WO2005057635A1

WO2005057635A1 - 投影露光装置及びステージ装置、並びに露光方法

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Publication number: WO2005057635A1
Application number: PCT/JP2004/018604
Authority: WO
Inventors: Yasunaga Kayama; Dai Arai
Original assignee: Nikon Corporation
Priority date: 2003-12-15
Filing date: 2004-12-14
Publication date: 2005-06-23
Also published as: US20110019170A1; US20070064212A1; JP5099530B2; KR20060113689A; JPWO2005057635A1; JP2010161411A; KR101111363B1

Abstract

　投影露光装置（１００）は、基板（Ｗ）が載置されるとともに、その基板を保持して移動可能な基板テーブル（３０）と、基板テーブルの位置情報を計測する位置計測系（１８等）と、液体の供給に起因して基板と基板テーブルとの少なくとも一方に生じる位置ずれを補正する補正装置（１９）とを備えている。この場合、補正装置により、液体の供給に起因して基板と基板テーブルとの少なくとも一方に生じる位置ずれが補正される。これにより、基板に対して液浸法を利用した高精度な露光を行う。

Description

明細書

投影露光装置及びステージ装置、並びに露光方法

技術分野

[0001] 本発明は、投影露光装置及びステージ装置、並びに露光方法に係り、更に詳しくは、半導体素子、液晶表示素子等の電子デバイスの製造におけるリソグラフイエ程で用いられる投影露光装置及び該投影露光装置などの精密機械の試料ステージとして好適なステージ装置、並びに前記露光装置で実行される露光方法に関する。背景技術

[0002] 半導体素子 (集積回路等）、液晶表示素子等の電子デバイスを製造するリソグラフイエ程では、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）が塗布されたウェハ又はガラスプレート等の感光性の基板（以下、「基板」又は「ウェハ」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（いわゆるステツパ）が多用されていたが、近年ではレチクルとウェハとを同期走査して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（レヽわゆるスキャニング'ステッパ（スキャナとも呼ばれる））も比較的多く用いられるようになってきた。

[0003] 投影露光装置が備える投影光学系の解像度は、使用する露光光の波長 (露光波長）が短くなるほど、また投影光学系の開口数 (NA)が大きいほど高くなる。そのため、集積回路の微細化に伴い投影露光装置で使用される露光波長は年々短波長化しており、投影光学系の開口数も増大してきている。そして、現在主流の露光波長は、 KrFエキシマレーザの 248nmである力 S、更に短波長の ArFエキシマレーザの 193η mも実用化されている。

[0004] また、露光を行う際には、解像度と同様に焦点深度（DOF)も重要となる。解像度 R

、及び焦点深度 δはそれぞれ以下の式で表される。

[0005] R=k · λ /ΝΑ …… (1)

1

δ =k · λ /ΝΑ² ……（2) [0006] ここで、えは露光波長、 NAは投影光学系の開口数、 k , kはプロセス係数である。

1 2

(1)式、（2)式より、解像度 Rを高めるために、露光波長えを短くして、開口数 NAを大きく（大 NA化)すると、焦点深度 δが狭くなることが分かる。投影露光装置では、ォ一トフォーカス方式でウェハの表面を投影光学系の像面に合わせ込んで露光を行つているが、そのためには焦点深度 δはある程度広いことが望ましい。そこで、従来においても位相シフトレチクル法、変形照明法、多層レジスト法など、実質的に焦点深度を広くする提案がなされている。

[0007] 上記の如く従来の投影露光装置では、露光光の短波長化及び投影光学系の大 Ν Α化によって、焦点深度が狭くなつてきている。そして、集積回路の一層の高集積化に対応するために、露光波長は将来的に更に短波長化することが確実視されており、このままでは焦点深度が狭くなり過ぎて、露光動作時のフォーカスマージンが不足するおそれがある。

[0008] そこで、実質的に露光波長を短くして、かつ空気中に比べて焦点深度を大きく（広く）する方法として、液浸法が提案されている。この液浸法は、投影光学系の下面とゥェハ表面との間を水又は有機溶媒等の液体で満たし、液体中での露光光の波長が、空気中の 1/n倍 (nは液体の屈折率で通常 1. 2— 1. 6程度）になることを利用して解像度を向上すると共に、その解像度と同一の解像度が液浸法によらず得られる投影光学系（このような投影光学系の製造が可能であるとして）に比べて焦点深度を n 倍に拡大する、すなわち空気中に比べて焦点深度を n倍に拡大するものである。

[0009] この液浸法を利用した従来技術の一つとして、「基板を所定方向に沿って移動させる際に、投影光学系の基板側の光学素子の先端部とその基板の表面との間を満たすように、その基板の移動方向に沿って所定の液体を流すようにした、投影露光方法及び装置」が知られている（例えば、下記特許文献 1参照）。

[0010] この特許文献 1に記載の投影露光方法及び装置によると、液浸法による高解像度かつ空気中と比べて焦点深度が大きくなつた露光を行うことができるとともに、投影光学系と基板とが相対移動しても、投影光学系と基板との間に液体を安定に満たしておくこと、すなわち保持することができる。

[0011] しかし、従来の液浸法では、投影光学系の基板側の光学素子の先端部と基板の表面との間に液体が供給される、すなわち基板表面の一部に液体が供給されるので、この液体による圧力（表面張力と水の自重とがその主な要因となる）により基板ゃ該基板が載置された基板テーブルに変形が生じたり、投影光学系と基板との間隔が変動したりすることがあった。また、液体の供給に伴い基板テーブルに振動が生じることもあった。

[0012] 上述した基板や基板テーブルの変形は、レーザ干渉計によって計測される基板テ一ブル上の基板の位置計測の誤差要因となる。これは、レーザ干渉計は、基準となる反射面 (例えば移動鏡反射面）と基板との位置関係が一定であることを前提として、前記反射面の位置を計測することで、間接的に基板の位置を計測するものだからである。

[0013] 特に、走査型露光装置の場合には、ステツパなどの静止型露光装置 (一括露光装置)と異なり、投影光学系と基板との間隔の変動は、投影光学系に固定されたフォーカスセンサの出力に基づいて調整される投影光学系の光軸方向に関する基板の位置誤差の要因となる。これは、基板ステージを移動しつつ露光が行われる走査型露光装置の場合、その露光中に投影光学系の光軸方向に関する基板の位置誤差が生じた場合に、フォーカスセンサの出力に基づき基板ステージを介して光軸方向に関する基板の位置をフィードバック制御しても、その基板のフォーカス制御に制御遅れが生じる蓋然性が高力たからである。

[0014] また、これまでは、上述した液体の供給に伴って生じる位置ずれ等は、それほど問題にされなかったが、集積回路の更なる高集積化に伴い、投影露光装置に要求される重ね合わせ精度は、将来的にますます厳しくなるため、上述した液体の供給に起因する位置ずれ等が基板の位置制御性を低下させるのを効果的に抑制することも必要である。

[0015] 特許文献 1：国際公開第 99/49504号パンフレット

発明の開示

課題を解決するための手段

[0016] 本発明は、上述したような事情の下でなされたもので、第 1の観点からすると、投影光学系と基板との間に液体を供給し、前記投影光学系と前記液体とを介して前記基板上にパターンを転写する投影露光装置であって、基板が載置されるとともに、その基板を保持して移動可能な基板テーブルと；前記液体の供給に起因して前記基板と前記基板テーブルとの少なくとも一方に生じる位置ずれを補正する補正装置と；を備える投影露光装置である。

[0017] ここで、「液体の供給に起因して前記基板と前記基板テーブルとの少なくとも一方に生じる位置ずれ」とは、液体の供給に起因して生じる、基板テーブルの移動面内方向及びその移動面に直交する方向のいずれの方向の位置ずれをも含む。

[0018] これによれば、補正装置により、液体の供給に起因して基板と基板テーブルとの少なくとも一方に生じる位置ずれが補正される。このため、乾燥式の投影露光装置と同様の状況下、すなわち液体の供給に起因する基板と基板テーブルとの少なくとも一方の位置ずれが存在しない状況下において、基板に対して液浸法を利用した高精度な露光が実現される。

[0019] この場合におレ、て、前記基板テーブルの位置情報を計測する位置計測系を更に備える場合に、前記補正装置は、前記基板テーブルの位置に応じて、前記液体の供給に起因して前記基板と前記基板テーブルとの少なくとも一方に生じる位置ずれを補正することとすることができる。

[0020] この場合において、前記補正装置は、液体の供給に起因して生じる、前記位置計測系によって直接的又は間接的に計測される、基板及び基板テーブルの少なくとも一方の位置情報の誤差を補正することとすることができる。

[0021] 本発明の投影露光装置では、前記補正装置は、前記基板テーブルの形状変化により生じる位置ずれを補正することとすることができる。

[0022] 本発明の投影露光装置では、前記基板テーブルは、位置決め用の基準部材を有しており、前記補正装置は、前記基準部材と前記基板との位置ずれを補正することとすること力 Sできる。

[0023] 本発明の投影露光装置では、前記補正装置は、前記投影光学系の光軸方向に関する前記投影光学系と前記基板との間隔を補正することとすることができる。

[0024] 本発明の投影露光装置では、前記補正装置は、前記液体に関する物理量に応じて前記位置ずれを補正することとすることができる。この場合において、前記液体の物理量は、前記液体の圧力と前記液体の表面張力との少なくとも一方を含むこととすること力 Sできる。

[0025] 本発明の投影露光装置では、前記補正装置は、前記基板テーブルの振動により生じる位置ずれを補正することとすることができる。

[0026] 本発明の投影露光装置では、前記パターンが形成されたマスクが載置され、そのマスクを保持して移動可能なマスクステージを更に備え、前記補正装置は、前記基板テーブルと前記マスクステージとの少なくとも一方に与える推力を変更して前記位置ずれを補正することとすることができる。この場合において、前記補正装置は、フィードフォワード制御により前記推力を変更する制御装置を備えていることとすることができる。

[0027] 本発明の投影露光装置では、前記補正装置は、前記基板上に転写された前記パターンの転写像の位置計測結果に基づいて前記位置ずれを補正することとすることもできるし、あるいは前記補正装置は、シミュレーション結果に基づいて前記位置ずれをネ甫正することとすることもできる。

[0028] 本発明は、第 2の観点からすると、表面に液体が供給される基板を移動可能に保持する基板テーブルを有したステージ装置であって、前記基板テーブルの位置情報を計測する位置計測装置と;前記液体の供給に起因して前記基板と前記基板テーブルとの少なくとも一方に生じる位置ずれを補正する補正装置と；を備えるステージ装置である。

[0029] これによれば、補正装置により、液体の供給に起因して基板と基板テーブルとの少なくとも一方に生じる位置ずれが補正される。このため、基板の表面に供給される液体の影響を受けることなぐ位置計測装置の計測結果に基づいて、基板及び基板テ一ブルを移動することが可能となる。

[0030] 本発明のステージ装置では、前記補正装置は、前記基板テーブルの形状変化により生じる位置ずれを補正することとすることができる。

[0031] 本発明のステージ装置では、前記基板テーブルは、位置決め用の基準部材を有しており、前記補正装置は、前記基準部材と前記基板との位置ずれを補正することとすること力 Sできる。 [0032] 本発明は、第 3の観点からすると、投影光学系と基板テーブルに保持された基板との間に液体を供給し、前記投影光学系と前記液体とを介して前記基板上にパターンを転写する露光方法であって、前記液体の供給に起因して前記基板と前記基板テ一ブルとの少なくとも一方に生じる変化を検出する検出工程と；前記検出結果に基づいて、前記パターンを前記基板に転写する転写工程と；を含む露光方法である。図面の簡単な説明

