(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-05-09
(45)【発行日】2024-05-17
(54)【発明の名称】露光装置及び露光方法、並びにデバイス製造方法
(51)【国際特許分類】
G03F 7/20 20060101AFI20240510BHJP
G01B 11/00 20060101ALI20240510BHJP
H01L 21/68 20060101ALI20240510BHJP
【ＦＩ】
G03F7/20 501
G03F7/20 521
G01B11/00 A
H01L21/68 F
【請求項の数】
17
(21)【出願番号】P 2023079813
(22)【出願日】2023-05-15
(62)【分割の表示】P 2022068007の分割
【原出願日】2013-10-02
(65)【公開番号】P2023101546
(43)【公開日】2023-07-21
【審査請求日】2023-05-15
(31)【優先権主張番号】P 2012219952
(32)【優先日】2012-10-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000004112
【氏名又は名称】株式会社ニコン
(74)【代理人】
【識別番号】100102901
【弁理士】
【氏名又は名称】立石 篤司
(72)【発明者】
【氏名】柴崎 祐一
【審査官】植木 隆和
(56)【参考文献】
【文献】特開平０６－３１７４３１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－２５２９８６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－０６２２１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－０４９５５７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／０２７
Ｇ０３Ｆ ７／２０
Ｇ０１Ｂ １１／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
投影光学系を介して照明光で基板を露光する露光装置であって、前記投影光学系の光軸と垂直な所定面内で直交する第１、第２方向と、前記第１、第２方向と直交する第３方向と、を含む６自由度方向に可動で前記基板を保持するテーブルと、前記テーブルを非接触で支持する本体部と、を有するステージと、
前記投影光学系が配置される露光ステーションと異なる計測ステーションに配置され、前記第３方向に関する前記基板の位置情報を検出する検出系と、
前記露光ステーションおよび前記計測ステーションで前記本体部を移動する平面モータを有し、前記６自由度方向に関して前記テーブルを移動する駆動系と、
前記投影光学系の下端部を実質的に囲むように配置される、それぞれ反射型格子が形成される４つの部分を有するスケール部材と、
前記テーブルに設けられる４つのヘッド群を有し、前記露光ステーションにおいて、前記４つの部分の３つまたは４つとそれぞれ対向する前記４つのヘッド群の３つまたは４つによって、前記６自由度方向に関する前記テーブルの位置情報を計測するエンコーダシステムと、
前記基板の露光動作に先立ち前記検出系による前記基板の検出動作が行われるとともに、前記露光動作において、前記検出系の検出情報と前記エンコーダシステムの計測情報に基づいて前記基板のフォーカス・レベリング制御が行われるように前記駆動系を制御する制御装置と、を備え、
前記４つのヘッド群はそれぞれ、複数のヘッドを有し、前記複数のヘッドはそれぞれ、前記反射型格子に対してその下方から計測ビームを照射し、
前記エンコーダシステムは、前記４つのヘッド群でそれぞれ、前記複数のヘッドによって前記所定面内で互いに直交する２方向の少なくとも一方に関して前記位置情報の差分データが取得されるように前記位置情報を計測し、
前記制御装置は、前記露光動作において、前記４つの部分でそれぞれ、前記４つのヘッド群で取得される前記差分データに基づいて、前記所定面と平行な方向に関する前記反射型格子に起因するグリッド変動によるグリッド誤差を補償する露光装置。
【請求項2】
請求項１に記載の露光装置において、前記４つのヘッド群は、前記２方向の一方に関して離れて配置され、それぞれ前記２方向の他方に関して前記位置情報を計測可能な２つのヘッド群と、前記２方向の他方に関して離れて配置され、それぞれ前記２方向の一方に関して前記位置情報を計測可能な２つのヘッド群と、を有する露光装置。
【請求項3】
請求項１に記載の露光装置において、前記４つのヘッド群は、前記所定面内の第１方向に関して、前記投影光学系の下端部が配置される前記スケール部材の開口の幅より広い間隔で配置される２つのヘッド群と、前記所定面内で前記第１方向と直交する第２方向に関して、前記２つのヘッド群から、前記開口の幅より広い距離離れて配置される２つのヘッド群と、を有し、
前記２方向は、前記所定面内の回転方向に関して前記第１、第２方向と４５度異なる露光装置。
【請求項4】
請求項３に記載の露光装置において、前記２つのヘッド群はその一方が前記２方向の一方に関して前記位置情報を計測可能、かつ他方が前記２方向の他方に関して前記位置情報を計測可能である露光装置。
【請求項5】
請求項１に記載の露光装置において、前記複数のヘッドは、前記２方向の一方に関して前記位置情報を計測可能かつ前記２方向の他方に関して互いに位置が異なる少なくとも２つのヘッドを含む露光装置。
【請求項6】
請求項５に記載の露光装置において、前記複数のヘッドは、前記２方向の一方に関して前記少なくとも２つのヘッドの一部または全部と位置が異なる少なくとも１つのヘッドを含む露光装置。
【請求項7】
請求項１に記載の露光装置において、前記計測ステーションに配置される、前記スケール部材と異なるスケール部材を、さらに備え、
前記異なるスケール部材は、それぞれ反射型格子が形成される、前記４つの部分と異なる４つの部分を有し、
前記エンコーダシステムは、前記計測ステーションにおいて、前記４つのヘッド群のうち、前記異なるスケール部材と対向する少なくとも３つのヘッド群によって前記テーブルの位置情報を計測するとともに、前記４つのヘッド群でそれぞれ、前記複数のヘッドによって前記２方向の少なくとも一方に関して前記位置情報の差分データが取得されるように前記位置情報を計測し、
前記制御装置は、前記異なる４つの部分でそれぞれ、前記計測ステーションで取得される、前記一方の方向に関する差分データに基づいて、前記所定面と平行な方向に関する前記異なるスケール部材の前記反射型格子に起因するグリッド変動によるグリッド誤差を補償する露光装置。
【請求項8】
請求項７に記載の露光装置において、前記投影光学系を支持するメトロロジーフレームを、さらに備え、
前記スケール部材と前記異なるスケール板は同一平面内に実質的に配置されるように、前記メトロロジーフレームに吊り下げ支持される露光装置。
【請求項9】
請求項７に記載の露光装置において、前記複数のヘッドはそれぞれ、前記２方向の一方と、前記第３方向と、に関して、前記位置情報を計測し、
前記エンコーダシステムは、前記計測ステーションにおいて、前記４つのヘッド群でそれぞれ、前記第３方向に関して前記位置情報の差分データが取得されるように前記位置情報を計測し、
前記制御装置は、前記異なる４つの部分でそれぞれ、前記計測ステーションで取得される、前記第３方向に関する差分データに基づいて、前記第３方向に関する前記異なるスケール部材の前記反射型格子に起因するグリッド変動によるグリッド誤差を補償する露光装置。
【請求項10】
請求項１～９のいずれかに記載の露光装置において、前記複数のヘッドはそれぞれ、前記２方向の一方と、前記第３方向と、に関して、前記位置情報を計測し、
前記エンコーダシステムは、前記露光ステーションにおいて、前記４つのヘッド群でそれぞれ、前記第３方向に関して前記位置情報の差分データが取得されるように前記位置情報を計測し、
前記制御装置は、前記４つの部分でそれぞれ、前記露光ステーションで取得される、前記第３方向に関する差分データに基づいて、前記第３方向に関する前記スケール部材の前記反射型格子に起因するグリッド変動によるグリッド誤差を補償する露光装置。
【請求項11】
請求項１０に記載の露光装置において、前記２方向は、前記所定面内の回転方向に関して前記第１、第２方向と４５度異なる露光装置。
【請求項12】
デバイス製造方法であって、請求項１～９のいずれかに記載の露光装置を用いて基板を露光することと、
前記露光された基板を現像することと、を含むデバイス製造方法。
【請求項13】
投影光学系を介して照明光で基板を露光する露光方法であって、前記投影光学系の光軸と垂直な所定面内で直交する第１、第２方向と、前記第１、第２方向と直交する第３方向と、を含む６自由度方向に可動で前記基板を保持するテーブルと、前記テーブルを非接触で支持する本体部と、を有するステージを、前記投影光学系が配置される露光ステーションと異なる計測ステーションに配置することと、
前記計測ステーションに配置される検出系によって、前記第３方向に関する前記基板の位置情報を検出することと、
前記基板の露光動作が行われるように前記ステージを前記露光ステーションに配置することと、
前記露光動作において、前記テーブルに設けられる４つのヘッド群を有するエンコーダシステムによって、前記６自由度方向に関する前記テーブルの位置情報を計測するとともに、前記検出系の検出情報と前記エンコーダシステムの計測情報に基づいて前記基板のフォーカス・レベリング制御が行われるように前記テーブルを移動することと、を含み、
前記露光動作において、前記ステージは、前記投影光学系の下端部を実質的に囲むように配置される、それぞれ反射型格子が形成される４つの部分を有するスケール部材の下方で移動され、
前記エンコーダシステムは、前記４つの部分の３つまたは４つとそれぞれ対向する前記４つのヘッド群の３つまたは４つによって、前記６自由度方向に関する前記テーブルの位置情報を計測し、前記４つのヘッド群はそれぞれ、複数のヘッドを有し、前記複数のヘッドはそれぞれ、前記反射型格子に対してその下方から計測ビームを照射し、
前記４つのヘッド群でそれぞれ、前記複数のヘッドによって前記所定面内で互いに直交する２方向の少なくとも一方に関して前記位置情報の差分データが取得されるように前記位置情報が計測され、
前記露光動作において、前記４つの部分でそれぞれ、前記４つのヘッド群で取得される前記差分データに基づいて、前記所定面と平行な方向に関する前記反射型格子に起因するグリッド変動によるグリッド誤差が補償される露光方法。
【請求項14】
請求項１３に記載の露光方法において、前記計測ステーションにおいて、前記ステージは、それぞれ反射型格子が形成される、前記４つの部分と異なる４つの部分を有し、前記スケール部材と異なるスケール部材の下方で移動され、前記４つのヘッド群のうち、前記異なるスケール部材と対向する少なくとも３つのヘッド群によって前記テーブルの位置情報が計測されるとともに、前記４つのヘッド群でそれぞれ、前記複数のヘッドによって前記２方向の少なくとも一方に関して前記位置情報の差分データが取得されるように前記位置情報が計測され、
前記異なる４つの部分でそれぞれ、前記計測ステーションで取得される、前記一方の方向に関する差分データに基づいて、前記所定面と平行な方向に関する前記異なるスケール部材の前記反射型格子に起因するグリッド変動によるグリッド誤差が補償される露光方法。
【請求項15】
請求項１４に記載の露光方法において、前記複数のヘッドはそれぞれ、前記２方向の一方と、前記第３方向と、に関して、前記位置情報を計測し、
前記計測ステーションにおいて、前記４つのヘッド群でそれぞれ、前記第３方向に関して前記位置情報の差分データが取得されるように前記位置情報が計測され、
前記異なる４つの部分でそれぞれ、前記計測ステーションで取得される、前記第３方向に関する差分データに基づいて、前記第３方向に関する前記異なるスケール部材の前記反射型格子に起因するグリッド変動によるグリッド誤差が補償される露光方法。
【請求項16】
請求項１３～１５のいずれか一項に記載の露光方法において、前記複数のヘッドはそれぞれ、前記２方向の一方と、前記第３方向と、に関して、前記位置情報を計測し、
前記露光ステーションにおいて、前記４つのヘッド群でそれぞれ、前記第３方向に関して前記位置情報の差分データが取得されるように前記位置情報が計測されるとともに、前記４つの部分でそれぞれ、前記露光ステーションで取得される、前記第３方向に関する差分データに基づいて、前記第３方向に関する前記スケール部材の前記反射型格子に起因するグリッド変動によるグリッド誤差が補償される露光方法。
【請求項17】
デバイス製造方法であって、請求項１３～１５のいずれか一項に記載の露光方法を用いて基板を露光することと、
