面形状計測方法、姿勢計測方法、及び露光方法
【課題】 移動体としてのステージ自体に歪みが生じていてもステージの位置検出精度を向上させることができる面形状計測方法等を提供する。
【解決手段】 レーザ干渉計１３を用いてウェハステージＷＳＴに設けられた移動鏡１２のＺ軸に対する傾きを計測し、この計測結果に基づいてＺ軸に対する移動鏡１２の傾きが零となるようにウェハステージＷＳＴの姿勢を制御し、多点フォーカス位置検出系２１を用いてこのときのウェハステージＷＳＴの姿勢を計測する。以上の処理を計測対象の移動鏡１２の鏡面に沿ってウェハステージＷＳＴを微小移動させながら繰り返す。
【解決手段】 レーザ干渉計１３を用いてウェハステージＷＳＴに設けられた移動鏡１２のＺ軸に対する傾きを計測し、この計測結果に基づいてＺ軸に対する移動鏡１２の傾きが零となるようにウェハステージＷＳＴの姿勢を制御し、多点フォーカス位置検出系２１を用いてこのときのウェハステージＷＳＴの姿勢を計測する。以上の処理を計測対象の移動鏡１２の鏡面に沿ってウェハステージＷＳＴを微小移動させながら繰り返す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体に設けられた反射面の形状を計測する面形状計測方法、当該方法の計測結果を用いて移動体の基準平面に対する姿勢を計測する姿勢計測方法、及び露光方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体素子、液晶表示素子、その他のデバイスを製造するためのリソグラフィ工程では、マスク又はレチクル（以下、これらを総称する場合にはマスクという）に形成されたパターンを投影光学系を介してレジスト等が塗布されたウェハ又はガラスプレート等の基板上に転写する露光装置が用いられている。露光装置としては、所謂ステッパ等の静止露光型の投影露光装置や、所謂スキャニング・ステッパ等の走査露光型の投影露光装置が主として用いられている。これらの投影露光装置では、マスクに形成されたパターンを基板上の複数のショット領域に順次転写する必要があるため、基板を保持して二次元移動可能な基板ステージが設けられている。また、上記の走査露光型の投影露光装置の場合には、マスクを保持するマスクステージも走査方向に移動可能となっている。
【０００３】
かかる投影露光装置においては、極めて微細な構造を有する回路パターンを基板に転写するため、基板とマスクとの位置制御を高精度に行う必要がある。このため、基板ステージ及びマスクステージに設けられた反射鏡に対してレーザ干渉計からの測長ビームを照射し、その反射光と参照光との干渉光のフリンジパターン又は位相差に基づいて各々のステージの位置情報が高精度に検出され、この検出結果に基づいて各々のステージの高精度な位置制御が行われている。
【０００４】
ところで、このような基板ステージ及びマスクステージの位置検出においては、各ステージに設けられた反射鏡の鏡面にうねり又はねじれがあると、レーザ干渉計による検出値に誤差が生じ、検出精度の低下を招く虞がある。このため、反射鏡の鏡面の面形状（二次元形状）を測定し、その測定結果に基づいて、レーザ干渉計の検出結果を補正することが行われる。反射鏡の鏡面の面形状の測定技術としては、例えば、本願出願人による以下の特許文献１に記載された技術が知られている。
【０００５】
この技術では、反射鏡の短手方向（高さ方向）の２箇所（以下、上段、下段という場合がある）のそれぞれにおいて、反射鏡の長手方向に沿う一次元形状をそれぞれ適宜な基準に基づいて測定するとともに、上段の測定値と下段の測定値の相対関係（ここでは反射面に直交する方向のオフセット）を以下のようにして求めることにより、反射鏡の鏡面の面形状を特定するようにしている。
【０００６】
即ち、所定の関係で配列された複数の基準マークが形成された計測用基板を、基準マークの配列方向と基板ステージの軸方向が厳密に一致するように基板ステージ上に載置して、前記上段１次元形状測定と下段１次元形状測定のそれぞれの前又は後に、計測用基板上の基準マークの位置をオフアクシス方式のアライメントセンサでそれぞれ測定し、このときの基準マークの位置ずれから上記のオフセットを求めるようにしている。
【特許文献１】国際公開第００／２２３７６号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、気温の変化又は大気圧が変化すると、反射鏡が取り付けられているステージ自身に歪みが生ずることがある。ステージに設けられた反射鏡の鏡面にうねり又はねじれがあると、上述した通りレーザ干渉計による検出値に誤差が生ずるが、ステージ自体に歪みがある場合にも、反射鏡の鏡面にうねり等がある場合と同様に検出誤差が生ずる。例えば、反射鏡が取り付けられた端部で生じたステージの歪みにより反射鏡に倒れが生ずると、基板又はウェハが保持されるステージ中央部は水平であるにも拘わらず、ステージ自体が傾いているとレーザ干渉計で誤検出されてしまう。この結果、誤検出されたステージの傾きを補正すべくステージの姿勢が誤って制御されてしまう。
【０００８】
上述した従来の技術では、反射鏡の長手方向に沿う面形状自体を測定することはできるが、ステージの歪みに基づくものであるのか否かを切り分けることができない。このため、前述した方法により反射鏡の面形状を計測してレーザ干渉計の検出結果を補正しようとした場合に、補正が過度であったり又は補正不足であるといった事態が生ずることがあった。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、移動体としてのステージ自体に歪みが生じていてもステージの位置検出精度を向上させることができる面形状計測方法、当該方法の計測結果を用いてステージの基準平面に対する姿勢を高精度に計測することができる姿勢計測方法、及び当該方法の計測結果に基づいてステージを移動させつつ露光処理を行う露光方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、実施の形態に示す各図に対応付けした以下の構成を採用している。但し、各要素に付した括弧付き符号はその要素の例示に過ぎず、各要素を限定するものではない。
上記課題を解決するために、本発明の第１の観点による面形状計測方法は、第１軸（Ｚ軸）と直交する基準平面（７）に沿って移動する移動体（ＷＳＴ）に設けられ、前記第１軸方向と直交する第２軸（Ｘ軸又はＹ軸）方向に沿って延びる反射面（１２、１２Ｘ、１２Ｙ）の形状を計測する面形状計測方法であって、前記第１軸に対する前記反射面の傾きを計測する第１ステップ（Ｓ１３、Ｓ３３）と、前記第１ステップの計測結果に基づいて前記第１軸に対する前記反射面の傾きが零となるように前記移動体の姿勢を制御する第２ステップ（Ｓ１４、Ｓ３４）と、前記基準平面に対する前記移動体の姿勢を計測する第３ステップ（Ｓ１５、Ｓ３５〜Ｓ３８）と、前記第２軸方向に沿って前記移動体を移動させつつ前記第１ステップから前記第３ステップを繰り返す第４ステップ（Ｓ１６、Ｓ１７、Ｓ３９、Ｓ４０）とを含むことを特徴としている。
この発明によると、まず第１軸に対する反射面の傾きを計測し、次にこの傾きを零にするように移動体の姿勢を制御し、次いでこのときの移動体の姿勢を計測する。以上の処理を反射面の長さ方向（第１軸方向と直交する第２軸方向）に沿って移動体を移動させつつ行う。
上記課題を解決するために、本発明の第２の観点による面形状計測方法は、第１軸（Ｚ軸）と直交する基準平面（７）に沿って移動する移動体（ＷＳＴ）に設けられ、前記第１軸方向と直交する第２軸方向（Ｘ軸又はＹ軸）に沿って延びる反射面（１２、１２Ｘ、１２Ｙ）の形状を計測する面形状計測方法であって、前記基準平面に対する前記移動体の姿勢を計測する第１ステップ（Ｓ２３）と、前記第１ステップの計測結果に基づいて前記移動体の姿勢を所定の姿勢に制御する第２ステップ（Ｓ２４）と、前記移動体を前記所定の姿勢に制御した状態で前記第１軸に対する前記反射面の傾きを計測する第３ステップ（Ｓ２５）と、前記第２軸方向に沿って前記移動体を移動させつつ前記第１ステップから前記第３ステップを繰り返す第４ステップ（Ｓ２６、Ｓ２７）とを含むことを特徴としている。
この発明によると、まず基準平面に対する移動体の姿勢を計測し、次にこの計測結果に基づいて移動体の姿勢を所定の姿勢に制御し、次いでこの状態で第１軸に対する反射面の傾きを計測する。以上の処理を反射面の長さ方向（第１軸方向と直交する第２軸方向）に沿って移動体を移動させつつ行う。
上記課題を解決するために、本発明の姿勢計測方法は、第１軸方向（Ｚ軸）と直交する第２軸（Ｘ軸又はＹ軸）方向に沿って延びる反射面（１２、１２Ｘ、１２Ｙ）を有し、前記第１軸と直交する基準平面（７）に沿って移動する移動体（ＷＳＴ）の当該基準平面に対する姿勢を、前記反射面の前記第１軸方向に離間した２つの位置に同時に照射した計測ビーム（ＤＬ）により計測する姿勢計測方法であって、上記の何れかに記載の面形状計測方法により前記反射面の面形状を計測するステップと、前記反射面に対して前記計測ビームを同時に照射して前記反射面からの反射光の各々を受光し、当該受光結果から前記第１軸に対する前記反射面の傾きを計測するステップと、前記面形状の計測結果に基づいて、前記反射面の傾きの計測結果を補正し、前記基準平面に対する前記移動体の姿勢を得るステップとを含むことを特徴としている。
この発明によると、まず反射面の面形状が計測され、この面形状計測結果に基づいて反射面に計測ビームを照射して計測される反射面の傾きが補正されて基準平面に対する移動体の姿勢が得られる。
更に、本発明の露光方法は、第１軸（Ｚ軸）と直交する基準平面（７）に沿って移動可動な移動体（ＷＳＴ）に保持される感光物体（Ｗ）上にマスク（Ｒ）のパターンを転写する露光方法において、上記の姿勢計測方法の計測結果に基づいて、前記移動体の移動を制御することを特徴としている。
この発明によると、露光時に反射面の傾きが補正された計測結果に基づいて移動体の移動が制御される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、移動体としてのステージ自体に歪みが生じていてもステージの位置検出精度を向上させることができるという効果がある。
また、計測ビームが照射される反射面の傾きを反射面の面形状計測結果に基づいて補正して移動体の姿勢を求めているため、ステージの基準平面に対する姿勢を高精度に計測することができるという効果がある。
更に、本発明によれば、露光時に反射面の傾きが補正された計測結果に基づいて移動体の移動が制御されるため、露光精度（解像度、転写忠実度、重ね合わせ精度等）を高めることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態による面形状計測方法、姿勢計測方法、及び露光方法について詳細に説明する。
【００１３】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態による面形状計測方法、姿勢計測方法、及び露光方法が用いられる露光装置の概略構成を示す図である。図１に示す露光装置ＥＸは、半導体素子を製造するための露光装置であり、マスクとしてのレチクルＲと感光物体としてのウェハＷとを同期移動させつつ、レチクルＲに形成されたパターンを逐次ウェハＷ上に転写するステップ・アンド・スキャン方式の縮小投影型の露光装置である。
【００１４】
尚、以下の説明においては、必要であれば図中にＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。このＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＺ軸が紙面に対して平行となるよう設定され、Ｙ軸が紙面に対して垂直となる方向に設定されている。図中のＸＹＺ座標系は、実際にはＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直上方向に設定される。また、露光時におけるレチクルＲ及びウェハＷの同期移動方向（走査方向）はＹ方向に設定されているものとする。
【００１５】
図１に示す露光装置ＥＸは、レチクルＲ上のスリット状（矩形状又は円弧状）の照明領域を均一な照度を有する露光光ＥＬで照明する不図示の照明光学系と、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のパターンの像をフォトレジストが塗布されたウェハＷ上に投影する投影光学系ＰＬと、ウェハＷを保持する移動体としてのウェハステージＷＳＴと、これらの制御系とを含んで構成されている。
【００１６】
上記の不図示の照明光学系は、光源ユニット、オプティカル・インテグレータを含む照度均一化光学系、ビームスプリッタ、集光レンズ系、レチクルブラインド、及び結像レンズ系等（何れも不図示）を含んで構成されている。この照明光学系の構成等については、例えば特開平９−３２０９５６に開示されている。ここで、上記の光源ユニットとしては、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）、若しくはＦ２レーザ光源（波長１５７ｎｍ）、Ｋｒ２レーザ光源（波長１４６ｎｍ）、Ａｒ２レーザ光源（波長１２６ｎｍ）等の紫外レーザ光源、銅蒸気レーザ光源、ＹＡＧレーザの高調波発生光源、固体レーザ（半導体レーザ等）の高調波発生装置、又は水銀ランプ（ｉ線等）等も使用することができる。
【００１７】
レチクルステージＲＳＴは、照明光学系の下方（−Ｚ方向）に水平に配置されたレチクル支持台（定盤）１の上面上を走査方向（Ｙ方向）に所定ストロークで移動可能なレチクル走査ステージ２と、このレチクル走査ステージ２上に載置され、レチクル走査ステージ２に対してＸ方向、Ｙ方向、及びＺ軸回りの回転方向（θＺ方向）にそれぞれ微小駆動可能なレチクル微動ステージ３とを備えている。このレチクル微動ステージ３上にレチクルＲが真空吸着又は静電吸着等により保持される。
【００１８】
上記レチクル微小駆動ステージ３上の一端には移動鏡４が設けられており、レチクル支持台１上にはレーザ干渉計（以下、レチクル干渉計という）５が配置されている。レチクル干渉計５から射出されたレーザ光は移動鏡４の鏡面に照射され、その反射光と参照光との干渉光をレチクル干渉計５が受光することによって、レチクル微小駆動ステージ３のＸ方向、Ｙ方向、及びＺ軸回りの回転方向（θＺ方向）の位置が検出される。実際のレチクル微動ステージ３上には、Ｘ軸用の反射鏡、２個のＹ軸用の反射鏡が固定され、これに対応してレチクル干渉計５も複数設けられているが、図１ではこれらを代表して反射鏡４、レチクル干渉計５として図示している。尚、レチクルステージＲＳＴは、レチクルＲを保持するレチクルテーブルの微動機構（ボイスコイルモータ等のアクチュエータ）が組み込まれた可動体を、例えばリニアモータで走査方向（Ｙ方向）に一次元駆動する構成でもよい。また、レチクル微動ステージ３（又はレチクルテーブル）の端面を鏡面加工して上記の固定鏡４の鏡面の代わりに用いても良い。
【００１９】
上述のレチクル干渉計５により検出されたレチクル微動ステージ３の位置情報（又は速度情報）は、装置全体の動作を統轄制御する主制御系２０に供給される。主制御系２０は、レチクル走査ステージ２駆動用のリニアモータ、レチクル微動ステージ３駆動用のボイスコイルモータ等を含むレチクル駆動装置６を介してレチクル走査ステージ２及びレチクル微動ステージ３の動作を制御する。
【００２０】
