JP2002246287A - 露光方法及び装置、並びにデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数のウエハステージと、複数のアライメン
トセンサとを用いて露光を行う場合に、露光開始前の準
備時間を短縮して、生産性を向上させる。 【解決手段】 ウエハベース１８上に２台のウエハステ
ージ１５ａ，１５ｂを移動自在に載置して、レチクルＲ
のパターンを投影する投影光学系ＰＬを挟むように２つ
のアライメントセンサ１３ａ，１３ｂを配置し、レチク
ルＲの上方にレチクルＲ及び投影光学系ＰＬを介して被
検マークを検出するレチクルアライメント顕微鏡５ａ，
５ｂを配置する。アライメントセンサ１３ａ，１３ｂの
位置検出誤差をレチクルアライメント顕微鏡５ａを用い
て計測しておき、一方のウエハステージ１５ａ（又は１
５ｂ）で露光を行う際に、他方のウエハステージ１５ｂ
（又は１５ａ）ではアライメントセンサ１３ｂ（又は１
３ａ）を用いてウエハのアライメントを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体素
子、撮像素子（ＣＣＤ等）、液晶表示素子、又は薄膜磁
気ヘッド等の各種デバイスを製造するためのフォトリソ
グラフィ工程中で、マスクパターンを感光基板上に転写
するために使用される露光方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路、液晶ディスプレイ等の
電子デバイスの微細パターンを形成するためのフォトリ
ソグラフィ工程では、形成すべきパターンを４〜５倍程
度に比例拡大して描画したマスクとしてのレチクル（又
はフォトマスク等）のパターンを、一括露光方式又は走
査露光方式の投影露光装置を用いて被露光基板としての
ウエハ（又はガラスプレート等）上に縮小転写する方法
が用いられている。例えば半導体集積回路の製造におい
ては、ウエハ上に数十層に亘って相互に所定の位置関係
を保って微細パターンを形成する必要があるため、投影
露光装置を用いてウエハ上の２層目以降のレイヤにパタ
ーンを転写する際には、その下のレイヤに形成されてい
るパターンとこれから露光するパターンとの位置合わせ
（アライメント）を高精度に行う必要がある。

【０００３】このため、投影露光装置にはウエハ上の各
ショット領域に付設されているアライメントマーク（ウ
エハマーク）の位置を正確に検出するためのウエハ用の
アライメントセンサが装備されており、投影露光装置で
はそのアライメントセンサの検出結果に基づいて、ウエ
ハ上の各ショット領域に形成されている既存パターンに
正確に重なるように、新たなレチクルのパターンを露光
転写する。超ＬＳＩ等の集積度が向上するにつれて、複
数のレイヤ間の重ね合わせ誤差の許容値は益々小さくな
っており、アライメントセンサにも極めて高い検出精度
が要求されるようになっている。

【０００４】アライメントセンサには各種の検出方式が
あるが、顕微鏡と同様に被検マークの拡大像を形成し、
その像の撮像信号を用いて被検マークの位置を検出する
ＦＩＡ(Field Image Alignment) 方式のような撮像方式
が現在の主流となっている。ＦＩＡ方式では、ウエハ上
に塗布されたフォトレジスト（感光材料）を感光させな
いために、被検マークを検出するための照明光（アライ
メント光）として波長５００ｎｍ以上の比較的長波長の
光が使用される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の如く高い重ね合
わせ精度を得るために、投影露光装置には高精度のウエ
ハ用のアライメントセンサが装備されている。最近は、
重ね合わせ精度を高めるばかりではなく、半導体素子等
の低価格化に伴い、投影露光装置のスループット（処理
能力）向上に対する要求はとどまるところを知らない。
即ち、かつては、直径１２７ｍｍのウエハに対するスル
ープットは１時間当たり６０枚前後であったものが、現
在は、直径２００〜３００ｍｍのウエハに対して、１時
間当たり１００枚以上のスループットが要求されてい
る。

【０００６】このような高スループットを実現するため
には、ウエハを載置するステージ（ウエハステージ）
を、互いに独立に駆動可能な状態で２台設けてダブル・
ステージ方式として、ウエハステージ上のウエハの交
換、ウエハ上のアライメントマークの位置検出、及びウ
エハヘのレチクルのパターンの露光といった一連の動作
について、２台のウエハステージ上のウエハを同時に並
列に処理することが望ましい。更に、より効率的にこれ
らの動作を並列に実行するためには、上記の２台のウエ
ハステージに対応させて、アライメントセンサも２個備
えることがより望ましい。これによって、一方のウエハ
ステージ上のウエハを、投影光学系の直下で露光してい
る間に、他方のウエハステージ上のウエハの交換、及び
アライメントマークの検出（アライメント）を行なうこ
とができ、スループットの大幅な向上が可能になる。

【０００７】しかしながら、このようにダブル・ステー
ジ方式で２個のアライメントセンサを備えた場合には、
双方のアライメントセンサ間の相対的な位置検出誤差
が、重ね合わせ精度（位置合わせ精度）を劣化させるこ
とになる。従来も、アライメントセンサに起因する重ね
合わせ誤差は存在したが、例えばテスト露光を行なうこ
とでその誤差量を計測し、この計測結果に基づいて補正
することが可能であった。しかし、アライメントセンサ
が２個の場合に単にテスト露光方式を適用すると、双方
のセンサを使用してのテスト露光が必要となり、実際の
露光の開始前に必要となる準備時間が増大し、露光時の
スループットが向上しても、半導体素子等を製造するた
めの工程全体としての生産性がそれ程向上しなくなる恐
れがある。

【０００８】本発明は、斯かる点に鑑み、露光対象の物
体をそれぞれ位置決めする複数の可動ステージと、これ
に対応した複数のマーク検出系（アライメントセンサ）
とを用いて露光を行う場合に、露光開始前の準備時間を
短縮でき、半導体素子等のデバイスを全体として高い生
産性で製造できる露光技術を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による露光方法
は、露光ビームによって複数の物体（Ｗ１，Ｗ２）を順
次露光する露光方法において、互いに異なる位置に配置
されてそれぞれその物体上のマークの位置を検出する複
数の第１のマーク検出系（１３ａ，１３ｂ）と、その複
数の第１のマーク検出系とは異なる位置に配置された第
２のマーク検出系（５ａ）とを用意し、その第２のマー
ク検出系を用いてその複数の第１のマーク検出系の位置
検出誤差を求める第１工程と、その複数の第１のマーク
検出系を用いてその複数の物体上のマーク（３３ｘ，３
３ｙ）の位置を検出し、この検出結果をその第１工程で
求めた位置検出誤差で補正する第２工程と、この第２工
程で得られた位置情報に基づいて順次その複数の物体の
位置合わせを行いつつ、その複数の物体を順次露光する
第３工程とを有するものである。

【００１０】斯かる本発明によれば、その第２のマーク
検出系によって、例えばその複数の第１のマーク検出系
により位置検出された物体上の位置検出用のマークを検
出し、この検出結果を処理することで、その複数の第１
のマーク検出系の位置検出誤差（オフセット等）を検出
することができる。このため、その第１のマーク検出系
を複数個搭載し、これらを効率的に運用して、露光動作
と並列にアライメントを行なう場合に、露光開始前に例
えばテスト露光によってその複数の第１のマーク検出系
のそれぞれの位置検出誤差を計測する工程（準備工程）
を省略して、準備時間を短縮した上で、それらの第１の
マーク検出系自体に起因する位置検出誤差の悪影響を除
去できるため、高精度に高い生産性で露光を行うことが
できる。

【００１１】この場合、その複数の物体の先頭から所定
数の物体（例えば１ロットの先頭の基板）を用いて、そ
の第１工程においてその複数の第１のマーク検出系の位
置検出誤差を求めるようにしてもよい。これによって、
更に処理を高速化できる。次に、本発明による露光装置
は、露光ビームによって複数の物体（Ｗ１，Ｗ２）を順
次露光する露光装置において、それぞれその物体の位置
決めを行う複数の可動ステージ（１５ａ，１５ｂ）と、
その複数の可動ステージに対応して配置されてそれぞれ
その物体上のマークの位置を検出する複数の第１のマー
ク検出系（１３ａ，１３ｂ）と、その複数の第１のマー
ク検出系とは異なる位置に配置された第２のマーク検出
系（５ａ）と、その第２のマーク検出系の検出結果に基
づいてその複数の第１のマーク検出系の位置検出誤差を
求め、この位置検出誤差でその複数の第１のマーク検出
系の検出結果を補正する演算系（５１）とを有するもの
である。斯かる露光装置によって本発明の露光方法を実
施できる。

