JP2005317600A - ステージ位置計測方法、露光方法及び露光装置、並びにデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 熱伸縮等でステージが形状変化した場合にも、マスクのパターンを精度よく基板上に転写することが可能な露光方法及び露光装置を提供する。
【解決手段】 ステージＲＳＴには、所定の方向に互いに離間して配置される複数の反射鏡５５ａ，５５ｂが固設されている。複数の反射鏡５５ａ，５５ｂの離間方向に関するそれぞれの位置をほぼ同時に計測し、その計測結果に基づいてステージＲＳＴの形状情報（変形量）を求める。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ステージ位置計測方法、露光方法及び露光装置、並びにデバイス製造方法に関する。

半導体素子、液晶表示素子等の電子デバイスの製造工程では、パターンが形成されたマスクあるいはレチクル（以下、レチクルと称する）のパターン像を投影光学系を介して感光材（レジスト）が塗布された基板上の各投影（ショット）領域に投影する投影露光装置が使用されている。

近年、集積回路の高密度集積化、すなわち、回路パターンの微細化が進んでおり、投影露光装置で２層目以降の回路パターンを基板上に露光する際に、回路素子のレイヤー（層）間の重ね合わせ精度をより高める技術が要求されている。

露光装置では、レチクル及びウエハがそれぞれステージに保持される。そして、各ステージの位置情報を計測した結果に基づいて、各ステージが駆動され、レチクルとウエハとの相対的な位置が制御される（特許文献１〜４参照）。
特開平３−１０１０５号公報 特開平７−１７６４６８号公報 特開平９−１７１２４６号公報 特開平９−８２６１０号公報

レチクルやウエハが保持されるステージは、例えモータ等の駆動源が発熱すると熱伸縮等により変形するおそれがある。ステージの形状変化は、基板上に転写されるパターンの位置ずれ、すなわち重ね合わせ精度の低下を招くおそれがある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、熱伸縮量等のステージの変形量を簡易に求めることが可能なステージ位置計測方法を提供することを目的とする。
また、本発明の別の目的は、熱伸縮等でステージが形状変化した場合にも、マスクのパターンを精度よく基板上に転写することが可能な露光方法及び露光装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、形成されるパターンの精度を向上させ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。

上記の目的を達成するために、本発明は、実施の形態を示す図１から図１１に対応付けした以下の構成を採用している。
本発明のステージ位置計測方法は、移動自在に配設されたステージ（ＲＳＴ）に反射鏡（５３ａ、５３ｂ）が固設され、該反射鏡の位置を光干渉計（５５ａ、５５ｂ）で計測し、該計測結果に基づいて前記ステージの位置に関する位置情報を計測するステージ位置計測方法において、前記反射鏡は、複数が所定の方向に互いに離間して配置され、前記複数の反射鏡の前記離間方向に関するそれぞれの位置を、前記光干渉計でほぼ同時に計測し、該計測結果に基づいて前記ステージの前記離間方向の位置に関する位置情報を計測することを特徴とする。
ここで、前記複数の反射鏡（５５ａ、５５ｂ）は、例えば、前記ステージ（ＲＳＴ）の一端部と該一端部に対向する端部との少なくとも２箇所に固設されているのが好ましい。

上記のステージ位置計測方法では、ステージに離間して固設された複数の反射鏡の位置を光干渉計でほぼ同時に計測することにより、例えばその複数の反射鏡同士の距離を基準値と比べることで、複数の反射鏡の離間方向に関して、ステージの変形量を求めることができる。すなわち、この位置計測方法では、ステージの位置情報の計測と同時に、熱伸縮量等のステージの変形量を求めることができる。

本発明の第１の露光方法は、マスク（Ｒ）が載置されるマスクステージ（ＲＳＴ）と、基板（Ｗ）が載置される基板ステージ（ＷＳＴ）とを相対的に移動させながら、前記マスクのパターンを前記基板に転写する露光方法であって、前記マスクステージ及び前記基板ステージのうちの少なくとも一方には、所定の方向に互いに離間して配置される複数の反射鏡（５３ａ、５３ｂ）が固設されており、前記複数の反射鏡の前記離間方向に関するそれぞれの位置をほぼ同時に計測し、該計測結果に基づいて前記マスクと前記基板との前記離間方向に関する相対的な位置を制御することを特徴とする。

上記第１の露光方法では、離間して配置される複数の反射鏡のそれぞれの位置をほぼ同時に計測することにより、例えばその複数の反射鏡の距離を基準値と比べることで、複数の反射鏡の離間方向に関して、熱伸縮量等のステージの変形量を算出することが可能である。したがって、この露光方法では、ステージの変形分を補正して、マスクのパターンをより正確に基板上に転写することができる。

本発明の第２の露光方法は、マスク（Ｒ）が載置されるマスクステージ（ＲＳＴ）と、基板（Ｗ）が載置される基板ステージ（ＷＳＴ）とを相対的に移動させながら、前記マスクのパターンを前記基板に転写する露光方法であって、前記マスクステージ及び前記基板ステージのうちの少なくとも一方には、所定の方向に互いに離間して配置される複数の反射鏡（５３ａ、５３ｂ）が固設されており、前記複数の反射鏡の前記離間方向に関するそれぞれの位置をほぼ同時に計測し、該計測結果に基づいて前記マスクステージ及び前記基板ステージのうちの少なくとも一方の変形量を算出するとともに、前記マスクステージと前記基板ステージとを移動させながら前記マスクのパターンを前記基板に繰り返し転写する第１工程と、前記第１工程の結果に基づいて、前記変形量と前記基板上のパターンの位置ずれ量との相関関係を求める第２工程と、前記複数の反射鏡の前記離間方向に関するそれぞれの位置をほぼ同時に計測して、該計測結果に基づいて前記マスクステージ及び前記基板ステージのうちの少なくとも一方の変形量を算出し、該算出結果と前記相関関係とに基づいて、前記マスクと前記基板との相対的な位置を制御して前記マスクのパターンを前記基板に転写する第３工程とを含むことを特徴とする。

上記第２の露光方法では、ステージの変形量とパターンの位置ずれ量との相関関係を、パターンの転写を実際に行って求めておき、その相関関係を用いてマスクと基板との相対的な位置を制御する。ステージの形状変化の影響分を補正してマスクと基板との相対的な位置を制御することにより、マスクのパターンをより正確に基板上に転写することができる。

本発明の第３の露光方法は、マスク（Ｒ）が載置されるマスクステージ（ＲＳＴ）と、基板（Ｗ）が載置される基板ステージ（ＷＳＴ）とを相対的に移動させながら、前記マスクのパターンを前記基板に転写する露光方法であって、前記マスクステージ及び前記基板ステージのうちの少なくとも一方には、所定の方向に互いに離間して配置される複数の反射鏡（５３ａ、５３ｂ）が固設されており、前記複数の反射鏡の前記離間方向に関するそれぞれの位置をほぼ同時に計測し、該計測結果に基づいて前記基板上のパターンの位置ずれ量を算出する第１工程と、前記第１工程の結果に基づいて、前記マスクと前記基板との相対的な位置を制御して前記マスクのパターンを前記基板に転写する第２工程とを含むことを特徴とする。

上記第３の露光方法では、ステージの形状変化によって生じる基板上のパターンの位置ずれ量を計算により算出し、その算出結果を用いてマスクと基板との相対的な位置を制御する。ステージの形状変化の影響分を補正してマスクと基板との相対的な位置を制御することにより、マスクのパターンをより正確に基板上に転写することができる。

ここで、上記第１から上記第３の露光方法においては、例えば、前記マスクステージ（ＲＳＴ）は、前記マスクを保持するマスク微動ステージ（４５）と、該マスク微動ステージが搭載されるマスク粗動ステージ（４３）とを含み、前記マスク微動ステージに、前記複数の反射鏡（５３ａ、５３ｂ）が固設される。

本発明の第４の露光方法は、第１ステージ（ＲＳＴ）上に保持された第１基板（Ｒ）上のパターンを第２ステージ（ＷＳＴ）上に保持された第２基板（Ｗ）上に転写する露光方法であって、前記第１ステージ、又は前記第２ステージの形状情報を検出し、検出された前記形状情報に応じて、前記第１基板のパターン像と前記第２基板との相対位置を制御することを特徴とする。

