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JP5716819B2 - 露光装置及び露光方法、並びにデバイス製造方法 - Google Patents

露光装置及び露光方法、並びにデバイス製造方法 Download PDF

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Description

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、さらに詳しくは、半導体素子等の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、並びに前記露光方法又は露光装置を用いるデバイス製造方法に関する。
従来、半導体素子、液晶表示素子等のマイクロデバイス（電子デバイスなど）の製造におけるリソグラフィ工程では、ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置（いわゆるステッパ）、又はステップ・アンド・スキャン方式の走査型投影露光装置（いわゆるスキャニング・ステッパ（スキャナとも呼ばれる））などが比較的多く用いられている。
この種の露光装置では、ウエハ上の複数のショット領域にレチクル（又はマスク）のパターンを転写するために、ウエハを保持するウエハステージはＸＹ２次元方向に例えばリニアモータ等により駆動される。特に、スキャニング・ステッパの場合、ウエハステージのみならず、レチクルステージもリニアモータ等により走査方向に所定ストロークで駆動される。レチクルステージ及びウエハステージの位置計測は、長期に渡って計測値の安定性が良好で、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、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り、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。
一方、最近では、位置計測装置の一種であるエンコーダとして、計測分解能が、レーザ干渉計と同程度以上のものが出現している（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、エンコーダは、スケール（グレーティング）を使用するため、スケールに使用時間の経過と共に生じる種々の誤差要因（格子ピッチのドリフト、固定位置ドリフト、熱膨張等）が存在し、機械的な長期安定性に欠ける。このため、エンコーダは、レーザ干渉計に比べて、計測値のリニアリティに欠け、長期安定性に劣るという欠点を有している。
米国特許第６，６３９，６８６号明細書
本発明の第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、前記基板を保持する移動体と、前記移動体を駆動する電磁モータと、を有する基板ステージシステムと、前記投影光学系の光軸と直交する所定面と実質的に平行に配置される反射型の格子部にそれぞれビームを照射する複数のヘッドを有し、前記複数のヘッドのうち前記格子部と対向するヘッドによって、前記移動体の位置情報を計測するエンコーダシステムと、前記エンコーダシステムの計測情報に基づいて、前記基板ステージシステムを制御する制御システムと、を備え、前記エンコーダシステムでは、前記複数のヘッドのうち前記格子部と対向する３つ又は４つのヘッドによって前記位置情報が計測されるとともに、前記移動体の移動によって、前記格子部と対向するヘッドが前記３つのヘッドと前記４つのヘッドとの一方から他方に変化し、前記制御システムは、前記格子部と前記ヘッドとの少なくとも一方に起因して生じる前記エンコーダシステムの計測誤差を補償しつつ前記移動体の駆動を制御する露光装置が、提供される。
これによれば、制御システムにより、エンコーダシステムを用い、格子部に対向する３つ又は４つのヘッドによって、移動体の位置情報、例えば投影光学系の光軸と直交する所定面内の位置情報を空気揺らぎの影響を殆ど受けることなく計測し、その計測情報に基づき、かつその計測情報に含まれる格子部とヘッドとの少なくとも一方に起因して生じる前記エンコーダシステムの計測誤差を補償しつつ移動体の駆動が制御される。これにより、移動体を高精度で駆動しつつ、移動体に保持された基板を露光することが可能になる。
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、本発明の露光装置を用いて感光基板にパターンを転写するリソグラフィ工程を含むデバイス製造方法が、提供される。
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、前記基板を保持する移動体と、前記移動体を駆動する電磁モータと、を有する基板ステージシステムによって前記基板を移動することと、前記投影光学系の光軸と直交する所定面と実質的に平行に配置される反射型の格子部にそれぞれビームを照射する複数のヘッドを有するエンコーダシステムの、前記複数のヘッドのうち前記格子部と対向するヘッドによって、前記移動体の位置情報を計測することと、前記エンコーダシステムの計測情報に基づいて、前記格子部と前記ヘッドとの少なくとも一方に起因して生じる前記エンコーダシステムの計測誤差を補償しつつ、前記基板ステージシステムを制御することと、を含み、前記複数のヘッドのうち前記格子部と対向する３つ又は４つのヘッドによって前記位置情報が計測されるとともに、前記移動体の移動によって、前記格子部と対向するヘッドが前記３つのヘッドと前記４つのヘッドとの一方から他方に変化する露光方法が、提供される。
これによれば、エンコーダシステムを用い、常に、格子部に対向する３つ又は４つのヘッドによって、移動体の位置情報、例えば投影光学系の光軸と直交する所定面内の位置情報を空気揺らぎの影響を殆ど受けることなく計測し、その計測情報に基づき、かつその計測情報に含まれる格子部とヘッドとの少なくとも一方に起因して生じる前記エンコーダシステムの計測誤差を補償しつつ移動体の駆動が制御される。これにより、移動体を高精度で駆動しつつ、移動体に保持された基板を露光することが可能になる。
本発明は、第４の態様によれば、デバイス製造方法であって、本発明の露光方法を用いて感光基板にパターンを転写するリソグラフィ工程を含むデバイス製造方法が、提供される。
一実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。 レチクルステージを、該レチクルステージの位置情報を計測するエンコーダシステム及び干渉計システムと共に示す平面図である。 ウエハステージを、該ウエハステージの位置情報を計測するエンコーダ及び干渉計と共に示す平面図である。 図１のウエハステージＷＳＴの位置を計測するＹ干渉計、並びにＺ干渉計及びその近傍の構成部分を取り出して示す図である。 エンコーダの構成の一例を示す図である。 一実施形態に係る露光装置のステージ制御に関連する制御系を一部省略して示すブロック図である。 位置計測系の切り換え動作を説明するための図（その１）である。 位置計測系の切り換え動作を説明するための図（その２）である。 レチクル側のエンコーダの切り替え（計測値のつなぎ）動作を含む露光のためのレチクルステージのスキャン動作を説明するための図（その１）である。 レチクル側のエンコーダの切り替え（計測値のつなぎ）動作を含む露光のためのレチクルステージのスキャン動作を説明するための図（その２）である。 レチクル側のエンコーダの切り替え（計測値のつなぎ）動作を含む露光のためのレチクルステージのスキャン動作を説明するための図（その３）である。 図１２（Ａ）は、ウエハの中央付近が投影ユニットの直下となる位置にウエハステージがある状態を示す図、図１２（Ｂ）は、ウエハの中心と外周との中間付近が投影ユニットの直下となる位置にウエハステージがある状態を示す図である。 図１３（Ａ）は、ウエハの＋Ｙ側のエッジ近傍が投影ユニットＰＵの直下となる位置にウエハステージがある状態を示す図、図１３（Ｂ）は、ウエハの中心から見てＸ軸及びＹ軸に対し４５°を成す方向のエッジ近傍が投影ユニットＰＵの直下となる位置にウエハステージがある状態を示す図である。 ウエハの＋Ｘ側のエッジ近傍が投影ユニットＰＵの直下となる位置にウエハステージがある状態を示す図である。 エンコーダ２６Ａ1、２６Ｂ1及び２６Ｃ1の第１のキャリブレーション動作で得られるマップの一例を示す線図である。 エンコーダ２６Ａ1、２６Ｂ1及び２６Ｃ1の計測誤差を較正する第２のキャリブレーション動作を説明するための図（その１）である。 エンコーダ２６Ａ1、２６Ｂ1及び２６Ｃ1の計測誤差を較正する第２のキャリブレーション動作を説明するための図（その２）である。 第２のキャリブレーション動作で得られるマップの一例を示す図である。 エンコーダ２６Ａ1、２６Ｂ1及び２６Ｃ1の計測誤差を較正する第２のキャリブレーション動作で得られるマップの一例を示す図である。 エンコーダ５０Ａ〜５０Ｄの計測値の長期キャリブレーション動作（第１のキャリブレーション動作）、すなわち移動スケールの格子ピッチの補正情報及び格子変形の補正情報の取得動作について説明するための図である。 エンコーダの計測誤差の逐次キャリブレーションで得られる干渉計及びエンコーダの計測値を示す図である。 変形例に係る、移動スケール４４Ａ，４４Ｃの格子ピッチの補正情報の取得動作を説明するための図（その１）である。 変形例に係る、移動スケール４４Ａ，４４Ｃの格子ピッチの補正情報の取得動作を説明するための図（その２）である。 変形例に係る、移動スケール４４Ｂ，４４Ｄの格子線の変形（格子線の曲がり）の補正情報の取得動作について説明するための図である。 ウエハステージ用のエンコーダシステムの変形例を示す図である。 ウエハステージ用のエンコーダシステムの別の変形例を示す図である。 液浸露光装置で用いられるウエハステージの変形例を示す図である。
以下、本発明の一実施形態を図１〜図２１に基づいて説明する。
図１には、一実施形態に係る露光装置１００の概略構成が示されている。この露光装置１００は、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置、すなわち、いわゆるスキャニング・ステッパである。後述するように本実施形態では、投影光学系ＰＬが設けられており、以下においては、この投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行な方向をＺ軸方向、これに直交する面内でレチクルとウエハとが相対走査される方向をＹ軸方向、Ｚ軸及びＹ軸に直交する方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸回りの回転（傾斜）方向をそれぞれθｘ、θｙ、及びθｚ方向として説明を行う。
露光装置１００は、光源及び照明光学系を含み、照明光（露光光）ＩＬによりレチクルＲ１，Ｒ２を照明する照明系１０、レチクルＲ１，Ｒ２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ＷＳＴを含むウエハステージ装置１２、レチクルステージＲＳＴ及び投影ユニットＰＵなどが搭載されたボディＢＤ、及びこれらの制御系等を備えている。
照明系１０は、不図示の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Ｒ１又はＲ２上でＸ軸方向に延びるスリット状の照明領域ＩＡＲ（図２参照）を照明光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。
前記レチクルステージＲＳＴは、後述する第２コラム３４の天板を構成するレチクルベース３６上に、その底面に設けられた不図示のエアベアリングなどによって、例えば数μｍ程度のクリアランスを介して支持されている。レチクルステージＲＳＴとしては、例えば１枚のレチクルを保持可能なレチクルステージ、あるいはそれぞれ１枚のレチクルを保持して独立に可動なツインレチクルステージを用いることもできるが、本実施形態ではレチクルを２枚同時に保持可能なダブルレチクルホルダ方式のレチクルステージが用いられている。
レチクルステージＲＳＴは、ここでは、リニアモータ等を含むレチクルステージ駆動系１１により、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直なＸＹ平面内で２次元的に（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びθｚ方向に）微少駆動可能である。また、レチクルステージＲＳＴは、レチクルステージ駆動系１１により、レチクルベース３６上を所定の走査方向（ここでは、図１における紙面左右方向である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。なお、レチクルステージＲＳＴは、例えば特開平８−１３０１７９号公報（対応米国特許第６,７２１,０３４号明細書）に開示される粗微動構造としても良く、その構造は本実施形態（図２など）に限定されるものではない。
レチクルステージＲＳＴのＸＹ平面（移動面）内の位置情報は、図１に示される、レチクルＹレーザ干渉計（以下、「レチクルＹ干渉計」という）１６ｙ等を含むレチクル干渉計システム、並びにエンコーダヘッド（以下、「ヘッド」と略述する）２６Ａ1〜２６Ａ3、２６Ｃ1〜２６Ｃ3及び移動スケール２４Ａ等を含むエンコーダシステムによって計測可能に構成されている。なお、図１では、移動スケール２４Ａの上方にレチクルＲ１，Ｒ２の上端面が露出した状態が示されているが、これは説明の便宜上からこのように図示したもので、実際とは異なる。
ここで、レチクルステージＲＳＴ及びそのＸＹ平面（移動面）内の位置を計測するレチクル干渉計システム及びエンコーダシステムの構成等について更に詳述する。
レチクルステージＲＳＴの中央部には、図２に示されるように、平面視で（上方から見て）Ｙ軸方向（走査方向）に細長い矩形の凹部２２が、形成されている。凹部２２の内部底面には、ほぼ正方形の開口（不図示）が２つＹ軸方向に並んで形成され、これらの開口をそれぞれ覆う状態で、レチクルＲ１、レチクルＲ２がＹ軸方向に並んで配置されている。レチクルＲ１，Ｒ２のそれぞれは、凹部２２の内部底面の２つの開口のＸ軸方向の両側に設けられた不図示の吸着機構、例えばバキュームチャックによってそれぞれ真空吸着されている。
また、レチクルステージＲＳＴの上面の＋Ｘ側端部及び−Ｘ側端部には、照明領域ＩＡＲの中心（本実施形態では、投影光学系ＰＬの第１面（物体面）内でその光軸ＡＸとほぼ一致）を通る、Ｙ軸方向に平行な中心軸に関して対称の配置で、一対の移動スケール２４Ａ，２４ＢがＹ軸方向を長手方向として延設されている。移動スケール２４Ａ，２４Ｂは、同一の素材（例えばセラミックス、又は低熱膨張のガラスなど）から成り、その表面には、周期方向をＹ軸方向とする反射型の回折格子が、上記中心軸に関して対称の配置で形成されている。移動スケール２４Ａ，２４Ｂは、局所的な伸縮が生じないように、例えば真空吸着（又は板ばね）等によりレチクルステージＲＳＴに固定されている。
移動スケール２４Ａ，２４Ｂの上方（＋Ｚ側）には、図２に示されるように、移動スケール２４Ａ，２４Ｂに対向して、２対のＹ軸方向位置計測用のヘッド２６Ａ1，２６Ａ2，２６Ｂ1，２６Ｂ2が、上述の中心軸に関して対称に配置されている（図１参照）。このうち、ヘッド２６Ａ1，２６Ｂ1は、前述の照明領域ＩＡＲの中心を通るＸ軸方向の直線（計測軸）上にその計測中心がほぼ一致する位置に配置されている。また、ヘッド２６Ａ2，２６Ｂ2は、ヘッド２６Ａ1，２６Ｂ1から同一距離だけ＋Ｙ方向にそれぞれ離れた位置でかつヘッド２６Ａ1，２６Ｂ1と同一面上に配置されている。さらに、ヘッド２６Ａ1，２６Ｂ1と同一面上で上記計測軸に関してヘッド２６Ａ2，２６Ｂ2と対称に、ヘッド２６Ａ1，２６Ｂ1から同一距離だけ−Ｙ方向にそれぞれ離れた位置には、一対のヘッド２６Ａ3，２６Ｂ3が配置されている。上記３対のヘッド２６Ａ1，２６Ｂ1，２６Ａ2，２６Ｂ2，２６Ａ3，２６Ｂ3は、不図示の支持部材をそれぞれ介してレチクルベース３６に固定されている。
また、レチクルステージＲＳＴ上面の移動スケール２４Ａの−Ｘ側には、Ｙ軸方向を長手方向とする移動スケール２８が移動スケール２４Ａと並んで配置され、例えば真空吸着（又は板ばね）等によりレチクルステージＲＳＴに固定されている。この移動スケール２８は、移動スケール２４Ａ、２４Ｂと同一素材（例えばセラミックス、又は低熱膨張のガラスなど）で構成され、かつその上面には、Ｘ軸方向を周期方向とする反射型の回折格子がＹ軸方向に関してほぼ全長に渡って形成されている。
移動スケール２８の上方（＋Ｚ側）には、図２に示されるように、移動スケール２８に対向して、２つのＸ軸方向位置計測用のヘッド２６Ｃ1，２６Ｃ2が配置されている（図１参照）。このうち、ヘッド２６Ｃ1は、前述の照明領域ＩＡＲの中心を通るＸ軸方向の直線（計測軸）上にほぼ位置している。また、ヘッド２６Ｃ2は、ヘッド２６Ｃ1から所定距離だけ＋Ｙ方向に離れたヘッド２６Ａ2の近傍の位置でかつヘッド２６Ａ1，２６Ａ2等と同一面上に配置されている。
さらに、ヘッド２６Ｃ1と同一面上で上記計測軸に関してヘッド２６Ｃ2と対称に、ヘッド２６Ｃ1から所定距離だけ−Ｙ方向に離れた位置には、ヘッド２６Ｃ3が配置されている。上記３つのヘッド２６Ｃ1，２６Ｃ2，２６Ｃ3は、不図示の支持部材をそれぞれ介してレチクルベース３６に固定されている。なお、本実施形態では９つのヘッド２６Ａ1〜２６Ａ3，２６Ｂ1〜２６Ｂ3，２６Ｃ1〜２６Ｃ3を、不図示の支持部材を介してレチクルベース３６に固定するものとしたが、これに限らず、例えば防振機構を介して床面Ｆ又はベースプレートＢＳに設置されるフレーム部材に設けてもよい。
本実施形態では、ヘッド２６Ａ1，２６Ｂ1と、対向する移動スケール２４Ａ，２４Ｂとによって、レチクルステージＲＳＴのＹ軸方向の位置（Ｙ位置）を計測する一対のＹリニアエンコーダが構成されている。以下では、便宜上、これらのＹリニアエンコーダを、それぞれのヘッドと同一の符号を用いて、Ｙリニアエンコーダ２６Ａ1、２６Ｂ1と記述する。
Ｙリニアエンコーダ２６Ａ1、２６Ｂ1の計測軸は、前述の照明領域ＩＡＲの中心（本実施形態では、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに一致）から、Ｘ軸方向に関して同一の距離にあり、例えば露光時などには、Ｙリニアエンコーダ２６Ａ1、２６Ｂ1の計測値の平均値に基づいて、レチクルステージＲＳＴのＹ位置が計測される。すなわち、Ｙリニアエンコーダ２６Ａ1及び２６Ｂ1によるレチクルステージＲＳＴの位置情報を計測する実質的な計測軸は、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ上を通る。従って、露光時などには、レチクルステージＲＳＴのＹ位置は、Ｙリニアエンコーダ２６Ａ1、２６Ｂ1を用いて、アッベ誤差なく、計測することが可能である。さらに、Ｙリニアエンコーダ２６Ａ1、２６Ｂ1の計測値に基づいてレチクルステージＲＳＴのθｚ方向の回転情報（ヨーイング）が計測される。
