(57)【要約】  オフアクシスの面位置計測装置の複数の計測点は、露光領域ＩＡを一重に囲むように枠状領域ＭＡに配置されている。このようにすれば、露光領域ＩＡに到達するウエハＷ上の領域は、この枠状領域ＭＡを通過するようになり、その領域が露光されるときには、その領域の面形状マップが作成されている状態となっている。したがって、その面形状マップに基づいて、ウエハＷの面位置を調整すれば、露光領域内にウエハＷの面位置を計測する計測点を配置しなくても、高精度な露光が可能となる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影光学系を介して露光光を物体の表面上に照射する露光装置であって、
前記物体を保持して前記投影光学系の光軸に直交する２次元面内を移動可能なステージと；
前記投影光学系を介して前記露光光が照射される所定領域の周囲の少なくとも一部に配置された複数の計測点を有し、該複数の計測点のそれぞれにおいて前記投影光学系の光軸に関する物体の面位置情報を計測する第１計測装置と；
前記第１計測装置の計測結果に基づいて、前記物体の面形状情報を算出する算出装置と；
前記ステージの位置情報を計測する第２計測装置と；
前記算出装置の算出結果と前記第２計測装置の計測結果とに基づいて、前記所定領域に対する物体の面位置を制御する制御装置と；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、
前記算出装置は、
前記ステージの移動に伴い、異なる計測点で計測される前記物体上の所定の地点での面位置情報に基づいて、前記物体の面形状情報におけるその地点での面位置を算出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、
前記算出装置は、
前記物体上の所定の地点での前記第１計測装置の計測結果のその信頼性に基づく重み付け平均値を、前記物体の面形状情報におけるその地点での面位置として算出することを特徴とする露光装置。
【請求項４】
請求項３に記載の露光装置において、
前記算出装置は、
前記第１計測装置の計測結果の重みを、その計測に要する時間に応じて変更することを特徴とする露光装置。
【請求項５】
請求項３に記載の露光装置において、
前記算出装置は、
前記第１計測装置の計測結果の重みを、その計測の際の前記ステージの移動加速度に応じて変更することを特徴とする露光装置。
【請求項６】
請求項１に記載の露光装置において、
前記第１計測装置は、
前記複数の計測点のうちの少なくとも１つの計測点に前記物体の所定の地点が位置している場合には、前記少なくとも１つの計測点での前記物体の面位置情報の計測を行うことを特徴とする露光装置。
【請求項７】
請求項６に記載の露光装置において、
前記第１計測装置は、
前記物体上に形成された前記物体の位置合わせ用マークの位置情報の検出の際に、前記物体の面位置情報の計測を行う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、
前記複数の計測点のうちの所定の計測点で計測された前記物体上の所定の地点の面位置情報と、他の計測点でのその地点での計測結果を含む複数回の計測結果から得られる面位置情報との差に基づいて、前記所定の計測点での較正情報を算出する較正装置をさらに備え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、
前記較正装置は、
前記第１計測装置により前記所定の計測点で前記物体の所定の地点の面位置が計測される際のその計測結果の信頼性を考慮しつつ、前記較正情報を算出す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、
前記複数の計測点は、
前記所定領域の周囲を三重に囲むように配置された計測点を含むことを特徴とする露光装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の露光装置において、
前記複数の計測点は、前記所定領域の外側を囲む第１の枠状領域と、前記第１の枠状領域の外側を囲む第２の枠状領域と、前記第２の枠状領域の外側を囲む第３の枠状領域とにそれぞれ配置され、
前記所定領域を基準とする前記２次元面内の任意の方向で、
前記第２の枠状領域のその方向に関するサイズが前記所定領域のその方向に関するサイズ以上であり、
前記第２の枠状領域の一部と前記所定領域とを重ね合わせた場合に、前記第１の枠状領域及び前記第３の枠状領域に含まれる同一直線上にない少なくとも３つの計測点が、前記第１の枠状領域の計測点と重なるように、前記複数の計測点が配置されてい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、
前記第１計測装置は、
前記少なくとも３つの計測点と、前記第２の枠状領域の少なくとも１つの計測点とで、前記物体の面位置情報を同時に計測し、
前記算出装置は、
前記第１計測装置の計測結果に基づいて、前記物体の一部の領域の面形状情報を算出し、
前記制御装置は、
前記ステージの移動により前記物体の一部の領域が前記第１の枠状領域にさしかかったときに、前記第１の枠状領域の計測点のうちの前記少なくとも３つの計測点にそれぞれ対応する計測点での計測結果と、前記物体の一部の領域の面形状情報とに基づいて、前記物体の面位置を制御することを特徴とする露光装置。
【請求項１３】
請求項１０に記載の露光装置において、
前記各枠状領域は、
隣接する枠状領域の間隔が同一で、かつ、前記所定領域の中心と前記第１の枠状領域との距離が、前記間隔の整数倍となるように配置されてい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、
前記算出装置は、
前記ステージの移動前の前記少なくとも４つの計測点での計測結果と、前記ステージの移動後の前記少なくとも４つの計測点での計測結果との中に、前記物体上の同一直線上にない少なくとも３つの地点における面位置情報が含まれていた場合には、前記少なくとも３つの地点の面位置情報を基準として該２つの計測結果をつなぎ合わせることにより、前記物体の面形状情報を算出することを特徴とする露光装置。
【請求項１５】
請求項１に記載の露光装置において、
前記複数の計測点は、前記所定領域の周囲を二重に囲むように配置された計測点を含み、
前記算出装置は、
前記第１計測装置の計測結果と、前記第２計測装置によって計測された前記２次元面に対する前記ステージの傾斜情報とに基づいて、前記物体の面形状情報を算出することを特徴とする露光装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の露光装置において、
前記複数の計測点は、前記所定領域の外側を囲む第１の枠状領域と、前記第１の枠状領域の外側を囲む第２の枠状領域とにそれぞれ配置され、
前記所定領域を基準とする前記２次元面内の任意の方向で、
前記第１の枠状領域のその方向のサイズが、前記所定領域のその方向のサイズ以上であり、
前記第１の枠状領域と前記所定領域とを重ね合わせたときに、前記第２の枠状領域における少なくとも１つの計測点が、前記第１の枠状領域の計測点と重なるように、前記複数の計測点が配置されていることを特徴とする露光装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の露光装置において、
前記第１計測装置は、
前記第３の枠状領域の少なくとも１つの計測点と、前記第１の枠状領域の少なくとも１つの計測点とで、前記物体の面位置情報を同時に計測し、
前記算出装置は、
前記第１計測装置の計測結果に基づいて、前記物体の一部の領域の面形状情報を算出し、
前記制御装置は、
前記ステージの移動により前記物体の一部の領域が前記第１の枠状領域にさしかかったときに、前記第１の枠状領域の計測点のうちの前記少なくとも１つの計測点にそれぞれ対応する計測点での計測結果と、前記物体の一部の領域の面形状情報とに基づいて、前記物体の面位置を制御することを特徴とする露光装置。
【請求項１８】
請求項１５に記載の露光装置において、
前記所定領域の中心から前記第１の枠状領域までの距離が、前記第１の枠状領域と、第２の枠状領域との間隔の整数倍となるように配置されていることを特徴とする露光装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の露光装置において、
前記算出装置は、
前記ステージの移動前の前記複数の計測点における計測結果と、前記ステージの移動後の前記複数の計測点における計測結果との中に、前記物体上の少なくとも１つの地点における面位置情報が含まれている場合には、前記少なくとも１つの地点の面位置情報を基準として２つの計測結果をつなぎ合わせることにより、前記物体の面形状情報を算出することを特徴とする露光装置。
【請求項２０】
請求項１に記載の露光装置において、
前記複数の計測点は、
前記露光光を前記物体上に照射する際の前記ステージの移動方向に平行な第１方向に沿った２列の第１の計測点列と、前記第１方向に直交する第２方向に沿った２列の第２の計測点列とで、前記所定領域を実質的に囲むように配置されており、
前記算出装置は、
前記第２計測点列における前記物体の面位置情報に基づいて、前記物体の面形状情報を算出し、
前記制御装置は、
前記ステージの移動により、前記面形状情報に対応する領域が前記所定領域に差し掛かったとき、前記面形状情報と、前記第１方向に関する位置が前記所定領域の中心と同じ前記第１計測点列の計測点での面位置情報とに基づいて、前記物体の面位置を制御することを特徴とする露光装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載の露光装置において、
前記第２方向に関し、
前記所定領域の中心から前記第１計測点列の端の計測点までの距離と、前記所定領域の中心から前記第２計測点列までの距離との差が、前記所定領域の長さと同一となっていることを特徴とする露光装置。
【請求項２２】
請求項１に記載の露光装置において、
前記物体の面形状情報を検出する検出装置をさらに備え、
前記複数の計測点は、前記所定領域を一重に囲むように配置され、
前記制御装置は、
前記算出装置の算出結果と、前記検出装置の検出結果とに基づいて、前記所定領域に対する前記物体の面位置を制御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２３】
請求項１に記載の露光装置において、
前記複数の計測点は、
前記所定領域を含む矩形の４辺のうちの対向する２辺に配置されている計測点を含むことを特徴とする露光装置。
【請求項２４】
請求項２３に記載の露光装置において、
前記対向する２辺は、
前記所定領域から見て、前記露光光の照射時における前記物体の進行方向に配置された辺であることを特徴とする露光装置。
【請求項２５】
請求項２３に記載の露光装置において、
前記複数の計測点は、
前記所定領域から見て、前記露光光の照射時における前記物体の進行方向に直交する方向に配置された辺であることを特徴とする露光装置。
【請求項２６】
請求項２３に記載の露光装置において、
前記複数の計測点は、
前記矩形の４辺のうち、３辺に配置されていることを特徴とする露光装置。
【請求項２７】
請求項１に記載の露光装置において、
前記複数の計測点は、
前記所定領域から見て、一方向に、かつ、平行に並べられた複数の列に配置された計測点を含む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、
前記物体上に形成された前記物体の位置合わせ用マークを検出するための検出系をさらに備え、
前記複数の計測点の列は、前記所定領域と前記検出系の検出視野との間に配置されていることを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光装置に係り、さらに詳しくは、投影光学系を介して露光光を物体の表面上に照射する露光装置に関する。
【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、露光領域（露光光が照射される領域）に対応する基板の表面を投影光学系の最良結像面に焦点深度の範囲内に合わせる、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、露光領域に対応する基板上の領域の面位置を検出する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、２等参照）。【０００４】
しかしながら、上記投影露光装置においては、解像度を向上させるため、投影光学系の開口（ＮＡ）数が大きくなってきており、この開口数の増大化に伴って、投影光学系と、ウエハとの間のワーキングディスタンスが短くなっているので、上記多点ＡＦ系の計測点を露光領域に配置することが困難になってきている。【０００５】
このような不都合を解決すべく、最近では、露光領域に計測点を配置しないオフアクシス方式のウエハＷの面位置計測装置を備える露光装置も提案されている（例えば、特許文献３、４等参照）。しかしながら、この種のオフアクシス方式の計測装置では、実際の露光領域を計測することができないので、ウエハＷの面位置のさらなる計測精度の向上が望まれている。
【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
【特許文献３】特開平１０−１５４６５９号公報
【特許文献４】米国特許第５、８２５、０４３号
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記事情の下になされた本発明は、投影光学系を介して露光光を物体の表面上に照射する露光装置であって、前記物体を保持して前記投影光学系の光軸に直交する２次元面内を移動可能なステージと；前記投影光学系を介して前記露光光が照射される所定領域の周囲の少なくとも一部に配置された複数の計測点を有し、該複数の計測点のそれぞれにおいて前記投影光学系の光軸に関する物体の面位置情報を計測する第１計測装置と；前記第１計測装置の計測結果に基づいて、前記物体の面形状情報を算出する算出装置と；前記ステージの位置情報を計測する第２計測装置と；前記算出装置の算出結果と前記第２計測装置の計測結果とに基づいて、前記所定領域に対する物体の面位置を制御する制御装置と；を備える露光装置である。【０００７】
これによれば、投影光学系の光軸方向に関する物体の面位置情報を計測するための第１計測装置の複数の計測点が、投影光学系を介した露光光が照射される所定領域の周囲の少なくとも一部に配置されている。そのため、物体上のある領域に対し露光を行う前に、その領域が、複数の計測点による物体の面位置を計測可能な箇所を必ず通過するようになり、その領域の面形状情報を必ず算出することができるので、その面形状情報に基づいて、その領域を露光中に投影光学系の最良結像面に焦点深度内で一致させることができるようになる。この結果、高精度な露光を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の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（Ａ）】本発明の第１の実施形態に係る面位置計測装置の計測点の配置を示す図である。
【図２（Ｂ）】計測点領域の一部を拡大して示す図である。
【図３】ウエハステージＷＳＴの位置と、面位置計測装置の計測点の配置との関係を示す図である。
【図４】ウエハＷ上の計測対象となる地点の位置座標を示す図である。
【図５】面位置計測装置により計測を行うウエハの領域を示す図である。
【図６（Ａ）】ウエハロード時のウエハステージの位置の一例を示す図である。
【図６（Ｂ）】サーチアライメント（又はウエハアライメント）中のウエハステージの位置の一例を示す図である。
【図６（Ｃ）】サーチアライメント（又はウエハアライメント）中のウエハステージの位置の他の例を示す図である。
【図７（Ａ）】３つの計測点における計測の様子を示す図（その１）である。
【図７（Ｂ）】３つの計測点における計測の様子を示す図（その２）である。
【図７（Ｃ）】３つの計測点における計測の様子を示す図（その３）である。
【図８（Ａ）】ウエハステージの移動加速度が大であるときの計測誤差分布を示す図である。
【図８（Ｂ）】ウエハステージの移動加速度が小であるときの計測誤差分布を示す図である。
【図９】露光装置の制御系を示す制御ブロック図である。
【図１０】本発明の第２の実際形態に係る面位置計測装置の計測点の配置を示す図である。
【図１１】計測点領域とウエハＷ上の領域との関係を示す図である。
