JP3809680B2 - 露光方法 - Google Patents
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Description
【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の露光方法に関し、特にステップ・アンド・スキャン方式のような走査露光型の露光装置で露光を行う場合に使用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば半導体素子を製造する際に、マスクとしてのレチクルのパターンをフォトレジストが塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）の各ショット領域に転写するための露光装置として、従来はステップ・アンド・リピート方式（一括露光方式）の縮小投影型露光装置（ステッパー）が多用されていた。これに対して最近、投影光学系に対する負担をあまり重くすることなく、高精度に大面積の回路パターンを転写するという要請に応えるために、レチクル上のパターンの一部を投影光学系を介してウエハ上に投影した状態で、レチクルとウエハとを投影光学系に対して同期走査することにより、レチクル上のパターンの像を逐次ウエハ上の各ショット領域に転写する所謂ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置が開発されている。
【０００３】
従来より知られている、一体型のステージによる１回の走査露光でレチクル全面のパターンを等倍の正像でウエハの全面に転写するアライナは、走査型露光装置の原型とも言えるものである。これに対して、ステップ・アンド・スキャン方式では通常縮小倍率の投影光学系が使用されるため、レチクルステージとウエハステージとをその縮小倍率に応じた速度比で独立に駆動する必要があり、且つ各ショット領域間の移動はステッピング方式で行うため、ステージ系の機構は複雑で、極めて高度な制御が必要である（例えば特開平７−１７６４６８号公報参照）。
【０００４】
そのため、図９に示すように、従来よりステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置のステージはレーザ干渉計の計測値に基づいて速度、及び位置が制御されていた。即ち、図９（ａ１）及び（ａ２）において、ウエハＷが載置されるウエハステージ５１にはＸ軸の移動鏡５２Ｘ及びＹ軸の移動鏡５２Ｙが固定され、レチクルＲが載置されるレチクルステージ５４にもＸ軸の移動鏡５５Ｘ及びＹ軸の移動鏡５５Ｙが固定されている。そして、ウエハＷが移動する平面の直交座標系をＸ軸及びＹ軸として、走査露光時の走査方向をＹ軸に沿った方向（Ｙ方向）とすると、従来は走査方向用のＹ軸の移動鏡５２Ｙ及び５５Ｙに対して平行にそれぞれ２本の計測用のレーザビーム５３Ｙ１，５３Ｙ２、及び５６Ｙ１，５６Ｙ２が照射され、非走査方向用の移動鏡５２Ｘ及び５５Ｘに対してそれぞれ１本の計測用のレーザビーム５３Ｘ及び５６Ｘが照射され、走査方向の位置（Ｙ座標）は２軸のレーザ干渉計で計測され、非走査方向の位置（Ｘ座標）は１軸のレーザ干渉計で計測されていた。
【０００５】
このとき、走査方向用の２軸のレーザ干渉計の一方は、ヨーイング計測用のレーザ干渉計であり、２軸のＹ座標の差分より、ウエハステージ５１（ウエハＷ）及びレチクルステージ５４（レチクルＲ）の回転角が計測され、走査露光時には両ステージ５１及び５４のＸ座標、及びＹ座標が投影倍率に応じた位置関係となり、且つ両ステージの相対回転角が一定となるように両ステージ５１及び５４の同期走査が行われていた。なお、通常は反転投影の投影光学系が使用されるため、ウエハステージ５１とレチクルステージ５４との走査方向は逆であるが、簡単のために正立像が投影されるものとして両ステージの走査方向が共に−Ｙ方向であるとしている。
【０００６】
即ち、走査露光時には、移動鏡の反射面が正確にＸ軸及びＹ軸に平行であるとすると、ウエハステージ５１によってスリット状の露光領域５８に対してウエハＷが−Ｙ方向に移動するのと同期して、レチクルステージ５４によってスリット状の照明領域５７に対してレチクルＲが−Ｙ方向に移動して、ウエハＷ上の１つのショット領域にレチクルＲのパターン像が転写される。この結果露光されるショット領域は、図９（ａ３）に拡大して示すショット領域ＳＡａのように正確な矩形であり、ウエハＷ上に形成されるショット配列は、図９（ａ４）に示すようにＸ軸、及びＹ軸に沿って配列される格子状である。
【０００７】
これに対して、ウエハステージ５１のヨーイングによって、図９（ｂ１）に示すように移動鏡５２Ｘ，５２Ｙが角度θだけ時計回りに回転すると、ウエハＷの走査方向は、矢印６０ｂで示すように移動鏡５２Ｘの反射面に沿った方向（本来のＹ軸に対して角度θだけ傾斜した方向）となり、ウエハＷの非走査方向へのステッピング方向は、矢印６１ｂで示すように移動鏡５２Ｙの反射面に沿った方向となる。この場合、移動鏡５２Ｙの傾斜によってウエハステージ５１の回転が検出され、それに合わせてレチクルステージ５４も角度θだけ回転されるため、図９（ｂ２）の矢印５９ｂで示すように、レチクルＲも角度θだけ回転した状態で、且つその回転した方向に走査される。従って、走査露光によってウエハＷ上で露光されるショット領域（レチクルＲのパターン像の転写領域）は、図９（ｂ３）のショット領域ＳＡｂで示すように、回転はしているが正確な矩形であり、ウエハＷ上のショット配列（図９（ｂ４）参照）も、回転はしているが配列方向が直交する格子状（以下、「直交格子状」と呼ぶ）である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記の如く従来のステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置では、ウエハステージ及びレチクルステージの座標位置はそれぞれレーザ干渉計によって計測され、レーザ干渉計用の２軸の移動鏡の直交度が良好である場合には、仮にウエハステージがヨーイングによって回転しても露光されるショット領域の形状は矩形であり、得られるショット配列も直交格子状であった。
【０００９】
しかしながら、雰囲気気体の温度変化、又は露光光の照射による温度上昇等によって、ステージが熱変形したり、又はレーザ干渉計用の移動鏡自体が熱変形したりすることによって、それらの移動鏡の直交度が悪化したような場合に、露光されるショット領域の形状が矩形でなくなると共に、ショット配列も直交格子状でなくなる恐れがあった。これは主に、従来はステージの走査方向の位置を２軸のレーザ干渉計で計測し、得られた計測値の差分によってステージの回転角を求めていたこと、即ち図９の例では走査方向用の移動鏡５２Ｙ，５５Ｙに対してヨーイング計測用のレーザ干渉計からのレーザビームが照射されていたことに依ると考えられる。
【００１０】
具体的に、図９（ｃ１）はウエハステージ側の非走査方向用、即ちヨーイング計測が行われない移動鏡５２Ｘが角度θだけ傾斜した状態を示す。この場合、ウエハＷの走査方向は矢印６０ｃで示すように、傾斜した移動鏡５２Ｘの反射面に沿った方向であるが、ウエハステージの回転角の変化は検出されないため、図９（ｃ２）に示すように、レチクルＲ（レチクルステージ５４）は−Ｙ方向に走査される。そのため、ウエハＷ上に形成されるショット領域は、図９（ｃ３）のショット領域ＳＡｃで示すように平行四辺形となり、ショット配列（図９（ｃ４）参照）も平行四辺形状となる。
【００１１】
また、図９（ｄ１）はウエハステージ側の走査方向用、即ちヨーイング計測が行われている移動鏡５２Ｙが角度θだけ傾斜した状態を示す。この場合、ウエハＷの走査方向は−Ｙ方向であるが、ウエハステージの回転角の変化が検出されるため、図９（ｄ２）に矢印５９ｄで示すように、レチクルＲは本来のＹ軸に対して角度θだけ回転した状態で、且つ角度θだけ傾斜した方向に走査される。そのため、ウエハＷ上に形成されるショット領域は、図９（ｄ３）のショット領域ＳＡｄで示すように平行四辺形を９０°回転させた形状となり、ショット配列（図９（ｄ４）参照）も同様の形状となる。
【００１２】
図９（ｃ４）又は（ｄ４）に示すショット配列の配列誤差は、線形誤差（１次誤差）であるため、その上のレイヤへの露光を行う際には、例えば所謂エンハンスト・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）方式のアライメントを行って統計処理によってショット配列を求め、求められたショット配列に従ってウエハステージのステッピングを行うことによって実質的にその配列誤差が補正できる。しかしながら、そのような配列誤差は少ない程良いのは言うまでもない。一方、ショット領域ＳＡｃ，ＳＡｄで示すようにショット領域が変形した場合、図９（ａ１）のスリット状の露光領域５８のＹ方向の幅をＤ、移動鏡の回転角をθ（ｒａｄ）とすると、ウエハＷ上に露光される像は走査露光中に非走査方向に略Ｄ・θだけ横シフトした像と等価になり、像劣化を起こすという不都合がある。
【００１３】
このような像劣化を低減するために、従来よりウエハステージ上に所定の基準マークが形成された基準マーク板が固定され、定期的に（例えばウエハ交換時に）その基準マーク板上の基準マークとレチクル上のアライメントマークとの相対回転角の計測が行われ、その計測結果に基づいてレチクルの回転角の補正が行われていた。この際に、ウエハステージの熱変形等によって、レーザ干渉計の移動鏡によって定まるウエハステージの走り方向とその基準マーク板との角度が変化していると、レチクルの回転角の補正が正確に行われなくなり、露光されるショット領域が変形するという不都合があった。
