(57)【要約】【課題】高精度な露光を実現する。【解決手段】  サブルーチン２０１及びステップ２０５において、投影光学系ＰＬの最良結像面及び多点ＡＦ系のオフセット成分を較正情報として検出する。ステップ２１５でのアライメント系ＡＬＧによるウエハアライメントマークの計測中に、多点ＡＦ系により、ウエハの露光対象面の面形状に関する情報（Ｚマップ）を検出し、ステップ２１９では、走査露光中におけるウエハステージのＸＹの位置指令プロファイルとともに、オートフォーカス・レベリング制御に関する位置指令（Ｚ，θｘ，θｙ）に関するＺ位置指令プロファイルを作成し、ステップ２２１においてその位置指令に基づいてオープン制御を行いつつ、走査露光を行う。【選択図】図９
2011101056.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影光学系を介して物体を露光する露光装置であって、
前記投影光学系の光軸方向及びその光軸に直交する平面内の２次元方向を含む少なくとも３自由度方向に、前記物体を保持して移動可能で、前記物体の前記光軸方向に関する位置を調整可能なステージと、
前記光軸方向に関する前記ステージの位置情報を検出する第１位置検出装置と、
前記光軸に直交する平面内における前記ステージの位置情報を検出する第２位置検出装置と、
前記露光に先立って、前記ステージに保持された前記物体の露光対象面の面形状に関する情報を検出する面形状検出系と、
前記物体に対する露光を行う際に、前記面形状検出系の検出結果と前記第１及び第２位置検出装置の検出結果とに基づいて前記ステージを駆動することにより、前記物体の露光対象面の面位置を調整する調整装置と、を備える露光装置。
【請求項２】
請求項１に記載の露光装置において、
前記投影光学系のベストフォーカス位置を計測する計測装置をさらに備え、
前記調整装置は、前記計測装置の計測結果を基準として、前記物体の露光対象面の面位置を調整することを特徴とする露光装置。
【請求項３】
請求項２に記載の露光装置において、
前記計測装置は、前記ステージに設けられ前記投影光学系の光軸に直交する平面内に配置された所定の計測用パターンを介して前記投影光学系によって形成される空間像を計測する空間像計測器を有し、該空間像計測器を用いて、有効露光フィールド内の少なくとも１箇所での前記光軸方向に関する前記ステージの位置の変化に対する前記空間像の変化を計測し、その計測結果に基づいて前記投影光学系のベストフォーカス位置を計測することを特徴とする露光装置。
【請求項４】
請求項１に記載の露光装置において、
前記物体上に形成されたアライメントマークを検出するためのオフアクシスのアライメント系をさらに備え、
前記面形状検出系は、前記アライメント系により前記アライメントマークが検出される際に、前記物体の露光対象面の前記光軸方向に関する位置を検出する焦点位置検出系を有し、該焦点位置検出系の検出結果と、前記焦点位置検出系により前記露光対象面の前記光軸方向に関する位置が検出される際の前記第２位置検出装置の検出結果とに基づいて、前記物体の露光対象面の面形状に関する情報を検出することを特徴とする露光装置。
【請求項５】
請求項４に記載の露光装置において、
前記焦点位置検出系は、前記物体上の複数の計測点に計測光を照射し、その反射光を検出することによって前記各計測点における前記光軸方向に関する前記物体の露光対象面の位置をそれぞれ検出可能な多点焦点位置検出系であることを特徴とする露光装置。
【請求項６】
請求項５に記載の露光装置において、
前記面形状検出系は、前記計測点間の検出原点ずれを検出し、その検出結果を考慮して、前記物体の露光対象面の面形状を検出することを特徴とする露光装置。
【請求項７】
請求項１に記載の露光装置において、
前記面形状検出系は、前記ステージの移動によりそのステージに保持された前記物体が横切る帯状の領域に照明光を照射する照射系と、前記帯状の領域を前記物体が横切る際のその物体の露光対象面からの前記照明光の反射光を受光する受光系とを含み、前記受光系における反射光の受光位置の基準位置からの位置ずれ量に基づいて、前記物体の露光対象面の面形状に関する情報を検出することを特徴とする露光装置。
【請求項８】
請求項１に記載の露光装置において、
前記面形状検出系は、干渉計を有し、該干渉計を用いて、前記物体の露光対象面の面形状に関する情報を検出することを特徴とする露光装置。
【請求項９】
請求項８に記載の露光装置において、
前記干渉計は、その光波が前記物体の露光対象面に対し斜入射する斜入射干渉計であることを特徴とする露光装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の露光装置において、
前記調整装置は、前記面形状検出系により前記物体の露光対象面の面形状に関する情報が検出される際に、前記第１位置検出装置によって検出された前記光軸方向に関する前記ステージの位置情報を考慮して、前記物体に対する露光を行う際に、前記物体の露光対象面の面位置を調整することを特徴とする露光装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の露光装置において、
前記面形状検出系は、前記物体の露光対象面の面形状に関する情報とともに、その露光対象面と前記ステージの基準面との前記光軸方向に関する相対位置に関する情報を検出することを特徴とする露光装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の露光装置において、
前記投影光学系を介して前記光軸方向に関する前記ステージの位置を検出可能な検出機構をさらに備え、
前記調整装置は、前記露光に先立って、前記検出機構の検出結果と、前記相対位置に関する情報と、前記物体の露光対象面の面形状に関する情報とに基づいて、前記光軸方向に関する前記物体の露光対象面の面位置を特定することを特徴とする露光装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の露光装置において、
前記調整装置は、前記検出機構の検出基準と前記投影光学系のベストフォーカス位置との差を検出し、その検出結果を考慮して、前記物体の露光対象面の面位置を調整することを特徴とする露光装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の露光装置において、
前記物体の露光対象面の面位置に関する情報の検出を、前記面形状検出系と前記物体との間に液体を満たさない状態で行い、
前記露光を、前記投影光学系と前記物体との間に液体を満たした状態で行うことを特徴とする露光装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか一項に記載の露光装置を用いて、物体上にデバイス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。
【請求項１６】
投影光学系を介して物体を露光する露光方法であって、
露光に先立って、前記投影光学系の光軸方向に関する前記物体の露光対象面の面形状に関する情報とともに前記露光対象面の面形状に関する情報が検出される際の前記物体を保持するステージの前記光軸方向に関する位置情報を検出する検出工程と、
前記検出結果に基づいて、前記物体の露光対象面の面位置を調整しつつ露光を行う露光工程と、を含む露光方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の露光方法において、
前記露光工程に先立って、
前記投影光学系のベストフォーカス位置を計測するベストフォーカス計測工程をさらに含み、
前記露光工程では、
前記投影光学系のベストフォーカス位置を基準として、前記物体の露光対象面の面位置を調整することを特徴とする露光方法。
【請求項１８】
請求項１６に記載の露光方法において、
前記検出工程に先立って、
前記投影光学系の光軸方向に関する前記物体の露光対象面の面形状に関する情報とともに前記光軸方向に関する前記物体の基準位置に関する情報を検出する検出系の較正を行う較正工程をさらに含む露光方法。
【請求項１９】
請求項１６に記載の露光方法において、
前記検出工程を、前記物体上に形成されたアライメントマークの検出中に行うことを特徴とする露光方法。
【請求項２０】
投影光学系を介して物体を露光する露光方法であって、
露光に先立って、前記投影光学系の光軸方向に関する前記物体の露光対象面の面形状に関する情報とともに前記物体を保持するステージの基準面と前記露光対象面との前記光軸方向に関する相対位置に関する情報を検出する検出工程と、
前記検出結果に基づいて、前記物体の露光対象面の面位置を調整しつつ露光を行う露光工程と、を含む露光方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の露光方法において、
前記露光工程に先立って、
前記投影光学系を介して、前記ステージの基準面の前記光軸方向に関する位置を検出する基準面位置検出工程をさらに含み、
前記露光工程では、
前記基準面位置検出工程の検出結果と、前記相対位置に関する情報と、前記物体の露光対象面の面形状に関する情報とに基づいて、前記光軸方向に関する前記物体の露光対象面の面位置を特定することを特徴とする露光方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の露光方法において、
前記基準面位置検出工程に先立って、
前記物体の露光対象面の面位置の基準位置と、前記投影光学系のベストフォーカス位置とを較正情報として検出する較正情報検出工程をさらに含み、
前記露光工程では、前記較正情報を考慮して、前記物体の露光対象面の面位置を調整することを特徴とする露光方法。
【請求項２３】
請求項１６に記載の露光方法において、
前記露光工程では、前記投影光学系と前記物体との間に液体を満たした状態で前記物体に対する露光を行うことを特徴とする露光方法。
【請求項２４】
請求項１６〜２３のいずれか一項に記載の露光方法を用いて、物体上にデバイス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。
【請求項２５】
露光対象の物体を保持可能で、所定の方向に移動可能なステージと、
前記ステージの移動によりそのステージに保持された前記物体が横切る帯状の領域に照明光を照射する照射系と、前記帯状の領域を前記物体が横切る際のその物体の露光対象面からの前記照明光の反射光を受光する受光系とを有し、前記受光系の出力に基づいて、前記物体の露光対象面の面形状に関する情報を検出する検出装置と、
前記帯状領域を前記物体が横切るように前記ステージを制御するとともに、前記帯状領域を前記物体が一度横切ることによって得られる、前記物体の露光対象面のほぼ全域の面形状の情報に基づいて、前記物体の露光対象面の面位置調整を行う制御装置と、を備え、
前記検出装置は、前記帯状の領域を横切る前記物体の幅と同等以上の長さの領域に前記照明光を照射する露光装置。
【請求項２６】
請求項２５に記載の露光装置において、
前記物体上に露光光を照射するための光学系と、
前記物体と前記光学系との間の空間を液体で満たす液浸機構とをさらに備え、
前記検出装置は、前記液浸機構により前記物体と前記光学系との間の空間を液体で満たす前に、前記物体の露光対象面の面形状に関する情報を検出することを特徴とする露光装置。
【請求項２７】
請求項２６に記載の露光装置において、
前記物体上のアライメントマークを検出するアライメント系をさらに備え、
前記アライメント系は、前記液浸機構により前記物体と前記光学系との間の空間を液体で満たす前に、前記物体上のアライメントマークを検出することを特徴とする露光装置。
【請求項２８】
請求項２７に記載の露光装置において、
前記検出装置は、前記アライメント系による前記アライメントマークの検出後に、前記物体の露光対象面の面形状に関する情報を検出することを特徴とする露光装置。
【請求項２９】
請求項２７に記載の露光装置において、
前記検出装置は、前記アライメント系による前記アライメントマークの検出前に、前記物体の露光対象面の面形状に関する情報を検出することを特徴とする露光装置。
【請求項３０】
請求項２５〜２９のいずれか一項に記載の露光装置を用いて、物体上にデバイスパターンを形成するリソグラフィ工程を含むデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光装置、露光方法及びデバイス製造方法に係り、さらに詳しくは、投影光学系を介して物体を露光する露光装置、露光方法、及び前記露光装置又は露光方法を用いるデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体素子（集積回路）、液晶表示素子等の電子デバイスを製造するリソグラフィ工程では、マスク又はレチクル（以下、「レチクル」と総称する）のパターンの像を、投影光学系を介して、レジスト（感光剤）が塗布されたウエハ又はガラスプレート等感光性の基板（以下、「基板」又は「ウエハ」と呼ぶ）上の各ショット領域に転写する投影露光装置が使用されている。この種の投影露光装置としては、従来、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）が多用されていたが、最近ではレチクルとウエハとを同期走査しつつ露光を行うステップ・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）も注目されている。
【０００３】
この種の露光装置を用いて露光を行う際には、デフォーカスに起因する露光不良の発生を極力抑制するために、投影光学系の光軸方向に関する基板の位置を、焦点位置検出系（フォーカス検出系）により検出し、その検出結果に基づいて、基板上の露光領域（露光光が照明される領域）を投影光学系の最良結像面の焦点深度の範囲内に位置させる、いわゆるオートフォーカス・レベリング制御を行っている。通常、このような焦点位置検出系としては、斜入射方式の多点焦点位置検出系（以下、「多点ＡＦ系」と呼ぶ）が採用されている（例えば、特許文献１、特許文献２等参照）。
【０００４】
しかしながら、上記投影露光装置においては、投影光学系の開口数（ＮＡ）が大きければ大きいほど解像度が向上するため、最近では、投影光学系に用いられるレンズ、特に投影光学系を構成する最も像面側のレンズの口径が大きくなってきており、このレンズの大口径化に伴って該レンズと基板との間隔（いわゆるワーキングディスタンス）が狭くなり、この結果、上記多点ＡＦ系を配置することが困難になってきている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２８３４０３号公報
