JP5936161B2 - デバイス製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、マイクロデバイスを製造するデバイス製造方法に関する。
例えば半導体素子、液晶表示素子又はプリント基板等をフォトリソグラフィ工程で製造する際に、フォトマスク又はマスク等（以下、「マスク」と総称する）を露光光で照明し、そのマスクに近接して配置される、感光材が塗布された基板上にそのマスクのパターンを焼き付けるプロキシミティ露光装置が使用されている（例えば、特許文献１参照）。
しかし、従来のプロキシミティ露光装置では、マスクのパターン面と基板上の感光材によって形成される感光層の表面とのギャップ（隙間）は、最小でも３０μｍ程度であったため、解像度が悪く、今日の半導体デバイスの実用最小線幅６４ｎｍ以下の線幅、例えば３２ｎｍを有するクリティカルなパターンを基板上に形成する際などには到底用いることができない。
３２ｎｍ以下の線幅のパターンを解像するには、最新の液浸タイプのＡｒＦスキャナ（スキャニングステッパ）を用いて、ダブルパターニング法による露光を行うか、あるいは、電子線又はＸ線（特にＳＯＲ光：シンクロトロン放射光）リソグラフィ技術を用いる必要がある。
ダブルパターニングに対応した液浸タイプのＡｒＦスキャナは高価である。また、電子線リソグラフィは、ナノメータオーダーのパターンの形成を高精度で制御することができ、しかもウエハ上にマスクなしで直接描画が可能であるという利点がある。しかし、この反面、電子線リソグラフィは、スループットが低く、コストもかかることから、量産レベルにはほど遠いという欠点がある。
また、電子線やＸ線を用いたリソグラフィでは、その露光方法に合わせてフォトレジストを開発する必要があり、感度、解像度、エッチング耐性等の面においてもまだ問題が多い。
そこで、このような問題を解決する方法として、最近、照射する光の波長よりも十分小さなサイズの開口からしみ出す近接場光を光源とし、フォトレジストを感光させ、現像することにより、微細なパターンを形成する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この方法によれば、光源の波長に関わらず、ナノメータオーダーの空間分解能を得ることができる。
しかしながら、例えば特許文献２に開示されるような実質的にコンタクト方式の露光方法では、マスクと基板との間に液体が介在しているとは言え、マスク破損、歩留まりの低下などを回避することは実際には困難である。従来のマスクは高価であるため、この破損は極力防止する必要があった。これに加え、この方式では、投影光学系が存在しないため、マスクの変形、例えばマスクの熱変形に起因するマスク上のパターンの変形（歪み、倍率変化）などに対応することが困難であり、重ね合わせ精度の悪化を防ぐことができなかった。この点は、従来のプロキシミティ露光装置においても同様である。
米国特許第５，８９１，８０６号明細書 米国特許第６，８６９，７３２号明細書
本発明の第１の態様によれば、マイクロデバイスを製造するデバイス製造方法であって、デバイスの機能・性能設計を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行うことと、リソグラフィ技術を用いて、ガラス基板上に前記設計したパターンの周囲に遮光領域が存在する複数の区画領域を形成し、該区画領域毎に前記ガラス基板を切り離して複数のマスクを製作することと、前記複数のマスクのそれぞれを、順次、マスクと基板とを近接させて露光を行う露光装置に所定のインターバルで投入し、前記露光装置により、前記マスクが投入される毎に、その投入された前記マスクのパターンを前記インターバルに応じた数の基板のそれぞれに順次転写することと、前記パターンが転写された前記基板を現像することと、を含むデバイス製造方法が、提供される。
これによれば、リソグラフィ技術を用いて、ガラス基板上に前記設計した回路パターンの周囲に遮光領域が存在する複数の区画領域を形成し、該区画領域毎に前記ガラス基板を切り離して複数のマスクを製作するので、マスクの大量生産が可能になる。また、その生産した複数のマスクのそれぞれを、順次、マスクと基板とを近接させて露光を行う露光装置に所定のインターバルで投入し、前記露光装置により、前記マスクが投入される毎に、その投入された前記マスクのパターンを前記インターバルに応じた数の基板のそれぞれに順次転写する。従って、上記のインターバルを適切に定めることにより、マスクが限界を超えて汚染される前に、新たなマスクを投入することが可能になり、マスクの汚染に起因する歩留まりの低下を防止することが可能になる。
一実施形態の露光装置の構成を概略的に示す図である。 図２（Ａ）、図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）は、それぞれＸＹスキャン露光用の小露光フィールド、Ｙスキャン露光用の中露光フィールド及び一括露光用のショット全面露光フィールドの設定について説明するための図である。 図１の露光装置で用いられるマスクの一例を示すパターン面側から見た平面図である。 図４（Ａ）はマスクテーブルの側面図、図４（Ｂ）はマスクテーブルの底面図である。 ウエハテーブルの縦断面図である。 干渉計システムのＸ干渉計及びＹ干渉計の測長軸の配置をウエハステージとともに示す平面図である。 アライメント装置の構成の一例を示す図である。 複数対のアライメント系の検出領域の配置を説明するための図である。 基板表面情報計測装置の概略的な構成を示す斜視図である。 図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）は、基板表面情報計測装置の構成を、その計測の仕組みとともに説明するための図である。 図１の露光装置が備える主制御装置の入出力関係を説明するためのブロック図である。 図１２（Ａ）〜図１２（Ｅ）は、パターン形成の一連の工程を説明するための図である。 図１３（Ａ）〜図１３（Ｃ）は、基板表面情報計測装置を用いたウエハ表面情報の計測及び平坦度補正を説明するための図（その１）である。 基板表面情報計測装置を用いたウエハ表面情報の計測及び平坦度補正を説明するための図（その２）である。 図１５（Ａ）〜図１５（Ｃ）は、基板表面情報計測装置を用いたウエハ表面情報の計測及び平坦度補正を説明するための図（その３）である。 図１６（Ａ）〜図１６（Ｄ）は、マスクとウエハのショット領域の重ね合わせの最適化を説明するための図である。 図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）は、露光フィールド内における像面の最適化を説明するための図である。 図１８（Ａ）は露光動作時のマスクとウエハの干渉防止方法を説明するための図、図１８（Ｂ）は図１８（Ａ）の拡大図である。 デバイス製造方法の実施形態を説明するためのフローチャートである。 複数の区画領域が形成されたガラスウエハの一例を示す図である。 図１９のステップ２０７の具体例を示すフローチャートである。
以下、一実施形態について、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の構成が概略的に示されている。この露光装置１００は、ステップ・アンド・リピート方式のプロキシミティ露光装置である。以下では、図１における紙面左右方向をＹ軸方向、Ｙ軸に直交する紙面直交方向をＸ軸方向、これらＹ軸及びＸ軸に直交する方向をＺ軸方向として説明を行う。
露光装置１００は、照明系１０、該照明系１０からの露光光（照明光）ＩＬにより照明されるマスクＭを水平に保持するマスクテーブルＭＴＢ、マスクＭの下方に所定のギャップを介してウエハＷをほぼ水平に保持して、ステージベース上で水平面に平行に２次元移動するウエハステージＷＳＴ、ステージベース上でウエハステージＷＳＴと独立して２次元移動するアシストステージＡＳＴ、及びこれらの制御系等を、備えている。
照明系１０は、照明ハウジング１０Ａと、照明ハウジング１０Ａ内に所定の位置関係で収容された不図示の光源と、照明光学系とを含む。照明ハウジング１０Ａは、床面（又はベースプレートなど）上に不図示の防振機構を介して配置されたボディＢＤを構成する支持部材３８に、防振部材（不図示）を介して射出端部が支持されている。また、照明ハウジング１０Ａは、射出端と反対側の端部及びその他の部分が、支持部材３８とは別の照明系支持部材（不図示）上に搭載されている。勿論、支持部材３８の形状によっては、照明ハウジング１０Ａは、射出端と反対側の端部及びその他の部分が、支持部材３８によって支持されていても良い。
光源としては、例えば超高圧水銀ランプが用いられる。照明光学系は、楕円鏡、波長フィルタ板、コリメータレンズ、ズーム光学系、オプティカル・インテグレータ、リレー光学系（いずれも不図示）、可変視野絞り１５、２次元走査ミラー装置２１、及びコリメータレンズ３２等を備えている。
ここで、オプティカル・インテグレータとしては、例えばフライアイレンズが用いられている。オプティカル・インテグレータとしては、ロッドインテグレータ（内面反射型インテグレータ）、あるいは回折光学素子などを用いることもできる。
可変視野絞り１５は、矩形開口を形成する例えば２枚のＬ字状のブレード（又は４枚の矩形のブレード）を含み、可動ブラインドとも呼ばれる。可変視野絞り１５は、主制御装置２０（図１では不図示、図１１参照）によって、開口設定情報に基づいてその開口が、任意の形状及び大きさの矩形状に設定される。本実施形態では、この可変視野絞り１５の開口の設定によって、後述するように、露光フィールドが、３つの種類のいずれかに設定される。
２次元走査ミラー装置２１としては、例えば、磁界中のコイルへの通電によって生ずる電磁力を利用して２次元方向に動作する揺動型２次元走査装置を用いることができる。この揺動型２次元走査装置は、外周コイルが形成された枠体の内側に、内周コイルが形成されたミラーパネル（平面ミラー）を配置し、これらミラーパネルと枠体とを、互いに直交する第１、第２方向に延設された第１、第２のトーションバーによりそれぞれ揺動自在に保持してなる可動子を、永久磁石の磁界中に配置した機構部を備えている。ミラーパネルの内周コイルに電流を流すと、磁界の成分との相互作用によって電流値に応じた力が生じ、ミラーパネルを第１のトーションバーの復元力に釣り合う位置まで旋回させる。また枠体の外周コイルに電流を流すと、磁界の成分との相互作用によって電流値に応じた力が生じ、枠体を第２のトーションバーの復元力に釣り合う位置まで旋回させる。このようにしてミラーパネルが、第１、第２方向の軸周りに揺動する。
図１では、この２次元走査ミラー装置２１を構成するミラーパネルのみが代表的に示されている。以下では、ミラーパネルを２次元走査ミラー装置と同一の符号を用いて、ミラーパネル２１とも表記する。