【図１２（Ａ）】露光対象の領域が、露光領域ＩＡに向かうようにウエハステージＷＳＴが移動している様子を示す図（その１）である。
【図１２（Ｂ）】露光対象の領域が、露光領域ＩＡに向かうようにウエハステージＷＳＴが移動している様子を示す図（その２）である。
【図１２（Ｃ）】露光対象の領域が、露光領域ＩＡに向かうようにウエハステージＷＳＴが移動している様子を示す図（その３）である。
【図１３】ウエハ上の露光対象の領域が、計測点領域にまたがって位置しているときの状態を示す図である。
【図１４（Ａ）】領域ＭＡ１〜ＭＡ３で計測される面位置によって形成される平面を示す図である。
【図１４（Ｂ）】領域ＭＡ２で計測される面位置の計測値を示す図である。
【図１４（Ｃ）】領域ＭＡ１〜ＭＡ３で計測される面位置によって形成される平面と領域ＭＡ２で計測される面位置の計測値との差を示す図である。
【図１５】ウエハ上の露光対象の領域が、露光領域に位置しているときの状態を示す図である。
【図１６（Ａ）】領域ＭＡ１で計測される面位置によって形成される平面を示す図である。
【図１６（Ｂ）】領域ＭＡ１で計測される面位置によって形成される平面の露光領域の中心におけるＺ位置を示す図である。
【図１６（Ｃ）】露光領域ＩＡの中心における推定面位置を示す図である。
【図１７（Ａ）】露光領域ＩＡの中心以外の地点での面形状の計測結果を示す図である。
【図１７（Ｂ）】露光領域ＩＡの中心以外の地点における露光中の推定面位置を示す図である。
【図１８】本発明の第２の実施形態における面位置計測装置の計測点の他の配置例を示す図（その１）である。
【図１９】ステップ・アンド・リピート方式の露光装置に適用される計測点の配置例を示す図である。
【図２０】本発明の第２の実施形態における面位置計測装置の計測点の他の配置例を示す図（その２）である。
【図２１（Ａ）】面位置計測装置の一部の計測点における計測の様子を示す図である。
【図２１（Ｂ）】図２１（Ａ）に示される位置からウエハステージが所定間隔だけ移動したときの一部の計測点における計測の様子を示す図である。
【図２２】計測結果の接続を模式的に示す図である。
【図２３】作成される面形状マップの一例を示す図である。
【図２４（Ａ）】面位置計測装置の計測点の他の配置例を示す図である。
【図２４（Ｂ）】面形状が計測された領域が、露光領域に到達したときの状態を示す図である。
【図２４（Ｃ）】図２４（Ａ）に示される状態での計測結果を模式的に示す図である。
【図２４（Ｄ）】図２４（Ｂ）に示される状態での計測結果を模式的に示す図である。
【図２５（Ａ）】面位置計測装置の計測点の他の配置例を示す図である。
【図２５（Ｂ）】面位置計測装置の計測結果の接続を模式的に示す図である。
【図２６】面位置計測装置の計測点の他の配置例（一重）を示す図である。
【図２７（Ａ）】計測点領域が一部張り出している配置例を示す図である。
【図２７（Ｂ）】面位置が計測された領域が露光領域に移動したときの状態を示す図である。
【図２８（Ａ）】計測点の配置例を示す図（その１）である。
【図２８（Ｂ）】計測点の配置例を示す図（その２）である。
【図２９（Ａ）】計測点の配置例を示す図（その３）である。
【図２９（Ｂ）】計測点の配置例を示す図（その４）である。
【図３０（Ａ）】露光領域内に計測点領域を配置したときの配置例（その１）である。
【図３０（Ｂ）】露光領域内に計測点領域を配置したときの配置例（その２）である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
≪第１の実施形態≫
以下、本発明の第１の実施形態について図１〜図９に基づいて説明する。【００１０】
図１には、本発明の第１の実施形態に係る露光装置１００の全体構成が概略的に示されている。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。【００１１】
この露光装置１００は、光源及び照明光学系を含み、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と、レチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴと、レチクルＲを介した照明光ＩＬをウエハＷに投射する投影ユニットＰＵと、ウエハＷが載置されるウエハステージＷＳＴと、これらの制御系等とを備えている。【００１２】
前記照明系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）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、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で規定されたレチクルＲ上のスリット状の照明領域を照明光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。本国際出願で指定した指定国（又は選択した選択国）の国内法令が許す限りにおいて、上記各公報及び対応する米国特許出願公開明細書又は米国特許における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。【００１３】
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９参照）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。【００１４】
レチクルステージＲＳＴの端面には鏡面加工が施されており、レチクルステージＲＳＴのステージ移動面内の位置は、その端面に測長ビームを照射するレチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）１６によって投影ユニットＰＵを構成する鏡筒４０の側面に固定された不図示の固定鏡を基準として、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出されている。実際には、レチクルステージＲＳＴ上にはＹ軸方向に直交する端面とＸ軸方向に直交する端面とが設けられ、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おり、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に関するレーザ干渉計が、図１ではレチクル干渉計１６として統合して示されている。【００１５】
レチクル干渉計１６のうちの各軸の干渉計をそれぞれレチクルＹ干渉計及びレチクルＸ干渉計とする。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上に移動鏡を設けてその反射面を上記端面の代わりとしても良い。また、レチクルステージＲＳＴの走査方向（本第１の実施形態ではＹ軸方向）の位置検出に用いられるＸ軸方向に延びる端面の代わりに、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。【００１６】
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１では不図示、図９参照）を介してレチクルステージＲＳＴを駆動制御する。【００１７】
前記投影ユニットＰＵは、円筒状の鏡筒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。【００１８】
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。このレンズエレメントのうち、最も像面側に配置されているのがレンズ９１である。この投影光学系ＰＬは、例えば両側テレセントリック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。このため、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。【００１９】
なお、本第１の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が実質的に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。【００２０】
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、先玉ともいう)９１の近傍には、液体給排システム３２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とは、例えば、鏡筒４０が支持された定盤に保持されており、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。図１では、この液体給排システム３２を図示するため、後述するアライメント検出系ＡＳ、面位置計測装置６０の一部を破砕して示している。【００２１】
前記液体供給ノズル５１Ａでは、その一端が、液体供給装置３１Ａ（図１では不図示、図９参照）に接続された不図示の供給管に接続されており、前記液体回収ノズル５１Ｂでは、その一端が、液体回収装置３１Ｂ（図１では不図示、図９参照）に接続された不図示の回収管に接続されている。【００２２】
前記液体供給装置３１Ａは、液体タンク、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。このバルブとしては、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のが望ましい。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１００が収納されているチャンバ（不図示）内の温度と同程度になるように調整する。【００２３】
前記液体回収装置３１Ｂは、液体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。このバルブとしては、前述した液体供給装置３１Ａ側のバルブに対応して流量制御弁を用いるのが望ましい。【００２４】
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の表面及び先玉９１の表面をも洗浄する作用も期待できる。【００２５】
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。【００２６】
前記液体供給装置３１Ａ及び液体回収装置３１Ｂ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９参照）。液体供給装置３１Ａ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を介して先玉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３１Ｂ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を介して先玉９１とウエハＷとの間から液体回収装置３１Ｂ（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、先玉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３１Ａのコントローラ、液体回収装置３１Ｂのコントローラに対して指令を与える。そのため、先玉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、先玉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。【００２７】
上記説明から明らかなように、本第１の実施形態の液体給排システム３２は、上記液体供給装置３１Ａ、液体回収装置３１Ｂ、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。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号パンフレット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、最も像面側に配置された投影光学系ＰＬの光学部材（先玉）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。【００２８】
なお、先玉９１とウエハＷとの間の間隔、すなわちワーキングディスタンスは、例えば約１ｍｍ程度であり、非常に狭く規定されている。【００２９】
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。【００３０】
前記ウエハステージＷＳＴは、リニアモータあるいは平面モータ等の駆動系によってＸＹ２次元面内で駆動されるＸＹステージＷＳ１と、ウエハを保持するＺ・レベリングステージＷＳ２とを備えている。前記Ｚ・レベリングステージＷＳ２は、ＸＹステージＷＳ１上に同一直線上に並ぶことがないように配置された３つのアクチュエータ４１Ａ〜４１Ｃ上に設けられており、この３つのアクチュエータ４１Ａ〜４１ＣのＺ軸方向の協調動作により、Ｚ位置及びＸＹ平面に対する傾斜を調整可能なステージである。図９においては、ＸＹステージＷＳ１をＸＹ２次元面内で駆動する駆動系と、アクチュエータ４１Ａ〜４１Ｃとで構成される駆動系が、ウエハステージ駆動部ＷＳＣとして統合して示されている。すなわち、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、ウエハステージ駆動部ＷＳＣ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。【００３１】
前記ウエハホルダ７０は、板状の本体部と、該本体部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不図示の補助プレートとを備えている。この補助プレート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。【００３２】
また、補助プレートには、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（不図示）が嵌め込まれている。この基準マーク板はその表面が、補助プレートと同一面とされている。この基準マーク板の表面には、少なくとも一対のレチクルアライメント用の第１基準マークと、これらの第１基準マーク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（後述するアライメント検出系ＡＳ）のベースライン計測用の第２基準マークなどが形成されている。【００３３】
前記ウエハステージＷＳＴのＸＹ面内に関する位置情報は、Ｚ・レベリングステージＷＳ２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）１８ＸＹ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１８ＸＹは、例えば鏡筒４０が支持された不図示の定盤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不図示の固定鏡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。【００３４】
実際には、ウエハステージＷＳＴ上には、図３に示されるように、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、Ｘ軸方向位置計測用とＹ軸方向位置計測用のレーザ干渉計がそれぞれ設けられている。図１ではこれらが代表的に移動鏡１７ＸＹ、ウエハ干渉計１８ＸＹ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１８ＸＹ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（ヨーイング量（θｚ方向の回転）、ピッチング量（θｘ方向の回転）、ローリング量（θｙ方向の回転））も計測可能となっている。【００３５】