上記第４の露光方法において、前記第１ステージ（ＲＳＴ）上の特定位置、又は前記第２ステージ（ＷＳＴ）上の特定位置の位置情報を検出し、前記位置情報と、前記形状情報とに基づいて、前記第１基板のパターン像と前記第２基板との相対位置を制御するとよい。
この場合、前記第２ステージ（ＷＳＴ）の形状情報を検出することにより、前記第２ステージ上の特定位置と前記第２基板（Ｗ）上の所定位置との相対位置の変化を検出し、検出された前記第２ステージ上の特定位置と前記第２基板上の所定位置との相対位置の変化に基づいて、前記第１基板（Ｒ）のパターン像と前記第２基板（Ｗ）との相対位置を制御するとよい。
あるいは、前記第１ステージ（ＲＳＴ）の形状情報を検出することにより、前記第１ステージ上の特定位置と前記第１基板（Ｒ）のパターン上の所定位置との相対位置の変化を検出し、検出された前記第１ステージ上の特定位置と前記第１基板のパターン上の所定位置との相対位置の変化に基づいて、前記第１基板（Ｒ）のパターン像と前記第２基板（Ｗ）との相対位置を制御するとよい。
また、上記第４の露光方法において、前記第１ステージ（ＲＳＴ）、又は前記第２ステージ（ＷＳＴ）が吸収する熱量情報を計測する計測手段を含み、前記計測手段によって計測された熱量情報に基づいて、前記第１ステージ、又は前記第２ステージの形状情報を検出してもよい。

上記第４の露光方法では、ステージの形状情報を検出することから、ステージが変形した場合にも、検出結果に基づいて、第１基板のパターン像と第２基板との相対位置を所望の状態に制御し、それによりマスクのパターンをより正確に基板上に転写することができる。

本発明のデバイス製造方法は、上記第１から上記第４のいずれかの露光方法を用いて、前記マスク（Ｒ）上に形成されたデバイスパターンを前記基板（Ｗ）上に転写する工程を含むことを特徴とする。
上記のデバイス製造方法によれば、マスクのパターンが正確に基板上に転写されることにより、高い精度でパターンが形成される。

本発明の第１の露光装置は、マスク（Ｒ）が載置されるマスクステージ（ＲＳＴ）と、基板（Ｗ）が載置される基板ステージ（ＷＳＴ）とを相対的に移動させながら、前記マスクのパターンを前記基板に転写する露光装置（１０）であって、前記マスクステージ及び前記基板ステージのうちの少なくとも一方には、所定の方向に互いに離間して配置される複数の反射鏡（５３ａ、５３ｂ）が固設され、前記複数の反射鏡の前記離間方向に関するそれぞれの位置を、ほぼ同時に計測する複数の光干渉計（５５ａ、５５ｂ）と、前記複数の光干渉計の計測結果に基づいて、前記マスクと前記基板との前記離間方向に関する相対的な位置を制御する制御系（１３）とを備えることを特徴とする。

上記第１の露光装置において、前記制御系（１３）は、前記複数の光干渉計（５５ａ、５５ｂ）の計測結果に基づいて、前記マスクステージ（ＲＳＴ）及び前記基板ステージ（ＷＳＴ）のうちの少なくとも一方の変形量を算出するとよい。
また、前記制御系（１３）は、算出された前記変形量に基づいて、前記変形量と前記基板（Ｗ）上のパターンの位置ずれ量との相関関係を算出するとよい。
また、前記複数の反射鏡（５３ａ、５３ｂ）は、前記マスクステージ（ＲＳＴ）または前記基板ステージ（ＷＳＴ）の一端部と該一端部に対向する端部との少なくとも２箇所に固設されているのが好ましい。

上記第１の露光装置では、上記構成により、ステージの変形量や、ステージ変形量とパターンの位置ずれ量との相関関係を算出することが可能である。したがって、この露光装置では、ステージの形状変化の影響分を補正して、マスクのパターンをより正確に基板上に転写することができる。

本発明の第２の露光装置は、第１基板（Ｒ）上のパターンを第２基板（Ｗ）上に転写する露光装置（１０）であって、前記第１基板を保持する第１ステージ（ＲＳＴ）と、前記第２基板を保持する第２ステージ（ＷＳＴ）と、前記第１ステージ、又は前記第２ステージの形状情報を検出する検出手段（５５ａ、５５ｂ、６３）と、前記検出手段による検出結果に応じて、前記第１基板のパターン像と前記第２基板との相対位置を制御する制御手段（１３）とを有することを特徴とする。

上記第２の露光装置において、前記制御手段（１３）は、前記第１ステージ（ＲＳＴ）上の特定位置、又は前記第２ステージ（ＷＳＴ）上の特定位置を検出するステージ位置検出手段（５５ａ、５５ｂ、６６）を備え、前記検出手段による検出結果に基づいて前記第１基板（Ｒ）のパターン像と前記第２基板（Ｗ）との相対位置を制御するとよい。
また、上記第２の露光装置において、前記第２基板（Ｗ）の位置情報を検出する基板位置検出手段（２７）を備え、前記基板位置検出手段で前記第２基板の位置を検出した後、前記ステージ位置検出手段による検出結果に基づいて、前記制御手段（１３）が、前記第１ステージ（ＲＳＴ）の位置を制御することにより、前記第１基板（Ｒ）のパターンと前記第２基板との相対位置を制御するとよい。
この場合、前記検出手段は、前記第２ステージ（ＷＳＴ）の形状情報を検出することにより、前記第２ステージ上の特定位置と前記第２基板（Ｗ）上の所定位置との相対位置の変化を検出するのが好ましい。
また、上記第２の露光装置において、前記第２基板（Ｗ）上の所定位置に対する前記第１基板（Ｒ）のパターン像の位置情報を検出するパターン位置検出手段（２２Ａ、２２Ｂ）を備え、前記パターン位置検出手段で前記第２基板上の所定位置に対する前記第１基板のパターン像の位置情報を検出した後に、前記ステージ位置検出手段による検出結果に基づいて、前記制御手段（１３）が、前記第１ステージの位置を制御することにより、前記第１基板のパターン像と前記第２基板との相対位置を制御するとよい。
この場合、前記検出手段は、前記第１ステージ（ＲＳＴ）の形状情報を検出することにより、前記第１ステージ上の特定位置と前記第１基板（Ｒ）のパターン上の所定位置との相対位置の変化を検出するのが好ましい。
また、上記第２の露光装置において、前記検出手段は、前記第１ステージ（ＲＳＴ）上の２箇所、又は前記第２ステージ（ＷＳＴ）上の２箇所の位置を計測する干渉計（５５ａ、５５ｂ、６３）を含み、前記２箇所の相対位置情報に基づいて前記第１ステージ、又は前記第２ステージの形状情報を検出するとよい。
また、前記検出手段は、前記第１ステージ（ＲＳＴ）、又は前記第２ステージ（ＷＳＴ）が吸収する熱量情報を計測する計測手段を含み、前記計測手段によって計測された熱量情報に基づいて、前記第１ステージ、又は前記第２ステージの形状情報を検出してもよい。

上記第２の露光装置では、検出手段によりステージ（第１ステージ、第２ステージ）の形状情報を検出することから、ステージが形状変化した場合にも、検出結果に基づいて、第１基板のパターン像と第２基板との相対位置を所望の状態に制御し、それによりマスクのパターンをより正確に基板上に転写することができる。

本発明のステージ位置計測方法によれば、ステージの位置情報の計測と同時に、熱伸縮量等のステージの変形量を簡易に求めることができる。
また、本発明の露光方法及び露光装置によれば、熱伸縮等のステージの形状情報を検出し、ステージが形状変化した場合にも、マスクのパターンを正確に基板上に転写することができる。
また、本発明のデバイス製造方法によれば、マスクのパターンが正確に基板上に転写されることから、形成されるパターンの精度を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態例について図面を参照して説明する。
図１は、本発明に好ましく適用される半導体デバイス製造用の縮小投影型露光装置１０の構成を概略的に示している。この投影露光装置１０は、マスクとしてのレチクルＲと基板としてのウエハＷとを１次元方向に同期移動させつつ、レチクルＲに形成された回路パターンを、ウエハＷ上の各ショット領域に転写する、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・ステッパである。

投影露光装置１０は、光源１２を含む照明系１１、レチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲに形成されたパターンの像をウエハＷ上に投影する投影光学系ＰＬ、ウエハＷを保持する基板ステージとしてのウエハステージＷＳＴ、一対のレチクルアライメント系２２Ａ，２２Ｂ、ウエハアライメントセンサ２７、メインフォーカス検出系（６０ａ，６０ｂ）、及び制御系等を備えている。

照明系１１は、例えばエキシマレーザから成る光源１２、ビーム整形用レンズ、及びオプチカルインテグレータ（フライアイレンズ）等を含む照度均一化光学系１６の他に、照明系開口絞り板（レボルバ）１８、リレー光学系２０、不図示のレチクルブラインド、折り曲げミラー３７、及び不図示のコンデンサレンズ系等を含む。照明系１１の構成各部についてその作用とともに説明すると、光源１２から射出された照明ビームＩＬ（エキシマレーザ光（ＫｒＦ、ＡｒＦ）等）は、照度均一化光学系１６によって光束の一様化や、スペックルの低減化等が行われる。光源１２のレーザパルスの発光は後述する主制御装置１３によって制御される。なお、光源１２として、超高圧水銀ランプを用いても良く、この場合には、ｇ線、ｉ線等の紫外域の輝線が照明ビームとして用いられるとともに、不図示のシャッタの開閉が主制御装置１３によって制御される。

