサ７２ａ〜７２ｄと同様の光ピックアップ方式のセンサが用いられている。また、一対のＺセンサ７６1,3，７６2,3は、Ｚセンサ７２ｃ，７２ｄと同一のＹ軸方向の直線上に位置している。なお、Ｚセンサ７４i,j、７６p,qは、例えば前述のメインフレームあるいは計測フレームに設けられる。また、本実施形態では、Ｚセンサ７２ａ〜７２ｄ、７４i,j、７６p,qを有する計測システムは、前述のスケールと対向する１つ又は複数のＺセンサによってウエハステージＷＳＴのＺ軸方向の位置情報を計測する。このため、露光動作では、ウエハステージＷＳＴの移動に応じて、位置計測に用いるＺセンサ７４i,j、７６p,qが切り換えられる。さらに露光動作では、Ｙスケール３９Ｙ１と少なくとも１つのＺセンサ７６p,qが対向し、かつＹスケール３９Ｙ２と少なくとも１つのＺセンサ７４i,jが対向する。従って、計測システムはウエハステージＷＳＴのＺ軸方向の位置情報だけでなくθｙ方向の位置情報（ローリング）も計測可能である。また、本実施形態では、計測システムの各Ｚセンサがスケールの格子面（回折格子の形成面）を検出するものとしているが、格子面と異なる面、例えば格子面を覆うカバーガラスの一面を検出するものとしても良い。
なお、図３では、計測ステージＭＳＴの図示が省略されるとともに、その計測ステージＭＳＴと先端レンズ１９１との間に保持される水Ｌｑで形成される液浸領域が符号１４で示されている。また、この図３において、符号７８は、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）のビーム路近傍に所定温度に温度調整されたドライエアーを、図３中の白抜き矢印で示されるように例えばダウンフローにて送風する局所空調システムを示す。また、符号ＵＰは、ウエハテーブルＷＴＢ上のウエハのアンロードが行われるアンローディングポジションを示し、符号ＬＰはウエハテーブルＷＴＢ上へのウエハのロードが行われ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、直線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。
図６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。この主制御装置２０に接続された外部記憶装置であるメモリ３４には、後述する補正情報が記憶されている。なお、図６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などの計測ステージ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７０Ａ〜７０Ｆ（図６参照）を用いることにより、ウエハステージＷＳＴの有効ストローク領域、すなわちアライメント及び露光動作のためにウエハステージＷＳＴが移動する領域において、その３自由度（Ｘ，Ｙ，θｚ）方向の位置座標を計測することができる。
ここで、エンコーダ７０Ａ〜７０Ｆの構成等について、図７（Ａ）に拡大して示される、Ｙエンコーダ７０Ａを代表的に採り上げて説明する。この図７（Ａ）には、Ｙスケール３９Ｙ1に検出光（計測ビーム）を照射するヘッドユニット６２Ａの１つのＹヘッド６４が示されている。
Ｙヘッド６４は、大別すると、照射系６４ａ、光学系６４ｂ、及び受光系６４ｃの３部分から構成されている。
照射系６４ａは、レーザビームＬＢをＹ軸及びＺ軸に対して４５°を成す方向に射出する光源、例えば半導体レーザＬＤと、該半導体レーザＬＤから射出されるレーザビームＬＢの光路上に配置された収束レンズＬ１とを含む。
光学系６４ｂは、その分離面がＸＺ平面と平行である偏光ビームスプリッタＰＢＳ、一対の反射ミラーＲ１ａ，Ｒ１ｂ、レンズＬ２ａ，Ｌ２ｂ、四分の一波長板（以下、λ／４板と記述する）ＷＰ１ａ，ＷＰ１ｂ、及び反射ミラーＲ２ａ，Ｒ２ｂ等を備えている。
受光系６４ｃは、偏光子（検光子）及び光検出器等を含む。
このＹエンコーダ７０Ａにおいて、半導体レーザＬＤから射出されたレーザビームＬＢはレンズＬ１を介して偏光ビームスプリッタＰＢＳに入射し、偏光分離されて２つのビームＬＢ1、ＬＢ2となる。偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過したビームＬＢ1は反射ミラーＲ１ａを介してＹスケール３９Ｙ1に形成された反射型回折格子ＲＧに到達し、偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射されたビームＬＢ2は反射ミラーＲ１ｂを介して反射型回折格子ＲＧに到達する。なお、ここで「偏光分離」とは、入射ビームをＰ偏光成分とＳ偏光成分に分離することを意味する。
ビームＬＢ1、ＬＢ2の照射によって回折格子ＲＧから発生する所定次数の回折ビーム、例えば１次回折ビームはそれぞれ、レンズＬ２ｂ、Ｌ２ａを介してλ／４板ＷＰ１ｂ、ＷＰ１ａにより円偏光に変換された後、反射ミラーＲ２ｂ、Ｒ２ａにより反射されて再度λ／４板ＷＰ１ｂ、ＷＰ１ａを通り、往路と同じ光路を逆方向に辿って偏光ビームスプリッタＰＢＳに達する。
偏光ビームスプリッタＰＢＳに達した２つのビームは、各々その偏光方向が元の方向に対して９０度回転している。このため、先に偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過したビームＬＢ1の１次回折ビームは、偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射されて受光系６４ｃに入射するとともに、先に偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射されたビームＬＢ2の１次回折ビームは、偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過して前記ビームＬＢ1の１次回折ビームと同軸に合成されて受光系６４ｃに入射する。
そして、上記２つの１次回折ビームは、受光系６４ｃの内部で、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。
そして、Ｙスケール３９Ｙ1（すなわちウエハステージＷＳＴ）が計測方向（この場合、Ｙ軸方向）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６４ｃによって検出され、その強度変化に応じた位置情報がＹエンコーダ７０Ａの計測値として出力される。その他のエンコーダ７０Ｂ，７０Ｃ，７０Ｄ、７０Ｅ、７０Ｆも、エンコーダ７０Ａと同様にして構成されている。
上記の説明からわかるように、エンコーダ７０Ａ〜７０Ｆでは、干渉させる２つの光束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。なお、各エンコーダとしては、分解能が、例えば０．１ｎｍ程度のものが用いられている。
なお、本実施形態のエンコーダでは、図７（Ｂ）に示されるように、検出光として格子ＲＧの周期方向に長く延びる断面形状のレーザビームＬＢを用いても良い。図７（Ｂ）では、格子ＲＧと比較してビームＬＢが誇張して大きく図示されている。
なお、別形態として、エンコーダヘッドには光学系６４ｂのみが含まれ、照射系６４ａと受光系６４ｃが光学系６４ｂから物理的に分離しているタイプもある。このタイプの場合、これら３部分間は、光ファイバを介して光学的に接続される。
次に、エンコーダの計測原理を、図７（Ａ）に示されるＹエンコーダ７０Ａを例にして、詳細に説明する。まず、２つの戻り光束ＬＢ１，ＬＢ２から合成される干渉光の強度と、Ｙスケール３９Ｙ2の変位（Ｙヘッド６４との相対変位）の関係を導出する。
２つの光束（ビーム）ＬＢ１，ＬＢ２は、移動する反射型回折格子ＲＧに散乱されると、ドップラー効果による周波数のシフト、すなわちドップラーシフトを受ける。図８（Ａ）に、移動する反射面ＤＳによる光の散乱を示す。ただし、図中のベクトルｋ０，ｋ１はＹＺ面に対し平行、反射面ＤＳはＹ軸に対し平行でＺ軸に対し垂直とする。
反射面ＤＳは速度ベクトルｖ＝ｖｙ＋ｖｚ、すなわち＋Ｙ方向に速度Ｖｙ（＝｜ｖｙ｜）かつ＋Ｚ方向に速度Ｖｚ（＝｜ｖｚ｜）で移動しているとする。この反射面に対し、波数ベクトルｋ０の光が角度θ０で入射し、波数ベクトルｋ１の光が角度θ１で散乱される。ただし、｜ｋ０｜＝｜ｋ１｜＝Ｋとする。入射光ｋ０が受けるドップラーシフト（散乱光ｋ１と入射光ｋ０の周波数の差）ｆＤは、次式（７）で与えられる。
２πｆＤ＝（ｋ１−ｋ０）・ｖ
＝２ＫＶｙｃｏｓ［（θ１−θ０）／２］ｃｏｓθ
＋２ＫＶｚｃｏｓ［（θ１−θ０）／２］ｓｉｎθ …（７）
ここで、θ＝π／２−（θ１＋θ０）／２なので、上式を変形して、次式（８）を得る。
２πｆＤ＝ＫＶｙ（ｓｉｎθ１＋ｓｉｎθ０）＋ＫＶｚ（ｃｏｓθ１＋ｃｏｓθ０）…（８）
反射面ＤＳは、時間Δｔの間に、変位ベクトルｖΔｔ、すなわち＋Ｙ方向に距離ΔＹ＝ＶｙΔｔ、＋Ｚ方向に距離ΔＺ＝ＶｚΔｔ変位する。それに伴って散乱光ｋ１の位相はφ＝２πｆＤΔｔシフトする。式（８）を代入すると、位相シフトφは、次式（９）より求められる。
φ＝ＫΔＹ（ｓｉｎθ１＋ｓｉｎθ０）＋ＫΔＺ（ｃｏｓθ１＋ｃｏｓθ０）…（９）
ここで、入射角θ０と散乱角θ１には次式の関係（回折条件）が成立する。
ｓｉｎθ１＋ｓｉｎθ０＝ｎλ／ｐ …（１０）
ただし、λは光の波長、ｐは回折格子のピッチ、ｎは回折次数である。なお、回折次数ｎは、散乱角（回折角）−θ０の零次回折光を基準にして、＋Ｙ方向に散乱（発生）される回折光に対して正、−Ｙ方向に発生される回折光に対し負となる。式（９）に式（１０）を代入すると、位相シフトφは、次式（１１）のように書き換えられる。
φ＝２πｎΔＹ／ｐ＋ＫΔＺ（ｃｏｓθ１＋ｃｏｓθ０） …（１１）
上式（１１）より明らかなように、反射面ＤＳが停止していれば、すなわちΔＹ＝ΔＺ＝０ならば、位相シフトφも零となる。
式（１１）を用いて、２つの光束ＬＢ１，ＬＢ２の位相シフトを求める。まず、光束ＬＢ１の位相シフトを考える。図８（Ｂ）において、反射鏡Ｒ１ａで反射された光束ＬＢ１は、反射型回折格子ＲＧに角度θａ０で入射し、ｎａ次回折光が角度θａ１で発生するとする。この時、回折光が受ける位相シフトは式（１１）の右辺と同じ形となる。そして、反射鏡Ｒ２ａによって反射され復路を辿る戻り光束は、反射型回折格子ＲＧに角度θａ１で入射する。そして再度、回折光が発生する。ここで、角度θａ０で発生し、元の光路を辿って反射鏡Ｒ１ａに向かう回折光は、往路において発生した回折光と同一次数のｎａ次回折光である。従って、光束ＬＢ１が復路で被る位相シフトは、往路で被る位相シフトに等しい。従って、光束ＬＢ１が被る全位相シフトは、次式（１２）のように求められる。
φ１＝４πｎａΔＹ／ｐ＋２ＫΔＺ（ｃｏｓθａ１＋ｃｏｓθａ０） …（１２）
ただし、回折条件を、次式（１３）で与えた。
ｓｉｎθａ１＋ｓｉｎθａ０＝ｎａλ／ｐ …（１３）
一方、光束ＬＢ２は角度θｂ０で反射型回折格子ＲＧに入射し、ｎｂ次回折光が角度θｂ１で発生される。この回折光が、反射鏡Ｒ２ｂによって反射され、同じ光路を辿って反射鏡Ｒ１ｂに戻るとする。光束ＬＢ２が被る全位相シフトは、式（１２）と同様に、次式（１４）のように求められる。
φ２＝４πｎｂΔＹ／ｐ＋２ＫΔＺ（ｃｏｓθｂ１＋ｃｏｓθｂ０） …（１４）
ただし、回折条件を、次式（１５）で与えた。
ｓｉｎθｂ１＋ｓｉｎθｂ０＝ｎｂλ／ｐ …（１５）
２つの戻り光束ＬＢ１，ＬＢ２から合成される干渉光の強度Ｉは、光検出器の受光位置における２つの戻り光束ＬＢ１，ＬＢ２間の位相の差φに、Ｉ∝１＋ｃｏｓφと依存する。ただし、２つの光束ＬＢ１，ＬＢ２の強度は互いに等しいとした。ここで、位相差φは、２つの光束ＬＢ１，ＬＢ２のそれぞれの反射型回折格子ＲＧのＹ，Ｚ変位に起因する位相シフトの差（すなわちφ２−φ１）と、２つの光束ＬＢ１，ＬＢ２の光路差ΔＬに起因する位相差（ＫΔＬ）との和として、式（１２）と式（１４）とを用いて、次式（１６）のように求められる。
φ＝ＫΔＬ＋４π（ｎｂ−ｎａ）ΔＹ／ｐ
＋２ＫΔＺｆ（θａ０，θａ１，θｂ０，θｂ１）＋φ０ …（１６）
ここで、反射鏡Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｒ２ａ，Ｒ２ｂの配置と回折条件（１３）、（１５）とから定まる幾何学的因子を、次式（１７）のように表記した。
ｆ（θａ０，θａ１，θｂ０，θｂ１）
＝ｃｏｓθｂ１＋ｃｏｓθｂ０−ｃｏｓθａ１−ｃｏｓθａ０ …（１７）
また、上式（１６）において、その他の要因（例えば、変位ΔＬ，ΔＹ，ΔＺの基準位置の定義など）より定まる定位相項をφ０と表記した。
ここで、エンコーダは、光路差ΔＬ＝０及び次式（１８）で示される対称性を満たすように、構成されているとする。
θａ０＝θｂ０，θａ１＝θｂ１ …（１８）
その場合、式（１６）の右辺第３項の括弧内は零になり、同時にｎｂ＝−ｎａ（＝ｎ）を満たすので、次式（１９）が得られる。
φｓｙｍ（ΔＹ）＝２πΔＹ／（ｐ／４ｎ）＋φ０ …（１９）
上式（１９）より、位相差φｓｙｍは光の波長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ΔＹ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ΔＹに伴う干渉光の強度の強弱の回数を計測する。そして、その計数値（カウント値）ｃΔＹを用いることにより、変位ΔＹの計測値ＣΔＹが、次式（２０）より算出される。
ＣΔＹ＝（ｐ／４ｎ）×ｃΔＹ …（２０）
さらに、内挿器（インターポレータ）を用いて干渉光の正弦的な強度変化を分割することにより、その位相φ’（＝φｓｙｍ％２π）を計測することができる。その場合、変位ΔＹの計測値ＣΔＹは、次式（２１）により算出される。
ＣΔＹ＝（ｐ／４ｎ）×［ｃΔＹ＋（φ’−φ０）／２π］ …（２１）
上式（２１）において、定位相項φ０を位相オフセット（ただし、０≦φ０＜２πと定義する）とし、変位ΔＹの基準位置での位相φｓｙｍ（ΔＹ＝０）を保持することとする。
以上の説明よりわかるように、内挿器を併用することにより、変位ΔＹを、計測単位（ｐ／４ｎ）以下の計測分解能で計測することができる。ここで、計測分解能は、位相φ’の分割単位から定まる離散化誤差（量子化誤差とも呼ぶ）、変位ΔＹによる干渉光の強度変化I（ΔＹ）＝I（φｓｙｍ（ΔＹ））の理想的な正弦波形からのずれに起因する内挿誤差等、から決まる。なお、変位ΔＹの離散化単位は、例えば計測単位（ｐ／４ｎ）の数１０００分の１で、約０．１ｎｍと十分小さいので、特に断らない限り、エンコーダの計測値ＣΔＹを連続量とみなす。
一方、ウエハステージＷＳＴがＹ軸方向とは異なる方向に移動し、ヘッド６４とＹスケール３９Ｙ1との間に計測したい方向以外の相対運動（非計測方向の相対運動）が生じると、殆どの場合、それによってＹエンコーダ７０Ａに計測誤差が生じる。以下、上述のエンコーダの計測原理に基づいて、計測誤差の発生のメカニズムを考えてみる。
ここで、簡単な例として、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示される２つのケースにおいて、上式（１６）で示される位相差φの変化を考えてみる。まず、図９（Ａ）のケースでは、ヘッド６４の光軸がＺ軸方向に一致している（ヘッド６４が傾いていない）。ここで、ウエハステージＷＳＴがＺ軸方向に変位したとする（ΔＺ≠０，ΔＹ＝０）。この場合、光路差ΔＬに変化はないので、式（１６）右辺第１項に変化はない。第２項は、仮定ΔＹ＝０より、零となる。そして、第３項は、式（１８）の対称性を満たしているので、零となる。従って、位相差φに変化は生じず、また干渉光の強度変化も生じない。結果として、エンコーダの計測値も変化しない。
一方、図９（Ｂ）のケースでは、ヘッド６４の光軸がＺ軸に対して傾いている（ヘッド６４が傾いている）。この状態から、ウエハステージＷＳＴがＺ軸方向に変位したとする（ΔＺ≠０，ΔＹ＝０）。この場合も、光路差ΔＬに変化は生じないので、式（１６）右辺第１項に変化はない。そして第２項は、仮定ΔＹ＝０より、零となる。しかし、ヘッドが傾いていることにより式（１８）の対称性が破れるので、第３項は零にならず、Ｚ変位ΔＺに比例して変化する。従って、位相差φに変化が生じ、結果として、計測値が変化する。なお、ヘッド６４に倒れが生じていなくても、例えばヘッドの光学特性（テレセントリシティなど）などによっては、式（１８）の対称性が崩れ、同様にカウント値が変化する。すなわち、エンコーダシステムの計測誤差の発生要因となるヘッドユニットの特性情報はヘッドの倒れだけでなくその光学特性なども含む。
また、図示は省略するが、計測方向（Ｙ軸方向）と光軸方向（Ｚ軸方向）とに垂直な方向にウエハステージＷＳＴが変位する場合（ΔＸ≠０，ΔＹ＝０，ΔＺ＝０）、回折格子ＲＧの格子線の向く方向（長手方向）が計測方向と直交している限り計測値は変化しないが、直交していなければ角度に比例したゲインで感度が発生する。
次に、図１０（Ａ）〜図１０（Ｄ）を用いて、ウエハステージＷＳＴの回転（傾斜が変化）するケースを考えてみる。まず、図１０（Ａ）の場合、ヘッド６４の光軸がＺ軸方向に一致している（ヘッド６４が傾いていない）。この状態から、ウエハステージＷＳＴが＋Ｚ方向に変位して図１０（Ｂ）の状態になっても、先の図９（Ａ）と同じケースなので、エンコーダの計測値は変化しない。
次に、図１０（Ｂ）の状態から、ウエハステージＷＳＴがＸ軸回りに回転して図１０（Ｃ）に示される状態になるとする。この場合、ヘッドとスケールが相対運動していない、すなわちΔＹ＝ΔＺ＝０であるにもかかわらず、ウエハステージＷＳＴの回転により光路差ΔＬに変化が生じるため、エンコーダの計測値が変化する。すなわち、ウエハステージＷＳＴの傾斜（チルト）に起因してエンコーダシステムに計測誤差が生じる。
次に、図１０（Ｃ）の状態から、ウエハステージＷＳＴが下方に移動して図１０（Ｄ）の状態になるとする。この場合、ウエハステージＷＳＴは回転しないので、光路差ΔＬに変化は生じない。しかし、式（１８）の対称性が破れているため、式（１６）の右辺第３項を通じてＺ変位ΔＺによって位相差φが変化する。それにより、エンコーダの計測値が変化する。なお、図１０（Ｄ）の場合のエンコーダのカウント値は、図１０（Ａ）と同じカウント値になる。
発明者等が行ったシミュレーションの結果、エンコーダの計測値は、計測方向であるＹ軸方向のスケールの変位のみならず、θｘ方向（ピッチング方向）、θｚ方向（ヨーイング方向）の姿勢変化に対して感度を持つ上、前述した対称性が崩れている場合などでは、Ｚ軸方向の位置変化にも依存することが判明した。すなわち、上述の理論的な説明とシミュレーションの結果とが一致した。
そこで、本実施形態では、上述した非計測方向へのヘッドとスケールとの相対運動に起因する各エンコーダの計測誤差を補正する補正情報を次のようにして取得している。
ａ． まず、主制御装置２０は、干渉計システム１１８のＹ干渉計１６、Ｘ干渉計１２６及びＺ干渉計４３Ａ，４３Ｂの計測値をモニタしつつ、ステージ駆動系１２４を介してウエハステージＷＳＴを駆動し、図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示されるように、ヘッドユニット６２Ａの最も−Ｘ側のＹヘッド６４を、ウエハテーブルＷＴＢ上面のＹスケール３９Ｙ1の任意の領域（図１１（Ａ）中に丸で囲んで示される領域）ＡＲに対向させる。
ｂ． そして、主制御装置２０はＹ干渉計１６及びＺ干渉計４３Ａ，４３Ｂの計測値に基づいて、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）のローリング量θｙ及びヨーイング量θｚをともにゼロ、且つピッチング量θｘが所望の値α0（ここでは、α0＝２００μｒａｄであるものとする。）となるように、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）を駆動し、その駆動後に上記ヘッド６４からＹスケール３９Ｙ1の領域ＡＲに検出光を照射し、その反射光を受光したヘッド６４からの光電変換信号に応じた計測値を内部メモリに記憶する。
ｃ． 次に、主制御装置２０は、Ｙ干渉計１６及びＺ干渉計４３Ａ，４３Ｂの計測値に基づいてウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）の姿勢（ピッチング量θｘ＝α0、ヨーイング量θｚ＝０、ローリング量θｙ＝０）を維持しつつ、図１１（Ｂ）中の矢印で示されるように、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）を所定範囲内、例えば−１００μｍ〜＋１００μｍの範囲内でＺ軸方向に駆動し、その駆動中に上記ヘッド６４からＹスケール３９Ｙ1の領域ＡＲに検出光を照射しつつ、所定のサンプリング間隔で、その反射光を受光したヘッド６４からの光電変換信号に応じた計測値を順次取り込み、内部メモリに記憶する。
ｄ． 次いで、主制御装置２０は、Ｙ干渉計１６の計測値に基づいてウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）のピッチング量θｘを（α＝α0−Δα）に変更する。
ｅ． 次いで、その変更後の姿勢について、上記ｃ．と同様の動作を繰り返す。
ｆ． その後、上記ｄ．とｅとの動作を交互に繰り返して、ピッチング量θｘが例えば−２００μｒａｄ＜θｘ＜＋２００μｒａｄの範囲について、Δα（ｒａｄ）、例えば４０μｒａｄ間隔で上記Ｚ駆動範囲内のヘッド６４の計測値を取り込む。
ｇ． 次に、上記ｂ．〜ｅ．の処理によって得られた内部メモリ内の各データを、横軸をＺ位置、縦軸をエンコーダカウント値とする２次元座標系上にプロットし、ピッチング量が同じときのプロット点を順次結び、ピッチング量がゼロのライン（中央の横のライン）が、原点を通るように、縦軸方向に関して横軸をシフトすることで、図１２に示されるような、グラフ（ウエハステージのＺレベリングに応じたエンコーダ（ヘッド）の計測値の変化特性を示すグラフ）が得られる。
この図１２のグラフ上の各点の縦軸の値は、ピッチング量θｘ＝αにおける、各Ｚ位置におけるエンコーダの計測誤差に他ならない。そこで、主制御装置２０では、この図１２のグラフ上の各点のピッチング量θｘ、Ｚ位置、エンコーダ計測誤差をテーブルデータとし、そのテーブルデータをステージ位置起因誤差補正情報としてメモリ３４（図６参照）に記憶する。あるいは、主制御装置２０は、計測誤差を、Ｚ位置ｚ、ピッチング量θｘの関数とし、例えば最小二乗法により未定係数を算出することでその関数を求め、その関数をステージ位置起因誤差補正情報としてメモリ３４に記憶する。
ｈ． 次に、主制御装置２０は、干渉計システム１１８のＸ干渉計１２６の計測値をモニタしつつ、ステージ駆動系１２４を介してウエハステージＷＳＴを−Ｘ方向に所定量駆動し、図１３に示されるように、ヘッドユニット６２Ａの−Ｘ側の端から２番目のＹヘッド６４（上でデータの取得が終了したＹヘッド６４の隣のＹヘッド）を、ウエハテーブルＷＴＢ上面のＹスケール３９Ｙ1の前述の領域ＡＲ（図１３中に丸で囲んで示される領域）に対向させる。
ｉ． そして、主制御装置２０は、そのＹヘッド６４について、上述と同様の処理を行い、そのヘッド６４とＹスケール３９Ｙ1とによって構成されるＹエンコーダ７０Ａの補正情報を、メモリ３４に記憶する。
ｊ． 以後同様にして、ヘッドユニット６２Ａの残りの各Ｙヘッド６４とＹスケール３９Ｙ1とによって構成されるＹエンコーダ７０Ａの補正情報、ヘッドユニット６２Ｂの各Ｘヘッド６６とＸスケール３９Ｘ1とによって構成されるＸエンコーダ７０Ｂの補正情報、ヘッドユニット６２Ｃの各Ｘヘッド６４とＹスケール３９Ｙ2とによって構成されるＹエンコーダ７０Ｃの補正情報、及びヘッドユニット６２Ｄの各Ｘヘッド６６とＸスケール３９Ｘ2とによって構成されるＸエンコーダ７０Ｄの補正情報を、それぞれ求め、メモリ３４に記憶する。
ここで、ヘッドユニット６２Ｂの各Ｘヘッド６６を用いた上述した計測に際しては、前述と同様、Ｘスケール３９Ｘ1上の同一の領域を用い、ヘッドユニット６２Ｃの各Ｙヘッド６４を用いた上述した計測に際しては、Ｙスケール３９Ｙ2上の同一の領域を用い、ヘッドユニット６２Ｄの各Ｙヘッド６６を用いた上述した計測に際しては、Ｘスケール３９Ｘ2上の同一の領域を用いることが重要である。その理由は、干渉計システム１１８の各干渉計の補正（反射面１７ａ，１７ｂ及び反射面４１ａ，４１ｂ，４１ｃの曲がり補正を含む）が終了していれば、それらの干渉計の計測値に基づいてウエハステージＷＳＴの姿勢を所望の姿勢にいつでも設定することができるし、各スケールの同一部位を用いることで、スケール面が傾斜していてもその影響を受けて各ヘッド間で計測誤差が生じることがないからである。
また、主制御装置２０は、Ｙヘッド６４ｙ1，６４ｙ2については、上述のヘッドユニット６２Ｃ，６４Ａの各Ｙヘッド６４と同じＹスケール３９Ｙ2，３９Ｙ1上の同一の領域をそれぞれ用いて上述した計測を行い、Ｙスケール３９Ｙ2に対向するＹヘッド６４ｙ1によって構成されるエンコーダ７０Ｃの補正情報、及びＹスケール３９Ｙ1に対向するＹヘッド６４ｙ2によって構成されるエンコーダ７０Ａの補正情報を求め、メモリ３４に記憶する。
次に、主制御装置２０は、上述のピッチング量を変化させた場合と同様の手順で、ウエハステージＷＳＴのピッチング量及びローリング量をともにゼロに維持したまま、ウエハステージＷＳＴのヨーイング量θｚを−２００μｒａｄ＜θｚ＜＋２００μｒａｄの範囲について順次変化させ、各位置で、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）を所定範囲内、例えば−１００μｍ〜＋１００μｍの範囲内でＺ軸方向に駆動し、その駆動中に所定のサンプリング間隔で、ヘッドの計測値を、順次取り込み、内部メモリに記憶する。このような計測を、全てのヘッド６４又は６６について行い、前述と同様の手順で、内部メモリ内の各データを、横軸をＺ位置、縦軸をエンコーダカウント値とする２次元座標上にプロットし、ヨーイング量が同じときのプロット点を順次結び、ヨーイング量がゼロのライン（中央の横のライン）が、原点を通るように、横軸をシフトすることで、図１２と同様の、グラフを得る。そして、主制御装置２０は、得られたグラフ上の各点のヨーイング量θｚ、Ｚ位置ｚ、計測誤差をテーブルデータとし、そのテーブルデータを補正情報としてメモリ３４に記憶する。あるいは、主制御装置２０は、計測誤差を、Ｚ位置ｚ、ヨーイング量θｚの関数とし、例えば最小二乗法により未定係数を算出することでその関数を求め、その関数を補正情報としてメモリ３４に記憶する。
ここで、ウエハステージＷＳＴのピッチング量がゼロでなく、かつヨーイング量がゼロでない場合における、ウエハステージＷＳＴのＺ位置ｚのときの、各エンコーダの計測誤差は、そのＺ位置ｚのときの、上記のピッチング量に応じた計測誤差と、ヨーイング量に応じた計測誤差との単純な和（線形和）であると考えて差し支えない。その理由は、シミュレーションの結果、ヨーイングを変化させる場合も、Ｚ位置の変化に応じて計測誤差（カウント値）が線形に変化することが確認されているからである。
以下では、説明の簡略化のため、各ＹエンコーダのＹヘッドについて、次式（２２）で示されるような、計測誤差Δｙを表す、ウエハステージＷＳＴのピッチング量θｘ、ヨーイング量θｚ、Ｚ位置ｚの関数が求められ、メモリ３４内に記憶されているものとする。また、各ＸエンコーダのＸヘッドについて、次式（２３）で示されるような、計測誤差Δｘを表す、ウエハステージＷＳＴのローリング量θｙ、ヨーイング量θｚ、Ｚ位置ｚの関数が求められ、メモリ３４内に記憶されているものとする。
Δｙ＝ｆ（ｚ，θｘ，θｚ）＝θｘ（ｚ−ａ）＋θｚ（ｚ−ｂ） ……（２２）
Δｘ＝ｇ（ｚ，θｙ，θｚ）＝θｙ（ｚ−ｃ）＋θｚ（ｚ−ｄ） ……（２３）