前記ウエハステージＷＳＴを構成するＺ・レベリングステージＷＳ２のＺ軸方向に関する位置情報は、ウエハレーザ干渉計（以下、「ウエハ干渉計」という）１８Ｚ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。ＸＹステージＷＳ１の−Ｘ側端部には、反射ミラー６６Ａ，６６Ｂがその反射面が所定角度で向かい合うようにＹ軸方向に延設されている。ウエハ干渉計１８Ｚが、Ｘ軸方向に平行な２つの測長ビームを、反射ミラー６６Ａに向けて照射すると、反射ミラー６６Ａは、その２つの測長ビームを反射ミラー６６Ｂに向けて反射し、反射ミラー６６Ｂは、反射ミラー６６Ａで反射されたレーザ光を＋Ｚ側に反射する。反射ミラー６６Ｂで反射した２つの測長ビームのうちの一方のビームは、例えば、鏡筒４０を支持する定盤にＸ軸方向に水平に延設された参照鏡２９Ｚに達し、他方のビームは、Ｚ・レベリングステージＷＳ２の底面に設けられた反射ミラー６７に達するように設定されている。参照鏡２９Ｚ、反射ミラー６７で反射した測長ビームは、その光路を逆行して（すなわち反射ミラー６６Ｂ，６６Ａを経て）、ウエハ干渉計１８Ｚに戻るようになる。したがって、ウエハ干渉計１８Ｚにおいて、参照鏡２９Ｚで反射した測長ビームを参照光とし、反射ミラー６７で反射した測長ビームを計測光とすれば、Ｚ・レベリングステージＷＳ２のＺ軸方向の変位を検出することが可能となる。【００３６】
本第１の実施形態では、投影光学系ＰＬの下方の位置とウエハＷのロード位置との間を往来する間でも、ウエハ干渉計１８Ｚ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、参照鏡２９ＺのＸ軸方向の長さが規定されている。これにより、Ｚ・レベリングステージＷＳ２のＸＹ位置に関わらず、ウエハステージＷＳＴのＺ・レベリングステージＷＳ２のＺ位置を常にウエハ干渉計１８Ｚによって検出することができる。【００３７】
ウエハ干渉計１８ＸＹ、１８Ｚで計測されたウエハステージ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９参照）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。特に、ウエハステージＷＳＴのＺ、θｘ、θｙ方向の位置制御については、主制御装置２０が、ウエハステージ駆動部ＷＳＣを構成するアクチュエータ４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃを協調動作させることによって実現される。【００３８】
投影ユニットＰＵの−Ｙ側には、オフアクシスのアライメント検出系ＡＳが、鏡筒４０を支持する不図示の定盤に支持されるように設置されている。このアライメント検出系ＡＳ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。このアライメント検出系ＡＳの撮像結果は、主制御装置２０に送られる。【００３９】
≪面位置計測装置≫
本第１の実施形態では、投影光学系ＰＬを囲むようにして面位置計測装置６０が設けられている。なお、面位置計測装置６０は、投影光学系ＰＬを囲まずに、液体供給ノズル５１Ａ、液体回収ノズル５１Ｂを囲むように構成してもよい。この面位置計測装置６０は、投影光学系ＰＬの下方にウエハステージＷＳＴ上のウエハＷが位置しているときに、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸの方向（Ｚ軸方向）に関するウエハＷの面位置を計測可能な複数の計測点を有している。図２（Ａ）には、この複数の計測点の配置図が示されている。なお、図２（Ａ）では、ＸＹ座標系と平行なＸ’Ｙ’座標系を設定し、このＸ’Ｙ’座標系の原点を投影光学系ＰＬの光軸ＡＸの位置に設定している。【００４０】
図２（Ａ）では、投影光学系ＰＬの先玉９１に対応する部分、すなわち投影光学系ＰＬの視野ＰＬＡが一点鎖線で示されている。その視野ＰＬＡ内に、Ｘ’Ｙ’座標系の原点、すなわち投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを中心として、レチクルＲ上の回路パターンの部分投影像が形成される露光領域ＩＡが示されている。露光装置１００は、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置であるので、露光領域ＩＡでは、スキャン方向であるＹ軸方向の幅が短くなっている。この露光領域ＩＡは、照明系１０を構成するレチクルブラインド（可動レチクルブラインド）によって規定されている。【００４１】
露光装置１００は、局所液浸型の露光装置であるため、露光の際には、露光領域ＩＡを、水Ｌｑで全面的にカバーしている。図２（Ａ）では、水Ｌｑで浸される領域は、投影光学系ＰＬの視野ＰＬＡの一部の領域だけをカバーしているが、投影光学系ＰＬの視野ＰＬＡを水Ｌｑで全面的にカバーするようにしてもよい。【００４２】
面位置計測装置６０の計測点は、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを中心とし、先玉９１の視野ＰＬＡの外側に、（＋Ｘ1，＋Ｙ1）、（＋Ｘ1，−Ｙ1）、（−Ｘ1，＋Ｙ1）、（−Ｘ1，−Ｙ1）を頂点とする矩形の辺上（すなわち枠状の領域上）に、所定の間隔で配置されている。この枠状の領域（計測点領域）をＭＡとし、所定の間隔をＤとする（図２（Ｂ）参照）。このＤは、非常に短い間隔となっているため、図２（Ａ）では、この複数の計測点から成る計測点領域ＭＡを連続的な領域とみなし、太線で示している。図２（Ｂ）では、位置座標（＋Ｘ1，＋Ｙ1）付近の領域ＭＡの一部が示されており、その一部に含まれる計測点が何点か示されている。ここでは、計測点領域ＭＡ内に形成された計測点をそれぞれＳn（ｎ＝１〜Ｎ）とする。すなわち、本第１の実施形態では、ウエハＷの面位置を計測する面位置計測装置６０の複数の計測点Ｓnが、露光領域ＩＡを、ＸＹ平面内で実質的に囲むように配置されている。【００４３】
この計測点の間隔Ｄは、任意の長さとすることができるが、投影光学系ＰＬの焦点深度とウエハＷの経験的な凹凸との関係とに基づいて設定するのが望ましい。面位置計測装置６０における各計測点ＳnでのウエハＷの面位置の検出原理は、任意の原理を適用することができるが、斜入射光を用いた検出方法を採用する場合には、例えば特開平１０−１５４６５９号公報に開示されているものと同じとすることができるので、詳細な説明を省略する。なお、本国際出願で指定した指定国（又は選択した選択国）の国内法令が許す限りにおいて、上記公報及び対応する米国特許における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。【００４４】
本第１の実施形態では、この面位置計測装置６０を用いて、上記計測点領域ＭＡに配置された複数の計測点Ｓnに一致するウエハＷの地点の面位置を計測する。図３には、面位置計測装置６０の計測点領域ＭＡと、ＸＹ座標系、すなわちウエハステージ座標系との関係を示す図が示されている。図３に示されるように、ウエハステージＷＳＴ（図１における移動鏡１７ＸＹを構成する移動鏡１７Ｘ，１７Ｙ）には、ウエハ干渉計１８ＸＹから、Ｙ軸方向に所定間隔離して配置されたＸ軸に平行な２つの測長ビームＬＸ１，ＬＸ２と、Ｘ軸方向に所定間隔離して配置されたＹ軸に平行な２つの測長ビームＬＹ１，ＬＹ２とが照射されている。【００４５】
測長ビームＬＸ１、ＬＸ２は、光軸ＡＸを通りＸ軸に平行な直線に対し、線対称に配置されており、測長ビームＬＹ１、ＬＹ２は、光軸ＡＸを通りＹ軸に平行な直線に対し、線対称に配置されている。したがって、本第１の実施形態では、測長ビームＬＸ１、ＬＸ２により計測されるＸ位置との平均をウエハステージＷＳＴのＸ位置とし、測長ビームＬＹ１、ＬＹ２により計測されるＹ位置の平均をウエハステージＷＳＴのＹ位置とすることができる。【００４６】
すなわち、露光装置１００においては、ウエハ干渉計１８ＸＹによってウエハステージＷＳＴのＸＹ位置が計測されるが、本第１の実施形態では、ウエハステージＷＳＴのＸＹ位置が（Ｘ，Ｙ）であるときに、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに一致しているウエハＷ上の位置（地点）の位置座標を（Ｘ，Ｙ）とし、面位置計測装置６０により計測されるその地点（Ｘ，Ｙ）におけるウエハＷのＺ軸方向に関する面位置をｈ（Ｘ，Ｙ）とする。すなわち、ｈ（Ｘ，Ｙ）とは、ウエハステージＷＳＴのＸＹ位置が（Ｘ，Ｙ）であるとき、光軸ＡＸ上にあるウエハＷ上の地点の面位置の計測値を意味している。【００４７】
ただし、面位置計測装置６０は、オフアクシスの計測装置であり、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸからＸ軸方向に±Ｘ1、Ｙ軸方向に±Ｙ1のオフセットを有する計測点の面位置を計測するようになっている。本第１の実施形態では、これらのオフセットを考慮して、ウエハＷの各地点の面位置を計測する必要がある。【００４８】
例えば、これらの面位置計測装置６０の四隅にそれぞれ配置された計測点のうち、Ｘ’Ｙ’座標系における（＋Ｘ1，＋Ｙ1）に位置する計測点に対応するウエハＷの地点は、ウエハステージＷＳＴがＸ軸方向に−Ｘ1、Ｙ軸方向に−Ｙ1だけ移動したときに、光軸ＡＸ上に位置する地点である。したがって、この計測点では、ウエハステージＷＳＴのＸＹ位置が（Ｘ，Ｙ）に位置しているときに、ＸＹ座標系における位置座標（Ｘ−Ｘ1，Ｙ−Ｙ1）でのウエハＷの面位置ｈ（Ｘ−Ｘ1，Ｙ−Ｙ1）が計測されることとなる。【００４９】
同様に、ウエハステージＷＳＴのＸＹ位置が（Ｘ，Ｙ）に位置しているときに、Ｘ’Ｙ’座標系における（＋Ｘ1，−Ｙ1）に位置する計測点では、ＸＹ座標系における位置座標（Ｘ−Ｘ1，Ｙ＋Ｙ1）でのウエハＷの面位置ｈ（Ｘ−Ｘ1，Ｙ＋Ｙ1）が計測されることとなり、（−Ｘ1，Ｙ1）に位置する計測点では、ＸＹ座標系における位置座標（Ｘ＋Ｘ1，Ｙ−Ｙ1）でのウエハＷの面位置ｈ（Ｘ＋Ｘ1，Ｙ−Ｙ1）が計測されることとなり、（−Ｘ1，−Ｙ1）に位置する計測点では、ＸＹ座標系における位置座標（Ｘ＋Ｘ1，Ｙ＋Ｙ1）でのウエハＷの面位置ｈ（Ｘ＋Ｘ1，Ｙ＋Ｙ1）が計測されることとなる。【００５０】
したがって、全体的に見れば、この面位置計測装置６０は、ウエハステージＷＳＴのＸＹ位置が（Ｘ，Ｙ）であるときに、（Ｘ＋Ｘ1，Ｙ−Ｙ1）〜（Ｘ−Ｘ1，Ｙ−Ｙ1）を結ぶ線分、（Ｘ＋Ｘ1，Ｙ−Ｙ1）〜（Ｘ−Ｘ1，Ｙ＋Ｙ1）を結ぶ線分、（Ｘ＋Ｘ1，Ｙ−Ｙ1）〜（Ｘ＋Ｘ1，Ｙ−Ｙ1）を結ぶ線分、（Ｘ−Ｘ1，Ｙ−Ｙ1）〜（Ｘ−Ｘ1，Ｙ＋Ｙ1）を結ぶ線分に対応する４辺上のウエハＷの面位置を所定の間隔Ｄで配置された複数の計測点で計測することになる。【００５１】
図４には、ウエハＷの表面領域を所定の間隔Ｄで格子状に区切った時の様子が示されている。なお、図４では、格子を図示するために、所定の間隔Ｄを拡大して示しているが、この格子は、実際には、ウエハＷのサイズに対してもっと細かく規定されている。本第１の実施形態では、主制御装置２０は、この格子を構成する各直線の交点に対応するウエハＷの地点（この地点の位置座標を（ｘi，ｙi）（ｉ＝１，２，…）とし、この地点（ｘi，ｙi）とする）が、面位置計測装置６０の計測点に一致したときのウエハＷの面位置の計測結果を用いて、ウエハＷの面形状マップを作成する。【００５２】
また、本第１の実施形態では、これら面位置計測装置６０の複数の計測点Ｓnのうちの少なくとも１つの計測点にウエハＷの地点（ｘi，ｙi）が一致しているときには、その計測点でその地点（ｘi，ｙi）の面位置の計測を行う。各計測点Ｓnが地点（ｘi，ｙi）に対応しているか否かは、ウエハ干渉計１８ＸＹによって計測されるウエハステージＷＳＴのＸＹ位置によって判断すればよい。【００５３】
また、主制御装置２０は、ウエハ干渉計１８ＸＹで計測されたウエハステージＷＳＴのＸＹ位置が図５に斜線で示されるような範囲Ｂにあるときに、計測点Ｓnと一致するウエハＷ上の地点（ｘi，ｙi）の面位置の計測値を有効計測値として取得する。この範囲Ｂは、いずれか１つの計測点からウエハＷの半径ｒに相当する距離以内となる範囲である。ウエハステージＷＳＴのＸＹ位置がこの範囲Ｂ内にあれば、ウエハＷの中心がこの範囲Ｂ内に位置するようになるので、図５に点線で示されるように、面位置計測装置６０の複数の計測点のうちの少なくとも１つの計測点でウエハＷの表面を捉えることができるようになり、主制御装置２０は、面位置計測装置６０のその計測点での計測結果をウエハＷの面位置の有効計測値として取得することができるようになる。【００５４】
なお、図５に示される点ＦＸは、アライメント検出系ＡＳの検出視野の中心（検出中心）を示している。図５に示されるように、アライメント検出系ＡＳの検出（検出中心）ＦＸは上記範囲Ｂ内に位置している。このことは、アライメント検出系ＡＳにより、ウエハＷ上のマーク等を検出する場合でも、面位置計測装置６０の複数の計測点のうちの少なくとも１つの計測点がウエハＷの面位置を計測可能であることを意味している。【００５５】
主制御装置２０は、不図示のＣＰＵ（中央演算処理装置）、メインメモリ、記憶装置等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、このＣＰＵによって所定のプログラムなどを実行することにより、図９に示されるように、装置全体を統括して制御する。すなわち、この主制御装置２０の処理により、ウエハＷの面形状の計測、ウエハステージＷＳＴの位置制御等が実現される。【００５６】
次に、露光装置１００における露光動作について説明する。なお、前提として、レチクルステージＲＳＴ上にレチクルＲがすでにロードされ、レチクルアライメント、ベースライン計測等の所定の準備作業が完了しているものとする。このような露光装置１００では、まず、ウエハステージＷＳＴ上に露光対象となるウエハＷをロードする。このウエハＷは、いわゆるベアウエハではなく、すでに一層以上のショット領域が形成されたウエハであるものとする。このロードの際には、図６（Ａ）に示されるように、ウエハステージＷＳＴが、ウエハステージ駆動部ＷＳＣを介した主制御装置２０の制御の下、投影光学系ＰＬの下方から、−Ｙ側にあるウエハＷのロード位置に移動し、そのロード位置で、ウエハＷが不図示のウエハローダによりロードされる。このロード位置においては、ウエハＷの中心は、図５の範囲Ｂの外側に位置しているものとする。すなわち、ウエハロード時に、ウエハＷは、面位置計測装置６０の計測範囲外（計測点領域ＭＡの外側）に位置している。【００５７】
続いて、主制御装置２０は、ウエハＷを吸着保持したウエハステージＷＳＴを、ウエハステージ駆動部ＷＳＣを介してアライメント検出系ＡＳの下方に移動させ、サーチアライメント及びウエハアライメントなどを行う。このサーチアライメントや、ウエハアライメントの処理は、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号等に開示されている。このサーチアライメント及びウエハアライメントでは、アライメント検出系ＡＳを用いて、ウエハＷ上に形成された各種アライメントマークのＸＹ座標系における位置情報を検出する。この検出のために、そのマークが付設された複数のショット領域（サンプルショット）を、アライメント検出系ＡＳの下方に位置させるべく、ウエハステージＷＳＴを、例えば図６（Ｂ）、図６（Ｃ）に示されるように、順次移動させる。なお、本国際出願で指定した指定国（又は選択した選択国）の国内法令が許す限りにおいて、上記公報及び対応する米国特許における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。【００５８】
本第１の実施形態では、このサーチアライメント又はウエハアライメント中において、可能であれば、面位置計測装置６０によりウエハＷの面位置計測を行う。例えば、図６（Ｂ）に示されるような位置にウエハステージＷＳＴが位置しているとき、すなわち、ウエハＷの中心が、図５の範囲Ｂ内にないときには、面位置計測装置６０の計測点Ｓnに対応する位置にウエハＷが存在していないので、ウエハＷの面位置計測を行わない。図６（Ｃ）に示される位置にウエハステージＷＳＴが位置しているとき、すなわちウエハＷの中心が、図５の範囲Ｂ内にあるときには、面位置計測装置６０の複数の計測点のうちの少なくとも１つの計測点にウエハＷが対応しているので、その計測点でウエハＷの面位置を計測する。【００５９】
