JP5382151B2 - 処理装置及び方法、パターン形成装置、並びにデバイス製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、処理装置及び方法、パターン形成装置、並びにデバイス製造方法に係り、さらに詳しくは、平面内で移動する移動体上に載置された物体に所定の処理を行う処理装置及び処理方法、前記処理装置を備えるパターン形成装置、並びに前記処理方法を用いるデバイス製造方法に関する。
従来、半導体素子（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）。
一方、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のに加え、高いスループットが要求される。
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、一般的である。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光路上の雰囲気の温度揺らぎ（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。
特開平６−２８３４０３号公報 国際公開第２００４／０５３９５５号
本発明は、第１の観点からすると、所定の平面内で移動する移動体に載置された物体に所定の処理を行う処理装置であって、前記移動体に光を照射し、その反射光を受光して前記光の照射点における前記移動体表面の前記平面に直交する方向の位置情報を計測する面位置センサを複数含み、前記移動体の前記平面に直交する方向及び該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と、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、前記物体表面の複数の検出点における面位置情報を検出する面位置検出装置と、前記面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、該同時作動により得られた前記面位置検出装置による前記複数の検出点での検出結果を、前記同時作動により得られた前記面位置計測システムでの計測結果を基準としたデータに換算する制御装置と、を備える処理装置である。
ここで、「同時作動の状態にする」とは、面位置計測システムと前記面位置検出装置とを同時に起動させる場合に限らず、両者を時間的に前後して起動させる場合も含み、要は、最終的に両者が同時に作動している状態になることを意味する。
これによれば、制御装置により、面位置計測システムと面位置検出装置とが同時作動の状態にされ、その同時作動により得られた前記面位置検出装置による前記複数の検出点での検出結果が、その同時作動により得られた前記面位置計測システムでの計測結果を基準としたデータに換算される。従って、予めこの換算データを取得しておくことで、その後に、面位置計測システムによって移動体の前記平面に直交する方向及び該平面に対する傾斜方向の位置情報を計測するのみで、物体表面の面位置情報を取得することなく、物体の上面の面位置制御が可能になる。本発明は、前述したワーキングディスタンスが狭い露光装置などに好適に適用できる。
本発明は、第２の観点からすると、対象物体上にパターンを形成するパターン形成装置であって、前記対象物体が前記移動体上に載置された本発明の処理装置と、前記パターンを生成するパターン生成装置と、を備えるパターン形成装置である。
これによれば、処理装置により、対象物体が載置された移動体、ひいてはその移動体上の対象物体の面位置を高精度に制御できるので、面位置制御誤差に起因するパターン形成不良の殆どない物体上での高精度なパターン形成が可能になる。
本発明は、第３の観点からすると、所定の平面内で移動する移動体に載置された物体に所定の処理を行う処理方法であって、前記移動体に光を照射し、その反射光を受光して前記光の照射点における前記移動体表面の前記平面に直交する方向の位置情報を計測する面位置センサを複数含み、前記移動体の前記平面に直交する方向及び該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と、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、前記物体表面の複数の検出点における面位置情報を検出する面位置検出装置と、を同時作動の状態にする第１工程と、前記第１工程における同時作動により得られた前記面位置検出装置による前記複数の検出点での検出結果を、前記同時作動により得られた前記面位置計測システムでの計測結果を基準としたデータに換算する第２工程と、を含む処理方法である。
これによれば、面位置計測システムと面位置検出装置とが同時作動され（第１工程）、その同時作動により得られた前記面位置検出装置による前記複数の検出点での検出結果が、その同時作動により得られた前記面位置計測システムでの計測結果を基準としたデータに換算される（第２工程）。従って、予めこの換算データを取得しておくことで、その後に、面位置計測システムによって移動体の平面に直交する方向及び該平面に対する傾斜方向の位置情報を計測するのみで、物体表面の面位置情報を取得することなく、物体の面の面位置制御が可能になる。本発明は、前述したワーキングディスタンスが狭い露光装置などに好適に適用できる。
本発明は、第４の観点からすると、前記所定の処理には、前記物体上にパターンを形成する処理が含まれる本発明の処理方法により、物体上にパターンを形成する工程と、パターンが形成された前記物体を処理する工程と、を含むデバイス製造方法である。
本発明は、第８の観点からすると、光学系を介して物体をエネルギビームで露光する露光方法であって、前記光学系と対向する表面の一部に前記物体の載置領域が設けられ、所定の平面内で第１及び第２方向に可動な移動体に前記物体を載置する工程と、前記第１及び第２方向の少なくとも一方に関してそれぞれ検出点の位置が異なる複数のセンサを有する計測装置で、前記移動体表面の前記平面と直交する第３方向に関する位置情報を計測する工程を含む第１の露光方法である。
これによれば、計測装置によって移動体の表面の平面と直交する第３方向における位置情報が空気揺らぎの影響をあまり受けることなく、高精度に計測される。
本発明は、第９の観点からすると、光学系を介して物体をエネルギビームで露光する露光方法であって、所定の平面内で第１及び第２方向に可動な移動体上に前記物体を載置する工程と、前記第１及び第２方向の少なくとも一方に関して検出点の位置が異なる複数のセンサを有し、前記各検出点で前記平面と直交する第３方向に関する前記移動体の表面の位置情報を計測可能な第１検出系と、前記第１検出系とは異なり、前記移動体に保持される前記物体の前記第３方向の位置情報を計測する第２検出系とを含む計測装置を用いて、前記移動体表面及び前記物体の前記第３方向の位置情報を計測する工程と、を含む第２の露光方法である。
これによれば、第２工程において、第１検出系と第２検出系とを含む計測装置を用いて、平面と直交する第３方向に関する移動体の表面の位置情報、及び移動体に保持された物体の第３方向に関する位置情報、並びにこれら位置情報の関係を計測することができる。
本発明は、第１０の観点からすると、本発明の第１、第２の露光方法のいずれかを用いて物体を露光することと、前記露光された物体を現像することと、を含むデバイス製造方法である。
一実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。 図１のステージ装置を示す平面図である。 図１の露光装置が備える各種計測装置（エンコーダ、アライメント系、多点ＡＦ系、Ｚセンサなど）の配置を示す平面図である。 図４（Ａ）は、ウエハステージを示す平面図、図４（Ｂ）は、ウエハステージＷＳＴを示す一部断面した概略側面図である。 図５（Ａ）は、計測ステージを示す平面図、図５（Ｂ）は、計測ステージを示す一部断面した概略側面図である。 Ｘ軸固定子８０，８１の図２における＋Ｘ側端部近傍を示す斜視図である。 図７（Ａ）〜図７（Ｄ）は、ストッパ機構の作用を説明するための図である。 一実施形態に係る露光装置の制御系の主要な構成を示すブロック図である。 図９（Ａ）及び図９（Ｂ）は、アレイ状に配置された複数のヘッドをそれぞれ含む複数のエンコーダによるウエハテーブルのＸＹ平面内の位置計測及びヘッド間の計測値の引き継ぎについて説明するための図である。 図１０（Ａ）は、エンコーダの構成の一例を示す図、図１０（Ｂ）は、検出光として格子ＲＧの周期方向に長く延びる断面形状のレーザビームＬＢが用いられた場合を示す図である。 一実施形態に係る露光装置で行われるスケールの格子ピッチ補正及び格子変形の補正について説明するための図である。 図１２（Ａ）〜図１２（Ｃ）は、一実施形態に係る露光装置で行われるウエハアライメントについて説明するための図である。 図１３（Ａ）〜図１３（Ｃ）には、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハＷ）のＺ位置を変化させながら、複数のアライメント系によるウエハ上のマークの同時検出について説明するための図である。 図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）は、プライマリアライメント系のベースライン計測動作について説明するための図である。 図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）は、ロット先頭に行われる、セカンダリアライメント系のベースライン計測動作について説明するための図である。 ウエハ交換毎に行われるセカンダリアライメント系のベースラインチェック動作について説明するための図である。 図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）は、セカンダリアライメント系の位置調整の動作について説明ための図である。 図１８（Ａ）〜図１８（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１９（Ａ）及び図１９（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２０（Ａ）及び図２０（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。 図２１（Ａ）及び図２１（Ｂ）は、一実施形態に係る露光装置で行われるトラバースＺ走り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。 ウエハステージＷＳＴ側で、ウエハＷに対する露光が終了した段階のウエハステージ及び計測ステージの状態を示す図である。 露光終了後に、ウエハステージと計測ステージとが離間した状態から両ステージが接触する状態に移行した直後の両ステージの状態を示す図である。 ウエハテーブルと計測テーブルとのＹ軸方向の位置関係を保ちつつ、計測ステージが−Ｙ方向に移動し、ウエハステージがアンローディングポジションに向けて移動しているときの両ステージの状態を示す図である。 計測ステージがSec-BCHK（インターバル）を行う位置に到達したときのウエハステージと計測ステージとの状態を示す図である。 Sec-BCHK（インターバル）が行われるのと並行して、ウエハステージがアンロードポジションからローディングポジションに移動したときのウエハステージと計測ステージとの状態を示す図である。 計測ステージが最適スクラム待機位置へ移動し、ウエハがウエハテーブル上にロードされたときのウエハステージと計測ステージとの状態を示す図である。 計測ステージが最適スクラム待機位置で待機中に、ウエハステージがPri-BCHKの前半の処理を行う位置へ移動したときの両ステージの状態を示す図である。 アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２2，ＡＬ２3を用いて、３つのファーストアライメントショット領域に付設されたアライメントマークを同時検出しているときのウエハステージと計測ステージとの状態を示す図である。 フォーカスキャリブレーション前半の処理が行われているときのウエハステージと計測ステージとの状態を示す図である。 アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4を用いて、５つのセカンドアライメントショット領域に付設されたアライメントマークを同時検出しているときのウエハステージと計測ステージとの状態を示す図である。 Pri-BCHK後半の処理及びフォーカスキャリブレーション後半の処理の少なくとも一方が行われているときのウエハステージと計測ステージとの状態を示す図である。 アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4を用いて、５つのサードアライメントショット領域に付設されたアライメントマークを同時検出しているときのウエハステージと計測ステージとの状態を示す図である。 アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２2，ＡＬ２3を用いて、３つのフォースアライメントショット領域に付設されたアライメントマークを同時検出しているときのウエハステージと計測ステージとの状態を示す図である。 フォーカスマッピングが終了したときのウエハステージと計測ステージとの状態を示す図である。 ＹヘッドとＺセンサの配置が異なるヘッドユニットの変形例を説明するための図である。 ＹヘッドとＺセンサの配置が異なるヘッドユニットの他の変形例を説明するための図である。 デバイス製造方法の実施形態を説明するためのフローチャートである。 図３９のステップ２０４の具体例を示すフローチャートである。
以下、本発明の一実施形態を図１〜図３６に基づいて説明する。
図１には、一実施形態に係る露光装置１００の構成が概略的に示されている。この露光装置１００は、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置、すなわちいわゆるスキャナである。後述するように本実施形態では、投影光学系ＰＬが設けられており、以下においては、この投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行な方向をＺ軸方向、これに直交する面内でレチクルとウエハとが相対走査される方向をＹ軸方向、Ｚ軸及びＹ軸に直交する方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸回りの回転（傾斜）方向をそれぞれθｘ、θｙ、及びθｚ方向として説明を行う。
露光装置１００は、照明系１０、該照明系１０からの露光用照明光（以下、「照明光」又は「露光光」と呼ぶ）ＩＬにより照明されるレチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲから射出された照明光ＩＬをウエハＷ上に投射する投影光学系ＰＬを含む投影ユニットＰＵ、ウエハステージＷＳＴ及び計測ステージＭＳＴを有するステージ装置５０、及びこれらの制御系等を備えている。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んでいる。この照明系１０では、レチクルブラインド（マスキングシステム）で規定されたレチクルＲ上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。
前記レチクルステージ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８参照）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０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計１１６の計測値は、主制御装置２０（図１では不図示、図８参照）に送られる。主制御装置２０は、レチクル干渉計１１６の計測値に基づいてレチクルステージＲＳＴのＸ軸方向、Ｙ軸方向及びθｚ方向の位置を算出するとともに、この算出結果に基づいてレチクルステージ駆動系１１を制御することで、レチクルステージＲＳＴの位置（及び速度）を制御する。なお、移動鏡１５に代えて、レチクルステージＲＳＴの端面を鏡面加工して反射面（移動鏡１５の反射面に相当）を形成することとしても良い。また、レチクル干渉計１１６はＺ軸、θｘ及びθｙ方向の少なくとも１つに関するレチクルステージＲＳＴの位置情報も計測可能として良い。
投影ユニットＰＵは、レチクルステージＲＳＴの図１における下方に配置されている。投影ユニットＰＵは、鏡筒４０と、該鏡筒４０内に所定の位置関係で保持された複数の光学素子を有する投影光学系ＰＬとを含む。投影光学系ＰＬとしては、例えばＺ軸方向と平行な光軸ＡＸに沿って配列される複数のレンズ（レンズエレメント）から成る屈折光学系が用いられている。投影光学系ＰＬは、例えば両側テレセントリックで所定の投影倍率（例えば１／４倍、１／５倍又は１／８倍など）を有する。このため、照明系１０からの照明光ＩＬによって照明領域ＩＡＲが照明されると、投影光学系ＰＬの第１面（物体面）とパターン面がほぼ一致して配置されるレチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬ（投影ユニットＰＵ）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。図示していないが、投影ユニットＰＵは、防振機構を介して３本の支柱で支持される鏡筒定盤に搭載されるが、例えば国際公開第２００６／０３８９５２号に開示されているように、投影ユニットＰＵの上方に配置される不図示のメインフレーム部材、あるいはレチクルステージＲＳＴが配置されるベース部材などに対して投影ユニットＰＵを吊り下げ支持しても良い。
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。このため、レンズのみで構成する屈折光学系においては、ペッツヴァルの条件を満足することが困難となり、投影光学系が大型化する傾向にある。かかる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む反射屈折系（カタディ・オプトリック系）を用いても良い。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４５°傾斜し、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを通るＹ軸方向の直線ＬＶに関して対称な配置となっている。
液体供給管３１Ａには、その一端が液体供給装置５（図１では不図示、図８参照）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８参照）に接続された不図示の回収管の他端が接続されている。
液体供給装置５は、液体のタンク、加圧ポンプ、温度制御装置、並びに液体供給管３１Ａに対する液体の供給・停止を制御するためのバルブ等を含んでいる。バルブとしては、例えば液体の供給・停止のみならず、流量の調整も可能となるように、流量制御弁を用いることが望ましい。前記温度制御装置は、液体タンク内の液体の温度を、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、液体を供給するためのタンク、加圧ポンプ、温度制御装置、バルブなどは、そのすべてを露光装置１００で備えている必要はなく、少なくとも一部を露光装置１００が設置される工場などの設備で代替することもできる。
液体回収装置６は、液体のタンク及び吸引ポンプ、並びに液体回収管３１Ｂを介した液体の回収・停止を制御するためのバルブ等を含んでいる。バルブとしては、液体供給装置５のバルブと同様に流量制御弁を用いることが望ましい。なお、液体を回収するためのタンク、吸引ポンプ、バルブなどは、そのすべてを露光装置１００で備えている必要はなく、少なくとも一部を露光装置１００が設置される工場などの設備で代替することもできる。
本実施形態では、上記の液体として、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍの光）が透過する純水（以下、特に必要な場合を除いて、単に「水」と記述する）を用いるものとする。純水は、半導体製造工場等で容易に大量に入手できると共に、ウエハ上のフォトレジスト及び光学レンズ等に対する悪影響がない利点がある。
ＡｒＦエキシマレーザ光に対する水の屈折率ｎは、ほぼ１．４４である。この水の中では、照明光ＩＬの波長は、１９３ｎｍ×１／ｎ＝約１３４ｎｍに短波長化される。
液体供給装置５及び液体回収装置６は、それぞれコントローラを具備しており、それぞれのコントローラは、主制御装置２０によって制御される（図８参照）。液体供給装置５のコントローラは、主制御装置２０からの指示に応じ、液体供給管３１Ａに接続されたバルブを所定開度で開き、液体供給管３１Ａ、供給流路、及び供給口を介して先端レンズ１９１とウエハＷとの間に水を供給する。また、このとき、液体回収装置６のコントローラは、主制御装置２０からの指示に応じ、液体回収管３１Ｂに接続されたバルブを所定開度で開き、回収口、回収流路、及び液体回収管３１Ｂを介して、先端レンズ１９１とウエハＷとの間から液体回収装置６（液体のタンク）の内部に水を回収する。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号に開示されている液浸機構、あるいは欧州特許公開第１４２０２９８号公報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Ｙ軸干渉計１６，１８を含む干渉計システム１１８（図８参照）、及び露光の際などにウエハステージＷＳＴの位置情報を計測するのに用いられる後述するエンコーダシステム、並びにステージＷＳＴ，ＭＳＴを駆動するステージ駆動系１２４（図８参照）などを備えている。
ウエハステージＷＳＴ，計測ステージＭＳＴそれぞれの底面には、不図示の非接触軸受、例えば真空予圧型空気静圧軸受（以下、「エアパッド」と呼ぶ）が複数ヶ所に設けられており、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、ステージ駆動系１２４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２次元方向に駆動可能である。
これをさらに詳述すると、床面上には、図２の平面図に示されるように、ベース盤１２を挟んでＸ軸方向の一側と他側に、Ｙ軸方向に延びる一対のＹ軸固定子８６，８７が、それぞれ配置されている。Ｙ軸固定子８６、８７は、例えばＹ軸方向に沿って所定間隔でかつ交互に配置されたＮ極磁石とＳ極磁石の複数の組から成る永久磁石群を内蔵する磁極ユニットによって構成されている。Ｙ軸固定子８６、８７には、各２つのＹ軸可動子８２，８４及び８３，８５が、それぞれ非接触で係合した状態で設けられている。すなわち、合計４つのＹ軸可動子８２、８４、８３、８５は、ＸＺ断面Ｕ字状のＹ軸固定子８６又は８７の内部空間に挿入された状態となっており、対応するＹ軸固定子８６又は８７に対して不図示のエアパッドをそれぞれ介して例えば数μｍ程度のクリアランスを介して非接触で支持されている。Ｙ軸可動子８２、８４、８３、８５のそれぞれは、例えばＹ軸方向に沿って所定間隔で配置された電機子コイルを内蔵する電機子ユニットによって構成されている。すなわち、本実施形態では、電機子ユニットから成るＹ軸可動子８２、８４と磁極ユニットから成るＹ軸固定子８６とによって、ムービングコイル型のＹ軸リニアモータがそれぞれ構成されている。同様にＹ軸可動子８３、８５とＹ軸固定子８７とによって、ムービングコイル型のＹ軸リニアモータがそれぞれ構成されている。以下においては、上記４つのＹ軸リニアモータのそれぞれを、それぞれの可動子８２、８４、８３、８５と同一の符号を用いて、適宜、Ｙ軸リニアモータ８２、Ｙ軸リニアモータ８４、Ｙ軸リニアモータ８３、及びＹ軸リニアモータ８５と呼ぶものとする。
上記４つのＹ軸リニアモータのうち、２つのＹ軸リニアモータ８２、８３の可動子８２，８３は、Ｘ軸方向に延びるＸ軸固定子８０の長手方向の一端と他端にそれぞれ固定されている。また、残り２つのＹ軸リニアモータ８４、８５の可動子８４，８５は、Ｘ軸方向に延びるＸ軸固定子８１の一端と他端に固定されている。従って、Ｘ軸固定子８０、８１は、各一対のＹ軸リニアモータ８２，８３、８４，８５によって、Ｙ軸に沿ってそれぞれ駆動される。
Ｘ軸固定子８０，８１のそれぞれは、例えばＸ軸方向に沿って所定間隔で配置された電機子コイルをそれぞれ内蔵する電機子ユニットによって構成されている。
一方のＸ軸固定子８１は、ウエハステージＷＳＴの一部を構成するステージ本体９１（図２では不図示、図１参照）に形成された不図示の開口に挿入状態で設けられている。このステージ本体９１の上記開口の内部には、例えばＸ軸方向に沿って所定間隔でかつ交互に配置されたＮ極磁石とＳ極磁石の複数の組から成る永久磁石群を有する磁極ユニットが設けられている。この磁極ユニットとＸ軸固定子８１とによって、ステージ本体９１をＸ軸方向に駆動するムービングマグネット型のＸ軸リニアモータが構成されている。同様に、他方のＸ軸固定子８０は、計測ステージＭＳＴを構成するステージ本体９２に形成された開口に挿入状態で設けられている。このステージ本体９２の上記開口の内部には、ウエハステージＷＳＴ側（ステージ本体９１側）と同様の磁極ユニットが設けられている。この磁極ユニットとＸ軸固定子８０とによって、計測ステージＭＳＴをＸ軸方向に駆動するムービングマグネット型のＸ軸リニアモータが構成されている。
本実施形態では、ステージ駆動系１２４を構成する上記各リニアモータが、図８に示される主制御装置２０によって制御される。なお、各リニアモータは、それぞれムービングマグネット型、ムービングコイル型のどちらか一方に限定されるものではなく、必要に応じて適宜選択することができる。
