(57)【要約】【課題】面位置計測装置の校正を行うための基準部材の表面形状を効率的に計測する。【解決手段】投影光学系を用いてウエハＷ上に明暗パターンを露光する露光方法であって、Ｘスケール部３９ＸＡを用いて多点ＡＦ系９０の複数の検出基準点のＺ位置情報を計測する多点ＡＦ系９０の校正工程と、Ｘスケール部３９ＸＡをＸ方向に多点ＡＦ系９０の複数の計測点の間隔だけ移動しつつ、多点ＡＦ系９０によりＸスケール部３９ＸＡの表面の複数箇所のＺ位置情報を複数回計測する計測工程と、この計測工程で得られた複数のＺ位置情報を統計処理してＸスケール部３９ＸＡのＺ方向の形状情報を算出する算出工程とを含む。【選択図】図４
2009206365.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光光学系を用いて被露光基板上に明暗パターンを露光する露光方法であって、
被露光基板の法線方向である第１方向と直交する所定の第２方向に概一列に並んで所定範囲内に配置された複数の計測基準点を含む多点位置計測機構を用いて、前記被露光基板の表面内の複数位置における前記第１方向の位置情報である基板情報を収集する基板計測工程と、
前記基板計測工程で得られた前記基板情報を用いて、前記露光光学系に対して前記第１方向に離れた所定位置に前記被露光基板を配置する基板配置工程と、
前記露光光学系により、前記被露光基板を露光する露光工程と、を含むと共に、
所定の基準平面板を用いて、前記多点位置計測機構に含まれる複数の前記計測基準点の前記第１方向の位置に関する情報を計測する計測基準点校正工程と、
前記基準平面板を前記第２方向に第１の所定量移動しつつ、前記多点位置計測機構により前記基準平面板内の複数箇所の前記第１方向の位置情報である基準平面板情報を複数回計測する基準平面板計測工程と、
前記基準平面板計測工程で得られた複数の前記基準平面板情報を統計処理して前記基準平面板の前記第１方向に関する形状情報である基準平面板形状情報を算出する算出工程と、
を含むことを特徴とする露光方法。
【請求項２】
前記基準平面板計測工程における前記第１の所定量は、前記多点位置計測機構に含まれる複数の前記計測基準点の前記第２方向についての間隔と概等しいことを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
【請求項３】
前記統計処理は、差分法を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の露光方法。
【請求項４】
前記基準平面板計測工程を、
前記基準平面板を第１の所定位置に設定して開始する第１の基準平面板計測工程と、
前記基準平面板を、前記第１の所定位置から、前記第２方向に第２の所定量だけ離れた第２の所定位置に設定して開始する第２の基準平面板計測工程との、少なくとも２回行なうことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項５】
前記算出工程は、
前記第１の基準平面板計測工程及び前記第２の基準平面板計測工程で得られた複数の前記基準平面板情報を統計処理することにより、
前記基準平面板形状情報を、前記第２方向について、複数の前記計測基準点が配置される前記所定範囲よりも広い範囲に渡って算出することを特徴とする請求項４に記載の露光方法。
【請求項６】
前記被露光基板を保持する基板ステージ上の、前記被露光基板に対する前記第２方向の両側に第２平面板が配置されると共に、
前記基板計測工程においては、
前記多点位置計測機構とは異なる第２位置計測機構により、前記第２平面板の前記第１方向の位置をさらに計測すると共に、
前記第２の位置計測機構の計測結果に基づいて前記基板情報を補正し、
前記基板配置工程においては、
前記多点位置計測機構及び前記第２位置計測機構とは異なる第３位置計測機構により、前記第２平面板の前記第１方向の位置を計測し、
前記基板情報と前記第３位置計測機構の計測結果とを用いて、前記所定位置に前記被露光基板を配置することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項７】
前記計測基準点校正工程を、前記被露光基板を第１の所定枚数露光する毎に行なうと共に、前記基準平面板計測工程及び前記算出工程は、前記被露光基板を前記第１の所定枚数より多く露光する毎に行なうことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項８】
前記多点位置計測機構に含まれる複数の前記計測基準点が配置される前記所定範囲は、前記第２方向についての前記被露光基板の大きさにほぼ等しい範囲であることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項９】
前記基準平面板は、前記被露光基板を保持する基板ステージ上に配置されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項１０】
前記計測基準点校正工程は、前記基板ステージが、前記露光光学系の近傍と、所定の基板ロード位置または基板アンロード位置との間を移動する際に行なわれることを特徴とする請求項９に記載の露光方法。
【請求項１１】
前記多点位置計測機構の複数の前記計測基準点は、前記露光光学系に対して、前記第１方向及び前記第２方向とそれぞれ直交する第３方向に離れた位置にあることを特徴とする請求項１０に記載の露光方法。
【請求項１２】
基板上への成膜工程、露光工程、及びエッチング工程を含む電子デバイスの製造方法であって、
前記露光工程において、請求項１から１１のいずれか一項に記載の露光方法を用いることを特徴とする電子デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光光学系を用いて被露光基板上にパターンを露光する露光技術、及びこの露光技術を用いる電子デバイス製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体素子（集積回路等）、液晶表示素子等の電子デバイス（マイクロデバイス）を製造するリソグラフィ工程では、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（いわゆるステッパ）又はステップ・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又はスキャナ）などの露光装置が用いられている。これらの露光装置においては、半導体素子等のパターンの微細化に対応して、解像度を高めるために投影光学系の開口数が大きくなるのに伴って焦点深度が狭くなっている。
【０００３】
そのため、これらの露光装置は、レジスト（感光材料）が塗布された露光対象のウエハ（又はガラス基板等）の表面の計測点の高さ（面位置）を計測するオートフォーカスセンサ（以下、ＡＦ系という。）を備え、露光中に、そのＡＦ系の計測値に基づいてオートフォーカス方式でウエハの表面を投影光学系の像面に合焦させている。ＡＦ系としては、従来より被検面に斜めに所定の計測用パターンを投射し、反射光を受光して形成される計測用パターンの像の位置に基づいて、対応する計測点の高さを計測する斜入射方式のＡＦ系が使用されている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−１２９１８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
斜入射方式のＡＦ系においては、被検面に斜めに検出光を照射するために検出感度が高く、計測値のドリフトが生じる恐れがあるため、例えば平面度が既知の基準部材を用いて、所定頻度で校正（キャリブレーション）を行うことが好ましい。
しかしながら、露光装置を使用すると、装置内の温度環境の変化、及び基準部材が載置されるステージの運動に伴う発熱や加速度により、基準部材の平面度も僅かではあるが変動してしまう。そこで、例えば定期的に露光工程のスループットを殆ど低下させることなく効率的に、基準部材自体の平面度も計測（校正）することが好ましい。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑み、被検面の面位置を計測する計測機構の校正を行うために使用可能な基準部材の形状を短時間に計測できる露光技術、及びこの露光技術を用いる電子デバイス製造技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による露光方法は、露光光学系を用いて被露光基板上に明暗パターンを露光する露光方法であって、被露光基板の法線方向である第１方向と直交する所定の第２方向に概一列に並んで所定範囲内に配置された複数の計測基準点を含む多点位置計測機構を用いて、その被露光基板の表面内の複数位置におけるその第１方向の位置情報である基板情報を収集する基板計測工程と、その基板計測工程で得られたその基板情報を用いて、その露光光学系に対してその第１方向に離れた所定位置にその被露光基板を配置する基板配置工程と、その露光光学系により、その被露光基板を露光する露光工程と、を含むと共に、所定の基準平面板を用いて、その多点位置計測機構に含まれる複数のその計測基準点のその第１方向の位置に関する情報を計測する計測基準点校正工程と、その基準平面板をその第２方向に第１の所定量移動しつつ、その多点位置計測機構によりその基準平面板内の複数箇所のその第１方向の位置情報である基準平面板情報を複数回計測する基準平面板計測工程と、その基準平面板計測工程で得られた複数のその基準平面板情報を統計処理してその基準平面板のその第１方向に関する形状情報である基準平面板形状情報を算出する算出工程と、を含むものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、別途専用の計測器等を用いることなく、多点位置計測機構自体を用いて基準平面板の形状を短時間に高精度に計測できる。その結果として、その基準平面板を用いてその多点位置計測機構の校正を高精度に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