上述した投影光学系ＰＬは、複数の屈折光学素子（レンズ素子）を含んで構成され、物体面（レチクルＲ）側と像面（ウェハＷ）側の両方がテレセントリックで所定の縮小倍率β（βは例えば１／４，１／５等）を有する屈折光学系が使用されている。この投影光学系ＰＬの光軸ＡＸの方向は、ＸＹ平面に直交するＺ方向とされている。尚、投影光学系ＰＬが備える複数のレンズ素子の硝材は、露光光ＥＬの波長に応じて、例えば石英又は蛍石が用いられる。また、本実施形態では、レチクルＲに形成されたパターンの倒立像をウェハＷ上に投影する投影光学系ＰＬを例に挙げて説明するが、勿論パターンの正立像を投影するものであっても良い。
【００２１】
ウェハステージＷＳＴは、投影光学系ＰＬの下方（−Ｚ方向）に配置されており、ウェハＸＹ駆動ステージ８、支点９ａ〜９ｂ、ウェハテーブル１０、及びウェハホルダ１１を含んで構成されている。ウェハＸＹ駆動ステージ８は、ウェハ支持台（定盤）７の上面（基準平面）上をＸ方向及びＹ方向に移動可能に構成されており、このウェハＸＹ駆動ステージ８上にＺ方向に伸縮自在な３個の支点９ａ〜９ｃが設けられている。ウェハテーブル１０は、支点９ａ〜９ｂ上に載置されており、支点９ａ〜９ｂの伸縮量を制御することでＺ方向の微動（Ｘ軸回りの回転及びＹ軸回りの回転を含む）が可能である。ウェハテーブル１０上に設けられたウェハホルダ１１上にウェハＷが真空吸着又は静電吸着等により保持される。このウェハホルダ１１の上面が物体載置面となる。
【００２２】
ウェハテーブル１０上の一端には移動鏡１２が設けられており、ウェハステージＷＳＴの外部にはレーザ光を移動鏡１２の鏡面（反射面）に照射するレーザ干渉計（以下、ウェハ干渉計という）１３が設けられている。このウェハ干渉計１３は、移動鏡１２の鏡面にレーザ光を照射して得られる反射光と参照光との干渉光を受光することによって、ウェハテーブル１０のＸ方向及びＹ方向の位置、並びに姿勢（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸周りの回転）が検出される。次に、ウェハステージＷＳＴ及びウェハ干渉計１３のより詳細な構成について説明する。
【００２３】
図２は、ウェハステージＷＳＴ及びウェハ干渉計１３の構成を示す斜視図である。図２に示す通り、ウェハテーブル１０を支持する３つの支点９ａ〜９ｃは、例えばウェハウェハテーブル１０の中心に関して各々が互いに１２０°の角度をなすように配置されている。これらの支点９ａ〜９ｃの変位は、それぞれに付随したエンコーダＥａ〜Ｅｃによって検出される。支点９ａ〜９ｃは、例えばロータリーモータ及びカムを使用する方式、積層型圧電素子（ピエゾ素子）、又はボイスコイルモータ（ここではボイスコイルモータとする）等を使用して構成される。エンコーダＥａ〜Ｅｃは、支点９ａ〜９ｃの近傍にそれぞれ配置されており、エンコーダＥａ〜Ｅｃとしては光学式又は静電容量式等のリニアエンコーダを用いることができる。尚、支点９ａ〜９ｃの変位（駆動量）を検出するセンサＥａ〜Ｅｃはエンコーダに限られるものでなく任意で構わない。
【００２４】
３個の支点９ａ〜９ｃは主制御系２２により制御される。支点９ａ〜９ｃを均等に伸縮させることにより、ウェハテーブル１０のＺ方向の位置（焦点位置）を調整することができ、３個の支点９ａ〜９ｃの伸縮量を個別に調整することにより、ウェハテーブル１０のＸ軸及びＹ軸の回りの傾斜角を調整することができる。３個のエンコーダＥａ〜Ｅｃから得られたＺ軸方向の検出値（変位量）は主制御系２０に供給される。主制御系２０は、各エンコーダＥａ〜Ｅｃの検出値及び各エンコーダＥａ〜Ｅｃの配置（ＸＹ平面内での位置関係）に基づき、ウェハＷのＺ軸方向の位置、Ｘ軸回りの傾斜角及びＹ軸回りの傾斜角を求める。
【００２５】
図１において簡略化して図示した移動鏡１２は、図２に示す通り、Ｘ軸に交差してＹ方向に沿って延びる鏡面を有するＸ軸用の移動鏡１２Ｘと、Ｙ軸に交差してＸ方向に沿って延びる鏡面を有するＹ軸用の移動鏡１２Ｙとを含んで構成される。また、図１において簡略化して図示したウェハ干渉計１３は、図２に示す通り、移動鏡１２Ｘに対してレーザ光を照射するウェハ干渉計１３Ｘ，１３ＸＰと、移動鏡１２Ｙに対してレーザ光を照射するウェハ干渉計１３Ｙ，１３ＹＰとを含んで構成される。
【００２６】
ウェハ干渉計１３Ｘは、移動鏡１２Ｘの鏡面に対してＺ方向の位置は同じであるがＹ方向の位置が異なる二箇所にレーザ光を照射し、移動鏡１２Ｘからの反射光を受光してウェハテーブル１０のＸ方向の位置及びウェハテーブル１０のＺ軸周りの回転量（ヨーイング量）を検出する。また、ウェハ干渉計１３ＸＰは、移動鏡１２Ｘの鏡面に対してＹ方向の位置は同じであるがＺ方向の位置が異なる二箇所にレーザ光を照射し、移動鏡１２Ｘからの反射光を受光してウェハテーブル１０のＹ軸周りの回転量（ローリング量）を検出する。
【００２７】
同様に、ウェハ干渉計１３Ｙは、移動鏡１２Ｙの鏡面に対してＺ方向の位置は同じであるがＸ方向の位置が異なる二箇所にレーザ光を照射し、移動鏡１２Ｙからの反射光を受光してウェハテーブル１０のＹ方向の位置及びウェハテーブル１０のＺ軸周りの回転量（ヨーイング量）を検出する。また、ウェハ干渉計１３ＹＰは、移動鏡１２Ｙの鏡面に対してＸ方向の位置は同じであるがＺ方向の位置が異なる二箇所にレーザ光を照射し、移動鏡１２Ｙからの反射光を受光してウェハテーブル１０（ウェハステージＷＳＴ）のＸ軸周りの回転量（ピッチング量）を検出する。ウェハ干渉計１３Ｘ，１３ＸＰ，１３Ｙ，１３ＹＰの検出結果は主制御系２０に供給される。
【００２８】
主制御系２０は、ウェハ干渉計１３Ｘ，１３ＸＰ，１３Ｙ，１３ＹＰの検出結果に基づいて図１に示すウェハ駆動装置１４を介してウェハテーブル１０の位置及び姿勢を制御するとともに、装置全体の動作を制御する。また、ウェハ干渉計１３の検出結果により得られる座標により規定されるウェハ座標系と、レチクルＲ側のレチクル干渉計５の検出結果により得られる座標により規定されるレチクル座標系との対応をとるために、図１に示す通り、ウェハテーブル１０上であってウェハホルダ１１の近傍には基準マーク板１５が固定されている。この基準マーク板１５上には各種基準マークが形成されている。これらの基準マークの中にはウェハテーブル１０の内部に導かれた照明光により裏側から照明されている基準マーク、即ち発光性の基準マークも設けられている。
【００２９】
本実施形態の露光装置ＥＸは、レチクルＲの上方に配置され、基準マーク板１５上の基準マークとレチクルＲに形成された位置合わせ用マーク（レチクルアライメントマーク）とを同時に観察するためのレチクルアライメントセンサ１６ａ，１６ｂを備えている。これらのレチクルアライメントセンサ１６ａ，１６ｂの観察結果（計測結果）は、主制御系２０に供給される。レチクルアライメントセンサ１６ａ，１６ｂには、レチクルＲからの検出光を各々に導くための偏向ミラー１７ａ，１７ｂがそれぞれ移動自在に配置されている。これらの偏向ミラー１７ａ，１７ｂは、露光シーケンスが開始されると、主制御系２０からの指令のもとで、ミラー駆動装置１８ａ，１８ｂによりそれぞれ待避される。
【００３０】
また、投影光学系ＰＬのＹ方向の側面部には、ウェハＷ上に設定されたショット領域に付設されたアライメントマーク（ウェハアライメントマーク）を観察するための画像処理方式のオフ・アクシス・アライメントセンサ（以下、ウェハアライメントセンサという）１９が配置されている。ウェハアライメントセンサ１９の観察結果（計測結果）は、主制御系２０に供給される。ウェハアライメントセンサ１９の光学系の光軸は、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行とされている。かかるアライメントセンサ１９の詳細な構成は、例えば特開平９−２１９３５４号公報及びこれに対応する米国特許第５，８５９，７０７号等に開示されている。
【００３１】
更に、本実施形態の露光装置ＥＸは、送光系２１ａ及び受光系２１ｂから構成され、投影光学系ＰＬに関してレチクルＲ上の照明領域と共役なウェハＷ上の露光領域の内部及びその近傍に設定された複数の検出点でそれぞれウェハＷの表面のＺ方向（光軸ＡＸ方向）の位置を検出する多点フォーカス位置検出系２１を投影光学系ＰＬの側方に備える。多点フォーカス位置検出系２１は、ウェハＷ表面のＺ方向の位置及び姿勢（レベリング）を検出するものである。図３は、斜め入射式の多点フォーカス位置検出系２１の構成を示す図である。図３に示した斜め入射式の多点フォーカス位置検出系２１には、露光光ＥＬの波長域とは異なりウェハＷ上のフォトレジストを感光させない波長域を有する照明光が、不図示の照明光源から光ファイバ束２２を介して導かれている。
【００３２】
光ファイバ束２２から射出された照明光は、集光レンズ２３を経てパターン形成板２４を照明する。図４は、パターン形成板２４の構成例を示す断面図である。図４に示す通り、パターン形成板２４には、第１列目に９個のスリット状の開口パターン３４−１１〜３４−１９が形成され、第２列目〜第５列目にもそれぞれ９個の開口パターン３４−２１〜３４−２９，３４−３１〜３４−３９，３４−４１〜３４−４９，３４−５１〜３４−５９が形成されている。即ち、パターン形成板２４には、合計で４５個のスリット状の開口パターンが形成されており、これらのスリット状の開口パターンの像が図１のウェハＷの表面上にＸ軸及びＹ軸に対して斜めに投影される。
【００３３】
パターン形成板２４を透過した照明光は、レンズ２５、ミラー２６、及び照射対物レンズ２７を経てウェハＷの表面に投影され、ウェハＷの表面にはパターン形成板２４上のパターンの像が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに対して斜めに投影結像される。図５は、ウェハＷ上の露光領域の内部及びその近傍に設定された複数の検出点に投影される開口パターンの投影像を示す図である。図５において、符号ＥＦが付された矩形状の領域は前述した露光領域を示している。この露光領域ＥＦ内にレチクルＲのパターンの像が投影される。
【００３４】
図４に示した開口パターン３４−１１〜３４−１９，３４−２１〜３４−２９，３４−３１〜３４−３９，３４−４１〜３４−４９，３４−５１〜３４−５９の像はウェハＷの表面に対してＸ軸及びＹ軸に対して４５度で交差する方向から照射されるため、Ｘ軸及びＹ軸に対して４５度の角度をなす方向に長手方向が伸びた像となる。これらの像が投影される検出点は、図５に示す通りＸ方向及びＹ方向に沿って配列されている。露光領域ＥＦの＋Ｙ方向側において配列された検出点Ｄ１１〜Ｄ１９が第１列Ｃ１をなし、露光領域ＥＦの内部において配列された検出点Ｄ２１〜Ｄ２９、検出点Ｄ３１〜Ｄ３９、及び検出点Ｄ４１〜Ｄ４９がそれぞれ、第２列Ｃ２、第３列Ｃ３、及び第４列Ｃ４をなし、露光領域ＥＦの−Ｙ方向側において配列された検出点Ｄ５１〜Ｄ５９が第５列Ｃ５をなしている。
【００３５】
ウェハＷで反射された照明光は、集光対物レンズ２８、回転方向振動板２９、及び結像レンズ３０を経て受光器３１の受光面に再投影され、受光器３１の受光面にはパターン形成板２４上のパターンの像が再結像される。受光器３１の受光面には、パターン形成板２４と相似形に開口部が配列された遮光板（図示省略）が設けられる。ここで、加振装置３３は、振動子を一定周波数及び一定振幅で振動させ、該振動子の一部を鏡面加工して形成された回転方向振動板２９に振動を与えているので、受光器３１に投影される像の位置は遮光板に形成された開口部の長手方向に垂直な方向、つまり開口部の幅方向に振動する。受光器３１の多数の受光素子からの検出信号は信号処理装置３２に供給される。信号処理装置３２は、供給されてくる各検出信号を加振装置３３の駆動信号で同期検波して検出点Ｄ１１〜Ｄ１９，Ｄ２１〜Ｄ２９，Ｄ３１〜Ｄ３９，４１〜Ｄ４９，Ｄ５１〜Ｄ５９のフォーカス位置にそれぞれ対応する４５個のフォーカス信号を得る。
【００３６】
ここで、図５に示した通り、第２列Ｃ２の検出点Ｄ２１〜Ｄ２９及び第４列Ｃ４の検出点Ｄ４１〜Ｄ４９が露光領域ＥＦの周辺部に配置され、第３列Ｃ３の検出点Ｄ３１〜Ｄ３９が露光領域ＥＦの内部に配置されており、第１列Ｃ１の検出点Ｄ１１〜Ｄ１９及び第５列Ｃ５の検出点Ｄ５１〜Ｄ５９が露光領域ＥＦ外に配置されている。検出点Ｄ１１〜Ｄ１９，Ｄ５１〜Ｄ５９を露光領域ＥＦ外に配置するのは、ウェハＷが＋Ｙ方向に走査されている場合に第５列Ｃ５の検出点Ｄ５１〜Ｄ５９における検出結果を用いて、これから露光される領域の表面形状を予め計測するためである。また、同様にウェハＷが−Ｙ方向に走査されている場合に第１列Ｃ１の検出点Ｄ１１〜Ｄ１９における検出結果を用いて、これから露光される領域の表面形状を予め計測するためである。そして、第１列Ｃ１の検出点Ｄ１１〜Ｄ１９における検出結果又は第５列５の検出点Ｄ５１〜Ｄ５９における検出結果を用いてこれから露光される部分に対してウェハＷの姿勢制御を行うようにしている。
【００３７】
次に、上記構成の露光装置ＥＸにおいて用いられる面形状計測方法及び姿勢計測方法について説明する。図６は、本発明の第１実施形態による面形状計測方法を示すフローチャートである。尚、ここでは、ウェハ干渉計１３ＹＰ及び多点フォーカス位置検出系２１を用いて移動鏡１２Ｙの鏡面の面形状を計測する場合を例に挙げて説明する。本明細書中において、面形状とは移動鏡１２Ｙの凹凸のみならず移動鏡１２Ｙの鏡面の傾き（Ｚ軸に対する傾き）を含むものである。尚、本実施形態では理解を容易にするために移動鏡１２Ｙの鏡面の傾き（ピッチング量）を計測する場合を中心に説明する。
【００３８】
まず、平坦度が保証されたウェハ（例えば、表面の平坦度が多点フォーカス位置検出系２１の計測精度よりも高いウェハ）又は予め平坦度が分かっているウェハ（以下、テストウェハという）を露光装置ＥＸ内に搬入してウェハステージＷＳＴに設けられたウェハホルダ１１上に配置する（ステップＳ１１）。このテストウェハの搬入は、露光装置ＥＸに設けられた不図示のウェハ搬送装置を用いて通常のウェハＷを露光装置ＥＸ内に搬入する場合と同様に行う。
【００３９】
テストウェハの搬入を終えると、ウェハ干渉計１３ＹＰと多点フォーカス位置検出系２１とを所定の条件に較正する（ステップＳ１２）。ウェハ干渉計１３ＹＰ及び多点フォーカス位置検出系２１の較正が行われた状態においては、多点フォーカス位置検出系２１の計測結果で示されるテストウェハ（ウェハステージＷＳＴ）のレベリング量θＡＦが０［ｒａｄ］となるようにウェハステージＷＳＴをＸ軸周りの回転方向に駆動すると、ウェハ干渉計１３ＹＰの検出結果から移動鏡１２Ｙの鏡面の傾き量（ピッチング量）θＩＦが得られる。
【００４０】
図７は、テストウェハ（ウェハステージＷＳＴ）のレベリング量θＡＦと移動鏡１２Ｙの鏡面のピッチング量θＩＦとを説明するための図である。図７においては、ウェハ干渉計１３ＹＰから移動鏡１２Ｙの鏡に面対してＸ方向の位置は同じであるがＺ方向の位置が異なる二箇所に照射されるレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２と、多点フォーカス位置検出系２１からテストウェハ上に照射される照明光ＤＬとを図示している。ウェハ干渉計１３ＹＰから移動鏡１２Ｙの鏡面に対して照射されるレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２の光路差によりウェハステージＷＳＴのピッチング量が検出される。
【００４１】
ここで、移動鏡１２Ｙの鏡面を理想的な平面とみなすことができるとともに、ウェハテーブル１０に対して移動鏡１２Ｙが理想的に取り付けられているのであれば、図７（ａ）に示す通り、多点フォーカス位置検出系２１で計測されるウェハステージＷＳＴのレベリング量θＡＦが０［ｒａｄ］のときにウェハ干渉計１３ＹＰで計測される移動鏡１２Ｙの鏡面のピッチング量θＩＦも０［ｒａｄ］となる。
【００４２】