本実施形態では、図１に示されるように、ミラーパネル２１は、ＸＹ平面に対して角度α（αは鋭角）傾斜し、かつＸＺ平面に対して（９０度−α）傾斜した状態で、Ｘ軸方向に所定の長さで延びている。ミラーパネル２１は、該ミラーパネル２１の反射面及びその裏面を除く４側面のうち、Ｘ軸方向の両側面を除く２側面の中心を通るＸ軸に垂直な軸（以下、第１の軸と称する）周りに揺動可能になるように、その２側面が一対の第１のトーションバーを介して枠体に取り付けられ、該枠体はミラーパネル２１のＸ軸方向の両側面の中心を通るＸ軸に平行な軸（以下、第２の軸と称する）周りに揺動可能になるように、そのＸ軸方向の両側面が一対の第２のトーションバーを介して不図示の支持部材に支持されている。内周コイル及び外周コイルの両者に電流が供給されない基準状態において、ミラーパネル２１及び枠体は、ＸＹ平面に対して４５度傾斜している。なお、本実施形態の２次元走査ミラー装置２１と同様の構成の揺動型２次元走査装置については、例えば、特開２００３−２９５１０２号公報に詳細に開示されている。
照明系１０によると、光源が発する光を楕円鏡で集光して光源像を形成し、この光源像からの光の内で、波長フィルタ板により抽出されたフォトレジストを感光させる波長域の露光光（例えば波長４３６ｎｍのｇ線、又は波長３６５ｎｍのｉ線等）が、コリメータレンズ及びズーム光学系を経てオプティカル・インテグレータに入射する。そして、オプティカル・インテグレータによる２次光源からの露光光ＩＬが、リレー光学系（光源からリレー光学系までの各光学部材はいずれも不図示）を介して可変視野絞り１５に照射される。可変視野絞り１５の開口を透過した露光光ＩＬが、所定断面積の露光ビーム（以下では、露光ビームＩＬと表記する）となってミラーパネル（２次元走査ミラー装置）２１の反射面に照射され、該ミラーパネル２１を介した露光ビームＩＬが、コリメータレンズ３２を経てマスクテーブルＭＴＢに保持されたマスクＭをほぼ均一な照度（その露光ビームＩＬの照射領域内において）で照明する。
本実施形態では、可変視野絞り１５の開口の設定によって、例えば、図１に示される照明光学系の一部の光学系の光軸（便宜上ＡＸ1とする）を中心として、露光ビームＩＬの断面形状及び大きさを種々変更（設定）可能である。ここで、光軸ＡＸ1は、照明光学系の光軸ＡＸ（例えば図６参照）と一致するが、ここでは、説明の便宜上から別の符号が用いられている。
例えば、ウエハ上のショット領域の大きさとほぼ同じ大きさ、形状の光軸ＡＸ1に直交する面内でＺ軸方向に長い長方形断面（第１の断面形状）、ショット領域とほぼ同じ長さのＸ軸方向のサイズを有し、ショット領域に比べてＺ軸方向の長さが短い断面形状（第２の断面形状）、第２の断面形状に比べても格段に小さい正方形の断面形状（第３の断面形状）の設定が、少なくとも可能である。
本実施形態では、第１の断面形状の露光ビームＩＬの設定により、図２（Ｃ）に示される一括露光用のショット全面露光フィールドＬＥＦが、設定され、第２の断面形状の露光ビームＩＬの設定により、図２（Ｂ）に示されるＹスキャン露光用の中露光フィールドＭＥＦが、設定され、第３の断面形状の露光ビームＩＬの設定により、図２（Ａ）に示されるＸＹスキャン露光用の小露光フィールドＳＥＦが、設定される。ここで、可変視野絞り１５の開口の設定に応じて、主制御装置２０（図１１参照）によってズーム光学系（不図示）が駆動され、可変視野絞り１５の開口部以外の部分に極力露光ビームＩＬが照射されないように、すなわち露光フィールド（マスクＭ上の露光ビームＩＬの照射領域）の設定の変更に伴う光量損失を抑えるようになっている。
ＸＹスキャン露光用の小露光フィールドＳＥＦが設定された場合、露光の際には、ミラーパネル（２次元走査ミラー装置）２１が主制御装置２０によって制御され、図２（Ａ）に示されるように、小露光フィールドＳＥＦに照射される露光ビームＩＬが、マスクＭのパターン領域ＰＡ上をＸＹ２次元方向に、例えば矢印の順序でスキャンされる。また、Ｙスキャン露光用の中露光フィールドＭＥＦが設定された場合、露光の際には、ミラーパネル（２次元走査ミラー装置）２１が主制御装置２０によって制御され、図２（Ｂ）に示されるように、中露光フィールドＭＥＦに照射される露光ビームＩＬが、マスクＭのパターン領域ＰＡ上をＹ軸方向に、例えば矢印の方向にスキャンされる。すなわち、本実施形態では、ＸＹ２次元スキャンの場合も、Ｙスキャンの場合も、露光中マスクテーブルＭＴＢ及びウエハステージＷＳＴは巨視的には静止している。なお、マスクテーブルＭＴＢとウエハステージＷＳＴとを同期して、露光ビームに対してＹ軸方向に走査することで、Ｙスキャン及びＸＹ２次元スキャンにおけるＹ方向スキャンを、行っても良い。この場合、ミラーパネル２１に代えて、Ｘ軸周りにのみ揺動可能な反射ミラーを用いれば良い。勿論、露光ビームと、マスクテーブルＭＴＢ及びウエハステージＷＳＴとを互いに逆向きに走査しても良い。
前記マスクテーブルＭＴＢには、回路パターンなどがそのパターン面（図１における下面）に形成されたマスクＭが、例えば真空吸着により保持されている。これをさらに詳述すると、マスクＭは、図３に一例が示されるように、ガラス基板と、そのガラス基板の一面に形成された所定のサイズ、例えば２６ｍｍ×３３ｍｍの長方形のパターン領域ＰＡ及び該パターン領域ＰＡの周囲の遮光領域ＣＡとを有している。遮光領域ＣＡは、そのパターン領域との境界近傍の一部、例えばパターン領域ＰＡを囲む所定幅の領域を除き、後述するチャッキングエリアとなる。遮光領域ＣＡは、大部分がチャッキングエリアとなるので、以下では、便宜上、チャッキングエリアを、遮光領域ＣＡと同一の符号を用いてチャッキングエリアＣＡと称する。パターン領域ＰＡは、実際には、遮光膜から成り、その内部に光露光装置の解像限界より細い線幅、例えば３２ｎｍのパターンを含む複数のパターン（等倍パターン）が開口部として形成されている。また、遮光領域ＣＡ内のパターン領域ＰＡと境目の部分には、後述するアライメントマークが形成されている。
図１に戻り、マスクテーブルＭＴＢは、支持部材３８に不図示の支持部材を介して吊り下げ状態で固定されている。マスクテーブルＭＴＢは、図４（Ａ）の側面図（＋Ｘ方向から見た図）、及び図４（Ｂ）の底面図（−Ｚ方向から見た図）に示されるように、マスクベースＭＢと、ピンチャックプラテン６６と、平面ボイスコイルモータ（以下、平面ＶＣＭと略記する）６５とを備えている。
マスクベースＭＢは、不図示の支持部材を介して支持部材３８に固定されており、中央部に矩形の開口６８（図４（Ｂ）参照）を有する枠型部材である。開口６８は、マスクＭのパターン領域ＰＡより一回り大きいパターン領域ＰＡと相似の矩形状の開口である。ピンチャックプラテン６６は、ピンチャックホルダであり、マスクベースＭＢと同様に、中央に開口６８を有している。また、ピンチャックプラテン６６の下面（−Ｚ側の面）には、例えばエッチング加工により多数のピン状の突起部（ピン部）が形成され、マスクＭのチャッキングエリアＣＡが、ピンチャックプラテン６６の多数のピン部に圧接した状態で、マスクＭが、ピンチャックプラテン６６に例えば真空吸着によって保持されている。ここで、ピンチャックプラテン６６には、マスクＭを吸着するための真空排気路（不図示）が形成されている。なお、真空吸着に限らず、機械的な手段又は静電吸着により、マスクＭをマスクテーブルＭＴＢに保持させることもできるが、静電吸着による場合は、静電気によるマスクＭのパターンの損傷に注意が必要である。また、本実施形態では、ピンチャックプラテン６６は、フレキシブルな素材、あるいは力を加えたときに変形する（撓む）素材で且つ弾性を備えた素材、例えば膜部材により形成されている。
平面ＶＣＭ６５は、マスクベースＭＢと、ピンチャックプラテン６６との間に、開口６８を囲むように開口６８の外側に配置されている。
上記の説明から明らかなように、本実施形態では、マスクベースＭＢ、ピンチャックプラテン６６及び平面ＶＣＭ６５に、これらを貫通する共通の開口６８が形成されている
平面ＶＣＭ６５は、マスクベースＭＢの下面（−Ｚ側の面）に固定された例えば複数のコイルから成る固定子６２と、該固定子６２に対向するようにその下方に配置された永久磁石を含む複数の可動子６４と、を含む。ここで、平面ＶＣＭ６５は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に加えて、Ｚ軸方向にも電磁力（ローレンツ力）を発生可能な磁気浮上型の平面モータである。この場合、複数の可動子のそれぞれが、電磁力により、Ｘ軸方向、Ｙ軸方及びＺ軸方向に可動であり、厳密に言えば、複数の可動子のそれぞれと対応する固定子６２の一部（固定子６２を構成する一部のコイル）とによって可動子と同数の磁気浮上型の平面モータが構成され、この複数の平面モータによって平面ＶＣＭ６５が構成されている。
平面ＶＣＭ６５の固定子６２を構成する複数のコイルに供給される電流の大きさ及び方向が、主制御装置２０（図１１参照）によって制御される。これにより、複数の可動子６４（平面ＶＣＭ６５）のそれぞれが独立に制御され、ピンチャックプラテン６６の所望の位置が任意の方向に（自在に）微小変形される。
例えば、主制御装置２０は、平面ＶＣＭ６５を用いてピンチャックプラテン６６に、例えば図４（Ｂ）に白塗り矢印で示されるように、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びθｚ方向（Ｚ軸回りの回転方向）の力を加えることができ、これによりピンチャックプラテン６６に吸着されたマスクＭにＸ軸方向のシフト、Ｙ軸方向のシフト、及びＸＹ平面内の回転を生じさせることができる。また、平面ＶＣＭ６５は、パターン領域ＰＡの両側からマスクＭに対してＸ軸方向、Ｙ軸方向の力を加えることができるので、パターン領域ＰＡの両側から互いに反対向きの力を作用させることで、パターン領域の一部又は全部をＸ軸方向及びＹ軸方向に伸縮させることができる。従って、マスクＭのパターン領域ＰＡの歪みを、ある程度補正することが可能になる。
また、主制御装置２０は、平面ＶＣＭ６５の一部の可動子６４を、個別にＺ軸方向に駆動することで、ピンチャックプラテン６６に吸着保持されたマスクＭを平坦度良く保持するのみならず、大まかに撓み変形させる、例えば反らせることは可能である。ただし、マスクＭのパターン領域ＰＡ部分にピンチャックプラテン６６が対向していないので、パターン領域ＰＡの凹凸を正確に補正することは容易ではない。なお、ここでは、平面ＶＣＭ６５の一部の可動子６４を介してマスクＭを変形させるものとしたが、マスクＭを変形させるための構成は、これに限定されるものではない。
図１に戻り、ウエハステージＷＳＴは、不図示の防振機構を介して床面（又はベースプレートなど）上に配置されたベース盤７１上に配置されている。ウエハステージＷＳＴは、ステージ本体９１と、該ステージ本体９１上に固定されたウエハテーブルＷＴＢとを有している。ウエハテーブルＷＴＢ上に、ウエハＷが真空吸着等によって保持されている。
ウエハステージＷＳＴは、ベース盤７１内のコイルアレイ（固定子）２７Ａと、ステージ本体９１の底部に設けられた磁石アレイ（可動子）２７Ｂと、から構成される磁気浮上方式のムービングマグネット型の平面モータによって、６自由度方向（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θｘ（Ｘ軸回りの回転）、θｙ（Ｙ軸回りの回転）、及びθｚの各方向）に駆動される。すなわち、平面モータ（２７Ａ，２７Ｂ）によって、ウエハステージＷＳＴを駆動するウエハステージ駆動系２７（図１１参照）が構成されている。ウエハステージ駆動系２７は、主制御装置２０によって制御される。
