JP4029183B2 - Projection exposure apparatus and projection exposure method - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投影露光装置及び投影露光方法に係り、更に詳しくはマスクに形成されたパターンの像を投影光学系を介して感応基板上に投影露光する投影露光装置及び投影露光方法に関し、特に２つの基板ステージを独立して移動させて、露光処理と他の処理とを並行して行なう点に特徴を有するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体素子又は液晶表示素子等をフォトリソグラフィ工程で製造する場合に、種々の露光装置が使用されているが、現在では、フォトマスク又はレチクル（以下、「レチクル」と総称する）のパターン像を、投影光学系を介して表面にフォトレジスト等の感光材が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の基板（以下、適宜「感応基板」と称する）上に転写する投影露光装置が一般的に使用されている。近年では、この投影露光装置として、感応基板を２次元的に移動自在な基板ステージ上に載置し、この基板ステージにより感応基板を歩進（ステッピング）させて、レチクルのパターン像を感応基板上の各ショット領域に順次露光する動作を繰り返す、所謂ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置（いわゆるステッパー）が主流となっている。
【０００３】
最近になって、このステッパー等の一括型露光装置に改良を加えた、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置（例えば特開平７−１７６４６８号公報等に記載された様な走査型露光装置）も比較的多く用いられるようになってきた。このステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置は、▲１▼ステッパーに比べると大フィールドをより小さな光学系で露光できるため、投影光学系の製造が容易であるとともに、大フィールド露光によるショット数の減少により高スループットが期待出来る、▲２▼投影光学系に対してレチクル及びウエハを相対走査することで平均化効果があり、ディストーションや焦点深度の向上が期待出来る等のメリットがある。さらに、半導体素子の集積度が１６Ｍ（メガ）から６４ＭのＤＲＡＭ、更に将来的には２５６Ｍ、１Ｇ（ギガ）というように時代とともに高くなるのに伴い、大フィールドが必須になるため、ステッパーに代わってスキャン型投影露光装置が主流になるであろうと言われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この種の投影露光装置は、主として半導体素子等の量産機として使用されるものであることから、一定時間内にどれだけの枚数のウエハを露光処理できるかという処理能力、すなわちスループットを向上させることが必然的に要請される。
【０００５】
これに関し、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置の場合、大フィールドを露光する場合には先に述べたように、ウエハ内に露光するショット数が少なくなるのでスループットの向上が見込まれるが、露光はレチクルとウエハとの同期走査による等速移動中に行なわれることから、その等速移動領域の前後に加減速領域が必要となり、仮にステッパーのショットサイズと同等の大きさのショットを露光する場合には、却ってステッパーよりスループットが落ちる可能性がある。
【０００６】
この種の投影露光装置における処理の流れは、大要次のようになっている。
【０００７】
▲１▼ まず、ウエハローダを使ってウエハをウエハテーブル上にロードするウエハロード工程が行なわれる。
【０００８】
▲２▼ 次に、サーチアライメント機構によりウエハの大まかな位置検出を行なうサーチアライメント工程が行なわれる。このサーチアライメント工程は、具体的には、例えば、ウエハの外形を基準としたり、あるいは、ウエハ上のサーチアライメントマークを検出することにより行なわれる。
【０００９】
▲３▼ 次に、ウエハ上の各ショット領域の位置を正確に求めるファインアライメント工程が行なわれる。このファインアライメント工程は、一般にＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アライメント）方式が用いられ、この方式は、ウエハ内の複数のサンプルショットを選択しておき、当該サンプルショットに付設されたアライメントマーク（ウエハマーク）の位置を順次計測し、この計測結果とショット配列の設計値とに基づいて、いわゆる最小自乗法等による統計演算を行なって、ウエハ上の全ショット配列データを求めるものであり（特開昭６１−４４４２９号公報等参照）、高スループットで各ショット領域の座標位置を比較的高精度に求めることができる。
【００１０】
▲４▼ 次に、上述したＥＧＡ方式等により求めた各ショット領域の座標位置と予め計測したベースライン量とに基づいて露光位置にウエハ上の各ショット領域を順次位置決めしつつ、投影光学系を介してレチクルのパターン像をウエハ上に転写する露光工程が行なわれる。
【００１１】
▲５▼ 次に、露光処理されたウエハテーブル上のウエハをウエハアンローダを使ってウエハアンロードさせるウエハアンロード工程が行なわれる。このウエハアンロード工程は、露光処理を行なうウエハの上記▲１▼のウエハロード工程と同時に行なわれる。すなわち、▲１▼と▲５▼とによってウエハ交換工程が構成される。
【００１２】
このように、従来の投影露光装置では、ウエハ交換→サーチアライメント→ファインアライメント→露光→ウエハ交換……のように、大きく４つの動作が１つのウエハステージを用いて繰り返し行なわれている。
【００１３】
また、この種の投影露光装置のスループットＴＨＯＲ［枚／時間］は、上述したウエハ交換時間をＴ１、サーチアライメント時間をＴ２、ファインアライメント時間をＴ３、露光時間をＴ４とした場合に、次式（１）のように表すことができる。
【００１４】
ＴＨＯＲ＝３６００／（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４） ………（１）
上記Ｔ１〜Ｔ４の動作は、Ｔ１→Ｔ２→Ｔ３→Ｔ４→Ｔ１……のように順次（シーケンシャルに）繰り返し実行される。このため、Ｔ１〜Ｔ４までの個々の要素を高速化すれば分母が小さくなって、スループットＴＨＯＲを向上させることができる。しかし、上述したＴ１（ウエハ交換時間）とＴ２（サーチアライメント時間）は、ウエハ１枚に対して一動作が行なわれるだけであるから改善の効果は比較的小さい。また、Ｔ３（ファインアライメント時間）の場合は、上述したＥＧＡ方式を用いる際にショットのサンプリング数を少なくしたり、ショット単体の計測時間を短縮すればスループットを向上させることができるが、逆にアライメント精度を劣化させることになるため、安易にＴ３を短縮することはできない。
【００１５】
また、Ｔ４（露光時間）は、ウエハ露光時間とショット間のステッピング時間とを含んでいる。例えば、ステップ・アンド・スキャン方式のような走査型投影露光装置の場合は、ウエハ露光時間を短縮させる分だけレチクルとウエハの相対走査速度を上げる必要があるが、同期精度が劣化することから、安易に走査速度を上げることができない。
【００１６】
また、この種の投影露光装置で上記スループット面の他に、重要な条件としては、▲１▼解像度、▲２▼焦点深度（ＤＯＦ：Depth of Forcus ）、▲３▼線幅制御精度が挙げられる。解像度Ｒは、露光波長をλとし、投影レンズの開口数をＮ．Ａ．（Numerical Aperture )とすると、λ／Ｎ．Ａ．に比例し、焦点深度ＤＯＦはλ／（Ｎ．Ａ．）2 に比例する。
【００１７】
このため、解像度Ｒを向上させる（Ｒの値を小さくする）には、露光波長λを小さくするか、あるいは開口数Ｎ．Ａ．を大きくする必要がある。特に、最近では半導体素子等の高密度化が進んでおり、デバイスルールが０．２μｍＬ／Ｓ（ライン・アンド・スペース）以下となってきていることから、これらのパターンを露光する為には照明光源としてＫｒＦエキシマレーザを用いている。しかしながら、前述したように半導体素子の集積度は、将来的に更に上がることは必至であり、ＫｒＦより短波長な光源を備えた装置の開発が望まれる。このようなより短波長な光源を備えた次世代の装置の候補として、ＡｒＦエキシマレーザを光源とした装置、電子線露光装置等が代表的に挙げられるが、ＡｒＦエキシマレーザの場合は、酸素のある所では光が殆ど透過せず、高出力が出にくい上、レーザの寿命も短く、装置コストが高いという技術的な課題が山積しており、また、電子線露光装置の場合、光露光装置に比べてスループットが著しく低いという不都合があることから、短波長化を主な観点とした次世代機の開発は思うようにいかないというのが現実である。
【００１８】
解像度Ｒを上げる他の手法としては、開口数Ｎ．Ａ．を大きくすることも考えられるが、Ｎ．Ａ．を大きくすると、投影光学系のＤＯＦが小さくなるというデメリットがある。このＤＯＦは、ＵＤＯＦ（User Depth of Forcus：ユーザ側で使用する部分：パターン段差やレジスト厚等）と、装置自身の総合焦点差とに大別することができる。これまでは、ＵＤＯＦの比率が大きかったため、ＤＯＦを大きく取る方向が露光装置開発の主軸であり、このＤＯＦを大きくとる技術として例えば変形照明等が実用化されている。
【００１９】
ところで、デバイスを製造するためには、Ｌ／Ｓ（ライン・アンド・スペース）、孤立Ｌ（ライン）、孤立Ｓ（スペース）、及びＣＨ（コンタクトホール）等が組み合わさったパターンをウエハ上に形成する必要があるが、上記のＬ／Ｓ、孤立ライン等のパターン形状毎に最適露光を行なうための露光パラメータが異なっている。このため、従来は、ＥＤ−ＴＲＥＥ（レチクルが異なるＣＨは除く）という手法を用いて、解像線幅が目標値に対して所定の許容誤差内となり、かつ所定のＤＯＦが得られるような共通の露光パラメータ（コヒーレンスファクタσ、Ｎ．Ａ．、露光制御精度、レチクル描画精度等）を求めて、これを露光装置の仕様とすることが行なわれている。しかしながら、今後は以下のような技術的な流れがあると考えられている。
【００２０】
▲１▼プロセス技術（ウェハ上平坦化）向上により、パターン低段差化、レジスト厚減少が進み、ＵＤＯＦが１μｍ台→０．４μｍ以下になる可能性がある。
【００２１】
▲２▼露光波長がｇ線（４３６ｎｍ）→ｉ線（３６５ｎｍ）→ＫｒＦ（２４８ｎｍ）と短波長化している。しかし、今後はＡｒＦ（１９３）までの光源しか検討されてなく、その技術的ハードルも高い。その後はＥＢ露光に移行する。
【００２２】
▲３▼ステップ・アンド・リピートのような静止露光に代わりステップ・アンド・スキャンのような走査露光がステッパの主流になる事が予想されている。この技術は、径の小さい投影光学系で大フィールド露光が可能であり（特にスキャン方向）、その分高Ｎ．Ａ．化を実現し易い。
【００２３】
上記のような技術動向を背景にして、限界解像度を向上させる方法として、二重露光法が見直され、この二重露光法をＫｒＦ及び将来的にはＡｒＦ露光装置に用い、０．１μｍＬ／Ｓまで露光しようという試みが検討されている。一般に二重露光法は以下の３つの方法に大別される。
【００２４】
（１）露光パラメータの異なるＬ／Ｓ、孤立線を別々のレチクルに形成し、各々最適露光条件により同一ウエハ上に二重に露光を行なう。
【００２５】
（２）位相シフト法等を導入すると、孤立線よりＬ／Ｓの方が同一ＤＯＦにて限界解像度が高い。これを利用することにより、１枚目のレチクルで全てのパターンをＬ／Ｓで形成し、２枚目のレチクルにてＬ／Ｓを間引きすることで孤立線を形成する。
【００２６】
（３）一般に、Ｌ／Ｓより孤立線は、小さなＮ．Ａ．にて高い解像度を得ることができる（但し、ＤＯＦは小さくなる）。そこで、全てのパターンを孤立線で形成し、１枚目と２枚目のレチクルによってそれぞれ形成した孤立線の組み合わせにより、Ｌ／Ｓを形成する。
【００２７】
上記の二重露光法は解像度向上、ＤＯＦ向上の２つの効果がある。
【００２８】
しかし、二重露光法は、複数のレチクルを使って露光処理を複数回行なう必要があるため、従来の装置に比べて露光時間（Ｔ４）が倍以上になり、スループットが大幅に劣化するという不都合があったことから、現実には、二重露光法はあまり真剣に検討されてなく、従来より露光波長の紫外化、変形照明、位相シフトレチクル等により、解像度、焦点深度（ＤＯＦ）の向上が行なわれてきた。
【００２９】
しかしながら、先に述べた二重露光法をＫｒＦ，ＡｒＦ露光装置に用いると０．１μｍＬ／Ｓまでの露光が実現することにより、２５６Ｍ、１ＧのＤＲＡＭの量産を目的とする次世代機の開発の有力な選択肢であることは疑いなく、このためのネックとなる二重露光法の課題であるスループットの向上のため新技術の開発が待望されていた。
【００３０】
これに関し、前述した４つの動作、すなわちウエハ交換、サーチアライメント、ファインアライメント、及び露光動作の内の複数動作同士を部分的にでも同時並行的に処理できれば、これら４つの動作をシーケンシャルに行なう場合に比べて、スループットを向上させることができると考えられ、そのためには基板ステージを複数設けることが前提となるが、このことは理論上は簡単に思えるが、現実には基板ステージを複数設け、充分な効果を発揮させるためには、解決しなければならない多くの問題が山積している。例えば、現状と同程度の大きさの基板ステージを単に２つ並べて配置するのでは、装置の設置面積（いわゆるフットプリント）が著しく増大し、露光装置が置かれるクリーンルームのコストアップを招くという不都合がある。また、高精度な重ね合わせを実現するためには、同一の基板ステージ上の感応基板に対し、アライメントを実行した後、そのアライメントの結果を用いてマスクのパターン像と感応基板の位置合わせを実行して露光を行なう必要があるため、単に２つの基板ステージの内、一方を例えば露光専用、他方をアライメント専用等とすることは、現実的な解決策とは成り得ない。
【００３１】
本発明は、かかる事情の下になされたもので、その第１の目的は、露光動作とアライメント動作等との並行処理によりスループットの向上及び基板ステージの小型・軽量化を図ることが可能な投影露光装置を提供することにある。
【００３２】
また、本発明の第２の目的は、スループットの向上及びステージの小型・軽量化を図ることが可能な投影露光方法を提供することにある。
【００３３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、マスク（Ｒ）に形成されたパターンの像を投影光学系（ＰＬ）を介して感応基板（Ｗ１，Ｗ２）上に投影露光する投影露光装置であって、感応基板（Ｗ１）を保持して２次元平面内を移動可能な第１基板ステージ（ＷＳ１）と；感応基板（Ｗ２）を保持して前記第１基板ステージ（ＷＳ１）と同一平面内を前記第１基板ステージ（ＷＳ１）とは独立に移動可能な第２基板ステージ（ＷＳ２）と；前記投影光学系（ＰＬ）とは別に設けられ、前記基板ステージ（ＷＳ１，ＷＳ２）上又は前記基板ステージ（ＷＳ１，ＷＳ２）に保持された感応基板（Ｗ１，Ｗ２）上のマークを検出するためのアライメント系（例えば２４ａ）と；前記投影光学系（ＰＬ）の投影中心と前記アライメント系（２４ａ）の検出中心とを通る第１軸方向の一方側から前記第１基板ステージ（ＷＳ１）の前記第１軸方向の位置を常に計測する第１測長軸（ＢＩ１Ｘ）と、前記第１軸方向の他方側から前記第２基板ステージ（ＷＳ２）の前記第１軸方向の位置を常に計測する第２測長軸（ＢＩ２Ｘ）と、前記投影光学系（ＰＬ）の投影中心で前記第１軸と垂直に交差する第３測長軸（ＢＩ３Ｙ）と、前記アライメント系（２４ａ）の検出中心で前記第１軸と垂直に交差する第４測長軸（ＢＩ４Ｙ）とを備え、これらの測長軸（ＢＩ１Ｘ〜ＢＩ４Ｙ）により前記第１及び第２基板ステージ（ＷＳ１及びＷＳ２）の２次元位置をそれぞれ計測する干渉計システムと；前記第１基板ステージ（ＷＳ１）及び第２基板ステージ（ＷＳ２）の内の一方のステージの位置が前記干渉計システムの前記第３測長軸（ＢＩ３Ｙ）の計測値を用いて管理され，該一方のステージに保持された感応基板が露光される間に、前記第１基板ステージ（ＷＳ１）及び第２基板ステージ（ＷＳ２）の内の他方のステージに保持された感応基板上のアライメントマークと前記他方のステージ上の基準点との位置関係が前記アライメント系（２４ａ）の検出結果と前記干渉計システムの第４測長軸（ＢＩ４Ｙ）の計測値とを用いて検出されるように前記２つの基板ステージ（ＷＳ１、ＷＳ２）の動作を制御した後に、前記第３測長軸（ＢＩ３Ｙ）の計測値を用いて前記他方のステージの位置計測が可能な状態で、かつ前記投影光学系（ＰＬ）の投影領域内の所定の基準点との位置関係を検出可能な位置に前記他方のステージ上の基準点を位置決めした状態で前記第３測長軸（ＢＩ３Ｙ）の干渉計をリセットする制御する制御手段（９０）と；を有する。
【００３４】
これによれば、干渉計システムの第１測長軸、第２測長軸により第１基板ステージ、第２基板ステージの第１軸方向の位置が常に計測されるので、いずれの基板ステージについても第１軸方向に垂直な方向の位置を露光時、アライメントマーク計測時等に正確に計測すれば、第１、第２基板ステージの２次元位置を管理できる。この場合、制御手段では、第１基板ステージ及び第２基板ステージの内の一方のステージの位置が干渉計システムの第３測長軸の計測値を用いて管理され，該一方のステージに保持された感応基板が露光される間に、第１基板ステージ及び第２基板ステージの内の他方のステージに保持された感応基板上のアライメントマークと他方のステージ上の基準点との位置関係がアライメント系の検出結果と干渉計システムの第４測長軸の計測値とを用いて検出されるように２つの基板ステージの動作を制御した後に、第３測長軸の計測値を用いて他方のステージの位置計測が可能な状態で、かつ投影光学系の投影領域内の所定の基準点との位置関係を検出可能な位置に他方のステージ上の基準点を位置決めした状態で第３測長軸の干渉計をリセットする。
【００３５】
すなわち、制御手段では前記一方のステージに保持された感応基板に対し、投影光学系の投影中心で第１軸方向の測長軸（第１測長軸及び第２測長軸）に垂直に交差する第３測長軸の計測値を用いて一方のステージの位置をアッベ誤差なく管理しつつ投影光学系を介してのマスクのパターン像の露光が行なわれる間に、他方のステージに保持された感応基板上のアライメントマークと他方のステージ上の基準点との位置関係がアライメント系の検出結果とアライメント系の検出中心で第１軸方向の測長軸（第１測長軸及び第２測長軸）に垂直に交差する第４測長軸の計測値を用いてアッベ誤差なく正確に検出されるように、２つの基板ステージの動作を制御することができ、このようにして一方の基板ステージ上の露光動作と他方のステージ上のアライメント動作とを並行して行なうことができるので、スループットの向上を図ることが可能である。
【００３６】
また、制御手段では、上記の両ステージの動作が終了すると、第３測長軸の計測値を用いて他方のステージの位置計測が可能な状態で、かつ投影光学系の投影領域内の所定の基準点との位置関係を検出可能な位置に他方のステージ上の基準点を位置決めした状態で第３測長軸の干渉計をリセットする。このため、ステージ上の基準点と感応基板上のアライメントマークとの位置関係が計測された（アライメントが終了した）他方のステージについては、アライメントマークの計測時に使用された第４測長軸が計測不能状態におちいっても、何等の不都合なく、第３測長軸の計測値を用いてその位置を管理することができるようになり、他方のステージ上の基準点と投影光学系の投影領域内の所定の基準点との位置関係を検出し、この位置関係と前記アライメント計測結果と第３測長軸の計測値とを用いて投影光学系の投影領域と感応基板との位置合わせを行ないつつ露光を行なうことが可能となる。すなわち、アライメント時の他方のステージの位置を管理していた測長軸が計測不能となっても、別の測長軸により露光時の他方のステージの位置管理を行なうことが可能となることから、上記各測長軸の干渉計ビームを反射させるためのステージ反射面を小型化することができ、これにより基板ステージを小型化することができる。
【００３７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の投影露光装置において、前記投影光学系（ＰＬ）に関して前記アライメント系（２４ａ）の反対側に前記第１軸上に検出中心を有する別のアライメント系（２４ｂ）を有し、前記干渉計システムは、前記別のアライメント系（２４ｂ）の検出中心で前記第１軸と垂直に交差する第５測長軸（ＢＩ５Ｙ）を備え、前記制御手段（９０）は、前記一方のステージの位置が前記干渉計システムの前記第３測長軸（ＢＩ３Ｙ）の計測値を用いて管理され，該一方のステージに保持された感応基板が露光される間に、前記他方のステージに保持された感応基板上のアライメントマークと前記他方のステージ上の基準点との位置関係が前記アライメント系の検出結果と前記干渉計システムの第４測長軸（ＢＩ４Ｙ）の計測値とを用いて検出されるように前記２つの基板ステージの動作を制御した後に、前記第５測長軸（ＢＩ５Ｙ）の計測値を用いて前記一方のステージの位置計測が可能な状態で前記第５測長軸（ＢＩ５Ｙ）の干渉計をリセットするとともに、前記別のアライメント系（２４ｂ）の検出領域内に前記一方の基板ステージ上の基準点が位置決めされるように前記一方のステージの動作を制御することを特徴とする。
【００３８】
これによれば、制御手段では前記一方のステージに保持された感応基板に対し、投影光学系の投影中心で第１軸方向の測長軸（第１測長軸及び第２測長軸）に垂直に交差する第３測長軸の計測値を用いて一方のステージの位置をアッベ誤差なく管理しつつ投影光学系を介してのマスクのパターン像の露光が行なわれる間に、他方のステージに保持された感応基板上のアライメントマークと他方のステージ上の基準点との位置関係がアライメント系の検出結果とアライメント系の検出中心で第１軸方向の測長軸（第１測長軸及び第２測長軸）に垂直に交差する第４測長軸の計測値を用いてアッベ誤差なく正確に検出されるように、２つの基板ステージの動作を制御することができ、このようにして一方の基板ステージ上の露光動作と他方のステージ上のアライメント動作とが並行して行なわれることとなる。
【００３９】
また、制御手段では、上記の両ステージの動作が終了すると、第５測長軸の計測値を用いて一方のステージの位置計測が可能な状態で第５測長軸の干渉計をリセットするとともに、別のアライメント系の検出領域内に一方の基板ステージ上の基準点が位置決めされるように一方のステージの動作を制御する。このため、感応基板に対する露光が終了した一方のステージについては、露光時に使用された第３測長軸が計測不能状態になっても、何等の不都合なく、別のアライメント系の検出中心で第１軸方向の測長軸（第１測長軸及び第２測長軸）に垂直に交差する第５測長軸の計測値を用いてアッベ誤差なくその位置を管理することができるようになり、別のアライメント系により一方の基板ステージ上の基準点の位置と、一方のステージ上に保持された感応基板のアラメントマークの位置とを露光に引き続いて計測することができるようになる。従って、２つの基板ステージを第１軸方向にずらし、アライメント動作が終了した他方の基板ステージの位置計測が第３測長軸の計測値を用いて可能な状態で第３測長軸の干渉計をリセットし、第５測長軸の計測値を用いて露光動作が終了した一方のステージの位置計測が可能な状態で第５測長軸の干渉計をリセットすることにより、一方のステージ側の露光動作と他方のステージ側の露光動作を容易に切り替えることが可能になる。
【００４０】
この場合において、請求項３に記載の発明の如く、第１基板ステージ（ＷＳ１）及び第２基板ステージ（ＷＳ２）との間で感応基板（Ｗ１，Ｗ２）の受け渡しを行なう搬送システム（１８０〜２００）をさらに有する場合には、前記制御手段は、前記別のアライメント系（２４ｂ）の検出領域内に前記一方の基板ステージ上の基準点を位置決めした状態で、前記一方のステージと前記搬送システム（１８０〜２００）との間で基板の受け渡しを行なうようにすることが望ましい。このようにする場合には、上記の露光動作とアライメント動作との切り替えに加え、制御手段により、干渉計システムの第５測長軸のリセットとともに別のアライメント系の検出領域内に一方の基板ステージ上の基準点を位置決めした状態で一方のステージと搬送システムとの間で基板の受け渡しが行なわれるので、アライメント開始動作である基準点の位置計測と感応基板の交換とを基板ステージの静止状態で行なうことができる。更に、基板交換位置からアライメント開始位置への基板ステージの移動時間が零となるのに加え、先に説明した時間Ｔ１、時間Ｔ２及び時間Ｔ３の動作を一方の基板ステージ側で行ない、時間Ｔ４の動作を他方の基板ステージ側で行なうことが可能になるので、請求項２に記載の発明の場合に比べても一層スループットの向上を図ることが可能となる。
【００４１】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の投影露光装置において、前記第１基板ステージ（ＷＳ１）及び前記第２基板ステージ（ＷＳ２）上には前記ステージの基準点としての基準マーク（ＭＫ１，ＭＫ２，ＭＫ３）がそれぞれ形成され、前記投影光学系（ＰＬ）の投影領域内の所定の基準点は前記マスク（Ｒ）のパターン像の投影中心であり、前記マスク（Ｒ）のパターン像の投影中心と前記ステージ上の基準マークとの相対位置関係を前記マスク（Ｒ）と前記投影光学系（ＰＬ）を介して検出するマーク位置検出手段（１４２，１４４）を更に有することを特徴とする。
【００４２】
これによれば、制御手段では一方のステージに保持された感応基板に対し、第３測長軸の計測値を用いて一方のステージの位置をアッベ誤差なく管理しつつ投影光学系を介してのマスクのパターン像の露光が行なわれる間に、他方のステージに保持された感応基板上のアライメントマークと他方のステージ上の基準マーク（ＭＫ２）との位置関係がアライメント系（２４ａ）の検出結果と第４測長軸の計測値を用いてアッベ誤差なく正確に検出されるように、２つの基板ステージの動作を制御することができ、このようにして一方の基板ステージ上の露光動作と他方のステージ上のアライメント動作とが並行して行なわれることとなる。
【００４３】
また、制御手段では、上記の両ステージの動作が終了すると、第３測長軸の計測値を用いて他方のステージの位置計測が可能な状態で第３測長軸の干渉計をリセットするとともに、マスクのパターン像の投影中心との位置関係を検出可能な位置に他方のステージ上の基準点（ＭＫ１，ＭＫ３）が位置決めされるように他方のステージの動作を制御する。このため、ステージ上の基準点（ＭＫ２）と感応基板上のアライメントマークとの位置関係が計測された他方のステージについては、アライメントマークの計測時に使用された第４測長軸が計測不能状態になっても、何等の不都合なく、第３測長軸の計測値を用いてその位置を管理することができるようになり、他方のステージ上の基準点（ＭＫ１，ＭＫ３）とマスクのパターン像の投影中心との相対位置関係をマスク（Ｒ）と投影光学系（ＰＬ）を介して検出するマーク位置検出手段（１４２，１４４）を用いて検出することができ、この位置関係と前記アライメント計測結果と第３測長軸の計測値とを用いて投影光学系（ＰＬ）によるマスクのパターン像と感応基板との位置合わせを行ないつつ露光を行なうことが可能となる。
【００４４】
請求項５に記載の発明は、マスク（Ｒ）のパターンの像を投影光学系（ＰＬ）を介して感応基板（Ｗ１、Ｗ２）上に投影露光する投影露光方法であって、感応基板（Ｗ１、Ｗ２）を保持して各々同一の平面内を独立に移動可能な２つの基板ステージ（ＷＳ１、ＷＳ２）を用意し；所定の干渉計により前記２つのステージの内の一方の位置計測を行いながら、該一方のステージに保持された感応基板上に前記マスクのパターン像を投影露光し、前記一方のステージに保持された基板の露光中に、前記所定の干渉計とは別の干渉計により前記２つのステージの内の他方のステージの位置計測を行いながら、該他方のステージに保持された感応基板上の位置合わせマークと前記他方のステージ上の基準点との位置関係を計測し；前記一方のステージに保持された感応基板の露光終了後に、前記所定の干渉計により前記他方のステージの位置計測が可能な状態で、かつ前記投影光学系の投影領域内の所定の基準点との位置関係を検出可能な位置に前記他方のステージの基準点を位置決めした状態で、前記所定の干渉計をリセットするとともに、前記計測された位置関係及び前記検出された位置関係に基づき、前記リセットされた所定の干渉計を用いて前記他方のステージ上に保持された感応基板とマスクのパターン像との位置合わせを行うことを特徴とする。
【００４５】
これによれば、一方のステージに保持された感応基板の露光動作と、他方のステージに保持された感応基板の位置合わせマークと該ステージ上の基準点との位置関係の計測（アライメント動作）とが、並行して行われる。この際、一方のステージの位置は所定の干渉計によって管理され、他方のステージの位置は別の干渉計によって管理される。そして、一方のステージ側の露光動作が終了すると、それまで一方のステージの位置を管理していた所定の干渉計により他方のステージの位置計測が可能な状態で、かつ投影光学系の投影領域内の所定の基準点との位置関係を検出可能な位置に他方のステージの基準点が位置決めされた状態で、その所定の干渉計がリセットされる。続いて、先に計測された他方のステージに保持された感応基板上の位置合わせマークと他方のステージ上の基準点との位置関係及び検出された位置関係に基づき、リセットされた所定の干渉計を用いて他方のステージ上に保持された感応基板とマスクのパターン像との位置合わせが行われ、マスクのパターン像が感応基板上に投影露光される。
【００４６】
すなわち、一方の基板ステージに保持された感応基板の露光動作と他方のステージに保持された感応基板のアライメント動作とが並行して行われた後に、一方の基板ステージが所定の基板交換位置に退避するのと並行して他方のステージが投影光学系の方に移動され、その他方のステージがその位置を所定の干渉計により計測可能な位置でかつ投影光学系の投影領域内の所定の基準点（例えば、マスクのパターン像の投影中心）と他方のステージの基準点の位置関係を検出可能な位置までくると、当該所定の干渉計がリセットされるとともに、両者の位置関係が検出され、この検出結果と先にアライメント動作の際に計測されたステージ上の基準点と位置合わせマークとの位置関係とに基づいてリセット後の所定の干渉計で位置を管理しつつ他方のステージ上に保持された感応基板とマスクのパターン像との位置合わせが露光時に行われる。
【００４７】
従って、一方の基板ステージ上の感応基板の露光動作と他方の基板ステージ上の感応基板のアライメント動作とを並行して行なうことによりスループットの向上を図ることができるとともに、アライメント時の他方のステージの位置を管理していた別の干渉計が計測不能となっても、所定の干渉計により露光時の他方のステージの位置管理を行なうことが可能となることから、上記各干渉計の干渉計ビームを反射させるためのステージ反射面を小型化することができ、これにより基板ステージを小型化することができる。
【００４８】