しかしながら、実際には移動鏡１２Ｙの鏡面には多少の歪みが生じており、またウェハテーブル１０に対して移動鏡１２Ｙは傾いて取りつけられている。この場合、図７（ｂ）に示す通り、多点フォーカス位置検出系２１で計測されるウェハステージＷＳＴのレベリング量θＡＦが０［ｒａｄ］であってもウェハ干渉計１３ＹＰで計測される移動鏡１２Ｙの鏡面のピッチング量θＩＦも０［ｒａｄ］とはならない。つまり、θＡＦ≠θＩＦとなる。このような事態は、ウェハテーブル１０（ウェハステージＷＳＴ）の歪みがある場合にも生ずる。このため、本実施形態では、ウェハ干渉計１３ＹＰ及び多点フォーカス位置検出系２１を用いて移動鏡１２Ｙの鏡面の面形状を計測している。
【００４３】
ウェハ干渉計１３ＹＰ及び多点フォーカス位置検出系２１の較正が行われた状態において、主制御系２０はウェハ駆動装置１４を介してウェハステージＷＳＴを所定の計測開始位置に移動させる。この計測開始位置は、例えばＸ方向に関してはウェハ干渉計１３ＹＰの光軸がテストウェハのＸ方向の一方の端部を通過する位置であり、Ｙ方向に関しては任意の位置である。
【００４４】
ウェハステージＷＳＴの移動が完了すると、主制御系２０はウェハ干渉計１３ＹＰの検出結果から計測開始位置における移動鏡１２ＹのＺ軸に対するピッチング量θＩＦを計測する（ステップＳ１３）。次に、主制御系２０は、計測された移動鏡１２Ｙのピッチング量θＩＦに基づいて図２に示す３個の支点９ａ〜９ｃの伸縮量を調整して計測開始位置における移動鏡１２ＹのＺ軸に対するピッチング量θＩＦが零となるようにウェハステージＷＳＴのレベリング量（ウェハステージＷＳＴの姿勢）を制御する（ステップＳ１４）。
【００４５】
次に、主制御系２０は、多点フォーカス位置検出系２１を用いてウェハステージＷＳＴのレベリング量θＡＦを計測する（ステップＳ１５）。これによって、計測開始位置における移動鏡１２ＹのＺ軸に対するピッチング量θＩＦを零としたときのウェハステージＷＳＴのレベリング量θＡＦが求められる。このレベリング量が得られると、主制御系２０は、得られたレベリング量θＡＦをウェハステージＷＳＴのＸ方向の位置に対応付けて記憶する。
【００４６】
次いで、主制御系２０は、予め設定された計測範囲についての計測が終了したか否かを判断する（ステップＳ１６）。この判断は、ウェハステージＷＳＴが計測終了位置に達したか否かにより行う。この計測終了位置は、例えばＸ方向に関してはウェハ干渉計１３ＹＰの光軸がテストウェハのＸ方向の他端の端部を通過する位置であり、Ｙ方向に関しては任意の位置である。
【００４７】
予め設定された計測範囲についての計測が終了していないと判断した場合（判断結果が「ＮＯ」の場合）には、主制御系２０はウェハ駆動装置１４を介してウェハステージＷＳＴをＸ方向に予め設定された微小距離だけ移動させる（ステップＳ１７）。そして、ウェハステージＷＳＴを移動させた後は、ステップＳ１３〜ステップＳ１５の処理を行う。ステップＳ１６の判断結果が「ＮＯ」である間は、ステップＳ１３〜ステップＳ１７の処理が繰り返され、判断結果が「ＹＥＳ」になると、露光装置ＥＸからテストウェハが搬出されて一連の計測処理は終了する。以上説明した処理により、予め設定されたＸ方向の計測範囲内において、常に移動鏡１２ＹのＺ軸に対するピッチング量θＩＦを零に設定したときのウェハステージＷＳＴのレベリング量の分布が求められる。尚、この分布は、移動鏡１２Ｙの鏡面を基準にした移動鏡１２Ｙの鏡面の面形状を示すものである。
【００４８】
以上の処理を行って移動鏡１２Ｙの鏡面の面形状が計測されると、この面形状はウェハステージＷＳＴのＹ方向における位置及びウェハステージＷＳＴのレベリング量を計測するために用いられる。つまり、ウェハ干渉計１３Ｙ，１３ＹＰから移動鏡１２Ｙの鏡面に対して照射されるレーザ光の各々を受光して得られるウェハステージＷＳＴのＹ方向の位置及びレベリング量は、移動鏡１２Ｙの面形状に影響されたものである。このため、主制御系２０は、ウェハステージＷＳＴのＸ方向の位置に応じて、その位置に対応付けて記憶されているレベリング量を読み出し、ウェハ干渉計１３Ｙ，１３ＹＰの検出結果から計測されたＹ方向の位置及びピッチング量をそれぞれ補正する。この処理によって移動鏡１２Ｙの面形状による影響が排除されるため、主制御系２０は、補正された計測結果に基づいてウェハステージＷＳＴのＹ方向の位置及び姿勢を制御する。
【００４９】
以上説明した通り、本実施形態の面形状計測方法によれば、移動鏡１４Ｙの鏡面に歪みが生じ、又はウェハテーブル１０自体に歪みが生じていても、Ｙ方向の位置検出精度を向上させることができる。また、本実施形態の姿勢計測方法によれば、面形状計測方法と同様に、移動鏡１４Ｙの鏡面に歪みが生じ、又はウェハテーブル１０自体に歪みが生じていても、ウェハステージＷＳＴのレベリング量を高精度に計測することができる。
【００５０】
尚、以上の実施形態では、ウェハ干渉計１３ＹＰ及び多点フォーカス位置検出系２１を用いて移動鏡１２Ｙの鏡面の面形状を計測する場合を例に挙げて説明したが、ウェハ干渉計１３ＸＰ及び多点フォーカス位置検出系２１を用いて移動鏡１２Ｘの鏡面の面形状も同様に計測することができる。この場合には、計測時のウェハステージＷＳＴの移動方向（図６中のステップＳ１７における移動方向）はＹ方向になる。
【００５１】
以上説明した露光装置ＥＸを用いてウェハＷを露光する場合には、不図示のウェハ搬送装置により露光処理が行われるウェハＷが露光装置ＥＸ内に搬入されてウェハホルダ１１上に保持されるとともに、所定のレチクルＲがレチクルステージＲＳＴ上に保持される。ウェハＷ及びレチクルＲの搬入が完了すると、主制御系２０はウェハステージＷＳＴを駆動してウェハＷをウェハアライメントセンサ１９の下方（−Ｚ方向）に配置し、ウェハアライメントセンサ１９を用いて、ウェハＷ上の代表的なウェハアライメントマーク数個（３〜９個程度）の位置計測を行ってＥＧＡ演算が行われ、ウェハＷ上の全ショット領域の配列座標を求める。
【００５２】
次に、主制御系２０は、上記のＥＧＡ演算によって得られたウェハＷ上におけるショット領域の座標値をベースライン量（投影光学系ＰＬを介した投影像の投影中心と、ウェハアライメントセンサ１９の計測視野中心との距離）で補正した座標値を求める。この補正した座標値を用いてウェハステージＷＳＴを駆動すればウェハＷ上の各ショット領域を投影光学系ＰＬの露光領域に位置合わせすることができる。本実施形態の露光装置ＥＸは、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置であるため、ショット領域を露光する場合には、レチクルステージＲＳＴとウェハステージＷＳＴとを走査開始位置に移動させた後で加速させ、各々が所定の速度に達して同期がとれてから、露光光ＥＬを射出させてレチクルＲを照明し、レチクルＲのパターンの像を投影光学系ＰＬを介してウェハＷ上に投影する。
【００５３】
走査時には、露光領域にレチクルＲの一部のパターン像が投影され、投影光学系ＰＬに対して、レチクルＲが−Ｘ方向（又は＋Ｘ方向）に速度Ｖで移動するのに同期して、ウェハＷが＋Ｘ方向（又は−Ｘ方向）に速度Ｖ／β（１／βは投影光学系ＰＬの投影倍率）で移動することにより、逐次ショット領域にレチクルＲのパターンが転写される。前述した面形状計測方法によって移動鏡１２Ｘ，１２Ｙの面形状は予め求められており、走査露光中は、ウェハ干渉計１３Ｘ，１３ＸＰ，１３Ｙ，１３ＹＰの計測結果の各々が補正され、補正された計測結果に基づいてウェハステージＷＳＴの位置及び姿勢の制御が行われる。
【００５４】
１つのショット領域に対する露光処理が終了すると、主制御系２０はウェハステージＷＳＴをステッピング移動させて次のショット領域を走査開始位置に移動させるとともにレチクルステージＲＳＴを走査開始位置に移動させた後、これら両ステージの移動を開始させて各々が一定速度に達して同期が取れてからレチクルＲに露光光ＩＬを照射して露光を開始してそのショット領域を露光する。以下同様に他のショット領域の露光処理が行われる。以上説明したように、本実施形態によれば、露光時にウェハ干渉計１３Ｘ，１３ＸＰ，１３Ｙ，１３ＹＰの計測結果の各々が補正され、補正された計測結果に基づいてウェハステージＷＳＴの位置及び姿勢の制御及びレチクルステージＲＳＴとの相対位置制御が行われるため、露光精度（解像度、転写忠実度、重ね合わせ精度等）を高めることができる。
【００５５】
〔第２実施形態〕
本発明の第２実施形態による面形状計測方法、姿勢計測方法、及び露光方法は、図１に示す露光装置ＥＸを用いて行われる。上述した本発明の第１実施形態は移動鏡１２Ｙの鏡面を基準にしたレベリング量θＡＦから移動鏡１２Ｙの鏡面の面形状を求めていたが、本実施形態はウェハステージＷＳＴの姿勢（多点フォーカス位置検出系２１の検出結果：レベリング量）を基準にして移動鏡１２Ｙの鏡面の面形状を求めている。図８は、本発明の第２実施形態による面形状計測方法を示すフローチャートである。尚、本実施形態においても、第１実施形態と同様にウェハ干渉計１３ＹＰ及び多点フォーカス位置検出系２１を用いて移動鏡１２Ｙの鏡面の面形状を計測する場合を例に挙げて説明するが、ウェハ干渉計１３ＸＰ及び多点フォーカス位置検出系２１を用いて移動鏡１２Ｘの鏡面の面形状を計測する場合も以下に説明する方法と同様の方法で計測することができる。
【００５６】
まず、第１実施形態と同様に、テストウェハを露光装置ＥＸ内に搬入してウェハステージＷＳＴに設けられたウェハホルダ１１上に配置し（ステップＳ２１）、その後でウェハ干渉計１３ＹＰと多点フォーカス位置検出系２１とを所定の条件に較正する（ステップＳ２２）。ウェハ干渉計１３ＹＰ及び多点フォーカス位置検出系２１の較正が行われた状態において、主制御系２０はウェハ駆動装置１４を介してウェハステージＷＳＴを所定の計測開始位置に移動させる。この計測開始位置は、例えばＸ方向に関してはウェハ干渉計１３ＹＰの光軸がテストウェハのＸ方向の一方の端部を通過する位置であり、Ｙ方向に関しては任意の位置である。
【００５７】
ウェハステージＷＳＴの移動が完了すると、主制御系２０は、多点フォーカス位置検出系２１を用いてウェハステージＷＳＴの姿勢を示す量（レベリング量）θＡＦを計測する（ステップＳ２３）。次に、主制御系２０は、計測されたウェハステージＷＳＴのレベリング量θＡＦに基づいてに基づいて図２に示す３個の支点９ａ〜９ｃの伸縮量を調整してウェハステージＷＳＴを所定の姿勢に制御する（ステップＳ２４）。ここで行われる制御は、例えばテストウェハＷの表面を水平にし、又はウェハ支持台７の上面に対して平行にする制御である。
【００５８】
次に、主制御系２０は、ウェハ干渉計１３ＹＰの検出結果から計測開始位置における移動鏡１２ＹのＺ軸に対する傾き（ピッチング量）θＩＦを計測する（ステップＳ２５）。これによって、計測開始位置におけるウェハステージＷＳＴの姿勢を所定の姿勢にしたときの移動鏡１２ＹのＺ軸に対するピッチング量θＩＦが求められる。このピッチング量が得られると、主制御系２０は、得られたピッチング量θＩＦをウェハステージＷＳＴのＸ方向の位置に対応付けて記憶する。次いで、主制御系２０は、予め設定された計測範囲についての計測が終了したか否かを判断する（ステップＳ２６）。この判断は、ウェハステージＷＳＴが計測終了位置に達したか否かにより行う。この計測終了位置は、例えばＸ方向に関してはウェハ干渉計１３ＹＰの光軸がテストウェハのＸ方向の他端の端部を通過する位置であり、Ｙ方向に関しては任意の位置である。
【００５９】
予め設定された計測範囲についての計測が終了していないと判断した場合（判断結果が「ＮＯ」の場合）には、主制御系２０はウェハ駆動装置１４を介してウェハステージＷＳＴをＸ方向に予め設定された微小距離だけ移動させる（ステップＳ２７）。そして、ウェハステージＷＳＴを移動させた後は、ステップＳ２３〜ステップＳ２５の処理を行う。ステップＳ２６の判断結果が「ＮＯ」である間は、ステップＳ２３〜ステップＳ２７の処理が繰り返され、判断結果が「ＹＥＳ」になると、露光装置ＥＸからテストウェハが搬出されて一連の計測処理は終了する。以上説明した処理により、予め設定されたＸ方向の計測範囲内において、常にウェハステージＷＳＴを所定の姿勢に制御したときの移動鏡１２ＹのＺ軸に対するピッチング量θＩＦの分布が求められる。尚、この分布は、テストウェハの表面を基準にした移動鏡１２Ｙの鏡面の面形状を示すものである。
【００６０】
以上の処理を行って移動鏡１２Ｙの鏡面の面形状が計測されると、この面形状は第１実施形態と同様に、ウェハ干渉計１３Ｙ，１３ＹＰの検出結果から計測されたＹ方向の位置及びピッチング量をそれぞれ補正してウェハステージＷＳＴのＹ方向における位置及びウェハステージＷＳＴのレベリング量を計測するために用いられる。そして、補正された計測結果に基づいてウェハステージＷＳＴのＹ方向の位置及び姿勢が制御される。
【００６１】
以上説明した通り、本実施形態においても移動鏡１４Ｙの鏡面の平坦度が悪く、ウェハテーブル１０に対する移動鏡１４Ｙの取り付け誤差が大きく、又はウェハテーブル１０自体に歪みが生じていても、Ｙ方向の位置検出精度を向上させることができ、ウェハステージＷＳＴのレベリング量を高精度に計測することができる。
【００６２】
〔第３実施形態〕
以上説明した第１，第２実施形態はウェハＷの表面のＺ方向（光軸ＡＸ方向）の位置を複数の検出点で検出する多点フォーカス位置検出系２１を用いて移動鏡の鏡面の面形状を計測していたが、本発明の第３実施形態はウェハＷの表面のＺ方向の位置を１点の検出点で検出するフォーカス位置検出系を用いて移動鏡の鏡面の面形状を計測している。図９は、本発明の第３実施形態による面形状計測方法を示すフローチャートである。尚、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、移動鏡１２Ｙの鏡面の面形状を計測する場合を例に挙げて説明するが、移動鏡１２Ｘの鏡面の面形状を計測する場合も以下に説明する方法と同様の方法で計測することができる。
【００６３】
まず、第１実施形態と同様に、テストウェハを露光装置ＥＸ内に搬入してウェハステージＷＳＴに設けられたウェハホルダ１１上に配置し（ステップＳ３１）、その後でウェハ干渉計１３ＹＰとフォーカス位置検出系とを所定の条件に較正する（ステップＳ３２）。ウェハ干渉計１３ＹＰ及びフォーカス位置検出系の較正が行われた状態において、主制御系２０はウェハ駆動装置１４を介してウェハステージＷＳＴを所定の計測開始位置に移動させる。この計測開始位置は、例えばＸ方向に関してはウェハ干渉計１３ＹＰの光軸がテストウェハのＸ方向の一方の端部を通過する位置であり、Ｙ方向に関しては任意の位置である。
【００６４】
ウェハステージＷＳＴの移動が完了すると、主制御系２０はウェハ干渉計１３ＹＰの検出結果から計測開始位置における移動鏡１２ＹのＺ軸に対するピッチング量θＩＦを計測する（ステップＳ３３）。次に、主制御系２０は、計測された移動鏡１２Ｙのピッチング量θＩＦに基づいて図２に示す３個の支点９ａ〜９ｃの伸縮量を調整して計測開始位置における移動鏡１２ＹのＺ軸に対するピッチング量θＩＦが零となるようにウェハステージＷＳＴのレベリング量（ウェハステージＷＳＴの姿勢）を制御する（ステップＳ３４）。
【００６５】
次に、主制御系２０は、フォーカス位置検出系を用いてテストウェハの表面のＺ方向の位置を１点の検出点で検出する（ステップＳ３５）。ステップＳ３５の検出が終了すると、主制御系２０は、ウェハ駆動装置１４を介してウェハステージＷＳＴを移動鏡１２Ｙの鏡面に交差する方向であるＹ方向に所定量（ΔＹ）だけ移動させ（ステップＳ３６）、その後でフォーカス位置検出系を用いてテストウェハの表面のＺ方向の位置を１点の検出点で検出する（ステップＳ３７）。
【００６６】