上式（２２）において、ａは、図１２のグラフの、各直線が交わる点のＺ座標であり、ｂは、Ｙエンコーダの補正情報の取得のためにヨーイング量を変化させた場合の図１２と同様のグラフの、各直線が交わる点のＺ座標である。また、上式（２３）において、ｃは、Ｘエンコーダの補正情報の取得のためにローリング量を変化させた場合の図１２と同様のグラフの、各直線が交わる点のＺ座標であり、ｄは、Ｘエンコーダの補正情報の取得のためにヨーイング量を変化させた場合の図１２と同様のグラフの、各直線が交わる点のＺ座標である。
なお、上記のΔｙやΔｘは、Ｙエンコーダ又はＸエンコーダの非計測方向（例えばθｘ方向又はθｙ方向、θｚ方向及びＺ軸方向）に関するウエハステージＷＳＴの位置が、Ｙエンコーダ又はＸエンコーダの計測値に影響する度合いを示すものであるから、本明細書では、ステージ位置起因誤差と呼び、このステージ位置起因誤差をそのまま補正情報として用いることができるので、この補正情報をステージ位置起因誤差補正情報と呼ぶものとしている。
次に、後述するエンコーダの計測値をウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置情報に変換する処理、及び複数のエンコーダ間でのつなぎ処理などの前提となる、各ヘッドのＸＹ平面内の位置座標、特に非計測方向の位置座標を取得するヘッド位置のキャリブレーション処理について説明する。ここでは、一例としてヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃをそれぞれ構成するＹヘッド６４の計測方向に直交する非計測方向（Ｘ軸方向）に関する位置座標のキャリブレーション処理について説明する。
まず、このキャリブレーション処理の開始に当たり、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴを駆動して、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2を、それぞれヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃの下方に位置させる。例えば、図１４に示されるように、ヘッドユニット６２Ａの左から３番目のＹヘッド６４A3、ヘッドユニット６２Ｃの右から２番目のＹヘッド６４C5を、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2にそれぞれ対向させる。
次に、主制御装置２０は、Ｙ干渉計１６の測長ビームＢ４1，Ｂ４2それぞれの計測値又はＺ干渉計４３Ａ，４３Ｂの計測値に基づいて、ウエハステージＷＳＴを図１４中に矢印ＲＶで示されるように、所定角度（θとする）だけ投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを中心としてＸＹ平面内で回転させ、この回転中に得られるＹヘッド６４A3，６４C5と対向するＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2とによってそれぞれ構成されるエンコーダ７０Ａ，７０Ｃの計測値を取得する。図１４中には、このウエハステージＷＳＴの回転中に、Ｙヘッド６４A3，６４C5で計測される計測値に対応するベクトルＭＡ，ＭＢがそれぞれ示されている。
この場合、θは微小角であるから、ＭＡ＝ｂ・θ及びＭＢ＝ａ・θが成立し、ベクトルＭＡ，ＭＢの大きさの比ＭＡ／ＭＢは、回転中心からＹヘッド６４A3，６４C5までの距離ａ，ｂの比ａ／ｂに等しい。
そこで、主制御装置２０は、上記エンコーダ７０Ａ，７０Ｃの計測値と、Ｙ干渉計１６の干渉計ビームＢ４1，Ｂ４2それぞれの計測値から得られる前記所定角度θとに基づいて、距離ｂ，ａすなわち、Ｙヘッド６４A3，６４C5のＸ座標値を算出する、あるいはその算出されたＸ座標値に基づいてさらに計算を行い、Ｙヘッド６４A3，６４C5の設計上の位置に対するＸ軸方向に関する位置ずれ量（すなわち、その位置ずれ量の補正情報）を算出する。
また、図１４に示される位置にウエハステージＷＳＴがある場合には、実際には、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2にヘッドユニット６２Ｂ，６２Ｄがそれぞれ対向する。従って、主制御装置２０は、上記のウエハステージＷＳＴの回転の際に、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2と、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2にそれぞれ対向するヘッドユニット６２Ｂ，６２Ｄの各１つのＸヘッド６６とによって構成されるエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄの計測値を同時に取得している。そして、上記と同様にして、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2にそれぞれ対向する各１つのＸヘッド６６のＹ座標値を算出する、あるいはその算出結果に基づいてさらに計算を行い、それらのＸヘッドの設計上の位置に対するＹ軸方向に関する位置ずれ量（すなわち、その位置ずれ量の補正情報）を算出する。
次に、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴをＸ軸方向に所定ピッチで移動し、各位置決め位置で、上述と同様の手順の処理を行うことで、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃの残りのＹヘッドについても、Ｘ座標値、あるいは設計上の位置に対するＸ軸方向に関する位置ずれ量（すなわち、その位置ずれ量の補正情報）を求めることができる。
また、主制御装置２０は、図１４の位置から、Ｙ軸方向に所定ピッチで移動し、各位置決め位置で、上述と同様の手順の処理を行うことで、ヘッドユニット６２Ｂ，６２Ｄの残りのＸヘッドについても、Ｙ座標値、あるいは設計上の位置に対するＹ軸方向に関する位置ずれ量（すなわち、その位置ずれ量の補正情報）を求めることができる。
また、主制御装置２０は、Ｙヘッド６４ｙ1，ｙ2についても、上述したＹヘッド６４と同様の手法で、Ｘ座標値あるいは設計上の位置に対するＸ軸方向に関する位置ずれ量（すなわち、その位置ずれ量の補正情報）を取得する。
このようにして、主制御装置２０は、全てのＹヘッド６４、６４ｙ1、６４ｙ2、についてのＸ座標値あるいは設計上の位置に対するＸ軸方向に関する位置ずれ量（すなわち、その位置ずれ量の補正情報）、及び全てのＸヘッド６６についてのＹ座標値あるいは設計上の位置に対するＹ軸方向に関する位置ずれ量（すなわち、その位置ずれ量の補正情報）を取得できるので、それらの取得した情報を、記憶装置、例えばメモリ３４に、記憶する。このメモリ３４内に記憶された各ヘッドのＸ座標値又はＹ座標値、あるいは設計上の位置に対するＸ軸方向又はＹ軸方向に関する位置ずれ量が、後述するエンコーダの計測値をウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置情報に変換する際などに用いられることとなる。なお、後述するエンコーダの計測値をウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置情報に変換する際などには、各ＹヘッドについてのＹ座標値、各ＸヘッドについてのＸ座標値としては設計値が用いられる。これは、これらの各ヘッドの計測方向に関する位置座標が、ウエハステージＷＳＴの位置の制御精度に与える影響は非常に弱い（制御精度への効きが非常に鈍い）ので設計値を用いても十分だからである。
ところで、ウエハテーブルＷＴＢ上の各スケール表面（グレーティング表面）の高さ（Ｚ位置）と、露光中心（前述の露光領域ＩＡの中心で、本実施形態では投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと一致）を含む基準面の高さとに誤差（又はギャップ）があると、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面と平行な軸（Ｘ軸又はＹ軸）回りの回転（ピッチング又はローリング）の際にエンコーダの計測値にいわゆるアッベ誤差が生じるので、この誤差を補正することが必要である。ここで、基準面とは、干渉計システム１１８で計測されるウエハステージＷＳＴのＺ軸方向の変位ΔＺｏの基準となる面であって、本実施形態では、投影光学系ＰＬの像面に一致しているものとする。
上記の誤差の補正のためには、ウエハステージＷＳＴの基準面に対する各スケール表面（グレーティング表面）の高さの差（いわゆるアッベ外し量）を正確に求めておく必要がある。これは、上記のアッベ外し量に起因するアッベ誤差を補正することが、エンコーダシステムを用いてウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置を正確に制御するためには必要だからである。かかる点を考慮して、本実施形態では、主制御装置２０が、次のような手順で上記アッベ外し量を求めるためのキャリブレーションを行っている。
まず、このキャリブレーション処理の開始に当たり、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴを駆動して、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2を、それぞれヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃの下方に位置させる。このとき、例えば、図１５に示されるように、ヘッドユニット６２Ａの左から３番目のＹヘッド６４A3が、前述したステージ位置起因誤差補正情報の取得の際に、そのＹヘッド６４A3を対向させたＹスケール３９Ｙ1上の特定の領域ＡＲに対向している。また、このとき、図１５に示されるように、ヘッドユニット６２Ｃの左から４番目のＹヘッド６４C4が、前述したステージ位置起因誤差補正情報の取得の際に、そのＹヘッド６４C4を対向させたＹスケール３９Ｙ2上の特定の領域に対向している。
次に、主制御装置２０は、前述した干渉計ビームＢ４1、Ｂ４2及びＢ３用いたＹ干渉計１６の計測結果に基づき、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面に対するθｘ方向の変位（ピッチング量）Δθｘが零でない場合には、干渉計システム１１８のＹ干渉計１６の計測結果に基づき、そのピッチング量Δθｘが零となるようにウエハステージＷＳＴを、露光中心を通る、Ｘ軸に平行な軸回りに傾斜させる。このとき、干渉計システム１１８の各干渉計は、全ての補正が完了しているので、このようなウエハステージＷＳＴのピッチング制御は可能である。
そして、このようなウエハステージＷＳＴのピッチング量の調整後、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2と、対向するＹヘッド６４A3，６４C4とでそれぞれ構成されるエンコーダ７０Ａ，７０Ｃの計測値ｙA0，ｙC0を取得する。
次に、主制御装置２０は、干渉計ビームＢ４1、Ｂ４2及びＢ３用いたＹ干渉計１６の計測結果に基づき、図１５中に矢印ＲＸで示されるように、ウエハステージＷＳＴを角度φだけ露光中心を通るＸ軸に平行な軸回りに傾斜させる。そして、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2と、対向するＹヘッド６４A3，６４C4とでそれぞれ構成されるエンコーダ７０Ａ，７０Ｃの計測値ｙA1，ｙC1を取得する。
そして、主制御装置２０は、上で取得したエンコーダ７０Ａ，７０Ｃの計測値ｙA0，ｙC0及びｙA1，ｙC1、並びに上記角度φに基づいて、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2のいわゆるアッベ外し量ｈA，ｈCを算出する。この場合、φは微小角であるから、ｓｉｎφ＝φ、ｃｏｓφ＝１が成立する。
ｈA＝（ｙA1−ｙA0）／φ ……（２４）
ｈC＝（ｙC1−ｙC0）／φ ……（２５）
次に、主制御装置２０は、そのピッチング量Δθｘが零となるようにウエハステージＷＳＴのピッチング量を調整後、必要に応じてウエハステージＷＳＴをＸ軸方向に駆動して、前述したステージ位置起因誤差補正情報の取得の際に、各Ｘヘッド６６を対向させたＸスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2上の特定領域に、ヘッドユニット６２Ｂ，６２Ｄの所定のＸヘッド６６を対向させる。
次に、主制御装置２０は、前述したＺ干渉計４３Ａ，４３Ｂの出力を用いて前述の式（６）の計算を行い、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面に対するθｙ方向の変位（ローリング量）Δθｙが零でない場合には、そのローリング量Δθｙが零となるようにウエハステージＷＳＴを、露光中心を通る、Ｙ軸に平行な軸回りに傾斜させる。そして、このようなウエハステージＷＳＴのローリング量の調整後、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2と、対向する各Ｘヘッド６６とでそれぞれ構成されるエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄの計測値ｘB0，ｘD0を取得する。
次に、主制御装置２０は、Ｚ干渉計４３Ａ，４３Ｂの出力に基づき、ウエハステージＷＳＴを角度φだけ露光中心を通るＹ軸に平行な軸回りに傾斜させ、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2と、対向する各Ｘヘッド６６とでそれぞれ構成されるエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄの計測値ｘB1，ｘD1を取得する。
そして、主制御装置２０は、上で取得したエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄの計測値ＸB0，ＸD0及びＸB1，ＸD1、並びに上記角度φに基づいて、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2のいわゆるアッベ外し量ｈB，ｈDを算出する。この場合、φは微小角である。
ｈB＝（ｘB1−ｘB0）／φ ……（２６）
ｈD＝（ｘD1−ｘD0）／φ ……（２７）
上式（２４）、（２５）からわかるように、ウエハステージＷＳＴのピッチング量をφｘとすると、ウエハステージＷＳＴのピッチングに伴う、Ｙエンコーダ７０Ａ，７０Ｃのアッベ誤差ΔＡA、ΔＡCは、次式（２８）、（２９）で表せる。
ΔＡA＝ｈA・φｘ ……（２８）
ΔＡC＝ｈC・φｘ ……（２９）
上式（２６）、（２７）からわかるように、ウエハステージＷＳＴのローリング量をφｙとすると、ウエハステージＷＳＴのローリングに伴う、Ｘエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄのアッベ誤差ΔＡB、ΔＡDは、次式（３０）、（３１）で表せる。
ΔＡB＝ｈB・φｙ ……（３０）
ΔＡD＝ｈD・φｙ ……（３１）
主制御装置２０は、上述のようにして求めたｈA〜ｈD又は式（２８）〜式（３１）をメモリ３４に記憶する。これにより、主制御装置２０は、ロット処理中などの実際のウエハステージＷＳＴの位置制御に際して、エンコーダシステムによって計測されたＸＹ平面（移動面）内におけるウエハステージＷＳＴの位置情報に含まれるアッベ誤差、すなわちＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2表面（グレーティング表面）の前述の基準面に対するアッベ外し量に起因する、ウエハステージＷＳＴのピッチング量に応じたＹエンコーダ７０Ａ，７０Ｃの計測誤差、又はＸスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2表面（グレーティング表面）の前述の基準面に対するアッベ外し量に起因する、ウエハステージＷＳＴのローリング量に応じたＸエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄの計測誤差、を補正しつつ、ＸＹ平面内の任意の方向に関してウエハステージＷＳＴを高精度に駆動（位置制御）することが可能になる。
ところで、エンコーダのヘッドの光軸がＺ軸にほぼ一致しており、かつウエハステージＷＳＴのピッチング量、ローリング量及びヨーイング量が、全てゼロの場合には、上記式（２２）、式（２３）からも明らかなように、ウエハテーブルＷＴＢの姿勢に起因する上述したエンコーダの計測誤差は生じない筈であるが、実際には、このような場合であってもエンコーダの計測誤差はゼロとはならない。これは、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2の表面（第２撥水板２８ｂの表面）が理想的な平面ではなく、多少の凹凸が存在するからである。スケールの表面（正確には、回折格子表面、及び回折格子がカバーガラスで覆われている場合には、そのカバーガラスの面を含む）に凹凸があると、ウエハステージＷＳＴがＸＹ平面に平行な面に沿って動いた場合でも、エンコーダのヘッドに対しスケール面はＺ軸方向に変位したり（上下動したり）、傾斜したりすることになる。これは、結果的にヘッドとスケールとに非計測方向に関する相対運動が生じることに他ならず、このような相対運動は、計測誤差の要因となることは、前述したとおりである。
また、図１６に示されるように、例えば複数のヘッド６６Ａ，６６Ｂで同一のスケール３９Ｘ上の複数の計測点Ｐ1，Ｐ2を計測する場合において、その複数のヘッド６６Ａ，６６Ｂの光軸の傾きが異なっており、かつスケール３９Ｘの表面に凹凸（傾斜を含む）があると、図１６においてΔＸA≠ΔＸBであることから明らかなように、その傾きの相違により凹凸が計測値に与える影響がヘッド毎に異なることとなる。従って、この影響の相違を排除するためには、スケール３９Ｘの表面の凹凸を求めておく必要がある。このスケール３９Ｘの表面の凹凸を、例えば前述したＺセンサなどのエンコーダ以外の計測装置を用いて計測しても良いが、このようにした場合には、その計測装置の計測分解能によって凹凸の計測精度が規定されるため、凹凸を高精度に計測するためには、Ｚセンサとして本来の目的に必要なセンサより高精度かつ高価なセンサを用いなければならなくなる可能性がある。
そこで、本実施形態では、エンコーダシステムそのものを用いて、スケールの表面の凹凸を計測する手法を採用している。以下、これについて説明する。
前述したウエハステージＷＳＴのＺレベリングに応じたエンコーダ（ヘッド）の計測値の変化特性を示す図１２のグラフ（誤差特性曲線）に示されるように、各エンコーダヘッドについて、ウエハステージＷＳＴのチルト動作に対して感度を持たない点、すなわちウエハステージＷＳＴのＸＹ平面に対する傾斜角度によらず、エンコーダの計測誤差がゼロになる特異点がＺ軸方向に１点だけ存在する。ウエハステージＷＳＴを、前述のステージ位置起因誤差補正情報の取得の際と同様に動かしてこの点を見つければ、その点（Ｚ位置）はそのエンコーダヘッドに対する特異点と位置づけることができる。この特異点を見つける動作を、スケール上の複数の計測点について行えば、そのスケールの面の形状（凹凸）を求めることができる。
(a) そこで、主制御装置２０は、まず、干渉計システム１１８のＹ干渉計１６、Ｘ干渉計１２６及びＺ干渉計４３Ａ，４３Ｂの計測値をモニタしつつ、ステージ駆動系１２４を介してウエハステージＷＳＴを駆動し、図１７に示されるように、ヘッドユニット６２Ａの任意のＹヘッド、例えば同図１７中のＹヘッド６４A2を、Ｙスケール３９Ｙ1の＋Ｙ側の端部近傍に対向させる。そして、主制御装置２０は、前述と同様に、その位置で、ウエハステージＷＳＴのピッチング量（θｘ回転量）を少なくとも２段階で変更し、変更時毎に、そのときのウエハステージＷＳＴの姿勢を維持した状態で、Ｙヘッド６４A2からＹスケール３９Ｙ1の対象とする計測点に検出光を照射しつつ、ウエハステージＷＳＴを所定ストローク範囲でＺ軸方向にスキャンし（移動させ）、そのスキャン（移動）中にＹスケール３９Ｙ1に対向するＹヘッド６４A2（エンコーダ７０Ａ）の計測結果をサンプリングする。なお、上記のサンプリングは、ウエハステージＷＳＴのヨーイング量（及びローリング量）をゼロに維持したまま行われる。
そして、主制御装置２０は、そのサンプリング結果に基づいて、所定の演算を行うことで、ウエハステージＷＳＴのＺ位置に応じた上記エンコーダ７０Ａの前記対象とする計測点における誤差特性曲線（図１２参照）を複数の姿勢のそれぞれについて求め、その複数の誤差特性曲線の交点、すなわちウエハステージＷＳＴのＸＹ平面に対する傾斜角度によらず、上記エンコーダ７０Ａの計測誤差がゼロになる点を、対象とする計測点における特異点とし、この特異点のＺ位置情報ｚ1（図１８（Ａ）参照）を求める。
(b) 次に、主制御装置２０は、干渉計システム１１８のＹ干渉計１６、Ｘ干渉計１２６及びＺ干渉計４３Ａ，４３Ｂの計測値をモニタしつつ、ウエハステージＷＳＴのピッチング量、及びローリング量をゼロに維持したまま、ステージ駆動系１２４を介してウエハステージＷＳＴを＋Ｙ方向に所定量ステップ移動させる。この移動は、干渉計の空気揺らぎによる計測誤差が無視できる程度の低速で行われる。
(c) そして、そのステップ移動後の位置で、上記(a)と同様にして、その位置における上記エンコーダ７０Ａの特異点のＺ位置情報ｚp（ここでは、ｐ＝２）を求める。
その後、主制御装置２０は、上記(b)及び(c)と同様の動作を繰り返し行うことで、スケール３９Ｙ1上のＹ軸方向に所定間隔で設定された複数（例えばｎ−１個）の計測点におけるＺ位置情報ｚp（ｐ＝２，３……，ｉ，……ｋ，……ｎ）を求める。
図１８（Ｂ）には、上述のようにして求められた第ｉ番目の計測点における特異点のｚ位置情報ｚiが示され、図１８（Ｃ）には、第ｋ番目の計測点における特異点のｚ位置情報ｚkが示されている。
(d) そして、主制御装置２０は、上記複数の計測点のそれぞれについて求めた特異点のＺ位置情報ｚ1，ｚ2，……ｚnに基づいて、スケール３９Ｙ1の凹凸を求める。図１８（Ｄ）に示されるように、スケール３９Ｙ1上の各計測点における特異点のＺ位置ｚpを示す両矢印の一端を、所定の基準線に一致させれば、各両矢印の他端を結ぶ曲線が、スケール３９Ｙ1の表面形状（凹凸）を表す。従って、主制御装置２０では、この凹凸を表す関数ｚ＝ｆ1（ｙ）を、各両矢印の他端の点をカーブフィット（最小二乗近似）して求め、メモリ３４に記憶する。なお、ｙは、Ｙ干渉計１６で計測されるウエハステージＷＳＴのＹ座標である。
(e) 主制御装置２０は、上記と同様にして、Ｙスケール３９Ｙ2の凹凸を表す関数ｚ＝ｆ2（ｙ）、Ｘスケール３９Ｘ1の凹凸を表す関数ｚ＝ｇ1（ｘ）、及びＸスケール３９Ｘ2の凹凸を表す関数ｚ＝ｇ2（ｘ）を、それぞれ求め、メモリ３４に記憶する。なお、ｘは、Ｘ干渉計１２６で計測されるウエハステージＷＳＴのＸ座標である。
ここで、各スケール上の各計測点において、上述した誤差特性曲線（図１２参照）を求める際に、Ｚの変化にもかかわらず、計測誤差が常にゼロとなる誤差特性曲線を求めると、その誤差特性曲線を得たときのウエハステージＷＳＴのピッチング量（又はローリング量）がスケール面のその計測点における傾斜量に対応する。従って、上記の方法では、スケール面の高さ情報に加えて、各計測点での傾斜の情報も得ることとしても良い。このようにすると、上述したカーブフィットに際して、より精度の高いフィッティングが可能となる。
ところで、エンコーダのスケールは、使用時間の経過と共に熱膨張その他により回折格子が変形したり、回折格子のピッチが部分的又は全体的に変化したりする等、機械的な長期安定性に欠ける。このため、その計測値に含まれる誤差が使用時間の経過と共に大きくなるので、これを補正する必要がある。以下、本実施形態の露光装置１００で行われるスケールの格子ピッチの補正情報及び格子変形の補正情報の取得動作について、図１９に基づいて説明する。
この図１９において、測長ビームＢ４1，Ｂ４2は、前述の直線ＬＶに関して対称に配置され、Ｙ干渉計１６の実質的な測長軸は、投影光学系ＰＬの光軸を通る、Ｙ軸方向と平行な直線ＬＶに一致する。このため、Ｙ干渉計１６によれば、アッベ誤差なくウエハテーブルＷＴＢのＹ位置を計測することができる。同様に、測長ビームＢ５1，Ｂ５2は、前述の直線ＬＨに関して対称に配置され、Ｘ干渉計１２６の実質的な測長軸は、投影光学系ＰＬの光軸を通る、Ｘ軸方向と平行な直線ＬＨに一致する。このため、Ｘ干渉計１２６によれば、アッベ誤差なくウエハテーブルＷＴＢのＸ位置を計測することができる。
まず、Ｘスケールの格子線の変形（格子線の曲がり）の補正情報と、Ｙスケールの格子ピッチの補正情報との取得動作について説明する。ここでは、説明を簡単にするために、反射面１７ｂは、理想的な平面であるものとする。また、この取得動作に先立って、上述した各スケールの表面の凹凸情報の計測が行われ、Ｙスケール３９Ｙ1の凹凸を表す関数ｚ＝ｆ1（ｙ）、Ｙスケール３９Ｙ2の凹凸を表す関数ｚ＝ｆ2（ｙ）、Ｘスケール３９Ｘ1の凹凸を表す関数ｚ＝ｇ1（ｘ）、及びＸスケール３９Ｘ2の凹凸を表す関数ｚ＝ｇ2（ｘ）が、メモリ３４内に記憶されているものとする。
主制御装置２０は、まず、メモリ３４内に記憶されている関数ｚ＝ｆ1（ｙ）、関数ｚ＝ｆ2（ｙ）、関数ｚ＝ｇ1（ｘ）及び関数ｚ＝ｇ2（ｘ）を、内部メモリに読み込む。
次に、主制御装置２０は、Ｙ干渉計１６の計測値の短期変動が無視できる程度の低速で、且つＸ干渉計１２６の計測値を所定値に固定した状態で、ウエハステージＷＳＴをＹ干渉計１６及びＺ干渉計４３Ａ，４３Ｂの計測値に基づいて、ピッチング量、ローリング量及びヨーイング量を全てゼロに維持した状態で、図１９中に矢印Ｆ、Ｆ’で示されるように、例えば前述の有効ストローク範囲で＋Ｙ方向及び−Ｙ方向の少なくとも一方の方向に移動させる。この移動中に、主制御装置２０は、上述の関数ｚ＝ｆ1（ｙ），関数ｚ＝ｆ2（ｙ）をそれぞれ用いてＹリニアエンコーダ７０Ａ，７０Ｃの計測値（出力）を補正しながら、その補正後の計測値とＹ干渉計１６の計測値（より正確には干渉計ビームＢ４1，Ｂ４2の計測値）とを、所定のサンプリング間隔で取り込み、その取り込んだ各計測値に基づいてＹリニアエンコーダ７０Ａ，７０Ｃの計測値（エンコーダ７０Ａの出力−関数ｆ1（ｙ）に対応する計測値、エンコーダ７０Ｃの出力−関数ｆ2（ｙ）に対応する計測値）とＹ干渉計１６の計測値との関係を求める。すなわち、このようにして、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴの移動に伴ってヘッドユニット６２Ａ及び６２Ｃに順次対向配置されるＹスケール３９Ｙ1及び３９Ｙ2の格子ピッチ（隣接する格子線の間隔）及び該格子ピッチの補正情報を求める。この格子ピッチの補正情報としては、例えば、横軸が干渉計の計測値、縦軸がエンコーダの計測値（スケール面の凹凸に起因する誤差が補正された計測値）とした場合の両者の関係を曲線で示す補正マップなどを求めることができる。この場合のＹ干渉計１６の計測値は、前述した極低速でウエハステージＷＳＴをスキャンしたときに得られるものであるから、長期的な変動誤差は勿論、空気揺らぎに起因する短期的な変動誤差も殆ど含まれず、誤差が無視できる正確な値と考えて差し支えない。