前記露光された基板を現像することと、を含むデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、露光装置及び露光方法、並びにデバイス製造方法に係り、特に、半導体素子などのマイクロデバイス（電子デバイス）を製造するリソグラフィ工程で用いられる露光装置及び露光方法、並びに前記露光装置又は露光方法を用いる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）、あるいはステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置（いわゆるスキャニング・ステッパ（スキャナとも呼ばれる））などが、主として用いられている。
【0003】
この種の露光装置では、半導体素子の高集積化によるデバイスパターンの微細化に伴い、高い重ね合わせ精度（位置合わせ精度）が要求されるようになってきた。このため、パターンが形成されるウエハ又はガラスプレート等の基板の位置計測にも一層高い精度が要求されるようになってきた。
【0004】
かかる要求に応える装置として、例えば特許文献１には、基板テーブル上に搭載された複数のエンコーダタイプのセンサ（エンコーダヘッド）を用いる位置計測システムを備えた露光装置が提案されている。この露光装置では、エンコーダヘッドは、基板テーブルに対向して配置されたスケールに計測ビームを照射し、スケールからの戻りビームを受光することによって、基板テーブルの位置を計測する。
【0005】
しかるに、特許文献１に記載の位置計測システムを備えた露光装置は、スケールが有するグレーティングの格子ピッチ及び格子形状、すなわちグリッドが、長期にわたり「全く変動しないこと」が高精度な露光を実現するための前提となっている。また、グリッドが変動しても、露光結果に基づいて、その変動を監視する以外にその変動を監視する手段がない。
【0006】
しかしながら、現在の露光装置のウエハステージに要求されている位置決め誤差の許容値がｎｍレベルであることを考えると、グリッドがｎｍレベルで見て長期に渡って変動しないとは考え難い。
【0007】
また、３００ミリウエハ時代から４５０ミリウエハ時代への移行が目前に迫っており、４５０ミリウエハ対応の露光装置になると、ウエハステージが大型化する反面、位置決め誤差の許容値は現在より厳しくなる（あるいは現在と同程度となる）ものと考えられる。４５０ミリウエハ対応の露光装置に上記特許文献１に記載の位置計測システムをそのまま用いることは、ウエハの大型化に伴うスケール（グレーティング）のさらなる大型化を考えても、現実問題としては困難であると考えられる。
【0008】
同様の問題は、例えば特許文献２などに開示されるエンコーダシステムを備える露光装置でも生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【文献】米国特許出願公開第２００６／０２２７３０９号明細書
【文献】米国特許出願公開第２００８／００８８８４３号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明は、上述した事情の下になされたもので、その第１の態様によれば、投影光学系を介して照明光で基板を露光する露光装置であって、前記投影光学系の光軸と垂直な所定面内で直交する第１、第２方向と、前記第１、第２方向と直交する第３方向と、を含む６自由度方向に可動で前記基板を保持するテーブルと、前記テーブルを非接触で支持する本体部と、を有するステージと、前記投影光学系が配置される露光ステーションと異なる計測ステーションに配置され、前記第３方向に関する前記基板の位置情報を検出する検出系と、前記露光ステーションおよび前記計測ステーションで前記本体部を移動する平面モータを有し、前記６自由度方向に関して前記テーブルを移動する駆動系と、前記投影光学系の下端部を実質的に囲むように配置される、それぞれ反射型格子が形成される４つの部分を有するスケール部材と、前記テーブルに設けられる４つのヘッド群を有し、前記露光ステーションにおいて、前記４つの部分の３つまたは４つとそれぞれ対向する前記４つのヘッド群の３つまたは４つによって、前記６自由度方向に関する前記テーブルの位置情報を計測するエンコーダシステムと、前記基板の露光動作に先立ち前記検出系による前記基板の検出動作が行われるとともに、前記露光動作において、前記検出系の検出情報と前記エンコーダシステムの計測情報に基づいて前記基板のフォーカス・レベリング制御が行われるように前記駆動系を制御する制御装置と、を備え、前記４つのヘッド群はそれぞれ、複数のヘッドを有し、前記複数のヘッドはそれぞれ、前記反射型格子に対してその下方から計測ビームを照射し、前記エンコーダシステムは、前記４つのヘッド群でそれぞれ、前記複数のヘッドによって前記所定面内で互いに直交する２方向の少なくとも一方に関して前記位置情報の差分データが取得されるように前記位置情報を計測し、前記制御装置は、前記露光動作において、前記４つの部分でそれぞれ、前記４つのヘッド群で取得される前記差分データに基づいて、前記所定面と平行な方向に関する前記反射型格子に起因するグリッド変動によるグリッド誤差を補償する露光装置が、提供される。
【0011】
本発明の第２の態様によれば、デバイス製造方法であって、第１の態様に係る露光装置を用いて基板を露光することと、前記露光された基板を現像することと、を含むデバイス製造方法が、提供される。
【0012】
本発明の第３の態様によれば、投影光学系を介して照明光で基板を露光する露光方法であって、前記投影光学系の光軸と垂直な所定面内で直交する第１、第２方向と、前記第１、第２方向と直交する第３方向と、を含む６自由度方向に可動で前記基板を保持するテーブルと、前記テーブルを非接触で支持する本体部と、を有するステージを、前記投影光学系が配置される露光ステーションと異なる計測ステーションに配置することと、前記計測ステーションに配置される検出系によって、前記第３方向に関する前記基板の位置情報を検出することと、前記基板の露光動作が行われるように前記ステージを前記露光ステーションに配置することと、前記露光動作において、前記テーブルに設けられる４つのヘッド群を有するエンコーダシステムによって、前記６自由度方向に関する前記テーブルの位置情報を計測するとともに、前記検出系の検出情報と前記エンコーダシステムの計測情報に基づいて前記基板のフォーカス・レベリング制御が行われるように前記テーブルを移動することと、を含み、前記露光動作において、前記ステージは、前記投影光学系の下端部を実質的に囲むように配置される、それぞれ反射型格子が形成される４つの部分を有するスケール部材の下方で移動され、前記エンコーダシステムは、前記４つの部分の３つまたは４つとそれぞれ対向する前記４つのヘッド群の３つまたは４つによって、前記６自由度方向に関する前記テーブルの位置情報を計測し、前記４つのヘッド群はそれぞれ、複数のヘッドを有し、前記複数のヘッドはそれぞれ、前記反射型格子に対してその下方から計測ビームを照射し、前記４つのヘッド群でそれぞれ、前記複数のヘッドによって前記所定面内で互いに直交する２方向の少なくとも一方に関して前記位置情報の差分データが取得されるように前記位置情報が計測され、前記露光動作において、前記４つの部分でそれぞれ、前記４つのヘッド群で取得される前記差分データに基づいて、前記所定面と平行な方向に関する前記反射型格子に起因するグリッド変動によるグリッド誤差が補償される露光方法が、提供される。
【0013】
本発明の第４の態様によれば、デバイス製造方法であって、第３の態様に係る露光方法を用いて基板を露光することと、前記露光された基板を現像することと、を含むデバイス製造方法が、提供される。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【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】投影光学系の周囲に配置されるエンコーダシステムの構成を示す図である。
【図3】アライメント系の周囲に配置されるエンコーダシステムの構成を示す図である。
【図4】ウエハテーブル上面の第１象限のコーナー部分に配置される第１ヘッド群に属する３つのヘッドの配置の一例を説明するための図である。
【図5】ウエハステージを一部破砕して示す拡大図である。
【図6】ウエハステージ上のエンコーダヘッドの配置を示す図である。
【図7】ウエハテーブル上面の第１象限のコーナー部分に配置された第１ヘッド群の配置及び計測方向を示す図である。
【図8】図８（Ａ）～図８（Ｃ）は、それぞれ、ウエハテーブル上面の第３象限のコーナー部分に配置された第３ヘッド群、ウエハテーブル上面の第２象限のコーナー部分に配置された第２ヘッド群、及びウエハテーブル上面の第４象限のコーナー部分に配置された第４ヘッド群の配置及び計測方向を示す図である。
【図10】エンコーダヘッド及びスケール板の配置とエンコーダシステムの計測領域との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
【0016】
図１には、一実施形態に係る露光装置１００の概略構成が示されている。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、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なう。
【0017】
露光装置１００は、照明系１０、レチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、投影ユニットＰＵ、ウエハＷが載置されるウエハステージＷＳＴ１、ＷＳＴ２を含むウエハステージ装置５０、及びこれらの制御系等を備えている。
【0018】
照明系１０は、例えば米国特許出願公開第２００３／００２５８９０号明細書などに開示されるように、光源と、オプティカルインテグレータ等を含む照度均一化光学系、及びレチクルブラインド等（いずれも不図示）を有する照明光学系とを含む。照明系１０は、レチクルブラインド（マスキングシステム）で設定（制限）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。
【0019】
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９参照）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における紙面直交方向であるＹ軸方向）に所定の走査速度で駆動可能となっている。
【0020】
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（θｚ回転量）の情報を含む）は、図１に示される、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）に測長ビームを照射するレチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）１６によって例えば０．２５ｎｍ程度の分解能で常時検出される。なお、レチクルＲの少なくとも３自由度方向の位置情報を計測するために、レチクル干渉計１６の代わりに、あるいはそれと組み合わせて、例えば米国特許出願公開第２００７／０２８８１２１号明細書などに開示されているエンコーダシステムを用いても良い。
【0021】
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（－Ｚ側）に配置され、不図示のボディの一部を構成するメインフレーム（メトロロジーフレーム）に保持されている。投影ユニットＰＵは、鏡筒４０と、該鏡筒４０に保持された複数の光学素子から成る投影光学系ＰＬとを有している。投影光学系ＰＬとしては、例えば、Ｚ軸方向と平行な光軸ＡＸに沿って配列された複数の光学素子（レンズエレメント）からな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、投影光学系ＰＬの第２面（像面）側に配置される、表面にレジスト（感応剤）が塗布されたウエハＷ上の、前記照明領域ＩＡＲに共役な領域（露光領域）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ＷＳＴ１又はＷＳＴ２との同期駆動によって、照明領域ＩＡＲ（照明光ＩＬ）に対してレチクルＲを走査方向（Ｙ軸方向）に相対移動させるとともに、露光領域ＩＡ（照明光ＩＬ）に対してウエハＷを走査方向（Ｙ軸方向）に相対移動させることで、ウエハＷ上の１つのショット領域（区画領域）の走査露光が行われ、そのショット領域にレチクルＲのパターンが転写される。すなわち、本実施形態では照明系１０、及び投影光学系ＰＬによってウエハＷ上にレチクルＲの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。
