(57)【要約】【課題】  ウェハステージのステップ長が変わる場合であっても、オートフォーカスエラーのばらつきを良好に低減することができるステージ制御装置等を提供する。【解決手段】  フィードバック制御部７０ａは、ウェハを保持するウェハステージのＸＹ平面内の移動に合わせてウェハステージのＺ方向の位置及び姿勢を、センサ７９の検出結果に応じてフィードバック制御する。フィードフォワード制御部７０ａは、ウェハ上のあるショット領域に対する露光処理を終えてウェハステージをＸ方向にステップ移動させた後で、他のショット領域に対する露光処理を行うためにウェハステージをＹ方向に同期移動させるときに、Ｘ方向へのステップ長に応じてウェハステージのＺ方向の位置をフィードフォワード制御する。【選択図】  図７
2006024674.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定平面内の第１方向及び当該第１方向に交差する第２方向、並びに前記所定平面に交差する第３方向に移動可能に構成されたステージを制御するステージ制御装置において、
前記ステージを前記第２移動方向へ移動させてから前記第１移動方向へ移動させる場合に生ずる前記第３方向における前記ステージの位置ずれを、前記第２移動方向への移動量に応じて補正する補正部を備えることを特徴とするステージ制御装置。
【請求項２】
前記補正部は、前記第３方向において生ずる前記ステージの位置ずれの振幅成分、位相成分、及び周期成分を前記ステージの前記第２移動方向への移動量に応じて算出し、当該算出結果に基づいて前記ステージの前記第３方向における位置ずれを補正することを特徴とする請求項１記載のステージ制御装置。
【請求項３】
前記補正部は、前記振幅成分、前記位相成分、及び前記周期成分の算出結果から前記第３方向における前記ステージの補正量を求め、当該補正量を用いたフィードフォワード制御を行って前記第３方向における前記ステージの位置ずれを補正することを特徴とする請求項２記載のステージ制御装置。
【請求項４】
前記ステージの前記第２移動への移動が完了してから前記ステージを停止させることなく前記第１方向へ移動開始させることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載のステージ制御装置。
【請求項５】
所定平面内の第１方向及び当該第１方向に交差する第２方向、並びに前記所定平面に交差する第３方向に移動可能に構成されたステージを制御するステージ制御方法において、
前記ステージを前記第２移動方向へ移動させてから前記第１移動方向へ移動させる移動工程と、
前記第１移動方向へ前記ステージを移動させている間に生ずる前記第３方向における前記ステージの位置ずれを、前記第２移動方向への移動量に応じて補正する補正工程と
を含むことを特徴とするステージ制御方法。
【請求項６】
前記補正工程は、前記第３方向において生ずる前記ステージの位置ずれの振幅成分、位相成分、及び周期成分を前記ステージの前記第２移動方向への移動量に応じて算出し、当該算出結果に基づいて前記ステージの前記第３方向における位置ずれを補正することを特徴とする請求項５記載のステージ制御方法。
【請求項７】
前記補正工程は、前記振幅成分、前記位相成分、及び前記周期成分の算出結果から前記第３方向における前記ステージの補正量を求め、当該補正量を用いたフィードフォワード制御を行って前記第３方向における前記ステージの位置ずれを補正することを特徴とする請求項６記載のステージ制御方法。
【請求項８】
前記ステージの前記第２移動への移動が完了した後で前記ステージを停止させることなく前記第１方向へ移動開始させることを特徴とする請求項５から請求項７の何れか一項に記載のステージ制御方法。
【請求項９】
マスクを保持するマスクステージと、基板を保持する基板ステージとを備え、前記マスクステージと前記基板ステージとを同期移動しつつ前記マスクに形成されたパターンを前記基板上に転写する露光装置であって、
前記マスクステージと前記基板ステージとの少なくとも一方を前記ステージとして制御する請求項１から請求項４の何れか一項に記載のステージ制御装置を備えることを特徴とする露光装置。
【請求項１０】
マスクを保持するマスクステージと基板を保持する基板ステージとを同期移動しつつ前記マスクに形成されたパターンを前記基板上に転写する露光方法であって、
請求項５から請求項８の何れか一項に記載のステージ制御方法を用いて前記マスクステージと前記基板ステージとの少なくとも一方を前記ステージとして制御しつつ、前記マスクに形成されたパターンを前記基板上に転写する露光工程を含むことを特徴とする露光方法。
【請求項１１】
リソグラフィ工程を含むデバイスの製造方法であって、
前記リソグラフィ工程において請求項９記載の露光装置又は請求項１０記載の露光方法を用いて露光を行う露光工程を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マスク（レチクル）、基板（プレート）等の移動対象物を載置した状態で移動可能に構成されたステージの動作を制御するステージ制御装置及び方法、当該装置を備える露光装置及び当該方法を用いる露光方法、並びに当該露光装置及び露光方法を用いてデバイスを製造するデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子、液晶表示素子、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の撮像素子、薄膜磁気ヘッド、その他の各種デバイスの製造工程の１つとして設けられるフォトリソグラフィ工程では、マスク又はレチクル（以下、これらを総称する場合にはマスクという）に形成されたパターンを、投影光学系を介してフォトレジストが塗布されたガラスプレート又はウェハ等の基板に転写する露光装置が用いられている。従来から種々の露光装置が案出されているが、近年においては、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置が用いられる機会が多くなっている。
【０００３】
このステップ・アンド・スキャン方式の露光装置は、スリット状の露光光がマスクに照射されている状態で、マスクと基板とを投影光学系に対して互いに同期移動させつつマスクに形成されたパターンの一部を基板のショット領域に逐次転写し、１つのショット領域に対するパターンの転写が終了すると基板をステップ移動させて他のショット領域へのパターン転写を行う露光装置である。この露光装置は、投影光学系の直径をスリット状の露光光の長さ程度に制限することができるため、投影光学系をさほど大型化せずに露光領域の拡大を図ることができる利点を有する。
【０００４】
この方式の露光装置は、マスクを保持するマスクステージと基板を保持する基板ステージとを高い同期精度をもって移動させる必要がある。このため、マスクステージ及び基板ステージの各々を予め設定された移動開始位置へ移動させた後で加速を開始させて、各々のステージが所定の速度に達し、且つ加速による振動が収まって（整定して）同期した状態になった後でマスクに露光光を照射してマスクのパターンの転写を行っている。
【０００５】