照度均一化光学系１６の出口部分には、円板状部材からなる照明系開口絞り板１８が配置されている、この照明系開口絞り板１８には、ほぼ等角度間隔で、例えば通常の円形開口よりなる開口絞り、小さな円形開口よりな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なる変形開口絞り（いずれも図示省略）等が配置されている。この照明系開口絞り板１８は、主制御装置１３により制御されるモータ等の駆動系２４により回転駆動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照明ビームＩＬの光路上に選択的に配置される。

照明系開口絞り板１８の後方の照明ビームＩＬの光路上には、不図示のブラインドを介在してリレー光学系２０が設置されている。ブラインドの設置面はレチクルＲと共役関係にある。リレー光学系２０後方の照明ビームＩＬの光路上には、このリレー光学系２０を通過した照明ビームＩＬをレチクルＲに向けて反射する折り曲げミラー３７が配置され、このミラー３７後方の照明ビームＩＬの光路上には不図示のコンデンサレンズが配置されている。照明ビームＩＬは、リレー光学系２０を通過する際に、不図示のブラインドでレチクルＲの照明領域が規定（制限）された後、ミラー３７で垂直下方に折り曲げられ、不図示のコンデンサレンズを介してレチクルＲの上記照明領域内のパターン領域ＰＡを均一な照度で照明する。

図２は、レチクルステージＲＳＴの外観斜視図である。
図２において、レチクルステージＲＳＴは、レチクル定盤４１上を一対のＹリニアモータ（駆動源）４２ａ，４２ｂによってＹ軸方向に所定ストロークで駆動されるレチクル粗動ステージ４３と、このレチクル粗動ステージ４３上を一対のＸボイスコイルモータ（駆動源）４４Ｘと一対のＹボイスコイルモータ（駆動源）４４ＹとによってＸ、Ｙ、θＺ方向に微小駆動されるレチクル微動ステージ４５とを備えた構成になっている（なお、図１では、これらを１つのステージとして図示している）。

各Ｙリニアモータ４２ａ，４２ｂは、レチクル定盤４１上に非接触ベアリングである複数のエアベアリング（エアパッド）４６によって浮上支持されＹ軸方向に延びる固定子４７と、この固定子４７に対応して設けられ、連結部材４８を介してレチクル粗動ステージ４３に固定された可動子４９とから構成されている。このため、運動量保存の法則により、レチクル粗動ステージ４３の＋Ｙ方向の移動に応じて、固定子４７はカウンターマスとして−Ｙ方向に移動する。この固定子４７の移動によりレチクル粗動ステージ４３の移動に伴う反力を相殺するとともに、重心位置の変化を防ぐことができる。

レチクル粗動ステージ４３は、レチクル定盤４１の中央部に形成された上部突出部４１ｂの上面に固定されＹ軸方向に延びる一対のＹガイド５１ａ，５１ｂによってＹ軸方向に案内されるようになっている。また、レチクル粗動ステージ４３は、これらＹガイド５１ａ，５１ｂに対して不図示のエアベアリングによって非接触で支持されている。

レチクル微動ステージ４５には、不図示のバキュームチャックを介してレチクルＲが吸着保持される。レチクル微動ステージ４５の−Ｙ方向の端部には、コーナキューブからなる一対のＹ移動鏡５２ａ，５２ｂが固設され、また、レチクル微動ステージ４５の＋Ｘ方向及び−Ｘ方向の端部にはそれぞれ、Ｙ軸方向に延びる平面ミラーからなるＸ移動鏡５３ａ，５３ｂが固設されている。そして、これら移動鏡５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂに対して測長ビームを照射する４つのレーザ干渉計５４ａ，５４ｂ，５５ａ，５５ｂが各移動鏡との距離を計測することにより、レチクルステージＲＳＴ（レチクル微動ステージ４５）のＸ、Ｙ、θＺ（Ｚ軸回りの回転）方向の位置が高精度に計測される。レーザ干渉計５４ａ，５４ｂ，５５ａ，５５ｂの各出力信号は主制御装置１３（図１参照）に送られる。なお、本例では、Ｘ移動鏡５３ａ，５３ｂのそれぞれに対してレーザ干渉計５５ａ，５５ｂを１つずつ配置した構成としているが、各Ｘ移動鏡５３ａ，５３ｂに対して複数のレーザ干渉計５５ａ，５５ｂをＹ方向に並べて設置してもよい。レーザ干渉計を用いたステージの位置計測技術の例は、特開平３−１０１０５号公報、特開平７−１７６４６８号公報、特開平９−１７１２４６号公報、特開平９−８２６１０号公報等にも記載されている。

図１に戻り、投影光学系ＰＬは、両側テレセントリックな光学配置になるように配置された共通のＺ軸方向の光軸ＡＸを有する複数枚のレンズエレメントから構成されている。また、この投影光学系ＰＬとしては、投影倍率が例えば１／４又は１／５のものが使用されている。このため、上述したように、照明ビームＩＬによりレチクルＲ上の照明領域が照明されると、そのレチクルＲのパターン面に形成されたパターンが投影光学系ＰＬによって表面にレジスト（感光材）が塗布されたウエハＷ上に縮小投影され、ウエハＷ上の一つのショット領域にレチクルＲの回路パターンの縮小像が転写される。

ウエハステージＷＳＴは、投影光学系ＰＬの下方に配設された定盤（ステージ定盤ＢＳ）上に載置されている。このウエハステージＷＳＴは、実際には水平面（ＸＹ面）内を２次元移動可能なＸＹステージと、このＸＹステージ上に搭載され光軸方向（Ｚ方向）に微動可能なＺステージ等から構成されるが、図１ではこれらが代表的にウエハステージＷＳＴとして示されている。以下の説明中では、このウエハステージＷＳＴは、駆動系２５によってステージ定盤ＢＳの上面に沿ってＸＹ２次元方向に駆動されるとともに微小範囲（例えば１００μｍ程度）内で光軸ＡＸ方向にも駆動されるようになっているものとする。なお、ステージ定盤ＢＳの表面は、平坦に加工されており、且つ低反射率の物質（黒クロム等）により一様にめっき加工が施されている。

また、ウエハステージＷＳＴ上には、ウエハホルダ６２を介してウエハＷが真空吸着等によって保持されている。ウエハステージＷＳＴの２次元的な位置は、ウエハステージＷＳＴ上に固設された移動鏡６３を介してレーザ干渉計６６によって所定の分解能（例えば１ｎｍ程度）で常時検出される。このレーザ干渉計６６の出力は主制御装置１３に与えられ、その情報に基づいて、主制御装置１３によって駆動系２５が制御される。このような閉ループの制御系により、例えば、ウエハステージＷＳＴはウエハＷ上の１つのショット領域に対するレチクルＲのパターンの転写露光（スキャン露光）が終了すると、次のショットに対する露光開始位置までステッピングされる。また、すべてのショット位置に対する露光が終了すると、ウエハＷは不図示のウエハ交換装置によって他のウエハＷに交換される。なお、ウエハ交換装置は、ウエハステージＷＳＴから外れた位置に配置され、ウエハＷの受け渡しを行うウエハローダ等のウエハ搬送系を備えて構成されている。

また、ウエハＷ面のＺ方向の位置は、メインフォーカス検出系により測定される。メインフォーカス検出系としては、投影光学系ＰＬの結像面に向けてピンホールまたはスリットの像を形成するための結像光束もしくは平行光束を、光軸ＡＸに対して斜め方向より照射する照射光学系６０ａと、その結像光束もしくは平行光束のウエハＷ表面（又は後述する基準板ＷＦＢ表面）での反射光束を受光する受光光学系６０ｂとから成る斜入射光式の焦点検出系が用いられており、受光光学系６０ｂからの信号が主制御装置１３に供給されている。主制御装置１３では受光光学系６０ｂからの信号に基づき、常に投影光学系ＰＬの最良結像面にウエハＷの面が来るように駆動系２５を介してウエハＷのＺ位置を制御する。

制御系は、図１中、主制御装置１３によって主に構成される。主制御装置１３は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等から成るいわゆるマイクロコンピュータ（又はミニコンピュータ）によって構成され、露光動作が的確に行われるように、レチクルＲとウエハＷとの位置合わせ（アライメント）、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。

