JPWO2005057635A1 - 投影露光装置及びステージ装置、並びに露光方法 - Google Patents

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

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ィ工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。

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ィ工程では、マスク又はレチクル（以下、「レチクル」と総称する）のパターンの像を投影光学系を介して、レジスト（感光剤）が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の感光性の基板（以下、「基板」又は「ウエハ」と呼ぶ）上の各ショット領域に転写する投影露光装置が使用されている。この種の投影露光装置としては、従来、ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置（いわゆるステッパ）が多用されていたが、近年ではレチクルとウエ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（い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。

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であるが、更に短波長のＡｒＦエキシマレーザの１９３ｎｍも実用化されている。

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。

Ｒ＝ｋ₁・λ／ＮＡ ……（１）
δ＝ｋ₂・λ／ＮＡ² ……（２）

ここで、λは露光波長、ＮＡは投影光学系の開口数、ｋ₁，ｋ₂はプロセス係数である。（１）式、（２）式より、解像度Ｒを高めるために、露光波長λ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、オートフォーカス方式でウエハの表面を投影光学系の像面に合わせ込んで露光を行っているが、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。

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ＮＡ化によって、焦点深度が狭くなってきている。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。

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ウエ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。

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）。

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っ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。

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）により基板や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。

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ー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。

特に、走査型露光装置の場合には、ステッ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かったからである。

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。

国際公開第９９／４９５０４号パンフレット

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。

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。

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。

この場合において、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。

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。

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。

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ができる。

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。

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ができる。

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。

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。

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補正することとすることもできる。

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。

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く、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。

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。

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ができる。

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。

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１のウエハテーブルを示す斜視図である。 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３のＢ−Ｂ線断面図である。 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。 焦点位置検出系を説明するための図である。 一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。 ステージ制御装置の内部に構築されたウエハステージ制御系を示すブロック図である。

以下、本発明の一実施形態について、図１〜図８に基づいて説明する。

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（いわゆるスキャニング・ステッパ）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、基板としてのウエハＷが載置される基板テーブルとしてのウエハテーブル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。

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、オプティカルインテグレータ等を含む照度均一化光学系、ビームスプリッタ、リレーレンズ、可変ＮＤフィルタ、レチクルブラインド等（いずれも不図示）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。

前記レチクルステージＲＳＴ上には、レチクルＲが、例えば真空吸着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。

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０．５〜１ｎｍ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が、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の走査方向（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Ｙ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Ｙ干渉計の計測値に基づきレチクルステージＲＳＴのＹ位置に加え、Ｚ軸回りの回転方向であるθｚ方向の回転も計測できるようになっている。

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、Ｙ、θｚ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ＲＳＴを駆動制御する。

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アライメント検出系１２（但し、図１においては紙面奥側のレチクルアライメント検出系１２は不図示）が配置されている。各レチクルアライメント検出系１２は、ここでは図示が省略されているが、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（すなわちレチクルアライメント検出系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、落射照明系から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アライメント検出系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上のパターンをウエハ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。

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Ｚ軸方向の共通の光軸ＡＸを有する複数のレンズ（レンズエレメント）から成る投影光学系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）が塗布されたウエハＷ上に形成される。

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（ウエハ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。

投影ユニットＰＵの側面には、オフアクシス・アライメント系（以下、「アライメント系」と略述する）ＡＳが配置されている。このアライメント系ＡＳとしては、例えばウエ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（アライメント系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、アライメント系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ア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。このアライメント系ＡＳの撮像結果は、主制御装置２０へ出力されている。

前記ステージ装置５０は、ウエハステージＷＳＴ、該ウエハステージＷＳＴ上に設けられたウエハホルダ７０、ウエハステージＷＳＴを駆動するウエハステージ駆動部２４等を備えている。前記ウエハステージＷＳＴは、投影光学系ＰＬの図１における下方で、不図示のベース上に配置され、ウエハステージ駆動部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、ウエハステージ駆動部２４を構成する不図示のＺ・チルト駆動機構によって、Ｚ軸方向、及びＸＹ面に対する傾斜方向（Ｘ軸回りの回転方向（θｘ方向）及びＹ軸回りの回転方向（θｙ方向））へ微小駆動される前記ウエハテーブル３０とを備えている。このウエハテーブル３０上に前記ウエハホルダ７０が搭載され、該ウエハホルダ７０によってウエハＷが真空吸着等によって固定されている。

