JP3636330B2 - 露光方法及び装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、例えばＬＳＩ等の半導体素子、又は液晶表示素子等をフォトリソグラフィ工程で製造する際に、マスクパターンを逐次感光基板上の各ショット領域に転写露光するための露光工程で使用して好適な露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、フォトマスク又はレチクル（以下、代表的に「レチクル」を使用する）のパターンを感光材が塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上に転写するため露光装置として、ウエハの各ショット領域を順次投影光学系の露光フィールド内に移動させて、各ショット領域に順次レチクルのパターン像を一括露光するステップ・アンド・リピート方式の縮小投影型露光装置（ステッパ）が多用されている。斯かるステッパ等の露光装置は、レチクルを保持するレチクルステージ、ウエハを２次元平面内で位置決めするウエハステージ、このウエハステージの移動座標を計測するウエハ側レーザ干渉計、及びこのレーザ干渉計の計測値に基づいてウエハステージを駆動するウエハステージ駆動系等から構成されている。
【０００３】
さて、一般に半導体素子は、ウエハ上に多数層の回路パターンを重ねて露光することにより形成されるため、露光装置においては、ウエハ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とこれから露光するレチクルのパターンとを正確に重ね合わせて、レチクルのパターンを露光する必要がある。そのため、従来の露光装置では、予め例えばレチクルをウエハステージ上の基準マークに関して位置合わせして固定し、その基準マークとウエハとの位置関係を計測した後、ウエハ側レーザ干渉計の計測値に基づいて、ウエハステージをステッピング駆動して、ウエハの各ショット領域を順次露光位置に位置決めしていた。この場合、各ショット領域をそれぞれ露光位置に位置決めするため、ウエハステージの座標位置をそれら各ショット領域毎に定まる目標座標に追い込み、ウエハステージの座標位置と目標座標との差分が所定時間以上継続して、所定の許容範囲内に収まっていたときに、露光光源のシャッタを開ける等して露光を開始していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の如き従来の技術においては、ウエハステージの座標位置が目標座標に対して所定の時間以上継続して、所定の許容範囲内に収まってから、即ちウエハステージの目標座標への位置決めが完全に終了したとみなされる状態になってから露光動作に入っていた。しかしながら、一般にウエハステージに要求される位置決め精度は極めて高いため、ウエハステージを各目標座標に設定する際の動作を、前の露光位置から次の目標座標の近傍へ移動するステッピング動作と、その目標座標の近傍から正確にその目標座標に位置決めするための追い込み動作とに分けると、後者の追い込み動作に要する時間が長いため、全体の露光時間が長いという不都合があった。
【０００５】
また、仮にウエハステージのステッピング動作を高速化しても、追い込み動作に要する時間はほとんど短縮されず、全体の露光時間はあまり短縮されないため、現状の制御方式では露光工程のスループットの向上に限界がある。
本発明は斯かる点に鑑み、レチクルのパターンを基板上の各ショット領域に転写露光する露光装置において、基板上の各ショット領域をレチクルのパターンの露光位置に位置決めするのに要する時間を短縮して、露光工程のスループットを向上することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による第１の露光装置は、例えば図１及び図２に示すように、転写用のパターンが形成されたマスク（Ｒ）を保持するマスクステージ（３Ｘ）と、その転写用のパターンが露光される基板（Ｗ）を保持して２次元平面内で移動する基板ステージ（１０Ｘ）とを有し、基板ステージ（１０Ｘ）を駆動して基板（Ｗ）上の各露光領域をその転写用のパターンの露光位置に位置決めすることにより、基板（Ｗ）上の各露光領域にそれぞれその転写用のパターンを露光する露光装置において、マスクステージ（３Ｘ）を基板ステージ（１０Ｘ）が移動する方向に沿って移動自在に構成し、基板ステージ（１０Ｘ）の位置を検出する基板ステージ側位置検出手段（１４Ｘ）と、マスクステージ（３Ｘ）の位置を検出するマスクステージ側位置検出手段（７Ｘ）と、基板（Ｗ）の各露光領域を露光位置に設定するように基板ステージ（１０Ｘ）を目標位置に駆動する第１の駆動手段（２８）と、基板ステージ（１０Ｘ）の目標位置と基板ステージ側位置検出手段（１４Ｘ）により計測された位置との差分である基板ステージ誤差量を、マスクステージ（３Ｘ）の初期目標位置とマスクステージ側位置検出手段（７Ｘ）により計測された位置との差分に加算してマスクステージ（３Ｘ）の目標位置を求め、基板ステージ（１０Ｘ）の移動中に基板ステージ（１０Ｘ）の誤差量がマスクステージ（３Ｘ）の可動範囲に入った際にこの目標位置にマスクステージ（３Ｘ）を駆動する第２の駆動手段（２９）と、基板ステージ（１０Ｘ）及びマスクステージ（３Ｘ）の移動中にマスクステージ（３Ｘ）の目標位置とマスクステージ側位置検出手段（７Ｘ）により計測された位置との差分が所定時間連続して所定の許容値以下になったときにその転写用のパターンをその基板上に露光する制御手段（２２）と、を備えたものである。
【０００７】
また、本発明による第２の露光装置は、例えば図１及び図５に示す如く、転写用のパターンが形成されたマスク（Ｒ）を保持するマスクステージ（３Ｘ）と、その転写用のパターンが露光される基板（Ｗ）を保持して２次元平面内で移動する基板ステージ（１０Ｘ）とを有し、この基板ステージ（１０Ｘ）を駆動して基板（Ｗ）上の露光領域をその露光用のパターンの露光位置に位置決めすることにより、基板（Ｗ）上の各露光領域にそれぞれその転写用のパターンを露光する露光装置において、マスクステージ（３Ｘ）を基板ステージ（１０Ｘ）が移動する方向に沿って移動自在に構成し、基板ステージ（１０Ｘ）の位置を検出する基板ステージ側位置検出手段（１４Ｘ）と、基板（Ｗ）の各露光領域を露光位置に設定するように基板ステージ（１０Ｘ）を目標位置に駆動する第１の駆動手段（２８）と、その転写用のパターンと基板（Ｗ）上の各露光領域との位置ずれ量を検出するアライメント手段（２６）と、基板ステージ（１０Ｘ）の移動中にその位置ずれ量がマスクステージ（３Ｘ）の可動範囲に入った際にこのアライメント手段（２６）により検出される位置ずれ量を小さくするようにマスクステージ（３Ｘ）を駆動する第２の駆動手段（２９）と、基板ステージ（１０Ｘ）及びマスクステージ（３Ｘ）の移動中にアライメント手段（２６）により検出される位置ずれ量がそのパターンの最小線幅又はそのパターンの配列精度に応じて決定された許容値以下になったときにその転写用のパターンを基板（Ｗ）上に露光する制御手段（２２）と、を備えたものである。
【０００８】
これらの場合、マスクステージ（３Ｘ）は基板ステージよりも軽量であることが望ましい。
また、本発明による第３の露光装置は、転写用のパタ−ンが形成されたマスク（Ｒ）を保持するマスクステージと、その転写用のパタ−ンが露光される基板（Ｗ）を保持して２次元平面内で移動する基板ステージ（１０Ｘ）とを有し、この基板ステージ（１０Ｘ）を駆動して基板（Ｗ）上の各露光領域をその転写用のパタ−ンの露光位置に位置決めすることにより、基板（Ｗ）上の各露光領域にそれぞれその転写用のパタ−ンを露光する露光装置において、マスクステージ（３Ｘ）を基板ステージ（１０Ｘ）が移動する方向に沿って移動自在に構成し、基板ステージ（１０Ｘ）の位置を検出する基板ステージ側位置検出手段（１４Ｘ）と、マスクステージ（３Ｘ）の位置を検出するマスクステージ側位置検出手段（７Ｘ）と、基板（Ｗ）の各露光領域を露光位置に設定するように基板ステージ（１０Ｘ）を目標位置に駆動する第１の駆動手段（２７）と、基板ステージ（１０Ｘ）の目標位置と基板ステージ側位置検出手段（１４Ｘ）により計測された位置との差分である基板ステージ誤差量が最初に０を横切った後のその基板ステージ誤差量を、マスクステージ（３Ｘ）の初期目標位置とマスクステージ側位置検出手段（７Ｘ）により計測された位置との差分に加算してマスクステージ（３Ｘ）の目標位置を求め、この目標位置にマスクステージ（３Ｘ）を駆動する第２の駆動手段（２９）と、マスクステージ（３Ｘ）の目標位置とマスクステージ側位置検出手段（７Ｘ）により計測された位置との差分が所定時間連続して所定の許容値以下になったときに転写用のパタ−ンを基板（Ｗ）上に露光する制御手段と、を備えている。
また、本発明の第１の露光装置において、その所定の許容値は、一例として、パターンの最小線幅とそのパターンの配列精度との何れか一方に基づいて決定すればよい。
次に、本発明による露光方法は、マスクステージ（３Ｘ）に保持されたマスク（Ｒ）のパターンと基板ステージ（１０Ｘ）に保持された基板（Ｗ）との位置関係を調整して、マスク（Ｒ）のパターンを基板（Ｗ）に露光する露光方法であって、基板（Ｗ）の露光対象となっている露光領域を露光するために、基板ステージ（１０Ｘ）を移動させるステップと、マスク（Ｒ）のパターンと基板（Ｗ）の露光対象となっている露光領域とのずれ量を検出するステップと、基板ステージ（１０Ｘ）の移動中にそのずれ量がマスクステージ（３Ｘ）の可動範囲に入った際に検出されたずれ量が小さくなるようにマスクステージ（３Ｘ）を移動させるステップと、基板ステージ（１０Ｘ）及びマスクステージ（３Ｘ）の移動中にずれ量がパターンの最小線幅又はパターンの配列精度に応じて決定された許容値以下になった際にパターンを基板（Ｗ）に露光するステップと、を含むものである。
この露光するステップは、一例としてそのずれ量が所定時間連続して許容値以下になった際に実行される。
また、そのマスク（Ｒ）のパターンと基板（Ｗ）の露光対象となっている露光領域とのずれ量を検出するステップは、マスク（Ｒ）の回転角と基板（Ｗ）の回転角との差を検出するステップを含んでもよい。
また、マスク（Ｒ）と基板（Ｗ）との間に投影光学系（９）が設けられている場合に、そのずれ量に応じて投影光学系（９）を調整してもよい。
【０００９】
【作用】
斯かる本発明の第１の露光装置によれば、基板（Ｗ）の所定の露光領域（ショット領域）を露光位置に設定するためには、先ず第１の駆動手段（２８）を介して基板ステージ（１０Ｘ）の目標位置に向けてのステッピング駆動を開始する。その後、基板ステージ（１０Ｘ）の目標位置と、基板ステージ（１０Ｘ）の計測された位置との差分（基板ステージ誤差量）を求め、この基板ステージ誤差量がマスクステージ（３Ｘ）の可動範囲に入った際にこの基板ステージ誤差量をマスクステージ（３Ｘ）の初期目標位置に加算して得た目標位置に向けて、第２の駆動手段（２９）を介してマスクステージ（３Ｘ）を駆動する。そして、基板ステージ（１０Ｘ）及びマスクステージ（３Ｘ）の移動中にこのマスクステージ（３Ｘ）の目標位置と計測された位置との差分が所定時間連続して所定の許容値以下になったときに、マスクパターンを基板（Ｗ）のその露光領域に露光する。
【００１０】
この場合、基板ステージ（１０Ｘ）に比べてマスクステージ（３Ｘ）は可動距離が小さくて済み、小型のステージが使用できるため、マスクステージ（３Ｘ）の応答速度は基板ステージ（１０Ｘ）の応答速度より容易に高くできる。更に、露光装置として投影露光装置を使用した場合、一般に投影は縮小倍率で行われるため、基板ステージ（１０Ｘ）に比べてマスクステージ（３Ｘ）側では、移動距離の分解能、及び移動位置の精度は粗くてもよい。従って、基板（Ｗ）の各露光領域をマスクパターンの露光位置の近傍からその露光位置に設定する追い込み動作に要する時間が短縮され、露光工程のスループットが向上する。
【００１１】
この場合、基板ステージ（１０Ｘ）の目標位置と基板ステージ側位置検出手段（１４Ｘ）により計測された位置との差分（基板ステージ誤差量）が大きいときに、マスクステージ（３Ｘ）を駆動すると、マスクステージ（３Ｘ）を高速且つ広範囲に駆動する必要が生じ、マスクステージ（３Ｘ）の構成が複雑化し、且つ制御方式が複雑化する。また、制御方式によっては、却って位置合わせに要する時間が長くなる恐れもある。そこで、その基板ステージ誤差量が所定の許容範囲内に入ってから、マスクステージ（３Ｘ）の駆動を開始することにより、マスクステージ（３Ｘ）の構成を簡略化でき、制御方式が単純化できる。更に、露光工程のスループットが向上する場合もあり得る。なお、その所定の許容値は、一例として、パターンの最小線幅とそのパターンの配列精度との何れか一方に基づいて決定すればよい。
【００１２】
また、別の制御方式として、基板ステージ（１０Ｘ）の目標位置と基板ステージ側位置検出手段（１４Ｘ）により計測された位置との差分である基板ステージ誤差量が最初に０を横切ってから、第２の駆動手段（２８）がマスクステージ（３Ｘ）の駆動を開始するようにした場合にも、それ以後、基板ステージ誤差量が大きく変化しない。従って、マスクステージ（３Ｘ）の駆動範囲を狭くでき、露光工程のスループットが向上する場合もあり得る。
【００１３】
次に、第２の露光装置によれば、基板（Ｗ）の所定の露光領域（ショット領域）を露光位置に設定するためには、先ず第１の駆動手段（２８）を介して基板ステージ（１０Ｘ）の目標位置に向けてのステッピング駆動を開始する。その後、アライメント手段（２６）によりマスクパターンと基板（Ｗ）上の各露光領域（ショット領域）との位置ずれ量を求め、その位置ずれ量がマスクステージ（３Ｘ）の可動範囲に入った際にこの位置ずれ量を小さくするように、第２の駆動手段（２９）を介してマスクステージ（３Ｘ）を駆動する。そして、基板ステージ（１０Ｘ）及びマスクステージ（３Ｘ）の移動中にその位置ずれ量がそのパターンの最小線幅又はそのパターンの配列精度に応じて決定された許容値以下になったときに、マスクパターンを基板（Ｗ）のその露光領域に露光する。