また、ステージを移動させると、基板ステージの機械的な特性により基板の表面方向の位置又は基板の姿勢（傾き）の変化が生ずることがある。このような変化が生ずると、基板内の位置に応じて投影光学系の像面に対する基板表面の位置関係が変化するため、パターンを忠実に転写することができなくなることがある。かかる不具合を防止するため、露光装置はオートフォーカス制御系又はオートレベリング制御系を備えており、基板の表面が投影光学系の像面に常に一致するように制御している。尚、従来のオートフォーカス制御系又はオートレベリング制御系の詳細については、例えば以下の特許文献１を参照されたい。
【０００６】
また、従来の露光装置は、１つのショット領域に対する露光処理を終えると、マスクステージ及び基板ステージを減速させて一時停止させた後で、基板ステージをステップ移動させて次の移動開始位置に配置させ、この移動開始位置にて基板ステージを一時停止させてから次のショット領域を露光すべくマスクステージ及び基板ステージの加速を開始している。しかしながら、近年においてはスループット、即ち単位時間に露光処理を行うことができる基板の枚数を向上させるために無駄時間を極力排除すべく基板ステージを一時停止させずにステップ移動させるようにした露光装置が案出されている。この露光装置の詳細については、以下の特許文献２を参照されたい。
【特許文献１】特開平８−４５８１３号公報
【特許文献２】特開２００４−０７２０７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、従来の露光装置においては、基板ステージをステップ移動させる前、及びステップ移動させた後で基板ステージを一時停止させているため、基板ステージの減速に伴って生ずる振動は基板ステージを一時停止させている間に減衰してしまい次のショット領域を露光する際に悪影響を及ぼすことはない。しかしながら、基板ステージを一時停止させずにステップ移動させる露光装置においては、基板ステージの減速に伴って生ずる振動が次のショット領域を露光するときに悪影響を及ぼしてしまい、オートフォーカス制御系又はオートレベリング制御系による制御を行っても基板の表面を投影光学系の像面に一致させることが困難になり、オートフォーカスエラーが生じてしまうという問題があった。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、オートフォーカスエラーのばらつきを良好に低減することができるステージ制御装置及び方法、当該装置を備える露光装置及び当該方法を用いる露光方法、並びに当該露光装置及び露光方法を用いてデバイスを製造するデバイス製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のステージ制御装置は、所定平面内の第１方向（Ｙ方向）及び当該第１方向に交差する第２方向（Ｘ方向）、並びに前記所定平面に交差する第３方向（Ｚ方向）に移動可能に構成されたステージ（３７）を制御するステージ制御装置において、前記ステージを前記第２移動方向へ移動させてから前記第１移動方向へ移動させる場合に生ずる前記第３方向における前記ステージの位置ずれを、前記第２移動方向への移動量に応じて補正する補正部（７０ｂ）を備えることを特徴としている。
この発明によれば、ステージが第２方向へ移動した後で第１方向へ移動する際に、第２方向へ移動させる際の振動により生ずるステージの第３方向における位置ずれがステージの第２方向への移動量に応じて補正される。
また、本発明のステージ制御方法は、所定平面内の第１方向（Ｙ方向）及び当該第１方向に交差する第２方向（Ｘ方向）、並びに前記所定平面に交差する第３方向（Ｚ方向）に移動可能に構成されたステージ（３７）を制御するステージ制御方法において、前記ステージを前記第２移動方向へ移動させてから前記第１移動方向へ移動させる移動工程と、前記第１移動方向へ前記ステージを移動させている間に生ずる前記第３方向における前記ステージの位置ずれを、前記第２移動方向への移動量に応じて補正する補正工程とを含むことを特徴としている。
また、本発明の露光装置は、マスク（Ｒ）を保持するマスクステージ（３１）と、基板（Ｗ）を保持する基板ステージ（３７）とを備え、前記マスクステージと前記基板ステージとを同期移動しつつ前記マスクに形成されたパターンを前記基板上に転写する露光装置（ＥＸ）であって、前記マスクステージと前記基板ステージとの少なくとも一方を前記ステージとして制御する上記のステージ制御装置を備えることを特徴としている。
また、本発明の露光方法は、マスク（Ｒ）を保持するマスクステージ（３１）と基板（Ｗ）を保持する基板ステージ（３７）とを同期移動しつつ前記マスクに形成されたパターンを前記基板上に転写する露光方法であって、上記のステージ制御方法を用いて前記マスクステージと前記基板ステージとの少なくとも一方を前記ステージとして制御しつつ、前記マスクに形成されたパターンを前記基板上に転写する露光工程を含むことを特徴としている。
また、本発明のデバイス製造方法は、リソグラフィ工程を含むデバイスの製造方法であって、前記リソグラフィ工程において上記の露光装置又は上記の露光方法を用いて露光を行う露光工程を含むことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ステージの第３方向における位置ずれがステージの第２方向への移動量に応じて補正されるため、ステージの移動量が変わる場合であっても、オートフォーカスエラーのばらつきを良好に低減することができるという効果がある。
また、本発明によれば、オートフォーカスエラーが抑制されて、基板の表面が投影光学系の像面に常にほぼ一致した状態で基板が露光されるため、マスクのパターンが忠実に基板上に転写され、この結果として微細な線幅を有する高集積度のデバイスを歩留まり良く高スループットで製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態によるステージ制御装置及び方法、露光装置及び方法、並びにデバイス製造方法について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態によるステージ制御装置を備える本発明の一実施形態による露光装置ＥＸの全体構成の概略を示す図である。図１に示す露光装置ＥＸは、図１中の投影光学系ＰＬに対してマスクとしてのレチクルＲと基板としてのウェハＷとを相対的に移動させつつ、レチクルＲに形成されたパターンをウェハＷに逐次転写して半導体素子を製造するステップ・アンド・スキャン方式の露光装置である。
【００１２】
尚、以下の説明においては、必要であれば図中にＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。図１に示すＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＹ軸がウェハＷに対して平行となるよう設定され、Ｚ軸がウェハＷに対して直交する方向に設定されている。図中のＸＹＺ座標系は、実際にはＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直上方向に設定される。また、本実施形態ではレチクルＲ及びウェハＷを同期移動させる方向（同期移動方向ＳＤ）をＹ方向に設定している。
【００１３】
図１において、１は断面が略長方形状の平行光束である露光光ＩＬを射出する露光光源であり、例えばＡｒＦエキシマレーザ光源（波長１９３ｎｍ）である。露光光源１からの波長１９３ｎｍの紫外パルスよりなる露光光ＩＬは、ビームマッチングユニット（ＢＭＵ）２を通り、光アッテネータとしての可変減光器３に入射する。露光光源１の発光の開始及び停止、並びに出力（発振周波数、パルスエネルギー、パルス数）は、ウェハＷ上のフォトレジストに対する露光光の強度（照度）を制御するための露光制御ユニット２３が制御する。また、露光制御ユニット２３は、可変減光器３における減光率を段階的、又は連続的に調整する。