ここで、ウエハアライメントセンサ２７、及びレチクルアライメント系２２Ａ，２２Ｂについて説明する。

ウエハアライメントセンサ２７としては、検出基準となる指標を備え、その指標を基準としてマークの位置を検出する例えば特開平４−６５６０３号公報等で公知の画像処理方式の結像式センサが用いられる。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及びベースライン計測のためのウエハ基準マーク（ウエハフィデューシャルマーク）ＷＦＭ１，ＷＦＭ２，及びＷＦＭ３等の各種の基準マークが形成された基準板ＷＦＢが設けられている。この基準板ＷＦＢの表面位置（Ｚ方向の位置）はウエハＷの表面位置とほぼ同一とされている。ウエハアライメントセンサ２７は、この基準板ＷＦＢ上のウエハ基準マークＷＦＭ１，ＷＦＭ２，ＷＦＭ３や、ウエハＷ上のウエハアライメントマークの位置を検出し、その検出結果を主制御装置１３に供給する。なお、ウエハアライメントセンサとして、例えば特開平１０−１４１９１５号公報等で公知のレーザスキャン式センサや、レーザ干渉式センサ等の他の方式のものを用いてもよい。

ウエハアライメントセンサ２７の投影像面側（ウエハ側）における光軸は、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと並行に配されており、ウエハアライメントセンサ２７の光軸と投影光学系ＰＬの露光フィールド内の基準位置である光軸ＡＸとの間の距離、いわゆるベースライン量が、ウエハＷ上の各ショット領域を投影光学系ＰＬの視野内に配するときの基準量となる。つまり、ウエハアライメントセンサ２７によってアライメント用のウエハマークＷＭのＸ座標及びＹ座標を計測するとともに、この計測結果に上記ベースライン量を加算して得られる値に基づいて、ウエハステージＷＳＴを駆動し、ウエハＷをＸ方向及びＹ方向にステッピング移動させることにより、ウエハＷの各ショット領域の中心を投影光学系ＰＬの露光フィールド内の基準位置（光軸ＡＸ）に正確にアライメントすることができる。なお、本例では、ウエハステージＷＳＴ上に配置された基準マーク（ＷＦＭ１、ＷＦＭ２、ＷＦＭ３）を、レチクルアライメント系２２Ａ，２２Ｂとウエハアライメントセンサ２７とで同時に観察することにより、上述したベースライン量、すなわちウエハアライメントセンサ２７の光軸と投影光学系ＰＬの露光フィールド内の基準位置との間の距離を計測する、いわゆる同時ベースライン計測を行う。

レチクルアライメント系２２Ａ，２２Ｂとしては、本例では、レチクルＲ上に形成されたレチクルマークＲＭ１，ＲＭ２と、ウエハステージＷＳＴ上に設けられた基準マーク（ＷＦＭ１、ＷＦＭ２、ＷＦＭ３）とを同時に検出する、いわゆるＴＴＲ方式（スルー・ザ・レチクル方式）の光学系が用いられる。この場合のレチクルアライメント系２２Ａ，２２Ｂとしては、例えば、照明光をレチクルＲ上に形成されたレチクルマークＲＭ１，ＲＭ２に照射し、その光学像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ等の撮像手段で画像信号に変換し、その画像信号に基づいてマークの位置情報を計測するＶＲＡ（Visual Reticle Alignment）方式のものを用いることができる。また、レチクルアライメント系２２Ａ，２２Ｂによって計測されたレチクルマークＲＭ１，ＲＭ２の位置情報は、主制御装置１３に供給される。主制御装置１３は、レチクルアライメント系２２Ａ，２２Ｂで計測されたレチクルマークＲＭ１，ＲＭ２の位置情報（Ｘ座標、Ｙ座標）に基づいて、レチクルＲの中心が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと合致するようにレチクルステージＲＳＴの駆動系を介してレチクルＲを位置決めする。なお、レチクルマークＲＭ１，ＲＭ２とレチクルＲの中心との距離は設計上予め定まった値であり、この値を投影光学系ＰＬの縮小倍率に基づいて演算処理することにより、投影光学系ＰＬの像面側（ウエハ側）におけるレチクルマークＲＭ１，ＲＭ２の投影点と投影光学系ＰＬの中心との距離を算出することができる。この距離は、ウエハＷ上の各ショット領域を投影光学系ＰＬの視野内に配するときの補正値として用いられる。

ここで、本実施形態の露光装置１０では、ステージ位置検出手段としてのレーザ干渉計５５ａ，５５ｂ（図２参照）によってレチクルステージＲＳＴにおけるレチクル微動ステージ４５の形状情報を適宜検出する。具体的には、主制御装置１３は、レチクル微動ステージ４５の＋Ｘ方向及び−Ｘ方向の端部にそれぞれ固設されたＸ移動鏡５３ａ，５３ｂの各位置情報をレーザ干渉計５５ａ，５５ｂを用いてほぼ同時に検出し、その検出結果に基づいてレチクル微動ステージ４５の形状情報を求める。以下に説明する。

図３は、レチクルステージＲＳＴの平面模式図である。
図３に示すように、レーザ干渉計５５ａはレチクル微動ステージ４５の＋Ｘ方向の端部に固設されたＸ移動鏡５３ａまでの距離を検出し、また、レーザ干渉計５５ｂはレチクル微動ステージ４５の−Ｘ方向の端部に固設されたＸ移動鏡５３ｂまでの距離を検出する。Ｘ移動鏡５３ａ，５３ｂは、Ｘ方向に互いに離間して配され、具体的にはレチクル微動ステージ４５の＋Ｘ方向及び−Ｘ方向の端部に分けて配されたものであり、両者の距離はレチクル微動ステージ４５の形状情報としてのＸ方向の幅を表す。そこで、ある基準時点と所定時間経過した時点との間でレーザ干渉計５５ａ，５５ｂの検出結果を比較することにより、レチクル微動ステージ４５のＸ方向に関する変形量を求めることができる。すなわち、基準時点におけるＸ移動鏡５３ａ，５３ｂの検出位置をそれぞれ、Ｘａ（１），Ｘｂ（１）、所定時間経過後の時点のＸ移動鏡５３ａ，５３ｂの検出位置をそれぞれ、Ｘａ（ｎ），Ｘｂ（ｎ）、とするとき、レチクル微動ステージ４５の変形量Ｒ（ｎ）は次式（１）で表される。
Ｒ(ｎ)＝｛Ｘａ(ｎ)＋Ｘｂ(ｎ)｝−｛Ｘａ(１)＋Ｘｂ(１)｝ …（１）

なお、上記レチクル微動ステージ４５の変形量の算出に際して、精度向上を目的として、レチクル微動ステージ４５をＹ方向にステップ移動あるいは走査移動させながら、Ｘ移動鏡５３ａ，５３ｂの複数箇所にわたってＸ移動鏡５３ａ，５３ｂの位置を検出し、それらを平均化したものをレチクル微動ステージ４５の変形量の算出に用いてもよい。また、Ｙ方向にレーザ干渉計５５ａ，５５ｂを複数並べてＸ移動鏡５３ａ，５３ｂの位置検出を行ってもよい。

前述したように、本実施形態の露光装置１０では、レチクルＲとウエハＷとを１次元方向に同期移動させつつ、レチクルＲに形成された回路パターンを、ウエハＷ上の各ショット領域に転写する（ステップ・アンド・スキャン）。すなわち、ウエハＷ上の各ショット領域に対する露光のたびにレチクルステージＲＳＴが走査移動を行う。この際、特に、レチクル微動ステージ４５の駆動源（図２に示すＸボイスコイルモータ４４Ｘ、Ｙボイスコイルモータ４４Ｙなど）で発生した熱がレチクル微動ステージ４５に伝わり、熱伸縮等によりレチクル微動ステージ４５の変形を招きやすい。本実施形態の露光装置１０では、上記式（１）から求められるレチクル微動ステージ４５の変形量を、ウエハＷ上の各ショット領域を投影光学系ＰＬの視野内に配するときの補正値として用いる。

次に、上述のようにして構成される本実施形態の露光装置１０による重ね合わせ露光時の動作の一例について、特にベースライン計測に伴う動作について図４のフローチャート等を参照して説明する。なお、露光動作の全体の流れを先に説明し、その後にレチクル微動ステージ４５の変形量を補正値として用いた露光動作について説明する。
また、前提として、レチクルステージＲＳＴ上には、レチクルＲが載置され、ウエハＷ上にはそれまでの工程で、既にパターンが形成されており、このパターンとともに不図示のウエハアライメントマークも形成されているものとする。

まず、レチクルアライメント系２２Ａ，２２Ｂを用いて、レチクルＲ上のレチクルマークＲＭ１，ＲＭ２及び基準板ＷＦＢ上のウエハ基準マークＷＦＭ１，ＷＦＭ２を同時に観察する（ステップ１００）。
このとき、主制御装置１３では、予め定められた設計値に基づいて、不図示の駆動系を介して、レチクルアライメント系２２Ａ，２２Ｂを移動させ、その観察視野内にレチクルＲ上のレチクルマークＲＭ１，ＲＭ２を位置決めする。また、主制御装置１３では、予め定められた設計値に基づいて、基準板ＷＦＢ上のウエハ基準マークＷＦＭ１，ＷＦＭ２の中心点が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ上に位置するように、レーザ干渉計６６の出力をモニタしつつウエハステージＷＳＴを移動させ、ウエハ基準マークＷＦＭ１，ＷＦＭ２をレチクルアライメント系２２Ａ，２２Ｂの観察視野内に位置決めする。