【特許文献２】米国特許第５，４４８，３３２号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記事情の下になされたもので、第１の観点からすると、投影光学系を介して物体を露光する露光装置であって、前記投影光学系の光軸方向及びその光軸に直交する平面内の２次元方向を含む少なくとも３自由度方向に、前記物体を保持して移動可能で、前記物体の前記光軸方向に関する位置を調整可能なステージと、前記光軸方向に関する前記ステージの位置情報を検出する第１位置検出装置と、前記光軸に直交する平面内における前記ステージの位置情報を検出する第２位置検出装置と、前記露光に先立って、前記ステージに保持された前記物体の露光対象面の面形状に関する情報を検出する面形状検出系と、前記物体に対する露光を行う際に、前記面形状検出系の検出結果と前記第１及び第２位置検出装置の検出結果とに基づいて前記ステージを駆動することにより、前記物体の露光対象面の面位置を調整する調整装置と、を備える露光装置である。
【０００７】
これによれば、露光に先立って、ステージに保持された物体の露光対象面の面形状に関する情報を面形状検出系により検出しておき、物体に対する露光を行う際には、調整装置により、面形状検出系により検出された露光対象面の面形状に関する情報(面形状検出系の検出結果)と第１及び第２位置検出装置の検出結果とに基づいてステージ上の物体の面位置が調整される。従って、露光の際に、投影光学系の光軸方向に関する物体の位置を、焦点位置検出系により検出せずとも、露光中の物体上の露光領域（露光光が照明される領域）を投影光学系の最良結像面の焦点深度の範囲内に位置させることができる。
【０００８】
本発明は、第２の観点からすると、投影光学系を介して物体を露光する露光方法であって、露光に先立って、前記投影光学系の光軸方向に関する前記物体の露光対象面の面形状に関する情報とともに前記露光対象面の面形状に関する情報が検出される際の前記物体を保持するステージの前記光軸方向に関する位置情報を検出する検出工程と、前記検出結果に基づいて、前記物体の露光対象面の面位置を調整しつつ露光を行う露光工程と、を含む第１の露光方法である。
【０００９】
これによれば、露光に先立って投影光学系の光軸方向に関する物体の露光対象面の面形状に関する情報とともに露光対象面の面形状に関する情報が検出される際の物体を保持するステージの前記光軸方向に関する位置情報を検出しておき、露光の際に、その露光対象面の面形状に関する情報及び物体を保持するステージの前記光軸方向に関する位置情報に基づいてステージ上の物体の面位置を調整する。従って、投影光学系の光軸方向に関する物体の位置を、焦点位置検出系により検出せずとも、露光中の物体上の露光領域（露光光が照明される領域）を投影光学系の最良結像面の焦点深度の範囲内に位置させることができる。
【００１０】
本発明は、第３の観点からすると、投影光学系を介して物体を露光する露光方法であって、露光に先立って、前記投影光学系の光軸方向に関する前記物体の露光対象面の面形状に関する情報とともに前記物体を保持するステージの基準面と前記露光対象面との前記光軸方向に関する相対位置に関する情報を検出する検出工程と、前記検出結果に基づいて、前記物体の露光対象面の面位置を調整しつつ露光を行う露光工程と、を含む第２の露光方法である。
【００１１】
また本発明は、第４の観点からすると、露光対象の物体を保持可能で、所定の方向に移動可能なステージと、前記ステージの移動によりそのステージに保持された前記物体が横切る帯状の領域に照明光を照射する照射系と、前記帯状の領域を前記物体が横切る際のその物体の露光対象面からの前記照明光の反射光を受光する受光系とを有し、前記受光系の出力に基づいて、前記物体の露光対象面の面形状に関する情報を検出する検出装置と、前記帯状領域を前記物体が横切るように前記ステージを制御するとともに、前記帯状領域を前記物体が一度横切ることによって得られる、前記物体の露光対象面のほぼ全域の面形状の情報に基づいて、前記物体の露光対象面の面位置調整を行う制御装置と、を備え、前記検出装置は、前記帯状の領域を横切る前記物体の幅と同等以上の長さの領域に前記照明光を照射する露光装置である。
【００１２】
これによれば、物体の移動中に物体の露光対象面のほぼ全域の面形状に関する情報を短時間に取得することができる。
【００１３】
また、リソグラフィ工程において、本発明の露光装置を用いて、物体上にデバイスパターンを転写することにより、より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できる。従って、本発明は、更に別の観点からすると、本発明の露光装置を用いるリソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であるとも言える。同様に、リソグラフィ工程において、本発明の露光方法を用いて、物体上にデバイスパターンを転写することにより、より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できる。従って、本発明は更に別の観点からすると、本発明の露光方法を用いるリソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であるとも言える。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】ウエハステージを示す斜視図である。
【図３】空間像計測装置を用いてレチクル上の計測マークの空間像を計測しているときの様子を示す図である。
【図４】多点ＡＦ系を用いてウエハの露光対象面の面形状を計測しているときの様子を示す図である。
【図５】多点ＡＦ系の計測点であるスリット像の配置と計測領域との位置関係を示す図である。
【図６】図１の一方のＲＡ検出系１２Ａの近傍を拡大して示す図である。
【図７】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。
【図８（Ａ）】投影光学系の光軸上のベストフォーカス位置を原点とする座標系と、多点ＡＦ系の計測領域の中心を原点とする座標系とを示す図である。
【図８（Ｂ）】露光領域内におけるベストフォーカス位置の計測点を示す図である。
【図８（Ｃ）】多点ＡＦ系における各計測点でのオフセット成分の一例を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態の露光装置における露光動作の際の主制御装置の処理アルゴリズムを示すフローチャートである。
【図１０】投影光学系のベストフォーカス位置検出のサブルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【図１１（Ａ）】露光対象のウエハＷの一例を示す上面図である。
【図１１（Ｂ）】図１１（Ａ）のウエハＷのＡ−Ａ’断面に関するＺマップより得られたウエハの面形状を示す連続値関数の一例を示す図である。
【図１２（Ａ）】他の面形状検出装置の構成の一例を示す斜視図である。
【図１２（Ｂ）】図１２（Ａ）の面形状検出装置の近傍を示す上面図である。
【図１２（Ｃ）】照射領域ＳＬを示す拡大図である。
【図１３】ウエハの露光対象面の面形状を検出するための干渉計システムの概略的な構成を示す図である。
【図１４】本発明に係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。
【図１５】図１４のステップ８０４の詳細を示すフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の一実施形態を図１〜図１１（Ｂ）に基づいて説明する。図１には、本発明の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・スキャン方式の投影露光装置（スキャニング・ステッパ（スキャナとも呼ばれる））である。
【００１６】
この露光装置１００は、光源及び照明光学系（後述する可動レチクルブラインド等）を含み、エネルギービームとしての照明光（露光光）ＩＬによりレチクルＲを照明する照明系１０、レチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、投影ユニットＰＵ、ウエハＷが載置されるウエハステージＷＳＴ、前記レチクルステージＲＳＴ及び前記投影ユニットＰＵなどが搭載されたボディ（図１ではその一部を図示）及びこれらの制御系等を備えている。
【００１７】
前記照明系１０は、例えば特開２００１−３１３２５０号公報及びこれに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、オプティカルインテグレータ等を含む照度均一化光学系、照明系開口絞り、ビームスプリッタ、リレーレンズ、可変ＮＤフィルタ、レチクルブラインド（固定レチクルブラインド及び可動レチクルブラインド）等（いずれも不図示）を含んで構成されている。この照明系１０では、主制御装置２０の制御の下、回路パターン等が描かれたレチクルＲ上でＸ軸方向（図１における紙面内左右方向）に細長く伸びるスリット状の照明領域（レチクルブラインドで規定された領域）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。また、オプティカルインテグレータとしては、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）あるいは回折光学素子などを用いることができる。なお、照明系１０を、例えば特開平６−３４９７０１号公報及びこれに対応する米国特許第５，５３４，９７０号などに開示されるような照明系と同様に構成しても良い。
【００１８】
前記レチクルステージＲＳＴは、不図示のレチクルベース上に、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浮上支持されている。このレチクルステージＲＳＴ上には、レチクルＲが、例えば真空吸着（又は静電吸着）により固定されている。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部ＲＳＣ（図１では不図示、図７参照）により、後述する投影光学系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ＸＹ平面に直交するＺ軸回りの回転方向（θｚ方向）に）微小駆動可能であるとともに、不図示のレチクルベース上を所定の走査方向（ここでは、図１における紙面直交方向であるＹ軸方向とする）に指定された走査速度で駆動可能となっている。
【００１９】
レチクルステージＲＳＴのステージ移動面内の位置は、レチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）１６によって移動鏡１５を介して例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出されている。この場合、後述する投影ユニットＰＵを構成する鏡筒４０の側面に固定された固定鏡１４を基準として位置計測が行われる。実際には、レチクルステージＲＳＴ上にはＹ軸方向に直交する反射面を有するＹ移動鏡とＸ軸方向に直交する反射面を有するＸ移動鏡とが設けられ、これらの移動鏡に対応してレチクルＹ干渉計とレチクルＸ干渉計とが設けられ、更にこれに対応して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設けられているが、図１ではこれらが代表的に移動鏡１５、レチクル干渉計１６、固定鏡１４として示されている。レチクルＹ干渉計とレチクルＸ干渉計の一方、例えばレチクルＹ干渉計は測長軸が２軸の干渉計であり、このレチクルＹ干渉計の計測値に基づきレチクルステージＲＳＴのＹ位置に加えθｚ方向の回転も計測できるようになっている。なお、例えば、レチクルステージＲＳＴの端面を鏡面加工して反射面（移動鏡１５の反射面に相当）を形成しても良い。また、レチクルステージＲＳＴの走査方向（本実施形態ではＹ軸方向）の位置検出に用いられるＸ軸方向に延びた反射面の代わりに、少なくとも１つのコーナキューブ型ミラー（例えばレトロリフレクタ）を用いても良い。
【００２０】
レチクル干渉計１６の計測値は、主制御装置２０に送られている。主制御装置２０は、レチクル干渉計１６の計測値に基づいてレチクルステージ駆動部ＲＳＣ（図７参照）を介してレチクルステージＲＳＴを駆動制御する。
【００２１】
前記投影ユニットＰＵは、レチクルステージＲＳＴの図１における下方でボディの一部を構成する鏡筒定盤３８にフランジＦＬＧ１を介して支持されている。この投影ユニットＰＵは、円筒状でその外周部の下端部近傍にフランジＦＬＧ１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とによって構成されている。
【００２２】
前記投影光学系ＰＬとしては、例えばＺ軸方向の共通の光軸ＡＸを有する複数のレンズ（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な光学系で所定の投影倍率（例えば１／４倍又は１／５倍）を有する縮小光学系である。このため、照明系１０からの照明光ＩＬによってレチクルＲが照明されると、このレチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬを介してその照明領域（照明光ＩＬの照射領域）内のレチクルＲの例えば回路パターンの縮小像（回路パターンの一部の縮小像）が、表面にレジスト（感光剤）が塗布されたウエハＷ上に形成される。
【００２３】
本実施形態の露光装置１００では、液浸法を適用した露光が行われるため、開口数ＮＡが増大することに伴いレチクル側の開口が大きくなる。このため、レンズのみで構成する屈折光学系においては、ペッツヴァルの条件を満足することが困難となり、投影光学系が大型化する傾向にある。かかる投影光学系の大型化を避けるために、ミラーとレンズとを含んで構成される反射屈折系（カタディ・オプトリック系）を用いても良い。
【００２４】
また、露光装置１００では、投影光学系ＰＬを構成する最も像面側（ウエハＷ側）のレンズ（以下、「先端レンズ」という）９１の近傍には、液体給排システム１３２を構成する液体供給ノズル５１Ａと、液体回収ノズル５１Ｂとが設けられている。液体供給ノズル５１Ａと、液体回収ノズル５１Ｂは、鏡筒定盤３８に保持されており、その先端が、後述するウエハステージＷＳＴと対向するように配置されている。
【００２５】
前記液体供給ノズル５１Ａには、その一端が液体供給装置１３１Ａ（図１では不図示、図７参照）に接続された不図示の供給管の他端が接続されており、前記液体回収ノズル５１Ｂには、その一端が液体回収装置１３１Ｂ（図１では不図示、図７参照）に接続された不図示の回収管の他端が接続されている。