【００１４】
可変減光器３を通った露光光ＩＬは、レンズ系４ａ，４ｂよりなるビーム成形系５を経て第１段のオプティカル・インテグレータ（ユニフォマイザ、又はホモジナイザ）としての第１フライアイレンズ６に入射する。この第１フライアイレンズ６から射出された露光光ＩＬは、第１レンズ系７ａ、光路折り曲げ用のミラー８、及び第２レンズ系７ｂを介して第２段のオプティカル・インテグレータとしての第２フライアイレンズ９に入射する。
【００１５】
第２フライアイレンズ９の射出面、即ちレチクルＲのパターン面に対する光学的なフーリエ変換面（照明光学系ＩＳの瞳面、投影光学系ＰＬの瞳面と光学的に共役な面）には開口絞り板１０が、駆動モータ１０ｅによって回転自在に配置されている。開口絞り板１０は回転軸の周りで回転自在に構成された円板からなり、例えば通常照明用の円形の開口絞り、輪帯照明用の開口絞り、複数（例えば４極）の偏心した小開口よりなる変形照明用の開口絞り、及び小さいコヒーレンスファクタ（σ値）用の小円形の開口絞りが周方向に沿って形成されている。駆動モータ１０ｅを駆動して開口絞り板１０を回転軸の周りで回転させることにより、第２フライアイレンズ９の射出面に配置する開口絞りを切り替えることができる。第２フライアイレンズ９の射出面に配置される開口絞りに応じて、その射出面における露光光ＩＬの強度分布が変更される。駆動モータ１０ｅの駆動は露光装置ＥＸの全体の動作を統括制御する主制御系２４が制御する。
【００１６】
第２フライアイレンズ９から射出されて開口絞り板１０に形成された開口絞りの何れかを通過した露光光ＩＬは、透過率が高く反射率が低いビームスプリッタ１１に入射する。ビームスプリッタ１１で反射された露光光は、集光用のレンズ２１を介して光電検出器よりなるインテグレータセンサ２２に入射する。インテグレータセンサ２２の検出信号は露光制御ユニット２３に供始されている。インテグレータセンサ２２の検出信号とウェハＷ上での露光光ＩＬの照度との関係は予め高精度に計測されて、露光制御ユニット２３内のメモリに記憶されている。露光制御ユニット２３は、インテグレータセンサ２２の検出信号より間接的にウェハＷに対する露光光ＩＬの照度（平均値）、及びその積分値をモニタできるように構成されている。
【００１７】
ビームスプリッタ１１を透過した露光光ＩＬは、光軸ＩＡＸに沿ってレンズ系１２，１３を順次経て、固定ブラインド（固定照明視野絞り）１４及び可動ブラインド（可動照明視野絞り）１５に入射する。固定ブラインド１４は、後述する投影光学系ＰＬの円形視野内の中央で同期移動方向ＳＤと直交した方向に直線スリット状、又は矩形状（以下、まとめて「スリット状」という）に伸びるように配置された開口部を有する。
【００１８】
可動ブラインド１５は、光軸ＩＡＸに直交する面内において移動可能に構成されており、ウェハＷ上の各ショット領域への走査露光の開始時及び終了時に不要な露光を防止するために、又は照明フィールド（照明視野領域）ＩＡの同期移動方向ＳＤの幅を可変とするために使用される。露光時に可動ブラインド１５を通過した露光光ＩＬは、光路折り曲げ用のミラー１７、結像用のレンズ系１８、コンデンサレンズ１９、及び主コンデンサレンズ系２０を順次介して、レチクルＲのレチクル面の照明フィールドＩＡを照明する。
【００１９】
尚、以上説明した露光光源１、ビームマッチングユニット２、可変減光器３、レンズ系４ａ，４ｂよりなるビーム成形系５、第１フライアイレンズ６、第１レンズ系７ａ、光路折り曲げ用のミラー８、第２レンズ系７ｂ、第２フライアイレンズ９、開口絞り板１０、ビームスプリッタ１１、レンズ系１２，１３、固定ブラインド１４、可動ブラインド１５、光路折り曲げ用のミラー１７、結像用のレンズ系１８、コンデンサレンズ１９、及び主コンデンサレンズ系２０は、照明光学系ＩＳを構成している。
【００２０】
露光光ＩＬのもとで、レチクルＲの照明フィールドＩＡ内の回路パターンの像が両側テレセントリックな投影光学系ＰＬを介して所定の投影倍率β（βは例えば１／４又は１／５等）で、投影光学系ＰＬの結像面に配置された基板としてのウェハＷ上のスリット状の露光フィールドＥＡに投影される。尚、投影光学系ＰＬは片側テレセントリックであっても良い。本実施形態の投影光学系ＰＬは、ジオプトリック系（屈折系）であるが、カタジオプトリック系（反射屈折系）や反射系も使用できることはいうまでもない。また、本実施形態では露光光ＩＬが真空紫外光であるため、通常の空気中の酸素、二酸化炭素、水蒸気等によって大きく吸収されてしまう。これを避けるために、図１に示した露光光源１からウェハＷまでの露光光ＩＬの光路には、真空紫外光に対しても高透過率の高純度のパージガス（ヘリウム、ネオン等の希ガス、又は窒素ガス等の所謂不活性ガス）が供給されている。更に、投影光学系ＰＬを構成する屈折部材の硝材としては、例えば合成石英又は蛍石（フッ化カルシウム：ＣａＦ２）が用いられる。
【００２１】
レチクルＲは、マスクステージとしてのレチクルステージ３１上に吸着保持され、レチクルステージ３１は、レチクルベース３２上でＹ方向に等速移動できると共に、姿勢（Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸回りの回転）を可変できるように載置されている。レチクルステージ３１の一端には移動鏡３３が取り付けられており、移動鏡３３の鏡面に対面してレーザ干渉計３４が設けられている。尚、図１では図示を簡略化しているが、移動鏡３３はＸ軸に垂直な鏡面を有する移動鏡及びＹ軸に垂直な鏡面を有する移動鏡から構成されている。
【００２２】
また、レーザ干渉計３４は、Ｙ軸に沿って移動鏡３３にレーザ光を照射する２個のＹ軸用のレーザ干渉計及びＸ軸に沿って移動鏡３３にレーザ光を照射するＸ軸用のレーザ干渉計より構成され、Ｙ軸用の１個のレーザ干渉計及びＸ軸用の１個のレーザ干渉計によりレチクルステージ３１のＸ座標及びＹ座標が計測される。また、Ｙ軸用の２個のレーザ干渉計の計測値の差により、レチクルステージ３１の回転角が計測される。レーザ干渉計３４によって検出されたレチクルステージ３１のＸ座標、Ｙ座標、及び回転角の情報は主制御系２４に供給される。主制御系２４は供給されたステージ位置情報をモニターしつつ駆動制御ユニット３５へ制御信号を出力し、レチクルステージ３１の位置決め動作を制御する。
【００２３】
一方、ウェハＷは、ウェハホルダ３６を介して基板ステージとしてのウェハステージ３７上に吸着保持されており、ウェハステージ３７は、ウェハステージベース３８上で投影光学系ＰＬの像面と平行なＸＹ平面に沿って２次元移動する。図２は、ウェハステージ３７の概略構成を示す斜視図である。図２に示す通り、ウェハステージ３７は、Ｚチルトθステージ３９、支点４０ａ〜４０ｃ、及びＸＹステージ４１を含んで構成されており、Ｚチルトθステージ３９は３個のそれぞれＺ軸方向に突没自在の支点４０ａ〜４０ｃを介してＸＹステージ４１上に載置されている。
【００２４】
