JP2002231611A

JP2002231611A - 露光装置及びデバイス製造方法

Info

Publication number: JP2002231611A
Application number: JP2001027216A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Yasuda; 雅彦安田; Hideo Mizutani; 英夫水谷
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2001-02-02
Filing date: 2001-02-02
Publication date: 2002-08-16

Abstract

(57)【要約】【課題】レチクルパターンとウエハ上の区画領域との
重ね合せ精度の向上を図る。【解決手段】露光装置本体１００を構成するレチクル
微動ステージ４２Ａ、アライメント系ＡＬＧ及びＺチル
トステージ５８に温度センサ４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃを
取付けるとともに、チャンバ１１内に環境センサユニッ
トＥＳを設けている。主制御装置５０は、これらの温度
センサ４４Ａ〜４４Ｃ及び環境センサユニットＥＳの計
測値に基づいて、微動ステージ、アライメント系、及び
Ｚチルトステージ等の温度変化や、チャンバ１１内の温
度、湿度、圧力等の変化に応じて、例えばベースライン
値（レチクルパターンの投影位置とアライメント系ＡＬ
Ｇの検出中心との位置関係）を補正することにより、レ
チクルパターンとウエハＷ上のショット領域の重ね合せ
誤差を、逐次計算により、あるいは所定のインターバル
で計測して補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、露光装置及びデバ
イス製造方法に係り、さらに詳しくは、半導体素子、液
晶表示素子等を製造するに際しリソグラフィ工程で用い
られる露光装置、及び該露光装置を用いたデバイス製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子（ＣＰＵ、ＤＲＡ
Ｍ等）、撮像素子（ＣＣＤ等）及び液晶表示素子、薄膜
磁気ヘッド等を製造するリソグラフィ工程では、基板上
にデバイスパターンを形成する種々の露光装置が用いら
れている。近年においては、半導体素子等の高集積化に
伴い、高いスループットで微細パターンを精度良くウエ
ハ又はガラスプレート等の基板上に形成可能なステップ
・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）やこのステッパに改良を加えたステップ・ア
ンド・スキャン方式の走査型露光装置（いわゆるスキャ
ニング・ステッパ）等の投影露光装置が主として用いら
れている。

【０００３】ところで、半導体素子等を製造する場合に
は、異なる回路パターンを基板上に幾層にも積み重ねて
形成する必要があるため、回路パターンが描画されたレ
チクル（又はマスク）と、基板上の各ショット領域に既
に形成されたパターンとを正確に重ね合わせることが重
要である。

【０００４】投影露光装置におけるレチクルとウエハ上
に既に形成されたパターンとを投影光学系を介して重ね
合わせるための位置合わせ装置ないしはアライメント系
は、投影光学系及びレチクルを各々介して位置合わせを
行うオン・アクシス系と、これらを介さないで位置合わ
せを行うオフ・アクシス系の２種類に大別される。

【０００５】しかるに、最近の露光装置では、ＫｒＦエ
キシマレーザあるいはＡｒＦエキシマレーザ等のエキシ
マレーザが光源として用いられるようになってきている
が、かかる波長帯域の光を露光光とする場合、オン・ア
クシスのアライメント系を実現することが困難である。
これは、アライメント用の検出光としては基板上のレジ
ストに対して非感光性の光を用いる必要がある一方、こ
のような長波長の光をアライメント用の検出光とした場
合には、色収差のため正確な検出が困難となる等の理由
による。

【０００６】従って、オフ・アクシスのアライメント系
が最近では主流となっている。

【０００７】オフ・アクシスのアライメント系による位
置合わせにおいては、アライメント系の検出基準と、レ
チクルパターン像の投影位置との位置関係、すなわちベ
ースライン値を正確に管理する必要がある。オフ・アク
シス方式の位置合わせは、周知の如く、ベースライン値
を基準とした間接的な位置合わせだからである。オフ・
アクシス方式の位置合わせでは、アライメント系と投影
光学系との距離が変動したり、アライメント系とステー
ジ座標系（一般に、基板ステージの位置を計測するレー
ザ干渉計の測長軸で規定される）との関係が変動したり
すると、その変動量は、そのまま重ね合わせ誤差とな
る。これが、ベースラインドリフトと呼ばれるものであ
る。

【０００８】従来、このベースラインドリフトに対する
対策として、所定のタイミング、例えばロット先頭のウ
エハの露光直前毎などに、アライメント系を用いて基板
ステージ上の基準マークを検出し、アライメント系の検
出基準と基準マークとの相対位置関係と、その検出時の
レーザ干渉計の計測値とに基づいて、アライメント系と
ステージ座標系との関係を求め、必要に応じて上記のベ
ースライン値を補正するベースラインチェックと呼ばれ
る動作を行っていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述したベースライン
チェックにおいては、前述したアライメント系と投影光
学系との距離の変動や、アライメント系とステージ座標
系との関係の変動に起因するベースラインドリフトに関
しては、随時補正される。

【００１０】しかしながら、これ以外の要因、例えば基
板ステージ上の基準マークとレーザ干渉計用の反射ミラ
ー（移動鏡）との位置関係の変動に起因するベースライ
ンドリフトには対応が困難である。これは、上記のベー
スラインチェックにより求められたアライメント系とス
テージ座標系との関係が、上記の基準マークと移動鏡と
の位置関係の変動に起因する誤差を含んだ値となってい
るからである。

【００１１】また、走査型露光装置の場合には、レチク
ルステージ上のレーザ干渉計用のミラー（移動鏡）とレ
チクルとの位置関係の変動などもベースラインドリフト
の要因となる。

【００１２】しかるに、上述した基準マークと移動鏡と
の位置関係の変動や、移動鏡とレチクルとの位置関係の
変動は、ステージ構造部材の温度変動に伴う熱膨張、熱
変形など（以下、適宜、熱膨張や熱変形などをまとめて
「熱膨張」と総称する）によって容易に生じてしまう。
露光装置自体、照明光源や、ステージ駆動モータ、ある
いは各種センサ類などの種々の熱源を備えているため、
上記の熱膨張の発生を防止することは困難である。

【００１３】勿論、アライメント系を用いた基板ステー
ジ上の基準マークの検出（上記のベースラインチェッ
ク）を、投影光学系を介したオン・アクシス方式の検出
系、例えばレチクルアライメント顕微鏡による基準マー
クとレチクルアライメントマークとの検出の直後に行う
ようにすれば、上記の基準マークと移動鏡との距離の変
動等に起因する誤差は相殺される。しかし、通常、レチ
クルアライメント顕微鏡による基準マークとレチクルア
ライメントマークとの検出には、オフ・アクシスアライ
メント系による基準マークの検出に比べて多くの時間が
掛かるため、スループット低下の要因となる。また、ア
ライメント系による基準マークの検出とレチクルアライ
メント顕微鏡によるレチクルアライメントマーク及び基
準マークの検出とを同時に行っても、上記の熱膨張や熱
変形などに対応するためにはその同時検出を頻繁に行わ
なければならず、同様にスループットの低下の要因とな
る。

【００１４】また、将来的に、半導体素子はさらに高集
積化し、これに伴い、露光装置に要求される重ね合わせ
精度はますます厳しくなることは確実である。さらに、
レチクルパターンと基板上の各ショット領域との重ね合
わせ誤差だけでなく、第１層目のパターンを基板上に転
写する際に、基板ステージ等の上記の熱膨張、熱変形な
どに起因して、基板上で第１層目のパターンの転写位置
などが変化してショット配列誤差が生じるという問題も
ある。

【００１５】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、重ね合わせ精度の向上に貢献す
る露光装置を提供することにある。

【００１６】また、本発明の第２の目的は、高集積度の
マイクロデバイスの生産性の向上に寄与することができ
るデバイス製造方法を提供することにある。

【００１７】

【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を基板（Ｗ）上
に転写する露光装置であって、前記マスクを保持して移
動可能な第１可動体（４２Ａ）と；前記第１可動体を駆
動する駆動装置（８０Ａ〜８０Ｄ）と；前記第１可動体
の温度に関連する第１物理量を検知する検知装置（４４
Ａ）と；前記第１物理量に基づいて前記基板上への前記
パターンの転写状態を補正する補正装置（５０）と；を
備える露光装置である。

【００１８】本明細書において、温度に関連する物理量
とは、温度そのものの他、温度の変化に応じて変化する
物理量、例えば、対象物体の歪み（膨張、伸縮）、電気
伝導度等の全てを含む。

【００１９】これによれば、駆動装置により第１可動体
が駆動されると、その駆動装置の発熱により第１可動体
の温度が上昇し熱膨張が生じる。このとき、検知装置に
より、第１可動体の温度上昇に応じた温度に関連する第
１物理量が検知される。補正装置では、その第１物理量
（この物理量は第１可動体の温度上昇に対応している）
に基づいて基板上へのマスクパターンの転写状態を補正
する。結果的に、マスクを保持する第１可動体の温度上
昇に起因するマスクパターンと基板（又は基板上の区画
領域）との重ね合わせ誤差をほぼ確実に補正でき、その
分重ね合わせ精度の向上が可能となる。

【００２０】本明細書において、「基板上へのパターン
の転写状態の補正」には、第２層目以降のパターンの転
写時におけるマスクパターンと基板上の区画領域との重
ね合わせ誤差の補正のみでなく、結果的に重ね合わせ誤
差を小さくするものはすべて含む。すなわち、例えば第
１層目のパターンを基板上に転写する場合であっても、
基板の熱膨張などに起因してその転写像の配列が不規則
となる場合があるが、そのような場合に転写位置を調整
することにより、基板上の転写像の配列が良好となる。
この一方、露光後の熱処理などによる基板の膨張、変形
を考慮して、予め第１層目のパターンの転写位置及び転
写像の形状の少なくとも一方を故意にずらすことが考え
られ、かかる場合には基板の温度が元に戻ると、転写像
の配列が規則的（設計値に近い状態）となる。いずれの
場合にも、結果的に第２層目以降のパターンの転写時の
重ね合わせ誤差が小さくなる。このように、第１層目の
パターンの転写時の転写位置等の補正は、結果的に重ね
合わせ誤差を小さくするので、転写状態の補正に含まれ
る。また、本明細書において、転写状態の補正は、転写
位置の補正のみでなく、転写倍率誤差や形状誤差などの
補正をも含む。

【００２１】本発明において、補正装置は、予め求め
た、検知装置で検出される第１可動体の温度に関連する
第１物理量の変化とパターンの転写状態との相関関係に
基づいて、パターンの転写状態を補正することとしても
良いし、実際にパターンの転写状態を計測し、その計測
結果に基づいてパターンの転写状態を補正することとし
ても良い。後者の場合には、検知装置で検知された第１
物理量の変化量が所定の閾値を超えたときにのみ、転写
状態、例えば重ね合わせ誤差の計測及びこの計測結果に
基づく重ね合わせ誤差の補正をすることとしても良い。

【００２２】上記請求項１に記載の露光装置において、
検知装置としては種々の装置が考えられる。例えば、請
求項２に記載の露光装置の如く、前記検知装置は、前記
第１物理量として前記第１可動体の温度を検知する温度
センサ（４４Ａ）を含むこととすることができる。ま
た、上記請求項１及び２に記載の各露光装置において、
請求項３に記載の露光装置の如く、前記検知装置は、前
記第１物理量として前記第１可動体の歪みを検知する歪
みゲージを含むこととすることができる。

【００２３】上記請求項１〜３に記載の各露光装置にお
いて、請求項４に記載の露光装置の如く、前記基板を保
持して移動可能な第２可動体（５８）と；前記第２可動
体上に存在するマークを検出するマーク検出系（ＡＬ
Ｇ）と；前記マーク検出系の温度に関連する第２物理量
を検知する検知装置（４４Ｂ）と；を更に備え、前記補
正装置は、前記第１及び第２物理量に基づいて前記パタ
ーンの転写状態を補正することとすることができる。