【００１２】この場合、その可動ステージに対してその
物体の着脱を行うローダ部（２２ａ，２２ｂ）を、その
複数の可動ステージのそれぞれに対応して複数個設ける
ことが望ましい。これによって、その複数の可動ステー
ジ上の物体の交換を互いに独立に行うことができ、更に
処理時間を短縮できる。また、その複数の第１のマーク
検出系は、一例として波長が５００ｎｍ以上の光を用い
て被検マークを検出するものである。これによって、露
光対象の物体が感光材料が塗布された基板である場合
に、その感光材料を感光させることなくアライメントを
行うことができる。

【００１３】また、マスク（Ｒ）を通過した露光ビーム
を用いてその複数の可動ステージ上の物体を順次露光す
る共通の投影光学系（ＰＬ）を設け、その第２のマーク
検出系は、その投影光学系の少なくとも一部を使用する
ことが望ましい。更に、その第２のマーク検出系は、そ
のマスク上のマーク（３１ａ）とその物体上のマークと
をその投影光学系を介して同時に検出することが望まし
い。このようにその第２のマーク検出系をＴＴＬ（Thro
ugh The Lens）方式、又はＴＴＲ（Through The Reticl
e)方式とすることで、その複数の第１のマーク検出系の
位置検出誤差を高精度に求めることができる。

【００１４】また、その第２のマーク検出系は、その露
光ビームと実質的に同一波長の光を用いて被検マークを
検出することが望ましい。これによって、投影光学系Ｐ
Ｌの色収差による誤差の発生を防止できる。但し、別の
方式として、マスク（Ｒ）を通過した露光ビームを用い
てその複数の可動ステージ上の物体を順次露光する共通
の投影光学系（ＰＬ）を有する場合に、その第２のマー
ク検出系を、その投影光学系の近傍に配置されて、その
投影光学系を介することなく被検マークを検出する検出
系（１３ｃ）としてもよい。

【００１５】次に、本発明のデバイス製造方法は、本発
明の露光方法を用いてデバイスパターンをワークピース
上に転写する工程を有するものである。本発明によっ
て、各種デバイスを高精度に、かつ高い生産性で量産す
ることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
につき図面を参照して説明する。本例は、ダブル・ステ
ージ方式のウエハステージ系を備えたステップ・アンド
・スキャン方式（走査露光方式）の投影露光装置を用い
て露光を行う場合に本発明を適用したものである。

【００１７】図１は、本例の投影露光装置を示す概略構
成図であり、この図１において、露光光源１としては、
真空紫外域の波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザが
使用されている。それ以外に露光光源として、波長１５
７ｎｍのＦ₂ レーザ（フッ素レーザ）、波長１４６ｎｍ
のＫｒ₂ レーザ（クリプトンダイマーレーザ）、波長２
４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ、ＹＡＧレーザの高調
波発生装置、又は半導体レーザの高調波発生装置等のレ
ーザ光源、又は水銀ランプ等の輝線ランプ等も使用でき
る。

【００１８】露光光源１から射出された露光ビームとし
ての露光光ＩＬは、整形光学系２、及び照明光学系３を
介してマスクとしてのレチクルＲのパターン面（下面）
を照明する。照明光学系３は、オプティカル・インテグ
レータ、照明系の開口絞り（σ絞り）、リレーレンズ
系、視野絞り、及びコンデンサレンズ系等を備えてい
る。レチクルＲを透過した露光光ＩＬは、投影光学系Ｐ
Ｌを介して例えば１／４〜１／５倍程度の縮小倍率で、
露光対象の物体又は被露光基板としてのウエハ（wafer)
Ｗ１（又はＷ２）上にそのレチクルＲのパターンの像を
形成する。本例の投影露光装置のウエハステージ系はダ
ブル・ステージ方式であるため（詳細後述）、投影光学
系ＰＬの像面側には２枚のウエハＷ１，Ｗ２が互いに独
立に移動自在に保持されている。ウエハＷ１，Ｗ２は例
えば半導体（シリコン等）又はＳＯＩ(silicon on insu
lator)等の円板状の基板であり、その上にフォトレジス
ト（感光材料）が塗布されている。

【００１９】また、ウエハＷ１，Ｗ２のアライメントを
行うために、投影光学系ＰＬをＸ方向に挟むようにオフ
・アクシス方式で画像処理方式の１対のウエハ用のアラ
イメントセンサ１３ａ及び１３ｂが配置されている。第
１のマーク検出系としてのアライメントセンサ１３ａ及
び１３ｂは、例えばハロゲンランプ等からの波長５００
ｎｍ以上の比較的広い波長域の照明光で被検マークを照
射して指標板上にその像を形成し、その像の撮像信号を
画像処理して指標マークを基準としてその被検マークの
位置を検出するＦＩＡ（Field Image Alignment)方式よ
りなる結像方式のセンサである。

【００２０】なお、被検マークが、ＳＴＩ（Shallow Tr
ench Isolation）工程を経た後にＣＭＰ（Chemical & M
echanical Polishing)プロセスで平坦化され、その後可
視光を透過しない膜（例えばポリシリコン膜）が成膜さ
れているマークである場合には、マーク検出光としては
赤外域の波長を用いるようにすることが望ましい。例え
ば、ＦＩＡ方式のアライメント系においては、ハロゲン
ランプと被検マークとの間の光路上に波長選択フィルタ
を配置して、マークに対して赤外光を照射するように構
成することが望ましい。なお、ＳＴＩ，ＣＭＰ工程を経
て、且つ非可視光透過膜がその上に成膜されているマー
クを検出する場合に、赤外光を使用することは、上述し
たＦＩＡ方式のアライメント系に限られず、他のマーク
検出系でも同様である。

【００２１】投影光学系ＰＬとしては、屈折系の他に、
例えば国際公開(WO) 00/39623 号に開示されているよう
に、１本の光軸に沿って複数の屈折レンズと、それぞれ
光軸の近傍に開口を有する２つの凹面鏡とを配置して構
成される直筒型の反射屈折系、又は例えば特願２０００
−５９２６８に開示されているように、レチクルからウ
エハに向かう光軸を持つ光学系と、その光軸に対してほ
ぼ直交する光軸を持つ反射屈折系とを有する反射屈折系
などを使用することができる。以下、投影光学系ＰＬの
光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図
１の紙面に平行にＸ軸を、図１の紙面に垂直にＹ軸を取
って説明する。露光時のレチクルＲ及びウエハＷ１，Ｗ
２の走査方向はＹ方向である。

【００２２】先ず、レチクルＲはレチクルベース８上に
Ｙ方向に走査可能に載置されたレチクルステージ７上に
保持されている。レチクルベース８は、不図示のコラム
に支持されており、レチクルステージ７の２次元的な位
置は、レチクルステージ７上の移動鏡１０（実際にはＸ
軸用、Ｙ軸用の２軸分がある。）、及びこれに対応して
配置されたレーザ干渉計９によって計測され、この計測
値が装置全体の動作を統轄制御する主制御系５１に供給
され、その計測値及び主制御系５１からの制御情報に基
づいて不図示のレチクルステージ制御系がレチクルステ
ージ７の位置及び速度を制御する。レチクルベース８、
レチクルステージ７、及びこの駆動機構（不図示）等か
らレチクルステージ系が構成されている。レチクルステ
ージ系は、気密室としてのレチクルステージ室１１内に
収納されている。

【００２３】一方、ウエハＷ１及びＷ２は、それぞれ不
図示のウエハホルダを介して可動ステージ（又は基板ス
テージ）としてのウエハステージ１５ａ及び１５ｂ上に
保持され、ウエハステージ１５ａ及び１５ｂはウエハベ
ース１８上に互いに独立にＹ方向に走査可能に、かつＸ
方向、Ｙ方向にステップ移動可能に載置されている。ウ
エハベース１８は、床上に防振台１９ａ，１９ｂ（実際
には３台又は４台が配置されている）を介して設置され
ている。防振台１９ａ，１９ｂは、一例としてエアーダ
ンパと電磁式のアクチュエータ（ボイスコイルモータ
等）とを組み合わせて構成されており、エアーダンパに
よって高周波数の振動を遮断し、アクチュエータから低
周波数の振動を相殺するための振動を発生させること
で、ウエハステージ１５ａ，１５ｂの走査又はステップ
移動により生じる振動が投影光学系ＰＬやレチクルステ
ージ系に伝達することが防止される。

【００２４】ウエハステージ１５ａ，１５ｂは不図示の
駆動機構（リニアモータ等）によってＸ方向、Ｙ方向に
駆動され、ウエハステージ１５ａ，１５ｂにはそれぞれ
ウエハＷ１，Ｗ２のＺ方向の位置（フォーカス位置）、
並びにＸ軸及びＹ軸の回りの傾斜角を制御するＺレベリ
ング機構が組み込まれている。ここで、ウエハステージ
１５ａ，１５ｂの位置計測システムにつき図２を参照し
て説明する。