また、主制御装置２０は、上記のウエハステージＷＳＴの移動中に、その移動に伴って前記Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2に順次対向配置されるヘッドユニット６２Ｂ及び６２Ｄの複数のＸヘッド６６から得られる計測値（Ｘリニアエンコーダ７０Ｂ及び７０Ｄの計測値）を統計的に処理、例えば平均する（又は重み付け平均する）ことで、その複数のＸヘッド６６に順次対向した格子線３７の変形（曲がり）の補正情報をも求めている。これは、反射面１７ｂが理想的な平面である場合には、ウエハステージＷＳＴを＋Ｙ方向又は−Ｙ方向に送っていく過程で、繰り返し同じぶれパターンが出現する筈であるから、複数のＸヘッド６６で取得した計測データを平均化等すれば、その複数のＸヘッド６６に順次対向した格子線３７の変形（曲がり）の補正情報を正確に求めることができるからである。
なお、反射面１７ｂが理想的な平面でない通常の場合には、予めその反射面の凹凸（曲がり）を計測してその曲がりの補正データを求めておき、上述のウエハステージＷＳＴの＋Ｙ方向又は−Ｙ方向への移動の際に、Ｘ干渉計１２６の計測値を所定値に固定する代わりにその補正データに基づいて、ウエハステージＷＳＴのＸ位置を制御しつつウエハステージＷＳＴの＋Ｙ方向又は−Ｙ方向への移動を行うことで、ウエハステージＷＳＴを正確にＹ軸方向に移動させることとすれば良い。このようにすれば、上記と全く同様の、Ｙスケールの格子ピッチの補正情報及び格子線３７の変形（曲がり）の補正情報を得ることができる。なお、上述した複数のＸヘッド６６で取得した計測データは、反射面１７ｂの異なる部位基準での複数のデータであり、いずれのＸヘッド６６も同一の格子線３７の変形（曲がり）を計測しているのであるから、上記の平均化等によって、反射面の曲がり補正残差が平均化され真の値に近づく（換言すれば複数のＸヘッドで取得した計測データ（格子線３７の曲がり情報）を平均化することで、曲がり残差の影響を薄めることができる）という付随的な効果もある。
次に、Ｙスケールの格子線の変形（格子線の曲がり）の補正情報、及びＸスケールの格子ピッチの補正情報の取得動作について説明する。ここでは、説明を簡単にするために、反射面１７ａは、理想的な平面であるものとする。この場合、上述の補正の場合と、Ｘ軸方向とＹ軸方向とを入れ替えた処理を行えば良い。
すなわち、主制御装置２０は、Ｘ干渉計１２６の計測値の短期変動が無視できる程度の低速で、且つＹ干渉計１６の計測値を所定値に固定した状態で、ウエハステージＷＳＴをＸ干渉計１２６、Ｙ干渉計１６及びＺ干渉計４３Ａ，４３Ｂの計測値に基づいて、ピッチング量、ローリング量及びヨーイング量を全てゼロに維持した状態で、例えば前述の有効ストローク範囲で＋Ｘ方向及び−Ｘ方向の少なくとも一方の方向に移動させる。この移動中に、主制御装置２０は、上述の関数ｚ＝ｇ1（ｘ），関数ｚ＝ｇ2（ｘ）をそれぞれ用いてＸリニアエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄの計測値を補正しながら、その補正後の計測値とＸ干渉計１２６の計測値とを、所定のサンプリング間隔で取り込み、その取り込んだ各計測値に基づいてＸリニアエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄの計測値（エンコーダ７０Ｂの出力−関数ｇ1（ｘ）に対応する計測値、エンコーダ７０Ｄの出力−関数ｇ2（ｘ）に対応する計測値）とＸ干渉計１２６の計測値との関係を求めることとすれば良い。すなわち、このようにして、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴの移動に伴ってヘッドユニット６２Ｂ及び６２Ｄに順次対向配置されるＸスケール３９Ｘ1及び３９Ｘ2の格子ピッチ（隣接する格子線の間隔）及び該格子ピッチの補正情報を求める。この格子ピッチの補正情報としては、例えば、横軸が干渉計の計測値、縦軸がエンコーダの計測値（スケール面の凹凸に起因する誤差が補正された計測値）とした場合の両者の関係を曲線で示すマップなどを求めることができる。この場合のＸ干渉計１２６の計測値は、前述した極低速でウエハステージＷＳＴをスキャンしたときに得られるものであるから、長期的な変動誤差は勿論、空気揺らぎに起因する短期的な変動誤差も殆ど含まれず、誤差が無視できる正確な値と考えて差し支えない。
また、主制御装置２０は、上記のウエハステージＷＳＴの移動中に、その移動に伴って前記Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2に順次対向配置されるヘッドユニット６２Ａ及び６２Ｃの複数のＹヘッド６４から得られる計測値（Ｙリニアエンコーダ７０Ａ及び７０Ｃの計測値）を統計的に処理、例えば平均する（又は重み付け平均する）ことで、その複数のＹヘッド６４に順次対向した格子線３８の変形（曲がり）の補正情報をも求めている。これは、反射面１７ａが理想的な平面である場合には、ウエハステージＷＳＴを＋Ｘ方向又は−Ｘ方向に送っていく過程で、繰り返し同じぶれパターンが出現する筈であるから、複数のＹヘッド６４で取得した計測データを平均化等すれば、その複数のＹヘッド６４に順次対向した格子線３８の変形（曲がり）の補正情報を正確に求めることができるからである。
なお、反射面１７ａが理想的な平面でない通常の場合には、予めその反射面の凹凸（曲がり）を計測してその曲がりの補正データを求めておき、上述のウエハステージＷＳＴの＋Ｘ方向又は−Ｘ方向への移動の際に、Ｙ干渉計１６の計測値を所定値に固定する代わりにその補正データに基づいて、ウエハステージＷＳＴのＹ位置を制御しつつウエハステージＷＳＴの＋Ｘ方向又は−Ｘ方向への移動を行うことで、ウエハステージＷＳＴを正確にＸ軸方向に移動させることとすれば良い。このようにすれば、上記と全く同様の、Ｘスケールの格子ピッチの補正情報及び格子線３８の変形（曲がり）の補正情報を得ることができる。
このようにして、主制御装置２０は、所定のタイミング毎、例えばロット先頭毎などに、Ｙスケールの格子ピッチの補正情報及び格子線３７の変形（曲がり）の補正情報、並びにＸスケールの格子ピッチの補正情報及び格子線３８の変形（曲がり）の補正情報を得る。
そして、ロットの処理中などには、主制御装置２０は、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃから得られる計測値（すなわち、エンコーダ７０Ａ，７０Ｃの計測値）を前記格子ピッチの補正情報及び上述の格子線３８の変形（曲がり）の補正情報、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Ｚ位置、ピッチング量Δθｘ及びヨーイング量Δθｚに応じたステージ位置起因誤差補正情報、並びにＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2表面のアッベ外し量に起因するウエハステージＷＳＴのピッチング量Δθｘに応じたアッベ誤差の補正情報に基づいて補正しながら、ウエハステージＷＳＴのＹ軸方向への移動制御を、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2とヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃとを用いて、すなわちＹリニアエンコーダ７０Ａ，７０Ｃを用いて行う。これにより、Ｙスケールの格子ピッチの経時的な変化及びＹスケールを構成する各格子（線）の曲がりの影響を受けることなく、ウエハステージＷＳＴの非計測方向に関する位置の変化（ヘッドとスケールの非計測方向に関する相対運動）に影響を受けることなく、かつアッベ誤差の影響を受けることなく、Ｙリニアエンコーダ７０Ａ，７０Ｃを用いて、ウエハステージＷＳＴのＹ軸方向の移動制御を精度良く行なうことが可能となる。
また、ロットの処理中などには、主制御装置２０は、ヘッドユニット６２Ｂ，６２Ｄから得られる計測値（すなわち、エンコーダ７０Ｂ，７０Ｄの計測値）を前記格子ピッチの補正情報及び上述の格子線３７の変形（曲がり）の補正情報、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Ｚ位置ｚ、ローリング量θｙ及びヨーイング量θｚに応じたステージ位置起因誤差補正情報、並びにＸスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2表面のアッベ外し量に起因するウエハステージＷＳＴのローリング量Δθｙに応じたアッベ誤差の補正情報に基づいて補正しながら、ウエハステージＷＳＴのＸ軸方向への移動制御を、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2とヘッドユニット６２Ｂ，６２Ｄとを用いて、すなわちＸリニアエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄを用いて行う。これにより、Ｘスケールの格子ピッチの経時的な変化及びＸスケールを構成する各格子（線）の曲がりの影響を受けることなく、ウエハステージＷＳＴの非計測方向に関する位置の変化（ヘッドとスケールの非計測方向に関する相対運動）に影響を受けることなく、かつアッベ誤差の影響を受けることなく、Ｘリニアエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄを用いて、ウエハステージＷＳＴのＸ軸方向の移動制御を精度良く行なうことが可能となる。
なお、上述の説明では、Ｙスケール、Ｘスケールのいずれについても、格子ピッチ、格子線曲がりの補正情報の取得を行うものとしたが、これに限らず、Ｙスケール及びＸスケールのいずれかについてのみ、格子ピッチ及び格子線曲がりの補正情報の取得を行っても良いし、Ｙスケール及びＸスケールの両者について、格子ピッチ、格子線曲がりのいずれかについての補正情報のみを取得しても良い。例えばＸスケールの格子線３７の曲がりの補正情報の取得のみを行う場合には、必ずしもＹ干渉計１６を用いることなく、Ｙリニアエンコーダ７０Ａ，７０Ｃの計測値に基づいてウエハステージＷＳＴをＹ軸方向に移動させても良い。同様に、例えばＹスケールの格子線３８の曲がりの補正情報の取得のみを行う場合には、必ずしもＸ干渉計１２６を用いることなく、Ｘリニアエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄの計測値に基づいてウエハステージＷＳＴをＸ軸方向に移動させても良い。また、前述のステージ位置起因誤差と、スケール（例えば、格子面の平面度（平坦性）、及び／又は格子の形成誤差（ピッチ誤差、格子線曲がりなどを含む）など）に起因して生じるエンコーダの計測誤差（以下、スケール起因誤差とも呼ぶ）とのいずれか一方を補償するだけでも良い。
ところで、実際の露光時などには、干渉計のビームの光路上の空気揺らぎに起因する計測値の短期的な変動が無視できない速度で、ウエハステージＷＳＴが主制御装置２０によりステージ駆動系１２４を介して駆動される。従って、エンコーダシステムの計測値に基づいてウエハステージＷＳＴの位置制御を行うことが重要となる。例えば、ウエハステージＷＳＴを露光中にＹ軸方向にスキャンさせる際には、主制御装置２０は、Ｙスケール３９Ｙ1、３９Ｙ2にそれぞれ対向する一対のＹヘッド６４（Ｙエンコーダ）の計測値に基づいてステージ駆動系１２４を駆動する。この際、一対のＹヘッド６４（Ｙエンコーダ）の計測値に基づいてウエハステージ駆動系１２４を介してウエハステージＷＳＴを正確にＹ軸方向に移動させるためには、その一対のＹヘッド６４それぞれの検出信号（受光素子による光電変換信号）の電線中の伝播に伴う計測遅延による計測誤差がウエハステージＷＳＴの位置制御に影響を与えないようにする必要がある。また、例えばウエハＷ上の１つのショット領域の露光と隣接するショット領域の露光との間で行われる、ウエハステージＷＳＴのショット間ステッピング動作時などに、主制御装置２０は、Ｘスケール３９Ｘ1、３９Ｘ2にそれぞれ対向する一対のＸヘッド６６（Ｘエンコーダ）の計測値に基づいてウエハステージＷＳＴのＸ軸方向の位置を制御する必要もある。この場合には、その一対のＸヘッド６６それぞれの検出信号（受光素子による光電変換信号）の電線中の伝播に伴う計測遅延による計測誤差がウエハステージＷＳＴの位置制御に影響を与えないようにする必要がある。また、ウエハＷ上の全てのショット領域を露光するためには、後述する複数のエンコーダ間のつなぎ動作が必須である。従って、エンコーダシステムの全てのＹヘッド６４及びＸヘッド６６、並びに一対のＹヘッド６４ｙ1，６４ｙの検出信号（受光素子による光電変換信号）の電線中の伝播に伴う遅延時間の情報を予め求めておく必要がある。
この一方、本実施形態の露光装置１００は、エンコーダシステムに加え、干渉計システム１１８によってもウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内における位置情報を計測可能である。すなわち、露光装置１００では、エンコーダシステムの各ＹヘッドとＹ干渉計１６とによる、ウエハステージＷＳＴのＹ軸方向に関する位置情報の同時計測、及びエンコーダシステムの各ＸヘッドとＸ干渉計１２６とによる、ウエハステージＷＳＴのＸ軸方向に関する位置情報の同時計測が可能である。
そこで、主制御装置２０は、次のような手順で、エンコーダシステムの全てのＹヘッド６４及びＸヘッド６６、並びに一対のＹヘッド６４ｙ1，６４ｙ2の検出信号（受光素子による光電変換信号）の電線中の伝播に伴う遅延時間の情報を、例えば装置の立ち上げ時などに取得する。
まず、主制御装置２０は、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2のそれぞれに、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃそれぞれの１つのＹヘッド６４が対向する位置にウエハステージＷＳＴを移動させる。
次に、主制御装置２０は、Ｙ干渉計１６及びＸ干渉計１２６、並びに反射面１７ｂの曲がりの補正データに基づいて、ウエハステージＷＳＴのＸ位置を制御しつつ、かつＹ干渉計１６及びＺ干渉計４３Ａ，４３Ｂの計測値に基づいて、ピッチング量、ローリング量及びヨーイング量を全てゼロに維持した状態で、ウエハステージＷＳＴを＋Ｙ方向又は−Ｙ方向へ所定の速度、例えば走査露光時と同様の速度で駆動する。この駆動中に、主制御装置２０は、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2それぞれに対向する２つのＹヘッド６４からの検出信号と、Ｙ干渉計１６の出力信号とを同時にかつ所定のサンプリング間隔で例えばメモリ３４などの記憶装置に取り込む。
この結果、例えば図２０に示されるように、ともにサインカーブで表されるＹ干渉計１６の出力信号Ｃ１と、各Ｙヘッド６４の検出信号Ｃ２とが得られる。図２０において、横軸は時間ｔを示し、縦軸は信号強度Ｉを示す。なお、この図２０には、両信号Ｃ１、Ｃ２のピーク値とボトム値が、ともに同一の値となるように、少なくとも一方の信号を正規化した後の両信号が示されている。
そして、主制御装置２０は、図２０中に示される縦軸に平行な直線と両信号Ｃ１、Ｃ２それぞれとの交点、Ｑ１、Ｑ２を求め、点Ｑ１、Ｑ２の距離（強度の差）ΔＩを求め、該強度差ΔＩに所定の係数γを乗じて、信号Ｃ１を基準とする、信号Ｃ２の電線中の伝播に伴う各Ｙヘッド６４についての遅延時間δを求める。ここで、係数γは、予め実験等で求めた強度の差ΔＩを前記遅延時間δに変換するための係数である。
ここで、主制御装置２０は、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2それぞれに対向する２つのＹヘッド６４のそれぞれについて遅延時間δを求めることは勿論である。
次に、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴを、隣接するＹヘッドの間隔だけ−Ｘ方向（又は＋Ｘ方向）に移動して、上記と同様の手順で、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2それぞれに対向する２つのＹヘッド６４のそれぞれについて遅延時間δを求める。以後、主制御装置２０は、同様の手順を繰り返して、全てのＹヘッド６４及びＹヘッド６４ｙ1，６４ｙ2について、遅延時間δを求める。なお、上記の説明では、２つのＹヘッドを１組として一度に遅延時間δを求めるものとしたが、これに限らず、Ｙヘッド毎に、上記と同様の手順で、遅延時間δを求めても良い。
また、エンコーダシステムの各Ｘヘッド６６について検出信号（受光素子による光電変換信号）の電線中の伝播に伴う遅延時間の情報を求める場合には、主制御装置２０は、上述の補正の場合と、Ｘ軸方向とＹ軸方向とを入れ替えた処理を行う。なお、この処理の詳細については省略する。
主制御装置２０は、上述のようにして、Ｙ干渉計１６の計測値を基準とするエンコーダシステムの各Ｙヘッドの検出信号の電線中の伝播に伴う遅延時間の情報、Ｘ干渉計１２６の計測値を基準とするエンコーダシステムの各Ｘヘッドの検出信号の電線中の伝播に伴う遅延時間の情報を、それぞれ求め、メモリ３４に記憶する。
次に、上述した各ヘッドの検出信号の電線中の伝播に伴う計測遅延に起因するエンコーダの計測誤差の補正方法の一例について、図２１に基づいて説明する。この図２１には、所定の速度ｖ0から所定の加速度（減速度）ａで減速中のウエハステージＷＳＴのＹ軸方向に関する位置の時間変化の一例を示す時間変化曲線ｙ＝ｙ（ｔ）と、前記計測誤差を補正するために用いられる近似直線ｙ＝ｙcal（ｔ）とが示されている。ここで、時間変化曲線ｙ＝ｙ（ｔ）は、前述の各Ｙヘッドの検出信号の電線中の伝播に伴う遅延時間δの基準となる計測装置、ここではＹ干渉計１６で計測されるウエハステージＷＳＴのＹ軸方向に関する位置の変化を示す曲線（所定の計測サンプリング間隔で得られるＹ干渉計１６の計測値を最小二乗近似した曲線）である。近似直線ｙ＝ｙcal（ｔ）は、時間変化曲線ｙ＝ｙ（ｔ）上の点Ｓ１と点Ｓ２とを結んだ直線である。点Ｓ１は、現在時刻をｔとして、現在時刻ｔにおいて主制御装置２０が取得する最新のＹエンコーダ（Ｙヘッド）の計測値に対応する、前記遅延時間δだけ前の時刻（ｔ−δ）における時間変化曲線ｙ＝ｙ（ｔ）上の点である。また、点Ｓ２は、現在時刻ｔより１制御サンプリング間隔Δｔ（Δｔは、例えば９６μｓ）前の時刻（ｔ−Δｔ）において主制御装置２０が取得したＹエンコーダ（Ｙヘッド）の計測値、すなわち１つ前のＹエンコーダ（Ｙヘッド）の計測値に対応する、時刻（ｔ−Δｔ−δ）における時間変化曲線ｙ＝ｙ（ｔ）上の点である。従って、主制御装置２０は、現在時刻ｔにおいて主制御装置２０が取得する最新のＹエンコーダ（Ｙヘッド）の計測値と、１つ前のＹエンコーダ（Ｙヘッド）の計測値とに基づいて、近似直線ｙ＝ｙcal（ｔ）を算出することができる。
この場合、近似直線ｙ＝ｙcal（ｔ）は、次式（３２）で表すことができる。
Figure 2017010043
また、時間変化曲線ｙ＝ｙ（ｔ）は、所定の速度ｖ0から所定の加速度（減速度）ａで減速中のウエハステージＷＳＴのＹ軸方向に関する位置変化の一例を示す曲線であるから、一例として次式（３３）で表すことができる。
ｙ＝ｙ（ｔ）＝ｖ0ｔ−１／２ａｔ2……（３３）
従って、図２１中に示される補正誤差、すなわち現在時刻ｔにおけるｙ＝ｙ（ｔ）とｙ＝ｙcal（ｔ）との差（ｙcal（ｔ）−ｙ（ｔ））は、次式（３４）で表すことができる。
Figure 2017010043
減速度（加速度）ａ＝２０〔ｍ／ｓ2〕、遅延時間δ＝１００〔ｎｓ〕、１制御サンプリング間隔Δｔ＝９６〔μｓｅｃ〕の場合、補正誤差は０．１ｎｍになり、この量であれば当面の間は問題にならないと言える。すなわち、各Ｙヘッドについて遅延時間δが正確に求められていれば、上述の手法により、計測遅延（遅延時間）に起因するエンコーダの計測誤差をソフト的に補正することができる。
すなわち、主制御装置２０は、エンコーダシステムの各Ｙヘッドの計測値と、１制御サンプリング間隔前の計測値とに基づいて、時刻ｔ、時刻（ｔ−Δｔ）における時間変化曲線ｙ＝ｙ（ｔ）上の点Ｓ１、Ｓ２を見つけ、それらの点Ｓ１，Ｓ２を通る近似直線ｙ＝ｙcal（ｔ）を算出し、時刻ｔにおける近似直線ｙ＝ｙcal（ｔ）上の点のｙ座標値を求めることで、各Ｙヘッドの検出信号の電線中の伝播に伴う計測遅延による計測誤差を補正することができ、エンコーダシステムの各Ｙヘッドについての計測遅延の影響を補正することができる。
また、主制御装置２０は、エンコーダシステムの各Ｘヘッド６６についての計測遅延（遅延時間δ）の影響も、上述と同様にして補正することができる。
その他の計測誤差の発生要因として、ビーム光路上の雰囲気の温度揺らぎ（空気揺らぎ）が考えられる。２つの戻り光束ＬＢ１，ＬＢ２間の位相差φは、式（１６）右辺第１項より、２つの光束の光路差ΔＬに依存する。ここで、空気揺らぎによって、光の波長λがλ＋Δλに変化したとする。この波長の微小変化Δλによって、位相差は微小量Δφ＝２πΔＬΔλ／λ２変化する。ここで、仮に、光の波長λ＝１μｍ、微小変化Δλ＝１ｎｍとすると、光路差ΔＬ＝１ｍｍに対して、位相変化Δφ＝２πとなる。この位相変化は、エンコーダのカウント値に換算すると１に相当する。また、変位に換算すると、ｐ／２（ｎｂ−ｎａ）に相当する。従って、ｎｂ＝−ｎａ＝１とすれば、ｐ＝１μｍの場合、０．２５μｍの計測誤差が生ずることになる。
実際のエンコーダでは、干渉させる２つの光束の光路長が極短いため、空気揺らぎによる波長変化Δλは非常に小さい。さらに、光路差ΔＬは、光軸が反射面に対して直交する理想状態において、ほぼ零になるよう設計されている。そのため、空気揺らぎに起因する計測誤差はほぼ無視できる。干渉計と比較しても格段に小さく、短期安定性に優れている。
本実施形態の露光装置１００では、例えば装置の立ち上げ時などに、主制御装置２０は、前述の一連のキャリブレーション処理、すなわちＡ．ステージ位置起因誤差補正情報の取得処理、Ｂ．ヘッド位置キャリブレーション処理、Ｃ．アッベ外し量を求めるためのキャリブレーション処理、Ｄ．スケールの面の形状（凹凸）を求める処理、Ｅ．スケールの格子ピッチの補正情報及び格子変形の補正情報の取得処理、及びF．計測遅延による計測誤差の補正情報の取得処理を、複数回、前述した順序あるいは異なる順序で繰り返しても良い。この繰り返しに際し、前回までに計測した各種情報を用いて、２回目以降の各種キャリブレーション処理を行うこととしても良い。
例えば、上述のステージ位置起因誤差補正情報の取得処理に際しては、例えばウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）のピッチング（又はローリング）の調整は、Ｚ位置ｚ＝０の点を中心としてウエハステージＷＳＴをθｘ回転（又はθｙ回転）させなければならず、その前提としては、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2（又はＸスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2）の前述のアッベ外し量が既知であることが必要である。そこで、第１回目のステージ位置起因誤差補正情報の取得処理では、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2（又はＸスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2）のアッベ外し量として設計値を用いて、前述の手順でＡ．ステージ位置起因誤差補正情報の取得処理を行い、その後Ｂ．ヘッド位置キャリブレーション処理及びＣ．アッベ外し量を求めるためのキャリブレーション処理を行った後、Ｄ．スケールの面の形状（凹凸）を求める処理、並びにＥ．スケールの格子ピッチの補正情報及び格子変形の補正情報の取得処理を、行い、その後に、第２回目のＡ．ステージ位置起因誤差補正情報の取得処理を行う際に、上で実際に求めたアッベ外し量に基づいて、Ｚ位置ｚ＝０の点を中心としてウエハステージＷＳＴをθｘ回転（又はθｙ回転）させて、前述の手順でステージ位置起因誤差補正情報を取得しても良い。このようにすることで、２回目の計測でアッベ外し量の設計値に対する誤差の影響を受けない、ステージ位置起因誤差補正情報を取得することが可能となる。
次に、上述したステージ位置起因誤差補正情報の取得、スケールの表面の凹凸計測、スケールの格子ピッチの補正情報及び格子変形の補正情報の取得、並びにスケール表面のアッベ外し量の取得などの処理が予め行われた後に、実際のロットの処理中などに実行される、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置制御に用いられるエンコーダの切り換え処理、すなわち複数のエンコーダ間でのつなぎ処理について説明する。
ここで、まず、複数のエンコーダ間でのつなぎ処理の説明に先立って、その前提となる、補正済みのエンコーダの計測値をウエハステージＷＳＴの位置に変換する具体的方法について図２２（Ａ）及び図２２（Ｂ）を用いて説明する。ここでは、説明を簡単にするために、ウエハステージＷＳＴの自由度が３自由度（Ｘ，Ｙ，θｚ）であるものとする。
図２２（Ａ）には、ウエハステージＷＳＴが座標原点（Ｘ，Ｙ、θｚ）＝（０，０，０）にある基準状態が示されている。この基準状態から、エンコーダ（Ｙヘッド）Ｅｎｃ１，Ｅｎｃ２及びエンコーダ（Ｘヘッド）Ｅｎｃ３のいずれもが、それぞれが対向するスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2及び３９Ｘ1の走査領域から外れない範囲内で、ウエハステージＷＳＴを駆動する。このようにして、ウエハステージＷＳＴが位置（Ｘ，Ｙ，θｚ）に移動した状態が、図２２（Ｂ）に示されている。
ここで、ＸＹ座標系における、エンコーダＥｎｃ１、Ｅｎｃ２、Ｅｎｃ３の計測点の位置座標（Ｘ，Ｙ）をそれぞれ（ｐ1，ｑ1）、（ｐ2，ｑ2）、（ｐ3，ｑ3）とする。エンコーダＥｎｃ１、Ｅｎｃ２のＸ座標値ｐ1，ｐ2及びエンコーダＥｎｃ３のＹ座標値ｑ3としては、前述のヘッド位置のキャリブレーションの際に取得した位置情報が、エンコーダＥｎｃ１、Ｅｎｃ２のＹ座標値ｑ1，ｑ2及びエンコーダＥｎｃ３のＸ座標値ｐ3としては、設計上の位置情報が、メモリ３４内からそれぞれ読み出されて用いられる。
ＸヘッドとＹヘッドは、それぞれ、ウエハステージＷＳＴの中心軸ＬＬとＬＷからの相対距離を計測する。従って、ＸヘッドとＹヘッドの計測値ＣＸ，ＣＹは、それぞれ、次式（３５ａ）、（３５ｂ）で表すことができる。
ＣＸ＝ｒ’・ｅｘ’ …（３５ａ）
ＣＹ＝ｒ’・ｅｙ’ …（３５ｂ）
ここで、ｅｘ’，ｅｙ’は、ウエハステージＷＳＴにのった相対座標系（Ｘ’，Ｙ’，θｚ’）におけるＸ’，Ｙ’単位ベクトルで、基準座標系（Ｘ，Ｙ，θｚ）におけるＸ，Ｙ単位ベクトルｅｘ，ｅｙと、次式（３６）の関係がある。
Figure 2017010043
また、ｒ’は相対座標系におけるエンコーダの位置ベクトルで、基準座標系における位置ベクトルｒ＝（ｐ，ｑ）を用いて、ｒ’＝ｒ−（Ｏ’−Ｏ）と与えられる。従って、式（３５ａ），（３５ｂ）は、次式（３７ａ），（３７ｂ）のように書き換えられる。
ＣＸ＝ （ｐ−Ｘ）ｃｏｓθｚ＋（ｑ−Ｙ）ｓｉｎθｚ ……（３７ａ）
ＣＹ＝−（ｐ−Ｘ）ｓｉｎθｚ＋（ｑ−Ｙ）ｃｏｓθｚ ……（３７ｂ）
従って、図２２（Ｂ）に示されるように、ウエハステージＷＳＴが座標（Ｘ，Ｙ，θｚ）に位置する場合、３つのエンコーダの計測値は、理論上、次の式（３８ａ）〜（３８ｃ）（アフィン変換の関係とも呼ぶ）で表すことができる。
Ｃ1＝−（ｐ1−Ｘ）ｓｉｎθｚ＋（ｑ1−Ｙ）ｃｏｓθｚ ……（３８ａ）
Ｃ2＝−（ｐ2−Ｘ）ｓｉｎθｚ＋（ｑ2−Ｙ）ｃｏｓθｚ ……（３８ｂ）
Ｃ3＝ （ｐ3−Ｘ）ｃｏｓθｚ＋（ｑ3−Ｙ）ｓｉｎθｚ ……（３８ｃ）
