(57)【要約】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７８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、ウェハステージのＸＹ平面内における位置及びウェハステージの移動を開始してからの時間に応じてフィードフォワード制御する。このような構成により、加速期間経過後の整定時間を短縮することができるステージ制御装置及び方法、並びに当該装置を備え又は当該方法を用いることで高いスループットでデバイスを製造することができる露光装置及び露光方法を提供することができる。
2005001913.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定平面内の少なくとも一方向及び当該所定平面に交差する交差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所定平面内の前記一方向に移動させた場合に生ずる前記交差方向における前記ステージの位置ずれを、前記所定平面内における前記ステージの位置に応じて補正する位置依存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】
所定平面内の少なくとも一方向及び当該所定平面に交差する交差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所定平面内の前記一方向に移動させた場合に生ずる前記交差方向における前記ステージの位置ずれを、前記ステージの移動を開始してからの時間に応じて補正する時間依存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３】
所定平面内の少なくとも一方向及び当該所定平面に交差する交差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所定平面内の前記一方向に移動させた場合に生ずる前記交差方向における前記ステージの位置ずれを、前記所定平面内における前記ステージの位置に応じて補正する第１補正部と、
前記交差方向における前記ステージの位置ずれを、前記ステージの移動を開始してからの時間に応じて補正する第２補正部と
を備えることを特徴とするステージ制御装置。
【請求項４】
前記第１補正部は、前記所定平面内における前記ステージの位置に応じた補正量を予め記憶しており、
前記第２補正部は、前記ステージの移動を開始してからの時間に応じた補正量を予め記憶している
ことを特徴とする請求項３記載のステージ制御装置。
【請求項５】
前記第１補正部及び前記第２補正部は、前記補正量を用いたフィードフォワード制御を行って前記交差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４記載のステージ制御装置。
【請求項６】
前記第１補正部及び前記第２補正部は、前記所定平面内における前記ステージの移動方向も考慮して前記交差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５に記載のステージ制御装置。
【請求項７】
所定平面内の少なくとも一方向及び当該所定平面に交差する交差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所定平面内の前記一方向に移動させる移動工程と、
前記移動工程の最中に生ずる前記交差方向における前記ステージの位置ずれを、前記所定平面内における前記ステージの位置、前記ステージの移動を開始してからの時間、及び前記ステージの前記所定平面内における移動方向の少なくとも１つ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８】
前記所定平面内における前記ステージの位置、前記ステージの移動を開始してからの時間、及び前記ステージの前記所定平面内における移動方向の少なくとも１つに応じた補正量を予め求めておく補正量算出工程を含み、
前記補正工程は、前記補正量算出工程で予め求められた前記補正量を用いたフィードフォワード制御を行って前記交差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７記載のステージ制御方法。
【請求項９】
前記移動工程及び前記補正工程は、前記ステージ上に保持された載置物に予め設定された複数の区画領域毎に行われることを特徴とする請求項８に記載のステージ制御方法。
【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６または９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１１】
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７から請求項９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１２】
前記補正量は、テストレチクルをテスト基板上に露光処理した結果に基づいて求められることを特徴とする請求項１１記載の露光方法。
【請求項１３】
前記ステージは、前記所定平面内の少なくとも一方向に移動可能な第１のステージと、該第１のステージに対して前記所定平面に交差する方向に関して移動可能な第２のステージとを含み、前期第２のステージの前記所定方向に交差する方向に関する位置ずれを補正することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のステージ制御装置。
【請求項１４】
前記ステージは、前記所定平面内の少なくとも一方向に移動可能な第１のステージと、該第１のステージに対して前記所定平面に交差する方向に関して移動可能な第２のステージとを含み、前期第２のステージの前期所定方向に交差する方向に関する位置ずれを補正することを特徴とする請求項７に記載のステージ制御方法。
【請求項１５】
