JP5125318B2 - 露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、露光装置及びデバイス製造方法に係り、更に詳しくは、エネルギビームにより光学部材を介して物体を露光する露光装置及び該露光装置を用いるデバイス製造方法に関する。

従来、半導体素子（集積回路等）、液晶表示素子等の電子デバイス（マイクロデバイス）を製造するリソグラフィ工程では、ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置（いわゆるステッパ）、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置（いわゆるスキャニング・ステッパ（スキャナとも呼ばれる））などが、主として用いられている。

しかるに、被露光基板としてのウエハの表面は、例えばウエハのうねり等によって必ずしも平坦ではない。このため、特にスキャナなどの走査型露光装置では、ウエハ上のあるショット領域にレチクルパターンを走査露光方式で転写する際に、露光領域内に設定された複数の検出点におけるウエハ表面の投影光学系の光軸方向に関する位置情報（フォーカス情報）を、例えば多点焦点位置検出系（以下、「多点ＡＦ系」とも呼ぶ）などを用いて検出し、その検出結果に基づいて、露光領域内でウエハ表面が常時投影光学系の像面に合致する（像面の焦点深度の範囲内となる）ように、ウエハを保持するテーブル又はステージの光軸方向の位置及び傾きを制御する、いわゆるフォーカス・レベリング制御が行われている（例えば特許文献１参照）。

また、ステッパ、又はスキャナなどでは、集積回路の微細化に伴い使用される露光光の波長は年々短波長化し、また、投影光学系の開口数も次第に増大（大ＮＡ化）しており、これによって解像力の向上が図られている。この一方、露光光の短波長化及び投影光学系の大ＮＡ化によって、焦点深度が非常に狭くなってきたため、露光動作時のフォーカスマージンが不足するおそれが生じていた。そこで、実質的に露光波長を短くして、かつ空気中に比べて焦点深度を実質的に大きく（広く）する方法として、液浸法を利用した露光装置が、最近注目されるようになってきた（特許文献２参照）。

しかしながら、この液浸法を利用した露光装置、あるいはその他の、投影光学系の下端面とウエハとの間の距離（ワーキングディスタンス）が狭い露光装置では、上述した多点ＡＦ系を投影光学系の近傍に配置することは困難である。この一方、露光装置には、高精度な露光を実現するために高精度なウエハの面位置制御を実現することが要請される。

特開平６−２８３４０３号公報 国際公開第２００４／０５３９５５号パンフレット

本発明は、第１の観点からすると、エネルギビームにより光学部材を介して物体を露光し、前記物体上にパターンを形成する露光装置であって、所定の平面に沿って物体を保持して移動する移動体と；前記移動体上の計測対象領域に対して前記平面に直交する第１方向から光を照射して前記移動体の前記第１方向の位置情報を計測するセンサヘッドを複数有する位置計測システムと；を備え、前記複数のセンサヘッドの配置は、前記計測対象領域の動作範囲に応じて設定され、前記動作範囲は、前記移動体の移動可能範囲に応じて定まる前記計測対象領域の移動可能な範囲のうち、実際の装置の動作シーケンスにより前記計測対象領域が移動する範囲である露光装置である。

これによれば、位置計測システムの複数のセンサヘッドは、移動体上の計測対象領域に対して第１方向から光を照射して移動体の第１方向の位置情報を計測する。そして、複数のセンサヘッドの配置は、移動体上の、計測対象領域の動作範囲に応じて設定されている。従って、移動体上の計測対象領域が動作範囲内の如何なる位置にあっても、位置計測システムでは、移動体の平面に直交する第１方向の位置情報を計測することが可能になり、これにより移動体の少なくとも平面に直交する方向の位置を精度良く管理することが可能になる。

本発明は、第２の観点からすると、本発明の露光装置を用いて物体上にパターンを形成する工程と；前記パターンが形成された物体を現像する工程と；を含むデバイス製造方法である。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図２２に基づいて説明する。

図１には、一実施形態の露光装置１００の構成が概略的に示されている。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備えている。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、レチクルブラインド等（いずれも不図示）を有する照明光学系とを含む。この照明系１０は、レチクルブラインド（マスキングシステム）で規定されたレチクルＲ上のスリット状の照明領域ＩＡＲを照明光（露光光）ＩＬによりほぼ均一な照度で照明する。ここで、照明光ＩＬとしては、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、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（あるいは、レトロリフレクタ）とＸ軸方向に直交する反射面を有するＸ移動鏡とが設けられている）を介して、例えば０．２５ｎｍ程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計１１６の計測値は、主制御装置２０（図１では不図示、図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、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）を介してその照明領域ＩＡＲ内のレチクルＲの回路パターンの縮小像（回路パターンの一部の縮小像）が、その第２面（像面）側に配置される、表面にレジスト（感光剤）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（以下、露光領域とも呼ぶ）ＩＡに形成される。そして、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとの同期駆動によって、照明領域ＩＡＲ（照明光ＩＬ）に対してレチクルを走査方向（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。即ち、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。

なお、不図示ではあるが、投影ユニットＰＵは、防振機構を介して３本の支柱で支持される鏡筒定盤に搭載されている。ただし、これに限らず、例えば国際公開第２００６／０３８９５２号パンフレット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。

なお、本実施形態の露光装置１００では、液浸法を適用した露光が行われるため、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡが実質的に増大することに伴いレチクル側の開口が大きくなる。そこで、ペッツヴァルの条件を満足させ、かつ投影光学系の大型化を避けるために、ミラーとレンズとを含んで構成される反射屈折系（カタディ・オプトリック系）を投影光学系として採用しても良い。また、ウエハＷには感光層だけでなく、例えばウエハ又は感光層を保護する保護膜（トップコート膜）などを形成しても良い。

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軸方向に対しておよそ４５°傾斜し、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（基準軸）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、液体を供給するためのタンク、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。

液体回収装置６は、液体を回収するためのタンク及び吸引ポンプ、並びに液体回収管３１Ｂを介した液体の回収・停止を制御するためのバルブ等を含んでいる。バルブとしては、液体供給装置５のバルブと同様に流量制御弁を用いることが望ましい。

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。

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との間に液体（水）を供給する。また、このとき、液体回収装置６のコントローラは、主制御装置２０からの指示に応じ、液体回収管３１Ｂに接続されたバルブを所定開度で開き、回収口、回収流路、及び液体回収管３１Ｂを介して、先端レンズ１９１とウエハＷとの間から液体回収装置６（液体のタンク）の内部に液体（水）を回収する。このとき、主制御装置２０は、先端レンズ１９１とウエハＷとの間に供給される水の量と、回収される水の量とが常に等しくなるように、液体供給装置５のコントローラ、液体回収装置６のコントローラに対して指令を与える。従って、先端レンズ１９１とウエハＷとの間に、一定量の液体（水）Ｌｑ（図１参照）が保持される。この場合、先端レンズ１９１とウエハＷとの間に保持された液体（水）Ｌｑは、常に入れ替わっている。

上記の説明から明らかなように、本実施形態では、ノズルユニット３２、液体供給装置５、液体回収装置６、液体供給管３１Ａ及び液体回収管３１Ｂ等を含み、局所液浸装置８が構成されている。なお、局所液浸装置８の一部、例えば少なくともノズルユニット３２は、投影ユニットＰＵを保持するメインフレーム（前述の鏡筒定盤を含む）に吊り下げ支持されても良いし、メインフレームとは別のフレーム部材に設けても良い。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との間に水を満たすことが可能である。

図１に戻り、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計測システム２００（図６参照）、及びステージ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。計測システム２００は、図６に示されるように、干渉計システム１１８及びエンコーダシステム１５０などを含む。干渉計システム１１８は、図２に示されるように、ウエハステージＷＳＴの位置計測用のＹ干渉計１６、Ｘ干渉計１２６、１２７、１２８、及びＺ干渉計４３Ａ，４３Ｂ並びに計測ステージＭＳＴの位置計測用のＹ干渉計１８及びＸ干渉計１３０等を含む。なお、干渉計システムの構成等については、後に詳述する。

図１に戻り、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おり、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、リニアモータ等を含むステージ駆動系１２４（図６参照）によって、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）に独立して駆動可能である。

ウエハステージＷＳＴは、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、リニアモータ及びＺ・レベリング機構（ボイスコイルモータなどを含む）を含む駆動系によって、ベース盤１２に対し、６自由度方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ、θｘ，θｙ，θｚ）に駆動可能に構成されている。

ウエハテーブルＷＴＢ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Ｗ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）、Ａｌ_２Ｏ_３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撥水版２８ａの表面には、露光光ＩＬ（この場合、真空紫外域の光）に対する耐性が十分にある撥水コートが施された第１撥水領域が形成され、第２撥水板２８ｂには、その表面に第１撥水領域に比べて露光光ＩＬに対する耐性が劣る撥水コートが施された第２撥水領域が形成されている。一般にガラス板には、露光光ＩＬ（この場合、真空紫外域の光）に対する耐性が十分にある撥水コートを施し難いので、このように第１撥水板２８ａとその周囲の第２撥水板２８ｂとの２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。この計測プレート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、該基準マークのＸ軸方向の一側と他側に、基準マークの中心に関して対称な配置で一対の空間像計測スリットパターン（スリット状の計測用パターン）ＳＬが形成されている。各空間像計測スリットパターンＳＬとしては、一例として、Ｙ軸方向とＸ軸方向とに沿った辺を有するＬ字状のスリットパターン、あるいはＸ軸及びＹ軸方向にそれぞれ延びる２つの直線状のスリットパターンなどを用いることができる。

そして、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の内部には、図４（Ｂ）に示されるように、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、上記筐体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、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、Ｙスケール３９Ｙ₁及び３９Ｙ₂に挟まれた状態でＸスケール３９Ｘ₁，３９Ｘ₂がそれぞれ形成され、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が作成されたものが用いられている。この場合、各スケールには狭いスリット又は溝等から成る格子が目盛りとして所定間隔（ピッチ）で刻まれている。各スケールに用いられる回折格子の種類は限定されるものではなく、機械的に溝等が形成されたもののみならず、例えば、感光性樹脂に干渉縞を焼き付けて作成したものであっても良い。但し、各スケールは、例えば薄板状のガラスに上記回折格子の目盛りを、例えば１３８ｎｍ〜４μｍの間のピッチ、例えば１μｍピッチで刻んで作成されている。これらスケールは前述の撥液膜（撥水膜）で覆われている。なお、図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として低熱膨張率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率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、例えば板ばね（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を低熱膨張率の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スケールと一対の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、撥水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、ガラス板としては、厚さがウエハと同程度、例えば厚さ１ｍｍのもを用いることができ、そのガラス板の表面がウエハ面と同じ高さ（面一）になるよう、ウエハテーブルＷＳＴ上面に設置される。

