JP2009252992A - 移動体駆動方法、露光方法及びデバイス製造方法、並びに露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】面位置計測センサを用いて計測面の凹凸を計測し、その計測結果を用いて、同計測面の凹凸に起因するエンコーダの計測誤差を補正する。
【解決手段】Ｘ干渉計１２７、Ｙ干渉計１６を用いて位置を監視しながらステージＷＳＴを移動させ、面位置計測センサ７２ａ〜７２ｄを用いてステージＷＳＴ上面に設けられたＹスケール３９Ｙ_１，３９Ｙ_２のＺ位置を計測する。ここで、例えば、面位置センサ７２ａ，７２ｂの計測結果の差より、Ｙスケール３９Ｙ_２のＹ軸方向の傾きが得られる。Ｙスケール３９Ｙ_１，３９Ｙ_２の全面について傾きを計測することにより、それらの２次元凹凸データが作成される。この凹凸データを用いて、面位置計測センサの計測誤差を補正するとともに、同じＹスケール３９Ｙ_１，３９Ｙ_２を走査するＹエンコーダヘッド６５，６４の計測誤差も補正する。
【選択図】図１１

Description

本発明は、移動体駆動方法、露光方法及びデバイス製造方法、並びに露光装置に係り、さらに詳しくは、所定平面内で移動体を駆動する移動体駆動方法、該移動体駆動方法を利用する露光方法、及び該露光方法を用いるデバイス製造方法、並びに前記露光方法の実施に好適な露光装置に関する。

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

この種の露光装置では、一般的に、パターンが転写・形成されるウエハ又はガラスプレート等の基板（以下、ウエハと総称する）を保持して２次元移動するウエハステージの位置が、レーザ干渉計を用いて計測されていた。しかし、近年の半導体素子の高集積化に伴うパターンの微細化により、さらに高精度なウエハステージの位置制御性能が要求されるようになり、その結果、レーザ干渉計のビーム路上の雰囲気の温度変化、及び／又は温度勾配の影響で発生する空気揺らぎに起因する計測値の短期的な変動が、無視できなくなってきた。

かかる不都合を改善するものとして、レーザ干渉計と同程度以上の計測分解能を有するエンコーダを、ウエハステージの位置計測装置として採用した露光装置に係る発明が、先に提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に開示される露光装置では、ウエハステージの上面に計測面となる複数のスケール（反射型回折格子）が設けられ、ウエハステージの移動領域内でスケールに対向し得る位置に、その計測面に計測ビームを投射し、その反射光を検出する、複数のエンコーダのヘッド及び面位置計測センサのヘッドが設置されている。

しかるに、計測面を構成する回折格子の表面は、必ずしも理想的な平面ではなく、微小な凹凸を有する。また、長時間の使用において、経時変化により凹凸が生ずる、あるいは拡大することもあり得る。そこで、計測面（回折格子の表面）の凹凸に起因するエンコーダのヘッド及び／又は面位置計測センサのヘッドの計測誤差を補正することが必要となる。

国際公開第２００７／０９７３７９号パンフレット

本発明は、上述の事情の下でなされたものであり、第１の観点からすると、所定平面内で移動体を駆動する移動体駆動方法であって、前記所定平面に実質的に平行な前記移動体の一面に設けられた計測面に第１計測ビームを投射する第１ヘッドを用いて、前記第１計測ビームの投射点における、前記所定平面に平行な方向に関する前記計測面の位置情報を計測するとともに、前記計測面に第２計測ビームを投射する第２ヘッドを用いて、前記第２計測ビームの投射点における、前記所定平面に垂直な方向に関する前記計測面の位置情報を計測し、前記第１及び第２ヘッドの計測結果と、前記計測面の凹凸分布と、に基づいて、前記移動体を駆動する工程を含む第１の移動体駆動方法である。

これによれば、第１及び第２ヘッドの計測結果と、第１、第２ヘッドからの第１、第２計測ビームがそれぞれ照射される共通の計測面の凹凸分布と、に基づいて、移動体が駆動される。従って、その計測面の凹凸分布を用いて、計測面の凹凸に起因する第１及び第２ヘッドの計測誤差をそれぞれ補正することができ、補正後の第１及び第２ヘッドの計測結果に基づいて、移動体を高精度で駆動することが可能になる。

本発明は、第２の観点からすると、所定平面内で移動体を駆動する移動体駆動方法であって、前記所定平面に実質的に平行な前記移動体の一面に設けられた計測面に第１計測ビームを投射する第１ヘッドを用いて、前記第１計測ビームの投射点における、前記所定平面に平行な方向に関する前記計測面の位置情報を計測した計測結果と、前記計測面に第２計測ビームを投射し、該計測面からの戻り光を受光することによって、前記第２計測ビームの投射点における前記所定平面に垂直な方向に関する前記計測面の面位置情報を計測する第２ヘッドを用いて、事前に計測された前記計測面の凹凸分布と、に基づいて、前記移動体を駆動する工程を含む第２の移動体駆動方法である。

これによれば、第１ヘッドの計測結果と、第２ヘッドを用いて事前に計測された計測面の凹凸分布と、に基づいて移動体が駆動される。従って、第２ヘッドを用いて事前に計測された計測面の凹凸分布を用いて、計測面の凹凸に起因する第１ヘッドの計測誤差を補正することが可能となり、補正後の第１ヘッドの計測結果に基づいて、移動体を高精度で駆動することが可能になる。

本発明は、第３の観点からすると、エネルギビームにより物体を露光して前記物体上にパターンを形成する露光方法であって、前記パターンを形成するために、本発明の第１、第２の移動体駆動方法のいずれかを用いて、前記物体を保持する移動体を駆動する工程を含む露光方法である。

これによれば、物体上にパターンを形成するために、本発明の第１、第２の移動体駆動方法のいずれかを用いて、物体を保持する移動体が精度良く駆動される。このため、物体上にパターンを精度良く形成することが可能になる。

本発明は、第４の観点からすると、本発明の露光方法を用いて物体上にパターンを形成する工程と；前記パターンが形成された前記物体に処理を施す工程と；を含むデバイス製造方法である。

本発明は、第５の観点からすると、エネルギビームにより物体を露光して前記物体上にパターンを形成する露光装置であって、前記物体を保持して所定平面内で移動するとともに、前記所定平面に実質的に平行な一面に計測面が設けられた移動体と；前記計測面に第１、第２計測ビームをそれぞれ投射する第１及び第２ヘッドを有し、前記第１ヘッドにより前記第１計測ビームの投射点における、前記所定平面に平行な方向に関する前記計測面の位置情報を計測するとともに、前記第２ヘッドにより前記第２計測ビームの投射点における、前記所定平面に垂直な方向に関する前記計測面の位置情報を計測する計測システムと；前記第１及び第２ヘッドの計測結果と、前記計測面の凹凸分布と、に基づいて、前記移動体を駆動する処理装置と；を備える露光装置である。

これによれば、処理装置により、第１及び第２ヘッドの計測結果と、第１及び第２ヘッドからの第１、第２計測ビームがそれぞれ照射される共通の計測面の凹凸分布と、に基づいて、移動体が駆動される。従って、その計測面の凹凸分布を用いて、計測面の凹凸に起因する第１及び第２ヘッドの計測誤差をそれぞれ補正することができ、補正後の第１及び第２ヘッドの計測結果に基づいて、移動体を高精度で駆動することが可能になる。また、物体上にパターンを形成するために、処理装置により、物体を保持する移動体を精度良く駆動することができ、これにより、物体上にパターンを精度良く形成することが可能になる。

以下、本発明の一実施形態を、図１〜図１３に基づいて説明する。図１には、一実施形態の露光装置１００の構成が概略的に示されている。

露光装置１００は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置、いわゆるスキャナである。後述するように、本実施形態では投影光学系ＰＬとプライマリアライメント系ＡＬ１（図４、図５等参照）が設けられている。以下においては、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行な方向をＺ軸方向、これに直交する面内で光軸ＡＸとプライマリアライメント系ＡＬ１の検出中心を結ぶ直線と平行な方向をＹ軸方向、Ｚ軸及びＹ軸に直交する方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸回りの回転（傾斜）方向をそれぞれθｘ、θｙ、及びθｚ方向として説明を行う。

露光装置１００は、図１に示されるように、照明系１０、レチクルステージＲＳＴ、投影ユニットＰＵ、局所液浸装置８、ウエハステージＷＳＴ及び計測ステージＭＳＴを有するステージ装置５０、並びにこれらの制御系等を備えている。図１において、ウエハステージＷＳＴ上には、ウエハＷが載置されている。

照明系１０は、例えば米国特許出願公開第２００３／００２５８９０号明細書などに開示されるように、光源と、オプティカルインテグレータ等を含む照度均一化光学系、及びレチクルブラインド等（いずれも不図示）を有する照明光学系と、を含む。照明系１０は、レチクルブラインド（マスキングシステム）で規定されたレチクルＲ上のスリット状の照明領域ＩＡＲを、照明光（露光光）ＩＬによりほぼ均一な照度で照明する。ここで、照明光ＩＬとして、一例として、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）が用いられる。

レチクルステージＲＳＴ上には、そのパターン面（図１における下面）に回路パターンなどが形成されたレチクルＲが、例えば真空吸着により固定されている。レチクルステージＲＳＴは、例えばリニアモータ等を含むレチクルステージ駆動系１１（図１では不図示、図７参照）によって、ＸＹ平面内で微小駆動可能であるとともに、走査方向（図１における紙面内左右方向であるＹ軸方向）に所定の走査速度で駆動可能となっている。

レチクルステージＲＳＴのＸＹ平面内の位置情報（θｚ方向の回転情報を含む）は、レチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）１１６によって、移動鏡１５（実際には、Ｙ軸方向に直交する反射面を有するＹ移動鏡（あるいは、レトロリフレクタ）とＸ軸方向に直交する反射面を有するＸ移動鏡とが設けられている）を介して、例えば０．２５ｎｍ程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計１１６の計測値は、主制御装置２０（図１では不図示、図７参照）に送られる。