【００１４】
また、上述のように例えばＥＧＡ方式のアライメントを行う場合、所定のアライメントセンサを用いてウエハ上の所定のショット領域に付設されたアライメントマーク（ウエハマーク）の位置検出を行う必要がある。この際に、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をそれぞれレチクルのパターン像に高精度に合わせ込むために、基準マーク板を使用することによって例えば定期的に、アライメントセンサの基準点（検出中心等）とウエハ上に露光される像の基準点（露光中心等）との間隔であるベースライン量が求めて記憶され、このベースライン量でそのアライメントセンサの検出結果が補正される。このように定期的にベースライン量の計測を行うことは、インターバル・ベースラインチェックと呼ばれている。この場合にも、熱変形等によってレーザ干渉計の移動鏡によって定まるウエハステージの走り方向と基準マーク板との傾斜角の変動があると、実質的にベースライン量が変動して、重ね合わせ誤差が大きくなるという不都合があった。
【００１５】
本発明は斯かる点に鑑み、ウエハステージの走り方向と、レチクルの回転角の基準となる基準マーク板との相対角度が変化した場合でも、ウエハ上で露光されるショット領域の歪の発生を防止できるか、又はウエハ上のショット配列を直交格子状にできる露光方法を提供することを第１の目的とする。
本発明は更に、ウエハステージの走り方向と、アライメントセンサのベースライン量を計測するための基準マーク板との相対角度が変化した場合でも、そのベースライン量を高精度に計測できる露光方法を提供することを第２の目的とする。
【００１６】
本発明は更に、ウエハステージの走り方向と、アライメントセンサのベースライン量を計測するための基準マークとの相対角度が変化しにくく、結果としてそのベースライン量を高精度に計測できる露光方法を提供することを第３の目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明による第１の露光方法は、マスク（１２）上のパターンの一部を露光光のもとで基板ステージ（１〜４）上の感光性の基板（５）上に投影した状態で、マスク（１２）及び基板（５）を同期して対応する走査方向に走査することにより、マスク（１２）上のパターンを基板（５）上の各ショット領域に逐次転写する露光方法において、マスク（１２）上にその走査方向に沿って複数個の計測用マーク（２９Ａ，２９Ｄ）を形成し、これら複数個の計測用マークと実質的に同一の位置関係を有する複数個の基準マーク（３５Ａ，３５Ｄ）が形成された基準マーク部材（６）をその基板ステージ上に配置しておき、その基板ステージをその走査方向に移動することによって、マスク（１２）上のそれら複数個の計測用マークの内の１つの計測用マーク（２９Ａ）と基準マーク部材（６）上の複数個の基準マーク（３５Ａ，３５Ｄ）のそれぞれとの位置ずれ量を順次計測し、この計測結果より複数個の基準マーク（３５Ａ，３５Ｄ）の配列方向と、その基板ステージの走り方向との相対回転角θ１を検出する第１工程と、マスク（１２）及び基板（５）をその対応する走査方向に同期して移動させて、マスク（１２）上の複数個の計測用マーク（２９Ａ，２９Ｄ）のそれぞれと基準マーク部材（６）上の対応する基準マーク（３５Ａ，３５Ｄ）との位置ずれ量を順次計測し、この計測結果より、マスク（１２）の走査方向とその基板ステージの走査方向との相対回転角θ２を検出する第２工程と、を有し、その相対回転角θ１の情報に基づいて、その基板ステージのステッピング方向を決定し、その相対回転角θ２の情報に基づいて、マスク（１２）の走査方向を決定するものである。
【００１８】
斯かる本発明によれば、マスク（１２）を固定してその基板ステージを走査した状態で検出される相対回転角θ１は、基準マーク（３５Ａ，３５Ｄ）の配列方向、即ち基準マーク部材（６）の角度と、その基板ステージの走査露光時の走り方向との相対角度である。また、仮にその基板ステージを基準マーク部材（６）に沿って走査した場合、マスク（１２）を対応する走査方向に同期して移動したときに計測される相対回転角θ２は、両ステージの走査方向の回転誤差である。そこで、ステージの熱変形等によってその基板ステージと基準マーク部材（６）の角度が変化したような場合でも、その基板ステージのショット領域間のステッピング方向を例えばその基準マーク部材（６）の基準マークの配列方向、又はこれに直交する方向にすることによって、基板（５）上に形成されるショット配列が直交格子状となる。更に、その基板ステージの走査方向を基準マーク部材（６）に沿った方向として、マスク（１２）を基準マーク部材（６）に沿って走査することによって、ショット領域が矩形となる。
【００１９】
また、本発明による第２の露光方法は、上記の本発明の第１の露光方法とその第１工程、及び第２工程を実行するまでは同一である。その後、この第２の露光方法では、それら第１工程及び第２工程で得られる相対回転角θ１と相対回転角θ２との差に基づいて、マスク（１２）の回転角の補正を行うものである。
斯かる本発明によれば、例えば基準マーク部材（６）に対するマスク（１２）の相対回転誤差をΔθとすると、マスク（１２）及び基板（５）を対応する走査方向に同期して移動したときに計測される相対回転角θ２は、（Δθ＋θ１）となる。即ち、マスク（１２）の基準マーク部材（６）に対する相対回転誤差Δθは（θ２−θ１）である。そこで、ステージの熱変形等によってその基板ステージと基準マーク部材（６）の角度が変化したような場合でも、本発明による相対回転誤差Δθの計測を行って、マスク（１２）の回転角を例えば−Δθだけ補正することによって、マスク（１２）の回転角を基準マーク部材（６）に合わせることができる。これによって、基板（５）上に露光されるショット領域がより矩形となる。
【００２０】
また、本発明による第３の露光方法は、上記の本発明の第１の露光方法とその第１工程を実行するまでは同一である。その後、この第３の露光方法では、マスク（１２）をその走査方向に走査することによって、基準マーク部材（６）上のそれら複数個の基準マークの内の１つの基準マーク（３５Ａ）とマスク（１２）上のそれら複数個の計測用マーク（２９Ａ，２９Ｄ）のそれぞれとの位置ずれ量を順次計測し、この計測結果より複数個の計測用マーク（２９Ａ，２９Ｄ）の配列方向と、マスク（１２）の走り方向との相対回転角θ３を検出する第２工程を実行し、その第１工程で検出される相対回転角θ１の情報に基づいて走査露光時のその基板ステージの位置を補正し、その相対回転角θ３の情報に基づいて走査露光時のマスク（１２）の位置を補正するものである。
【００２１】
斯かる本発明によれば、その第１工程で検出される相対回転角θ１は、基準マーク部材（６）に対するその基板ステージの走り方向の傾斜角であり、その第２工程で検出される相対回転角θ３は、マスク（１２）の走り方向に対するマスク（１２）のパターンの傾斜角である。そこで、走査露光時に、その基板ステージの走査方向が基準マーク部材（６）に沿った方向となるようにその基板ステージの位置を次第にずらすと共に、マスク（１２）の走査方向がマスク（１２）のパターンに沿った方向となるようにマスク（１２）の位置を次第にずらすことによって、基板（５）上に露光されるショット領域の歪が低減される。
【００２２】
また、本発明の第４の露光方法は、露光光のもとでマスク（１２）上のパターンの一部の像を投影光学系（８）を介して基板ステージ（１〜４）上の感光性の基板（５）上に投影した状態で、マスク（１２）及び基板（５）を同期して対応する走査方向に走査することにより、マスク（１２）上のパターンを基板（５）上の各ショット領域に逐次転写する露光方法において、投影光学系（８）の近傍に基板（５）上の位置合わせ用マークの位置を検出するためのオフ・アクシス方式のアライメント系（３４）を配置し、マスク（１２）上にその走査方向に沿って複数個の計測用マーク（２９Ａ，２９Ｄ）を形成し、投影光学系（８）の露光フィールド内の基準点とアライメント系（３４）の基準点との間隔に対応する間隔で第１及び第２の基準マーク（３５Ａ，３７Ａ）が形成された基準マーク部材（６）をその基板ステージ上に配置しておき、アライメント系（３４）で基準マーク部材（６）上の第２の基準マーク（３７Ａ）を観察した状態で、マスク（１２）をその走査方向に移動させて、マスク（１２）上の複数個の計測用マーク（２９Ａ，２９Ｄ）のそれぞれと基準マーク部材（６）上の第１の基準マーク（３５Ａ）との位置ずれ量を順次計測し、複数個の計測用マーク（２９Ａ，２９Ｄ）のそれぞれと第１の基準マーク（３５Ａ）との位置ずれ量の平均値、このそれぞれの位置ずれ量より求めたマスク（１２）のその走査方向に対する相対回転誤差、及びアライメント系（３４）で観察した第２の基準マーク（３７Ａ）の位置ずれ量より、投影光学系（８）の露光フィールド内の基準点とオフ・アクシス方式のアライメント系（３４）の基準点との間隔（ベースライン量）を求めるものである。
【００２３】
斯かる本発明によれば、基準マーク部材（６）を基準として、マスク（１２）上の計測用マーク（２９Ａ，２９Ｄ）の配列方向、即ちマスクパターンの転写像の方向とマスク（１２）の走り方向との相対回転誤差θ３の計測を行うのと並行して、アライメント系（３４）で観察した第２の基準マーク（３７Ａ）の位置ずれ量ΔＢ２が計測され、これらの計測値よりアライメント系（３４）のベースライン量が求められる。従って、その基板ステージの変形等によってその基板ステージに対する基準マーク部材（６）の相対角度が変化した場合でも、基準マーク部材（６）に基づいて高精度にベースライン量が計測される。