［第１の実施形態］
以下、本発明の好ましい第１の実施形態につき図１〜図１１を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る露光装置１００の概略構成を示す。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（走査型露光装置）としてのいわゆるスキャニングステッパである。後述するように本実施形態では、投影光学系ＰＬ（投影ユニットＰＵ）が設けられており、以下においては、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行にＺ軸を取り、これに直交する面内でレチクルとウエハとが相対走査される方向にＹ軸を、Ｚ軸及びＹ軸に直交する方向にＸ軸を取り、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の周りの回転（傾斜）方向をそれぞれθｘ、θｙ、及びθｚ方向として説明を行う。
【０００９】
図１において、露光装置１００は、照明系１０、照明系１０からの露光用の照明光（露光光）ＩＬにより照明されるレチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲから射出された照明光ＩＬをウエハＷ上に投射する投影光学系ＰＬを含む投影ユニットＰＵ、並びにウエハＷを保持するウエハステージＷＳＴ及び計測ステージＭＳＴを有するステージ装置５０を備えている。露光装置１００は制御系等も備えている。
【００１０】
照明系１０は、例えば特開２００１−３１３２５０号公報（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、光源と、照明光学系とを含み、照明光学系は、オプティカルインテグレータ（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）、回折光学素子など）等を含む照度均一化光学系、及びレチクルブラインド等（いずれも不図示）を有する。照明系１０は、レチクルブラインドで規定されたレチクルＲ上のスリット状の照明領域ＩＡＲを照明光ＩＬによりほぼ均一な照度で照明する。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。なお、照明光としては、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）、ＹＡＧレーザ若しくは固体レーザ（半導体レーザなど）の高調波、又は水銀ランプの輝線（ｉ線等）なども使用できる。
【００１１】
レチクルステージＲＳＴ上には、回路パターンなどがそのパターン面（下面）に形成されたレチクルＲが、例えば真空吸着により保持されている。レチクルステージＲＳＴは、例えばリニアモータ等を含む図８のレチクルステージ駆動系１１によって、ＸＹ平面内で微少駆動可能であると共に、走査方向（Ｙ方向）に指定された走査速度で駆動可能となっている。
【００１２】
図１のレチクルステージＲＳＴの移動面内の位置情報（Ｘ方向、Ｙ方向の位置情報、及びθｚ方向の回転情報を含む）は、レーザ干渉計よりなるレチクル干渉計１１６によって、移動鏡１５（ステージ端面を鏡面加工した反射面でもよい）を介して例えば０．５〜０．１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計１１６の計測値は、図８の主制御装置２０に送られる。主制御装置２０は、その計測値に基づいてレチクルステージＲＳＴの少なくともＸ方向、Ｙ方向、及びθｚ方向の位置を算出し、この算出結果に基づいてレチクルステージ駆動系１１を制御することで、レチクルステージＲＳＴの位置及び速度を制御する。
【００１３】
図１において、レチクルステージＲＳＴの下方に配置された投影ユニットＰＵは、鏡筒４０と、該鏡筒４０内に所定の位置関係で保持された複数の光学素子を有する投影光学系ＰＬとを含む。投影光学系ＰＬは、例えば両側テレセントリックで所定の投影倍率β（例えば１／４倍、１／５倍などの縮小倍率）を有する。照明系１０からの照明光ＩＬによってレチクルＲの照明領域ＩＡＲが照明されると、レチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬを介して照明領域ＩＡＲ内のレチクルＲの回路パターンの像が、ウエハＷの一つのショット領域上の露光領域ＩＡ（照明領域ＩＡＲと共役な領域）に形成される。本例のウエハＷは、例えば直径が２００ｍｍから３００ｍｍ程度の円板状の半導体ウエハの表面に、感光剤（感光層）であるレジスト（フォトレジスト）を所定の厚さ（例えば２００ｎｍ程度）で塗布したものを含む。
【００１４】
また、露光装置１００では、液浸法を適用した露光を行うため、投影光学系ＰＬを構成する最も像面側（ウエハＷ側）の光学素子である先端レンズ１９１を保持する鏡筒４０の下端部周囲を取り囲むように、局所液浸装置８の一部を構成するノズルユニット３２が設けられている。
図１において、ノズルユニット３２は、露光用の液体Ｌｑを供給可能な供給口と、液体Ｌｑを回収可能な多孔部材（メッシュ）が配置された回収口とを有する。ノズルユニット３２の供給口は、供給流路及び供給管３１Ａを介して、液体Ｌｑを送出可能な液体供給装置５（図８参照）に接続されている。
【００１５】
液浸法によるウエハＷの露光時に、図８の液体供給装置５から送出された露光用の液体Ｌｑは、図１の供給管３１Ａ、及びノズルユニット３２の供給流路を流れた後、その供給口より照明光ＩＬの光路空間を含むウエハＷ上の液浸領域１４（図２参照）に供給される。また、液浸領域１４からノズルユニット３２の回収口を介して回収された液体Ｌｑは、回収流路及び回収管３１Ｂを介して液体回収装置６に回収される。なお、液浸タイプの露光装置としない場合には、上記の局所液浸装置８は設けなくともよい。
【００１６】
図１において、ステージ装置５０は、ベース盤１２のＸＹ面に平行な上面１２ａ（ガイド面）に配置されたウエハステージＷＳＴ及び計測ステージＭＳＴ、並びにこれらのステージＷＳＴ，ＭＳＴの位置情報を計測するＹ軸干渉計１６，１８及びＸ軸干渉計（不図示）を含む干渉計システム１１８（図８参照）を備えている。さらに、ステージ装置５０は、露光の際などにウエハステージＷＳＴの位置情報を計測するのに用いられる後述するエンコーダシステム、並びにステージＷＳＴ，ＭＳＴ及び後述のＺ・レベリング機構を駆動するステージ駆動系１２４（図８参照）などを備えている。
【００１７】
ウエハステージＷＳＴ及び計測ステージＭＳＴは、それぞれ不図示の複数の例えば真空予圧型空気静圧軸受を構成するエアパッドを介して、ベース盤１２の上面１２ａ上に数μｍ程度のクリアランスを介して非接触で支持されている。また、ステージＷＳＴ，ＭＳＴは、図８のステージ駆動系１２４によって、Ｙ方向及びＸ方向に独立して駆動可能である。
【００１８】
ステージ駆動系１２４は、ウエハステージＷＳＴのステージ本体９１を、第１のＸ軸ガイド（不図示）に沿ってＸ方向に駆動する第１のＸ軸リニアモータと、計測ステージＭＳＴのステージ本体９２を第２のＸ軸ガイド（不図示）に沿ってＸ方向に駆動する第２のＸ軸リニアモータと、それらの第１及び第２のＸ軸ガイドを独立にＹ方向に駆動する第１組及び第２組のリニアモータ（不図示）とを備えている。
【００１９】
図１のウエハステージＷＳＴは、前述したステージ本体９１と、ステージ本体９１上に搭載されたウエハテーブルＷＴＢと、ステージ本体９１内に設けられて、ステージ本体９１に対するウエハテーブルＷＴＢ（ウエハＷ）のＺ方向の位置、及びθｘ方向、θｙ方向のチルト角を相対的に微小駆動するＺ・レベリング機構とを備えている。ウエハテーブルＷＴＢ上には、ウエハＷを真空吸着等によってほぼＸＹ平面に平行な吸着面上に保持するウエハホルダ（不図示）が設けられている。なお、そのウエハＷの吸着面と、ベース盤１２の上面１２ａとは、ウエハＷの表面の平面度の範囲内程度でほぼ平行である。
【００２０】
また、ウエハテーブルＷＴＢの上面には、ウエハホルダ上に載置されるウエハの表面とほぼ同一面となる、液体Ｌｑに対して撥液化処理された表面を有し、かつ外形（輪郭）が矩形でその中央部にウエハホルダ（ウエハの載置領域）よりも一回り大きな円形の開口が形成された高平面度の平板状のプレート（撥液板）２８が設けられている。プレート２８は、低熱膨張率の材料、例えばガラス、ガラスセラミックス、又はセラミックス（ショット社のゼロデュア（商品名）、Ａｌ2Ｏ3あるいはＴｉＣなど）等から成る。
【００２１】
なお、上述の局所液浸装置８を設けたいわゆる液浸露光装置の構成にあっては、さらにプレート２８は、図７のウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）の平面図に示されるように、その円形の開口を囲む、外形（輪郭）が矩形の第１撥液領域２８ａと、第１撥液領域２８ａの周囲に配置される矩形枠状（環状）の第２撥液領域２８ｂとを有する。第１撥液領域２８ａは、例えば露光動作時、ウエハの表面からはみ出す液浸領域１４（図２参照）の少なくとも一部が形成され、第２撥液領域２８ｂは、後述のエンコーダシステムのためのスケールが形成される。プレート２８は単一のプレートでも良いが、本実施形態では複数のプレート、例えば第１及び第２撥液領域２８ａ，２８ｂにそれぞれ対応する第１及び第２撥液板を組み合わせて構成する。