このウエハホルダ７０は、図２の斜視図に示されるように、ウエハＷが載置される領域（中央の円形領域）の周囲部分のうち、正方形のウエハテーブル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エハ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、ウエハＷ表面とほぼ同一の高さ（両者の高さの差は、最大でも１ｍｍ程度）とされている。

ここで、図２に示されるように、補助プレート２２ａ〜２２ｄのそれぞれとウエハ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、ウエハＷには、その一部にノッチ（Ｖ字状の切欠き）が存在するが、このノッチの寸法は、隙間Ｄより更に小さく１ｍｍ程度であるから、図示は省略されている。

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はその表面が、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アライメント用基準マーク及びアライメント系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ＦＭは、ウエハテーブル３０の位置決め用の基準部材の役目も果たしている。

図１に戻り、前記ＸＹステージ３１は、走査方向（Ｙ軸方向）の移動のみならず、ウエハ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、ウエハＷ上の各ショット領域を走査（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。

ウエハテーブル３０のＸＹ平面内での位置（Ｚ軸回りの回転（θｚ回転）を含む）は、そのウエハテーブル３０の上面に設けられた移動鏡１７を介して、ウエハレーザ干渉計（以下、「ウエハ干渉計」と呼ぶ）１８によって、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出されている。前述の如く、ウエハテーブル３０上には、ウエハＷがウエハホルダ７０を介して吸着されて固定されている。従って、ウエハテーブル３０に変形が生じたりしない限り、移動鏡１７とウエハ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を介してウエハテーブル３０の位置を計測することは、移動鏡１７を介してウエハ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、ウエハＷの位置を計測する基準ともなっており、移動鏡１７は、ウエハＷの位置を計測するための基準部材となっている。

ここで、実際には、ウエハテーブル３０上には、例えば図２に示されるように、走査方向（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、これに対応してウエハ干渉計も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が、図１ではこれらが代表的に移動鏡１７、ウエハ干渉計１８として示されている。なお、ウエハ干渉計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って、ウエハステージＷＳＴ（より正確には、ウエハテーブル３０）のＸ、Ｙ位置及びヨーイング（Ｚ軸回りの回転であるθｚ回転）は勿論、ピッチング（Ｘ軸回りの回転であるθｘ回転）、ローリング（Ｙ軸回りの回転であるθｙ回転））をも計測することも可能である。なお、例えば、ウエハテーブル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）を形成しても良い。また、多軸干渉計は４５°傾いてウエハテーブル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い。

ウエハ干渉計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、ウエハ干渉計１８の計測値に基づいて、ウエハテーブル３０のＸ、Ｙ位置、及びθｚ回転を算出する。また、ウエハ干渉計１８の出力に基づいてウエハテーブル３０のθｘ回転、θｙ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エハテーブル３０のＸＹ面内の位置誤差を補正したウエハテーブル３０のＸ、Ｙ位置を算出する。そして、ステージ制御装置１９で算出されたウエハテーブル３０のＸ、Ｙ位置、及びθｚ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、ウエハテーブル３０の上記位置情報に基づき、ウエハステージ駆動部２４を介してウエハテーブルを制御する。

なお、本実施形態のステージ制御装置１９の内部には、ウエハステージ制御系（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。

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。

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とされている。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。

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（−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３２ａ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３３ａ、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３２ａ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。

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に臨んでいる。

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とウエハ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。

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、バルブ群６２ｂとも記述する（図７参照）。

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く、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。

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、ウエハ上のフォトレジストや光学レンズ等に対する悪影響がない利点がある。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、ウエ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。

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×１／ｎ＝約１３１ｎｍに短波長化される。

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３２ｂ₁、３２ｂ₂がそれぞれ形成されている。これらの凹部３２ｂ₁、３２ｂ₂の下端部近傍は、上から見て末広（下から見て先細）の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３２ｂ₁、３２ｂ₂と同一の符号を用いて「液体回収口３２ｂ₁、液体回収口３２ｂ₂」と記述するものとする。