ウエハテーブルＷＴＢは、図５に示されるように、本体部５５と一種のピンチャック方式のウエハホルダであるウエハ保持機構５４とを備えている。本体部５５は、平面視で正方形状を有し、上面が開口した箱型部材５６と、その開口部の外周付近を塞ぐ、蓋部材５８とによって構成されている。蓋部材５８は、その中央に後述するリム部の周壁に接する円形の開口５８ａが形成され、外形が本体部５５と同形状の板部材から成る。蓋部材５８の上面の高さは、ウエハテーブルＷＴＢに保持されたウエハＷとほぼ同一の高さになっている。
ウエハ保持機構５４は、箱型部材５６の４つの側壁（周壁）にほぼ内接する状態で箱型部材５６の底面に固定された円環状のリム部５９と、リム部５９の内部に収容された複数のアクチュエータ５１と、これら複数のアクチュエータ５１によって下方から支持されたピンチャック部材（テーブル部）６０とを含む。ピンチャック部材６０は、その上面に、エッチング加工により多数のピンＰが形成されている。ウエハＷは、不図示の真空排気系を介してウエハ保持機構５４のリム部５９の内部の空間が真空とされることで吸着され、その下面が多数のピンＰに支持されている。ピンチャック部材６０は、フレキシブルな素材、あるいは力を加えたときに変形する（撓む）素材で且つ弾性を備えた素材により形成されている。
複数のアクチュエータ５１のそれぞれは、例えば図５に示されるように、リム部５９の内部空間にほぼ均等な間隔で２次元配列された複数のコイル５１ａと、該複数のコイル５１ａのそれぞれに対向して、上部に配置されたコイル５１ａと同一数（複数）の永久磁石５１ｂと、該複数の永久磁石５１ｂのそれぞれの上端とピンチャック部材６０の裏面（下面）とを接続する接続部材５１ｃとを有している。複数の永久磁石５１ｂは、リム部５９の高さ方向中央部にその周縁部が接続された平面視円形の膜部材６１上に設置されている。
アクチュエータ５１は、上述の説明から明らかなように、一種のボイスコイルモータである。アクチュエータ５１は、可動子である永久磁石５１ｂ（及び接続部材５１ｃ）をＺ軸方向に駆動する駆動力を発生する。
ここで、複数のアクチュエータ５１を含んで、図１１に示されるチャック駆動系６３が構成され、該チャック駆動系６３が、主制御装置２０に接続されている。主制御装置２０は、チャック駆動系６３の複数のアクチュエータ５１のそれぞれを独立に（個別に）駆動（制御）してピンチャック部材６０の下面に与える力の分布を作ることにより、ピンチャック部材６０に支持されたウエハＷの表面の凹凸（平坦度）を補正することができる。
なお、この場合、リム部５９の上面の高さは、ピンチャック部材６０の上端とほぼ同程度の高さであり、その上面にウエハＷの外周縁部が載る。なお、アクチュエータ５１は、ＶＣＭに限らず、例えばピエゾ素子などによって構成することも可能である。
ウエハステージＷＳＴの位置情報は、図１に示されるように、ウエハテーブルＷＴＢの端面（側面）に鏡面加工により形成された反射面に測長ビームＩＢを照射する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。このウエハ干渉計システム１８はその少なくとも一部が、支持部材３８から吊り下げ状態で支持されている。
これを更に詳述すると、図６に示されるように、実際には、ウエハテーブルＷＴＢの−Ｘ側の面が反射面１７Ｘとされ、−Ｙ側の面が反射面１７Ｙとされ、これに対応してＸ軸方向位置計測用のレーザ干渉計（Ｘ干渉計）１８Ｘ1，１８Ｘ2、Ｙ軸方向位置計測用のレーザ干渉計（Ｙ干渉計）１８Ｙがそれぞれ設けられている。ウエハステージＷＳＴは、図６において実線で示される位置（例えば露光位置（図６では照明光学系の光軸ＡＸが代表的に示されている））にあるときには、そのＸＹ平面内の位置情報が、干渉計１８Ｘ1、１８Ｙにより計測され、図６において仮想線で示される位置（符号ＷＳＴ’で示される位置、例えばウエハ交換位置）にあるときには、そのＸＹ平面内の位置情報が、干渉計１８Ｘ2、１８Ｙにより計測される。このうち、Ｘ干渉計（１８Ｘ1，１８Ｘ2）及びＹ干渉計１８Ｙの一方、例えばＹ干渉計１８Ｙは、測長軸を複数有する多軸干渉計である。
また、図５では不図示であるが、ウエハ干渉計システム１８は、Ｘ軸方向に離れて配置された一対のＺ干渉計１８Ｚ1，１８Ｚ2（図１１参照）をも備えている。これらのＺ干渉計１８Ｚ1，１８Ｚ2は、ステージ本体９１の−Ｙ側の側面に取り付けられた凹形状の移動鏡の一対の反射面（この一対の反射面は、ＸＺ平面に垂直でかつＸＹ平面に関して対称に傾斜している）のそれぞれにＹ軸に平行な一対の測長ビームを照射し、該移動鏡を介してその一対の測長ビームを、例えば支持部材３８に固定された一対の固定鏡（不図示）のそれぞれに照射する。そして、Ｚ干渉計１８Ｚ1，１８Ｚ2は、それぞれの反射光を受光して、各測長ビームの光路長を計測する。
ウエハ干渉計システム１８が備える各干渉計の計測値は、主制御装置２０に供給される。主制御装置２０は、Ｘ干渉計１８Ｘ1、１８Ｘ2の計測値に基づいて、ウエハステージＷＳＴのＸ位置を計測し、Ｙ干渉計１８Ｙの計測値に基づいて、ウエハステージＷＳＴのＹ位置の他、回転（θｚ方向の回転（ヨーイング）、及びピッチング（θｘ方向の回転））を計測する。また、主制御装置２０は、Ｚ干渉計１８Ｚ1，１８Ｚ2の計測値に基づいて、ウエハステージＷＳＴの４自由度（Ｙ，Ｚ，θｙ，θｚ）方向の位置を算出する。Ｚ干渉計１８Ｚ1，１８Ｚ2及びその計測値に基づく、ウエハステージの位置の算出方法は、例えば、米国特許出願公開第２００９／００４０４８８号明細書に詳細に開示されている。
主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴの駆動（位置制御）に際し、ウエハステージＷＳＴのヨーイング（θｚ方向の回転）として、Ｙ干渉計１８Ｙの計測値から得られる値、及びＺ干渉計１８Ｚ1，１８Ｚ2の計測値から得られる値のいずれかを用いても良いし、両者の平均を用いても良い。また、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴのピッチング（θｘ方向の回転）を、Ｙ干渉計１８ＹとＺ干渉計１８Ｚ1，１８Ｚ2とによる計測値（Ｙ位置）を用いて算出することもできる。
なお、Ｘ干渉計（１８Ｘ1，１８Ｘ2）を多軸干渉計として、ウエハステージＷＳＴのヨーイング（θｚ方向の回転）及びローリング（θｙ方向の回転）の少なくとも一方を計測可能に構成しても良い。また、反射面１７Ｘ，１７Ｙを用いて、ヨーイング（θｚ方向の回転）、ピッチング（θｘ方向の回転）、ローリング（θｙ方向の回転）が計測できる場合には、Ｚ干渉計として、ウエハステージＷＳＴのＺ軸方向のみを計測する干渉計を用いても良い。なお、ウエハ干渉計システム１８の代わり、あるいはウエハ干渉計システム１８とエンコーダシステムを併用してウエハステージＷＳＴの６自由度方向の位置情報を計測しても良い。
主制御装置２０は、上述したウエハステージＷＳＴの位置情報（又は速度情報）に基づいて、ウエハステージ駆動系２７を介してウエハステージＷＳＴの６自由度方向の位置を制御する。
アシストステージＡＳＴは、図１に示されるように、ステージ本体９２と、該ステージ本体９２上に固定されたテーブルＴＢとを含んでいる。アシストステージＡＳＴのステージ本体９２とベース盤７１との間には、前述と同様に、コイルアレイ（固定子）２７Ａとステージ本体９２の底部に設けられた磁石アレイ（可動子）２７Ｃとから成る磁気浮上型の平面モータ（２７Ａ，２７Ｃ）が構成されており、該平面モータ（２７Ａ，２７Ｃ）によって、アシストステージＡＳＴを６自由度方向に駆動可能なアシストステージ駆動系１２７（図１１参照）が構成されている。アシストステージ駆動系１２７は、主制御装置２０によって制御される。ただし、アシストステージＡＳＴは、必ずしも６自由度方向に可動でなくても良く、ＸＹ平面内の３自由度方向に可動であれば良い。アシストステージＡＳＴの位置情報は、アシストステージ干渉計１１８（図１では図示省略、図１１参照）によって計測されている。
アシストステージＡＳＴには、例えば、各種機能部材、例えばマスクＭ上に形成されたアライメントマークの空間像を像面上で計測する空間像計測器８２、マスクテーブルＭＴＢに対してマスクＭをローディングするマスクローディング装置８４、マスクＭに帯電した静電気を除去する静電気除去装置８６、及びマスクに対する異物の付着及びマスクの欠陥の有無を検査するマスク検査装置８８（いずれも図１では図示省略、図１１参照）等が設けられている。
空間像計測器８２としては、例えば米国特許出願公開第２００２／００４１３７７号明細書などに開示されるものと同様の構成のものを用いることができる。また、本実施形態で用いられるマスクＭは、長辺が１００ｍｍ以下の長方形のガラス部材であるから、このマスクＭの搬送が可能な例えば小型のロボットアームなどをマスクローディング装置８４としてアシストステージＡＳＴに設けることができる。また、静電気除去装置８６によるマスクに帯電した静電気の除去については、例えば国際公開第２００２／０４１３７５号に開示されている。マスク検査装置８８としては、例えば小さなスポット状にしたレーザ光をマスクＭ上に照射し、その反射光を受光して本来あるべきパターンか異物かを判断するものを用いることができる。
マスクＭのパターン領域ＰＡのＸ軸方向の両側の端部には、図７に示されるように、それぞれ互いに対を成す位置合わせ用のアライメントマークＭＭＡ及びＭＭＢが、Ｙ軸方向に沿って所定間隔で複数対形成されている。
マスクテーブルＭＴＢの上方には、マスクＭの位置合わせ（アライメント）、又はマスクＭとウエハＷとの相互の位置合わせを行うために、マスクＭの複数対のアライメントマークＭＭＡ及びＭＭＢのそれぞれの上方近傍に、アライメント系ＡＬＡ又はＡＬＢがそれぞれ設けられている。
−Ｘ側の１つのアライメント系ＡＬＡは、図７に示されるように、マスクテーブルＭＴＢの上方で、マスクＭのパターン領域の−Ｘ側の僅かに外側の位置（マスクＭのパターン面には、この位置にアライメントマークＭＭＡが形成されている）にＸＹ平面及びＹＺ平面のそれぞれに対して４５度傾斜して配置されたダイクロイックミラー１１Ａ、該ダイクロイックミラー１１Ａの−Ｘ側に配置された第１対物レンズ１２Ａ等を含む。ダイクロイックミラー１１Ａは、コリメータレンズ３２を透過した露光ビームＩＬを透過させ、後述するアライメント光は反射する波長選択性を有している。
アライメント系ＡＬＡは、さらに、アライメント用の光源８Ａ、照明リレーレンズ９Ａ、ハーフミラー７Ａ、第２対物レンズ１３Ａ、及び撮像素子１４Ａ等を備えている。アライメント用の光源８Ａとしては、露光ビームＩＬとは波長域の異なるウエハＷ上のフォトレジストに対して非感光性のアライメント光（例えば波長５００ｎｍ以上の光）を発生する例えばハロゲンランプ、ＬＥＤ、又はＨｅ−Ｎｅレーザ光源等が使用される。
アライメント系ＡＬＡにおいて、アライメント時には、光源８Ａから射出されたアライメント光ＡＬ１は、照明リレーレンズ９Ａ、ハーフミラー７Ａ、第１対物レンズ１２Ａ及びダイクロイックミラー１１Ａを介してマスクＭのアライメントマークＭＭＡ及びウエハＷ上を照明する。
アライメントマークＭＭＡからの反射光（ウエハＷ上にアライメントマークが在る場合には、ウエハＷ上のアライメントマークからの反射光を含む）が、ダイクロイックミラー１１Ａ、第１対物レンズ１２Ａ、ハーフミラー７Ａ、及び第２対物レンズ１３Ａを介して撮像素子１４Ａの撮像面上に、アライメントマークＭＭＡ（及びウエハＷ上のアライメントマーク）の像を結像する。