なお、図２２（Ａ）の基準状態では、連立方程式（３８ａ）〜（３８ｃ）より、Ｃ1＝ｑ1，Ｃ2＝ｑ2，Ｃ3＝ｐ3となる。従って、基準状態において、３つのエンコーダＥｎｃ１、Ｅｎｃ２、Ｅｎｃ３の計測値を、それぞれｑ1，ｑ2，ｐ3と初期設定すれば、以降ウエハステージＷＳＴの変位（Ｘ，Ｙ，θｚ）に対して、３つのエンコーダは式（３８ａ）〜（３８ｃ）で与えられる理論値を提示することになる。
連立方程式（３８ａ）〜（３８ｃ）では、変数が３つ（Ｘ，Ｙ，θｚ）に対して３つの式が与えられている。従って、逆に、連立方程式（３８ａ）〜（３８ｃ）における従属変数Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3が与えられれば、変数Ｘ，Ｙ，θｚを求めることができる。ここで、近似ｓｉｎθｚ≒θｚを適用すると、あるいはより高次の近似を適用しても、容易に方程式を解くことができる。従って、エンコーダの計測値Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3よりウエハステージＷＳＴの位置（Ｘ，Ｙ，θｚ）を算出することができる。
上述のようにして構成された本実施形態の露光装置１００では、前述したようなウエハテーブルＷＴＢ上のＸスケール、Ｙスケールの配置及び前述したようなＸヘッド、Ｙヘッドの配置を採用したことから、図２３（Ａ）及び図２３（Ｂ）などに例示されるように、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３９Ｘ1，３９Ｘ2のうちの少なくとも一方にヘッドユニット６２Ｂ、６２Ｄに属する合計１８個のＸヘッドのうちの少なくとも１箇所のＸヘッド６６が対向し、かつＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2にヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃにそれぞれ属する少なくとも各１つのＹッド６４、又はＹヘッド６４ｙ1，６４ｙ2がそれぞれ対向するようになっている。すなわち、４つのスケールのうちの少なくとも３つに、対応するヘッドが少なくとも各１つ対向するようになっている。
なお、図２３（Ａ）及び図２３（Ｂ）中では、対応するＸスケール又はＹスケールに対向したヘッドが丸で囲んで示されている。
このため、主制御装置２０は、前述のウエハステージＷＳＴの有効ストローク範囲では、エンコーダ７０Ａ及び７０Ｃと、エンコーダ７０Ｂ及び７０Ｄの少なくとも一方との少なくとも合計３個のエンコーダの計測値に基づいて、ステージ駆動系１２４を構成する各モータを制御することで、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置情報（θｚ方向の回転を含む）を、高精度に制御することができる。エンコーダ７０Ａ〜７０Ｄの計測値が受ける空気揺らぎの影響は、干渉計に比べては無視できるほど小さいので、空気揺らぎの影響を受ける計測の短期安定性は、干渉計に比べて格段に良い。
また、図２３（Ａ）中に白抜き矢印で示されるようにウエハステージＷＳＴをＸ軸方向に駆動する際、そのウエハステージＷＳＴのＹ軸方向の位置を計測するＹヘッド６４が、同図中に矢印ｅ1，ｅ2で示されるように、隣のＹヘッド６４に順次切り換わる。例えば実線の丸で囲まれるＹヘッド６４から点線の丸で囲まれるＹヘッド６４へ切り換わる。このため、その切り換わりの前後で、後述する計測値のつなぎ処理が行われる。
また、図２３（Ｂ）中に白抜き矢印で示されるようにウエハステージＷＳＴをＹ軸方向に駆動する際、そのウエハステージＷＳＴのＸ軸方向の位置を計測するＸヘッド６６が、順次隣のＸヘッド６６に切り換わる。例えば実線の丸で囲まれるＸヘッド６６から点線の丸で囲まれるＸヘッド６６へ切り換わる。このため、その切り換わりの前後で計測値のつなぎ処理が行われる。
ここで、図２３（Ａ）中に矢印ｅ1で示されるＹヘッド６４３から６４４への切り換えを例に、エンコーダヘッドの切り換え手順を、図２４（Ａ）〜図２４（Ｅ）に基づいて説明する。
図２４（Ａ）には、切り換え前の状態が示されている。この状態では、Ｙスケール３９Ｙ２上の走査領域（回折格子が設けられている領域）に対向しているＹヘッド６４３が作動していて、走査領域から外れているＹヘッド６４４は停止している。ここで、作動しているヘッドを黒抜き丸、停止しているヘッドを白抜き丸で表した。そして、主制御装置２０は、作動中のＹヘッド６４３の計測値を監視している。ここで、計測値が監視されているヘッドを、２重の矩形枠で表した。
ここで、ウエハステージＷＳＴが＋Ｘ方向に移動する。それにより、Ｙスケール３９Ｙ２が右方向に変位する。ここで、本実施形態では、前述の如く、隣接する２つのＹヘッドの間隔は、Ｙスケール３９Ｙ2のＸ軸方向の有効幅（走査領域の幅）よりも狭く設定されている。そのため、図２４（Ｂ）に示されるように、Ｙヘッド６４３，６４４がＹスケール３９Ｙ2の走査領域に対向する状態がある。そこで、主制御装置２０は、作動中のＹヘッド６４３とともに、停止中のＹヘッド６４４が走査領域に対向したのを確認して、Ｙヘッド６４４を復帰させる。ただし、主制御装置２０は、この時点では、まだ、計測値の監視を開始しない。
次に、図２４（Ｃ）に示されるように、後に停止されるＹヘッド６４３が走査領域に対向している間に、主制御装置２０は、Ｙヘッド６４３を含む作動中のエンコーダヘッドの計測値より、復帰したＹヘッド６４４の基準位置を算出する。そして、主制御装置２０は、その基準位置を、Ｙヘッド６４４の計測値の初期値として設定する。なお、基準位置の算出と初期値の設定に関しては、後で詳細に説明する。
主制御装置２０は、上記の初期値の設定と同時に、計測値を監視するエンコーダヘッドを、Ｙヘッド６４３から６４４へ切り換える。切り換え終了後、主制御装置２０は、図２４（Ｄ）に示されるように、Ｙヘッド６４３を、走査領域から外れる前に停止する。以上により、エンコーダヘッドの切り換えの全作業が終了し、以降、図２４（Ｅ）に示されるように、Ｙヘッド６４４の計測値が主制御装置２０により監視される。
本実施形態では、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６４の間隔は、例えば７０ｍｍ（一部例外あり）であり、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2の走査領域のＸ軸方向の有効幅（例えば７６ｍｍ）よりも狭く設定されている。また、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の間隔は、例えば７０ｍｍ（一部例外あり）であり、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2の走査領域のＹ軸方向の有効幅（例えば７６ｍｍ）よりも狭く設定されている。これにより、上述のように、Ｙヘッド６４及びＸヘッド６６の切り換えを円滑に実行することができる。
なお、本実施形態では、隣接する両ヘッドがスケールに対向する範囲、すなわち、図２４（Ｂ）に示される状態から図２４（Ｄ）に示される状態までのウエハステージＷＳＴの移動距離が例えば６ｍｍある。その中央、すなわち、図２４（Ｃ）に示されるウエハステージＷＳＴの位置で、計測値を監視するヘッドが切り換えられる。この切り換え作業は、停止されるヘッドが走査領域から外れるまでに、すなわち、ウエハステージＷＳＴが図２４（Ｃ）に示される状態から図２４（Ｄ）に示される状態までで距離３ｍｍの領域を移動する間に、完了する。例えば、ステージの移動速度１ｍ／ｓｅｃの場合、３ｍｓｅｃの時間内に、ヘッドの切り換え作業が完了することになる。
次に、エンコーダヘッドの切り換え時におけるつなぎ処理、すなわち計測値の初期設定について、主制御装置２０の動作を中心として説明する。
本実施形態では、前述の如く、ウエハステージＷＳＴの有効ストローク範囲では常に３つのエンコーダ（Ｘヘッド及びＹヘッド）がウエハステージＷＳＴを観測しており、エンコーダの切り換え処理を行う際には、図２５に示されるように、４つのエンコーダがウエハステージＷＳＴを観測していることとなる。
ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置制御に用いられるエンコーダの切り換え処理（つなぎ）を行おうとする瞬間において、図２５に示されるように、エンコーダＥｎｃ１、Ｅｎｃ２、Ｅｎｃ３及びＥｎｃ４が、それぞれスケール３９Ｙ1、３９Ｙ2、３９Ｘ1、３９Ｘ2の上に位置している。この図２５を一見すると、エンコーダＥｎｃ１からエンコーダＥｎｃ４に切り換えようとしているように見えるが、エンコーダＥｎｃ１とエンコーダＥｎｃ４とでは、計測方向が異なることからも明らかなように、つなぎを行おうとするタイミングにおいてエンコーダＥｎｃ１の計測値（カウント値）をそのままエンコーダＥｎｃ４の計測値の初期値として与えても何の意味もない。
そこで、本実施形態では、主制御装置２０が、３つのエンコーダＥｎｃ１、Ｅｎｃ２及びＥｎｃ３による計測・サーボから、３つのエンコーダＥｎｃ２、Ｅｎｃ３及びＥｎｃ４による計測・サーボに切り換えるようになっている。すなわち、図２５から分かる通り、この方式は通常のエンコーダつなぎの概念とは異なり、あるヘッドから別のヘッドにつなぐというのではなく、３つのヘッド（エンコーダ）の組み合わせから別の３つのヘッド（エンコーダ）の組み合わせにつなぐものである。なお、３つのヘッドと別の３つのヘッドとで異なるヘッドは１つに限られない。また、図２５ではエンコーダＥｎｃ３をエンコーダＥｎｃ４に切り換えるものとしたが、エンコーダＥｎｃ４の代わりに、例えばエンコーダＥｎｃ３に隣接するエンコーダに切り換えるものとしても良い。
主制御装置２０は、まず、エンコーダＥｎｃ１、Ｅｎｃ２及びＥｎｃ３の計測値Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３に基づいて、上記の連立方程式（３８ａ）〜（３８ｃ）を解き、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置情報（Ｘ，Ｙ，θｚ）を算出する。
次に、主制御装置２０は、次式（３９）のアフィン変換の式に、上で算出したＸ，θｚを代入して、エンコーダ（Ｘヘッド）Ｅｎｃ４の計測値の初期値を決定する。
Ｃ4＝ （ｐ4−Ｘ）ｃｏｓθｚ＋（ｑ4−Ｙ）ｓｉｎθｚ ……（３９）
上式（３９）において、ｐ4，ｑ4は、エンコーダＥｎｃ４の計測点のＸ座標値、Ｙ座標値である。エンコーダＥｎｃ４のＹ座標値ｑ4として前述のヘッド位置のキャリブレーションの際に取得した位置情報が、エンコーダＥｎｃ４のＸ座標値ｐ4としては、設計上の位置情報が、メモリ３４内からそれぞれ読み出されて用いられる。
上記初期値Ｃ4をエンコーダＥｎｃ４の初期値として与えることで、ウエハステージＷＳＴの３自由度方向の位置（Ｘ，Ｙ，θｚ）を維持したまま、矛盾なくつなぎが完了することになる。それ以降は、切り換え後に使用するエンコーダＥｎｃ２、Ｅｎｃ３、及びＥｎｃ４の計測値Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を用いて、次の連立方程式（３８ｂ）〜（３８ｄ）を解いて、ウエハステージＷＳＴの位置座標（Ｘ，Ｙ，θｚ）を算出する。
Ｃ2＝−（ｐ2−Ｘ）ｓｉｎθｚ＋（ｑ2−Ｙ）ｃｏｓθｚ …（３８ｂ）
Ｃ3＝ （ｐ3−Ｘ）ｃｏｓθｚ＋（ｑ3−Ｙ）ｓｉｎθｚ …（３８ｃ）
Ｃ4＝ （ｐ4−Ｘ）ｃｏｓθｚ＋（ｑ4−Ｙ）ｓｉｎθｚ …（３８ｄ）
なお、４つめのエンコーダがＹヘッドの場合には、理論式（３８ｄ）の代わりに次の理論式（３８ｅ）を用いた連立方程式（３８ｂ）（３８ｃ）（３８ｅ）を用いれば良い。
Ｃ4＝−（ｐ4−Ｘ）ｓｉｎθｚ＋（ｑ4−Ｙ）ｃｏｓθｚ …（３８ｅ）
ただし、上で算出された計測値Ｃ4は、前述した各種のエンコーダの計測誤差が補正された補正済みのエンコーダの計測値であるから、主制御装置２０は、前述したステージ位置起因誤差補正情報、スケールの格子ピッチの補正情報（及び格子変形の補正情報）、アッベ外し量（アッベ誤差補正情報）などを用いて、計測値Ｃ4を逆補正し、補正前の生値Ｃ4’を算出し、その生値Ｃ4’をエンコーダＥｎｃ４の計測値の初期値として決定する。
ここで、逆補正とは、何ら補正を行わないエンコーダの計測値Ｃ4’を、前述のステージ位置起因誤差補正情報、スケール起因誤差補正情報（例えば、スケールの格子ピッチの補正情報（及び格子変形の補正情報）など）、及びアッベ外し量（アッベ誤差補正情報）などを用いて補正した補正後のエンコーダの計測値がＣ4であるとの仮定の下、計測値Ｃ4に基づいて計測値Ｃ4’を算出する処理を意味する。
ところで、ウエハステージＷＳＴの位置制御の間隔（制御サンプリング間隔）は、一例として９６〔μｓｅｃ〕であるが、干渉計やエンコーダの計測間隔（計測サンプリング間隔）は、これよりはるかに高速で行う必要がある。干渉計やエンコーダのサンプリングが制御サンプリングより高速な理由は、干渉計もエンコーダも干渉光の強度変化（フリンジ）を数えているものであり、サンプリングが荒くなると、計測が困難になるためである。
しかるに、ウエハステージＷＳＴの位置サーボ制御系では、９６〔μｓｅｃ〕の制御サンプリング間隔毎にウエハステージＷＳＴの現在位置を更新し、目標位置に位置決めするための演算をし、推力指令値などを出力している。従って、ウエハステージの位置情報を必要とするのは９６〔μｓｅｃ〕の制御サンプリング間隔毎であり、その間の位置情報はウエハステージＷＳＴの位置制御には必要ない。干渉計やエンコーダはフリンジを見失わないために高速でサンプリングしているに過ぎない。
そこで、本実施形態では、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴが前述した有効ストローク範囲にいる間は常に、エンコーダシステムの各エンコーダ（ヘッド）からスケールを見ているか否かに拘わらず計測値（カウント値）を垂れ流しで受け取り続ける。そして、主制御装置２０は、上述したエンコーダの切り換え動作（複数エンコーダ間のつなぎ動作）を、９６〔μｓｅｃ〕毎に行われるウエハステージの位置制御のタイミングと同期して行っている。このようにすることで、電気的に高速なエンコーダの切り換え動作が不要となり、そのような高速な切り換え動作を実現するための高価なハードウェアを必ずしも設けなくても良いことになる。図２６には、本実施形態において行われる、ウエハステージＷＳＴの位置制御、エンコーダのカウント値の取り込み及び、エンコーダ切り換えのタイミングが概念的に示されている。この図２６において、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）の計測サンプリングクロックの発生タイミングを示す。また、符号ＣＨは、エンコーダの切り換え（つなぎ）を模式的に示す。
なお、エンコーダの切り換えを行うか否かにかかわらず、主制御装置２０は、ウエハステージの位置制御のサンプリングクロックの発生タイミング毎に、各ヘッドについての遅延時間δに起因する計測誤差の補正を実行する。これにより、計測遅延による計測誤差が補正された３つのエンコーダの計測値に基づいて、ウエハステージＷＳＴの位置（Ｘ，Ｙ，θｚ）が制御されることとなる。
ところで、上記の説明では、どのヘッド（エンコーダ）の組み合わせからどのヘッド（エンコーダ）の組み合わせに切り換えられるか、どのタイミングで切り換えられるかが、わかっているものとしているが、実際のシーケンスでもこのようになっていなければならない。つなぎを実行するタイミングについても事前にスケジューリングしておくことが好ましい。
そこで、本実施形態では、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴの移動ルート（目標軌道）に基づいて、ＸＹ平面内の３自由度（Ｘ，Ｙ，θｚ）方向に関するウエハステージＷＳＴの位置情報を計測するために使用する３つのエンコーダ（ヘッド）の切り換え（３つのヘッドの組み合わせ（例えば、エンコーダＥｎｃ１、Ｅｎｃ２及びＥｎｃ３）から、別の３つのヘッドの組み合わせ（例えば、Ｅｎｃ４、Ｅｎｃ２及びＥｎｃ３）への切り換え、及びその切り換えのタイミング）を、予めスケジューリングし、そのスケジューリング結果をメモリ３４などの記憶装置に記憶している。
ここで、リトライ（やり直し）を考えなければ、ショットマップ（露光マップ）毎に一定のスケジュール内容となるが、実際にはリトライを考慮しなければならないので、主制御装置２０は、露光動作を行いながら少し先のスケジュールを常に更新していくことが望ましい。
なお、上では、本実施形態におけるウエハステージＷＳＴの位置制御に用いるエンコーダの切り換え方法に関する、原理的な説明を行う関係から、エンコーダ（ヘッド）Ｅｎｃ１，Ｅｎｃ２，Ｅｎｃ３，Ｅｎｃ４などとしているが、ヘッドＥｎｃ１，Ｅｎｃ２は、ヘッドユニット６２Ａ，６２ＣのＹヘッド６４及び一対のＹヘッド６４ｙ1，６４ｙ2のいずれかを代表的に示し、ヘッドＥｎｃ３，Ｅｎｃ４は、ヘッドユニット６２Ｂ，６２ＤのＸヘッド６６を代表的に示すものであることは、言うまでもない。また、同様の理由から、図２２（Ａ）、図２２（Ｂ）、及び図２５では、エンコーダ（ヘッド）Ｅｎｃ１，Ｅｎｃ２，Ｅｎｃ３等の配置も、実際の配置（図３等）とは異なって示されている。
≪切り換え及びつなぎ原理の一般論≫
本実施形態では、ウエハステージＷＳＴの３自由度（Ｘ，Ｙ，θｚ）方向の位置座標を計測するために、常時、エンコーダシステム７０Ａ〜７０Ｄを構成するＸエンコーダ（ヘッド）及びＹエンコーダ（ヘッド）の内、少なくとも１つのＸヘッドと少なくとも２つのＹヘッドを含む少なくとも３つのヘッドを使用している。そのため、ウエハステージＷＳＴの移動に伴って使用するヘッドを切り換える際には、切り換えの前後でステージ位置の計測結果を連続につなぐために、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へと切り換える方式を採用している。この方式を、第１方式と呼ぶことにする。
しかし、切り換え及びつなぎ処理の基本原理を異なる観点から考えると、使用している３つのヘッドのうちの１つのヘッドを別の１つのヘッドに切り換える方式として捉えることも可能である。この方式を、第２方式と呼ぶ。そこで、図２４（Ａ）〜図２４（Ｅ）に示されているＹヘッド６４３から６４４への切り換え及びつなぎ処理を例として、第２方式を説明する。
切り換え処理の基本手順は、先述の手順と同様で、図２４（Ａ）〜図２４（Ｅ）に示されるように、後に停止される第１ヘッド６４３と新たに使用される第２ヘッド６４４との両方が対応するスケール３９Ｙ２に対向している間に、第２ヘッド６４４の復帰と計測値の設定（つなぎ処理）、及び計測値を監視するヘッドの切り換え（及び第１ヘッド６４３の停止）が、主制御装置２０によって実行される。
計測値の設定（つなぎ処理）に際し、主制御装置２０は、第２ヘッド６４４の計測値ＣＹ４を、第１ヘッド６４３の計測値ＣＹ３を用いて予測する。ここで、理論式（３７ｂ）より、Ｙヘッド６４３，６４４の計測値ＣＹ３，ＣＹ４は、次式（３９ａ）（３９ｂ）に従う。
ＣＹ３＝−（ｐ３−Ｘ）ｓｉｎθｚ＋（ｑ３−Ｙ）ｃｏｓθｚ ……（３９ａ）
ＣＹ４＝−（ｐ４−Ｘ）ｓｉｎθｚ＋（ｑ４−Ｙ）ｃｏｓθｚ ……（３９ｂ）
ここで、（ｐ３，ｑ３），（ｐ４，ｑ４）はＹヘッド６４３，６４４のＸ，Ｙ設置位置（より正確には計測点のＸ，Ｙ位置）である。簡単のため、Ｙヘッド６４３，６４４のＹ設置位置は等しい（ｑ３＝ｑ４）と仮定する。この仮定の下、上式（３９ａ）（３９ｂ）より、次式（４０）が得られる。
ＣＹ４＝ＣＹ３＋（ｐ３−ｐ４）ｓｉｎθｚ ……（４０）
従って、後に停止される第１ヘッド６４３の計測値を上式（４０）の右辺のＣＹ３に代入して、左辺のＣＹ４を求めることにより、新たに使用する第２ヘッド６４４の計測値を予測することができる。
得られた予測値ＣＹ４を、然るべきタイミングで、第２ヘッド６４４の計測値の初期値として設定する。設定後、第１ヘッド６４３をスケール３９Ｙ２から外れる際に停止して、切り換え及びつなぎ処理が完了する。
なお、上式（４０）を用いて第２ヘッド６４４の計測値を予測する際、変数θｚには、作動中の別のヘッドの計測結果から得られる回転角θｚの値を代入すれば良い。ここで、作動中の別のヘッドとは、切り換えの対象となっている第１ヘッド６４３に限らず、回転角θｚを求めるのに必要な計測結果を提供するヘッド全てを含む。ここで、第１ヘッド６４３はヘッドユニット６２Ｃの１つのヘッドであるので、第１ヘッド６４３と、例えば切り換え時にＹスケール３９Ｙ１と対向するヘッドユニット６２Ａの１つのヘッドとを用いて回転角θｚを求めても良い。あるいは、変数θｚには、干渉計システム１１８のＸ干渉計１２６、Ｙ干渉計１６、あるいはＺ干渉計４３Ａ，４３Ｂなどの計測結果から得られる回転角θｚの値を代入することも可能である。
なお、ここではＹヘッド同士の切り換え及びつなぎ処理を例に説明したが、Ｘヘッド同士の切り換え及びつなぎ処理についても、またＸヘッドとＹヘッドの間のように異なるヘッドユニットに属する２つのヘッドの間の切り換え及びつなぎ処理についても、同様に、第２方式として説明することができる。
そこで、つなぎ処理の原理を一般化すると、ウエハステージＷＳＴの位置計測の結果が切り換え前後で連続につながるように、新たに使用される別のヘッドの計測値を予測し、その予測値を第２ヘッドの計測値の初期値として設定する。ここで、別のヘッドの計測値を予測するために、理論式（３７ａ）（３７ｂ）と、後に停止される切り換え対象のヘッドを含め作動中のヘッドの計測値を必要数、使用する、こととなる。ただし、つなぎの際に必要なウエハステージＷＳＴのθｚ方向の回転角は、干渉計システム１１８の計測結果から得られる値を用いても良い。
上述したように、先の第１方式と同様に、ウエハステージＷＳＴの３自由度（Ｘ，Ｙ，θｚ）方向の位置を計測するために、常時、少なくとも３つのヘッドを使用することを前提としても、新たに使用される別のヘッドの計測値を予測する具体的手順には触れず、切り換え及びつなぎ処理の直接の対象である２つのヘッドにのみ注目すれば、使用している３つのヘッドのうちの１つのヘッドを別の１つのヘッドに切り換える第２方式の着眼が成立する。
なお、これまでは、ウエハスエージＷＳＴの３自由度（Ｘ，Ｙ，θｚ）方向の位置を、少なくとも３つのヘッドを用いて計測することを前提に説明した。しかし、２つ以上のｍ個の自由度方向（自由度の選択は任意）の位置を、少なくともｍ個のヘッドを用いて計測する場合においても、使用しているｍ個のヘッドのうちの１つのヘッドを別の１つのヘッドに切り換える第２方式の着眼が、上述と同様に、成立することは明らかである。
次に、特殊な条件の下では、２つのヘッドの組み合わせから別の２つのヘッドの組み合わせへ切り換える方式（第３方式と呼ぶ）の着眼が、首尾一貫して成立することを説明する。
上述の例では、図２４（Ａ）〜図２４（Ｅ）に示されるように、Ｙヘッド６４３，６４４のそれぞれが対応するＹスケール３９Ｙ２に対向している間に、両ヘッド６４３，６４４間の切り換え及びつなぎ処理が実行される。この時、本実施形態の露光装置１００で採用するスケールとヘッドの配置によると、ヘッドユニット６２Ａの１つのＹヘッド（６４Ａとする）がＹスケール３９Ｙ１に対向し、Ｙスケール３９Ｙ１のＹ軸方向の相対変位を計測している。そこで、第１の組み合わせのＹヘッド６４３，６４Ａから第２の組み合わせのＹヘッド６４４，６４Ａへの切り換え及びつなぎ処理を考えてみる。
Ｙヘッド６４Ａの計測値ＣＹＡは、理論式（３７ｂ）より、次式（３９ｃ）に従う。
ＣＹＡ＝−（ｐＡ−Ｘ）ｓｉｎθｚ＋（ｑＡ−Ｙ）ｃｏｓθｚ ……（３９ｃ）
ここで、（ｐＡ，ｑＡ）はＹヘッド６４ＡのＸ，Ｙ設置位置（より正確には計測点のＸ，Ｙ位置）である。簡単のため、Ｙヘッド６４ＡのＹ設置位置ｑＡは、Ｙヘッド６４３，６４４のＹ設置位置ｑ３，ｑ４と等しい（ｑＡ＝ｑ３＝ｑ４）と仮定する。
第１の組み合わせのＹヘッド６４３，６４Ａの計測値ＣＹ３，ＣＹＡが従う理論式（３９ａ）（３９ｃ）を、新たに使用するＹヘッド６４４の計測値ＣＹ３が従う理論式（３９ｂ）に代入すると、次式（４１）が導かれる。
ＣＹ４＝（１−ｃ）ＣＹ３−ｃ・ＣＹＡ ……（４１）
ただし、定数ｃ＝（ｐ３−ｐ４）／（ｑＡ−ｑ３）と置いた。従って、Ｙヘッド６４３，６４Ａの計測値のそれぞれを上式（４１）の右辺のＣＹ３，ＣＹＡに代入して左辺のＣＹ４を求めることにより、新たに使用するＹヘッド６４４の計測値を予測することができる。
得られた予測値ＣＹ４を、然るべきタイミングで、Ｙヘッド６４４の計測値として設定する。設定後、Ｙヘッド６４３をＹスケール３９Ｙ２から外れる際に停止して、切り換え及びつなぎ処理が完了する。
なお、本実施形態の露光装置１００において採用されたスケールとヘッドの配置によると、少なくとも１つのＸヘッド６６がＸスケール３９Ｘ１又は３９Ｘ２に対向しており、そのＸ軸方向への相対変位を計測している。そして、１つのＸヘッド６６と２つのＹヘッド６４３，６４Ａの３つのヘッドの計測結果より、ウエハステージＷＳＴの３自由度（Ｘ，Ｙ，θｚ）方向の位置を算出している。しかし、上述の切り換え及びつなぎ処理の例では、Ｘヘッド６６はスペクテータの役割を演じているだけで、２つのＹヘッド６４３，６４Ａの組み合わせから別の２つのＹヘッド６４４，６４Ａの組み合わせへ切り換える第３方式の着眼が、首尾一貫して成立している。
従って、ウエハスエージＷＳＴの３自由度（Ｘ，Ｙ，θｚ）方向の位置を計測するためには３つのヘッドの使用が不可欠であるという前提の下で、本実施形態の露光装置１００において採用されたスケールとヘッドの配置に関わらず、あらゆるケースにおいて適用可能な切り換え及びつなぎ処理の一般的方式として、第１方式が提案されたものである。そして、本実施形態の露光装置１００において採用されたスケールとヘッドの具体的な配置、そしてつなぎ処理の具体的手順を踏まえると、特別な条件の下で、第３方式の着眼が成立することもある。
なお、第１方式に加え、上述の第２及び第３方式によるエンコーダヘッドの切り換え及びつなぎ処理では、切り換え前後で監視するウエハステージＷＳＴの位置座標が連続につながるように、新たに使用する別のヘッドの計測値を予測し、この予測値を別のヘッドの計測値の初期値として設定することとした。その代わりに、切り換え及びつなぎ処理によって発生する計測誤差も含め、別のヘッドの計測誤差を算出し、その補正データを作成する。そして、別のヘッドの使用中は、作成した補正データを用いて、ウエハステージＷＳＴをサーボ駆動制御することとしても良い。この場合、補正データに基づいて、別のヘッドによって計測されるウエハステージＷＳＴの位置情報を補正しても良いし、サーボ制御のためのウエハステージＷＳＴの目標位置を補正しても良い。さらに、露光動作では、ウエハステージＷＳＴの動きに追従して、レチクルステージをサーボ駆動制御している。そこで、補正データに基づいて、ウエハステージＷＳＴのサーボ制御を修正する代わりに、レチクルステージの追従サーボ制御を修正することとしても良い。また、これらの制御方式によれば、別のヘッドの初期値として切り換え前のヘッドの計測値をそのまま設定しても良い。なお、補正データを作成する際、エンコーダシステムに限らず、干渉計システムなど、本実施形態における露光装置に備わっている計測システムを適宜使用すると良い。
次に、本実施形態の露光装置１００における、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について、図２７〜図４０に基づいて説明する。なお、以下の動作中、主制御装置２０によって、局所液浸装置８の液体供給装置５及び液体回収装置６の各バルブの開閉制御が前述したようにして行われ、投影光学系ＰＬの先端レンズ１９１の直下には常時水が満たされている。しかし、以下では、説明を分かり易くするため、液体供給装置５及び液体回収装置６の制御に関する説明は省略する。また、以後の動作説明は、多数の図面を用いて行うが、図面毎に同一の部材に符号が付されていたり、付されていなかったりしている。すなわち、図面毎に、記載している符号が異なっているが、それら図面は符号の有無に関わらず、同一構成である。これまでに説明に用いた、各図面についても同様である。