次に、主制御装置１３では、レチクルマークＲＭ１，ＲＭ２とウエハ基準マークＷＦＭ１，ＷＦＭ２とを同時に観察した結果に基づいて、両マークＲＭ１，ＷＦＭ１の相対的な位置関係、及び両マークＲＭ２，ＷＦＭ２の相対的な位置関係を計測し（ステップ１０１）、その計測結果に基づいて、レチクルＲの初期設定として、投影光学系ＰＬに対するレチクルＲの位置決め、すなわちレチクルアライメントを行う（ステップ１０２）。

ここで、図５はレチクルＲに形成されたレチクルマークＲＭ１，ＲＭ２の構成例を示し、図６は基準板ＷＦＢ上に形成された基準マーク（ＷＦＭ１，ＷＦＭ２，ＷＦＭ３）の構成例を示している。
図５において、レチクルＲには、実デバイスを製造するための回路パターンがパターン領域ＰＡに形成され、その外側にレチクルマークＲＭ１，ＲＭ２が設けられている。回路パターンやレチクルマークＲＭ１，ＲＭ２は、例えばパターンジェネレータやＥＢ露光装置などの装置により、設計データを基にしてレチクルＲの母材であるガラス板上に転写され、光透過部もしくは遮光部（クロム膜等）として形成されている。レチクルマークＲＭ１，ＲＭ２はそれぞれ、Ｙ方向に離間して配置された６ケのマークＲＭ（１）〜ＲＭ（６）を含む。

一方、図６において、ウエハステージＷＳＴ上に設けられた基準板ＷＦＢ上には、レチクルアライメント系２２Ａ，２２Ｂ用の基準マークＷＦＭ１，ＷＦＭ２と、ウエハアライメントセンサ用の基準マークＷＦＭ３とが設けられている。基準マークＷＦＭ１，ＷＦＭ２は、レチクルＲ上のレチクルマークＲＭ１，ＲＭ２に対応するピッチでＸ方向に互いに離間して配置されており、それぞれが先の図５に示したマークＲＭ（１）〜ＲＭ（６）に対応するピッチでＹ方向に互いに離間して配置された６組のマークＦＭ（１）〜ＦＭ（６）を含む。一方、基準マークＷＦＭ３は、基準マークＷＦＭ１，ＷＦＭ２の各マークＦＭ（１）〜ＦＭ（６）から設計上のベースライン量だけ所定の方向（ここでは−Ｙ方向）に離れた位置にそれぞれ配置された６ケのマークＦＭ（７）〜ＦＭ（１２）を含む。

レチクルアライメントの工程では、レチクルアライメント系２２Ａ，２２Ｂの観察視野内にレチクルマークＲＭ１，ＲＭ２を配するためにレチクルＲを相対的に移動させる動作、いわゆるレチクルサーチが必要に応じて行われる。このレチクルサーチは、レチクルＲに対するレチクルアライメント系２２Ａ，２２Ｂの相対的な配置誤差やレチクルＲ（あるいはレチクルマークＲＭ１，ＲＭ２）の形状誤差等が原因でレチクルアライメント系２２Ａ，２２Ｂの観察視野内からマークがずれて配された状態を修正する目的で行われるものであり、例えば、レチクルアライメント系２２Ａ，２２ＢでレチクルＲ表面を観察しながら、レチクルステージＲＳＴを所定量ずつ移動させることにより行う。そして、レチクルサーチアライメントの後、レチクルステージＲＳＴ（レチクル微動ステージ４５）とウエハステージＷＳＴとをステップ移動させながら、レチクルＲ上のマークＲＭ（１）〜（６）と基準板ＷＦＢ上のマークＦＭ（１）〜（６）とをそれぞれレチクルアライメント系２２Ａ，２２Ｂで同時に観察し、その相対的な位置関係を計測した結果に基づいて、レチクルＲの中心が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと合致するようにレチクルステージＲＳＴの駆動系を介してレチクルＲを位置決めする。

また、レチクルＲ上のマークＲＭ（１）と基準板ＷＦＢ上のマークＦＭ（１）との相対的な位置関係を計測すると同時に、ウエハアライメントセンサ２７でマークＦＭ（７）を検出してその位置情報（例えばウエハアライメントセンサ２７の光軸中心からの基準マークＦＭ（７）の位置ずれ量）を計測することにより、それらの計測結果に基づいて、実際のベースライン量を計測することができる（ベースライン計測：ステップ１０２）。また、レチクルＲ上の他のマークＲＭ（２）〜ＲＭ（６）、及びそれに対応する基準板ＷＦＢ上のマークＦＭ（８）〜ＦＭ（１２）に対しても同様に位置情報の計測を行い、それらを用いて最小二乗法などの統計演算処理することにより、レチクル座標系とウエハ座標系との位置関係を求めることができ、そのデータはレチクルステージＲＳＴやウエハステージＷＳＴの位置制御の際の補正値として使用される。

図４に戻り、レチクルアライメント及びベースライン計測の後、主制御装置１３では、ウエハＷ上の複数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センサ２７を用いて順次計測し、いわゆるＥＧＡ（エンハンストグローバルアライメント）の手法により、ウエハＷ上の全てのショット配列データを求め、この配列データに従って、ウエハＷ上のショット領域を順次投影光学系ＰＬの真下（露光位置）に順次位置決めしつつ、光源１２のレーザ発光を制御して、いわゆるステップアンドリピート方式で露光を行なう（ステップ１０３）。

図７に、ウエハＷのＸＹ座標系に沿って配列された、レチクルＲのパターン像を転写すべきショット領域ＥＳ１〜ＥＳｎ（総じてショット領域ＥＳｉと称する）を示す。
この図７において、ショット領域ＥＳｉに隣接するスクライブラインの所定位置には、Ｘ方向のアライメント用のウエハマーク、及びＹ方向のアライメント用のウエハマークを含むウエハマークＷＭが形成されている。Ｘ方向のアライメント用のウエハマークは例えばＸ方向に所定ピッチで配列された複数本のパターンからなり、同様に、Ｙ方向のアライメント用のウエハマークは例えばＹ方向に所定ピッチで配列された複数本のパターンからなる。また、各ウエハマークＷＭは、所定のショット領域の中心に対して同じ位置関係になるように、ここではＸ方向に伸びるスクライブライン内に配置されている。

上記ＥＧＡにおいて、主制御装置１３（図１参照）では、全てのショット領域ＥＳｉのうち、アライメントショット領域として選択される少なくとも３つのショット領域（ここでは９つのアライメントショット領域ＳＡ１〜ＳＡ９）におけるウエハマークＷＭをウエハアライメントセンサ２７（図１参照）によって検出し、その検出結果に基づいて各アライメントショット領域ＳＡ１〜ＳＡ９の座標位置を計測する。続いて、ウエハＷ上でのショット領域ＥＳｉの配列を表すモデル関数に対して、アライメントショット領域ごとにその求めた座標位置と既知の座標位置（設計値など）とを代入し、最小二乗法などの統計演算によってモデル関数のパラメータ（ＥＧＡファクタ）を決定する。そして、ウエハＷ上のショット領域ＥＳｉごとに既知の座標位置をモデル関数に代入することにより、配列データとして全てのショット領域ＥＳｉの座標位置（Ｘ座標、Ｙ座標）を算出する。主制御装置１３では、この算出した配列データと前述したウエハアライメントセンサ２７のベースライン量とによって決定される移動量に基づいて、駆動系２５を介してウエハステージＷＳＴ（図１参照）をＸ方向及びＹ方向に駆動することにより、ウエハＷの各ショット領域ＥＳｉの中心を投影光学系ＰＬの露光フィールド内の基準位置（光軸ＡＸ）にアライメントする。なお、このＥＧＡは、レチクルのパターンを転写するすべてのウエハＷに対して行われる。ＥＧＡに関する技術は、特開昭６１−４４４２９号公報等にも記載されている。

次に、レチクルステージＲＳＴ（レチクル微動ステージ４５）の変形量を補正値として用いた露光動作の流れの一例について図８を参照して説明する。
本例では、レチクル微動ステージ４５の変形量とベースライン量との相関関係を予め求めておき、その相関関係を用いて重ね合わせ露光時におけるレチクルＲとウエハＷとの相対的な位置を制御する。