＋Ｘ側の１つのアライメント系ＡＬＢは、光源８Ｂ、照明リレーレンズ９Ｂ、ハーフミラー７Ｂ、ダイクロイックミラー１１Ｂ、第１対物レンズ１２Ｂ、第２対物レンズ１３Ｂ、及び撮像素子１４Ｂを含み、上述のアライメント系ＡＬＡと左右対称であるが同様に構成されている。光源８Ｂからのアライメント光ＡＬ２のもとで、マスクＭ上のアライメントマークＭＭＢ（更に場合によってウエハＷ上のアライメントマーク）の像が撮像素子１４Ｂの撮像面に結像される。
上記複数対のアライメント系ＡＬＡ、ＡＬＢの検出領域ＭＡＡ、ＭＡＢは、図８に示されるように、マスクＭ上のアライメントマークＭＭＡ及びＭＭＢの配置に対応して、その配置が定められている。マスクＭ上には、図８に示されるように、マスクＭのパターン領域ＰＡの中心、すなわちマスクセンタＣＣから−Ｘ側及び＋Ｘ側にそれぞれ等距離離れた位置に一対のアライメントマーク（以下、便宜上、適宜アライメントマークＭＭＡ1及びＭＭＢ1と表記する）が形成され、この一対のアライメントマークＭＭＡ1及びＭＭＢ1の＋Ｙ側及び−Ｙ側に、それぞれ複数対、例えば２対のアライメントマークＭＭＡ及びＭＭＢが等間隔で配置されている。複数対のアライメント系ＡＬＡ、ＡＬＢのそれぞれからの検出信号は、主制御装置２０に供給される（図１１参照）。
複数対のアライメント系ＡＬＡ、ＡＬＢのダイクロイックミラー１１Ａ、１１Ｂのそれぞれとコリメータレンズ３２との間には、コリメータレンズ３２を介してダイクロイックミラー１１Ａ，１１Ｂに至る露光ビームＩＬの光路を開閉するシャッタ２５Ａ、２５Ｂが、配置されている。シャッタ２５Ａ、２５Ｂの開閉は、主制御装置２０によって行われる（図１１参照）。すなわち、後述するマスクＭの位置合わせ後、ウエハＷ上にマスクＭのパターンとともに、マスクＭ上のアライメントマークＭＭＡ及びＭＭＢをも転写する必要がある場合には、主制御装置２０は、シャッタ２５Ａ、２５Ｂを開いた状態で、マスクＭを用いて後述するようにしてプロキシミティ方式の露光を行う。一方、マスクＭの位置合わせ後、ウエハＷ上にマスクＭのパターンのみを転写する必要がある場合（マスクＭ上のアライメントマークＭＭＡ及びＭＭＢを転写しない場合）には、主制御装置２０は、シャッタ２５Ａ、２５Ｂを閉じ、この状態で、マスクＭを用いて後述するようにしてプロキシミティ方式の露光を行う。このように、シャッタ２５Ａ，２５Ｂは、これを開閉することで、マスクＭのアライメントマークのウエハＷ上への転写、非転写を簡単に切り替えるために用いられる。
本実施形態では、さらに、ボディＢＤの支持部材３８の下面に、図１に示されるように、露光位置から−Ｙ方向に所定距離離れた位置に、一対の基板表面情報計測装置（以下、表面情報計測装置と略記する）５０ａ，５０ｂが、Ｙ軸方向に所定間隔で設置されている。表面情報計測装置５０ａ，５０ｂは、図９に表面情報計測装置５０ａを代表適に取り上げて斜視図にて示されるように、Ｘ軸方向に沿って配列された多数のセンサモジュール（センサユニット又はセンサ機構）ＳＲ1、ＳＲ2、ＳＲ3、……、ＳＲｎを含んでいる。
これらセンサモジュールＳＲ1、ＳＲ2、ＳＲ3、……、ＳＲｎのそれぞれは、そのうちの１つのセンサモジュールＳＲ1を代表的に採り上げて示される図１０（Ａ）からわかるように、支持部材３８の下面に固定された土台４４と、該土台４４の下面にその上端が固定された、＋Ｘ方向から−Ｘ方向に見て、略逆Ｚ字状の形状を有する板ばね４６と、該板ばね４６の下端に固定された浮上体４８と、該浮上体４８の上面に対向して土台４４の下面に設けられ、浮上体４８の上面との間のギャップを計測する静電容量センサ４３とを含んでいる。
更に、センサモジュールＳＲ1は、浮上体４８を所定高さ（所定のＺ位置）で保持するための保持機構５２を含んでいる。この保持機構５２は、土台４４の下面に固定されたコイルを含む電磁石（ソレノイド）５２ａと、該電磁石５２ａに対してＺ軸方向に対向した位置で、浮上体４８の上面に固定された磁性体部材５２ｂと、を含む。この保持機構５２によると、電磁石５２ａを構成するコイルに電流が供給されると、図１０（Ａ）に示されるように電磁石５２ａと磁性体部材５２ｂとの間に磁気的吸引力が生じて、浮上体４８が所定高さで保持されるようになっており、その一方で、電磁石５２ａを構成するコイルへの電流の供給が停止されると、図１０（Ｂ）に示されるように、磁気的吸引力（浮上体４８を保持する保持力）が解除され、浮上体４８が、その自重によって下方（−Ｚ方向）に移動する（下降する）。
前記浮上体４８は、例えば、ステンレスなどから構成されており、図１０（Ｂ）に示されるようにウエハＷ表面に接触した状態にあるときに、ウエハＷが一定速度（速度Ｖとする）で移動すると、図１０（Ｃ）に示されるように、そのウエハＷの移動により発生する気流の動圧により、所定距離（距離Ｌとする）だけ浮上する。なお、浮上体４８の下面（−Ｚ側面）の−Ｙ側端部には、面取り部４８ａが設けられており、これにより、ウエハＷの上面と浮上体４８の下面との間に気流が形成されやすくなっている。
このように構成されるセンサモジュールＳＲ1によると、ウエハＷが所定速度で移動すると、その速度に応じた距離だけ浮上体４８が浮上するので、その速度を例えば速度Ｖに維持することにより、ウエハＷと浮上体４８との間の距離を一定（距離Ｌ）に維持することが可能である。したがって、ウエハの表面の凹凸に応じて浮上体４８の高さ位置（Ｚ軸方向位置）が変化するので、静電容量センサ４３を用いて浮上体４８の上面の位置を計測することにより、実質的にウエハＷの表面の位置情報を計測することができる。
図９に戻り、その他のセンサモジュールＳＲ2、ＳＲ3、……ＳＲｎも上記センサモジュールＳＲ1と同様に構成されている。以下においては、説明の便宜上、センサモジュールＳＲ2、ＳＲ3、……ＳＲｎを用いた説明を行なう場合にも、上記符号と同一の符号を用いて説明するものとする。なお、各センサモジュールＳＲｉ（ｉ＝１〜ｎ）の浮上体４８のＸ軸方向の幅が例えば５ｍｍであり、ウエハＷが直径３００ｍｍである場合には、センサモジュールは、Ｘ軸方向に沿って約６０個配列される、すなわちｎ＝６０となる。
表面情報計測装置５０ｂは、配置位置が異なるが、表面情報計測装置５０ａと同様に構成されている。表面情報計測装置５０ａが、図６に示されるように、Ｘ干渉計１８Ｘ2の測長軸上にほぼ一致してそのＹ位置が定められているのに対して、この位置より所定距離＋Ｙ側の位置に表面情報計測装置５０ｂは配置されている。
上述のように構成される本実施形態の表面情報計測装置５０ａ、５０ｂの使用方法等については、後述する。
さらに、本実施形態では、ウエハステージＷＳＴ上にも、図１及び図１１に示されるように、表面情報計測装置５０ａ、５０ｂと同様に構成されたマスク表面情報計測装置５０ｃが設けられている。マスク表面情報計測装置５０ｃは、ウエハテーブルＷＴＢの＋Ｙ側の端部に固定され、ウエハステージＷＳＴのＹ軸方向の移動の際に、マスクＭの表面情報（凹凸情報）を計測するために用いられる。
図１１には、本実施形態の露光装置１００の制御系を中心的に構成する主制御装置２０の入出力関係が、ブロック図にて示されている。主制御装置２０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等から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。
次に、上記のように構成される本実施形態の露光装置１００の一連の動作を説明するが、それに先だって、本実施形態で採用されている、近接場光を用いた露光（以下、適宜、近接場光露光と称する）、及びウエハ上の複数層のレジストを現像する過程で、所定のレジストの感光部の表面近傍にケイ素（Ｓｉ）を付着させるシリル化（silylation）について説明する。本実施形態では、そのシリル化を所定のレジストの感光部の現像液に対する耐性を向上させるために用いる。かかる目的のシリル化については、例えば国際公開第２０１０／０３００１８号（対応米国特許出願公開第２０１０／００６８６６０号明細書）に詳細に開示されている。
以下の説明で使用する図１２（Ａ）〜図１２（Ｅ）は、パターン形成の一連の工程中のウエハＷ表面の一部の拡大断面図である。なお、図１２（Ｂ）では、マスクＭも併せて図示されている。また、ウエハＷ上に一例としてラインアンドスペースパターン（Ｌ／Ｓパターン）が形成されるものとし、該Ｌ／Ｓパターンの周期方向をＸ軸方向として、ウエハＷ表面の法線方向をＺ軸方向としている。
先ず、不図示の薄膜形成装置を用いて、半導体ウエハよりなるウエハＷの表面にパターン形成用の薄膜（不図示）を形成する。次に、そのウエハＷを不図示のコータ・デベロッパに搬送して、図１２（Ａ）に示されるように、ウエハＷ表面にシリル化しない通常のポジレジスト４を所定の厚さ（例えば０〜２００ｎｍ程度）塗布する。続いて、ポジレジスト４の上に、低感度で（必要露光量が大きい）且つシリル化する特性を有するネガレジスト（ネガ型シリル化レジスト）３を所定の厚さ（例えば１０ｎｍ程度）塗布する。なお、ウエハＷ上にポジレジスト４を塗布した後、及び／又はさらにネガレジスト３を塗布した後で、必要に応じてウエハＷのプリベークを行うようにしても良い。
次に、２層のレジスト（３，４）が塗布されたウエハＷを露光装置１００のウエハステージＷＳＴ上に搬送し、ウエハＷの各ショット領域にマスクＭのＬ／Ｓパターンを近接場光を用いて露光転写する。この場合、図１２（Ｂ）に示されるように、マスクＭに露光ビームＩＬが照射され、マスクＭのパターン領域の遮光膜６に形成された開口部（Ｌ／Ｓパターン）から近接場光ＥＬが染み出し、該近接場光ＥＬによってウエハＷ上のネガレジスト３が露光される。この結果、図１２（Ｃ）に示されるように、ネガレジスト３の開口部に対向する部分のみが感光部３Ａとなる。
次に、露光後のウエハＷを露光装置１００からコータ・デベロッパに搬送し、必要に応じて定在波効果軽減のために、ウエハＷに対して現像前ベークであるＰＥＢ（post-exposure bake）を行う。
次に、ウエハＷ上のネガレジスト３の感光部３Ａのシリル化を行うために、図１２（Ｄ）に示されるように、ウエハＷのネガレジスト３及びポジレジスト４の表面に、ケイ素（Ｓｉ）を含む例えばＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン：Haxamethyldisilazane）のようなシリル化ガスＳＧを約１５０°Ｃの温度で流し、ウエハＷを加熱する。この結果、図１２（Ｄ）に示されるように、ネガレジスト３の感光部３Ａの表面だけに、高エッチング耐性のケイ素を含む材料が付着したシリル化部３Ｓが形成される。
次に、図１２（Ｅ）に示されるように、ウエハＷ上のネガレジスト３及びポジレジスト４に対して、感光部３Ａ以外の部分を次第に脱落させるための現像（エッチング）を行う。この工程はネガレジスト３（シリル化されていない部分）及びポジレジスト４を溶解する液体（以下、溶解液体と呼ぶ）を噴き付けることによって行われるため、ドライ現像又はレジストのエッチング（ネガレジストとポジレジストの両方を除去するエッチング）とも呼ぶことができる。