図１０は、本発明の第３実施形態において、ウェハステージＷＳＴの姿勢を計測する様子を示す図である。図９中のステップＳ３５に示す処理において、例えばウェハステージＷＳＴが図１０中の実線で示す位置にあるとすると、このときのテストウェハの表面の１点のＺ方向の位置が検出される。図１０に示す例では、フォーカス位置検出系からの照明光ＤＬ１が、テストウェハ表面上の符号Ｐ１で指し示す箇所に照射され、この照射位置のＺ方向の位置が検出される。
【００６７】
次に、図９中のステップＳ３６に示す処理において、ウェハステージＷＳＴがＹ方向にΔＸだけ移動させる。これにより、ウェハステージＷＳＴは、図１０中の破線で示す位置に配置されたとする。ウェハステージＷＳＴの移動により、フォーカス位置検出系からの照明光ＤＬ１は符号Ｐ１で指し示す箇所以外の箇所（符号Ｐ２で指し示す箇所）に照射される。仮に、テストウェハの表面がＸＹ平面に平行であれば、ウェハステージＷＳＴを移動させても符号Ｐ１で指し示す箇所のＺ方向の位置と、符号Ｐ２で指し示す箇所のＺ方向の位置は変化しない。しかしながら、ウェハステージＷＳＴが傾斜していると、これらのＺ方向の位置がΔＺだけ変化する。
【００６８】
このため、主制御系２０は、ステップＳ３５の検出結果とステップＳ３７の検出結果とからウェハステージＷＳＴをΔＹだけ移動させたときのテストウェハの表面位置の変化量ΔＺを求める。そして、この変化量ΔＺと移動量ΔＹとを用いて以下の（１）式からウェハステージＷＳＴのレベリング量θＡＦを算出する（ステップＳ３８）。
ΔＡＦ＝ΔＹ／ΔＺ …（１）
以上の処理によって、計測開始位置における移動鏡１２ＹのＺ軸に対するピッチング量θＩＦを零としたときのウェハステージＷＳＴのレベリング量θＡＦが求められる。このレベリング量が得られると、主制御系２０は、得られたレベリング量θＡＦをウェハステージＷＳＴのＸ方向の位置に対応付けて記憶する。
【００６９】
次いで、主制御系２０は、予め設定された計測範囲についての計測が終了したか否かを判断する（ステップＳ３９）。この判断は、ウェハステージＷＳＴが計測終了位置に達したか否かにより行う。この計測終了位置は、例えばＸ方向に関してはウェハ干渉計１３ＹＰの光軸がテストウェハのＸ方向の他端の端部を通過する位置であり、Ｙ方向に関しては任意の位置である。予め設定された計測範囲についての計測が終了していないと判断した場合（判断結果が「ＮＯ」の場合）には、主制御系２０はウェハ駆動装置１４を介してウェハステージＷＳＴをＸ方向に予め設定された微小距離だけ移動させる（ステップＳ４０）。そして、ウェハステージＷＳＴを移動させた後は、ステップＳ３３〜ステップＳ３８の処理を行う。
【００７０】
ステップＳ３９の判断結果が「ＮＯ」である間は、ステップＳ３３〜ステップＳ４０の処理が繰り返され、判断結果が「ＹＥＳ」になると、露光装置ＥＸからテストウェハが搬出されて一連の計測処理は終了する。以上説明した処理により、予め設定されたＸ方向の計測範囲内において、常に移動鏡１２ＹのＺ軸に対するピッチング量θＩＦを零に設定したときのウェハステージＷＳＴのレベリング量の分布が求められる。尚、この分布は、移動鏡１２Ｙの鏡面を基準にした移動鏡１２Ｙの鏡面の面形状を示すものである。
【００７１】
以上の処理を行って移動鏡１２Ｙの鏡面の面形状が計測されると、この面形状は第１実施形態と同様に、ウェハ干渉計１３Ｙ，１３ＹＰの検出結果から計測されたＹ方向の位置及びピッチング量をそれぞれ補正してウェハステージＷＳＴのＹ方向における位置及びウェハステージＷＳＴのレベリング量を計測するために用いられる。そして、補正された計測結果に基づいてウェハステージＷＳＴのＹ方向の位置及び姿勢が制御される。以上説明した通り、本実施形態においても移動鏡１４Ｙの鏡面の平坦度が悪く、ウェハテーブル１０に対する移動鏡１４Ｙの取り付け誤差が大きく、又はウェハテーブル１０自体に歪みが生じていても、Ｙ方向の位置検出精度を向上させることができ、ウェハステージＷＳＴのレベリング量を高精度に計測することができる。
【００７２】
以上、ウェハＷの表面のＺ方向の位置を１点の検出点で検出するフォーカス位置検出系を用いて移動鏡１２Ｙの鏡面を基準にした移動鏡１２Ｙの鏡面の面形状を計測する場合について説明したが、このフォーカス位置検出系を用いて図８に示すフローチャートとほぼ同様の手順で移動鏡１２Ｙの鏡面の面形状を計測することができる。かかる計測を行う場合には、図８において「多点フォーカス位置検出系」を「フォーカス位置検出系」と読み替えるとともに、図８中のステップＳ２３を図９中のＳ３５〜Ｓ３８に置き換えればよい。
【００７３】
尚、以上説明した第１〜第３実施形態では、テストウェハをウェハホルダ１１上に配置した状態で移動鏡１２Ｙの鏡面の面形状を計測する場合を例に挙げて説明したが、上面が鏡面加工されて平坦度が保証されたウェハホルダ又は平坦度が分かっているウェハホルダを備えるウェハステージＷＳＴの場合には、テストウェハを用いずに、多点フォーカス位置検出系２１が備える送光系２１ａからの照明光をウェハホルダの上面に照射してウェハステージＷＳＴの姿勢を計測しても良い。
【００７４】
また、図１１に示す通り、上面が鏡面加工されて平坦度が保証された反射板又は平坦度が分かっている反射板４０Ｘ，４０Ｙをウェハテーブル１０上に設けておき、多点フォーカス位置検出系２１からの照明光ＤＬ、又は不図示のフォーカス位置検出系からの照明光ＤＬ１を反射板４０Ｘ，４０Ｙに照射してウェハステージＷＳＴの姿勢を計測しても良い。図１１は、ウェハテーブル１０上に反射板４０Ｘ，４０Ｙを備えるウェハステージＷＳＴを示す斜視図である。
【００７５】
図１１に示す例では、高さ位置がウェハＷの高さ位置とほぼ同じであって長手方向がＹ方向に設定された反射板４０Ｘと、高さ位置がウェハＷの高さ位置とほぼ同じであって長手方向がＸ方向に設定された反射板４０Ｙとがウェハテーブル１０上のウェハホルダ１１の近傍に設けられている。反射板４０Ｘ，４０Ｙの長手方向の長さはウェハＷの直径と同程度に設定されており、ウェハＷの中心を通ってＸ軸に平行な直線上に反射板４０Ｘの中央部が配置され、ウェハＷの中心を通ってＹ軸に平行な直線上に反射板４０Ｙの中央部が配置されている。
【００７６】
移動鏡１２Ｘの鏡面の面形状を計測する場合には、多点フォーカス位置検出系２１からの照明光ＤＬ、又は不図示のフォーカス位置検出系からの照明光ＤＬ１を反射鏡４０Ｘの上面に照射してウェハステージＷＳＴの姿勢を計測する。また、移動鏡１２Ｙの鏡面の面形状を計測するときには、多点フォーカス位置検出系２１からの照明光ＤＬ、又は不図示のフォーカス位置検出系からの照明光ＤＬ１を反射鏡４０Ｙの上面に照射してウェハステージＷＳＴの姿勢を計測する。
【００７７】
更に、ウェハステージＷＳＴの姿勢を多点フォーカス位置検出系２１用いて計測する場合において、上記の実施形態では露光領域ＥＦの±Ｙ方向に検出点Ｄ１１〜Ｄ１９，Ｄ５１〜Ｄ５９がそれぞれ設定された多点フォーカス位置検出系２１を例に挙げて説明した。しかしながら、多点フォーカス位置検出系２１は、露光領域ＥＦの内部及び外部の一方のみに検出点が設定されているもの、又は、露光領域ＥＦの内部のみに検出点が設定されているものを用いることもできる。また、上記の多点フォーカス位置検出系２１は、４５箇所の検出点が設定されたものを例に挙げて説明したが、少なくともウェハＷ上の異なる２箇所に検出点が設定されていればよい。更には、検出点の配置は任意で良い。
【００７８】
また、上記実施形態においては、主にウェハステージＷＳＴに設けられた移動鏡１２（１２Ｘ，１２Ｙ）の面形状を計測する場合を説明したが、レチクルステージＲＳＴに設けられた移動鏡４の鏡面の面形状を計測する場合にも本発明を適用することができる。更に、本発明は、露光装置ＥＸが備えるレチクルステージＲＳＴ及びウェハステージＷＳＴに設けられる移動鏡の鏡面の面形状を計測する場合に限られる訳ではなく、物体を載置して移動可能に構成されたステージ装置に設けられた移動鏡の鏡面の面形状を計測する場合一般についても適用することができる。
【００７９】
また、上記露光装置ＥＸとしてステップ・アンド・スキャン方式の縮小投影型の露光装置を例に挙げたが、スキャニング・ステッパ等の走査露光型の投影露光装置にも本発明を適用することができる。また、半導体素子の製造に用いられる露光装置だけではなく、液晶表示素子（ＬＣＤ）等を含むディスプレイの製造に用いられてデバイスパターンをガラスプレート上へ転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられてデバイスパターンをセラミックウェハ上へ転写する露光装置、及びＣＣＤ等の撮像素子の製造に用いられる露光装置等にも適用することができる。
【００８０】
更には、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウェハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。ここで、ＤＵＶ（遠紫外）光やＶＵＶ（真空紫外）光などを用いる露光装置では一般的に透過型レチクルが用いられ、レチクル基板としては石英ガラス、フッ素がドープされた石英ガラス、蛍石、フッ化マグネシウム、又は水晶などが用いられる。また、プロキシミティ方式のＸ線露光装置、又は電子線露光装置などでは透過型マスク（ステンシルマスク、メンブレンマスク）が用いられ、マスク基板としてはシリコンウェハなどが用いられる。なお、このような露光装置は、ＷＯ９９／３４２５５号、ＷＯ９９／５０７１２号、ＷＯ９９／６６３７０号、特開平11−194479号、特開2000−12453号、特開2000−29202号等に開示されている。
【００８１】
また、本発明は、国際公開第９９／４９５０４号公報に開示されているような液浸法を用いる露光装置にも適用することができる。ここで、本発明は、投影光学系ＰＬとウェハＷとの間を局所的に液体で満たす液浸露光装置、特開平６−１２４８７３号公報に開示されているような露光対象の基板を保持したステージを液槽の中で移動させる液浸露光装置、特開平１０−３０３１１４号公報に開示されているようなステージ上に所定深さの液体槽を形成し、その中に基板を保持する液浸露光装置の何れの露光装置にも適用可能である。
【００８２】
図１２は、マイクロデバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造工程の一例を示すフローチャートである。半導体デバイス等のマイクロデバイスは、図１１に示す通り、マイクロデバイスの機能・性能設計を行うステップＳ５１、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップＳ５２、デバイスの基材である基板（ウェハ）を製造するステップＳ５３、前述した実施形態の露光装置ＥＸによりマスクのパターンを基板に転写する露光処理ステップＳ５４、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）Ｓ５５、検査ステップＳ５６等を経て製造される。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の第１実施形態による面形状計測方法、姿勢計測方法、及び露光方法が用いられる露光装置の概略構成を示す図である。
【図２】ウェハステージＷＳＴ及びウェハ干渉計１３の構成を示す斜視図である。
【図３】斜め入射式の多点フォーカス位置検出系２１の構成を示す図である。
【図４】パターン形成板２４の構成例を示す断面図である。
【図５】ウェハＷ上の露光領域の内部及びその近傍に設定された複数の検出点に投影される開口パターンの投影像を示す図である。
【図６】本発明の第１実施形態による面形状計測方法を示すフローチャートである。
【図７】テストウェハ（ウェハステージＷＳＴ）のレベリング量θＡＦと移動鏡１２Ｙの鏡面のピッチング量θＩＦとを説明するための図である。
【図８】本発明の第２実施形態による面形状計測方法を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第３実施形態による面形状計測方法を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第３実施形態において、ウェハステージＷＳＴの姿勢を計測する様子を示す図である。
【図１１】ウェハテーブル１０上に反射板４０Ｘ，４０Ｙを備えるウェハステージＷＳＴを示す斜視図である。
【図１２】マイクロデバイスの製造工程の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８４】
７ ウェハ支持台（基準平面）
１２，１２Ｘ，１２Ｙ 移動鏡（反射面）
ＤＬ 照明光（計測ビーム）
Ｒ レチクル（マスク）
Ｗ ウェハ（感光物体）
ＷＳＴ ウェハステージ（移動体）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体に設けられた反射面の形状を計測する面形状計測方法、当該方法の計測結果を用いて移動体の基準平面に対する姿勢を計測する姿勢計測方法、及び露光方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体素子、液晶表示素子、その他のデバイスを製造するためのリソグラフィ工程では、マスク又はレチクル（以下、これらを総称する場合にはマスクという）に形成されたパターンを投影光学系を介してレジスト等が塗布されたウェハ又はガラスプレート等の基板上に転写する露光装置が用いられている。露光装置としては、所謂ステッパ等の静止露光型の投影露光装置や、所謂スキャニング・ステッパ等の走査露光型の投影露光装置が主として用いられている。これらの投影露光装置では、マスクに形成されたパターンを基板上の複数のショット領域に順次転写する必要があるため、基板を保持して二次元移動可能な基板ステージが設けられている。また、上記の走査露光型の投影露光装置の場合には、マスクを保持するマスクステージも走査方向に移動可能となっている。
【０００３】
かかる投影露光装置においては、極めて微細な構造を有する回路パターンを基板に転写するため、基板とマスクとの位置制御を高精度に行う必要がある。このため、基板ステージ及びマスクステージに設けられた反射鏡に対してレーザ干渉計からの測長ビームを照射し、その反射光と参照光との干渉光のフリンジパターン又は位相差に基づいて各々のステージの位置情報が高精度に検出され、この検出結果に基づいて各々のステージの高精度な位置制御が行われている。
【０００４】
ところで、このような基板ステージ及びマスクステージの位置検出においては、各ステージに設けられた反射鏡の鏡面にうねり又はねじれがあると、レーザ干渉計による検出値に誤差が生じ、検出精度の低下を招く虞がある。このため、反射鏡の鏡面の面形状（二次元形状）を測定し、その測定結果に基づいて、レーザ干渉計の検出結果を補正することが行われる。反射鏡の鏡面の面形状の測定技術としては、例えば、本願出願人による以下の特許文献１に記載された技術が知られている。
【０００５】
この技術では、反射鏡の短手方向（高さ方向）の２箇所（以下、上段、下段という場合がある）のそれぞれにおいて、反射鏡の長手方向に沿う一次元形状をそれぞれ適宜な基準に基づいて測定するとともに、上段の測定値と下段の測定値の相対関係（ここでは反射面に直交する方向のオフセット）を以下のようにして求めることにより、反射鏡の鏡面の面形状を特定するようにしている。
【０００６】
即ち、所定の関係で配列された複数の基準マークが形成された計測用基板を、基準マークの配列方向と基板ステージの軸方向が厳密に一致するように基板ステージ上に載置して、前記上段１次元形状測定と下段１次元形状測定のそれぞれの前又は後に、計測用基板上の基準マークの位置をオフアクシス方式のアライメントセンサでそれぞれ測定し、このときの基準マークの位置ずれから上記のオフセットを求めるようにしている。