【００１４】
この場合、第１の露光装置の場合と同様に、マスクステージ（３Ｘ）の応答速度は基板ステージ（１０Ｘ）の応答速度より容易に高くでき、露光装置として投影露光装置を使用した場合、一般に基板ステージ（１０Ｘ）に比べてマスクステージ（３Ｘ）側では、移動距離の分解能、及び移動位置の精度は粗くてもよい。従って、基板（Ｗ）とマスクパターンとの位置合わせを行う際の追い込み動作に要する時間が短縮でき、露光工程のスループットが向上する。
【００１５】
また、第３の露光装置によれば、基板ステージ（１０Ｘ）の目標位置と基板ステージ側位置検出手段（１４Ｘ）により計測された位置との差分である基板ステージ誤差量が最初に０を横切ってから、第２の駆動手段（２９）によりマスクステージ（３Ｘ）の駆動を開始することにより、マスクステージ（３Ｘ）の構成を簡略化でき、制御方式が単純化できる。更に、位置合わせが完了するまでの時間を短縮できる場合もあり得る。
また、本露光方法によれば、マスク（Ｒ）のパターンと基板（Ｗ）の露光対象となっている露光領域とのずれ量が小さくなるように、そのずれ量がマスクステージ（３Ｘ）の可動範囲に入った際にマスクステージ（３Ｘ）を移動させると共に、基板ステージ（１０Ｘ）及びマスクステージ（３Ｘ）の移動中にそのずれ量がパターンの最小線幅又はそのパターンの配列精度に応じて決定された許容値以下になった際にパターンを基板（Ｗ）に露光しているので、露光工程のスループットが向上する。
更に、そのずれ量が所定時間連続して許容値以下になった際にパターンの露光を行なうこと、マスク（Ｒ）の回転角と基板（Ｗ）の回転角との差を検出すること、又はそのずれ量に応じて投影光学系（９）を調整することによって、露光精度が向上する。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明による露光装置の一実施例につき図１〜図４を参照して説明する。本実施例は、露光装置としてのステッパに本発明を適用したものである。
図１は本実施例のステッパを示し、この図１において、照明光学系１からの露光光（例えばｉ線、ＫｒＦエキシマレーザ光等）ＩＬが、ダイクロイックミラー２により反射されてレチクルＲのパターン領域を照明する。ダイクロイックミラー２により反射された後の露光光ＩＬの光軸に平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な２次元平面内で図１の紙面に平行な方向、及び図１の紙面に垂直な方向にそれぞれＸ軸及びＹ軸を取る。
【００１７】
この場合、レチクルＲは、レチクル側Ｙステージ３Ｙ、及びレチクル側Ｘステージ３Ｘを介してレチクルベース４上に載置され、レチクル側Ｘステージ３Ｘはレチクルベース４に対して駆動モータ５Ｘを介してＸ方向に駆動され、レチクル側Ｙステージ３Ｙはレチクル側Ｘステージ３Ｘに対して不図示の駆動モータによりＹ方向に駆動される。また、レチクル側Ｙステージ３Ｙ上にＸ軸用の移動鏡６Ｘ、及び不図示のＹ軸用の移動鏡が固定され、移動鏡６Ｘ、及び外部に設置されたＸ軸用のレチクル側のレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）７Ｘによりレチクル側Ｘステージ３ＸのＸ座標ＸR が計測され、不図示のＹ軸用の移動鏡、及び不図示のＹ軸用のレチクル干渉計によりレチクル側Ｙステージ３ＹのＹ座標が計測され、計測されたＸ座標ＸR 及びＹ座標は、装置全体の動作を制御する主制御系８に供給される。
【００１８】
露光光ＩＬのもとで、レチクルＲのパターン像は、投影倍率β（βは例えば１／５）の投影光学系９を介して縮小されてウエハＷ上の各ショット領域に投影露光される。ウエハＷは、ウエハ側Ｙステージ１０Ｙ、及びウエハ側Ｘステージ１０Ｘを介してウエハベース１１上に載置され、ウエハ側Ｘステージ１０Ｘはウエハベース１１に対して駆動モータ１２Ｘを介してＸ方向に駆動され、ウエハ側Ｙステージ１０Ｙはウエハ側Ｘステージ１０Ｘに対して不図示の駆動モータによりＹ方向に駆動される。また、ウエハ側Ｙステージ１０Ｙ上にＸ軸用の移動鏡１３Ｘ、及び不図示のＹ軸用の移動鏡が固定され、移動鏡１３Ｘ、及び外部に設置されたＸ軸用のウエハ側のレーザ干渉計（以下、「ウエハ干渉計」という）１４Ｘによりウエハ側Ｘステージ１０ＸのＸ座標ＸW が計測され、不図示のＹ軸用の移動鏡、及び不図示のＹ軸用のウエハ干渉計によりウエハ側Ｙステージ１０ＹのＹ座標が計測され、計測されたＸ座標ＸW 及びＹ座標は、主制御系８に供給される。
【００１９】
また、例えば特開平５−１１４５４４号公報、特開平５−１５２１９０号公報に開示されているように、本実施例ではレチクルＲ上方にＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）方式で、且つ所謂２光束干渉方式のアライメント系２６及び２７が配置されている。この２光束干渉方式では、先ずＸ軸用のアライメント系２６から射出された可干渉で周波数が僅かに異なる２つのレーザビーム（例えば波長６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザ光）ＡＲが、ダイクロイックミラー２を透過してレチクルＲ上のＸ軸用の回折格子状のアライメントマーク（レチクルマーク）ＲＭＸに所定の交差角で照射され、レチクルマークＲＭＸからそれら２つのレーザビームＡＲの±１次回折光が平行（同一方向）に射出される。レチクルマークＲＭＸは、Ｘ方向に所定ピッチで形成された回折格子状マークである。それら±１次回折光の干渉光、即ち所定のビート周波数のヘテロダインビームが、ダイクロイックミラー２を介してアライメント系２６内のレチクル用受光素子により光電変換されて、Ｘ軸のレチクルマーク信号が得られる。
【００２０】
また、Ｘ軸用のアライメント系２６から射出された別の可干渉で周波数が僅かに異なる２つのレーザビームＡＷが、ダイクロイックミラー２、及びレチクルＲ上の透過窓（不図示）を透過した後、投影光学系９を介してウエハＷ上の所定のショット領域に付設されたＸ軸用の回折格子状のアライメントマーク（ウエハマーク）ＷＭＸに所定の交差角で照射され、ウエハマークＷＭＸからそれら２つのレーザビームＡＷの±１次回折光が平行に射出される。ウエハマークＷＭＸも、Ｘ方向に所定ピッチで形成された回折格子状マークである。それら±１次回折光の干渉光、即ち所定のビート周波数のヘテロダインビームが、投影光学系９、レチクルＲ、及びダイクロイックミラー２を介してアライメント系２６内のウエハ用受光素子により光電変換されて、Ｘ軸のウエハマーク信号が得られる。これらＸ軸のウエハマーク信号とレチクルマーク信号との位相差から、ウエハマークＷＭＸが属するショット領域とレチクルＲのパターン像とのＸ方向の位置ずれ量が検出される。
【００２１】
同様に、Ｙ軸用の２光束干渉方式のアライメント系２７により、レチクルＲ上のＹ軸用のレチクルマークＲＭＸの位置に対応するＹ軸のレチクルマーク信号、及びウエハＷ上の所定のショット領域に付設されたＹ軸のウエハマークＷＭＹの位置に対応するＹ軸のウエハマーク信号が得られ、これらＹ軸のウエハマーク信号とレチクルマーク信号との位相差から、ウエハマークＷＭＹが属するショット領域とレチクルＲのパターン像とのＹ方向の位置ずれ量が検出される。本実施例では、実際にウエハＷ上の各ショット領域に露光する工程では、アライメント系２６及び２７により検出された位置ずれ量は使用せず、例えば１枚のウエハＷへの露光を行う前に、ウエハＷ上の座標系の原点とレチクルＲ上の座標系の原点との位置関係を所定の状態に設定するためのアライメント系２６及び２７を使用する。
【００２２】
なお、このようにウエハＷ上の座標系の原点とレチクルＲ上の座標系の原点との位置関係を所定の状態に設定するためには、アライメント系２６及び２７の代わりに、例えばレチクルＲのウエハ側のステージの基準位置に対する位置関係を検出するためのアライメント顕微鏡、及びオフ・アクシス方式でウエハＷ上の各ウエハマークとそのウエハ側のステージの基準位置との位置関係を検出するためのアライメント系（検出方式は撮像方式、レーザ・ステップ・アライメント方式、又は２光束干渉方式等が使用できる）を用いてもよい。
【００２３】
次に、図１の主制御系８のＸ軸に関する制御部の構成につき説明する。主制御系８はコンピュータを含んで構成され、図１内の主制御系８は機能ブロック図で表している。ウエハ干渉計１４Ｘで計測されたウエハ側Ｘステージ１０ＸのＸ座標ＸW が、主制御系８内の減算手段１５の減算側入力部に供給され、目標位置設定手段１６から減算手段１５の加算側入力部に、ウエハ側Ｘステージ１０Ｘの目標座標ＸWA、即ちウエハＷ上のこれから露光するショット領域をレチクルＲのパターン像の投影位置（露光位置）に設定するための座標が供給される。減算手段１５から出力されるウエハ側Ｘステージ１０Ｘの位置誤差の反転値（ＸWA−ＸW)が、乗算手段１７、ウエハステージ駆動手段１８、及び補正動作判定手段１９に供給される。
【００２４】
ウエハステージ駆動手段１８は、ウエハ側Ｘステージ１０Ｘの位置誤差が０になるように、増幅器２４Ｘを介して駆動モータ１２Ｘの動作を制御する。一方、補正動作判定手段１９は、後述のようにウエハ側Ｘステージ１０Ｘの位置誤差が所定の値になったときにレチクル側Ｘステージ３Ｘの移動動作を開始させる。また、乗算手段１７では、入力されたウエハ側Ｘステージ１０Ｘの位置誤差の反転値に、投影倍率の逆数（１／β）を乗じて得た誤差を加算手段２０の一方の入力部に供給する。この加算手段２０の他方の入力部には、目標位置設定手段１６からレチクル側Ｘステージ３Ｘの初期目標座標ＸR(通常は０）が供給され、加算手段２０で算出されたレチクル側Ｘステージ３Ｘの実際の目標位置（＝ＸRA＋（ＸWA−ＸW)／β）が、減算手段２１の加算側入力部に供給される。
【００２５】
減算手段２１の減算側入力部には、レチクル干渉計７Ｘにより計測されたレチクル側Ｘステージ３ＸのＸ座標ＸR が供給され、減算手段２１で算出されるＸ方向の相対誤差ΔＸは次式で表される。
【００２６】
この相対誤差ΔＸは、レチクルＲのパターンの位置と、ウエハＷ上のこれから露光されるショット領域のレチクルＲ上に換算した位置との、Ｘ方向の位置ずれ量に対応する。（１）式において、（ＸW −ＸWA）／βの項の符号が負であるのは、投影光学系９による投影像が倒立像であることによる。その相対誤差ΔＸは、露光条件判定手段２２及びレチクルステージ駆動手段２３に供給され、レチクルステージ駆動手段２３は、レチクル側Ｘステージ３Ｘの位置誤差の反転値に相当する相対誤差ΔＸが０になるように、増幅器２５Ｘを介して駆動モータ５Ｘの動作を制御する。但し、レチクルステージ駆動手段２３は、ウエハ側Ｘステージ１０Ｘの位置誤差が所定の値となって、補正動作判定手段１９から位置決め動作を開始するコマンドが発せられた時点でレチクル側Ｘステージ３Ｘの駆動を開始するようになっている。
【００２７】
露光条件判定手段２２では、その相対誤差ΔＸが所定の時間連続して、所定の許容値以下であり、且つ別途供給されるＹ方向の位置ずれ量も所定の時間連続して、所定の許容値以下であるときに、照明光学系１に対して、露光光ＩＬを照射するように制御信号を発生する。これにより、レチクルＲのパターンがウエハＷ上の当該ショット領域に露光される。具体的に、照明光学系１が例えば水銀ランプを光源とする場合には、露光条件判定手段２２では、照明光学系１内のシャッタの開閉により露光のオン／オフを制御する。一方、照明光学系１が例えばエキシマレーザ光源等のパルスレーザ光源を光源とする場合には、露光条件判定手段２２では、照明光学系１内のエキシマレーザ光源の発光トリガ信号の制御により露光のオン／オフを制御する。
【００２８】
なお、図１において、レチクル側Ｙステージ３Ｙ、及びウエハ側Ｙステージ１０Ｙの制御系は、Ｘ軸のステージの制御系と同様であるため、その説明を省略する。また、例えばウエハ干渉計１４ＸをＹ方向に並列に２個設け、これら２個のウエハ干渉計の計測値よりウエハＷの回転角を検出すると共に、レチクル干渉計７ＸをＹ方向に並列に２個設け、これら２個のレチクル干渉計の計測値よりレチクルＲの回転角を検出してもよい。そして、レチクルＲの回転角とウエハＷの回転角との差が所定の許容値以下になるように制御を行ってもよい。このようにレチクルＲの回転角とウエハＷの回転角との差を制御する場合には、Ｘ軸用のアライメント系２６及びＹ軸用のアライメント系２７の他に、回転角検出用のアライメント系を設ける。
【００２９】
また、図１では、補正動作判定手段１９から位置決め動作を開始するコマンドが発せられた時点から、レチクルステージ駆動手段２３が駆動モータ５Ｘの駆動を開始して、図２に示すような２つの閉ループ系が形成される。図１に対応する部分に同一符号を付した図２において、ウエハステージ駆動系２８は、図１のウエハステージ駆動手段１８、パワーアンプ２４Ｘ、及び駆動モータ１２Ｘに対応し、ウエハステージ駆動系２８が動作すると、ウエハ干渉計１４Ｘで計測されるウエハ側Ｘステージ１０ＸのＸ座標ＸW が変化する。そして、ウエハステージ駆動系２８は、ウエハ側Ｘステージ１０Ｘの目標座標ＸWAとＸ座標ＸW との差分である位置誤差を０にするように動作する。
【００３０】
一方、図２において、レチクルステージ駆動系２９は、図１のレチクルステージ駆動手段２３、パワーアンプ２５Ｘ、及び駆動モータ５Ｘに対応し、レチクルステージ駆動系２９が動作すると、レチクル干渉計７Ｘで計測されるレチクル側Ｘステージ３ＸのＸ座標ＸR が変化する。そして、レチクルステージ駆動計２８は、（１）式で表される相対誤差ΔＸを０にするように動作する。
【００３１】