液体給排ユニット３２の凹部３２ｂ₁、３２ｂ₂内部の底面（上面）には、上下方向の貫通孔が所定間隔で形成され、各貫通孔に回収管５８の一端がそれぞれ挿入されている。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とウエハＷ表面との間の隙間内の水が液体回収口３２ｂ₁、３２ｂ₂及び各回収管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）。

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く、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。

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）。

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４２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。

本実施形態の露光装置１００では、更に、ウエハＷのいわゆるオートフォーカス、オートレベリングのための、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ついて図６に基づいて説明する。

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。

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。

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によってウエハＷ表面に光軸ＡＸに対して斜め方向より照射される。一方、ウエハ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６−２８３４０３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。

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エハＷ表面のＺ位置及びθｘ，θｙ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、算出したウエハＷ表面のＺ位置及びθｘ，θｙ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、ウエハステージ駆動部２４を介してウエハテーブル３０のＺ軸方向への移動、及び２次元方向の傾斜（すなわち、θｘ，θｙ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の結像面とウエハ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）及びオートレベリングを実行する。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。

また、ウエハテーブル３０のＸ、Ｙ、Ｚ位置に関しては、ウエハテーブル３０上への水の供給に起因するウエハ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。

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。

図８には、ステージ制御装置１９の内部に構築されたウエハステージ制御系２６のブロック図が、制御対象であるウエハステージ系５６とともに示されている。この図８に示されるように、ウエハステージ制御系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。

前記目標値出力部２８は、主制御装置２０からの指示に応じ、ウエハテーブル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、すなわちウエハテーブル３０のＸ、Ｙ、Ｚ、θｘ、θｙ、θｚの６自由度方向の位置の目標値Ｔ_gt（＝（Ｘ、Ｙ、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。

減算器２９は、各自由度方向についての前記目標値Ｔ_gtとウエハテーブル３０の各自由度方向の実測値（観測値ｏ＝（ｘ、ｙ、ｚ、θｘ，θｙ、θｚ））との差である位置偏差Δ（＝（Δ_x＝Ｘ−ｘ、Δ_y＝Ｙ−ｙ、Δ_z＝０−ｚ、Δθ_x＝０−θｘ、Δθ_y＝０−θｙ、Δθ_z＝０−θｚ）を演算するものである。

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、ウエハステージ系５６に対する各自由度方向の推力の指令値Ｐ（＝（Ｐ_x、Ｐ_y、Ｐ_z、Ｐθ_x、Ｐθ_y、Ｐθ_z））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いる。

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−Ｅ（＝（−Ｅ_x、−Ｅ_y、−Ｅ_z、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_x−Ｅ_x、Ｐ_y−Ｅ_y、Ｐ_z−Ｅ_z、Ｐθ_x、Ｐθ_y、Ｐθ_z）を、ウエハステージ系５６に対して出力する。

ウエハステージ系５６は、ウエハステージ制御系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、ウエハテーブル３０の位置情報を出力する系である。すなわち、このウエハステージ系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エハステージ駆動部２４と、このウエハステージ駆動部２４によって６自由度方向に駆動されるウエハテーブル３０と、該ウエハテーブル３０の位置を計測する位置計測系、すなわちウエハ干渉計１８及び焦点位置検出系（９０ａ、９０ｂ）とが、実質的にこれに相当する。

ウエハステージ駆動部２４は、推力指令（Ｐ＋（−Ｅ））が与えられると、これを各アクチュ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。

前記演算部５４は、位置計測系の出力であるウエハ干渉計１８の計測値に基づいてウエハテーブル３０のＸ軸、Ｙ軸及びθｚ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エハテーブル３０のＺ軸、θｘ及びθｙ方向の位置情報を算出する。この演算部５４で算出されるウエハテーブル３０の６自由度方向の位置情報が、主制御装置２０に供給されている。また、後述する走査露光時には、この演算部５４で算出されるウエハテーブル３０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っている。

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Ｔ_gt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_x’、Ｙ方向誤差Ｅ_y’、Ｚ方向誤差Ｅ_z’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_x，−Ｅ_y，−Ｅ_z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。

