マーク検出方法及び装置、位置制御方法及び装置、露光方法及び装置、並びにデバイス製造方法
【課題】物体上の複数のマークを効率的に、かつ高精度に検出する。
【解決手段】複数の検出領域を備えたアライメント系でウエハマークを検出するマーク検出方法であって、第１検出領域ＡＬ１ｆで検出した基準マークＦＭを、基準マークＦＭを備えたステージの位置情報を計測しつつ第２検出領域ＡＬ２4ｆに移動して、第２検出領域ＡＬ２4ｆで基準マークＦＭを検出し、検出領域ＡＬ１ｆ，ＡＬ２4ｆで基準マークＦＭを検出した結果と、位置計測装置からの位置情報とを用いて、検出領域ＡＬ１ｆ，ＡＬ２4ｆの相対位置情報を求めた後、検出領域ＡＬ１ｆ，ＡＬ２4ｆで実質的に同時に別の位置のウエハマークを検出する。
【解決手段】複数の検出領域を備えたアライメント系でウエハマークを検出するマーク検出方法であって、第１検出領域ＡＬ１ｆで検出した基準マークＦＭを、基準マークＦＭを備えたステージの位置情報を計測しつつ第２検出領域ＡＬ２4ｆに移動して、第２検出領域ＡＬ２4ｆで基準マークＦＭを検出し、検出領域ＡＬ１ｆ，ＡＬ２4ｆで基準マークＦＭを検出した結果と、位置計測装置からの位置情報とを用いて、検出領域ＡＬ１ｆ，ＡＬ２4ｆの相対位置情報を求めた後、検出領域ＡＬ１ｆ，ＡＬ２4ｆで実質的に同時に別の位置のウエハマークを検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ又はガラス基板等の物体上に配置されたマークを検出するためのマーク検出技術、並びにこのマーク検出技術を用いてその物体の位置制御を行う位置制御技術、露光技術、及びデバイス製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
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）又はステップ・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））などの露光装置が用いられている。
例えば半導体素子を製造するリソグラフィ工程では、ウエハ上に多層の回路パターンを重ね合わせて所望の素子を形成するが、各層間での重ね合わせ精度が悪いと、半導体素子は所定の回路特性を発揮することができず、歩留りが低下する。このため、通常、ウエハ上の複数のショット領域の各々に予めマーク（アライメントマーク）を付設しておき、アライメント系を用いて露光装置のステージ座標系上におけるそのマークの位置（座標値）を計測し、その計測結果からウエハ上の各ショット領域の配列座標を求めるウエハアライメントが行われる。その後、ウエハ上の各ショット領域の配列座標情報と新たに形成されるパターン（例えばレチクルパターン）の既知の（計測された）位置情報とに基づいて、順次、ウエハ上の各ショット領域をそのパターンに対して位置合わせした状態でそのパターンがそのショット領域に転写される。
【０００３】
ウエハアライメントの方式として、スループットとの兼ね合いから、ウエハ上のいくつかのショット領域（サンプルショット又はアライメントショットとも呼ばれる）のみのアライメントマークを検出してショット領域の配列の規則性を求めることで、全部のショット領域の配列座標を求めるグローバル・アライメントが主に使用されている。その中でも特に、ウエハ上のショット領域の配列を統計的手法によって高精度に算出するエンハンスト・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）が主流となっている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開昭６１−４４４２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のウエハアライメントでは、一つのアライメント系（検出領域が一つのアライメント系）を用いてウエハ上の所定の複数のアライメントマークを計測し、この結果に基づいて全部のショット領域の配列座標を求めていた。従って、アライメント精度を高めるために、計測対象のアライメントマークの個数を増加させる場合に、アライメントマークの計測に要する時間が長くなり、露光工程のスループットが低下するという問題があった。
【０００５】
特に最近のウエハは大面積化して、一つのウエハ上のショット領域の個数が多くなっているため、アライメント精度を高めるために、できるだけ効率的に多くのアライメントマークの計測を行うことが要求されている。
【０００６】
本発明は、上述の事情の下になされたもので、半導体ウエハ等の物体上の複数のマークをできるだけ効率的に、かつ高精度に検出できるマーク検出技術を提供することを目的とする。
【０００７】
さらに本発明は、そのマーク検出技術を用いて物体の位置制御を行う位置制御技術、こ
の位置制御技術を用いる露光技術、及びこの露光技術を用いるデバイス製造技術を提供することをも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によるマーク検出方法は、位置が互いに異なる複数の検出領域（ＡＬ１ｆ，ＡＬ２１ｆ〜ＡＬ２４ｆ）を備えたマーク検出装置で物体上のマークを検出するマーク検出方法であって、その複数の検出領域のうちの第１検出領域（ＡＬ１ｆ）で検出した所定マーク（ＦＭ）を、その所定マークを備えた第１物体（ＷＳＴ）の位置情報を位置計測装置（７０Ａ〜７０Ｆ）で計測しつつ、その複数の検出領域のうちその第１検出領域と異なる第２検出領域（ＡＬ２４ｆ）に移動し、その第２検出領域でその所定マークを検出し、その第１検出領域でその所定マークを検出した検出結果と、その第２検出領域でその所定マークを検出した検出結果と、その位置計測装置からの位置情報とを用いて、その第１検出領域とその第２検出領域との相対位置情報を求め（ステップ３０３）、複数のマークが形成された第２物体（Ｗ）のその複数のマークをその第１検出領域とその第２検出領域とで実質的に同時に検出し、その相対位置情報を用いて、その第１検出領域で検出されたマークとその第２検出領域で検出されたマークとの相対位置情報を求めるものである（ステップ３２０，３２１）。
【０００９】
また、本発明によるマーク検出装置は、位置が互いに異なる複数の検出領域（ＡＬ１ｆ，ＡＬ２１ｆ〜ＡＬ２４ｆ）を備えたマーク検出装置で物体上のマークを検出するマーク検出装置であって、所定マーク（ＷＭＥ）を備えた第１物体（Ｗ）と、その所定マークを備えたその第１物体の位置情報を計測する位置計測装置（７０Ａ〜７０Ｆ）と、制御装置（２０，２０ａ）と、を備えている。
【００１０】
そして、その制御装置は、その複数の検出領域のうちの第１検出領域（ＡＬ１ｆ）で検出したその所定マークを、その所定マークを備えたその第１物体の位置情報をその位置計測装置で計測しつつ、その複数の検出領域のうちその第１検出領域と異なる第２検出領域（ＡＬ２４ｆ）に移動し、その第２検出領域でその所定マークを検出し、その第１検出領域でその所定マークを検出した検出結果と、その第２検出領域でその所定マークを検出した検出結果と、その位置計測装置からの位置情報とを用いて、その第１検出領域とその第２検出領域との相対位置情報を求め（ステップ３１３〜３１５）、複数のマークが形成された第２物体（Ｗ）のその複数のマークをその第１検出領域とその第２検出領域とで実質的に同時に検出し、その相対位置情報を用いて、その第１検出領域で検出されたマークとその第２検出領域で検出されたマークとの相対位置情報を求めるものである（ステップ３２０，３２１，３２４）。
【００１１】
なお、以上の本発明の所定要素に付した括弧付き符号は、本発明の一実施形態を示す図面中の部材に対応しているが、各符号は本発明を分かり易くするために本発明の要素を例示したに過ぎず、本発明をその実施形態の構成に限定するものではない。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、複数の互いに異なる検出領域を用いており、実質的に同時に複数の検出領域で異なる複数のマークの検出が可能であるため、物体上の複数のマークを効率的に検出できる。
【００１３】
さらに、本発明によれば、所定マークの移動量を計測しつつ、その所定マークを第１検出領域及び第２検出領域で順次計測しているため、その２つの検出領域の相対位置情報を正確に計測できる。従って、それ以降のマークの計測精度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の好ましい実施形態の一例につき図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る露光装置１００の概略構成を示す。この露光装置１００は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置（走査型露光装置）としてのいわゆるスキャニング・ステッパである。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、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行にＺ軸を取り、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にＹ軸を、Ｚ軸及びＹ軸に直交する方向にＸ軸を取り、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。
【００１５】
図１において、露光装置１００は、照明系１０、該照明系１０からの露光用の照明光（露光光）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。
【００１６】
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（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）、回折光学素子など）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。照明系１０は、レチクルブラインド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ＩＬによりほぼ均一な照度で照明する。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。なお、照明光としては、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４７ｎｍ）、Ｆ2 レーザ光（波長１５７ｎｍ）、ＹＡＧレーザの高調波、固体レーザ（半導体レーザなど）の高調波、又は水銀ランプの輝線（ｉ線等）なども使用できる。
【００１７】
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（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図７のレチクルステージ駆動系１１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（Ｙ方向）に指定された走査速度で駆動可能となっている。
【００１８】
図１のレチクルステージＲＳＴの移動面内の位置情報（Ｘ方向、Ｙ方向の位置情報、及びθｚ方向の回転情報を含む）は、レーザ干渉計よりなるレチクル干渉計１１６によって、移動鏡１５（ステージの端面を鏡面加工した反射面でもよい）を介して例えば０．５〜０．１ｎｍ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、図７の主制御装置２０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の少なくともＸ方向、Ｙ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。
【００１９】
図１において、レチクルステージＲＳＴの下方に配置された投影ユニット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、例えば光軸ＡＸに沿って配列される複数のレンズエレメントを含む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β（例えば１／４倍、１／５倍、又は１／８倍などの縮小倍率）を有する。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、レチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬを介して照明領域ＩＡＲ内のレチクルＲの回路パターンの像が、ウエハＷの一つのショット領域上の露光領域ＩＡ（照明領域ＩＡＲに共役な領域）に形成される。本例のウエハＷは、例えば直径が２００ｍｍから３００ｍｍ程度の円板状の半導体ウエハの表面に感光剤（感光層）であるレジスト（フォトレジスト）を所定の厚さ（例えば２００ｎｍ程度）で塗布したものを含む。本例のウエハＷの各ショット領域には、これまでのパターン形成工程によって所定の単層又は複数層の回路パターン及び対応するアライメントマーク（ウエハマーク）が形成されている。
【００２０】
なお、露光装置１００では、液浸法を適用した露光が行われる。この場合に、投影光学系の大型化を避けるために、投影光学系ＰＬとしてミラーとレンズとを含む反射屈折系を用いても良い。
また、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）の光学素子である先端レンズ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。
【００２１】
図１において、ノズルユニット３２は、露光用の液体Ｌｑを供給可能な供給口と、液体Ｌｑを回収可能な回収口とを有する。その回収口には多孔部材（メッシュ）が配置されている。ウエハＷの表面と対向可能なノズルユニットの下面は、その多孔部材の下面、及び照明光ＩＬを通過させるための開口を囲むように配置された平坦面のそれぞれを含む。またその供給口は、ノズルユニット３２の内部に形成された供給流路及び供給管３１Ａを介して、液体Ｌｑを送出可能な液体供給装置１８６（図７参照）に接続されている。その回収口は、ノズルユニット３２の内部に形成された回収流路及び回収管３１Ｂを介して、少なくとも液体Ｌｑを回収可能な液体回収装置１８９（図７参照）に接続されている。
【００２２】
液体供給装置１８６は、液体のタンク、加圧ポンプ、温度制御装置、及び供給管３１Ａに対する液体の供給・停止を制御するための流量制御弁等を含んでおり、清浄で温度調整された露光用の液体Ｌｑを送出可能である。液体回収装置１８９は、液体のタンク、吸引ポンプ、及び回収管３１Ｂを介した液体の回収・停止を制御するための流量制御弁等を含んでおり、液体Ｌｑを回収可能である。なお、液体のタンク、加圧（吸引）ポンプ、温度制御装置、制御弁などは、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。
【００２３】
図７の液体供給装置１８６及び液体回収装置１８９の動作は主制御装置２０によって制御される。図７の液体供給装置１８６から送出された露光用の液体Ｌｑは、図１の供給管３１Ａ、及びノズルユニット３２の供給流路を流れた後、その供給口より照明光ＩＬの光路空間に供給される。また、図７の液体回収装置１８９を駆動することによりその回収口から回収された液体Ｌｑは、図１のノズルユニット３２の回収流路を流れた後、回収管３１Ｂを介して液体回収装置１８９に回収される。図７の主制御装置２０は、ノズルユニット３２の供給口からの液体供給動作とノズルユニット３２の回収口による液体回収動作とを並行して行うことで、図１の先端レンズ１９１とウエハＷとの間の照明光ＩＬの光路空間を含む液浸領域１４（図４参照）を液体Ｌｑで満たすように、液体Ｌｑの液浸空間を形成する。
【００２４】
本実施形態においては、露光用の液体Ｌｑとして、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍの光）が透過する純水（水）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に短波長化されるため、解像度が向上する。
【００２５】
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７参照）、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及び後述のＺ・レベリング機構を駆動するステージ駆動系１２４（図７参照）などを備えている。
【００２６】
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を構成するエアパッドが複数箇所に設けられている。これらのエアパッドからベース盤１２の上面に向けて噴出された加圧空気の静圧により、ベース盤１２の上方にウエハステージＷＳＴ及び計測ステージ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、図７のステージ駆動系１２４によって、Ｙ方向及びＸ方向に独立して２次元方向に駆動可能である。
【００２７】
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方向の一側と他側に、Ｙ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、及び８３，８５は、ＸＺ断面でＵ字状のＹ軸固定子８６及び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及び８７に対して不図示のエアパッドを介して例えば数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及び８５と同一の符号を用いて、適宜、Ｙ軸リニアモータ８２，８４，８３及び８５と呼ぶものとする。
【００２８】
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及び８１は、各一対のＹ軸リニアモータ８２，８３、及び８４，８５によって、Ｙ軸に沿ってそれぞれ駆動される。
【００２９】
Ｘ軸固定子８０，８１のそれぞれは、例えばＸ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。
【００３０】
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７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（及び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、ウエハステージＷＳＴ（及び計測ステージＭＳＴ）のヨーイング（θｚ方向の回転）の制御が可能である。
【００３１】
図１のウエハステージＷＳＴは、前述したステージ本体９１と、ステージ本体９１上に搭載されたウエハテーブルＷＴＢと、ステージ本体９１内に設けられて、ステージ本体９１に対してＺ方向、θｘ方向、及びθｙ方向にウエハテーブルＷＴＢ（ウエハＷ）を相対的に微小駆動するＺ・レベリング機構とを備えている。そのＺ・レベリング機構は、例えば３箇所でＺ方向に変位を与えるボイスコイルモータと、その３箇所のＺ方向の変位を計測するセンサとを含む機構などで構成される。
【００３２】
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、ガラスセラミックス、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。
【００３３】
さらにプレート２８は、図５（Ａ）のウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）
の平面図に示されるように、円形の開口を囲む、外形（輪郭）が矩形の第１撥液領域２８ａと、第１撥液領域２８ａの周囲に配置される矩形枠状（環状）の第２撥液領域２８ｂとを有する。第１撥液領域２８ａは、例えば露光動作時、ウエハの表面からはみ出す液浸領域１４（図４参照）の少なくとも一部が形成され、第２撥液領域２８ｂは、後述のエンコーダシステムのためのスケールが形成される。なお、プレート２８はその表面の少なくとも一部がウエハの表面と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。
【００３４】
この場合、内側の第１撥液領域２８ａには、照明光ＩＬが照射されるのに対し、外側の第２撥液領域２８ｂには、照明光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撥液領域２８ａの表面には、照明光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、第２撥液領域２８ｂには、その表面に第１撥液領域２８ａに比べて照明光ＩＬに対する耐性が劣る撥水コートが施されている。
【００３５】
また、図５（Ａ）から明らかなように、第１撥液領域２８ａの＋Ｙ方向側の端部には、そのＸ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撥液領域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、ベースライン計測用の基準マークＦＭが形成されるとともに、該基準マークのＸ方向の一側と他側に、基準マークＦＭの中心に関して対称な配置で一対の空間像計測用のスリットパターン（スリット状の計測用パターン）ＳＬが形成されている。各スリットパターンＳＬとしては、一例として、Ｙ方向とＸ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。
【００３６】
そして、上記各スリットパターンＳＬ下方のウエハステージＷＳＴの内部には、図５（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よりなる送光系３６が収納されたＬ字状の筐体が、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。送光系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。送光系３６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。
【００３７】
さらに、第２撥液領域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３７，３８が直接形成されている。これをさらに詳述すると、第２撥液領域２８ｂのＸ方向の両側の領域には、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2がそれぞれ形成されている。このＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2はそれぞれ、例えばＸ方向を長手方向とする格子線３８を所定ピッチでＹ軸に平行な方向（Ｙ方向）に沿って形成してなる、Ｙ方向を周期方向とする反射型の格子（例えば位相型の回折格子）によって構成されている。
【００３８】
同様に、第２撥液領域２８ｂのＹ方向の両側の領域には、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2がそれぞれ形成されている。このＸスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2はそれぞれ、例えばＹ方向を長手方向とする格子線３７を所定ピッチでＸ軸に平行な方向（Ｘ方向）に沿って形成してなる、Ｘ方向を周期方向とする反射型の格子（例えば位相型の回折格子）によって構成されている。
【００３９】
上記各スケール３９Ｙ1，３９Ｙ2，３９Ｘ1，３９Ｘ2としては、第２撥液領域２８ｂの表面に例えばホログラム等により反射型の回折格子が作成されたものが用いられている。
この場合、各スケールには狭いスリット又は溝等から成る格子が目盛りとして所定間隔（ピッチ）で刻まれている。各スケールに用いられる回折格子の種類は限定されるものではなく、機械的に溝等が形成されたもののみならず、例えば、感光性樹脂に干渉縞を焼き付けて作成したものであっても良い。但し、各スケールは、例えば薄板状のガラスに上記回折格子の目盛りを、例えば１３８ｎｍ〜４μｍの間のピッチ、例えば１μｍピッチで刻んで作成されている。これらスケールは前述の撥液膜（撥水膜）で覆われている。なお、図５（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。
【００４０】
このように、本実施形態では、第２撥液領域２８ｂそのものがスケールを構成するので、第２撥液領域２８ｂの材料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。
【００４１】
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，１７ｂが形成されている。干渉計システム１１８（図７参照）のＹ軸干渉計１６及びＸ軸干渉計１２６（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。そして、干渉計１６及び１２６は、各反射面の基準位置（例えば投影ユニットＰＵ側面に配置された参照鏡）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、これらの干渉計１６及び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方向の位置に加え、θｘ方向の回転情報（ピッチング）、θｙ方向の回転情報（ローリング）、及びθｚ方向の回転情報（ヨーイング）も計測可能である。
【００４２】
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（キャリブレーション）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方向の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方向、Ｙ方向、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のＹ軸干渉計１６、Ｘ軸干渉計１２６、及び後述の計測ステージＭＳＴ用のＹ軸干渉計１８、Ｘ軸干渉計１３０は、例えば投影ユニットＰＵを保持するメインフレームに設けられている。