【００２４】この場合において、請求項５に記載の露光
装置の如く、前記マーク検出系は、前記第１可動体上に
存在するマークをも検出することとすることができる。

【００２５】上記請求項４及び５に記載の各露光装置に
おいて、請求項６に記載の露光装置の如く、前記第２物
理量を検知する前記検知装置は、前記第２物理量として
前記マーク検出系の温度を検知する温度センサ（４４
Ｂ）を含むこととすることができる。また、上記請求項
４〜６に記載の各露光装置において、請求項７に記載の
露光装置の如く、前記第２物理量を検知する検知装置
は、前記第２物理量として前記マーク検出系の歪みを検
知する歪みゲージを含むこととすることができる。

【００２６】上記請求項４〜７に記載の各露光装置にお
いて、請求項８に記載の露光装置の如く、前記第２可動
体の温度に関連する第３物理量を検知する検知装置（４
４Ｃ）を更に備える場合には、前記補正装置は、前記第
１、第２及び第３物理量に基づいて前記パターンの転写
状態を補正することとすることができる。

【００２７】上記請求項１〜３に記載の各露光装置にお
いて、請求項９に記載の露光装置の如く、前記基板を保
持して移動可能な第２可動体（５８）と；前記第２可
動体の温度に関連する第３物理量を検知する検知装置
（４４Ｃ）と；を更に備え、前記補正装置は、前記第１
及び第３物理量に基づいて前記パターンの転写状態を補
正することとすることができる。

【００２８】この場合において、請求項１０に記載の露
光装置の如く、前記第３物理量を検知する前記検知装置
は、前記第３物理量として前記第２可動体の温度を検知
する温度センサ（４４Ｃ）を含むこととすることができ
る。また、上記請求項９及び１０に記載の各露光装置に
おいて、請求項１１に記載の露光装置の如く、前記第３
物理量を検知する前記検知装置は、前記第３物理量とし
て前記第２可動体の歪みを検知する歪みゲージを含むこ
ととすることができる。

【００２９】上記請求項１〜１１に記載の各露光装置に
おいて、請求項１２に記載の露光装置の如く、前記マス
クのパターンを前記基板上に投影する投影光学系（Ｐ
Ｌ）と；前記投影光学系の結像特性を補正する結像特性
補正装置と；を更に備え、前記補正装置は、前記結像特
性補正装置により前記結像特性が補正された際に、その
補正結果を更に考慮して前記パターンの転写状態を補正
することとすることができる。

【００３０】本明細書において、結像特性補正装置は、
投影光学系を構成する少なくとも１枚のレンズを駆動す
るものなどの他、マスクに照射される露光用照明光の波
長を変更するものなども含む。

【００３１】上記請求項１〜１２に記載の各露光装置に
おいて、請求項１３に記載の露光装置の如く、前記補正
装置は、前記マスクを照明する照明条件の変更を更に考
慮して前記パターンの転写状態を補正することとするこ
とができる。

【００３２】上記請求項１〜１３に記載の各露光装置に
おいて、請求項１４に記載の露光装置の如く、前記第１
可動体及び前記駆動装置が設置された環境の環境条件を
計測する環境計測装置（ＥＳ）を更に備え、前記補正装
置は、前記パターンの転写状態の補正に際し、前記環境
計測装置の計測結果を更に考慮することとすることがで
きる。

【００３３】請求項１５に記載の露光装置は、マスク
（Ｒ）に形成されたパターンを基板（Ｗ）上に転写する
露光装置本体（１００）と；前記露光装置本体の一部及
び前記露光装置本体が設置された環境の少なくとも一方
の環境条件を計測する環境計測装置（ＥＳ）と；前記環
境計測装置の計測値に基づいて、前記基板上への前記パ
ターンの転写状態を補正する補正装置（５０）と；を備
える露光装置である。

【００３４】これによれば、環境計測装置により、露光
装置本体の一部及び露光装置本体が設置された環境の少
なくとも一方の環境条件が計測される。補正装置では、
環境計測装置の計測値に基づいて、前記基板上への前記
パターンの転写状態を補正する。このため、露光装置本
体の一部及び露光装置本体が設置された環境条件の変動
に起因するマスクパターンの基板上への転写状態をほぼ
所望の状態に補正でき、結果的に重ね合わせ精度の向上
を図ることが可能となる。

【００３５】この場合において、補正装置は、環境条件
の変化に基づいてパターンの転写状態、例えば重ね合わ
せ誤差を計測し、この計測結果に基づいてその転写状
態、例えば重ね合わせ誤差を補正することができるが、
請求項１６に記載の露光装置の如く、前記補正装置は、
予め求めた環境条件と前記パターンの転写状態との相関
関係に基づいて前記パターンの転写状態を補正すること
とすることもできる。

【００３６】上記請求項１５に記載の露光装置におい
て、請求項１７に記載の露光装置の如く、前記環境計測
装置は、前記露光装置本体の異なる箇所の温度を計測す
る少なくとも２つの温度センサを有し、前記補正装置
は、前記少なくとも２つの温度センサの計測結果に基づ
いて重み付け演算を行い、その演算結果に基づいて前記
パターンの転写状態を補正することとすることができ
る。

【００３７】上記請求項１５〜１７に記載の各露光装置
において、請求項１８に記載の露光装置の如く、前記マ
スクのパターンを前記基板上に投影する投影光学系（Ｐ
Ｌ）と；前記投影光学系の結像特性を補正する結像特性
補正装置と；を更に備える場合に、前記補正装置は、前
記結像特性補正装置により前記結像特性が補正された際
に、その補正結果を更に考慮して前記パターンの転写状
態を補正することとすることができる。

【００３８】上記請求項１５〜１８に記載の各露光装置
において、請求項１９に記載の露光装置の如く、前記補
正装置は、前記マスクを照明する照明条件の変更を更に
考慮して前記パターンの転写状態を補正することとする
ことができる。

【００３９】請求項１５〜１９に記載の各露光装置にお
いて、請求項２０に記載の露光装置の如く、前記環境条
件は、温度、湿度、圧力の少なくとも１つを含むことと
することができる。但し、環境条件は、温度、湿度、圧
力に限らず、パターンの転写状態に影響を与える種々の
条件、例えば海抜、潮汐等をも含むこととすることがで
きる。

【００４０】請求項２１に記載の発明は、マスク（Ｒ）
に形成されたパターンを基板（Ｗ）上に転写する露光装
置であって、前記基板を保持する可動体（５８）上及び
前記マスク上の少なくとも一方に存在するマークの所定
の基準部材に対する位置を検出するマーク検出系と；前
記マーク検出系の温度に関連する物理量を検知する検知
装置と；前記物理量に基づいて、前記基板上への前記パ
ターンの転写状態を補正する補正装置と；を備える露光
装置である。

【００４１】これによれば、マーク検出系により、基板
を保持する可動体上及びマスク上の少なくとも一方に存
在するマークの所定の基準部材に対する位置が検出され
る。ここで、マーク検出系に温度変動がある場合、その
温度変動に起因してマーク検出系によって検出されるマ
ークの位置が誤差を含むことになる。しかるに、検知装
置により、マーク検出系の温度に関連する物理量（この
物理量は、検出されるマークの位置の温度変動による変
化を反映した量である）が検出される。そして、補正装
置により、この物理量に基づいて、基板上へのパターン
の転写状態が補正される。従って、マーク検出系の温度
変化に起因するパターンの転写誤差をほぼ確実に補正す
ることができ、結果的に重ね合わせ精度を向上させるこ
とができる。

【００４２】この場合において、例えばマーク検出系が
ＣＣＤその他の撮像素子を備える場合には、温度変動に
よりＣＣＤ等の温度ドリフトなどに起因して検出誤差が
生じるので、検知装置によりマーク検出系の温度を検知
することによって上記の温度ドリフト等に起因して結果
的に生じることとなるパターンの転写誤差の補正が可能
となる。従って、基準部材は、必ずしもマーク検出系に
設けられている必要はない。

【００４３】一方、請求項２２に記載の露光装置の如
く、前記マーク検出系は、前記基準部材として指標（Ｇ
Ｍ）が形成された指標部材（１０２）を有し、前記可動
体上に存在する前記マークを前記指標を基準として検出
するものである場合には、前記検知装置は、前記指標部
材及びこれを支持する支持部材の少なくとも一方の特定
部材の温度に関連する物理量を検知することとすること
ができる。かかる場合、基準部材（指標部材）の位置が
温度変動により変動すれば、マーク検出系によって計測
されるマークの位置が誤差を含むことになる。しかる
に、検知装置により、指標が設けられた指標部材及びこ
れを支持する支持部材の少なくとも一方の特定部材の温
度に関連する物理量が検知されるので、この物理量は、
温度変動による指標の位置変化を反映した量となってい
る。補正装置により、この物理量に基づいて、基板上へ
のパターンの転写状態が補正されることにより、指標の
位置変化に起因するパターンの転写誤差、例えば重ね合
わせ誤差をほぼ確実に補正することができ、結果的に重
ね合わせ精度を向上させることができる。

【００４４】ここで、重ね合わせ誤差の補正とは、基板
上の区画領域の位置情報の補正のみでなく、マーク検出
系から得られるマーク位置情報を補正すること、マーク
検出系のベースライン量を補正することなども含む。

【００４５】上記請求項２２に記載の露光装置におい
て、検知装置としては種々のものが考えられるが、例え
ば請求項２３に記載の露光装置の如く、前記検知装置
は、前記特定部材に固定された温度センサであることと
することができる。

【００４６】請求項２４に記載の発明は、マスク（Ｒ）
に形成されたパターンを基板（Ｗ）上に転写する露光装
置であって、前記パターンを前記基板上に投影する投影
光学系（ＰＬ）と；前記投影光学系の光学特性を調整す
る光学特性調整装置と；前記マスクを照明する照明条件
及び前記光学特性調整装置による前記光学特性の調整結
果の少なくとも一方に応じて前記基板上への前記パター
ンの転写状態を補正する補正装置（５０）と；を備える
露光装置である。

【００４７】ここで、光学特性調整装置は、投影光学系
を構成する少なくとも１枚のレンズを駆動するものなど
の他、マスクに照射される露光用照明光の波長を変更す
るものなども含む。

【００４８】これによれば、マスクを照明する照明条件
及び光学特性調整装置による投影光学系の光学特性の調
整結果に応じて、マスクのパターンの投影像の倍率など
が変化するが、補正装置により、マスクを照明する照明
条件及び光学特性調整装置による光学特性の調整結果の
少なくとも一方に応じて基板上へのパターンの転写状態
が補正されるので、結果的にマスクを照明する照明条件
及び光学特性調整装置による投影光学系の光学特性の調
整結果に応じて、パターンの転写状態を所望の状態に補
正することができる。従って、照明条件や光学特性調整
装置による投影光学系の光学特性の調整に起因するパタ
ーンの転写誤差を補正することができ、結果的に重ね合
わせ精度を向上させることができる。

【００４９】上記請求項１〜２４に記載の各露光装置に
おいて、請求項２５に記載の露光装置の如く、前記補正
装置は、前記基板上に形成された前記パターンの基準位
置からの位置ずれを計測する重ね合わせ測定装置（１
５）にオンライン接続され、前記重ね合わせ測定装置の
計測結果をオンラインにて受信し、前記パターンの転写
状態の補正に際し、前記計測結果を更に考慮することと
することができる。ここで、転写状態の補正は、第１層
目におけるショット配列誤差の補正と、第２層目以降に
おける重ね合わせ誤差の補正の両方を含み、かつマスク
のパターンと基板上の各区画領域（ショット領域）との
相対位置誤差（アライメント誤差）だけでなく、倍率誤
差や形状誤差などの補正をも含む。