Ｅ_x’＝ｆ（Ｘ，Ｙ，Ｖ_x，Ｖ_y，Ｑ，θ） ……（３）
Ｅ_y’＝ｇ（Ｘ，Ｙ，Ｖ_x，Ｖ_y，Ｑ，θ） ……（４）
Ｅ_z’＝ｈ（Ｘ，Ｙ，Ｖ_x，Ｖ_y，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からのウエハステージＷＳＴの位置の指令値、パラメータＶ_x，Ｖ_yは、ウエハステージＷＳＴの移動速度（これは、ｉ番目の位置の指令値Ｘ_i、Ｙ_iと（ｉ＋１）番目の位置の指令値Ｘ_i+1、Ｙ_i+1との差と、サンプリング間隔Δｔとに基づいて算出される）、パラメータＱは、供給される水の流量、パラメータθは、水のウエハ（ウエハ上のレジスト又はそのコーティング層）に対する接触角（contact angle）である。

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、水の供給に伴ってその圧力及び表面張力などの力がウエハＷ、ウエハテーブル３０などに作用するが、ウエハステージ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エハテーブル３０表面の形状変化が異なるからである。

また、パラメータＶ_x，Ｖ_yが含まれているのは、次のような理由である。すなわち、ウエハテーブル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、かつニュートンの粘性の法則が成り立つニュートン流体である水が、ウエハ表面とレンズ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、層流クエット（Couette）流れとなる。すなわち、ウエハテーブル３０の移動速度が、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。

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。

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。

固体（例えばウエハ）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_S、固液界面張力（固液２相間の界面エネルギ）をγ_SL、液体の表面張力（表面エネルギ）をγ_Lとしたとき、接触角θは、次式（６）のヤングの式（Young’s equation）で表される。

γ_L・ｃｏｓθ＝（γ_S−γ_SL） ……（６）
このように、ウエハテーブル及びウエハに作用する力の一部である水の表面張力γ_L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ータとして接触角を含めている。接触角は例えば目視や画像計測により求めることができる。

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。

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_T」と記述する）がロードされているものとする。また、ウエハステージＷＳＴは、ウエハ交換位置にあり、ウエハホルダ７０上に計測用ウエハ（以下、便宜上「計測用ウエハＷ_T」と記述する）がロードされているものとする。

ここで、計測用レチクルＲ_Tとしては、例えば長方形のガラス基板の一面（パターン面）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_Tには、複数対のレチクルアライメントマークが形成されている。計測用レチクルＲ_T上には、パターン領域の中心との位置関係が既知であるウエハマーク（アライメントマーク）も配設されている。このウエハマークは、計測用ウエハＷ_Tの製造の過程で行われる走査露光の際に、計測マークとともにウエハ上に転写される。

また、前記計測用ウエハＷ_T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_Tのパ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）が形成されたウエハが用いられる。この計測用ウエハＷ_Tの各ショット領域には、アライメントマーク（ウエハマーク）がそれぞれ付設されている。また、この計測用ウエハＷ_Tの表面には、不図示のコータ・デベロッパ（Ｃ／Ｄ）により、フォトレジストが塗布されている。なお、この計測用ウエハＷ_Tが、前述の式（３）、（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。

なお、すでに形成されているウエハＷ_Tの各計測マークの像の設計上の形成位置からの位置ずれ量（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。

次に、通常のスキャニング・ステッパと同様の手順で、レチクルア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がレチクルア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、レチクルアライメントが行われる。

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_Tのほぼ中心に一致するようにレチクルステージＲＳＴを移動するとともに、ウエハ干渉計１８の計測値に基づいてウエハステージ駆動部２４を介して、その計測用レチクルＲ_Tのパターンの投影光学系ＰＬ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）にウエハテーブル３０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。これにより、全ての供給管５２から液体給排ユニット３２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３２ｂ₁、３２ｂ₂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。

主制御装置２０は、レチクルア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１ｍｍ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っている。

上述の如く、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_T上の一対のレチクルア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アライメント検出系１２を用いて検出する。そして、主制御装置２０では、レチクルアライメント検出系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ウエハテーブル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、ウエハステージ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_T上の別の一対のレチクルア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アライメント検出系１２を用いて検出する。そして、主制御装置２０では、レチクルアライメント検出系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ウエハテーブル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ア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。