請求項６に記載の発明は、マスク（Ｒ）に形成されたパターンの像を投影光学系（ＰＬ）を介して感応基板（Ｗ１，Ｗ２）上に投影露光する投影露光装置であって、感応基板（Ｗ１）を保持して２次元平面内を移動可能な第１基板ステージ（ＷＳ１）と；感応基板（Ｗ２）を保持して前記第１基板ステージ（ＷＳ１）と同一平面内を前記第１基板ステージ（ＷＳ１）とは独立に移動可能な第２基板ステージ（ＷＳ２）と；前記投影光学系（ＰＬ）とは別に設けられ、前記基板ステージ（ＷＳ１，ＷＳ２）上の基準マーク及び前記基板ステージに保持された感応基板上のマークを検出するためのアライメント系（例えば２４ａ）と；前記投影光学系（ＰＬ）の投影中心と前記アライメント系（２４ａ）の検出中心とを通る第１軸方向の一方側から前記第１基板ステージ（ＷＳ１）の前記第１軸方向の位置を計測するための第１測長軸（ＢＩ１Ｘ）と、前記第１軸方向の他方側から前記第２基板ステージ（ＷＳ２）の前記第１軸方向の位置を計測するための第２測長軸（ＢＩＸ２）と、前記投影光学系（ＰＬ）の投影中心で前記第１軸と直交する第３測長軸（ＢＩ３Ｙ）と、前記アライメント系（２４ａ）の検出中心で前記第１軸と直交する第４測長軸（ＢＩ４Ｙ）とを備え、これらの測長軸（ＢＩ１Ｘ〜ＢＩ４Ｙ）により前記第１及び第２基板ステージ（ＷＳ１及びＷＳ２）の２次元位置をそれぞれ計測する干渉計システムと；前記第１基板ステージ（ＷＳ１）及び前記第２基板ステージ（ＷＳ２）の内の一方のステージの位置を前記干渉計システムの第３測長軸（ＢＩ３Ｙ）を用いて管理しつつ該一方のステージ上の感応基板を露光している間に、前記他方のステージの位置を前記干渉計システムの第４測長軸（ＢＩ４Ｙ）を使って管理しつつ前記他方のステージに保持された感応基板上のマークと前記他方のステージ上の基準マークとの位置関係を前記アライメント系（２４ａ）を用いて求めるとともに、前記投影光学系（ＰＬ）による前記マスクのパターン像の投影位置と前記他方のステージ上の基準マークとの位置関係を求めるときに前記干渉計システムの第３測長軸（ＢＩ３Ｙ）の計測値をリセットする制御手段（９０）と；を有する。
【００４９】
これによれば、制御手段では、第１基板ステージ及び第２基板ステージの内の一方のステージの位置を干渉計システムの第３測長軸の計測値を用いて管理しつつ該一方のステージ上の感応基板を露光している間に、他方のステージに保持された感応基板上のマークと他方のステージ上の基準マークとの位置関係をアライメント系を用いて求めるとともに、一方のステージに保持された感応基板の露光後に、投影光学系によるマスクのパターン像の投影位置と他方のステージ上の基準マークとの位置関係を求めるときに干渉計システムの第３測長軸の計測値をリセットする。
【００５０】
すなわち、制御手段では前記一方のステージに保持された感応基板に対し、投影光学系の投影中心で第１軸方向の測長軸（第１測長軸及び第２測長軸）に直交する第３測長軸の計測値を用いて一方のステージの位置をアッベ誤差なく管理しつつ投影光学系を介してのマスクのパターン像の露光が行なわれる間に、他方のステージに保持された感応基板上のマークと他方のステージ上の基準マークとの位置関係をアライメント系の検出結果とアライメント系の検出中心で第１軸方向の測長軸（第１測長軸及び第２測長軸）に直交する第４測長軸の計測値を用いてアッベ誤差なく正確に検出し、このようにして一方の基板ステージ上の露光動作と他方のステージ上のアライメント動作とを並行して行なうことができるので、スループットの向上を図ることが可能である。
【００５１】
また、制御手段では、一方のステージに保持された感応基板の露光後、すなわち上記の両ステージの動作終了後に、投影光学系によるマスクのパターン像の投影位置と他方のステージ上の基準マークとの位置関係を求めるときに干渉計システムの第３測長軸の計測値をリセットする。このため、ステージ上の基準マークと感応基板上のアライメントマークとの位置関係が計測された（アライメントが終了した）他方のステージについては、アライメントマークの計測時に使用された第４測長軸が計測不能状態におちいっても、何等の不都合なく、第３測長軸の計測値を用いてその位置を管理することができるようになり、他方のステージ上の基準マークと投影光学系によるマスクのパターン像の投影位置との関係を求め、この位置関係と前記アライメント計測結果と第３測長軸の計測値とを用いて投影光学系の投影領域と感応基板との位置合わせを行ないつつ露光を行なうことが可能となる。すなわち、アライメント時の他方のステージの位置を管理していた測長軸が計測不能となっても、別の測長軸により露光時の他方のステージの位置管理を行なうことから、上記各測長軸の干渉計ビームを反射させるためのステージ反射面を小型化することができ、これにより基板ステージを小型化することができる。
【００５３】
請求項７に記載の発明は、上記請求項６に記載の投影露光装置において、前記制御手段（９０）は、前記他方のステージに保持された感応基板上のマークとその他方のステージ上の基準マークとの位置関係及び、前記投影光学系による前記マスクのパターン像の投影位置と前記他方のステージ上の基準マークとの位置関係を求めたときの前記第３測長軸の計測結果に基づいて前記他方のステージの位置を制御しながら前記他方のステージに保持された感応基板を露光することを特徴とする。
【００５４】
これによれば、他方のステージに保持された感応基板上のマークとその他方のステージ上の基準マークとの位置関係（これは同一のセンサ、すなわちアライメント系で求められている）及び、投影光学系によるマスクのパターン像の投影位置と他方のステージ上の基準マークとの位置関係を求めたときの第３測長軸の計測結果に基づいて他方のステージの位置を制御しながら他方のステージに保持された感応基板を露光するので、他方のステージに保持された感応基板上のマークとその他方のステージ上の基準マークとの位置関係を求めた後に、その位置関係を求めた際に他方のステージの位置を管理していた第４測長軸が計測不能となっても、何らの不都合が生じることなく、露光の際に感応基板を高精度に露光位置に位置決めすることが可能になる。
【００５５】
この場合において、請求項８に記載の発明の如く、前記制御手段（９０）は、前記他方のステージに保持された感応基板の露光後に、前記他方のステージ上の基準マークが前記アライメント系の検出領域内に入るように前記他方のステージを位置決めして感応基板の交換を行うようにすることが望ましい。
【００５６】
このようにする場合には、制御手段により、アライメント系の検出領域内に他方の基板ステージ上の基準マークを位置決めした状態で他方のステージ上の基板交換が行われるので、アライメント開始動作と感応基板の交換とを基板ステージの静止状態で行なうことができる。更に、基板交換位置からアライメント開始位置への基板ステージの移動時間が零となるのに加え、先に説明した時間Ｔ１、時間Ｔ２及び時間Ｔ３の動作を他方の基板ステージ側で行ない、時間Ｔ４の動作を一方の基板ステージ側で行なうことが可能になるので、スループットの向上が可能である。
【００５７】
また、この場合において、請求項９に記載の発明の如く、前記他方のステージ上の基準マークを前記アライメント系で検出するときに前記干渉計システムの第４測長軸の計測値をリセットするようにしても良い。
【００５８】
請求項１０に記載の発明は、マスク（Ｒ）に形成されたパターンの像を投影光学系（ＰＬ）を介して感応基板（Ｗ）上に投影露光する投影露光装置であって、感応基板（Ｗ１）を保持して２次元平面内を移動可能な第１基板ステージ（ＷＳ１）と；感応基板（Ｗ２）を保持して前記第１基板ステージ（ＷＳ１）と同一平面内を前記第１基板ステージ（ＷＳ１）とは独立に移動可能な第２基板ステージ（ＷＳ２）と；前記第１基板ステージ（ＷＳ１）及び前記第２基板ステージ（ＷＳ２）との間で感応基板の受け渡しを行う搬送システム（１８０〜２００）と；前記投影光学系（ＰＬ）とは別に設けられ、前記基板ステージ上の基準マーク及び前記基板ステージに保持された感応基板上のマークを検出するためのアライメント系（例えば２４ａ）と；前記第１基板ステージ（ＷＳ１）と前記第２基板ステージ（ＷＳ２）の内の一方のステージが前記搬送システム（１８０〜２００）との間で感応基板の受け渡しを行う間に、他方のステージが露光動作を行うように前記２つの基板ステージを制御する制御手段（９０）とを有し、該制御手段（９０）は、前記一方のステージが前記搬送システムとの間で感応基板の受け渡しを行うときに前記一方のステージ上の基準マークが前記アライメント系の検出領域内に入る位置に前記一方のステージを位置決めすることを特徴とする。
【００５９】
これによれば、制御手段により、第１基板ステージ及び第２基板ステージの内の一方のステージが搬送システムとの間で感応基板の受け渡しを行う間に、他方のステージが露光動作を行うように両ステージの動作が制御される。従って、先に説明した時間Ｔ１の動作と、時間Ｔ４の動作とが並行処理できる。また、制御手段により、一方のステージが搬送システムとの間で感応基板の受け渡しを行うときに一方のステージ上の基準マークがアライメント系の検出領域内に入る位置に一方のステージが位置決めされるので、アライメント開始動作である基準マークの位置計測と感応基板の交換とを基板ステージの静止状態で行なうことができる。更に、基板交換位置からアライメント開始位置への基板ステージの移動時間が零となるのに加え、先に説明した時間Ｔ１、時間Ｔ２及び時間Ｔ３の動作を一方の基板ステージ側で行ない、時間Ｔ４の動作を他方の基板ステージ側で行なうことが可能になる。従って、時間（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４）を要していた従来のシーケンシャルな処理に比べてスループットを向上させることが可能になる。
また本発明は、パターンの像を感応基板上に投影して、該感応基板を露光する投影露光装置であって、干渉計用の反射面（２１）を有し、感応基板（Ｗｌ）を保持して２次元方向（Ｘ軸方向，Ｙ軸方向）に移動可能な第１ステージ（ＷＳｌ）と；干渉計用の反射面（２３）を有し、感応基板（Ｗ２）を保持して、第１ステージ（ＷＳｌ）とは独立に、２次元方向（Ｘ軸方向，Ｙ軸方向）に移動可能な第２ステージ（ＷＳ２）と；ステージ（ＷＳｌ又はＷＳ２）に配置された基準（ＭＫ２）と、該ステージに保持された感応基板上のショット領域との第１位置関係を求めるための第１アライメント系（２４ａ）と；第１アライメント系（２４ａ）に対して第１軸方向（Ｘ軸方向）に離れて配置され、パターン像を感応基板上に投影するための投影光学系（ＰＬ）と；投影光学系（ＰＬ）によるパターン像の投影位置とステージに配置された基準（ＭＫｌ）との第２位置関係を求めるための第２アライメント系（１４２）と；第１位置関係を求めるために第１アライメン卜系（２４ａ）を用いて一方のステージ上の感応基板（例えばＷｌ）上のマーク検出を行うアライメント動作が行われるときに一方のステージ（ＷＳｌ）の第１軸方向（Ｘ軸方向）の位置を、第１軸方向（Ｘ軸方向）の一側から計測するための第１測長軸（ＢＩ１Ｘ）と、投影光学系（ＰＬ）を用いて他方のステージ上の感応基板（Ｗ２）の露光を行う露光動作が行われるときに他方のステージ（ＷＳ２）の第１軸方向（Ｘ軸方向）の位置を、第１軸方向（Ｘ軸方向）の他側から計測するための第２測長軸（ＢＩ２Ｘ）と、感応基板に対する露光動作が行われている他方のステージ（ＷＳ２）の第１軸方向（Ｘ軸方向）に垂直な第２軸方向（Ｙ軸方向）の位置を計測可能に配置され、露光動作の終了後、他方のステージ（ＷＳ２）の反射面（２３）から外れる第３測長軸（ＢＩ３Ｙ）と、露光動作と並行して、感応基板に対するアライメント動作が行われている一方のステージ（ＷＳｌ）の第２軸方向（Ｙ軸方向）の位置を計測可能に配置され、アライメント動作の終了後、一方のステージ（ＷＳｌ）の反射面（２１）から外れる第４測長軸（ＢＩ４Ｙ）とを有する干渉計システムと；を備え、一方のステージ（ＷＳｌ）上の感応基板（Ｗｌ）に対するアライメント動作の間に、その感応基板（Ｗｌ）上のマークを検出して、当該感応基板（Ｗｌ）上のショット領域と一方のステージ（ＷＳｌ）に配置された基準（ＭＫ２）との第１位置関係が求められ、一方のステージ（ＷＳｌ）側のアライメント動作、及び他方のステージ（ＷＳ２）側の露光動作の終了後に、第２アライメント系（１４２）を使って、投影光学系（ＰＬ）によるパターン像の投影位置と一方のステージ（ＷＳｌ）の基準（ＭＫｌ）との第２位置関係が求められ、そのときに、前記第３測長軸がリセットされ、その第２位置関係が求められた後に、その第１位置関係と第２位置関係とに基づいて一方のステージ（ＷＳ１）の位置を前記干渉計システムの前記第３測長軸及び前記第１測長軸又は第２測長軸を用いて制御しながら、一方のステージ（ＷＳｌ）に保持された感応基板（Ｗ１）上のショット領域が順次露光されることを特徴とするものである。
これによれば、スループットを向上させることが可能となり、ステージ反射面を小さくできるので、ステージの小型化を図ることができる。
【００６０】
【発明の実施の形態】
《第１の実施形態》
以下、本発明の第１の実施形態を図１ないし図１５に基づいて説明する。
【００６１】
図１には、一実施形態に係る投影露光装置１０の概略構成が示されている。この投影露光装置１０は、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式の走査露光型の投影露光装置である。
【００６２】
この投影露光装置１０は、ベース盤１２上を感応基板としてのウエハＷ１、Ｗ２をそれぞれ保持して独立して２次元方向に移動する第１、第２の基板ステージとしてのウエハステージＷＳ１、ＷＳ２を備えたステージ装置、このステージ装置の上方に配置された投影光学系ＰＬ、投影光学系ＰＬの上方でマスクとしてのレチクルＲを主として所定の走査方向、ここではＹ軸方向（図１における紙面直交方向）に駆動するレチクル駆動機構、レチクルＲを上方から照明する照明系及びこれら各部を制御する制御系等を備えている。
【００６３】
前記ステージ装置は、ベース盤１２上に不図示の空気軸受けを介して浮上支持され、Ｘ軸方向（図１における紙面左右方向）及びＹ軸方向（図１における紙面直交方向）に独立して２次元移動可能な２つのウエハステージＷＳ１、ＷＳ２と、これらのウエハステージＷＳ１、ＷＳ２を駆動するステージ駆動系と、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２の位置を計測する干渉計システムとを備えている。
【００６４】
これをさらに詳述すると、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２の底面には不図示のエアパッド（例えば、真空予圧型空気軸受け）が複数ヶ所に設けられており、このエアパッドの空気噴き出し力と真空予圧力とのバランスにより例えば数ミクロンの間隔を保った状態で、ベース盤１２上に浮上支持されている。
【００６５】
ベース盤１２上には、図３の平面図に示されるように、Ｘ軸方向に延びる２本のＸ軸リニアガイド（例えば、いわゆるムービングコイル型のリニアモータの固定側マグネットのようなもの）１２２、１２４が平行に設けられており、これらのＸ軸リニアガイド１２２、１２４には、当該各Ｘ軸リニアガイドに沿って移動可能な各２つの移動部材１１４、１１８及び１１６、１２０がそれぞれ取り付けられている。これら４つの移動部材１１４、１１８、１１６、１２０の底面部には、Ｘ軸リニアガイド１２２又は１２４を上方及び側方から囲むように不図示の駆動コイルがそれぞれ取り付けられており、これらの駆動コイルとＸ軸リニアガイド１２２又は１２４とによって、各移動部材１１４、１１６、１１８、１２０をＸ軸方向に駆動するムービングコイル型のリニアモータが、それぞれ構成されている。但し、以下の説明では、便宜上、上記移動部材１１４、１１６、１１８、１２０をＸ軸リニアモータと呼ぶものとする。
【００６６】
この内２つのＸ軸リニアモータ１１４、１１６は、Ｙ軸方向に延びるＹ軸リニアガイド（例えば、ムービングマグネット型のリニアモータの固定側コイルのようなもの）１１０の両端にそれぞれ設けられ、また、残り２つのＸ軸リニアモータ１１８、１２０は、Ｙ軸方向に延びる同様のＹ軸リニアガイド１１２の両端に固定されている。従って、Ｙ軸リニアガイド１１０は、Ｘ軸リニアモータ１１４、１１６によってＸ軸リニアガイド１２２、１２４に沿って駆動され、またＹ軸リニアガイド１１２は、Ｘ軸リニアモータ１１８、１２０によってＸ軸リニアガイド１２２、１２４に沿って駆動されるようになっている。
【００６７】
一方、ウエハステージＷＳ１の底部には、一方のＹ軸リニアガイド１１０を上方及び側方から囲む不図示のマグネットが設けられており、このマグネットとＹ軸リニアガイド１１０とによってウエハステージＷＳ１をＹ軸方向に駆動するムービングマグネット型のリニアモータが構成されている。また、ウエハステージＷＳ２の底部には、他方のＹ軸リニアガイド１１２を上方及び側方から囲む不図示のマグネットが設けられており、このマグネットとＹ軸リニアガイド１１２とによってウエハステージＷＳ２をＹ軸方向に駆動するムービングマグネット型のリニアモータが構成されている。
【００６８】
すなわち、本実施形態では、上述したＸ軸リニアガイド１２２、１２４、Ｘ軸リニアモータ１１４、１１６、１１８、１２０、Ｙ軸リニアガイド１１０、１１２及びウエハステージＷＳ１、ＷＳ２底部の不図示のマグネット等によってウエハステージＷＳ１、ＷＳ２を独立してＸＹ２次元駆動するステージ駆動系が構成されている。このステージ駆動系は、図１のステージ制御装置３８によって制御される。
【００６９】
なお、Ｙ軸リニアガイド１１０の両端に設けられた一対のＸ軸リニアモータ１１４、１１６のトルクを若干可変する事で、ウエハステージＷＳ１に微少ヨーイングを発生させたり、除去する事も可能である。同様に、Ｙ軸リニアガイド１１２の両端に設けられた一対のＸ軸リニアモータ１１８、１２０のトルクを若干可変する事で、ウエハステージＷＳ２に微少ヨーイングを発生させたり、除去する事も可能である。
【００７０】
前記ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２上には、不図示のウエハホルダを介してウエハＷ１、Ｗ２が真空吸着等により固定されている。ウエハホルダは、不図示のＺ・θ駆動機構によって、ＸＹ平面に直交するＺ軸方向及びθ方向（Ｚ軸回りの回転方向）に微小駆動されるようになっている。また、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２の上面には、種々の基準マークが形成された基準マーク板ＦＭ１、ＦＭ２がウエハＷ１、Ｗ２とそれぞれほぼ同じ高さになるように設置されている。これらの基準マーク板ＦＭ１、ＦＭ２は、例えば各ウエハステージの基準位置を検出する際に用いられる。
【００７１】
また、ウエハステージＷＳ１のＸ軸方向一側の面（図１における左側面）２０とＹ軸方向一側の面（図１における紙面奥側の面）２１とは、鏡面仕上げがなされた反射面となっており、同様に、ウエハステージＷＳ２のＸ軸方向他側の面（図１における右側面）２２とＹ軸方向の一側の面２３とは、鏡面仕上げがなされた反射面となっている。これらの反射面に、後述する干渉計システムを構成する各測長軸の干渉計ビームが投射され、その反射光を各干渉計で受光することにより、各反射面の基準位置（一般には投影光学系側面や、アライメント光学系の側面に固定ミラーを配置し、そこを基準面とする）からの変位を計測し、これにより、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２の２次元位置がそれぞれ計測されるようになっている。なお、干渉計システムの測長軸の構成については、後に詳述する。
【００７２】
前記投影光学系ＰＬとしては、ここでは、Ｚ軸方向の共通の光軸を有する複数枚のレンズエレメントから成り、両側テレセントリックで所定の縮小倍率、例えば１／５を有する屈折光学系が使用されている。このため、ステップ・アンド・スキャン方式の走査露光時におけるウエハステージの走査方向の移動速度は、レチクルステージの移動速度の１／５となる。
【００７３】
この投影光学系ＰＬのＸ軸方向の両側には、図１に示されるように、同じ機能を持ったオフアクシス（off-axis）方式のアライメント系２４ａ、２４ｂが、投影光学系ＰＬの光軸中心（レチクルパターン像の投影中心と一致）よりそれぞれ同一距離だけ離れた位置に設置されている。これらのアライメント系２４ａ、２４ｂは、ＬＳＡ（Laser Step Alignment）系、ＦＩＡ（ Filed Image Alignment）系、ＬＩＡ（Laser Interferometric Alignment ）系の３種類のアライメントセンサを有しており、基準マーク板上の基準マーク及びウエハ上のアライメントマークのＸ、Ｙ２次元方向の位置計測を行なうことが可能である。
【００７４】
ここで、ＬＳＡ系は、レーザ光をマークに照射して、回折・散乱された光を利用してマーク位置を計測する最も汎用性のあるセンサであり、従来から幅広いプロセスウエハに使用される。ＦＩＡ系は、ハロゲンランプ等のブロードバンド（広帯域）光でマークを照明し、このマーク画像を画像処理することによってマーク位置を計測するセンサであり、アルミ層やウエハ表面の非対称マークに有効に使用される。また、ＬＩＡ系は、回折格子状のマークに周波数をわずかに変えたレーザ光を２方向から照射し、発生した２つの回折光を干渉させて、その位相からマークの位置情報を検出するセンサであり、低段差や表面荒れウエハに有効に使用される。
【００７５】
本実施形態では、これら３種類のアライメントセンサを、適宜目的に応じて使い分け、ウエハ上の３点の一次元マークの位置を検出してウエハの概略位置計測を行なういわゆるサーチアライメントや、ウエハ上の各ショット領域の正確な位置計測を行なうファインアライメント等を行なうようになっている。
【００７６】
この場合、アライメント系２４ａは、ウエハステージＷＳ１上に保持されたウエハＷ１上のアライメントマーク及び基準マーク板ＦＭ１上に形成された基準マークの位置計測等に用いられる。また、アライメント系２４ｂは、ウエハステージＷＳ２上に保持されたウエハＷ２上のアライメントマーク及び基準マーク板ＦＭ２上に形成された基準マークの位置計測等に用いられる。
【００７７】
これらのアライメント系２４ａ、２４ｂを構成する各アライメントセンサからの情報は、アライメント制御装置８０によりＡ／Ｄ変換され、デジタル化された波形信号を演算処理してマーク位置が検出される。この結果が主制御装置９０に送られ、主制御装置９０からその結果に応じてステージ制御装置に対し露光時の同期位置補正等が指示されるようになっている。
【００７８】
さらに、本実施形態の露光装置１０では、図１では図示を省略したが、レチクルＲの上方に、図５に示されるような、投影光学系ＰＬを介してレチクルＲ上のレチクルマーク（図示省略）と基準マーク板ＦＭ１、ＦＭ２上のマークとを同時に観察するための露光波長を用いたＴＴＲ（Through The Reticle ）アライメント光学系から成る一対のマーク位置検出手段としてのレチクルアライメント顕微鏡１４２、１４４が設けられている。これらのレチクルアライメント顕微鏡１４２、１４４の検出信号は、主制御装置９０に供給されるようになっている。この場合、レチクルＲからの検出光をそれぞれレチクルアライメント顕微鏡１４２及び１４４に導くための偏向ミラー１４６及び１４８が移動自在に配置され、露光シーケンスが開始されると、主制御装置９０からの指令のもとで、不図示のミラー駆動装置によりそれぞれ偏向ミラー１４６及び１４８が待避される。なお、レチクルアライメント顕微鏡１４２、１４４と同等の構成は、例えば特開平７−１７６４６８号公報等に開示されているのでここでは詳細な説明については省略する。
【００７９】
また、図１では図示を省略したが、投影光学系ＰＬ、アライメント系２４ａ、２４ｂのそれぞれには、図４に示されるように、合焦位置を調べるためのオートフォーカス／オートレベリング計測機構（以下、「ＡＦ／ＡＬ系」という）１３０、１３２、１３４が設けられている。この内、ＡＦ／ＡＬ系１３２は、スキャン露光によりレチクルＲ上のパターンをウエハ（Ｗ１又はＷ２）上に正確に転写するには、レチクルＲ上のパターン形成面とウエハＷの露光面とが投影光学系ＰＬに関して共役になっている必要があることから、ウエハＷの露光面が投影光学系ＰＬの像面に焦点深度の範囲内で合致しているかどうか（合焦しているかどうか）を検出するために、設けられているものである。本実施形態では、ＡＦ／ＡＬ系１３２として、いわゆる多点ＡＦ系が使用されている。
【００８０】
ここで、このＡＦ／ＡＬ系１３２を構成する多点ＡＦ系の詳細構成について、図５及び図６に基づいて説明する。
【００８１】
このＡＦ／ＡＬ系（多点ＡＦ系）１３２は、図５に示されるように、光ファイバ束１５０、集光レンズ１５２、パターン形成板１５４、レンズ１５６、ミラー１５８及び照射対物レンズ１６０から成る照射光学系１５１と、集光対物レンズ１６２、回転方向振動板１６４、結像レンズ１６６、受光器１６８から成る集光光学系１６１とから構成されている。
【００８２】
ここで、このＡＦ／ＡＬ系（多点ＡＦ系）１３２の上記構成各部についてその作用と共に説明する。
【００８３】
露光光ＥＬとは異なるウエハＷ１（又はＷ２）上のフォトレジストを感光させない波長の照明光が、図示しない照明光源から光ファイバ束１５０を介して導かれ、この光ファイバ束１５０から射出された照明光が、集光レンズ１５２を経てパターン形成板１５４を照明する。このパターン形成板１５４を透過した照明光は、レンズ１５６、ミラー１５８及び照射対物レンズ１６０を経てウエハＷの露光面に投影され、ウエハＷ１（又はＷ２）の露光面に対してパターン形成板１５４上のパターンの像が光軸ＡＸに対して斜めに投影結像される。ウエハＷ１で反射された照明光は、集光対物レンズ１６２、回転方向振動板１６４及び結像レンズ１６６を経て受光器１６８の受光面に投影され、受光器１６８の受光面にパターン形成板１５４上のパターンの像が再結像される。ここで、主制御装置９０は、加振装置１７２を介して回転方向振動板１６４に所定の振動を与えるとともに、受光器１６８の多数（具体的には、パターン形成板１５４のスリットパターンと同数）の受光素子からの検出信号を信号処理装置１７０に供給する。また、信号処理装置１７０は、各検出信号を加振装置１７２の駆動信号で同期検波して得た多数のフォーカス信号をステージ制御装置３８を介して主制御装置９０へ供給する。
【００８４】
この場合、パターン形成板１５４には、図６に示されるように、例えば５×９＝４５個の上下方向のスリット状の開口パターン９３−１１〜９３−５９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ウエハＷの露光面上にＸ軸及びＹ軸に対して斜め（４５°）に投影される。この結果、図４に示されるようなＸ軸及びＹ軸に対して４５°に傾斜したマトリクス配置のスリット像が形成される。なお、図４における符号ＩＦは、照明系により照明されるレチクル上の照明領域と共役なウエハ上の照明フィールドを示す。この図４からも明らかなように、投影光学系ＰＬ下の照明フィールドＩＦより２次元的に十分大きいエリアに検出用ビームが照射されている。
【００８５】
その他のＡＦ／ＡＬ系１３０、１３４も、このＡＦ／ＡＬ系１３２と同様に構成されている。すなわち、本実施形態では、露光時の焦点検出に用いられるＡＦ／ＡＬ系１３２とほぼ同一の領域をアライメントマークの計測時に用いられるＡＦ／ＡＬ機構１３０、１３４によっても検出ビームが照射可能な構成となっている。このため、アライメント系２４ａ、２４ｂによるアライメントセンサの計測時に、露光時と同様のＡＦ／ＡＬ系の計測、制御によるオートフォーカス／オートレベリングを実行しつつアライメントマークの位置計測を行なうことにより、高精度なアライメント計測が可能になる。換言すれば、露光時とアライメント時との間で、ステージの姿勢によるオフセット（誤差）が発生しなくなる。
【００８６】
次に、レチクル駆動機構について、図１及び図２に基づいて説明する。
【００８７】
このレチクル駆動機構は、レチクルベース盤３２上をレチクルＲを保持してＸＹの２次元方向に移動可能なレチクルステージＲＳＴと、このレチクルステージＲＳＴを駆動する不図示のリニアモータと、このレチクルステージＲＳＴの位置を管理するレチクル干渉計システムとを備えている。
【００８８】
これを更に詳述すると、レチクルステージＲＳＴには、図２に示されるように、２枚のレチクルＲ１、Ｒ２がスキャン方向（Ｙ軸方向）に直列に設置できる様になっており、このレチクルステージＲＳＴは、不図示のエアーベアリング等を介してレチクルベース盤３２上に浮上支持され、不図示のリニアモータ等から成る駆動機構３０（図１参照）によりＸ軸方向の微小駆動、θ方向の微小回転及びＹ軸方向の走査駆動がなされるようになっている。なお、駆動機構３０は、前述したステージ装置と同様のリニアモータを駆動源とする機構であるが、図１では図示の便宜上及び説明の便宜上から単なるブロックとして示しているものである。このため、レチクルステージＲＳＴ上のレチクルＲ１、Ｒ２が例えば二重露光の際に選択的に使用され、いずれのレチクルについてもウエハ側と同期スキャンできる様な構成となっている。
【００８９】
このレチクルステージＲＳＴ上には、Ｘ軸方向の一側の端部に、レチクルステージＲＳＴと同じ素材（例えばセラミック等）から成る平行平板移動鏡３４がＹ軸方向に延設されており、この移動鏡３４のＸ軸方向の一側の面には鏡面加工により反射面が形成されている。この移動鏡３４の反射面に向けて図１の干渉計システム３６を構成する測長軸ＢＩ６Ｘで示される干渉計からの干渉計ビームが照射され、干渉計ではその反射光を受光してウエハステージ側と同様にして基準面に対する相対変位を計測することにより、レチクルステージＲＳＴの位置を計測している。ここで、この測長軸ＢＩ６Ｘを有する干渉計は、実際には独立に計測可能な２本の干渉計光軸を有しており、レチクルステージのＸ軸方向の位置計測と、ヨイーング量の計測が可能となっている。この測長軸ＢＩ６Ｘを有する干渉計は、後述するウエハステージ側の測長軸ＢＩ１Ｘ、ＢＩ２Ｘを有する干渉計１６、１８からのウエハステージＷＳ１、ＷＳ２のヨーイング情報やＸ位置情報に基づいてレチクルとウエハの相対回転（回転誤差）をキャンセルする方向にレチクルステージＲＳＴを回転制御したり、Ｘ方向同期制御を行なうために用いられる。
【００９０】
一方、レチクルステージＲＳＴの走査方向（スキャン方向）であるＹ軸方向の他側（図１における紙面手前側）には、一対のコーナーキューブミラー３５、３７が設置されている。そして、不図示の一対のダブルパス干渉計から、これらのコーナーキューブミラー３５、３７に対して図２に測長軸ＢＩ７Ｙ、ＢＩ８Ｙで示される干渉計ビームが照射され、レチクルベース盤３２上の反射面にコーナーキューブミラー３５、３７より戻され、そこで反射したそれぞれの反射光が同一光路を戻り、それぞれのダブルパス干渉計で受光され、それぞれのコーナーキューブミラー３５、３７の基準位置（レファレンス位置で前記レチクルベース盤３２上の反射面）からの相対変位が計測される。そして、これらのダブルパス干渉計の計測値が図１のステージ制御装置３８に供給され、その平均値に基づいてレチクルステージＲＳＴのＹ軸方向の位置が計測される。このＹ軸方向位置の情報は、ウエハ側の測長軸ＢＩ３Ｙを有する干渉計の計測値に基づくレチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳ１又はＷＳ２との相対位置の算出、及びこれに基づく走査露光時の走査方向（Ｙ軸方向）のレチクルとウエハの同期制御に用いられる。
【００９１】
一方、レチクルステージＲＳＴの走査方向（スキャン方向）であるＹ軸方向の他側（図１における紙面手前側）には、一対のコーナーキューブミラー３５、３７が設置されている。そして、不図示の一対のダブルパス干渉計から、これらのコーナーキューブミラー３５、３７に対して図２に測長軸ＢＩ７Ｙ、ＢＩ８Ｙで示される干渉計ビームが照射され、レチクルベース盤３２上の反射面にコーナーキューブミラー３５、３７より戻され、そこで反射したそれぞれの反射光が同一光路を戻りそれぞれのダブルパス干渉計で受光され、それぞれのコーナーキューブミラー３５、３７の基準位置（レファレンス位置で前記レチクルベース盤３２上の反射面）からの相対変位が計測される。そして、これらのダブルパス干渉計の計測値が図１のステージ制御装置３８に供給され、その平均値に基づいてレチクルステージＲＳＴのＹ軸方向の位置が計測される。このＹ軸方向位置の情報は、ウエハ側の測長軸ＢＩ３Ｙを有する干渉計の計測値に基づくレチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳ１又はＷＳ２との相対位置の算出、及びこれに基づく走査露光時の走査方向（Ｙ軸方向）のレチクルとウエハの同期制御に用いられる。