【００２６】
前記液体供給装置１３１Ａは、液体のタンク、加圧ポンプ及び温度制御装置並びに供給管に対する液体の供給・停止を制御するためのバルブ等を含んで構成されている。バルブとしては、例えば液体の供給・停止のみならず、流量の調整も可能となるように流量制御弁を用いることが望ましい。前記温度制御装置は、液体タンク内の液体の温度を、露光装置本体が収納されているチャンバ（不図示）内の温度と同程度の温度に調整する。
【００２７】
なお、液体を供給するためのタンク、加圧ポンプ、温度制御装置、バルブなどは、その全てを露光装置１００で備えている必要はなく、少なくとも一部を露光装置１００が設置される工場などの設備で代替することもできる。
【００２８】
前記液体回収装置１３１Ｂは、液体のタンク及び吸引ポンプ並びに回収管を介した液体の回収・停止を制御するためのバルブ等を含んで構成されている。バルブとしては、前述した液体供給装置１３１Ａ側のバルブに対応して流量制御弁を用いることが望ましい。
【００２９】
なお、液体を回収するためのタンク、吸引ポンプ、バルブなどは、その全てを露光装置１００で備えている必要はなく、少なくとも一部を露光装置１００が設置される工場などの設備で代替することもできる。
【００３０】
上記の液体としては、ここでは、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍの光）が透過する超純水（以下、特に必要な場合を除いて、単に「水」と記述する）を用いるものとする。超純水は、半導体製造工場等で容易に大量に入手できるとともに、ウエハ上のフォトレジストや光学レンズ等に対する悪影響がないという利点がある。また、超純水は環境に対する悪影響がないうえ、不純物の含有量が極めて少ないため、ウエハＷの表面及び先端レンズ９１の表面をも洗浄する作用も期待できる。
【００３１】
ＡｒＦエキシマレーザ光に対する水の屈折率ｎは、ほぼ１．４４である。この水の中では、照明光ＩＬの波長は、１９３ｎｍ×１／ｎ＝約１３４ｎｍに短波長化される。
【００３２】
前記液体供給装置１３１Ａ及び液体回収装置１３１Ｂは、それぞれコントローラを具備しており、それぞれのコントローラは、主制御装置２０によって制御されるようになっている（図７参照）。液体供給装置１３１Ａのコントローラは、主制御装置２０からの指示に応じ、供給管に接続されたバルブを所定開度で開き、液体供給ノズル５１Ａを介して先端レンズ９１とウエハＷとの間に水を供給する。また、このとき、液体回収装置１３１Ｂのコントローラは、主制御装置２０からの指示に応じ、回収管に接続されたバルブを所定開度で開き、液体回収ノズル５１Ｂを介して先端レンズ９１とウエハＷとの間から液体回収装置１３１Ｂ（液体のタンク）の内部に水を回収する。このとき、主制御装置２０は、先端レンズ９１とウエハＷとの間に液体供給ノズル５１Ａから供給される水の量と、液体回収ノズル５１Ｂを介して回収される水の量とが常に等しくなるように、液体供給装置１３１Ａのコントローラ、液体回収装置１３１Ｂのコントローラに対して指令を与える。そのため、先端レンズ９１とウエハＷとの間には常に一定量の水Ｌｑ（図１参照）が保持される。この場合、先端レンズ９１とウエハＷとの間に保持された水Ｌｑは、常に入れ替わっている。
【００３３】
上記の説明から明らかなように、本実施形態の液体給排システム１３２は、上記液体供給装置１３１Ａ、液体回収装置１３１Ｂ、供給管、回収管、液体供給ノズル５１Ａ及び液体回収ノズル５１Ｂ等を含んで構成された、局所液浸の液体給排システムである。
【００３４】
なお、上記の説明では、その説明を簡単にするため、液体供給ノズルと液体回収ノズルとがそれぞれ１つずつ設けられているものとしたが、これに限らず、例えば、国際公開第９９／４９５０４号に開示されるように、ノズルを多数有する構成を採用することとしても良い。要は、投影光学系ＰＬを構成する最下端の光学部材（先端レンズ）９１とウエハＷとの間に液体を供給することができるのであれば、その構成はいかなるものであっても良い。
【００３５】
前記ウエハステージＷＳＴは、図１に示されるように、投影ユニットＰＵの下方に水平に配置されたステージベースＢＳの上面に、その底面に設けられた複数のエアベアリングを介して非接触で浮上支持されている。このウエハステージＷＳＴ上に、ウエハホルダ７０を介してウエハＷが真空吸着（又は静電吸着）によって固定されている。前記ステージベースＢＳの＋Ｚ側の面（上面）は、その平坦度が非常に高くなるように加工されており、この面がウエハステージＷＳＴの移動基準面であるガイド面となっている。
【００３６】
前記ウエハステージＷＳＴは、投影光学系ＰＬの図１における下方で、リニアモータ（あるいは平面モータ）などのアクチュエータを含むウエハステージ駆動部ＷＳＣ（図１では不図示、図７参照）によって上記ガイド面に沿ってＸＹ面内（θｚ含む）で駆動され、Ｚ軸方向、θｘ方向（Ｘ軸回りの回転方向）、θｙ方向（Ｙ軸回りの回転方向）の３自由度方向に微小駆動される。
【００３７】
前記ウエハホルダ７０は、図２に示されるように、板状の本体部７０Ａと、該本体部７０Ａの上面に固定されその中央にウエハＷの直径より０．１〜１ｍｍ程度直径が大きな円形開口が形成された補助プレート７２とを備えている。この補助プレート７２の円形開口内部の領域には、多数のピンが配置されており、その多数のピンによってウエハＷが支持された状態で真空吸着されている。この場合、ウエハＷが真空吸着された状態では、そのウエハＷの表面と補助プレート７２の表面との高さがほぼ同一の高さとなるように設定されている。
【００３８】
また、補助プレート７２には、その一部に矩形状の開口が形成され、その開口内に基準マーク板ＦＭが嵌め込まれている。基準マーク板ＦＭはその表面が、補助プレート７２と同一面とされている。この基準マーク板ＦＭ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ＷＭ1，ＷＭ2（図２では不図示、図６参照）と、これらの第１基準マークＷＭ1，ＷＭ2に対して既知の位置関係にあるオフアクシスアライメント系のベースライン計測用の第２基準マーク（不図示）などが形成されている。
【００３９】
図１に戻り、前記ウエハステージＷＳＴのＸＹ面内に関する位置情報は、ウエハステージＷＳＴの上部に固定された移動鏡１７ＸＹに測長ビームを照射するウエハレーザ干渉計（以下、「ウエハ干渉計」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１８は、鏡筒定盤３８に吊り下げ状態で固定されており、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２９ＸＹの反射面を基準とする移動鏡１７ＸＹの反射面の位置情報をウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置情報として計測する。
【００４０】
実際には、ウエハステージＷＳＴ上には、図２に示されるように、実際には、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、これに対応してレーザ干渉計及び固定鏡も、Ｘ軸方向位置計測用とＹ軸方向位置計測用のものがそれぞれ設けられているが、図１ではこれらが代表的に移動鏡１７ＸＹ、ウエハ干渉計１８、固定鏡２９ＸＹとして図示されている。なお、例えば、ウエハステージＷＳＴの端面を鏡面加工して反射面（移動鏡１７ＸＹの反射面に相当）を形成しても良い。また、ウエハ干渉計１８のうち、Ｘ軸方向位置計測用のレーザ干渉計及びＹ軸方向位置計測用のレーザ干渉計は、ともに測長軸を複数有する多軸干渉計であり、ウエハステージＷＳＴのＸ、Ｙ位置の他、回転（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）も計測可能となっている。
【００４１】
また、図１、図２に示されるように、ウエハステージＷＳＴの−Ｘ側の端部には４５°傾いてウエハステージＷＳＴに設置される反射鏡１７Ｚが設置されており、ウエハ干渉計１８は、この反射鏡１７Ｚに対してもＸ軸に平行な測長ビームを照射している。反射鏡１７Ｚにおいて＋Ｚ側に反射されたビームは、鏡筒定盤３８の−Ｚ側面に設置されたＸ軸方向に延びる固定鏡２９Ｚによって−Ｚ側に反射し、反射鏡１７Ｚで再び反射されてウエハ干渉計１８に戻る。ウエハ干渉計１８では、この戻り光束と、上述したＸ軸方向位置計測用の測長ビームの戻り光束とを干渉させて、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸの方向（Ｚ軸方向）に関するウエハステージＷＳＴの位置情報、すなわちウエハステージＷＳＴのＺ位置も、ＸＹの検出精度と同レベルの検出精度で検出している。
【００４２】
本実施形態では、投影光学系ＰＬの直下の位置と後述するアライメント系ＡＬＧの直下の位置と、ウエハＷのロード位置との間を往来する間でも、ウエハ干渉計１８がウエハステージＷＳＴのＺ位置を常にモニタできるように、固定鏡２９ＺのＸ軸方向の長さが規定されている。これにより、ウエハステージＷＳＴのＸＹ位置に関わらず、ウエハステージＷＳＴの絶対Ｚ位置を常に同一のウエハ干渉計１８によって検出することができる。
【００４３】
Ｚ位置を含む上述したウエハステージＷＳＴの位置情報（又は速度情報）は主制御装置２０に送られている。主制御装置２０は、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部ＷＳＣ（図１では不図示、図７参照）を介してウエハステージＷＳＴのＸＹ面内及びＺ位置を含む６自由度方向の位置を制御する。
【００４４】
また、露光装置１００は、投影光学系ＰＬを介した空間像を計測する空間像計測装置を備えている。図３に示されるように、ウエハステージＷＳＴの内部には、この空間像計測装置５９を構成する光学系の一部が配置されている。この空間像計測装置５９は、ウエハステージＷＳＴ上に設けられたステージ側構成部分、すなわちスリット板９０、送光レンズ８７と、ウエハステージＷＳＴの外部に設けられたステージ外構成部分、すなわち受光レンズ８９、光電変換素子から成る光センサ及び該光センサからの光電変換信号の信号処理回路５２（図１、図７参照）等とを含んで構成されている。
【００４５】
スリット板９０は、図３に示されるように、ウエハステージＷＳＴの上面に設けられた上部が開口した突設部分５８に設けられ、該突設部分５８の開口を塞ぐ状態で上方から固定され、かつその上面が、ウエハホルダ７０に真空吸着されたウエハＷとほぼ同一面に位置するような状態で、ウエハステージＷＳＴに固定されている。このスリット板９０は、は照明光ＩＬの透過性の良いガラス（合成石英、あるいは蛍石など）から成り、その上方には遮光膜が形成され、その遮光膜には図２に示されるようにＸ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ延びる所定幅の２つのスリット状の計測用パターン２２Ｘ，２２Ｙが形成されている。以下では、この計測用パターン２２Ｘ，２２Ｙを総称してスリット２２と記述するとともに、便宜上スリット板９０にスリット２２が形成されているものとして説明を行う。ここで、スリット板９０の表面は、非常に平坦度が高く設定され、このスリット板９０は、いわゆる基準平面板をも兼ねている。
【００４６】
この空間像計測装置５９によるレチクルＲに形成された計測マークの投影光学系ＰＬを介しての投影像（空間像）の計測は、いわゆるスリットスキャン方式によって行われる。このスリットスキャン方式の空間像計測では、計測マークの投影光学系ＰＬを介した投影像（空間像）に対してスリット板９０のスリット２２を走査（スキャン）し、その走査中にスリットを透過した照明光ＩＬがウエハステージＷＳＴの内部の光学系を経て張出部５７上に設けられた送光レンズ８７によりウエハステージＷＳＴの外部に導き出される。そして、そのウエハステージＷＳＴの外部に導き出された光は、鏡筒定盤３８（図１参照）に固定されたケース９２に取り付けられた送光レンズ８７に比べて大径（スリットスキャン中送光レンズ８７からの光を必ず入射できる程度）な受光レンズ８９に入射する。この入射光はこの受光レンズ８９を介してケース９２内にスリット２２と共役な位置に取り付けられた光電変換素子（受光素子）、例えばフォト・マルチプライヤ・チューブ（ＰＭＴ）などの光センサによって受光される。該光センサからその受光量に応じた光電変換信号（光量信号）Ｐは増幅器、Ａ／Ｄコンバータ（例えば１６ビットの分解能のもの）などを含んで構成された信号処理回路５２を介して主制御装置２０に出力される。主制御装置２０は、受光した光センサからの光電変換信号に基づいて、投影像（空間像）の光強度を検出する。
【００４７】
なお、上記空間像計測に際しては、先端レンズ９１とウエハＷとの間と同様に、先端レンズ９１とスリット板９０との間にも、主制御装置２０からの指示に応じた液体供給装置１３１Ａ及び液体回収装置１３１Ｂのコントローラの制御により、一定量の水Ｌｑ（図３参照）が保持されるようになっている。
【００４８】
図３には、空間像計測装置５９を用いて、レチクルＲの代わりにレチクルステージＲＳＴ上に保持されたレチクルＲ１に形成された計測マークの空間像が計測されている最中の状態が示されている。レチクルＲ１には、所定の箇所にＹ軸方向に周期性を有するＬ／Ｓパターンから成る計測マークＰＭが形成されているものとする。また、空間像の計測に当たり、主制御装置２０により、照明系１０を構成する可動レチクルブラインド１２が不図示のブラインド駆動装置を介して駆動され、レチクルＲの照明光ＩＬの照明領域が計測マークＰＭに対応する部分のみに規定されているものとする。この状態で、照明光ＩＬがレチクルＲ１に照射されると、図３に示されるように、計測マークＰＭによって回折、散乱した光（照明光ＩＬ）は投影光学系ＰＬにより屈折され、投影光学系ＰＬの像面に計測マークＰＭの空間像（投影像）が形成される。
【００４９】
この空間像が形成された状態で、主制御装置２０により、ウエハステージ駆動部ＷＳＣ（図７参照）を介してウエハステージＷＳＴがＹ軸方向に駆動されると、スリット２２が空間像に対してＹ軸方向に沿って走査される。すると、この走査中にスリット２２を通過する光（照明光ＩＬ）が空間像計測装置５９の光センサで受光され、その光電変換信号Ｐが信号処理回路５２を介して主制御装置２０に供給される。主制御装置２０では、光電変換信号Ｐに基づいて空間像に対応する光強度分布を計測することができる。ただし、この空間像計測の際に得られる光電変換信号（光強度信号）Ｐは、スリット２２に依存する関数と空間像に対応する光強度分布のコンボリューションとなるため、その空間像に対応する信号を得るためには、例えば信号処理回路５２等で、そのスリット２２に依存する関数に関するデコンボリューションを行う必要がある。