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ア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エハテーブル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エハ干渉計１８の測長軸で規定されるウエ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、レチクルアライメントが終了する。後述する走査露光では、ウエハステージ座標系のＹ軸方向にレチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとを同期走査することにより走査露光を行うが、その際には、このレチクルステージ座標系とウエ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ＲＳＴの走査が行われるようになる。

このようにして、レチクルアライメントが終了すると、アライメント系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。従って、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、ウエハテーブル３０を前述の所定の基準位置に戻し、その位置から所定量、例えばベースラインの設計値だけＸＹ面内で移動してアライメント系ＡＳを用いて基準マーク板ＦＭ上の第２基準マークを検出する。主制御装置２０では、このとき得られるアライメント系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エハテーブル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ア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エハテーブル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、アライメント系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アライメント系ＡＳの検出中心（指標中心）との距離（位置関係）を算出する。

このようにして求めたベースラインを、後述するＥＧＡ方式のウエハアライメントの結果として得られるウエ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筈である。

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ア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、レチクルアライメントの際の水の供給に伴うウエハテーブル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い、一対の第１基準マークの位置ずれδＸ、δＹを求め、メモリに記憶している。

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。

次に、ロードされた計測用ウエハＷ_Tに対し、ＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アライメント）等のウエハアライメントが実行される。すなわち、主制御装置２０により、ウエハＷ_T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ショット領域（サンプルショット領域）にそれぞれ付設されたウエハマークがアライメント系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及びウエハステージ駆動部２４を介してウエハテーブル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、ウエハマークをアライメント系ＡＳによって検出する。

次いで、主制御装置２０は、ウエハマークの検出結果である、指標中心に対するウエハマークの位置と、そのときのウエハテーブル３０のＸＹ面内の位置情報とに基づいて、各ウエハマークのウエ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、算出したウエ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、計測用ウエハＷ_Tの各ショット領域の配列座標系とウエ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、ウエ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、計測用ウエハＷ_T上の各ショ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、計測用ウエハの計測結果とウエハステージ座標系との関連付けに用いられる。

なお、本国際出願で指定した指定国（又は選択した選択国）の国内法令が許す限りにおいて、上記公報及び対応する米国特許における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。

上記のウエハア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、ウエハ干渉計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エハステージ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。

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。

まず、主制御装置２０は、ウエハア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、ウエハステージ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、ウエハ干渉計１８の計測値をモニタしつつ、計測用ウエハＷ_T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）にウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブル３０）を移動させる。

なお、この走査開始位置（加速開始位置）は、上記ウエハア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、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、計測用ウエハＷ_T上に既に形成されているマークのレジスト像と、今回の走査露光により転写形成されるマークの像とが重ならないようにすることで、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。

上述の給水開始位置から上記加速開始位置までウエハステージ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。

上記の加速開始位置への計測用ウエハＷ_Tの移動が終了すると、主制御装置２０の指示に応じて、ステージ制御装置１９により、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとのＹ軸方向の相対走査が開始される。

この相対走査は、前述したウエハステージ制御系２６と、このウエハステージ制御系２６の演算部５４で算出されるウエハテーブル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ＲＳＴ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。

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。

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_Tのパターン領域が照明され始め、走査露光が開始される。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とウエハステージＷＳＴのＹ軸方向の移動速度Ｖｗ（＝Ｖ_y）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の同期制御が、ステージ制御装置１９によって行われる。

そして、計測用レチクルＲ_T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、計測用ウエハＷ_T上のファーストショットの走査露光が終了する。これにより、計測用レチクルＲ_Tのパターンが投影光学系ＰＬ及び水を介して計測用ウエハＷ_T上のファーストショットに縮小転写される。

上記の計測用ウエハＷ_T上のファーストショットに対する走査露光に際し、主制御装置２０は、走査方向、すなわち計測用ウエハＷ_T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。すなわち、主制御装置２０は、計測用ウエハＷ_T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ΔＱだけ多くなり、かつこれに対応して、計測用ウエハＷ_T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ΔＱ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。

また、上記の走査露光中には、計測用ウエハＷ_T上の照明領域が投影光学系ＰＬの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、オートレベリングがステージ制御装置１９、より正確には、前述のウエハステージ制御系２６によって実行される。