リソグラフィ工程を含むデバイスの製造方法であって、前期リソグラフィ工程の際に請求項１４に記載の露光方法を用いることを特徴とするデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本願は２００３年６月３０日付けで日本国特許庁へ出願された特許出願（特願２００３−１８７３０９号）を基礎とし、その内容を援用するものとする。［技術分野］
本発明は、マスク（レチクル）、ウェハ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、当該方法を用いる露光装置及び方法に関する。
【背景技術】  液晶ディスプレイ、半導体デバイス、撮像装置（ＣＣＤ等）、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスの製造工程におけるフォトリソグラフィ工程では、投影光学系を介して、マスク又はレチクルに形成された回路パターンを、表面にフォトレジストが塗布されたウェハ、ガラスプレート等の感光基板に投影する露光装置が用いられている。この露光装置の一つとしてとして、レチクルに形成されたパターンをウェハ上の各ショット領域に一括して縮小投影するようにしたステップ・アンド・リピート方式の露光装置（ステッパー）が知られている。ステッパーでは１つのショット領域に対して一括露光を行い、露光が終了するとウェハをステップ移動して次のショット領域に対する一括露光を行う動作が繰り返し行われる。
また、近年においては、レチクルに形成されたパターンの露光範囲を拡大するために、照明光学系からの露光光をスリット状に制限し、このスリット光を用いてレチクルに形成されたパターンの一部をウェハ上に縮小投影した状態で、レチクルとウェハとを投影光学系に対して同期移動させてパターンをウェハ上に逐次転写するようにしたステップ・アンド・スキャン方式の走査型の露光装置が用いられる機会が増大している。
このステップ・アンド・スキャン方式の露光装置は、レチクルを保持するレチクルステージとウェハを保持するウェハ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、レチクルステージ及びウェハ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チクルに露光光を照射してレチクルのパターンの転写を行っている。
また、ステージを移動させると、ウェハステージの機械的な特性によりウェハの表面方向の位置又はウェハの姿勢（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、ウェハの位置に応じて投影光学系の像面に対するウェハの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、ウェハ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、例えば以下の特開平８−４５８１３号公報を参照されたい。
ところで、近年においてはマイクロデバイスの製造効率を高めるために、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ウェハの枚数を向上させることが要求されている。この要求を達成するためには、ウェハ上に設定された複数のショット領域各々に対してパターンを転写する時間を短縮する必要がある。上述したように、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置は、レチクルステージとウェハステージとを同期移動させているため、各ショット領域毎にレチクルステージ及びウェハステージの加速、整定、同期移動、及び減速が繰り返される。
レチクルステージ及びウェハステージの加速及び減速に要する時間は各々のステージの動的な性能に左右されるため、加速及び減速に要する時間を短縮するにはステージの設計を最初から検討する必要があるため現実的ではない。また、レチクルステージ及びウェハステージを同期移動させる時間は、レチクルに照射する露光光の強度及びウェハ上に塗布されるフォトレジスト等の感光剤の感光特性に依存するため、この時間を短縮するためには新たな感光剤の開発等が必要になる。このため、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置において、スループットを向上させるためには、整定時間の短縮を図ることが最も現実的である。
従来は、ウェハの表面方向については、オートフォーカス制御系又はオートレベリング制御系の周波数応答性を向上させ、ウェハの表面位置の検出結果を用いたフィードバック制御を行ってウェハ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た。しかしながら、ウェハステージの機械的な製造誤差や露光装置のボディのひずみ等によりウェハの位置に応じてウェハの表面方向の位置の変化量が異なり、更にはウェハステージの加速を開始してからの時間に応じてもウェハの表面方向の位置の変化量が異なる。このような状況下においては、従来のフィードバック制御のみを用いた制御方法では、ウェハの表面方向に関した整定時間の短縮には限界があるという問題があった。
【発明の開示】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、加速期間経過後の整定時間を短縮することができるステージ制御装置及び方法、並びに当該装置を備え又は当該方法を用いることで高いスループットでデバイスを製造することができる露光装置及び露光方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の第１の観点によるステージ制御装置は、所定平面（ＸＹ平面）内の少なくとも一方向及び当該所定平面に交差する交差方向（Ｚ方向）に移動可能に構成されたステージ（３７、３９）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所定平面内の前記一方向に移動させた場合に生ずる前記交差方向における前記ステージの位置ずれを、前記所定平面内における前記ステージの位置に応じて補正する位置依存補正部（８１〜８６）を備えることを特徴としている。