【００４３】
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。この場合、干渉計システム１１８の計測情報がアライメント演算系２０ａにも供給される。本実施形態では、エンコーダシステムはウエハステージＷＳＴの３自由度の方向、すなわちＸ軸、Ｙ軸及びθｚ方向の位置情報を計測する。そこで、露光動作などにおいて、干渉計システム１１８の計測情報のうち、エンコーダシステムによるウエハステージＷＳＴの位置情報の計測方向（Ｘ方向、Ｙ方向、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方向、Ｙ方向、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方向の位置情報を用いても良い。
【００４４】
図１の計測ステージＭＳＴは、ステージ本体９２上に平板状の計測テーブルＭＴＢ及び後述のＣＤバー４６（図６（Ａ）参照）を搭載して構成されている。ステージ本体９２には、計測テーブルＭＴＢ及びＣＤバー４６のＺ方向の位置、及びθｘ方向、θｙ方向の傾斜角を制御するＺ・レベリング機構（例えば３箇所のボイスコイルモータを含む機構など）が組み込まれている。計測テーブルＭＴＢ及びステージ本体９２には、各種計測用部材が設けられている。この計測用部材としては、例えば、図２及び図６（Ａ）に示されるように、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、及び波面収差計測器９８などが採用されている。
【００４５】
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。
計測ステージＭＳＴのステージ本体９２には、図６（Ｂ）に示されるように、その−Ｙ方向側の端面に、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方向側の端面には、取付部材４２の開口内部のＸ方向の中心位置近傍に、前述した図５（Ｂ）の一対の送光系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５（Ｂ）及び図６（Ｂ）、並びにこれまでの説明から分かるように、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、ウエハステージＷＳＴの計測プレート３０の各スリットパターンＳＬを透過した照明光ＩＬが前述の各送光系３６で案内され、計測ステージＭＳＴの各受光系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、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７参照）が構成される。
【００４６】
図６（Ｂ）の取付部材４２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の取付部材４２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６（Ａ）に示されるように、Ｙ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。
【００４７】
また、このＣＤバー４６の上面には、図６（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、Ｙ方向に関して例えば３行の配列で形成され、各行の複数のマークがＸ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）が前述の図５（Ａ）の基準マークＦＭと異なっても良い。本実施形態ではプライマリライメント系用の基準マークＭは基準マークＦＭと同一構成であり、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。一方、セカンダリアライメント系の検出領域は後述のようにＸ方向に所定範囲で可動であるため、セカンダリアライメント系用の基準マークＭは、一例としてＸ方向、Ｙ方向に所定ピッチでＸ方向に細長い２次元マークである。複数の基準マークＭの形状及び位置関係（間隔等）の情報は、主制御装置２０に接続されたアライメント演算系２０ａ内の記憶装置に記憶されている。
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。
【００４８】
図２に示すように、計測テーブルＭＴＢの＋Ｙ端面、−Ｘ端面にも前述したウエハテーブルＷＴＢと同様の反射面１９ａ，１９ｂが形成されている。干渉計システム１１８（図７参照）のＹ軸干渉計１８、Ｘ軸干渉計１３０は、これらの反射面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、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方向、Ｙ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。
【００４９】
ところで、Ｘ軸固定子８１及び８０のＸ方向の両端部には、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，４８Ｂは、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，４７Ｂと、Ｘ軸固定子８０のショックアブソーバ４７Ａ，４７Ｂに対向する位置に設けられた開口５１Ａ，５１Ｂと、これを開閉するシャッタ４９Ａ，４９Ｂとを含んでいる。シャッタ４９Ａ，４９Ｂによる開口５１Ａ，５１Ｂの開閉状態は、シャッタ４９Ａ，４９Ｂ近傍に設けられた開閉センサ（図７参照）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。
【００５０】
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説明する。
図２において、シャッタ４９Ａが開口５１Ａを閉塞する状態にある場合には、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。一方、シャッタ４９Ａが開かれて開口５１Ａが開放された場合、Ｘ軸固定子８１，８０が互いに接近すると、ショックアブソーバ４７Ａ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、Ｘ軸固定子８１，８０同士を接近させることが可能となる。この結果、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。
【００５１】
図２において、Ｘ軸固定子８０の両端部の−Ｙ側には、間隔検知センサ４３Ａ，４３Ｃと衝突検知センサ４３Ｂ，４３Ｄとが設けられ、Ｘ軸固定子８１の両端部の＋Ｙ側には、Ｙ方向に細長い板状部材４１Ａ，４１Ｂが突設されている。間隔検知センサ４３Ａ，４３Ｃは、例えば透過型フォトセンサ（例えばＬＥＤ−フォトトランジストよりなるセンサ）から成り、Ｘ軸固定子８０とＸ軸固定子８１が接近して、間隔検知センサ４３Ａの間に板状部材４１Ａが入り、受光量が減少することから、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。
【００５２】
衝突検知センサ４３Ｂ，４３Ｄは、間隔検知センサ４３Ａ，４３Ｃと同様の光電センサであるが、さらにその奥に配置されている。衝突検知センサ４３Ｂ，４３Ｄ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、センサ間に板状部材４１Ａの上半部が位置決めされるため、主制御装置２０は、そのセンサの受光量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。
【００５３】
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４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ＡＸから−Ｙ側に所定距離隔てた位置に検出中心を有するプライマリアライメント系ＡＬ１が配置されている。このプライマリアライメント系ＡＬ１は、メインフレーム（不図示）に固定されている。プライマリアライメント系ＡＬ１を挟んで、Ｘ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、セカンダリアライメント系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はその検出領域（検出中心）がＸ方向に関して異なる位置に、すなわちＸ方向に沿って配置されている。
【００５４】
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４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、残りの一部はメインフレーム（不図示）に設けられる。セカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4はそれぞれ、回転中心Ｏを中心として回動することで、その検出領域のＸ方向の位置（Ｘ位置）が調整される。
【００５５】
すなわち、セカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4はその検出領域（又は検出中心）が独立にＸ方向に可動である。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〜ＡＬ２4の検出領域のＸ位置が調整されるものとした。しかしながら、これに限らず、例えばセカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4の先端部の光学系をリニアモータ等によってＹ軸に平行にＸ方向に移動させて、その移動に伴う光路長の変化を不図示の光学系によって相殺するようにしてもよい。この平行移動方式によれば、各セカンダリアライメント系の検出領域はＸ軸に平行に移動する。さらに、セカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4の先端部の光学系（又はセカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4の光学系全体）をリニアモータ方式等でＸ方向、Ｙ方向に独立に駆動できるようにしてもよい。
【００５６】
また、セカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4の検出領域の少なくとも１つをＸ方向だけでなくＹ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はその一部の光学系がアーム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光学系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の検出領域のＸ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。
【００５７】
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７参照）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をメインフレーム（不図示）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。図７の主制御装置２０は、セカンダリアライメント系ＡＬ２nの検出領域のＸ位置を、ウエハ上の検出対象の複数のアライメントマークのＸ位置がそれらの検出領域内の検出中心付近に同時に設定されるように制御する。
【００５８】
なお、計測フレーム２１のアーム５６nに対向する部分に磁性体を固定しておき、バキュームパッド５８n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、例えば画像処理方式のＦＩＡ（Field Image Alignment）系が用いられている。このＦＩＡ系では、ウエハ上のレジストを感光させないハロゲンランプ又はキセノンランプ等からのブロードバンドな検出光束を被検マークに照射し、その被検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を撮像素子（ＣＣＤ型又はＣＭＯＳ型等）を用いて撮像し、それらの撮像信号を出力する。この場合には、撮像素子内の所定画素の位置を基準として被検マークの像の位置を検出するが、その代わりに、ＦＩＡ系内に指標マークを設け、この指標マークの像の位置を基準としてその被検マークの像を検出してもよい。アライメント系ＡＬ１及びＡＬ２1〜ＡＬ２4を介して求められる被検マークの像の基準位置からのずれ量の情報は、図７の主制御装置２０に供給される。
【００５９】
図１２（Ａ）は、５眼のアライメント系ＡＬ１及びＡＬ２1〜ＡＬ２4の概略構成を概念的に示す。図１２（Ａ）において、アライメント系ＡＬ１及びＡＬ２1〜ＡＬ２4はそれぞれ不図示の光源からの光を被検面に照射して、被検面からの反射光を対物レンズ系を介して集光することによって、被検面の拡大像を２次元的に画素が配列された撮像素子５ｄの撮像面上に形成する。そして、アライメント系ＡＬ１及びＡＬ２1〜ＡＬ２4の撮像素子５ｄから読み取られる撮像信号（検出信号）をそれぞれ検出信号処理部１３１Ａ，１３１Ｂ，１３１Ｃ，１３１Ｄ，１３１Ｅで処理することによって被検面の被検マークの位置が求められる。また、不図示であるが、アライメント系ＡＬ１及びＡＬ２1〜ＡＬ２4にはそれぞれ被検面のベストフォーカス位置からのデフォーカス量を示すフォーカス信号を生成するオートフォーカス系が設けられ、個別のオートフォーカス系の検出結果を用いて被検面をそれぞれアライメント系ＡＬ１及びＡＬ２1〜ＡＬ２4に合焦できるように構成されている。
【００６０】
また、アライメント系ＡＬ１及びＡＬ２1〜ＡＬ２4の撮像素子５ｄの撮像面と共役な被検面上の視野が、図３（Ａ）に示す検出領域ＡＬ１，ＡＬ２1ｆ，ＡＬ２2ｆ，ＡＬ２3ｆ，ＡＬ２4ｆである。さらに、一例として、プライマリアライメント系ＡＬ１の撮像素子５ｄの中心の画素（原点）に対応する被検面上の点３Ａがプライマリアライメント系ＡＬ１の検出中心となる。セカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4の検出中心の初期位置は、一例として撮像素子の中心の画素に対応する点３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅであるが、セカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4の検出中心はセカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4の検出領域を移動した後で後述のように設定される。
【００６１】
図１２（Ａ）の検出信号処理部１３１Ａ〜１３１Ｅでは、一例として各撮像素子５ｄの
撮像信号を所定範囲で被検面上でのＹ方向、Ｘ方向に対応する方向に積算して、それぞれＸ方向及びＹ方向に周期的なマークの像の撮像信号ＳＸ，ＳＹ（図３（Ｄ）参照）を生成する。さらに、検出信号処理部１３１Ａ〜１３１Ｅは、それぞれの撮像信号ＳＸ，ＳＹを例えば所定の閾値でスライスして、対応するマークの検出中心に対するＸ方向、Ｙ方向の位置ずれ量を求め、この位置ずれ量の情報を図７の主制御装置２０及びアライメント演算系２０ａに供給する。アライメント演算系２０ａでは、各位置ずれ量を予め求められている各アライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4の検出中心の座標に加算することで、被検マークのステージ座標系（Ｘ，Ｙ）での座標値を求めることができる。
【００６２】
なお、セカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4の検出領域ＡＬ２1ｆ〜ＡＬ２4ｆはＸ方向に所定範囲内で可動である。従って、例えばセカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4の全体を可動にした場合には、セカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4それぞれの内部の光路長は変化しないので、セカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4の構成はプライマリアライメント系ＡＬ１と同一構成でもよい。一方、例えばセカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4の先端部等の光学系のみを可動にした場合には、その後に光路長の変化を相殺するための光学系等を組み込む必要がある。
【００６３】
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。これらの場合にも、被検面のベストフォーカス位置からのずれ量を計測するオートフォーカス系が設けられることが好ましい。
【００６４】
また、本実施形態では５つのアライメント系ＡＬ１、ＡＬ２1〜ＡＬ２4を設けているため、アライメントを効率的に行うことができる。しかしながら、アライメント系の数は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。
本実施形態の露光装置１００では、図４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を構成する複数のＹヘッド６４及びＸヘッド６６は、図４では２点鎖線で示すように、メインフレーム（不図示）の底面に固定されている。
【００６５】
図４において、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。Ｙヘッド６４は、それぞれ前述の図５（Ａ）のＹスケール３９Ｙ1又は３９Ｙ2を用いて、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＹ方向の位置（Ｙ位置）を計測する。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方向に沿って光軸ＡＸを通りかつＹ軸と平行な直線ＬＶ上にほぼ所定間隔で配置された複数（ここでは７個及び１１個（ただし、図４ではその１１個のうちのプライマリアライメント系ＡＬ１と重なる３個は不図示））のＸヘッド６６を備えている。Ｘヘッド６６は、それぞれ前述の図５（Ａ）のＸスケール３９Ｘ1又は３９Ｘ2を用いて、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＸ方向の位置（Ｘ位置）を計測する。
【００６６】
従って、図４のヘッドユニット６２Ａ及び６２Ｃは、それぞれ図５（Ａ）のＹスケール３９Ｙ1及び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軸のリニアエンコーダ（以下、適宜、Ｙエンコーダと略述する）７０Ａ及び７０Ｃ（図７参照）を構成する。Ｙエンコーダ７０Ａ，７０Ｃは
それぞれ複数のＹヘッド６４の計測値の切り替え（詳細後述）を行う切り替え制御部を備えている。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、Ｙヘッド６４から照射される計測ビーム）の間隔は、前述のＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2のＸ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。
【００６７】
また、ヘッドユニット６２Ｂ及び６２Ｄは、基本的にそれぞれ前述のＸスケール３９Ｘ1及び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、７眼及び１１眼）のＸ軸のリニアエンコーダ（以下、適宜、Ｘエンコーダと略述する）７０Ｂ及び７０Ｄ（図７参照）を構成する。Ｘエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄはそれぞれ複数のＸヘッド６６の計測値の切り替えを行う切り替え制御部を備えている。なお、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及び３９Ｘ2に同時に対向する場合がある。この場合には、Ｘスケール３９Ｘ1及び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７０Ｂ及び７０Ｄが構成される。
【００６８】
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。
さらに、図４の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（図６（Ａ）の基準格子５２のＹ方向の間隔）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４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を含む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方向の角度）が計測される。
【００６９】
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、図６（Ａ）の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リニアエンコーダをＹエンコーダ７０Ｅ，７０Ｆ（図７参照）と呼ぶ。
【００７０】
上述した６つのエンコーダ７０Ａ〜７０Ｆの計測値は、主制御装置２０及びアライメント演算系２０ａに供給され、主制御装置２０は、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、Ｙ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４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、これに対向する状態で、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。
【００７１】
図４の多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の複数の検出点は、被検面上でＸ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４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〜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に設けても良いが、別の支持部材を介して支持してもよい。
【００７２】
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。
本実施形態の露光装置１００は、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の複数の検出点のうち両端に位置する検出点の近傍、すなわち検出領域ＡＦの両端部近傍に、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、例えば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。
【００７３】
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。
【００７４】
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７２ｃ，７２ｄ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方向の直線上に位置している。Ｚセンサ７４i,j及び７６p,qは計測フレーム２１の底面に固定されている。
【００７５】
なお、図４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１４が示されている。また、この図４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４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ドポジションを示し、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。
【００７６】
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。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などの計測ステージＭＳＴに設けられた各種センサが、まとめてセンサ群９として示されている。
【００７７】
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８（Ａ）及び図８（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８（Ａ）及び図８（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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