同様に、ヘッド２６Ａ2，２６Ａ3と、これらに対向する移動スケール２４Ａとによって、レチクルステージＲＳＴのＹ位置を計測するＹリニアエンコーダが、それぞれ構成される。同様に、ヘッド２６Ｂ2，２６Ｂ3と、これらに対向する移動スケール２４Ｂとによって、レチクルステージＲＳＴのＹ位置を計測するＹリニアエンコーダが、それぞれ構成される。以下では、便宜上、これらのＹリニアエンコーダを、それぞれのヘッドと同一の符号を用いて、Ｙリニアエンコーダ２６Ａ2、２６Ａ3、２６Ｂ2、２６Ｂ3と記述する。
また、ヘッド２６Ｃ1と、これに対向する移動スケール２８とによって、前述の照明領域ＩＡＲの中心を通る、Ｘ軸方向と平行な直線（計測軸）におけるレチクルステージＲＳＴのＸ軸方向の位置（Ｘ位置）を計測するＸリニアエンコーダが構成されている。以下では、便宜上、このＸリニアエンコーダを、そのヘッドと同一の符号を用いて、Ｘリニアエンコーダ２６Ｃ1と記述する。従って、露光時などには、レチクルステージＲＳＴのＸ位置は、Ｘリニアエンコーダ２６Ｃ1を用いて、アッベ誤差なく、計測することが可能である。
同様に、ヘッド２６Ｃ2，２６Ｃ3と移動スケール２８とによって、レチクルステージＲＳＴのＸ位置を計測するＸリニアエンコーダが、それぞれ構成される。以下では、便宜上、これらのＸリニアエンコーダを、それぞれのヘッドと同一の符号を用いて、Ｘリニアエンコーダ２６Ｃ2、２６Ｃ3と記述する。
上記９つのリニアエンコーダ（以下、適宜「エンコーダ」とも記述する）２６Ａ1〜２６Ｃ3の計測値は、主制御装置２０（図１参照）に送られるようになっている（図６参照）。
なお、前述した３つの移動スケール２４Ａ、２４Ｂ、２８はそのＹ軸方向の長さ（移動スケール２４Ａ、２４Ｂでは回折格子の形成範囲、移動スケール２８では回折格子の幅に相当）が、少なくともレチクルＲ１、Ｒ２をそれぞれ介してウエハＷを走査露光するときのレチクルステージＲＳＴのＹ軸方向の移動ストローク（移動範囲）の全域をカバーする（本実施形態では、少なくとも走査露光中と、走査露光前後のレチクルステージＲＳＴの加減速及び同期整定の期間中とに、例えば３つで一組のヘッド２６Ａi、２６Ｂi、２６Ｃi（ｉ＝１〜３）のうち、少なくとも１つの組のヘッド（計測ビーム）が対応する移動スケール（回折格子）から外れない、すなわち計測不能とならない）ように設定されている。また、前述した３つの移動スケール２４Ａ、２４Ｂ、２８のＸ軸方向の幅（移動スケール２４Ａ、２４Ｂでは回折格子の幅、移動スケール２８では回折格子の形成範囲に相当）も同様に、レチクルステージＲＳＴのＸ軸方向の移動ストロークの全域をカバーする（本実施形態では、例えば３つで一組のヘッド２６Ａi、２６Ｂi、２６Ｃi（ｉ＝１〜３）のうち、少なくとも１つの組のヘッド（計測ビーム）が対応する移動スケール（回折格子）から外れない、すなわち計測不能とならない）ように設定されている。レチクルステージＲＳＴはθｚ方向に微小回転可能であるので、当然ながらこの回転によって少なくとも３つのリニアエンコーダ２６Ａ１、２６Ｂ１、２６Ｃ１による計測が不能とならないように、前述した３つの移動スケール２４Ａ、２４Ｂ、２８はθｚ方向の回転範囲をも考慮してＸ軸及びＹ軸方向の大きさ（長さ、幅）が設定されている。
さらに本実施形態では、レチクルＲ２を用いる走査露光では６つのリニアエンコーダ２６Ａ１、２６Ａ２、２６Ｂ１、２６Ｂ２、２６Ｃ１、２６Ｃ２によって、レチクルステージＲＳＴの位置情報（少なくともＸ軸及びＹ軸方向の位置とθｚ方向の回転情報とを含む）を計測可能となっている。また、レチクルＲ１を用いる走査露光では６つのリニアエンコーダ２６Ａ１、２６Ａ３、２６Ｂ１、２６Ｂ３、２６Ｃ１、２６Ｃ３によって、レチクルステージＲＳＴの位置情報（少なくともＸ軸及びＹ軸方向の位置とθｚ方向の回転情報とを含む）を計測可能となっている。また、本実施形態では、前述の照明領域ＩＡＲに対して＋Ｙ側又は−Ｙ側でレチクルＲ１、Ｒ２の交換が行われる、あるいはレチクルＲ１は−Ｙ側、レチクルＲ２は＋Ｙ側でその交換が行われ、この交換位置においても少なくとも３つのリニアエンコーダ２６Ａ２、２６Ｂ２、２６Ｃ２あるいはリニアエンコーダ２６Ａ３、２６Ｂ３、２６Ｃ３によってレチクルステージＲＳＴの位置情報を計測可能となっている。
なお、本実施形態では３つの移動スケール２４Ａ、２４Ｂ、２８と、９つのヘッド２６Ａ１〜２６Ａ３、２６Ｂ１〜２６Ｂ３、２６Ｃ１〜２６Ｃ３を有するヘッドユニットとによって、レチクルステージＲＳＴ用のエンコーダシステムを構成するものとしたが、エンコーダシステムはその構成が図２に限られるものでなく、例えばヘッドユニットは３つのヘッド２６Ａ１、２６Ｂ１、２６Ｃ１を有するだけでも良い。この場合、上記レチクル交換位置又はその交換位置までの途中で、リニアエンコーダ２６Ａ１、２６Ｂ１、２６Ｃ１によるレチクルステージＲＳＴの位置計測が不能になるときは、例えば別の計測装置、あるいは前述のレチクル干渉計システムの少なくとも一部を用いてレチクルステージＲＳＴの位置計測を行っても良い。また、本実施形態では吸着機構又は板ばねなどによって３つの移動スケール２４Ａ、２４Ｂ、２８をレチクルステージＲＳＴに固定するものとしたが、これに限られず、例えばネジ留め、あるいは回折格子を直接レチクルステージＲＳＴに形成しても良い。さらに、本実施形態では移動スケール２４Ａ、２４Ｂ、２８を、レチクルステージＲＳＴの上面（照明系側）に設けるものとしたが、その下面（投影光学系側）に設けても良いし、前述のヘッドユニット（エンコーダヘッド）と移動スケール２４Ａ、２４Ｂ、２８との配置を逆にする、すなわち前述のヘッドユニットをレチクルステージＲＳＴに設け、移動スケール２４Ａ、２４Ｂ、２８をボディ側に設けても良い。
前記レチクル干渉計システムは、図２及び図６に示されるように、レチクルＹ干渉計１６ｙと、レチクルＸ干渉計１６ｘとを備えている。
レチクルＸ干渉計１６ｘは、図２に示されるように、センサヘッド１９Ａ（図１では不図示）と、レチクルステージＲＳＴの＋Ｘ側の端面に固定された光学系ユニット１９Ｂとを含む。
センサヘッド１９Ａは、レチクルベース３６上面に固定され、その内部に光源、光学系、並びに２つの検光子（偏光子）及び２つの光電変換素子等を内蔵している。光源としては、ゼーマン効果を利用した２周波レーザが用いられている。この光源からのレーザビームが光学系により断面形状が水平方向に拡大され、図２に示されるように、その断面形状が拡大されたビームＢＭがセンサヘッド１９Ａから出力される。そして、光学系ユニット１９Ｂ内でビームＢＭは２分割され、一方の分割ビームは不図示の第１ビームスプリッタに入射して測定ビームＢＭ1と参照ビームとに分割され、測定ビームＢＭ1は平面鏡２１の反射面で反射され、かつ参照ビームは例えばレチクルステージＲＳＴの反射面で反射されて第１ビームスプリッタに戻り、同軸に合成されて光学系ユニット１９Ｂから出力される。同様に、他方の分割ビームは不図示の第２ビームスプリッタに入射して測定ビームＢＭ2と参照ビームとに分割され、測定ビームＢＭ2は平面鏡２１の反射面で反射され、かつ参照ビームは例えばレチクルステージＲＳＴの反射面で反射されて第２ビームスプリッタに戻り、同軸に合成されて光学系ユニット１９Ｂから出力される。図示していないが、本実施形態では平面鏡２１が前述のボディＢＤの一部、例えば第２コラム３４のレチクルベース３６、あるいは後述の第１コラム３２の鏡筒定盤（メインフレーム）３８に固定されている。
また、センサヘッド１９Ａには、光学系ユニット１９Ｂ内の第１及び第２ビームスプリッタそれぞれからの戻り光（前述した測定ビームＢＭ1，ＢＭ2とそれぞれの参照ビームとの合成光）が戻ってくる。センサヘッド１９Ａの内部では、これらの戻り光は、光学系を介して個別の検光子にそれぞれ入射し、各検光子から出力される干渉光が２つの光電変換素子で個別に受光され、各干渉光に応じた干渉信号が不図示の信号処理系に送られる。この信号処理系は、各光電変換素子からの干渉信号に基づいて、測定ビームの位相が参照ビームの位相に対してドップラーシフトし、位相変化が生じることを利用して、その位相変化で生じた干渉信号の変化をヘテロダイン検出する。そして、信号処理系は、検出した干渉信号の変化から、測定ビームＢＭ1，ＢＭ2の照射点における、平面鏡２１を基準としたＸ軸方向の位置情報、すなわち測定ビームＢＭ1，ＢＭ2の照射点におけるレチクルステージＲＳＴのＸ位置情報を、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出する。
レチクルＹ干渉計１６ｙは、光源としてレチクルＸ干渉計１６ｘと同様にゼーマン効果を利用した２周波レーザを用いたマイケルソン型のヘテロダイン・レーザ干渉計である。このレチクルＹ干渉計１６ｙは、投影ユニットＰＵを構成する鏡筒４０の側面に固定された固定鏡１４（図１参照）を基準として、レチクルステージＲＳＴのＹ位置を、レチクルステージＲＳＴに固定された移動鏡（平面鏡又はレトロリフレクタなど）１５を介して、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出する。なお、レチクルＹ干渉計１６ｙはその少なくとも一部（例えば、光源を除く光学ユニット）が、例えばレチクルベース３６に固定されている。
レチクルＸ干渉計１６ｘからの２軸のＸ位置情報及びレチクルＹ干渉計１６ｙからのＹ位置情報は、主制御装置２０に送られている（図６参照）。
なお、前述のレチクル干渉計システムは、センサヘッド１９ＡとレチクルステージＲＳＴに設けられる光学系ユニット１９Ｂとを有するＸ干渉計１６ｘを備えるものとしたが、Ｘ干渉計１６ｘの構成はこれに限られず、例えば光学系ユニット１９Ｂ及び平面鏡２１の配置が逆、すなわちレチクルステージＲＳＴの側面にＹ軸方向に延びて形成される反射面（平面鏡２１に相当）に、レチクルベース３６に配置される光学系ユニット１９Ｂから測定ビームを照射する構成としても良い。さらに、センサヘッド１９Ａはレチクルベース３６に設けられるものとしたが、例えばその少なくとも一部がボディＢＤとは別のフレーム部材に設けられてもよい。また、本実施形態ではレチクル干渉計システムの干渉計用反射面として、レチクルステージＲＳＴの端部に固定される前述の移動鏡１５などを用いるものとしたが、その代わりに、例えばレチクルステージＲＳＴの端面（側面）を鏡面加工して得られる反射面を用いても良い。さらに本実施形態では、Ｙ干渉計１６ｙは測長軸が１本で、Ｘ干渉計１６ｘは測長軸が２本であるものとしたが、例えば測長軸の本数はＸ軸方向とＹ軸方向とで逆でも良いし、あるいはそれぞれ２本以上ずつとしても良い。特に後者では、Ｙ干渉計１６ｙによってレチクルステージＲＳＴのθｘ方向の回転情報（ピッチング）を、Ｘ干渉計１６ｘによってレチクルステージＲＳＴのθｙ方向の回転情報（ローリング）を計測可能としても良い。
本実施形態の露光装置１００では、レチクル干渉計システム１６ｘ，１６ｙの計測値は、後述する、エンコーダ２６Ａ1，２６Ｂ1，２６Ｃ1等の計測値のキャリブレーション（較正）の際にのみ用いられ、露光動作の際には、レチクルステージＲＳＴの位置は、レチクル側のエンコーダシステムの計測値に基づいて制御される。特に走査露光中のレチクルステージＲＳＴの位置は、エンコーダ２６Ａ1，２６Ｂ1，２６Ｃ1の計測値に基づいて、主制御装置２０によって管理される。従って、図２からも容易に想像されるように、露光動作に際しては、レチクルステージＲＳＴの位置制御に用いる、エンコーダの切り替え（計測値のつなぎ）を行う必要があるが、これについては後述する。
レチクルステージＲＳＴの上方には、投影光学系ＰＬを介してウエハステージＷＳＴ上の一対の基準マークとこれに対応するレチクル上の一対のレチクルマークとを同時に検出するための露光波長の光を用いたＴＴＲ（Through The Reticle）方式のアライメント系から成る一対のレチクルアライメント系１３Ａ、１３Ｂ（図１では不図示、図６参照）がＸ軸方向に所定距離隔てて設けられている。この一対のレチクルアライメント系１３Ａ、１３Ｂとしては、例えば特開平７−１７６４６８号公報（対応する米国特許第５，６４６，４１３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。
投影ユニットＰＵは、レチクルステージＲＳＴの図１における下方で、ボディＢＤの一部に保持されている。このボディＢＤは、クリーンルームの床面Ｆ上に設置されたフレームキャスタＦＣ上に設けられた第１コラム３２と、この第１コラム３２の上に固定された第２コラム３４とを備えている。
フレームキャスタＦＣは、床面Ｆ上に水平に置かれたベースプレートＢＳと、該ベースプレートＢＳ上に固定された複数本、例えば３本（又は４本）の脚部３９（但し、図１における紙面奥側の脚部は図示省略）とを備えている。
第１コラム３２は、上記フレームキャスタＦＣを構成する複数本の脚部３９それぞれの上端に個別に固定された複数、例えば３つ（又は４つ）の第１の防振機構５８によって、ほぼ水平に支持された鏡筒定盤（メインフレーム）３８を備えている。
鏡筒定盤３８には、そのほぼ中央部に不図示の円形開口が形成され、この円形開口内に投影ユニットＰＵが上方から挿入され、投影ユニットＰＵはその外周部に設けられたフランジＦＬＧを介して鏡筒定盤３８に保持されている。鏡筒定盤３８の上面には、投影ユニットＰＵを取り囲む位置に、複数本、例えば３本の脚４１（但し、図１における紙面奥側の脚は図示省略）の一端（下端）が固定されている。これらの脚４１それぞれの他端（上端）面は、ほぼ同一の水平面上にあり、これらの脚４１に前述のレチクルベース３６が固定されている。このようにして、複数本の脚４１によってレチクルベース３６が水平に支持されている。すなわち、レチクルベース３６とこれを支持する複数本の脚４１とによって第２コラム３４が構成されている。レチクルベース３６には、その中央部に照明光ＩＬの通路となる開口３６ａが形成されている。
投影ユニットＰＵは、円筒状で前記フランジＦＬＧが設けられた鏡筒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とを含む。本実施形態では、投影ユニットＰＵを鏡筒定盤３８に載置するものとしたが、例えば国際公開第２００６／０３８９５２号に開示されているように、投影ユニットＰＵの上方に配置される不図示のメインフレーム部材、あるいはレチクルベース３６などに対して投影ユニットＰＵを吊り下げ支持してもよい。
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枚のレンズ（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。この投影光学系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倍又は１／５倍）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（Ｒ１又はＲ２）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内のレチクルの回路パターンの縮小像（回路パターンの一部の縮小像）が、その第２面（像面）側に配置される、表面にレジスト（感応剤）が塗布されたウエハＷ上の前記照明領域ＩＡＲに共役な領域（露光領域）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）に相対移動するとともに、露光領域（照明光ＩＬ）に対してウエハＷを走査方向（Ｙ軸方向）に相対移動することで、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。すなわち、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。
ウエハステージ装置１２は、ベースプレートＢＳ上に配置された複数（例えば３つ又は４つ）の第２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７１、該ステージベース７１上に配置されたウエハステージＷＳＴ、該ウエハステージＷＳＴを駆動するウエハステージ駆動系２７等を備えている。
ステージベース７１は、定盤とも呼ばれる板状部材からなり、その上面は平坦度が非常に高く仕上げられ、ウエハステージＷＳＴの移動の際のガイド面とされている。
ウエハステージＷＳＴは、本体部とその上部のテーブル部とを有し、例えばリニアモータ、ボイスコイルモータ等を含むウエハステージ駆動系２７によって、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、θｘ方向、θｙ方向及びθｚ方向の６自由度方向に駆動される。
なお、ウエハステージＷＳＴとして、例えばリニアモータ等により少なくともＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びθｚ方向に駆動されるウエハステージ本体と、該ウエハステージ本体上でボイスコイルモータなどにより少なくともＺ軸方向、θｘ方向、及びθｙ方向に微小駆動されるウエハテーブルとを備えた構造を採用しても良い。
前記ウエハステージＷＳＴ上（より正確には上記テーブル部上）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、ウエハＷは、例えば真空吸着（又は静電吸着）などによってウエハホルダに固定されている。
また、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面（移動面）内の位置情報は、図１に示される、ヘッドユニット４６Ｂ、４６Ｃ、４６Ｄ及び移動スケール４４Ｂ、４４Ｃ、４４Ｄなどを含むエンコーダシステムと、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」という）１８とによってそれぞれ計測可能に構成されている。以下、ウエハステージＷＳＴ用のエンコーダシステム、及びウエハ干渉計システム１８の構成等について詳述する。
ウエハステージＷＳＴの上面には、図３に示されるように、ウエハＷを取り囲んで４つの移動スケール４４Ａ〜４４Ｄが固定されている。これを更に詳述すると、移動スケール４４Ａ〜４４Ｄは、同一素材（例えばセラミックス、又は低熱膨張のガラスなど）から成り、その表面に長手方向を周期方向とする反射型の回折格子が形成されている。この回折格子は、例えば４μｍ〜１３８ｎｍの間のピッチ、本実施形態では１μｍピッチで形成されている。なお、図３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。
移動スケール４４Ａ及び４４Ｃは、長手方向が図３におけるＹ軸方向と一致し、ウエハステージＷＳＴ（移動鏡１７Ｘ，１７Ｙを除いて考える）の中心を通る、Ｙ軸方向に平行な中心線に関して対称に配置され、移動スケール４４Ａ，４４Ｃに形成された各回折格子も、その中心線に関して対称の配置となっている。これらの移動スケール４４Ａ、４４Ｃは、回折格子がＹ軸方向に周期的に配列されているので、ウエハステージＷＳＴのＹ軸方向の位置計測に用いられる。
また、移動スケール４４Ｂ及び４４Ｄは、長手方向が図３におけるＸ軸方向と一致し、ウエハステージＷＳＴ（移動鏡１７Ｘ，１７Ｙを除いて考える）の中心を通る、Ｘ軸方向に平行な中心線に関して対称に配置され、移動スケール４４Ｂ，４４Ｄに形成された各回折格子も、その中心線に関して対称の配置となっている。これらの移動スケール４４Ｂ、４４Ｄは、回折格子がＸ軸方向に周期的に配列されているので、ウエハステージＷＳＴのＸ軸方向の位置計測に用いられる。
なお、図１においては、ウエハＷが、移動スケール４４Ｃの上方に露出した状態が示されているが、これは便宜上このようにしたもので、実際には、移動スケール４４Ａ〜４４Ｄの上面はウエハＷの上面とほぼ同一高さ、若しくは上方に位置している。