【００５０】
図１に戻り、投影ユニットＰＵの＋Ｘ側には、オフアクシスのアライメント系ＡＬＧが、鏡筒定盤３８上にフランジＦＬＧ２を介して支持されている。このアライメント系ＡＬＧとしては、例えば、ウエハＷ上のレジストを感光させないブロードバンドな検出光束を対象マークに照射し、その対象マークからの反射光により受光面に結像された対象マークの像と不図示の指標の像とを撮像素子（ＣＣＤ）等を用いて撮像し、それらの撮像信号を出力する画像処理方式のＦＩＡ（Field Image Alignment）系のアライメントセンサが用いられている。このアライメント系ＡＬＧの撮像結果は、主制御装置２０に送られる。
【００５１】
また、露光装置１００では、そのアライメント系ＡＬＧを挟むようにして、照射系６０Ａと、受光系６０Ｂとから成る多点焦点位置検出系（以下、適宜「多点ＡＦ系」と呼ぶ）が設けられている。照射系６０Ａは、主制御装置２０によってオンオフが制御される光源を有し、アライメント系ＡＬＧの直下にウエハＷがある場合、そのウエハＷ面に向けてスリット（又はピンホール）の像を形成するための複数の結像光束を、光軸ＡＸに対して斜め方向より照射する。受光系６０Ｂは、それらの結像光束のウエハＷ表面での反射光束を受光する。すなわち、この多点ＡＦ系は、光軸ＡＸ方向（Ｚ軸方向）に関するウエハＷの位置及びＸＹ面に対する傾斜を検出する斜入射方式の焦点位置検出系である。本実施形態の多点ＡＦ系（６０Ａ，６０Ｂ）としては、例えば特開平６−２８３４０３号公報及びこれに対応する米国特許第５，４４８，３３２号などに開示されているものと同様の構成のものが用いられるが、本実施形態では、この多点ＡＦ系が、投影光学系ＰＬの近傍（さらには投影光学系の光軸を中心として）に配置されているのではなく、アライメント系ＡＬＧの近傍に設けられている。
【００５２】
照射系６０Ａ内には、例えば照明光源と、一例として８行８列のマトリクス状配列で６４個のスリット状の開口パターンが形成されたパターン板と、照射光学系などが設けられている。また、受光系６０Ｂ内には、一例として８行８列のマトリクス状の配列で合計６４個のスリットが形成された受光用スリット板と、該スリット板の各スリットに対向して８行８列のマトリクス状配列で配置された６４個のフォトダイオード等の受光素子から成るセンサとしてのフォーカスセンサと、回転方向振動板と、受光光学系などが設けられている。
【００５３】
この多点ＡＦ系（６０Ａ，６０Ｂ）の各部の作用について簡単に説明すると、主制御装置２０からの指示の下、照射系６０Ａ内の照明光源からの照明光によりパターン板が照明されると、例えば図４に示されるように、パターン板の各開口パターンを透過した結像光束が照射光学系を介してウエハＷ表面に照射され、ウエハＷ表面に８行８列のマトリクス状配列で８×８、合計６４個のＸ軸、Ｙ軸に対して４５度傾斜したスリット状の開口パターンの像（スリット像）Ｓ11〜Ｓ88が形成される（図５参照）。すると、スリット像Ｓ11〜Ｓ88それぞれの結像光束のウエハ表面からの反射光が受光光学系を介して受光用スリット板の各スリット上にそれぞれ再結像され、それらのスリット像の光束がフォーカスセンサによって個別に受光される。この場合、それらのスリット像の光束は、回転方向振動板により振動されているので、受光用スリット板上では再結像された各像（以下、適宜「反射スリット像」と呼ぶ）の位置が各スリットの長手方向と交差する方向に振動する。各フォーカスセンサの検出信号は図１の信号処理装置５６により前記回転振動周波数の信号で同期検波される。そして、この信号処理装置５６により、同期検波して得られた６４点の焦点ずれ信号（デフォーカス信号）、例えばＳカーブ信号が主制御装置２０に供給されるようになっている。
【００５４】
このＳカーブ信号は、受光用スリット板のスリット中心とウエハＷからの反射スリット像の振動中心とが一致したときに零レベルとなり、ウエハＷがその状態から上方に変位しているときは正のレベル、ウエハＷが下方に変位しているときは負のレベルになる信号である。従って、Ｓカーブ信号にオフセットが加えられていない状態では、主制御装置２０によって、Ｓカーブ信号が零レベルになるウエハＷの高さ位置がそれぞれ検出されることとなる。
【００５５】
なお、以下では、図５に示されるスリット像Ｓ11〜Ｓ88が形成され、結像面からのＺ位置が検出されるウエハＷ上の場所を、特に、計測点Ｓ11〜Ｓ88と呼ぶこととする。図５に示されるように、隣接するスリット像の中心間隔は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向ともに例えば１０ｍｍで規定されている。現在では、プロセスウエハの表面は、ＣＭＰプロセス等により平坦度が増しており、グローバルな面形状さえ検出することができれば良いので、この程度の間隔で十分である。また、各計測点のＸ軸方向及びＹ軸方向の長さは、例えば５ｍｍで規定されている。この場合、全てのスリット像Ｓ11〜Ｓ88がカバーする領域の面積は、７５×７５＝５６２５ｍｍ2となる。したがって、この多点ＡＦ系（６０Ａ，６０Ｂ）によれば、およそ７５×７５（＝５６２５）ｍｍ2のウエハのＺ位置及び傾斜成分を一度に計測することができるようになっている。以下ではこの多点ＡＦ系（６０Ａ，６０Ｂ）の計測領域をＭＡと呼ぶ。
【００５６】
図１に戻り、レチクルＲの上方に、レチクルＲ上の一対のレチクルアライメントマーク（ＲＡマーク）と基準マーク板ＦＭ上の対応する一対の第１基準マーク、例えばＷＭ1，ＷＭ2の投影光学系ＰＬを介した像とを同時に観察するための露光波長を用いた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検出系（以下、便宜上「ＲＡ検出系」と呼ぶ）１２Ａ，１２Ｂが配置されている。これらのＲＡ検出系１２Ａ，１２Ｂの検出信号は、不図示のアライメント制御装置を介して、主制御装置２０に供給されるようになっている。
【００５７】
ここで、図１及びこの図１におけるＲＡ検出系１２Ａを拡大して詳細に示す図６に基づいて、ＲＡ検出系１２Ａ，１２Ｂについて更に詳述する。前記一方のＲＡ検出系１２Ａは、図１に示されるように、可動部３３Ａと、固定部３２Ａとの２部分を含んで構成されている。この内、可動部３３Ａは、図６に示されるように、プリズム２８Ａと、該プリズム２８Ａの下方に４５°で斜設されたビームスプリッタ３０Ａと、これらを所定の位置関係で保持するハウジングとを備えている。この可動部３３Ａは、Ｘ軸方向に移動自在に配置され、後述するレチクルアライメントを行う際には、主制御装置２０からの指令により不図示の駆動装置により照明光ＩＬの光路上の計測位置（図６に示される位置）に移動され、レチクルアライメントが終了すると、露光動作の邪魔にならないように、主制御装置２０からの指令のもとで、不図示の駆動装置により照明光ＩＬの光路上から退避される。
【００５８】
前記プリズム２８Ａは、図６の計測位置にあるときに、照明光ＩＬをレチクルＲ上のＲＡマーク（例えばＲＭ1）に導くためのものである。ＲＡマークは、パターン領域ＰＡの外側に設けられており、この部分は通常は照明する必要の無い部分であるため、本実施形態では、照明光ＩＬの一部の光束（以下、この光束を便宜上「ＩＬ1」と呼ぶ）を導くようにしたものである。プリズム２８Ａにより導かれた光束ＩＬ1はビームスプリッタ３０Ａを介してＲＡマーク（例えばＲＭ1）を照明する。ビームスプリッタ３０Ａは、レチクルＲ側からの検出光束（光束ＩＬ1の反射光束）を、固定部３２Ａに導くためのものである。
【００５９】
前記固定部３２Ａは、結像光学系３５、該結像光学系３５内に配設された合焦状態調整用レンズ３９を駆動する駆動装置４１及び撮像素子（ＣＣＤ）４２等を含んで構成されている。
【００６０】
前記結像光学系３５としては、ここでは、内部に配設された合焦状態調整用レンズ３９を駆動することにより、焦点距離を変更することができる光学系、すなわち、いわゆる内焦式の光学系が用いられている。このため、本実施形態では、主制御装置２０が、例えば撮像素子４２における画像信号を処理してＲＡマーク（例えばＲＭ1）や、基準マーク板ＦＭ上の第１基準マーク（例えばＷＭ1）の投影像に対応する光強度信号のコントラストを求め、該コントラストがピークとなるように、前述の合焦状態調整用レンズ３９を駆動装置４１を介して光軸方向に駆動することにより、結像光学系３５の焦点をレチクルＲのパターン面と撮像素子４２の受光面とに合わせることができる。すなわち、結像光学系３５の合焦動作を行うことができる。
【００６１】
他方のＲＡ検出系１２Ｂは、図１及び図６に示されるように、可動部３３Ｂと、固定部３２Ｂとを備え、可動部３３Ｂは、プリズム２８Ｂ及びビームスプリッタ３０Ｂを備え、上記ＲＡ検出系１２Ａと左右対称ではあるが、同様に構成されている（照明光ＩＬ2と、レチクルＲ上のＲＡマークＲＭ2と、第１基準マークＷＭ2との関係も同様である）。このように、ＲＡ検出系１２Ｂの構成が他方のＲＡ検出系１２Ａと同様であるので、以下、結像光学系、合焦状態調整用レンズ、駆動装置及び撮像素子の符号については、ＲＡ検出系１２Ａと同一の符号を用いるものとする。なお、ＲＡ検出系（１２Ａ，１２Ｂ）を用いた例えばレチクルアライメントの際にも、先端レンズ９１と基準マーク板ＦＭとの間に、主制御装置２０からの指示に応じた液体供給装置１３１Ａ及び液体回収装置１３１Ｂのコントローラの制御により、一定量の水Ｌｑ（図３参照）が保持されるようになっている。
【００６２】
図１に戻り、制御系は、主制御装置２０を中心として構成される。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）等の内部メモリ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）を含んで構成され、露光動作が的確に行われるように、例えばレチクルＲとウエハＷの同期走査、ウエハＷのステッピング、露光タイミング等を統括して制御する。
【００６３】
次に、本実施形態の露光装置１００における一連の露光動作について詳細に説明する。上述したように、本実施形態の露光装置１００においては、上記特開平６−３４９７０１号公報などに開示された露光装置とは異なり、多点ＡＦ系（６０Ａ，６０Ｂ）の計測領域ＭＡが投影光学系ＰＬの光軸上にはなくオフアクシスのアライメント系ＡＬＧの検出視野に対応する位置に設定されている。すなわち、本実施形態の露光装置１００では、多点ＡＦ系の計測点面が光軸ＡＸ上にないため、多点ＡＦ系を用いた走査露光中にリアルタイムにウエハＷの面位置を検出しつつオートフォーカス・レベリング制御を行うことができない。そこで、本実施形態の露光装置１００では、ファインアライメントでのウエハアライメントマークの検出の際に、多点ＡＦ系（６０Ａ，６０Ｂ）を用いて、ウエハＷの露光対象面の面形状に関する情報も検出し、走査露光中においては、この前もって検出されたウエハＷの露光対象面の面形状に関する情報を用いて、走査露光中のウエハＷのオートフォーカス・レベリング制御を行う。
【００６４】
多点ＡＦ系（６０Ａ，６０Ｂ）により、前もって検出されたウエハＷの露光対象面の面形状に関する情報を用いて、露光中のウエハＷのオートフォーカス・レベリング制御を行う場合には、それらの情報を検出する検出系に関するキャリブレーションを精度良く行っておく必要がある。ここでは、このキャリブレーションにおいて検出すべき情報について説明する。
【００６５】
図８（Ａ）には、投影光学系ＰＬの光軸をＺ軸とし、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ上のベストフォーカス位置を原点とするＸＹＺ座標系と、多点ＡＦ系（６０Ａ，６０Ｂ）の計測領域ＭＡの中心を原点とし、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸にそれぞれ平行なＸ’軸、Ｙ’軸、Ｚ’軸から成るＸ’Ｙ’Ｚ’座標系とが示されている。前提として、Ｚ’軸は、アライメント系ＡＬＧの検出視野の中心軸ＢＸと一致しているものとする。図８（Ａ）に示されるように、本実施形態では、両座標系の原点は当然に一致してはいない。また、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ上のベストフォーカス位置と、多点ＡＦ系（６０Ａ，６０Ｂ）の検出原点のＺ位置にもずれ（ΔＺ）が当然に存在する。
【００６６】
また、図８（Ｂ）に示されるように、投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置は、投影光学系ＰＬの収差等の影響により、有効露光フィールドである露光領域（露光領域ＩＡとする）内の各箇所で微妙に異なる。すなわち、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ上のベストフォーカス位置を原点としても、露光領域ＩＡ内の他の箇所では、投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置が必ずしもＺ＝０の平面内にあるとは限らない。そこで、本実施形態では、露光領域ＩＡ内に図８（Ｂ）に示されるＸ軸方向に例えば３．５ｍｍ間隔で、Ｙ軸方向に例えば４ｍｍ間隔で配置された各計測点Ｐ11〜Ｐ37について空間像計測装置５９などを用いてそれぞれベストフォーカス位置を計測し、複数の計測点Ｐ11〜Ｐ37のベストフォーカス位置で形成される最良結像面を求める。実際の走査露光では、このベストフォーカス面にウエハＷの露光対象面を焦点深度内の範囲内で一致させるように、オープンなオートフォーカス・レベリング制御を行う。
【００６７】
また、多点ＡＦ系（６０Ａ，６０Ｂ）においては、計測点Ｓ11〜Ｓ88でのそれぞれのＺ位置を複数のフォーカスセンサで独立して検出するので、各計測点のＺ位置の検出原点には必ずずれが生じている。全てのフォーカスセンサのこの検出原点のずれを機械的にゼロとするのは困難である。そこで、本実施形態では、この検出原点のずれを、各計測点のオフセット成分として出力する。図８（Ｃ）には、各計測点Ｓ11〜Ｓ88でのオフセット成分Ｄ11〜Ｄ88の一例が模式的に示されている。このようなオフセット成分は、多点ＡＦ系（６０Ａ，６０Ｂ）で検出されたウエハＷの露光対象面の面形状に関する情報の誤差となるので、実際の面形状の検出に先立って、このオフセット成分Ｄ11〜Ｄ88を較正情報として検出しておく必要がある。
【００６８】