また、図８（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方向に駆動する際、そのウエハステージＷＳＴのＹ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、図７のＹエンコーダ７０Ａ，７０Ｃ内の切り替え制御部によって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方向の幅よりも狭く設定したものである。
【００８１】
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方向の幅よりも狭く設定されている。従って、上述と同様に、図８（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方向に駆動する際、そのウエハステージＷＳＴのＸ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図７のＸエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄ内の切り替え制御部によって計測値が引き継がれる。
【００８２】
また、エンコーダ７０Ａ〜７０ＦのＹヘッド６４は、一例として対応するＹスケール３９Ｙ１，３９Ｙ２に１対のレーザビームを照射する照射系と、それらのスケールから発生する１対の回折光を同軸に合成して干渉光として検出する受光系とを含んで構成されている。さらに、Ｙヘッド６４には、位相が９０°異なる干渉光を検出する光学系も組み込まれており、２相の検出信号を用いて内挿を行うことによって、それらのスケールのピッチの１／２よりもかなり細かい分解能で、変位計測を行うことができる。エンコーダ７０Ａ〜７０ＦのＸヘッド６６も同様に構成されている。
【００８３】
以下、本実施形態の図１の露光装置１００において、図７の主制御装置２０の制御のもとで１ロットのウエハに順次レチクルＲのパターンの像を露光する際の動作の一例につき、図１７及び図１８のフローチャートを参照して説明する。
先ず図１７のステップ３０１において、図１のレチクルステージＲＳＴ上にレチクルＲをロードし、主制御装置２０は、不図示の露光データファイルよりレチクルＲの照明条件及び投影光学系ＰＬの開口数等の露光条件を読み出して、照明系１０等の設定を行う。また、主制御装置２０は、その露光データファイルより露光対象のウエハのショット配列の情報を読み出し、このショット配列の情報から、ウエハ上のショット領域のＸ方向の配列ピッチ、即ちウエハ上の各ショット領域に付設されているウエハマークのＸ方向の間隔（設計上の間隔）を求める。
【００８４】
ウエハのショット配列は、一例として図１３（Ｃ）に示すように設定され、ウエハＷ上の全部のショット領域から選ばれた例えば黒色で区別される１６個のショット領域よりなるアライメントショット（サンプルショット）ＡＳに付設されたウエハマークをアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4で計測するものとする。この場合、ウエハＷ上のアライメントショットＡＳは、＋Ｙ方向から順にＸ方向に４つのショット領域の幅を配列ピッチとして、３つのアライメントショット、５つのアライメントショット、５つのアライメントショット、及び３つのアライメントショットから構成されている。なお、ウエハマークは、ショット領域内に形成されていてもよいが、本実施形態では、ウエハマークはショット領域間のストリートラインに形成されているものとする。また、ウエハマークには、ウエハの位置をサーチするためのサーチアライメントマークと、各ショット領域のアライメントを行うためのファインアライメントマークとがあるが、後述のステップ３１１の場合を除いて、本実施形態のアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4で計測されるのはファインアライメントマークである。
【００８５】
また、前工程でのアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4の配置が図９の状態であるとする。そして、プライマリアライメント系ＡＬ１の検出中心に対するセカンダリアライメント系ＡＬ２1，ＡＬ２2，ＡＬ２3，ＡＬ２4の検出中心のＸ方向の間隔、即ちセカンダリベースラインＳＢＬ１，ＳＢＬ２，ＳＢＬ３，ＳＢＬ４が、図１０に示すようにそのウエハマークのＸ方向の間隔の所定の整数倍となるように、セカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4を駆動して固定する。一例として、セカンダリベースラインＳＢＬ１，ＳＢＬ２，ＳＢＬ３，ＳＢＬ４の初期値は、そのウエハマークのＸ方向の間隔の８倍、４倍、４倍、及び８倍であり（図１３（Ｃ）参照）、これらの値の情報はアライメント演算系２０ａにも供給される。この結果、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〜ＡＬ２4は、ウエハＷ上のアライメントショットＡＳの計測対象のウエハマークの配置に合わせて、そのＸ方向の位置調整が行われたことになる。なお、この段階では、セカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4の検出中心のＸ方向の間隔には、設定誤差が含まれている。
【００８６】
次のステップ３０２において、図３（Ａ）のアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4用のオートフォーカス系（ＡＦ系）（不図示）のキャリブレーションを行う。このためには、一例として、図２の状態（ただし、ウエハＷは載置されていない）から計測ステージＭＳＴを駆動して、図１２（Ａ）に示すように、計測ステージＭＳＴのＣＤバー４６の複数の基準マークＭ１，Ｍ２1〜Ｍ２4をアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4の検出領域に移動する。そして、計測ステージＭＳＴのＺ・レベリング機構を介して、ＣＤバー４６をＺ方向にスキャンして撮像素子５ｄからの撮像信号のコントラストが最も高くなる位置をベストフォーカス位置とすればよい。
【００８７】
次のステップ３０３において、図４のＹヘッド６４，６４ｙ1，６４ｙ2及びＸヘッド６６を含む図７のエンコーダ７０Ａ〜７０Ｆの計測値を用いて、即ちエンコーダ基準でウエハステージＷＳＴを駆動することによって、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4の撮像素子の原点設定を行う。なお、これ以降のアライメント及び露光時にウエハステージＷＳＴはエンコーダ基準で駆動される。即ち、先ず、図３（Ａ）に示すように、プライマリアライメント系ＡＬ１の検出中心（撮像素子の中心の共役点）３Ａに基準マークＦＭのＸマークＦＭＸ及びＹマークＦＭＹの中心を合わせる。一例として、ＸマークＦＭＸは２箇所でＸ方向に所定間隔で配列されたライン・アンド・スペースパターンであり、ＹマークＦＭＹは、そのＸマークＦＭＸに挟まれてＹ方向に所定ピッチで配列されたライン・アンド・スペースパターンである。
【００８８】
その後、図１１（Ａ）の２点鎖線の位置Ａ２で示すように、ウエハステージＷＳＴをセカンダリベースラインＳＢＬ２だけ＋Ｘ方向に駆動して、セカンダリアライメント系ＡＬ２2で基準マークＦＭを検出する。そのときの基準マークＦＭの像の撮像素子上での中心が撮像面での原点となり、その原点に対応する被検面上の点が図３（Ｂ）に示すセカンダリアライメント系ＡＬ２2の検出中心４Ｃとなる。なお、図３（Ｂ）は、セカンダリアライメント系ＡＬ２４の検出領域ＡＬ２4ｆに基準マークＦＭがある状態を示している。同様に、図１０のセカンダリベースラインＳＢＬ１，ＳＢＬ３，ＳＢＬ４だけウエハステージＷＳＴを＋Ｘ方向又は−Ｘ方向に移動して、それぞれセカンダリアライメント系ＡＬ２1，ＡＬ２3，ＡＬ２4で基準マークＦＭを検出する。そのときの基準マークＦＭの像の中心にある撮像素子の画素が撮像面の原点となり、その原点に対応する図３（Ｂ）の検出領域ＡＬ２1ｆ〜ＡＬ２4ｆの点が検出中心４Ｂ，４Ｄ，４Ｅとなる。なお、撮像素子上の原点は撮像信号を補間して得られるマーク像の中心でもよい。
【００８９】
これ以降、図１２（Ａ）の検出信号処理部１３１Ａ〜１３Ｅは、検出中心３Ａ（プライマリアライメント系ＡＬ１の検出中心），４Ｂ〜４Ｅに対応するオフセット補正された撮像面上の原点（これを３ａ、４ｂ〜４ｅ（図３（Ｄ）参照）とする）に対する被検マーク
の像の中心のＸ方向、Ｙ方向に対応する方向への位置ずれ量を求め、この位置ずれ量に例えば像の拡大倍率の逆数を乗算することで、被検面上での位置ずれ量を求める。
なお、アライメント系が１つの場合には、被検マークの中心を撮像素子の中心の画素に対応する位置の近傍に設置することができる。しかしながら、本実施形態のように複数のアライメント系を用いて実質的に同時に複数の被検マークを検出する場合には、例えばプライマリアライメント系ＡＬ１の検出中心の近傍に第１の被検マークを設置すると、他のセカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4では、被検マークは、その第１の被検マークからほぼセカンダリベースラインだけ離れた位置、即ちそのオフセットした検出中心４Ｂ〜４Ｅの近傍で検出される。従って、その検出中心４Ｂ〜４Ｅに対応する撮像素子上のオフセットした原点４ｂ〜４ｅに対する被検マーク像の位置ずれ量を計測することで、後述のように撮像素子のリニアリティが劣る場合でも、複数の被検マークを実質的に同時に高精度に検出できる。
【００９０】
一例として、図３（Ｃ）及び（Ｄ）はセカンダリアライメント系ＡＬ２4の撮像素子の撮像面１５０Ｅを示し、被検面上でのＸ方向、Ｙ方向に対応する撮像面上での方向もそれぞれＸ方向、Ｙ方向で表されている。また、図３（Ｃ）は撮像素子の中心の画素を撮像中心３ｅとして示し、図３（Ｄ）はステップ３０３で求めたオフセット補正後の原点４ｅを示す。この場合、被検マークを基準マークＦＭ（この像をＦＭＰとする）とすると、画像処理上では、図３（Ｄ）の原点４ｅに対するＸマークの像ＦＭＸＰ及びＹマークの像ＦＭＹＰのＸ方向、Ｙ方向への位置ずれ量が検出される。このようにオフセット補正された原点４ｅを用いた場合には、撮像素子の高範囲のリニアリティが劣る場合でも、高精度にマーク像の位置検出を行うことができる。
【００９１】
即ち、図１５（Ｃ）の曲線１６２は、ＣＣＤ型の撮像素子の画素のＸ方向の位置ＣＸと、これに対応する被検面上でのＸ方向の位置ＷＸとの対応関係の一例を変化を誇張して示す。この図１５（Ｃ）の曲線１６２から、撮像素子上での位置ＣＸと被検面上での位置ＷＸとの間には広い範囲ではリニアリティが劣る部分のあることが分かる。しかしながら、図１５（Ｃ）に示すように、領域１６０（撮像素子の中心付近）及び領域１６１（撮像素子の中心から所定距離離れた領域）内ではリニアリティが比較的良好であるため、撮像素子上のこれらの領域を使って画像の位置ずれ量を計測し、その位置ずれ量を被検面上での位置ずれ量に換算することで、高精度にマーク位置を検出できる。
【００９２】
次のステップ３０４において、図１２（Ａ）の検出信号処理部１３１Ａ〜１３１Ｅは、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4の撮像面で所定幅の撮像信号の積算領域（所定領域）を設定する。具体的に、図３（Ｄ）の撮像面１５０Ｅでは、補正後の原点４ｅを中心としてＸ方向の幅がΔＸの積算領域１５１Ｙ及びＹ方向の幅がΔＹの積算領域１５１Ｘを設定する。そして、検出信号処理部１３１Ｅでは、積算領域１５１Ｘ内の撮像信号をＸ方向（非計測方向）に積算してＹマークの像ＦＭＹＰに対応する撮像信号ＳＹを求め、積算領域１５１Ｙ内の撮像信号をＹ方向（非計測方向）に積算してＸマークの像ＦＭＸＰに対応する撮像信号ＳＸを求める。
【００９３】
一例として、積算領域１５１Ｘ，１５１Ｙの幅ΔＸ，ΔＹは、３０μｍ程度であり、撮像中心３ｅに対する原点４ｅのＸ方向、Ｙ方向へのオフセット量は２０μｍ（±１０μｍ）程度以内である。幅ΔＸ，ΔＹが３０μｍ程度であれば、十分に大きい信号を得ることができる。また、その程度のオフセット量で、セカンダリアライメント系の検出領域を移動した場合の視野ずれによる不都合をキャンセルすることが可能である。
このように積算領域１５１Ｘ，１５１Ｙ内の撮像信号のみを用いることによって、マーク像の無い領域のノイズ成分を低減できるため、ＳＮ比が改善されて、被検マークを高精度に検出できる。
【００９４】
なお、例えば図３（Ｃ）のように、撮像中心３ｅを中心に積算領域１５１Ｘ，１５１Ｙを設定する場合には、基準マークの像ＦＭＰの一部が積算領域１５１Ｘ，１５１Ｙから外れてその位置を高精度に検出できない恐れがある。そこで、本実施形態では、ステップ３０３において、実際に基準マークＦＭを検出することによって、検出領域が固定されているプライマリアライメント系ＡＬ１の撮像面を基準として、セカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4の撮像面上の原点を設定している。これによって、その後で計測される被検マークの像をアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4の撮像面の積算領域１５１Ｘ，１５１Ｙ内に追い込むことができる。
【００９５】
これ以降は、経時変化がないものとすると、プライマリアライメント系ＡＬ１の撮像面の原点と、セカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4の撮像面の原点とに対応する被検面（ウエハの上面等）上の点（検出中心）のＸ方向の間隔が正確にセカンダリベースラインＳＢＬ１〜ＳＢＬ４の初期値となる。
しかしながら、実際には、僅かな経時変化が生じ得るため、ステップ３０６〜３０８において各ウエハの露光前に、ＣＤバー４６上の基準マークの既知の位相（間隔の情報）を基準として、セカンダリベースラインＳＢＬ１〜ＳＢＬ４の変化量を計測する。即ち、ウエハステージＷＳＴがローディングポジションに向かった後、ステップ３０６において、計測ステージＭＳＴを駆動して図１２（Ａ）に示すように、ＣＤバー４６上の基準マークＭ１，Ｍ２1〜Ｍ２4をアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4の検出領域に移動する。そして、セカンダリアライメント系ＡＬ２1で基準マークＭ２1を検出し、同時にオートフォーカス系からのフォーカス信号を用いて、アライメント系ＡＬ１及びＡＬ２1で被検面がそれぞれベストフォーカス位置に来るようにＣＤバー４６のレベリングを行いながら、プライマリアライメント系ＡＬ１でも基準マークＭ１を検出する。２つの基準マークＭ１，Ｍ２1の検出結果（検出中心からの位置ずれ量）は図７のアライメント演算系２０ａに供給される。
【００９６】
次のステップ３０７において、図１２（Ｂ）に示すように、アライメント系ＡＬ１及びＡＬ２2で被検面がそれぞれベストフォーカス位置に来るようにＣＤバー４６のレベリングを行いながら、同時に、アライメント系ＡＬ１及びＡＬ２2で基準マークＭ１及びＭ２2を検出し、２つの基準マークＭ１，Ｍ２2の検出結果（検出中心からの位置ずれ量）を図７のアライメント演算系２０ａに供給する。同様に、他のセカンダリアライメント系ＡＬ２3，ＡＬ２4についても、ＣＤバー４６のレベリングを行って合焦した状態で、それぞれプライマリアライメント系ＡＬ１と同時に対応する基準マークを検出し、検出結果をアライメント演算系２０ａに供給する。
【００９７】
次のステップ３０８において、アライメント演算系２０ａでは、２つの基準マークＭ１とＭ２1（又はＭ２2〜Ｍ２4）との既知の間隔の情報と、その２つの基準マークの計測された位置ずれ量の情報とを用いて、図１０のセカンダリベースラインＳＢＬ１〜ＳＢＬ４の経時変化後の値を求めて記憶する。この場合、外乱等によって計測ステージＭＳＴ（ＣＤバー４６）の位置は僅かに変動している。しかしながら、この実施形態のように、常にレベリングを行いながら検出領域が可変の１つのセカンダリアライメント系（ＡＬ２1〜ＡＬ２4のいずれか）と同時にプライマリアライメント系ＡＬ１（検出領域が固定されているアライメント系）でも基準マークを検出することによって、ＣＤバー４６の位置変動に影響されずに、ベストフォーカス位置で高精度にセカンダリベースラインを計測することができる。
【００９８】
なお、例えば図１２（Ａ）において、３つのアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1，ＡＬ２2のベストフォーカス位置が直線上にあることが分かっている場合には、レベリングによってＣＤバー４６の上面をその直線に合わせて傾斜させて、３つのアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1，ＡＬ２2で同時に対応する基準マークの位置を検出してもよい。この場合には、
１回の計測によって、ベストフォーカス位置で、２つのセカンダリベースラインＳＢＬ１，ＳＢＬ２を高精度に計測できる。
【００９９】
次に、図１７のステップ３０９において、図１３（Ａ）のローディングポジションＬＰにおいて、ウエハステージＷＳＴ上に１ロットの先頭のウエハ（ウエハＷとする）をロードする。ウエハＷのショット配列は図１３（Ｃ）に示す通りである。その後、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴを、図１３（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（アライメント開始位置）に位置決めする。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の中心を通りＹ軸に平行に配列されたショット領域に付設されたウエハマークの中心を通る直線は、ほぼプライマリアライメント系ＡＬ１の検出中心を通り、以下のアライメント時には、ウエハステージＷＳＴは、ほぼＹ軸に沿って移動する。このため、アライメントを効率的に行うことができる。
【０１００】
次のステップ３１０において、プライマリアライメント系ＡＬ１の検出中心と、図１のレチクルＲの投影光学系ＰＬによる像の中心とのＹ方向の間隔であるベースラインＢＬを計測するための１つの工程として、ウエハステージＷＳＴをＹ方向に駆動して、図１１（Ａ）に示すように、プライマリアライメント系ＡＬ１でウエハステージＷＳＴ上の計測プレート３０の基準マークＦＭを検出する。この検出結果（検出中心からの位置ずれ量）と、このときのウエハステージＷＳＴのエンコーダ７０Ａ〜７０Ｆで計測される座標とがアライメント演算系２０ａに供給される。
なお、ステップ３０３、３０４の原点設定の動作を、１ロットの先頭ウエハに関するステップ３１０の動作の前後に実行してもよい。
【０１０１】
次のステップ３１１において、例えば２つのセカンダリアライメント系ＡＬ２2，ＡＬ２3でウエハＷ上の２つのサーチアライメントマークを検出し、この結果を用いてウエハＷのＺ軸周りの回転角を補正する。なお、例えばウエハローダ系（不図示）からウエハステージＷＳＴ上にウエハＷを載置する場合に高精度にウエハＷの回転角を制御できる場合には、このステップ３１１の動作は省略できる。
【０１０２】
次に図１８のステップ３１２において、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴ上のウエハＷが１ロットの先頭ウエハかどうかを判定し、先頭ウエハである場合にはステップ３１３に移行し、先頭ウエハでない場合にはステップ３２０に移行する。この段階では、ウエハＷは先頭ウエハであるため、動作はステップ３１３に移行する。そして、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4の光学系の収差等に起因する誤差であるＴＩＳ（Tool Induced Shift）、及びウエハマークに起因する誤差を補正するために、主制御装置２０はウエハステージＷＳＴをＹ方向に駆動して、図１４（Ａ）に示すように、一例としてウエハＷ上の一つのアライメントショットのウエハマークＷＭＥを、星状のマークで示すプライマリアライメント系ＡＬ１の検出領域に移動して、ウエハマークＷＭＥの検出中心からの位置ずれ量を検出する。このとき、ウエハマークＷＭＥは凹凸マークであり、かつ計測方向（ここではＸ方向）に非対称である場合もある。なお、一例として、プライマリアライメント系ＡＬ１から計測を始めるが、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２１〜ＡＬ２４によるウエハマークＷＭＥの計測の順序は任意である。
【０１０３】
次のステップ３１４において、図１４（Ｂ）に示すように、ウエハステージＷＳＴをセカンダリベースラインＳＢＬ２だけ−Ｘ方向に移動して、星状のマークで示すセカンダリアライメント系ＡＬ２１でウエハマークＷＭＥ（プライマリアライメント系ＡＬ１で検出されたマーク）の検出中心に対する位置ずれ量を検出する。同様にして、図１４（Ｃ）、図１４（Ｄ）、図１４（Ｅ）に示すように、図１４（Ａ）の場合に対してそれぞれウエハステージＷＳＴをセカンダリベースラインＳＢＬ１，ＳＢＬ３，ＳＢＬ４だけ−Ｘ方向、＋Ｘ方向、＋Ｘ方向に移動して、順次、セカンダリアライメント系ＡＬ２１，ＡＬ２３，ＡＬ２４で同一のウエハマークＷＭＥの検出中心に対する位置ずれ量を検出する。
【０１０４】
次のステップ３１５において、アライメント演算系２０ａはステップ３１３及び３１４のウエハマークの検出結果のオフセットを求める。セカンダリアライメント系ＡＬ２4を例に取ると、ステップ３１４では、セカンダリアライメント系ＡＬ２4によって、図１５（Ａ）に示すように、撮像面１５０Ｅ上でウエハマークの像ＷＭＥＰの原点４ｅに対するＸ方向、Ｙ方向への位置ずれ量ＴＩＸＲ２，ＴＩＹＲ２が検出される。一方、ステップ３１３では、プライマリアライメント系ＡＬ１によって、図１５（Ｂ）に示すように、撮像面１５０Ａ上でウエハマークの像ＷＭＥＰの撮像中心３ａ（これが原点でもある）に対するＸ方向、Ｙ方向への位置ずれ量ＴＩＸＰｒ，ＴＩＹＰｒが検出される。なお、実際にはこれらの位置ずれ量に倍率の逆数倍が乗算されるが、ここではそれを省略する。
【０１０５】
この場合のＸ方向、Ｙ方向のＴＩＳ等が起因のオフセットＸTOFF及びＹTOFFは以下のようになる。
ＸTOFF＝ＴＩＸＰｒ−ＴＩＸＲ２ …（１）
ＹTOFF＝ＴＩＹＰｒ−ＴＩＹＲ２ …（２）
他のセカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２3のオフセットも同様に計算できる。これ以降に同じロット内のウエハのウエハマークをセカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4で検出したときには、アライメント演算系２０ａではそのマークの計測値に式（１）、式（２）のオフセット分の加算を行うことによって、ＴＩＳ等に起因する誤差を低減できる。
【０１０６】
また、本実施形態のように、同一のウエハマークをセカンダリアライメント系及びプライマリアライメント系で検出することによって、ウエハマーク同士の僅かな対称性等の相違に起因する計測誤差を相殺できる。さらに、簡単な動作でウエハステージＷＳＴの位置を計測する計測装置の計測誤差の影響を相殺することができる。
なお、例えば予め式（１）、式（２）のオフセットが装置定数として分かっているような場合には、ステップ３１３〜ステップ３１５の動作を省略してもよい。この場合には、先頭ウエハについても、直ちにステップ３２０以降のウエハマークの検出動作が行われる。
【０１０７】
次に、ステップ３２０において、主制御装置２０は、エンコーダ７０Ａ〜７０Ｆ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１３（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ＡＬ２2，ＡＬ２3を用いて、３つのファーストアライメントショットＡＳに付設されたウエハマークをほぼ同時にかつ個別に撮像する（図１３（Ａ）中の星マーク参照）。この際に、例えば先ず２眼のセカンダリアライメント系ＡＬ２2，ＡＬ２3でデフォーカス量が０になるようにウエハＷのレベリングを行いながら、ウエハマークの撮像を行い、次の残りのプライマリアライメント系ＡＬ１を用いて、合焦状態でウエハマークを撮像する。その後、ステップ３２１において、各アライメント系の撮像面の積算領域１５１Ｘ，１５１Ｙ（図１３（Ｄ）参照）内の撮像信号を積算してウエハマークの位置を求める。
【０１０８】
次に、ステップ３２２で主制御装置２０は計測対象のウエハマークがあるかどうかを判定し、計測対象が残っている場合には、ステップ３２０に戻る。この段階では、主制御装置２０は、上記エンコーダ７０Ａ〜７０Ｅ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、図１３
（Ｃ）に示すウエハＷ上の５つのセカンドアライメントショットＡＳに付設されたウエハ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する。
【０１０９】
そして、ステップ３２０、３２１において、２眼のセカンダリアライメント系毎にレベリングを行いながらウエハマークを検出し、最後にプライマリアライメント系でウエハマークを検出することによって、実質的に同時に５つのウエハマークの位置を検出する。
なお、この５つのウエハマークの検出時に、ステップ３１３〜３１５に示すオフセットを求めるためのウエハマークの検出を実行してもよい。その代わりに、図１３（Ａ）の３つのファーストアライメントショット領域ＡＳのウエハマークの検出時に、対応するセカンダリアライメント系ＡＬ２2，ＡＬ２3のオフセットを求める動作を実行し、次の図１３（Ｃ）の５つのセカンドアライメントショットＡＳのウエハマークの検出時に、両側のセカンダリアライメント系ＡＬ２1，ＡＬ２4のオフセットを求める動作を実行してもよい。
【０１１０】