【００５０】請求項２６に記載の発明は、リソグラフィ
工程を含むデバイス製造方法であって、前記リソグラフ
ィ工程で、請求項１〜２５のいずれか一項に記載の露光
装置を用いて露光を行うことを特徴とするデバイス製造
方法である。

【００５１】これによれば、リソグラフィ工程で請求項
１〜２５に記載の各露光装置を用いて重ね合わせ精度良
く露光が行われるので、微細パターンを有するマイクロ
デバイスの歩留まりを向上させることができ、その生産
性を向上させることができる。

【００５２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図
１、図２に基づいて説明する。

【００５３】図１には、一実施形態の露光装置１０の概
略構成が示されている。この露光装置１０は、露光用光
源（以下「光源」という）にパルスレーザ光源を用いた
ステップ・アンド・スキャン方式の走査型投影露光装
置、すなわちいわゆるスキャニング・ステッパである。

【００５４】この露光装置１０は、光源１６及び照明光
学系１２から成る照明系、この照明系からの露光光ＥＬ
により照明されるマスクとしてのレチクルＲが載置され
るレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲから出射された
露光光ＥＬを基板としてのウエハＷ上（像面上）に投射
する投影光学系ＰＬ、ウエハＷが載置されるウエハステ
ージＷＳＴ、及びこれらの制御系等を備えている。

【００５５】前記光源１６としては、ここでは、ＡｒＦ
エキシマレーザ光源（出力波長１９３ｎｍ）、あるいは
ＫｒＦエキシマレーザ光源（出力波長２４８ｎｍ）など
の紫外域のパルス光を出力するエキシマレーザ光源が用
いられている。なお、光源１６として、Ｆ₂レーザ光源
（出力波長１５７ｎｍ）等の真空紫外域のパルス光を出
力するパルス紫外光源を用いても良い。

【００５６】前記光源１６は、実際には、照明光学系１
２の各構成要素及びレチクルステージＲＳＴ、投影光学
系ＰＬ、及びウエハステージＷＳＴ等から成る露光装置
本体１００が収容されたチャンバ１１が設置されたクリ
ーンルームとは別のクリーン度の低いサービスルームに
設置されており、ビームマッチングユニットと呼ばれる
光軸調整用光学系を少なくとも一部に含む不図示の送光
光学系を介してチャンバ１１に接続されている。

【００５７】光源１６は、主制御装置５０からの制御情
報ＴＳに応じ、内部の光源制御装置（図示省略）によっ
て、レーザビームＬＢの１パルスあたりのエネルギ値、
発振周波数（繰り返し周波数）、中心波長、及びスペク
トル半値幅などが制御されるようになっている。また、
光源制御装置は、レーザビームＬＢのオン・オフ制御を
も行う。

【００５８】前記照明光学系１２は、ビーム整形光学系
１８、エネルギ粗調器２０、オプティカル・インテグレ
ータ（ホモジナイザ）としてのフライアイレンズ２２、
照明系開口絞り板２４、第１リレーレンズ２８Ａ、第２
リレーレンズ２８Ｂ、固定レチクルブラインド３０Ａ、
可動レチクルブラインド３０Ｂ、光路折り曲げ用のミラ
ーＭ及びコンデンサレンズ３２等を備えている。なお、
フライアイレンズ２２の代わりにオプティカル・インテ
グレータとしてのロッドレンズ（内面反射型インテグレ
ータ）を用いても良い。

【００５９】前記ビーム整形光学系１８は、チャンバ１
１に設けられた光透過窓１７を介して不図示の送光光学
系に接続されている。このビーム整形光学系１８は、光
源１６でパルス発光され光透過窓１７を介して入射した
レーザビームＬＢの断面形状を、該レーザビームＬＢの
光路後方に設けられたフライアイレンズ２２に効率良く
入射するように整形するもので、例えばシリンダレンズ
やビームエキスパンダ（いずれも図示省略）等で構成さ
れる。

【００６０】前記エネルギ粗調器２０は、ビーム整形光
学系１８後方のレーザビームＬＢの光路上に配置され、
レーザビームＬＢの透過率を変更するものである。この
エネルギ粗調器２０は、例えば透過率（１−減光率）の
異なる複数個（例えば６個）のＮＤフィルタ有する回転
板と、これを駆動する駆動モータとを含んで構成され
る。そして、主制御装置５０が駆動モータを介して回転
板を回転することにより、入射するレーザビームＬＢに
対する透過率を１００％から等比級数的に複数段階で切
り替えることができる。

【００６１】前記フライアイレンズ２２は、エネルギ粗
調器２０から出たレーザビームＬＢの光路上に配置さ
れ、レチクルＲを均一な照度分布で照明するためにその
射出端に多数の点光源から成る面光源（２次光源）を形
成する。この２次光源から射出されるレーザビームを以
下においては、「露光光ＥＬ」と呼ぶものとする。

【００６２】フライアイレンズ２２の射出面の近傍に、
円板状部材から成る照明系開口絞り板２４が配置されて
いる。この照明系開口絞り板２４には、ほぼ等角度間隔
で、例えば通常の円形開口より成る開口絞り、小さな円
形開口より成りコヒーレンスファクタであるσ値を小さ
くするための開口絞り、輪帯照明用の輪帯状の開口絞
り、及び変形光源法用に複数の開口を偏心させて配置し
て成る変形開口絞り（図１ではこのうちの２種類の開口
絞りのみが図示されている）等が配置されている。この
照明系開口絞り板２４は、主制御装置５０により制御さ
れるモータ等の駆動装置４０により回転されるようにな
っており、これによりいずれかの開口絞りが露光光ＥＬ
の光路上に選択的に設定される。

【００６３】なお、レチクルＲの照明条件、すなわち照
明光学系の瞳面上での露光光ＥＬの光量分布（２次光源
の大きさや形状）を変更する機構は、照明系開口絞り板
２４に限られるものではなく、これに代えて、あるいは
これと組み合わせて、オプティカル・インテグレータに
対するレーザビームＬＢの入射条件（例えば、フライア
イレンズではその入射面上でのレーザビームの分布、内
面反射型インレグレータではレーザビームの入射角度範
囲）を変更可能な光学装置（例えば、ズーム光学系、照
明光学系の光軸に沿って相対移動可能な一対のアキシコ
ン、及び照明光路内に交換して配置される複数の回折光
学素子の少なくとも１つを含む）を、光源１６とオプテ
ィカル・インテグレータとの間に設けても良い。

【００６４】照明系開口絞り板２４から出た露光光ＥＬ
の光路上に、固定レチクルブラインド３０Ａ及び可動レ
チクルブラインド３０Ｂを介在させて第１リレーレンズ
２８Ａ及び第２リレーレンズ２８Ｂから成るリレー光学
系が配置されている。

【００６５】固定レチクルブラインド３０Ａは、レチク
ルＲのパターン面に対する共役面から僅かにデフォーカ
スした面に配置され、レチクルＲ上の照明領域ＩＡＲを
規定する矩形開口が形成されている。また、この固定レ
チクルブラインド３０Ａの近傍に走査方向に対応する方
向の位置及び幅が可変の開口部を有する可動レチクルブ
ラインド３０Ｂが配置され、走査露光の開始時及び終了
時にその可動レチクルブラインド３０Ｂを介して照明領
域ＩＡＲを更に制限することによって、不要な部分の露
光が防止されるようになっている。

【００６６】リレー光学系を構成する第２リレーレンズ
２８Ｂ後方の露光光ＥＬの光路上には、当該第２リレー
レンズ２８Ｂを通過した露光光ＥＬをレチクルＲに向け
て反射する折り曲げミラーＭが配置され、このミラーＭ
後方の露光光ＥＬの光路上にコンデンサレンズ３２が配
置されている。

【００６７】このようにして構成された照明光学系１２
の作用を簡単に説明すると、光源１６からパルス発光さ
れたレーザビームＬＢは、ビーム整形光学系１８に入射
して、ここで後方のフライアイレンズ２２に効率良く入
射するようにその断面形状が整形された後、エネルギ粗
調器２０に入射する。そして、このエネルギ粗調器２０
のいずれかのＮＤフィルタを透過したレーザビームＬＢ
は、フライアイレンズ２２に入射する。これにより、フ
ライアイレンズ２２の射出端に前記２次光源が形成され
る。この２次光源から射出された露光光ＥＬは、照明系
開口絞り板２４上のいずれかの開口絞りを通過した後、
第１リレーレンズ２８Ａを経て固定レチクルブラインド
３０Ａの矩形開口部及び可動レチクルブラインド３０Ｂ
を通過した後、第２リレーレンズ２８Ｂを通過してミラ
ーＭによって光路が垂直下方に折り曲げられた後、コン
デンサレンズ３２を経て、レチクルステージＲＳＴ上に
保持されたレチクルＲ上の矩形の照明領域ＩＡＲを均一
な照度分布で照明する。

【００６８】前記レチクルステージＲＳＴは、走査方向
であるＹ軸方向に所定ストローク範囲で移動可能なレチ
クル粗動ステージ４２Ｂ、該レチクル粗動ステージ４２
ＢとともにＹ軸方向に移動可能でレチクル粗動ステージ
４２Ｂに対してＸＹ面内で相対的に微小駆動可能な第１
可動体としてのレチクル微動ステージ４２Ａ、及びこれ
らの駆動系等を備えている。これを更に詳述すると、レ
チクル粗動ステージ４２Ｂは、図２に示されるように、
ＸＹ面に平行に配置されたレチクルベースＲＢ上にＸ軸
方向に所定間隔を隔ててＹ軸方向に延設された一対のエ
アガイド４８Ａ，４８Ｂの上方にその底面に設けられた
不図示のエアベアリングにより浮上支持されている。ま
た、レチクル粗動ステージ４２Ｂは、矩形枠状部材から
構成され、そのＹ軸方向の両端には、一対のエアガイド
４８Ａ，４８ＢのＸ軸方向外側にそれぞれ配置されＹ軸
方向に伸びる固定子６２Ａ，６２Ｂとともに、リニアモ
ータ７０Ａ，７０Ｂをそれぞれ構成する不図示の可動子
が突設されている。

【００６９】固定子６２Ａ，６２Ｂは、レチクルベース
ＲＢ上に固定しても良いが、ここでは、一端がそれぞれ
床面に固定された一対の支持フレーム６６Ａ，６６Ｂの
先端にそれぞれ固定され、レチクルベースＲＢに対して
は非接触な状態で支持されている。これは、リニアモー
タ７０Ａ，７０Ｂによってレチクル粗動ステージ４２Ｂ
が駆動された際の反力が、レチクルベースＲＢ、ひいて
はこれを支持する不図示の支持部材を介して後述する投
影光学系ＰＬを保持するメインフレームに伝達されない
ようにするためである。この場合、レチクル粗動ステー
ジ４２Ｂの駆動時に固定子６２Ａ，６２Ｂに生じる反力
は、支持フレーム６６Ａ，６６Ｂを介して床面に逃がさ
れるようになっている。

【００７０】前記レチクル微動ステージ４２Ａは、レチ
クル粗動ステージ４２Ｂより一回り小さい矩形板状の外
形を有し、その中央部には、不図示の矩形開口が形成さ
れている。この矩形開口の周囲に不図示の静電チャック
（又はバキュームチャック）等の固定機構が設けられ、
この固定機構の上面にレチクルＲが吸着されている。

【００７１】レチクルステージＲＳＴの周囲四辺それぞ
れの中央部には、可動子７２ａ〜７２ｄ（但し、−Ｘ側
の可動子７２ｄは図示せず）が、それぞれ突設されてい
る。これに対応して、レチクル粗動ステージ４２Ｂの周
囲四辺の中央部には、これらの可動子７２ａ〜７２ｄと
ともにリニアモータ８０Ａ〜８０Ｄをそれぞれ構成する
固定子７４ａ〜７４ｄがそれぞれ固定されている（但
し、−Ｘ側の固定子７４ｄ、及びリニアモータ８０Ｄは
図示せず）。

