JP5332398B2 - 移動体駆動方法、パターン形成方法及び露光方法、並びにデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、移動体駆動方法、パターン形成方法及び露光方法、並びにデバイス製造方法に係り、さらに詳しくは、実質的に二次元平面に沿って移動体を駆動する移動体駆動方法、前記移動体駆動方法を利用したパターン形成方法及び露光方法、並びに前記パターン形成方法を利用したデバイス製造方法に関する。

従来、半導体素子（集積回路等）、液晶表示素子等の電子デバイス（マイクロデバイス）を製造するリソグラフィ工程では、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（いわゆるステッパ）、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（高ＮＡ化）しており、これによって解像力の向上が図られている。この一方、露光光の短波長化及び投影光学系の大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（例えば特許文献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。

また、ステッパ、又はスキャナ等では、被露光基板（例えばウエハ）を保持するステージ（テーブル）の位置計測は、高分解能なレーザ干渉計を用いて行われるのが、一般的であった。しかるに、ステージの位置を計測するレーザ干渉のビームの光路長は数百ｍｍ程度以上もあり、また、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ってきたことから、今や、レーザ干渉計のビーム路上の雰囲気の温度変化や温度勾配の影響で発生する空気揺らぎに起因する計測値の短期的な変動が無視できなくなりつつある。

従って、干渉計に代えて、テーブルの表面の光軸方向に関する位置情報（面位置情報）を直接計測するセンサシステムを用いることが考えられるが、かかるセンサシステムには干渉計とは異なる種々の誤差要因がある。

米国特許第５，４４８，３３２号明細書 国際公開第２００４／０５３９５５号パンフレット

本発明の第１の態様によれば、実質的に二次元平面に沿って移動体を駆動する移動体駆動方法であって、前記移動体を前記二次元平面内の所定方向に移動させ、その移動の際に、前記所定方向に並んだ２つの検出位置に配置された２つのセンサを少なくとも有し、該２つのセンサを用いて前記移動体上に設けられた検出対象面の前記二次元平面に直交する方向に関する面位置情報をそれぞれ検出する検出装置の検出情報と、前記移動体の前記所定方向の位置情報を少なくとも計測する位置計測器の計測情報と、を取り込み、前記２つのセンサの検出情報の差分と前記位置計測器の計測情報とに基づいて、前記検出対象面の凹凸情報を算出する凹凸計測工程の処理により、前記検出対象面の凹凸に関する情報を計測する工程と；前記検出装置の有する少なくとも１つのセンサを用いて前記移動体の前記二次元平面に直交する方向と前記二次元平面に対する傾斜方向との少なくとも一方についての位置情報を検出し、該検出情報と前記検出対象面の前記凹凸に関する情報とに基づいて、前記移動体を駆動する工程と；を含み、前記検出対象面は透明部材から成る保護部材で覆われ、前記凹凸に関する情報は前記保護部材の厚さ変化に起因する誤差成分を含む移動体駆動方法が提供される。

これによれば、検出対象面の凹凸に影響を受けることなく、検出装置を用いて移動体を精度良く二次元平面に直交する方向と二次元平面に対する傾斜方向との少なくとも一方に駆動することが可能となる。

本発明の第２の態様によれば、移動面に沿って移動可能な移動体上に物体を載置する工程と；前記物体に対してパターンを形成するため、本発明の移動体駆動方法により前記移動体を駆動する工程と；を含むパターン形成方法が提供される。

これによれば、本発明の移動体駆動方法を用いて精度良く駆動される移動体上に載置された物体にパターンを形成することで、物体上に精度良くパターンを形成することが可能になる。

本発明の第３の態様によれば、パターン形成工程を含むデバイス製造方法であって、前記パターン形成工程では、本発明のパターン形成方法を用いて基板上にパターンを形成するデバイス製造方法が提供される。

本発明の第４の態様によれば、エネルギビームの照射によって物体にパターンを形成する露光方法であって、前記エネルギビームと前記物体との相対移動のために、本発明の移動体駆動方法を用いて、前記物体を載置する移動体を駆動する露光方法が提供される。

これによれば、物体に照射されるエネルギビームと前記物体との相対移動のために、本発明の移動体駆動方法を用いて、前記物体を載置する移動体が精度良く駆動される。従って、走査露光により、物体上に精度良くパターンを形成することが可能になる。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図２７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、例えば米国特許出願公開第２００３／００２５８９０号明細書などに開示されるように、光源と、オプティカルインテグレータ等を含む照度均一化光学系、及びレチクルブラインド等（いずれも不図示）を有する照明光学系と、を含む。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ＸＹ平面（移動面）内の位置情報（θｚ方向の位置（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には感応層（レジスト層）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。前記温度制御装置は、タンク内の液体の温度を、例えば露光装置が収納されているチャンバ（不図示）内の温度と同程度の温度に調整する。なお、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。なお、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Ｌｑ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という利点がある。

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。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号パンフレットに開示されるように、ノズルを多数有する構成を採用することとしても良い。要は、投影光学系ＰＬを構成する最下端の光学部材（先端レンズ）１９１とウエハＷとの間に液体を供給することができるのであれば、その構成はいかなるものであっても良い。例えば、国際公開第２００４／０５３９５５号パンフレット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、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、エンコーダシステム１５０及び面位置計測システム１８０などを含む。なお、干渉計システム１１８及びエンコーダシステム１５０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、独立してＸＹ平面内で駆動可能である。

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（例えば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（図１３参照）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同一面となっていなくても良い、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。

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、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（撥液性）を備えた低熱膨張率のガラス板でカバーすることも有効である。ここで、ガラス板としては、厚さがウエハと同程度、例えば厚さ１ｍｍのものを用いることができ、そのガラス板の表面がウエハ面と同じ高さ（同一面）になるよう、ウエハテーブルＷＴＢ上面に設置される。

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。
また、ウエハテーブルＷＴＢの−Ｙ端面，−Ｘ端面には、それぞれ鏡面加工が施され、図２に示されるように、後述する干渉計システム１１８のための、反射面１７ａ，１７ｂが形成されている。

計測ステージＭＳＴは、図１に示されるように、不図示のリニアモータ等によってＸＹ平面内で駆動されるステージ本体９２と、ステージ本体９２上に搭載された計測テーブルＭＴＢとを含んでいる。計測ステージＭＳＴは、不図示の駆動系によりベース盤１２に対し、少なくとも３自由度方向（Ｘ，Ｙ，θｚ）に駆動可能に構成されている。

なお、図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５Ａ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２００３／０６５４２８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、例えば米国特許第４，４６５，３６８号明細書などに開示されるものと同様の構成のものを用いることができる。また、空間像計測器９６としては、例えば米国特許出願公開第２００２／００４１３７７号明細書などに開示されるものと同様の構成のものを用いることができる。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５Ａ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。
また、計測テーブルＭＴＢの＋Ｙ端面、−Ｘ端面には、前述したウエハテーブルＷＴＢと同様の反射面１９ａ、１９ｂが形成されている（図２及び図５Ａ参照）。

計測ステージＭＳＴのステージ本体９２には、図５Ｂ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５Ｂ、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５Ａ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５Ａ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、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸから−Ｙ側に所定距離隔てた位置に検出中心を有するプライマリアライメント系ＡＬ１が配置されている。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も良い。

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、図３では不図示、図６参照）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。

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又はアーム５６_n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（図６参照）の構成等について説明する。