次に、動作は再びステップ３２２からステップ３２０に戻り、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して、図１３（Ｂ）に示すように、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ＡＳに付設されたウエハ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する。そして、ステップ３２０、３２１を実行して、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4による５つのウエハマークの検出結果とその検出時のエンコーダ７０Ａ〜７０Ｆの計測値とを関連付けてアライメント演算系２０ａに供給する。
【０１１１】
次に、動作はステップ３２２からステップ３２０に戻り、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ＡＬ２2，ＡＬ２3を用いて、ウエハＷ上の３つのフォースアライメントショットＡＳに付設されたウエハ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する。そして、ステップ３２０、３２１を実行して、３つのアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２2，ＡＬ２3による３つのウエハマークの検出結果とその検出時のエンコーダ７０Ａ〜７０Ｅの計測値とを関連付けてアライメント演算系２０ａに供給する。この段階でウエハマークの計測は終了するため、動作はステップ３２２からステップ３２３に移行して、主制御装置２０はウエハステージＷＳＴをＹ方向に駆動して、図１１（Ｂ）に示すように、ウエハステージＷＳＴと計測ステージＭＳＴとを連結する。
【０１１２】
次に、投影光学系ＰＬの下方にウエハステージＷＳＴの計測プレート３０のスリットパターンＳＬ（図５（Ａ）参照）を移動して、図１のレチクルステージＲＳＴを駆動してレチクルＲの中心を光軸ＡＸに合わせて照明光ＩＬを照射する。そして、レチクルＲのアライメントマークの像をスリットパターンＳＬで走査して、計測ステージＭＳＴ内の空間像計測装置を用いてその位置を検出し、その像の位置の情報（エンコーダ７０Ａ〜７０Ｆの計測値）をアライメント演算系２０ａに供給する。アライメント演算系２０ａは、ステップ３１０の検出結果とステップ３２３の検出結果とから図１１（Ａ）に示すベースラインＢＬを求めることができる。
【０１１３】
なお、このステップ３２３の動作は、図１３（Ｃ）の４行のアライメントショットのウエハマークを計測する途中で、投影光学系ＰＬの先端部が計測プレート３０に近づいた段階で実行することができる。これによって、ウエハステージＷＳＴの移動量が少なくなり、露光工程のスループットが向上する。
次のステップ３２４において、アライメント演算系２０ａは、ステップ３０８で求めたセカンダリベースラインＳＢＬ１〜ＳＢＬ４、ステップ３２３で求めたベースラインＢＬ、及び上記の合計１６個のウエハマークの検出結果と対応するエンコーダ７０Ａ〜７０Ｅの計測値とを用いて、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う。そして、上記のエンコーダ７０Ａ〜７０Ｅの計測軸で規定されるステージ座標系（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。
【０１１４】
次に、ステップ３２５において、図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）に示すように、ウエハステージＷＳＴを＋Ｙ方向に駆動して、斜入射方式の多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）を用いて、ウエハＷの表面のＺ位置の分布（凹凸分布）を計測する。そして、ステップ３２６において、主制御装置２０の制御のもとで、図１６に示すように、アライメント演算系２０ａから供給された配列座標に基づいてエンコーダ７０Ａ〜７０Ｆの計測値を用いてウエハステージＷＳＴを駆動することで、液浸方式で、かつステップ・アンド・スキャン方式でウエハＷ上の全部のショット領域にレチクルＲのパターン像が露光される。露光済みのウエハＷはウエハステージＷＳＴからアンローディングされる。
【０１１５】
次のステップ３２７において１ロット中に未露光のウエハがないかどうかを判定し、未露光のウエハがある場合には、動作は図１７のステップ３０６に移行して、以下、ＣＤバー４６の基準マークを用いたセカンダリベースラインの計測、新たなウエハのローディング等が実行される。今回は２枚目以降のウエハであるため、動作はステップ３１１からステップ３２０に移行して、ウエハ上のウエハマークの検出が行われた後、ウエハの走査露光が行われる。そして、ステップ３２７で未露光のウエハがなくなった時点で、１ロットのウエハの露光工程が終了する。
【０１１６】
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、５眼のアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4を用いて合計１６箇所のアライメントショットＡＳにおけるウエハマークの位置情報を検出できる。この際に、ウエハステージＷＳＴをＸ方向に移動させる必要が無いため、単一のアライメント系を用いてウエハステージをＸ方向、Ｙ方向に駆動して順次ウエハマークを検出する場合などに比べて、格段に短時間に多数のウエハマークの位置情報を得ることができる。従って、短時間にアライメントを行うことができる。
【０１１７】
なお、上記の実施形態の５眼のアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4は５つの少なくともＸ方向に離れた検出領域を持つ１つのアライメント系（マーク検出系、画像検出系）とみなすことも可能である。
本実施形態の作用効果は以下の通りである。
（１）本実施形態の露光装置１００によるアライメント方法は、位置が互いに異なる複数の検出領域ＡＬ１ｆ，ＡＬ２１ｆ〜ＡＬ２４ｆを持つアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２１〜ＡＬ２４を用いてウエハＷ上のウエハマークを検出するマーク検出方法であって、図３（Ａ）に示すように、プライマリアライメント系ＡＬ１の検出領域ＡＬ１ｆで検出した基準マークＦＭを、基準マークＦＭを備えたウエハステージＷＳＴの位置情報をエンコーダ７０Ａ〜７０Ｆで計測しつつ、図３（Ｂ）のセカンダリアライメント系ＡＬ２４の検出領域ＡＬ２４ｆに移動し、検出領域ＡＬ２４ｆで基準マークＦＭを検出している。
【０１１８】
そして、検出領域ＡＬ１ｆで基準マークＦＭを検出した検出結果と、検出領域ＡＬ２４ｆで基準マークＦＭを検出した検出結果とエンコーダ７０Ａ〜７０Ｆからの位置情報とを用いて、検出領域ＡＬ１ｆ，ＡＬ２４ｆの検出中心間の距離であるセカンダリベースラインＳＢＬ４（相対位置情報）を求めている（ステップ３０３）。さらに、ウエハＷ上の複数のウエハマークを検出領域ＡＬ１ｆ，ＡＬ２４ｆを含む複数の検出領域で実質的に同時に検出し、そのセカンダリベースラインＳＢＬ４を用いて、検出領域ＡＬ１ｆ，ＡＬ２４ｆで検出されたマークの相対位置情報を求めている（ステップ３２０，３２１，３２４）。
【０１１９】
本実施形態によれば、複数の互いに異なる検出領域ＡＬ１ｆ，ＡＬ２１〜ＡＬ２４ｆを用いており、実質的に同時に複数の検出領域で異なる複数のウエハマークの検出が可能であるため、ウエハＷ上の複数のウエハマークを効率的に検出できる。
さらに、基準マークＦＭの移動量を計測しつつ、基準マークＦＭを検出領域ＡＬ１ｆ，ＡＬ２４ｆで順次計測しているため、その２つの検出領域間のセカンダリベースラインを正確に計測できる。従って、それ以降のウエハマークの計測精度が向上する。
【０１２０】
（２）また、本実施形態のアライメント装置は、位置が互いに異なる複数の検出領域ＡＬ１ｆ，ＡＬ２１ｆ〜ＡＬ２４ｆを備えたアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２１〜ＡＬ２４でウエハＷ上のウエハマークを検出するマーク検出装置であって、ウエハマークを備えたウエハＷと、ウエハＷが載置されたウエハステージＷＳＴの位置情報を計測するエンコーダ７０Ａ〜７０Ｆと、主制御装置２０及びアライメント演算系２０ａと、を備えている。
【０１２１】
そして、主制御装置２０及びアライメント演算系２０ａによって、プライマリアライメント系ＡＬ１の検出領域で検出したウエハマークＷＭＥ（図１４（Ａ）、ステップ３１３）を、ウエハＷ（ウエハステージＷＳＴ）の位置情報をエンコーダ７０Ａ〜７０Ｆで計測しつつ、セカンダリアライメント系ＡＬ２４の検出領域に移動してウエハマークＷＭＥを検出し（図１４（Ｅ）、ステップ３１４）、アライメント系ＡＬ２４，ＡＬ１の検出領域でウエハマークＷＭＥを検出した結果と、エンコーダ７０Ａ〜７０Ｆからの位置情報とを用いて、その２つの検出領域の相対位置情報であるＴＩＳ（Tool Induced Shift）に起因するオフセットを求めている（ステップ３１５）。
【０１２２】
さらに、ウエハＷ上の複数のウエハマークをアライメント系ＡＬ２４，ＡＬ１の検出領域で検出し（図１３（Ｂ）、ステップ３２０，３２１）、そのオフセットを用いてそれらのウエハマークの相対位置情報（ショット配列）を求めている（ステップ３２４）。
この場合、ウエハマークの移動量を計測しつつ、そのウエハマークを２つのアライメント系の検出領域で順次計測しているため、ウエハ上のウエハマーク同士の形状の相違に影響されることなく、その２つの検出領域間のオフセットを正確に計測できる。従って、それ以降のウエハマークの計測精度が向上する。
【０１２３】
（３）また、上記の実施形態は、ウエハＷを保持して、Ｘ方向およびこれに交差するＹ方向に移動可能なウエハステージＷＳＴと、ウエハステージＷＳＴの一面に設けられて、Ｘ方向、Ｙ方向に格子が周期的に配列されるスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2及び３９Ｙ1，３
９Ｙ2（第１および第２格子部）と、Ｙ方向に関して位置が異なる複数のＸヘッド６６を有するエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄと、Ｘ方向に関して位置が異なる複数のＹヘッド６４を有するエンコーダ７０Ａ，７０Ｃとを有する計測装置とを備え、スケール３９Ｘ1，３９Ｘ2と対向するＸヘッド６６によってウエハステージＷＳＴのＸ方向の位置情報を計測し、スケール３９Ｙ1，３９Ｙ2と対向するＹヘッド６４によってウエハステージＷＳＴのＹ方向の位置情報を計測している。
【０１２４】
従って、エンコーダ７０Ａ〜７０Ｄの検出光の光路長が短いため、レーザ干渉計を用いる場合に比べて揺らぎの影響を殆ど受けることなく高精度にウエハステージＷＳＴの位置を計測できる。
なお、エンコーダ７０Ａ〜７０Ｄ及び７０Ｅ，７０Ｆとしては、極性が反転する発磁体を微小ピッチで形成した周期的な磁気スケールと、この磁気スケールを読み取る磁気ヘッドとを含む磁気式のリニアエンコーダ等を使用することも可能である。また、光路の揺らぎの影響が小さい場合には、ウエハステージＷＳＴの位置をレーザ干渉計のみを用いて計測してもよい。
【０１２５】
（４）また、上記の実施形態の露光装置は、ウエハＷ（物体）を照明光ＩＬ（エネルギビーム）で露光する露光装置であって、ウエハＷを保持して移動するウエハステージＷＳＴ（移動体）と、上記の実施形態の複数のアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4を含むマーク検出装置とを備え、そのマーク検出装置を用いて、ウエハＷ上の所定の複数のウエハマークを検出し、そのウエハマークの検出結果に基づいて、照明光ＩＬの照射位置（レチクルＲのパターンの像）とウエハＷとの位置合わせを行うためにウエハステージＷＳＴを介してウエハＷを駆動しながら、照明光ＩＬでウエハＷを露光している。
【０１２６】
また、上記の実施形態の露光装置は、上記の実施形態の複数のアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4を含む位置制御装置を含み、その位置制御装置を用いて位置を制御されたウエハ上にデバイスパターンを露光する露光装置でもある。
また、上記の実施形態のアライメント方法又は装置は、上記の実施形態の複数のアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4を用いるマーク検出方法を用いて求められたウエハＷ上のウエハマークの位置情報を用いて、ウエハＷの位置を制御する物体の位置制御方法又は装置でもある。
【０１２７】
これらの場合、複数のベストフォーカス位置のオフセット調整がなされたアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4を用いることによって、複数のマークを効率的にかつ高精度に計測できるため、位置制御及び露光を効率的に、かつ高精度に行うことができる。
なお、上記の実施形態の露光装置を用いて半導体デバイス等のマイクロデバイスを製造する場合、マイクロデバイスは、図１９に示すように、マイクロデバイスの機能・性能設計を行うステップ２２１、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップ２２２、デバイスの基材である基板（ウエハ）を製造するステップ２２３、前述した実施形態の露光装置１００（投影露光装置）によりレチクルのパターンを基板に露光する工程、露光した基板を現像する工程、現像した基板の加熱（キュア）及びエッチング工程などを含む基板処理ステップ２２４、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、パッケージ工程などの加工プロセスを含む）２２５、並びに検査ステップ２２６等を経て製造される。
【０１２８】
言い換えると、このデバイスの製造方法は、上記の実施形態の露光装置を用いて基板（物体）を露光することと、その露光された基板を現像することと、を含んでいる。また、このデバイス製造方法は、上記の実施形態のアライメント方法（位置制御方法）を用いて位置を制御された基板（物体）上にデバイスパターンを露光することを含んでいる。
この際に、複数のアライメント系を用いて効率的に基板のアライメント（アライメント
マークの検出）を行うことができるため、デバイスを高いスループットで量産することができる。
【０１２９】
なお、本発明は、上述のステップ・アンド・スキャン方式の走査露光型の投影露光装置（スキャナ）の他に、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（ステッパー等）にも適用できる。さらに、本発明は、液浸型露光装置以外の、ドライ露光型の露光装置にも同様に適用することができる。
また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置に限らず、液晶表示素子やプラズマディスプレイなどを含むディスプレイの製造に用いられる、デバイスパターンをガラスプレート上に転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられるデバイスパターンをセラミックスウエハ上に転写する露光装置、並びに撮像素子（ＣＣＤなど）、有機ＥＬ、マイクロマシーン、ＭＥＭＳ(Microelectromechanical Systems)、及びＤＮＡチップなどの製造に用いられる露光装置などにも適用することができる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置及びＥＵＶ露光装置などで使用される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。このように、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】本発明の実施形態の一例に係る露光装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１のステージ装置を示す平面図である。
【図３】図３（Ａ）は実施形態の一例の５眼のアライメント系の検出領域を示す図、図３（Ｂ）は５眼のアライメント系の検出中心を示す図、図３（Ｃ）はセカンダリアライメント系ＡＬ２4の撮像中心を示す図、図３（Ｄ）はセカンダリアライメント系ＡＬ２4の撮像面の原点及び積算領域を示す図である。
【図４】図１のアライメント系ＡＬ１、ＡＬ２1〜ＡＬ２4及び位置計測用のエンコーダの配置を示す図である。
【図５】図５（Ａ）は、ウエハステージを示す平面図、図５（Ｂ）は、ウエハステージＷＳＴを示す一部を断面とした側面図である。
【図６】図６（Ａ）は、計測ステージを示す平面図、図６（Ｂ）は、計測ステージを示す一部を断面とした側面図である。
【図７】図１の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８】図８（Ａ）及び図８（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９】アライメント系ＡＬ１、ＡＬ２1〜ＡＬ２4の配置の一例を示す図である。
【図１０】セカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4を駆動した状態を示す図である。
【図１１】図１１（Ａ）はプライマリアライメント系ＡＬ１で基準マークＦＭを計測する状態を示す図、図１１（Ｂ）はレチクルのパターンの像をスリットパターンで走査する状態を示す図である。
【図１２】図１２（Ａ）は２眼のアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1でＣＤバー４６上の基準マークを検出する状態を示す図、図１２（Ｂ）は２眼のアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２2でＣＤバー４６上の基準マークを検出する状態を示す図である。
【図１３】図１３（Ａ）はファーストアライメントショットＡＳの計測を行う状態を示す図、図１３（Ｂ）はサードアライメントショットＡＳの計測を行う状態を示す図、図１３（Ｃ）は、ウエハのアライメントショットＡＳの配列の一例を示す図である。
【図１４】図１４（Ａ）は、アライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4でウエハマークを検出する状態を示す図、図１４（Ｂ）、図１４（Ｃ）、図１４（Ｄ）、図１４（Ｅ）はそれぞれセカンダリアライメント系によって検出されたウエハマークをプライマリアライメント系ＡＬ１で検出する状態を示す図である。
【図１５】図１５（Ａ）はセカンダリアライメント系ＡＬ２4の撮像面を示す図、図１５（Ｂ）はプライマリアライメント系ＡＬ１の撮像面を示す図、図１５（Ｃ）は撮像素子の撮像信号のリニアリティの説明図である。
【図１６】ウエハステージＷＳＴを駆動してウエハを移動しながらウエハを走査露光する状態を示す平面図である。
【図１７】実施形態の露光動作の一例の一部を示すフローチャートである。
【図１８】図１７に続く露光動作を示すフローチャートである。
【図１９】マイクロデバイスの製造工程の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１３１】
ＡＬ１…プライマリアライメント系、ＡＬ２1〜ＡＬ２4…セカンダリアライメント系、Ｒ…レチクル、Ｗ…ウエハ、ＷＴＢ…ウエハテーブル、ＷＳＴ…ウエハステージ、ＭＴＢ…計測テーブル、ＭＳＴ…計測ステージ、２０…主制御装置、３２…ノズルユニット、３９Ｘ1，３９Ｘ2…Ｘスケール、３９Ｙ1，３９Ｙ2…Ｙスケール、４６…ＣＤバー、６２Ａ〜６２Ｄ…ヘッドユニット、６４…Ｙヘッド、６６…Ｘヘッド、７０Ａ，７０Ｃ…Ｙエンコーダ、７０Ｂ，７０Ｄ…Ｘエンコーダ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ又はガラス基板等の物体上に配置されたマークを検出するためのマーク検出技術、並びにこのマーク検出技術を用いてその物体の位置制御を行う位置制御技術、露光技術、及びデバイス製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
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）又はステップ・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））などの露光装置が用いられている。
例えば半導体素子を製造するリソグラフィ工程では、ウエハ上に多層の回路パターンを重ね合わせて所望の素子を形成するが、各層間での重ね合わせ精度が悪いと、半導体素子は所定の回路特性を発揮することができず、歩留りが低下する。このため、通常、ウエハ上の複数のショット領域の各々に予めマーク（アライメントマーク）を付設しておき、アライメント系を用いて露光装置のステージ座標系上におけるそのマークの位置（座標値）を計測し、その計測結果からウエハ上の各ショット領域の配列座標を求めるウエハアライメントが行われる。その後、ウエハ上の各ショット領域の配列座標情報と新たに形成されるパターン（例えばレチクルパターン）の既知の（計測された）位置情報とに基づいて、順次、ウエハ上の各ショット領域をそのパターンに対して位置合わせした状態でそのパターンがそのショット領域に転写される。
【０００３】
ウエハアライメントの方式として、スループットとの兼ね合いから、ウエハ上のいくつかのショット領域（サンプルショット又はアライメントショットとも呼ばれる）のみのアライメントマークを検出してショット領域の配列の規則性を求めることで、全部のショット領域の配列座標を求めるグローバル・アライメントが主に使用されている。その中でも特に、ウエハ上のショット領域の配列を統計的手法によって高精度に算出するエンハンスト・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）が主流となっている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開昭６１−４４４２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のウエハアライメントでは、一つのアライメント系（検出領域が一つのアライメント系）を用いてウエハ上の所定の複数のアライメントマークを計測し、この結果に基づいて全部のショット領域の配列座標を求めていた。従って、アライメント精度を高めるために、計測対象のアライメントマークの個数を増加させる場合に、アライメントマークの計測に要する時間が長くなり、露光工程のスループットが低下するという問題があった。
【０００５】
特に最近のウエハは大面積化して、一つのウエハ上のショット領域の個数が多くなっているため、アライメント精度を高めるために、できるだけ効率的に多くのアライメントマークの計測を行うことが要求されている。
【０００６】
本発明は、上述の事情の下になされたもので、半導体ウエハ等の物体上の複数のマークをできるだけ効率的に、かつ高精度に検出できるマーク検出技術を提供することを目的とする。
【０００７】
さらに本発明は、そのマーク検出技術を用いて物体の位置制御を行う位置制御技術、こ
の位置制御技術を用いる露光技術、及びこの露光技術を用いるデバイス製造技術を提供することをも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によるマーク検出方法は、位置が互いに異なる複数の検出領域（ＡＬ１ｆ，ＡＬ２１ｆ〜ＡＬ２４ｆ）を備えたマーク検出装置で物体上のマークを検出するマーク検出方法であって、その複数の検出領域のうちの第１検出領域（ＡＬ１ｆ）で検出した所定マーク（ＦＭ）を、その所定マークを備えた第１物体（ＷＳＴ）の位置情報を位置計測装置（７０Ａ〜７０Ｆ）で計測しつつ、その複数の検出領域のうちその第１検出領域と異なる第２検出領域（ＡＬ２４ｆ）に移動し、その第２検出領域でその所定マークを検出し、その第１検出領域でその所定マークを検出した検出結果と、その第２検出領域でその所定マークを検出した検出結果と、その位置計測装置からの位置情報とを用いて、その第１検出領域とその第２検出領域との相対位置情報を求め（ステップ３０３）、複数のマークが形成された第２物体（Ｗ）のその複数のマークをその第１検出領域とその第２検出領域とで実質的に同時に検出し、その相対位置情報を用いて、その第１検出領域で検出されたマークとその第２検出領域で検出されたマークとの相対位置情報を求めるものである（ステップ３２０，３２１）。
【０００９】
また、本発明によるマーク検出装置は、位置が互いに異なる複数の検出領域（ＡＬ１ｆ，ＡＬ２１ｆ〜ＡＬ２４ｆ）を備えたマーク検出装置で物体上のマークを検出するマーク検出装置であって、所定マーク（ＷＭＥ）を備えた第１物体（Ｗ）と、その所定マークを備えたその第１物体の位置情報を計測する位置計測装置（７０Ａ〜７０Ｆ）と、制御装置（２０，２０ａ）と、を備えている。
【００１０】
そして、その制御装置は、その複数の検出領域のうちの第１検出領域（ＡＬ１ｆ）で検出したその所定マークを、その所定マークを備えたその第１物体の位置情報をその位置計測装置で計測しつつ、その複数の検出領域のうちその第１検出領域と異なる第２検出領域（ＡＬ２４ｆ）に移動し、その第２検出領域でその所定マークを検出し、その第１検出領域でその所定マークを検出した検出結果と、その第２検出領域でその所定マークを検出した検出結果と、その位置計測装置からの位置情報とを用いて、その第１検出領域とその第２検出領域との相対位置情報を求め（ステップ３１３〜３１５）、複数のマークが形成された第２物体（Ｗ）のその複数のマークをその第１検出領域とその第２検出領域とで実質的に同時に検出し、その相対位置情報を用いて、その第１検出領域で検出されたマークとその第２検出領域で検出されたマークとの相対位置情報を求めるものである（ステップ３２０，３２１，３２４）。
【００１１】
なお、以上の本発明の所定要素に付した括弧付き符号は、本発明の一実施形態を示す図面中の部材に対応しているが、各符号は本発明を分かり易くするために本発明の要素を例示したに過ぎず、本発明をその実施形態の構成に限定するものではない。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、複数の互いに異なる検出領域を用いており、実質的に同時に複数の検出領域で異なる複数のマークの検出が可能であるため、物体上の複数のマークを効率的に検出できる。