【００７２】レチクル微動ステージ４２Ａの−Ｘ方向の
端部には、Ｙ軸方向に伸びる反射面を有する平面ミラー
から成る移動鏡５２Ｒｘが固定されている。また、レチ
クル微動ステージ４２Ａの−Ｙ方向の端部には、コーナ
ーキューブから成る一対の移動鏡５２Ｒｙ₁、５２Ｒｙ₂
が固定されている。これらの移動鏡５２Ｒｘ、５２Ｒｙ
₁、５２Ｒｙ₂にそれぞれ対応して３つのレチクルレーザ
干渉計が設けられ、これら３つの干渉計によって、レチ
クル微動ステージ４２ＡのＸＹ面内の位置（θｚ回転を
含む）が計測されるようになっている。このように、移
動鏡及びレーザ干渉計はそれぞれ３つ設けられている
が、図１では、これらが代表的に移動鏡５２Ｒ、レチク
ルレーザ干渉計５４Ｒとして示されている。このレチク
ルレーザ干渉計５４Ｒの計測値が、ステージ制御装置９
０及びこれを介して主制御装置５０に供給されるように
なっている。

【００７３】また、上述のように、レチクルＲの駆動系
は、レチクル粗動ステージ４２Ｂを駆動する一対のリニ
アモータ７０Ａ，７０Ｂ、レチクル微動ステージを駆動
する２対（４つ）のリニアモータ８０Ａ〜８０Ｄによっ
て構成されているが、図１ではこれらが代表的にレチク
ルステージ駆動系４９として示されている。

【００７４】前記レチクルＲは、図２に示されるよう
に、中央部にパターン領域ＰＡが形成され、該パターン
領域ＰＡのＸ軸方向両外側には、一対のレチクルアライ
メントマークＲＭ１、ＲＭ２がパターン領域ＰＡの中心
を通るＸ軸上に、中心に関して対称に配置されている。
なお、パターン領域ＰＡ及びレチクルアライメントマー
クＲＭ１、ＲＭ２は、実際には、−Ｚ側の面に形成され
ている。

【００７５】なお、レチクル微動ステージ４２Ａ上に、
各種の基準マーク（例えばアライメントマーク）や計測
用マーク（例えば、結像特性計測用マーク）などが所定
の位置関係で配置されたレチクル基準マーク板（ＲＦ
Ｍ）を設けても良い。

【００７６】さらに、本実施形態の露光装置１０では、
レチクル微動ステージ４２Ａの上面の移動鏡５２Ｒｘと
レチクルＲとの間に、検知装置を構成する温度センサ４
４Ａが取り付けられている。この温度センサ４４Ａで検
知されるレチクル微動ステージ４２Ａの温度情報（第１
物理量）は、主制御装置５０に供給されるようになって
いる。なお、温度センサ４４Ａを設けた理由については
後述する。

【００７７】また、本実施形態の露光装置１０では、図
１に示されるように、レチクルＲの上方に、後述するレ
チクルアライメントの際に使用されるマーク検出系とし
ての一対のレチクルアライメント顕微鏡ＲＡ１、ＲＡ２
（（但し、紙面奥側のレチクルアライメント顕微鏡ＲＡ
２は図示せず）が非走査方向（Ｘ軸方向）に沿って所定
間隔で配置されている。レチクルアライメント顕微鏡Ｒ
Ａ１、ＲＡ２としては、例えば、露光光をレチクルＲ上
に形成されたアライメントマークＲＭ１、ＲＭ２に照射
し、ＣＣＤカメラなどで撮像したアライメントマークの
画像データを画像処理してマーク位置を計測するＶＲＡ
（Visual Reticle Alignment）方式のセンサが用いられ
る。レチクルアライメント顕微鏡ＲＡ１、ＲＡ２は、露
光時には、不図示の駆動系を介して照明領域ＩＡＲから
退避されるようになっている。

【００７８】前記投影光学系ＰＬは、例えば両側テレセ
ントリックな縮小系が用いられている。この投影光学系
ＰＬの投影倍率は例えば１／４、１／５あるいは１／６
等である。このため、前記の如くして、露光光ＥＬによ
りレチクルＲ上の照明領域ＩＡＲが照明されると、その
レチクルＲに形成されたパターンが投影光学系ＰＬによ
って前記投影倍率で縮小された像が表面にレジスト（感
光剤）が塗布されたウエハＷ上のスリット状の露光領域
ＩＡに投影され転写される。

【００７９】投影光学系ＰＬとしては、ここでは、光軸
ＡＸ方向（Ｚ軸方向）に沿って所定間隔で配置された複
数枚のレンズエレメント（屈折光学素子）から成る屈折
光学系が用いられている。前記複数枚のレンズエレメン
トのうち、その一部の複数枚の特定のレンズエレメント
は、不図示の駆動素子（例えばピエゾ素子など）によっ
て光軸ＡＸ方向及び傾斜方向に微小駆動可能に構成され
ている。この場合、結像特性補正コントローラ３４が、
主制御装置５０からの指令に応じて前記駆動素子の駆動
量を制御する。すなわち、本実施形態では、結像特性補
正コントローラ３４、駆動素子及びこれによって駆動さ
れる特定のレンズエレメントによって、投影光学系ＰＬ
の例えば倍率、ディストーションなどの結像特性（光学
特性の一種）を補正、あるいは調整する、結像特性補正
装置（光学特性調整装置）が構成されている。

【００８０】また、投影光学系ＰＬの鏡筒の側面には、
マーク検出系としてのオフ・アクシス方式のウエハアラ
イメント系ＡＬＧが取り付けられている。このウエハア
ライメント系ＡＬＧとしては、本実施形態では、ハロゲ
ンランプ等を光源とする波長帯域幅の広い光で照明し、
ＣＣＤカメラなどで撮像したウエハＷ上のアライメント
マーク（又は基準マーク板ＦＭ上の基準マーク）の画像
データを画像処理してマーク位置を計測するＦＩＡ（Fi
eld Image Alignment）系のオフアクシス・アライメン
トセンサが用いられている。このＦＩＡ系のアライメン
トセンサによると、レジスト層による薄膜干渉の影響を
受けず、アルミマークや非対称マーク等についても高精
度な位置検出が可能である。

【００８１】ウエハアライメント系ＡＬＧは、支持部材
としての筐体３６の内部にその表面に指標ＧＭが形成さ
れた指標部材（基準部材）としてのプリズム１０２が支
持され、その指標ＧＭの中心を基準としてアライメント
マークあるいは基準マークの位置（相対位置）を検出す
る。このウエハアライメント系ＡＬＧの検出情報は主制
御装置５０に供給されるようになっている。

【００８２】前記筐体３６は、支持金物１０４を介して
投影光学系ＰＬの鏡筒に固定されている。本実施形態で
は、筐体３６に検知装置を構成する温度センサ４４Ｂが
固定されている。この温度センサ４４Ｂで検知された筐
体３６の温度情報（第２物理量）は、主制御装置５０に
供給されるようになっている。なお、温度センサ４４Ｂ
を設けた理由については後述する。

【００８３】なお、指標ＧＭが形成されたプリズム１０
２、あるいはその近傍の部材に温度センサを取り付けて
も良い。

【００８４】前記ウエハステージＷＳＴは、リニアモー
タ等を含むウエハステージ駆動部５６により走査方向で
あるＹ軸方向及びこれに直交するＸ軸方向に２次元駆動
されるようになっている。このウエハステージＷＳＴ上
に搭載された第２可動体としてのＺチルトステージ５８
上には不図示のウエハホルダを介してウエハＷが静電吸
着（あるいは真空吸着）等により保持されている。Ｚチ
ルトステージ５８は、ウエハＷのＺ方向の位置（フォー
カス位置）を調整するとともに、ＸＹ平面に対するウエ
ハＷの傾斜角を調整する機能を有する。また、ウエハス
テージＷＳＴの位置は、Ｚチルトステージ５８上に固定
された移動鏡５２Ｗを介して外部のレーザ干渉計５４Ｗ
により計測され、このレーザ干渉計５４Ｗの計測値がス
テージ制御装置９０及びこれを介して主制御装置５０に
供給されるようになっている。

【００８５】また、Ｚチルトステージ５８（又はウエハ
ステージＷＳＴ）上には、後述するレチクルアライメン
ト用の一対の基準マーク（以下、便宜上「第１基準マー
ク」と呼ぶ）及びベースライン計測用の基準マーク（以
下、便宜上「第２基準マーク」と呼ぶ）などが形成され
た基準マーク板ＦＭが固定されている。この基準マーク
板ＦＭの表面は、ウエハＷの表面とほぼ同一高さに設定
されている。

【００８６】さらに、Ｚチルトステージ５８上には、検
知装置を構成する温度センサ４４Ｃが固定されている。
この温度センサ４４Ｃで計測されるＺチルトステージ５
８の温度情報（第３物理量）は、主制御装置５０に供給
される。温度センサ４４Ｃを設けた理由については後述
する。

【００８７】この他、本実施形態では、チャンバ１１の
内部の投影光学系ＰＬの近傍に、環境計測装置としての
環境センサユニットＥＳが設けられている。この環境セ
ンサユニットＥＳは、チャンバ１１内の温度を検知する
温度センサ、圧力を検知する圧力センサ、及び湿度を検
知する湿度センサを有している。この環境センサユニッ
トＥＳを構成する各センサの計測結果（温度、圧力、湿
度の情報）は、主制御装置５０に供給されている。な
お、環境センサユニットＥＳを設けた理由については、
後述する。

【００８８】なお、圧力センサや湿度センサは、必ずし
もチャンバ１１内に設けなくても良く、露光装置１０が
設置されるクリーンルーム内にそれぞれ設けても良い。

【００８９】制御系は、図１中、主制御装置５０によっ
て主に構成される。主制御装置５０は、ＣＰＵ（中央演
算処理装置）、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）、Ｒ
ＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等からなるいわゆ
るマイクロコンピュータ（又はワークステーション）を
含んで構成され、露光動作が的確に行われるように、例
えば、レチクルＲとウエハＷの同期走査、ウエハＷのス
テッピング、露光タイミング等を統括して制御する。ま
た、主制御装置５０では、この他、後述するように、各
種の重ね合わせ誤差（ベースラインドリフト）の要因と
なる各種の情報に基づいて重ね合わせ誤差の補正をも行
うようになっている。

【００９０】主制御装置５０は、例えば走査露光時に
は、レチクルＲがレチクルステージＲＳＴを介して＋Ｙ
方向（又は−Ｙ方向）に速度Ｖ_R＝Ｖで走査されるのに
同期して、ウエハステージＷＳＴを介してウエハＷが露
光領域ＩＡに対して−Ｙ方向（又は＋Ｙ方向）に速度Ｖ
_W＝β・Ｖ（βはレチクルＲからウエハＷに対する投影
倍率）で走査されるように、レーザ干渉計５４Ｒ、５４
Ｗの計測値に基づいてステージ制御装置９０に対して両
ステージＲＳＴ，ＷＳＴの同期移動を指示する。これに
より、ステージ制御装置９０により、レーザ干渉計５４
Ｒ、５４Ｗの計測値をモニタしつつ、レチクルステージ
駆動部４９、ウエハステージ駆動部５６をそれぞれ介し
てレチクルステージＲＳＴ、ウエハステージＷＳＴの位
置及び速度がそれぞれ制御される。

