JP2009182063A - 露光方法及び装置、並びにデバイス製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】露光装置に備えられた面位置計測装置の校正を効率的に行う。
【解決手段】投影光学系を用いてウエハＷ上にパターンを露光する露光方法であって、Ｙ方向に離れて配置されたローディング位置ＬＰと投影光学系ＰＬとの間で、ウエハＷの保持面に概平行な面に沿ってウエハＷを保持するウエハステージＷＳＴを移動する工程と、ウエハＷのＺ位置分布を計測する多点ＡＦ系９０及びＺセンサ７２ａ〜７２ｄによって、ウエハステージＷＳＴ上のＸスケール部３９ＸＡの表面のＺ位置分布を計測する工程と、この計測結果に基づいて多点ＡＦ系９０を校正する工程とを有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、投影光学系等の光学系を用いて被露光基板上にパターンを露光する露光技術、及びこの露光技術を用いるデバイス製造技術に関する。
従来、半導体素子（集積回路等）、液晶表示素子等の電子デバイス（マイクロデバイス）を製造するリソグラフィ工程では、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（いわゆるステッパ）又はステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置（いわゆるスキャニングステッパ又はスキャナ）などの露光装置が用いられている。これらの露光装置においては、半導体素子等のパターンの微細化に対応して、解像度を高めるために投影光学系の開口数が大きくなるのに伴って焦点深度が狭くなっている。
そのため、これらの露光装置は、レジスト（感光材料）が塗布された露光対象のウエハ（又はガラス基板等）の表面の計測点の高さ（面位置）を計測するオートフォーカスセンサ（以下、ＡＦ系という。）を備え、露光中に、そのＡＦ系の計測値に基づいてオートフォーカス方式でウエハの表面を投影光学系の像面に合焦させている。ＡＦ系としては、従来より被検面に斜めに所定の計測用パターンを投射し、反射光を受光して形成される計測用パターンの像の位置に基づいて、対応する計測点の高さを計測する斜入射方式のＡＦ系が使用されている（例えば特許文献１参照）。
特開平５−１２９１８２号公報
一般に計測装置においては、必要に応じて計測値の校正（キャリブレーション）が行われる。特に、斜入射方式のＡＦ系においては、被検面に斜めに検出光を照射するために検出感度が高く、計測値のドリフトが生じる恐れがあるため、例えば定期的に校正を行うことが好ましい。
また、露光装置においては露光工程のスループットを高めることも要求されている。従って、ＡＦ系の校正は、露光装置におけるウエハのローディングから露光を経てウエハのアンローディングに至るまでの動作をできるだけ阻害することなく、効率的に行う必要がある。
本発明は、このような事情に鑑み、被検面の面位置を計測する計測装置の校正を効率的に行うことができる露光技術、及びこの露光技術を用いるデバイス製造技術を提供することを目的とする。
本発明による露光装置は、露光光学系を用いて被露光基板上にパターンを露光する露光装置であって、保持面でその被露光基板を保持しその保持面に概平行な面に沿って移動可能な基板ステージと、その露光光学系からその保持面に概平行な面上で少なくとも第１方向に離れて配置された、その基板ステージ上のその被露光基板が交換される基板交換位置と、その露光光学系との間に配置され、その保持面の法線方向におけるその被露光基板表面の位置分布情報を計測する基板面位置計測機構と、その基板ステージ及びその基板面位置計測機構を制御する制御機構と、を備え、その基板ステージは、その第１方向に沿った方向の少なくとも一方の端部に基準平面板を有し、その制御機構は、その基板ステージがその基板交換位置とその露光光学系との間を移動する際に、その基板面位置計測機構によりその基準平面板の位置情報を計測させ、該計測結果に基づいてその基板面位置計測機構を校正するものである。
また、本発明による露光方法は、露光光学系を用いて被露光基板上にパターンを露光する露光方法であって、保持面及び第１方向に沿った方向の少なくとも一方の端部に配置された基準平面板を有する基板ステージのその保持面でその被露光基板を保持する第１工程と、その保持面に概平行な面上で少なくともその第１方向に離れて配置された基板交換位置とその露光光学系との間で、その保持面に概平行な面に沿ってその基板ステージを移動する第２工程と、その基板交換位置とその露光光学系との間に配置されて、その保持面の法線方向におけるその被露光基板表面の位置分布情報を計測する基板面位置計測機構によって、その基準平面板の位置情報を計測する第３工程と、その第３工程の計測結果に基づいてその基板面位置計測機構を校正する第４工程と、を有するものである。
本発明によれば、効率的に基板面位置計測機構を校正することができる。
以下、本発明の好ましい実施形態の一例につき図１〜図１０を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る露光装置１００の概略構成を示す。この露光装置１００は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置（走査型露光装置）としてのいわゆるスキャニングステッパである。後述するように本実施形態では、投影光学系ＰＬ（投影ユニットＰＵ）が設けられており、以下においては、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行にＺ軸を取り、これに直交する面内でレチクルとウエハとが相対走査される方向にＹ軸を、Ｚ軸及びＹ軸に直交する方向にＸ軸を取り、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の周りの回転（傾斜）方向をそれぞれθｘ、θｙ、及びθｚ方向として説明を行う。
図１において、露光装置１００は、照明系１０、照明系１０からの露光用の照明光（露光光）ＩＬにより照明されるレチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲから射出された照明光ＩＬをウエハＷ上に投射する投影光学系ＰＬを含む投影ユニットＰＵ、並びにウエハＷを保持するウエハステージＷＳＴ及び計測ステージＭＳＴを有するステージ装置５０を備えている。露光装置１００は制御系等も備えている。
照明系１０は、例えば特開２００１−３１３２５０号公報（対応する米国特許出願公開第２００３／００２５８９０号明細書）などに開示されるように、光源と、照明光学系とを含み、照明光学系は、オプティカルインテグレータ（フライアイレンズ、ロッドインテグレータ（内面反射型インテグレータ）、回折光学素子など）等を含む照度均一化光学系、及びレチクルブラインド等（いずれも不図示）を有する。照明系１０は、レチクルブラインドで規定されたレチクルＲ上のスリット状の照明領域ＩＡＲを照明光ＩＬによりほぼ均一な照度で照明する。照明光ＩＬとしては、一例としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）が用いられている。なお、照明光としては、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）、Ｆ2 レーザ光（波長１５７ｎｍ）、ＹＡＧレーザの高調波、固体レーザ（半導体レーザなど）の高調波、又は水銀ランプの輝線（ｉ線等）なども使用できる。
レチクルステージＲＳＴ上には、回路パターンなどがそのパターン面（下面）に形成されたレチクルＲが、例えば真空吸着により保持されている。レチクルステージＲＳＴは、例えばリニアモータ等を含む図７のレチクルステージ駆動系１１によって、ＸＹ平面内で微少駆動可能であるとともに、走査方向（Ｙ方向）に指定された走査速度で駆動可能となっている。