次に、本実施例での露光動作につき説明する。本実施例では、図１において、レチクルＲ及びウエハＷはそれぞれＸ軸及びＹ軸方向に２次元的に移動するが、以下の説明では簡単のためＸ軸方向の動作のみについて説明する。先ず、照明光学系１に露光光ＩＬの照射を中断させた状態で、不図示のレチクル用のアライメント顕微鏡により、ウエハ側Ｙステージ１０Ｙ上の基準位置に対するレチクルＲの位置関係を検出する。そして、レチクルＲをウエハ側Ｙステージ１０Ｙ上の基準位置に対して所定の位置関係の初期露光位置に固定し、この状態でレチクル干渉計７Ｘの計測値を０にリセットする。これにより、レチクルＲを初期露光位置に固定したときのレチクル側Ｘステージ３Ｘの座標、即ち初期目標座標ＸRAが０となる。
【００３２】
次に、露光用のウエハＷをウエハ側Ｙステージ１０Ｙ上にロードし、不図示のオフ・アクシス方式のアライメント系により、ウエハ側Ｙステージ１０Ｙ上の基準位置に対するウエハＷの位置関係を検出する。これにより、レチクルＲのパターンの投影光学系９による投影像の位置（露光位置）と、ウエハＷの各ショット領域との位置関係が分かり、ウエハＷの各ショット領域をその露光位置に設定するためのウエハ側Ｘステージ１０Ｘの目標座標が算出される。なお、ＴＴＲ方式のアライメント系２６を用いて、レチクルＲとウエハＷ上の所定のショット領域との位置関係を直接検出し、この検出結果を用いて、レチクルＲの初期露光位置、及びウエハＷ上の各ショット領域を露光位置に設定するためのウエハ側Ｘステージ１０Ｘの目標座標を算出してもよい。
【００３３】
次に、図１の目標位置設定手段１６が、減算手段１５に対してウエハ側Ｘステージ１０Ｘの目標座標ＸWAを設定し、加算手段２０にレチクル側Ｘステージ３Ｘの目標座標ＸRA（＝０）を設定する。その後、ウエハステージ駆動手段１８が、駆動モータ１２Ｘを駆動することにより、図３に示すような速度特性でウエハ側Ｘステージ１０ＸをＸ方向にステッピング移動させて、ウエハ側Ｘステージ１０ＸのＸ座標を目標座標ＸWAに近づける。図３において、ウエハ側Ｘステージ１０ＸのＸ方向への速度ＶWXは、台形状に加減速され、ウエハ側Ｘステージ１０Ｘが目標座標に近づいた収束期間Ｔにおいて波状に次第に０になる。この収束期間Ｔにおいて、最終的な位置決めを行う追い込み動作が行われる。
【００３４】
図４（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれその収束期間Ｔにおけるウエハ側Ｘステージ１０ＸのＸ座標ＸW 、レチクル側Ｘステージ３ＸのＸ座標ＸR 、及び（１）式で表される相対誤差ΔＸを示す。図４（ａ）において、本実施例ではウエハ側Ｘステージ１０ＸのＸ座標ＸW が、目標座標ＸWAに対して所定の間隔だけ離れた座標ＸWBに達した時点ｔ1 で、図１の補正動作判定手段１９がレチクルステージ駆動手段２３の動作を開始させる。なお、レチクル側Ｘステージ３Ｘの初期位置が０以外の値を含むＸR である場合には、補正動作判定手段１９は、レチクル側Ｘステージ３Ｘのストローク等に応じて、そのレチクルステージ駆動手段２３の駆動開始のタイミングを制御する。すなわち、レチクル側Ｘステージ３ＸのＸ座標がＸR であるときの可動範囲内に、ウエハ側Ｘステージ１０Ｘのずれ量｜ＸWA−ＸW|／βが入った時点でレチクルの駆動を開始するようにすればよい。このとき、露光すべきショット領域の全体が投影光学系９のイメージフィールド（投影視野）内に入っている必要はなく、要は露光開始時点でショット全体がイメージフィールド内に入っているようなタイミングでレチクル駆動を開始すればよく、ショット領域の少なくとも一部がイメージフィールド内に入っているかどうかは特に問題でない。これにより図１は、図２の機能ブロック図のように２つの閉ループ系が並列に動作し、図４（ｂ）に示すように、レチクル側Ｘステージ３ＸのＸ座標ＸR が相対誤差ΔＸを０にするように変化するようになる。このとき、（１）式において、レチクル側Ｘステージ３Ｘの初期目標座標ＸRAを０として、相対誤差ΔＸを近似的に０とおくと、次式が得られる。
【００３５】
ＸR ≒−（ＸW −ＸWA）／β （２）
これは、レチクル側Ｘステージ３ＸのＸ座標ＸR は、投影光学系９の投影倍率に依る換算係数（１／β）を除いて、ウエハ側Ｘステージ１０Ｘの位置誤差（ＸW −ＸWA）をほぼ反転した特性で変化することを意味する。従って、図４（ｂ）のＸ座標ＸR も、時点ｔ1 以後は図４（ａ）の位置誤差（ＸW −ＸWA）をほぼ反転した特性に追従して変化している。なお、図４（ｂ）のＸ座標ＸR は、便宜上投影光学系９の投影倍率βを１とした特性を示している。
【００３６】
また、（１）式から分かるように、相対誤差ΔＸは、図４（ａ）のウエハ側Ｘステージ１０Ｘの位置誤差（ＸW −ＸWA）のレチクル上での換算値と、図４（ｂ）のレチクル側Ｘステージ３Ｘの位置誤差ＸR(ＸRA＝０）との差分であるため、投影倍率βを１とすると、相対誤差ΔＸは、図４（ｃ）に示すように、図４（ａ）と図４（ｂ）とを加算した特性となる。この場合、図１においてレチクル側Ｘステージ３Ｘはウエハ側Ｘステージ１０Ｘより軽量であり、且つ移動距離が短くて済むため、レチクル側Ｘステージ３Ｘの応答速度はウエハ側Ｘステージ１０Ｘより高い。従って、相対誤差ΔＸは、図４（ａ）のウエハ側Ｘステージ１０ＸのＸ座標ＸW より速く収束する。
【００３７】
この場合、図２の露光条件判定手段２２では、相対誤差ΔＸが所定の時間以上、０に対して所定の幅ｃの範囲内に入っていたときに露光可能と判定する。所定の幅ｃの一例は、例えば２層目以降の重ね合わせ露光ではウエハに転写すべきレチクルパターンの最小線幅等に応じて定められる重ね合わせ精度に相当し、１層目の露光ではウエハ上に形成される回路パターンの配列精度（要求値）に相当する。従って、図４（ｃ）に示すように、時点ｔ3 でこの条件が満たされるため、露光条件判定手段２２は図１の照明光学系１に対して露光光ＩＬの照射を所定の露光時間だけ行わせる。これにより、レチクルＲのパターンの投影像とウエハＷの当該ショット領域との位置ずれ量がその所定の幅ｃより小さい条件で、即ちレチクルＲとウエハＷとの重ね合わせ誤差がほぼ０の状態で露光が行われる。なお、露光中ウエハ側Ｘステージ１０Ｘは目標位置ＸWAに収束するように駆動され、レチクル側Ｘステージ３Ｘは相対誤差ΔＸが零となるように駆動され続けられる。また、露光開始時点での投影光学系９のイメージフィールド内のレチクルの位置は目標位置からずれているが、このずれ量に応じて生じる投影光学系９の光学特性、例えばディストーション、投影倍率、焦点位置、像面湾曲等の変化が無視できないときは、露光開始直前又は直後から、連続的又は断続的にその光学特性を前述のずれ量に応じて変化させるとよく、これにより常に最良の結像状態でレチクルパターンをウエハに転写できる。このとき、例えばずれ量と各特性との関係をメモリに格納しておき、その関係に基づいて各特性を制御すればよい。
【００３８】
なお、投影光学系９を構成する複数の光学要素の少なくとも１つ（特にレチクルＲに近い光学素子）を光軸方向に移動すれば、倍率や像面湾曲を変化させることができ、レチクルを光軸方向に移動すればディストーションを変化させることができる。また、焦点位置は斜入射光方向のフォーカスセンサを用いて、その変化量に応じてウエハを光軸方向に移動すればよい。また、逆に光学特性の変化量が無視できる許容ずれ量を定めておき、そのずれ量に基づいてレチクルの駆動の開始のタイミングを決定してもよい。すなわち、相対誤差ΔＸが許容ずれ量以下となった時点で、レチクルを駆動するようにしてもよい。
【００３９】
これに対して、従来例のように、レチクル側Ｘステージ３Ｘを固定した状態で、図４（ａ）においてウエハ側Ｘステージ１０ＸのＸ座標ＸW が目標座標ＸWAに対して所定の時間以上、所定の幅ｃ・βの範囲内に入ってから露光を行うものとすると、ウエハ側Ｘステージ１０Ｘの応答速度が低いと共に、投影倍率βは一般に１より小さく幅ｃ・βが小さくなるため、時点ｔ3 を過ぎても露光を行うことができない。従って、本実施例によれば、従来例のようにウエハ側のステージのみを駆動する場合に比べて、レチクルＲとウエハＷとの位置決めを行う際の追い込み動作に要する時間を短縮でき、露光工程のスループットが向上する。
【００４０】
更に、本実施例ではウエハ側Ｘステージ１０ＸのＸ座標ＸW が、目標座標ＸWAに対して所定の間隔だけ離れた座標ＸWBに達した時点ｔ1 で、図１のレチクルステージ駆動手段２３の動作を開始させているため、レチクル側Ｘステージ３Ｘの移動範囲が狭くでき、レチクル側Ｘステージ３Ｘの構成が簡単であり、且つ制御が容易である。また、本実施例では、ウエハ干渉計１４Ｘ及びレチクル干渉計７Ｘの計測値を用いてＸ方向の位置合わせを行っているため、特に応答速度が速い利点がある。
【００４１】
但し、レチクル側Ｘステージ３Ｘの位置決め精度を、従来例のウエハ側Ｘステージ１０Ｘで要求される位置決め精度と同程度にしてもよく、これによりレチクルＲとウエハＷとの重ね合わせ精度を従来例よりも高くすることができる。
なお、ウエハ側Ｘステージ１０Ｘのみを駆動して位置決めを行う場合に要求される位置決め精度に対して、本実施例においてレチクル側Ｘステージ３Ｘに要求される位置決め精度を１／β倍（例えば５倍）にした場合には、レチクル側Ｘステージ３Ｘの制御系は比較的簡単に、且つ低コストに構成できる。更に、本実施例ではウエハ側Ｘステージ１０Ｘは粗く位置決めされるだけでもよいため、ウエハ側Ｘステージ１０Ｘとして簡単な低コストの構成を採用できる。
【００４２】
また、本実施例においては、露光を開始した時点ｔ3 以後にも、図２のウエハステージ駆動系２８及びレチクルステージ駆動系２９にそれぞれ位置決め動作を継続して行わせている。これにより、仮に外乱により装置全体が揺動して、ウエハ側Ｘステージ１０Ｘが位置ずれを起こしたような場合でも、高い応答速度のレチクル側Ｘステージ３Ｘが追従してその位置ずれを相殺することにより、レチクルＲとウエハＷとの重ね合わせ精度を高精度に維持できる。但し、本実施例では、１層目のレチクルパターンをウエハ上に転写する際にも、露光工程のスループットを向上させることができる。
【００４３】
また、図４においては、ウエハ側Ｘステージ１０ＸのＸ座標ＸW が座標ＸWB以下になった時点ｔ1 からレチクル側Ｘステージ３Ｘの駆動を開始しているが、ウエハ側Ｘステージ１０ＸのＸ座標ＸW が目標座標ＸWAを最初に横切る時点ｔ2 からレチクル側Ｘステージ３Ｘの駆動を開始してもよい。これにより、レチクル側Ｘステージ３Ｘの移動範囲をより小さくすることができる場合があり、従って、露光までの時間を短縮できる場合がある。
【００４４】
また、レチクル干渉計７Ｘの代わりに例えばレチクルＲ上のマークを検出するマーク検出系を用いるようにしてもよい。ただし、ウエハステージ上の基準マークを用いてそのマーク検出系の検出基準位置をウエハステージ上の座標（Ｘ，Ｙ）の座標値として求めておく必要がある。この場合、マーク検出系の検出基準位置を前記レチクルの目標位置として、上述実施例と同様にマーク検出系の検出信号に基づいてレチクルステージを駆動すればよい。また、この場合にはマーク検出系のマーク検出可能範囲にレチクル上のマークが入った時点でレチクル駆動を開始するようにすればよいが、例えば検出可能範囲内にマークが入っていなくてもレチクル干渉計７Ｘの出力を用いてレチクル駆動を開始してもよく、この場合にはレチクル駆動開始後検出可能範囲内にマークが入った時点で、減算手段２１に入力する信号をレチクル干渉計７Ｘの出力からマーク検出系の出力へと切り換えるようにすればよい。
【００４５】
次に、本発明の他の実施例につき図５及び図６を参照して説明する。本実施例で使用するステッパはほぼ図１の構成であるが、本実施例ではレチクル側Ｘステージ３Ｘの位置決めを行うのに、レチクル干渉計７Ｘの計測値ではなくＴＴＲ方式のアライメント系２６の計測値を用いる点が異なっている。
即ち、本実施例では、Ｘ軸方向の位置決めに関してレチクル側Ｘステージ３Ｘの駆動を開始すると、図５の機能ブロック図のような２つの閉ループが構成される。図１及び図２に対応する部分に同一符号を付して示す図５において、補正動作判定手段１９から減算手段１５及び加算手段２０にそれぞれ、ウエハ側Ｘステージ１０Ｘの目標座標ＸWA及びレチクル側Ｘステージ３Ｘの目標座標ＸRA（本実施例では０）が供給される。
【００４６】
減算手段１５にはウエハ干渉計１４Ｘにより計測されたＸ座標ＸW も供給され、減算手段１５により求められたウエハ側Ｘステージ１０Ｘの位置誤差の反転値（ＸWA−ＸW)がウエハステージ駆動系２８に供給される。そして、ウエハステージ駆動系２８では、その位置誤差の反転値が０になるように図１のウエハ側Ｘステージ１０Ｘを駆動する。
【００４７】
それに対して、加算手段２０には図１のアライメント系２６により計測されたＸ方向の相対誤差ΔＸ、即ちレチクルＲ上のレチクルマークＲＭＸと、ウエハＷ上のこれから露光対象とするショット領域に付設されたウエハマークＷＭＸとのＸ方向への位置ずれ量（レチクルＲ上での換算値）が供給されている。この相対誤差ΔＸは露光条件判定手段２２へも供給され、本実施例の露光条件判定手段２２は、その相対誤差ΔＸが所定の時間継続して、所定の許容範囲内に収まったときに図１の照明光学系１に露光を開始させる。
【００４８】
そして、加算手段２０により得られた相対誤差ΔＸが、レチクルステージ駆動系２９に供給され、レチクルステージ駆動系２９はその相対誤差ΔＸが０になるように図１のレチクル側Ｘステージ３Ｘを駆動する。なお、本実施例においても、図１の補正動作判定手段１９が使用され、ウエハ側Ｘステージ１０Ｘの位置誤差が所定の許容値以下になってから初めて図５のレチクルステージ駆動系２９が動作を開始する。
【００４９】
次に、本実施例の露光動作につき説明する。先ず、図１の照明光学系１に露光光ＩＬの照射を中断させた状態で、不図示のレチクル用のアライメント顕微鏡による検出結果に基づいて、レチクルＲの位置決めを行い、レチクル側Ｘステージ３Ｘを固定し、この状態でレチクル干渉計７Ｘの計測値を０にリセットする。