ここで、具体的な干渉計システムの構成の説明に先立って、干渉計の計測原理を簡単に説明する。干渉計は、計測対象物に設置された反射面に向けて、測長ビーム（測長光）を照射する。干渉計は、その反射光と参照光との合成光を受光し、反射光（測長光）と参照光とを、偏向方向を揃えて相互に干渉させた干渉光の強度を計測する。ここで、反射光と参照光の光路差ΔＬより、反射光と参照光との間の相対位相（位相差）がＫΔＬ変化する。それにより、干渉光の強度は１＋ａ・ｃｏｓ（ＫΔＬ）に比例して変化する。ただし、ホモダイン検波方式を採用したとして、測長光と参照光の波数は同じでＫとした。定数ａは測長光と参照光の強度比より決まる。ここで、参照光に対する反射面は、一般に、投影ユニットＰＵ側面（場合によっては干渉計ユニット内）に設けられる。この参照光の反射面が、測長の基準位置となる。従って、光路差ΔＬには、基準位置から反射面までの距離が反映される。そこで、反射面までの距離の変化に対する、干渉光の強度変化の回数（フリンジの数）を計測すれば、その計数値と計測単位の積より、計測対象物に設置された反射面の変位が算出される。ここで、計測単位は、シングルパス方式の干渉計の場合、測長光の波長の２分の１、ダブルパス方式の干渉計の場合、波長の４分の１である。

ところで、ヘテロダイン検波方式の干渉計を採用した場合、測長光の波数Ｋ_１と参照光の波数Ｋ_２はわずかに異なる。この場合、測長光と参照光の光路長をそれぞれＬ_１，Ｌ_２とすると、測長光と参照光の間の位相差はＫΔＬ＋ΔＫＬ_１と与えられ、干渉光の強度は１＋ａ・ｃｏｓ（ＫΔＬ＋ΔＫＬ_１）に比例して変化する。ただし、光路差ΔＬ＝Ｌ_１−Ｌ_２，ΔＫ＝Ｋ_１−Ｋ_２，Ｋ＝Ｋ_２とした。ここで、参照光の光路Ｌ_２が十分短く、近似ΔＬ≒Ｌ_１が成り立てば、干渉光の強度は１＋ａ・ｃｏｓ［（Ｋ＋ΔＫ）ΔＬ］に比例して変化する。これからわかるように、干渉光の強度は、光路差ΔＬが変化するとともに、参照光の波長２π／Ｋで周期振動するとともに、その周期振動の包絡線は長い周期２π／ΔＫで振動する（うなる）。従って、ヘテロダイン検波方式では、長い周期のうなりより、光路差ΔＬの変化方向、すなわち計測対象物の変位方向を知ることができる。

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揺らぎ（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／λ^２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、後述するエンコーダ又はＺヘッドを有する面位置計測システムを使用するのが望ましい。

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。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、ウエハテーブルＷＴＢの反射面１７ａ，１７ｂにそれぞれ測長ビームを照射して、それぞれの反射光を受光することにより、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（Ａ）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、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に向けて照射されるとともに、Ｙ軸方向に沿う測長ビームＢ２が反射面４１ｃ（図４（Ｂ）参照）に向けて照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１３）に示されるように、前述の基準軸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に照射し、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に向けて照射し、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１３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に照射する。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１４及び図１５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に照射される。また、図１６及び図１７などに示されるように、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（基準軸）ＬＡに沿って、ウエハテーブルＷＴＢの反射面１７ｂに照射される。

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いる。そのため、Ｘ干渉計１２６は図１３に示される露光時に、Ｘ干渉計１２７は図１９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１５に示されるウエハのロード時及び図１４に示されるウエハの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に向けて照射される。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４３Ａ、４３Ｂ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それぞれが照射する測長ビーム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、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（ウエハテーブルＷＴＢ）の位置制御のための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、露光動作などにおいて干渉計システム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。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、計測テーブルＭＴＢの反射面１９ａ、１９ｂに、図２に示されるように、測長ビームを照射して、それぞれの反射光を受光することにより、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１５０（図６参照）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１５０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_j、６４_i（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。以下では、必要に応じて、Ｙヘッド６５_j、６４_iを、それぞれ、Ｙヘッド６５、６４とも記述する。

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、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。以下では、必要に応じて、Ｘヘッド６６₁〜６６₈を、Ｘヘッド６６とも記述する。

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６６₅とヘッドユニット６２Ｄの最も＋Ｙ側のＸヘッド６６₄との間隔は、ウエハステージＷＳＴのＹ軸方向の移動により、その２つのＸヘッド間で切り換え（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側に前述の基準軸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。以下では、必要に応じて、Ｙヘッド６７₁〜６７₄、６８₁〜６８₄を、それぞれ、Ｙヘッド６７、６８とも記述する。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７０Ｅ、７０Ｆ）によってウエハステージＷＳＴのＹ位置（及びθｚ回転）が計測される。

また、本実施形態では、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）７０Ｅ₂，７０Ｆ₂と呼ぶ。また、識別のため、上述したＹスケール３９Ｙ₂，３９Ｙ₁にそれぞれ対向するＹヘッド６７，６８によって構成されるＹエンコーダ７０Ｅ、７０Ｆを、Ｙエンコーダ７０Ｅ₁、７０Ｆ₁と呼ぶ。

上述したリニアエンコーダ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、又は７０Ｂ，７０Ｄ，７０Ｅ₁，７０Ｆ₁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７０Ｅ₂，７０Ｆ₂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。

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、個別に図示されず、照射系９０ａ及び受光系９０ｂの間でＸ軸方向に延びる細長い検出領域（ビーム領域）ＡＦとして示されている。この検出領域ＡＦは、Ｘ軸方向の長さがウエハＷの直径と同程度に設定されているので、ウエハＷをＹ軸方向に１回スキャンするだけで、ウエハＷのほぼ全面でＺ軸方向の位置情報（面位置情報）を計測できる。また、この検出領域ＡＦは、Ｙ軸方向に関して、液浸領域１４（露光領域ＩＡ）とアライメント系（ＡＬ１、ＡＬ２₁〜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（光学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（計測システム２００の一部）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、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に照射し、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に照射し、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。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、及び受光系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に照射され、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、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。光学系ＦＳ₂内では、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に照射される。これにより、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。このため、反射ビームＬＢ₂は、偏光ビームスプリッタＰＢＳの分離面で進行方向を折り曲げられ、受光系ＦＳ₃へ送られる。

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の検出面に照射される。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、フォーカスエラーＩ＝０が得られる。また、上述の前ピン状態では、式（７）より、フォーカスエラーＩ＜０となり、後ピン状態では、式（７）より、フォーカスエラー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。そこで、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、ウエハテーブルＷＴＢ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。

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、前述の基準軸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。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１８参照）。

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（検出領域ＡＦ）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７０Ｆ₁，７０Ｅ₁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。

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７０Ｆ₁，７０Ｅ₁）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）の状態は、前述の図１０（Ａ）の状態とほぼ同じ状態である。ただし、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。

（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、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４（Ａ）参照）表面の面位置情報を検出する。これにより、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）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２０参照）。

（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、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の複数の検出点に個別に対応する複数の受光素子（センサ）間の検出値のオフセット補正（以下、ＡＦセンサ間オフセット補正と呼ぶ）について説明する。

このＡＦセンサ間オフセット補正に際しては、主制御装置２０は、図１２（Ａ）に示されるように、所定の基準平面を備えた前述のＦＤバー４６に対して多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の照射系９０ａから検出ビームを照射させ、ＦＤバー４６表面（基準平面）からの反射光を受光した多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の受光系９０ｂからの出力信号を取り込む。