この発明によれば、ステージを所定平面内の一方向に移動させた場合に、所定平面の交差方向に生ずるステージの位置ずれを、所定平面内におけるステージの位置に応じて補正するようにしているため、ステージの所定平面内における位置に依存して生ずるステージの交差方向における位置ずれが補正され、その結果として加速期間経過後の整定時間を短縮することができる。
上記課題を解決するために、本発明の第２の観点によるステージ制御装置は、所定平面（ＸＹ平面）内の少なくとも一方向及び当該所定平面に交差する交差方向（Ｚ方向）に移動可能に構成されたステージ（３７、３９）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所定平面内の前記一方向に移動させた場合に生ずる前記交差方向における前記ステージの位置ずれを、前記ステージの移動を開始してからの時間に応じて補正する時間依存補正部（８７〜８９）を備えることを特徴としている。
この発明によれば、ステージを所定平面内の一方向に移動させた場合に、所定平面の交差方向に生ずるステージの位置ずれを、ステージの移動を開始してからの時間に応じて補正するようにしているため、ステージの加速特性に依存して生ずるステージの交差方向における位置ずれが補正され、その結果として加速期間経過後の整定時間を短縮することができる。
上記課題を解決するために、本発明の第３の観点によるステージ制御装置は、所定平面（ＸＹ平面）内の少なくとも一方向及び当該所定平面に交差する交差方向（Ｚ方向）に移動可能に構成されたステージ（３７、３９）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所定平面内の前記一方向に移動させた場合に生ずる前記交差方向における前記ステージの位置ずれを、前記所定平面内における前記ステージの位置に応じて補正する第１補正部（８１〜８６）と、前記交差方向における前記ステージの位置ずれを、前記ステージの移動を開始してからの時間に応じて補正する第２補正部（８７〜８９）とを備えることを特徴としている。
この発明によれば、ステージを所定平面内の一方向に移動させた場合に、所定平面の交差方向に生ずるステージの位置ずれを、所定平面内におけるステージの位置及びステージの移動を開始してからの時間に応じて補正するようにしているため、ステージの所定平面内における位置に依存して生ずるステージの交差方向における位置ずれ及びステージの加速特性に依存して生ずるステージの交差方向における位置ずれが共に補正され、その結果として加速期間経過後の整定時間を短縮することができる。
また、本発明の第３の観点によるステージ制御装置は、前記第１補正部が、前記所定平面内における前記ステージの位置に応じた補正量を予め記憶しており、前記第２補正部が、前記ステージの移動を開始してからの時間に応じた補正量を予め記憶していることを特徴としている。
ここで、前記第１補正部及び前記第２補正部は、前記補正量を用いたフィードフォワード制御を行って前記交差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している。
更に、本発明の第３の観点によるステージ制御装置は、前記第１補正部及び前記第２補正部が、前記所定平面内における前記ステージの移動方向も考慮して前記交差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している。
上記課題を解決するために、本発明のステージ制御方法は、所定平面（ＸＹ平面）内の少なくとも一方向及び当該所定平面に交差する交差方向（Ｚ方向）に移動可能に構成されたステージ（３７、３９）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所定平面内の前記一方向に移動させる移動工程と、前記移動工程の最中に生ずる前記交差方向における前記ステージの位置ずれを、前記所定平面内における前記ステージの位置、前記ステージの移動を開始してからの時間、及び前記ステージの前記所定平面内における移動方向の少なくとも１つ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。
この発明によれば、上記本発明の第１の観点及び第２の観点によるステージ制御装置の少なくとも一方と同様に、加速期間経過後の整定時間を短縮することができる。
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何れかに記載のステージ制御装置を備えることを特徴としている。
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（Ｓ２６）を含むことを特徴としている。
これらの発明によれば、ステージの加速期間経過後の整定時間を短縮することができるため、露光処理に要する時間が短縮され、その結果高いスループットでデバイスを製造することができる。
ここで、前記補正量は、テストレチクルをテスト基板上に露光処理した結果に基づいて求められることを特徴としている。
【図面の簡単な説明】  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３は、多点ＡＦセンサ４９の構成を示す図である。
図４は、パターン形成板５２の構成例を示す図である。
図５は、ウェハＷの表面にパターン形成板５２に形成された開口パターンが結像される様子を示す図である。
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。
図７は、図６に示す制御系のブロック線図である。
図８Ａ〜８Ｃは、ウェハＷに設定された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９は、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１０は、半導体デバイスの場合における、図９のステップＳ１３の詳細なフローの一例を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】  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並びに露光装置及び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。