図２７には、ウエハステージＷＳＴ上のウエハＷ（ここでは、一例として、あるロット（１ロットは２５枚又は５０枚）の中間のウエハとする）に対するステップ・アンド・スキャン方式の露光が行われている状態が示されている。このとき、計測ステージＭＳＴは、ウエハステージＷＳＴとの衝突が回避される退避位置に待機していても良いが、本実施形態ではウエハステージＷＳＴと所定の距離を保って追従して移動している。このため、露光終了後に、ウエハステージＷＳＴとの接触状態（又は近接状態）へ移行する際の、計測ステージＭＳＴの移動距離は、上記の所定の距離と同一の距離で足りることになる。
この露光中、主制御装置２０により、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2にそれぞれ対向する図２７中に丸で囲んで示されている２つのＸヘッド６６（Ｘエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄ）と、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2にそれぞれ対向する図２７中に丸で囲んで示されている２つのＹヘッド６４（Ｙエンコーダ７０Ａ，７０Ｃ）とのうち、少なくとも３つのエンコーダの計測値、及び干渉計システム１１８によって計測されるウエハステージＷＳＴのピッチング量又はローリング量及びヨーイング量、並びにＺ位置に応じた各エンコーダのステージ位置起因誤差補正情報（前述した式（２２）又は式（２３）で求められる補正情報）、各スケールについての格子ピッチの補正情報及び格子線の曲がりの補正情報、並びにアッベ外し量（アッベ誤差補正情報）に基づいて、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）のＸＹ平面内の位置（θｚ回転を含む）が制御されている。また、主制御装置２０により、ウエハテーブルＷＴＢのＺ軸方向の位置とθｙ回転（ローリング）及びθｘ回転（ピッチング）とは、ウエハテーブルＷＴＢ表面のＸ軸方向一側と他側の端部（本実施形態ではＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2）にそれぞれ対向する各一対のＺセンサ７４1,j，７４2,j、７６1,q，７６2,qの計測値に基づいて制御されている。なお、ウエハテーブルＷＴＢのＺ軸方向の位置とθｙ回転（ローリング）とをＺセンサ７４1,j，７４2,j、７６1,q，７６2,qの計測値に基づいて制御し、θｘ回転（ピッチング）はＹ干渉計１６の計測値に基づいて制御しても良い。いずれにしても、この露光中のウエハテーブルＷＴＢのＺ軸方向の位置，θｙ回転及びθｘ回転の制御（ウエハＷのフォーカス・レベリング制御）は、前述の多点ＡＦ系によって事前に行われたフォーカスマッピングの結果に基づいて行われる。
上記の露光動作は、主制御装置２０により、事前に行われたウエハアライメント（例えばエンハンスド・グローバル・アライメント（ＥＧＡ））の結果及びアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4の最新のベースライン等に基づいて、ウエハＷ上の各ショット領域の露光のための走査開始位置（加速開始位置）へウエハステージＷＳＴが移動されるショット間移動動作と、各ショット領域に対しレチクルＲに形成されたパターンを走査露光方式で転写する走査露光動作とを繰り返すことにより、行われる。なお、上記の露光動作は、先端レンズ１９１とウエハＷとの間に水を保持した状態で行われる。また、図２７における−Ｙ側に位置するショット領域から＋Ｙ側に位置するショット領域の順で露光が行われる。なお、ＥＧＡ方式は、例えば米国特許第４,７８０,６１７号明細書などに開示されている。
そして、主制御装置２０は、ウエハＷ上の最終のショット領域が露光される前に、Ｘ干渉計１３０の計測値を一定値に維持しつつＹ干渉計１８の計測値に基づいてステージ駆動系１２４を制御して、計測ステージＭＳＴ（計測テーブルＭＴＢ）を図２８に示される位置まで移動させる。このとき、ＣＤバー４６（計測テーブルＭＴＢ）の−Ｙ側の端面とウエハテーブルＷＴＢの＋Ｙ側の端面とは接触している。なお、例えば各テーブルのＹ軸方向位置を計測する干渉計又はエンコーダの計測値をモニタして計測テーブルＭＴＢとウエハテーブルＷＴＢとをＹ軸方向に例えば３００μｍ程度離間させて、非接触の状態（近接状態）を保っても良い。ウエハステージＷＳＴと計測ステージＭＳＴとは、ウエハＷの露光中に図２８に示す位置関係に設定された後、この位置関係が維持されるように移動される。
次いで、図２９に示されるように、主制御装置２０は、ウエハテーブルＷＴＢと計測テーブルＭＴＢとのＹ軸方向の位置関係を保ちつつ、計測ステージＭＳＴを−Ｙ方向に駆動する動作を開始するとともに、ウエハステージＷＳＴをアンローディングポジションＵＰに向けて駆動する動作を開始する。この動作が開始されると、本実施形態では計測ステージＭＳＴが−Ｙ方向のみに移動され、ウエハステージＷＳＴが−Ｙ方向及び−Ｘ方向に移動される。また、この移動開始の段階では、主制御装置２０により、３つのエンコーダの計測値に基づいて、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）のＸＹ平面内の位置（θｚ回転を含む）が制御されている。
このようにして、主制御装置２０により、ウエハステージＷＳＴ、計測ステージＭＳＴが同時に駆動されると、投影ユニットＰＵの先端レンズ１９１とウエハＷとの間に保持されていた水（図２９中に示される液浸領域１４の水）が、ウエハステージＷＳＴ及び計測ステージＭＳＴの−Ｙ側への移動に伴って、ウエハＷ→プレート２８→ＣＤバー４６→計測テーブルＭＴＢ上を順次移動する。なお、上記の移動の間、ウエハテーブルＷＴＢ、計測テーブルＭＴＢは前述の接触状態（又は近接状態）を保っている。なお、図２９には、液浸領域１４の水がプレート２８からＣＤバー４６に渡される直前の状態が示されている。また、この図２９に示される状態では、主制御装置２０により、３つのエンコーダ７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｄの計測値（及び干渉計システム１１８によって計測されるウエハステージＷＳＴのピッチング量、ローリング量、ヨーイング量、及びＺ位置に応じたメモリ３４内に記憶されたエンコーダ７０Ａ，７０Ｂ又は７０Ｄのステージ位置起因誤差補正情報、並びにスケールの格子ピッチの補正情報及び格子線の補正情報など）に基づいて、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）のＸＹ平面内の位置（θｚ回転を含む）が制御されている。
図２９の状態から、更にウエハステージＷＳＴ，計測ステージＭＳＴがそれぞれ上記の方向へ同時に僅かに駆動されると、Ｙエンコーダ７０Ａ（及び７０Ｃ）によるウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）の位置計測ができなくなるので、この直前に、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＹ位置及びθｚ回転の制御を、Ｙエンコーダ７０Ａ，７０Ｃの計測値に基づく制御から、Ｙ干渉計１６及びＺ干渉計４３Ａ，４３Ｂの計測値に基づく制御に切り換える。そして、所定時間後、図３０に示されるように、計測ステージＭＳＴが、所定のインターバル（ここではウエハ交換毎）で行われるセカンダリアライメント系のベースライン計測（以下、適宜Sec-BCHK（インターバル）とも呼ぶ）を行う位置に到達する。そして、主制御装置２０は、その位置で計測ステージＭＳＴを停止させるとともに、Ｘスケール３９Ｘ1に対向する図３０中に丸で囲んで示されるＸヘッド６６（Ｘリニアエンコーダ７０Ｂ）によりウエハステージＷＳＴのＸ位置を計測しかつＹ軸方向及びθｚ回転等はＹ干渉計１６及びＺ干渉計４３Ａ，４３Ｂにより計測しつつ、ウエハステージＷＳＴをさらにアンローディングポジションＵＰに向かって駆動し、アンローディングポジションＵＰで停止させる。なお、図３０の状態では、計測テーブルＭＴＢと先端レンズ１９１との間に水が保持されている。
次いで、主制御装置２０は、図３０及び図３１に示されるように、計測ステージＭＳＴに支持されたＣＤバー４６上の一対の基準格子５２にそれぞれ対向する図３１中に丸で囲んで示されるＹヘッド６４ｙ1，６４ｙ2によって構成される前述のＹ軸リニアエンコーダ７０Ｅ，７０Ｆの計測値に基づいて、ＣＤバー４６のθｚ回転を調整するとともに、計測テーブルＭＴＢのセンターラインＣＬ上又はその近傍に位置する基準マークＭを検出するプライマリアライメント系ＡＬ１の計測値に基づいてＣＤバー４６のＸＹ位置を調整する。そして、この状態で、主制御装置２０は、４つのセカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4を用いて、それぞれのセカンダリアライメント系の視野内にあるＣＤバー４６上の基準マークＭを同時に計測することで、４つのセカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4のベースライン（プライマリアライメント系ＡＬ１に対する４つのセカンダリアライメント系の相対位置）をそれぞれ求めるSec-BCHK（インターバル）を行う。このSec-BCHK（インターバル）と並行して、主制御装置２０は、アンローディングポジションＵＰに停止しているウエハステージＷＳＴ上のウエハＷを、不図示のアンロードアームの駆動系に指令を与えてアンロードさせるとともに、そのアンロードの際に上昇駆動した上下動ピンＣＴ（図３０では不図示、図３１参照）を所定量上昇させたまま、ウエハステージＷＳＴを＋Ｘ方向に駆動してローディングポジションＬＰに移動させる。
次に、主制御装置２０は、図３２に示されるように、計測ステージＭＳＴを、ウエハステージＷＳＴから離れた状態からウエハステージＷＳＴとの前述の接触状態（又は近接状態）への移行させるための最適な待機位置（以下、「最適スクラム待機位置」と呼ぶ）へ移動させる。これと並行して、主制御装置２０は、不図示のロードアームの駆動系に指令を与えて、ウエハテーブルＷＴＢ上に新たなウエハＷをロードさせる。この場合、上下動ピンＣＴが所定量上昇した状態を維持しているので、上下動ピンＣＴが下降駆動されウエハホルダの内部に収納されている場合に比べてウエハロードを短時間で行うことができる。なお、図３２には、ウエハＷがウエハテーブルＷＴＢ上にロードされた状態が示されている。
本実施形態において、上述の計測ステージＭＳＴの最適スクラム待機位置は、ウエハ上のアライメントショット領域に付設されたアライメントマークのＹ座標に応じて適切に設定される。また、本実施形態では、ウエハステージＷＳＴがウエハアライメントのために停止する位置で、接触状態（又は近接状態）への移行できるように、最適スクラム待機位置が定められる。
次に、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴをローディングポジションＬＰから、図３３に示される、計測プレート３０上の基準マークＦＭがプライマリアライメント系ＡＬ１の視野（検出領域）内に位置決めされる位置（すなわち、プライマリアライメント系のベースライン計測（Pri-BCHK）の前半の処理を行う位置）へ移動させる。このとき、主制御装置２０は、Ｘ軸方向についてはエンコーダ７０Ｂ，Ｙ軸方向及びθｚ回転についてはＹ干渉計１６及びＺ干渉計４３Ａ，４３Ｂの計測値に基づく変則制御により、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）のＸＹ平面内の位置を制御する。そして、図３３に示されるPri-BCHKの前半の処理を行う位置にウエハステージＷＳＴが到達すると、主制御装置２０は、次のような手順で、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置制御を、上述の変則制御から、３つのエンコーダ（ヘッド）を用いた位置制御に切り換える。
ウエハステージＷＳＴが図３３に示されるPri-BCHKの前半の処理を行う位置に移動した状態では、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2にヘッドユニット６２Ｄの２つのＸヘッド６６（そのうち、Ｘスケール３９Ｘ2に対向するヘッド６６が丸で囲んで示されている）がそれぞれ対向し、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2には図３３中に丸で囲んで示される２つのＹヘッド６４ｙ2，６４ｙ1がそれぞれ対向している。この状態で、主制御装置２０は、２つのＹヘッド６４ｙ2，６４ｙ1と、Ｘスケール３９Ｘ2に対向しているＸヘッド６６とを選択し（この選択された３つのヘッドを以下では原点ヘッドと呼ぶ）、各原点ヘッドの絶対位相が各原点ヘッドについて予め定めた初期値となるように、ウエハステージＷＳＴをＸＹ平面内で微動する。ここで、各原点ヘッドの絶対位相の初期値は、ウエハステージＷＳＴのθｚ回転誤差が可能な限り零に近い値になるように、予めウエハステージＷＳＴのθｚ回転を調整し、その調整後に得たＹヘッド６４ｙ2，６４ｙ1の絶対位相の計測値と、これと同時に計測した残りの原点ヘッド６６の絶対位相の計測値が、定められている。なお、上記の微動が開始される時点では、各原点ヘッドの計測値が予め定めた値に対して干渉縞の１フリンジの範囲内に収まるように、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置が追い込まれている。
そして、主制御装置２０は、３つの原点ヘッド６６，６４ｙ2，６４ｙ1の絶対位相がそれぞれの初期値となった時点で、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2にそれぞれ対向する原点ヘッド（Ｙヘッド）６４ｙ2，６４ｙ1（エンコーダ７０Ａ，７０Ｃ）、及びＸスケール３９Ｘ2に対向する原点ヘッド（Ｘヘッド）６６（エンコーダ７０Ｄ）を用いたＸＹ平面内におけるウエハステージＷＳＴの位置制御を改めて開始する。すなわち、このようにして、主制御装置２０では、Pri-BCHKの前半の処理を行う位置でウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内における位置制御を前述の変則制御から、３つの原点ヘッド６６，６４ｙ2、及び６４ｙ1に対応するエンコーダ７０Ａ、７０Ｃ、及び７０Ｄの計測値に基づく位置制御に切り換える。このエンコーダ７０Ａ、７０Ｃ、及び７０Ｄの計測値に基づく位置制御は、エンコーダ７０Ａ、７０Ｃ、及び７０Ｄの計測値、及び干渉計システム１１８によって計測されるウエハステージＷＳＴのピッチング量又はローリング量、ヨーイング量、及びＺ位置に応じた各エンコーダのステージ位置起因誤差補正情報（前述した式（２２）、式（２３）で求められる補正情報）、各スケールの格子ピッチの補正情報及び格子線の補正情報、並びにアッベ外し量（アッベ誤差補正情報）に基づいて、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置を制御することで行われる。
次いで、主制御装置２０は、基準マークＦＭをプライマリアライメント系ＡＬ１を用いて検出する、Pri-BCHKの前半の処理を行う。このとき、計測ステージＭＳＴは、前述の最適スクラム待機位置で待機中である。
次に、主制御装置２０は、上述の少なくとも３つのエンコーダの計測値と上記各補正情報とに基づいて、ウエハステージＷＳＴの位置を管理しつつ、３つのファーストアライメントショット領域に付設されたアライメントマークを検出する位置へ向けてウエハステージＷＳＴの＋Ｙ方向への移動を開始する。
そして、ウエハステージＷＳＴが図３４に示される位置に到達すると、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴを停止させる。これに先立って、主制御装置２０は、Ｚセンサ７２ａ〜７２ｄがウエハテーブルＷＴＢ上に掛かった時点又はその前の時点で、それらＺセンサ７２ａ〜７２ｄを作動させ（オンにし）、ウエハテーブルＷＴＢのＺ位置及び傾斜（θｙ回転及びθｘ回転）を計測している。
上記のウエハステージＷＳＴの停止後、主制御装置２０は、プライマリアライメント系ＡＬ１，セカンダリアライメント系ＡＬ２ 2，ＡＬ２3を用いて、３つのファーストアライメントショット領域に付設されたアライメントマークをほぼ同時にかつ個別に検出し（図３４中の星マーク参照）、上記３つのアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２2，ＡＬ２3の検出結果とその検出時の上記少なくとも３つのエンコーダの計測値（上記各補正情報による補正後の計測値）とを関連付けて内部メモリに記憶する。
上述のように本実施形態では、ファーストアライメントショット領域のアライメントマークの検出を行う位置で、計測ステージＭＳＴとウエハステージＷＳＴとの接触状態（又は近接状態）への移行が完了し、その位置から、主制御装置２０によって、その接触状態（又は近接状態）での両ステージＷＳＴ，ＭＳＴの＋Ｙ方向への移動（５つのセカンドアライメントショット領域に付設されたアライメントマークを検出する位置に向かってのステップ移動）が開始される。この両ステージＷＳＴ，ＭＳＴの＋Ｙ方向への移動開始に先立って、主制御装置２０は、図３４に示されるように、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の照射系９０ａから検出ビームをウエハテーブルＷＴＢに向けて照射を開始している。これにより、ウエハテーブルＷＴＢ上に多点ＡＦ系の検出領域が形成される。
そして、上記の両ステージＷＳＴ，ＭＳＴの＋Ｙ方向への移動中に、図３５に示される位置に両ステージＷＳＴ，ＭＳＴが到達すると、主制御装置２０は、フォーカスキャリブレーションの前半の処理を行い、前述の直線ＬＶにウエハテーブルＷＴＢの中心（ウエハＷの中心にほぼ一致）を通るＹ軸方向の直線（センターライン）が一致した状態におけるＺセンサ７２ａ，７２ｂ、７２ｃ，７２ｄの計測値（ウエハテーブルＷＴＢのＸ軸方向の一側と他側の端部における面位置情報）と、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の計測プレート３０表面の検出点（複数の検出点のうち中央又はその近傍に位置する検出点）における検出結果（面位置情報）との関係を求める。このとき、液浸領域１４は、ＣＤバー４６とウエハテーブルＷＴＢとの境界付近に位置している。すなわち、液浸領域１４がＣＤバー４６からウエハテーブルＷＴＢに渡される直前の状態となっている。
そして、両ステージＷＳＴ，ＭＳＴが接触状態（又は近接状態）を保ったまま＋Ｙ方向へ更に移動し、図３６に示される位置に到達すると、５つのアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4を用いて、５つのセカンドアライメントショット領域に付設されたアライメントマークをほぼ同時にかつ個別に検出し（図３５中の星マーク参照）、上記５つのアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4の検出結果とその検出時の３つのエンコーダ７０Ａ，７０Ｃ，７０Ｄの計測値（補正情報による補正後の計測値）とを関連付けて内部メモリに記憶する。このとき、Ｘスケール３９Ｘ1に対向し、かつ投影光学系ＰＬの光軸を通るＹ軸方向の直線ＬＶ上に位置するＸヘッドが存在しないので、主制御装置２０は、Ｘスケール３９Ｘ2に対向するＸヘッド６６（Ｘリニアエンコーダ７０Ｄ）及びＹリニアエンコーダ７０Ａ，７０Ｃ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している。
上述したように、本実施形態では、セカンドアライメントショット領域のアライメントマークの検出が終了した時点で、合計８点のアライメントマークの位置情報（２次元位置情報）が検出できる。そこで、この段階で、主制御装置２０は、これらの位置情報を用いて例えば特開昭６１−４４４２９号公報（対応する米国特許第４，７８０，６１７号明細書）などに開示される統計演算を行って、ウエハＷのスケーリング（ショット倍率）を求め、その算出したショット倍率に基づいて、調整装置６８（図６参照）を制御して、投影光学系ＰＬの光学特性、例えば投影倍率を調整しても良い。調整装置６８は、例えば、投影光学系ＰＬを構成する特定の可動レンズを駆動する、あるいは投影光学系ＰＬを構成する特定レンズ間に形成された気密室内部の気体の圧力を変更するなどして、投影光学系ＰＬの光学特性を調整する。
また、主制御装置２０は、上記の５つのセカンドアライメントショット領域に付設されたアライメントマークの同時検出の終了後、接触状態（又は近接状態）での両ステージＷＳＴ，ＭＳＴの＋Ｙ方向への移動を再び開始すると同時に、図３６に示されるように、Ｚセンサ７２ａ〜７２ｄと多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）とを同時に用いたフォーカスマッピングを開始する。
そして、両ステージＷＳＴ，ＭＳＴが、図３７に示される計測プレート３０が投影光学系ＰＬの直下に配置される位置に到達すると、主制御装置２０は、Pri-BCHK後半の処理及びフォーカスキャリブレーションの後半の処理を行う。ここで、Pri-BCHK後半の処理とは、投影光学系ＰＬによって投影されたレチクルＲ上の一対の計測マークの投影像（空間像）を、空間像計測スリットパターンＳＬが計測プレート３０に形成される前述した空間像計測装置４５を用いて計測し、その計測結果（ウエハテーブルＷＴＢのＸＹ位置に応じた空間像強度）を内部メモリに記憶する処理を指す。この処理では、米国特許出願公開第２００２／００４１３７７号明細書などに開示される方法と同様に、一対の空間像計測スリットパターンＳＬをそれぞれ用いたスリットスキャン方式の空間像計測動作にて一対の計測マークの投影像が計測される。また、フォーカスキャリブレーションの後半の処理とは、主制御装置２０が、図３７に示されるように、Ｚセンサ７２ａ，７２ｂ、７２ｃ，７２ｄによって計測されるウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）の面位置情報に基づいて、計測プレート３０（ウエハテーブルＷＴＢ）の投影光学系ＰＬの光軸方向に関する位置（Ｚ位置）を制御しつつ、空間像計測装置４５を用いて、レチクルＲ又はレチクルステージＲＳＴ上の不図示のマーク板に形成された計測マークの空間像を計測し、その計測結果に基づいて投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置を計測する処理を指す。この計測マークの投影像の計測動作は、例えば国際公開第０５／１２４８３４号などに開示されている。主制御装置２０は、計測プレート３０をＺ軸方向に移動しつつ、空間像計測装置４５からの出力信号の取り込みと同期して、Ｚセンサ７４1,4，７４2,4、７６1,3、７６2,3の計測値を取り込む。そして、投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置に対応するＺセンサ７４1,4，７４2,4、７６1,3、７６2,3の値を不図示のメモリに記憶する。なお、フォーカスキャリブレーションの後半の処理で、Ｚセンサ７２ａ，７２ｂ、７２ｃ，７２ｄによって計測される面位置情報を用いて、計測プレート３０（ウエハステージＷＳＴ）の投影光学系ＰＬの光軸方向に関する位置（Ｚ位置）を制御するのは、このフォーカスキャリブレーションの後半の処理は、前述したフォーカスマッピングの途中で行なわれるからである。
この場合、液浸領域１４が投影光学系ＰＬと計測プレート３０（ウエハテーブルＷＴＢ）との間に形成されているので、上記の空間像の計測は、投影光学系ＰＬ及び水Ｌｑを介して行われる。また、計測プレート３０などはウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）に搭載され、受光素子などは計測ステージＭＳＴに搭載されているので、上記の空間像の計測は、図３７に示されるように、ウエハステージＷＳＴと計測ステージＭＳＴとが、接触状態（又は近接状態）を保ったままで行われる。上記の計測により、投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置に対応する、前述の直線ＬＶにウエハテーブルＷＴＢの中心を通るＹ軸方向の直線（センターライン）が一致した状態におけるＺセンサ７４1,4，７４2,4、７６1,3、７６2,3の計測値（すなわち、ウエハテーブルＷＴＢの面位置情報）が求まる。
そして、主制御装置２０は、上述のPri-BCHKの前半の処理の結果とPri-BCHKの後半の処理の結果とに基づいて、プライマリアライメント系ＡＬ１のベースラインを算出する。これとともに、主制御装置２０は、前述のフォーカスキャリブレーション前半の処理で得られたＺセンサ７２ａ，７２ｂ、７２ｃ，７２ｄの計測値（ウエハテーブルＷＴＢの面位置情報）と、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の計測プレート３０表面の検出点における検出結果（面位置情報）との関係と、前述のフォーカスキャリブレーション後半の処理で得られた投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置に対応するＺセンサ７４1,4，７４2,4、７６1,3、７６2,3の計測値（すなわち、ウエハテーブルＷＴＢの面位置情報）とに基づいて、投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置に対する多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の代表的な検出点（この場合、複数の検出点のうち中央又はその近傍に位置する検出点）におけるオフセットを求め、そのオフセットが零になるように例えば光学的手法により多点ＡＦ系の検出原点を調整する。
この場合において、スループットを向上させる観点から、上述のPri-BCHKの後半の処理及びフォーカスキャリブレーション後半の処理の一方の処理のみを行っても良いし、両方の処理を行うことなく、次の処理に移行しても良い。勿論、Pri-BCHKの後半の処理を行わない場合には、前述のPri-BCHKの前半の処理を行う必要もなく、この場合には、主制御装置２０は、前述のローディングポジションＬＰからファーストアライメントショット領域に付設されたアライメントマークを検出する位置に、ウエハステージＷＳＴを移動させれば良い。なお、Pri-BCHK処理を行わない場合、露光対象のウエハＷよりも前のウエハの露光直前に同様の動作にて計測されたベースラインが用いられる。また、フォーカスキャリブレーションの後半の処理を行わない場合、ベースラインと同様に前のウエハの露光直前に計測された投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置が用いられる。
なお、この図３７の状態では、前述のフォーカスキャリブレーションは続行されている。