【００２２】
さらに、図７の第２撥液領域（第２撥液板）２８ｂのＸ方向の両側の領域には、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2が形成され、第２撥液領域２８ｂのＹ方向の両側の領域には、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2が形成されている。なお、以下では、ウエハテーブルＷＴＢ（プレート２８）上の＋Ｙ方向の端部のＸスケール３９Ｘ1 及びＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2の端部を含む長方形の領域を第１のＸスケール部３９ＸＡと呼び、ウエハテーブルＷＴＢ上の−Ｙ方向の端部のＸスケール３９Ｘ2 及びＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2の端部を含む長方形の領域を第２のＸスケール部３９ＸＢと呼ぶ。Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2及びＸスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2は、それぞれＸ方向及びＹ方向を長手方向とする格子線３８及び３７を所定ピッチでＹ方向及びＸ方向に沿って形成してなる、Ｙ方向及びＸ方向を周期方向とする反射型の格子（例えば位相型の回折格子）である。
【００２３】
上記各スケール３９Ｙ1，３９Ｙ2，３９Ｘ1，３９Ｘ2は、第２撥液領域２８ｂ（例えば薄板状のガラス）の表面に、例えば１００ｎｍ〜４μｍのピッチ（例えば１μｍピッチ）で例えばホログラム（例えば感光性樹脂に干渉縞を焼き付けて作成される）により反射型の回折格子を形成することで作製できる。なお、各スケールに用いられる回折格子は、機械的に溝等を形成して作製してもよい。なお、図７等では、図示の便宜上から、格子のピッチは、実際のピッチに比べて格段に広く図示されている。
【００２４】
図７のウエハテーブルＷＴＢの−Ｙ方向及び−Ｘ方向の端面には、それぞれ鏡面加工によって反射面１７ａ，１７ｂが形成されている。干渉計システム１１８（図８参照）のＹ軸干渉計１６及びＸ軸干渉計１２６（図１０参照）は、これらの反射面１７ａ，１７ｂにそれぞれ干渉計ビームＩＢＹ１，ＩＢＹ２及びＩＢＸ１，ＩＢＸ２（測長ビーム）を投射して、各反射面の基準位置（例えば図１の投影ユニットＰＵ側面に配置された不図示の参照鏡）からの変位、すなわちウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置情報を計測し、この計測値を主制御装置２０に供給する。この計測値に基づいて主制御装置２０は、ウエハテーブルＷＴＢのＸ，Ｙ方向の位置に加え、θｘ方向、θｙ方向、及びθｚ方向の回転角も計測可能である。
【００２５】
但し、本実施形態では、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＸＹ平面内の位置情報（θｚ方向の回転情報を含む）は、主として、上述したＹスケール、Ｘスケールなどを含む後述するエンコーダシステムによって計測され、干渉計１６等の計測値は、そのエンコーダシステムの計測値の長期的変動（例えばスケールの経時的な変形などによる変動）を補正（校正）する場合などに補助的に用いられる。また、干渉計システム１１８の計測情報は、例えばウエハ交換のため、後述するアンローディング位置、及びローディング位置付近においてウエハテーブルＷＴＢのＹ方向の位置等を計測するのにも用いられる。
【００２６】
図１に戻り、計測ステージＭＳＴは、ステージ本体９２上に平板状の計測テーブルＭＴＢ等を搭載して構成されている。ステージ本体９２には、計測テーブルＭＴＢのＺ位置、及びθｘ方向、θｙ方向のチルト角を制御するＺ・レベリング機構が組み込まれている。計測テーブルＭＴＢ及びステージ本体９２には、空間像計測器及び照度むらセンサ等の各種計測用部材（不図示）が設けられている。
【００２７】
計測ステージＭＳＴの計測テーブルＭＴＢの＋Ｙ方向及び−Ｘ方向の端面にも反射面が形成されている。干渉計システム１１８（図８参照）のＹ軸干渉計１８（図１参照）及びＸ軸干渉計（不図示）は、これらの反射面に干渉計ビーム（測長ビーム）を投射して、計測ステージＭＳＴの位置情報（例えば、少なくともＸ方向、Ｙ方向の位置情報とθｚ方向の回転情報とを含む）を計測し、この計測値が主制御装置２０に供給される。
【００２８】
本実施形態の露光装置１００では、図１では図面の錯綜を避ける観点から図示が省略されているが、実際には、図２に示されるように、投影ユニットＰＵの中心から−Ｙ方向に離れた位置に、Ｘ方向に概ね等間隔で並ぶ複数のアライメント系（プライマリアライメント系Ｌ１、及びセカンダリアライメント系ＡＬ２1，ＡＬ２2，ＡＬ２3，ＡＬ２4）が、回転中心を中心として回動可能なアーム５６n（ｎ＝１〜４）の先端に固定されている。
【００２９】
本実施形態では、アライメント系ＡＬ１及びＡＬ２1〜ＡＬ２4のそれぞれとして、画像処理方式のアライメント系が用いられている。そのアライメント情報は図７の主制御装置２０に供給される。本実施形態では５つのアライメント系ＡＬ１、ＡＬ２1〜ＡＬ２4を設けているため、アライメントを効率的に行うことができる。しかしながら、アライメント系の数は５つに限られるものでなく、１つのみ（例えばプライマリアライメント系ＡＬ１のみ）でもよい。
【００３０】
図２において、本実施形態の露光装置１００では、前述したノズルユニット３２の周囲を四方から囲む状態で、エンコーダシステムの４つのヘッドユニット６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃ，６２Ｄが配置されている。これらのヘッドユニット６２Ａ〜６２Ｄを構成する複数のＹヘッド６４及びＸヘッド６６は、図２では２点鎖線で示すように、メインフレーム（不図示）の底面に取り付け部材を介して固定されている。Ｙヘッド６４及びＸヘッド６６は、それぞれＹ方向及びＸ方向に所定ピッチで形成された回折格子にレーザビームを照射して、回折格子から発生する回折光を光電変換して、その回折格子のＹ方向及びＸ方向の位置を例えば０．５〜０．１ｎｍの分解能で計測する。
【００３１】
図２において、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃは、投影ユニットＰＵの＋Ｘ側、−Ｘ側にそれぞれＸ方向に沿って、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを通りＸ軸と平行な直線ＬＨ上に所定間隔で配置された複数（ここでは６個）のＹヘッド６４を備えている。Ｙヘッド６４はそれぞれ前述のＹスケール３９Ｙ1又は３９Ｙ2を用いて、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＹ方向の位置（Ｙ位置）を計測する。また、ヘッドユニット６２Ｂ，６２Ｄは、投影ユニットＰＵの＋Ｙ側、−Ｙ側にそれぞれ直線ＬＶ上にほぼ所定間隔で配置された複数（ここでは７個及び１１個（ただし、図２ではその１１個のうちのプライマリアライメント系ＡＬ１と重なる３個は不図示））のＸヘッド６６を備えている。Ｘヘッド６６は、それぞれ前述のＸスケール３９Ｘ1又は３９Ｘ2を用いて、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＸ方向の位置（Ｘ位置）を計測する。
【００３２】
従って、図２のヘッドユニット６２Ａ及び６２Ｃは、それぞれＹスケール３９Ｙ1及び３９Ｙ2を用いて、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＹ位置を計測する多眼のＹ軸のリニアエンコーダ（以下、適宜、Ｙエンコーダと略述する）７０Ａ及び７０Ｃ（図８参照）を構成する。Ｙエンコーダ７０Ａ，７０Ｃはそれぞれ複数のＹヘッド６４の計測値の切り替え（常にＹスケール３９Ｙ1及び３９Ｙ2に対向しているＹヘッド６４の計測値を用いること）を行う切り替え制御部を備えている。
【００３３】
また、ヘッドユニット６２Ｂ及び６２Ｄは、基本的にそれぞれＸスケール３９Ｘ1及び３９Ｘ2を用いて、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＸ位置を計測する、多眼のＸ軸のリニアエンコーダ（以下、適宜、Ｘエンコーダと略述する）７０Ｂ及び７０Ｄ（図８参照）を構成する。Ｘエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄはそれぞれ複数のＸヘッド６６の計測値の切り替え（常にＸスケール３９Ｘ1及び３９Ｘ2に対向しているＸヘッド６６の計測値を用いること）を行う切り替え制御部を備えている。
【００３４】
さらに、図２のセカンダリアライメント系ＡＬ２1，ＡＬ２4の−Ｘ側及び＋Ｘ側に、プライマリアライメント系ＡＬ１の検出中心を通るＸ軸に平行な直線上にほぼ対称に検出点が配置されるＹヘッド６４ｙ1，６４ｙ2がそれぞれ設けられている。Ｙヘッド６４ｙ1，６４ｙ2は、ウエハステージＷＳＴ上のウエハＷの中心が上記直線ＬＶ上にある図２に示される状態では、Ｙスケール３９Ｙ2，３９Ｙ1にそれぞれ対向している。アライメント動作の際などでは、Ｙヘッド６４ｙ1，６４ｙ2（すなわち、これらＹヘッド６４ｙ1，６４ｙ2を含むＹエンコーダ７０Ｃ，７０Ａ）によってウエハステージＷＳＴのＹ位置及びθｚ方向の角度が計測される。
【００３５】