次に、露光用のウエハＷをウエハ側Ｙステージ１０Ｙ上にロードし、不図示のオフ・アクシス方式のアライメント系により、ウエハ側Ｙステージ１０Ｙ上の基準位置に対するウエハＷの位置関係を検出する。これにより、レチクルＲのパターンの投影光学系９による投影像の位置（露光位置）と、ウエハＷの各ショット領域との位置関係が分かり、ウエハＷの各ショット領域をその露光位置に設定するためのウエハ側Ｘステージ１０Ｘの目標座標が算出される。なお、アライメント系２６を用いて、レチクルＲとウエハＷ上の所定のショット領域との位置関係を直接検出し、この検出結果を用いて、レチクルＲの初期露光位置、及びウエハＷ上の各ショット領域を露光位置に設定するためのウエハ側Ｘステージ１０Ｘの目標座標を算出してもよい。
【００５０】
次に、図５の目標位置設定手段１６が、減算手段１５に対してウエハ側Ｘステージ１０Ｘの目標座標ＸWAを設定し、加算手段２０にレチクル側Ｘステージ３Ｘの目標座標ＸRA（＝０）を設定する。その後、ウエハステージ駆動系２８が、ウエハ側Ｘステージ１０ＸをＸ方向にステッピング移動させて、図６（ａ）に示すようにウエハ側Ｘステージ１０ＸのＸ座標ＸW を目標座標ＸWAに近づける。
【００５１】
そして、図６（ａ）において、ウエハ側Ｘステージ１０ＸのＸ座標ＸW が、目標座標ＸWAに対して所定の間隔だけ離れた座標ＸWCに達した時点ｔ4 で、図１のアライメント系２６による位置計測を開始する。その後、Ｘ座標ＸW が、目標座標ＸWAに対して座標ＸWBに達した時点ｔ5 で、図１の補正動作判定手段１９が図５のレチクルステージ駆動系２９の動作を開始させる。これ以後の追い込み動作により、図６（ｂ）に示すように、相対誤差ΔＸが０に近づいていく。また、実際に２光束干渉方式のアライメント系２６がレチクルマーク及びウエハマークの位置のずれ量を正確に検出できるようになるのは、時点ｔ5 から遅れた時点ｔ6 からである。
【００５２】
なお、レチクル駆動開始タイミング（ｔ5)は図１のウエハマークＷＭＸがアライメント系２６のマーク検出可能範囲内に入ってからである。本実施例では両マークＷＭＸ，ＲＭＸの位置ずれ量を正確に検出できるようになるのは、２光束によって形成される干渉縞に対してウエハマークＷＭＸがそのピッチＰのＰ／２（±Ｐ／４）の幅内に入ってからであるので、ウエハマークが干渉縞に対して±Ｐ／４内に入った時点でレチクル駆動を開始することになる。なお、アライメント系２６のマーク検出範囲が広い場合には、先の実施例で述べたようにレチクルステージのストローク、マーク検出可能範囲等に応じてレチクル駆動のタイミングを決定すればよい。他の条件は先の実施例と同じである。
【００５３】
この場合、図１においてレチクル側Ｘステージ３Ｘはウエハ側Ｘステージ１０Ｘより軽量であり、且つ移動距離が短くて済むため、レチクル側Ｘステージ３Ｘの応答速度はウエハ側Ｘステージ１０Ｘより高い。従って、図６（ｂ）の相対誤差ΔＸは、図６（ａ）のウエハ側Ｘステージ１０ＸのＸ座標ＸW より速く収束する。そして、図５の露光条件判定手段２２では、相対誤差ΔＸが所定の時間以上、０に対して所定の幅ｃの範囲内に入っていたときに露光可能と判定する。従って、図６（ｂ）に示すように、時点ｔ7 でこの条件が満たされるため、露光条件判定手段２２は図１の照明光学系１に対して露光光ＩＬの照射を所定の露光時間だけ行わせる。これにより、レチクルＲのパターンの投影像とウエハＷの当該ショット領域との位置ずれ量に対応する相対誤差ΔＸが、その所定の幅ｃより小さい条件で、即ちレチクルＲとウエハＷとの重ね合わせ誤差がほぼ０の状態で露光が行われる。なお、露光中、ウエハは目標位置に位置決めするように移動され、レチクルは相対誤差ΔＸが零になるように移動されるが、例えば露光開始直前にウエハ干渉計１４Ｘの出力をカットし、アライメント系２６の出力に基づいてレチクルとウエハとを相対移動するようにしてもよい。
【００５４】
これに対して、従来例のように、レチクル側Ｘステージ３Ｘを固定した状態で、図６（ａ）においてウエハ側Ｘステージ１０ＸのＸ座標ＸW が目標座標ＸWAに対して所定の時間以上、所定の幅ｃ・βの範囲内に入ってから露光を行うものとすると、ウエハ側Ｘステージ１０Ｘの応答速度が低いと共に、投影倍率βは一般に１より小さく幅ｃ・βが小さくなるため、時点ｔ7 を大幅に過ぎた時点ｔ8 でようやく露光を行うことができるようになる。従って、本実施例によれば、従来例のようにウエハ側のステージのみを駆動する場合に比べて、レチクルＲとウエハＷとの位置決めを行う際の追い込み動作に要する時間を短縮することができ、露光工程のスループットが向上する。特に、本実施例では、レチクル側Ｘステージ３Ｘを駆動しても、最終的にアライメント系２６により計測されたレチクルＲとウエハＷとの相対誤差ΔＸを０にするように位置合わせを行っているため、特に重ね合わせ精度を高めることができる利点がある。ところで本実施例では、ウエハマークＷＭＸがアライメント系２６の検出可能範囲内に入る前にレチクル駆動を開始してもよい。すなわち、ウエハマークＷＭＸが検出可能範囲に入る前は、先の実施例と同様にレチクル干渉計７Ｘの出力を用いてレチクルを駆動開始し、検出可能範囲内に入った後は加算手段２０に入力する信号をアライメント系２６の出力に切り換えるようにしてもよい。
【００５５】
なお、本実施例においても、図６（ａ）においてウエハ側Ｘステージ１０ＸのＸ座標ＸW が目標座標ＸWAを最初に横切る時点ｔ10から、レチクルステージ駆動系２９の動作を開始させて、レチクル側Ｘステージ３Ｘを駆動するようにしてもよい。これにより、位置決め時間を更に短縮できる場合がある。
なお、上述実施例はステッパに対して本発明を適用したものであるが、本発明はプロキシミティ露光方式のように投影光学系を使用しない露光装置にも同様に適用できる。また、ステッパのように投影光学系を使用する投影露光装置に本発明を適用した場合、その投影光学系の投影倍率は例えば等倍でもよい。この場合でも、レチクル側のステージの応答性が速いことから、露光工程のスループットが向上する。なお、以上の各実施例では、露光中ウエハは目標位置に向けて移動され、レチクルは相対誤差ΔＸが零となるように移動される。このため、１つのショット領域の露光終了後すなわち次ショットの露光直前では、レチクルはウエハの位置決め目標位置に対応した位置に位置決めされており、その位置を基準として次ショットを露光するために前述と同様の動作でレチクル駆動が開始されることになる。このとき、次ショットを露光するためにウエハステージをステッピングさせると同時に、換言すれば前述のレチクル駆動開始前に更にスループットを向上させるために、予め投影光学系のイメージフィールド内でレチクルを移動しておくようにしてもよい。すなわち、例えば図１においてウエハＷのステッピング方向を＋Ｘ方向とすると、レチクルＲをステッピング方向に沿った方向に原点から＋Ｘ方向にＲ1 又は−Ｘ方向にＲ2 だけシフトさせておく。これにより、レチクルＲを駆動して相対誤差ΔＸが所定値ｃ以下に収束するまでの時間を短縮することができる。
【００５６】
このように、本発明は上述実施例に限定されず、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。
【００５７】
【発明の効果】
本発明の第１の露光装置によれば、基板ステージの位置決め誤差に応じてマスクステージ側をも移動させるようにしているため、基板の所定の露光領域の位置決め動作を開始した後、マスクのパターンをその露光領域に露光する露光動作に入るまでの時間が短縮できるため、露光工程のスループットを向上できる利点がある。
【００５８】
また、本発明を投影露光装置に適用した場合、一般に投影露光装置のマスクから基板への投影倍率は１より小さく（例えば１／５等）、基板上で要求される位置決め精度に対してマスク上で要求される位置決め精度は粗くてよい。従って、マスクステージ側を移動させることにより、位置決めの追い込み動作に要する時間を更に短縮できる。逆に、マスクステージ側での位置決め精度を基板側で要求される位置決め精度程度にした場合には、従来よりも位置決め時間を短縮した上に位置決め精度（重ね合わせ精度）を向上することができる。
【００５９】
更に、露光中もマスクステージによる補正動作を行うことにより、外乱により露光装置全体が揺動して基板ステージが位置ずれを起こしたような場合にも、基板上の当該露光領域とマスクパターンとの重ね合わせ精度を高精度に維持できる利点がある。
次に、本発明の第２の露光装置によれば、アライメント手段により検出された位置ずれ量に応じて、マスクステージ側をも移動させるようにしているため、基板の所定の露光領域の位置決め動作を開始した後、マスクのパターンをその露光領域に露光する露光動作に入るまでの時間が短縮できるため、露光工程のスループットを向上できる利点がある。
【００６０】
また、本発明の第３の露光装置によれば、基板ステージ誤差量が最初に０を横切ってからマスクステージを駆動するようにしているので、マスクステージの可動範囲が狭くなりマスクステージの構成が簡易化できると共に、マスクステージの制御が容易になるという利点がある。更に、露光までの時間を短縮できるという利点がある。
【００６１】
また、本発明の露光方法によれば、マスクステージの可動範囲を狭くできるのでマスクステージの構成を簡単にできると共にマスクステージの制御が容易になるという利点がある。更に本発明の露光方法によれば、基板ステージ及びマスクステージの移動中に露光を行うので露光動作に入るまでの時間が短縮できる。従って、露光工程のスループットを向上することができると共に、マスクと基板との重ね合わせ精度が常に高い状態で露光できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による露光装置の一実施例の概略構成を示す構成図である。
【図２】その実施例でレチクル側Ｘステージ３Ｘを移動させる場合の動作を示す機能ブロック図ある。
【図３】その実施例で位置決め動作を行う場合のウエハ側Ｘステージ１０Ｘの速度特性の一例を示す図である。
【図４】その実施例で、位置決め動作を行う場合のウエハ側Ｘステージ１０ＸのＸ座標、レチクル側Ｘステージ３ＸのＸ座標、及び相対誤差の変化の一例を示す図である。
【図５】本発明の他の実施例でレチクル側Ｘステージ３Ｘを移動させる場合の動作を示す機能ブロック図である。
【図６】図５の実施例で位置決め動作を行う場合のウエハ側Ｘステージ１０ＸのＸ座標、及び相対誤差の変化の一例を示す図である。
【符号の説明】
１ 照明光学系
２ ダイクロイックミラー
Ｒ レチクル
３Ｘ レチクル側Ｘステージ
４ レチクルベース
５Ｘ 駆動モータ
７Ｘ レチクル干渉計
８ 主制御系
９ 投影光学系
１０Ｘ ウエハ側Ｘステージ
１１ ウエハベース
１２Ｘ 駆動モータ
１４Ｘ ウエハ干渉計
１６ 目標位置設定手段
１８ ウエハステージ駆動手段
１９ 補正動作判定手段
２２ 露光条件判定手段
２３ レチクルステージ駆動手段
２６ ＴＴＲ方式のアライメント系
２８ ウエハステージ駆動系
２９ レチクルステージ駆動系
【産業上の利用分野】
本発明は、例えばＬＳＩ等の半導体素子、又は液晶表示素子等をフォトリソグラフィ工程で製造する際に、マスクパターンを逐次感光基板上の各ショット領域に転写露光するための露光工程で使用して好適な露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、フォトマスク又はレチクル（以下、代表的に「レチクル」を使用する）のパターンを感光材が塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上に転写するため露光装置として、ウエハの各ショット領域を順次投影光学系の露光フィールド内に移動させて、各ショット領域に順次レチクルのパターン像を一括露光するステップ・アンド・リピート方式の縮小投影型露光装置（ステッパ）が多用されている。斯かるステッパ等の露光装置は、レチクルを保持するレチクルステージ、ウエハを２次元平面内で位置決めするウエハステージ、このウエハステージの移動座標を計測するウエハ側レーザ干渉計、及びこのレーザ干渉計の計測値に基づいてウエハステージを駆動するウエハステージ駆動系等から構成されている。
【０００３】
さて、一般に半導体素子は、ウエハ上に多数層の回路パターンを重ねて露光することにより形成されるため、露光装置においては、ウエハ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とこれから露光するレチクルのパターンとを正確に重ね合わせて、レチクルのパターンを露光する必要がある。そのため、従来の露光装置では、予め例えばレチクルをウエハステージ上の基準マークに関して位置合わせして固定し、その基準マークとウエハとの位置関係を計測した後、ウエハ側レーザ干渉計の計測値に基づいて、ウエハステージをステッピング駆動して、ウエハの各ショット領域を順次露光位置に位置決めしていた。この場合、各ショット領域をそれぞれ露光位置に位置決めするため、ウエハステージの座標位置をそれら各ショット領域毎に定まる目標座標に追い込み、ウエハステージの座標位置と目標座標との差分が所定時間以上継続して、所定の許容範囲内に収まっていたときに、露光光源のシャッタを開ける等して露光を開始していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の如き従来の技術においては、ウエハステージの座標位置が目標座標に対して所定の時間以上継続して、所定の許容範囲内に収まってから、即ちウエハステージの目標座標への位置決めが完全に終了したとみなされる状態になってから露光動作に入っていた。しかしながら、一般にウエハステージに要求される位置決め精度は極めて高いため、ウエハステージを各目標座標に設定する際の動作を、前の露光位置から次の目標座標の近傍へ移動するステッピング動作と、その目標座標の近傍から正確にその目標座標に位置決めするための追い込み動作とに分けると、後者の追い込み動作に要する時間が長いため、全体の露光時間が長いという不都合があった。