【００９２】
すなわち、本実施形態では、干渉計３６及び測長軸ＢＩ７Ｙ、ＢＩ８Ｙで示される一対のダブルパス干渉計によってレチクル干渉計システムが構成されている。
【００９３】
次に、ウエハステージＷＳＴ１、ＷＳＴ２の位置を管理する干渉計システムについて、図１ないし図３を参照しつつ説明する。
【００９４】
これらの図に示されるように、投影光学系ＰＬの投影中心とアライメント系２４ａ、２４ｂのそれぞれの検出中心とを通る第１軸（Ｘ軸）に沿ってウエハステージＷＳ１のＸ軸方向一側の面には、図１の干渉計１６からの第１測長軸ＢＩ１Ｘで示される干渉計ビームが照射され、同様に、第１軸に沿ってウエハステージＷＳ２のＸ軸方向の他側の面には、図１の干渉計１８からの第２測長軸ＢＩ２Ｘで示される干渉計ビームが照射されている。そして、干渉計１６、１８ではこれらの反射光を受光することにより、各反射面の基準位置からの相対変位を計測し、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２のＸ軸方向位置を計測するようになっている。ここで、干渉計１６、１８は、図２に示されるように、各３本の光軸を有する３軸干渉計であり、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２のＸ軸方向の計測以外に、チルト計測及びθ計測が可能となっている。各光軸の出力値は独立に計測できる様になっている。ここで、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２のθ回転を行なう不図示のθステージ及びＺ軸方向の微小駆動及び傾斜駆動を行なう不図示のＺ・レベリングステージは、実際には、反射面の下にあるので、ウエハステージのチルト制御時の駆動量は全て、これらの干渉計１６、１８によりモニターする事ができる。
【００９５】
なお、第１測長軸ＢＩ１Ｘ、第２測長軸ＢＩ２Ｘの各干渉計ビームは、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２の移動範囲の全域で常にウエハステージＷＳ１、ＷＳ２に当たるようになっており、従って、Ｘ軸方向については、投影光学系ＰＬを用いた露光時、アライメント系２４ａ、２４ｂの使用時等いずれのときにもウエハステージＷＳ１、ＷＳ２の位置は、第１測長軸ＢＩ１Ｘ、第２測長軸ＢＩ２Ｘの計測値に基づいて管理される。
【００９６】
また、図２及び図３に示されるように、投影光学系ＰＬの投影中心で第１軸（Ｘ軸）と垂直に交差する第３測長軸ＢＩ３Ｙを有する干渉計と、アライメント系２４ａ、２４ｂのそれぞれの検出中心で第１軸（Ｘ軸）とそれぞれ垂直に交差する第４測長軸としての測長軸ＢＩ４Ｙ、ＢＩ５Ｙをそれぞれ有する干渉計とが設けられている（但し、図中では測長軸のみが図示されている）。
【００９７】
本実施形態の場合、投影光学系ＰＬを用いた露光時のウエハステージＷＳ１、ＷＳ２のＹ方向位置計測には、投影光学系の投影中心、すなわち光軸ＡＸを通過する測長軸ＢＩ３Ｙの干渉計の計測値が用いられ、アライメント系２４ａの使用時のウエハステージＷＳ１のＹ方向位置計測には、アライメント系２４ａの検出中心、すなわち光軸ＳＸを通過する測長軸ＢＩ４Ｙの計測値が用いられ、アライメント系２４ｂ使用時のウエハステージＷＳ２のＹ方向位置計測には、アライメント系２４ｂの検出中心、すなわち光軸ＳＸを通過する測長軸ＢＩ５Ｙの計測値が用いられる。
【００９８】
従って、各使用条件により、Ｙ軸方向の干渉計測長軸がウエハステージＷＳ１、ＷＳ２の反射面より外れる事となるが、少なくとも一つの測長軸、すなわち測長軸ＢＩ１Ｘ、ＢＩ２ＸはそれぞれのウエハステージＷＳ１、ＷＳ２の反射面から外れることがないので、使用する干渉計光軸が反射面上に入った適宜な位置でＹ側の干渉計のリセットを行なうことができる。この干渉計のリセット方法については、後に詳述する。
【００９９】
なお、上記Ｙ計測用の測長軸ＢＩ３Ｙ、ＢＩ４Ｙ、ＢＩ５Ｙの各干渉計は、各２本の光軸を有する２軸干渉計であり、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２のＹ軸方向の計測以外に、チルト計測が可能となっている。各光軸の出力値は独立に計測できるようにになっている
【０１００】
本実施形態では、干渉計１６、１８及び測長軸ＢＩ３Ｙ、ＢＩ４Ｙ、ＢＩ５Ｙを有する３つの干渉計の合計５つの干渉計によって、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２の2次元座標位置を管理する干渉計システムが構成されている。
【０１０１】
また、本実施形態では、後述するように、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２の内の一方が露光シーケンスを実行している間、他方はウエハ交換、ウエハアライメントシーケンスを実行するが、この際に両ステージの干渉がないように、各干渉計の出力値に基づいて主制御装置９０の指令に応じてステージ制御装置３８により、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２の移動が管理されている。
【０１０２】
次に、照明系について、図１に基づいて説明する。この照明系は、図１に示されるように、露光光源４０、シャッタ４２、ミラー４４、ビームエキスパンダ４６、４８、第１フライアイレンズ５０、レンズ５２、振動ミラー５４、レンズ５６、第２フライアイレンズ５８、レンズ６０、固定ブラインド６２、可動ブラインド６４、リレーレンズ６６、６８等から構成されている。
【０１０３】
ここで、この照明系の上記構成各部についてその作用とともに説明する。
【０１０４】
光源であるＫｒＦエキシマレーザと減光システム（減光板、開口絞り等）よりなる光源部４０から射出されたレーザ光は、シャッタ４２を透過した後、ミラー４４により偏向されて、ビームエキスパンダ４６、４８により適当なビーム径に整形され、第１フライアイレンズ５０に入射される。この第１フライアイレンズ５０に入射された光束は、２次元的に配列されたフライアイレンズのエレメントにより複数の光束に分割され、レンズ５２、振動ミラー５４、レンズ５６により再び各光束が異なった角度より第２フライアイレンズ５８に入射される。この第２フライアイレンズ５８より射出された光束は、レンズ６０により、レチクルＲと共役な位置に設置された固定ブラインド６２に達し、ここで所定形状にその断面形状が規定された後、レチクルＲの共役面から僅かにデフォーカスされた位置に配置された可動ブラインド６４を通過し、リレーレンズ６６、６８を経て均一な照明光として、レチクルＲ上の上記固定ブラインド６２によって規定された所定形状、ここでは矩形スリット状の照明領域ＩＡ（図２参照）を照明する。
【０１０５】
次に、制御系について図１に基づいて説明する。この制御系は、装置全体を統括的に制御する制御手段としての主制御装置９０を中心に、この主制御装置９０の配下にある露光量制御装置７０及びステージ制御装置３８等から構成されている。
【０１０６】
ここで、制御系の上記構成各部の動作を中心に本実施形態に係る投影露光装置１０の露光時の動作について説明する。
【０１０７】
露光量制御装置７０は、レチクルＲとウエハ（Ｗ１又はＷ２）との同期走査が開始されるのに先立って、シャッタ駆動装置７２に指示してシャッタ駆動部７４を駆動させてシャッタ４２をオープンする。
【０１０８】
この後、ステージ制御装置３８により、主制御装置９０の指示に応じてレチクルＲとウエハ（Ｗ１又はＷ２）、すなわちレチクルステージＲＳＴとウエハステージ（ＷＳ１又はＷＳ２）の同期走査（スキャン制御）が開始される。この同期走査は、前述した干渉計システムの測長軸ＢＩ３Ｙと測長軸ＢＩ１Ｘ又はＢＩ２Ｘ及びレチクル干渉計システムの測長軸ＢＩ７Ｙ、ＢＩ８Ｙと測長軸ＢＩ６Ｘの計測値をモニタしつつ、ステージ制御装置３８によってレチクル駆動部３０及びウエハステージの駆動系を構成する各リニアモータを制御することにより行なわれる。
【０１０９】
そして、両ステージが所定の許容誤差以内に等速度制御された時点で、露光量制御装置７０では、レーザ制御装置７６に指示してパルス発光を開始させる。これにより、照明系からの照明光により、その下面にパターンがクロム蒸着されたレチクルＲの前記矩形の照明領域ＩＡが照明され、その照明領域内のパターンの像が投影光学系ＰＬにより１／５倍に縮小され、その表面にフォトレジストが塗布されたウエハ（Ｗ１又はＷ２）上に投影露光される。ここで、図２からも明らかなように、レチクル上のパターン領域に比べ照明領域ＩＡの走査方向のスリット幅は狭く、上記のようにレチクルＲとウエハ（Ｗ１又はＷ２）とを同期走査することで、パターンの全面の像がウエハ上のショット領域に順次形成される。
【０１１０】
ここで、前述したパルス発光の開始と同時に、露光量制御装置７０は、ミラー駆動装置７８に指示して振動ミラー５４を駆動させ、レチクルＲ上のパターン領域が完全に照明領域ＩＡ（図２参照）を通過するまで、すなわちパターンの全面の像がウエハ上のショット領域に形成されるまで、連続してこの制御を行なうことで２つのフライアイレンズ５０、５８で発生する干渉縞のムラ低減を行なう。
【０１１１】
また、上記の走査露光中にショットエッジ部でのレチクル上の遮光領域よりも外に照明光が漏れないように、レチクルＲとウエハＷのスキャンと同期して可動ブラインド６４がブラインド制御装置３９によって駆動制御されており、これらの一連の同期動作がステージ制御装置３８により管理されている。
【０１１２】
ところで、上述したレーザ制御装置７６によるパルス発光は、ウエハＷ１、Ｗ２上の任意の点が照明フィールド幅（ｗ）を通過する間にｎ回（ｎは正の整数）発光する必要があるため、発振周波数をｆとし、ウエハスキャン速度をＶとすると、次式（２）を満たす必要がある。
【０１１３】
ｆ／ｎ＝Ｖ／ｗ ………………（２）
また、ウエハ上に照射される１パルスの照射エネルギーをＰとし、レジスト感度をＥとすると、次式（３）を満たす必要がある。
【０１１４】
ｎＰ＝Ｅ ………………（３）
このように、露光量制御装置７０は、照射エネルギーＰや発振周波数ｆの可変量について全て演算を行ない、レーザ制御装置７６に対して指令を出して露光光源４０内に設けられた減光システムを制御することによって照射エネルギーＰや発振周波数ｆを可変させたり、シャッタ駆動装置７２やミラー駆動装置７８を制御するように構成されている。
【０１１５】
さらに、主制御装置９０では、例えば、スキャン露光時に同期走査を行なうレチクルステージとウエハステージの移動開始位置（同期位置）を補正する場合、各ステージを移動制御するステージ制御装置３８に対して補正量に応じたステージ位置の補正を指示する。
【０１１６】
更に、本実施形態の投影露光装置では、ウエハステージＷＳ１との間でウエハの交換を行なう第１の搬送システムと、ウエハステージＷＳ２との間でウエハ交換を行なう第２の搬送システムとが設けられている。
【０１１７】
第１の搬送システムは、図７に示されるように、左側のウエハローディング位置にあるウエハステージＷＳ１との間で後述するようにしてウエハ交換を行なう。この第１の搬送システムは、Ｙ軸方向に延びる第１のローディングガイド１８２、このローディングガイド１８２に沿って移動する第１のスライダ１８６及び第２のスライダ１９０、第１のスライダ１８６に取り付けられた第１のアンロードアーム１８４、第２のスライダ１９０に取り付けられた第１のロードアーム１８８等を含んで構成される第１のウエハローダと、ウエハステージＷＳ１上に設けられた３本の上下動部材から成る第１のセンターアップ１８０とから構成される。
【０１１８】
ここで、この第１の搬送システムによるウエハ交換の動作について、簡単に説明する。
【０１１９】
ここでは、図７に示されるように、左側のウエハローディング位置にあるウエハステージＷＳ１上にあるウエハＷ１’と第１のウエハローダにより搬送されてきたウエハＷ１とが交換される場合について説明する。
【０１２０】
まず、主制御装置９０では、ウエハステージＷＳ１上の不図示のウエハホルダのバキュームを不図示のスイッチを介してオフし、ウエハＷ１’の吸着を解除する。
【０１２１】
次に、主制御装置９０では、不図示のセンターアップ駆動系を介してセンターアップ１８０を所定量上昇駆動する。これにより、ウエハＷ１’が所定位置まで持ち上げられる。この状態で、主制御装置９０では、不図示のウエハローダ制御装置に第１のアンロードアーム１８４の移動を支持する。これにより、ウエハローダ制御装置により第１のスライダ１８６が駆動制御され、第１のアンロードアーム１８４がローディングガイド１８２に沿ってウエハステージＷＳ１上まで移動してウエハＷ１’の真下に位置する。
【０１２２】
この状態で、主制御装置９０では、センターアップ１８０を所定位置まで下降駆動させる。このセンターアップ１８０の下降の途中で、ウエハＷ１’が第１のアンロードアーム１８４に受け渡されるので、主制御装置９０ではウエハローダ制御装置に第１のアンロードアーム１８４のバキューム開始を指示する。これにより、第１のアンロードアーム１８４にウエハＷ１’が吸着保持される。
【０１２３】
次に、主制御装置９０では、ウエハローダ制御装置に第１のアンロードアーム１８４の退避と第１のロードアーム１８８の移動開始を指示する。これにより、第１のスライダ１８６と一体的に第１のアンロードアーム１８４が図７の−Ｙ方向に移動を開始すると同時に第２のスライダ１９０がウエハＷ１を保持した第１のロードアーム１８８と一体的に＋Ｙ方向に移動を開始する。そして、第１のロードアーム１８８がウエハステージＷＳ１の上方に来たとき、ウエハローダ制御装置により第２のスライダ１９０が停止されるとともに第１のロードアーム１８８のバキュームが解除される。
【０１２４】
この状態で、主制御装置９０ではセンターアップ１８０を上昇駆動し、センターアップ１８０によりウエハＷ１を下方から持ち上げさせる。次いで、主制御装置９０ではウエハローダ制御装置にロードアームの退避を指示する。これにより、第２のスライダ１９０が第１のロードアーム１８８と一体的に−Ｙ方向に移動を開始して第１のロードアーム１８８の退避が行なわれる。この第１のロードアーム１８８の退避開始と同時に主制御装置９０では、センターアップ１８０の下降駆動を開始してウエハＷ１をウエハステージＷＳ１上の不図示のウエハホルダに載置させ、当該ウエハホルダのバキュームをオンにする。これにより、ウエハ交換の一連のシーケンスが終了する。
【０１２５】
第２の搬送システムは、同様に、図８に示されるように、右側のウエハローディング位置にあるウエハステージＷＳ２との間で上述と同様にしてウエハ交換を行なう。この第２の搬送システムは、Ｙ軸方向に延びる第２のローディングガイド１９２、この第２のローディングガイド１９２に沿って移動する第３のスライダ１９６及び第４のスライダ２００、第３のスライダ１９６に取り付けられた第２のアンロードアーム１９４、第４のスライダ２００に取り付けられた第２のロードアーム１９８等を含んで構成される第２のウエハローダと、ウエハステージＷＳ２上に設けられた不図示の第２のセンターアップとから構成される。
【０１２６】
次に、図７及び図８に基づいて、本実施形態の特徴である２つのウエハステージによる並行処理について説明する。
【０１２７】
図７には、ウエハステージＷＳ２上のウエハＷ２を投影光学系ＰＬを介して露光動作を行なっている間に、左側ローディング位置にて上述の様にしてウエハステージＷＳ１と第１の搬送システムとの間でウエハの交換が行なわれている状態の平面図が示されている。この場合、ウエハステージＷＳ１上では、ウエハ交換に引き続いて後述するようにしてアライメント動作が行なわれる。なお、図７において、露光動作中のウエハステージＷＳ２の位置制御は、干渉計システムの測長軸ＢＩ２Ｘ、ＢＩ３Ｙの計測値に基づいて行なわれ、ウエハ交換とアライメント動作が行なわれるウエハステージＷＳ１の位置制御は、干渉計システムの測長軸ＢＩ１Ｘ、ＢＩ４Ｙの計測値に基づいて行なわれる。
【０１２８】
この図７に示される左側のローディング位置ではアライメント系２４ａの真下にウエハステージＷＳ１の基準マーク板ＦＭ１上の基準マークが来るような配置となっている（図９（Ａ）参照）。このため、主制御装置９０では、アライメント系２４ａにより基準マーク板ＦＭ１上の基準マークＭＫ２を検出する以前に、干渉計システムの測長軸ＢＩ４Ｙの干渉計のリセットを実行している。
【０１２９】
図９（Ｂ）には、基準マークＭＫ２の形状の一例及びそれをアライメント系２４ａのＦＩＡ系センサで検出する画像取り込みの様子が示されている。この図９（Ｂ）において、符号ＳｘはＣＣＤの画像取り込み範囲を示し、符号Ｍで示される十字状マークは、ＦＩＡ系センサ内の指標である。ここでは、Ｘ軸方向の画像取り込み範囲のみが示されているが、実際にはＹ軸方向についても同様の画像取り込みが行われることは勿論である。
【０１３０】
図９（Ｃ）には、図９（Ｂ）のマークＭＫ２の画像をＦＩＡ系のセンサで取り込んだ際にアライメント制御装置８０内の画像処理系にて得られた波形信号が示されている。アライメント制御装置８０ではこの波形信号を解析することで指標中心を基準とするマークＭＫ２の位置を検出し、主制御装置９０では、前記マークＭＫ２の位置と測長軸ＢＩ１Ｘ、ＢＩ４Ｙの干渉計の計測結果とに基づいて測長軸ＢＩ１ＸとＢＩ４Ｙを用いた座標系（以下、適宜「第１のステージ座標系」という）における基準マーク板ＦＭ１上のマークＭＫ２の座標位置を算出する。
【０１３１】
上述したウエハ交換、干渉計のリセットに引き続いて、サーチアライメントが行なわれる。そのウエハ交換後に行なわれるサーチアライメントとは、ウエハＷ１の搬送中になされるプリアライメントだけでは位置誤差が大きいため、ウエハステージＷＳ１上で再度行なわれるプリアライメントのことである。具体的には、ステージＷＳ１上に載置されたウエハＷ１上に形成された３つのサーチアライメントマーク（図示せず）の位置をアライメント系２４ａのＬＳＡ系のセンサ等を用いて計測し、その計測結果に基づいてウエハＷ１のＸ、Ｙ、θ方向の位置合わせを行なう。このサーチアライメントの際の各部の動作は、主制御装置９０により制御される。
【０１３２】
このサーチアライメントの終了後、ウエハＷ１上の各ショット領域の配列をここではＥＧＡを使って求めるファインアライメントが行なわれる。具体的には、干渉計システム（測長軸ＢＩ１Ｘ、ＢＩ４Ｙ）により、ウエハステージＷＳ１の位置を管理しつつ、設計上のショット配列データ（アライメントマーク位置データ）をもとに、ウエハステージＷＳ１を順次移動させつつ、ウエハＷ１上の所定のサンプルショットのアライメントマーク位置をアライメント系２４ａのＦＩＡ系のセンサ等で計測し、この計測結果とショット配列の設計座標データに基づいて最小自乗法による統計演算により、全てのショット配列データを演算する。これにより、上記の第１ステージ座標系上で各ショットの座標位置が算出される。なお、このＥＧＡの際の各部の動作は主制御装置９０により制御され、上記の演算は主制御装置９０により行なわれる。
【０１３３】
そして、主制御装置９０では、各ショットの座標位置から前述した基準マークＭＫ２の座標位置を減算することで、マークＭＫ２に対する各ショットの相対位置関係を算出する。
【０１３４】
本実施形態の場合、前述したように、アライメント系２４ａによる計測時に、露光時と同じＡＦ／ＡＬ系１３２（図４参照）の計測、制御によるオートフォーカス／オートレベリングを実行しつつアライメントマークの位置計測が行なわれ、アライメント時と露光時との間にステージの姿勢によるオフセット（誤差）を生じさせないようにすることができる。
【０１３５】
ウエハステージＷＳ１側で、上記のウエハ交換、アライメント動作が行なわれている間に、ウエハステージＷＳ２側では、図１２に示されるような２枚のレチクルＲ１、Ｒ２を使い、露光条件を変えながら連続してステップ・アンド・スキャン方式により二重露光が行なわれる。
【０１３６】
具体的には、前述したウエハＷ１側と同様にして事前にマークＭＫ２に対する各ショットの相対位置関係の算出が行われており、この結果と、レチクルアライメント顕微鏡１４４、１４２による基準アーク板ＦＭ１上マークＭＫ１，ＭＫ３とそれに対応するレチクル上マークＲＭＫ１，ＲＭＫ３のウエハ面上投影像の相対位置検出（これについては後に詳述する）の結果とに基づいて、ウエハＷ２上のショット領域を投影光学系ＰＬの光軸下方に順次位置決めしつつ、各ショット領域の露光の都度、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳ２とを走査方向に同期走査させることにより、スキャン露光が行なわれる。
【０１３７】
このようなウエハＷ２上の全ショット領域に対する露光がレチクル交換後にも連続して行なわれる。具体的な二重露光の露光順序としては、図１３（Ａ）に示されるように、ウエハＷ１の各ショット領域をレチクルＲ２（Ａパターン）を使ってＡ１〜Ａ１２まで順次スキャン露光を行なった後、駆動系３０を用いてレチクルステージＲＳＴを走査方向に所定量移動してレチクルＲ１（Ｂパターン）を露光位置に設定した後、図１３（Ｂ）に示されるＢ１〜Ｂ１２の順序でスキャン露光を行なう。この時、レチクルＲ２とレチクルＲ１では露光条件（ＡＦ／ＡＬ、露光量）や透過率が異なるので、レチクルアライメント時にそれぞれの条件を計測し、その結果に応じて条件の変更を行なう必要がある。
【０１３８】
このウエハＷ２の二重露光中の各部の動作も主制御装置９０によって制御される。
【０１３９】
上述した図７に示す２つのウエハステージＷＳ１、ＷＳ２上で並行して行なわれる露光シーケンスとウエハ交換・アライメントシーケンスとは、先に終了したウエハステージの方が待ち状態となり、両方の動作が終了した時点で図８に示す位置までウエハステージＷＳ１、ＷＳ２が移動制御される。そして、露光シーケンスが終了したウエハステージＷＳ２上のウエハＷ２は、右側ローディングポジションでウエハ交換がなされ、アライメントシーケンスが終了したウエハステージＷＳ１上のウエハＷ１は、投影光学系ＰＬの下で露光シーケンスが行なわれる。
【０１４０】
図８に示される右側ローディングポジションでは、左側ローディングポジションと同様にアライメント系２４ｂの下に基準マーク板ＦＭ２上の基準マークＭＫ２が位置づけられるようになっており、前述のウエハ交換動作とアライメントシーケンスとが実行される事となる。勿論、干渉計システムの測長軸ＢＩ５Ｙを有する干渉計のリセット動作は、アライメント系２４ｂによる基準マーク板ＦＭ２上のマークＭＫ２の検出に先立って実行されている。
【０１４１】
次に、図７の状態から図８の状態へ移行する際の、主制御装置９０による干渉計のリセット動作について説明する。
【０１４２】
ウエハステージＷＳ１は、左側ローディングポジションでアライメントを行なった後に、図８に示される投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ中心（投影中心）の真下に基準マーク板ＦＭ１上の基準マークが来る位置（図１０（Ａ）参照）まで移動されるが、この移動の途中で測長軸ＢＩ４Ｙの干渉計ビームが、ウエハステージＷＳ１の反射面２１に入射されなくなるので、アライメント終了後直ちに図８の位置までウエハステージＷＳ１を移動させることは困難である。このため、本実施形態では、次のような工夫をしている。
【０１４３】
すなわち、先に説明したように、本実施形態では左側ローディングポジションにウエハステージＷＳ１がある場合に、アライメント系２４ａの真下に基準マーク板ＦＭ１が来るように設定されており、この位置で測長軸ＢＩ４Ｙの干渉計がリセットされているので、この位置までウエハステージＷＳ１を一旦戻し、その位置から予めわかっているアライメント系２４ａの検出中心と投影光学系ＰＬの光軸中心（投影中心）との距離（便宜上ＢＬとする）にもとづいて、干渉計ビームの切れることのない測長軸ＢＩ１Ｘの干渉計１６の計測値をモニタしつつ、ウエハステージＷＳ１を距離ＢＬだけＸ軸方向右側に移動させる。これにより、図８に示される位置までウエハステージＷＳ１が移動されることになる。
【０１４４】
そして、主制御装置９０では、図１０（Ａ）に示されるように、レチクルアライメント顕微鏡１４４、１４２により露光光を用いて基準マーク板ＦＭ１上マークＭＫ１，ＭＫ３とそれに対応するレチクル上マークＲＭＫ１，ＲＭＫ３のウエハ面上投影像の相対位置検出を行なう。
【０１４５】
図１０（Ｂ）にはレチクルＲ上のマークＲＭＫ（ＲＭＫ１、ＲＭＫ２）のウエハ面上投影像が示され、図（Ｃ）には基準マーク板上のマークＭＫ（ＭＫ１、ＭＫ３）が示されている。また、図１０（Ｄ）には図１０（Ａ）の状態で、レチクルアライメント顕微鏡１４４、１４２にレチクルＲ上のマークＲＭＫ（ＲＭＫ１、ＲＭＫ２）のウエハ面上投影像と基準マーク板上のマークＭＫ（ＭＫ１、ＭＫ３）を同時に検出する画像取り込みの様子が示されている。この図１０（Ｄ）において、符号ＳＲｘはレチクルアライメント顕微鏡を構成するＣＣＤの画像取り込み範囲を示す。図１０（Ｅ）には、上記で取り込まれた画像が不図示の画像処理系で処理され得られた波形信号が示されている。
【０１４６】
主制御装置９０ではこの波形信号波形の取り込みをするのに先立って、測長軸ＢＩ３Ｙの干渉計をリセットする。リセット動作は、次に使用する測長軸がウエハステージ側面を照射できるようになった時点で実行することができる。
【０１４７】
これにより、測長軸ＢＩ１Ｘ、ＢＩ３Ｙを用いた座標系（第２のステージ座標系）における基準マーク板ＦＭ１上のマークＭＫ１，ＭＫ３の座標位置と、レチクルＲ上マークＲＭＫのウエハ面上投影像座標位置が検出されることとなり、両者の差により露光位置（投影光学系ＰＬの投影中心）と基準マーク板ＦＭ１上マークＭＫ１，ＭＫ３座標位置の相対位置関係が求められる。
【０１４８】
そして、主制御装置９０では、先に求めた基準板ＦＭ１上マークＭＫ２に対する各ショットの相対位置関係と、露光位置と基準板ＦＭ１上マークＭＫ１，ＭＫ３座標位置の相対関係より、最終的に露光位置と各ショットの相対位置関係を算出する。その結果に応じて、図１１に示されるように、ウエハＷ１上の各ショットの露光が行なわれることとなる。
【０１４９】
上述のように、干渉計のリセット動作を行なっても高精度アライメントが可能な理由は、アライメント系２４ａにより基準マーク板ＦＭ１上の基準マークを計測した後、ウエハＷ１上の各ショット領域のアライメントマークを計測することにより、基準マークと、ウエハマークの計測により算出された仮想位置との間隔を同一のセンサにより算出しているためである。この時点で基準マークと露光すべき位置の相対位置関係（相対距離）が求められていることから、露光前にレチクルアライメント顕微鏡１４２、１４４により露光位置と基準マーク位置との対応がとれていれば、その値に前記相対距離を加えることにより、Ｙ軸方向の干渉計の干渉計ビームがウエハステージの移動中に切れて再度リセットを行なったとしても高精度な露光動作を行なうことができるからである。
【０１５０】
なお、基準マークＭＫ１〜ＭＫ３は常に同じ基準板上にあるので、描画誤差を予め求めておけばオフセット管理のみで変動要因は無い。また、ＲＭＫ１，ＲＭＫ２もレチクル描画誤差によるオフセットを持つ可能性があるが、例えば特開平５―６７２７１号公報に開示されるように、レチクルアライメント時に複数マークを用いて描画誤差の軽減を行なうか、レチクルマーク描画誤差を予め計測しておけば、同様にオフセット管理のみで対応できる。
【０１５１】
また、アライメント終了位置から図８の位置にウエハステージＷＳ１が移動する間に、測長軸ＢＩ４Ｙが切れないような場合には、測長軸ＢＩ１Ｘ、ＢＩ４Ｙの計測値をモニタしつつ、アライメント終了後に直ちに、図８の位置までウエハステージＷＳ１を直線的に移動させてもよいことは勿論である。この場合、ウエハステージＷＳ１のＹ軸と直交する反射面２１に投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを通る測長軸ＢＩ３Ｙがかかった時点以後、レチクルアライメント顕微鏡１４４、１４２による基準マーク板ＦＭ１上マークＭＫ１，ＭＫ３とそれに対応するレチクル上マークＲＭＫ１，ＲＭＫ３のウエハ面上投影像の相対位置検出より以前のいずれの時点で干渉計のリセット動作を行なうようにしても良い。
【０１５２】
上記と同様にして、露光終了位置からウエハステージＷＳ２を図８に示される右側のローディングポジションまで移動させ、測長軸ＢＩ５Ｙの干渉計のリセット動作を行なえば良い。
【０１５３】
また、図１４には、ウエハステージＷＳ１上に保持されるウエハＷ１上の各ショット領域を順次露光する露光シーケンスのタイミングの一例が示されており、図１５には、これと並列的に行なわれるウエハステージＷＳ２上に保持されるウエハＷ２上のアライメントシーケンスのタイミングが示されている。本実施形態では、２つのウエハステージＷＳ１、ＷＳ２を独立して２次元方向に移動させながら、各ウエハステージ上のウエハＷ１、Ｗ２に対して露光シーケンスとウエハ交換・アライメントシーケンスとを並行して行なうことにより、スループットの向上を図っている。
【０１５４】
ところが、２つのウエハステージを使って２つの動作を同時並行処理する場合は、一方のウエハステージ上で行なわれる動作が外乱要因として、他方のウエハステージで行なわれる動作に影響を与える場合がある。また、逆に、一方のウエハステージ上で行なわれる動作が他方のウエハステージで行なわれる動作に影響を与えない動作もある。そこで、本実施形態では、並行処理する動作の内、外乱要因となる動作とならない動作とに分けて、外乱要因となる動作同士、あるいは外乱要因とならない動作同士が同時に行なわれるように、各動作のタイミング調整が図られる。
【０１５５】
例えば、スキャン露光中は、ウエハＷ１とレチクルＲとを等速で同期走査させることから外乱要因とならない上、他からの外乱要因を極力排除する必要がある。このため、一方のウエハステージＷＳ１上でのスキャン露光中は、他方のウエハステージＷＳ２上のウエハＷ２で行なわれるアライメントシーケンスにおいて静止状態となるようにタイミング調整がなされる。すなわち、アライメントシーケンスにおけるマーク計測は、ウエハステージＷＳ２をマーク位置で静止させた状態で行なわれるため、スキャン露光にとって外乱要因とならず、スキャン露光中に並行してマーク計測を行なうことができる。これを図１４及び図１５で見ると、図１５においてウエハＷ１に対し動作番号「１、３、５、７、９、１１、１３、１５、１７、１９、２１、２３」で示されるスキャン露光と、図１６においてウエハＷ２に対し動作番号「１、３、５、７、９、１１、１３、１５、１７、１９、２１、２３」で示される各アライメントマーク位置におけるマーク計測動作が相互に同期して行なわれていることがわかる。一方、アライメントシーケンスにおいても、スキャン露光中は、等速運動なので外乱とはならず高精度計測が行なえることになる。
【０１５６】
また、ウエハ交換時においても同様のことが考えられる。特に、ロードアームからウエハをセンターアップに受け渡す際に生じる振動等は、外乱要因となり得るため、スキャン露光前、あるいは、同期走査が等速度で行なわれるようになる前後の加減速時（外乱要因となる）に合わせてウエハの受け渡しをするようにしても良い。
【０１５７】
上述したタイミング調整は、主制御装置９０によって行なわれる。
【０１５８】
以上説明したように、本実施形態の投影露光装置１０によると、２枚のウエハをそれぞれ独立に保持する２つのウエハステージＷＳ１，ＷＳ２を具備し、これら２つのウエハステージをＸＹＺ方向に独立に移動させて、一方のウエハステージでウエハ交換とアライメント動作を実行する間に、他方のウエハステージで露光動作を実行する事とし、両方の動作が終了した時点でお互いの動作を切り換えるようにしたことから、スループットを大幅に向上させることが可能になる。
