【課題】複数のＺヘッドを切り換えながら、移動体の高さと傾斜を継続的に計測することにより、移動体を高精度で駆動する。
【解決手段】制御装置は、テーブルＷＴＢの±Ｘ端部に設置された反射面３９Ｙ₁，３９Ｙ₂上に位置する２つのＺヘッドＺｓＲ，ＺｓＬを用いて、テーブルＷＴＢの高さと傾斜を計測する。テーブルＷＴＢのＸＹ位置に従って、使用するＺヘッドをＺｓＲ，ＺｓＬからＺｓＲ’，ＺｓＬ（あるいはＺｓＲ，ＺｓＬ’）に切り換える。制御装置は、切り換えの際、座標つなぎ法を適用して、新たに使用するＺヘッドＺｓＲ’（あるいはＺｓＬ’）の初期値を設定する。これにより、テーブルのＸＹ位置に応じて使用するＺヘッドが逐次切り換えられるにもかかわらず、切り換えの前後でテーブルの高さと傾斜の計測結果が保存され、テーブルを高精度で駆動することが可能になる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体駆動方法及び移動体駆動システム、パターン形成方法及び装置、露光方法及び装置、並びにデバイス製造方法に係り、さらに詳しくは、実質的に二次元平面に沿って移動体を駆動する移動体駆動方法及び移動体駆動システム、前記移動体駆動方法を利用したパターン形成方法及び前記移動体駆動システムを備えるパターン形成装置、前記移動体駆動方法を利用した露光方法及び前記移動体駆動システムを備える露光装置、並びに前記パターン形成方法を利用したデバイス製造方法に関する。
【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）、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置（いわゆるスキャニング・ステッパ（スキャナとも呼ばれる））などが、主として用いられている。
【０００３】
しかるに、被露光基板としてのウエハの表面は、例えばウエハのうねり等によって必ずしも平坦ではない。このため、特にスキャナなどの走査型露光装置では、ウエハ上のあるショット領域にレチクルパターンを走査露光方式で転写する際に、露光領域内に設定された複数の検出点におけるウエハ表面の投影光学系の光軸方向に関する位置情報（面位置情報）を、例えば多点焦点位置検出系（以下、「多点ＡＦ系」とも呼ぶ）などを用いて検出し、その検出結果に基づいて、露光領域内でウエハ表面が常時投影光学系の像面に合致する（像面の焦点深度の範囲内となる）ように、ウエハを保持するテーブル又はステージの光軸方向の位置及び傾きを制御する、いわゆるフォーカス・レベリング制御が行われている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
また、ステッパ、又はスキャナなどでは、集積回路の微細化に伴い使用される露光光の波長は年々短波長化し、また、投影光学系の開口数も次第に増大（大ＮＡ化）しており、これによって解像力の向上が図られている。この一方、露光光の短波長化及び投影光学系の大ＮＡ化によって、焦点深度が非常に狭くなってきたため、露光動作時のフォーカスマージンが不足するおそれが生じていた。そこで、実質的に露光波長を短くして、かつ空気中に比べて焦点深度を実質的に大きく（広く）する方法として、液浸法を利用した露光装置が、最近注目されるようになってきた（例えば特許文献２参照）。
【０００５】
しかしながら、この液浸法を利用した露光装置、あるいはその他の、投影光学系の下端面とウエハとの間の距離（ワーキングディスタンス）が狭い露光装置では、上述した多点ＡＦ系を投影光学系の近傍に配置することは困難である。この一方、露光装置には、高精度な露光を実現するために高精度なウエハの面位置制御を実現することが要請される。
【０００６】
また、ステッパ、又はスキャナ等では、被露光基板（例えばウエハ）を保持するステージ（テーブル）の位置計測は、高分解能なレーザ干渉計を用いて行われるのが、一般的である。しかるに、ステージの位置を計測するレーザ干渉のビームの光路長は数百ｍｍ程度以上もあり、また、半導体素子の高集積化に伴う、パターンの微細化により、より高精度なステージの位置制御が要求されるようになってきた。このため、今や、レーザ干渉計のビーム光路上の雰囲気の温度揺らぎ（空気揺らぎ）に起因する計測値の短期的な変動が無視できなくなりつつある。
【０００７】
そこで、テーブルの面位置情報を複数の検出位置（検出点）で検出する検出装置を用いて、露光中のウエハのフォーカス・レベリング制御を含む、テーブルの光軸方向及び光軸に直交する面に対する傾斜方向の位置制御を、干渉計とは別に、あるいは干渉計とともに行なうことが考えられる。しかし、かかる場合には、そのテーブルの少なくとも露光時の移動範囲の全域に渡ってテーブルの光軸方向の位置、傾斜を計測可能し、かつ移動中のテーブルの急激な位置及び姿勢の変化を防止するため、例えば隣接する検出位置での検出値同士の引継ぎを円滑に行なわなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−２８３４０３号公報
【特許文献２】国際公開第２００４／０５３９５５号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様によれば、実質的に二次元平面に沿って移動体を駆動する移動体駆動方法であって、前記移動体の前記二次元平面に垂直な方向での位置変化に応じて、計測対象物との光学的な位置関係を維持するように移動する移動部材を含む第１センサと、前記移動部材の基準点からの変位を検出する第２センサとを含むセンサヘッドがそれぞれ配置された複数の検出位置を有し、前記複数のセンサヘッドを用いて、前記各検出位置で、前記二次元平面に実質的に平行な前記移動体の一面の、前記二次元平面に平行な基準面を基準とする前記二次元平面と垂直な方向の位置情報を検出する検出装置を用いて、前記移動体の前記二次元平面と垂直な方向の位置及び前記二次元平面に対する傾斜を計測する第１工程と、前記移動体の前記二次元平面に垂直な方向の位置及び前記二次元平面に対する傾斜が切り換えの前後で連続になるように、前記移動体の位置及び姿勢の制御に用いるセンサヘッド組を、該センサヘッド組とは少なくとも１つが異なるセンサヘッドを含む別のセンサヘッド組に切り換える第２工程と、を含み、前記第２工程は、前記別のセンサヘッド組に含まれる前記異なるセンサヘッドについて、前記第２センサの計測値が、前記移動体の位置及び姿勢に基づいて求められる予測値と一致するように、前記移動部材が駆動される第１状態で待機させることを含む復帰処理を行うことで、前記別のセンサヘッド組に切り換える第１の移動体駆動方法が提供される。
【００１０】
これによれば、検出装置を用いて、移動体の二次元平面と垂直な方向の位置及び二次元平面に対する傾斜が計測される。また、動体の二次元平面に垂直な方向の位置及び二次元平面に対する傾斜が切り換えの前後で連続になるように、移動体の位置及び姿勢の制御に用いるセンサヘッド組が、センサヘッド組とは少なくとも１つが異なるセンサヘッドを含む別のセンサヘッド組に切り換えられる。この切換えにおいて、その異なるセンサヘッドについて、第２センサの計測値が、移動体の位置及び姿勢に基づいて求められる予測値と一致するように、移動部材が駆動される第１状態で待機させることを含む復帰処理が行われる。これにより、移動体のＸＹ位置に応じて使用するセンサヘッドが逐次切り換えられるにもかかわらず、切り換えの前後で移動体の二次元平面と垂直な方向の位置及び二次元平面に対する傾斜が保存され、移動体を高精度で駆動することが可能となる。
【００１１】
本発明の第２の態様によれば、移動面に沿って移動可能な移動体上に物体を載置する工程と、前記物体に対してパターンを形成するため、本発明の移動体駆動方法により前記移動体を駆動する工程と、を含むパターン形成方法が提供される。
【００１２】
これによれば、本発明の移動体駆動方法を用いて精度良く駆動される移動体上に載置された物体にパターンを形成することで、物体上に精度良くパターンを形成することが可能になる。
【００１３】
本発明の第３の態様によれば、パターン形成工程を含むデバイス製造方法であって、前記パターン形成工程では、本発明のパターン形成方法を用いて物体上にパターンを形成するデバイス製造方法が提供される。
【００１４】
本発明の第４の態様によれば、エネルギビームの照射によって物体にパターンを形成する露光方法であって、前記エネルギビームと前記物体との相対移動のために、本発明の移動体駆動方法を用いて、前記物体を載置する移動体を駆動する露光方法が提供される。
【００１５】
これによれば、物体に照射されるエネルギビームと前記物体との相対移動のために、本発明の移動体駆動方法を用いて、前記物体を載置する移動体が精度良く駆動される。従って、走査露光により、物体上に精度良くパターンを形成することが可能になる。
【００１６】
本発明の第５の態様によれば、実質的に二次元平面に沿って移動体を駆動する移動体駆動システムであって、前記移動体の前記二次元平面に垂直な方向での位置変化に応じて、計測対象物との光学的な位置関係を維持するように移動する移動部材を含む第１センサと、前記移動部材の基準点からの変位を検出する第２センサとを含むセンサヘッドがそれぞれ配置された複数の検出位置を有し、前記複数のセンサヘッドを用いて、前記各検出位置で、前記二次元平面に実質的に平行な前記移動体の一面の、前記二次元平面に平行な基準面を基準とする前記二次元平面と垂直な方向の位置情報を検出する検出装置と、前記移動体の移動中には、前記検出装置の複数のセンサヘッドの出力に基づいて、前記移動体の前記二次元平面と垂直な方向の位置及び前記二次元平面に対する傾斜を計測するとともに、前記移動体の前記二次元平面に垂直な方向の位置及び前記二次元平面に対する傾斜が切り換えの前後で連続になるように、前記移動体の位置及び姿勢制御に用いるセンサヘッド組を、前記センサヘッド組とは少なくとも１つが異なるセンサヘッドを含む別のセンサヘッド組に切り換える制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記別のセンサヘッド組に含まれる前記異なるセンサヘッドについて、前記第２センサの計測値が、前記移動体の位置及び姿勢に基づいて求められる予測値と一致するように、前記移動部材が駆動される第１状態で待機させることを含む復帰処理を行うことで、前記別のセンサヘッド組に切り換える移動体駆動システムが提供される。
【００１７】
これによれば、制御装置により、検出装置を用いて、移動体の二次元平面と垂直な方向の位置及び二次元平面に対する傾斜が計測される。また、制御装置により、移動体の二次元平面に垂直な方向の位置及び二次元平面に対する傾斜が切り換えの前後で連続になるように、移動体の位置及び姿勢の制御に用いるセンサヘッド組が、センサヘッド組とは少なくとも１つが異なるセンサヘッドを含む別のセンサヘッド組に切り換えられる。この切換えにおいて、その異なるセンサヘッドについて、第２センサの計測値が、移動体の位置及び姿勢に基づいて求められる予測値と一致するように、移動部材が駆動される第１状態で待機させることを含む復帰処理が行われる。これにより、移動体のＸＹ位置に応じて使用するセンサヘッドが逐次切り換えられるにもかかわらず、切り換えの前後で移動体の二次元平面と垂直な方向の位置及び二次元平面に対する傾斜が保存され、移動体を高精度で駆動することが可能となる。
【００１８】
本発明の第６の態様によれば、物体に対するパターン形成のため、物体が載置される移動体を駆動する本発明の移動体駆動システムと、前記物体上にパターンを生成するパターン生成システムと、を備えるパターン形成装置が提供される。
【００１９】
これによれば、本発明の移動体駆動システムにより精度良く駆動される移動体上の物体にパターニング装置によりパターンを生成することで、物体上に精度良くパターンを形成することが可能になる。
【００２０】
本発明の第７の態様によれば、エネルギビームの照射によって物体にパターンを形成する露光装置であって、前記物体に前記エネルギビームを照射するパターニング装置と、本発明の移動体駆動システムと、を備え、前記エネルギビームと前記物体との相対移動のために、前記移動体駆動システムによる前記物体を載置する移動体の駆動を行う露光装置が提供される。
【００２１】
これによれば、パターニング装置から物体に照射されるエネルギビームと前記物体との相対移動のために、本発明の移動体駆動システムかにより前記物体を載置する移動体が精度良く駆動される。従って、走査露光により、物体上に精度良くパターンを形成することが可能になる。
【００２２】
本発明の第８の態様によれば、実質的に二次元平面に沿って移動体を駆動する移動体駆動方法であって、前記移動体の動作領域内に配置された複数のセンサのうちの第１センサで前記二次元平面と垂直な方向の前記移動体の位置を検出し、前記移動体の前記垂直な方向での位置及び前記二次元平面に対する傾きの少なくとも一方を制御するとともに、前記移動体の前記二次元平面での移動に応じて、前記複数のセンサのうち、前記第１センサとは異なる第２センサによる検出結果を用いた制御を開始する際に、前記第１センサでの検出結果から求められる前記移動体の前記二次元平面に対する傾き情報を用いて、前記第２センサによる検出結果を補正するための補正情報を求めることを第２の移動体駆動方法が提供される。
【００２３】
本発明の第９の態様によれば、少なくとも二次元平面内で移動体を駆動する移動体駆動方法であって、前記二次元平面と垂直な方向に関する前記移動体の位置情報を、前記二次元平面内の異なる位置に検出点を有する複数のセンサの少なくとも１つで検出し、前記移動体の移動に伴い、前記１つのセンサと異なるセンサとで前記移動体の位置情報を検出するにあたって、前記１つのセンサの検出情報と前記二次元平面に対する前記移動体の傾斜情報とを用いる第３の移動体駆動方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】一実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図１のステージ装置を示す平面図である。
【図３】図１の露光装置が備える各種計測装置（エンコーダ、アライメント系、多点ＡＦ系、Ｚヘッドなど）の配置を示す平面図である。
【図４】図４（Ａ）はウエハステージＷＳＴを示す平面図、図４（Ｂ）はウエハステージＷＳＴを示す一部断面した概略側面図である。
【図５】図５（Ａ）は計測ステージＭＳＴを示す平面図、図５（Ｂ）は計測ステージＭＳＴを示す一部断面した概略側面図である。
【図６】一実施形態に係る露光装置の制御系の構成を概略的に示すブロック図である。
【図７】Ｚヘッドの構成の一例を概略的に示す図である。
【図８】図８（Ａ）は、フォーカスセンサの構成の一例を示す図、図８（Ｂ）及び図８（Ｃ）は、図８（Ａ）の円筒レンズの形状及び機能を説明するための図である。
【図９】図９（Ａ）は、四分割受光素子の検出領域の分割の様子を示す図、図９（Ｂ）、図９（Ｃ）及び図９（Ｄ）は、それぞれ、前ピン状態、理想フォーカス状態、及び後ピン状態での、反射ビームＬＢ₂の検出面上での断面形状を示す図である。
【図１０】図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）は、一実施形態に係る露光装置で行われるフォーカスマッピングについて説明するための図である。
【図１１】図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は、一実施形態に係る露光装置で行われるフォーカスキャリブレーションについて説明するための図である。
【図１２】図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）は、一実施形態に係る露光装置で行われるＡＦセンサ間オフセット補正について説明するための図である。
【図１３】ウエハステージ上のウエハに対するステップ・アンド・スキャン方式の露光が行われている状態のウエハステージ及び計測ステージの状態を示す図である。
【図１４】ウエハのアンローディング時（計測ステージがSec-BCHK（インターバル）を行う位置に到達したとき）における両ステージの状態を示す図である。
【図１５】ウエハのローディング時における両ステージの状態を示す図である。
【図１６】干渉計によるステージサーボ制御からエンコーダによるステージサーボ制御への切り換え時（ウエハステージがPri-BCHKの前半の処理を行う位置へ移動したとき）における、両ステージの状態を示す図である。
【図１７】アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２₂，ＡＬ２₃を用いて、３つのファーストアライメントショット領域に付設されたアライメントマークを同時検出しているときのウエハステージと計測ステージとの状態を示す図である。
【図１８】フォーカスキャリブレーション前半の処理が行われているときのウエハステージと計測ステージとの状態を示す図である。
【図１９】アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２₁〜ＡＬ２₄を用いて、５つのセカンドアライメントショット領域に付設されたアライメントマークを同時検出しているときのウエハステージと計測ステージとの状態を示す図である。
【図２０】Pri-BCHK後半の処理及びフォーカスキャリブレーション後半の処理の少なくとも一方が行われているときのウエハステージと計測ステージとの状態を示す図である。
【図２１】アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２₁〜ＡＬ２₄を用いて、５つのサードアライメントショット領域に付設されたアライメントマークを同時検出しているときのウエハステージと計測ステージとの状態を示す図である。
【図２２】アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２₂，ＡＬ２₃を用いて、３つのフォースアライメントショット領域に付設されたアライメントマークを同時検出しているときのウエハステージと計測ステージとの状態を示す図である。
【図２３】フォーカスマッピングが終了したときのウエハステージと計測ステージとの状態を示す図である。
【図２４】図２４（Ａ）及び図２４（Ｂ）は、Ｚヘッドの計測結果を用いた、ウエハステージＷＳＴのＺ位置と傾斜量の算出方法について説明するための図である。
【図２５】図２５（Ａ）及び図２５（Ｂ）は、ウエハステージの移動に伴って、Ｙスケールに対向するＺヘッドが切り換えられる様子を示す図である。
【図２６】図２６（Ａ）〜図２６（Ｅ）は、Ｚヘッドの切り換え手順を説明するための図である。
【図２７】図２７（Ａ）〜図２７（Ｃ）は、スケールサーボとフォーカスサーボの２状態を利用した、Ｚヘッドの復帰手順を説明するための図である。
【図２８】図２８（Ａ）及び図２８（Ｂ）は、ウエハテーブルの位置制御に用いられるＺヘッドの切り換え処理を説明するための図である。
【図２９】ウエハステージＷＳＴの位置制御、Ｚヘッドの計測値の取り込み、及びＺヘッド切り換えのタイミングを概念的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図２９に基づいて説明する。
【００２６】
図１には、一実施形態の露光装置１００の構成が概略的に示されている。露光装置１００は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置、すなわちいわゆるスキャナである。後述するように本実施形態では、投影光学系ＰＬが設けられており、以下においては、この投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行な方向をＺ軸方向、これに直交する面内でレチクルとウエハとが相対走査される方向をＹ軸方向、Ｚ軸及びＹ軸に直交する方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸回りの回転（傾斜）方向をそれぞれθｘ、θｙ、及びθｚ方向として説明を行う。
【００２７】
露光装置１００は、照明系１０、該照明系１０からの露光用照明光（以下、照明光、又は露光光と呼ぶ）ＩＬにより照明されるレチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲから射出された照明光ＩＬをウエハＷ上に投射する投影光学系ＰＬを含む投影ユニットＰＵ、ウエハステージＷＳＴ及び計測ステージＭＳＴを有するステージ装置５０、及びこれらの制御系等を備えている。ウエハステージＷＳＴ上には、ウエハＷが載置されている。
【００２８】
照明系１０は、例えば特開２００１−３１３２５０号公報（対応する米国特許出願公開第２００３／００２５８９０号明細書）などに開示されるように、光源と、オプティカルインテグレータ等を含む照度均一化光学系、レチクルブラインド等（いずれも不図示）を有する照明光学系とを含む。この照明系１０は、レチクルブラインド（マスキングシステム）で規定されたレチクルＲ上のスリット状の照明領域ＩＡＲを照明光（露光光）ＩＬによりほぼ均一な照度で照明する。ここで、照明光ＩＬとしては、一例としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）が用いられている。また、オプティカルインテグレータとしては、例えばフライアイレンズ、ロッドインテグレータ（内面反射型インテグレータ）あるいは回折光学素子などを用いることができる。
【００２９】
レチクルステージＲＳＴ上には、回路パターンなどがそのパターン面（図１における下面）に形成されたレチクルＲが、例えば真空吸着により固定されている。レチクルステージＲＳＴは、例えばリニアモータ等を含むレチクルステージ駆動系１１（図１では不図示、図６参照）によって、ＸＹ平面内で微少駆動可能であるとともに、走査方向（図１における紙面内左右方向であるＹ軸方向）に指定された走査速度で駆動可能となっている。
【００３０】
レチクルステージＲＳＴのＸＹ平面（移動面）内の位置情報（θｚ方向の位置（回転）情報を含む）は、レチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）１１６によって、移動鏡１５（実際には、Ｙ軸方向に直交する反射面を有するＹ移動鏡（あるいは、レトロリフレクタ）とＸ軸方向に直交する反射面を有するＸ移動鏡とが設けられている）を介して、例えば０．２５ｎｍ程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計１１６の計測値は、主制御装置２０（図１では不図示、図６参照）に送られる。主制御装置２０は、レチクル干渉計１１６の計測値に基づいてレチクルステージＲＳＴのＸ軸方向、Ｙ軸方向及びθｚ方向の位置を算出するとともに、この算出結果に基づいてレチクルステージ駆動系１１を制御することで、レチクルステージＲＳＴの位置（及び速度）を制御する。なお、移動鏡１５に代えて、レチクルステージＲＳＴの端面を鏡面加工して反射面（移動鏡１５の反射面に相当）を形成することとしても良い。また、レチクル干渉計１１６はＺ軸、θｘ及びθｙ方向の少なくとも１つに関するレチクルステージＲＳＴの位置情報も計測可能として良い。
【００３１】
投影ユニットＰＵは、レチクルステージＲＳＴの図１における下方に配置されている。投影ユニットＰＵは、鏡筒４０と、鏡筒４０内に所定の位置関係で保持された複数の光学素子を有する投影光学系ＰＬとを含む。投影光学系ＰＬとしては、例えばＺ軸方向と平行な光軸ＡＸに沿って配列される複数のレンズ（レンズエレメント）から成る屈折光学系が用いられている。投影光学系ＰＬは、例えば両側テレセントリックで所定の投影倍率（例えば１／４倍、１／５倍又は１／８倍など）を有する。このため、照明系１０からの照明光ＩＬによって照明領域ＩＡＲが照明されると、投影光学系ＰＬの第１面（物体面）とパターン面がほぼ一致して配置されるレチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬ（投影ユニットＰＵ）を介してその照明領域ＩＡＲ内のレチクルＲの回路パターンの縮小像（回路パターンの一部の縮小像）が、その第２面（像面）側に配置される、表面にレジスト（感光剤）が塗布されたウエハＷ上の前記照明領域ＩＡＲに共役な領域（以下、露光領域とも呼ぶ）ＩＡに形成される。そして、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとの同期駆動によって、照明領域ＩＡＲ（照明光ＩＬ）に対してレチクルを走査方向（Ｙ軸方向）に相対移動させるとともに、露光領域ＩＡ（照明光ＩＬ）に対してウエハＷを走査方向（Ｙ軸方向）に相対移動させることで、ウエハＷ上の１つのショット領域（区画領域）の走査露光が行われ、そのショット領域にレチクルのパターンが転写される。即ち、本実施形態では照明系１０、レチクル及び投影光学系ＰＬによってウエハＷ上にパターンが生成され、照明光ＩＬによるウエハＷ上の感応層（レジスト層）の露光によってウエハＷ上にそのパターンが形成される。