【００２５】図２は、図１のウエハステージ１５ａ，１
５ｂを示す平面図であり、この図２において、第１のウ
エハステージ１５ａの−Ｘ方向の側面及び＋Ｙ方向の側
面にそれぞれ移動鏡１７ａｘ及び１７ａｙが固定され、
第２のウエハステージ１５ｂの＋Ｘ方向の側面及び＋Ｙ
方向の側面にそれぞれ移動鏡１７ｂｘ及び１７ｂｙが固
定されている。また、ウエハステージ１５ａの右上部、
及びウエハステージ１５ｂの左上部にはそれぞれ複数の
基準マークが形成された実質的に同一の基準マーク部材
１４ａ，１４ｂが、その表面がウエハＷ１，Ｗ２の表面
と同じ高さになるように固定されている。更に、ウエハ
ベース１８をＸ方向に挟むようにＸ軸のレーザ干渉計１
６ａｘ及び１６ｂｘが配置され、ウエハベース１８の＋
Ｙ方向の側面の中央にＹ軸のレーザ干渉計１６ｃが配置
され、このレーザ干渉計１６ｃをＸ方向に挟むようにＹ
軸のレーザ干渉計１６ａｙ及び１６ｂｙが配置されてい
る。

【００２６】本例では、アライメントセンサ１３ａ，１
３ｂの検出中心、及び投影光学系ＰＬの露光中心（本例
では光軸ＡＸ）はＸ軸に平行な直線上に位置しており、
Ｘ軸のレーザ干渉計１６ａｘ，１６ｂｘの光軸は、アラ
イメントセンサ１３ａ，１３ｂの検出中心及び投影光学
系ＰＬの光軸ＡＸをＸ方向に通過している。また、Ｙ軸
のレーザ干渉計１６ｃ、及びレーザ干渉計１６ａｙ，１
６ｂｙの光軸はそれぞれ投影光学系ＰＬの光軸、及びア
ライメントセンサ１３ａ，１３ｂの検出中心をＹ方向に
通過している。そして、第１のウエハステージ１５ａ上
のウエハＷ１を露光する際にはウエハステージ１５ａが
投影光学系ＰＬの直下側に移動して、ウエハステージ１
５ａの位置がレーザ干渉計１６ａｘ，１６ｃによって計
測され、第２のウエハステージ１５ｂ上のウエハＷ２を
露光する際にはウエハステージ１５ｂが投影光学系ＰＬ
の直下側に移動して、ウエハステージ１５ｂの位置がレ
ーザ干渉計１６ｂｘ，１６ｃによって計測される。

【００２７】一方、第１のウエハステージ１５ａ上のウ
エハＷ１のアライメントを行う場合には、ウエハステー
ジ１５ａはアライメントセンサ１３ａの直下（視野）側
に移動して、ウエハステージ１５ａの位置はレーザ干渉
計１６ａｘ，１６ａｙによって計測され、第２のウエハ
ステージ１５ｂ上のウエハＷ２のアライメントを行う場
合には、ウエハステージ１５ｂはアライメントセンサ１
３ｂの直下側に移動して、ウエハステージ１５ｂの位置
はレーザ干渉計１６ｂｘ，１６ｂｙによって計測され
る。これによって、露光時には投影光学系ＰＬの露光中
心に対してアッベ誤差（傾き角に対する１次誤差）が生
じない状態で、そして、アライメント時にはアライメン
トセンサ１３ａ，１３ｂの検出中心に対してアッベ誤差
が生じない状態で、それぞれウエハステージ１５ａ，１
５ｂの位置を高精度に計測することができる。それらの
レーザ干渉計１６ａｘ，１６ｂｘ、及び１６ｃ，１６ａ
ｙ，１６ｂｙの計測値は図１の主制御系５１に供給され
ている。

【００２８】図１に戻り、上記のレーザ干渉計の計測
値、及び主制御系５１からの制御情報に基づいて、ウエ
ハステージ制御系（不図示）がウエハステージ１５ａ，
１５ｂのＸ方向、Ｙ方向の位置及び速度を制御する。ま
た、ウエハステージ１５ａ，１５ｂは、それぞれ不図示
のオートフォーカスセンサ（斜入射方式で光学式のセン
サ）からのウエハＷ１，Ｗ２の表面の複数の計測点での
フォーカス位置（Ｚ方向の位置）の情報に基づいて、露
光中にウエハＷ１，Ｗ２の表面が投影光学系ＰＬの像面
に合焦されるように、サーボ方式でウエハＷ１，Ｗ２の
フォーカス位置及び傾斜角を制御する。

【００２９】ウエハベース１８、２台のウエハステージ
１５ａ，１５ｂ、及びこの駆動機構（不図示）等からダ
ブル・ステージ方式のウエハステージ系１２が構成さ
れ、ウエハステージ系１２は、気密室としてのウエハス
テージ室２０内に収納されている。例えばウエハステー
ジ１５ａ上のウエハＷ１の露光時には、レチクルＲのパ
ターン像を投影光学系ＰＬを介してウエハＷ１上に投影
した状態で、レチクルステージ７及びウエハステージ１
５ａを介してレチクルＲ及びウエハＷ１を投影倍率を速
度比としてＹ方向に同期して走査する動作と、ウエハＷ
１をステップ移動する動作とがステップ・アンド・スキ
ャン方式で繰り返されて、ウエハＷ１上の各ショット領
域にレチクルＲのパターン像が転写される。同様に他方
のウエハステージ１５ｂ上のウエハＷ１に対する露光も
ステップ・アンド・スキャン方式で行われる。

【００３０】本例では、一方のウエハステージ１５ａ上
のウエハＷ１に対する露光時に、他方のウエハステージ
１５ｂではウエハ交換及びウエハのアライメント等を並
行して行うことができるため、露光工程のスループット
を高めることができる。さて、このようにウエハステー
ジ１５ａ，１５ｂ上のウエハＷ１，Ｗ２に対する露光を
行う際には、予めウエハＷ１，Ｗ２のアライメントを行
っておく必要がある。その際に、ウエハＷ１，Ｗ２上の
位置合わせ用のマーク、即ちアライメントマーク（以
下、「ウエハマーク」と言う。）の検出は、上記のアラ
イメントセンサ１３ａ，１３ｂによって行われる。アラ
イメントセンサ１３ａ，１３ｂの検出信号（撮像信号）
は、アライメント信号処理系５２に供給される。

【００３１】図３は、第１のウエハステージ１５ａを示
す平面図であり、この図３において、ウエハステージ１
５ａ上のウエハＷ１の表面はＸ方向、Ｙ方向に所定ピッ
チで複数のショット領域３２に分割され、ショット領域
３２の間のストリートライン領域３６に、各ショット領
域３２に対応するようにＸ方向に沿ったライン・アンド
・スペースパターンよりなるＸ軸の１次元のウエハマー
ク３３ｘ、及びウエハマーク３３ｘを９０°回転した形
状のＹ軸の１次元のウエハマーク３３ｙが付設されてい
る。ウエハマーク３３ｘ，３３ｙは凹凸マーク、又は所
定の反射率分布を持つマークとして形成されているが、
１次元マークの他にボックス・イン・ボックスマークの
ような２次元マークを使用してもよく、そのウエハマー
クをショット領域３２の内部に形成してもよい。

【００３２】また、ウエハステージ１５ａ上の基準マー
ク部材１４ａ上には、アライメントセンサ１３ａ用の２
次元の基準マーク３５ａ（一例としてＸ方向及びＹ方向
のライン・アンド・スペースパターンの組み合わせ）を
Ｘ方向に挟むように、レチクル用の２次元の枠型の基準
マーク３４ａ，３４ｂが形成されている。基準マーク３
４ａ，３４ｂと基準マーク３５ａとの位置関係は、予め
高精度に計測されて主制御系５１内の記憶部に記憶され
ている。同様に、図２の第２のウエハステージ１５ｂ上
の基準マーク部材１４ｂ上には、中央の基準マーク３５
ｂをＸ方向に挟むように２つのレチクル用の基準マーク
（不図示）が形成されている。

【００３３】この構成で、アライメントセンサ１３ａを
用いてウエハＷ１上のウエハマーク３３ｘを観察する
と、その中の指標板には、図４（Ａ）に示すように、指
標マーク３７ｘに挟まれるようにウエハマーク３３ｘの
像３３ｘＰが形成され、これらの像が２次元撮像素子上
にリレーされる。図１のアライメント信号処理系５２で
は、アライメントセンサ１５ａからの検出信号を処理し
て、指標マーク３７ｘの中心（検出中心）に対するウエ
ハマーク３３ｘのＸ方向への位置ずれ量を検出し、この
検出結果を主制御系５１に供給する。同様に、検出中心
に対するＹ軸のウエハマーク３３ｙの位置ずれ量も主制
御系５１に供給される。