尚、以下の説明においては、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。
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。
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。
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（照明系の瞳面、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。
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。
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。
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（区画領域）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、又は照明視野領域の同期移動方向ＳＤの幅を可変とするために使用される。また、可動ブラインド１５は、同期移動方向ＳＤと直交した方向に関してレチクルＲのパターン領域のサイズを可変するために使用される。可動ブラインド１５の開口率の情報は露光制御ユニット２３にも供給され、インテグレータセンサ２２の検出信号から求められる値にその開口率を乗じた値が、ウェハＷ上の実際の照度となる。
固定ブラインド１４及び可動ブラインド１５は、レチクルＲのパターンが形成されている面（以下、レチクル面という）に対する共役面から光軸ＩＡＸ方向に所定量だけデフォーカスした面に配置されている。このように、固定ブラインド１４及び可動ブラインド１５をデフォーカスさせて配置するのは、ウェハＷ上の任意の点での露光量（ＤＯＳＥ量）のばらつきを防止するため、ウェハＷ上に照射される露光光ＩＬの同期移動方向ＳＤにおける照度分布を台形形状とするためである。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、マスクとしてのレチクルＲのパターン面（下面）の照明フィールド（照明視野領域）ＩＡを照明する。
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。
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に転写される。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。
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、Ｘ方向、Ｙ方向、回転方向に傾斜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。
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。
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。
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軸方向にステップ移動できるように構成されている。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。
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。
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。レーザ千渉計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。
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。
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。このウェハ・アライメントセンサ４７は、例えばハロゲンランプから射出される広帯域波長の光束を検知ビームとしてウェハＷ上に照射し、ウェハＷから得られる反射光をＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）等の撮像素子で撮像し、得られた画像信号を画像処理することでウェハＷに形成されたマークのＸ方向及びＹ方向における位置情報を計測するＦＩＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｉｍａｇｅ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式のものである。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。
また、ウェハベース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ベース３８の下部に設けられた３つのエアスプリング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。
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。
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２５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。
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ＳＬ２１〜ＳＬ２３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。