【0022】
なお、メインフレームは、従来用いられている門型、及び例えば米国特許出願公開第２００８／００６８５６８号明細書などに開示される吊り下げ支持型のいずれであっても良い。
【0023】
鏡筒４０の－Ｚ側端部の周囲には、例えば鏡筒４０の下端面とほぼ同一面となる高さで、スケール板２１がＸＹ平面に平行に配置されている。スケール板２１は、本実施形態では図２に示されるように、例えばＬ字状の４つの部分（部品）２１１、２１２、２１３、２１４から構成され、その中央に形成される例えば矩形の開口２１ａ内に鏡筒４０の－Ｚ側端部が挿入されている。ここで、スケール板２１のＸ軸方向及びＹ軸方向の幅はそれぞれａ及びｂ、開口２１ａのＸ軸方向及びＹ軸方向の幅はそれぞれａｉ及びｂｉである。
【0024】
スケール板２１から＋Ｘ方向に離間した位置には、図１に示されるように、スケール板２１とほぼ同一平面上にスケール板２２が、配置されている。スケール板２２も、図３に示されるように、例えばＬ字状の４つの部分（部品）２２１、２２２、２２３、２２４から構成され、その中央に形成される例えば矩形の開口２２ａ内に後述するアライメント系ＡＬＧの－Ｚ側端部が挿入されている。スケール板２２のＸ軸方向及びＹ軸方向の幅はそれぞれａ及びｂ、開口２２ａのＸ軸方向及びＹ軸方向の幅はそれぞれａｉ及びｂｉである。なお、本実施形態ではＸ軸及びＹ軸方向に関してスケール板２１、２２の幅、及び開口２１ａ、２２ａの幅をそれぞれ同一としたが、必ずしも同一の幅とする必要はなく、Ｘ軸及びＹ軸方向の少なくとも一方に関してその幅を異ならせても良い。
【0025】
本実施形態では、スケール板２１、２２は、投影ユニットＰＵ及びアライメント系ＡＬＧを支持する不図示のメインフレーム（メトロロジーフレーム）に吊り下げ支持されている。スケール板２１、２２の下面（－Ｚ側の面）には、Ｘ軸を基準とする－４５度方向（Ｙ軸を基準とする－１３５度方向）を周期方向とする所定ピッチ、例えば１μｍの格子と、Ｘ軸を基準とする４５度方向（Ｙ軸を基準とする－４５度方向）を周期方向とする所定ピッチ、例えば１μｍの格子とから成る反射型の２次元グレーティングＲＧ（図２、図３及び図５参照）が形成されている。ただし、２次元グレーティングＲＧ及び後述するエンコーダヘッドの構成上、スケール板２１、２２を構成する部分２１１～２１４、２２１～２２４のそれぞれの外縁近傍には幅ｔの非有効領域が含まれる。スケール板２１、２２の２次元グレーティングＲＧは、それぞれ、少なくとも露光動作時及びアライメント（計測）時におけるウエハステージＷＳＴ１、ＷＳＴ２の移動範囲をカバーしている。
【0026】
ウエハステージ装置５０は、図１に示されるように、床面上に複数（例えば３つ又は４つ）の防振機構（図示省略）によってほぼ水平に支持されたステージベース１２、ステージベース１２上に配置されたウエハステージＷＳＴ１、ＷＳＴ２、ウエハステージＷＳＴ１、ＷＳＴ２を駆動するウエハステージ駆動系２７（図１では一部のみ図示、図９参照）、及びウエハステージＷＳＴ１、ＷＳＴ２の位置を計測する計測系等を備えている。計測系は、図９に示される、エンコーダシステム７０、７１及びウエハレーザ干渉計システム（以下、ウエハ干渉計システムと略称する）１８等を備えている。なお、エンコーダシステム７０、７１及びウエハ干渉計システム１８については、さらに後述する。ただし、本実施形態では、ウエハ干渉計システム１８は必ずしも設けなくても良い。
【0027】
ステージベース１２は、図１に示されるように、平板状の外形を有する部材からなり、その上面は平坦度が高く仕上げられ、ウエハステージＷＳＴ１、ＷＳＴ２の移動の際のガイド面とされている。ステージベース１２の内部には、ＸＹ二次元方向を行方向、列方向としてマトリックス状に配置された複数のコイル１４ａを含むコイルユニットが、収容されている。
【0028】
なお、ステージベース１２とは別にこれを浮上支持するための別のベース部材を設けて、ステージベース１２を、ウエハステージＷＳＴ１、ＷＳＴ２の駆動力の反力の作用により、運動量保存則に従って移動するカウンターマス（反力キャンセラ）として機能させても良い。
【0029】
ウエハステージＷＳＴ１は、図１に示されるように、ステージ本体９１と、該ステージ本体９１の上方に配置され、Ｚ・チルト駆動機構３２ａ（図１では不図示、図９参照）によって、ステージ本体９１に対して非接触で支持されたウエハテーブルＷＴＢ１とを有している。同様に、ウエハステージＷＳＴ２は、図１に示されるように、ステージ本体９１と、該ステージ本体９１の上方に配置され、Ｚ・チルト駆動機構３２ｂ（図１では不図示、図９参照）によって、ステージ本体９１に対して非接触で支持されたウエハテーブルＷＴＢ２とを有している。
【0030】
本実施形態では、ウエハステージＷＳＴ２とウエハステージＷＳＴ１とは、同様に構成されているので、以下では、ウエハステージＷＳＴ１を代表的に取り上げて説明する。
【0031】
ウエハテーブルＷＴＢ１は、Ｚ・チルト駆動機構３２ａによって、電磁力等の上向きの力（斥力）と、自重を含む下向きの力（引力）との釣り合いを３点で調整することで、非接触で支持されるとともに、少なくともＺ軸方向、θｘ方向、及びθｙ方向の３自由度方向に微小駆動される。ステージ本体９１の底部には、スライダ部９１ａが設けられている。スライダ部９１ａは、ＸＹ平面内でＸＹ二次元配列された複数の磁石から成る磁石ユニットと、該磁石ユニットを収容する筐体と、該筐体の底面の周囲に設けられた複数のエアベアリングとを有している。磁石ユニットは、前述のコイルユニットとともに、例えば米国特許第５，１９６，７４５号明細書などに開示される電磁力（ローレンツ力）駆動による平面モータ３０を構成している。なお、平面モータ３０としては、ローレンツ力駆動方式に限らず、可変磁気抵抗駆動方式の平面モータを用いることもできる。
【0032】
ウエハステージＷＳＴ１は、上記複数のエアベアリングによってステージベース１２上に所定のクリアランス（隙間／間隔／間隙（ギャップ）／空間距離）、例えば数μｍ程度のクリアランスを介して浮上支持され、平面モータ３０によって、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びθｚ方向に駆動される。従って、ウエハテーブルＷＴＢ１（ウエハＷ）は、ステージベース１２に対して、６自由度方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、θｘ方向、θｙ方向及びθｚ方向（以下、Ｘ，Ｙ，Ｚ，θｘ，θｙ，θｚ）と略記する）に駆動可能である。
【0033】
コイルユニットを構成する各コイル１４ａに供給される電流の大きさ及び方向が、主制御装置２０によって制御される。本実施形態では、図９に示されるように、ウエハステージＷＳＴ１及びＷＳＴ２をそれぞれ駆動する共通の固定子（コイルユニット）を有する一対の平面モータ３０と、ウエハステージＷＳＴ１及びＷＳＴ２がそれぞれ備えるＺ・チルト駆動機構３２ａ、３２ｂとを含んで、ウエハステージ駆動系２７が構成されている。なお、平面モータ３０はムービングマグネット方式に限らず、ムービングコイル方式でも良い。また、平面モータ３０として、磁気浮上方式の平面モータを用いても良い。この場合、前述のエアベアリングを設けなくても良い。また、平面モータ３０によってウエハステージＷＳＴ１を６自由度方向に駆動することとしても良い。また、ウエハテーブルＷＴＢ１を、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、θｚ方向のうちの少なくとも一方向に微動可能としても良い。すなわち、ウエハステージＷＳＴ１を粗微動ステージにより構成しても良い。
【0034】
ウエハテーブルＷＴＢ１上には、不図示のウエハホルダを介してウエハＷが載置され、不図示のチャック機構によって例えば真空吸着（又は静電吸着）され、固定されている。図示は省略されているが、ウエハテーブルＷＴＢ１上には、後述する一対のレチクルアライメント系１３Ａ、１３Ｂ及びアライメント系ＡＬＧのそれぞれにより検出される一対の第１基準マーク、及び第２基準マーク等の複数の基準マークが形成された１つ又は複数の基準マーク部材が設けられている。
【0035】
エンコーダシステム７０、７１は、それぞれ、投影光学系ＰＬ直下の領域を含む露光時移動領域とアライメント系ＡＬＧ直下の領域を含む計測時移動領域とにおけるウエハテーブルＷＴＢ１、ＷＴＢ２の６自由度方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ，θｘ，θｙ，θｚ）の位置情報を求める（計測する）。ここで、エンコーダシステム７０、７１の構成等について詳述する。なお、露光時移動領域（第１移動領域）は、投影光学系ＰＬを介してウエハの露光が行われる露光ステーション（第１領域）内で、露光動作中にウエハステージが移動される領域であり、その露光動作は、例えばウエハ上でパターンを転写すべき全てのショット領域の露光だけでなく、その露光のための準備動作（例えば、前述の基準マークの検出）なども含む。計測時移動領域（第２移動領域）は、アライメント系ＡＬＧによるウエハのアライメントマークの検出によってその位置情報の計測が行われる計測ステーション（第２領域）内で、計測動作中にウエハステージが移動される領域であり、その計測動作は、例えばウエハの複数のアライメントマークの検出だけでなく、アライメント系ＡＬＧによる基準マークの検出（さらには、Ｚ軸方向に関するウエハの位置情報（段差情報）の計測）なども含む。
【0036】
ウエハテーブルＷＴＢ１、ＷＴＢ２には、それぞれ図２及び図３の平面図に示されるように、上面の中心（ウエハＷの中心に一致）を原点として、第１象限、第２象限、第３象限及び第４象限の各コーナーの部分のそれぞれに、第１エンコーダヘッド群６１１、第２エンコーダヘッド群６１２、第３エンコーダヘッド群６１３、及び第４エンコーダヘッド群６１４が配置されている。なお、以下では、エンコーダヘッド群をヘッド群と略記する。第１ヘッド群６１１は、ウエハテーブルＷＴＢ１、ＷＴＢ２上面の＋Ｘ側かつ＋Ｙ側のコーナー部分に配置された３つのエンコーダヘッド（以下、適宜、ヘッドと略称する）６０１、６０１ａ、６０１ｂ、を含む。３つのヘッド６０１、６０１ａ、６０１ｂは、本実施形態では、直角三角形の各頂点位置に配置されている。より具体的には、ヘッド６０１は、ウエハテーブルＷＴＢ１、ＷＴＢ２上面の＋Ｘ側かつ＋Ｙ側の角（頂点）の近傍に設けられている。ヘッド６０１ａは、図４に拡大して示されるように、ヘッド６０１の設置位置から－Ｘ方向にΔｘだけずれた点に配置されている。また、ヘッド６０１ｂは、ヘッド６０１の設置位置から－Ｙ方向にΔｙだけずれた点に配置されている。
【0037】
図２（又は図３）に戻り、第２ヘッド群６１２は、ウエハテーブルＷＴＢ１、ＷＴＢ２上面の－Ｘ側かつ＋Ｙ側のコーナー部分に配置された３つのヘッド６０２、６０２ａ、６０２ｂを含む。３つのヘッド６０２、６０２ａ、６０２ｂは、本実施形態では、ウエハテーブルＷＴＢ１、ＷＴＢ２上に、その上面の中心（上述の原点）を通るＹ軸に平行な直線（センターライン）に関して、３つのヘッド６０１、６０１ａ、６０１ｂと対称となる配置で設けられている。
【0038】
第３ヘッド群６１３は、ウエハテーブルＷＴＢ１、ＷＴＢ２上面の－Ｘ側かつ－Ｙ側のコーナー部分に配置された３つのヘッド６０３、６０３ａ、６０３ｂを含む。３つのヘッド６０３、６０３ａ、６０３ｂは、本実施形態では、ウエハテーブルＷＴＢ１、ＷＴＢ２上に、その上面の中心に関して、３つのヘッド６０１、６０１ａ、６０１ｂと対称（点対称）となる配置で設けられている。
【0039】
第４ヘッド群６１４は、ウエハテーブルＷＴＢ１、ＷＴＢ２上面の＋Ｘ側かつ－Ｙ側のコーナー部分に配置された３つのヘッド６０４、６０４ａ、６０４ｂを含む。３つのヘッド６０４、６０４ａ、６０４ｂは、本実施形態では、ウエハテーブルＷＴＢ１、ＷＴＢ２上に、その上面の中心を通るＸ軸に平行な直線（センターライン）に関して、３つのヘッド６０１、６０１ａ、６０１ｂと対称となる配置で設けられている。
【0040】
図２に示されるように、ヘッド６０１、６０２間のＸ軸方向の離間距離とヘッド６０３、６０４間のＸ軸方向の離間距離は互いに等しくＡである。また、ヘッド６０１、６０４間のＹ軸方向の離間距離とヘッド６０２、６０３間のＹ軸方向の離間距離は互いに等しくＢである。これらの離間距離Ａ、Ｂは、スケール板２１の開口２１ａの幅ａｉ、ｂｉよりも大きい。厳密には、前述の非有効領域の幅ｔを考慮して、Ａ≧ａｉ＋２ｔ、Ｂ≧ｂｉ＋２ｔである。ヘッド６０１～６０４、６０１ａ～６０４ａ、及び６０１ｂ～６０４ｂのそれぞれは、図５にヘッド６０１を代表的に採り上げて示されるように、ウエハテーブルＷＴＢ１、ＷＴＢ２に形成されたＺ軸方向の所定深さの穴の内部にそれぞれ収容されている。