なお、一対のＹ軸リニアモータ８４，８５がそれぞれ発生する推力を僅かに異ならせることで、ウエハステージＷＳＴのヨーイング（θｚ方向の回転）の制御が可能である。また、一対のＹ軸リニアモータ８２，８３がそれぞれ発生する推力を僅かに異ならせることで、計測ステージＭＳＴのヨーイングの制御が可能である。
ウエハステージＷＳＴは、前述したステージ本体９１と、該ステージ本体９１上に不図示のＺ・レベリング機構（例えばボイスコイルモータなど）を介して搭載され、ステージ本体９１に対してＺ軸方向、θｘ方向、及びθｙ方向に相対的に微小駆動されるウエハテーブルＷＴＢとを含んでいる。なお、図８では、上記各リニアモータとＺ・レベリング機構とを含んで、ステージ駆動系１２４として示されている。
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の表面とほぼ面一となる、液体Ｌｑに対して撥液化処理された表面（撥液面）を有し、かつ外形（輪郭）が矩形でその中央部にウエハホルダ（ウエハの載置領域）よりも一回り大きな円形の開口が形成されたプレート（撥液板）２８が設けられている。プレート２８は、低熱膨張率の材料、例えばガラス又はセラミックス（ショット社のゼロデュア（商品名）、Ａｌ２Ｏ３あるいはＴｉＣなど）から成り、その表面には、例えばフッ素樹脂材料、ポリ四フッ化エチレン（テフロン（登録商標））等のフッ素系樹脂材料、アクリル系樹脂材料あるいはシリコン系樹脂材料などにより撥液膜が形成される。さらにプレート２８は、図４（Ａ）のウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）の平面図に示されるように、円形の開口を囲む、外形（輪郭）が矩形の第１撥液領域２８ａと、第１撥液領域２８ａの周囲に配置される矩形枠状（環状）の第２撥液領域２８ｂとを有する。第１撥液領域２８ａは、例えば露光動作時、ウエハの表面からはみ出す液浸領域１４の少なくとも一部が形成され、第２撥液領域２８ｂは、後述のエンコーダシステムのためのスケールが形成される。なお、プレート２８はその表面の少なくとも一部がウエハの表面と面一でなくても良い、すなわち異なる高さであっても良い。また、プレート２８は単一のプレートでも良いが、本実施形態では複数のプレート、例えば第１及び第２撥液領域２８ａ、２８ｂにそれぞれ対応する第１及び第２撥液板を組み合わせて構成する。本実施形態では、前述の如く液体Ｌｑとして純水を用いるので、以下では第１及び第２撥液領域２８ａ、２８ｂをそれぞれ第１及び第２撥水板２８ａ、２８ｂとも呼ぶ。
この場合、内側の第１撥水板２８ａには、露光光ＩＬが照射されるのに対し、外側の第２撥水板２８ｂには、露光光ＩＬが殆ど照射されない。このことを考慮して、本実施形態では、第１撥水版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つの部分に分離することは効果的である。なお、これに限らず、同一のプレートの上面に露光光ＩＬに対する耐性が異なる２種類の撥水コートを施して、第１撥水領域、第２撥水領域を形成しても良い。また、第１及び第２撥水領域で撥水コートの種類が同一でも良い。例えば、同一のプレートに１つの撥水領域を形成するだけでも良い。
また、図４（Ａ）から明らかなように、第１撥水板２８ａの＋Ｙ側の端部には、そのＸ軸方向の中央部に長方形の切り欠きが形成され、この切り欠きと第２撥水板２８ｂとで囲まれる長方形の空間の内部（切り欠きの内部）に計測プレート３０が埋め込まれている。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、このＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2はそれぞれ、例えばＸ軸方向を長手方向とする格子線３８が所定ピッチでＹ軸に平行な方向（Ｙ軸方向）に沿って形成される、Ｙ軸方向を周期方向とする反射型の格子（例えば回折格子）によって構成されている。
同様に、第２撥水板２８ｂのＹ軸方向一側と他側（図４（Ａ）における上下両側）の領域には、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2がそれぞれ形成され、このＸスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2はそれぞれ、例えばＹ軸方向を長手方向とする格子線３７が所定ピッチでＸ軸に平行な方向（Ｘ軸方向）に沿って形成される、Ｘ軸方向を周期方向とする反射型の格子（例えば回折格子）によって構成されている。上記各スケールとしては、第２撥水板２８ｂの表面に例えばホログラム等により反射型の回折格子ＲＧ（図１０（Ａ））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として低熱膨張のガラス板を用いることとしたものである。しかし、これに限らず、格子が形成された低熱膨張のガラス板などから成るスケール部材を、局所的な伸縮が生じないように、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。
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８参照）のＹ軸干渉計１６及びＸ軸干渉計１２６（図１では、Ｘ軸干渉計１２６は不図示、図２参照）は、これらの反射面１７ａ，１７ｂにそれぞれ干渉計ビーム（測長ビーム）を投射して、それぞれの反射光を受光することにより、各反射面の基準位置（一般には投影ユニットＰＵ側面に固定ミラーを配置し、そこを基準面とする）からの変位、すなわちウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置情報を計測し、この計測値が主制御装置２０に供給される。本実施形態では、Ｙ軸干渉計１６及びＸ軸干渉計１２６として、ともに光軸を複数有する多軸干渉計が用いられており、これらのＹ軸干渉計１６及びＸ軸干渉計１２６の計測値に基づいて、主制御装置２０は、ウエハテーブルＷＴＢのＸ，Ｙ位置に加え、θｘ方向の回転情報（すなわちピッチング）、θｙ方向の回転情報（すなわちローリング）、及びθｚ方向の回転情報（すなわちヨーイング）も計測可能である。但し、本実施形態では、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＸＹ平面内の位置情報（θｚ方向の回転情報を含む）は、主として、上述したＹスケール、Ｘスケールなどを含む、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。また、Ｙ軸干渉計１６は、ウエハ交換のため、後述するアンローディングポジション、及びローディングポジション付近においてウエハテーブルＷＴＢのＹ位置等を計測するのに用いられる。また、例えばローディング動作とアライメント動作との間、及び／又は露光動作とアンローディング動作との間におけるウエハステージＷＳＴの移動においても、干渉計システム１１８の計測情報、すなわち５自由度の方向（Ｘ軸、Ｙ軸、θｘ、θｙ及びθｚ方向）の位置情報の少なくとも１つが用いられる。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、ウエハステージＷＳＴが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とを含むものとしたが、これに限らず、６自由度で移動可能な単一のステージをウエハステージＷＳＴとして採用しても勿論良い。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。さらに、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。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。
計測ステージＭＳＴは、前述したステージ本体９２と、該ステージ本体９２上に搭載された計測テーブルＭＴＢとを含んでいる。計測テーブルＭＴＢについても不図示のＺ・レベリング機構を介してステージ本体９２上に搭載されている。しかしながら、これに限らず、例えば、計測テーブルＭＴＢを、ステージ本体９２に対してＸ軸方向、Ｙ軸方向及びθｚ方向に微動可能に構成したいわゆる粗微動構造の計測ステージＭＳＴを採用しても良いし、あるいは、計測テーブルＭＴＢをステージ本体９２に固定し、その計測テーブルＭＴＢを含むステージ本体９２を６自由度方向に駆動可能な構成にしても良い。
計測テーブルＭＴＢ（及びステージ本体９２）には、各種計測用部材が設けられている。この計測用部材としては、例えば、図２及び図５（Ａ）に示されるように、投影光学系ＰＬの像面上で照明光ＩＬを受光するピンホール状の受光部を有する照度むらセンサ９４、投影光学系ＰＬにより投影されるパターンの空間像（投影像）を計測する空間像計測器９６、及び例えば国際公開第０３／０６５４２８号などに開示されているシャック−ハルトマン（Shack-Hartman）方式の波面収差計測器９８などが採用されている。波面収差計測器９８としては、例えば国際公開第９９／６０３６１号（対応欧州特許第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８参照）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基準部材としてのコンフィデンシャルバー（以下、「ＣＤバー」と略述する）４６がＸ軸方向に延設されている。このＣＤバー４６は、フルキネマティックマウント構造によって、計測ステージＭＳＴ上にキネマティックに支持されている。
ＣＤバー４６は、原器（計測基準）となるため、低熱膨張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。このＣＤバー４６の上面（表面）は、いわゆる基準平面板と同程度にその平坦度が高く設定されている。また、このＣＤバー４６の長手方向の一側と他側の端部近傍には、図５（Ａ）に示されるように、Ｙ軸方向を周期方向とする基準格子（例えば回折格子）５２がそれぞれ形成されている。この一対の基準格子５２は、所定距離（Ｌとする）を隔ててＣＤバー４６のＸ軸方向の中心、すなわち前述のセンターラインＣＬに関して対称な配置で形成されている。
また、このＣＤバー４６の上面には、図５（Ａ）に示されるような配置で複数の基準マークＭが形成されている。この複数の基準マークＭは、同一ピッチでＹ軸方向に関して３行の配列で形成され、各行の配列がＸ軸方向に関して互いに所定距離だけずれて形成されている。各基準マークＭとしては、後述するプライマリライメント系、セカンダリアライメント系によって検出可能な寸法の２次元マークが用いられている。基準マークＭはその形状（構成）が前述の基準マークＦＭと異なっても良いが、本実施形態では基準マークＭと基準マークＦＭとは同一の構成であり、かつウエハＷのアライメントマークとも同一の構成となっている。なお、本実施形態ではＣＤバー４６の表面、及び計測テーブルＭＴＢ（前述の計測用部材を含んでも良い）の表面もそれぞれ撥液膜（撥水膜）で覆われている。
計測テーブルＭＴＢの＋Ｙ端面、−Ｘ端面も前述したウエハテーブルＷＴＢと同様の反射面１９ａ、１９ｂが形成されている（図２及び図５（Ａ）参照）。干渉計システム１１８（図８参照）のＹ軸干渉計１８、Ｘ軸干渉計１３０（図１では、Ｘ軸干渉計１３０は不図示、図２参照）は、これらの反射面１９ａ、１９ｂに、図２に示されるように、干渉計ビーム（測長ビーム）を投射して、それぞれの反射光を受光することにより、各反射面の基準位置からの変位、すなわち計測ステージＭＳＴの位置情報（例えば、少なくともＸ軸及びＹ軸方向の位置情報とθｚ方向の回転情報とを含む）を計測し、この計測値が主制御装置２０に供給される。
ところで、Ｘ軸固定子８１とＸ軸固定子８０とには、図２に示されるように、ストッパ機構４８Ａ，４８Ｂが設けられている。ストッパ機構４８Ａは、Ｘ軸固定子８０，８１の＋Ｘ側端部近傍を斜視図にて示す図６に示されるように、Ｘ軸固定子８１に設けられた、例えばオイルダンパから成る緩衝装置としてのショックアブソーバ４７Ａと、Ｘ軸固定子８０のショックアブソーバ４７Ａに対向する位置（＋Ｘ端部の−Ｙ側の端面）に設けられたシャッタ４９Ａとを含んでいる。Ｘ軸固定子８０のショックアブソーバ４７Ａに対向する位置には、開口５１Ａが形成されている。
シャッタ４９Ａは、図６に示されるように、Ｘ軸固定子８０に形成された開口５１Ａの−Ｙ側に設けられ、例えばエアシリンダ等を含む駆動機構３４Ａにより矢印Ａ、Ａ’方向（Ｚ軸方向）に駆動可能である。従って、シャッタ４９Ａによって開口５１Ａを開状態又は閉状態にすることができる。このシャッタ４９Ａによる開口５１Ａの開閉状態は、該シャッタ４９Ａ近傍に設けられた開閉センサ（図６では不図示、図８参照）１０１により検出され、該検出結果が主制御装置２０に送られる。
ストッパ機構４８Ｂも、ストッパ機構４８Ａと同様に構成されている。すなわち、図２に示されるように、ストッパ機構４８Ｂは、Ｘ軸固定子８１の−Ｘ端部近傍に設けられたショックアブソーバ４７Ｂと、Ｘ軸固定子８０の前記ショックアブソーバ４７Ｂに対向する位置に設けられたシャッタ４９Ｂとを含んでいる。また、Ｘ軸固定子８０のシャッタ４９Ｂの＋Ｙ側部分には、開口５１Ｂが形成されている。
ここで、前記ストッパ機構４８Ａ、４８Ｂの作用について、ストッパ機構４８Ａを代表的に採り上げて、図７（Ａ）〜図７（Ｄ）に基づいて説明する。
図７（Ａ）に示されるように、シャッタ４９Ａが開口５１Ａを閉塞する状態にある場合には、図７（Ｂ）に示されるように、Ｘ軸固定子８１とＸ軸固定子８０が接近した場合にも、ショックアブソーバ４７Ａとシャッタ４９Ａが接触（当接）することにより、それ以上、Ｘ軸固定子８０，８１同士が接近できなくなる。この場合、図７（Ｂ）に示されるようにショックアブソーバ４７Ａのピストンロッド１０４ａの先端に固定されたヘッド部１０４ｄが最も−Ｙ側に移動した場合（すなわち、ショックアブソーバ４７Ａの不図示のばねが最も縮み、その全長が最も短くなった場合）にもウエハテーブルＷＴＢと計測テーブルＭＴＢとは接触しない構成とされている。
一方、図７（Ｃ）に示されるように、駆動機構３４Ａを介して、シャッタ４９Ａが下降駆動されると、開口５１Ａが開放された状態となる。この場合、Ｘ軸固定子８１，８０が互いに接近すると、図７（Ｄ）に示されるように、ショックアブソーバ４７Ａのピストンロッド１０４ａの先端部の少なくとも一部を開口５１Ａ内に侵入させることができ、図７（Ｂ）に示される状態よりもＸ軸固定子８１，８０同士を接近させることが可能となる。このようなＸ軸固定子８１，８０が最接近した状態では、ウエハテーブルＷＴＢと計測テーブルＭＴＢ（ＣＤバー４６）とを接触させる（あるいは、３００μｍ程度の距離に近接させる）ことが可能である（図１４（Ｂ）等参照）。
開口５１Ａの奥行き（深さ）は、図７（Ｄ）に示されるように、Ｘ軸固定子８１、８０が最接近した状態においてもショックアブソーバ４７Ａと開口５１Ａの終端部（底に相当する部分）の間にギャップが形成されるように設定しても良いし、ショックアブソーバ４７Ａのピストンロッド１０４ａのヘッド部１０４ｄが終端部に接するように設定しても良い。また、Ｘ軸固定子８１、８０がＸ軸方向に相対移動した場合でも、ショックアブソーバ４７Ａと開口５１Ａの壁部とが接触しないように、相対移動の量に応じて予め開口部の幅を設定しておいても良い。
なお、本実施形態では、Ｘ軸固定子８１とＸ軸固定子８０とに一対のストッパ機構４８Ａ、４８Ｂが設けられるものとしたが、ストッパ機構４８Ａ、４８Ｂの一方のみを設けることとしても良いし、あるいは、ウエハステージＷＳＴと計測ステージＭＳＴとに上述と同様のストッパ機構を設けることとしても良い。
図２に戻り、Ｘ軸固定子８０の＋Ｘ端部には、間隔検知センサ４３Ａと衝突検知センサ４３Ｂとが設けられ、Ｘ軸固定子８１の＋Ｘ端部には、Ｙ軸方向に細長い板状部材４１Ａが＋Ｙ側に突設されている。また、Ｘ軸固定子８０の−Ｘ端部には、図２に示されるように、間隔検知センサ４３Ｃと衝突検知センサ４３Ｄとが設けられ、Ｘ軸固定子８１の−Ｘ端部には、Ｙ軸方向に細長い板状部材４１Ｂが＋Ｙ側に突設されている。
間隔検知センサ４３Ａは、例えば透過型フォトセンサ（例えばＬＥＤ−ＰＴｒの透過型フォトセンサ）から成り、図６に示されるように、Ｕ字状の固定部材１４２と、該固定部材１４２の対向する一対の面それぞれに設けられた発光部１４４Ａ及び受光部１４４Ｂとを含む。この間隔検知センサ４３Ａによると、図６の状態から、Ｘ軸固定子８０とＸ軸固定子８１が更に接近した場合には、受光部１４４Ｂと発光部１４４Ａとの間に板状部材４１Ａが入り、該板状部材４１Ａの下半部によって発光部１４４Ａからの光が遮られ、受光部１４４Ｂで受光される光量が徐々に減少し、その出力電流が徐々に小さくなる。従って、主制御装置２０は、該出力電流を検出することで、Ｘ軸固定子８０，８１の間隔が所定距離以下になったことを検知できる。
衝突検知センサ４３Ｂは、図６に示されるように、Ｕ字状の固定部材１４３と、該固定部材１４３の対向する一対の面それぞれに設けられた発光部１４５Ａ及び受光部１４５Ｂとを含む。この場合、発光部１４５Ａは、図６に示されるように、前述した間隔検知センサ４３Ａの発光部１４４Ａにより幾分高い位置に配置され、これに対応して受光部１４５Ｂは、間隔検知センサ４３Ａの受光部１４４Ｂより幾分高い位置に配置されている。
この衝突検知センサ４３Ｂによると、Ｘ軸固定子８１，８０が更に接近し、ウエハテーブルＷＴＢとＣＤバー４６（計測テーブルＭＴＢ）とが接触した段階（又は３００μｍ程度の距離に近接した段階）で、発光部１４５Ａと受光部１４５Ｂとの間に板状部材４１Ａの上半部が位置決めされるため、発光部１４５Ａからの光が受光部１４５Ｂに入射されなくなる。従って、主制御装置２０は、受光部１４５Ｂからの出力電流が零になるのを検出することで、両テーブルが接触した（又は３００μｍ程度の距離に近接した）ことを検知できる。
なお、Ｘ軸固定子８０の−Ｘ端部近傍に設けられた間隔検知センサ４３Ｃ及び衝突検知センサ４３Ｄも、上述した間隔検知センサ４３Ａ及び衝突検知センサ４３Ｂと同様に構成され、板状部材４１Ｂも前述した板状部材４１Ａと同様に構成されている。
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、投影ユニットＰＵの中心（投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ、本実施形態では前述の露光領域ＩＡの中心とも一致）を通りかつＹ軸と平行な直線ＬＶ上で、その光軸から−Ｙ側に所定距離隔てた位置に検出中心を有するプライマリアライメント系ＡＬ１が配置されている。このプライマリアライメント系ＡＬ１は、支持部材５４を介して不図示のメインフレームの下面に固定されている。このプライマリアライメント系ＡＬ１を挟んで、Ｘ軸方向の一側と他側には、その直線ＬＶに関してほぼ対称に検出中心が配置されるセカンダリアライメント系ＡＬ２1，ＡＬ２2と、ＡＬ２3，ＡＬ２4とがそれぞれ設けられている。すなわち、５つのアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4はその検出中心がＸ軸方向に関して異なる位置に配置されている、すなわちＸ軸方向に沿って配置されている。
各セカンダリアライメント系ＡＬ２n（ｎ＝１〜４）は、セカンダリアライメント系ＡＬ２4について代表的に示されるように、回転中心Ｏを中心として図３における時計回り及び反時計回りに所定角度範囲で回動可能なアーム５６n（ｎ＝１〜４）の先端（回動端）に固定されている。本実施形態では、各セカンダリアライメント系ＡＬ２nはその一部（例えば、アライメント光を検出領域に照射し、かつ検出領域内の対象マークから発生する光を受光素子に導く光学系を少なくとも含む）がアーム５６nに固定され、残りの一部は投影ユニットＰＵを保持するメインフレームに設けられる。セカンダリアライメント系ＡＬ２1，ＡＬ２2，ＡＬ２3，ＡＬ２4はそれぞれ、回転中心Ｏを中心として回動することで、Ｘ位置が調整される。すなわち、セカンダリアライメント系ＡＬ２1，ＡＬ２2，ＡＬ２3，ＡＬ２4はその検出領域（又は検出中心）が独立にＸ軸方向に可動である。従って、プライマリアライメント系ＡＬ１及びセカンダリアライメント系ＡＬ２1，ＡＬ２2，ＡＬ２3，ＡＬ２4はＸ軸方向に関してその検出領域の相対位置が調整可能となっている。なお、本実施形態では、アームの回動によりセカンダリアライメント系ＡＬ２1，ＡＬ２2，ＡＬ２3，ＡＬ２4のＸ位置が調整されるものとしたが、これに限らず、セカンダリアライメント系ＡＬ２1，ＡＬ２2，ＡＬ２3，ＡＬ２4をＸ軸方向に往復駆動する駆動機構を設けても良い。また、セカンダリアライメント系ＡＬ２1，ＡＬ２2，ＡＬ２3，ＡＬ２4の少なくとも１つをＸ軸方向だけでなくＹ軸方向にも可動として良い。なお、各セカンダリアライメント系ＡＬ２nはその一部がアーム５６nによって移動されるので、不図示のセンサ、例えば干渉計、あるいはエンコーダなどによって、アーム５６nに固定されるその一部の位置情報が計測可能となっている。このセンサは、セカンダリアライメント系ＡＬ２nのＸ軸方向の位置情報を計測するだけでも良いが、他の方向、例えばＹ軸方向、及び／又は回転方向（θｘ及びθｙ方向の少なくとも一方を含む）の位置情報も計測可能として良い。
前記各アーム５６nの上面には、差動排気型のエアベアリングから成るバキュームパッド５８n（ｎ＝１〜４）が設けられている。また、アーム５６nは、例えばモータ等を含む回転駆動機構６０n（ｎ＝１〜４、図３では不図示、図８参照）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５６nの回転調整後に、各バキュームパッド５８nを作動させて各アーム５６nを不図示のメインフレームに吸着固定する。これにより、各アーム５６nの回転角度調整後の状態、すなわち、プライマリアライメント系ＡＬ１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、各アームの回転の具体的な調整、すなわち、４つのセカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4のプライマリアライメント系ＡＬ１に対する相対位置の調整方法については後述する。
なお、メインフレームのアーム５６nに対向する部分が磁性体であるならば、バキュームパッド５８に代えて電磁石を採用しても良い。
本実施形態では、プライマリアライメント系ＡＬ１及び４つのセカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4のそれぞれとして、例えばウエハ上のレジストを感光させないブロードバンドな検出光束を対象マークに照射し、その対象マークからの反射光により受光面に結像された対象マークの像と不図示の指標（各アライメント系内に設けられた指標板上の指標パターン）の像とを撮像素子（ＣＣＤ等）を用いて撮像し、それらの撮像信号を出力する画像処理方式のＦＩＡ（Field Image Alignment）系が用いられている。プライマリアライメント系ＡＬ１及び４つのセカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4のそれぞれからの撮像信号は、図８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を設けるものとしているが、その数は５つに限られるものでなく、２つ以上かつ４つ以下、あるいは６つ以上でも良いし、奇数ではなく偶数でも良い。さらに、本実施形態では、５つのアライメント系ＡＬ１、ＡＬ２1〜ＡＬ２4は、支持部材５４を介して投影ユニットＰＵを保持するメインフレームの下面に固定されるものとしたが、これに限らず、例えば前述した計測フレームに設けても良い。
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。なお、ヘッドユニット６２Ａ〜６２Ｄは、例えば投影ユニットＰＵが吊り下げ支持される場合は投影ユニットＰＵと一体に吊り下げ支持しても良いし、あるいは前述した計測フレームに設けても良い。
ヘッドユニット６２Ａ、６２Ｃは、投影ユニットＰＵの＋Ｘ側、−Ｘ側にそれぞれＸ軸方向を長手方向として、かつ投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに関して対称に光軸ＡＸからほぼ同一距離隔てて配置されている。また、ヘッドユニット６２Ｂ、６２Ｄは、投影ユニットＰＵの＋Ｙ側、−Ｙ側にそれぞれＹ軸方向を長手方向として、かつ投影光学系ＰＬの光軸ＡＸからほぼ同一距離隔てて配置されている。
ヘッドユニット６２Ａ及び６２Ｃは、図３に示されるように、Ｘ軸方向に沿って投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを通りかつＸ軸と平行な直線ＬＨ上に所定間隔で配置された複数（ここでは６個）のＹヘッド６４を備えている。ヘッドユニット６２Ａは、前述のＹスケール３９Ｙ1を用いて、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＹ軸方向の位置（Ｙ位置）を計測する多眼（ここでは、６眼）のＹリニアエンコーダ（以下、適宜「Ｙエンコーダ」又は「エンコーダ」と略述する）７０Ａ（図８参照）を構成する。同様に、ヘッドユニット６２Ｃは、前述のＹスケール３９Ｙ2を用いて、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＹ位置を計測する多眼（ここでは、６眼）のＹエンコーダ７０Ｃ（図８参照）を構成する。ここで、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃが備える隣接するＹヘッド６４（すなわち、計測ビーム）の間隔は、前述のＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2のＸ軸方向の幅（より正確には、格子線３８の長さ）よりも狭く設定されている。また、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃがそれぞれ備える複数のＹヘッド６４のうち、最も内側に位置するＹヘッド６４は、投影光学系ＰＬの光軸になるべく近く配置するために、投影光学系ＰＬの鏡筒４０の下端部（より正確には先端レンズ１９１を取り囲むノズルユニット３２の横側）に固定されている。