【００１３】
さらに、本発明によれば、所定マークの移動量を計測しつつ、その所定マークを第１検出領域及び第２検出領域で順次計測しているため、その２つの検出領域の相対位置情報を正確に計測できる。従って、それ以降のマークの計測精度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の好ましい実施形態の一例につき図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る露光装置１００の概略構成を示す。この露光装置１００は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置（走査型露光装置）としてのいわゆるスキャニング・ステッパである。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、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行にＺ軸を取り、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にＹ軸を、Ｚ軸及びＹ軸に直交する方向にＸ軸を取り、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。
【００１５】
図１において、露光装置１００は、照明系１０、該照明系１０からの露光用の照明光（露光光）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。
【００１６】
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（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）、回折光学素子など）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。照明系１０は、レチクルブラインド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ＩＬによりほぼ均一な照度で照明する。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。なお、照明光としては、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４７ｎｍ）、Ｆ2 レーザ光（波長１５７ｎｍ）、ＹＡＧレーザの高調波、固体レーザ（半導体レーザなど）の高調波、又は水銀ランプの輝線（ｉ線等）なども使用できる。
【００１７】
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（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図７のレチクルステージ駆動系１１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（Ｙ方向）に指定された走査速度で駆動可能となっている。
【００１８】
図１のレチクルステージＲＳＴの移動面内の位置情報（Ｘ方向、Ｙ方向の位置情報、及びθｚ方向の回転情報を含む）は、レーザ干渉計よりなるレチクル干渉計１１６によって、移動鏡１５（ステージの端面を鏡面加工した反射面でもよい）を介して例えば０．５〜０．１ｎｍ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、図７の主制御装置２０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の少なくともＸ方向、Ｙ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。
【００１９】
図１において、レチクルステージＲＳＴの下方に配置された投影ユニット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、例えば光軸ＡＸに沿って配列される複数のレンズエレメントを含む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β（例えば１／４倍、１／５倍、又は１／８倍などの縮小倍率）を有する。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、レチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬを介して照明領域ＩＡＲ内のレチクルＲの回路パターンの像が、ウエハＷの一つのショット領域上の露光領域ＩＡ（照明領域ＩＡＲに共役な領域）に形成される。本例のウエハＷは、例えば直径が２００ｍｍから３００ｍｍ程度の円板状の半導体ウエハの表面に感光剤（感光層）であるレジスト（フォトレジスト）を所定の厚さ（例えば２００ｎｍ程度）で塗布したものを含む。本例のウエハＷの各ショット領域には、これまでのパターン形成工程によって所定の単層又は複数層の回路パターン及び対応するアライメントマーク（ウエハマーク）が形成されている。
【００２０】
なお、露光装置１００では、液浸法を適用した露光が行われる。この場合に、投影光学系の大型化を避けるために、投影光学系ＰＬとしてミラーとレンズとを含む反射屈折系を用いても良い。
また、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）の光学素子である先端レンズ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。
【００２１】
図１において、ノズルユニット３２は、露光用の液体Ｌｑを供給可能な供給口と、液体Ｌｑを回収可能な回収口とを有する。その回収口には多孔部材（メッシュ）が配置されている。ウエハＷの表面と対向可能なノズルユニットの下面は、その多孔部材の下面、及び照明光ＩＬを通過させるための開口を囲むように配置された平坦面のそれぞれを含む。またその供給口は、ノズルユニット３２の内部に形成された供給流路及び供給管３１Ａを介して、液体Ｌｑを送出可能な液体供給装置１８６（図７参照）に接続されている。その回収口は、ノズルユニット３２の内部に形成された回収流路及び回収管３１Ｂを介して、少なくとも液体Ｌｑを回収可能な液体回収装置１８９（図７参照）に接続されている。
【００２２】
液体供給装置１８６は、液体のタンク、加圧ポンプ、温度制御装置、及び供給管３１Ａに対する液体の供給・停止を制御するための流量制御弁等を含んでおり、清浄で温度調整された露光用の液体Ｌｑを送出可能である。液体回収装置１８９は、液体のタンク、吸引ポンプ、及び回収管３１Ｂを介した液体の回収・停止を制御するための流量制御弁等を含んでおり、液体Ｌｑを回収可能である。なお、液体のタンク、加圧（吸引）ポンプ、温度制御装置、制御弁などは、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。
【００２３】
図７の液体供給装置１８６及び液体回収装置１８９の動作は主制御装置２０によって制御される。図７の液体供給装置１８６から送出された露光用の液体Ｌｑは、図１の供給管３１Ａ、及びノズルユニット３２の供給流路を流れた後、その供給口より照明光ＩＬの光路空間に供給される。また、図７の液体回収装置１８９を駆動することによりその回収口から回収された液体Ｌｑは、図１のノズルユニット３２の回収流路を流れた後、回収管３１Ｂを介して液体回収装置１８９に回収される。図７の主制御装置２０は、ノズルユニット３２の供給口からの液体供給動作とノズルユニット３２の回収口による液体回収動作とを並行して行うことで、図１の先端レンズ１９１とウエハＷとの間の照明光ＩＬの光路空間を含む液浸領域１４（図４参照）を液体Ｌｑで満たすように、液体Ｌｑの液浸空間を形成する。
【００２４】
本実施形態においては、露光用の液体Ｌｑとして、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍの光）が透過する純水（水）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に短波長化されるため、解像度が向上する。
【００２５】
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７参照）、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及び後述のＺ・レベリング機構を駆動するステージ駆動系１２４（図７参照）などを備えている。
【００２６】
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を構成するエアパッドが複数箇所に設けられている。これらのエアパッドからベース盤１２の上面に向けて噴出された加圧空気の静圧により、ベース盤１２の上方にウエハステージＷＳＴ及び計測ステージ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、図７のステージ駆動系１２４によって、Ｙ方向及びＸ方向に独立して２次元方向に駆動可能である。
【００２７】
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方向の一側と他側に、Ｙ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、及び８３，８５は、ＸＺ断面でＵ字状のＹ軸固定子８６及び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及び８７に対して不図示のエアパッドを介して例えば数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及び８５と同一の符号を用いて、適宜、Ｙ軸リニアモータ８２，８４，８３及び８５と呼ぶものとする。
【００２８】
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及び８１は、各一対のＹ軸リニアモータ８２，８３、及び８４，８５によって、Ｙ軸に沿ってそれぞれ駆動される。
【００２９】
Ｘ軸固定子８０，８１のそれぞれは、例えばＸ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。
【００３０】
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７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（及び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、ウエハステージＷＳＴ（及び計測ステージＭＳＴ）のヨーイング（θｚ方向の回転）の制御が可能である。
【００３１】
図１のウエハステージＷＳＴは、前述したステージ本体９１と、ステージ本体９１上に搭載されたウエハテーブルＷＴＢと、ステージ本体９１内に設けられて、ステージ本体９１に対してＺ方向、θｘ方向、及びθｙ方向にウエハテーブルＷＴＢ（ウエハＷ）を相対的に微小駆動するＺ・レベリング機構とを備えている。そのＺ・レベリング機構は、例えば３箇所でＺ方向に変位を与えるボイスコイルモータと、その３箇所のＺ方向の変位を計測するセンサとを含む機構などで構成される。
【００３２】
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、ガラスセラミックス、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。
【００３３】
さらにプレート２８は、図５（Ａ）のウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）
の平面図に示されるように、円形の開口を囲む、外形（輪郭）が矩形の第１撥液領域２８ａと、第１撥液領域２８ａの周囲に配置される矩形枠状（環状）の第２撥液領域２８ｂとを有する。第１撥液領域２８ａは、例えば露光動作時、ウエハの表面からはみ出す液浸領域１４（図４参照）の少なくとも一部が形成され、第２撥液領域２８ｂは、後述のエンコーダシステムのためのスケールが形成される。なお、プレート２８はその表面の少なくとも一部がウエハの表面と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。
【００３４】
この場合、内側の第１撥液領域２８ａには、照明光ＩＬが照射されるのに対し、外側の第２撥液領域２８ｂには、照明光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撥液領域２８ａの表面には、照明光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、第２撥液領域２８ｂには、その表面に第１撥液領域２８ａに比べて照明光ＩＬに対する耐性が劣る撥水コートが施されている。
【００３５】
また、図５（Ａ）から明らかなように、第１撥液領域２８ａの＋Ｙ方向側の端部には、そのＸ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撥液領域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、ベースライン計測用の基準マークＦＭが形成されるとともに、該基準マークのＸ方向の一側と他側に、基準マークＦＭの中心に関して対称な配置で一対の空間像計測用のスリットパターン（スリット状の計測用パターン）ＳＬが形成されている。各スリットパターンＳＬとしては、一例として、Ｙ方向とＸ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。
【００３６】
そして、上記各スリットパターンＳＬ下方のウエハステージＷＳＴの内部には、図５（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よりなる送光系３６が収納されたＬ字状の筐体が、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。送光系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。送光系３６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。
【００３７】
さらに、第２撥液領域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３７，３８が直接形成されている。これをさらに詳述すると、第２撥液領域２８ｂのＸ方向の両側の領域には、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2がそれぞれ形成されている。このＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2はそれぞれ、例えばＸ方向を長手方向とする格子線３８を所定ピッチでＹ軸に平行な方向（Ｙ方向）に沿って形成してなる、Ｙ方向を周期方向とする反射型の格子（例えば位相型の回折格子）によって構成されている。
【００３８】
同様に、第２撥液領域２８ｂのＹ方向の両側の領域には、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2がそれぞれ形成されている。このＸスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2はそれぞれ、例えばＹ方向を長手方向とする格子線３７を所定ピッチでＸ軸に平行な方向（Ｘ方向）に沿って形成してなる、Ｘ方向を周期方向とする反射型の格子（例えば位相型の回折格子）によって構成されている。
【００３９】
上記各スケール３９Ｙ1，３９Ｙ2，３９Ｘ1，３９Ｘ2としては、第２撥液領域２８ｂの表面に例えばホログラム等により反射型の回折格子が作成されたものが用いられている。
この場合、各スケールには狭いスリット又は溝等から成る格子が目盛りとして所定間隔（ピッチ）で刻まれている。各スケールに用いられる回折格子の種類は限定されるものではなく、機械的に溝等が形成されたもののみならず、例えば、感光性樹脂に干渉縞を焼き付けて作成したものであっても良い。但し、各スケールは、例えば薄板状のガラスに上記回折格子の目盛りを、例えば１３８ｎｍ〜４μｍの間のピッチ、例えば１μｍピッチで刻んで作成されている。これらスケールは前述の撥液膜（撥水膜）で覆われている。なお、図５（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。
【００４０】
このように、本実施形態では、第２撥液領域２８ｂそのものがスケールを構成するので、第２撥液領域２８ｂの材料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。
【００４１】
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，１７ｂが形成されている。干渉計システム１１８（図７参照）のＹ軸干渉計１６及びＸ軸干渉計１２６（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。そして、干渉計１６及び１２６は、各反射面の基準位置（例えば投影ユニットＰＵ側面に配置された参照鏡）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、これらの干渉計１６及び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方向の位置に加え、θｘ方向の回転情報（ピッチング）、θｙ方向の回転情報（ローリング）、及びθｚ方向の回転情報（ヨーイング）も計測可能である。
【００４２】
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（キャリブレーション）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方向の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方向、Ｙ方向、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のＹ軸干渉計１６、Ｘ軸干渉計１２６、及び後述の計測ステージＭＳＴ用のＹ軸干渉計１８、Ｘ軸干渉計１３０は、例えば投影ユニットＰＵを保持するメインフレームに設けられている。
【００４３】
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。この場合、干渉計システム１１８の計測情報がアライメント演算系２０ａにも供給される。本実施形態では、エンコーダシステムはウエハステージＷＳＴの３自由度の方向、すなわちＸ軸、Ｙ軸及びθｚ方向の位置情報を計測する。そこで、露光動作などにおいて、干渉計システム１１８の計測情報のうち、エンコーダシステムによるウエハステージＷＳＴの位置情報の計測方向（Ｘ方向、Ｙ方向、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方向、Ｙ方向、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方向の位置情報を用いても良い。
【００４４】
図１の計測ステージＭＳＴは、ステージ本体９２上に平板状の計測テーブルＭＴＢ及び後述のＣＤバー４６（図６（Ａ）参照）を搭載して構成されている。ステージ本体９２には、計測テーブルＭＴＢ及びＣＤバー４６のＺ方向の位置、及びθｘ方向、θｙ方向の傾斜角を制御するＺ・レベリング機構（例えば３箇所のボイスコイルモータを含む機構など）が組み込まれている。計測テーブルＭＴＢ及びステージ本体９２には、各種計測用部材が設けられている。この計測用部材としては、例えば、図２及び図６（Ａ）に示されるように、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、及び波面収差計測器９８などが採用されている。
【００４５】
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。
計測ステージＭＳＴのステージ本体９２には、図６（Ｂ）に示されるように、その−Ｙ方向側の端面に、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方向側の端面には、取付部材４２の開口内部のＸ方向の中心位置近傍に、前述した図５（Ｂ）の一対の送光系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５（Ｂ）及び図６（Ｂ）、並びにこれまでの説明から分かるように、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、ウエハステージＷＳＴの計測プレート３０の各スリットパターンＳＬを透過した照明光ＩＬが前述の各送光系３６で案内され、計測ステージＭＳＴの各受光系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、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７参照）が構成される。
【００４６】
図６（Ｂ）の取付部材４２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の取付部材４２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６（Ａ）に示されるように、Ｙ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。
【００４７】
また、このＣＤバー４６の上面には、図６（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、Ｙ方向に関して例えば３行の配列で形成され、各行の複数のマークがＸ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）が前述の図５（Ａ）の基準マークＦＭと異なっても良い。本実施形態ではプライマリライメント系用の基準マークＭは基準マークＦＭと同一構成であり、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。一方、セカンダリアライメント系の検出領域は後述のようにＸ方向に所定範囲で可動であるため、セカンダリアライメント系用の基準マークＭは、一例としてＸ方向、Ｙ方向に所定ピッチでＸ方向に細長い２次元マークである。複数の基準マークＭの形状及び位置関係（間隔等）の情報は、主制御装置２０に接続されたアライメント演算系２０ａ内の記憶装置に記憶されている。
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。
【００４８】
図２に示すように、計測テーブルＭＴＢの＋Ｙ端面、−Ｘ端面にも前述したウエハテーブルＷＴＢと同様の反射面１９ａ，１９ｂが形成されている。干渉計システム１１８（図７参照）のＹ軸干渉計１８、Ｘ軸干渉計１３０は、これらの反射面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、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方向、Ｙ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。
【００４９】
ところで、Ｘ軸固定子８１及び８０のＸ方向の両端部には、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，４８Ｂは、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，４７Ｂと、Ｘ軸固定子８０のショックアブソーバ４７Ａ，４７Ｂに対向する位置に設けられた開口５１Ａ，５１Ｂと、これを開閉するシャッタ４９Ａ，４９Ｂとを含んでいる。シャッタ４９Ａ，４９Ｂによる開口５１Ａ，５１Ｂの開閉状態は、シャッタ４９Ａ，４９Ｂ近傍に設けられた開閉センサ（図７参照）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。
【００５０】
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説明する。
図２において、シャッタ４９Ａが開口５１Ａを閉塞する状態にある場合には、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。一方、シャッタ４９Ａが開かれて開口５１Ａが開放された場合、Ｘ軸固定子８１，８０が互いに接近すると、ショックアブソーバ４７Ａ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、Ｘ軸固定子８１，８０同士を接近させることが可能となる。この結果、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。
【００５１】
図２において、Ｘ軸固定子８０の両端部の−Ｙ側には、間隔検知センサ４３Ａ，４３Ｃと衝突検知センサ４３Ｂ，４３Ｄとが設けられ、Ｘ軸固定子８１の両端部の＋Ｙ側には、Ｙ方向に細長い板状部材４１Ａ，４１Ｂが突設されている。間隔検知センサ４３Ａ，４３Ｃは、例えば透過型フォトセンサ（例えばＬＥＤ−フォトトランジストよりなるセンサ）から成り、Ｘ軸固定子８０とＸ軸固定子８１が接近して、間隔検知センサ４３Ａの間に板状部材４１Ａが入り、受光量が減少することから、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。
【００５２】