このように、面位置計測装置６０は、サーチアライメント及びウエハアライメント中において、複数の計測点のうちの少なくとも１つの計測点がウエハＷ上の地点（ｘi，ｙi）と一致している場合には、その計測点を有効計測点としてウエハＷの面位置を計測する。すなわち、ウエハＷがロードされてから露光が開始されるまでの間、ウエハステージＷＳＴがＸＹ平面内を移動するので、ウエハＷ上の地点（ｘi，ｙi）での面位置が、面位置計測装置６０の複数の異なる計測点で計測されることとなる。例えば、図７（Ａ）には、計測点領域ＭＡに連続的に配置された３つの計測点Ｓn，Ｓn+1，Ｓn+2が模式的に示されており、その下には、計測点Ｓn，Ｓn+1，Ｓn+2が計測するウエハＷ表面の一部の断面図が示されている。本来、計測点Ｓn，Ｓn+1，Ｓn+2の下にウエハＷの表面があるが、便宜上、図７（Ａ）〜図７（Ｃ）のように示して以下、説明する。この場合、面位置計測装置６０は、計測点Ｓn，Ｓn+1，Ｓn+2に一致するウエハＷの表面上の地点（ｘi，ｙi）の面位置を計測するが、ここで、計測点Ｓnと一致するウエハＷの表面上の地点をＡ（ｘA，ｙA）とする。Ａ（ｘA，ｙA）は、ウエハＷの表面上の地点（ｘi，ｙi）の中の１つの地点である。次に、ウエハステージＷＳＴが、紙面左側に距離Ｄだけ移動すると、計測点Ｓn+2に位置していたウエハＷ上の地点Ａは、計測点Ｓn+1に位置するようになる。面位置計測装置６０は、このときにも計測点Ｓn，Ｓn+1，Ｓn+2でのウエハＷの面位置を計測する。ここでは、地点Ａの面位置が、計測点Ｓn+1で計測される。そして、さらにウエハステージＷＳＴが紙面左側に距離Ｄだけ移動すると、計測点Ｓn+1に一致していた地点Ａは、計測点Ｓnに位置するようになる。面位置計測装置６０は、このときにも計測点Ｓn，Ｓn+1，Ｓn+2でのウエハＷの面位置を計測する。ここでは、地点Ａの面位置が、計測点Ｓnで計測される。【００６０】
このように、ウエハステージＷＳＴが紙面左側に順次移動すると、地点Ａは、計測点Ｓn+2、Ｓn+1、Ｓnで計測される。すなわち、地点Ａに代表されるように、ウエハＷの表面上の各地点（ｘi，ｙi）の面位置は、ウエハステージＷＳＴの移動により、面位置計測装置６０の異なる計測点で複数回計測される。したがって、本第１の実施形態では、主制御装置２０において、ウエハステージＷＳＴの移動に伴ってウエハＷの表面上の地点（ｘi，ｙi）に一致することとなった複数の計測点で計測される計測値を考慮して、その地点（ｘi，ｙi）の面位置を算出する。【００６１】
そこで、本第１の実施形態では、主制御装置２０が、所定の地点（ｘi，ｙi）で計測されたウエハＷの面位置の計測値ｈ（ｘi，ｙi）に対し、その計測値が得られたサンプリング時点ｔを示すカウンタｔを付与し、サンプリング時点ｔで計測された面位置の計測値を、ｈt（ｘi，ｙi）とする。例えば、図７（Ａ）〜図７（Ｃ）に示される、計測点Ｓn+2、Ｓn+1、Ｓnで計測された地点Ａでの面位置の計測値は、ｈ1（ｘA，ｙA），ｈ2（ｘA，ｙA），ｈ3（ｘA，ｙA）となる。【００６２】
また、本第１の実施形態では、ウエハステージＷＳＴが静止中であるか移動中であるかにかかわらず、面位置計測装置６０によりウエハＷの面位置を計測する。このような場合、ウエハステージＷＳＴが静止中である場合の計測値と、ウエハステージＷＳＴが移動中である場合の計測値とでは、その計測値に含まれる誤差の傾向が異なり、その信頼性が変動するようになる。本第１の実施形態では、このような計測条件による計測値の信頼性をも考慮して、ウエハＷの面位置の計測を行う。【００６３】
本第１の実施形態では、ウエハＷの計測値ｈt（ｘi，ｙi）の計測状態に依存する信頼性を、ｃt（ｘi，ｙi）とする。このｃt（ｘi，ｙi）の取りうる範囲は、０＜ｃt（ｘi，ｙi）≦１とし、最も信頼性が高いときの値を１とする。主制御装置２０では、面位置計測装置６０によってウエハＷの表面上のある地点（ｘi，ｙi）での面位置ｈt（ｘi，ｙi）が計測されたときの計測条件に応じて信頼性ｃt（ｘi，ｙi）の値を設定する。この信頼性ｃt（ｘi，ｙi）としては、その計測時のウエハステージＷＳＴの移動加速度に応じた値を設定することができる。例えば、計測中のウエハステージＷＳＴの移動加速度が０であるときには、その計測値の信頼性を１とし、その移動加速度が最大であるときには、計測値の信頼性を最小とすることができる。【００６４】
図８（Ａ）、図８（Ｂ）には、ウエハステージＷＳＴの移動加速度と、計測値の信頼性との関係の一例が示されている。この図８（Ａ），図８（Ｂ）には、計測値に生じる誤差分布を示す確率密度関数が示されている。図８（Ａ）では、ウエハステージＷＳＴの移動加速度が比較的大きいαHであるときの計測値に生じる誤差εの確率分布が示されている。図８（Ｂ）では、ウエハステージＷＳＴの移動加速度が比較的小さいαLであるときの計測値に生じる誤差εの確率分布が示されている。図８（Ａ），図８（Ｂ）に示されるように、計測値に生じる誤差εは正規分布に従って発生するとみなすことができるが、ウエハステージＷＳＴの移動加速度が大きくなるにつれて、その誤差の分布における標準偏差は大きくなっている（σH＞σL）。【００６５】
そこで、本第１の実施形態では、信頼性ｃt（ｘi，ｙi）を、ウエハステージＷＳＴの移動加速度に応じた誤差εの確率分布の標準偏差σに応じた値とし、ｃt（ｘi，ｙi）＝１／σ2とする。例えば、ウエハステージＷＳＴの移動加速度がαHである場合には、信頼性ｃt（ｘi，ｙi）を、１／σH2とし、ウエハステージＷＳＴの移動加速度がαLである場合には、信頼性ｃt（ｘi，ｙi）を、１／σL2とする。なお、本第１の実施形態では、ウエハステージＷＳＴの移動加速度が０に近づくにつれて、このｃt（ｘi，ｙi）の信頼性の確率密度関数の標準偏差σが１に近づいていくようになり、その移動加速度が０のときに１になるように設定されているものとする。【００６６】
なお、計測値の誤差が正規分布に従って発生する場合には、計測に要した計測時間（すなわち計測点がウエハＷ上の地点（ｘi，ｙi）を捉えていた時間）に基づく値を、信頼性ｃt（ｘi，ｙi）として用いても良い。すなわちこの計測時間が長ければ長いほど、その計測値の信頼性は増し、短ければ短いほどその信頼性は減少するので、その計測時間に応じた信頼性ｃt（ｘi，ｙi）を設定すればよい。【００６７】
なお、ウエハステージＷＳＴの移動加速度と計測値の誤差との間に、図８（Ａ），図８（Ｂ）に示されるような正規分布に限らない特定の関係が見出せるのであれば、その関係に基づいて、上述したようなものとは別の方法で、計測値の信頼性ｃt（ｘi，ｙi）を設定することも勿論可能である。【００６８】
図７（Ａ）〜図７（Ｃ）に示される計測の一例を参照して、主制御装置２０における、ウエハＷの表面上の地点（ｘi，ｙi）の面位置Ｈt（ｘi，ｙi）の算出方法について説明する。まず、図７（Ａ）に示されるように、サンプリング時点ｔ＝１のときに、面位置計測装置６０の計測点Ｓn+2で地点Ａの面位置が計測され、その計測値が主制御装置２０によって取得される。この計測値はｈ1（ｘA，ｙA）となる。この時点では、地点Ａの面位置はまだ１回しか計測されていないため、Ｈ1（ｘA，ｙA）＝ｈ1（ｘA，ｙA）とする。本第１の実施形態では、ここで、地点Ａの計測値の信頼性の和Ｃ1（ｘA，ｙA）もあわせて算出する。Ｃ1（ｘA，ｙA）は、０に初期化されており、そのＣ1（ｘA，ｙA）（＝０）にｃ1（ｘA，ｙA）が加算されてＣ1（ｘA，ｙA）＝ｃ1（ｘA，ｙA）となる。算出したＨ1（ｘA，ｙA）と、信頼性の和Ｃ1（ｘA，ｙA）とは、不図示の記憶装置に格納される。【００６９】
次に、図７（Ｂ）に示されるように、サンプリング時点ｔ＝２において、面位置計測装置６０によって計測点Ｓn+1で地点Ａの面位置の計測値が計測され、主制御装置２０によってその計測値が取得されたとする。ここで、カウンタ値ｔは１だけインクリメントされてｔ＝２となっており、この計測値は、ｈ2（ｘA，ｙA）となる。【００７０】
この時点では、計測点Ｓn+2で計測された地点Ａの面位置ｈ1（ｘA，ｙA）と、計測点Ｓn+1で計測された地点Ａの面位置ｈ2（ｘA，ｙA）とが得られたことになる。主制御装置２０は、これまでの地点Ａでの計測値の重み付け平均を、地点Ａの面位置Ｈ2（ｘA，ｙA）として算出する。各計測値に対する重みは、その計測値の信頼性ｃt（ｘA，ｙA）（ｔ＝１，２）を用いる。したがって、ここでは、｛ｃ1（ｘA，ｙA）・ｈ1（ｘA，ｙA）＋ｃ2（ｘA，ｙA）・ｈ2（ｘA，ｙA）｝／（ｃ1（ｘA，ｙA）＋ｃ2（ｘA，ｙA））に相当する値を、面位置Ｈ2（ｘA，ｙA）として算出する。【００７１】
なお、記憶装置に実際に記憶されているのは、面位置Ｈ1（ｘA，ｙA）と、これまでの信頼性ｃt（ｘA，ｙA）の和Ｃt（ｘA，ｙA）であるが、上述のように、Ｈ1（ｘA，ｙA）＝ｈ1（ｘA，ｙA）であり、Ｃ1（ｘA，ｙA）＝ｃ1（ｘA，ｙA）であるため、ここでは、記憶装置からＨ1（ｘA，ｙA）の値と、Ｃ1（ｘA，ｙA）の値を読み出して、｛Ｃ1（ｘA，ｙA）・Ｈ1（ｘA，ｙA）＋ｃ2（ｘA，ｙA）・ｈ2（ｘA，ｙA）｝／（Ｃ1（ｘA，ｙA）＋ｃ2（ｘA，ｙA））を地点Ａの面位置Ｈ2（ｘA，ｙA）として算出すればよい。また、ここでは、計測値の信頼性の和Ｃ2（ｘA，ｙA）＝Ｃ1（ｘA，ｙA）＋ｃ2（ｘA，ｙA）も算出しておく。算出されたＨ2（ｘA，ｙA），Ｃ2（ｘA，ｙA）を、Ｈt（ｘA，ｙA），Ｃt（ｘA，ｙA）の値として不図示の記憶装置に格納しておく。【００７２】
次に、図７（Ｃ）に示されるように、サンプリング時点ｔ＝３のときに、面位置計測装置６０の計測点Ｓnで地点Ａの面位置が計測され、主制御装置２０によりその計測値が取得されたとする。この計測値をｈ3（ｘA，ｙA）とする。この時点では、計測点Ｓn+2で計測された地点Ａの面位置ｈ1（ｘA，ｙA）と、計測点Ｓn+1で計測された地点Ａの面位置ｈ2（ｘA，ｙA）と、計測点Ｓnで計測された地点Ａの面位置ｈ3（ｘA，ｙA）とが計測されているので、｛ｃ1（ｘA，ｙA）・ｈ1（ｘA，ｙA）＋ｃ2（ｘA，ｙA）・ｈ2（ｘA，ｙA）＋ｃ3（ｘA，ｙA）・ｈ3（ｘA，ｙA）｝／（ｃ1（ｘA，ｙA）＋ｃ2（ｘA，ｙA）＋ｃ3（ｘA，ｙA））に相当する値を、地点Ａの面位置Ｈ3（ｘA，ｙA）として算出すればよい。ただし、記憶装置には、ｔ＝１，２の各計測値の重み付け平均Ｈ2（ｘA，ｙA）及び計測値の信頼性の和Ｃ2（ｘA，ｙA）のみが記憶されているので、｛Ｃ2（ｘA，ｙA）・Ｈ2（ｘA，ｙA）＋ｃ3（ｘA，ｙA）・ｈ3（ｘA，ｙA）｝／（Ｃ2（ｘA，ｙA）＋ｃ3（ｘA，ｙA））を、地点Ａの面位置Ｈ3（ｘA，ｙA）として算出すればよい。また、主制御装置２０は、Ｃ2（ｘA，ｙA）＋ｃ3（ｘA，ｙA）を計算して計測値の和Ｃ3（ｘA，ｙA）を算出する。主制御装置２０は、算出されたＨ3（ｘA，ｙA）、Ｃ3（ｘA，ｙA）を、不図示の記憶装置に格納する。【００７３】
このように、本第１の実施形態では、複数の異なる計測点で計測されたその地点（ｘi，ｙi）での計測値ｈt（ｘi，ｙi）のその計測の際の信頼性ｃt（ｘi，ｙi）に基づく重み付け平均値を、その地点での面位置Ｈt（ｘi，ｙi）とする。【００７４】
ウエハＷの表面上の各地点（ｘi，ｙi）の重み付け平均値Ｈt（ｘi，ｙi）は、逐次計算によって算出することが可能である。すなわち、その地点での面位置Ｈt（ｘi，ｙi）は、前回までに算出された面位置Ｈt-1（ｘi，ｙi）と、それまでの信頼性の和Ｃt-1（ｘi，ｙi）と、今回計測された面位置ｈt（ｘi，ｙi）と、そのときの信頼性ｃt（ｘi，ｙi）とから、次式のように求められる。【００７５】
【数１】
2005124832.tif 000002
また、Ｃt（ｘi，ｙi）は、次式のようになる。【００７６】
【数２】
2005124832.tif 000003
なお、サンプリング時点ｔで、地点（ｘi，ｙi）が計測点と一致していない場合には、記憶装置に格納されている、その地点での面位置ｈt（ｘi，ｙi）は計測されないので、格納された面位置Ｈt-1（ｘi，ｙi）、信頼性の和Ｃt-1（ｘi，ｙi）が、そのまま、面位置Ｈt（ｘi，ｙi）、信頼性の和Ｃt（ｘi，ｙi）となる。【００７７】
なお、本第１の実施形態では、面位置計測装置６０により計測が行われている間には、Ｚ位置が常に一定で、ローリング量θｙ、ピッチング量θｘが常に０となるように、ウエハステージＷＳＴの制御が行われている。そのため、主制御装置２０では、このようなウエハステージＷＳＴのＺ位置、傾斜を考慮することなく、ウエハＷの面位置を計測することができるようになっているものとする。また、上述した例では、サンプリング周期毎に、ウエハステージＷＳＴが計測点の間隔Ｄだけ移動するようになっているが、実際には、ウエハステージＷＳＴの速度はまちまちであり、サンプリング周期毎に、隣接する計測点でその地点の面位置を計測することができるわけではない。主制御装置２０では、各計測点がウエハＷ上のどの地点を捉えているか否かを、サンプリング周期毎に、ウエハ干渉計１８ＸＹの計測値（Ｘ、Ｙ）から判断する必要がある。【００７８】
本第１の実施形態でのウエハＷの面形状の算出方法についてまとめる。主制御装置２０は、ウエハＷの中心が図５の斜線に示される範囲Ｂに位置しており、かつ、図４の格子交点（ｘi，ｙi）と、面位置計測装置６０の複数の計測点のうちの少なくとも１つの計測点とが一致している場合には、ウエハＷ上の表面を捉えている計測点を有効計測点とし、面位置計測装置６０によって計測された、その有効計測点におけるウエハＷの面位置を取得する。そして、主制御装置２０は、その有効計測点が、ウエハＷの表面上のどの地点（例えば地点Ａ）に一致しているかを、ウエハ干渉計１８ＸＹの計測値（Ｘ，Ｙ）と、計測点Ｓnの配置位置とに基づいて導き出す。そして、導き出された地点（ｘi，ｙi）が、すでに面位置が計測された地点であるか否かを判断し、まだ面位置が計測されていない地点である場合には、その地点での面位置Ｈt（ｘi，ｙi）、計測の信頼性の和Ｃt（ｘi、ｙi）をそれぞれ初期化して、上記式（１）、式（２）を計算して、その地点での面位置Ｈt（ｘi，ｙi）、計測の信頼性の和Ｃt（ｘi，ｙi）を算出し、すでに面位置が計測されている地点である場合には、その地点（ｘi，ｙi）での面位置Ｈt-1（ｘi，ｙi）、計測の信頼性の和Ｃt-1（ｘi，ｙi）を、不図示の記憶装置から読み出し、読み出した値を用いて上記式（１）、式（２）を計算し、その地点（ｘi，ｙi）での面位置Ｈt（ｘi，ｙi）、計測の信頼性の和Ｃt（ｘi、ｙi）を算出し、不図示の記憶装置に格納する。【００７９】
なお、本第１の実施形態では、ウエハＷ上の同じ地点の面位置を複数回計測することとなるが、これまでに算出された面位置Ｈt（ｘi，ｙi）と、今回の面位置の計測値ｈt（ｘi，ｙi）が何らかの原因、例えばウエハＷ上の回路パターンにより反射された検出ビームの変形により、Ｚ位置計測結果を誤って認識する「だまされ」や、完全に排水されなかった水Ｌｑの「水溜り」などで大きく異なる場合には、今回の面位置の計測値ｈt（ｘi，ｙi）をリジェクトするようにしても良い。例えば、今回計測された面位置の計測値ｈt（ｘi，ｙi）と、前回までのこの地点の重み付け平均値Ｈt-1（ｘi，ｙi）との差が所定閾値以上となっている場合には、その計測値ｈt（ｘi，ｙi）をリジェクトすることができる。【００８０】
また、本第１の実施形態では、実質的に連続とみなせる間隔で配置された複数の計測点で、ウエハＷの各地点の面位置を同時に計測するが、同時に計測された複数の異なる計測点でそれぞれ計測される計測値は、互いに近い値となると予想される。従って、その計測点列に対して所定のフィルタリング処理を施して同時に計測された複数の異なる計測点の計測値の平滑化を行うようにしても良い。【００８１】
また、本第１の実施形態では、ある計測点で所定のサンプリング間隔でウエハＷの面位置の複数回の計測を行うが、この計測点で計測された時系列の計測値を、所定のフィルタリング処理を施して平滑化するようにしても良い。【００８２】
また、ウエハステージＷＳＴの移動速度が非常に高速であると、サンプリング周期中に、ウエハＷ上のある地点（ｘi，ｙi）が複数の異なる計測点にまたがって移動し、それらの計測点で計測される場合もある。この場合には、そのサンプリング時点ｔでのその地点（ｘi，ｙi）の面位置の計測値を、例えばそれらの計測点での計測値の平均値などとしてもよい。【００８３】
なお、面位置計測装置６０によるウエハＷの面位置の計測では、アライメント検出系ＡＳによるウエハマーク検出時などのウエハステージＷＳＴが静止しているときの面位置計測装置６０の各計測点での面位置の計測値を、最初の計測値とするのが望ましい。このようにすれば、ウエハＷの各地点（ｘi，ｙi）の面位置Ｈt（ｘi，ｙi）が、ウエハステージＷＳＴの移動の影響を受けない真の値に収束する時間（整定時間）を短縮することができるようになる。【００８４】
≪計測点間キャリブレーション≫
上述したように、面位置計測装置６０は、複数の計測点Ｓ1〜ＳNを備えており、その複数の計測点Ｓ1〜ＳNで、ウエハＷの表面上の任意の地点（ｘi，ｙi）の面位置を計測する。しかしながら、各計測点における計測値ｈ（ｘi，ｙi）は、個々の計測点にそれぞれ対応する変位センサの特性に応じてばらつくものである。したがって、その変位センサ間の出力の計測点間のばらつき（オフセット）を補正する、いわゆる較正（キャリブレーション）を行う必要がある。以下では、この較正方法について説明する。【００８５】