【0041】
第１ヘッド群６１１に属するヘッド６０１、６０１ａ、６０１ｂは、図６及び図７に示されるように、Ｘ軸を基準として１３５度（－４５度）の方向及びＺ軸方向を計測方向とする２次元ヘッドである。同様に、第３ヘッド群６１３に属するヘッド６０３、６０３ａ、６０３ｂは、図６及び図８（Ａ）に示されるように、Ｘ軸を基準として１３５度（－４５度）の方向及びＺ軸方向を計測方向とする２次元ヘッドである。
【0042】
第２ヘッド群６１２に属するヘッド６０２、６０２ａ、６０２ｂは、図６及び図８（Ｂ）に示されるように、Ｘ軸を基準として４５度（－１３５度）の方向及びＺ軸方向を計測方向とする２次元ヘッドである。同様に、第４ヘッド群６１４に属するヘッド６０４、６０４ａ、６０４ｂは、図６及び図８（Ｃ）に示されるように、Ｘ軸を基準として４５度（－１３５度）の方向及びＺ軸方向を計測方向とする２次元ヘッドである。
【0043】
第１ヘッド群６１１に属するヘッド（６０１、６０１ａ、６０１ｂ）、第２ヘッド群６１２に属するヘッド（６０２、６０２ａ、６０２ｂ）、第３ヘッド群６１３に属するヘッド（６０３、６０３ａ、６０３ｂ）、及び第４ヘッド群６１４に属するヘッド（６０４、６０４ａ、６０４ｂ）は、図２及び図５から明らかなように、それぞれ、対向するスケール板２１の部分２１１、２１２、２１３、２１４、又はスケール板２２の部分２２１、２２２、２２３、２２４の表面に形成された２次元グレーティングＲＧに計測ビーム（図５中の符号ＭＢ参照）を照射し、２次元グレーティングＲＧからの反射・回折ビームを受光することにより、それぞれの計測方向についてのウエハテーブルＷＴＢ１、ＷＴＢ２（ウエハステージＷＳＴ１、ＷＳＴ２）の位置情報を計測する。ここで、ヘッド６０１、６０１ａ、６０１ｂ、６０２、６０２ａ、６０２ｂ、６０３、６０３ａ、６０３ｂ、６０４、６０４ａ及び６０４ｂのそれぞれとして、例えば米国特許第７，５６１，２８０号明細書に開示される変位計測センサヘッドと同様の構成のセンサヘッドを用いることができる。
【0044】
上述のようにして構成されたヘッド６０１、６０１ａ、６０１ｂ、６０２、６０２ａ、６０２ｂ、６０３、６０３ａ、６０３ｂ、６０４、６０４ａ及び６０４ｂのそれぞれでは、計測ビームの空気中での光路長が極短いため、空気揺らぎの影響が殆ど無視できる。ただし、本実施形態では、光源及び光検出器は各ヘッドの外部、具体的には、ステージ本体９１の内部（又は外部）に設けられ、光学系のみが各ヘッドの内部に設けられている。そして、光源及び光検出器と、光学系とは、不図示の光ファイバを介して光学的に接続されている。ウエハテーブルＷＴＢ１（又はＷＴＢ２）の位置決め精度を向上させるため、ステージ本体９１とウエハテーブルＷＴＢ１（又はＷＴＢ２）との間で、レーザ光等を空中伝送しても良い。
【0045】
ウエハステージＷＳＴ１、ＷＳＴ２が前述の露光時移動領域内に位置する際には、第１ヘッド群６１１に属するヘッド６０１、６０１ａ、６０１ｂは、スケール板２１（の部分２１１）に計測ビーム（計測光）を照射し、スケール板２１の表面（下面）に形成されたＸ軸を基準として１３５度の方向、すなわちＸ軸を基準として－４５度の方向（以下、適宜、－４５度方向又はα方向と称する）を周期方向とする格子からの回折ビームを受光して、ウエハテーブルＷＴＢ１、ＷＴＢ２の－４５度方向（α方向）及びＺ軸方向の位置を計測する２次元エンコーダ７０１、７０１ａ、７０１ｂ、及び７１１、７１１ａ、７１１ｂ（図９参照）を構成する。
【0046】
ウエハステージＷＳＴ１、ＷＳＴ２が前述の露光時移動領域内に位置する際には、第２ヘッド群６１２に属するヘッド６０２、６０２ａ、６０２ｂは、スケール板２１（の部分２１２）に計測ビーム（計測光）を照射し、スケール板２１の表面（下面）に形成されたＸ軸を基準として－１３５度の方向、すなわちＸ軸を基準として４５度の方向（以下、適宜、４５度方向又はβ方向と称する）を周期方向とする格子からの回折ビームを受光して、ウエハテーブルＷＴＢ１、ＷＴＢ２の４５度方向（β方向）及びＺ軸方向の位置を計測する２次元エンコーダ７０２、７０２ａ、７０２ｂ、及び７１２、７１２ａ、７１２ｂ（図９参照）を構成する。
【0047】
ウエハステージＷＳＴ１、ＷＳＴ２が前述の露光時移動領域内に位置する際には、第３ヘッド群６１３に属するヘッド６０３、６０３ａ、６０３ｂは、スケール板２１（の部分２１３）に計測ビーム（計測光）を照射し、スケール板２１の表面（下面）に形成された－４５度方向（α方向）を周期方向とする格子からの回折ビームを受光して、ウエハテーブルＷＴＢ１、ＷＴＢ２の－４５度方向（α方向）及びＺ軸方向の位置を計測する２次元エンコーダ７０３、７０３ａ、７０３ｂ、及び７１３、７１３ａ、７１３ｂ（図９参照）を構成する。
【0048】
ウエハステージＷＳＴ１、ＷＳＴ２が前述の露光時移動領域内に位置する際には、第４ヘッド群６１４に属するヘッド６０４、６０４ａ、６０４ｂは、スケール板２１（の部分２１４）に計測ビーム（計測光）を照射し、スケール板２１の表面（下面）に形成された４５度方向（β方向）を周期方向とする格子からの回折ビームを受光して、ウエハテーブルＷＴＢ１、ＷＴＢ２の４５度方向（β方向）及びＺ軸方向の位置を計測する２次元エンコーダ７０４、７０４ａ、７０４ｂ、及び７１４、７１４ａ、７１４ｂ（図９参照）を構成する。
【0049】
また、ウエハステージＷＳＴ１、ＷＳＴ２が前述の計測時移動領域内に位置する際には、第１ヘッド群６１１に属するヘッド６０１、６０１ａ、６０１ｂは、スケール板２２（の部分２２１）に計測ビーム（計測光）を照射し、スケール板２２の表面（下面）に形成された－４５度方向（α方向）を周期方向とする格子からの回折ビームを受光して、ウエハテーブルＷＴＢ１、ＷＴＢ２の－４５度方向（α方向）及びＺ軸方向の位置を計測する２次元エンコーダ７０１、７０１ａ、７０１ｂ、及び７１１、７１１ａ、７１１ｂ（図９参照）を構成する。
【0050】
ウエハステージＷＳＴ１、ＷＳＴ２が前述の計測時移動領域内に位置する際には、第２ヘッド群６１２に属するヘッド６０２、６０２ａ、６０２ｂは、スケール板２２（の部分２２２）に計測ビーム（計測光）を照射し、スケール板２２の表面（下面）に形成された４５度方向（β方向）を周期方向とする格子からの回折ビームを受光して、ウエハテーブルＷＴＢ１、ＷＴＢ２の４５度方向（β方向）及びＺ軸方向の位置を計測する２次元エンコーダ７０２、７０２ａ、７０２ｂ、及び７１２、７１２ａ、７１２ｂ（図９参照）を構成する。
【0051】
ウエハステージＷＳＴ１、ＷＳＴ２が前述の計測時移動領域内に位置する際には、第３ヘッド群６１３に属するヘッド６０３、６０３ａ、６０３ｂは、スケール板２２（の部分２２３）に計測ビーム（計測光）を照射し、スケール板２２の表面（下面）に形成された－４５度方向（α方向）を周期方向とする格子からの回折ビームを受光して、ウエハテーブルＷＴＢ１、ＷＴＢ２の－４５度方向（α方向）及びＺ軸方向の位置を計測する２次元エンコーダ７０３、７０３ａ、７０３ｂ、及び７１３、７１３ａ、７１３ｂ（図９参照）を構成する。
【0052】
ウエハステージＷＳＴ１、ＷＳＴ２が前述の計測時移動領域内に位置する際には、第４ヘッド群６１４に属するヘッド６０４、６０４ａ、６０４ｂは、スケール板２２（の部分２２４）に計測ビーム（計測光）を照射し、スケール板２２の表面（下面）に形成された４５度方向（β方向）を周期方向とする格子からの回折ビームを受光して、ウエハテーブルＷＴＢ１、ＷＴＢ２の４５度方向（β方向）及びＺ軸方向の位置を計測する２次元エンコーダ７０４、７０４ａ、７０４ｂ、及び７１４、７１４ａ、７１４ｂ（図９参照）を構成する。
【0053】
上述の説明からわかるように、本実施形態では、スケール板２１、２２のどちらに計測ビーム（計測光）を照射するか、すなわち、ウエハステージＷＳＴ１、ＷＳＴ２が前述の露光時移動領域、計測時移動領域のいずれの領域内にあるかにかかわらず、ウエハステージＷＳＴ１上のヘッド６０１、６０１ａ、６０１ｂ、６０２、６０２ａ、６０２ｂ、６０３、６０３ａ、６０３ｂ、６０４、６０４ａ及び６０４ｂは、計測ビーム（計測光）を照射しているスケール板とともに、それぞれ２次元エンコーダ７０１、７０１ａ、７０１ｂ、７０２、７０２ａ、７０２ｂ、７０３、７０３ａ、７０３ｂ、７０４、７０４ａ、７０４ｂを構成し、ウエハステージＷＳＴ２上のヘッド６０１、６０１ａ、６０１ｂ、６０２、６０２ａ、６０２ｂ、６０３、６０３ａ、６０３ｂ、６０４、６０４ａ及び６０４ｂは、計測ビーム（計測光）を照射しているスケール板とともに、それぞれ２次元エンコーダ７１１、７１１ａ、７１１ｂ、７１２、７１２ａ、７１２ｂ、７１３、７１３ａ、７１３ｂ、７１４、７１４ａ、７１４ｂを構成するものとしている。
【0054】
２次元エンコーダ（以下、適宜、エンコーダと略称する）７０１、７０１ａ、７０１ｂ、７０２、７０２ａ、７０２ｂ、７０３、７０３ａ、７０３ｂ、７０４、７０４ａ、７０４ｂ、７１１、７１１ａ、７１１ｂ、７１２、７１２ａ、７１２ｂ、７１３、７１３ａ、７１３ｂ、７１４、７１４ａ、７１４ｂそれぞれの計測値は、主制御装置２０（図９参照）に供給される。主制御装置２０は、エンコーダ７０１～７０４又はエンコーダ７１１～７１４のうち、２次元グレーティングＲＧが形成されたスケール板２１（を構成する部分２１１～２１４）の下面に対向する少なくとも３つのエンコーダ（すなわち、有効な計測値を出力している少なくとも３つのエンコーダ）の計測値に基づいて、投影光学系ＰＬ直下の領域を含む露光時移動領域内でのウエハテーブルＷＴＢ１、ＷＴＢ２の６自由度方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ，θｘ，θｙ，θｚ）の位置情報を求める。
【0055】
主制御装置２０は、ウエハテーブルＷＴＢ１、ＷＴＢ２の６自由度方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ，θｘ，θｙ，θｚ）の位置情報に計測用いられた少なくとも３つのエンコーダのヘッドが属する少なくとも３群の全てのヘッドの計測値を用いて、例えば露光中を含み、露光時移動領域内をウエハテーブルＷＴＢ１、ＷＴＢ２が移動中に、スケール板２１の２次元グレーティングＲＧの変動に対応する露光時座標系のグリッド（グリッド誤差）のキャリブレーション（これについては、後述する）を実行する。
【0056】
同様に、主制御装置２０は、エンコーダ７０１～７０４又はエンコーダ７１１～７１４のうち、２次元グレーティングＲＧが形成されたスケール板２２（を構成する部分２２１～２２４）の下面に対向する少なくとも３つのエンコーダ（すなわち、有効な計測値を出力している少なくとも３つのエンコーダ）の計測値に基づいて、アライメント系ＡＬＧ直下の領域を含む計測時移動領域内でのウエハテーブルＷＴＢ１、ＷＴＢ２の６自由度方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ、θｘ、θｙ、θｚ）の位置情報を求める。
【0057】
主制御装置２０は、ウエハテーブルＷＴＢ１、ＷＴＢ２の６自由度方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ，θｘ，θｙ，θｚ）の位置情報に計測用いられた少なくとも３つのエンコーダのヘッドが属する少なくとも３群の全てのヘッドの計測値を用いて、例えばアライメント中を含み、計測時移動領域内をウエハテーブルＷＴＢ１、ＷＴＢ２が移動中に、スケール板２２の２次元格子ＲＧの変動に対応する計測時座標系のグリッド（グリッド誤差）のキャリブレーション（これについては、後述する）を実行することとしても良い。
【0058】
また、本実施形態の露光装置１００では、ウエハステージＷＳＴ１、ＷＳＴ２（ウエハテーブルＷＴＢ１、ＷＴＢ２）の位置は、ウエハ干渉計システム１８（図９参照）によって、エンコーダシステム７０、７１とは独立して、計測可能である。ウエハ干渉計システム１８の計測値は、例えばエンコーダシステム７０、７１の出力異常時のバックアップ用などとして補助的に用いられる。なお、ウエハ干渉計システム１８の詳細は省略する。
【0059】
アライメント系ＡＬＧは、図１に示されるように、投影光学系ＰＬの＋Ｘ側に所定間隔を隔てて配置されたオフアクシス方式のアライメント系である。本実施形態では、アライメント系ＡＬＧとして、一例としてハロゲンランプ等のブロードバンド（広帯域）光でマークを照明し、このマーク画像を画像処理することによってマーク位置を計測する画像処理方式のアライメントセンサの一種であるＦＩＡ（Field Image Alignment）系が用いられている。アライメント系ＡＬＧ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主制御装置２０（図９参照）に供給される。
【0060】