衝突検知センサ４３Ｂ，４３Ｄは、間隔検知センサ４３Ａ，４３Ｃと同様の光電センサであるが、さらにその奥に配置されている。衝突検知センサ４３Ｂ，４３Ｄ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、センサ間に板状部材４１Ａの上半部が位置決めされるため、主制御装置２０は、そのセンサの受光量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。
【００５３】
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４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ＡＸから−Ｙ側に所定距離隔てた位置に検出中心を有するプライマリアライメント系ＡＬ１が配置されている。このプライマリアライメント系ＡＬ１は、メインフレーム（不図示）に固定されている。プライマリアライメント系ＡＬ１を挟んで、Ｘ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、セカンダリアライメント系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はその検出領域（検出中心）がＸ方向に関して異なる位置に、すなわちＸ方向に沿って配置されている。
【００５４】
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４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、残りの一部はメインフレーム（不図示）に設けられる。セカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4はそれぞれ、回転中心Ｏを中心として回動することで、その検出領域のＸ方向の位置（Ｘ位置）が調整される。
【００５５】
すなわち、セカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4はその検出領域（又は検出中心）が独立にＸ方向に可動である。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〜ＡＬ２4の検出領域のＸ位置が調整されるものとした。しかしながら、これに限らず、例えばセカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4の先端部の光学系をリニアモータ等によってＹ軸に平行にＸ方向に移動させて、その移動に伴う光路長の変化を不図示の光学系によって相殺するようにしてもよい。この平行移動方式によれば、各セカンダリアライメント系の検出領域はＸ軸に平行に移動する。さらに、セカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4の先端部の光学系（又はセカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4の光学系全体）をリニアモータ方式等でＸ方向、Ｙ方向に独立に駆動できるようにしてもよい。
【００５６】
また、セカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4の検出領域の少なくとも１つをＸ方向だけでなくＹ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はその一部の光学系がアーム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光学系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の検出領域のＸ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。
【００５７】
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７参照）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をメインフレーム（不図示）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。図７の主制御装置２０は、セカンダリアライメント系ＡＬ２nの検出領域のＸ位置を、ウエハ上の検出対象の複数のアライメントマークのＸ位置がそれらの検出領域内の検出中心付近に同時に設定されるように制御する。
【００５８】
なお、計測フレーム２１のアーム５６nに対向する部分に磁性体を固定しておき、バキュームパッド５８n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、例えば画像処理方式のＦＩＡ（Field Image Alignment）系が用いられている。このＦＩＡ系では、ウエハ上のレジストを感光させないハロゲンランプ又はキセノンランプ等からのブロードバンドな検出光束を被検マークに照射し、その被検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を撮像素子（ＣＣＤ型又はＣＭＯＳ型等）を用いて撮像し、それらの撮像信号を出力する。この場合には、撮像素子内の所定画素の位置を基準として被検マークの像の位置を検出するが、その代わりに、ＦＩＡ系内に指標マークを設け、この指標マークの像の位置を基準としてその被検マークの像を検出してもよい。アライメント系ＡＬ１及びＡＬ２1〜ＡＬ２4を介して求められる被検マークの像の基準位置からのずれ量の情報は、図７の主制御装置２０に供給される。
【００５９】
図１２（Ａ）は、５眼のアライメント系ＡＬ１及びＡＬ２1〜ＡＬ２4の概略構成を概念的に示す。図１２（Ａ）において、アライメント系ＡＬ１及びＡＬ２1〜ＡＬ２4はそれぞれ不図示の光源からの光を被検面に照射して、被検面からの反射光を対物レンズ系を介して集光することによって、被検面の拡大像を２次元的に画素が配列された撮像素子５ｄの撮像面上に形成する。そして、アライメント系ＡＬ１及びＡＬ２1〜ＡＬ２4の撮像素子５ｄから読み取られる撮像信号（検出信号）をそれぞれ検出信号処理部１３１Ａ，１３１Ｂ，１３１Ｃ，１３１Ｄ，１３１Ｅで処理することによって被検面の被検マークの位置が求められる。また、不図示であるが、アライメント系ＡＬ１及びＡＬ２1〜ＡＬ２4にはそれぞれ被検面のベストフォーカス位置からのデフォーカス量を示すフォーカス信号を生成するオートフォーカス系が設けられ、個別のオートフォーカス系の検出結果を用いて被検面をそれぞれアライメント系ＡＬ１及びＡＬ２1〜ＡＬ２4に合焦できるように構成されている。
【００６０】
また、アライメント系ＡＬ１及びＡＬ２1〜ＡＬ２4の撮像素子５ｄの撮像面と共役な被検面上の視野が、図３（Ａ）に示す検出領域ＡＬ１，ＡＬ２1ｆ，ＡＬ２2ｆ，ＡＬ２3ｆ，ＡＬ２4ｆである。さらに、一例として、プライマリアライメント系ＡＬ１の撮像素子５ｄの中心の画素（原点）に対応する被検面上の点３Ａがプライマリアライメント系ＡＬ１の検出中心となる。セカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4の検出中心の初期位置は、一例として撮像素子の中心の画素に対応する点３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅであるが、セカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4の検出中心はセカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4の検出領域を移動した後で後述のように設定される。
【００６１】
図１２（Ａ）の検出信号処理部１３１Ａ〜１３１Ｅでは、一例として各撮像素子５ｄの
撮像信号を所定範囲で被検面上でのＹ方向、Ｘ方向に対応する方向に積算して、それぞれＸ方向及びＹ方向に周期的なマークの像の撮像信号ＳＸ，ＳＹ（図３（Ｄ）参照）を生成する。さらに、検出信号処理部１３１Ａ〜１３１Ｅは、それぞれの撮像信号ＳＸ，ＳＹを例えば所定の閾値でスライスして、対応するマークの検出中心に対するＸ方向、Ｙ方向の位置ずれ量を求め、この位置ずれ量の情報を図７の主制御装置２０及びアライメント演算系２０ａに供給する。アライメント演算系２０ａでは、各位置ずれ量を予め求められている各アライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4の検出中心の座標に加算することで、被検マークのステージ座標系（Ｘ，Ｙ）での座標値を求めることができる。
【００６２】
なお、セカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4の検出領域ＡＬ２1ｆ〜ＡＬ２4ｆはＸ方向に所定範囲内で可動である。従って、例えばセカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4の全体を可動にした場合には、セカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4それぞれの内部の光路長は変化しないので、セカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4の構成はプライマリアライメント系ＡＬ１と同一構成でもよい。一方、例えばセカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4の先端部等の光学系のみを可動にした場合には、その後に光路長の変化を相殺するための光学系等を組み込む必要がある。
【００６３】
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。これらの場合にも、被検面のベストフォーカス位置からのずれ量を計測するオートフォーカス系が設けられることが好ましい。
【００６４】
また、本実施形態では５つのアライメント系ＡＬ１、ＡＬ２1〜ＡＬ２4を設けているため、アライメントを効率的に行うことができる。しかしながら、アライメント系の数は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。
本実施形態の露光装置１００では、図４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を構成する複数のＹヘッド６４及びＸヘッド６６は、図４では２点鎖線で示すように、メインフレーム（不図示）の底面に固定されている。
【００６５】
図４において、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。Ｙヘッド６４は、それぞれ前述の図５（Ａ）のＹスケール３９Ｙ1又は３９Ｙ2を用いて、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＹ方向の位置（Ｙ位置）を計測する。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方向に沿って光軸ＡＸを通りかつＹ軸と平行な直線ＬＶ上にほぼ所定間隔で配置された複数（ここでは７個及び１１個（ただし、図４ではその１１個のうちのプライマリアライメント系ＡＬ１と重なる３個は不図示））のＸヘッド６６を備えている。Ｘヘッド６６は、それぞれ前述の図５（Ａ）のＸスケール３９Ｘ1又は３９Ｘ2を用いて、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＸ方向の位置（Ｘ位置）を計測する。
【００６６】
従って、図４のヘッドユニット６２Ａ及び６２Ｃは、それぞれ図５（Ａ）のＹスケール３９Ｙ1及び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軸のリニアエンコーダ（以下、適宜、Ｙエンコーダと略述する）７０Ａ及び７０Ｃ（図７参照）を構成する。Ｙエンコーダ７０Ａ，７０Ｃは
それぞれ複数のＹヘッド６４の計測値の切り替え（詳細後述）を行う切り替え制御部を備えている。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、Ｙヘッド６４から照射される計測ビーム）の間隔は、前述のＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2のＸ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。
【００６７】
また、ヘッドユニット６２Ｂ及び６２Ｄは、基本的にそれぞれ前述のＸスケール３９Ｘ1及び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、７眼及び１１眼）のＸ軸のリニアエンコーダ（以下、適宜、Ｘエンコーダと略述する）７０Ｂ及び７０Ｄ（図７参照）を構成する。Ｘエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄはそれぞれ複数のＸヘッド６６の計測値の切り替えを行う切り替え制御部を備えている。なお、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及び３９Ｘ2に同時に対向する場合がある。この場合には、Ｘスケール３９Ｘ1及び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７０Ｂ及び７０Ｄが構成される。
【００６８】
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。
さらに、図４の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（図６（Ａ）の基準格子５２のＹ方向の間隔）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４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を含む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方向の角度）が計測される。
【００６９】
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、図６（Ａ）の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リニアエンコーダをＹエンコーダ７０Ｅ，７０Ｆ（図７参照）と呼ぶ。
【００７０】
上述した６つのエンコーダ７０Ａ〜７０Ｆの計測値は、主制御装置２０及びアライメント演算系２０ａに供給され、主制御装置２０は、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、Ｙ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４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、これに対向する状態で、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。
【００７１】
図４の多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の複数の検出点は、被検面上でＸ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４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〜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に設けても良いが、別の支持部材を介して支持してもよい。
【００７２】
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。
本実施形態の露光装置１００は、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の複数の検出点のうち両端に位置する検出点の近傍、すなわち検出領域ＡＦの両端部近傍に、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、例えば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。
【００７３】
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。
【００７４】
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７２ｃ，７２ｄ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方向の直線上に位置している。Ｚセンサ７４i,j及び７６p,qは計測フレーム２１の底面に固定されている。
【００７５】
なお、図４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１４が示されている。また、この図４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４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ドポジションを示し、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。
【００７６】
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。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などの計測ステージＭＳＴに設けられた各種センサが、まとめてセンサ群９として示されている。
【００７７】
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８（Ａ）及び図８（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８（Ａ）及び図８（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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
また、図８（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方向に駆動する際、そのウエハステージＷＳＴのＹ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、図７のＹエンコーダ７０Ａ，７０Ｃ内の切り替え制御部によって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方向の幅よりも狭く設定したものである。
【００８１】
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方向の幅よりも狭く設定されている。従って、上述と同様に、図８（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方向に駆動する際、そのウエハステージＷＳＴのＸ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図７のＸエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄ内の切り替え制御部によって計測値が引き継がれる。
【００８２】
また、エンコーダ７０Ａ〜７０ＦのＹヘッド６４は、一例として対応するＹスケール３９Ｙ１，３９Ｙ２に１対のレーザビームを照射する照射系と、それらのスケールから発生する１対の回折光を同軸に合成して干渉光として検出する受光系とを含んで構成されている。さらに、Ｙヘッド６４には、位相が９０°異なる干渉光を検出する光学系も組み込まれており、２相の検出信号を用いて内挿を行うことによって、それらのスケールのピッチの１／２よりもかなり細かい分解能で、変位計測を行うことができる。エンコーダ７０Ａ〜７０ＦのＸヘッド６６も同様に構成されている。
【００８３】
以下、本実施形態の図１の露光装置１００において、図７の主制御装置２０の制御のもとで１ロットのウエハに順次レチクルＲのパターンの像を露光する際の動作の一例につき、図１７及び図１８のフローチャートを参照して説明する。
先ず図１７のステップ３０１において、図１のレチクルステージＲＳＴ上にレチクルＲをロードし、主制御装置２０は、不図示の露光データファイルよりレチクルＲの照明条件及び投影光学系ＰＬの開口数等の露光条件を読み出して、照明系１０等の設定を行う。また、主制御装置２０は、その露光データファイルより露光対象のウエハのショット配列の情報を読み出し、このショット配列の情報から、ウエハ上のショット領域のＸ方向の配列ピッチ、即ちウエハ上の各ショット領域に付設されているウエハマークのＸ方向の間隔（設計上の間隔）を求める。
【００８４】
ウエハのショット配列は、一例として図１３（Ｃ）に示すように設定され、ウエハＷ上の全部のショット領域から選ばれた例えば黒色で区別される１６個のショット領域よりなるアライメントショット（サンプルショット）ＡＳに付設されたウエハマークをアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4で計測するものとする。この場合、ウエハＷ上のアライメントショットＡＳは、＋Ｙ方向から順にＸ方向に４つのショット領域の幅を配列ピッチとして、３つのアライメントショット、５つのアライメントショット、５つのアライメントショット、及び３つのアライメントショットから構成されている。なお、ウエハマークは、ショット領域内に形成されていてもよいが、本実施形態では、ウエハマークはショット領域間のストリートラインに形成されているものとする。また、ウエハマークには、ウエハの位置をサーチするためのサーチアライメントマークと、各ショット領域のアライメントを行うためのファインアライメントマークとがあるが、後述のステップ３１１の場合を除いて、本実施形態のアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4で計測されるのはファインアライメントマークである。
【００８５】
また、前工程でのアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4の配置が図９の状態であるとする。そして、プライマリアライメント系ＡＬ１の検出中心に対するセカンダリアライメント系ＡＬ２1，ＡＬ２2，ＡＬ２3，ＡＬ２4の検出中心のＸ方向の間隔、即ちセカンダリベースラインＳＢＬ１，ＳＢＬ２，ＳＢＬ３，ＳＢＬ４が、図１０に示すようにそのウエハマークのＸ方向の間隔の所定の整数倍となるように、セカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4を駆動して固定する。一例として、セカンダリベースラインＳＢＬ１，ＳＢＬ２，ＳＢＬ３，ＳＢＬ４の初期値は、そのウエハマークのＸ方向の間隔の８倍、４倍、４倍、及び８倍であり（図１３（Ｃ）参照）、これらの値の情報はアライメント演算系２０ａにも供給される。この結果、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〜ＡＬ２4は、ウエハＷ上のアライメントショットＡＳの計測対象のウエハマークの配置に合わせて、そのＸ方向の位置調整が行われたことになる。なお、この段階では、セカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4の検出中心のＸ方向の間隔には、設定誤差が含まれている。
【００８６】
次のステップ３０２において、図３（Ａ）のアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4用のオートフォーカス系（ＡＦ系）（不図示）のキャリブレーションを行う。このためには、一例として、図２の状態（ただし、ウエハＷは載置されていない）から計測ステージＭＳＴを駆動して、図１２（Ａ）に示すように、計測ステージＭＳＴのＣＤバー４６の複数の基準マークＭ１，Ｍ２1〜Ｍ２4をアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4の検出領域に移動する。そして、計測ステージＭＳＴのＺ・レベリング機構を介して、ＣＤバー４６をＺ方向にスキャンして撮像素子５ｄからの撮像信号のコントラストが最も高くなる位置をベストフォーカス位置とすればよい。
【００８７】
次のステップ３０３において、図４のＹヘッド６４，６４ｙ1，６４ｙ2及びＸヘッド６６を含む図７のエンコーダ７０Ａ〜７０Ｆの計測値を用いて、即ちエンコーダ基準でウエハステージＷＳＴを駆動することによって、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4の撮像素子の原点設定を行う。なお、これ以降のアライメント及び露光時にウエハステージＷＳＴはエンコーダ基準で駆動される。即ち、先ず、図３（Ａ）に示すように、プライマリアライメント系ＡＬ１の検出中心（撮像素子の中心の共役点）３Ａに基準マークＦＭのＸマークＦＭＸ及びＹマークＦＭＹの中心を合わせる。一例として、ＸマークＦＭＸは２箇所でＸ方向に所定間隔で配列されたライン・アンド・スペースパターンであり、ＹマークＦＭＹは、そのＸマークＦＭＸに挟まれてＹ方向に所定ピッチで配列されたライン・アンド・スペースパターンである。
【００８８】
その後、図１１（Ａ）の２点鎖線の位置Ａ２で示すように、ウエハステージＷＳＴをセカンダリベースラインＳＢＬ２だけ＋Ｘ方向に駆動して、セカンダリアライメント系ＡＬ２2で基準マークＦＭを検出する。そのときの基準マークＦＭの像の撮像素子上での中心が撮像面での原点となり、その原点に対応する被検面上の点が図３（Ｂ）に示すセカンダリアライメント系ＡＬ２2の検出中心４Ｃとなる。なお、図３（Ｂ）は、セカンダリアライメント系ＡＬ２４の検出領域ＡＬ２4ｆに基準マークＦＭがある状態を示している。同様に、図１０のセカンダリベースラインＳＢＬ１，ＳＢＬ３，ＳＢＬ４だけウエハステージＷＳＴを＋Ｘ方向又は−Ｘ方向に移動して、それぞれセカンダリアライメント系ＡＬ２1，ＡＬ２3，ＡＬ２4で基準マークＦＭを検出する。そのときの基準マークＦＭの像の中心にある撮像素子の画素が撮像面の原点となり、その原点に対応する図３（Ｂ）の検出領域ＡＬ２1ｆ〜ＡＬ２4ｆの点が検出中心４Ｂ，４Ｄ，４Ｅとなる。なお、撮像素子上の原点は撮像信号を補間して得られるマーク像の中心でもよい。