【００３２】
なお、不図示ではあるが、投影ユニットＰＵは、防振機構を介して３本の支柱で支持される鏡筒定盤に搭載されている。ただし、これに限らず、例えば国際公開第２００６／０３８９５２号に開示されているように、投影ユニットＰＵの上方に配置される不図示のメインフレーム部材、あるいはレチクルステージＲＳＴが配置されるベース部材などに対して投影ユニットＰＵを吊り下げ支持しても良い。
【００３３】
なお、本実施形態の露光装置１００では、液浸法を適用した露光が行われるため、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡが実質的に増大することに伴いレチクル側の開口が大きくなる。そこで、ペッツヴァルの条件を満足させ、かつ投影光学系の大型化を避けるために、ミラーとレンズとを含んで構成される反射屈折系（カタディ・オプトリック系）を投影光学系として採用しても良い。また、ウエハＷには感応層（レジスト層）だけでなく、例えばウエハ又は感光層を保護する保護膜（トップコート膜）などを形成しても良い。
【００３４】
また、本実施形態の露光装置１００では、液浸法を適用した露光を行うため、投影光学系ＰＬを構成する最も像面側（ウエハＷ側）の光学素子、ここではレンズ（以下、「先端レンズ」ともいう）１９１を保持する鏡筒４０の下端部周囲を取り囲むように、局所液浸装置８の一部を構成するノズルユニット３２が設けられている。本実施形態では、ノズルユニット３２は、図１に示されるように、その下端面が先端レンズ１９１の下端面とほぼ面一に設定されている。また、ノズルユニット３２は、液体Ｌｑの供給口及び回収口と、ウエハＷが対向して配置され、かつ回収口が設けられる下面と、液体供給管３１Ａ及び液体回収管３１Ｂとそれぞれ接続される供給流路及び回収流路とを備えている。液体供給管３１Ａと液体回収管３１Ｂとは、図３に示されるように、平面視（上方から見て）でＸ軸方向及びＹ軸方向に対して約４５度傾斜し、投影ユニットＰＵの中心（投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ、本実施形態では前述の露光領域ＩＡの中心とも一致）を通りかつＹ軸と平行な直線（基準軸）ＬＶに関して対称な配置となっている。
【００３５】
液体供給管３１Ａには、その一端が液体供給装置５（図１では不図示、図６参照）に接続された不図示の供給管の他端が接続されており、液体回収管３１Ｂには、その一端が液体回収装置６（図１では不図示、図６参照）に接続された不図示の回収管の他端が接続されている。
【００３６】
液体供給装置５は、液体を供給するためのタンク、加圧ポンプ、温度制御装置、並びに液体供給管３１Ａに対する液体の供給・停止を制御するためのバルブ等を含んでいる。バルブとしては、例えば液体の供給・停止のみならず、流量の調整も可能となるように、流量制御弁を用いることが望ましい。前記温度制御装置は、タンク内の液体の温度を、例えば露光装置が収納されているチャンバ（不図示）内の温度と同程度の温度に調整する。なお、タンク、加圧ポンプ、温度制御装置、バルブなどは、そのすべてを露光装置１００で備えている必要はなく、少なくとも一部を露光装置１００が設置される工場などの設備で代替することもできる。
【００３７】
液体回収装置６は、液体を回収するためのタンク及び吸引ポンプ、並びに液体回収管３１Ｂを介した液体の回収・停止を制御するためのバルブ等を含んでいる。バルブとしては、液体供給装置５のバルブと同様に流量制御弁を用いることが望ましい。なお、タンク、吸引ポンプ、バルブなどは、そのすべてを露光装置１００で備えている必要はなく、少なくとも一部を露光装置１００が設置される工場などの設備で代替することもできる。
【００３８】
本実施形態では、上記の液体として、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍの光）が透過する純水（以下、特に必要な場合を除いて、単に「水」と記述する）を用いるものとする。純水は、半導体製造工場等で容易に大量に入手できると共に、ウエハ上のフォトレジスト及び光学レンズ等に対する悪影響がないという利点がある。
【００３９】
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。
【００４０】
液体供給装置５及び液体回収装置６は、それぞれコントローラを具備しており、それぞれのコントローラは、主制御装置２０によって制御される（図６参照）。液体供給装置５のコントローラは、主制御装置２０からの指示に応じ、液体供給管３１Ａに接続されたバルブを所定開度で開き、液体供給管３１Ａ、供給流路、及び供給口を介して先端レンズ１９１とウエハＷとの間に液体（水）を供給する。また、このとき、液体回収装置６のコントローラは、主制御装置２０からの指示に応じ、液体回収管３１Ｂに接続されたバルブを所定開度で開き、回収口、回収流路、及び液体回収管３１Ｂを介して、先端レンズ１９１とウエハＷとの間から液体回収装置６（液体のタンク）の内部に液体（水）を回収する。このとき、主制御装置２０は、先端レンズ１９１とウエハＷとの間に供給される水の量と、回収される水の量とが常に等しくなるように、液体供給装置５のコントローラ、液体回収装置６のコントローラに対して指令を与える。従って、先端レンズ１９１とウエハＷとの間に、一定量の液体（水）Ｌｑ（図１参照）が保持される。この場合、先端レンズ１９１とウエハＷとの間に保持された液体（水）Ｌｑは、常に入れ替わっている。
【００４１】
上記の説明から明らかなように、本実施形態では、ノズルユニット３２、液体供給装置５、液体回収装置６、液体供給管３１Ａ及び液体回収管３１Ｂ等を含み、局所液浸装置８が構成されている。なお、局所液浸装置８の一部、例えば少なくともノズルユニット３２は、投影ユニットＰＵを保持するメインフレーム（前述の鏡筒定盤を含む）に吊り下げ支持されても良いし、メインフレームとは別のフレーム部材に設けても良い。あるいは、前述の如く投影ユニットＰＵが吊り下げ支持される場合は、投影ユニットＰＵと一体にノズルユニット３２を吊り下げ支持しても良いが、本実施形態では投影ユニットＰＵとは独立に吊り下げ支持される計測フレームにノズルユニット３２を設けている。この場合、投影ユニットＰＵを吊り下げ支持していなくても良い。
【００４２】
なお、投影ユニットＰＵ下方に計測ステージＭＳＴが位置する場合にも、上記と同様に後述する計測テーブルと先端レンズ１９１との間に水を満たすことが可能である。
【００４３】
なお、上記の説明では、一例として液体供給管（ノズル）と液体回収管（ノズル）とがそれぞれ１つずつ設けられているものとしたが、これに限らず、周囲の部材との関係を考慮しても配置が可能であれば、例えば、国際公開第９９／４９５０４号に開示されるように、ノズルを多数有する構成を採用することとしても良い。要は、投影光学系ＰＬを構成する最下端の光学部材（先端レンズ）１９１とウエハＷとの間に液体を供給することができるのであれば、その構成はいかなるものであっても良い。例えば、国際公開第２００４／０５３９５５号に開示されている液浸機構、あるいは欧州特許出願公開第１４２０２９８号公報に開示されている液浸機構なども本実施形態の露光装置に適用することができる。
【００４４】
図１に戻り、ステージ装置５０は、ベース盤１２の上方に配置されたウエハステージＷＳＴ及び計測ステージＭＳＴ、これらのステージＷＳＴ，ＭＳＴの位置情報を計測する計測システム２００（図６参照）、及びステージＷＳＴ，ＭＳＴを駆動するステージ駆動系１２４（図６参照）などを備えている。計測システム２００は、図６に示されるように、干渉計システム１１８、エンコーダシステム１５０及び面位置計測システム１８０などを含む。なお、干渉計システム１１８及びエンコーダシステム１５０等の構成等については、後に詳述する。
【００４５】
図１に戻り、ウエハステージＷＳＴ，計測ステージＭＳＴそれぞれの底面には、不図示の非接触軸受、例えば真空予圧型空気静圧軸受（以下、「エアパッド」と呼ぶ）が複数ヶ所に設けられており、これらのエアパッドからベース盤１２の上面に向けて噴出された加圧空気の静圧により、ベース盤１２の上方にウエハステージＷＳＴ，計測ステージＭＳＴが数μｍ程度のクリアランスを介して非接触で支持されている。また、ステージＷＳＴ，ＭＳＴは、リニアモータ等を含むステージ駆動系１２４（図６参照）によって、独立してＸＹ平面内で駆動可能である。
【００４６】
ウエハステージＷＳＴは、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とを含む。このウエハテーブルＷＴＢ及びステージ本体９１は、リニアモータ及びＺ・レベリング機構（例えばボイスコイルモータなどを含む）を含む駆動系によって、ベース盤１２に対し、６自由度方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ、θｘ，θｙ，θｚ）に駆動可能に構成されている。
【００４７】
ウエハテーブルＷＴＢ上には、ウエハＷを真空吸着等によって保持するウエハホルダ（不図示）が設けられている。ウエハホルダはウエハテーブルＷＴＢと一体に形成しても良いが、本実施形態ではウエハホルダとウエハテーブルＷＴＢとを別々に構成し、例えば真空吸着などによってウエハホルダをウエハテーブルＷＴＢの凹部内に固定している。また、ウエハテーブルＷＴＢの上面には、ウエハホルダ上に載置されるウエハＷの表面とほぼ面一となる、液体Ｌｑに対して撥液化処理された表面（撥液面）を有し、かつ外形（輪郭）が矩形でその中央部にウエハホルダ（ウエハの載置領域）よりも一回り大きな円形の開口が形成されたプレート（撥液板）２８が設けられている。プレート２８は、低熱膨張率の材料、例えばガラス又はセラミックス（例えばショット社のゼロデュア（商品名）、Ａｌ_２Ｏ_３あるいはＴｉＣなど）から成り、その表面には、例えばフッ素樹脂材料、ポリ四フッ化エチレン（テフロン（登録商標））等のフッ素系樹脂材料、アクリル系樹脂材料あるいはシリコン系樹脂材料などにより撥液膜が形成される。さらにプレート２８は、図４（Ａ）のウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）の平面図に示されるように、円形の開口を囲む、外形（輪郭）が矩形の第１撥液領域２８ａと、第１撥液領域２８ａの周囲に配置される矩形枠状（環状）の第２撥液領域２８ｂとを有する。第１撥液領域２８ａは、例えば露光動作時、ウエハの表面からはみ出す液浸領域１４（例えば図１３参照）の少なくとも一部が形成され、第２撥液領域２８ｂは、後述のエンコーダシステムのためのスケールが形成される。なお、プレート２８はその表面の少なくとも一部がウエハの表面と同一面となっていなくても良い、すなわち異なる高さであっても良い。また、プレート２８は単一のプレートでも良いが、本実施形態では複数のプレート、例えば第１及び第２撥液領域２８ａ、２８ｂにそれぞれ対応する第１及び第２撥液板を組み合わせて構成する。本実施形態では、前述の如く液体Ｌｑとして水を用いるので、以下では第１及び第２撥液領域２８ａ、２８ｂをそれぞれ第１及び第２撥水板２８ａ、２８ｂとも呼ぶ。
【００４８】
この場合、内側の第１撥水板２８ａには、露光光ＩＬが照射されるのに対し、外側の第２撥水板２８ｂには、露光光ＩＬが殆ど照射されない。このことを考慮して、本実施形態では、第１撥水板２８ａの表面には、露光光ＩＬ（この場合、真空紫外域の光）に対する耐性が十分にある撥水コートが施された第１撥水領域が形成され、第２撥水板２８ｂには、その表面に第１撥水領域に比べて露光光ＩＬに対する耐性が劣る撥水コートが施された第２撥水領域が形成されている。一般にガラス板には、露光光ＩＬ（この場合、真空紫外域の光）に対する耐性が十分にある撥水コートを施し難いので、このように第１撥水板２８ａとその周囲の第２撥水板２８ｂとの２部分に分離することは効果的である。なお、これに限らず、同一のプレートの上面に露光光ＩＬに対する耐性が異なる２種類の撥水コートを施して、第１撥水領域、第２撥水領域を形成しても良い。また、第１及び第２撥水領域で撥水コートの種類が同一でも良い。例えば、同一のプレートに１つの撥水領域を形成するだけでも良い。
【００４９】
また、図４（Ａ）から明らかなように、第１撥水板２８ａの＋Ｙ側の端部には、そのＸ軸方向の中央部に長方形の切り欠きが形成され、この切り欠きと第２撥水板２８ｂとで囲まれる長方形の空間の内部（切り欠きの内部）に計測プレート３０が埋め込まれている。この計測プレート３０の長手方向の中央（ウエハテーブルＷＴＢのセンターラインＬＬ上）には、基準マークＦＭが形成されるとともに、基準マークＦＭのＸ軸方向の一側と他側に、基準マークの中心に関して対称な配置で一対の空間像計測スリットパターン（スリット状の計測用パターン）ＳＬが形成されている。各空間像計測スリットパターンＳＬとしては、一例として、Ｙ軸方向とＸ軸方向とに沿った辺を有するＬ字状のスリットパターン、あるいはＸ軸及びＹ軸方向にそれぞれ延びる２つの直線状のスリットパターンなどを用いることができる。
【００５０】
そして、上記各空間像計測スリットパターンＳＬ下方のウエハステージＷＳＴの内部には、図４（Ｂ）に示されるように、対物レンズ、ミラー、リレーレンズなどを含む光学系が収納されたＬ字状の筐体３６が、ウエハテーブルＷＴＢからステージ本体９１の内部の一部を貫通する状態で、一部埋め込み状態で取り付けられている。筐体３６は、図示は省略されているが、上記一対の空間像計測スリットパターンＳＬに対応して一対設けられている。
【００５１】
上記筐体３６内部の光学系は、空間像計測スリットパターンＳＬを透過した照明光ＩＬを、Ｌ字状の経路に沿って導き、−Ｙ方向に向けて射出する。なお、以下においては、便宜上、上記筐体３６内部の光学系を筐体３６と同一の符号を用いて送光系３６と記述する。
【００５２】
さらに、第２撥水板２８ｂの上面には、その４辺のそれぞれに沿って所定ピッチで多数の格子線が直接形成されている。これをさらに詳述すると、第２撥水板２８ｂのＸ軸方向一側と他側（図４（Ａ）における左右両側）の領域には、Ｙスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂がそれぞれ形成され、Ｙスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂はそれぞれ、例えばＸ軸方向を長手方向とする格子線３８が所定ピッチでＹ軸に平行な方向（Ｙ軸方向）に沿って形成される、Ｙ軸方向を周期方向とする反射型の格子（例えば回折格子）によって構成されている。
【００５３】
同様に、第２撥水板２８ｂのＹ軸方向一側と他側（図４（Ａ）における上下両側）の領域には、Ｙスケール３９Ｙ₁及び３９Ｙ₂に挟まれた状態でＸスケール３９Ｘ₁，３９Ｘ₂がそれぞれ形成され、Ｘスケール３９Ｘ₁，３９Ｘ₂はそれぞれ、例えばＹ軸方向を長手方向とする格子線３７が所定ピッチでＸ軸に平行な方向（Ｘ軸方向）に沿って形成される、Ｘ軸方向を周期方向とする反射型の格子（例えば回折格子）によって構成されている。上記各スケールとしては、第２撥水板２８ｂの表面に例えばホログラム等により反射型の回折格子が作成されたものが用いられている。この場合、各スケールには狭いスリット又は溝等から成る格子が目盛りとして所定間隔（ピッチ）で刻まれている。各スケールに用いられる回折格子の種類は限定されるものではなく、機械的に溝等が形成されたもののみならず、例えば、感光性樹脂に干渉縞を焼き付けて作成したものであっても良い。但し、各スケールは、例えば薄板状のガラスに上記回折格子の目盛りを、例えば１３８ｎｍ〜４μｍの間のピッチ、例えば１μｍピッチで刻んで作成されている。これらスケールは前述の撥液膜（撥水膜）で覆われている。なお、図４（Ａ）では、図示の便宜上から、格子のピッチは、実際のピッチに比べて格段に広く図示されている。その他の図においても同様である。
【００５４】
このように、本実施形態では、第２撥水板２８ｂそのものがスケールを構成するので、第２撥水板２８ｂとして低熱膨張率のガラス板を用いることとしたものである。しかし、これに限らず、格子が形成された低熱膨張率のガラス板などから成るスケール部材を、局所的な伸縮が生じないように、例えば板ばね（又は真空吸着）等によりウエハテーブルＷＴＢの上面に固定しても良く、この場合には、全面に同一の撥水コートが施された撥水板をプレート２８に代えて用いても良い。あるいは、ウエハテーブルＷＴＢを低熱膨張率の材料で形成することも可能であり、かかる場合には、一対のＹスケールと一対のＸスケールとは、そのウエハテーブルＷＴＢの上面に直接形成しても良い。
【００５５】
なお、回折格子を保護するために、撥水性（撥液性）を備えた低熱膨張率のガラス板でカバーすることも有効である。ここで、ガラス板としては、厚さがウエハと同程度、例えば厚さ１ｍｍのものを用いることができ、そのガラス板の表面がウエハ面と同じ高さ（面一）になるよう、ウエハテーブルＷＴＢ上面に設置される。
【００５６】
なお、各スケールの端付近には、後述するエンコーダヘッドとスケール間の相対位置を決めるための、位置出しパターンがそれぞれ設けられている。この位置出しパターンは例えば反射率の異なる格子線から構成され、この位置出しパターン上をエンコーダヘッドが走査すると、エンコーダの出力信号の強度が変化する。そこで、予め閾値を定めておき、出力信号の強度がその閾値を超える位置を検出する。この検出された位置を基準に、エンコーダヘッドとスケール間の相対位置を設定する。
【００５７】
また、ウエハテーブルＷＴＢの−Ｙ端面，−Ｘ端面には、それぞれ鏡面加工が施され、図２に示されるように、後述する干渉計システム１１８のための、反射面１７ａ，１７ｂが形成されている。
【００５８】
計測ステージＭＳＴは、不図示のリニアモータ等によってＸＹ平面内で駆動されるステージ本体９２と、ステージ本体９２上に搭載された計測テーブルＭＴＢとを含んでいる。計測ステージＭＳＴは、不図示の駆動系によりベース盤１２に対し、少なくとも３自由度方向（Ｘ，Ｙ，θｚ）に駆動可能に構成されている。
【００５９】
なお、図６では、ウエハステージＷＳＴの駆動系と計測ステージＭＳＴの駆動系とを含んで、ステージ駆動系１２４として示されている。
【００６０】
計測テーブルＭＴＢ（及びステージ本体９２）には、各種計測用部材が設けられている。この計測用部材としては、例えば、図２及び図５（Ａ）に示されるように、投影光学系ＰＬの像面上で照明光ＩＬを受光するピンホール状の受光部を有する照度むらセンサ９４、投影光学系ＰＬにより投影されるパターンの空間像（投影像）を計測する空間像計測器９６、及び例えば国際公開第２００３／０６５４２８号などに開示されているシャック−ハルトマン（Shack-Hartman）方式の波面収差計測器９８などが採用されている。波面収差計測器９８としては、例えば国際公開第９９／６０３６１号（対応欧州特許第１,０７９,２２３号）に開示されるものも用いることができる。
【００６１】
照度むらセンサ９４としては、例えば特開昭５７−１１７２３８号公報（対応する米国特許第４，４６５，３６８号明細書）などに開示されるものと同様の構成のものを用いることができる。また、空間像計測器９６としては、例えば特開２００２−１４００５号公報（対応する米国特許出願公開第２００２／００４１３７７号明細書）などに開示されるものと同様の構成のものを用いることができる。なお、本実施形態では３つの計測用部材（９４、９６、９８）を計測ステージＭＳＴに設けるものとしたが、計測用部材の種類、及び／又は数などはこれに限られない。計測用部材として、例えば投影光学系ＰＬの透過率を計測する透過率計測器、及び／又は、前述の局所液浸装置８、例えばノズルユニット３２（あるいは先端レンズ１９１）などを観察する計測器などを用いても良い。さらに、計測用部材と異なる部材、例えばノズルユニット３２、先端レンズ１９１などを清掃する清掃部材などを計測ステージＭＳＴに搭載しても良い。
【００６２】
本実施形態では、図５（Ａ）からもわかるように、使用頻度の高いセンサ類、照度むらセンサ９４及び空間像計測器９６などは、計測ステージＭＳＴのセンターラインＣＬ（中心を通るＹ軸）上に配置されている。このため、本実施形態では、これらのセンサ類を用いた計測を、計測ステージＭＳＴをＸ軸方向に移動させることなく、Ｙ軸方向にのみ移動させて行うことができる。
【００６３】
上記各センサに加え、例えば特開平１１−１６８１６号公報（対応する米国特許出願公開第２００２／００６１４６９号明細書）などに開示される、投影光学系ＰＬの像面上で照明光ＩＬを受光する所定面積の受光部を有する照度モニタを採用しても良く、この照度モニタもセンターライン上に配置することが望ましい。
【００６４】
なお、本実施形態では、投影光学系ＰＬと液体（水）Ｌｑとを介して露光光（照明光）ＩＬによりウエハＷを露光する液浸露光が行われるのに対応して、照明光ＩＬを用いる計測に使用される上記の照度むらセンサ９４（及び照度モニタ）、空間像計測器９６、並びに波面収差計測器９８では、投影光学系ＰＬ及び水を介して照明光ＩＬを受光することとなる。また、各センサは、例えば光学系などの一部だけが計測テーブルＭＴＢ（及びステージ本体９２）に搭載されていても良いし、センサ全体を計測テーブルＭＴＢ（及びステージ本体９２）に配置するようにしても良い。
【００６５】
また、計測テーブルＭＴＢの＋Ｙ端面、−Ｘ端面には、前述したウエハテーブルＷＴＢと同様の反射面１９ａ、１９ｂが形成されている（図２及び図５（Ａ）参照）。
【００６６】
計測ステージＭＳＴのステージ本体９２には、図５（Ｂ）に示されるように、その−Ｙ側の端面に、枠状の取付部材４２が固定されている。また、ステージ本体９２の−Ｙ側の端面には、取付部材４２の開口内部のＸ軸方向の中心位置近傍に、前述した一対の送光系３６に対向し得る配置で、一対の受光系４４が固定されている。各受光系４４は、リレーレンズなどの光学系と、受光素子、例えばフォトマルチプライヤチューブなどと、これらを収納する筐体とによって構成されている。図４（Ｂ）及び図５（Ｂ）、並びにこれまでの説明からわかるように、本実施形態では、ウエハステージＷＳＴと計測ステージＭＳＴとが、Ｙ軸方向に関して所定距離以内に近接した状態（接触状態を含む）では、計測プレート３０の各空間像計測スリットパターンＳＬを透過した照明光ＩＬが前述の各送光系３６で案内され、各受光系４４の受光素子で受光される。すなわち、計測プレート３０、送光系３６及び受光系４４によって、前述した特開２００２−１４００５号公報（対応する米国特許出願公開第２００２／００４１３７７号明細書）などに開示されるものと同様の、空間像計測装置４５（図６参照）が構成される。
【００６７】
取付部材４２の上には、断面矩形の棒状部材から成るフィデューシャルバー（以下、「ＦＤバー」と略述する）４６がＸ軸方向に延設されている。このＦＤバー４６は、フルキネマティックマウント構造によって、計測ステージＭＳＴ上にキネマティックに支持されている。
【００６８】
ＦＤバー４６は、原器（計測基準）となるため、低熱膨張率の光学ガラスセラミックス、例えば、ショット社のゼロデュア（商品名）などがその素材として採用されている。ＦＤバー４６の上面（表面）は、いわゆる基準平面板と同程度にその平坦度が高く設定されている。また、ＦＤバー４６の長手方向の一側と他側の端部近傍には、図５（Ａ）に示されるように、Ｙ軸方向を周期方向とする基準格子（例えば回折格子）５２がそれぞれ形成されている。この一対の基準格子５２は、所定距離Ｌを隔ててＦＤバー４６のＸ軸方向の中心、すなわち前述のセンターラインＣＬに関して対称な配置で形成されている。
【００６９】
また、ＦＤバー４６の上面には、図５（Ａ）に示されるような配置で複数の基準マークＭが形成されている。この複数の基準マークＭは、同一ピッチでＹ軸方向に関して３行の配列で形成され、各行の配列がＸ軸方向に関して互いに所定距離だけずれて形成されている。各基準マークＭとしては、後述するプライマリアライメント系、セカンダリアライメント系によって検出可能な寸法の２次元マークが用いられている。基準マークＭはその形状（構成）が前述の基準マークＦＭと異なっても良いが、本実施形態では基準マークＭと基準マークＦＭとは同一の構成であり、かつウエハＷのアライメントマークとも同一の構成となっている。なお、本実施形態ではＦＤバー４６の表面、及び計測テーブルＭＴＢ（前述の計測用部材を含んでも良い）の表面もそれぞれ撥液膜（撥水膜）で覆われている。
【００７０】