【００２４】
また、本発明の実施の形態に記載された別の露光方法（以下、「第５の露光方法」という。）は、露光光のもとでマスク（１２）上のパターンの一部の像を投影光学系（８）を介して基板ステージ（１〜４）上の感光性の基板（５）上に投影した状態で、マスク（１２）及び基板（５）を同期して対応する走査方向に走査することにより、マスク（１２）上のパターンを基板（５）上の各ショット領域に逐次転写する露光方法において、投影光学系（８）の近傍に基板（５）上の位置合わせ用のマークの位置を検出するためのオフ・アクシス方式のアライメント系（３４）を配置し、マスク（１２）上にその走査方向に沿って複数個の計測用マーク（２９Ａ，２９Ｄ）を形成し、マスク（１２）上のこれら複数個の計測用マークに対応させて第１の基準マーク（３５Ａ，３５Ｄ）が複数個形成されると共に、これら複数個の第１の基準マークからそれぞれ投影光学系（８）の露光フィールド内の基準点とアライメント系（３４）の基準点との間隔に対応する間隔で第２の基準マーク（３７Ａ，３７Ｄ）が複数個形成された基準マーク部材（６）を基板ステージ（１〜４）上に配置し、マスク（１２）及び基板（５）をそれら対応する走査方向に同期して移動させて、マスク（１２）上の複数の計測用マーク（２９Ａ，２９Ｄ）とそれに対応した基準マーク部材（６）上の第１の基準マーク（３５Ａ，３５Ｄ）との位置ずれ量を計測するのと並行して、アライメント系（３４）により第２の基準マーク（３７Ａ，３７Ｄ）の位置ずれ量を計測する工程を、基準マーク部材（６）上の複数個の第１の基準マーク（３５Ａ，３５Ｄ）のそれぞれに対して繰り返して行い、それら複数個の第１及び第２の基準マークのそれぞれに対して得られる位置ずれ量に基づいて、マスク（１２）と基板（５）とのその対応する走査方向間の相対回転誤差を補正すると共に、基準マーク部材（６）上のそれら第１及び第２の基準マークの配列方向とその基板ステージの走査方向との相対回転角を補正するものである。
【００２５】
斯かる本発明によれば、実質的に本発明の第１の露光方法の第２工程が実施されるのと並行して、アライメント系（３４）のベースライン量の計測が行われる。そして、それらの計測結果に基づいて、基準マーク部材（６）を基準として、その基板ステージの走査方向が補正され、その基板ステージの走査方向に対してマスク（１２）の走査方向が補正される。従って、その基板ステージの走り方向と、マスク（１２）の回転角、及びアライメント系（３４）のベースライン量を計測するための基準マーク板との相対角度が変化した場合でも、露光されるショット領域の歪が軽減され、アライメント系（３４）のベースライン量が高精度に計測できる。
【００２６】
また、本発明の実施の形態に記載された更に別の露光方法（以下、「第６の露光方法」という。）は、露光光のもとでマスク（１２）上のパターンの一部の像を投影光学系（８）を介して基板ステージ（１〜３，４Ａ）上の感光性の基板（５）上に投影した状態で、マスク（１２）及び基板（５）を同期して対応する走査方向に走査することにより、マスク（１２）上のパターンを基板（５）上の各ショット領域に逐次転写する露光方法において、投影光学系（８）の近傍に基板（５）上の位置合わせ用マークの位置を検出するためのオフ・アクシス方式のアライメント系（３４）を配置し、座標位置計測用の移動鏡（４１Ｘ）をその基板ステージ上に固定し、マスク（１２）上にその走査方向に沿って複数個の計測用マーク（２９Ａ，２９Ｄ）を形成し、移動鏡（４１Ｘ）の上面部にマスク（１２）上の複数個の計測用マーク（２９Ａ，２９Ｄ）に対応させて第１の基準マーク（３５Ａ，３５Ｄ）を複数個形成すると共に、これら複数個の第１の基準マークからそれぞれ投影光学系（８）の露光フィールド内の基準点とアライメント系（３４）の基準点との間隔に対応する間隔で第２の基準マーク（３７Ａ，３７Ｄ）を複数個形成し、マスク（１２）及び基板（５）をその対応する走査方向に同期して移動させて、マスク（１２）上の複数の計測用マーク（２９Ａ，２９Ｄ）とそれに対応した移動鏡（４１Ｘ）上の第１の基準マーク（３５Ａ，３５Ｄ）との位置ずれ量を計測するのと並行して、アライメント系（３４）により第２の基準マーク（３７Ａ，３７Ｄ）の位置ずれ量を計測する工程を、移動鏡（４１Ｘ）上の複数個の第１の基準マーク（３５Ａ，３５Ｄ）のそれぞれに対して繰り返して行い、それら複数個の第１及び第２の基準マークのそれぞれに対して得られる位置ずれ量に基づいて、マスク（１２）と基板（５）とのその対応する走査方向間の相対回転誤差を補正すると共に、投影光学系（８）の露光フィールド内の基準点とアライメント系（３４）の基準点との間隔（ベースライン量）を補正するものである。
【００２７】
斯かる本発明によれば、ベースライン量の計測時に、基準マーク板を兼用する移動鏡（４１Ｘ）上の第１の基準マーク（３５Ａ，３５Ｄ）に基づいてマスク（１２）の走査方向が補正される。また、移動鏡（４１Ｘ）が基準マーク板を兼用していると共に、その基板ステージの走り方向はその移動鏡（４１Ｘ）の反射面に沿った方向であるため、その基板ステージの走り方向に対する基準マークの傾斜角が変化しにくくなっている。従って、そのベースライン量の計測を高精度に行うことができると共に、露光されるショット領域の歪が生じにくい。
【００２８】
【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１〜図７を参照して説明する。本例は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置で露光を行う場合に本発明を適用したものである。
図１は本例の投影露光装置を示し、この図１において、図示省略された照明光学系からの露光光ＥＬによる矩形の照明領域（以下、「スリット状の照明領域」という）によりレチクル１２上のパターンが照明され、そのパターンの像が投影光学系８を介してフォトレジストが塗布されたウエハ５上に投影される。この状態で、露光光ＥＬのスリット状の照明領域に対して、レチクル１２が図１の紙面に対して前方向（又は後方向）に一定速度Ｖで走査されるのに同期して、ウエハ５は図１の紙面に対して後方向（又は前方向）に一定速度Ｖ／Ｍ（１／Ｍは投影光学系８の投影倍率）で走査される。投影倍率（１／Ｍ）は、例えば１／４，１／５等である。以下、投影光学系８の光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内でレチクル１２及びウエハ５の設計上の走査方向（即ち、図１の紙面に垂直な方向）にＹ軸を、この走査方向に直交する非走査方向（即ち、図１の紙面に沿った方向）にＸ軸を取って説明する。但し、後述のようにステージ系の座標計測用の干渉計の移動鏡の傾斜等によって、レチクル及びウエハの実際の走査方向はＹ軸に平行な方向（Ｙ方向）から外れることがある。
【００２９】
次に、本例のレチクル１２及びウエハ５のステージ系について説明する。先ず、レチクル支持台９上にＹ方向に駆動自在にレチクルＹ軸駆動ステージ１０が載置され、このレチクルＹ軸駆動ステージ１０上にレチクル微小駆動ステージ１１が載置され、レチクル微小駆動ステージ１１上にレチクル１２が真空チャック等により保持されている。レチクル微小駆動ステージ１１は、Ｘ方向、Ｙ方向及び回転方向（θ方向）にそれぞれ微小量だけ且つ高精度にレチクル１２の位置制御を行う。レチクル支持台９、レチクルＹ軸駆動ステージ１０、及びレチクル微小駆動ステージ１１よりレチクルステージが構成されている。レチクル微小駆動ステージ１１上には移動鏡２１が配置され、レチクル支持台９上に配置された干渉計本体１４によって、常時レチクル微小駆動ステージ１１のＸ方向、Ｙ方向及びθ方向の位置がモニタされている。即ち、干渉計本体１４は実際には、図２（ａ）に示す４軸の干渉計本体１４Ｘ１，１４Ｘ２，１４Ｙ１，１４Ｙ２を総称している。干渉計本体１４により得られた位置情報が、装置全体の動作を統轄制御する主制御系２２Ａに供給されている。主制御系２２Ａは、レチクル駆動装置２２Ｄを介してレチクルＹ軸駆動ステージ１０及びレチクル微小駆動ステージ１１の動作を制御する。
【００３０】
一方、ウエハ支持台１上には、Ｙ方向に駆動自在にウエハＹ軸駆動ステージ２が載置され、その上にＸ方向に駆動自在にウエハＸ軸駆動ステージ３が載置され、その上にＺθ軸駆動ステージ４が設けられ、このＺθ駆動ステージ４上にウエハ５が真空吸着によって保持されている。Ｚθ軸駆動ステージ４は、ウエハ５のＺ方向の位置、傾斜角、及び微小回転角の制御を行う。ウエハ支持台１、ウエハＹ軸駆動ステージ２、ウエハＸ軸駆動ステージ３、及びＺθ軸駆動ステージ４よりウエハステージが構成されている。Ｚθ軸駆動ステージ４上にも移動鏡７が固定され、外部に配置された干渉計本体１３により、Ｚθ軸駆動ステージ４のＸ方向、Ｙ方向及びθ方向の位置がモニタされ、干渉計本体１３により得られた位置情報も主制御系２２Ａに供給されている。即ち、干渉計本体１３も実際には、図２（ｂ）に示す５軸の干渉計本体１３Ｘ１，１３Ｘ２，１３ＦＸ，１３Ｙ１，１３Ｙ２を総称している。主制御系２２Ａは、ウエハ駆動装置２２Ｂを介してウエハＹ軸駆動ステージ２、ウエハＸ軸駆動ステージ３、及びＺθ軸駆動ステージ４の位置決め動作を制御する。
【００３１】
また、後述するが、干渉計本体１３によって計測される座標により規定されるウエハステージの座標系と、干渉計本体１４によって計測される座標により規定されるレチクルステージの座標系との対応をとるために、Ｚθ軸駆動ステージ４上のウエハ５の近傍に所定の基準マークが形成された基準マーク板６が固定されている。その基準マーク中にはＺθ軸駆動ステージ４の内部に導かれた露光光ＩＬと同じ波長域の照明光により底面側から照明されている基準マーク、即ち発光性の基準マークもある。