まず、主制御装置１３では、実際の露光動作に先だって、レチクル微動ステージ４５の変形量とベースラインの変動量との相関関係を求めておく（ステップ１１０）。すなわち、レチクルステージＲＳＴを実際の露光動作と同様にスキャン動作させるなどしてレチクル微動ステージ４５を熱変形させるとともに、レチクル微動ステージ４５の変形量をレーザ干渉計５５ａ，５５ｂを用いて検出する。またこれと並行してそのときのベースライン量をレチクルアライメント系２２Ａ，２２Ｂ及びウエハアライメントセンサ２７を用いて計測する。そして、それらの計測データから、ベースライン量の変動量とレチクル微動ステージ４５の変形量との相関関係（後述するベースライン補正係数α）を求める。

次に、実際の露光動作時において、主制御装置１３では、レチクル微動ステージ４５の形状情報（変形量）を適宜計測する（ステップ１１１）。形状情報の計測は、各ショット領域に対する露光の直前に行い、先の図３を用いて説明したように、Ｘ移動鏡５３ａ，５３ｂの各位置情報をレーザ干渉計５５ａ，５５ｂを用いてほぼ同時に検出することにより行う。

そして、主制御装置１３では、各ショット領域に対する露光の際に、計測されたレチクル微動ステージ４５の変形量と先に求めた相関関係とに基づいて、レチクル微動ステージ４５の形状変化の影響分が補正されるように、レチクルＲのパターン像とウエハＷとの相対位置を制御する（ステップ１１２）。例えば、前述したＥＧＡにおいて算出される配列データとしての各ショット領域の座標位置（Ｘ座標、Ｙ座標）のそれぞれに、レチクル微動ステージ４５の変形の影響を低減させるための補正値を加える。

ここで、レチクル微動ステージ４５の変形量をＲ（ｎ）、ベースライン補正係数をα、とすると、ベースライン補正量Ｃ（ｎ）は、次式（２）で表される。
Ｃ(ｎ)＝α・Ｒ(ｎ) …（２）
１ショットごとに露光直前のレーザ干渉計５５ａ，５５ｂの測長データを取り込み、先の式（１）からレチクル微動ステージ４５の変形量Ｒ（ｎ）を求め、式（２）から補正量Ｃ（ｎ）を求める。そして、これらの計算結果に基づいて、ＥＧＡで算出される各ショット領域の座標位置（Ｘ座標、Ｙ座標）のそれぞれに補正量Ｃ（ｎ）を加えて露光を行う。これにより、レチクル微動ステージ４５の変形の影響が除去されてレチクルＲとウエハＷ上の各ショット領域とが相対的に位置決めされる。

ここで、ベースライン量の計測は一般に、レチクルＲの交換時、あるいは所定枚数のウエハＷの処理ごとに行われる。ステップ・アンド・スキャン方式の露光動作では、ウエハＷ上の各ショット領域に対する露光処理ごとにレチクルステージＲＳＴがスキャン移動することから、１枚のウエハＷの処理中においても、ショット数が増えるに従い熱膨張等によりレチクル微動ステージ４５が変形し、これに伴って、実際のベースライン量が変動しやすい。上記した例では、ウエハＷの位置決めに使用するベースライン量を１ショットごとに補正することから、ウエハＷ上の各ショット領域にレチクルＲのパターン像が正確に転写される。

なお、上記した例では、形状情報を計測する対象をレチクルステージＲＳＴ（レチクル微動ステージ４５）としているが、ウエハステージＷＳＴに対しても同様に形状情報を計測し、その結果に基づいて露光動作時におけるレチクルＲのパターン像とウエハＷの位置とを制御してもよい。

図９は、レチクルステージＲＳＴ（レチクル微動ステージ４５）及びウエハステージＷＳＴの変形量を補正値として用いた露光動作の流れの一例を説明するための図である。
以下、この例について説明する。なお、前提として、先の図１に示すウエハステージＷＳＴ用の移動鏡６３は、Ｘ方向及びＹ方向の少なくとも一方に離間して複数配されており、これに応じてレーザ干渉計６６も複数配設されているものとする。また、パターン転写の位置ずれに対するウエハステージＷＳＴの変形の影響を示す指標として、ウエハステージＷＳＴ上に設けられたウエハ基準マークＷＦＭ３（図１参照）とウエハＷ上のウエハマークＷＭ（図７参照）との距離（以後「ウエハステージ基準距離」と称する）を用いる。なお、本例では、モータなどの熱源に対して、ステージ（レチクル微動ステージ４５）の構造が熱的に対照的な構造であり、ステージの熱変形は面内でほぼ一律であるものとする。

まず、先の図８を用いて説明した例と同様に、主制御装置１３では、実際の露光動作に先だって、レチクル微動ステージ４５の変形量とベースラインの変動量との相関関係（第１相関関係）を求めておく（ステップ１２０）。

また、主制御装置１３では、実際の露光動作に先だって、ウエハステージＷＳＴの変形量とウエハステージＷＳＴ上の基準距離の変動量との相関関係を求めておく（ステップ１２１）。すなわち、ウエハステージＷＳＴを実際の露光動作と同様にスキャン動作させるなどしてウエハステージＷＳＴを熱変形させるとともに、ウエハステージＷＳＴの変形量をレーザ干渉計６６を用いて検出する。またこれと並行してそのときのウエハステージ基準距離（ウエハ基準マークＷＦＭ３とウエハマークＷＭとの距離）をウエハアライメントセンサ２７を用いて計測する。計測対象のウエハマークＷＭ（図７参照）は、１つでもよく複数でもよい。そして、それらの計測データから、ウエハステージＷＳＴの変形量とウエハステージ基準距離の変動量との相関関係（第２相関関係）を求める。

次に、実際の露光動作時において、主制御装置１３では、レチクル微動ステージ４５及びウエハステージＷＳＴの形状情報（変形量）を適宜計測する（ステップ１２２）。形状情報の計測は、各ショット領域に対する露光の直前に行い、レチクル微動ステージ４５についてはレーザ干渉計５５ａ，５５ｂを用い、ウエハステージＷＳＴについてはレーザ干渉計６６を用いて行う。

そして、主制御装置１３では、各ショット領域に対する露光の際に、計測されたレチクル微動ステージ４５及びウエハステージＷＳＴの変形量と先に求めた第１及び第２相関関係とに基づいて、レチクル微動ステージ４５あるいはウエハステージＷＳＴの形状変化の影響分が補正されるように、レチクルＲのパターン像とウエハＷとの相対位置を制御する（ステップ１２３）。例えば、前述したＥＧＡにおいて算出される配列データとしての各ショット領域の座標位置（Ｘ座標、Ｙ座標）のそれぞれに、レチクル微動ステージ４５及びウエハステージＷＳＴの変形の影響を低減させるための補正値を加える。これにより、レチクル微動ステージ４５及びウエハステージＷＳＴの変形の影響が除去された状態でレチクルＲとウエハＷ上の各ショット領域とが相対的に位置決めされる。本例では、レチクル微動ステージ４５及びウエハステージＷＳＴのそれぞれの変形の影響を補正することから、ウエハＷ上の各ショット領域にレチクルＲのパターン像がより正確に転写される。

図１０は、レチクルステージＲＳＴ（レチクル微動ステージ４５）の変形量を補正値として用いた露光動作の流れの他の例を説明するための図である。
本例では、レチクル微動ステージ４５の変形量とパターンの位置ずれ量との相関関係を予めて求めておき、その相関関係を用いて重ね合わせ露光動作時におけるレチクルＲとウエハＷとの相対的な位置を制御する。

まず、主制御装置１３では、先の図４に示した露光動作に先立って、テスト露光を行い（ステップ１３０）、レチクル微動ステージ４５の形状変化量（変形量）とウエハＷ上に露光されるパターンの位置ずれ量との相関関係を求めておく（ステップ１３１）。すなわち、レチクル微動ステージ４５を移動させながらレチクルＲ（計測用レチクル）のパターンをウエハＷに投影露光し、これと並行してレチクル微動ステージ４５の変形量をレーザ干渉計５５ａ，５５ｂを用いて検出する。そして、計測用レチクルのパターンの転写像（投影像）について目標位置からの位置ずれ量を計測し、その計測結果に基づいて、上記相関関係を求める。パターン像の位置ずれ量の計測は、ウエハ上に実際に転写形成されたパターン像を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等によって実測してもよく、パターンの空間像（投影像）を計測してもよい。空間像計測技術は、例えば特開平１０−２０９０３１号公報等に記載されている。

次に、実際の露光動作時において、主制御装置１３では、レチクル微動ステージ４５の形状情報（変形量）を適宜計測する（ステップ１３２）。形状情報の計測は、各ショット領域に対する露光の直前に行い、先の図３を用いて説明したように、Ｘ移動鏡５３ａ，５３ｂの各位置情報をレーザ干渉計５５ａ，５５ｂを用いてほぼ同時に検出することにより行う。