ヘッドユニット６２Ｂは、図３に示されるように、上記直線ＬＶ上にＹ軸方向に沿って所定間隔で配置された複数、ここでは７個のＸヘッド６６を備えている。また、ヘッドユニット６２Ｄは、上記直線ＬＶ上に所定間隔で配置された複数、ここでは１１個（ただし、図３ではプライマリアライメント系ＡＬ１と重なる１１個のうちの３個は不図示）のＸヘッド６６を備えている。ヘッドユニット６２Ｂは、前述のＸスケール３９Ｘ1を用いて、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＸ軸方向の位置（Ｘ位置）を計測する、多眼（ここでは、７眼）のＸリニアエンコーダ（以下、適宜「Ｘエンコーダ」又は「エンコーダ」と略述する）７０Ｂ（図８参照）を構成する。また、ヘッドユニット６２Ｄは、前述のＸスケール３９Ｘ2を用いて、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＸ位置を計測する多眼（ここでは、１１眼）のＸエンコーダ７０Ｄ（図８参照）を構成する。また、本実施形態では、例えば後述するアライメント時などにヘッドユニット６２Ｄが備える１１個のＸヘッド６６のうちの２個のＸヘッド６６が、Ｘスケール３９Ｘ1，Ｘスケール３９Ｘ2に同時にそれぞれ対向する場合がある。この場合には、Ｘスケール３９Ｘ1とこれに対向するＸヘッド６６とによって、Ｘリニアエンコーダ７０Ｂが構成され、Ｘスケール３９Ｘ2とこれに対向するＸヘッド６６とによって、Ｘリニアエンコーダ７０Ｄが構成される。
ここで、１１個のＸヘッド６６のうちの一部、ここでは３個のＸヘッドは、プライマリアライメント系ＡＬ１の支持部材５４の下方に取り付けられている。また、ヘッドユニット６２Ｂ，６２Ｄがそれぞれ備える隣接するＸヘッド６６（計測ビーム）の間隔は、前述のＸスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2のＹ軸方向の幅（より正確には、格子線３７の長さ）よりも狭く設定されている。また、ヘッドユニット６２Ｂ，６２Ｄがそれぞれ備える複数のＸヘッド６６のうち、最も内側に位置するＸヘッド６６は、投影光学系ＰＬの光軸になるべく近く配置するために、投影光学系ＰＬの鏡筒の下端部（より正確には先端レンズ１９１を取り囲むノズルユニット３２の横側）に固定されている。
さらに、セカンダリアライメント系ＡＬ２1の−Ｘ側、セカンダリアライメント系ＡＬ２4の＋Ｘ側に、プライマリアライメント系ＡＬ１の検出中心を通るＸ軸に平行な直線上かつその検出中心に対してほぼ対称に検出点が配置されるＹヘッド６４ｙ1，６４ｙ2がそれぞれ設けられている。Ｙヘッド６４ｙ1，６４ｙ2の間隔は、前述した距離Ｌにほぼ等しく設定されている。Ｙヘッド６４ｙ1，６４ｙ2は、ウエハステージＷＳＴ上のウエハＷの中心が上記直線ＬＶ上にある図３に示される状態では、Ｙスケール３９Ｙ2，３９Ｙ1にそれぞれ対向するようになっている。後述するアライメント動作の際などでは、Ｙヘッド６４ｙ1，６４ｙ2に対向してＹスケール３９Ｙ2，３９Ｙ1がそれぞれ配置され、このＹヘッド６４ｙ1，６４ｙ2（すなわち、これらＹヘッド６４ｙ1，６４ｙ2によって構成されるＹエンコーダ７０Ｃ、７０Ａ）によってウエハステージＷＳＴのＹ位置（及びθｚ回転）が計測される。
また、本実施形態では、セカンダリアライメント系の後述するベースライン計測時などに、ＣＤバー４６の一対の基準格子５２とＹヘッド６４ｙ1，６４ｙ2とがそれぞれ対向し、Ｙヘッド６４ｙ1，６４ｙ2と対向する基準格子５２とによって、ＣＤバー４６のＹ位置が、それぞれの基準格子５２の位置で計測される。以下では、基準格子５２にそれぞれ対向するＹヘッド６４ｙ1，６４ｙ2によって構成されるエンコーダをＹ軸リニアエンコーダ７０Ｅ，７０Ｆ（図８参照）と呼ぶ。
上述した６つのリニアエンコーダ７０Ａ〜７０Ｆの計測値は、主制御装置２０に供給され、主制御装置２０は、リニアエンコーダ７０Ａ〜７０Ｄの計測値に基づいて、ウエハテーブルＷＴＢのＸＹ平面内の位置を制御するとともに、リニアエンコーダ７０Ｅ，７０Ｆの計測値に基づいて、ＣＤバー４６のθｚ方向の回転を制御する。
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６２Ｃの−Ｘ端部の−Ｙ側に照射系９０ａが配置され、これに対峙する状態で、前述のヘッドユニット６２Ａの＋Ｘ端部の−Ｙ側に受光系９０ｂが配置されている。
この多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の複数の検出点は、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）の行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ＡＦとして示している。この検出領域ＡＦは、Ｘ軸方向の長さがウエハＷの直径と同程度に設定されているので、ウエハＷをＹ軸方向に１回スキャンするだけで、ウエハＷのほぼ全面でＺ軸方向の位置情報（面位置情報）を計測できる。また、この検出領域ＡＦは、Ｙ軸方向に関して、前述の液浸領域１４（露光領域ＩＡ）とアライメント系（ＡＬ１、ＡＬ２1，ＡＬ２2，ＡＬ２3，ＡＬ２4）の検出領域との間に配置されているので、多点ＡＦ系とアライメント系とでその検出動作を並行して行うことが可能となっている。多点ＡＦ系は、投影ユニットＰＵを保持するメインフレームなどに設けても良いが、本実施形態では前述の計測フレームに設けるものとする。
なお、複数の検出点は１行Ｍ列又は２行Ｎ列で配置されるものとしたが、行数及び／又は列数はこれに限られない。但し、行数が２以上である場合は、異なる行の間でも検出点のＸ軸方向の位置を異ならせることが好ましい。さらに、複数の検出点はＸ軸方向に沿って配置されるものとしたが、これに限らず、複数の検出点の全部又は一部をＹ軸方向に関して異なる位置に配置しても良い。例えば、Ｘ軸及びＹ軸の両方と交差する方向に沿って複数の検出点を配置しても良い。すなわち、複数の検出点は少なくともＸ軸方向に関して位置が異なっていれば良い。また、本実施形態では複数の検出点に検出ビームを照射するものとしたが、例えば検出領域ＡＦの全域に検出ビームを照射しても良い。さらに、検出領域ＡＦはＸ軸方向の長さがウエハＷの直径と同程度でなくても良い。
本実施形態の露光装置１００は、多点ＡＦ系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、前述の直線ＬＶに関して対称な配置で、各一対のＺ位置計測用の面位置センサ（以下、「Ｚセンサ」と略述する）７２ａ，７２ｂ、及び７２ｃ，７２ｄが設けられている。これらのＺセンサ７２ａ〜７２ｄは、不図示のメインフレームの下面に固定されている。Ｚセンサ７２ａ〜７２ｄとしては、ウエハテーブルＷＴＢに対し上方から光を照射し、その反射光を受光してその光の照射点におけるウエハテーブルＷＴＢ表面のＸＹ平面に直交するＺ軸方向の位置情報を計測するセンサ、一例としてＣＤドライブ装置などで用いられる光ピックアップのような構成の光学式の変位センサ（ＣＤピックアップ方式のセンサ）が用いられている。なお、Ｚセンサ７２ａ〜７２ｄは前述した計測フレームなどに設けても良い。
さらに、前述したヘッドユニット６２Ｃは、複数のＹヘッド６４を結ぶＸ軸方向の直線ＬＨを挟んで一側と他側に位置する、直線ＬＨに平行な２本の直線上にそれぞれ沿って且つ所定間隔で配置された複数（ここでは各６個、合計で１２個）のＺセンサ７４i,j（ｉ＝１，２、ｊ＝１，２，……，６）を備えている。この場合、対を成すＺセンサ７４1,j、７４2,jは、上記直線ＬＨに関して対称に配置されている。さらに、複数対（ここでは６対）のＺセンサ７４1,j、７４2,jと複数のＹヘッド６４とは、Ｘ軸方向に関して交互に配置されている。各Ｚセンサ７４i,jとしては、例えば、前述のＺセンサ７２ａ〜７２ｄと同様のＣＤピックアップ方式のセンサが用いられている。
ここで、直線ＬＨに関して対称な位置にある各対のＺセンサ７４1,j，７４2,jの間隔は、前述したＺセンサ７４ｃ，７４ｄの間隔と同一間隔に設定されている。また、一対のＺセンサ７４1,4，７４2,4は、Ｚセンサ７２ａ，７２ｂと同一の、Ｙ軸方向に平行な直線上に位置している。
また、前述したヘッドユニット６２Ａは、前述の直線ＬＶに関して、上述の複数のＺセンサ７４i,jと対称に配置された複数、ここでは１２個のＺセンサ７６p,q（ｐ＝１，２、ｑ＝１，２，……，６）を備えている。各Ｚセンサ７６p,qとしては、例えば、前述のＺセンサ７２ａ〜７２ｄと同様のＣＤピックアップ方式のセンサが用いられている。また、一対のＺセンサ７６1,3，７６2,3は、Ｚセンサ７２ｃ，７２ｄと同一のＹ軸方向の直線上に位置している。
なお、図３では、計測ステージＭＳＴの図示が省略されるとともに、その計測ステージＭＳＴと先端レンズ１９１との間に保持される水Ｌｑで形成される液浸領域が符号１４で示されている。また、この図３において、符号７８は、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）のビーム路近傍に所定温度に温度調整されたドライエアーを、図３中の白抜き矢印で示されるように、例えばダウンフローにて送風する局所空調システムを示す。また、符号ＵＰは、ウエハテーブルＷＴＢ上のウエハのアンロードが行われるアンローディングポジションを示し、符号ＬＰはウエハテーブルＷＴＢ上へのウエハのロードが行われるローディングポジションを示す。本実施形態では、アンロードポジション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８には、露光装置１００の制御系の主要な構成が示されている。この制御系は、装置全体を統括的に制御するマイクロコンピュータ（又はワークステーション）から成る主制御装置２０を中心として構成されている。なお、図８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。
上述のようにして構成された本実施形態の露光装置１００では、前述したようなウエハテーブルＷＴＢ上のＸスケール、Ｙスケールの配置及び前述したようなＸヘッド、Ｙヘッドの配置を採用したことから、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）などに例示されるように、ウエハステージＷＳＴの有効ストローク範囲（すなわち、本実施形態では、アライメント及び露光動作のために移動する範囲）では、必ず、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2とヘッドユニット６２Ｂ、６２Ｄ（Ｘヘッド６６）とがそれぞれ対向し、かつＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2とヘッドユニット６２Ａ、６２Ｃ（Ｙヘッド６４）又はＹヘッド６４ｙ1、６４ｙ2とがそれぞれ対向するようになっている。なお、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）中では、対応するＸスケール又はＹスケールに対向したヘッドが丸で囲んで示されている。
このため、主制御装置２０は、前述のウエハステージＷＳＴの有効ストローク範囲では、エンコーダ７０Ａ〜７０Ｄの少なくとも３つの計測値に基づいて、ステージ駆動系１２４を構成する各モータを制御することで、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置情報（θｚ方向の回転情報を含む）を、高精度に制御することができる。エンコーダ７０Ａ〜７０Ｄの計測値が受ける空気揺らぎの影響は、干渉計に比べては無視できるほど小さいので、空気揺らぎに起因する計測値の短期安定性は、干渉計に比べて格段に良い。なお、本実施形態では、ウエハステージＷＳＴの有効ストローク範囲及びスケールのサイズ（すなわち、回折格子の形成範囲）などに応じて、ヘッドユニット６２Ｂ、６２Ｄ、６２Ａ、６２Ｃのサイズ（例えば、ヘッドの数及び／又は間隔など）を設定している。従って、ウエハステージＷＳＴの有効ストローク範囲では、４つのスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2、３９Ｙ1，３９Ｙ2が全てヘッドユニット６２Ｂ、６２Ｄ、６２Ａ、６２Ｃとそれぞれ対向するが、４つのスケールが全て対応するヘッドユニットと対向しなくても良い。例えば、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2の一方、及び／又はＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2の一方がヘッドユニットから外れても良い。Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2の一方、又はＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2の一方がヘッドユニットから外れる場合、ウエハステージＷＳＴの有効ストローク範囲では３つのスケールがヘッドユニットと対向するので、ウエハステージＷＳＴのＸ軸、Ｙ軸及びθｚ方向の位置情報を常時計測可能である。また、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2の一方、及びＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2の一方がヘッドユニットから外れる場合、ウエハステージＷＳＴの有効ストローク範囲では２つのスケールがヘッドユニットと対向するので、ウエハステージＷＳＴのθｚ方向の位置情報は常時計測できないが、Ｘ軸及びＹ軸方向の位置情報は常時計測可能である。この場合、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θｚ方向の位置情報を併用して、ウエハステージＷＳＴの位置制御を行っても良い。
また、図９（Ａ）中に白抜き矢印で示されるようにウエハステージＷＳＴをＸ軸方向に駆動する際、そのウエハステージＷＳＴのＹ軸方向の位置を計測するＹヘッド６４が、同図中に矢印ｅ1，ｅ2で示されるように、隣のＹヘッド６４に順次切り換わる。例えば、実線の丸で囲まれるＹヘッド６４から点線の丸で囲まれるＹヘッド６４へ切り換わる。このため、その切り換わりの前後で、計測値が引き継がれる。すなわち、本実施形態では、このＹヘッド６４の切り換え及び計測値の引継ぎを円滑に行うために、前述の如く、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃが備える隣接するＹヘッド６４の間隔を、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2のＸ軸方向の幅よりも狭く設定したものである。
また、本実施形態では、前述の如く、ヘッドユニット６２Ｂ，６２Ｄが備える隣接するＸヘッド６６の間隔は、前述のＸスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2のＹ軸方向の幅よりも狭く設定されているので、上述と同様に、図９（Ｂ）中に白抜き矢印で示されるようにウエハステージＷＳＴをＹ軸方向に駆動する際、そのウエハステージＷＳＴのＸ軸方向の位置を計測するＸヘッド６６が、順次隣のＸヘッド６６に切り換わり（例えば実線の丸で囲まれるＸヘッド６６から点線の丸で囲まれるＸヘッド６６へ切り換わる）、その切り換わりの前後で計測値が引き継がれる。
次に、エンコーダ７０Ａ〜７０Ｆの構成等について、図１０（Ａ）に拡大して示されるＹエンコーダ７０Ａを代表的に採り上げて説明する。この図１０（Ａ）では、Ｙスケール３９Ｙ1に検出光（計測ビーム）を照射するヘッドユニット６２Ａの１つのＹヘッド６４を示している。
Ｙヘッド６４は、大別すると、照射系６４ａ、光学系６４ｂ、及び受光系６４ｃの３部分から構成されている。
照射系６４ａは、レーザ光ＬＢをＹ軸及びＺ軸に対して４５°を成す方向に射出する光源、例えば半導体レーザＬＤと、該半導体レーザＬＤから射出されるレーザビームＬＢの光路上に配置されたレンズＬ１とを含む。
光学系６４ｂは、その分離面がＸＺ平面と平行である偏光ビームスプリッタＰＢＳ、一対の反射ミラーＲ１ａ，Ｒ１ｂ、レンズＬ２ａ，Ｌ２ｂ、四分の一波長板（以下、λ／４板と記述する）ＷＰ１ａ，ＷＰ１ｂ、及び反射ミラーＲ２ａ，Ｒ２ｂ等を備えている。
前記受光系６４ｃは、偏光子（検光子）及び光検出器等を含む。
このＹエンコーダ７０Ａにおいて、半導体レーザＬＤから射出されたレーザビームＬＢはレンズＬ１を介して偏光ビームスプリッタＰＢＳに入射し、偏光分離されて２つのビームＬＢ1、ＬＢ2となる。偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過したビームＬＢ1は反射ミラーＲ１ａを介してＹスケール３９Ｙ1に形成された反射型回折格子ＲＧに到達し、偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射されたビームＬＢ2は反射ミラーＲ１ｂを介して反射型回折格子ＲＧに到達する。なお、ここで「偏光分離」とは、入射ビームをＰ偏光成分とＳ偏光成分に分離することを意味する。
ビームＬＢ1、ＬＢ2の照射によって回折格子ＲＧから発生する所定次数の回折ビーム、例えば１次回折ビームはそれぞれ、レンズＬ２ｂ、Ｌ２ａを介してλ／４板ＷＰ１ｂ、ＷＰ１ａにより円偏光に変換された後、反射ミラーＲ２ｂ、Ｒ２ａにより反射されて再度λ／４板ＷＰ１ｂ、ＷＰ１ａを通り、往路と同じ光路を逆方向に辿って偏光ビームスプリッタＰＢＳに達する。
偏光ビームスプリッタＰＢＳに達した２つのビームは、各々その偏光方向が元の方向に対して９０度回転している。このため、先に偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過したビームＬＢ1の１次回折ビームは、偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射されて受光系６４ｃに入射するとともに、先に偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射されたビームＬＢ2の１次回折ビームは、偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過してビームＬＢ1の１次回折ビームと同軸に合成されて受光系６４ｃに入射する。
そして、上記２つの１次回折ビームは、受光系６４ｃの内部で、検光子によって偏光方向が揃えられ、相互に干渉して干渉光となり、この干渉光が光検出器によって検出され、干渉光の強度に応じた電気信号に変換される。
上記の説明からわかるように、Ｙエンコーダ７０Ａでは、干渉させる２つのビームの光路長が極短くかつほぼ等しいため、空気揺らぎの影響がほとんど無視できる。そして、Ｙスケール３９Ｙ1（すなわちウエハステージＷＳＴ）が計測方向（この場合、Ｙ軸方向）に移動すると、２つのビームそれぞれの位相が変化して干渉光の強度が変化する。この干渉光の強度の変化が、受光系６４ｃによって検出され、その強度変化に応じた位置情報がＹエンコーダ７０Ａの計測値として出力される。その他のエンコーダ７０Ｂ，７０Ｃ，７０Ｄ等も、エンコーダ７０Ａと同様にして構成されている。各エンコーダとしては、分解能が、例えば０．１ｎｍ程度のものが用いられている。なお、本実施形態のエンコーダでは、図１０（Ｂ）に示されるように、検出光として格子ＲＧの周期方向に長く延びる断面形状のレーザビームＬＢを用いても良い。図１０（Ｂ）では、格子ＲＧと比較してビームＬＢを誇張して大きく図示している。
ところで、エンコーダのスケールは、使用時間の経過と共に熱膨張その他により回折格子が変形したり、回折格子のピッチが部分的は又は全体的に変化したりする等、機械的な長期安定性に欠ける。このため、その計測値に含まれる誤差が使用時間の経過と共に大きくなるので、これを補正する必要がある。以下、本実施形態の露光装置１００で行われるスケールの格子ピッチ補正及び格子変形の補正について、図１１に基づいて説明する。
この図１１において、符号ＩＢＹ１，ＩＢＹ２は、Ｙ軸干渉計１６からウエハテーブルＷＴＢの反射面１７ａに照射される多数の光軸のうちの２つの光軸の測長ビームを示し、符号ＩＢＸ１，ＩＢＸ２は、Ｘ軸干渉計１２６からウエハテーブルＷＴＢの反射面１７ｂに照射される多数の光軸のうちの２つの光軸の測長ビームを示す。この場合、測長ビームＩＢＹ１，ＩＢＹ２は、上記直線ＬＶ（複数のＸヘッド６６の中心を結んだ直線に一致）に関して対称に配置され、Ｙ軸干渉計１６の実質的な測長軸は、上記直線ＬＶに一致する。このため、Ｙ軸干渉計１６によれば、アッベ誤差なくウエハテーブルＷＴＢのＹ位置を計測することができる。同様に、測長ビームＩＢＸ１，ＩＢＸ２は、投影光学系ＰＬの光軸を通る、Ｘ軸と平行な直線ＬＨ（複数のＹヘッド６４の中心を結んだ直線に一致）に関して対称に配置され、Ｘ軸干渉計１２６の実質的な測長軸は、投影光学系ＰＬの光軸を通る、Ｘ軸と平行な直線ＬＨに一致する。このため、Ｘ軸干渉計１２６によれば、アッベ誤差なくウエハテーブルＷＴＢのＸ位置を計測することができる。
まず、Ｘスケールの格子線の変形（格子線の曲がり）と、Ｙスケールの格子線のピッチの補正について説明する。ここでは、説明を簡単にするために、反射面１７ｂは、理想的な平面であるものとする。
まず、主制御装置２０は、Ｙ軸干渉計１６、Ｘ軸干渉計１２６の計測値に基づいてウエハステージＷＳＴを駆動し、図１１に示されるように、Ｙスケール３９Ｙ1及び３９Ｙ2がそれぞれ対応するヘッドユニット６２Ａ、６２Ｃ（少なくとも１つのヘッド）の直下に配置され、かつＹスケール３９Ｙ1、３９Ｙ2（回折格子）の＋Ｙ側の一端がそれぞれ対応するヘッドユニット６２Ａ、６２Ｃと一致する位置に、ウエハステージＷＳＴを位置決めする。
次に、主制御装置２０は、Ｙ軸干渉計１６の計測値の短期変動が無視できる程度の低速で、且つＸ軸干渉計１２６の計測値を所定値に固定しつつ、Ｙ軸干渉計１６及びＺセンサ７４1,4、７４2,4、７６1,3、７６2,3の計測値に基づいて、ピッチング量、ローリング量及びヨーイング量を全て零に維持しながら、図１１中に矢印Ｆで示されるように、例えばＹスケール３９Ｙ1、３９Ｙ2の他端（−Ｙ側の一端）がそれぞれ対応するヘッドユニット６２Ａ、６２Ｃと一致するまで（前述の有効ストローク範囲で）、ウエハステージＷＳＴを＋Ｙ方向に移動させる。この移動中に、主制御装置２０は、Ｙリニアエンコーダ７０Ａ，７０Ｃの計測値及びＹ軸干渉計１６の計測値（測定ビームＩＢＹ１、ＩＢＹ２による計測値）を、所定のサンプリング間隔で取り込み、その取り込んだ計測値に基づいてＹリニアエンコーダ７０Ａ，７０Ｃの計測値とＹ軸干渉計１６の計測値との関係を求める。すなわち、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴの移動に伴ってヘッドユニット６２Ａ及び６２Ｃに順次対向して配置されるＹスケール３９Ｙ1及び３９Ｙ2の格子ピッチ（隣接する格子線の間隔）及び該格子ピッチの補正情報を求める。補正情報は、例えば、横軸が干渉計の計測値、縦軸がエンコーダの計測値とした場合の両者の関係を曲線で示す補正マップなどとして求めることができる。この場合のＹ軸干渉計１６の計測値は、前述した極低速でウエハステージＷＳＴをスキャンしたときに得られるものであるから、長期的な変動誤差は勿論、空気揺らぎなどに起因する短期的な変動誤差も殆ど含まれず、誤差が無視できる正確な値と考えて差し支えない。なお、上記範囲内で、図１１中に矢印Ｆ’で示されるように、ウエハステージＷＳＴを−Ｙ方向に移動させて、上記と同様の手順で、Ｙスケール３９Ｙ1及び３９Ｙ2の格子ピッチ（隣接する格子線の間隔）及び該格子ピッチの補正情報を求めても良い。ここでは、Ｙスケール３９Ｙ1、３９Ｙ2の両端が対応するヘッドユニット６２Ａ、６２Ｃを横切る範囲に渡ってウエハステージＷＳＴをＹ軸方向に駆動するものとしたが、これに限らず、例えばウエハの露光動作時にウエハステージＷＳＴが移動されるＹ軸方向の範囲でウエハステージＷＳＴを駆動しても良い。
また、主制御装置２０は、上記のウエハステージＷＳＴの移動中に、その移動に伴ってＸスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2に順次対向して配置されるヘッドユニット６２Ｂ及び６２Ｄの複数のＸヘッド６６から得られる計測値と、各計測値に対応する、干渉計１６の計測値とを用いて、所定の統計演算を行って、その複数のＸヘッド６６に順次対向した格子線３７の変形（曲がり）の補正情報をも求めている。このとき、主制御装置２０は、例えばＸスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2に順次対向して配置されるヘッドユニット６２Ｂ及び６２Ｄの複数のヘッドの計測値（又は重み付き平均値）などを、格子曲がりの補正情報として算出する。これは、反射面１７ｂが理想的な平面である場合には、ウエハステージＷＳＴを＋Ｙ方向又は−Ｙ方向に送っていく過程で、繰り返し同じぶれパターンが出現する筈であるから、複数のＸヘッド６６で取得した計測データを平均化等すれば、その複数のＸヘッド６６に順次対向した格子線３７の変形（曲がり）の補正情報を正確に求めることができるからである。