投影ユニットＰＵは、レチクルステージＲＳＴの図１における下方に配置されている。投影ユニットＰＵは、鏡筒４０と、鏡筒４０内に保持された投影光学系ＰＬと、を含む。投影光学系ＰＬとしては、例えば、Ｚ軸方向と平行な光軸ＡＸに沿って配列される複数の光学素子（レンズエレメント）から成る屈折光学系が用いられる。投影光学系ＰＬは、例えば両側テレセントリックで、所定の投影倍率（例えば１／４倍、１／５倍又は１／８倍など）を有する。このため、照明系１０によってレチクルＲ上の照明領域ＩＡＲが照明されると、投影光学系ＰＬの第１面（物体面）とパターン面がほぼ一致して配置されるレチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬ（投影ユニットＰＵ）を介してその照明領域ＩＡＲ内のレチクルＲの回路パターンの縮小像（回路パターンの一部の縮小像）が、その第２面（像面）側に配置される、表面にレジスト（感応剤）が塗布されたウエハＷ上の前記照明領域ＩＡＲに共役な領域（以下、露光領域とも呼ぶ）ＩＡに形成される。そして、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとの同期駆動によって、照明領域ＩＡＲ（照明光ＩＬ）に対してレチクルＲを走査方向（Ｙ軸方向）に相対移動させるとともに、露光領域ＩＡ（照明光ＩＬ）に対してウエハＷを走査方向（Ｙ軸方向）に相対移動させることで、ウエハＷ上の１つのショット領域（区画領域）の走査露光が行われ、そのショット領域にレチクルＲのパターンが転写される。すなわち、本実施形態では照明系１０、レチクルＲ及び投影光学系ＰＬによってウエハＷ上にパターンが生成され、照明光ＩＬによるウエハＷ上の感応層（レジスト層）の露光によってウエハＷ上にそのパターンが形成される。

本実施形態の露光装置１００には、液浸方式の露光を行うために、前述の如く、局所液浸装置８が設けられている。局所液浸装置８は、液体供給装置５、液体回収装置６（いずれも図１では不図示、図７参照）、液体供給管３１Ａ、液体回収管３１Ｂ、及びノズルユニット３２等を含む。ノズルユニット３２は、図１に示されるように、投影光学系ＰＬを構成する最も像面側（ウエハＷ側）の光学素子、ここではレンズ（以下、「先端レンズ」ともいう）１９１を保持する鏡筒４０の下端部周囲を取り囲むように、投影ユニットＰＵを保持する不図示のメインフレームに吊り下げ支持されている。本実施形態では、ノズルユニット３２は、図１に示されるように、その下端面が先端レンズ１９１の下端面とほぼ同一面に設定されている。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４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軸方向に対してほぼ４５°傾斜し、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸとプライマリアライメント系ＡＬ１の検出中心とを結ぶＹ軸に平行な直線（以下、基準軸と呼ぶ）ＬＶに関して対称な配置となっている。図４において、符号ＵＰはウエハステージＷＳＴ上のウエハのアンロード時にウエハステージＷＳＴの中心が位置するアンローディングポジションを示し、符号ＬＰはウエハステージＷＳＴ上へのウエハのロード時にウエハステージＷＳＴの中心が位置するローディングポジションを示す。

液体供給管３１Ａは液体供給装置５（図１では不図示、図７参照）に、液体回収管３１Ｂは液体回収装置６（図１では不図示、図７参照）に接続されている。ここで、液体供給装置５には、液体を貯蔵するタンク、加圧ポンプ、温度制御装置、液体の流量を制御するためのバルブ等が備えられている。液体回収装置６には、回収した液体を貯蔵するタンク、吸引ポンプ、液体の流量を制御するためのバルブ等が備えられている。

主制御装置２０は、液体供給装置５（図７参照）を制御して、液体供給管３１Ａを介して先端レンズ１９１とウエハＷとの間に液体を供給するとともに、液体回収装置６（図７参照）を制御して、液体回収管３１Ｂを介して先端レンズ１９１とウエハＷとの間から液体を回収する。このとき、主制御装置２０は、供給される液体の量と回収される液体の量とが常に等しくなるように、液体供給装置５と液体回収装置６を制御する。従って、先端レンズ１９１とウエハＷとの間には、一定量の液体Ｌｑ（図１参照）が常に入れ替わって保持され、これにより液浸領域１４（図４参照）が形成される。なお、投影ユニットＰＵの下方に後述する計測ステージＭＳＴが位置する場合にも、同様に先端レンズ１９１と計測テーブルとの間に液浸領域１４を形成することができる。

本実施形態では、上記の液体として、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍの光）が透過する純水（以下、特に必要な場合を除いて、単に「水」と記述する）を用いるものとする。なお、ＡｒＦエキシマレーザ光に対する水の屈折率ｎは、ほぼ１．４４であり、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。

ステージ装置５０は、図１に示されるように、ベース盤１２の上方に配置されたウエハステージＷＳＴ及び計測ステージＭＳＴ、両ステージＷＳＴ，ＭＳＴの位置情報を計測する計測システム２００（図７参照）、及び両ステージＷＳＴ，ＭＳＴを駆動するステージ駆動系１２４（図７参照）等を備えている。計測システム２００は、図７に示されるように、干渉計システム１１８、エンコーダシステム１５０、及び面位置計測システム１８０などを含む。

ウエハステージＷＳＴ及び計測ステージＭＳＴは、不図示の非接触軸受、例えばエアベアリングなどにより、数μｍ程度のクリアランスを介して、ベース盤１２の上方に支持されている。また、両ステージＷＳＴ，ＭＳＴは、リニアモータ等を含むステージ駆動系１２４（図７参照）によって、独立して駆動可能である。

ウエハステージＷＳＴは、図１に示されるように、ステージ本体９１と、該ステージ本体９１上に搭載されたウエハテーブルＷＴＢとを含む。ウエハテーブルＷＴＢ及びステージ本体９１は、リニアモータ及びＺ・レベリング機構（ボイスコイルモータなどを含む）を含む駆動系によって、ベース盤１２に対し、６自由度方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ，θｘ，θｙ，θｚ）に駆動可能に構成されている。

ウエハテーブルＷＴＢの上面の中央には、ウエハＷを真空吸着等によって保持するウエハホルダ（不図示）が設けられている。ウエハホルダ（ウエハの載置領域）の外側には、図２（Ａ）に示されるように、ウエハＷ（ウエハホルダ）よりも一回り大きな円形の開口が中央に形成され、かつ矩形状の外形（輪郭）を有するプレート（撥液板）２８が設けられている。プレート２８の表面は、液体Ｌｑに対して撥液化処理されている（撥液面が形成されている）。なお、プレート２８は、その表面の全部（あるいは一部）がウエハＷの表面と同一面となるようにウエハテーブルＷＴＢ上面に固定されている。

プレート２８は、中央に上述の円形の開口が形成された矩形の外形（輪郭）を有する第１撥液領域（第１撥液板）２８ａと、その周囲に配置された矩形枠状（環状）の第２撥液領域（第２撥液板）２８ｂと、を有する。

第１撥液板２８ａの＋Ｙ側の端部には、長方形の切り欠きが形成され、該切り欠きの内部にその表面がプレート２８とほぼ同一面となる状態で計測プレート３０が設けられている。この計測プレート３０には、中央に基準マークＦＭが設けられ、基準マークＦＭのＸ軸方向の両側に一対の空間像計測スリットパターン（スリット状の計測用パターン）ＳＬが、設けられている。そして、各空間像計測スリットパターンＳＬに対応して、それらを透過する照明光ＩＬを、ウエハステージＷＳＴ外部（後述する計測ステージＭＳＴに設けられる受光系）に導く送光系（不図示）が設けられている。

第２撥液板２８ｂには、後述するエンコーダシステムで用いられるスケールが形成されている。詳述すると、第２撥液板２８ｂのＸ軸方向（図２（Ａ）における紙面内左右方向）の一側と他側の領域には、それぞれＹスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂が形成されている。Ｙスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂は、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軸方向に配列された、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）ＲＧ（例えば図８参照）によって構成されている。格子線３８の長さは、一例として約７６ｍｍに設定されている。

同様に、第２撥液板２８ｂのＹ軸方向（図２（Ａ）における紙面内上下方向）の一側と他側の領域には、Ｙスケール３９Ｙ₁及び３９Ｙ₂に挟まれた状態で、Ｘスケール３９Ｘ₁，３９Ｘ₂がそれぞれ形成されている。Ｘスケール３９Ｘ₁，３９Ｘ₂は、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軸方向に配列された、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。

なお、格子線３７，３８のピッチは、例えば１μｍと設定される。図２（Ａ）及びその他の図において、図示の便宜のため、格子のピッチは実際のピッチよりも大きく図示されている。

また、回折格子ＲＧは、撥液性をそなえた低熱膨張率のガラス板ＣＧ（図８、図１０等参照）でカバーされ、保護されている。ここで、ガラス板（カバーガラスとも呼ばれる）ＣＧとしては、厚さがウエハと同程度、例えば厚さ１ｍｍのものを用いることができ、そのカバーガラスＣＧの表面がウエハ面と同じ高さ（同一面）になるよう、ウエハテーブルＷＳＴ上面に設置されている。

また、ウエハテーブルＷＴＢの−Ｙ端面，−Ｘ端面には、図２（Ａ）に示されるように、後述する干渉計システムで用いられる反射面１７ａ，反射面１７ｂが形成されている。

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

なお、図７では、ウエハステージＷＳＴの駆動系と計測ステージＭＳＴの駆動系とを含んで、ステージ駆動系１２４として示されている。

計測テーブルＭＴＢ（及びステージ本体９２）には、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（Ｂ）に示されるように、照度むらセンサ９４、空間像計測器９６、波面収差計測器９８、照度モニタ（不図示）などが設けられている。また、ステージ本体９２には、前述の一対の送光系（不図示）に対向する配置で、一対の受光系（不図示）が設けられている。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）において、ウエハステージＷＳＴ上の計測プレート３０の各空間像計測スリットパターンＳＬを透過した照明光ＩＬを各送光系（不図示）で案内し、計測ステージＭＳＴ内の各受光系（不図示）の受光素子で受光する、空間像計測装置４５（図７参照）が構成される。

また、計測テーブルＭＴＢの＋Ｙ端面、−Ｘ端面には、干渉計用の反射面１９ａ，１９ｂが形成されている。

計測テーブルＭＴＢの−Ｙ側の面には、図２（Ｂ）に示されるように、Ｘ軸方向に延びるフィデューシャルバー（以下、「ＦＤバー」と略述する）４６が取り付けられている。ＦＤバー４６の長手方向の一側と他側の端部近傍には、センターラインＣＬに関して対称な配置で、Ｙ軸方向を周期方向とする基準格子（例えば回折格子）５２がそれぞれ形成されている。また、ＦＤバー４６の上面には、複数の基準マークＭが形成されている。各基準マークＭとしては、後述するアライメント系によって検出可能な寸法の２次元マークが用いられている。なお、ＦＤバー４６の表面及び計測テーブルＭＴＢの表面も撥液膜で覆われている。