【００９１】ここで、両ステージＲＳＴ、ＷＳＴの制御
について、更に詳述する。この場合、主制御装置５０
は、例えば、ステージ制御装置９０に対し、ウエハステ
ージＷＳＴの走査方向（Ｙ軸方向）の目標速度、これを
投影倍率の逆数倍したレチクルステージＲＳＴの目標速
度とを与える。これにより、ステージ制御装置９０で
は、ウエハステージＷＳＴをウエハステージ駆動部５６
を介して駆動するとともに、目標速度に応じて定まる目
標位置とレーザ干渉計５４Ｗで計測されるウエハステー
ジＷＳＴの現在位置との差である位置偏差をゼロとする
ようにウエハステージ駆動部５６を介してウエハステー
ジＷＳＴをフィードバック制御する。また、これと同時
に、ステージ制御装置９０では、レチクルステージ駆動
部４９を構成するリニアモータ７０Ａ，７０Ｂを介して
目標速度に応じてレチクル粗動ステージ４２Ｂをオープ
ン制御するとともに、ウエハレーザ干渉計５４Ｗの計測
値に応じて定まるレチクルＲの目標位置とレチクルレー
ザ干渉計５４Ｒで計測されるレチクル微動ステージ４２
Ａの現在位置との差である位置偏差がゼロとなるよう
に、リニアモータ８０Ｂ，８０Ｄを介してレチクル微動
ステージ４２Ａを制御する。すなわち、レチクル微動ス
テージ４２Ａによって、ウエハＷ、すなわちウエハステ
ージＷＳＴとレチクルＲとの同期誤差が吸収される。従
って、レチクル微動ステージ４２ＡをＹ軸方向に駆動す
るリニアモータ８０Ｂ，８０Ｄは常時駆動力を発揮して
いるため、それらのリニアモータ８０Ｂ，８０Ｄの発熱
によって、レチクル微動ステージ４２Ａが熱膨張する。

【００９２】同様に、ステージ制御装置９０では、非走
査方向であるＸ軸方向についても、ウエハＷとレチクル
Ｒとの位置ずれがゼロとなるようにリニアモータ８０
Ａ，８０Ｃを介してレチクル微動ステージ４２Ａを常時
微小駆動している。従って、リニアモータ８０Ａ，８０
Ｃの発熱によっても、レチクル微動ステージ４２Ａが熱
膨張する。これらの熱膨張によって、移動鏡５２Ｒｘ、
５２Ｒｙ₁、５２Ｒｙ₂とレチクルＲとの距離が変動し、
これがレチクルＲとウエハＷとの重ね合わせ誤差の要因
となる。そこで、かかるレチクル微動ステージ４２Ａの
熱膨張による重ね合わせ誤差を補正するために、温度セ
ンサ４４Ａが設けられている。

【００９３】また、ステッピングの際には、ステージ制
御装置９０では、主制御装置５０からの指令に応じ、レ
ーザ干渉計５４Ｗの計測値に基づいてウエハステージ駆
動部５６を介してウエハステージＷＳＴの位置を制御す
るようになっている。

【００９４】レチクルステージＲＳＴ側と同様に、ウエ
ハステージＷＳＴ側でもウエハステージ駆動部５６を構
成するリニアモータの発熱により、Ｚチルトステージ５
８が熱膨張し、同様の理由により重ね合わせ誤差の要因
となる。そこで、かかるＺチルトステージ５８の熱膨張
による重ね合わせ誤差を補正するために、温度センサ４
４Ｃが設けられている。

【００９５】さらに、ウエハアライメント系ＡＬＧの筐
体３６に温度センサ４４Ｂを設けたのは、次の理由によ
る。すなわち、ウエハステージ駆動部５６からの発熱
や、Ｚチルトステージ５８上の照度計等の各種センサ類
（いずれも図示省略）等の発熱等により、ウエハアライ
メントマークや基準マーク板ＦＭ上の第２基準マークの
位置の検出の基準となるウエハアライメント系ＡＬＧの
指標ＧＭの位置が変化する可能性がある。指標ＧＭの位
置が変化すると、これを基準として計測されるベースラ
イン値や、ウエハＷ上の各ショット領域の位置の計測結
果に誤差が含まれ、結果的にレチクルＲとウエハＷとの
重ね合わせ誤差が生じてしまう。このような要因による
重ね合わせ誤差を補正するために、温度センサ４４Ｂを
ウエハアライメント系ＡＬＧの筐体３６に設けたのであ
る。

【００９６】同様に、レチクルアライメント顕微鏡ＲＡ
１、ＲＡ２に温度センサを設けても良い。レチクルアラ
イメント顕微鏡ＲＡ１、ＲＡ２は、ＣＣＤカメラを備え
ているので、温度変動によりＣＣＤカメラの温度ドリフ
トなどに起因して検出誤差が生じる。そこで、温度セン
サによりマーク検出系の温度を検知することによって上
記の温度ドリフト等に起因して結果的に生じることとな
るパターンの転写誤差の補正が可能となる。

【００９７】さらに、チャンバ１１内の温度、圧力、湿
度等の環境条件が変化すると、重ね合わせ誤差が発生す
る。この環境条件の変化に起因する重ね合わせ誤差を補
正するために、環境センサユニットＥＳを設けている。

【００９８】なお、上述した、レチクル微動ステージ４
２Ａの熱膨張に起因する移動鏡５２Ｒｘ、５２Ｒｙ₁、
５２Ｒｙ₂とレチクルＲとの距離の変動や、Ｚチルトス
テージ５８の熱膨張に起因する移動鏡とウエハとの距離
の変動や、レチクルアライメント顕微鏡ＲＡ１、ＲＡ２
のＣＣＤカメラの温度ドリフトや、チャンバ１１内の温
度、圧力、湿度等の環境条件の変化などは、重ね合わせ
誤差だけでなく、第１層目のパターンの転写では基板上
でのショット配列誤差の要因ともなる。

【００９９】ところで、本実施形態の露光装置では、上
記の種々の要因による重ね合わせ誤差を補正するため
に、主制御装置５０のＲＡＭ内にその重ね合わせ誤差補
正の基礎となるデータが、照明条件毎に予め記憶されて
いる。

【０１００】以下、このデータとともに、本実施形態に
おけるベースラインドリフト等に起因する重ね合わせ誤
差の補正原理について説明する。

【０１０１】本実施形態では、重ね合わせ誤差は、レチ
クルステージＲＳＴ，ウエハステージＷＳＴ，ウエハア
ライメント系ＡＬＧ，及びチャンバ１１内の温度、その
他の環境条件、並びに結像特性補正コントローラ３４に
よるレンズエレメントの駆動等の種々の要因によりそれ
ぞれ生じたベースラインドリフト（要因別のベースライ
ンドリフト）の線形結合で表現されることを前提として
いる。

【０１０２】レチクル微動ステージ４２Ａの温度を検知
する温度センサ４４Ａの計測値Ｔ₁と、該温度Ｔ₁の変化
に対応するベースラインドリフトをＢ₁とし、予め実験
等により次式（１）で示される両者の関係を表す関数を
求める。

【０１０３】Ｂ₁＝ｆ₁（Ｔ₁） ……（１）

【０１０４】ウエハアライメント系ＡＬＧの温度を検知
する温度センサ４４Ｂの計測値Ｔ₂と、該温度Ｔ₂の変化
に対応するベースラインドリフトをＢ₂とし、予め実験
等により次式（２）で示される両者の関係を表す関数を
求める。

【０１０５】Ｂ₂＝ｆ₂（Ｔ₂） ……（２）

【０１０６】Ｚチルトステージ５８の温度を検知する温
度センサ４４Ｃの計測値Ｔ₃と、該温度Ｔ₃の変化に対応
するベースラインドリフトをＢ₃とし、予め実験等によ
り次式（３）で示される両者の関係を表す関数を求め
る。

【０１０７】Ｂ₃＝ｆ₃（Ｔ₃） ……（３）

【０１０８】環境センサユニットＥＳを構成する温度セ
ンサで検知されるチャンバ１１内の温度Ｔ₄と、該温度
Ｔ₄の変化に対応するベースラインドリフトをＢ₄とし、
予め実験等により次式（４）で示される両者の関係を表
す関数を求める。

【０１０９】Ｂ₄＝ｆ₄（Ｔ₄） ……（４）

【０１１０】環境センサユニットＥＳを構成する湿度セ
ンサで検知されるチャンバ１１内の湿度Ｈ₅と、該湿度
Ｈ₅の変化に対応するベースラインドリフトをＢ₅とし、
予め実験等により次式（５）で示される両者の関係を表
す関数を求める。

【０１１１】Ｂ₅＝ｆ₅（Ｈ₅） ……（５）

【０１１２】環境センサユニットＥＳを構成する圧力セ
ンサで検知されるチャンバ１１内の圧力Ｐ₆と、該圧力
Ｐ₆の変化に起因するベースラインドリフトをＢ₆とし、
予め実験等により次式（６）で示される両者の関係を表
す関数を求める。

【０１１３】Ｂ₆＝ｆ₆（Ｐ₆） ……（６）

【０１１４】また、結像特性補正コントローラ３４によ
る特定のレンズエレメントの駆動に起因するある時点Ｂ
における別の時点Ａからの結像特性の変化に起因するベ
ースライン値の変動をＢ_macとすると、ある時点Ａから
別の時点Ｂに至る時間における、全体としてのベースラ
イン値の変動δＢは、次式（７）のように表すことがで
きる。

【０１１５】

【数１】

【０１１６】式（７）において、Ｔ₁₁，Ｔ₁₀は、それぞ
れ時点Ｂ，時点Ａにおける温度Ｔ₁であり、Ｔ₂₁，Ｔ₂₀
は、それぞれ時点Ｂ，時点Ａにおける温度Ｔ₂であり、
Ｔ₃₁，Ｔ₃₀は、それぞれ時点Ｂ，時点Ａにおける温度Ｔ
₃であり、Ｔ₄₁，Ｔ₄₀は、それぞれ時点Ｂ，時点Ａにお
ける温度Ｔ₄であり、Ｈ₅₁，Ｈ₅₀は、それぞれ時点Ｂ，
時点Ａにおける湿度Ｈ₅であり、Ｐ₆₁，Ｐ₆₀は、それぞ
れ時点Ｂ，時点Ａにおける圧力Ｐ₆である。

【０１１７】上記式（７）を一般化すると、全体として
のベースライン値の変動量δＢ_iは、次式（８）のよう
に表される。

【０１１８】

【数２】

【０１１９】ここで、ｐ_jはパラメータであり、具体的
には、前述した温度Ｔ₁，Ｔ₂，Ｔ₃，Ｔ₄，Ｈ₅，Ｐ₆など
を指す。また、Σはｊ＝１，２，……，ｎ（例えばｎ＝
６）の場合の総和を示す。

【０１２０】本実施形態の露光装置１０では、照明条件
毎に上記式（８）が予め求められ、これが照明条件毎の
ベースライン補正データとして、主制御装置５０のＲＡ
Ｍ内に記憶されている。このとき、全ての照明条件に対
してそのベースライン補正データを求めておかなくても
良く、その補正データがない照明条件では他の照明条件
の補正データを用いて補間などによりその補正データを
決定するようにしても良い。

【０１２１】次に、上述のようにして構成された露光装
置１０における露光処理動作について説明する。

【０１２２】まず、主制御装置５０では、予め設定され
ＲＡＭ内に記憶されているプロセスプログラムと呼ばれ
る露光条件の設定ファイルに基づいて、露光条件を設定
する。この露光条件の設定には、レチクルＲの選択、照
明条件の設定などが含まれる。

【０１２３】例えば、主制御装置５０では、プロセスプ
ログラムに従って、駆動装置４０を介して照明系開口絞
り板２４を回転して、その指定された照明条件を設定す
る。これとともに、主制御装置５０では、ＲＡＭ内に記
憶されているその照明条件に応じたベースライン補正デ
ータ（前述した式（８））を読み込む。

【０１２４】次に、主制御装置５０では、不図示のレチ
クルローダを用いてレチクルステージＲＳＴ上に指定さ
れたレチクルＲをロードするとともに、不図示のウエハ
ローダを用いてウエハＷをＺチルトステージ５８上にロ
ードする。