本第１の実施形態では、上述したように、各計測点Ｓnで、ウエハＷの表面上の各地点（ｘi，ｙi）の面位置を計測し、その計測値の信頼性の重み付け平均により、ウエハＷの表面上の各地点（ｘi，ｙi）の面位置を算出している。この較正方法では、ある地点（ｘi，ｙi）での、その計測点（この計測点をＳs（ｓは、１〜Ｎのいずれか）とする）のみの計測結果から得られる面位置と、他の計測点で計測されたその地点での面位置の計測値を含むその地点でのすべての計測結果から得られる面位置とを比較して、その計測点での較正情報を検出する。【００８６】
例えば、主制御装置２０は、計測点Ｓsで計測されたウエハＷの表面上の任意の地点（ｘi，ｙi）の計測値ｈs,t（ｘi，ｙi）（例えば地点Ａでの計測値ｈs,t（ｘA，ｙA））を取得し、その計測値の信頼性（例えばｃs,t（ｘi，ｙi））とに基づいて、次式を用いて、計測点Ｓsのみで計測された地点Ａの面位置を算出しておく。【００８７】
【数３】
2005124832.tif 000004
なお、Ｃs,t-1（ｘi，ｙi）は、次式で示されるように、ｔ−１回目の計測点Ｓsでの計測値の信頼性ｃs,t（ｘi，ｙi）の和Ｃs,t（ｘi，ｙi）である。【００８８】
【数４】
2005124832.tif 000005
上述したように、ウエハＷの表面上の地点（ｘi，ｙi）の面位置Ｈt（ｘi，ｙi）は、ウエハステージＷＳＴの移動により、面位置計測装置６０の複数の異なる計測点での計測値ｈt（ｘi，ｙi）の重み付け平均であるので、この面位置Ｈt（ｘi，ｙi）は、その面位置の計測を行った複数の計測点でのセンサ出力のばらつき（オフセット）が平均化された値となっている。したがって、この較正方法では、この複数の異なる計測点で計測されたウエハＷの表面上の地点の面位置Ｈt（ｘ、ｙ）を基準とする、上記式（３）によって検出される、ある計測点Ｓsでの所定の地点（ｘi，ｙi）での面位置Ｈs,t（ｘi，ｙi）のバイアスに基づいて、その計測点Ｓsの計測値を補正する補正量を算出する。すなわち、計測点ＳSの計測値の補正量Ｄs,tを、次式を用いて算出する。【００８９】
【数５】
2005124832.tif 000006
ここで、Ｄs,0＝０としている。すなわち、計測点Ｓsの計測値の補正量Ｄs,tは、その計測点で計測されたウエハＷの全ての地点における、その計測点での計測値のみで算出された面位置Ｈs,t（ｘi，ｙi）と、他の計測点を含む複数の計測点で計測された地点（ｘi，ｙi）の面位置Ｈt（ｘi，ｙi）との差分の重み付け平均に応じて決定される。【００９０】
なお、上記式（５）によれば、補正量の変化量（Ｄs,t−Ｄs,t-1）の全ての計測点での和は、常に０となり、計測値の補正量全体がシフトすることはない。【００９１】
すなわち、主制御装置２０では、面位置計測装置６０の計測点Ｓsで計測された計測値を、この補正量Ｄs,tで補正する。このようにすれば、面位置計測装置６０での複数の計測点での計測点間のセンサ出力のばらつきを計測する特別な動作を行うことなく、ウエハＷの面位置の計測を行っていく過程でキャリブレーションを実現することができる。従って、スループット的に有利であるとともに、ウエハＷの面位置の計測中に、上記キャリブレーション演算を随時行うので、各計測点のセンサ出力のドリフトにも対応することが可能となる。また、面位置計測装置６０のすべての計測点をカバーするような大面積を有し、平坦度が極めて高い基準平面板を設け、面位置計測装置６０のすべての計測点で、この基準平面板の面位置を計測することにより、計測点での面位置の計測結果に基づいてオフセットを計測するなどの作業が不要となるので、そのような基準平面板をウエハステージＷＳＴ上に設ける必要がなくなり、ハードウエアの制約が減るという効果もある。【００９２】
もっとも、このような基準平面板の面位置を複数の計測点で計測することにより、予め、各計測点のオフセットを求めておくようにしても構わない。【００９３】
なお、本第１の実施形態では、面位置計測装置６０の全ての計測点Ｓ1〜ＳNによって計測されるウエハＷの表面上の地点があれば、その地点だけの面位置（すなわち、所定の計測点ＳSで計測されたその地点の面位置の計測値と、全体の計測点で計測されたその地点の面位置の計測値）におけるバイアスの重み付け平均から、上記補正量Ｄs,tを求めるようにしても良い。【００９４】
本第１の実施形態では、このようにして、計測点間のセンサ出力のオフセットを検出し、それらの相対関係を求めているので、投影光学系ＰＬの最良結像面に対する面位置計測装置６０のキャリブレーションを行う際には、面位置計測装置６０の一部の計測点とのキャリブレーションを行えば、投影光学系ＰＬの最良結像面と、面位置計測装置６０のすべての計測点でのキャリブレーションを行ったことと同じとなる。【００９５】
なお、本第１の実施形態では、面位置計測装置６０の計測点間のセンサ出力のキャリブレーションを行ったが、ウエハステージＷＳＴの加減速に伴うウエハステージＷＳＴ自体の変形（歪み）に関するキャリブレーションを行うようにしてもよい。具体的には、ウエハステージＷＳＴの移動加速度が所定の大きさである場合、面位置計測装置６０の所定計測点ＳSでのウエハＷの表面上の所定の地点（ｘi，ｙi）の面位置の計測値と、ウエハステージＷＳＴの移動加速度が０である場合のその計測点でのウエハＷの表面上の同一地点（ｘi，ｙi）の面位置の計測値との違いに応じた値を、その移動加速度における面位置の計測値の補正量とするようにしても良い。【００９６】
本第１の実施形態では、このようにして、面位置計測装置６０の計測点間の出力差のキャリブレーションを行い、各計測点の出力のドリフトの影響をキャンセルしつつ、ウエハＷの表面上の複数の地点（ｘi、ｙi）の面位置Ｈt（ｘi，ｙi）を算出し、ウエハＷの面形状マップ（すなわち、計測済み地点（ｘi，ｙi）におけるＨ（ｘi，ｙi）の集合）を作成していく。そして、実際にスキャン露光を行う場合には、この面形状マップに基づいて、ウエハＷの表面が投影光学系ＰＬの最良結像面に焦点深度内に入るように、ウエハステージ駆動部ＷＳＣを介してウエハステージＷＳＴを制御する。具体的には、主制御装置２０は、ウエハ干渉計１８ＸＹの計測値（Ｘ，Ｙ）から、露光領域ＩＡに対応するウエハＷ表面上の地点での面形状を、面形状マップから抽出して、抽出された面形状に応じた指令値を作成し、その指令値を、ウエハステージＷＳＴの位置制御を行うサーボ制御系に対するフィードフォワード指令値とする。このサーボ制御系では、このフィードフォワード指令値に基づいてフィードフォワード制御が行われ、アクチュエータ４１Ａ〜４１Ｃに対する電流指令が作成される。アクチュエータ４１Ａ〜４１Ｃは、その電流指令に基づいてそれぞれＺ・レベリングステージＷＳ２を駆動し、結果的に、ウエハＷ上の露光対象面が、投影光学系ＰＬの最良結像面に焦点深度内で一致するように制御される。なお、ウエハＷの面位置制御を行う露光中においては、ウエハ干渉計１８Ｚによって計測されるＺ位置を一定とし、ウエハ干渉計１８ＸＹによって計測されるピッチング量θｘ、ローリング量θｙを０にするステージ制御を行わないものとする。【００９７】
なお、このスキャン露光中には、主制御装置２０の制御の下、前述した構成を有する液体給排ユニット３２により、露光領域ＩＡに対する水Ｌｑの供給が行われている。【００９８】
なお、このフィードフォワード制御を行う際にも、面位置計測装置６０の複数の計測点によりウエハＷの面位置の計測を行うことができることはいうまでもない。しかしながら、露光中においては、干渉計の計測値によるウエハステージＷＳＴのＺ位置、傾斜を一定にする制御は行われていないので、ウエハ干渉計１８ＸＹ、１８Ｚによって計測されるウエハステージＷＳＴのＺ位置、傾斜を考慮してウエハＷの面位置を計測する必要がある。【００９９】
また、本第１の実施形態では、露光中には、事前計測されたウエハＷの面形状マップのみを用いて、ウエハＷの面位置の制御を行ったが、露光中に、面位置計測装置６０の一部の計測点によってウエハＷの面位置を計測し、この計測値と、予め計測された面形状マップとのずれに基づいて、露光領域ＩＡに対応するウエハＷの面位置を推定し、その推定面位置を用いて、ウエハＷの面位置を制御するようにしてもよい。また、この露光中の面位置計測装置６０の計測値に対しても、その計測値の信頼性に応じた重み付けを行うようにしてもよい。【０１００】
以上詳細に述べたように、本第１の実施形態によれば、面位置計測装置６０においては、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸの方向に関するウエハＷの面位置を計測するための複数の計測点（Ｓ1〜ＳN）が、投影光学系ＰＬを介したパターン像が形成される露光領域ＩＡを実質的に囲むように配置されている。そのため、ウエハＷ上のある領域に対しパターンを転写する場合には、その領域は、ウエハＷの進行方向に関わらず、面位置計測装置６０の複数の計測点によってその面位置を計測可能な場所を必ず通過するようになる。これにより、主制御装置２０では、その領域の露光前に、その領域の面形状を必ず求めることができるようになるので、露光領域ＩＡのウエハＷの面位置を直接計測せずとも、投影光学系ＰＬの焦点深度内に、その領域を合わせることができるようになる。この結果、高精度な露光を実現することができる。【０１０１】
また、本第１の実施形態では、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴの移動に伴って面位置計測装置６０の複数の異なる計測点でウエハＷの表面上の所定の地点（ｘi，ｙi）の面位置を計測し、さらに、計測が行われたときのウエハ干渉計１８ＸＹの計測結果（ＸＹ位置）に基づいて各計測点がウエハＷの表面上のどの地点を捉えているか判断し、ウエハＷの面形状マップにおけるその地点（ｘi，ｙi）での面位置Ｈt（ｘi，ｙi）を算出する。このようにすれば、ウエハＷ表面上の所定地点（ｘi，ｙi）の面位置を、複数の異なる計測点で計測することができるので、個々の計測点でのセンサの出力のばらつきなどに関わらず、統計的に見て妥当な面位置を算出することができる。その結果、高精度なウエハＷの面形状マップを作成することができる。【０１０２】
また、本第１の実施形態では、主制御装置２０は、ウエハＷ表面上の所定の地点での面位置計測装置６０の計測結果のその信頼性に基づく重み付け平均値を、ウエハＷの面形状マップにおける所定地点（ｘi，ｙi）でのウエハＷの面位置Ｈt（ｘi，ｙi）として算出する。このようにすれば、例えば、その計測値が得られたときの計測条件に関わらず、面位置を精度良く計測することができる。【０１０３】
また、本第１の実施形態では、計測値の重み付け平均を算出するが、この算出式を、１つ前の重み付け平均から今回の重み付け平均を求める逐次計算式としているので、過去の計測値をすべて記憶していなくても、上記重み付け平均演算を実行することができる。したがって、過去のすべての計測値を記憶しておく必要がなくなるため、記憶装置の記憶容量を削減することできる。【０１０４】
また、本第１の実施形態では、面位置計測装置６０の複数の計測点のうちの少なくとも１つの計測点にウエハＷ表面上の所定の地点（ｘi，ｙi）が一致している場合には、その計測点でのウエハＷの面位置情報の計測を行う。このようにすれば、ウエハＷの面位置の計測だけの工程を特別に行わなくても、ウエハＷの所定地点がたまたまその計測点に位置していれば、その所定の地点（ｘi，ｙi）での面位置の計測を行うことができるので、スループット的に有利である。また、同じ地点の面位置を複数回計測するので、統計的に見て妥当な面位置を算出することができる。【０１０５】
特に、面位置計測装置６０は、ウエハＷ上に形成されたウエハマークの位置情報の検出の際、すなわちサーチアライメント及びウエハアライメントの計測の際に、ウエハマーク等の位置情報をアライメント検出系ＡＳで検出するときにも、ウエハＷの面位置の計測を行う。このようにすれば、スループットを低下させることなく、ウエハＷの面形状を事前計測できるとともに、ウエハステージＷＳＴが静止した状態での計測結果に基づいてウエハＷの面位置を精度良く計測することができる。特に、サーチアライメント及びウエハアライメントの計測の際にウエハステージＷＳＴが静止した状態で、ウエハＷの面位置の計測を開始すれば、信頼性が高い計測値を面位置の計測値の初期値とすることができるので、算出される面位置の収束性を高めることができる。【０１０６】
なお、本第１の実施形態では、ウエハステージＷＳＴの加速度と面位置計測装置６０の計測誤差との直接な関係が既知である場合には、その計測誤差で、面位置計測装置６０の各計測点での計測値を補正するようにしてもよい。【０１０７】
また、本第１の実施形態では、ウエハＷの外縁部の面位置も事前に計測しているので、エッジショットを露光する際にも、高精度なフォーカス／レベリング制御を行うことができる。【０１０８】
≪第２の実施形態≫
次に、本発明の第２の実施形態について図１０等に基づいて説明する。本第２の実施形態に係る露光装置１００は、面位置計測装置６０における複数の計測点の配置及びウエハＷの面形状情報の算出及びレベリング制御方法が上記第１の実施形態と異なっており、以下では、第１の実施形態に係る露光装置と異なる点を中心に説明を行う。【０１０９】
図１０には、面位置計測装置６０における計測点の配置が示されている。図１０に示されるように、本第２の実施形態では、面位置計測装置６０の複数の計測点は、露光領域ＩＡの周囲を三重に囲むように配置されている。すなわち、複数の計測点は、露光領域ＩＡを囲む第１の枠状領域としての枠状領域ＭＡ１、枠状領域ＭＡ１の外側を囲む第２の枠状領域としての枠状領域ＭＡ２、枠状領域ＭＡ２の外側を囲む第３の枠状領域としての枠状領域ＭＡ３とにそれぞれ配置されている。枠状領域ＭＡ１、ＭＡ３において、計測点は、図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示される計測点領域ＭＡと同様に、所定間隔Ｄで露光領域ＩＡを一重に囲むように配置されているが、枠状領域ＭＡ２は、ある程度の幅を有しており、その枠状領域ＭＡ２内においては、計測点はマトリクス状に均等に配置されている。枠状領域ＭＡ２においては、計測点の所定間隔はＤと異なっていても良い。なお、ここで、枠状領域とは、その枠で囲まれる矩形の領域ではなく、その枠で囲まれる矩形領域の外縁部の領域を意味するものとする。【０１１０】
また、枠状領域ＭＡ２の枠の幅は、露光領域ＩＡの大きさに対応している。すなわち、露光領域ＩＡから見て、矩形枠状領域ＭＡ２の＋Ｘ側、−Ｘ側に位置する辺のＸ軸方向に関する幅は、露光領域ＩＡのＸ軸方向の幅以上となっており、露光領域ＩＡから見て、矩形枠状領域ＭＡ２の＋Ｙ側、−Ｙ側に位置する辺のＹ軸方向に関する幅は、露光領域ＩＡのＹ軸方向の幅以上となっている。すなわち、枠状領域ＭＡ２は、露光領域ＩＡを基準とするＸＹ平面内の任意の方向で、枠状領域ＭＡ２のその方向に関する大きさが、露光領域ＩＡのその方向に関する大きさ以上となるように設定されている。このように規定することにより、ウエハステージＷＳＴがいずれの方向に移動しても、露光領域ＩＡに到達するウエハＷ上の領域は、その移動前に、必ず枠状領域ＭＡ２内に含まれるようになる。【０１１１】
図１０に示されるように、露光領域ＩＡの中心から枠状領域ＭＡ１、ＭＡ２（その枠の中央を通る中心線）、ＭＡ３までの距離は、それぞれＸ軸方向にａ１，ａ２，ａ３、Ｙ軸方向にｂ１，ｂ２，ｂ３となっている。このａ１，ａ２，ａ３に関しては、ａ２＝２・ａ１、ａ３＝３・ａ１となるように規定されており、距離ｂ１，ｂ２，ｂ３に関しては、ｂ２＝２・ｂ１、ｂ３＝３・ｂ１となるように規定されている。これらの関係により、枠状領域ＭＡ１〜ＭＡ３と露光領域ＩＡとの間に次のような関係が生ずる。【０１１２】
図１１には、枠状領域ＭＡ１，ＭＡ３の一部にまたがり、枠状領域ＭＡ１と同じサイズのウエハＷ上の枠状領域ＷＡ１が点線で示されている。図１１に示されるように、枠状領域ＷＡ１を枠状領域ＭＡ１，ＭＡ３の一部にまたがるように配置した場合、枠状領域ＷＡ１の一部は、枠状領域ＭＡ１の右上の頂点及び枠状領域ＭＡ２の紙面右上の辺の一部と一致するように規定されている。すなわち、枠状領域ＭＡ１の頂点に配置された面位置計測装置６０の計測点においてウエハＷ上の枠状領域ＷＡ１上の地点の面位置を計測することができるようになり、枠状領域ＭＡ３の紙面右上の辺の一部にある計測点において枠状領域ＷＡ１上の地点の面位置を計測することができるようになる。【０１１３】