この場合において、ＦＤバー４６表面が、ＸＹ平面に平行に設定されているのであれば、主制御装置２０は、上述の如くして取り込んだ出力信号に基づいて、複数の検出点に個別に対応する、受光系９０ｂ内の複数のセンサの検出値（計測値）の関係を求め、その関係をメモリに記憶する、あるいは、全てのセンサの検出値が、例えば、前述のフォーカスキャリブレーションの際の代表的な検出点に対応するセンサの検出値と同一値となるように、各センサの検出オフセットを電気的に調整することで、ＡＦセンサ間オフセット補正を行うことができる。

しかるに、本実施形態では、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の受光系９０ｂからの出力信号の取り込みの際に、主制御装置２０は、図１２（Ａ）に示されるように、Ｚヘッド７４₄，７４₅，７６₁，７６₂を用いて計測ステージＭＳＴ（ＦＤバー４６と一体）の表面の傾きを検出しているので、必ずしもＦＤバー４６表面をＸＹ平面に平行に設定する必要はない。すなわち、図１２（Ｂ）に模式的に示されるように、各検出点における検出値が、それぞれ同図中の矢印で示されるような値になっており、検出値の上端を結ぶ線が同図中の点線で示されるような凹凸があるものとすれば、その検出値の上端を結ぶ線が同図中の実線で示されるようになるように、各検出値を調整すれば良い。

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１３〜図２３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１３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、を交互に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のＸＹ平面内の位置（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、ヘッドユニット６２Ｃ，６２Ａにそれぞれ属するＺヘッド７４_i，７６_j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_j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_j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１３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１３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１３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１３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を用いるウエハステージＷＳＴの位置（Ｘ，Ｙ，θｚ）制御に切り換える。

また、図１３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１３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１３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１３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を用いるウエハステージＷＳＴの位置（Ｚ，θｙ）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ヘッドとを絶えず切り換えて、ウエハステージＷＳＴの位置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位置及びθｚ回転（ヨーイング）、又はＸ位置が、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１３では不図示、図１又は図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１３に示されるように、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（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１５０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をアンローディングポジション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、接触あるいは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側面とが接触あるいは近接する。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１４、図１５には、移動後の状態が示されている。

ウエハステージＷＳＴが、アンローディングポジションＵＰに向けて駆動が開始された後、更に−Ｙ方向へ移動して有効ストローク領域（ウエハステージＷＳＴが露光及びウエハアライメント時に移動する領域）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ヘッドの計測結果に基づくウエハステージＷＳＴの位置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ウエハステージＷＳＴの位置制御に切り換える。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、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、図１４に示されるように、アンローディングポジション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、主制御装置２０は、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、図１５に示されるように、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平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平面内の位置（θｚ回転）を計測するために、前述のＹエンコーダ７０Ｅ₂，７０Ｆ₂が使用される。

次に、主制御装置２０は、図１６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１６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７０Ｆ_１，７０Ｅ₁，７０Ｄ）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方向の移動を開始する。

そして、ウエハステージＷＳＴが図１７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１７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）への移行が完了している。そして、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方向の移動開始に先立って、主制御装置２０は、図１７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方向の移動中に、図１８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１９に示される位置に到達する。そこで、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１９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７０Ｆ₁，７０Ｅ₁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方向の移動を再び開始すると同時に、図１９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２０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）の制御に用いる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２０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方向の移動により、ウエハステージＷＳＴが、図２１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２１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。この離間状態への移行後、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２２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２２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、エンコーダシステム１５０のエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄ，７０Ｅ₁，７０Ｆ₁の計測軸で規定される、アライメント座標系（プライマリアライメント系ＡＬ1の検出中心を原点とする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２３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、ウエハステージＷＳＴを、ウエハＷ上のファーストショットの露光のための走査開始位置（露光開始位置）に移動させるが、その移動の途中で、ウエハステージＷＳＴのＺ位置、θｙ回転及びθｘ回転を維持したまま、ウエハステージＷＳＴのＺ位置、θｙ回転の制御に用いるＺヘッドを、Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄから、Ｚヘッド７４_i、７６_jに切り換える。その切り換え後、直ちに、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。

次に、Ｚヘッドの計測結果を用いた、ウエハステージＷＳＴのＺ位置と傾斜量の算出方法について説明する。主制御装置２０は、フォーカスキャリブレーションとフォーカスマッピング時には面位置計測システム１８０（図６参照）を構成する４つのＺヘッド７０ａ〜７０ｄを用いて、ウエハステージＷＳＴの高さＺと傾斜（ローリング）θｙを計測する。また、主制御装置２０は、露光時には２つのＺヘッド７４_i，７６_j（ｉ，ｊは１〜５のいずれか）を用いて、ウエハステージＷＳＴの高さＺと傾斜（ローリング）θｙを計測する。なお、各Ｚヘッドは対応するＹスケール３９Ｙ₁又は３９Ｙ₂の上面（その上面に形成された反射型回折格子の面）にプローブビームを照射し、その反射光を受光することにより、各スケール（反射型回折格子）の面位置を計測する構成になっている。

図２４（Ａ）に、基準点Ｏにおいて高さＺ_０、Ｘ軸回りの回転角（傾斜角）θｘ、Ｙ軸回りの回転角（傾斜角）θｙの２次元平面を示す。この平面内の位置（Ｘ，Ｙ）における高さＺは、次式（８）の関数で与えられる。
ｆ（Ｘ，Ｙ）＝−ｔａｎθｙ・Ｘ＋ｔａｎθｘ・Ｙ＋Ｚ_０……（８）

図２４（Ｂ）に示されるように、露光時には、２つのＺヘッド７４_i，７６_j（ｉ，ｊは１〜５のいずれか）を用いて、ウエハステージＷＳＴの移動基準面と投影光学系ＰＬの光軸ＡＸとの交点（基準点）Ｏにおける、ウエハテーブルＷＴＢの移動基準面（ＸＹ平面に実質的に平行な面）からの高さＺとローリングθｙを計測する。ここでは、一例としてＺヘッド７４_３，７６_３を使用する。図２４（Ａ）の例と同様に、基準点ＯにおけるウエハテーブルＷＴＢの高さをＺ_０、Ｘ軸周りの傾斜（ピッチング）をθｘ、Ｙ軸周りの傾斜（ローリング）をθｙとする。このとき、ＸＹ平面内で座標（ｐ_Ｌ，ｑ_Ｌ）に位置するＺヘッド７４_３と座標（ｐ_Ｒ，ｑ_Ｒ）に位置するＺヘッド７６_３のそれぞれが提示するＹスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂（に形成された反射型回折格子）の面位置の計測値Ｚ_Ｌ，Ｚ_Ｒは、式（８）と同様の理論式（９）、（１０）に従う。

Ｚ_Ｌ＝−ｔａｎθｙ・ｐ_Ｌ＋ｔａｎθｘ・ｑ_Ｌ＋Ｚ_０ ……（９）
Ｚ_Ｒ＝−ｔａｎθｙ・ｐ_Ｒ＋ｔａｎθｘ・ｑ_Ｒ＋Ｚ_０ ……（１０）
従って、理論式（９）、（１０）より、基準点ＯでのウエハテーブルＷＴＢの高さＺ_０とローリングθｙは、Ｚヘッド７４_３，７６_３の計測値Ｚ_Ｌ，Ｚ_Ｒを用いて、次式（１１）、（１２）のように表される。