なお、各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それぞれ設けられている。この位置出しパターンは例えば反射率の異なる格子線から構成され、この位置出し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。

計測ステージＭＳＴは、不図示のリニアモータ等によってＸＹ平面内で駆動されるステージ本体９２と、ステージ本体９２上に搭載された計測テーブルＭＴＢとを含んでいる。計測ステージＭＳＴも、ウエハステージＷＳＴと同様に、不図示の駆動系によりベース盤１２に対し、６自由度方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ、θｘ，θｙ，θｚ）に駆動可能に構成されている。

なお、図６では、ウエハステージＷＳＴの駆動系と計測ステージＭＳＴの駆動系とを含んで、ステージ駆動系１２４として示されている。

計測テーブルＭＴＢ（及びステージ本体９２）には、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号パンフレット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号パンフレット（対応欧州特許第１,０７９,２２３号）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及び空間像計測器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わかるように、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の受光素子で受光される。すなわち、計測プレート３０、送光系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（図６参照）が構成される。

取付部材４２の上には、断面矩形の棒状部材から成るフィデューシャルバー（以下、「ＦＤバー」と略述する）４６がＸ軸方向に延設されている。このＦＤバー４６は、フルキネマティックマウント構造によって、計測ステージＭＳＴ上にキネマティックに支持されている。

ＦＤバー４６は、原器（計測基準）となるため、低熱膨張率の光学ガラスセラミックス、例えば、ショット社のゼロデュア（商品名）などがその素材として採用されている。ＦＤバー４６の上面（表面）は、いわゆる基準平面板と同程度にその平坦度が高く設定されている。また、ＦＤ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、所定距離Ｌを隔ててＦＤ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。

また、ＦＤ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ＦＤバー４６の表面、及び計測テーブルＭＴＢ（前述の計測用部材を含んでも良い）の表面もそれぞれ撥液膜（撥水膜）で覆われている。

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、前述の基準軸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。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、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ＡＬ２_n（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５６_n（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ＡＬ２_n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５６_n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ＡＬ２_nはその一部がアーム５６_n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５６_n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ＡＬ２_n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５６_n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５８_n（ｎ＝１〜４）が設けられている。また、アーム５６_nは、例えばモータ等を含む回転駆動機構６０_n（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可能である。主制御装置２０は、アーム５６_nの回転調整後に、各バキュームパッド５８_nを作動させて各アーム５６_n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５６_n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及び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５６_n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、不図示のアライメント信号処理系を介して図６の主制御装置２０に供給されるようになっている。

なお、上記各アライメント系としては、ＦＩＡ系に限らず、例えばコヒーレントな検出光を対象マークに照射し、その対象マークから発生する散乱光又は回折光を検出する、あるいはその対象マークから発生する２つの回折光（例えば同次数の回折光、あるいは同方向に回折する回折光）を干渉させて検出するアライメントセンサを単独であるいは適宜組み合わせて用いることは勿論可能である。また、本実施形態では、５つのアライメント系ＡＬ１、ＡＬ２₁〜ＡＬ２₄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。

次に、ウエハステージＷＳＴ及び計測ステージＭＳＴの位置情報を計測する干渉計システム１１８の構成等について説明する。

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（例えば投影ユニット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は、直方体部材と、該直方体の一面（−Ｙ側の面）に固着された一対の三角柱状部材とを一体化したような部材から成る。移動鏡４１は、図２からわかるように、Ｘ軸方向の長さがウエハテーブルＷＴＢの反射面１７ａよりも、少なくとも後述する２つのＺ干渉計の間隔分、長く設計されている。

移動鏡４１の−Ｙ側の面には鏡面加工が施され、図４（Ｂ）に示されるように、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側の端面の一部を構成し、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、反射面４１ａに対して鈍角を成し、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。

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）。

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ようになっている。本実施形態では、反射面４１ｂ及び反射面４１ｃで順次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４７Ｂ、及び反射面４１ｃ及び反射面４１ｂで順次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４７Ａ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。

Ｙ干渉計１６は、図２（及び図１２）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（基準軸）ＬＶ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Ｚ軸回りの回転方向（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及び図１２に示されるように、投影光学系ＰＬの光軸を通るＸ軸方向の直線（基準軸）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１３及び図１４などに示されるように、Ｘ干渉計１２８から測長ビームＢ７が、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ＵＰと、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ＬＰを結ぶＸ軸に平行な直線ＬＵＬに沿って、ウエハテーブルＷＴＢの反射面１７ｂに投射される。また、図２及び図１４に示されるように、Ｘ干渉計１２７から測長ビームＢ６が、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ＬＡ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、ウエハステージＷＳＴ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１２に示される露光時に、Ｘ干渉計１２７は図１４に示されるウエハアライメント時に、Ｘ干渉計１２８は図１３に示されるウエハのロード時及び図１４に示されるアンロード時に使用される。

前述のＺ干渉計４３Ａ、４３Ｂそれぞれからは、図１に示されるように、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は、反射面４１ｂ，４１ｃで順次反射されて固定鏡４７Ｂの反射面に垂直に入射し、測長ビームＢ２は、反射面４１ｃ，４１ｂで順次反射されて固定鏡４７Ａ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Ｂ２、Ｂ１は、再度反射面４１ｂ，４１ｃで順次反射され、あるいは再度反射面４１ｃ，４１ｂで順次反射されて（入射時の光路を逆向きに戻り）Ｚ干渉計４３Ｂ、４３Ｃで受光される。

ここで、移動鏡４１（すなわちウエハステージＷＳＴ）のＺ軸方向への変位をΔＺｏ、Ｙ軸方向への変位をΔＹｏとすると、測長ビームＢ１，Ｂ２の光路長変化ΔＬ１，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＝（ΔＬ１−ΔＬ２）／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）。かかる前提との下で、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、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＝ｔａｎ^−１｛（ΔＹｏＲ−ΔＹｏＬ）／Ｄ｝ …（５）
Δθｙ＝ｔａｎ^−１｛（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、ウエハステージＷＳＴとして６自由度で駆動動可能な単一のステージを採用するものとしたが、これに代えて、ＸＹ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とを含んで構成しても良いし、あるいは、ウエハテーブルＷＴＢを、ステージ本体９１に対してＸ軸方向、Ｙ軸方向及びθｚ方向にも微動可能に構成したいわゆる粗微動構造のウエハステージＷＳＴを採用しても良い。ただし、この場合は、ウエハテーブルＷＴＢの６自由度方向の位置情報を干渉計システム１１８で計測可能な構成とする必要がある。計測ステージＭＳＴについても、同様に、ステージ本体９２と、ステージ本体９１上に搭載された３自由度、又は６自由度の計測テーブルＭＴＢとによって構成しても良い。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のＸＹ平面内の位置情報（θｚ方向の回転情報を含む）は、主として、後述するエンコーダシステムによって計測され、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）する場合などに補助的に用いられる。

なお、干渉計システム１１８はその少なくとも一部（例えば、光学系など）が、投影ユニットＰＵを保持するメインフレームに設けられる、あるいは前述の如く吊り下げ支持される投影ユニットＰＵと一体に設けられても良いが、本実施形態では前述した計測フレームに設けられるものとする。

なお、本実施形態では、投影ユニットＰＵに設けられる固定ミラーの反射面を基準面としてウエハステージＷＳＴの位置情報を計測するものとしたが、その基準面を配置する位置は投影ユニットＰＵに限られるものでないし、必ずしも固定ミラーを用いてウエハステージＷＳＴの位置情報を計測しなくても良い。

また、本実施形態では、干渉計システム１１８によって計測されるウエハステージＷＳＴの位置情報が、後述の露光動作やアライメント動作などでは用いられず、主としてエンコーダシステムのキャリブレーション動作（すなわち、計測値の較正）などに用いられるものとしたが、干渉計システム１１８の計測情報（すなわち、５自由度の方向の位置情報の少なくとも１つ）を、例えば露光動作及び／又はアライメント動作などで用いても良い。また、干渉計システム１１８をエンコーダシステムのバックアップとして使用することも考えられ、これについては後に詳述する。本実施形態では、エンコーダシステムはウエハステージＷＳＴの３自由度の方向、すなわちＸ軸、Ｙ軸及びθｚ方向の位置情報を計測する。そこで、露光動作などにおいて、干渉計システム１１８の計測情報のうち、エンコーダシステムによるウエハステージＷＳＴの位置情報の計測方向（Ｘ軸、Ｙ軸及びθｚ方向）と異なる方向、例えばθｘ方向及び／又はθｙ方向に関する位置情報のみを用いても良いし、その異なる方向の位置情報に加えて、エンコーダシステムの計測方向と同じ方向（すなわち、Ｘ軸、Ｙ軸及びθｚ方向の少なくとも１つ）に関する位置情報を用いても良い。また、干渉計システム１１８はウエハステージＷＳＴのＺ軸方向の位置情報を計測可能としても良い。この場合、露光動作などにおいてＺ軸方向の位置情報を用いても良い。

その他、干渉計システム１１８（図６参照）には、計測テーブルＭＴＢの２次元位置座標を計測するためのＹ干渉計１８、Ｘ干渉計１３０も含まれている。計測テーブルＭＴＢの＋Ｙ端面、−Ｘ端面に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、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を計測する。主制御装置２０は、Ｙ干渉計１８、Ｘ干渉計１３０の計測値を受信し、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）を算出する。

なお、計測テーブルＭＴＢ用のＹ干渉計として、ウエハステージＷＳＴ用のＹ干渉計１６と同様の多軸干渉計を用いることとしても良い。また、計測テーブルＭＴＢのＸ干渉計として、ウエハステージＷＳＴ用のＸ干渉計１２６と同様の２軸干渉計を用いることとしても良い。また、計測ステージＭＳＴのＺ変位、Ｙ変位、ヨーイング量、及びローリング量を計測するために、ウエハステージＷＳＴ用のＺ干渉計４３Ａ，４３Ｂと同様の干渉計を導入することも可能である。