[0033] [図 1]本発明の一実施形態に係る投影露光装置の概略構成を示す図である。

[図 2]図 1のウェハテーブルを示す斜視図である。

[図 3]鏡筒の下端部及び配管系とともに液体給排ユニットを示す断面図である。

[図 4]図 3の B— B線断面図である。

[図 5]液体給排ユニットに、液体が供給された状態を示す図である。

[図 6]焦点位置検出系を説明するための図である。

[図 7]—実施形態に係る投影露光装置の制御系の構成を一部省略して示すブロック図である。

[図 8]ステージ制御装置の内部に構築されたウェハステージ制御系を示すブロック図である。

発明を実施するための最良の形態

[0034] 以下、本発明の一実施形態について、図 1一図 8に基づいて説明する。

[0035] 図 1には、本発明の一実施形態に係る投影露光装置 100の概略構成が示されている。この投影露光装置 100は、ステップ ·アンド'スキャン方式の投影露光装置（レ、わゆるスキャニング'ステツパ）である。この投影露光装置 100は、照明系 10、マスクとしてのレチクル Rを保持するレチクルステージ RST、投影ユニット PU、基板としてのゥェハ Wが載置される基板テーブルとしてのウェハテーブル 30を有するステージ装置 50、及びこれらの制御系等を備えている。

[0036] 前記照明系 10は、例えば特開 2001 - 313250号公報及びこれに対応する米国特許出願公開第 2003/0025890号明細書などに開示されるように、光源、ォ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等（レ、ずれも不図示）を含んで構成されている。この照明系 10では、回路パターン等が描かれたレチクル R上のレチクルブラインドで規定されたスリット状の照明領域部分を照明光（露光光） 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。なお、照明光 ILとして、 KrFエキシマレーザ光（波長 248nm)などの遠紫外光、あるいは超高圧水銀ランプからの紫外域の輝線 (g線、 i線等）を用いることも可能である。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。この他、照明系 10として、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構成を採用しても良い。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。

[0037] 前記レチクルステージ RST上には、レチクル R力例えば真空吸着により固定されている。レチクルステージ RSTは、例えばリニアモータ等を含むレチクルステージ駆動部 11 (図 1では図示せず図 7参照）によって、照明系 10の光軸（後述する投影光学系 PLの光軸 AXに一致）に垂直な XY平面内で微少駆動可能であるとともに、所定の走査方向（ここでは図 1における紙面内左右方向である 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。

[0038] レチクルステージ RSTのステージ移動面内の位置は、レチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という） 16によって、移動鏡 15を介して、例えば 0. 5— lnm程度の分解能で常時検出される。ここで、実際には、レチクルステージ RST上には Y軸方向に直交する反射面を有する移動鏡と X軸方向に直交する反射面を有する移動鏡とが設けられ、これらの移動鏡に対応してレチクル Y干渉計とレチクル X干渉計とが設けられている力 S、図 1ではこれらが代表的に移動鏡 15、レチクル干渉計 16として示されている。なお、例えば、レチクルステージ RSTの端面を鏡面加工して反射面 (移動鏡 15の反射面に相当）を形成しても良い。また、レチクルステージ RSTの走查方向（本実施形態では Y軸方向）の位置検出に用いられる X軸方向に伸びた反射面の代わりに、少なくとも 1つのコーナーキューブ型ミラー（例えばレトロリフレクタ）を用いても良い。ここで、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 Υ干渉計は、測長軸を 2軸有する 2軸干渉計であり、このレチクル Υ干渉計の計測値に基づきレチクルステージ RSTの Υ位置に加え、 Ζ軸回りの回転方向である θ ζ方向の回転も計測できるようになつている。

[0039] レチクル干渉計 16の計測値は、ステージ制御装置 19に送られ、ステージ制御装置 19では、このレチクル干渉計 16の計測値に基づいてレチクルステージ RSTの X、 Υ 、 θ ζ方向の位置を算出するとともに、この算出された位置情報を主制御装置 20に供給する。ステージ制御装置 19では、主制御装置 20からの指示に応じ、レチクルステージ RSTの位置に基づいてレチクルステージ駆動部 11を介してレチクルステージ R STを駆動制御する。

[0040] レチクル Rの上方には、 X軸方向に所定距離隔てて一対のレチクルァライメント検出系 12 (但し、図 1においては紙面奥側のレチクルァライメント検出系 12は不図示）が配置されている。各レチクルァライメント検出系 12は、ここでは図示が省略されている力、それぞれ照明光 ILと同じ波長の照明光にて検出対象のマークを照明するための落射照明系と、その検出対象のマークの像を撮像するための検出系とを含んで構成されている。検出系は結像光学系と撮像素子とを含んでおり、この検出系による撮像結果（すなわちレチクルァライメント検出系 12によるマークの検出結果）は、主制御装置 20に供給されている。この場合、落射照明系力射出された照明光をレチクル R 上に導き、且つその照明によりレチクル Rから発生する検出光をレチクルァライメント検出系 12の検出系に導くための不図示のミラー（落射用ミラー）が照明光 ILの光路上に挿脱自在に配置されており、露光シーケンスが開始されると、レチクル R上のパターンをウェハ W上に転写するための照明光 ILの照射の前に、主制御装置 20からの指令に基づいて不図示の駆動装置により落射用ミラーは照明光 ILの光路外に退避される。

[0041] 前記投影ユニット PUは、レチクルステージ RSTの図 1における下方に配置されている。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、具体的には Ζ軸方向の共通の光軸 ΑΧを有する複数のレンズ (レンズエレメント）力成る投影光学系 PLとを備えている。投影光学系 PLとしては、例えば両側テレセントリックで所定の投影倍率 (例えば 1/4倍又は 1/5倍）の屈折光学系が使用されている。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、投影ユニット PU ( 投影光学系 PL)を介してその照明領域内のレチクル Rの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）が塗布されたウェハ W上に形成される。

[0042] また、本実施形態の露光装置 100では、後述するように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（ウェハ W側）の光学素子としてのレンズ 42 (図 3参照）の近傍には、該レンズ 42を保持する鏡筒 40の先端を取り囲む状態で、液体給排ユニット 32が取り付けられている。なお、この液体給排ユニット 32及びこれに接続された配管系の構成等については後に詳述する。

[0043] 投影ユニット PUの側面には、オファクシス'ァライメント系（以下、「ァライメント系」と略述する） ASが配置されている。このァライメント系 ASとしては、例えばウェハ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（ァライメント系 AS内に設けられた指標板上の指標パターン）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)系のセンサが用いられている。なお、ァライメント系 ASとしては、 FIA系に限らず、コヒーレントな検出光を対象マークに照射し、その対象マークから発生する散乱光又は回折光を検出する、あるいはその対象マークから発生する 2つの回折光 (例えば同次数の回折光、あるいは同方向に回折する回折光）を干渉させて検出するァライメントセンサを単独であるいは適宜組み合わせて用いることは勿論可能である。このァライメント系 ASの撮像結果は、主制御装置 20へ出力されている。

[0044] 前記ステージ装置 50は、ウェハステージ WST、該ウェハステージ WST上に設けられたウェハホルダ 70、ウェハステージ WSTを駆動するウェハステージ駆動部 24等を備えている。前記ウェハステージ WSTは、投影光学系 PLの図 1における下方で、不図示のベース上に配置され、ウェハステージ駆動部 24を構成する不図示のリニアモータ等によって XY方向へ駆動される XYステージ 31と、該 XYステージ 31上に載置され、ウェハステージ駆動部 24を構成する不図示の Ζ·チルト駆動機構によって、 Ζ軸方向、及び ΧΥ面に対する傾斜方向（X軸回りの回転方向（ Θ X方向）及び Υ軸回りの回転方向（ Θ y方向））へ微小駆動される前記ウェハテーブル 30とを備えている。このウェハテーブル 30上に前記ウェハホルダ 70が搭載され、該ウェハホルダ 70によってウェハ Wが真空吸着等によって固定されてレ、る。

[0045] このウェハホルダ 70は、図 2の斜視図に示されるように、ウェハ Wが載置される領域（中央の円形領域）の周囲部分のうち、正方形のウェハテーブル 30の一方の対角線上に位置する 2つのコーナーの部分がそれぞれ突出し、他方の対角線上に位置する 2つのコーナー部分が前述の円形領域より一回り大きい円の 1/4の円弧状となる、特定形状の本体部 70Aと、この本体部 70Aにほぼ重なるようにウェハ Wの載置される領域の周囲に配置された 4枚の補助プレート 22a— 22dと、を備えている。これらの補助プレート 22a 22dの表面は、ウェハ W表面とほぼ同一の高さ（両者の高さの差は、最大でも lmm程度）とされている。

[0046] ここで、図 2に示されるように、補助プレート 22a— 22dのそれぞれとウェハ Wとの間には、隙間 Dが存在するが、隙間 Dの寸法は、 3mm以下になるように設定されている。また、ウェハ Wには、その一部にノッチ (V字状の切欠き）が存在する力このノッチの寸法は、隙間 Dより更に小さく lmm程度であるから、図示は省略されている。

[0047] また、補助プレート 22aには、その一部に円形開口が形成され、その開口内に、基準マーク板 FMが隙間がないように嵌め込まれている。基準マーク板 FMはその表面力補助プレート 22aと同一面とされている。基準マーク板 FMの表面には、少なくとも一対のレチクルァライメント用基準マーク及びァライメント系 ASのベースライン計測用の基準マーク (いずれも不図示）等が形成されている。すなわち、基準マーク板 F Mは、ウェハテーブル 30の位置決め用の基準部材の役目も果たしている。

[0048] 図 1に戻り、前記 XYステージ 31は、走查方向（Y軸方向）の移動のみならず、ゥェハ W上の複数のショット領域を前記照明領域と共役な露光領域に位置させることができるように、走査方向に直交する非走査方向（X軸方向）にも移動可能に構成されており、ウェハ W上の各ショット領域を走查 (スキャン）露光する動作と、次ショットの露光のための加速開始位置 (走査開始位置)まで移動する動作 (ショット領域間移動動作）とを繰り返すステップ ·アンド'スキャン動作を行う。

[0049] ウェハテーブル 30の XY平面内での位置（Z軸回りの回転（ Θ z回転）を含む）は、そのウェハテーブル 30の上面に設けられた移動鏡 17を介して、ウェハレーザ干渉計（以下、「ウェハ干渉計」と呼ぶ） 18によって、例えば 0. 5— lnm程度の分解能で常時検出されている。前述の如ぐウェハテーブル 30上には、ウェハ Wがウェハホルダ 7 0を介して吸着されて固定されている。従って、ウェハテーブル 30に変形が生じたりしない限り、移動鏡 17とウェハ Wとの位置関係は一定の関係に保たれているので、移動鏡 17を介してウェハテーブル 30の位置を計測することは、移動鏡 17を介してゥェハ Wの位置を間接的に計測することになる。すなわち、移動鏡 17の反射面は、ゥェハ Wの位置を計測する基準ともなつており、移動鏡 17は、ウェハ Wの位置を計測するための基準部材となっている。

[0050] ここで、実際には、ウェハテーブル 30上には、例えば図 2に示されるように、走查方向（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（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、これに対応してウェハ干渉計も X移動鏡 17Xに垂直に干渉計ビームを照射する X干渉計と、 Y移動鏡 17Yに垂直に干渉計ビームを照射する Y干渉計とが設けられている力図 1ではこれらが代表的に移動鏡 17、ウェハ干渉計 18として示されている。なお、ウェハ干渉計 18の X干渉計及び Y干渉計は、ともに測長軸を複数有する多軸干渉計であり、これらの干渉計によつて、ウェハステージ WST (より正確には、ウェハテーブル 30)の X、 Y位置及びョーイング（Z軸回りの回転である Θ z回転）は勿論、ピッチング（X軸回りの回転である θ X 回転）、ローリング (Y軸回りの回転である Θ y回転)）をも計測することも可能である。なお、例えば、ウェハテーブル 30端面を鏡面加工して反射面 (移動鏡 17X、 17Yの反射面に相当）を形成しても良レ、。また、多軸干渉計は 45° 傾いてウェハテープノレ 30に設置される反射面を介して、投影光学系 PLが載置される架台（不図示）に設置される反射面にレーザビームを照射し、投影光学系 PLの光軸方向（Z軸方向）に関する相対位置情報を検出するようにしても良レ、。