本実施形態の露光装置１００では、図４及び図５に示されるように、前述の基準軸ＬＶ上で、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸから−Ｙ側に所定距離隔てた位置に検出中心を有するプライマリアライメント系ＡＬ１が設けられている。プライマリアライメント系ＡＬ１は、不図示のメインフレームの下面に固定されている。図５に示されるように、プライマリアライメント系ＡＬ１を挟んで、Ｘ軸方向の一側と他側には、基準軸ＬＶに関してほぼ対称に検出中心が配置されるセカンダリアライメント系ＡＬ２₁，ＡＬ２₂と、ＡＬ２₃，ＡＬ２₄とがそれぞれ設けられている。セカンダリアライメント系ＡＬ２₁〜ＡＬ２₄は、可動式の支持部材を介してメインフレーム（不図示）の下面に固定されており、駆動機構６０₁〜６０₄（図７参照）を用いて、Ｘ軸方向に関してそれらの検出領域の相対位置が調整可能となっている。

本実施形態では、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２₁〜ＡＬ２₄のそれぞれとして、例えば画像処理方式のＦＩＡ（Field Image Alignment）系が用いられている。アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２₁〜ＡＬ２₄のそれぞれからの撮像信号は、不図示の信号処理系を介して主制御装置２０に供給される。

干渉計システム１１８は、図３に示されるように、反射面１７ａ又は１７ｂにそれぞれ干渉計ビーム（測長ビーム）を投射し、その反射光を受光して、ウエハステージＷＳＴの位置を計測するＹ干渉計１６、及び３つのＸ干渉計１２６〜１２８、並びに計測ステージＭＳＴの位置を計測するＹ干渉計１８、及びＸ干渉計１３０等を備えている。詳述すると、Ｙ干渉計１６は、基準軸ＬＶに関して対称な一対の測長ビームＢ４₁，Ｂ４₂を含む少なくとも３つのＹ軸に平行な測長ビームを反射面１７ａ、及び後述する移動鏡４１に投射する。また、Ｘ干渉計１２６は、図３に示されるように、光軸ＡＸと基準軸ＬＶとに直交するＸ軸に平行な直線（以下、基準軸と呼ぶ）ＬＨ（図４参照）に関して対称な一対の測長ビームＢ５₁，Ｂ５₂を含む少なくとも３つのＸ軸に平行な測長ビームを反射面１７ｂに投射する。また、Ｘ干渉計１２７は、アライメント系ＡＬ１の検出中心にて基準軸ＬＶと直交するＸ軸に平行な直線（以下、基準軸と呼ぶ）ＬＡ（図４参照）を測長軸とする測長ビームＢ６を含む少なくとも２つのＹ軸に平行な測長ビームを反射面１７ｂに投射する。また、Ｘ干渉計１２８は、Ｙ軸に平行な測長ビームＢ７を反射面１７ｂに投射する。

干渉計システム１１８の上記各干渉計からの位置情報は、主制御装置２０に供給される。主制御装置２０は、Ｙ干渉計１６及びＸ干渉計１２６又は１２７の計測結果に基づいて、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）のＸ，Ｙ位置に加え、θｘ方向の回転情報（すなわちピッチング情報）、θｙ方向の回転情報（すなわちローリング情報）、及びθｚ方向の回転情報（すなわちヨーイング情報）も求めることができる。

また、図１に示されるように、ステージ本体９１の−Ｙ側の側面に、凹形状の反射面を有する移動鏡４１が取り付けられている。移動鏡４１は、図２（Ａ）からわかるように、Ｘ軸方向の長さがウエハテーブルＷＴＢの反射面１７ａよりも、長く設計されている。

移動鏡４１に対向して、干渉計システム１１８（図７参照）の一部を構成する一対のＺ干渉計４３Ａ，４３Ｂが配置されている（図１及び図３参照）。Ｚ干渉計４３Ａ，４３Ｂは、移動鏡４１を介して、例えば投影ユニットＰＵを支持するフレーム（不図示）に固定された固定鏡４７Ａ，４７Ｂにそれぞれ２つの測長ビームＢ１，Ｂ２を投射する。そして、Ｚ干渉計４３Ａ，４３Ｂは、それぞれの反射光を受光して、測長ビームＢ１，Ｂ２の光路長を計測する。その結果より、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴの４自由度（Ｙ，Ｚ，θｙ，θｚ）方向の位置を算出する。

本実施形態では、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＸＹ平面内の位置情報（θｚ方向の回転情報を含む）は、主として、後述するエンコーダシステム１５０を用いて計測される。干渉計システム１１８は、ウエハステージＷＳＴがエンコーダシステム１５０の計測領域外（例えば、アンローディングポジション又はローディングポジション付近）に位置する際に、使用される。また、干渉計システム１１８はエンコーダシステム１５０の計測結果の長期的変動（例えばスケールの経時的な変形などによる）を補正（較正）する場合などに補助的に使用される。勿論、干渉計システム１１８とエンコーダシステム１５０とを併用して、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）の全位置情報を計測することとしても良い。

干渉計システム１１８のＹ干渉計１８、及びＸ干渉計１３０は、図３に示されるように、反射面１９ａ，１９ｂに、干渉計ビーム（測長ビーム）を投射して、それぞれの反射光を受光することにより、計測ステージＭＳＴの位置情報（例えば、少なくともＸ軸及びＹ軸方向の位置情報とθｚ方向の回転情報とを含む）を計測し、その計測結果を、主制御装置２０に供給する。

本実施形態の露光装置１００には、干渉計システム１１８とは独立に、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内での位置（Ｘ，Ｙ，θｚ）を計測するためのエンコーダシステム１５０を構成する複数のヘッドユニットが設けられている。

図４に示されるように、ノズルユニット３２の＋Ｘ側、＋Ｙ側、−Ｘ側、及びプライマリアライメント系ＡＬ１の−Ｙ側に、４つのヘッドユニット６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、及び６２Ｄが、それぞれ配置されている。また、図５に示されるように、アライメント系ＡＬ１、ＡＬ２₁〜ＡＬ２₄のＸ軸方向の両外側にヘッドユニット６２Ｅ、６２Ｆが、それぞれ配置されている。これらのヘッドユニット６２Ａ〜６２Ｆは、支持部材を介して、投影ユニットＰＵを保持するメインフレーム（不図示）に吊り下げ状態で固定されている。

ヘッドユニット６２Ａ及び６２Ｃは、図５に示されるように、それぞれ複数（ここでは５個）のＹヘッド６５₁〜６５₅及びＹヘッド６４₁〜６４₅を備えている。ここで、Ｙヘッド６５₂〜６５₅及びＹヘッド６４₁〜６４₄は、基準軸ＬＨ上に間隔ＷＤで配置されている。Ｙヘッド６５₁及びＹヘッド６４₅は、基準軸ＬＨから−Ｙ方向に所定距離離れたノズルユニット３２の−Ｙ側の位置に配置されている。Ｙヘッド６５₁，６５₂間、及びＹヘッド６４₄，６４₅間のＸ軸方向の間隔もＷＤに設定されている。なお、Ｙヘッド６５₁〜６５₅とＹヘッド６４₅〜６４₁は、基準軸ＬＶに関して対称に配置されている。以下では、必要に応じて、Ｙヘッド６５₁〜６５₅及びＹヘッド６４₁〜６４₅を、それぞれ、Ｙヘッド６５及びＹヘッド６４とも記述する。

ヘッドユニット６２Ａは、Ｙスケール３９Ｙ₁を用いて、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＹ軸方向の位置（Ｙ位置）を計測する多眼（ここでは５眼）のＹリニアエンコーダ７０Ａ（図７参照）を構成する。同様に、ヘッドユニット６２Ｃは、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５眼）のＹリニアエンコーダ７０Ｃ（図７参照）を構成する。なお、以下では、Ｙリニアエンコーダを、適宜、「Ｙエンコーダ」又は「エンコーダ」と略述する。

ここで、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃがそれぞれ備える５個のＹヘッド６５，６４（より正確には、Ｙヘッド６５，６４が発する計測ビームのスケール上の投射点）のＸ軸方向の間隔ＷＤは、Ｙスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂のＸ軸方向の幅（より正確には、格子線３８の長さ）より僅かに狭く設定されている。従って、例えば、露光の際などにはそれぞれ５個のＹヘッド６５，６４のうち、少なくとも各１つのＹヘッドが、常に、対応するＹスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂に対向する（計測ビームを投射する）。

ヘッドユニット６２Ｂは、図５に示されるように、基準軸ＬＶ上に間隔ＷＤで配置された複数（ここでは４個）のＸヘッド６６₅〜６６₈を備えている。また、ヘッドユニット６２Ｄは、基準軸ＬＶ上に間隔ＷＤで配置された複数（ここでは４個）のＸヘッド６６₁〜６６₄を備えている。以下では、必要に応じて、Ｘヘッド６６₅〜６６₈及びＸヘッド６６₁〜６６₄をＸヘッド６６とも記述する。

ヘッドユニット６２Ｂは、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４眼）のＸリニアエンコーダ７０Ｂ（図７参照）を構成する。また、ヘッドユニット６２Ｄは、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４眼）のＸリニアエンコーダ７０Ｄ（図７参照）を構成する。なお、以下では、Ｘリニアエンコーダを、適宜、「エンコーダ」と略述する。

ここで、ヘッドユニット６２Ｂ，６２Ｄがそれぞれ備える隣接するＸヘッド６６（より正確には、Ｘヘッド６６が発する計測ビームのスケール上の投射点）のＹ軸方向の間隔ＷＤは、Ｘスケール３９Ｘ₁，３９Ｘ₂のＹ軸方向の幅（より正確には、格子線３７の長さ）よりも狭く設定されている。また、ヘッドユニット６２Ｂの最も−Ｙ側のＸヘッド６６₅とヘッドユニット６２Ｄの最も＋Ｙ側のＸヘッド６６₄との間隔は、ウエハステージＷＳＴのＹ軸方向の移動により、その２つのＸヘッド間で切り換え（つなぎ）が可能となるように、ウエハテーブルＷＴＢのＹ軸方向の幅よりも狭く設定されている。従って、例えば、露光の際などには、ヘッドユニット６２Ｂ，６２Ｄが備えるＸヘッド６６のうち少なくとも１つが、常に、対応するＸスケール（３９Ｘ₁又は３９Ｘ₂）に対向する（計測ビームを投射する）。