また、枠状領域ＭＡ１に対する露光領域ＩＡの位置関係と同様の位置関係となる、枠状領域ＷＡ１に対する領域ＩＡ’を仮定する。図１１では、この領域ＩＡ’が、一点鎖線で示されている。図１１に示されるように、枠状領域ＷＡ１を枠状領域ＭＡ１、ＭＡ３の一部にまたがるように配置した場合、領域ＩＡ’は、枠状領域ＭＡ２内に完全に収まるようになる。このことは、枠状領域ＷＡ１を、図１１に示される位置以外で、枠状領域ＭＡ１、ＭＡ３の一部にまたがるように配置した場合でも同様である。すなわち、枠状領域ＷＡ１を、枠状領域ＭＡ１、ＭＡ３の一部にまたがるように配置すれば、領域ＩＡ’は、枠状領域ＭＡ２内に含まれるようになる。言い換えれば、本第２の実施形態では、枠状領域ＭＡ２の一部と露光領域ＩＡとを重ね合わせた場合に、枠状領域ＭＡ１，ＭＡ３の一部の計測点（同一直線上にない少なくとも３つの計測点）が、枠状領域ＷＡ１の計測点と重なるように複数の計測点が配置されている。【０１１４】
図１２（Ａ）〜図１２（Ｃ）には、領域ＩＡ’が、ウエハステージＷＳＴの移動により露光領域ＩＡに移動する様子が示されている。【０１１５】
図１２（Ａ）に示されるように、枠状領域ＭＡ３の外側に位置していたウエハＷ上の領域ＩＡ’は、矢印で示されるウエハステージＷＳＴの移動により、紙面左下方向の露光領域ＩＡに向かって進む。すると、図１２（Ｂ）に点線で示されるように、ウエハＷ上の領域ＩＡ’は、計測点の枠状領域ＭＡ２の一部と一致するようになり、ウエハＷ上の枠状領域ＷＡ１が、枠状領域ＭＡ１、ＭＡ３の一部にまたがるような位置（図１１に示される枠状領域ＷＡ１と同じ位置）に位置するようになる。【０１１６】
そして、ウエハステージＷＳＴのさらなる移動により、ウエハＷ上の領域ＩＡ’は、図１２（Ｃ）に示されるように、露光領域ＩＡに到達し、枠状領域ＭＡ１とウエハＷ上の枠状領域ＷＡ１とが一致するようになる。【０１１７】
このように、ウエハＷ上の領域ＩＡ’が、ウエハステージＷＳＴの移動により、露光領域ＩＡに至る前に、枠状領域ＷＡ１及び領域ＩＡ’が、領域ＭＡ１〜ＭＡ３を必ず通過するようになる。本第２の実施形態では、枠状領域ＷＡ１及び領域ＩＡ’が、枠状領域ＭＡ１，ＭＡ２，ＭＡ３を通過する際に、枠状領域ＷＡ１及び領域ＩＡ’の相対的な面位置の関係を計測し、その計測結果から、領域ＩＡ’が、露光領域ＩＡに到達したときのウエハＷの面位置を制御する。以下では、その制御方法について説明する。【０１１８】
図１３に示されるように、ウエハＷ上の枠状領域ＷＡ１が、枠状領域ＭＡ１、ＭＡ３に跨って位置しているときに、その枠状領域ＷＡ１上にある計測点の集合に含まれる計測点をＳs'とする。図１３では、計測点Ｓs’のうち、枠状領域ＭＡ１の右上の頂点にある計測点（計測点Ｓ1’とする）と、枠状領域ＭＡ３の上辺にある計測点（計測点Ｓ2’とする）と、枠状領域ＭＡ３の右辺にある計測点（計測点Ｓ3’）とが、代表的に示されている。このときの領域ＩＡ’の中心点の位置座標を（ｘ，ｙ）としたときの、それぞれの計測点Ｓ1’〜Ｓ3’の位置座標をそれぞれ（ｘ＋ｘs1’，ｙ＋ｙs1’）、（ｘ＋ｘs2’，ｙ＋ｙs2’）、（ｘ＋ｘs3’，ｙ＋ｙs3’）とする。【０１１９】
図１４（Ａ）には、この計測点Ｓ1’、Ｓ2’、Ｓ3’でのウエハＷの面位置の計測値の一例が、模式的に示されている。この計測点Ｓ1'，Ｓ2'，Ｓ3’でのウエハＷの面位置の計測値をそれぞれｈs1'（ｘ＋ｘs1’，ｙ＋ｙs1’）、ｈs2'（ｘ＋ｘs2’，ｙ＋ｙs2’）、ｈs3'（ｘ＋ｘs3’，ｙ＋ｙs3’）とする。図１４（Ａ）には、この３つの計測点Ｓ1’，Ｓ2’，Ｓ3’の計測点での面位置の計測値ｈs1'（ｘ＋ｘs1’，ｙ＋ｙs1’）、ｈs2'（ｘ＋ｘs2’，ｙ＋ｙs2’）、ｈs3'（ｘ＋ｘs3’，ｙ＋ｙs3'）によって規定される、平面ｐ（ｘ，ｙ；ｈsj’（ｘ＋ｘsj’，ｙ＋ｙsj’））も示されている。【０１２０】
図１４（Ｂ）には、ウエハＷ上の領域ＩＡ’の中心に対応する枠状領域ＭＡ２の計測点で計測されたウエハＷの面位置ｈs（ｘ，ｙ）が示されている。また、図１４（Ｃ）では、この面位置ｈs（ｘ，ｙ）と、その地点での平面ｐの差Ｔ（ｘ，ｙ）が示されている。この差Ｔ（ｘ、ｙ）は、次式で表される。【０１２１】
【数６】
2005124832.tif 000007
本第２の実施形態では、平面ｐを算出して、上記式（６）を用いてＴ（ｘ，ｙ）を算出し、その計測点Ｓ1’、Ｓ2’、Ｓ3’の位置座標（ｘ＋ｘs1’，ｙ＋ｙs1’）、（ｘ＋ｘs2’，ｙ＋ｙs2’）、（ｘ＋ｘs3’，ｙ＋ｙs3’）とともに、このＴ（ｘ、ｙ）を、不図示の記憶装置に格納しておく。【０１２２】
ウエハステージＷＳＴがさらに移動し、図１５に示されるように、ウエハＷ上の枠状領域ＷＡ１が枠状領域ＭＡ１と一致した場合を考える。枠状領域ＭＡ１の計測点の集合をＳsj’’とする。主制御装置２０は、このときの露光領域ＩＡの中心の位置座標を（ｘ，ｙ）としたときに、枠状領域ＭＡ１のうち、位置座標がそれぞれ（ｘ＋ｘs1’，ｙ＋ｙs1’）、（ｘ＋ｘs2’，ｙ＋ｙs2’）、（ｘ＋ｘs3’，ｙ＋ｙs3’）となる計測点Ｓ1’’、Ｓ2’’、Ｓ3’’を探索する。そして、面位置計測装置６０から送られてくる計測点Ｓ1’’、Ｓ2’’、Ｓ3’’でのウエハＷの面位置ｈs1''（ｘ＋ｘs1'，ｙ＋ｙs1'）、ｈs2''（ｘ＋ｘs2'，ｙ＋ｙs2'）、ｈs3''（ｘ＋ｘs3'，ｙ＋ｙs3'）を取得する。図１６（Ａ）には、この３つの計測点Ｓ1’’、Ｓ2’’、Ｓ3’’での面位置の計測値によって形成されるウエハＷの概略平面ｑ（ｘ，ｙ；ｈsj’’（ｘ＋ｘsj'，ｙ＋ｙsj'））が示されている。主制御装置２０は、これら３つの計測点Ｓ1’’、Ｓ2’’、Ｓ3’’での計測値より、この平面ｑを算出する。【０１２３】
平面ｐ、ｑは、ウエハＷ上の３つの同一の地点で計測されたウエハＷの面位置の計測値であるので、露光領域ＩＡの中心におけるウエハＷの面位置を推定しようとする場合には、この平面ｐ，ｑを重ね合わせて考えれば良い。具体的には、次式を用いて、ウエハＷ上の領域ＩＡ’の中心における平面ｐからの差Ｔ（ｘ，ｙ）を平面ｑに加算すれば、その値が示す位置をウエハＷの面位置の推定値とすることができる。【０１２４】
【数７】
2005124832.tif 000008
図１６（Ｂ）には、このときの露光領域ＩＡの中心（ｘ，ｙ）における平面ｑ（ｘ，ｙ）の値が示されている。この場合、図１６（Ｃ）に示されるように、この露光領域ＩＡの中心（ｘ，ｙ）における平面ｑ（ｘ，ｙ）を基準として、Ｔ（ｘ，ｙ）が加算されることにより、露光領域ＩＡの中心（ｘ，ｙ）におけるウエハＷの面位置が推定される。【０１２５】
なお、本第２の実施形態では、ウエハＷのレベリング制御も行うため、露光領域ＩＡの中心（領域ＩＡ’の中心）の面位置だけでなく、露光領域ＩＡ内の他の地点におけるウエハＷの面位置も推定する。図１７（Ａ）には、露光領域ＩＡの４隅の点のうち１点（ｘ＋Δｘ，ｙ＋Δｙ）に対応する計測点での計測値ｈs（ｘ＋Δｘ，ｙ＋Δｙ）が示されていいる。主制御装置２０では、次式を用いて、ウエハＷ上の領域ＩＡ’の地点における平面ｐと計測値ｈs（ｘ＋Δｘ，ｙ＋Δｙ）との差Ｔ（ｘ，ｙ，Δｘ，Δｙ）を算出し、不図示の記憶装置に格納する。【０１２６】
【数８】
2005124832.tif 000009
図１７（Ｂ）には、平面ｑ（ｘ＋Δｘ，ｙ＋Δｙ）を基準として、この露光領域ＩＡ内の地点（ｘ＋Δｘ，ｙ＋Δｙ）におけるＴ（ｘ＋Δｘ，ｙ＋Δｙ）が加算され、露光領域ＩＡの中心（ｘ＋Δｘ，ｙ＋Δｙ）におけるウエハＷの推定面位置の一例が示されている。【０１２７】
主制御装置２０では、露光領域ＩＡの四隅のうち他の３点についても、上記式（８）を用いて、ウエハＷの面位置の推定を行い、露光領域ＩＡの中心及び四隅のウエハＷの推定された面位置が投影光学系ＰＬの最良結像面に焦点深度内で一致するように、ウエハステージ駆動部ＷＳＣを構成するアクチュエータ４１Ａ〜４１Ｃを駆動することにより、ウエハＷ（ウエハステージＷＳＴ）のオートフォーカス・レベリング制御を行う。【０１２８】
なお、本第２の実施形態では、平面ｐ，ｑの算出を、３つの計測点での計測結果より求めるかのように説明したが、実際には、４点以上の計測点を用いて平面ｐ、ｑを算出するようにしてもよい。この場合には、それらの計測点の計測結果に基づいて、統計的に（例えば最小二乗近似などの手法により）平面ｐ，ｑを求めるようにしてもよい。これは、Ｔ（ｘ，ｙ）、Ｔ（ｘ＋Δｘ，ｙ＋Δｙ）に基づいて、露光領域ＩＡに対応するウエハＷの推定面位置を算出する場合も同様である。【０１２９】
以上詳細に述べたように、本第２の実施形態によれば、面位置計測装置６０の複数の計測点が、露光領域ＩＡを三重に囲っており、その三重に配置された計測点によりウエハＷの異なる位置での面位置を同時に計測することができるので、ウエハＷの表面の３次元的なデータを取得することができる。したがって、上記第１の実施形態とは異なり、ウエハステージＷＳＴの剛性が比較的弱くてその歪みが大きく、ウエハ干渉計１８ＸＹ、１８Ｚの計測値の計測点と、面位置計測装置６０の計測点、すなわちウエハＷの表面との位置関係の変動が無視できない場合であっても、ウエハＷの面形状を精度良く計測することができる。【０１３０】
また、本第２の実施形態によれば、面位置計測装置６０の複数の計測点は、露光領域ＩＡの外側を囲む枠状領域ＭＡ１と、枠状領域ＭＡ１の外側を囲む枠状領域ＭＡ２と、枠状領域ＭＡ２の外側を囲む枠状領域ＭＡ３とにそれぞれ配置されている。そして、露光領域ＩＡを基準とするＸＹ平面内の任意の方向で、枠状領域ＭＡ２のその方向に関するサイズが露光領域ＩＡのその方向に関するサイズ以上であり、枠状領域ＭＡ２の一部と露光領域ＩＡとを重ね合わせた場合に、枠状領域ＭＡ１及び枠状領域ＭＡ３に含まれる同一直線上にない少なくとも３つの計測点が、枠状領域ＭＡ１の計測点と重なるように、面位置計測装置６０の複数の計測点が配置されている。このようにすれば、露光領域ＩＡに到達するウエハＷ上のある領域周辺の３次元的な面形状を、枠状領域ＭＡ１、ＭＡ２、ＭＡ３の計測点の計測結果から必ず求めておくことができるので、現在の枠状領域ＭＡ１の計測点で計測されたウエハＷの面位置の計測値から、露光領域ＩＡに一致するウエハＷ上の領域の面位置を推定することができる。【０１３１】
なお、本第２の実施形態においても、面位置計測装置６０の計測結果を、計測の際のウエハステージＷＳＴの加速度や、計測に要した時間などの信頼性を考慮して補正するようにしてもよいことは勿論である。例えば、ウエハＷ上の同じ地点を、複数の異なる計測点で計測する場合には、その計測値の信頼性に基づく重み付け平均によりその地点の面位置を算出することが可能である。【０１３２】
なお、本第２の実施形態では、枠状領域ＭＡ１，ＭＡ３の計測点の配置間隔を同じＤとしたが、例えば、計測点の配置を図１８に示されるようなものとすることもできる。図１８では、枠状領域ＭＡ３における計測点が、白丸と黒丸とで示されている。すなわち、この例では、枠状領域ＭＡ３の計測点の配置密度が疎となっており、実質的に連続でなく孤立するように配置されている。このような配置であっても、露光領域ＩＡと枠状領域ＭＡ２の一部と重ね合わせた場合に、同一直線上にない枠状領域ＭＡ１上の少なくとも３つの計測点とそれぞれ一致する、枠状領域ＭＡ１及び枠状領域ＭＡ３上の少なくとも３つの計測点が存在するようになる。この観点からすれば、さらに、図１８に白丸で示される計測点も省略することができる。しかしながら、枠状領域ＭＡ１の計測点は、枠状領域ＭＡ３と同じように疎に配置することは望ましくない。ウエハステージＷＳＴの移動方向によって、平面ｑを算出するための計測点が変動するので、枠状領域ＭＡ１内では、計測点を実質的に連続に配置しておくほうが望ましい。【０１３３】
また、図１９に示されるように、露光装置１００が、ステップ・アンド・スキャン方式でなく、一括露光を行うステップ・アンド・リピート方式の露光装置であった場合には、露光領域ＩＡが大面積となるため、枠状領域ＭＡ２の幅をさらに広げる必要がある。【０１３４】
このように、露光領域ＩＡを三重に囲むように複数の計測点を配置することによって、ウエハＷの面形状を先読みして、ウエハの面位置制御を行うことが可能であるが、このような計測点の三重配置は、様々な変形が可能である。図２０には、その計測点の三重配置の変形例が示されている。この配置では、２番目に大きい枠状領域ＭＡ２では、その大きさが露光領域ＩＡが完全に含まれるような大きさとはなっておらず、枠状領域ＭＡ１、ＭＡ３と同様に、露光領域ＩＡを一重に囲むように、計測点が配置されている。このようにすれば、計測点が配置されている領域の面積を小さくすることができるので、面位置計測装置６０を小型化し、ハードウエアの制約を低減化することができる。【０１３５】
Ｘ軸方向に関し、露光領域ＩＡの中心を基準として、枠状領域ＭＡ１までの距離をａ1とし、枠状領域ＭＡ２までの距離をａ2とし、枠状領域ＭＡ３までの距離をａ3とする。また、Ｙ軸方向に関し、露光領域ＩＡの中心を基準として、枠状領域ＭＡ１までの距離をｂ1とし、枠状領域ＭＡ２までの距離をｂ2とし、枠状領域ＭＡ３までの距離をｂ3とする。この場合、ａ1〜ａ3、ｂ1〜ｂ3の関係を次式のように規定する。【０１３６】
【数９】
2005124832.tif 000010
すなわち、Ｘ軸方向に関して隣接する領域の間隔はＴaであり、Ｙ軸方向に関して隣接する領域の間隔はＴbとなっている。また、Ｘ軸方向に関する露光領域ＩＡの中心から領域ＭＡ１までの距離ａ1は、Ｔaの整数倍に規定されており、Ｙ軸方向に関する露光領域ＩＡの中心から領域ＭＡ１までの距離ｂ2は、Ｔbの整数倍に規定されている。【０１３７】
このように配置された複数の計測点の下、ウエハステージＷＳＴの移動に伴い、上記第１の実施形態と同様に、ウエハＷの地点（ｘi，ｙi）が計測点に一致している場合には、その地点（ｘi，ｙi）の面位置を計測する。この時点で同時に計測されるウエハＷ上の複数の地点の面位置の計測値をそれぞれｈt（ｘi，ｙi）とする。主制御装置２０は、このようにして同時に計測された複数の地点（ｘi，ｙi）の面位置の計測値ｈt（ｘi，ｙi）を不図示の記憶装置に格納する。【０１３８】
ただし、上記第１の実施形態とは異なり、少なくとも４つの計測点において、同時にウエハＷの面位置を計測可能でない場合には、主制御装置２０は、その計測値を、ウエハＷの面形状の算出には用いないこととする。３つの計測点しか同時に得られなかった場合には、後述する計測結果の接続を行うことができないからである。例えば、図２０に示されるような計測点の配置の場合では、領域ＭＡ３の一辺の計測点と、領域ＭＡ２の少なくとも１つの計測点とで、ウエハの面位置の計測が可能となった時点で計測を開始するようにすれば、必ず４点以上の計測点の面位置の計測値を得ることができる。【０１３９】
図２１（Ａ）、図２１（Ｂ）には、複数の計測点のうちの枠状領域ＭＡ１〜ＭＡ３の一部が拡大されて示され、領域ＭＡ１〜ＭＡ３についてそれぞれ計測点が３つずつ示されている。図２１（Ａ）では、ウエハステージＷＳＴがある位置に位置しているときに、領域ＭＡ１〜ＭＡ３の３つの計測点において計測されたウエハＷの地点（ｘi，ｙi）が白丸で示されている。これらの地点の位置座標を（ｘi，ｙi）（ｉは、自然数）とする。主制御装置２０は、この白丸で示される地点の面位置の計測値ｈt（ｘi，ｙi）を、不図示の記憶装置に格納する。図２２には、この面位置の計測値ｈt（ｘi，ｙi）によって形成される面の一例が示されている。【０１４０】
この後、ウエハステージＷＳＴが−Ｙ方向にＴbだけ移動したとする。図２１（Ｂ）では、ウエハステージＷＳＴの移動後に、枠状領域ＭＡ１〜ＭＡ３の３つの計測点において計測されるウエハＷ上の地点が×で示されている。この地点を（ｘi’，ｙi’）とする。主制御装置２０は、これら×で示される地点の面位置の計測値ｈt+1（ｘi’，ｙi’）を、記憶装置に格納する。【０１４１】
なお、図２１（Ｂ）では、図２１（Ａ）で計測された地点（ｘi，ｙi）を、そのまま丸で示している。図２２（Ｂ）に示されるように、ウエハステージＷＳＴが計測点が配置された領域間のＹ軸方向の間隔ＴbだけＹ軸方向に移動しているので、丸と×との両方で示される地点がある。すなわち、地点(ｘi，ｙi）と、地点(ｘi’，ｙi’)との中には、共通の地点が存在する。しかも、これらの地点は、直線上にない少なくとも３つの地点を含んでいる。そこで、図２１（Ａ）で計測された地点（ｘi，ｙi）の面位置の計測結果と、図２１（Ｂ）で計測された地点（ｘi’，ｙi’）の面位置の計測結果とを接続し、１つの面位置の計測結果として連結することができる。図２２では、図２１（Ａ）に示される地点（ｘi，ｙi）での計測値ｈt（ｘi，ｙi）によって形成される面と、図２１（Ｂ）に示される地点（ｘi’，ｙi’）での計測値ｈt+1（ｘi’，ｙi’）によって形成される面とが模式的に示されている。図２２に示されるように、地点（ｘi，ｙi）と、地点（ｘi’，ｙi’）のうちの共通の地点において計測される面位置の計測値が同じになるように、例えば、丸点で形成される面に、×点で形成される面を合わせることによって、それらの連結面を形成することができる。【０１４２】