[0051] ウェハ干渉計 18の計測値は、ステージ制御装置 19に送られている。ステージ制御装置 19では、ウェハ干渉計 18の計測値に基づいて、ウェハテーブル 30の X、 Y位置、及び θ z回転を算出する。また、ウェハ干渉計 18の出力に基づいてウェハテーブル 30の θ X回転、 Θ y回転の算出可能である場合には、それらの回転によって生じるウェハテーブル 30の XY面内の位置誤差を補正したウェハテーブル 30の X、 Y位置を算出する。そして、ステージ制御装置 19で算出されたウェハテーブル 30の X、 Y 位置、及び Θ z回転の情報が、主制御装置 20に供給されている。ステージ制御装置 19では、主制御装置 20の指示に応じ、ウェハテーブル 30の上記位置情報に基づき、ウェハステージ駆動部 24を介してウェハテーブルを制御する。

[0052] なお、本実施形態のステージ制御装置 19の内部には、ウェハステージ制御系（これについては後に詳述する）とレチクルステージ制御系（不図示）とが構築されている

[0053] 次に、液体給排ユニット 32について、図 3及び図 4に基づいて説明する。図 3には、液体給排ユニット 32が、鏡筒 40の下端部及び配管系とともに断面図で示されている。また、図 4には、図 3の B— B線断面図が示されている。

[0054] 図 3に示されるように、投影ユニット PUの鏡筒 40の像面側の端部（下端部）には他の部分に比べて直径の小さい小径部 40aが形成されており、この小径部 40aの先端が下方に行くにつれてその直径が小さくなるテーパ部 40bとされてレ、る。この場合、小径部 40aの内部に投影光学系 PLを構成する最も像面側のレンズ 42が保持されている。このレンズ 42は、その下面が光軸 AXに直交する XY面に平行とされている。

[0055] 前記液体給排ユニット 32は、正面（及び側面）から見て円筒状の形状を有しており、その中央部には、図 4に示されるように、鏡筒 40の小径部 40aを上方（+ Z方向）から下方 (一 Z方向）へ挿入可能な開口 32aが上下方向に形成されている。この開口 32 aは、 X軸方向一側と他側の一部に他の部分に比べてその直径が大きな円弧状部 3 3a、 33bが設けられた全体として概略円形の開口である（図 4参照）。この開口 32aの円弧状部 33a、 33bの内壁面は、図 3に示されるように、上端部から下端部近傍まではほぼ一定の直径を有しており、それより下の部分では下方に行くにつれてその直径が小さくなるようなテーパ状とされている。この結果、液体給排ユニット 32の開口 32 aの円弧状部 33a、 33bの内壁面のそれぞれと鏡筒 40の小径部 40aのテーパ部 40b の外面との間に、上から見て僅かに末広（下から見て僅かに先細）の液体供給口がそれぞれ形成されている。以下の説明では、これらの液体供給口を、円弧状部 33a、 33bと同一の符号を用いて、適宜「液体供給口 33a、液体供給口 33b」と記述するものとする。

[0056] 前記円弧状部 33a、 33bそれぞれの内壁面と鏡筒 40の小径部 40aとの間には、図 3及び図 4から分かるように、平面視（上方又は下方から見て）円弧状の空隙がそれぞれ形成されている。これらの空隙内に、ほぼ等間隔で複数本の供給管 52の一端部が上下方向に挿入され、各供給管 52の一端側の開口端は、液体供給口 33a又は液体供給口 33bに臨んでレ、る。

[0057] 前記各供給管 52の他端は、バルブ 62bをそれぞれ介して、液体供給装置 74にその一端が接続された供給管路 66の他端にそれぞれ接続されている。液体供給装置 74は、液体のタンク、加圧ポンプ、温度制御装置等を含んで構成され、主制御装置 20によって制御される。この場合、対応するバルブ 62bが開状態のとき、液体供給装置 74が作動されると、例えば露光装置 100 (の本体）が収納されているチャンバ（図示省略）内の温度と同程度の温度に温度制御装置によって温調された液浸用の所定の液体が、各供給管 52及び液体供給口 33a、 33bを介して、液体給排ユニット 32 及レンズ 42とウェハ W表面との間の隙間内に供給される。図 5には、このようにして、液体が供給された状態が示されている。

[0058] なお、以下では、各供給管 52に設けられたバルブ 62bを纏めて、ノくルブ群 62bとも記述する（図 7参照)。

[0059] なお、液体を供給するためのタンク、加圧ポンプ、温度制御装置、バルブなどは、その全てを露光装置 100で備えている必要はなぐ少なくとも一部を露光装置 100が設置される工場などの設備で代替することもできる。

[0060] 上記の液体としては、ここでは、 ArFエキシマレーザ光（波長 193. 3nm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共に、ウェ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利点がある。また、超純水は環境に対する悪影響がないと共に、不純物の含有量が極めて低いため、ウェハの表面及びレンズ 42の表面を洗浄する作用も期待できる。 [0061] ArFエキシマレーザ光に対する水の屈折率 nは、ほぼ 1. 47である。この水の中では、照明光 ILの波長は、 193nm X l/n=約 131nmに短波長化される。

[0062] 液体給排ユニット 32の下端面には、前記円弧状部 33a、 33bそれぞれの外側に、下方から見てほぼ半円弧状の所定深さの凹部 32b、 32bがそれぞれ形成されてい

1 2

る。これらの凹部 32b、 32bの下端部近傍は、上から見て末広（下から見て先細）の

1 2

断面形状にそれぞれ形成され、液体回収口となっている。以下の説明では、適宜、これらの液体回収口を、凹部 32b、 32bと同一の符号を用いて「液体回収口 32b、液

1 2 1 体回収口 32b」と記述するものとする。

2

[0063] 液体給排ユニット 32の凹部 32b、 32b内部の底面（上面）には、上下方向の貫通

1 2

孔が所定間隔で形成され、各貫通孔に回収管 58の一端がそれぞれ揷入されている。各回収管 58の他端は、バルブ 62aをそれぞれ介して、液体回収装置 72にその一端が接続された回収管路 64の他端にそれぞれ接続されている。液体回収装置 72は、液体のタンク及び吸引ポンプ等を含んで構成され、主制御装置 20によって制御される。この場合、対応するバルブ 62aが開状態のとき、前述の液体給排ユニット 32及レンズ 42とウェハ W表面との間の隙間内の水が液体回収口 32b、 32b及び各回収

1 2

管 58を介して液体回収装置 72によって回収される。なお、以下では、各回収管 58 に設けられたバルブ 62aを纏めて、バルブ群 62aとも記述するものとする（図 7参照）

[0064] なお、液体を回収するためのタンク、吸引ポンプ、バルブなどは、その全てを露光装置 100で備えている必要はなぐ少なくとも一部を露光装置 100が設置される工場などの設備で代替することもできる。

[0065] なお、上記各バルブとしては、開閉の他、その開度の調整が可能な調整弁（例えば流量制御弁）などが用いられている。これらのバルブは、主制御装置 20によって制御される（図 7参照）。

[0066] なお、液体給排ユニット 32は、スクリュ（不図示）によって、鏡筒 40の底部に固定されている。そして、この鏡筒 40に取り付けられた状態では、液体給排ユニット 32は、図 3からもわかるように、その下端面がレンズ 42の下面 (鏡筒 40の最下端面）と同一面となっている。但し、これに限らず、液体給排ユニット 32は、その下端面がレンズ 4 2の下面より高く設定されていても良いし、低く設定されていても良い。

[0067] 本実施形態の露光装置 100では、更に、ウェハ Wのいわゆるオートフォーカス、ォ一トレべリングのための、焦点位置検出系が設けられている。以下、この焦点位置検出系にっレ、て図 6に基づレ、て説明する。

[0068] 図 6において、レンズ 42と鏡筒 40のテーパ部 40bとの間にはレンズ 42と同一素材から成り、該レンズに密着された一対のプリズム 44A、 44Bが設けられている。

[0069] 更に、鏡筒 40の小径部 40aを除く大径部 40cの下端の近傍には、鏡筒 40の内部と外部とを連通する水平方向に延びる一対の貫通孔 40d、 40eが形成されている。これらの貫通孔 40d、 40eそれぞれの内側（前述の空隙側）の端部には、直角プリズム 46A、 46Bがそれぞれ配置され、鏡筒 40に固定されている。

[0070] 鏡筒 40外部には、一方の貫通孔 40dに対向して、照射系 90aが配置されている。

また、鏡筒 40外部には、他方の貫通孔 40eに対向して、照射系 90aとともに焦点位置検出系を構成する受光系 90bが配置されている。照射系 90aは、図 1の主制御装置 20によってオンオフが制御される光源を有し、投影光学系 PLの結像面に向けて多数のピンホール又はスリットの像を形成するための光束を水平方向に射出する。この射出された光束は、直角プリズム 46Aによって鉛直下方に向けて反射され、前述のプリズム 44Aによってウェハ W表面に光軸 AXに対して斜め方向より照射される。一方、ウェハ W表面で反射されたそれらの光束の反射光束は、前述のプリズム 44B で鉛直上方に向けて反射され、更に直角プリズム 46Bで水平方向に向けて反射され、受光系 90bによって受光される。このように、本実施形態では、照射系 90a、受光系 90b、プリズム 44A、 44B及び直角プリズム 46A、 46Bを含んで、例えば特開平 6— 2 83403号公報及びこれに対応する米国特許第 5, 448， 332号などに開示されるものと同様の斜入射方式の多点焦点位置検出系から成る焦点位置検出系が構成されている。以下では、この焦点位置検出系を焦点位置検出系（90a， 90b)と記述するものとする。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。

[0071] 焦点位置検出系（90a， 90b)の受光系 90bの出力である焦点ずれ信号 (デフォーカス信号）は、ステージ制御装置 19に供給されている（図 7参照）。ステージ制御装置 19は、走査露光時などに、受光系 90bからの焦点ずれ信号 (デフォーカス信号）、例えば Sカーブ信号に基づいてウェハ W表面の Z位置及び θ χ, Θ y回転を算出し、その算出結果を主制御装置 20に送る。また、ステージ制御装置 19は、算出したウェハ W表面の Z位置及び θ X, Θ y回転がそれらの目標値に対する差が零となるように、すなわち焦点ずれが零となるように、ウェハステージ駆動部 24を介してウェハテープル 30の Z軸方向への移動、及び 2次元方向の傾斜（すなわち、 θ χ, 0 y方向の回転 )を制御することで、照明光 ILの照射領域 (前述の照明領域に対して光学的に共役関係にある領域 (露光量域)）内で投影光学系 PLの結像面とウェハ Wの表面とを実質的に合致させるオートフォーカス（自動焦点合わせ)及びオートレべリングを実行する。なお、焦点位置検出系（90a， 90b)は、例えば特願 2003—367041号で提案されているように、液体給排ユニット 32の一部を光源からの光に対して透明なガラスとして、このガラスを利用して前述の検出をするものでも良い。

[0072] また、ウェハテーブル 30の X、 Y、 Ζ位置に関しては、ウェハテーブル 30上への水の供給に起因するウェハ Wや基準マークの位置ずれ、あるいは制御遅れなどによる影響が極力抑制されるように、フィードフォワード制御による推力指令値の補正が行われている。これについては後述する。