本実施形態の露光装置１００では、図１では図面の錯綜を避ける観点から図示が省略されているが、実際には、図３に示されるように、前述の基準軸ＬＶ上で、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸから−Ｙ側に所定距離隔てた位置に検出中心を有するプライマリアライメント系ＡＬ１が配置されている。このプライマリアライメント系ＡＬ１は、支持部材５４を介して不図示のメインフレームの下面に固定されている。プライマリアライメント系ＡＬ１を挟んで、Ｘ軸方向の一側と他側には、直線ＬＶに関してほぼ対称に検出中心が配置されるセカンダリアライメント系ＡＬ２₁，ＡＬ２₂と、ＡＬ２₃，ＡＬ２₄とがそれぞれ設けられている。すなわち、５つのアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２₁〜ＡＬ２₄はその検出中心がＸ軸方向に関して異なる位置に配置されている、すなわちＸ軸方向に沿って配置されている。
【００７１】
各セカンダリアライメント系ＡＬ２_n（ｎ＝１〜４）は、セカンダリアライメント系ＡＬ２₄について代表的に示されるように、回転中心Ｏを中心として図３における時計回り及び反時計回りに所定角度範囲で回動可能なアーム５６_n（ｎ＝１〜４）の先端（回動端）に固定されている。本実施形態では、各セカンダリアライメント系ＡＬ２_nはその一部（例えば、アライメント光を検出領域に照射し、かつ検出領域内の対象マークから発生する光を受光素子に導く光学系を少なくとも含む）がアーム５６_nに固定され、残りの一部は投影ユニットＰＵを保持するメインフレームに設けられる。セカンダリアライメント系ＡＬ２₁，ＡＬ２₂，ＡＬ２₃，ＡＬ２₄はそれぞれ、回転中心Ｏを中心として回動することで、Ｘ位置が調整される。すなわち、セカンダリアライメント系ＡＬ２₁，ＡＬ２₂，ＡＬ２₃，ＡＬ２₄はその検出領域（又は検出中心）が独立にＸ軸方向に可動である。従って、プライマリアライメント系ＡＬ１及びセカンダリアライメント系ＡＬ２₁，ＡＬ２₂，ＡＬ２₃，ＡＬ２₄はＸ軸方向に関してその検出領域の相対位置が調整可能となっている。なお、本実施形態では、アームの回動によりセカンダリアライメント系ＡＬ２₁，ＡＬ２₂，ＡＬ２₃，ＡＬ２₄のＸ位置が調整されるものとしたが、これに限らず、セカンダリアライメント系ＡＬ２₁，ＡＬ２₂，ＡＬ２₃，ＡＬ２₄をＸ軸方向に往復駆動する駆動機構を設けても良い。また、セカンダリアライメント系ＡＬ２₁，ＡＬ２₂，ＡＬ２₃，ＡＬ２₄の少なくとも１つをＸ軸方向だけでなくＹ軸方向にも可動として良い。なお、各セカンダリアライメント系ＡＬ２_nはその一部がアーム５６_nによって移動されるので、不図示のセンサ、例えば干渉計、あるいはエンコーダなどによって、アーム５６_nに固定されるその一部の位置情報が計測可能となっている。このセンサは、セカンダリアライメント系ＡＬ２_nのＸ軸方向の位置情報を計測するだけでも良いが、他の方向、例えばＹ軸方向、及び／又は回転方向（θｘ及びθｙ方向の少なくとも一方を含む）の位置情報も計測可能としても良い。
【００７２】
各アーム５６_nの上面には、差動排気型のエアベアリングから成るバキュームパッド５８_n（ｎ＝１〜４、図３では不図示、図６参照）が設けられている。また、アーム５６_nは、例えばモータ等を含む回転駆動機構６０_n（ｎ＝１〜４、図３では不図示、図６参照）によって、主制御装置２０の指示に応じて回動可能である。主制御装置２０は、アーム５６_nの回転調整後に、各バキュームパッド５８_nを作動させて各アーム５６_nを不図示のメインフレームに吸着固定する。これにより、各アーム５６_nの回転角度調整後の状態、すなわち、プライマリアライメント系ＡＬ１及び４つのセカンダリアライメント系ＡＬ２₁〜ＡＬ２₄の所望の位置関係が維持される。
【００７３】
なお、メインフレームのアーム５６_nに対向する部分が磁性体であるならば、バキュームパッド５８に代えて電磁石を採用しても良い。
【００７４】
本実施形態では、プライマリアライメント系ＡＬ１及び４つのセカンダリアライメント系ＡＬ２₁〜ＡＬ２₄のそれぞれとして、例えばウエハ上のレジストを感光させないブロードバンドな検出光束を対象マークに照射し、その対象マークからの反射光により受光面に結像された対象マークの像と不図示の指標（各アライメント系内に設けられた指標板上の指標パターン）の像とを撮像素子（ＣＣＤ等）を用いて撮像し、それらの撮像信号を出力する画像処理方式のＦＩＡ（Field Image Alignment）系が用いられている。プライマリアライメント系ＡＬ１及び４つのセカンダリアライメント系ＡＬ２₁〜ＡＬ２₄のそれぞれからの撮像信号は、不図示のアライメント信号処理系を介して図６の主制御装置２０に供給されるようになっている。
【００７５】
なお、上記各アライメント系としては、ＦＩＡ系に限らず、例えばコヒーレントな検出光を対象マークに照射し、その対象マークから発生する散乱光又は回折光を検出する、あるいはその対象マークから発生する２つの回折光（例えば同次数の回折光、あるいは同方向に回折する回折光）を干渉させて検出するアライメントセンサを単独であるいは適宜組み合わせて用いることは勿論可能である。また、本実施形態では、５つのアライメント系ＡＬ１、ＡＬ２₁〜ＡＬ２₄は、支持部材５４又はアーム５６_nを介して投影ユニットＰＵを保持するメインフレームの下面に固定されるものとしたが、これに限らず、例えば前述した計測フレームに設けても良い。
【００７６】
次に、ウエハステージＷＳＴ及び計測ステージＭＳＴの位置情報を計測する干渉計システム１１８（図６参照）の構成等について説明する。
【００７７】
ここで、具体的な干渉計システムの構成の説明に先立って、干渉計の計測原理を簡単に説明する。干渉計は、計測対象物に設置された反射面に向けて、測長ビーム（測長光）を照射する。干渉計は、その反射光と参照光との合成光を受光し、反射光（測長光）と参照光とを、偏向方向を揃えて相互に干渉させた干渉光の強度を計測する。ここで、反射光と参照光の光路差ΔＬより、反射光と参照光との間の相対位相（位相差）がＫΔＬ変化する。それにより、干渉光の強度は１＋ａ・ｃｏｓ（ＫΔＬ）に比例して変化する。ただし、ホモダイン検波方式を採用したとして、測長光と参照光の波数は同じでＫとした。定数ａは測長光と参照光の強度比より決まる。ここで、参照光に対する反射面は、一般に、投影ユニットＰＵ側面（場合によっては干渉計ユニット内）に設けられる。この参照光の反射面が、測長の基準位置となる。従って、光路差ΔＬには、基準位置から反射面までの距離が反映される。そこで、反射面までの距離の変化に対する、干渉光の強度変化の回数（フリンジの数）を計測すれば、その計数値と計測単位の積より、計測対象物に設置された反射面の変位が算出される。ここで、計測単位は、シングルパス方式の干渉計の場合、測長光の波長の２分の１、ダブルパス方式の干渉計の場合、波長の４分の１である。
【００７８】
ところで、ヘテロダイン検波方式の干渉計を採用した場合、測長光の波数Ｋ_１と参照光の波数Ｋ_２はわずかに異なる。この場合、測長光と参照光の光路長をそれぞれＬ_１，Ｌ_２とすると、測長光と参照光の間の位相差はＫΔＬ＋ΔＫＬ_１と与えられ、干渉光の強度は１＋ａ・ｃｏｓ（ＫΔＬ＋ΔＫＬ_１）に比例して変化する。ただし、光路差ΔＬ＝Ｌ_１−Ｌ_２，ΔＫ＝Ｋ_１−Ｋ_２，Ｋ＝Ｋ_２とした。ここで、参照光の光路Ｌ_２が十分短く、近似ΔＬ≒Ｌ_１が成り立てば、干渉光の強度は１＋ａ・ｃｏｓ［（Ｋ＋ΔＫ）ΔＬ］に比例して変化する。これからわかるように、干渉光の強度は、光路差ΔＬが変化するとともに、参照光の波長２π／Ｋで周期振動するとともに、その周期振動の包絡線は長い周期２π／ΔＫで振動する（うなる）。従って、ヘテロダイン検波方式では、長い周期のうなりより、光路差ΔＬの変化方向、すなわち計測対象物の変位方向を知ることができる。
【００７９】
なお、干渉計の主要な誤差要因として、ビーム光路上の雰囲気の温度揺らぎ（空気揺らぎ）の効果がある。空気揺らぎによって、光の波長λがλ＋Δλに変化したとする。この波長の微小変化Δλによる位相差ＫΔＬの変化は、波数Ｋ＝２π／λなので、２πΔＬΔλ／λ^２と求められる。ここで、仮に、光の波長λ＝１μｍ、微小変化Δλ＝１ｎｍとすると、光路差ΔＬ＝１００ｍｍに対して、位相変化は２π×１００となる。この位相変化は、計測単位の１００倍の変位に対応する。この様に、光路長が長く設定される場合には、干渉計は、短時間に起こる空気揺らぎの影響が大きく、短期安定性に劣る。その様な場合には、後述するエンコーダ又はＺヘッドを有する面位置計測システムを使用するのが望ましい。
【００８０】
干渉計システム１１８は、図２に示されるように、ウエハステージＷＳＴの位置計測用のＹ干渉計１６、Ｘ干渉計１２６、１２７、１２８、及びＺ干渉計４３Ａ，４３Ｂ並びに計測ステージＭＳＴの位置計測用のＹ干渉計１８及びＸ干渉計１３０等を含む。Ｙ干渉計１６及びＸ干渉計１２６、１２７、１２８（図１では、Ｘ干渉計１２６〜１２８は不図示、図２参照）は、ウエハテーブルＷＴＢの反射面１７ａ，１７ｂにそれぞれ測長ビームを照射して、それぞれの反射光を受光することにより、各反射面の基準位置（例えば投影ユニットＰＵ側面に固定ミラーを配置し、そこを基準面とする）からの変位、すなわちウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置情報を計測し、この計測した位置情報を主制御装置２０に供給する。本実施形態では、後述するように、上記各干渉計としては、一部を除いて、測長軸を複数有する多軸干渉計が用いられている。
【００８１】
一方、ステージ本体９１の−Ｙ側の側面には、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示されるように、Ｘ軸方向を長手方向とする移動鏡４１が、不図示のキネマティック支持機構を介して取り付けられている。移動鏡４１は、直方体部材と、該直方体の一面（−Ｙ側の面）に固着された一対の三角柱状部材とを一体化したような部材から成る。移動鏡４１は、図２からわかるように、Ｘ軸方向の長さがウエハテーブルＷＴＢの反射面１７ａよりも、少なくとも後述する２つのＺ干渉計の間隔分、長く設計されている。
【００８２】
移動鏡４１の−Ｙ側の面には鏡面加工が施され、図４（Ｂ）に示されるように、３つの反射面４１ｂ、４１ａ、４１ｃが形成されている。反射面４１ａは、移動鏡４１の−Ｙ側の端面の一部を構成し、ＸＺ平面と平行に且つＸ軸方向に延びている。反射面４１ｂは、反射面４１ａの＋Ｚ側に隣接する面を構成し、反射面４１ａに対して鈍角を成し、Ｘ軸方向に延びている。反射面４１ｃは、反射面４１ａの−Ｚ側に隣接する面を構成し、反射面４１ａを挟んで反射面４１ｂと対称に設けられている。
【００８３】
移動鏡４１に対向して、該移動鏡４１に測長ビームを照射する、干渉計システム１１８（図６参照）の一部を構成する一対のＺ干渉計４３Ａ，４３Ｂが設けられている（図１及び図２参照）。
【００８４】
Ｚ干渉計４３Ａ、４３Ｂは、図１及び図２を総合するとわかるように、Ｙ干渉計１６のＸ軸方向の一側と他側にほぼ同一距離離れて、且つＹ干渉計１６より幾分低い位置にそれぞれ配置されている。
【００８５】
Ｚ干渉計４３Ａ、４３Ｂそれぞれから、図１に示されるように、Ｙ軸方向に沿う測長ビームＢ１が反射面４１ｂに向けて照射されるとともに、Ｙ軸方向に沿う測長ビームＢ２が反射面４１ｃ（図４（Ｂ）参照）に向けて照射されるようになっている。本実施形態では、反射面４１ｂ及び反射面４１ｃで順次反射された測長ビームＢ１と直交する反射面を有する固定鏡４７Ｂ、及び反射面４１ｃ及び反射面４１ｂで順次反射された測長ビームＢ２と直交する反射面を有する固定鏡４７Ａが、移動鏡４１から−Ｙ方向に所定距離離れた位置に測長ビームＢ１，Ｂ２に干渉しない状態で、それぞれＸ軸方向に延設されている。
【００８６】
固定鏡４７Ａ、４７Ｂは、例えば投影ユニットＰＵを支持するフレーム（不図示）に設けられた同一の支持体（不図示）に支持されている。
【００８７】
Ｙ干渉計１６は、図２（及び図１３）に示されるように、前述の基準軸ＬＶから同一距離、−Ｘ側，＋Ｘ側に離れたＹ軸方向の測長軸に沿って測長ビームＢ４₁，Ｂ４₂をウエハテーブルＷＴＢの反射面１７ａに照射し、それぞれの反射光を受光することで、ウエハテーブルＷＴＢの測長ビームＢ４₁，Ｂ４₂の照射点におけるＹ軸方向の位置（Ｙ位置）を検出している。なお、図１では、測長ビームＢ４₁，Ｂ４₂が代表的に測長ビームＢ４として示されている。
【００８８】
また、Ｙ干渉計１６は、測長ビームＢ４₁，Ｂ４₂との間にＺ軸方向に所定間隔をあけてＹ軸方向の測長軸に沿って測長ビームＢ３を反射面４１ａに向けて照射し、反射面４１ａで反射した測長ビームＢ３を受光することにより、移動鏡４１の反射面４１ａ（すなわちウエハステージＷＳＴ）のＹ位置を検出している。
【００８９】
主制御装置２０は、Ｙ干渉計１６の測長ビームＢ４₁，Ｂ４₂に対応する測長軸の計測値の平均値に基づいて反射面１７a、すなわちウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）のＹ位置（より正しくは、Ｙ軸方向の変位ΔＹ）を算出する。また、主制御装置２０は、測長ビームＢ４₁，Ｂ４₂に対応する測長軸の計測値の差より、ウエハステージＷＳＴのＺ軸回りの回転方向（θｚ方向）の変位（ヨーイング量）Δθｚ^（Ｙ）を算出する。また、主制御装置２０は、反射面１７ａ及び反射面４１ａのＹ位置（Ｙ軸方向の変位ΔＹ）に基づいて、ウエハステージＷＳＴのθｘ方向の変位（ピッチング量）Δθｘを算出する。
【００９０】
また、Ｘ干渉計１２６は、図２及び図１３に示されるように、投影光学系ＰＬの光軸を通るＸ軸方向の直線（基準軸）ＬＨに関して同一距離離れた２軸の測長軸に沿って測長ビームＢ５₁，Ｂ５₂をウエハテーブルＷＴＢに照射する。主制御装置２０は、測長ビームＢ５₁，Ｂ５₂に対応する測長軸の計測値に基づいて、ウエハステージＷＳＴのＸ軸方向の位置（Ｘ位置、より正しくは、Ｘ軸方向の変位ΔＸ）を算出する。また、主制御装置２０は、測長ビームＢ５₁，Ｂ５₂に対応する測長軸の計測値の差より、ウエハステージＷＳＴのθｚ方向の変位（ヨーイング量）Δθｚ^（Ｘ）を算出する。なお、Ｘ干渉計１２６から得られるΔθｚ^（Ｘ）とＹ干渉計１６から得られるΔθｚ^（Ｙ）は互いに等しく、ウエハステージＷＳＴのθｚ方向への変位（ヨーイング量）Δθｚを代表する。
【００９１】
また、図１４及び図１５などに示されるように、Ｘ干渉計１２８から測長ビームＢ７が、ウエハテーブルＷＴＢ上のウエハのアンロードが行われるアンローディングポジションＵＰと、ウエハテーブルＷＴＢ上へのウエハのロードが行われるローディングポジションＬＰを結ぶＸ軸に平行な直線ＬＵＬに沿って、ウエハテーブルＷＴＢの反射面１７ｂに照射される。また、図１６及び図１７などに示されるように、Ｘ干渉計１２７から測長ビームＢ６が、プライマリアライメント系ＡＬ１の検出中心を通るＸ軸に平行な直線ＬＡに沿って、ウエハテーブルＷＴＢの反射面１７ｂに照射される。
【００９２】
主制御装置２０は、Ｘ干渉計１２７の測長ビームＢ６の計測値、及びＸ干渉計１２８の測長ビームＢ７の計測値からも、ウエハステージＷＳＴのＸ軸方向の変位ΔＸを求めることができる。ただし、３つのＸ干渉計１２６，１２７，１２８の配置がＹ軸方向に関して異なっている。そのため、Ｘ干渉計１２６は図１３に示される露光時に、Ｘ干渉計１２７は図１９などに示されるウエハアライメント時に、Ｘ干渉計１２８は図１５に示されるウエハのロード時及び図１４に示されるウエハのアンロード時に使用される。
【００９３】
前述のＺ干渉計４３Ａ、４３Ｂそれぞれからは、図１に示されるように、Ｙ軸に沿う測長ビームＢ１、Ｂ２が、移動鏡４１に向けて照射される。これらの測長ビームＢ１、Ｂ２は、移動鏡４１の反射面４１ｂ，４１ｃのそれぞれに所定の入射角（θ/２とする）で入射する。そして、測長ビームＢ１は、反射面４１ｂ，４１ｃで順次反射されて固定鏡４７Ｂの反射面に垂直に入射し、測長ビームＢ２は、反射面４１ｃ，４１ｂで順次反射されて固定鏡４７Ａ反射面に垂直に入射する。そして、固定鏡４７Ａ，４７Ｂの反射面で反射された測長ビームＢ２、Ｂ１は、再度反射面４１ｂ，４１ｃで順次反射され、あるいは再度反射面４１ｃ，４１ｂで順次反射されて（入射時の光路を逆向きに戻り）Ｚ干渉計４３Ａ、４３Ｂで受光される。
【００９４】
ここで、移動鏡４１（すなわちウエハステージＷＳＴ）のＺ軸方向への変位をΔＺｏ、Ｙ軸方向への変位をΔＹｏとすると、測長ビームＢ１，Ｂ２の光路長変化ΔＬ１，ΔＬ２は、それぞれ以下の式（１）、（２）で表される。
ΔＬ１＝ΔＹｏ×（１＋ｃｏｓθ）＋ΔＺｏ×ｓｉｎθ …（１）
ΔＬ２＝ΔＹｏ×（１＋ｃｏｓθ）−ΔＺｏ×ｓｉｎθ …（２）
【００９５】
従って、式（１）、（２）からΔＺｏ及びΔＹｏは次式（３）、（４）で求められる。
ΔＺｏ＝（ΔＬ１−ΔＬ２）／２ｓｉｎθ …（３）
ΔＹｏ＝（ΔＬ１＋ΔＬ２）／｛２（１＋ｃｏｓθ）｝ …（４）
【００９６】
上記の変位ΔＺｏ、ΔＹｏは、Ｚ干渉計４３Ａ、４３Ｂのそれぞれで求められる。そこで、Ｚ干渉計４３Ａで求められる変位をΔＺｏＲ、ΔＹｏＲとし、Ｚ干渉計４３Ｂで求められる変位をΔＺｏＬ、ΔＹｏＬとする。そして、Ｚ干渉計４３Ａ、４３Ｂそれぞれが照射する測長ビームＢ１、Ｂ２がＸ軸方向に離間する距離をＤとする（図２参照）。かかる前提との下で、移動鏡４１（すなわちウエハステージＷＳＴ）のθｚ方向への変位（ヨーイング量）Δθｚ、θｙ方向への変位（ローリング量）Δθｙは次式（５）、（６）で求められる。
Δθｚ＝ｔａｎ^−１｛（ΔＹｏＲ−ΔＹｏＬ）／Ｄ｝ …（５）
Δθｙ＝ｔａｎ^−１｛（ΔＺｏＬ−ΔＺｏＲ）／Ｄ｝ …（６）
【００９７】
従って、主制御装置２０は、上記式（３）〜式（６）を用いることで、Ｚ干渉計４３Ａ、４３Ｂの計測結果に基づいて、ウエハステージＷＳＴの４自由度の変位ΔＺｏ、ΔＹｏ、Δθｚ、Δθｙを算出することができる。
【００９８】
このように、主制御装置２０は、干渉計システム１１８の計測結果から、６自由度方向（Ｚ、Ｘ、Ｙ、θｚ、θｘ、θｙ方向）に関するウエハステージＷＳＴの変位を求めることができる。
【００９９】
なお、本実施形態では、ウエハステージＷＳＴとして６自由度で駆動動可能な単一のステージを採用するものとしたが、これに代えて、ＸＹ平面内で自在に移動可能なステージ本体９１と、該ステージ本体９１上に搭載され、ステージ本体９１に対して少なくともＺ軸方向、θｘ方向及びθｙ方向に相対的に微小駆動可能なウエハテーブルＷＴＢとを含んで構成しても良いし、あるいは、ウエハテーブルＷＴＢを、ステージ本体９１に対してＸ軸方向、Ｙ軸方向及びθｚ方向にも微動可能に構成したいわゆる粗微動構造のウエハステージＷＳＴを採用しても良い。ただし、この場合は、ウエハテーブルＷＴＢの６自由度方向の位置情報を干渉計システム１１８で計測可能な構成とする必要がある。計測ステージＭＳＴについても、同様に、ステージ本体９２と、ステージ本体９１上に搭載された３自由度、又は６自由度の計測テーブルＭＴＢとによって構成しても良い。また、反射面１７ａ，反射面１７ｂの代わりに、ウエハテーブルＷＴＢに平面ミラーから成る移動鏡を設けても良い。
【０１００】
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、後述するエンコーダシステムによって計測され、干渉計１６，１２６，１２７の計測値は、そのエンコーダシステムの計測値の長期的変動（例えばスケールの経時的な変形などによる）を補正（較正）する場合などに補助的に用いられる。
【０１０１】
なお、干渉計システム１１８はその少なくとも一部（例えば、光学系など）が、投影ユニットＰＵを保持するメインフレームに設けられる、あるいは前述の如く吊り下げ支持される投影ユニットＰＵと一体に設けられても良いが、本実施形態では前述した計測フレームに設けられるものとする。
【０１０２】
なお本実施形態では、投影ユニットＰＵに設けられる固定ミラーの反射面を基準面としてウエハステージＷＳＴの位置情報を計測するものとしたが、その基準面を配置する位置は投影ユニットＰＵに限られるものでないし、必ずしも固定ミラーを用いてウエハステージＷＳＴの位置情報を計測しなくても良い。
【０１０３】
また、本実施形態では、干渉計システム１１８によって計測されるウエハステージＷＳＴの位置情報が、後述の露光動作やアライメント動作などでは用いられず、主としてエンコーダシステムのキャリブレーション動作（すなわち、計測値の較正）などに用いられるものとしたが、干渉計システム１１８の計測情報（すなわち、５自由度の方向の位置情報の少なくとも１つ）を、例えば露光動作及び／又はアライメント動作などで用いても良い。また、干渉計システム１１８をエンコーダシステムのバックアップとして使用することも考えられ、これについては後に詳述する。本実施形態では、エンコーダシステムはウエハステージＷＳＴの３自由度の方向、すなわちＸ軸、Ｙ軸及びθｚ方向の位置情報を計測する。そこで、露光動作などにおいて、干渉計システム１１８の計測情報のうち、エンコーダシステムによるウエハステージＷＳＴの位置情報の計測方向（Ｘ軸、Ｙ軸及びθｚ方向）と異なる方向、例えばθｘ方向及び／又はθｙ方向に関する位置情報のみを用いても良いし、その異なる方向の位置情報に加えて、エンコーダシステムの計測方向と同じ方向（すなわち、Ｘ軸、Ｙ軸及びθｚ方向の少なくとも１つ）に関する位置情報を用いても良い。また、露光動作などにおいて干渉計システム１１８で計測されるウエハステージＷＳＴのＺ軸方向の位置情報を用いても良い。
【０１０４】
その他、干渉計システム１１８（図６参照）には、計測テーブルＭＴＢの２次元位置座標を計測するためのＹ干渉計１８、Ｘ干渉計１３０も含まれている。Ｙ干渉計１８、Ｘ干渉計１３０（図１では、Ｘ干渉計１３０は不図示、図２参照）は、計測テーブルＭＴＢの反射面１９ａ、１９ｂに、図２に示されるように、測長ビームを照射して、それぞれの反射光を受光することにより、各反射面の基準位置からの変位を計測する。主制御装置２０は、Ｙ干渉計１８、Ｘ干渉計１３０の計測値を受信し、計測ステージＭＳＴの位置情報（例えば、少なくともＸ軸及びＹ軸方向の位置情報とθｚ方向の回転情報とを含む）を算出する。
【０１０５】
なお、計測テーブルＭＴＢ用のＹ干渉計として、ウエハステージＷＳＴ用のＹ干渉計１６と同様の多軸干渉計を用いることとしても良い。また、計測テーブルＭＴＢのＸ干渉計として、ウエハステージＷＳＴ用のＸ干渉計１２６と同様の２軸干渉計を用いることとしても良い。また、計測ステージＭＳＴのＺ変位、Ｙ変位、ヨーイング量、及びローリング量を計測するために、ウエハステージＷＳＴ用のＺ干渉計４３Ａ，４３Ｂと同様の干渉計を導入することも可能である。
【０１０６】
次に、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置情報（θｚ方向の回転情報を含む）を計測するエンコーダシステム１５０（図６参照）の構成等について説明する。
【０１０７】
本実施形態の露光装置１００では、図３に示されるように、前述したノズルユニット３２の周囲を四方から囲む状態で、エンコーダシステム１５０の４つのヘッドユニット６２Ａ〜６２Ｄが配置されている。これらのヘッドユニット６２Ａ〜６２Ｄは、図３等では図面の錯綜を避ける観点から図示が省略されているが、実際には、支持部材を介して、前述した投影ユニットＰＵを保持するメインフレームに吊り下げ状態で固定されている。
【０１０８】
ヘッドユニット６２Ａ及び６２Ｃは、図３に示されるように、投影ユニットＰＵの＋Ｘ側、−Ｘ側に、Ｘ軸方向を長手方向として、配置されている。ヘッドユニット６２Ａ、６２Ｃは、Ｘ軸方向に関しての間隔ＷＤで配置された複数（ここでは５つ）のＹヘッド６５_j、６４_i（ｉ，ｊ＝１〜５）をそれぞれ備えている。より詳細には、ヘッドユニット６２Ａ及び６２Ｃは、それぞれ、投影ユニットＰＵの周辺を除いて、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを通りかつＸ軸と平行な直線（基準軸）ＬＨ上に間隔ＷＤで配置された複数（ここでは４つ）のＹヘッド（６４₁〜６４₄、又は６５₂〜６５₅）と、投影ユニットＰＵの周辺において、基準軸ＬＨから−Ｙ方向に所定距離離れた位置、すなわちノズルユニット３２の−Ｙ側の位置に配置された１つのＹヘッド（６４₅、又は６５₁）とを備えている。ヘッドユニット６２Ａ、６２Ｃは、後述する５つのＺヘッドをもそれぞれ備えている。以下では、必要に応じて、Ｙヘッド６５_j、６４_iを、それぞれ、Ｙヘッド６５、６４とも記述する。
【０１０９】
ヘッドユニット６２Ａは、前述のＹスケール３９Ｙ₁を用いて、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＹ軸方向の位置（Ｙ位置）を計測する多眼（ここでは、５眼）のＹリニアエンコーダ（以下、適宜「Ｙエンコーダ」又は「エンコーダ」と略述する）７０Ａ（図６参照）を構成する。同様に、ヘッドユニット６２Ｃは、前述のＹスケール３９Ｙ₂を用いて、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＹ位置を計測する多眼（ここでは、５眼）のＹエンコーダ７０Ｃ（図６参照）を構成する。ここで、ヘッドユニット６２Ａ及び６２Ｃがそれぞれ備える５つのＹヘッド（６４_i又は６５_j）（すなわち、計測ビーム）のＸ軸方向の間隔ＷＤは、Ｙスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂のＸ軸方向の幅（より正確には、格子線３８の長さ）より僅かに狭く設定されている。