Ｚ_０＝｛Ｚ_Ｌ＋Ｚ_Ｒ−ｔａｎθｘ・（ｑ_Ｌ＋ｑ_Ｒ）｝／２ …（１１）
ｔａｎθｙ＝｛Ｚ_Ｌ−Ｚ_Ｒ−ｔａｎθｘ・（ｑ_Ｌ−ｑ_Ｒ）｝／（ｐ_Ｒ−ｐ_Ｌ）…（１２）
なお、Ｚヘッドの他の組み合わせを使用する場合も、理論式（１１）、（１２）を用いることにより、基準点ＯにおけるウエハテーブルＷＴＢの高さＺ_０とローリングθｙを算出することができる。ただし、ピッチングθｘは、別のセンサシステム（本実施形態では干渉計システム１１８）の計測結果を用いる。

図２４（Ｂ）に示されるように、フォーカスキャリブレーションとフォーカスマッピング時には、４つのＺヘッド７２ａ〜７２ｄを用いて、多点ＡＦ系（９０ａ、９０ｂ）の複数の検出点の中心点Ｏ’における、ウエハテーブルＷＴＢの高さＺとローリングθｙを計測する。ここで、Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄは、それぞれ位置（Ｘ，Ｙ）＝（ｐ_ａ，ｑ_ａ），（ｐ_ｂ，ｑ_ｂ），（ｐ_ｃ，ｑ_ｃ），（ｐ_ｄ，ｑ_ｄ）に設置されている。これらの位置は、図２４（Ｂ）に示されるように、中心点Ｏ’＝（Ｏｘ’，Ｏｙ’）に関して対称に、すなわちｐ_ａ＝ｐ_ｂ，ｐ_ｃ＝ｐ_ｄ，ｑ_ａ＝ｑ_ｃ，ｑ_ｂ＝ｑ_ｄかつ（ｐ_ａ＋ｐ_ｃ）／２＝（ｐ_ｂ＋ｐ_ｄ）／２＝Ｏｘ’，（ｑ_ａ＋ｑ_ｂ）／２＝（ｑ_ｃ＋ｑ_ｄ）／２＝Ｏｙ’と、設定されている。

Ｚヘッド７２ａ，７２ｂの計測値Ｚａ，Ｚｂの平均（Ｚａ＋Ｚｂ）／２より、位置（ｐ_ａ＝ｐ_ｂ，Ｏｙ’）の点ｅでのウエハテーブルＷＴＢの高さＺｅが、Ｚヘッド７０ｃ，７０ｄの計測値Ｚｃ，Ｚｄの平均（Ｚｃ＋Ｚｄ）／２より、位置（ｐ_ｃ＝ｐ_ｄ，Ｏｙ’）の点ｆでのウエハテーブルＷＴＢの高さＺｆが、求められる。ここで、中心点Ｏ’におけるウエハテーブルＷＴＢの高さをＺ_０、Ｙ軸周りの傾斜（ローリング）をθｙとすると、ＺｅとＺｆはそれぞれ理論式（１３）、（１４）に従う。

Ｚｅ｛＝（Ｚａ＋Ｚｂ）／２｝＝−ｔａｎθｙ・（ｐ_ａ＋ｐ_ｂ−２Ｏｘ’）／２＋Ｚ_０ ……（１３）
Ｚｆ｛＝（Ｚｃ＋Ｚｄ）／２｝＝−ｔａｎθｙ・（ｐ_ｃ＋ｐ_ｄ−２Ｏｘ’）／２＋Ｚ_０ ……（１４）
従って、理論式（１３）、（１４）より、中心点Ｏ’でのウエハテーブルＷＴＢの高さＺ_０とローリングθｙは、Ｚヘッド７０ａ〜７０ｄの計測値Ｚａ〜Ｚｄを用いて、次式（１５）、（１６）で表される。

Ｚ_０＝（Ｚｅ＋Ｚｆ）／２＝（Ｚａ＋Ｚｂ＋Ｚｃ＋Ｚｄ）／４ …（１５）
ｔａｎθｙ＝−２（Ｚｅ−Ｚｆ）／（ｐ_ａ＋ｐ_ｂ−ｐ_ｃ−ｐ_ｄ）
＝−（Ｚａ＋Ｚｂ−Ｚｃ−Ｚｄ）／（ｐ_ａ＋ｐ_ｂ−ｐ_ｃ−ｐ_ｄ）…（１６）
ただし、ピッチングθｘは、別のセンサシステム（本実施形態では干渉計システム１１８）の計測結果を用いる。

図１６に示されるように、干渉計システム１１８によるウエハステージＷＳＴのサーボ制御からエンコーダシステム１５０（エンコーダ７０Ａ〜７０Ｆ）及び面位置計測システム１８０（Ｚヘッドシステム７２ａ〜７２ｄ，７４₁〜７４₅，７６₁〜７６₅）によるサーボ制御へ切り換えた直後では、Ｚヘッド７２ｂ，７２ｄの２つのみが対応するＹスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂に対向しているため、式（１５）、式（１６）を用いて、中心点Ｏ’におけるウエハステージＷＳＴのＺ，θｙ位置を算出することができない。この場合、次式（１７）、（１８）を適用する。

Ｚ_０＝｛Ｚ_ｂ＋Ｚ_ｄ−ｔａｎθｘ・（ｑ_ｂ＋ｑ_ｄ−２Ｏｙ’）｝／２ …（１７）
ｔａｎθｙ＝｛Ｚ_ｂ−Ｚ_ｄ−ｔａｎθｘ・（ｑ_ｂ−ｑ_ｄ）｝／（ｐ_ｄ−ｐ_ｂ）…（１８）
そして、ウエハステージＷＳＴが＋Ｙ方向に移動し、それに伴いＺヘッド７２ａ，７２ｃが対応するＹスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂に対向した後、上式（１５）、（１６）を適用する。

前述のように、ウエハＷに対する走査露光は、ウエハＷの表面の凹凸に応じて、ウエハステージＷＳＴをＺ軸方向及び傾斜方向に微小駆動して、ウエハＷの表面の露光領域ＩＡ部分が投影光学系ＰＬの像面の焦点深度の範囲内に一致するように、ウエハＷの面位置及び傾斜（フォーカス・レベリング）を調整した上で、行われる。そこで、走査露光に先立って、ウエハＷの表面の凹凸（フォーカスマップ）を計測するフォーカスマッピングを実行する。ここで、ウエハＷの表面の凹凸は、図１０（Ｂ）に示されるように、ウエハステージＷＳＴを＋Ｙ方向に移動させながら、所定のサンプリング間隔（すなわちＹ間隔）で、Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄを用いて計測されるウエハテーブルＷＴＢ（より正確には対応するＹスケール３９Ｙ_１，３９Ｙ_２）の面位置を基準にして、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）を用いて計測される。

詳述すると、図２４（Ｂ）に示されるように、Ｚヘッド７２ａ，７２ｂを用いて計測されるＹスケール３９Ｙ_２の面位置Ｚａ，Ｚｂの平均より、点ｅにおけるウエハテーブルＷＴＢの面位置Ｚｅが、Ｚヘッド７２ｃ，７２ｄを用いて計測されるＹスケール３９Ｙ_１の面位置Ｚｃ，Ｚｄの平均より、点ｆにおけるウエハテーブルＷＴＢの面位置Ｚｆが、求まる。ここで、点ｅと点ｆを結ぶＸ軸に平行な直線ｅｆ上に、多点ＡＦ系の複数の検出点及びそれらの中心Ｏ’が位置する。そこで、図１０（Ｃ）に示されるように、ウエハテーブルＷＴＢの点ｅ（図１０（Ｃ）中のＰ１）における面位置Ｚｅと点ｆ（図１０（Ｃ）中のＰ２）における面位置Ｚｆを結ぶ、次式（１９）で表される直線を基準にして、検出点Ｘ_ｋにおけるウエハＷの表面の面位置Ｚ_０ｋを、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）を用いて計測する。