【００３２】
本例のレチクル１２の上方には、基準マーク板６上の基準マークとレチクル１２上のアライメントマークとを同時に観察するためのレチクルアライメント顕微鏡（以下、「ＲＡ顕微鏡」と呼ぶ）１９及び２０が配置されている。この場合、レチクル１２からの検出光をそれぞれＲＡ顕微鏡１９及び２０に導くための偏向ミラー１５及び１６が移動自在に配置され、露光シーケンスが開始されると、主制御系２２Ａからの指令のもとで、ミラー駆動装置１７及び１８によりそれぞれ偏向ミラー１５及び１６は退避される。更に、投影光学系８のＹ方向の側面部に、ウエハ５上のアライメントマーク（ウエハマーク）の位置を検出するためのオフ・アクシス方式のアライメントセンサ３４が配置されている。本例のアライメントセンサ３４は、一例として撮像方式で内部の指標マークに対するウエハマークの位置ずれ量を検出して主制御系２２Ａに供給する。なお、アライメントセンサ３４としては、回折格子状のウエハマークに可干渉な２光束を照射する所謂２光束干渉方式（ＬＩＡ方式）、又はドット列状のウエハマークとスリット状に照射されたレーザビームとを相対走査するレーザ・ステップ・アライメント方式（ＬＳＡ方式）等も使用できる。また、主制御系２２Ａには、オペレータからのコマンドを入力したり、計測データを表示したりするためのコンソール２２Ｃが接続されている。
【００３３】
次に、図２を参照して本例のステージ系用のレーザ干渉計（レーザ光波干渉式測長器）の構成につき説明する。
図２（ａ）は、図１のレチクル微小駆動ステージ１１を示す平面図、図２（ｂ）は、図１のウエハステージ側のＺθ軸駆動ステージ４を示す平面図であり、図２（ａ）において、レチクル微小駆動ステージ１１上にはレチクル１２が真空吸着等によって保持され、レチクル１２上のＸ方向に細長いスリット状の照明領域６１に露光光が照射されている。
【００３４】
レチクル１２（レチクル微小駆動ステージ１１）はＹ方向に走査されるため、レチクル微小駆動ステージ１１の＋Ｘ方向の端部に、走査方向（Ｙ方向）に沿って延びた平行平板ガラスよりなる移動鏡２１Ｘが設置され、干渉計本体１４Ｘ１及び１４Ｘ２より移動鏡２１Ｘの反射面に、Ｙ方向に間隔Ｌ１で平行に計測用のレーザビーム（計測用ビーム）ＬＲＸ１及びＬＲＸ２が照射されている。干渉計本体１４Ｘ１，１４Ｘ２はそれぞれ参照鏡と、移動鏡２１Ｘ及びその参照鏡からのレーザビームの干渉光を受光するレシーバと、このレシーバからの光電変換信号を処理する信号処理部とを備え、そのレシーバからの光電変換信号を処理することによって移動鏡２１Ｘの反射面のＸ座標が検出できるように構成されている。移動鏡２１Ｘはレチクル１２の加速、露光、減速時に両計測用ビームＬＲＸ１，ＬＲＸ２が移動鏡２１Ｘから外れることが無いように十分長く形成されている。更に、計測用ビームＬＲＸ１，ＬＲＸ２は、スリット状の照明領域６１の中心（投影光学系８の光軸ＡＸ）に対してＹ方向に振り分けになるように配置されており、干渉計本体１４Ｘ１及び１４Ｘ２の計測値をそれぞれＸＲ１及びＸＲ２とすると、これらの計測値の平均値としてレチクル１２の非走査方向の位置（Ｘ座標）ＸＲが検出され、それらの計測値の差分を間隔Ｌ１で除算することによって、レチクル１２の非走査方向から見た回転角θRXが検出される。即ち、次式が成立している。
【００３５】
【数１】
ＸＲ＝（ＸＲ１＋ＸＲ２）／２
【００３６】
【数２】
θRX＝（ＸＲ１−ＸＲ２）／Ｌ１
また、レチクル微小駆動ステージ１１の＋Ｙ方向の端部には、Ｘ方向に間隔Ｌ２で移動鏡としてのコーナキューブ２１Ｙ１，２１Ｙ２が固定されており、コーナキューブ２１Ｙ１，２１Ｙ２に対してそれぞれ干渉計本体１４Ｙ１，１４Ｙ２より、走査方向に沿って平行に計測用ビームＬＲＹ１，ＬＲＹ２が照射されている。また、コーナキューブ２１Ｙ１，２１Ｙ２で反射された計測用ビームＬＲＹ１，ＬＲＹ２をそれぞれ反射して干渉計本体１４Ｙ１，１４Ｙ２側に戻す固定平面鏡１４Ｍ１及び１４Ｍ２が配置され、干渉計本体１４Ｙ１，１４Ｙ２はそれぞれダブルパス干渉方式でコーナキューブ２１Ｙ１，２１Ｙ２のＹ座標を検出する。なお、レチクル１２はＸ方向の移動範囲は狭いと共に、コーナキューブ２１Ｙ１，２１Ｙ２の入射面に計測用ビームＬＲＹ１，ＬＲＹ２が収まっている範囲では正確に位置検出を行うことができるため、走査方向の移動鏡としてはコーナキューブ２１Ｙ１，２１Ｙ２を使用できる。
【００３７】
計測用ビームＬＲＹ１，ＬＲＹ２も、照明領域６１の中心（光軸ＡＸ）に関してＸ方向に中心対称に振り分けされており、干渉計本体１４Ｙ１，１４Ｙ２の計測値ＹＲ１，ＹＲ２の平均値によってレチクル１２の走査方向の位置（Ｙ座標）ＹＲが検出される。また、それらの計測値の差分を間隔Ｌ２で除算することによってレチクル１２の走査方向から見た回転角θRYが検出される。即ち、次式が成立している。
【００３８】
【数３】
ＹＲ＝（ＹＲ１＋ＹＲ２）／２
【００３９】
【数４】
θRY＝（ＹＲ１−ＹＲ２）／Ｌ２
また、走査方向から見た回転角θRYと非走査方向から見た回転角θRXとの差分が、次のように移動鏡２１Ｘとコーナキューブ２１Ｙ１，２１Ｙ２との直交度誤差ΔωＲとなる。
【００４０】
【数５】
ΔωＲ＝（ＹＲ１−ＹＲ２）／Ｌ２−（ＸＲ１−ＸＲ２）／Ｌ１
本例では通常の露光時は、（数２）の非走査方向から見た回転角θRXに基づいてレチクル１２の回転角（ヨーイング量）の補正を行い、走査方向から見た回転角θRYは使用しない。但し、例えば移動鏡２１Ｘの曲がり量を計測するような場合には、その走査方向から見た回転角θRYによってレチクル１２の回転角の制御を行う。即ち、移動鏡２１Ｘの曲がり量の計測時には、その走査方向から見た回転角θRYが一定の値になるようにレチクル微小駆動ステージ１１をＹ方向に走査し、所定間隔で干渉計本体１４Ｘ１，１４Ｘ２の計測値の差分（ＸＲ１−ＸＲ２）をサンプリングする。このようにサンプリングされたｎ番目（ｎ＝１，２，…）の差分をΔＸＤｎとすると、レチクル微小駆動ステージ１１のヨーイングは逐次補正されているので、差分ΔＸＤｎは純粋に移動鏡２１Ｘの曲がり情報であり、レチクル微小駆動ステージ１１の各Ｙ座標においてそれまでの差分ΔＸＤｎをそれぞれ積分すると共に、それらの中間のＹ座標では前後の曲がり量を補間することによって、そのＹ座標の関数として移動鏡２１Ｘの曲がり量が求められる。なお、その移動鏡２１Ｘの曲がり量をスプライン関数等を用いてＹ座標の関数として求めてもよい。
【００４１】
その後、走査露光を行う際には、レチクル微小駆動ステージ１１の移動鏡２１Ｘで実測されるＸ座標ＸＲ（＝（ＸＲ１＋ＸＲ２）／２）に対して、その移動鏡２１Ｘの曲がり量を例えば加算することによって、その移動鏡２１Ｘの曲がり量を補正したレチクル微小駆動ステージ１１の正確なＸ座標が求められる。この補正後のＸ座標を使用することによって、レチクル微小駆動ステージ１１（レチクル１２）が直線的に走査されるため、ウエハ上に露光されるショット領域の形状がより正確な矩形となる。
【００４２】
図２（ａ）において、移動鏡２１Ｘ及び干渉計本体１４Ｘ１，１４Ｘ２より非走査方向用の２軸のレーザ干渉計が構成され、コーナキューブ２１Ｙ１，２１Ｙ２、固定平面鏡１４Ｍ１，１４Ｍ２、及び干渉計本体１４Ｙ１，１４Ｙ２より走査方向用の２軸のレーザ干渉計が構成されている。そして、干渉計本体１４Ｘ１，１４Ｘ２によって計測されるＸ座標ＸＲ、及び干渉計本体１４Ｙ１，１４Ｙ２によって計測されるＹ座標ＹＲよりなる座標系をレチクルステージの座標系（ＸＲ，ＹＲ）と呼ぶ。この座標系は、Ｘ軸及びＹ軸よりなる設計上の理想的な直交座標系とは或る程度異なっている場合があるが、レチクル１２はそのレチクルステージの座標系（ＸＲ，ＹＲ）に基づいて駆動される。
【００４３】
次に、図２（ｂ）において、Ｚθ軸駆動ステージ４上にはウエハ５が真空吸着等によって保持され、ウエハ５の近傍に基準マーク板６が固定されている。また、ウエハ５上でレチクル上の照明領域６１と共役なスリット状の露光領域６２にレチクル１２の一部のパターンの像が投影され、露光領域６２に対してウエハ５をＹ方向に走査することによって、ウエハ５上の１つのショット領域にレチクル１２のパターンが転写される。Ｚθ軸駆動ステージ４の−Ｘ方向の端部に、走査方向（Ｙ方向）に沿って延びた平行平板ガラスよりなる移動鏡７Ｘが設置され、Ｚθ軸駆動ステージ４の＋Ｙ方向の端部に移動鏡７Ｘに直交するように、非走査方向に沿って延びた平行平板ガラスよりなる移動鏡７Ｙが固定されている。干渉計本体１３Ｘ１及び１３Ｘ２より移動鏡７Ｘの反射面に、Ｙ方向に間隔Ｌ３で平行に計測用ビームＬＷＸ１及びＬＷＸ２が照射され、干渉計本体１３Ｙ１及び１３Ｙ２より移動鏡７Ｙの反射面に、Ｘ方向に間隔Ｌ４で平行に計測用ビームＬＷＹ１及びＬＷＹ２が照射されている。また、干渉計本体１３Ｘ１に対して干渉計本体１３Ｘ２と対称な位置に干渉計本体１３ＦＸが配置され、干渉計本体１３ＦＸから計測用ビームＬＷＸ１に対してＹ方向に間隔Ｌ３で移動鏡７Ｘに計測用ビームＢＦＸが照射されている。
【００４４】
移動鏡７Ｘ，７Ｙはウエハ５の走査露光、又はステッピング時に対応する計測用ビームが外れることが無いように十分長く形成されている。更に、計測用ビームＬＷＸ１，ＬＷＸ２は、スリット状の露光領域６２の中心（光軸ＡＸ）に対してＹ方向に振り分けになるように配置されており、露光時には干渉計本体１３Ｘ１及び１３Ｘ２の計測値ＸＷ１，ＸＷ２の平均値によってウエハ５の非走査方向の位置（Ｘ座標）ＸＷが検出され、干渉計本体１３Ｙ１及び１３Ｙ２の計測値ＹＷ１，ＹＷ２の平均値によってウエハ５の走査方向の位置（Ｙ座標）ＹＷが検出される。また、計測値ＸＷ１，ＸＷ２の差分を間隔Ｌ３で除算することによって、ウエハ５のヨーイング量（回転角）θWXが検出され、計測値ＹＷ１，ＹＷ２の差分を間隔Ｌ４で除算した回転角θWYと、そのヨーイング量θWXとの差分によって移動鏡７Ｘ，７Ｙの直交度誤差ΔωＷが検出される。即ち、次式が成立している。
