(57)【要約】      （修正有）【課題】基板表面を容易に最良結像面と一致させる。【解決手段】基板Ｗを保持して移動可能なステージ８を備える。基板Ｗを保持した状態で基板表面の形状を検出する検出装置と、ステージ８に設けられ、検出装置の検出結果に基づいて基板表面の形状を変形させる変形装置５１と、変形させた後の変形装置５１の状態を記憶する記憶装置とを有する。変形装置である各吸着部５１は、ウエハＷの背面側（裏面側）を支持する円筒状の支持部材５１ａと、この支持部材５１ａをウエハＷの表面と直交する方向（法線方向）に例えば数十μｍ進退駆動するピエゾ素子（駆動素子）５１ｂとから構成されている。各支持部材５１ａは、ウエハＷを吸着保持するための静電チャック（保持部）５１ｃを備えている。これらピエゾ素子５１ｂ及び静電チェック５１ｃの駆動は、合焦制御系（制御装置）によって制御される。【選択図】      図２
2004158610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を保持して移動可能なステージを備えた露光装置であって、
前記基板を保持した状態で前記基板表面の形状を検出する検出装置と、
前記ステージに設けられ、前記検出装置の検出結果に基づいて前記基板表面の形状を変形させる変形装置と、
前記変形させた後の前記変形装置の状態を記憶する記憶装置とを有することを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記検出装置による検出と、前記検出装置の検出結果に基づく前記変形装置の駆動とを、前記基板表面が所定の表面形状となるまで複数回繰り返し行う制御装置をさらに有し、
前記記憶装置は、前記所定の表面形状となった後の前記変形装置の状態を記憶することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記記憶装置は、前記変形装置の状態を前記保持した基板に関する情報に応じて記憶することを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。
【請求項４】
前記記憶した情報に基づいて、前記ステージと同様の構成を有する第２ステージの変形装置を駆動する制御手段をさらに有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項５】
前記変形装置は、前記基板の背面側を支持する複数の支持部材と、
前記複数の支持部材を前記表面と略直交する方向に互いに独立して進退駆動する駆動素子とを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項６】
前記支持部材は、互いに隙間をあけて前記基板を吸着保持する保持部間の前記隙間に配置されることを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
【請求項７】
前記支持部材は、前記基板を吸着保持する保持部を有することを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
【請求項８】
前記保持部は、静電式チャックを有することを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
【請求項９】
前記保持部は、前記基板表面の位置情報に応じて前記基板を順次吸着および吸着解放することを特徴とする請求項７又は８に記載の露光装置。
【請求項１０】
前記基板を保持して移動するステージが互いに独立して複数設けられることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項１１】
前記検出装置による基板表面の検出は、前記ステージを移動させがら行い、
前記変形装置は、前記ステージの移動方向における所定の基準平面に対する直角度誤差を補正するように前記基板表面の形状を変形させることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項１２】
基板を保持するステージを移動させるステップを含む露光方法であって、
前記基板を保持した状態で前記基板表面の形状を検出する検出ステップと、
検出した前記基板表面の形状に基づいて、前記ステージに設けた変形装置により前記基板表面の形状を変形させる変形ステップと、
変形させた後の前記変形装置の状態を記憶する記憶ステップとを含むことを特徴とする露光方法。
【請求項１３】
前記検出ステップと前記変形ステップとを、前記基板表面が所定の表面形状となるまで複数回繰り返し、
前記記憶ステップでは、前記所定の表面形状となった後の前記変形装置の状態を記憶することを特徴とする請求項１２に記載の露光方法。
【請求項１４】
前記記憶ステップでは、前記変形装置の状態を前記保持した基板に関する情報に応じて記憶することを特徴とする請求項１２又は１３に記載の露光方法。
【請求項１５】
前記検出ステップは、前記ステージを移動させがら行い、前記変形ステップでは、前記ステージの移動方向における所定の基準平面に対する直角度誤差を補正するように前記基板表面の形状を変形させることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の露光方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光装置および露光方法に関し、例えば、半導体素子や液晶表示素子等の回路デバイスをリソグラフィ工程で製造する際に用いて好適な露光装置および露光方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