ＸＹステージ４１内の駆動部を介して３個の支点４０ａ〜４０ｃを並行に突没させることによって、Ｚチルトθステージ３９をＺ軸方向に移動でき、それら３個の支点４０ａ〜４０ｃを独立に突没させることによってＺチルトθステージ３９のＸ軸の周りの傾斜角、及びＹ軸の周りの傾斜角を制御でき、且つＺチルトθステージ３９は所定範囲内でＺ軸の周りに回転できるように構成されている。また、ＸＹステージ４１は、Ｚチルトθステージ３９をＹ軸方向に一定速度で移動できると共に、Ｘ方向にステップ移動できるように構成されている。尚、詳細は後述するが、本実施形態の露光装置は、ウェハＷ上の１つのショット領域に対する露光処理を終えてから次のショット領域の露光処理を開始するまで、ＸＹステージ４１を一時停止させずにＸ方向にステップ移動することができる構成とされている。このウェハステージ３７は、本発明にいうステージに相当するものである。
【００２５】
Ｚチルトθステージ３９上にはＸ軸に垂直な鏡面を有する移動鏡４２Ｘ及びＹ軸に垂直な鏡面を有する移動鏡４２Ｙが配置されている。尚、図１では、これらの移動鏡を簡略化して移動鏡４２として図示している。移動鏡４２Ｘの鏡面に対面した位置にはＸ軸に沿って移動鏡４２Ｘにレーザ光を照射するＸ軸用のレーザ干渉計４３Ｘが配置され、移動鏡４２Ｙの鏡面に対面した位置にはＹ軸に沿って移動鏡４２Ｙにレーザ光を照射する２個のＹ軸用のレーザ干渉計４３Ｙが配置されている。尚、図１では、これらのレーザ干渉計を簡略化してレーザ干渉計４３として図示している。
【００２６】
Ｘ軸用の１個のレーザ干渉計４３Ｘ及びＹ軸用の１個のレーザ干渉計４３ＹによりＺチルトθステージ３９のＸ座標及びＹ座標が計測され、Ｙ軸用の２個のレーザ干渉計４３Ｙの計測値の差により、Ｚチルトθステージ３９のＸＹ平面内における回転角が計測される。レーザ干渉計４３によって検出されたＺチルトθステージ３９のＸ座標、Ｙ座標、及び回転角の情報は主制御系２４に供給される。主制御系２４は供給されたステージ位置情報をモニターしつつ駆動制御ユニット４４へ制御信号を出力し、Ｚチルトθステージ３９の位置決め動作を制御する。
【００２７】
図１に戻り、ウェハステージ３７（Ｚチルトθステージ３９）上には投影光学系ＰＬを介してウェハＷ上に照射される露光光ＩＬの照度ムラを測定するための照度センサ４５（図２では図示を省略している）が固定されている。この照度センサ４５の検出信号は露光制御ユニット２３に供給されている。また、ウェハステージ３７（Ｚチルトθステージ３９）上の一端には、ウェハステージ３７の基準位置を定める基準部材４６（図２では図示を省略している）が設けられている。この基準部材４６は、ウェハステージ３７の座標系に対するレチクルＲの相対的な位置及びベースラインを計測するために用いられる。ここで、ベースラインとは、例えばレチクルＲに形成されたパターンの投影光学系ＰＬによる投影像の中心位置と、ウェハ・アライメントセンサ４７の計測視野中心との距離をいう。
【００２８】
ウェハ・アライメントセンサ４７は、影光学系ＰＬの側方に設けられたオフ・アクシス方式のアライメントセンサである。ウェハ・アライメントセンサ４７の計測結果は主制御系２４に供給される。また更に、本実施形態の露光装置ＥＸは、レチクルステージ３１の上方に配置されたレチクル・アライメントセンサ４８を備える。このレチクル・アライメントセンサ４８は、レチクルＲの外周付近に形成された位置検出用のレチクルマークと投影光学系ＰＬを介してウェハステージ３７上に形成された基準部材４６とを同時に観察し、レチクルＲとウェハステージ３７との相対的な位置関係を直接的に計測（観察）するものである。レチクル・アライメントセンサ４８の計測結果は主制御系２４へ出力され、画像処理、演算処理、フィルタリング処理等の処理が施されてレチクルＲとウェハステージ３７の相対的な位置ずれ量が求められる。
【００２９】
また、ウェハステージベース３８の表面に対してレーザ光を照射してその反射光を検出することによって、ウェハステージベース３８表面のＺ位置を検出するＺ干渉計２５が設けられている。図１においては１つのＺ干渉計しか図示していないが、実際には３つ設けられており、ウェハステージベース３８のＺ位置及び傾きが検出されている。検出信号は主制御系２４に送られる。主制御系２４は、受信した信号に基づいてウェハステージベース３８の下部に設けられた３つのアクチュエータ（エアスプリング又はボイスコイルモータ）２６ａ〜２６ｃを駆動し、ウェハステージ３７のＺ位置及び傾きを制御する。これらのアクチュエータ２６ａ〜２６ｃは、アクティブ防振台として機能し、露光装置が設置される床からウェハステージベース３８に伝わる振動を抑制することができる。
【００３０】
また、本実施形態の露光装置ＥＸは、ウェハＷの表面のＺ方向の位置（フォーカス位置）を検出するための多点の焦点位置検出計（以下、多点ＡＦセンサという）４９を備える。この多点ＡＦセンサ４９は、投影光学系ＰＬの結像面に向けて光軸ＡＸに対して斜め方向から検出光を供給する照射光学系４９ａと、ウェハＷの表面で反射された検出光を受光する受光光学系４９ｂとを備えている。ここで、多点ＡＦセンサ４９の具体的な構成について説明する。図３は、多点ＡＦセンサ４９の構成を示す図である。
【００３１】
図３に示す多点ＡＦセンサ４９には、露光光ＥＬとは異なりウェハＷ上のフォトレジストを感光させない検出光が、図示省略された照明光源から光ファイバ束５０を介して導かれている。光ファイバ束５０から射出された照明光は、集光レンズ５１を経てパターン形成板５２を照明する。図４は、パターン形成板５２の構成例を示す図である。
【００３２】
図４に示す通り、パターン形成板５２には３つの開口パターンからなるパターン列が５列形成されている。例えば、第１列には３個のスリット状の開口パターンＳＬ１１〜ＳＬ１３が形成され、第３列には３個のスリット状の開口パターンＳＬ３１〜ＳＬ３３が形成され、第５列には３個のスリット状の開口パターンＳＬ５１〜ＳＬ５３が形成されている。即ち、パターン形成板５２には、合計で１５個のスリット状の開口パターンが形成されており、これらのスリット状の開口パターンの像が図１のウェハＷの表面上にＸ軸及びＹ軸に対して斜めに投影される。
【００３３】
図３に戻り、パターン形成板５２を透過した照明光は、レンズ５３、ミラー５４、及び照射対物レンズ５５を順次経てウェハＷの表面に投影され、ウェハＷの表面にはパターン形成板５２上のパターンの像が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに対して斜めに投影結像される。図５は、パターン形成板５２に形成された開口パターンがウェハＷの表面に結像される様子を示す図である。図５において、符号ＥＡを付した矩形状の領域は前述した露光フィールドを示しており、符号ＲＡ１，ＲＡ２を付した領域は、露光フィールドＥＡに対して＋Ｙ方向及び−Ｙ方向にそれぞれ配置された先読み領域を示している。
【００３４】
パターン形成板５２に形成された開口パターンが結像される位置は、Ｚ方向におけるウェハＷの表面の計測点となる。図５に示す例では、露光フィールドＥＡ内には３行×３列の計９箇所の計測点ＤＰ２１〜ＤＰ２３，ＤＰ３１〜ＤＰ３３，ＤＰ４１〜ＤＰ４３が設定されており、先読み領域ＲＡ１内には３箇所の計測点ＤＰ１１〜ＤＰ１３が設定され、先読み領域ＲＡ２内には３箇所の計測点ＤＰ５１〜ＤＰ５３が設定されている。
【００３５】