そして、主制御装置１３では、各ショット領域に対する露光の際に、計測されたレチクル微動ステージ４５の変形量と先の相関関係とに基づいて、レチクル微動ステージ４５の形状変化の影響分が補正されるように、レチクルＲのパターン像とウエハＷとの相対位置を制御する（ステップ１３３）。例えば、前述したＥＧＡにおいて算出される配列データとしての各ショット領域の座標位置（Ｘ座標、Ｙ座標）のそれぞれに、レチクル微動ステージ４５の変形の影響を低減させるための補正値を加える。これにより、レチクル微動ステージ４５の変形の影響が除去された状態でレチクルＲとウエハＷ上の各ショット領域とが相対的に位置決めされる。本例では、レチクル微動ステージ４５の変形に伴うパターンの位置ずれ量を実際に計測し、それに基づいて補正を行うことから、ウエハＷ上の各ショット領域にレチクルＲのパターン像がより正確に転写される。

図１１は、本発明の一実施形態による露光装置を用いた電子デバイス（半導体デバイス）の生産のフローチャートである。図１１に示すように、まず、ステップＳ２００（設計ステップ）において、デバイスの機能設計（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Ｓ２０１（マスク製作ステップ）において、設計した回路パターンに基づいて、マスクを製作する。一方、ステップＳ２０２（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。
次に、ステップＳ２０３（ウエハプロセスステップ）において、ステップＳ２００〜ステップＳ２０２で用意したマスクとウエハを使用して、リソグラフィ技術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Ｓ２０４（組立ステップ）において、ステップＳ２０３において処理されたウエハを用いてチップ化する。このステップＳ２０４には、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程が含まれる。最後に、ステップＳ２０５（検査ステップ）において、ステップＳ２０４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。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

上述した例では、レチクルステージＲＳＴ（レチクル微動ステージ４５）及びウエハステージＷＳＴの形状情報を計測する手段として、レーザ干渉計（５５ａ，５５ｂ，６６）を用いているがこれに限らない。例えば、レチクルステージＲＳＴやウエハステージＷＳＴが吸収する熱量情報を計測する温度センサなどの計測手段を設置し、その計測手段によって計測された熱量情報に基づいて、レチクルステージＲＳＴやウエハステージＷＳＴのの形状情報を検出するようにしてもよい。この場合、計測手段によって計測される熱量情報から、レチクルステージＲＳＴやウエハステージＷＳＴの変形量を計算により算出し、その算出結果に基づいてレチクルＲのパターン像とウエハＷとの相対位置を制御する。あるいは、熱量とパターン像の位置ずれ量との相関関係を予め求めておき、その相関関係と実際のステージの熱量情報とに基づいてレチクルＲのパターン像とウエハＷとの相対位置を制御する。

また、上述した例では、モータなどの熱源に対して、ステージ（レチクル微動ステージ４５）の構造が熱的に対照的な構造であり、ステージの熱変形は面内でほぼ一律であるものとしたが、ステージの熱変形が一律でなく部分ごとに熱変形の差が大きい場合には、その部分的な熱変形を考慮に入れた制御を行うのが好ましい。

また、物体（ウエハやレチクルなど）に形成されるマークの数や配置位置、及び形状は任意に定めてよい。特にウエハマークは各ショット領域に少なくとも１つ設ければよいし、あるいはショット領域毎にウエハマークを設けずにウエハ上の複数点にそれぞれウエハマークを形成しておくだけでもよい。また、基板上のマークは１次元マーク及び２次元マークのいずれでもよい。

また、本発明が適用される露光装置は、露光用照明光に対してマスク（レチクル）と基板（ウエハ）とをそれぞれ相対移動する走査露光方式（例えば、ステップ・アンド・スキャン方式など）に限られるものではなく、マスクと基板とをほぼ静止させた状態でマスクのパターンを基板上に転写する静止露光方式、例えばステップ・アンド・リピート方式などでもよい。さらに、基板上で周辺部が重なる複数のショット領域にそれぞれパターンを転写するつぎ露光を行う液晶露光装置などに対しても本発明を適用することができる。また、投影光学系ＰＬは縮小系、等倍系、及び拡大系のいずれでもよいし、屈折系、反射屈折系、及び反射系のいずれでもよい。さらに、投影光学系を用いない、例えばプロキシミティ方式の露光装置などに対しても本発明を適用できる。

また、本発明が適用される露光装置は、露光用照明光としてｇ線、ｉ線、ＫｒＦエキシマレーザ光、ＡｒＦエキシマレーザ光、Ｆ_２レーザ光、及びＡｒ_２レーザ光などの紫外光だけでなく、例えばＥＵＶ光、Ｘ線、あるいは電子線やイオンビームなどの荷電粒子線などを用いてもよい。さらに、露光用光源は水銀ランプやエキシマレーザだけでなく、ＹＡＧレーザ又は半導体レーザなどの高調波発生装置、ＳＯＲ、レーザプラズマ光源、電子銃などでもよい。

また、本発明が適用される露光装置は、半導体デバイス製造用に限られるものではなく、液晶表示素子、ディスプレイ装置、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤなど）、マイクロマシン、及びＤＮＡチップなどのマイクロデバイス（電子デバイス）製造用、露光装置で用いられるフォトマスクやレチクルの製造用などでもよい。

また、上述したウエハステージやレチクルステージにリニアモータを用いる場合は、エアベアリングを用いたエア浮上型およびローレンツ力またはリアクタンス力を用いた磁気浮上型のどちらを用いてもいい。また、ステージは、ガイドに沿って移動するタイプでもいいし、ガイドを設けないガイドレスタイプでもよい。さらに、ステージの駆動装置として平面モ−タを用いる場合、磁石ユニット（永久磁石）と電機子ユニットのいずれか一方をステージに接続し、磁石ユニットと電機子ユニットの他方をステージの移動面側（ベース）に設ければよい。

また、ウエハステージの移動により発生する反力は、特開平８−１６６４７５号公報に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。本発明は、このような構造を備えた露光装置においても適用可能である。

また、レチクルステージの移動により発生する反力は、特開平８−３３０２２４号公報に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。本発明は、このような構造を備えた露光装置においても適用可能である。

また、本発明が適用される露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およ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。

本発明に好ましく適用される半導体デバイス製造用の縮小投影型露光装置の構成を概略的に示す図である。 レチクルステージの外観斜視図である。 レチクルステージの平面模式図である。 本実施形態の露光装置による重ね合わせ露光時の動作の一例を示すフローチャート図である。 レチクルに形成されたレチクルマークの構成例を示す図である。 基準板上に形成されたウエハ基準マークの構成例を示す図である。 ウエハのＸＹ座標系に沿って配列されたレチクルのパターン像を転写すべきショット領域を示す図である。 レチクルステージ（レチクル微動ステージ）の変形量を補正値として用いた露光動作の流れの一例を説明するための図である。 レチクルステージ及びウエハステージの変形量を補正値として用いた露光動作の流れの一例を説明するための図である。 レチクルステージ（レチクル微動ステージ）の変形量を補正値として用いた露光動作の流れの他の例を説明するための図である。 本発明の一実施形態による露光装置を用いたデバイス製造のフローチャート図である。

符号の説明

Ｒ…レチクル（マスク、第１基板）、Ｗ…ウエハ（基板、第２基板）、ＩＬ…照明ビーム、ＰＡ…パターン領域、ＲＭ１，ＲＭ２…レチクルマーク、ＰＬ…投影光学系、ＲＳＴ…レチクルステージ（第１ステージ）、ＡＸ…光軸、ＷＦＢ…基準板、ＷＦＭ１，ＷＦＭ２，ＷＦＭ３…ウエハ基準マーク、ＷＭ…ウエハマーク、ＷＳＴ…ウエハステージ（第２ステージ）、１０…露光装置、１３…主制御装置（制御系）、２４，２５…駆動系、２７…ウエハアライメントセンサ（検出手段）、４３…レチクル粗動ステージ、４４Ｘ…Ｘボイスコイルモータ、４４Ｙ…Ｙボイスコイルモータ、４５…レチクル微動ステージ、５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂ，６３…移動鏡（反射鏡）、５４ａ，５４ｂ，５５ａ，５５ｂ，６６…レーザ干渉計（検出手段）。

Claims (24)