一方、図１及び図３からわかるように、投影ユニットＰＵの最下端部の周囲を四方から囲む状態で、４つのエンコーダヘッドユニット（以下、「ヘッドユニット」と略述する）４６Ａ〜４６Ｄが、それぞれ対応する移動スケール４４Ａ〜４４Ｄと交差して配置されている。これらのヘッドユニット４６Ａ〜４６Ｄ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、支持部材を介して鏡筒定盤３８に吊り下げ状態で固定されている。
ヘッドユニット４６Ａ、４６Ｃは、投影ユニットＰＵの−Ｘ側、＋Ｘ側にそれぞれ、対応する移動スケール４４Ａ、４４Ｃの長手方向（図３におけるＹ軸方向）と直交するＸ軸方向を長手方向として、かつ投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに関して対称に配置されている。また、ヘッドユニット４６Ｂ、４６Ｄは、投影ユニットＰＵの＋Ｙ側、−Ｙ側にそれぞれ、対応する移動スケール４４Ｂ、４４Ｄの長手方向（図３におけるＸ軸方向）と直交するＹ軸方向を長手方向として、かつ投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに関して対称に配置されている。
ヘッドユニット４６Ａ〜４６Ｄのそれぞれは、例えば単一のヘッド、あるいはほぼ切れ目なく配列される複数のヘッドを有するものでも良いが、本実施形態では図３中に、ヘッドユニット４６Ｃについて代表的に示されるように、その長手方向に沿って所定間隔で配置された複数、例えば１１個のヘッド４８ａ〜４８ｋを有している。なお、ヘッドユニット４６Ａ〜４６Ｄはそれぞれ隣接する２つのヘッドが対応する移動スケール（回折格子）から外れない間隔、換言すれば移動スケールの長手方向（回折格子の配列方向）と直交する方向に関する回折格子の幅と同程度以下の間隔で複数のヘッドが配置される。
ヘッドユニット４６Ａは、移動スケール４４Ａとともに、ウエハステージＷＳＴのＹ位置を計測する、ヘッド４８ａ〜４８ｋを備えた多眼、より正確には１１眼のＹリニアエンコーダ５０Ａ（図６参照）を構成する。また、ヘッドユニット４６Ｂは、移動スケール４４Ｂとともに、ウエハステージＷＳＴのＸ位置を計測する１１眼のＸリニアエンコーダ５０Ｂ（図６参照）を構成する。また、ヘッドユニット４６Ｃは、移動スケール４４Ｃとともに、ウエハステージＷＳＴのＹ位置を計測する１１眼のＹリニアエンコーダ５０Ｃ（図６参照）を構成する。また、ヘッドユニット４６Ｄは、移動スケール４４Ｄとともに、ウエハステージＷＳＴのＸ位置を計測する１１眼のＸリニアエンコーダ５０Ｄ（図６参照）を構成する。エンコーダ５０Ａ〜５０Ｄの計測値は、主制御装置２０に供給される。なお、本実施形態では４つのヘッドユニット４６Ａ〜４６Ｄを鏡筒定盤３８に吊り下げ支持するものとしたが、図１の露光装置１００が前述の如くメインフレーム部材またはレチクルベース３６に対して投影ユニットＰＵを吊り下げ支持する構成である場合、例えば投影ユニットＰＵと一体にヘッドユニット４６Ａ〜４６Ｄを吊り下げ支持してもよいし、あるいは投影ユニットＰＵとは独立にメインフレーム部材またはレチクルベース３６から吊り下げ支持される計測フレームに４つのヘッドユニット４６Ａ〜４６Ｄを設けてもよい。
また、ウエハステージＷＳＴの位置情報は、図１に示されるように、ウエハステージＷＳＴに固定された移動鏡１７，４３に測定ビームを照射するウエハ干渉計システム１８によって、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出されている。ウエハ干渉計システム１８はその少なくとも一部（例えば、光源を除く光学ユニット）が、鏡筒定盤３８に吊り下げ状態で固定されている。なお、ウエハ干渉計システム１８の少なくとも一部を、投影ユニットＰＵと一体に吊り下げ支持してもよいし、あるいは前述の計測フレームに設けてもよい。
ここで、ウエハステージＷＳＴ上には、実際には、図３に示されるように、走査方向であるＹ軸方向に直交する反射面を有するＹ移動鏡１７Ｙと、非走査方向であるＸ軸方向に直交する反射面を有するＸ移動鏡１７Ｘとが設けられているが、図１では、これらが代表的に移動鏡１７として示されている。
前記ウエハ干渉計システム１８は、図３に示されるように、ウエハＹ干渉計１８Ｙと、２つのウエハＸ干渉計１８Ｘ1及び１８Ｘ2と、２つのＺ干渉計１８Ｚ1，１８Ｚ2の５つの干渉計を含む。これら５つの干渉計１８Ｙ、１８Ｘ1、１８Ｘ2、１８Ｚ1、１８Ｚ２としては、ゼーマン効果を利用した２周波レーザを用いたマイケルソン型のヘテロダイン・レーザ干渉計が用いられている。このうち、ウエハＹ干渉計１８Ｙとしては、図３に示されるように、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ（前述の露光領域の中心）及びアライメント系ＡＬＧの検出中心を通るＹ軸に平行な軸（中心軸）に関して対称な２つの測長軸を含む複数の測長軸を有する多軸干渉計が用いられている。
ウエハＸ干渉計１８Ｘ1は、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを通る、Ｘ軸に平行な測長軸に沿って測定ビームを移動鏡１７Ｘに対して照射する。このウエハＸ干渉計１８Ｘ1は、投影ユニットＰＵの鏡筒４０の側面に固定されたＸ固定鏡の反射面を基準とする移動鏡１７Ｘの反射面の位置情報をウエハステージＷＳＴのＸ位置として計測する。
ウエハＸ干渉計１８Ｘ2は、アライメント系ＡＬＧの検出中心を通る、Ｘ軸に平行な測長軸に沿って測定ビームを移動鏡１７Ｘに対して照射し、アライメント系ＡＬＧの側面に固定された固定鏡の反射面を基準とする移動鏡１７Ｘの反射面の位置情報をウエハステージＷＳＴのＸ位置として計測する。
また、ウエハステージＷＳＴの本体部の＋Ｙ側の側面には、図１及び図４に示されるように、Ｘ軸方向を長手方向とする移動鏡４３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４３に対向して、該移動鏡４３に測定ビームを照射する、干渉計システム１８の一部を構成する一対のＺ干渉計１８Ｚ1，１８Ｚ2が設けられている（図３及び図４参照）。これをさらに詳述すると、移動鏡４３は、図３及び図４からわかるように、Ｘ軸方向の長さが移動鏡１７Ｙよりも長く、長方形と等脚台形とを一体化したような六角形の断面形状を有する部材から成る。この移動鏡４３の＋Ｙ側の面に鏡面加工が施され、図４に示される３つの反射面４３ｂ、４３ａ、４３ｃが形成されている。
反射面４３ａは、移動鏡４３の＋Ｙ側の端面を構成し、ＸＺ平面と平行に且つＸ軸方向に延びている。反射面４３ｂは、反射面４３ａの＋Ｚ側に隣接する面を構成し、ＸＺ平面に対して所定角度だけ図４における時計回り方向に傾斜した面と平行に且つＸ軸方向に延びている。反射面４３ｃは、反射面４３ａの−Ｚ側に隣接する面を構成し、反射面４３ａを挟んで反射面４３ｂと対称に設けられている。
前記Ｚ干渉計１８Ｚ1、１８Ｚ2は、図３及び図４からわかるように、Ｙ干渉計１８Ｙ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１８Ｙより幾分低い位置にそれぞれ配置されている。
Ｚ干渉計１８Ｚ1、１８Ｚ2は、図３及び図４に示されるように、Ｙ軸方向に沿って測定ビームＢ１、Ｂ２をそれぞれ反射面４３ｂ、４３ｃに投射する。本実施形態では、反射面４３ｂで反射された測定ビームＢ１がほぼ垂直に入射する反射面を有する固定鏡４７Ａ、及び反射面４３ｃで反射された測定ビームＢ２がほぼ垂直に入射する反射面を有する固定鏡４７ＢがそれぞれＸ軸方向に延設されている。
固定鏡４７Ａ、４７Ｂは、例えば鏡筒定盤３８に設けられた同一の支持体（不図示）に支持される。なお、固定鏡４７Ａ、４７Ｂを前述の計測フレームなどで支持してもよい。
前記Ｙ干渉計１８Ｙは、図３に示されるように、投影光学系ＰＬの投影中心（光軸ＡＸ、図１参照）を通るＹ軸に平行な直線から同一距離−Ｘ側，＋Ｘ側に離れたＹ軸方向の測長軸に沿って測定ビームＢ４1，Ｂ４2を移動鏡１７Ｙに投射し、それぞれの反射光を受光することで、測定ビームＢ４1，Ｂ４2の照射点におけるウエハステージＷＳＴのＹ軸方向の位置情報を、投影ユニットＰＵの鏡筒４０の側面に固定されたＹ固定鏡の反射面を基準として検出している。なお、図４では、測定ビームＢ４1，Ｂ４2が代表的に測定ビームＢ４として示されている。
また、Ｙ干渉計１８Ｙは、平面視で測定ビームＢ４1，Ｂ４2のほぼ中央に位置し、かつ側面視で測定ビームＢ４1，Ｂ４2の−Ｚ側に位置するＹ軸方向の測長軸に沿って測定ビームＢ３を固定鏡４３の反射面４３ａに向けて投射し、反射面４３ａで反射した測定ビームＢ３を受光することにより、移動鏡４３の反射面４３ａ（すなわちウエハステージＷＳＴ）のＹ軸方向の位置情報を検出している。
主制御装置２０は、Ｙ干渉計１８Ｙの測定ビームＢ４1，Ｂ４2に対応する測長軸の計測値の平均値に基づいて移動鏡１７Ｙ、すなわちウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）のＹ位置を算出する。また、主制御装置２０は、移動鏡１７Ｙ及び移動鏡４３の反射面４３ａにおけるＹ位置に基づいて、ウエハステージＷＳＴのθｘ方向の変位（ピッチング量）を算出する。
また、Ｚ干渉計１８Ｚ1，１８Ｚ2から投射される測定ビームＢ１、Ｂ２はそれぞれ、移動鏡４３の反射面４３ｂ，４３ｃに所定の入射角（θ/２とする）で入射し、かつ反射面４３ｂ，４３ｃで反射されて固定鏡４７Ａ，４７Ｂの反射面に垂直に入射する。そして、固定鏡４７Ａ，４７Ｂで反射された測定ビームＢ１、Ｂ２は、再度反射面４３ｂ，４３ｃでそれぞれ反射されてＺ干渉計１８Ｚ1、１８Ｚ2で受光される。
ここで、ウエハステージＷＳＴ（すなわち移動鏡４３）のＹ軸方向への変位（移動量）をΔＹｏ、Ｚ軸方向への変位（移動量）をΔＺｏとすると、Ｚ干渉計１８Ｚ1、１８Ｚ2で受光される測定ビームＢ１の光路長変化ΔＬ１及び測定ビームＢ２の光路長変化ΔＬ２は、それぞれ以下の式（１）、（２）で表される。
ΔＬ１≒ΔＹｏ×ｃｏｓθ−ΔＺｏ×ｓｉｎθ …（１）
ΔＬ２≒ΔＹｏ×ｃｏｓθ＋ΔＺｏ×ｓｉｎθ …（２）
従って、式（１）、（２）からΔＺｏ及びΔＹｏは次式（３）、（４）で求められる。
ΔＺｏ＝（ΔＬ２−ΔＬ１）／２ｓｉｎθ …（３）
ΔＹｏ＝（ΔＬ１＋ΔＬ２）／２ｃｏｓθ …（４）
上記の変位ΔＺｏ、ΔＹｏは、Ｚ干渉計１８Ｚ1、１８Ｚ2のそれぞれで求められる。このため、Ｚ干渉計１８Ｚ1で求められる変位をΔＺｏＲ、ΔＹｏＲとし、Ｚ干渉計１８Ｚ2で求められる変位をΔＺｏＬ、ΔＹｏＬとし、測定ビームＢ１、Ｂ２のＸ軸方向の距離（間隔）をＤとすると（図３参照）、移動鏡４３（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、及び移動鏡４３（すなわちウエハステージＷＳＴ）の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＝（ΔＹｏＲ−ΔＹｏＬ）／Ｄ …（５）
Δθｙ＝（ΔＺｏＬ−ΔＺｏＲ）／Ｄ …（６）
従って、主制御装置２０は、上記式（１）〜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。
また、上述したように、主制御装置２０は、Ｙ干渉計１８Ｙの計測結果により、ウエハステージＷＳＴのＹ軸方向の変位ΔＹ、及びウエハステージＷＳＴのθｘ方向の変位（ピッチング量）Δθｘを求めることができる。
なお、図１では、Ｘ干渉計１８Ｘ1，１８Ｘ2及びＹ干渉計１８Ｙ、並びにＺ干渉計１８Ｚ1，１８Ｚ2が代表的にウエハ干渉計システム１８として示され、Ｘ軸方向位置計測用の固定鏡とＹ軸方向位置計測用の固定鏡とが代表的に固定鏡５７として図示されている。また、アライメント系ＡＬＧ及びこれに固定された固定鏡は図１では図示が省略されている。
本実施形態では、ウエハＸ干渉計１８Ｘ１とウエハＹ干渉計１８Ｙとは、ウエハの露光動作時に用いられるエンコーダシステムのキャリブレーションに用いられるとともに、ウエハＸ干渉計１８Ｘ２とウエハＹ干渉計１８Ｙとは、アライメント系ＡＬＧによるマーク検出時に用いられる。また、ウエハＹ干渉計１８Ｙは、ウエハステージＷＳＴのＹ位置の他、θｘ方向の回転情報（ピッチング）も計測可能となっている。なお、本実施形態では、前述のウエハ干渉計システム１８のＸ干渉計１８Ｘ1，１８Ｘ2及びＹ干渉計１８Ｙの測定ビームの反射面として、ウエハステージＷＳＴに固定される移動鏡１７Ｘ、１７Ｙを用いるものとしたが、これに限らず、例えばウエハステージＷＳＴの端面（側面）を鏡面加工して反射面（移動鏡１７Ｘ，１７Ｙの反射面に相当）を形成しても良い。
ウエハＹ干渉計１８Ｙ、ウエハＸ干渉計１８Ｘ1及び１８Ｘ2、並びにＺ干渉計１８Ｚ1及び１８Ｚ2の計測値は、主制御装置２０に供給されるようになっている。
また、ウエハステージＷＳＴ上には、不図示の基準マーク板が、その表面がウエハＷと同一高さとなる状態で固定されている。この基準マーク板の表面には、少なくとも一対のレチクルアライメント用の第１基準マークと、これらの第１基準マークに対して既知の位置関係にあるアライメント系ＡＬＧのベースライン計測用の第２基準マークなどが形成されている。
本実施形態の露光装置１００では、図１では図示が省略されているが、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照射系４２ａと受光系４２ｂ（図６参照）とから成る斜入射方式の多点焦点位置検出系が設けられている。
また、露光装置１００では、投影ユニットＰＵの近傍に、前述のアライメント系ＡＬＧ（図１では不図示）が設けられている。このアライメント系ＡＬＧとしては、例えば、画像処理方式のアライメントセンサ、いわゆるＦＩＡ（Field Image Alignment）系が用いられている。このオフアクシス方式のアライメント系ＡＬＧは、指標中心を基準とするマークの位置情報を主制御装置２０に供給する。主制御装置２０は、この供給された情報と、ウエハ干渉計システム１８の干渉計１８Ｙ、１８Ｘ2の計測値とに基づいて、検出対象のマーク、具体的には基準マーク板上の第２基準マーク又はウエハ上のアライメントマークの、干渉計１８Ｙ、１８Ｘ2で規定される座標系（アライメント座標系）上における位置情報を計測する。
次に、エンコーダ５０Ａ〜５０Ｄの構成等について、図５に拡大して示されるエンコーダ５０Ｃを代表的に採り上げて説明する。この図５では、移動スケール４４Ｃに検出光を照射するヘッドユニット４６Ｃのヘッド４８ａ〜４８ｋ（図３）の１つをヘッド４８ｙとして示している。
ヘッド４８ｙは、大別すると、照射系６４ａ、光学系６４ｂ、及び受光系６４ｃの３部分から構成されている。
照射系６４ａは、レーザ光ＬＢをＹ軸及びＺ軸に対して４５°を成す方向に射出する光源、例えば半導体レーザＬＤと、該半導体レーザＬＤから射出されるレーザ光ＬＢの光路上に配置されたレンズＬ１とを含む。
光学系６４ｂは、その分離面がＸＺ平面と平行である偏光ビームスプリッタＰＢＳ、一対の反射ミラーＲ１ａ，Ｒ１ｂ、レンズＬ２ａ，Ｌ２ｂ、四分の一波長板（以下、λ／４板と記述する）ＷＰ１ａ，ＷＰ１ｂ、及び反射ミラーＲ２ａ，Ｒ２ｂ等を備えている。
受光系６４ｃは、偏光子（検光子）及び光検出器等を含む。
このエンコーダ５０Ｃにおいて、半導体レーザＬＤから射出されたレーザビームＬＢはレンズＬ１を介して偏光ビームスプリッタＰＢＳに入射し、偏光分離されて２つのビームＬＢ1、ＬＢ2となる。偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過したビームＬＢ1は反射ミラーＲ１ａを介して移動スケール４４Ｃに形成された反射型回折格子ＲＧに到達し、偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射されたビームＬＢ2は反射ミラーＲ１ｂを介して反射型回折格子ＲＧに到達する。なお、ここで「偏光分離」とは、入射ビームをＰ偏光成分とＳ偏光成分に分離することを意味する。
ビームＬＢ1、ＬＢ2の照射によって回折格子ＲＧから発生する所定次数の回折ビーム、例えば１次回折ビームはそれぞれ、レンズＬ２ｂ、Ｌ２ａを介してλ／４板ＷＰ１ｂ、ＷＰ１ａにより円偏光に変換された後、反射ミラーＲ２ｂ、Ｒ２ａにより反射されて再度λ／４板ＷＰ１ｂ、ＷＰ１ａを通り、往路と同じ光路を逆方向に辿って偏光ビームスプリッタＰＢＳに達する。
偏光ビームスプリッタＰＢＳに達した２つのビームは、各々その偏光方向が元の方向に対して９０度回転している。このため、先に偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過したビームＬＢ1の１次回折ビームは、偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射されて受光系６４ｃに入射するとともに、先に偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射されたビームＬＢ2の１次回折ビームは、偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過してビームＬＢ1の１次回折ビームと同軸に合成されて受光系６４ｃに入射する。
そして、上記２つの１次回折ビームは、受光系６４ｃの内部で、検光子によって偏光方向が揃えられ、相互に干渉して干渉光となり、この干渉光が光検出器によって検出され、干渉光の強度に応じた電気信号に変換される。
上記の説明からわかるように、エンコーダ５０Ｃでは、干渉させる２つのビームの光路長が極短くかつほぼ等しいため、空気揺らぎの影響がほとんど無視できる。そして、移動スケール４４Ｃ（すなわちウエハステージＷＳＴ）が計測方向（この場合、Ｙ軸方向）に移動すると、２つのビームそれぞれの位相が変化して干渉光の強度が変化する。この干渉光の強度の変化が、受光系６４ｃによって検出され、その強度変化に応じた位置情報がエンコーダ５０Ｃの計測値として出力される。その他のエンコーダ５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｄも、エンコーダ５０Ｃと同様にして構成されている。また、前述したレチクルステージ用の９つのエンコーダ２６Ａ1〜２６Ｃ3も、エンコーダ５０Ｃと同様の構成の回折干渉方式のエンコーダが用いられている。各エンコーダとしては、分解能が、例えば０．１ｎｍ程度のものが用いられている。
図６には、本実施形態の露光装置１００のステージ制御に関連する制御系が一部省略されてブロック図にて示されている。この図６の制御系は、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）等から成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主制御装置２０を中心として構成されている。
上述のようにして構成された露光装置１００では、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ているＥＧＡ（エンハンスド・グローバル・アライメント）方式などで行われるウエハアライメント動作時には、上述の如く、ウエハ干渉計システム１８の計測値に基づいて、ウエハステージＷＳＴの位置が主制御装置２０によって管理され、ウエハアライメント動作時以外、例えば露光動作時などには、エンコーダ５０Ａ〜５０Ｄの計測値に基づいて、ウエハステージＷＳＴの位置が主制御装置２０によって管理される。なお、ウエハアライメント動作時にもエンコーダ５０Ａ〜５０Ｄの計測値に基づいてウエハステージＷＳＴの位置を管理してもよい。また、エンコーダ５０Ａ〜５０Ｄの計測値に基づいてウエハステージＷＳＴの位置を管理する場合、ウエハ干渉計システム１８の少なくとも１つの計測値（例えば、Ｚ軸、θｘ及びθｙ方向の位置情報）を併用してもよい。