紫外線等の露光光を用いてマスクのパターンの像を投影光学系を介してステージ上の感光基板に露光する投影露光装置は、半導体素子の製造を始めとする種々の精密加工の分野で実用化されている。これらの投影露光装置では、投影光学系の結像面の焦点深度の幅内に感光基板の現在の被露光領域（ショット領域）を設定する機構である合焦機構、即ちオートフォーカス機構が必要である。
【０００３】
そのような合焦機構としては、例えば投影光学系に対するステージの高さを計測する計測手段を別途設け、予め求めた合焦点にその計測手段の原点を合わせ、その計測手段を用いて感光基板の露光面の高さを検出して、間接的にその露光面を合焦点まで誘導するようにしている。例えば特許文献１または特許文献２には、そのステージの高さの計測手段の例として、投影光学系の外側に固定された斜入射方式の光学系を用いてその投影光学系の直下の露光面の高さを計測する機構が開示されている。
【０００４】
ところで、集積回路は年々高集積化し、これに伴ってパターン線幅はますます微細化し、投影露光装置にあっても、近年益々高い加工精度が求められるようになってきた。このため、露光光の短波長化とともに投影光学系の開口数（Ｎ．Ａ．）を大きくすることで投影露光装置の解像度を向上させることがなされてきたが、投影光学系の開口数（Ｎ．Ａ．）を大きくすることは、一方では焦点深度が浅くなるという面を持っている。
【０００５】
例えば、最近の加工精度が特に高い半導体メモリデバイスの製造には、露光光として波長３６５ｎｍのｉ線を使用する、焦点深度１μｍ以下の投影光学系を備えた投影露光装置が用いられている。この場合には、合焦点の位置決め精度として通常でも０．１μｍ以下の精度が要求され、例えば、特許文献３に開示されている露光光の干渉現象を利用した特殊な投影露光方式では、０．０５μｍ以下の極めて高い精度が求められている。
【０００６】
このように投影露光装置の投影光学系の焦点深度は、ますます浅くなり、前述したオートフォーカス機構によりウエハ等の感光基板上のショット領域の全面を当該ショット領域の光軸方向の平均平面に位置合わせするという従来の手法では、露光ショット内に部分的な凹凸等がある場合に、ショット領域の全面を投影光学系の焦点深度の幅内に収めることは、現時点では困難になりつつある。また、投影光学系には、少なからず像面湾曲等が存在し、厳密に言えば、結像面は平面ではないことから、焦点深度が浅くなるに伴って、像面湾曲等の結像特性が、合焦精度に及ぼす影響も無視できなくなりつつある。
【０００７】
そこで、このような問題を解決する技術として、例えば特許文献４が提供されている。この技術は、露光前に複数の計測点でウエハ表面の光軸方向位置を計測して凹凸を検出するとともに、投影光学系の最良結像面を計測し、ウエハの裏面側を吸着固定するウエハホルダの複数の面要素をそれぞれ光軸方向に所定量駆動するものである。また、この公報には、計測したウエハ表面の位置から面要素の駆動量を演算・記憶し、記憶した駆動量で面要素を駆動するという技術も記載されている。これにより、ウエハの表面を投影光学系の最良結像面と一致させることができるため、常に高精度な露光処理を実施できるようになっている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１−４１９６２号公報
【特許文献２】
特開昭６０−１６８１１２号公報
【特許文献３】
特公昭６２−５０８１１号公報
【特許文献４】
特開平１０−２０９０３０号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の露光装置および露光方法には、以下のような問題が存在する。
上記の技術は、計測したウエハ表面の位置から面要素の駆動量を演算し、演算した駆動量で面要素を駆動しているが、演算結果に誤差が含まれた場合や、演算結果と実際の駆動量との間に誤差が生じた場合、その誤差分、ウエハ表面を投影光学系の最良結像面と一致させることができなくなり、露光精度が低下する可能性があった。
【００１０】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、ウエハ等の基板表面を容易に最良結像面と一致させることができる露光装置および露光方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明は、実施の形態を示す図１ないし図７に対応付けした以下の構成を採用している。
本発明の露光装置は、基板（Ｗ）を保持して移動可能なステージ（８）を備えた露光装置であって、基板（Ｗ）を保持した状態で基板表面の形状を検出する検出装置（４４）と、ステージ（８）に設けられ、検出装置（４４）の検出結果に基づいて基板表面の形状を変形させる変形装置（５１、５３）と、変形させた後の変形装置（５１、５３）の状態を記憶する記憶装置とを有することを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の露光方法は、基板（Ｗ）を保持するステージ（８）を移動させるステップを含む露光方法であって、基板（Ｗ）を保持した状態で基板表面の形状を検出する検出ステップと、検出した基板表面の形状に基づいて、ステージ（８）に設けた変形装置（５１、５３）により基板表面の形状を変形させる変形ステップと、変形させた後の変形装置（５１、５３）の状態を記憶する記憶ステップとを含むことを特徴とするものである。
【００１３】