[0073] 図 7には、露光装置 100の制御系の構成が一部省略してブロック図にて示されている。この制御系は、ワークステーション（又はマイクロコンピュータ）などから成る主制御装置 20及びこの配下にあるステージ制御装置 19などを中心として構成されている。

[0074] 図 8には、ステージ制御装置 19の内部に構築されたウェハステージ制御系 26のブロック図力制御対象であるウェハステージ系 56とともに示されている。この図 8に示されるように、ウェハステージ制御系 26は、目標値出力部 28、減算器 29、制御部 36 、補正値生成部 38、加算器 39及び演算部 54等を含んで構成されている。

[0075] 前記目標値出力部 28は、主制御装置 20からの指示に応じ、ウェハテーブル 30に対する位置指令プロファイルを作成し、そのプロファイルにおける単位時間当りの位置指令、すなわちウェハテーブル 30の X、 Υ、 Ζ、 θ χ、 Θ _Υ θ ζの 6自由度方向の位置の目標値 Τ ( = (Χ、 Υ、 0、 0、 0、 0) )を生成し、減算器 29及び補正値生成部 38 に対してそれぞれ出力する。

[0076] 減算器 29は、各自由度方向についての前記目標値 T とウェハテーブル 30の各自由度方向の実測値 (観測値 o= (x、y、z、 θ χ, 6 y、 θ z) )との差である位置偏差 Δ ( = ( Δ =Χ— χ、 Δ =Y— y、 Δ =0_ζ、 Δ θ =0— θ χ、 Δ θ =0— θ γ、 Δ θ =0— θ ζ)を演算するものである。

[0077] 制御部 36は、減算器 29から出力される位置偏差 Δを入力として例えば（比例 +積分)制御動作を各自由度方向に関して個別に行い、ウェハステージ系 56に対する各自由度方向の推力の指令値 Ρ (= (Ρ、Ρ、Ρ、Ρ Θ 、Ρ Θ 、Ρ Θ ) )を操作量として生成する PIコントローラ等を含んで構成されてレ、る。

[0078] 加算器 39は、制御部 36からの推力の指令値 Pと、後述する補正値生成部 38の出力である推力の補正値一 E (= (-E、― E、― E、 0， 0， 0)とを各自由度方向毎に加算し、補正後の推力指令（P+ (-E) ) = (P _E、 P _E、 P _E、 P Θ 、 P Θ 、 P Θ ) を、ウェハステージ系 56に対して出力する。

[0079] ウェハステージ系 56は、ウェハステージ制御系 26の制御対象に相当する系であり、加算器 39から出力される推力指令を入力し、ウェハテーブル 30の位置情報を出力する系である。すなわち、このウェハステージ系 56は、加算器 39から出力される推力指令が与えられる前記ウェハステージ駆動部 24と、このウェハステージ駆動部 24 によって 6自由度方向に駆動されるウェハテーブル 30と、該ウェハテーブル 30の位置を計測する位置計測系、すなわちウェハ干渉計 18及び焦点位置検出系（90a、 9 Ob)とが、実質的にこれに相当する。

[0080] ウェハステージ駆動部 24は、推力指令（P+ (— E) )が与えられると、これを各ァクチユエータに対する操作量に変換する変換部を含んで構成されている。

[0081] 前記演算部 54は、位置計測系の出力であるウェハ干渉計 18の計測値に基づいてウェハテーブル 30の X軸、 Y軸及び Θ z方向の位置情報を算出するとともに、同じく位置計測系の出力である焦点位置検出系（90a、 90b)の出力に基づいてウェハテ一ブル 30の Z軸、 θ χ及び 0 y方向の位置情報を算出する。この演算部 54で算出されるウェハテーブル 30の 6自由度方向の位置情報力主制御装置 20に供給されている。また、後述する走查露光時には、この演算部 54で算出されるウェハテーブル 3 0の X、 Y面内の位置情報が不図示の同期位置演算部に入力され、該同期位置演算部によって不図示のレチクルステージ制御系に対して、位置の目標値が与えられるようになつている。

[0082] 前記補正値生成部 38には、目標値出力部 28からの位置の目標値 Τ の他、主制御装置 20から、設定条件である流量 Q、接触角 Θの値が入力されている。そして、この補正値生成部 38は、次式（3)、 (4)、 (5)に基づいて、 X方向誤差 E，、 Y方向誤差 E '、 Z方向誤差 E 'をそれぞれ算出し、その算出結果を所定の変換演算により推力の補正値一 E ,— E，― Eに変換して、加算器 39に対してフィードフォワード入力する。

[0083] E ' =f (X, Y, V , V , Q, Θ ) ……（3)

E ' =g (X, Y, V , V , Q, Θ ) ……（4)

E ' =h (X, Y， V， V , Q, θ ) …… (5)

上式（3)、（4)、（5)中のパラメータ X, Yは、目標値出力部 28からのウェハステージ WSTの位置の指令値、パラメータ V , Vは、ウェハステージ WSTの移動速度（これは、 i番目の位置の指令値 X

i、 Yと（i+ l)番目の位置の指令値 X

i i+l、Y との差と、

i+l

サンプリング間隔 A tとに基づいて算出される）、ノメータ Qは、供給される水の流量、パラメータ Θは、水のウェハ（ウェハ上のレジスト又はそのコーティング層）に対する ¾触角 (contact angle)である。

[0084] ここで、上式（3)、（4)、 (5)に、パラメータ X, Yが含まれているのは、水の供給に伴つてその圧力及び表面張力などの力がウェハ W、ウェハテーブル 30などに作用する、ウェハステージ WSTのステージ座標系上における位置が異なれば、前記力に起因するウェハテーブル 30表面の形状変化が異なるからである。

[0085] また、パラメータ V , Vが含まれているのは、次のような理由である。すなわち、ゥェハテーブル 30が、 XY面内の所定方向に移動する際には、その移動方向及び移動速度に応じた水の流れが生じる。この流れは、非圧縮性の粘性流体であり、かつニュ一トンの粘性の法則が成り立つニュートン流体である水力ウェハ表面とレンズ 42下面との相対変位によりせん断力を受けることに起因して生じる、層流クエツト（Couette )流れとなる。すなわち、ウェハテーブル 30の移動速度力水の流速、ひいては水の圧力を決定するパラメータの 1つになっている。

[0086] また、パラメータ Qが含まれているのは、供給される水の流量が水の圧力を決定するパラメータの 1つだからである。

[0087] また、パラメータ Θ (接触角 Θ )が含まれているのは、次のような理由による。

[0088] 固体 (例えばウェハ）と液体 (例えば水）との接触において、固体の表面張力（表面エネルギ）を γ 、固液界面張力（固液 2相間の界面エネルギ）を γ 、液体の表面張

s s

力（表面エネルギ）を γ としたとき、接触角 Θは、次式（6)のヤングの式（Young' s equation)で表 2·れる。

[0089] γ . cos θ = ( γ - γ ) ……（6)

S SL

このように、ウェハテーブル及びウェハに作用する力の一部である水の表面張力 _Ί と接触角 Θとの間には、所定の関係があるため、表面張力に影響を与えるパラメ一タとして接触角を含めている。接触角は例えば目視ゃ画像計測により求めることができる。

[0090] 本実施形態では、上式（3)、（4)、（5)は、露光装置 100を用いて実際に行った計測用露光（テスト露光）の結果に基づいて、予め定められている。以下、これについて説明する。

[0091] 前提として、レチクルステージ RST上には計測用レチクル（以下、便宜上「計測用レチクル R」と記述する）がロードされているものとする。また、ウェハステージ WSTは、

Τ

ウェハ交換位置にあり、ウェハホルダ 70上に計測用ウエノ、（以下、便宜上「計測用ゥェハ W」と記述する）がロードされているものとする。

Τ

[0092] ここで、計測用レチクル Rとしては、例えば長方形のガラス基板の一面（パターン面

Τ

)に、パターン領域が形成され、そのパターン領域内に、複数の計測マークが、所定の間隔で、マトリクス状に配置されたものが用いられる。また、この計測用レチクル R

Τ

には、複数対のレチクルァライメントマークが形成されている。計測用レチクル R上に

Τ

は、パターン領域の中心との位置関係が既知であるウェハマーク（ァライメントマーク )も配設されている。このウェハマークは、計測用ウェハ Wの製造の過程で行われる

τ

走查露光の際に、計測マークとともにウェハ上に転写される。

[0093] また、前記計測用ウェハ Wとして、デバイス製造ラインを構成する高精度な投影露光装置 (液浸法を採用しない露光装置が望ましい）により上記計測用レチクル Rのパ

T

ターンが複数のショット領域に転写され、各ショット領域に複数の計測マークの像 (例えばレジスト像又はエッチング像）が形成されたウェハが用いられる。この計測用ゥェハ Wの各ショット領域には、ァライメントマーク（ウェハマーク）がそれぞれ付設されて τ

いる。また、この計測用ウェハ wの表面には、不図示のコータ 'デベロッパ（CZD) τ

により、フォトレジストが塗布されている。なお、この計測用ウェハ W力前述の式（3)

T

、（4)、（5)の関数を作成するための試料となり、すでに形成されている計測マークの像が、それらの関数を作成するために計測される位置ずれ量の基準となる。

[0094] なお、すでに形成されているウェハ Wの各計測マークの像の設計上の形成位置

T

力、らの位置ずれ量（dx、 dy)は、予め求められており、不図示のメモリに格納されているものとする。

[0095] 次に、通常のスキャニング'ステツパと同様の手順で、レチクルァライメントが行われる。但し、本実施形態の露光装置 100では、照明光 ILがレチクルァライメント用の検出光として用いられるので、投影光学系 PLの像面側端に位置するレンズ 42と基準マーク板 FMとの間に水が供給された状態で、レチクルァライメントが行われる。

[0096] すなわち、主制御装置 20の指示に基づき、ステージ制御装置 19が、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 11を介して、照明系 10による照明光の照射領域のほぼ中心が計測用レチクル Rのほぼ中心に一致するようにレ

T

チクルステージ RSTを移動するとともに、ウェハ干渉計 18の計測値に基づいてゥェハステージ駆動部 24を介して、その計測用レチクル Rのパターンの投影光学系 PL

T

による投影位置に基準マーク板 FMが位置する位置 (以下「所定の基準位置」と呼ぶ )にウェハテーブル 30を移動する。

[0097] 次に、主制御装置 20が、液体供給装置 74の作動を開始するとともに、バルブ群 62 bの各バルブを所定開度で開く。これにより、全ての供給管 52から液体給排ユニット 3 2の液体供給口 33a、 33bを介して給水が開始され、所定時間経過後、レンズ 42と基準マーク板 FM表面との間の隙間が供給された水で満たされるようになる。次いで、主制御装置 20は、バルブ群 62aの各バルブを所定の開度で開き、レンズ 42下方から外側に流れ出した水を、液体回収口 32b、 32b及び各回収管 58を介して液体回収装置 72に回収する。図 5には、このときの状態が示されている。

[0098] 主制御装置 20は、レチクルァライメントが行われる間、単位時間当たりに供給される水の流量と回収される水の流量とがほぼ同じになるように、バルブ群 62bの各バルブ及びバルブ群 62aの各バルブの開度を調整する。従って、レンズ 42と基準マーク板 FMとの間の隙間には、一定量の水が常に保持される。また、この場合、レンズ 42 と基準マーク板 FMとの間の隙間は最大でも lmm程度となっているので、水はその表面張力によって液体給排ユニット 32と基準マーク板 FMとの間に保持され、液体給排ユニット 32の外側には殆ど漏れ出さないようになつている。

[0099] 上述の如ぐ給水が開始され、所定時間経過後、レンズ 42と基準マーク板 FM表面との間の隙間が供給された水で満たされるようになると、主制御装置 20は、基準マーク板 FM上の一対の第 1基準マークと、その第 1基準マークに対応する計測用レチクル R上の一対のレチクルァライメントマークとの相対位置を前述の一対のレチクルァ τ