従って、本実施形態ではウエハアライメント動作終了後、露光開始前までの間で、ウエハステージの位置計測に用いる位置計測系を、ウエハ干渉計システム１８（すなわち、ウエハＹ干渉計１８Ｙ及びウエハＸ干渉計１８Ｘ2）からエンコーダ５０Ａ〜５０Ｄへ切り替える、位置計測系の切り換え動作を行う必要がある。
以下、この位置計測系の切り換え動作について簡単に説明する。
ウエハアライメントが終了した時点では、例えば、図７に示されるように、ウエハステージＷＳＴの位置は、干渉計１８Ｙ，１８Ｘ2，１８Ｚ1，１８Ｚ2の計測値に基づいて、主制御装置２０によって管理されている。そこで、ウエハアライメントの終了後、主制御装置２０は、これらの干渉計１８Ｙ，１８Ｘ2，１８Ｚ1，１８Ｚ2の計測値に基づいて、ウエハステージＷＳＴを、ウエハステージ駆動系２７を介して＋Ｙ方向に駆動する。
そして、図８に示されるように、干渉計１８Ｘ2からの測定ビームと、干渉計１８Ｘ1からの２本の測定ビームとが同時にＸ移動鏡１７Ｘに照射される位置に、ウエハステージＷＳＴが到達すると、主制御装置２０は、干渉計１８Ｙの計測値に基づいて、ウエハステージＷＳＴのθｚ回転誤差（ヨーイング誤差）（及びθｘ回転誤差（ピッチング誤差））が零となるようにウエハステージＷＳＴの姿勢を調整した後、干渉計１８Ｘ1の計測値を、そのときの干渉計１８Ｘ2の計測値と同じ値にプリセットする。なお、ウエハステージＷＳＴのθｚ回転誤差は、Ｚ干渉計１８Ｚ1，１８Ｚ2の計測値に基づいて調整することとしても良い。
そのプリセット後、主制御装置２０は、干渉計１８Ｘ1、１８Ｙの計測値の空気揺らぎ（空気の温度揺らぎ）による短期的変動が平均化効果により無視できるレベルになるまでの所定時間その位置でウエハステージＷＳＴを停止させ、その停止時間中に取得した干渉計１８Ｘ1の計測値の加算平均値（停止時間中の平均値）を、Ｘリニアエンコーダ５０Ｂ，５０Ｄの計測値として引き継ぐ。これとともに、主制御装置２０は、その停止時間中に取得した干渉計１８Ｙの複数軸それぞれにおける計測値の加算平均値（停止時間中の平均値）の平均値を、Ｙリニアエンコーダ５０Ａ，５０Ｃの計測値として引き継ぐ。これにより、Ｘリニアエンコーダ５０Ｂ，５０Ｄ、及びＹリニアエンコーダ５０Ａ，５０Ｃのプリセット、すなわち位置計測系の切り換え動作が完了する。以後、主制御装置２０により、エンコーダ５０Ａ〜５０Ｄの計測値に基づいて、ウエハステージＷＳＴの位置が管理されることとなる。
次に、レチクルステージ用のエンコーダシステムにおけるエンコーダの切り替え（計測値のつなぎ）動作を含む、露光のためのレチクルステージＲＳＴのスキャン動作について説明する。
例えば、ウエハＷの＋Ｙ方向への移動とレチクルＲ１の−Ｙ方向への移動とによる走査露光（ここではウエハＷの移動方向に着目してプラススキャン露光と呼ぶ）の場合、図９に示される加速開始位置からレチクルステージＲＳＴの−Ｙ方向への加速が開始される。この加速開始位置では、レチクルステージＲＳＴの位置は、主制御装置２０によってエンコーダ２６Ａ2，２６Ｂ2及び２６Ｃ2を用いて計測されている。
そして、レチクルステージＲＳＴの−Ｙ方向への加速が終了した加速終了時点では、一例として、図１０に示されるように、レチクルＲ１の−Ｙ端が照明領域ＩＡＲの＋Ｙ端にほぼ一致する。この直前に、ヘッド２６Ａ1，２６Ｂ1，２６Ｃ1が、移動スケール２４Ａ，２４Ｂ，２８にそれぞれ対向するようになる。すなわち、エンコーダ２６Ａ2，２６Ｂ2及び２６Ｃ2のみでなく、エンコーダ２６Ａ1，２６Ｂ1，２６Ｃ1によっても、レチクルステージＲＳＴの位置を計測できるようになる。
そこで、主制御装置２０は、例えばエンコーダ２６Ａ1，２６Ｂ1，２６Ｃ1によってレチクルステージＲＳＴの位置が計測可能になった時点から加速が終了するまでのある時点における、エンコーダ２６Ａ2，２６Ｂ2及び２６Ｃ2の計測値（所定の原点を零とするカウント値（スケールの読み値））を、エンコーダ２６Ａ1，２６Ｂ1，２６Ｃ1の計測値としてそのまま引き継ぐ。以後、主制御装置２０は、エンコーダ２６Ａ1，２６Ｂ1，２６Ｃ1を用いて、レチクルステージＲＳＴの位置を管理する。
そして、図１０の時点からレチクルステージＲＳＴの等速移動が開始され、所定の整定時間が経過して、照明領域ＩＡＲにレチクルＲ１のパターン領域が達した時点で露光が開始される（図１６参照）。さらに、所定時間経過後、露光が終了して（図１７参照）、レチクルステージＲＳＴの減速が開始され、図１１に示される位置で停止する。なお、露光終了とほぼ同時にレチクルステージＲＳＴの減速を開始しても良い。
図１０及び図１１からわかるように、露光開始直前（すなわち、レチクルステージＲＳＴの位置制御に使用するエンコーダの切り替えが行われた時点）から走査露光期間を経て減速が終了するまでの期間、レチクルステージＲＳＴの位置は、エンコーダ２６Ａ1，２６Ｂ1，２６Ｃ1の計測値に基づいて、主制御装置２０によって管理される。
一方、ウエハＷの−Ｙ方向への移動とレチクルＲ１の＋Ｙ方向への移動とによる走査露光（マイナススキャン露光）の場合には、上記プラススキャン露光と逆に、図１１の状態からレチクルステージＲＳＴの＋Ｙ方向への加速が開始され、図１０に示される露光終了直後の時点で、エンコーダの切り替え（計測値のつなぎ）が行われ、減速期間中は、レチクルステージＲＳＴの位置が、エンコーダ２６Ａ2，２６Ｂ2，２６Ｃ2の計測値に基づいて、主制御装置２０によって管理される。
ここで、図９、図１０、図１１等では、エンコーダに加え、干渉計１６ｘ、１６ｙによってもレチクルステージＲＳＴの位置を計測している状態が示されているが、干渉計によるレチクルステージＲＳＴの位置計測は必ずしも行う必要が無いことは勿論である。本実施形態において、走査露光中に得られたエンコーダ及び干渉計１６ｘ、１６ｙの計測結果の利用方法については後述する。
なお、詳細説明は省略するが、レチクルＲ２を用いる、プラススキャン露光及びマイナススキャン露光では、エンコーダ２６Ａ1，２６Ｂ1，２６Ｃ1とエンコーダ２６Ａ3，２６Ｂ3，２６Ｃ3とが用いられる。この際にも、前述と同様のエンコーダの切り替え（計測値のつなぎ）が行われ、少なくとも走査露光の期間では、レチクルステージＲＳＴの位置は、エンコーダ２６Ａ1，２６Ｂ1，２６Ｃ1の計測値に基づいて、主制御装置２０によって管理される。また、主制御装置２０はエンコーダの計測値に基づいてレチクルステージＲＳＴのＸ、Ｙ位置だけでなくθｚ方向の位置（ヨーイング）も管理している。
本実施形態の露光装置１００では、通常のスキャニング・ステッパと同様に、レチクルアライメント系１３Ａ，１３Ｂ（図６）、ウエハステージＷＳＴ上の基準マーク板及びアライメント系ＡＬＧなどを用いて、レチクルアライメント（レチクル座標系とウエハ座標系との対応付けを含む）及びアライメント系ＡＬＧのベースライン計測などの一連の作業が行われる。これらの一連の作業中のレチクルステージＲＳＴ、ウエハステージＷＳＴの位置制御は、干渉計１６ｙ及び１６ｘ、並びに干渉計１８Ｘ1，１８Ｘ2，１８Ｙ，１８Ｚ1，１８Ｚ2の計測値に基づいて行われる。なお、レチクルアライメント、あるいはベースライン計測などでも、前述したエンコーダの計測値のみ、又は干渉計とエンコーダの両方の計測値に基づいてレチクルステージＲＳＴ、ウエハステージＷＳＴの位置制御を行ってもよい。
次いで、主制御装置２０により、不図示のウエハローダ（搬送装置）を用いてウエハステージＷＳＴ上のウエハ交換（ウエハステージＷＳＴ上にウエハがない場合は、ウエハのロード）が行われ、そのウエハに対するアライメント系ＡＬＧを用いた、例えばＥＧＡ方式のウエハアライメントが行われる。このウエハアライメントにより、前述したアライメント座標系上におけるウエハ上の複数のショット領域の配列座標が求められる。
その後、主制御装置２０により、前述した位置計測系の切り替えが行われた後、先に計測したベースライン及びエンコーダ５０Ａ〜５０Ｄの計測値に基づいてウエハステージＷＳＴの位置が管理され、かつ前述したエンコーダ２６Ａ1，２６Ｂ1及び２６Ｃ1の計測値に基づいてレチクルステージＲＳＴの位置を管理しつつ、通常のスキャニング・ステッパと同様の手順で、ステップ・アンド・スキャン方式の露光が行われ、レチクル（Ｒ１又はＲ２）のパターンがウエハ上の複数のショット領域にそれぞれ転写される。
図１２（Ａ）には、ウエハＷの中央付近が投影ユニットＰＵの直下となる位置にウエハステージＷＳＴがある状態が示され、図１２（Ｂ）には、ウエハＷの中心と外周との中間付近が投影ユニットＰＵの直下となる位置にウエハステージＷＳＴがある状態が示されている。また、図１３（Ａ）には、ウエハＷの＋Ｙ側のエッジ近傍が投影ユニットＰＵの直下となる位置にウエハステージＷＳＴがある状態が示され、図１３（Ｂ）には、ウエハＷの中心から見てＸ軸及びＹ軸に対して４５°を成す方向のエッジ近傍が投影ユニットＰＵの直下となる位置にウエハステージＷＳＴがある状態が示されている。また、図１４には、ウエハＷの＋Ｘ側のエッジ近傍が投影ユニットＰＵの直下となる位置にウエハステージＷＳＴがある状態が示されている。これら図１２（Ａ）〜図１４を見ると、いずれの図においても、ヘッドユニット４６Ａ〜４６Ｄの各々においてその１１個のヘッドの少なくとも１つ（本実施形態では１つ又は２つ）が、対応する移動スケールに対向していることがわかる。この事実、及びヘッドユニット４６Ａ〜４６Ｄの投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを中心とする上下、左右方向に関する対称配置、並びに移動スケール４４Ａ〜４４ＤのウエハステージＷＳＴの中心に対するＸ軸方向及びＹ軸方向に関する対称配置を総合して考えれば、次のことがわかる。すなわち、露光装置１００では、露光動作中のウエハステージＷＳＴの移動範囲内のいずれの位置にウエハステージＷＳＴがあっても、ヘッドユニット４６Ａ〜４６Ｄの各々においてその１１個のヘッドの少なくとも１つが、対応する移動スケールに対向し、４つのエンコーダ５０Ａ〜５０ＤによるウエハステージＷＳＴのＸ位置及びＹ位置の計測を常時行うことができる。また、ウエハステージＷＳＴのヨーイング計測も可能となっている。
換言すれば、前述した４つの移動スケール４４Ａ〜４４Ｄはそれぞれ長手方向に関して、その長さ（回折格子の形成範囲に相当）が、少なくともウエハＷの全面を走査露光するときのウエハステージＷＳＴの移動ストローク（移動範囲）の全域をカバーする（本実施形態では全てのショット領域で、少なくとも走査露光中と、走査露光前後のウエハステージＷＳＴの加減速及び同期整定の期間中とに、４つのヘッドユニット４６Ａ〜４６Ｄ（計測ビーム）が対応する移動スケール（回折格子）から外れない、すなわち計測不能とならない）ように、ウエハＷの大きさ（直径）よりも長く設定されている。
また、４つのヘッドユニット４６Ａ〜４６Ｄも同様に、それぞれ長手方向に関して、その長さ（回折格子の検出範囲に相当）が、少なくともウエハＷの全面を走査露光するときのウエハステージＷＳＴの移動ストロークの全域をカバーする（すなわち、少なくともウエハＷの露光動作中に４つのヘッドユニット４６Ａ〜４６Ｄ（計測ビーム）が対応する移動スケール（回折格子）から外れない、すなわち計測不能とならない）ように、その移動ストロークと同程度以上に設定されている。なお、露光動作だけでなく他の動作、例えばアライメント動作（前述のウエハアライメント及びベースライン計測を含む）でもエンコーダ５０Ａ〜５０ＤによるウエハステージＷＳＴの位置計測を可能とするようにヘッドユニット４６Ａ〜４６Ｄを構成してもよい。
ところで、エンコーダの移動スケールは、使用時間の経過と共に固定位置がずれる、あるいは熱膨張などにより回折格子のピッチが部分的は又は全体的に変化するので、エンコーダは長期安定性に欠ける。このため、その計測値に含まれる誤差が使用時間の経過と共に大きくなるので、これをキャリブレーションする必要がある。以下、本実施形態の露光装置１００で行われるエンコーダのキャリブレーション動作について説明する。
まず、レチクルステージ用のエンコーダシステムを構成するエンコーダの計測値のゲイン誤差及びリニアリティ誤差を補正するための第１のキャリブレーション動作について説明する。この第１のキャリブレーション動作は、例えばロット毎に先頭のウエハの露光開始前に行われる、すなわち比較的長期のインターバルで行われるので、以下では長期キャリブレーション動作とも呼ぶ。
具体的には、主制御装置２０は、レチクルＲ１及びＲ２（のパターン領域）を照明領域ＩＡＲが通過する（実際には、照明領域ＩＡＲをレチクルＲ１及びＲ２（のパターン領域）が横切る）範囲を、干渉計の計測値の短期変動が無視できる程度の極低速で、レチクルステージＲＳＴをＹ軸方向にスキャンする。なお、この第１のキャリブレーション動作に際しては、照明領域ＩＡＲが照明光ＩＬで照明されるわけではないが、ここではレチクルステージＲＳＴの移動位置を分かり易く説明するために、「照明領域ＩＡＲが通過する」等の表現を用いている。
上記のスキャン中に、主制御装置２０は、所定のサンプリング間隔で、レチクルＹ干渉計１６ｙ及びＹリニアエンコーダ２６Ａ1、２６Ｂ1の計測値、並びにレチクルＸ干渉計１６ｘ及びＸリニアエンコーダ２６Ｃ1の計測値を取り込み、それら計測値を不図示のメモリに格納するとともに、Ｙリニアエンコーダ２６Ａ1及び２６Ｂ1の計測値とレチクルＹ干渉計１６ｙの計測値、レチクルＸ干渉計１６ｘの計測値とＸリニアエンコーダ２６Ｃ1の計測値について、図１５に示されるようなマップをそれぞれ作成する。ここで、３つのエンコーダ２６Ａ1、２６Ｂ1及び２６Ｃ1の計測値を取り込むのは、レチクルＲ１及びＲ２（のパターン領域）を照明領域ＩＡＲが通過する範囲では、これら３つのエンコーダ２６Ａ1、２６Ｂ1及び２６Ｃ1を用いてレチクルステージＲＳＴの位置が制御されることを考慮したためである。
図１５は、横軸が干渉計の計測値、縦軸がエンコーダの計測値とした場合の両者の関係を曲線Ｃで示す線図であり、この曲線Ｃと理想ラインＴＬとの差がエンコーダの計測値に含まれる誤差を示す。この図１５の線図をそのままエンコーダの計測値を補正する補正マップとすることができる。その理由は、例えば図１５における点Ｐ１は、エンコーダの計測値がｅ１のとき、対応する干渉計の計測値がｉ１であることを示すが、この干渉計の計測値は、前述した極低速でレチクルステージＲＳＴをスキャンしたときに得られるものであるから、長期的な変動誤差は勿論、空気揺らぎに起因する短期的な変動誤差も殆ど含まれず、誤差が無視できる正確な値と考えて差し支えないからである。
この図１５の補正マップに従って、エンコーダ２６Ａ1、２６Ｂ1及び２６Ｃ1の計測値を補正したエンコーダ２６Ａ1、２６Ｂ1及び２６Ｃ1の補正後の計測値と、対応する干渉計の計測値との関係を求めると、図１５の理想ラインＴＬに一致する。なお、エンコーダ２６Ｃ1の計測値を補正する補正マップは、レチクルステージＲＳＴをＸ軸方向に可動範囲内で駆動し、その駆動中に得られたエンコーダ２６Ｃ1、レチクルＸ干渉計１６ｘの計測値に基づいて、作成しても勿論良い。
主制御装置２０は、残りのエンコーダについても、上述のエンコーダ２６Ａ1，２６Ｂ1及び２６Ｃ1と同様の手順で、干渉計１６ｘ，１６ｙの計測値を用いて補正マップを作成することとしても良い。
但し、上記の長期キャリブレーション動作の他に、後述する短期キャリブレーション動作を併せて実行する場合には、上記の補正マップの曲線Ｃを、オフセット成分及び傾斜成分の低次成分と、それ以外の高次成分とに分離して、低次成分、高次成分のそれぞれを補正マップとして持っておく、あるいは低次成分もオフセット成分と傾斜成分とに分離してそれぞれの補正マップを、高次成分と共に持っておいても良い。あるいは、比較的長期に渡って変動しないであろうと予想される高次成分についての補正マップ（補正情報）を持っておき、比較的短期に変動すると予想される低次成分の補正情報を短期キャリブレーション動作で取得することとしても良い。
なお、上記の説明において少なくともエンコーダ２６Ａ1、２６Ｂ1の計測値の補正情報を取得（決定）するキャリブレーション動作では、前述の如くレチクルＲ１及びＲ２のパターン領域がそれぞれ照明領域ＩＡＲを横切る範囲に渡ってレチクルステージＲＳＴを走査方向（Ｙ軸方向）に移動するものとしたが、レチクルステージＲＳＴの移動範囲はこれに限られるものではない。例えば、エンコーダ２６Ａ1、２６Ｂ1の計測可能範囲（移動スケール２４Ａ、２４Ｂの回折格子の形成範囲に対応）のほぼ全域、あるいはレチクルＲ１、Ｒ２のいずれか一方を用いる走査露光時の移動範囲などとしても良い。この走査露光時の移動範囲は、走査露光期間だけでなく、その前後の加減速期間及び同期整定期間などの少なくとも一部を含めたレチクルステージＲＳＴの移動範囲としても良い。また、レチクルステージＲＳＴの移動範囲は、レチクルＲ１、Ｒ２を用いる走査露光時のレチクルステージＲＳＴの移動範囲だけでなく、レチクルステージＲＳＴに設けられる不図示の基準マークを用いる計測動作時の移動範囲をも含むものとしてよい。この基準マークは、レチクルステージＲＳＴ上でレチクルＲ１に対して−Ｙ側、及び／又はレチクルＲ２に対して＋Ｙ側に少なくとも１つ設けられる。
次に、例えばウエハ１枚毎に（いわゆるオーバー・ヘッド時間（前ウエハの露光終了から次ウエハの露光開始までの間）に）実施される、エンコーダ２６Ａ1、２６Ｂ1及び２６Ｃ1のゲイン誤差（エンコーダ計測値の干渉計計測値に対するスケーリング誤差）を較正する、第２のキャリブレーション動作について説明する。この第２のキャリブレーション動作は、ウエハ１枚毎などに行われる、すなわち比較的短期のインターバルで行われるので、以下では短期キャリブレーション動作とも呼ぶ。
まず、主制御装置２０は、図１６に示されるように、走査方向（Ｙ軸方向）に関して、次の露光に用いられるレチクルＲ１（又はＲ２）のパターン領域の−Ｙ側の端部が照明領域ＩＡＲの＋Ｙ側の端部に一致する第１のＹ位置（以下では、単に第１位置とも呼ぶ）にレチクルステージＲＳＴを位置決めする。このキャリブレーション動作に際しても、実際には照明領域ＩＡＲが照明光ＩＬで照明されるわけではないが、図１６では、レチクルステージＲＳＴの位置を分かり易くするために、照明領域ＩＡＲが図示されている。
そして、主制御装置２０は、この図１６に示される上記第１位置でのレチクルステージＲＳＴの位置決め状態を所定時間継続し、その位置決め状態の継続中にエンコーダ２６Ａ1、２６Ｂ1及び２６Ｃ1、並びに干渉計１６ｘ，１６ｙの計測値を所定のサンプリング間隔で取得し、不図示のメモリに記憶する。
次に、主制御装置２０は、レチクルステージＲＳＴを−Ｙ方向に駆動して、図１７に示されるように、レチクルＲ１（又はＲ２）のパターン領域の＋Ｙ側の端部が照明領域ＩＡＲの−Ｙ側の端部に一致する第２のＹ位置（以下では、単に第２位置とも呼ぶ）にレチクルステージＲＳＴを位置決めする。そして、主制御装置２０は、この図１７に示される上記第２位置でのレチクルステージＲＳＴの位置決め状態を所定時間継続し、その位置決め状態の継続中にエンコーダ２６Ａ1、２６Ｂ1及び２６Ｃ1、並びに干渉計１６ｘ，１６ｙの計測値を所定のサンプリング間隔で取得し、不図示のメモリに記憶する。