なお、アライメント系ＡＬＧとしては、ＦＩＡ系に限らず、例えばコヒーレントな検出光をマークに照射し、その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。アライメント系ＡＬＧとして、例えば米国特許出願公開第２００８／００８８８４３号明細書などに開示される、複数の検出領域を有するアライメント系を採用しても良い。
【0061】
この他、本実施形態の露光装置１００には、アライメント系ＡＬＧと一緒に計測ステーションに配置され、例えば米国特許第５，４４８，３３２号明細書等に開示されるものと同様の構成の斜入射方式の多点焦点位置検出系（以下、多点ＡＦ系と略述する）ＡＦ（図１では不図示、図９参照）が設けられている。多点ＡＦ系ＡＦによる計測動作はその少なくとも一部がアライメント系ＡＬＧによるマーク検出動作と並行して行われるとともに、前述のエンコーダシステムによってその計測動作中にウエハテーブルの位置情報が計測される。多点ＡＦ系ＡＦの検出信号は、ＡＦ信号処理系（不図示）を介して主制御装置２０に供給される（図９参照）。主制御装置２０は、多点ＡＦ系ＡＦの検出信号と前述のエンコーダシステムの計測情報に基づいて、ウエハＷ表面のＺ軸方向の位置情報（段差情報／凹凸情報）を検出し、露光動作ではその事前検出情報と前述のエンコーダシステムの計測情報（Ｚ軸、θｘ及びθｙ方向の位置情報）とに基づいて走査露光中のウエハＷのいわゆるフォーカス・レベリング制御を実行する。なお、露光ステーション内で投影ユニットＰＵの近傍に多点ＡＦ系を設け、露光動作時にウエハ表面の位置情報（凹凸情報）を計測しつつウエハテーブルを駆動して、ウエハＷのフォーカス・レベリング制御を実行することとしても良い。
【0062】
露光装置１００では、さらに、レチクルＲの上方に、例えば米国特許第５，６４６，４１３号明細書などに開示される露光波長の光を用いたＴＴＲ（Through The Reticle）方式の一対のレチクルアライメント系１３Ａ、１３Ｂ（図１では不図示、図９参照）が設けられている。レチクルアライメント系１３Ａ、１３Ｂの検出信号は、不図示のアライメント信号処理系を介して主制御装置２０に供給される。なお、レチクルアライメント系に代えて、ウエハステージＷＳＴ上に設けられた不図示の空間像計測器を用いてレチクルアライメントを行っても良い。
【0063】
図９には、露光装置１００のステージ制御に関連する制御系が一部省略して、ブロック図にて示されている。この制御系は、主制御装置２０を中心として構成されている。主制御装置２０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等からなるいわゆるマイクロコンピュータ（又はワークステーション）を含み、装置全体を統括して制御する。
【0064】
上述のようにして構成された露光装置１００では、デバイスの製造に際し、主制御装置２０により、ウエハがローディングされたウエハステージＷＳＴ１、ＷＳＴ２の一方を計測ステーション（計測時移動領域）内で移動して、アライメント系ＡＬＧ及び多点ＡＦ系によるウエハの計測動作が実行される。すなわち、計測時移動領域内でウエハステージＷＳＴ１、ＷＳＴ２の一方に保持されたウエハＷに対して、アライメント系ＡＬＧを用いたマーク検出、いわゆるウエハアライメント（例えば米国特許第４，７８０，６１７号明細書などに開示されるエンハンスト・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）など）と、多点ＡＦ系を用いたウエハの面情報（段差／凹凸情報）の計測とが行われる。その際、エンコーダシステム７０（エンコーダ７０１～７０４）又はエンコーダシステム７１（エンコーダ７１１～７１４）により、ウエハテーブルＷＴＢ１、ＷＴＢ２の６自由度方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ，θｘ，θｙ，θｚ）の位置情報が求められる（計測される）。なお、ウエハアライメントの開始前又は終了後に、主制御装置２０により、アライメント系ＡＬＧを用いて、ウエハステージＷＳＴ１、ＷＳＴ２の一方に設けられた基準マーク部材上の第２基準マークの位置が計測されている。そして、ウエハアライメントの結果として算出されたウエハＷ上の複数のショット領域の配列座標は、第２基準マークを基準とする配列座標に置き換えられている。
【0065】
ウエハアライメントなどの計測動作後、一方のウエハステージ（ＷＳＴ１又はＷＳＴ２）は露光時移動領域に移動し、主制御装置２０により、レチクルアライメント系１３Ａ、１３Ｂ、ウエハテーブル（ＷＴＢ１又はＷＴＢ２）上の基準マーク部材（不図示）などを用いて、通常のスキャニング・ステッパと同様の手順で、レチクルパターンの投影中心と一対の第１基準マークの中心との位置関係を求めるレチクルアライメント等が行われる。
【0066】
そして、主制御装置２０により、そのレチクルアライメントの結果とウエハアライメントの結果として得られた第２基準マークを基準とする複数のショット領域の配列座標とに基づいて、ステップ・アンド・スキャン方式の露光動作が行われ、ウエハＷ上の複数のショット領域にレチクルＲのパターンがそれぞれ転写される。ステップ・アンド・スキャン方式の露光動作は、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴ１又はＷＳＴ２との同期移動を行う走査露光動作と、ウエハステージＷＳＴ１又はＷＳＴ２をショット領域の露光のための加速開始位置に移動させるショット間移動（ステッピング）動作とを交互に繰り返すことで行われる。露光動作時には、エンコーダシステム７０（エンコーダ７０１～７０４）又はエンコーダシステム７１（エンコーダ７１１～７１４）により、一方のウエハテーブル（ＷＴＢ１又はＷＴＢ２）の６自由度方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ，θｘ，θｙ，θｚ）の位置情報が求められる（計測される）。
【0067】
また、本実施形態の露光装置１００は、２つのウエハステージＷＳＴ１、ＷＳＴ２を備えている。そこで、一方のウエハステージ、例えばウエハステージＷＳＴ１上にロードされたウエハに対してステップ・アンド・スキャン方式の露光を行うのと並行して、他方のウエハステージＷＳＴ２上に載置されたウエハに対してウエハアライメントなどを行う、並行処理動作が行われる。
【0068】
本実施形態の露光装置１００では、前述の通り、主制御装置２０は、露光時移動領域内及び計測時移動領域内のいずれにおいても、エンコーダシステム７０（図９参照）を用いて、ウエハテーブルＷＴＢ１の６自由度方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ，θｘ，θｙ，θｚ）の位置情報を求める（計測する）。また、主制御装置２０は、露光時移動領域内及び計測時移動領域内のいずれにおいても、エンコーダシステム７１（図９参照）を用いて、ウエハテーブルＷＴＢ２の６自由度方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ，θｘ，θｙ，θｚ）の位置情報を求める（計測する）。
【0069】
ここで、エンコーダシステム７０、７１によるＸＹ平面内の３自由度方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びθｚ方向（Ｘ，Ｙ，θｚ）とも略記する））の位置計測の原理などについてさらに説明する。ここでは、エンコーダヘッド６０１～６０４又はエンコーダ７０１～７０４の計測値は、エンコーダヘッド６０１～６０４又はエンコーダ７０１～７０４のＺ軸方向でない計測方向の計測値を意味する。
【0070】
本実施形態では、前述のようなエンコーダヘッド６０１～６０４及びスケール板２１の構成及び配置を採用したことにより、露光時移動領域内ではエンコーダヘッド６０１～６０４のうちの少なくとも３つが、常時、スケール板２１（の対応する部分２１１～２１４）に対向する。
【0071】
図１０には、ウエハステージＷＳＴ１上のエンコーダヘッド６０１～６０４及びスケール板２１の各部分２１１～２１４の配置とエンコーダシステム７０の計測領域Ａ０～Ａ４との関係が示されている。図１０では、ウエハテーブルＷＴＢ１の６自由度方向の位置情報の計測に用いられるヘッド６０１、６０２、６０３、及び６０４のみが図示されている。なお、ウエハステージＷＳＴ２はウエハステージＷＳＴ１と同様に構成されているので、ここではウエハステージＷＳＴ１についてのみ説明する。
【0072】
ウエハテーブルＷＴＢ１の中心（ウエハの中心に一致）が、露光時移動領域内で、かつ露光中心（露光領域ＩＡの中心）Ｐに対して＋Ｘ側かつ＋Ｙ側の領域（露光中心Ｐを原点とする第１象限内の領域（ただし、領域Ａ０を除く））である第１領域Ａ１内に位置する場合、ウエハステージＷＳＴ１上のヘッド６０４、６０１、６０２がそれぞれスケール板２１の部分２１４、２１１、２１２に対向する。第１領域Ａ１内では、ヘッド６０４、６０１、６０２（エンコーダ７０４，７０１，７０２）から有効な計測値が主制御装置２０に送られる。なお、以下の説明中のウエハステージＷＳＴ１、ＷＳＴ２の位置は、そのウエハステージの中心（ウエハテーブルの中心及びウエハの中心にそれぞれ一致）の位置を意味する。すなわち、ウエハステージＷＳＴ１、ＷＳＴ２の中心の位置と記述する代わりに、ウエハステージＷＳＴ１、ＷＳＴ２の位置と記述する。
【0073】
同様に、ウエハステージＷＳＴ１が、露光時移動領域内で、かつ露光中心Ｐに対して－Ｘ側かつ＋Ｙ側の領域（露光中心Ｐを原点とする第２象限内の領域（ただし、領域Ａ０を除く））である第２領域Ａ２内に位置する場合、ヘッド６０１、６０２、６０３がそれぞれスケール板２１の部分２１１、２１２、２１３に対向する。ウエハステージＷＳＴ１が、露光時移動領域内で、かつ露光中心Ｐに対して－Ｘ側かつ－Ｙ側の領域（露光中心Ｐを原点とする第３象限内の領域（ただし、領域Ａ０を除く））である第３領域Ａ３内に位置する場合、ヘッド６０２、６０３、６０４がそれぞれスケール板２１の部分２１２、２１３、２１４に対向する。ウエハステージＷＳＴ１が、露光時移動領域内で、かつ露光中心Ｐに対して＋Ｘ側かつ－Ｙ側の領域（露光中心Ｐを原点とする第４象限内の領域（ただし、領域Ａ０を除く））である第４領域Ａ４内に位置する場合、ヘッド６０３、６０４、６０１がそれぞれスケール板２１の部分２１３、２１４、２１１に対向する。
【0074】
本実施形態では、図１０に示されるように、ウエハステージＷＳＴ１が、露光中心Ｐを中心とする十字状の領域Ａ０（露光中心Ｐを通るＹ軸方向を長手方向とする幅Ａ－ａｉ－２ｔの領域とＸ軸方向を長手方向とする幅Ｂ－ｂｉ－２ｔの領域とを含む領域（以下、第０領域と呼ぶ））内に位置する場合、ウエハステージＷＳＴ１上の４つのヘッド６０１～６０４がスケール板２１（対応する部分２１１～２１４）に対向する。従って、第０領域Ａ０内では、ヘッド６０１～６０４（エンコーダ７０１～７０４）から有効な計測値が主制御装置２０に送られる。なお、本実施形態では上記条件（Ａ≧ａｉ＋２ｔ、Ｂ≧ｂｉ＋２ｔ）に加えて、パターンが形成されるウエハ上のショット領域のサイズ（Ｗ、Ｌ）を考慮して、条件Ａ≧ａｉ＋Ｗ＋２ｔ、Ｂ≧ｂｉ＋Ｌ＋２ｔを加えても良い。ここで、Ｗ、Ｌは、それぞれ、ショット領域のＸ軸方向の幅、Ｙ軸方向の長さである。Ｗ、Ｌは、それぞれ、走査露光区間の距離、Ｘ軸方向へのステッピングの距離に等しい。
【0075】
主制御装置２０は、ヘッド６０１～６０４（エンコーダ７０１～７０４）の計測値に基づいて、ウエハステージＷＳＴ１のＸＹ平面内での位置（Ｘ，Ｙ，θｚ）を算出する。ここで、エンコーダ７０１～７０４の計測値（それぞれＣ１～Ｃ４と表記する）は、ウエハステージＷＳＴ１の位置（Ｘ，Ｙ，θｚ）に対して、次式（１）～（４）のように依存する。
【0076】
Ｃ１＝－（ｃｏｓθｚ＋ｓｉｎθｚ）Ｘ／√２
＋（ｃｏｓθｚ－ｓｉｎθｚ）Ｙ／√２＋√２ｐｓｉｎθｚ…（１）
Ｃ２＝－（ｃｏｓθｚ－ｓｉｎθｚ）Ｘ／√２
－（ｃｏｓθｚ＋ｓｉｎθｚ）Ｙ／√２＋√２ｐｓｉｎθｚ…（２）
Ｃ３＝ （ｃｏｓθｚ＋ｓｉｎθｚ）Ｘ／√２
－（ｃｏｓθｚ－ｓｉｎθｚ）Ｙ／√２＋√２ｐｓｉｎθｚ…（３）
Ｃ４＝ （ｃｏｓθｚ－ｓｉｎθｚ）Ｘ／√２
＋（ｃｏｓθｚ＋ｓｉｎθｚ）Ｙ／√２＋√２ｐｓｉｎθｚ…（４）
ただし、ｐは、図６に示されるように、ウエハテーブルＷＴＢ１（ＷＴＢ２）の中心からのヘッド６０１～６０４それぞれのＸ軸及びＹ軸方向に関する距離である。
＋（ｃｏｓθｚ－ｓｉｎθｚ）Ｙ／√２＋√２ｐｓｉｎθｚ…（１）
Ｃ２＝－（ｃｏｓθｚ－ｓｉｎθｚ）Ｘ／√２
－（ｃｏｓθｚ＋ｓｉｎθｚ）Ｙ／√２＋√２ｐｓｉｎθｚ…（２）
Ｃ３＝ （ｃｏｓθｚ＋ｓｉｎθｚ）Ｘ／√２
－（ｃｏｓθｚ－ｓｉｎθｚ）Ｙ／√２＋√２ｐｓｉｎθｚ…（３）
Ｃ４＝ （ｃｏｓθｚ－ｓｉｎθｚ）Ｘ／√２