このようにして、計測用ウエハＷ_T上のファーストショットに対する走査露光が終了すると、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、ウエハステージ駆動部２４を介してウエハステージＷＳＴがＸ軸、Ｙ軸方向にステップ移動され、計測用ウエハＷ_T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。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、上記ウエハア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。

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エハステージ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エハテーブル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。

次に、主制御装置２０の管理の下、計測用ウエハＷ_T上のセカンドショットに対して前述と同様の走査露光が行われる。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及びウエハステージＷＳＴの走査方向（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計測用ウエハＷ_T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。

このようにして、計測用ウエハＷ_T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、計測用ウエハＷ_T上の全ての露光対象ショット領域に計測用レチクルＲ_Tのパターンが順次転写される。

これにより、一枚のウエハに対するテスト露光が終了し、計測用ウエハＷ_T上に計測用レチクルＲ_T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。

本実施形態では、上述したような、計測用レチクルＲ_Tを用いた計測用露光を、走査速度（スキャン速度）、供給される水の流量、ウエ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、異なる計測用ウエハに対してそれぞれ行う。

そして、それらの露光済みの計測用ウエハのそれぞれを、不図示のコータ・デベロッパに搬送して、現像を行い、その現像後に、各計測用ウエ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、計測用ウエハ毎に求める。

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。

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（計測用ウエ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、計測用ウエ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。

この場合、基準となる計測用ウエ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。

次に、計測用ウエハ毎に、その計測用ウエハ上に設定されたウエ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一致するものとして、各計測マークの位置ずれ量（ｅＸ、ｅＹ）を、ウエハステージ座標系（Ｘ、Ｙ）と関連づける。

また、各計測用ウエ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エハの全ての計測マークの位置ずれ量（ｅＸ、ｅＹ）と、対応する計測マークの座標値（Ｘ、Ｙ）と、設定された各設定値（ここでは、速度Ｖ_y（＝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、走査露光中のデータであるから、通常は、Ｖ_x＝０となるが、ショット領域のＣ字ディストーションなどの補正等を目的とする場合には、Ｖ_x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。

また、例えば、得られた全ての計測用ウエ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（線幅とフォーカ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エ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、計測用ウエ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、ウエハテーブル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_Tのパターンを順次転写して投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置を求めても良い。

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、ウエ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。

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。

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。

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。

この場合、計測用レチクルＲ_Tに代えて、デバイスパターンが形成されたデバイス用レチクルＲが用いられ、計測用ウエハＷ_Tに代えて、少なくとも一層の回路パターンが既に転写され、その表面にフォトレジストが塗布されたウエハＷが用いられる。

前述と同様の手順で、レチクルＲに対するレチクルアライメント、アライメント系ＡＳのベースライン計測、及びウエハＷに対するＥＧＡ方式のウエハアライメントが行われる。これらレチクルアライメント、ベースライン計測及びウエハアライメントの際の、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。

上記のウエハア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、ウエハ干渉計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エハステージ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。

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。

まず、主制御装置２０は、ウエハア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、ウエハステージ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、ウエハ干渉計１８の計測値をモニタしつつ、ウエハ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）にウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブル３０）を移動させる。

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、前述のウエハア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エハテーブル３０の現在位置とに基づいて、ウエハテーブル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、すなわちウエハテーブル３０のＸ、Ｙ、Ｚ、θｘ、θｙ、θｚの６自由度方向の位置の目標値Ｔ_gt（＝（Ｘ、Ｙ、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。

これにより、制御部３６では、減算器２９から出力されるウエハテーブル３０の各自由度方向の実測値（観測値ｏ＝（ｘ、ｙ、ｚ、θｘ，θｙ、θｚ））との差である位置偏差Δ（＝（Δ_x、Δ_y、Δ_z、Δθ_x、Δθ_y、Δθ_z））に基づいて制御動作を行い、ウエハステージ系５６に対する各自由度方向の推力の指令値Ｐ（＝（Ｐ_x、Ｐ_y、Ｐ_z、Ｐθ_x、Ｐθ_y、Ｐθ_z））を加算器３９に出力する。但し、レチクルステージＲＳＴに対するウエハテーブル３０の相対走査中以外は、焦点位置検出系（９０ａ、９０ｂ）は、ＯＦＦであるから、観測量θｘ，θｙ、θｚ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Δθ_x、Δθ_y、Δθ_zも零である。従って、推力の指令値Ｐθ_x、Ｐθ_y、Ｐθ_zも零である。