従って、本発明の露光装置および露光方法では、基板（Ｗ）の表面が所定の形状（例えば投影光学系の最良結像面と一致）となったときの変形装置（５１）の状態（例えば駆動量）を記憶して、その状態を再現することで、演算に係る誤差の悪影響を排除することができる。そのため、ウエハ等の基板表面を容易に最良結像面と一致させることができ、露光精度の低下を防ぐことが可能になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の露光装置および露光方法の第１の実施形態を、図１ないし図５を参照して説明する。ここでは、例えば露光装置として、レチクルとウエハとを同期移動しつつ、レチクルに形成された半導体デバイスの回路パターンをウエハ上に転写する、スキャニング・ステッパ（走査型露光装置）を使用する場合の例を用いて説明する。
【００１５】
図１は、本実施形態の露光装置の概略構成を示すものであり、この図において露光時には、光源、フライアイレンズ、視野絞り、コンデンサレンズ等を含む照明光学系１からの水銀ランプのｉ線やｇ線、又はエキシマレーザ光等の露光光ＩＬがレチクル（マスク）Ｒのパターン面（下面）のスリット状の照明領域を照明する。露光光ＩＬの下で、レチクルＲの照明領域内のパターンの像が投影光学系ＰＬを介して所定の倍率β（例えば１／４、１／５等）でフォトレジストが塗布されたウエハ（基板）Ｗ上のスリット状の投影領域内に投影露光される。以下、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、その光軸ＡＸに垂直な平面内で図１の紙面に平行にＸ軸を、図１の紙面に垂直にＹ軸を取って説明する。
【００１６】
レチクルＲは、レチクルステージ２上に真空吸着によって保持され、レチクルステージ２は、レチクルベース３上でエアーベアリングを介して浮上した状態で、リニアモータによってＹ方向（走査方向）に連続移動するとともに、Ｘ方向、Ｙ方向、及び回転方向（Ｚ軸回りの回転方向）にレチクルＲの位置の微調整を行う。レチクルステージ２の側面に固定された移動鏡４に外部のレーザ干渉計５から計測用のレーザビームが照射され、レーザ干渉計５の内部で生成される不図示の参照用レーザビームと移動鏡４から反射されるレーザビームとの干渉光を、レーザ干渉計５内の光電検出器で受光することによって、レチクルステージ２（すなわちレチクルＲ）の２次元的な位置が計測されている。この計測結果がレチクルステージ制御系６に供給され、レチクルステージ制御系６は、装置全体の動作を統括制御する主制御系７の制御の下でレチクルステージ２の位置や移動速度を制御する。
【００１７】
一方、ウエハＷは、ウエハホルダ８上に真空吸着によって保持され、ウエハホルダ８はＺチルトステージ９上に固定される。Ｚチルトステージ９は、ＸＹθステージ１０上に載置され、ＸＹθステージ１０は、定盤１１上にエアーベアリングを介して浮上した状態で、リニアモータによってＸ方向、Ｙ方向（走査方向）、及び回転方向（Ｚ軸回りの回転方向）にウエハホルダ８（すなわちウエハＷ）の移動及び位置決めを行う。ウエハホルダ８、Ｚチルトステージ９及びＸＹθステージ１０によりウエハステージ（ステージ）が構成されている。Ｚチルトステージ９は、ウエハＷの投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向の位置（フォーカス位置）の制御及び傾斜角の制御（レベリング）を行う。なお、ウエハホルダ８をＺチルトステージ９と共用し、光軸ＡＸ方向の移動およびレベリング可能なウエハホルダ８をＸＹθステージ１０上に直接設けることもできる。
【００１８】
図２（ａ）に示すように、ウエハホルダ８は、平面視円形のウエハＷの全体をカバーするように略同心円状に配列された変形装置としての複数の吸着部５１を備えている。各吸着部５１は、ウエハＷの背面側（裏面側）を支持する円筒状の支持部材５１ａと、この支持部材５１ａをウエハＷの表面と直交する方向（法線方向）に例えば数十μｍ進退駆動するピエゾ素子（駆動素子）５１ｂとから構成されている。各支持部材５１ａは、ウエハＷを吸着保持するための静電チャック（保持部）５１ｃを備えている。これらピエゾ素子５１ｂ及び静電チャック５１ｃの駆動は、合焦制御系（制御装置）４５によって制御される。
【００１９】
ウエハＷのフォーカス位置およびレベリングの制御のため、投影光学系ＰＬの側面に光学式で斜入射方式の検出装置としてのオートフォーカスセンサ（以下、ＡＦセンサと称する）４４が配置され、このＡＦセンサによってウエハＷの表面における投影領域内及びこれに対して走査方向に先行する先読み領域内の複数の検出点での表面位置情報（表面形状）としてのフォーカス位置（光軸ＡＸ方向の位置）が検出され、検出結果が合焦制御系４５に供給されている。
【００２０】
合焦制御系４５は、主制御系７の制御の下で、既述のピエゾ素子５１ｂ及び静電チャック５１ｃの駆動を制御するとともに、供給されたフォーカス位置の情報からウエハＷの投影領域内の表面を投影光学系ＰＬの像面（最良結像面）に合焦させるための、Ｚチルトステージ９のフォーカス位置及び傾斜角の制御量をウエハＷの位置に対応して算出し、この制御量に基づいてオートフォーカス方式、オートレベリング方式でＺチルトステージ９の動作を制御する。
【００２１】
また、本実施形態のウエハホルダ８は、低熱膨張率の石英、またはガラスセラミック等から形成され、ウエハホルダ８の−Ｘ方向及び＋Ｙ方向の側面は鏡面加工された反射面８ｘ、８ｙ（８ｙは図示せず）となっており、２軸の移動鏡を兼用している。さらに、投影光学系ＰＬの−Ｘ方向の側部下面には、Ｙ方向に沿った反射面を有するＸ軸の参照鏡１４Ｘが固定され、投影光学系ＰＬの＋Ｙ方向の側部下面には、Ｘ方向に沿った反射面を有するＹ軸の参照鏡１４Ｙ（図示はしないが、便宜上符号を付す）が固定されている。