Ｚ（Ｘ）＝−ｔａｎθｙ・Ｘ＋Ｚ_０ ……（１９）
ただし、Ｚ_０とｔａｎθｙは、Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄの計測結果Ｚａ〜Ｚｄを用いて、上式（１５）、（１６）より求められる。得られた面位置の結果Ｚ_０ｋより、ウエハＷの表面の凹凸データ（フォーカスマップ）Ｚ_kが、次式（２０）のように求められる。
Ｚ_ｋ＝Ｚ_０ｋ−Ｚ（Ｘ_ｋ） ……（２０）

露光時には、ショット領域毎に、上述のように求められたフォーカスマップＺ_ｋに従ってウエハステージＷＳＴをＺ軸方向及び傾斜方向に微小駆動することによって、前述と同様に、ウエハＷの面位置及び傾斜が調整される。ここで、露光時には、Ｚヘッド７４_i，７６_j（ｉ，ｊ＝１〜５）を用いてウエハテーブルＷＴＢ（より正確には対応するＹスケール３９Ｙ_２，３９Ｙ_１）の面位置が計測される。そこで、フォーカスマップＺ_ｋの基準線Ｚ（Ｘ）を再設定する。ただし、Ｚ_０とｔａｎθｙは、Ｚヘッド７４_i，７６_j（ｉ，ｊ＝１〜５）の計測結果Ｚ_Ｌ，Ｚ_Ｒを用いて、式（１１）、（１２）より求められる。以上の手順により、ウエハＷの表面の面位置はＺ_ｋ＋Ｚ（Ｘ_ｋ）と換算される。

Ｚヘッドの計測面（プローブビームの反射面）であるＹスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂上に形成された反射型回折格子の表面は、必ずしも理想的な平面ではなく、微小な凹凸をもつ。また、回折格子が形成されたガラス板（及び回折格子を保護するためのカバーガラス板）は、主として製造時の加工精度などによって凹凸が存在する。そのような回折格子及びガラス板の凹凸は、Ｚヘッドの計測誤差の発生要因となる。ここで、回折格子の凹凸とガラス板の凹凸による計測誤差は、Ｚヘッドの計測原理より、区別できない。そこで、特に断らない限り、これらの誤差要因を、単にスケール表面の凹凸と呼ぶ。

本実施形態では、予め、Ｙスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂表面の凹凸を計測し、Ｚヘッドの計測誤差の補正データを作成し、この補正データが、主制御装置２０に併設されたメモリ３４に格納されている。

次に、主制御装置２０によって実行される、Ｙスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂表面の凹凸の計測方法について説明する。

ここでは、図２５（Ａ）及び図２５（Ｂ）に示されるように、干渉計システム１１８を用いてウエハステーブルＷＴＢの６自由度（Ｘ，Ｙ，Ｚ，θｘ，θｙ，θｚ）方向の位置を監視しながらウエハステージＷＳＴを移動させ、Ｚヘッドを用いてＹスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂の凹凸を計測する。ここで、Ｚヘッドは７２ａ〜７２ｄを使用することとする。

Ｙスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂の凹凸を計測している間、ウエハステージＷＳＴは基準状態を維持することとする。すなわち、ウエハステージＷＳＴを、４自由度（Ｚ，θｘ，θｙ，θｚ）方向についての基準位置に位置決めする。そして、Ｚ干渉計４３Ａ，４３Ｂを用いてＺ，θｙ位置を監視し、Ｙ干渉計１６を用いてθｘ，θｚ位置を監視して、これら４自由度方向にウエハステージＷＳＴが変位しないように制御する。そして、Ｘ干渉計１２７を用いてＸ位置を監視し、Ｙ干渉計１６を用いてＹ位置を監視して、ウエハステージＷＳＴを２自由度（Ｘ，Ｙ）方向に駆動制御する。

Ｙスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂の凹凸は、Ｙ軸方向に間隔δＹ、Ｘ軸方向に間隔δＸの複数の計測点において、それらの面位置（表面のＺ位置）を、Ｚヘッドを用いて計測することによって求められる。ここで、例えば、Ｙ間隔δＹ＝１ｍｍ、Ｘ間隔δＸ＝３５ｍｍと設定する。本実施形態では、Ｙスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂（の反射型回折格子）のＸ軸方向の幅は約７６ｍｍと設定されているので、図２５（Ｂ）に示されるように、Ｘ軸方向にそれぞれ３つの計測点（Ｘ_１，Ｘ_２，Ｘ_３、ただし｜Ｘ_１−Ｘ_２｜＝｜Ｘ_２−Ｘ_３｜＝δＸ、及びＸ_１’，Ｘ_２’，Ｘ_３’、ただし｜Ｘ_１’−Ｘ_２’｜＝｜Ｘ_２’−Ｘ_３’｜＝δＸ）を取ることができる。

図２５（Ｂ）に示されるように、Ｚヘッド７２ｃ，７２ｄの計測位置が、Ｙスケール３９Ｙ₁のＸ軸方向の第１の計測点Ｘ_１に一致するように、またＺヘッド７２ａ，７２ｂの計測位置が、Ｙスケール３９Ｙ₂のＸ軸方向の第１の計測点Ｘ_１’に一致するように、ウエハステージＷＳＴを位置決めする。そして、Ｙスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂の凹凸を計測している間、Ｘ干渉計１２７を用いてウエハステージＷＳＴのＸ位置を監視して、ウエハステージＷＳＴがＸ軸方向に変位しないように制御する。そして、Ｙ干渉計１６を用いてウエハステージＷＳＴのＹ位置を監視しながら、ウエハステージＷＳＴをＹ軸方向に所定のピッチδＹでステップ駆動する。ステップ毎に、Ｚヘッド７２ａ，７２ｂを用いてＹスケール３９Ｙ₂の面位置を、Ｚヘッド７２ｃ，７２ｄを用いてＹスケール３９Ｙ₁の面位置を、計測する。

この場合において、Ｚヘッドを１つ用いる面位置の計測と、Ｚヘッドを２つ用いる傾きの計測と、の２つの手法を採用することができる。

図２６（Ａ）〜図２６（Ｄ）には、第１の手法、すなわちＺヘッドを１つ用いる面位置計測の手順が示されている。ここでは、一例として、Ｚヘッド７２ｃを用いて、Ｙスケール３９Ｙ₁の凹凸を計測するものとする。

図２６（Ａ）では、Ｚヘッド７２ｃの計測位置が計測点（Ｘ_１，Ｙ_ｊ＋１）に一致するように、ウエハステージＷＳＴが位置決めされている。ここで、Ｚヘッド７２ｃを用いて、計測点（Ｘ_１，Ｙ_ｊ＋１）におけるＹスケール３９Ｙ₁の面位置Ｚ_１ｊ＋１を計測する。

次に、Ｙ干渉計１６を用いてウエハステージＷＳＴのＹ位置を監視して、ウエハステージＷＳＴをＹ軸方向に距離δＹ、ステップ駆動する。そして、図２６（Ｂ）に示されるように、Ｚヘッド７２ｃの計測位置が計測点（Ｘ_１，Ｙ_ｊ）に一致するように、ウエハステージＷＳＴを位置決めする。ただし、Ｙ_ｊ＝Ｙ_ｊ＋１−δＹである。ここで、先と同様に、Ｚヘッド７２ｃを用いて、計測点（Ｘ_１，Ｙ_ｊ）におけるＹスケール３９Ｙ₁の面位置Ｚ_１ｊを計測する。