なお、反射面１７ｂが理想的な平面でない場合には、予めその反射面の凹凸（曲がり）を計測してその曲がりの補正データを求めておく。そして、上述のウエハステージＷＳＴの＋Ｙ方向又は−Ｙ方向への移動の際に、Ｘ軸干渉計１２６の計測値を所定値に固定する代わりに、その補正データに基づいて、ウエハステージＷＳＴのＸ位置を制御することで、ウエハステージＷＳＴを正確にＹ軸方向に移動させることとすれば良い。このようにすれば、上記と全く同様に、Ｙスケールの格子ピッチの補正情報及び格子線３７の変形（曲がり）の補正情報を得ることができる。なお、複数のＸヘッド６６で取得した計測データは、反射面１７ｂの異なる部位基準での複数のデータであり、いずれのヘッドも同一の格子線の変形（曲がり）を計測しているのであるから、上記の平均化等によって、反射面の曲がり補正残差が平均化されて真の値に近づく（換言すれば、複数のヘッドで取得した計測データ（格子線の曲がり情報）を平均化することで、曲がり残差の影響を薄めることができる）という付随的な効果もある。
次に、Ｙスケールの格子線の変形（格子線の曲がり）と、Ｘスケールの格子線のピッチの補正について説明する。ここでは、説明を簡単にするために、反射面１７ａは、理想的な平面であるものとする。この場合、上述の補正の場合と、Ｘ軸方向とＹ軸方向とを入れ替えた処理を行えば良い。
すなわち、主制御装置２０は、まず、ウエハステージＷＳＴを駆動し、Ｘスケール３９Ｘ1及び３９Ｘ2がそれぞれ対応するヘッドユニット６２Ｂ、６２Ｄ（少なくとも１つのヘッド）の直下に配置され、かつＸスケール３９Ｘ1、３９Ｘ2（回折格子）の＋Ｘ側（又は−Ｘ側）の一端がそれぞれ対応するヘッドユニット６２Ｂ、６２Ｄと一致する位置に、ウエハステージＷＳＴを位置決めする。次に、主制御装置２０は、Ｘ軸干渉計１２６の計測値の短期変動が無視できる程度の低速で、且つＹ軸干渉計１６の計測値を所定値に固定しつつ、Ｘ軸干渉計１２６等の計測値に基づいて、ピッチング量、ローリング量及びヨーイング量を全て零に維持しながら、例えばＸスケール３９Ｘ1、３９Ｘ2の他端（−Ｙ側（又は＋Ｙ側）の一端）がそれぞれ対応するヘッドユニット６２Ａ、６２Ｃと一致するまで（前述の有効ストローク範囲で）、ウエハステージＷＳＴを＋Ｘ方向（又は−Ｘ方向）に移動させる。この移動中に、主制御装置２０は、Ｘリニアエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄの計測値及びＸ軸干渉計１２６の計測値（測定ビームＩＢＸ１、ＩＢＸ２による計測値）を、所定のサンプリング間隔で取り込み、その取り込んだ計測値に基づいてＸリニアエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄの計測値とＸ軸干渉計１２６の計測値との関係を求めることとすれば良い。すなわち、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴの移動に伴ってヘッドユニット６２Ｂ及び６２Ｄに順次対向して配置されるＸスケール３９Ｘ1及び３９Ｘ2の格子ピッチ及び該格子ピッチの補正情報を求める。補正情報は、例えば、横軸が干渉計の計測値、縦軸がエンコーダの計測値とした場合の両者の関係を曲線で示すマップなどとして求めることができる。この場合のＸ軸干渉計１２６の計測値は、前述した極低速でウエハステージＷＳＴをスキャンしたときに得られるものであるから、長期的な変動誤差は勿論、空気揺らぎなどに起因する短期的な変動誤差も殆ど含まれず、誤差が無視できる正確な値と考えて差し支えない。
また、主制御装置２０は、上記のウエハステージＷＳＴの移動中に、その移動に伴ってＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2に順次対向して配置されるヘッドユニット６２Ａ及び６２Ｃの複数のＹヘッド６４から得られる計測値と、各計測値に対応する、干渉計１２６の計測値とを用いて、所定の統計演算を行って、その複数のＹヘッド６４に順次対向した格子線３８の変形（曲がり）の補正情報をも求めている。このとき、主制御装置２０は、例えばＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2に順次対向して配置されるヘッドユニット６２Ａ及び６２Ｃの複数のヘッドの計測値（又は重み付き平均値）などを、格子曲がりの補正情報として算出する。これは、反射面１７ａが理想的な平面である場合には、ウエハステージＷＳＴを＋Ｘ方向又は−Ｘ方向に送っていく過程で、繰り返し同じぶれパターンが出現する筈であるから、複数のＹヘッド６４で取得した計測データを平均化等すれば、その複数のＹヘッド６４に順次対向した格子線３８の変形（曲がり）の補正情報を正確に求めることができるからである。
なお、反射面１７ａが理想的な平面でない場合には、予めその反射面の凹凸（曲がり）を計測してその曲がりの補正データを求めておく。そして、上述のウエハステージＷＳＴの＋Ｘ方向又は−Ｘ方向への移動の際に、Ｙ軸干渉計１６の計測値を所定値に固定する代わりに、その補正データに基づいて、ウエハステージＷＳＴのＹ位置を制御することで、ウエハステージＷＳＴを正確にＸ軸方向に移動させることとすれば良い。このようにすれば、上記と全く同様に、Ｘスケールの格子ピッチの補正情報及び格子線３８の変形（曲がり）の補正情報を得ることができる。
このようにして、主制御装置２０は、所定のタイミング毎、例えばロット毎などに、Ｙスケールの格子ピッチの補正情報及び格子線３７の変形（曲がり）の補正情報、並びにＸスケールの格子ピッチの補正情報及び格子線３８の変形（曲がり）の補正情報を得る。
そして、ロット内のウエハの露光処理中などには、主制御装置２０は、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃから得られる計測値（すなわち、エンコーダ７０Ａ，７０Ｃの計測値）を、Ｙスケールの格子ピッチの補正情報及び上述の格子線３８の変形（曲がり）の補正情報に基づいて補正しながら、ウエハステージＷＳＴのＹ軸方向の位置制御を行う。これにより、Ｙスケールの格子ピッチの経時的な変化及び格子線３８の曲がりの影響を受けることなく、Ｙリニアエンコーダ７０Ａ，７０Ｃを用いて、ウエハステージＷＳＴのＹ軸方向の位置制御を精度良く行なうことが可能となる。
また、ロット内のウエハの露光処理中などには、主制御装置２０は、ヘッドユニット６２Ｂ，６２Ｄから得られる計測値（すなわち、エンコーダ７０Ｂ，７０Ｄの計測値）を、Ｘスケールの格子ピッチの補正情報及び格子線３８の変形（曲がり）の補正情報に基づいて補正しながら、ウエハステージＷＳＴのＸ軸方向の位置制御を行う。これにより、Ｘスケールの格子ピッチの経時的な変化及び格子線３７の曲がりの影響を受けることなく、Ｘリニアエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄを用いて、ウエハステージＷＳＴのＸ軸方向の位置制御を精度良く行なうことが可能となる。
なお、上述の説明では、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2、及びＸスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2のいずれについても、格子ピッチ、及び格子線曲がりの補正情報の取得を行うものとしたが、これに限らず、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2及びＸスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2のいずれかについてのみ、格子ピッチ及び格子線曲がりの補正情報の取得を行っても良いし、Ｙスケール４４Ａ，４４Ｃ及びＸスケール４４Ｂ，４４Ｄの両者について、格子ピッチ、格子線曲がりのいずれかについての補正情報のみを取得しても良い。例えば格子線曲がりの補正情報の取得のみを行う場合には、Ｙ軸干渉計１６を用いることなく、Ｙリニアエンコーダ７０Ａ，７０Ｃの計測値に基づいてウエハステージＷＳＴをＹ軸方向に移動させる、あるいはＸ軸干渉計１２６を用いることなく、Ｘリニアエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄの計測値に基づいてウエハステージＷＳＴをＸ軸方向に移動させることとしても良い。
次に、本実施形態の露光装置１００で行われる、ウエハアライメントについて、図１２（Ａ）〜図１２（Ｃ）を用いて、簡単に説明する。なお、詳細については後述する。
ここでは、図１２（Ｃ）に示されるレイアウト（ショットマップ）で複数のショット領域が形成されているウエハＷ上の着色された１６個のショット領域ＡＳを、アライメントショット領域とする場合の動作について説明する。なお、図１２（Ａ），図１２（Ｂ）では、計測ステージＭＳＴの図示は省略されている。
前提として、セカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4は、アライメントショット領域ＡＳの配置に合わせて、そのＸ軸方向の位置調整が事前に行われているものとする。なお、このセカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4の具体的な位置調整の手法については後述する。
まず、主制御装置２０は、ローディングポジションＬＰにウエハＷ中心が位置決めされたウエハステージＷＳＴを、図１２（Ａ）中の左斜め上に向けて移動させ、ウエハＷの中心が直線ＬＶ上に位置する、所定の位置（後述するアライメント開始位置）に位置決めする。この場合のウエハステージＷＳＴの移動は、主制御装置２０により、Ｘエンコーダ７０Ｄの計測値及びＹ軸干渉計１６の計測値に基づいて、ステージ駆動系１２４の各モータを駆動することで行われる。アライメント開始位置に位置決めされた状態では、ウエハＷが載置されたウエハテーブルＷＴＢのＸＹ平面内の位置（θｚ回転を含む）の制御は、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2にそれぞれ対向するヘッドユニット６２Ｄが備える２つのＸヘッド６６、及びＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2にそれぞれ対向するＹヘッド６４ｙ2，６４ｙ1（４つのエンコーダ）の計測値に基づいて行われる。
次に、主制御装置２０は、上記４つのエンコーダの計測値に基づいて、ウエハステージＷＳＴを＋Ｙ方向に所定距離移動して図１２（Ａ）に示される位置に位置決めし、プライマリアライメント系ＡＬ１，セカンダリアライメント系ＡＬ２ 2，ＡＬ２3を用いて、３つのファーストアライメントショット領域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１２（Ａ）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つのエンコーダの計測値とを関連付けて不図示のメモリに格納する。なお、このときアライメントマークを検出していない、両端のセカンダリアライメント系ＡＬ２1，ＡＬ２4は、ウエハテーブルＷＴＢ（又はウエハ）に検出光を照射しないようにしても良いし、照射するようにしても良い。また、本実施形態のウエハアライメントでは、プライマリアライメント系ＡＬ１がウエハテーブルＷＴＢのセンターライン上に配置されるように、ウエハステージＷＳＴはそのＸ軸方向の位置が設定され、このプライマリアライメント系ＡＬ１はウエハの子午線上に位置するアライメントショット領域のアライメントマークを検出する。なお、ウエハＷ上で各ショット領域の内部にアライメントマークが形成されるものとしても良いが、本実施形態では各ショット領域の外部、すなわちウエハＷの多数のショット領域を区画するストリートライン（スクライブライン）上にアライメントマークが形成されているものとする。
次に、主制御装置２０は、上記４つのエンコーダの計測値に基づいて、ウエハステージＷＳＴを＋Ｙ方向に所定距離移動して５つのアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4がウエハＷ上の５つのセカンド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可能となる位置に位置決めし、５つのアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4を用いて、５つのアライメントマークをほぼ同時にかつ個別に検出し、上記５つのアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4の検出結果とその検出時の上記４つのエンコーダの計測値とを関連付けて不図示のメモリに格納する。
次に、主制御装置２０は、上記４つのエンコーダの計測値に基づいて、ウエハステージＷＳＴを＋Ｙ方向に所定距離移動して５つのアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4がウエハＷ上の５つのサード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可能となる位置に位置決めし、５つのアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4を用いて、５つのアライメントマークをほぼ同時にかつ個別に検出し（図１２（Ｂ）中の星マーク参照）、上記５つのアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4の検出結果とその検出時の上記４つのエンコーダの計測値とを関連付けて不図示のメモリに格納する。
次に、主制御装置２０は、上記４つのエンコーダの計測値に基づいて、ウエハステージＷＳＴを＋Ｙ方向に所定距離移動してプライマリアライメント系ＡＬ１，セカンダリアライメント系ＡＬ２ 2，ＡＬ２3を用いて、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可能となる位置に位置決めし、上記３つのアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２2，ＡＬ２3を用いて、３つのアライメントマークをほぼ同時にかつ個別に検出し、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つのエンコーダの計測値とを関連付けて不図示のメモリに格納する。
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上記４つのエンコーダの計測値と、セカンダリアライメント系ＡＬ２nのベースラインとを用いて、例えば特開昭６１−４４４２９号公報（対応する米国特許第４，７８０，６１７号明細書）などに開示されるＥＧＡ方式にて統計演算を行って、上記４つのエンコーダ（４つのヘッドユニット）の計測軸で規定される座標系（例えば、投影光学系ＰＬの光軸を原点とする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を算出する。
このように、本実施形態では、ウエハステージＷＳＴを＋Ｙ方向に移動させ、その移動経路上における４箇所にウエハステージＷＳＴを位置決めすることにより、合計１６箇所のアライメントショット領域ＡＳにおけるアライメントマークの位置情報を、１６箇所のアライメントマークを単一のアライメント系で順次検出する場合などに比べて、格段に短時間で得ることができる。この場合において、例えばアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２2，ＡＬ２3について見れば特に分かり易いが、上記のウエハステージＷＳＴの移動する動作と連動して、これらアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２2，ＡＬ２3はそれぞれ、検出領域（例えば、検出光の照射領域に相当）内に順次配置される、Ｙ軸方向に沿って配列された複数のアライメントマークを検出する。このため、上記のアライメントマークの計測に際して、ウエハステージＷＳＴをＸ軸方向に移動させる必要が無いようになっている。
また、この場合、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内での位置（特にＹ位置（すなわち、複数のアライメント系に対するウエハＷの進入度合い））によって、複数のアライメント系によりほぼ同時に検出されるウエハＷ上のアライメントマークの検出点数（計測点数）が異なる。このため、ウエハステージＷＳＴを複数アライメント系の配列方向（Ｘ軸方向）に直交するＹ軸方向に移動する際に、ウエハＷ上の互いに異なる位置のマークを、ウエハステージＷＳＴの位置に応じて、換言すればウエハＷ上のショット配列に応じて、必要な数のアライメント系を用いて同時に検出することができる。
ところで、ウエハＷの表面は、理想的な平面ではなく、多少の凹凸があるのが通常である。従って、ウエハテーブルＷＴＢのＺ軸方向（投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行な方向）のある位置でのみ、上述の複数のアライメント系による同時計測を行う場合には、少なくとも１つのアライメント系は、アライメントマークの検出を、デフォーカス状態で行う蓋然性が高い。そこで、本実施形態では、次のようにして、アライメントマークの検出をデフォーカス状態で行うことに起因するアライメントマークの位置の計測誤差を抑制している。
すなわち、主制御装置２０は、上述の各アライメントショット領域におけるアライメントマークの検出のためのウエハステージＷＳＴの位置決め位置毎に、複数のアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4とウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）に載置されているウエハＷとの間の、ＸＹ平面に垂直なＺ軸方向（フォーカス方向）における相対位置関係を、ステージ駆動系１２４の一部を構成する不図示のＺ・レベリング機構で変更しつつ、ウエハＷ上の互いに異なる位置に形成されたアライメントマークそれぞれを、各アライメントマークに対応する各アライメント系によってほぼ同時に検出させるように、ステージ駆動系１２４（Ｚ・レベリング機構）とアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4と、を制御する。
図１３（Ａ）〜図１３（Ｃ）には、前述のサードアライメントショット領域におけるアライメントマークの検出位置に、ウエハステージＷＳＴが位置決めされた図１２（Ｂ）に示される状態における５つのアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4によるウエハＷ上のマーク検出の様子が示されている。これら図１３（Ａ）〜図１３（Ｃ）は、それぞれ異なるＺ位置にウエハテーブルＷＴＢ（ウエハＷ）を位置させてアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4を用いてほぼ同時に異なるアライメントマークを検出している様子を示すものである。図１３（Ａ）の状態では、両端のアライメント系ＡＬ２1及びＡＬ２4がフォーカス状態で残りのアライメント系はデフォーカス状態となっている。図１３（Ｂ）の状態では、アライメント系ＡＬ２2及びＡＬ２3がフォーカス状態で残りのアライメント系はデフォーカス状態となっている。図１３（Ｃ）の状態では、中央のアライメント系ＡＬ１のみがフォーカス状態で残りのアライメント系はデフォーカス状態となっている。
このように、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハＷ）のＺ位置を変化させることで、複数のアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4とウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）に載置されているウエハＷとの間の、Ｚ軸方向（フォーカス方向）における相対位置関係を変更しつつ、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4によるアライメントマークの同時計測を行うことで、いずれのアライメント系についても、ほぼベストフォーカス状態でのアライメントマークの計測が可能となる。従って、主制御装置２０は、各アライメント系について、例えば最も良好なフォーカス状態でのマークの検出結果を、優先して用いることなどによって、ウエハＷ表面の凹凸及び複数のアライメント系のベストフォーカス差の影響を受けることなく、ウエハＷ上の互いに異なる位置に形成されたマークを精度良く検出することができる。
なお、上記説明では、各アライメント系について、例えば最も良好なフォーカス状態でのマークの検出結果を、優先して用いるものとしたが、これに限らず、主制御装置２０は、デフォーカス状態でのマークの検出結果をも用いて、アライメントマークの位置情報を求めても良い。この場合には、デフォーカス状態に応じた重みを乗じて、デフォーカス状態でのマークの検出結果をも用いることとしても良い。また、例えばウエハに形成されるレイヤの材料などによっては、ベストフォーカス状態でのマークの検出結果よりも、デフォーカス状態でのマークの検出結果の方が良好となることがある。この場合、各アライメント系について、最も良好な結果が得られるフォーカス状態、すなわちデフォーカス状態でマークの検出を行い、その検出結果を用いてマークの位置情報を求めても良い。
また、図１３（Ａ）〜図１３（Ｃ）からもわかるように、全てのアライメント系の光軸が全て同じ理想の方向（Ｚ軸方向）と正確に一致しているとは限らず、このＺ軸に対する光軸の傾き（テレセントリシティ）の影響によってアライメントマークの位置の検出結果に誤差が含まれるおそれがある。従って、全てのアライメント系の光軸のＺ軸に対する傾きを予め計測しておいて、その計測結果に基づいて、アライメントマークの位置の検出結果を補正することが望ましい。
次に、プライマリアライメント系ＡＬ１のベースライン計測（ベースラインチェック）について説明する。ここで、プライマリアライメント系ＡＬ１のベースラインとは、投影光学系ＰＬによるパターン（例えばレチクルＲのパターン）の投影位置とプライマリアライメント系ＡＬ１の検出中心との位置関係（又は距離）を意味する。
ａ． このプライマリアライメント系ＡＬ１のベースライン計測が開始される時点では、図１４（Ａ）に示されるように、ノズルユニット３２によって、投影光学系ＰＬと計測テーブルＭＴＢ及びＣＤバー４６の少なくとも一方との間に、液浸領域１４が形成されている。すなわち、ウエハステージＷＳＴと計測ステージＭＳＴとは、離間した状態にある。
プライマリアライメント系ＡＬ１のベースライン計測に際して、まず、主制御装置２０は、図１４（Ａ）に示されるように、前述した計測プレート３０の中央に位置する基準マークＦＭを、プライマリアライメント系ＡＬ１で検出（観察）する（図１４（Ａ）中の星マーク参照）。そして、主制御装置２０は、そのプライマリアライメント系ＡＬ１の検出結果とその検出時におけるエンコーダ７０Ａ〜７０Ｄの計測値とを対応付けてメモリに記憶する。この処理を、以下では、便宜上Pri-BCHKの前半の処理と呼ぶものとする。このPri-BCHKの前半の処理に際しては、ウエハテーブルＷＴＢのＸＹ平面内の位置は、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2に対向する図１４（Ａ）中に丸で囲んで示される２つのＸヘッド６６（エンコーダ７０Ｂ，７０Ｄ）と、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2に対向する図１４（Ａ）中に丸で囲んで示される２つのＹヘッド６４ｙ2，６４ｙ1（エンコーダ７０Ａ，７０Ｃ）とに基づいて制御されている。
ｂ． 次に、主制御装置２０は、図１４（Ｂ）に示されるように、計測プレート３０が投影光学系ＰＬの直下に位置付けされるように、ウエハステージＷＳＴの＋Ｙ方向への移動を開始する。このウエハステージＷＳＴの＋Ｙ方向への移動開始後、主制御装置２０は、間隔検知センサ４３Ａ，４３Ｃの出力に基づいてウエハステージＷＳＴと計測ステージＭＳＴとの接近を感知し、これに前後して、すなわちウエハステージＷＳＴの＋Ｙ方向への移動中に、前述した駆動機構３４Ａ，３４Ｂを介してシャッタ４９Ａ，４９Ｂを開き始め、そのシャッタを開放することで、ウエハステージＷＳＴと計測ステージＭＳＴとの更なる接近を許可する。また、主制御装置２０は、シャッタ４９Ａ，４９Ｂの開放を開閉センサ１０１の検出結果に基づいて確認する。
ｃ．次いで、主制御装置２０は、衝突検知センサ４３Ｂ，４３Ｃの出力に基づいて、ウエハステージＷＳＴと計測ステージＭＳＴとが接触する（又は３００μｍ程度の距離に近接する）のを検知すると直ちに、ウエハステージＷＳＴを一旦停止する。その後、主制御装置２０は、計測ステージＭＳＴとウエハステージＷＳＴとを接触状態を保ったまま（あるいは３００μｍ程度の距離を保ったまま）一体的にさらに＋Ｙ方向に移動させる。そして、この移動の途中で液浸領域１４がＣＤバー４６からウエハテーブルＷＴＢに受け渡される。