【０１１０】
ヘッドユニット６２Ｂは、図３に示されるように、ノズルユニット３２（投影ユニットＰＵ）の＋Ｙ側に配置され、上記基準軸ＬＶ上にＹ軸方向に沿って間隔ＷＤで配置された複数、ここでは４個のＸヘッド６６₅〜６６₈を備えている。また、ヘッドユニット６２Ｄは、ノズルユニット３２（投影ユニットＰＵ）を介してヘッドユニット６２Ｂとは反対側のプライマリアライメント系ＡＬ１の−Ｙ側に配置され、上記基準軸ＬＶ上に間隔ＷＤで配置された複数、ここでは４個のＸヘッド６６₁〜６６₄を備えている。以下では、必要に応じて、Ｘヘッド６６₁〜６６₈を、Ｘヘッド６６とも記述する。
【０１１１】
ヘッドユニット６２Ｂは、前述のＸスケール３９Ｘ₁を用いて、ウエハステージＷＳＴのＸ軸方向の位置（Ｘ位置）を計測する、多眼（ここでは、４眼）のＸリニアエンコーダ（以下、適宜「Ｘエンコーダ」又は「エンコーダ」と略述する）７０Ｂ（図６参照）を構成する。また、ヘッドユニット６２Ｄは、前述のＸスケール３９Ｘ₂を用いて、ウエハステージＷＳＴのＸ位置を計測する多眼（ここでは、４眼）のＸエンコーダ７０Ｄ（図６参照）を構成する。
【０１１２】
ここでヘッドユニット６２Ｂ，６２Ｄがそれぞれ備える隣接するＸヘッド６６（計測ビーム）の間隔は、前述のＸスケール３９Ｘ₁，３９Ｘ₂のＹ軸方向の幅（より正確には、格子線３７の長さ）よりも狭く設定されている。またヘッドユニット６２Ｂの最も−Ｙ側のＸヘッド６６₅とヘッドユニット６２Ｄの最も＋Ｙ側のＸヘッド６６₄との間隔は、ウエハステージＷＳＴのＹ軸方向の移動により、その２つのＸヘッド間で切り換え（後述するつなぎ）が可能となるように、ウエハテーブルＷＴＢのＹ軸方向の幅よりも僅かに狭く設定されている。
【０１１３】
本実施形態では、さらに、ヘッドユニット６２Ａ、６２Ｃの−Ｙ側に所定距離隔てて、ヘッドユニット６２Ｆ、６２Ｅが、それぞれ設けられている。ヘッドユニット６２Ｅ及び６２Ｆは、図３等では図面の錯綜を避ける観点から図示が省略されているが、実際には、支持部材を介して、前述した投影ユニットＰＵを保持するメインフレームに吊り下げ状態で固定されている。なお、ヘッドユニット６２Ｅ、６２Ｆ及び前述のヘッドユニット６２Ａ〜６２Ｄは、例えば投影ユニットＰＵが吊り下げ支持される場合は投影ユニットＰＵと一体に吊り下げ支持しても良いし、あるいは前述した計測フレームに設けても良い。
【０１１４】
ヘッドユニット６２Ｅは、Ｘ軸方向の位置が異なる４つのＹヘッド６７₁〜６７₄を備えている。より詳細には、ヘッドユニット６２Ｅは、セカンダリアライメント系ＡＬ２₁の−Ｘ側に前述の基準軸ＬＡ上に前述の間隔ＷＤとほぼ同一間隔で配置された３つのＹヘッド６７₁〜６７₃と、最も内側（＋Ｘ側）のＹヘッド６７₃から＋Ｘ側に所定距離（ＷＤより幾分短い距離）離れ、かつ基準軸ＬＡから＋Ｙ側に所定距離離れたセカンダリアライメント系ＡＬ２₁の＋Ｙ側の位置に配置された１つのＹヘッド６７₄とを備えている。
【０１１５】
ヘッドユニット６２Ｆは、基準軸ＬＶに関して、ヘッドユニット６２Ｅと対称であり、上記４つのＹヘッド６７₁〜６７₄と基準軸ＬＶに関して対称に配置された４つのＹヘッド６８₁〜６８₄を備えている。以下では、必要に応じて、Ｙヘッド６７₁〜６７₄、６８₁〜６８₄を、それぞれ、Ｙヘッド６７、６８とも記述する。後述するアライメント動作の際などには、Ｙスケール３９Ｙ₂，３９Ｙ₁にＹヘッド６７，６８が少なくとも各１つそれぞれ対向し、このＹヘッド６７，６８（すなわち、これらＹヘッド６７，６８によって構成されるＹエンコーダ７０Ｃ、７０Ａ）によってウエハステージＷＳＴのＹ位置（及びθｚ回転）が計測される。
【０１１６】
また、本実施形態では、後述するセカンダリアライメント系のベースライン計測時（Sec‐BCHK（インターバル））などに、セカンダリアライメント系ＡＬ２₁、ＡＬ２₄にＸ軸方向で隣接するＹヘッド６７₃、６８₂が、ＦＤバー４６の一対の基準格子５２とそれぞれ対向し、その一対の基準格子５２と対向するＹヘッド６７₃，６８₂によって、ＦＤバー４６のＹ位置が、それぞれの基準格子５２の位置で計測される。以下では、一対の基準格子５２にそれぞれ対向するＹヘッド６７₃，６８₂によって構成されるエンコーダをＹリニアエンコーダ（適宜、「Ｙエンコーダ」又は「エンコーダ」とも略述する）７０Ｅ₂，７０Ｆ₂と呼ぶ。また、識別のため、上述したＹスケール３９Ｙ₂，３９Ｙ₁にそれぞれ対向するＹヘッド６７，６８によって構成されるＹエンコーダ７０Ｅ、７０Ｆを、Ｙエンコーダ７０Ｅ₁、７０Ｆ₁と呼ぶ。
【０１１７】
上述したリニアエンコーダ７０Ａ〜７０Ｆは、例えば０．１ｎｍ程度の分解能で、ウエハステージＷＳＴの位置座標を計測し、その計測値を主制御装置２０に供給する。主制御装置２０は、リニアエンコーダ７０Ａ〜７０Ｄのうちの３つ、又は７０Ｂ，７０Ｄ，７０Ｅ₁，７０Ｆ₁のうちの３つの計測値に基づいて、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置を制御するとともに、リニアエンコーダ７０Ｅ₂，７０Ｆ₂の計測値に基づいて、ＦＤバー４６のθｚ方向の回転を制御する。
【０１１８】
本実施形態の露光装置１００では、図３に示されるように、照射系９０ａ及び受光系９０ｂから成る、例えば特開平６−２８３４０３号公報（対応する米国特許第５，４４８，３３２号明細書）等に開示されるものと同様の構成の斜入射方式の多点焦点位置検出系（以下、「多点ＡＦ系」と略述する）が設けられている。本実施形態では、一例として、前述のヘッドユニット６２Ｅの−Ｘ端部の＋Ｙ側に照射系９０ａが配置され、これに対峙する状態で、前述のヘッドユニット６２Ｆの＋Ｘ端部の＋Ｙ側に受光系９０ｂが配置されている。
【０１１９】
この多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の複数の検出点は、被検面上でＸ軸方向に沿って所定間隔で配置される。本実施形態では、例えば１行Ｍ列（Ｍは検出点の総数）又は２行Ｎ列（Ｎは検出点の総数の１／２）のマトリックス状に配置される。図３中では、それぞれ検出ビームが照射される複数の検出点を、個別に図示せず、照射系９０ａ及び受光系９０ｂの間でＸ軸方向に延びる細長い検出領域（ビーム領域）ＡＦとして示している。この検出領域ＡＦは、Ｘ軸方向の長さがウエハＷの直径と同程度に設定されているので、ウエハＷをＹ軸方向に１回スキャンするだけで、ウエハＷのほぼ全面でＺ軸方向の位置情報（面位置情報）を計測できる。また、この検出領域ＡＦは、Ｙ軸方向に関して、液浸領域１４（露光領域ＩＡ）とアライメント系（ＡＬ１、ＡＬ２₁〜ＡＬ２₄）の検出領域との間に配置されているので、多点ＡＦ系とアライメント系とでその検出動作を並行して行うことが可能となっている。多点ＡＦ系は、投影ユニットＰＵを保持するメインフレームなどに設けても良いが、本実施形態では前述の計測フレームに設けるものとする。
【０１２０】
なお、複数の検出点は１行Ｍ列又は２行Ｎ列で配置されるものとしたが、行数及び／又は列数はこれに限られない。但し、行数が２以上である場合は、異なる行の間でも検出点のＸ軸方向の位置を異ならせることが好ましい。さらに、複数の検出点はＸ軸方向に沿って配置されるものとしたが、これに限らず、複数の検出点の全部又は一部をＹ軸方向に関して異なる位置に配置しても良い。例えば、Ｘ軸及びＹ軸の両方と交差する方向に沿って複数の検出点を配置しても良い。すなわち、複数の検出点は少なくともＸ軸方向に関して位置が異なっていれば良い。また、本実施形態では複数の検出点に検出ビームを照射するものとしたが、例えば検出領域ＡＦの全域に検出ビームを照射しても良い。さらに、検出領域ＡＦはＸ軸方向の長さがウエハＷの直径と同程度でなくても良い。
【０１２１】
多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の複数の検出点のうち両端に位置する検出点の近傍、すなわち検出領域ＡＦの両端部近傍に、基準軸ＬＶに関して対称な配置で、各一対のＺ位置計測用の面位置センサのヘッド（以下、「Ｚヘッド」と略述する）７２ａ，７２ｂ、及び７２ｃ，７２ｄが設けられている。これらのＺヘッド７２ａ〜７２ｄは、不図示のメインフレームの下面に固定されている。なお、Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄは前述した計測フレームなどに設けても良い。
【０１２２】
Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄとしては、ウエハテーブルＷＴＢに対し上方から光を照射し、その反射光を受光してその光の照射点におけるウエハテーブルＷＴＢ表面のＸＹ平面に直交するＺ軸方向の位置情報を計測するセンサヘッド、一例としてＣＤドライブ装置などで用いられる光ピックアップのような構成の光学式の変位センサのヘッド（ＣＤピックアップ方式のセンサヘッド）が用いられている。
【０１２３】
さらに、前述のヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃは、それぞれが備える５つのＹヘッド６５_j，６４_i（ｉ，ｊ＝１〜５）と同じＸ位置に、ただしＹ位置をずらして、それぞれ５つのＺヘッド７６_j，７４_i（ｉ，ｊ＝１〜５）を備えている。ここで、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃのそれぞれに属する外側の３つのＺヘッド７６₃〜７６₅，７４₁〜７４₃は、基準軸ＬＨから＋Ｙ方向に所定距離隔てて、基準軸ＬＨと平行に配置されている。また、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃのそれぞれに属する最も内側のＺヘッド７６₁，７４₅は、投影ユニットＰＵの＋Ｙ側に、また最も内側から２つめのＺヘッド７６₂，７４₄は、Ｙヘッド６５₂，６４₄それぞれの−Ｙ側に、配置されている。そして、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃのそれぞれに属する５つのＺヘッド７６_j，７４_i（ｉ，ｊ＝１〜５）は、互いに基準軸ＬＶに関して対称に配置されている。なお、各Ｚヘッド７６，７４としては、前述のＺヘッド７２ａ〜７２ｄと同様の光学式変位センサのヘッドが採用される。なお、Ｚヘッドの構成等については、後述する。
【０１２４】
ここで、Ｚヘッド７４₃は、前述したＺヘッド７２ａ，７２ｂと同一のＹ軸に平行な直線上にある。同様に、Ｚヘッド７６₃は、前述したＺヘッド７２ｃ，７２ｄと同一のＹ軸に平行な直線上にある。
【０１２５】
上述したＺヘッド７２ａ〜７２ｄ、Ｚヘッド７４₁〜７４₅、及びＺヘッド７６₁〜７６₅は、図６に示されるように、信号処理・選択装置１７０を介して主制御装置２０に接続されており、主制御装置２０は、信号処理・選択装置１７０を介してＺヘッド７２ａ〜７２ｄ、Ｚヘッド７４₁〜７４₅、及びＺヘッド７６₁〜７６₅の中から任意のＺヘッドを選択して作動状態とし、その作動状態としたＺヘッドで検出した面位置情報を信号処理・選択装置１７０を介して受け取る。本実施形態では、Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄ、Ｚヘッド７４₁〜７４₅、及びＺヘッド７６₁〜７６₅と、信号処理・選択装置１７０とを含んでウエハステージＷＳＴのＺ軸方向及びＸＹ平面に対する傾斜方向の位置情報を計測する面位置計測システム１８０（計測システム２００の一部）が構成されている。
【０１２６】
なお、図３では、計測ステージＭＳＴの図示が省略されるとともに、その計測ステージＭＳＴと先端レンズ１９１との間に保持される水Ｌｑで形成される液浸領域が符号１４で示されている。また、図３において、符号ＵＰは、ウエハテーブルＷＴＢ上のウエハのアンロードが行われるアンローディングポジションを示し、符号ＬＰはウエハテーブルＷＴＢ上へのウエハのロードが行われるローディングポジションを示す。本実施形態では、アンローディングポジションＵＰと、ローディングポジションＬＰとは、基準軸ＬＶに関して対称に設定されている。なお、アンローディングポジションＵＰとローディングポジションＬＰとを同一位置としても良い。
【０１２７】
図６には、露光装置１００の制御系の主要な構成が示されている。この制御系は、装置全体を統括的に制御するマイクロコンピュータ（又はワークステーション）から成る主制御装置２０を中心として構成されている。この主制御装置２０に接続された外部記憶装置であるメモリ３４には、干渉計システム１１８、エンコーダシステム１５０（エンコーダ７０Ａ〜７０Ｆ）、Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄ，７４₁〜７４₅，７６₁〜７６₅等、計測器系の補正情報が記憶されている。なお、図６においては、前述した照度むらセンサ９４、空間像計測器９６及び波面収差計測器９８などの計測ステージＭＳＴに設けられた各種センサが、纏めてセンサ群９９として示されている。
【０１２８】
次に、Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄ、７４₁〜７４₅、及び７６₁〜７６₅の構成等について、図７に示されるＺヘッド７２ａを代表的に採り上げて説明する。
【０１２９】
Ｚヘッド７２ａは、図７に示されるように、フォーカスセンサＦＳ、フォーカスセンサＦＳを収納したセンサ本体ＺＨ及びセンサ本体ＺＨをＺ軸方向に駆動する駆動部（不図示）、並びにセンサ本体ＺＨのＺ軸方向の変位を計測する計測部ＺＥ等を備えている。
【０１３０】
フォーカスセンサＦＳとしては、プローブビームＬＢを計測対象面Ｓに照射し、その反射光を受光することで、計測対象面Ｓの変位を光学的に読み取る、ＣＤドライブ装置などで用いられる光ピックアップと同様の光学式変位センサが用いられている。フォーカスセンサの構成等については、後述する。フォーカスセンサＦＳの出力信号は、不図示の駆動部に送られる。
【０１３１】
駆動部（不図示）は、アクチュエータ、例えばボイスコイルモータを含み、該ボイスコイルモータの可動子及び固定子の一方は、センサ本体ＺＨに、他方はセンサ本体ＺＨ及び計測部ＺＥ等を収容する不図示の筐体の一部に、それぞれ固定されている。この駆動部は、フォーカスセンサＦＳからの出力信号に従って、センサ本体ＺＨと計測対象面Ｓとの距離を一定に保つように（より正確には、計測対象面ＳをフォーカスセンサＦＳの光学系のベストフォーカス位置に保つように）、センサ本体ＺＨをＺ軸方向に駆動する。これにより、センサ本体ＺＨは計測対象面ＳのＺ軸方向の変位に追従し、フォーカスロック状態が保たれる。
【０１３２】
計測部ＺＥとしては、本実施形態では、一例として回折干渉方式のエンコーダが用いられている。計測部ＺＥは、センサ本体ＺＨの上面に固定されたＺ軸方向に延びる支持部材ＳＭの側面に設けられたＺ軸方向を周期方向とする反射型の回折格子ＥＧと、該回折格子ＥＧに対向して不図示の筐体に取付けられたエンコーダヘッドＥＨとを含む。エンコーダヘッドＥＨは、プローブビームＥＬを回折格子ＥＧに照射し、回折格子ＥＧからの反射・回折光を受光素子で受光することで、プローブビームＥＬの照射点の、基準点（例えば原点）からの変位を読み取ることで、センサ本体ＺＨのＺ軸方向の変位を読み取る。
【０１３３】
本実施形態では、上述のように、フォーカスロック状態では、センサ本体ＺＨは、計測対象面Ｓとの距離を一定に保つように、Ｚ軸方向に変位する。従って、計測部ＺＥのエンコーダヘッドＥＨが、センサ本体ＺＨのＺ軸方向の変位を計測することにより、計測対象面Ｓの面位置（Ｚ位置）が計測される。このエンコーダヘッドＥＨの計測値が、Ｚヘッド７２ａの計測値として前述の信号処理・選択装置１７０を介して主制御装置２０に供給される。
【０１３４】
フォーカスセンサＦＳは、一例として、図８（Ａ）に示されるように、照射系ＦＳ₁、光学系ＦＳ₂、受光系ＦＳ₃の３つの部分を含む。
【０１３５】
照射系ＦＳ₁は、例えばレーザダイオードから成る光源ＬＤと、該光源ＬＤから射出されるレーザ光の光路上に配置された回折格子板（回折光学素子）ＺＧとを含む。
【０１３６】
光学系ＦＳ₂は、一例として回折格子板ＺＧで発生するレーザ光の回折光、すなわちプローブビームＬＢ₁の光路上に順次配置された偏光ビームスプリッタＰＢＳ、コリメータレンズＣＬ、四分の一波長板（λ／４板）ＷＰ及び対物レンズＯＬ等を含む。
【０１３７】
受光系ＦＳ₃は、一例として、プローブビームＬＢ₁の計測対象面Ｓでの反射ビームＬＢ₂の戻り光路上に順次配置された円筒レンズＣＹＬ及び四分割受光素子ＺＤを含む。
【０１３８】
フォーカスセンサＦＳによると、照射系ＦＳ₁の光源ＬＤで発生した直線偏光のレーザ光が回折格子板ＺＧに照射され、該回折格子板ＺＧで回折光（プローブビーム）ＬＢ₁が発生する。このプローブビームＬＢ₁の中心軸（主光線）は、Ｚ軸と平行で、且つ計測対象面Ｓに直交する。
【０１３９】
そして、プローブビームＬＢ₁、すなわち偏光ビームスプリッタＰＢＳの分離面に対してＰ偏光となる偏光成分の光が、光学系ＦＳ₂に入射する。光学系ＦＳ₂内では、プローブビームＬＢ₁は、偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過し、コリメータレンズＣＬで平行ビームに変換され、λ／４板ＷＰを透過して、円偏光となって対物レンズＯＬで集光され、計測対象面Ｓに照射される。これにより、計測対象面ＳでプローブビームＬＢ₁の入射光とは逆向きの円偏光である反射光（反射ビーム）ＬＢ₂が発生する。そして、反射ビームＬＢ₂は、入射光（プローブビームＬＢ₁）の光路を逆に辿って、対物レンズＯＬ、λ／４板ＷＰ、コリメータレンズＣＬを透過し、偏光ビームスプリッタＰＢＳに向かう。この場合、λ／４板ＷＰを２回透過することにより、反射ビームＬＢ₂はＳ偏光に変換されている。このため、反射ビームＬＢ₂は、偏光ビームスプリッタＰＢＳの分離面で進行方向を折り曲げられ、受光系ＦＳ₃へ送られる。
【０１４０】
受光系ＦＳ₃では、反射ビームＬＢ₂は円筒レンズＣＹＬを透過して、四分割受光素子ＺＤの検出面に照射される。ここで、円筒レンズＣＹＬは、いわゆる「かまぼこ型」のレンズで、図８（Ｂ）に示されるように、ＹＺ断面はＹ軸方向に凸部を向けた凸形状を有するとともに、図８（Ｃ）に示されるように、ＸＹ断面は矩形状を有する。このため、円筒レンズＣＹＬを透過する反射ビームＬＢ₂は、Ｚ軸方向とＸ軸方向とでその断面形状が非対称に絞られ、非点収差が発生する。
【０１４１】
四分割受光素子ＺＤは、その検出面で反射ビームＬＢ₂を受光する。四分割受光素子ＺＤの検出面は、図９（Ａ）に示されるように、全体として正方形で、その２本の対角線を分離線として、４つの検出領域ａ，ｂ，ｃ，ｄに等分割されている。検出面の中心をＯ_ＺＤとする。
【０１４２】
ここで、図８（Ａ）に示される理想フォーカス状態（ピントの合った状態）、すなわちプローブビームＬＢ₁が計測対象面Ｓ₀上に焦点を結ぶ状態では、反射ビームＬＢ₂の検出面上での断面形状は、図９（Ｃ）に示されるように、中心Ｏ_ＺＤを中心とする円形となる。
【０１４３】
また、図８（Ａ）において、プローブビームＬＢ₁が計測対象面Ｓ₁上に焦点を結ぶ、いわゆる前ピン状態（すなわち計測対象面Ｓが理想位置Ｓ₀にあり、四分割受光素子ＺＤが、図８（Ｂ）及び図８（Ｃ）において符号１で示す位置にある状態と等価な状態）では、反射ビームＬＢ₂の検出面上での断面形状は、図９（Ｂ）に示されるような中心Ｏ_ＺＤを中心とする横長の長円形となる。
【０１４４】
また、図８（Ａ）において、プローブビームＬＢ₁が計測対象面Ｓ_-1上に焦点を結ぶ、いわゆる後ピン状態、（すなわち計測対象面Ｓが理想位置Ｓ₀にあり、四分割受光素子ＺＤが、図８（Ｂ）及び図８（Ｃ）において符号−１で示す位置にある状態と等価な状態）では、反射ビームＬＢ₂の検出面上での断面形状は、図９（Ｄ）に示されるような中心Ｏ_ＺＤを中心とする縦長の長円形となる。
【０１４５】
四分割受光素子ＺＤに接続された不図示の演算回路では、４つの検出領域ａ，ｂ，ｃ，ｄで受光する光の強度をそれぞれＩａ，Ｉｂ，Ｉｃ，Ｉｄとして、次式（７）で表されるフォーカスエラーＩを算出し、不図示の駆動部に出力する。
【０１４６】
Ｉ＝（Ｉａ＋Ｉｃ）−（Ｉｂ＋Ｉｄ） …（７）
なお、上述の理想フォーカス状態では、４つの検出領域のそれぞれにおけるビーム断面の面積は互いに等しいので、フォーカスエラーＩ＝０が得られる。また、上述の前ピン状態では、式（７）より、フォーカスエラーＩ＜０となり、後ピン状態では、式（７）より、フォーカスエラーＩ＞０となる。
【０１４７】
不図示の駆動部は、フォーカスセンサＦＳ内の検出部ＦＳ₃よりフォーカスエラーＩを受信し、Ｉ＝０を再現するように、フォーカスセンサＦＳを格納したセンサ本体ＺＨをＺ軸方向に駆動する。この駆動部の動作により、計測対象面ＳのＺ変位に追従して、センサ本体ＺＨも変位するため、プローブビームは必ず計測対象面Ｓ上で焦点を結ぶ、すなわちセンサ本体ＺＨと計測対象面Ｓの間の距離は常に一定に保たれる（フォーカスロック状態が保たれる）。
【０１４８】
一方、不図示の駆動部は、計測部ＺＥの計測結果がＺヘッド７２ａ外部からの入力信号に一致するように、センサ本体ＺＨをＺ軸方向に駆動し、位置決めすることもできる。従って、実際の計測対象面Ｓの面位置とは異なる位置に、プローブビームＬＢの焦点を位置させることもできる。この駆動部の動作（スケールサーボ制御）により、後述するＺヘッドの切り換えにおける復帰処理、出力信号の異常発生時における回避処理等、を実行することができる。
【０１４９】
本実施形態では、前述のように、計測部ＺＥとしてエンコーダを採用し、センサ本体ＺＨに設置された回折格子ＥＧのＺ変位を、エンコーダヘッドＥＨを用いて読み取る。エンコーダヘッドＥＨは、基準点からの計測対象（回折格子ＥＧ）の変位を計測する相対位置センサであるから、その基準点を定める必要がある。本実施形態では、回折格子ＥＧの端部を検出する、あるいは回折格子ＥＧに位置出しパターンが設けられている場合には、その位置出しパターンを検出することで、そのＺ変位の基準位置（例えば原点）を定めても良い。いずれにしても、回折格子ＥＧの基準位置に対応して計測対象面Ｓの基準面位置を定めることができ、その基準面位置からの計測対象面ＳのＺ変位、すなわちＺ軸方向の位置を計測することができる。なお、露光装置１００の起動時等、Ｚヘッドの初回の起動時には、必ず、回折格子ＥＧの基準位置（例えば原点）、（すなわち計測対象面Ｓの基準面位置）の設定が実行される。この場合において、基準位置は、センサ本体ＺＨの移動範囲の中央近傍に設定されていることが、望ましいので、その中央近傍の基準位置に対応する基準面位置が、フォーカスセンサＦＳの光学系の焦点位置に一致するように、光学系の焦点位置を調整するための駆動コイルを設けて対物レンズＯＬのＺ位置を調整することとしても良い。
【０１５０】
Ｚヘッド７２ａでは、センサ本体ＺＨ及び計測部ＺＥは、ともに不図示の筐体内部に格納されており、またプローブビームＬＢ₁の筐体外部に露出する部分の光路長も極短いため、空気揺らぎの影響が非常に小さい。従って、Ｚヘッドを含むセンサは、例えばレーザ干渉計と比較しても、空気が揺らぐ程度の短い期間における計測安定性（短期安定性）に格段に優れている。
【０１５１】
その他のＺヘッドも上述のＺヘッド７２ａと同様に構成され機能する。このように、本実施形態では、各Ｚヘッドとして、エンコーダと同じくＹスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂等の回折格子面を上方（＋Ｚ方向）から観察する構成が採用されている。従って、複数のＺヘッドで、ウエハテーブルＷＴＢ上面の異なる位置の面位置情報を計測することで、ウエハステージＷＳＴのＺ軸方向の位置とθｙ回転（ローリング）及びθｘ回転（ピッチング）を計測することができる。ただし、本実施形態では、露光の際、ウエハステージＷＳＴのピッチング制御の精度は特に重要ではないため、Ｚヘッドを含む面位置計測システムではピッチングは計測しないこととし、ウエハテーブルＷＴＢ上のＹスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂にＺヘッドが各１つ対向する構成とした。
【０１５２】
次に、本実施形態の露光装置１００で行われるウエハＷ表面のＺ軸方向に関する位置情報（面位置情報）の検出（以下、フォーカスマッピングと呼ぶ）について説明する。
【０１５３】