ヘッドユニット６２Ｅは、図５に示されるように、複数（ここでは４個）のＹヘッド６７₁〜６７₄を備えている。ここで、３個のＹヘッド６７₁〜６７₃は、セカンダリアライメント系ＡＬ２₁の−Ｘ側に、基準軸ＬＡ上に間隔ＷＤとほぼ同一間隔で配置されている。Ｙヘッド６７₄は、基準軸ＬＡから＋Ｙ方向に所定距離離れたセカンダリアライメント系ＡＬ２₁の＋Ｙ側に配置されている。なお、Ｙヘッド６７₃，６７₄間のＸ軸方向の間隔もＷＤと設定されている。

ヘッドユニット６２Ｆは、複数（ここでは４個）のＹヘッド６８₁〜６８₄を備えている。これらのＹヘッド６８₁〜６８₄は、基準軸ＬＶに関して、Ｙヘッド６７₄〜６７₁と対称な位置に配置されている。以下では、必要に応じて、Ｙヘッド６７₁〜６７₄及びＹヘッド６８₁〜６８₄を、それぞれＹヘッド６７及びＹヘッド６８とも記述する。

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

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

上述したリニアエンコーダ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のうちの３つ、又はリニアエンコーダ７０Ｅ₁，７０Ｆ₁，７０Ｂ及び７０Ｄのうちの３つの計測値に基づいて、ウエハテーブルＷＴＢのＸＹ平面内の位置を制御するとともに、リニアエンコーダ７０Ｅ₂，７０Ｆ₂の計測値に基づいて、ＦＤバー４６（計測ステージＭＳＴ）のθｚ方向の回転を制御する。

本実施形態の露光装置１００には、図４及び図６に示されるように、ウエハステージＷＳＴに載置されるウエハＷの全面の面位置を計測するための、例えば米国特許第５，４４８，３３２号明細書等に開示されるものと同様の構成の斜入射方式の多点焦点位置検出系（９０ａ，９０ｂ）が設けられている。

多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の複数の検出点は、被検面上でＸ軸方向に沿って所定間隔で配置される。図４及び図６では、それぞれ検出ビームが照射される複数の検出点が、個別に図示されず、照射系９０ａ及び受光系９０ｂの間でＸ軸方向に延びる細長い検出領域（ビーム領域）ＡＦとして示されている。

図６に示されるように、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の検出領域ＡＦの両端部近傍に、基準軸ＬＶに関して対称な配置で、各一対のＺ位置計測用の面位置センサのヘッド（以下、「Ｚヘッド」と略述する）７２ａ，７２ｂ、及び７２ｃ，７２ｄが設けられている。これらのＺヘッド７２ａ〜７２ｄは、不図示のメインフレームの下面に固定されている。

さらに、前述のヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃは、図６に示されるように、それぞれが備える５つのＹヘッド６５_j，６４_i（ｉ，ｊ＝１〜５）と同じＸ位置に、ただしＹ位置をずらして、それぞれ５つのＺヘッド７６_j，７４_i（ｉ，ｊ＝１〜５）を備えている。ここで、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃのそれぞれに属する外側の３つのＺヘッド７６₃〜７６₅，７４₁〜７４₃は、基準軸ＬＨから＋Ｙ方向に所定距離隔てて、基準軸ＬＨと平行に配置されている。また、ヘッドユニット６２Ａと６２Ｃのそれぞれに属する最も内側のＺヘッド７６₁と７４₅は投影ユニットＰＵの＋Ｙ側に、残りのＺヘッド７６₂，７４₄はそれぞれＹヘッド６５₂，６４₄の−Ｙ側に、配置されている。そして、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃのそれぞれに属する５つのＺヘッド７６_j，７４_iは、互いに基準軸ＬＶに関して対称に配置されている。

ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃがそれぞれ備える５つのＺヘッド７６_j，７４_i（より正確には、Ｚヘッドが発する計測ビームのスケール上の投射点）のＸ軸方向の間隔は、Ｙヘッドの６５，６４のＸ軸方向の間隔ＷＤと等しく設定されている。従って、Ｙヘッド６５，６４と同様に、例えば露光時などには、それぞれ５個のＺヘッド７６_j，７４_iのうち、少なくとも１つのヘッドが、常に、対応するＹスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂に対向する。

Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄ、７６_j，７４_iとしては、例えば、ＣＤドライブ装置などで用いられる光ピックアップと同様の光学式変位センサのヘッドが用いられる。Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄ、７６_j，７４_iは、ウエハテーブルＷＴＢに対し上方から計測ビームを投射し、その反射光を受光して、投射点におけるウエハテーブルＷＴＢの面位置を計測する。なお、本実施形態では、Ｚヘッドの計測ビームは、前述のＹスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂（反射型回折格子）によって反射される構成を採用している。

上述したＺヘッド７２ａ〜７２ｄ，７４₁〜７４₅，７６₁〜７６₅は、図７に示されるように、信号処理・選択装置１７０を介して主制御装置２０に接続されている。主制御装置２０は、信号処理・選択装置１７０を介してＺヘッド７２ａ〜７２ｄ，７４₁〜７４₅，７６₁〜７６₅の中から任意のＺヘッドを選択して作動状態とし、その作動状態としたＺヘッドで検出した面位置情報を信号処理・選択装置１７０を介して受け取る。本実施形態では、Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄ，７４₁〜７４₅，７６₁〜７６₅と、信号処理・選択装置１７０とを含んでウエハステージＷＳＴのＺ軸方向及びＸＹ平面に対する傾斜方向の位置情報を計測する面位置計測システム１８０が構成されている。

主制御装置２０は、面位置計測システム１８０を用いて、ウエハステージＷＳＴの有効ストローク領域、すなわちアライメント計測及び露光動作のためにウエハステージＷＳＴが移動する領域において、その少なくとも２自由度方向（Ｚ，θｙ）の位置座標を計測する。

図７には、露光装置１００の制御系の主要な構成が示されている。この制御系は、装置全体を統括的に制御するマイクロコンピュータ（又はワークステーション）から成る主制御装置２０を中心として構成されている。主制御装置２０には、後述する補正データが、格納される、メモリ３４が併設されている。なお、図７においては、前述した照度むらセンサ９４、空間像計測器９６、及び波面収差計測器９８など、計測ステージＭＳＴに設けられた各種センサが、纏めてセンサ群９９として示されている。

エンコーダ７０Ａ〜７０Ｆのヘッド（エンコーダヘッド）６４₁〜６４₅，６５₁〜６５₅，６６₁〜６６₈，６７₁〜６７_４，６８₁〜６８₄、及びＺヘッド７２ａ〜７２ｄ，７４₁〜７４₅，７６₁〜７６₅は、ともに対応するスケールの反射面（スケールを構成する反射型回折格子の反射面）に検出光を投射し、その反射光を検出する。そして、各エンコーダヘッドは、回折格子の周期方向へのスケールに対する相対変位を計測し、各Ｚヘッドは、スケールの反射面の面位置（Ｚ位置）を計測する。そのため、スケールの回折格子面（反射面）に凹凸がある場合、及び／又は回折格子面を覆うカバーガラスの厚みが場所によって異なる場合には、エンコーダヘッド及びＺヘッドに計測誤差が発生する。

ここで、計測誤差の補正方法の説明に先立って、エンコーダ（ヘッド）及びＺヘッドについて、さらに詳細に説明する。

図８には、エンコーダ７０Ａ〜７０Ｆを代表して、エンコーダ７０Ｃの構成が示されている。図８では、エンコーダ７０Ｃを構成するヘッドユニット６２Ｃの１つのＹヘッド６４が、Ｙスケール３９Ｙ₂に検出光（計測ビーム）を照射している。

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度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、各一対の反射ミラーＲ１ａ，Ｒ１ｂ、レンズＬ２ａ，Ｌ２ｂ、四分の一波長板（以下、λ／４板と記述する）ＷＰ１ａ，ＷＰ１ｂ、及び反射ミラーＲ２ａ，Ｒ２ｂ等を備えている。

受光系６４ｃは、偏光子（検光子）及び光検出器等を含む。

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３９Ｙ₂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に由来する１次回折ビームは、偏光ビームスプリッタＰＢＳで受光系６４ｃに向けて反射される。一方、先に偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射されたビームＬＢ₂に由来する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上に集光されて受光系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。ここで、Ｙスケール３９Ｙ₂（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７０Ｃの計測値として出力される。

ヘッドユニット６２Ｃ内のその他のヘッド、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｄ，６２Ｅ，６２Ｆがそれぞれ備えるヘッド６５，６６，６７，６８も、ヘッド６４（エンコーダ７０Ｃ）と同様に構成されている。

以上の説明からわかるように、ヘッド６４〜６８（エンコーダ７０Ａ〜７０Ｆ）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。なお、各エンコーダとしては、分解能が、例えば０．１ｎｍ程度のものが用いられている。

次に、Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄ，７４₁〜７４₅，７６₁〜７６₅の構成等について、図１０に示されるＺヘッド７２ａを代表的に採り上げて、さらに詳述する。図１０では、Ｚヘッド７２ａからＹスケール３９Ｙ₂に検出光（計測ビーム）ＬＢが照射されている。

Ｚヘッド７２ａは、図１０に示されるように、フォーカスセンサＦＳ、フォーカスセンサＦＳを収納したセンサ本体ＺＨ、及びセンサ本体ＺＨをＺ軸方向に駆動する駆動部（不図示）、並びにセンサ本体ＺＨのＺ軸方向の変位を計測する計測部ＺＥ等を備えている。

フォーカスセンサＦＳとしては、計測ビームＬＢを計測対象面（計測面）に投射し、その反射光を受光することで、計測対象面の変位を光学的に読み取るピックアップ方式のフォーカスセンサが用いられている。フォーカスセンサＦＳの出力信号は、不図示の駆動部に送られる。