次に、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置情報（θｚ方向の回転情報を含む）を計測するエンコーダシステムの構成等について説明する。

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等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。

ヘッドユニット６２Ａ及び６２Ｃは、図３に示されるように、投影ユニットＰＵの＋Ｘ側、−Ｘ側に、Ｘ軸方向を長手方向として、配置されている。ヘッドユニット６２Ａ、６２Ｃは、Ｘ軸方向に関しての間隔ＷＤで配置された複数（ここでは５つ）のＹヘッド６５_i、６４_j（ｉ，ｊ＝１〜５）をそれぞれ備えている。より詳細には、ヘッドユニット６２Ａ及び６２Ｃは、それぞれ、投影ユニットＰＵの周辺を除いて、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを通りかつＸ軸と平行な直線（基準軸）ＬＨ上に間隔ＷＤで配置された複数（ここでは４つ）のＹヘッド（６４₁〜６４₄、又は６５₂〜６５₅）と、投影ユニットＰＵの周辺において、基準軸ＬＨから−Ｙ方向に所定距離離れた位置、すなわちノズルユニット３２の−Ｙ側の位置に配置された１つのＹヘッド（６４₅、又は６５₁）とを備えている。ヘッドユニット６２Ａ、６２Ｃは、後述する５つのＺヘッドをもそれぞれ備えている。

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のＹ軸方向の位置（Ｙ位置）を計測する多眼（ここでは、５眼）のＹリニアエンコーダ（以下、適宜「Ｙエンコーダ」又は「エンコーダ」と略述する）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のＹ位置を計測する多眼（ここでは、５眼）のＹエンコーダ７０Ｃ（図６参照）を構成する。ここで、ヘッドユニット６２Ａ及び６２Ｃがそれぞれ備える５つのＹヘッド（６４_i又は６５_j）（すなわち、計測ビーム）のＸ軸方向の間隔ＷＤは、Ｙスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂のＸ軸方向の幅（より正確には、格子線３８の長さ）より僅かに狭く設定されている。

ヘッドユニット６２Ｂは、図３に示されるように、ノズルユニット３２（投影ユニットＰＵ）の＋Ｙ側に配置され、上記基準軸ＬＶ上にＹ軸方向に沿って間隔ＷＤで配置された複数、ここでは４個のＸヘッド６６₅〜６６₈を備えている。また、ヘッドユニット６２Ｄは、ノズルユニット３２（投影ユニットＰＵ）を介してヘッドユニット６２Ｂとは反対側のプライマリアライメント系ＡＬ１の−Ｙ側に配置され、上記基準軸ＬＶ上に間隔ＷＤで配置された複数、ここでは４個のＸヘッド６６₁〜６６₄を備えている。

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のＸ軸方向の位置（Ｘ位置）を計測する、多眼（ここでは、４眼）のＸリニアエンコーダ（以下、適宜「Ｘエンコーダ」又は「エンコーダ」と略述する）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のＸ位置を計測する多眼（ここでは、４眼）のＸリニアエンコーダ７０Ｄ（図６参照）を構成する。

ここでヘッドユニット６２Ｂ，６２Ｄがそれぞれ備える隣接するＸヘッド６６（計測ビーム）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の最も−Ｙ側のＸヘッド６６とヘッドユニット６２Ｄの最も＋Ｙ側のＸヘッド６６との間隔は、ウエハステージＷＳＴのＹ軸方向の移動により、その２つのＸヘッド間で切り換え（後述するつなぎ）が可能となるように、ウエハテーブルＷＴＢのＹ軸方向の幅よりも僅かに狭く設定されている。

本実施形態では、さらに、ヘッドユニット６２Ａ、６２Ｃの−Ｙ側に所定距離隔てて、ヘッドユニット６２Ｆ、６２Ｅが、それぞれ設けられている。ヘッドユニット６２Ｅ及び６２Ｆは、図３等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６２Ｅ、６２Ｆ及び前述のヘッドユニット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６２Ｅは、Ｘ軸方向の位置が異なる４つのＹヘッド６７₁〜６７₄を備えている。より詳細には、ヘッドユニット６２Ｅは、セカンダリアライメント系ＡＬ２₁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（基準軸）ＬＡ上に前述の間隔ＷＤとほぼ同一間隔で配置された３つのＹヘッド６７₁〜６７₃と、最も内側（＋Ｘ側）のＹヘッド６７₃から＋Ｘ側に所定距離（ＷＤより幾分短い距離）離れ、かつ基準軸ＬＡから＋Ｙ側に所定距離離れたセカンダリアライメント系ＡＬ２₁の＋Ｙ側の位置に配置された１つのＹヘッド６７₄とを備えている。

ヘッドユニット６２Ｆは、基準軸ＬＶに関して、ヘッドユニット６２Ｅと対称であり、上記４つのＹヘッド６７₁〜６７₄と基準軸ＬＶに関して対称に配置された４つのＹヘッド６８₁〜６８₄を備えている。後述するアライメント動作の際などには、Ｙスケール３９Ｙ₂，３９Ｙ₁にＹヘッド６７，６８が少なくとも各１つそれぞれ対向し、このＹヘッド６７，６８（すなわち、これらＹヘッド６７，６８によって構成されるＹエンコーダ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、後述するセカンダリアライメント系のベースライン計測時（Sec‐BCHK（インターバル））などに、セカンダリアライメント系ＡＬ２₁、ＡＬ２₄にＸ軸方向で隣接するＹヘッド６７₃、６８₂が、ＦＤバー４６の一対の基準格子５２とそれぞれ対向し、その一対の基準格子５２と対向するＹヘッド６７₃，６８₂によって、ＦＤバー４６のＹ位置が、それぞれの基準格子５２の位置で計測される。以下では、一対の基準格子５２にそれぞれ対向するＹヘッド６７₃，６８₂によって構成されるエンコーダをＹリニアエンコーダ（適宜、「Ｙエンコーダ」又は「エンコーダ」とも略述する）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の位置座標を計測し、その計測値を主制御装置２０に供給する。主制御装置２０は、リニアエンコーダ７０Ａ〜７０Ｄのうちの３つの計測値に基づいて、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置を制御するとともに、リニアエンコーダ７０Ｅ，７０Ｆの計測値に基づいて、ＦＤ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、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６２Ｅ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６２Ｆ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、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、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。

多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の複数の検出点のうち両端に位置する検出点の近傍、すなわち検出領域ＡＦの両端部近傍に、基準軸ＬＶに関して対称な配置で、各一対のＺ位置計測用の面位置センサのヘッド（以下、「Ｚヘッド」と略述する）７２ａ，７２ｂ、及び７２ｃ，７２ｄが設けられている。これらのＺヘッド７２ａ〜７２ｄは、不図示のメインフレームの下面に固定されている。なお、Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄは前述した計測フレームなどに設けても良い。

Ｚヘッド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ヘッド、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のヘッド（ＣＤピックアップ方式のセンサヘッド）が用いられている。

さらに、前述のヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃは、それぞれが備える５つのＹヘッド６５_j，６４_i（ｉ，ｊ＝１〜５）と同じＸ位置に、ただしＹ位置をずらして、それぞれ５つのＺヘッド７６_j，７４_i（ｉ，ｊ＝１〜５）を備えている。ここで、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃのそれぞれに属する外側の３つのＺヘッド７６₃〜７６₅，７４₁〜７４₃は、基準軸ＬＨから＋Ｙ方向に所定距離隔てて、基準軸ＬＨと平行に配置されている。また、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃのそれぞれに属する最も内側のＺヘッド７６₁，７４₅は、投影ユニットＰＵの＋Ｙ側に、また最も内側から２つめのＺヘッド７６₂，７４₄は、Ｙヘッド６５₂，６４₄それぞれの−Ｙ側に、配置されている。そして、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃのそれぞれに属する５つのＺヘッド７６_j，７４_i（ｉ，ｊ＝１〜５）は、互いに基準軸ＬＶに関して対称に配置されている。なお、各Ｚヘッド７６，７４としては、前述のＺヘッド７２ａ〜７２ｄと同様の光学式変位センサのヘッドが採用される。なお、Ｚヘッドの構成等については、後述する。

ここで、Ｚヘッド７４₃は、前述したＺヘッド７２ａ，７２ｂと同一のＹ軸に平行な直線上にある。同様に、Ｚヘッド７６₃は、前述したＺヘッド７２ｃ，７２ｄと同一のＹ軸に平行な直線上にある。

また、Ｚヘッド７４₃とＺヘッド７４₄とのＹ軸に平行な方向の距離、及びＺヘッド７６₃とＺヘッド７６₂とのＹ軸に平行な方向の距離は、Ｚヘッド７２ａ，７２ｂのＹ軸に平行な方向の間隔（Ｚヘッド７２ｃ，７２ｄのＹ軸に平行な方向の間隔と一致）とほぼ同一である。また、Ｚヘッド７４₃とＺヘッド７４₅とのＹ軸に平行な方向の距離、及びＺヘッド７６₃とＺヘッド７６₁とのＹ軸に平行な方向の距離は、Ｚヘッド７２ａ，７２ｂのＹ軸に平行な方向の間隔より僅かに短い。

上述したＺヘッド７２ａ〜７２ｄ、Ｚヘッド７４₁〜７４₅、及びＺヘッド７６₁〜７６₅は、図６に示されるように、信号処理・選択装置１７０を介して主制御装置２０に接続されており、主制御装置２０は、信号処理・選択装置１７０を介してＺヘッド７２ａ〜７２ｄ、Ｚヘッド７４₁〜７４₅、及びＺヘッド７６₁〜７６₅の中から任意のＺヘッドを選択して作動状態とし、その作動状態としたＺヘッドで検出した面位置情報を信号処理・選択装置１７０を介して受け取る。本実施形態では、Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄ、Ｚヘッド７４₁〜７４₅、及びＺヘッド７６₁〜７６₅と、信号処理・選択装置１７０とを含んでウエハステージＷＳＴのＺ軸方向及びＸＹ平面に対する傾斜方向の位置情報を計測する面位置計測システム１８０が構成されている。