このフォーカスマッピングに際しては、主制御装置２０は、図１０（Ａ）に示されるように、Ｘスケール３９Ｘ₂に対向するＸヘッド６６₃（Ｘリニアエンコーダ７０Ｄ）と、Ｙスケール３９Ｙ₁，Ｙ₂にそれぞれ対向する２つのＹヘッド６８₂，６７₃（Ｙリニアエンコーダ７０Ａ，７０Ｃ）とに基づいてウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置を管理している。この図１０（Ａ）の状態では、前述の基準軸ＬＶに、ウエハテーブルＷＴＢの中心（ウエハＷの中心にほぼ一致）を通るＹ軸に平行な直線（センターライン）が一致した状態となっている。また、ここでは、図示が省略されているが、ウエハステージＷＳＴの＋Ｙ側に計測ステージＭＳＴがあり、前述したＦＤバー４６及びウエハテーブルＷＴＢと投影光学系ＰＬの先端レンズ１９１との間に水が保持されている（図１８参照）。
【０１５４】
そして、この状態で、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴの＋Ｙ方向への走査（スキャン）を開始し、この走査開始後、ウエハステージＷＳＴが＋Ｙ方向に移動して、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の検出ビーム（検出領域ＡＦ）がウエハＷ上に掛かり始めるまでの間に、Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄと多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）とを共に作動させる（ＯＮにする）。
【０１５５】
そして、このＺヘッド７２ａ〜７２ｄと多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）とが同時に作動している状態で、図１０（Ｂ）に示されるように、ウエハステージＷＳＴが＋Ｙ方向へ進行している間に、所定のサンプリング間隔で、Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄで計測されるウエハテーブルＷＴＢ表面（プレート２８の表面）のＺ軸方向に関する位置情報（面位置情報）と、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）で検出される複数の検出点におけるウエハＷ表面のＺ軸方向に関する位置情報（面位置情報）とを、取り込み、その取り込んだ各面位置情報と各サンプリング時のＹリニアエンコーダ７０Ｆ₁，７０Ｅ₁の計測値との三者を相互に対応付けて不図示のメモリに逐次格納する。
【０１５６】
そして、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の検出ビームがウエハＷに掛からなくなると、主制御装置２０は、上記のサンプリングを終了し、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の各検出点についての面位置情報を、同時に取り込んだＺヘッド７２ａ〜７２ｄによる面位置情報を基準とするデータに換算する。
【０１５７】
これをさらに詳述すると、Ｚヘッド７２ａ，７２ｂの計測値の平均値に基づいて、プレート２８の−Ｘ側端部近傍の領域（Ｙスケール３９Ｙ₂が形成された領域）上の所定の点（例えば、Ｚヘッド７２ａ，７２ｂそれぞれの計測点の中点、すなわち多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の複数の検出点の配列とほぼ同一のＸ軸上の点に相当：以下、この点を左計測点Ｐ１と呼ぶ）における面位置情報を求める。また、Ｚヘッド７２ｃ，７２ｄの計測値の平均値に基づいて、プレート２８の＋Ｘ側端部近傍の領域（Ｙスケール３９Ｙ₁が形成された領域）上の所定の点（例えば、Ｚヘッド７２ｃ，７２ｄそれぞれの計測点の中点、すなわち多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の複数の検出点の配列とほぼ同一のＸ軸上の点に相当：以下、この点を右計測点Ｐ２と呼ぶ）における面位置情報を求める。そして、主制御装置２０は、図１０（Ｃ）に示されるように、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の各検出点における面位置情報を、左計測点Ｐ１の面位置と右計測点Ｐ２の面位置とを結ぶ直線を基準とする面位置データｚ１〜ｚkに換算する。このような換算を、主制御装置２０は、全てのサンプリング時に取り込んだ情報について行う。
【０１５８】
このようにして、予め上記の換算データを取得しておくことで、例えば、露光の際などには、主制御装置２０は、前述のＺヘッド７４_i、７６_jでウエハテーブルＷＴＢ表面（Ｙスケール３９Ｙ₂が形成された領域上の点（上記の左計測点Ｐ１の近傍の点）、及びＹスケール３９Ｙ₁が形成された領域上の点（上記の右計測点Ｐ２の近傍の点））を計測して、ウエハステージＷＳＴのＺ位置とθｙ回転（ローリング）量θｙを算出する。そして、これらのＺ位置とローリング量θｙとＹ干渉計１６で計測されるウエハステージＷＳＴのθｘ回転（ピッチング）量θｘとを用いて、所定の演算を行い、前述の露光領域ＩＡの中心（露光中心）におけるウエハテーブルＷＴＢ表面のＺ位置（Ｚ₀）、ローリング量θｙ及びピッチング量θｘとを算出し、この算出結果に基づいて、上述の左計測点Ｐ１の面位置と右計測点Ｐ２の面位置とを結ぶ、露光中心を通る直線を求め、この直線と面位置データｚ１〜ｚkとを用いることで、ウエハＷ表面の面位置情報を実際に取得することなく、ウエハＷ上面の面位置制御（フォーカス・レベリング制御）が可能になる。従って、多点ＡＦ系を投影光学系ＰＬから離れた位置に配置しても何ら支障がないので、ワーキングディスタンスが狭い露光装置などであっても、本実施形態のフォーカスマッピングは好適に適用できる。
【０１５９】
なお、上記の説明では、左計測点Ｐ１の面位置と右計測点Ｐ２の面位置とをＺヘッド７２ａ，７２ｂの計測値の平均値、Ｚヘッド７２ｃ，７２ｄの平均値にそれぞれ基づいて算出するものとしたが、これに限らず、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の各検出点における面位置情報を、例えばＺヘッド７２ａ，７２ｃによって計測される面位置を結ぶ直線を基準とする面位置データに換算しても良い。この場合、各サンプリングタイミングで取得したＺヘッド７２ａの計測値とＺヘッド７２ｂの計測値との差、及びＺヘッド７２ｃの計測値とＺヘッド７２ｄの計測値との差をそれぞれ求めておく。そして、露光時などに面位置制御を行う際に、Ｚヘッド７４_i及び７６_jでウエハテーブルＷＴＢ表面を計測してウエハステージＷＳＴのＺ位置とθｙ回転を算出し、これらの算出値と、Ｙ干渉計１６で計測されたウエハステージＷＳＴのピッチング量θｘと、前述の面位置データｚ１〜ｚk及び前記差とを用いて所定の演算を行うことで、ウエハ表面の面位置情報を実際に取得することなく、ウエハＷの面位置制御を行うことが可能になる。
【０１６０】
ただし、以上の説明は、ウエハテーブルＷＴＢ表面にＸ軸方向に関して凹凸が存在しないことを前提にしている。従って、以下では、説明の簡略化のため、ウエハテーブルＷＴＢ表面には、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に関しても凹凸は存在しないものとする。
【０１６１】
次に、フォーカスキャリブレーションについて説明する。フォーカスキャリブレーションとは、ある基準状態におけるウエハテーブルＷＴＢのＸ軸方向の一側と他側の端部における面位置情報と、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の計測プレート３０表面の代表的な検出点における検出結果（面位置情報）との関係を求める処理（フォーカスキャリブレーションの前半の処理）と、上記の基準状態と同様の状態において、空間像計測装置４５を用いて検出した投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置に対応する、ウエハテーブルＷＴＢのＸ軸方向の一側と他側の端部における面位置情報を求める処理（フォーカスキャリブレーションの後半の処理）とを行い、これらの処理結果に基づいて、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の代表的な検出点におけるオフセット、すなわち投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置と多点ＡＦ系の検出原点との偏差を求めるなどの処理を意味する。
【０１６２】
フォーカスキャリブレーションに際して、主制御装置２０は、図１１（Ａ）に示されるように、Ｘスケール３９Ｘ₂に対向するＸヘッド６６₂（Ｘリニアエンコーダ７０Ｄ）と、Ｙスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂にそれぞれ対向する２つのＹヘッド６８₂，６７₃（Ｙリニアエンコーダ７０Ａ，７０Ｃ）とに基づいて、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置を管理している。この図１１（Ａ）の状態は、前述の図１０（Ａ）の状態とほぼ同じ状態である。ただし、この図１１（Ａ）の状態では、ウエハテーブルＷＴＢは、Ｙ軸方向に関しては、前述した計測プレート３０に多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）からの検出ビームが照射される位置にある。
【０１６３】
（ａ） この状態で、主制御装置２０は、次のようなフォーカスキャリブレーションの前半の処理を行う。すなわち、主制御装置２０は、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の検出領域の両端部に位置する検出点それぞれの近傍の前述したＺヘッド７２ａ，７２ｂ、７２ｃ，７２ｄによって検出されるウエハテーブルＷＴＢのＸ軸方向の一側と他側の端部における面位置情報を検出しつつ、その面位置情報を基準として、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）を用いて前述の計測プレート３０（図４（Ａ）参照）表面の面位置情報を検出する。これにより、基準軸ＬＶにウエハテーブルＷＴＢのセンターラインが一致した状態におけるＺヘッド７２ａ，７２ｂ、７２ｃ，７２ｄの計測値（ウエハテーブルＷＴＢのＸ軸方向の一側と他側の端部における面位置情報）と、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の計測プレート３０表面の検出点（複数の検出点のうち中央又はその近傍に位置する検出点）における検出結果（面位置情報）との関係が求まる。
【０１６４】
（ｂ） 次に、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴを＋Ｙ方向に所定距離移動させ、計測プレート３０が投影光学系ＰＬの直下に配置される位置でウエハステージＷＳＴを停止させる。そして、主制御装置２０は、次のようなフォーカスキャリブレーションの後半の処理を行う。すなわち、主制御装置２０は、図１１（Ｂ）に示されるように、上述のフォーカスキャリブレーションの前半の処理のときと同様に、Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄによって計測される面位置情報を基準として、計測プレート３０（ウエハステージＷＳＴ）の投影光学系ＰＬの光軸方向に関する位置（Ｚ位置）を制御しつつ、空間像計測装置４５を用いて、レチクルＲ、又はレチクルステージＲＳＴ上の不図示のマーク板に形成された計測マークの空間像を、例えば国際公開第２００５／１２４８３４号などに開示される、Ｚ方向スキャン計測で計測し、その計測結果に基づいて投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置を測定する。主制御装置２０は、上記のＺ方向スキャン計測中、空間像計測装置４５からの出力信号の取り込みと同期して、ウエハテーブルＷＴＢのＸ軸方向の一側と他側の端部における面位置情報を計測する一対のＺヘッド７４₃、７６₃の計測値を取り込む。そして、投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置に対応するＺヘッド７４₃、７６₃の値を不図示のメモリに記憶する。なお、フォーカスキャリブレーションの後半の処理で、Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄによって計測される面位置情報を基準として、計測プレート３０（ウエハステージＷＳＴ）の投影光学系ＰＬの光軸方向に関する位置（Ｚ位置）を制御するのは、このフォーカスキャリブレーションの後半の処理は、前述したフォーカスマッピングの途中で行なわれるからである。
【０１６５】
この場合、図１１（Ｂ）に示されるように、液浸領域１４が投影光学系ＰＬと計測プレート３０（ウエハテーブルＷＴＢ）との間に形成されているので、上記の空間像の計測は、投影光学系ＰＬ及び水を介して行われる。また、図１１（Ｂ）では図示が省略されているが、空間像計測装置４５の計測プレート３０などはウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）に搭載され、受光素子などは計測ステージＭＳＴに搭載されているので、上記の空間像の計測は、ウエハステージＷＳＴと計測ステージＭＳＴとが、接触状態（又は近接状態）を保ったままで行われる（図２０参照）。
【０１６６】
（ｃ） これにより、主制御装置２０は、上記（ａ）のフォーカスキャリブレーション前半の処理で求めたＺヘッド７２ａ〜７２ｄの計測値（ウエハテーブルＷＴＢのＸ軸方向の一側と他側の端部における面位置情報）と、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）による計測プレート３０表面の検出結果（面位置情報）との関係と、上記（ｂ）のフォーカスキャリブレーション後半の処理で求めた投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置に対応するＺヘッド７４₃、７６₃の計測値（すなわち、ウエハテーブルＷＴＢのＸ軸方向の一側と他側の端部における面位置情報）とに基づいて、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の代表的な検出点におけるオフセット、すなわち投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置と多点ＡＦ系の検出原点との偏差を求めることが可能になる。本実施形態では、この代表的な検出点は、例えば複数の検出点の中央又はその近傍の検出点であるが、その数及び／又は位置などは任意で良い。この場合において、主制御装置２０は、その代表的な検出点におけるオフセットが零になるように多点ＡＦ系の検出原点の調整を行う。この調整は、例えば、受光系９０ｂ内部の不図示の平行平面板の角度調整によって光学的に行っても良いし、あるいは電気的に検出オフセットを調整しても良い。又は、検出原点の調整を行わず、そのオフセットを記憶しておいても良い。ここでは、上記の光学的手法により、その検出原点の調整が行われるものとする。これにより、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）のフォーカスキャリブレーションが終了する。なお、光学的な検出原点の調整では、代表的な検出点以外の残りの検出点全てでそのオフセットを零にすることは難しいので、残りの検出点では光学的な調整後のオフセットを記憶しておくことが好ましい。
【０１６７】
次に、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の複数の検出点に個別に対応する複数の受光素子（センサ）間の検出値のオフセット補正（以下、ＡＦセンサ間オフセット補正と呼ぶ）について説明する。
【０１６８】
このＡＦセンサ間オフセット補正に際しては、主制御装置２０は、図１２（Ａ）に示されるように、所定の基準平面を備えた前述のＦＤバー４６に対して多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の照射系９０ａから検出ビームを照射させ、ＦＤバー４６表面（基準平面）からの反射光を受光した多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の受光系９０ｂからの出力信号を取り込む。
【０１６９】
この場合において、ＦＤバー４６表面が、ＸＹ平面に平行に設定されているのであれば、主制御装置２０は、上述の如くして取り込んだ出力信号に基づいて、複数の検出点に個別に対応する、受光系９０ｂ内の複数のセンサの検出値（計測値）の関係を求め、その関係をメモリに記憶する、あるいは、全てのセンサの検出値が、例えば、前述のフォーカスキャリブレーションの際の代表的な検出点に対応するセンサの検出値と同一値となるように、各センサの検出オフセットを電気的に調整することで、ＡＦセンサ間オフセット補正を行うことができる。
【０１７０】
しかるに、本実施形態では、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の受光系９０ｂからの出力信号の取り込みの際に、主制御装置２０は、図１２（Ａ）に示されるように、Ｚヘッド７４₄，７４₅，７６₁，７６₂を用いて計測ステージＭＳＴ（ＦＤバー４６と一体）の表面の傾きを検出しているので、必ずしもＦＤバー４６表面をＸＹ平面に平行に設定する必要はない。すなわち、図１２（Ｂ）に模式的に示されるように、各検出点における検出値が、それぞれ同図中の矢印で示されるような値になっており、検出値の上端を結ぶ線が同図中の点線で示されるような凹凸があるものとすれば、その検出値の上端を結ぶ線が同図中の実線で示されるようになるように、各検出値を調整すれば良い。
【０１７１】
次に、本実施形態の露光装置１００における、ウエハステージＷＳＴと計測ステージＭＳＴとを用いた並行処理動作について、図１３〜図２３に基づいて説明する。なお、以下の動作中、主制御装置２０によって、局所液浸装置８の液体供給装置５及び液体回収装置６の各バルブの開閉制御が前述したようにして行われ、投影光学系ＰＬの先端レンズ１９１の射出面側には常時水が満たされている。しかし、以下では、説明を分かり易くするため、液体供給装置５及び液体回収装置６の制御に関する説明は省略する。また、以後の動作説明は、多数の図面を用いて行うが、図面毎に同一の部材に符号が付されていたり、付されていなかったりしている。すなわち、図面毎に、記載している符号が異なっているが、それら図面は符号の有無に関わらず、同一構成である。これまでに説明に用いた、各図面についても同様である。
【０１７２】
図１３には、ウエハステージＷＳＴ上に載置されたウエハＷに対するステップ・アンド・スキャン方式の露光が行われている状態が示されている。この露光は、開始前に行われるウエハアライメント（ＥＧＡ：Enhanced Global Alignment）等の結果に基づいて、ウエハＷ上の各ショット領域の露光のための走査開始位置（加速開始位置）へウエハステージＷＳＴを移動するショット間移動と、各ショット領域に対してレチクルＲに形成されたパターンを走査露光方式で転写する走査露光と、を繰り返すことにより行われる。また、露光は、ウエハＷ上の−Ｙ側に位置するショット領域から＋Ｙ側に位置するショット領域の順で行われる。なお、投影ユニットＰＵとウエハＷとの間に液浸領域１４が形成された状態で行われる。
【０１７３】
上述の露光中、主制御装置２０により、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＸＹ平面内の位置（θｚ方向の回転を含む）は、２つのＹエンコーダ７０Ａ，７０Ｃと、２つのＸエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄの一方との合計３つのエンコーダの計測結果に基づいて制御されている。ここで、２つのＸエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄは、Ｘスケール３９Ｘ₁，３９Ｘ₂のそれぞれに対向する２つのＸヘッド６６によって構成され、２つのＹエンコーダ７０Ａ，７０Ｃは、Ｙスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂のそれぞれに対向するＹヘッド６５、６４により構成される。また、ウエハステージＷＳＴのＺ位置とθｙ方向の回転（ローリング）は、ウエハテーブルＷＴＢ表面のＸ軸方向一側と他側の端部にそれぞれ対向する、ヘッドユニット６２Ｃ，６２Ａにそれぞれ属するＺヘッド７４_i，７６_jの計測値に基づいて制御されている。ウエハステージＷＳＴのθｘ回転（ピッチング）は、Ｙ干渉計１６の計測値に基づいて制御されている。なお、ウエハテーブルＷＴＢの第２撥水板２８ｂの表面にＺヘッド７４_i、７６_jを含む３個以上のＺヘッドが対向する場合には、Ｚヘッド７４_i、７６_j及びその他の１つのＺヘッドの計測値に基づいて、ウエハステージＷＳＴのＺ軸方向の位置、θｙ回転（ローリング）及びθｘ回転（ピッチング）を制御することも可能である。いずれにしても、ウエハステージＷＳＴのＺ軸方向の位置、θｙ方向の回転、及びθｘ方向の回転の制御（すなわちウエハＷのフォーカス・レベリング制御）は、事前に行われるフォーカスマッピングの結果に基づいて行われている。
【０１７４】
図１３に示される、ウエハステージＷＳＴの位置では、Ｘスケール３９Ｘ₁にはＸヘッド６６₅（図１３中に丸で囲んで示されている）が対向するが、Ｘスケール３９Ｘ₂に対向するＸヘッド６６はない。そのため、主制御装置２０は、１つのＸエンコーダ７０Ｂと２つのＹエンコーダ７０Ａ，７０Ｃを用いて、ウエハステージＷＳＴの位置（Ｘ，Ｙ，θｚ）制御を実行している。ここで、図１３に示される位置からウエハステージＷＳＴが−Ｙ方向に移動すると、Ｘヘッド６６₅はＸスケール３９Ｘ₁から外れ（対向しなくなり）、代わりにＸヘッド６６₄（図１３中に破線の丸で囲んで示されている）がＸスケール３９Ｘ₂に対向する。そこで、主制御装置２０は、１つのＸエンコーダ７０Ｄと２つのＹエンコーダ７０Ａ，７０Ｃを用いるウエハステージＷＳＴの位置（Ｘ，Ｙ，θｚ）制御に切り換える。
【０１７５】
また、図１３に示される位置にウエハステージＷＳＴがあるとき、Ｚヘッド７４₃，７６₃（図１３中に丸で囲んで示されている）がそれぞれＹスケール３９Ｙ₂，３９Ｙ₁に対向している。そのため、主制御装置２０は、Ｚヘッド７４₃，７６₃を用いて、ウエハステージＷＳＴの位置（Ｚ，θｙ）制御を実行している。ここで、図１３に示される位置からウエハステージＷＳＴが＋Ｘ方向に移動すると、Ｚヘッド７４₃，７６₃は対応するＹスケールから外れ、代わりにＺヘッド７４₄，７６₄（図１３中に破線の丸で囲んで示されている）がそれぞれＹスケール３９Ｙ₂，３９Ｙ₁に対向する。そこで、主制御装置２０は、Ｚヘッド７４₄，７６₄を用いるウエハステージＷＳＴの位置（Ｚ，θｙ）制御に切り換える。
【０１７６】
このように、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴの位置座標に応じて、使用するエンコーダとＺヘッドとを絶えず切り換えて、ウエハステージＷＳＴの位置制御を実行している。
【０１７７】
なお、上述の計測器系を用いたウエハステージＷＳＴの位置計測と独立に、干渉計システム１１８を用いたウエハステージＷＳＴの位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ，θｘ，θｙ，θｚ）計測が、常時、行われている。ここで、干渉計システム１１８を構成するＸ干渉計１２６，１２７，又は１２８を用いてウエハステージＷＳＴのＸ位置とθｚ回転（ヨーイング）、又はＸ位置が、Ｙ干渉計１６を用いてＹ位置、θｘ回転、及びθｚ回転が、Ｚ干渉計４３Ａ，４３Ｂ（図１３では不図示、図１又は２を参照）を用いてＹ位置、Ｚ位置、θｙ回転、及びθｚ回転が計測される。Ｘ干渉計１２６，１２７，及び１２８は、ウエハステージＷＳＴのＹ位置に応じて、いずれか１つが使用される。露光中は、図１３に示されるように、Ｘ干渉計１２６が使用される。干渉計システム１１８の計測結果は、ピッチング（θｘ回転）を除き、補助的に、又は、後述するバックアップの際、あるいはエンコーダシステム１５０による計測が出来ないときなどにウエハステージＷＳＴの位置制御に利用される。
【０１７８】