上記の露光フィールドＥＡ内に設定された９個の計測点ＤＰ２１〜ＤＰ２３，ＤＰ３１〜ＤＰ３３，ＤＰ４１〜ＤＰ４３でのフォーカス位置の情報から露光フィールドＥＡ内での平均的なフォーカス位置及び傾斜角が求められる。また、ウェハＷの走査方向（同期移動方向）が−Ｙ方向の場合には、先読み領域ＲＡ１内の３個の計測点ＤＰ１１〜ＤＰ１３でのフォーカス位置の情報を使用してウェハＷのＺ方向の位置及び姿勢の制御が行われ、ウェハＷの走査方向が＋Ｙ方向の場合には、先読み領域ＲＡ２内の３個の計測点ＤＰ５１〜ＤＰ５３でのフォーカス位置の情報を使用してウェハＷのＺ方向の位置及び姿勢の制御が行われる。
【００３６】
ウェハＷで反射された検出光は、集光対物レンズ５６、回転方向振動板５７、及び結像レンズ５８を順次経て受光器５９の受光面に再投影され、受光器５９の受光面には、パターン形成板５２上のパターンの像が再結像される。受光器５９の受光面には、パターン形成板５２と相似形に開口部が配列された遮光板（図示省略）が設けられる。ここで、主制御系２４は加振装置６０を介して回転方向振動板５７に振動を与えているので、受光器５９に投影される像の位置は遮光板に形成された開口部の長手方向に垂直な方向、つまり開口部の幅方向に振動する。受光器５９の多数の受光素子からの検出信号は主制御系２４に供給される。主制御系２４は、供給されてくる各検出信号を加振装置６０の駆動信号で同期検波して計測点ＤＰ１１〜ＤＰ５３のフォーカス位置にそれぞれ対応する１５個のフォーカス信号を得る。主制御系２４はこれら１５個のフォーカス信号に対して最小自乗近似演算処理を施して、露光フィールドＥＡ内におけるウェハＷの表面の傾斜角及びフォーカス位置を求める。
【００３７】
尚、計測点の配置はこれに限らず、例えば７行×７列の計４９箇所に設定されていても良い。この場合、露光フィールドＥＡには中央の３行×７列が配置されている。これらの計測点の中から、フォーカス・レベリング制御に適切な９点を選択する。また、各行における計測点の選択方法としては、例えばウェハＷ上に設定されたＡＦ計測点のうち、まず非走査方向（走査方向と交差する方向）の両端の計測点を有効計測点として選択し、その間の計測点の中から、最も内側の有効計測点から傾斜補正できる最小間隔以上離れた計測点の少なくとも一点を選択する。
【００３８】
このとき、候補となる計測点の数や配置、又はウェハ中心との位置関係に応じて（例えば、ウェハ中心から最も離れた計測点を選択）、有効計測点を選択する。また、本願明細書において、ウェハＷのＺ方向の位置は、ウェハＷの投影光学系ＰＬの光軸方向における位置、ウェハＷの姿勢は、ウェハＷの投影光学系ＰＬの結像面に対するウェハ表面の傾きを表すものとする。さらに、ウェハＷの面位置は、ウェハのＺ方向の位置及び姿勢の少なくとも一方のことを表すものとする。
【００３９】
アクチュエータ２６ａ〜２６ｃのリセット動作が終了したのち、多点ＡＦセンサ４９のファイン調整が行われる。このファイン調整方法は、例えば本出願人によって先に出願された特願２００２−１６７６５０によって提案されており、この方法によって、多点ＡＦセンサ４９の合わせ面と投影光学系ＰＬの結像面との誤差を求めることができる。
【００４０】
次に、ウェハステージ３７のＺ方向の位置及び姿勢を制御する制御系について説明する。図６は、ウェハステージ３７のＺ方向の位置及び姿勢を制御する制御系の概略構成を示すブロック図である。尚、図６において図１及び図２に示した部材と同一の部材については同一の符号を付している。図６に示す通り、Ｚチルトθステージ３９はその下部に配置された３個の支点４０ａ〜４０ｃを介して支持されている。よって、各支点４０ａ〜４０ｃの伸縮量を調整することにより、ウェハＷのＺ方向の位置及び姿勢を制御することができる。各支点４０ａ〜４０ｃの近傍にはそれぞれ、各支点のフォーカス方向の変位量を例えば０．０１μｍ程度の分解能で計測できる高さセンサ６１ａ〜６１ｃがそれぞれ取り付けられている。
【００４１】
本実施形態においては、投影光学系ＰＬを保持するコラムとウェハステージ３７を保持するウェハステージベース３８とは独立した構造となっている。従って、高さセンサ６１ａ〜６１ｃの検出結果、及びＺ干渉計２５の検出結果に基づいてウェハ表面の面位置を特定することができるため、これらの検出結果に基づいて各支点４０ａ〜４０ｃの伸縮量を調整する。
【００４２】
主制御系２４はウェハＷのＺ方向の位置及び姿勢を制御するために、Ｙ方向（同期移動方向）の設定すべき傾斜角及びＸ方向の設定すべき傾斜角をフィルタ部６２に出力する。フィルタ部６２は、例えばウェハＷの表面形状の急激な変化が生じている場合に、過剰な制御が行われて制御不能となるのを防止するために、主制御系２４から出力される信号の高周波成分をカットするローパスフィルタを備えている。フィルタ部６２でフィルタリング処理が行われた信号は演算装置６３へ出力される。
【００４３】
また、主制御系２４は演算装置６３に対してウェハＷ上の露光対象とするショット領域の座標を示す情報を出力するとともに、Ｚチルトθステージ３９をフィードフォワード制御するための制御信号及び多点ＡＦセンサ４９の検出結果を出力する。尚、詳細は後述するが、主制御系２４から演算装置６３へ出力される制御信号は、ＸＹ平面内におけるウェハステージ３７の位置及びウェハステージ３７の移動を開始してからの時間に応じて変化する制御信号である。
【００４４】
演算装置６３には、高さセンサ６１ａ〜６１ｃでそれぞれ検出された支点４０ａ〜４０ｃの現在の高さを示す情報が供給される。そして、演算装置６３は、これらの高さ情報、主制御系２４から出力されるショット領域の座標、Ｚチルトステージ３９をフィードフォワード制御するための制御信号、及び多点ＡＦセンサ４９の検出結果、並びにフィルタ部６２から出力される２つの傾斜角を示す信号を用いて、駆動部６４ａ〜６４ｃに供給する制御信号を生成する。各駆動部６４ａ〜６４ｃは、演算装置６３から出力される制御信号に基づいてそれぞれ対応する支点４０ａ〜４０ｃを駆動する。上記フィルタ部６２、演算装置６３、駆動部６４ａ〜６４ｃは図１中の駆動制御ユニット４４内に設けられている。図６に示す制御系は、本発明にいうステージ制御装置に相当するものである。
【００４５】
図７は、図６に示す制御系のブロック線図である。図７に示す通り、Ｚチルトθステージ３９のＺ方向の位置及び姿勢を制御する制御系は、フィードバック制御部７０ａとフィードフォワード制御部７０ｂとに大別される。フィードバック制御部７０ａは、目標位置発生器７１、ローパスフィルタ７２、演算部７３，７８、ＰＩ（Proportional Integral：比例積分）コントローラ７４、演算部７５、Ｐ（Proportional：比例）コントローラ７６、及びハイパスフィルタ７７を含んで構成される。尚、本実施形態では、図７に示すフィードバック制御部７０ａが多点ＡＦセンサ４９及び高さセンサ６１（６１ａ〜６１ｃ）の検出結果を用いてフィードバック制御を行うものとして説明するが、何れか一方の検出結果のみを用いてフィードバック制御を行っても良い。
【００４６】
目標位置発生器７１は、ウェハステージ３７（Ｚチルトθステージ３９）のＺ方向の位置及び姿勢の目標値を与える基準信号を出力する。この目標位置発生器７１は、主制御系２４内に設けられる構成である。演算部７８は、この基準信号に対してフィードフォワード制御部７０ｂから出力される制御信号を加算した制御信号を演算する。ローパスフィルタ７２は、図６中のフィルタ部６２に相当するものである。演算部７３はローパスフィルタ７２から出力される信号とセンサ（以下、多点ＡＦセンサ４９及び高さセンサ６１をまとめて「センサ７９」という）からの帰還信号との差分に応じた誤差信号を演算する。演算部７３及びＰＩコントローラ７４は、図６中の演算装置６３に設けられる構成である。