【００３４】主制御系５１では、アライメントセンサ１
３ａで検出されるウエハマーク３３ｘ，３３ｙの位置ず
れ量を、レーザ干渉計１６ａｘ，１６ａｙで計測される
ウエハステージ１５ａの座標に加算することによって、
アライメントセンサ１３ａの検出中心を基準としたウエ
ハマーク３３ｘ，３３ｙの配列座標、ひいてはショット
領域３２の配列座標を求める。実際には、例えば特公平
４−４７９６８号公報で開示されているように、ウエハ
上から選択された所定個数のショット領域のウエハマー
クの座標を計測し、この計測結果を統計処理して全部の
ショット領域の配列座標を求めるエンハンスト・グロー
バル・アライメント（ＥＧＡ）方式でアライメントが行
われる。他方のアライメントセンサ１３ｂについても、
同様にウエハＷ２上のウエハマークの位置を検出するこ
とができる。

【００３５】また、図１において、レチクルステージ室
１１中のレチクルＲの上方には、レチクルＲ上の位置合
わせ用マーク、即ちレチクルのアライメントマーク（以
下、「レチクルマーク」と言う。）３１ａ及び３１ｂの
位置を検出するために、光路折り曲げ用のミラー６ａ及
び６ｂを介して、第２のマーク検出系としてのレチクル
アライメント顕微鏡（以下、「ＲＡ顕微鏡」と言う。）
５ａ及び５ｂが配置されている。レチクルマーク３１
ａ，３１ｂとレチクルＲの原版パターンとの位置関係
は、予め高精度に計測されて主制御系５１内の記憶部に
記憶されている。ＲＡ顕微鏡５ａ，５ｂはそれぞれ露光
光ＩＬと同じ波長の照明光ＩＬａ，ＩＬｂで、ＴＴＲ
（Through The Reticle)方式で被検マークを検出する画
像処理方式（結像方式）のセンサであり、ＲＡ顕微鏡５
ａ，５ｂには露光光源１中で分岐された露光光の一部が
それぞれ送光光学系４ａ及び４ｂを介して供給されてい
る。

【００３６】レチクルＲのアライメント時には、一例と
して図１のレチクルマーク３１ａ，３１ｂの投影光学系
ＰＬによる像とほぼ同じ位置にそれぞれ図３の基準マー
ク３４ａ，３４ｂが来るように、ウエハステージ１５ａ
の位置決めが行われる。この状態で、一方のＲＡ顕微鏡
５ａは、露光光ＩＬと同じ波長の照明光で一方のレチク
ルマーク３１ａを照明すると共に、レチクルＲ及び投影
光学系ＰＬを介してウエハステージ１５ａ上の基準マー
ク３４ａを照明する。照明光が露光波長であるため、レ
チクルマーク３１ａと基準マーク３４ａとは投影光学系
ＰＬに関して互いに共役な面上に配置されており、極め
て高い計測精度が得られる。その基準マーク３４ａで反
射された照明光、及びレチクルマーク３１ａで反射され
た照明光は、ＲＡ顕微鏡５ａ内の結像光学系を介して基
準マーク３４ａの像、及びレチクルマーク３１ａの像を
２次元撮像素子上に重ねて形成し、この像の撮像信号が
アライメント信号処理系５２に供給される。

【００３７】図４（Ｂ）は、ＲＡ顕微鏡５ａの視野を示
し、この図４（Ｂ）において、枠状のレチクルマーク３
１ａの中に小さい枠状の基準マーク３４ａの像３４ａＲ
が形成されている。図１のアライメント信号処理系５２
は、その撮像信号を処理してレチクルマーク３１ａの像
の中心に対する基準マーク３４ａのＸ方向、Ｙ方向の位
置ずれ量を求める。同様に他方のＲＡ顕微鏡５ｂの撮像
信号をアライメント信号処理系５２で処理することによ
って、他方のレチクルマーク３１ｂの像の中心に対する
基準マーク３４ｂの位置ずれ量を求め、これらの位置ず
れ量を主制御系５１に供給する。主制御系５１では、２
つの基準マーク３４ａ，３４ｂの位置ずれ量から、レチ
クルマーク３１ａ，３１ｂの像の中心に対する基準マー
ク３４ａ，３４ｂの中心のＸ方向、Ｙ方向への位置ずれ
量、及び前者のマーク像の中心を結ぶ直線に対する後者
のマークの中心を結ぶ直線の傾斜角を求める。そして、
求められた位置ずれ量、及び傾斜角が所定の許容範囲内
に収まるように、主制御系５１は一例としてレチクルス
テージ７を介してレチクルＲの位置及び回転角を調整す
ることで、レチクルＲのアライメントが行われる。同様
にして、他方のウエハステージ１５ｂ上の基準マーク部
材１４ｂを用いることによっても、レチクルＲのアライ
メントを行うことができる。

【００３８】更に本例ではＲＡ顕微鏡５ａ，５ｂは、第
２のマーク検出系として、後述のように２つのアライメ
ントセンサ１３ａ，１３ｂの位置検出誤差を求める場合
にも使用することができる。更に、図２に示すように、
ウエハステージ系１２の上部の投影光学系ＰＬに対して
＋Ｙ方向に近接する位置に、アライメントセンサ１３
ａ，１３ｂと同じくオフ・アクシス方式で結像方式の第
３のアライメントセンサ１３ｃが配置され、アライメン
トセンサ１３ｃの撮像信号も図１のアライメント信号処
理系５２に供給されている。この第３のアライメントセ
ンサ１３ｃは、ＲＡ顕微鏡５ａ，５ｂと同様に第２のマ
ーク検出系に対応しており、このアライメントセンサ１
３ｃを使用しても、後述のように２つのアライメントセ
ンサ１３ａ，１３ｂの位置検出誤差を求めることができ
る。

【００３９】更に、本例の露光光ＩＬは実質的に真空紫
外光であるため、露光光源１からウエハＷ１，Ｗ２まで
の露光光ＩＬの光路からは、真空紫外光に対する吸収の
強い吸収性ガス（酸素、水蒸気、二酸化炭素、及び有機
ガス等）を排除し、代わりに露光光ＩＬを透過する気
体、即ち露光光ＩＬに対する透過率の高い気体（以下、
「パージガス」と言う。）でその光路を置換する必要が
ある。そのパージガスとしては、例えば窒素若しくは希
ガス（ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセ
ノン、ラドン）、又はこれらの混合気体が使用できる。
希ガスの中で、ヘリウムは熱伝導率が高く温度安定性に
優れ、気圧の変化に対する屈折率の変動量が小さいた
め、結像特性の安定性等を重視する場合にはパージガス
としてはヘリウムが好ましい。但し、運転コストを低く
抑えたいような用途では、パージガスとして窒素を使用
してもよい。

【００４０】そこで、本例では、整形光学系２と照明光
学系３とが収納されているサブチャンバ（不図示）、レ
チクルステージ室１１、投影光学系ＰＬ、及びウエハス
テージ室２０よりなる各気密室の内部の気体はそのパー
ジガスによって置換されている。そのパージガスによる
置換は、一例として、各気密室の隔壁の一部に排気管及
び給気管を接続し、給気管よりそのパージガスを供給
し、排気管より内部の気体を流出させるようにしたフロ
ー制御、又はそれらの内部を一度減圧してパージガスを
再充填する方式で行なうことができる。

【００４１】なお、本例のように露光光ＩＬがＡｒＦエ
キシマレーザ（波長１９３ｎｍ）である場合には、吸収
性ガスによる吸収はＦ₂ レーザ（波長１５７ｎｍ）など
に比べれば少ないため、ウエハ上での露光光の照度の点
からは、露光光ＩＬの光路の全部に高純度のパージガス
を供給する必要性は必ずしもない。しかしながら、本例
のようにウエハステージ系１２がダブル・ステージ方式
である場合には、レーザ干渉計１６ａｘ，１６ｂｘ，１
６ａｙ，１６ｂｙ，１６ｃの光路長が増大し、この状態
で計測ビームの光路上の雰囲気気体の密度揺らぎが大き
くなると、ウエハステージ１５ａ，１５ｂの位置計測誤
差も増大する恐れがある。従って、露光波長が、吸収性
ガスによる吸収の比較的少ない波長（例えばＫｒＦエキ
シマレーザ、又は本例のようにＡｒＦエキシマレーザ）
の場合でも、ウエハステージ室２０を形成し、その中を
密度変化に対する屈折率変化の小さなヘリウムよりなる
パージガスで置換することで、レーザ干渉計１６ａｘ，
１６ｂｘ〜１６ｃの計測誤差を小さくして、転写パター
ンの位置精度の向上を図ることができる。