上述したエンコーダ７０Ａ〜７０Ｄの計測値は、主制御装置２０に供給され、主制御装置２０は、エンコーダ７０Ａ〜７０Ｄの計測値に基づいて、ウエハテーブルＷＴＢのＸＹ平面内の位置を制御する。
次に、本実施形態の露光装置１００は、図２に示されるように、照射系９０ａ及び受光系９０ｂから成る、例えば特開平６−２８３４０３号公報（対応する米国特許第５，４４８，３３２号明細書）等に開示されるものと同様の構成の斜入射方式の多点のオートフォーカスセンサ（以下、多点ＡＦ系と呼ぶ。）９０を備えている。一例として、投影光学系ＰＬと、ウエハステージＷＳＴ上のウエハのローディング位置ＬＰとのＹ方向の間の領域に、多点ＡＦ系９０の照射系９０ａ及び受光系９０ｂが不図示のメインフレームに支持されて配置されている。なお、ウエハのローディング位置ＬＰ及びアンローディング位置ＵＰは、それぞれ不図示のウエハローダ系のウエハアームＷＡ等との間でウエハＷの受け取り及び搬出を行う際のウエハステージＷＳＴの中心の位置を意味している。
【００３６】
また、図２では、ヘッドユニット６２Ｃの−Ｘ端部の−Ｙ側に照射系９０ａが配置され、これに対向する状態で、ヘッドユニット６２Ａの＋Ｘ端部の−Ｙ側に受光系９０ｂが配置されている。
図４（Ｂ）に示すように、多点ＡＦ系９０の照射系９０ａから被検面に対してウエハＷ上のレジストを感光させない波長域の複数の検出光ＤＬｉ（ｉ＝１〜Ｍ、Ｍは計測点の総数）によって、複数のスリット像（計測用パターン）がＺ軸に平行な軸に対してＹ軸の周りに大きく傾斜して斜めに投射される。被検面に投射される複数のスリット像の中心が計測点Ａｉである。そして、計測点Ａｉからの反射光が受光系９０ｂで受光されて、計測点Ａｉにおける被検面のＺ位置が、予め定められている検出基準点（計測値が０になるときのＺ位置にある計測点）からの偏差として求められる。その検出基準点が例えば投影光学系ＰＬの像面に合致するように定める動作が後述の多点ＡＦ系９０の校正（キャリブレーション）である。また、Ｙ軸の周りに傾斜した斜入射方式であるため、被検面のＺ位置によって計測点ＡｉのＸ方向の位置は僅かに変化するため、以下では一例として検出基準点のＸ方向の位置を計測点ＡｉのＸ方向の位置とする。
【００３７】
本実施形態では、その複数の計測点は、例えば１行Ｍ列又は２行Ｎ列（Ｎは検出点の総数の１／２）の行マトリックス状に配置される。なお、それらの計測点を３行以上の複数行に配列することも可能である。以下では、図４（Ｂ）に示すように、多点ＡＦ系９０による全部の計測点ＡｉがＸ方向に一行に配列されている場合につき説明する。
この場合、多点ＡＦ系９０によるＭ個の計測点は、被検面上のＸ方向に細長い検出領域ＡＦ内にＸ方向に沿って間隔ＸＰで配置される。なお、Ｍ個の計測点は必ずしもＸ軸に平行な直線上に、正確に間隔ＸＰで配置されている必要はなく、概Ｘ軸に平行な直線上に概間隔ＸＰで配置されていればよい。即ち、各計測点のＸ方向、Ｙ方向の位置は、例えばウエハＷの表面のＺ位置が所定の許容範囲内で実質的に等しいとみなされるような範囲内でのばらつきは許容される。以下では、計測点の間隔ＸＰとは、複数の計測点の間隔の平均値であるものとする。
【００３８】
図２に戻り、多点ＡＦ系９０の検出領域ＡＦのＸ方向の長さは、ウエハＷの直径とほぼ等しい程度、即ちここではウエハＷの直径の±２０％以内程度に設定されている。従って、検出領域ＡＦに対してウエハＷをＹ方向に１回走査するだけで、多点ＡＦ系９０によってウエハＷのほぼ全面でＺ位置の分布（面位置情報）を計測できる。また、検出領域ＡＦは、Ｙ方向に関して、前述の液浸領域１４（露光領域ＩＡ）とアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4の検出領域との間に配置されているので、多点ＡＦ系９０とアライメント系とでその検出動作を並行して行うことが可能となっている。
【００３９】
本実施形態の露光装置１００は、多点ＡＦ系９０の複数の計測点のうち両端に位置する計測点Ａ１，ＡＭの近傍、すなわち検出領域ＡＦの両端部近傍に、Ｘ方向に関して対称な配置で、各一対の被検面のＺ位置計測用の面位置センサ（以下、Ｚセンサと呼ぶ）７２ａ，７２ｂ及び７２ｃ，７２ｄを備えている。これらの同一構成のＺセンサ７２ａ〜７２ｄは、例えばメインフレーム（不図示）の下面に固定されている。Ｚセンサ７２ａ〜７２ｄは、被検面に対し上方から光束を照射し、その反射光を受光してその光の照射点における被検面の法線方向（ここではＺ方向）の位置情報を計測するセンサである。
【００４０】
図３は、Ｚセンサ７２ａの構成例を示す。図３において、不図示の光源から光ガイド１７０によって導かれた比較的広帯域の検出光ＤＬａは、コリメータレンズ１７１、瞳面において光軸ＡＸａから半面側の光束を遮光する遮光板１７２、及び集光レンズ１７３を介して、スリット（計測用パターン）が形成されたスリット板１７４を照明する。スリット板１７４を通過した検出光ＤＬａは、第１対物レンズ１７５、ビームスプリッタ１７６、及び第２対物レンズ１７７を介して被検面（ここではプレート２８の第２撥液領域（第２撥液板）２８ｂの上面）にスリット像を形成する。そして、被検面からの反射光は、第２対物レンズ１７７、ビームスプリッタ１７６、及び結像レンズ１７８を介してラインセンサ等の１次元の撮像素子１７９上にスリット像を形成する。光ガイド１７０から撮像素子１７９までの部材を含んでＺセンサ７２ａが構成されている。
【００４１】
この場合、被検面上に形成されるスリット像の光束（検出光ＤＬａ）は全体として光軸ＡＸａに対して傾斜しているため、被検面のＺ位置が矢印Ｂ１で示すように変動すると、撮像素子１７９上のスリット像の位置（光量分布の重心位置）が矢印Ｂ２で示すようにシフトする。そこで、撮像素子１７９の検出信号から被検面のＺ位置を計測できる。また、検出光ＤＬａの被検面に対する平均的な入射角は、図４（Ｂ）の多点ＡＦ系９０の検出光ＤＬ１〜ＤＬＭの平均的な入射角よりも小さいため、Ｚセンサ７２ａの計測値の安定性は多点ＡＦ系９０よりも高い。そこで、本実施形態では、後述のように、Ｚセンサ７２ａ〜７２ｄの計測値を用いて多点ＡＦ系９０の計測値の校正を行う。
【００４２】
なお、Ｚセンサ７２ａ〜７２ｄとしては、ＣＤドライブ装置などで用いられる光ピックアップのような構成の光学式の変位センサ（ＣＤピックアップ方式のセンサ）等も使用可能である。
図２に戻り、ヘッドユニット６２Ｃ及び６２Ａは、それぞれ複数のＹヘッド６４の検出中心を結ぶＸ軸に平行な直線ＬＨを挟むように対称に、かつ直線ＬＨに平行な２本の直線に沿って所定間隔で配置された複数（ここでは各６個、合計で１２個）のＺセンサ７４i,j（ｉ＝１，２、ｊ＝１〜６）及びＺセンサ７６p,q（ｐ＝１，２、ｑ＝１〜６）を備えている。各Ｚセンサ７４i,j及び７６p,qとしては、前述のＺセンサ７２ａ〜７２ｄと同様のセンサが用いられている。また、一対のＺセンサ７４1,4，７４2,4は、Ｚセンサ７２ａ，７２ｂと同一のＹ軸に平行な直線上に位置しており、一対のＺセンサ７６1,3，７６2,3は、Ｚセンサ７２ｃ，７２ｄと同一のＹ軸に平行な直線上に位置している。Ｚセンサ７４i,j及び７６p,qは例えばメインフレーム（不図示）に固定されている。
【００４３】
本実施形態においては、ウエハＷにレチクルＲのパターンの像を露光する際には、投影光学系ＰＬの先端部とウエハＷとの間の液浸領域１４（露光領域ＩＡを含む）に液体Ｌｑが供給されるため、その液浸領域１４におけるウエハＷの表面のＺ位置を斜入射方式のＡＦ系で高精度に計測するのは困難である。そこで、ウエハＷの露光中には、Ｚセンサ７４i,j及び７６p,qのうちのいずれかで、ウエハステージＷＳＴ上のＹスケール３９Ｙ2，３９Ｙ1のＺ位置を計測し、この計測値と予め多点ＡＦ系９０及びＺセンサ７２ａ〜７２ｄによって計測されているウエハＷ及びＹスケール３９Ｙ2，３９Ｙ1のＺ位置分布とから、ウエハＷの表面のＺ位置分布を求める。そして、このようにして求めたＺ位置分布に基づいて、液浸法で露光中のウエハＷの表面を投影光学系ＰＬの像面に合焦させる。
【００４４】
なお、図２では、計測ステージＭＳＴの図示が省略されている。また、図２において、符号７８は、多点ＡＦ系９０の検出光の光路近傍に所定温度に温度調整されたドライエアーを、白抜きの矢印で示されるように、例えばダウンフローにて送風する局所空調システムを示す。また、本実施形態では、アンローディング位置ＵＰと、ローディング位置ＬＰとは、直線ＬＶに関して対称に設定されている。なお、アンローディング位置ＵＰとローディング位置ＬＰとを同一位置としても良い。
【００４５】
また、図８には、露光装置１００の制御系の主要な構成が示されている。この制御系は、装置全体を統括的に制御するコンピュータから成る主制御装置２０を中心として構成されている。
以下、本実施形態の図１の露光装置１００において、主制御装置２０の制御のもとで所定ロットのウエハに順次レチクルＲのパターンの像を露光する際の動作の一例につき、図１１のフローチャートを参照して説明する。
【００４６】
この場合、予め図２のＺセンサ７２ａ〜７２ｄ及びＺセンサ７４i,j及び７６p,qのＺ位置の計測値は、例えばその被検面が投影光学系ＰＬの像面と同じＺ位置にあるときに０になるように調整が行われている。このためには、例えば図１の計測ステージＭＳＴ上の空間像計測器（不図示）で投影光学系ＰＬの像面を求め、その像面にその空間像計測器の上部を設定する。その後、計測ステージＭＳＴを駆動してその上部を順次Ｚセンサ７２ａ〜７２ｄ及びＺセンサ７４i,j及び７６p,qの計測点を含む領域に移動して、これらのＺセンサの計測値がそれぞれ０になるようにオフセットを調整すればよい。
【００４７】