図１のレチクルステージＲＳＴの移動面内の位置情報（Ｘ方向、Ｙ方向の位置情報、及びθｚ方向の回転情報を含む）は、レーザ干渉計よりなるレチクル干渉計１１６によって、移動鏡１５（ステージ端面を鏡面加工した反射面でもよい）を介して例えば０．５〜０．１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計１１６の計測値は、図７の主制御装置２０に送られる。主制御装置２０は、その計測値に基づいてレチクルステージＲＳＴの少なくともＸ方向、Ｙ方向、及びθｚ方向の位置を算出し、この算出結果に基づいてレチクルステージ駆動系１１を制御することで、レチクルステージＲＳＴの位置及び速度を制御する。
図１において、レチクルステージＲＳＴの下方に配置された投影ユニットＰＵは、鏡筒４０と、該鏡筒４０内に所定の位置関係で保持された複数の光学素子を有する投影光学系ＰＬとを含む。投影光学系ＰＬは、例えば両側テレセントリックで所定の投影倍率β（例えば１／４倍、１／５倍などの縮小倍率）を有する。照明系１０からの照明光ＩＬによってレチクルＲの照明領域ＩＡＲが照明されると、レチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬを介して照明領域ＩＡＲ内のレチクルＲの回路パターンの像が、ウエハＷの一つのショット領域上の露光領域ＩＡ（照明領域ＩＡＲと共役な領域）に形成される。本例のウエハＷは、例えば直径が２００ｍｍから３００ｍｍ程度の円板状の半導体ウエハの表面に、感光剤（感光層）であるレジスト（フォトレジスト）を所定の厚さ（例えば２００ｎｍ程度）で塗布したものを含む。
また、露光装置１００では、液浸法を適用した露光を行うため、投影光学系ＰＬを構成する最も像面側（ウエハＷ側）の光学素子である先端レンズ１９１を保持する鏡筒４０の下端部周囲を取り囲むように、局所液浸装置８の一部を構成するノズルユニット３２が設けられている。
図１において、ノズルユニット３２は、露光用の液体Ｌｑを供給可能な供給口と、液体Ｌｑを回収可能な多孔部材（メッシュ）が配置された回収口とを有する。ノズルユニット３２の供給口は、供給流路及び供給管３１Ａを介して、液体Ｌｑを送出可能な液体供給装置５（図７参照）に接続されている。
液浸法によるウエハＷの露光時に、図７の液体供給装置５から送出された露光用の液体Ｌｑは、図１の供給管３１Ａ、及びノズルユニット３２の供給流路を流れた後、その供給口より照明光ＩＬの光路空間を含むウエハＷ上の液浸領域１４（図２参照）に供給される。また、液浸領域１４からノズルユニット３２の回収口を介して回収された液体Ｌｑは、回収流路及び回収管３１Ｂを介して液体回収装置６に回収される。
なお、液浸タイプの露光装置としない場合には、上記の局所液浸装置８は、設けなくともよい。
図１において、ステージ装置５０は、ベース盤１２のＸＹ面に平行な上面１２ａ（ガイド面）に配置されたウエハステージＷＳＴ及び計測ステージＭＳＴ、並びにこれらのステージＷＳＴ，ＭＳＴの位置情報を計測するＹ軸干渉計１６，１８及びＸ軸干渉計（不図示）を含む干渉計システム１１８（図７参照）を備えている。さらに、ステージ装置５０は、露光の際などにウエハステージＷＳＴの位置情報を計測するのに用いられる後述するエンコーダシステム、並びにステージＷＳＴ，ＭＳＴ及び後述のＺ・レベリング機構を駆動するステージ駆動系１２４（図７参照）などを備えている。
ウエハステージＷＳＴ及び計測ステージＭＳＴは、それぞれ不図示の複数の例えば真空予圧型空気静圧軸受を構成するエアパッドを介して、ベース盤１２の上面１２ａ上に数μｍ程度のクリアランスを介して非接触で支持されている。また、ステージＷＳＴ，ＭＳＴは、図７のステージ駆動系１２４によって、Ｙ方向及びＸ方向に独立して駆動可能である。
ステージ駆動系２４は、ウエハステージＷＳＴのステージ本体９１を、第１のＸ軸ガイド（不図示）に沿ってＸ方向に駆動する第１のＸ軸リニアモータと、計測ステージＭＳＴのステージ本体９２を第２のＸ軸ガイド（不図示）に沿ってＸ方向に駆動する第２のＸ軸リニアモータと、それらの第１及び第２のＸ軸ガイドを独立にＹ方向に駆動する第１組及び第２組のリニアモータ（不図示）とを備えている。
図１のウエハステージＷＳＴは、前述したステージ本体９１と、ステージ本体９１上に搭載されたウエハテーブルＷＴＢと、ステージ本体９１内に設けられて、ステージ本体９１に対してＺ方向、θｘ方向、及びθｙ方向にウエハテーブルＷＴＢ（ウエハＷ）を相対的に微小駆動するＺ・レベリング機構とを備えている。ウエハテーブルＷＴＢ上には、ウエハＷを真空吸着等によってほぼＸＹ平面に平行な吸着面上に保持するウエハホルダ（不図示）が設けられている。なお、そのウエハＷの吸着面と、ベース盤１２の上面１２ａとは、ウエハＷの表面の平面度の範囲内程度でほぼ平行である。
また、ウエハテーブルＷＴＢの上面には、ウエハホルダ上に載置されるウエハの表面とほぼ同一面となる、液体Ｌｑに対して撥液化処理された表面を有し、かつ外形（輪郭）が矩形でその中央部にウエハホルダ（ウエハの載置領域）よりも一回り大きな円形の開口が形成された高平面度の平板状のプレート（撥液板）２８が設けられている。プレート２８は、低熱膨張率の材料、例えばガラス、ガラスセラミックス、又はセラミックス（ショット社のゼロデュア（商品名）、Ａｌ2Ｏ3あるいはＴｉＣなど）等から成る。
なお、上述の局所液浸装置８を設けたいわゆる液浸露光装置の構成にあっては、さらにプレート２８は、図６のウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）の平面図に示されるように、その円形の開口を囲む、外形（輪郭）が矩形の第１撥液領域２８ａと、第１撥液領域２８ａの周囲に配置される矩形枠状（環状）の第２撥液領域２８ｂとを有する。第１撥液領域２８ａは、例えば露光動作時、ウエハの表面からはみ出す液浸領域１４（図２参照）の少なくとも一部が形成され、第２撥液領域２８ｂは、後述のエンコーダシステムのためのスケールが形成される。プレート２８は単一のプレートでも良いが、本実施形態では複数のプレート、例えば第１及び第２撥液領域２８ａ，２８ｂにそれぞれ対応する第１及び第２撥液板を組み合わせて構成する。
さらに、図６の第２撥液領域（第２撥液板）２８ｂのＸ方向の両側の領域には、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2が形成され、第２撥液領域２８ｂのＹ方向の両側の領域には、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2が形成されている。なお、以下では、ウエハテーブルＷＴＢ（プレート２８）上の＋Ｙ方向の端部のＸスケール３９Ｘ1 及びＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2の端部を含む長方形の領域を第１のＸスケール部３９ＸＡと呼び、ウエハテーブルＷＴＢ上の−Ｙ方向の端部のＸスケール３９Ｘ2 及びＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2の端部を含む長方形の領域を第２のＸスケール部３９ＸＢと呼ぶ。Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2及びＸスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2は、それぞれＸ方向及びＹ方向を長手方向とする格子線３８及び３７を所定ピッチでＹ方向及びＸ方向に沿って形成してなる、Ｙ方向及びＸ方向を周期方向とする反射型の格子（例えば位相型の回折格子）である。
上記各スケール３９Ｙ1，３９Ｙ2，３９Ｘ1，３９Ｘ2は、第２撥液領域２８ｂ（例えば薄板状のガラス）の表面に、例えば１００ｎｍ〜４μｍのピッチ（例えば１μｍピッチ）で例えばホログラム（例えば感光性樹脂に干渉縞を焼き付けて作成される）により反射型の回折格子を形成することで作製できる。なお、各スケールに用いられる回折格子は、機械的に溝等を形成して作製してもよい。なお、図６等では、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。