ライメント検出系 12を用いて検出する。そして、主制御装置 20では、レチクルァラィメント検出系 12の検出結果と、ステージ制御装置 19を介して得られるその検出時のレチクルステージ RSTの XY面内の位置情報及びウェハテーブル 30の XY面内の位置情報とをメモリに記憶する。次いで、主制御装置 20では、ウェハステージ WST及びレチクルステージ RSTを、それぞれ所定距離だけ Y軸方向に沿って相互に逆向きに移動して、基準マーク板 FM上の別の一対の第 1基準マークと、その第 1基準マークに対応する計測用レチクル R上の別の一対のレチクルァライメントマークとの相対

T

位置を前述の一対のレチクルァライメント検出系 12を用いて検出する。そして、主制御装置 20では、レチクルァライメント検出系 12の検出結果と、ステージ制御装置 19 を介して得られるその検出時のレチクルステージ RSTの XY面内の位置情報及びゥェハテーブル 30の XY面内の位置情報とをメモリに記憶する。さらに、引き続いて、上記と同様にして、基準マーク板 FM上の更に別の一対の第 1基準マークと、その第 1基準マークに対応するレチクルァライメントマークとの相対位置関係を更に計測しても良い。

[0100] そして、主制御装置 20では、このようにして得られた少なくとも 2対の第 1基準マークと対応するレチクルァライメントマークとの相対位置関係の情報と、それぞれの計測時のレチクルステージ RSTの XY面内の位置情報及びウェハテーブル 30の XY面内の位置情報とを用いて、レチクル干渉計 16の測長軸で規定されるレチクルステージ座標系とウェハ干渉計 18の測長軸で規定されるウェハステージ座標系との相対位置関係を求める。これにより、レチクルァライメントが終了する。後述する走査露光では、ウェハステージ座標系の Υ軸方向にレチクルステージ RSTとウェハステージ WS Τとを同期走查することにより走查露光を行うが、その際には、このレチクルステージ座標系とウェハステージ座標系との相対位置関係に基づいて、レチクルステージ RS Τの走査が行われるようになる。

[0101] このようにして、レチクルァライメントが終了すると、ァライメント系 ASのベースライン計測が行われるが、本実施形態では、これに先立って、主制御装置 20は、基準マーク板 FMが投影ユニット PUの直下にある状態で、バルブ群 62bの各バルブを閉じて水の供給を停止する。このとき、バルブ群 62aの各バルブは開かれたままである。従つて、液体回収装置 72により水の回収は続行されている。そして、液体回収装置 72 により基準マーク板 FM上の水がほぼ完全に回収されると、主制御装置 20は、ゥェハテーブル 30を前述の所定の基準位置に戻し、その位置から所定量、例えばべ一スラインの設計値だけ XY面内で移動してァライメント系 ASを用いて基準マーク板 F M上の第 2基準マークを検出する。主制御装置 20では、このとき得られるァライメント系 ASの検出中心と第 2基準マークの相対位置関係の情報及び先にウェハテーブル 30が基準位置に位置決めされた際に計測した一対の第 1基準マークとその第 1基準マークに対応する一対のレチクルァライメントマークとの相対位置関係の情報と、それぞれの計測時のウェハテーブル 30の XY面内の位置情報と、ベースラインの設計値と、既知である第 1基準マーク及び第 2基準マークの位置関係とに基づいて、ァラィメント系 ASのベースライン、すなわちレチクルパターンの投影中心とァライメント系 ASの検出中心 (指標中心）との距離 (位置関係)を算出する。

[0102] このようにして求めたベースラインを、後述する EGA方式のウェハァライメントの結果として得られるウェハ上の各ショット領域の配列座標とともに用いることで、各ショット領域をレチクルパターンの投影位置に確実に位置あわせすることができる箬である [0103] 但し、本実施形態では、ベースライン算出の基礎となる、一対の第 1基準マークとその第 1基準マークに対応する一対のレチクルァライメントマークとの相対位置関係の情報の計測結果に、レチクルァライメントの際の水の供給に伴うウェハテーブル 30の変形に起因する一対の第 1基準マークの位置ずれ分の誤差が含まれるので、その誤差分だけベースラインを補正する必要がある。この誤差は、水の圧力及び表面張力に応じた値となるが、本実施形態では、予め、シミュレーションを行レ、、一対の第 1基準マークの位置ずれ δ X、 δ Υを求め、メモリに記憶している。

[0104] そこで、上述のベースラインの計測が終了すると、主制御装置 20では、計測したベースラインを上記補正値分だけ補正した補正後のベースラインを新たなベースラインとして、メモリに記憶する。

[0105] 次に、ロードされた計測用ウェハ Wに対し、 EGA (ェンハンスト 'グローバル'ァライ

τ

メント）等のウェハァライメントが実行される。すなわち、主制御装置 20により、ウェハ W上にすでに形成されている複数ショット領域のうちから選択された特定の複数の τ

ショット領域 (サンプノレシヨット領域）にそれぞれ付設されたウェハマークがァライメント系 ASの検出視野内に順次位置するように、ステージ制御装置 19及びウェハステージ駆動部 24を介してウェハテーブル 30の位置決めが順次実行される。この位置決めの都度、主制御装置 20は、ウェハマークをァライメント系 ASによって検出する。

[0106] 次いで、主制御装置 20は、ウェハマークの検出結果である、指標中心に対するゥェハマークの位置と、そのときのウェハテーブル 30の XY面内の位置情報とに基づいて、各ウェハマークのウェハステージ座標系上の位置座標をそれぞれ算出する。そして、主制御装置 20では、算出したウェハマークの位置座標を用いて、例えば特開昭 61— 44429号公報及びこれに対応する米国特許第 4， 780, 617号などに開示される最小自乗法を用いた統計演算を実行し、計測用ウェハ Wの各ショット領域の

T

配列座標系とウェハステージ座標系との回転成分、スケーリング成分、オフセット成分、ウェハステージ座標系の X軸と Y軸の直交度成分等の所定の回帰モデルのパラメータを算出し、そのパラメータを回帰モデルに代入して、計測用ウェハ W上の各シ

T

ヨット領域の配列座標、すなわち各ショット領域の中心の位置座標を算出し、不図示のメモリに記憶する。このとき算出された各ショット領域の中心の位置座標が、後述する、計測用ウェハの計測結果とウェハステージ座標系との関連付けに用いられる。

[0107] 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。

[0108] 上記のウェハァライメントが終了すると、主制御装置 20の指示に基づき、ステージ制御装置 19が、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 RSTを走査開始位置 (加速開始位置)へ移動するとともに、ウェハ干渉計 18の計測値に基づいて、所定の給水開始位置、例えば投影ユニット PUの直下に基準マーク板 FMが位置する位置にウェハステージ WSTを移動する。次に、主制御装置 20が、液体供給装置 74の作動を開始するとともに、バルブ群 62bの各バルブを所定開度で開くとともに、バルブ群 62aの各バルブを所定の開度で開き、さらに液体回収装置 72の作動を開始してレンズ 42と基準マーク板 FM表面との間の隙間に対する水の供給及びその隙間からの水の回収を開始する。このとき、主制御装置 20は、単位時間当たりに供給される水の流量と回収される水の流量とがほぼ同じになるように、バルブ群 62 bの各バルブ及びバルブ群 62aの各バルブの開度を調整する。

[0109] その後、以下のようにしてステップ ·アンド'スキャン方式の露光動作が行われる。

[0110] まず、主制御装置 20は、ウェハァライメントの結果及びベースラインの計測結果に基づいて、ステージ制御装置 19に対して、ウェハステージ WSTを移動させるように指示する。この指示に応じ、ステージ制御装置 19は、ウェハ干渉計 18の計測値をモニタしつつ、計測用ウェハ Wのファーストショット（第 1番目のショット領域）の露光の

T

ための走査開始位置 (カ卩速開始位置）にウェハステージ WST (ウェハテーブル 30) を移動させる。

[0111] なお、この走査開始位置 (加速開始位置）は、上記ウェハァライメントにより求められたファーストショットの中心位置座標に対して、今回の走查露光により転写形成されるショット領域の中心位置座標が、例えば X軸方向に関して所定距離 (例えば w)だけずれるような位置とする。このようにするのは、計測用ウェハ w上に既に形成されて

T

レ、るマークのレジスト像と、今回の走查露光により転写形成されるマークの像とが重ならなレ、ようにすることで、後述する位置ずれ量の計測を円滑に行えるようにするためである。

[0112] 上述の給水開始位置から上記加速開始位置までウェハステージ WSTが移動する際にも、主制御装置 20によって、前述と同様にして水の供給及び回収が続行されている。

[0113] 上記の加速開始位置への計測用ウェハ Wの移動が終了すると、主制御装置 20の

T

指示に応じて、ステージ制御装置 19により、レチクルステージ RSTとウェハステージ

WSTとの Y軸方向の相対走査が開始される。

[0114] この相対走查は、前述したウェハステージ制御系 26と、このウェハステージ制御系

26の演算部 54で算出されるウェハテーブル 30の X、 Y面内の位置情報に基づいて同期位置演算部によって算出される位置の目標値に基づいてレチクルステージ RS

Tを制御するレチクルステージ制御系とによって行われる。

[0115] 但し、この計測用露光の段階では、補正値生成部 38からは補正値として（0， 0， 0

, 0、 0, 0, 0)が出力される。すなわち、補正値生成部 38による補正は行われない。

[0116] そして、両ステージ RST、 WSTがそれぞれの目標走査速度に達すると、照明光 IL によって計測用レチクル Rのパターン領域が照明され始め、走査露光が開始される

τ

。この走査露光中は、レチクルステージ RSTの Y軸方向の移動速度 Vrとウェハステージ WSTの Y軸方向の移動速度 Vw (=V )とが、投影光学系 PLの投影倍率に応じ

y

た速度比に維持されるような両ステージ RST、 WSTの同期制御力ステージ制御装置 19によって行われる。

[0117] そして、計測用レチクル Rのパターン領域の異なる領域が照明光 ILで逐次照明さ

T

れ、パターン領域全面に対する照明が完了することにより、計測用ウェハ w上のファ

T

一ストショットの走查露光が終了する。これにより、計測用レチクル Rのパターンが投

T

影光学系 PL及び水を介して計測用ウェハ W上のファーストショットに縮小転写され

T

る。

[0118] 上記の計測用ウェハ W上のファーストショットに対する走查露光に際し、主制御装

T

置 20は、走查方向、すなわち計測用ウェハ Wの移動方向に関して、投影ユニット P

T

Uの後側から前側に移動する水の流れがレンズ 42の下方に生じるように、バルブ群 62a, 62bを構成する各バルブの開度調整を行う。すなわち、主制御装置 20は、計測用ウェハ Wの移動方向に関して、投影ユニット PUの後側の供給管 52から供給さ

T

れる水の総流量が、投影ユニット PUの後側の供給管 52から供給される水の総流量より A Qだけ多くなり、かっこれに対応して、計測用ウェハ Wの移動方向に関して、

T

投影ユニット PUの前側の回収管 58を介して回収される水の総流量力投影ユニット PUの後側の回収管 58を介して回収される水の総流量より Δ Qだけ多くなるように、バルブ群 62a、 62bを構成する各バルブの開度調整を行う。

[0119] また、上記の走査露光中には、計測用ウェハ W上の照明領域が投影光学系 PLの

T

結像面に極力一致した状態で露光が行われる必要があるため、前述した焦点位置検出系（90a、 90b)の出力に基づくオートフォーカス、オートレべリングがステージ制御装置 19、より正確には、前述のウェハステージ制御系 26によって実行される。