このように、ウエハステージＷＳＴの移動に伴い、同一地点の面位置が、複数の異なる計測点で計測されることになるので、同一直線上にない少なくとも３つの地点での計測結果がある場合には、それらの計測結果を接続し、連結することができる。この接続の結果得られる連結面をウエハＷの面形状マップとすれば、計測点が配置された領域を通過したウエハＷの領域の面形状マップを作成することが可能となる。【０１４３】
この面形状マップを作成する際の、主制御装置２０の処理手順について説明する。主制御装置２０では、同時に計測された４点以上のウエハＷの面位置の計測結果を取得した場合には、記憶装置に、少なくとも３つの共通な地点での面位置の計測結果を含むマップがすでに格納されているか否かを調べる。そして、主制御装置２０は、そのようなマップがない場合には、今回取得された計測結果の集合（これを小マップとする）を新たなマップとして記憶装置するが、少なくとも３つの共通な地点での面位置の計測結果を含むマップが存在した場合には、そのマップを読み出し、そのマップと今回取得された小さいマップとを接続し、その接続により作成されたウエハＷの面形状マップを記憶装置に格納する。【０１４４】
図２３には、このような計測結果の面の接続により作成されたウエハＷの面形状マップＨ（ｘi，ｙi）、Ｈ’（ｘi’，ｙi’）の一例が示されている。２つの面形状マップＨ（ｘi，ｙi）、Ｈ’（ｘi’，ｙi’）の各地点のＸ軸及びＹ軸方向の間隔は、計測点領域ＭＡ１〜ＭＡ３のＸ軸及びＹ軸方向の間隔Ｔa，Ｔbに依存する。このように、仮に、ウエハＷ全面を面位置計測装置６０により計測すれば、幾つかの面形状マップを作成することができ、それらの面形状マップは、結果的に、計測点領域ＭＡ１〜ＭＡ３の間隔Ｔa，Ｔbによって規定される面形状マップとなる。【０１４５】
また、図２３には、面位置計測装置６０の計測点領域ＭＡ１も示されている。図２３では、領域ＭＡ１で計測される地点が、面形状マップＨ’（ｘi’，ｙi’）でなく、面形状マップＨ（ｘi，ｙi）に対応しているので、主制御装置２０では、面形状マップＨ（ｘi，ｙi）を記憶装置から読み出し、この面形状マップＨ（ｘi，ｙi）を用いて、ウエハＷの面位置を推定し、その面位置のフォーカス／レベリング制御を行う。ウエハＷが移動し、計測点領域ＭＡ１に対応する地点が、面形状マップＨ’（ｘi’，ｙi’）上の地点となれば、今度は、記憶装置から面形状マップＨ’（ｘi’，ｙi’）を読み出して用いればよい。【０１４６】
なお、この場合にも、面位置計測装置の計測点は、露光旅域ＩＡを囲むように配置されているので、ウエハステージＷＳＴの進行方向に沿って面形状マップ（小マップ）を接続していくことができる。従って、ウエハステージＷＳＴの進行方向に関わらず、露光前に、露光対象のウエハＷの面位置を必ず推定することができるようになる。【０１４７】
なお、この計測点領域間の距離Ｔa，Ｔbは、小さければ小さいほど、面位置計測装置６０のサイズを小さくすることができるのでハードウエア構成上有利であるとともに、きめ細かな面形状マップを作成することができるようになる。しかしながら、上述した小さいマップの接続により面形状マップを作成していく方法では、その接続による誤差が累積していくことも考えられるため、これらの誤差の許容値なども考慮して計測点領域の距離を決定するのが望ましい。【０１４８】
以上述べたように、図２０に示されるような計測点配置を有する面位置計測装置では、ウエハステージＷＳＴの剛性に関わらず、ウエハＷの面形状を精度良く計測することができる。何故ならば、ここでは、同一直線上にない３つの計測点の計測値を用いて、計測結果同士の接続を行って面形状マップを作成しているため、上記ウエハステージＷＳＴのＺ位置、ピッチング量、ローリング量を考慮する必要がないからである。【０１４９】
しかしながら、面形状マップを求める際に、ウエハステージＷＳＴのピッチング量、ローリング量が制御されており、ウエハステージＷＳＴ（Ｚ・レベリングステージＷＳ２）の傾斜が０であることとすれば、面位置計測装置６０の計測点数を削減することも可能である。【０１５０】
図２４（Ａ）には、このようなケースで可能な面位置計測装置６０の計測点の配置が示されている。図２４（Ａ）に示されるように、面位置計測装置６０の複数の計測点は、露光領域ＩＡの周囲を二重に囲むように配置されている。すなわち、複数の計測点は、露光領域ＩＡを囲む第１の枠状領域としての枠状領域ＭＡ１’、枠状領域ＭＡ１’の外側を囲む第２の枠状領域としての枠状領域ＭＡ２’とにそれぞれ配置されている。枠状領域ＭＡ２’においては、計測点は、図２（Ａ）に示される計測点領域ＭＡと同様に、所定間隔Ｄで１列に配置されているが、枠状領域ＭＡ１’は、ある程度の幅を有しているため、その領域内において、複数の計測点がマトリクス状に均等に配置されている。枠状領域ＭＡ１’での計測点の所定間隔はＤでなくても良い。【０１５１】
また、枠状領域ＭＡ１’の枠の幅は、露光領域ＩＡの大きさに対応している。すなわち、露光領域ＩＡから見て、枠状領域ＭＡ１’の＋Ｘ側、−Ｘ側に位置する辺のＸ軸方向に関する幅は、露光領域ＩＡのＸ軸方向の幅以上となっており、露光領域ＩＡから見て、枠状領域ＭＡ１’の＋Ｙ側、−Ｙ側に位置する辺のＹ軸方向に関する幅は、露光領域ＩＡのＹ軸方向の幅以上となっている。すなわち、枠状領域ＭＡ１’は、露光領域ＩＡを規準とするＸＹ平面内の任意の方向で、枠状領域ＭＡ１’のその方向に関する大きさが、露光領域ＩＡのその方向に関する大きさ以上となるように設定されている。このように規定することにより、ウエハステージＷＳＴがいずれの方向に移動しても、露光領域ＩＡに到達するウエハＷ上の領域は、必ず、枠状領域ＭＡ１’内に同時に含まれるようになる。【０１５２】
図２４（Ａ）には、枠状領域ＭＡ２’の一部と一致し、枠状領域ＭＡ１’と同じサイズのウエハＷの枠状領域ＷＡ１が太い点線で示されている。さらに、この枠状領域ＭＡ１’に対する露光領域ＩＡの位置関係と同様の位置関係を、枠状領域ＷＡ１に対し有するウエハＷ上の領域ＩＡ’を仮定する。図２４（Ａ）では、この領域ＩＡ’が、細い点線で示されている。図２４（Ａ）に示されるように、領域ＩＡ’と枠状領域ＭＡ１’とを重ね合わせたときに、枠状領域ＷＡ１が枠状領域ＭＡ１’の一部と一致するようになる。このことは、領域ＩＡ’を、図２４（Ａ）に示される位置以外で、枠状領域ＭＡ１’の一部に含まれるようにした場合でも同様である。すなわち、領域ＩＡ’を、枠状領域ＭＡ１’の一部に一致するように配置すれば、枠状領域ＭＡ２’上の計測点は、枠状領域ＭＡ１’の一部の計測点と一致するようになる。【０１５３】
したがって、ここでは、図２４（Ａ）に示されるような位置に領域ＩＡ’が位置しているときに、枠状領域ＭＡ２’上の計測点及び枠状領域ＭＡ１’内に含まれる領域ＩＡ’と一致する計測点でのウエハＷの面位置を計測する。図２４（Ｃ）には、枠状領域ＭＡ１’上の計測点Ｓs'での計測値ｈs'（ｘ＋ｘs',ｙ＋ｙs'）が示されている。主制御装置２０は、領域ＩＡ’の中心に対応する枠状領域ＭＡ１’内の計測点での面位置の計測値ｈs（ｘ，ｙ）を取得し、ｈs'（ｘ＋ｘs',ｙ＋ｙs'）とｈs（ｘ，ｙ）との差Ｔ（ｘ，ｙ）を求める。【０１５４】
図２４（Ｄ）には、ウエハＷ上の領域ＩＡ’が露光領域ＩＡに移動したときの様子が示されている。主制御装置２０は、図２４（Ｃ）に示される計測値を計測した計測点Ｓs'に対応する枠状領域ＭＡ１’上の計測点Ｓs''を探索し、計測点での面位置の計測値ｈs''（ｘ＋ｘs',ｙ＋ｙs'）を取得する。そして、主制御装置２０は、この計測値ｈs''（ｘ＋ｘs',ｙ＋ｙs'）をＴ（ｘ，ｙ）に加算することにより、露光領域ＩＡの中心のウエハＷの面位置を推定することができる。【０１５５】
図２５（Ａ）には、計測点の二重配置の変形例が示されている。この計測点配置では、内側の枠状の計測点領域ＭＡ１’が、露光領域ＩＡ全体をカバーする大きさとはなっておらず、枠状の計測点領域ＭＡ２’と同様に、露光領域ＩＡを一重に囲むように計測点が配置されている。【０１５６】
Ｘ軸方向に関し、露光領域ＩＡの中心を基準として、枠状領域ＭＡ１’までの距離をａ１とし、枠状領域ＭＡ２’までの距離をａ２とする。また、Ｙ軸方向に関し、露光領域ＩＡの中心を基準として、枠状領域ＭＡ１’までの距離をｂ１とし、枠状領域ＭＡ２’までの距離をｂ２とする。ａ１はａ２−ａ１の整数倍、ｂ１はｂ２−ｂ１の整数倍の関係となるように規定されている。【０１５７】
複数の計測点をこのように配置しても、ウエハステージＷＳＴ（Ｚ・レベリングステージＷＳ２）の傾斜が０であることが保証されている場合には、計測結果の接続を行うことにより、ウエハＷの面形状マップを作成することができる。例えば、図２５（Ｂ）に示されるように、少なくとも１つの同一地点の面位置情報を含む２つの計測結果が存在する場合には、その地点における２つの計測値を一致させることにより、それぞれの計測結果を接続することができる。【０１５８】
また、上記各実際形態では、ウエハＷの面形状マップを作成するためのウエハＷの面位置を計測する計測装置が、投影光学系ＰＬの視野を囲むように配置された複数の計測点を有する面位置計測装置６０のみであったが、その他に、ウエハＷの面位置を計測する計測装置を備えていても良い。例えば、アライメント検出系ＡＳを囲むように複数の計測点が配置された計測装置又はフィゾー干渉計によりウエハＷの面形状を計測する計測装置を備え、露光前に、その計測装置でウエハＷの面形状を計測するようにしても良い。この場合には、投影光学系ＰＬの視野を囲む面位置計測装置６０の計測点配置は、図２６に示されるようにすることもできる。これによれば、面位置計測装置６０の複数の計測点は、露光領域ＩＡを中心として、放射状に８点だけ配置されている。他の計測装置で、すでにウエハＷの面形状を計測し、面形状マップを作成していれば、面位置計測装置６０の計測点に対応する地点の面位置と、露光領域ＩＡに一致する地点の面位置の位置関係が既知となるので、露光時に、面位置計測装６０の各計測点で計測されるウエハＷの面位置の計測結果から、露光領域ＩＡと一致するウエハＷの面位置を推定することができ、ウエハＷの表面を、投影光学系ＰＬの最良結像面に焦点深度内で合わせることが可能となる。露光領域ＩＡに対応するウエハＷの面位置の推定方法は、上記第２の実施形態における面位置の推定方法と同じとすることができる。【０１５９】
ところで、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置においては、スキャン方向（Ｙ軸方向）には露光領域ＩＡの幅が短いため、この方向のレベリング要求精度が非スキャン方向に比べ高くない場合もある。したがって、この場合には、露光中に、Ｘ軸方向に関するウエハＷの面位置のレベリング制御を行うだけとすることもできる。【０１６０】
図２７（Ａ）には、このときの面位置計測装置６０の計測点の配置例が示されている。図２７（Ａ）に示されるように、これらの計測点は、露光領域ＩＡを実質的に囲む枠状の計測点領域ＭＡ上に配置されている。この計測点領域ＭＡは、スキャン方向（Ｙ’軸方向）に沿った計測点列が形成された２つの領域（ＭＡＹ１，ＭＡＹ２とする）と、Ｘ’軸方向に沿った計測点列が形成された２つの領域（ＭＡＸ１，ＭＡＸ２とする）とで、露光領域ＩＡを、実質的に囲んでいる。領域ＭＡＹ１，ＭＡＹ２は、露光領域ＩＡの中心を基準として、Ｘ軸方向に関し、距離ａの位置にそれぞれ配設されており、領域ＭＡＸ１，ＭＡＸ２は、露光領域ＩＡの中心を基準として、距離ｂの位置にそれぞれ配設されている。【０１６１】
この配置におけるウエハＷの面形状の計測及び面位置の調整方法について説明する。図２７（Ａ）では、次の露光対象のショット領域ＳＡが点線で示されている。すなわち、ここでは、ショット領域ＳＡを露光するために、領域ＭＡＸ１，ＭＡＸ２の計測点の計測結果に基づいて、ウエハＷの面形状マップを作成する。【０１６２】
なお、この領域ＭＡＸ１，ＭＡＸ２のＸ軸方向の長さは、２ａ’（ａ’＞ａ）であり、Ｙ’軸に対し、線対称に配置されている。この領域ＭＡＸ１，ＭＡＸ２の中心の位置を（ｘ’，ｙ’）とすると、領域ＭＡＸ１、ＭＡＸ２の計測点の位置座標（ｘ，ｙ）は、ｘ∈（ｘ’−ａ’＋ａ，ｘ’＋ａ’−ａ），ｙ＝ｙ’となる。【０１６３】
図２７（Ａ）に示される状態では、ショット領域ＳＡの一部が、領域ＭＡＸ１上にあるので、その一部の面位置を、その領域ＭＡＸ１上にある複数の計測点によって計測することができる。図２７（Ａ）では、その領域ＭＡＸ１上にあり、ショット領域ＳＡの一部で、露光領域ＩＡの中心を通過するウエハＷ上の点が黒丸で示されている。また、この点から、Ｘ軸方向に距離ａだけ離れた領域ＭＡＸ１上の２つの点が、白丸で示されている。主制御装置２０は、この黒丸で示された計測点でのウエハＷの面位置の計測値ｈ（ｘ，ｙ）と、白丸で示された２つの計測点でのウエハＷの面位置の計測値ｈ（ｘ−ａ，ｙ）、ｈ（ｘ＋ａ，ｙ）とを取得し、次式を計算する。【０１６４】
【数１０】
2005124832.tif 000011
すなわち、主制御装置２０は、黒丸で示される計測点での面位置の計測値と、白丸で示される計測点での面位置の計測値の平均との差Ｔ（ｘ，ｙ）を算出する。【０１６５】
なお、露光領域ＩＡに一致するウエハ面のＸ軸方向のレベリング制御を行うため、黒丸で示される点（ｘ、ｙ）から、Ｘ軸方向にΔｘだけ離れた地点での面位置も計測しておき、次式を用いて、その計測点での面位置の計測値ｈ（ｘ＋Δｘ）と、白丸で示される計測点での面位置の計測値の平均との差Ｔ（ｘ，ｙ，Δｘ）も算出しておく。【０１６６】
【数１１】
2005124832.tif 000012
【０１６７】
そして、ウエハステージＷＳＴの移動により、計測されたウエハＷ上の領域が、図２７（Ｂ）に示されるように、露光領域ＩＡに差し掛かったとする。主制御装置２０は、このときＹ（Ｙ’）位置が露光領域ＩＡと同じである領域ＭＡＹ１，ＭＡＹ２上の計測点でのウエハＷの面位置を計測し、その計測値の平均に、Ｔ（ｘ，ｙ）、Ｔ（ｘ，ｙ，Δｘ）を加算することにより、それぞれの地点（ｘ、ｙ）、（ｘ＋Δｘ，ｙ）でのウエハＷの面位置を推定し、この推定面位置を用いて、ウエハＷの面位置のＸ軸方向のレベリング制御を行う。【０１６８】
同様に、ウエハステージＷＳＴの進行方向が＋Ｙ方向であり、ショット領域ＳＡが露光領域ＩＡに対し、−Ｙ方向から進入してくる場合には、計測点領域ＭＡＸ２において、ショット領域内のＸ軸方向に関する面形状を計測するようにすれば、上述と同様なウエハＷの面位置制御を実現することができる。【０１６９】
ところで、この配置では、露光領域ＩＡの中心からの計測点領域ＭＡのＸ軸に平行な辺までの距離ｂを、スキャン露光時のウエハステージＷＳＴの助走距離より短くなるように規定している。このようにすれば、１つのショット領域を走査露光する際に、ウエハステージＷＳＴをその走査開始位置に位置させた状態で、露光対象のショット領域ＳＡを、計測点領域ＭＡの外部に位置させることができるようになるので、領域ＭＡＸ１、ＭＡＸ２のいずれかで、ショット領域ＳＡ内でのウエハＷの面位置のＸ軸方向の傾斜を必ず計測できるようになる。【０１７０】
また、例えば、複数のショット領域を交互スキャン（例えば、ウエハステージＷＳＴを＋Ｙ方向に走査してあるショット領域をスキャン露光した後に、隣接するショット領域を、ウエハステージＷＳＴを−Ｙ方向に移動してスキャン露光する方法）する際には、ウエハステージＷＳＴが、加速開始後には、露光領域ＩＡに対し、斜め方向から侵入してくる場合もあるが、計測点領域ＭＡＸ１，ＭＡＸ２は、Ｘ軸方向に拡張されているので、そのショット領域を確実に捉えることができ、そのショット領域内のウエハＷのＸ軸方向の面形状を計測することができる。【０１７１】
また、このように領域ＭＡＸ１，ＭＡＸ２をＸ軸方向に拡張しておけば、ショット領域ＳＡのスキャン露光中に、ショット領域ＳＡに隣接するショット領域での面形状も事前に計測しておくことができる。特にａ’−ａをショット領域のＸ軸方向の幅と同じにしておけば、隣接するショット領域全体の面形状を事前計測しておくことが可能である。その意味では、ａ’は大きければ大きい程よい。なお、このような事前計測を行う場合にも、上記第１の実施形態と同様に、計測値の信頼性などを考慮するようにすることができる。【０１７２】
また、領域ＭＡＸ１，ＭＡＸ２と平行に、これらの領域と同じような、面位置を計測可能な計測点領域を、等間隔に３本（Ｙ軸方向両端に３本ずつで計６本）配置すれば、上記第２の実施形態と同様に、Ｙ軸方向のウエハＷの面位置のレベリング制御も可能となる。【０１７３】