【特許文献１】国際公開第００／２２３７６号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、気温の変化又は大気圧が変化すると、反射鏡が取り付けられているステージ自身に歪みが生ずることがある。ステージに設けられた反射鏡の鏡面にうねり又はねじれがあると、上述した通りレーザ干渉計による検出値に誤差が生ずるが、ステージ自体に歪みがある場合にも、反射鏡の鏡面にうねり等がある場合と同様に検出誤差が生ずる。例えば、反射鏡が取り付けられた端部で生じたステージの歪みにより反射鏡に倒れが生ずると、基板又はウェハが保持されるステージ中央部は水平であるにも拘わらず、ステージ自体が傾いているとレーザ干渉計で誤検出されてしまう。この結果、誤検出されたステージの傾きを補正すべくステージの姿勢が誤って制御されてしまう。
【０００８】
上述した従来の技術では、反射鏡の長手方向に沿う面形状自体を測定することはできるが、ステージの歪みに基づくものであるのか否かを切り分けることができない。このため、前述した方法により反射鏡の面形状を計測してレーザ干渉計の検出結果を補正しようとした場合に、補正が過度であったり又は補正不足であるといった事態が生ずることがあった。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、移動体としてのステージ自体に歪みが生じていてもステージの位置検出精度を向上させることができる面形状計測方法、当該方法の計測結果を用いてステージの基準平面に対する姿勢を高精度に計測することができる姿勢計測方法、及び当該方法の計測結果に基づいてステージを移動させつつ露光処理を行う露光方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、実施の形態に示す各図に対応付けした以下の構成を採用している。但し、各要素に付した括弧付き符号はその要素の例示に過ぎず、各要素を限定するものではない。
上記課題を解決するために、本発明の第１の観点による面形状計測方法は、第１軸（Ｚ軸）と直交する基準平面（７）に沿って移動する移動体（ＷＳＴ）に設けられ、前記第１軸方向と直交する第２軸（Ｘ軸又はＹ軸）方向に沿って延びる反射面（１２、１２Ｘ、１２Ｙ）の形状を計測する面形状計測方法であって、前記第１軸に対する前記反射面の傾きを計測する第１ステップ（Ｓ１３、Ｓ３３）と、前記第１ステップの計測結果に基づいて前記第１軸に対する前記反射面の傾きが零となるように前記移動体の姿勢を制御する第２ステップ（Ｓ１４、Ｓ３４）と、前記基準平面に対する前記移動体の姿勢を計測する第３ステップ（Ｓ１５、Ｓ３５〜Ｓ３８）と、前記第２軸方向に沿って前記移動体を移動させつつ前記第１ステップから前記第３ステップを繰り返す第４ステップ（Ｓ１６、Ｓ１７、Ｓ３９、Ｓ４０）とを含むことを特徴としている。
この発明によると、まず第１軸に対する反射面の傾きを計測し、次にこの傾きを零にするように移動体の姿勢を制御し、次いでこのときの移動体の姿勢を計測する。以上の処理を反射面の長さ方向（第１軸方向と直交する第２軸方向）に沿って移動体を移動させつつ行う。
上記課題を解決するために、本発明の第２の観点による面形状計測方法は、第１軸（Ｚ軸）と直交する基準平面（７）に沿って移動する移動体（ＷＳＴ）に設けられ、前記第１軸方向と直交する第２軸方向（Ｘ軸又はＹ軸）に沿って延びる反射面（１２、１２Ｘ、１２Ｙ）の形状を計測する面形状計測方法であって、前記基準平面に対する前記移動体の姿勢を計測する第１ステップ（Ｓ２３）と、前記第１ステップの計測結果に基づいて前記移動体の姿勢を所定の姿勢に制御する第２ステップ（Ｓ２４）と、前記移動体を前記所定の姿勢に制御した状態で前記第１軸に対する前記反射面の傾きを計測する第３ステップ（Ｓ２５）と、前記第２軸方向に沿って前記移動体を移動させつつ前記第１ステップから前記第３ステップを繰り返す第４ステップ（Ｓ２６、Ｓ２７）とを含むことを特徴としている。
この発明によると、まず基準平面に対する移動体の姿勢を計測し、次にこの計測結果に基づいて移動体の姿勢を所定の姿勢に制御し、次いでこの状態で第１軸に対する反射面の傾きを計測する。以上の処理を反射面の長さ方向（第１軸方向と直交する第２軸方向）に沿って移動体を移動させつつ行う。
上記課題を解決するために、本発明の姿勢計測方法は、第１軸方向（Ｚ軸）と直交する第２軸（Ｘ軸又はＹ軸）方向に沿って延びる反射面（１２、１２Ｘ、１２Ｙ）を有し、前記第１軸と直交する基準平面（７）に沿って移動する移動体（ＷＳＴ）の当該基準平面に対する姿勢を、前記反射面の前記第１軸方向に離間した２つの位置に同時に照射した計測ビーム（ＤＬ）により計測する姿勢計測方法であって、上記の何れかに記載の面形状計測方法により前記反射面の面形状を計測するステップと、前記反射面に対して前記計測ビームを同時に照射して前記反射面からの反射光の各々を受光し、当該受光結果から前記第１軸に対する前記反射面の傾きを計測するステップと、前記面形状の計測結果に基づいて、前記反射面の傾きの計測結果を補正し、前記基準平面に対する前記移動体の姿勢を得るステップとを含むことを特徴としている。
この発明によると、まず反射面の面形状が計測され、この面形状計測結果に基づいて反射面に計測ビームを照射して計測される反射面の傾きが補正されて基準平面に対する移動体の姿勢が得られる。
更に、本発明の露光方法は、第１軸（Ｚ軸）と直交する基準平面（７）に沿って移動可動な移動体（ＷＳＴ）に保持される感光物体（Ｗ）上にマスク（Ｒ）のパターンを転写する露光方法において、上記の姿勢計測方法の計測結果に基づいて、前記移動体の移動を制御することを特徴としている。
この発明によると、露光時に反射面の傾きが補正された計測結果に基づいて移動体の移動が制御される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、移動体としてのステージ自体に歪みが生じていてもステージの位置検出精度を向上させることができるという効果がある。
また、計測ビームが照射される反射面の傾きを反射面の面形状計測結果に基づいて補正して移動体の姿勢を求めているため、ステージの基準平面に対する姿勢を高精度に計測することができるという効果がある。
更に、本発明によれば、露光時に反射面の傾きが補正された計測結果に基づいて移動体の移動が制御されるため、露光精度（解像度、転写忠実度、重ね合わせ精度等）を高めることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態による面形状計測方法、姿勢計測方法、及び露光方法について詳細に説明する。
【００１３】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態による面形状計測方法、姿勢計測方法、及び露光方法が用いられる露光装置の概略構成を示す図である。図１に示す露光装置ＥＸは、半導体素子を製造するための露光装置であり、マスクとしてのレチクルＲと感光物体としてのウェハＷとを同期移動させつつ、レチクルＲに形成されたパターンを逐次ウェハＷ上に転写するステップ・アンド・スキャン方式の縮小投影型の露光装置である。
【００１４】
尚、以下の説明においては、必要であれば図中にＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。このＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＺ軸が紙面に対して平行となるよう設定され、Ｙ軸が紙面に対して垂直となる方向に設定されている。図中のＸＹＺ座標系は、実際にはＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直上方向に設定される。また、露光時におけるレチクルＲ及びウェハＷの同期移動方向（走査方向）はＹ方向に設定されているものとする。
【００１５】
図１に示す露光装置ＥＸは、レチクルＲ上のスリット状（矩形状又は円弧状）の照明領域を均一な照度を有する露光光ＥＬで照明する不図示の照明光学系と、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のパターンの像をフォトレジストが塗布されたウェハＷ上に投影する投影光学系ＰＬと、ウェハＷを保持する移動体としてのウェハステージＷＳＴと、これらの制御系とを含んで構成されている。
【００１６】
上記の不図示の照明光学系は、光源ユニット、オプティカル・インテグレータを含む照度均一化光学系、ビームスプリッタ、集光レンズ系、レチクルブラインド、及び結像レンズ系等（何れも不図示）を含んで構成されている。この照明光学系の構成等については、例えば特開平９−３２０９５６に開示されている。ここで、上記の光源ユニットとしては、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）、若しくはＦ２レーザ光源（波長１５７ｎｍ）、Ｋｒ２レーザ光源（波長１４６ｎｍ）、Ａｒ２レーザ光源（波長１２６ｎｍ）等の紫外レーザ光源、銅蒸気レーザ光源、ＹＡＧレーザの高調波発生光源、固体レーザ（半導体レーザ等）の高調波発生装置、又は水銀ランプ（ｉ線等）等も使用することができる。
【００１７】
レチクルステージＲＳＴは、照明光学系の下方（−Ｚ方向）に水平に配置されたレチクル支持台（定盤）１の上面上を走査方向（Ｙ方向）に所定ストロークで移動可能なレチクル走査ステージ２と、このレチクル走査ステージ２上に載置され、レチクル走査ステージ２に対してＸ方向、Ｙ方向、及びＺ軸回りの回転方向（θＺ方向）にそれぞれ微小駆動可能なレチクル微動ステージ３とを備えている。このレチクル微動ステージ３上にレチクルＲが真空吸着又は静電吸着等により保持される。
【００１８】
上記レチクル微小駆動ステージ３上の一端には移動鏡４が設けられており、レチクル支持台１上にはレーザ干渉計（以下、レチクル干渉計という）５が配置されている。レチクル干渉計５から射出されたレーザ光は移動鏡４の鏡面に照射され、その反射光と参照光との干渉光をレチクル干渉計５が受光することによって、レチクル微小駆動ステージ３のＸ方向、Ｙ方向、及びＺ軸回りの回転方向（θＺ方向）の位置が検出される。実際のレチクル微動ステージ３上には、Ｘ軸用の反射鏡、２個のＹ軸用の反射鏡が固定され、これに対応してレチクル干渉計５も複数設けられているが、図１ではこれらを代表して反射鏡４、レチクル干渉計５として図示している。尚、レチクルステージＲＳＴは、レチクルＲを保持するレチクルテーブルの微動機構（ボイスコイルモータ等のアクチュエータ）が組み込まれた可動体を、例えばリニアモータで走査方向（Ｙ方向）に一次元駆動する構成でもよい。また、レチクル微動ステージ３（又はレチクルテーブル）の端面を鏡面加工して上記の固定鏡４の鏡面の代わりに用いても良い。
【００１９】
上述のレチクル干渉計５により検出されたレチクル微動ステージ３の位置情報（又は速度情報）は、装置全体の動作を統轄制御する主制御系２０に供給される。主制御系２０は、レチクル走査ステージ２駆動用のリニアモータ、レチクル微動ステージ３駆動用のボイスコイルモータ等を含むレチクル駆動装置６を介してレチクル走査ステージ２及びレチクル微動ステージ３の動作を制御する。
【００２０】
上述した投影光学系ＰＬは、複数の屈折光学素子（レンズ素子）を含んで構成され、物体面（レチクルＲ）側と像面（ウェハＷ）側の両方がテレセントリックで所定の縮小倍率β（βは例えば１／４，１／５等）を有する屈折光学系が使用されている。この投影光学系ＰＬの光軸ＡＸの方向は、ＸＹ平面に直交するＺ方向とされている。尚、投影光学系ＰＬが備える複数のレンズ素子の硝材は、露光光ＥＬの波長に応じて、例えば石英又は蛍石が用いられる。また、本実施形態では、レチクルＲに形成されたパターンの倒立像をウェハＷ上に投影する投影光学系ＰＬを例に挙げて説明するが、勿論パターンの正立像を投影するものであっても良い。
【００２１】
ウェハステージＷＳＴは、投影光学系ＰＬの下方（−Ｚ方向）に配置されており、ウェハＸＹ駆動ステージ８、支点９ａ〜９ｂ、ウェハテーブル１０、及びウェハホルダ１１を含んで構成されている。ウェハＸＹ駆動ステージ８は、ウェハ支持台（定盤）７の上面（基準平面）上をＸ方向及びＹ方向に移動可能に構成されており、このウェハＸＹ駆動ステージ８上にＺ方向に伸縮自在な３個の支点９ａ〜９ｃが設けられている。ウェハテーブル１０は、支点９ａ〜９ｂ上に載置されており、支点９ａ〜９ｂの伸縮量を制御することでＺ方向の微動（Ｘ軸回りの回転及びＹ軸回りの回転を含む）が可能である。ウェハテーブル１０上に設けられたウェハホルダ１１上にウェハＷが真空吸着又は静電吸着等により保持される。このウェハホルダ１１の上面が物体載置面となる。
【００２２】
ウェハテーブル１０上の一端には移動鏡１２が設けられており、ウェハステージＷＳＴの外部にはレーザ光を移動鏡１２の鏡面（反射面）に照射するレーザ干渉計（以下、ウェハ干渉計という）１３が設けられている。このウェハ干渉計１３は、移動鏡１２の鏡面にレーザ光を照射して得られる反射光と参照光との干渉光を受光することによって、ウェハテーブル１０のＸ方向及びＹ方向の位置、並びに姿勢（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸周りの回転）が検出される。次に、ウェハステージＷＳＴ及びウェハ干渉計１３のより詳細な構成について説明する。
【００２３】
図２は、ウェハステージＷＳＴ及びウェハ干渉計１３の構成を示す斜視図である。図２に示す通り、ウェハテーブル１０を支持する３つの支点９ａ〜９ｃは、例えばウェハウェハテーブル１０の中心に関して各々が互いに１２０°の角度をなすように配置されている。これらの支点９ａ〜９ｃの変位は、それぞれに付随したエンコーダＥａ〜Ｅｃによって検出される。支点９ａ〜９ｃは、例えばロータリーモータ及びカムを使用する方式、積層型圧電素子（ピエゾ素子）、又はボイスコイルモータ（ここではボイスコイルモータとする）等を使用して構成される。エンコーダＥａ〜Ｅｃは、支点９ａ〜９ｃの近傍にそれぞれ配置されており、エンコーダＥａ〜Ｅｃとしては光学式又は静電容量式等のリニアエンコーダを用いることができる。尚、支点９ａ〜９ｃの変位（駆動量）を検出するセンサＥａ〜Ｅｃはエンコーダに限られるものでなく任意で構わない。
【００２４】
３個の支点９ａ〜９ｃは主制御系２２により制御される。支点９ａ〜９ｃを均等に伸縮させることにより、ウェハテーブル１０のＺ方向の位置（焦点位置）を調整することができ、３個の支点９ａ〜９ｃの伸縮量を個別に調整することにより、ウェハテーブル１０のＸ軸及びＹ軸の回りの傾斜角を調整することができる。３個のエンコーダＥａ〜Ｅｃから得られたＺ軸方向の検出値（変位量）は主制御系２０に供給される。主制御系２０は、各エンコーダＥａ〜Ｅｃの検出値及び各エンコーダＥａ〜Ｅｃの配置（ＸＹ平面内での位置関係）に基づき、ウェハＷのＺ軸方向の位置、Ｘ軸回りの傾斜角及びＹ軸回りの傾斜角を求める。
【００２５】
図１において簡略化して図示した移動鏡１２は、図２に示す通り、Ｘ軸に交差してＹ方向に沿って延びる鏡面を有するＸ軸用の移動鏡１２Ｘと、Ｙ軸に交差してＸ方向に沿って延びる鏡面を有するＹ軸用の移動鏡１２Ｙとを含んで構成される。また、図１において簡略化して図示したウェハ干渉計１３は、図２に示す通り、移動鏡１２Ｘに対してレーザ光を照射するウェハ干渉計１３Ｘ，１３ＸＰと、移動鏡１２Ｙに対してレーザ光を照射するウェハ干渉計１３Ｙ，１３ＹＰとを含んで構成される。
【００２６】