図６のウエハテーブルＷＴＢの−Ｙ方向及び−Ｘ方向の端面には、それぞれ鏡面加工によって反射面１７ａ，１７ｂが形成されている。干渉計システム１１８（図７参照）のＹ軸干渉計１６及びＸ軸干渉計１２６（図９参照）は、これらの反射面１７ａ，１７ｂにそれぞれ干渉計ビームＩＢＹ１，ＩＢＹ２及びＩＢＸ１，ＩＢＸ２（測長ビーム）を投射して、各反射面の基準位置（例えば図１の投影ユニットＰＵ側面に配置された参照鏡）からの変位、すなわちウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置情報を計測し、この計測値を主制御装置２０に供給する。この計測値に基づいて主制御装置２０は、ウエハテーブルＷＴＢのＸ，Ｙ方向の位置に加え、θｘ方向、θｙ方向、及びθｚ方向の回転角も計測可能である。
但し、本実施形態では、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＸＹ平面内の位置情報（θｚ方向の回転情報を含む）は、主として、上述したＹスケール、Ｘスケールなどを含む後述するエンコーダシステムによって計測され、干渉計１６等の計測値は、そのエンコーダシステムの計測値の長期的変動（例えばスケールの経時的な変形などによる変動）を補正（校正）する場合などに補助的に用いられる。また、干渉計システム１１８の計測情報は、例えばウエハ交換のため、後述するアンローディング位置、及びローディング位置付近においてウエハテーブルＷＴＢのＹ方向の位置等を計測するのにも用いられる。
図１に戻り、計測ステージＭＳＴは、ステージ本体９２上に平板状の計測テーブルＭＴＢ等を搭載して構成されている。ステージ本体９２には、計測テーブルＭＴＢのＺ方向の位置、及びθｘ方向、θｙ方向の傾斜角を制御するＺ・レベリング機構が組み込まれている。計測テーブルＭＴＢ及びステージ本体９２には、空間像計測器、照度むらセンサ等の各種計測用部材（不図示）が設けられている。
また、図１の計測ステージＭＳＴの＋Ｙ方向及び−Ｘ方向の端面にも反射面が形成されている。干渉計システム１１８（図７参照）のＹ軸干渉計１８（図１参照）、及びＸ軸干渉計（不図示）は、これらの反射面に干渉計ビーム（測長ビーム）を投射して、計測ステージＭＳＴの位置情報（例えば、少なくともＸ方向、Ｙ方向の位置情報とθｚ方向の回転情報とを含む）を計測し、この計測値が主制御装置２０に供給される。
本実施形態の露光装置１００では、図１では図面の錯綜を避ける観点から図示が省略されているが、実際には、図２に示されるように、投影ユニットＰＵの中心から−Ｙ方向に離れた位置に、Ｘ方向に概ね等間隔で並ぶ複数のアライメント系（プライマリアライメント系Ｌ１、及びセカンダリアライメント系ＡＬ２1，ＡＬ２2，ＡＬ２3，ＡＬ２4 ）が、回転中心を中心として回動可能なアーム５６n（ｎ＝１〜４）の先端に固定されている。
本実施形態では、アライメント系ＡＬ１及びＡＬ２1〜ＡＬ２4のそれぞれとして、画像処理方式のアライメント系が用いられている。そのアライメント情報は図７の主制御装置２０に供給される。本実施形態では５つのアライメント系ＡＬ１、ＡＬ２1〜ＡＬ２4を設けているため、アライメントを効率的に行うことができる。しかしながら、アライメント系の数は５つに限られるものでなく、１つのみ（例えばプライマリアライメント系ＡＬ１のみ）でもよい。
図２において、本実施形態の露光装置１００では、前述したノズルユニット３２の周囲を四方から囲む状態で、エンコーダシステムの４つのヘッドユニット６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃ，６２Ｄが配置されている。これらのヘッドユニット６２Ａ〜６２Ｄを構成する複数のＹヘッド６４及びＸヘッド６６は、図２では２点鎖線で示すように、メインフレーム（不図示）の底面に取り付け部材を介して固定されている。Ｙヘッド６４及びＸヘッド６６は、それぞれＹ方向及びＸ方向に所定ピッチで形成された回折格子にレーザビームを照射して、回折格子から発生する回折光を光電変換して、その回折格子のＹ方向及びＸ方向の位置を例えば０．５〜０．１ｎｍの分解能で計測する。
図２において、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃは、投影ユニットＰＵの＋Ｘ側、−Ｘ側にそれぞれＸ方向に沿って、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを通りＸ軸と平行な直線ＬＨ上に所定間隔で配置された複数（ここでは６個）のＹヘッド６４を備えている。Ｙヘッド６４はそれぞれ前述のＹスケール３９Ｙ1又は３９Ｙ2を用いて、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＹ方向の位置（Ｙ位置）を計測する。また、ヘッドユニット６２Ｂ，６２Ｄは、投影ユニットＰＵの＋Ｙ側、−Ｙ側にそれぞれ直線ＬＶ上にほぼ所定間隔で配置された複数（ここでは７個及び１１個（ただし、図２ではその１１個のうちのプライマリアライメント系ＡＬ１と重なる３個は不図示））のＸヘッド６６を備えている。Ｘヘッド６６は、それぞれ前述のＸスケール３９Ｘ1又は３９Ｘ2を用いて、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＸ方向の位置（Ｘ位置）を計測する。
従って、図２のヘッドユニット６２Ａ及び６２Ｃは、それぞれＹスケール３９Ｙ1及び３９Ｙ2を用いて、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＹ位置を計測する多眼（ここでは６眼）のＹ軸のリニアエンコーダ（以下、適宜、Ｙエンコーダと略述する）７０Ａ及び７０Ｃ（図７参照）を構成する。Ｙエンコーダ７０Ａ，７０Ｃはそれぞれ複数のＹヘッド６４の計測値の切り替え（常にＹスケール３９Ｙ1及び３９Ｙ2に対向しているＹヘッド６４の計測値を用いること）を行う切り替え制御部を備えている。
また、ヘッドユニット６２Ｂ及び６２Ｄは、基本的にそれぞれＸスケール３９Ｘ1及び３９Ｘ2を用いて、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＸ位置を計測する、多眼（ここでは、７眼及び１１眼）のＸ軸のリニアエンコーダ（以下、適宜、Ｘエンコーダと略述する）７０Ｂ及び７０Ｄ（図７参照）を構成する。Ｘエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄはそれぞれ複数のＸヘッド６６の計測値の切り替え（常にＸスケール３９Ｘ1及び３９Ｘ2に対向しているＸヘッド６６の計測値を用いること）を行う切り替え制御部を備えている。
さらに、図２のセカンダリアライメント系ＡＬ２1，ＡＬ２4の−Ｘ側及び＋Ｘ側に、プライマリアライメント系ＡＬ１の検出中心を通るＸ軸に平行な直線上にほぼ対称に検出点が配置されるＹヘッド６４ｙ1，６４ｙ2がそれぞれ設けられている。Ｙヘッド６４ｙ1，６４ｙ2は、ウエハステージＷＳＴ上のウエハＷの中心が上記直線ＬＶ上にある図２に示される状態では、Ｙスケール３９Ｙ2，３９Ｙ1にそれぞれ対向している。アライメント動作の際などでは、Ｙヘッド６４ｙ1，６４ｙ2（すなわち、これらＹヘッド６４ｙ1，６４ｙ2を含むＹエンコーダ７０Ｃ，７０Ａ）によってウエハステージＷＳＴのＹ位置及びθｚ方向の角度が計測される。
上述したエンコーダ７０Ａ〜７０Ｄの計測値は、主制御装置２０に供給され、主制御装置２０は、エンコーダ７０Ａ〜７０Ｄの計測値に基づいて、ウエハテーブルＷＴＢのＸＹ平面内の位置を制御する。