そして、主制御装置２０は、上記第１及び第２位置でそれぞれメモリに記憶した計測値（情報）に基づき、エンコーダ２６Ａ1、２６Ｂ1及び２６Ｃ1、並びに干渉計１６ｘ，１６ｙのそれぞれについて、上記第１及び第２位置それぞれにおける計測値の加算平均値（時間平均値）を算出する。そして、この算出結果に基づいて、Ｙリニアエンコーダ２６Ａ1及び２６Ｂ1の計測値とレチクルＹ干渉計１６ｙの計測値、及びレチクルＸ干渉計１６ｘの計測値とＸリニアエンコーダ２６Ｃ1の計測値について、図１８に示されるようなマップをそれぞれ作成する。この図１８のマップにおいて、点Ｐ２、点Ｐ３が、上記第１及び第２位置それぞれにおける、空気揺らぎなどに起因する短期的変動を平均化効果により低減させた干渉計の計測値と、対応するエンコーダの計測値との関係を示す点である。
次に、主制御装置２０は、エンコーダの計測値を干渉計の計測値を用いて補正する補正マップの傾斜成分（スケーリング）Ｓcを、次式により算出する。
Ｓc＝（ｅ３−ｅ２）／（ｉ３−ｉ２）
そして、主制御装置２０は、算出された補正マップの傾斜成分を、低次成分の補正マップ中の傾斜成分に置き換え、その置き換え後の低次成分の補正マップと、補正マップとして持っている高次成分とに基づいて、低次成分及び高次成分を補正するための新たな補正マップを作成する。
なお、上記の説明では、レチクルステージＲＳＴを、露光対象のレチクルＲ１（又はＲ２）のパターン領域を照明領域ＩＡＲが通過する範囲の両端の位置である第１位置と第２位置の２箇所にそれぞれ位置決めし、所定の処理を行って上記の新たな補正情報を算出するものとした。しかし、これに限らず、第１位置、第２位置の他に、これらの位置の間の少なくとも１つの位置を含む３つ以上の位置に、レチクルステージＲＳＴをそれぞれ位置決めして、上記と同様の処理を行い、得られた３つ以上の点の最小二乗近似直線を求め、その近似直線に基づいて、補正マップの傾斜成分（スケーリング誤差）に加えてオフセット成分を算出することとしても良い。この場合、算出された補正マップの低次成分（傾斜成分及びオフセット成分）と、補正マップとして持っている高次成分とに基づいて、低次成分及び高次成分を補正するための新たな補正マップを作成すれば良い。また、レチクルステージＲＳＴを位置決めする第１及び第２位置は、走査方向に関してレチクルのパターン領域の全体が照明領域ＩＡＲを横切るためのレチクルステージＲＳＴの移動範囲の両端に対応するものとしたが、これに限らず、例えばレチクルＲ１、Ｒ２のいずれか一方を用いる走査露光時にレチクルステージＲＳＴが実際に移動される範囲（走査露光前後の加減速期間及び同期整定期間をも含めた移動範囲）に対応するものとしても良い。さらに、第１及び第２位置によって規定される走査方向の移動範囲は、レチクルのパターン領域の全体が照明領域ＩＡＲを横切るためのレチクルステージＲＳＴの移動範囲と少なくとも一部がずれていても良いが、少なくともその移動範囲を含むことが好ましい。また、レチクルステージＲＳＴの移動範囲は、前述した基準マークを用いる計測動作時の移動範囲をも含むものとしてよい。
次に、ウエハ１枚毎（いわゆるオーバー・ヘッド時間）に実施される、エンコーダ２６Ａ1、２６Ｂ1及び２６Ｃ1のゲイン誤差（エンコーダ計測値の干渉計計測値に対するスケーリング誤差及びオフセット）、すなわち前述の補正マップの低次成分を更新する、第３のキャリブレーション動作について説明する。この第３のキャリブレーション動作も、前述と同様の理由により、以下では、短期キャリブレーション動作とも呼ぶ。
まず、主制御装置２０は、この第３のキャリブレーション動作の実施によって露光装置１００のスループットが低下しても、スループットを許容範囲内に維持できる程度の低速で、次の露光に用いられるレチクルＲ１（又はＲ２）のパターン領域を照明領域ＩＡＲが通過する所定範囲内で、レチクルステージＲＳＴをＹ軸方向に駆動する。そして、その駆動中に干渉計１６ｘ，１６ｙ及びエンコーダ２６Ａ1、２６Ｂ1及び２６Ｃ1を用いてレチクルステージＲＳＴの位置情報を所定のサンプリング間隔で取得し、不図示のメモリに記憶する。なお、この第３のキャリブレーション動作に際しても、照明領域ＩＡＲが照明光ＩＬで照明されることはないが、前述と同様の理由で、「照明領域ＩＡＲが通過する」等の表現を用いている。また、レチクルステージＲＳＴの移動範囲は、前述した第２のキャリブレーション動作で説明した範囲と同一である。但し、この第３のキャリブレーション動作ではその移動範囲の両端でレチクルステージＲＳＴの位置決めを行う必要はない。
次いで、主制御装置２０は、前述と同様に、Ｙリニアエンコーダ２６Ａ1及び２６Ｂ1の計測値とレチクルＹ干渉計１６ｙの計測値、レチクルＸ干渉計１６ｘの計測値とＸリニアエンコーダ２６Ｃ1の計測値について、図１９中に示される曲線Ｃ１のような曲線を、それぞれ作成する。なお、図１９において、符号ＥＡは、レチクルＲ１（又はＲ２）のパターン領域を照明領域ＩＡＲが通過する所定範囲、すなわち露光区間を示す。
次に、主制御装置２０は、その曲線Ｃ１の最小二乗近似直線ＦＬを求め、この近似直線ＦＬの理想直線ＴＬに対するオフセットドリフトＯＤ、スケーリングドリフトＳＤを求める。そして求めたオフセットドリフト（オフセット誤差）、スケーリングドリフト（傾斜誤差）を用いて、予めマップとして持っていた低次成分の補正マップを更新する。そして、この補正後の低次成分の補正マップと、予めマップとして持っている高次成分の補正マップとに基づいて、低次成分及び高次成分を補正するための新たな補正マップを作成する。
なお、第３のキャリブレーション動作におけるレチクルステージＲＳＴの移動範囲は、レチクルのパターン領域の全体が照明領域ＩＡＲを横切るための所定範囲（露光区間ＥＡに対応）と少なくとも一部がずれていても良いが、少なくともその所定範囲を含むことが好ましく、例えばレチクルＲ１、Ｒ２のいずれか一方を用いる走査露光時にレチクルステージＲＳＴが実際に移動される範囲（走査露光前後の加減速期間及び同期整定期間をも含めた移動範囲）としても良い。また、レチクルステージＲＳＴの移動範囲は、前述した基準マークを用いる計測動作時の移動範囲をも含むものとしてよい。
なお、露光装置１００では、露光動作時のウエハステージＷＳＴの位置制御に用いられるエンコーダ５０Ａ〜５０Ｄの長期キャリブレーション動作、短期キャリブレーション動作が、主制御装置２０によって、前述の第１〜第３のキャリブレーション動作と同様の手法で行われる。但し、ウエハステージＷＳＴの移動は２次元面内で行われる。この場合、ウエハＹ干渉計１８Ｙ及びウエハＸ干渉計１８Ｘ1で規定される直交座標系上でウエハステージＷＳＴを駆動して、Ｘリニアエンコーダ５０Ｂ，５０Ｄの計測値の誤差の分布を基にした補正マップ、Ｙリニアエンコーダ５０Ａ，５０Ｃの計測値の誤差の分布を基にした補正マップが求められる。このとき、Ｙリニアエンコーダ５０Ａ、５０Ｃは、移動スケール４４Ａ、４４Ｃの回折格子の配列方向、及び長手方向が共にＹ軸方向であり、ヘッドユニット４６Ａ、４６Ｃの長手方向（ヘッドの配列方向）がＸ軸方向である。
次に、本実施形態の露光装置１００で行われるエンコーダ５０Ａ〜５０Ｄの長期キャリブレーション動作（第１のキャリブレーション動作）、すなわちウエハステージＷＳＴの移動スケールの格子ピッチの補正情報及び格子変形の補正情報の取得動作について、図２０に基づいて説明する。
この図２０において、Ｙ干渉計１８Ｙからの測定ビームＢ４1，Ｂ４2は、投影光学系ＰＬの光軸を通る、Ｙ軸と平行な直線（ヘッドユニット４６Ｂ及びヘッドユニット４６Ｄの複数のヘッドの中心を結んだ直線に一致）に関して対称に配置され、Ｙ干渉計１８Ｙの実質的な測長軸は、投影光学系ＰＬの光軸を通る、Ｙ軸と平行な直線に一致する。このため、Ｙ干渉計１８Ｙによれば、アッベ誤差なくウエハステージＷＳＴのＹ位置を計測することができる。同様に、Ｘ干渉計１８Ｘ1からの測定ビームは、投影光学系ＰＬの光軸を通る、Ｘ軸と平行な直線（ヘッドユニット４６Ａ及びヘッドユニット４６Ｃの複数のヘッドの中心を結んだ直線に一致）上に配置され、Ｘ干渉計１８Ｘ1の測長軸は、投影光学系ＰＬの光軸を通る、Ｘ軸と平行な直線に一致する。このため、Ｘ干渉計１８Ｘ1によれば、露光時などにアッベ誤差なくウエハステージＷＳＴのＸ位置を計測することができる。
ここで、一例として、Ｘスケールの格子線の変形（格子線の曲がり）の補正情報と、Ｙスケールの格子ピッチの補正情報との取得動作について説明する。ここでは、説明を簡単にするために、移動鏡１７Ｘの反射面は、理想的な平面であるものとする。
まず、主制御装置２０は、Ｙ干渉計１８Ｙ、Ｘ干渉計１８Ｘ1及びＺ干渉計１８Ｚ1，１８Ｚ2の計測値に基づいてウエハステージＷＳＴを駆動し、図２０に示されるように、移動スケール４４Ａ、４４Ｃがそれぞれ対応するヘッドユニット４６Ａ、４６Ｃ（少なくとも１つのヘッド）の直下に配置され、かつ移動スケール（回折格子）４４Ａ、４４Ｃの＋Ｙ側の一端がそれぞれ対応するヘッドユニット４６Ａ、４６Ｃと一致する位置に、ウエハステージＷＳＴを位置決めする。
次に、主制御装置２０は、Ｙ干渉計１８Ｙの計測値の短期変動が無視できる程度の低速で、且つＸ干渉計１８Ｘ1の計測値を所定値に固定しつつ、Ｙ干渉計１８Ｙ及びＺ干渉計１８Ｚ1，１８Ｚ2の計測値に基づいて、ピッチング量、ローリング量及びヨーイング量を全て零に維持しながら、図２０中に矢印Ｆで示されるように、例えば移動スケール４４Ａ、４４Ｃの他端（−Ｙ側の一端）がそれぞれ対応するヘッドユニット４６Ａ、４６Ｃと一致するまでウエハステージＷＳＴを＋Ｙ方向に移動させる。この移動中に、主制御装置２０は、Ｙリニアエンコーダ５０Ａ，５０Ｃの計測値とＹ干渉計１８Ｙの計測値（測定ビームＢ４1，Ｂ４2による計測値）とを、所定のサンプリング間隔で取り込み、その取り込んだ計測値に基づいてＹリニアエンコーダ５０Ａ，５０Ｃの計測値とＹ干渉計１８Ｙの計測値との関係を求める。すなわち、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴの移動に伴ってヘッドユニット４６Ａ及び４６Ｃに順次対向して配置される移動スケール４４Ａ及び４４Ｃの格子ピッチ（隣接する格子線の間隔）及び該格子ピッチの補正情報を求める。この格子ピッチの補正情報は、例えば、横軸が干渉計の計測値、縦軸がエンコーダの計測値とした場合の両者の関係を曲線で示す補正マップなどとして求めることができる。この場合のＹ干渉計１８Ｙの計測値は、前述した極低速でウエハステージＷＳＴをスキャンしたときに得られるものであるから、長期的な変動誤差は勿論、空気揺らぎなどに起因する短期的な変動誤差も殆ど含まれず、誤差が無視できる正確な値と考えて差し支えない。ここでは、移動スケール４４Ａ、４４Ｃの両端が対応するヘッドユニット４６Ａ、４６Ｃを横切る範囲に渡ってウエハステージＷＳＴをＹ軸方向に駆動するものとしたが、これに限らず、例えばウエハの露光動作時にウエハステージＷＳＴが移動されるＹ軸方向の範囲でウエハステージＷＳＴを駆動しても良い。
また、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴの移動中に、その移動に伴って移動スケール４４Ｂ，４４Ｄに順次対向して配置されるヘッドユニット４６Ｂ及び４６Ｄの複数のヘッドから得られる計測値（Ｘリニアエンコーダ５０Ｂ及び５０Ｄの計測値）を統計的に処理、例えば平均する（又は重み付け平均する）ことで、その複数のヘッドに順次対向した格子線の変形（曲がり）の補正情報をも求めている。これは、移動鏡１７Ｘの反射面が理想的な平面である場合には、ウエハステージＷＳＴを＋Ｙ方向に送っていく過程で、繰り返し同じぶれパターンが出現する筈であるから、複数のヘッドで取得した計測データを平均化等すれば、その複数のヘッドに順次対向した移動スケール４４Ｂ，４４Ｄの格子線の変形（曲がり）の補正情報を正確に求めることができるからである。
なお、移動鏡１７Ｘの反射面が理想的な平面でない場合には、予めその反射面の凹凸（曲がり）を計測してその曲がりの補正データを求めておく。そして、上述のウエハステージＷＳＴの＋Ｙ方向への移動の際に、Ｘ干渉計１８Ｘ1の計測値を所定値に固定する代わりに、その補正データに基づいて、ウエハステージＷＳＴのＸ位置を制御することで、ウエハステージＷＳＴを正確にＹ軸方向に移動させることとすれば良い。このようにすれば、上記と全く同様に、移動スケール４４Ａ，４４Ｃの格子ピッチの補正情報及び移動スケール４４Ｂ，４４Ｄの格子線の変形（曲がり）の補正情報を得ることができる。なお、ヘッドユニット４６Ｂ及び４６Ｄの複数のヘッドで取得した計測データは、移動鏡１７Ｘの反射面の異なる部位基準での複数のデータであり、いずれのヘッドも同一の格子線の変形（曲がり）を計測しているのであるから、上記の平均化等によって、反射面の曲がり補正残差が平均化されて真の値に近づく（換言すれば、複数のヘッドで取得した計測データ（格子線の曲がり情報）を平均化することで、曲がり残差の影響を薄めることができる）という付随的な効果もある。
なお、Ｘリニアエンコーダ５０Ｂ，５０Ｄは、移動スケール４４Ｂ、４４Ｄの回折格子の配列方向及び長手方向、並びにヘッドユニット４６Ｂ、４６Ｄの長手方向（ヘッドの配列方向）がいずれもＹリニアエンコーダ５０Ａ、５０ＣとＸ軸及びＹ軸方向が逆であるだけなので、Ｙスケールの格子線の変形（格子線の曲がり）の補正情報、及び移動スケール５０Ｂ，５０Ｄの格子ピッチの補正情報の取得動作（第１のキャリブレーション動作）に際しては、上述の補正の場合と、Ｘ軸方向とＹ軸方向とを入れ替えた処理を行えば良いので詳細説明は省略する。
このようにして、主制御装置２０は、所定のタイミング毎、例えばロット毎などに、移動スケール４４Ａ，４４Ｃの格子ピッチの補正情報及び移動スケール４４Ｂ，４４Ｄの格子線の変形（曲がり）の補正情報、並びに移動スケール４４Ｂ，４４Ｄの格子ピッチの補正情報及び移動スケール４４Ａ，４４Ｃの格子線の変形（曲がり）の補正情報を得る。
そして、ロット内のウエハの露光処理中などには、主制御装置２０は、ヘッドユニット４６Ａ，４６Ｃから得られる計測値（すなわち、エンコーダ５０Ａ，５０Ｃの計測値）を、移動スケール４４Ａ，４４Ｃの格子ピッチの補正情報及び格子線の変形（曲がり）の補正情報に基づいて補正しながら、ウエハステージＷＳＴのＹ軸方向の位置制御を行う。これにより、移動スケール４４Ａ，４４Ｃの格子ピッチの経時的な変化及び格子線の曲がりの影響を受けることなく、リニアエンコーダ５０Ａ，５０Ｃを用いて、ウエハステージＷＳＴのＹ軸方向の位置制御を精度良く行なうことが可能となる。
また、ロット内のウエハの露光処理中などには、主制御装置２０は、ヘッドユニット４６Ｂ，４６Ｄから得られる計測値（すなわち、エンコーダ５０Ｂ，５０Ｄの計測値）を、移動スケール４４Ｂ，４４Ｄの格子ピッチの補正情報及び格子線の変形（曲がり）の補正情報に基づいて補正しながら、ウエハステージＷＳＴのＸ軸方向の位置制御を行う。これにより、移動スケール４４Ｂ，４４Ｄの格子ピッチの経時的な変化及び格子線の曲がりの影響を受けることなく、リニアエンコーダ５０Ｂ，５０Ｄを用いて、ウエハステージＷＳＴのＸ軸方向の位置制御を精度良く行なうことが可能となる。
なお、上述の説明では、移動スケール４４Ａ〜４４Ｄのいずれについても、格子ピッチ、及び格子線曲がりの補正情報の取得を行うものとしたが、これに限らず、移動スケール４４Ａ，４４Ｃ及び移動スケール４４Ｂ，４４Ｄのいずれかについてのみ、格子ピッチ及び格子線曲がりの補正情報の取得を行っても良いし、移動スケール４４Ａ，４４Ｃ及び移動スケール４４Ｂ，４４Ｄの両者について、格子ピッチ、格子線曲がりのいずれかについての補正情報のみを取得しても良い。
なお、詳細説明は省略するが、露光動作時のウエハステージＷＳＴの位置制御に用いられるエンコーダ５０Ａ〜５０Ｄの短期キャリブレーション動作（第２，第３のキャリレーション動作）についても、上記長期キャリブレーション動作（第１のキャリブレーション動作）に準じて行われる。
そして、ステップ・アンド・スキャン方式の露光動作の際に、前述の如く主制御装置２０によってエンコーダ２６Ａ1，２６Ｂ1，２６Ｃ1の計測値及びその補正マップに基づいてレチクルステージＲＳＴの位置制御が行われるとともに、エンコーダ５０Ａ〜５０Ｄの計測値及びその補正マップに基づいてウエハステージＷＳＴの位置制御が行われる。
また、本実施形態の露光装置１００では、レチクルステージＲＳＴ上にレチクルＲ１とレチクルＲ２とを同時に載置可能である。このため、主制御装置２０は、レチクルＲ１とレチクルＲ２とについて、レチクルアライメントを行っておくことで、レチクルステージＲＳＴに対するレチクル交換の動作を行うことなく、エンコーダ２６Ａ1，２６Ｂ1，２６Ｃ1の計測値に基づいてレチクルステージＲＳＴを移動させるだけで、レチクルＲ１とレチクルＲ２とを用いて、例えば二重露光を行うことができる。
なお、本実施形態で用いられる各エンコーダとしては、上述した回折干渉方式に限らず、いわゆるピックアップ方式など種々の方式のものを用いることができ、例えば米国特許第６，６３９，６８６号明細書などに開示されるいわゆるスキャンエンコーダなどを用いることができる。
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、主制御装置２０により、例えばエンコーダ２６Ａ1，２６Ｂ1，２６Ｃ1などの較正動作が実行される。すなわち、エンコーダ２６Ａ1，２６Ｂ1，２６Ｃ1などに比べて計測値のリニアリティ及び長期安定性が優れる干渉計１６ｙ，１６ｘの計測値を用いて、当該干渉計１６ｙ，１６ｘに比べて計測値の短期安定性が優れるエンコーダ２６Ａ1，２６Ｂ1，２６Ｃ1などの計測値を補正する補正情報が取得される。そして、主制御装置２０は走査露光時などに、エンコーダ２６Ａ1，２６Ｂ1，２６Ｃ1の計測値と前記補正情報とに基づいてレチクルステージＲＳＴを駆動する。
従って、補正情報を用いて補正されたエンコーダ２６Ａ1，２６Ｂ1，２６Ｃ1の計測値、すなわち短期安定性は勿論、リニアリティ及び長期安定性も良好なレチクルステージＲＳＴの位置情報に基づいて、レチクルステージＲＳＴを精度良く駆動することができる。
また、本実施形態の露光装置１００によると、前述した長期キャリブレーションにより、エンコーダ２６Ａ1，２６Ｂ1に比べて計測値のリニアリティ及び長期安定性が優れる干渉計１６ｙの計測値を用いて、その干渉計１６ｙに比べて計測値の短期安定性が優れるエンコーダ２６Ａ1，２６Ｂ1の計測値を補正する補正情報が取得される。そして、主制御装置２０はパターン転写時などに、エンコーダ２６Ａ1，２６Ｂ1の計測値と前記補正情報とに基づいてレチクルステージＲＳＴの移動を制御する。従って、補正情報を用いて補正されたエンコーダ２６Ａ1，２６Ｂ1の計測値、すなわち短期安定性は勿論、リニアリティ及び長期安定性も良好なレチクルステージＲＳＴの走査方向の位置情報に基づいて、レチクルステージＲＳＴの走査方向の移動を精度良く制御することが可能になる。
また、本実施形態の露光装置１００によると、前述したいずれかの短期キャリブレーションにより、エンコーダ２６Ａ1，２６Ｂ1に比べて計測値のリニアリティ及び長期安定性が優れる干渉計１６ｙと、その干渉計１６ｙに比べて計測値の短期安定性が優れるエンコーダ２６Ａ1，２６Ｂ1の計測値との関係を示すマップ情報の低次成分（スケーリング誤差、又はスケーリング誤差及びスケーリングオフセット）を補正するための補正情報が取得される。そして、主制御装置２０はパターン転写時などに、エンコーダ２６Ａ1，２６Ｂ1の計測値と、上記補正情報を用いて低次成分が補正されたマップ情報とに基づいてレチクルステージＲＳＴの移動を制御する。