【００８９】
これ以降、図１２（Ａ）の検出信号処理部１３１Ａ〜１３Ｅは、検出中心３Ａ（プライマリアライメント系ＡＬ１の検出中心），４Ｂ〜４Ｅに対応するオフセット補正された撮像面上の原点（これを３ａ、４ｂ〜４ｅ（図３（Ｄ）参照）とする）に対する被検マーク
の像の中心のＸ方向、Ｙ方向に対応する方向への位置ずれ量を求め、この位置ずれ量に例えば像の拡大倍率の逆数を乗算することで、被検面上での位置ずれ量を求める。
なお、アライメント系が１つの場合には、被検マークの中心を撮像素子の中心の画素に対応する位置の近傍に設置することができる。しかしながら、本実施形態のように複数のアライメント系を用いて実質的に同時に複数の被検マークを検出する場合には、例えばプライマリアライメント系ＡＬ１の検出中心の近傍に第１の被検マークを設置すると、他のセカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4では、被検マークは、その第１の被検マークからほぼセカンダリベースラインだけ離れた位置、即ちそのオフセットした検出中心４Ｂ〜４Ｅの近傍で検出される。従って、その検出中心４Ｂ〜４Ｅに対応する撮像素子上のオフセットした原点４ｂ〜４ｅに対する被検マーク像の位置ずれ量を計測することで、後述のように撮像素子のリニアリティが劣る場合でも、複数の被検マークを実質的に同時に高精度に検出できる。
【００９０】
一例として、図３（Ｃ）及び（Ｄ）はセカンダリアライメント系ＡＬ２4の撮像素子の撮像面１５０Ｅを示し、被検面上でのＸ方向、Ｙ方向に対応する撮像面上での方向もそれぞれＸ方向、Ｙ方向で表されている。また、図３（Ｃ）は撮像素子の中心の画素を撮像中心３ｅとして示し、図３（Ｄ）はステップ３０３で求めたオフセット補正後の原点４ｅを示す。この場合、被検マークを基準マークＦＭ（この像をＦＭＰとする）とすると、画像処理上では、図３（Ｄ）の原点４ｅに対するＸマークの像ＦＭＸＰ及びＹマークの像ＦＭＹＰのＸ方向、Ｙ方向への位置ずれ量が検出される。このようにオフセット補正された原点４ｅを用いた場合には、撮像素子の高範囲のリニアリティが劣る場合でも、高精度にマーク像の位置検出を行うことができる。
【００９１】
即ち、図１５（Ｃ）の曲線１６２は、ＣＣＤ型の撮像素子の画素のＸ方向の位置ＣＸと、これに対応する被検面上でのＸ方向の位置ＷＸとの対応関係の一例を変化を誇張して示す。この図１５（Ｃ）の曲線１６２から、撮像素子上での位置ＣＸと被検面上での位置ＷＸとの間には広い範囲ではリニアリティが劣る部分のあることが分かる。しかしながら、図１５（Ｃ）に示すように、領域１６０（撮像素子の中心付近）及び領域１６１（撮像素子の中心から所定距離離れた領域）内ではリニアリティが比較的良好であるため、撮像素子上のこれらの領域を使って画像の位置ずれ量を計測し、その位置ずれ量を被検面上での位置ずれ量に換算することで、高精度にマーク位置を検出できる。
【００９２】
次のステップ３０４において、図１２（Ａ）の検出信号処理部１３１Ａ〜１３１Ｅは、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4の撮像面で所定幅の撮像信号の積算領域（所定領域）を設定する。具体的に、図３（Ｄ）の撮像面１５０Ｅでは、補正後の原点４ｅを中心としてＸ方向の幅がΔＸの積算領域１５１Ｙ及びＹ方向の幅がΔＹの積算領域１５１Ｘを設定する。そして、検出信号処理部１３１Ｅでは、積算領域１５１Ｘ内の撮像信号をＸ方向（非計測方向）に積算してＹマークの像ＦＭＹＰに対応する撮像信号ＳＹを求め、積算領域１５１Ｙ内の撮像信号をＹ方向（非計測方向）に積算してＸマークの像ＦＭＸＰに対応する撮像信号ＳＸを求める。
【００９３】
一例として、積算領域１５１Ｘ，１５１Ｙの幅ΔＸ，ΔＹは、３０μｍ程度であり、撮像中心３ｅに対する原点４ｅのＸ方向、Ｙ方向へのオフセット量は２０μｍ（±１０μｍ）程度以内である。幅ΔＸ，ΔＹが３０μｍ程度であれば、十分に大きい信号を得ることができる。また、その程度のオフセット量で、セカンダリアライメント系の検出領域を移動した場合の視野ずれによる不都合をキャンセルすることが可能である。
このように積算領域１５１Ｘ，１５１Ｙ内の撮像信号のみを用いることによって、マーク像の無い領域のノイズ成分を低減できるため、ＳＮ比が改善されて、被検マークを高精度に検出できる。
【００９４】
なお、例えば図３（Ｃ）のように、撮像中心３ｅを中心に積算領域１５１Ｘ，１５１Ｙを設定する場合には、基準マークの像ＦＭＰの一部が積算領域１５１Ｘ，１５１Ｙから外れてその位置を高精度に検出できない恐れがある。そこで、本実施形態では、ステップ３０３において、実際に基準マークＦＭを検出することによって、検出領域が固定されているプライマリアライメント系ＡＬ１の撮像面を基準として、セカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4の撮像面上の原点を設定している。これによって、その後で計測される被検マークの像をアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4の撮像面の積算領域１５１Ｘ，１５１Ｙ内に追い込むことができる。
【００９５】
これ以降は、経時変化がないものとすると、プライマリアライメント系ＡＬ１の撮像面の原点と、セカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4の撮像面の原点とに対応する被検面（ウエハの上面等）上の点（検出中心）のＸ方向の間隔が正確にセカンダリベースラインＳＢＬ１〜ＳＢＬ４の初期値となる。
しかしながら、実際には、僅かな経時変化が生じ得るため、ステップ３０６〜３０８において各ウエハの露光前に、ＣＤバー４６上の基準マークの既知の位相（間隔の情報）を基準として、セカンダリベースラインＳＢＬ１〜ＳＢＬ４の変化量を計測する。即ち、ウエハステージＷＳＴがローディングポジションに向かった後、ステップ３０６において、計測ステージＭＳＴを駆動して図１２（Ａ）に示すように、ＣＤバー４６上の基準マークＭ１，Ｍ２1〜Ｍ２4をアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4の検出領域に移動する。そして、セカンダリアライメント系ＡＬ２1で基準マークＭ２1を検出し、同時にオートフォーカス系からのフォーカス信号を用いて、アライメント系ＡＬ１及びＡＬ２1で被検面がそれぞれベストフォーカス位置に来るようにＣＤバー４６のレベリングを行いながら、プライマリアライメント系ＡＬ１でも基準マークＭ１を検出する。２つの基準マークＭ１，Ｍ２1の検出結果（検出中心からの位置ずれ量）は図７のアライメント演算系２０ａに供給される。
【００９６】
次のステップ３０７において、図１２（Ｂ）に示すように、アライメント系ＡＬ１及びＡＬ２2で被検面がそれぞれベストフォーカス位置に来るようにＣＤバー４６のレベリングを行いながら、同時に、アライメント系ＡＬ１及びＡＬ２2で基準マークＭ１及びＭ２2を検出し、２つの基準マークＭ１，Ｍ２2の検出結果（検出中心からの位置ずれ量）を図７のアライメント演算系２０ａに供給する。同様に、他のセカンダリアライメント系ＡＬ２3，ＡＬ２4についても、ＣＤバー４６のレベリングを行って合焦した状態で、それぞれプライマリアライメント系ＡＬ１と同時に対応する基準マークを検出し、検出結果をアライメント演算系２０ａに供給する。
【００９７】
次のステップ３０８において、アライメント演算系２０ａでは、２つの基準マークＭ１とＭ２1（又はＭ２2〜Ｍ２4）との既知の間隔の情報と、その２つの基準マークの計測された位置ずれ量の情報とを用いて、図１０のセカンダリベースラインＳＢＬ１〜ＳＢＬ４の経時変化後の値を求めて記憶する。この場合、外乱等によって計測ステージＭＳＴ（ＣＤバー４６）の位置は僅かに変動している。しかしながら、この実施形態のように、常にレベリングを行いながら検出領域が可変の１つのセカンダリアライメント系（ＡＬ２1〜ＡＬ２4のいずれか）と同時にプライマリアライメント系ＡＬ１（検出領域が固定されているアライメント系）でも基準マークを検出することによって、ＣＤバー４６の位置変動に影響されずに、ベストフォーカス位置で高精度にセカンダリベースラインを計測することができる。
【００９８】
なお、例えば図１２（Ａ）において、３つのアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1，ＡＬ２2のベストフォーカス位置が直線上にあることが分かっている場合には、レベリングによってＣＤバー４６の上面をその直線に合わせて傾斜させて、３つのアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1，ＡＬ２2で同時に対応する基準マークの位置を検出してもよい。この場合には、
１回の計測によって、ベストフォーカス位置で、２つのセカンダリベースラインＳＢＬ１，ＳＢＬ２を高精度に計測できる。
【００９９】
次に、図１７のステップ３０９において、図１３（Ａ）のローディングポジションＬＰにおいて、ウエハステージＷＳＴ上に１ロットの先頭のウエハ（ウエハＷとする）をロードする。ウエハＷのショット配列は図１３（Ｃ）に示す通りである。その後、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴを、図１３（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（アライメント開始位置）に位置決めする。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の中心を通りＹ軸に平行に配列されたショット領域に付設されたウエハマークの中心を通る直線は、ほぼプライマリアライメント系ＡＬ１の検出中心を通り、以下のアライメント時には、ウエハステージＷＳＴは、ほぼＹ軸に沿って移動する。このため、アライメントを効率的に行うことができる。
【０１００】
次のステップ３１０において、プライマリアライメント系ＡＬ１の検出中心と、図１のレチクルＲの投影光学系ＰＬによる像の中心とのＹ方向の間隔であるベースラインＢＬを計測するための１つの工程として、ウエハステージＷＳＴをＹ方向に駆動して、図１１（Ａ）に示すように、プライマリアライメント系ＡＬ１でウエハステージＷＳＴ上の計測プレート３０の基準マークＦＭを検出する。この検出結果（検出中心からの位置ずれ量）と、このときのウエハステージＷＳＴのエンコーダ７０Ａ〜７０Ｆで計測される座標とがアライメント演算系２０ａに供給される。
なお、ステップ３０３、３０４の原点設定の動作を、１ロットの先頭ウエハに関するステップ３１０の動作の前後に実行してもよい。
【０１０１】
次のステップ３１１において、例えば２つのセカンダリアライメント系ＡＬ２2，ＡＬ２3でウエハＷ上の２つのサーチアライメントマークを検出し、この結果を用いてウエハＷのＺ軸周りの回転角を補正する。なお、例えばウエハローダ系（不図示）からウエハステージＷＳＴ上にウエハＷを載置する場合に高精度にウエハＷの回転角を制御できる場合には、このステップ３１１の動作は省略できる。
【０１０２】
次に図１８のステップ３１２において、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴ上のウエハＷが１ロットの先頭ウエハかどうかを判定し、先頭ウエハである場合にはステップ３１３に移行し、先頭ウエハでない場合にはステップ３２０に移行する。この段階では、ウエハＷは先頭ウエハであるため、動作はステップ３１３に移行する。そして、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4の光学系の収差等に起因する誤差であるＴＩＳ（Tool Induced Shift）、及びウエハマークに起因する誤差を補正するために、主制御装置２０はウエハステージＷＳＴをＹ方向に駆動して、図１４（Ａ）に示すように、一例としてウエハＷ上の一つのアライメントショットのウエハマークＷＭＥを、星状のマークで示すプライマリアライメント系ＡＬ１の検出領域に移動して、ウエハマークＷＭＥの検出中心からの位置ずれ量を検出する。このとき、ウエハマークＷＭＥは凹凸マークであり、かつ計測方向（ここではＸ方向）に非対称である場合もある。なお、一例として、プライマリアライメント系ＡＬ１から計測を始めるが、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２１〜ＡＬ２４によるウエハマークＷＭＥの計測の順序は任意である。
【０１０３】
次のステップ３１４において、図１４（Ｂ）に示すように、ウエハステージＷＳＴをセカンダリベースラインＳＢＬ２だけ−Ｘ方向に移動して、星状のマークで示すセカンダリアライメント系ＡＬ２１でウエハマークＷＭＥ（プライマリアライメント系ＡＬ１で検出されたマーク）の検出中心に対する位置ずれ量を検出する。同様にして、図１４（Ｃ）、図１４（Ｄ）、図１４（Ｅ）に示すように、図１４（Ａ）の場合に対してそれぞれウエハステージＷＳＴをセカンダリベースラインＳＢＬ１，ＳＢＬ３，ＳＢＬ４だけ−Ｘ方向、＋Ｘ方向、＋Ｘ方向に移動して、順次、セカンダリアライメント系ＡＬ２１，ＡＬ２３，ＡＬ２４で同一のウエハマークＷＭＥの検出中心に対する位置ずれ量を検出する。
【０１０４】
次のステップ３１５において、アライメント演算系２０ａはステップ３１３及び３１４のウエハマークの検出結果のオフセットを求める。セカンダリアライメント系ＡＬ２4を例に取ると、ステップ３１４では、セカンダリアライメント系ＡＬ２4によって、図１５（Ａ）に示すように、撮像面１５０Ｅ上でウエハマークの像ＷＭＥＰの原点４ｅに対するＸ方向、Ｙ方向への位置ずれ量ＴＩＸＲ２，ＴＩＹＲ２が検出される。一方、ステップ３１３では、プライマリアライメント系ＡＬ１によって、図１５（Ｂ）に示すように、撮像面１５０Ａ上でウエハマークの像ＷＭＥＰの撮像中心３ａ（これが原点でもある）に対するＸ方向、Ｙ方向への位置ずれ量ＴＩＸＰｒ，ＴＩＹＰｒが検出される。なお、実際にはこれらの位置ずれ量に倍率の逆数倍が乗算されるが、ここではそれを省略する。
【０１０５】
この場合のＸ方向、Ｙ方向のＴＩＳ等が起因のオフセットＸTOFF及びＹTOFFは以下のようになる。
ＸTOFF＝ＴＩＸＰｒ−ＴＩＸＲ２ …（１）
ＹTOFF＝ＴＩＹＰｒ−ＴＩＹＲ２ …（２）
他のセカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２3のオフセットも同様に計算できる。これ以降に同じロット内のウエハのウエハマークをセカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4で検出したときには、アライメント演算系２０ａではそのマークの計測値に式（１）、式（２）のオフセット分の加算を行うことによって、ＴＩＳ等に起因する誤差を低減できる。
【０１０６】
また、本実施形態のように、同一のウエハマークをセカンダリアライメント系及びプライマリアライメント系で検出することによって、ウエハマーク同士の僅かな対称性等の相違に起因する計測誤差を相殺できる。さらに、簡単な動作でウエハステージＷＳＴの位置を計測する計測装置の計測誤差の影響を相殺することができる。
なお、例えば予め式（１）、式（２）のオフセットが装置定数として分かっているような場合には、ステップ３１３〜ステップ３１５の動作を省略してもよい。この場合には、先頭ウエハについても、直ちにステップ３２０以降のウエハマークの検出動作が行われる。
【０１０７】
次に、ステップ３２０において、主制御装置２０は、エンコーダ７０Ａ〜７０Ｆ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１３（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ＡＬ２2，ＡＬ２3を用いて、３つのファーストアライメントショットＡＳに付設されたウエハマークをほぼ同時にかつ個別に撮像する（図１３（Ａ）中の星マーク参照）。この際に、例えば先ず２眼のセカンダリアライメント系ＡＬ２2，ＡＬ２3でデフォーカス量が０になるようにウエハＷのレベリングを行いながら、ウエハマークの撮像を行い、次の残りのプライマリアライメント系ＡＬ１を用いて、合焦状態でウエハマークを撮像する。その後、ステップ３２１において、各アライメント系の撮像面の積算領域１５１Ｘ，１５１Ｙ（図１３（Ｄ）参照）内の撮像信号を積算してウエハマークの位置を求める。
【０１０８】
次に、ステップ３２２で主制御装置２０は計測対象のウエハマークがあるかどうかを判定し、計測対象が残っている場合には、ステップ３２０に戻る。この段階では、主制御装置２０は、上記エンコーダ７０Ａ〜７０Ｅ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、図１３
（Ｃ）に示すウエハＷ上の５つのセカンドアライメントショットＡＳに付設されたウエハ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する。
【０１０９】
そして、ステップ３２０、３２１において、２眼のセカンダリアライメント系毎にレベリングを行いながらウエハマークを検出し、最後にプライマリアライメント系でウエハマークを検出することによって、実質的に同時に５つのウエハマークの位置を検出する。
なお、この５つのウエハマークの検出時に、ステップ３１３〜３１５に示すオフセットを求めるためのウエハマークの検出を実行してもよい。その代わりに、図１３（Ａ）の３つのファーストアライメントショット領域ＡＳのウエハマークの検出時に、対応するセカンダリアライメント系ＡＬ２2，ＡＬ２3のオフセットを求める動作を実行し、次の図１３（Ｃ）の５つのセカンドアライメントショットＡＳのウエハマークの検出時に、両側のセカンダリアライメント系ＡＬ２1，ＡＬ２4のオフセットを求める動作を実行してもよい。
【０１１０】
次に、動作は再びステップ３２２からステップ３２０に戻り、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して、図１３（Ｂ）に示すように、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ＡＳに付設されたウエハ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する。そして、ステップ３２０、３２１を実行して、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4による５つのウエハマークの検出結果とその検出時のエンコーダ７０Ａ〜７０Ｆの計測値とを関連付けてアライメント演算系２０ａに供給する。
【０１１１】
次に、動作はステップ３２２からステップ３２０に戻り、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ＡＬ２2，ＡＬ２3を用いて、ウエハＷ上の３つのフォースアライメントショットＡＳに付設されたウエハ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する。そして、ステップ３２０、３２１を実行して、３つのアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２2，ＡＬ２3による３つのウエハマークの検出結果とその検出時のエンコーダ７０Ａ〜７０Ｅの計測値とを関連付けてアライメント演算系２０ａに供給する。この段階でウエハマークの計測は終了するため、動作はステップ３２２からステップ３２３に移行して、主制御装置２０はウエハステージＷＳＴをＹ方向に駆動して、図１１（Ｂ）に示すように、ウエハステージＷＳＴと計測ステージＭＳＴとを連結する。
【０１１２】
次に、投影光学系ＰＬの下方にウエハステージＷＳＴの計測プレート３０のスリットパターンＳＬ（図５（Ａ）参照）を移動して、図１のレチクルステージＲＳＴを駆動してレチクルＲの中心を光軸ＡＸに合わせて照明光ＩＬを照射する。そして、レチクルＲのアライメントマークの像をスリットパターンＳＬで走査して、計測ステージＭＳＴ内の空間像計測装置を用いてその位置を検出し、その像の位置の情報（エンコーダ７０Ａ〜７０Ｆの計測値）をアライメント演算系２０ａに供給する。アライメント演算系２０ａは、ステップ３１０の検出結果とステップ３２３の検出結果とから図１１（Ａ）に示すベースラインＢＬを求めることができる。
【０１１３】
なお、このステップ３２３の動作は、図１３（Ｃ）の４行のアライメントショットのウエハマークを計測する途中で、投影光学系ＰＬの先端部が計測プレート３０に近づいた段階で実行することができる。これによって、ウエハステージＷＳＴの移動量が少なくなり、露光工程のスループットが向上する。
次のステップ３２４において、アライメント演算系２０ａは、ステップ３０８で求めたセカンダリベースラインＳＢＬ１〜ＳＢＬ４、ステップ３２３で求めたベースラインＢＬ、及び上記の合計１６個のウエハマークの検出結果と対応するエンコーダ７０Ａ〜７０Ｅの計測値とを用いて、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う。そして、上記のエンコーダ７０Ａ〜７０Ｅの計測軸で規定されるステージ座標系（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。
【０１１４】
次に、ステップ３２５において、図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）に示すように、ウエハステージＷＳＴを＋Ｙ方向に駆動して、斜入射方式の多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）を用いて、ウエハＷの表面のＺ位置の分布（凹凸分布）を計測する。そして、ステップ３２６において、主制御装置２０の制御のもとで、図１６に示すように、アライメント演算系２０ａから供給された配列座標に基づいてエンコーダ７０Ａ〜７０Ｆの計測値を用いてウエハステージＷＳＴを駆動することで、液浸方式で、かつステップ・アンド・スキャン方式でウエハＷ上の全部のショット領域にレチクルＲのパターン像が露光される。露光済みのウエハＷはウエハステージＷＳＴからアンローディングされる。
【０１１５】
次のステップ３２７において１ロット中に未露光のウエハがないかどうかを判定し、未露光のウエハがある場合には、動作は図１７のステップ３０６に移行して、以下、ＣＤバー４６の基準マークを用いたセカンダリベースラインの計測、新たなウエハのローディング等が実行される。今回は２枚目以降のウエハであるため、動作はステップ３１１からステップ３２０に移行して、ウエハ上のウエハマークの検出が行われた後、ウエハの走査露光が行われる。そして、ステップ３２７で未露光のウエハがなくなった時点で、１ロットのウエハの露光工程が終了する。
【０１１６】
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、５眼のアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4を用いて合計１６箇所のアライメントショットＡＳにおけるウエハマークの位置情報を検出できる。この際に、ウエハステージＷＳＴをＸ方向に移動させる必要が無いため、単一のアライメント系を用いてウエハステージをＸ方向、Ｙ方向に駆動して順次ウエハマークを検出する場合などに比べて、格段に短時間に多数のウエハマークの位置情報を得ることができる。従って、短時間にアライメントを行うことができる。
【０１１７】
なお、上記の実施形態の５眼のアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4は５つの少なくともＸ方向に離れた検出領域を持つ１つのアライメント系（マーク検出系、画像検出系）とみなすことも可能である。
本実施形態の作用効果は以下の通りである。
（１）本実施形態の露光装置１００によるアライメント方法は、位置が互いに異なる複数の検出領域ＡＬ１ｆ，ＡＬ２１ｆ〜ＡＬ２４ｆを持つアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２１〜ＡＬ２４を用いてウエハＷ上のウエハマークを検出するマーク検出方法であって、図３（Ａ）に示すように、プライマリアライメント系ＡＬ１の検出領域ＡＬ１ｆで検出した基準マークＦＭを、基準マークＦＭを備えたウエハステージＷＳＴの位置情報をエンコーダ７０Ａ〜７０Ｆで計測しつつ、図３（Ｂ）のセカンダリアライメント系ＡＬ２４の検出領域ＡＬ２４ｆに移動し、検出領域ＡＬ２４ｆで基準マークＦＭを検出している。
【０１１８】
そして、検出領域ＡＬ１ｆで基準マークＦＭを検出した検出結果と、検出領域ＡＬ２４ｆで基準マークＦＭを検出した検出結果とエンコーダ７０Ａ〜７０Ｆからの位置情報とを用いて、検出領域ＡＬ１ｆ，ＡＬ２４ｆの検出中心間の距離であるセカンダリベースラインＳＢＬ４（相対位置情報）を求めている（ステップ３０３）。さらに、ウエハＷ上の複数のウエハマークを検出領域ＡＬ１ｆ，ＡＬ２４ｆを含む複数の検出領域で実質的に同時に検出し、そのセカンダリベースラインＳＢＬ４を用いて、検出領域ＡＬ１ｆ，ＡＬ２４ｆで検出されたマークの相対位置情報を求めている（ステップ３２０，３２１，３２４）。
【０１１９】
本実施形態によれば、複数の互いに異なる検出領域ＡＬ１ｆ，ＡＬ２１〜ＡＬ２４ｆを用いており、実質的に同時に複数の検出領域で異なる複数のウエハマークの検出が可能であるため、ウエハＷ上の複数のウエハマークを効率的に検出できる。
さらに、基準マークＦＭの移動量を計測しつつ、基準マークＦＭを検出領域ＡＬ１ｆ，ＡＬ２４ｆで順次計測しているため、その２つの検出領域間のセカンダリベースラインを正確に計測できる。従って、それ以降のウエハマークの計測精度が向上する。
【０１２０】