【００２２】
そして、図１において、Ｘ軸の干渉計本体１２Ｘから射出されたレーザビームが分岐合成光学系１３ＸによってそれぞれＸ軸に平行な計測用のレーザビーム（以下、計測用ビームと称する）ＬＸ１、及び参照用のレーザビーム（以下、参照用ビームと称する）ＬＸ２に分岐され、計測用ビームＬＸ１はウエハホルダ８の反射面８ｘに入射し、参照用ビームＬＸ２はＸ軸の参照鏡１４Ｘに入射する。また、計測用ビームＬＸ１は、分岐合成光学系１３Ｘと反射面８ｘとの間を２往復して干渉計本体１２Ｘに戻り、参照用ビームＬＸ２も分岐合成光学系１３Ｘと参照鏡１４Ｘとの間を２往復して干渉計本体１２Ｘに戻る。
【００２３】
すなわち、干渉計本体１２Ｘ、分岐合成光学系１３Ｘ、及び参照鏡１４ＸからＸ軸のダブルパス方式のレーザ干渉計が構成され、干渉計本体１２Ｘでは戻ってくる計測用ビームＬＸ１、及び参照用ビームＬＸ２の干渉光を光電変換して得た検出信号を補間及び積算処理することによって、参照鏡１４Ｘを基準として反射面８ｘのＸ方向の変位を求め、得られた変位をウエハステージ制御系４３に供給する。ウエハステージ制御系４３では、その変位に所定のオフセットを加算してウエハホルダ８のＸ座標を求める。
【００２４】
この場合、計測用ビームＬＸ１及び参照用ビームＬＸ２としては、一例として波長６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザビームをそれぞれ所定の周波数Δｆ及び−Δｆで周波数変調した光束が使用され、且つ両ビームはそれぞれ直線偏光で偏光方向が直交している。この方式にて両光束の分割・合成を行うことで、ヘテロダイン干渉方式で変位計測がなされる。また、上記の形態はダブルパス方式であるため、計測用ビームＬＸ１の波長をλとすると、電気的な補間を行わないときにはウエハホルダ８の変位を分解能λ／４で検出することが可能である。
【００２５】
なお、本実施形態では、Ｘ軸のダブルパス方式のレーザ干渉計とともに、Ｙ軸のダブルパス方式のレーザ干渉計も設けられ、上記Ｘ軸と同様にウエハホルダ８のＹ座標を求めることができるが、ここではその説明を省略する。また、本実施の形態では、ウエハホルダ８の側面を鏡面加工し、２軸の移動鏡を兼用したが、移動鏡とウエハホルダ８とを別部材とし、Ｘ方向に沿った反射面を有するＹ移動鏡と、Ｙ方向に沿った反射面を有するＸ移動鏡とをウエハホルダ８に固定して使用することもできる。
【００２６】
ウエハステージ制御系４３は、主制御系７の制御の下で、干渉計本体１２Ｘ、１２Ｙを介して計測されるウエハホルダ８のＸ座標、Ｙ座標に基づいてＸＹθステージ１０の移動速度や位置決め動作を制御する。露光時には、まずＸＹθステージ１０をステッピング駆動することによって、ウエハＷ上の次に露光されるショット領域を走査開始位置に設定する。その後、レチクルステージ２を介してレチクルＲを＋Ｙ方向（又は−Ｙ方向）に速度ＶＲで走査するのと同期して、ＸＹθステージ１０を介してウエハＷを−Ｙ方向（又は＋Ｙ方向）に速度ＶＷ（＝β×ＶＲ；βは投影光学系ＰＬのレチクルＲからウエハＷへの投影倍率）で走査することにより、当該ショット領域にレチクルＲのパターン像が走査露光される。
【００２７】
また、不図示であるが、本実施形態の露光装置にはレチクルＲの位置、及びウエハＷの位置を計測するためのアライメントセンサが備えられ、このアライメントセンサの計測結果に基づいて、レチクルＲとウエハＷ上の各ショット領域との位置合わせが行われる。
【００２８】
続いて図３に、ＡＦセンサ４４の概略構成図を示す。
この図に示すＡＦセンサ４４においては、露光光ＩＬとは異なりウエハＷ上のフォトレジストを感光させない照明光が、図示省略された照明光源から光ファイバ束２０を介して導かれている。光ファイバ束２０から射出された照明光は、集光レンズ２１を経てパターン形成板２２を照明する。パターン形成板２２を透過した照明光（スリット光）は、レンズ２３、ミラー２４及び照射対物レンズ２５を経てウエハＷの露光面に投影され、ウエハＷの露光面にはパターン形成板２２上のスリット像が光軸ＡＸに対して斜めに投影結像される。ウエハＷで反射された照明光は、集光対物レンズ２６、回転方向振動板２７及び結像レンズ２８を経て受光器２９に受光面に再投影され、受光器２９の受光面には、パターン形成板２２上のパターンの像が再結像される。この場合、合焦制御系４５は、加振装置３０を介して回転方向振動板２７に振動を与え、受光器２９の多数の受光素子からの検出信号が信号処理装置３１に供給され、信号処理装置３１は、各検出信号を加振装置３０の駆動信号で同期検波して得た多数のフォーカス信号を合焦制御系４５に供給する。
【００２９】
ここで、スリット像は、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに対して斜めに投影されているため、ウエハＷの露光面のフォーカス位置が変化すると、それら投影像の受光器２９上での再結像位置が変化する。従って、予め最良結像面に対応する受光器２９上での再結像位置を求めておけば、検出されたフォーカス信号からウエハＷの表面のフォーカス位置を合焦制御系４５により求めることができる。
【００３０】
続いて、上記の構成の露光装置における露光処理について説明する。
まず、露光動作に入る前に、予めウエハＷの表面形状を検出し、検出した表面形状に基づいて表面形状を変形させる。この表面形状の検出及び変形は、ウエハＷに実際に露光処理を施す露光装置を用いてもよいし、上記ＡＦセンサ４４及び吸着部５１を有する他の露光装置や計測装置を用いてもよい。実際に露光処理を施す露光装置と異なる装置を用いる場合には、吸着部５１のピエゾ素子５１ｂの駆動量に関する制御定数（装置定数）の相関関係を予め検出・記憶しておく。