【０００５】
また、仮にウエハステージのステッピング動作を高速化しても、追い込み動作に要する時間はほとんど短縮されず、全体の露光時間はあまり短縮されないため、現状の制御方式では露光工程のスループットの向上に限界がある。
本発明は斯かる点に鑑み、レチクルのパターンを基板上の各ショット領域に転写露光する露光装置において、基板上の各ショット領域をレチクルのパターンの露光位置に位置決めするのに要する時間を短縮して、露光工程のスループットを向上することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による第１の露光装置は、例えば図１及び図２に示すように、転写用のパターンが形成されたマスク（Ｒ）を保持するマスクステージ（３Ｘ）と、その転写用のパターンが露光される基板（Ｗ）を保持して２次元平面内で移動する基板ステージ（１０Ｘ）とを有し、基板ステージ（１０Ｘ）を駆動して基板（Ｗ）上の各露光領域をその転写用のパターンの露光位置に位置決めすることにより、基板（Ｗ）上の各露光領域にそれぞれその転写用のパターンを露光する露光装置において、マスクステージ（３Ｘ）を基板ステージ（１０Ｘ）が移動する方向に沿って移動自在に構成し、基板ステージ（１０Ｘ）の位置を検出する基板ステージ側位置検出手段（１４Ｘ）と、マスクステージ（３Ｘ）の位置を検出するマスクステージ側位置検出手段（７Ｘ）と、基板（Ｗ）の各露光領域を露光位置に設定するように基板ステージ（１０Ｘ）を目標位置に駆動する第１の駆動手段（２８）と、基板ステージ（１０Ｘ）の目標位置と基板ステージ側位置検出手段（１４Ｘ）により計測された位置との差分である基板ステージ誤差量を、マスクステージ（３Ｘ）の初期目標位置とマスクステージ側位置検出手段（７Ｘ）により計測された位置との差分に加算してマスクステージ（３Ｘ）の目標位置を求め、基板ステージ（１０Ｘ）の移動中に基板ステージ（１０Ｘ）の誤差量がマスクステージ（３Ｘ）の可動範囲に入った際にこの目標位置にマスクステージ（３Ｘ）を駆動する第２の駆動手段（２９）と、基板ステージ（１０Ｘ）及びマスクステージ（３Ｘ）の移動中にマスクステージ（３Ｘ）の目標位置とマスクステージ側位置検出手段（７Ｘ）により計測された位置との差分が所定時間連続して所定の許容値以下になったときにその転写用のパターンをその基板上に露光する制御手段（２２）と、を備えたものである。
【０００７】
また、本発明による第２の露光装置は、例えば図１及び図５に示す如く、転写用のパターンが形成されたマスク（Ｒ）を保持するマスクステージ（３Ｘ）と、その転写用のパターンが露光される基板（Ｗ）を保持して２次元平面内で移動する基板ステージ（１０Ｘ）とを有し、この基板ステージ（１０Ｘ）を駆動して基板（Ｗ）上の露光領域をその露光用のパターンの露光位置に位置決めすることにより、基板（Ｗ）上の各露光領域にそれぞれその転写用のパターンを露光する露光装置において、マスクステージ（３Ｘ）を基板ステージ（１０Ｘ）が移動する方向に沿って移動自在に構成し、基板ステージ（１０Ｘ）の位置を検出する基板ステージ側位置検出手段（１４Ｘ）と、基板（Ｗ）の各露光領域を露光位置に設定するように基板ステージ（１０Ｘ）を目標位置に駆動する第１の駆動手段（２８）と、その転写用のパターンと基板（Ｗ）上の各露光領域との位置ずれ量を検出するアライメント手段（２６）と、基板ステージ（１０Ｘ）の移動中にその位置ずれ量がマスクステージ（３Ｘ）の可動範囲に入った際にこのアライメント手段（２６）により検出される位置ずれ量を小さくするようにマスクステージ（３Ｘ）を駆動する第２の駆動手段（２９）と、基板ステージ（１０Ｘ）及びマスクステージ（３Ｘ）の移動中にアライメント手段（２６）により検出される位置ずれ量がそのパターンの最小線幅又はそのパターンの配列精度に応じて決定された許容値以下になったときにその転写用のパターンを基板（Ｗ）上に露光する制御手段（２２）と、を備えたものである。
【０００８】
これらの場合、マスクステージ（３Ｘ）は基板ステージよりも軽量であることが望ましい。
また、本発明による第３の露光装置は、転写用のパタ−ンが形成されたマスク（Ｒ）を保持するマスクステージと、その転写用のパタ−ンが露光される基板（Ｗ）を保持して２次元平面内で移動する基板ステージ（１０Ｘ）とを有し、この基板ステージ（１０Ｘ）を駆動して基板（Ｗ）上の各露光領域をその転写用のパタ−ンの露光位置に位置決めすることにより、基板（Ｗ）上の各露光領域にそれぞれその転写用のパタ−ンを露光する露光装置において、マスクステージ（３Ｘ）を基板ステージ（１０Ｘ）が移動する方向に沿って移動自在に構成し、基板ステージ（１０Ｘ）の位置を検出する基板ステージ側位置検出手段（１４Ｘ）と、マスクステージ（３Ｘ）の位置を検出するマスクステージ側位置検出手段（７Ｘ）と、基板（Ｗ）の各露光領域を露光位置に設定するように基板ステージ（１０Ｘ）を目標位置に駆動する第１の駆動手段（２７）と、基板ステージ（１０Ｘ）の目標位置と基板ステージ側位置検出手段（１４Ｘ）により計測された位置との差分である基板ステージ誤差量が最初に０を横切った後のその基板ステージ誤差量を、マスクステージ（３Ｘ）の初期目標位置とマスクステージ側位置検出手段（７Ｘ）により計測された位置との差分に加算してマスクステージ（３Ｘ）の目標位置を求め、この目標位置にマスクステージ（３Ｘ）を駆動する第２の駆動手段（２９）と、マスクステージ（３Ｘ）の目標位置とマスクステージ側位置検出手段（７Ｘ）により計測された位置との差分が所定時間連続して所定の許容値以下になったときに転写用のパタ−ンを基板（Ｗ）上に露光する制御手段と、を備えている。
また、本発明の第１の露光装置において、その所定の許容値は、一例として、パターンの最小線幅とそのパターンの配列精度との何れか一方に基づいて決定すればよい。
次に、本発明による露光方法は、マスクステージ（３Ｘ）に保持されたマスク（Ｒ）のパターンと基板ステージ（１０Ｘ）に保持された基板（Ｗ）との位置関係を調整して、マスク（Ｒ）のパターンを基板（Ｗ）に露光する露光方法であって、基板（Ｗ）の露光対象となっている露光領域を露光するために、基板ステージ（１０Ｘ）を移動させるステップと、マスク（Ｒ）のパターンと基板（Ｗ）の露光対象となっている露光領域とのずれ量を検出するステップと、基板ステージ（１０Ｘ）の移動中にそのずれ量がマスクステージ（３Ｘ）の可動範囲に入った際に検出されたずれ量が小さくなるようにマスクステージ（３Ｘ）を移動させるステップと、基板ステージ（１０Ｘ）及びマスクステージ（３Ｘ）の移動中にずれ量がパターンの最小線幅又はパターンの配列精度に応じて決定された許容値以下になった際にパターンを基板（Ｗ）に露光するステップと、を含むものである。
この露光するステップは、一例としてそのずれ量が所定時間連続して許容値以下になった際に実行される。
また、そのマスク（Ｒ）のパターンと基板（Ｗ）の露光対象となっている露光領域とのずれ量を検出するステップは、マスク（Ｒ）の回転角と基板（Ｗ）の回転角との差を検出するステップを含んでもよい。
また、マスク（Ｒ）と基板（Ｗ）との間に投影光学系（９）が設けられている場合に、そのずれ量に応じて投影光学系（９）を調整してもよい。
【０００９】
【作用】
斯かる本発明の第１の露光装置によれば、基板（Ｗ）の所定の露光領域（ショット領域）を露光位置に設定するためには、先ず第１の駆動手段（２８）を介して基板ステージ（１０Ｘ）の目標位置に向けてのステッピング駆動を開始する。その後、基板ステージ（１０Ｘ）の目標位置と、基板ステージ（１０Ｘ）の計測された位置との差分（基板ステージ誤差量）を求め、この基板ステージ誤差量がマスクステージ（３Ｘ）の可動範囲に入った際にこの基板ステージ誤差量をマスクステージ（３Ｘ）の初期目標位置に加算して得た目標位置に向けて、第２の駆動手段（２９）を介してマスクステージ（３Ｘ）を駆動する。そして、基板ステージ（１０Ｘ）及びマスクステージ（３Ｘ）の移動中にこのマスクステージ（３Ｘ）の目標位置と計測された位置との差分が所定時間連続して所定の許容値以下になったときに、マスクパターンを基板（Ｗ）のその露光領域に露光する。
【００１０】
この場合、基板ステージ（１０Ｘ）に比べてマスクステージ（３Ｘ）は可動距離が小さくて済み、小型のステージが使用できるため、マスクステージ（３Ｘ）の応答速度は基板ステージ（１０Ｘ）の応答速度より容易に高くできる。更に、露光装置として投影露光装置を使用した場合、一般に投影は縮小倍率で行われるため、基板ステージ（１０Ｘ）に比べてマスクステージ（３Ｘ）側では、移動距離の分解能、及び移動位置の精度は粗くてもよい。従って、基板（Ｗ）の各露光領域をマスクパターンの露光位置の近傍からその露光位置に設定する追い込み動作に要する時間が短縮され、露光工程のスループットが向上する。
【００１１】
この場合、基板ステージ（１０Ｘ）の目標位置と基板ステージ側位置検出手段（１４Ｘ）により計測された位置との差分（基板ステージ誤差量）が大きいときに、マスクステージ（３Ｘ）を駆動すると、マスクステージ（３Ｘ）を高速且つ広範囲に駆動する必要が生じ、マスクステージ（３Ｘ）の構成が複雑化し、且つ制御方式が複雑化する。また、制御方式によっては、却って位置合わせに要する時間が長くなる恐れもある。そこで、その基板ステージ誤差量が所定の許容範囲内に入ってから、マスクステージ（３Ｘ）の駆動を開始することにより、マスクステージ（３Ｘ）の構成を簡略化でき、制御方式が単純化できる。更に、露光工程のスループットが向上する場合もあり得る。なお、その所定の許容値は、一例として、パターンの最小線幅とそのパターンの配列精度との何れか一方に基づいて決定すればよい。
【００１２】
また、別の制御方式として、基板ステージ（１０Ｘ）の目標位置と基板ステージ側位置検出手段（１４Ｘ）により計測された位置との差分である基板ステージ誤差量が最初に０を横切ってから、第２の駆動手段（２８）がマスクステージ（３Ｘ）の駆動を開始するようにした場合にも、それ以後、基板ステージ誤差量が大きく変化しない。従って、マスクステージ（３Ｘ）の駆動範囲を狭くでき、露光工程のスループットが向上する場合もあり得る。
【００１３】
次に、第２の露光装置によれば、基板（Ｗ）の所定の露光領域（ショット領域）を露光位置に設定するためには、先ず第１の駆動手段（２８）を介して基板ステージ（１０Ｘ）の目標位置に向けてのステッピング駆動を開始する。その後、アライメント手段（２６）によりマスクパターンと基板（Ｗ）上の各露光領域（ショット領域）との位置ずれ量を求め、その位置ずれ量がマスクステージ（３Ｘ）の可動範囲に入った際にこの位置ずれ量を小さくするように、第２の駆動手段（２９）を介してマスクステージ（３Ｘ）を駆動する。そして、基板ステージ（１０Ｘ）及びマスクステージ（３Ｘ）の移動中にその位置ずれ量がそのパターンの最小線幅又はそのパターンの配列精度に応じて決定された許容値以下になったときに、マスクパターンを基板（Ｗ）のその露光領域に露光する。
【００１４】
この場合、第１の露光装置の場合と同様に、マスクステージ（３Ｘ）の応答速度は基板ステージ（１０Ｘ）の応答速度より容易に高くでき、露光装置として投影露光装置を使用した場合、一般に基板ステージ（１０Ｘ）に比べてマスクステージ（３Ｘ）側では、移動距離の分解能、及び移動位置の精度は粗くてもよい。従って、基板（Ｗ）とマスクパターンとの位置合わせを行う際の追い込み動作に要する時間が短縮でき、露光工程のスループットが向上する。
【００１５】
また、第３の露光装置によれば、基板ステージ（１０Ｘ）の目標位置と基板ステージ側位置検出手段（１４Ｘ）により計測された位置との差分である基板ステージ誤差量が最初に０を横切ってから、第２の駆動手段（２９）によりマスクステージ（３Ｘ）の駆動を開始することにより、マスクステージ（３Ｘ）の構成を簡略化でき、制御方式が単純化できる。更に、位置合わせが完了するまでの時間を短縮できる場合もあり得る。
また、本露光方法によれば、マスク（Ｒ）のパターンと基板（Ｗ）の露光対象となっている露光領域とのずれ量が小さくなるように、そのずれ量がマスクステージ（３Ｘ）の可動範囲に入った際にマスクステージ（３Ｘ）を移動させると共に、基板ステージ（１０Ｘ）及びマスクステージ（３Ｘ）の移動中にそのずれ量がパターンの最小線幅又はそのパターンの配列精度に応じて決定された許容値以下になった際にパターンを基板（Ｗ）に露光しているので、露光工程のスループットが向上する。
更に、そのずれ量が所定時間連続して許容値以下になった際にパターンの露光を行なうこと、マスク（Ｒ）の回転角と基板（Ｗ）の回転角との差を検出すること、又はそのずれ量に応じて投影光学系（９）を調整することによって、露光精度が向上する。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明による露光装置の一実施例につき図１〜図４を参照して説明する。本実施例は、露光装置としてのステッパに本発明を適用したものである。
図１は本実施例のステッパを示し、この図１において、照明光学系１からの露光光（例えばｉ線、ＫｒＦエキシマレーザ光等）ＩＬが、ダイクロイックミラー２により反射されてレチクルＲのパターン領域を照明する。ダイクロイックミラー２により反射された後の露光光ＩＬの光軸に平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な２次元平面内で図１の紙面に平行な方向、及び図１の紙面に垂直な方向にそれぞれＸ軸及びＹ軸を取る。
【００１７】
この場合、レチクルＲは、レチクル側Ｙステージ３Ｙ、及びレチクル側Ｘステージ３Ｘを介してレチクルベース４上に載置され、レチクル側Ｘステージ３Ｘはレチクルベース４に対して駆動モータ５Ｘを介してＸ方向に駆動され、レチクル側Ｙステージ３Ｙはレチクル側Ｘステージ３Ｘに対して不図示の駆動モータによりＹ方向に駆動される。また、レチクル側Ｙステージ３Ｙ上にＸ軸用の移動鏡６Ｘ、及び不図示のＹ軸用の移動鏡が固定され、移動鏡６Ｘ、及び外部に設置されたＸ軸用のレチクル側のレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）７Ｘによりレチクル側Ｘステージ３ＸのＸ座標ＸR が計測され、不図示のＹ軸用の移動鏡、及び不図示のＹ軸用のレチクル干渉計によりレチクル側Ｙステージ３ＹのＹ座標が計測され、計測されたＸ座標ＸR 及びＹ座標は、装置全体の動作を制御する主制御系８に供給される。