上記の接触状態（又は近接状態）での両ステージＷＳＴ，ＭＳＴの＋Ｙ方向への移動により、所定時間後、ウエハステージＷＳＴが、図３８に示される位置に達すると、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴをその位置で停止させるとともに、計測ステージＭＳＴについては、そのまま＋Ｙ方向への移動を続行させる。そして、主制御装置２０は、５つのアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4を用いて、５つのサードアライメントショット領域に付設されたアライメントマークをほぼ同時にかつ個別に検出し（図３８中の星マーク参照）、上記５つのアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4の検出結果とその検出時の上記４つのエンコーダのうち、少なくとも３つのエンコーダの計測値（前記各補正情報による補正後の計測値）とを関連付けて内部メモリに記憶する。このとき、フォーカスマッピングは続行されている。
一方、上記のウエハステージＷＳＴの停止から所定時間後に、計測ステージＭＳＴとウエハステージＷＳＴとは、接触（又は近接状態）から離間状態に移行する。この離間状態に移行後、主制御装置２０は、計測ステージＭＳＴが、露光開始まで待機する露光開始待機位置に達すると、その位置で停止させる。
次に、主制御装置２０は、３つのフォースアライメントショット領域に付設されたアライメントマークを検出する位置へ向けてのウエハステージＷＳＴの＋Ｙ方向への移動を開始する。このとき、フォーカスマッピングは続行されている。一方、計測ステージＷＳＴは、上記露光開始待機位置で待機している。
そして、ウエハステージＷＳＴが図３９に示される位置に到達すると、主制御装置２０は、直ちにウエハステージＷＳＴを停止させ、プライマリアライメント系ＡＬ１，セカンダリアライメント系ＡＬ２2，ＡＬ２3を用いて、ウエハＷ上の３つのフォースアライメントショット領域に付設されたアライメントマークをほぼ同時にかつ個別に検出し（図３９中の星マーク参照）、上記３つのアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２2，ＡＬ２3の検出結果とその検出時の上記４つのエンコーダのうち、少なくとも３つのエンコーダの計測値（補正情報による補正後の計測値）とを関連付けて内部メモリに記憶する。この時点でも、フォーカスマッピングは続行され、計測ステージＭＳＴは、上記露光開始待機位置で待機したままである。そして、主制御装置２０は、このようにして得た合計１６個のアライメントマークの検出結果と対応するエンコーダの計測値（前記各補正情報による補正後の計測値）とを用いて、例えば米国特許第４,７８０,６１７号明細書などに開示されるＥＧＡ方式によって、上記４つのエンコーダの計測軸で規定される座標系（例えばウエハテーブルＷＴＢの中心を原点とするＸＹ座標系）上におけるウエハＷ上の全てのショット領域の配列情報（座標値）を算出する。
次に、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴを再度＋Ｙ方向へ移動させながら、フォーカスマッピングを続行する。そして、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）からの検出ビームがウエハＷ表面から外れると、図４０に示されるように、フォーカスマッピングを終了する。その後、主制御装置２０は、事前に行われた前述のウエハアライメント（ＥＧＡ）の結果及び最新の５つのアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4のベースライン等に基づいて、ステップ・アンド・スキャン方式の露光を、液浸露光にて行い、ウエハＷ上の複数のショット領域にレチクルパターンを順次転写する。以降、ロット内の残りのウエハを露光するために、同様の動作が繰り返し行われる。
以上詳細に説明したように、本実施形態に係る露光装置１００によると、ウエハステージＷＳＴの駆動中に、エンコーダシステムのＸエンコーダとＹエンコーダとを少なくとも各１つ含む３つのエンコーダによりＸＹ平面内におけるウエハステージＷＳＴの位置情報（θｚ回転を含む）が計測される。そして、主制御装置２０により、ＸＹ平面内におけるウエハステージＷＳＴの位置が切り換えの前後で維持されるように、ＸＹ平面内におけるウエハステージＷＳＴの位置情報の計測に用いるエンコーダ（ヘッド）が、前記３つのエンコーダのうちのいずれかのエンコーダから別のエンコーダに切り換えられる。このため、ウエハステージＷＳＴの位置の制御に用いるエンコーダの切り換えが行われているにもかかわらず、切り換えの前後でウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置が維持され、正確なつなぎが可能になる。また、主制御装置２０は、このエンコーダの切り換えに際しても、前述した計測遅延に起因するヘッド（エンコーダ）の計測誤差を補正した各エンコーダの計測値を用いる。従って、複数のエンコーダ間でつなぎを行いながら、所定の経路に沿って正確にウエハステージＷＳＴを２次元移動させることが可能になる。
また、本実施形態に係る露光装置１００によると、例えばロット処理中、主制御装置２０により、エンコーダシステムのＸヘッド（Ｘエンコーダ）とＹヘッド（Ｙエンコーダ）とを少なくとも各１つ含む３つのヘッド（エンコーダ）によりＸＹ平面（移動面）内におけるウエハステージＷＳＴの位置情報（θｚ回転を含む）が計測される。そして、主制御装置２０により、その位置情報の計測結果と該位置情報の計測に用いられた３つのヘッドの移動面内における位置情報（（Ｘ，Ｙ）座標値）とに基づいて、ＸＹ平面内でウエハステージＷＳＴが駆動される。この場合、主制御装置２０は、アフィン変換の関係を利用してＸＹ平面内におけるウエハステージＷＳＴの位置情報を算出しながらＸＹ平面内でウエハステージＷＳＴを駆動する。これにより、複数のＹヘッド６４又は複数のＸヘッド６６をそれぞれ有するヘッドユニット６２Ａ〜６２Ｄを含むエンコーダシステムを用いてウエハステージＷＳＴの移動中に制御に用いるヘッド（エンコーダ）を切り換えながら、ウエハステージＷＳＴの移動を精度良く制御することが可能になる。
また、本実施形態の露光装置１００によると、ウエハステージＷＳＴの駆動中、主制御装置２０により、エンコーダシステムの各エンコーダ（ヘッド）の出力が常時（所定の計測サンプリング間隔で）取り込まれるとともに、ウエハステージＷＳＴの位置制御に用いていたエンコーダ（ヘッド）から別のエンコーダ（ヘッド）へウエハステージＷＳＴの位置制御に用いるエンコーダを切り換える動作が、ウエハステージＷＳＴの位置制御のタイミングに同期して実行される。このため、エンコーダの切り換えを、干渉計やエンコーダの出力の取り込みが行われる計測サンプリングと同期して高速に行う必要がなくなり、その切り換えのための高精度なハードウェアが不要となり、コストの低減を図ることが可能となる。
また、本実施形態の露光装置１００によると、主制御装置２０により、ウエハステージＷＳＴの移動ルートに基づいて、ウエハステージＷＳＴの位置制御に用いるエンコーダをエンコーダシステムの任意のエンコーダから別のエンコーダへ切り換える切り換えの対象となるエンコーダの組み合わせ及び切り換えのタイミングが予めスケジューリングされる。そして、ウエハステージＷＳＴの移動中、主制御装置２０により、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置情報がエンコーダシステムの３つエンコーダを用いて計測され、上記のスケジューリングされた内容に基づいて、任意のエンコーダから別のエンコーダへの切り換えが行われる。これにより、ウエハステージＷＳＴの目標軌道に応じた無理の無いエンコーダの切り換えが可能になる。
また、本実施形態の露光装置１００によると、ウエハアライメント時や露光時などに、ウエハステージＷＳＴを所定方向、例えばＹ軸方向に移動する場合、エンコーダシステムの計測情報と、ウエハステージＷＳＴのＹ軸方向と異なる方向の位置情報（傾斜情報を含み、例えばθｘ方向の回転情報など）と、スケールの特性情報（例えば、格子面の平面度、及び／又は格子形成誤差など）と、スケールのアッベ外し量に起因するアッベ誤差の補正情報、に基づいて、ウエハステージＷＳＴがＹ軸方向に駆動される。すなわち、Ｙ軸方向と異なる方向へのウエハステージＷＳＴの変位（傾斜を含む）とスケールとに起因して生じるエンコーダシステム（エンコーダ７０Ａ，７０Ｃ）の計測誤差を補償するようにウエハステージＷＳＴが駆動される。本実施形態では、主制御装置２０により、所定方向、例えばＹ軸方向に関するウエハステージＷＳＴの位置情報を計測するエンコーダ７０Ａ、７０Ｃの計測値と、その計測時のＹ軸方向とは異なる方向（非計測方向）に関するウエハステージＷＳＴの位置情報、例えば干渉計システム１１８のＹ干渉計１６、Ｚ干渉計４３Ａ，４３Ｂで計測されるウエハステージＷＳＴのθｘ方向、θｚ方向及びＺ軸方向の位置情報に応じたステージ位置起因誤差補正情報（前述した式（２２）で算出される補正情報）と、Ｙスケールの格子ピッチの補正情報（これはＹスケールの凹凸（平面度）が考慮された補正情報である）と、Ｙスケールの格子線３８の曲がりの補正情報と、Ｙスケールのアッベ外し量に起因するアッベ誤差の補正情報とに基づいて、ウエハステージＷＳＴがＹ軸方向に駆動される。このようにして、スケール３９Ｙ1、３９Ｙ2とＹヘッド６４との非計測方向への相対変位、Ｙスケール３９Ｙ1、３９Ｙ2の格子ピッチ及び格子線３８の曲がりに起因するエンコーダ７０Ａ、７０Ｃの計測誤差、並びにＹスケールのアッベ外し量に起因するアッベ誤差が、それぞれの補正情報により補正されたエンコーダ７０Ａ、７０Ｃの計測値に基づいて、ステージ駆動系１２４が制御され、ウエハステージＷＳＴがＹ軸方向に駆動される。この場合、エンコーダ７０Ａ、７０Ｃの計測値（カウント値）は、理想的な格子（回折格子）を理想的なエンコーダ（ヘッド）で計測しているのと同じ結果になっている。ここで、理想的な格子（回折格子）とは、その格子の面がステージの移動面（ＸＹ平面）に平行でかつ完全な平面であり、格子のピッチ方向が干渉計のビームに平行で格子線の間隔が完全に等間隔になっているという物である。理想的なエンコーダ（ヘッド）とは、光軸がステージの移動面に垂直で、かつＺ変位、レベリング、ヨーイングなどによって計測値が変化しないものである。
また、ウエハステージＷＳＴをＸ軸方向に移動させる場合、エンコーダシステムの計測情報と、ウエハステージＷＳＴのＸ軸方向と異なる方向の位置情報（傾斜情報を含み、例えばθｙ方向の回転情報など）と、スケールの特性情報（例えば、格子面の平面度、及び／又は格子形成誤差など）と、スケールのアッベ外し量に起因するアッベ誤差の補正情報とに基づいて、ウエハステージＷＳＴがＸ軸方向に駆動される。すなわち、Ｘ軸方向と異なる方向へのウエハステージＷＳＴの変位（傾斜を含む）に起因して生じるエンコーダシステム（エンコーダ７０Ｂ，７０Ｄ）の計測誤差を補償するようにウエハステージＷＳＴが駆動される。本実施形態では、主制御装置２０により、Ｘ軸方向に関するウエハステージＷＳＴの位置情報を計測するエンコーダ７０Ｂ、７０Ｄの計測値と、その計測時のウエハステージＷＳＴのＸ軸方向とは異なる方向（非計測方向）の位置情報、例えば干渉計システム１１８のＺ干渉計４３Ａ，４３Ｂで計測されるウエハステージＷＳＴのθｙ方向、θｚ方向及びＺ軸方向の位置情報に応じたステージ位置起因誤差補正情報（前述した式（２３）で算出される補正情報）と、Ｘスケールの格子ピッチの補正情報（これはスケールの凹凸（平面度）が考慮された補正情報である）と、Ｘスケールの格子線３７の曲がりの補正情報と、Ｘスケール３９Ｘ1、３９Ｘ2のアッベ外し量に起因するアッベ誤差の補正情報とに基づいて、ウエハステージＷＳＴがＸ軸方向に駆動される。このようにして、Ｘスケール３９Ｘ1、３９Ｘ2とＸヘッド６６との非計測方向への相対変位、Ｘスケール３９Ｘ1、３９Ｘ2の格子ピッチ及び格子線３７の曲がりに起因するエンコーダ７０Ｂ、７０Ｄの計測誤差、並びにＸスケール３９Ｘ1、３９Ｘ2のアッベ外し量に起因するアッベ誤差が、それぞれの補正情報により補正されたエンコーダ７０Ｂ、７０Ｄの計測値に基づいて、ステージ駆動系１２４が制御され、ウエハステージＷＳＴがＸ軸方向に駆動される。この場合、エンコーダ７０Ｂ、７０Ｄの計測値は、理想的な格子（回折格子）を理想的なエンコーダ（ヘッド）で計測しているのと同じ結果になっている。
従って、ヘッドとスケールの間の計測したい方向（計測方向）以外の相対運動に影響を受けることなく、アッベ誤差の影響を受けることなく、スケールの凹凸の影響を受けることなく、かつスケールの格子ピッチ及び格子曲がりの影響を受けることなく、エンコーダを用いてウエハステージＷＳＴを所望の方向へ精度良く駆動することが可能になる。
また、本実施形態の露光装置１００によると、ウエハ上の各ショット領域にレチクルＲのパターンを形成するに際し、ステップ・アンド・スキャン方式の露光が行われるが、このステップ・アンド・スキャン方式の露光動作中に、主制御装置２０は、複数のエンコーダ間でのつなぎ動作を、予め設定されたスケジュールに従うエンコーダ間（エンコーダの組み合わせ間）で、前記スケジュールに従うタイミングで、ウエハステージＷＳＴの位置制御のタイミングに同期して行う。
また、本実施形態に係る露光装置１００によると、主制御装置２０により、ウエハステージＷＳＴをＸＹ平面内の所定方向に駆動する際に、エンコーダシステムの少なくとも１つ、例えばＸヘッドとＹヘッドとを含んで合計で３つのヘッドの検出信号に応じた計測データが、所定の制御サンプリング間隔（例えば９６〔μｓｅｃ〕）でそれぞれ取り込まれるとともに、各ヘッドについて、最後に取り込んだ最新の計測データ及び１つ前（１制御サンプリング間隔前）のデータと、検出信号の電線（伝播経路）中の伝播に伴う遅延時間δの情報とに基づいて、検出信号の電線（伝播経路）中の伝播に伴う計測遅延に起因するヘッド（エンコーダ）の計測誤差が補正されるように、ウエハステージＷＳＴが駆動される。これにより、エンコーダのヘッドの検出信号の電線（伝播経路）中の伝播に伴う計測遅延に影響を受けることなく、ウエハステージＷＳＴを高精度に所望の方向に駆動することが可能になる。
例えば、本実施形態の露光装置１００では、ウエハステージＷＳＴをＹ軸方に駆動する場合、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2にそれぞれ対向する一対のＹヘッド６４をそれぞれ有するエンコーダ７０Ａ，７０Ｃを含む合計３つのヘッド（エンコーダ）を用いてウエハステージＷＳＴの位置情報が計測される。このとき、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2にそれぞれ対向する一対のＹヘッド６４相互間の上記遅延時間δが異なっていたとしても、主制御装置２０により、遅延時間δに起因するヘッド（エンコーダ）の計測誤差が補正されるように、ウエハステージＷＳＴが駆動されるので、結果的に一対のＹヘッド６４相互間の上記遅延時間δの相違によってウエハステージＷＳＴにθｚ回転誤差が生じるようなおそれがない。
また、本実施形態では、上記のウエハステージＷＳＴの駆動に先立って、例えば装置の立ち上げ時などに、主制御装置２０により、ウエハステージＷＳＴをＸＹ平面内の所定方向（例えばＹ軸方向（又はＸ軸方向））に駆動し、その駆動中にエンコーダシステムの複数、例えば一対のＹヘッド６４（又はＸヘッド６６）のそれぞれについて該各ヘッドの検出信号と干渉計システム１１８のＹ干渉計１６（又はＸ干渉計１２６）の検出信号とを所定サンプリングタイミングで同時にメモリ３４などに取り込み、両検出信号に基づいて各ヘッドについての遅延時間の情報を対応する干渉計の検出信号を基準として取得する遅延時間取得処理が実行される。このようにして、露光装置１００（主制御装置２０）自らが、複数のヘッドそれぞれの検出信号の遅延時間の情報を干渉計システム１１８の対応する干渉計の検出信号を基準として取得することが可能となる。
そして、その取得された取得したエンコーダシステムの複数のヘッドそれぞれについての遅延時間の情報と、複数のヘッドそれぞれの検出信号に対応する計測データとに基づいて、主制御装置２０により、ウエハステージＷＳＴが上述のようにして駆動される。これにより、ヘッド毎に遅延時間が異なっていても、この複数のヘッド間の遅延時間の相違の影響を受けることなく、ウエハステージＷＳＴをエンコーダシステムの各エンコーダを用いて精度良く駆動することが可能になる。
また、本実施形態の露光装置１００によると、主制御装置２０により、ウエハステージＷＳＴ上のウエハＷに対する露光が終了すると、ウエハステージＷＳＴが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に順次移動され、露光済みのウエハＷのウエハステージＷＳＴ上からのアンロード、及びウエハステージＷＳＴ上への新たなウエハＷのロード、すなわち、ウエハステージＷＳＴ上でのウエハＷの交換が行われる。このウエハＷの交換の終了の度に、主制御装置２０により、ウエハステージＷＳＴが前述のPri-BCHKの前半の処理を行う位置に位置決めされ、エンコーダシステムの３つのエンコーダを用いたＸＹ平面内におけるウエハステージＷＳＴの位置制御が、前述の手順に従って、改めて開始される。このため、前述した複数のエンコーダ間でのつなぎ処理（ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置制御に用いられるエンコーダの切り換え処理）などを繰り返し行っても、ウエハＷの交換が行われる度に、そのつなぎ処理に伴うウエハステージＷＳＴの位置誤差（つなぎ処理の度に累積した累積誤差）がキャンセルされ、ウエハステージＷＳＴの位置誤差が許容レベルを超えるまで累積することがない。従って、エンコーダシステムによってウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内における位置情報を露光位置を含む前述の有効領域内で精度良く長期に渡って計測することが可能となり、これにより露光精度を長期に渡って維持することが可能となる。
また、本実施形態では、主制御装置２０により、相互に距離Ｌ（≧４００ｍｍ）離れた一対の原点ヘッド６４ｙ2，６４ｙ1の絶対位相が、予め定めた初期値になる位置にウエハステージＷＳＴのヨーイングが調整された状態で、エンコーダシステムの３つのエンコーダを用いたＸＹ平面内におけるウエハステージＷＳＴの位置制御が改めて開始される。このため、３つの原点ヘッドの計測値に基づく、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内位置の制御開始時点におけるウエハステージＷＳＴのヨーイング誤差をほぼ零に設定することができ、結果的にそのウエハステージＷＳＴのヨーイング誤差に伴う、プライマリアライメント系のベースラインのＸ軸方向に関するずれ、及びチップローテーション（ウエハＷ上のショット領域の回転誤差）、並びに該チップローテーションに伴う重ね合わせ誤差の発生を効果的に抑制することができる。
また、本実施形態では、主制御装置２０により、ウエハステージＷＳＴ上でウエハＷの交換が行われる度に、ＥＧＡアライメント計測の開始に先立って、具体的にはアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２2、ＡＬ２3によるウエハＷ上の３つのファーストアライメントショット領域に付設されたアライメントマークの計測に先立って、３つのエンコーダを用いたＸＹ平面内におけるウエハステージＷＳＴの位置制御が改めて開始される。このため、上記の３つのエンコーダを用いたＸＹ平面内におけるウエハステージＷＳＴの位置制御が改めて開始された時点で、エンコーダによって計測されるウエハステージＷＳＴのＸ位置及びＹ位置の計測値に多少の誤差が存在しても、後のＥＧＡによってその誤差が結果的にキャンセルされる。
また、本実施形態では、図３０、図３１及び図３２に示されるように、主制御装置２０により、エンコーダシステムのＸエンコーダ７０Ｂ（Ｘスケール３９Ｘ2に対向するヘッドユニット６２Ｄの１つのＸヘッド６６）を用いて、ウエハステージＷＳＴ上でウエハＷの交換が行われている間も、そのＸエンコーダ７０Ｂの計測方向であるＸ軸方向に関するウエハステージＷＳＴの位置情報の計測が継続されている。このため、アンローディングポジションＵＰ及びローディングポジションＬＰ近傍におけるウエハステージＷＳＴのＸ位置を計測するＸ干渉計１２８は、必ずしも設ける必要がない。ただし、本実施形態では、そのエンコーダの異常時などのバックアップの目的などで、Ｘ干渉計１２８を設けている。
また、本実施形態の露光装置１００によると、照明系１０からレチクルＲ、投影光学系ＰＬ及び水Ｌｑを介してウエハＷに照射される照明光ＩＬとウエハＷとの相対移動のために、主制御装置２０により、上述の各エンコーダの計測値、その計測時におけるウエハステージの非計測方向の位置情報に応じた各エンコーダのステージ位置起因誤差補正情報、各スケールの格子ピッチの補正情報及び格子線の補正情報、並びに各ケールのアッベ外し量に起因するアッベ誤差の補正情報とに基づいてウエハＷを載置するウエハステージＷＳＴが精度良く駆動される。
従って、走査露光且つ液浸露光により、ウエハ上の各ショット領域に精度良くレチクルＲの所望のパターンを形成することが可能になる。
また、本実施形態では、先に図３３及び図３４に基づいて説明したように、主制御装置２０が、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２2、ＡＬ２3によるウエハＷ上の３つのファーストアライメントショット領域に付設されたアライメントマークの計測（ＥＧＡアライメント計測）に先立って、ウエハステージＷＳＴの位置制御に用いる計測装置を、干渉計システム１１８からエンコーダシステムに切り換える（ウエハテーブルＷＴＢのＸＹ平面内の位置の制御を前述した変則制御からエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄとエンコーダ７０Ａ，７０Ｃとのうち、少なくとも３つのエンコーダの計測値に基づく制御に切り換える）。これにより、切り換え直後のエンコーダシステムによるウエハステージＷＳＴのＸ位置及びＹ位置の計測値に多少の誤差が存在しても、後のＥＧＡによってその誤差が結果的にキャンセルされるという利点がある。
また、本実施形態によると、主制御装置２０は、前述のエンコーダの計測値のステージ位置起因誤差補正情報の取得に際し、ウエハステージＷＳＴを異なる複数の姿勢に変化させ、各姿勢について、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の姿勢を維持した状態で、エンコーダのヘッド６４又は６６からスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2，３９Ｘ1又は３９Ｘ2の特定領域に検出光を照射しつつ、ウエハステージＷＳＴをＺ軸方向に所定ストローク範囲で移動させ、その移動中にエンコーダの計測結果をサンプリングする。これにより、各姿勢についての、ウエハステージＷＳＴの移動面に直交する方向（Ｚ軸方向）の位置に応じたエンコーダの計測値の変化情報（例えば図１２のグラフに示されるような誤差特性曲線）が得られる。
そして、主制御装置２０は、このサンプリング結果、すなわち各姿勢についての、ウエハステージＷＳＴのＺ軸方向の位置に応じたエンコーダの計測値の変化情報に基づいて、所定の演算を行うことで、ウエハステージＷＳＴの非計測方向の位置情報に応じたエンコーダの計測値の補正情報を求める。従って、簡単な方法で、非計測方向に関するヘッドとスケールの相対変化に起因するエンコーダの計測誤差を補正するステージ位置起因誤差補正情報を決定することができる。
また、本実施形態では、同一のヘッドユニットを構成する複数のヘッド、例えばヘッドユニット６２Ａを構成する複数のＹヘッド６４について、上記の補正情報を決定する場合に、対応するＹスケール３９Ｙ1の同一の特定領域に各Ｙヘッド６４から検出光を照射して、上述したエンコーダの計測結果のサンプリングを行い、そのサンプリング結果に基づいて、各Ｙヘッド６４とＹスケール３９Ｙ1とから構成される各エンコーダのステージ位置起因誤差補正情報を決定しているので、結果的に、この補正情報を用いることで、ヘッドの倒れで生じる、幾何学的な誤差も補正される。換言すれば、主制御装置２０は、同一のスケールに対応する複数のエンコーダを対象として、前記補正情報を求めるに際し、ウエハステージＷＳＴをＺ軸方向へ移動させた際に対象とするエンコーダのヘッドの倒れで生じる、幾何学的な誤差を考慮して前記対象とするエンコーダの補正情報を求めている。従って、本実施形態では、複数のヘッドの倒れ角が異なることに起因するコサイン誤差も生じることがない。また、Ｙヘッド６４に倒れが生じていなくても、例えばヘッドの光学特性（テレセントリシティなど）などに起因してエンコーダに計測誤差が生じる場合、同様に前記補正情報を求めることで、計測誤差の発生、ひいてはウエハステージＷＳＴの位置制御精度の低下を防止することができる。すなわち本実施形態では、ヘッドユニットに起因して生じるエンコーダシステムの計測誤差（以下、ヘッド起因誤差とも呼ぶ）を補償するようにウエハステージＷＳＴが駆動される。なお、ヘッドユニットの特性情報（例えば、ヘッドの倒れ、及び／又は光学特性などを含む）に基づいて、例えばエンコーダシステムの計測値の補正情報を算出するようにしても良い。
なお、上記実施形態では、ウエハステージＷＳＴの位置制御に用いるエンコーダの切り換えに際し、ＸＹ平面（移動面）内の３自由度方向に関するウエハステージＷＳＴの位置（Ｘ，Ｙ，θｚ）が切り換えの前後で維持されるように、移動面内の３自由度方向に関するウエハステージＷＳＴの位置情報を計測する３つのエンコーダ（ヘッド）のうちのいずれかのエンコーダ（ヘッド）から別のエンコーダ（ヘッド）に切り換える場合について説明したが、本発明がこれに限定されるものではない。例えば、移動体が移動面内で回転が許容されていない場合には、その移動体は移動面内では２自由度（Ｘ，Ｙ）しか自由度を持たないが、かかる場合であっても本発明は適用が可能である。すなわち、この場合、移動面内の第１軸に平行な方向に関する移動体の位置情報を計測する第１エンコーダと前記移動面内において前記第１軸に直交する第２軸に平行な方向に関する移動体の位置情報を計測する第２エンコーダとを少なくとも各１つ合計で３つ以上含むエンコーダシステムを用い、制御装置が、移動面内における移動体の位置が切り換えの前後で維持されるように、移動面内における移動体の位置情報の計測に用いるエンコーダを、第１エンコーダと第２エンコーダとを少なくとも各１つ含む少なくとも２つのエンコーダのうちのいずれかのエンコーダから別のエンコーダに切り換えることとすれば良い。このようにした場合には、移動体の位置の制御に用いるエンコーダの切り換えが行われているにもかかわらず、切り換えの前後で移動体の移動面内の位置が維持され、正確なつなぎが可能になり、これにより、複数のエンコーダ間でつなぎを行いながら、所定の経路に沿って正確に移動体を２次元移動させることが可能になる。また、制御装置は、上記実施形態と同様に、移動体の移動ルートに基づいて、前記切り換えの対象となるエンコーダの組み合わせ及び切り換えタイミングをスケジューリングすることとすることができるとともに、エンコーダシステムの各エンコーダの計測値を常時取り込むとともに、移動体の位置制御に用いていた少なくとも２つのエンコーダのうちのいずれかのエンコーダから別のエンコーダに移動体の制御に用いるエンコーダを切り換える動作を、移動体の位置制御のタイミングに同期して実行することとすることができる。
また、前述の切り換えに際し、制御装置は、切り換え前に移動体の位置制御に用いていた少なくとも２つのエンコーダの計測値に基づいてアフィン変換の関係を利用した演算式により移動体の移動面内の位置情報を算出し、該算出結果を満足するように、前記別のエンコーダの計測値の初期値を決定することとすることができる。