なお、多点ＡＦ系９０の計測点Ａｉ（ｉ＝１〜Ｍ）を２５点（Ｍ＝２５）とした場合に、多点ＡＦ系９０の校正に使用される図７のＸスケール部３９ＸＡの表面の真のＺ位置ＺＴｉ［ｎｍ］の分布は、投影光学系ＰＬの像面のＺ位置を０としたとき、一例として図６（Ａ）に示すように変化しているものとする。さらに、多点ＡＦ系９０の各計測点Ａｉに対応する検出基準点（Ｚ位置の計測値が０になるときの計測点）のＺ位置は、例えば図６（Ｂ）に示すように互いに異なっている。言い換えると、仮に計測点Ａｉが投影光学系ＰＬの像面と合致する平面上に配置されていても、計測点Ａｉで計測されるそれぞれのＺ位置には、図６（Ｂ）のＺ位置に対応するオフセットＺｏｆｉ［ｎｍ］が含まれている。このとき、Ｘスケール部３９ＸＡの表面のＺ位置を多点ＡＦ系９０で計測すると、計測点Ａｉにおける計測値Ｚｉ［ｎｍ］は、図６（Ｃ）に示すように、図６（Ａ）の真のＺ位置ＺＴｉから図６（Ｂ）のオフセットＺｏｆｉを差し引いた値になる。
【００４８】
先ず、図１１のステップ２０１において、ベース盤１２の上面１２ａ上でウエハステージＷＳＴをＹ方向に移動して、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、多点ＡＦ系９０の検出領域ＡＦをウエハテーブルＷＴＢ上の第１のＸスケール部３９ＸＡの中央部の被検領域ＤＡＦ（図４（Ｂ）参照）上に位置させる。本実施例における被検領域ＤＡＦは、Ｘスケール３９Ｘ1 のうちでＸ方向の幅がウエハＷの直径とほぼ同じ領域である。ウエハステージＷＳＴを停止したときに、検出領域ＡＦの中心と被検領域ＤＡＦの中心とは一致しており、以下この状態を標準位置とも称する。また、Ｘスケール部３９ＸＡのうちで被検領域ＤＡＦの−Ｘ方向及び＋Ｘ方向の外側の領域を基準領域ＤＺＡ及びＤＺＢとすると、Ｚセンサ７２ａ，７２ｂ及び７２ｃ，７２ｄの計測点はそれぞれ基準領域ＤＺＡ及びＤＺＢのＸ方向の中央部に設定される。この状態で、図４（Ｂ）に示すように、多点ＡＦ系９０によって、Ｘスケール部３９ＸＡの被検領域ＤＡＦ上でＸ方向に間隔ＸＰで配列された点Ｂ１〜ＢＭの図６（Ｃ）のＺ位置Ｚｉ（ｉ＝１〜Ｍ）を計測して主制御装置２０の内部の記憶部に記憶する。被検領域ＤＡＦ上の点Ｂ１〜ＢＭは、多点ＡＦ系９０の計測点Ａ１〜ＡＭに合致している。
【００４９】
本実施形態では、Ｚセンサ７２ａ，７２ｂの計測点と計測点Ａ１とのＸ方向の間隔ＸＺＡと、Ｚセンサ７２ｃ，７２ｄの計測点と計測点ＡＭとのＸ方向の間隔ＸＺＢとは等しく設定され、かつ間隔ＸＺＡ（ＸＺＢ）は計測点Ａ１〜ＡＭの間隔ＸＰよりも大きく設定されている。また、基準領域ＤＺＡ（またはＤＺＢ）の表面のＺ位置計測の一例として、Ｚセンサ７２ａ，７２ｂによって基準領域ＤＺＡの表面のＺ位置を計測し、Ｚセンサ７２ａ，７２ｂによる計測の平均値を計測点Ａａで計測されるＺ位置Ｚａとして記憶することができる。基準領域ＤＺＢのＺ位置についても同様にＺセンサ７２ｃ，７２ｄの計測の平均値を用いることができる。
【００５０】
図５（Ａ）は、図４（Ｂ）のＸスケール部３９ＸＡの表面３９ａの凹凸を大幅に拡大して示す断面図である。また、説明を簡単にするため、図５（Ａ）では多点ＡＦ系９０の計測点Ａ１〜Ａ７のみを示している。これらの計測点Ａｉ（ここではｉ＝１〜７）及び計測点Ａａで計測されるＺ位置はＺ１〜Ｚ７及びＺａである。
次のステップ２０２において、図４（Ｂ）及び図５（Ａ）の状態（標準位置）から図４（Ｃ）及び図５（Ｂ）に示すように、ウエハステージＷＳＴを−Ｘ方向に計測点Ａｉの間隔であるＸＰと同間隔だけ移動する。以下この移動後の状態をシフト位置とも称する。この移動の際に、ウエハステージＷＳＴの上面のＺ位置及びθｘ方向、θｙ方向のチルト角は変化させないようにする。
この際に、ウエハステージＷＳＴのチルト角は、一例として、いわゆるピッチング干渉計によりウエハステージＷＳＴを計測することにより計測できる。そして、この計測結果に基づいてＺ・レベリング機構を駆動して、ウエハステージＷＳＴのチルト角を一定に保つことができる。
次のステップ２０３において、多点ＡＦ系９０の計測点Ａ１〜ＡＭにおいて、Ｘスケール部３９ＸＡ上でＸ方向に間隔ＸＰで配列された点Ｂ２〜Ｂ(M+1)のＺ位置ＺＳｉ（ｉ＝１〜Ｍ）を計測して記憶する。なお、図６（Ｄ）は、図６（Ａ）の表面形状を持つＸスケール部３９ＸＡを＋Ｘ方向にＸＰだけ移動した後の計測点ＡｉにおけるＺ位置の計測値ＺＳｉ［ｎｍ］を示す。
【００５１】
次のステップ２０４において、主制御装置２０は、ステップ２０１及び２０３で多点ＡＦ系９０によって計測されたＸスケール部３９ＸＡの表面３９ａのＺ位置を統計処理して、表面３９ａの実際のＺ位置の分布（断面形状）を求めて内部の記憶部に記憶する。具体的には、先ず、ステップ２０３（シフト位置）において多点ＡＦ系９０の計測点Ａｉ（ｉ＝１〜Ｍ）で計測されたＺ位置ＺＳｉと、ステップ２０１（標準位置）において計測点Ａｉで計測されたＺ位置Ｚｉとの差分δｉを次のように計算する。
【００５２】
δｉ＝ＺＳｉ−Ｚｉ    …（１）
この場合、図５（Ａ）から分かるように、標準位置のＸスケール部３９ＸＡの表面３９ａの点Ｂ１のＺ位置を０とすると、２番目の点Ｂ２のＺ位置は、計測点Ａ１に関して式（１）より計算される計測値の差分δ１に等しい。また、３番目の点Ｂ３のＺ位置は、計測点Ａ１及びＡ２に関して式（１）より計算される計測値の差分δ１及びδ２の和に等しい。従って、点Ｂ１のＺ位置を０とすると、ｊ番目（ｊ＝２〜Ｍ）の点ＢｊのＺ位置ＺＢｊは、次のように点Ｂ１〜Ｂ(j-1) に関して式（１）で計算されるＺ位置の計測値の差分δｉの積算値となる。
【００５３】
ＺＢｊ＝Σδｉ＝δ１＋δ２＋…＋δ(j-1)   …（２）
図５（Ｃ）の点線の折れ線ＣＭは、図５（Ａ）の標準位置の表面３９ａ上の点ＢｉのＸ軸の値を横軸に取り、点Ｂｉに対応して式（２）から計算される積算値Σδｉを縦軸に取ったものであり、折れ線ＣＭは、点Ｂ１のＺ位置を０とした場合のＸスケール部３９ＸＡの表面３９ａの断面形状を正確に表している。そこで、主制御装置２０は、折れ線ＣＭで表される表面形状の情報を記憶部に記憶する。なお、図６（Ｃ）及び図６（Ｄ）の場合には、Ｘスケール部３９ＸＡの移動方向が逆である。即ち、図５の（Ａ）と（Ｂ）の間では、基準平面板に相当する第１のＸスケール部３９ＸＡが、左方向に移動しているのに対し、図６の（Ｃ）と（Ｄ）の間では、基準平面板が、右に移動している。
そのため、式（１）に対応する差分δｉ［ｎｍ］は、図６（Ｅ）に示すように、図６（Ｃ）のＺ位置Ｚｉから図６（Ｄ）のＺ位置ＺＳｉを差し引いた値となり、その積算値Σδｉ［ｎｍ］は図６（Ｆ）に示すように、オフセットを除いて正確に図６（Ａ）の断面形状に合致する。このように、本実施形態によれば、多点ＡＦ系９０の計測値に図６（Ｂ）に示すようなランダムなオフセットが混入していても、Ｘスケール部３９ＸＡの表面形状（断面形状）を効率的に、かつ高精度に計測することができる。
【００５４】
さらに一例として、図５（Ａ）において、Ｚセンサ７２ａの計測点Ａａが位置するＸスケール部３９ＸＡ上の点ＢａのＺ位置を基準としたときの点Ｂ１のＺ位置δａを求めるために、図５（Ｂ）の状態からさらにウエハステージＷＳＴを介してＸスケール部３９ＸＡを−Ｘ方向に（ＸＺＡ−ＸＰ）だけ移動して、Ｘスケール部３９ＸＡの点Ｂ１を計測点Ａａに移動する。そして、Ｚセンサ７２ａによって基準領域ＤＺＡの表面のＺ位置ＺＳａ（実際にはＺセンサ７２ａ，７２ｂの計測値の平均値）を計測する。この結果、２回の基準領域ＤＺＡの表面のＺ位置の計測値の差分（＝ＺＳａ−Ｚａ）が点Ｂ１のＺ位置δａとなり、主制御装置２０はこのＺ位置δａも記憶部に記憶する。
【００５５】
なお、表面３９ａのＺ位置の変化が間隔ＸＺＡに対して緩やかである場合、即ち表面３９ａのＺ位置の変化が間隔ＸＺＡで定まる空間周波数に対して低周波であり、高周波成分（間隔ＸＺＡで定まる基本空間周波数より高い空間周波数成分）を有しない場合には、補間によってＺ位置δａを求めることも可能である。このためには、図５（Ｂ）の状態で、Ｚセンサ７２ａによってＺ位置ＺＳａ’を求め、次式のように２回の計測値の差分にＸＺＡ／ＸＰを乗じて得られる値をＺ位置δａとすればよい。
δａ＝（ＺＳａ’−Ｚａ）×（ＸＺＡ／ＸＰ）  …（３）
この補間の手法は、上記のＸスケール部３９ＸＡ上の隣接する２点Ｂｉ及びＢ(i+1) 間のＺ位置の差分δｉを求める場合にも適用可能である。
【００５６】
次にステップ２０５において、図２のウエハステージＷＳＴの中心をローディング位置ＬＰに移動して、不図示のウエハローダ系のウエハアームＷＡからウエハステージＷＳＴ上にウエハＷをロードする。ウエハＷには、不図示のレジスト・コータにおいてレジストが塗布されている（ステップ２２１）。
次のステップ２０６において、ウエハステージＷＳＴの中心を、投影光学系ＰＬの光軸を通りＹ軸に平行な直線ＬＶ上に移動した後、さらにウエハステージＷＳＴの中心が投影光学系ＰＬの露光領域（露光位置）の方向に移動するように、ウエハステージＷＳＴの＋Ｙ方向への移動を開始する。その移動中、図９（Ａ）に示すように、プライマリアライメント系ＡＬ１の検出領域内にウエハテーブルＷＴＢ上の基準マーク（不図示）が入ったときに、プライマリアライメント系ＡＬ１で基準マークＦＭの位置計測を行う。
【００５７】
また、ウエハステージＷＳＴの＋Ｙ方向の移動に際しては、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、多点ＡＦ系９０の検出領域ＡＦがウエハテーブルＷＴＢ上の第１のＸスケール部３９ＸＡの被検領域ＤＡＦ上に入ったときに、検出領域ＡＦの中心と被検領域ＤＡＦの中心とは合致しており、Ｚセンサ７２ａ，７２ｂ及び７２ｃ，７２ｄの計測点はそれぞれＸスケール部３９ＸＡの端部の基準領域ＤＺＡ及びＤＺＢの中央部にある。このときに、ウエハステージＷＳＴが移動している状態で、ステップ２０７として、図４（Ｂ）及び図５（Ａ）に示すように、多点ＡＦ系９０の計測点Ａｉ（ｉ＝１〜Ｍ）において、Ｘスケール部３９ＸＡの被検領域ＤＡＦ上の点ＢｉのＺ位置Ｚｉを計測すると同時に、Ｚセンサ７２ａ，７２ｃの計測点Ａａ，Ａｃにおいて、基準領域ＤＺＡ，ＤＺＢのＺ位置Ｚａ，Ｚｃを計測する。実際には、図４（Ｂ）のＺセンサ７２ｂ，７２ｄによっても基準領域ＤＺＡ，ＤＺＢのＺ位置を計測しており、以下では、１対のＺセンサ７２ａ，７２ｂ及び７２ｃ，７２ｄの計測値の平均値をそれぞれ計測点Ａａ及びＡｃのＺ位置Ｚａ及びＺｃとみなす。