【００３１】
なお、ウエハＷの表面形状（露光面における傾斜角及びフォーカス位置）の算出方法は、特開平６−２８３４０３号公報等で開示されているため、ここでは詳細な説明を省略するが、上述したように、ＡＦセンサ４４を用いてウエハＷ表面の複数箇所で光軸方向の位置を計測することで、ウエハＷの表面形状を検出する（検出ステップ）。この表面形状の検出の際には、吸着部５１（他の装置では吸着部５１に相当するもの、以下同様）の静電チャック５１ｃでウエハＷを吸着保持するが、ウエハＷを吸着及び吸着解放するタイミング（順序）は各静電チャック５１ｃとウエハＷとの相対位置関係に応じて任意に設定できる。
【００３２】
例えば、ウエハＷを吸着する際には、ウエハＷの中心部分から外側に向けて順次吸着し、またウエハＷへの吸着を解放する際にはウエハＷの中心部分から外側に向けて順次解放する。このような方法を採ることで、吸着時のウエハＷの変形応力や、吸着解放時のウエハＷの振動を抑制することが可能になる。つまり、複数の静電チャック５１ｃが互いに独立してウエハＷを吸着及び吸着解放することで、ウエハＷのそりや平面度に応じて最適な吸着順序及び吸着解放順序を選択することができる。
【００３３】
そして、吸着部５１でウエハＷを吸着保持した状態で上記検出ステップを実施した後には、検出したウエハＷの表面形状を投影光学系ＰＬの最良結像面に一致させるべく、ウエハＷの表面形状に応じてピエゾ素子５１ｂを駆動することで支持部材５１ａ及び静電チャック５１ｃを法線方向に移動させてウエハＷの表面形状を変形させる（変形ステップ）。
【００３４】
合焦制御系４５は、上記ＡＦセンサ４４及び吸着部５１を制御して、ウエハＷの表面形状が最良結像面と一致するまで上記検出ステップと変形ステップとを複数回繰り返し実行させる。そして、ウエハＷの表面形状が所定形状（この場合、結像最良面と一致）となると、合焦制御系４５は、そのときの各ピエゾ素子５１ｂの状態（第１駆動量）を記憶装置としての内部メモリに記憶する（記憶ステップ）。なお、本実施の形態で用いる最良結像面と一致するとは、投影光学系ＰＬの焦点深度の幅内に収まることも含むものとしている。
【００３５】
続いて、ウエハステージの移動時の直角度誤差を検出する。すなわち、ウエハステージが走査移動またはステップ移動する際には、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、各移動方向における基準平面に対して走り誤差（光軸に対する直角度誤差）が生じる。そのため、ウエハＷの表面形状を最良結像面と一致させた状態でウエハステージを移動させながらＡＦセンサ４４により、ウエハＷの表面を計測することで露光光の照明領域に対するウエハＷの位置とこの位置に対応するウエハ表面のＺ方向の位置とを検出することで直角度誤差を計測する。この後、この直角度誤差を補正すべく、ウエハステージを移動させながらピエゾ素子５１ｂをＺ方向に駆動するともにＡＦセンサ４４により表面形状を計測する。そして、直角度誤差が補正されて露光光の照明領域におけるウエハＷの表面形状が最良結像面と一致するまで、上記表面検出及びピエゾ素子５１ｂの駆動とを繰り返し実行し、このときの照明領域に対するウエハＷの位置とピエゾ素子５１ｂのＺ軸方向の駆動量（第２駆動量）との関係を上記と同様に内部メモリに記憶する。
【００３６】
上記ピエゾ素子５１ｂの状態（第１駆動量及び第２駆動量）を記憶する際には、この状態検出を行った装置とともに、吸着部５１で保持したウエハＷに関する情報に応じて記憶する。ウエハＷに関する情報としては、例えば同一ロット内では複数のウエハＷ間で表面形状が略同一とみなせる場合はそのロット情報であり、同一ロットでもウエハＷ間で表面形状が略同一とみなせない場合は当該ウエハＷ自体の情報（ＩＤ等）となる。
【００３７】
このように、ウエハＷの表面形状の補正に必要なピエゾ素子５１ｂの駆動量を記憶すると、露光処理を実施する。
具体的には、まずウエハＷがウエハステージに搬送され、ウエハホルダ８としての吸着部５１により吸着保持すると、合焦制御系４５は内部メモリに記憶されている情報に基づく駆動量（第１駆動量）で各ピエゾ素子５１ｂを駆動する。このときの駆動量は、メモリに記憶されている情報の中、露光処理を施すウエハＷと同一の情報（ロットやウエハＩＤ）の情報を選択する。また、露光処理を施す装置と、メモリの記憶情報を検出した装置とが異なる場合には、予め記憶してある制御定数に基づいてメモリの記憶情報を補正し、補正した駆動量でピエゾ素子５１ｂを駆動する。
【００３８】
これにより、変形ステップでウエハ表面が最良結像面と一致したときの状態が再現され、本露光装置における投影光学系ＰＬの最良結像面にウエハＷの表面形状を一致させることができる（合焦ステップ）。なお、この後に再度、ウエハＷの表面形状を検出してもよく、その検出結果に基づきピエゾ素子５１ｂを駆動調整してもよい。
【００３９】
一方、レチクルＲに対しては、ウエハステージの移動座標系（投影光学系ＰＬ）に対して位置合わせ（アライメント）する。なお、レチクル・アライメントは、ウエハ搬送処理の完了までの間であればどこで実施してもよい。
【００４０】
そして、合焦ステップが完了したら露光装置は、ウエハ・アライメントを実施して、レチクルＲとウエハＷとの位置合わせを行う。露光装置は、ウエハ・アライメント後は、ＥＧＡパラメータ（スケーリングパラメータ）に基づいて投影光学系ＰＬの投影倍率等、結像特性を調整する。また、そのＥＧＡパラメータと各ショットの設計上の座標値とに基づいて算出されたウエハＷ上の各ショットの位置情報（座標値）に応じてウエハＷを位置決めするとともに露光光の照明領域に対してレチクルＲとウエハＷとを走査移動させることで、所定のショット領域上にレチクルＲに形成されたパターンを逐次転写（露光）するという露光処理を実施する。