1. 移動自在に配設されたステージに反射鏡が固設され、該反射鏡の位置を光干渉計で計測し、該計測結果に基づいて前記ステージの位置に関する位置情報を計測するステージ位置計測方法において、
   前記反射鏡は、複数が所定の方向に互いに離間して配置され、
   前記複数の反射鏡の前記離間方向に関するそれぞれの位置を、前記光干渉計でほぼ同時に計測し、該計測結果に基づいて前記ステージの前記離間方向の位置に関する位置情報を計測することを特徴とするステージ位置計測方法。
2. 請求項１に記載のステージ位置計測方法において、
   前記複数の反射鏡は、前記ステージの一端部と該一端部に対向する端部との少なくとも２箇所に固設されていることを特徴とするステージ位置計測方法。
3. マスクが載置されるマスクステージと、基板が載置される基板ステージとを相対的に移動させながら、前記マスクのパターンを前記基板に転写する露光方法であって、
   前記マスクステージ及び前記基板ステージのうちの少なくとも一方には、所定の方向に互いに離間して配置される複数の反射鏡が固設されており、
   前記複数の反射鏡の前記離間方向に関するそれぞれの位置をほぼ同時に計測し、該計測結果に基づいて前記マスクと前記基板との前記離間方向に関する相対的な位置を制御することを特徴とする露光方法。
4. マスクが載置されるマスクステージと、基板が載置される基板ステージとを相対的に移動させながら、前記マスクのパターンを前記基板に転写する露光方法であって、
   前記マスクステージ及び前記基板ステージのうちの少なくとも一方には、所定の方向に互いに離間して配置される複数の反射鏡が固設されており、
   前記複数の反射鏡の前記離間方向に関するそれぞれの位置をほぼ同時に計測し、該計測結果に基づいて前記マスクステージ及び前記基板ステージのうちの少なくとも一方の変形量を算出するとともに、前記マスクステージと前記基板ステージとを移動させながら前記マスクのパターンを前記基板に繰り返し転写する第１工程と、
   前記第１工程の結果に基づいて、前記変形量と前記基板上のパターンの位置ずれ量との相関関係を求める第２工程と、
   前記複数の反射鏡の前記離間方向に関するそれぞれの位置をほぼ同時に計測して、該計測結果に基づいて前記マスクステージ及び前記基板ステージのうちの少なくとも一方の変形量を算出し、該算出結果と前記相関関係とに基づいて、前記マスクと前記基板との相対的な位置を制御して前記マスクのパターンを前記基板に転写する第３工程とを含むことを特徴とする露光方法。
5. マスクが載置されるマスクステージと、基板が載置される基板ステージとを相対的に移動させながら、前記マスクのパターンを前記基板に転写する露光方法であって、
   前記マスクステージ及び前記基板ステージのうちの少なくとも一方には、所定の方向に互いに離間して配置される複数の反射鏡が固設されており、
   前記複数の反射鏡の前記離間方向に関するそれぞれの位置をほぼ同時に計測し、該計測結果に基づいて前記マスクステージ及び前記基板ステージのうちの少なくとも一方の変形量を算出する第１工程と、
   前記第１工程の結果に基づいて、前記変形量と前記基板上のパターンの位置ずれ量との相関関係を算出する第２工程と、
   前記相関関係に基づいて前記マスクと前記基板との相対的な位置を制御して前記マスクのパターンを前記基板に転写する第３工程とを含むことを特徴とする露光方法。
6. 請求項３から請求項５のいずれかに記載の露光方法において、
   前記マスクステージは、前記マスクを保持するマスク微動ステージと、該マスク微動ステージが搭載されるマスク粗動ステージとを含み、
   前記マスク微動ステージに、前記複数の反射鏡が固設されることを特徴とする露光方法。
7. 第１ステージ上に保持された第１基板上のパターンを第２ステージ上に保持された第２基板上に転写する露光方法であって、
   前記第１ステージ、又は前記第２ステージの形状情報を検出し、
   検出された前記形状情報に応じて、前記第１基板のパターン像と前記第２基板との相対位置を制御することを特徴とする露光方法。
8. 請求項７に記載の露光方法であって、
   前記第１ステージ上の特定位置、又は前記第２ステージ上の特定位置の位置情報を検出し、
   前記位置情報と、前記形状情報とに基づいて、前記第１基板のパターン像と前記第２基板との相対位置を制御することを特徴とする露光方法。
9. 請求項８に記載の露光方法において、
   前記第２ステージの形状情報を検出することにより、前記第２ステージ上の特定位置と前記第２基板上の所定位置との相対位置の変化を検出し、
   検出された前記第２ステージ上の特定位置と前記第２基板上の所定位置との相対位置の変化に基づいて、前記第１基板のパターン像と前記第２基板との相対位置を制御することを特徴とする露光方法。
10. 請求項８に記載の露光方法において、
    前記第１ステージの形状情報を検出することにより、前記第１ステージ上の特定位置と前記第１基板のパターン上の所定位置との相対位置の変化を検出し、
    検出された前記第１ステージ上の特定位置と前記第１基板のパターン上の所定位置との相対位置の変化に基づいて、前記第１基板のパターン像と前記第２基板との相対位置を制御することを特徴とする露光方法。
11. 請求項７に記載の露光方法において、
    前記第１ステージ、又は前記第２ステージが吸収する熱量情報を計測する計測手段を含み、前記計測手段によって計測された熱量情報に基づいて、前記第１ステージ、又は前記第２ステージの形状情報を検出することを特徴とする露光方法。
12. 請求項３から請求項１１のうちのいずれかに記載の露光方法を用いて、前記マスク上に形成されたデバイスパターンを前記基板上に転写する工程を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
13. マスクが載置されるマスクステージと、基板が載置される基板ステージとを相対的に移動させながら、前記マスクのパターンを前記基板に転写する露光装置であって、
    前記マスクステージ及び前記基板ステージのうちの少なくとも一方には、所定の方向に互いに離間して配置される複数の反射鏡が固設され、
    前記複数の反射鏡の前記離間方向に関するそれぞれの位置を、ほぼ同時に計測する複数の光干渉計と、
    前記複数の光干渉計の計測結果に基づいて、前記マスクと前記基板との前記離間方向に関する相対的な位置を制御する制御系とを備えることを特徴とする露光装置。
14. 請求項１３に記載の露光装置において、
    前記制御系は、前記複数の光干渉計の計測結果に基づいて、前記マスクステージ及び前記基板ステージのうちの少なくとも一方の変形量を算出することを特徴とする露光装置。
15. 請求項１４に記載の露光装置において、
    前記制御系は、算出された前記変形量に基づいて、前記変形量と前記基板上のパターンの位置ずれ量との相関関係を算出することを特徴とする露光装置。
16. 請求項１３から請求項１５のいずれかに記載の露光装置において、
    前記複数の反射鏡は、前記マスクステージまたは前記基板ステージの一端部と該一端部に対向する端部との少なくとも２箇所に固設されていることを特徴とする露光装置。
17. 第１基板上のパターンを第２基板上に転写する露光装置であって、
    前記第１基板を保持する第１ステージと、
    前記第２基板を保持する第２ステージと、
    前記第１ステージ、又は前記第２ステージの形状情報を検出する検出手段と、
    前記検出手段による検出結果に応じて、前記第１基板のパターン像と前記第２基板との相対位置を制御する制御手段とを有することを特徴とする露光装置。
18. 請求項１７に記載の露光装置において、
    前記制御手段は、前記第１ステージ上の特定位置、又は前記第２ステージ上の特定位置を検出するステージ位置検出手段を備え、前記検出手段による検出結果に基づいて前記第１基板のパターン像と前記第２基板との相対位置を制御することを特徴とする露光装置。
19. 請求項１７に記載の露光装置において、
    前記第２基板の位置情報を検出する基板位置検出手段を備え、
    前記基板位置検出手段で前記第２基板の位置を検出した後、前記ステージ位置検出手段による検出結果に基づいて、前記制御手段が、前記第１ステージの位置を制御することにより、前記第１基板のパターンと前記第２基板との相対位置を制御することを特徴とする露光装置。
20. 請求項１９に記載の露光装置において、
    前記検出手段は、前記第２ステージの形状情報を検出することにより、前記第２ステージ上の特定位置と前記第２基板上の所定位置との相対位置の変化を検出することを特徴とする露光装置。
21. 請求項１８に記載の露光装置において、
    前記第２基板上の所定位置に対する前記第１基板のパターン像の位置情報を検出するパターン位置検出手段を備え、
    前記パターン位置検出手段で前記第２基板上の所定位置に対する前記第１基板のパターン像の位置情報を検出した後に、前記ステージ位置検出手段による検出結果に基づいて、前記制御手段が、前記第１ステージの位置を制御することにより、前記第１基板のパターン像と前記第２基板との相対位置を制御することを特徴とする露光装置。
22. 請求項２１に記載の露光装置において、
    前記検出手段は、前記第１ステージの形状情報を検出することにより、前記第１ステージ上の特定位置と前記第１基板のパターン上の所定位置との相対位置の変化を検出することを特徴とする露光装置。
23. 請求項１８に記載の露光装置において、
    前記検出手段は、前記第１ステージ上の２箇所、又は前記第２ステージ上の２箇所の位置を計測する干渉計を含み、前記２箇所の相対位置情報に基づいて前記第１ステージ、又は前記第２ステージの形状情報を検出することを特徴とする露光装置。
24. 請求項１７に記載の露光装置において、
    前記検出手段は、前記第１ステージ、又は前記第２ステージが吸収する熱量情報を計測する計測手段を含み、前記計測手段によって計測された熱量情報に基づいて、前記第１ステージ、又は前記第２ステージの形状情報を検出することを特徴とする露光装置。
    

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