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、図３において、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、アンロードポジション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、アンロードポジション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、干渉計システム１１８、エンコーダシステム１５０（エンコーダ７０Ａ〜７０Ｆ）、Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄ，７４₁〜７４₅，７６₁〜７６₅等、計測器系の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。

次に、Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄ、７４₁〜７４₅、及び７６₁〜７６₅の構成等について、図７に示されるＺヘッド７２ａを代表的に採り上げて説明する。

Ｚヘッド７２ａは、図７に示されるように、フォーカスセンサＦＳ、フォーカスセンサＦＳを収納したセンサ本体ＺＨ及びセンサ本体ＺＨをＺ軸方向に駆動する駆動部（不図示）、並びにセンサ本体ＺＨのＺ軸方向の変位を計測する計測部ＺＥ等を備えている。

フォーカスセンサＦＳとしては、プローブビームＬＢを計測対象面Ｓに投射し、その反射光を受光することで、計測対象面Ｓの変位を光学的に読み取る、ＣＤドライブ装置などで用いられる光ピックアップと同様の光学式変位センサが用いられている。フォーカスセンサの構成等については、後述する。フォーカスセンサＦＳの出力信号は、不図示の駆動部に送られる。

駆動部（不図示）は、アクチュエータ、例えばボイスコイルモータを含み、該ボイスコイルモータの可動子及び固定子の一方は、センサ本体ＺＨに、他方はセンサ本体ＺＨ及び計測部ＺＥ等を収容する不図示の筐体の一部に、それぞれ固定されている。この駆動部は、フォーカスセンサＦＳからの出力信号に従って、センサ本体ＺＨと計測対象面Ｓとの距離を一定に保つように（より正確には、計測対象面ＳをフォーカスセンサＦＳの光学系のベストフォーカス位置に保つように）、センサ本体ＺＨをＺ軸方向に駆動する。これにより、センサ本体ＺＨは計測対象面ＳのＺ軸方向の変位に追従し、フォーカスロック状態が保たれる。

計測部ＺＥとしては、本実施形態では、一例として回折干渉方式のエンコーダが用いられている。計測部ＺＥは、センサ本体ＺＨの上面に固定されたＺ軸方向に延びる支持部材ＳＭの側面に設けられたＺ軸方向を周期方向とする反射型の回折格子ＥＧと、該回折格子ＥＧに対向して不図示の筐体に取付けられたエンコーダヘッドＥＨとを含む。エンコーダヘッドＥＨは、プローブビームＥＬを回折格子ＥＧに投射し、回折格子ＥＧからの反射・回折光を受光素子で受光することで、プローブビームＥＬの照射点の、基準点（例えば原点）からの変位を読み取ることで、センサ本体ＺＨのＺ軸方向の変位を読み取る。

本実施形態では、上述のように、フォーカスロック状態では、センサ本体ＺＨは、計測対象面Ｓとの距離を一定に保つように、Ｚ軸方向に変位する。従って、計測部ＺＥのエンコーダヘッドＥＨが、センサ本体ＺＨのＺ軸方向の変位を計測することにより、計測対象面Ｓの面位置（Ｚ位置）が計測される。このエンコーダヘッドＥＨの計測値が、Ｚヘッド７２ａの計測値として前述の信号処理・選択装置１７０を介して主制御装置２０に供給される。

フォーカスセンサＦＳは、一例として、図８（Ａ）に示されるように、照射系ＦＳ₁、光学系ＦＳ₂、受光系ＦＳ₃の３つの部分を含む。

照射系ＦＳ₁は、例えばレーザダイオードから成る光源ＬＤと、該光源ＬＤから射出されるレーザ光の光路上に配置された回折格子板（回折光学素子）ＺＧとを含む。

光学系ＦＳ₂は、一例として回折格子板ＺＧで発生するレーザ光の回折光、すなわちプローブビームＬＢ₁の光路上に順次配置された偏光ビームスプリッタＰＢＳ、コリメータレンズＣＬ、四分の一波長板（λ／４板）ＷＰ及び対物レンズＯＬ等を含む。

受光系ＦＳ₃は、一例として、プローブビームＬＢ₁の計測対象面Ｓでの反射ビームＬＢ₂の戻り光路上に順次配置された円筒レンズＣＹＬ及び四分割受光素子ＺＤを含む。

フォーカスセンサＦＳによると、照射系ＦＳ₁の光源ＬＤで発生した直線偏光のレーザ光が回折格子板ＺＧに投射され、該回折格子板ＺＧで回折光（プローブビーム）ＬＢ₁が発生する。このプローブビームＬＢ₁の中心軸（主光線）は、Ｚ軸と平行で、且つ計測対象面Ｓに直交する。

そして、このプローブビームＬＢ₁、すなわち偏光ビームスプリッタＰＢＳの分離面に対してＰ偏光となる偏光成分の光が、光学系ＦＳ₂に入射する。すると、このプローブビームＬＢ₁は偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過し、コリメータレンズＣＬで平行ビームに変換され、λ／４板ＷＰを透過して、円偏光となって対物レンズＯＬで集光され、計測対象面Ｓに投射される。これにより、その計測対象面ＳでプローブビームＬＢ₁の入射光とは逆向きの円偏光である反射光（反射ビーム）ＬＢ₂が発生する。そして、反射ビームＬＢ₂は、入射光（プローブビームＬＢ₁）の光路を逆に辿って、対物レンズＯＬ、λ／４板ＷＰ、コリメータレンズＣＬを透過し、偏光ビームスプリッタＰＢＳに向かう。この場合、λ／４板ＷＰを２回透過することにより、反射ビームＬＢ₂はＳ偏光に変換されている。それゆえ、反射ビームＬＢ₂は、偏光ビームスプリッタＰＢＳの分離面で進行方向を折り曲げられ、受光系ＦＳ₃へ送られる。

受光系ＦＳ₃では、反射ビームＬＢ₂は円筒レンズＣＹＬを透過して、四分割受光素子ＺＤの検出面に投射される。ここで、円筒レンズＣＹＬは、いわゆる「かまぼこ型」のレンズで、図８（Ｂ）に示されるように、ＹＺ断面はＹ軸方向に凸部を向けた凸形状を有するとともに、図８（Ｃ）に示されるように、ＸＹ断面は矩形状を有する。このため、円筒レンズＣＹＬを透過する反射ビームＬＢ₂は、Ｚ軸方向とＸ軸方向とでその断面形状が非対称に絞られ、非点収差が発生する。

四分割受光素子ＺＤは、その検出面で反射ビームＬＢ₂を受光する。四分割受光素子ＺＤの検出面は、図９（Ａ）に示されるように、全体として正方形で、その２本の対角線を分離線として、４つの検出領域ａ，ｂ，ｃ，ｄに等分割されている。検出面の中心をＯ_ＺＤとする。

ここで、図８（Ａ）に示される理想フォーカス状態（ピントの合った状態）、すなわちプローブビームＬＢ₁が計測対象面Ｓ₀上に焦点を結ぶ状態では、反射ビームＬＢ₂の検出面上での断面形状は、図９（Ｃ）に示されるように、中心Ｏ_ＺＤを中心とする円形となる。

また、図８（Ａ）において、プローブビームＬＢ₁が計測対象面Ｓ₁上に焦点を結ぶ、いわゆる前ピン状態（すなわち計測対象面Ｓが理想位置Ｓ₀にあり、四分割受光素子ＺＤが、図８（Ｂ）及び図８（Ｃ）において符号１で示す位置にある状態と等価な状態）では、反射ビームＬＢ₂の検出面上での断面形状は、図９（Ｂ）に示されるような中心Ｏ_ＺＤを中心とする横長の長円形となる。

また、図８（Ａ）において、プローブビームＬＢ₁が計測対象面Ｓ_-1上に焦点を結ぶ、いわゆる後ピン状態、（すなわち計測対象面Ｓが理想位置Ｓ₀にあり、四分割受光素子ＺＤが、図８（Ｂ）及び図８（Ｃ）において符号−１で示す位置にある状態と等価な状態）では、反射ビームＬＢ₂の検出面上での断面形状は、図９（Ｄ）に示されるような中心Ｏ_ＺＤを中心とする縦長の長円形となる。

四分割受光素子ＺＤに接続された不図示の演算回路では、４つの検出領域ａ，ｂ，ｃ，ｄで受光する光の強度をそれぞれＩａ，Ｉｂ，Ｉｃ，Ｉｄとして、次式（７）で表されるフォーカスエラーＩを算出し、不図示の駆動部に出力する。

Ｉ＝（Ｉａ＋Ｉｃ）−（Ｉｂ＋Ｉｄ） …（７）
なお、上述の理想フォーカス状態では、４つの検出領域のそれぞれにおけるビーム断面の面積は互いに等しいので、Ｉ＝０が得られる。また、上述の前ピン状態では、式（７）より、Ｉ＜０となり、後ピン状態では、式（７）より、Ｉ＞０となる。

不図示の駆動部は、フォーカスセンサＦＳ内の検出部ＦＳ₃よりフォーカスエラーＩを受信し、Ｉ＝０を再現するように、フォーカスセンサＦＳを格納したセンサ本体ＺＨをＺ軸方向に駆動する。この駆動部の動作により、計測対象面ＳのＺ変位に追従して、センサ本体ＺＨも変位するため、プローブビームは必ず計測対象面Ｓ上で焦点を結ぶ、すなわちセンサ本体ＺＨと計測対象面Ｓの間の距離は常に一定に保たれる（フォーカスロック状態が保たれる）。

一方、不図示の駆動部は、計測部ＺＥの計測結果がＺヘッド７２ａ外部からの入力信号に一致するように、センサ本体ＺＨをＺ軸方向に駆動し、位置決めすることもできる。従って、実際の計測対象面Ｓの面位置とは異なる位置に、プロービームＬＢの焦点を位置させることもできる。この駆動部の動作（スケールサーボ制御）により、後述するＺヘッドの切り換えにおける復帰処理、出力信号の異常発生時における回避処理等、を実行することができる。