【００４２】また、本例では図２に示すように、ウエハ
ステージ室２０に隣接して予備室２９が配置され、予備
室２９内にウエハステージ系１２に対してウエハの搬入
及び搬出を行うためのウエハローダ系３０が配置されて
いる。即ち、ウエハステージ室２０のアライメントセン
サ１３ａ，１３ｂの近傍に設けられた開口を覆うよう
に、予備室２９内に気密室よりなるロードロック室２１
ａ，２１ｂが設置され、ロードロック室２１ａ，２１ｂ
とウエハステージ室２０との間には開閉自在のシャッタ
２７ａ，２７ｂが配置され、ロードロック室２１ａ，２
１ｂと予備室２９内の他の空間との間の開口を開閉する
ためのシャッタ２８ａ，２８ｂも配置されている。シャ
ッタ２７ａ，２７ｂを開ける際には、シャッタ２８ａ，
２８ｂが閉じられて、ロードロック室２１ａ，２１ｂ中
にウエハステージ室２０内に供給される気体と同じパー
ジガスが充填されている。なお、露光波長が比較的長
く、ウエハＷ１，Ｗ２の近傍の空間をパージガスで置換
する必要がない場合には、ロードロック室２１ａ，２１
ｂ中にもパージガスを供給する必要がないことは言うま
でもない。

【００４３】また、ロードロック室２１ａ及び２１ｂ内
にそれぞれウエハステージ１５ａ及び１５ｂとの間でウ
エハの受け渡しを行うためのロードアーム２２ａ及び２
２ｂが配置され、ロードロック室２１ａ，２１ｂの手前
に搬送ライン２３、及びウエハを収納するウエハカセッ
ト２６が設置されている。ウエハカセット２６は大気環
境下に設置されている。また、搬送ライン２３に沿って
Ｘ方向に移動自在に、ウエハカセット２６との間でウエ
ハの受け渡しを行う搬送アーム２５が配置され、搬送ラ
イン２３上にはロードロック室２１ａ，２１ｂとの間で
ウエハの受け渡しを行うための搬送アーム２４ａ，２４
ｂも配置されている。これらのロードアーム２２ａ，２
２ｂ、搬送ライン２３、搬送アーム２４ａ，２４ｂ，２
５、及びウエハカセット２６等からウエハローダ系３０
が構成されている。

【００４４】次に、本例の投影露光装置で１ロットのウ
エハに対して露光を行う場合の露光シーケンスの一例に
つき、図５のフローチャートを参照して説明する。先
ず、図５のステップ１０１において、図２に示すよう
に、その１ロット中の先頭（１枚目）のウエハ（ウエハ
Ｗ１とする）は、ウエハカセット２６より搬送アーム２
５によって取り出され、搬送アーム２４ａに渡された
後、ロードロック室２１ａに搬入さる。ここで、ウエハ
周辺の気体がパージガスで置換された後、ウエハＷ１は
ロードアーム２２ａにより第１のウエハステージ１５ａ
上にロードされる。次に２枚めのウエハ（ウエハＷ２と
する）は、ウエハカセット２６より搬送アーム２５、及
び搬送アーム２４ｂを介してロードロック室２１ｂに搬
入されて、その周辺の気体がパージガスで置換された
後、ロードアーム２２ｂにより第２のウエハステージ１
５ｂ上にロードされる。

【００４５】次のステップ１０２において、第１のウエ
ハステージ１５ａを駆動してウエハＷ１上の所定のショ
ット領域に付設されたウエハマーク３３ｘ，３３ｙを順
次アライメントセンサ１３ａの視野内に移動して、それ
らのウエハマークの位置を計測する。この動作と並行し
て、アライメントセンサ１３ｂを用いて第２のウエハス
テージ１５ｂ上のウエハＷ２の所定のウエハマークの位
置を計測する。これらの計測値を用いて図１の主制御系
５１では、ウエハＷ１上の全部のショット領域の配列座
標（アライメントセンサ１３ａの検出中心を基準とする
座標）、及びウエハＷ２上の全部のショット領域の配列
座標（アライメントセンサ１３ｂの検出中心を基準とす
る座標）を算出し、得られた配列座標を主制御系５１内
の記憶部に記憶する。

【００４６】次に、ステップ１０３において、アライメ
ントセンサ１３ａ，１３ｂのベースライン量（露光中心
と検出中心との間隔）の計測の一部を行う。即ち、ウエ
ハステージ１５ａ，１５ｂ上に設けられた基準マーク部
材１４ａ，１４ｂの中央の基準マーク３５ａ，３５ｂを
それぞれアライメントセンサ１３ａ，１３ｂの視野内に
移動して、アライメントセンサ１３ａ及び１３ｂでそれ
ぞれ基準マーク３５ａ及び３５ｂに対する検出中心の位
置ずれ量（ΔＸ１ａ，ΔＹ１ａ），（ΔＸ１ｂ，ΔＹ１
ｂ）（位置関係）を検出する。これによって、基準マー
ク部材１４ａ，１４ｂとウエハＷ１，Ｗ２上の各ショッ
ト領域（回路パターン）との位置関係が計測されたこと
になる。

【００４７】次にステップ１０４において、図１のレチ
クルステージ７を駆動してレチクルＲのレチクルマーク
３１ａ，３１ｂをそれぞれＲＡ顕微鏡５ａ，５ｂの視野
の中心付近に移動してから、第１のウエハステージ１５
ａを駆動して、基準マーク部材１４ａを投影光学系ＰＬ
の直下に移動させる。この移動の途中で、ウエハステー
ジ１５ａのＹ座標を計測する干渉計が、レーザ干渉計１
６ａｙからレーザ干渉計１６ｃに切り替わる。但し、両
方のレーザ干渉計１６ａｙ，１６ｃが共にウエハステー
ジ１５ａの位置を計測できない状態（両方の干渉計から
の光路上に移動鏡１７ａｙが無い状態）があると、その
時点で、ウエハステージ１５ａのＹ座標が分からなくな
るため、大まかに位置計測を行うためのリニアエンコー
ダ等を設けるか、又は移動鏡１７ａｙのＸ方向の長さ
を、レーザ干渉計１６ａｙとレーザ干渉計１６ｃとの間
隔以上の長さとしておくことが好ましい。

【００４８】そして、基準マーク部材１４ａ上の基準マ
ーク３４ａ，３４ｂ（図３参照）を上記のレチクルマー
ク３１ａ，３１ｂの投影光学系ＰＬによる像の位置の近
傍に移動させてから、図１のＲＡ顕微鏡５ａ，５ｂを用
いてレチクルマーク３１ａ，３１ｂの投影像に対する基
準マーク３４ａ，３４ｂのＸ方向、Ｙ方向の位置ずれ量
（位置関係）を計測する。なお、上記のレーザ干渉計１
６ａｙ，１６ｃの切り替えに際しては、多少の位置誤差
が生じているが、ＲＡ顕微鏡５ａ，５ｂでの基準マーク
３４ａ，３４ｂの位置検出により、レチクルＲのパター
ンの投影像（レチクルマークの投影像）とウエハステー
ジ１５ａ（基準マーク部材１４ａ）との位置関係は新た
に計測されるため、上記の位置誤差は全く問題にならな
い。

【００４９】また、基準マーク部材１４ａ上の基準マー
ク３４ａ，３４ｂと基準マーク３５ａとの位置関係は既
知であり、上記の計測値からレチクルマーク３１ａ，３
１ｂの投影像の中心に対する基準マーク３５の中心のＸ
方向、Ｙ方向の位置ずれ量（ΔＸ２ａ，ΔＹ２ａ）を求
めることができる。更に、後者の基準マーク３５ａの位
置は既にアライメントセンサ１３ａによって計測されて
いるため、これによってレチクルＲのパターンの投影像
と、ウエハＷ１上の各ショット領域（回路パターン）と
の位置関係が決定される。本例では、レチクルマーク３
１ａ，３１ｂの投影像の中心に対する基準マーク３５ａ
の位置ずれ量（ΔＸ２ａ，ΔＹ２ａ）に、ステップ１０
３でアライメントセンサ１３ａによって計測された基準
マーク３５ａに対する検出中心の位置ずれ量（ΔＸ１
ａ，ΔＹ１ａ）を加算して得られる位置ずれ量が、アラ
イメントセンサ１３ａのベースライン量（ＢＬＸａ，Ｂ
ＬＹａ）となる。即ち、次のようになる。

【００５０】 ＢＬＸａ＝ΔＸ１ａ＋ΔＸ２ａ …（１Ａ） ＢＬＹａ＝ΔＹ１ａ＋ΔＹ２ａ …（１Ｂ） そのベースライン量を用いて一例として、上記のアライ
メントセンサ１３ａの検出中心を基準とするウエハＷ１
上の各ショット領域の配列座標を、レチクルマーク３１
ａ，３１ｂの投影像の中心、ひいてはレチクルＲのパタ
ーン像の中心（露光中心）を基準とする配列座標に変換
することで、ウエハＷ１のアライメントが完了する。