【０１５９】
また、上記の動作を切り換える際に、切り換え後の動作で使用される測長軸の干渉計をリセットすると同時にウエハステージ上に配置された基準マーク板の計測シーケンスをも行なうようにしたことから、干渉計システムの測長軸がウエハステージの反射面（移動鏡を別に設ける場合は、該移動鏡）から外れても特に不都合がなく、ウエハステージの反射面（移動鏡を別に設ける場合は移動鏡）を短くする事が可能となるので、ウエハステージの小型化を容易に実現でき、具体的にはウエハステージの一辺の長さをウエハ直径より僅かに大きい程度の大きさにまで小型化することができ、これにより独立に可動できる２つのウエハステージを装置に容易に組み込む事が可能となるのに加え、各ウエハステージの位置決め性能を向上させることが可能になる。
【０１６０】
さらに、露光動作の行われる方のウエハステージについては、測長用干渉計リセットと同時に投影光学系ＰＬを介したレチクルアライメント顕微鏡１４２、１４４（露光光アライメントセンサ）により基準マーク板上のマーク計測を行い、ウエハ交換・アライメント動作の行われる方のウエハステージについては測長用干渉計リセットと同時にアライメント系２４ａ又は２４ｂ（オフアクシスアライメントセンサ）により基準マーク板上のマーク計測を行う事としたことから、各アライメント系によるアライメント、投影光学系による露光の際もウエハステージの位置を管理する干渉計測長軸を切り換える事が可能となる。この場合において、▲１▼基準マーク板上マークの計測をアライメント系２４ａ又は２４ｂにて行なう際に、該マークの座標位置を第１のステージ座標系上で計測し、▲２▼その後にウエハ上のサンプルショットのアライメントマークを検出してＥＧＡ演算により各ショットの配列座標（露光用座標位置）を第１のステージ座標系上で求め、▲３▼上記▲１▼と▲２▼の結果から基準マーク板上マークと各ショットの露光用座標位置との相対位置関係を求め、▲４▼露光前にレチクルアライメント顕微鏡１４２、１４４により投影光学系ＰＬを介して基準マーク板上のマークとレチクル投影座標位置との相対位置関係を第２のステージ座標系上で検出し、▲５▼上記▲３▼と▲４▼とを用いて各ショットの露光を行なうこととしたので、ウエハステージの位置を管理する干渉計測長軸を切り換えても高精度で露光を行なうことができる。この結果、従来の様な投影光学系の投影中心とアライメント系の検出中心との間隔を計測するベースライン計測を行なうことなく、ウエハの位置合わせが可能となり、特開平７―１７６４６８号公報に記載されるような大きな基準マーク板の搭載も不要となる。
【０１６１】
また、上記実施形態によると、投影光学系ＰＬを挟んでマーク検出を行なう少なくとも２つのアライメント系を具備しているため、２つのウエハステージを交互にずらすことにより、各アライメント系を交互に使って行なわれるアライメント動作と露光動作とを並行処理することが可能になる。
【０１６２】
その上、上記実施形態によると、ウエハ交換を行なうウエハローダがアライメント系の近辺、特に、各アライメント位置で行なえるように配置されているため、ウエハ交換からアライメントシーケンスへの移行が円滑に行なわれ、より高いスループットを得ることができる。
【０１６３】
さらに、上記実施形態によると、上述したような高スループットが得られるため、オフアクシスのアライメント系を投影光学系ＰＬより大きく離して設置したとしてもスループットの劣化の影響が殆ど無くなる。このため、直筒型の高Ｎ．Ａ．（開口数）であって且つ収差の小さい光学系を設計して設置することが可能となる。
【０１６４】
また、上記実施形態によると、２つのアライメント系及び投影光学系ＰＬの各光軸のほぼ中心を計測する干渉計からの干渉計ビームを各光学系毎に有しているため、アライメント時や投影光学系を介してのパターン露光時のいずれの場合にも２つのウエハステージ位置をアッべ誤差のない状態でそれぞれ正確に計測することができ、２つのウェハステージを独立して正確に移動させることが可能になる。
【０１６５】
さらに、２つのウェハステージＷＳ１、ＷＳ２が並ぶ方向（ここではＸ軸方向）に沿って両側から投影光学系ＰＬの投影中心に向けて設けられた測長軸ＢＩ１Ｘ、ＢＩ２Ｘは、常にウエハステージＷＳ１、ＷＳ２に対して照射され、各ウエハステージのＸ軸方向位置を計測するため、２つのウエハステージが互いに干渉しないように移動制御することが可能になる。
【０１６６】
また、上記実施形態によると、複数枚のレチクルＲを使って二重露光を行なうことから、高解像度とＤＯＦ（焦点深度）の向上効果が得られる。この二重露光法は、露光工程を少なくとも２度繰り返さなければならないため、露光時間が長くなって大幅にスループットが低下するという不都合があったが、本実施形態の投影露光装置を用いることにより、スループットが大幅に改善できるため、スループットを低下させることなく高解像度とＤＯＦの向上効果とを得ることができる。
【０１６７】
例えば、Ｔ１（ウエハ交換時間）、Ｔ２（サーチアライメント時間）、Ｔ３（ファインアライメント時間）、Ｔ４（１回の露光時間）において、８インチウエハにおける各処理時間をＴ１：９秒、Ｔ２：９秒、Ｔ３：１２秒、Ｔ４：２８秒とした場合、１つのウエハステージを使って一連の処理がシーケンシャルに行われる従来の露光装置により二重露光が行なわれると、スループットＴＨＯＲ＝３６００／（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４＊２）＝３６００／（３０＋２８＊２）＝４１［枚／時］となり、１つのウエハステージを使って一重露光法を実施する従来装置のスループット（ＴＨＯＲ＝３６００／（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４）＝３６００／５８＝６２［枚／時］）と比べてスループットが６６％までダウンする。これに対し、本実施形態の投影露光装置を用いてＴ１、Ｔ２及びＴ３とＴ４とを並列処理しながら二重露光を行なう場合は、露光時間の方が大きいため、スループットＴＨＯＲ＝３６００／（２８＋２８）＝６４［枚／時］となり、高解像度とＤＯＦの向上効果を維持しつつスループットを大幅に改善することが可能となる。また、露光時間が長い分、ＥＧＡ点数を増やすことが可能となり、アライメント精度が向上する。
【０１６８】
《第２の実施形態》
次に、本発明の第２の実施形態を図１６及び図１７に基づいて説明する。ここで、前述した第１の実施形態と同一若しくは同等の構成部分については、同一の符号を用いるとともにその説明を簡略にし若しくは省略するものとする。
【０１６９】
この第２の実施形態に投影露光装置は、図１６に示されるように、ウエハステージＷＳ１の一辺の長さ（ＷＳ２の一辺の長さもこれと同じ）が、測長軸ＢＩ４ＹとＢＩ３Ｙとの相互間距離ＢＬ（測長軸ＢＩ５ＹとＢＩ３Ｙとの相互間距離もこれと同じ）より長くなっているため、アライメントシーケンスの終了位置から露光シーケンスの開始位置までウエハステージＷＳ１（又はＷＳ２）が移動する間に、測長ビームＢＩ４Ｙ（又はＢＩ５Ｙ）がステージの反射面から切れないようになっている点に特徴を有する。このため、後述するように、干渉計のリセット後に、基準マーク板の基準マークの計測が可能となる点が、前述した第１の実施形態の場合と異なるが、その他の部分の構成等は前述した第１の実施形態の投影露光装置１０と同様になっている。
【０１７０】
図１６には、ウエハステージＷＳ１上ウエハＷ１のアライメントが終了した後に測長軸ＢＩ３Ｙの干渉計のリセットを行なっている様子が示されている。
【０１７１】
この図１６からも明らかなように、ウエハステージＷＳ１の位置を管理している測長軸ＢＩ１Ｘ，ＢＩ４Ｙの干渉計はアライメント系２４ａによるウエハＷ１のファインアライメント（前述したＥＧＡにより行なわれる）動作以降、干渉計ビームがウエハステージＷＳ１のＹ軸方向一端面に形成された反射面から外れることがないので、主制御装置９０では測長軸ＢＩ１Ｘ，ＢＩ４Ｙの干渉計の計測値をモニタしつつウエハステージＷＳ１をアラメント終了位置から投影レンズＰＬの下に基準マーク板ＦＭ１が位置づけられる図１６の位置まで移動させる。この際、基準マーク板ＦＭ１を投影レンズＰＬの真下に位置決めする直前で測長軸ＢＩ３Ｙの干渉計ビームがウエハステージＷＳ１の反射面にて反射されるようになる。
【０１７２】
この場合、ウエハステージＷＳ１の位置制御は、測長軸ＢＩ１Ｘ，ＢＩ４Ｙの干渉計の計測値に基づいて行なわれているので、前述した第１の実施形態の場合と異なり、主制御装置９０では、ウエハステージＷＳ１の位置を正確に管理できており、この時点（基準マーク板ＦＭ１を投影レンズＰＬの真下に位置決めする直前）で、測長軸ＢＩ３Ｙの干渉計をリセットする。リセット終了後、ウエハステージＷＳ１の位置制御は測長軸ＢＩ１Ｘ，ＢＩ３Ｙの干渉計の計測値に基づいて行なわれるようになる（第１のステージ座標系から第２のステージ座標系に座標系の切り替えが行なわれる）。
【０１７３】
その後、主制御装置９０では図１６に示される位置にウエハステージＷＳ１を位置決めし、レチクル顕微鏡１４２、１４４を用いて前述した第１の実施形態の場合と同様に、露光光を用いて基準マーク板ＦＭ１上のマークＭＫ１，ＭＫ３とそれに対応するレチクル上マークＲＭＫ１，ＲＭＫ３のウエハ面上投影像の相対位置検出、すなわちマークＲＭＫ１，ＲＭＫ３と露光位置（投影光学系ＰＬの投影中心）との相対位置関係の検出を行なった後、予め求められている基準マーク板ＦＭ１上のマークＭＫ２に対する各ショットの相対位置関係と露光位置と基準マーク板ＦＭ１上マークＭＫ１，ＭＫ３座標位置の相対位置関係より最終的に露光位置と各ショットの相対位置関係を算出し、その結果に応じて露光（前述した２重露光）を行なう（図１１参照）。
【０１７４】
この露光中に、露光位置に応じて測長軸ＢＩ４Ｙは反射面からはずれ計測不能となるが、既にウエハステージＷＳ１の位置制御のための測長軸の切り換えが行なわれているので不都合は無い。
【０１７５】
このようにして一方のウエハステージＷＳ１側で露光シーケンスの動作が行なわれている間、他方のウエハステージＷＳ２は、測長軸ＢＩ２Ｘ，ＢＩ５Ｙの干渉計の計測値に基づいて位置制御がなされており、Ｗ交換シーケンス及びウエハアライメントシーケンスが実行されている。この場合、ウエハステージＷＳ１側では、前述の如く、２重露光が行なわれるので、ウエハステージＷＳ２側のウエハ交換シーケンス及びウエハアライメントシーケンスの動作の方が先に終了し、ウエハステージＷＳ２はその後待機状態となっている。
【０１７６】
ウエハＷ１の露光が全て終了した時点で、主制御装置９０では測長軸ＢＩ１Ｘ，ＢＩ３Ｙの干渉計の計測値をモニタしつつ、測長軸ＢＩ４Ｙの干渉計ビームがウエハステージＷＳ１の反射面にて反射される位置までウエハステージＷＳ１を移動し、測長軸ＢＩ４Ｙの干渉計をリセットする。リセット動作終了後に、主制御装置９０では再びウエハステージＷＳ１の制御のための測長軸を測長軸ＢＩ１Ｘ，ＢＩ４Ｙに切り換えてウエハステージＷＳ１をローディングポジションに移動する。
【０１７７】
この移動中に、今度は測長軸ＢＩ３Ｙの干渉計ビームが反射面からはずれ計測不能となるが、既にウエハステージＷＳ１の位置制御のための測長軸の切り換えが行なわれているので不都合は無い。
【０１７８】
主制御装置９０では、ウエハステージＷＳ１のローディングポジションへ向けて移動させるのと並行して、ウエハステージＷＳ２の基準マーク板ＦＭ２を投影光学系ＰＬの下へ位置決めすべく、ウエハステージＷＳ２の移動を開始する。この移動の途中で、前述と同様にして測長軸ＢＩ３Ｙの干渉計のリセットを実行し、その後、前述と同様にして、レチクル顕微鏡１４２、１４４を用いて基準マーク板ＦＭ２上のマークＭＫ１，ＭＫ３とそれに対応するレチクル上マークＲＭＫ１，ＲＭＫ３のウエハ面上投影像の相対位置検出、すなわちマークＲＭＫ１，ＲＭＫ３と露光位置（投影光学系ＰＬの投影中心）との相対位置関係の検出を行なった後、予め求められている基準マーク板ＦＭ２上のマークＭＫ２に対する各ショットの相対位置関係と露光位置と基準マーク板ＦＭ２上マークＭＫ１，ＭＫ３座標位置の相対位置関係より最終的に露光位置と各ショットの相対位置関係を算出し、その結果に応じて露光（前述した２重露光）を開始する。
【０１７９】
図１７には、このようにしてウエハステージＷＳ１がローディングポジションまで移動され、ウエハステージＷＳ２側で露光シーケンスの動作が行なわれている時の様子が示されている。
【０１８０】
このローディングポジションでは、第１の実施形態の場合と同様に、アライメント系２４ａの下に基準マーク板ＦＭ１上のマークＭＫ２が位置づけされるようになっており、主制御装置９０では、ウエハ交換終了と同時に第１のステージ座標系（ＢＩ１Ｘ，ＢＩ４Ｙ）上でマークＭＫ２の座標位置を第１の実施形態の場合と同様にして検出する。次にウエハＷ１上のマークに対してＥＧＡ計測を実施し、同じ座標系における各ショットの座標位置を算出する。即ち、各ショットの座標位置から基準板ＦＭ１上のマークＭＫ２の座標位置を減じてマークＭＫ２に対する各ショットの相対位置関係を算出する。この時点でＥＧＡ動作を終了し、ウエハステージＷＳ２上ウエハＷ２の露光終了を待って、再び図１６の状態に移行することとなる。
【０１８１】
以上説明した本第２の実施形態の投影露光装置によると、前述した第１の実施形態と同等の効果を得られる他、アライメントシーケンスの動作終了後、露光シーケンスの動作に切り換える際のステージの移動の途中で切り換え前と切り換え後にそれぞれ使用される測長軸が同時にウエハステージの反射面で反射されるようにし、また、露光シーケンスの動作終了後、ウエハ交換・アライメントシーケンスの動作に切り換える際のステージの移動の途中で切り換え前と切り換え後にそれぞれ使用される測長軸が同時にウエハステージの反射面で反射されるようにしたことから、測長用干渉計リセット後に投影光学系ＰＬを介した露光光アライメントセンサ（レチクルアライメント顕微鏡１４２，１４４）により基準マーク板上のマーク計測を行い、ウエハ交換の際にもこれに先立って測長用干渉計のリセットを実行し、ウエハ交換終了後にオフアクシスアライメントセンサ（アライメント系２４ａ，２４ｂ）により基準板上のマーク計測を行うことが可能になる。従って、各アライメント系によるアライメント動作と投影光学系ＰＬによる露光動作との切り換えの途中、及び投影光学系ＰＬによる露光動作とウエハ交換動作の切り換えの途中で、切り換え後の動作で使用する測長軸を有する干渉計にステージ制御の干渉計を切り換えることが可能となる。従って、基準マーク板上のマーク計測と同時に測長軸の切り換えを行なっていた第１の実施形態の場合に比べて一層スループットの向上を図ることが可能となる。
【０１８２】
なお、上記第１、第２の実施形態では、本発明が二重露光法を用いてウエハの露光を行なう装置に適用された場合について説明したが、これは、前述の如く、本発明の装置により、一方のウエハステージ側で２枚のレチクルにて２回露光を行なう（二重露光）間に、独立に可動できる他方のウエハステージ側でウエハ交換とウエハアライメントを並行して実施する場合に、従来の一重露光よりも高いスループットが得られるとともに解像力の大幅な向上が図れるという特に大きな効果があるためである。しかしながら、本発明の適用範囲がこれに限定されるものではなく、一重露光法により露光する場合にも本発明は好適に適用できるものである。例えば、８インチウエハの各処理時間（Ｔ１〜Ｔ４）が前述と同様であるとすると、本発明のように２つのウエハステージを使って一重露光法で露光処理する場合、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３を１グループとし（計３０秒）、Ｔ４（２８秒）と並列処理を行なうと、スループットはＴＨＯＲ＝３６００／３０＝１２０［枚／時］となり、１つのウエハステージを使って一重露光法を実施する従来装置のスループットＴＨＯＲ＝６２［枚／時］に比べてほぼ倍の高スループットを得ることが可能となる。
【０１８３】
また、上記実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式により走査露光を行なう場合について説明したが、本発明がこれに限定されるものではなく、ステップ・アンド・リピート方式による静止露光を行なう場合及び電子線露光装置（ＥＢ露光装置）やＸ線露光装置、さらにはチップとチップを合成するスティッチング露光時であっても同様に適用できることは勿論である。
【０１８４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜４及び６〜１１に記載の発明によれば、スループットの向上及び基板ステージの小型・軽量化を図ることができるという従来にない優れた効果がある。
【０１８５】
また、請求項５に記載の発明によれば、スループットの向上及びステージの小型・軽量化を図ることが可能な投影露光方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態にかかる投影露光装置の概略構成を示す図である。
【図２】２つのウエハステージとレチクルステージと投影光学系とアライメント系の位置関係を示す斜視図である。
【図３】ウエハステージの駆動機構の構成を示す平面図である。
【図４】投影光学系とアライメント系にそれぞれ設けられているＡＦ／ＡＬ系を示す図である。
【図５】ＡＦ／ＡＬ系とＴＴＲアライメント系の構成を示す投影露光装置の概略構成を示す図である。
【図６】図５のパターン形成板の形状を示す図である。
【図７】２つのウエハステージを使ってウエハ交換・アライメントシーケンスと露光シーケンスとが行なわれている状態を示す平面図である。
【図８】図７のウエハ交換・アライメントシーケンスと露光シーケンスとの切り換えを行なった状態を示す図である。
【図９】アライメント系による基準マーク板上の基準マークの検出動作を説明するための図であって、（Ａ）はアライメント系２４ａの真下に基準マーク板ＦＭ１上の基準マークＭＫ２が位置づけされた様子を示す図、（Ｂ）は基準マークＭＫ２の形状の一例及びそれをアライメント系２４ａのＦＩＡ系センサで検出する画像取り込みの様子を示す図、（Ｃ）はマークＭＫ２の画像をＦＩＡ系のセンサで取り込んだ際に画像処理系にて得られた波形信号を示す図である。
【図１０】レチクルアライメント顕微鏡による基準マーク板上マークの計測動作を説明するための図であって、（Ａ）はレチクルアライメント顕微鏡により露光光を用いて基準マーク板ＦＭ１上マークＭＫ１，ＭＫ３とそれに対応するレチクル上マークＲＭＫ１，ＲＭＫ３のウエハ面上投影像の相対位置検出を行なっている様子を示す図、（Ｂ）はレチクルＲ上のマークＲＭＫのウエハ面上投影像を示す図、（Ｃ）は基準マーク板上のマークＭＫを示す図、（Ｄ）は（Ａ）における画像取り込みの様子を示す図、（Ｅ）は取り込まれた画像が処理され得られた波形信号を示す図である。
【図１１】最終的に算出された露光位置と各ショットの相対位置関係に応じてウエハ上の各ショットの露光が行なわれる状態を示す概念図である。
【図１２】２枚のレチクルを保持する二重露光用のレチクルステージを示す図である。
【図１３】二重露光の際の露光順序を説明するための図であって、（Ａ）は図１２のパターンＡのレチクルを使ってウエハの露光を行なう際の露光順序を示す図であり、（Ｂ）は図１２のパターンＢのレチクルを使ってウエハの露光を行なう際の露光順序を示す図である。
【図１４】２つのウエハステージの一方に保持されたウエハ上の各ショット領域毎の露光順序を示す図である。
【図１５】２つのウエハステージの他方に保持されたウエハ上の各ショット領域毎のマーク検出順序を示す図である。
【図１６】第２の実施形態の動作を説明するための図であって、ウエハステージＷＳ１上ウエハＷ１のアライメントが終了した後に測長軸ＢＩ３Ｙを有する干渉計のリセットを行なっている様子を示す図である。
【図１７】第２の実施形態の動作を説明するための図であって、ウエハステージＷＳ１がローディングポジションまで移動され、ウエハステージＷＳ２側で露光シーケンスの動作が行なわれている時の様子を示す図である。
【符号の説明】
１０ 投影露光装置
２４ａ、２４ｂ アライメント系
９０ 主制御装置
１４２、１４４ レチクルアライメント顕微鏡
１８０ センターアップ
１８２ 第１のローディングガイド
１８４ 第１のアンロードアーム
１８６ 第１のスライダ
１８８ 第１のロードアーム
１９０ 第２のスライダ
１９２ 第２のローディングガイド
１９４ 第２のアンロードアーム
１９６ 第３のスライダ
１９８ 第２のロードアーム
２００ 第４のスライダ
Ｗ１、Ｗ２ ウエハ
ＷＳ１、ＷＳ２ ウエハステージ
ＰＬ 投影光学系
ＢＩ１Ｘ〜ＢＩ５Ｙ 測長軸
Ｒ レチクル
ＭＫ１、ＭＫ２、ＭＫ３ 基準マーク[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a projection exposure apparatus and a projection exposure method, and more particularly to a projection exposure apparatus and a projection exposure method for projecting and exposing a pattern image formed on a mask onto a sensitive substrate via a projection optical system. It is characterized in that one substrate stage is moved independently and exposure processing and other processing are performed in parallel.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various exposure apparatuses have been used for manufacturing a semiconductor element or a liquid crystal display element in a photolithography process. Currently, a pattern of a photomask or a reticle (hereinafter, collectively referred to as “reticle”) is used. In general, a projection exposure apparatus that transfers an image onto a substrate such as a wafer or a glass plate (hereinafter, referred to as a “sensitive substrate” as appropriate) having a photosensitive material such as a photoresist coated on the surface via a projection optical system. in use. In recent years, as this projection exposure apparatus, a sensitive substrate is placed on a two-dimensionally movable substrate stage, and the sensitive substrate is stepped (stepped) by this substrate stage, so that the pattern image of the reticle is placed on the sensitive substrate. The so-called step-and-repeat type reduction projection exposure apparatus (so-called stepper), which repeats the operation of sequentially exposing each shot area, is the mainstream.
[0003]
Recently, a step-and-scan type projection exposure apparatus (for example, a scanning exposure apparatus as described in JP-A-7-176468, etc.), which is an improvement to a batch type exposure apparatus such as a stepper, is provided. Has also been used relatively frequently. This step-and-scan type projection exposure apparatus can expose a large field with a smaller optical system as compared with (1) a stepper. Therefore, the projection optical system can be easily manufactured and the number of shots by large field exposure can be reduced. High throughput can be expected due to the decrease, and (2) there are advantages such as an effect of averaging by relatively scanning the reticle and wafer with respect to the projection optical system, and an improvement in distortion and depth of focus. Furthermore, as the integration density of semiconductor devices increases from 16M (mega) to 64M DRAM, and in the future to 256M, 1G (giga), and so on, the large field becomes essential, so it replaces the stepper. Therefore, it is said that scanning projection exposure apparatuses will become mainstream.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Since this type of projection exposure apparatus is mainly used as a mass-production machine for semiconductor elements and the like, it is possible to improve the throughput, that is, the throughput of how many wafers can be exposed within a certain period of time. Is inevitably required.
[0005]
In this regard, in the case of a step-and-scan type projection exposure apparatus, when exposing a large field, as described above, the number of shots exposed in the wafer is reduced, so an improvement in throughput is expected. Since exposure is performed during constant-velocity movement by synchronous scanning of the reticle and wafer, an acceleration / deceleration area is required before and after the constant-velocity movement area, and a shot having the same size as the stepper shot size is temporarily exposed. In some cases, the throughput may be lower than that of the stepper.
[0006]
The flow of processing in this type of projection exposure apparatus is roughly as follows.
[0007]
(1) First, a wafer loading process is performed in which a wafer is loaded onto a wafer table using a wafer loader.
[0008]
(2) Next, a search alignment process is performed in which a rough position detection of the wafer is performed by the search alignment mechanism. Specifically, this search alignment process is performed, for example, based on the outer shape of the wafer or by detecting a search alignment mark on the wafer.
[0009]
{Circle around (3)} Next, a fine alignment step for accurately obtaining the position of each shot area on the wafer is performed. In this fine alignment process, an EGA (Enhanced Global Alignment) method is generally used. In this method, a plurality of sample shots in a wafer are selected, and an alignment mark (wafer mark) attached to the sample shot is selected. Are sequentially measured, and based on the measurement result and the design value of the shot arrangement, a statistical calculation is performed by a so-called least square method or the like to obtain all shot arrangement data on the wafer (Japanese Patent Laid-Open No. 61). -44429, etc.), the coordinate position of each shot area can be obtained with relatively high accuracy with high throughput.