【００４５】
【数６】
ＸＷ＝（ＸＷ１＋ＸＷ２）／２
【００４６】
【数７】
ＹＷ＝（ＹＷ１＋ＹＷ２）／２
【００４７】
【数８】
θWX＝（ＸＷ１−ＸＷ２）／Ｌ３
【００４８】
【数９】
ΔωＷ＝（ＹＷ１−ＹＷ２）／Ｌ４−（ＸＷ１−ＸＷ２）／Ｌ３
更に本例では、計測用ビームＬＷＸ１，ＢＦＸは、オフ・アクシス方式のアライメントセンサ３４の検出中心である光軸に対してＹ方向に振り分けになるように配置されており、アライメントセンサ３４を使用してアライメントを行う場合には、干渉計本体１３Ｘ１，１３ＦＸの計測値ＸＷ１，ＸＷＦの平均値によってウエハ５の非走査方向の位置（Ｘ座標）ＸＷ’（次式）が検出され、このＸ座標ＸＷ’に基づいてウエハステージが駆動される。
【００４９】
【数１０】
ＸＷ’＝（ＸＷ１＋ＸＷＦ）／２
この際に、計測用ビームＬＷＸ１，ＬＷＸ２の間隔と計測用ビームＢＦＸ，ＬＷＸ１の間隔とが等しいため、移動鏡７Ｘに曲がりがあっても、ウエハステージのＸ座標を（数６）から（数１０）に切り換えた際に、その移動鏡７Ｘの曲がりの影響を受けにくくなっている。
【００５０】
また、露光領域６２の中心（投影光学系８の光軸ＡＸ）とアライメントセンサ３４の光軸とのＹ方向の間隔ＩＬが、アライメントセンサ３４のＹ方向のベースライン量であり、それらの中心のＸ方向の間隔（本例では０）がアライメントセンサ３４のＸ方向のベースライン量である。更に、図２（ａ）のスリット状の照明領域６１のＸ方向の両端部に図１のＲＡ顕微鏡１９，２０の観察領域１９Ｒ，２０Ｒが設定され、図２（ｂ）のスリット状の露光領域６２のＸ方向の両端部にそれらの観察領域と共役な観察領域１９Ｗ，２０Ｗが設定されている。
【００５１】
図２（ｂ）において、移動鏡７Ｘ及び干渉計本体１３Ｘ１，１３Ｘ２，１３ＦＸより非走査方向用の３軸のレーザ干渉計が構成され、移動鏡７Ｙ及び干渉計本体１３Ｙ１，１３Ｙ２より走査方向用の２軸のレーザ干渉計が構成されている。このように干渉計本体１３Ｘ１，１３Ｘ２によって計測されるＸ座標ＸＷ（アライメント時にはＸＷ’）、及び干渉計本体１３Ｙ１，１３Ｙ２によって計測されるＹ座標ＹＷよりなる座標系をウエハステージの座標系（ＸＷ，ＹＷ）と呼ぶ。この座標系も、Ｘ軸及びＹ軸よりなる設計上の理想的な直交座標系とは或る程度異なっている場合があるが、ウエハ５の走査、及びステッピングはそのウエハステージの座標系（ＸＷ，ＹＷ）に沿って行われる。例えば（数９）の直交度誤差ΔωＷの補正を行わない場合、Ｚθ軸駆動ステージ４（ウエハ５）のステッピング方向は、走査方向では、移動鏡７Ｘの反射面に沿った方向（Ｘ座標ＸＷが変化しない方向）となり、非走査方向では移動鏡７Ｙの反射面に沿った方向（Ｙ座標ＹＷが変化しない方向）となる。
【００５２】
また、レチクルステージの座標系とウエハステージの座標系との対応が基準マーク板６を介して取られる。そのため、レチクル１２上には複数のアライメントマークが形成され、基準マーク板６上には対応する基準マーク、及びベースライン計測用の基準マークが形成されている。
図４（ａ）はレチクル１２の平面図であり、この図４（ａ）において、レチクル１２の中央の矩形のパターン領域を囲むように枠状の遮光帯３１が形成され、遮光帯３１の非走査方向（±Ｘ方向）の両側にＹ方向に沿って直線状のラフ・アライメントマーク２７及び２８が形成されている。ラフ・アライメントマーク２７及び２８の両端はそれぞれ十字状となっている。また、遮光帯３１とラフ・アライメントマーク２７及び２８との間に、Ｙ方向に沿ってそれぞれファイン・アライメントマーク２９Ａ〜２９Ｄ、及び３０Ａ〜３０Ｄが形成されている。この場合、ファイン・アライメントマーク２９Ａ，２９Ｄ，３０Ａ，３０Ｄは正確な矩形の頂点に配置され、ファイン・アライメントマーク２９Ｂ，２９Ｃ，３０Ｂ，３０Ｃはその矩形の辺上に対称に配置されている。且つ、ファイン・アライメントマーク２９Ａ〜２９Ｄ，３０Ａ〜３０Ｄは、図４（ｃ）に示すように共通に３本の遮光パターンを枠状の４箇所に対称に配列した形状となっている。また、ファイン・アライメントマーク２９Ａ，２９Ｄの中心、及びファイン・アライメントマーク３０Ａ，３０Ｄの中心をそれぞれラフ・アライメントマーク２７及び２８の両端部の十字状のパターンの横線が通過している。本例のレチクル１２はＹ方向に広い範囲で移動するが、ラフ・アライメントマーク２７及び２８を使用することによって容易にファイン・アライメントマーク２９Ａ〜２９Ｄ，３０Ａ〜３０Ｄが検出できる。
【００５３】
図４（ｂ）は、図１のＲＡ顕微鏡１９，２０による観察領域１９Ｒ，２０Ｒを示し、この図４（ｂ）において、図１の投影光学系８の有効露光フィールドと共役な円形の領域３３Ｒに内接するようにスリット状の照明領域６１が設定され、照明領域６１の非走査方向の両側のエッジ付近にそれらの観察領域１９Ｒ，２０Ｒが設定されている。図４（ｂ）では、レチクル１２をＹ方向に移動することによって、レチクル１２上のファイン・アライメントマーク２９Ｄ及び３０Ｄがそれぞれ観察領域１９Ｒ，２０Ｒのほぼ中心に位置している。この状態でレチクル１２をＹ方向に移動することによって、観察領域１９Ｒ及び２０Ｒのほぼ中心に順次ファイン・アライメントマーク２９Ｃ〜２９Ａ、及び３０Ｃ〜３０Ａが設定される。
【００５４】
図６（ａ）は、図４（ａ）のレチクル１２を図２（ｂ）の基準マーク板６上に投影して得られるレチクル像１２Ｗを示し、この図６（ａ）において、図４（ａ）のファイン・アライメントマーク２９Ａ〜２９Ｄに共役なマーク像２９ＡＷ〜２９ＤＷと、ファイン・アライメントマーク３０Ａ〜３０Ｄに共役なマーク像３０ＡＷ〜３０ＤＷとが示されている。各マーク像２９ＡＷ〜２９ＤＷ及び３０ＡＷ〜３０ＤＷは、それぞれ図６（ｂ）に示すように、３本の直線状のパターンを枠状に配置した形状である。
【００５５】
図６（ｃ）は、基準マーク板６上の基準マークの配置を示し、この図６（ｃ）の基準マーク板６上には、図６（ａ）のマーク像２９ＡＷ〜２９ＤＷ及び３０ＡＷ〜３０ＤＷとほぼ同一の配置でそれぞれ基準マーク３５Ａ〜３５Ｄ及び３６Ａ〜３６Ｄが形成されている。即ち、基準マーク３５Ａ，３５Ｄ，３６Ａ，３６Ｄは正確な矩形の頂点に配置され、他の基準マーク３５Ｂ，３５Ｃ，３６Ｂ，３６Ｃはその矩形の辺上に対称に配置されている。基準マーク板６は、石英、又はガラスセラミックス（例えばショット社の商品名「ゼロデュアー」）のような熱膨張係数の極めて低い光透過性の材料から形成され、それらの基準マークは基準マーク板６の裏面から、若しくはレチクル１２上のレチクルアライメント顕微鏡１９，２０の内部に設けられた照明系から露光光と同じ波長の照明光で照明されている。また、基準マーク板６上には、基準マーク３５Ａ及び３６Ａの中点から走査方向であるＹ方向に間隔ＩＬだけ離れた位置に基準マーク３７Ａが形成されている。間隔ＩＬは、図１のオフ・アクシス方式のアライメントセンサ３４のＹ方向のベースライン量と等しい。同様に、基準マーク３５Ｂ，３６Ｂの中点、基準マーク３５Ｃ，３６Ｃの中点及び基準マーク３５Ｄ，３６Ｄの中点からそれぞれＹ方向に間隔ＩＬだけ離れた位置に、基準マーク３７Ｂ，３７Ｃ及び３７Ｄが形成されている。
【００５６】
基準マーク３５Ａ〜３５Ｄ，３６Ａ〜３６Ｄはそれぞれ図６（ｄ）に示すように、７行×７列の直線状パターンから構成され、且つこれら基準マーク３５Ａ〜３５Ｄ，３６Ａ〜３６Ｄは図６（ｂ）のマーク像２９ＡＷ〜３０ＤＷの内部に収まる大きさである。また、基準マーク３７Ａ〜３７Ｄは、図６（ｅ）に示すように、Ｘ方向及びＹ方向に所定ピッチで形成された格子パターンの内の対応する格子点を使用するものである。
【００５７】
次に、本例の投影露光装置でアライメント、走査露光、及びステッピングを行う際の基本的な動作つき説明する。先ず、図６（ｃ）の基準マーク板６を用いてレチクルアライメントを行う。即ち、図１のウエハＹ軸駆動ステージ２及びウエハＸ軸駆動ステージ３を駆動することによって、基準マーク板６の基準マーク３５Ａ，３６Ａを図２（ｂ）の露光領域６２の両側の観察領域１９Ｗ，２０Ｗ内に移動して静止させた後、レチクルＹ軸駆動ステージ１０を駆動して図４のレチクル１２上のファイン・アライメントマーク２９Ａ，３０Ａを、図２（ａ）の照明領域６１の両側の観察領域１９Ｒ，２０Ｒ内に移動する。そして、図１のＲＡ顕微鏡１９，２０によって、基準マーク３５Ａ，３６Ｂと対応するファイン・アライメントマーク２９Ａ，３０Ａとの位置ずれ量を検出し、レチクルＹ軸駆動ステージ１０及びレチクル微小駆動ステージ１１を駆動して、基準マーク３５Ａ，３６Ａの像の中心とファイン・アライメントマーク２９Ａ，３０Ａの中心とが合致し、且つ基準マーク３５Ａ，３６Ａの像に対してファイン・アライメントマーク２９Ａ，３０Ａの位置ずれ量が対称になるように合わせ込む。これによって、レチクル１２の位置、及び回転角が基準マーク板６に対して合わせ込まれる。また、この状態で例えば、レチクルステージ側の４軸の干渉計本体１４の計測値、及びウエハステージ側の５軸の干渉計本体１３の計測値をリセットすることによって、（数１）及び（数３）より定まるレチクルステージの座標系（ＸＲ，ＹＲ）と、（数６）及び（数７）より定まるウエハステージの座標系（ＸＷ，ＹＷ）との原点のオフセットが補正される。
【００５８】