[0120] このようにして、計測用ウェハ W上のファーストショットに対する走查露光が終了す

T

ると、主制御装置 20からの指示に応じ、ステージ制御装置 19により、ウェハステージ駆動部 24を介してウェハステージ WSTが X軸、 Y軸方向にステップ移動され、計測用ウェハ W上のセカンドショット（第 2番目のショット領域）の露光のための加速開始

T

位置に移動される。なお、この場合も、ファーストショットと同様に、その走査開始位置は、上記ウェハァライメントにより求められたセカンドショットの中心位置座標に対して

、今回の走査露光により転写形成されるショット領域の中心位置座標が、 X軸方向に関して Wだけずれるような位置とする。

[0121] このファーストショットの露光とセカンドショットの露光との間のウェハステージ WST のショット間ステッピング動作の際にも、主制御装置 20は、前述の給水開始位置からファーストショットの露光のための加速開始位置までウェハテーブル 30を移動した場合と同様の各バルブの開閉動作を行っている。

[0122] 次に、主制御装置 20の管理の下、計測用ウェハ W上のセカンドショットに対して前

T

述と同様の走查露光が行われる。本実施形態の場合、いわゆる交互スキャン方式が採用されているため、このセカンドショットの露光の際には、レチクルステージ RST及びウェハステージ WSTの走查方向（移動方向）、ファーストショットとは逆向きになる。このセカンドショットに対する走查露光時における、主制御装置 20及びステージ制御装置 19の処理は、前述と基本的には同様である。この場合も、主制御装置 20 は、ファーストショットの露光時と反対の計測用ウェハ wの移動方向に関して、投影 τ

ユニット PUの後側から前側に移動する水の流れがレンズ 42の下方に生じるように、バルブ群 62a、 62bを構成する各バルブの開度調整を行う。

[0123] このようにして、計測用ウェハ W上の m番目（mは自然数）のショット領域の走查露

T

光と m+ 1番目のショット領域の露光のためのステッピング動作とが繰り返し実行され、計測用ウェハ W上の全ての露光対象ショット領域に計測用レチクル Rのパターン

T T

が順次転写される。

[0124] これにより、一枚のウェハに対するテスト露光が終了し、計測用ウェハ W上に計測

T

用レチクル Rのパターンが転写された複数のショット領域が形成される。

T

[0125] 本実施形態では、上述したような、計測用レチクル Rを用いた計測用露光を、走査

T

速度 (スキャン速度）、供給される水の流量、ウェハ上に塗布されるレジスト又はコーティング膜の種類など、上述した式 (3)、（4)、（5)の各パラメータに密接な関係がある条件を、個別に種々変更しながら、異なる計測用ウェハに対してそれぞれ行う。

[0126] そして、それらの露光済みの計測用ウェハのそれぞれを、不図示のコータ 'デべ口ツバに搬送して、現像を行い、その現像後に、各計測用ウェハ上に形成された各ショット領域のレジスト像を SEM (走査型電子顕微鏡)などで計測し、その計測結果に基づいて各計測マークの位置ずれ量 (X軸方向、 Y軸方向）を、計測用ウェハ毎に求める。

[0127] ここで、各計測マークの設計値からの位置ずれ量（eX、 eY)は、以下の手順で求められる。

[0128] まず、現工程で形成された各計測マークのレジスト像の位置座標から元工程で形成された（計測用ウェハ上に既に形成されていた)対応するマークのレジスト像の位置を差し引き、 X軸方向に関しては wをさらに差し引くことで、計測用ウェハ上に既に形成されていた計測マークのレジスト像の位置を基準とする各計測マークの位置ずれ量（DX, DY)を求める。

[0129] この場合、基準となる計測用ウェハ上に既に形成されていた各計測マークの像は、設計上の形成位置から（dx、 dy)だけ位置ずれしているので、その位置ずれ量（dx、 dy)をメモリから読み出し、その位置ずれ量と上で求めた位置ずれ量（DX， DY)とに基づいて、各計測マークの設計値 (設計上の形成位置)からの位置ずれ量 (eX、 eY )を算出する。

[0130] 次に、計測用ウェハ毎に、その計測用ウェハ上に設定されたウェハ座標系上における各ショット領域の中心座標と、先に行われた EGAの結果として得られた各ショット領域の中心座標とがー致するものとして、各計測マークの位置ずれ量（eX、 eY)を、ウェハステージ座標系（χ、 γ)と関連づける。

[0131] また、各計測用ウェハについて如何なる条件下で計測用露光が行われたかは既知であるから、得られた全ての計測用ウェハの全ての計測マークの位置ずれ量（eX、 e Y)と、対応する計測マークの座標値 (Χ、 Υ)と、設定された各設定値 (ここでは、速度 V (=Vw)、流量 Q、接触角 Θ )とを用いて、最小二乗近似によりカーブフィットを行う y

ことで、前述した式（3)、（4)を決定している。なお、計測用露光により得られるデータは、走查露光中のデータであるから、通常は、 V =0となるが、ショット領域の C字ディストーシヨンなどの補正等を目的とする場合には、 Vは、位置 Yの関数に応じて変化する変数 (又は時間 tの関数に応じて変化する変数)となる。

[0132] また、例えば、得られた全ての計測用ウェハの全ての計測マークの転写像（レジスト像）の線幅の計測結果と、予め求められている CD—フォーカス曲線 (線幅とフォー力スとの関係を示す曲線）とに基づいて、各マークの転写像の線幅を、デフォーカス量、すなわちマークの Z軸方向に関する位置ずれ量 eZに変換する。そして、得られた全ての計測用ウェハの全ての計測マークの位置ずれ量 eZ、対応する計測マークの座標値 (X、 Y)と、各設定値とを用いて、最小二乗近似によりカーブフィットを行うことで、前述した式（5)を決定している。この他、同一次数の正負の回折光の回折効率が異なる計測マークが形成された計測用レチクルを用い、計測用ウェハ上に形成された計測マークの転写像の転写位置の基準位置からのずれを求めることで、デフォーカス量 (すなわちマークの Z軸方向に関する位置ずれ量) eZを算出することもできる。なお、ウェハテーブル 30の Z軸方向の位置を順次変えながら、計測用レチクル Rの

T

パターンを順次転写して投影光学系 PLのべストフォーカス位置を求めても良い。

[0133] 勿論、上述した計測用の露光結果に基づく手法の他、走査速度 (スキャン速度）、供給される水の流量、ウェハ上に塗布されるレジスト又はコーティング膜の種類など、上述した式（3)、（4)、（5)の各パラメータに密接な関係がある条件を、個別に種々変更しながら、シミュレーションを行い、このシミュレーションの結果に基づいて、前述した式（3)、（4)、（5)を決定することも可能である。

[0134] いずれにしても、決定された位置ずれ量の算出式である前述の式（3)、（4)、（5)が

、ステージ制御装置 19の内部メモリに格納されている。また、ステージ制御装置 19の内部メモリには、位置ずれ量を推力指令値に変換するための変換式も格納されている。そして、これらの式が、補正値生成部 38で用いられる。

[0135] 次に、本実施形態の露光装置 100による、デバイス製造時の露光動作について説明する。

[0136] この場合も、基本的には、前述した計測用露光の際と同様の手順に従って一連の処理が行われる。そこで、重複説明を避けるため、以下では、相違点を中心として説明する。

[0137] この場合、計測用レチクル Rに代えて、デバイスパターンが形成されたデバイス用

T

レチクル Rが用いられ、計測用ウェハ Wに代えて、少なくとも一層の回路パターンが

T

既に転写され、その表面にフォトレジストが塗布されたウェハ wが用いられる。

[0138] 前述と同様の手順で、レチクル Rに対するレチクルァライメント、ァライメント系 ASのベースライン計測、及びウェハ Wに対する EGA方式のウェハァライメントが行われる。これらレチクルァライメント、ベースライン計測及びウェハァライメントの際の、主制御装置 20によって前述と同様の水の供給、回収動作が行われる。

[0139] 上記のウェハァライメントが終了すると、主制御装置 20の指示に基づき、ステージ制御装置 19が、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 RSTを走査開始位置 (加速開始位置)へ移動するとともに、ウェハ干渉計 18の計測値に基づいて、所定の給水開始位置、例えば投影ユニット PUの直下に基準マーク板 FMが位置する位置にウェハステージ WSTを移動する。

[0140] 次に、主制御装置 20が、液体供給装置 74の作動を開始するとともに、バルブ群 62 bの各バルブを所定開度で開くとともに、バルブ群 62aの各バルブを所定の開度で開き、さらに液体回収装置 72の作動を開始してレンズ 42と基準マーク板 FM表面との間の隙間に対する水の供給及びその隙間からの水の回収を開始する。このとき、主制御装置 20は、単位時間当たりに供給される水の流量と回収される水の流量とがほぼ同じになるように、バルブ群 62bの各バルブ及びバルブ群 62aの各バルブの開度を調整する。

[0141] その後、以下のようにしてステップ ·アンド 'スキャン方式の露光動作が行われる。

[0142] まず、主制御装置 20は、ウェハァライメントの結果及びベースラインの計測結果に基づいて、ステージ制御装置 19に対して、ウェハステージ WSTを移動させるように指示する。この指示に応じ、ステージ制御装置 19は、ウェハ干渉計 18の計測値をモユタしつつ、ウェハ Wのファーストショット（第 1番目のショット領域）の露光のための走查開始位置 (加速開始位置）にウェハステージ WST (ウェハテーブル 30)を移動させる。

[0143] これをさらに詳述すると、目標値出力部が、第 1ショット領域 (ファーストショット）の露光のための加速開始位置を、前述のウェハァライメントの結果求められている第 1ショット領域のステージ座標系上における位置座標と、前述の新たなベースラインとに基づいて算出し、その加速開始位置とウェハテーブル 30の現在位置とに基づいて、ゥェハテーブル 30に対する位置指令プロファイルを作成し、そのプロファイルにおける単位時間当りの位置指令、すなわちウェハテーブル 30の X、 Υ、 Ζ、 θ χ、 Θ y、 θ zの

6自由度方向の位置の目標値 T (= (Χ、 Υ、 0、 0、 0、 0))を生成し、減算器 29及び補正値生成部 38に対してそれぞれ出力する。

[0144] これにより、制御部 36では、減算器 29から出力されるウェハテーブル 30の各自由度方向の実測値 (観測値 o=(x、y、z、 θχ, 6y、 θ z) )との差である位置偏差 Δ (= (Δ、 Δ 、 Δ、 Δ Θ 、 Δ Θ 、 Δ Θ ))に基づいて制御動作を行い、ウェハステージ系 56に対する各自由度方向の推力の指令値 Ρ(=(Ρ、Ρ、Ρ、ΡΘ 、ΡΘ 、ΡΘ )) をカロ算器 39に出力する。但し、レチクルステージ RSTに対するウェハテーブル 30の相対走查中以外は、焦点位置検出系（90a、 90b)は、 OFFであるから、観測量 θ x, 0y、 θζは全て零であり、対応する目標値も零であるから、位置偏差 Δ θ 、 Δ Θ 、

Δ Θ も零である。従って、推力の指令値 Ρ θ 、 Ρ θ 、 Ρ Θ も零である。

[0145] 補正値生成部 38は、目標値出力部 28からの位置の目標値 T 、主制御装置 20から入力される流量 Q、接触角 Θの値に基づいて、前述の式（3)、（4)、（5)により X方向誤差 E '、 Y方向誤差 E '、 Z方向誤差 E 'をそれぞれ算出し、その算出結果を所定の変換演算により推力の補正値 E ， - E ， - Eに変換する。そして、この補正値生成部 38は、加算器 39に対して補正値 E (= (— E 、一 E 、― E 、 0, 0, 0)をフィードフォワード入力する。