ｄ．そして、図１４（Ｂ）に示される位置にウエハステージＷＳＴが達すると、主制御装置２０は、両ステージＷＳＴ，ＭＳＴを停止し、投影光学系ＰＬによって投影されたレチクルＲ上の一対の計測マークの投影像（空間像）を、計測プレート３０を含む前述した空間像計測装置４５を用いて計測する。例えば、前述の特開２００２−１４００５号公報（対応する米国特許出願公開第２００２／００４１３７７号明細書）などに開示される方法と同様に、一対の空間像計測スリットパターンＳＬを用いたスリットスキャン方式の空間像計測動作にて、一対の計測マークの空間像をそれぞれ計測し、その計測結果（ウエハテーブルＷＴＢのＸＹ位置に応じた空間像強度）をメモリに記憶する。このレチクルＲ上の一対の計測マークの空間像の計測処理を、以下では、便宜上Pri-BCHKの後半の処理と呼ぶものとする。このPri-BCHKの後半の処理に際しては、ウエハテーブルＷＴＢのＸＹ平面内の位置は、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2に対向する図１４（Ｂ）中に丸で囲んで示される２つのＸヘッド６６（エンコーダ７０Ｂ，７０Ｄ）と、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2に対向する図１４（Ｂ）中に丸で囲んで示される２つのＹヘッド６４（エンコーダ７０Ａ，７０Ｃ）とに基づいて制御されている。
そして、主制御装置２０は、前述のPri-BCHKの前半の処理の結果とPri-BCHKの後半の処理の結果とに基づいて、プライマリアライメント系ＡＬ１のベースラインを算出する。
なお、上述のようにして、このプライマリアライメント系ＡＬ１のベースライン計測が終了した時点（すなわち、Pri-BCHKの後半の処理が終了した時点）では、計測ステージＭＳＴとウエハステージＷＳＴとは接触状態（あるいは３００μｍ程度の距離離れた状態）にある。
次に、主としてロットのウエハに対する処理を開始する直前（ロット先頭）に行われる、セカンダリアライメント系ＡＬ２n（ｎ＝１〜４）のベースライン計測動作について説明する。ここで、セカンダリアライメント系ＡＬ２nのベースラインとは、プライマリアライメント系ＡＬ１（の検出中心）を基準とする各セカンダリアライメント系ＡＬ２n（の検出中心）の相対位置を意味する。なお、セカンダリアライメント系ＡＬ２n（ｎ＝１〜４）は、例えばロット内のウエハのショットマップデータに応じて、前述の回転駆動機構６０nにより駆動されてＸ軸方向の位置が設定されているものとする。
ｅ． ロット先頭に行われるセカンダリアライメント系のベースライン計測（以下、適宜Sec-BCHKとも呼ぶ）に際しては、主制御装置２０は、まず、図１５（Ａ）に示されるように、ロット先頭のウエハＷ（プロセスウエハ）上の特定のアライメントマークをプライマリアライメント系ＡＬ１で検出し（図１５（Ａ）中の星マーク参照）、その検出結果とその検出時のエンコーダ７０Ａ〜７０Ｄの計測値とを対応付けてメモリに格納する。この図１５（Ａ）の状態では、ウエハテーブルＷＴＢのＸＹ平面内の位置は、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2に対向する２つのＸヘッド６６（エンコーダ７０Ｂ，７０Ｄ）と、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2に対向する２つのＹヘッド６４ｙ2，６４ｙ1（エンコーダ７０Ａ，７０Ｃ）とに基づいて、主制御装置２０によって制御されている。
ｆ． 次に、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴを−Ｘ方向に所定距離移動し、図１５（Ｂ）で示されるように、上記の特定のアライメントマークを、セカンダリアライメント系ＡＬ２1で検出し（図１５（Ｂ）中の星マーク参照）、その検出結果とその検出時のエンコーダ７０Ａ〜７０Ｄの計測値とを対応付けてメモリに格納する。この図１５（Ｂ）の状態では、ウエハテーブルＷＴＢのＸＹ平面内の位置は、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2に対向する２つのＸヘッド６６（エンコーダ７０Ｂ，７０Ｄ）と、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2に対向する２つのＹヘッド６４（エンコーダ７０Ａ，７０Ｃ）とに基づいて制御されている。
ｇ．同様にして、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴを＋Ｘ方向に順次移動して上記の特定のアライメントマークを、残りのセカンダリアライメント系ＡＬ２2，ＡＬ２3，ＡＬ２4で順次検出し、その検出結果と検出時のエンコーダ７０Ａ〜７０Ｄの計測値とを、順次対応付けてメモリに格納する。
ｈ．そして、主制御装置２０は、上記ｅ．の処理結果と上記ｆ．又はｇ．の処理結果とに基づいて、各セカンダリアライメント系ＡＬ２nのベースラインをそれぞれ算出する。
このように、ロット先頭のウエハＷ（プロセスウエハ）を用いて、そのウエハＷ上の同一のアライメントマークをプライマリアライメント系ＡＬ１と各セカンダリアライメント系ＡＬ２nとで検出することで、各セカンダリアライメント系ＡＬ２nのベースラインを求めることから、この処理により、結果的に、プロセスに起因するアライメント系間の検出オフセットの差も補正される。なお、ウエハのアライメントマークの代わりに、ウエハステージＷＳＴ又は計測ステージＭＳＴ上の基準マークを用いて、セカンダリアライメント系ＡＬ２nのベースライン計測を行っても良い。この場合、プライマリアライメント系ＡＬ１のベースライン計測で用いられる計測プレート３０の基準マークＦＭを兼用する、すなわち基準マークＦＭをセカンダリアライメント系ＡＬ２nでそれぞれ検出しても良い。あるいは、例えば、セカンダリアライメント系ＡＬ２nと同じ位置関係でｎ個の基準マークをウエハステージＷＳＴ又は計測ステージＭＳＴに設け、セカンダリアライメント系ＡＬ２nによる基準マークの検出をほぼ同時に実行可能としても良い。この基準マークとして、例えばＣＤバー４６の基準マークＭを用いても良い。さらに、プライマリアライメント系ＡＬ１のベースライン計測用の基準マークＦＭに対して所定の位置関係で、セカンダリアライメント系ＡＬ２nのベースライン計測用の基準マークをウエハステージＷＳＴに設け、プライマリアライメント系ＡＬ１による基準マークＦＭの検出とほぼ同時に、セカンダリアライメント系ＡＬ２nによる基準マークの検出を実行可能としても良い。この場合、セカンダリアライメント系ＡＬ２nのベースライン計測用の基準マークは１つでも良いが、複数、例えばセカンダリアライメント系ＡＬ２nと同数設けても良い。また、本実施形態では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ＡＬ２nがそれぞれ２次元マーク（Ｘ、Ｙマーク）を検出可能であるので、セカンダリアライメント系ＡＬ２nのベースライン計測時に２次元マークを用いることで、セカンダリアライメント系ＡＬ２nのＸ軸及びＹ軸方向のベースラインを同時に求めることができる。本実施形態では、基準マークＦＭ、Ｍ及びウエハのアライメントマークは、例えばＸ軸及びＹ軸方向にそれぞれ複数本のラインマークが周期的に配列される１次元のＸマーク及びＹマークを含む。
次に、ロット内のウエハの処理中に、所定のタイミング、例えばウエハの露光終了から次のウエハのウエハテーブルＷＴＢ上へのロードが完了するまでの間、すなわちウエハ交換中に行われるSec-BCHKの動作について説明する。この場合のSec-BCHKは、ウエハ交換毎というインターバルで行われるので、以下ではSec-BCHK（インターバル）とも記述する。
このSec-BCHK（インターバル）に際しては、主制御装置２０は、図１６に示されるように、プライマリアライメント系ＡＬ１の検出中心が配置される上記直線ＬＶとセンターラインＣＬがほぼ一致し、かつＣＤバー４６が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ＡＬ２nに対向するように計測ステージＭＳＴを移動する。そして、ＣＤバー４６上の一対の基準格子５２とそれぞれと対向する図１６中に丸で囲んで示されるＹヘッド６４ｙ1，６４ｙ2（Ｙ軸リニアエンコーダ７０Ｅ，７０Ｆ）の計測値に基づいて、ＣＤバー４６のθｚ回転を調整するとともに、計測テーブルＭＴＢのセンターラインＣＬ上又はその近傍に位置する基準マークＭを検出する図１６中に丸で囲んで示されるプライマリアライメント系ＡＬ１の計測値に基づいて、例えば干渉計の計測値を用いてＣＤバー４６のＸＹ位置を調整する。
そして、この状態で、主制御装置２０は、４つのセカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4を用いて、それぞれのセカンダリアライメント系の視野内にあるＣＤバー４６上の基準マークＭを同時に計測することで、４つのセカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4のベースラインをそれぞれ求める。そして、その後の処理に際しては、新たに計測したベースラインを用いることで、４つのセカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4のベースラインのドリフトが補正される。
なお、上記のSec-BCHK（インターバル）は、複数のセカンダリアライメント系による異なる基準マークの同時計測によって行うものとしたが、これに限らず、ＣＤバー４６上の同一の基準マークＭを、複数のセカンダリアライメント系で順次（非同時に）計測することで、４つのセカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4のベースラインをそれぞれ求めることとしても良い。
次に、図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）に基づいて、セカンダリアライメント系ＡＬ２nの位置調整の動作について簡単に説明する。
調整前に、プライマリアライメント系ＡＬ１と、４つのセカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4との位置関係が、図１７（Ａ）の位置関係であったものとする。
主制御装置２０は、図１７（Ｂ）に示されるように、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が、ＣＤバー４６の上方に位置するように、計測ステージＭＳＴを移動させる。次に、上述したSec-BCHK（インターバル）の際と同様にして、Ｙ軸リニアエンコーダ７０Ｅ，７０Ｆ（Ｙヘッド６４ｙ1，６４ｙ2）の計測値に基づいて、ＣＤバー４６のθｚ回転を調整するとともに、計測テーブルＭＴＢのセンターラインＣＬ上又はその近傍に位置する基準マークＭを検出するプライマリアライメント系ＡＬ１の計測値に基づいてＣＤバー４６のＸＹ位置を調整する。これと同時に、主制御装置２０は、次の露光対象であるウエハ上のアライメントショット領域のサイズ及び配置（すなわちウエハ上のアライメントマークの配置）の情報を含むショットマップ情報に基づいて、回転駆動機構６０1〜６０4を駆動して各セカンダリアライメント系ＡＬ２nがその先端に設けられたアーム５６を、それぞれの回転中心を中心として図１７（Ｂ）中の矢印で示されるようにそれぞれ回転させる。この場合、主制御装置２０は、各セカンダリアライメント系ＡＬ２nの検出結果をモニタしながら、ＣＤバー４６上の所望の基準マークＭがそれぞれのセカンダリアライメント系ＡＬ２nの視野（検出領域）に入る位置で各アーム５６の回転を停止する。これにより、検出すべきアライメントショット領域に付されたアライメントマークの配置に合わせて、セカンダリアライメント系ＡＬ２nのベースラインが調整（変更）される。すなわち、セカンダリアライメント系ＡＬ２nの検出領域のＸ軸方向の位置が変更される。これにより、ウエハＷをＹ軸方向にのみ移動するだけで、各セカンダリアライメント系ＡＬ２nによってウエハＷ上でＸ軸方向の位置がほぼ同一かつＹ軸方向の位置が異なる複数のアライメントマークを順次検出できる。本実施形態では、ウエハアライメント動作、すなわち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ＡＬ２nによるウエハのアライメントマークの検出動作において、後述の如くウエハＷをＹ軸方向のみに１次元移動するものとしているが、その動作の途中で少なくとも１つのセカンダリアライメント系ＡＬ２nの検出領域とウエハＷとをＹ軸方向と異なる方向（例えばＸ軸方向）に相対移動しても良い。この場合、セカンダリアライメント系ＡＬ２nの移動によって検出領域の位置を調整しても良いが、調整時間やベースラインの変化などを考慮すると、ウエハＷのみを移動しても良い。
そして、このようにしてセカンダリアライメント系ＡＬ２nのベースラインを調整した後、主制御装置２０は、各バキュームパッド５８nを作動させて各アーム５６nを不図示のメインフレームに吸着固定する。これにより、各アーム５６nの回転角度調整後の状態が維持される。
なお、上の説明では、ＣＤバー４６上の異なる位置に形成された基準マークＭを５つのアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4で同時にかつ個別に検出するものとしたが、これに限らず、例えばウエハＷ（プロセスウエハ）上の異なる位置に形成されたアライメントマークを５つのアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4で同時にかつ個別に検出して、各アーム５６nの回転を調整することで、セカンダリアライメント系ＡＬ２nのベースラインを調整することも可能である。また、本実施形態では、ＣＤバー４６の基準マークＭなどを用いてセカンダリアライメント系ＡＬ２nのベースライン（検出領域の位置）を調整するものとしたが、調整動作はこれに限られるものでなく、例えばセカンダリアライメント系ＡＬ２nを前述のセンサでその位置を計測しつつ目標位置まで移動するだけでも良い。この場合、そのセンサによって計測されたセカンダリアライメント系ＡＬ２nの位置又は移動量に基づいて移動前に計測されたベースラインを補正する、あるいは、移動後にベースライン計測を再度実行する、又は、少なくともセカンダリアライメント系ＡＬ２nのベースライン計測をその移動後に行うシーケンスを採用すれば良い。
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１８（Ａ）に示されるように、Ｘスケール３９Ｘ2に対向するＸヘッド６６（Ｘリニアエンコーダ７０Ｄ）と、Ｙスケール３９Ｙ1，Ｙ2にそれぞれ対向する２つのＹヘッド６４ｙ2，６４ｙ1（Ｙリニアエンコーダ７０Ａ，７０Ｃ）とに基づいてウエハテーブルＷＴＢのＸＹ平面内の位置を管理している。この図１８（Ａ）の状態では、前述の直線ＬＶに、ウエハテーブルＷＴＢの中心（ウエハＷの中心にほぼ一致）を通るＹ軸に平行な直線（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センサ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センサ７２ａ〜７２ｄと多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）とが同時に作動している状態で、図１８（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センサ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センサ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センサ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センサ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、この点を左計測点と呼ぶ）における面位置情報を求める。また、Ｚセンサ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センサ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１８（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、前述のＺセンサ７４1,j、７４2,j及び７６1,q、７６2,q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、及びＹスケール３９Ｙ1が形成された領域上の点）を計測して、ウエハテーブルＷＴＢのＺ位置とＸＹ平面に対する傾斜（主としてθｙ回転）を算出する。この算出したウエハテーブルＷＴＢのＺ位置とＸＹ平面に対する傾斜と前述の面位置データｚ１〜ｚkとを用いることで、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上面の面位置制御が可能になる。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センサ７２ａ，７２ｂの計測値の平均値、Ｚセンサ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センサ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センサ７２ａの計測値とＺセンサ７２ｂの計測値との差、及びＺセンサ７２ｃの計測値とＺセンサ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センサ７４1,j、７４2,j及び７６1,q、７６2,qでウエハテーブルＷＴＢ表面を計測してウエハテーブルＷＴＢのＺ位置とＸＹ平面に対する傾斜（θｙ回転のみならずθｘ回転も）を算出することで、その算出したウエハテーブルＷＴＢのＺ位置とＸＹ平面に対する傾斜と前述の面位置データｚ１〜ｚk及び前記差とを用いることで、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の面位置制御が可能になる。
以上の説明は、ウエハテーブルＷＴＢ表面に凹凸が存在しないことを前提にしている。しかし、実際には、図１８（Ｃ）に示されるように、ウエハテーブルＷＴＢの表面、すなわちＹスケール３９Ｙ2が形成された第１部分領域２８ｂ1の表面及びＹスケール３９Ｙ1が形成された第２部分領域２８ｂ2の表面などには、凹凸がある。しかしながら、このようにウエハテーブルＷＴＢの表面に凹凸が存在する場合であっても、ウエハＷの子午線（ウエハ中心を通るＹ軸に平行な直線）上の点では、極めて高精度な面位置制御が可能である。
以下、これについて説明する。
フォーカスマッピングを行う際、マッピングの際の基準となるＺセンサ７２ａ〜７２ｄは、ウエハテーブルＷＴＢ表面上のある位置（ＸＹ座標位置）の面位置情報を検出している。そして、フォーカスマッピングは上述の説明から明らかなように、ウエハステージＷＳＴのＸ位置を固定し、＋Ｙ方向に一直線でウエハステージＷＳＴを移動させながら行われる。すなわち、フォーカスマッピングを行う際にＺセンサ７２ａ〜７２ｄがその面位置情報を検出するライン（第２撥水板２８ｂ表面上）もＹ軸に平行な直線になる。
そのフォーカスマッピングをしている際（ウエハステージＷＳＴが＋Ｙ方向に移動している際）に、ウエハの子午線上に位置するショット領域は、ウエハステージＷＳＴをＸ軸方向に移動させることなく、露光位置（投影光学系ＰＬの下）に配置されることになる。子午線上のショット領域が露光位置に達したときに、Ｚセンサ７２ａ，７２ｂと同一のＹ軸に平行な直線上にあり、かつ一対のＺセンサ７４1,4，７４2,4、Ｚセンサ７２ｃ，７２ｄと同一のＹ軸に平行な直線上にある、一対のＺセンサ７６1,3、７６2,3は、フォーカスマッピング時にＺセンサ７２ａ，７２ｂ及びＺセンサ７２ｃ，７２ｄがそれぞれ面位置情報を検出していたウエハテーブルＷＴＢ上の点と同じ点における面位置情報を検出することとなる。すなわち、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）による面位置情報の検出の基準となる、Ｚセンサが計測する基準面が、フォーカスマッピング時と露光時とで同じになる。このため、ウエハテーブルＷＴＢの表面に凹凸又はうねりなどが生じていたとしても、子午線上のショット領域を露光する際には、その凹凸及びうねりなどを考慮することなく、フォーカスマッピング時に得られたＺ位置をそのままＺ位置として用いて、露光の際のウエハのフォーカス制御を行うことができるので、高精度なフォーカス制御が可能となる。
子午線上以外のショット領域を露光する際、ウエハテーブルＷＴＢの表面に凹凸及びうねりなどがない場合には、上記子午線上のショット領域と同程度のフォーカス制御精度を確保できるが、ウエハテーブルＷＴＢの表面に凹凸又はうねりなどがある場合には、フォーカス制御精度は、後述するトラバースＺ走り補正の精度に依存する。また、主制御装置２０は、子午線上以外のショット領域を露光するため、ウエハステージＷＳＴを例えばＸ軸方向に移動させる際などには、そのウエハステージＷＳＴの移動に伴って、複数のＺセンサ間において計測値の引き継ぎを行う。
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。
この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１９（Ａ）に示されるように、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2にそれぞれ対向する２つのＸヘッド６６（Ｘリニアエンコーダ７０Ｂ，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６４ｙ2，６４ｙ1（Ｙリニアエンコーダ７０Ａ，７０Ｃ）とに基づいて、ウエハテーブルＷＴＢのＸＹ平面内の位置を管理している。この図１９（Ａ）の状態では、前述の直線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１９（Ａ）の状態では、ウエハテーブルＷＴＢ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、ウエハテーブルＷＴＢ（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ＣＤ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３１参照）。
（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センサ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、前述の直線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センサ７２ａ，７２ｂ、７２ｃ，７２ｄの計測値（ウエハテーブルＷＴＢのＸ軸方向の一側と他側の端部における面位置情報）と、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の計測プレート３０表面の検出点（複数の検出点のうち中央又はその近傍に位置する検出点）における検出結果（面位置情報）との関係が求まる。
（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１９（Ｂ）に示されるように、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各一対のＺセンサ７４1,4，７４2,4、７６1,3、７６2,3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（ウエハテーブルＷＴＢ）の投影光学系ＰＬの光軸方向に関する位置（Ｚ位置）を制御しつつ、空間像計測装置４５を用いて、レチクルＲ、又はレチクルステージＲＳＴ上の不図示のマーク板に形成された計測マークの空間像をスリットスキャン方式で計測し、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。この場合、図１９（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（ウエハテーブルＷＴＢ）との間に形成されているので、上記の空間像の計測は、投影光学系ＰＬ及び水を介して行われる。また、図１９（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（ウエハテーブルＷＴＢ）に搭載され、受光素子などは計測ステージＭＳＴに搭載されているので、上記の空間像の計測は、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３３参照）。上記の測定により、前述の直線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センサ７４1,4，７４2,4、７６1,3、７６2,3の計測値（すなわち、ウエハテーブルＷＴＢのＸ軸方向の一側と他側の端部における面位置情報）が求まる。この計測値は、投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置に対応している。