すなわち、ウエハＷの上方にあるノズル（不図示）から、溶解液体をウエハＷに対して下方（−Ｚ方向）に所定時間噴き付ける。この場合、ネガレジスト３の感光部３Ａの表面にはシリル化部３Ｓが形成されているため、感光部３Ａは確実に残される。そのドライ現像によって、図１２（Ｅ）に示されるように、ネガレジスト３の感光部３Ａの間の部分（ネガレジスト３の非感光部及びその下のポジレジスト４）が完全に脱落した時点でこのドライ現像を停止する。ウエハＷ上には、ポジレジスト４で嵩上げされたネガ型のレジストパターンが残される。
なお、ネガレジスト３の感光部３Ａの現像液に対する耐性を増すためには、シリル化以外のプロセスを用いても良い。
また、本実施形態では、現像として、ポジレジストとネガレジストの両方に作用するエッチングであるドライ現像を行っている。その代わりに、ネガレジスト３だけに対して作用する現像（プラズマ状の現像液を噴き付ける異方性のドライ現像）を行っても良い。この場合には、現像後に、ポジレジスト４の非感光部が残されるため、非感光部のみを剥離する工程を実行することが好ましい。
なお、上で説明したパターン形成の一連の工程（プロセス）は一例であって、このような特殊なプロセスに限らず、他のプロセス、例えばレジストのシリル化などを伴わない通常（従来通りの）のプロセスでも良い。
また、本実施形態では、ウエハＷ上に１次元のＬ／Ｓパターンを転写しているが、ウエハＷ上にＸ方向、Ｙ方向に周期性を持つ２次元のＬ／Ｓパターンを転写しても良い。この場合には、最終的にウエハＷ上に２次元の微細なパターンを形成できる。
次に、本実施形態の露光装置１００で行われる一連の動作について説明する。
図１３（Ａ）には、ウエハテーブルＷＴＢ上に載置されたウエハに対する露光が終了し、ウエハ交換位置（本実施形態では、露光済みのウエハをウエハテーブルＷＴＢからアンロードするとともに、次の露光対象であるウエハＷをウエハテーブルＷＴＢ上にロードする位置）にウエハテーブルＷＴＢが位置決めされ、新たなウエハＷがロードされた状態が示されている。この状態においては、図１３（Ａ）から分かるように、ウエハＷと表面情報計測装置５０ａの各センサモジュールＳＲｉ（ｉ＝１〜ｎ）を構成する浮上体４８とは、対向していない。このとき、表面情報計測装置５０ａの各センサモジュールＳＲｉ（ｉ＝１〜ｎ）を構成する浮上体４８は、ウエハテーブルＷＴＢの上面と対向している。この状態では、各センサモジュールＳＲｉの保持機構５２の電磁石５２ａ（コイル）に、電流が供給されており、各センサモジュールＳＲｉの浮上体４８の高さは、図１０（Ａ）に示される高さに設定されている。なお、ここではウエハ交換位置でウエハのアンロード及びロードが行われるものとしたが、これに限らず、露光済みのウエハをウエハテーブルＷＴＢからアンロードする位置と、次の露光対象であるウエハＷをウエハテーブルＷＴＢ上にロードする位置とは、異なっていても良い。
また、このとき、表面情報計測装置５０ｂの各センサモジュールＳＲｉ（ｉ＝１〜ｎ）を構成する浮上体４８もウエハＷ（及びウエハテーブルＷＴＢ）と対向しておらず、表面情報計測装置５０ｂの各センサモジュールＳＲｉの浮上体４８の高さは、図１０（Ａ）に示される高さに設定されている。
なお、表面情報計測装置５０ａ、５０ｂは、ウエハＷの表面情報の計測に先立って、各センサモジュール間の計測誤差を検出するため、例えば平坦度が保障された基板（スーパーフラットウエハなど）をウエハテーブルＷＴＢ上に載置し、表面情報計測装置５０ａ，５０ｂのそれぞれによるその基板の計測結果を用いて、各静電容量センサ間のキャリブレーションを行っておくこととしても良い。このとき、ウエハ干渉計システム１８によるウエハテーブルＷＴＢの傾斜情報（θｘ方向の回転，θｙ方向の回転）を用いて、例えば計測前にその較正用の基板をＸＹ平面と平行に設定する、あるいはその計測結果を補正するようにしても良い。また、ウエハ干渉計システム１８の計測値（Ｚ位置情報）と各センサモジュールの計測値との対応付けも行われている。
主制御装置２０は、この状態から、干渉計１８Ｘ2、１８Ｙの計測結果に基づいて、ウエハステージ駆動系２７により、ウエハステージＷＳＴを所定速度Ｖで＋Ｙ方向に等速駆動する。そして、ウエハＷと表面情報計測装置５０ａの一部のセンサモジュールの浮上体４８とが対向した状態（図１３（Ｂ）では、複数のセンサモジュールのうち、ウエハＷと対向したセンサモジュールが黒塗りされている）で、主制御装置２０は、この一部のセンサモジュールを構成する保持機構５２の磁気的吸引力（保持力）を解除する。なお、ここでは複数の浮上体４８がウエハＷと対向した時点で保持機構５２による浮上体４８の保持を解除するものとしたが、これに限られるものではなく、ウエハＷと対向した浮上体４８から順にその保持を解除しても良い。また、例えば、ウエハテーブルＷＴＢ上でその表面とウエハＷの表面とがほぼ一致するようにウエハＷが載置される場合、ウエハテーブルＷＴＢと対向した後に、全ての浮上体の保持を一斉に解除する、あるいは中央付近に配置される浮上体から順にその保持を解除することとしても良い。このとき、浮上体４８の保持の解除を、ウエハＷと対向した時点で行っても良いし、あるいはその直前に行っても良い。
このような保持力の解除を行うことにより、それらのセンサモジュールの浮上体４８は、自重により図１０（Ａ）の状態から図１０（Ｂ）の状態に移ろうとするが、ウエハＷは既に所定速度Ｖで等速移動しているので、浮上体４８の下面とウエハＷ上面との間に発生する気流の動圧により、浮上体４８がウエハＷに対して所定距離Ｌだけ浮上した状態が維持されるようになっている（図１０（Ｃ）参照）。
主制御装置２０は、図１３（Ｂ）において黒塗りされたセンサモジュールを用いて、浮上体４８の上面と静電容量センサ４３との間のギャップを検出する。そして、主制御装置２０は、該検出結果（ウエハＷの表面情報（各検出点のウエハＷ表面のＺ位置（面位置）情報））を、干渉計１８Ｘ2、１８Ｙの値と対応付けてマッピングする。ここで、静電容量センサ４３の計測結果は、ウエハステージＷＳＴのＺ軸方向の位置と、姿勢（ローリング及びピッチング）による影響を受けているおそれがある。そこで、本実施形態においては、各計測結果を、その計測時点におけるウエハ干渉計システム１８の計測値に基づいて補正する。すなわち、静電容量センサ４３による計測結果を変動させる変動要因を考慮して、ウエハ表面のＺ位置情報の分布を計測する。以下においても同様である。
一方、図１３（Ｂ）の状態では、表面情報計測装置５０ｂの各センサモジュールＳＲｉ（ｉ＝１〜ｎ）を構成する浮上体４８はウエハＷと対向しておらず、対向する直前でもない。
マッピングの開始後、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴが＋Ｙ方向に移動するのと並行して、マッピング結果（表面情報計測装置５０ａによる計測結果）に基づき、チャック駆動系６３を介してマッピング終了部分についてウエハＷの表面の凹凸（平坦度）の補正動作を開始する。
その後は、図１３（Ｃ）に示されるように、ウエハステージＷＳＴが＋Ｙ方向に移動するのに伴って、ウエハＷと対向する表面情報計測装置５０ａのセンサモジュールが増加するので、主制御装置２０は、対向するセンサの保持機構５２の保持力を解除する。なお、この間においても、所定のサンプリング間隔で、各センサモジュールを用いた計測、及びその計測結果（ウエハＷの表面情報のマッピング結果）に基づくウエハＷの表面の凹凸（平坦度）の補正動作が行われている。
このようにして、図１４に示される位置まで、ウエハステージＷＳＴが＋Ｙ方向に移動すると、表面情報計測装置５０ｂの一部のセンサモジュールを構成する浮上体４８がウエハＷと対向するようになる。そこで、主制御装置２０は、その浮上体４８の保持の解除を、ウエハＷと対向した時点、あるいはその直前に行い、表面情報計測装置５０ｂによるウエハＷの表面情報の計測、すなわちウエハＷの表面の凹凸（平坦度）の補正結果の確認動作を開始する。そして、確認の結果、平坦度が補正されていない部分があれば、主制御装置２０は、直ちにその部分についてのウエハＷの表面の凹凸（平坦度）の再度の補正を行う。
このようにして、主制御装置２０は、図１５（Ａ）に示される位置までウエハステージＷＳＴが移動する間、ウエハＷの表面情報の計測に用いられる表面情報計測装置５０ａのセンサモジュールを増加させつつ、上述のウエハＷの表面情報のマッピング、該マッピング結果に基づくウエハＷの表面の凹凸（平坦度）の補正動作、並びに表面情報計測装置５０ｂを用いたウエハＷの表面の凹凸（平坦度）の補正結果の確認動作（及び必要なウエハＷの表面の凹凸（平坦度）の再度の補正動作）を、行う。
そして、図１５（Ａ）の状態以降は、図１５（Ｂ）、図１５（Ｃ）に示されるように、ウエハＷと対向しない表面情報計測装置５０ａのセンサモジュールが徐々に増える。このため、主制御装置２０は、図１５（Ａ）に示される状態以降は、ウエハＷの表面情報の計測に用いられる表面情報計測装置５０ａのセンサモジュールを減少させつつ、上述のウエハＷの表面情報のマッピング、該マッピング結果に基づくウエハＷの表面の凹凸（平坦度）の補正動作、並びに表面情報計測装置５０ｂを用いたウエハＷの表面の凹凸（平坦度）の補正結果の確認動作（及び必要なウエハＷの表面の凹凸（平坦度）の再度の補正動作）を、行う。この際、主制御装置２０は、ウエハＷと対向しなくなった表面情報計測装置５０ａのセンサモジュール（又はウエハＷと対向しなくなる直前のセンサモジュール）の保持機構５２（電磁石５２ａのコイル）への電流の供給を開始し、それらのセンサモジュールを構成する浮上体４８を所定高さ（図１０（Ａ）に示される高さ）で保持するようにする。
以上のようにして、ウエハＷのほぼ全面にわたる、表面情報の計測（マッピング）、該マッピング結果に基づくウエハＷの表面の凹凸（平坦度）の補正動作、並びに表面情報計測装置５０ｂを用いたウエハＷの表面の凹凸（平坦度）の補正結果の確認動作（及び必要なウエハＷの表面の凹凸（平坦度）の再度の補正動作）が行われる。なお、上述の説明では、ウエハＷの表面情報の計測に用いられる表面情報計測装置５０ａのセンサモジュールの増減及びこれに伴うセンサモジュールを構成する保持機構５２への電流の供給の停止、開始（浮上体４８の高さ方向の位置の切り替え）について説明したが、表面情報計測装置５０ｂについても、ウエハＷの表面情報の計測に用いられるセンサモジュールの増減及びこれに伴うセンサモジュールを構成する保持機構５２への電流の供給の停止、開始（浮上体４８の高さ方向の位置の切り替え）が、上記と同様にして行われる。
上記のウエハＷの表面情報の計測（マッピング）、該マッピング結果に基づくウエハＷの表面の凹凸（平坦度）の補正動作、並びに表面情報計測装置５０ｂを用いたウエハＷの表面の凹凸（平坦度）の補正結果の確認動作に引き続いて、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴを、露光位置まで＋Ｙ方向にさらに移動する。
この場合、ウエハＷのほぼ全面にわたる、表面情報の計測（マッピング）が終了した後で、かつ表面情報計測装置５０ｂを用いたウエハＷの表面の凹凸（平坦度）の補正結果の確認動作が終了する前の所定の時点で、干渉計１８Ｘ2からの測長ビームがウエハテーブルＷＴＢの反射面に当たらなくなるので、主制御装置２０は、干渉計１８Ｘ2と干渉計１８Ｘ1とが同時にウエハテーブルＷＴＢの反射面に当たっている状態で、干渉計の繋ぎ動作を行っている。