[0146] 加算器 39は、制御部 36からの推力の指令値 Pと、補正値生成部 38の出力である推力の補正値一 Eとを各自由度方向毎に加算し、補正後の推力の指令値 (P+ (-E) ) = (P— E 、 P— E 、 P— E 、 P Θ 、 P Θ 、 P Θ )を、ウェハステージ系 56を構成するウェハステージ駆動部 24に与える。但し、レチクルステージ RSTに対するウェハテ一ブル 30の相対走查中以外は、推力の指令値 P θ 、 Ρ Θ 、 Ρ Θ は零である。

[0147] ウェハステージ駆動部 24では、変換部により推力の指令値 (P+ (— E) )が各ァクチユエータに対する操作量に変換されて、各ァクチユエータによりウェハテーブル ₃₀が

6自由度方向に駆動される。

[0148] このように、目標値出力部 28が、ウェハテーブル 30に対する位置指令プロファイルにおける単位時間当りの位置指令を、単位時間毎に減算器 29及び補正値生成部 3 8に対して出力することで、上述したような制御動作が繰り返し行われ、ウェハテープノレ 30力ウェハ Wのファーストショット（第 1番目のショット領域）の露光のための走査開始位置 (加速開始位置）に移動する。

[0149] その後、主制御装置 20からの指示に基づき、目標値出力部 28が、そのファーストショットの露光の際の目標スキャン速度に応じたウェハテーブル 30に対する位置指令プロファイルを作成し、位置指令プロファイルにおける単位時間当りの位置指令を、単位時間毎に減算器 29及び補正値生成部 38に対して出力することで、ウェハテ一ブル 30の加速が開始され、これと同時に前述の同期位置演算部によって算出される位置の目標値に基づいてレチクルステージ制御系によりレチクルステージ RST の加速が開始される。

[0150] そして、両ステージ RST、 WSTがそれぞれの目標走查速度に達すると、照明光 IL によってレチクル Rのパターン領域が照明され始め、走查露光が開始される。この走查露光中は、レチクルステージ RSTの Y軸方向の移動速度 Vrとウェハステージ WS Tの Y軸方向の移動速度 Vw (=V )とが、投影光学系 PLの投影倍率に応じた速度比に維持されるような両ステージ RST、 WSTの同期制御力ステージ制御装置 19によって行われる。

[0151] そして、レチクル Rのパターン領域の異なる領域が照明光 ILで逐次照明され、パターン領域全面に対する照明が完了することにより、ウェハ W上のファーストショットの走查露光が終了する。これにより、レチクル Rのパターンが投影光学系 PL及び水を介してウェハ W上のファーストショットに縮小転写される。上記のウェハテーブル 30とレチクルステージ RSTとの相対走查中は、主制御装置 20によるバルブ群 62a、 62b の各バルブの開閉動作などは、前述の計測用露光の場合と全く同様に行われる。

[0152] 但し、この場合、ウェハステージ制御系 26の補正値生成部 38から補正値 (-E、 - E )が加算器 39にフィードフォワードにて入力され、制御部 36から出力される推力指令値 (P、 P )がその補正値で補正された推力指令値に基づいてウェハテーブル 30

(ウェハステージ WST)が、ウェハステージ駆動部 24によって駆動される。このため、水の供給に起因するウェハ W上の露光対象のショット領域の X軸方向及び Y軸方向の位置ずれ、すなわちウェハテーブル (及びウェハ）の変形による移動鏡 17X、 17Y とウェハ Wとの距離（より正確には、移動鏡 17X、 17Yとウェハ W上の露光対象のシヨット領域との距離）の変化に起因するウェハ W (露光対象のショット領域）の XY面内の位置ずれが補正された状態で、露光対象のショット領域にレチクル Rのパターンが精度良く重ね合わせて転写される。

[0153] また、上記の走査露光中には、ウェハテーブル 30が観測値 Ζ、 θ χ、 6 yに基づいて制御されるオートフォーカス、オートレべリングがウェハステージ制御系 26によって実行されるが、この際、補正値生成部 38から Z軸方向に関する推力の補正値 (- E ) が加算器 39にフィードフォワードにて入力され、制御部 36から出力される推力指令値 Pがその補正値で補正された推力指令値に基づレ、てウェハテーブル 30の Z位置

、すなわち投影光学系 PLの光軸方向に関する投影光学系 PL (レンズ 42)とウェハ Wとの間隔が制御されるので、ウェハテーブル 30のオートフォーカス制御を制御遅れなく行うことが可能となり、ウェハ W上の照明領域が投影光学系 PLの結像面に実質的に一致した状態で露光が行われる。

[0154] このようにして、ウェハ W上のファーストショットに対する走查露光が終了すると、主制御装置 20からの指示に応じ、ステージ制御装置 19により、ウェハステージ駆動部 24を介してウェハステージ WSTが X軸、 Y軸方向にステップ移動され、ウェハ W上のセカンドショット（第 2番目のショット領域）の露光のための加速開始位置に移動される。

[0155] このファーストショットの露光とセカンドショットの露光との間のウェハステージ WST のショット間ステッピング動作の際にも、主制御装置 20は、前述の給水開始位置からファーストショットの露光のための加速開始位置までウェハテーブル 30を移動した場合と同様の各バルブの開閉動作を行っている。

[0156] 次に、主制御装置 20の管理の下、ウェハ W上のセカンドショットに対して前述のフアーストシヨットと同様の走查露光が行われる。本実施形態の場合、いわゆる交互スキヤン方式が採用されているため、このセカンドショットの露光の際には、レチクルステージ RST及びウェハステージ WSTの走查方向（移動方向）が、ファーストショットとは逆向きになる。このセカンドショットに対する走査露光時における、主制御装置 20及びステージ制御装置 19の処理は、前述と基本的には同様である。この場合も、主制御装置 20は、ファーストショットの露光時と反対のウェハ Wの移動方向に関して、投影ユニット PUの後側から前側に移動する水の流れがレンズ 42の下方に生じるように、バルブ群 62a、 62bを構成する各バルブの開度調整を行う。

[0157] このようにして、計測用ウェハ W上の m番目（mは自然数）のショット領域の走査露光と m+ 1番目のショット領域の露光のためのステッピング動作とが繰り返し実行され、ウェハ W上の全ての露光対象ショット領域にレチクル Rのパターンが順次転写される。

[0158] 上記のセカンドショット以降の各ショットの走查露光の際にも、ウェハステージ制御系 26の補正値生成部 38から補正値- E、 -Eが加算器 39にフィードフォワードにて入力され、制御部 36から出力される推力指令値 (P、 P )がその補正値で補正された推力指令値に基づいてウェハテーブル 30 (ウェハステージ WST)力ウェハステージ駆動部 24によって駆動されるため、水の供給に起因するウェハ W上の露光対象のショット領域の X軸方向及び Y軸方向の位置ずれが補正された状態で、露光対象のショット領域にレチクル Rのパターンが精度良く重ね合わせて転写される。また、補正値生成部 38から Z軸方向に関する推力の補正値一 Eが加算器 39にフィードフォヮードにて入力され、制御部 36から出力される推力指令値 Pがその補正値で補正された推力指令値に基づレ、てウェハテーブル 30の Z位置が制御されるので、ウェハテーブル 30のオートフォーカス制御を制御遅れなく行うことが可能となり、ウェハ W上の照明領域が投影光学系 PLの結像面に実質的に一致した状態で露光が行われる。

[0159] 上述のようにしてウェハ W上の複数のショット領域に対する走查露光が終了すると、主制御装置 20は、ステージ制御装置 19に指示を与え、前述の排水位置にウェハステージ WSTを移動する。次に、主制御装置 20は、バルブ群 62bの全てのバルブを全閉状態にするとともに、バルブ群 62aの全てのバルブを全開状態にする。これにより、所定時間後に、レンズ 42の下の水は、液体回収装置 72によって完全に回収される。

[0160] その後、ウェハステージ WST力前述のウェハ交換位置に移動し、ウェハ交換が行われ、交換後のウェハに対して前述と同様のウェハァライメント、露光が行われる。

[0161] これまでの説明から明らかなように、本実施形態では、ステージ制御装置 19、より正確には、ウェハステージ制御系 26によって、液体 (水）の供給に起因してウェハに生じる位置ずれ、すなわちウェハ干渉計で間接的に計測されるウェハテーブル上のウェハ又は基準マーク板の位置の誤差を補正する補正装置が構成されている。

[0162] 以上説明したように、本実施形態の投影露光装置 100によると、ステージ制御装置 19内部に構築されたウェハステージ制御系 26により、水 (液体）の供給に起因して生じるウェハテーブル 30の変形に伴う、該ウェハテーブル 30上に保持されたウェハ W (又は基準マーク板 FM)に生じる位置ずれが補正される。

[0163] また、本実施形態の露光装置 100によると、ウェハ W上の各ショット領域に対するレチクルパターンの転写が走查露光方式で行われる際、主制御装置 20により投影ュニット PU (投影光学系 PUとウェハステージ WST上のウェハ Wとの間に水が供給される動作と、水の回収動作とが並行して行われる。すなわち、投影光学系 PLを構成する先端のレンズ 42とウェハステージ WST上のウェハ Wとの間に、常に所定量の水 (この水は常時入れ替わつている）が満たされた (保持された）状態で、露光（レチクルパターンのウェハ上への転写）が行われる。この結果、液浸法が適用されて、ウェハ W表面における照明光 ILの波長を空気中における波長の 1/n倍 (nは水の屈折率 1 . 4)に短波長化でき、これにより投影光学系の解像度が向上する。また、供給される水は、常時入れ替えられているので、ウェハ W上に異物が付着している場合には、その異物が水の流れにより除去される。

[0164] また、投影光学系 PLの焦点深度は空気中に比べて約 n倍に広がるので、前述のゥェハ Wのフォーカス ·レべリング動作に際して、デフォーカスが発生しにくいとレ、う利点がある。なお、空気中で使用する場合と同程度の焦点深度が確保できれば良い場合には、投影光学系 PLの開口数 (NA)をより増加させることができ、この点でも解像度が向上する。

[0165] なお、上記実施形態では、ステージ制御装置 19が、ウェハテーブル 30に与える推力を変更して、前述の水の供給に起因するウェハ W上の各ショット領域の位置ずれを補正する場合について説明したが、これに限らず、特に走查露光の際には、レチクルステージ RSTに与える推力、あるいはウェハテーブル 30及びレチクルステージ R STに与える推力を変更して、前述の水の供給に起因するウェハ W上の各ショット領域の位置ずれを補正することとしても良い。

[0166] また、上記実施形態では、補正値生成部 38からの補正値でウェハステージ系に与えられる推力指令値を補正するものとしたが、これに限らず、補正値生成部で算出される補正値により減算器 29から出力される位置偏差を補正するような構成を採用しても良い。この場合には、補正値生成部では、位置の偏差との加減算が可能な次元の補正値を算出する。

[0167] また、上記実施形態では、ステージ制御装置 19が、水の供給に起因するウェハテ一ブルの変形に伴うウェハ W等の位置ずれを補正する場合について説明した力これに代えて、あるいはこれに加えて、ステージ制御装置 19は、予めシミュレーション又は実験等で求めたデータに基づいて、ウェハテーブルの振動により生じる位置ずれを補正することとしても良い。