【００４１】
この走査移動時には、メモリに記憶された第２駆動量に応じてピエゾ素子５１ｂをＺ方向に駆動（Ｚ軸駆動）する。具体的には、ウエハＷと照明領域との相対位置に応じてメモリに記憶された第２駆動量でピエゾ素子５１ｂを駆動する。これにより、ウエハステージの走査方向における光軸に対する直角度誤差を補正して、ウエハステージの移動時にも照明領域におけるウエハＷの表面を投影光学系ＰＬの最良結像面に常に一致させることができる。
【００４２】
図５に、ウエハＷ表面における平面度誤差（最良結像面に対する誤差）の分布を示す。図中、（ａ）は上記Ｚ軸駆動を行わないときの平面度誤差の分布であり、（ｂ）は上記Ｚ軸駆動を行ったときの平面度誤差の分布である。これらの図に示されるように、Ｚ軸駆動を行うことによりウエハ表面の平面度誤差を大幅に小さくすることができる。
【００４３】
このように、本実施の形態では、事前にウエハＷの表面を変形させて最良結像面に一致させたときのピエゾ素子５１ｂの駆動量を記憶し、実露光時には記憶した駆動量でピエゾ素子５１ｂを駆動することで、ウエハＷの表面形状を容易に再現できるので、ウエハＷの表面形状を計測した結果からピエゾ素子５１ｂの駆動量を演算する際の誤差に起因する悪影響を排除することができ、ウエハ表面を容易に最良結像面に一致させることができる。そのため本実施の形態では、投影光学系ＰＬの焦点深度が浅くなった場合でもウエハＷを合焦位置に位置決めすることができ、パターン線幅の微細化にも容易に対応できる。
【００４４】
特に、本実施の形態では、ウエハの表面状態を検出するステップと検出に基づいてウエハＷを変形させるステップとを、ウエハ表面が最良結像面と一致するまで繰り返し行っているので、ウエハ表面の平面度をより高精度に制御することが可能である。しかも、本実施の形態では、表面状態を予め検出する装置と、実際に露光する装置が異なる場合でも、駆動量に関する制御定数を求めておくことで、装置間の駆動量の変動を抑えることができる。
【００４５】
また、本実施の形態では、ロットやウエハのＩＤ等、ウエハＷの表面状態（が同一と見なされるグループ）毎にピエゾ素子５１ｂの駆動量を記憶しているので、表面状態が異なる種々のウエハにも容易に対応可能であり、また同一ロットのウエハには同じ駆動量を用いることで、事前に表面状態を検出するための時間を短くすることができ、スループットの向上に寄与できる。さらに、本実施の形態では、走査移動時にピエゾ素子５１ｂのＺ軸駆動を行うことにより、ウエハステージの移動方向における光軸に対する直角度誤差も容易に補正することが可能である。
【００４６】
また、本実施の形態では、ウエハＷに対する吸着保持を複数の静電チャック５１ｃにより行っているので、吸着時のウエハＷの変形応力や、吸着解放時のウエハＷの振動を抑制する等、ウエハＷのそりや平面度に応じて最適な吸着順序及び吸着解放順序を選択することができる。そして、静電チャック５１ｃを用いた場合には、電子線を使った露光処理等、真空中でウエハＷを吸着・吸着解除する場合にも適用可能である。
【００４７】
図６は、本発明の露光装置の第２の実施形態を示す図である。この図において、図１乃至図５に示す第１の実施の形態の構成要素と同一の要素については同一符号を付し、その説明を省略する。第２の実施の形態と上記の第１の実施の形態とが異なる点は、ウエハホルダ８の構成である。
【００４８】
図６（ａ）に示すように、本実施形態のウエハホルダ８は、互いにほぼ一定間隔の隙間５２ａが形成され同心に配置された複数の保持部５２を有しており、各隙間５２ａには、負圧吸引源が接続され当該隙間５２ａを負圧吸引する吸引孔（不図示）が配設されるとともに、図６（ｂ）に示すように、ウエハＷを変形させる際にウエハＷの背面側を当接支持する棒状の支持部材５１ａと、支持部材５１ａをウエハ表面の法線方向に進退自在に駆動するピエゾ素子５１ｂとがそれぞれ対で配設されている。支持部材５１ａ及びピエゾ素子５１ｂは、各隙間５２ａ内に周方向に互いに間隔をあけて環状に配置されている（中心部の隙間５２ａには一つのみ配置）。なお、保持部５２の頂部には緩衝材５２ａが設けられ、ホルダ８に保持されたウエハＷに過度な力が加わらない構成になっている。
【００４９】
上記の構成のウエハホルダ８では、負圧吸引源を駆動することで保持部５２にウエハＷを吸着保持するが、吸着時にはウエハＷの中心から外側に向けて漸次高くなるように支持部材５１ａの高さ調整が為される。そして、記憶された駆動量に基づいてピエゾ素子５１ｂを駆動することで、ウエハＷを変形させ表面形状を最良結像面と一致させる。このとき、ピエゾ素子５１ｂをウエハ中心側から外側へ向けて順次駆動することで、上記第１の実施形態と同様に、吸着時のウエハＷの変形応力を抑制することが可能である。
【００５０】
図７に、さらに別の形態のウエハホルダを示す。
図７（ａ）に示すウエハホルダ８は、径方向及び周方向に複数のブロック状に分割して配列された略扇形（中心部は円形）の吸着部（変形装置）５３を有している。各吸着部５３は、図７（ｂ）に示すように、周縁部においてウエハＷの背面側を支持する支持部材５３ａを有しており、各吸着部５３の略中心に配置されたピエゾ素子（駆動素子）５３ｂを介してベース５３ｃ上に設置されている。なお、図示しないものの、各吸着部５３の支持部材５３ａの間には、負圧吸引源が接続された吸引孔（不図示）が配設される。
【００５１】