【００５１】そして、ステップ１０５において、その変
換後の配列座標に基づいてウエハステージ１５ａを駆動
しながら、ウエハＷ１上の各ショット領域にレチクルＲ
のパターンの像を走査露光する。この際に、上記のよう
にアライメントが行われているため、ウエハＷ１上の各
ショット領域に既に形成されている回路パターンに対し
て、レチクルＲのパターンの像はそれぞれ正確に重ね合
わせられて転写される。

【００５２】次に、ステップ１０６において、図２の第
１のウエハステージ１５ａを−Ｘ方向に待避させて、Ｙ
軸のレーザ干渉計１６ｂｙ，１６ｃ間の切り替えを行
い、第２のウエハステージ１５ｂを投影光学系ＰＬの直
下に移動させる。そして、ステップ１０４，１０５と同
様に、ＲＡ顕微鏡５ａ，５ｂによってウエハステージ１
５ｂ上の基準マーク部材１４ｂの所定の基準マークの位
置ずれ量を計測し、この計測結果に基づいてアライメン
トセンサ１３ｂのベースライン量（ＢＬＸｂ，ＢＬＹ
ｂ）を求める。そして、このベースライン量に基づいて
ウエハＷ２上の各ショット領域の配列座標を露光中心を
基準とする配列座標に変換し（アライメントの完了）、
この変換後の配列座標に基づいてウエハステージ１５ｂ
を駆動して、ウエハＷ２の各ショット領域にレチクルＲ
のパターン像を重ね合わせて転写する。

【００５３】このようにウエハステージ１５ｂで露光を
行っている際に、第１のウエハステージ１５ａでは、ウ
エハローダ系３０を用いてウエハの交換を行い、交換後
のウエハの所定のウエハマークをアライメントセンサ１
３ａで計測する。そして、次のステップ１０７で、露光
済みのウエハステージ１５ｂを＋Ｘ方向に待避させ、ウ
エハステージ１５ａを投影光学系ＰＬの直下に移動させ
て、ベースライン計測、ウエハ上の各ショット領域の配
列座標の変換、及びウエハに対する露光を行う。この間
に、ウエハステージ１５ｂではウエハ交換、及びアライ
メントセンサ１３ｂによる位置計測を行い、以下ウエハ
ステージ１５ａ，１５ｂ上のウエハに対して交互に露光
を行う。これによって、高いスループットが得られる。

【００５４】ところで、本例においてウエハ用のアライ
メントセンサ１３ａ，１３ｂ自体に位置検出誤差が残存
していると、その検出誤差に起因して微小な位置合わせ
誤差（重ね合わせ誤差）が生じて、最終的に製造される
半導体デバイス等の歩留りが悪化する恐れがある。即
ち、アライメントセンサ１３ａ，１３ｂの光学系中のわ
ずかな収差や調整不良に伴う位置検出誤差が、ウエハ上
のウエハマークの深さや反射率の変化、あるいはウエハ
マークの凸部と凹部との線幅比等の変化に応じて変動す
ると、ウエハプロセスが変わってウエハマークが変わる
毎に、その位置検出誤差も微妙に変動して、位置合わせ
誤差が生じることになる。

【００５５】特に本例のようにウエハステージ系１２の
２つのウエハステージ１５ａ，１５ｂに対応させて２つ
のアライメントセンサ１３ａ，１３ｂを備えている投影
露光装置では、その位置検出誤差、ひいては相対誤差を
求めるために仮に先頭から２枚のウエハに対してテスト
露光を行うとすると、評価用のウエハの現像や計測時間
が長くなり、全体としてのスループットをあまり高めら
れない恐れがある。

【００５６】そこで、本例では以下のように第２のマー
ク検出系を用いて短時間に第１のマーク検出系としての
アライメントセンサ１３ａ，１３ｂの位置検出誤差の補
正を行うようにしている。先ず第１の例として、上記の
ＲＡ顕微鏡５ａ，５ｂを第２のマーク検出系として使用
する。ＲＡ顕微鏡５ａ，５ｂは、上記のようにウエハス
テージ１５ａ，１５ｂ上の基準マーク部材１４ａ，１４
ｂの所定の基準マークと、レチクルＲ上のレチクルマー
ク３１ａ，３１ｂとの相対位置関係を計測可能であるた
め、その基準マークの代わりに、ウエハＷ１，Ｗ２上の
所定のウエハマーク３３ｘ，３３ｙを使用すれば、レチ
クルＲ上のレチクルマーク３１ａ，３１ｂとウエハＷ
１，Ｗ２上の各ショット領域の回路パターンとの位置関
係を計測可能となる。

【００５７】具体的には、図６の位置計測誤差の計測シ
ーケンス中のステップ１１１において、図２の第１のア
ライメントセンサ１３ａを用いて第１のウエハステージ
１５ａ上の基準マーク部材１４ａの基準マーク３５ａの
位置を検出した後、ウエハＷ１上の或る特定のショット
領域に付設されたウエハマーク３３ｘ，３３ｙの位置を
アライメントセンサ１３ａで検出し、その基準マーク３
５ａを基準としてそのウエハマーク３３ｘ，３３ｙの位
置ξ（Ｘ成分、Ｙ成分を含む）を求める。これと並行し
て、第２のアライメントセンサ１３ｂを用いて第２のウ
エハステージ１５ｂ上の基準マーク部材１４ｂの基準マ
ーク３５ｂを基準として、ウエハＷ２上の特定のショッ
ト領域に付設されたＸ軸、Ｙ軸のレチクルマークの位置
η（Ｘ成分、Ｙ成分を含む）を求める。

【００５８】次に、ステップ１１２において、一方のＲ
Ａ顕微鏡５ａを用いて第１のウエハステージ１５ａ上の
基準マーク３５ａの位置（例えばレチクルマーク３１ａ
に対する位置ずれ量）を計測し、この計測値、及びこの
ときのウエハステージ１５ａの座標を主制御系５１で第
１の位置として記憶する。次に、ウエハステージ１５ａ
を駆動して、ステップ１１１で計測されたウエハＷ１上
のウエハマークをＲＡ顕微鏡５ａの視野内に移動して、
ＲＡ顕微鏡５ａでそのウエハマークの位置（例えばレチ
クルマーク３１ａに対する位置ずれ量）を計測し、この
計測値、及びこのときのウエハステージ１５ａの座標を
主制御系５１で第２の位置として記憶する。主制御系５
１では、上記の第２の位置から第１の位置を差し引くこ
とによって、基準マーク３５ａを基準としてその特定の
ウエハマークの位置α（Ｘ成分、Ｙ成分を含む）を求め
る。

【００５９】次のステップ１１３において、同様にその
ＲＡ顕微鏡５ａを用いて、第２のウエハステージ１５ｂ
上の基準マーク部材１４ｂの基準マーク３５ｂ、及びウ
エハＷ２上のステップ１１１で計測された特定のウエハ
マークの位置を計測することによって、基準マーク３５
ｂを基準としてその特定のウエハマークの位置β（Ｘ成
分、Ｙ成分を含む）を求める。このように計測される位
置α、βは、ＲＡ顕微鏡５ａによって計測される基準マ
ーク３５ａ，３５ｂとウエハＷ１，Ｗ２上の特定のウエ
ハマークとの位置関係を表している。

【００６０】これらの位置関係（α、β）は、両方のウ
エハステージ１５ａ，１５ｂとウエハＷ１，Ｗ２との組
について、ステップ１１１でそれぞれのアライメントセ
ンサ１３ａ，１３ｂで計測されている位置関係（ξ、
η）に対応するが、アライメントセンサ１３ａ，１３ｂ
で計測された位置関係は、アライメントセンサ１３ａ，
１３ｂに起因する位置検出誤差を含んでいる。一方、Ｒ
Ａ顕微鏡５ａで計測された位置関係は、両方のウエハス
テージ１５ａ，１５ｂに対して共通の顕微鏡で計測され
たものであるため、顕微鏡に起因する相対誤差は無い。
従って、アライメントセンサ１３ａ，１３ｂで計測され
た位置関係を、ＲＡ顕微鏡５ａでの計測結果に基づいて
補正することが可能である。

【００６１】いま、ウエハステージ１５ａ上のウエハＷ
１について、ＲＡ顕微鏡５ａで計測された基準マーク３
５ａに対する特定のウエハマークの位置がαであり、ウ
エハステージ１５ｂ上のウエハＷ２については、ＲＡ顕
微鏡５ａで計測された基準マーク３５ｂに対する特定の
ウエハマークの位置はβである。なお、両ウエハステー
ジ１５ａ，１５ｂヘの両ウエハＷ１，Ｗ２の搭載時の位
置ずれにより、この値α，βは一致しない。