本実施形態では、前述のように、計測部ＺＥとしてエンコーダを採用し、センサ本体ＺＨに設置された回折格子ＥＧのＺ変位を、エンコーダヘッドＥＨを用いて読み取る。エンコーダヘッドＥＨは、基準点からの計測対象（回折格子ＥＧ）の変位を計測する相対位置センサであるから、その基準点を定める必要がある。本実施形態では、回折格子ＥＧの端部を検出する、あるいは回折格子ＥＧに位置出しパターンが設けられている場合には、その位置出しパターンを検出することで、そのＺ変位の基準位置（例えば原点）を定めても良い。いずれにしても、回折格子ＥＧの基準位置に対応して計測対象面Ｓの基準面位置を定めることができ、その基準面位置からの計測対象面ＳのＺ変位、すなわちＺ軸方向の位置を計測することができる。なお、Ｚヘッドの起動時および復帰時には、必ず、回折格子ＥＧの基準位置（例えば原点）、（すなわち計測対象面Ｓの基準面位置）の設定が実行される。この場合において、基準位置は、センサ本体ＺＨの移動範囲の中央近傍に設定されていることが、望ましいので、その中央近傍の基準位置に対応する基準面位置が、フォーカスセンサＦＳの光学系の焦点位置に一致するように、光学系の焦点位置を調整するための駆動コイルを設けて対物レンズＯＬのＺ位置を調整することとしても良い。また、計測部ＺＥは、基準位置（例えば原点）に、センサ本体ＺＨが位置するときに原点検出信号を発生するようになっている。

Ｚヘッド７２ａでは、センサ本体ＺＨ及び計測部ＺＥは、ともに不図示の筐体内部に格納されており、またプローブビームＬＢ₁の筐体外部に露出する部分の光路長も極短いため、空気揺らぎの影響が非常に小さい。従って、Ｚヘッドを含むセンサは、例えばレーザ干渉計と比較しても、空気が揺らぐ程度の短い期間における計測安定性（短期安定性）に格段に優れている。

その他のＺヘッドも上述のＺヘッド７２ａと同様に構成され機能する。このように、本実施形態では、各Ｚヘッドとして、エンコーダと同じくＹスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂等の回折格子面を上方（＋Ｚ方向）から観察する構成が採用されている。従って、複数のＺヘッドで、ウエハテーブルＷＴＢ上面の異なる位置の面位置情報を計測することで、ウエハステージＷＳＴ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）を計測することができる。ただし、本実施形態では、露光の際、ウエハステージＷＳＴのピッチング制御の精度は特に重要ではないため、Ｚヘッドを含む面位置計測システムではピッチングは計測しないこととし、ウエハテーブルＷＴＢ上のＹスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂にＺヘッドが各１つ対向する構成とした。

次に、本実施形態の露光装置１００で行われるウエハＷ表面のＺ軸方向に関する位置情報（面位置情報）の検出（以下、フォーカスマッピングと呼ぶ）について説明する。

このフォーカスマッピングに際しては、主制御装置２０は、図１０（Ａ）に示されるように、Ｘスケール３９Ｘ₂に対向するＸヘッド６６₃（Ｘリニアエンコーダ７０Ｄ）と、Ｙスケール３９Ｙ₁，Ｙ₂にそれぞれ対向する２つのＹヘッド６８₂，６７₃（Ｙリニアエンコーダ７０Ａ，７０Ｃ）とに基づいてウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置を管理している。この図１０（Ａ）の状態では、前述の基準線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軸に平行な直線（センターライン）が一致した状態となっている。

そして、この状態で、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴの＋Ｙ方向への走査（スキャン）を開始し、この走査開始後、ウエハステージＷＳＴが＋Ｙ方向に移動して、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の検出ビームがウエハＷ上に掛かり始めるまでの間に、Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄと多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）とを共に作動させる（ＯＮにする）。

そして、このＺヘッド７２ａ〜７２ｄと多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）とが同時に作動している状態で、図１０（Ｂ）に示されるように、ウエハステージＷＳＴが＋Ｙ方向へ進行している間に、所定のサンプリング間隔で、Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄで計測されるウエハテーブルＷＴＢ表面（プレート２８の表面）のＺ軸方向に関する位置情報（面位置情報）と、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）で検出される複数の検出点におけるウエハＷ表面のＺ軸方向に関する位置情報（面位置情報）とを、取り込み、その取り込んだ各面位置情報と各サンプリング時のＹリニアエンコーダ７０Ａ，７０Ｃの計測値との三者を相互に対応付けて不図示のメモリに逐次格納する。

そして、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の検出ビームがウエハＷに掛からなくなると、主制御装置２０は、上記のサンプリングを終了し、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の各検出点についての面位置情報を、同時に取り込んだＺヘッド７２ａ〜７２ｄによる面位置情報を基準とするデータに換算する。

これをさらに詳述すると、Ｚヘッド７２ａ，７２ｂの計測値の平均値に基づいて、プレート２８の−Ｘ側端部近傍の領域（Ｙスケール３９Ｙ₂が形成された領域）上の所定の点（例えば、Ｚヘッド７２ａ，７２ｂそれぞれの計測点の中点、すなわち多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の複数の検出点の配列とほぼ同一のＸ軸上の点に相当：以下、この点を左計測点Ｐ１と呼ぶ）における面位置情報を求める。また、Ｚヘッド７２ｃ，７２ｄの計測値の平均値に基づいて、プレート２８の＋Ｘ側端部近傍の領域（Ｙスケール３９Ｙ₁が形成された領域）上の所定の点（例えば、Ｚヘッド７２ｃ，７２ｄそれぞれの計測点の中点、すなわち多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の複数の検出点の配列とほぼ同一のＸ軸上の点に相当：以下、この点を右計測点Ｐ２と呼ぶ）における面位置情報を求める。そして、主制御装置２０は、図１０（Ｃ）に示されるように、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の各検出点における面位置情報を、左計測点Ｐ１の面位置と右計測点Ｐ２の面位置とを結ぶ直線を基準とする面位置データｚ１〜ｚkに換算する。このような換算を、主制御装置２０は、全てのサンプリング時に取り込んだ情報について行う。

このようにして、予め上記の換算データを取得しておくことで、例えば、露光の際などには、主制御装置２０は、前述のＺヘッド７４_i、７６_jでウエハテーブルＷＴＢ表面（Ｙスケール３９Ｙ₂が形成された領域上の点（上記の左計測点Ｐ１の近傍の点）、及びＹスケール３９Ｙ₁が形成された領域上の点（上記の右計測点Ｐ２の近傍の点））を計測して、ウエハステージＷＳＴのＺ位置とθｙ回転（ローリング）量θｙを算出する。そして、これらのＺ位置とローリング量θｙとＹ干渉計１６で計測されるウエハステージＷＳＴのθｘ回転（ピッチング）量θｘとを用いて、所定の演算を行い、前述の露光領域ＩＡの中心（露光中心）におけるウエハテーブルＷＴＢ表面のＺ位置（Ｚ₀）、ローリング量θｙ及びピッチング量θｘとを算出し、この算出結果に基づいて、上述の左計測点Ｐ１の面位置と右計測点Ｐ２の面位置とを結ぶ、露光中心を通る直線を求め、この直線と面位置データｚ１〜ｚkとを用いることで、ウエハＷ表面の面位置情報を実際に取得することなく、ウエハＷ上面の面位置制御（フォーカス・レベリング制御）が可能になる。従って、多点ＡＦ系を投影光学系ＰＬから離れた位置に配置しても何ら支障がないので、ワーキングディスタンスが狭い露光装置などであっても、本実施形態のフォーカスマッピングは好適に適用できる。

なお、上記の説明では、左計測点Ｐ１の面位置と右計測点Ｐ２の面位置とをＺヘッド７２ａ，７２ｂの計測値の平均値、Ｚヘッド７２ｃ，７２ｄの平均値にそれぞれ基づいて算出するものとしたが、これに限らず、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の各検出点における面位置情報を、例えばＺヘッド７２ａ、７２ｃによって計測される面位置を結ぶ直線を基準とする面位置データに換算しても良い。この場合、各サンプリングタイミングで取得したＺヘッド７２ａの計測値とＺヘッド７２ｂの計測値との差、及びＺヘッド７２ｃの計測値とＺヘッド７２ｄの計測値との差をそれぞれ求めておく。そして、露光時などに面位置制御を行う際に、Ｚヘッド７４_i及び７６_jでウエハテーブルＷＴＢ表面を計測してウエハステージＷＳＴのＺ位置とθｙ回転を算出し、これらの算出値と、Ｙ干渉計１６で計測されたウエハステージＷＳＴのピッチング量θｘと、前述の面位置データｚ１〜ｚk及び前記差とを用いて所定の演算を行うことで、ウエハ表面の面位置情報を実際に取得することなく、ウエハＷの面位置制御を行うことが可能になる。

ただし、以上の説明は、ウエハテーブルＷＴＢ表面にＸ軸方向に関して凹凸が存在しないことを前提にしている。以下では、ウエハテーブルＷＴＢ表面にＸ軸方向に関して凹凸が存在しないものとする。

次に、フォーカスキャリブレーションについて説明する。フォーカスキャリブレーションとは、ある基準状態におけるウエハテーブル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表面の代表的な検出点における検出結果（面位置情報）との関係を求める処理（フォーカスキャリブレーションの前半の処理）と、上記の基準状態と同様の状態において、空間像計測装置４５を用いて検出した投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置に対応する、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を求める処理（フォーカスキャリブレーションの後半の処理）とを行い、これらの処理結果に基づいて、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の代表的な検出点におけるオフセット、すなわち投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置と多点ＡＦ系の検出原点との偏差を求めるなどの処理を意味する。

フォーカスキャリブレーションに際して、主制御装置２０は、図１１（Ａ）に示されるように、Ｘスケール３９Ｘ₂に対向するＸヘッド６６₂（Ｘリニアエンコーダ７０Ｄ）と、Ｙスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂にそれぞれ対向する２つのＹヘッド６８₂，６７₃（Ｙリニアエンコーダ７０Ａ，７０Ｃ）とに基づいて、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置を管理している。この図１１（Ａ）の状態では、基準線ＬＶにウエハテーブルＷＴＢのセンターラインが一致した状態となっている。また、この図１１（Ａ）の状態では、ウエハステージＷＳＴは、Ｙ軸方向に関しては、前述した計測プレート３０に多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）からの検出ビームが照射される位置にある。また、ここでは、図示が省略されているが、ウエハステージＷＳＴの＋Ｙ側に計測ステージＭＳＴがあり、前述したＦＤバー４６及びウエハテーブルＷＴＢと投影光学系ＰＬの先端レンズ１９１との間に水が保持されている（図１７参照）。