【００４７】
ＰＩコントローラ７４は演算部７３から出力される制御信号に基づいて、支点４０ａ〜４０ｃを駆動するための制御信号を生成する。演算部７５はＰＩコントローラ７６で生成された制御信号と、センサ７９からの帰還信号をハイパスフィルタ７７でフィルタリングして得られた信号との差分を演算する。Ｐコントローラ７６は演算部７５から出力される制御信号を所定の増幅率で増幅して支点４０ａ〜４０ｃを駆動するための制御信号を生成する。Ｐコントローラ７６から出力される制御信号が支点４０ａ〜４０ｃに印加される。演算部７５及びＰコントローラ７６も、図６中の演算装置６３に設けられている。以上のように、フィードバック制御部７０ａは二重のフィードバックループを用いてフィードバック制御を行う。
【００４８】
フィードフォワード制御部７０ｂは、１つのショット領域に対する露光処理を終えてから次のショット領域に対する露光処理を行う際に行われるウェハステージ３７のＸ方向へのステップ移動によって生ずる露光中のウェハステージ３７のＺ方向の位置を補正する補正量を発生する。本実施形態の露光装置は、スループットの向上を図るためウェハステージ３７を一時停止させることなくステップ移動させている。このため、ステップ移動に伴って生ずる振動によってウェハＷのＺ方向の位置が変動してオートフォーカスエラーが生じる可能性がある。ショット領域の露光中に生ずる振動は、ステップ長に応じて様々変化するためフィードフォワード制御部７０ｂはステップ長に応じた補正量を発生する。
【００４９】
フィードフォワード制御部７０ｂから発生させる補正量は以下の手順により求める。まず、ウェハステージ３７がステップ移動可能な長さ範囲（例えば、０〜３０［ｍｍ］）から任意の代表的な２つのステップ長（例えば、１５［ｍｍ］，２５［ｍｍ］）を選択し、これを基準ステップ長とする。次に、ウェハステージ３７のステップ長を基準ステップ長の何れか一方に設定し、ウェハステージ３７を一時停止させずにステップ移動させてからレチクルステージ３１とウェハステージ３７とを同期移動させ、このとき生ずるオートフォーカスエラーを多点ＡＦセンサ４９で計測する。
【００５０】
次に、フォードフォワード制御部７０ｂからの補正量を変えつつ上記の動作を繰り返して、ウェハステージ３７のステップ長が上記の基準となるステップ長に設定されているときのオートフォーカスエラーが所定の値以下になるまで追い込む作業を行う。この作業で、追い込みが完了したときにフォードフォワード制御部７０ｂから出力される補正量が基準となる補正量（基準補正量）となる。一方の基準ステップ長に対する追い込み作業を終えたら、他方の基準ステップ長に対しても同様の作業を行う。
【００５１】
尚、上記の基準補正量は自動学習によって求めるようにしても良い。ここで用いる学習方法は、例えば遺伝子アルゴリズム（Genetic Algorithm）を用いた学習方法又はニューラルネットワークを用いた学習方法等の学習方法を用いることができる。ここで、遺伝子アルゴリズムとは、集団及び環境との相互作用を通じて環境に適応する個体が生き残り、交配による世代間での優れた形質の継承及び突然変異による新しい形質の獲得を通じて進化してきた生物進化のメカニズムをシミュレートする人工的モデルをいい、自然システムや人工システムの環境への適応過程をシミュレートするモデルである。
【００５２】
以上の処理により求められた基準補正量はフィードフォワード制御部７０ｂ内に設けられた不図示のメモリに記憶される。尚、上記の２つの基準ステップ長毎に基準補正量が求められるが、メモリに記憶する基準補正量は何れか一方のみで良い。フィードフォワード制御部７０ｂはメモリに記憶された基準補正量を用いて様々なステップ長に応じた補正量を発生する。具体的に、フィードフォワード制御部７０ｂは、ステップ移動時に使用されるウェハステージ３７の加速度プロファイル（加速度の時間変化）を用いて、上記基準補正量の振幅、位相、及び周期（振動が所定のレベルに収まるまでの期間）を所望のステップ長に応じて変更することで、その所望のステップ長に対応した補正量を求める。ステップ長がｓ［ｍｍ］であるときの基準補正量に対する補正量Ｚｓは以下の（１）式で表される。以下の（１）式中の変数ｎは０≦ｎ≦４を満たす整数である。
【数１】
2006024674.tif 000003
【００５３】
上記（１）式中のＨ、ΔＴ、ｗは、それぞれステップ長に応じて補正すべきオートフォーカスエラーの振幅成分、位相成分、及び周期成分を表しており、これらは以下の（２）式〜（４）式で表される。
【数２】
2006024674.tif 000004
【数３】
2006024674.tif 000005
【数４】
2006024674.tif 000006
【００５４】
但し、上記（１）式〜（４）式中の各変数の意味は、以下の通りである。
ａｋ  ：次数ｋの係数
Ａａｖｅ：ステップ移動時の最大平均加速度
Ｖｍａｘ：ステップ移動時の最大速度
ｔａｈ ：先出し時間
ｔｓｔｒ：補正開始時間
Ｌｓ  ：露光時のステップ長
Ｌ０  ：基準補正量算出時のステップ長
Ｌ１  ：基準補正量算出時のステップ長（但し、Ｌ０＜Ｌ１）
尚、先出し時間ｔａｈとは、予め求められた主制御系２４又は駆動制御ユニット４４の制御特性等に基づいて設定される時間的なオフセットであり、上記基準補正量の計測時と実使用時（露光時）との間での時間遅れを補正するためのものである。
【００５５】
以上、ウェハステージ３７のＺ方向の位置を補正する制御系の構成について説明したが、次に露光時の動作について簡単に説明する。図８は、露光時におけるウェハＷ上の露光フィールドの軌跡の一例を示す図である。図８に示す通り、ウェハＷ上には複数のショット領域ＳＡ１〜ＳＡＮ（Ｎは２以上の整数）が設定されており、これらのショット領域ＳＡ１〜ＳＡＮの全てを露光する上で、露光処理に要する時間が極力短くなるように露光フィールドの軌跡が設定される。尚、軌跡の実線で示した部分は露光光ＥＬがウェハＷ上に照射される部分を示しており、破線で示した部分は露光光ＥＬがウェハＷ上に照射されずに、ウェハステージ３７の移動のみが行われる部分を示している。
【００５６】
露光処理が開始されると、主制御系２４は駆動制御ユニット４４を制御してウェハステージ３７をＸＹ平面内で移動させ、最初に露光すべきショット領域を移動開始位置に配置する。この移動によって投影光学系ＰＬの露光フィールドＥＡは、例えば図８中の位置Ｐ１に配置される。これと同時に駆動制御ユニット３５を制御してレチクルステージ３１も移動開始に配置する。以上の配置が完了すると、主制御系２４は駆動制御ユニット３５，４４を制御してレチクルステージ３１及びウェハステージ３７の移動を開始させる。例えば、レチクルステージ３１は＋Ｙ方向に加速され、ウェハステージ３７は−Ｙ方向に加速される。
【００５７】
ウェハステージ３７の移動開始と同時に、主制御系２４に設けられる構成である目標位置発生器７１はウェハＷのＺ方向の位置及び姿勢の目標値を与える基準信号を出力する。目標位置発生器７１から出力された基準信号は演算部７８に入力され、ローパスフィルタ７２でフィルタリング処理が行われて演算部７３に入力する。演算部７３において、ローパスフィルタ７２から出力される信号とセンサ７９からの帰還信号との差分に応じた誤差信号が演算される。
【００５８】