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

計測部ＺＥとしては、本実施形態では、一例として、エンコーダ７０Ａ〜７０Ｆと同様の回折干渉方式のエンコーダが用いられている。計測部ＺＥは、センサ本体ＺＨの上面に固定されたＺ軸方向に延びる支持部材ＳＭの側面に設けられたＺ軸方向を周期方向とする反射型の回折格子ＥＧと、回折格子ＥＧに対向して不図示の筐体に取付けられたエンコーダヘッドＥＨとを含む。エンコーダヘッドＥＨは、計測ビームＥＬを回折格子ＥＧに投射し、回折格子ＥＧからの反射・回折光を受光素子で受光して計測ビームＥＬの照射点の原点からの変位を読み取ることで、センサ本体ＺＨのＺ軸方向の変位、すなわち計測対象面のＺ軸方向の位置を計測する。エンコーダヘッドＥＨの計測値が、Ｚヘッド７２ａの計測値として前述の信号処理・選択装置１７０を介して主制御装置２０に供給される。

上述のように、エンコーダ７０Ａ〜７０Ｆでは、各ヘッドからスケールの反射型回折格子に２つの検出光を投射し、それぞれの反射光が各ヘッドにより合成されて干渉光が生成され、該干渉光の強度変化に応じた位置情報が、エンコーダの計測値（ヘッドとスケールとの計測方向に関する相対変位）として出力される。例えば、図９（Ａ）に示されるエンコーダヘッドの中心軸Ｌ_Ｅとスケール３９（反射型回折格子ＲＧ）の面（反射面）が直交している基準状態から、図９（Ｂ）に示されるように、スケール３９が傾斜すると、２つのビーム（検出光）ＬＢ_１，ＬＢ_２の間に光路差が発生する。図９（Ａ）〜図９（Ｃ）では、２つの検出光ＬＢ_１，ＬＢ_２の光路が、それらが中心軸Ｌ_Ｅと反射型回折格子ＲＧの反射面との交点Ｏで反射するように図示されている。また、図９（Ａ）〜図９（Ｃ）では、検出光ＬＢ_１，ＬＢ_２の光路と反射型回折格子ＲＧを覆うカバーガラスＣＧの表面との交点が、白丸（白抜きの丸）で示されている。従って、図９（Ｂ）では、中心軸Ｌ_Ｅに関する４つの交点の位置が非対称になっていることから、２つの検出光ＬＢ_１、ＬＢ_２に光路差が生じていることがわかる。

ここで、２つの検出光ＬＢ_１、ＬＢ_２に光路差が発生すると、干渉光の強度が変化する。このため、実際にはエンコーダヘッドとスケール間に相対変位はないにもかかわらず、相対変位が検出されてしまう。

また、図９（Ｃ）に示されるように、図９（Ａ）に示される基準状態と同様に反射型回折格子ＲＧの反射面がエンコーダヘッドの中心軸Ｌ_Ｅと直交していても、反射型回折格子ＲＧを覆うカバーガラスＣＧの厚みが場所によって異なる場合にも、２つの検出光ＬＢ_１、ＬＢ_２のカバーガラスＣＧ中での光路差が非零となり、かつ場所によって変化する。そのため、実際のエンコーダヘッドとスケールとの間の相対変位量と、干渉光の強度変化から検出される変位量との間の線形性が破れ、計測誤差が発生する。

また、上述したように、Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄ，７４₁〜７４₅，７６₁〜７６₅は、フォーカスセンサＦＳから計測対象面（計測面）に計測ビームを投射し、その反射光を受光して、計測面をフォーカスセンサＦＳの受光光学系のベストフォーカス位置に保つようにセンサ本体ＺＨを計測方向に関して計測面に追従駆動する。そして、センサ本体ＺＨの計測方向の変位量を計測部ＺＥで読み取ることにより、計測面の面位置（Ｚ位置）を計測する。従って、Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄ，７４₁〜７４₅，７６₁〜７６₅の計測面であるスケールの反射型回折格子の反射面に凹凸があると、その凹凸が、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）のＺ変位として検出されてしまう。また、スケールの反射型回折格子に凹凸がなくても、それを覆うカバーガラスの厚みが場所によって異なる場合にも、計測ビーム（検出光）の光路が変化するため、計測誤差が発生する。

次に、本実施形態の露光装置１００で行われる、スケールの回折格子面（反射面）の凹凸及びカバーガラスの厚み分布によって発生する計測誤差の補正について説明する。

エンコーダヘッド及びＺヘッドの計測面（計測ビームの反射面）であるスケールを構成する反射型回折格子の表面は、必ずしも理想的な平面ではなく、微小な凹凸をもつ。また、回折格子が形成されたガラス板及び回折格子を保護するためのカバーガラスは、主として製造時の加工精度などによって凹凸が存在する。そのような回折格子、ガラス板、及びカバーガラスの凹凸は、前述のように、エンコーダ及びＺヘッドの計測誤差の発生要因となる。ここで、エンコーダヘッド及びＺヘッドの計測原理から明らかなように、回折格子、ガラス板、及びカバーガラスのそれぞれの凹凸による計測誤差は、区別できない。そこで、以下では、特に必要な場合を除いて、これらの誤差要因を、単にスケール表面の凹凸と呼ぶ。

本実施形態では、主制御装置２０により、予め、Ｘスケール３９Ｘ₁，３９Ｘ₂とＹスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂の表面の凹凸が計測され、その計測結果に基づいて、エンコーダヘッド及びＺヘッドの計測誤差の補正データが作成され、メモリ３４に格納されている。

次に、スケール表面の凹凸の計測方法について、Ｙスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂を例として説明する。

主制御装置２０は、図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示されるように、干渉計システム１１８の計測値に基づいて、ウエハテーブルＷＴＢの６自由度（Ｘ，Ｙ，Ｚ，θｘ，θｙ，θｚ）方向の位置を監視しながらウエハステージＷＳＴを移動させ、Ｚヘッドの計測値を用いてＹスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂の凹凸を計測する。この場合、Ｚヘッドとしては、７２ａ〜７２ｄが使用されている。

主制御装置２０は、Ｙスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂の凹凸を計測している間、ウエハステージＷＳＴを、４自由度（Ｚ，θｘ，θｙ，θｚ）方向についての基準位置に位置決めし、基準状態に維持する。そして、主制御装置２０は、Ｚ干渉計４３Ａ，４３Ｂを用いてＺ，θｙ位置を監視し、Ｙ干渉計１６を用いてθｘ，θｚ位置を監視して、４自由度方向（Ｚ，θｘ，θｙ，θｚ）にウエハステージＷＳＴが変位しないように制御する。そして、主制御装置２０は、Ｘ干渉計１２７を用いてＸ位置を監視し、Ｙ干渉計１６を用いてＹ位置を監視して、ウエハステージＷＳＴを２自由度（Ｘ，Ｙ）方向に駆動制御する。

Ｙスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂の凹凸は、Ｙ軸方向に間隔δＹ、Ｘ軸方向に間隔δＸの複数の計測点において、Ｙスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂の面位置（表面のＺ位置）を、Ｚヘッドを用いて計測することで求められる。ここで、例えば、Ｙ間隔δＹ＝１ｍｍ、Ｘ間隔δＸ＝３５ｍｍと設定する。本実施形態では、Ｙスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂（の反射型回折格子）のＸ軸方向の幅は一例として約７６ｍｍに設定されているので、図１１（Ｂ）に示されるように、Ｘ軸方向にそれぞれ３つの計測点（Ｘ_１，Ｘ_２，Ｘ_３、ただし｜Ｘ_１−Ｘ_２｜＝｜Ｘ_２−Ｘ_３｜＝δＸ、及びＸ_１’，Ｘ_２’，Ｘ_３’、ただし｜Ｘ_１’−Ｘ_２’｜＝｜Ｘ_２’−Ｘ_３’｜＝δＸ）を取ることができる。

主制御装置２０は、例えば図１１（Ｂ）に示されるように、Ｚヘッド７２ｃ，７２ｄの計測位置（計測ビームの照射点）が、Ｙスケール３９Ｙ₁のＸ軸方向の第１の計測直線Ｘ₁上の隣接する計測点に位置し、同時に、Ｚヘッド７２ａ，７２ｂの計測位置が、Ｙスケール３９Ｙ₂のＸ軸方向の第１の計測直線Ｘ_１’ 上の隣接する計測点に位置するように、ウエハステージＷＳＴを位置決めする。そして、主制御装置２０は、Ｘ干渉計１２７を用いてウエハステージＷＳＴのＸ軸方向の位置を一定に維持した状態で、Ｙ干渉計１６を用いてウエハステージＷＳＴのＹ位置を監視しながら、ウエハステージＷＳＴをＹ軸方向に所定のピッチδＹでステップ駆動し、ステップ毎に、Ｚヘッド７２ａ，７２ｂを用いてＹスケール３９Ｙ₂の面位置を、Ｚヘッド７２ｃ，７２ｄを用いてＹスケール３９Ｙ₁の面位置を、計測する。また、このとき、主制御装置２０は、Ｙスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂上に位置するＹヘッドの計測値を、上記面位置の取り込みに同期して取り込む。

ここで、図１２（Ａ）〜図１２（Ｄ）を用いて、一例として、Ｚヘッド７２ｃを用いたＹスケール３９Ｙ₁の凹凸を計測する手順について、より詳細に説明する。

図１２（Ａ）では、Ｚヘッド７２ｃの計測位置が計測点（Ｘ_１，Ｙ_ｊ＋１）に一致するように、ウエハステージＷＳＴが位置決めされている。この状態で、主制御装置２０により、Ｚヘッド７２ｃを用いて、計測点（Ｘ_１，Ｙ_ｊ＋１）におけるＹスケール３９Ｙ₁の面位置Ｚ_１ｊ＋１が計測される。

次に、主制御装置２０により、Ｙ干渉計１６を用いてウエハステージＷＳＴのＹ位置を監視しつつ、ウエハステージＷＳＴがＹ軸方向に距離δＹ、ステップ駆動される。これにより、図１２（Ｂ）に示されるように、Ｚヘッド７２ｃの計測位置が計測点（Ｘ_１，Ｙ_ｊ）に一致するように、ウエハステージＷＳＴが位置決めされる。ただし、Ｙ_ｊ＝Ｙ_ｊ＋１−δＹである。この状態で、先と同様に、主制御装置２０により、Ｚヘッド７２ｃを用いて、計測点（Ｘ_１，Ｙ_ｊ）におけるＹスケール３９Ｙ₁の面位置Ｚ_１ｊが計測される。