図２６（Ａ）〜図２６（Ｃ）に示されるように、逐次、ウエハステージＷＳＴをＹ軸方向に距離δＹ、ステップ駆動し、Ｚヘッド７２ｃを用いて、一連の計測点（Ｘ_１，Ｙ_ｊ）におけるＹスケール３９Ｙ₁の面位置Ｚ_１ｊを計測する。

Ｙ軸方向についてのＹスケール３９Ｙ₁の面位置の計測が終了すると、各計測点（Ｘ_１，Ｙ_ｊ）における面位置の計測結果Ｚ_１ｊより、図２６（Ｄ）に示されるような凹凸データが得られる。なお、各計測点Ｙ_ｊの間の凹凸データは、離散データＺ_１ｊに線形補間、あるいは高次の補間公式を適用して求めれば良い。

Ｘ軸方向の第１の計測点Ｘ_１に対する計測が終了したら、ウエハステージＷＳＴをＸ軸方向に駆動し、第２のＸ計測点Ｘ_２に位置決めする。そして、先と同様に、逐次、ウエハステージＷＳＴをＹ軸方向に距離δＹ、ステップ駆動し、Ｚヘッド７２ｃを用いて、一連の計測点（Ｘ_２，Ｙ_ｊ）のＹスケール３９Ｙ₁の面位置Ｚ_２ｊを計測する。

同様の面位置計測を、すべてのＸ計測点Ｘ_ｉについて行うことにより、Ｙスケール３９Ｙ₁の２次元（Ｘ，Ｙ）の凹凸データＺ_ｉｊが得られる。なお、各計測点（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｊ）の間の凹凸データは、離散データＺ_ｉｊに線形補間、あるいは高次の補間公式を適用して求めれば良い。それにより、Ｙスケール３９Ｙ₁の２次元（Ｘ，Ｙ）の凹凸を表す連続関数δＺ₁（Ｘ，Ｙ）が得られる。

なお、上述の計測方法ではＺヘッド７２ｃのみを用いたが、同様にＺヘッド７２ｄを用いた計測を行い、２つの計測結果を平均することとしても良い。勿論、Ｚヘッド７２ｃ，７２ｄを用いた同時計測を行い、２つの計測結果を平均することとしても良い。それにより、干渉計システム１１８の空気揺らぎ誤差、移動鏡の表面の凹凸に起因する誤差等、干渉計の計測誤差に由来するスケールの面位置の計測誤差を軽減することができる。

また、上述の計測方法では、原理上、Ｙスケール３９Ｙ₁の凹凸をウエハステージＷＳＴのＺ，θｘ，θｙ方向の変位から分離して求めることができない。ここで、干渉計システム１１８の計測結果から求められるウエハステージＷＳＴの（Ｚ，θｘ，θｙ）位置を前述の式（１０）に代入して、Ｚセンサ７２ｃを用いて計測されるＹスケール３９Ｙ₁の面位置を予測する。この予測値は、Ｙスケール３９Ｙ₁およびウエハテーブルＷＴＢの上面を理想的な平面とみなす仮定の下で算出される。そこで、すべての計測点（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｊ）について、Ｚセンサ７２ｃを用いてＹスケール３９Ｙ₁の面位置を計測し、その実測値と予測値との差から、Ｙスケール３９Ｙ₁の２次元（Ｘ，Ｙ）の凹凸データＺ_ｉｊを求めると良い。それにより、ウエハステージＷＳＴのＺ，θｘ，θｙ方向の変位が分離された、正味のＹスケール３９Ｙ₁の凹凸データが得られる。

なお、この手法では、ウエハステージＷＳＴを連続的に移動させながら、Ｙスケール３９Ｙ₁の凹凸を計測することができるので、２次元（Ｘ，Ｙ）の凹凸データδＺ₁（Ｘ，Ｙ）が容易に求められる。また、同時に、Ｚセンサ７２ｄを用いた計測を行い、２つの計測結果を平均することとしても良い。なお、ウエハステージＷＳＴを連続移動させる場合、干渉計が空気揺らぎの影響を受けない程度の低速で移動させても良い。

Ｙスケール３９Ｙ_２に対しても、Ｚヘッド７２ａ，７２ｂのいずれか、あるいは両方を用いて、同様の計測を行い、２次元の凹凸関数δＺ₂（Ｘ，Ｙ）を求める。勿論、Ｚヘッド７２ｃ，７２ｄを用いたＹスケール３９Ｙ₁の凹凸計測と、Ｚヘッド７２ａ，７２ｂを用いたＹスケール３９Ｙ₂の凹凸計測と、を同時に実行しても良い。

図２７（Ａ）〜図２７（Ｃ）には、第２の手法、すなわちＺヘッドを２つ用いる傾き計測手法の手順が示されている。ここでは、一例として、Ｚヘッド７２ｃ，７２ｄを用いて、Ｙスケール３９Ｙ₁の凹凸を計測するものとする。なお、Ｙ軸方向の計測点の間隔δＹは、Ｚヘッド７２ｃ，７２ｄのＹ間隔と等しいとする。また、基準計測点を（Ｘ_i，Ｙ_N）に選ぶ。

図２７（Ａ）では、Ｚヘッド７２ｃの計測位置は計測点（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｊ＋２）に、Ｚヘッド７２ｄの計測位置は計測点（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｊ＋１）に一致するように、ウエハステージＷＳＴが位置決めされている。ただし、Ｙ_ｊ＋１＝Ｙ_ｊ＋２−δＹである。ここで、Ｚヘッド７２ｃを用いて、計測点（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｊ＋２）のＹスケール３９Ｙ₁の面位置Ｚ_ｉｊ＋２を計測する。同時に、Ｚヘッド７２ｄを用いて、計測点（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｊ＋１）のＹスケール３９Ｙ₁の面位置Ｚ_ｉｊ＋１を計測する。そして、２つの計測結果の差δＺ_ｉｊ＋１＝Ｚ_ｉｊ＋１−Ｚ_ｉｊ＋２を求める。

次に、Ｙ干渉計１６を用いてウエハステージＷＳＴのＹ位置を監視して、ウエハステージＷＳＴをＹ軸方向に距離δＹ、ステップ駆動する。そして、図２７（Ｂ）に示されるように、Ｚヘッド７２ｃの計測位置が計測点（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｊ＋１）に、Ｚヘッド７２ｄの計測位置が計測点（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｊ）に一致するように、ウエハステージＷＳＴを位置決めする。ただし、Ｙ_ｊ＝Ｙ_ｊ＋１−δＹである。ここで、先と同様に、Ｚヘッド７２ｃを用いて、計測点（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｊ＋１）のＹスケール３９Ｙ₁の面位置Ｚ_ｉｊ＋１を計測する。同時に、Ｚヘッド７２ｄを用いて、計測点（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｊ）のＹスケール３９Ｙ₁の面位置Ｚ_ｉｊを計測する。そして、２つの計測結果の差δＺ_ｉｊ＝Ｚ_ｉｊ−Ｚ_ｉｊ＋１を求める。

図２７（Ａ）〜図２７（Ｃ）に示されるように、逐次、ウエハステージＷＳＴをＹ軸方向に距離δＹ、ステップ駆動し、Ｚヘッド７２ｃ，７２ｄを用いて、Ｙ軸方向についての一連の計測点（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｊ）内の互いに隣り合う２つの計測点におけるＹスケール３９Ｙ₁の面位置の差分δＺ_ｉｊ（＝Ｚ_ｉｊ−Ｚ_ｉｊ＋１）を計測する。