【００６２】一方、ウエハステージ１５ａ上のウエハＷ
１について、アライメントセンサ１３ａで計測された基
準マーク３５ａに対する特定のウエハマークの位置がξ
であり、ウエハステージ１５ｂ上のウエハＷ２について
は、アライメントセンサ１３ｂで計測された基準マーク
３５ｂに対する特定のウエハマークの位置がηである。
このとき、本来ならα＝ξ，β＝ηになるべきであり、
これらの等式からのずれ量が、２本のアライメントセン
サ１３ａ，１３ｂ間の相対誤差を表わしている。

【００６３】そこで、ステップ１１４において、主制御
系５１は、次のように位置α、ξの差分を補正値ΔＡＳ
ａ、位置β、ηの差分を補正値ΔＡＳｂとして求めて記
憶する。補正値ΔＡＳａ、ΔＡＳｂはそれぞれＸ成分、
Ｙ成分を持っている。 ΔＡＳａ＝α−ξ …（２Ａ） ΔＡＳｂ＝β−η …（２Ｂ） なお、上記の計測シーケンス中のステップ１１１の計測
動作は、図５の露光シーケンス中のステップ１０２，１
０３中で実行することができる。また、ステップ１１２
及び１１３の計測動作は、それぞれ図５のステップ１０
４及び１０６中の計測工程で実行することができる。こ
の場合、ステップ１０５の露光開始前、及びステップ１
０６中の露光開始前にそれぞれステップ１１４を実行
し、これによって求められる補正値ΔＡＳａ、ΔＡＳｂ
を用いてウエハＷ１，Ｗ２上の各ショット領域の配列座
標を補正すればよい。

【００６４】その後、図５の露光シーケンス中のステッ
プ１０７において、アライメントセンサ１３ａ，１３ｂ
を用いてウエハステージ１５ａ，１５ｂ上のウエハのウ
エハマークの位置を検出する際には、主制御系５１は、
アライメントセンサ１３ａの位置検出結果に補正値ΔＡ
Ｓａを加えた位置をウエハマークの実際の位置として採
用し、アライメントセンサ１３ｂの位置検出結果に補正
値ΔＡＳｂを加えた位置をウエハマークの実際の位置と
して採用する。これによって、アライメントセンサ１３
ａ，１３ｂ自体に起因する位置検出誤差を補正すること
ができる。

【００６５】なお、ウエハＷ１，Ｗ２上に塗布されるフ
ォトレジストは、一般的に露光波長の光に対する吸収が
大きい。このため、露光波長の照明光を使用するＲＡ顕
微鏡５ａ（又は５ｂ）でのウエハマークの検出には、光
量積算のために比較的長い時間を必要とすることにな
る。但し、２つのアライメントセンサ１３ａ，１３ｂ間
の相対誤差の再計測は、ウエハマークの形状が変化しな
い限りは行なう必要が無く、例えば処理するウエハのロ
ットの先頭でのみ、再計測を行なえば十分である。従っ
て、上記光量積算に要する時間はわずかであり、これに
よる処理能力の低下は問題にはならない。

【００６６】また、上記の実施の形態では、同一ロット
のウエハ中では、各ウエハステージ１５ａ，１５ｂで露
光する２枚目以降のウエハについては、アライメントセ
ンサ１３ａ，１３ｂの位置検出結果に対して、それぞれ
先頭のウエハにて求めた上記の補正値ΔＡＳａ及びΔＡ
Ｓｂを加算して露光するだけであるから、処理時間の増
加は全くない。

【００６７】なお、通常、ウエハ上には、多数のショッ
ト領域のそれぞれに対応してウエハマークが形成されて
おり、ウエハのアライメント方式としては、そのうちの
８〜１０個程度のウエハマークの位置を検出し、それを
統計処理してウエハ上の各ショット領域の配列座標を決
定し、その配列座標に基づいてウエハを位置決めして露
光を行なう上記のエンハンスト・グローバル・アライメ
ント（ＥＧＡ）方式が一般的である。そこで、ステップ
１１１〜１１３におけるアライメントセンサ１３ａ，１
３ｂ及びＲＡ顕微鏡５ａ（又は５ｂ）による位置検出
も、そのＥＧＡ方式を採用することができる。

【００６８】この場合、計測した個別のウエハマークの
それぞれの位置検出結果に上記の補正値ΔＡＳａ及びΔ
ＡＳｂを加え、得られた結果をＥＧＡ方式で処理し、こ
の結果に基づいて露光を行なうこともできる。この例で
は、補正値ΔＡＳａ及びΔＡＳｂを、計測するウエハマ
ークの数だけ主制御系５１の記憶部（例えばＲＡＭ）に
記憶させておく必要がある。

【００６９】或いは個別のウエハマークの検出位置につ
いては補正を行なわずにＥＧＡ方式の処理を行い、ＥＧ
Ａ方式で処理した結果の「平均位置」のみを上記の補正
値ΔＡＳａ及びΔＡＳｂで補正する方法もある。この例
では、ロット先頭のウエハでの基準マーク３５ａ，３５
ｂに対するウエハマークの計測される位置α，β，ξ，
ηとして、複数のウエハマークの平均位置を採用するこ
とになり、補正値ΔＡＳａ及びΔＡＳｂを、１組だけ記
憶しておけば良い。

【００７０】以上の例では、第２のマーク検出系とし
て、露光波長の照明光を使用するＲＡ顕微鏡５ａ（又は
５ｂ）を使用したが、第２のマーク検出系はこれに限定
されるものではなく、他の位置検出系を使用することも
勿論可能である。そこで、第２の例では、その第２のマ
ーク検出系として、図２の投影光学系ＰＬの近傍のウエ
ハステージ１５ａ，１５ｂの移動ストローク内に設けら
れたオフ・アクシス方式の第３のアライメントセンサ１
３ｃを使用することができる。この場合には、照明光と
して露光波長の光を使用する必要がないため、ウエハＷ
１，Ｗ２上のフォトレジストを露光させる恐れなく、ア
ライメントセンサ１３ａ，１３ｂの位置検出誤差を計測
することができる。

【００７１】また、別の例として、例えば図１のＲＡ顕
微鏡５ａ，５ｂの光路の一部（例えばレチクルＲと投影
光学系ＰＬとの間や投影光学系ＰＬの瞳面）に色収差補
正部材を設け、ＲＡ顕微鏡５ａ，５ｂで露光波長以外の
波長の照明光を使用して被検マークを検出するようにし
て、この非露光波長のＲＡ顕微鏡５ａ，５ｂを第２のマ
ーク検出系として使用してもよい。

【００７２】また、レチクルＲ上のレチクルマークを参
照することは無いものの、投影光学系ＰＬを介してウエ
ハマーク又は基準マークの位置を検出するＴＴＬ（Thro
ughThe Lens）方式のアライメントセンサを、その第２
のマーク検出系として採用することもできる。これは例
えば、レチクルＲと投影光学系ＰＬとの間に光路折り曲
げ用のミラーを配置して、その先の露光光ＩＬの光路外
にアライメントセンサを配置するものであり、照明光と
しては露光波長、非露光波長の双方が使用可能である。

【００７３】更に、上記の実施の形態において、第１及
び第２のマーク検出系としては、撮像方式のみではな
く、回折格子のモアレ縞を利用して強度検出を行う検出
方式や、レーザ光のシートビームをスキャンして、被検
マークからの散乱光を検出する方式等を採用することも
可能である。なお、以上の実施の形態、及びその変形例
において、第２のマーク検出系（例えば第３のアライメ
ントセンサ１３ｃ）の絶対検出精度が、誤差計測対象の
第１のマーク検出系（アライメントセンサ１３ａ，１３
ｂ）の精度より劣る場合も考えられる。このような場合
には、上記の補正値ΔＡＳａ，ΔＡＳｂとして「ＥＧＡ
方式で処理した後の平均値に対する補正値」を採用する
ことが望ましい。また、この補正値の計測精度の向上の
ために、上記のロット先頭での計測については、ウエハ
上のウエハマークの計測数を通常の露光時より増やし、
その計測値の平均化効果を高めることが望ましい。