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、ウェハＷの表面にパターン形成板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。
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。
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。
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。
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、例えばウェハに乗っているＡＦ計測点のうち、まず非走査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出来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。
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。
尚、回転方向振動板５７の振動ミラーは、振動軸と振動面とが同じ材料（ベリリウム）で一体形成されており、この振動面の表面に金反射膜又は銀反射膜と保護膜とからなる材料が蒸着され、多点ＡＦセンサ４９の光ビームを反射するための反射面が形成されている。ベリリウムは、剛性が高い、比重が小さい、研磨できる、との理由で選定されている。従来は、振動軸と振動ミラーとを接着剤で接着していたが、温度変化や湿度変化により、軸に対しミラー面が変動する可能性があったが、上記構成のように接着剤をなくすことで変動要因をなくすことができる。
次に、エアスプリング２６ａ〜２６ｃのリセット方法について説明する。まず、ウェハベース３８とＺチルトθステージ３９とを平行な状態にしておき、多点ＡＦセンサ４９の合わせ面に対する基準部材４６の傾きθ１を検出し、基準部材４６を多点ＡＦセンサ４９の合わせ面に合わせる。その後、基準部材４６の基準面とウェハホルダ面との差分θ２だけオフセットを乗せてＺチルトθステージ３９の傾きを（θ１−θ２）だけ元に戻す。この状態でエアスプリング２６ａ〜２６ｃを駆動して傾きを（θ１−θ２）だけ傾け、多点ＡＦセンサ４９の合わせ面と基準部材４６の基準面とウェハベース３８の表面とが平行となる。このときＺ干渉計の値をリセットする。次に、先のθ２だけＺチルトθステージ３９を戻し、多点ＡＦセンサの合わせ面とウェハホルダ３６の表面とウェハベース３８の表面とが平行となる。このとき、レーザ干渉計４３Ｘ，４３Ｙがリセットされる。
エアスプリング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。
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。
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。
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６３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。
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。
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、および多点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。
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、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。
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７８」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中の演算部６３に設けられる構成である。
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７８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中の演算部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。
フィードフォワード制御部７０ｂは、Ｘ補正量発生部８１、フィルタ８２、及び時間訂正部８３、Ｙ補正量発生部８４、フィルタ８５、及び時間訂正部８６、並びに時間補正量発生部８７、フィルタ８８、及び時間訂正部８９を含んで構成される。Ｘ補正量発生部８０は、ウェハステージ３７のＸ座標に応じたウェハステージ３７（Ｚチルトθステージ３９）のＺ方向の位置及び姿勢を補正する補正量（補正係数及び補正オフセット）を発生する。フィルタ８２は、Ｘ補正量発生部８０からの補正量に基づいて、予め設定された１次式若しくは高次式又は関数式を用いてＺ方向の補正値を算出する。時間訂正部８３はフィルタ８２から出力された補正量を、フィードバック制御系７０ａの演算部７８に出力するタイミングを訂正（調整）する。
Ｙ補正量発生部８４は、ウェハステージ３７のＹ座標に応じたウェハステージ３７（Ｚチルトθステージ３９）のＺ方向の位置及び姿勢を補正する補正量（補正係数及び補正オフセット）を発生する。フィルタ８５は、Ｙ補正量発生部８４からの補正量に基づいて、予め設定された１次式若しくは高次式又は関数式を用いてＺ方向の補正値を算出する。時間訂正部８６はフィルタ８５から出力された補正量を、フィードバック制御系７０ａの演算部７８に出力するタイミングを訂正（調整）する。上記のＸ補正量発生部８１、フィルタ８２、及び時間訂正部８３からなる構成並びにＹ補正量発生部８４、フィルタ８５、及び時間訂正部８６からなる構成は、本発明にいう位置依存補正部又は第１補正部に相当する。