上記構成のウエハホルダ８では、支持部材５３ａ上にウエハＷを吸着保持した状態で、ピエゾ素子５３ｂを駆動することで、支持部材５３ａをウエハＷの背面形状に倣わせることが可能である（図７（ｂ）参照）。従って、図６に示したウエハホルダ８と比較してウエハＷと吸着部５３との密着性が高まり、ウエハＷに対する吸着能力を上げることが可能である。
【００５２】
なお、上記実施の形態では、ウエハステージを１基設ける構成として説明したが、複数のウエハステージ（例えば２基）を露光装置に設ける構成としてもよい。例えば投影光学系ＰＬを挟んだ両側に２つのアライメントセンサを設け、各アライメントセンサの直下と投影光学系ＰＬの直下との間をそれぞれウエハステージが移動する構成や、投影光学系ＰＬの直下にウエハステージを移動可能なガイドと、アライメントセンサの直下にウエハステージを移動可能なガイドとをそれぞれ設け、各ガイド間で２基のウエハステージを受け渡す構成を採用可能である。
【００５３】
この構成では、第１ウエハステージ、第２ウエハステージにそれぞれ上記吸着部（５１や５３）と各吸着部（ピエゾ素子）の駆動を独立して制御する制御手段とを設ければよい。この場合、例えば第１ウエハステージ上のウエハに対して投影光学系ＰＬを介して露光動作を行っている間に、第２ウエハステージにおいてウエハ交換が行われ、ウエハ交換に引き続いて、上述した表面形状検出及びピエゾ素子の駆動量記憶（さらにアライメント動作等）が行われる。
【００５４】
そして、各ウエハステージにおける処理が完了すると、ウエハステージを移動させ、第１ウエハステージではウエハ交換及び表面形状検出及びピエゾ素子の駆動量記憶（さらにアライメント動作等）が行われ、第２ウエハステージでは記憶した駆動量でピエゾ素子を駆動して、投影光学系ＰＬの最良結像面にウエハの表面形状を一致させた後に露光処理を実施する。このように、一方のウエハステージでウエハ交換と表面形状検出及びピエゾ素子の駆動量記憶（さらにアライメント動作等）を実行する間に、他方のウエハステージで露光動作を実行する事とし、両方の動作が終了した時点でお互いの動作を切り換えるようにすることで、スループットを大幅に向上させることが可能になる。
【００５５】
なお、上記実施の形態では、ウエハＷの表面形状を変形させる手段としてピエゾ素子を用いる構成としたが、これに限定されるものではなく、電動アクチュエータやエアシリンダ等の他のアクチュエータを用いる構成としてもよい。
【００５６】
なお、本実施の形態の基板としては、半導体デバイス製造用の半導体ウエハＷのみならず、ディスプレイデバイス用のガラス基板や、薄膜磁気ヘッド用のセラミックウエハ、あるいは露光装置で用いられるマスクまたはレチクルの原版（合成石英、シリコンウエハ）等が適用される。
【００５７】
露光装置としては、レチクルＲとウエハＷとを同期移動してレチクルＲのパターンを走査露光するステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置（スキャニング・ステッパー；ＵＳＰ５，４７３，４１０）の他に、レチクルＲとウエハＷとを静止した状態でレチクルＲのパターンを露光し、ウエハＷを順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（ステッパー）にも適用することができる。また、本発明はウエハＷ上で少なくとも２つのパターンを部分的に重ねて転写するステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置にも適用できる。
【００５８】
露光装置の種類としては、ウエハＷに半導体素子パターンを露光する半導体素子製造用の露光装置に限られず、液晶表示素子製造用又はディスプレイ製造用の露光装置や、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ）あるいはレチクル又はマスクなどを製造するための露光装置などにも広く適用できる。
【００５９】
また、光源として、超高圧水銀ランプから発生する輝線（ｇ線（４３６ｎｍ）、ｈ線（４０４．ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ））、ＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）、Ｆ２レーザ（１５７ｎｍ）、Ａｒ２レーザ（１２６ｎｍ）のみならず、電子線やイオンビームなどの荷電粒子線を用いることができる。例えば、電子線を用いる場合には電子銃として、熱電子放射型のランタンヘキサボライト（ＬａＢ６）、タンタル（Ｔａ）を用いることができる。また、ＹＡＧレーザや半導体レーザ等の高調波などを用いてもよい。
【００６０】
例えば、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を、例えばエルビウム（又はエルビウムとイットリビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、かつ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露光光として用いてもよい。なお、単一波長レーザの発振波長を１．５４４〜１．５５３μｍの範囲内とすると、１９３〜１９４ｎｍの範囲内の８倍高調波、即ちＡｒＦエキシマレーザとほぼ同一波長となる紫外光が得られ、発振波長を１．５７〜１．５８μｍの範囲内とすると、１５７〜１５８ｎｍの範囲内の１０倍高調波、即ちＦ２レーザとほぼ同一波長となる紫外光が得られる。
【００６１】