なお、上記実施形態では、２次元面内で移動するウエハステージの位置情報を計測する複数のエンコーダを含むエンコーダシステムを備え、主制御装置２０が、エンコーダシステムの各エンコーダの出力を常時取り込むとともに、移動体の位置制御に用いていたエンコーダから別のエンコーダへ移動体の位置制御に用いるエンコーダを切り換える動作を、移動体の位置制御のタイミングに同期して実行する移動体駆動システムについて例示したが、これに限らず、例えば一次元方向にのみ移動する移動体の位置情報を計測する複数のエンコーダを含むエンコーダシステムを備えた移動体駆動システムにおいて、制御装置が、エンコーダシステムの各エンコーダの出力を常時取り込むとともに、移動体の位置制御に用いていたエンコーダから別のエンコーダへ移動体の位置制御に用いるエンコーダを切り換える動作を、移動体の位置制御のタイミングに同期して実行することとしても良い。かかる場合であっても、エンコーダの切り換えを高速に行う必要がなくなり、その切り換えのための高精度なハードウェアが不要となり、コストの低減を図ることが可能となる。
また、上記実施形態では、主制御装置２０が、ウエハステージＷＳＴの移動ルートに基づいて、移動面（ＸＹ平面）内の３自由度方向に関するウエハステージＷＳＴの位置情報を計測するエンコーダシステムの３つのエンコーダのうちの任意のエンコーダから別のエンコーダへ切り換える切り換えの対象となるエンコーダの組み合わせ及び切り換えタイミングをスケジューリングする場合について説明したが、本発明がこれに限定されるものではない。例えば、移動面内における２自由度方向又は１自由度方向のみの移動しか許容されていない移動体もあるが、かかる移動体を移動面内で駆動する移動体駆動システムであっても、移動面内における移動体の位置情報を計測する複数のエンコーダを含むエンコーダシステムを備えていれば、上記実施形態と同様に、制御装置が移動体の移動ルートに基づいて、移動体の位置制御に用いるエンコーダを前記エンコーダシステムの任意のエンコーダから別のエンコーダへ切り換える切り換えの対象となるエンコーダの組み合わせ及び切り換えタイミングをスケジューリングすることが望ましい。これにより、移動体の目標軌道に応じた無理の無いエンコーダの切り換えが可能になる。また、この場合も、制御装置は、エンコーダシステムの各エンコーダの出力を常時取り込むとともに、移動体の位置制御に用いていた任意のエンコーダから別のエンコーダへの切り換え動作を、前記移動体の位置制御のタイミングに同期して実行することとすることができる。
ウエハステージＷＳＴをＸ軸方向に移動すると、上記実施形態では、例えばヘッドユニット６２Ａとヘッドユニット６２Ｃとでヘッドの切り換え及びつなぎ処理が同時に、あるいは一部が並行して行われるが、ヘッドユニット６２Ａ、６２Ｃでその処理を異なるタイミングで行うようにしても良い。この場合、例えばヘッドユニット６２Ａ、６２Ｃで、隣接するヘッドの間隔は同一とし、そのＸ軸方向の位置をずらして配置しても良い。
なお、上記実施形態では、同一の露光装置により、エンコーダのヘッドの切り換え及び計測値のつなぎに関する発明、エンコーダシステムの各種計測誤差（例えば、ステージ位置起因誤差、ヘッド起因誤差、スケール起因誤差、及びアッベ誤差など）の補正に関する発明、エンコーダシステムを用いたウエハステージの位置制御をウエハ交換毎に改めて開始する発明（エンコーダシステムのリセットに関する発明）、エンコーダ（ヘッド）の切り換え動作を、ウエハステージの位置制御のタイミングに同期して実行する、切り換えタイミングに関する発明、ウエハステージの移動ルートに基づいてその切り換えタイミングをスケジューリングする発明、及び検出信号の伝播に伴う計測遅延に起因するエンコーダヘッドの計測誤差の補正に関連する発明などが、実施されるものとした。しかし、これらの発明は、それぞれ単独で、あるいは任意に組み合わせて、実施しても良い。
また、前述のヘッドの切り換え・つなぎ処理と組み合わせて、前述したステージ位置起因誤差、ヘッド起因誤差、スケール起因誤差、及びアッベ誤差の１つ又は２つ以上の組み合わせの補正を実施しても良い。
なお、上記実施形態では、主制御装置２０が、現在時刻ｔにおいて取得した各エンコーダ（ヘッド）の最新の計測値と、１つ前（１制御サンプリング間隔）の計測値とに基づいて、ウエハステージＷＳＴの位置の時間変化（例えば図１０に示される時間変化曲線ｙ＝ｙ（ｔ）参照）に対する近似直線（例えば図１０に示される直線ｙ＝ｙcal（ｔ）参照）を算出し、該近似直線を用いて、エンコーダシステムの各ヘッドの検出信号の伝播経路中の伝播に伴う計測遅延に起因する計測誤差が補正されるように、ウエハステージＷＳＴを駆動するものとしたが、本発明がこれに限定されることはない。すなわち、本発明においては、制御装置は、最新の計測データ及び１つ前（１制御サンプリング間隔前）の計測データに加え、２つ前（２制御サンプリング間隔前）の計測データをも用いて、移動体の位置の時間変化曲線の２次の近似曲線を算出し、該近似曲線に基づいてエンコーダシステムの各ヘッドの検出信号の伝播経路中の伝播に伴う計測遅延による計測誤差が補正されるように、ウエハステージＷＳＴを駆動することとしても良い。要は、制御装置は、エンコーダシステムのヘッドにおける最新の計測データと少なくとも１つ前のデータを含む過去の計測データとを含む複数のデータと、前記ヘッドの検出信号の電線中の伝播に伴う遅延時間の情報とに基づいて、前記ヘッドの計測遅延による計測誤差が補正されるように、移動体を駆動すれば良い。
また、上記実施形態では、主制御装置２０が、エンコーダシステムの各Ｙヘッド（又は各Ｘヘッド）の検出信号とＹ干渉計１６（又はＸ干渉計１２６）の検出信号とに基づいて各Ｙヘッド（又は各Ｘヘッド）の前記遅延時間の情報をＹ干渉計１６（又はＸ干渉計１２６）の検出信号を基準として取得する遅延時間取得処理を実行するものとしたが、これに限らず、いずれか一つのＸヘッド（又はＹヘッド）の検出信号の電線中の伝播に伴う遅延時間と他のＸヘッド（又はＹヘッド）の検出信号の検出信号の電線中の伝播に伴う遅延時間との差を求めることで、一つのＸヘッド（又はＹヘッド）の検出信号を基準として他のＸヘッド（又はＹヘッド）についての前記遅延時間の情報を取得しても良い。
また、上記実施形態では、主制御装置２０が、エンコーダシステムの全てのヘッドについて、前記遅延時間取得処理を実行するものとしたが、これに限らず、一部のヘッドについて遅延時間取得処理を実行することとしても良い。
また、上記実施形態では、図２０を用いて説明したように、主制御装置２０が、上記遅延時間取得処理に際して、各ヘッド、例えばＹヘッド６４の検出信号Ｃ２と対応する干渉計、例えばＹ干渉計１６の出力信号Ｃ１との強度の差ΔＩに基づいて、そのＹヘッド６４についての前記遅延時間δの情報を算出するものとしたが、これに限らず、両信号の時間軸方向のずれから、遅延時間の情報を直接求めても良い。
なお、上記実施形態では、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で、ヘッドユニット６２Ｄの１つのヘッド６６以外の残りの全てのヘッドがスケールに対向しなくなり、エンコーダシステムによるウエハステージのＸＹ平面内の位置計測が物理的にできなくなる場合について説明したが、本発明がこれに限定されるものでない。すなわち、エンコーダシステムによるウエハステージのＸＹ平面内の位置計測が、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でも継続して可能な場合であっても、上記実施形態と同様に、ウエハステージＷＳＴがウエハ交換位置からアライメント領域に復帰するまでの間のいずれかの時点で、３つのエンコーダを用いたウエハステージＷＳＴの位置計測及び位置制御を改めて開始することが望ましい。このようにすることで、複数のエンコーダ間のつなぎ処理を繰り返すことに伴うウエハステージ位置の累積誤差を定期的にキャンセルすることができる。
なお、上記実施形態では、説明を簡略化するために、主制御装置２０が、ステージ系、干渉計システム、エンコーダシステムなど、露光装置の構成各部の制御を行うものとしたが、これに限らず、上記の主制御装置２０が行う制御の少なくとも一部を、複数の制御装置で分担して行っても良いことは勿論である。例えば、エンコーダシステム、Ｚセンサ及び干渉計システムの計測値に基づいてウエハステージＷＳＴ等の制御を行うステージ制御装置を、主制御装置２０の配下に設けても良い。また、上記主制御装置２０が行う制御は必ずしもハードウェアによって実現する必要はなく、主制御装置２０、又は前述のように分担して制御を行ういくつかの制御装置それぞれの動作を規定するコンピュータ・プログラムによりソフトウェア的に実現しても良い。
なお、上記実施形態におけるエンコーダシステム、干渉計システム、多点ＡＦ系及びＺセンサなどの構成や配置は、一例であって、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、Ｙ軸方向位置の計測に用いられる一対のＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2と、Ｘ軸方向位置の計測に用いられる一対のＸスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2とが、ウエハテーブルＷＴＢ上に設けられ、これに対応して、一対のヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃが投影光学系ＰＬのＸ軸方向の一側と他側に配置され、一対のヘッドユニット６２Ｂ、６２Ｄが投影光学系ＰＬのＹ軸方向の一側と他側に配置される場合について例示した。しかしながら、これに限らず、Ｙ軸方向位置の計測用のＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2及びＸ軸方向位置計測用のＸスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2のうち、少なくとも一方が一対でなく１つのみ、ウエハテーブルＷＴＢ上に設けられていても良いし、あるいは、一対のヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃ及び一対のヘッドユニット６２Ｂ、６２Ｄのうち、少なくとも一方が、１つのみ設けられていても良い。また、スケールの延設方向及びヘッドユニットの延設方向は、上記実施形態のＸ軸方向、Ｙ軸方向のような直交方向に限らず、相互に交差する方向であれば良い。また、回折格子の周期方向が各スケールの長手方向と直交する（又は交差する）方向であっても良く、この場合には、回折格子の周期方向と直交する方向に、対応するヘッドユニットの複数のヘッドが配置されていれば良い。また、各ヘッドユニットが上記の回折格子の周期方向と直交する方向に隙間なく配置された複数のヘッドを有していても良い。
また、上記実施形態では、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面に平行な面、具体的には上面に、Ｘスケール，Ｙスケールが配置された場合について説明したが、これに限らず、ウエハステージＷＳＴの下面は勿論、側面にグレーティングを配置しても良い。あるいはウエハステージにヘッドを設け、移動体の外部に２次元格子（又は２次元配置された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、ウエハステージ上面にＺセンサをも配置する場合には、その２次元格子（又は２次元配置された１次元の格子部）を、Ｚセンサからの計測ビームを反射する反射面として兼用しても良い。
なお、上記実施形態では、ウエハステージＷＳＴのθｘ方向の回転情報（ピッチング量）を干渉計システム１１８にて計測するものとしたが、例えば１対のＺセンサ７４i,j又は７６p,qの計測値からピッチング量を求めても良い。あるいは、ヘッドユニット６２Ａ、６２Ｃと同様に、例えばヘッドユニット６２Ｂ、６２Ｄの各ヘッドに近接して１つ又は一対のＺセンサを設け、Ｘスケール３９Ｘ１、３９Ｘ２とそれぞれ対向するＺセンサの計測値からピッチング量を求めても良い。これにより、干渉計システム１１８を用いることなく、前述のエンコーダとＺセンサとを用いてウエハステージＷＳＴの６自由度の方向、すなわちＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θｘ、θｙ、及びθｚ方向の位置情報を計測することが可能となる。前述のエンコーダとＺセンサによるウエハステージＷＳＴの６自由度の方向の位置情報の計測は、露光動作だけでなく前述のアライメント動作及び／又はフォーカスマッピング動作でも行って良い。
また、上記実施形態では、ウエハステージＷＳＴを駆動する所定方向と異なる方向へのウエハステージＷＳＴの変位（ヘッドとスケールとの相対変位）に起因して生じるエンコーダシステムの計測誤差を補償するように、前述の補正情報に基づいてエンコーダシステムの計測値を補正するものとしたが、これに限らず、例えばエンコーダシステムの計測値に基づいてウエハステージＷＳＴを駆動しつつ、前述の補正情報に基づいてウエハステージＷＳＴを位置決めする目標位置を補正することとしても良い。あるいは、特に露光動作では、例えばエンコーダシステムの計測値に基づいてウエハステージＷＳＴを駆動しつつ、前述の補正情報に基づいてレチクルステージＲＳＴの位置を補正しても良い。
また、上記実施形態では、例えば露光の際などにウエハステージＷＳＴのみが、エンコーダシステムの計測値に基づいて駆動されるものとしたが、例えばレチクルステージＲＳＴの位置を計測するエンコーダシステムを追加し、該エンコーダシステムの計測値とレチクル干渉計１１６によって計測されるレチクルステージの非計測方向の位置情報に応じた補正情報とに基づいて、レチクルステージＲＳＴを駆動することとしても良い。
また、上記実施形態では、１つの固定のプライマリアライメント系と４つの可動のセカンダリアライメント系とを備え、これら５つのアライメント系に応じたシーケンスでウエハ上の１６個のアライメントショット領域に付設されたアライメントマークを検出する場合について説明した。しかしながら、セカンダリアライメント系は可動でなくとも良く、また、セカンダリアライメント系の数は問わない。要は、ウエハ上のアライメントマークを検出可能な少なくとも１つのアライメント系があれば良い。
なお、上記実施形態では、例えば国際公開第２００５／０７４０１４号などに開示されている露光装置と同様に、ウエハステージＷＳＴとは別に計測ステージＭＳＴを備えている露光装置について説明したが、これに限らず、例えば特開平１０−２１４７８３号公報及び対応する米国特許第６,３４１,００７号明細書、並びに国際公開第９８／４０７９１号及び対応する米国特許第６,２６２,７９６号明細書などに開示されているように、２つのウエハステージを用いて露光動作と計測動作（例えば、アライメント系によるマーク検出など）とをほぼ並行して実行可能なツインウエハステージ方式の露光装置でも、前述のエンコーダシステム（図３等参照）を用いて各ウエハステージの位置制御を行うことが可能である。ここで、露光動作時だけでなく計測動作時でも、各ヘッドユニットの配置、長さなどを適切に設定することで、前述のエンコーダシステムをそのまま用いて各ウエハステージの位置制御を行うことが可能であるが、前述したヘッドユニット（６２Ａ〜６２Ｄ）とは別に、その計測動作中に使用可能なヘッドユニットを設けても良い。例えば、１つ又は２つのアライメント系を中心として十字状に配置される４つのヘッドユニットを設け、上記計測動作時にはこれらヘッドユニットと対応するスケールとによって各ウエハステージＷＳＴの位置情報を計測するようにしても良い。ツインウエハステージ方式の露光装置では、２つのウエハステージにそれぞれ少なくとも各２つのスケールが設けられるとともに、一方のウエハステージに載置されたウエハの露光動作が終了すると、その一方のウエハステージとの交換で、計測位置にてマーク検出などが行われた次のウエハを載置する他方のウエハステージが露光位置に配置される。また、露光動作と並行して行われる計測動作は、アライメント系によるウエハなどのマーク検出に限られるものでなく、その代わりに、あるいはそれと組み合わせて、ウエハの面情報（段差情報など）の検出を行っても良い。
なお、上記実施形態では、ウエハステージＷＳＴ側で各ウエハの交換を行っている間に、計測ステージＭＳＴ側ではＣＤバー４６を用いて、Sec-BCHK（インターバル）を行う場合について説明したが、これに限らず、計測ステージＭＳＴの計測器（計測用部材）を用いて、照度むら計測（及び照度計測）、空間像計測、波面収差計測などの少なくとも一つを行い、その計測結果をその後に行われるウエハの露光に反映させることとしても良い。具体的には、例えば、計測結果に基づいて調整装置６８により投影光学系ＰＬの調整を行うこととすることができる。
また、上記実施形態では、計測ステージＭＳＴにもスケールを配置し、前述のエンコーダシステム（ヘッドユニット）を用いて計測ステージの位置制御を行うようにしても良い。すなわち、エンコーダシステムによる位置情報の計測を行う移動体はウエハステージに限られるものではない。
なお、ウエハステージＷＳＴの小型化や軽量化などを考慮すると、ウエハステージＷＳＴ上でウエハＷになるべく近づけてスケールを配置することが好ましいが、ウエハステージを大きくすることが許容されるときは、ウエハステージを大きくし、対向して配置される一対スケールの間隔を広げることで、少なくともウエハの露光動作中は常にＸ軸及びＹ軸方向に関してそれぞれ２つずつ、計４つの位置情報を計測可能としても良い。また、ウエハステージを大きくする代わりに、例えばスケールをその一部がウエハステージからはみ出るように設ける、あるいは少なくとも１つのスケールが設けられる補助プレートを用いてウエハステージ本体よりも外側にスケールを配置することで、同様に対向して配置される一対のスケールの間隔を広げるようにしても良い。
また、上記実施形態において、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2への異物の付着、汚れなどによる計測精度の低下を防止するために、例えば少なくとも回折格子を覆うように表面にコーティングを施す、あるいはカバーガラスを設けても良い。この場合、特に液浸型の露光装置では、撥液性の保護膜をスケール（格子面）にコーティングしても良いし、カバーガラスの表面（上面）に撥液膜を形成しても良い。さらに、各スケールはその長手方向のほぼ全域に渡って回折格子が連続的に形成されるものとしたが、例えば回折格子を複数の領域に分けて断続的に形成しても良いし、あるいは各スケールを複数のスケールで構成しても良い。また、上記実施形態では、エンコーダとして、回折干渉方式のエンコーダを用いる場合について例示したが、これに限らず、いわゆるピックアップ方式、磁気方式などの方式も用いることができ、例えば米国特許第６，６３９，６８６号明細書などに開示されるいわゆるスキャンエンコーダなども用いることができる。
また、上記実施形態では、Ｚセンサとして、前述の光ピックアップ方式のセンサに代えて、例えばプローブビームを計測対象面に投射し、その反射光を受光することで計測対象面のＺ軸方向の変位を光学的に読み取る第１センサ（光ピックアップ方式のセンセでも良いし、その他の光学式の変位センサであっても良い）と、該第１センサをＺ軸方向に駆動する駆動部と、第１センサのＺ軸方向の変位を計測する第２センサ（例えばエンコーダなど）とを備えた構成のセンサを用いても良い。かかる構成のＺセンサでは、計測対象面、例えばスケールの面と第１センサとのＺ軸方向の距離が常に一定になるように、第１センサの出力に基づいて駆動部が第１センサをＺ軸方向に駆動するモード（第１のサーボ制御モード）と、外部（制御装置）から、第２センサの目標値を与え、この目標値に第２センサの計測値が一致するように駆動部が、第１センサのＺ軸方向の位置を維持する（第２のサーボ制御モード）とを設定することができる。第１のサーボ制御モードの場合、Ｚセンサの出力としては、計測部（第２センサ）の出力を用いることができ、第２のサーボ制御モードの場合、第２センサの出力を用いることができる。また、このようなＺセンサを用いる場合で、第２センサとしてエンコーダを採用する場合、結果的に、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）の６自由度方向の位置情報を、エンコーダを用いて計測することができる。また、上記実施形態では、Ｚセンサとして、その他の検出方式のセンサを採用することもできる。
また、上記実施形態において、ウエハステージＷＳＴの位置情報を計測する複数の干渉計の構成や組み合わせは、前述した構成及び組み合わせに限定されるものではない。要は、エンコーダシステムの計測方向を除く方向のウエハステージＷＳＴの位置情報を計測することができるのであれば、干渉計の構成及び組み合わせは特に問わない。要は、上述のエンコーダシステム以外に、エンコーダシステムの計測方向を除く方向のウエハステージＷＳＴの位置情報を計測することができる計測装置（干渉計であるかどうかも問わない）があれば良い。例えば、前述のＺセンサを計測装置として用いても良い。
また、上記実施形態では、多点ＡＦ系の他に、Ｚセンサが設けられるものとしたが、例えば多点ＡＦ系で露光の際にウエハＷの露光対象ショット領域における面位置情報を検出できるのであれば、Ｚセンサは必ずしも設ける必要はない。
なお、上記実施形態では、液体として純水（水）を用いるものとしたが、本発明がこれに限定されないことは勿論である。液体としては、化学的に安定で、照明光ＩＬの透過率が高く安全な液体、例えばフッ素系不活性液体を使用しても良い。このフッ素系不活性液体としては、例えばフロリナート（米国スリーエム社の商品名）が使用できる。このフッ素系不活性液体は冷却効果の点でも優れている。また、液体として、照明光ＩＬに対する屈折率が、純水（屈折率は１．４４程度）よりも高い、例えば１．５以上の液体を用いても良い。この液体としては、例えば、屈折率が約１．５０のイソプロパノール、屈折率が約１．６１のグリセロール（グリセリン）といったＣ−Ｈ結合あるいはＯ−Ｈ結合を持つ所定液体、ヘキサン、ヘプタン、デカン等の所定液体（有機溶剤）、又は屈折率が約１．６０のデカリン(Decalin:Decahydronaphthalene)などが挙げられる。あるいは、これら所定液体のうち任意の２種類以上の液体が混合されたものであっても良いし、純水に上記所定液体が添加（混合）されたものであっても良い。あるいは、液体としては、純水に、Ｈ＋、Ｃｓ＋、Ｋ＋、Ｃｌ−、ＳＯ４ ２−、ＰＯ４ ２−等の塩基又は酸を添加（混合）したものであっても良い。更には、純水にＡｌ酸化物等の微粒子を添加（混合）したものであっても良い。これら液体は、ＡｒＦエキシマレーザ光を透過可能である。また、液体としては、光の吸収係数が小さく、温度依存性が少なく、投影光学系（先端の光学部材）、及び／又はウエハの表面に塗布されている感光材（又は保護膜（トップコート膜）あるいは反射防止膜など）に対して安定なものであることが好ましい。また、Ｆ2レーザを光源とする場合は、フォンブリンオイルを選択すれば良い。
また、上記実施形態で、回収された液体を再利用するようにしても良く、この場合は回収された液体から不純物を除去するフィルタを液体回収装置、又は回収管等に設けておくことが望ましい。
なお、上記実施形態では、露光装置が液浸型の露光装置である場合について説明したが、これに限られるものではなく、液体（水）を介さずにウエハＷの露光を行うドライタイプの露光装置にも本発明は好適に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エンコーダで計測することにより、同様に、空気揺らぎに起因する位置計測誤差の発生を殆ど零にすることができる。また、ステッパなどであっても、前述と同様に、そのステージの位置制御に用いられるエンコーダの切り換えを行うことができ、その切り換えの対象となるエンコーダ（ヘッド）の組み合わせ及び切り換えタイミングのスケジューリングを行うことができる。また、切り換え動作のタイミングは、ステージの位置制御のタイミングと同期しておこなうこととすることができる。さらに、エンコーダの計測値と前述の各補正情報とに基づいて、ステージを高精度に位置決めすることが可能になり、結果的に高精度なレチクルパターンの物体上への転写が可能になる。また、ショット領域とショット領域とを合成するステップ・アンド・スティッチ方式の縮小投影露光装置、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、上記実施形態の露光装置における投影光学系の倍率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。さらに、投影光学系ＰＬを介して照明光ＩＬが照射される露光領域は、投影光学系ＰＬの視野内で光軸ＡＸを含むオンアクシス領域であるが、例えば国際公開第２００４／１０７０１１号に開示されるように、複数の反射面を有しかつ中間像を少なくとも１回形成する光学系（反射系又は反射屈折系）がその一部に設けられ、かつ単一の光軸を有する、いわゆるインライン型の反射屈折系と同様に、その露光領域は光軸ＡＸを含まないオフアクシス領域でも良い。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、あるいは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、例えば国際公開第１９９９／４６８３５号（対応米国特許第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、近年、７０ｎｍ以下のパターンを露光するために、ＳＯＲやプラズマレーザを光源として、軟Ｘ線領域（例えば５〜１５ｎｍの波長域）のＥＵＶ（Extreme Ultraviolet）光を発生させるとともに、その露光波長（例えば１３．５ｎｍ）の下で設計されたオール反射縮小光学系、及び反射型マスクを用いたＥＵＶ露光装置の開発が行われている。この装置においては、円弧照明を用いてマスクとウエハを同期走査してスキャン露光する構成が考えられるので、かかる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、上述の実施形態においては、光透過性の基板上に所定の遮光パターン（又は位相パターン・減光パターン）を形成した光透過型マスク（レチクル）を用いたが、このレチクルに代えて、例えば米国特許第６，７７８，２５７号明細書に開示されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて、透過パターン又は反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスク（可変成形マスク、アクティブマスク、あるいはイメージジェネレータとも呼ばれ、例えば非発光型画像表示素子（空間光変調器）の一種であるＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）などを含む）を用いても良い。かかる可変成形マスクを用いる場合には、ウエハ又はガラスプレート等が搭載されるステージが、可変成形マスクに対して相対移動するので、そのステージの移動面内の位置をエンコーダシステムを用いて計測し、前述の複数のエンコーダ間でのつなぎ動作を行いつつ、エンコーダの計測値と前述した各補正情報とに基づいて、そのステージを駆動することで、上記実施形態と同等の効果を得ることができる。