次に、本実施形態の露光装置１００は、図２に示されるように、照射系９０ａ及び受光系９０ｂから成る、例えば特開平６−２８３４０３号公報（対応する米国特許第５，４４８，３３２号明細書）等に開示されるものと同様の構成の斜入射方式の多点のオートフォーカスセンサ（以下、多点ＡＦ系と呼ぶ。）９０を備えている。一例として、投影光学系ＰＬと、ウエハステージＷＳＴ上のウエハのローディング位置ＬＰとのＹ方向の間の領域に、多点ＡＦ系９０の照射系９０ａ及び受光系９０ｂが不図示のメインフレームに支持されて配置されている。なお、ローディング位置ＬＰ及びウエハのアンローディング位置ＵＰは、それぞれ不図示のウエハローダ系のウエハアームＷＡ等との間でウエハＷの受け取り及び搬出を行う際のウエハステージＷＳＴの中心の位置を意味している。
また、図２では、ヘッドユニット６２Ｃの−Ｘ端部の−Ｙ側に照射系９０ａが配置され、これに対向する状態で、ヘッドユニット６２Ａの＋Ｘ端部の−Ｙ側に受光系９０ｂが配置されている。
図２の多点ＡＦ系９０の複数の計測点は、被検面上のＸ方向に細長い検出領域ＡＦ内にＸ方向に沿って間隔ＸＰ（図５参照）で配置される。本実施形態では、その複数の計測点は、例えば１行Ｍ列（Ｍは検出点の総数）又は２行Ｎ列（Ｎは検出点の総数の１／２）の行マトリックス状に配置される。なお、それらの計測点を３行以上の複数行に配列することも可能である。以下では、図５に示すように、多点ＡＦ系９０による全部の計測点Ａ１，Ａ２，…，ＡＭがＸ方向に一行に配列されている場合につき説明する。
図５において、照射系９０ａから被検面の計測点Ａ１，Ａ２，…ＡＭに対して、ウエハＷ上のレジストを感光させない波長域の検出光ＤＬ１，ＤＬ２，…，ＤＬＭによって、スリット像（計測用パターン）がＺ軸に平行な軸に対して大きく傾斜して斜めに投射される。そして、計測点Ａ１〜ＡＭからの反射光が受光系９０ｂで受光されて、計測点Ａ１〜ＡＭにおける被検面のＺ方向の位置（Ｚ位置又はフォーカス位置）が、予め求められている基準位置からの偏差として求められる。その基準位置を定める動作が後述の多点ＡＦ系９０の校正である。
図２に戻り、多点ＡＦ系９０の検出領域ＡＦは、Ｘ方向の長さがウエハＷの直径と同程度に設定されている。従って、検出領域ＡＦに対してウエハＷをＹ方向に１回走査するだけで、多点ＡＦ系９０によってウエハＷのほぼ全面でＺ位置の分布（面位置情報）を計測できる。また、検出領域ＡＦは、Ｙ方向に関して、前述の液浸領域１４（露光領域ＩＡ）とアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4の検出領域との間に配置されているので、多点ＡＦ系９０とアライメント系とでその検出動作を並行して行うことが可能となっている。
本実施形態の露光装置１００は、多点ＡＦ系９０の複数の計測点のうち両端に位置する計測点Ａ１，ＡＭ（図５参照）の近傍、すなわち検出領域ＡＦの両端部近傍に、Ｘ方向に関して対称な配置で、各一対の被検面のＺ位置計測用の面位置センサ（以下、Ｚセンサと呼ぶ）７２ａ，７２ｂ及び７２ｃ，７２ｄを備えている。これらの同一構成のＺセンサ７２ａ〜７２ｄは、例えばメインフレーム（不図示）の下面に固定されている。Ｚセンサ７２ａ〜７２ｄは、被検面に対し上方から光束を照射し、その反射光を受光してその光の照射点における被検面の法線方向（ここではＺ方向）の位置情報を計測するセンサである。
図３は、Ｚセンサ７２ａの構成例を示す。図３において、不図示の光源から光ガイド１７０によって導かれた比較的広帯域の検出光ＤＬａは、コリメータレンズ１７１、瞳面において光軸ＡＸａから半面側の光束を遮光する遮光板１７２、及び集光レンズ１７３を介して、スリット（計測用パターン）が形成されたスリット板１７４を照明する。スリット板１７４を通過した検出光ＤＬａは、第１対物レンズ１７５、ビームスプリッタ１７６、及び第２対物レンズ１７７を介して被検面（ここではプレート２８の第２撥液領域（第２撥液板）２８ｂの上面）にスリット像を形成する。そして、被検面からの反射光は、第２対物レンズ１７７、ビームスプリッタ１７６、及び結像レンズ１７８を介してラインセンサ等の１次元の撮像素子１７９上にスリット像を形成する。光ガイド１７０から撮像素子１７９までの部材を含んでＺセンサ７２ａが構成されている。
この場合、被検面上に形成されるスリット像の光束（検出光ＤＬａ）は全体として光軸ＡＸａに対して傾斜しているため、被検面のＺ位置が矢印Ｂ１で示すように変動すると、撮像素子１７９上のスリット像の位置（光量分布の重心位置）が矢印Ｂ２で示すようにシフトする。そこで、撮像素子１７９の検出信号から被検面のＺ位置を計測できる。また、検出光ＤＬａの被検面に対する平均的な入射角は、図５の多点ＡＦ系９０の検出光ＤＬ１〜ＤＬＭの平均的な入射角よりも小さいため、Ｚセンサ７２ａの計測値の安定性は多点ＡＦ系９０よりも高い。そこで、本実施形態では、後述のように、Ｚセンサ７２ａ〜７２ｄの計測値を用いて多点ＡＦ系９０の計測値の校正を行う。
なお、Ｚセンサ７２ａ〜７２ｄとしては、ＣＤドライブ装置などで用いられる光ピックアップのような構成の光学式の変位センサ（ＣＤピックアップ方式のセンサ）等も使用可能である。
図２に戻り、ヘッドユニット６２Ｃ及び６２Ａは、それぞれ複数のＹヘッド６４の検出中心を結ぶＸ軸に平行な直線ＬＨを挟むように対称に、かつ直線ＬＨに平行な２本の直線に沿って所定間隔で配置された複数（ここでは各６個、合計で１２個）のＺセンサ７４i,j（ｉ＝１，２、ｊ＝１〜６）及びＺセンサ７６p,q（ｐ＝１，２、ｑ＝１〜６）を備えている。各Ｚセンサ７４i,j及び７６p,qとしては、前述のＺセンサ７２ａ〜７２ｄと同様のセンサが用いられている。また、一対のＺセンサ７４1,4，７４2,4は、Ｚセンサ７２ａ，７２ｂと同一のＹ軸に平行な直線上に位置しており、一対のＺセンサ７６1,3，７６2,3は、Ｚセンサ７２ｃ，７２ｄと同一のＹ軸に平行な直線上に位置している。Ｚセンサ７４i,j及び７６p,qは例えばメインフレーム（不図示）に固定されている。
本実施形態においては、ウエハＷにレチクルＲのパターンの像を露光する際には、投影光学系ＰＬの先端部とウエハＷとの間の液浸領域１４（露光領域ＩＡを含む）に液体Ｌｑが供給されるため、その液浸領域１４におけるウエハＷの表面のＺ位置を斜入射方式のＡＦ系で高精度に計測するのは困難である。そこで、ウエハＷの露光中には、Ｚセンサ７４i,j及び７６p,qのうちのいずれかで、ウエハステージＷＳＴ上のＹスケール３９Ｙ2，３９Ｙ1のＺ位置を計測し、この計測値と予め多点ＡＦ系９０及びＺセンサ７２ａ〜７２ｄによって計測されているウエハＷ及びＹスケール３９Ｙ2，３９Ｙ1のＺ位置分布とから、ウエハＷの表面のＺ位置分布を求める。そして、このようにして求めたＺ位置分布に基づいて、液浸法で露光中のウエハＷの表面を投影光学系ＰＬの像面に合焦させる。
なお、図２では、計測ステージＭＳＴの図示が省略されている。また、図２において、符号７８は、多点ＡＦ系９０の検出光の光路近傍に所定温度に温度調整されたドライエアーを、白抜きの矢印で示されるように、例えばダウンフローにて送風する局所空調システムを示す。また、本実施形態では、アンローディング位置ＵＰと、ローディング位置ＬＰとは、直線ＬＶに関して対称に設定されている。なお、アンローディング位置ＵＰとローディング位置ＬＰとを同一位置としても良い。
また、図７には、露光装置１００の制御系の主要な構成が示されている。この制御系は、装置全体を統括的に制御するコンピュータから成る主制御装置２０を中心として構成されている。
以下、本実施形態の図１の露光装置１００において、主制御装置２０の制御のもとで１ロットのウエハに順次レチクルＲのパターンの像を露光する際の動作の一例につき、図１０のフローチャートを参照して説明する。
この場合、予め図２のＺセンサ７２ａ〜７２ｄ及びＺセンサ７４i,j及び７６p,qのＺ位置の計測値は、例えばその被検面が投影光学系ＰＬの像面と同じＺ位置にあるときに０になるように調整が行われている。このためには、例えば図１の計測ステージＭＳＴ上の空間像計測器（不図示）で投影光学系ＰＬの像面を求め、その像面にその空間像計測器の上部を設定する。その後、計測ステージＭＳＴを駆動してその上部を順次Ｚセンサ７２ａ〜７２ｄ及びＺセンサ７４i,j及び７６p,qの計測点を含む領域に移動して、これらのＺセンサの計測値がそれぞれ０になるようにオフセットを調整すればよい。