ウエハＷの露光が終了すると、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴをアンローディングポジションＵＰに向けて駆動する。その際、露光中には互いに離れていたウエハステージＷＳＴと計測ステージＭＳＴとが、接触或いは３００μｍ程度の離間距離を挟んで近接して、スクラム状態に移行する。ここで、計測テーブルＭＴＢ上のＦＤバー４６の−Ｙ側面とウエハテーブルＷＴＢの＋Ｙ側面とが接触或いは近接する。このスクラム状態を保って、両ステージＷＳＴ，ＭＳＴが−Ｙ方向に移動することにより、投影ユニットＰＵの下に形成される液浸領域１４は、計測ステージＭＳＴ上に移動する。例えば図１４、図１５には、移動後の状態が示されている。
【０１７９】
ウエハステージＷＳＴが、アンローディングポジションＵＰに向けて駆動が開始された後、更に−Ｙ方向へ移動して有効ストローク領域（ウエハステージＷＳＴが露光及びウエハアライメント時に移動する領域）から外れると、エンコーダ７０Ａ〜７０Ｄを構成する全てのＸヘッド、Ｙヘッド及び全てのＺヘッドが、ウエハテーブルＷＴＢ上の対応するスケールから外れる。そのため、エンコーダ７０Ａ〜７０Ｄ及びＺヘッドの計測結果に基づくウエハステージＷＳＴの位置制御が不可能になる。その直前に、主制御装置２０は、干渉計システム１１８の計測結果に基づくウエハステージＷＳＴの位置制御に切り換える。ここで、３つのＸ干渉計１２６，１２７，１２８のうちＸ干渉計１２８が使用される。
【０１８０】
その後、ウエハステージＷＳＴは、計測ステージＭＳＴとのスクラム状態を解除し、図１４に示されるように、アンローディングポジションＵＰに移動する。移動後、主制御装置２０は、ウエハテーブルＷＴＢ上のウエハＷをアンロードする。そして、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴを＋Ｘ方向に駆動してローディングポジションＬＰに移動させ、図１５に示されるように、ウエハテーブルＷＴＢ上に次のウエハＷをロードする。
【０１８１】
これらの動作と平行して、主制御装置２０は、計測ステージＭＳＴに支持されたＦＤバー４６のＸＹ平面内での位置調整と、４つのセカンダリアライメント系ＡＬ２₁〜ＡＬ２₄のベースライン計測と、を行うSec-BCHK（セカンダリ・ベースライン・チェック）を実行する。Sec-BCHKはウエハ交換毎にインターバル的に行う。ここで、ＸＹ平面内の位置（θｚ回転）を計測するために、前述のＹエンコーダ７０Ｅ₂，７０Ｆ₂が使用される。
【０１８２】
次に、主制御装置２０は、図１６に示されるように、ウエハステージＷＳＴを駆動し、計測プレート３０上の基準マークＦＭをプライマリアライメント系ＡＬ１の検出視野内に位置決めし、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２₁〜ＡＬ２₄のベースライン計測の基準位置を決定するPri-BCHK（プライマリ・ベースライン・チェック）の前半の処理を行う。
【０１８３】
このとき、図１６に示されるように、２つのＹヘッド６８₂，６７₃と１つのＸヘッド６６₁（図中に丸で囲んで示されている）が、それぞれＹスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂とＸスケール３９Ｘ₂に対向するようになる。そこで、主制御装置２０は、干渉計システム１１８からエンコーダシステム１５０（エンコーダ７０Ｆ_１，７０Ｅ₁，７０Ｄ）を用いたステージ制御へ切り換える。干渉計システム１１８は、θｘ回転の計測を除き、再び補助的に使用される。なお、３つのＸ干渉計１２６，１２７，１２８のうちＸ干渉計１２７が使用される。
【０１８４】
次に、主制御装置２０は、上述の３つのエンコーダの計測値に基づいて、ウエハステージＷＳＴの位置を管理しつつ、３つのファーストアライメントショット領域に付設されたアライメントマークを検出する位置へ向けてのウエハステージＷＳＴの＋Ｙ方向の移動を開始する。
【０１８５】
そして、ウエハステージＷＳＴが図１７に示される位置に到達すると、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴを停止する。これに先立って、主制御装置２０は、Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄの全部又は一部がウエハテーブルＷＴＢと対向した時点又はその前の時点で、それらＺヘッド７２ａ〜７２ｄを作動させ（オンにし）、ウエハステージＷＳＴのＺ位置及び傾斜（θｙ回転）の計測を開始する。
【０１８６】
ウエハステージＷＳＴの停止後、主制御装置２０は、プライマリアライメント系ＡＬ１，セカンダリアライメント系ＡＬ２₂，ＡＬ２₃を用いて、３つのファーストアライメントショット領域ＡＳに付設されたアライメントマークをほぼ同時にかつ個別に検出し（図１７中の星マーク参照）、上記３つのアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２₂，ＡＬ２₃の検出結果とその検出時の上記３つのエンコーダの計測値とを関連付けて不図示のメモリに格納する。
【０１８７】
上述のように本実施形態では、ファーストアライメントショット領域のアライメントマークの検出を行う位置で、計測ステージＭＳＴとウエハステージＷＳＴとの接触状態（又は近接状態）への移行が完了している。そして、その位置から、主制御装置２０によって、その接触状態（又は近接状態）での両ステージＷＳＴ，ＭＳＴの＋Ｙ方向への移動（５つのセカンドアライメントショット領域に付設されたアライメントマークを検出する位置に向かってのステップ移動）が開始される。この両ステージＷＳＴ，ＭＳＴの＋Ｙ方向への移動開始に先立って、主制御装置２０は、図１７に示されるように、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の検出ビームのウエハテーブルＷＴＢへの照射を開始する。これにより、ウエハテーブルＷＴＢ上に多点ＡＦ系の検出領域が形成される。
【０１８８】
そして、上記の両ステージＷＳＴ，ＭＳＴの＋Ｙ方向への移動中に、図１８に示される位置に両ステージＷＳＴ，ＭＳＴが到達すると、主制御装置２０は、前述したフォーカスキャリブレーション前半の処理を行い、基準軸ＬＶにウエハテーブルＷＴＢのセンターラインが一致した状態におけるＺヘッド７２ａ，７２ｂ、７２ｃ，７２ｄの計測値（ウエハテーブルＷＴＢのＸ軸方向の一側と他側の端部における面位置情報）と、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）による計測プレート３０表面の検出結果（面位置情報）との関係を求める。このとき、液浸領域１４は、ＦＤバー４６上面に形成されている。
【０１８９】
そして、両ステージＷＳＴ，ＭＳＴが接触状態（又は近接状態）を保ったまま＋Ｙ方向へ更に移動し、図１９に示される位置に到達する。そこで、主制御装置２０は、５つのアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２₁〜ＡＬ２₄を用いて、５つのセカンドアライメントショット領域に付設されたアライメントマークをほぼ同時にかつ個別に検出し（図１９中の星マーク参照）、上記５つのアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２₁〜ＡＬ２₄の検出結果とその検出時のウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置を計測している３つのエンコーダの計測値とを関連付けて不図示のメモリ（又はメモリ３４）に格納する。このとき、主制御装置２０は、Ｘスケール３９Ｘ₂に対向するＸヘッド６６₂（Ｘリニアエンコーダ７０Ｄ）及びＹリニアエンコーダ７０Ａ，７０Ｃの計測値に基づいて、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置を制御している。
【０１９０】
また、主制御装置２０は、上記の５つのセカンドアライメントショット領域に付設されたアライメントマークの同時検出の終了後、接触状態（又は近接状態）での両ステージＷＳＴ，ＭＳＴの＋Ｙ方向への移動を再び開始すると同時に、図１９に示されるように、Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄと多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）とを用いた前述のフォーカスマッピングを開始する。
【０１９１】
そして、両ステージＷＳＴ，ＭＳＴが、図２０に示される計測プレート３０が投影光学系ＰＬの直下に配置される位置に到達すると、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴの投影光学系ＰＬの光軸方向に関する位置（Ｚ位置）を制御に用いるＺヘッドを、Ｚヘッド７４_i、７６_jに切り換えることなく、Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄによって計測される面位置情報を基準とする、ウエハステージＷＳＴ（計測プレート３０）のＺ位置の制御を継続した状態で、前述したフォーカスキャリブレーション後半の処理を行う。
【０１９２】
そして、主制御装置２０は、上述のフォーカスキャリブレーション前半の処理及び後半所の処理の結果に基づいて、前述した手順で、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の代表的な検出点におけるオフセットを求め、内部メモリに格納する。そして、主制御装置２０は、露光時に、フォーカスマッピングの結果得られたマッピング情報を読み出す際に、そのマッピング情報にオフセット分を加算することとしている。
【０１９３】
なお、この図２０の状態では、前述のフォーカスマッピングは続行されている。
【０１９４】
上記の接触状態（又は近接状態）での両ステージＷＳＴ，ＭＳＴの＋Ｙ方向の移動により、ウエハステージＷＳＴが、図２１に示される位置に達すると、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴをその位置で停止させるとともに、計測ステージＭＳＴについては、そのまま＋Ｙ方向への移動を続行させる。そして、主制御装置２０は、５つのアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２₁〜ＡＬ２₄を用いて、５つのサードアライメントショット領域に付設されたアライメントマークをほぼ同時にかつ個別に検出し（図２１中の星マーク参照）、上記５つのアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２₁〜ＡＬ２₄の検出結果とその検出時の上記３つのエンコーダの計測値とを関連付けて不図示のメモリに格納する。また、この時点でも、フォーカスマッピングは続行されている。
【０１９５】
一方、上記のウエハステージＷＳＴの停止から所定時間後に、計測ステージＭＳＴとウエハステージＷＳＴとは、接触（又は近接状態）から離間状態に移行する。この離間状態に移行後、主制御装置２０は、計測ステージＭＳＴが、露光開始まで待機する露光開始待機位置に達すると、その位置で停止させる。
【０１９６】
次に、主制御装置２０は、３つのフォースアライメントショットに付設されたアライメントマークを検出する位置へ向けてのウエハステージＷＳＴの＋Ｙ方向への移動を開始する。このとき、フォーカスマッピングは続行されている。一方、計測ステージＭＳＴは、上記露光開始待機位置で待機している。
【０１９７】
そして、ウエハステージＷＳＴが図２２に示される位置に到達すると、主制御装置２０は、直ちにウエハステージＷＳＴを停止させ、プライマリアライメント系ＡＬ１，セカンダリアライメント系ＡＬ２₂，ＡＬ２₃を用いて、ウエハＷ上の３つのフォースアライメントショット領域に付設されたアライメントマークをほぼ同時にかつ個別に検出し（図２２中の星マーク参照）、上記３つのアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２₂，ＡＬ２₃の検出結果とその検出時の上記４つのエンコーダのうちの３つのエンコーダの計測値とを関連付けて不図示のメモリに格納する。この時点でも、フォーカスマッピングは続行され、計測ステージＭＳＴは、上記露光開始待機位置で待機したままである。そして、主制御装置２０は、このようにして得た合計１６個のアライメントマークの検出結果と対応するエンコーダの計測値とを用いて、例えば特開昭６１−４４４２９号公報（及び対応する米国特許第４，７８０，６１７号明細書）などに開示される統計演算を行って、エンコーダシステム１５０のエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄ，７０Ｅ₁，７０Ｆ₁の計測軸で規定される、アライメント座標系（プライマリアライメント系ＡＬ1の検出中心を原点とするＸＹ座標系）上におけるウエハＷ上の全てのショット領域の配列情報（座標値）を算出する。
【０１９８】
次に、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴを再度＋Ｙ方向へ移動させながら、フォーカスマッピングを続行する。そして、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）からの検出ビームがウエハＷ表面から外れると、図２３に示されるように、フォーカスマッピングを終了する。
【０１９９】
その後、主制御装置２０は、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）を、ウエハＷ上のファーストショットの露光のための走査開始位置（露光開始位置）に移動させるが、その移動の途中で、ウエハステージＷＳＴのＺ位置、θｙ回転及びθｘ回転を維持したまま、ウエハステージＷＳＴのＺ位置、θｙ回転の制御に用いるＺヘッドを、Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄから、Ｚヘッド７４_i、７６_jに切り換える。その切り換え後、直ちに、主制御装置２０は、前述のウエハアライメント（ＥＧＡ）の結果及び最新の５つのアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２₁〜ＡＬ２₄のベースライン等に基づいて、ステップ・アンド・スキャン方式の露光を、液浸露光にて行い、ウエハＷ上の複数のショット領域にレチクルパターンを順次転写する。以降、同様の動作が繰り返し行われる。
【０２００】
次に、Ｚヘッドの計測結果を用いた、ウエハステージＷＳＴのＺ位置と傾斜量の算出方法について説明する。主制御装置２０は、フォーカスキャリブレーションとフォーカスマッピング時には面位置計測システム１８０（図６参照）を構成する４つのＺヘッド７０ａ〜７０ｄを用いて、ウエハテーブルＷＴＢの高さＺと傾斜（ローリング）θｙを計測する。また、主制御装置２０は、露光時には２つのＺヘッド７４_i，７６_j（ｉ，ｊは１〜５のいずれか）を用いて、ウエハテーブルＷＴＢの高さＺと傾斜（ローリング）θｙを計測する。なお、各Ｚヘッドは対応するＹスケール３９Ｙ₁又は３９Ｙ₂の上面（その上面に形成された反射型回折格子の面）にプローブビームを照射し、その反射光を受光することにより、各スケール（反射型回折格子）の面位置を計測する構成になっている。
【０２０１】
図２４（Ａ）には、基準点Ｏにおいて高さＺ_０、Ｘ軸回りの回転角（傾斜角）θｘ、Ｙ軸回りの回転角（傾斜角）θｙの２次元平面が示されている。この平面内の位置（Ｘ，Ｙ）における高さＺは、次式（８）の関数で与えられる。
ｆ（Ｘ，Ｙ）＝−ｔａｎθｙ・Ｘ＋ｔａｎθｘ・Ｙ＋Ｚ_０……（８）
【０２０２】
図２４（Ｂ）に示されるように、露光時には、２つのＺヘッド７４_i，７６_j（ｉ，ｊは１〜５のいずれか）を用いて、ウエハテーブルＷＴＢの移動基準面と投影光学系ＰＬの光軸ＡＸとの交点（基準点）Ｏにおける、ウエハテーブルＷＴＢの移動基準面（ＸＹ平面に実質的に平行な面）からの高さＺとローリングθｙを計測する。ここでは、一例としてＺヘッド７４_３，７６_３を使用する。図２４（Ａ）の例と同様に、基準点ＯにおけるウエハテーブルＷＴＢの高さをＺ_０、Ｘ軸周りの傾斜（ピッチング）をθｘ、Ｙ軸周りの傾斜（ローリング）をθｙとする。このとき、ＸＹ平面内で座標（ｐ_Ｌ，ｑ_Ｌ）に位置するＺヘッド７４_３と座標（ｐ_Ｒ，ｑ_Ｒ）に位置するＺヘッド７６_３のそれぞれが提示するＹスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂（に形成された反射型回折格子）の面位置の計測値Ｚ_Ｌ，Ｚ_Ｒは、式（８）と同様の理論式（９）、（１０）に従う。
Ｚ_Ｌ＝−ｔａｎθｙ・ｐ_Ｌ＋ｔａｎθｘ・ｑ_Ｌ＋Ｚ_０ ……（９）
Ｚ_Ｒ＝−ｔａｎθｙ・ｐ_Ｒ＋ｔａｎθｘ・ｑ_Ｒ＋Ｚ_０ ……（１０）
【０２０３】
従って、理論式（９）、（１０）より、基準点ＯでのウエハテーブルＷＴＢの高さＺ_０とローリングθｙは、Ｚヘッド７４_３，７６_３の計測値Ｚ_Ｌ，Ｚ_Ｒを用いて、次式（１１）、（１２）のように表される。
【０２０４】
Ｚ_０＝｛Ｚ_Ｌ＋Ｚ_Ｒ−ｔａｎθｘ・（ｑ_Ｌ＋ｑ_Ｒ）｝／２ ……（１１）
ｔａｎθｙ＝｛Ｚ_Ｌ−Ｚ_Ｒ−ｔａｎθｘ・（ｑ_Ｌ−ｑ_Ｒ）｝／（ｐ_Ｒ−ｐ_Ｌ）…（１２）
【０２０５】
なお、Ｚヘッドの他の組み合わせを使用する場合も、理論式（１１）、（１２）を用いることにより、基準点ＯにおけるウエハテーブルＷＴＢの高さＺ_０とローリングθｙを算出することができる。ただし、ピッチングθｘは、別のセンサシステム（本実施形態では干渉計システム１１８）の計測結果を用いる。
【０２０６】
図２４（Ｂ）に示されるように、フォーカスキャリブレーションとフォーカスマッピング時には、４つのＺヘッド７２ａ〜７２ｄを用いて、多点ＡＦ系（９０ａ、９０ｂ）の複数の検出点の中心点Ｏ’における、ウエハテーブルＷＴＢの高さＺとローリングθｙを計測する。ここで、Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄは、それぞれ位置（Ｘ，Ｙ）＝（ｐ_ａ，ｑ_ａ），（ｐ_ｂ，ｑ_ｂ），（ｐ_ｃ，ｑ_ｃ），（ｐ_ｄ，ｑ_ｄ）に設置されている。これらの位置は、図２４（Ｂ）に示されるように、中心点Ｏ’＝（Ｏｘ’，Ｏｙ’）に関して対称に、すなわちｐ_ａ＝ｐ_ｂ，ｐ_ｃ＝ｐ_ｄ，ｑ_ａ＝ｑ_ｃ，ｑ_ｂ＝ｑ_ｄかつ（ｐ_ａ＋ｐ_ｃ）／２＝（ｐ_ｂ＋ｐ_ｄ）／２＝Ｏｘ’，（ｑ_ａ＋ｑ_ｂ）／２＝（ｑ_ｃ＋ｑ_ｄ）／２＝Ｏｙ’と、設定されている。
【０２０７】
Ｚヘッド７２ａ，７２ｂの計測値Ｚａ，Ｚｂの平均（Ｚａ＋Ｚｂ）／２より、位置（ｐ_ａ＝ｐ_ｂ，Ｏｙ’）の点ｅでのウエハテーブルＷＴＢの高さＺｅが、Ｚヘッド７０ｃ，７０ｄの計測値Ｚｃ，Ｚｄの平均（Ｚｃ＋Ｚｄ）／２より、位置（ｐ_ｃ＝ｐ_ｄ，Ｏｙ’）の点ｆでのウエハテーブルＷＴＢの高さＺｆが、求められる。ここで、中心点Ｏ’におけるウエハテーブルＷＴＢの高さをＺ_０、Ｙ軸周りの傾斜（ローリング）をθｙとすると、ＺｅとＺｆはそれぞれ理論式（１３）、（１４）に従う。
Ｚｅ｛＝（Ｚａ＋Ｚｂ）／２｝＝−ｔａｎθｙ・（ｐ_ａ＋ｐ_ｂ−２Ｏｘ’）／２＋Ｚ_０ ……（１３）
Ｚｆ｛＝（Ｚｃ＋Ｚｄ）／２｝＝−ｔａｎθｙ・（ｐ_ｃ＋ｐ_ｄ−２Ｏｘ’）／２＋Ｚ_０…（１４）
【０２０８】
従って、理論式（１３）、（１４）より、中心点Ｏ’でのウエハテーブルＷＴＢの高さＺ_０とローリングθｙは、Ｚヘッド７０ａ〜７０ｄの計測値Ｚａ〜Ｚｄを用いて、次式（１５）、（１６）で表される。
Ｚ_０＝（Ｚｅ＋Ｚｆ）／２＝（Ｚａ＋Ｚｂ＋Ｚｃ＋Ｚｄ）／４ …（１５）
ｔａｎθｙ＝−２（Ｚｅ−Ｚｆ）／（ｐ_ａ＋ｐ_ｂ−ｐ_ｃ−ｐ_ｄ）
＝−（Ｚａ＋Ｚｂ−Ｚｃ−Ｚｄ）／（ｐ_ａ＋ｐ_ｂ−ｐ_ｃ−ｐ_ｄ）…（１６）
【０２０９】
ただし、ピッチングθｘは、別のセンサシステム（本実施形態では干渉計システム１１８）の計測結果を用いる。
【０２１０】
図１６に示されるように、干渉計システム１１８によるウエハステージＷＳＴのサーボ制御からエンコーダシステム１５０（エンコーダ７０Ａ〜７０Ｆ）及び面位置計測システム１８０（Ｚヘッドシステム７２ａ〜７２ｄ，７４₁〜７４₅，７６₁〜７６₅）によるサーボ制御へ切り換えた直後では、Ｚヘッド７２ｂ，７２ｄの２つのみが対応するＹスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂に対向しているため、式（１５）、式（１６）を用いて、中心点Ｏ’におけるウエハテーブルＷＴＢのＺ，θｙ位置を算出することができない。この場合、次式（１７）、（１８）を適用する。
Ｚ_０＝｛Ｚ_ｂ＋Ｚ_ｄ−ｔａｎθｘ・（ｑ_ｂ＋ｑ_ｄ−２Ｏｙ’）｝／２ …（１７）
ｔａｎθｙ＝｛Ｚ_ｂ−Ｚ_ｄ−ｔａｎθｘ・（ｑ_ｂ−ｑ_ｄ）｝／（ｐ_ｄ−ｐ_ｂ）…（１８）
【０２１１】
そして、ウエハステージＷＳＴが＋Ｙ方向に移動し、それに伴いＺヘッド７２ａ，７２ｃが対応するＹスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂に対向した後、上式（１５）、（１６）を適用する。
【０２１２】
前述のように、ウエハＷに対する走査露光は、ウエハＷの表面の凹凸に応じて、ウエハステージＷＳＴをＺ軸方向及び傾斜方向に微小駆動して、ウエハＷの表面の露光領域ＩＡ部分が投影光学系ＰＬの像面の焦点深度の範囲内に一致するように、ウエハＷの面位置及び傾斜（フォーカス・レベリング）を調整した上で、行われる。そこで、走査露光に先立って、ウエハＷの表面の凹凸（フォーカスマップ）を計測するフォーカスマッピングを実行する。ここで、ウエハＷの表面の凹凸は、図１０（Ｂ）に示されるように、ウエハステージＷＳＴを＋Ｙ方向に移動させながら、所定のサンプリング間隔（すなわちＹ間隔）で、Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄを用いて計測されるウエハテーブルＷＴＢ（より正確には対応するＹスケール３９Ｙ_１，３９Ｙ_２）の面位置を基準にして、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）を用いて計測される。
【０２１３】
詳述すると、図２４（Ｂ）に示されるように、Ｚヘッド７２ａ，７２ｂを用いて計測されるＹスケール３９Ｙ_２の面位置Ｚａ，Ｚｂの平均より、点ｅにおけるウエハテーブルＷＴＢの面位置Ｚｅが、Ｚヘッド７２ｃ，７２ｄを用いて計測されるＹスケール３９Ｙ_１の面位置Ｚｃ，Ｚｄの平均より、点ｆにおけるウエハテーブルＷＴＢの面位置Ｚｆが、求まる。ここで、点ｅと点ｆを結ぶＸ軸に平行な直線ｅｆ上に、多点ＡＦ系の複数の検出点及びそれらの中心Ｏ’が位置する。そこで、図１０（Ｃ）に示されるように、ウエハテーブルＷＴＢの点ｅ（図１０（Ｃ）中のＰ１）における面位置Ｚｅと点ｆ（図１０（Ｃ）中のＰ２）における面位置Ｚｆを結ぶ、次式（１９）で表される直線を基準にして、検出点Ｘ_ｋにおけるウエハＷの表面の面位置Ｚ_０ｋを、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）を用いて計測する。
【０２１４】
Ｚ（Ｘ）＝−ｔａｎθｙ・Ｘ＋Ｚ_０ ……（１９）
ただし、Ｚ_０とｔａｎθｙは、Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄの計測結果Ｚａ〜Ｚｄを用いて、上式（１７）、（１８）より求められる。得られた面位置の結果Ｚ_０ｋより、ウエハＷの表面の凹凸データ（フォーカスマップ）Ｚ_kが、次式（２０）のように求められる。
Ｚ_ｋ＝Ｚ_０ｋ−Ｚ（Ｘ_ｋ） ……（２０）
【０２１５】
露光時には、ショット領域毎に、上述のように求められたフォーカスマップＺ_ｋに従ってウエハステージＷＳＴをＺ軸方向及び傾斜方向に微小駆動することによって、前述と同様に、フォーカスが調整される。ここで、露光時には、Ｚヘッド７４_i，７６_j（ｉ，ｊ＝１〜５）を用いてウエハテーブルＷＴＢ（より正確には対応するＹスケール３９Ｙ_２，３９Ｙ_１）の面位置が計測される。そこで、フォーカスマップＺ_ｋの基準線Ｚ（Ｘ）を再設定する。ただし、Ｚ_０とｔａｎθｙは、Ｚヘッド７４_i，７６_j（ｉ，ｊ＝１〜５）の計測結果Ｚ_Ｌ，Ｚ_Ｒを用いて、式（１１）、（１２）より求められる。以上の手順により、ウエハＷの表面の面位置はＺ_ｋ＋Ｚ（Ｘ_ｋ）と換算される。
【０２１６】
本実施形態の露光装置１００では、図２５（Ａ）及び図２５（Ｂ）に示されるように、ウエハステージＷＳＴの有効ストローク範囲（アライメント及び露光動作、並びにフォーカスマッピングのために移動する範囲）では、必ず、Ｙスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂のそれぞれに少なくとも１つのＺヘッド７６_j，７４_i（ｊ，ｉは１〜５のいずれか）又は７２ａ〜７２ｄのいずれかが対向するように、Ｚヘッドが配置されている。図２５（Ａ）及び図２５（Ｂ）において、対応するＹスケールに対向したＺヘッドが丸で囲んで示されている。