時間補正量発生部８７は、ウェハステージ３７の移動を開始してからの時間に応じたウェハステージ３７（Ｚチルトθステージ３９）のＺ方向の位置及び姿勢を補正する補正量（補正係数及び補正オフセット）を発生する。フィルタ８８は、時間補正量発生部８７からの補正量に基づいて、予め設定された１次式若しくは高次式又は関数式を用いてＺ方向の補正値を算出する。時間訂正部８９はフィルタ８８から出力された補正量を、フィードバック制御系７０ａの演算部７８に出力するタイミングを訂正（調整）する。上記の時間補正量発生部８７、フィルタ８８、及び時間訂正部８９からなる構成は、本発明にいう時間依存補正部又は第２補正部に相当する。
位置補正量発生部９０は、レチクルステージ３１の位置に応じたウェハステージ３７（Ｚチルトθステージ３９）のＺ方向の位置及び姿勢を補正する補正量（補正係数及び補正オフセット）を発生する。フィルタ９１は位置補正量発生部９０からの補正量に基づいて、予め設定された１次若しくは高次式又は関数式を用いてＺ方向の補正量を算出する。時間訂正部９２はフィルタ９１から出力された補正量を、フィードバック制御系７０ａの演算部７８に出力するタイミングを訂正（調整）する。
Ｘ補正量発生部８１、Ｙ補正量発生部８４、時間補正量発生部８７、及び位置補正量発生部９０から発生される補正量（補正係数及び補正オフセット）は、ウェハステージ３７上に平坦度の高いテストウェハを保持させて、実際にウェハステージ３７を移動させて予め求めておく（補正量算出工程）。つまり、ウェハＷに代えてテストウェハがウェハステージ３７上に載置された状態で、テストレチクルのパターンをウェハＷ上に設定された各ショット領域に転写する動作と同様の動作を行い、ウェハステージ３７を移動させているときのテストウェハ表面のＺ方向の位置ずれ及び姿勢の時間的変化をセンサ７８（多点ＡＦセンサ４９）を用いて各ショット領域毎に検出する。尚、図５に示す通り、多点ＡＦセンサ４９は複数の計測点でフォーカス位置を検出しているため、ここで検出されるテストウェハ表面のＺ方向の位置ずれ及び姿勢の時間的変化は露光フィールドＥＡ内における移動平均である。
この検出結果に基づいて、ウェハＷを移動させたときのＺ方向の位置ずれ及び姿勢の変化を補正しうる補正量（補正係数及び補正オフセット）を、ウェハステージ３７のＸＹ平面内における座標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求めておく。例えば、ウェハステージ３７の移動開始位置から減速開始位置の間の複数点（例えば、Ｘ方向及びＹ方向共に１０点程度）毎の補正量を求め、ウェハステージ３７の移動開始時間から減速開始時間までの期間内に複数点（例えば、Ｘ方向及びＹ方向共に１０点程度）毎の補正量を求めておく。尚、ウェハステージ３７の移動方向が＋Ｙ方向である場合のＺ方向の位置ずれ及び姿勢の変化と、−Ｙ方向である場合のＺ方向の位置ずれ及び姿勢の変化とは異なるため、同期移動方向を変えてＺ方向の位置ずれ及び姿勢の変化を検出し、同期移動方向毎及びショット領域間をステップ移動するときのステップ方向毎に補正量を求めておく。求められた補正量はＸ補正量発生部８１、Ｙ補正量発生部８４、及び時間補正量発生部８７にそれぞれ記憶させておく。
次に、フィルタ８２，８５及びフィルタ８８で設定されるＺ方向の補正値を算出する式について説明する。尚、ここでは簡単のため１次式が設定されているものとする。フィルタ８２，８５で設定される１次式Ｚｔ′は以下の（１）式で表される。
Ｚｔ′＝ｆ（Ｐ）・ｆ（ｖ）・（Ａｔｎ′・ｔ＋Ｂｔｎ′）  ．．．．．．（１）但し、
ｖ：ウェハステージ３７の同期移動速度
Ｐ：ＸＹ平面内におけるウェハステージ３７の位置
ｔ：移動を開始してからの時間
Ａｔｎ′：区間ｎでの補正係数
Ｂｔｎ′：区間ｎでの補正オフセット
ここで、区間ｎとは、例えばウェハステージ３７の移動開始位置から減速開始位置の間に設定された点（補正量が設定された点）のうちの点ｎから点ｎ＋１までの区間である。
また、フィルタ８８で設定される１次式Ｚｔは以下の（２）式で表される。
Ｚｔ＝ｆ（ｖ）・（Ａｔｎ・ｔ＋Ｂｔｎ）  ．．．．．．（２）但し、
ｖ    ：ウェハステージ３７の同期移動速度
ｔ    ：移動を開始してからの時間
Ａｔｎ：区間ｎでの補正係数
Ｂｔｎ：区間ｎでの補正オフセット
ここで、区間ｎとは、例えばウェハステージ３７の移動開始時間から減速開始時間の間に設定された点（補正量が設定された点）のうちの点ｎから点ｎ＋１までの区間である。
また、フィルタ９１で設定される１次式Ｚｐは以下の（３）式で表される、
Ｚｐ＝ｆ（ｖ）・（Ａｐｎ・Ｐ＋Ｂｐｎ）  ．．．．．．（３）但し、
ｖ    ：ウェハステージ３７の同期移動速度
Ｐ    ：ＸＹ平面内におけるウェハステージ３７の位置
Ａｐｎ：区間ｎでの補正係数
Ｂｐｎ：区間ｎでの補正オフセット
ここで、区間ｎとは、例えばウェハステージ３７の移動開始時間から減速開始時間の間に設定された点（補正量が設定された点）のうちの点ｎから点ｎ＋１までの区間である。
以上、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。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頷域を移動開始位置に配置する。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（移動工程）。
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。同時に、主制御系２４に設けられる構成であるＸ補正行発生部８１，８４はウェハステージ３７のＸＹ平面内における位置及び同期移動方向に応じた補正量を発生し、時間補正量発生部８７はウェハステージ３７の移動を開始してからの時間に応じた補正量を発生する。