先ず、図１０のステップ２０１において、図２のウエハステージＷＳＴの中心をローディング位置ＬＰに移動して、不図示のウエハローダ系のウエハアームＷＡからウエハステージＷＳＴ上にウエハＷをロードする。ウエハＷには、不図示のレジスト・コータにおいてレジストが塗布されている（ステップ２２１）。
次のステップ２０２において、ウエハステージＷＳＴの中心を、投影光学系ＰＬの光軸を通りＹ軸に平行な直線ＬＶ上に移動した後、さらにウエハステージＷＳＴの中心が投影光学系ＰＬの露光領域（露光位置）の方向に移動するように、ウエハステージＷＳＴの＋Ｙ方向への移動を開始する。その移動中、ステップ２０３において、図８（Ａ）に示すように、プライマリアライメント系ＡＬ１の検出領域内にウエハテーブルＷＴＢ上の計測プレート３０の基準マークＦＭが入ったときに、プライマリアライメント系ＡＬ１で基準マーク（不図示）の位置計測を行う。
次に、さらにウエハステージＷＳＴを＋Ｙ方向に移動して、ステップ２０４において、図４に示すように、多点ＡＦ系９０の検出領域ＡＦにウエハテーブルＷＴＢ上の第１のＸスケール部３９ＸＡのＸスケール３９Ｘ1 が入ったときに、図５に示すように、多点ＡＦ系９０によってＸスケール部３９ＸＡ上の複数の計測点Ａ１〜ＡＭのＺ位置Ｚｉ（ｉ＝１〜Ｍ）を計測すると同時に、Ｚセンサ７２ａ，７２ｃによってＸスケール部３９ＸＡの端部３９ＥＡ，３９ＥＢ（図６参照）の計測点Ａａ，ＡｃのＺ位置Ｚａ，Ｚｃを計測する。実際には、図４のＺセンサ７２ｂ，７２ｄによってＸスケール部３９ＸＡの端部の計測点Ａａ，ＡｃからＹ方向に所定間隔隔てた計測点Ａｂ，ＡｄのＺ位置も計測しており、以下では、１対のＺセンサ７２ａ，７２ｂ及び７２ｃ，７２ｄの計測値の平均値をそれぞれ計測点Ａａ及びＡｃのＺ位置Ｚａ及びＺｃとみなす。
次のステップ２０５において、ステップ２０４の計測値を用いて多点ＡＦ系９０の計測値の校正（キャリブレーション）を行う。一例として、図５において、Ｘスケール部３９ＸＡの上面は高平面度であるものと仮定して、Ｘスケール部３９ＸＡの上面が投影光学系ＰＬの像面に合致するときに、多点ＡＦ系９０の各計測点Ａ１〜ＡＭのＺ位置の計測値が０になるように、各計測点Ａ１〜ＡＭの計測値のオフセットＯＦ１〜ＯＦＭを定めるものとする。
この場合、Ｚセンサ７２ａ及び７２ｃの計測値Ｚａ及びＺｃは、それぞれ投影光学系ＰＬの像面からの正確な偏差を表している。言い換えると、計測点Ａａ及びＡｃを結ぶ直線上の任意の位置のＺ位置（計測点Ａａ，ＡｃでＺ位置がＺａ，Ｚｃとなるように定められたＺ位置）は、当該位置での投影光学系ＰＬの像面からのＺ方向への偏差を表している。従って、Ｚセンサ７２ａ，７２ｃの計測点Ａａ，ＡｃのＸ方向の既知の間隔をＤＸＴ、多点ＡＦ系９０のｉ番目の計測点Ａｉ（ｉ＝１〜Ｍ）の計測点ＡａからのＸ方向の既知の間隔をＤＸｉとすると、計測点Ａａにおける像面からの偏差（計測値の目標値）ＺＴｉは次のようになる。
ＺＴｉ＝Ｚａ＋ＤＸｉ（Ｚｃ−Ｚａ）／ＤＸＴ …（１）
従って、計測点Ａｉにおける多点ＡＦ系９０の計測値Ｚｉに対するオフセットＯＦｉは、像面からの偏差ＺＴｉを用いて次のようになる。
ＯＦｉ＝ＺＴｉ−Ｚｉ …（２）
このオフセットＯＦｉ（ｉ＝１〜Ｍ）が主制御装置２０から多点ＡＦ系９０の受光系９０ｂ内のオフセット補正部に設定される。これ以後は、多点ＡＦ系９０の各計測点ＡｉのＺ位置の計測値に式（２）のオフセットＯＦｉを加算した値（オフセット補正後の計測値）が主制御装置２０に供給される。これ以降は、多点ＡＦ系９０の各計測点ＡｉにおけるＺ位置の計測値は、投影光学系ＰＬの像面からの偏差を正確に示す値となるため、多点ＡＦ系９０の計測値を用いてウエハＷの表面を像面に高精度に合焦できる。なお、受光系９０ｂ内の各検出光ＤＬ１〜ＤＬＭの受光光学系内に、各検出光の結像位置をシフトさせるハービング等が設けられている場合には、そのハービング等を用いて、そのオフセットＯＦｉに対応するシフト量を相殺するように各検出光の結像位置をシフトさせてもよい。
さらに、本実施形態では、図１０のステップ２０１〜２１０の動作は１枚のウエハ毎に繰り返される動作であり、説明の便宜上、図４のウエハＷは１ロット中のｋ番目（ｋは１以上の整数）に露光されるウエハであるとする。このとき、ステップ２０３及び２０４はこれまでにｋ回実行されており、図７の主制御装置２０の記憶部には、多点ＡＦ系９０の計測点Ａｉ毎のそのｋ回のうちで最も新しいｎ回（ｎは２以上の整数）の式（２）のオフセットＯＦｉ（以下、ＯＦｉｊ（ｊ＝１〜ｎ）とする）の値が記憶されている。この場合、今回のステップ２０３，２０４で求められた最新のオフセットＯＦｉがＯＦｉ１であり、前回のウエハのロード後に求められたオフセットＯＦｉがＯＦｉ２であり、（ｎ−１）回前のウエハのロード後に求められたオフセットＯＦｉがＯＦｉｎである。なお、ｎがｋより大きい場合には、計測値の蓄積がないオフセットＯＦｉｒ（ｒ＝（ｋ＋１）〜ｎ）の値は０であるものとして扱う。
この場合、主制御装置２０では、多点ＡＦ系９０の各計測点Ａｉ毎に、一例としてそれまでのｎ回のオフセットＯＦｉｊ（ｊ＝１〜ｎ）（計測値）の重み付け平均値＜ＯＦｉ＞を求め、この平均値＜ＯＦｉ＞を改めて多点ＡＦ系９０の各計測点Ａｉ毎のオフセットとしてもよい。
そのオフセットＯＦｉｊに対する重みは、一例として所定の正の係数αを用いて、最新の計測値ほどに大きい値になるexp(−ｊ・α）である。なお、ｎがｋより大きい場合には、計測値の蓄積がない部分の重みexp(−ｒ・α）（ｒ＝（ｋ＋１）〜ｎ）は０とする。このとき、その重み付け平均値＜ＯＦｉ＞は次のようになる。なお、式（３）中の和記号Σは、係数ｊに関する１からｎまでの和を意味する。
＜ＯＦｉ＞＝｛Σexp(−ｊ・α）×ＯＦｉｊ｝／｛Σexp(−ｊ・α）｝ …（３）
このような平均化処理によって、振動等に起因して多点ＡＦ系９０の計測値に誤差が混入していても、誤差の影響を低減できる。
次のステップ２０６において、図４の状態からさらにウエハステージＷＳＴを＋Ｙ方向に移動して、図８（Ｂ）に示すように、投影光学系ＰＬの露光領域内にウエハテーブルＷＴＢ上の計測プレート３０のスリットパターンＳＬ（図６参照）を移動する。そして、ウエハステージＷＳＴの＋Ｙ方向の端部に計測ステージＭＳＴを連結して、レチクルＲの２つのアライメントマーク（レチクルマーク）の投影光学系ＰＬによる像をスリットパターン（不図示）で走査して、ウエハステージＷＳＴ及び計測ステージＭＳＴ内の空間像計測装置４５（図７参照）によって、そのレチクルマークの像の位置を計測する。この計測値及びステップ２０３の基準マークの計測値から、主制御装置２０はベースライン（露光中心とアライメント系ＡＬ１の検出中心との位置関係）を求めることができる。
次のステップ２０７において、図８（Ｂ）の状態からウエハステージＷＳＴを＋Ｙ方向又は−Ｙ方向に移動して、多点ＡＦ系９０の検出領域ＡＦでウエハＷの全面を走査することによって、ウエハＷの表面のＸ方向に間隔ＸＰ（図５の計測点Ａ１〜ＡＭのＸ方向の間隔）で、Ｙ方向に間隔ＹＰ（ほぼＸＰと同じ間隔）で配列される多数の計測点におけるＺ位置を含むＺ位置分布を多点ＡＦ系９０によって計測する。また、多点ＡＦ系９０によってウエハＷ表面のＸ方向に配列された一行の複数の計測点のＺ位置Ｚｗｉを計測する毎に、それぞれＺセンサ７２ａ〜７２ｄによってウエハＷのＸ方向の両側のＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2の表面のＺ位置Ｚｗａ〜Ｚｗｄを計測する。そして、一例として、Ｚセンサ７２ａ，７２ｂの計測点の中間点と、Ｚセンサ７２ｃ，７２ｄの計測点の中間点とを結ぶ直線に対するその一行の複数の計測点のＺ位置の偏差δＺｗｉ（Ｚ位置分布情報）を求めて、主制御装置２０内の記憶部に記憶する。