また、予め走査露光時のウエハステージ側のＺθ軸駆動ステージ４の走査方向を基準マーク板６の基準マークの配列方向に平行にしておく。このためには、一例として機械的に基準マーク３５Ａ〜３５Ｄの配列方向（基準マーク板６の方向）を移動鏡７Ｘの反射面の方向（ウエハステージの走り方向）に平行にしておけばよい。但し、本例では後述のようにその基準マーク板６の方向に対するウエハステージの走り方向の傾斜角は容易に計測できるため、機械的な調整誤差が残存する際には、ウエハステージのＹ座標ＹＷが所定ステップ変化する毎に、そのＸ座標ＸＷが対応する量だけ変化するようにして、ソフトウェア的にＺθ軸駆動ステージ４の走査方向を補正してもよい。以下ではこのように補正された走査方向をＹ軸とする座標系をウエハステージの座標系（ＸＷ，ＹＷ）と呼ぶ。
【００５９】
次に、露光光を照射することなく、走査露光時と同様にウエハステージ側のＺθ軸駆動ステージ４とレチクル微小駆動ステージ１１とを同期走査すると共に、基準マーク板６上の基準マーク３５Ａ〜３５Ｄと対応するレチクル１２上のファイン・アライメントマーク２９Ａ〜２９Ｄとの相対的な位置ずれ量をＲＡ顕微鏡１９，２０によって順次検出する。これらの相対的な位置ずれ量の平均値より、レチクル１２の走査方向とウエハ５の走査方向との傾き角、即ちレチクルステージの座標系（ＸＲ，ＹＲ）と、ウエハステージの座標系（ＸＷ，ＹＷ）との走査方向の軸の回転角を求める。その後、レチクル１２を走査する際には、レチクルＹ軸駆動ステージ１０及びレチクル微小駆動ステージ１１を介してＹ座標ＹＲが所定間隔変化する間にＸ座標ＸＲを対応する量だけ横ずれさせることによって、ソフトウェア的にレチクル１２の走査方向を基準マーク板６の基準マークの配列方向に合わせ込む。以下ではこのように補正された走査方向をＹ軸とする座標系をレチクルステージの座標系（ＸＲ，ＹＲ）と呼ぶ。この結果、ウエハステージの座標系（ＸＷ，ＹＷ）及びレチクルステージの座標系（ＸＲ，ＹＲ）は、基準マーク板６を基準として走査方向の軸が互いに平行になり、走査露光時にレチクル１２及びウエハ５は平行に走査される。
【００６０】
この場合、各ステージの移動は各ステージのガイド面基準であり、投影露光装置の組立調整時に、例えばレチクルＹ軸駆動ステージ１０のガイド面とウエハＹ軸駆動ステージ２のガイド面との平行度を数１００μｒａｄ程度以下に機械的に合わせておく。更に、それらのガイド面に対して移動鏡及び基準マーク板６を合わせて固定することで、走査露光時に各ステージを非走査方向へも駆動することによるソフトウェア的な補正量を小さくし、制御精度を向上させている。このように調整されたレチクル微小駆動ステージ１１に対し、実際にレチクル１２を載置した場合、レチクル１２が外形基準等で設置されると、各移動鏡及び基準マーク板６に対しレチクル１２のファイン・アライメントマーク２９Ａ〜３０Ｄのみが大きく回転している可能性がある。これは、レチクルの外形と転写用パターンとの間の位置ずれ量は大きいときには０．５ｍｍ程度あるからである。
【００６１】
図２（ａ）のレチクル１２の外形と転写用パターンとの位置ずれ量が大きいと、レチクル１２のファイン・アライメントマーク２９Ａ〜２９Ｄと基準マーク板６の基準マーク３５Ａ〜３５Ｄとの位置ずれ量を計測した場合、相対的にレチクル１２又は基準マーク板６が大きく回転しているか、大きなオフセットを持っているように計測される。しかし、基準マーク板６は移動鏡７Ｘ，７Ｙの走り方向に合わせて固定されているので、レチクル微小駆動ステージ１１を回転又はシフトさせることで補正が行われる。このようにレチクル微小駆動ステージ１１を回転させた場合、移動鏡２１Ｘも同様に回転するので、レチクル１２の走り方向に対して移動鏡２１Ｘが傾くこととなるが、レチクル１２上のファイン・アライメントマーク２９Ａ〜２９Ｄは基準マーク板６上の基準マーク３５Ａ〜３５Ｄに平行になっており、走査露光時にはレチクル１２の走り方向とウエハ５の走り方向とが平行となるように制御される。
【００６２】
次に、ウエハ５上の各ショット領域のウエハステージの座標系（ＸＷ，ＹＷ）上での配列を求めるためのウエハアライメントが行われる。一例として、図１のアライメントセンサ３４を用いてウエハ５上から選択された所定個数のショット領域（サンプルショット）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するＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アライメント）方式でウエハ５上の全部のショット領域の配列座標が算出される。また、予め後述のベースライン計測工程（インターバル・ベースラインチェック）によって、基準マーク板６を用いて、アライメントセンサ３４のベースライン量が求められて主制御系２２Ａ内に記憶されている。そこで、ウエハ５上の各ショット領域の配列座標、アライメントセンサ３４のベースライン量、及びウエハステージの座標系（ＸＷ，ＹＷ）とレチクルステージの座標系（ＸＲ，ＹＲ）との関係に基づいて、ウエハ５上の露光対象のショット領域が走査開始位置に位置決めされると共に、レチクル１２も対応する位置に位置決めされる。
【００６３】
その後、先のレチクルアライメント時に定められたウエハステージの座標系（ＸＷ，ＹＷ）及びレチクルステージの座標系（ＸＲ，ＹＲ）に従って走査露光が行われるが、その座標系は各移動鏡７Ｘ，７Ｙ，２１Ｘ及びコーナキューブ２１Ｙ１，２１Ｙ２の反射面を基準としてソフトウェア的に補正されたものであり、これらの移動鏡等の位置がレチクル１２やウエハ５に対して相対的にずれた場合、ショット領域の形状やショット配列に影響を及ぼすこととなる。本例ではこのようなときでも正確な矩形のショット領域、及び直交格子状のショット配列が形成されるように、以下の方法により走査露光及びステッピングを行っている。
【００６４】
即ち、ウエハアライメントによって、露光対象のショット領域とレチクルとが位置合わせされたときのレチクルステージの座標系（ＸＲ，ＹＲ）の座標を（ＸＲ0,ＹＲ0)、ウエハステージの座標系（ＸＷ，ＹＷ）の座標を（ＸＷ0,ＹＷ0)とすると、投影光学系８の投影倍率は１／Ｍであるため、それ以後のレチクル微小駆動ステージ１１（レチクル１２）とＺθ軸駆動ステージ４（ウエハ５）との走査方向、及び非走査方向の同期誤差ΔＸ，ΔＹは次のように表すことができる。但し、これらの同期誤差はレチクル１２上に換算した誤差である。また、図１の投影光学系８は反転投影系であるが、図２に示すように、非走査方向ではレチクルステージ側の干渉計とウエハステージ側の干渉計とは計測方向が反転しているため、同期誤差は単に移動量の倍率補正値の差分を取るだけで求められる。一方、走査方向では両ステージの移動鏡は同じ方向にあるため、例えばレチクル側の干渉計本体１４Ｙ１，１４Ｙ２では、レチクル微小駆動ステージ１１が遠避かる際に計測値が減少するように符号を定めておくものとする。
【００６５】
【数１１】
ΔＸ＝（ＸＷ−ＸＷ0)・Ｍ−（ＸＲ−ＸＲ0)
【００６６】
【数１２】
ΔＹ＝（ＹＷ−ＹＷ0)・Ｍ−（ＹＲ−ＹＲ0)
また、本例では（数９）で表されるＺθ軸駆動ステージ４の非走査方向から見た回転角θWXと、（数２）で表されるレチクル微小駆動ステージ１１の非走査方向から見た回転角θRXとの差分を次のように回転方向の同期誤差Δθとする。
【００６７】
【数１３】
Δθ＝θWX−θRX
＝（ＸＷ１−ＸＷ２）／Ｌ３−（ＸＲ１−ＸＲ２）／Ｌ１
そして、走査露光時には、図１のレチクルＹ軸駆動ステージ１０及びウエハＹ軸駆動ステージ２が加速を開始し、これらがそれぞれ所定の走査速度に達した後、上記の同期誤差ΔＸ，ΔＹ，Δθがそれぞれ０となるようにレチクル微小駆動ステージ１１を駆動して同期制御を行う。この状態で所定の整定時間が経過した後、レチクル１２上の照明領域６１への露光光の照射が開始されて露光が行われる。
【００６８】
その後、次のショット領域への露光を行うためにウエハ５のステッピングを行う際には、ウエハステージ側の移動鏡７Ｘ，７Ｙの直交度が悪化したときでも、ショット配列が直交格子（配列方向が直交する格子）状を維持するように、Ｚθ軸駆動ステージ４の非走査方向のステッピング方向を（数９）の直交度誤差ΔωＷ分だけ補正する。
【００６９】
更に、（数９）の直交度誤差ΔωＷ、又は（数５）の直交度誤差ΔωＲが所定の許容値を超えて大きく変化する場合は、その他のオフ・アクシス方式のアライメントセンサ３４のベースライン量の精度やその機械的な安定性に問題が発生している可能性がある。そこで、直交度誤差ΔωＷ、又はΔωＲが所定の許容値を超えて大きく変化している場合は、ウエハの交換時等に再度上記のレチクルアライメントやベースラインチェックを行うようにする。これによって、レチクルのパターンとウエハの各ショット領域との重ね合わせ精度を向上できる。
【００７０】
次に、本例の投影露光装置で例えば定期的に行われるベースラインチェック（インターバル・ベースラインチェック）の一例につき、図３のフローチャートを参照して説明する。本例ではそのベースラインチェック時に並行して、いわば動的なレチクルアライメントも実行される。
先ず、図３のステップ１０１において、図４（ａ）のレチクル１２上のファイン・アライメントマーク２９Ａ，３０Ａをそれぞれ図４（ｂ）のＲＡ顕微鏡１９，２０の観察領域１９Ｒ，２０Ｒ内に移動させる。その後、ステップ１０２において、図６（ｃ）の基準マーク板６上の基準マーク３５Ａ，３６Ａをそれぞれの観察領域１９Ｒ，２０Ｒと共役なウエハステージ上での観察領域１９Ｗ，２０Ｗ（図２（ｂ）参照）に移動する。
【００７１】