すなわち、本実施形態では、露光に先立って投影光学系ＰＬの最良結像面と、多点ＡＦ系（６０Ａ，６０Ｂ）の複数の計測点の検出原点によって形成される計測領域ＭＡとのキャリブレーションを行う必要がある。
【００６９】
図９には、１枚のウエハに対し、露光を行う際の主制御装置２０の処理アルゴリズムを示すフローチャートが示されている。図９に示されるように、まず、サブルーチン２０１では、投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置の検出を行う。すなわち、このサブルーチン２０１では、図１０に示されるように、まず、ステップ３０１において、不図示のレチクルローダにより、レチクルステージＲＳＴ上にレチクルＲ１をロードする。このレチクルＲ１は、図８（Ｂ）に示される露光領域ＩＡの複数の計測点Ｐ11〜Ｐ37に対応する箇所に、計測マークＰＭ（図３参照、ここではそれぞれ計測マークＰＭij（ｉ＝１〜３、ｊ＝１〜７）とする）が形成されたレチクルであるものとする。
【００７０】
次のステップ３０３では、レチクルＲ１上の中心に位置する中心マーク（図８（Ｂ）に示される計測点Ｐ24に対応する計測マークＰＭ24）が、投影光学系ＰＬの光軸上に一致するようにレチクルステージＲＳＴを位置決めする。次のステップ３０４では、液体給排システム１３２による水Ｌｑの給排水を開始する。これにより、先端レンズ９１とスリット板９０との間には水Ｌｑが満たされるようになる。次いで、ステップ３０５では、計測マークの行番号を示すカウンタｉの値（以下、「カウンタ値ｉ」とする）を１に初期化し、次のステップ３０７では、計測マークの列番号を示すカウンタｊの値（以下、「カウンタ値ｊ」とする）を１に初期化する。そして、ステップ３０９では、計測マークＰＭijの部分にのみ照明光ＩＬが照射されるように、照明系１０を構成する可動レチクルブラインド１２を駆動制御して照明領域を規定する。
【００７１】
次のステップ３１１では、スリット板９０が、計測マークＰＭij（ここでは、計測マークＰＭ11）の空間像をスリットスキャンが可能な走査開始位置に移動するようにウエハステージ駆動部ＷＳＣを介してウエハステージＷＳＴを駆動する。次のステップ３１３では、照明光ＩＬをレチクルＲ１に照射して、スリットスキャン方式により空間像計測装置５９を用いて計測マークＰＭij（ここでは、計測マークＰＭ11）の空間像計測を、ウエハステージＷＳＴのＺ位置を所定ステップピッチでずらしながら繰り返し行う。この各Ｚ位置の空間像計測の際には、ウエハ干渉計１８によって計測されるウエハステージＷＳＴのＺ位置に基づいて、ウエハステージ駆動部ＷＳＣを介してウエハステージＷＳＴのＺ位置が制御されている。また、スリット板９０の傾き、すなわちウエハステージＷＳＴの投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに直交するＸＹ平面に対する傾斜は、前述のように、ウエハ干渉計１８、より正確にはウエハステージＷＳＴのピッチング、ローリングをそれぞれ検出する測長軸を有する一対のＹ干渉計（ピッチング干渉計として機能する）、Ｘ干渉計（ローリング干渉計として機能する）の計測値に基づいて、所望の一定角度となるように（例えばピッチング、ローリングがともに零となるように）制御されている。そして、次のステップ３１５では、その空間像の計測結果に基づいて得られた計測マークＰＭijの空間像に関するコントラストカーブがピーク値を示すＺ位置Ｚijを算出し、その位置Ｚijを評価点Ｐijにおけるベストフォーカス位置として内部メモリに記憶する。
【００７２】
なお、ウエハステージＷＳＴのＺ位置を変更した場合には、先端レンズ９１とウエハＷとの間隔も変わるため、液体給排システム１３２により、その間に保持される水Ｌｑの量も適宜変更される。
【００７３】
次のステップ３１７では、カウンタ値ｊを１インクリメントする（ｊ←ｊ＋１）。そして、次のステップ３１９では、カウンタ値ｊが７を超えているか否かを判断する。ここでは、カウンタ値ｊが２であるので、判断は否定され、ステップ３０９に戻る。
【００７４】
以降、カウンタ値ｊが７を越え、ステップ３１９において判断が肯定されるまで、ステップ３０９→ステップ３１１→ステップ３１３→ステップ３１５→ステップ３１７→ステップ３１９の処理、判断が繰り返し実行され、計測点Ｐ12〜Ｐ17における計測マークＰＭ12〜ＰＭ17の空間像計測が複数のＺ位置で行われ、各計測点におけるベストフォーカス位置Ｚ11〜Ｚ17が検出され、内部メモリに格納される。
【００７５】
カウンタ値ｊが８となり、ステップ３１９における判断が肯定されると、ステップ３２１に進む。ステップ３２１ではカウンタ値ｉが１だけインクリメントされる（ｉ←ｉ＋１）。次のステップ３２３では、カウンタ値ｉが３を超えたか否かが判断される。ここでは、カウンタ値ｉ＝２なので、判断は否定され、ステップ３０７に戻る。
【００７６】
以降、カウンタ値ｉ＝４となってステップ３２３での判断が肯定されるまで、ステップ３０７→ステップ３０９→ステップ３１１→ステップ３１３→ステップ３１５→ステップ３１７→ステップ３１９の処理、判断が繰り返し実行され、計測点Ｐ21〜Ｐ27における計測マークＰＭ21〜ＰＭ27の空間像計測が複数のＺ位置で行われ、各計測点におけるベストフォーカス位置Ｚ21〜Ｚ27が検出されて内部メモリに格納される。そして、さらにもう１回、ステップ３０７→ステップ３０９→ステップ３１１→ステップ３１３→ステップ３１５→ステップ３１７→ステップ３１９の処理、判断が繰り返し実行され、計測点Ｐ31〜Ｐ37における計測マークＰＭ31〜ＰＭ37の空間像計測が複数のＺ位置で行われ、各計測点におけるベストフォーカス位置Ｚ31〜Ｚ37が検出され、内部メモリに格納される。
【００７７】
カウンタ値ｉが４になると、ステップ３２３での判断が肯定され、ステップ３２５に進む。ステップ３２５では、上述のようにして得られた各ベストフォーカス位置Ｚ11、Ｚ12、……、Ｚ37に基づいて、所定の統計的処理を行うことにより、投影光学系ＰＬの像面の近似平面（及び像面形状）を算出する。このとき、この像面形状とは別に像面湾曲を算出することも可能である。投影光学系ＰＬの像面、すなわち最良結像面は、光軸からの距離が異なる無数の点（すなわち、いわゆる像の高さが異なる無数の点）におけるベストフォーカス位置の集合から成る面であるから、このような手法により、像面形状及びその近似平面を容易にかつ正確に求めることができる。
【００７８】
次のステップ３２７では、ＲＡ検出系１２Ａ，１２Ｂの焦点合わせをする。まず、図６に示されるように、ウエハステージＷＳＴ上の基準マーク板ＦＭの第１基準マークＷＭ1，ＷＭ2が、ＲＡ検出系１２Ａ，１２Ｂの検出視野に入るように、ウエハステージＷＳＴ上を投影光学系ＰＬの直下に移動させる。このとき、ウエハステージＷＳＴは、基準マーク板ＦＭが、投影光学系ＰＬの最良結像面に位置するようにオートフォーカス・レベリング制御されているものとする。なお、ウエハステージＷＳＴの上面は、ウエハＷを含み、ほぼ完全な平面となっているため、この移動の際には、液体給排システム１３２により水の給排を停止させる必要はない。
【００７９】
さらに、図６に示されるＲＡ検出系１２Ａ，１２Ｂの可動部３３Ａ，３３Ｂを、不図示の駆動装置を介してレチクルＲ１上に移動させ、レチクルＲ１及び投影光学系ＰＬを介して、ウエハステージＷＳＴ上の基準マーク板ＦＭに形成された一対の第１基準マークＷＭ1，ＷＭ2を照明光ＩＬ1，ＩＬ2により照明する。これにより、それら第１基準マークＷＭ1，ＷＭ2部分からの反射光束が投影光学系ＰＬを介してレチクルＲ１のパターン面のパターン領域ＰＡを挟むＸ軸方向の両側の位置に戻り、レチクルＲ１のパターン面に第１基準マークＷＭ1，ＷＭ2の投影像が結像される。なお、このとき、レチクルＲ１上のＲＡマークは、いずれもＲＡ検出系１２Ａ，１２Ｂの視野外、視野内のいずれにあっても良い。これはＲＡマーク、第１基準マークＷＭ1，ＷＭ2ともに既知の構造であり、信号処理の過程で容易に判別可能であることによる。そして、ＲＡ検出系１２Ａ，１２Ｂを構成するそれぞれの結像光学系３５内の合焦状態調整用レンズ３９を駆動装置４１を介してその光軸方向に沿って所定範囲内で所定ピッチであるいは連続的に駆動する。そして、この駆動中にＲＡ検出系（１２Ａ，１２Ｂ）から出力される検出信号、すなわち第１基準マークＷＭ1，ＷＭ2の像強度（光強度）信号をモニタし、そのモニタ結果に基づいてそれぞれの結像光学系３５が合焦状態となる位置を見つけ、その位置に合焦状態調整用レンズ３９の光軸方向位置を設定して、ＲＡ検出系１２Ａ，１２Ｂを構成するそれぞれの結像光学系３５を合焦させる。上記の合焦状態の判断は、一例として光強度信号のコントラストがピークとなる位置を見つけ、その位置を合焦位置とすることによって行うことができる。勿論、この他の手法によって、合焦状態を判断しても良い。これにより、ＲＡ検出系（１２Ａ，１２Ｂ）のベストフォーカス位置は、投影光学系ＰＬの最良結像面に一致するようになる。
【００８０】
次のステップ３２９では、液体給排システム１３２により水の給排を停止される。これにより、先端レンズ９１の下方の水が除去される。ステップ３２９が終了すると、図９のステップ２０３に進む。
【００８１】
次のステップ２０３では、前述の如く基準平面板を兼ねるスリット板９０がアライメント系ＡＬＧの下方（すなわち多点ＡＦ系の計測領域ＭＡ）に位置するように、ウエハステージ駆動部ＷＳＣを介してウエハステージＷＳＴを移動させる。このとき、スリット板９０の傾き、すなわちウエハステージＷＳＴの投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに直交するＸＹ平面に対する傾斜は、ウエハ干渉計１８、より正確には、ウエハステージＷＳＴのピッチング、ローリングをそれぞれ検出する測長軸を有する一対のＹ干渉計（ピッチング干渉計として機能する）、Ｘ干渉計（ローリング干渉計として機能する）の計測値に基づいて、所望の一定角度となるように（例えばピッチング、ローリングがともに零となるように）制御されている。さらに、主制御装置２０は、多点ＡＦ系（６０Ａ，６０Ｂ）により計測される計測点Ｓ11〜Ｓ88（この場合スリット板９０上の各計測点）の計測結果が１つでも計測範囲からはずれ、飽和することのないような位置に、ウエハステージＷＳＴのＺ位置を調整する。
【００８２】
次のステップ２０５では、このときの各計測点Ｓ11〜Ｓ88の計測結果を取得し、この計測結果を図８（Ｃ）で示されるような計測点Ｓ11〜Ｓ88のオフセット成分Ｄ11〜Ｄ88として内部メモリに格納するとともに、このときのウエハステージＷＳＴのＺ位置を併せて内部メモリに格納する。
【００８３】
なお、ここで、ウエハステージＷＳＴのＺ位置を調整しても、計測結果が飽和する計測点がなくならない場合には、多点ＡＦ系（６０Ａ，６０Ｂ）を構成する調整部材、例えば平行平板ガラスの回転量を調整するようにしても良い。
【００８４】
次のステップ２０７では、レチクル交換を行う。これにより、レチクルステージＲＳＴに保持されたレチクルＲ１が不図示のレチクルアンローダによりアンロードされ、実際の露光に用いられるレチクルＲが不図示のレチクルローダによりロードされる。
【００８５】
次のステップ２０９では、レチクルアライメント系（１２Ａ，１２Ｂ）及び基準マーク板ＦＭ等を用いて、通常のスキャニング・ステッパと同様の手順で、レチクルアライメント及びベースライン計測などの準備作業を行う。なお、準備作業のうち、レチクルアライメントにおいては、液体給排システム１３２により先端レンズ９１と基準マーク板ＦＭとの間に水Ｌｑが供給された状態で行う。レチクルアライメント後は水の給排を停止させる。
【００８６】
次のステップ２１１では、ウエハステージＷＳＴをローディング位置に移動させ、不図示のウエハローダによりウエハステージＷＳＴ上にウエハＷをロードする。次のステップ２１３では、サーチアライメントを行う。このサーチアライメントに関しては、例えば特開平２−２７２３０５号公報及びこれに対応する米国特許第５，１５１，７５０号などに詳細に開示されている方法と同様な方法が用いられる。
【００８７】
次のステップ２１５では、ウエハステージＷＳＴをアライメント系ＡＬＧの直下に移動させ、ウエハステージＷＳＴ上のウエハＷに対してウエハアライメント（ファインアライメント）を行う。ここでは、一例として、例えば特開昭６１−４４４２９号公報及びこれに対応する米国特許第４，７８０，６１７号などに詳細に開示されるＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アライメント）方式のウエハアライメントを行うものとする。
【００８８】
このウエハアライメントでは、図１１（Ａ）に実線枠で示されるウエハＷ上の各ショット領域ＳＡのうち、例えば図中になし地模様を付して示されるような１４個のショット領域ＳＡをサンプルショット領域として選択するものとする。ここでは、サンプルショット領域に付設されたウエハアライメントマークをアライメント系ＡＬＧにより検出して、そのマークのＸＹ平面内の位置情報を検出し、その検出結果からウエハＷ上のショット領域の配列座標を後述するステップ２１７で算出する。
【００８９】
なお、このウエハアライメントでは、ウエハステージＷＳＴをＸＹ平面内に移動させて、各サンプルショット領域に付設されたウエハアライメントマークをアライメント系ＡＬＧの検出視野に順次移動させたうえで、そのウエハアライメントマークを検出している。言い換えれば、全サンプルショット領域に付設されたウエハアライメントマークを検出する際には、アライメント系ＡＬＧの検出視野が所定の経路で１４個のサンプルショットを順次移動するようになる。図１１（Ａ）では、アライメント系ＡＬＧの検出視野が各サンプルショット領域の中心を捉えているときの多点ＡＦ系の計測領域ＭＡが点線枠で示されている。このように、アライメント系ＡＬＧの検出視野が所定の経路で１４個のサンプルショットを順次移動すると、多点ＡＦ系（６０Ａ，６０Ｂ）の計測領域ＭＡがウエハＷのほぼ全面を網羅するようになる。
【００９０】
そこで、ステップ２１５においては、アライメント系ＡＬＧによりサンプルショット領域に付設されたウエハアライメントマークを検出するとともに、多点ＡＦ系（６０Ａ，６０Ｂ）により、ウエハＷの表面のＺ位置（面位置）計測も合わせて行う。すなわち、アライメントＡＬＧの検出視野が各サンプルショット付近に移動する毎に、図１１の点線枠で示されるような多点ＡＦ系の計測領域内の計測点Ｓ11〜Ｓ88のＺ位置が計測される。これにより、ほぼ全域のウエハＷの露光対象面のＺ位置が得られるようになる。また、この多点ＡＦ系（６０Ａ，６０Ｂ）の計測点Ｓ11〜Ｓ88におけるＺ位置の計測の際には、そのときのウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内位置及びＺ位置も、ウエハ干渉計１８の計測により取得しておく。このときのＺ位置と、投影光学系ＰＬの原点Ｐ24におけるベストフォーカス位置との差が図８（Ａ）に示されるΔＺとなる。