（ａ） この状態で、主制御装置２０は、次のようなフォーカスキャリブレーションの前半の処理を行う。すなわち、主制御装置２０は、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の検出領域の両端部に位置する検出点それぞれの近傍の前述したＺヘッド７２ａ，７２ｂ、７２ｃ，７２ｄによって検出されるウエハテーブルＷＴＢのＸ軸方向の一側と他側の端部における面位置情報を検出しつつ、その面位置情報を基準として、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）を用いて前述の計測プレート３０（図３参照）表面の面位置情報を検出する。これにより、基準線ＬＶにウエハテーブルＷＴＢのセンターラインが一致した状態におけるＺヘッド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）との関係が求まる。

（ｂ） 次に、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴを＋Ｙ方向に所定距離移動させ、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でウエハステージＷＳＴを停止させる。そして、主制御装置２０は、次のようなフォーカスキャリブレーションの後半の処理を行う。すなわち、主制御装置２０は、図１１（Ｂ）に示されるように、上述のフォーカスキャリブレーションの前半の処理のときと同様に、Ｚヘッド７２ａ，７２ｂ、７２ｃ，７２ｄによって計測される面位置情報を基準として、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、例えば国際公開第２００５／１２４８３４号パンフレットなどに開示される、Ｚ方向スキャン計測で計測し、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測定する。主制御装置２０は、上記のＺ方向スキャン計測中、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、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を計測する一対のＺヘッド７４₃、７６₃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ヘッド７４₃、７６₃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ヘッド７２ａ，７２ｂ、７２ｃ，７２ｄによって計測される面位置情報を基準として、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、図１１（Ｂ）に示されるように、液浸領域１４が投影光学系ＰＬと計測プレート３０（ウエハステージＷＳＴ）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及び水を介して行われる。また、図１１（Ｂ）では図示が省略されているが、空間像計測装置４５の計測プレート３０などはウエハステージＷＳＴ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、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（図１９参照）。

（ｃ） これにより、主制御装置２０は、上記（ａ）のフォーカスキャリブレーション前半の処理で求めたＺヘッド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）による計測プレート３０表面の検出結果（面位置情報）との関係と、上記（ｂ）のフォーカスキャリブレーション後半の処理で求めた投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置に対応するＺヘッド７４₃、７６₃の計測値（すなわち、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）とに基づいて、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の代表的な検出点におけるオフセット、すなわち投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置と多点ＡＦ系の検出原点との偏差を求めることが可能になる。本実施形態では、この代表的な検出点は、例えば複数の検出点の中央又はその近傍の検出点であるが、その数及び／又は位置などは任意で良い。この場合において、主制御装置２０は、その代表的な検出点におけるオフセットが零になるように多点ＡＦ系の検出原点の調整を行う。この調整は、例えば、受光系９０ｂ内部の不図示の平行平面板の角度調整によって光学的に行っても良いし、あるいは電気的に検出オフセットを調整しても良い。又は、検出原点の調整を行わず、そのオフセットを記憶しておいても良い。ここでは、上記の光学的手法により、その検出原点の調整が行われるものとする。これにより、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）のフォーカスキャリブレーションが終了する。なお、光学的な検出原点の調整では、代表的な検出点以外の残りの検出点全てでそのオフセットを零にすることは難しいので、残りの検出点では光学的な調整後のオフセットを記憶しておくことが好ましい。

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１２〜図２２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の射出面側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１２には、ウエハステージＷＳＴ上に載置されたウエハＷ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。この露光は、開始前に行われるウエハアライメント（ＥＧＡ：Enhanced Global Alignment）等の結果に基づいて、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を移動するショット間移動と、各ショット領域に対してレチクル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と、を繰り返すことにより行われる。また、露光は、ウエハＷ上の−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行われる。なお、投影ユニットＰＵとウエハＷとの間に液浸領域１４が形成された状態で行われる。

上述の露光中、主制御装置２０により、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＸＹ面内の位置（θｚ方向の回転を含む）は、２つのＹエンコーダ７０Ａ，７０Ｃと、２つのＸエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄの一方との合計３つのエンコーダの計測結果に基づいて制御されている。ここで、２つのＸエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄは、Ｘスケール３９Ｘ₁，３９Ｘ₂のそれぞれに対向する２つのＸヘッド６６によって構成され、２つのＹエンコーダ７０Ａ，７０Ｃは、Ｙスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂のそれぞれに対向するＹヘッド６５、６４により構成される。また、ウエハステージＷＳＴのＺ位置とθｙ方向の回転（ローリング）は、ウエハテーブルＷＴＢ表面のＸ軸方向一側と他側の端部にそれぞれ対向する一対のＺヘッド７４_i，７６_iの計測値に基づいて制御されている。ウエハステージＷＳＴの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されている。なお、ウエハテーブルＷＴＢの第２撥水板２８ｂの表面にＺヘッド７４_i、７６_iを含む３個以上のＺヘッドが対向する場合には、Ｚヘッド７４_i、７６_i及びその他の１つのＺヘッドの計測値に基づいて、ウエハステージＷＳＴのＺ軸方向の位置、θｙ回転（ローリング）及びθｘ回転（ピッチング）を制御することも可能である。いずれにしても、ウエハステージＷＳＴのＺ軸方向の位置、θｙ方向の回転、及びθｘ方向の回転の制御（すなわちウエハＷのフォーカス・レベリング制御）は、事前に行われるフォーカスマッピングの結果に基づいて行われている。

図１２に示される、ウエハステージＷＳＴの位置では、Ｘスケール３９Ｘ₁にはＸヘッド６６₅（図１２中に丸で囲んで示されている）が対向するが、Ｘスケール３９Ｘ₂に対向するＸヘッド６６はない。そのため、主制御装置２０は、１つのＸエンコーダ７０Ｂと２つのＹエンコーダ７０Ａ，７０Ｃを用いて、ウエハステージＷＳＴの位置（Ｘ，Ｙ，θｚ）制御を実行している。ここで、図１２に示される位置からウエハステージＷＳＴが−Ｙ方向に移動すると、Ｘヘッド６６₅はＸスケール３９Ｘ₁から外れ（対向しなくなり）、代わりにＸヘッド６６₄（図１２中に破線の丸で囲んで示されている）がＸスケール３９Ｘ₂に対向する。そこで、主制御装置２０は、１つのＸエンコーダ７０Ｄと２つのＹエンコーダ７０Ａ，７０Ｃを用いるステージ制御に切り換える。

また、図１２に示される位置にウエハステージＷＳＴがあるとき、Ｚヘッド７４₃，７６₃（図１２中に丸で囲んで示されている）がそれぞれＹスケール３９Ｙ₂，３９Ｙ₁に対向している。そのため、主制御装置２０は、Ｚヘッド７４₃，７６₃を用いて、ウエハステージＷＳＴの位置（Ｚ，θｙ）制御を実行している。ここで、図１２に示される位置からウエハステージＷＳＴが＋Ｘ方向に移動すると、Ｚヘッド７４₃，７６₃は対応するＹスケールから外れ、代わりにＺヘッド７４₄，７６₄（図中に破線の丸で囲んで示されている）がそれぞれＹスケール３９Ｙ₂，３９Ｙ₁に対向する。そこで、主制御装置２０は、Ｚヘッド７４₄，７６₄を用いるステージ制御に切り換える。

このように、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴの位置座標に応じて、使用するエンコーダとＺヘッドを絶えず切り換えて、ステージ制御を実行している。

なお、上述の計測器系を用いたウエハステージＷＳＴの位置計測と独立に、干渉計システム１１８を用いたウエハステージＷＳＴの位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ，θｘ，θｙ，θｚ）計測が、常時、行われている。ここで、干渉計システム１１８を構成するＸ干渉計１２６，１２７，又は１２８を用いてウエハステージＷＳＴのＸ位置とθｚ回転（ヨーイング）が、Ｙ干渉計１６を用いてＹ位置、θｘ回転、及びθｚ回転が、Ｚ干渉計４３Ａ，４３Ｂ（図１２では不図示、図１又は２を参照）を用いてＹ位置、Ｚ位置、θｙ回転、及びθｚ回転が計測される。Ｘ干渉計１２６，１２７，及び１２８は、ウエハステージＷＳＴのＹ位置に応じて、いずれか１つが使用される。露光中は、図１２に示したように、Ｘ干渉計１２６が使用される。干渉計システム１１８の計測結果は、ピッチング量（θｘ回転）を除き、補助的に、又は、後述するバックアップの際、あるいはエンコーダシステムによる計測が出来ないときなどにウエハステージＷＳＴの位置制御に利用される。

ウエハＷの露光が終了すると、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴをアンロードポジションＵＰに向けて駆動する。その際、露光中には互いに離れていたウエハステージＷＳＴと計測ステージＭＳＴとが、接触或いは３００μｍ程度の離間距離を挟んで近接して、スクラム状態に移行する。ここで、計測テーブルＭＴＢ上のＦＤバー４６の−Ｙ側面とウエハテーブルＷＴＢの＋Ｙ側面とが接触或いは近接する。このスクラム状態を保って、両ステージＷＳＴ，ＭＳＴが−Ｙ方向に移動することにより、投影ユニットＰＵの下に形成される液浸領域１４は、計測ステージＭＳＴ上に移動する。例えば図１３、図１４には、移動後の状態が示されている。

ウエハステージＷＳＴが、更に−Ｙ方向へ移動して有効ストローク領域（露光及びウエハアライメント時、並びにフォーカスマッピング時にウエハステージＷＳＴが移動する領域）から外れると、エンコーダ７０Ａ〜７０Ｄを構成する全てのＸヘッド、Ｙヘッド及び全てのＺヘッドが、ウエハテーブルＷＴＢ上の対応するスケールから外れる。そのため、エンコーダ７０Ａ〜７０Ｄ及びＺヘッド７４_i、７６_jの計測結果に基づくステージ制御が不可能になる。その直前に、主制御装置２０は、干渉計システム１１８の計測結果に基づくステージ制御に切り換える。ここで、３つのＸ干渉計１２６，１２７，１２８のうちＸ干渉計１２８が使用される。