（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センサ７２ａ，７２ｂ、７２ｃ，７２ｄの計測値（ウエハテーブルＷＴＢのＸ軸方向の一側と他側の端部における面位置情報）と、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）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センサ７４1,4，７４2,4、７６1,3、７６2,3の計測値（すなわち、ウエハテーブルＷＴＢの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２０（Ａ）に示されるように、所定の基準平面を備えた前述のＣＤ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、ＣＤ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、ＣＤ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２０（Ａ）に示されるように、Ｚセンサ７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄを用いてＣＤバー４６表面の傾きを検出しているので、必ずしもＣＤ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２０（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、ウエハテーブルＷＴＢ表面、より正確には第２撥水板２８ｂ表面のＸ軸方向に関する凹凸の影響を補正するための情報を求めるトラバースＺ走り補正について説明する。ここで、トラバースＺ走り補正は、ウエハテーブルＷＴＢをＸ軸方向に移動しながら、所定のサンプリング間隔で、ウエハテーブルＷＴＢの第２撥水板２８ｂ表面の左右領域の面位置情報を検出するＺセンサの計測値と、多点ＡＦ系によるウエハの面位置情報の検出値とを同時に取り込むことで行われる。
このトラバースＺ走り補正に際しては、主制御装置２０は、前述のフォーカスマッピング時と同様に、図２１（Ａ）に示されるように、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2にそれぞれ対向する２つのＸヘッド６６（Ｘリニアエンコーダ７０Ｂ，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６４ｙ2，６４ｙ1（Ｙリニアエンコーダ７０Ａ，７０Ｃ）とに基づいて、ウエハテーブルＷＴＢのＸＹ平面内の位置を管理している。この図２１（Ａ）の状態では、ウエハテーブルＷＴＢのセンターラインは、前述の直線ＬＶよりも＋Ｘ側にあり、主制御装置２０は、ウエハテーブルＷＴＢの第２撥水板２８ｂ表面の左右領域の−Ｘ側端部近傍の点の面位置情報を、Ｚセンサ７２ａ，７２ｂ、及びＺセンサ７２ｃ，７２ｄを用いて計測すると同時に、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）を用いてウエハの面位置情報を検出している。
次いで、主制御装置２０は、図２１（Ａ）中に白抜き矢印で示されるように、ウエハステージＷＳＴを−Ｘ方向へ所定速度で移動させる。この移動中に、主制御装置２０は、上述のＺセンサ７２ａ，７２ｂ、及びＺセンサ７２ｃ，７２ｄの計測値と、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の検出値との同時取り込みを、所定のサンプリング間隔で繰り返し実行する。そして、図２１（Ｂ）に示されるように、ウエハテーブルＷＴＢの第２撥水板２８ｂ表面の左右領域の＋Ｘ側端部近傍の点にＺセンサ７２ａ，７２ｂ、及びＺセンサ７２ｃ，７２ｄが対向した状態での、上記の同時取り込みが完了した時点で、作業を終了する。
そして、主制御装置２０は、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の各検出点についての面位置情報と、同時に取り込んだＺセンサ７２ａ〜７２ｄによる面位置情報との関係を求める。そして、異なるサンプリング時について求めた複数の関係から、第２撥水板２８ｂ表面のＸ軸方向に関する凹凸を算出する。すなわち、この場合、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）は、センサ間オフセットが調整されているので、第２撥水板２８ｂ表面の同じ点であれば、どの検出点に対応するセンサの検出値も同じ値になるはずである。従って、異なる検出点に対応するセンサで第２撥水板２８ｂ表面の同じ点を検出した際の検出値の差は、第２撥水板２８ｂ表面の凹凸及びその移動の際のウエハテーブルのＺ軸方向の位置変動をそのまま反映したものである。そこで、この関係を利用することで、異なるサンプリング時について求めた複数の関係から、第２撥水板２８ｂ表面のＸ軸方向に関する凹凸を算出するのである。
このように、主制御装置２０は、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）を、Ｘ軸方向に移動させつつ、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）を用いて順次検出した結果に基づいて、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）がＸ軸方向に移動する（異なるＸ位置にある）際に生じる、ウエハテーブルＷＴＢ表面のＺ軸方向における位置変動に関する情報を求めている。主制御装置２０は、露光時にこの情報を補正量として加味しながら、ウエハＷのフォーカス制御を行う。
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２２〜図３６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２２には、ウエハステージＷＳＴ上のウエハＷ（ここでは、一例として、あるロット（１ロットは２５枚又は５０枚）の中間のウエハとする）に対するステップ・アンド・スキャン方式の露光が行われている状態が示されている。このとき、計測ステージＭＳＴは、ウエハステージＷＳＴと所定の距離を保って追従して移動している。このため、露光終了後に、ウエハステージＷＳＴとの前述の接触状態（又は近接状態）に移行する際の、計測ステージＭＳＴの移動距離は、上記の所定の距離と同一の距離で足りることになる。
この露光中、主制御装置２０により、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2にそれぞれ対向する図２２中に丸で囲んで示されている２つのＸヘッド６６（Ｘエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄ）と、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2にそれぞれ対向する図２２中に丸で囲んで示されている２つのＹヘッド６４（Ｙエンコーダ７０Ａ，７０Ｃ）の計測値に基づいて、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）のＸＹ平面内の位置（θｚ回転を含む）が制御されている。また、主制御装置２０により、ウエハテーブルＷＴＢのＺ軸方向の位置とθｙ回転（ローリング）及びθｘ回転（ピッチング）とは、ウエハテーブルＷＴＢ表面のＸ軸方向一側と他側の端部にそれぞれ対向する各一対のＺセンサ７４1,j，７４2,j、７６1,q，７６2,qの計測値に基づいて制御されている。なお、ウエハテーブルＷＴＢのＺ軸方向の位置とθｙ回転（ローリング）とをＺセンサ７４1,j，７４2,j、７６1,q，７６2,qの計測値に基づいて制御し、θｘ回転（ピッチング）はＹ軸干渉計１６の計測値に基づいて制御しても良い。いずれにしても、この露光中のウエハテーブルＷＴＢのＺ軸方向の位置，θｙ回転及びθｘ回転の制御（ウエハＷのフォーカス・レベリング制御）は、事前に行われた前述のフォーカスマッピングの結果に基づいて行われる。
また、この露光中は、ウエハステージＷＳＴと計測ステージＭＳＴとが所定距離よりも接近するのを防止するため、シャッタ４９Ａ、４９Ｂが開口５１Ａ，５１Ｂを閉塞した状態に設定されている。
上記の露光動作は、主制御装置２０により、事前に行われた前述のウエハアライメント（ＥＧＡ）の結果及びアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4の最新のベースライン等に基づいて、ウエハＷ上の各ショット領域の露光のための走査開始位置（加速開始位置）へウエハステージＷＳＴが移動されるショット間移動動作と、レチクルＲに形成されたパターンを走査露光方式で各ショット領域に転写する走査露光動作とを繰り返すことにより、行われる。なお、上記の露光動作は、先端レンズ１９１とウエハＷとの間に水を保持した状態で行われる。また、図２２における−Ｙ側に位置するショット領域から＋Ｙ側に位置するショット領域の順で行われる。
また、主制御装置２０は、露光中に、エンコーダ７０Ａ〜７０Ｄの計測値と干渉計１６，１２６の計測値とを蓄積し、必要に応じて前述した補正マップを更新することとしても良い。
そして、図２３に示されるように、ウエハＷに対する露光が終了する前、例えばウエハＷ上の異なるショット領域が順次露光される際に、最終のショット領域が露光される前に、主制御装置２０は、駆動機構３４Ａ，３４Ｂを介してシャッタ４９Ａ，４９Ｂの下降駆動を開始し、開口５１Ａ，５１Ｂを開状態に設定する。主制御装置２０は、開閉センサ１０１を介して、シャッタ４９Ａ，４９Ｂが全開状態になったことを確認した後に、Ｘ軸干渉計１３０の計測値を一定値に維持しつつＹ軸干渉計１８の計測値に基づいてステージ駆動系１２４を制御して、計測ステージＭＳＴ（計測テーブルＭＴＢ）を図２４に示される位置まで移動させる。このとき、ＣＤバー４６（計測テーブルＭＴＢ）の−Ｙ側の端面とウエハテーブルＷＴＢの＋Ｙ側の端面とは接触している。なお、例えば各テーブルのＹ軸方向の位置を計測する干渉計又はエンコーダの計測値をモニタして計測テーブルＭＴＢとウエハテーブルＷＴＢとをＹ軸方向に３００μｍ程度離間させて、非接触の状態（近接状態）を保っても良い。
次いで、図２５に示されるように、主制御装置２０は、ウエハテーブルＷＴＢと計測テーブルＭＴＢとのＹ軸方向の位置関係を保ちつつ、計測ステージＭＳＴを−Ｙ方向に駆動する動作を開始するとともに、ウエハステージＷＳＴをアンローディングポジションＵＰに向けて駆動する動作を開始する。この動作が開始されると、本実施形態では計測ステージＭＳＴが−Ｙ方向のみに移動され、ウエハステージＷＳＴが−Ｙ方向及び−Ｘ方向に移動される。
このようにして、主制御装置２０により、ウエハステージＷＳＴ、計測ステージＭＳＴが同時に駆動されると、投影ユニットＰＵの先端レンズ１９１とウエハＷとの間に保持されていた水（液浸領域１４の水）が、ウエハステージＷＳＴ及び計測ステージＭＳＴの−Ｙ側への移動に伴って、ウエハＷ→プレート２８→ＣＤバー４６→計測テーブルＭＴＢの順に移動する。なお、上記の移動中、ウエハテーブルＷＴＢ、計測テーブルＭＴＢは前述の接触状態（又は近接状態）を保っている。なお、図２５には、液浸領域１４の水がプレート２８からＣＤバー４６に渡される直前の状態が示されている。
図２５の状態から、更にウエハステージＷＳＴ，計測ステージＭＳＴが−Ｙ方向へ同時に僅かに駆動されると、Ｙエンコーダ７０Ａ，７０ＣによるウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）の位置計測ができなくなるので、この直前に、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＹ位置及びθｚ回転の制御を、Ｙエンコーダ７０Ａ，７０Ｃの計測値に基づく制御から、Ｙ軸干渉計１６の計測値に基づく制御に切り換える。そして、所定時間後、図２６に示されるように、計測ステージＭＳＴが、前述したSec-BCHK（インターバル）を行う位置に到達するので、主制御装置２０は、その位置で計測ステージＭＳＴを停止するとともに、Ｘスケール３９Ｘ1に対向する図２６中に丸で囲んで示されるＸヘッド６６（Ｘリニアエンコーダ７０Ｂ）によりウエハステージＷＳＴのＸ位置を計測しかつＹ位置及びθｚ回転等はＹ軸干渉計１６により計測しつつ、ウエハステージＷＳＴをさらにアンローディングポジションＵＰに向かって駆動し、アンローディングポジションＵＰで停止させる。なお、図２６の状態では、計測テーブルＭＴＢと先端レンズ１９１との間に水が保持されている。
次いで、主制御装置２０は、図２６及び図２７に示されるように、計測ステージＭＳＴのＣＤバー４６を用いて、前述した手順でプライマリアライメント系ＡＬ１に対する４つのセカンダリアライメント系の相対位置を計測するSec-BCHK（インターバル）を行う。このSec-BCHK（インターバル）と並行して、主制御装置２０は、アンロードポジションＵＰに停止しているウエハステージＷＳＴ上のウエハＷを、不図示のアンロードアームの駆動系に指令を与えてアンロードさせるとともに、そのアンロードの際に上昇駆動した上下動ピンＣＴ（図２６では不図示、図２７参照）を所定量上昇させたまま、ウエハステージＷＳＴを＋Ｘ方向に駆動してローディングポジションＬＰに移動させる。ここで、ウエハのアンロードは、上下動ピンＣＴがウエハＷを下方から支持して持ち上げ、そのウエハＷの下方にアンロードアームが進入し、上下動ピンＣＴが僅かに下がるあるいはアンロードアームが僅かに上昇するなどして、上下動ピンＣＴからアンロードアームにウエハを受け渡すことで行われる。
次に、主制御装置２０は、図２８に示されるように、計測ステージＭＳＴを、ウエハステージＷＳＴから離れた状態からウエハステージＷＳＴとの前述の接触状態（又は近接状態）に移行させるための最適な待機位置（以下、「最適スクラム待機位置」と呼ぶ）へ移動させ、前述した手順でシャッタ４９Ａ，４９Ｂを閉じる。これと並行して、主制御装置２０は、不図示のロードアームの駆動系に指令を与えて、ウエハテーブルＷＴＢ上に新たなウエハＷをロードさせる。このウエハＷのロードは、ロードアームに保持されたウエハＷがロードアームから所定量上昇した状態を維持している上下動ピンＣＴに渡され、ロードアームが退避した後、上下動ピンＣＴが下降することで、ウエハＷがウエハホルダ上に載置され、不図示のバキュームチャックにより吸着されるという手順で行われる。この場合、上下動ピンＣＴが所定量上昇した状態を維持しているので、上下動ピンＣＴが下降駆動されてウエハホルダの内部に収納されている場合に比べてウエハロードを短時間で行うことができる。なお、図２８には、ウエハＷがウエハテーブルＷＴＢ上にロードされた状態が示されている。
本実施形態において、上述の計測ステージＭＳＴの最適スクラム待機位置は、ウエハ上のアライメントショット領域に付設されたアライメントマークのＹ座標に応じて適切に設定される。これにより、上記の接触状態（又は近接状態）への移行の際に、計測ステージＭＳＴをその最適スクラム待機位置に移動させる動作が不要になるので、最適スクラム待機位置から離れた位置に待機させる場合に比べて、計測ステージＭＳＴの移動回数を１回削減できる。また、本実施形態では、上記の最適スクラム待機位置としては、ウエハステージＷＳＴが前述のウエハアライメントのために停止する位置で、上記の接触状態（又は近接状態）に移行できるように、最適スクラム待機位置が定められる。
次に、主制御装置２０は、図２９に示されるように、ウエハステージＷＳＴをローディングポジションＬＰから、計測プレート３０上の基準マークＦＭがプライマリアライメント系ＡＬ１の視野（検出領域）内に位置決めされる位置（すなわち、前述したPri-BCHKの前半の処理を行う位置）へ移動させる。この移動の途中で、主制御装置２０は、ウエハテーブルＷＴＢのＸＹ平面内の位置の制御を、Ｘ軸方向についてはエンコーダ７０Ｂの計測値，Ｙ軸方向及びθｚ回転についてはＹ軸干渉計１６の計測値に基づく制御から、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2に対向する図２９中に丸で囲んで示される２つのＸヘッド６６（エンコーダ７０Ｂ，７０Ｄ）と、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2に対向する図２９中に丸で囲んで示される２つのＹヘッド６４ｙ2，６４ｙ1（エンコーダ７０Ａ，７０Ｃ）との計測値に基づく制御に切り換える。そして、主制御装置２０は、基準マークＦＭをプライマリアライメント系ＡＬ１を用いて検出する、前述のPri-BCHKの前半の処理を行う。このとき、計測ステージＭＳＴは、前述の最適スクラム待機位置で待機中である。
次に、主制御装置２０は、上述の４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、前述した３つのファーストアライメントショット領域ＡＳ（図１２（Ｃ）参照）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。このウエハステージＷＳＴの＋Ｙ方向への移動開始後、主制御装置２０は、前述した手順で、シャッタ４９Ａ，４９Ｂを開放し、ウエハステージＷＳＴと計測ステージＭＳＴとの更なる接近を許可する。また、主制御装置２０は、シャッタ４９Ａ，４９Ｂの開放を開閉センサ１０１の検出結果に基づいて確認する。
そして、ウエハステージＷＳＴが図３０に示される位置に到達すると、主制御装置２０は、衝突検知センサ４３Ｂ，４３Ｃの出力に基づいて、ウエハステージＷＳＴと計測ステージＭＳＴとが接触する（又は３００μｍ程度の距離に近接する）のを検知し、直ちにウエハステージＷＳＴを停止する。これに先立って、主制御装置２０は、Ｚセンサ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センサ７２ａ〜７２ｄを作動させ（オンにし）、ウエハテーブルＷＴＢのＺ位置及び傾斜（θｙ回転及びθｘ回転）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ＡＬ２ 2，ＡＬ２3を用いて、３つのファーストアライメントショット領域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３０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つのエンコーダの計測値とを関連付けて不図示のメモリに格納する。なお、この場合の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の同時検出は、前述した如く、ウエハテーブルＷＴＢのＺ位置を変化させることで、複数のアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4とウエハテーブルＷＴＢに載置されているウエハＷとの間の、Ｚ軸方向（フォーカス方向）における相対位置関係を変更しつつ行われている。
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ＡＳ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（前述した５つのセカンド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３０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３１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、前述の直線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センサ７２ａ，７２ｂ、７２ｃ，７２ｄの計測値（ウエハテーブルＷＴＢのＸ軸方向の一側と他側の端部における面位置情報）と、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）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、ＣＤバー４６とウエハテーブルＷＴＢとの境界付近に形成されている。すなわち、液浸領域１４の水がＣＤバー４６からウエハテーブルＷＴＢに渡される直前の状態となっている。
そして、両ステージＷＳＴ，ＭＳＴが接触状態（又は近接状態）を保ったまま＋Ｙ方向へ更に移動し、図３２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３２中の星マーク参照）、上記５つのアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4の検出結果とその検出時の上記４つのエンコーダの計測値とを関連付けて不図示のメモリに格納する。なお、この場合の５つのセカンド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の同時検出も、前述した如く、ウエハテーブルＷＴＢのＺ位置を変化させながら行われる。
また、このとき、Ｘスケール３９Ｘ1に対向し、かつ上記直線ＬＶ上に位置するＸヘッドが存在しないので、主制御装置２０は、Ｘスケール３９Ｘ2に対向するＸヘッド６６（Ｘリニアエンコーダ７０Ｄ）及びＹリニアエンコーダ７０Ａ，７０Ｃの計測値に基づいて、ウエハテーブルＷＴＢのＸＹ平面内の位置を制御している。
上述したように、本実施形態では、セカンドアライメントショット領域ＡＳのアライメントマークの検出が終了した時点で、合計８個のアライメントマークの位置情報（２次元位置情報）が検出できる。そこで、この段階で、主制御装置２０は、これらの位置情報を用いて例えば前述のＥＧＡ方式にて統計演算を行って、ウエハＷのスケーリング（ショット倍率）を求め、その算出したショット倍率に基づいて、投影光学系ＰＬの光学特性、例えば投影倍率を調整しても良い。本実施形態では、投影光学系ＰＬを構成する特定の可動レンズを駆動する、あるいは投影光学系ＰＬを構成する特定レンズ間に形成された気密室内部の気体の圧力を変更するなどして、投影光学系ＰＬの光学特性を調整する調整装置６８（図８参照）を制御して投影光学系ＰＬの光学特性を調整する。すなわち、主制御装置２０は、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4がウエハＷ上の所定数（ここでは８個）のマークを検出し終えた段階で、それらの検出結果に基づいて、投影光学系ＰＬの光学特性を調整させるように調整装置６８を制御することとしても良い。なお、マークの個数は８個、あるいは検出対象のマークの総数の半分などに限られるものでなく、例えばウエハのスケーリングなどの算出に必要な個数以上であれば良い。
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ＡＳ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３２に示されるように、Ｚセンサ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３３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、前述したPri-BCHK後半の処理及び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、前述のPri-BCHKの前半の処理の結果とPri-BCHKの後半の処理の結果とに基づいて、プライマリアライメント系ＡＬ１のベースラインを算出する。これとともに、主制御装置２０は、前述のフォーカスキャリブレーション前半の処理で得られたＺセンサ７２ａ，７２ｂ、７２ｃ，７２ｄの計測値（ウエハテーブルＷＴＢの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、前述のフォーカスキャリブレーション後半の処理で得られた投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置に対応するＺセンサ７４1,4，７４2,4、７６1,3、７６2,3の計測値（すなわち、ウエハテーブルＷＴＢの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を求め、そのオフセットが零になるように前述の光学的手法により多点ＡＦ系の検出原点を調整する。
この場合において、スループットの観点から、上述のPri-BCHKの後半の処理及びフォーカスキャリブレーション後半の処理の一方のみを行っても良いし、両方の処理を行うことなく、次の処理に移行しても良い。勿論、Pri-BCHKの後半の処理を行わない場合には、前述のPri-BCHKの前半の処理を行う必要もなく、この場合には、主制御装置２０は、前述のローディングポジションＬＰからファーストアライメントショット領域ＡＳに付設されたアライメントマークを検出する位置に、ウエハステージＷＳＴを移動させれば良い。
なお、この図３３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３４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３４中の星マーク参照）、上記５つのアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4の検出結果とその検出時の上記４つのエンコーダの計測値とを関連付けて不図示のメモリに格納する。なお、この場合の５つのサード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の同時検出も、前述した如く、ウエハテーブルＷＴＢのＺ位置を変化させながら行われる。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、前述したショックアブソーバ４７Ａ，４７ＢがＸ軸固定子８０に形成された開口５１Ａ，５１Ｂから離脱し、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、シャッタ４９Ａ，４９Ｂを、駆動機構３４Ａ，３４Ｂを介して上昇駆動することで、開口５１Ａ，５１Ｂを閉塞した状態に設定するとともに、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、前述した３つのフォース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３５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ＡＬ２ 2，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３５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つのエンコーダの計測値とを関連付けて不図示のメモリに格納する。なお、この場合の３つのフォース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の同時検出も、前述した如く、ウエハテーブルＷＴＢのＺ位置を変化させながら行われる。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４つのエンコーダの計測値とを用いて、例えば前述のＥＧＡ方式にて統計演算を行って、上記４つのエンコーダの計測軸で規定される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３６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、ロット内の残りのウエハに対して同様の動作が繰り返し行われる。