図１２（Ａ）〜図１２（Ｃ）に示されるように、本実施形態では、主制御装置２０により、上述と同様にして、逐次、ウエハステージＷＳＴがＹ軸方向に距離δＹ、ステップ駆動され、Ｚヘッド７２ｃを用いて、一連の計測点（Ｘ_１，Ｙ_ｊ）におけるＹスケール３９Ｙ₁の面位置Ｚ_１ｊが計測される。

第１の計測直線Ｘ_１上の全ての計測点についてのＹスケール３９Ｙ₁の面位置の計測が終了すると、各計測点（Ｘ_１，Ｙ_ｊ）における面位置の計測結果Ｚ_１ｊより、図１２（Ｄ）に示されるような凹凸データが得られる。なお、各計測点Ｙ_ｊの間の凹凸データは、離散データＺ_１ｊに線形補間、あるいは高次の補間公式を適用して求めれば良い。

Ｘ軸方向の第１の計測直線Ｘ_１に対する計測が終了すると、主制御装置２０により、ウエハステージＷＳＴがＸ軸方向に駆動され、Ｚヘッド７２ｃ、７２ｄの計測位置が、Ｙスケール３９Ｙ₁の第２の計測直線Ｘ_２上の隣接する計測点に位置し、同時に、Ｚヘッド７２ａ，７２ｂの計測位置が、Ｙスケール３９Ｙ₂のＸ軸方向の第２の計測直線Ｘ₂’上の隣接する計測点に位置するように、ウエハステージＷＳＴが位置決めされる。そして、先と同様に、逐次、ウエハステージＷＳＴをＹ軸方向に距離δＹ、ステップ駆動され、Ｚヘッド７２ｃを用いて、一連の計測点（Ｘ_２，Ｙ_ｊ）のＹスケール３９Ｙ₁の面位置Ｚ_２ｊが計測される。

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

なお、本実施形態では、上記の各計測点における面位置計測に同期して、主制御装置２０によって、後述するエンコーダヘッドの計測誤差の補正データの作成に用いられる、Ｙスケール３９Ｙ₁に対向するＹヘッドの計測値（変位Ｃ）の取り込みが行われている。

なお、上では、Ｚヘッド７２ｃを用いる面位置計測についてのみ説明したが、上記と同様にＺヘッド７２ｄを用いた計測を行い、２つの計測結果を平均することとしても良い。勿論、Ｚヘッド７２ｃ，７２ｄを用いて面位置の同時計測を行い、２つの計測結果を平均することとしても良い。このようにすると、干渉計システム１１８の空気揺らぎ及び／又は移動鏡表面の凹凸に起因する誤差等、干渉計の計測誤差に由来するスケールの面位置の計測誤差を軽減することができる。

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

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

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

なお、主制御装置２０は、上記のステップ駆動に代えて、ウエハステージＷＳＴのＸ軸方向の位置を一定に維持した状態で、ウエハステージＷＳＴをＹ軸方向に駆動しながら、所定のサンプリング距離毎（又は等速移動の場合にはサンプリング間隔毎）にＺヘッド７２ａ，７２ｂを用いてＹスケール３９Ｙ₂の面位置を、Ｚヘッド７２ｃ，７２ｄを用いてＹスケール３９Ｙ₁の面位置を、計測することとしても良い。このようにすると、２次元（Ｘ，Ｙ）の連続凹凸データδＺ₁（Ｘ，Ｙ）、δＺ₂（Ｘ，Ｙ）が容易に求められる。なお、ウエハステージＷＳＴを連続移動させる場合、干渉計が空気揺らぎの影響を受けない程度の低速で移動させても良い。

Ｘスケール３９Ｘ_１，３９Ｘ_２の凹凸データも、同様に、Ｚヘッドを用いて計測することができる。ここで、Ｚヘッドは、例えば、Ｘスケールの長手方向に配列されているＺヘッド７４₁〜７４₃又は７６₃〜７６₅のうちの２つを用いれば良い。計測結果は、Ｙスケールの凹凸の計測結果と同様に、メモリ３４に格納される。

本実施形態の露光装置１００では、前述の国際公開第２００７／０９７３７９号パンフレットの実施形態中に開示されている手順と同様の手順に従って、ウエハステージＷＳＴと計測ステージＭＳＴとを用いた一連の並行処理動作が行われる。そして、この並行処理動作中の、例えば、フォーカスマッピング中、又は露光中などに、主制御装置２０は、次のようにしてエンコーダヘッドとＺヘッドのスケールの凹凸に起因する計測誤差を補正する。

まず、Ｚヘッドの計測誤差は、次のように容易に補正することができる。例えば、Ｙスケール３９Ｙ_１の点（Ｘ，Ｙ）における面位置の実測値Ｚ_０が得られたとすると、次式（１）に基づいて実測値Ｚ_０を補正し、補正後の値Ｚを算出する。

Ｚ＝Ｚ_０−δＺ₁（Ｘ，Ｙ） ……（１）
主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴの動作範囲内での移動中に、上記のような補正値の計算を、各ＺヘッドでＹスケール３９Ｙ_１，３９Ｙ_２のＺ位置情報を検出する度、あるいは所定のサンプリング回数おきに繰り返し実行しつつ、ウエハステージＷＳＴのＺ、θｙ方向の面位置制御を実行する。

一方、エンコーダヘッドについては、カバーガラスがない場合には、２つの計測ビームの光路差ΔＬを反射型回折格子の傾きから求めることで、計測ビームの波数Ｋ（＝２π／λ、ただしλは波長）として、干渉光の強度変化より検出される変位量に対する補正値ＫΔＬδ／２πを求めることができる。ただし、δは、計測単位である。

しかし、本実施形態では、反射型回折格子を覆うカバーガラスＣＧが設けられており、このカバーガラスＣＧも一般に厚み分布を持つため、２つの計測ビームの光路差（正確には、雰囲気中の光路差だけでなくカバーガラス中の光路差も含む）を求めることは、実際には容易ではない。また、前述のＺヘッドを用いたスケールの凹凸データの計測では、Ｚヘッドの計測原理上、回折格子の凹凸とカバーガラス板の厚み分布を分離して計測することはできず、両効果が実効的に繰り込まれた１つの凹凸データδＺ（Ｘ，Ｙ）として求められる。従って、凹凸データδＺ（Ｘ，Ｙ）を用いて、回折格子の凹凸とカバーガラスの厚み分布による計測誤差を個別に補正することはできない。

そこで、本実施形態では、凹凸データδＺ（Ｘ，Ｙ）を用いて、スケールの凹凸によるエンコーダの計測誤差を、実効的に補正することとしている。前述の通り、スケールの凹凸によるエンコーダヘッドの計測誤差は、２つの計測ビームの光路差に依存する。光路差は、カバーガラスＣＧの厚みが一様であれば、スケールの傾きから一意に決まる。ここで、スケールの傾きは、凹凸データδＺ（Ｘ，Ｙ）を用いて求めることができる。

本実施形態では、カバーガラスＣＧの厚みが一様であるか否かにかかわらず、エンコーダヘッドの計測誤差（ΔＣとする）を、次式（２）のように、カバーガラスＣＧの厚み分布が繰り込まれた凹凸データδＺ（Ｘ，Ｙ）より求まる実効的なスケールの傾きＺ’（＝ｄδＺ（Ｘ，Ｙ）／ｄα（αは計測方向））と、関連付けることとしている。

ΔＣ＝ａ０＋ａ１・Ｚ’＋Ｏ（Ｚ’^２） ……（２）
ただし、上式（２）において、右辺第３項は高次項である。また、ΔＣは、前述のＺヘッドを用いてスケールの凹凸データＺ（Ｘ，Ｙ）を計測する際に、同時計測により取得した、スケールに対向するエンコーダヘッドの計測値Ｃと、そのエンコーダヘッドの計測値Ｃを干渉計システム１１８の計測結果から予測した予測値Ｃ０との誤差である。

従って、主制御装置２０は、凹凸データＺ（Ｘ，Ｙ）から求められる実効的な傾きＺ’と誤差ΔＣを、式（２）にあてはめて、係数ａ０，ａ１を決定し、その係数が決定した次式（２）’を、エンコーダヘッドの計測誤差の補正データとして、メモリに３４内に格納している。

ΔＣ＝ａ０＋ａ１・Ｚ’ ……（２）’

エンコーダの計測誤差は、式（２）’を用いて、次のように補正される。例として、Ｙスケール３９Ｙ_１の点（Ｘ，Ｙ）をＹヘッド６５で走査した際の実測値Ｃｙ_０を補正する場合について説明する。凹凸データδＺ₁（Ｘ，Ｙ）より計測点（Ｘ，Ｙ）でのＹスケール３９Ｙ_１の計測方向の傾きＺ’＝ｄδＺ₁（Ｘ，Ｙ）／ｄｙを求める。得られたＺ’を式（２）’に代入して、補正値ΔＣを求める。補正値ΔＣを実測値Ｃｙ_０に加える、すなわちＣｙ＝Ｃｙ_０＋ΔＣと補正される。

Ｙスケール３９Ｙ_１に限らず、Ｙスケール３９Ｙ₂及びＸスケール３９Ｘ₁，３９Ｘ₂の凹凸によるエンコーダの計測誤差も、同様に補正することができる。

以上詳細に説明したように、本実施形態の露光装置１００によると、主制御装置２０により、エンコーダヘッド及びＺヘッドの計測結果と、スケール表面の凹凸分布とに基づいて、ウエハステージＷＳＴが駆動される。従って、スケール表面の凹凸分布を用いて、スケール表面の凹凸に起因するエンコーダヘッド及びＺヘッドの計測誤差をそれぞれ補正することができ、補正後のエンコーダヘッド及びＺヘッドの計測結果に基づいて、ウエハステージＷＳＴを高精度で駆動することが可能になる。また、ウエハＷ上にレチクルＲのパターンを形成するために、主制御装置２０により、レチクルＲ（レチクルステージＲＳＴ）に同期して、ウエハＷを保持するウエハステージＷＳＴを精度良く駆動することができ、これにより、走査露光により、ウエハＷ上にパターンを精度良く形成することが可能になる。

なお、上記実施形態では、Ｚヘッドを１つ用いて、スケール表面の凹凸分布を計測する場合について説明したが、本発明がこれに限定されるものではない。すなわち、Ｚヘッドを２つ用いて、スケール表面の凹凸分布を計測しても良い。