また、例えば特開昭６１−４４４２９号公報（対応する米国特許第４，７８０，６１７号明細書）などに開示されるＥＧＡ法によって、ウエハＷのアライメントを行うために、ウエハＷ上の全部のショット領域から選ばれた所定の複数（例えば１６個）のショット領域よりなるアライメントショットに付設されたウエハマークの位置を検出するものとする。このため、上述のように、ウエハステージＷＳＴをＹ方向に移動して多点ＡＦ系９０でウエハＷの表面のＺ位置分布を計測する途中で、計測対象のアライメントショットのウエハマークがアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4の検出領域内に入ったときにウエハステージＷＳＴを停止させて、順次、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4によってそのウエハマークの位置を検出する。
次のステップ２０８において、主制御装置２０は、ステップ２０７で計測されたウエハＷ上の複数のウエハマークの座標を用いてＥＧＡ方式でウエハの全部のショット領域の配列座標（ショット配列）を算出する。次のステップ２０９において、算出された配列座標に基づいて図７のエンコーダ７０Ａ〜７０Ｆの計測値を用いてウエハステージＷＳＴを駆動することで、図９に示すように、液浸方式で、かつステップ・アンド・スキャン方式でウエハＷ上の全部のショット領域に投影光学系ＰＬを介してレチクルＲのパターン像を露光する。この際に、投影光学系ＰＬをＸ方向に挟むように配置されている図２のＺセンサ７４i,j 及び７６p,q を用いて、ウエハＷの両側のＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2の表面のＺ位置を計測し、この計測値とステップ２０７で求められているウエハＷの表面のＺ位置の偏差δＺｗｉとからウエハＷの表面のＺ位置を間接的に求め、このように求めたウエハＷ表面のＺ位置に基づいてウエハステージＷＳＴのＺ・レベリング機構を駆動して、ウエハＷの表面を投影光学系ＰＬの像面に合焦させる。
次のステップ２１０において、ウエハステージＷＳＴの中心を図９のアンローディング位置ＵＰに移動して、露光済みのウエハＷのアンロードを行って、そのウエハＷを不図示のウエハローダ系に受け渡す。次のステップ２１１において、未露光のウエハがあるかどうかを判定し、未露光のウエハがある場合にはステップ２０１に戻ってウエハのローディングを行った後、ステップ２０２から２１０までの動作を繰り返す。そして、ステップ２１１で未露光のウエハがなくなったときに露光工程が終了する。
また、ステップ２１０でウエハローダ系によって搬出されたウエハは、ステップ２２２で、不図示のコータ・デベロッパにおいてレジストの現像が行われる。その後、ステップ２２３において、現像したウエハの加熱（キュア）及びエッチング工程などを含む基板処理が行われ、次のステップ２２４において、レジストコート、露光、現像、及び基板処理を所定回数繰り返した後、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程などの加工プロセスを含む）、及び検査ステップ等を経て半導体デバイスが製造される。
本実施形態によれば、予め多点ＡＦ系９０及びＺセンサ７２ａ〜７２ｄによって、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2の表面を基準として、ウエハＷの表面のＺ位置分布を計測しておくことによって、液浸領域１４を介してウエハＷを露光する際に、オートフォーカス方式でウエハＷの表面を投影光学系ＰＬの像面に高精度に合焦できる。従って、ウエハＷの各ショット領域に微細な回路パターンを高精度に形成できる。
本実施形態の作用効果等は以下の通りである。
（１）上記の実施形態の露光装置１００は、投影光学系ＰＬを用いてウエハＷ上にパターンを露光する露光装置であって、吸着面（保持面）でウエハＷを保持しその吸着面にほぼ平行なベース盤１２の上面１２ａ（ガイド面）に沿って移動可能なウエハステージＷＳＴと、投影光学系ＰＬから上面１２ａに平行な面上で少なくともＹ方向（第１方向）に離れて配置されたローディング位置ＬＰと投影光学系ＰＬとの間に配置され、ウエハＷ表面のＺ位置分布を計測する多点ＡＦ系９０及びＺセンサ７２ａ〜７２ｄ（基板面位置計測機構）と、主制御装置２０とを備えている。そして、ウエハステージＷＳＴは、＋Ｙ方向の端部に設けられた第１のＸスケール部３９ＸＡ（基準平面板）を有し、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴがローディング位置ＬＰと投影光学系ＰＬとの間を移動する際に、多点ＡＦ系９０及びＺセンサ７２ａ〜７２ｄによりＸスケール部３９ＸＡのＺ位置分布を計測させ、この計測結果に基づいて多点ＡＦ系９０を校正している。
また、露光装置１００による露光方法は、＋Ｙ方向の端部に配置された第１のＸスケール部３９ＸＡを有するウエハステージＷＳＴの吸着面にウエハＷをロードするステップ２０１と、ベース盤１２の上面１２ａ上で少なくともＹ方向に離れて配置されたローディング位置ＬＰと投影光学系ＰＬとの間で、上面１２ａに沿ってウエハステージＷＳＴを移動するステップ２０２と、多点ＡＦ系９０及びＺセンサ７２ａ〜７２ｄによって、Ｘスケール部３９ＸＡのＺ位置分布を計測するステップ２０４と、ステップ２０４の計測結果に基づいて多点ＡＦ系９０を校正するステップ２０５とを有する。
本実施形態によれば、ウエハステージＷＳＴがローディング位置ＬＰと投影光学系ＰＬとの間を移動する際に、多点ＡＦ系９０及びＺセンサ７２ａ〜７２ｄによりＸスケール部３９ＸＡのＺ位置分布を計測させることによって、露光装置１００の露光動作中に効率的に多点ＡＦ系９０を校正することができる。従って、露光工程のスループットを高く維持して、かつ多点ＡＦ系９０の計測精度を高く維持できる。
（２）なお、上記の実施形態では、ウエハステージＷＳＴを図２のローディング位置ＬＰから投影光学系ＰＬ側に移動する途中（往路）で、ステップ２０４、２０５において、多点ＡＦ系９０の校正を行っている。しかしながら、例えばウエハステージＷＳＴを投影光学系ＰＬ側からアンローディング位置ＵＰ側に移動する途中（復路）で、多点ＡＦ系９０及びＺセンサ７２ａ〜７２ｄによってＸスケール部３９ＸＡのＺ位置分布を計測して、多点ＡＦ系９０の校正を行ってもよい。
また、上記の実施形態では図６のウエハテーブルＷＴＢ上の第１のＸスケール部３９ＸＡの面位置を基準として多点ＡＦ系９０の校正を行っている。しかしながら、例えばウエハテーブルＷＴＢ（プレート２８）の−Ｙ方向の端部の第２のＸスケール部３９ＸＢのＺ位置分布を計測して多点ＡＦ系９０の校正を行ってもよい。さらに、Ｘスケール部３９ＸＡ，３９ＸＢを含むプレート２８の第２の撥液領域２８ｂ（第２の撥液板）を用いて多点ＡＦ系９０の校正を行ってもよい。
（３）また、上記の実施形態では、ステップ２０４、２０５の多点ＡＦ系９０の校正を１枚のウエハの露光毎に行っているため、多点ＡＦ系９０の計測値が短期間にドリフトするような場合でも、多点ＡＦ系９０の計測精度を高く維持できる。
なお、多点ＡＦ系９０の計測値の安定性が比較的高い場合には、多点ＡＦ系９０の校正は、例えば複数枚のウエハの露光毎に行うようにしてもよ。さらに、初めは１枚又は所定の複数枚のウエハの露光毎に多点ＡＦ系９０の校正を行って、次第に多点ＡＦ系９０の校正間のウエハの露光枚数を多くしてもよい。
（４）また、上記の実施形態では、主制御装置２０は、ステップ２０４におけるＸスケール部３９ＸＡのＺ位置分布の最新の計測結果、及びそれまでの所定回数の計測結果を含むｎ回の計測結果より、式（３）の重み付き平均化処理（統計処理）によって多点ＡＦ系９０の校正のためのオフセットを求めている。また、式（３）の重みexp(−ｊ・α）は、最新の計測値ほど大きくなる。従って、多点ＡＦ系９０のオフセットが経時的に次第に変動するような場合にも、ステージ系の振動等に起因する計測誤差を低減し、かつ最新の計測値の変動量を高精度に求めることができる。