【０２１７】
ここで、図２５（Ａ）に示されるようにウエハステージＷＳＴを白抜きの矢印方向（＋Ｘ方向）に駆動した場合、矢印ｆ₁で示されるように、Ｙスケール３９Ｙ₂に対向するＺヘッドが、実線の丸で囲んで示されるＺヘッド７４₃から点線の丸で囲んで示されるＺヘッド７４₄へと切り換えられる。また、図２５（Ｂ）に示されるようにウエハステージＷＳＴをさらに白抜きの矢印方向（＋Ｘ方向）に駆動した場合、矢印ｆ₂で示されるように、Ｙスケール３９Ｙ₁に対向するＺヘッドが、実線の丸で囲んで示されるＺヘッド７６₃から点線の丸で囲んで示されるＺヘッド７６₄へと切り換えられる。このように、Ｚヘッド７４_i，７６_j（ｉ，ｊ＝１〜５）は、ウエハステージＷＳＴのＸ軸方向への移動に伴い、順次、隣のヘッドに切り換えられていく。なお、Ｚヘッドの切り換え時には、基準面位置（原点）の設定と計測準備をおこなう復帰処理、あるいはさらに計測結果の連続性を保つためのつなぎ処理を実行する。これらの処理の詳細については、後述する。
【０２１８】
次に、図２５（Ｂ）中に矢印ｆ₂で示されるＺヘッド７６₃から７６₄への切り換えを例にとって、Ｚヘッドの切り換え手順を、図２６（Ａ）〜図２６（Ｅ）に基づいて、且つ適宜他の図を用いて説明する。図２６（Ａ）には、切り換え前の状態が示されている。この状態では、Ｙスケール３９Ｙ₁上の走査領域（回折格子が設けられている領域）に対向しているＺヘッド７６₃が作動していて、走査領域から外れているＺヘッド７６₄は停止している。ここでは、作動（フォーカスサーボ）しているＺヘッドが黒塗りの丸で、停止又は待機（スケールサーボ）しているＺヘッドが白抜き丸で、それぞれ示されている。主制御装置２０により、作動中のＺヘッド７６₃の計測値に基づき、ウエハステージＷＳＴの位置が算出される。ここでは、ウエハステージＷＳＴの位置算出に使用されているＺヘッドが、２重の丸枠で示されている。
【０２１９】
図２６（Ａ）の状態から、ウエハステージＷＳＴが＋Ｘ方向に移動すると、Ｙスケール３９Ｙ₁が＋Ｘ方向に変位し、停止中のＺヘッド７６₄がＹスケール３９Ｙ₁上の走査領域に近づく。そこで、主制御装置２０は、Ｚヘッド７６₄が走査領域からの所定の距離内に入るのを確認して、Ｚヘッド７６₄の復帰処理を実行する。
【０２２０】
ここで、図２７（Ａ）〜図２７（Ｃ）を参照して、Ｚヘッド７６₄の復帰処理を説明する。図２７（Ａ）に示されるように、Ｚヘッド７６₄の基準面位置（原点）Ｓ_０は、前述のとおり露光装置１００の起動時等、Ｚヘッドの初回起動時に設定されているものとする。
【０２２１】
主制御装置２０は、作動中のＺヘッド及び干渉計システム１１８の計測結果より求められるウエハステージＷＳＴの３自由度（Ｚ，θｙ，θｘ）方向の位置を用いて、復帰させるＺヘッド７６₄の計測値の予想値（すなわち、Ｙスケール３９Ｙ₁の予想面位置Ｓ）を、前述の式（８）の関数ｆ（Ｘ，Ｙ）より見積もる。ここで、Ｘ，Ｙには、Ｚヘッド７６₄のＸ，Ｙ位置を代入する。そして、主制御装置２０は、図２７（Ｂ）に示されるように、Ｚヘッド７６₄の計測値が予想値と一致する（Ｚヘッド７６₄が、計測値として予想値を出力する）ように、Ｚヘッド７６₄内部の駆動部（不図示）を介してセンサ本体ＺＨをＺ変位させ、プローブビームＬＢの焦点の予想面位置Ｓに一致させる。
【０２２２】
上述の復帰処理が終了した状態では、プローブビームＬＢの焦点の位置がＹスケール３９Ｙ₁の予想面位置Ｓに一致している。なお、ウエハステージＷＳＴの３自由度（Ｚ，θｙ，θｘ）方向の動きとともに、Ｙスケール３９Ｙ₁の予想面位置Ｓも変位する。その変位に追従して、Ｚヘッド７６₄のセンサ本体ＺＨもＺ変位する。すなわち、Ｚヘッド７６₄はＹスケール３９Ｙ₁の予想面位置Ｓに対して追従サーボ（スケールサーボ）している。このような状態で、Ｚヘッド７６₄を待機させる。
【０２２３】
ここで、本実施形態では、前述の如く、隣接するＺヘッド７４_i、７６_jの相互のＸ軸方向の間隔は、Ｙスケール３９Ｙ₂，３９Ｙ₁のＸ軸方向の有効幅（走査領域の幅）よりも狭く設定されている。そのため、図２６（Ｂ）に示されるように、Ｚヘッド７６₃，７６₄がＹスケール３９Ｙ₁の走査領域に同時に対向する状態がある。そこで、主制御装置２０は、図２６（Ｂ）に示されるように、作動中のＺヘッド７６₃とともに待機（スケールサーボ）中のＺヘッド７６₄が走査領域に対向したのを確認した後に、図２７（Ｃ）に示されるように、Ｚヘッド７６₄のＹスケール３９Ｙ₁の実際の面位置に対するフォーカスサーボを開始する。
【０２２４】
ただし、待機中（予想面位置に対するスケールサーボ中）、フォーカスセンサＦＳの出力であるフォーカスエラー（以下、適宜、単に、出力とも呼ぶ）Ｉを監視する。出力Ｉがゼロになれば、Ｙスケール３９Ｙ₁の予想面位置（すなわち、Ｚヘッドのプローブビームの焦点のＺ位置）が実際の面位置に一致したと判断できる。そこで、主制御装置２０は、上述のように、Ｚヘッド７６₃，７６₄がＹスケール３９Ｙ₁の走査領域に対向し、それと同時にフォーカスセンサＦＳの出力Ｉがゼロ又はほぼゼロ（所定値以下の値で実質的にゼロとみなせる値）になるのを確認してから、フォーカスサーボを開始する。このような手順の処理により、Ｚヘッドを、スケールサーボからフォーカスサーボへスムーズに移行させることができる。ただし、この時点では、Ｚヘッド７６₄の計測値は監視するが、ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）の位置算出（位置制御）には使用しない。
【０２２５】
次に、図２６（Ｃ）に示されるように、後に停止されるＺヘッド７６₃が走査領域に対向している間に、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴの２自由度（Ｚ，θｙ）方向の位置を算出するために使用するＺヘッドを、Ｚヘッド７６₃から７６₄へ切り換える。ただし、この処理において、切り換え前後で算出されるウエハステージＷＳＴの２自由度（Ｚ，θｙ）方向の位置は、一般に、不連続になる。そこで、必要に応じて、後述する計測値のつなぎ処理を実行する。つなぎ処理の終了後、使用するＺヘッドを、Ｚヘッド７６₃から７６₄へ切り換える。切り換え終了後、図２６（Ｄ）に示されるように、Ｚヘッド７６₃を、走査領域から外れる前に待機（スケールサーボ）状態に移行させ、走査領域から十分離れたら停止する。以上でＺヘッドの切り換えの全作業が終了し、以降、図２６（Ｅ）に示されるように、Ｚヘッド７６₄を使用する。
【０２２６】
本実施形態では、隣接するＺヘッド７４_i（ｉ＝１〜５）相互の間隔は例えば７０ｍｍ（一部例外あり）と、Ｙスケール３９Ｙ₂の走査領域のＸ軸方向の有効幅、例えば７６ｍｍよりも狭く設定されている。また、同様に、隣接するＺヘッド７６_j（ｊ＝１〜５）相互の間隔は７０ｍｍ（一部例外あり）と、Ｙスケール３９Ｙ₁の走査領域のＸ軸方向の有効幅７６ｍｍよりも狭く設定されている。これにより、上述のように、Ｚヘッド７４_i，７６_j（ｉ，ｊ＝１〜５）の切り換えを円滑に実行することができる。
【０２２７】
なお、隣接する２つのＺヘッドの両方がスケールに対向する範囲、すなわち、図２６（Ｂ）に示される状態から図２６（Ｄ）に示される状態までのウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）の移動距離が６ｍｍある。その中央、すなわち、図２６（Ｃ）で示されるウエハステージＷＳＴの位置で、計測値を監視するＺヘッドが切り換えられる。この切り換え作業は、停止されるＺヘッドが走査領域から外れるまでに、すなわち、ウエハステージＷＳＴが図２６（Ｃ）に示される状態から図２６（Ｄ）に示される状態までの距離３ｍｍの領域を移動する間に、完了する。なお、ステージの移動速度１ｍ／ｓｅｃの場合、３ｍｓｅｃの時間内に、Ｚヘッドの切り換え作業が完了することになる。
【０２２８】
次に、Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄ，７４₁〜７４₅，７６₁〜７６₅の切り換え時におけるつなぎ処理、すなわちＺヘッドの計測結果より算出されるウエハステージＷＳＴの２自由度（Ｚ，θｙ）方向の位置の連続性を保つための計測値の再設定について、主制御装置２０の動作を中心として説明する。
【０２２９】
本実施形態では、前述の如く、露光時のウエハステージＷＳＴの移動ストローク範囲では、常に少なくとも２つのＺヘッドＺｓＬ（７４₁〜７４₅のうちの１つ），ＺｓＲ（７６₁〜７６₅のうちの１つ）が、ウエハステージＷＳＴの動きを観測している。従って、Ｚヘッドを切り換える際には、図２８（Ａ）に示されるように、２つのＺヘッドＺｓＬ，ＺｓＲに３つめのＺヘッドＺｓＲ’を加えた３つのＺヘッドでウエハステージＷＳＴを観測していることとなる。ここで、ＺヘッドＺｓＬ、ＺｓＲ、及びＺｓＲ’は、それぞれＹスケール３９Ｙ₂，３９Ｙ₁，３９Ｙ₁の上に位置し、それらの面位置を追従サーボ（フォーカスサーボ）している。
【０２３０】
本実施形態では、主制御装置２０は、図２８（Ａ）に示されるように、２つのＺヘッドＺｓＬ及びＺｓＲによるウエハステージＷＳＴの位置（Ｚ，θｙ）計測から、２つのＺヘッドＺｓＬ及びＺｓＲ’によるウエハステージＷＳＴの位置（Ｚ，θｙ）計測に、切り換える。その際、主制御装置２０は、まず、ＺヘッドＺｓＬ及びＺｓＲのオフセット補正（後述する）済みの計測値Ｚ_Ｌ，Ｚ_Ｒを式（１１）及び式（１２）に代入して、基準点Ｏ（ウエハステージＷＳＴの移動基準面と投影光学系ＰＬの光軸ＡＸとの交点）におけるウエハステージＷＳＴのＺ_０，θｙ位置を算出する。次に、ここで算出されたＺ_０，θｙ位置と、干渉計システム１１８によって計測されるθｘ位置を用いて、理論式（１０）より、３つめのＺヘッドＺｓＲ’の計測値の予想値Ｚ_Ｒ’を求める。ここで、ｐ_Ｒ，ｑ_Ｒには、ＺヘッドＺｓＲ’の計測点のＸ位置（ｐ_Ｒ’），Ｙ位置（ｑ_Ｒ’）を代入する。そして、オフセットＯ_Ｒ’＝Ｚ_Ｒ’−Ｚ_R0’を設定する。ここで、Ｚ_R0’はＺヘッドＺｓＲ’の実の計測値、すなわち対向するＹスケール３９Ｙ₁の面位置の実測結果である。ＺヘッドＺｓＲ’の計測値Ｚ_Ｒ’は、実の計測値Ｚ_R0’をオフセットＯ_Ｒ’補正することにより、すなわち次式（２１）で与えられる。
【０２３１】
Ｚ_Ｒ’＝Ｚ_R0’＋Ｏ_Ｒ’ ……（２１）
このオフセットＯ_Ｒ’を用いた取り扱いにより、予想値Ｚ_Ｒ’がＺヘッドＺｓＲ’の計測値Ｚ_Ｒ’として設定される。
【０２３２】
以上のつなぎ処理により、ウエハステージＷＳＴの位置（Ｚ_０，θｙ）を維持したまま、Ｚヘッドの切り換え作業が完了する。それ以降は、切り換え後に使用するＺヘッドＺｓＬ及びＺｓＲ’の計測値Ｚ_Ｌ，Ｚ_Ｒ’を用いて、式（１１）、式（１２）より、ウエハステージＷＳＴの位置座標（Ｚ_０，θｙ）を算出する。ただし、式（１１）、式（１２）において、Ｚ_Ｒ，ｐ_Ｒ，ｑ_ＲにはＺ_Ｒ’，ｐ_Ｒ’，ｑ_Ｒ’を代入する。
【０２３３】
また、主制御装置２０は、図２８（Ｂ）に示されるように、２つのＺヘッドＺｓＬ及びＺｓＲによるウエハステージＷＳＴの位置（Ｚ，θｙ）計測から、２つのＺヘッドＺｓＬ’及びＺｓＲによる位置（Ｚ，θｙ）計測に切り換える場合においても、前述と同様の手順により、ＺヘッドＺｓＬ及びＺｓＲの計測値Ｚ_Ｌ，Ｚ_Ｒを式（１１）及び式（１２）に代入して、基準点Ｏ（ウエハステージＷＳＴの移動基準面と投影光学系ＰＬの光軸ＡＸとの交点）におけるウエハステージＷＳＴのＺ_０，θｙ位置を算出する。次に、ここで算出されたＺ_０，θｙと、干渉計システム１１８の計測結果より算出されるθｘを用いて、理論式（９）より、３つめのＺヘッドＺｓＬ’の計測値の予想値Ｚ_Ｌ’を求める。ここで、ｐ_Ｌ，ｑ_Ｌには、ＺヘッドＺｓＬ’の計測点のＸ位置（ｐ_Ｌ’），Ｙ位置（ｑ_Ｌ’）を代入する。そして、オフセットＯ_L’＝Ｚ_L’−Ｚ_L0’を設定する。ここで、Ｚ_L0’はＺヘッドＺｓＬ’の実の計測値、すなわち対向するＹスケール３９Ｙ₂の面位置の実測結果である。ＺヘッドＺｓＬ’の計測値Ｚ_Ｌ’は、実の計測値Ｚ_L0’をオフセットＯ_L’補正することにより、すなわち次式（２２）で与えられる。
【０２３４】
Ｚ_Ｌ’＝Ｚ_L0’＋Ｏ_L’ ……（２２）
このオフセットＯ_L’を用いた取り扱いにより、予想値Ｚ_L’がＺヘッドＺｓＬ’の計測値Ｚ_L’として設定される。
【０２３５】
以上のつなぎ処理により、ウエハステージＷＳＴの位置（Ｚ_０，θｙ）を維持したまま、Ｚヘッドの切り換え作業が完了する。それ以降は、切り換え後に使用するＺヘッドＺｓＬ’及びＺｓＲの計測値Ｚ_Ｌ’，Ｚ_Ｒを用いて、式（１１）、式（１２）より、ウエハステージＷＳＴの位置座標（Ｚ_０，θｙ）を算出する。ただし、式（１１）、式（１２）において、Ｚ_Ｌ，ｐ_Ｌ，ｑ_ＬにはＺ_Ｌ’，ｐ_Ｌ’，ｑ_Ｌ’を代入する。
【０２３６】
ただし、実際のＺヘッドＺｓＲ’またはＺｓＬ’の計測値（生計測値）には、各種の計測誤差が含まれている。そこで、誤差補正した値が計測値として提示される。従って、上述のつなぎ処理において、主制御装置２０は、スケール凹凸誤差補正情報、Ｚヘッド設置誤差の補正情報等を用いて、理論式（９）、（１０）から求まる理論値を逆補正し、補正前の生値を算出し、その生値をＺヘッドＺｓＲ’またはＺｓＬ’の計測値として設定する。なお、これらの誤差補正情報を上述のオフセットＯ_R’，Ｏ_L’に含め、オフセット補正（式（２１）、（２２））と同時に誤差補正すると便利である。
【０２３７】
なお、座標つなぎ法を適用することにより、Ｚヘッドの切り換え前後で、算出されるウエハステージＷＳＴの位置（Ｚ，θｙ）は必ず連続となる。しかし、新たに使用するＺヘッドの計測値の予測計算、オフセットの算出等により、誤差（つなぎ誤差）が発生し得る。ここで、実際にウエハ上の全ショット領域の露光を行うと、Ｚヘッドの切り換えを、およそ１００回実行することになる。従って、１回のつなぎ処理で発生する誤差が無視できるほど小さくても、切り換えを何度も繰り返すことにより、誤差が累積され、許容範囲を超えてしまう恐れがある。なお、誤差はランダムに発生するとして、１００回の切り換えによって発生する累積誤差は、１回当たりに発生する誤差の約１０倍である。従って、つなぎ処理の精度を最大限向上するとともに、つなぎ精度の影響を受けないステージ制御方式を採用しなければならない。
【０２３８】
そこで、例えば、座標つなぎ法を適用して得られるウエハステージＷＳＴの位置座標（Ｚ、θｙ）を用いてウエハステージＷＳＴを駆動制御し、座標つなぎ法を適用せず、実のＺヘッドの出力より得られるウエハステージＷＳＴの位置座標（Ｚ、θｙ）を用いてフォーカスキャリブレーションとフォーカスマッピングを行うと良い。また、ウエハステージＷＳＴが停止する際には、オフセットをクリアし、累積したつなぎ誤差を解消すると良い。
【０２３９】
ウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）の位置座標は、例えば９６μｓｅｃの時間間隔で制御されている。この制御サンプリング間隔毎に、主制御装置２０が、ウエハステージＷＳＴの現在位置を更新し、目標位置に位置決めするための推力指令値などを演算し、出力している。前述のように、ウエハステージＷＳＴの現在位置は、干渉計システム１１８、エンコーダシステム１５０（エンコーダ７０Ａ〜７０Ｆ）、及び面位置計測システム１８０（Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄ，７４₁〜７４₅，７６₁〜７６₅）の計測結果より、算出される。従って、干渉計、エンコーダ、及びＺヘッドの計測結果は、制御サンプリング間隔よりはるかに短い時間間隔（計測サンプリング間隔）で監視されている。
【０２４０】
そこで、本実施形態では、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴが有効ストローク範囲にいる間は常に、スケールの走査領域（Ｚヘッドからのプローブビームが走査される領域）に対向しているすべてのＺヘッド（２つとは限らない）から、計測値を受け取り続ける。そして、主制御装置２０は、上述したＺヘッドの切り換え動作（複数のＺヘッド間のつなぎ動作）を、制御サンプリング間隔毎に行われるウエハステージＷＳＴの位置制御と同期して行っている。このようにすることで、電気的に高速なＺヘッドの切り換え動作が不要となり、また、そのような高速な切り換え動作を実現するための高価なハードウェアを必ずしも設けなくても良いことになる。
【０２４１】
図２９には、本実施形態における、ウエハステージＷＳＴの位置制御、Ｚヘッドの計測値の取り込み、及びＺヘッド切り換えのタイミングが概念的に示されている。図２９中の符号ＣＳＣＫは、ウエハステージＷＳＴの位置制御のサンプリングクロック（制御クロック）の発生タイミングを示し、符号ＭＳＣＫは、Ｚヘッド（及び干渉計、エンコーダ）の計測のサンプリングクロック（計測クロック）の発生タイミングを示す。また、符号ＣＨは、図２６で詳細に説明したＺヘッドの切り換えにおけるつなぎ処理を模式的に示す。
【０２４２】
主制御装置２０は、Ｚヘッドの切り換え手順を、Ｚヘッドの復帰処理と切り換え処理（及びつなぎ処理）の２段階に分けて実行している。図２９の例に従って説明すると、まず、第１制御クロック時に作動しているＺヘッドは、第１の組み合わせＺｓＬ，ＺｓＲの２つとする。主制御装置２０は、これらのＺヘッドの計測値を監視し、ウエハステージＷＳＴの位置座標（Ｚ，θｙ）を算出している。次に、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴの位置座標より、Ｙスケールの走査領域上及びその近傍にあるすべてのＺヘッドを求め、その中から、復帰を要するＺヘッドＺｓＲ’を特定し、第２制御クロック時に復帰させる。ここで、復帰したＺヘッドＺｓＲ’は前述の待機状態（スケールサーボ状態）にあり、主制御装置２０により、Ｙスケールの走査領域に対向したのを確認後、作動状態（フォーカスサーボ状態）に切り換えられる。この時点で、作動しているＺヘッドは、ＺｓＬ，ＺｓＲ，及びＺｓＲ’の３つとなる。そして、主制御装置２０は、作動しているＺヘッドの中から、次の制御クロック時にウエハステージＷＳＴの位置座標を算出するために計測値を監視するＺヘッドを、ウエハステージＷＳＴの位置座標に従って特定する。ここで、第２の組み合わせＺｓＬ，ＺｓＲ’が特定されたとする。主制御装置２０は、その特定された組み合わせが、前制御クロック時にウエハステージＷＳＴの位置座標を算出するために使用された組み合わせと一致しているか確認する。この例では、第１の組み合わせの中のＺヘッドＺｓＲと第２の組み合わせの中のＺヘッドＺｓＲ’が異なる。そこで、主制御装置２０は、第３制御クロック時に第２の組み合わせへのつなぎ処理ＣＨを実行する。以降、主制御装置２０は、第２の組み合わせＺｓＬ，ＺｓＲ’の計測値を監視し、ウエハステージＷＳＴの位置座標（Ｚ，θｙ）を算出する。もちろん、組み合わせの変更がなければ、切り換え処理及びつなぎ処理ＣＨは実行しない。監視対象から外れたＺヘッドＺｓＲは、Ｙスケール上の走査領域から外れる第４制御クロック時に、待機状態に切り換えられる。
【０２４３】
なお、これまで、本実施形態におけるウエハステージＷＳＴの位置制御に用いるＺヘッドの切り換え原理を説明するために、４つのＺヘッドＺｓＬ，ＺｓＬ’，ＺｓＲ，及びＺｓＲ’を取り上げたが、ＺｓＬ，ＺｓＬ’はＺヘッド７４_i（ｉ＝１〜５），７２ａ，７２ｂのいずれかを、ＺｓＲ，ＺｓＲ’はＺヘッド７６_j（ｊ＝１〜５），７２ｃ，７２ｄのいずれかを、代表的に示したものである。従って、上述の切り換え及びつなぎ処理は、Ｚヘッド７４_i（ｉ＝１〜５），７６_j（ｊ＝１〜５）間の切り換えと同様に、Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄ間の切り換え、Ｚヘッド７２ａ〜７２ｄとＺヘッド７４_i（ｉ＝１〜５），７６_j（ｊ＝１〜５）の間の切り換えにも適用することができる。
【０２４４】
なお、これまでは、説明を簡略化するために、主制御装置２０が、ステージ系（レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴ等）の制御、干渉計システム１１８、エンコーダシステム１５０、及び面位置計測システム１８０などを含め、露光装置の構成各部の制御を行うものとしたが、これに限らず、上記の主制御装置２０が行う制御の少なくとも一部を、複数の制御装置で分担して行っても良いことは勿論である。例えば、ステージ系の制御、エンコーダシステム１５０、面位置計測システム１８０のヘッドの切り換えなどを行なうステージ制御装置を、主制御装置２０の配下に設けても良い。また、上記主制御装置２０が行う制御は必ずしもハードウェアによって実現する必要はなく、主制御装置２０、または前述のように分担して制御を行ういくつかの制御装置それぞれの動作を規定するコンピュータ・プログラムによりソフトウェア的に実現しても良い。
【０２４５】
以上詳細に説明したように、本実施形態の露光装置によると、主制御装置２０により、面位置計測システム１８０を用いて、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面と垂直な方向（Ｚ軸方向の位置）及びＸＹ平面に対する傾斜（θｙ回転）が計測されるとともに、ウエハステージＷＳＴのθｘ回転は、Ｙ干渉計１６を用いて計測される。そして、主制御装置２０により、ウエハステージＷＳＴのＺ軸方向の位置及びＸＹ平面に対する傾斜（θｙ回転及びθｘ回転）が切り換えの前後で連続になるように、ウエハステージＷＳＴのＺ軸方向の位置及びＸＹ平面に対する傾斜（θｙ回転）の制御に用いるＺヘッド組が、このＺヘッド組とは少なくとも１つが異なるＺヘッドを含む別のＺヘッド組に切り換えられる。これにより、ウエハテーブルのＸＹ平面内の位置に応じて使用するＺヘッドが逐次切り換えられるにもかかわらず、切り換えの前後でウエハテーブルのＺ軸方向の位置及びＸＹ平面に対する傾斜（θｙ回転及びθｘ回転）が保存され、ウエハステージＷＳＴを高精度で駆動することが可能となる。
【０２４６】
また、本実施形態に係る露光装置１００によると、上述のようにして精度良く駆動されるウエハステージＷＳＴ上に載置されたウエハＷ上の各ショット領域にレチクルＲのパターンを転写形成することで、ウエハＷ上に各ショット領域に精度良くパターンを形成することが可能になる。また、本実施形態に係る露光装置１００によると、事前に行なわれた前述のフォーカスマッピングの結果に基づいて、露光中にウエハＷ表面の面位置情報を計測することなく、Ｚヘッドを用いて走査露光中にウエハのフォーカス・レベリング制御を高精度に行うことで、ウエハＷ上に精度良くパターンを形成することが可能になる。さらに、本実施形態では、液浸露光により高解像度の露光を実現できるので、この点においても微細パターンを精度良くウエハＷ上に転写することが可能になる。
【０２４７】
なお、上記実施形態では、各ＺヘッドのフォーカスセンサＦＳは、前述のフォーカスサーボを行なうに際し、スケールＹ₁，Ｙ₂上に形成された回折格子面を保護するカバーガラス表面に焦点を合わせても良いが、カバーガラス表面より遠くの面、例えば回折格子面などに焦点を合わせることが望ましい。このようにすると、カバーガラス表面にパーティクル等の異物（ゴミ）が存在している場合などに、そのカバーガラス表面がカバーガラスの厚み分デフォーカスした面となるので、その異物の影響をＺヘッドが受け難くなるからである。
【０２４８】
なお、上記実施形態では、ウエハステージＷＳＴの動作範囲（移動範囲のうち、装置の実際のシーケンス上移動する範囲）のウエハステージＷＳＴの外部（上方）に複数のＺヘッドを配置し、各ＺヘッドでウエハステージＷＳＴ（Ｙスケール３９Ｙ₁，３９Ｙ₂）表面のＺ位置を検出する構成の面位置計測システムを採用するものとしたが、本発明がこれに限定されるものではない。例えば、移動体上面にＺヘッドを複数配置し、これに対向して移動体の外部にＺヘッドからのプローブビームを反射する反射面が設けられた検出装置を、面位置計測システム１８０に代えて採用しても良い。また、上記実施形態では、ウエハテーブル（ウエハステージ）上に格子部（Ｘスケール、Ｙスケール）を設け、これに対向してＸヘッド、Ｙヘッドをウエハステージの外部に配置する構成のエンコーダシステムを採用した場合について例示したが、これに限らず、移動体にエンコーダヘッドを設け、これに対向して移動体の外部に２次元格子（又は２次元配置された１次元の格子部）を配置する構成のエンコーダシステムを採用しても良い。この場合、移動体上面にＺヘッドをも配置する場合には、その２次元格子（又は２次元配置された１次元の格子部）を、Ｚヘッドからのプローブビームを反射する反射面として兼用しても良い。