図５（ａ）は、このようにレチクル１２のマーク及び基準マーク板６上の基準マークを対応する観察領域内に移動した状態を示し、この図５（ａ）に示すように、観察領域１９Ｗ内でマーク像２９ＡＷと基準マーク３５Ａとが同時に観察でき、観察領域２０Ｗ内でマーク像３０ＡＷと基準マーク３６Ａとが同時に観察できる。また、図５（ｃ）に示すように、観察領域１９Ｗ及び２０Ｗは、それぞれ投影光学系８の露光フィールド内の光軸を横切る位置にあり、オフ・アクシス方式のアライメントセンサ３４の観察領域内に基準マーク３７Ａが収まっている。その後ステップ１０３で、ＲＡ顕微鏡１９及び２０では観察される画像を撮像信号に変換して、その撮像信号を処理してそれぞれ基準マーク３５Ａに対するマーク像２９ＡＷの位置ずれ量、及び基準マーク３６Ａに対するマーク像３０ＡＷの位置ずれ量を求め、これらの位置ずれ量を図１の主制御系２２Ａに供給する。これと同時に、オフ・アクシス方式のアライメントセンサ３４でも対応する基準マーク３７Ａの像を撮像し、この撮像信号を処理して得られる基準マーク３７Ａの検出中心（指標マークの中心等）からの位置ずれ量を主制御系２２Ａに供給する。
【００７２】
その後、ステップ１０４において、走査露光時と同様に、図２（ｂ）のＺθ軸駆動ステージ４を＋Ｙ方向に移動させるのと同期して、図２（ａ）のレチクル微小駆動ステージ１１を−Ｙ方向に移動させる。実際には、Ｚθ軸駆動ステージ４の移動方向は、ウエハステージの座標系（ＸＷ，ＹＷ）で座標ＸＷの値が変化しない方向であり、レチクル微小駆動ステージ１１の移動方向はレチクルステージの座標系（ＸＲ，ＹＲ）で座標ＸＲの値が変化しない方向である。これによって、図５（ｂ）に示すように、基準マーク板６とレチクル像１２Ｗとが共に＋Ｙ方向に移動する。このとき、ＲＡ顕微鏡１９，２０の観察領域１９Ｗ，２０Ｗと、オフ・アクシス方式のアライメントセンサ３４の観察領域とは固定されているので、観察領域１９Ｗ，２０Ｗ及びアライメントセンサ３４の観察領域を、符号Ａが付されたマーク群（マーク像２９ＡＷ，３０ＡＷ、及び基準マーク３５Ａ，３６Ａ，３７Ａ）から符号Ｄが付されたマーク群（マーク像２９ＤＷ，３０ＤＷ、及び基準マーク３５Ｄ，３６Ｄ，３７Ｄ）までが移動していく。この際に、符号Ｂが付されたマーク群、符号Ｃが付されたマーク群、及び符号Ｄが付されたマーク群が順次観察領域１９Ｗ，２０Ｗ及びアライメントセンサ３４の観察領域に入ったときに、Ｚθ軸駆動ステージ４及びレチクル微小駆動ステージ１１を静止させて各マークの位置検出を行う。
【００７３】
即ち、図５（ａ）の状態を第１の静止位置とすると、第２の静止位置では観察領域１９Ｗ，２０Ｗ及びアライメントセンサ３４の観察領域に存在するマーク群は符号Ｂが付されたマーク群、即ち図６（ａ）のマーク像２９ＢＷ，３０ＢＷ、及び図６（ｃ）の基準マーク３５Ｂ，３６Ｂ，３７Ｂである。そして、ＲＡ顕微鏡１９及び２０では基準マーク３５Ｂ，３６Ｂに対するマーク像２９ＢＷ，３０ＢＷの位置ずれ量を求めて主制御系２２Ａに供給し、アライメントセンサ３４では対応する基準マーク３７Ｂの位置ずれ量を求めて主制御系２２Ａに供給する。以上のようなシーケンスを第３の静止位置及び第４の静止位置（図５（ｂ）の状態）と繰り返すことにより、符号Ｃが付されたマーク群（マーク像２９ＣＷ，３０ＣＷ、及び基準マーク３５Ｃ，３６Ｃ，３７Ｃ）、及び符号Ｄが付されたマーク群についても、それぞれＲＡ顕微鏡１９，２０及びアライメントセンサ３４によって位置計測が行われる。ＲＡ顕微鏡１９，２０で８個のマーク像２９ＡＷ〜３０ＤＷに対して計測されるウエハステージの座標系での位置ずれ量を（ΔＸｎ，ΔＹｎ）（ｎ＝１〜８）として、アライメントセンサ３４で４個の基準マークに対して計測されるウエハステージの座標系での検出中心からの位置ずれ量を（ΔＡＸｉ，ΔＡＹｉ）（ｉ＝１〜４）とする。
【００７４】
次に、ステップ１０５において、得られた計測データを演算処理して動的なレチクルアライメントを行う。この際に、本例では計測精度を高めるために、図６（ｃ）の基準マーク板６上の基準マークの配列方向によって定まる座標系（以下、「基準マーク板の座標系」と呼ぶ）を基準としてレチクルアライメントを行う。一例として、基準マーク板の座標系は、基準マーク部材６の基準マーク３５Ａ及び３６Ａを通る直線を横軸（これをＸＳ軸と呼ぶ）、基準マーク３５Ａ及び３５Ｄを通る直線を縦軸（これをＹＳ軸と呼ぶ）とする座標系（ＸＳ，ＹＳ）である。また、この基準マーク板の座標系（ＸＳ，ＹＳ）に対して、レチクルステージの座標系（ＸＲ，ＹＲ）を基準マーク板６上に投影した座標系のＸＳ方向及びＹＳ方向のスケーリング（線形伸縮）をＲｘ，Ｒｙ、ローテーション（回転）をθ、直交度誤差をω、ＸＳ方向及びＹＳ方向のオフセットをＯｘ，Ｏｙとする。この場合のローテーションθは、ＹＳ軸に対するレチクルステージの座標系のＹＲ軸を投影した軸の回転角、即ちレチクルステージの走査方向の回転誤差であり、ローテーションθは本発明における相対回転角θ２に対応する。
【００７５】
更に、図６（ａ）のマーク像２９ＡＷ〜３０ＤＷのレチクルステージの座標系を基準マーク板６上に投影した座標系での設計上の座標を（Ｄｘｎ，Ｄｙｎ）（ｎ＝１〜８）として、対応する基準マーク３５Ａ〜３６Ｄの座標系（ＸＳ，ＹＳ）上での座標を（Ｅｘｎ，Ｅｙｎ）とする。このとき、ＲＡ顕微鏡１９，２０で計測された位置ずれ量（ΔＸｎ，ΔＹｎ）を用いて、マーク像２９ＡＷ〜３０ＤＷの基準マーク板６の座標系（ＸＳ，ＹＳ）での実測された座標（Ｄｘｎ’，Ｄｙｎ’）は近似的に次のようになる。
【００７６】
【数１４】
Ｄｘｎ’＝Ｅｘｎ＋ΔＸｎ
Ｄｙｎ’＝Ｅｙｎ＋ΔＹｎ
このとき、上述の６個の変換パラメータ（Ｒｘ，Ｒｙ，θ，ω，Ｏｘ，Ｏｙ）、及びマーク像２９ＡＷ〜３０ＤＷの設計上の座標（Ｄｘｎ，Ｄｙｎ）より、マーク像２９ＡＷ〜３０ＤＷの基準マーク板の座標系（ＸＳ，ＹＳ）上での計算上の座標（Ｆｘｎ，Ｆｙｎ）は次のように表される。
【００７７】
【数１５】
【００７８】
また、マーク像２９ＡＷ〜３０ＤＷのＸＳ方向及びＹＳ方向での計算上の座標（Ｆｘｎ，Ｆｙｎ）と実測された座標（Ｄｘｎ’，Ｄｙｎ’）との差分、即ち非線形誤差（εｘｎ，εｙｎ）は次のようになる。
【００７９】
【数１６】
【００８０】
そして、この非線形誤差（εｘｎ，εｙｎ）の８個のマーク像２９ＡＷ〜３０ＤＷについての自乗和が最小となるように、図１の主制御系２２Ａでは最小自乗法を用いて、上記６個の変換パラメータＲｘ，Ｒｙ，θ，ω，Ｏｘ，Ｏｙの値を決定する。
次にステップ１０６において、決定されたスケーリングＲｘ，Ｒｙをレチクルステージの座標系（ＸＲ，ＹＲ）の座標に乗じた座標を有すると共に、決定されたローテーションθを０にするように、レチクルステージの座標系（ＸＲ，ＹＲ）を回転して得られる座標系を新たにレチクルステージの座標系（ＸＲ，ＹＲ）として、これ以後はこの新たな座標系に沿ってレチクル微小駆動ステージ１１（レチクル１２）を走査する。これは、図６（ｃ）の基準マーク板６上の基準マーク３５Ａ〜３５Ｄの配列方向に沿って図４（ａ）のファイン・アライメントマーク２９Ａ〜２９Ｄが移動するようにレチクル１２を走査することを意味する。なお、オフセットＯｘ，Ｏｙについてはウエハアライメントで補正が行われるために、ここでは補正を行う必要はない。また、直交度誤差ωについては特に補正を行う必要はない。
【００８１】
この結果、レチクル１２のパターンは、基準マーク板６上の矩形に配置された基準マーク３５Ａ〜３６Ｄに沿って走査されることになって、ウエハ上に露光されるショット領域の形状は正確な矩形となる。更に、ウエハステージ側の移動鏡７Ｘと基準マーク板６との傾斜角が変化したような場合でも、基準マーク板６上の基準マークを基準としているため、その傾斜角の変化の影響を受けないという利点もある。
【００８２】
次のステップ１０７において、主制御系２２Ａでは、ＲＡ顕微鏡１９，２０で計測された位置ずれ量（ΔＸｎ，ΔＹｎ）（ｎ＝１〜８）、及びアライメントセンサ３４で計測された位置ずれ量（ΔＡＸｉ，ΔＡＹｉ）（ｉ＝１〜４）を演算処理してアライメントセンサ３４のＸ方向及びＹ方向のベースライン量（ＢＸ，ＢＹ）を算出する。即ち、図６（ｃ）の基準マーク３５Ａ，３６Ａに対するマーク像２９ＡＷ，３０ＡＷの位置ずれ量を（ΔＸ１，ΔＹ１），（ΔＸ２，ΔＹ２）、対応する基準マーク３７Ａに対してアライメントセンサ３４で計測される位置ずれ量を（ΔＡＸ１，ΔＡＹ１）とすると、符号Ａが付されたマーク群に対するベースライン量（ＢＸ１，ＢＹ１）は次のようになる。
【００８３】
【数１７】
ＢＸ１＝（ΔＸ１＋ΔＸ２）／２−ΔＡＸ１
ＢＹ１＝ＩＬ＋（ΔＹ１＋ΔＹ２）／２−ΔＡＹ１
同様にして他の３個のマーク群に対するベースライン量（ＢＸ２，ＢＹ３）〜（ＢＸ４，ＢＹ４）も算出される。そして、これら４個のベースライン量を平均化することで、アライメントセンサ３４のＸ方向及びＹ方向のベースライン量（ＢＸ，ＢＹ）が算出される。このように本例では、４個のマーク群に対する計測データを平均化してベースライン量を求めているため、高精度にベースライン量を計測できる。
【００８４】
また、本例ではレーザ干渉計の計測値を基準とするのではなく、基準マーク板６を「測長基準」としてベースライン量を求めている。この基準マーク板６は石英又はガラスセラミックス等の低膨張率の材料より形成されているため、レーザ干渉計のように空気揺らぎの影響を受けることなくベースライン量を高精度に計測できる利点もある。
【００８５】
また、本例では平均化効果を高めるために、アライメントセンサ３４で複数の基準マーク３７Ａ〜３７Ｄの位置検出を行っているが、アライメントセンサ３４の計測精度が良好であるときには、１つの基準マーク３７Ａに対する計測データのみからアライメントセンサ３４のベースライン量を求めてもよい。