【００９１】
なお、多点ＡＦ系（６０Ａ，６０Ｂ）の計測点Ｓ11〜Ｓ88の検出原点は、前述のようにずれがあるため、各計測点におけるＺ位置の計測値から上記ステップ２０５で求めたオフセット成分Ｄ11〜Ｄ88をキャンセルしておく必要がある。
【００９２】
このように、ステップ２１５におけるウエハアライメントでは、ウエハアライメントマークの計測とともに、多点ＡＦ系（６０Ａ，６０Ｂ）によりウエハＷの露光対象面のＺ位置が計測される。このＺ位置と、そのＺ位置が計測されたときのウエハ干渉計１８の計測値（ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置情報及びＺ軸方向の位置情報）から、ウエハＷの露光対象面の面形状に関する情報を取得することができる。以下では、この情報をＺマップと呼び、このＺマップを取得する処理をＺマッピングと呼ぶものとする。なお、このＺマップは、ＸＹ平面に関し離散的なデータであるので、所定の補間演算又は統計演算等により、ウエハＷの露光対象面の面形状に関する情報を表す連続値関数を作成するようにしても良い。図１１（Ｂ）には、図１１（Ａ）のＡ−Ａ’断面におけるＺマップに基づいて作成された連続値関数の一例が示されている。図中のＺａは、このＺマップにおけるウエハＷの露光対象面の平均Ｚ位置を示している。
【００９３】
次のステップ２１７では、上記ステップ２１５で検出されたＥＧＡ方式のウエハアライメントの結果に基づいてウエハＷ上のショット領域の配列座標を計算する。そして、次のステップ２１９では、この配列座標と、Ｚマップと、上記ステップ２０９におけるベースライン計測結果に基づいて、走査露光中のウエハステージＷＳＴのＸＹＺ座標系の６自由度の位置指令プロファイルを作成する。このとき、上記ステップ２１５で作成されたＺマップに基づいてオートフォーカス・レベリング制御に寄与する位置指令プロファイルを作成する際には、図８（Ａ）に示されるようなＺ軸とＺ’軸とのずれΔＺを考慮する必要があることは勿論である。
【００９４】
次のステップ２２１では、ウエハＷの複数のショット領域に対する走査露光を行う。具体的には、上記ステップ２１９で作成したウエハステージＷＳＴのＸＹＺ座標系の６自由度の位置指令プロファイルに基づいて、第１番目のショット領域（ファーストショット）の露光のための加速開始位置にウエハＷ（ウエハステージＷＳＴ）を移動させ、これと同時に、レチクルＲ（レチクルステージＲＳＴ）を加速開始位置へ移動させる。そして、液体給排システム１３２により先端レンズ９１とウエハＷとの間に対し水Ｌｑの給排を開始する。そして、上記ステップ２１９で作成された位置指令プロファイルに基づいて、ウエハＷ（ウエハステージＷＳＴ）とレチクルＲ（レチクルステージＲＳＴ）とのＹ軸方向の相対走査（同期移動）を開始し、ウエハＷ上のファーストショットに対して走査露光を行う。これにより、レチクルＲの回路パターンが投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上のファーストショットに対して逐次転写される。
【００９５】
上記の走査露光中、ウエハＷの表面上の露光領域ＩＡが投影光学系ＰＬの最良結像面とを実質的に一致させる（結像面の焦点深度の範囲内に収まる）ようにするために、ウエハ干渉計１８で計測されるウエハステージＷＳＴのＸＹ平面位置及びＺ位置と、ステップ２１５において検出されたＺマップとに基づいて、ウエハステージ駆動部ＷＳＣを介してウエハステージＷＳＴをＺ軸方向、θｘ方向、θｚ方向に駆動し、ウエハＷに対するオープンループのフォーカス・レベリング制御が実現される。
【００９６】
そして、ファーストショットに対する走査露光動作が終了すると、主制御装置２０は、ウエハＷ上の第２番目のショット領域（セカンドショット）の露光のための加速開始位置にウエハＷが位置するようにウエハステージＷＳＴを移動させる。このとき、完全交互スキャン方式が採用されているので、レチクルステージＲＳＴは、前ショット領域に対する走査露光のための一連の動作が終了した時点で次ショット領域に対する露光を行うための加速開始位置に移動している。
【００９７】
主制御装置２０は、その後レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴの相対走査を開始し、前述と同様の走査露光を行い、レチクルＲのパターンを投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上のセカンドショットに逐次転写し、その転写中、前述と同様のウエハＷに対するオープンループのフォーカス・レベリング制御を実行する。
【００９８】
以後、上記と同様のウエハステージＷＳＴの移動（ショット間ステップ動作）及び走査露光が繰り返し行われ、ウエハＷ上の第３ショット領域以降のショット領域に対して、レチクルＲのパターンがそれぞれ転写される。
【００９９】
このようにしてウエハＷ上の全てのショット領域に対する走査露光が終了した後、液体給排システム１３２による水Ｌｑの給排が停止され、ステップ２２３において、ウエハステージＷＳＴをアンロード位置に移動させ、ウエハＷを不図示のウエハアンローダによりアンロードする。ステップ２２３終了後は、処理を終了する。
【０１００】
なお、本実施形態では、投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置を検出してから、多点ＡＦ系（６０Ａ，６０Ｂ）のオフセット成分を検出したが、これは逆であっても良い。また、サーチアライメントは行わなくても良い。また、ファインアライメントにおける、サンプルショット数は１４個には限らず、例えば８個でも良い。この場合には、アライメント系ＡＬＧのアライメントマークの検出に関わらず、図１１（Ａ）に示されるような領域ＭＡでのウエハＷの面位置検出を行うようにする。
【０１０１】
また、ウエハＷがベアウエハである場合には、ステップ２１３のサーチアライメント及びステップ２１５のファインアライメント（さらにはステップ２１７の配列座標計算）は行われないが、多点ＡＦ系によるウエハＷの面位置検出は行う必要がある。
【０１０２】
これまでの説明から明らかなように、本実施形態の露光装置１００では、ウエハステージＷＳＴによってステージの少なくとも一部が構成され、ウエハ干渉計１８によって、第１位置検出装置及び第２位置検出装置の少なくとも一部が構成される。また、多点ＡＦ系（６０Ａ，６０Ｂ）及び主制御装置２０の一部を含んで面形状検出系が構成され、主制御装置２０の一部を含んで調整装置が構成されている。また、主制御装置２０の一部を含んで計測装置が構成されている。また、多点ＡＦ系（６０Ａ，６０Ｂ）を含んで焦点位置検出系が構成されている。また、ＲＡ検出系（１２Ａ，１２Ｂ）を含んで検出機構が構成されている。
【０１０３】
すなわち、主制御装置２０のＣＰＵが行う、ステップ２１５（図９）の処理によって面形状検出系の一部の機能が実現され、ステップ２０５、ステップ２２１（図９）等の処理によって調整装置の機能が実現され、サブルーチン２０１（図９、図１０）の処理によって計測装置の機能が実現されている。また、本実施形態では、主制御装置２０の機能を、１つのＣＰＵで実現したが、複数のＣＰＵで実現しても良い。
【０１０４】
以上詳細に説明したように、本実施形態の露光装置１００によれば、投影露光に先立って、ウエハステージＷＳＴに保持されたウエハＷの露光対象面の面形状に関する情報（Ｚマップ）を面形状検出系（多点ＡＦ系（６０Ａ，６０Ｂ），主制御装置２０の一部）により検出しておき、投影露光が行われる際には、その面形状検出系により検出された露光対象面の面形状に関する情報（Ｚマップ）などに基づいて主制御装置２０によりウエハステージＷＳＴ上のウエハＷの面位置を調整するので、投影露光の際に、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸの方向に関するウエハＷの位置を、リアルタイムに検出せずとも、走査露光中のウエハＷ上の露光領域ＩＡを投影光学系ＰＬの最良結像面の焦点深度の範囲内に位置させることができ、大開口数の投影光学系の下での高精度な露光を実現することができる。
【０１０５】
また、本実施形態では、主制御装置２０は、投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置を計測して最良結像面を検出し、その最良結像面を基準として、ウエハＷの露光対象面の面位置を調整するが、投影光学系ＰＬの最良結像面がＸＹ平面にほぼ平行であることが保障されていれば、投影光学系ＰＬの最良結像面を求める必要はなく、有効露光フィールド内のいずれか１つ（例えば光軸上）の計測点におけるベストフォーカス位置を求めるだけでも良い。また、計測点Ｐ11〜Ｐ37の間隔及び計測点数は、上記実施形態のものには限られない。
【０１０６】
また、本実施形態では、投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置を空間像計測装置５９による空間像計測により求めたが、これには限られず、ベストフォーカス位置の検出方法はどのようなものであっても良い。例えば、複数のＺ位置で実際にウエハＷに対する所定パターンの焼付けを行い、その焼付け結果が最も良好であったＺ位置をベストフォーカス位置として決定するようにしても良い。この場合には、露光装置が空間像計測装置を備える必要はない。
【０１０７】
また、上記実施形態では、多点ＡＦ系（６０Ａ，６０Ｂ）の計測領域ＭＡの中心が、アライメント系ＡＬＧの検出視野の中心と一致するようにしたが、必ずしもその必要はない。アライメント系ＡＬＧによるウエハアライメントマークの検出と、多点ＡＦ系（６０Ａ，６０Ｂ）によるウエハＷの面位置の検出とを同時に行わない場合には、両者を別々に配置するようにしても良い。ただし、両者を上記実施形態のように配置すれば、ウエハアライメントマークの検出と、ウエハＷの面位置の検出とを同時に行えるので、スループット的に有利である。
【０１０８】
また、上記実施形態では、多点ＡＦ系（６０Ａ，６０Ｂ）の計測点の数は８×８＝６４点であったが、これには限られないことは勿論である。また、計測領域ＭＡの大きさや、各計測点のサイズや向きも上記実施形態のものには限定されない。例えばこの計測点の間隔を、投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置の計測点の間隔（Ｘ：４ｍｍ、Ｙ：３．５ｍｍ）と同じにしても良い。また、上記実施形態では、ウエハＷの面位置を検出する検出系が多点ＡＦ系（６０Ａ，６０Ｂ）であったが、その必要はない。例えば、ウエハＷの１点のみのＺ位置を検出する検出系であっても良い。この場合には、その検出系のオフセット成分というものは観念できないので、上記ステップ２０５におけるようなオフセット成分を検出する必要はなく、図８（Ａ）に示されるようなΔＺだけを検出すれば良い。
【０１０９】
また、上記実施形態では、多点ＡＦ系（６０Ａ，６０Ｂ）を用いてウエハＷの露光対象面の面形状に関する情報（Ｚマップ）を検出する際に、そのときのウエハステージＷＳＴのＺ位置をウエハ干渉計１８によって計測し、その計測結果に基づいて面形状が検出されたウエハＷの面を、投影光学系ＰＬの最良結像面とに焦点深度の範囲内で一致させるようにした。このように、図１に示される露光装置１００のように、投影光学系ＰＬの下方からアライメント系ＡＬＧの下方までの広いＸＹ平面に平行な領域を網羅するＺ干渉計を備えていれば、ウエハステージＷＳＴがどのような位置にあっても、そのＺ位置は常に同一ウエハ干渉計１８によって検出され、そのＺ位置を絶対Ｚ位置として用いることができる。
【０１１０】
しかしながら、露光装置の構成は、上記実施形態のものには限られない。例えば図１に示されるようなウエハ干渉計１８を備えておらず、例えば投影光学系ＰＬの下方にあるウエハステージＷＳＴのＺ位置を計測する干渉計と、アライメント系ＡＬＧの下方にあるウエハステージＷＳＴのＺ位置を計測する干渉計とが、それぞれ独立した干渉計である露光装置やＺ位置を計測する干渉計を備えていない露光装置では、アライメント位置にあるウエハＷの露光対象面の面形状を検出したときのＺ位置を、露光時には参照することができなくなる。
【０１１１】
このような場合には、ＲＡ検出系（１２Ａ，１２Ｂ）を用いてＺ位置の位置合わせを行うようにしても良い。以下では、その位置合わせの方法について説明する。
【０１１２】
例えば、上記ステップ２１５におけるＺマッピングの際に、ウエハＷの露光対象面の面形状とともに、基準マーク板ＦＭの面位置も多点ＡＦ系（６０Ａ，６０Ｂ）を使って計測し、内部メモリに記憶しておく。そして、ウエハステージＷＳＴ上のウエハＷに対し露光を行うため、ウエハステージＷＳＴを投影光学系ＰＬの下方に移動させた場合に、ＲＡ検出系（１２Ａ，１２Ｂ）により、基準マーク板ＦＭ上の第１基準マークＷＭ1，ＷＭ2を検出させる。主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴをＺ軸方向に駆動して、ＲＡ検出系（１２Ａ，１２Ｂ）によって、第１基準マークに対応する光強度信号のコントラストがピークとなるＺ位置を見つける。このとき、ＲＡ検出系（１２Ａ，１２Ｂ）では、上記ステップ３２７における合焦動作がすでに行われており、基準マーク板ＦＭの表面位置が、投影光学系ＰＬの最良結像面に合致するように設定されているものとすれば、この位置が投影光学系のベストフォーカス位置に対応していることになる。したがって、このようにすれば、基準マーク板ＦＭの面位置とウエハＷの露光対象面の面位置との相対位置関係から、現在のウエハＷの露光対象面のＺ位置を把握することができるので、上記実施形態と同様に、走査露光中に、ウエハＷの露光対象面と投影光学系ＰＬの最良結像面とを焦点深度の範囲内で一致させることができるようになる。
【０１１３】
なお、上記実施形態のように、投影光学系ＰＬの最良結像面（ベストフォーカス位置）と、ＲＡ検出系（１２Ａ，１２Ｂ）のベストフォーカス位置などを必ずしも一致させる必要はない。両者のＺ軸方向のずれが既知であれば良い。ＲＡ検出系（１２Ａ，１２Ｂ）により基準マーク板ＦＭを検出させることにより、ＲＡ検出系（１２Ａ，１２Ｂ）のベストフォーカス位置に基準マーク板ＦＭを位置させることができれば、その時点での基準マーク板ＦＭと投影光学系ＰＬの最良結像面との相対位置関係がわかるので、投影光学系ＰＬの最良結像面とウエハＷの露光対象面とを焦点深度の範囲内で、一致させることは可能だからである。したがって、上記実施形態のようにＲＡ検出系には必ずしも合焦装置が備えられている必要はない。