【０１２５】次に、主制御装置５０では、ステージ制御
装置９０を介してウエハステージＷＳＴを移動して、Ｚ
チルトステージ５８上の基準マーク板ＦＭを投影光学系
ＰＬの直下に位置決めする。そして、主制御装置５０で
は、レチクルＲ上のアライメントマークＲＭ１，ＲＭ２
の像を対応する一対の第１基準マークの投影光学系ＰＬ
を介した像と同時に一対のレチクルアライメント顕微鏡
ＲＡ１、ＲＡ２を用いて検出し、その検出結果（アライ
メントマークＲＭ１，ＲＭ２とこれらにそれぞれ対応す
る第１基準マークの相対位置）とそのときのレーザ干渉
計５４Ｗの計測値とに基づいてレチクルパターンの投影
位置を算出する。すなわち、このようにしてレチクルア
ライメントを行う。

【０１２６】次に、主制御装置５０では、ステージ制御
装置９０を介してウエハステージＷＳＴをレーザ干渉計
５４Ｗの計測値をモニタしつつ所定のベースライン値
（設計値）分だけ移動してウエハアライメント系ＡＬＧ
の直下にＺチルトステージ５８上の基準マーク板ＦＭを
位置決めする。そして、主制御装置５０では、ウエハア
ライメント系ＡＬＧを用いて第２基準マークを検出し、
指標ＧＭの中心に対する第２基準マークの位置を算出す
る。

【０１２７】次いで、主制御装置５０では、上記のレチ
クルアライメント顕微鏡ＲＡ１、ＲＡ２の検出結果と、
ウエハアライメント系ＡＬＧの検出結果と、それぞれの
検出時のレーザ干渉計５４Ｗの計測値（又は上記設計上
のベースライン値）とに基づいて、ウエハアライメント
系ＡＬＧのベースライン値、すなわち、レチクルパター
ンの投影位置とウエハアライメント系ＡＬＧの検出中心
（指標ＧＭの中心）との位置関係、すなわちベースライ
ン値を算出する。すなわち、このようにしてベースライ
ン計測を実行する。なお、このとき算出されたベースラ
イン値をＢ₀とする。

【０１２８】このベースライン計測の終了後、主制御装
置５０では、ウエハＷ上の各ショット領域の設計上の配
列座標に基づいて、ステージ制御装置９０を介してウエ
ハＷ上の予め選択したサンプルショット領域をウエハア
ライメント系ＡＬＧの直下に順次位置決めしつつ、サン
プルショット領域に付設されたウエハアライメントマー
クの位置をウエハアライメント系ＡＬＧの検出中心を基
準として検出する。そして、この検出結果に基づいて、
例えば特開昭６１−４４４２９号公報などに開示される
ような最小自乗法を用いた統計演算を行って、ショット
領域の配列座標を算出する、ＥＧＡ（エンハンスト・グ
ローバル・アライメント）を実行する。

【０１２９】上記のＥＧＡの終了後、算出されたショッ
ト領域の配列座標と前述したベースライン値Ｂ₀とに基
づいて、ウエハＷのＸＹ位置がウエハＷ上の最初のショ
ット領域（ファーストショット）を露光するための走査
開始位置となるように、ステージ制御装置９０を介して
ウエハステージＷＳＴを移動する。同時に、主制御装置
５０では、ステージ制御装置９０を介してレチクルＲの
ＸＹ位置が走査開始位置となるように、レチクルステー
ジＲＳＴを移動する。

【０１３０】次に、主制御装置５０では、ステージ制御
装置９０に対して目標値を与えて、前述したレチクルＲ
とウエハＷとの同期移動を指示する。これに応じ、ステ
ージ制御装置９０によって、前述したレチクルＲ（レチ
クルステージＲＳＴ）とウエハＷ（ウエハステージＷＳ
Ｔ）との相対走査が開始される。そして、両ステージが
それぞれの目標走査速度に達し、等速同期状態（同期整
定状態）に達すると、光源１６からの露光光ＥＬ（紫外
パルス光）によってレチクルＲのパターン領域が照明さ
れ始め、走査露光が開始される。

【０１３１】ステージ制御装置９０は、特に上記の走査
露光時には、レチクルステージＲＳＴのＹ軸方向の移動
速度Ｖ_RとウエハステージＷＳＴのＹ軸方向の移動速度
Ｖ_Wとが、投影光学系ＰＬの投影倍率に応じた速度比に
維持されるように同期制御を行う。

【０１３２】そして、レチクルＲのパターン領域の異な
る領域が露光光ＥＬで逐次照明され、パターン領域全面
に対する照明が完了することにより、ウエハＷ上のファ
ーストショットの走査露光が終了する。これにより、レ
チクルＲのパターンが投影光学系ＰＬを介してファース
トショットに縮小転写される。

【０１３３】上述のようにして、ファーストショットの
走査露光が終了すると、主制御装置５０からの指示に基
づき、ステージ制御装置９０により、ウエハステージ駆
動部５６を介してウエハステージＷＳＴがＸ、Ｙ軸方向
にステップ移動され、第２ショットの露光のための走査
開始位置に移動される。

【０１３４】そして、主制御装置５０の指示に応じて、
ステージ制御装置９０、及び不図示の光源制御装置によ
り、上述と同様に各部の動作が制御され、ウエハＷ上の
第２ショットに対して上記と同様の走査露光が行われ
る。

【０１３５】このようにして、ウエハＷ上のショットの
走査露光と次ショット露光のためのステッピング動作と
が繰り返し行われ、ウエハＷ上の露光対象ショットの全
てにレチクルＲのパターンが順次転写される。

【０１３６】ウエハＷ上の全露光対象ショットへのパタ
ーン転写が終了すると、次のウエハと交換され、上記と
同様のアライメント、露光動作が行われる。このように
して、ウエハ交換、ウエハアライメント、走査露光が順
次繰り返し行われる。

【０１３７】上述の露光装置１０の連続運転中、主制御
装置５０では、所定のサンプリング間隔（例えば、０．
１ｓｅｃあるいは１つのショット領域の走査露光時間な
ど）で、温度センサ４４Ａ〜４４Ｃの計測値Ｔ₁〜Ｔ₃及
び環境センサユニットの計測値Ｔ₄，Ｈ₅，Ｐ₆、すなわ
ちパラメータｐ_jを取り込み、各時点で取り込んだパラ
メータｐ_jiを用いて次式（９）の演算を行ってベースラ
イン値Ｂ_iを逐次更新する。

【０１３８】Ｂ_i＝Ｂ_(i-1)＋δＢ_(i-1) ……（９)

【０１３９】初期値、すなわちｉ＝１のときのδＢ₀＝
０である。また、式（９）中の右辺第２項には、前述し
た式（８）の演算結果がそのまま代入される。なお、ベ
ースライン値Ｂ_iの更新は、例えば計測値Ｔ₁〜Ｔ₄、
Ｈ₅、Ｐ₆の少なくとも１つでその変化量が所定値に達す
る度に行うようにしても良い。

【０１４０】式（８）あるいは式（９）中の、Ｂ
_macは、前述した特定のレンズエレメントの駆動量がゼ
ロである場合には、Ｂ_mac＝０とする。すなわち、主制
御装置５０では、結像特性補正コントローラ３４に対し
て前述した駆動素子の駆動指令を行った場合にのみ、そ
の指令値に対応するレンズエレメント駆動量に基づいて
投影光学系ＰＬの結像特性の変化によるベースライン値
の変動量を算出して、その値をＢ_macに代入すれば良
い。

【０１４１】上記のベースライン値の更新を行った場
合、主制御装置５０では、その更新後のベースライン値
に基づいて、レチクルＲとウエハＷとの位置合わせを行
う。

【０１４２】これまでの説明から明らかなように、本実
施形態では、主制御装置５０によって、補正装置が構成
されている。

【０１４３】以上説明したように、本実施形態の露光装
置１０によると、連続運転中に、主制御装置５０によ
り、３つの温度センサ４４Ａ〜４４Ｃ、及び環境センサ
ユニットＥＳの出力に応じて予め計測したベースライン
値が逐次更新され、この更新後のベースライン値を用い
てレチクルＲのパターンとウエハＷ上の各ショット領域
との位置合わせ（アライメント）が行われる。このた
め、ａ．レチクル微動ステージ４２Ａを駆動するリニア
モータ８０Ａ〜８０Ｄの発熱やレチクルＲに対する露光
光ＥＬの照射に起因するレチクル微動ステージ４２Ａの
熱膨張を要因とするベースラインドリフト、ｂ．ウエハ
アライメント系ＡＬＧの温度変動による指標ＧＭの変位
に起因するベースラインドリフト、ｃ．ウエハステージ
ＷＳＴを駆動するリニアモータ等の発熱やウエハＷに対
する露光光ＥＬの照射に起因するＺチルトステージ５８
の熱膨張を要因とするベースラインドリフト、ｄ．チャ
ンバ１１内の環境条件（温度、湿度、圧力）の変化に起
因するベースラインドリフト、ｅ．結像特性補正コント
ローラ３４による投影光学系ＰＬの結像特性の補正に起
因するベースライン値の変動、などによって生じる重ね
合わせ誤差を発生とほぼ同時に逐次補正して、常に高精
度な重ね合わせ露光が可能となる。

【０１４４】なお、上記実施形態では、主制御装置５０
が、温度センサ４４Ａ〜４４Ｃ、環境センサユニットＥ
Ｓの計測値を所定のサンプリング間隔で取り込み、予め
求めた各センサ出力とベースラインドリフトとの関係に
基づいて逐次ベースライン値を補正することにより、重
ね合わせ誤差を補正する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い。すなわち、主制御
装置５０では、温度センサ４４Ａ〜４４Ｃ、環境センサ
ユニットＥＳの計測値を所定のサンプリング間隔で取り
込み、前回のベースライン計測時を基準とする各計測値
の変動量を、計測値毎に予め定めた閾値とそれぞれ比較
し、少なくともいずれか１つの計測値の変動量がその閾
値を超えた度毎に、ウエハ交換後露光開始前に、前述し
たベースライン計測をやり直し、ベースライン値を更新
するようにしても良い。このようにしても、主制御装置
５０では、その更新を行った際には、更新後のベースラ
イン値に基づいて、レチクルＲとウエハＷとの位置合わ
せを行うことにより、上記実施形態と同様に、上記ａ．
〜ｄ．のベースラインドリフトによって生じる重ね合わ
せ誤差を発生直後に補正して、高精度な重ね合わせ露光
を行うことが可能となる。この場合も、上記ｅ．に起因
する重ね合わせ誤差については、上記実施形態と同様に
して補正すれば良い。この場合において、主制御装置５
０では、前回のベースライン計測終了後から次のベース
ライン計測を行うまでの間は、上記実施形態で説明した
のと同様にして予め求めた関係式に基づくベースライン
値の補正を行うようにしても良い。なお、ベースライン
値を補正する代わりに、アライメント系の計測値（マー
ク位置情報）あるいはＥＧＡの結果（各ショット領域の
位置情報）などを補正しても良い。

【０１４５】また、上記実施形態では、温度センサ４４
Ａ〜４４Ｃ、環境センサユニットＥＳを用いて、レチク
ル微動ステージ４２Ａ、ウエハアライメント系ＡＬＧ、
Ｚチルトステージ５８、及びチャンバ１１内それぞれの
温度、並びにチャンバ１１内の湿度、圧力を計測し、こ
れらの計測結果に基づいて、重ね合わせ誤差を補正する
場合について説明したが、本発明がこれに限られないこ
とは勿論である。すなわち、本発明では、レチクル微動
ステージ４２Ａ、ウエハアライメント系ＡＬＧ、Ｚチル
トステージ５８、及びチャンバ１１内それぞれの温度、
並びにチャンバ１１内の湿度、圧力の任意の１つ、任意
の２つ、任意の３つ、任意の４つ、あるいは任意の５つ
のみを計測することとしても良い。