本実施形態では、主制御装置２０は、上述したウエハＷの表面情報の計測（マッピング）のため、ウエハステージＷＳＴが、＋Ｙ方向に移動する際に、この表面情報の計測（マッピング）が開始されるのに先立って、マスク表面情報計測装置５０ｃを用いて、マスクＭの表面情報（凹凸情報）の計測を、行っている。マスクＭの表面情報（凹凸情報）の計測結果は、主制御装置２０により不図示のメモリに格納される。
マスクＭの表面情報（凹凸情報）の計測は、上述したウエハＷの表面情報の計測と同様にして行われるが、その計測時に、マスク表面情報計測装置５０ｃの複数のセンサモジュールが備える電磁石が、浮上体の自重を支持する磁気的な斥力を発生している点が異なる。なお、マスクＭの表面情報（凹凸情報）の計測は、ウエハステージＷＳＴがローディングポジションに戻る際に、行われても良い。
主制御装置２０は、上述のウエハステージＷＳＴの＋Ｙ方向の移動に連続して、ウエハＷ上の第１ショット領域に対する露光を行うため、その第１ショット領域がマスクＭのほぼ直下に位置する位置に、ウエハステージＷＳＴを位置決めする。ここでは、ウエハＷ上の複数のショット領域に既に形成されたパターンに重ね合わせてマスクＭのパターンを転写するものとする。この場合、主制御装置２０は、前述した手順で、一対のアライメント系ＡＬＡ、ＡＬＢ及び平面ＶＣＭ６５を用いて、マスクＭの位置合わせを行うとともに、前述したマスクＭの位置合わせに用いられた一対のアライメント系ＡＬＡ、ＡＬＢの計測結果に基づいて、ウエハステージＷＳＴを微少駆動することで、マスクＭとウエハＷ上の第１ショット領域との位置合わせ（アライメント）を行う。
そして、位置合わせ後、前述した複数対のアライメント系ＡＬＡ、ＡＬＢを用いて、それぞれのアライメント系の検出領域内にあるウエハＷ上のアライメントマークと、マスクＭ上のアライメントマークとを同時に計測することで、マスクＭのパターン領域の歪みと、ウエハＷ上のショット領域に形成された下地パターンの歪みとの差（両者間の歪みのずれ）を求める。ここで、下地パターンとは、ウエハＷ上に予め形成されたパターンであって、その上にマスクＭに形成されたパターンが重ね合わせて転写形成される下地となるパターンを意味する。
そして、主制御装置２０は、前述したＸＹスキャン露光用の小露光フィールドＳＥＦ、Ｙスキャン露光用の中露光フィールドＭＥＦ及び一括露光用のショット全面露光フィールドＬＥＦのいずれかを、オペレータの指定、又は要求される露光精度に応じて、設定する。そして、主制御装置２０は、設定した露光フィールドに対応する方式で、前述した近接場光を用いた露光を行い、マスクＭのパターンを、ウエハＷ上の第１ショット領域に、重ね合わせて転写する。この際、主制御装置２０は、上で求めたマスクＭのパターン領域の歪みと、ウエハＷ上のショット領域に形成された下地パターンの歪みとの差の情報に基づいて、その差を極力小さくするように、ウエハステージＷＳＴを、Ｘ、Ｙ、θｚ方向に微少駆動（特に、ＸＹスキャン露光又はＹスキャン露光の場合、露光ビームＩＬの進行に応じて駆動方向及び／又は駆動量を連続的に変更する）して、マスクＭのパターンとウエハＷ上の第１ショット領域に形成された下地パターンとの重ね合わせを最適化する。この重ね合わせの最適化は、露光フィールド単位で行われる。
例えば、マスクＭのパターン領域ＰＡに図１６（Ａ）に実線で示されるような歪みがあり、ウエハＷ上の下地パターンＢＰに図１６（Ｂ）に実線で示されるような歪みがあるときを考える。この場合に、ショット全面露光フィールドＬＥＦの設定の下での一括露光時に、上述の重ね合わせの最適化を行った場合には、露光フィールド内（この場合、ショット領域内）で図１６（Ｃ）にハッチングで示されるようなマスクＭのパターンと下地パターンとの重ね合わせが実現される。一方、ＸＹスキャン露光用の小露光フィールドＳＥＦの設定の下での、ＸＹスキャン露光時に、上述の重ね合わせの最適化を行った場合には、小露光フィールドＳＥＦ内で図１６（Ｄ）にハッチングで示されるようなマスクＭのパターンと下地パターンとの重ね合わせが実現される。これより、露光フィールドが小さいほどきめ細かく制御可能で、重ね合わせ精度が向上することがわかる。
また、特に、ＸＹスキャン露光又はＹスキャン露光を行う場合、主制御装置２０は、露光中に、露光フィールド内における像面の最適化を、次のようにして行っている。すなわち、マスクＭは、マスクテーブルＭＴＢになるべく平坦になるようにチャックされているが、完全にはフラットではない。ただし、マスクＭのパターン面の表面情報は前述のようにこの時点では計測済みである。そこで、主制御装置２０は、図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）に示されるように、露光ビームＩＬの進行とともに、その露光ビームＩＬが照射されている露光フィールド内では、マスクＭのパターン面とウエハＷ上のレジスト表面との間のギャップＧが、極力一定でかつ互いに平行になるように、マスクＭのパターン面の表面情報及びウエハ干渉計システム１８の計測値に基づいて、ウエハステージ駆動系２７を介してウエハステージＷＳＴをＺレベリング駆動する。
そして、ウエハＷ上の第１ショット領域に対する露光が終了すると、主制御装置２０は、ウエハＷ上の第２ショット領域を、マスクＭの真下に位置させるべく、ウエハステージＷＳＴをＸ軸方向（又はＹ軸方向）に所定のステッピング距離だけ移動するショット間ステッピングを行う。このとき、本実施形態では、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴとマスクＭとの少なくとも一方を、Ｚ軸方向に所定量駆動して、マスクＭのパターン面とウエハＷ上のレジスト表面との間のギャップＧを広げる。この理由は、次の通りである。近接場光を用いた露光には、パターンの線幅と同レベルのギャップＧの制御が必要、換言すれば本実施形態では、そのようなギャップの制御が、上述のウエハステージＷＳＴをＺレベリング駆動により実現されている。このため、露光時のまま、ウエハステージＷＳＴのショット間ステッピングを行うと、マスクＭとウエハＷとが干渉するおそれがあるので、これを確実に回避するために、ショット間ステッピングの際には、ギャップＧを一旦広げることにしたものである。
ウエハステージＷＳＴのショット間ステッピング後、ウエハＷ上の第２ショット領域がマスクＭのほぼ直下に位置決めされると、前述と同様にマスクＭとウエハＷ上の第２ショット領域との位置合わせ（アライメント）を行う。ただし、マスクＭとウエハＷ上の第１ショット領域との位置合わせに先立って、マスクＭの位置合わせは終了しているので、主制御装置２０は、前述の一対のアライメント系ＡＬＡ、ＡＬＢの計測結果に基づいて、ウエハステージＷＳＴを微少駆動することで、マスクＭとウエハＷ上の第２ショット領域との位置合わせ（アライメント）を行う。マスクＭとウエハ上の第３ショット領域以後のショット領域との位置合わせの場合も同様である。
そして、前述と同様に、複数対のアライメント系ＡＬＡ、ＡＬＢを用いて、マスクＭのパターン領域の歪みと、ウエハＷ上のショット領域に形成された下地パターンの歪みとの差（両者間の歪みのずれ）を求めた後、ウエハＷ上の第２ショット領域にマスクＭのパターンを転写すべく、前述と同様にして露光を行う。
以降、上記と同様に、ショット間ステッピング、アライメント（マスクＭのパターン領域の歪みと、ウエハＷ上の下地パターンの歪みとの差の計測を含む）及び露光を、順次繰り返して、ステップ・アンド・リピート方式で、ウエハＷ上の第３ショット領域以降のショット領域にマスクＭのパターンを転写する。
そして、ウエハＷ上の全ショット領域に対する露光が終了した段階で、主制御装置２０は、再び図１３（Ａ）に示される位置にウエハステージＷＳＴを移動し、ウエハＷのアンロード及び新たなウエハのロードを行った後、前述と同様にして、新たなウエハのＺ位置情報の分布の計測及び凹凸の補正、アライメント動作、及び露光動作等を順次実行する。
ここで、複数枚のウエハＷに対して、連続して上述した露光動作を繰り返すと、マスクＭの熱変形に起因してマスクのパターン領域に歪みが生じることがある。そこで、主制御装置２０は、所定のインターバル、例えば所定枚数のウエハＷの露光が終了する毎に、前述のアシストステージＡＳＴに設けられた空間像計測器８２を用いて、マスクＭのパターン領域の歪みを計測し、次の露光が開始されるまでの間に、平面ＶＣＭ６５を用いてその歪みを補正している。
そして、補正しきれなかったマスクＭの歪み成分に起因する重ね合わせ誤差をも、前述のマスクＭのパターンと下地パターンとの重ね合わせの最適化の際に補正（除去）している。
しかるに、本実施形態では、露光中も、複数対のアライメント系ＡＬＡ、ＡＬＢを用いて、それぞれのアライメント系の検出領域内にあるマスクＭ上のアライメントマークと、ウエハＷ上のアライメントマークとを同時に計測できる。従って、主制御装置２０は、露光中も、その計測を継続しつつ、平面ＶＣＭ６０を用いてマスクＭのパターン領域の歪みの補正及び上記の重ね合わせの最適化を行うこともできる。
また、本実施形態では、上述の如く、主制御装置２０が、ショット間ステッピングの際に前述のギャップＧを一旦広げることで、マスクＭとウエハＷとが干渉するのを回避している。これに加えて、図１８（Ａ）及びこの図１８（Ａ）中の円内を拡大して模式的に示す図１８（Ｂ）に示されるように、ウエハＷに全体的に断面円弧状の上側凸の反りが生じるように、ピンチャック部材（テーブル部）６０にウエハＷを保持させる際、又はその後に、ピンチャック部材（テーブル部）６０を複数のアクチュエータ５１を介して変形させるとともに、マスクＭに全体的に断面円弧状の下側凸の反りが生じるように、ピンチャックプラテン６６にマスクＭを保持させる際、又はその後に、ピンチャックプラテン６６を平面ＶＣＭ６０を介して変形させることとしても良い。これにより、一例として図１８（Ｂ）に示されるようにマスクＭとウエハＷとは、露光フィールド（露光ビームＩＬの照射領域）内の部分のみが、近接し、他の部分は互いに離れた状態にすることができ、より確実に、マスクＭとウエハＷとの干渉を回避することが可能になる。ここで、マスクＭの反り及びウエハＷの反りの曲率半径の大きさは、露光フィールド内のギャップＧの均一性が十分に確保できる範囲で設定される。
なお、上記の説明では、マスクＭとウエハＷとの両者を変形させるものとしたが、これに限らず、マスクＭとウエハＷとの一方のみを上記の如く下側凸又は上側凸の反りが生じるように変形させる（反らす）だけでも良い。また、マスクＭとウエハＷとの少なくとも一方を事前に一括して反らしても良いし、１つあるいは複数のショット領域毎にマスクＭとウエハＷとの少なくとも一方を反らすようにしても良い。また、マスクＭとウエハＷとの少なくとも一方を反らすタイミングはステッピング直前でも良いし、ステッピング開始後でも良い。