【０２４９】
また、上記実施形態では、各Ｚヘッドが、図７に示されるように、駆動部（不図示）によってＺ軸方向に駆動される、フォーカスセンサＦＳを収納したセンサ本体ＺＨ（第１センサ）と、第１センサ（センサ本体ＺＨ）のＺ軸方向の変位を計測する計測部ＺＥ（第２センサ）等を備える場合について説明したが、本発明がこれに限定されるものではない。すなわち、Ｚヘッド（センサヘッド）は、必ずしも第１センサそのものが、Ｚ軸方向に可動である必要はなく、第１センサ（例えば前述のフォーカスセンサなど）を構成する部材の一部が移動可能で、第１センサとその計測対象物表面との光学的な位置関係（例えば第１センサ内の受光素子の受光面（検出面）と共役関係）が保たれるように、移動体のＺ軸方向の移動に応じて、その部材が移動するようになっていれば良い。その場合、第２センサは、その移動部材の基準位置からの移動方向の変位を計測する。勿論、移動体上にセンサヘッドが設けられる場合には、二次元平面に垂直な方向での前記移動体の前記二次元平面に垂直な方向での位置変化に応じて、第１センサの計測対象物、例えば上述の２次元格子（又は２次元配置された１次元の格子部）などと第１センサとの光学的な位置関係を維持するように移動部材が移動すれば良い。
【０２５０】
また、上記実施形態では、エンコーダヘッドとＺヘッドとが、別々に設けられる場合について説明したが、これに限らず、例えばエンコーダヘッドとＺヘッドとの機能を併せ持つヘッドを採用しても良いし、あるいは光学系の一部を共通とするエンコーダヘッドとＺヘッドとを採用しても良いし、あるいはエンコーダヘッドとＺヘッドとを同一筐体内に設けることで一体化した複合ヘッドを採用しても良い。
【０２５１】
なお、上記実施形態ではノズルユニット３２の下面と投影光学系ＰＬの先端光学素子の下端面とがほぼ同一面であるものとしたが、これに限らず、例えばノズルユニット３２の下面を、先端光学素子の射出面よりも投影光学系ＰＬの像面（すなわちウエハ）の近くに配置しても良い。すなわち、局所液浸装置８は上述の構造に限られず、例えば、欧州特許出願公開第１４２０２９８号明細書、国際公開第２００４／０５５８０３号、国際公開第２００４／０５７５９０号、国際公開第２００５／０２９５５９号（対応米国特許出願公開第２００６／０２３１２０６号明細書）、国際公開第２００４／０８６４６８号（対応米国特許出願公開第２００５／０２８０７９１号明細書）、米国特許第６,９５２,２５３号明細書などに記載されているものを用いることができる。また、例えば国際公開第２００４／０１９１２８号（対応米国出願特許公開第２００５／０２４８８５６号明細書）に開示されているように、先端光学素子の像面側の光路に加えて、先端光学素子の物体面側の光路も液体で満たすようにしても良い。さらに、先端光学素子の表面の一部（少なくとも液体との接触面を含む）又は全部に、親液性及び／又は溶解防止機能を有する薄膜を形成しても良い。なお、石英は液体との親和性が高く、かつ溶解防止膜も不要であるが、蛍石は少なくとも溶解防止膜を形成することが好ましい。
【０２５２】
なお、上記実施形態では、液体として純水（水）を用いるものとしたが、本発明がこれに限定されないことは勿論である。液体としては、化学的に安定で、照明光ＩＬの透過率が高く安全な液体、例えばフッ素系不活性液体を使用しても良い。このフッ素系不活性液体としては、例えばフロリナート（米国スリーエム社の商品名）が使用できる。このフッ素系不活性液体は冷却効果の点でも優れている。また、液体として、照明光ＩＬに対する屈折率が、純水（屈折率は１．４４程度）よりも高い、例えば１．５以上の液体を用いても良い。この液体としては、例えば、屈折率が約１．５０のイソプロパノール、屈折率が約１．６１のグリセロール（グリセリン）といったＣ−Ｈ結合あるいはＯ−Ｈ結合を持つ所定液体、ヘキサン、ヘプタン、デカン等の所定液体（有機溶剤）、あるいは屈折率が約１．６０のデカリン(Decalin: Decahydronaphthalene)などが挙げられる。あるいは、これら液体のうち任意の２種類以上の液体が混合されたものであっても良いし、純水にこれら液体の少なくとも１つが添加（混合）されたものであっても良い。あるいは、液体としては、純水に、Ｈ^＋、Ｃｓ^＋、Ｋ^＋、Ｃｌ⁻、ＳＯ_４^２−、ＰＯ_４^２−等の塩基又は酸を添加（混合）したものであっても良い。更には、純水にＡｌ酸化物等の微粒子を添加（混合）したものであっても良い。これら液体は、ＡｒＦエキシマレーザ光を透過可能である。また、液体としては、光の吸収係数が小さく、温度依存性が少なく、投影光学系（先端の光学部材）、及び／又はウエハの表面に塗布されている感光材（又は保護膜（トップコート膜）あるいは反射防止膜など）に対して安定なものであることが好ましい。また、Ｆ₂レーザを光源とする場合は、フォンブリンオイルを選択すれば良い。さらに、液体としては、純水よりも照明光ＩＬに対する屈折率が高い液体、例えば屈折率が１．６〜１．８程度のものを使用しても良い。液体として、超臨界流体を用いることも可能である。また、投影光学系ＰＬの先端光学素子を、例えば石英（シリカ）、あるいは、フッ化カルシウム（蛍石）、フッ化バリウム、フッ化ストロンチウム、フッ化リチウム、及びフッ化ナトリウム等のフッ素化合物の単結晶材料で形成しても良いし、石英や蛍石よりも屈折率が高い（例えば１．６以上）材料で形成しても良い。屈折率が１．６以上の材料としては、例えば、国際公開第２００５／０５９６１７号に開示される、サファイア、二酸化ゲルマニウム等、あるいは、国際公開第２００５／０５９６１８号に開示される、塩化カリウム（屈折率は約１．７５）等を用いることができる。
【０２５３】
また、上記実施形態で、回収された液体を再利用するようにしても良く、この場合は回収された液体から不純物を除去するフィルタを液体回収装置、又は回収管等に設けておくことが望ましい。
【０２５４】
なお、上記実施形態では、露光装置が液浸型の露光装置である場合について説明したが、これに限られるものではなく、液体（水）を介さずにウエハＷの露光を行うドライタイプの露光装置にも採用することができる。
【０２５５】
また、上記実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式等の走査型露光装置に本発明が適用された場合について説明したが、これに限らず、ステッパなどの静止型露光装置に本発明を適用しても良い。また、ショット領域とショット領域とを合成するステップ・アンド・スティッチ方式の縮小投影露光装置、プロキシミティー方式の露光装置、又はミラープロジェクション・アライナーなどにも本発明は適用することができる。さらに、例えば米国特許第６，５９０，６３４号明細書、米国特許第５，９６９，４４１号明細書、米国特許第６，２０８，４０７号明細書などに開示されているように、複数のウエハステージＷＳＴを備えたマルチステージ型の露光装置にも本発明を適用できる。
【０２５６】
また、上記実施形態の露光装置における投影光学系は縮小系のみならず等倍および拡大系のいずれでも良いし、投影光学系ＰＬは屈折系のみならず、反射系及び反射屈折系のいずれでも良いし、その投影像は倒立像及び正立像のいずれでも良い。さらに、投影光学系ＰＬを介して照明光ＩＬが照射される露光領域ＩＡは、投影光学系ＰＬの視野内で光軸ＡＸを含むオンアクシス領域であるが、例えば国際公開第２００４／１０７０１１号に開示されるように、複数の反射面を有しかつ中間像を少なくとも１回形成する光学系（反射系又は反屈系）がその一部に設けられ、かつ単一の光軸を有する、いわゆるインライン型の反射屈折系と同様に、その露光領域は光軸ＡＸを含まないオフアクシス領域でも良い。また、前述の照明領域及び露光領域はその形状が矩形であるものとしたが、これに限らず、例えば円弧、台形、あるいは平行四辺形などでも良い。
【０２５７】
なお、上記実施形態の露光装置の光源は、ＡｒＦエキシマレーザに限らず、ＫｒＦエキシマレーザ（出力波長２４８ｎｍ）、Ｆ₂レーザ（出力波長１５７ｎｍ）、Ａｒ₂レーザ（出力波長１２６ｎｍ）、Ｋｒ₂レーザ（出力波長１４６ｎｍ）などのパルスレーザ光源、あるいはｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）などの輝線を発する超高圧水銀ランプなどを用いることも可能である。また、ＹＡＧレーザの高調波発生装置などを用いることもできる。この他、例えば国際公開第９９／４６８３５号（対応米国特許第７,０２３,６１０号）に開示されているように、真空紫外光としてＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（又はエルビウムとイッテルビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。
【０２５８】
また、上記実施形態では、露光装置の照明光ＩＬとしては波長１００ｎｍ以上の光に限らず、波長１００ｎｍ未満の光を用いても良いことはいうまでもない。例えば、近年、７０ｎｍ以下のパターンを露光するために、ＳＯＲ又はプラズマレーザを光源として、軟Ｘ線領域（例えば５〜１５ｎｍの波長域）のＥＵＶ（Extreme Ultraviolet）光を発生させるとともに、その露光波長（例えば１３．５ｎｍ）の下で設計されたオール反射縮小光学系、及び反射型マスクを用いたＥＵＶ露光装置の開発が行われている。この装置においては、円弧照明を用いてマスクとウエハを同期走査してスキャン露光する構成が考えられるので、かかる装置にも本発明を好適に適用することができる。この他、電子線又はイオンビームなどの荷電粒子線を用いる露光装置にも、本発明は適用できる。
【０２５９】
また、上述の実施形態においては、光透過性の基板上に所定の遮光パターン（又は位相パターン・減光パターン）を形成した光透過型マスク（レチクル）を用いたが、このレチクルに代えて、例えば米国特許第６，７７８，２５７号公報に開示されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて、透過パターン又は反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスク（可変成形マスク、アクティブマスク、あるいはイメージジェネレータとも呼ばれ、例えば非発光型画像表示素子（空間光変調器）の一種であるＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）などを含む）を用いても良い。
【０２６０】
また、例えば国際公開第２００１／０３５１６８号に開示されているように、干渉縞をウエハ上に形成することによって、ウエハ上にライン・アンド・スペースパターンを形成する露光装置（リソグラフィシステム）にも本発明を適用することができる。
【０２６１】
さらに、例えば特表２００４−５１９８５０号公報（対応米国特許第６，６１１，３１６号）に開示されているように、２つのレチクルパターンを投影光学系を介してウエハ上で合成し、１回のスキャン露光によってウエハ上の１つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置にも本発明を適用することができる。
【０２６２】
また、物体上にパターンを形成する装置は前述の露光装置（リソグラフィシステム）に限られず、例えばインクジェット方式にて物体上にパターンを形成する装置にも本発明を適用することができる。
【０２６３】
なお、上記実施形態でパターンを形成すべき物体（エネルギビームが照射される露光対象の物体）はウエハに限られるものではなく、ガラスプレート、セラミック基板、フィルム部材、あるいはマスクブランクスなど、他の物体でも良い。
【０２６４】
露光装置の用途としては半導体製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを転写する液晶用の露光装置、有機ＥＬ、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシン及びＤＮＡチップなどを製造するための露光装置にも広く適用できる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。
【０２６５】
なお、本発明の移動体駆動システム、移動体駆動方法は、露光装置に限らず、その他の基板の処理装置（例えば、レーザリペア装置、基板検査装置その他）、あるいはその他の精密機械における試料の位置決め装置、ワイヤーボンディング装置等の２次元面内で移動するステージ等の移動体を備えた装置にも広く適用できる。
【０２６６】
半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、シリコン材料からウエハを形成するステップ、前述した実施形態の露光装置（パターン形成装置）によりレチクル（マスク）に形成されたパターンをウエハに転写するリソグラフィステップ、露光されたウエハを現像する現像ステップ、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト除去ステップ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、及び検査ステップ等を経て製造される。
【０２６７】
以上説明した本実施形態のデバイス製造方法を用いれば、露光工程において上記実施形態の露光装置（パターン形成装置）及びその露光方法（パターン形成方法）が用いられるので、重ね合せ精度を高く維持しつつ、高スループットな露光を行うことができる。従って、微細パターンが形成された高集積度のマイクロデバイスの生産性を向上することができる。
【産業上の利用可能性】
【０２６８】
以上説明したように、本発明の移動体駆動システム及び移動体駆動方法は、移動面内で移動体を駆動するのに適している。また、本発明のパターン形成装置及びパターン形成方法は、物体上にパターンを形成するのに適している。また、本発明の露光装置及び露光方法、並びにデバイス製造方法は、マイクロデバイスの製造に適している。
【符号の説明】
【０２６９】
２０…主制御装置、５０…ステージ装置、７２ａ〜７２ｄ…Ｚヘッド、７４₁〜７４₅…Ｚヘッド、７６₁〜７６₅…Ｚヘッド、１００…露光装置、１８０…面位置計測システム、ＷＳＴ…ウエハステージ、ＷＴＢ…ウエハテーブル、ＦＳ…フォーカスセンサ、ＺＨ…センサ本体、ＺＥ…計測部、ＲＳＴ…レチクルステージ、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的に二次元平面に沿って移動体を駆動する移動体駆動方法であって、
前記移動体の前記二次元平面に垂直な方向での位置変化に応じて、計測対象物との光学的な位置関係を維持するように移動する移動部材を含む第１センサと、前記移動部材の基準点からの変位を検出する第２センサとを含むセンサヘッドがそれぞれ配置された複数の検出位置を有し、前記複数のセンサヘッドを用いて、前記各検出位置で、前記二次元平面に実質的に平行な前記移動体の一面の、前記二次元平面に平行な基準面を基準とする前記二次元平面と垂直な方向の位置情報を検出する検出装置を用いて、前記移動体の前記二次元平面と垂直な方向の位置及び前記二次元平面に対する傾斜を計測する第１工程と、
前記移動体の前記二次元平面に垂直な方向の位置及び前記二次元平面に対する傾斜が切り換えの前後で連続になるように、前記移動体の位置及び姿勢の制御に用いるセンサヘッド組を、該センサヘッド組とは少なくとも１つが異なるセンサヘッドを含む別のセンサヘッド組に切り換える第２工程と、を含み、
前記第２工程は、前記別のセンサヘッド組に含まれる前記異なるセンサヘッドについて、前記第２センサの計測値が、前記移動体の位置及び姿勢に基づいて求められる予測値と一致するように、前記移動部材が駆動される第１状態で待機させることを含む復帰処理を行うことで、前記別のセンサヘッド組に切り換える移動体駆動方法。
【請求項２】
請求項１に記載の移動体駆動方法において、
前記復帰処理は、さらに、前記移動体の移動により、前記第１状態にある前記異なるセンサヘッドの前記移動部材が前記計測対象物との光学的な位置関係を維持可能な状態になるのを確認してから、前記異なるセンサヘッドを前記第１状態から、前記移動部材が計測対象物との光学的な位置関係を維持するように移動する第２状態に移行させることを含む移動体駆動方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の移動体駆動方法において、
前記第２工程では、前記移動体の位置及び姿勢の制御に用いる複数のセンサヘッドを前記移動体の前記二次元平面内での位置情報に基づいて特定し、特定した複数のセンサヘッドが現在前記移動体の位置及び姿勢の制御に用いられているセンサヘッド組の複数のセンサヘッドと一致しているか否かを判断し、両者が一致していない場合に、特定した複数のセンサヘッドのうち現在前記移動体の位置及び姿勢の制御に用いられていない特定センサヘッドを前記異なるセンサヘッドとして特定する移動体駆動方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の移動体駆動方法において、
前記第２工程では、前記移動体の位置・姿勢に基づいて、前記異なるセンサヘッドの計測値を予測し、該予測された計測値を再現するように、前記異なるセンサヘッドのオフセットを決定することで、切り換え前後で前記移動体の位置及び姿勢を一致させる座標つなぎを行う移動体駆動方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の移動体駆動方法において、
前記センサヘッド組の切り換えは、切り換え後にのみ使用されるセンサヘッドが被検出領域に対向してから、切り換え後に使用されなくなるセンサヘッドが前記被検出領域から外れるまでの間に行なわれる移動体駆動方法。
【請求項６】
移動面に沿って移動可能な移動体上に物体を載置する工程と、
前記物体に対してパターンを形成するため、請求項１〜５のいずれか一項に記載の移動体駆動方法により前記移動体を駆動する工程と、を含むパターン形成方法。
【請求項７】
パターン形成工程を含むデバイス製造方法であって、
前記パターン形成工程では、請求項６に記載のパターン形成方法を用いて物体上にパターンを形成するデバイス製造方法。
【請求項８】
エネルギビームの照射によって物体にパターンを形成する露光方法であって、
前記エネルギビームと前記物体との相対移動のために、請求項１〜５のいずれか一項に記載の移動体駆動方法を用いて、前記物体を載置する移動体を駆動する露光方法。
【請求項９】
実質的に二次元平面に沿って移動体を駆動する移動体駆動システムであって、
前記移動体の前記二次元平面に垂直な方向での位置変化に応じて、計測対象物との光学的な位置関係を維持するように移動する移動部材を含む第１センサと、前記移動部材の基準点からの変位を検出する第２センサとを含むセンサヘッドがそれぞれ配置された複数の検出位置を有し、前記複数のセンサヘッドを用いて、前記各検出位置で、前記二次元平面に実質的に平行な前記移動体の一面の、前記二次元平面に平行な基準面を基準とする前記二次元平面と垂直な方向の位置情報を検出する検出装置と、
前記移動体の移動中には、前記検出装置の複数のセンサヘッドの出力に基づいて、前記移動体の前記二次元平面と垂直な方向の位置及び前記二次元平面に対する傾斜を計測するとともに、前記移動体の前記二次元平面に垂直な方向の位置及び前記二次元平面に対する傾斜が切り換えの前後で連続になるように、前記移動体の位置及び姿勢制御に用いるセンサヘッド組を、前記センサヘッド組とは少なくとも１つが異なるセンサヘッドを含む別のセンサヘッド組に切り換える制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記別のセンサヘッド組に含まれる前記異なるセンサヘッドについて、前記第２センサの計測値が、前記移動体の位置及び姿勢に基づいて求められる予測値と一致するように、前記移動部材が駆動される第１状態で待機させることを含む復帰処理を行うことで、前記別のセンサヘッド組に切り換える移動体駆動システム。
【請求項１０】
請求項９に記載の移動体駆動システムにおいて、
前記復帰処理は、さらに、前記移動体の移動により、前記第１状態にある前記異なるセンサヘッドの前記移動部材が前記計測対象物との光学的な位置関係を維持可能な状態になるのを確認してから、前記異なるセンサヘッドを前記第１状態から、前記移動部材が計測対象物との光学的な位置関係を維持するように移動する第２状態に移行させることを含む移動体駆動システム。
【請求項１１】
請求項９又は１０に記載の移動体駆動システムにおいて、
前記制御装置は、前記センサヘッド組の切り換えのため、前記移動体の位置及び姿勢制御に用いる複数のセンサヘッドを前記移動体の前記二次元面内での位置情報に基づいて特定し、特定した複数のヘッドが現在前記移動体の位置及び姿勢制御に用いられているセンサヘッド組の複数のヘッドと一致しているか否かを判断し、両者が一致していない場合に、特定した複数のセンサヘッドのうち現在前記移動体の位置及び姿勢の制御に用いられていない特定センサヘッドを前記異なるセンサヘッドとして特定する移動体駆動システム。
【請求項１２】
請求項９〜１１のいずれか一項に記載の移動体駆動システムにおいて、
前記制御装置は、前記移動体の位置・姿勢に基づいて、前記異なるセンサヘッドの計測値を予測し、該予測された計測値を再現するように、前記異なるセンサヘッドのオフセットを決定することで、切り換え前後で前記移動体の位置・姿勢を一致させる座標つなぎを行う移動体駆動システム。
【請求項１３】
請求項１２に記載の移動体駆動システムにおいて、
前記制御装置は、前記座標つなぎを複数のセンサヘッド間で連続して行う際に、個々のセンサヘッドの第２センサの出力と座標つなぎ結果との差を常時計算し、前記検出装置の計測結果を用いて、前記移動体を位置合わせすべき目標値を更新する移動体駆動システム。
【請求項１４】
請求項９〜１３のいずれか一項に記載の移動体駆動システムにおいて、
前記制御装置は、切り換え後にのみ使用されるセンサヘッドが被検出領域に対向してから、切り換え後に使用されなくなるセンサヘッドが前記被検出領域から外れるまでの間に、前記センサヘッド組の切り換えを行う移動体駆動システム。
【請求項１５】
物体に対するパターン形成のため、物体が載置される移動体を駆動する請求項９〜１４のいずれか一項に記載の移動体駆動システムと、
前記物体上にパターンを生成するパターン生成システムと、を備えるパターン形成装置。
【請求項１６】
エネルギビームの照射によって物体にパターンを形成する露光装置であって、
前記物体に前記エネルギビームを照射するパターニング装置と、
請求項９〜１４のいずれか一項に記載の移動体駆動システムと、を備え、
前記エネルギビームと前記物体との相対移動のために、前記移動体駆動システムによる前記物体を載置する移動体の駆動を行う露光装置。
【請求項１７】
実質的に二次元平面に沿って移動体を駆動する移動体駆動方法であって、
前記移動体の動作領域内に配置された複数のセンサのうちの第１センサで前記二次元平面と垂直な方向の前記移動体の位置を検出し、前記移動体の前記垂直な方向での位置及び前記二次元平面に対する傾きの少なくとも一方を制御するとともに、
前記移動体の前記二次元平面内での移動に応じて、前記複数のセンサのうち、前記第１センサとは異なる第２センサによる検出結果を用いた制御を開始する際に、
前記第１センサでの検出結果から求められる前記移動体の前記二次元平面に対する傾き情報を用いて、前記第２センサによる検出結果を補正するための補正情報を求める移動体駆動方法。
【請求項１８】
少なくとも二次元平面内で移動体を駆動する移動体駆動方法であって、
前記二次元平面と垂直な方向に関する前記移動体の位置情報を、前記二次元平面内の異なる位置に検出点を有する複数のセンサの少なくとも１つで検出し、
前記移動体の移動に伴い、前記１つのセンサと異なるセンサとで前記移動体の位置情報を検出するにあたって、前記１つのセンサの検出情報と前記二次元平面に対する前記移動体の傾斜情報とを用いる移動体駆動方法。

【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２０】

【図２１】

【図２２】

【図２３】

【図２４】

【図２５】

【図２６】

【図２７】

【図２８】

【図２９】

【公開番号】特開２０１３−６５８６１（Ｐ２０１３−６５８６１Ａ）
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２３７７７２（Ｐ２０１２−２３７７７２）
【出願日】平成２４年１０月２９日（２０１２．１０．２９）
【分割の表示】特願２００８−２１４７３６（Ｐ２００８−２１４７３６）の分割
【原出願日】平成２０年８月２３日（２００８．８．２３）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】