また、露光装置１００によると、主制御装置２０により、例えばエンコーダ５０Ａ〜５０Ｄの較正動作が、上述のエンコーダ２６Ａ1，２６Ｂ1の較正動作と同様にして実行される。すなわち、干渉計１８Ｙ、１８Ｘ1に比べて計測値の短期安定性が優れるエンコーダ５０Ａ〜５０Ｄの計測値を、エンコーダ５０Ａ〜５０Ｄに比べて計測値のリニアリティ及び長期安定性が優れる干渉計１８Ｙ、１８Ｘ1の計測値を用いて補正する補正情報が取得される。そして、主制御装置２０は走査露光時、及びショット領域間のステップ移動時などに、エンコーダ５０Ａ〜５０Ｄの計測値と前記補正情報とに基づいてウエハステージＷＳＴを駆動する。
従って、補正情報を用いて補正されたエンコーダ５０Ａ〜５０Ｄの計測値、すなわち短期安定性は勿論、リニアリティ及び長期安定性も良好なウエハステージＷＳＴのＸ軸及びＹ軸方向に関する位置情報に基づいて、ウエハステージＷＳＴをＸ軸及びＹ軸方向のいずれであっても精度良く駆動することができる。
従って、本実施形態の露光装置１００では、ウエハ上の各ショット領域に対する走査露光の際に、主制御装置２０は、エンコーダ２６Ａ1，２６Ｂ1、２６Ｃ1、及びエンコーダ５０Ａ〜５０Ｄ）の計測値に基づいて、レチクルＲ１又はＲ２（レチクルステージＲＳＴ）とウエハＷ（ウエハステージＷＳＴ）を走査方向（Ｙ軸方向）に沿って精度良く駆動することが可能であるとともに、非走査方向（Ｘ軸方向）に関するレチクルＲ１又はＲ２（レチクルステージＲＳＴ）とウエハＷ（ウエハステージＷＳＴ）との高精度な位置決め（アライメント）も可能となる。これにより、ウエハＷ上の複数のショット領域にレチクルＲ１（又はＲ２）のパターンを精度良く形成することが可能になる。
なお、本実施形態の露光装置１００において、主制御装置２０は露光動作とは別にレチクルステージＲＳＴを移動して得られるエンコーダ及び干渉計の計測値に基づいて、エンコーダの計測値の補正情報を更新するものとしたが、例えば露光動作時におけるレチクルステージＲＳＴの移動中に得られるエンコーダ及び干渉計の計測値を用いて補正情報を更新してもよい。すなわち、ウエハＷ上の複数のショット領域にレチクルＲ１（又はＲ２）のパターンを順次転写するステップ・アンド・スキャン方式の露光動作を行う際に、例えば各ショット領域の走査露光中、レチクルステージＲＳＴの位置を、エンコーダの計測値及びその補正情報に基づいて制御し、その制御（ウエハの露光動作）と並行して、干渉計及びエンコーダの計測値を蓄積し、この蓄積した計測値に基づいて、次のウエハの露光に先立って補正情報（例えば、図２１に示される、干渉計の計測値とエンコーダの計測値との関係を示すマップ情報）を較正する、エンコーダの計測誤差の逐次キャリブレーションを実行することとしても良い。
図２１において、符号Ｃ２は、蓄積されたデータの平均値を示し、この平均値のデータは、干渉計の計測値の短期変動（空気揺らぎなどに起因する計測値の変動）が平均化されている。この場合、走査露光中のデータを全てのショット領域について蓄積する必要はなく、干渉計の計測値の短期変動を平均化するに足る数のショット領域について走査露光中のデータを蓄積するだけでも良い。図２１において、符号ＥＡは、図１９と同様の露光区間を示す。
この場合においても、次のウエハに対するステップ・アンド・スキャン方式の露光に際して、各ショット領域の走査露光時（パターン転写時）のレチクルステージＲＳＴの移動を、補正情報（例えば図２１のマップ情報）を用いて補正されたエンコーダの計測値、すなわち短期安定性は勿論、リニアリティ及び長期安定性も良好なレチクルステージの位置情報に基づいて、精度良く制御することが可能になる。これにより、レチクルＲ１（又はＲ２）に形成されたパターンを走査露光によりそのウエハ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。なお、このキャリブレーションはＹリニアエンコーダだけでなくＸリニアエンコーダに対して行っても良いし、さらにはウエハステージのエンコーダシステム（エンコーダ５０Ａ〜５０Ｄ）に対して行っても良い。
なお、上記実施形態の露光装置１００では、移動スケールの格子ピッチの補正情報及び格子線の曲がりの補正情報を次に説明する変形例に係る方法によって取得しても良い。
ここでは、移動スケール４４Ａ，４４Ｃの格子ピッチの補正情報の取得動作及び移動スケール４４Ｂ，４４Ｄの格子線の変形（格子線の曲がり）の補正情報の取得動作について説明する。また、説明を簡単にするために、移動鏡１７Ｘの反射面は、理想的な平面であるものとする。
まず、主制御装置２０は、Ｘ干渉計１８Ｘ1の計測値を所定値に固定しつつ、Ｙ干渉計１８Ｙ及びＺ干渉計１８Ｚ1，１８Ｚ2の計測値に基づいて、ピッチング量、ローリング量及びヨーイング量を全て零に維持しながら、例えば前述したストローク範囲で図２２中に矢印Ｆで示される＋Ｙ方向にウエハステージＷＳＴを移動させる。この移動中に、主制御装置２０は、エンコーダ５０Ａ、５０Ｃの計測値、及びＹ干渉計１８Ｙの計測値（測定ビームＢ４1，Ｂ４2による計測値）を、所定のサンプリング間隔で内部メモリに取り込む。この場合、エンコーダ５０Ｃの計測値は、移動スケール４４Ｃと対向する、投影光学系ＰＬの光軸を通るＹ軸に平行な直線ＬＶから＋Ｘ方向に距離ａの位置にある図２２中に丸で囲んで示されるヘッドユニット４６Ｃのヘッド４８ｋから得られる。また、エンコーダ５０Ａの計測値は、移動スケール４４Ａと対向する、直線ＬＶから−Ｘ方向に距離ｂの位置にある図２２中に丸で囲んで示されるヘッドユニット４６Ａのヘッド４８ｅから得られる。
次に、主制御装置２０は、Ｘ干渉計１８Ｘ1の計測値に基づいてウエハステージＷＳＴを＋Ｘ方向に所定距離移動させた後、Ｙ干渉計１８Ｙの計測値に基づいて図２２中に矢印Ｆ’で示される−Ｙ方向に所定距離移動させた位置で停止させる。
そして、主制御装置２０は、Ｘ干渉計１８Ｘ1の計測値を所定値に固定しつつ、Ｙ干渉計１８Ｙ及びＺ干渉計１８Ｚ1，１８Ｚ2の計測値に基づいて、ピッチング量及びローリング量を零、かつヨーイング量を極力零に維持しながら、例えば前述のストローク範囲で図２３中に矢印Ｆで示される＋Ｙ方向にウエハステージＷＳＴを移動させる。この移動中に、主制御装置２０は、エンコーダ５０Ａ、５０Ｃの計測値、及びＹ干渉計１８Ｙの計測値（測定ビームＢ４1，Ｂ４2による計測値）を、所定のサンプリング間隔で内部メモリに取り込む。この場合、エンコーダ５０Ｃの計測値は、移動スケール４４Ｃと対向する、直線ＬＶから＋Ｘ方向に距離ｂの位置にある図２３中に丸で囲んで示されるヘッドユニット４６Ｃのヘッド４８ｅから得られる。また、エンコーダ５０Ａの計測値は、移動スケール４４Ａと対向する、直線ＬＶから−Ｘ方向に距離ａの位置にある図２３中に丸で囲んで示されるヘッドユニット４６Ａのヘッド４８ｋから得られる。
しかるに、各ヘッドのＸＹ座標系上の位置は既知であるから、上述の２回の動作で得られたサンプリング値を用いて連立方程式を立て、この連立方程式を解くことで、移動スケール４４Ｃ、４４Ａの格子ピッチの補正情報（例えば補正マップ）を、それぞれ独立に求めることができる。
なお、移動鏡１７Ｘの反射面が理想的な平面でない場合には、予めその反射面の凹凸（曲がり）を計測してその曲がりの補正データを求めておく。そして、上述の図２２、図２３に示されるウエハステージＷＳＴの＋Ｙ方向への移動の際に、Ｘ干渉計１８Ｘ1の計測値を所定値に固定する代わりに、その補正データに基づいてウエハステージＷＳＴのＸ位置を制御することで、ウエハステージＷＳＴを正確にＹ軸方向に移動させることとすれば良い。
上述のようにして、移動スケール４４Ａ，４４Ｃの格子ピッチの補正情報（例えば補正マップ）をそれぞれ求めた後に、主制御装置２０は、例えば図２４に示されるように、ウエハステージＷＳＴを、上述の図２２等の場合と同様の手順で、＋Ｙ方向に移動させる。この場合、移動スケール４４Ａ、４４Ｃの格子ピッチの補正情報の取得の際とは異なり、移動スケール４４Ｂ及び４４Ｄにそれぞれ対向している、図２４中に丸で囲んで示されるヘッドユニット４６Ｂのヘッド４８ｇ及びヘッドユニット４６Ｄのヘッド４８ｉはＸ干渉計１８Ｘ1の測長軸上から外れている。このため、空気揺らぎに起因して干渉計によって計測されるウエハステージＷＳＴの見かけ上のヨーイング量の影響が誤差（以下、ヨーイング起因誤差と略述する）として、エンコーダ５０Ｂ及び５０Ｄ（ヘッドユニット４６Ｂのヘッド４８ｇ及びヘッドユニット４６Ｄのヘッド４８ｉ）の計測値に含まれてしまう。しかるに、この場合、エンコーダ５０Ａ，５０Ｃ（移動スケール４４Ａ，４４Ｃとそれぞれ対向する、図２４中に丸で囲んで示されるヘッドユニット４６Ａのヘッド４８ｈ及びヘッドユニット４６Ｃのヘッド４８ｈ）を用いて、上述の空気揺らぎに起因して干渉計によって計測されるウエハステージＷＳＴの見かけ上のヨーイング量を計測できる。すなわち、主制御装置２０は、先に求められている移動スケール４４Ｃ、４４Ａの格子ピッチの補正情報を用いてエンコーダ５０Ａ，５０Ｃの計測値を補正しつつ、その補正された計測値に基づいて上述したウエハステージＷＳＴの見かけ上のヨーイング量を求めることができる。そして、主制御装置２０は、その求めた見かけ上のヨーイング量を用いて、上述のヨーイング起因誤差を補正することができる。
主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴの＋Ｙ方向への移動中に、上述のようにしてヨーイング起因誤差を補正しながら、移動スケール４４Ｂ，４４Ｄに順次対向して配置されるヘッドユニット４６Ｂ及び４６Ｄの複数のヘッドから得られる計測値を所定のサンプリング間隔で内部メモリに取り込む。そして、主制御装置２０は、前述と同様の理由で、内部メモリに取り込んだ計測値を統計的に処理、例えば平均する（又は重み付け平均する）ことで、移動スケール４４Ｂ，４４Ｄの格子線の変形（曲がり）の補正情報をも求める。
また、いわゆる正逆差を考慮して、ウエハステージＷＳＴを図２２、図２３及び図２４中に矢印Ｆ’で示される−Ｙ方向に駆動して、移動スケール４４Ａ、４４Ｃの格子ピッチの補正情報（例えば補正マップ）、及び／又は移動スケール４４Ｂ，４４Ｄの格子線の変形（曲がり）の補正情報を求める場合にも、上述と同様の処理を行えば良い。
一方、移動スケール４４Ａ，４４Ｃの格子線の変形（曲がり）の補正情報と、移動スケール４４Ｂ，４４Ｄの格子ピッチの補正情報との取得に際しては、主制御装置２０は、上述の場合と、Ｘ軸方向とＹ軸方向とを入れ替えた処理を行うが、かかる詳細説明については省略する。
なお、各スケール（回折格子）には幅があるので、その幅方向に関して、例えば左右中央の３つのラインに沿って、上述の格子ピッチの補正情報を取得し、格子曲がりについては代表的な格子線を取り上げて曲がり計測をすれば足りる。このようにすることが、精度及び作業性の点からは好ましい。
以上説明した変形例に係る方法によると、スケールの格子ピッチの補正情報の取得及び／又はスケールの格子線の変形（格子線の曲がり）の補正情報の取得に際して、ウエハステージＷＳＴを必ずしも極低速で移動させる必要がないので、それらの補正情報の取得動作を短時間で行うことが可能になる。
次に、図２５、図２６を参照してウエハステージ用のエンコーダシステムの変形例について説明する。なお、図２５、図２６は図３との差異がエンコーダシステムの構成のみであるので、以下では図３と同一若しくは同等の作用、機能の構成部分には同一の符号を付すとともにその説明を省略する。
図２５に示されるように、ウエハステージＷＳＴの上面には、互いに長手方向が直交し、かつそれぞれＹ軸及びＸ軸方向を長手方向とする２つの移動スケール５２Ａ、５２ＢがＬ字状に固定されている。２つの移動スケール５２Ａ、５２Ｂは、その表面に長手方向と直交する方向を周期方向とする反射型の回折格子が形成されている。
また、ヘッドユニット４６Ａと、一対のヘッドユニット４６Ｂ１、４６Ｂ２とはそれぞれ対応する移動スケール５２Ａ、５２Ｂと交差して配置され、不図示の支持部材を介して鏡筒定盤３８に吊り下げ状態で固定されている。ヘッドユニット４６Ａは、移動スケール５２Ａの長手方向（Ｙ軸方向）と直交するＸ軸方向（回折格子の周期方向）を長手方向（ヘッドの配列方向）として、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを通るＸ軸に平行な軸（中心軸）上に配置されるとともに、移動スケール５２Ａと共にウエハステージＷＳＴのＸ軸方向の位置情報を計測するＸリニアエンコーダ５６Ａを構成する。一対のヘッドユニット４６Ｂ１、４６Ｂ２はそれぞれ移動スケール５２Ｂの長手方向（Ｘ軸方向）と直交するＹ軸方向（回折格子の周期方向）を長手方向（ヘッドの配列方向）とし、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを通るＹ軸に平行な軸（中心軸）に関して対称に配置されるとともに、移動スケール５２Ｂと共にウエハステージＷＳＴのＹ軸方向の２つの位置情報を計測するＹリニアエンコーダ５６Ｂを構成する。
さらに、２つのリニアエンコーダ５６Ａ、５６Ｂの計測値は主制御装置２０に供給され、主制御装置２０はＸ軸及びＹ軸方向の位置情報とθｚ方向の回転情報とに基づき、ウエハステージ駆動系２７を介してウエハステージＷＳＴの位置制御を行う。これにより、上記実施形態と全く同様に、高精度なウエハステージＷＳＴの２次元駆動が可能となる。
図２６は、ウエハステージ用のエンコーダシステムの別の変形例を示す図であり、図２５との差異は前述した一組のリニアエンコーダ５６Ａ、５６Ｂとは別に、もう一組のリニアエンコーダ５６Ｃ、５６Ｄを設けた点のみである。図２６に示されるように、ウエハステージＷＳＴの上面には、互いに長手方向が直交し、かつそれぞれＹ軸及びＸ軸方向を長手方向とする２つの移動スケール５２Ｃ、５２ＤがＬ字状に固定されている。２つの移動スケール５２Ｃ、５２Ｄは、その表面に長手方向と直交する方向を周期方向とする反射型の回折格子が形成されるとともに、ウエハステージＷＳＴの中心に関して移動スケール５２Ａ、５２Ｂと対称に配置されている。
また、ヘッドユニット４６Ｃと、一対のヘッドユニット４６Ｄ１、４６Ｄ２とはそれぞれ対応する移動スケール５２Ｃ、５２Ｄと交差して配置され、不図示の支持部材を介して鏡筒定盤３８に吊り下げ状態で固定されている。ヘッドユニット４６Ｃは、移動スケール５２Ｃの長手方向（Ｙ軸方向）と直交するＸ軸方向（回折格子の周期方向）を長手方向（ヘッドの配列方向）として、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに関して前述のヘッドユニット４６Ａと対称に配置される（すなわち、前述した光軸ＡＸを通るＸ軸に平行な軸（中心軸）上に配置される）とともに、移動スケール５２Ｃと共にウエハステージＷＳＴのＸ軸方向の位置情報を計測するＸリニアエンコーダ５６Ｃを構成する。一対のヘッドユニット４６Ｄ１、４６Ｄ２はそれぞれ移動スケール５２Ｄの長手方向（Ｘ軸方向）と直交するＹ軸方向（回折格子の周期方向）を長手方向（ヘッドの配列方向）とし、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに関して前述のヘッドユニット４６Ｂ１、４６Ｂ２と対称に配置される（すなわち、前述した光軸ＡＸを通るＹ軸に平行な軸（中心軸）に関して対称に配置される）とともに、移動スケール５２Ｄと共にウエハステージＷＳＴのＹ軸方向の２つの位置情報を計測するＹリニアエンコーダ５６Ｄを構成する。
さらに、４つのリニアエンコーダ５６Ａ〜５６Ｄの計測値は主制御装置２０に供給され、主制御装置２０はＸ軸及びＹ軸方向の位置情報とθｚ方向の回転情報とに基づき、ウエハステージ駆動系２７を介してウエハステージＷＳＴの位置制御を行う。これにより、上記実施形態と全く同様に、高精度なウエハステージＷＳＴの２次元駆動が可能となる。なお、図２６のエンコーダシステムは４つのリニアエンコーダ５６Ａ〜５６Ｄを有しているので、図２５のエンコーダシステムに比べてヘッドユニットを投影光学系ＰＬに近接して配置しなくても、ウエハの露光動作時におけるウエハステージＷＳＴの位置によらず、常に４つのリニアエンコーダ５６Ａ〜５６Ｄの少なくとも３つからそれぞれウエハステージＷＳＴの位置情報（Ｘ軸及びＹ軸方向の位置情報とθｚ方向の回転情報）を得ることができる。また、図２６のエンコーダシステムはＹリニアエンコーダ５６Ｂ、５６Ｄがそれぞれ２つのヘッドユニットを有するものとしたが、これに限らず、例えば１つのヘッドユニットのみを有するものとしても良い。
ここで、前述のウエハＸ干渉計１８Ｘ１は投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを通るＸ軸に平行な軸（中心軸）に一致する測長軸（図中の実線に対応）を含む少なくとも１つの測長軸を有している。そして、図２５及び図２６に示されるエンコーダシステムにおいて、Ｘリニアエンコーダ５６Ａ（及び５６Ｃ）はヘッドユニット４６Ａ（及び４６Ｃ）の計測軸（ヘッドの配列方向）がその中心軸（ウエハＸ干渉計１８Ｘ１のＸ計測における測長軸）と一致して配置される。また、前述のウエハＹ干渉計１８Ｙは投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ及びアライメント系ＡＬＧの検出中心を通るＹ軸に平行な軸（中心軸）に関して対称な２つの測長軸（図２５，２６中の実線で示されるビームＢ４1，Ｂ４2に対応）を含む複数の測長軸を有している。そして、Ｙリニアエンコーダ５６Ｂ（及び５６Ｄ）はヘッドユニット４６Ｂ１、４６Ｂ２（及び４６Ｄ１、４６Ｄ２）の計測軸（ヘッドの配列方向）がそれぞれその２つの測長軸と一致して配置される。これにより、前述した計測軸と測長軸とが一致するリニアエンコーダとウエハ干渉計とでその計測値に差が生じにくくなり、前述したキャリブレーション動作を精度良く実施することが可能となる。なお、本変形例ではリニアエンコーダの計測軸とウエハ干渉計の測長軸とを一致させるものとしたが、これに限らず、ＸＹ平面内で両軸をずらして配置しても構わない。また、これは上記実施形態（図３）でも同様である。
なお、図２５、図２６に示されるエンコーダシステムにおいて、２つ又は４つの移動スケール（５２Ａ〜５２Ｄ）は、同一素材（例えばセラミックス、又は低熱膨張のガラスなど）から成り、それぞれ長手方向に関して、その長さ（回折格子の幅に相当）が、少なくともウエハＷの露光動作時におけるウエハステージＷＳＴの移動ストローク（移動範囲）の全域をカバーする（換言すれば、全てのショット領域の走査露光時に各ヘッドユニット（計測ビーム）が対応する移動スケール（回折格子）から外れない、すなわち計測不能とならない）ように、ウエハＷの大きさ（直径）より長く設定される。また、図２５、図２６に示されるエンコーダシステムにおいて、３つ又は６つのヘッドユニット（４６Ａ〜４６Ｄ２）はそれぞれ、例えば単一のヘッド、あるいはほぼ切れ目なく配列される複数のヘッドを有するものでも良いが、図２５、図２６に示されるエンコーダシステムではいずれもその長手方向に沿って所定間隔で配置された複数個のヘッドを有するものとしている。さらに各ヘッドユニットは、隣接する２つのヘッドが対応する移動スケール（回折格子）から外れない間隔、すなわち移動スケールの長手方向と直交する方向（回折格子の配列方向）に関する回折格子の形成範囲と同程度以下の間隔で複数のヘッドが配置される。また、３つ又は６つのヘッドユニット（４６Ａ〜４６Ｄ２）はそれぞれ長手方向に関して、その長さ（回折格子の検出範囲に相当）が、少なくともウエハＷの露光動作時におけるウエハステージＷＳＴの移動ストローク（移動範囲）の全域をカバーする（換言すれば、全てのショット領域の走査露光時に各ヘッドユニット（計測ビーム）が対応する移動スケール（回折格子）から外れない、すなわち計測不能とならない）ように、その移動ストロークと同程度以上に設定される。