以上詳細に説明したように、本実施形態の露光装置１００によると、マスクＭを保持するマスクテーブルＭＴＢは、マスクＭのパターン領域の周囲（チャッキングエリアＣＡ）を上方から保持するとともに、マスクＭに対して少なくともＸＹ平面に平行な面内の力を作用させることができる。このため、投影光学系を用いない露光装置１００であるにもかかわらず、マスクＭの変形、例えばマスクの熱変形に起因するマスクＭ上のパターンの変形（歪み、倍率変化）などに対応して、その変形が小さくなるように力を加えることができる。従って、マスクＭのパターンとウエハＷ上の各ショット領域の下地パターンとの高精度な重ね合わせを実現することが可能になる。また、本実施形態の露光装置１００を用いると、光露光装置の通常の露光による解像限界以下の線幅のパターンを含む微細パターンを、ダブルパターニング法などによらず実現することができる。さらに、露光装置１００は、前述の装置構成の説明からわかるように、高額な投影光学系も液浸関係の装置も不要なので、従来の液浸露光装置などに比べて、製造コストを格段に低減させることが可能である。
なお、上記実施形態では、露光装置１００では、一括露光用のショット全面露光フィールドＬＥＦ、Ｙスキャン露光用の中露光フィールドＭＥＦ及びＸＹスキャン露光用の小露光フィールドＳＥＦの３種類の大きさ及び形状の異なる露光フィールドを設定可能であるものとしたが、これに限らず、３種類の露光フィールドのうちの１つ又は２つのみが設定可能であっても良い。例えば、中露光フィールドＭＥＦ及び小露光フィールドＳＥＦのみが設定可能であっても良い。かかる場合には、主制御装置２０によって、マスクＭ及びウエハＷと露光ビームＩＬとを相対走査してウエハＷを露光する走査露光が行われる。この場合、主制御装置２０は、マスクＭ及びウエハＷと露光ビームＩＬとを静止させた状態でウエハＷを露光する一括露光は行わない。また、上記実施形態では、一括露光用のショット全面露光フィールドＬＥＦ、Ｙスキャン露光用の中露光フィールドＭＥＦ及びＸＹスキャン露光用の小露光フィールドＳＥＦの３種類の大きさ及び形状の異なる露光フィールドを設定可能で、それぞれの設定に応じた３種類の方式で露光が行われるものとしたが、上記３種類の露光フィールドに限らず、上記３種類とは異なる大きさ及び形状の他の露光フィールドのみ、あるいは他の露光フィールドと上記３つの露光フィールドの少なくとも１つとを設定可能にしても良い。この場合も、設定された露光フィールドに応じた方式の露光を行う。また、露光方式として、上述した３つの露光方式に限らず、これら３つの露光方式以外の他の方式のみ、あるいは他の方式と上記３つの方式の少なくとも１つとを組み合わせて採用しても良い。
また、上記実施形態では、マスクＭが、光露光装置の通常の露光による解像限界以下の線幅のパターンを含む微細パターンである場合について説明したが、上記実施形態の露光装置１００は、このような微細パターンに限らず、光露光装置の通常の露光による解像限界より大きい線幅のパターンのウエハ上への転写にも好適に用いることができる。従って、ウエハ上に塗布すべきレジストも、二層レジストなどの多層レジストに限られないことは勿論である。
また、上記実施形態では、近接場光を用いてウエハを露光し、該ウエハ上にマスクのーパターンを転写する場合について説明したが、例えば、光露光装置の通常の露光による解像限界より大きい線幅のパターンのウエハ上への転写する場合などには、近接場光を用いない通常の露光又は液浸露光を行なっても良い。かかる場合であっても、露光（上述の走査露光又は一括露光）と並行して、ウエハを微動させる等によって、マスクのパターンとウエハ上の下地パターンとの重ね合わせを最適化する手法は、マスクのパターンとウエハ上の下地パターンとの高精度な重ね合わせには有効である。
なお、上記実施形態では、上述のマスクのパターンとウエハ上の下地パターンとの重ね合わせの最適化を露光フィールド単位で行う場合について説明したが、これに限らず、例えば、Ｙスキャン露光用の中露光フィールドＭＥＦ又はＸＹスキャン露光用の小露光フィールドＳＥＦが設定された場合には、ショット領域単位又はショット領域を複数に等分した領域（設定された露光フィールドの大きさ及び形状と異なる）を単位として、上記重ね合わせの最適化を行なっても良い。また、これらの重ね合わせの最適化の単位毎に静止露光を行なっても良い。
また、マスクのパターンとウエハ上のパターンとの重ね合わせの最適化として、ウエハステージＷＳＴ及びマスクＭの少なくとも一方を、Ｘ、Ｙ、θｚ方向に微少駆動（特に、ＸＹスキャン露光又はＹスキャン露光の場合、露光ビームＩＬの進行に応じて駆動方向及び／又は駆動量を連続的に変更する）とともに、その露光ビームＩＬが照射されている露光フィールド内では、マスクＭのパターン面とウエハＷ上のレジスト表面との間のギャップＧが、極力一定でかつ互いに平行になるようにしても良いし、ウエハステージＷＳＴ及びマスクＭの少なくとも一方を、Ｘ、Ｙ、θｚ方向に微少駆動するのみでも良いし、マスクＭのパターン面とウエハＷ上のレジスト表面との間のギャップＧが、極力一定でかつ互いに平行になるようにする（上述の像面の最適化を行う）のみでも良い。マスクのパターンとウエハ上のパターンとの重ね合わせの最適化の方式を、主制御装置２０は、オペレータの指示に応じ、あるいは要求される露光精度及びスループットの少なくとも一方を考慮して決定しても良い。
なお、上記実施形態の露光装置の光源は、超高圧水銀ランプに限らず、ＡｒＦエキシマレーザに限らず、ＫｒＦエキシマレーザ（出力波長２４８ｎｍ）、Ｆ2レーザ（出力波長１５７ｎｍ）、Ａｒ2レーザ（出力波長１２６ｎｍ）、Ｋｒ2レーザ（出力波長１４６ｎｍ）などのパルスレーザ光源などを用いることも可能である。また、ＹＡＧレーザの高調波発生装置などを用いることもできる。この他、例えば米国特許第７,０２３,６１０号明細書など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（真空紫外光）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(露光ビーム）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。特に波長が５０ｎｍ以下、具体的には１１ｎｍあるいは１３ｎｍ程度のＥＵＶ光などを用いても良い。
なお、上記実施形態に係る表面情報計測装置５０ａ，５０ｂは、ウエハＷ上のレジストに接触することなくレジスト表面の凹凸を計測することができる。しかし、これに限らず、同様の計測が可能であれば、例えば２つの物体間の隙間（ギャップ）に流体を流し、その流速を計測することで、そのギャップの寸法を計測する計測装置（エアゲージとも呼ばれることがある）を用いて、ウエハ表面及び／又はマスクのパターン面の凹凸を計測しても良い。また、かかる計測装置を用いて、前述のギャップＧを一定保ちながら、露光中のウエハステージのＺレベリング駆動を行っても良い。なお、表面情報計測装置５０ａ、５０ｂ及びマスク表面情報計測装置５０ｃの少なくとも１つは、光学検出方式でも良い。
また、上記実施形態の露光装置では、ウエハステージＷＳＴの位置情報を計測する計測装置として、レーザ干渉計の代わりに、あるいはレーザ干渉計と併用してエンコーダシステムを用いても良いが、このエンコーダシステムとしては、ウエハテーブルＷＴＢ上にグレーティングが設けられ、これに対向してウエハステージＷＳＴの外部、例えばボディＢＤを構成する支持部材３８にエンコーダヘッドが配置される方式、及びこれとは反対に、ウエハテーブルＷＴＢ上にエンコーダヘッドが設けられ、これに対向してウエハステージＷＳＴの外部、例えばボディＢＤを構成する支持部材３８にグレーティングを有するスケール部材が配置される方式のいずれの方式を採用しても良い。前者の方式のエンコーダシステムとしては、例えば米国特許出願公開第２００８／００８８８４３号明細書などに開示されるのと同様のエンコーダシステムを用いることができ、後者の方式のエンコーダシステムとしては、例えば米国特許出願公開第２００６／０２２７３０９号明細書などに開示されるのと同様のエンコーダシステムを用いることができる。アシストステージの位置情報を、エンコーダシステムにより計測する場合も同様である。
なお、上記実施形態でパターンを形成すべき物体（エネルギビームが照射される露光対象の物体）はウエハに限られるものではなく、ガラスプレート、セラミック基板、フィルム部材、あるいはマスクブランクスなど、他の物体でも良い。また、上記実施形態では、ガラス基板から成るマスクを用いるものとしたが、マスクは、ガラス基板以外の基板から成るものであっても良い。
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、有機ＥＬ、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシン及びＤＮＡチップなどを製造するための露光装置にも広く適用できる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも上記実施形態を適用できる。
また、上記実施形態の露光装置は、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。
《デバイス製造方法》
次に上述した露光装置１００をリソグラフィ工程で使用するデバイスの製造方法の実施形態について説明する。
図１９には、デバイス（ＩＣあるいはＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造例のフローチャートが示されている。図１９に示されるように、まず、ステップ２０１（設計ステップ）において、デバイスの機能・性能設計（例えば、半導体デバイスの回路設計等）を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。
引き続き、ステップ２０２において、ガラス基板の一種であるガラスウエハ上に、リソグラフィ技術を用いて、マスクに対応する複数の区画領域を形成する。図２０には、複数の区画領域ＳＡが形成されたガラスウエハＷＧの一例が示されている。このガラスウエハＷＧの複数の区画領域ＳＡのそれぞれには、ステップ２０１で設計した回路パターンが形成されたパターン領域と、その周囲のチャックエリアとなる遮光領域が形成されている。
この場合、ガラスウエハＷＧ上に複数の区画領域ＳＡを形成するので、パターン領域内に光露光装置の解像限界以下の線幅の微細パターンが含まれる場合であっても、最新の縮小投影露光装置、例えばＡｒＦエキシマレーサを露光光源とする液浸スキャナなどを用いて、いわゆるダブルパターニング法などを駆使することで、上記の微細パターンを含む複数の区画領域ＳＡを形成することができる。この他、電子線露光装置を用いて、上記の微細パターンを形成することもできる。
ここで、例えば、ガラスウエハＷＧ上への複数の区画領域の形成に、例えば縮小投影露光装置を用いる場合、ガラスウエハＷＧに転写すべきマスターレチクルのパターンは、ガラスウエハＷＧ上へ転写される微細パターンの４倍以上の線幅を有する場合が殆どであり、上述の最新の縮小投影露光装置（ＡｒＦエキシマレーサを露光光源とする液浸スキャナ）などを用いて、いわゆるダブルパターニングによらない通常の露光により、レチクル基板上に形成すれば良い。すなわち、デバイスの製造に用いられる複数層の回路パターンをそれぞれ有するマスターレチクルのセットを短時間に作製することが可能である。ガラスウエハＷＧのパターン領域に形成すべきパターンの線幅がさらに細くなった場合に、マスターレチクルのパターンを、ダブルパターニング法を用いて形成することもできる。ここで、ダブルパターニング法は、１回目の露光と２回目の露光との間でガラスウエハの現像を行わない、いわゆる二重露光法に限らず、１回目の露光後にその露光によってレジストパターンがその表面に形成されたガラスウエハを現像後に２回目の露光を行うダブルパターニング法をも含む。