[0010]
(4) Next, based on the coordinate position of each shot area obtained by the above-mentioned EGA method or the like and the baseline amount measured in advance, each shot area on the wafer is sequentially positioned at the exposure position, and the projection optical system is An exposure process for transferring the pattern image of the reticle onto the wafer is performed.
[0011]
(5) Next, a wafer unload process is performed in which the wafer on the wafer table subjected to the exposure process is unloaded using a wafer unloader. This wafer unloading step is performed simultaneously with the wafer loading step (1) for the wafer to be exposed. That is, (1) and (5) constitute a wafer exchange process.
[0012]
Thus, in the conventional projection exposure apparatus, four operations are repeatedly performed using one wafer stage, such as wafer exchange → search alignment → fine alignment → exposure → wafer exchange.
[0013]
Further, the throughput THOR [sheets / hour] of this type of projection exposure apparatus is given by the following equation when the wafer exchange time is T1, the search alignment time is T2, the fine alignment time is T3, and the exposure time is T4: It can be expressed as 1).
[0014]
THOR = 3600 / (T1 + T2 + T3 + T4) (1)
The operations from T1 to T4 are repeatedly executed sequentially (sequentially) in the order of T1, T2, T3, T4, T1, and so on. For this reason, if each element from T1 to T4 is speeded up, the denominator becomes smaller and the throughput THOR can be improved. However, the above-described T1 (wafer exchange time) and T2 (search alignment time) are relatively small since only one operation is performed on one wafer. In the case of T3 (fine alignment time), the throughput can be improved by reducing the number of shots when using the EGA method described above or by reducing the measurement time of a single shot. Since accuracy is degraded, T3 cannot be easily shortened.
[0015]
T4 (exposure time) includes a wafer exposure time and a stepping time between shots. For example, in the case of a scanning projection exposure apparatus such as the step-and-scan method, it is necessary to increase the relative scanning speed of the reticle and wafer by the amount that shortens the wafer exposure time, but the synchronization accuracy deteriorates. The scanning speed cannot be increased easily.
[0016]
In addition to the above throughput in this type of projection exposure apparatus, important conditions include (1) resolution, (2) depth of focus (DOF), and (3) line width control accuracy. . The resolution R is such that the exposure wavelength is λ and the numerical aperture of the projection lens is N.P. A. (Numerical Aperture), λ / N. A. And the depth of focus DOF is λ / (NA) 2 Is proportional to
[0017]
Therefore, in order to improve the resolution R (reduce the value of R), the exposure wavelength λ is reduced or the numerical aperture N.P. A. Need to be larger. In particular, the density of semiconductor elements has been increasing recently, and the device rule has become 0.2 μmL / S (line and space) or less, so illumination is necessary to expose these patterns. A KrF excimer laser is used as the light source. However, as described above, the degree of integration of semiconductor elements will inevitably increase in the future, and development of a device having a light source having a wavelength shorter than KrF is desired. As a candidate for a next-generation apparatus equipped with such a light source having a shorter wavelength, an apparatus using an ArF excimer laser as a light source, an electron beam exposure apparatus, and the like are representatively mentioned. In the case of an ArF excimer laser, oxygen In some places, light is hardly transmitted, high output is difficult to be output, laser life is short, and equipment costs are high, and in the case of electron beam exposure equipment, light exposure equipment In reality, it is difficult to develop next-generation machines with the main viewpoint of shortening the wavelength because of the disadvantage that the throughput is significantly lower than.
[0018]
As another method for increasing the resolution R, the numerical aperture N.I. A. Can be increased, but N.I. A. If is increased, there is a demerit that the DOF of the projection optical system is reduced. This DOF can be roughly divided into UDOF (User Depth of Forcus: part used on the user side: pattern step, resist thickness, etc.) and the total focal difference of the apparatus itself. Up to now, since the ratio of UDOF has been large, the direction in which the DOF is increased is the main axis of development of the exposure apparatus. For example, modified illumination has been put to practical use as a technique for increasing the DOF.
[0019]
By the way, in order to manufacture a device, a pattern in which L / S (line and space), isolated L (line), isolated S (space), CH (contact hole), etc. are combined is formed on the wafer. However, the exposure parameters for performing optimum exposure differ for each pattern shape such as L / S and isolated line. For this reason, conventionally, using a method called ED-TREE (excluding CHs with different reticles), the common is that the resolution line width is within a predetermined allowable error with respect to the target value and a predetermined DOF is obtained. Exposure parameters (coherence factor σ, NA, exposure control accuracy, reticle drawing accuracy, etc.) are determined and used as the specifications of the exposure apparatus. However, it is thought that there will be the following technical flow in the future.
[0020]
(1) Improvement in process technology (planarization on the wafer) will lead to a decrease in pattern step and a decrease in resist thickness, and UDOF may be in the range of 1 μm to 0.4 μm or less.
[0021]
(2) The exposure wavelength is shortened from g-line (436 nm) → i-line (365 nm) → KrF (248 nm). However, only light sources up to ArF (193) have been studied in the future, and the technical hurdles are high. Thereafter, the process shifts to EB exposure.
[0022]
(3) It is expected that scanning exposure such as step-and-scan will become the mainstream of steppers instead of static exposure such as step-and-repeat. This technique enables large field exposure with a projection optical system having a small diameter (especially in the scanning direction), and accordingly, a high N.D. A. It is easy to realize.
[0023]
Against the background of the technical trend as described above, the double exposure method has been reviewed as a method for improving the limit resolution, and this double exposure method is used in KrF and future ArF exposure apparatuses, and 0.1 μmL / S. Attempts have been made to expose to the maximum. In general, the double exposure method is roughly divided into the following three methods.
[0024]
(1) L / S and isolated lines with different exposure parameters are formed on separate reticles, and each is subjected to double exposure on the same wafer under optimum exposure conditions.
[0025]
(2) When the phase shift method or the like is introduced, the limit resolution is higher in the L / S with the same DOF than the isolated line. By utilizing this, all the patterns are formed with L / S by the first reticle, and an isolated line is formed by thinning out L / S with the second reticle.
[0026]
(3) Generally, the isolated line is smaller than the L / S. A. Can obtain a high resolution (however, the DOF becomes small). Therefore, all patterns are formed by isolated lines, and L / S is formed by a combination of isolated lines respectively formed by the first and second reticles.
[0027]
The above double exposure method has two effects of improving resolution and improving DOF.
[0028]
However, in the double exposure method, since it is necessary to perform exposure processing a plurality of times using a plurality of reticles, the exposure time (T4) is more than doubled as compared with the conventional apparatus, and the throughput is greatly deteriorated. In reality, the double exposure method has not been studied very seriously, and the resolution and depth of focus (DOF) can be improved by using ultraviolet exposure wavelength, modified illumination, phase shift reticle, etc. Has been done.
[0029]
However, if the double exposure method described above is used in a KrF or ArF exposure apparatus, exposure up to 0.1 μmL / S is realized, thereby developing a next-generation machine aimed at mass production of 256M and 1G DRAMs. There is no doubt that it is a promising option, and the development of a new technology has been awaited for improving the throughput, which is a problem of the double exposure method that becomes a bottleneck for this.
[0030]
In this regard, if the above-described four operations, ie, wafer exchange, search alignment, fine alignment, and exposure operations, can be processed partially or simultaneously in parallel, these four operations can be performed sequentially. Compared to this, it is thought that throughput can be improved. For this purpose, it is premised that multiple substrate stages are provided, but this seems to be simple in theory, but in reality, multiple substrate stages are provided. There are many problems that need to be solved in order to achieve the desired effects. For example, if two substrate stages having the same size as the current situation are simply arranged side by side, the installation area (so-called footprint) of the apparatus increases remarkably, leading to an increase in the cost of a clean room in which the exposure apparatus is placed. is there. In order to achieve high-precision overlay, alignment is performed on the sensitive substrate on the same substrate stage, and then the alignment of the mask pattern image and the sensitive substrate is performed using the alignment result. Since it is necessary to perform exposure, it is impossible to provide one of the two substrate stages, for example, dedicated to exposure and the other dedicated to alignment.
[0031]
The present invention has been made under such circumstances, and a first object thereof is a projection capable of improving throughput and reducing the size and weight of the substrate stage by performing parallel processing of an exposure operation and an alignment operation. It is to provide an exposure apparatus.
[0032]
A second object of the present invention is to provide a projection exposure method capable of improving throughput and reducing the size and weight of the stage.
[0033]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 is a projection exposure apparatus for projecting and exposing a pattern image formed on a mask (R) onto a sensitive substrate (W1, W2) via a projection optical system (PL). A first substrate stage (WS1) capable of holding a substrate (W1) and moving in a two-dimensional plane; and a first substrate stage (WS1) in the same plane as the first substrate stage (WS1) holding a sensitive substrate (W2). A second substrate stage (WS2) movable independently of the substrate stage (WS1); provided separately from the projection optical system (PL), on the substrate stage (WS1, WS2) or the substrate stage (WS1, WS1) An alignment system (for example, 24a) for detecting marks on the sensitive substrates (W1, W2) held by WS2); a projection center of the projection optical system (PL) and a detection center of the alignment system (24a); Pass through A first measuring axis (BI1X) that always measures the position of the first substrate stage (WS1) in the first axial direction from one side in one axial direction, and the second substrate from the other side in the first axial direction A second length measurement axis (BI2X) that always measures the position of the stage (WS2) in the first axis direction, and a third length measurement that perpendicularly intersects the first axis at the projection center of the projection optical system (PL). An axis (BI3Y) and a fourth measuring axis (BI4Y) perpendicularly intersecting the first axis at the detection center of the alignment system (24a), and the first measuring axis (BI1X to BI4Y) An interferometer system for measuring the two-dimensional positions of the first and second substrate stages (WS1 and WS2), respectively, and the position of one of the first substrate stage (WS1) and the second substrate stage (WS2) is The interferometer system The first substrate stage (WS1) and the second substrate stage (WS2) are controlled while using the measurement values of the three measurement axes (BI3Y) and the sensitive substrate held on the one stage is exposed. The positional relationship between the alignment mark on the sensitive substrate held on the other stage and the reference point on the other stage is based on the detection result of the alignment system (24a) and the fourth measurement axis of the interferometer system ( After controlling the operations of the two substrate stages (WS1, WS2) to be detected using the measured value of BI4Y), the other stage is measured using the measured value of the third measuring axis (BI3Y). Possible to measure the position of And A reference point on the other stage at a position where a positional relationship with a predetermined reference point in the projection area of the projection optical system (PL) can be detected The Positioning Reset the interferometer of the third measuring axis (BI3Y) And control means (90) for controlling.
[0034]
According to this, since the positions of the first substrate stage and the second substrate stage in the first axis direction are always measured by the first measuring axis and the second measuring axis of the interferometer system, If the position in the direction perpendicular to the first axis direction is accurately measured during exposure, alignment mark measurement, etc., the two-dimensional positions of the first and second substrate stages can be managed. In this case, the control means manages the position of one of the first substrate stage and the second substrate stage using the measurement value of the third length measuring axis of the interferometer system and holds it on the one stage. While the sensitive substrate is exposed, the positional relationship between the alignment mark on the sensitive substrate held by the other one of the first substrate stage and the second substrate stage and the reference point on the other stage is the alignment system. After controlling the operation of the two substrate stages so as to be detected using the measurement result of the interferometer system and the measurement value of the fourth measurement axis of the interferometer system, the other stage using the measurement value of the third measurement axis Possible to measure the position of And A reference point on the other stage at a position where the positional relationship with a predetermined reference point in the projection area of the projection optical system can be detected The Positioning Reset the interferometer of the 3rd measurement axis .
[0035]
That is, the control means perpendicularly intersects the measurement axis in the first axis direction (the first measurement axis and the second measurement axis) at the projection center of the projection optical system with respect to the sensitive substrate held on the one stage. While the exposure of the pattern image of the mask through the projection optical system is performed using the measurement value of the third measuring axis to manage the position of one stage without Abbe error, it is held on the other stage. The positional relationship between the alignment mark on the sensitive substrate and the reference point on the other stage is a measurement axis in the first axis direction at the detection result of the alignment system and the detection center of the alignment system (the first measurement axis and the second measurement dimension). The operations of the two substrate stages can be controlled so that they can be accurately detected without Abbe error using the measurement value of the fourth measurement axis perpendicular to the axis). Upper exposure operation and the other stage Since the alignment operation can be performed in parallel, it is possible to improve the throughput.
[0036]
In the control means, when the operation of both the stages is completed, the position of the other stage can be measured using the measurement value of the third length measuring axis. And A reference point on the other stage at a position where the positional relationship with a predetermined reference point in the projection area of the projection optical system can be detected The Positioning Reset the interferometer of the 3rd measurement axis . Therefore, for the other stage where the positional relationship between the reference point on the stage and the alignment mark on the sensitive substrate was measured (alignment was completed), the fourth measurement axis used when measuring the alignment mark was measured. Even in the impossible state, the position can be managed using the measurement value of the third measuring axis without any inconvenience, and the reference point on the other stage and within the projection area of the projection optical system The positional relationship with the predetermined reference point is detected, and the projection region of the projection optical system and the sensitive substrate are aligned using the positional relationship, the alignment measurement result, and the measurement value of the third measuring axis. Exposure can be performed. In other words, even if the length measurement axis that managed the position of the other stage during alignment cannot be measured, the position management of the other stage during exposure can be performed using another length measurement axis. The stage reflecting surface for reflecting the interferometer beam of each measuring axis can be reduced in size, and the substrate stage can be reduced in size.
[0037]
According to a second aspect of the present invention, there is provided the projection exposure apparatus according to the first aspect, wherein the projection optical system (PL) has a detection center on the first axis on the opposite side of the alignment system (24a). An alignment system (24b), and the interferometer system includes a fifth measurement axis (BI5Y) perpendicular to the first axis at the detection center of the other alignment system (24b), and the control means (90) is a state in which the position of the one stage is managed using the measurement value of the third measuring axis (BI3Y) of the interferometer system, and the sensitive substrate held on the one stage is exposed. In addition, the positional relationship between the alignment mark on the sensitive substrate held on the other stage and the reference point on the other stage is based on the detection result of the alignment system and the fourth measurement axis (BI4) of the interferometer system. ), The position of the one stage can be measured using the measurement value of the fifth length measuring axis (BI5Y). In this state, the interferometer of the fifth measuring axis (BI5Y) is reset, and the reference point on the one substrate stage is positioned in the detection area of the other alignment system (24b). It is characterized by controlling the operation of the stage.
[0038]
According to this, in the control means, with respect to the sensitive substrate held on the one stage, the measurement axis in the first axis direction (the first measurement axis and the second measurement axis) at the projection center of the projection optical system. While exposure of the mask pattern image through the projection optical system is performed while the position of one stage is managed without Abbe error using the measurement value of the third measuring axis that intersects perpendicularly, the other stage is The positional relationship between the alignment mark on the held sensitive substrate and the reference point on the other stage is the result of the detection of the alignment system and the measurement axis in the first axis direction at the detection center of the alignment system (the first measurement axis and the first measurement axis). The operations of the two substrate stages can be controlled so that they can be accurately detected without Abbe error using the measurement value of the fourth measurement axis perpendicular to the two measurement axes). The exposure operation on one substrate stage and the other The fact that the alignment operation on the di are performed in parallel.
[0039]
In addition, when the operation of both the stages is completed, the control unit resets the interferometer of the fifth measurement axis while measuring the position of one stage using the measurement value of the fifth measurement axis. The operation of one stage is controlled so that the reference point on one substrate stage is positioned within the detection region of another alignment system. For this reason, with respect to one stage that has been exposed to the sensitive substrate, there is no inconvenience even if the third length measuring axis used at the time of exposure becomes unmeasurable, and the first center at the detection center of another alignment system. The position can be managed without Abbe error using the measurement value of the fifth measurement axis perpendicularly intersecting the axial measurement axis (the first measurement axis and the second measurement axis), The position of the reference point on one substrate stage and the position of the alignment mark on the sensitive substrate held on one stage can be measured subsequent to exposure by another alignment system. Accordingly, the interferometer of the third measuring axis is in a state where the two substrate stages are shifted in the first axis direction and the position measurement of the other substrate stage after the alignment operation is completed using the measured value of the third measuring axis. Is reset, and the interferometer of the fifth measuring axis is reset in a state where the position measurement of the one stage where the exposure operation is completed using the measurement value of the fifth measuring axis is possible. It is possible to easily switch between the exposure operation and the exposure operation on the other stage side.
[0040]
In this case, as in the invention described in claim 3, the transfer system (180 to 200) for delivering the sensitive substrates (W1, W2) between the first substrate stage (WS1) and the second substrate stage (WS2). ), The control means positions the reference point on the one substrate stage in the detection region of the another alignment system (24b) and the one stage and the transfer system ( 180-200), it is desirable to transfer the substrate. In this case, in addition to the switching between the exposure operation and the alignment operation described above, the control means resets the fifth length measuring axis of the interferometer system and, at the same time, one substrate stage within the detection region of another alignment system. Since the substrate is transferred between one stage and the transfer system while the upper reference point is positioned, the position measurement of the reference point and the replacement of the sensitive substrate, which are the alignment start operations, are performed in a stationary state of the substrate stage. Can be done. Further, in addition to the movement time of the substrate stage from the substrate exchange position to the alignment start position becoming zero, the operations at time T1, time T2, and time T3 described above are performed on one substrate stage side, and at time T4 Since the operation can be performed on the other substrate stage side, the throughput can be further improved as compared with the case of the invention described in claim 2.
[0041]
According to a fourth aspect of the present invention, in the projection exposure apparatus according to the first aspect, on the first substrate stage (WS1) and the second substrate stage (WS2), a reference mark as a reference point of the stage ( MK1, MK2, MK3) are formed, and the predetermined reference point in the projection area of the projection optical system (PL) is the projection center of the pattern image of the mask (R), and the pattern image of the mask (R) And a mark position detecting means (142, 144) for detecting a relative positional relationship between the projection center of the first stage and the reference mark on the stage via the mask (R) and the projection optical system (PL). To do.
[0042]
According to this, with respect to the sensitive substrate held on one stage, the control means uses the measured value of the third length measuring axis to manage the position of one stage via the projection optical system without any Abbe error. While the exposure of the mask pattern image is performed, the positional relationship between the alignment mark on the sensitive substrate held on the other stage and the reference mark (MK2) on the other stage is the detection result of the alignment system (24a). The operations of the two substrate stages can be controlled so that the measurement value of the fourth length measuring axis can be accurately detected without Abbe error, and in this way, the exposure operation on one substrate stage and the other can be controlled. The alignment operation on the stage is performed in parallel.
[0043]
In addition, when the operation of both the stages is completed, the control unit resets the interferometer of the third measurement axis while measuring the position of the other stage using the measurement value of the third measurement axis. The operation of the other stage is controlled so that the reference point (MK1, MK3) on the other stage is positioned at a position where the positional relationship with the projection center of the mask pattern image can be detected. For this reason, with respect to the other stage where the positional relationship between the reference point (MK2) on the stage and the alignment mark on the sensitive substrate is measured, the fourth length measuring axis used when measuring the alignment mark is in a state incapable of measurement. Even without any inconvenience, the position can be managed using the measurement value of the third length measurement axis without any inconvenience, and the reference point (MK1, MK3) on the other stage and the pattern image of the mask can be controlled. The relative positional relationship with the projection center can be detected by using mark position detection means (142, 144) that detects via the mask (R) and the projection optical system (PL), and this positional relationship and the alignment measurement result. It is possible to perform exposure while aligning the pattern image of the mask with the projection optical system (PL) and the sensitive substrate using the measured value of the third measuring axis and the third measurement axis.
[0044]
The invention according to claim 5 is a projection exposure method in which an image of a pattern of a mask (R) is projected and exposed onto a sensitive substrate (W1, W2) via a projection optical system (PL), the sensitive substrate (W1). , W2) are prepared, and two substrate stages (WS1, WS2) each capable of moving independently within the same plane are prepared; while measuring the position of one of the two stages with a predetermined interferometer The mask pattern image is projected and exposed on the sensitive substrate held on the one stage, and the exposure is performed on the substrate held on the one stage by an interferometer different from the predetermined interferometer. While measuring the position of the other of the two stages, the positional relationship between the alignment mark on the sensitive substrate held by the other stage and the reference point on the other stage is measured; Stage After completion of the exposure of the retained sensitive substrate, by the predetermined interferometer position measurement state capable of the other stage ,And The reference point of the other stage is positioned at a position where the positional relationship with a predetermined reference point in the projection area of the projection optical system can be detected. In a state where the predetermined interferometer is reset, The measured positional relationship And the detected positional relationship Based on the above, the alignment between the sensitive substrate held on the other stage and the pattern image of the mask is performed using the reset predetermined interferometer.
[0045]
According to this, the exposure operation of the sensitive substrate held on one stage, the measurement of the positional relationship between the alignment mark of the sensitive substrate held on the other stage and the reference point on the stage (alignment operation), Are done in parallel. At this time, the position of one stage is managed by a predetermined interferometer, and the position of the other stage is managed by another interferometer. When the exposure operation on one stage is completed, the position of the other stage can be measured with a predetermined interferometer that previously managed the position of one stage. And The reference point of the other stage is positioned at a position where the positional relationship with a predetermined reference point in the projection area of the projection optical system can be detected. The given interferometer is reset . Next, the positional relationship between the alignment mark on the sensitive substrate held on the other stage and the reference point on the other stage. And detected positional relationship Based on the above, alignment of the sensitive substrate held on the other stage and the pattern image of the mask is performed using a predetermined reset interferometer, and the mask pattern image is projected and exposed on the sensitive substrate.
[0046]
That is, after the exposure operation of the sensitive substrate held on one substrate stage and the alignment operation of the sensitive substrate held on the other stage are performed in parallel, one substrate stage is retracted to a predetermined substrate replacement position. In parallel with this, the other stage is moved toward the projection optical system, and the other stage can measure the position with a predetermined interferometer. And A predetermined reference point in the projection area of the projection optical system (for example, the projection center of the mask pattern image) and Reference point of the other stage Position that can detect the positional relationship of When it comes to When the given interferometer is reset Both The position of the person is detected And Based on this detection result and the positional relationship between the reference point on the stage and the alignment mark previously measured during the alignment operation, the position is managed by a predetermined interferometer after reset and held on the other stage. The alignment of the sensitive substrate and the pattern image of the mask is performed during exposure.
[0047]
Therefore, it is possible to improve the throughput by performing the exposure operation of the sensitive substrate on one substrate stage and the alignment operation of the sensitive substrate on the other substrate stage in parallel, and the other stage at the time of alignment. Even if another interferometer whose position has been managed cannot be measured, the position of the other stage during exposure can be managed by a predetermined interferometer. It is possible to reduce the size of the stage reflecting surface for reflecting the substrate, and thus to reduce the size of the substrate stage.
[0048]
The invention according to claim 6 is a projection exposure apparatus for projecting and exposing a pattern image formed on a mask (R) onto a sensitive substrate (W1, W2) via a projection optical system (PL). A first substrate stage (WS1) capable of holding a substrate (W1) and moving in a two-dimensional plane; and a first substrate stage (WS1) in the same plane as the first substrate stage (WS1) holding a sensitive substrate (W2). A second substrate stage (WS2) movable independently of the substrate stage (WS1); a reference mark on the substrate stage (WS1, WS2) and the substrate stage provided separately from the projection optical system (PL) An alignment system (for example, 24a) for detecting a mark on the sensitive substrate held in the first axis direction; passing through the projection center of the projection optical system (PL) and the detection center of the alignment system (24a). One side A first measuring axis (BI1X) for measuring the position of the first substrate stage (WS1) in the first axial direction, and the second substrate stage (WS2) from the other side in the first axial direction. A second measurement axis (BIX2) for measuring a position in the first axis direction, a third measurement axis (BI3Y) orthogonal to the first axis at the projection center of the projection optical system (PL), and A fourth measuring axis (BI4Y) orthogonal to the first axis at the detection center of the alignment system (24a) is provided, and the first and second substrate stages (WS1 and WS1 and BI4Y) are provided by these measuring axes (BI1X to BI4Y). An interferometer system that respectively measures the two-dimensional position of WS2); the position of one of the first substrate stage (WS1) and the second substrate stage (WS2) is measured by the third length measurement of the interferometer system. Using the axis (BI3Y) While the sensitive substrate on the one stage is being exposed while being managed, the position of the other stage is managed using the fourth length measuring axis (BI4Y) of the interferometer system. While obtaining the positional relationship between the held mark on the sensitive substrate and the reference mark on the other stage using the alignment system (24a) ,in front The positional relationship between the projection position of the mask pattern image by the projection optical system (PL) and the reference mark on the other stage is obtained. Sometimes resets the measurement value of the third measuring axis (BI3Y) of the interferometer system And control means (90).
[0049]
According to this, the control means manages the position of one of the first substrate stage and the second substrate stage using the measurement value of the third length measuring axis of the interferometer system while controlling the position of the one substrate stage. While exposing the sensitive substrate, the positional relationship between the mark on the sensitive substrate held on the other stage and the reference mark on the other stage is obtained using an alignment system, and held on one stage. After exposure of sensitive substrates , Throw Obtain the positional relationship between the projection position of the mask pattern image by the shadow optical system and the reference mark on the other stage. Sometimes resets the measurement value of the third measuring axis of the interferometer system .
[0050]
That is, in the control means, with respect to the sensitive substrate held on the one stage, the first measurement axis orthogonal to the first measurement axis (first measurement axis and second measurement axis) at the projection center of the projection optical system. A sensitive substrate held on the other stage while the pattern image of the mask is being exposed through the projection optical system while managing the position of one stage without Abbe error using the measurement values of the three measurement axes The positional relationship between the upper mark and the reference mark on the other stage is set to the measurement axis in the first axis direction (first measurement axis and second measurement axis) at the detection result of the alignment system and the detection center of the alignment system. It is possible to accurately detect without Abbe error using the measurement values of the fourth measurement axis orthogonal to each other, and in this way, the exposure operation on one substrate stage and the alignment operation on the other stage can be performed in parallel. So increase throughput Rukoto is possible.
[0051]
In addition, the control means, after the exposure of the sensitive substrate held on one stage, that is, after the operation of both stages is completed. , Throw Obtain the positional relationship between the projection position of the mask pattern image by the shadow optical system and the reference mark on the other stage. Sometimes resets the measurement value of the third measuring axis of the interferometer system . Therefore, for the other stage where the positional relationship between the reference mark on the stage and the alignment mark on the sensitive substrate was measured (alignment was completed), the fourth length measuring axis used when measuring the alignment mark was measured. Even in the impossible state, the position can be managed using the measurement value of the third measuring axis without any inconvenience, and the reference mark on the other stage and the mask pattern by the projection optical system The relationship between the projection position of the image is obtained, and exposure is performed while aligning the projection area of the projection optical system and the sensitive substrate using this positional relation, the alignment measurement result, and the measurement value of the third measurement axis. It becomes possible. That is, even if the length measurement axis that managed the position of the other stage at the time of alignment becomes impossible to measure, the position measurement of the other stage at the time of exposure is performed by another length measurement axis. The stage reflecting surface for reflecting the axial interferometer beam can be reduced in size, and thus the substrate stage can be reduced in size.
[0053]
Claim 7 In the projection exposure apparatus according to claim 6, the control means (90) is configured such that the control means (90) includes a mark on the sensitive substrate held on the other stage and a reference mark on the other stage. Based on the measurement result of the third measuring axis when the positional relationship and the positional relationship between the projection position of the mask pattern image by the projection optical system and the reference mark on the other stage are obtained, The sensitive substrate held on the other stage is exposed while controlling the position of the stage.
[0054]
According to this, the positional relationship between the mark on the sensitive substrate held on the other stage and the reference mark on the other stage (which is obtained by the same sensor, that is, the alignment system) and the projection optics The position of the other stage is controlled while controlling the position of the other stage based on the measurement result of the third measuring axis when the positional relationship between the projection position of the mask pattern image by the system and the reference mark on the other stage is obtained. Since the held sensitive substrate is exposed, after obtaining the positional relationship between the mark on the sensitive substrate held on the other stage and the reference mark on the other stage, when the positional relationship is obtained, the other Even if the 4th measuring axis that managed the position of the stage becomes impossible to measure, the sensitive substrate can be positioned at the exposure position with high accuracy without any inconvenience. It becomes ability.
[0055]
In this case, the claim 8 As described in the invention, the control means (90) is configured so that the reference mark on the other stage enters the detection region of the alignment system after exposure of the sensitive substrate held on the other stage. It is desirable to replace the sensitive substrate by positioning the other stage.
[0056]
In this case, since the control means replaces the substrate on the other stage while the reference mark on the other substrate stage is positioned within the detection region of the alignment system, the alignment start operation and the sensitive substrate are performed. Can be performed while the substrate stage is stationary. Further, in addition to the movement time of the substrate stage from the substrate exchange position to the alignment start position becoming zero, the operations at the time T1, time T2, and time T3 described above are performed on the other substrate stage side, and at the time T4 Since the operation can be performed on one substrate stage side, the throughput can be improved.
[0057]
In this case, the claim 9 As described above, when the reference mark on the other stage is detected by the alignment system, the measurement value of the fourth measurement axis of the interferometer system may be reset.
[0058]
Claim 10 The projection exposure apparatus for projecting and exposing the pattern image formed on the mask (R) onto the sensitive substrate (W) via the projection optical system (PL), the sensitive substrate (W1) A first substrate stage (WS1) that can be held and moved in a two-dimensional plane; a sensitive substrate (W2) is held, and the first substrate stage (WS1) is in the same plane as the first substrate stage (WS1). A second substrate stage (WS2) that can move independently from the first substrate stage; and a transfer system (180-200) that delivers a sensitive substrate between the first substrate stage (WS1) and the second substrate stage (WS2). An alignment system (for example, 24a) that is provided separately from the projection optical system (PL) and detects a reference mark on the substrate stage and a mark on the sensitive substrate held by the substrate stage; While one of the one substrate stage (WS1) and the second substrate stage (WS2) transfers the sensitive substrate to / from the transfer system (180 to 200), the other stage performs an exposure operation. Control means (90) for controlling the two substrate stages to perform the control means (90) when the one stage transfers the sensitive substrate to / from the transport system. A reference mark on one stage falls within the detection area of the alignment system position The one stage Positioning It is characterized by doing.