その後、図１３に示されるように、ウエハステージＷＳＴは、計測ステージＭＳＴとのスクラム状態を解除し、アンロードポジションＵＰに移動する。移動後、主制御装置２０は、ウエハテーブルＷＴＢ上のウエハＷをアンロードする。そして、図１４に示されるように、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、ウエハテーブルＷＴＢ上に次のウエハＷをロードする。

これらの動作と平行して、主制御装置２０は、計測ステージＭＳＴに支持されたＦＤバー４６のＸＹ面内での位置調整と、４つのセカンダリアライメント系ＡＬ２₁〜ＡＬ２₄のベースライン計測と、を行うSec-BCHK（セカンダリ・ベースライン・チェック）を実行する。Sec-BCHKはウエハ交換毎にインターバル的に行う。ここで、ＸＹ面内の位置（θｚ回転）を計測するために、Ｙヘッド６７₃，６８₂とＹヘッド６７₃，６８₂のそれぞれが対向するＦＤバー４６上の一対の基準格子５２とから構成されるＹエンコーダ７０Ｅ，７０Ｆが使用される。

次に、主制御装置２０は、図１５に示されるように、ウエハステージＷＳＴを駆動し、計測プレート３０上の基準マークＦＭをプライマリアライメント系ＡＬ１の検出視野内に位置決めし、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２₁〜ＡＬ２₄のベースライン計測の基準位置を決定するPri-BCHK（プライマリ・ベースライン・チェック）の前半の処理を行う。

このとき、図１５に示されるように、２つのＹヘッド６８₂，６７₃と１つのＸヘッド６６₁（図中に丸で囲んで示されている）が、それぞれＹスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂とＸスケール３９Ｘ₂に対向するようになる。そこで、主制御装置２０は、干渉計システム１１８からエンコーダシステム１５０（エンコーダ７０Ａ，７０Ｃ，７０Ｄ）を用いたステージ制御へ切り換える。干渉計システム１１８は、θｘ回転の計測を除き、再び補助的に使用される。なお、３つのＸ干渉計１２６，１２７，１２８のうちＸ干渉計１２７が使用される。

次に、主制御装置２０は、上述の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のウエハステージ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１６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を停止する。これに先立って、主制御装置２０は、Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄの全部又は一部がウエハテーブルＷＴＢと対向した時点又はその前の時点で、それらＺヘッド７２ａ〜７２ｄを作動させ（オンにし）、ウエハステージＷＳＴのＺ位置及び傾斜（θｙ回転）の計測を開始する。

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ＡＳ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１６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３つのエンコーダの計測値とを関連付けて不図示のメモリに格納する。

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１６に示されるように、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の検出ビームのウエハテーブルＷＴＢへの照射を開始する。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１７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、前述したフォーカスキャリブレーション前半の処理を行い、基準軸ＬＶにウエハテーブルＷＴＢのセンターラインが一致した状態におけるＺヘッド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）による計測プレート３０表面の検出結果（面位置情報）との関係を求める。このとき、液浸領域１４は、ＦＤバー４６上面に形成されている。

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１８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１８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ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置を計測している３つのエンコーダの計測値とを関連付けて不図示のメモリに格納する。このとき、主制御装置２０は、Ｘスケール３９Ｘ₂に対向するＸヘッド６６₂（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、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置を制御している。

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１８に示されるように、Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄと多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）とを用いた前述の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１９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、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）を制御に用いるＺヘッドを、Ｚヘッド７４_i、７６_jに切り換えることなく、Ｚヘッド７２ａ，７２ｂ、７２ｃ，７２ｄによって計測される面位置情報を基準とする、ウエハステージＷＳＴ（計測プレート３０）の（Ｚ位置を制御を継続した状態で、前述したフォーカスキャリブレーション後半の処理を行う。

そして、主制御装置２０は、上述のフォーカスキャリブレーション前半の処理及び後半所の処理の結果に基づいて、前述した手順で、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の代表的な検出点におけるオフセットを求め、内部メモリに格納する。そして、主制御装置２０は、露光時に、フォーカスマッピングの結果得られたマッピング情報を読み出す際に、そのマッピング情報にオフセット分を加算することとしている。

なお、この図１９の状態では、前述のフォーカスマッピングは続行されている。

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、ウエハステージＷＳＴが、図２０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２０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３つのエンコーダの計測値とを関連付けて内部メモリに格納する。また、この時点でも、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ＭＳＴ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２１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２１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の３つのエンコーダの計測値とを関連付けて不図示のメモリに格納する。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とを用いて、例えば特開昭６１−４４４２９号公報などに開示される統計演算を行って、エンコーダシステムの上記４つのエンコーダの計測軸で規定される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２２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、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のベースラインの計測結果等に基づいて、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、同様の動作が繰り返し行われる。

なお、これまでの説明では、説明を簡略化するために、主制御装置２０が、ステージの制御、干渉計システム、エンコーダシステムなどを含め、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、ステージの制御、干渉計システム、エンコーダシステム、面位置計測システムのヘッドの切り換え（バックアップ）などを行な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。

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が、ウエハステージＷＳＴの有効ストローク領域（露光及びウエハアライメント時、並びにフォーカスマッピング時にウエハステージＷＳＴが移動する領域）内で移動する際、そのほぼ全域で、Ｙスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂に少なくとも各１つのＺヘッドが対向するように、Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄ、７４₁〜７４₅、７６₁〜７６₅の配置が設定されている。すなわち、Ｙスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂の動作範囲に応じて、Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄ、７４₁〜７４₅、７６₁〜７６₅の配置が設定されている。このため、ウエハテーブルＷＴＢ（Ｙスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂）が動作範囲内の如何なる位置にあっても、面位置計測システム１８０では、ウエハステージＷＳＴのＺ軸方向及びθｙ方向の位置情報を計測することが可能になり、これによりウエハステージＷＳＴのＺ位置及びθｙ回転を精度良く管理することが可能になる。また、Ｙ干渉計１６の計測値に基づいてウエハステージＷＳＴのθｘ回転も精度良く管理することができる。

また、本実施形態では、隣接するＺヘッド７４、７６のＸ軸方向の間隔は、所望の間隔、例えばＹスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂のＸ軸方向の幅（例えば７６ｍｍ）より狭い間隔ＷＤ、例えば７０ｍｍであり、ウエハステージＷＳＴの移動時に隣接するＺヘッド間での切り換えを支障なく行うことができる。

また、本実施形態に係る露光装置１００によると、事前に行なわれた前述のフォーカスマッピングの結果に基づいて、露光中にウエハＷ表面の面位置情報を計測することなく、Ｚヘッドを用いて走査露光中にウエハのフォーカス・レベリング制御を高精度に行うことで、ウエハＷ上に精度良くパターンを形成することが可能になる。さらに、本実施形態では、液浸露光により高解像度の露光を実現できるので、この点においても微細パターンを精度良くウエハＷ上に転写することが可能になる。

なお、上記実施形態では、ウエハステージＷＳＴの上記の有効ストローク領域内で移動する場合に、そのほぼ全域で、Ｙスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂に少なくとも各１つのＺヘッドが対向するように、Ｚヘッドの配置が定められているものとしたが、これに限らず、Ｚヘッドのようなセンサヘッドの計測対象領域（上記実施形態のＹスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂がこれに相当）の露光の際の動作範囲、アライメント時の動作範囲、フォーカスマッピング時の動作範囲の少なくとも１つの範囲に応じて、センサヘッドの配置が定められていても良い。上記実施形態のＺヘッド７４、７６に着目すれば、露光の際のＹスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂の動作範囲に応じて、配置が設定されているとも言える。

なお、上記実施形態では、各ＺヘッドのフォーカスセンサＦＳは、前述のフォーカスサーボを行なうに際し、スケールＹ₁，Ｙ₂上に形成された回折格子面を保護するカバーガラス表面に焦点を合わせても良いが、カバーガラス表面より遠くの面、例えば回折格子面などに焦点を合わせることが望ましい。このようにすると、カバーガラス表面にパーティクル等の異物（ゴミ）が存在している場合などに、そのカバーガラス表面がカバーガラスの厚み分デフォーカスした面となるので、その異物の影響をＺヘッドが受け難くなるからである。

なお、上記実施形態ではノズルユニット３２の下面と投影光学系ＰＬの先端光学素子の下端面とがほぼ面一であるものとしたが、これに限らず、例えばノズルユニット３２の下面を、先端光学素子の射出面よりも投影光学系ＰＬの像面（すなわちウエハ）の近くに配置しても良い。すなわち、局所液浸装置８は上述の構造に限られず、例えば、欧州特許公開第１４２０２９８号公報、国際公開第２００４／０５５８０３号パンフレット、国際公開第２００４／０５７５９０号パンフレット、国際公開第２００５／０２９５５９号パンフレット（対応米国特許公開第２００６／０２３１２０６号）、国際公開第２００４／０８６４６８号パンフレット（対応米国特許公開第２００５／０２８０７９１号）、特開２００４−２８９１２６号公報（対応米国特許第６,９５２,２５３号）などに記載されているものを用いることができる。また、例えば国際公開第２００４／０１９１２８号パンフレット（対応米国特許公開第２００５／０２４８８５６号）に開示されているように、先端光学素子の像面側の光路に加えて、先端光学素子の物体面側の光路も液体で満たすようにしても良い。さらに、先端光学素子の表面の一部（少なくとも液体との接触面を含む）又は全部に、親液性及び／又は溶解防止機能を有する薄膜を形成しても良い。なお、石英は液体との親和性が高く、かつ溶解防止膜も不要であるが、蛍石は少なくとも溶解防止膜を形成することが好ましい。

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）、あるいは屈折率が約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、純水にこれら液体の少なくとも１つが添加（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−、ＳＯ４２−、ＰＯ４２−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。さらに、液体としては、純水よりも照明光ＩＬに対する屈折率が高い液体、例えば屈折率が１．６〜１．８程度のものを使用しても良い。液体として、超臨界流体を用いることも可能である。また、投影光学系ＰＬの先端光学素子を、例えば石英（シリカ）、あるいは、フッ化カルシウム（蛍石）、フッ化バリウム、フッ化ストロンチウム、フッ化リチウム、及びフッ化ナトリウム等のフッ化化合物の単結晶材料で形成しても良いし、石英や蛍石よりも屈折率が高い（例えば１．６以上）材料で形成しても良い。屈折率が１．６以上の材料としては、例えば、国際公開第２００５／０５９６１７号パンフレットに開示される、サファイア、二酸化ゲルマニウム等、あるいは、国際公開第２００５／０５９６１８号パンフレットに開示される、塩化カリウム（屈折率は約１．７５）等を用いることができる。