図１３（Ａ）〜図１３（Ｃ）には、Ｚヘッド７２ｃ，７２ｄを用いて、Ｙスケール３９Ｙ₁の凹凸を計測する手順が示されている。なお、Ｙ軸方向の計測点の間隔δＹは、Ｚヘッド７２ｃ，７２ｄのＹ間隔と等しいとする。また、基準計測点を（Ｘ_i，Ｙ_N）に選ぶ。

図１３（Ａ）では、Ｚヘッド７２ｃの計測位置は計測点（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｊ＋２）に、Ｚヘッド７２ｄの計測位置は計測点（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｊ＋１）に一致するように、ウエハステージＷＳＴが位置決めされている。ただし、Ｙ_ｊ＋１＝Ｙ_ｊ＋２−δＹである。この状態で、主制御装置２０により、Ｚヘッド７２ｃを用いて、計測点（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｊ＋２）のＹスケール３９Ｙ₁の面位置Ｚ_ｉｊ＋２が計測されると同時に、Ｚヘッド７２ｄを用いて、計測点（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｊ＋１）のＹスケール３９Ｙ₁の面位置Ｚ_ｉｊ＋１が計測される。そして、主制御装置２０により、２つの面位置の差δＺ_ｉｊ＋１＝Ｚ_ｉｊ＋１−Ｚ_ｉｊ＋２が求められる。

次に、主制御装置２０により、Ｙ干渉計１６を用いてウエハステージＷＳＴのＹ位置を監視しつつ、ウエハステージＷＳＴがＹ軸方向に距離δＹ、ステップ駆動される。これにより、図１３（Ｂ）に示されるように、Ｚヘッド７２ｃの計測位置が計測点（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｊ＋１）に、Ｚヘッド７２ｄの計測位置が計測点（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｊ）に一致するように、ウエハステージＷＳＴが位置決めされる。ただし、Ｙ_ｊ＝Ｙ_ｊ＋１−δＹである。この状態で、先と同様に、主制御装置２０により、Ｚヘッド７２ｃを用いて、計測点（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｊ＋１）におけるＹスケール３９Ｙ₁の面位置Ｚ_ｉｊ＋１が計測されると同時に、Ｚヘッド７２ｄを用いて、計測点（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｊ）におけるＹスケール３９Ｙ₁の面位置Ｚ_ｉｊが計測される。そして、主制御装置２０により、２つの面位置の差δＺ_ｉｊ＝Ｚ_ｉｊ−Ｚ_ｉｊ＋１が求められる。

図１３（Ａ）〜図１３（Ｃ）に示されるように、本変形例では、主制御装置２０により、上述と同様にして、逐次、ウエハステージＷＳＴがＹ軸方向に距離δＹ、ステップ駆動され、Ｚヘッド７２ｃ，７２ｄを用いて、Ｙ軸方向についての一連の計測点（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｊ）内の互いに隣り合う２つの計測点におけるＹスケール３９Ｙ₁の面位置の差分δＺ_ｉｊ（＝Ｚ_ｉｊ−Ｚ_ｉｊ＋１）が計測される。

ｉ番目の計測直線Ｘ_i上の全ての計測点についてのＹスケール３９Ｙ₁の面位置の計測が終了すると、各計測点（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｊ）間の面位置の差分の計測結果δＺ_ｉｊを用いて、次式（３）より、図１３（Ｄ）に示されるような凹凸データが得られる。

δＺ_1ij＝δＺ₁（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｊ）＝Σ_{ｊ≦ｋ≦Ｎ}δＺ_ｉｋ ……（３）
なお、同一の計測直線Ｘ_i上の隣接する計測点間の凹凸データは、離散データδＺ₁（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｊ）に線形補間、あるいは高次の補間公式を適用して求めれば良い。

なお、ステップ間隔δＹを十分小さくすると、式（３）は、次のように書き換えられる。

δＺ₁（Ｘ_ｉ，Ｙ）＝∫ｄＹ（ｄＺ／ｄＹ） ……（４）
ここで、ｄＺ／ｄＹはＹスケール３９Ｙ₁表面のＹ軸方向の傾きである。すなわち、面位置の差分δＺ_ｉｊは、ステップ間隔δＹに対するＹスケール３９Ｙ₁表面の傾きに相当する。従って、原理上、ステップ間隔δＹを小さくするほど、凹凸データの精度が向上する。

同様の傾き計測が、主制御装置２０により、すべての計測直線Ｘ_ｉ上の全ての計測点に対して実行される。そして、主制御装置２０により、その計測結果δＺ_ｉｊを用いて、式（３）より、Ｙスケール３９Ｙ₁の２次元（Ｘ，Ｙ）の凹凸データδＺ₁（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｊ）が求められる。なお、各計測点（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｊ）の間の凹凸データは、離散データδＺ₁（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｊ）に線形補間、あるいは高次の補間公式を適用して求めれば良い。それにより、Ｙスケール３９Ｙ₁の２次元（Ｘ，Ｙ）の凹凸を表す連続関数δＺ₁（Ｘ，Ｙ）が得られる。

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

Ｙスケール３９Ｙ_２に対しても、主制御装置２０により、Ｚヘッド７２ａ，７２ｂを用いて、同様の計測が行われ、２次元の凹凸関数δＺ₂（Ｘ，Ｙ）が求められる。勿論、主制御装置２０は、Ｚヘッド７２ｃ，７２ｄを用いたＹスケール３９Ｙ₁の凹凸計測と、Ｚヘッド７２ａ，７２ｂを用いたＹスケール３９Ｙ₂の凹凸計測と、を同時に実行しても良い。

なお、上記実施形態で説明したエンコーダシステムなどの各計測装置の構成は一例に過ぎず、本発明がこれに限定されないことは勿論である。例えば、上記実施形態では、ウエハテーブル（ウエハステージ）上に格子部（Ｙスケール、Ｘスケール）を設け、これに対向してＸヘッド、Ｙヘッドをウエハステージの外部に配置する構成のエンコーダシステムを採用した場合について例示した。しかし、これに限らず、例えば米国特許出願公開第２００６／０２２７３０９号明細書などに開示されているように、ウエハステージにエンコーダヘッドを設け、これに対向してウエハステージの外部に格子部（例えば２次元格子又は２次元に配置された１次元の格子部）を配置する構成のエンコーダシステムを採用するとともに、Ｚヘッドもウエハステージに設け、その格子部の面を、Ｚヘッドの計測ビームが照射される反射面としても良い。このようにすれば、本発明の移動体駆動方法を適用可能である。

また、上述の実施形態では、本発明が、投影光学系とウエハとの間に照明光の光路を含む液浸空間を形成し、投影光学系及び液浸空間の液体を介して照明光でウエハを露光する露光装置に適用された場合について説明したが、非液浸タイプの露光装置にも本発明を適用することができる。

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

また、上記実施形態の露光装置における投影光学系は縮小系のみならず等倍及び拡大系のいずれでも良いし、投影光学系ＰＬは屈折系のみならず、反射系及び反射屈折系のいずれでも良いし、その投影像は倒立像及び正立像のいずれでも良い。また、前述の照明領域及び露光領域はその形状が矩形であるものとしたが、これに限らず、例えば円弧、台形、あるいは平行四辺形などでも良い。

なお、上記実施形態の露光装置の光源は、ＡｒＦエキシマレーザに限らず、ＫｒＦエキシマレーザ（出力波長２４８ｎｍ）、Ｆ₂レーザ（出力波長１５７ｎｍ）、Ａｒ₂レーザ（出力波長１２６ｎｍ）、Ｋｒ₂レーザ（出力波長１４６ｎｍ）などのパルスレーザ光源、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）などの輝線を発する超高圧水銀ランプなどを用いることも可能である。また、ＹＡＧレーザの高調波発生装置などを用いることもできる。この他、例えば米国特許第７,０２３,６１０号明細書に開示されているように、真空紫外光としてＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（又はエルビウムとイッテルビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。

また、上記実施形態では、露光装置の照明光ＩＬとしては波長１００ｎｍ以上の光に限らず、波長１００ｎｍ未満の光を用いても良いことはいうまでもない。例えば、軟Ｘ線領域（例えば５〜１５ｎｍの波長域）のＥＵＶ（Extreme Ultraviolet）光を露光光とし、オール反射縮小光学系、及び反射型マスクを用いたＥＵＶ露光装置にも本発明を好適に適用することができる。この他、電子線又はイオンビームなどの荷電粒子線を用いる露光装置にも、本発明は適用できる。

また、上述の実施形態においては、光透過性の基板上に所定の遮光パターン（又は位相パターン・減光パターン）を形成した光透過型マスク（レチクル）を用いたが、このレチクルに代えて、例えば米国特許第６，７７８，２５７号明細書に開示されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて、透過パターン又は反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスク（可変成形マスク、アクティブマスク、あるいはイメージジェネレータとも呼ばれ、例えば非発光型画像表示素子（空間光変調器）の一種であるＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）などを含む）を用いても良い。

また、例えば干渉縞をウエハ上に形成することによって、ウエハ上にライン・アンド・スペースパターンを形成する露光装置（リソグラフィシステム）にも本発明を適用することができる。

さらに、例えば米国特許第６，６１１，３１６号明細書に開示されているように、２つのレチクルパターンを投影光学系を介してウエハ上で合成し、１回のスキャン露光によってウエハ上の１つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置にも本発明を適用することができる。

また、物体上にパターンを形成する装置は、前述の露光装置（リソグラフィシステム）に限られず、例えばインクジェット方式にて物体上にパターンを形成する装置にも本発明を適用することができる。

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

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

半導体素子などの電子デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたレチクルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、前述した実施形態の露光装置（パターン形成装置）によりマスク（レチクル）のパターンをウエハに転写するリソグラフィステップ、露光されたウエハを現像する現像ステップ、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト除去ステップ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、検査ステップ等を経て製造される。この場合、リソグラフィステップで、上記実施形態の露光装置を用いて前述の露光方法が実行され、ウエハ上にデバイスパターンが形成されるので、高集積度のデバイスを生産性良く製造することができる。