Ｙ軸方向についてのＹスケール３９Ｙ₁の面位置の計測が終了すると、各計測点（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｊ）間の面位置の差分の計測結果δＺ_ｉｊを用いて、次式（２１）より、図２７（Ｄ）に示されるような凹凸データが得られる。
δＺ_1ij＝δＺ₁（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｊ）＝Σ_{ｊ≦ｋ≦Ｎ}δＺ_ｉｋ ……（２１）
なお、各計測点Ｙ_ｊの間の凹凸データは、離散データδＺ₁（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｊ）に線形補間、あるいは高次の補間公式を適用して求めれば良い。

なお、ステップ間隔δＹを十分小さくすると、式（２１）は、次のように書き換えられる。
δＺ₁（Ｘ_ｉ，Ｙ）＝∫ｄＹ（ｄＺ／ｄＹ） ……（２２）
ここで、ｄＺ／ｄＹはＹスケール３９Ｙ₁表面のＹ軸方向の傾きである。すなわち、面位置の差分δＺ_ｉｊは、ステップ間隔δＹに対するＹスケール３９Ｙ₁表面の傾きに相当する。

同様の傾き計測を、すべてのＸ計測点Ｘ_ｉに対して実行する。その計測結果δＺ_ｉｊを用いて、式（２１）より、Ｙスケール３９Ｙ₁の２次元（Ｘ，Ｙ）の凹凸データδＺ₁（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｊ）が求められる。なお、各計測点（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｊ）の間の凹凸データは、離散データδＺ₁（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｊ）に線形補間、あるいは高次の補間公式を適用して求めれば良い。それにより、Ｙスケール３９Ｙ₁の２次元（Ｘ，Ｙ）の凹凸を表す連続関数δＺ₁（Ｘ，Ｙ）が得られる。

上述のＺヘッドを２つ用いる傾き計測では、２つのＺヘッドで距離δＹ隔てた計測点の面位置を同時に計測する。ここで、ウエハステージＷＳＴのＺ位置を監視するＺ干渉計４３Ａ，４３Ｂの計測誤差（空気揺らぎ誤差、固定鏡の表面の凹凸に起因する誤差等）によってウエハステージＷＳＴがＺ変位したとしても、そのＺ変位は２つのＺヘッドの計測結果に同等に反映されるので、差を取ることによって相殺する。従って、前述のＺヘッドを１つ用いる面位置の計測と比べ、凹凸データの計測精度は格段に向上する。

Ｙスケール３９Ｙ_２に対しても、Ｚヘッド７２ａ，７２ｂを用いて、同様の計測を行い、２次元の凹凸関数δＺ₂（Ｘ，Ｙ）を求める。勿論、Ｚヘッド７２ｃ，７２ｄを用いたＹスケール３９Ｙ₁の凹凸計測と、Ｚヘッド７２ａ，７２ｂを用いたＹスケール３９Ｙ₂の凹凸計測と、を同時に実行しても良い。

以上の処理により、Ｙスケール３９Ｙ_１，３９Ｙ_２の２次元（Ｘ，Ｙ）の凹凸を表す連続関数δＺ₁（Ｘ，Ｙ），δＺ₂（Ｘ，Ｙ）が得られる。これらの連続関数δＺ₁（Ｘ，Ｙ），δＺ₂（Ｘ，Ｙ）（又はこれに対応するマップデータ）が、メモリに３４に格納されている。

主制御装置２０は、フォーカスマッピング中、又は露光中などに、次のようにしてＺヘッドのスケールの凹凸に起因する計測誤差を補正する。

例えば、Ｙスケール３９Ｙ_１の点（Ｘ，Ｙ）における面位置の実測値Ｚ_０が得られたとすると、次式（２３）に基づいて、補正値ΔＺを算出する。

ΔＺ＝Ｚ_０−δＺ₁（Ｘ，Ｙ） ……（２３）
主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴの動作範囲内での移動中に、上記のような補正値の計算を、各ＺヘッドでＹスケール３９Ｙ_１，３９Ｙ_２のＺ位置情報を検出する度、あるいは所定のサンプリング回数おきに繰り返し実行しつつ、ウエハステージＷＳＴのＺ、θｙ方向の面位置制御を実行する。

なお、主制御装置２０は、一連の露光処理シーケンスの開始直前に、上述したＹスケール３９Ｙ_１，３９Ｙ_２の凹凸計測を実行しても良い。

なお、これまでは、説明を簡略化するために、主制御装置２０が、ステージ系（レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴ等）の制御、干渉計システム１１８、エンコーダシステム１５０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、ステージ系の制御、エンコーダシステム１５０、面位置計測システム１８０のヘッドの切り換え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。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。

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、主制御装置２０は、面位置計測システム１８０の２つ又は４つのＺヘッドを用いてウエハテーブルＷＴＢの表面のうちＹスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂部分のＸＹ平面に直交する方向（Ｚ軸方向）に関する位置情報を検出し、その検出値に含まれるＹスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂部分の凹凸に起因する計測誤差をＹスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂部分の凹凸情報（既知の情報）に基づいて補正した補正後の検出値に基づいて、ウエハテーブルＷＴＢをＺ軸方向とＸＹ平面に対する傾斜方向（θｙ方向）との少なくとも一方について駆動することが可能となる。従って、ウエハテーブルＷＴＢの表面（Ｙスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂部分の表面の凹凸）に影響を受けることなく、面位置計測システム１８０を用いてウエハテーブルＷＴＢを精度良くウエハテーブルＷＴＢをＺ軸方向とＸＹ平面に対する傾斜方向（θｙ方向）との少なくとも一方に駆動することが可能となる。

また、本実施形態に係る露光装置１００によると、上述のようにして精度良く駆動されるウエハテーブルＷＴＢ上に載置されたウエハＷ上の各ショット領域にレチクルＲのパターンを転写形成することで、ウエハＷ上に各ショット領域に精度良くパターンを形成す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、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、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、Ｙスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂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、ウエハテーブルＷＴＢの動作範囲（移動範囲のうち、装置の実際のシーケンス上移動する範囲）のウエハテーブルＷＴＢの外部（上方）に複数のＺヘッドを配置し、各ＺヘッドでウエハテーブルＷＴＢ（Ｙスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂）表面のＺ位置を検出する構成の面位置計測システムを採用するものとしたが、本発明がこれに限定されるものではない。例えば、移動体（例えば上記実施形態の場合のウエハステージＷＳＴ）上面にＺヘッドを複数配置し、これに対向して移動体の外部にＺヘッドからのプローブビームを反射する反射面が設けられた検出装置を、面位置検出システム１８０に代えて採用しても良い。この場合も、その反射面の凹凸情報と、Ｚヘッドの計測情報とに基づいて、移動体をＺ軸方向及びθｘ方向及びθｙ方向などに駆動することが望ましい。また、上記実施形態のＹスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂の代わりに、その反射面を用いて、上記実施形態と同様の手順で、Ｚヘッドからのプローブビームを反射する反射面の凹凸計測を行うことが可能である。

また、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。この場合、移動体上面にＺヘッド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ヘッドからのプローブビームを反射する反射面として兼用しても良い。