また、レーザプラズマ光源、又はＳＯＲから発生する波長５〜５０ｎｍ程度の軟Ｘ線領域、例えば波長１３．４ｎｍ、又は１１．５ｎｍのＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ  Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｏｌｅｔ）光を露光光として用いてもよく、ＥＵＶ露光装置では反射型レチクルが用いられ、かつ投影光学系が複数枚（例えば３〜６枚程度）の反射光学素子（ミラー）のみからなる縮小系となっている。
【００６２】
投影光学系ＰＬは、縮小系のみならず等倍系および拡大系のいずれでもよい。また、投影光学系ＰＬは屈折系、反射系、及び反射屈折系のいずれであってもよい。なお、露光光の波長が２００ｎｍ程度以下であるときは、露光光が通過する光路を、露光光の吸収が少ない気体（窒素、ヘリウムなどの不活性ガス）でパージすることが望ましい。また電子線を用いる場合には光学系として電子レンズおよび偏向器からなる電子光学系を用いればよい。なお、電子線が通過する光路は、真空状態にすることはいうまでもない。
【００６３】
ウエハステージやレチクルステージ２にリニアモータ（ＵＳＰ５，６２３，８５３またはＵＳＰ５，５２８，１１８参照）を用いる場合は、エアベアリングを用いたエア浮上型およびローレンツ力またはリアクタンス力を用いた磁気浮上型のどちらを用いてもよい。また、各ステージは、ガイドに沿って移動するタイプでもよく、ガイドを設けないガイドレスタイプであってもよい。
【００６４】
各ステージの駆動機構としては、二次元に磁石を配置した磁石ユニットと、二次元にコイルを配置した電機子ユニットとを対向させ電磁力により各ステージを駆動する平面モータを用いてもよい。この場合、磁石ユニットと電機子ユニットとのいずれか一方をステージに接続し、磁石ユニットと電機子ユニットとの他方をステージの移動面側に設ければよい。
【００６５】
ウエハステージの移動により発生する反力は、投影光学系ＰＬに伝わらないように、特開平８−１６６４７５号公報（ＵＳＰ５，５２８，１１８）に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。
レチクルステージ２の移動により発生する反力は、投影光学系ＰＬに伝わらないように、特開平８−３３０２２４号公報（ＵＳ  Ｓ／Ｎ  ０８／４１６，５５８）に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。
【００６６】
以上のように、本願実施形態の露光装置は、本願特許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。
【００６７】
半導体デバイス等のマイクロデバイスは、図８に示すように、マイクロデバイスの機能・性能設計を行うステップ２０１、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップ２０２、シリコン材料からウエハを製造するステップ２０３、前述した実施形態の露光装置によりレチクルのパターンをウエハに露光する露光処理ステップ２０４、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）２０５、検査ステップ２０６等を経て製造される。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、基板を変形させる量を演算する際の誤差に起因する悪影響を排除することができ、基板表面を容易に最良結像面に一致させることができる。そのため、本発明では、投影光学系の焦点深度が浅くなった場合でも基板を合焦位置に位置決めすることができ、パターン線幅の微細化にも容易に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す図であって、露光装置の概略構成図である。
【図２】（ａ）は、第１の実施形態に係るウエハホルダの外観斜視図であり、（ｂ）はウエハホルダを構成する吸着部の外観斜視図である。
【図３】ＡＦセンサの概略構成図である。
【図４】ウエハステージの移動方向における光軸に対する、（ａ）はＹ方向、（ｂ）はＸ方向の直角度誤差を示す図である。
【図５】（ａ）はＺ軸駆動を行わないときの平面度誤差の分布であり、（ｂ）はＺ軸駆動を行ったときの平面度誤差の分布である。
【図６】第２の実施形態に係るウエハホルダの（ａ）は平面図であり、（ｂ）は部分詳細図である。
【図７】別の実施形態に係るウエハホルダの（ａ）は平面図であり、（ｂ）は部分詳細図である。
【図８】半導体デバイスの製造工程の一例を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
ＰＬ  投影光学系
Ｒ  レチクル（マスク）
Ｗ  ウエハ（基板）
８  ウエハホルダ８（ステージ）
９  Ｚチルトステージ（ステージ）
１０  ＸＹθステージ（ステージ）
４４  ＡＦセンサ（検出装置）
４５  合焦制御系（制御装置）
５１、５３  吸着部（変形装置）
５１ａ、５３ａ  支持部材
５１ｂ、５３ｂ  ピエゾ素子（駆動素子）
５１ｃ  静電チャック（保持部）
５２  保持部
５２ａ  隙間
【図１】
2004158610.tif 000003
【図２】
2004158610.tif 000004
【図３】
2004158610.tif 000005
【図４】
2004158610.tif 000006
【図５】
2004158610.tif 000007
【図６】
2004158610.tif 000008
【図７】
2004158610.tif 000009
【図８】
2004158610.tif 000010