【００５８】
次のステップ２０８において、ステップ２０４で記憶されたＸスケール部３９ＸＡの表面形状の情報、及びステップ２０７で計測されたＸスケール部３９ＸＡの表面のＺ位置を用いて、主制御装置２０は多点ＡＦ系９０の計測値の校正を行う。一例として、図５（Ａ）において、表面３９ａ上の計測点Ａａと合致する点Ｂａを基準とした点Ｂ１の既知のＺ位置δａを用いて、図５（Ｃ）の表面形状を示す折れ線ＣＭを、計測点Ａａ（点Ｂａ）のＺ位置ＺａとＺ位置δａとの和（＝Ｚａ＋δａ）だけＺ方向にシフトさせて、図５（Ｄ）に示す点線の折れ線ＣＭ１を求める。なお、図５（Ａ）の右側のＺセンサ７２ｃの計測点Ａｃに合致する点ＢｃのＺ位置Ｚｃが、そのまま図５（Ｄ）の折れ線ＣＭ１の点ＢｃのＺ位置になる。この折れ線ＣＭ１は、ステップ２０７における図５（Ａ）のＸスケール部３９ＸＡの表面３９ａのＺ位置の分布を正確に表している。
【００５９】
言い換えると、図５（Ｄ）の折れ線ＣＭ１の点Ｂｉ（ｉ＝１，２，…）に対応するＺ位置ＺＴｉは、Ｚセンサ７２ａ〜７２ｄのＺ位置の計測値を基準としたときの真のＺ位置を示している。そこで、主制御装置２０は、図５（Ａ）の多点ＡＦ系９０の計測点ＡｉにおけるＺ位置の計測値ＺｉにオフセットＺｏｆｉを加えたときに真のＺ位置ＺＴｉが得られるように、次式からオフセットＺｏｆｉを求める。このオフセットＺｏｆｉは図６（Ｂ）のオフセットと同じものである。
【００６０】
Ｚｏｆｉ＝ＺＴｉ−Ｚｉ  …（４）
このオフセットＺｏｆｉ（ｉ＝１〜Ｍ）が主制御装置２０から多点ＡＦ系９０の受光系９０ｂ内のオフセット補正部に設定される。これ以後は、多点ＡＦ系９０の各計測点ＡｉのＺ位置の計測値に式（４）のオフセットＺｏｆｉを加算した値（オフセット補正後の計測値）が主制御装置２０に供給される。従って、仮にＸスケール部３９ＸＡの表面３９ａが平面でない場合でも、多点ＡＦ系９０の各計測点ＡｉにおけるＺ位置の計測値は、投影光学系ＰＬの像面からの偏差を正確に示す値となるため、多点ＡＦ系９０の計測値を用いてウエハＷの表面を像面に高精度に合焦できる。なお、受光系９０ｂ内の各検出光ＤＬ１〜ＤＬＭの受光光学系内に、各検出光の結像位置をシフトさせるハービング等が設けられている場合には、そのハービング等を用いて、そのオフセットＺｏｆｉに対応するシフト量を相殺するように各検出光の結像位置をシフトさせてもよい。
【００６１】
さらに、本実施形態では、図１１のステップ２０５〜２１４の動作は１枚のウエハ毎に繰り返される動作であり、説明の便宜上、図４（Ａ）のウエハＷは１ロット中のｋ番目（ｋは２以上の整数）に露光されるウエハであるとする。このとき、ステップ２０７及び２０８はこれまでにｋ回実行されており、図８の主制御装置２０の記憶部には、多点ＡＦ系９０の計測点Ａｉ毎のそのｋ回のうちで最も新しいｎ回（ｎは２以上の整数）の式（４）のオフセットＺｏｆｉの値が記憶されている。
【００６２】
この場合、主制御装置２０では、多点ＡＦ系９０の各計測点Ａｉ毎に、一例として１回前の計測からｎ回前の計測までのオフセットＺｏｆｉの値を用いた重み付け平均値＜ＯＦｉ＞を求め、この平均値＜ＯＦｉ＞を改めて多点ＡＦ系９０の各計測点Ａｉ毎のオフセットとしてもよい。その重みは、例えば最新の計測値ほどに大きい値になるものである。このような平均化処理によって、振動等に起因して多点ＡＦ系９０の計測値に誤差が混入していても、誤差の影響を低減できる。
【００６３】
次のステップ２０９において、図４（Ａ）の状態からさらにウエハステージＷＳＴを＋Ｙ方向に移動して、図９（Ｂ）に示すように、投影光学系ＰＬの露光領域内にウエハテーブルＷＴＢ上のスリットパターン（不図示）を移動する。そして、一例としてウエハステージＷＳＴの＋Ｙ方向の端部に計測ステージＭＳＴを連結して、レチクルＲの２つのアライメントマーク（レチクルマーク）の投影光学系ＰＬによる像をスリットパターンで走査して、ウエハステージＷＳＴ及び計測ステージＭＳＴ内の空間像計測装置４５（図８参照）によって、そのレチクルマークの像の位置を計測する。この計測値及びステップ２０６の基準マークＦＭの計測値から、主制御装置２０はベースライン（露光中心とアライメント系ＡＬ１の検出中心との位置関係）を求めることができる。
【００６４】
次のステップ２１０において、図９（Ｂ）の状態からウエハステージＷＳＴを＋Ｙ方向又は−Ｙ方向に移動して、多点ＡＦ系９０の検出領域ＡＦでウエハＷの全面を走査することによって、ウエハＷの表面のＸ方向に間隔ＸＰ（図４（Ｂ）の計測点Ａ１〜ＡＭのＸ方向の間隔）で、Ｙ方向に間隔ＹＰ（ほぼＸＰと同じ間隔）で配列される多数の計測点におけるＺ位置を含むＺ位置分布を多点ＡＦ系９０によって計測する。また、多点ＡＦ系９０によってウエハＷ表面のＸ方向に配列された一行の複数の計測点のＺ位置Ｚｗｉを計測する毎に、それぞれＺセンサ７２ａ〜７２ｄによってウエハＷのＸ方向の両側のＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2の表面のＺ位置Ｚｗａ〜Ｚｗｄを計測する。そして、一例として、Ｚセンサ７２ａ，７２ｂの計測点の中間点と、Ｚセンサ７２ｃ，７２ｄの計測点の中間点とを結ぶ直線に対するその一行の複数の計測点のＺ位置の偏差δＺｗｉ（Ｚ位置分布情報）を求めて、主制御装置２０内の記憶部に記憶する。
【００６５】
また、例えば特開昭６１−４４４２９号公報（対応する米国特許第４，７８０，６１７号明細書）などに開示されるＥＧＡ法によって、ウエハＷのアライメントを行うために、ウエハＷ上の全部のショット領域から選ばれた所定の複数（例えば１６個）のショット領域よりなるアライメントショットに付設されたウエハマークの位置を検出するものとする。このため、上述のように、ウエハステージＷＳＴをＹ方向に移動して多点ＡＦ系９０でウエハＷの表面のＺ位置分布を計測する途中で、計測対象のアライメントショットのウエハマークがアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4の検出領域内に入ったときにウエハステージＷＳＴを停止させて、順次、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4によってそのウエハマークの位置を検出する。その後、主制御装置２０は、計測された複数のウエハマークの座標を用いてＥＧＡ方式でウエハの全部のショット領域の配列座標（ショット配列）を算出する。
【００６６】
次のステップ２１１において、算出された配列座標に基づいて図８のエンコーダ７０Ａ〜７０Ｆの計測値を用いてウエハステージＷＳＴを駆動することで、図１０に示すように、ウエハＷ上の全部のショット領域に投影光学系ＰＬを介してレチクルＲのパターン像を露光する。この際に、投影光学系ＰＬをＸ方向に挟むように配置されている図２のＺセンサ７４i,j 及び７６p,q を用いて、ウエハＷの両側のＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2の表面のＺ位置を計測し、この計測値とステップ２１０で求められているウエハＷの表面のＺ位置の偏差δＺｗｉとからウエハＷの表面のＺ位置を間接的に求め、このように求めたウエハＷ表面のＺ位置に基づいてウエハステージＷＳＴのＺ・レベリング機構を駆動して、ウエハＷの表面を投影光学系ＰＬの像面に合焦させる。
【００６７】
次のステップ２１２において、ウエハステージＷＳＴの中心を図１０のアンローディング位置ＵＰに移動して、露光済みのウエハＷのアンロードを行って、そのウエハＷを不図示のウエハローダ系に受け渡す。次のステップ２１３において、未露光のウエハがあるかどうかを判定し、未露光のウエハがある場合にはステップ２１４に移行して、多点ＡＦ系９０の校正用のＸスケール部３９ＸＡの表面形状の計測（ステップ２０１〜２０４の動作）を行うかどうかを判定する。
【００６８】
本実施形態では、ウエハＷからウエハテーブルＷＴＢを介して伝導する熱、及びウエハステージＷＳＴの加速度等の影響によるＸスケール部３９ＸＡの表面形状の変化は、僅かであるとともにかなり緩やかである。そのため、ステップ２０１〜２０４のＸスケール部３９ＸＡの表面形状の計測（校正）は、ステップ２０７及び２０８の多点ＡＦ系９０の計測値の校正に比べてかなり低い頻度で実行される。一例として、前者の表面形状の計測は、例えば１日に一度又は１００枚以上のウエハを露光する毎に実行され、後者の多点ＡＦ系９０の計測値の校正は所定枚数（例えば１〜５枚程度）のウエハを露光する毎に実行される。
【００６９】
そして、Ｘスケール部３９ＸＡの表面形状を計測する場合には、動作はステップ２０１に戻り、ステップ２０１〜２１３までの動作が繰り返される。一方、ステップ２１４において、その表面形状を計測しない場合には動作はステップ２０５に戻ってウエハのローディングを行った後、ステップ２０６から２１３までの動作を繰り返す。そして、ステップ２１３で未露光のウエハがなくなったときに露光工程が終了する。なお、上述のようにステップ２０７及び２０８の多点ＡＦ系９０の校正は、例えばオペレータからの指示に応じて所定枚数のウエハを露光する毎に実行される。
【００７０】