[0059]
According to this, the control unit causes the other stage to perform an exposure operation while one of the first substrate stage and the second substrate stage transfers the sensitive substrate to and from the transfer system. The operation of both stages is controlled. Therefore, the operation at the time T1 described above and the operation at the time T4 can be processed in parallel. Further, when one stage delivers the sensitive substrate to or from the transfer system by the control means, the reference mark on one stage enters the detection area of the alignment system. position One stage is Positioning Therefore, the position measurement of the reference mark and the exchange of the sensitive substrate, which are the alignment start operations, can be performed while the substrate stage is stationary. Further, in addition to the movement time of the substrate stage from the substrate exchange position to the alignment start position becoming zero, the operations at time T1, time T2, and time T3 described above are performed on one substrate stage side, and at time T4 The operation can be performed on the other substrate stage side. Accordingly, it is possible to improve the throughput as compared with the conventional sequential processing which requires time (T1 + T2 + T3 + T4).
The present invention is also a projection exposure apparatus that projects a pattern image onto a sensitive substrate and exposes the sensitive substrate, having a reflection surface (21) for an interferometer, and holding the sensitive substrate (Wl). A first stage (WSl) movable in a two-dimensional direction (X-axis direction, Y-axis direction); a reflection surface (23) for the interferometer, and holding the sensitive substrate (W2), Independently of one stage (WSl), a second stage (WS2) movable in a two-dimensional direction (X-axis direction, Y-axis direction); a reference (MK2) disposed on the stage (WSl or WS2); A first alignment system (24a) for obtaining a first positional relationship with a shot area on the sensitive substrate held by the stage; and a first axial direction (X-axis direction) with respect to the first alignment system (24a) The projection is used to project the pattern image on the sensitive substrate. An optical system (PL); a second alignment system (142) for determining a second positional relationship between a projection position of the pattern image by the projection optical system (PL) and a reference (MKl) disposed on the stage; When an alignment operation for detecting a mark on a sensitive substrate (for example, Wl) on one stage is performed using the first alignment system (24a) to obtain the positional relationship, the first of the one stage (WSl) is performed. The other stage using the first measuring axis (BI1X) for measuring the position in the axial direction (X-axis direction) from one side of the first axial direction (X-axis direction) and the projection optical system (PL) When the exposure operation for exposing the upper sensitive substrate (W2) is performed, the position of the other stage (WS2) in the first axis direction (X-axis direction) is set to the other side of the first axis direction (X-axis direction). 2nd measuring axis (BI2X) for measuring from The second stage (WS2) on which the exposure operation for the sensitive substrate is performed is arranged so as to be able to measure the position in the second axis direction (Y-axis direction) perpendicular to the first axis direction (X-axis direction). After the operation is finished, the third measuring axis (BI3Y) deviating from the reflecting surface (23) of the other stage (WS2) and the one stage where the alignment operation for the sensitive substrate is performed in parallel with the exposure operation ( WSl) is arranged so as to be able to measure the position in the second axis direction (Y-axis direction), and after the alignment operation is finished, a fourth length measuring axis (BI4Y) deviating from the reflecting surface (21) of one stage (WSl) A mark on the sensitive substrate (Wl) is detected during an alignment operation with respect to the sensitive substrate (Wl) on one stage (WSl), and the sensitive substrate (Wl) Top shot The first positional relationship between the first region and the reference (MK2) arranged on one stage (WSl) is obtained, and the alignment operation on one stage (WSl) side and the exposure operation on the other stage (WS2) side are determined. After the completion, the second alignment system (142) is used to obtain the second positional relationship between the projection position of the pattern image by the projection optical system (PL) and the reference (MKl) of one stage (WSl). At that time, the third measuring axis is reset, After the second positional relationship is obtained, the position of one stage (WS1) is determined based on the first positional relationship and the second positional relationship. Using the third measuring axis and the first measuring axis or the second measuring axis of the interferometer system While controlling, the shot area on the sensitive substrate (W1) held on one stage (WSl) is sequentially exposed.
According to this, the throughput can be improved and the stage reflection surface can be reduced, so that the stage can be miniaturized.
[0060]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
<< First Embodiment >>
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0061]
FIG. 1 shows a schematic configuration of a projection exposure apparatus 10 according to an embodiment. The projection exposure apparatus 10 is a so-called step-and-scan type scanning exposure type projection exposure apparatus.
[0062]
The projection exposure apparatus 10 holds wafers WS1 and WS2 as first and second substrate stages that independently move in a two-dimensional direction while holding wafers W1 and W2 as sensitive substrates on a base board 12, respectively. The stage device provided, the projection optical system PL disposed above the stage device, and the reticle R as a mask above the projection optical system PL mainly in a predetermined scanning direction, here the Y-axis direction (the direction perpendicular to the plane of FIG. 1) ), A lighting system for illuminating the reticle R from above, a control system for controlling these parts, and the like.
[0063]
The stage device is levitated and supported on the base board 12 via an air bearing (not shown), and is independently 2 in the X-axis direction (the left-right direction on the paper surface in FIG. 1) and the Y-axis direction (the orthogonal direction on the paper surface in FIG. 1). Two wafer stages WS1 and WS2 capable of dimension movement, a stage drive system for driving these wafer stages WS1 and WS2, and an interferometer system for measuring the positions of the wafer stages WS1 and WS2 are provided.
[0064]
More specifically, air pads (for example, vacuum preload type air bearings) (not shown) are provided at a plurality of locations on the bottom surfaces of the wafer stages WS1 and WS2, and the air ejection force of the air pads and the vacuum preload are reduced. For example, it is levitated and supported on the base board 12 with an interval of several microns maintained by balance.
[0065]
On the base board 12, as shown in the plan view of FIG. 3, two X-axis linear guides extending in the X-axis direction (for example, a fixed side magnet of a so-called moving coil type linear motor) 122 , 124 are provided in parallel, and two X-axis linear guides 122, 124 are respectively attached with two moving members 114, 118 and 116, 120 that are movable along the X-axis linear guides. ing. Drive coils (not shown) are attached to the bottom portions of these four moving members 114, 118, 116, and 120 so as to surround the X-axis linear guide 122 or 124 from above and from the sides, respectively. And the X-axis linear guide 122 or 124 constitute moving coil type linear motors for driving the moving members 114, 116, 118, and 120 in the X-axis direction, respectively. However, in the following description, for the sake of convenience, the moving members 114, 116, 118, and 120 are referred to as X-axis linear motors.
[0066]
Two of these X-axis linear motors 114 and 116 are respectively provided at both ends of a Y-axis linear guide 110 (such as a fixed coil of a moving magnet type linear motor) 110 extending in the Y-axis direction. The remaining two X-axis linear motors 118 and 120 are fixed to both ends of a similar Y-axis linear guide 112 extending in the Y-axis direction. Therefore, the Y-axis linear guide 110 is driven along the X-axis linear guides 122 and 124 by the X-axis linear motors 114 and 116, and the Y-axis linear guide 112 is driven by the X-axis linear motors 118 and 120. 122 and 124 are driven.
[0067]
On the other hand, a magnet (not shown) surrounding one Y-axis linear guide 110 from above and from the side is provided at the bottom of wafer stage WS1, and wafer stage WS1 is moved to Y-axis by this magnet and Y-axis linear guide 110. A moving magnet type linear motor driven in the direction is configured. Further, a magnet (not shown) surrounding the other Y-axis linear guide 112 from above and from the side is provided at the bottom of the wafer stage WS2, and the wafer stage WS2 is moved to the Y-axis by this magnet and the Y-axis linear guide 112. A moving magnet type linear motor driven in the direction is configured.
[0068]
That is, in the present embodiment, the X-axis linear guides 122 and 124, the X-axis linear motors 114, 116, 118, and 120, the Y-axis linear guides 110 and 112, and the magnets (not shown) at the bottom of the wafer stages WS1 and WS2 are used. A stage drive system is configured to drive the wafer stages WS1 and WS2 independently in an XY two-dimensional manner. This stage drive system is controlled by the stage controller 38 in FIG.
[0069]
Note that by slightly varying the torque of the pair of X-axis linear motors 114 and 116 provided at both ends of the Y-axis linear guide 110, it is possible to generate or remove slight yawing in the wafer stage WS1. Similarly, by slightly varying the torque of the pair of X-axis linear motors 118 and 120 provided at both ends of the Y-axis linear guide 112, it is possible to generate or remove minute yawing in the wafer stage WS2. .
[0070]
On the wafer stages WS1 and WS2, the wafers W1 and W2 are fixed by vacuum suction or the like via a wafer holder (not shown). The wafer holder is finely driven in a Z-axis direction and a θ-direction (rotation direction about the Z-axis) orthogonal to the XY plane by a Z / θ drive mechanism (not shown). Further, on the upper surfaces of the wafer stages WS1 and WS2, fiducial mark plates FM1 and FM2 on which various fiducial marks are formed are installed so as to have almost the same height as the wafers W1 and W2, respectively. These reference mark plates FM1 and FM2 are used, for example, when detecting the reference position of each wafer stage.
[0071]
Further, a surface 20 on one side in the X-axis direction (left side surface in FIG. 1) and a surface 21 on one side in the Y-axis direction (surface on the back side in FIG. 1) 21 of the wafer stage WS1 are mirror-finished reflecting surfaces. Similarly, a surface 22 on the other side in the X-axis direction (the right side surface in FIG. 1) 22 and a surface 23 on the one side in the Y-axis direction of the wafer stage WS2 are mirror-finished reflecting surfaces. Yes. Interferometer beams of each measuring axis constituting the interferometer system, which will be described later, are projected onto these reflecting surfaces, and the reflected light is received by each interferometer, so that the reference position of each reflecting surface (generally projection optics) Displacement from the system side surface or the side surface of the alignment optical system is used as a reference surface, and the two-dimensional positions of the wafer stages WS1 and WS2 are thereby measured. ing. The configuration of the measurement axis of the interferometer system will be described in detail later.
[0072]
Here, as the projection optical system PL, there is used a refractive optical system composed of a plurality of lens elements having a common optical axis in the Z-axis direction and having a predetermined reduction magnification, for example, 1/5, on both sides telecentric. Yes. For this reason, the moving speed of the wafer stage in the scanning direction at the time of step-and-scan scanning exposure is 1/5 of the moving speed of the reticle stage.
[0073]
On both sides in the X-axis direction of the projection optical system PL, as shown in FIG. 1, off-axis type alignment systems 24a and 24b having the same function are provided. They are located at the same distance from the center (coincided with the projection center of the reticle pattern image). These alignment systems 24a and 24b have three types of alignment sensors, an LSA (Laser Step Alignment) system, an FIA (Filed Image Alignment) system, and an LIA (Laser Interferometric Alignment) system. It is possible to measure the position of the mark and the alignment mark on the wafer in the X and Y two-dimensional directions.
[0074]
Here, the LSA system is the most versatile sensor that irradiates a mark with a laser beam and measures the mark position using diffracted / scattered light, and has been conventionally used for a wide variety of process wafers. The FIA system is a sensor that measures the mark position by illuminating the mark with broadband light such as a halogen lamp and processing the image of the mark, and is effectively used for asymmetric marks on the aluminum layer and wafer surface. The In addition, the LIA system is a sensor that irradiates a diffraction grating mark with laser light having a slightly different frequency from two directions, causes the generated two diffracted lights to interfere, and detects the position information of the mark from the phase. Yes, it can be used effectively for low step and rough wafers.
[0075]
In the present embodiment, these three types of alignment sensors are properly used according to the purpose, so-called search alignment in which the approximate position of the wafer is measured by detecting the position of three-dimensional marks on the wafer, or on the wafer. Fine alignment or the like for performing accurate position measurement of each shot area is performed.
[0076]
In this case, the alignment system 24a is used for position measurement of the alignment mark on the wafer W1 held on the wafer stage WS1 and the reference mark formed on the reference mark plate FM1. The alignment system 24b is used for measuring the position of the alignment mark on the wafer W2 held on the wafer stage WS2 and the reference mark formed on the reference mark plate FM2.
[0077]
Information from each alignment sensor constituting the alignment systems 24a and 24b is A / D converted by the alignment control device 80, and a digitized waveform signal is arithmetically processed to detect a mark position. This result is sent to the main controller 90, and the main controller 90 instructs the stage controller to correct the synchronization position at the time of exposure according to the result.
[0078]
Further, in the exposure apparatus 10 of the present embodiment, although not shown in FIG. 1, a reticle mark (not shown) on the reticle R is provided above the reticle R via the projection optical system PL as shown in FIG. ) And the marks on the reference mark plates FM1 and FM2 are provided with a pair of reticle alignment microscopes 142 and 144 as a mark position detecting means comprising a TTR (Through The Reticle) alignment optical system using an exposure wavelength. It has been. Detection signals from these reticle alignment microscopes 142 and 144 are supplied to the main controller 90. In this case, the deflection mirrors 146 and 148 for guiding the detection light from the reticle R to the reticle alignment microscopes 142 and 144 are movably arranged, and when an exposure sequence is started, a command from the main controller 90 is also given. Thus, the deflecting mirrors 146 and 148 are retracted by the mirror driving device (not shown). Note that a configuration equivalent to the reticle alignment microscope 142, 144 is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 7-176468, and therefore detailed description thereof is omitted here.
[0079]
Although not shown in FIG. 1, each of the projection optical system PL and the alignment systems 24a and 24b includes an autofocus / autoleveling measurement mechanism (hereinafter referred to as an in-focus position measuring mechanism) for checking the in-focus position as shown in FIG. , "AF / AL system") 130, 132, 134. Of these, the AF / AL system 132 projects the pattern formation surface on the reticle R and the exposure surface of the wafer W in order to accurately transfer the pattern on the reticle R onto the wafer (W1 or W2) by scanning exposure. Since it is necessary to be conjugated with respect to the optical system PL, it is detected whether or not the exposure surface of the wafer W matches the image plane of the projection optical system PL within the depth of focus range (whether it is in focus). This is what is provided. In the present embodiment, a so-called multipoint AF system is used as the AF / AL system 132.
[0080]
Here, the detailed configuration of the multipoint AF system constituting the AF / AL system 132 will be described with reference to FIGS.
[0081]
As shown in FIG. 5, the AF / AL system (multi-point AF system) 132 includes an optical fiber bundle 150, a condenser lens 152, a pattern forming plate 154, a lens 156, a mirror 158, and an irradiation objective lens 160. The optical system 151 includes a condensing objective lens 162, a rotational vibration plate 164, an imaging lens 166, and a condensing optical system 161 including a light receiver 168.
[0082]
Here, each part of the configuration of the AF / AL system (multi-point AF system) 132 will be described together with its operation.
[0083]
Illumination light having a wavelength that does not sensitize the photoresist on the wafer W1 (or W2) different from the exposure light EL is guided from an illumination light source (not shown) through the optical fiber bundle 150 and emitted from the optical fiber bundle 150. The light illuminates the pattern forming plate 154 through the condenser lens 152. The illumination light transmitted through the pattern forming plate 154 passes through the lens 156, the mirror 158, and the irradiation objective lens 160, and is projected onto the exposure surface of the wafer W. On the pattern forming plate 154 with respect to the exposure surface of the wafer W1 (or W2). The pattern image is projected and formed obliquely with respect to the optical axis AX. The illumination light reflected by the wafer W 1 is projected onto the light receiving surface of the light receiver 168 via the condenser objective lens 162, the rotation direction vibration plate 164 and the imaging lens 166, and on the light receiving surface of the light receiver 168 on the pattern forming plate 154. The pattern image is re-imaged. Here, the main controller 90 applies predetermined vibrations to the rotational direction vibration plate 164 via the vibration device 172, and a large number of light receivers 168 (specifically, the same number as the slit patterns of the pattern forming plate 154). Detection signals from the light receiving elements are supplied to the signal processing device 170. Further, the signal processing device 170 supplies a large number of focus signals obtained by synchronously detecting each detection signal with the drive signal of the vibration exciting device 172 to the main control device 90 via the stage control device 38.
[0084]
In this case, as shown in FIG. 6, for example, 5 × 9 = 45 vertical slit-like opening patterns 93-11 to 93-59 are formed on the pattern forming plate 154. The image of the aperture pattern is projected obliquely (45 °) with respect to the X axis and the Y axis on the exposure surface of the wafer W. As a result, a slit image having a matrix arrangement inclined at 45 ° with respect to the X axis and the Y axis as shown in FIG. 4 is formed. 4 indicates an illumination field on the wafer conjugate with an illumination area on the reticle illuminated by the illumination system. As is apparent from FIG. 4, the detection beam is irradiated onto an area that is two-dimensionally sufficiently larger than the illumination field IF under the projection optical system PL.
[0085]
The other AF / AL systems 130 and 134 are configured in the same manner as the AF / AL system 132. In other words, in the present embodiment, the detection beam can be irradiated by the AF / AL mechanisms 130 and 134 used when measuring the alignment mark in substantially the same area as the AF / AL system 132 used for focus detection during exposure. It has become. For this reason, when the alignment sensor 24a and 24b measures the alignment mark, the position of the alignment mark is measured while performing the same AF / AL measurement and auto-focus / auto-leveling as in the exposure. Alignment measurement becomes possible. In other words, an offset (error) due to the posture of the stage does not occur between exposure and alignment.
[0086]
Next, the reticle driving mechanism will be described with reference to FIGS.
[0087]
The reticle driving mechanism includes a reticle stage RST that can move in a two-dimensional direction of XY while holding the reticle R on the reticle base board 32, a linear motor (not shown) that drives the reticle stage RST, and the reticle stage RST. And a reticle interferometer system for managing the position of the projector.
[0088]
More specifically, in the reticle stage RST, as shown in FIG. 2, two reticles R1 and R2 can be placed in series in the scanning direction (Y-axis direction). The RST is levitated and supported on the reticle base board 32 via an air bearing (not shown), and is driven minutely in the X-axis direction and minute in the θ direction by a drive mechanism 30 (see FIG. 1) including a linear motor (not shown). Rotation and scanning driving in the Y-axis direction are performed. The drive mechanism 30 is a mechanism that uses a linear motor similar to that of the stage device described above as a drive source, but is shown as a simple block in FIG. 1 for convenience of illustration and explanation. For this reason, the reticles R1 and R2 on the reticle stage RST are selectively used, for example, in double exposure, and any reticle can be scanned synchronously with the wafer side.
[0089]
On this reticle stage RST, a parallel plate moving mirror 34 made of the same material as the reticle stage RST (for example, ceramic) is extended in the Y-axis direction at one end of the X-axis direction. A reflective surface is formed on one surface of the mirror 34 in the X-axis direction by mirror finishing. An interferometer beam from an interferometer indicated by a measurement axis BI6X constituting the interferometer system 36 of FIG. 1 is irradiated toward the reflecting surface of the movable mirror 34, and the interferometer receives the reflected light and receives the wafer stage. The position of reticle stage RST is measured by measuring the relative displacement with respect to the reference surface in the same manner as on the side. Here, the interferometer having the measurement axis BI6X actually has two interferometer optical axes that can be measured independently, and measures the position of the reticle stage in the X-axis direction and measures the amount of yawing. Is possible. The interferometer having the measurement axis BI6X is based on the reticle and wafer based on yawing information and X position information of the wafer stages WS1 and WS2 from the interferometers 16 and 18 having measurement axes BI1X and BI2X on the wafer stage described later. This is used to control the rotation of reticle stage RST in the direction in which the relative rotation (rotation error) is canceled or to perform X-direction synchronization control.
[0090]
On the other hand, a pair of corner cube mirrors 35 and 37 are installed on the other side in the Y-axis direction (the front side in FIG. 1), which is the scanning direction (scanning direction) of reticle stage RST. A pair of double-pass interferometers (not shown) irradiate the corner cube mirrors 35 and 37 with interferometer beams indicated by measurement axes BI7Y and BI8Y in FIG. Are returned from the corner cube mirrors 35 and 37, and the reflected lights reflected there return on the same optical path and are received by the respective double-pass interferometers. The reference positions of the respective corner cube mirrors 35 and 37 (the reticle at the reference position). The relative displacement from the reflection surface on the base board 32 is measured. Then, the measurement values of these double pass interferometers are supplied to the stage control device 38 of FIG. 1, and the position of the reticle stage RST in the Y-axis direction is measured based on the average value. Information on the position in the Y-axis direction is obtained by calculating the relative position between the reticle stage RST and the wafer stage WS1 or WS2 based on the measurement value of the interferometer having the measurement axis BI3Y on the wafer side, and scanning during scanning exposure based on this. This is used for synchronous control of the reticle in the direction (Y-axis direction) and the wafer.
[0091]
On the other hand, a pair of corner cube mirrors 35 and 37 are installed on the other side in the Y-axis direction (the front side in FIG. 1), which is the scanning direction (scanning direction) of reticle stage RST. A pair of double-pass interferometers (not shown) irradiate the corner cube mirrors 35 and 37 with interferometer beams indicated by measurement axes BI7Y and BI8Y in FIG. Returned from the corner cube mirrors 35 and 37, the reflected light reflected there returns along the same optical path and is received by the respective double path interferometers, and the reference position of the respective corner cube mirrors 35 and 37 (the reticle base at the reference position). The relative displacement from the reflection surface on the board 32 is measured. Then, the measurement values of these double pass interferometers are supplied to the stage control device 38 of FIG. 1, and the position of the reticle stage RST in the Y-axis direction is measured based on the average value. Information on the position in the Y-axis direction is obtained by calculating the relative position between the reticle stage RST and the wafer stage WS1 or WS2 based on the measurement value of the interferometer having the measurement axis BI3Y on the wafer side, and scanning during scanning exposure based on this. This is used for synchronous control of the reticle in the direction (Y-axis direction) and the wafer.
[0092]
That is, in this embodiment, a reticle interferometer system is configured by the interferometer 36 and a pair of double-path interferometers indicated by the measurement axes BI7Y and BI8Y.
[0093]
Next, an interferometer system for managing the positions of wafer stages WST1 and WST2 will be described with reference to FIGS.
[0094]
As shown in these figures, the X axis direction one side of the wafer stage WS1 is along a first axis (X axis) passing through the projection center of the projection optical system PL and the detection centers of the alignment systems 24a and 24b. The surface is irradiated with an interferometer beam indicated by a first measurement axis BI1X from the interferometer 16 of FIG. 1, and similarly, on the other surface in the X-axis direction of the wafer stage WS2 along the first axis. Is irradiated with an interferometer beam indicated by a second measuring axis BI2X from the interferometer 18 of FIG. The interferometers 16 and 18 receive these reflected lights, thereby measuring the relative displacement of each reflecting surface from the reference position and measuring the positions of the wafer stages WS1 and WS2 in the X-axis direction. . Here, as shown in FIG. 2, the interferometers 16 and 18 are three-axis interferometers each having three optical axes. In addition to the measurement in the X-axis direction of the wafer stages WS1 and WS2, tilt measurement and θ measurement is possible. The output value of each optical axis can be measured independently. Here, the θ stage (not shown) that performs θ rotation of the wafer stages WS1 and WS2 and the Z / leveling stage (not shown) that performs minute driving and tilt driving in the Z-axis direction are actually below the reflecting surface. All the driving amounts during tilt control of the wafer stage can be monitored by these interferometers 16 and 18.
[0095]
The interferometer beams of the first measurement axis BI1X and the second measurement axis BI2X always come into contact with the wafer stages WS1 and WS2 over the entire range of movement of the wafer stages WS1 and WS2, and accordingly, the X axis Regarding the direction, the position of the wafer stages WS1 and WS2 is the first length measurement axis BI1X and the second length measurement axis BI2X during exposure using the projection optical system PL and when the alignment systems 24a and 24b are used. It is managed based on the measured value.
[0096]
As shown in FIGS. 2 and 3, an interferometer having a third measurement axis BI3Y perpendicularly intersecting the first axis (X axis) at the projection center of the projection optical system PL, and alignment systems 24a and 24b. Interferometers each having measurement axes BI4Y and BI5Y as fourth measurement axes perpendicularly intersecting with the first axis (X axis) at the respective detection centers are provided. Only the long axis is shown).
[0097]
In the case of the present embodiment, in the Y-direction position measurement of the wafer stages WS1 and WS2 during exposure using the projection optical system PL, the interferometer of the measurement axis BI3Y passing through the projection center of the projection optical system, that is, the optical axis AX. In the measurement of the Y direction position of the wafer stage WS1 when the alignment system 24a is used, the measurement value of the measurement axis BI4Y passing through the detection center of the alignment system 24a, that is, the optical axis SX, is used. The measurement value of the measurement axis BI5Y passing through the detection center of the alignment system 24b, that is, the optical axis SX, is used for measuring the position of the wafer stage WS2 in the Y direction when the alignment system 24b is used.
[0098]
Accordingly, although the interference measurement major axis in the Y-axis direction deviates from the reflection surface of the wafer stages WS1 and WS2 depending on each use condition, at least one measurement axis, that is, the measurement axes BI1X and BI2X are the respective wafer stages. Since it does not deviate from the reflecting surfaces of WS1 and WS2, the Y-side interferometer can be reset at an appropriate position where the interferometer optical axis to be used enters the reflecting surface. A method for resetting the interferometer will be described in detail later.
[0099]
The Y measuring length measuring axes BI3Y, BI4Y, and BI5Y are two-axis interferometers each having two optical axes. In addition to the measurement in the Y-axis direction of the wafer stages WS1 and WS2, Tilt measurement is possible. The output value of each optical axis can be measured independently.
[0100]
In the present embodiment, there is an interferometer system that manages the two-dimensional coordinate positions of the wafer stages WS1 and WS2 by using a total of five interferometers including three interferometers having interferometers 16 and 18 and measurement axes BI3Y, BI4Y, and BI5Y. It is configured.
[0101]
In this embodiment, as will be described later, while one of the wafer stages WS1 and WS2 executes the exposure sequence, the other executes the wafer exchange and wafer alignment sequence. The movement of wafer stages WS1 and WS2 is managed by stage control device 38 in accordance with a command from main control device 90 based on the output value of each interferometer so that there is no interference.
[0102]
Next, the illumination system will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, the illumination system includes an exposure light source 40, a shutter 42, a mirror 44, beam expanders 46 and 48, a first fly-eye lens 50, a lens 52, a vibrating mirror 54, a lens 56, and a second fly. The lens includes an eye lens 58, a lens 60, a fixed blind 62, a movable blind 64, relay lenses 66 and 68, and the like.
[0103]
Here, each part of the illumination system will be described together with its operation.
[0104]
Laser light emitted from a light source unit 40 including a KrF excimer laser that is a light source and a dimming system (a dimming plate, an aperture stop, etc.) is transmitted through a shutter 42 and then deflected by a mirror 44 to be a beam expander 46, The beam is shaped into an appropriate beam diameter by 48 and is incident on the first fly-eye lens 50. The light beam incident on the first fly-eye lens 50 is divided into a plurality of light beams by two-dimensionally arranged fly-eye lens elements, and each light beam is again different by the lens 52, the vibrating mirror 54, and the lens 56. The light enters the second fly-eye lens 58 from an angle. The light beam emitted from the second fly-eye lens 58 reaches the fixed blind 62 installed at a position conjugate with the reticle R by the lens 60. After the cross-sectional shape is defined in a predetermined shape, the reticle R A predetermined shape defined by the fixed blind 62 on the reticle R as uniform illumination light that passes through the movable blind 64 disposed at a position slightly defocused from the conjugate plane of Here, the illumination area IA having a rectangular slit shape (see FIG. 2) is illuminated.
[0105]
Next, the control system will be described with reference to FIG. This control system is composed of an exposure amount control device 70, a stage control device 38, and the like subordinate to the main control device 90, with a main control device 90 as a control means for overall control of the entire apparatus. .
[0106]
Here, the operation at the time of exposure of the projection exposure apparatus 10 according to the present embodiment will be described focusing on the operations of the above-described components of the control system.
[0107]
The exposure amount controller 70 instructs the shutter driver 72 to drive the shutter driver 74 to open the shutter 42 before the synchronous scanning of the reticle R and the wafer (W1 or W2) is started. .
[0108]
Thereafter, the stage controller 38 starts synchronous scanning (scan control) of the reticle R and the wafer (W1 or W2), that is, the reticle stage RST and the wafer stage (WS1 or WS2) in accordance with an instruction from the main controller 90. The This synchronous scanning is performed by monitoring the measured values of the measurement axis BI3Y and the measurement axis BI1X or BI2X of the interferometer system and the measurement axes BI7Y, BI8Y and the measurement axis BI6X of the reticle interferometer system, while controlling the stage 38 is used to control each of the linear motors constituting the driving system of the reticle driving unit 30 and the wafer stage.
[0109]
When both stages are controlled at a constant speed within a predetermined tolerance, the exposure control device 70 instructs the laser control device 76 to start pulse emission. As a result, the rectangular illumination area IA of the reticle R whose pattern is chromium-deposited on the lower surface thereof is illuminated by illumination light from the illumination system, and an image of the pattern in the illumination area is 1/5 by the projection optical system PL. Projection exposure is performed on a wafer (W1 or W2) whose surface is reduced in size and coated with a photoresist on its surface. As is clear from FIG. 2, the slit width in the scanning direction of the illumination area IA is narrower than the pattern area on the reticle, and the reticle R and the wafer (W1 or W2) are synchronously scanned as described above. Thus, an image of the entire surface of the pattern is sequentially formed on the shot area on the wafer.
[0110]
Here, simultaneously with the start of the pulse emission described above, the exposure amount control device 70 instructs the mirror drive device 78 to drive the vibrating mirror 54 so that the pattern region on the reticle R is completely the illumination region IA (see FIG. 2). ), That is, until the image of the entire surface of the pattern is formed in the shot area on the wafer, this control is continuously performed to reduce the unevenness of interference fringes generated by the two fly-eye lenses 50 and 58. Do.
[0111]
Further, in order to prevent illumination light from leaking outside the light-shielding area on the reticle at the shot edge portion during the scanning exposure described above, the movable blind 64 is moved by the blind controller 39 in synchronization with the scanning of the reticle R and the wafer W. The drive control is performed, and a series of these synchronous operations are managed by the stage controller 38.
[0112]
By the way, the pulse light emission by the laser control device 76 described above needs to emit light n times (n is a positive integer) while an arbitrary point on the wafers W1 and W2 passes through the illumination field width (w). If the oscillation frequency is f and the wafer scan speed is V, the following equation (2) must be satisfied.
[0113]
f / n = V / w (2)
Further, when the irradiation energy of one pulse irradiated on the wafer is P and the resist sensitivity is E, the following equation (3) needs to be satisfied.
[0114]
nP = E (3)
In this way, the exposure amount control device 70 calculates all the variable amounts of the irradiation energy P and the oscillation frequency f, issues a command to the laser control device 76, and sets the dimming system provided in the exposure light source 40. By controlling the irradiation energy P and the oscillation frequency f, the shutter driving device 72 and the mirror driving device 78 are controlled.