なお、過去の計測値に対する重みとしては、重みexp(−ｊ・α）以外の任意の重みを使用できる。また、多点ＡＦ系９０の計測値の変動に経時的な傾向がない場合には、重みを全部同じ値（例えば１）として、それまでの計測値の単純平均によって多点ＡＦ系９０の校正を行ってもよい。
さらに、外乱等に起因する多点ＡＦ系９０の計測値の誤差が小さい場合には、最新の１回の計測値のみを用いて多点ＡＦ系９０の校正を行ってもよい。
（５）また、ステップ２０５において、それまでのｎ回の計測値を用いてカルマンフィルタ等を用いる線形予測処理によって、多点ＡＦ系９０のオフセットの変動量を予測し、この予測される変動量に基づいて多点ＡＦ系９０の校正を行ってもよい。
（６）また、ステップ２０４、２０５において、主制御装置２０は、Ｘスケール部３９ＸＡの端部及びＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2のＺ位置を計測するためのＺセンサ７２ａ〜７２ｄ（第２の面位置センサ）の計測情報を用いて、ウエハＷ及びＸスケール部３９ＸＡの中央部（Ｘスケール３９Ｘ1)を計測するための多点ＡＦ系９０（第１の斜入射型の面位置センサ）計測情報の校正を行う。
この場合、Ｚセンサ７２ａ〜７２ｄは、安定したガラス平面を測るセンサであり、図３に示すように検出光を被検面にそれ程大きく斜入射させる必要がなく、光学的及び経時的に安定である。一方、多点ＡＦ系９０は、多層膜のウエハ表面を測るため、図５に示すように検出光を被検面に対してかなり大きな入射角で斜入射（超斜入射）させる必要があり、Ｚセンサ７２ａ〜７２ｄと比べて光学的及び／又は経時的に必ずしも安定ではない。そこで、安定なＺセンサ７２ａ〜７２ｄを用いて必ずしも安定でない多点ＡＦ系９０を校正することによって、多点ＡＦ系９０を高精度に校正できる。
（７）また、ベース盤１２の上面１２ａに平行な面上で投影光学系ＰＬから少なくともＹ方向と直交するＸ方向に離れた位置に配置されて、Ｘスケール部３９ＸＡの端部及びＹスケール３９Ｙ2，３９Ｙ1のＺ位置を計測するＺセンサ７４i,j及び７６p,q（第３の面位置センサ）を備え、主制御装置２０は、ステップ２０９で投影光学系ＰＬを用いてウエハＷを露光する際に、ステップ２０７における多点ＡＦ系９０及びＺセンサ７２ａ〜７２ｄによる露光前のウエハＷのＺ位置の計測値、並びに露光中のＺセンサ７４i,j及び７６p,q計測結果を用いて、ウエハＷのＺ位置分布を求めている。従って、液浸法でウエハを露光する場合にも、ウエハの面位置を高精度に計測できる。
（８）また、Ｘスケール部３９ＸＡには回折格子が形成されるとともに、投影光学系ＰＬの周囲に配置されて、その回折格子を検出して、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置情報を計測するヘッドユニット６２Ａ〜６２Ｄ（ステージ位置計測機構）を備えている。従って、Ｘスケール部３９ＸＡを用いてウエハステージＷＳＴの位置計測及び多点ＡＦ系９０の校正を行うことができる。
（９）また、上記の実施形態の半導体デバイスの製造方法は、上記の実施形態の露光装置１００を用いてウエハＷ（基板）を露光すること（ステップ２０９）と、その露光されたウエハＷを現像すること（ステップ２２２）とを含んでいる。この際に、露光工程のスループットを高く維持して、多点ＡＦ系９０の精度を高く維持できるため、半導体デバイスを高精度に量産できる。
次に、本発明の実施形態の他の例につき図１１を参照して説明する。図１及び図２に対応する部分に同一又は類似の符号を付した図１１において、この実施形態の露光装置のウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）の上面の−Ｙ方向及び−Ｘ方向の端部には、Ｘ方向及びＹ方向に細長い高平面度の移動鏡１７１ａ及び１７１ｂが固定されている。また、移動鏡１７１ａ，１７１ｂに対向するようにＹ軸干渉計１６及びＸ軸干渉計１２６が配置されている。本実施形態では、アライメント時及び露光時のウエハステージＷＳＴの位置は干渉計１６，１２６によって計測される。
また、図１１においても、ウエハＷの露光時には、投影光学系ＰＬ（露光ユニットＰＵ）の先端部とウエハＷとの間の液浸領域１４にはノズルユニット３２を介して液体が供給される。そして、ローディング位置ＬＰと投影光学系ＰＬとのＹ方向の間に、多点ＡＦ系９０及びＺセンサ７２ａ〜７２ｄが配置され、投影光学系ＰＬをＸ方向に挟むようにＺセンサ７４i,j及び７６p,qが配置されている。また、ウエハテーブルＷＴＢ上にウエハＷをＸ方向に挟むように、ほぼウエハＷの表面と同じ高さになるように、高平面度のガラス板等の１対の基準部材１２８Ａ及び１２８Ｂが固定されている。
本実施形態においては、予めウエハＷの露光前にウエハステージＷＳＴを駆動して、多点ＡＦ系９０の検出領域ＡＦに対してウエハＷをＹ方向に走査して、ウエハＷ及び基準部材１２８Ａ，１２８ＢのＺ位置を多点ＡＦ系９０及びＺセンサ７２ａ〜７２ｄによって計測し、計測結果を記憶する。その後の液浸法による露光時には、記憶してある計測結果とＺセンサ７４i,j及び７６p,qによる基準部材１２８Ａ，１２８ＢのＺ位置の計測値とを用いてウエハＷの表面を投影光学系ＰＬの像面に合焦させる。
また、多点ＡＦ系９０の校正時には、図１１に示すように、Ｙ軸の移動鏡１７１ａの上面に多点ＡＦ系９０の検出領域ＡＦ及びＺセンサ７２ａ〜７２ｄの計測点を設定して、多点ＡＦ系９０及びＺセンサ７２ａ〜７２ｄによってＺ位置を計測する。このように、移動鏡１７１ａを用いて多点ＡＦ系９０の校正を行うことによって、別途高平面度のガラス板等を設けることなく、多点ＡＦ系９０の校正を高精度に行うことができる。
なお、本発明は、上述のステップ・アンド・スキャン方式の走査露光型の投影露光装置（スキャナ）の他に、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（ステッパ等）にも適用できる。さらに、本発明は、液浸型露光装置以外のドライ露光型の露光装置にも同様に適用することができる。
また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置に限らず、液晶表示素子やプラズマディスプレイなどを含むディスプレイの製造に用いられる、デバイスパターンをガラスプレート上に転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられるデバイスパターンをセラミックスウエハ上に転写する露光装置、並びに撮像素子（ＣＣＤなど）、有機ＥＬ、マイクロマシーン、ＭＥＭＳ(Microelectromechanical Systems)、及びＤＮＡチップなどの製造に用いられる露光装置などにも適用することができる。このように、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。
本発明の実施形態の一例に係る露光装置の概略構成を示す図である。 図１のウエハステージ、アライメント系、ＡＦ系、及びエンコーダシステムを示す平面図である。 図２中のＺセンサ７２ａの構成例を示す図である。 図２のウエハステージのＸスケール部３９ＸＡに多点ＡＦ系９０の検出領域ＡＦを設定した状態を示す図である。 図２中の多点ＡＦ系９０の計測点の配置を示す図である。 図１のウエハステージを示す平面図である。 図１の露光装置の制御系の主要な構成を示すブロック図である。 （Ａ）はプライマリアライメント系で基準マークＦＭを計測する状態を示す図、（Ｂ）はレチクルのパターンの像をスリットパターンで走査する状態を示す図である。 ウエハの露光時のウエハステージを示す平面図である。 実施形態の露光装置による露光動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態の他の例のウエハステージ及び多点ＡＦ系等を示す平面図である。