また、図２５、図２６に示されるエンコーダシステムを備える露光装置でも、上記実施形態の露光装置１００（図３に示されるエンコーダシステムを含む）と全く同様に、各エンコーダの計測値の補正情報を決定するキャリブレーション動作（前述した第１〜第３のキャリブレーション動作）が行われる。この場合、各エンコーダでは一例として、その長手方向に関して移動スケールの位置をその一端が対応するヘッドユニットと一致するように設定してから、回折格子の配列方向（長手方向と直交する方向）に関して移動スケールをその幅と同程度の距離以上、移動する。さらに、移動スケールをその長手方向に、ヘッドユニットの１つのヘッドにおける計測ビームの大きさと同程度の距離だけ移動してから、同様に、回折格子の配列方向に関して移動スケールをその幅と同程度の距離以上移動する。以下、移動スケールの他端がヘッドユニットと一致するまで上記動作を繰り返し実行する。そして、この駆動によって得られるエンコーダ、及び該エンコーダと計測方向が同じであるウエハ干渉計の計測値に基づき、そのエンコーダの補正情報を決定すれば良い。ここでは、その長手方向に関して移動スケールの両端が対応するヘッドユニットと一致する範囲に渡ってウエハステージＷＳＴを駆動するものとしたが、これに限らず、例えばウエハの露光動作時にウエハステージＷＳＴが移動されるその長手方向の範囲でウエハステージＷＳＴを駆動しても良い。
ところで、上記実施形態及び変形例では、ウエハの露光動作時に前述のエンコーダシステム（図２、図３、図２５、図２６）のみを用いてレチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴの位置制御を行うものとした。しかし、前述した（特に短期的な）キャリブレーション動作を実行しても、何らかの原因（例えば、移動スケールへの異物の付着、移動スケールの位置ずれ、ヘッドユニットの倒れ又はそのテレセンの崩れ、許容範囲を超える移動スケールのＺ方向（表面と直交する方向）への変位など）によって、位置計測が不能となる、あるいは計測精度が許容範囲を超えるなどという問題が生じ、露光動作中に上記位置制御に必要なＸ軸及びＹ軸方向の位置情報とθｚ方向の回転情報の少なくとも一部が得られなくなることがある。なお、図３、図２６に示されるエンコーダシステムは４つのエンコーダを有するので、１つのエンコーダに上記問題が生じても上記位置制御を行えなくなることはないが、図２、図２５に示されるエンコーダシステムでは、１つのエンコーダに上記問題が生じると、上記位置制御を行うことができなくなる。
そこで、前述のエンコーダシステムによって計測される位置情報を用いる第１駆動モードと、前述の干渉計システムによって計測される位置情報を用いる第２駆動モードとを用意するとともに、通常は第１駆動モードが露光動作時に使用されるように設定しておく。そして、例えば露光動作中などに位置制御に必要なＸ軸及びＹ軸方向の位置情報とθｚ方向の回転情報の少なくとも一部が得られなくなったときは、第１駆動モードを第２駆動モードに切り換えてレチクルステージ又はウエハステージの位置制御を行うようにすることが好ましい。さらに、前述のエンコーダシステムによって計測される位置情報の少なくとも一部と、前述の干渉計システムによって計測される位置情報の少なくとも一部とを併用する第３駆動モードも用意しておき、第１駆動モードの代わりに第２及び第３駆動モードの一方を用いて、レチクルステージ又はウエハステージの位置制御を行うことを可能としても良い。なお、第１駆動モードの第２駆動モード（又は第３駆動モード）への切り換えは露光動作時のみに限られるものでなく、他の動作（例えばアライメントなどの計測動作など）でも同様にその切り換えを行っても良い。また、他の動作では予め第１駆動モードを設定しておく必要はなく、第１駆動モードの代わりに他の駆動モード（例えば、第２及び第３駆動モードの一方など）を設定しても良い。この場合、他の駆動モードによるステージの位置制御時に、例えばエラーなどが生じたら、別の駆動モード（例えば、第２及び第３駆動モードの他方、又は第１駆動モードなど）に切り換えるようにしても良い。さらに、露光動作以外では任意の駆動モードを選択可能としても良い。
なお、上記実施形態及び変形例では、位置計測系の切り換え動作時、干渉計１８Ｘ1、１８Ｙの計測値の空気揺らぎ（空気の温度揺らぎ）による短期的変動の影響が平均化効果により無視できるレベルになるまでの所定時間ウエハステージＷＳＴを停止させた後、干渉計１８Ｘ1、１８Ｙの計測値をエンコーダ５０Ａ〜５０Ｄに引き継ぐ場合について説明したが、これに限らず、例えば前述の第２のキャリブレーション動作と同様の動作を行い、得られた低次成分に基づいて干渉計１８Ｘ1、１８Ｙからエンコーダ５０Ａ〜５０Ｄへの計測値の引き継ぎを行っても良い。また、前述した位置計測系の切り換え動作は必ずしも行わなくても良い。すなわち、アライメント系ＡＬＧとウエハ干渉計システム（１８Ｘ２、１８Ｙ）とによってウエハＷ上のアライメントマーク、及びウエハステージＷＳＴ上の基準マークの位置情報を計測するとともに、レチクルアライメント系とエンコーダシステムとによってウエハステージＷＳＴ上の基準マークの位置情報を計測し、これら位置情報に基づき、エンコーダシステムによるウエハステージの位置制御を行うようにしても良い。
また、上記実施形態及び変形例では、位置計測系の切り換え動作として、干渉計からエンコーダに切り換える場合について説明したが、本発明がこれに限られるものではない。例えば、アライメント系ＡＬＧを、投影ユニットＰＵから十分に離れた位置に設置する場合などには、そのアライメント系ＡＬＧを用いたアライメント動作が行われる領域にも、前述のヘッドユニット４６Ａ〜４６Ｄと同様のヘッドユニットを、アライメント系ＡＬＧを中心として十字状に配置しておく。そして、移動スケール４４Ａ〜４４Ｄに原点をそれぞれ持たせておき、ＥＧＡなどのウエハアライメントの際には、これらの移動スケール４４Ａ〜４４Ｄの組み合わせによって規定される座標系の原点（すなわち、移動スケール４４Ａ〜４４Ｄの原点によって規定される点）を基準とするウエハＷ上の各アライメントマークの位置情報を、ヘッドユニットと移動スケール４４Ａ〜４４Ｄとを用いて検出し、その検出結果に基づいて所定の演算を行って、上記の原点に対する各ショット領域の相対位置情報を求めておくこととしても良い。この場合、露光の際には、エンコーダ５０Ａ〜５０Ｄを用いてその原点を検出することで、上記の原点に対する各ショット領域の相対位置情報を用いて、各ショット領域を露光のための加速開始位置に移動させることができる。この場合、ヘッドと、投影ユニットＰＵ、アライメント系ＡＬＧとの間の位置ドリフトも誤差要因となるので、これもまたキャリブレーションすることが望ましい。
なお、上記実施形態及び変形例では、ウエハの露光動作中に前述のエンコーダシステム（図２、図３、図２５、図２６）を用いてレチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴの位置制御を行うものとしたが、エンコーダシステムを用いるステージの位置制御は露光動作時のみに限られるものでなく、露光動作以外、例えばレチクルアライメント系によるレチクルのアライメントマーク又はレチクルステージＲＳＴの基準マークの検出動作、あるいはレチクルの交換動作などにおいても、図２に示したエンコーダシステムを用いてレチクルステージＲＳＴの位置制御を行っても良い。同様に、例えばアライメント系ＡＬＧによるウエハＷのアライメントマークなどの検出動作、あるいはウエハの交換動作などにおいても、図３、図２５、図２６に示したエンコーダシステムを用いてウエハステージＷＳＴの位置制御を行っても良い。この場合、当然ながら前述した位置計測系の切り換え動作が不要となる。
ここで、アライメント系ＡＬＧによるウエハＷ上のアライメントマーク又はウエハステージＷＳＴの基準マークの検出時、あるいはレチクルアライメント系によるウエハステージＷＳＴの基準マークの検出時などでも、前述のエンコーダシステム（図３、図２５、図２６）を用いる場合、この検出動作時におけるウエハステージＷＳＴの移動範囲をも考慮することが好ましい。特にアライメント系ＡＬＧの計測位置にウエハステージを移動して行われるマークの検出動作中にも、各ヘッドユニット（４６Ａ〜４６Ｄ、４６Ａ〜４６Ｄ２）が対応する移動スケール（回折格子）から外れない、すなわちエンコーダシステムによる位置計測が不能となってウエハステージの位置制御が切れることがないように、各ヘッドユニットの長手方向の長さ（又は配置など）を設定する、あるいはそれらヘッドユニットとは別のヘッドユニットを設けることが好ましい。
また、ウエハの交換位置（ロード位置とアンロード位置との少なくとも一方を含む）において、あるいはその交換位置と、投影光学系ＰＬを介してレチクルパターンの転写が行われる露光位置、又はアライメント系ＡＬＧによるマーク検出が行われる計測位置との一方から他方へのウエハステージＷＳＴの移動中に、前述のエンコーダシステム（図３、図２５、図２６）を用いる場合、同様に、ウエハ交換位置及びその交換動作時におけるウエハステージの移動範囲をも考慮し、エンコーダシステムによる位置計測が不能となってウエハステージの位置制御が切れることがないように、各ヘッドユニットの配置、長さなどを設定する、あるいはそれらヘッドユニットとは別のヘッドユニットを設けることが好ましい。
さらに、例えば特開平１０−２１４７８３号公報及び対応する米国特許第６,３４１,００７号明細書、並びに国際公開第９８／４０７９１号及び対応する米国特許第６,２６２,７９６号明細書などに開示されているように、２つのウエハステージを用いて露光動作と計測動作（例えば、アライメント系によるマーク検出など）とをほぼ並行して実行可能なツインウエハステージ方式の露光装置でも、前述のエンコーダシステム（図３、図２５、図２６）を用いて各ウエハステージの位置制御を行うことが可能である。ここで、露光動作時だけでなく計測動作時でも、各ヘッドユニットの配置、長さなどを適切に設定することで、前述のエンコーダシステム（図３、図２５、図２６）をそのまま用いて各ウエハステージの位置制御を行うことが可能であるが、前述したヘッドユニット（４６Ａ〜４６Ｄ、５４Ａ〜５４Ｄ２）とは別に、その計測動作中に使用可能なヘッドユニットを設けても良い。例えば、アライメント系ＡＬＧを中心として十字状に配置される４つのヘッドユニットを設け、上記計測動作時にはこれらヘッドユニットと対応の移動スケール（４６Ａ〜４６Ｄ、５２Ａ〜５２Ｄ）とによって各ウエハステージＷＳＴの位置情報を計測するようにしても良い。ツインウエハステージ方式の露光装置では、２つのウエハステージにそれぞれ２つ又は４つの移動スケール（図３、図２５、図２６）が設けられるとともに、一方のウエハステージに載置されたウエハの露光動作が終了すると、その一方のウエハステージとの交換で、計測位置にてマーク検出などが行われた次のウエハを載置する他方のウエハステージが露光位置に配置される。また、露光動作と並行して行われる計測動作は、アライメント系によるウエハなどのマークの検出に限られるものでなく、その代わりに、あるいはそれと組み合わせて、例えばウエハの面情報（段差情報など）の検出などを行っても良い。
なお、上記の説明において、計測位置又は交換位置において、あるいは露光位置、計測位置、及び交換位置の１つから他の位置へのウエハステージの移動中に、エンコーダシステムを用いるウエハステージの位置制御が切れるときは、そのエンコーダシステムとは別の計測装置（例えば、干渉計、エンコーダなど）を用いて、上記各位置あるいは移動中にウエハステージの位置制御を行うことが好ましい。
また、上記実施形態及び変形例では、例えば国際公開第２００５／０７４０１４号、国際公開第１９９９／２３６９２号、米国特許第６,８９７,９６３号明細書などに開示されているように、ウエハステージとは別に、計測部材（基準マーク、センサなど）を有する計測ステージを設け、ウエハの交換動作時などにウエハステージとの交換で計測ステージを投影光学系ＰＬの直下に配置し、露光装置の特性（例えば、投影光学系の結像特性（波面収差など）、照明光ＩＬの偏光特性など）を計測するものとしても良い。この場合、計測ステージにも移動スケールを配置し、前述のエンコーダシステムを用いて計測ステージの位置制御を行うようにしても良い。また、ウエハステージに載置したウエハの露光動作中、計測ステージはウエハステージと干渉しない所定位置に退避しており、この退避位置と露光位置との間で移動されることになる。このため、その退避位置においても、あるいはその退避位置と露光位置との一方から他方への移動中にも、ウエハステージと同様に、計測ステージの移動範囲をも考慮し、エンコーダシステムによる位置計測が不能となって計測ステージの位置制御が切れることがないように各ヘッドユニットの配置、長さなどを設定する、あるいはそれらヘッドユニットとは別のヘッドユニットを設けることが好ましい。又は、その退避位置で、又はその移動中にエンコーダシステムによる計測ステージの位置制御が切れるときは、エンコーダシステムとは別の計測装置（例えば干渉計、エンコーダなど）を用いて計測ステージの位置制御を行うことが好ましい。
また、上記実施形態及び変形例では、例えば投影ユニットＰＵの大きさなどによっては、同一方向に延設される一対のヘッドユニットの間隔を広げなければならず、ウエハＷ上の特定のショット領域、例えば最外周に位置するショット領域の走査露光時に、その一対のヘッドユニットの一方が対応する移動スケールから外れることがある。一例として、図３中で投影ユニットＰＵが少し大きくなると、一対のヘッドユニット４６Ｂ、４６Ｄのうちヘッドユニット４６Ｂが対応する移動スケール４４Ｂから外れ得る。さらに、例えば国際公開第９９／４９５０４号、国際公開第２００４／０５３９５５号（対応米国特許出願公開第２００５／０２５２５０６号明細書）、米国特許第６,９５２,２５３号明細書、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、米国特許出願公開第２００６／０２３１２０６号明細書、米国特許出願公開第２００５／０２８０７９１号明細書などに開示される、投影光学系ＰＬとウエハとの間に液体（例えば純水など）が満たされる液浸型露光装置では、液体を供給するノズル部材などが投影ユニットＰＵを囲むように設けられるので、投影光学系ＰＬの前述の露光領域に対してヘッドユニットを近づけて配置することが一層困難となる。そこで、図３、図２６に示したエンコーダシステムでは、常にＸ軸及びＹ軸方向に関してそれぞれ２つずつ位置情報が計測可能である必要はなく、Ｘ軸及びＹ軸方向の一方では２つの位置情報、及び他方では１つの位置情報が計測可能となるように、エンコーダシステム（特にヘッドユニット）を構成すれば良い。すなわち、エンコーダシステムによるウエハステージ（又は計測ステージ）の位置制御では、必ずしもＸ軸及びＹ軸方向に関してそれぞれ２つずつ、計４つの位置情報を用いなくても良い。また、液浸型露光装置では、例えば、図２７に示されるように、ウエハステージＷＳＴ上（又はウエハテーブルＷＴＢ）上面の撥液板ＷＲＰをガラスにし、そのガラスにスケールパターンを直接設けても良い。あるいは、ウエハテーブルをガラスで作っても良い。なお、上記実施形態及び変形例の移動スケール（図３、図２５、図２６）を有するウエハステージ（又は計測ステージ）を備える液浸型露光装置では、その移動スケールの表面に撥液膜を形成しておくことが好ましい。
なお、ウエハステージＷＳＴの小型化及び軽量化などを考慮すると、ウエハステージＷＳＴ上でウエハＷになるべく近づけて移動スケールを配置することが好ましいが、ウエハステージを大きくすることが許容されるときは、ウエハステージを大きくし、対向して配置される一対の移動スケールの間隔を広げることで、少なくともウエハの露光動作中は常にＸ軸及びＹ軸方向に関してそれぞれ２つずつ、計４つの位置情報を計測可能としても良い。また、ウエハステージを大きくする代わりに、例えば移動スケールをその一部がウエハステージからはみ出るように設ける、あるいは少なくとも１つの移動スケールが設けられる補助プレートを用いてウエハステージ本体よりも外側に移動スケールを配置することで、対向して配置される一対の移動スケールの間隔を広げるようにしても良い。
また、エンコーダシステムによるステージの位置制御を行うのに先立ち、例えばヘッドユニットの倒れ（Ｚ軸方向に対する傾き）、ＸＹ平面内でのヘッドの配列（位置又は間隔など）、あるいはヘッドのテレセン傾きなどを計測しておき、この計測結果を上記位置制御で用いることが好ましい。さらに、例えば移動スケールのＺ軸方向（表面と垂直な方向）への変位量又は傾斜量などを計測し、この計測結果を上記位置制御で用いることが好ましい。
上記実施形態及び変形例で説明したエンコーダの第１〜第３のキャリブレーション動作、及び上記の逐次キャリブレーション動作は、単独で、あるいは適宜組み合わせて実行しても良い。また、前述のキャリブレーション動作におけるエンコーダシステム及び干渉計システムによる位置計測時にステージを低速移動するものとしたが、これに限らず、前述の如く走査露光時と同等の速度でステージを移動しても良い。
また、上記実施形態及び変形例ではエンコーダシステムを用いてレチクルステージ及びウエハステージの位置制御を行うものとしたが、これに限らず、例えばレチクルステージ及びウエハステージの一方ではエンコーダシステムを用いる位置制御を行い、他方のステージでは干渉計システムを用いる位置制御を行うようにしても良い。さらに、上記実施形態及び変形例では、レチクルステージの上方にエンコーダのヘッドユニットを配置するものとしたが、レチクルステージの下方にエンコーダのヘッドユニットを配置してもよい。この場合、移動スケールもレチクルステージの下面側に設けられる。
さらに、上記実施形態及び変形例（図３、図２５、図２６）のエンコーダシステムにおいて、複数の移動スケール（４４Ａ〜４４Ｄ、５２Ａ〜５２Ｄ）はそれぞれ、例えばバキュームチャックなどの吸着機構又は板ばねなどによってウエハステージＷＳＴに固定するものとしているが、これに限らず、例えばネジ留め、あるいは回折格子をウエハステージに直接形成しても良い。特に後者では、ウエハホルダが形成されるテーブル、あるいは特に液浸型露光装置では撥液板に回折格子を形成しても良い。また、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴのいずれにおいても、回折格子を形成する部材（前述の移動スケールなどを含む）は、セラミックスなどの低熱膨張の材料（例えば、ショット社製のゼロデュアなど）で構成することが好ましい。また、異物の付着、汚れなどによる計測精度の低下を防止するために、例えば少なくとも回折格子を覆うように表面にコーティングを施す、あるいはカバーガラスを設けても良い。さらに、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴのいずれでも、各移動スケールはその長手方向のほぼ全域に渡って回折格子が連続的に形成されるものとしたが、例えば回折格子を複数の領域に分けて断続的に形成しても良いし、あるいは各移動スケールを複数のスケールで構成しても良い。