【００７４】或いは、上記の実施の形態の補正方法とは
別に、以下の方法で算出した補正値に基づいてアライメ
ントセンサ１３ａ，１３ｂ（第１のマーク検出系）の計
測値の補正を行なうことも可能である。上記の実施の形
態で計測される位置α，βは、ともにＲＡ顕微鏡５ａ
（第２のマーク検出系）による基準マーク３５ａ，３５
ｂを基準としたウエハ上の特定のウエハマークの位置で
あるが、前述の通り、ウエハステージ１５ａ，１５ｂが
異なり、ウエハ装填時の微小な位置ずれもあるため、両
者α，βは一致しない。しかし、ＲＡ顕微鏡５ａで計測
された両者の差（＝α−β）は、相対差のない複数のア
ライメントセンサ１３ａ，１３ｂ（第１のマーク検出
系）で計測した場合にも同様になるはずである。従っ
て、上記の実施の形態でアライメントセンサ１３ａ，１
３ｂによって計測される位置ξ，ηの差（＝ξ−η）
と、その位置α，βの差（＝α−β）との次式で与えら
れる残差δが、複数のアライメントセンサ１３ａ，１３
ｂの相対差であると考えられる。

【００７５】 （ξ−η）−（α−β）＝δ …（３） 従って、各アライメントセンサ１３ａ，１３ｂの計測値
に、その残差δの半分の値を加算又は減算することによ
り、２つのアライメントセンサ１３ａ，１３ｂの検出結
果の相対差は補正することが可能となる。具体的には、
位置ξに相当する側のアライメントセンサ１３ａの検出
結果からはδ／２を減算し、位置ηに相当する側のアラ
イメントセンサ１３ｂの検出結果にはδ／２を加算する
ことになる。このような補正処理により、絶対精度につ
いてはアライメントセンサ１３ａ，１３ｂの検出結果を
最大限尊重しつつ、アライメントセンサ１３ａ，１３ｂ
の相対差のみを効果的に補正することが可能になる。な
お、この補正も、ＥＧＡ方式で処理した後の「平均位
置」に対して行なう方が好ましいことは、先の場合と同
様である。

【００７６】なお、以上の実施の形態では、ウエハステ
ージ１５ａ，１５ｂ及びアライメントセンサ１３ａ，１
３ｂを、ともに２個装備した投影露光装置の例を示した
が、この数は、２個に限定されるものではなく、３個或
いは４個のウエハステージ及びアライメントセンサを装
備することも可能である。また、基準マーク３５ａ，３
５ｂは、以上の実施の形態のように、それぞれ各ウエハ
ステージ１５ａ，１５ｂ上に１個ずつ配置するのではな
く、多数個配置してその計測結果についても平均化する
ことで、計測精度の一層の向上が可能である。その場合
の多数の基準マークは、例えばウエハステージ１５ａ，
１５ｂの四隅の各位置に配置すると良い。

【００７７】なお、上記の実施の形態の投影露光装置を
用いてウエハ上に半導体デバイスを製造する場合、この
半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うス
テップ、このステップに基づいたレチクルを製造するス
テップ、シリコン材料からウエハを制作するステップ、
上記の実施の形態の投影露光装置によりアライメントを
行ってレチクルのパターンをウエハに露光するステッ
プ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボン
ディング工程、パッケージ工程を含む）、検査ステップ
等を経て製造される。

【００７８】また、本発明の露光装置の用途としては半
導体デバイス製造用の露光装置に限定されることなく、
例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素
子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装
置用の露光装置や、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマ
シーン、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デ
バイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。
更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成
されたマスク（フォトマスク、レチクル等）をフォトリ
ソグラフィ工程を用いて製造する際の、露光工程（露光
装置）にも適用することができる。

【００７９】なお、本発明は上述の実施の形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取
り得ることは勿論である。

【００８０】

【発明の効果】本発明によれば、処理能力（スループッ
ト）向上のために、可動ステージ及びマーク検出系（ア
ライメントセンサ）を複数個備えた場合に、複数のマー
ク検出系のそれぞれについてテスト露光を行うことな
く、その複数のマーク検出系間に存在する相対的位置検
出誤差を補正できる。従って、従来のマーク検出系を１
個しか装備しない露光装置でテスト露光を行う場合と同
等の扱い易さを実現できる。更に、可動ステージ及びマ
ーク検出系を複数個備え、それらの並列動作が可能であ
るので、処理能力の大幅な向上が達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態の一例の投影露光装置を
示す一部を切り欠いた構成図である。

【図２】 図１の投影露光装置のウエハステージ系１２
及びウエハローダ系３０を示す一部を切り欠いた構成図
である。

【図３】 図１のウエハステージ１５ａ上のウエハＷ１
のウエハマーク、及び基準マーク部材１４ａの基準マー
クを示す平面図である。

【図４】 （Ａ）はウエハマークの位置を計測する際の
視野を一例を示す拡大図、（Ｂ）は基準マークの位置を
計測する際の視野の一例を示す拡大図である。

【図５】 その実施の形態の露光シーケンスの一例を示
すフローチャートである。

【図６】 その実施の形態においてアライメントセンサ
１３ａ，１３ｂの位置計測誤差を計測するシーケンスの
一例を示すフローチャートである。

【符号の説明】

Ｒ…レチクル、ＰＬ…投影光学系、Ｗ１，Ｗ２…ウエ
ハ、５ａ，５ｂ…ＲＡ顕微鏡（レチクルアライメント顕
微鏡）、７…レチクルステージ、１２…ウエハステージ
系、１３ａ，１３ｂ…アライメントセンサ、１４ａ，１
４ｂ…基準マーク部材、１５ａ，１５ｂ…ウエハステー
ジ、３０…ウエハローダ系、３１ａ，３１ｂ…レチクル
マーク、３３ｘ，３３ｙ…ウエハマーク、３４ａ，３４
ｂ…基準マーク、３５ａ，３５ｂ…基準マーク、５１…
主制御系

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Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 露光ビームによって複数の物体を順次露
   光する露光方法において、 互いに異なる位置に配置されてそれぞれ前記物体上のマ
   ークの位置を検出する複数の第１のマーク検出系と、 前記複数の第１のマーク検出系とは異なる位置に配置さ
   れた第２のマーク検出系とを用意し、 前記第２のマーク検出系を用いて前記複数の第１のマー
   ク検出系の位置検出誤差を求める第１工程と、 前記複数の第１のマーク検出系を用いて前記複数の物体
   上のマークの位置を検出し、該検出結果を前記第１工程
   で求めた位置検出誤差で補正する第２工程と、 該第２工程で得られた位置情報に基づいて順次前記複数
   の物体の位置合わせを行いつつ、前記複数の物体を順次
   露光する第３工程とを有することを特徴とする露光方
   法。
2. 【請求項２】 前記複数の物体の先頭から所定数の物体
   を用いて、前記第１工程において前記複数の第１のマー
   ク検出系の位置検出誤差を求めることを特徴とする請求
   項１に記載の露光方法。
3. 【請求項３】 露光ビームによって複数の物体を順次露
   光する露光装置において、 それぞれ前記物体の位置決めを行う複数の可動ステージ
   と、 前記複数の可動ステージに対応して配置されてそれぞれ
   前記物体上のマークの位置を検出する複数の第１のマー
   ク検出系と、 前記複数の第１のマーク検出系とは異なる位置に配置さ
   れた第２のマーク検出系と、 前記第２のマーク検出系の検出結果に基づいて前記複数
   の第１のマーク検出系の位置検出誤差を求め、該位置検
   出誤差で前記複数の第１のマーク検出系の検出結果を補
   正する演算系とを有することを特徴とする露光装置。
4. 【請求項４】 前記可動ステージに対して前記物体の着
   脱を行うローダ部を、前記複数の可動ステージのそれぞ
   れに対応して複数個設けたことを特徴とする請求項３に
   記載の露光装置。
5. 【請求項５】 前記複数の第１のマーク検出系は、波長
   が５００ｎｍ以上の光を用いて被検マークを検出するこ
   とを特徴とする請求項３又は４に記載の露光装置。
6. 【請求項６】 マスクを通過した露光ビームを用いて前
   記複数の可動ステージ上の物体を順次露光する共通の投
   影光学系を有し、 前記第２のマーク検出系は、前記投影光学系の少なくと
   も一部を使用することを特徴とする請求項３、４、又は
   ５に記載の露光装置。
7. 【請求項７】 前記第２のマーク検出系は、前記マスク
   上のマークと前記物体上のマークとを前記投影光学系を
   介して同時に検出することを特徴とする請求項６に記載
   の露光装置。
8. 【請求項８】 前記第２のマーク検出系は、前記露光ビ
   ームと実質的に同一波長の光を用いて被検マークを検出
   することを特徴とする請求項６又は７に記載の露光装
   置。
9. 【請求項９】 マスクを通過した露光ビームを用いて前
   記複数の可動ステージ上の物体を順次露光する共通の投
   影光学系を有し、 前記第２のマーク検出系は、前記投影光学系の近傍に配
   置されて、前記投影光学系を介することなく被検マーク
   を検出することを特徴とする請求項３、４、又は５に記
   載の露光装置。
10. 【請求項１０】 請求項１又は２に記載の露光方法を用
    いてデバイスパターンをワークピース上に転写する工程
    を有するデバイス製造方法。