以上説明したように、本実施形態によると、計測値の短期安定性が良好なエンコーダ７０Ａ〜７０Ｄ等を含むエンコーダシステムによってウエハテーブルＷＴＢのＸＹ平面内の位置情報が、空気揺らぎなどの影響を受けることなく、高精度に計測されるとともに、Ｚセンサ７２ａ〜７２ｄ、７４1,1〜７４2,6、及び７６1,1〜７６2,6等を含む面位置計測システムによってウエハテーブルＷＴＢのＸＹ平面に直交するＺ軸方向における位置情報が、空気揺らぎなどの影響を受けることなく、高精度に計測される。この場合、上記エンコーダシステム及び上記面位置計測システムの両者とも、ウエハテーブルＷＴＢ上面を直接的に計測しているので、シンプルでかつ直接的なウエハテーブルＷＴＢ、ひいてはウエハＷの位置制御が可能になる。
また、本実施形態によると、前述したフォーカスマッピングの際に、主制御装置２０により、上記面位置計測システムと多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）とが同時に作動され、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の検出結果が、面位置計測システムの計測結果を基準としたデータに換算される。従って、予めこの換算データを取得しておくことで、その後に、面位置計測システムによってウエハテーブルＷＴＢのＺ軸方向の位置情報、及びＸＹ平面に対する傾斜方向の位置情報を計測するのみで、ウエハＷの面位置情報を取得することなく、ウエハＷの面位置制御が可能になる。従って、本実施形態では、先端レンズ１９１とウエハＷ表面との間のワーキングディスタンスが狭いが、特に支障なく、露光の際のウエハＷのフォーカス・レベリング制御を精度良く実行することができる。
本実施形態では、前述のウエハステージＷＳＴと計測ステージＭＳＴとを用いた並行処理動作の説明から明らかなように、ウエハステージＷＳＴへのウエハＷの搬入が行われる位置（ローディングポジションＬＰ）から、ウエハＷに対して所定の処理、例えば露光（パターン形成）が行われる位置までウエハＷが移動する過程において、主制御装置２０は、面位置計測システムと多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）との同時作動及び上述のデータの換算処理（フォーカスマッピング）を行っている。
また、本実施形態では、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4による検出すべき複数のマークの検出動作（例えば、前述のウエハアライメント動作）を開始してから、該複数のマークの検出動作を完了するまでの過程において、主制御装置２０は、上記面位置計測システムと多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）との同時作動を開始させるとともに上記データの換算処理を開始している。
また、本実施形態によると、上述の如く、ウエハテーブルＷＴＢ、ひいてはウエハＷの面位置を高精度に制御できるので、面位置制御誤差に起因する露光不良の殆どない高精度な露光が可能になり、これによりパターンの像を、像ぼけを伴うことなく、ウエハＷ上に形成することが可能になる。
また、本実施形態によると、主制御装置２０により、例えば露光に先立って、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基準として、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の検出値（計測値）を用いてウエハＷの面位置情報が計測され、露光の際にも、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基準として、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行な方向及び光軸ＡＸに直交する面に対する傾斜方向に関するウエハＷの位置調整が行われる。従って、露光に先立って、ウエハＷの面位置情報を計測しているにもかかわらず、実際の露光の際には、ウエハＷの面位置制御を高精度に行うことが可能になる。
また、本実施形態によると、空間像計測装置４５は、その一部がウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）に設けられ、且つ残りの一部が計測ステージＭＳＴに設けられており、投影光学系ＰＬにより形成される計測マークの空間像を計測する。このため、例えば前述したフォーカスキャリブレーション時において、その空間像計測装置４５により、投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置を計測する際に、空間像計測装置４５の一部が設けられたウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）の投影光学系ＰＬの光軸に平行な方向に関する位置をそのベストフォーカス位置の基準として計測を行うことが可能となる。従って、照明光ＩＬでウエハを露光する際に、このベストフォーカス位置の計測結果に基づいて、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）の投影光学系ＰＬの光軸に平行な方向に関する位置が高精度に調整される。また、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）には、空間像計測装置４５の一部が設けられるのみなので、そのウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）が大型化することがなく、その位置制御性を良好に確保することができる。なお、空間像計測装置４５の残りの一部を全て計測ステージＭＳＴに設けないで、計測ステージＭＳＴ及びその外部にそれぞれ設けても良い。
また、本実施形態によると、Ｙ軸干渉計１８及びＸ軸干渉計１３０により計測ステージＭＳＴの位置情報が計測され、４つのリニアエンコーダ７０Ａ〜７０ＤによってウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）の位置情報が計測される。ここで、リニアエンコーダ７０Ａ〜７０Ｄは、ウエハテーブルＷＴＢ上に配置され且つＹ軸、Ｘ軸にそれぞれ平行な方向を周期方向とする格子を有する複数のグレーティング（すなわちＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2又はＸスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2）と、スケール３９Ｙ1，３９Ｙ2，３９Ｘ1，３９Ｘ2が対向して配置される複数のヘッド（Ｙヘッド６４又はＸヘッド６６）とを含む反射型のエンコーダである。このため、リニアエンコーダ７０Ａ〜７０Ｄは、各ヘッドから対向するスケール（グレーティング）に照射されるビームの光路長がＹ軸干渉計１８及びＸ軸干渉計１３０に比べて格段短いので、空気揺らぎの影響を受け難く、Ｙ軸干渉計１８及びＸ軸干渉計１３０に比べて計測値の短期安定性が優れている。従って、ウエハを保持するウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）を安定して位置制御することが可能となる。
また、本実施形態によると、Ｙ軸方向を計測方向とする複数のＹヘッド６４のＸ軸方向の配置間隔は、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2のＸ軸方向の幅より狭く、Ｘ軸方向を計測方向とする複数のＸヘッド６６のＹ軸方向の配置間隔は、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2のＹ軸方向の幅より狭い。このため、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）を移動させる際に、複数のＹヘッド６４を順次切り換えながら、Ｙスケール３９Ｙ1又は３９Ｙ2に検出光（ビーム）を照射するＹリニアエンコーダ７０Ａ又は７０Ｃの計測値に基づいて、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）のＹ位置を計測することができ、これと並行して複数のＸヘッド６６を順次切り換えながら、Ｘスケール３９Ｘ1又は３９Ｘ2に検出光（ビーム）を照射するＸリニアエンコーダ７０Ｂ又は７０Ｄの計測値に基づいて、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）のＸ位置を計測することができる。
また、本実施形態によると、前述のスケールの格子ピッチの補正情報の取得のためのウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）のＹ軸方向への移動の際に、主制御装置２０により、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2を構成する各格子線３７の曲がりを補正するための補正情報（格子曲がりの補正情報）が前述の手順で求められる。そして、主制御装置２０により、ヘッドユニット６２Ｂ，６２Ｄから得られる計測値を、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）のＹ位置情報及びＸスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2の格子曲がりの補正情報、（並びに格子ピッチの補正情報）に基づいて補正しながら、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）のＸ軸方向への駆動が、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2とヘッドユニット６２Ｂ，６２Ｄとを用いて行われる。従って、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2を構成する各格子の曲がりの影響を受けることなく、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2を用いるヘッドユニット６２Ｂ，６２Ｄ（エンコーダ７０Ｂ，７０Ｄ）を用いて、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）のＸ軸方向の駆動を精度良く行なうことが可能となる。また、上記と同様のことを、Ｙ軸方向についても行うことにより、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）のＹ軸方向の駆動も精度良く行なうことができる。
また、本実施形態によると、ウエハステージＷＳＴがＹ軸方向に直線的に移動する間に、複数の検出点がＸ軸方向に所定間隔で設定される多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）によってウエハＷ表面の面位置情報が検出されるとともに、Ｘ軸方向に沿って一列に検出領域が配列される複数のアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4によってウエハＷ上で互いに位置が異なるアライメントマークが検出される。すなわち、ウエハステージＷＳＴ（ウエハＷ）が、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の複数の検出点（検出領域ＡＦ）と、複数のアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4の検出領域とを、直線的に通過するだけで、ウエハＷのほぼ全面の面位置情報の検出と、ウエハＷ上で検出すべき全てのアライメントマーク（例えば、ＥＧＡにおけるアライメントショット領域のアライメントマーク）の検出とが終了するので、アライメントマークの検出動作と面位置情報（フォーカス情報）の検出動作とを無関係に（別々に）行う場合に比べてスループットを向上させることができる。
本実施形態では、前述のウエハステージＷＳＴと計測ステージＭＳＴとを用いた並行処理動作の説明から明らかなように、主制御装置２０は、ローディングポジションから露光位置（露光領域ＩＡ）に向けたウエハステージＷＳＴの移動の途中で（すなわち、ウエハステージＷＳＴのＹ軸方向への移動中に）、ウエハＷ上でＸ軸方向の位置が異なる複数のマーク（アライメントショット領域のアライメントマーク）を、複数のアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4で同時に検出させるとともに、ウエハステージＷＳＴのＹ軸方向への移動に伴い複数のアライメント系の検出領域を通過したウエハＷの面位置情報を、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）で検出させる。このため、アライメントマークの検出動作と面位置情報（フォーカス情報）の検出動作とを無関係に行う場合に比べてスループットを向上させることができる。なお、本実施形態ではＸ軸方向に関してローディングポジションと露光位置とが異なるものとしたが、Ｘ軸方向の位置をほぼ同一としても良い。この場合、ローディングポジションからアライメント系（及び多点ＡＦ系）の検出領域までウエハステージＷＳＴをほぼ一直線に移動することができる。また、ローディングポジションとアンローディングポジションとを同一位置としても良い。
また、本実施形態によると、一対のＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2にそれぞれ対向する一対のＹヘッド６４ｙ2，６４ｙ1（一対のＹ軸リニアエンコーダ７０Ａ，７０Ｃ）の計測値に基づいて、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）のＹ軸方向の位置とθｚ回転（ヨーイング）とを計測しつつ、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）をＹ軸方向へ移動させることができる。また、この場合、ウエハＷ上に形成されるショット領域の配列（サイズなど）に合わせてプライマリアライメント系ＡＬ１に対するセカンダリアライメント系 ＡＬ２1〜ＡＬ２4のＸ軸方向の相対的な位置を調整した状態で、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）のＹ軸方向への移動を実現できるので、ウエハＷ上でＹ軸方向の位置が同一かつＸ軸方向の位置が異なる複数のショット領域（例えばアライメントショット領域）のアライメントマークを、複数のアライメント系ＡＬ１、ＡＬ２1〜ＡＬ２4で同時に計測することが可能になる。
また、本実施形態によると、主制御装置２０により、エンコーダシステム（Ｙリニアエンコーダ７０Ａ，７０Ｃ、Ｘリニアエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄ）による計測値に基づいてウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）の位置を制御しつつ、ウエハＷ上のアライメントマークがアライメント系ＡＬ１、ＡＬ２1〜ＡＬ２4を用いて検出される。すなわち、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2にそれぞれ対向するＹヘッド６４（Ｙリニアエンコーダ７０Ａ，７０Ｃ）と、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2にそれぞれ対向するＸヘッド６６（Ｘリニアエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄ）との計測値に基づいて、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）の位置を高精度に制御しつつ、ウエハＷ上のアライメントマークをアライメント系ＡＬ１、ＡＬ２1〜ＡＬ２4を用いて検出することが可能になる。
また、本実施形態によると、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）のＸＹ平面内での位置によって、アライメント系ＡＬ１、ＡＬ２1〜ＡＬ２4により同時検出されるウエハＷ上のアライメントマークの検出点数（計測点数）が異なるので、例えば前述のウエハアライメント時などに、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）をＸ軸に交差する方向、例えばＹ軸方向に移動する際に、ウエハＷ上で互いに位置が異なるアライメントマークを、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）のＹ軸方向の位置に応じて、換言すればウエハＷ上のショット領域の配置（レイアウト）に応じて、必要な数のアライメント系を用いて同時に検出することが可能になる。
また、本実施形態によると、主制御装置２０により、ウエハＷ上にアライメント系で検出すべきアライメントマークが残存している段階（例えば、前述のセカンド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の検出が終了した時点）で、それまでにアライメント系で検出されたウエハＷ上の複数（例えば８個）のアライメントマークの検出結果に基づいて、投影光学系ＰＬの光学特性を調整させるよう調整装置６８が制御される場合がある。かかる場合には、この投影光学系ＰＬの光学特性の調整後に、例えば投影光学系ＰＬによる所定の計測マーク（又はパターン）の像の検出などを行う場合に、上記の調整に伴って計測マークの像がシフトしても、そのシフト後の計測マークの像を計測するので、結果的に投影光学系ＰＬの光学特性の調整に伴う計測マークの像のシフトが計測誤差要因となることがない。また、検出すべきアライメントマークを全て検出し終える前に、それまでに検出されたアライメントマークの検出結果に基づいて上記調整を開始するので、上記調整を残りのアライメントマークの検出動作と並行して行うことができる。すなわち、本実施形態では、上記調整に要する時間を、サードアライメントショット領域ＡＳのアライメントマークの検出を開始してからフォースアライメントショット領域ＡＳのアライメントマークの検出が終了するまでの時間にオーバーラップさせることができる。これにより、全てのマークを検出し終えてから上記調整を開始していた従来技術と比べてスループットの向上が可能である。
また、本実施形態によると、主制御装置２０により、投影光学系ＰＬによるパターン（例えばレチクルＲのパターン）の像の投影位置とアライメント系ＡＬ１の検出中心との位置関係（アライメント系ＡＬ１のベースライン）を計測する動作（例えば、前述のPri-BCHKの前半の処理）を開始してから該動作を完了するまでの間（例えば、前述のPri-BCHKの後半の処理を終了するまでの間）に、アライメント系ＡＬ１、ＡＬ２1〜ＡＬ２4によるウエハＷ上のアライメントマーク（例えば、前述の３つのファーストアライメントショット領域及び５つのセカンドアライメントショット領域のアライメントマーク）の検出動作が行われる。すなわち、アライメント系によるマークの検出動作の少なくとも一部を、上記位置関係の計測動作と並行して行うことができる。従って、上記位置関係の計測動作が完了した時点では、ウエハＷ上で検出すべき複数のアライメントマークのアライメント系による検出動作の少なくとも一部を終了させることができる。これによって、上記位置関係の計測動作の前又は後で上記複数のアライメントマークのアライメント系による検出動作を行う場合に比べて、スループットの向上が可能である。
また、本実施形態によると、主制御装置２０により、ウエハＷ上で検出すべき複数のアライメントマークのアライメント系ＡＬ１、ＡＬ２1〜ＡＬ２4による検出動作（例えば、前述のウエハアライメント動作、すなわちファーストアライメントショット領域ＡＳからフォースアライメントショット領域ＡＳにそれぞれ付設された合計１６個のアライメントマークの検出動作）を開始してから該動作を完了する前までに、投影光学系ＰＬによるレチクルＲのパターンの像の投影位置とアライメント系ＡＬ１の検出中心との位置関係（アライメント系ＡＬ１のベースライン）の計測動作が行われる。すなわち、アライメント系によるマークの検出動作の一部と並行して、上記位置関係の計測動作を行うことができる。従って、ウエハＷ上で検出すべき複数のアライメントマークのアライメント系ＡＬ１、ＡＬ２1〜ＡＬ２4による検出動作が行われる間に、上記位置関係の計測動作を終了させることができる。これによって、ウエハＷ上で検出すべき複数のアライメントマークのアライメント系による検出動作の前又は後で上記位置関係の計測動作を行う場合に比べて、スループットの向上が可能である。
また、本実施形態によると、主制御装置２０により、ウエハＷ上で検出すべき複数のマークの検出動作（例えば、前述のウエハアライメント動作、すなわち１６個のアライメントマークの検出動作）が開始されてから該検出動作が完了する前までに、ウエハテーブルＷＴＢと計測テーブルＭＴＢとの接触状態（又は例えば３００μｍ以下に近接させる近接状態）と、該両テーブルを離間させる離間状態との切り換え動作が行われる。換言すれば、本実施形態によると、前記接触状態（又は近接状態）においてウエハＷ上で検出すべき複数のマークのアライメント系による検出動作が開始され、複数のマークの全ての検出動作を完了する前に、前記接触状態（又は近接状態）から前記離間状態への切り換えが行われるように該両テーブルが制御される。従って、ウエハＷ上で検出すべき複数のマークの検出動作が行われる間に、上記状態の切り換え動作を終了させることができる。これによって、ウエハＷ上で検出すべき複数のマークの検出動作の前又は後で上記状態の切り換え動作を行う場合に比べて、スループットの向上が可能である。
また、本実施形態によると、主制御装置２０は、アライメント系ＡＬ１のベースラインの計測動作を、前記離間状態において開始し、かつ前記接触状態（又は近接状態）において終了する。
また、本実施形態によると、主制御装置２０により、複数のアライメント系とウエハＷとのＺ軸方向（フォーカス方向）の相対位置関係を不図示のＺ・レベリング機構で変更しつつ、ウエハＷ上で互いに位置が異なるアライメントマークを、対応する複数のアライメント系によって同時に検出させるように、ステージ駆動系１２４（Ｚ・レベリング機構）とアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4と、が制御される。換言すれば、複数のアライメント系とウエハＷとのフォーカス方向の相対位置関係を、複数のアライメント系で同時に変更しつつ、ウエハＷ上で互いに位置が異なるマークが、対応する複数のアライメント系によって同時に計測される。これにより、各アライメント系について、例えば最も良好なフォーカス状態でマーク検出を行うことができ、その検出結果を優先して用いることなどによって、ウエハＷ表面の凹凸、及び複数のアライメント系でのベストフォーカス差の影響を受けることなく、ウエハＷ上で互いに位置が異なるマークを精度良く検出することができる。なお、本実施形態では、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4がＸ軸方向にほぼ沿って配置されるものとしたが、複数のアライメント系とウエハＷとのフォーカス方向の相対位置関係を、複数のアライメント系で同時に変更しつつ、ウエハＷ上で互いに位置が異なるマークを、対応する複数のアライメント系によって同時に計測する手法は、アライメント系が上述の配置と異なる配置であっても有効である。要は、複数のアライメント系で、ウエハＷ上の互いに異なる位置に形成されたマークをほぼ同時に検出できれば良い。