次のステップ２０３において、ガラスウエハＷＧを、区画領域ＳＡ毎に、例えば不図示のダイシングソーを用いて切り離す（ダイシングする）。これにより、複数のマスク（等倍マスク）Ｍが、同時に（１度に）製造される。
次に、ステップ２０４において、製作した複数のマスクをマスクバッファにストックする。ここで、マスクＭは、等倍マスクであり、長辺の長さが１００ｍｍ以下の大きさなので、複数同時にストックするマスクバッファは勿論、例えば使い捨てのコンタクトレンズなどのように、１枚１枚個別に取り扱いのようなマスクバッファに収納することとしても良い。
次のステップ２０５では、露光装置に投入するため、マスクＭをマスクバッファから取り出す。
上記のステップ２０２〜ステップ２０５の少なくとも一部と並行して、ステップ２０６（ウエハ製造ステップ）において、シリコン等の材料を用いてウエハを製造する。
次に、ステップ２０７（ウエハ処理ステップ）において、ステップ２０１〜ステップ２０６で用意したマスクとウエハとを使用して、リソグラフィ技術等によってウエハ上に実際の回路等を形成する。
次いで、ステップ２０８（デバイス組立てステップ）において、ステップ２０７で処理されたウエハを用いてデバイス組立てを行う。このステップ２０８には、ダイシング工程、ボンディング工程、及びパッケージング工程（チップ封入）等の工程が必要に応じて含まれる。
最後に、ステップ２０９（検査ステップ）において、ステップ２０８で作成されたデバイスの動作確認テスト、耐久テスト等の検査を行う。こうした工程を経た後にデバイスが完成し、これが出荷される。なお、上記の説明では、ステップ２０２〜ステップ２０５の少なくとも一部と並行して、ステップ２０６（ウエハ製造ステップ）を行うものとしたが、これに限らず、ステップ２０２に先だってシリコン等の材料を用いてウエハを製造するウエハ製造ステップを行っても良い。すなわち、デバイス製造工程とは無関係に、予めウエハメーカが製造したウエハを購入しておき、そのウエハを、ステップ２０７以下の各工程で用いても良い。
図２１には、半導体デバイス製造における、上記ステップ２０７の詳細なフロー例が示されている。図２１において、ステップ２１１（酸化ステップ）においてはウエハの表面を酸化させる。ステップ２１２（ＣＶＤステップ）においてはウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ２１３（電極形成ステップ）においてはウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ２１４（イオン打ち込みステップ）においてはウエハにイオンを打ち込む。以上のステップ２１１〜ステップ２１４それぞれは、ウエハ処理の各段階の前処理工程を構成しており、各段階において必要な処理に応じて選択されて実行される。
ウエハプロセスの各段階において、上述の前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程が実行される。この後処理工程では、まず、ステップ２１５（レジスト形成ステップ）において、ウエハＷ上にフォトレジスト（感光剤）を塗布する。ここで、上で説明した露光装置１００を用いてマスクＭのパターンを形成する場合には、パターン形成用の薄膜が形成されたウエハＷ上に前述したポジレジスト４及びネガ型シリル化レジスト３が積層状態で塗布される。
引き続き、ステップ２１６（露光ステップ）において、露光装置１００及びその露光方法によってマスクＭの回路パターンをウエハＷに転写する。これに先立って、マスクＭが、露光装置１００に投入される。この場合の回路パターンの転写は、前述したように、近接場光を用いたプロキシミティ方式で行われる。次いで、露光後のウエハＷに対して、必要に応じ、ＰＥＢが行われ、さらにウエハＷ（上のネガレジスト３の感光部）のシリル化が行われる。
次に、ステップ２１７（現像ステップ）においては露光されたウエハＷを現像する。ここで、露光装置１００を用いて前述の露光が行われた場合、例えば、ポジレジストとネガレジストの両方に作用するエッチングであるドライ現像が、行われる。
次にステップ２１８（エッチングステップ）において、ウエハＷ上でそのレジストパターンをマスク層としてパターン形成を行うために、エッチング装置内で、ウエハＷの加熱（キュア）及びエッチング等を含む基板処理が行われる。
そして、ステップ２１９（レジスト除去ステップ）において、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く（剥離する）ことによって、ウエハＷ表面の薄膜部には、マスクＭのパターンの等倍の回路パターンが形成される。
これらの前処理工程と後処理工程とを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
以上説明した本実施形態のデバイス製造方法を用いれば、露光工程（ステップ２１６）において上記実施形態の露光装置及びその露光方法が用いられるので、重ね合せ精度を高く維持しつつ、高スループットな露光を行うことができる。従って、微細パターンが形成された高集積度のマイクロデバイスを生産性良く製造することが可能になる。
これに加え、本実施形態のデバイス製造方法では、露光装置１００で用いられるマスクＭを、ガラスウエハを基板として用いて製作するので、そのマスクＭのパターンに非常に微細なパターンが含まれる場合であっても、その製作に縮小投影露光装置、電子線露光装置などを用いて、複数同時に作製することが可能になる。特に、縮小投影露光装置を用いる場合、１セットのマスターレチクル（例えば４倍）から、多数のコピーマスク（等倍）を作製できる。これにより、レチクルコストも削減可能である。また、マスターレチクルのセットを短時間に作製することが可能である。
なお、露光装置１００による露光は、極近接のプロキシミティ露光なので、マスクＭの汚染が考えられるが、ガラスウエハを基板としてマスクＭが製造されるので、製造コストが安価である。従って、使用済みの複数のマスクをまとめて再利用のため洗浄しても良いが、この洗浄を待たずに、複数のマスクＭのそれぞれを、露光装置１００に所定のインターバルで投入し、上記ステップ２０６において、露光装置１００は、マスクＭが投入される毎に、その投入されたマスクＭのパターンを前記インターバルに応じた数のウエハのそれぞれに順次転写することとしても良い。この他、マスクＭの再利用をすることなく、使い捨てにすることも可能である。
以上説明したように、本発明のデバイス製造方法は、半導体素子などの電子デバイスを製造するのに適している。
３…ネガレジスト、３Ａ…感光部、４…ポジレジスト、１０…照明系、１５…可変視野絞り、１８…ウエハ干渉計システム、２０…主制御装置、４３…静電容量センサ、４８…浮上体、５０ａ，５０ｂ，５０ｃ…表面情報計測装置、５１…アクチュエータ、５１ａ…コイル、５１ｂ…永久磁石、５１ｃ…接続部材、５４…ウエハ保持機構、６０…ピンチャック部材、６５…平面ＶＣＭ、６６…ピンチャックプラテン、８６…静電気除去装置、８８…マスク検査装置、１００…露光装置、ＡＬＡ，ＡＬＢ…アライメント系、ＡＳＴ…アシストステージ、ＥＬ…近接場光、ＩＬ…照明光、ＬＥＦ…ショット全面露光フィールド、Ｍ…マスク、ＭＥＦ…中露光フィールド、ＭＭＡ，ＭＭＢ…アライメントマーク、ＭＴＢ…マスクテーブル、ＰＡ…パターン領域、ＳＥＦ…小露光フィールド、Ｗ…ウエハ、ＷＴＢ…ウエハテーブル。

Claims (8)

  1. マイクロデバイスを製造するデバイス製造方法であって、
    デバイスの機能・性能設計を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行うことと、
    リソグラフィ技術を用いて、ガラス基板上に前記設計したパターンの周囲に遮光領域が存在する複数の区画領域を形成し、該区画領域毎に前記ガラス基板を切り離して複数のマスクを製作することと、
    前記複数のマスクのそれぞれを、順次、マスクと基板とを近接させて露光を行う露光装置に所定のインターバルで投入し、前記露光装置により、前記マスクが投入される毎に、その投入された前記マスクのパターンを前記インターバルに応じた数の基板のそれぞれに順次転写することと、
    前記パターンが転写された前記基板を現像することと、を含むデバイス製造方法。
  2. 前記転写することに先立って、
    前記基板を多数、所定の材料を用いて製造することをさらに含む請求項１に記載のデバイス製造方法。
  3. 前記マスクを製作することでは、縮小投影露光装置を用いたダブルパターニングプロセスにより、前記ガラス基板の一種であるガラスウエハ上に前記複数の区画領域を形成し、該区画領域毎に前記ガラスウエハを切り離して複数のマスクを製作する請求項１又は２に記載のデバイス製造方法。
  4. 前記マスクを製作することでは、電子線露光装置を用いて、前記ガラス基板の一種であるガラスウエハ上に前記複数の区画領域を形成し、該区画領域毎に前記ガラスウエハを切り離して複数のマスクを製作する請求項１又は２に記載のデバイス製造方法。
  5. 製作された前記複数のマスクをマスクバッファにストックすることと、
    前記複数のマスクのそれぞれを、前記露光装置に投入するため、前記マスクバッファから取り出すことと、をさらに含む請求項３又は４に記載のデバイス製造方法。
  6. 使用済みの前記複数のマスクをまとめて再利用のため洗浄することをさらに含む請求項１〜５のいずれか一項に記載のデバイス製造方法。
  7. 前記転写することでは、前記露光装置として、
    パターンが形成されたマスクに近接して配置される感光性の基板上に前記パターンを転写する露光装置であって、
    エネルギビームで前記マスクを照明する照明光学装置と、
    前記マスクのパターン領域の周囲に配置された複数のアクチュエータと、該複数のアクチュエータの前記基板に対向する側の面に固定され、前記マスクの前記パターン領域の周囲領域を上方から保持する変形自在のチャック部材と、を有し、前記マスクに対して、少なくとも所定平面に平行な面内の力を作用させるマスク保持装置と、
    前記基板を保持して前記所定平面に沿って移動する基板保持装置と、
    を備える露光装置を用いる請求項１〜６のいずれか一項に記載のデバイス製造方法。
  8. 前記転写することでは、前記露光装置は、前記マスクにエネルギビームを照射し、前記マスクを介した前記エネルギビームで前記基板を露光することと、前記露光することと並行して前記基板を微動させて、前記マスクのパターンと前記基板上のパターンとの重ね合わせを行うことと、を含む露光方法により、前記投入された前記マスクのパターンを前記インターバルに応じた数の前記基板のそれぞれに順次転写する請求項１〜６のいずれか一項に記載のデバイス製造方法。
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