ウェハ干渉計１３Ｘは、移動鏡１２Ｘの鏡面に対してＺ方向の位置は同じであるがＹ方向の位置が異なる二箇所にレーザ光を照射し、移動鏡１２Ｘからの反射光を受光してウェハテーブル１０のＸ方向の位置及びウェハテーブル１０のＺ軸周りの回転量（ヨーイング量）を検出する。また、ウェハ干渉計１３ＸＰは、移動鏡１２Ｘの鏡面に対してＹ方向の位置は同じであるがＺ方向の位置が異なる二箇所にレーザ光を照射し、移動鏡１２Ｘからの反射光を受光してウェハテーブル１０のＹ軸周りの回転量（ローリング量）を検出する。
【００２７】
同様に、ウェハ干渉計１３Ｙは、移動鏡１２Ｙの鏡面に対してＺ方向の位置は同じであるがＸ方向の位置が異なる二箇所にレーザ光を照射し、移動鏡１２Ｙからの反射光を受光してウェハテーブル１０のＹ方向の位置及びウェハテーブル１０のＺ軸周りの回転量（ヨーイング量）を検出する。また、ウェハ干渉計１３ＹＰは、移動鏡１２Ｙの鏡面に対してＸ方向の位置は同じであるがＺ方向の位置が異なる二箇所にレーザ光を照射し、移動鏡１２Ｙからの反射光を受光してウェハテーブル１０（ウェハステージＷＳＴ）のＸ軸周りの回転量（ピッチング量）を検出する。ウェハ干渉計１３Ｘ，１３ＸＰ，１３Ｙ，１３ＹＰの検出結果は主制御系２０に供給される。
【００２８】
主制御系２０は、ウェハ干渉計１３Ｘ，１３ＸＰ，１３Ｙ，１３ＹＰの検出結果に基づいて図１に示すウェハ駆動装置１４を介してウェハテーブル１０の位置及び姿勢を制御するとともに、装置全体の動作を制御する。また、ウェハ干渉計１３の検出結果により得られる座標により規定されるウェハ座標系と、レチクルＲ側のレチクル干渉計５の検出結果により得られる座標により規定されるレチクル座標系との対応をとるために、図１に示す通り、ウェハテーブル１０上であってウェハホルダ１１の近傍には基準マーク板１５が固定されている。この基準マーク板１５上には各種基準マークが形成されている。これらの基準マークの中にはウェハテーブル１０の内部に導かれた照明光により裏側から照明されている基準マーク、即ち発光性の基準マークも設けられている。
【００２９】
本実施形態の露光装置ＥＸは、レチクルＲの上方に配置され、基準マーク板１５上の基準マークとレチクルＲに形成された位置合わせ用マーク（レチクルアライメントマーク）とを同時に観察するためのレチクルアライメントセンサ１６ａ，１６ｂを備えている。これらのレチクルアライメントセンサ１６ａ，１６ｂの観察結果（計測結果）は、主制御系２０に供給される。レチクルアライメントセンサ１６ａ，１６ｂには、レチクルＲからの検出光を各々に導くための偏向ミラー１７ａ，１７ｂがそれぞれ移動自在に配置されている。これらの偏向ミラー１７ａ，１７ｂは、露光シーケンスが開始されると、主制御系２０からの指令のもとで、ミラー駆動装置１８ａ，１８ｂによりそれぞれ待避される。
【００３０】
また、投影光学系ＰＬのＹ方向の側面部には、ウェハＷ上に設定されたショット領域に付設されたアライメントマーク（ウェハアライメントマーク）を観察するための画像処理方式のオフ・アクシス・アライメントセンサ（以下、ウェハアライメントセンサという）１９が配置されている。ウェハアライメントセンサ１９の観察結果（計測結果）は、主制御系２０に供給される。ウェハアライメントセンサ１９の光学系の光軸は、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行とされている。かかるアライメントセンサ１９の詳細な構成は、例えば特開平９−２１９３５４号公報及びこれに対応する米国特許第５，８５９，７０７号等に開示されている。
【００３１】
更に、本実施形態の露光装置ＥＸは、送光系２１ａ及び受光系２１ｂから構成され、投影光学系ＰＬに関してレチクルＲ上の照明領域と共役なウェハＷ上の露光領域の内部及びその近傍に設定された複数の検出点でそれぞれウェハＷの表面のＺ方向（光軸ＡＸ方向）の位置を検出する多点フォーカス位置検出系２１を投影光学系ＰＬの側方に備える。多点フォーカス位置検出系２１は、ウェハＷ表面のＺ方向の位置及び姿勢（レベリング）を検出するものである。図３は、斜め入射式の多点フォーカス位置検出系２１の構成を示す図である。図３に示した斜め入射式の多点フォーカス位置検出系２１には、露光光ＥＬの波長域とは異なりウェハＷ上のフォトレジストを感光させない波長域を有する照明光が、不図示の照明光源から光ファイバ束２２を介して導かれている。
【００３２】
光ファイバ束２２から射出された照明光は、集光レンズ２３を経てパターン形成板２４を照明する。図４は、パターン形成板２４の構成例を示す断面図である。図４に示す通り、パターン形成板２４には、第１列目に９個のスリット状の開口パターン３４−１１〜３４−１９が形成され、第２列目〜第５列目にもそれぞれ９個の開口パターン３４−２１〜３４−２９，３４−３１〜３４−３９，３４−４１〜３４−４９，３４−５１〜３４−５９が形成されている。即ち、パターン形成板２４には、合計で４５個のスリット状の開口パターンが形成されており、これらのスリット状の開口パターンの像が図１のウェハＷの表面上にＸ軸及びＹ軸に対して斜めに投影される。
【００３３】
パターン形成板２４を透過した照明光は、レンズ２５、ミラー２６、及び照射対物レンズ２７を経てウェハＷの表面に投影され、ウェハＷの表面にはパターン形成板２４上のパターンの像が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに対して斜めに投影結像される。図５は、ウェハＷ上の露光領域の内部及びその近傍に設定された複数の検出点に投影される開口パターンの投影像を示す図である。図５において、符号ＥＦが付された矩形状の領域は前述した露光領域を示している。この露光領域ＥＦ内にレチクルＲのパターンの像が投影される。
【００３４】
図４に示した開口パターン３４−１１〜３４−１９，３４−２１〜３４−２９，３４−３１〜３４−３９，３４−４１〜３４−４９，３４−５１〜３４−５９の像はウェハＷの表面に対してＸ軸及びＹ軸に対して４５度で交差する方向から照射されるため、Ｘ軸及びＹ軸に対して４５度の角度をなす方向に長手方向が伸びた像となる。これらの像が投影される検出点は、図５に示す通りＸ方向及びＹ方向に沿って配列されている。露光領域ＥＦの＋Ｙ方向側において配列された検出点Ｄ１１〜Ｄ１９が第１列Ｃ１をなし、露光領域ＥＦの内部において配列された検出点Ｄ２１〜Ｄ２９、検出点Ｄ３１〜Ｄ３９、及び検出点Ｄ４１〜Ｄ４９がそれぞれ、第２列Ｃ２、第３列Ｃ３、及び第４列Ｃ４をなし、露光領域ＥＦの−Ｙ方向側において配列された検出点Ｄ５１〜Ｄ５９が第５列Ｃ５をなしている。
【００３５】
ウェハＷで反射された照明光は、集光対物レンズ２８、回転方向振動板２９、及び結像レンズ３０を経て受光器３１の受光面に再投影され、受光器３１の受光面にはパターン形成板２４上のパターンの像が再結像される。受光器３１の受光面には、パターン形成板２４と相似形に開口部が配列された遮光板（図示省略）が設けられる。ここで、加振装置３３は、振動子を一定周波数及び一定振幅で振動させ、該振動子の一部を鏡面加工して形成された回転方向振動板２９に振動を与えているので、受光器３１に投影される像の位置は遮光板に形成された開口部の長手方向に垂直な方向、つまり開口部の幅方向に振動する。受光器３１の多数の受光素子からの検出信号は信号処理装置３２に供給される。信号処理装置３２は、供給されてくる各検出信号を加振装置３３の駆動信号で同期検波して検出点Ｄ１１〜Ｄ１９，Ｄ２１〜Ｄ２９，Ｄ３１〜Ｄ３９，４１〜Ｄ４９，Ｄ５１〜Ｄ５９のフォーカス位置にそれぞれ対応する４５個のフォーカス信号を得る。
【００３６】
ここで、図５に示した通り、第２列Ｃ２の検出点Ｄ２１〜Ｄ２９及び第４列Ｃ４の検出点Ｄ４１〜Ｄ４９が露光領域ＥＦの周辺部に配置され、第３列Ｃ３の検出点Ｄ３１〜Ｄ３９が露光領域ＥＦの内部に配置されており、第１列Ｃ１の検出点Ｄ１１〜Ｄ１９及び第５列Ｃ５の検出点Ｄ５１〜Ｄ５９が露光領域ＥＦ外に配置されている。検出点Ｄ１１〜Ｄ１９，Ｄ５１〜Ｄ５９を露光領域ＥＦ外に配置するのは、ウェハＷが＋Ｙ方向に走査されている場合に第５列Ｃ５の検出点Ｄ５１〜Ｄ５９における検出結果を用いて、これから露光される領域の表面形状を予め計測するためである。また、同様にウェハＷが−Ｙ方向に走査されている場合に第１列Ｃ１の検出点Ｄ１１〜Ｄ１９における検出結果を用いて、これから露光される領域の表面形状を予め計測するためである。そして、第１列Ｃ１の検出点Ｄ１１〜Ｄ１９における検出結果又は第５列５の検出点Ｄ５１〜Ｄ５９における検出結果を用いてこれから露光される部分に対してウェハＷの姿勢制御を行うようにしている。
【００３７】
次に、上記構成の露光装置ＥＸにおいて用いられる面形状計測方法及び姿勢計測方法について説明する。図６は、本発明の第１実施形態による面形状計測方法を示すフローチャートである。尚、ここでは、ウェハ干渉計１３ＹＰ及び多点フォーカス位置検出系２１を用いて移動鏡１２Ｙの鏡面の面形状を計測する場合を例に挙げて説明する。本明細書中において、面形状とは移動鏡１２Ｙの凹凸のみならず移動鏡１２Ｙの鏡面の傾き（Ｚ軸に対する傾き）を含むものである。尚、本実施形態では理解を容易にするために移動鏡１２Ｙの鏡面の傾き（ピッチング量）を計測する場合を中心に説明する。
【００３８】
まず、平坦度が保証されたウェハ（例えば、表面の平坦度が多点フォーカス位置検出系２１の計測精度よりも高いウェハ）又は予め平坦度が分かっているウェハ（以下、テストウェハという）を露光装置ＥＸ内に搬入してウェハステージＷＳＴに設けられたウェハホルダ１１上に配置する（ステップＳ１１）。このテストウェハの搬入は、露光装置ＥＸに設けられた不図示のウェハ搬送装置を用いて通常のウェハＷを露光装置ＥＸ内に搬入する場合と同様に行う。
【００３９】
テストウェハの搬入を終えると、ウェハ干渉計１３ＹＰと多点フォーカス位置検出系２１とを所定の条件に較正する（ステップＳ１２）。ウェハ干渉計１３ＹＰ及び多点フォーカス位置検出系２１の較正が行われた状態においては、多点フォーカス位置検出系２１の計測結果で示されるテストウェハ（ウェハステージＷＳＴ）のレベリング量θＡＦが０［ｒａｄ］となるようにウェハステージＷＳＴをＸ軸周りの回転方向に駆動すると、ウェハ干渉計１３ＹＰの検出結果から移動鏡１２Ｙの鏡面の傾き量（ピッチング量）θＩＦが得られる。
【００４０】
図７は、テストウェハ（ウェハステージＷＳＴ）のレベリング量θＡＦと移動鏡１２Ｙの鏡面のピッチング量θＩＦとを説明するための図である。図７においては、ウェハ干渉計１３ＹＰから移動鏡１２Ｙの鏡に面対してＸ方向の位置は同じであるがＺ方向の位置が異なる二箇所に照射されるレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２と、多点フォーカス位置検出系２１からテストウェハ上に照射される照明光ＤＬとを図示している。ウェハ干渉計１３ＹＰから移動鏡１２Ｙの鏡面に対して照射されるレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２の光路差によりウェハステージＷＳＴのピッチング量が検出される。
【００４１】
ここで、移動鏡１２Ｙの鏡面を理想的な平面とみなすことができるとともに、ウェハテーブル１０に対して移動鏡１２Ｙが理想的に取り付けられているのであれば、図７（ａ）に示す通り、多点フォーカス位置検出系２１で計測されるウェハステージＷＳＴのレベリング量θＡＦが０［ｒａｄ］のときにウェハ干渉計１３ＹＰで計測される移動鏡１２Ｙの鏡面のピッチング量θＩＦも０［ｒａｄ］となる。
【００４２】
しかしながら、実際には移動鏡１２Ｙの鏡面には多少の歪みが生じており、またウェハテーブル１０に対して移動鏡１２Ｙは傾いて取りつけられている。この場合、図７（ｂ）に示す通り、多点フォーカス位置検出系２１で計測されるウェハステージＷＳＴのレベリング量θＡＦが０［ｒａｄ］であってもウェハ干渉計１３ＹＰで計測される移動鏡１２Ｙの鏡面のピッチング量θＩＦも０［ｒａｄ］とはならない。つまり、θＡＦ≠θＩＦとなる。このような事態は、ウェハテーブル１０（ウェハステージＷＳＴ）の歪みがある場合にも生ずる。このため、本実施形態では、ウェハ干渉計１３ＹＰ及び多点フォーカス位置検出系２１を用いて移動鏡１２Ｙの鏡面の面形状を計測している。
【００４３】
ウェハ干渉計１３ＹＰ及び多点フォーカス位置検出系２１の較正が行われた状態において、主制御系２０はウェハ駆動装置１４を介してウェハステージＷＳＴを所定の計測開始位置に移動させる。この計測開始位置は、例えばＸ方向に関してはウェハ干渉計１３ＹＰの光軸がテストウェハのＸ方向の一方の端部を通過する位置であり、Ｙ方向に関しては任意の位置である。
【００４４】
ウェハステージＷＳＴの移動が完了すると、主制御系２０はウェハ干渉計１３ＹＰの検出結果から計測開始位置における移動鏡１２ＹのＺ軸に対するピッチング量θＩＦを計測する（ステップＳ１３）。次に、主制御系２０は、計測された移動鏡１２Ｙのピッチング量θＩＦに基づいて図２に示す３個の支点９ａ〜９ｃの伸縮量を調整して計測開始位置における移動鏡１２ＹのＺ軸に対するピッチング量θＩＦが零となるようにウェハステージＷＳＴのレベリング量（ウェハステージＷＳＴの姿勢）を制御する（ステップＳ１４）。
【００４５】
次に、主制御系２０は、多点フォーカス位置検出系２１を用いてウェハステージＷＳＴのレベリング量θＡＦを計測する（ステップＳ１５）。これによって、計測開始位置における移動鏡１２ＹのＺ軸に対するピッチング量θＩＦを零としたときのウェハステージＷＳＴのレベリング量θＡＦが求められる。このレベリング量が得られると、主制御系２０は、得られたレベリング量θＡＦをウェハステージＷＳＴのＸ方向の位置に対応付けて記憶する。
【００４６】
次いで、主制御系２０は、予め設定された計測範囲についての計測が終了したか否かを判断する（ステップＳ１６）。この判断は、ウェハステージＷＳＴが計測終了位置に達したか否かにより行う。この計測終了位置は、例えばＸ方向に関してはウェハ干渉計１３ＹＰの光軸がテストウェハのＸ方向の他端の端部を通過する位置であり、Ｙ方向に関しては任意の位置である。
【００４７】
予め設定された計測範囲についての計測が終了していないと判断した場合（判断結果が「ＮＯ」の場合）には、主制御系２０はウェハ駆動装置１４を介してウェハステージＷＳＴをＸ方向に予め設定された微小距離だけ移動させる（ステップＳ１７）。そして、ウェハステージＷＳＴを移動させた後は、ステップＳ１３〜ステップＳ１５の処理を行う。ステップＳ１６の判断結果が「ＮＯ」である間は、ステップＳ１３〜ステップＳ１７の処理が繰り返され、判断結果が「ＹＥＳ」になると、露光装置ＥＸからテストウェハが搬出されて一連の計測処理は終了する。以上説明した処理により、予め設定されたＸ方向の計測範囲内において、常に移動鏡１２ＹのＺ軸に対するピッチング量θＩＦを零に設定したときのウェハステージＷＳＴのレベリング量の分布が求められる。尚、この分布は、移動鏡１２Ｙの鏡面を基準にした移動鏡１２Ｙの鏡面の面形状を示すものである。
【００４８】
以上の処理を行って移動鏡１２Ｙの鏡面の面形状が計測されると、この面形状はウェハステージＷＳＴのＹ方向における位置及びウェハステージＷＳＴのレベリング量を計測するために用いられる。つまり、ウェハ干渉計１３Ｙ，１３ＹＰから移動鏡１２Ｙの鏡面に対して照射されるレーザ光の各々を受光して得られるウェハステージＷＳＴのＹ方向の位置及びレベリング量は、移動鏡１２Ｙの面形状に影響されたものである。このため、主制御系２０は、ウェハステージＷＳＴのＸ方向の位置に応じて、その位置に対応付けて記憶されているレベリング量を読み出し、ウェハ干渉計１３Ｙ，１３ＹＰの検出結果から計測されたＹ方向の位置及びピッチング量をそれぞれ補正する。この処理によって移動鏡１２Ｙの面形状による影響が排除されるため、主制御系２０は、補正された計測結果に基づいてウェハステージＷＳＴのＹ方向の位置及び姿勢を制御する。