[0115]
Further, in the main controller 90, for example, when correcting the movement start position (synchronous position) of the reticle stage and wafer stage that perform synchronous scanning at the time of scan exposure, the correction amount with respect to the stage controller 38 that controls the movement of each stage. Instructs correction of the stage position according to
[0116]
Furthermore, the projection exposure apparatus of the present embodiment is provided with a first transfer system for exchanging wafers with wafer stage WS1 and a second transfer system for exchanging wafers with wafer stage WS2. ing.
[0117]
As shown in FIG. 7, the first transfer system performs wafer exchange with the wafer stage WS1 at the left wafer loading position as described later. The first transport system is attached to a first loading guide 182 extending in the Y-axis direction, a first slider 186 and a second slider 190 moving along the loading guide 182, and the first slider 186. A first wafer loader including a first unload arm 184, a first load arm 188 attached to a second slider 190, and the like, and three vertical moving members provided on the wafer stage WS1 And a first center-up 180 composed of
[0118]
Here, the wafer exchange operation by the first transfer system will be briefly described.
[0119]
Here, as shown in FIG. 7, a case will be described in which the wafer W1 ′ on the wafer stage WS1 at the left wafer loading position and the wafer W1 transferred by the first wafer loader are exchanged.
[0120]
First, in main controller 90, the vacuum of a wafer holder (not shown) on wafer stage WS1 is turned off via a switch (not shown) to release the adsorption of wafer W1 ′.
[0121]
Next, main controller 90 drives center-up 180 upward by a predetermined amount via a center-up drive system (not shown). Thereby, the wafer W1 ′ is lifted to a predetermined position. In this state, main controller 90 supports the movement of first unload arm 184 by a wafer loader controller (not shown). Thereby, the first slider 186 is driven and controlled by the wafer loader control device, and the first unload arm 184 moves along the loading guide 182 over the wafer stage WS1 and is positioned directly below the wafer W1 ′.
[0122]
In this state, main controller 90 drives center up 180 downward to a predetermined position. During the downward movement of the center up 180, the wafer W1 ′ is transferred to the first unload arm 184, so the main controller 90 instructs the wafer loader controller to start vacuuming the first unload arm 184. As a result, the wafer W1 ′ is sucked and held by the first unload arm 184.
[0123]
Next, main controller 90 instructs the wafer loader controller to retract the first unload arm 184 and start moving the first load arm 188. As a result, the first unload arm 184 starts to move in the −Y direction in FIG. 7 integrally with the first slider 186, and at the same time, the second slider 190 and the first load arm 188 holding the wafer W1. The movement starts in the + Y direction integrally. When the first load arm 188 comes above the wafer stage WS1, the wafer loader control device stops the second slider 190 and releases the vacuum of the first load arm 188.
[0124]
In this state, the main controller 90 drives the center-up 180 upward, and the center-up 180 lifts the wafer W1 from below. Next, main controller 90 instructs wafer loader controller to retract the load arm. As a result, the second slider 190 starts moving in the −Y direction integrally with the first load arm 188, and the first load arm 188 is retracted. Simultaneously with the start of retraction of the first load arm 188, the main controller 90 starts to drive the center up 180 downward to place the wafer W1 on a wafer holder (not shown) on the wafer stage WS1, and vacuum the wafer holder. turn on. This completes a series of wafer exchange sequences.
[0125]
Similarly, as shown in FIG. 8, the second transfer system performs wafer exchange with the wafer stage WS2 at the right wafer loading position in the same manner as described above. The second transport system includes a second loading guide 192 extending in the Y-axis direction, a third slider 196 moving along the second loading guide 192, a fourth slider 200, and a third slider 196. A second wafer loader configured to include a second unload arm 194 attached, a second load arm 198 attached to the fourth slider 200, and the like, and a not-shown unit provided on the wafer stage WS2 It consists of the second center up.
[0126]
Next, parallel processing by two wafer stages, which is a feature of this embodiment, will be described with reference to FIGS.
[0127]
In FIG. 7, while the wafer W2 on the wafer stage WS2 is being exposed through the projection optical system PL, the wafer stage WS1 and the first transfer system are in the left loading position as described above. A plan view showing a state in which the wafers are exchanged between them is shown. In this case, an alignment operation is performed on wafer stage WS1 as described later following the wafer exchange. In FIG. 7, the position control of wafer stage WS2 during the exposure operation is performed based on the measurement values of measurement axes BI2X and BI3Y of the interferometer system, and the position of wafer stage WS1 where the wafer replacement and alignment operations are performed. The control is performed based on the measurement values of the measurement axes BI1X and BI4Y of the interferometer system.
[0128]
In the left loading position shown in FIG. 7, the reference mark on the reference mark plate FM1 of the wafer stage WS1 is arranged immediately below the alignment system 24a (see FIG. 9A). For this reason, the main controller 90 resets the interferometer of the measurement axis BI4Y of the interferometer system before the alignment system 24a detects the reference mark MK2 on the reference mark plate FM1.
[0129]
FIG. 9B shows an example of the shape of the reference mark MK2 and how the image is captured by the FIA sensor of the alignment system 24a. In FIG. 9B, the symbol Sx indicates the image capture range of the CCD, and the cross mark indicated by the symbol M is an index in the FIA sensor. Here, only the image capturing range in the X-axis direction is shown, but it is a matter of course that similar image capturing is performed in the Y-axis direction.
[0130]
FIG. 9C shows a waveform signal obtained by the image processing system in the alignment control device 80 when the image of the mark MK2 in FIG. 9B is captured by the FIA system sensor. The alignment control device 80 analyzes the waveform signal to detect the position of the mark MK2 with reference to the center of the index, and the main control device 90 measures the position of the mark MK2 and the measurement axes BI1X and BI4Y with an interferometer. Based on the result, the coordinate position of the mark MK2 on the reference mark plate FM1 in the coordinate system using the measurement axes BI1X and BI4Y (hereinafter referred to as “first stage coordinate system” as appropriate) is calculated.
[0131]
Subsequent to the wafer exchange and the interferometer reset described above, search alignment is performed. The search alignment performed after the wafer exchange is a pre-alignment performed again on the wafer stage WS1 because the position error is large only by the pre-alignment performed during the transfer of the wafer W1. Specifically, the positions of three search alignment marks (not shown) formed on the wafer W1 placed on the stage WS1 are measured using an LSA sensor or the like of the alignment system 24a, and the measurement is performed. Based on the result, alignment of the wafer W1 in the X, Y, and θ directions is performed. The operation of each part during this search alignment is controlled by main controller 90.
[0132]
After the end of this search alignment, fine alignment is performed in which the arrangement of each shot area on the wafer W1 is obtained here using EGA. Specifically, the wafer stage WS1 is sequentially controlled based on design shot arrangement data (alignment mark position data) while managing the position of the wafer stage WS1 by the interferometer system (measurement axes BI1X, BI4Y). While moving, the alignment mark position of a predetermined sample shot on the wafer W1 is measured by an FIA sensor or the like of the alignment system 24a, and based on this measurement result and the design coordinate data of the shot arrangement, statistical calculation by the least square method is performed. , All shot array data are calculated. Thereby, the coordinate position of each shot is calculated on the first stage coordinate system. The operation of each part in the EGA is controlled by the main controller 90, and the above calculation is performed by the main controller 90.
[0133]
Then, main controller 90 calculates the relative positional relationship of each shot with respect to mark MK2 by subtracting the above-described coordinate position of reference mark MK2 from the coordinate position of each shot.
[0134]
In the case of this embodiment, as described above, the position of the alignment mark is measured while performing the same AF / AL system 132 (see FIG. 4) measurement and control autofocus / auto leveling as in the exposure. Measurement is performed, and an offset (error) due to the posture of the stage can be prevented from occurring between alignment and exposure.
[0135]
While the wafer exchange and alignment operations described above are being performed on the wafer stage WS1 side, the wafer stage WS2 side continuously uses two reticles R1 and R2 as shown in FIG. 12 while changing the exposure conditions. Then, double exposure is performed by the step-and-scan method.
[0136]
Specifically, the relative positional relationship of each shot with respect to the mark MK2 is calculated in advance in the same manner as on the wafer W1 side described above, and this result and the mark on the reference arc plate FM1 by the reticle alignment microscopes 144 and 142 are calculated. Based on the result of the relative position detection of the projected images on the wafer surface of the on-reticle marks RMK1 and RMK3 corresponding to MK1 and MK3 (which will be described in detail later), a shot area on the wafer W2 is projected onto the projection optical system PL. Each time the exposure of each shot area is performed, the reticle stage RST and the wafer stage WS2 are synchronously scanned in the scanning direction, and scanning exposure is performed.
[0137]
Such exposure for all shot areas on the wafer W2 is continuously performed even after reticle replacement. As a specific double exposure sequence, as shown in FIG. 13A, each shot area of the wafer W1 is sequentially scanned and exposed from A1 to A12 using a reticle R2 (A pattern). Then, the reticle stage RST is moved by a predetermined amount in the scanning direction by using the drive system 30 to set the reticle R1 (B pattern) to the exposure position, and then scan exposure is performed in the order of B1 to B12 shown in FIG. Do. At this time, since the exposure conditions (AF / AL, exposure amount) and the transmittance are different between the reticle R2 and the reticle R1, it is necessary to measure the respective conditions during reticle alignment and change the conditions according to the results.
[0138]
The operation of each part during double exposure of the wafer W2 is also controlled by the main controller 90.
[0139]
In the exposure sequence and wafer exchange / alignment sequence that are performed in parallel on the two wafer stages WS1 and WS2 shown in FIG. 7 described above, the wafer stage that has been completed first is in a waiting state, and both operations are completed. At the time, the wafer stages WS1 and WS2 are controlled to move to the positions shown in FIG. The wafer W2 on the wafer stage WS2 for which the exposure sequence has been completed is exchanged at the right loading position, and the wafer W1 on the wafer stage WS1 for which the alignment sequence has been completed is subjected to the exposure sequence under the projection optical system PL. It is.
[0140]
In the right loading position shown in FIG. 8, the reference mark MK2 on the reference mark plate FM2 is positioned under the alignment system 24b as in the left loading position, and the above-described wafer exchange operation and alignment sequence are performed. Will be executed. Of course, the reset operation of the interferometer having the measurement axis BI5Y of the interferometer system is executed prior to the detection of the mark MK2 on the reference mark plate FM2 by the alignment system 24b.
[0141]
Next, the reset operation of the interferometer by the main controller 90 when shifting from the state of FIG. 7 to the state of FIG. 8 will be described.
[0142]
After alignment at the left loading position, the wafer stage WS1 is positioned at the position where the reference mark on the reference mark plate FM1 comes directly under the optical axis AX center (projection center) of the projection optical system PL shown in FIG. (See (A)), but the interferometer beam of the measuring axis BI4Y is not incident on the reflecting surface 21 of the wafer stage WS1 during the movement, so that the wafer stage is moved to the position shown in FIG. 8 immediately after the alignment. It is difficult to move WS1. For this reason, in this embodiment, the following devices are devised.
[0143]
That is, as described above, in this embodiment, when the wafer stage WS1 is at the left loading position, the reference mark plate FM1 is set to be directly below the alignment system 24a, and the length measuring axis is set at this position. Since the BI4Y interferometer has been reset, the wafer stage WS1 is temporarily returned to this position, and the distance between the detection center of the alignment system 24a known in advance from that position and the optical axis center (projection center) of the projection optical system PL. Based on (for convenience, BL), the wafer stage WS1 is moved to the right in the X-axis direction by the distance BL while monitoring the measurement value of the interferometer 16 of the measurement axis BI1X where the interferometer beam does not break. As a result, wafer stage WS1 is moved to the position shown in FIG.
[0144]
Then, in main controller 90, as shown in FIG. 10 (A), marks MK1 and MK3 on reference mark plate FM1 and reticle marks RMK1 and RMK3 corresponding thereto using exposure light by reticle alignment microscopes 144 and 142, respectively. The relative position of the projected image on the wafer surface is detected.
[0145]
FIG. 10B shows a projected image of the mark RMK (RMK1, RMK2) on the reticle R on the wafer surface, and FIG. 10C shows the mark MK (MK1, MK3) on the reference mark plate. Yes. FIG. 10D shows the projection image on the wafer surface of the mark RMK (RMK1, RMK2) on the reticle R and the mark MK on the reference mark plate on the reticle alignment microscope 144, 142 in the state shown in FIG. An image capturing state in which (MK1, MK3) is simultaneously detected is shown. In FIG. 10D, the symbol SRx indicates the image capture range of the CCD constituting the reticle alignment microscope. FIG. 10E shows a waveform signal obtained by processing the image captured in the above by an image processing system (not shown).
[0146]
The main controller 90 resets the interferometer of the measurement axis BI3Y prior to capturing the waveform signal waveform. The reset operation can be executed when the next measurement axis to be used can irradiate the side surface of the wafer stage.
[0147]
As a result, the coordinate positions of the marks MK1 and MK3 on the reference mark plate FM1 in the coordinate system (second stage coordinate system) using the measurement axes BI1X and BI3Y, and the projected image coordinates on the wafer R of the mark RMK on the reticle R The position is detected, and the relative positional relationship between the exposure position (projection center of the projection optical system PL) and the mark MK1, MK3 coordinate positions on the reference mark plate FM1 is obtained from the difference between the two.
[0148]
Then, main controller 90 finally determines the exposure position based on the relative positional relationship of each shot with respect to reference plate FM1 upper mark MK2 and the relative relationship between the exposure position and reference plate FM1 upper mark MK1, MK3 coordinate positions. And the relative positional relationship of each shot. Depending on the result, as shown in FIG. 11, each shot on the wafer W1 is exposed.
[0149]
As described above, the reason why high-precision alignment is possible even if the reset operation of the interferometer is performed is that after the reference mark on the reference mark plate FM1 is measured by the alignment system 24a, the alignment mark of each shot area on the wafer W1 is measured. This is because the distance between the reference mark and the virtual position calculated by measuring the wafer mark is calculated by the same sensor. Since the relative positional relationship (relative distance) between the reference mark and the position to be exposed is obtained at this time, the exposure position and the reference mark position can be matched by the reticle alignment microscopes 142 and 144 before the exposure. By adding the relative distance to that value, even if the interferometer beam of the interferometer in the Y-axis direction is cut during the movement of the wafer stage and reset again, a highly accurate exposure operation can be performed. is there.
[0150]
In addition, since the reference marks MK1 to MK3 are always on the same reference plate, if the drawing error is obtained in advance, there is no variation factor only by offset management. RMK1 and RMK2 may also have an offset due to reticle drawing error. For example, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-67271, the writing error may be reduced by using a plurality of marks during reticle alignment. If the reticle mark drawing error is measured in advance, it can be handled only by offset management.
[0151]
If the length measurement axis BI4Y cannot be cut while the wafer stage WS1 is moved from the alignment end position to the position shown in FIG. 8, the measured values of the length measurement axes BI1X and BI4Y are monitored and after the alignment is completed. Of course, the wafer stage WS1 may be moved linearly to the position shown in FIG. In this case, after the measurement axis BI3Y passing through the optical axis AX of the projection optical system PL is applied to the reflecting surface 21 orthogonal to the Y axis of the wafer stage WS1, the mark MK1 on the reference mark plate FM1 by the reticle alignment microscopes 144 and 142 is used. , MK3 and the corresponding on-reticle marks RMK1, RMK3 may be reset at any time before the relative position detection of the projected image on the wafer surface.
[0152]
In the same manner as described above, the wafer stage WS2 is moved from the exposure end position to the right loading position shown in FIG. 8, and the reset operation of the interferometer of the measurement axis BI5Y is performed.
[0153]
FIG. 14 shows an example of the timing of an exposure sequence for sequentially exposing each shot area on the wafer W1 held on the wafer stage WS1, and FIG. 15 is performed in parallel with this. The timing of the alignment sequence on the wafer W2 held on the wafer stage WS2 is shown. In this embodiment, the exposure sequence and the wafer exchange / alignment sequence are performed in parallel on the wafers W1 and W2 on each wafer stage while independently moving the two wafer stages WS1 and WS2 in the two-dimensional direction. As a result, throughput is improved.
[0154]
However, when two operations are simultaneously performed using two wafer stages, the operation performed on one wafer stage may affect the operation performed on the other wafer stage as a disturbance factor. Conversely, there is an operation in which the operation performed on one wafer stage does not affect the operation performed on the other wafer stage. Therefore, in this embodiment, among the operations that are processed in parallel, each operation is performed so that operations that become disturbance factors or operations that do not become disturbance factors are performed at the same time by dividing into operations that do not become disturbance factors. The timing is adjusted.
[0155]
For example, during the scanning exposure, the wafer W1 and the reticle R are synchronously scanned at a constant speed, so that it does not become a disturbance factor, and it is necessary to eliminate other disturbance factors as much as possible. For this reason, during the scan exposure on one wafer stage WS1, the timing is adjusted so as to be stationary in the alignment sequence performed on the wafer W2 on the other wafer stage WS2. That is, the mark measurement in the alignment sequence is performed in a state where the wafer stage WS2 is stationary at the mark position, so that it is not a disturbance factor for the scan exposure, and the mark measurement can be performed in parallel during the scan exposure. 14 and 15, the scan exposure indicated by the operation numbers “1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23” with respect to the wafer W1 in FIG. 16, the mark measurement operations at the respective alignment mark positions indicated by the operation numbers “1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23” in FIG. It can be seen that this is done in synchronization. On the other hand, even in the alignment sequence, during scanning exposure, since the motion is constant, high-accuracy measurement can be performed without disturbance.
[0156]
The same thing can be considered at the time of wafer exchange. In particular, vibration generated when the wafer is transferred from the load arm to the center up can be a cause of disturbance. Therefore, before scan exposure or during acceleration / deceleration before and after synchronous scanning is performed at a constant speed (disturbance factor) The wafer may be delivered according to the above.
[0157]
The timing adjustment described above is performed by the main controller 90.
[0158]
As described above, according to the projection exposure apparatus 10 of the present embodiment, the two wafer stages WS1 and WS2 for holding two wafers independently are provided, and these two wafer stages are independently moved in the XYZ directions. Since the wafer exchange and alignment operations are performed on one wafer stage, the exposure operation is performed on the other wafer stage, and the operations are switched when both operations are completed. The throughput can be greatly improved.
[0159]
Also, when switching the above operation, the measurement sequence of the reference mark plate arranged on the wafer stage is also performed at the same time as resetting the measurement axis interferometer used in the operation after switching, There is no particular inconvenience even if the measuring axis of the interferometer system deviates from the reflecting surface of the wafer stage (if a moving mirror is provided separately, the moving mirror). ) Can be shortened, and the wafer stage can be easily downsized. Specifically, the length of one side of the wafer stage can be reduced to a size slightly larger than the wafer diameter. This makes it possible to easily incorporate two wafer stages that can be moved independently into the apparatus, and improve the positioning performance of each wafer stage. Possible to become.
[0160]
Further, for the wafer stage on which the exposure operation is performed, mark measurement on the reference mark plate is performed by the reticle alignment microscopes 142 and 144 (exposure light alignment sensor) via the projection optical system PL at the same time as the measurement interferometer is reset. For the wafer stage on which the wafer exchange / alignment operation is performed, the mark on the reference mark plate is measured by the alignment system 24a or 24b (off-axis alignment sensor) at the same time as the measurement interferometer reset. In addition, it is possible to switch the interference measurement major axis for managing the position of the wafer stage even during alignment by each alignment system and exposure by the projection optical system. In this case, (1) when the mark on the reference mark plate is measured by the alignment system 24a or 24b, the coordinate position of the mark is measured on the first stage coordinate system, and (2) after that, on the wafer. The alignment mark of each sample shot is detected, and the array coordinates (exposure coordinate position) of each shot are obtained on the first stage coordinate system by EGA calculation. (3) The reference from the results of (1) and (2) above The relative positional relationship between the mark on the mark plate and the exposure coordinate position of each shot is obtained. (4) Before exposure, the mark on the reference mark plate and the reticle projection coordinate are projected by the reticle alignment microscope 142, 144 via the projection optical system PL. The relative positional relationship with the position is detected on the second stage coordinate system, and the exposure of each shot is performed using (5) and (3) and (4). It can be switched interference measurement long axis to manage the position of the stage performing exposure with high precision. As a result, the wafer can be aligned without performing baseline measurement for measuring the distance between the projection center of the projection optical system and the detection center of the alignment system as described in the prior art, and is described in JP-A-7-176468. It is not necessary to mount a large reference mark plate.
[0161]
In addition, according to the above embodiment, since at least two alignment systems that perform mark detection across the projection optical system PL are provided, the alignment systems are alternately used by shifting the two wafer stages alternately. The alignment operation and the exposure operation to be performed can be performed in parallel.
[0162]
In addition, according to the embodiment, since the wafer loader for exchanging the wafer is arranged in the vicinity of the alignment system, particularly at each alignment position, the transition from the wafer exchange to the alignment sequence is smoothly performed. Higher throughput can be obtained.
[0163]
Further, according to the above-described embodiment, the high throughput as described above can be obtained. Therefore, even if the off-axis alignment system is installed far away from the projection optical system PL, the influence of the throughput degradation is almost eliminated. For this reason, the straight cylinder type high N.P. A. It is possible to design and install an optical system having a (numerical aperture) and small aberration.
[0164]
In addition, according to the above-described embodiment, each optical system has an interferometer beam from an interferometer that measures approximately the center of each optical axis of the two alignment systems and the projection optical system PL. In either case of pattern exposure via the optical system, the two wafer stage positions can be accurately measured without Abbe error, and the two wafer stages can be moved independently and accurately. Is possible.
[0165]
Furthermore, the measurement axes BI1X and BI2X provided from both sides along the direction in which the two wafer stages WS1 and WS2 are arranged (here, the X-axis direction) toward the projection center of the projection optical system PL are always the wafer stages WS1 and WS1. Since irradiation is performed on WS2 and the position of each wafer stage in the X-axis direction is measured, movement control can be performed so that the two wafer stages do not interfere with each other.
[0166]
In addition, according to the above embodiment, since double exposure is performed using a plurality of reticles R, an effect of improving high resolution and DOF (depth of focus) can be obtained. This double exposure method has the disadvantage that the exposure process has to be repeated at least twice, resulting in a long exposure time and a significant decrease in throughput, but by using the projection exposure apparatus of this embodiment, Since the throughput can be significantly improved, it is possible to obtain the high resolution and the DOF improvement effect without reducing the throughput.
[0167]
For example, in T1 (wafer exchange time), T2 (search alignment time), T3 (fine alignment time), and T4 (one exposure time), each processing time for an 8-inch wafer is T1: 9 seconds, T2: 9 seconds , T3: 12 seconds, T4: 28 seconds, when double exposure is performed by a conventional exposure apparatus in which a series of processing is performed sequentially using one wafer stage, throughput THOR = 3600 / (T1 + T2 + T3 + T4 *) 2) = 3600 / (30 + 28 * 2) = 41 [sheets / hour], and the throughput of the conventional apparatus that performs the single exposure method using one wafer stage (THOR = 3600 / (T1 + T2 + T3 + T4) = 3600/58 = 62 Compared to [sheet / hour]), the throughput is reduced to 66%. On the other hand, when performing double exposure using the projection exposure apparatus of this embodiment while performing T1, T2, and T3 and T4 in parallel, the exposure time is longer, so the throughput THOR = 3600 / (28 + 28 ) = 64 [sheets / hour], and it is possible to significantly improve the throughput while maintaining the improvement effect of high resolution and DOF. Further, since the exposure time is long, the number of EGA points can be increased, and the alignment accuracy is improved.
[0168]
<< Second Embodiment >>
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, the same reference numerals are used for the same or equivalent components as those in the first embodiment described above, and the description thereof is simplified or omitted.
[0169]
In the projection exposure apparatus according to the second embodiment, as shown in FIG. 16, the length of one side of the wafer stage WS1 (the length of one side of WS2 is the same as this) is the mutual relationship between the measurement axes BI4Y and BI3Y. Since the distance BL is longer than the distance BL (the distance between the measurement axes BI5Y and BI3Y is the same), the wafer stage WS1 (or WS2) moves from the end position of the alignment sequence to the start position of the exposure sequence. Further, the measurement beam BI4Y (or BI5Y) is characterized in that it is not cut off from the reflecting surface of the stage. For this reason, as will be described later, the reference mark on the reference mark plate can be measured after the interferometer is reset, unlike the case of the first embodiment described above. This is the same as the projection exposure apparatus 10 of the first embodiment.
[0170]
FIG. 16 shows a state where the interferometer of the measuring axis BI3Y is reset after the alignment of the wafer W1 on the wafer stage WS1 is completed.
[0171]
As is apparent from FIG. 16, the interferometers of the measuring axes BI1X and BI4Y that manage the position of the wafer stage WS1 operate after the fine alignment of the wafer W1 (performed by the aforementioned EGA) by the alignment system 24a. Since the interferometer beam does not deviate from the reflection surface formed on one end surface in the Y-axis direction of wafer stage WS1, main controller 90 monitors wafer stage WS1 while monitoring the measurement values of measurement axes BI1X and BI4Y. Is moved from the end position of the arrangement to the position of FIG. 16 where the reference mark plate FM1 is positioned below the projection lens PL. At this time, immediately before positioning the reference mark plate FM1 directly below the projection lens PL, the interferometer beam of the measuring axis BI3Y is reflected by the reflecting surface of the wafer stage WS1.
[0172]
In this case, since the position control of wafer stage WS1 is performed based on the measurement values of the interferometers of measuring axes BI1X and BI4Y, main controller 90 differs from the case of the first embodiment described above. The position of the wafer stage WS1 can be accurately managed, and at this time (immediately before the reference mark plate FM1 is positioned directly below the projection lens PL), the interferometer of the measurement axis BI3Y is reset. After the reset is completed, the position control of wafer stage WS1 is performed based on the measurement values of the interferometers of measurement axes BI1X and BI3Y (the coordinate system is switched from the first stage coordinate system to the second stage coordinate system). Is done).
[0173]
Thereafter, main controller 90 positions wafer stage WS1 at the position shown in FIG. 16, and uses reference light microscopes 142 and 144 to perform the reference mark plate using exposure light as in the first embodiment described above. Detection of the relative positions of the projected images on the wafer surface of the marks MK1 and MK3 on the FM1 and the corresponding marks RMK1 and RMK3 on the reticle, that is, the relative positional relationship between the marks RMK1 and RMK3 and the exposure position (projection center of the projection optical system PL) After the detection, the relative position relationship of each shot with respect to the mark MK2 on the reference mark plate FM1 and the relative position relationship between the exposure position and the coordinate positions MK1, MK3 on the reference mark plate FM1 are finally obtained. The relative positional relationship between the exposure position and each shot is calculated, and exposure (double exposure described above) is performed according to the result (the aforementioned double exposure) 11 reference).
[0174]
During this exposure, the measurement axis BI4Y deviates from the reflecting surface in accordance with the exposure position and cannot be measured. However, there is no inconvenience because the measurement axis is already switched for position control of the wafer stage WS1.
[0175]
While the exposure sequence operation is performed on one wafer stage WS1 in this way, the position of the other wafer stage WS2 is controlled based on the measured values of the interferometers of the length measuring axes BI2X and BI5Y. , A W exchange sequence and a wafer alignment sequence are executed. In this case, since the double exposure is performed on the wafer stage WS1 side as described above, the operations of the wafer exchange sequence and the wafer alignment sequence on the wafer stage WS2 end first, and the wafer stage WS2 is in a standby state thereafter. It has become.
[0176]
When the exposure of wafer W1 is completed, main controller 90 monitors the measurement values of interferometers of measurement axes BI1X and BI3Y, and the interferometer beam of measurement axis BI4Y is reflected on the reflecting surface of wafer stage WS1. Wafer stage WS1 is moved to the position where it is reflected, and the interferometer of measuring axis BI4Y is reset. After completion of the reset operation, main controller 90 again switches the measurement axis for controlling wafer stage WS1 to measurement axes BI1X and BI4Y and moves wafer stage WS1 to the loading position.
[0177]
During this movement, this time, the interferometer beam of the measuring axis BI3Y deviates from the reflecting surface and cannot be measured, but there is no inconvenience because the measuring axis is already switched for controlling the position of the wafer stage WS1. .
[0178]
Main controller 90 starts moving wafer stage WS2 in order to position reference mark plate FM2 of wafer stage WS2 below projection optical system PL in parallel with the movement of wafer stage WS1 toward the loading position. To do. During the movement, the interferometer of the measuring axis BI3Y is reset in the same manner as described above, and thereafter, the marks MK1, MK3 on the reference mark plate FM2 are used using the reticle microscope 142, 144 in the same manner as described above. And relative position detection of the projected images on the wafer surface of the marks RMK1 and RMK3 on the reticle corresponding thereto, that is, the relative positional relationship between the marks RMK1 and RMK3 and the exposure position (projection center of the projection optical system PL) is detected. The relative position relationship between each shot with respect to the mark MK2 on the reference mark plate FM2 and the relative position relationship between the exposure position and the mark MK1 and MK3 coordinate positions on the reference mark plate FM2 are obtained in advance. The positional relationship is calculated, and exposure (double exposure described above) is started according to the result.
[0179]
FIG. 17 shows a state in which the wafer stage WS1 is thus moved to the loading position and the exposure sequence operation is performed on the wafer stage WS2 side.
[0180]
At this loading position, as in the first embodiment, the mark MK2 on the reference mark plate FM1 is positioned under the alignment system 24a. In the main controller 90, the wafer replacement is completed. At the same time, the coordinate position of the mark MK2 is detected on the first stage coordinate system (BI1X, BI4Y) in the same manner as in the first embodiment. Next, EGA measurement is performed on the mark on the wafer W1, and the coordinate position of each shot in the same coordinate system is calculated. That is, the relative position relationship of each shot with respect to the mark MK2 is calculated by subtracting the coordinate position of the mark MK2 on the reference plate FM1 from the coordinate position of each shot. At this time, the EGA operation is finished, and after the exposure of the wafer W2 on the wafer stage WS2 is finished, the state again shifts to the state shown in FIG.