演算部７３で得られた制御信号はＰＩコントローラ７４へ出力されて支点４０ａ〜４０ｃを駆動するための制御信号が生成される。ＰＩコントローラ７４で生成された制御信号は演算部７５に入力されてセンサ７９からの帰還信号をハイパスフィルタ７７でフィルタリングして得られた信号との差分が演算される。この演算により得られた制御信号は、Ｐコントローラ７６において所定の増幅率で増幅されて支点４０ａ〜４０ｃに供給され、供給された制御信号に応じた推力が支点４０ａ〜４０ｃで発生し、ウェハステージ３７（Ｚチルトθステージ３９）のＺ方向の位置及び姿勢が制御される。
【００５９】
レチクルステージ３１及びウェハステージ３７の加速が終了して、レチクルステージ３１とウェハステージ３７とが同期した状態になると、スリット状の露光光ＥＬをレチクルＲに照射しつつ、ウェハステージ３７を−Ｙ方向に速度Ｖｗ（＝β・Ｖｍ）で移動させるとともに、レチクルステージ３１を＋Ｙ方向に速度Ｖｍで走査移動させつ、レチクルＲに形成されたパターンを、投影光学系ＰＬを介してウェハＷ上に設定されたショット領域に転写する。
【００６０】
レチクルＲのパターンの転写が終了すると、主制御系２４はレチクルステージ３１を減速させて停止させる。一方、主制御系２４はウェハステージ３７を減速させた後で一時停止させずにＸ方向にステップ移動させ、次の移動開始位置に配置する。ステップ移動が完了すると、主制御系２４は駆動制御ユニット３５，４４を制御してウェハステージ３７を一時停止させずにＹ方向の加速を開始させるとともに、レチクルステージ３１の加速を開始させる。このとき、主制御系２４に設けられたフィードフォワード補正部７０ｂは、基準補正量を前述したメモリから読み出すとともに、露光時に設定されたステップ移動時のステップ長と上記（１）式〜（４）式とを用いて補正量Ｚｓを算出する。この補正量Ｚｓは基準補正量を補正するために用いられる。つまり、フィードフォワード補正部７０ｂは、所望のステップ長に応じて基準補正量を補正量Ｚｓで補正し、これにより得られた補正量（上記の振幅、位相、及び周期）を制御信号として演算部７８に出力する。
【００６１】
フィードフォワード制御部７０ｂから出力された補正量は、演算部７８に入力されて目標位置発生器７１から出力される基準信号と演算される。演算部７８から出力された信号は、ローパスフィルタ７２に入力されてフィルタリング処理が行われて演算部７３に入力し、センサ７９からの帰還信号との差分に応じた誤差信号が演算される。演算部７３で得られた制御信号はＰＩコントローラ７４へ出力されて支点４０ａ〜４０ｃを駆動するための制御信号が生成される。ＰＩコントローラ７４で生成された制御信号は演算部７５に入力されてセンサ７９からの帰還信号をハイパスフィルタ７７でフィルタリングして得られた信号との差分が演算される。この演算により得られた制御信号は、Ｐコントローラ７６において所定の増幅率で増幅されて支点４０ａ〜４０ｃに供給され、供給された制御信号に応じた推力が支点４０ａ〜４０ｃで発生し、ウェハステージ３７（Ｚチルトθステージ３９）のＺ方向の位置及び姿勢がフィードフォワード制御及びフィードバック制御により調整される。
【００６２】
以上の制御は、露光光ＥＬがウェハＷ上に照射されている間、即ち露光処理が行われている間継続され、これによりステップ移動で生じた振動によるフォーカスエラーが補正される。以上の動作はウェハＷ上の他のショットに対しても同様に行われる。ウェハステージ３７が移動を開始してから減速を開始するまでは、上記のフィードフォワード制御によるオートフォーカスエラーが行われている。このため、ウェハステージ３７をＸ方向にステップ移動させてからウェハステージ３７をＹ方向に移動させても、ステップ移動に伴って生ずる振動がオートフォーカスに悪影響を与えるのを防止することができる。
【００６３】
図９は、ステップ長を基準ステップ長に設定してフィードフォワード制御を行わずに複数のショット領域に対する露光処理を行ったときのＺ方向の位置ずれ量の一例を示す図である。また、図１０は、ステップ長を基準ステップ長以外の長さに設定してフィードフォワード制御を行わずに複数のショット領域に対する露光処理を行ったときのＺ方向の位置ずれ量の一例を示す図である。更に、図１１は、ステップ長を基準ステップ長以外の長さに設定してフィードフォワード制御を行って複数のショット領域に対する露光処理を行ったときのＺ方向の位置ずれ量の一例を示す図である。
【００６４】
尚、図９〜図１１において、（ａ）はウェハステージ３７の同期移動方向が＋Ｙ方向であるときのオートフォーカスエラーの移動平均（ｍｅａｎ値）の時間変化を示す図であり、（ｂ）はウェハステージ３７の同期移動方向が−Ｙ方向であるときのオートフォーカスエラーの移動平均の時間変化を示す図である。また、（ｃ）はウェハステージ３７の同期移動方向が＋Ｙ方向であるときのオートフォーカスエラーの最小有意差（３σ値）の時間変化を示す図であり、（ｂ）はウェハステージ３７の同期移動方向が−Ｙ方向であるときのオートフォーカスエラーの最小有意差の時間変化を示す図である。また、（ａ）〜（ｄ）において、時刻０（図示省略）がウェハステージ３７とレチクルステージ３１との加速開始時点であり、時刻ｔ１１がウェハステージ３７とレチクルステージ３１との加速終了時点であり、時刻ｔ１２が露光開示時点（レチクルＲへの露光光ＥＬの照射開始時点）である。
【００６５】
図９を参照すると、ウェハステージ３７のステップ長が基準ステップ長（例えば、１５［ｍｍ］）に設定されている場合にはフォーカスエラーがさほど大きくなく、特にオートフォーカスエラーの移動平均値がある値以下に抑えられていることが分かる。これに対し、図１０を参照すると、ウェハステージ３７のステップ長が基準ステップ長以外の長さ（例えば、１０［ｍｍ］）に設定されていると、ステップ移動により生ずる振動が原因で、オートフォーカスエラーが大きくなるとともにそのばらつきが大きくなることが分かる。特に、時刻ｔ２〜ｔ３の間の時点までオートフォーカスエラーのばらつきが生じていることが分かる。図１１を参照すると、ウェハステージ３７のステップ長が基準ステップ長以外の長さ（例えば、１０［ｍｍ］）に設定されていても、本実施形態のフィードフォワード制御を適用することで、ステップ移動で生ずる振動によるオートフォーカスエラーが大幅に抑えられることが分かる。
【００６６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では本発明のステージ制御装置を露光装置のウェハステージ３７を制御する制御系に適用した場合を例に挙げて説明したが、露光装置のみならず載置物を載置した状態でＸ方向及びＹ方向の少なくとも一方に移動可能に構成されたステージであって、Ｚ方向の位置制御を行う必要のあるステージを制御する必要があるステージ一般に適用することができる。
【００６７】
また、上記実施形態では露光光源１として、ＡｒＦエキシマレーザ光源の場合を例に挙げて説明したが、これ以外に露光光源１としては、例えばｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）を射出する超高圧水銀ランプ、又はＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）、Ｆ２エキシマレーザ（波長１５７ｎｍ）、Ｋｒ２レーザ（波長１４６ｎｍ）、ＹＡＧレーザの高周波発生装置、若しくは半導体レーザの高周波発生装置を用いることができる。
【００６８】