【００１８】
露光光ＩＬのもとで、レチクルＲのパターン像は、投影倍率β（βは例えば１／５）の投影光学系９を介して縮小されてウエハＷ上の各ショット領域に投影露光される。ウエハＷは、ウエハ側Ｙステージ１０Ｙ、及びウエハ側Ｘステージ１０Ｘを介してウエハベース１１上に載置され、ウエハ側Ｘステージ１０Ｘはウエハベース１１に対して駆動モータ１２Ｘを介してＸ方向に駆動され、ウエハ側Ｙステージ１０Ｙはウエハ側Ｘステージ１０Ｘに対して不図示の駆動モータによりＹ方向に駆動される。また、ウエハ側Ｙステージ１０Ｙ上にＸ軸用の移動鏡１３Ｘ、及び不図示のＹ軸用の移動鏡が固定され、移動鏡１３Ｘ、及び外部に設置されたＸ軸用のウエハ側のレーザ干渉計（以下、「ウエハ干渉計」という）１４Ｘによりウエハ側Ｘステージ１０ＸのＸ座標ＸW が計測され、不図示のＹ軸用の移動鏡、及び不図示のＹ軸用のウエハ干渉計によりウエハ側Ｙステージ１０ＹのＹ座標が計測され、計測されたＸ座標ＸW 及びＹ座標は、主制御系８に供給される。
【００１９】
また、例えば特開平５−１１４５４４号公報、特開平５−１５２１９０号公報に開示されているように、本実施例ではレチクルＲ上方にＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）方式で、且つ所謂２光束干渉方式のアライメント系２６及び２７が配置されている。この２光束干渉方式では、先ずＸ軸用のアライメント系２６から射出された可干渉で周波数が僅かに異なる２つのレーザビーム（例えば波長６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザ光）ＡＲが、ダイクロイックミラー２を透過してレチクルＲ上のＸ軸用の回折格子状のアライメントマーク（レチクルマーク）ＲＭＸに所定の交差角で照射され、レチクルマークＲＭＸからそれら２つのレーザビームＡＲの±１次回折光が平行（同一方向）に射出される。レチクルマークＲＭＸは、Ｘ方向に所定ピッチで形成された回折格子状マークである。それら±１次回折光の干渉光、即ち所定のビート周波数のヘテロダインビームが、ダイクロイックミラー２を介してアライメント系２６内のレチクル用受光素子により光電変換されて、Ｘ軸のレチクルマーク信号が得られる。
【００２０】
また、Ｘ軸用のアライメント系２６から射出された別の可干渉で周波数が僅かに異なる２つのレーザビームＡＷが、ダイクロイックミラー２、及びレチクルＲ上の透過窓（不図示）を透過した後、投影光学系９を介してウエハＷ上の所定のショット領域に付設されたＸ軸用の回折格子状のアライメントマーク（ウエハマーク）ＷＭＸに所定の交差角で照射され、ウエハマークＷＭＸからそれら２つのレーザビームＡＷの±１次回折光が平行に射出される。ウエハマークＷＭＸも、Ｘ方向に所定ピッチで形成された回折格子状マークである。それら±１次回折光の干渉光、即ち所定のビート周波数のヘテロダインビームが、投影光学系９、レチクルＲ、及びダイクロイックミラー２を介してアライメント系２６内のウエハ用受光素子により光電変換されて、Ｘ軸のウエハマーク信号が得られる。これらＸ軸のウエハマーク信号とレチクルマーク信号との位相差から、ウエハマークＷＭＸが属するショット領域とレチクルＲのパターン像とのＸ方向の位置ずれ量が検出される。
【００２１】
同様に、Ｙ軸用の２光束干渉方式のアライメント系２７により、レチクルＲ上のＹ軸用のレチクルマークＲＭＸの位置に対応するＹ軸のレチクルマーク信号、及びウエハＷ上の所定のショット領域に付設されたＹ軸のウエハマークＷＭＹの位置に対応するＹ軸のウエハマーク信号が得られ、これらＹ軸のウエハマーク信号とレチクルマーク信号との位相差から、ウエハマークＷＭＹが属するショット領域とレチクルＲのパターン像とのＹ方向の位置ずれ量が検出される。本実施例では、実際にウエハＷ上の各ショット領域に露光する工程では、アライメント系２６及び２７により検出された位置ずれ量は使用せず、例えば１枚のウエハＷへの露光を行う前に、ウエハＷ上の座標系の原点とレチクルＲ上の座標系の原点との位置関係を所定の状態に設定するためのアライメント系２６及び２７を使用する。
【００２２】
なお、このようにウエハＷ上の座標系の原点とレチクルＲ上の座標系の原点との位置関係を所定の状態に設定するためには、アライメント系２６及び２７の代わりに、例えばレチクルＲのウエハ側のステージの基準位置に対する位置関係を検出するためのアライメント顕微鏡、及びオフ・アクシス方式でウエハＷ上の各ウエハマークとそのウエハ側のステージの基準位置との位置関係を検出するためのアライメント系（検出方式は撮像方式、レーザ・ステップ・アライメント方式、又は２光束干渉方式等が使用できる）を用いてもよい。
【００２３】
次に、図１の主制御系８のＸ軸に関する制御部の構成につき説明する。主制御系８はコンピュータを含んで構成され、図１内の主制御系８は機能ブロック図で表している。ウエハ干渉計１４Ｘで計測されたウエハ側Ｘステージ１０ＸのＸ座標ＸW が、主制御系８内の減算手段１５の減算側入力部に供給され、目標位置設定手段１６から減算手段１５の加算側入力部に、ウエハ側Ｘステージ１０Ｘの目標座標ＸWA、即ちウエハＷ上のこれから露光するショット領域をレチクルＲのパターン像の投影位置（露光位置）に設定するための座標が供給される。減算手段１５から出力されるウエハ側Ｘステージ１０Ｘの位置誤差の反転値（ＸWA−ＸW)が、乗算手段１７、ウエハステージ駆動手段１８、及び補正動作判定手段１９に供給される。
【００２４】
ウエハステージ駆動手段１８は、ウエハ側Ｘステージ１０Ｘの位置誤差が０になるように、増幅器２４Ｘを介して駆動モータ１２Ｘの動作を制御する。一方、補正動作判定手段１９は、後述のようにウエハ側Ｘステージ１０Ｘの位置誤差が所定の値になったときにレチクル側Ｘステージ３Ｘの移動動作を開始させる。また、乗算手段１７では、入力されたウエハ側Ｘステージ１０Ｘの位置誤差の反転値に、投影倍率の逆数（１／β）を乗じて得た誤差を加算手段２０の一方の入力部に供給する。この加算手段２０の他方の入力部には、目標位置設定手段１６からレチクル側Ｘステージ３Ｘの初期目標座標ＸR(通常は０）が供給され、加算手段２０で算出されたレチクル側Ｘステージ３Ｘの実際の目標位置（＝ＸRA＋（ＸWA−ＸW)／β）が、減算手段２１の加算側入力部に供給される。
【００２５】
減算手段２１の減算側入力部には、レチクル干渉計７Ｘにより計測されたレチクル側Ｘステージ３ＸのＸ座標ＸR が供給され、減算手段２１で算出されるＸ方向の相対誤差ΔＸは次式で表される。
この相対誤差ΔＸは、レチクルＲのパターンの位置と、ウエハＷ上のこれから露光されるショット領域のレチクルＲ上に換算した位置との、Ｘ方向の位置ずれ量に対応する。（１）式において、（ＸW −ＸWA）／βの項の符号が負であるのは、投影光学系９による投影像が倒立像であることによる。その相対誤差ΔＸは、露光条件判定手段２２及びレチクルステージ駆動手段２３に供給され、レチクルステージ駆動手段２３は、レチクル側Ｘステージ３Ｘの位置誤差の反転値に相当する相対誤差ΔＸが０になるように、増幅器２５Ｘを介して駆動モータ５Ｘの動作を制御する。但し、レチクルステージ駆動手段２３は、ウエハ側Ｘステージ１０Ｘの位置誤差が所定の値となって、補正動作判定手段１９から位置決め動作を開始するコマンドが発せられた時点でレチクル側Ｘステージ３Ｘの駆動を開始するようになっている。
【００２７】
露光条件判定手段２２では、その相対誤差ΔＸが所定の時間連続して、所定の許容値以下であり、且つ別途供給されるＹ方向の位置ずれ量も所定の時間連続して、所定の許容値以下であるときに、照明光学系１に対して、露光光ＩＬを照射するように制御信号を発生する。これにより、レチクルＲのパターンがウエハＷ上の当該ショット領域に露光される。具体的に、照明光学系１が例えば水銀ランプを光源とする場合には、露光条件判定手段２２では、照明光学系１内のシャッタの開閉により露光のオン／オフを制御する。一方、照明光学系１が例えばエキシマレーザ光源等のパルスレーザ光源を光源とする場合には、露光条件判定手段２２では、照明光学系１内のエキシマレーザ光源の発光トリガ信号の制御により露光のオン／オフを制御する。
【００２８】
なお、図１において、レチクル側Ｙステージ３Ｙ、及びウエハ側Ｙステージ１０Ｙの制御系は、Ｘ軸のステージの制御系と同様であるため、その説明を省略する。また、例えばウエハ干渉計１４ＸをＹ方向に並列に２個設け、これら２個のウエハ干渉計の計測値よりウエハＷの回転角を検出すると共に、レチクル干渉計７ＸをＹ方向に並列に２個設け、これら２個のレチクル干渉計の計測値よりレチクルＲの回転角を検出してもよい。そして、レチクルＲの回転角とウエハＷの回転角との差が所定の許容値以下になるように制御を行ってもよい。このようにレチクルＲの回転角とウエハＷの回転角との差を制御する場合には、Ｘ軸用のアライメント系２６及びＹ軸用のアライメント系２７の他に、回転角検出用のアライメント系を設ける。
【００２９】
また、図１では、補正動作判定手段１９から位置決め動作を開始するコマンドが発せられた時点から、レチクルステージ駆動手段２３が駆動モータ５Ｘの駆動を開始して、図２に示すような２つの閉ループ系が形成される。図１に対応する部分に同一符号を付した図２において、ウエハステージ駆動系２８は、図１のウエハステージ駆動手段１８、パワーアンプ２４Ｘ、及び駆動モータ１２Ｘに対応し、ウエハステージ駆動系２８が動作すると、ウエハ干渉計１４Ｘで計測されるウエハ側Ｘステージ１０ＸのＸ座標ＸW が変化する。そして、ウエハステージ駆動系２８は、ウエハ側Ｘステージ１０Ｘの目標座標ＸWAとＸ座標ＸW との差分である位置誤差を０にするように動作する。
【００３０】
一方、図２において、レチクルステージ駆動系２９は、図１のレチクルステージ駆動手段２３、パワーアンプ２５Ｘ、及び駆動モータ５Ｘに対応し、レチクルステージ駆動系２９が動作すると、レチクル干渉計７Ｘで計測されるレチクル側Ｘステージ３ＸのＸ座標ＸR が変化する。そして、レチクルステージ駆動計２８は、（１）式で表される相対誤差ΔＸを０にするように動作する。
【００３１】
次に、本実施例での露光動作につき説明する。本実施例では、図１において、レチクルＲ及びウエハＷはそれぞれＸ軸及びＹ軸方向に２次元的に移動するが、以下の説明では簡単のためＸ軸方向の動作のみについて説明する。先ず、照明光学系１に露光光ＩＬの照射を中断させた状態で、不図示のレチクル用のアライメント顕微鏡により、ウエハ側Ｙステージ１０Ｙ上の基準位置に対するレチクルＲの位置関係を検出する。そして、レチクルＲをウエハ側Ｙステージ１０Ｙ上の基準位置に対して所定の位置関係の初期露光位置に固定し、この状態でレチクル干渉計７Ｘの計測値を０にリセットする。これにより、レチクルＲを初期露光位置に固定したときのレチクル側Ｘステージ３Ｘの座標、即ち初期目標座標ＸRAが０となる。
【００３２】
次に、露光用のウエハＷをウエハ側Ｙステージ１０Ｙ上にロードし、不図示のオフ・アクシス方式のアライメント系により、ウエハ側Ｙステージ１０Ｙ上の基準位置に対するウエハＷの位置関係を検出する。これにより、レチクルＲのパターンの投影光学系９による投影像の位置（露光位置）と、ウエハＷの各ショット領域との位置関係が分かり、ウエハＷの各ショット領域をその露光位置に設定するためのウエハ側Ｘステージ１０Ｘの目標座標が算出される。なお、ＴＴＲ方式のアライメント系２６を用いて、レチクルＲとウエハＷ上の所定のショット領域との位置関係を直接検出し、この検出結果を用いて、レチクルＲの初期露光位置、及びウエハＷ上の各ショット領域を露光位置に設定するためのウエハ側Ｘステージ１０Ｘの目標座標を算出してもよい。
【００３３】
次に、図１の目標位置設定手段１６が、減算手段１５に対してウエハ側Ｘステージ１０Ｘの目標座標ＸWAを設定し、加算手段２０にレチクル側Ｘステージ３Ｘの目標座標ＸRA（＝０）を設定する。その後、ウエハステージ駆動手段１８が、駆動モータ１２Ｘを駆動することにより、図３に示すような速度特性でウエハ側Ｘステージ１０ＸをＸ方向にステッピング移動させて、ウエハ側Ｘステージ１０ＸのＸ座標を目標座標ＸWAに近づける。図３において、ウエハ側Ｘステージ１０ＸのＸ方向への速度ＶWXは、台形状に加減速され、ウエハ側Ｘステージ１０Ｘが目標座標に近づいた収束期間Ｔにおいて波状に次第に０になる。この収束期間Ｔにおいて、最終的な位置決めを行う追い込み動作が行われる。
【００３４】
図４（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれその収束期間Ｔにおけるウエハ側Ｘステージ１０ＸのＸ座標ＸW 、レチクル側Ｘステージ３ＸのＸ座標ＸR 、及び（１）式で表される相対誤差ΔＸを示す。図４（ａ）において、本実施例ではウエハ側Ｘステージ１０ＸのＸ座標ＸW が、目標座標ＸWAに対して所定の間隔だけ離れた座標ＸWBに達した時点ｔ1 で、図１の補正動作判定手段１９がレチクルステージ駆動手段２３の動作を開始させる。なお、レチクル側Ｘステージ３Ｘの初期位置が０以外の値を含むＸR である場合には、補正動作判定手段１９は、レチクル側Ｘステージ３Ｘのストローク等に応じて、そのレチクルステージ駆動手段２３の駆動開始のタイミングを制御する。すなわち、レチクル側Ｘステージ３ＸのＸ座標がＸR であるときの可動範囲内に、ウエハ側Ｘステージ１０Ｘのずれ量｜ＸWA−ＸW|／βが入った時点でレチクルの駆動を開始するようにすればよい。このとき、露光すべきショット領域の全体が投影光学系９のイメージフィールド（投影視野）内に入っている必要はなく、要は露光開始時点でショット全体がイメージフィールド内に入っているようなタイミングでレチクル駆動を開始すればよく、ショット領域の少なくとも一部がイメージフィールド内に入っているかどうかは特に問題でない。これにより図１は、図２の機能ブロック図のように２つの閉ループ系が並列に動作し、図４（ｂ）に示すように、レチクル側Ｘステージ３ＸのＸ座標ＸR が相対誤差ΔＸを０にするように変化するようになる。このとき、（１）式において、レチクル側Ｘステージ３Ｘの初期目標座標ＸRAを０として、相対誤差ΔＸを近似的に０とおくと、次式が得られる。