【００４９】
以上説明した通り、本実施形態の面形状計測方法によれば、移動鏡１４Ｙの鏡面に歪みが生じ、又はウェハテーブル１０自体に歪みが生じていても、Ｙ方向の位置検出精度を向上させることができる。また、本実施形態の姿勢計測方法によれば、面形状計測方法と同様に、移動鏡１４Ｙの鏡面に歪みが生じ、又はウェハテーブル１０自体に歪みが生じていても、ウェハステージＷＳＴのレベリング量を高精度に計測することができる。
【００５０】
尚、以上の実施形態では、ウェハ干渉計１３ＹＰ及び多点フォーカス位置検出系２１を用いて移動鏡１２Ｙの鏡面の面形状を計測する場合を例に挙げて説明したが、ウェハ干渉計１３ＸＰ及び多点フォーカス位置検出系２１を用いて移動鏡１２Ｘの鏡面の面形状も同様に計測することができる。この場合には、計測時のウェハステージＷＳＴの移動方向（図６中のステップＳ１７における移動方向）はＹ方向になる。
【００５１】
以上説明した露光装置ＥＸを用いてウェハＷを露光する場合には、不図示のウェハ搬送装置により露光処理が行われるウェハＷが露光装置ＥＸ内に搬入されてウェハホルダ１１上に保持されるとともに、所定のレチクルＲがレチクルステージＲＳＴ上に保持される。ウェハＷ及びレチクルＲの搬入が完了すると、主制御系２０はウェハステージＷＳＴを駆動してウェハＷをウェハアライメントセンサ１９の下方（−Ｚ方向）に配置し、ウェハアライメントセンサ１９を用いて、ウェハＷ上の代表的なウェハアライメントマーク数個（３〜９個程度）の位置計測を行ってＥＧＡ演算が行われ、ウェハＷ上の全ショット領域の配列座標を求める。
【００５２】
次に、主制御系２０は、上記のＥＧＡ演算によって得られたウェハＷ上におけるショット領域の座標値をベースライン量（投影光学系ＰＬを介した投影像の投影中心と、ウェハアライメントセンサ１９の計測視野中心との距離）で補正した座標値を求める。この補正した座標値を用いてウェハステージＷＳＴを駆動すればウェハＷ上の各ショット領域を投影光学系ＰＬの露光領域に位置合わせすることができる。本実施形態の露光装置ＥＸは、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置であるため、ショット領域を露光する場合には、レチクルステージＲＳＴとウェハステージＷＳＴとを走査開始位置に移動させた後で加速させ、各々が所定の速度に達して同期がとれてから、露光光ＥＬを射出させてレチクルＲを照明し、レチクルＲのパターンの像を投影光学系ＰＬを介してウェハＷ上に投影する。
【００５３】
走査時には、露光領域にレチクルＲの一部のパターン像が投影され、投影光学系ＰＬに対して、レチクルＲが−Ｘ方向（又は＋Ｘ方向）に速度Ｖで移動するのに同期して、ウェハＷが＋Ｘ方向（又は−Ｘ方向）に速度Ｖ／β（１／βは投影光学系ＰＬの投影倍率）で移動することにより、逐次ショット領域にレチクルＲのパターンが転写される。前述した面形状計測方法によって移動鏡１２Ｘ，１２Ｙの面形状は予め求められており、走査露光中は、ウェハ干渉計１３Ｘ，１３ＸＰ，１３Ｙ，１３ＹＰの計測結果の各々が補正され、補正された計測結果に基づいてウェハステージＷＳＴの位置及び姿勢の制御が行われる。
【００５４】
１つのショット領域に対する露光処理が終了すると、主制御系２０はウェハステージＷＳＴをステッピング移動させて次のショット領域を走査開始位置に移動させるとともにレチクルステージＲＳＴを走査開始位置に移動させた後、これら両ステージの移動を開始させて各々が一定速度に達して同期が取れてからレチクルＲに露光光ＩＬを照射して露光を開始してそのショット領域を露光する。以下同様に他のショット領域の露光処理が行われる。以上説明したように、本実施形態によれば、露光時にウェハ干渉計１３Ｘ，１３ＸＰ，１３Ｙ，１３ＹＰの計測結果の各々が補正され、補正された計測結果に基づいてウェハステージＷＳＴの位置及び姿勢の制御及びレチクルステージＲＳＴとの相対位置制御が行われるため、露光精度（解像度、転写忠実度、重ね合わせ精度等）を高めることができる。
【００５５】
〔第２実施形態〕
本発明の第２実施形態による面形状計測方法、姿勢計測方法、及び露光方法は、図１に示す露光装置ＥＸを用いて行われる。上述した本発明の第１実施形態は移動鏡１２Ｙの鏡面を基準にしたレベリング量θＡＦから移動鏡１２Ｙの鏡面の面形状を求めていたが、本実施形態はウェハステージＷＳＴの姿勢（多点フォーカス位置検出系２１の検出結果：レベリング量）を基準にして移動鏡１２Ｙの鏡面の面形状を求めている。図８は、本発明の第２実施形態による面形状計測方法を示すフローチャートである。尚、本実施形態においても、第１実施形態と同様にウェハ干渉計１３ＹＰ及び多点フォーカス位置検出系２１を用いて移動鏡１２Ｙの鏡面の面形状を計測する場合を例に挙げて説明するが、ウェハ干渉計１３ＸＰ及び多点フォーカス位置検出系２１を用いて移動鏡１２Ｘの鏡面の面形状を計測する場合も以下に説明する方法と同様の方法で計測することができる。
【００５６】
まず、第１実施形態と同様に、テストウェハを露光装置ＥＸ内に搬入してウェハステージＷＳＴに設けられたウェハホルダ１１上に配置し（ステップＳ２１）、その後でウェハ干渉計１３ＹＰと多点フォーカス位置検出系２１とを所定の条件に較正する（ステップＳ２２）。ウェハ干渉計１３ＹＰ及び多点フォーカス位置検出系２１の較正が行われた状態において、主制御系２０はウェハ駆動装置１４を介してウェハステージＷＳＴを所定の計測開始位置に移動させる。この計測開始位置は、例えばＸ方向に関してはウェハ干渉計１３ＹＰの光軸がテストウェハのＸ方向の一方の端部を通過する位置であり、Ｙ方向に関しては任意の位置である。
【００５７】
ウェハステージＷＳＴの移動が完了すると、主制御系２０は、多点フォーカス位置検出系２１を用いてウェハステージＷＳＴの姿勢を示す量（レベリング量）θＡＦを計測する（ステップＳ２３）。次に、主制御系２０は、計測されたウェハステージＷＳＴのレベリング量θＡＦに基づいてに基づいて図２に示す３個の支点９ａ〜９ｃの伸縮量を調整してウェハステージＷＳＴを所定の姿勢に制御する（ステップＳ２４）。ここで行われる制御は、例えばテストウェハＷの表面を水平にし、又はウェハ支持台７の上面に対して平行にする制御である。
【００５８】
次に、主制御系２０は、ウェハ干渉計１３ＹＰの検出結果から計測開始位置における移動鏡１２ＹのＺ軸に対する傾き（ピッチング量）θＩＦを計測する（ステップＳ２５）。これによって、計測開始位置におけるウェハステージＷＳＴの姿勢を所定の姿勢にしたときの移動鏡１２ＹのＺ軸に対するピッチング量θＩＦが求められる。このピッチング量が得られると、主制御系２０は、得られたピッチング量θＩＦをウェハステージＷＳＴのＸ方向の位置に対応付けて記憶する。次いで、主制御系２０は、予め設定された計測範囲についての計測が終了したか否かを判断する（ステップＳ２６）。この判断は、ウェハステージＷＳＴが計測終了位置に達したか否かにより行う。この計測終了位置は、例えばＸ方向に関してはウェハ干渉計１３ＹＰの光軸がテストウェハのＸ方向の他端の端部を通過する位置であり、Ｙ方向に関しては任意の位置である。
【００５９】
予め設定された計測範囲についての計測が終了していないと判断した場合（判断結果が「ＮＯ」の場合）には、主制御系２０はウェハ駆動装置１４を介してウェハステージＷＳＴをＸ方向に予め設定された微小距離だけ移動させる（ステップＳ２７）。そして、ウェハステージＷＳＴを移動させた後は、ステップＳ２３〜ステップＳ２５の処理を行う。ステップＳ２６の判断結果が「ＮＯ」である間は、ステップＳ２３〜ステップＳ２７の処理が繰り返され、判断結果が「ＹＥＳ」になると、露光装置ＥＸからテストウェハが搬出されて一連の計測処理は終了する。以上説明した処理により、予め設定されたＸ方向の計測範囲内において、常にウェハステージＷＳＴを所定の姿勢に制御したときの移動鏡１２ＹのＺ軸に対するピッチング量θＩＦの分布が求められる。尚、この分布は、テストウェハの表面を基準にした移動鏡１２Ｙの鏡面の面形状を示すものである。
【００６０】
以上の処理を行って移動鏡１２Ｙの鏡面の面形状が計測されると、この面形状は第１実施形態と同様に、ウェハ干渉計１３Ｙ，１３ＹＰの検出結果から計測されたＹ方向の位置及びピッチング量をそれぞれ補正してウェハステージＷＳＴのＹ方向における位置及びウェハステージＷＳＴのレベリング量を計測するために用いられる。そして、補正された計測結果に基づいてウェハステージＷＳＴのＹ方向の位置及び姿勢が制御される。
【００６１】
以上説明した通り、本実施形態においても移動鏡１４Ｙの鏡面の平坦度が悪く、ウェハテーブル１０に対する移動鏡１４Ｙの取り付け誤差が大きく、又はウェハテーブル１０自体に歪みが生じていても、Ｙ方向の位置検出精度を向上させることができ、ウェハステージＷＳＴのレベリング量を高精度に計測することができる。
【００６２】
〔第３実施形態〕
以上説明した第１，第２実施形態はウェハＷの表面のＺ方向（光軸ＡＸ方向）の位置を複数の検出点で検出する多点フォーカス位置検出系２１を用いて移動鏡の鏡面の面形状を計測していたが、本発明の第３実施形態はウェハＷの表面のＺ方向の位置を１点の検出点で検出するフォーカス位置検出系を用いて移動鏡の鏡面の面形状を計測している。図９は、本発明の第３実施形態による面形状計測方法を示すフローチャートである。尚、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、移動鏡１２Ｙの鏡面の面形状を計測する場合を例に挙げて説明するが、移動鏡１２Ｘの鏡面の面形状を計測する場合も以下に説明する方法と同様の方法で計測することができる。
【００６３】
まず、第１実施形態と同様に、テストウェハを露光装置ＥＸ内に搬入してウェハステージＷＳＴに設けられたウェハホルダ１１上に配置し（ステップＳ３１）、その後でウェハ干渉計１３ＹＰとフォーカス位置検出系とを所定の条件に較正する（ステップＳ３２）。ウェハ干渉計１３ＹＰ及びフォーカス位置検出系の較正が行われた状態において、主制御系２０はウェハ駆動装置１４を介してウェハステージＷＳＴを所定の計測開始位置に移動させる。この計測開始位置は、例えばＸ方向に関してはウェハ干渉計１３ＹＰの光軸がテストウェハのＸ方向の一方の端部を通過する位置であり、Ｙ方向に関しては任意の位置である。
【００６４】
ウェハステージＷＳＴの移動が完了すると、主制御系２０はウェハ干渉計１３ＹＰの検出結果から計測開始位置における移動鏡１２ＹのＺ軸に対するピッチング量θＩＦを計測する（ステップＳ３３）。次に、主制御系２０は、計測された移動鏡１２Ｙのピッチング量θＩＦに基づいて図２に示す３個の支点９ａ〜９ｃの伸縮量を調整して計測開始位置における移動鏡１２ＹのＺ軸に対するピッチング量θＩＦが零となるようにウェハステージＷＳＴのレベリング量（ウェハステージＷＳＴの姿勢）を制御する（ステップＳ３４）。
【００６５】
次に、主制御系２０は、フォーカス位置検出系を用いてテストウェハの表面のＺ方向の位置を１点の検出点で検出する（ステップＳ３５）。ステップＳ３５の検出が終了すると、主制御系２０は、ウェハ駆動装置１４を介してウェハステージＷＳＴを移動鏡１２Ｙの鏡面に交差する方向であるＹ方向に所定量（ΔＹ）だけ移動させ（ステップＳ３６）、その後でフォーカス位置検出系を用いてテストウェハの表面のＺ方向の位置を１点の検出点で検出する（ステップＳ３７）。
【００６６】
図１０は、本発明の第３実施形態において、ウェハステージＷＳＴの姿勢を計測する様子を示す図である。図９中のステップＳ３５に示す処理において、例えばウェハステージＷＳＴが図１０中の実線で示す位置にあるとすると、このときのテストウェハの表面の１点のＺ方向の位置が検出される。図１０に示す例では、フォーカス位置検出系からの照明光ＤＬ１が、テストウェハ表面上の符号Ｐ１で指し示す箇所に照射され、この照射位置のＺ方向の位置が検出される。
【００６７】
次に、図９中のステップＳ３６に示す処理において、ウェハステージＷＳＴがＹ方向にΔＸだけ移動させる。これにより、ウェハステージＷＳＴは、図１０中の破線で示す位置に配置されたとする。ウェハステージＷＳＴの移動により、フォーカス位置検出系からの照明光ＤＬ１は符号Ｐ１で指し示す箇所以外の箇所（符号Ｐ２で指し示す箇所）に照射される。仮に、テストウェハの表面がＸＹ平面に平行であれば、ウェハステージＷＳＴを移動させても符号Ｐ１で指し示す箇所のＺ方向の位置と、符号Ｐ２で指し示す箇所のＺ方向の位置は変化しない。しかしながら、ウェハステージＷＳＴが傾斜していると、これらのＺ方向の位置がΔＺだけ変化する。
【００６８】
このため、主制御系２０は、ステップＳ３５の検出結果とステップＳ３７の検出結果とからウェハステージＷＳＴをΔＹだけ移動させたときのテストウェハの表面位置の変化量ΔＺを求める。そして、この変化量ΔＺと移動量ΔＹとを用いて以下の（１）式からウェハステージＷＳＴのレベリング量θＡＦを算出する（ステップＳ３８）。
ΔＡＦ＝ΔＹ／ΔＺ …（１）
以上の処理によって、計測開始位置における移動鏡１２ＹのＺ軸に対するピッチング量θＩＦを零としたときのウェハステージＷＳＴのレベリング量θＡＦが求められる。このレベリング量が得られると、主制御系２０は、得られたレベリング量θＡＦをウェハステージＷＳＴのＸ方向の位置に対応付けて記憶する。
【００６９】
次いで、主制御系２０は、予め設定された計測範囲についての計測が終了したか否かを判断する（ステップＳ３９）。この判断は、ウェハステージＷＳＴが計測終了位置に達したか否かにより行う。この計測終了位置は、例えばＸ方向に関してはウェハ干渉計１３ＹＰの光軸がテストウェハのＸ方向の他端の端部を通過する位置であり、Ｙ方向に関しては任意の位置である。予め設定された計測範囲についての計測が終了していないと判断した場合（判断結果が「ＮＯ」の場合）には、主制御系２０はウェハ駆動装置１４を介してウェハステージＷＳＴをＸ方向に予め設定された微小距離だけ移動させる（ステップＳ４０）。そして、ウェハステージＷＳＴを移動させた後は、ステップＳ３３〜ステップＳ３８の処理を行う。
【００７０】
ステップＳ３９の判断結果が「ＮＯ」である間は、ステップＳ３３〜ステップＳ４０の処理が繰り返され、判断結果が「ＹＥＳ」になると、露光装置ＥＸからテストウェハが搬出されて一連の計測処理は終了する。以上説明した処理により、予め設定されたＸ方向の計測範囲内において、常に移動鏡１２ＹのＺ軸に対するピッチング量θＩＦを零に設定したときのウェハステージＷＳＴのレベリング量の分布が求められる。尚、この分布は、移動鏡１２Ｙの鏡面を基準にした移動鏡１２Ｙの鏡面の面形状を示すものである。
【００７１】
以上の処理を行って移動鏡１２Ｙの鏡面の面形状が計測されると、この面形状は第１実施形態と同様に、ウェハ干渉計１３Ｙ，１３ＹＰの検出結果から計測されたＹ方向の位置及びピッチング量をそれぞれ補正してウェハステージＷＳＴのＹ方向における位置及びウェハステージＷＳＴのレベリング量を計測するために用いられる。そして、補正された計測結果に基づいてウェハステージＷＳＴのＹ方向の位置及び姿勢が制御される。以上説明した通り、本実施形態においても移動鏡１４Ｙの鏡面の平坦度が悪く、ウェハテーブル１０に対する移動鏡１４Ｙの取り付け誤差が大きく、又はウェハテーブル１０自体に歪みが生じていても、Ｙ方向の位置検出精度を向上させることができ、ウェハステージＷＳＴのレベリング量を高精度に計測することができる。
【００７２】