目標位置発生器７１から出力された基準信号は演算部７９に入力され、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が加算される。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。一方、Ｘ補正量発生部８１、Ｙ補正量発生部８４、及び時間補正量発生部８７から出力された補正量はフィルタ８２，８５，８８に入力されて補正値が算出され、この補正値が時間訂正部８３，８６，８９をそれぞれ介して演算部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７８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７８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（補正工程）。
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。
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及びウェハステージ３７の減速を開始させて停止させる。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が行われている。このため、ウェハステージ３７の加速を終えた時点でのウェハステージ３７（Ｚチルトθステージ３９）のＺ方向の位置ずれ及び姿勢の変化を少なくすることができ、整定時間の短縮を図ることができる。
図８Ａ〜８Ｃは、ウェハＷに設定された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８Ａはフィードフォワード制御を行わずにフィードバック制御のみを行ったときの位置ずれ量を示す図であり、図８ＢはＸＹ平面内の位置に応じたフィードフォワード制御を行ったときの位置ずれ量を示す図であり、図８ＣはＸＹ平面内の位置に応じたフィードフォワード制御に加え、ウェハステージ３７の移動を開始してからの時間に応じたフィードフォワード制御を行ったときの位置ずれ量を示す図である。
図８Ａ〜図８Ｃに示した各グラフにおいて、横軸はウェハステージ３７の移動を開始してからの時間であり、縦軸はウェハステージ３７（Ｚチルトθステージ３９）のＺ方向の位置ずれ量である。また、図８Ａにおいて、期間Ｔ１はウェハステージ３７の加速期間であり、期間Ｔ２は整定期間であり、期間Ｔ３は同期移動を行っている期間（レチクルＲのパターンを転写している期間）であり、期間Ｔ４はウェハステージ３７の減速を行っている減速期間である。尚、比較のため、図８Ａに示したこれらの期間を図８Ｂ，図８Ｃにも同様に図示している。
また、図８Ａ〜図８Ｃにおいては、ウェハＷ上に設定された複数のショット領域に対して露光処理を行うときのウェハステージ３７（Ｚチルトθステージ３９）のＺ方向の位置ずれの時間変化のそれぞれを、ウェハステージ３７の移動開始時点を基準として重ねて図示している。尚、図示の都合上、図８Ａ〜図８Ｃでは加速期間Ｔ１の途中からＺ方向の位置ずれを図示している。
図８Ａに示す通り、フィードバック制御のみでは、加速期間Ｔ１が終了してもウェハステージ３７（Ｚチルトθステージ３９）のＺ方向の位置ずれ量が大きい。このため、Ｚ方向の位置ずれ量が所定の精度内に収まる（整定する）までの整定期間Ｔ２が必要になり、ウェハステージ３７の加速期間Ｔ１経過直後にレチクルＲのパターン転写を開始することができない。
一方、図７に示すＸ補正量発生部８１、フィルタ８２、及び時間訂正部８３からなる構成並びにＹ補正量発生部８４、フィルタ８５、及び時間訂正部８６からなる構成を用いてＸＹ平面内の位置に応じたフィードフォワード制御を行うと、図８Ｂに示す通り、加速期間Ｔ１が終了する時点の近傍から整定期間Ｔ２にかけてのウェハステージ３７（Ｚチルトθステージ３９）のＺ方向の位置ずれ量のばらつきが図８Ａに比べて小さくなっていることが分かる。しかしながら、図８Ｂに示す例では、ばらつきは小さくなっているものの、加速期間Ｔ１終了時点におけるＺ方向の位置ずれ量は依然としてあるため、ウェハステージ３７の加速期間Ｔ１経過直後にレチクルＲのパターン転写を開始することができない。
他方、上記のＸＹ平面内の位置に応じたフィードフォワード制御に加えて、時間補正量発生部８７、フィルタ８８、及び時間訂正部８９からなる構成を用いてウェハステージ３７の移動を開始してからの時間に応じたフィードフォワード制御を行うと、図８Ｃに示す通り、加速期間Ｔ１が終了する時点においてウェハステージ３７（Ｚチルトθステージ３９）のＺ方向の位置ずれ量が小さくなっていることが分かる。また、加速期間Ｔ１の終了時点におけるＺ方向の位置ずれ量のばらつきも小さい。このため、加速期間Ｔ１経過直後にレチクルＲのパターン転写を開始することができ、図８Ａ及び図８Ｂで必要であった整定期間Ｔ２を無くすことができる。仮に、整定期間Ｔ２が必要となっても極めて短縮することができる。この結果、スループットを向上させることができ、マイクロデバイスの製造効率を向上させることができる。
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、上記実施形態においては、ＸＹ平面内の位置に応じたフィードフォワード制御に加えて、ウェハステージ３７の移動を開始してからの時間に応じたフィードフォワード制御を行う場合を例に挙げて説明したが、何れか一方のみのフィードフォワード制御であっても良い。
また、上記実施形態では、ウェハステージ３７の移動開始から減速を開始するまでの間の複数点でウェハステージ３７のＺ方向の位置及び姿勢を制御するようにしていたが、ショット領域毎に１つの補正量を設定し、１つのショット領域を露光するときにはこの補正量のみを用いてフィードフォワード制御するようにしても良い。更に、上記実施形態ではウェハステージ３７の移動を開始してから減速を開始するまでフィードフォワード制御及びフィードバック制御を行う場合を例に挙げて説明したが、加速期間のみフィードフォワード制御とフィードバック制御とを併用し、加速期間経過後はフィードバック制御のみを用いて制御を行うようにしても良い。また、補正量としてはＺ方向の位置ずれ及び姿勢（傾斜）の両方を考慮したが、何れか一方のみの補正でも構わない。