[0168] なお、上記実施形態では、主制御装置 20は、走查露光の際には、ウェハテーブル

30の移動方向に関して投影ユニット PUの後方から前方に移動する水の流れがレンズ 42の下方に生じるように、すなわち、ウェハ Wの移動方向に関して、投影ユニット P Uの後側の供給管 52から供給される水の総流量が、投影ユニット PUの後側の供給管 52から供給される水の総流量より A Qだけ多くなり、かっこれに対応して、ウェハ Wの移動方向に関して、投影ユニット PUの前側の回収管 58を介して回収される水の総流量が、投影ユニット PUの後側の回収管 58を介して回収される水の総流量より Δ <3だけ多くなるように、バルブ群 62a、 62bを構成する各バルブの開度調整（全閉及び全開を含む）を行うものとした。しかし、これに限らず、主制御装置 20は、走查露光の際に、ウェハ Wの移動方向に関して、投影ユニット PUの後側の供給管 52からのみ水を供給し、ウェハ Wの移動方向に関して、投影ユニット PUの前側の回収管 5 8を介してのみ水の回収が行われるように、バルブ群 62a、 62bを構成する各バルブの開度調整 (全閉及び全開を含む）を行うこととしても良い。また、走査露光のためのウェハ Wの移動中以外、例えばショット領域間のステッピング時などには、バルブ群 6 2a、 62bを構成する各バルブを全閉状態に維持しても良い。

[0169] なお、上記実施形態では、液体として超純水（水）を用いるものとしたが、本発明がこれに限定されないことは勿論である。液体としては、化学的に安定で、照明光 ILの透過率が高く安全な液体、例えばフッ素系不活性液体を使用しても良い。このフッ素系不活性液体としては、例えばフロリナート（米国スリーェム社の商品名）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ぐまた、投影光学系ゃゥェ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、液体として、過フッ化ポリエーテル（PFPE)を用いても良い

[0170] また、上記実施形態で、回収された液体を再利用するようにしても良ぐ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。

[0171] なお、上記実施形態では、投影光学系 PLの最も像面側の光学素子がレンズ 42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ぐ投影光学系 PL の光学特性、例えば収差 (球面収差、コマ収差等）の調整に用レ、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レ、。投影光学系 PL の最も像面側の光学素子（上記実施形態ではレンズ 42)は、照明光 ILの照射によつてレジストから発生する飛散粒子又は液体中の不純物の付着等に起因して液体 (上記実施形態では水）に接触してその表面が汚れることがある。このため、その光学素子は、鏡筒 40の最下部に着脱 (交換）自在に取り付けることとし、定期的に交換することとしても良レ、。

[0172] このような場合、液体に接触する光学素子がレンズ 42であると、その交換部品のコストが高ぐかつ交換に要する時間が長くなつてしまレ、、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、例えばレンズ 42よりも安価な平行平面板とするようにしても良い。

[0173] また、上記実施形態において、液体 (水）を流す範囲はレチクルのパターン像の投影領域 (照明光 ILの照射領域)の全域を覆うように設定されていれば良ぐ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。

[0174] 更に、上記実施形態では、ウェハホルダ 70のウェハ Wが載置される領域の周囲に補助プレート 22a— 22dが設けられるものとした力本発明の中には、露光装置は、補助プレートあるいはそれと同等の機能を有する平面板を必ずしも基板テーブル上に設けなくても良いものもある。但し、この場合には、供給される液体が基板テーブル力溢れないように、その基板テーブル上に液体を回収する配管を更に設けておくことが望ましい。

[0175] なお、上記実施形態では、光源として ArFエキシマレーザを用いるものとした力これに限らず、 KrFエキシマレーザ（出力波長 248nm)などの紫外光源を用いても良レ、。また、例えば、紫外光として上記各光源から出力されるレーザ光に限らず、 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（Er) (又はエルビウムとイッテルビウム (Yb)の両方）力 S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（例えば、波長 193nm)を用いても良レ、。

[0176] また、投影光学系 PLは、屈折系に限らず、カタディオプトリック系（反射屈折系）であっても良い。また、その投影倍率も 1Z4倍、 1/5倍などに限らず、 1/10倍などであっても良い。

[0177] なお、上記実施形態では、ステップ ·アンド'スキャン方式等の走査型露光装置に本発明が適用された場合について説明したが、本発明の適用範囲がこれに限定されなレ、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。この場合、走查露光ではなく静止露光が行われる点を除き、基本的には前述した実施形態と同等の構成を用いることができ、同等の効果を得ることができる。また、ウェハステージを 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。

[0178] なお、上記実施形態では、液体 (水）の供給に起因して基板（又は基板テーブル）に生じる位置ずれを補正する投影露光装置について説明したが、投影露光装置に限らず、表面に液体が供給される基板を移動可能に保持する基板テーブルを有したステージ装置であれば、本発明を適用することが可能である。この場合、基板テープルの位置情報を計測する位置計測装置と、液体の供給に起因して基板と基板テーブルとの少なくとも一方に生じる位置ずれを補正する補正装置とを備えていれば良レ、。力かる場合には、補正装置により、液体の供給に起因して基板と基板テーブルとの少なくとも一方に生じる位置ずれが補正される。このため、基板の表面に供給される液体の影響を受けることなぐ位置計測装置の計測結果に基づいて、基板及び基板テーブルを移動することが可能となる。

[0179] なお、複数のレンズから構成される照明光学系、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ェハステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、更に総合調整 (電気調整、動作確認等）をすることにより、上記実施形態の露光装置を製造することができる。なお、露光装置の製造は温度及びクリーン度等が管理されたクリーンノレームで行うことが望ましい。

[0180] また、上記実施形態では、本発明が半導体製造用の露光装置に適用された場合について説明したが、これに限らず、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、薄膜磁気ヘッド、撮像素子、マイクロマシン、有機 EL、 DNAチップなどを製造するための露光装置などにも本発明は広く適用できる。

[0181] また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなぐ光露光装置、 EUV露光装置、 X線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウェハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。ここで、 DUV (遠紫外)光や VUV (真空紫外)光などを用レ、る露光装置では一般的に透過型レチクルが用いられ、レチクル基板としては石英ガラス、フッ素がドープされた石英ガラス、螢石、フッ化マグネシウム、又は水晶などが用いられる。

[0182] 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ェ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ェ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

[0183] 本発明の投影露光装置は、半導体デバイスの製造に適している。また、本発明のステージ装置は、液浸法が適用される光学装置の試料ステージとして適している。

Claims

請求の範囲

[1] 投影光学系と基板との間に液体を供給し、前記投影光学系と前記液体とを介して前記基板上にパターンを転写する投影露光装置であって、

基板が載置されるとともに、その基板を保持して移動可能な基板テーブルと；前記液体の供給に起因して前記基板と前記基板テーブルとの少なくとも一方に生じる位置ずれを補正する補正装置と；を備える投影露光装置。

[2] 請求項 1に記載の投影露光装置において、

前記基板テーブルの位置情報を計測する位置計測系を更に備え、

前記補正装置は、前記位置計測系によって計測される前記基板テーブルの位置に応じて、前記液体の供給に起因して前記基板と前記基板テーブルとの少なくとも一方に生じる位置ずれを補正することを特徴とする投影露光装置。

[3] 請求項 2に記載の投影露光装置において、

前記補正装置は、液体の供給に起因して生じる、前記位置計測系によって直接的又は間接的に計測される、基板及び基板テーブルの少なくとも一方の位置情報の誤差を補正することを特徴とする投影露光装置。

[4] 請求項 1に記載の投影露光装置にぉレ、て、

前記補正装置は、前記基板テーブルの形状変化により生じる位置ずれを補正することを特徴とする投影露光装置。

[5] 請求項 1に記載の投影露光装置にぉレ、て、

前記基板テーブルは、位置決め用の基準部材を有しており、

前記補正装置は、前記基準部材と前記基板との位置ずれを補正することを特徴とする投影露光装置。

[6] 請求項 1に記載の投影露光装置にぉレ、て、

前記補正装置は、前記投影光学系の光軸方向に関する前記投影光学系と前記基板との間隔を補正することを特徴とする投影露光装置。

[7] 請求項 1に記載の投影露光装置において、

前記補正装置は、前記液体に関する物理量に応じて前記位置ずれを補正することを特徴とする投影露光装置。

[8] 請求項 5に記載の投影露光装置において、

前記液体に関する物理量は、前記液体の圧力と前記液体の表面張力との少なくとも一方を含むことを特徴とする投影露光装置。

[9] 請求項 1に記載の投影露光装置にぉレ、て、

前記補正装置は、前記基板テーブルの振動により生じる位置ずれを補正することを特徴とする投影露光装置。

[10] 請求項 1に記載の投影露光装置にぉレ、て、

前記パターンが形成されたマスクが載置され、そのマスクを保持して移動可能なマスクステージを更に備え、

前記補正装置は、前記基板テーブルと前記マスクステージとの少なくとも一方に与える推力を変更して前記位置ずれを補正することを特徴とする投影露光装置。

[11] 請求項 10に記載の投影露光装置において、

前記補正装置は、フィードフォワード制御により前記推力を変更する制御装置を備えていることを特徴とする投影露光装置。

[12] 請求項 1一 11のいずれか一項に記載の投影露光装置において、

前記補正装置は、前記基板上に転写された前記パターンの転写像の位置計測結果に基づいて前記位置ずれを補正することを特徴とする投影露光装置。

[13] 請求項 1一 11のいずれか一項に記載の投影露光装置において、

前記補正装置は、シミュレーション結果に基づいて前記位置ずれを補正することを特徴とする投影露光装置。

[14] 表面に液体が供給される基板を移動可能に保持する基板テーブルを有したステージ装置であって、

前記基板テーブルの位置情報を計測する位置計測装置と；

前記液体の供給に起因して前記基板と前記基板テーブルとの少なくとも一方に生じる位置ずれを補正する補正装置と；を備えるステージ装置。

[15] 請求項 14に記載のステージ装置にぉレ、て、

前記補正装置は、前記基板テーブルの形状変化により生じる位置ずれを補正することを特徴とするステージ装置。

[16] 請求項 14又は 15に記載のステージ装置において、

前記補正装置は、前記基準部材と前記基板との位置ずれを補正することを特徴とするステージ装置。

[17] 投影光学系と基板テーブルに保持された基板との間に液体を供給し、前記投影光学系と前記液体とを介して前記基板上にパターンを転写する露光方法であって、前記液体の供給に起因して前記基板と前記基板テーブルとの少なくとも一方に生じる変化を検出する検出工程と；

前記検出結果に基づレ、て、前記パターンを前記基板に転写する転写工程と；を含む露光方法。

[18] 請求項 17に記載の露光方法おいて、

前記転写工程では、前記基板テーブルの形状変化により生じる位置ずれと、前記投影光学系の光軸方向に関する前記投影光学系と前記基板との間隔の少なくとも 1 つを補正して前記転写を行うことを特徴とする露光方法。

[19] 請求項 17に記載の露光方法において、

前記検出工程では、前記液体に関する物理量に応じた変化を検出しており、前記転写工程では、前記液体に関する物理量に応じた変化を補正して前記転写を行うことを特徴とする露光方法。

[20] 請求項 19に記載の露光方法において、

前記液体に関する物理量は、前記液体の圧力と前記液体の表面張力との少なくとも一方を含むことを特徴とする露光方法。

[21] 請求項 17に記載の露光方法において、

前記転写工程では、前記基板テーブルの振動により生じる位置ずれを補正して前記転写を行うことを特徴とする露光方法。

[22] 請求項 17に記載の露光方法において、

前記転写工程では、前記基板テーブルと前記パターンが形成されたマスクが載置されるマスクステージとの少なくとも一方に与える推力を変更して前記変化を補正して前記転写を行うことを特徴とする露光方法。

[23] 請求項 22に記載の露光方法において、

前記推力の変更はフィードフォワード制御により行われることを特徴とする露光方法

[24] 請求項 17— 23のいずれか一項に記載の露光方法において、

前記基板上に転写された前記パターンの転写像の位置計測結果に基づいて前記変化を補正することを特徴とする露光方法。

請求項 17— 23のいずれか一項に記載の露光方法において、

シミュレーション結果に基づいて前記変化を補正することを特徴とする露光方法。