本発明の移動体駆動は、移動体を駆動するのに適している。また、本発明の露光方法及び露光装置は、エネルギビームを照射して物体上にパターンを形成するのに適している。また、本発明のデバイス製造方法は、半導体素子又は液晶表示素子などの電子デバイスを製造するのに適している。

一実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。 図２（Ａ）はウエハステージを示す平面図、図２（Ｂ）は計測ステージを示す平面図である。 図１の露光装置が備えるステージ装置及び干渉計の配置を示す平面図である。 図１の露光装置が備えるステージ装置及び計測装置類の配置を示す平面図である。 エンコーダヘッド（Ｘヘッド、Ｙヘッド）とアライメント系の配置を示す平面図である。 Ｚヘッドと多点ＡＦ系の配置を示す平面図である。 一実施形態に係る露光装置の制御系の主要な構成を示すブロック図である。 エンコーダの構成の一例を示す図である。 図９（Ａ）〜図９（Ｃ）は、格子ＲＧの傾斜、及び格子ＲＧを覆うカバーガラスＣＧの厚みの変化による、エンコーダの検出光の光路の変化を説明するための図である。 Ｚヘッドの構成の一例を概略的に示す図である。 図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は、ＺセンサとＺ干渉計を用いた反射型回折格子の表面凹凸の計測方法を説明するための図である。 図１２（Ａ）〜図１２（Ｄ）は、Ｚヘッドを１つ用いる面位置計測による、反射型回折格子の表面凹凸の計測方法を説明するための図である。 図１３（Ａ）〜図１３（Ｄ）は、Ｚヘッドを２つ用いる傾き計測による、反射型回折格子の表面凹凸の計測方法を説明するための図である。

符号の説明

１０…照明系、２０…主制御装置、３９Ｘ₁，３９Ｘ₂…Ｘスケール、３９Ｙ₁，３９Ｙ₂…Ｙスケール、５０…ステージ装置、６２Ａ〜６２Ｆ…ヘッドユニット、６４，６５…Ｙヘッド、６６…Ｘヘッド、６７，６８…Ｙヘッド、７０Ａ，７０Ｃ…Ｙリニアエンコーダ、７０Ｂ，７０Ｄ…Ｘリニアエンコーダ、７２ａ〜７２ｄ，７４，７６…Ｚヘッド、９０ａ，９０ｂ…多点ＡＦ系、１００…露光装置、１２４…ステージ駆動系、１５０…エンコーダシステム、１７０…信号処理・選択装置、１８０…面位置計測システム、２００…計測システム、ＰＬ…投影光学系、ＰＵ…投影ユニット，Ｗ…ウエハ、ＷＳＴ…ウエハステージ、ＷＴＢ…ウエハテーブル。

Claims (27)

1. 所定平面内で移動体を駆動する移動体駆動方法であって、
   前記所定平面に実質的に平行な前記移動体の一面に設けられた計測面に第１計測ビームを投射する第１ヘッドを用いて、前記第１計測ビームの投射点における、前記所定平面に平行な方向に関する前記計測面の位置情報を計測するとともに、前記計測面に第２計測ビームを投射する第２ヘッドを用いて、前記第２計測ビームの投射点における、前記所定平面に垂直な方向に関する前記計測面の位置情報を計測し、前記第１及び第２ヘッドの計測結果と、前記計測面の凹凸分布と、に基づいて、前記移動体を駆動する工程を含む移動体駆動方法。
2. 前記駆動する工程に先立って、
   前記移動体の位置を位置計測系の計測結果に基づいて管理しつつ、前記移動体を駆動し、その駆動に際して得られる前記第２ヘッドの計測値を用いて前記凹凸分布を作成する工程をさらに含む、請求項１に記載の移動体駆動方法。
3. 前記計測面は、前記第１及び第２計測ビームを透過する部材によってカバーされ、
   前記凹凸分布を、前記部材の厚み分布を実効的に取り込んで計測する、請求項２に記載の移動体駆動方法。
4. 前記駆動する工程では、前記凹凸分布を用いて前記第１及び第２ヘッドの計測結果を補正し、補正された該計測結果に基づいて前記移動体を駆動する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の移動体駆動方法。
5. 前記計測面には、前記第１ヘッドの計測方向を周期方向とし、前記第１計測ビームを反射する回折格子が形成されている請求項４に記載の移動体駆動方法。
6. 前記凹凸分布を用いて求められる前記第１計測ビームの光路長と前記計測面への投射角との少なくとも一方に基づいて、前記第１ヘッドの計測結果を補正する、請求項５に記載の移動体駆動方法。
7. 前記作成する工程では、前記第１ヘッドを用いて前記移動体の位置情報をさらに計測し、前記第１ヘッドの計測結果と前記凹凸分布との関係を求める、請求項２又は３に記載の移動体駆動方法。
8. 前記関係は、前記第１ヘッドの計測結果と該計測結果に対応する前記位置計測系の計測結果との差と、前記凹凸分布との関係である、請求項７に記載の移動体駆動方法。
9. 前記駆動する工程では、前記凹凸分布を用いて前記第２ヘッドの計測結果を補正し、前記関係を用いて前記第１ヘッドの計測結果を補正し、補正された前記第１及び第２ヘッドの計測結果に基づいて前記移動体を駆動する、請求項７又は８に記載の移動体駆動方法。
10. 所定平面内で移動体を駆動する移動体駆動方法であって、
    前記所定平面に実質的に平行な前記移動体の一面に設けられた計測面に第１計測ビームを投射する第１ヘッドを用いて、前記第１計測ビームの投射点における、前記所定平面に平行な方向に関する前記計測面の位置情報を計測した計測結果と、前記計測面に第２計測ビームを投射し、該計測面からの戻り光を受光することによって、前記第２計測ビームの投射点における前記所定平面に垂直な方向に関する前記計測面の面位置情報を計測する第２ヘッドを用いて、事前に計測された前記計測面の凹凸分布と、に基づいて、前記移動体を駆動する工程を含む移動体駆動方法。
11. 前記駆動する工程では、前記凹凸分布を用いて前記第１ヘッドの計測結果を補正し、補正された該計測結果に基づいて前記移動体を駆動する請求項１０に記載の移動体駆動方法。
12. 前記計測面には、前記第１ヘッドの計測方向を周期方向とし、前記第１計測ビームを反射する回折格子が形成されている請求項１１に記載の移動体駆動方法。
13. 前記凹凸分布を用いて求められる前記第１計測ビームの光路長と前記計測面への投射角との少なくとも一方に基づいて、前記第１ヘッドの計測結果を補正する、請求項１２に記載の移動体駆動方法。
14. 前記計測面は、前記第１及び第２計測ビームを透過する部材によってカバーされ、
    前記凹凸分布は、前記部材の厚み分布が実効的に取り込まれて計測される、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の移動体駆動方法。
15. 前記駆動する工程では、前記第２ヘッドを用いて前記垂直な方向に関する前記計測面の面位置情報を計測し、前記凹凸分布を用いて前記第２ヘッドの計測結果を補正し、補正された該計測結果にさらに基づいて前記移動体を駆動する、請求項１０〜１４のいずれか一項に記載の移動体駆動方法。
16. エネルギビームにより物体を露光して前記物体上にパターンを形成する露光方法であって、
    前記パターンを形成するために、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の移動体駆動方法を用いて、前記物体を保持する移動体を駆動する工程を含む露光方法。
17. 請求項１６に記載の露光方法を用いて物体上にパターンを形成する工程と；
    前記パターンが形成された前記物体に処理を施す工程と；を含むデバイス製造方法。
18. エネルギビームにより物体を露光して前記物体上にパターンを形成する露光装置であって、
    前記物体を保持して所定平面内で移動するとともに、前記所定平面に実質的に平行な一面に計測面が設けられた移動体と；
    前記計測面に第１、第２計測ビームをそれぞれ投射する第１及び第２ヘッドを有し、前記第１ヘッドにより前記第１計測ビームの投射点における、前記所定平面に平行な方向に関する前記計測面の位置情報を計測するとともに、前記第２ヘッドにより前記第２計測ビームの投射点における、前記所定平面に垂直な方向に関する前記計測面の位置情報を計測する計測システムと；
    前記第１及び第２ヘッドの計測結果と、前記計測面の凹凸分布と、に基づいて、前記移動体を駆動する処理装置と；を備える露光装置。
19. 前記処理装置は、前記凹凸分布を用いて前記第１及び第２ヘッドの計測結果を補正し、補正された該計測結果に基づいて前記移動体を駆動する、請求項１８に記載の露光装置。
20. 前記計測面には、前記第１ヘッドの計測方向を周期方向とし、前記第１計測ビームを反射する回折格子が形成されている請求項１９に記載の露光装置。
21. 前記処理装置は、前記凹凸分布を用いて求められる前記第１計測ビームの光路長と前記計測面への投射角との少なくとも一方に基づいて、前記第１ヘッドの計測結果を補正する、請求項２０に記載の露光装置。
22. 前記計測システムとは独立して前記移動体の位置情報を計測する位置計測系をさらに備え、
    前記処理装置は、前記位置計測系の計測結果に基づいて前記移動体を駆動し、その駆動に際して得られる前記第２ヘッドの計測値を用いて前記凹凸分布を作成する、請求項１８〜２１のいずれか一項に記載の露光装置。
23. 前記計測面は、前記第１及び第２計測ビームを透過する部材によってカバーされ、
    前記処理装置は、前記凹凸分布を、前記部材の厚み分布を実効的に取り込んで作成する、請求項２２に記載の露光装置。
24. 前記処理装置は、さらに、前記第１ヘッドの計測結果と前記凹凸分布との関係を求める、請求項２２又は２３に記載の露光装置。
25. 前記関係は、前記第１ヘッドの計測結果と該計測結果に対応する前記位置計測系の計測結果との差と、前記凹凸分布との関係である、請求項２４に記載の露光装置。
26. 前記処理装置は、前記凹凸分布を用いて前記第２ヘッドの計測結果を補正し、前記関係を用いて前記第１ヘッドの計測結果を補正し、補正された前記第１及び第２ヘッドの計測結果に基づいて前記移動体を駆動する、請求項２４又は２５に記載の露光装置。
27. 前記第２ヘッドは、前記計測面にて発生する反射光を受光して前記計測面との一定の光学的距離を維持するように変位する第１センサと、該第１センサの前記垂直な方向に関する変位を計測する第２センサと、を備える面位置計測センサのヘッドである、請求項１８〜２６のいずれか一項に記載の露光装置。

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