【０１４６】例えば、レチクル微動ステージ４２Ａ（又
はレチクルステージＲＳＴ）の温度のみを温度センサ等
を用いて計測する場合、リニアモータ８０Ａ〜８０Ｄの
発熱に起因するレチクル微動ステージ４２Ａの温度変化
（熱膨張）がその温度センサ等で検知されるので、主制
御装置５０では、その温度変化に基づいてレチクルＲの
パターンとウエハＷ上のショット領域との重ね合わせ誤
差を前述と同様にして補正することができる。従って、
レチクル微動ステージ４２Ａ（又はレチクルステージＲ
ＳＴ）の温度上昇に起因するレチクルパターンとウエハ
Ｗ上のショット領域の重ね合わせ誤差をほぼ確実に補正
でき、その分重ね合わせ精度を向上させることができ
る。

【０１４７】また、例えば、ウエハアライメント系ＡＬ
Ｇの温度のみを温度センサ等を用いて計測する場合、ウ
エハアライメント系ＡＬＧの温度変化により指標ＧＭの
変位が生じるが、その温度変化が温度センサによって検
知されるので、主制御装置５０では、その温度変化に基
づいてレチクルＲのパターンとウエハＷ上のショット領
域との重ね合わせ誤差を前述と同様にして補正すること
ができる。従って、ウエハアライメント系ＡＬＧの指標
ＧＭの位置変化に起因するレチクルＲのパターンとウエ
ハＷ上のショット領域との重ね合わせ誤差をほぼ確実に
補正することができ、その分重ね合わせ精度を向上させ
ることができる。

【０１４８】また、例えば、環境センサユニットＥＳの
みを用いて、チャンバ１１内の温度、湿度、圧力の少な
くとも１つの環境条件のみを計測する場合には、主制御
装置５０では、その環境条件の計測結果に基づいて、レ
チクルＲのパターンとウエハＷ上のショット領域との重
ね合わせ誤差を前述と同様にして補正することができ
る。従って、チャンバ１１内の環境条件の変動に起因す
るレチクルＲのパターンとウエハＷ上のショット領域と
の重ね合わせ誤差をほぼ確実に補正することができ、そ
の分重ね合わせ精度を向上させることができる。

【０１４９】また、主制御装置５０は、レチクルＲを照
明する照明条件、及び結像特性補正装置（光学特性調整
装置）による投影光学系ＰＬの光学特性の調整結果の少
なくとも一方に応じてのみ、レチクルＲのパターンとウ
エハＷ上のショット領域との重ね合わせ誤差を補正する
こととしても良い。かかる場合、照明条件及び光学特性
調整装置による投影光学系ＰＬの光学特性の調整結果の
少なくとも一方に応じて、パターンの投影像の倍率など
が変化するが、主制御装置５０が、照明条件及び光学特
性調整装置による光学特性の調整結果の少なくとも一方
に応じてレチクルＲのパターンとウエハＷ上のショット
領域との重ね合わせ誤差を補正することにより、照明条
件や光学特性調整装置による投影光学系の光学特性の調
整に起因する重ね合わせ誤差を補正することができ、そ
の分重ね合わせ精度を向上させることができる。

【０１５０】なお、上記実施形態では、光学特性調整装
置として、投影光学系ＰＬを構成する複数枚のレンズを
駆動する結像特性補正コントローラ３４を用いる場合に
ついて説明したが、これに限らず、レチクルＲに照射さ
れる露光光の波長を変更する装置によって、光学特性調
整装置を構成しても良い。この光学特性補正装置は、チ
ャンバ１１内の圧力などが変動した場合に特に好適であ
る。

【０１５１】また、前述した式（８）から容易に想像さ
れるように、ベースラインドリフトを補正するためのパ
ラメータは、レチクル微動ステージ４２Ａ、ウエハアラ
イメント系ＡＬＧ、Ｚチルトステージ５８、及びチャン
バ１１内それぞれの温度、並びにチャンバ１１内の湿
度、圧力の６つに限定されるものではない。すなわち、
これらの他に露光装置の他の構成部分の温度等をパラメ
ータとしても良い。かかる場合であっても、それらのパ
ラメータとベースラインドリフトとの関係を予め求めて
おくことにより、前述と全く同様にして、そのパラメー
タの変化に起因するベースラインドリフトを補正するこ
とが可能になる。

【０１５２】また、上記実施形態では、重ね合わせ誤差
は、レチクルステージＲＳＴ，ウエハステージＷＳＴ，
ウエハアライメント系ＡＬＧ，及びチャンバ１１内の温
度、その他の環境条件、並びに結像特性補正コントロー
ラ３４によるレンズエレメントの駆動等の種々の要因に
よりそれぞれ生じたベースラインドリフト（要因別のベ
ースラインドリフト）の線形結合で表現されることを前
提として説明したが、例えば、上記各部の温度変化を要
因とするベースラインドリフトを補正する場合には、各
部の温度変化がベースラインドリフトに与える影響を実
験等により評価し、この評価結果に応じて重み付けし
た、ベースラインドリフトと、各部の温度変化との関係
式を求め、この関係式を用いて、ベースラインドリフト
を逐次演算し、補正することも可能である。

【０１５３】なお、上記実施形態では、ベースライン値
の補正を中心としてベースラインドリフトに起因する重
ね合わせ誤差を補正する場合について説明したが、これ
に限らず、ベースライン値の補正に加え、ショットの回
転やショット倍率の変化、あるいはスキュー（ショット
形状が平行四辺形状になる誤差）などを補正することに
しても良い。かかる場合には、例えば、図３に示される
ように、露光装置１０のチャンバ１１とコータ・デベロ
ッパ（以下、「Ｃ／Ｄ」という）１３とを、インライン
にて接続するとともに、主制御装置５０とＣ／Ｄ１３の
制御装置５３と重ね合わせ測定装置１５の制御装置５５
とを、オンライン接続する。そして、ロット（通常２５
枚、又は５０枚）を単位として処理されるウエハの各ロ
ットについて、ロット先頭から例えば５枚目までのウエ
ハを、Ｃ／Ｄ１３で現像後、直ちに重ね合わせ測定装置
１５にセットして、重ね合わせ誤差を測定し、５枚のウ
エハについての重ね合わせ誤差の平均値を算出し、その
算出されたショットの回転誤差、ショット倍率誤差等
を、オンラインにて主制御装置５０に供給することとし
ても良い。かかる場合には、主制御装置５０では、ベー
スライン値の補正のみでは補正が困難なショット回転誤
差や、ショット倍率誤差等の重ね合わせ誤差成分をも、
所定のインターバルで補正することが可能となる。例え
ば、ショット回転誤差は、レチクル微動ステージ４２Ａ
の回転により補正が可能であり、走査方向の倍率誤差に
ついては、レチクルＲとウエハＷとの少なくとも一方の
速度を微調整し、走査速度比を投影倍率に応じた値から
僅かに異ならせることにより、補正が可能である。ま
た、例えば、非走査方向の倍率誤差は、結像特性補正コ
ントローラ３４に指令を与えることにより、補正が可能
である。また、スキューについては、例えばレチクルス
テージＲＳＴとウエハステージＷＳＴの走査方向を異な
らせることにより補正が可能である。

【０１５４】なお、上記実施形態では、レチクル微動ス
テージ４２Ａ、ウエハアライメント系ＡＬＧ、Ｚチルト
ステージ５８の温度変化を検知するために、温度センサ
４４Ａ〜４４Ｃを用いるものとしたが、これに限らず、
レチクル微動ステージ４２Ａ、ウエハアライメント系Ａ
ＬＧ、Ｚチルトステージ５８の少なくとも１つの温度セ
ンサに代えて、あるいは加えて、歪みゲージを貼り付
け、該歪みゲージによって、検知装置を構成しても良
い。歪みゲージは、それが貼り付けられた部材の熱膨張
を直接的に検知するので、レチクル微動ステージ４２
Ａ、ウエハアライメント系ＡＬＧ、Ｚチルトステージ５
８の温度変化による熱膨張に起因するベースラインドリ
フトを正確に検知することができる。勿論、レチクル微
動ステージ４２Ａ、ウエハアライメント系ＡＬＧ、Ｚチ
ルトステージ５８の線膨張係数などの熱膨張係数が正確
に分かっているのであれば、温度センサの計測結果に基
づいて、レチクル微動ステージ４２Ａ、ウエハアライメ
ント系ＡＬＧ、Ｚチルトステージ５８の熱膨張に起因す
るベースラインドリフトを、簡単な演算で算出すること
もできる。

【０１５５】また、上記実施形態では、第２層目以降の
パターンの転写における「重ね合わせ誤差」の補正につ
いて説明したが、これに限らず、第１層目のパターンの
転写の際の位置、倍率誤差や形状誤差などの補正にも本
発明は好適に適用することができる。

【０１５６】なお、上記実施形態では、レチクルステー
ジＲＳＴとしてレチクル微動ステージ４２Ａと、レチク
ル粗動ステージ４２Ｂとを備え、第１の可動体がレチク
ル微動ステージ４２Ａである場合について説明したが、
本発明がこれに限られるものではなく、例えば、レチク
ルを保持して移動可能であれば、粗微動の区別が無く一
体物として構成されたレチクルステージを第１の可動体
とすることも可能である。

【０１５７】なお、上記各実施形態では、光源としてＫ
ｒＦエキシマレーザ光源などの紫外光源、Ｆ₂レーザ、
ＡｒＦエキシマレーザ等の真空紫外域のパルスレーザ光
源を用いるものとしたが、これに限らずＡｒ₂レーザ光
源（出力波長１２６ｎｍ）などの他の真空紫外光源を用
いても良い。また、例えば、真空紫外光として上記各光
源から出力されるレーザ光に限らず、ＤＦＢ半導体レー
ザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可
視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（Ｅｒ）
（又はエルビウムとイッテルビウム（Ｙｂ）の両方）が
ドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結
晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良
い。

【０１５８】なお、上記各実施形態では、ステップ・ア
ンド・スキャン方式等の走査型露光装置に本発明が適用
された場合について説明したが、本発明の適用範囲がこ
れに限定されないことは勿論である。すなわちステップ
・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置にも本発明
は好適に適用できる。また、ステップ・アンド・スティ
ッチ方式、ミラープロジェクション方式、プロキシミテ
ィ方式などでも良い。また、露光装置の投影光学系は、
屈折系、反射屈折系（カタディオプトリック系）及び反
射系のいずれでも良いし、縮小系、等倍系、及び拡大系
のいずれでも良い。

【０１５９】なお、複数のレンズから構成される照明光
学系、投影光学系を露光装置本体に組み込み、光学調整
をするとともに、多数の機械部品からなるレチクルステ
ージやウエハステージを露光装置本体に取り付けて配線
や配管を接続し、更に総合調整（電気調整、動作確認
等）をすることにより、上記実施形態の露光装置を製造
することができる。なお、露光装置の製造は温度及びク
リーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望
ましい。

【０１６０】なお、本発明は、半導体製造用の露光装置
に限らず、液晶表示素子などを含むディスプレイの製造
に用いられる、デバイスパターンをガラスプレート上に
転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられる
デバイスパターンをセラミックウエハ上に転写する露光
装置、及び撮像素子（ＣＣＤなど）、マイクロマシン、
ＤＮＡチップなどの製造に用いられる露光装置などにも
適用することができる。また、半導体素子などのマイク
ロデバイスだけでなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、
Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレ
チクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシ
リコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置に
も本発明を適用できる。ここで、ＤＵＶ（遠紫外）光や
ＶＵＶ（真空紫外）光などを用いる露光装置では一般的
に透過型レチクルが用いられ、レチクル基板としては石
英ガラス、フッ素がドープされた石英ガラス、螢石、フ
ッ化マグネシウム、又は水晶などが用いられる。また、
プロキシミティ方式のＸ線露光装置、又は電子線露光装
置などでは透過型マスク（ステンシルマスク、メンブレ
ンマスク）が用いられ、マスク基板としてはシリコンウ
エハなどが用いられる。