なお、上記実施形態では、図３に示されるように、ヘッドユニット６２Ｃが備える複数対（６対）のＺセンサ７４1,j、７４2,jと複数のＹヘッド６４とがＸ軸方向に関して交互に配置され、同容にヘッドユニット６２Ｃが備える複数対（６対）のＺセンサ７６1,q、７６2,qと複数のＹヘッド６４とがＸ軸方向に関して交互に配置されている場合について説明したが、本発明がこれに限定されるものではない。例えば、図３７に示されるヘッドユニット６２Ｃ’，６２Ａ’を前述のヘッドユニット６２Ｃ，６２Ａに代えて用いても良い。ヘッドユニット６２Ｃ’では、Ｚセンサ７４とＹヘッド６４とが直線ＬＨ上に交互に配置され、また、ヘッドユニット６２Ａ’では、Ｚセンサ７６とＹヘッド６４とが直線ＬＨ上に交互に配置されている。あるいは、図３８に示されるヘッドユニット１６２Ｃ，１６２Ａを前述のヘッドユニット６２Ｃ，６２Ａに代えて用いても良い。ヘッドユニット１６２Ｃでは、Ｙヘッド６４に代えて、Ｚセンサの機能をも備えたＹヘッド６４’が用いられており、同様に、ヘッドユニット１６２Ａでは、Ｙヘッド６４に代えて、Ｚセンサの機能をも備えたＹヘッド６４’が用いられている。この場合、Ｙ軸方向とＺ軸方向に関してウエハテーブルＷＴＢ上の同一の計測領域が共通の計測点となる。この場合、ヘッドユニット１６２ＣのＹヘッド６４’の特定の１つと、前述のＺセンサ７２ａ，７２ｂは同一のＹ軸方向の直線上に配置されることが望ましく、ヘッドユニット１６２ＡのＹヘッド６４’の特定の１つと、前述のＺセンサ７２ｃ，７２ｄは同一のＹ軸方向の直線上に配置されることが望ましい。また、Ｘ，Ｙ，Ｚの全てで、ウエハテーブルＷＴＢ上の同一の計測領域が共通の計測点となるように、センサ（ヘッドの配置及び／又は計測光学系の引き回し）を工夫するようにしても良い。この他、前述した各対のＺセンサ７４1,j、７４2,jをＹヘッド６４の＋Ｙ側と−Ｙ側に配置し、同様に、前述した各対のＺセンサ７６1,j、７６2,jをＹヘッドの＋Ｙ側と−Ｙ側に配置しても良い。この場合、Ｚセンサ７４1,j、７４2,j及びこれらに挟まれるＹヘッド６４、並びにＺセンサ７２ａ，７２ｂは同一のＹ軸方向の直線上に配置されることが望ましく、Ｚセンサ７６1,j、７６2,j及びこれらに挟まれるＹヘッド６４、並びにＺセンサ７２ａ，７２ｂは同一のＹ軸方向の直線上に配置されることが望ましい。また、この場合、Ｚセンサ７４1,j、７４2,j、及びＺセンサ７６1,j、７６2,jは、Ｙヘッド６４に対して対称の配置であっても良いし、対称の配置でなくても良い。
なお、上記実施形態では、Ｙ軸方向位置の計測に用いられる一対のＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2と、Ｘ軸方向位置の計測に用いられる一対のＸスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2とが、ウエハテーブルＷＴＢ上に設けられ、これに対応して、一対のヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃが投影光学系ＰＬを挟んでＸ軸方向の一側と他側に配置され、２つのヘッドユニット６２Ｂ、６２Ｄが投影光学系ＰＬを挟んでＹ軸方向の一側と他側に配置される場合について例示した。しかしながら、これに限らず、Ｙ軸方向位置の計測用のＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2及びＸ軸方向位置の計測用のＸスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2のうち、少なくとも一方が一対でなく１つのみ、ウエハテーブルＷＴＢ上に設けられていても良いし、あるいは、一対のヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃ及び２つのヘッドユニット６２Ｂ、６２Ｄのうち、少なくとも一方が、１つのみ設けられていても良い。また、スケールの延設方向及びヘッドユニットの延設方向は、上記実施形態のＸ軸方向、Ｙ軸方向のような直交方向に限定されるものではなく、相互に交差する方向であれば良い。
なお、上記の説明では、ウエハステージＷＳＴでウエハ交換を行っている間に、計測ステージＭＳＴのＣＤバー４６を用いて、Sec-BCHK（インターバル）を行う場合について説明したが、これに限らず、計測ステージＭＳＴの計測用部材を用いて、照度むら計測（及び照度計測）、空間像計測、波面収差計測などの少なくとも一つを行い、その計測結果をその後に行われるウエハの露光に反映させることとしても良い。具体的には、例えば、計測結果に基づいて調整装置６８により投影光学系ＰＬの調整を行うこととすることができる。
なお、上記実施形態では、スケールの格子ピッチの補正情報を取得するキャリブレーションに際し、ウエハテーブルＷＴＢを干渉計の計測値の短期変動が無視できる程度の低速（極低速）で移動させる場合について説明したが、これに限らず、極低速ではない速度で移動させることも可能である。この場合、例えばＹスケール３９Ｙ1、３９Ｙ2の格子ピッチの補正情報などを取得する場合には、ウエハテーブルをＸ軸方向に関して異なる位置に設定し、それぞれの位置で上記実施形態と同様にウエハテーブルをＹ軸方向に移動させつつ、その移動中にエンコーダ７０Ａ、７０Ｃ計測値とＹ干渉計１６の計測値ヘッドユニット６２Ａ、６２Ｃの計測値とを同時に取り込み、２回の同時取り込みの動作で得られたサンプリング値を用いて連立方程式を立て、この連立方程式を解くことで、Ｙスケールの格子ピッチの補正情報（例えば補正マップ）を、それぞれ独立に求めることとしても良い。
また、上記実施形態では、図１０（Ａ）に示されるように、ビームスプリッタなどの光学素子で光源からの光を分岐し、分岐後の光を反射する２枚の反射ミラーを備えた回折干渉方式のエンコーダをエンコーダ７０Ａ〜７０Ｆとして用いるものとしたが、これに限らず、３格子の回折干渉式のエンコーダ、あるいは、例えば、特開２００５−１１４４０６号公報などに開示されるような、光反射ブロックを備えたエンコーダなどを用いても良い。また、上記実施形態では、ヘッドユニット６２Ａ〜６２Ｄは、所定間隔で配置された複数のヘッドを有するものとしたが、これに限らず、Ｙスケール又はＸスケールのピッチ方向に細長く延びる領域に光ビームを射出する光源と、光ビームのＹスケール又はＸスケール（回折格子）からの反射光（回折光）を受光する、Ｙスケール又はＸスケールのピッチ方向に光ビームを受光する、隙間無く配列された多数の受光素子とを備えた単一のヘッドを採用しても良い。
また、上記実施形態では、ヘッドユニット６２Ａ〜６２Ｄからの検出光が透過可能な保護部材（例えば、薄膜又はガラス板など）で反射型の回折格子を覆い、回折格子の損傷などを防止しても良い。また、上記実施形態ではＸＹ平面とほぼ平行なウエハステージＷＳＴの上面に反射型の回折格子を設けるものとしたが、例えばウエハステージＷＳＴの下面に反射型の回折格子を設けても良い。この場合、ヘッドユニット６２Ａ〜６２ＤはウエハステージＷＳＴの下面が対向する、例えばベースプレートに配置される。さらに、上記実施形態ではウエハステージＷＳＴを水平面内で移動させるものとしたが、水平面と交差する平面（例えば、ＺＸ平面など）内で移動させても良い。また、レチクルステージＲＳＴが２次元移動する場合、前述のエンコーダシステムと同様の構成のエンコーダシステムを設けてレチクルステージＲＳＴの位置情報を計測しても良い。
なお、上記実施形態では干渉計システム１１８が５自由度の方向（Ｘ軸、Ｙ軸、θｘ、θｙ及びθｚ方向）に関してウエハステージＷＳＴの位置情報を計測可能であるものとしたが、Ｚ軸方向の位置情報をも計測可能として良い。この場合、少なくとも露光動作時に、前述のエンコーダシステムの計測値と干渉計システム１１８の計測値（少なくともＺ軸方向の位置情報を含む）とを用いてウエハステージＷＳＴの位置制御を行っても良い。この干渉計システム１１８は、例えば特開２０００−３２３４０４号公報（対応米国特許第７,１１６,４０１号）、特表２００１−５１３２６７号公報（対応米国特許第６,２０８,４０７号）などに開示されているように、ＸＹ平面に対して所定角度（例えば４５度）傾斜した反射面をウエハステージＷＳＴの側面に設け、この反射面を介して測定ビームを、例えば前述の鏡筒定盤あるいは計測フレームなどに設けられる反射面に照射することで、ウエハステージＷＳＴのＺ軸方向の位置情報を計測する。この干渉計システム１１８では、複数の測定ビームを用いることで、Ｚ軸方向に加えてθｘ方向及び／又はθｙ方向の位置情報も計測可能となる。この場合、ウエハステージＷＳＴの移動鏡に照射されるθｘ方向及び／又はθｙ方向の位置情報を計測するための測定ビームは用いなくても良い。
なお、上記実施形態では、複数のＺセンサ７４i,j,７６p,qがヘッドユニット６２Ｃ,６２Ａに設けられるものとしたが、これに限らず、Ｚセンサと同様の面位置センサを例えば計測フレームなどに設けても良い。また、エンコーダヘッド及びＺセンサはそれぞれ、ウエハステージの上面との間隔が投影光学系ＰＬの先端光学素子１９１と同程度以下、例えば狭いことが好ましい。これにより計測精度の向上を図れる。この場合、ＡＦセンサを設けることが困難だからこそ、簡易なＺセンサは有効となる。
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、国際公開第２００４／０５７５９０号、国際公開第２００５／０２９５５９号（対応米国特許公開第２００６／０２３１２０６号）、国際公開第２００４／０８６４６８号（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（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−、ＳＯ４ ２−、ＰＯ４ ２−等の塩基又は酸を添加（混合）したものであっても良い。更には、純水にＡｌ酸化物等の微粒子を添加（混合）したものであっても良い。これら液体は、ＡｒＦエキシマレーザ光を透過可能である。また、液体としては、光の吸収係数が小さく、温度依存性が少なく、投影光学系（先端の光学部材）、及び／又はウエハの表面に塗布されている感光材（又は保護膜（トップコート膜）あるいは反射防止膜など）に対して安定なものであることが好ましい。また、Ｆ2レーザを光源とする場合は、フォンブリンオイルを選択すれば良い。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。
なお、上記実施形態では、ウエハステージＷＳＴ（移動体）、計測ステージＭＳＴ（別の移動体）、アライメント系（ＡＬ１、ＡＬ２1〜ＡＬ２4）、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）、Ｚセンサ、干渉計システム１１８、及びエンコーダシステム（７０Ａ〜７０Ｆ）などの全てを備えた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、本発明がこれに限定されなるものでない。例えば、計測ステージＭＳＴなどが設けられていない露光装置にも、本発明は適用が可能である。本発明は、上記各構成部分のうち、ウエハステージ（移動体）とこれ以外の一部の構成部分とを備えていれば適用が可能である。一例を挙げれば、例えばマーク検出系をポイントする発明は、少なくともウエハステージＷＳＴとアライメント系とを備えた装置であれば適用が可能である。また、干渉計システムとエンコーダシステムとは、必ずしも両方設ける必要はないことは勿論である。
また、上記実施形態では、空間像計測装置４５が、異なるステージ、具体的にはウエハステージＷＳＴと計測ステージＷＳＴとに分離して配置された場合について説明したが、分離して配置されるセンサは空間像計測装置に限られるものではなく、例えば、波面収差計測器などであっても良い。また、異なるステージは、基板ステージと計測ステージとの組み合わせに限られるものではない。
また、上記実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式等の走査型露光装置に本発明が適用された場合について説明したが、これに限らず、ステッパなどの静止型露光装置に本発明を適用しても良い。ステッパなどであっても、露光対象の物体が搭載されたステージの位置をエンコーダで計測することにより、同様に、空気揺らぎに起因する位置計測誤差の発生を殆ど零にすることができる。この場合、エンコーダの計測値の短期変動を干渉計の計測値を用いて補正する補正情報とエンコーダの計測値とに基づいて、ステージを高精度に位置決めすることが可能になり、結果的に高精度なレチクルパターンの物体上への転写が可能になる。また、ショット領域とショット領域とを合成するステップ・アンド・スティッチ方式の縮小投影露光装置、プロキシミティー方式の露光装置、又はミラープロジェクション・アライナーなどにも本発明は適用することができる。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（対応米国特許第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。
なお、本発明の測定装置及び測定方法は、露光装置に限らず、その他の基板の処理装置（例えば、レーザリペア装置、基板検査装置その他）、あるいはその他の精密機械における試料の位置決め装置、ワイヤーボンディング装置等の平面内で移動するステージ等の移動体を備えた装置にも広く適用できる。
また、上記実施形態の露光装置（パターン形成装置）は、本願請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
次に上述した露光装置（パターン形成装置）をリソグラフィ工程で使用するデバイスの製造方法の実施形態について説明する。
図３９には、デバイス（ＩＣあるいはＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造例のフローチャートが示されている。図３９に示されるように、まず、ステップ２０１（設計ステップ）において、デバイスの機能・性能設計（例えば、半導体デバイスの回路設計等）を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、ステップ２０２（マスク製作ステップ）において、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。一方、ステップ２０３（ウエハ製造ステップ）において、シリコン等の材料を用いてウエハを製造する。
次に、ステップ２０４（ウエハ処理ステップ）において、ステップ２０１〜ステップ２０３で用意したマスクとウエハを使用して、後述するように、リソグラフィ技術等によってウエハ上に実際の回路等を形成する。次いで、ステップ２０５（デバイス組立てステップ）において、ステップ２０４で処理されたウエハを用いてデバイス組立てを行う。このステップ２０５には、ダイシング工程、ボンディング工程、及びパッケージング工程（チップ封入）等の工程が必要に応じて含まれる。
最後に、ステップ２０６（検査ステップ）において、ステップ２０５で作成されたデバイスの動作確認テスト、耐久テスト等の検査を行う。こうした工程を経た後にデバイスが完成し、これが出荷される。
図４０には、半導体デバイスにおける、上記ステップ２０４の詳細なフロー例が示されている。図４０において、ステップ２１１（酸化ステップ）においてはウエハの表面を酸化させる。ステップ２１２（ＣＶＤステップ）においてはウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ２１３（電極形成ステップ）においてはウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ２１４（イオン打ち込みステップ）においてはウエハにイオンを打ち込む。以上のステップ２１１〜ステップ２１４それぞれは、ウエハ処理の各段階の前処理工程を構成しており、各段階において必要な処理に応じて選択されて実行される。
ウエハプロセスの各段階において、上述の前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程が実行される。この後処理工程では、まず、ステップ２１５（レジスト形成ステップ）において、ウエハに感光剤を塗布する。引き続き、ステップ２１６（露光ステップ）において、上で説明した露光装置（パターン形成装置）及びその露光方法（パターン形成方法）によってマスクの回路パターンをウエハに転写する。次に、ステップ２１７（現像ステップ）においては露光されたウエハを現像し、ステップ２１８（エッチングステップ）において、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去る。そして、ステップ２１９（レジスト除去ステップ）において、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。
これらの前処理工程と後処理工程とを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
以上説明した本実施形態のデバイス製造方法を用いれば、露光工程（ステップ２１６）において上記実施形態の露光装置（パターン形成装置）及びその露光方法（パターン形成方法）が用いられるので、重ね合せ精度を高く維持しつつ、高スループットな露光を行うことができる。従って、微細パターンが形成された高集積度のマイクロデバイスの生産性を向上することができる。
以上説明したように、本発明の処理装置及び処理方法は、平面内で移動する移動体上に載置された物体に所定の処理を行うのに適している。また、本発明のパターン形成装置は、物体上にパターンを形成するのに適している。また、本発明のデバイス製造方法は、半導体素子又は液晶表示素子などの電子デバイスを製造するのに適している。
１０…照明系、２０…主制御装置、３９Ｙ１、３９Ｙ２…Ｙスケール、３９Ｘ１、３９Ｘ２…Ｘスケール、４６…ＣＤバー、６２Ａ〜６２Ｄ…ヘッドユニット、７０Ａ〜７０Ｆ…エンコーダシステム、７２ａ〜７２ｄ、７４i,j、７６p,q…Ｚセンサ、９０ａ…照射系、９０ｂ…受光系、１００…露光装置、ＡＬ１、ＡＬ２１〜ＡＬ２４…アライメント系、ＩＬ…照明光、ＭＴＢ…計測テーブル、ＭＳＴ…計測ステージ、ＰＬ…投影光学系、ＷＴＢ…ウエハテーブル、ＷＳＴ…ウエハステージ、Ｗ…ウエハ。

Claims (21)

  1. 所定の平面内で移動する移動体に載置された物体に所定の処理を行う処理装置であって、
    前記移動体に光を照射し、その反射光を受光して前記光の照射点における前記移動体表面の前記平面に直交する方向の位置情報を計測する面位置センサを複数含み、前記移動体の前記平面に直交する方向及び該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と、
    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、前記物体表面の複数の検出点における面位置情報を検出する面位置検出装置と、
    前記面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、該同時作動により得られた前記面位置検出装置による前記複数の検出点での検出結果を、前記同時作動により得られた前記面位置計測システムでの計測結果を基準としたデータに換算する制御装置と、を備える処理装置。
  2. 請求項１に記載の処理装置において、
    前記面位置計測システムに含まれる前記複数の面位置センサは、前記平面内の所定方向に沿って配置され、
    前記面位置検出装置の前記複数の検出点は、前記複数の面位置センサに平行に前記所定方向に沿って配列され、
    前記制御装置は、前記物体を載置した移動体が前記所定方向と交差する方向に沿って移動している最中に、前記面位置計測システムと前記面位置検出装置とに前記同時作動を行わせる処理装置。
  3. 請求項２に記載の処理装置において、
    前記複数の面位置センサは、前記面位置検出装置の複数の検出点のうち、両端部近傍に位置する２つの検出点それぞれの近傍に少なくとも各１つ配置されているマッピング用面位置センサを含み、
    前記制御装置は、前記面位置検出装置の各検出点における検出値を、前記各マッピング用面位置センサの計測結果に基づいて得られた基準面位置を基準としたデータに換算する処理装置。
  4. 請求項２又は３に記載の処理装置において、
    前記移動体がその上に前記物体が載置される場所から、前記物体に対してエネルギビームを照射する処理が行われる場所へ移動するまでの過程において、前記制御装置は、前記同時作動及び換算処理を行う処理装置。
  5. 請求項３又は４に記載の処理装置において、
    前記制御装置は、前記物体が載置された前記移動体を、前記所定方向に移動させつつ、前記面位置検出装置の前記複数の検出点を用いて順次検出した結果に基づいて、前記移動体が前記所定方向に移動する際に生じる、前記移動体の、前記平面に直交する方向における位置変動に関する情報を求める処理装置。
  6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の処理装置において、
    前記物体上に形成された、検出すべき複数のマークを検出するマーク検出装置をさらに備え、
    前記マーク検出装置による前記検出すべき複数のマークの検出動作を開始してから、該複数のマークの検出動作を完了するまでの過程において、前記制御装置は、前記面位置計測システムと前記面位置検出装置との同時作動を開始させるとともに前記データの換算処理を開始する処理装置。
  7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の処理装置において、
    前記平面に平行な基準平面を備えた基準部材と、
    前記面位置検出装置に、前記基準部材に対して前記検出ビームを照射させ、前記基準平面からの反射光を受光した前記面位置検出装置の出力に基づいて、前記面位置検出装置の複数の検出点の計測値間の関係を求める演算処理装置をさらに備える処理装置。
  8. 請求項７に記載の処理装置において、
    前記基準部材は、前記平面内で前記移動体とは独立に移動する別の移動体上にキネマティックに支持されている処理装置。
  9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の処理装置において、
    前記面位置計測システムは、前記移動体の移動に伴って、前記複数の面位置センサ間において計測値の引き継ぎを行う処理装置。
  10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の処理装置において、
    前記面位置センサは、ＣＤピックアップ方式のセンサである処理装置。
  11. 対象物体上にパターンを形成するパターン形成装置であって、
    前記対象物体が前記移動体上に載置された請求項１〜１０のいずれか一項に記載の処理装置と、
    前記パターンを生成するパターン生成装置と、を備えるパターン形成装置。
  12. 請求項１１に記載のパターン形成装置において、
    前記パターン生成装置は、エネルギビームを前記物体に照射するパターン形成装置。
  13. 所定の平面内で移動する移動体に載置された物体に所定の処理を行う処理方法であって、
    前記移動体に光を照射し、その反射光を受光して前記光の照射点における前記移動体表面の前記平面に直交する方向の位置情報を計測する面位置センサを複数含み、前記移動体の前記平面に直交する方向及び該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と、
    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、前記物体表面の複数の検出点における面位置情報を検出する面位置検出装置と、を同時作動の状態にする第１工程と、
    前記第１工程における同時作動により得られた前記面位置検出装置による前記複数の検出点での検出結果を、前記同時作動により得られた前記面位置計測システムでの計測結果を基準としたデータに換算する第２工程と、を含む処理方法。
  14. 請求項１３に記載の処理方法において、
    前記面位置計測システムに含まれる前記複数の面位置センサは、前記平面内の所定方向に沿って配置され、
    前記面位置検出装置の前記複数の検出点は、前記複数の面位置センサに平行に前記所定方向に沿って配列され、
    前記物体を載置した移動体が前記所定方向と直交する方向に沿って移動している最中に、前記第１工程の処理が行われる処理方法。
  15. 請求項１４に記載の処理方法において
    前記複数の面位置センサは、前記面位置検出装置の複数の検出点のうち、両端部近傍に位置する２つの検出点それぞれの近傍に少なくとも各１つ配置されているマッピング用面位置センサを含み、
    前記第２工程では、前記面位置検出装置の各検出点における検出値を、前記各マッピング用面位置センサの計測結果に基づいて得られた基準面位置を基準としたデータに換算する処理方法。
  16. 請求項１４又は１５に記載の処理方法において、
    前記移動体がその上に前記物体が載置される場所から、前記物体に対して前記所定の処理が行われる場所へ移動するまでの過程において、前記第１、第２工程の処理が行われる処理方法。
  17. 請求項１５又は１６に記載の処理方法において、
    前記物体が載置された前記移動体を、前記所定方向に移動させつつ、前記面位置検出装置の前記複数の検出点を用いて順次検出した結果に基づいて、前記移動体が前記所定方向に移動する際に生じる、前記移動体の、前記平面に直交する方向における位置変動に関する情報を求める第３工程をさらに含む処理方法。
  18. 請求項１３〜１７のいずれか一項に記載の処理方法において、
    前記物体上に形成された、検出すべき複数のマークを、マーク検出装置により検出する動作を開始してから、該動作を完了するまでの過程において、前記第１、第２工程の処理がともに開始される処理方法。
  19. 請求項１３〜１８のいずれか一項に記載の処理方法において、
    前記所定の処理には、前記物体上にパターンを形成する処理が含まれる処理方法。
  20. 請求項１９に記載の処理方法において、
    エネルギビームを照射することで、前記パターンが前記物体上に形成される処理方法。
  21. 請求項１９又は２０に記載の処理方法により、物体上にパターンを形成する工程と、
    パターンが形成された前記物体を処理する工程と、を含むデバイス製造方法。
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