なお、上記実施形態及び変形例において、特に図３のエンコーダシステムでは、Ｙ軸方向位置の計測に用いられる一対の移動スケール４４Ａ，４４Ｃと、Ｘ軸方向位置の計測に用いられる一対の移動スケール４４Ｂ，４４Ｄとが、ウエハステージＷＳＴ上に設けられ、これに対応して、一対のヘッドユニット４６Ａ、４６Ｃが投影光学系ＰＬのＸ軸方向の一側と他側に配置され、一対のヘッドユニット４６Ｂ、４６Ｄが投影光学系ＰＬのＹ軸方向の一側と他側に配置される場合について例示した。しかしながら、これに限らず、Ｙ軸方向位置の計測用の移動スケール４４Ａ，４４Ｃ及びＸ軸方向位置計測用の移動スケール４４Ｂ，４４Ｄのうち、少なくとも一方が一対でなく１つのみ、ウエハステージＷＳＴ上に設けられていても良いし、あるいは、一対のヘッドユニット４６Ａ、４６Ｃ及び一対のヘッドユニット４６Ｂ、４６Ｄのうち、少なくとも一方が、一対でなく１つのみ設けられていても良い。これは、図２６に示されるエンコーダシステムについても同様である。また、移動スケールの延設方向及びヘッドユニットの延設方向は、上記実施形態のＸ軸方向、Ｙ軸方向のような直交方向に限定されるものではない。
また、上記実施形態及び変形例において、ウエハ干渉計システム１８はその構成が図３に限られるものでなく、例えばアライメント系ＡＬＧ（計測位置）にもヘッドユニットを配置するときなどは、ウエハＸ干渉計１８Ｘ２を備えていなくても良いし、ウエハＸ干渉計１８Ｘ２を、例えばウエハＹ干渉計１８Ｙと同様に多軸干渉計によって構成し、ウエハステージＷＳＴのＸ位置の他、回転情報（例えばヨーイング及びローリング）を計測できるようにしても良い。また、ウエハＸ干渉計１８Ｘ1と同様にウエハＹ干渉計１８Ｙを１軸干渉計とし、ウエハＸ干渉計１８Ｘ1をウエハＹ干渉計１８Ｙと同様に多軸干渉計としても良い。多軸干渉計では回転情報としてヨーイングのみ計測可能としても良い。さらに、ウエハＸ干渉計１８Ｘ1とウエハＹ干渉計１８Ｙとのいずれか一方では、回転情報を１つ（ローリング又はピッチング）のみ計測可能としても良い。すなわち、本実施形態のウエハ干渉計システム１８は、ウエハの露光動作中に少なくともＸ軸及びＹ軸方向の位置情報とθｚ方向の回転情報（ヨーイング）が計測可能であれば良い。
なお、上記実施形態では、スキャニング・ステッパに本発明が適用された場合について説明したが、これに限らず、ステッパなどの静止型露光装置に本発明を適用しても良い。ステッパなどであっても、露光対象の物体が搭載されたステージの位置をエンコーダで計測することにより、干渉計を用いてその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る。また、このエンコーダの計測値の短期変動を干渉計の計測値を用いて補正する補正情報とエンコーダの計測値とに基づいて、ステージを高精度に位置決めすることが可能になり、高精度なレチクルパターンの物体上への転写が可能になる。また、ショット領域とショット領域とを合成するステップ・アンド・スティッチ方式の縮小投影露光装置、プロキシミティー方式の露光装置、又はミラープロジェクション・アライナーなどにも本発明は適用することができる。
また、上記実施形態の露光装置における投影光学系の倍率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（反射系または反屈系）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よい。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よい。
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、又はＦ2レーザ光（波長１５７ｎｍ）などの真空紫外光であっても良い。真空紫外光として、例えば国際公開第１９９９／４６８３５号（対応米国特許第７,０２３,６１０号明細書）に開示されているように、ＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（又はエルビウムとイッテルビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。
また、上記実施形態では、露光装置の照明光ＩＬとしては波長１００ｎｍ以上の光に限らず、波長１００ｎｍ未満の光を用いても良いことはいうまでもない。例えば、近年、７０ｎｍ以下のパターンを形成するために、ＳＯＲ又はプラズマレーザを光源として、軟Ｘ線領域（例えば５〜１５ｎｍの波長域）のＥＵＶ（Extreme Ultraviolet）光を発生させるとともに、その露光波長（例えば１３．５ｎｍ）の下で設計されたオール反射縮小光学系、及び反射型マスクを用いたＥＵＶ露光装置の開発が行われている。この装置においては、円弧照明を用いてマスクとウエハを同期走査してスキャン露光する構成が考えられるので、かかる装置にも本発明を好適に適用することができる。この他、電子線又はイオンビームなどの荷電粒子線を用いる露光装置にも、本発明は適用できる。
また、上述の実施形態においては、光透過性の基板上に所定の遮光パターン（又は位相パターン、減光パターン）を形成した光透過型マスク（レチクル）を用いたが、このレチクルに代えて、例えば米国特許第６，７７８，２５７号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（空間光変調器とも呼ばれる）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し、そのエンコーダの計測値を前述と同様にして干渉計の計測値を用いてキャリブレーションすることで、上記実施形態と同等の効果を得ることができる。
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）にも本発明を適用することができる。
さらに、例えば特表２００４−５１９８５０号公報（対応米国特許第６,６１１,３１６号明細書）に開示されているように、２つのレチクルパターンを、双頭型の投影光学系を介してウエハ上で合成し、１回のスキャン露光によってウエハ上の１つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置にも本発明を適用することができる。
また、物体上にパターンを形成する装置は前述の露光装置（リソグラフィシステム）に限られず、例えばインクジェット方式にて物体上にパターンを形成する装置にも本発明を適用することができる。
なお、上記実施形態及び変形例でパターンを形成すべき物体（エネルギー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、マスクブランクス、あるいはフィルム部材など他の物体でも良い。また、その物体の形状は円形のみならず、矩形など他の形状でもよい。
露光装置の用途としては半導体製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを転写する液晶用の露光装置、又は有機ＥＬ、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシン、ＤＮＡチップなどを製造するための露光装置にも広く適用できる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。
なお、本発明は、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移動ステージを備えた装置にも広く適用できる。
なお、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、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感光物体上に転写するリソグラフィステップ、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。
また、上記実施形態及び変形例の露光装置（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。
以上説明したように、本発明の露光装置及び露光方法は、物体を露光して該物体上にパターンを形成するのに適している。また、本発明のデバイス製造方法は、マイクロデバイスの製造に適している。
１１…レチクルステージ駆動系、１２…ウエハステージ装置、２０…主制御装置、２４Ａ，２４Ｂ…移動スケール、２６Ａ１，２６Ｂ１，２６Ｃ１…エンコーダ、２７…ウエハステージ駆動系、４４Ａ〜４４Ｄ…移動スケール、４６Ａ〜４６Ｄ…ヘッドユニット、４８…ヘッド、５０Ａ,５０Ｃ…Ｙリニアエンコーダ、５０Ｂ，５０Ｄ…Ｘリニアエンコーダ、１００…露光装置、ＡＬＧ…アライメント系、ＡＸ…光軸、ＩＬ…照明光、ＰＬ…投影光学系、Ｒ…レチクル、ＲＳＴ…レチクルステージ、Ｗ…ウエハ、ＷＳＴ…ウエハステージ。

Claims (32)

  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、
    前記基板を保持する移動体と、前記移動体を駆動する電磁モータと、を有する基板ステージシステムと、
    前記投影光学系の光軸と直交する所定面と実質的に平行に配置される反射型の格子部にそれぞれビームを照射する複数のヘッドを有し、前記複数のヘッドのうち前記格子部と対向するヘッドによって、前記移動体の位置情報を計測するエンコーダシステムと、
    前記エンコーダシステムの計測情報に基づいて、前記基板ステージシステムを制御する制御システムと、を備え、
    前記エンコーダシステムでは、前記複数のヘッドのうち前記格子部と対向する３つ又は４つのヘッドによって前記位置情報が計測されるとともに、前記移動体の移動によって、前記格子部と対向するヘッドが前記３つのヘッドと前記４つのヘッドとの一方から他方に変化し、
    前記制御システムは、前記格子部と前記ヘッドとの少なくとも一方に起因して生じる前記エンコーダシステムの計測誤差を補償しつつ前記移動体の駆動を制御する露光装置。
  2. 請求項１に記載の露光装置において、
    前記基板の露光動作において、前記格子部と対向するヘッドが前記３つのヘッドと前記４つのヘッドとの一方から他方に変化する露光装置。
  3. 請求項１又は２に記載の露光装置において、
    前記切換は、少なくとも前記基板の露光動作において行われる露光装置。
  4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記移動体の移動によって、前記位置情報の計測に用いられる３つのヘッドの少なくとも１つは別のヘッドに切り換わる露光装置。
  5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記格子部は、それぞれ格子が形成される複数のスケールを含み、
    前記エンコーダシステムでは、前記複数のスケールにそれぞれ対向するヘッドによって前記位置情報が計測される露光装置。
  6. 請求項５に記載の露光装置において、
    前記格子部は、前記スケールを４つ含み、
    前記エンコーダシステムでは、前記４つのスケールの少なくとも３つとそれぞれ対向するヘッドによって、前記所定面内の３自由度方向に関する前記移動体の位置情報が計測される露光装置。
  7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記基板の露光動作において、前記移動体の駆動制御のために前記エンコーダシステムの計測情報が用いられる露光装置。
  8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記基板のマークを検出するマーク検出系を、さらに備え、
    前記マーク検出系による前記基板のマーク検出動作において、前記移動体の駆動制御のために前記エンコーダシステムの計測情報が用いられる露光装置。
  9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記基板の露光位置と異なる検出位置で、前記基板のマークを検出するマーク検出系を、さらに備え、
    前記検出位置から前記露光位置への前記移動体の移動において、前記移動体の駆動制御のために前記エンコーダシステムの計測情報が用いられる露光装置。
  10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記基板ステージシステムは、それぞれ基板を保持する、前記移動体を含む複数の移動体を有し、
    前記エンコーダシステムは、前記複数の移動体の位置情報を計測する露光装置。
  11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記制御システムは、前記エンコーダシステムの計測情報と、前記格子部と前記ヘッドとの少なくとも一方に関する補正情報と、に基づいて、前記移動体の駆動を制御する露光装置。
  12. 請求項１１に記載の露光装置において、
    前記補正情報は、前記格子部に形成される格子のピッチと変形との少なくとも一方に関する情報を含む露光装置。
  13. 請求項１１又は１２に記載の露光装置において、
    前記補正情報は、前記格子部に形成される格子の配列に関する情報を含む露光装置。
  14. 請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記補正情報は、前記ヘッドの倒れと光学特性との少なくとも一方に関する情報を含む露光装置。
  15. 請求項１〜１４のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記照明光でマスクを照明する照明光学系と、
    前記マスクを保持する移動体と、前記マスクを保持する移動体を駆動する電磁モータと、を有するマスクステージシステムと、
    前記マスクを保持する移動体の位置情報を計測する、前記エンコーダシステムとは別のエンコーダシステムと、をさらに備える露光装置。
  16. デバイス製造方法であって、
    請求項１〜１５のいずれか一項に記載の露光装置を用いて感光基板にパターンを転写するリソグラフィ工程を含むデバイス製造方法。
  17. 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、
    前記基板を保持する移動体と、前記移動体を駆動する電磁モータと、を有する基板ステージシステムによって前記基板を移動することと、
    前記投影光学系の光軸と直交する所定面と実質的に平行に配置される反射型の格子部にそれぞれビームを照射する複数のヘッドを有するエンコーダシステムの、前記複数のヘッドのうち前記格子部と対向するヘッドによって、前記移動体の位置情報を計測することと、
    前記エンコーダシステムの計測情報に基づいて、前記格子部と前記ヘッドとの少なくとも一方に起因して生じる前記エンコーダシステムの計測誤差を補償しつつ、前記基板ステージシステムを制御することと、を含み、
    前記複数のヘッドのうち前記格子部と対向する３つ又は４つのヘッドによって前記位置情報が計測されるとともに、前記移動体の移動によって、前記格子部と対向するヘッドが前記３つのヘッドと前記４つのヘッドとの一方から他方に変化する露光方法。
  18. 請求項１７に記載の露光方法において、
    前記基板の露光動作において、前記格子部と対向するヘッドが前記３つのヘッドと前記４つのヘッドとの一方から他方に変化する露光方法。
  19. 請求項１７又は１８に記載の露光方法において、
    前記切換は、少なくとも前記基板の露光動作において行われる露光方法。
  20. 請求項１７〜１９のいずれか一項に記載の露光方法において、
    前記移動体の移動によって、前記位置情報の計測に用いられる３つのヘッドの少なくとも１つは別のヘッドに切り換わる露光方法。
  21. 請求項１７〜２０のいずれか一項に記載の露光方法において、
    前記格子部は、それぞれ格子が形成される複数のスケールを含み、
    前記複数のスケールにそれぞれ対向するヘッドによって前記位置情報が計測される露光方法。
  22. 請求項２１に記載の露光方法において、
    前記格子部は、前記スケールを４つ含み、
    前記４つのスケールの少なくとも３つとそれぞれ対向するヘッドによって、前記所定面内の３自由度方向に関する前記移動体の位置情報が計測される露光方法。
  23. 請求項１７〜２２のいずれか一項に記載の露光方法において、
    前記基板の露光動作において、前記移動体の駆動制御のために前記エンコーダシステムの計測情報が用いられる露光方法。
  24. 請求項１７〜２３のいずれか一項に記載の露光方法において、
    前記投影光学系から離れて配置されるマーク検出系によって前記基板のマークが検出されるとともに、前記マークの検出動作において、前記移動体の駆動制御のために前記エンコーダシステムの計測情報が用いられる露光方法。
  25. 請求項１７〜２４のいずれか一項に記載の露光方法において、
    前記投影光学系と異なるマーク検出系によって、前記基板の露光位置と異なる検出位置で前記基板のマークが検出されるとともに、前記検出位置から前記露光位置への前記移動体の移動において、前記移動体の駆動制御のためにエンコーダシステムの計測情報が用いられる露光方法。
  26. 請求項１７〜２５のいずれか一項に記載の露光方法において、
    前記基板ステージシステムは、それぞれ基板を保持する、前記移動体を含む複数の移動体を有し、
    前記複数の移動体はそれぞれ前記エンコーダシステムによって位置情報が計測される露光方法。
  27. 請求項１７〜２６のいずれか一項に記載の露光方法において、
    前記エンコーダシステムの計測情報と、前記格子部と前記ヘッドとの少なくとも一方に関する補正情報と、に基づいて、前記移動体の駆動が制御される露光方法。
  28. 請求項２７に記載の露光方法において、
    前記補正情報は、前記格子部に形成される格子のピッチと変形との少なくとも一方に関する情報を含む露光方法。
  29. 請求項２７又は２８に記載の露光方法において、
    前記補正情報は、前記格子部に形成される格子の配列に関する情報を含む露光方法。
  30. 請求項２７〜２９のいずれか一項に記載の露光方法において、
    前記補正情報は、前記ヘッドの倒れと光学特性との少なくとも一方に関する情報を含む露光方法。
  31. 請求項１７〜３０のいずれか一項に記載の露光方法において、
    前記照明光で照明されるマスクを保持する移動体と、前記マスクを保持する移動体を駆動する電磁モータと、を有するマスクステージシステムによって前記マスクが移動され、
    前記エンコーダシステムとは別のエンコーダシステムによって、前記マスクを保持する移動体の位置情報が計測される露光方法。
  32. デバイス製造方法であって、
    請求項１７〜３１のいずれか一項に記載の露光方法を用いて感光基板にパターンを転写するリソグラフィ工程を含むデバイス製造方法。
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