（２）また、本実施形態のアライメント装置は、位置が互いに異なる複数の検出領域ＡＬ１ｆ，ＡＬ２１ｆ〜ＡＬ２４ｆを備えたアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２１〜ＡＬ２４でウエハＷ上のウエハマークを検出するマーク検出装置であって、ウエハマークを備えたウエハＷと、ウエハＷが載置されたウエハステージＷＳＴの位置情報を計測するエンコーダ７０Ａ〜７０Ｆと、主制御装置２０及びアライメント演算系２０ａと、を備えている。
【０１２１】
そして、主制御装置２０及びアライメント演算系２０ａによって、プライマリアライメント系ＡＬ１の検出領域で検出したウエハマークＷＭＥ（図１４（Ａ）、ステップ３１３）を、ウエハＷ（ウエハステージＷＳＴ）の位置情報をエンコーダ７０Ａ〜７０Ｆで計測しつつ、セカンダリアライメント系ＡＬ２４の検出領域に移動してウエハマークＷＭＥを検出し（図１４（Ｅ）、ステップ３１４）、アライメント系ＡＬ２４，ＡＬ１の検出領域でウエハマークＷＭＥを検出した結果と、エンコーダ７０Ａ〜７０Ｆからの位置情報とを用いて、その２つの検出領域の相対位置情報であるＴＩＳ（Tool Induced Shift）に起因するオフセットを求めている（ステップ３１５）。
【０１２２】
さらに、ウエハＷ上の複数のウエハマークをアライメント系ＡＬ２４，ＡＬ１の検出領域で検出し（図１３（Ｂ）、ステップ３２０，３２１）、そのオフセットを用いてそれらのウエハマークの相対位置情報（ショット配列）を求めている（ステップ３２４）。
この場合、ウエハマークの移動量を計測しつつ、そのウエハマークを２つのアライメント系の検出領域で順次計測しているため、ウエハ上のウエハマーク同士の形状の相違に影響されることなく、その２つの検出領域間のオフセットを正確に計測できる。従って、それ以降のウエハマークの計測精度が向上する。
【０１２３】
（３）また、上記の実施形態は、ウエハＷを保持して、Ｘ方向およびこれに交差するＹ方向に移動可能なウエハステージＷＳＴと、ウエハステージＷＳＴの一面に設けられて、Ｘ方向、Ｙ方向に格子が周期的に配列されるスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2及び３９Ｙ1，３
９Ｙ2（第１および第２格子部）と、Ｙ方向に関して位置が異なる複数のＸヘッド６６を有するエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄと、Ｘ方向に関して位置が異なる複数のＹヘッド６４を有するエンコーダ７０Ａ，７０Ｃとを有する計測装置とを備え、スケール３９Ｘ1，３９Ｘ2と対向するＸヘッド６６によってウエハステージＷＳＴのＸ方向の位置情報を計測し、スケール３９Ｙ1，３９Ｙ2と対向するＹヘッド６４によってウエハステージＷＳＴのＹ方向の位置情報を計測している。
【０１２４】
従って、エンコーダ７０Ａ〜７０Ｄの検出光の光路長が短いため、レーザ干渉計を用いる場合に比べて揺らぎの影響を殆ど受けることなく高精度にウエハステージＷＳＴの位置を計測できる。
なお、エンコーダ７０Ａ〜７０Ｄ及び７０Ｅ，７０Ｆとしては、極性が反転する発磁体を微小ピッチで形成した周期的な磁気スケールと、この磁気スケールを読み取る磁気ヘッドとを含む磁気式のリニアエンコーダ等を使用することも可能である。また、光路の揺らぎの影響が小さい場合には、ウエハステージＷＳＴの位置をレーザ干渉計のみを用いて計測してもよい。
【０１２５】
（４）また、上記の実施形態の露光装置は、ウエハＷ（物体）を照明光ＩＬ（エネルギビーム）で露光する露光装置であって、ウエハＷを保持して移動するウエハステージＷＳＴ（移動体）と、上記の実施形態の複数のアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4を含むマーク検出装置とを備え、そのマーク検出装置を用いて、ウエハＷ上の所定の複数のウエハマークを検出し、そのウエハマークの検出結果に基づいて、照明光ＩＬの照射位置（レチクルＲのパターンの像）とウエハＷとの位置合わせを行うためにウエハステージＷＳＴを介してウエハＷを駆動しながら、照明光ＩＬでウエハＷを露光している。
【０１２６】
また、上記の実施形態の露光装置は、上記の実施形態の複数のアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4を含む位置制御装置を含み、その位置制御装置を用いて位置を制御されたウエハ上にデバイスパターンを露光する露光装置でもある。
また、上記の実施形態のアライメント方法又は装置は、上記の実施形態の複数のアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4を用いるマーク検出方法を用いて求められたウエハＷ上のウエハマークの位置情報を用いて、ウエハＷの位置を制御する物体の位置制御方法又は装置でもある。
【０１２７】
これらの場合、複数のベストフォーカス位置のオフセット調整がなされたアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4を用いることによって、複数のマークを効率的にかつ高精度に計測できるため、位置制御及び露光を効率的に、かつ高精度に行うことができる。
なお、上記の実施形態の露光装置を用いて半導体デバイス等のマイクロデバイスを製造する場合、マイクロデバイスは、図１９に示すように、マイクロデバイスの機能・性能設計を行うステップ２２１、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップ２２２、デバイスの基材である基板（ウエハ）を製造するステップ２２３、前述した実施形態の露光装置１００（投影露光装置）によりレチクルのパターンを基板に露光する工程、露光した基板を現像する工程、現像した基板の加熱（キュア）及びエッチング工程などを含む基板処理ステップ２２４、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、パッケージ工程などの加工プロセスを含む）２２５、並びに検査ステップ２２６等を経て製造される。
【０１２８】
言い換えると、このデバイスの製造方法は、上記の実施形態の露光装置を用いて基板（物体）を露光することと、その露光された基板を現像することと、を含んでいる。また、このデバイス製造方法は、上記の実施形態のアライメント方法（位置制御方法）を用いて位置を制御された基板（物体）上にデバイスパターンを露光することを含んでいる。
この際に、複数のアライメント系を用いて効率的に基板のアライメント（アライメント
マークの検出）を行うことができるため、デバイスを高いスループットで量産することができる。
【０１２９】
なお、本発明は、上述のステップ・アンド・スキャン方式の走査露光型の投影露光装置（スキャナ）の他に、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（ステッパー等）にも適用できる。さらに、本発明は、液浸型露光装置以外の、ドライ露光型の露光装置にも同様に適用することができる。
また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置に限らず、液晶表示素子やプラズマディスプレイなどを含むディスプレイの製造に用いられる、デバイスパターンをガラスプレート上に転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられるデバイスパターンをセラミックスウエハ上に転写する露光装置、並びに撮像素子（ＣＣＤなど）、有機ＥＬ、マイクロマシーン、ＭＥＭＳ(Microelectromechanical Systems)、及びＤＮＡチップなどの製造に用いられる露光装置などにも適用することができる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置及びＥＵＶ露光装置などで使用される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。このように、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】本発明の実施形態の一例に係る露光装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１のステージ装置を示す平面図である。
【図３】図３（Ａ）は実施形態の一例の５眼のアライメント系の検出領域を示す図、図３（Ｂ）は５眼のアライメント系の検出中心を示す図、図３（Ｃ）はセカンダリアライメント系ＡＬ２4の撮像中心を示す図、図３（Ｄ）はセカンダリアライメント系ＡＬ２4の撮像面の原点及び積算領域を示す図である。
【図４】図１のアライメント系ＡＬ１、ＡＬ２1〜ＡＬ２4及び位置計測用のエンコーダの配置を示す図である。
【図５】図５（Ａ）は、ウエハステージを示す平面図、図５（Ｂ）は、ウエハステージＷＳＴを示す一部を断面とした側面図である。
【図６】図６（Ａ）は、計測ステージを示す平面図、図６（Ｂ）は、計測ステージを示す一部を断面とした側面図である。
【図７】図１の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８】図８（Ａ）及び図８（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９】アライメント系ＡＬ１、ＡＬ２1〜ＡＬ２4の配置の一例を示す図である。
【図１０】セカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4を駆動した状態を示す図である。
【図１１】図１１（Ａ）はプライマリアライメント系ＡＬ１で基準マークＦＭを計測する状態を示す図、図１１（Ｂ）はレチクルのパターンの像をスリットパターンで走査する状態を示す図である。
【図１２】図１２（Ａ）は２眼のアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1でＣＤバー４６上の基準マークを検出する状態を示す図、図１２（Ｂ）は２眼のアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２2でＣＤバー４６上の基準マークを検出する状態を示す図である。
【図１３】図１３（Ａ）はファーストアライメントショットＡＳの計測を行う状態を示す図、図１３（Ｂ）はサードアライメントショットＡＳの計測を行う状態を示す図、図１３（Ｃ）は、ウエハのアライメントショットＡＳの配列の一例を示す図である。
【図１４】図１４（Ａ）は、アライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4でウエハマークを検出する状態を示す図、図１４（Ｂ）、図１４（Ｃ）、図１４（Ｄ）、図１４（Ｅ）はそれぞれセカンダリアライメント系によって検出されたウエハマークをプライマリアライメント系ＡＬ１で検出する状態を示す図である。
【図１５】図１５（Ａ）はセカンダリアライメント系ＡＬ２4の撮像面を示す図、図１５（Ｂ）はプライマリアライメント系ＡＬ１の撮像面を示す図、図１５（Ｃ）は撮像素子の撮像信号のリニアリティの説明図である。
【図１６】ウエハステージＷＳＴを駆動してウエハを移動しながらウエハを走査露光する状態を示す平面図である。
【図１７】実施形態の露光動作の一例の一部を示すフローチャートである。
【図１８】図１７に続く露光動作を示すフローチャートである。
【図１９】マイクロデバイスの製造工程の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１３１】
ＡＬ１…プライマリアライメント系、ＡＬ２1〜ＡＬ２4…セカンダリアライメント系、Ｒ…レチクル、Ｗ…ウエハ、ＷＴＢ…ウエハテーブル、ＷＳＴ…ウエハステージ、ＭＴＢ…計測テーブル、ＭＳＴ…計測ステージ、２０…主制御装置、３２…ノズルユニット、３９Ｘ1，３９Ｘ2…Ｘスケール、３９Ｙ1，３９Ｙ2…Ｙスケール、４６…ＣＤバー、６２Ａ〜６２Ｄ…ヘッドユニット、６４…Ｙヘッド、６６…Ｘヘッド、７０Ａ，７０Ｃ…Ｙエンコーダ、７０Ｂ，７０Ｄ…Ｘエンコーダ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置が互いに異なる複数の検出領域を備えたマーク検出装置で物体上のマークを検出するマーク検出方法であって、
前記複数の検出領域のうちの第１検出領域で検出した所定マークを、前記所定マークを備えた第１物体の位置情報を位置計測装置で計測しつつ、前記複数の検出領域のうち前記第１検出領域と異なる第２検出領域に移動し、前記第２検出領域で前記所定マークを検出し、
前記第１検出領域で前記所定マークを検出した検出結果と、前記第２検出領域で前記所定マークを検出した検出結果と、前記位置計測装置からの位置情報とを用いて、前記第１検出領域と前記第２検出領域との相対位置情報を求め、
複数のマークが形成された第２物体の前記複数のマークを前記第１検出領域と前記第２検出領域とで実質的に同時に検出し、前記相対位置情報を用いて、前記第１検出領域で検出されたマークと前記第２検出領域で検出されたマークとの相対位置情報を求めるマーク検出方法。
【請求項２】
前記所定マークを備えた前記第１物体は、基板ステージ装置に設置された基準マーク部材である請求項１記載のマーク検出方法。
【請求項３】
前記第１検出領域と前記第２検出領域とを相対的に変位させた後に、
前記基準マーク部材の前記所定マークを前記第１検出領域で検出し、前記第１検出領域で検出した前記所定マークを備えた前記基準マーク部材の位置情報を前記位置計測装置で計測しつつ、前記第２検出領域に移動し、前記第２検出領域で前記所定マークを検出する請求項２記載のマーク検出方法。
【請求項４】
前記所定マークを備えた前記第１物体は、パターンが形成される基板である請求項１記載のマーク検出方法。
【請求項５】
前記マーク検出系は、前記複数の検出領域それぞれに対応する光学系を備え、
前記第１検出領域と前記第２検出領域との相対位置情報は、前記第１検出領域に対応する光学系と前記第２検出領域に対応する光学系との収差に起因する誤差情報を含む請求項４記載のマーク検出方法。
【請求項６】
前記パターンが形成される前記基板のマークを検出する前に、基板ステージ装置に設置された基準マーク部材のマークを前記第１検出領域で検出し、前記基準マーク部材の位置情報を前記位置計測装置で計測しつつ、前記第２検出領域に移動し、前記第２検出領域で前記基準マーク部材のマークを検出し、
前記第１検出領域で検出した前記基板上のマークを、前記基板の位置情報を位置計測装置で計測しつつ、前記複数の検出領域のうち前記第１検出領域と異なる第２検出領域に移動する際には、
前記第１検出領域で前記基準マーク部材のマークを検出した検出結果と、前記第２検出領域で前記基準マーク部材のマークを検出した検出結果と、前記位置計測装置からの位置情報とを用いて、前記基板を移動する請求項５記載のマーク検出方法。
【請求項７】
前記複数の検出領域として、３個以上の検出領域を備える請求項１から６のいずれか一項記載のマーク検出方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載のマーク検出方法を用いて、物体上のマークを検出して該物体の位置を制御することと、
位置を制御された前記物体上にパターンを露光することを含む露光方法。
【請求項９】
請求項８に記載の露光方法を用いて、物体上にパターンを露光することと、
該物体を現像することとを含むデバイス製造方法。
【請求項１０】
位置が互いに異なる複数の検出領域を備えたマーク検出装置で物体上のマークを検出するマーク検出装置であって、
所定マークを備えた第１物体と、
前記所定マークを備えた前記第１物体の位置情報を計測する位置計測装置と、
制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記複数の検出領域のうちの第１検出領域で検出した前記所定マークを、前記所定マークを備えた前記第１物体の位置情報を前記位置計測装置で計測しつつ、前記複数の検出領域のうち前記第１検出領域と異なる第２検出領域に移動し、前記第２検出領域で前記所定マークを検出し、
前記第１検出領域で前記所定マークを検出した検出結果と、前記第２検出領域で前記所定マークを検出した検出結果と、前記位置計測装置からの位置情報とを用いて、前記第１検出領域と前記第２検出領域との相対位置情報を求め、
複数のマークが形成された第２物体の前記複数のマークを前記第１検出領域と前記第２検出領域とで実質的に同時に検出し、前記相対位置情報を用いて、前記第１検出領域で検出されたマークと前記第２検出領域で検出されたマークとの相対位置情報を求めるマーク検出装置。
【請求項１１】
前記所定マークを備えた前記第１物体は、基板ステージ装置に設置された基準マーク部材である請求項１０記載のマーク検出装置。
【請求項１２】
前記制御装置は、
前記第１検出領域と前記第２検出領域とを相対的に変位させた後に、
前記基準マーク部材の前記所定マークを前記第１検出領域で検出し、前記第１検出領域で検出した前記所定マークを備えた前記基準マーク部材の位置情報を前記位置計測装置で計測しつつ、前記第２検出領域に移動し、前記第２検出領域で前記所定マークを検出する請求項１１記載のマーク検出装置。
【請求項１３】
前記第１物体は、パターンが形成される基板である請求項１０記載のマーク検出装置。
【請求項１４】
前記マーク検出系は、前記複数の検出領域それぞれに対応する光学系を備え、
前記第１検出領域と前記第２検出領域との相対位置情報は、前記第１検出領域に対応する光学系と前記第２検出領域に対応する光学系との収差に起因する誤差情報を含む請求項１３記載のマーク検出装置。
【請求項１５】
前記制御装置は、
前記パターンが形成される基板のマークを検出する前に、基板ステージ装置に設置された基準マーク部材のマークを前記第１検出領域で検出し、前記基準マーク部材の位置情報を前記位置計測装置で計測しつつ、前記第２検出領域に移動し、前記第２検出領域で前記基準マーク部材のマークを検出し、
前記第１検出領域で検出した前記基板上のマークを、前記基板の位置情報を位置計測装置で計測しつつ、前記複数の検出領域のうち前記第１検出領域と異なる第２検出領域に移動する際には、
前記第１検出領域で前記基準マーク部材のマークを検出した検出結果と、前記第２検出領域で前記基準マーク部材のマークを検出した検出結果と、前記位置計測装置からの位置情報とを用いて、前記基板を移動する請求項１４記載のマーク検出装置。
【請求項１６】
前記複数の検出領域として、３個以上の検出領域を備える請求項１０から１５のいずれか一項記載のマーク検出装置。
【請求項１７】
請求項１０から１６のいずれか一項に記載のマーク検出装置と、
物体を保持して移動するステージとを備え、
前記ステージを介して前記物体を移動しつつ、前記マーク検出装置を用いて前記物体上のマークを検出して前記物体の位置を制御して、
位置を制御された前記物体上にデバイスパターンを形成する露光装置。
【請求項１】
位置が互いに異なる複数の検出領域を備えたマーク検出装置で物体上のマークを検出するマーク検出方法であって、
前記複数の検出領域のうちの第１検出領域で検出した所定マークを、前記所定マークを備えた第１物体の位置情報を位置計測装置で計測しつつ、前記複数の検出領域のうち前記第１検出領域と異なる第２検出領域に移動し、前記第２検出領域で前記所定マークを検出し、
前記第１検出領域で前記所定マークを検出した検出結果と、前記第２検出領域で前記所定マークを検出した検出結果と、前記位置計測装置からの位置情報とを用いて、前記第１検出領域と前記第２検出領域との相対位置情報を求め、
複数のマークが形成された第２物体の前記複数のマークを前記第１検出領域と前記第２検出領域とで実質的に同時に検出し、前記相対位置情報を用いて、前記第１検出領域で検出されたマークと前記第２検出領域で検出されたマークとの相対位置情報を求めるマーク検出方法。
【請求項２】
前記所定マークを備えた前記第１物体は、基板ステージ装置に設置された基準マーク部材である請求項１記載のマーク検出方法。
【請求項３】
前記第１検出領域と前記第２検出領域とを相対的に変位させた後に、
前記基準マーク部材の前記所定マークを前記第１検出領域で検出し、前記第１検出領域で検出した前記所定マークを備えた前記基準マーク部材の位置情報を前記位置計測装置で計測しつつ、前記第２検出領域に移動し、前記第２検出領域で前記所定マークを検出する請求項２記載のマーク検出方法。
【請求項４】
前記所定マークを備えた前記第１物体は、パターンが形成される基板である請求項１記載のマーク検出方法。
【請求項５】
前記マーク検出系は、前記複数の検出領域それぞれに対応する光学系を備え、
前記第１検出領域と前記第２検出領域との相対位置情報は、前記第１検出領域に対応する光学系と前記第２検出領域に対応する光学系との収差に起因する誤差情報を含む請求項４記載のマーク検出方法。
【請求項６】
前記パターンが形成される前記基板のマークを検出する前に、基板ステージ装置に設置された基準マーク部材のマークを前記第１検出領域で検出し、前記基準マーク部材の位置情報を前記位置計測装置で計測しつつ、前記第２検出領域に移動し、前記第２検出領域で前記基準マーク部材のマークを検出し、
前記第１検出領域で検出した前記基板上のマークを、前記基板の位置情報を位置計測装置で計測しつつ、前記複数の検出領域のうち前記第１検出領域と異なる第２検出領域に移動する際には、
前記第１検出領域で前記基準マーク部材のマークを検出した検出結果と、前記第２検出領域で前記基準マーク部材のマークを検出した検出結果と、前記位置計測装置からの位置情報とを用いて、前記基板を移動する請求項５記載のマーク検出方法。
【請求項７】
前記複数の検出領域として、３個以上の検出領域を備える請求項１から６のいずれか一項記載のマーク検出方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載のマーク検出方法を用いて、物体上のマークを検出して該物体の位置を制御することと、
位置を制御された前記物体上にパターンを露光することを含む露光方法。
【請求項９】
請求項８に記載の露光方法を用いて、物体上にパターンを露光することと、
該物体を現像することとを含むデバイス製造方法。
【請求項１０】
位置が互いに異なる複数の検出領域を備えたマーク検出装置で物体上のマークを検出するマーク検出装置であって、
所定マークを備えた第１物体と、
前記所定マークを備えた前記第１物体の位置情報を計測する位置計測装置と、
制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記複数の検出領域のうちの第１検出領域で検出した前記所定マークを、前記所定マークを備えた前記第１物体の位置情報を前記位置計測装置で計測しつつ、前記複数の検出領域のうち前記第１検出領域と異なる第２検出領域に移動し、前記第２検出領域で前記所定マークを検出し、
前記第１検出領域で前記所定マークを検出した検出結果と、前記第２検出領域で前記所定マークを検出した検出結果と、前記位置計測装置からの位置情報とを用いて、前記第１検出領域と前記第２検出領域との相対位置情報を求め、
複数のマークが形成された第２物体の前記複数のマークを前記第１検出領域と前記第２検出領域とで実質的に同時に検出し、前記相対位置情報を用いて、前記第１検出領域で検出されたマークと前記第２検出領域で検出されたマークとの相対位置情報を求めるマーク検出装置。
【請求項１１】
前記所定マークを備えた前記第１物体は、基板ステージ装置に設置された基準マーク部材である請求項１０記載のマーク検出装置。
【請求項１２】
前記制御装置は、
前記第１検出領域と前記第２検出領域とを相対的に変位させた後に、
前記基準マーク部材の前記所定マークを前記第１検出領域で検出し、前記第１検出領域で検出した前記所定マークを備えた前記基準マーク部材の位置情報を前記位置計測装置で計測しつつ、前記第２検出領域に移動し、前記第２検出領域で前記所定マークを検出する請求項１１記載のマーク検出装置。
【請求項１３】
前記第１物体は、パターンが形成される基板である請求項１０記載のマーク検出装置。
【請求項１４】
前記マーク検出系は、前記複数の検出領域それぞれに対応する光学系を備え、
前記第１検出領域と前記第２検出領域との相対位置情報は、前記第１検出領域に対応する光学系と前記第２検出領域に対応する光学系との収差に起因する誤差情報を含む請求項１３記載のマーク検出装置。
【請求項１５】
前記制御装置は、
前記パターンが形成される基板のマークを検出する前に、基板ステージ装置に設置された基準マーク部材のマークを前記第１検出領域で検出し、前記基準マーク部材の位置情報を前記位置計測装置で計測しつつ、前記第２検出領域に移動し、前記第２検出領域で前記基準マーク部材のマークを検出し、
前記第１検出領域で検出した前記基板上のマークを、前記基板の位置情報を位置計測装置で計測しつつ、前記複数の検出領域のうち前記第１検出領域と異なる第２検出領域に移動する際には、
前記第１検出領域で前記基準マーク部材のマークを検出した検出結果と、前記第２検出領域で前記基準マーク部材のマークを検出した検出結果と、前記位置計測装置からの位置情報とを用いて、前記基板を移動する請求項１４記載のマーク検出装置。
【請求項１６】
前記複数の検出領域として、３個以上の検出領域を備える請求項１０から１５のいずれか一項記載のマーク検出装置。
【請求項１７】
請求項１０から１６のいずれか一項に記載のマーク検出装置と、
物体を保持して移動するステージとを備え、
前記ステージを介して前記物体を移動しつつ、前記マーク検出装置を用いて前記物体上のマークを検出して前記物体の位置を制御して、
位置を制御された前記物体上にデバイスパターンを形成する露光装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２００９−５４７３２（Ｐ２００９−５４７３２Ａ）
【公開日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２１９１０７（Ｐ２００７−２１９１０７）
【出願日】平成１９年８月２４日（２００７．８．２４）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月２４日（２００７．８．２４）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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