＋（ｃｏｓθｚ＋ｓｉｎθｚ）Ｙ／√２＋√２ｐｓｉｎθｚ…（４）
ただし、ｐは、図６に示されるように、ウエハテーブルＷＴＢ１（ＷＴＢ２）の中心からのヘッド６０１～６０４それぞれのＸ軸及びＹ軸方向に関する距離である。
【0077】
主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴ１の位置する領域Ａ０～Ａ４に応じてスケール板２１に対向する３つのヘッド（エンコーダ）を特定し、それらの計測値が従う式を上式（１）～（４）から選択して連立方程式を組み、３つのヘッド（エンコーダ）の計測値を用いて連立方程式を解くことにより、ウエハステージＷＳＴ１のＸＹ平面内での位置（Ｘ，Ｙ，θｚ）を算出する。例えば、ウエハステージＷＳＴ１が第１領域Ａ１内に位置する場合、主制御装置２０は、ヘッド６０１、６０２、６０４（エンコーダ７０１，７０２，７０４）の計測値が従う式（１）、（２）、及び（４）から連立方程式を組み、式（１）、（２）、及び（４）それぞれの左辺に各ヘッドの計測値を代入して連立方程式を解く。
【0078】
なお、ウエハステージＷＳＴ１が第０領域Ａ０内に位置する場合、主制御装置２０は、ヘッド６０１～６０４（エンコーダ７０１～７０４）から任意の３つを選択すれば良い。例えば、ウエハステージＷＳＴ１が第１領域から第０領域に移動した後では、第１領域に対応するヘッド６０１、６０２、６０４（エンコーダ７０１，７０２，７０４）を選択すると良い。
【0079】
主制御装置２０は、上の算出結果（Ｘ，Ｙ，θｚ）に基づいて、露光時移動領域内でウエハステージＷＳＴ１を駆動（位置制御）する。
【0080】
ウエハステージＷＳＴ１が、計測時移動領域内に位置する場合、主制御装置２０は、エンコーダシステム７０（エンコーダ７０１～７０４）を用いて３自由度方向（Ｘ，Ｙ，θｚ）の位置情報を計測する。ここで、計測原理等は、露光中心Ｐがアライメント系ＡＬＧの検出中心に、スケール板２１（の部分２１１～２１４）がスケール板２２（の部分２２１～２２４）に置き換わる以外、ウエハステージＷＳＴ１が先の露光時移動領域内に位置する場合と同様である。
【0081】
さらに、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴ１、ＷＳＴ２の位置に応じて、スケール板２１、２２に対向するヘッド６０１～６０４のうちの３つを、少なくとも１つが異なる３つに切り換えて使用する。ここで、エンコーダヘッドを切り換える際には、例えば米国特許出願公開第２００８／００９４５９２号明細書などに開示されているように、ウエハステージの位置の計測値の連続性を保証するためのつなぎ処理が行われる。また、本実施形態では、例えば米国特許出願公開第２０１１／００５３０６１号明細書に開示されている方法と同様の方法で、ステップ・アンド・スキャン方式の露光動作時におけるヘッド６０１～６０４の切り換えとつなぎ処理が行われる。
【0082】
次に、エンコーダシステム７０、７１による３自由度方向（Ｚ，θｘ，θｙ）の位置計測の原理などについてさらに説明する。ここでは、エンコーダヘッド６０１～６０４又はエンコーダ７０１～７０４の計測値は、エンコーダヘッド６０１～６０４又はエンコーダ７０１～７０４のＺ軸方向の計測値を意味する。
【0083】
本実施形態では、前述のようなエンコーダヘッド６０１～６０４及びスケール板２１の構成及び配置を採用したことにより、露光時移動領域内では、ウエハステージＷＳＴ１（ＷＳＴ２）の位置する領域Ａ０～Ａ４に応じて、エンコーダヘッド６０１～６０４のうちの少なくとも３つがスケール板２１（の対応する部分２１１～２１４）に対向する。スケール板２１に対向するヘッド（エンコーダ）から有効な計測値が主制御装置２０に送られる。
【0084】
主制御装置２０は、エンコーダ７０１～７０４の計測値に基づいて、ウエハステージＷＳＴ１（ＷＳＴ２）の位置（Ｚ，θｘ，θｙ）を算出する。ここで、エンコーダ７０１～７０４のＺ軸方向に関する計測値（前述のＺ軸方向ではない計測方向、すなわちＸＹ平面内の一軸方向についての計測値Ｃ１～Ｃ４と区別して、それぞれ、Ｄ１～Ｄ４と表記する）は、ウエハステージＷＳＴ１（ＷＳＴ２）の位置（Ｚ，θｘ，θｙ）に対して、次式（５）～（８）のように依存する。
【0085】
Ｄ１＝－ｐｔａｎθｙ＋ｐｔａｎθｘ＋Ｚ …（５）
Ｄ２＝ ｐｔａｎθｙ＋ｐｔａｎθｘ＋Ｚ …（６）
Ｄ３＝ ｐｔａｎθｙ－ｐｔａｎθｘ＋Ｚ …（７）
Ｄ４＝－ｐｔａｎθｙ－ｐｔａｎθｘ＋Ｚ …（８）
ただし、ｐは、ウエハテーブルＷＴＢ１（ＷＴＢ２）の中心からのヘッド６０１～６０４のＸ軸及びＹ軸方向に関する距離（図６参照）である。
Ｄ２＝ ｐｔａｎθｙ＋ｐｔａｎθｘ＋Ｚ …（６）
Ｄ３＝ ｐｔａｎθｙ－ｐｔａｎθｘ＋Ｚ …（７）
Ｄ４＝－ｐｔａｎθｙ－ｐｔａｎθｘ＋Ｚ …（８）
ただし、ｐは、ウエハテーブルＷＴＢ１（ＷＴＢ２）の中心からのヘッド６０１～６０４のＸ軸及びＹ軸方向に関する距離（図６参照）である。
【0086】
主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴ１（ＷＳＴ２）の位置する領域Ａ０～Ａ４に応じて３つのヘッド（エンコーダ）の計測値の従う式を上式（５）～（８）から選択し、選択した３つの式から構成される連立方程式に３つのヘッド（エンコーダ）の計測値を代入して解くことにより、ウエハステージＷＳＴ１（ＷＳＴ２）の位置（Ｚ，θｘ，θｙ）を算出する。例えば、ウエハステージＷＳＴ１（又はＷＳＴ２）が第１領域Ａ１内に位置する場合、主制御装置２０は、ヘッド６０１、６０２、６０４（エンコーダ７０１，７０２，７０４）（又はヘッド６０１，６０２，６０４（エンコーダ７１１，７１２，７１４）の計測値が従う式（５）、（６）、及び（８）から連立方程式を組み、式（５）、（６）、及び（８）それぞれの左辺に計測値を代入して解く。
【0087】
なお、ウエハステージＷＳＴ１（又はＷＳＴ２）が第０領域Ａ０内に位置する場合、ヘッド６０１～６０４（エンコーダ７０１～７０４）（又はヘッド６０１～６０４（エンコーダ７１１～７１４））から任意の３つを選択し、選択した３つのヘッドの計測値が従う式から組まれる連立方程式を用いれば良い。
【0088】
主制御装置２０は、上の算出結果（Ｚ，θｘ，θｙ）と前述の段差情報（フォーカスマッピングデータ）とに基づいて、露光時移動領域内でウエハステージＷＳＴ１（又はＷＳＴ２）をフォーカス・レベリング制御する。
【0089】
ウエハステージＷＳＴ１（又はＷＳＴ２）が、計測時移動領域内に位置する場合、主制御装置２０は、エンコーダシステム７０又は７１を用いて３自由度方向（Ｚ，θｘ，θｙ）の位置情報を計測する。ここで、計測原理等は、露光中心がアライメント系ＡＬＧの検出中心に、スケール板２１（の部分２１１～２１４）がスケール板２２（の部分２２１～２２４）に置き換わる以外、ウエハステージＷＳＴ１が先の露光時移動領域内に位置する場合と同様である。主制御装置２０は、エンコーダシステム７０又は７１の計測値に基づいて、ウエハステージＷＳＴ１又はＷＳＴ２をフォーカス・レベリング制御する。なお、計測時移動領域（計測ステーション）では必ずしもフォーカス・レベリングを行わなくても良い。すなわち、マーク位置及び段差情報（フォーカスマッピングデータ）の取得を行っておき、その段差情報から段差情報取得時（計測時）のウエハステージのＺ・チルト分を差し引くことで、ウエハステージの基準面、例えば上面を基準とする段差情報得て置く。そして、露光時には、この段差情報とウエハステージ（の基準面）の３自由度方向（Ｚ，θｘ，θｙ）の位置情報とに基づいて、フォーカス・レベリングが可能になるからである。
【0090】
さらに、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴ１、ＷＳＴ２の位置に応じて、スケール板２１、２２に対向するヘッド６０１～６０４のうちの３つを、少なくとも１つが異なる３つに切り換えて使用する。ここで、エンコーダヘッドを切り換える際には、ウエハステージＷＳＴ１（又はＷＳＴ２）の位置の計測値の連続性を保証するため、前述と同様のつなぎ処理が行われる。
【0091】
次に、本実施形態に係る露光装置１００で、上述した一連のシーケンスの実行中に実行される、露光時座標系のグリッド変動量の補正（較正）について、説明する。ここでは、ウエハステージＷＳＴ１が、露光時移動領域を移動する場合について説明する。
【0092】
このグリッド変動量の補正（較正）は、主制御装置２０により、前述したようにしてウエハテーブルＷＴＢ１の６自由度方向の位置制御が、エンコーダ７０１～７０４の中から選択された３つのエンコーダの計測値に基づいて行われるのと並行して、実行される。
【0093】
主制御装置２０は、例えば露光中などに、例えば第１ヘッド群６１１に属するヘッド６０１、６０１ａ、６０１ｂが、スケール板２１の対応する部分２１１に対向した状態で、ウエハステージＷＳＴ１がＸ軸方向に関してΔｘ移動する度に、例えばヘッド６０１、６０１ａ、（エンコーダ７０１、７０１ａ）のα方向の計測値を取り込み、次式（９）で表される差分データ、すなわちα方向のグリッド（αグリッド）のＸ位置に応じたずれΔα／δｘを、順次積算する。これにより、離散的なαグリッド変動量のＸ軸方向に関する分布を求めることができる。
Δα／δｘ＝ζ１（ｘ-Δｘ，ｙ）－ζ１（ｘ，ｙ）……（９）
Δα／δｘ＝ζ１（ｘ-Δｘ，ｙ）－ζ１（ｘ，ｙ）……（９）
【0094】
また、主制御装置２０は、例えば露光中などに、例えば第１ヘッド群６１１に属するヘッド６０１、６０１ａ、６０１ｂが、スケール板２１の対応する部分２１１に対向した状態で、ウエハテーブルＷＴＢ１がＹ軸方向に関してΔｙ移動する度に、例えばヘッド６０１、６０１b、（エンコーダ７０１、７０１b）のα方向の計測値を取り込み、次式（１０）で表される差分データ、すなわちαグリッドのＹ位置に応じたずれΔα／δｙを、順次積算する。これにより、離散的なαグリッドの変動量のＹ軸方向に関する分布を求めることができる。
Δα／δｙ＝ζ１（ｘ，ｙ-Δｙ）－ζ１（ｘ，ｙ）……（１０）
Δα／δｙ＝ζ１（ｘ，ｙ-Δｙ）－ζ１（ｘ，ｙ）……（１０）
【0095】
主制御装置２０は、上述した離散的なαグリッド変動量のＸ軸方向に関する分布、及び離散的なαグリッドの変動量のＹ軸方向に関する分布から、関数ζ１（ｘ，ｙ）で表される、２次元グレーティングＲＧの第１象限部分（スケール板２１の第１部分２１１）に発生したドリフト（αグリッドの変動）を補正するためのα補正マップを得ることができる。
【0096】
主制御装置２０は、例えば露光中などに、例えば第３ヘッド群６１３に属するヘッド６０３、６０３ａ、６０３ｂが、スケール板２１の対応する部分２１３に対向した状態で、ウエハステージＷＳＴ１がＸ軸方向に関してΔｘ移動する度に、例えばヘッド６０３、６０３ａ（エンコーダ７０３、７０３ａ）のα方向の計測値を、取り込み、式（９）と同様の差分データを、順次積算するとともに、ウエハステージＷＳＴ１がＹ軸方向に関してΔｙ移動する度に、例えばヘッド６０３、６０３ｂ（７０３、７０３ｂ）のα方向の計測値を、取り込み、式（１０）と同様の差分データを、順次積算する。そして、主制御装置２０は、上述した差分データの積算から得られた離散的なαグリッド変動量のＸ軸方向に関する分布、及び離散的なαグリッドの変動量のＹ軸方向に関する分布から、関数（ζ３（ｘ，ｙ）とする）で表される、２次元グレーティングＲＧの第３象限部分（スケール板２１の第３部分２１３）に発生したドリフト（αグリッドの変動）を補正するためのα補正マップを得る。
【0097】
主制御装置２０は、例えば露光中などに、例えば第２ヘッド群６１２に属するヘッド６０２、６０２ａ、６０２ｂが、スケール板２１の対応する部分２１２に対向している状態で、ウエハステージＷＳＴ１がＸ軸方向に関してΔｘ移動する度に、例えばヘッド６０２、６０２ａ（エンコーダ７０２、７０２ａ）のβ方向の計測値を、取り込み、次式（１１）で表される差分データを、順次積算するとともに、ウエハステージＷＳＴ１がＹ軸方向に関してΔｙ移動する度に、例えばヘッド６０２、６０２ｂ（７０２、７０２ｂ）のβ方向の計測値を、取り込み、次式（１２）で表される差分データを、順次積算する。そして、主制御装置２０は、上述の差分データの積算から得られた離散的なβグリッド変動量のＸ軸方向に関する分布、及び離散的なβグリッドの変動量のＹ軸方向に関する分布から、関数ζ２（ｘ，ｙ）で表される、２次元グレーティングＲＧの第２象限部分（スケール板２１の第２部分２１２）に発生したドリフト（βグリッドの変動）を補正するためのβ補正マップを得る。
Δβ／δｘ＝ζ２（ｘ-Δｘ，ｙ）－ζ２（ｘ，ｙ）……（１１）
Δβ／δｙ＝ζ２（ｘ，ｙ-Δｙ）－ζ２（ｘ，ｙ）……（１２）
Δβ／δｘ＝ζ２（ｘ-Δｘ，ｙ）－ζ２（ｘ，ｙ）……（１１）
Δβ／δｙ＝ζ２（ｘ，ｙ-Δｙ）－ζ２（ｘ，ｙ）……（１２）
【0098】