また、本発明は半導体素子の製造に用いられる露光装置だけではなく、液晶表示素子（ＬＣＤ）等を含むディスプレイの製造に用いられてデバイスパターンをガラスプレート上へ転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられてデバイスパターンをセラミックウェハ上へ転写する露光装置、及びＣＣＤ等の撮像素子の製造に用いられる露光装置等にも適用することができる。更には、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ェ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。ここで、ＤＵＶ（遠紫外）光やＶＵＶ（真空紫外）光などを用いる露光装置では一般的に透過型レチクルが用いられ、レチクル基板としては石英ガラス、フッ素がドープされた石英ガラス、蛍石、フッ化マグネシウム、又は水晶などが用いられる。また、プロキシミティ方式のＸ線露光装置、又は電子線露光装置などでは透過型マスク（ステンシルマスク、メンブレンマスク）が用いられ、マスク基板としてはシリコンウェハなどが用いられる。なお、このような露光装置は、ＷＯ９９／３４２５５号、ＷＯ９９／５０７１２号、ＷＯ９９／６６３７０号、特開平11−194479号、特開2000−12453号、特開2000−29202号等に開示されている。
【００６９】
次に、本発明の一実施形態による露光装置及び露光方法をリソグラフィ工程で使用したマイクロデバイスの製造方法の実施形態について説明する。図１２は、マイクロデバイス（ＩＣや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）の製造工程の一例を示すフローチャートである。図１２に示すように、まず、ステップＳ１０（設計ステップ）において、マイクロデバイスの機能・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Ｓ１１（マスク製作ステップ）において、設計した回路パターンを形成したマスク（レチクル）を製作する。一方、ステップＳ１２（ウェハ製造ステップ）において、シリコン等の材料を用いてウェハを製造する。
【００７０】
次に、ステップＳ１３（ウェハ処理ステップ）において、ステップＳ１０〜ステップＳ１２で用意したマスクとウェハを使用して、後述するように、リソグラフィ技術等によってウェハ上に実際の回路等を形成する。次いで、ステップＳ１４（デバイス組立ステップ）において、ステップＳ１３で処理されたウェハを用いてデバイス組立を行う。このステップＳ１４には、ダイシング工程、ボンティング工程、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Ｓ１５（検査ステップ）において、ステップＳ１４で作製されたマイクロデバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経た後にマイクロデバイスが完成し、これが出荷される。
【００７１】
図１３は、半導体デバイスの場合における、図１２のステップＳ１３の詳細なフローの一例を示す図である。図１３において、ステップＳ２１（酸化ステップ）においてはウェハの表面を酸化させる。ステップＳ２２（ＣＶＤステップ）においてはウェハ表面に絶縁膜を形成する。ステップＳ２３（電極形成ステップ）においてはウェハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップＳ２４（イオン打込みステップ）においてはウェハにイオンを打ち込む。以上のステップＳ２１〜ステップＳ２４のそれぞれは、ウェ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。
【００７２】
ウェ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Ｓ２５（レジスト形成ステップ）において、ウェハに感光剤を塗布する。引き続き、ステップＳ２６（露光ステップ）において、上で説明したリソグラフィシステム（露光装置）及び露光方法によってマスクの回路パターンをウェハに転写する。次に、ステップＳ２７（現像ステップ）においては露光されたウェハを現像し、ステップＳ２８（エッチングステップ）において、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去る。そして、ステップＳ２９（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。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、ウェハ上に多重に回路パターンが形成される。
【００７３】
以上説明した本実施形態のマイクロデバイス製造方法を用いれば、露光工程（ステップＳ２６）において、オートフォーカスエラーが抑制されて、ウェハＷの表面が投影光学系ＰＬの像面に常にほぼ一致した状態でウェハＷが露光されるため、レチクルＲのパターンが忠実にウェハＷ上に転写され、この結果として微細な線幅を有する高集積度のデバイスを歩留まり良く製造することができる。また、ウェハステージ３７のステップ移動時にウェハステージ３７を一時させることがないため、デバイスを高スループットで生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の一実施形態によるステージ制御装置を備える本発明の一実施形態による露光装置ＥＸの全体構成の概略を示す図である。
【図２】ウェハステージ３７の概略構成を示す斜視図である。
【図３】多点ＡＦセンサ４９の構成を示す図である。
【図４】パターン形成板５２の構成例を示す図である。
【図５】パターン形成板５２に形成された開口パターンがウェハＷの表面に結像される様子を示す図である。
【図６】ウェハステージ３７のＺ方向の位置及び姿勢を制御する制御系の概略構成を示すブロック図である。
【図７】図６に示す制御系のブロック線図である。
【図８】露光時におけるウェハＷ上の露光フィールドの軌跡の一例を示す図である。
【図９】ステップ長を基準ステップ長に設定してフィードフォワード制御を行わずに複数のショット領域に対する露光処理を行ったときのＺ方向の位置ずれ量の一例を示す図である。
【図１０】ステップ長を基準ステップ長以外の長さに設定してフィードフォワード制御を行わずに複数のショット領域に対する露光処理を行ったときのＺ方向の位置ずれ量の一例を示す図である。
【図１１】ステップ長を基準ステップ長以外の長さに設定してフィードフォワード制御を行って複数のショット領域に対する露光処理を行ったときのＺ方向の位置ずれ量の一例を示す図である。
【図１２】マイクロデバイスの製造工程の一例を示すフローチャートである。
【図１３】半導体デバイスの場合における、図１２のステップＳ１３の詳細なフローの一例を示す図である。
【符号の説明】
【００７５】
３１      レチクルステージ（マスクステージ）
３７      ウェハステージ（ステージ、基板ステージ）
７０ｂ    フィードフォワード制御部（補正部）
ＥＸ      露光装置
Ｒ        レチクル（マスク）
Ｗ        ウェハ（基板）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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