【０１１４】
ただし、この場合には、投影光学系ＰＬの最良結像面と、ＲＡ検出系のベストフォーカス位置との位置関係のキャリブレーションを予め行っておく必要がある。投影光学系ＰＬの最良結像面については、上記実施形態と同様の方法で求めることができる。一方、ＲＡ検出系のベストフォーカス位置については、やはり基準マーク板ＦＭ上の第１基準マークの検出結果のＺ軸方向に関するコントラストカーブなどから求めることができる。
【０１１５】
以上述べたように、ウエハＷの露光対象面の面形状を検出する際には、ウエハＷの面の絶対Ｚ位置を求めるだけでも良いが、ウエハステージＷＳＴ上の基準面に対するウエハＷの面の相対Ｚ位置を求めるだけでも、投影光学系ＰＬの最良結像面にウエハＷの露光面を一致させることができる。
【０１１６】
なお、基準マーク板ＦＭのＺ位置の検出には、必ずしもＲＡ検出系を用いる必要はない。要は、基準マーク板ＦＭの表面と投影光学系ＰＬの最良結像面との関係が求められればよく、投影光学系ＰＬを介して基準マーク板ＦＭの面位置を検出可能な別の検出系を用いても良いし、投影光学系ＰＬを介さずに、例えば水なしで静電容量センサなど非光学的な検出系を用いて基準マーク板ＦＭの面位置を検出できるようにしても良い。また、基準マーク板ＦＭを使わずに、別途基準平面をウエハステージＷＳＴ上に配置して使用するようにしても良い。
【０１１７】
また、上記実施形態では、特開平６−２８３４０３号公報に開示された多点ＡＦ系と同様の構成を有し、アライメント系ＡＬＧの検出視野中心と中心が一致する計測領域を有する多点ＡＦ系（６０Ａ，６０Ｂ）を用いてウエハＷの露光対象面の面形状に関する情報を検出したが、これには限られない。例えば図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）に示されるような面形状検出装置を用いても良い。図１２（Ａ）に示されるように、この面形状検出装置は、ウエハステージＷＳＴ上のウエハＷに対し、少なくともウエハＷの直径より長いライン状のビームを斜入射させる照射系７５Ａと、照射系７５Ａにより照射されたビームの反射光を受光する例えば１次元ＣＣＤセンサなどの受光系７５Ｂを含んで構成されている。図１２（Ｂ）に示されるように、この照射系７５Ａと受光系７５Ｂとは、投影光学系ＰＬとアライメント系ＡＬＧとの間に、そのライン状の照射領域ＳＬが位置するように配置されている。
【０１１８】
照射系７５Ａから照射されるライン状のビームは、実際には、互いに平行な複数の点状（またはスリット状）レーザ光が、一方向に並ぶことによって形成されたビームであり、この照射領域ＳＬは、図１２（Ｃ）に示されるように、実際には、複数の点状のビームの照射領域Ｓ1〜Ｓnの集合となっている。したがって、上記実施形態の多点ＡＦ系（６０Ａ，６０Ｂ）の各計測点でのＺ位置の検出原理と同じ原理で、この照射領域Ｓ1〜Ｓnを計測点Ｓ1〜Ｓnとし、受光系７５Ｂにおける反射光の受光位置の基準位置からの位置ずれ量を計測すれば、計測点Ｓ1〜ＳnのそれぞれのウエハＷのＺ位置を検出することができる。
【０１１９】
受光系７５Ｂでの計測結果は、主制御装置２０に送られている。主制御装置２０では、この計測結果、すなわち受光系７５Ｂにおける反射光の受光位置の基準位置からの位置ずれ量に基づいて、ウエハＷの露光対象面の面形状に関する情報を検出する。
【０１２０】
照射領域ＳＬを図１２（Ｂ）に示されるように、計測点Ｓ1〜Ｓnの列を、Ｘ軸およびＹ軸と交差するように配置したのは、例えばアライメント系ＡＬＧによるウエハアライメントマークの計測を終了した後に露光を行うため、ウエハステージＷＳＴが、アライメント系ＡＬＧの下方（点線で示される位置）から投影光学系ＰＬの下方（実線で示される位置）に移動する際に、ウエハステージＷＳＴ上のウエハＷが、この照射領域ＳＬを通過するようになっているためである。この配置により、アライメントと露光との間にウエハステージＷＳＴが移動する間に、この照射領域ＳＬに対し、ウエハＷが相対走査されるようになる。したがって、この相対走査の間（ウエハＷが、照射領域ＳＬを通過している間）、計測点Ｓ1〜Ｓnの計測結果を所定のサンプリング間隔で検出していけば、その検出結果がウエハＷの露光対象面全体の面形状を検出することができる。このように、アライメント位置（アライメント系ＡＬＧでウエハＷ上のアライメントマークの検出が行われる計測位置）から露光位置（投影光学系ＰＬを使ってウエハ（基板）Ｗの露光が行われる露光位置）までウエハステージＷＳＴを移動させる間にウエハＷの面形状を検出すれば、スループットを低下させることなく、ウエハＷの露光対象面の面形状を検出することができるようになる。もちろん、アライメント位置から露光位置へのウエハステージＷＳＴを移動させる間に限らず、例えば次に露光されるウエハＷをウエハステージＷＳＴ上に搭載するウエハローディング位置から上記アライメント位置へウエハステージＷＳＴを移動する間に、すなわちアライメント系ＡＬＧによるウエハＷ上のアライメントマークの検出を行う前に、ウエハＷの露光対象面の面形状を検出するようにしても良い。
【０１２１】
なお、計測点Ｓ1〜Ｓnの列の配置は、上述の例に限られず、Ｘ軸またはＹ軸と平行に配置しても良い。また、計測点Ｓ1〜Ｓnを用いたウエハＷの面形状の計測は、ウエハアライメントマークの計測動作とウエハ露光動作との間に限らず、例えばウエハアライメントマークの計測前に行うようにしても良い。要は、ウエハＷの露光前に、照射領域ＳＬに対してウエハＷが相対走査されれば良い。
【０１２２】
また、図１３に示されるような構成を有する面形状検出装置を備えるようにしても良い。図１３に示される面形状検出装置は、斜入射する照明光を出射する不図示の光源と、該光源とウエハステージＷＳＴ上のウエハＷとの間に挿入された半透明参照面を有する平行平板９６と、受光装置９５とを含んで構成されている。光源から照射され平行平板９６に入射する照明光の光束の大きさは、少なくともウエハＷの面積よりも十分に大きくなるように設定されている。図１３に示されるように、実線で示される入射光の一部は、平行平板９６を通過してウエハＷの露光対象面に至り、その面で反射され、平行平板９６に再度入射する。再度入射した反射光は、その入射位置の半透明参照面で反射した点線で示される入射光と重なり、２次元ＣＣＤカメラ等の受光装置９５においてそれらの干渉縞が形成されるようになる。したがって、その干渉縞の検出結果から、ウエハＷの露光対象面の面形状を検出することができる。通常のフィゾー干渉計においては、被検反射物体に対する入射光波の入射角を垂直に規定しているが、図１３に示されるような干渉計による面形状検出装置にあっては、入射光波がウエハＷの露光対象面に対し斜入射するように設定されている。このようにすれば、ウエハＷ上に形成された回路パターン等の影響を軽減することができるとともに、縞感度を向上させることもできるようになる。
【０１２３】
もっとも、ウエハＷの露光対象面の面形状を測定するための干渉計の構成は図１３に示されるようなものには限られない。上述のような入射光波が被検面に対して垂直に入射するフィゾー干渉計やトワイマン−グリーン干渉計のようなものであっても良い。また、特開平４−２２１７０４号公報や特開２００１−４３３６号公報に開示されるような斜入射干渉計であっても良い。
【０１２４】
なお、図１３に示されるような面形状検出装置の配置は自由であり、例えば、ウエハのローディング位置近傍であっても良いし、図１２（Ｂ）に示される面形状検出装置と同じような配置であっても良い。
【０１２５】
また、上記実施形態では、ウエハステージＷＳＴに設けられたＺ位置計測用の移動鏡は、−Ｘ端に設けられた移動鏡１７Ｚのみであったが、これに限らず、移動鏡１７Ｚのような移動鏡をウエハステージＷＳＴの＋Ｘ端にも設け、＋Ｘ側からも測長ビームを当て、両側のＺ位置の計測結果（例えばそれらの平均）から、ウエハステージＷＳＴのＺ位置を求めるようにしても良い。このようにすれば、ウエハステージＷＳＴのローリングによらず、ウエハステージＷＳＴのＺ位置を精度良く計測することが可能となる。
【０１２６】
また、Ｚ軸方向に関する移動鏡としては、図１等に示されるような移動鏡１７Ｚのような移動鏡には限られず、例えば、Ｘ軸に平行な測長ビームが必ずＺ軸に平行なビームとなるように反射させるプリズムをＺ位置計測用の移動鏡として用いるようにしても良い。
【０１２７】
また、上記実施形態では、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置及びＺ位置を計測可能なウエハ干渉計１８を用いたが、ＸＹ平面内の位置を計測可能な干渉計と、Ｚ位置を計測可能な干渉計を別々に備えるようにしても良いことは勿論である。
【０１２８】
また、Ｚ位置計測用の移動鏡は、ウエハステージＷＳＴの側面に設けられている必要はなく、ＸＹ位置計測用の移動鏡と一体となっていても良い。また、ウエハステージＷＳＴの底面に移動鏡を設け、ウエハステージＷＳＴの−Ｚ側から測長ビームを当て、ウエハステージＷＳＴのＺ位置を計測するようにしても良い。
【０１２９】
なお、上記実施形態では、液体として超純水（水）を用いるものとしたが、本発明がこれに限定されないことは勿論である。液体としては、化学的に安定で、照明光ＩＬの透過率が高く安全な液体、例えばフッ素系不活性液体を使用しても良い。このフッ素系不活性液体としては、例えばフロリナート（米国スリーエム社の商品名）が使用できる。このフッ素系不活性液体は冷却効果の点でも優れている。また、液体として、照明光ＩＬに対する透過性があってできるだけ屈折率が高く、また、投影光学系やウエハ表面に塗布されているフォトレジストに対して安定なもの（例えばセダー油等）を使用することもできる。また、Ｆ2レーザを光源とする場合は、フォンブリンオイルを選択すれば良い。
【０１３０】
また、上記実施形態で、回収された液体を再利用するようにしても良く、この場合は回収された液体から不純物を除去するフィルタを液体回収装置、又は回収管等に設けておくことが望ましい。
【０１３１】
なお、上記実施形態では、投影光学系ＰＬの最も像面側の光学素子が先端レンズ９１であるものとしたが、その光学素子は、レンズに限られるものではなく、投影光学系ＰＬの光学特性、例えば収差（球面収差、コマ収差等）の調整に用いる光学プレート（平行平面板等）であっても良いし、単なるカバーガラスであっても良い。投影光学系ＰＬの最も像面側の光学素子（上記実施形態では先端レンズ９１）は、照明光ＩＬの照射によってレジストから発生する飛散粒子又は液体中の不純物の付着等に起因して液体（上記実施形態では水）に接触してその表面が汚れることがある。このため、その光学素子は、鏡筒４０の最下部に着脱（交換）自在に固定することとし、定期的に交換することとしても良い。
【０１３２】
このような場合、液体に接触する光学素子がレンズであると、その交換部品のコストが高く、かつ交換に要する時間が長くなってしまい、メンテナンスコスト（ランニングコスト）の上昇やスループットの低下を招く。そこで、液体と接触する光学素子を、例えば先端レンズ９１よりも安価な平行平面板とするようにしても良い。
【０１３３】
また、上記実施形態において、液体（水）を流す範囲はレチクルのパターン像の投影領域（照明光ＩＬの照射領域）の全域を覆うように設定されていれば良く、その大きさは任意で良いが、流速、流量等を制御する上で、照射領域よりも少し大きくしてその範囲をできる限り小さくしておくことが望ましい。
【０１３４】
なお、複数のレンズから構成される投影光学系、投影ユニットＰＵを露光装置本体に組み込み、更に、投影ユニットＰＵに液体給排ユニット１３２を取り付ける。その後、光学調整をするとともに、多数の機械部品からなるレチクルステージやウエハステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、更に総合調整（電気調整、動作確認等）をすることにより、上記実施形態の露光装置を製造することができる。なお、露光装置の製造は温度及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。
【０１３５】
また、上記実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式等の走査型露光装置に本発明が適用された場合について説明したが、本発明の適用範囲がこれに限定されないことは勿論である。すなわちステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置にも本発明は好適に適用できる。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における露光にも本発明を好適に適用することができる。また、ウエハステージを２基備えたツインステージ型の露光装置にも適用できる。また、液浸法を用いない露光装置にも本発明を適用することができるのは勿論である。
【０１３６】
露光装置の用途としては半導体製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを転写する液晶用の露光装置や、有機ＥＬ、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシン及びＤＮＡチップなどを製造するための露光装置にも広く適用できる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。
【０１３７】
また、上記実施形態の露光装置の光源は、ＡｒＦエキシマレーザ光源に限らず、ＫｒＦエキシマレーザ光源、Ｆ2レーザ光源などのパルスレーザ光源や、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）などの輝線を発する超高圧水銀ランプなどを用いることも可能である。また、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、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。
【０１３８】
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以下のパターンを露光するために、ＳＯＲや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。
【０１３９】