更に、上記実施形態ではウェハステージ３７のＺ方向の位置及び姿勢をフィードフォワード制御する場合を例に挙げて説明したが、多点ＡＦセンサ４９と同様のもの及び図７に示す制御系と同様の構成をレチクルステージ３１側に設けて、ウェハステージ３７のＺ方向の位置及び姿勢をフィードフォワード制御するようにしても良い。また更に、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。
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。
更に、光源として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、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。例えば、単一波長レーザの発振波長を１．５１〜１．５９μｍの範囲内とすると、発生波長が１８９〜１９９ｎｍの範囲内である８倍高調波、又は発生波長が１５１〜１５９ｎｍの範囲内である１０倍高調波が出力される。
特に、発振波長を１．５４４〜１．５５３μｍの範囲内とすると、発生波長が１９３〜１９４ｎｍの範囲内の８倍高調波、即ちＡｒＦエキシマレーザ光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、発生波長が１５７〜１５８ｎｍの範囲内の１０倍高調波、即ちＦ２レーザ光とほぼ同一波長となる紫外光が得られる。また、発振波長を１．０３〜１．１２μｍの範囲内とすると、発生波長が１４７〜１６０ｎｍの範囲内である７倍高調波が出力され、特に発振波長を１．０９９〜１．１０６μｍの範囲内とすると、発生波長が１５７〜１５８μｍの範囲内の７倍高調波、即ちＦ２レーザ光とほぼ同一波長となる紫外光が得られる。この場合、単一波長発振レーザとしては例えばイットリビウム・ドープ・ファイバーレーザを用いることができる。
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。
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９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）の製造例のフローチャートを示す図である。図９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。
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。
図１０は、半導体デバイスの場合における、図９のステップＳ１３の詳細なフローの一例を示す図である。図１０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。
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。
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、露光処理に要する時間を短縮することができるため、結果的に最小線幅が０．１μｍ程度の高集積度のデバイスを歩留まり良く且つ高スループットで生産することができる。
また、半導体素子等のマイクロデバイスだけではなく、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等で使用されるレチクル又はマスクを製造するために、マザーレチクルからガラス基板やシリコンウェハ等へ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（深紫外）やＶＵＶ（真空紫外）光等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、又は水晶等が用いられる。また、プロキシミティ方式のＸ線露光装置や電子線露光装置等では、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等が用いられる。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。
産業上の利用の可能性
以上説明したように、本発明によれば、ステージを所定平面内の一方向に移動させた場合に、所定平面の交差方向に生ずるステージの位置ずれを、所定平面内におけるステージの位置に応じて補正するようにしているため、ステージの所定平面内における位置に依存して生ずるステージの交差方向における位置ずれが補正され、その結果として加速期間経過後の整定時間を短縮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、ステージを所定平面内の一方向に移動させた場合に、所定平面の交差方向に生ずるステージの位置ずれを、ステージの移動を開始してからの時間に応じて補正するようにしているため、ステージの加速特性に依存して生ずるステージの交差方向における位置ずれが補正され、その結果として加速期間経過後の整定時間を短縮することができるという効果がある。
更に、本発明によれば、ステージを所定平面内の一方向に移動させた場合に、所定平面の交差方向に生ずるステージの位置ずれを、所定平面内におけるステージの位置及びステージの移動を開始してからの時間に応じて補正するようにしているため、ステージの所定平面内における位置に依存して生ずるステージの交差方向における位置ずれ及びステージの加速特性に依存して生ずるステージの交差方向における位置ずれが共に補正され、その結果として加速期間経過後の整定時間を短縮することができるという効果がある。
また更に、本発明によれば、ステージの加速期間経過後の整定時間を短縮することができるため、露光処理に要する時間が短縮され、その結果高いスループットでデバイスを製造することができるという効果がある。
【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９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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