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、ウエハテーブル（ウエハステージ）上に格子部（Ｘスケール、Ｙスケール）を設け、これに対向してＸヘッド、Ｙヘッドをウエハステージの外部に配置する構成のエンコーダシステムを採用した場合について例示したが、これに限らず、移動体にエンコーダヘッドを設け、これに対向して移動体の外部に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。

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採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。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。さらに、例えば特開平１０−１６３０９９号公報及び特開平１０−２１４７８３号公報（対応米国特許第６，５９０，６３４号）、特表２０００−５０５９５８号公報（対応米国特許第５，９６９，４４１号）、米国特許第６，２０８，４０７号などに開示されているように、複数のウエハステージＷＳＴを備えたマルチステージ型の露光装置にも本発明を適用できる。

また、上記実施形態の露光装置における投影光学系は縮小系のみならず等倍および拡大系のいずれでも良いし、投影光学系ＰＬは屈折系のみならず、反射系及び反射屈折系のいずれでも良いし、その投影像は倒立像及び正立像のいずれでも良い。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ＩＡ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号パンフレット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（反射系又は反屈系）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号パンフレット（対応米国特許７,０２３,６１０号）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又は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号公報に開示されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて、透過パターン又は反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスク（可変成形マスク、アクティブマスク、あるいはイメージジェネレータとも呼ばれ、例えば非発光型画像表示素子（空間光変調器）の一種であるＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）などを含む）を用いても良い。

また、例えば国際公開第２００１／０３５１６８号パンフレット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）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、上記実施形態でパターンを形成すべき物体（エネルギビームが照射される露光対象の物体）はウエハに限られるものではなく、ガラスプレート、セラミック基板、フィルム部材、あるいはマスクブランクスなど、他の物体でも良い。

露光装置の用途としては半導体製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを転写する液晶用の露光装置、有機ＥＬ、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシン及びＤＮＡチップなどを製造するための露光装置にも広く適用できる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。

半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、シリコン材料からウエハを形成するステップ、上記の実施形態の露光装置により露光を行いウエハ上にパターンを形成するステップ、パターンが形成されたウエハを現像するステップ、現像後にウエハにエッチング等の処理を施すステップ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、及び検査ステップ等を経て製造される。

以上説明したように、本発明の露光装置及びデバイス製造方法は、半導体素子又は液晶表示素子などの電子デバイスを製造するのに適している。

一実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。 図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ヘッドなど）の配置を示す平面図である。 図４（Ａ）はウエハステージＷＳＴ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ＭＳＴを示す平面図、図５（Ｂ）は計測ステージＭＳＴ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構成を概略的に示すブロック図である。 Ｚヘッドの構成の一例を概略的に示す図である。 図８（Ａ）は、フォーカスセンサの構成の一例を示す図、図８（Ｂ）及び図８（Ｃ）は、図８（Ａ）の円筒レンズの形状及び機能を説明するための図である。 図９（Ａ）は、四分割受光素子の検出領域の分割の様子を示す図、図９（Ｂ）、図９（Ｃ）及び図９（Ｄ）は、それぞれ、前ピン状態、理想フォーカス状態、及び後ピン状態での、反射ビームＬＢ₂の検出面上での断面形状を示す図である。 図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）は、一実施形態に係る露光装置で行われるフォーカスマッピングについて説明するための図である。 図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は、一実施形態に係る露光装置で行われるフォーカスキャリブレーションについて説明するための図である。 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。 ウエハのアンローディング時（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）における両ステージの状態を示す図である。 ウエハのローディング時における両ステージの状態を示す図である。 干渉計によるステージサーボ制御からエンコーダによるステージサーボ制御への切り換え時（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）における、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。

符号の説明

８…局所液浸装置、２０…主制御装置、３９Ｙ₁，３９Ｙ₂…Ｙスケール、３９Ｘ₁，３９Ｘ₂…Ｘスケール、６２Ａ，６２Ｃ…ヘッドユニット、６４，６５…Ｙヘッド、６６…Ｘヘッド、６７，６８…Ｙヘッド、７０Ａ〜７０Ｆ…エンコーダ、７２ａ〜７２ｄ…Ｚヘッド、７４，７６…Ｚヘッド、１００…露光装置、１５０…エンコーダシステム、１８０…面位置計測システム、２００…計測システム、ＩＬ…照明光、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ、ＷＳＴ…ウエハステージ、ＷＴＢ…ウエハテーブル。

Claims (19)

1. エネルギビームにより光学部材を介して物体を露光し、前記物体上にパターンを形成する露光装置であって、
   所定の平面に沿って物体を保持して移動する移動体と；
   前記移動体上の計測対象領域に対して前記平面に直交する第１方向から光を照射して前記移動体の前記第１方向の位置情報を計測するセンサヘッドを複数有する位置計測システムと；を備え、
   前記複数のセンサヘッドの配置は、前記計測対象領域の動作範囲に応じて設定され、
   前記動作範囲は、前記移動体の移動可能範囲に応じて定まる前記計測対象領域の移動可能な範囲のうち、実際の装置の動作シーケンスにより前記計測対象領域が移動する範囲である露光装置。
2. 前記位置計測システムの前記複数のセンサヘッドは、前記平面に実質的に平行な面内に２次元的に配置されている請求項１に記載の露光装置。
3. 前記計測対象領域の動作範囲は、前記移動体に保持された物体の露光の際に、前記計測対象領域が移動する範囲を含む請求項１又は２に記載の露光装置。
4. 前記移動体上の前記第１方向に直交する第２方向を周期方向とする格子部に対して光を照射して、前記移動体の前記第２方向の位置情報を計測する第２位値計測システムをさらに備え、
   前記計測対象領域は、前記格子部である請求項１〜３のいずれか一項に記載の露光装置。
5. 前記位置計測システムの前記複数のセンサヘッドは、前記第２方向に垂直な第３方向に関して前記格子部の幅より狭い間隔で配置されている請求項４に記載の露光装置。
6. 前記計測対象領域は、前記移動体の前記平面に平行な一面に設けられ、前記移動体の前記平面に平行な所定方向の位置情報の計測に用いられる格子部を有するスケールである請求項１〜３のいずれか一項に記載の露光装置。
7. 前記複数のセンサヘッドは、前記平面に平行な所定方向に並んで配置され、
   前記スケールは、前記移動体の一面に、前記複数のセンサヘッドが並ぶ方向に離れて２つ設けられている請求項６に記載の露光装置。
8. 前記計測対象領域の動作範囲は、前記移動体に保持された物体の前記第１方向、又は、前記第１方向と直交する方向の位置情報を求める際に、前記計測対象領域が移動する範囲を含む請求項１又は２に記載の露光装置。
9. 前記移動体上に載置された前記物体に対して検出ビームを照射し該検出ビームの反射光を受光して、複数の検出点における前記物体表面の面位置情報を検出する面位置検出装置をさらに備える請求項８に記載の露光装置。
10. 前記計測対象領域の動作範囲は、前記物体を載置した移動体が前記第２方向に沿って移動している最中に、前記位置計測システムと前記面位置検出装置とを同時作動の状態にして、前記位置計測システムの前記複数のセンサヘッドのうちの所定のセンサヘッドと前記面位置検出装置の複数の検出点における面位置情報との取り込みを行なうマッピングの際に、前記計測対象領域が移動する範囲をさらに含む請求項９記載の露光装置。
11. 前記移動体上には、前記第１方向に直交する前記平面内の第２方向を周期方向とする格子部を有し、その表面で前記センサヘッドからの光を反射可能な、一対の第１スケールが前記平面内で前記第２方向に直交する第３方向に離れて設けられ、
    前記位置計測システムは、前記第３方向に関して位置が異なる複数の第１ヘッドをそれぞれ含み、前記光学部材の露光中心を通る前記第２方向の直線である基準線に関して前記第３方向の一側と他側に配置された第１、第２のヘッド部を有し、前記一対の第１スケールの少なくとも一方と対向する第１ヘッドの、計測値に基づいて前記移動体の前記第２方向の位置情報を計測するエンコーダシステムを含む請求項１〜３のいずれか一項に記載の露光装置。
12. 前記エンコーダシステムは、前記一対の第１スケールそれぞれと対向する前記第１、第２のヘッド部に属する各１つの第１ヘッドの計測値に基づいて、前記移動体の前記第２方向の位置情報、及び前記平面内の回転方向の位置情報を計測する請求項１１に記載の露光装置。
13. 前記位置計測システムの前記複数のセンサヘッドは、前記第３方向に関して前記第１スケールの幅より狭い間隔で配置されている請求項１１又は１２に記載の露光装置。
14. 前記移動体の前記一面には、前記第３方向を周期方向とする格子を有する第２スケールがさらに設けられ、
    前記エンコーダシステムは、前記第２方向に関して位置が異なる複数の第２ヘッドをさらに有し、前記第２スケールと対向する第２ヘッドによって前記移動体の前記第３方向の位置情報を計測する請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の露光装置。
15. 前記複数の第２ヘッドは、前記基準線に沿って配置されている請求項１４に記載の露光装置。
16. 前記複数の第２ヘッドは、前記光学部材を挟み、前記第２方向の一側と他側に配置され、それぞれ複数の第２ヘッドを含む第３、第４のヘッド部に分離され、
    前記移動体の前記一面には、前記第２グレーティングが前記第２方向に離れて一対設けられている請求項１４又は１５に記載の露光装置。
17. 前記センサヘッドは、光ピックアップ方式のセンサヘッドである請求項１〜１６のいずれか一項に記載の露光装置。
18. 前記光学部材と前記物体の間を液体で満たして液浸領域を形成する液浸システム、をさらに備える請求項１〜１７のいずれか一項に記載の露光装置。
19. 請求項１〜１８のいずれか一項に記載の露光装置を用いて物体上にパターンを形成する工程と；
    前記パターンが形成された物体を現像する工程と；を含むデバイス製造方法。

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