【００３５】
ＸR ≒−（ＸW −ＸWA）／β （２）
これは、レチクル側Ｘステージ３ＸのＸ座標ＸR は、投影光学系９の投影倍率に依る換算係数（１／β）を除いて、ウエハ側Ｘステージ１０Ｘの位置誤差（ＸW −ＸWA）をほぼ反転した特性で変化することを意味する。従って、図４（ｂ）のＸ座標ＸR も、時点ｔ1 以後は図４（ａ）の位置誤差（ＸW −ＸWA）をほぼ反転した特性に追従して変化している。なお、図４（ｂ）のＸ座標ＸR は、便宜上投影光学系９の投影倍率βを１とした特性を示している。
【００３６】
また、（１）式から分かるように、相対誤差ΔＸは、図４（ａ）のウエハ側Ｘステージ１０Ｘの位置誤差（ＸW −ＸWA）のレチクル上での換算値と、図４（ｂ）のレチクル側Ｘステージ３Ｘの位置誤差ＸR(ＸRA＝０）との差分であるため、投影倍率βを１とすると、相対誤差ΔＸは、図４（ｃ）に示すように、図４（ａ）と図４（ｂ）とを加算した特性となる。この場合、図１においてレチクル側Ｘステージ３Ｘはウエハ側Ｘステージ１０Ｘより軽量であり、且つ移動距離が短くて済むため、レチクル側Ｘステージ３Ｘの応答速度はウエハ側Ｘステージ１０Ｘより高い。従って、相対誤差ΔＸは、図４（ａ）のウエハ側Ｘステージ１０ＸのＸ座標ＸW より速く収束する。
【００３７】
この場合、図２の露光条件判定手段２２では、相対誤差ΔＸが所定の時間以上、０に対して所定の幅ｃの範囲内に入っていたときに露光可能と判定する。所定の幅ｃの一例は、例えば２層目以降の重ね合わせ露光ではウエハに転写すべきレチクルパターンの最小線幅等に応じて定められる重ね合わせ精度に相当し、１層目の露光ではウエハ上に形成される回路パターンの配列精度（要求値）に相当する。従って、図４（ｃ）に示すように、時点ｔ3 でこの条件が満たされるため、露光条件判定手段２２は図１の照明光学系１に対して露光光ＩＬの照射を所定の露光時間だけ行わせる。これにより、レチクルＲのパターンの投影像とウエハＷの当該ショット領域との位置ずれ量がその所定の幅ｃより小さい条件で、即ちレチクルＲとウエハＷとの重ね合わせ誤差がほぼ０の状態で露光が行われる。なお、露光中ウエハ側Ｘステージ１０Ｘは目標位置ＸWAに収束するように駆動され、レチクル側Ｘステージ３Ｘは相対誤差ΔＸが零となるように駆動され続けられる。また、露光開始時点での投影光学系９のイメージフィールド内のレチクルの位置は目標位置からずれているが、このずれ量に応じて生じる投影光学系９の光学特性、例えばディストーション、投影倍率、焦点位置、像面湾曲等の変化が無視できないときは、露光開始直前又は直後から、連続的又は断続的にその光学特性を前述のずれ量に応じて変化させるとよく、これにより常に最良の結像状態でレチクルパターンをウエハに転写できる。このとき、例えばずれ量と各特性との関係をメモリに格納しておき、その関係に基づいて各特性を制御すればよい。
【００３８】
なお、投影光学系９を構成する複数の光学要素の少なくとも１つ（特にレチクルＲに近い光学素子）を光軸方向に移動すれば、倍率や像面湾曲を変化させることができ、レチクルを光軸方向に移動すればディストーションを変化させることができる。また、焦点位置は斜入射光方向のフォーカスセンサを用いて、その変化量に応じてウエハを光軸方向に移動すればよい。また、逆に光学特性の変化量が無視できる許容ずれ量を定めておき、そのずれ量に基づいてレチクルの駆動の開始のタイミングを決定してもよい。すなわち、相対誤差ΔＸが許容ずれ量以下となった時点で、レチクルを駆動するようにしてもよい。
【００３９】
これに対して、従来例のように、レチクル側Ｘステージ３Ｘを固定した状態で、図４（ａ）においてウエハ側Ｘステージ１０ＸのＸ座標ＸW が目標座標ＸWAに対して所定の時間以上、所定の幅ｃ・βの範囲内に入ってから露光を行うものとすると、ウエハ側Ｘステージ１０Ｘの応答速度が低いと共に、投影倍率βは一般に１より小さく幅ｃ・βが小さくなるため、時点ｔ3 を過ぎても露光を行うことができない。従って、本実施例によれば、従来例のようにウエハ側のステージのみを駆動する場合に比べて、レチクルＲとウエハＷとの位置決めを行う際の追い込み動作に要する時間を短縮でき、露光工程のスループットが向上する。
【００４０】
更に、本実施例ではウエハ側Ｘステージ１０ＸのＸ座標ＸW が、目標座標ＸWAに対して所定の間隔だけ離れた座標ＸWBに達した時点ｔ1 で、図１のレチクルステージ駆動手段２３の動作を開始させているため、レチクル側Ｘステージ３Ｘの移動範囲が狭くでき、レチクル側Ｘステージ３Ｘの構成が簡単であり、且つ制御が容易である。また、本実施例では、ウエハ干渉計１４Ｘ及びレチクル干渉計７Ｘの計測値を用いてＸ方向の位置合わせを行っているため、特に応答速度が速い利点がある。
【００４１】
但し、レチクル側Ｘステージ３Ｘの位置決め精度を、従来例のウエハ側Ｘステージ１０Ｘで要求される位置決め精度と同程度にしてもよく、これによりレチクルＲとウエハＷとの重ね合わせ精度を従来例よりも高くすることができる。
なお、ウエハ側Ｘステージ１０Ｘのみを駆動して位置決めを行う場合に要求される位置決め精度に対して、本実施例においてレチクル側Ｘステージ３Ｘに要求される位置決め精度を１／β倍（例えば５倍）にした場合には、レチクル側Ｘステージ３Ｘの制御系は比較的簡単に、且つ低コストに構成できる。更に、本実施例ではウエハ側Ｘステージ１０Ｘは粗く位置決めされるだけでもよいため、ウエハ側Ｘステージ１０Ｘとして簡単な低コストの構成を採用できる。
【００４２】
また、本実施例においては、露光を開始した時点ｔ3 以後にも、図２のウエハステージ駆動系２８及びレチクルステージ駆動系２９にそれぞれ位置決め動作を継続して行わせている。これにより、仮に外乱により装置全体が揺動して、ウエハ側Ｘステージ１０Ｘが位置ずれを起こしたような場合でも、高い応答速度のレチクル側Ｘステージ３Ｘが追従してその位置ずれを相殺することにより、レチクルＲとウエハＷとの重ね合わせ精度を高精度に維持できる。但し、本実施例では、１層目のレチクルパターンをウエハ上に転写する際にも、露光工程のスループットを向上させることができる。
【００４３】
また、図４においては、ウエハ側Ｘステージ１０ＸのＸ座標ＸW が座標ＸWB以下になった時点ｔ1 からレチクル側Ｘステージ３Ｘの駆動を開始しているが、ウエハ側Ｘステージ１０ＸのＸ座標ＸW が目標座標ＸWAを最初に横切る時点ｔ2 からレチクル側Ｘステージ３Ｘの駆動を開始してもよい。これにより、レチクル側Ｘステージ３Ｘの移動範囲をより小さくすることができる場合があり、従って、露光までの時間を短縮できる場合がある。
【００４４】
また、レチクル干渉計７Ｘの代わりに例えばレチクルＲ上のマークを検出するマーク検出系を用いるようにしてもよい。ただし、ウエハステージ上の基準マークを用いてそのマーク検出系の検出基準位置をウエハステージ上の座標（Ｘ，Ｙ）の座標値として求めておく必要がある。この場合、マーク検出系の検出基準位置を前記レチクルの目標位置として、上述実施例と同様にマーク検出系の検出信号に基づいてレチクルステージを駆動すればよい。また、この場合にはマーク検出系のマーク検出可能範囲にレチクル上のマークが入った時点でレチクル駆動を開始するようにすればよいが、例えば検出可能範囲内にマークが入っていなくてもレチクル干渉計７Ｘの出力を用いてレチクル駆動を開始してもよく、この場合にはレチクル駆動開始後検出可能範囲内にマークが入った時点で、減算手段２１に入力する信号をレチクル干渉計７Ｘの出力からマーク検出系の出力へと切り換えるようにすればよい。
【００４５】
次に、本発明の他の実施例につき図５及び図６を参照して説明する。本実施例で使用するステッパはほぼ図１の構成であるが、本実施例ではレチクル側Ｘステージ３Ｘの位置決めを行うのに、レチクル干渉計７Ｘの計測値ではなくＴＴＲ方式のアライメント系２６の計測値を用いる点が異なっている。
即ち、本実施例では、Ｘ軸方向の位置決めに関してレチクル側Ｘステージ３Ｘの駆動を開始すると、図５の機能ブロック図のような２つの閉ループが構成される。図１及び図２に対応する部分に同一符号を付して示す図５において、補正動作判定手段１９から減算手段１５及び加算手段２０にそれぞれ、ウエハ側Ｘステージ１０Ｘの目標座標ＸWA及びレチクル側Ｘステージ３Ｘの目標座標ＸRA（本実施例では０）が供給される。
【００４６】
減算手段１５にはウエハ干渉計１４Ｘにより計測されたＸ座標ＸW も供給され、減算手段１５により求められたウエハ側Ｘステージ１０Ｘの位置誤差の反転値（ＸWA−ＸW)がウエハステージ駆動系２８に供給される。そして、ウエハステージ駆動系２８では、その位置誤差の反転値が０になるように図１のウエハ側Ｘステージ１０Ｘを駆動する。
【００４７】
それに対して、加算手段２０には図１のアライメント系２６により計測されたＸ方向の相対誤差ΔＸ、即ちレチクルＲ上のレチクルマークＲＭＸと、ウエハＷ上のこれから露光対象とするショット領域に付設されたウエハマークＷＭＸとのＸ方向への位置ずれ量（レチクルＲ上での換算値）が供給されている。この相対誤差ΔＸは露光条件判定手段２２へも供給され、本実施例の露光条件判定手段２２は、その相対誤差ΔＸが所定の時間継続して、所定の許容範囲内に収まったときに図１の照明光学系１に露光を開始させる。
【００４８】
そして、加算手段２０により得られた相対誤差ΔＸが、レチクルステージ駆動系２９に供給され、レチクルステージ駆動系２９はその相対誤差ΔＸが０になるように図１のレチクル側Ｘステージ３Ｘを駆動する。なお、本実施例においても、図１の補正動作判定手段１９が使用され、ウエハ側Ｘステージ１０Ｘの位置誤差が所定の許容値以下になってから初めて図５のレチクルステージ駆動系２９が動作を開始する。
【００４９】
次に、本実施例の露光動作につき説明する。先ず、図１の照明光学系１に露光光ＩＬの照射を中断させた状態で、不図示のレチクル用のアライメント顕微鏡による検出結果に基づいて、レチクルＲの位置決めを行い、レチクル側Ｘステージ３Ｘを固定し、この状態でレチクル干渉計７Ｘの計測値を０にリセットする。
次に、露光用のウエハＷをウエハ側Ｙステージ１０Ｙ上にロードし、不図示のオフ・アクシス方式のアライメント系により、ウエハ側Ｙステージ１０Ｙ上の基準位置に対するウエハＷの位置関係を検出する。これにより、レチクルＲのパターンの投影光学系９による投影像の位置（露光位置）と、ウエハＷの各ショット領域との位置関係が分かり、ウエハＷの各ショット領域をその露光位置に設定するためのウエハ側Ｘステージ１０Ｘの目標座標が算出される。なお、アライメント系２６を用いて、レチクルＲとウエハＷ上の所定のショット領域との位置関係を直接検出し、この検出結果を用いて、レチクルＲの初期露光位置、及びウエハＷ上の各ショット領域を露光位置に設定するためのウエハ側Ｘステージ１０Ｘの目標座標を算出してもよい。
【００５０】
次に、図５の目標位置設定手段１６が、減算手段１５に対してウエハ側Ｘステージ１０Ｘの目標座標ＸWAを設定し、加算手段２０にレチクル側Ｘステージ３Ｘの目標座標ＸRA（＝０）を設定する。その後、ウエハステージ駆動系２８が、ウエハ側Ｘステージ１０ＸをＸ方向にステッピング移動させて、図６（ａ）に示すようにウエハ側Ｘステージ１０ＸのＸ座標ＸW を目標座標ＸWAに近づける。
【００５１】
そして、図６（ａ）において、ウエハ側Ｘステージ１０ＸのＸ座標ＸW が、目標座標ＸWAに対して所定の間隔だけ離れた座標ＸWCに達した時点ｔ4 で、図１のアライメント系２６による位置計測を開始する。その後、Ｘ座標ＸW が、目標座標ＸWAに対して座標ＸWBに達した時点ｔ5 で、図１の補正動作判定手段１９が図５のレチクルステージ駆動系２９の動作を開始させる。これ以後の追い込み動作により、図６（ｂ）に示すように、相対誤差ΔＸが０に近づいていく。また、実際に２光束干渉方式のアライメント系２６がレチクルマーク及びウエハマークの位置のずれ量を正確に検出できるようになるのは、時点ｔ5 から遅れた時点ｔ6 からである。
【００５２】
なお、レチクル駆動開始タイミング（ｔ5)は図１のウエハマークＷＭＸがアライメント系２６のマーク検出可能範囲内に入ってからである。本実施例では両マークＷＭＸ，ＲＭＸの位置ずれ量を正確に検出できるようになるのは、２光束によって形成される干渉縞に対してウエハマークＷＭＸがそのピッチＰのＰ／２（±Ｐ／４）の幅内に入ってからであるので、ウエハマークが干渉縞に対して±Ｐ／４内に入った時点でレチクル駆動を開始することになる。なお、アライメント系２６のマーク検出範囲が広い場合には、先の実施例で述べたようにレチクルステージのストローク、マーク検出可能範囲等に応じてレチクル駆動のタイミングを決定すればよい。他の条件は先の実施例と同じである。
【００５３】
この場合、図１においてレチクル側Ｘステージ３Ｘはウエハ側Ｘステージ１０Ｘより軽量であり、且つ移動距離が短くて済むため、レチクル側Ｘステージ３Ｘの応答速度はウエハ側Ｘステージ１０Ｘより高い。従って、図６（ｂ）の相対誤差ΔＸは、図６（ａ）のウエハ側Ｘステージ１０ＸのＸ座標ＸW より速く収束する。そして、図５の露光条件判定手段２２では、相対誤差ΔＸが所定の時間以上、０に対して所定の幅ｃの範囲内に入っていたときに露光可能と判定する。従って、図６（ｂ）に示すように、時点ｔ7 でこの条件が満たされるため、露光条件判定手段２２は図１の照明光学系１に対して露光光ＩＬの照射を所定の露光時間だけ行わせる。これにより、レチクルＲのパターンの投影像とウエハＷの当該ショット領域との位置ずれ量に対応する相対誤差ΔＸが、その所定の幅ｃより小さい条件で、即ちレチクルＲとウエハＷとの重ね合わせ誤差がほぼ０の状態で露光が行われる。なお、露光中、ウエハは目標位置に位置決めするように移動され、レチクルは相対誤差ΔＸが零になるように移動されるが、例えば露光開始直前にウエハ干渉計１４Ｘの出力をカットし、アライメント系２６の出力に基づいてレチクルとウエハとを相対移動するようにしてもよい。