主制御装置２０は、例えば露光中などに、例えば第４ヘッド群６１４に属するヘッド６０４、６０４ａ、６０４ｂが、スケール板２１の対応する部分２１４に対向している状態で、ウエハステージＷＳＴ１がＸ軸方向に関してΔｘ移動する度に、例えばヘッド６０４、６０４ａ（エンコーダ７０４、７０４ａ）のβ方向計測値を、取り込み、式（１１）と同様の差分データを、順次積算するとともに、ウエハステージＷＳＴ１がＹ軸方向に関してΔｙ移動する度に、例えばヘッド６０４、６０４ｂ（７０４、７０４ｂ）のβ方向の計測値を、取り込み、式（１２）と同様の差分データを、順次積算する。そして、主制御装置２０は、上述の差分データの積算から得られた離散的なβグリッド変動量のＸ軸方向に関する分布、及び離散的なβグリッドの変動量のＹ軸方向に関する分布から、関数（ζ４（ｘ，ｙ）とする）で表される、２次元グレーティングＲＧの第４象限部分（スケール板２１の第４部分２１４）に発生したドリフト（βグリッドの変動）を補正するためのβ補正マップを得る。
【0099】
主制御装置２０は、例えば露光中などに、上述したα補正マップ及びβ補正マップと同様にして、Ｚ補正マップも作成する。
【0100】
すなわち、主制御装置２０は、例えば露光中などに、例えば第１ヘッド群６１１に属するヘッド６０１、６０１ａ、６０１ｂが、スケール板２１の対応する部分２１１に対向している状態で、ウエハステージＷＳＴ１がＸ軸方向に関してΔｘ移動する度に、例えばヘッド６０１、６０１ａ（エンコーダ７０１、７０１ａ）のＺ軸方向の計測値を、取り込み、次式（１３）で表される差分データを、順次積算するとともに、ウエハステージＷＳＴ１がＹ軸方向に関してΔｙ移動する度に、例えばヘッド６０１、６０１ｂ（７０１、７０１ｂ）のＺ軸方向の計測値を、取り込み、次式（１４）で表される差分データを、順次積算する。そして、主制御装置２０は、上述の差分データの積算から得られた離散的なＺグリッド変動量のＸ軸方向に関する分布、及び離散的なＺグリッドの変動量のＹ軸方向に関する分布から、関数η１（ｘ，ｙ）で表される、２次元グレーティングＲＧの第１象限部分（スケール板２１の第１部分２１１）に発生したＺグリッドの変動（ドリフト）を補正するためのＺ補正マップを得る。
ΔＺ／δｘ＝η１（ｘ-Δｘ，ｙ）－η１（ｘ，ｙ）……（１３）
ΔＺ／δｙ＝η１（ｘ，ｙ-Δｙ）－η１（ｘ，ｙ）……（１４）
ΔＺ／δｘ＝η１（ｘ-Δｘ，ｙ）－η１（ｘ，ｙ）……（１３）
ΔＺ／δｙ＝η１（ｘ，ｙ-Δｙ）－η１（ｘ，ｙ）……（１４）
【0101】
主制御装置２０は、例えば露光中などに、第２、第３及び第４ヘッド群に属するヘッドについても、スケール板２１に対向している状態で、ウエハステージＷＳＴ１がΔｘ移動する度、Δｙ移動する度に上記と同様の差分データの取り込み及び積算を行い、ドリフト形状（Ｚグリッドの変動）を表す関数（それぞれη２（ｘ，ｙ）、η３（ｘ，ｙ）、η４（ｘ，ｙ）とする）を復元するとともに、Ｚ補正マップを得る。
【0102】
主制御装置２０は、上記のウエハテーブルＷＴＢの６自由度方向の位置計測と並行して、上記の差分計測を繰り返し行なって、エンコーダシステム７０の座標系のグリッド誤差の更新を行う。以下では、このグリッド誤差の更新を、エンコーダシステム７０の座標系のリフレッシュとも称する。
【0103】
前述の如く、主制御装置２０は、例えば露光時には、ウエハステージＷＳＴ１の位置に応じて、スケール板２１に対向するヘッド６０１～６０４のうちの３つを、少なくとも１つが異なる３つに切り換えて使用する。すなわち、主制御装置２０は、ヘッド６０１～６０４のうちの３つ（エンコーダ７０１～７０４のうちの３つ）により求められたウエハテーブルＷＴＢ１の位置情報に基づいてウエハテーブルＷＴＢ１を駆動するとともにウエハテーブルＷＴＢ１の位置に応じてウエハテーブルＷＴＢ１の位置情報の算出に用いられる３つのヘッドの少なくとも１つを、ウエハテーブルＷＴＢ１の位置情報の算出に用いられていない別のヘッド群に属するヘッドに切り換える。主制御装置２０は、この切り換えに伴って、スケール板２１の２次元グレーティングＲＧの上述したグリッド誤差の較正のための、前記差分のデータの取り込みの対象を、別のヘッド群に切り換える。本実施形態では、ウエハテーブルＷＴＢの位置計測に用いられるヘッドの切り換えと同時に、前述した差分計測に用いられる冗長ヘッドの切り換えが行われる。
【0104】
主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴ２が、露光時を含み、露光時移動領域を移動中には、エンコーダシステム７１の座標系のリフレッシュを、上記と同様にして行う。
【0105】
ところで、露光中は、ショットマップに従ってウエハステージＷＳＴ１、ＷＳＴ２の移動が行われ、限られたエリアしかウエハステージＷＳＴ１、ＷＳＴ２が通過しないので、取得できる差分データが少ない。そこで、主制御装置２０は、上述したエンコーダシステム７０、７１の座標系のリフレッシュに際し、前述のように差分データの積算によりグリッド変動の低次成分である一次成分、例えばスケーリング（α、βグリッド）、及び曲がり（Ｚグリッド）のみを、リアルタイムで補正するようにしている。
【0106】
そして、差分データの積算値を監視し、低次成分（一次成分）の変動量（補正量）が予め定めた第１の量より大きくなった場合に、より詳細な補正を行うこととしている。ここで、より詳細な補正とは、例えば、ウエハステージＷＳＴ１、ＷＳＴ２を、それらの有効ストロークのほぼ全域で移動させて、前述の差分データの取得を行うことで、より多くの差分データを取得し、その多くの差分データに基づき、スケール板２１の２次元グレーティングＲＧのより広い範囲に渡って行われる、前述と同様のグリッド変動量（誤差）の補正、又は、次に説明するのと同様の手法で行われる、少なくとも２次成分まで対象としたα、β及びＺグリッドの変動量の補正を意味する。
【0107】
低次成分（１次成分）の変動量（補正量）が第１の量より大きい予め定めた第２の量より大きい場合には、主制御装置２０は、より高次の成分まで対象とした補正を行う必要がある旨を、例えば表示等によりオペレータに通知する。この通知に応答して、オペレータからより高次の補正が指示された場合、主制御装置２０は、設計値通りの配置で複数の基準マークが形成された基準ウエハ（その表面にレジストが塗布されている）をウエハテーブルＷＴＢ１又はＷＴＢ２上に搭載し、複数のマークが所定の位置関係で配置された計測用レチクルをレチクルステージＲＳＴ上に搭載する。そして、例えばステップ・アンド・リピート方式（又はステップ・アンド・スキャン方式）で露光を行う。露光終了後、主制御装置２０は、その露光後の基準ウエハを、例えば露光装置１００にインラインにて接続されているコータ・デベロッパに搬送するとともに、現像を指示する。そして、コータ・デベロッパにより、基準ウエハの現像が終了した旨の通知を受け取ると、主制御装置２０は、現像後の基準ウエハを再びウエハテーブルＷＴＢ１又はＷＴＢ２上に搭載し、その基準ウエハ上に形成されたレジスト像から成るマークの対応する基準マークに対する位置を、例えばアライメント系ＡＬＧで順次検出する。そして、その検出結果に基づいて、より高次の成分まで対象としたα、β及びＺグリッドの変動量の補正を行う。
【0108】
この他、例えばオペレータは、前述した低次成分（１次成分）の変動量（補正量）に閾値（例えば、第２の量より大きい予め定めた第３の量）を設定しておき、主制御装置２０が、低次成分の変動量が閾値を超えるか否かを監視し、変動量（補正量）が閾値を超えた場合に、グリッドのメンテナンスが必要である旨を、オペレータに通知するように設定しておいても良い。すなわち、前述した低次成分の変動量（補正量）をグリッドのメンテナンス要否を判断するためのモニター指標として活用しても良い。
【0109】
以上詳細に説明したように、本実施形態に係る露光装置１００によると、例えば、露光中など露光時移動領域にウエハステージＷＳＴ１（又はＷＳＴ２）があるとき、主制御装置２０により、エンコーダシステム７０のエンコーダ７０１～７０４のうちの３つ（又はエンコーダシステム７１のエンコーダ７１１～７１４のうちの３つ）にて求められた６自由度方向の位置情報に基づいてウエハテーブルＷＴＢ１又はＷＴＢ２（ウエハステージＷＳＴ１又はＷＳＴ２）が駆動される。そして、このウエハテーブルＷＴＢ１又はＷＴＢ２（ウエハステージＷＳＴ１又はＷＳＴ２）の駆動と並行して、主制御装置２０により、第１ヘッド群６１１、第２ヘッド群６１２、第３ヘッド群６１３及び第４ヘッド群６１４のうち、スケール板２１に対向しているヘッド群では、それぞれに属する１つの基準となる１つのヘッド６０ｉと２つのヘッド６０ｉａ及び６０ｉｂ（ｉ＝１～４）それぞれとの計測方向（α方向及びＺ方向、又はβ方向及びＺ方向）に関する計測値の差分のデータが、取り込まれ、その取り込まれた差分のデータに基づいて、スケール板２１の下面に形成された２次元グレーティングＲＧの４つの部分２１１～２１４にそれぞれ対応する部分について、計測方向（α方向及びＺ方向、又はβ方向及びＺ方向）に関するグリッドの変動量を監視することが可能になる。また、主制御装置２０により、そのグリッド誤差（特に低次の成分）の較正（補正）、すなわちエンコーダシステム７０、７１の座標系のリフレッシュがリアルタイムで行われる。従って、露光装置１００によると、スケール板２１の下面に形成された２次元グレーティングＲＧを計測面とするエンコーダシステム７０又は７１により、ウエハステージＷＳＴ１又はＷＳＴ２の露光時移動領域内での６自由度方向の位置を、長期に渡って精度良く計測するとともに制御することができ、ひいてはレチクルＲのパターンをウエハＷ上の複数のショット領域に精度良く転写することが可能になる。
【0110】
本実施形態に係る露光装置１００では、主制御装置２０により、エンコーダシステム７０、７１の座標系のリフレッシュが露光の際などにリアルタイムで実行される。このため、仮に４５０ミリウエハに対応するため、ウエハステージＷＳＴ１、ＷＳＴ２とともにスケール板２１（２次元グレーティングＲＧ）がさらに大型化した場合であってもウエハテーブルＷＴＢ１又はＷＴＢ２の露光時移動領域内での６自由度方向の位置を、長期に渡って精度良く計測することが可能になる。
【0111】
また、露光装置１００では、主制御装置２０が、ウエハアライメント計測（アライメント系ＡＬＧによるマーク検出）及びこれと並行して行われるウエハＷ表面のＺ軸方向の位置情報（段差情報／凹凸情報）の検出時など計測時移動領域内でウエハステージＷＳＴ１又はＷＳＴ２が移動中にも、エンコーダシステム７０、７１の座標系のリフレッシュをリアルタイムで実行することができる。かかる場合には、ＥＧＡ等のウエハアライメントの精度及び走査露光中のウエハＷのフォーカス・レベリング制御精度を、長期に渡って高精度で維持することが可能になる。
【0112】
さらに、本実施形態に係る露光装置１００では、ヘッド６０１～６０４の配置間隔Ａ、Ｂは、それぞれ、スケール板２１、２２の開口の幅ａｉ、ｂｉとショット領域のサイズＷ、Ｌとの和よりも大きく定められている。これにより、ウエハを露光するためにウエハを保持するウエハステージＷＳＴ１、ＷＳＴ２を走査（等速）駆動する間に、ヘッド６０１～６０４を切り換えることなしにウエハステージＷＳＴ１、ＷＳＴ２の位置情報を計測することができる。従って、精度良くパターンをウエハ上に形成することができ、特に第２層目（セカンドレイヤ）以後の露光に際しては重ね合わせ精度を高精度に維持することが可能となる。
【0113】
なお、上記実施形態中の説明では、ウエハテーブル上面の４隅に設けられたウエハテーブルの位置計測用の４つのヘッド６０１、６０２、６０３、６０４が、上述の配置条件を満足するとしたが、各ヘッド群６１ｉ（ｉ＝１～４）に属するヘッド６０ｉａ、６０ｉｂ及び６０ｉの配置（図２参照）から明らかなように、ヘッド６０１ａ、６０２ａ、６０３ａ、６０４ａ、及びヘッド６０１ｂ、６０２ｂ、６０３ｂ、６０４ｂも上述と同様の配置条件を満足している。
【0114】
なお、上記実施形態では、スケール板２１、２２が、それぞれ４つの部分から構成され、これに対応してウエハステージＷＳＴ１、ＷＳＴ２上に４つのヘッド群６１１～６１４が設けられる場合について説明したが、これに限らず、スケール板２１、２２は、単一の部材によって構成されていても良い。この場合、２次元グレーティングＲＧは、大面積の単一の２次元グレーティングであっても良い。かかる場合において、ウエハステージＷＳＴ１、ＷＳＴ２の移動ストロークが十分大きい場合には、ヘッド６０１とともに、ウエハステージＷＳＴ１、ＷＳＴ２の所定自由度、例えば６自由度の位置計測が可能となる２つのヘッド（例えばヘッド６０２～６０４のうちの２つ）に加え、第１ヘッド群６１１に属する２つの冗長ヘッド６０１ａ、６０１ｂのみを設けても良い。
【0115】