また、ステップ２１２でウエハローダ系によって搬出されたウエハは、ステップ２２２で、不図示のコータ・デベロッパにおいてレジストの現像が行われる。その後、ステップ２２３において、現像したウエハの加熱（キュア）及びエッチング工程などを含む基板処理が行われ、次のステップ２２４において、レジストコート、露光、現像、及び基板処理を所定回数繰り返した後、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、パッケージ工程などの加工プロセスを含む）、及び検査ステップ等を経て半導体デバイスが製造される。
【００７１】
本実施形態によれば、予め多点ＡＦ系９０及びＺセンサ７２ａ〜７２ｄによって、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2の表面を基準として、ウエハＷの表面のＺ位置分布を計測しておくことによって、液浸領域１４を介してウエハＷを露光する際に、オートフォーカス方式でウエハＷの表面を投影光学系ＰＬの像面に高精度に合焦できる。従って、ウエハＷの各ショット領域に微細な回路パターンを高精度に形成できる。
【００７２】
本実施形態の作用効果等は以下の通りである。
（１）上記の実施形態の露光装置１００を用いる露光方法は、投影光学系ＰＬを用いてウエハＷ（被露光基板）上に明暗パターンを露光する露光方法であって、ウエハＷの法線方向であるＺ方向（第１方向）と直交するＸ方向（第２方向）に概一列に並んで検出領域ＡＦ内に配置された複数の検出基準点（Ｚ位置の計測値が例えば０になるときの計測点）を含む多点ＡＦ系９０を用いて、ウエハＷの表面内の複数位置におけるＺ位置（ウエハ情報）を収集するステップ２１０（ウエハ計測工程）と、ステップ２１０で得られたウエハ情報を用いて、投影光学系ＰＬに対してＺ方向に離れた像面にウエハＷを配置するステップ２１１内のオートフォーカス工程（ウエハ配置工程）と、投影光学系ＰＬによりウエハＷを露光するステップ２１１内の走査露光工程とを含む。
【００７３】
さらに、その露光方法は、Ｘスケール部３９ＸＡ（基準平面板）を用いて、多点ＡＦ系９０の複数の検出基準点のＺ位置（オフセットＺｏｆｉ）を計測して、多点ＡＦ系９０の校正を行うステップ２０７及び２０８（ＡＦ系校正工程）と、Ｘスケール部３９ＸＡをＸ方向に計測点Ａｉの間隔ＸＰだけ（第１の所定量）移動しつつ、多点ＡＦ系９０によりＸスケール部３９ＸＡの複数箇所ＢｉのＺ位置を２回計測するステップ２０１〜２０３（Ｘスケール部計測工程）と、このステップ２０１〜２０３で得られた２回のＺ位置を統計処理してＸスケール部３９ＸＡのＺ方向の表面形状情報を算出するステップ２０４とを含む。
【００７４】
本実施形態によれば、別途専用の計測器等を用いることなく、多点ＡＦ系９０自体を用いて短時間に効率的に、かつ高精度にＸスケール部３９ＸＡの表面形状を計測できる。その後、Ｘスケール部３９ＸＡを用いて多点ＡＦ系９０の校正を高精度に行うことができる。
（２）また、ステップ２０１〜２０３では、多点ＡＦ系９０によりＸスケール部３９ＸＡの複数箇所ＢｉのＺ位置の絶対位置（像面を基準とする位置）を計測しているが、その代わりにその複数箇所Ｂｉ間でのＺ方向の相対位置関係を計測してもよい。また、その複数箇所ＢｉのＺ位置の計測値には、真の位置に対して各計測点Ａｉ毎のオフセット等を含むある程度の誤差が含まれているが、この誤差は統計処理によって相殺されるため差し支えない。
【００７５】
（３）また、ステップ２０２におけるＸスケール部３９ＸＡ（ウエハステージＷＳＴ）のＸ方向への移動量が間隔ＸＰであるため、統計処理としては単に２回の計測値の差分を求めるだけで容易にＸスケール部３９ＸＡの表面形状を求めることができる。なお、そのＸスケール部３９ＸＡの移動量は概間隔ＸＰ、即ち間隔ＸＰに対して±５％程度の範囲内であってもよい。この程度の範囲内であれば、Ｘスケール部３９ＸＡは完全に平坦と仮定しても大きな誤差は生じないためである。
【００７６】
さらに、上記のように補間演算を行う場合には、ステップ２０２におけるＸスケール部３９ＸＡの移動量は間隔ＸＰから比較的大きく異なってもよい。
（４）また、上記の実施形態では、ウエハステージＷＳＴ上のウエハＷに対するＸ方向の両側にＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2（第２平面板）が配置されるとともに、ステップ２１０においては、多点ＡＦ系９０とは異なるＺセンサ７２ａ〜７２ｄ（第２の位置計測機構）により、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2のＺ位置をさらに計測して、この計測結果に基づいてそのウエハ情報を補正し、ステップ２１１のウエハ配置工程においては、投影光学系ＰＬの側面方向に配置されたＺセンサ７４i,j〜７２p,q（第３の位置計測機構）により、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2のＺ位置を計測し、この計測結果とその補正されたウエハ情報とを用いて、ウエハＷの表面を像面に合焦させている。
【００７７】
従って、ウエハＷの露光時にはウエハＷのＺ位置を計測する必要がないため、液浸法でウエハＷを高精度に合焦させて露光できる。
なお、ステップ２１０におけるウエハ情報の補正は、一例として多点ＡＦ系９０の計測値からＺセンサ７２ａ〜７２ｄの計測値より求められるオフセット分を差し引く演算によって行われる。しかしながら、その代わりに、Ｚセンサ７２ａ〜７２ｄの計測値が例えば０（像面）を示すようにウエハステージＷＳＴのＺ位置、及びθｘ方向、θｙ方向のチルト角を制御した状態で、多点ＡＦ系９０によってウエハ情報を計測してもよい。
【００７８】
（５）また、上記の実施形態では、多点ＡＦ系９０の校正を行うための平面板として、ウエハステージＷＳＴ上の第２撥液領域（第２撥液板）２８ｂの一部のエンコーダ用のＸスケール部３９ＸＡ（又はＸスケール部３９ＸＢでもよい）を用いているため、別途専用の平面板を設ける場合に比べてウエハステージＷＳＴを小型化できる。ただし、多点ＡＦ系９０の校正用の平面板は、ウエハステージＷＳＴ上の他の部分でもよい。さらに、多点ＡＦ系９０の校正を行うための平面板として、図１の計測ステージＭＳＴの一部（例えば取付部材４２又は計測テーブルＭＴＢの一部）を用いてもよい。
【００７９】
（６）また、ステップ２０７及び２０８のＡＦ系校正工程は、ウエハステージＷＳＴが投影光学系ＰＬの近傍とウエハのローディング位置ＬＰ（又はアンローディング位置ＵＰでもよい）との間を移動する際に行なわれるため、校正位置への移動時間が不要になりウエハの処理時間が短縮される。
（７）なお、上記の実施形態では、多点ＡＦ系９０の複数の検出基準点は、Ｚ方向及びＸ方向と直交するＹ方向（第３方向）に離れた位置に配置してもよい。
【００８０】
（８）また、上記の実施形態の電子デバイスの製造方法は、ウエハ（基板）上への成膜工程、露光工程、エッチング工程を含む半導体デバイスの製造方法であって、その露光工程において、上記の実施形態の露光方法を用いるものである。この際に、露光工程のスループットを高く維持して、多点ＡＦ系９０の精度を高く維持できるため、半導体デバイスを高精度に量産できる。
【００８１】
［第２の実施形態］
以下、本発明の第２の実施形態につき図１２〜図１４を参照して説明する。本実施形態においても図１の露光装置１００を用いるが、多点ＡＦ系９０の校正に用いるＸスケール部３９ＸＡのＸ方向の全面（図４（Ｂ）の被検領域ＤＡＦ及び基準領域ＤＺＡ，ＤＺＢを合わせた領域）の表面形状を多点ＡＦ系９０で計測する点が異なっている。Ｘスケール部３９ＸＡの表面の真のＺ位置ＺＴｉの分布は、例えば図１３（Ａ）のようになっている。また、多点ＡＦ系９０の複数の検出基準点のＺ位置に対応するオフセットＺｏｆｉの分布は図１３（Ｂ）及び図１４（Ａ）（図６（Ｂ）と同じ）であるとする。
【００８２】
図１２（Ａ）は、本実施形態においてＸスケール部３９ＸＡの表面形状を計測する際のウエハステージＷＳＴと多点ＡＦ系９０との位置関係の一例を示す。図１２（Ａ）において、ベース盤１２の上面１２ａでウエハステージＷＳＴを２点鎖線で示すＸ方向の中央の位置Ｐ１から、多点ＡＦ系９０の検出領域ＡＦの−Ｘ方向の端部とＸスケール部３９ＸＡの基準領域ＤＺＡの−Ｘ方向の端部とが合致するまで、＋Ｘ方向に移動する。この状態（右側の標準位置）で多点ＡＦ系９０の計測点Ａｉ（ｉ＝１〜Ｍ）においてＸスケール部３９ＸＡの左側の表面のＺ位置ＺＬｉを計測する。この計測結果は図１３（Ｃ）に示すようになる。次に、図１２（Ａ）の状態からウエハステージＷＳＴ（Ｘスケール部３９ＸＡ）をＺ位置及びチルト角を同じ状態に維持して−Ｘ方向に計測点Ａｉの間隔ＸＰだけ移動し、この右側のシフト位置において、再び計測点ＡｉにおいてＸスケール部３９ＸＡの表面のＺ位置ＺＬＳｉを計測する。なお、この際にＸスケール部３９ＸＡを＋Ｘ方向に間隔ＸＰだけ移動したときの計測結果が図１３（Ｄ）に示されている。
【００８３】
その後、その２回の計測点Ａｉでの計測値の差分δＬｉ（図１３（Ｅ）参照）を求め、式（２）と同様にｉ番目までの差分の積算値ΣδＬｉ（図１３（Ｆ）参照）を求めることで、例えば計測点Ａ１の計測値を０とした場合のＸスケール部３９ＸＡの表面のＺ位置の分布を求めることができる。
次に、図１２（Ｂ）の状態から、図１２（Ｃ）に示すように、ウエハステージＷＳＴを多点ＡＦ系９０の検出領域ＡＦの＋Ｘ方向の端部とＸスケール部３９ＸＡの基準領域ＤＺＢの＋Ｘ方向の端部とが合致するまで、Ｚ位置及びチルト角を同じ状態に維持して、−Ｘ方向に所定距離（第２の所定距離）だけ移動する。この左側の標準位置で多点ＡＦ系９０の計測点ＡｉにおいてＸスケール部３９ＸＡの右側の表面のＺ位置ＺＲｉを計測すると、計測結果は図１４（Ｂ）に示すようになる。このとき、基準領域ＤＺＡ（ＤＺＢ）のＸ方向の幅が被検領域ＤＡＦのＸ方向の幅のほぼ１／３であるとすると、被検領域ＤＡＦの中央のほぼ１／３の重複領域ＤＡＦＣは、図１２（Ａ）の検出領域ＡＦで覆われた領域と重複しており、表面形状の計測が重複して行われる。