【０１６１】《デバイス製造方法》次に、上述した露光
装置をリソグラフィ工程で使用したデバイスの製造方法
の実施形態について説明する。

【０１６２】図４には、デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半
導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マ
イクロマシン等）の製造例のフローチャートが示されて
いる。図４に示されるように、まず、ステップ２０１
（設計ステップ）において、デバイスの機能・性能設計
（例えば、半導体デバイスの回路設計等）を行い、その
機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、
ステップ２０２（マスク製作ステップ）において、設計
した回路パターンを形成したマスクを製作する。一方、
ステップ２０３（ウエハ製造ステップ）において、シリ
コン等の材料を用いてウエハを製造する。

【０１６３】次に、ステップ２０４（ウエハ処理ステッ
プ）において、ステップ２０１〜ステップ２０３で用意
したマスクとウエハを使用して、後述するように、リソ
グラフィ技術等によってウエハ上に実際の回路等を形成
する。次いで、ステップ２０５（デバイス組立ステッ
プ）において、ステップ２０４で処理されたウエハを用
いてデバイス組立を行う。このステップ２０５には、ダ
イシング工程、ボンディング工程、及びパッケージング
工程（チップ封入）等の工程が必要に応じて含まれる。

【０１６４】最後に、ステップ２０６（検査ステップ）
において、ステップ２０５で作製されたデバイスの動作
確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工
程を経た後にデバイスが完成し、これが出荷される。

【０１６５】図５には、半導体デバイスの場合におけ
る、上記ステップ２０４の詳細なフロー例が示されてい
る。図５において、ステップ２１１（酸化ステップ）に
おいてはウエハの表面を酸化させる。ステップ２１２
（ＣＶＤステップ）においてはウエハ表面に絶縁膜を形
成する。ステップ２１３（電極形成ステップ）において
はウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ２
１４（イオン打込みステップ）においてはウエハにイオ
ンを打ち込む。以上のステップ２１１〜ステップ２１４
それぞれは、ウエハ処理の各段階の前処理工程を構成し
ており、各段階において必要な処理に応じて選択されて
実行される。

【０１６６】ウエハプロセスの各段階において、上述の
前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程
が実行される。この後処理工程では、まず、ステップ２
１５（レジスト形成ステップ）において、ウエハに感光
剤を塗布する。引き続き、ステップ２１６（露光ステッ
プ）において、上で説明したリソグラフィシステム（露
光装置）及び露光方法によってマスクの回路パターンを
ウエハに転写する。次に、ステップ２１７（現像ステッ
プ）においては露光されたウエハを現像し、ステップ２
１８（エッチングステップ）において、レジストが残存
している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより
取り去る。そして、ステップ２１９（レジスト除去ステ
ップ）において、エッチングが済んで不要となったレジ
ストを取り除く。

【０１６７】これらの前処理工程と後処理工程とを繰り
返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターン
が形成される。

【０１６８】以上説明した本実施形態のデバイス製造方
法を用いれば、露光工程（ステップ２１６）において上
記の露光装置１０及び上で説明した露光方法を用いて重
ね合わせ精度良く露光が行われるので、微細パターンを
有するマイクロデバイスの歩留まりを向上させることが
でき、その生産性を向上させることができる。

【０１６９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る露光
装置によると、重ね合わせ精度の向上に貢献することが
できるという効果がある。

【０１７０】また、本発明に係るデバイス製造方法によ
ると、高集積度のマイクロデバイスの生産性の向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示
す図である。

【図２】レチクルステージ及びその周辺を示す斜視図で
ある。

【図３】変形例を説明するための図である。

【図４】本発明に係るデバイス製造方法の実施形態を説
明するためのフローチャートである。

【図５】図４のステップ２０４の詳細を示すフローチャ
ートである。

【符号の説明】

１０…露光装置、１５…重ね合わせ測定装置、３４…結
像特性補正コントローラ（結像特性補正装置の一部、光
学特性調整装置の一部）、４２Ａ…レチクル微動ステー
ジ（第１可動体）、４４Ａ…温度センサ（検知装置）、
４４Ｂ…温度センサ（検知装置）、４４Ｃ…温度センサ
（検知装置）、５０…主制御装置（補正装置）５８…Ｚ
チルトステージ（第２可動体）、８０Ａ〜８０Ｄ…リニ
アモータ（駆動装置）、１００…露光装置本体、１０２
…プリズム（指標部材、基準部材）、ＡＬＧ…ウエハア
ライメント系（マーク検出系）、ＥＳ…環境センサユニ
ット（環境計測装置）、ＰＬ…投影光学系、Ｒ…レチク
ル（マスク）、Ｗ…ウエハ（基板）、ＧＭ…指標。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスクに形成されたパターンを基板上に
転写する露光装置であって、前記マスクを保持して移動可能な第１可動体と；前記第
１可動体を駆動する駆動装置と；前記第１可動体の温度
に関連する第１物理量を検知する検知装置と；前記第１
物理量に基づいて前記基板上への前記パターンの転写状
態を補正する補正装置と；を備える露光装置。
【請求項２】前記検知装置は、前記第１物理量として
前記第１可動体の温度を検知する温度センサを含むこと
を特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】前記検知装置は、前記第１物理量として
前記第１可動体の歪みを検知する歪みゲージを含むこと
を特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。
【請求項４】前記基板を保持して移動可能な第２可動
体と；前記第２可動体上に存在するマークを検出するマ
ーク検出系と；前記マーク検出系の温度に関連する第２
物理量を検知する検知装置と；を更に備え、前記補正装置は、前記第１及び第２物理量に基づいて前
記パターンの転写状態を補正することを特徴とする請求
項１〜３のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項５】前記マーク検出系は、前記第１可動体上
に存在するマークをも検出することを特徴とする請求項
４に記載の露光装置。
【請求項６】前記第２物理量を検知する前記検知装置
は、前記第２物理量として前記マーク検出系の温度を検
知する温度センサを含むことを特徴とする請求項４又は
５に記載の露光装置。
【請求項７】前記第２物理量を検知する検知装置は、
前記第２物理量として前記マーク検出系の歪みを検知す
る歪みゲージを含むことを特徴とする請求項４〜６のい
ずれか一項に記載の露光装置。
【請求項８】前記第２可動体の温度に関連する第３物
理量を検知する検知装置を更に備え、前記補正装置は、前記第１、第２及び第３物理量に基づ
いて前記パターンの転写状態を補正することを特徴とす
る請求項４〜７のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項９】前記基板を保持して移動可能な第２可動
体と；前記第２可動体の温度に関連する第３物理量を検
知する検知装置と；を更に備え、前記補正装置は、前記第１及び第３物理量に基づいて前
記パターンの転写状態を補正することを特徴とする請求
項１〜３のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項１０】前記第３物理量を検知する前記検知装
置は、前記第３物理量として前記第２可動体の温度を検
知する温度センサを含むことを特徴とする請求項９に記
載の露光装置。
【請求項１１】前記第３物理量を検知する前記検知装
置は、前記第３物理量として前記第２可動体の歪みを検
知する歪みゲージを含むことを特徴とする請求項９又は
１０に記載の露光装置。
【請求項１２】前記マスクのパターンを前記基板上に
投影する投影光学系と；前記投影光学系の結像特性を補
正する結像特性補正装置と；を更に備え、前記補正装置は、前記結像特性補正装置により前記結像
特性が補正された際に、その補正結果を更に考慮して前
記パターンの転写状態を補正することを特徴とする請求
項１〜１１のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項１３】前記補正装置は、前記マスクを照明す
る照明条件の変更を更に考慮して前記パターンの転写状
態を補正することを特徴とする請求項１〜１２のいずれ
か一項に記載の露光装置。
【請求項１４】前記第１可動体及び前記駆動装置が設
置された環境の環境条件を計測する環境計測装置を更に
備え、前記補正装置は、前記パターンの転写状態の補正に際
し、前記環境計測装置の計測結果を更に考慮することを
特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の露光
装置。
【請求項１５】マスクに形成されたパターンを基板上
に転写する露光装置本体と；前記露光装置本体の一部及
び前記露光装置本体が設置された環境の少なくとも一方
の環境条件を計測する環境計測装置と；前記環境計測装
置の計測値に基づいて、前記基板上への前記パターンの
転写状態を補正する補正装置と；を備える露光装置。
【請求項１６】前記補正装置は、予め求めた環境条件
と前記パターンの転写状態との相関関係に基づいて前記
パターンの転写状態を補正することを特徴とする請求項
１５に記載の露光装置。
【請求項１７】前記環境計測装置は、前記露光装置本
体の異なる箇所の温度を計測する少なくとも２つの温度
センサを有し、前記補正装置は、前記少なくとも２つの
温度センサの計測結果に基づいて重み付け演算を行い、
その演算結果に基づいて前記パターンの転写状態を補正
することを特徴とする請求項１５に記載の露光装置。
【請求項１８】前記マスクのパターンを前記基板上に
投影する投影光学系と；前記投影光学系の結像特性を補
正する結像特性補正装置と；を更に備え、前記補正装置は、前記結像特性補正装置により前記結像
特性が補正された際に、その補正結果を更に考慮して前
記パターンの転写状態を補正することを特徴とする請求
項１５〜１７のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項１９】前記補正装置は、前記マスクを照明す
る照明条件の変更を更に考慮して前記パターンの転写状
態を補正することを特徴とする請求項１５〜１８のいず
れか一項に記載の露光装置。
【請求項２０】前記環境条件は、温度、湿度、圧力の
少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１５〜１
９のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項２１】マスクに形成されたパターンを基板上
に転写する露光装置であって、前記基板を保持する可動体上及び前記マスク上の少なく
とも一方に存在するマークの所定の基準部材に対する位
置を検出するマーク検出系と；前記マーク検出系の温度
に関連する物理量を検知する検知装置と；前記物理量に
基づいて、前記基板上への前記パターンの転写状態を補
正する補正装置と；を備える露光装置。
【請求項２２】前記マーク検出系は、前記基準部材と
して指標が形成された指標部材を有し、前記可動体上に
存在する前記マークを前記指標を基準として検出するも
のであり、前記検知装置は、前記指標部材及びこれを支持する支持
部材の少なくとも一方の特定部材の温度に関連する物理
量を検知することを特徴とする請求項２１に記載の露光
装置。
【請求項２３】前記検知装置は、前記特定部材に固定
された温度センサであることを特徴とする請求項２２に
記載の露光装置。
【請求項２４】マスクに形成されたパターンを基板上
に転写する露光装置であって、前記パターンを前記基板上に投影する投影光学系と；前
記投影光学系の光学特性を調整する光学特性調整装置
と；前記マスクを照明する照明条件及び前記光学特性調
整装置による前記光学特性の調整結果の少なくとも一方
に応じて前記基板上への前記パターンの転写状態を補正
する補正装置と；を備える露光装置。
【請求項２５】前記補正装置は、前記基板上に形成さ
れた前記パターンの基準位置からの位置ずれを計測する
重ね合わせ測定装置にオンライン接続され、前記重ね合
わせ測定装置の計測結果をオンラインにて受信し、前記
パターンの転写状態の補正に際し、前記計測結果を更に
考慮することを特徴とする請求項１〜２４のいずれか一
項に記載の露光装置。
【請求項２６】リソグラフィ工程を含むデバイス製造
方法であって、前記リソグラフィ工程で、請求項１〜２５のいずれか一
項に記載の露光装置を用いて露光を行うことを特徴とす
るデバイス製造方法。