[0181]
According to the projection exposure apparatus of the second embodiment described above, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and the stage can be moved when switching to the exposure sequence operation after the alignment sequence operation is completed. The length measurement axis used before and after switching is reflected on the reflecting surface of the wafer stage at the same time during the switching, and the stage when switching to the wafer exchange / alignment sequence operation after the exposure sequence operation is completed. Since the length measurement axis used before and after switching is reflected by the reflecting surface of the wafer stage at the same time in the course of movement, exposure light via the projection optical system PL after resetting the length measurement interferometer Mark measurement on the reference mark plate is performed by the alignment sensor (reticle alignment microscope 142, 144). In addition, the length measurement interferometer is reset prior to the wafer exchange, and the mark on the reference plate can be measured by the off-axis alignment sensors (alignment systems 24a and 24b) after the wafer exchange is completed. Become. Therefore, the length measuring axis used in the operation after switching during the switching between the alignment operation by each alignment system and the exposure operation by the projection optical system PL and during the switching between the exposure operation and the wafer exchange operation by the projection optical system PL. It is possible to switch the stage-controlled interferometer to an interferometer having Accordingly, it is possible to further improve the throughput as compared with the case of the first embodiment in which the length measurement axis is switched simultaneously with the measurement of the mark on the reference mark plate.
[0182]
In the first and second embodiments, the case where the present invention is applied to an apparatus for exposing a wafer using the double exposure method has been described. However, as described above, this is an apparatus according to the present invention. When performing wafer exchange and wafer alignment in parallel on the other wafer stage side that can be moved independently while performing two exposures with two reticles (double exposure) on one wafer stage side. This is because there is a particularly great effect that a higher throughput than the conventional single exposure can be obtained and the resolving power can be greatly improved. However, the scope of application of the present invention is not limited to this, and the present invention can also be suitably applied when exposure is performed by a single exposure method. For example, assuming that the processing times (T1 to T4) of an 8-inch wafer are the same as described above, when performing exposure processing by a single exposure method using two wafer stages as in the present invention, T1, T2, and T3 are set as follows. When one group (30 seconds in total) and parallel processing with T4 (28 seconds) are performed, the throughput becomes THOR = 3600/30 = 120 [sheets / hour], and the single exposure method is performed using one wafer stage. As compared with the throughput THOR = 62 [sheets / hour] of the conventional apparatus, it is possible to obtain a high throughput almost twice as high.
[0183]
In the above embodiment, the case where the scanning exposure is performed by the step-and-scan method has been described. However, the present invention is not limited to this, and the case where the stationary exposure is performed by the step-and-repeat method and the electronic Of course, the present invention can also be applied to a line exposure apparatus (EB exposure apparatus), an X-ray exposure apparatus, and stitching exposure in which chips are combined.
[0184]
【The invention's effect】
As described above, according to the inventions described in claims 1 to 4 and 6 to 11, there is an unprecedented excellent effect that throughput can be improved and the substrate stage can be reduced in size and weight.
[0185]
According to the fifth aspect of the present invention, there is provided a projection exposure method capable of improving the throughput and reducing the size and weight of the stage.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a projection exposure apparatus according to a first embodiment.
FIG. 2 is a perspective view showing a positional relationship among two wafer stages, a reticle stage, a projection optical system, and an alignment system.
FIG. 3 is a plan view showing a configuration of a drive mechanism of the wafer stage.
FIG. 4 is a diagram showing AF / AL systems provided in the projection optical system and the alignment system, respectively.
FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of a projection exposure apparatus showing a configuration of an AF / AL system and a TTR alignment system.
6 is a diagram showing the shape of the pattern forming plate of FIG. 5. FIG.
FIG. 7 is a plan view showing a state in which a wafer exchange / alignment sequence and an exposure sequence are performed using two wafer stages.
8 is a view showing a state where the wafer exchange / alignment sequence and the exposure sequence in FIG. 7 are switched.
FIG. 9 is a diagram for explaining the operation of detecting a reference mark on the reference mark plate by the alignment system. FIG. 9A shows that the reference mark MK2 on the reference mark plate FM1 is positioned directly below the alignment system 24a. FIG. 5B is a diagram showing an example of the shape of the reference mark MK2 and an image capturing state in which the reference mark MK2 is detected by the FIA sensor of the alignment system 24a. FIG. It is a figure which shows the waveform signal obtained by the image processing system when it took in.
10A and 10B are diagrams for explaining the measurement operation of the mark on the reference mark plate by the reticle alignment microscope, and FIG. 10A shows the marks MK1 and MK3 on the reference mark plate FM1 and the marks MK1 and MK3 using the exposure light by the reticle alignment microscope. The figure which shows a mode that the relative position detection of the projection image on the wafer surface of the corresponding marks RMK1 and RMK3 on the reticle is performed, (B) is the figure which shows the projection image on the wafer surface of the mark RMK on the reticle R, (C) (D) is a figure which shows the mode of the image capture in (A), (E) is a figure which shows the waveform signal obtained by processing the taken-in image.
FIG. 11 is a conceptual diagram showing a state in which exposure of each shot on the wafer is performed in accordance with the finally calculated exposure position and the relative positional relationship of each shot.
FIG. 12 is a view showing a reticle stage for double exposure that holds two reticles.
13A and 13B are diagrams for explaining an exposure sequence in double exposure, and FIG. 13A is a diagram showing an exposure sequence when wafers are exposed using the reticle of the pattern A in FIG. (B) is a figure which shows the exposure order at the time of exposing a wafer using the reticle of the pattern B of FIG.
FIG. 14 is a diagram showing an exposure order for each shot area on a wafer held on one of two wafer stages.
FIG. 15 is a diagram showing a mark detection order for each shot area on a wafer held on the other of two wafer stages.
FIG. 16 is a diagram for explaining the operation of the second embodiment and shows a state in which an interferometer having a measurement axis BI3Y is reset after the alignment of the wafer W1 on the wafer stage WS1 is completed. FIG.
FIG. 17 is a diagram for explaining the operation of the second embodiment, and shows a state when the wafer stage WS1 is moved to the loading position and an exposure sequence operation is performed on the wafer stage WS2 side. FIG.
[Explanation of symbols]
10 Projection exposure equipment
24a, 24b alignment system
90 Main controller
142, 144 reticle alignment microscope
180 Center up
182 First loading guide
184 First unload arm
186 first slider
188 First load arm
190 Second slider
192 Second loading guide
194 Second unload arm
196 Third slider
198 Second load arm
200 Fourth slider
W1, W2 wafer
WS1, WS2 Wafer stage
PL projection optical system
BI1X to BI5Y Measuring axis
R reticle
MK1, MK2, MK3 fiducial mark

Claims (17)

マスクに形成されたパターンの像を投影光学系を介して感応基板上に投影露光する投影露光装置であって、
感応基板を保持して２次元平面内を移動可能な第１基板ステージと；
感応基板を保持して前記第１基板ステージと同一平面内を前記第１基板ステージとは独立に移動可能な第２基板ステージと；
前記投影光学系とは別に設けられ、前記基板ステージ上又は前記基板ステージに保持された感応基板上のマークを検出するためのアライメント系と；
前記投影光学系の投影中心と前記アライメント系の検出中心とを通る第１軸方向の一方側から前記第１基板ステージの前記第１軸方向の位置を常に計測する第１測長軸と、前記第１軸方向の他方側から前記第２基板ステージの前記第１軸方向の位置を常に計測する第２測長軸と、前記投影光学系の投影中心で前記第１軸と垂直に交差する第３測長軸と、前記アライメント系の検出中心で前記第１軸と垂直に交差する第４測長軸とを備え、これらの測長軸により前記第１及び第２基板ステージの２次元位置をそれぞれ計測する干渉計システムと；
前記第１基板ステージ及び第２基板ステージの内の一方のステージの位置が前記干渉計システムの前記第３測長軸の計測値を用いて管理され，該一方のステージに保持された感応基板が露光される間に、前記第１基板ステージ及び第２基板ステージの内の他方のステージに保持された感応基板上のアライメントマークと前記他方のステージ上の基準点との位置関係が前記アライメント系の検出結果と前記干渉計システムの第４測長軸の計測値とを用いて検出されるように前記２つの基板ステージの動作を制御した後に、前記第３測長軸の計測値を用いて前記他方のステージの位置計測が可能な状態で、かつ前記投影光学系の投影領域内の所定の基準点との位置関係を検出可能な位置に前記他方のステージ上の基準点を位置決めした状態で前記第３測長軸の干渉計をリセットする制御手段と；
を有する投影露光装置。A projection exposure apparatus that projects and exposes an image of a pattern formed on a mask onto a sensitive substrate via a projection optical system,
A first substrate stage capable of holding a sensitive substrate and moving in a two-dimensional plane;
A second substrate stage that holds a sensitive substrate and is movable independently of the first substrate stage in the same plane as the first substrate stage;
An alignment system provided separately from the projection optical system, for detecting a mark on the substrate stage or on a sensitive substrate held on the substrate stage;
A first measuring axis that always measures the position of the first substrate stage in the first axis direction from one side in the first axis direction passing through the projection center of the projection optical system and the detection center of the alignment system; A second length measuring axis that always measures the position of the second substrate stage in the first axis direction from the other side in the first axis direction, and a second crossing perpendicular to the first axis at the projection center of the projection optical system. A third measuring axis and a fourth measuring axis perpendicularly intersecting the first axis at the detection center of the alignment system, and the two-dimensional positions of the first and second substrate stages are determined by these measuring axes. An interferometer system to measure each;
The position of one of the first substrate stage and the second substrate stage is managed using the measurement value of the third length measuring axis of the interferometer system, and a sensitive substrate held on the one stage is During the exposure, the positional relationship between the alignment mark on the sensitive substrate held on the other one of the first substrate stage and the second substrate stage and the reference point on the other stage is determined by the alignment system. After controlling the operations of the two substrate stages so as to be detected using the detection result and the measurement value of the fourth measurement axis of the interferometer system, the measurement value of the third measurement axis is used to control the operation. in position measurement state capable of other stage, or one said in a predetermined state positioning the reference point on the other stage the positional relationship to a detectable position of the reference point in the projection area of the projection optical system Above 3 and a control means for resetting the interferometer measurement axis;
A projection exposure apparatus. 前記投影光学系に関して前記アライメント系の反対側に前記第１軸上に検出中心を有する別のアライメント系を有し、
前記干渉計システムは、前記別のアライメント系の検出中心で前記第１軸と垂直に交差する第５測長軸を備え、
前記制御手段は、前記一方のステージの位置が前記干渉計システムの前記第３測長軸の計測値を用いて管理され，該一方のステージに保持された感応基板が露光される間に、前記他方のステージに保持された感応基板上のアライメントマークと前記他方のステージ上の基準点との位置関係が前記アライメント系の検出結果と前記干渉計システムの第４測長軸の計測値とを用いて検出されるように前記２つの基板ステージの動作を制御した後に、前記第５測長軸の計測値を用いて前記一方のステージの位置計測が可能な状態で前記第５測長軸の干渉計をリセットするとともに、前記別のアライメント系の検出領域内に前記一方の基板ステージ上の基準点が位置決めされるように前記一方のステージの動作を制御することを特徴とする請求項１に記載の投影露光装置。Another alignment system having a detection center on the first axis on the opposite side of the alignment system with respect to the projection optical system;
The interferometer system includes a fifth measurement axis that perpendicularly intersects the first axis at the detection center of the another alignment system;
The control means manages the position of the one stage using the measurement value of the third length measuring axis of the interferometer system, and while the sensitive substrate held on the one stage is exposed, The positional relationship between the alignment mark on the sensitive substrate held on the other stage and the reference point on the other stage uses the detection result of the alignment system and the measurement value of the fourth measurement axis of the interferometer system. After controlling the operations of the two substrate stages so that they can be detected, the interference of the fifth measurement axis in a state where the position of the one stage can be measured using the measurement value of the fifth measurement axis. 2. The operation of the one stage is controlled so that a meter is reset and a reference point on the one substrate stage is positioned in a detection region of the other alignment system. Mounting of the projection exposure apparatus. 前記第１基板ステージ及び前記第２基板ステージとの間で感応基板の受け渡しを行なう搬送システムをさらに有し、
前記制御手段は、前記別のアライメント系の検出領域内に前記一方の基板ステージ上の基準点を位置決めした状態で、前記一方のステージと前記搬送システムとの間で基板の受け渡しを行なうことを特徴とする請求項２に記載の投影露光装置。A transfer system for transferring a sensitive substrate between the first substrate stage and the second substrate stage;
The control means transfers the substrate between the one stage and the transfer system in a state where a reference point on the one substrate stage is positioned in a detection region of the another alignment system. The projection exposure apparatus according to claim 2. 前記第１基板ステージ及び前記第２基板ステージ上には前記ステージの基準点としての基準マークがそれぞれ形成され、
前記投影光学系の投影領域内の所定の基準点は前記マスクのパターン像の投影中心であり、
前記マスクのパターン像の投影中心と前記ステージ上の基準マークとの相対位置関係を前記マスクと前記投影光学系を介して検出するマーク位置検出手段を更に有することを特徴とする請求項１に記載の投影露光装置。A reference mark as a reference point of the stage is formed on the first substrate stage and the second substrate stage,
The predetermined reference point in the projection area of the projection optical system is the projection center of the pattern image of the mask,
2. The mark position detecting means for detecting a relative positional relationship between a projection center of a pattern image of the mask and a reference mark on the stage via the mask and the projection optical system. Projection exposure equipment. マスクのパターンの像を投影光学系を介して感応基板上に投影露光する投影露光方法であって、
感応基板を保持して各々同一の平面内を独立に移動可能な２つの基板ステージを用意し、
所定の干渉計により前記２つのステージの内の一方の位置計測を行いながら、該一方のステージに保持された感応基板上に前記マスクのパターン像を投影露光し、
前記一方のステージに保持された基板の露光中に、前記所定の干渉計とは別の干渉計により前記２つのステージの内の他方のステージの位置計測を行いながら、該他方のステージに保持された基板上の位置合わせマークと前記他方のステージ上の基準点との位置関係を計測し、
前記一方のステージに保持された基板の露光終了後に、前記所定の干渉計により前記他方のステージの位置計測が可能な状態で、かつ前記投影光学系の投影領域内の所定の基準点との位置関係を検出可能な位置に前記他方のステージの基準点を位置決めした状態で、前記所定の干渉計をリセットするとともに、
前記計測された位置関係及び前記検出された位置関係に基づき、前記リセットされた所定の干渉計を用いて前記他方のステージ上に保持された感応基板とマスクのパターン像との位置合わせを行うことを特徴とする投影露光方法。A projection exposure method for projecting and exposing a mask pattern image onto a sensitive substrate through a projection optical system,
Prepare two substrate stages that can hold the sensitive substrate and move independently in the same plane,
While measuring the position of one of the two stages with a predetermined interferometer, projecting and exposing the pattern image of the mask onto the sensitive substrate held on the one stage,
During exposure of the substrate held on the one stage, the position of the other stage of the two stages is measured by an interferometer different from the predetermined interferometer, and held on the other stage. Measure the positional relationship between the alignment mark on the substrate and the reference point on the other stage,
After completion of exposure of the substrate held on the one stage, the position of the other stage can be measured by the predetermined interferometer , and the position with a predetermined reference point in the projection area of the projection optical system With the reference point of the other stage positioned at a position where the relationship can be detected , the predetermined interferometer is reset,
Based on the measured positional relationship and the detected positional relationship , the sensitive substrate held on the other stage is aligned with the pattern image of the mask using the reset predetermined interferometer. A projection exposure method characterized by the above. マスクに形成されたパターンの像を投影光学系を介して感応基板上に投影露光する投影露光装置であって、
感応基板を保持して２次元平面内を移動可能な第１基板ステージと；
感応基板を保持して前記第１基板ステージと同一平面内を前記第１基板ステージとは独立に移動可能な第２基板ステージと；
前記投影光学系とは別に設けられ、前記基板ステージ上の基準マーク及び前記基板ステージに保持された感応基板上のマークを検出するためのアライメント系と；
前記投影光学系の投影中心と前記アライメント系の検出中心とを通る第１軸方向の一方側から前記第１基板ステージの前記第１軸方向の位置を計測するための第１測長軸と、前記第１軸方向の他方側から前記第２基板ステージの前記第１軸方向の位置を計測するための第２測長軸と、前記投影光学系の投影中心で前記第１軸と直交する第３測長軸と、前記アライメント系の検出中心で前記第１軸と直交する第４測長軸とを備え、これらの測長軸により前記第１及び第２基板ステージの２次元位置をそれぞれ計測する干渉計システムと；
前記第１基板ステージ及び前記第２基板ステージの内の一方のステージの位置を前記干渉計システムの第３測長軸を用いて管理しつつ該一方のステージ上の感応基板を露光している間に、前記他方のステージの位置を前記干渉計システムの第４測長軸を使って管理しつつ前記他方のステージに保持された感応基板上のマークと前記他方のステージ上の基準マークとの位置関係を前記アライメント系を用いて求めるとともに、前記一方のステージに保持された感応基板の露光後に、前記投影光学系による前記マスクのパターン像の投影位置と前記他方のステージ上の基準マークとの位置関係を求めるときに前記干渉計システムの第３測長軸の計測値をリセットする制御手段と；
を有することを特徴とする投影露光装置。A projection exposure apparatus that projects and exposes an image of a pattern formed on a mask onto a sensitive substrate via a projection optical system,
A first substrate stage capable of holding a sensitive substrate and moving in a two-dimensional plane;
A second substrate stage that holds a sensitive substrate and is movable independently of the first substrate stage in the same plane as the first substrate stage;
An alignment system provided separately from the projection optical system, for detecting a reference mark on the substrate stage and a mark on the sensitive substrate held on the substrate stage;
A first measuring axis for measuring the position of the first substrate stage in the first axis direction from one side in the first axis direction passing through the projection center of the projection optical system and the detection center of the alignment system; A second length measurement axis for measuring the position of the second substrate stage in the first axis direction from the other side in the first axis direction; and a second length measurement axis orthogonal to the first axis at the projection center of the projection optical system. 3 length measuring axes and a 4th length measuring axis orthogonal to the first axis at the detection center of the alignment system, and measuring the two-dimensional positions of the first and second substrate stages with these length measuring axes, respectively. An interferometer system to perform;
While the position of one of the first substrate stage and the second substrate stage is managed using the third measuring axis of the interferometer system, the sensitive substrate on the one stage is being exposed. Further, the position of the mark on the sensitive substrate held on the other stage while managing the position of the other stage using the fourth measuring axis of the interferometer system and the position of the reference mark on the other stage with the relation obtained by using the alignment system, after the exposure of the sensitive substrate held on the one stage, and the projection position of the pattern image of the mask by pre-Symbol projection optical system and the reference mark on the other stage Control means for resetting the measurement value of the third measuring axis of the interferometer system when determining the positional relationship;
A projection exposure apparatus comprising: 前記制御手段は、前記他方のステージに保持された感応基板上のマークとその他方のステージ上の基準マークとの位置関係及び、前記投影光学系による前記マスクのパターン像の投影位置と前記他方のステージ上の基準マークとの位置関係を求めたときの前記第３測長軸の計測結果に基づいて前記他方のステージの位置を制御しながら前記他方のステージに保持された感応基板を露光することを特徴とする請求項６に記載の投影露光装置。  The control means includes a positional relationship between a mark on the sensitive substrate held on the other stage and a reference mark on the other stage, a projection position of the pattern image of the mask by the projection optical system, and the other Exposing the sensitive substrate held on the other stage while controlling the position of the other stage based on the measurement result of the third measuring axis when the positional relationship with the reference mark on the stage is obtained. The projection exposure apparatus according to claim 6. 前記制御手段は、前記他方のステージに保持された感応基板の露光後に、前記他方のステージ上の基準マークが前記アライメント系の検出領域内に入るように前記他方のステージを位置決めして感応基板の交換を行うことを特徴とする請求項７記載の投影露光装置。After the exposure of the sensitive substrate held on the other stage, the control means positions the other stage so that the reference mark on the other stage falls within the detection region of the alignment system, and 8. The projection exposure apparatus according to claim 7, wherein exchange is performed. 前記他方のステージ上の基準マークを前記アライメント系で検出するときに前記干渉計システムの第４測長軸の計測値をリセットすることを特徴とする請求項８に記載の投影露光装置。9. The projection exposure apparatus according to claim 8 , wherein when the reference mark on the other stage is detected by the alignment system, the measurement value of the fourth measurement axis of the interferometer system is reset. マスクに形成されたパターンの像を投影光学系を介して感応基板上に投影露光する投影露光装置であって、
感応基板を保持して２次元平面内を移動可能な第１基板ステージと；
感応基板を保持して前記第１基板ステージと同一平面内を前記第１基板ステージとは独立に移動可能な第２基板ステージと；
前記第１基板ステージ及び前記第２基板ステージとの間で感応基板の受け渡しを行う搬送システムと；
前記投影光学系とは別に設けられ、前記基板ステージ上の基準マーク及び前記基板ステージに保持された基板上のマークを検出するためのアライメント系と；
前記第１基板ステージと前記第２基板ステージの内の一方のステージが前記搬送システムと感応基板の受け渡しを行う間に、他方のステージが露光動作を行うように前記２つの基板ステージを制御する制御手段とを有し、
該制御手段は、前記一方のステージが前記搬送システムとの間で感応基板の受け渡しを行うときに、前記一方のステージ上の基準マークが前記アライメント系の検出領域内に入る位置に前記一方のステージを移動させることを特徴とする投影露光装置。A projection exposure apparatus that projects and exposes an image of a pattern formed on a mask onto a sensitive substrate via a projection optical system,
A first substrate stage capable of holding a sensitive substrate and moving in a two-dimensional plane;
A second substrate stage that holds a sensitive substrate and is movable independently of the first substrate stage in the same plane as the first substrate stage;
A transfer system for delivering a sensitive substrate between the first substrate stage and the second substrate stage;
An alignment system provided separately from the projection optical system, for detecting a reference mark on the substrate stage and a mark on the substrate held on the substrate stage;
Control that controls the two substrate stages so that the other stage performs an exposure operation while one of the first substrate stage and the second substrate stage delivers the sensitive system to the transport system. Means,
The control means is configured such that when the one stage delivers a sensitive substrate to and from the transfer system, the one stage is positioned at a position where a reference mark on the one stage falls within a detection region of the alignment system. projection exposure apparatus according to claim Rukoto move the. パターンの像を感応基板上に投影して、該感応基板を露光する投影露光装置であって、
干渉計用の反射面を有し、感応基板を保持して２次元方向に移動可能な第１ステージと；
干渉計用の反射面を有し、感応基板を保持して、前記第１ステージとは独立に、２次元方向に移動可能な第２ステージと；
前記ステージに配置された基準と、該ステージに保持された感応基板上のショット領域との第１位置関係を求めるための第１アライメント系と；
前記第１アライメント系に対して第１軸方向に離れて配置され、前記パターン像を感応基板上に投影するための投影光学系と；
前記投影光学系による前記パターン像の投影位置と前記ステージに配置された基準との第２位置関係を求めるための第２アライメント系と；
前記第１位置関係を求めるために前記第１アライメント系を用いて一方のステージ上の感応基板のマーク検出を行うアライメント動作が行われるときに前記一方のステージの前記第１軸方向の位置を、前記第１軸方向の一側から計測するための第１測長軸と、前記投影光学系を用いて他方のステージ上の感応基板の露光を行う露光動作が行われるときに前記他方のステージの前記第１軸方向の位置を、前記第１軸方向の他側から計測するための第２測長軸と、前記感応基板に対する露光動作が行われている前記他方のステージの前記第１軸方向に垂直な第２軸方向の位置を計測可能に配置され、前記露光動作の終了後、前記他方のステージの反射面から外れる第３測長軸と、前記露光動作と並行して、前記感応基板に対するアライメント動作が行われている前記一方のステージの前記第２軸方向の位置を計測可能に配置され、前記アライメント動作の終了後、前記一方のステージの反射面から外れる第４測長軸とを有する干渉計システムと；を備え、
前記一方のステージ上の前記感応基板に対するアライメント動作の間に、その感応基板上のマークを検出して、当該感応基板上のショット領域と前記一方のステージに配置された基準との第１位置関係が求められ、
前記一方のステージ側の前記アライメント動作、及び前記他方のステージ側の前記露光動作の終了後に、前記第２アライメント系を使って、前記投影光学系による前記パターン像の投影位置と前記一方のステージの基準との第２位置関係が求められ、そのときに、前記第３測長軸がリセットされ、
前記第２位置関係が求められた後に、前記第１位置関係と前記第２位置関係とに基づいて前記一方のステージの位置を、前記干渉計システムの前記第３測長軸及び前記第１測長 軸又は第２測長軸を用いて制御しながら、前記一方のステージに保持された感応基板上のショット領域が順次露光される投影露光装置。A projection exposure apparatus that projects an image of a pattern onto a sensitive substrate and exposes the sensitive substrate,
A first stage having a reflective surface for an interferometer and capable of moving in a two-dimensional direction while holding a sensitive substrate;
A second stage having a reflective surface for an interferometer, holding a sensitive substrate, and movable in a two-dimensional direction independently of the first stage;
A first alignment system for determining a first positional relationship between a reference placed on the stage and a shot area on a sensitive substrate held on the stage;
A projection optical system disposed apart from the first alignment system in the first axis direction and projecting the pattern image onto a sensitive substrate;
A second alignment system for obtaining a second positional relationship between a projection position of the pattern image by the projection optical system and a reference disposed on the stage;
When the alignment operation for detecting the mark of the sensitive substrate on one stage is performed using the first alignment system in order to obtain the first positional relationship, the position of the one stage in the first axis direction is determined. A first length measuring axis for measuring from one side in the first axis direction, and an exposure operation for exposing a sensitive substrate on the other stage using the projection optical system; A second measuring axis for measuring the position in the first axial direction from the other side of the first axial direction, and the first axial direction of the other stage in which an exposure operation is performed on the sensitive substrate A third measuring axis which is arranged so as to be able to measure a position in a second axis direction perpendicular to the first axis and which is disengaged from the reflecting surface of the other stage after the exposure operation, and in parallel with the exposure operation, Alignment operation for An interferometer system having a fourth length measuring axis that is arranged so as to be able to measure the position of the one stage being performed in the second axis direction and deviates from the reflection surface of the one stage after completion of the alignment operation. And comprising;
During an alignment operation on the sensitive substrate on the one stage, a mark on the sensitive substrate is detected, and a first positional relationship between a shot area on the sensitive substrate and a reference disposed on the one stage Is required,
After completion of the alignment operation on the one stage side and the exposure operation on the other stage side, the projection position of the pattern image by the projection optical system and the position of the one stage using the second alignment system A second positional relationship with the reference is determined , at which time the third measuring axis is reset,
After the second positional relationship is obtained, the position of the one stage is determined based on the first positional relationship and the second positional relationship, and the third measuring axis and the first measuring axis of the interferometer system. A projection exposure apparatus in which shot areas on a sensitive substrate held on the one stage are sequentially exposed while being controlled using a long axis or a second measuring axis . 前記第２アライメント系を用いて前記投影光学系による前記パターン像の投影位置と前記一方のステージの基準との第２位置関係を求めるときに、前記一方のステージの位置は前記干渉計システムの第２測長軸を使って計測される請求項１１に記載の投影露光装置。When determining the second positional relationship between the projection position of the pattern image by the projection optical system and the reference of the one stage using the second alignment system, the position of the one stage is the position of the interferometer system. The projection exposure apparatus according to claim 11 , wherein the projection exposure apparatus is measured using a two-measurement axis. ベース部材を更に備え、
前記第１及び第２ステージは、前記ベース部材上でそれぞれ独立に２次元方向に移動可能である請求項１１又は１２に記載の投影露光装置。A base member;
The projection exposure apparatus according to claim 11 , wherein the first stage and the second stage are independently movable in a two-dimensional direction on the base member. 前記第１ステージと前記第２ステージとが交互に前記投影光学系の像面側に移動され、複数の感応基板が順次露光される請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の投影露光装置。The projection exposure apparatus according to any one of claims 11 to 13 , wherein the first stage and the second stage are alternately moved to the image plane side of the projection optical system, and a plurality of sensitive substrates are sequentially exposed. . 前記一方のステージに配置された基準は、第１基準マークと第２基準マークとを有し、
前記第１測長軸を使って前記一方のステージの位置を計測しながら、前記第１アライメント系を使って前記一方のステージ上の感応基板上のマークと前記第１基準マークとを検出することによって前記第１位置関係が求められ、
前記第２測長軸を使って前記一方のステージの位置を計測しながら、前記第２アライメント系を使って前記第２基準マークと前記パターンが形成されたマスクのマークとの位置関係を前記投影光学系を介して検出することによって前記第２位置関係が求められ、
前記第１位置関係と前記第２位置関係とに基づいて、前記投影光学系によるパターン像の投影位置と前記一方のステージに保持された感応基板上のショット領域との位置関係が決定され、該決定された位置関係に基づいて、前記一方のステージに保持された感応基板上のショット領域が露光される請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の投影露光装置。The reference placed on the one stage has a first reference mark and a second reference mark,
Detecting the mark on the sensitive substrate and the first reference mark on the one stage using the first alignment system while measuring the position of the one stage using the first measuring axis. To determine the first positional relationship,
While projecting the position of the one stage using the second measuring axis, the second alignment system is used to project the positional relationship between the second reference mark and the mask mark on which the pattern is formed. The second positional relationship is obtained by detecting through an optical system,
Based on the first positional relationship and the second positional relationship, the positional relationship between the projection position of the pattern image by the projection optical system and the shot area on the sensitive substrate held on the one stage is determined, The projection exposure apparatus according to claim 11 , wherein a shot area on the sensitive substrate held on the one stage is exposed based on the determined positional relationship. 感応基板の搬送を行う基板搬送システムをさらに備え、
前記アライメント動作に先立ち、前記他方のステージでの露光動作と並行して、前記一方のステージと前記基板搬送システムとの間で感応基板の受け渡しが行われ、
前記搬送システムと感応基板の受け渡しを行った後に、前記第１測長軸が前記一方のステージの位置を計測可能な状態で、前記第１アライメント系で前記第１基準マークの検出が行われる請求項１５に記載の投影露光装置。It further includes a substrate transfer system for transferring the sensitive substrate,
Prior to the alignment operation, the sensitive substrate is transferred between the one stage and the substrate transport system in parallel with the exposure operation on the other stage,
The first reference mark is detected by the first alignment system in a state where the first length measuring axis can measure the position of the one stage after the transfer of the transfer system and the sensitive substrate. Item 15. A projection exposure apparatus according to Item 15 . 前記基板搬送システムは、前記投影光学系に対して前記第１軸方向に離れて配置されている請求項１６に記載の投影露光装置。The projection exposure apparatus according to claim 16 , wherein the substrate transport system is disposed away from the projection optical system in the first axis direction.
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