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_gt、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_x’、Ｙ方向誤差Ｅ_y’、Ｚ方向誤差Ｅ_z’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_x，−Ｅ_y，−Ｅ_z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_x、−Ｅ_y、−Ｅ_z、０，０，０）をフィードフォワード入力する。

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−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_x−Ｅ_x、Ｐ_y−Ｅ_y、Ｐ_z−Ｅ_z、Ｐθ_x、Ｐθ_y、Ｐθ_z）を、ウエハステージ系５６を構成するウエハステージ駆動部２４に与える。但し、レチクルステージＲＳＴに対するウエハテーブル３０の相対走査中以外は、推力の指令値Ｐθ_x、Ｐθ_y、Ｐθ_zは零である。

ウエハステージ駆動部２４では、変換部により推力の指令値（Ｐ＋（−Ｅ））が各アクチュエータに対する操作量に変換されて、各アクチュエータによりウエハテーブル３０が６自由度方向に駆動される。

このように、目標値出力部２８が、ウエハテーブル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３８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、ウエハテーブル３０が、ウエハ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。

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エハテーブル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、ウエハテーブル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。

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。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とウエハステージＷＳＴのＹ軸方向の移動速度Ｖｗ（＝Ｖ_y）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の同期制御が、ステージ制御装置１９によって行われる。

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、ウエハＷ上のファーストショットの走査露光が終了する。これにより、レチクルＲのパターンが投影光学系ＰＬ及び水を介してウエハＷ上のファーストショットに縮小転写される。上記のウエハテーブル３０とレチクルステージＲＳＴとの相対走査中は、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。

但し、この場合、ウエハステージ制御系２６の補正値生成部３８から補正値（−Ｅ_x、−Ｅ_y）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_x、Ｐ_y）がその補正値で補正された推力指令値に基づいてウエハテーブル３０（ウエハステージＷＳＴ）が、ウエハステージ駆動部２４によって駆動される。このため、水の供給に起因するウエハ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、すなわちウエハテーブル（及びウエハ）の変形による移動鏡１７Ｘ、１７ＹとウエハＷとの距離（より正確には、移動鏡１７Ｘ、１７ＹとウエハＷ上の露光対象のショット領域との距離）の変化に起因するウエハ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。

また、上記の走査露光中には、ウエハテーブル３０が観測値Ｚ、θｘ、θｙに基づいて制御されるオートフォーカス、オートレベリングがウエハステージ制御系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_z）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_zがその補正値で補正された推力指令値に基づいてウエハテーブル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）とウエハＷとの間隔が制御されるので、ウエハテーブル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、ウエハ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。

このようにして、ウエハＷ上のファーストショットに対する走査露光が終了すると、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、ウエハステージ駆動部２４を介してウエハステージＷＳＴがＸ軸、Ｙ軸方向にステップ移動され、ウエハ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。

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エハステージ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エハテーブル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。

次に、主制御装置２０の管理の下、ウエハＷ上のセカンドショットに対して前述のファーストショットと同様の走査露光が行われる。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及びウエハステージＷＳＴの走査方向（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エハ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。

このようにして、計測用ウエハ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、ウエハ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。

上記のセカンドショット以降の各ショットの走査露光の際にも、ウエハステージ制御系２６の補正値生成部３８から補正値−Ｅ_x、−Ｅ_y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_x、Ｐ_y）がその補正値で補正された推力指令値に基づいてウエハテーブル３０（ウエハステージＷＳＴ）が、ウエハステージ駆動部２４によって駆動されるため、水の供給に起因するウエハ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−Ｅ_z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_zがその補正値で補正された推力指令値に基づいてウエハテーブル３０のＺ位置が制御されるので、ウエハテーブル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、ウエハ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。

上述のようにしてウエハＷ上の複数のショット領域に対する走査露光が終了すると、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エハステージ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。

その後、ウエハステージＷＳＴが、前述のウエハ交換位置に移動し、ウエハ交換が行われ、交換後のウエハに対して前述と同様のウエハアライメント、露光が行われる。

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、ウエハステージ制御系２６によって、液体（水）の供給に起因してウエハに生じる位置ずれ、すなわちウエハ干渉計で間接的に計測されるウエハテーブル上のウエ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。