なお、上記第１、第２の実施形態では、露光領域ＩＡを完全に囲むように、計測点Ｓ1〜Ｓnを配置したが、本発明はこれには限られない。例えば、図２８（Ａ）、図２８（Ｂ）に示されるように、露光領域ＩＡを挟んで対向する２つの辺上に、計測点を配置するようにしてもよい。図２８（Ａ）に示される配置例では、Ｘ1（以下、Ｘとする）軸方向に延びる計測点領域ＭＡが、露光領域ＩＡから見て、スキャン方向（すなわちウエハＷが移動する方向）であるＹ1（Ｙ）軸方向の両側（すなわち、露光領域ＩＡを挟んで、その＋Ｙ側、−Ｙ側）にそれぞれ配置されている。また、図２８（Ｂ）に示される配置例では、Ｙ軸方向に延びる計測点領域ＭＡが、露光領域ＩＡから見て、Ｘ軸方向に露光領域ＩＡを挟むように、その＋Ｘ側、−Ｘ側にそれぞれ配置されている。【０１７４】
このように、計測点Ｓ1〜Ｓnを、図２８（Ａ）、図２８（Ｂ）に示されるように配置しても、上述した実施形態と同様に、面位置計測装置の計測結果からウエハＷの面形状マップを作成することできるのは勿論である。なお、図２（Ａ）の計測点配置と照らし合わせると、図２８（Ａ）、図２８（Ｂ）に示される計測点配置は、矩形枠（図２（Ａ）での計測点領域ＭＡ）の４辺のうち、対向する２辺に配置された計測点であるとみなすこともできる。【０１７５】
また、図２９（Ａ）に代表して示されるように、矩形枠（図２（Ａ）での計測点領域ＭＡ）の４辺のうち、３辺に計測点を配置するようにしてもよい。なお、図２９（Ａ）に示されるように露光領域ＩＡの＋Ｙ側、−Ｙ側、＋Ｘ側に計測点列を設けるのではなく、露光領域ＩＡの＋Ｙ側、−Ｙ側、−Ｘ側、露光領域ＩＡの＋Ｙ側、−Ｙ側、＋Ｘ側、露光領域ＩＡの−Ｙ側、＋Ｘ側、−Ｘ側に計測点列を設けてもよいことは勿論である。【０１７６】
さらに、別の例として、矩形枠（図２（Ａ）での計測点領域ＭＡ）の４辺のうち、互いに直交する２つの辺上に、計測点を配置してもよい。【０１７７】
また、図２９（Ｂ）に示される例では、露光領域ＩＡに対する−Ｙ（−Ｙ1）側に計測点を、Ｙ軸方向に等間隔に配置された３つのＸ線分上に配置している。露光領域ＩＡの−Ｙ側に計測点列を配置したのは、この方向に、アライメント系ＡＳの検出中心ＦＸが位置しており、アライメント動作や露光動作が行われる間に、露光領域ＩＡの＋Ｙ側、＋Ｘ側、−Ｘ側に計測点列を配置するよりも、各計測点がウエハＷの面を捉える確率が高いためである。なお、このことは、露光領域ＩＡの＋Ｙ側、＋Ｘ側、−Ｘ側に複数の計測点列を配置することを妨げるものではない。また、計測点列の数は、３つより多くてもよいし、１つでも２つでもよい。計測点列の間隔は、等間隔でなくてもよい。【０１７８】
また、上記各実施形態は、いずれもワーキングディスタンスが短く、投影光学系ＰＬの視野や露光領域ＩＡに一致するウエハＷの面位置を直接計測することができない場合について説明したが、これらの領域に位置するウエハＷの面位置を直接計測することができる場合には、図３０（Ａ）、図３０（Ｂ）のように複数の計測点を配置することもできる。【０１７９】
図３０（Ａ）では、Ｘ軸方向に延びる５本の計測点配置領域が設けられている。この５本の計測点領域をそれぞれＭＡ１〜ＭＡ５とする。このようにすれば、例えばスキャン中のウエハステージＷＳＴの進行方向が−Ｙ方向であった場合、例えば、領域ＭＡ１、ＭＡ２、ＭＡ３でそれぞれウエハＷの面位置を計測し、計測点領域ＭＡ１，ＭＡ３での計測結果に対する計測点領域ＭＡ２での計測結果の相対的関係を検出しておく。そして、この面形状が計測されたウエハＷの領域が計測点領域ＭＡ１、ＭＡ２、ＭＡ３に進むようになると、前述の計測結果の相対的関係と、このときの計測点領域ＭＡ２、ＭＡ４の計測結果とを用いて、領域ＭＡ３に対応する、すなわち露光領域ＩＡに対応するウエハＷの面位置を推定することができるようになるので、その推定結果に基づいて、面位置を調整することができる。【０１８０】
なお、図３０（Ａ）に示される配置では、Ｙ軸方向両端の計測点配置領域を除く３本の配置領域ＭＡ２〜ＭＡ４は、露光対象のショット領域ＳＡnに隣接するショット領域ＳＡn-1、ＳＡn+1をカバーするように、Ｘ軸方向に延長されている。このようにすれば、次に露光対象となるショット領域ＳＡn-1、ＳＡn+1に対応するウエハＷの面形状を、ショット領域ＳＡの露光中に計測することができるようになる。図３０（Ｂ）に示されるように、ウエハ干渉計１８ＸＹ、１８Ｚの計測結果を考慮すれば、領域ＭＡ３だけが隣接するショット領域をカバーするようになっていても良いことは勿論である。【０１８１】
なお、上記各実施形態では、枠状の計測点配置領域は、すべての長方形の外縁枠状であったが、これには限られず、露光領域を実質的に囲んでいればどのような形状の枠であってもよく、例えば、輪状又は多角形状であってもよい。しかしながら、辺で支えられる長方形状の枠を選択した方が主制御装置２０における演算が容易になるなどの種々の利点がある。【０１８２】
また、上記第１の実施形態では、ウエハＷの面位置の計測中に、ウエハステージＷＳＴのＺ位置は一定であり、ピッチング量θｘ、ローリング量θｙともに０に制御された状態であるとしたが、ウエハ干渉計１８ＸＹ、１８Ｚによって計測された基準Ｚ位置からのずれや、ピッチング量θｘ、ローリング量θｙなどをキャンセルするようにしてもよい。【０１８３】
なお、面位置計測装置６０の計測点の配置は、上記各実施形態で述べたように、様々な配置が可能であるが、この配置は、ウエハステージＷＳＴの剛性などによる、ウエハ干渉計１８ＸＹ，１８Ｚで計測されるウエハステージＷＳＴと、面位置計測装置６０での計測されるウエハＷの面位置との関係により適宜選択されるのが望ましい。ここで、ウエハ干渉計１８ＸＹ，１８Ｚで計測される計測値の誤差モデルは、次式のように表すことができる。【０１８４】
【数１２】
2005124832.tif 000013
ここで、ｗt（ｘ，ｙ）の地点（ｘ、ｙ）における計測誤差を示す。また、η0は、この計測誤差に含まれる０次成分であり、ηx，ηyは、１次成分の係数を示し、ｒ（ｘ，ｙ）は、計測誤差に含まれる２次以上の成分を示す。【０１８５】
ここで、２次以上の成分ｒ（ｘ，ｙ）≒０とみなせるが、他の成分を０とみなすことができない場合には、面位置計測装置の配置を、上記第２の実施形態で説明したような三重配置とするのが望ましい。また、１次以上の成分を０とみなせるが、０次成分を０とみなすことができない場合には、図２４(Ａ)、図２４（Ｂ）に示されるような配置とするのが望ましい。また、０次成分までも０とみなすことができる場合には、上記第１の実施形態に示されるような配置とするのが望ましい。【０１８６】
なお、どのような計測点配置を採用しても、ウエハＷの面位置を計測可能な状態であれば、事前計測をする方が望ましい。このようにすれば、ウエハＷ上の所定の地点を複数回計測することができるので面位置の計測精度が向上し、上記第１の実施形態で述べたような、信頼性に基づく重み付け平均による面位置算出やキャリブレーションが可能となる。【０１８７】
また、上記各実施形態では、アクチュエータ４１Ａ〜４１Ｃの駆動によるＺ・レベリンステージＷＳ２の姿勢制御により、ウエハＷの面位置を制御したが、これに限らず、投影光学系ＰＬの位置を制御するようにしても良い。【０１８８】
また、上記各実施形態では、局所液浸法を採用した露光装置について説明したが、本発明は、先玉と露光面との間を液体で浸すことのない標準的な露光装置にも適用することができるのは勿論である。投影光学系のＮＡが大きく、ワーキングディスタンスを小さく取る必要のある露光装置であれば、好適に適用することができる。【０１８９】
また、上記各実施形態では、ウエハＷの面形状情報として、離散値的な面形状マップＨ（ｘi，ｙi）に基づいてウエハＷの面位置を制御するものとしたが、隣接する地点（ｘi，ｙi）間を補間することにより、ＸＹ平面内における連続値的な面形状マップＨ（ｘ，ｙ）を作成し、その面形状マップＨ（ｘi，ｙi）に基づいて、ウエハＷの面位置を制御するようにしてもよい。【０１９０】
なお、上記各実施形態では、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。【０１９１】
また、上記各実施形態で、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。【０１９２】
なお、上記各実施形態では、投影光学系ＰＬの最も像面側の光学素子が先玉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（上記各実施形態では先玉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（上記各実施形態では水）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。【０１９３】
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、例えば先玉９１よりも安価な平行平面板とするようにしても良い。【０１９４】
また、上記各実施形態において、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。【０１９５】
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３２及び面位置計測装置６０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ＷＳＴ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、上記各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。【０１９６】
また、上記各実施形態では、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。【０１９７】
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。【０１９８】
また、上記各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。【０１９９】
また、上記各実施形態では、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。【０２００】
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。【０２０１】
半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたレチクルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、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転写するステップ、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）、検査ステップ等を経て製造される。
【産業上の利用可能性】
【０２０２】
以上述べたように、本発明の露光装置は、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いる。
【図１】
2005124832.tif 000014
【図２（Ａ）】
2005124832.tif 000015
【図２（Ｂ）】
2005124832.tif 000016
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６（Ａ）】
2005124832.tif 000020
【図６（Ｂ）】
2005124832.tif 000021
【図６（Ｃ）】
2005124832.tif 000022
【図７（Ａ）】
2005124832.tif 000023
【図７（Ｂ）】
2005124832.tif 000024
【図７（Ｃ）】
2005124832.tif 000025
【図８（Ａ）】
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【図８（Ｂ）】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２（Ａ）】
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【図１２（Ｂ）】
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【図１２（Ｃ）】
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【図１３】
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【図１４（Ａ）】
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【図１４（Ｂ）】
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【図１４（Ｃ）】
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【図１５】
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【図１６（Ａ）】
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【図１６（Ｂ）】
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【図１６（Ｃ）】
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【図１７（Ａ）】
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【図１７（Ｂ）】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１（Ａ）】
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【図２１（Ｂ）】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４（Ａ）】
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【図２４（Ｂ）】
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【図２４（Ｃ）】
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【図２４（Ｄ）】
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【図２５（Ａ）】
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【図２５（Ｂ）】
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【図２６】
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【図２７（Ａ）】
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【図２７（Ｂ）】
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【図２８（Ａ）】
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【図２８（Ｂ）】
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【図２９（Ａ）】
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【図２９（Ｂ）】
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【図３０（Ａ）】
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【図３０（Ｂ）】
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【国際調査報告】
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