また、上記実施形態では、各Ｚヘッドが、図７に示されるように、駆動部（不図示）によってＺ軸方向に駆動される、フォーカスセンサＦＳを収納したセンサ本体ＺＨ（第１センサ）と、第１センサ（センサ本体ＺＨ）のＺ軸方向の変位を計測する計測部ＺＥ（第２センサ）等を備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。すなわち、Ｚヘッド（センサヘッド）は、必ずしも第１センサそのものが、Ｚ軸方向に可動である必要はなく、第１センサ（例えば前述のフォーカスセンサなど）を構成する部材の一部が移動可能で、第１センサとその計測対象物表面との光学的な位置関係（例えば第１センサ内の受光素子の受光面（検出面）との共役関係）が保たれるように、移動体のＺ軸方向の移動に応じて、その部材の一部が移動するようになっていれば良い。その場合、第２センサは、その移動部材の基準位置からの移動方向の変位を計測する。勿論、移動体上にセンサヘッドが設けられる場合には、二次元平面に垂直な方向での移動体の二次元平面に垂直な方向での位置変化に応じて、第１センサの計測対象物、例えば上述の２次元格子（又は２次元配置された１次元の格子部）などと第１センサとの光学的な位置関係を維持するように移動部材が移動すれば良い。この他、内部に移動部を持たない、Ｚヘッドを用いても良い。
また、上記実施形態では、エンコーダヘッドとＺヘッドとが、別々に設けられる場合について説明したが、これに限らず、例えばエンコーダヘッドとＺヘッドとの機能を併せ持つヘッドを採用しても良いし、あるいは光学系の一部を共通とするエンコーダヘッドとＺヘッドとを採用しても良いし、あるいはエンコーダヘッドとＺヘッドとを同一筐体内に設けることで一体化した複合ヘッドを採用しても良い。

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同一面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、欧州特許出願公開第１４２０２９８号明細書、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（対応米国特許出願公開第２００６／０２３１２０６号明細書）、国際公開第２００４／０８６４６８号パンフレット（対応米国特許出願公開第２００５／０２８０７９１号明細書）、米国特許第６,９５２,２５３号明細書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（対応米国特許出願公開第２００５／０２４８８５６号明細書）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⁻、ＳＯ_４ ^２−、ＰＯ_４ ^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。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、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、例えば米国特許第６，５９０，６３４号明細書、米国特許第５，９６９，４４１号明細書、米国特許第６，２０８，４０７号明細書などに開示されているように、複数のウエハステージ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９９／４６８３５号パンフレット（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号明細書に開示されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて、透過パターン又は反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスク（可変成形マスク、アクティブマスク、あるいはイメージジェネレータとも呼ばれ、例えば非発光型画像表示素子（空間光変調器）の一種であるＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）などを含む）を用いても良い。

また、例えば国際公開第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。

なお、本発明の移動体駆動システム、移動体駆動方法は、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。

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、前述した実施形態の露光装置（パターン形成装置）によりレチクル（マスク）に形成されたパターンをウエハに転写するリソグラフィステップ、露光されたウエハを現像する現像ステップ、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト除去ステップ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、及び検査ステップ等を経て製造される。

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、本発明の移動体駆動方法は、移動面内で移動体を駆動するのに適している。また、本発明のパターン形成方法は、物体上にパターンを形成するのに適している。また、本発明の露光方法及び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。

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。 図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）は、一実施形態に係る露光装置で行われるＡＦセンサ間オフセット補正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。 図２４（Ａ）及び図２４（Ｂ）は、Ｚヘッドの計測結果を用いた、ウエハテーブルＷＴＢのＺ位置と傾斜量の算出方法について説明するための図である。 図２５（Ａ）及び図２５（Ｂ）は、ＺセンサとＺ干渉計を用いた反射型回折格子の表面凹凸の計測方法を説明するための図である。 図２６（Ａ）〜図２６（Ｄ）は、Ｚヘッドを１つ用いる面位置計測による、反射型回折格子の表面凹凸の計測方法を説明するための図である。 図２７（Ａ）〜図２７（Ｄ）は、Ｚヘッドを２つ用いる傾き計測による、反射型回折格子の表面凹凸の計測方法を説明するための図である。

符号の説明

２０…主制御装置、３４…メモリ、３９Ｙ₁，３９Ｙ₂…Ｙスケール、５０…ステージ装置、７２ａ〜７２ｄ…Ｚヘッド、７４₁〜７４₅…Ｚヘッド、７６₁〜７６₅…Ｚヘッド、１００…露光装置、１１８…干渉計システム、１５０…エンコーダシステム、１８０…面位置計測システム、ＷＳＴ…ウエハステージ、ＷＴＢ…ウエハテーブル、ＦＳ…フォーカスセンサ、ＺＨ…センサ本体、ＺＥ…計測部、ＲＳＴ…レチクルステージ、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ。

Claims (7)

1. 実質的に二次元平面に沿って移動体を駆動する移動体駆動方法であって、
   前記移動体を前記二次元平面内の所定方向に移動させ、その移動の際に、前記所定方向に並んだ２つの検出位置に配置された２つのセンサを少なくとも有し、該２つのセンサを用いて前記移動体上に設けられた検出対象面の前記二次元平面に直交する方向に関する面位置情報をそれぞれ検出する検出装置の検出情報と、前記移動体の前記所定方向の位置情報を少なくとも計測する位置計測器の計測情報と、を取り込み、前記２つのセンサの検出情報の差分と前記位置計測器の計測情報とに基づいて、前記検出対象面の凹凸情報を算出する凹凸計測工程の処理により、前記検出対象面の凹凸に関する情報を計測する工程と；
   前記検出装置の有する少なくとも１つのセンサを用いて前記移動体の前記二次元平面に直交する方向と前記二次元平面に対する傾斜方向との少なくとも一方についての位置情報を検出し、該検出情報と前記検出対象面の前記凹凸に関する情報とに基づいて、前記移動体を駆動する工程と；を含み、
   前記検出対象面は透明部材から成る保護部材で覆われ、前記凹凸に関する情報は前記保護部材の厚さ変化に起因する誤差成分を含む移動体駆動方法。
2. 前記計測する工程では、前記移動体を前記二次元平面内で前記所定方向に垂直な方向の異なる位置に移動させ、移動位置毎に、前記凹凸計測工程の処理を繰り返し行うことで、複数の箇所で、前記凹凸情報を得、得られた凹凸情報に基づいて、前記検出対象面の凹凸情報マップを作成する請求項１に記載の移動体駆動方法。
3. 前記計測する工程では、前記凹凸計測工程の処理を、異なるセンサを用いて、繰り返し行い、センサ毎に得られた凹凸情報を平均化することで、前記検出対象面の凹凸情報を求める請求項１に記載の移動体駆動方法。
4. 前記検出対象面は、前記移動体の表面に形成された、前記所定方向を周期方向とする格子を有する第１格子部の表面であり、
   前記二次元平面内で前記所定方向に垂直な方向に関して位置が異なる複数の第１ヘッドのうち、前記第１格子部に対向する前記第１ヘッドの計測値に基づいて前記移動体の前記所定方向の位置情報を計測する工程をさらに含む請求項１〜３のいずれか一項に記載の移動体駆動方法。
5. 移動面に沿って移動可能な移動体上に物体を載置する工程と；
   前記物体に対してパターンを形成するため、請求項１〜４のいずれか一項に記載の移動体駆動方法により前記移動体を駆動する工程と；を含むパターン形成方法。
6. パターン形成工程を含むデバイス製造方法であって、
   前記パターン形成工程では、請求項５に記載のパターン形成方法を用いて基板上にパターンを形成することを特徴とするデバイス製造方法。
7. エネルギビームの照射によって物体にパターンを形成する露光方法であって、
   前記エネルギビームと前記物体との相対移動のために、請求項１〜４のいずれか一項に記載の移動体駆動方法を用いて、前記物体を載置する移動体を駆動する露光方法。

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