符号の説明
ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4…アライメント系、Ｒ…レチクル、Ｗ…ウエハ、ＷＴＢ…ウエハテーブル、ＷＳＴ…ウエハステージ、ＭＳＴ…計測ステージ、２０…主制御装置、３２…ノズルユニット、３９ＸＡ…Ｘスケール部、３９Ｘ1，３９Ｘ2…Ｘスケール、６２Ａ〜６２Ｄ…ヘッドユニット、６４…Ｙヘッド、６６…Ｘヘッド、７２ａ〜７２ｄ…Ｚセンサ、７４i,j，７６p,q…Ｚセンサ、９０…多点ＡＦ系、９０ａ…照射系、９０ｂ…受光系

Claims (17)

  1. 露光光学系を用いて被露光基板上にパターンを露光する露光装置であって、
    保持面で前記被露光基板を保持し前記保持面に概平行な面に沿って移動可能な基板ステージと、
    前記露光光学系から前記保持面に概平行な面上で少なくとも第１方向に離れて配置された、前記基板ステージ上の前記被露光基板が交換される基板交換位置と、前記露光光学系との間に配置され、前記保持面の法線方向における前記被露光基板表面の位置分布情報を計測する基板面位置計測機構と、
    前記基板ステージ及び前記基板面位置計測機構を制御する制御機構と、
    を備え、
    前記基板ステージは、前記第１方向に沿った方向の少なくとも一方の端部に基準平面板を有し、
    前記制御機構は、前記基板ステージが前記基板交換位置と前記露光光学系との間を移動する際に、前記基板面位置計測機構により前記基準平面板の位置情報を計測させ、該計測結果に基づいて前記基板面位置計測機構を校正することを特徴とする露光装置。
  2. 前記制御機構は、
    前記基板面位置計測機構による前記基準平面板の位置情報を複数回取得し、最新の計測結果、及びそれまでの所定回数の計測結果を統計処理し、該統計処理の結果に基づいて前記基板面位置計測機構の前記校正を行うことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
  3. 前記基板面位置計測機構の前記校正は、前記基板ステージ上の前記被露光基板を交換する毎に行われることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の露光装置。
  4. 前記制御機構は、
    前記統計処理を行う際に、前記基準平面板の位置情報のそれまでの計測結果のうち、新しい計測結果程大きい重みを付けることを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
  5. 前記統計処理は、線形予測処理であることを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
  6. 前記基板面位置計測機構は、
    前記被露光基板及び前記基準平面板の中央部を計測するための第１の斜入射型の面位置センサと、
    前記基準平面板の端部を計測するための第２の面位置センサとを含み、
    前記制御機構は、前記第２の面位置センサの計測情報を用いて前記第１の面位置センサの計測情報の校正を行うことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の露光装置。
  7. 前記露光光学系から前記保持面に概平行な面内で少なくとも前記第１方向と直交する第２方向に離れた位置に配置されて、
    前記保持面の端部における前記基準平面板の法線方向の位置情報を計測する第３の面位置センサを備え、
    前記制御機構は、前記露光光学系を用いて前記被露光基板上に前記パターンを露光する際に、前記基板面位置計測機構による前記被露光基板の露光前の該基板の位置分布情報の計測結果及び前記第３の面位置センサの計測結果を用いて、前記被露光基板の前記保持面の法線方向の位置分布情報を求めることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の露光装置。
  8. 前記基準平面板には格子パターンが形成されるとともに、
    前記格子パターンを検出して、前記基板ステージの前記保持面に概平行な面内の位置情報を計測するステージ位置計測機構を備えることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の露光装置。
  9. 露光光学系を用いて被露光基板上にパターンを露光する露光方法であって、
    保持面及び第１方向に沿った方向の少なくとも一方の端部に配置された基準平面板を有する基板ステージの前記保持面で前記被露光基板を保持する第１工程と、
    前記保持面に概平行な面上で少なくとも前記第１方向に離れて配置された基板交換位置と前記露光光学系との間で、前記保持面に概平行な面に沿って前記基板ステージを移動する第２工程と、
    前記基板交換位置と前記露光光学系との間に配置されて、前記保持面の法線方向における前記被露光基板表面の位置分布情報を計測する基板面位置計測機構によって、前記基準平面板の位置情報を計測する第３工程と、
    前記第３工程の計測結果に基づいて前記基板面位置計測機構を校正する第４工程と、
    を有することを特徴とする露光方法。
  10. 前記第４工程は、
    前記第３工程における前記基板面位置計測機構による前記基準平面板の位置情報を複数回取得し、最新の計測結果、及びそれまでの所定回数の計測結果を統計処理し、該統計処理の結果に基づいて前記基板面位置計測機構の前記校正を行う工程であることを特徴とする請求項９に記載の露光方法。
  11. 前記第１工程から前記第４工程を、前記基板ステージ上の前記被露光基板を交換する毎に実行することを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の露光方法。
  12. 前記統計処理を行う際に、前記基準平面板の位置情報のそれまでの計測結果のうち、新しい計測結果程大きい重みを付けることを特徴とする請求項１０に記載の露光方法。
  13. 前記統計処理は、線形予測処理であることを特徴とする請求項１０に記載の露光方法。
  14. 前記基板面位置計測機構は、
    前記被露光基板及び前記基準平面板の中央部を計測するための第１の斜入射型の面位置センサと、
    前記基準平面板の端部を計測するための第２の面位置センサとを含み、
    前記第４工程は、前記第２の面位置センサの計測情報を用いて前記第１の面位置センサの計測情報の校正を行う工程であることを特徴とする請求項９から請求項１３のいずれか一項に記載の露光方法。
  15. 前記露光光学系を用いて前記被露光基板上に前記パターンを露光する際に、前記露光光学系から前記保持面に概平行な面上で少なくとも前記第１方向と直交する第２方向に離れた位置に配置された第３の面位置センサを用いて、前記保持面の端部における前記基準平面板の法線方向における位置情報を計測する第５工程と、
    前記基板面位置計測機構による前記被露光基板の露光前の該基板の位置分布情報の計測結果と、前記第５工程における前記第３の面位置センサの計測結果とを用いて、前記被露光基板の前記保持面の法線方向の位置分布情報を求める第６工程とを有することを特徴とする請求項９から請求項１４のいずれか一項に記載の露光方法。
  16. ステージ位置計測機構によって、前記基準平面板に形成された格子パターンを検出して、前記基板ステージの前記保持面に概平行な面内の位置情報を計測する第７工程を有することを特徴とする請求項９から請求項１５のいずれか一項に記載の露光方法。
  17. 請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の露光装置を用いて被露光基板を露光する工程と、
    前記露光された被露光基板を処理する工程と、を含むデバイス製造方法。
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