また、上記実施形態で説明した各ヘッド群に属するヘッドの配置は、一例に過ぎない。例えば、第１ヘッド群に属するヘッドの配置として、例えば図１１（Ａ）に示されるような配置を採用しても良い。この場合、座標系のリフレッシュに際し、前述のドリフト形状（α、β、Ｚグリッドの変動）を表す関数として、ｘ、ｙの関数ではなくα、βの関数を仮定することで、上記実施形態と同様にして座標系のリフレッシュを行うことができる。
【0116】
あるいは、第１ヘッド群６１１に属するヘッドの配置として、例えば図１１（Ｂ）に示されるような配置を採用しても良い。この場合、ヘッド６０１、６０１ａ、６０１ｂの計測方向が、Ｘ軸方向及びＺ軸方向の２方向となっている。従って、第１ヘッド群６１１に属するヘッドが対向するスケール板２１の第１部分には、少なくともＸ軸方向を周期方向とする一次元又は２次元のグレーティングが設けられる。第１ヘッド群に属するヘッドの配置として、図１１（Ａ）又は図１１（Ｂ）に示される配置が採用される場合、第２、第３、第４ヘッド群にそれぞれ属するヘッドの配置として、図１１（Ａ）又は図１１（Ｂ）に示される配置と、ウエハテーブル中心に関して点対称又は中心を通るＸ軸又はＹ軸に平行な直線に関して線対称な配置（ただし、第２、第３、第４ヘッド群のうち少なくとも１つの群に属するヘッドのＸＹ平面内の計測方向は、第１ヘッド群に属するヘッドの計測方向と直交する）が採用される。
【0117】
なお、これまでは、各ヘッド群にそれぞれ３つのヘッドが属する場合について説明したが、これに限らず、各ヘッド群にそれぞれ２つのヘッドが属していても良い。例えば、２つのヘッドの計測方向に、Ｘ軸方向及びＹ軸方向少なくとも１方向が含まれる場合には、これら２つのヘッドは、例えば図１１（Ｂ）中のヘッド６０１ａ、６０１ｂと同様に、Ｘ軸及びＹ軸に交差する方向に離れて配置されていることが望ましい。また、２つのヘッドの計測方向に前述のα方向及びβ方向の少なくとも１方向が含まれる場合には、これら２つのヘッドは、例えば図１１（Ａ）中のヘッド６０１ａ、６０１ｂと同様に、α方向及びβ方向に交差するＸ軸方向（又はＹ軸方向）に離れて配置されていることが望ましい。
【0118】
あるいは、各ヘッド群にそれぞれ４つ以上のヘッドが属していても良い。この場合も、各ヘッド群に属する全てのヘッドが同一直線上に位置しないようなヘッドの配置が採用される。この場合、前述の露光時座標系のリフレッシュに際し、各ヘッド群に属する、ウエハテーブルの６自由度方向の位置情報の計測に用いられる１つの基準となるヘッドと残りのヘッドそれぞれとの共通の計測方向に関する計測値の差分のデータを取得しても良いし、各ヘッド群に属する全ての異なるヘッド同士の前記共通の計測方向に関する差分のデータを取得しても良い。要は、各ヘッド群に属する、前記位置情報の計測に用いられる１つの基準となるヘッドと残りのヘッドのうち少なくとも２つのヘッドそれぞれとの前記共通の計測方向に関する計測値の差分のデータを含む各ヘッド群に属する異なるヘッド同士の前記共通の計測方向に関する差分のデータを取得し、その取得した差分のデータに基づいて、スケール板２１（２次元グレーティングＲＧ）の共通の計測方向に関するグリッドの変動量を監視し、グリッド誤差を較正できれば良い。
【0119】
各ヘッド群にそれぞれ４つ以上のヘッドが属している場合、座標系のリフレッシュ時に、Ｘ軸又はＹ軸方向に関して、一度により多くの差分データを得ることができるので、２次以上の所定次数の成分までも対象としたグリッド変動量（グリッド誤差）の較正を、リアルタイムに行うこととしても良い。そして、この場合、前述した、「より詳細なグリッド誤差の補正」の一態様として、その所定次数より高次の成分までも対象としたグリッド変動量（グリッド誤差）の較正を、例えば前述と同様に基準ウエハ等を用いて行うようにしても良い。
【0120】
なお、上記実施形態では、各ヘッド群にそれぞれ属する３つのヘッドのうち、１つの基準となるヘッドの計測値のみが、ウエハテーブルＷＴＢ１、ＷＴＢ２の６自由度方向の位置の算出に用いられる場合について説明したが、これに限らず、各ヘッド群にそれぞれ属する３つのヘッドのうちの少なくとも２つの計測値を、ウエハテーブルＷＴＢ１、ＷＴＢ２の６自由度方向の位置の算出に用いることとしても良い。例えば、各ヘッド群にそれぞれ属する３つのヘッドの計測値の平均をウエハテーブルＷＴＢ１、ＷＴＢ２の６自由度方向の位置の算出に用いることとしても良い。かかる場合には、平均化効果により、より精度の高い位置計測が可能になる。
【0121】
また、上記実施形態では、各ヘッドとして、ＸＹ平面内の一方向及びＺ軸方向の２方向を計測方向とする２次元ヘッドが用いられ、かつその２方向について、露光時座標系のグリッド誤差の較正（補正）が行われる場合について説明したが、これに限られるものではない。例えば、ＸＹ平面内の一方向及びＺ軸方向のうちの１つの方向に関して露光時座標系のグリッド誤差の較正（補正）が行われることとしても良い。また、各ヘッドとして、ＸＹ平面内の直交２方向及びＺ軸方向を計測方向とする３次元ヘッドを用いても良い。あるいは、例えばヘッド６０ｉａ、６０ｉｂとして、２次元ヘッド又は３次元ヘッドから成るヘッド６０ｉの２つ又は３つの計測方向のうちの少なくとも１つの計測方向を、共通の計測方向とする、１次元ヘッド又は２次元ヘッドを用いても良い。ＸＹ平面内の１軸方向を計測方向とする１次元ヘッドを用いる場合、これと組み合わせて、Ｚ軸方向を計測方向とする非エンコーダ方式の面位置センサを採用しても良い。
【0122】
なお、上記実施形態では、スケール板２１、２２の部分２１１～２１４、２２１～２２４のそれぞれの下面に２次元グレーティングＲＧが形成された場合について例示したが、これに限らず、対応するエンコーダヘッド６０１～６０４の計測方向（ＸＹ平面内での一軸方向）のみを周期方向とする１次元グレーティングが形成された場合においても、上記実施形態は適用可能である。
【0123】
また、上記実施形態では、ウエハステージＷＳＴ１、ＷＳＴ２上にヘッドが搭載され、ウエハステージＷＳＴ１、ＷＳＴ２の外部にスケール板２１、２２（２次元グレーティングＲＧ）が配置されたエンコーダシステムを備える露光装置について説明したが、これに限らず、ウエハステージの外部、例えば上方（又は下方）に複数のヘッドが設けられ、これに対向してウエハステージの上面（又は下面）にグレーティングなどの計測面が設けられたタイプのエンコーダシステムを備える露光装置、例えば米国特許出願公開第２００８／００８８８４３号明細書などに開示される露光装置などにも適用することが可能である。
【0124】
なお、上記実施形態では、露光装置がスキャニング・ステッパである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上記実施形態を適用しても良い。ステッパなどであっても、露光対象の物体が搭載されたステージの位置をエンコーダで計測することにより、干渉計によりステージの位置を計測する場合と異なり、空気揺らぎに起因する位置計測誤差の発生を殆ど零にすることができ、エンコーダの計測値に基づいて、ステージを高精度に位置決めすることが可能になり、結果的に高精度なレチクルパターンのウエハ上への転写が可能になる。また、ショット領域とショット領域とを合成するステップ・アンド・スティッチ方式の投影露光装置にも上記実施形態は適用することができる。
【0125】
また、上記実施形態では露光装置１００が、２つのウエハステージを備えたツインステージ型の露光装置である場合について例示したが、これに限らず、例えば、米国特許出願公開第２００７／０２１１２３５号明細書及び米国特許出願公開第２００７／０１２７００６号明細書などに開示されるようにウエハステージとは別に、計測部材（例えば、基準マーク、及び／又はセンサなど）を含む計測ステージを備える露光装置、又はウエハステージを１つのみ備えるシングルステージ型の露光装置に上記実施形態を適用しても良い。
【0126】
また、上記実施形態の露光装置を、例えば国際公開第９９／４９５０４号、米国特許出願公開第２００５／０２５９２３４号明細書などに開示される液浸型としても良い。
【0127】
また、上記実施形態の露光装置における投影光学系は縮小系のみならず等倍及び拡大系のいずれでも良いし、投影光学系ＰＬは屈折系のみならず、反射系及び反射屈折系のいずれでも良いし、その投影像は倒立像及び正立像のいずれでも良い。
【0128】
また、照明光ＩＬは、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）に限らず、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）などの紫外光や、Ｆ2レーザ光（波長１５７ｎｍ）などの真空紫外光であっても良い。例えば米国特許第７,０２３,６１０号明細書に開示されているように、真空紫外光としてＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（又はエルビウムとイッテルビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。
【0129】
また、上記実施形態においては、光透過性の基板上に所定の遮光パターン（又は位相パターン・減光パターン）を形成した光透過型マスク（レチクル）を用いたが、このレチクルに代えて、例えば米国特許第６，７７８，２５７号明細書に開示されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて、透過パターン又は反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスク（可変成形マスク、アクティブマスク、あるいはイメージジェネレータとも呼ばれ、例えば非発光型画像表示素子（空間光変調器）の一種であるＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）などを含む）を用いても良い。かかる可変成形マスクを用いる場合には、ウエハ又はガラスプレート等が搭載されるステージが、可変成形マスクに対して走査されるので、そのステージの位置をエンコーダを用いて計測することで、上記実施形態と同等の効果を得ることができる。
【0130】
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Ｗ上に形成することによって、ウエハＷ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）にも上記実施形態を適用することができる。
【0131】
さらに、例えば米国特許第６，６１１，３１６号明細書に開示されているように、２つのレチクルパターンを、投影光学系を介してウエハ上で合成し、１回のスキャン露光によってウエハ上の１つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置にも上記実施形態を適用することができる。
【0132】
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。
【0133】
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や、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上記実施形態を適用できる。
【0134】
半導体などの電子デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたレチクルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、上記実施形態の露光装置で、マスクに形成されたパターンをウエハ等の物体上に転写するリソグラフィステップ、露光されたウエハ（物体）を現像する現像ステップ、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト除去ステップ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、検査ステップ等を経て製造される。この場合、リソグラフィステップで、上記実施形態の露光装置及び露光方法が用いられるので、高集積度のデバイスを歩留り良く製造することができる。
【0135】
また、上記実施形態の露光装置（パターン形成装置）は、本願請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【0136】
以上説明したように、本発明の露光装置及び露光方法は、物体を露光するのに適している。また、本発明のデバイス製造方法は、半導体素子又は液晶表示素子などの電子デバイスを製造するのに適している。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】