【００８４】
その後、図１２（Ｃ）の状態からウエハステージＷＳＴ（Ｘスケール部３９ＸＡ）をＺ位置及びチルト角を同じ状態に維持して−Ｘ方向に計測点Ａｉの間隔ＸＰだけ移動し、この左側のシフト位置において、再び計測点ＡｉでＸスケール部３９ＸＡの右側の表面のＺ位置ＺＲＳｉを計測する。この際にＸスケール部３９ＸＡを＋Ｘ方向に間隔ＸＰだけ移動したときの計測結果が図１４（Ｃ）に示されている。その後、その２回の計測点Ａｉでの計測値の差分δＲｉ（図１４（Ｄ）参照）を求め、式（２）と同様にｉ番目までの差分の積算値ΣδＲｉ（図１４（Ｅ）参照）を求めることで、例えば計測点Ａ１の計測値を０とした場合のＸスケール部３９ＸＡの表面のＺ位置の分布を求めることができる。
なお、本例においても、ウエハステージＷＳＴのチルト角は、第１の実施形態と同様に、いわゆるピッチング干渉計による計測とＺ・レベリング機構の駆動により、同じ状態に維持することができる。
【００８５】
次に、図１３（Ｆ）の表面形状と図１４（Ｅ）の表面形状とを合成するために、一例として図１２（Ｃ）のＸスケール部３９ＸＡの重複領域ＤＡＦＣのＺ位置の平均値が等しくなるように、図１４（Ｅ）の表面形状（積算値ΣδＲｉ）のオフセットを補正する。この後、図１３（Ｆ）及び図１４（Ｅ）の表面形状の重複領域ＤＡＦＣを重ね合わせて合成した結果が図１４（Ｆ）に示すＸスケール部３９ＸＡの全面のＺ位置Σδｉの分布である。
【００８６】
このように、本実施形態によれば、Ｘスケール部３９ＸＡと多点ＡＦ系９０の検出領域ＡＦとをＸ方向に間隔ＸＰよりも大きく相対移動する動作の前後で、第１の実施形態の差分法を用いる表面形状の計測を繰り返しているため、検出領域ＡＦよりも広い任意の幅の領域のＺ位置の分布（表面形状）を計測できる。従って、Ｘスケール部３９ＸＡの両端の基準領域ＤＺＡ及びＤＺＢの任意の位置にＺセンサ７２ａ〜７２ｄの計測点を設定して、その計測点のＺ位置を基準として多点ＡＦ系９０の校正を高精度に行うことができる。
【００８７】
［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態につき図１５を参照して説明する。図１及び図２に対応する部分に同一又は類似の符号を付した図１５は、本実施形態の走査露光型の露光装置のウエハステージＷＳＴの平面図である。図１５において、ウエハステージＷＳＴのウエハテーブルＷＴＢの上面の−Ｙ方向及び−Ｘ方向の端部には、Ｘ方向及びＹ方向に細長い高平面度の移動鏡１７１ａ及び１７１ｂが固定されている。また、移動鏡１７１ａ，１７１ｂに対向するようにＹ軸干渉計１６及びＸ軸干渉計１２６が配置されている。Ｙ軸干渉計１６及びＸ軸干渉計１２６からの計測ビームの光軸上に投影光学系ＰＬのＸ方向に細長い露光領域ＩＡの中心（ここでは光軸に等しい）が配置され、不図示のアライメント系を用いるアライメント時及び投影光学系ＰＬを介した露光時のウエハステージＷＳＴの位置は干渉計１６，１２６によって計測される。
【００８８】
また、投影光学系ＰＬの側面に、照射系９０ａ及び受光系９０ｂから成る多点ＡＦ系９０が配置されている。多点ＡＦ系９０は、露光領域ＩＡを含むＸ方向に細長い検出領域ＡＦ内で、ほぼＸ軸に沿って等間隔で配置された複数の計測点Ａ１〜ＡＭ（Ｍは例えば２５等の整数）において被検面のＺ位置を計測する。さらに、本実施形態では、検出領域ＡＦのＸ方向の長さはウエハＷのＸ方向の幅よりも広く設定されている。
【００８９】
本実施形態では、Ｙ軸の移動鏡１７１ａ（平面板）の上面を用いて多点ＡＦ系９０の校正を行うものとする。即ち、多点ＡＦ系９０の校正時には、図１５に示すように、投影光学系ＰＬの下方の多点ＡＦ系９０の検出領域ＡＦにＹ軸の移動鏡１７１ａの上面を設定して、多点ＡＦ系９０によってその上面のＺ位置を計測する。そして、一例として検出領域ＡＦのＸ方向の両端部の計測点Ａ１及びＡＭでの計測値を基準値として、他の計測点Ａ２〜Ａ(M-1) での計測値がそれらの基準値から計算される値になるように多点ＡＦ系９０の校正を行う。
【００９０】
この際に、ウエハステージＷＳＴから伝導される熱及び加速度等によって移動鏡１７１ａの上面の形状が僅かに変化する場合に対処するため、上記の第１の実施形態と同様に、多点ＡＦ系９０の校正よりも少ない頻度で、ウエハステージＷＳＴを介して移動鏡１７１ａをＸ方向に計測点の間隔だけ移動する前後に、多点ＡＦ系９０で移動鏡１７１ａの上面のＺ位置を計測する。そして、２回の計測値を統計処理することで、移動鏡１７１ａの上面の正確な形状（Ｚ位置分布）を求めることができ、この後は、その正確な形状を用いて高精度に多点ＡＦ系９０の校正を行うことができる。
【００９１】
なお、本発明は、上述のステップ・アンド・スキャン方式の走査露光型の投影露光装置（スキャナ）の他に、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（ステッパ等）にも適用できる。さらに、本発明は、液浸型露光装置以外のドライ露光型の露光装置にも同様に適用することができる。
また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置に限らず、液晶表示素子やプラズマディスプレイなどを含むディスプレイの製造に用いられる、デバイスパターンをガラスプレート上に転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられるデバイスパターンをセラミックスウエハ上に転写する露光装置、並びに撮像素子（ＣＣＤなど）、有機ＥＬ、マイクロマシーン、ＭＥＭＳ(Microelectromechanical Systems)、及びＤＮＡチップなどの製造に用いられる露光装置などにも適用することができる。このように、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の第１の実施形態の露光装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１中のウエハステージ及びＡＦ系等を示す平面図である。
【図３】図２中のＺセンサ７２ａの構成例を示す図である。
【図４】（Ａ）は図２のウエハステージのＸスケール部３９ＸＡ上に検出領域ＡＦを設定した状態を示す平面図、（Ｂ）は図４（Ａ）の正面図、（Ｃ）は図４（Ｂ）からウエハステージを−Ｘ方向に移動した状態を示す図である。
【図５】（Ａ）は図４（Ｂ）に対応する計測点とＸスケール部３９ＸＡとの関係を示す拡大図、（Ｂ）は図４（Ｃ）に対応する計測点とＸスケール部３９ＸＡとの関係を示す拡大図、（Ｃ）は２回の計測値の差分の積算値（表面形状の相対位置）を示す図、（Ｄ）は図５（Ｃ）の積算値のオフセット補正後の値（表面形状の絶対位置）を示す図である。
【図６】（Ａ）はＸスケール部３９ＸＡの表面の真のＺ位置の一例を示す図、（Ｂ）は多点ＡＦ系９０のオフセットの一例を示す図、（Ｃ）は標準位置での計測結果を示す図、（Ｄ）はシフト位置での計測結果を示す図、（Ｅ）は図６（Ｃ）と図６（Ｄ）との計測値の差分を示す図、（Ｆ）は差分の積算値を示す図である。
【図７】図１のウエハステージを示す平面図である。
【図８】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９】（Ａ）はプライマリアライメント系で基準マークを計測する状態を示す図、（Ｂ）はレチクルのパターンの像を検出する状態を示す図である。
【図１０】ウエハの露光時のウエハステージを示す平面図である。
【図１１】第１の実施形態の露光動作の一例を示すフローチャートである。
【図１２】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は本発明の第２の実施形態における多点ＡＦ系９０とＸスケール部３９ＸＡとのＸ方向の位置関係の変化を示す図である。
【図１３】（Ａ）はＸスケール部３９ＸＡの全面の真のＺ位置の一例を示す図、（Ｂ）は多点ＡＦ系９０のオフセットの一例を示す図、（Ｃ）は右側の標準位置での計測結果を示す図、（Ｄ）は右側のシフト位置での計測結果を示す図、（Ｅ）は図１３（Ｃ）と図１３（Ｄ）との計測値の差分を示す図、（Ｆ）は差分の積算値を示す図である。
【図１４】（Ａ）は多点ＡＦ系９０のオフセットの一例を示す図、（Ｂ）は左側の標準位置での計測結果を示す図、（Ｃ）は左側のシフト位置での計測結果を示す図、（Ｄ）は図１４（Ｂ）と図１４（Ｃ）との計測値の差分を示す図、（Ｅ）は差分の積算値を示す図、（Ｆ）は図１３（Ｆ）と図１４（Ｅ）とを合成した積算値（表面形状）を示す図である。
【図１５】本発明の第３の実施形態のウエハステージ及び多点ＡＦ系等を示す平面図である。
【符号の説明】
【００９３】
ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4…アライメント系、Ｒ…レチクル、Ｗ…ウエハ、ＷＴＢ…ウエハテーブル、ＷＳＴ…ウエハステージ、ＭＳＴ…計測ステージ、２０…主制御装置、３２…ノズルユニット、３９ＸＡ…Ｘスケール部、３９Ｘ1，３９Ｘ2…Ｘスケール、６２Ａ〜６２Ｄ…ヘッドユニット、６４…Ｙヘッド、６６…Ｘヘッド、７２ａ〜７２ｄ…Ｚセンサ、７４i,j，７６p,q…Ｚセンサ、９０…多点ＡＦ系、９０ａ…照射系、９０ｂ…受光系
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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