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エハステージ制御系２６により、水（液体）の供給に起因して生じるウエハテーブル３０の変形に伴う、該ウエハテーブル３０上に保持されたウエハＷ（又は基準マーク板ＦＭ）に生じる位置ずれが補正される。

また、本実施形態の露光装置１００によると、ウエハ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査露光方式で行われる際、主制御装置２０により投影ユニットＰＵ（投影光学系ＰＬ）とウエハステージＷＳＴ上のウエハ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とウエハステージＷＳＴ上のウエハＷとの間に、常に所定量の水（この水は常時入れ替わっている）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エハ上への転写）が行われる。この結果、液浸法が適用されて、ウエハ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、ウエハ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。

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、前述のウエハＷのフォーカス・レベリング動作に際して、デフォーカスが発生しにくいという利点がある。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。

なお、上記実施形態では、ステージ制御装置１９が、ウエハテーブル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エハ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、特に走査露光の際には、レチクルステージＲＳＴに与える推力、あるいはウエハテーブル３０及びレチクルステージＲＳＴに与える推力を変更して、前述の水の供給に起因するウエハ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。

また、上記実施形態では、補正値生成部３８からの補正値でウエ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。

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エハテーブルの変形に伴うウエハＷ等の位置ずれを補正する場合について説明したが、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、ウエ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。

なお、上記実施形態では、主制御装置２０は、走査露光の際には、ウエハテーブル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、ウエハ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ΔＱだけ多くなり、かつこれに対応して、ウエハ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ΔＱ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、走査露光の際に、ウエハ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、ウエハ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エハ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６２ａ、６２ｂを構成する各バルブを全閉状態に維持しても良い。

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（米国スリーエム社の商品名）が使用できる。このフッ素系不活性液体は冷却効果の点でも優れている。また、液体として、照明光ＩＬに対する透過性があってできるだけ屈折率が高く、また、投影光学系やウエハ表面に塗布されているフォトレジストに対して安定なもの（例えばセダー油等）を使用することもできる。また、液体として、過フッ化ポリエーテル（ＰＦＰＥ）を用いても良い。

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く、この場合は回収された液体から不純物を除去するフィルタを液体回収装置、又は回収管等に設けておくことが望ましい。

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く、投影光学系ＰＬの光学特性、例えば収差（球面収差、コマ収差等）の調整に用いる光学プレート（平行平面板等）であっても良いし、単なるカバーガラスであっても良い。投影光学系ＰＬの最も像面側の光学素子（上記実施形態ではレンズ４２）は、照明光ＩＬの照射によってレジストから発生する飛散粒子又は液体中の不純物の付着等に起因して液体（上記実施形態では水）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い。

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く、かつ交換に要する時間が長くなってしまい、メンテナンスコスト（ランニングコスト）の上昇やスループットの低下を招く。そこで、液体と接触する光学素子を、例えばレンズ４２よりも安価な平行平面板とするようにしても良い。

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く、その大きさは任意で良いが、流速、流量等を制御する上で、照射領域よりも少し大きくしてその範囲をできる限り小さくしておくことが望ましい。

更に、上記実施形態では、ウエハホルダ７０のウエハ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が、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から溢れないように、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。

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が、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い。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）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波（例えば、波長１９３ｎｍ）を用いても良い。

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１／４倍、１／５倍などに限らず、１／１０倍などであっても良い。

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いことは勿論である。すなわちステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置にも本発明は好適に適用できる。この場合、走査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、ウエハステージを２基備えたツインステージ型の露光装置にも適用できる。

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、基板テーブ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い。かかる場合には、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く、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。

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エ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ルームで行うことが望ましい。

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。

また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。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、螢石、フッ化マグネシウム、又は水晶などが用いられる。

半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたレチクルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、前述した実施形態の露光装置によりレチクルのパターンをウエハに転写するステップ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、検査ステップ等を経て製造される。

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 (25)

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おいて、
   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おいて、
   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おいて、
   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おいて、
   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おいて、
    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１〜１１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１〜１１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おいて、
    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。
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。
25. 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。

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