また、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。なお、電子線露光装置は、ペンシルビーム方式、可変成形ビーム方式、セルプロジェクション方式、ブランキング・アパーチャ・アレイ方式、及びマスク投影方式のいずれであっても良い。例えば、電子線を用いる露光装置では、電磁レンズを備えた光学系が用いられるが、この光学系が露光光学系を構成し、この露光光学系の鏡筒などを含ん露光光学系ユニットが構成される。
【０１４０】
《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したデバイスの製造方法の実施形態について説明する。
【０１４１】
図１４には、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）の製造例のフローチャートが示されている。図１４に示されるように、まず、ステップ８０１（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８０２（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を製作する。一方、ステップ８０３（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。
【０１４２】
次に、ステップ８０４（ウエハ処理ステップ）において、ステップ８０１〜ステップ８０３で用意したマスクとウエハを使用して、後述するように、リソグラフィ技術等によってウエハ上に実際の回路等を形成する。次いで、ステップ８０５（デバイス組立てステップ）において、ステップ８０４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８０５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。
【０１４３】
最後に、ステップ８０６（検査ステップ）において、ステップ８０５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。
【０１４４】
図１５には、半導体デバイスにおける、上記ステップ８０４の詳細なフロー例が示されている。図１５において、ステップ８１１（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８１２（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８１３（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８１４（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８１１〜ステップ８１４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。
【０１４５】
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８１５（レジスト形成ステップ）において、上記実施形態に示されるように、ウエハに感光剤を塗布する。引き続き、ステップ８１６（露光ステップ）において、上記実施形態の露光装置１００を用いてマスクの回路パターンをウエハに転写する。次に、ステップ８１７（現像ステップ）においては、露光されたウエハを現像し、ステップ８１８（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８１９（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。
【０１４６】
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、ウエハ上に階層的に回路パターンが形成される。
【０１４７】
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８１６）において上記実施形態の露光装置１００及び露光方法が用いられるので、高精度な露光を実現することができる。この結果、高集積度のデバイスの生産性（歩留まりを含む）を向上させることが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【０１４８】
以上説明したように、本発明の露光装置及び露光方法は、半導体素子、液晶表示素子等を製造するためのリソグラフィ工程に適しており、本発明のデバイス製造方法は、マイクロデバイスの生産に適している。また、本発明の面形状検出装置は、被露光基板の面形状の検出に適している。
【図１】
2011101056.tif 000003
【図２】
2011101056.tif 000004
【図３】
2011101056.tif 000005
【図４】
2011101056.tif 000006
【図５】
2011101056.tif 000007
【図７】
2011101056.tif 000008
【図８（Ａ）】
2011101056.tif 000009
【図８（Ｂ）】
2011101056.tif 000010
【図８（Ｃ）】
2011101056.tif 000011
【図９】
2011101056.tif 000012
【図１０】
2011101056.tif 000013
【図１１（Ａ）】
2011101056.tif 000014
【図１１（Ｂ）】
2011101056.tif 000015
【図１２（Ａ）】
2011101056.tif 000016
【図１２（Ｂ）】
2011101056.tif 000017
【図１２（Ｃ）】
2011101056.tif 000018
【図１３】
2011101056.tif 000019
【図１４】
2011101056.tif 000020
【図１５】
2011101056.tif 000021
【図６】
2011101056.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成23年3月10日(2011.3.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明は、第１の観点からすると、投影光学系を介して物体を露光する露光方法であって、露光に先立って、前記投影光学系の光軸方向に関する前記物体の露光対象面の面形状に関する情報とともに前記光軸方向に関する前記物体の基準位置に関する情報を検出する検出工程と、前記検出結果に基づいて、前記物体の露光対象面の面位置を調整しつつ露光を行う露光工程と、を含む露光方法である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
これによれば、露光に先立って投影光学系の光軸方向に関する物体の露光対象面の面形状に関する情報とともに前記光軸方向に関する前記物体の基準位置に関する情報を検出しておき、露光の際に、その露光対象面の面形状に関する情報及び前記光軸方向に関する前記物体の基準位置に関する情報に基づいて物体の面位置を調整する。従って、投影光学系の光軸方向に関する物体の位置を、焦点位置検出系により検出せずとも、露光中の物体上の露光領域（露光光が照明される領域）を投影光学系の最良結像面の焦点深度の範囲内に位置させることができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明は、第２の観点からすると、物体を保持可能で、所定の方向に移動可能なステージと；前記ステージの移動によりそのステージに保持された前記物体が横切る帯状の領域に照明光を照射する照射系と；前記帯状の領域を前記物体が横切る際のその物体の露光対象面からの前記照明光の反射光を受光する受光系と；前記受光系における反射光の受光位置の基準位置からの位置ずれ量に基づいて、前記物体の露光対象面の面形状に関する情報を検出する検出装置と；を備える面形状検出装置である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
また本発明は、第３の観点からすると、露光対象の物体を保持可能で、所定の方向に移動可能なステージと、前記ステージの移動によりそのステージに保持された前記物体が横切る帯状の領域に照明光を照射する照射系と、前記帯状の領域を前記物体が横切る際のその物体の露光対象面からの前記照明光の反射光を受光する受光系とを有し、前記受光系の出力に基づいて、前記物体の露光対象面の面形状に関する情報を検出する検出装置と、前記帯状領域を前記物体が横切るように前記ステージを制御するとともに、前記帯状領域を前記物体が一度横切ることによって得られる、前記物体の露光対象面のほぼ全域の面形状の情報に基づいて、前記物体の露光対象面の面位置調整を行う制御装置と、を備える露光装置である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影光学系を介して物体を露光する露光方法であって、
露光に先立って、前記投影光学系の光軸方向に関する前記物体の露光対象面の面形状に関する情報とともに前記光軸方向に関する前記物体の基準位置に関する情報を検出する検出工程と；
前記検出結果に基づいて、前記物体の露光対象面の面位置を調整しつつ露光を行う露光工程と；を含む露光方法。
【請求項２】
請求項１に記載の露光方法において、
前記露光工程に先立って、
前記投影光学系のベストフォーカス位置を計測するベストフォーカス計測工程をさらに含み、
前記露光工程では、
前記投影光学系のベストフォーカス位置を基準として、前記物体の露光対象面の面位置を調整することを特徴とする露光方法。
【請求項３】
請求項１に記載の露光方法において、
前記検出工程に先立って、
前記投影光学系の光軸方向に関する前記物体の露光対象面の面形状に関する情報とともに前記光軸方向に関する前記物体の基準位置に関する情報を検出する検出系の較正を行う較正工程をさらに含む露光方法。
【請求項４】
請求項１に記載の露光方法において、
前記検出工程を、前記物体上に形成されたアライメントマークの検出中に行うことを特徴とする露光方法。
【請求項５】
請求項１に記載の露光方法において、
前記検出工程では、
前記光軸方向に関する前記物体の基準位置に関する情報として、前記露光対象面の面形状に関する情報が検出される際の前記物体を保持するステージの前記光軸方向に関する位置情報を検出することを特徴とする露光方法。
【請求項６】
請求項１に記載の露光方法において、
前記検出工程では、
前記光軸方向に関する前記物体の基準位置に関する情報として、前記物体を保持するステージの基準面と前記露光対象面との前記光軸方向に関する相対位置に関する情報を検出することを特徴とする露光方法。
【請求項７】
請求項６に記載の露光方法において、
前記露光工程に先立って、
前記投影光学系を介して、前記ステージの基準面の前記光軸方向に関する位置を検出する基準面位置検出工程をさらに含み、
前記露光工程では、
前記基準面位置検出工程の検出結果と、前記相対位置に関する情報と、前記物体の露光対象面の面形状に関する情報とに基づいて、前記光軸方向に関する前記物体の露光対象面の面位置を特定することを特徴とする露光方法。
【請求項８】
請求項７に記載の露光方法において、
前記基準面位置検出工程に先立って、
前記物体の露光対象面の面位置の基準位置と、前記投影光学系のベストフォーカス位置とを較正情報として検出する較正情報検出工程をさらに含み、
前記露光工程では、前記較正情報を考慮して、前記物体の露光対象面の面位置を調整することを特徴とする露光方法。
【請求項９】
請求項１に記載の露光方法において、
前記露光工程では、前記投影光学系と前記物体との間に液体を満たした状態で前記物体に対する露光を行うことを特徴とする露光方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の露光方法を用いて、物体上にデバイス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。
【請求項１１】
物体を保持可能で、所定の方向に移動可能なステージと；
前記ステージの移動によりそのステージに保持された前記物体が横切る帯状の領域に照明光を照射する照射系と；
前記帯状の領域を前記物体が横切る際のその物体の露光対象面からの前記照明光の反射光を受光する受光系と；
前記受光系における反射光の受光位置の基準位置からの位置ずれ量に基づいて、前記物体の露光対象面の面形状に関する情報を検出する検出装置と；を備える面形状検出装置。
【請求項１２】
露光対象の物体を保持可能で、所定の方向に移動可能なステージと；
前記ステージの移動によりそのステージに保持された前記物体が横切る帯状の領域に照明光を照射する照射系と、前記帯状の領域を前記物体が横切る際のその物体の露光対象面からの前記照明光の反射光を受光する受光系とを有し、前記受光系の出力に基づいて、前記物体の露光対象面の面形状に関する情報を検出する検出装置と；
前記帯状領域を前記物体が横切るように前記ステージを制御するとともに、前記帯状領域を前記物体が一度横切ることによって得られる、前記物体の露光対象面のほぼ全域の面形状の情報に基づいて、前記物体の露光対象面の面位置調整を行う制御装置と；を備える露光装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の露光装置において、
前記物体上に露光光を照射するための光学系と；
前記物体と前記光学系との間の空間を液体で満たす液浸機構とをさらに備え、
前記検出装置は、前記液浸機構により前記物体と前記光学系との間の空間を液体で満たす前に、前記物体の露光対象面の面形状に関する情報を検出することを特徴とする露光装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の露光装置において、
前記物体上のアライメントマークを検出するアライメント系をさらに備え、
前記アライメント系は、前記液浸機構により前記物体と前記光学系との間の空間を液体で満たす前に、前記物体上のアライメントマークを検出することを特徴とする露光装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の露光装置において、
前記検出装置は、前記アライメント系による前記アライメントマークの検出後に、前記物体の露光対象面の面形状に関する情報を検出することを特徴とする露光装置。
【請求項１６】
請求項１４に記載の露光装置において、
前記検出装置は、前記アライメント系による前記アライメントマークの検出前に、前記物体の露光対象面の面形状に関する情報を検出することを特徴とする露光装置。
【請求項１７】
請求項１２〜１６のいずれか一項に記載の露光装置を用いて、物体上にデバイスパターンを形成するリソグラフィ工程を含むデバイス製造方法。