【００５４】
これに対して、従来例のように、レチクル側Ｘステージ３Ｘを固定した状態で、図６（ａ）においてウエハ側Ｘステージ１０ＸのＸ座標ＸW が目標座標ＸWAに対して所定の時間以上、所定の幅ｃ・βの範囲内に入ってから露光を行うものとすると、ウエハ側Ｘステージ１０Ｘの応答速度が低いと共に、投影倍率βは一般に１より小さく幅ｃ・βが小さくなるため、時点ｔ7 を大幅に過ぎた時点ｔ8 でようやく露光を行うことができるようになる。従って、本実施例によれば、従来例のようにウエハ側のステージのみを駆動する場合に比べて、レチクルＲとウエハＷとの位置決めを行う際の追い込み動作に要する時間を短縮することができ、露光工程のスループットが向上する。特に、本実施例では、レチクル側Ｘステージ３Ｘを駆動しても、最終的にアライメント系２６により計測されたレチクルＲとウエハＷとの相対誤差ΔＸを０にするように位置合わせを行っているため、特に重ね合わせ精度を高めることができる利点がある。ところで本実施例では、ウエハマークＷＭＸがアライメント系２６の検出可能範囲内に入る前にレチクル駆動を開始してもよい。すなわち、ウエハマークＷＭＸが検出可能範囲に入る前は、先の実施例と同様にレチクル干渉計７Ｘの出力を用いてレチクルを駆動開始し、検出可能範囲内に入った後は加算手段２０に入力する信号をアライメント系２６の出力に切り換えるようにしてもよい。
【００５５】
なお、本実施例においても、図６（ａ）においてウエハ側Ｘステージ１０ＸのＸ座標ＸW が目標座標ＸWAを最初に横切る時点ｔ10から、レチクルステージ駆動系２９の動作を開始させて、レチクル側Ｘステージ３Ｘを駆動するようにしてもよい。これにより、位置決め時間を更に短縮できる場合がある。
なお、上述実施例はステッパに対して本発明を適用したものであるが、本発明はプロキシミティ露光方式のように投影光学系を使用しない露光装置にも同様に適用できる。また、ステッパのように投影光学系を使用する投影露光装置に本発明を適用した場合、その投影光学系の投影倍率は例えば等倍でもよい。この場合でも、レチクル側のステージの応答性が速いことから、露光工程のスループットが向上する。なお、以上の各実施例では、露光中ウエハは目標位置に向けて移動され、レチクルは相対誤差ΔＸが零となるように移動される。このため、１つのショット領域の露光終了後すなわち次ショットの露光直前では、レチクルはウエハの位置決め目標位置に対応した位置に位置決めされており、その位置を基準として次ショットを露光するために前述と同様の動作でレチクル駆動が開始されることになる。このとき、次ショットを露光するためにウエハステージをステッピングさせると同時に、換言すれば前述のレチクル駆動開始前に更にスループットを向上させるために、予め投影光学系のイメージフィールド内でレチクルを移動しておくようにしてもよい。すなわち、例えば図１においてウエハＷのステッピング方向を＋Ｘ方向とすると、レチクルＲをステッピング方向に沿った方向に原点から＋Ｘ方向にＲ1 又は−Ｘ方向にＲ2 だけシフトさせておく。これにより、レチクルＲを駆動して相対誤差ΔＸが所定値ｃ以下に収束するまでの時間を短縮することができる。
【００５６】
このように、本発明は上述実施例に限定されず、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。
【００５７】
【発明の効果】
本発明の第１の露光装置によれば、基板ステージの位置決め誤差に応じてマスクステージ側をも移動させるようにしているため、基板の所定の露光領域の位置決め動作を開始した後、マスクのパターンをその露光領域に露光する露光動作に入るまでの時間が短縮できるため、露光工程のスループットを向上できる利点がある。
【００５８】
また、本発明を投影露光装置に適用した場合、一般に投影露光装置のマスクから基板への投影倍率は１より小さく（例えば１／５等）、基板上で要求される位置決め精度に対してマスク上で要求される位置決め精度は粗くてよい。従って、マスクステージ側を移動させることにより、位置決めの追い込み動作に要する時間を更に短縮できる。逆に、マスクステージ側での位置決め精度を基板側で要求される位置決め精度程度にした場合には、従来よりも位置決め時間を短縮した上に位置決め精度（重ね合わせ精度）を向上することができる。
【００５９】
更に、露光中もマスクステージによる補正動作を行うことにより、外乱により露光装置全体が揺動して基板ステージが位置ずれを起こしたような場合にも、基板上の当該露光領域とマスクパターンとの重ね合わせ精度を高精度に維持できる利点がある。
次に、本発明の第２の露光装置によれば、アライメント手段により検出された位置ずれ量に応じて、マスクステージ側をも移動させるようにしているため、基板の所定の露光領域の位置決め動作を開始した後、マスクのパターンをその露光領域に露光する露光動作に入るまでの時間が短縮できるため、露光工程のスループットを向上できる利点がある。
【００６０】
また、本発明の第３の露光装置によれば、基板ステージ誤差量が最初に０を横切ってからマスクステージを駆動するようにしているので、マスクステージの可動範囲が狭くなりマスクステージの構成が簡易化できると共に、マスクステージの制御が容易になるという利点がある。更に、露光までの時間を短縮できるという利点がある。
【００６１】
また、本発明の露光方法によれば、マスクステージの可動範囲を狭くできるのでマスクステージの構成を簡単にできると共にマスクステージの制御が容易になるという利点がある。更に本発明の露光方法によれば、基板ステージ及びマスクステージの移動中に露光を行うので露光動作に入るまでの時間が短縮できる。従って、露光工程のスループットを向上することができると共に、マスクと基板との重ね合わせ精度が常に高い状態で露光できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による露光装置の一実施例の概略構成を示す構成図である。
【図２】その実施例でレチクル側Ｘステージ３Ｘを移動させる場合の動作を示す機能ブロック図ある。
【図３】その実施例で位置決め動作を行う場合のウエハ側Ｘステージ１０Ｘの速度特性の一例を示す図である。
【図４】その実施例で、位置決め動作を行う場合のウエハ側Ｘステージ１０ＸのＸ座標、レチクル側Ｘステージ３ＸのＸ座標、及び相対誤差の変化の一例を示す図である。
【図５】本発明の他の実施例でレチクル側Ｘステージ３Ｘを移動させる場合の動作を示す機能ブロック図である。
【図６】図５の実施例で位置決め動作を行う場合のウエハ側Ｘステージ１０ＸのＸ座標、及び相対誤差の変化の一例を示す図である。
【符号の説明】
１ 照明光学系
２ ダイクロイックミラー
Ｒ レチクル
３Ｘ レチクル側Ｘステージ
４ レチクルベース
５Ｘ 駆動モータ
７Ｘ レチクル干渉計
８ 主制御系
９ 投影光学系
１０Ｘ ウエハ側Ｘステージ
１１ ウエハベース
１２Ｘ 駆動モータ
１４Ｘ ウエハ干渉計
１６ 目標位置設定手段
１８ ウエハステージ駆動手段
１９ 補正動作判定手段
２２ 露光条件判定手段
２３ レチクルステージ駆動手段
２６ ＴＴＲ方式のアライメント系
２８ ウエハステージ駆動系
２９ レチクルステージ駆動系
Claims (9)
- 転写用のパターンが形成されたマスクを保持するマスクステージと、前記転写用のパターンが露光される基板を保持して２次元平面内で移動する基板ステージとを有し、該基板ステージを駆動して前記基板上の各露光領域を前記転写用のパターンの露光位置に位置決めすることにより、前記基板上の各露光領域にそれぞれ前記転写用のパターンを露光する露光装置において、
前記マスクステージを前記基板ステージが移動する方向に沿って移動自在に構成し、
前記基板ステージの位置を検出する基板ステージ側位置検出手段と、
前記マスクステージの位置を検出するマスクステージ側位置検出手段と、
前記基板の各露光領域を露光位置に設定するように前記基板ステージを目標位置に駆動する第１の駆動手段と、
前記基板ステージの目標位置と前記基板ステージ側位置検出手段により計測された位置との差分である基板ステージ誤差量を、前記マスクステージの初期目標位置と前記マスクステージ側位置検出手段により計測された位置との差分に加算して前記マスクステージの目標位置を求め、前記基板ステージの移動中に前記基板ステージ誤差量が前記マスクステージの可動範囲に入った際に該目標位置に前記マスクステージを駆動する第２の駆動手段と、
前記基板ステージ及び前記マスクステージの移動中に前記マスクステージの目標位置と前記マスクステージ側位置検出手段により計測された位置との差分が所定時間連続して所定の許容値以下になったときに前記転写用のパターンを前記基板上に露光する制御手段と、を備えたことを特徴とする露光装置。 - 転写用のパターンが形成されたマスクを保持するマスクステージと、前記転写用のパターンが露光される基板を保持して２次元平面内で移動する基板ステージとを有し、該基板ステージを駆動して前記基板上の各露光領域を前記転写用のパターンの露光位置に位置決めすることにより、前記基板上の各露光領域にそれぞれ前記転写用のパターンを露光する露光装置において、
前記マスクステージを前記基板ステージが移動する方向に沿って移動自在に構成し、
前記基板ステージの位置を検出する基板ステージ側位置検出手段と、
前記基板の各露光領域を露光位置に設定するように前記基板ステージを目標位置に駆動する第１の駆動手段と、
前記転写用のパターンと前記基板上の各露光領域との位置ずれ量を検出するアライメント手段と、
前記基板ステージの移動中に前記位置ずれ量が前記マスクステージの可動範囲に入った際に前記アライメント手段により検出される位置ずれ量を小さくするように前記マスクステージを駆動する第２の駆動手段と、
前記基板ステージ及び前記マスクステージの移動中に前記アライメント手段により検出される位置ずれ量が前記パターンの最小線幅又は前記パターンの配列精度に応じて決定された許容値以下になったときに前記転写用のパターンを前記基板上に露光する制御手段と、を備えたことを特徴とする露光装置。 - 前記マスクステージは前記基板ステージよりも軽量であることを特徴とする請求項１又は２記載の露光装置。
- 転写用のパターンが形成されたマスクを保持するマスクステージと、前記転写用のパターンが露光される基板を保持して２次元平面内で移動する基板ステージとを有し、該基板ステージを駆動して前記基板上の各露光領域を前記転写用のパターンの露光位置に位置決めすることにより、前記基板上の各露光領域にそれぞれ前記転写用のパターンを露光する露光装置において、
前記マスクステージを前記基板ステージが移動する方向に沿って移動自在に構成し、
前記基板ステージの位置を検出する基板ステージ側位置検出手段と、
前記マスクステージの位置を検出するマスクステージ側位置検出手段と、
前記基板の各露光領域を露光位置に設定するように前記基板ステージを目標位置に駆動する第１の駆動手段と、
前記基板ステージの目標位置と前記基板ステージ側位置検出手段により計測された位置との差分である基板ステージ誤差量が最初に０を横切った後の前記基板ステージ誤差量を、前記マスクステージの初期目標位置と前記マスクステージ側位置検出手段により計測された位置との差分に加算して前記マスクステージの目標位置を求め、前記目標位置に前記マスクステージを駆動する第２の駆動手段と、
前記マスクステージの目標位置と前記マスクステージ側位置検出手段により計測された位置との差分が所定時間連続して所定の許容値以下になったときに前記転写用のパターンを前記基板上に露光する制御手段と、を備えたことを特徴とする露光装置。 - 前記制御手段は、前記パターンの最小線幅と前記パターンの配列精度との何れか一方に基づいて前記所定の許容値を決定することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
- マスクステージに保持されたマスクのパターンと基板ステージに保持された基板との位置関係を調整して、前記マスクのパターンを前記基板に露光する露光方法において、
前記基板の露光対象となっている露光領域を露光するために、前記基板ステージを移動させるステップと、
前記マスクのパターンと前記基板の露光対象となっている露光領域とのずれ量を検出するステップと、
前記基板ステージの移動中に前記ずれ量が前記マスクステージの可動範囲に入った際に前記検出されたずれ量が小さくなるように前記マスクステージを移動させるステップと、
前記基板ステージ及び前記マスクステージの移動中に前記ずれ量が前記パターンの最小線幅又は前記パターンの配列精度に応じて決定された許容値以下になった際に前記パターンを前記基板に露光するステップと、を含むことを特徴とする露光方法。 - 前記露光するステップは、前記ずれ量が所定時間連続して前記許容値以下になった際に実行されることを特徴とする請求項６記載の露光方法。
- 前記マスクのパターンと前記基板の露光対象となっている露光領域とのずれ量を検出するステップは、前記マスクの回転角と前記基板の回転角との差を検出するステップを含むことを特徴とする請求項６又は７記載の露光方法。
- 前記マスクと前記基板との間には投影光学系が設けられており、
前記ずれ量に応じて前記投影光学系を調整するステップを更に含むことを特徴とする請求項６、７、又は８に記載の露光方法。
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