以上、ウェハＷの表面のＺ方向の位置を１点の検出点で検出するフォーカス位置検出系を用いて移動鏡１２Ｙの鏡面を基準にした移動鏡１２Ｙの鏡面の面形状を計測する場合について説明したが、このフォーカス位置検出系を用いて図８に示すフローチャートとほぼ同様の手順で移動鏡１２Ｙの鏡面の面形状を計測することができる。かかる計測を行う場合には、図８において「多点フォーカス位置検出系」を「フォーカス位置検出系」と読み替えるとともに、図８中のステップＳ２３を図９中のＳ３５〜Ｓ３８に置き換えればよい。
【００７３】
尚、以上説明した第１〜第３実施形態では、テストウェハをウェハホルダ１１上に配置した状態で移動鏡１２Ｙの鏡面の面形状を計測する場合を例に挙げて説明したが、上面が鏡面加工されて平坦度が保証されたウェハホルダ又は平坦度が分かっているウェハホルダを備えるウェハステージＷＳＴの場合には、テストウェハを用いずに、多点フォーカス位置検出系２１が備える送光系２１ａからの照明光をウェハホルダの上面に照射してウェハステージＷＳＴの姿勢を計測しても良い。
【００７４】
また、図１１に示す通り、上面が鏡面加工されて平坦度が保証された反射板又は平坦度が分かっている反射板４０Ｘ，４０Ｙをウェハテーブル１０上に設けておき、多点フォーカス位置検出系２１からの照明光ＤＬ、又は不図示のフォーカス位置検出系からの照明光ＤＬ１を反射板４０Ｘ，４０Ｙに照射してウェハステージＷＳＴの姿勢を計測しても良い。図１１は、ウェハテーブル１０上に反射板４０Ｘ，４０Ｙを備えるウェハステージＷＳＴを示す斜視図である。
【００７５】
図１１に示す例では、高さ位置がウェハＷの高さ位置とほぼ同じであって長手方向がＹ方向に設定された反射板４０Ｘと、高さ位置がウェハＷの高さ位置とほぼ同じであって長手方向がＸ方向に設定された反射板４０Ｙとがウェハテーブル１０上のウェハホルダ１１の近傍に設けられている。反射板４０Ｘ，４０Ｙの長手方向の長さはウェハＷの直径と同程度に設定されており、ウェハＷの中心を通ってＸ軸に平行な直線上に反射板４０Ｘの中央部が配置され、ウェハＷの中心を通ってＹ軸に平行な直線上に反射板４０Ｙの中央部が配置されている。
【００７６】
移動鏡１２Ｘの鏡面の面形状を計測する場合には、多点フォーカス位置検出系２１からの照明光ＤＬ、又は不図示のフォーカス位置検出系からの照明光ＤＬ１を反射鏡４０Ｘの上面に照射してウェハステージＷＳＴの姿勢を計測する。また、移動鏡１２Ｙの鏡面の面形状を計測するときには、多点フォーカス位置検出系２１からの照明光ＤＬ、又は不図示のフォーカス位置検出系からの照明光ＤＬ１を反射鏡４０Ｙの上面に照射してウェハステージＷＳＴの姿勢を計測する。
【００７７】
更に、ウェハステージＷＳＴの姿勢を多点フォーカス位置検出系２１用いて計測する場合において、上記の実施形態では露光領域ＥＦの±Ｙ方向に検出点Ｄ１１〜Ｄ１９，Ｄ５１〜Ｄ５９がそれぞれ設定された多点フォーカス位置検出系２１を例に挙げて説明した。しかしながら、多点フォーカス位置検出系２１は、露光領域ＥＦの内部及び外部の一方のみに検出点が設定されているもの、又は、露光領域ＥＦの内部のみに検出点が設定されているものを用いることもできる。また、上記の多点フォーカス位置検出系２１は、４５箇所の検出点が設定されたものを例に挙げて説明したが、少なくともウェハＷ上の異なる２箇所に検出点が設定されていればよい。更には、検出点の配置は任意で良い。
【００７８】
また、上記実施形態においては、主にウェハステージＷＳＴに設けられた移動鏡１２（１２Ｘ，１２Ｙ）の面形状を計測する場合を説明したが、レチクルステージＲＳＴに設けられた移動鏡４の鏡面の面形状を計測する場合にも本発明を適用することができる。更に、本発明は、露光装置ＥＸが備えるレチクルステージＲＳＴ及びウェハステージＷＳＴに設けられる移動鏡の鏡面の面形状を計測する場合に限られる訳ではなく、物体を載置して移動可能に構成されたステージ装置に設けられた移動鏡の鏡面の面形状を計測する場合一般についても適用することができる。
【００７９】
また、上記露光装置ＥＸとしてステップ・アンド・スキャン方式の縮小投影型の露光装置を例に挙げたが、スキャニング・ステッパ等の走査露光型の投影露光装置にも本発明を適用することができる。また、半導体素子の製造に用いられる露光装置だけではなく、液晶表示素子（ＬＣＤ）等を含むディスプレイの製造に用いられてデバイスパターンをガラスプレート上へ転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられてデバイスパターンをセラミックウェハ上へ転写する露光装置、及びＣＣＤ等の撮像素子の製造に用いられる露光装置等にも適用することができる。
【００８０】
更には、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウェハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。ここで、ＤＵＶ（遠紫外）光やＶＵＶ（真空紫外）光などを用いる露光装置では一般的に透過型レチクルが用いられ、レチクル基板としては石英ガラス、フッ素がドープされた石英ガラス、蛍石、フッ化マグネシウム、又は水晶などが用いられる。また、プロキシミティ方式のＸ線露光装置、又は電子線露光装置などでは透過型マスク（ステンシルマスク、メンブレンマスク）が用いられ、マスク基板としてはシリコンウェハなどが用いられる。なお、このような露光装置は、ＷＯ９９／３４２５５号、ＷＯ９９／５０７１２号、ＷＯ９９／６６３７０号、特開平11−194479号、特開2000−12453号、特開2000−29202号等に開示されている。
【００８１】
また、本発明は、国際公開第９９／４９５０４号公報に開示されているような液浸法を用いる露光装置にも適用することができる。ここで、本発明は、投影光学系ＰＬとウェハＷとの間を局所的に液体で満たす液浸露光装置、特開平６−１２４８７３号公報に開示されているような露光対象の基板を保持したステージを液槽の中で移動させる液浸露光装置、特開平１０−３０３１１４号公報に開示されているようなステージ上に所定深さの液体槽を形成し、その中に基板を保持する液浸露光装置の何れの露光装置にも適用可能である。
【００８２】
図１２は、マイクロデバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造工程の一例を示すフローチャートである。半導体デバイス等のマイクロデバイスは、図１１に示す通り、マイクロデバイスの機能・性能設計を行うステップＳ５１、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップＳ５２、デバイスの基材である基板（ウェハ）を製造するステップＳ５３、前述した実施形態の露光装置ＥＸによりマスクのパターンを基板に転写する露光処理ステップＳ５４、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）Ｓ５５、検査ステップＳ５６等を経て製造される。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の第１実施形態による面形状計測方法、姿勢計測方法、及び露光方法が用いられる露光装置の概略構成を示す図である。
【図２】ウェハステージＷＳＴ及びウェハ干渉計１３の構成を示す斜視図である。
【図３】斜め入射式の多点フォーカス位置検出系２１の構成を示す図である。
【図４】パターン形成板２４の構成例を示す断面図である。
【図５】ウェハＷ上の露光領域の内部及びその近傍に設定された複数の検出点に投影される開口パターンの投影像を示す図である。
【図６】本発明の第１実施形態による面形状計測方法を示すフローチャートである。
【図７】テストウェハ（ウェハステージＷＳＴ）のレベリング量θＡＦと移動鏡１２Ｙの鏡面のピッチング量θＩＦとを説明するための図である。
【図８】本発明の第２実施形態による面形状計測方法を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第３実施形態による面形状計測方法を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第３実施形態において、ウェハステージＷＳＴの姿勢を計測する様子を示す図である。
【図１１】ウェハテーブル１０上に反射板４０Ｘ，４０Ｙを備えるウェハステージＷＳＴを示す斜視図である。
【図１２】マイクロデバイスの製造工程の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８４】
７ ウェハ支持台（基準平面）
１２，１２Ｘ，１２Ｙ 移動鏡（反射面）
ＤＬ 照明光（計測ビーム）
Ｒ レチクル（マスク）
Ｗ ウェハ（感光物体）
ＷＳＴ ウェハステージ（移動体）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１軸と直交する基準平面に沿って移動する移動体に設けられ、前記第１軸方向と直交する第２軸方向に沿って延びる反射面の形状を計測する面形状計測方法であって、
前記第１軸に対する前記反射面の傾きを計測する第１ステップと、
前記第１ステップの計測結果に基づいて前記第１軸に対する前記反射面の傾きが零となるように前記移動体の姿勢を制御する第２ステップと、
前記基準平面に対する前記移動体の姿勢を計測する第３ステップと、
前記第２軸方向に沿って前記移動体を移動させつつ前記第１ステップから前記第３ステップを繰り返す第４ステップと
を含むことを特徴とする面形状計測方法。
【請求項２】
第１軸と直交する基準平面に沿って移動する移動体に設けられ、前記第１軸方向と直交する第２軸方向に沿って延びる反射面の形状を計測する面形状計測方法であって、
前記基準平面に対する前記移動体の姿勢を計測する第１ステップと、
前記第１ステップの計測結果に基づいて前記移動体の姿勢を所定の姿勢に制御する第２ステップと、
前記移動体を前記所定の姿勢に制御した状態で前記第１軸に対する前記反射面の傾きを計測する第３ステップと、
前記第２軸方向に沿って前記移動体を移動させつつ前記第１ステップから前記第３ステップを繰り返す第４ステップと
を含むことを特徴とする面形状計測方法。
【請求項３】
前記移動体は、前記第１軸と交差する物体載置面を有し、
前記移動体の所定の姿勢は、前記物体載置面が前記基準平面と平行な姿勢であることを特徴とする請求項２記載の面形状計測方法。
【請求項４】
前記移動体は、前記第１軸と交差する物体載置面を有し、
前記移動体の姿勢は、前記物体載置面上の互いに異なる少なくとも２箇所における前記第１軸方向の位置を計測することによって求めることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の面形状計測方法。
【請求項５】
第１軸方向と直交する第２軸方向に沿って延びる反射面を有し、前記第１軸と直交する基準平面に沿って移動する移動体の当該基準平面に対する姿勢を、前記反射面の前記第１軸方向に離間した２つの位置に同時に照射した計測ビームにより計測する姿勢計測方法であって、
請求項１から請求項４の何れか一項に記載の面形状計測方法により前記反射面の面形状を計測するステップと、
前記反射面に対して前記計測ビームを同時に照射して前記反射面からの反射光の各々を受光し、当該受光結果から前記第１軸に対する前記反射面の傾きを計測するステップと、
前記面形状の計測結果に基づいて、前記反射面の傾きの計測結果を補正し、前記基準平面に対する前記移動体の姿勢を得るステップと
を含むことを特徴とする姿勢計測方法。
【請求項６】
第１軸と直交する基準平面に沿って移動可動な移動体に保持される感光物体上にマスクのパターンを転写する露光方法において、
請求項５記載の姿勢計測方法の計測結果に基づいて、前記移動体の移動を制御することを特徴とする露光方法。
【請求項１】
第１軸と直交する基準平面に沿って移動する移動体に設けられ、前記第１軸方向と直交する第２軸方向に沿って延びる反射面の形状を計測する面形状計測方法であって、
前記第１軸に対する前記反射面の傾きを計測する第１ステップと、
前記第１ステップの計測結果に基づいて前記第１軸に対する前記反射面の傾きが零となるように前記移動体の姿勢を制御する第２ステップと、
前記基準平面に対する前記移動体の姿勢を計測する第３ステップと、
前記第２軸方向に沿って前記移動体を移動させつつ前記第１ステップから前記第３ステップを繰り返す第４ステップと
を含むことを特徴とする面形状計測方法。
【請求項２】
第１軸と直交する基準平面に沿って移動する移動体に設けられ、前記第１軸方向と直交する第２軸方向に沿って延びる反射面の形状を計測する面形状計測方法であって、
前記基準平面に対する前記移動体の姿勢を計測する第１ステップと、
前記第１ステップの計測結果に基づいて前記移動体の姿勢を所定の姿勢に制御する第２ステップと、
前記移動体を前記所定の姿勢に制御した状態で前記第１軸に対する前記反射面の傾きを計測する第３ステップと、
前記第２軸方向に沿って前記移動体を移動させつつ前記第１ステップから前記第３ステップを繰り返す第４ステップと
を含むことを特徴とする面形状計測方法。
【請求項３】
前記移動体は、前記第１軸と交差する物体載置面を有し、
前記移動体の所定の姿勢は、前記物体載置面が前記基準平面と平行な姿勢であることを特徴とする請求項２記載の面形状計測方法。
【請求項４】
前記移動体は、前記第１軸と交差する物体載置面を有し、
前記移動体の姿勢は、前記物体載置面上の互いに異なる少なくとも２箇所における前記第１軸方向の位置を計測することによって求めることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の面形状計測方法。
【請求項５】
第１軸方向と直交する第２軸方向に沿って延びる反射面を有し、前記第１軸と直交する基準平面に沿って移動する移動体の当該基準平面に対する姿勢を、前記反射面の前記第１軸方向に離間した２つの位置に同時に照射した計測ビームにより計測する姿勢計測方法であって、
請求項１から請求項４の何れか一項に記載の面形状計測方法により前記反射面の面形状を計測するステップと、
前記反射面に対して前記計測ビームを同時に照射して前記反射面からの反射光の各々を受光し、当該受光結果から前記第１軸に対する前記反射面の傾きを計測するステップと、
前記面形状の計測結果に基づいて、前記反射面の傾きの計測結果を補正し、前記基準平面に対する前記移動体の姿勢を得るステップと
を含むことを特徴とする姿勢計測方法。
【請求項６】
第１軸と直交する基準平面に沿って移動可動な移動体に保持される感光物体上にマスクのパターンを転写する露光方法において、
請求項５記載の姿勢計測方法の計測結果に基づいて、前記移動体の移動を制御することを特徴とする露光方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００６−２２６７１９（Ｐ２００６−２２６７１９Ａ）
【公開日】平成１８年８月３１日（２００６．８．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３７９８３（Ｐ２００５−３７９８３）
【出願日】平成１７年２月１５日（２００５．２．１５）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月３１日（２００６．８．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月１５日（２００５．２．１５）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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