また、例えば国際公開第２００１／０３５１６８号に開示されているように、干渉縞をウエハ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、例えば特表２００４−５１９８５０号公報（対応米国特許第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。
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本発明を適用することができる。
なお、上記実施形態及び変形例でパターンを形成すべき物体（エネルギビームが照射される露光対象の物体）はウエハに限られるものでなく、ガラスプレート、セラミック基板、フィルム部材、あるいはマスクブランクスなど他の物体でも良い。
露光装置の用途としては半導体製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを転写する液晶用の露光装置や、有機ＥＬ、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシン及びＤＮＡチップなどを製造するための露光装置にも広く適用できる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。
なお、本発明の移動体駆動システム、移動体駆動方法、あるいは決定方法は、露光装置に限らず、その他の基板の処理装置（例えば、レーザリペア装置、基板検査装置その他）、あるいはその他の精密機械における試料の位置決め装置、ワイヤーボンディング装置等の２次元面内で移動するステージ等の移動体を備えた装置にも広く適用できる。
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。
なお、上記実施形態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。
次に上述した露光装置（パターン形成装置）をリソグラフィ工程で使用するデバイスの製造方法の実施形態について説明する。
図４１には、デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造例のフローチャートが示されている。図４１に示されるように、まず、ステップ２０１（設計ステップ）において、デバイスの機能・性能設計（例えば、半導体デバイスの回路設計等）を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、ステップ２０２（マスク製作ステップ）において、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。一方、ステップ２０３（ウエハ製造ステップ）において、シリコン等の材料を用いてウエハを製造する。
次に、ステップ２０４（ウエハ処理ステップ）において、ステップ２０１〜ステップ２０３で用意したマスクとウエハを使用して、後述するように、リソグラフィ技術等によってウエハ上に実際の回路等を形成する。次いで、ステップ２０５（デバイス組立てステップ）において、ステップ２０４で処理されたウエハを用いてデバイス組立てを行う。このステップ２０５には、ダイシング工程、ボンディング工程、及びパッケージング工程（チップ封入）等の工程が必要に応じて含まれる。
最後に、ステップ２０６（検査ステップ）において、ステップ２０５で作成されたデバイスの動作確認テスト、耐久テスト等の検査を行う。こうした工程を経た後にデバイスが完成し、これが出荷される。
図４２には、半導体デバイスにおける、上記ステップ２０４の詳細なフロー例が示されている。図４２において、ステップ２１１（酸化ステップ）においてはウエハの表面を酸化させる。ステップ２１２（ＣＶＤステップ）においてはウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ２１３（電極形成ステップ）においてはウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ２１４（イオン打ち込みステップ）においてはウエハにイオンを打ち込む。以上のステップ２１１〜ステップ２１４それぞれは、ウエハ処理の各段階の前処理工程を構成しており、各段階において必要な処理に応じて選択されて実行される。
ウエハプロセスの各段階において、上述の前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程が実行される。この後処理工程では、まず、ステップ２１５（レジスト形成ステップ）において、ウエハに感光剤を塗布する。引き続き、ステップ２１６（露光ステップ）において、上で説明した露光装置（パターン形成装置）及びその露光方法（パターン形成方法）によってマスクの回路パターンをウエハに転写する。次に、ステップ２１７（現像ステップ）においては露光されたウエハを現像し、ステップ２１８（エッチングステップ）において、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。そして、ステップ２１９（レジスト除去ステップ）において、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。
これらの前処理工程と後処理工程とを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
以上説明した本実施形態のデバイス製造方法を用いれば、露光工程（ステップ２１６）において上記実施形態の露光装置（パターン形成装置）及びその露光方法（パターン形成方法）が用いられるので、重ね合せ精度を高く維持しつつ、高スループットな露光を行うことができる。従って、微細パターンが形成された高集積度のマイクロデバイスの生産性を向上することができる。
以上説明したように、本発明の露光装置及び露光方法、並びにデバイス製造方法は、マイクロデバイスの製造に適している。
１０…照明系、１１…レチクルステージ駆動系、１６…Ｙ干渉計、２０…主制御装置、３４…メモリ、３９Ｙ1，３９Ｙ2…Ｙスケール、３９Ｘ1，３９Ｘ2…Ｘスケール、４３Ａ，４３Ｂ…Ｚ干渉計、６４…Ｙヘッド、６６…Ｘヘッド、７０Ａ〜７０Ｆ…エンコーダ、１００…露光装置、１２４…ステージ駆動系、１２６…Ｘ干渉計、ＷＳＴ…ウエハステージ、Ｒ…レチクル、Ｗ…ウエハ、ＰＬ…投影光学系、Ｌｑ…水、ＲＳＴ…レチクルステージ。

Claims (45)

  1. 投影光学系を介して照明光で基板を露光する露光装置であって、
    前記投影光学系を支持するフレーム部材と、
    前記投影光学系から離れて前記フレーム部材に設けられ、前記投影光学系の光軸と直交する所定面内の第１方向に関して互いに位置が異なる複数の検出領域でそれぞれ前記基板のマークを検出可能なマーク検出系と、
    前記マーク検出系によって検出可能なマークを有する基準部材と、
    前記投影光学系の上方に配置され、前記照明光で照明されるマスクを保持する第１ステージと、
    前記第１ステージを駆動する第１モータを有する第１駆動系と、
    前記第１ステージの位置情報を計測する第１計測システムと、
    前記投影光学系の複数の光学素子のうち、最も像面側に配置され、かつ前記照明光が通過する射出面が液体と接するレンズを囲むように設けられ、前記投影光学系の下に液体で液浸領域を形成するノズル部材と、
    前記投影光学系の下方に配置され、前記基板を保持する第２ステージと、
    前記第２ステージを駆動する第２モータを有する第２駆動系と、
    前記第２ステージに格子部とヘッドとの一方が設けられ、前記格子部と前記ヘッドとの他方が前記第２ステージの上方で前記投影光学系に対して前記ノズル部材の外側に配置されるように前記フレーム部材に設けられ、前記ヘッドを介して前記格子部の反射型格子に計測ビームを照射し、前記格子部と対向する複数の前記ヘッドによって、前記第２ステージの位置情報を計測する第２計測システムと、
    前記第１、第２計測システムの計測情報に基づいて前記第１、第２駆動系をそれぞれ制御する制御装置と、を備え、
    前記マーク検出系によって液体を介さず前記マークが検出されるとともに、前記投影光学系と前記液浸領域の液体とを介して前記基板が露光され、前記マーク検出系による前記マークの検出動作と、前記基板の露光動作でそれぞれ、前記第２計測システムによって前記第２ステージの位置情報が計測され、
    前記制御装置は、前記複数の検出領域の相対位置情報を取得するために、前記複数の検出領域でそれぞれ前記基準部材のマークが検出されるように前記マーク検出系の下方に前記基準部材を配置し、前記検出動作において、前記所定面内で前記第１方向と直交する第２方向に関して互いに位置が異なる前記基板の複数のマークを、前記複数の検出領域の少なくとも一部で検出するために、前記複数の検出領域に対して前記基板が前記第２方向に相対移動されるように前記第２駆動系を制御し、前記露光動作において、前記複数の検出領域の相対位置情報と前記マーク検出系の検出情報に基づいて前記基板のアライメントが行われるとともに、前記照明光に対して前記マスクと前記基板をそれぞれ相対移動する前記基板の走査露光が行われるように前記第１、第２駆動系を制御する露光装置。
  2. 請求項１に記載の露光装置において、
    前記基準部材は、前記複数の検出領域によって前記マークの互いに異なる部分がそれぞれ同時に検出可能となるように前記マークが形成される露光装置。
  3. 請求項１又は２に記載の露光装置において、
    前記基準部材を有し、前記第２ステージと異なるステージを、さらに備え、
    前記複数の検出領域でそれぞれ前記基準部材のマークが検出されるように前記第２駆動系によって前記異なるステージが移動され、前記第２計測システムによって前記異なるステージの位置情報が計測される露光装置。
  4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記マーク検出系は、少なくとも前記第１方向に関して前記複数の検出領域の間隔又は相対位置関係が可変である露光装置。
  5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記マーク検出系は、前記第２方向に関して前記複数の検出領域の間隔又は相対位置関係が可変である露光装置。
  6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記マーク検出系は、前記複数の検出領域の一部が移動可能であり、前記複数の検出領域の間隔又は相対位置関係が変更されるように、前記複数の検出領域のうち残りの検出領域に対して前記一部の検出領域が相対移動される露光装置。
  7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記マーク検出系は、前記複数の検出領域にそれぞれ検出光を照射する複数の光学系と、前記複数の検出領域の間隔又は相対位置関係が変更されるように前記複数の光学系の一部を移動する駆動部とを有する露光装置。
  8. 請求項７に記載の露光装置において、
    前記マーク検出系は、前記駆動部によって移動される前記光学系の位置情報を計測するセンサを有する露光装置。
  9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記複数の検出領域に対して前記基板を前記第２方向に相対移動する前記検出動作において、前記第２方向に関して互いに異なる位置で、前記マークの検出に用いられる前記検出領域の数が異なる露光装置。
  10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記複数の検出領域に対して前記基板を前記第２方向に相対移動する前記検出動作において、前記第２方向に関して互いに異なる位置で、前記マーク検出系によって検出される前記マークの数が異なる露光装置。
  11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記第２ステージはその上面に基準マークを有し、
    前記制御装置は、前記マーク検出系による前記基準マークの検出動作において、前記複数の検出領域の１つに前記基準マークが配置されるように前記第２駆動系を制御し、
    前記アライメントにおいて前記基準マークの検出情報が用いられ、前記基準マークの検出動作において、前記第２計測システムによって前記第２ステージの位置情報が計測される露光装置。
  12. 請求項１１に記載の露光装置において、
    前記第２ステージはその上面にスリットパターンを有し、
    前記投影光学系を介して投影される像を、前記スリットパターンを介して検出する空間像検出部を、さらに備え、
    前記制御装置は、前記像の検出動作において、前記像が前記スリットパターン上に投影されるように前記第２駆動系を制御し、
    前記アライメントにおいて前記像の検出情報が用いられ、前記像の検出動作において、前記第２計測システムによって前記第２ステージの位置情報が計測される露光装置。
  13. 請求項１２に記載の露光装置において、
    前記第２ステージはその上面の凹部内に配置され、前記基板を保持するホルダを有し、
    前記基準マークおよび前記スリットパターンは、前記凹部と異なる前記上面の開口内に配置される計測部材に設けられる露光装置。
  14. 請求項１２又は１３に記載の露光装置において、
    前記投影光学系から離れて前記フレーム部材に設けられ、前記所定面と直交する第３方向に関する前記基板の位置情報を検出する検出装置を、さらに備え、
    前記制御装置は、前記第３方向に関して互いに異なる位置でそれぞれ、前記スリットパターンを介して前記像が検出されるように前記第２駆動系を制御し、
    前記像の検出動作において、前記第２計測システムによって前記第３方向に関する前記第２ステージの位置情報が計測され、前記検出装置の検出情報に基づいて前記投影光学系を介して投影されるパターン像と前記基板との相対位置関係を調整する前記基板のフォーカス・レベリング制御において、前記像の検出情報が用いられる露光装置。
  15. 請求項１〜１４のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記投影光学系から離れて前記フレーム部材に設けられ、前記所定面と直交する第３方向に関する前記基板の位置情報を検出する検出装置を、さらに備え、
    前記検出装置による前記基板の検出動作において、前記第２計測システムによって前記第２ステージの位置情報が計測される露光装置。
  16. 請求項１４又は１５に記載の露光装置において、
    前記マーク検出系および前記検出装置は、前記検出装置による前記基板の検出動作の少なくとも一部が、前記マーク検出系による前記マークの検出動作と並行して実行されるように、前記投影光学系に対して前記第２方向の一側に離れて配置される露光装置。
  17. 請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記第２ステージはその上面に計測部材が設けられ、
    前記制御装置は、前記検出装置によって前記計測部材が検出されるように前記第２駆動系を制御し、
    前記露光動作において前記計測部材の検出情報が用いられ、前記計測部材の検出動作において、前記第２計測システムによって前記第３方向に関する前記第２ステージの位置情報が計測される露光装置。
  18. 請求項１〜１７のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記第１、第２計測システムはそれぞれエンコーダシステムを有し、
    前記第２計測システムは、前記第１、第２方向と、前記所定面と直交する第３方向を含む６自由度方向に関する前記第２ステージの位置情報を計測する露光装置。
  19. 請求項１８に記載の露光装置において、
    前記第２計測システムは、前記格子部と対向する前記複数のヘッドがそれぞれ、前記所定面と平行な方向および前記所定面と直交する方向の２方向に関して前記第２ステージの位置情報を計測可能である露光装置。
  20. 請求項１〜１９のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記格子部は、前記反射型格子が２次元格子であり、かつ前記所定面とほぼ平行となるように配置され、
    前記第２ステージは、前記ヘッドが設けられるとともに、前記格子部の下方で移動される露光装置。
  21. 請求項１〜２０のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記第２ステージの移動によって、前記複数のヘッドの１つが前記複数のヘッドと異なる別のヘッドに切り換えられる露光装置。
  22. 請求項２１に記載の露光装置において、
    前記切換前、前記格子部と対向する３つの前記ヘッドによって前記第２ステージの位置情報が計測され、
    前記切換後、前記３つのヘッドのうち前記１つのヘッドを除く２つのヘッドと、前記別のヘッドと、を含む３つのヘッドによって前記第２ステージの位置情報が計測される露光装置。
  23. 請求項２２に記載の露光装置において、
    前記格子部は、それぞれ前記反射型格子が形成される４つのスケール部材を有し、
    前記ヘッドの切換は、前記切換前に用いられる３つのヘッドと、前記別のヘッドと、を含む４つのヘッドがそれぞれ前記４つのスケール部材と対向している間に行われる露光装置。
  24. 請求項１〜２３のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記第２ステージの移動によって、前記反射型格子と対向する前記複数のヘッドの個数が変化する露光装置。
  25. 請求項２４に記載の露光装置において、
    前記格子部は、それぞれ前記反射型格子が形成される４つのスケール部材を有し、
    前記第２計測システムは、前記４つのスケール部材の３つ又は４つとそれぞれ対向する３つ又は４つの前記ヘッドによって前記第２ステージの位置情報を計測可能であり、前記第２ステージの移動によって、前記格子部と対向するヘッドが前記３つのヘッドと前記４つのヘッドとの一方から他方に変更される露光装置。
  26. 請求項１〜２５のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記第２ステージは、前記液浸領域と接触可能な上面と、前記上面の凹部内に配置されるホルダと、を有し、前記基板の表面が前記上面と実質的に同一面となるように前記凹部内で前記基板を保持するとともに、前記上面によって、前記基板の表面から外れる前記液浸領域の少なくとも一部を維持可能である露光装置。
  27. 請求項１〜２６のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記ノズル部材は、前記液体の供給口および回収口と、前記レンズの射出面より低く配置される下面と、を有し、前記供給口を介して前記液浸領域に液体を供給するとともに、前記回収口を介して前記液浸領域の液体を回収する露光装置。
  28. 請求項１〜２７のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記ノズル部材は、前記フレーム部材、または前記フレーム部材と異なるフレーム部材に設けられる露光装置。
  29. 請求項１〜２８のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記格子部と前記ヘッドとの他方は、前記フレーム部材に支持部材を介して吊り下げ支持される露光装置。
  30. デバイス製造方法であって、
    請求項１〜２９のいずれか一項に記載の露光装置を用いて基板を露光することと、
    前記露光された基板を現像することと、を含むデバイス製造方法。
  31. 投影光学系を介して照明光で基板を露光する露光方法であって、
    前記投影光学系の複数の光学素子のうち、最も像面側に配置され、かつ前記照明光が通過する射出面が液体と接するレンズを囲むように設けられるノズル部材によって、前記投影光学系の下に液体で液浸領域を形成することと、
    前記投影光学系から離れて前記投影光学系を支持するフレーム部材に設けられ、前記投影光学系の光軸と直交する所定面内の第１方向に関して互いに位置が異なる複数の検出領域でそれぞれ前記基板のマークを検出可能なマーク検出系の下方に、前記複数の検出領域の相対位置情報を取得するために、前記複数の検出領域でそれぞれ基準部材のマークが検出されるように、前記基準部材を配置することと、
    前記所定面内で前記第１方向と交差する第２方向に関して位置が異なる前記基板の複数のマークが前記複数の検出領域の少なくとも一部で検出されるように、前記複数の検出領域に対して前記基板を前記第２方向に相対移動することと、
    前記投影光学系の上方に配置され、前記照明光で照明されるマスクを保持する第１ステージの位置情報を第１計測システムで計測することと、
    前記投影光学系の下方に配置され、前記基板を保持する第２ステージに格子部とヘッドとの一方が設けられ、前記格子部と前記ヘッドとの他方が前記第２ステージの上方で前記投影光学系に対して前記ノズル部材の外側に配置されるように前記フレーム部材に設けられ、前記ヘッドを介して前記格子部の反射型格子に計測ビームを照射する第２計測システムの、前記格子部と対向する複数の前記ヘッドによって、前記第２ステージの位置情報を計測することと、
    前記第１、第２計測システムの計測情報に基づいて前記第１、第２ステージをそれぞれ移動することと、を含み、
    前記マーク検出系によって液体を介さず前記マークが検出されるとともに、前記投影光学系と前記液浸領域の液体とを介して前記基板が露光され、前記マーク検出系による前記マークの検出動作と、前記基板の露光動作でそれぞれ、前記第２計測システムによって前記第２ステージの位置情報が計測され、
    前記露光動作において、前記複数の検出領域の相対位置情報と前記マーク検出系の検出情報に基づいて前記基板のアライメントが行われるとともに、前記照明光に対して前記マスクと前記基板をそれぞれ相対移動する前記基板の走査露光が行われるように前記第１、第２ステージが移動される露光方法。
  32. 請求項３１に記載の露光方法において、
    前記基板のマークの配置に応じて、少なくとも前記第１方向に関して前記複数の検出領域の間隔又は相対位置関係が調整される露光方法。
  33. 請求項３１又は３２に記載の露光方法において、
    前記複数の検出領域に対して前記基板を前記第２方向に相対移動する前記検出動作において、前記第２方向に関して互いに異なる位置で、前記マークの検出に用いられる前記検出領域の数と、前記マーク検出系によって検出される前記マークの数との少なくとも一方が異なる露光方法。
  34. 請求項３１〜３３のいずれか一項に記載の露光方法において、
    前記マーク検出系によって前記第２ステージの上面に配置される基準マークを検出するために、前記複数の検出領域の１つに前記基準マークが配置されるように前記第２ステージが移動され、
    前記アライメントにおいて前記基準マークの検出情報が用いられ、前記基準マークの検出動作において、前記第２計測システムによって前記第２ステージの位置情報が計測される露光方法。
  35. 請求項３４に記載の露光方法において、
    前記投影光学系と前記液浸領域の液体を介して投影される像を、前記第２ステージの上面に配置されるスリットパターンを介して検出するために、前記像が前記スリットパターン上に投影されるように前記第２ステージが移動され、
    前記アライメントにおいて前記像の検出情報が用いられ、前記像の検出動作において、前記第２計測システムによって前記第２ステージの位置情報が計測される露光方法。
  36. 請求項３５に記載の露光方法において、
    前記投影光学系から離れて前記フレーム部材に設けられる検出装置によって、前記所定面と直交する第３方向に関する前記基板の位置情報が検出され、
    前記第３方向に関して互いに異なる位置でそれぞれ前記スリットパターンを介して前記像が検出されるように前記第２ステージが移動され、
    前記像の検出動作において、前記第２計測システムによって前記第３方向に関する前記第２ステージの位置情報が計測され、前記検出装置の検出情報に基づいて前記投影光学系と前記液浸領域の液体を介して投影されるパターン像と前記基板との相対位置関係を調整する前記基板のフォーカス・レベリング制御において、前記像の検出情報が用いられる露光方法。
  37. 請求項３１〜３６のいずれか一項に記載の露光方法において、
    前記投影光学系から離れて前記フレーム部材に設けられる検出装置によって、前記所定面と直交する第３方向に関する前記基板と前記第２ステージの上面に配置される計測部材の位置情報が検出され、
    前記露光動作において前記検出装置の検出情報が用いられ、前記検出装置による前記基板と前記計測部材の検出動作において、前記第２計測システムによって前記第３方向に関する前記第２ステージの位置情報が計測される露光方法。
  38. 請求項３１〜３７のいずれか一項に記載の露光方法において、
    前記第１、第２計測システムはそれぞれエンコーダシステムを有し、
    前記第２計測システムによって、前記第１、第２方向と、前記所定面と直交する第３方向を含む６自由度方向に関する前記第２ステージの位置情報が計測される露光方法。
  39. 請求項３１〜３８のいずれか一項に記載の露光方法において、
    前記第２ステージの移動によって、前記複数のヘッドの１つが前記複数のヘッドと異なる別のヘッドに切り換えられる露光方法。
  40. 請求項３９に記載の露光方法において、
    前記切換前、前記格子部と対向する３つの前記ヘッドによって前記第２ステージの位置情報が計測され、
    前記切換後、前記３つのヘッドのうち前記１つのヘッドを除く２つのヘッドと、前記別のヘッドと、を含む３つのヘッドによって前記第２ステージの位置情報が計測される露光方法。
  41. 請求項４０に記載の露光方法において、
    前記格子部は、それぞれ前記反射型格子が形成される４つのスケール部材を有し、
    前記ヘッドの切換は、前記切換前に用いられる３つのヘッドと、前記別のヘッドと、を含む４つのヘッドがそれぞれ前記４つのスケール部材と対向している間に行われる露光方法。
  42. 請求項３１〜４１のいずれか一項に記載の露光方法において、
    前記第２ステージの移動によって、前記反射型格子と対向する前記複数のヘッドの個数が変化する露光方法。
  43. 請求項４２に記載の露光方法において、
    前記格子部は、それぞれ前記反射型格子が形成される４つのスケール部材を有し、
    前記４つのスケール部材の３つ又は４つとそれぞれ対向する３つ又は４つの前記ヘッドによって前記第２ステージの位置情報が計測されるとともに、前記第２ステージの移動によって、前記格子部と対向するヘッドが前記３つのヘッドと前記４つのヘッドとの一方から他方に変更される露光方法。
  44. 請求項３１〜４３のいずれか一項に記載の露光方法において、
    前記基板はその表面が前記第２ステージの上面と実質的に同一面となるように前記上面の凹部内で保持され、前記上面によって、前記基板の表面から外れる前記液浸領域の少なくとも一部が維持される露光方法。
  45. デバイス製造方法であって、
    請求項３１〜４４のいずれか一項に記載の露光方法を用いて基板を露光することと、
    前記露光された基板を現像することと、を含むデバイス製造方法。
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