なお、複数の基準マーク３７Ａ〜３７Ｄの計測データからベースライン量を求める場合、図２（ｂ）において、ウエハステージ側の移動鏡７Ｘと基準マーク板６との傾斜角が変化すると、Ｘ方向のベースライン量ＢＸの計測値に誤差が生ずるため、予めその移動鏡７Ｘと基準マーク板６の基準マークの配列方向との傾斜角を計測しておき、この傾斜角に基づいてベースライン量を補正することが望ましい。
【００８６】
図７（ａ）は、ウエハステージ側の移動鏡７Ｘが基準マーク板６に対して傾斜している場合を示し、この図７（ａ）において、基準マーク板６上の基準マークの配列方向に対して移動鏡７Ｘの反射面の方向（Ｚθ軸駆動ステージ４の走り方向）は時計方向に傾斜角Δθだけ傾斜している。この傾斜角Δθは、本発明における相対回転角θ１に対応する。また、ＲＡ顕微鏡の観察領域１９Ｗ，２０Ｗ、及びアライメントセンサ３４の観察領域ではそれぞれ基準マーク３５Ａ，３６Ａ，３７Ａが観察されている。図７（ｂ）は、図７（ａ）の状態からＺθ軸駆動ステージ４が移動鏡７Ｘに沿って＋Ｙ方向に間隔ＷＹだけ移動して、観察領域１９Ｗ，２０Ｗ、及びアライメントセンサ３４の観察領域で基準マーク３５Ｄ，３６Ｄ，３７Ｄが観察されている状態を表している。
【００８７】
この図７（ｂ）の状態でのＺθ軸駆動ステージ４のＸ方向への位置ずれ量δＸは近似的に次のようになる。
【００８８】
【数１８】
δＸ＝Δθ・ＷＹ
このとき、レチクル１２は基準マーク板６上の基準マークの配列方向に沿って走査されるため、基準マーク３５Ｄ，３６Ｄ，３７Ｄの計測データより求められるＸ方向のベースライン量ＢＸ４からそのδＸを減算した結果（ＢＸ４−δＸ）が実際のベースライン量ＢＸ４’となる。同様に、図６（ｃ）の他のマーク群（３５Ｂ，３６Ｂ，３７Ｂ）及び（３５Ｃ，３６Ｃ，３７Ｃ）についても、Ｘ方向のベースライン量の補正が行われ、補正後のベースライン量を平均化することで最終的なベースライン量が求められる。
【００８９】
ここで、その基準マーク板６に対する移動鏡７Ｘの傾斜角Δθの計測方法の一例につき図３のフローチャートを参照して説明する。
先ず、図３のステップ１１１において、レチクル微小駆動ステージ１１を駆動して図７（ａ）に示すように、レチクル１２上のファイン・アライメントマーク２９Ａの像２９ＡＷをＲＡ顕微鏡１９の観察領域１９Ｗ内に移動してから、レチクル微小駆動ステージ１１（レチクル１２）を静止させる。その状態で、Ｚθ軸駆動ステージ４を駆動して基準マーク板６上の基準マーク３５Ａを観察領域１９Ｗ内に移動して、ＲＡ顕微鏡１９でマーク像２９ＡＷに対する基準マーク３５ＡのＸ方向への位置ずれ量ΔＸＡ１を検出して主制御系２２Ａに供給する。
【００９０】
次にステップ１１２において、レチクル１２を静止させた状態で、Ｚθ軸駆動ステージ４（基準マーク板６）を移動鏡７Ｘに沿って間隔ＷＹだけ移動することによって、図７（ｂ）に示すように、観察領域１９Ｗ内に基準マーク３５Ｄを移動する。そして、ＲＡ顕微鏡１９でマーク像２９ＡＷに対する基準マーク３５ＤのＸ方向への位置ずれ量ΔＸＤ１を検出して主制御系２２Ａに供給する。これに応じてステップ１１３で主制御系２２Ａは、２箇所での位置ずれ量ΔＸＡ１，ΔＸＤ１、及び間隔ＷＹより次のように基準マーク板６に対する移動鏡７Ｘの傾斜角Δθを算出し、算出された傾斜角Δθを主制御系２２Ａ内の記憶部に記憶する。このように記憶された傾斜角Δθを（数１８）で使用することによって、その傾斜角Δθに依る誤差が補正される。
【００９１】
【数１９】
Δθ＝（ΔＸＡ１−ΔＸＤ１）／ＷＹ
更に、走査露光時には、その傾斜角Δθを相殺するように、ウエハステージのＺθ軸駆動ステージ４の走査方向をその基準マーク板６上の基準マークの配列方向にする。また、ショット領域間の走査方向のステッピング方向は、その基準マークの配列方向として、非走査方向のステッピング方向はその配列方向に直交する方向とする。これによって、移動鏡７Ｘと基準マーク板６との傾斜角が変動したような場合でも、得られるショット配列が直交格子状となる。この場合、Ｚθ軸駆動ステージ４の走査方向を補正するためには、Ｚθ軸駆動ステージ４がＹ方向に所定間隔移動する毎にＺθ軸駆動ステージ４のＸ方向の位置を対応する量だけ補正してもよい。このような駆動方法は、制御が容易である。
【００９２】
但し、上述の傾斜角Δθを計測する際の間隔ＷＹは短いので、傾斜角Δθの計測精度を高めるために、ステップ１１１〜１１３の計測を複数回繰り返して、これらの計測結果を平均化することが望ましい。
また、前述のウエハステージ側の４軸のレーザ干渉計の計測データを用いて、（数９）より算出される直交度誤差ΔωＷが所定の許容値より大きい場合のみに、その移動鏡の傾斜角の計測シーケンスを実施するようにしてもよい。この場合、より高精度に傾斜角Δθを算出するために、基準マーク板６の走査方向の両端部に計測用の基準マークを形成しておき、（数１９）における間隔ＷＹをできるだ長くとるようにしてもよい。これによって、複数回の計測を行うことなく高精度に傾斜角Δθを求めることができる。
【００９３】
このように本例によれば、インターバル・ベースラインチェック時には、高速に動的なレチクルアライメント、及びベースライン量の計測を行うことができる。また、例えば直交度誤差ΔωＷが大きくなったような場合、即ち移動鏡７Ｘの傾斜角Δθがドリフトした可能性がある場合にのみ、その傾斜角Δθの計測シーケンスを実行することで、露光工程のスループットを低下させることなく、高精度にベースライン量を計測できる。
【００９４】
なお、上述の実施の形態では、基準マーク板６に対するウエハステージ側の移動鏡７Ｘの傾斜角を計測しているが、更にレチクルステージの走り方向（移動鏡２１Ｘの反射面に沿った方向）に対するレチクル１２上のパターンの傾斜角を計測するようにしてもよい。このためには、図３のステップ１１１に対応して、図７（ａ）に示すように、基準マーク板６上の例えば基準マーク３５ＡをＲＡ顕微鏡１９の観察領域１９Ｗ内に移動してその基準マーク板６を静止させた後、レチクル１２のマーク像２９ＡＷをその観察領域１９Ｗ内に移動してＲＡ顕微鏡１９で位置ずれ量を計測する。
【００９５】
その後、ステップ１１２に対応して、図２（ａ）の移動鏡２１Ｘに沿ってレチクル微小駆動ステージ１１を所定間隔だけ駆動することによって、例えば図６（ａ）のマーク像２９ＤＷを観察領域１９Ｗ内に移動してＲＡ顕微鏡１９で位置ずれ量を計測する。その後、２箇所での位置ずれ量の差分をその所定間隔で除算することによって、レチクル微小駆動ステージ１１の走り方向に対するファイン・アライメントマーク２９Ａ及び２９Ｄの配列方向（即ち、レチクル１２上のパターンの配列方向）の傾斜角ΔθR が算出される。この傾斜角ΔθR は本発明の相対回転角θ３に対応する。
【００９６】
この場合、予め上述の動的なレチクルアライメントによって、レチクル１２上のパターンの配列方向が基準マーク板６上の基準マークの配列方向に平行になるように、レチクル微小駆動ステージ１１の回転角を補正しておく。その後、走査露光時には、上記の傾斜角ΔθR を相殺するように、レチクル１２のパターンの配列方向に沿ってレチクル微小駆動ステージ１１を走査することによって、ウエハ上での各ショット領域の回転（ショットローテーション）が無くなって、正確に矩形のショット領域が直交格子状のショット配列で露光される。この場合にも、レチクル微小駆動ステージ１１の走査方向を補正するためには、レチクル微小駆動ステージ１１がＹ方向に所定間隔移動する毎にレチクル微小駆動ステージ１１のＸ方向の位置を対応する量だけ補正してもよい。
【００９７】
次に、本発明の実施の形態の他の例につき図８を参照して説明する。本例は、ウエハステージ側の移動鏡と基準マーク板とを一体化することによって、上述の移動鏡７Ｘの傾斜角Δθが発生しないようにしたものである。また、本例でも図１及び図２に示される投影露光装置と同様の投影露光装置が使用されるが、ウエハステージのＺθ軸駆動ステージの構成が異なっている。
【００９８】
図８（ａ）は、本例の投影露光装置のウエハステージの上部の構成を示す平面図、図８（ｂ）はその側面図であり、図８（ａ）に示すように、図１のＺθ軸駆動ステージ４に対応するＺθ軸駆動ステージ４Ａ上にウエハ５が載置されている。また、Ｚθ軸駆動ステージ４Ａの−Ｘ方向及び＋Ｙ方向の端部にそれぞれ、Ｙ方向に延びた平行平板ガラスよりなるＸ軸の移動鏡４１Ｘ、及びＸ方向に延びた平行平板ガラスよりなるＹ軸の移動鏡４１Ｙが固定されている。本例の移動鏡４１Ｘ，４１Ｙはそれぞれ低膨張率のガラスセラミックス（例えばショット社の商品名ゼロデュアーが使用できる）より構成され、移動鏡４１Ｘ，４１Ｙの外側面がそれぞれ反射面とされ、移動鏡４１Ｘ，４１Ｙの上面はウエハ５の表面と同じ高さに設定されている。更に、移動鏡４１Ｘ及び４１Ｙの上面にはクロム蒸着によって複数個の基準マークが形成されている。
【００９９】
即ち、移動鏡４１Ｘ上にはこの反射面に平行な直線パターン４２Ｘ、及び図６（ｃ）の基準マーク板６上の基準パターンと同一の形状及び配列の基準パターン３５Ａ，３５Ｄ，３６Ａ，３６Ｄ，３７Ａ，３７Ｄが形成され、移動鏡４１Ｙ上にはこの反射面に平行な直線パターン４２Ｘ、及びこの直線パターン４２Ｘ上に図２（ｂ）のＲＡ顕微鏡１９，２０の観察領域１９Ｗ，２０Ｗの間隔と同じ間隔で配列された十字型の基準パターン４３Ｘ，４４Ｘが形成されている。また、Ｘ軸の移動鏡４１Ｘには、図２（ｃ）の３個の干渉計本体１３Ｘ１，１３Ｘ２，１３ＦＸ（図８では不図示）より計測用ビームＬＷＸ１，ＬＷＸ２，ＢＦＸが照射され、更に付加された干渉計本体１３ＴＸより計測用ビームＬＴＸが照射されている。計測用ビームＬＴＸはＹ方向では２つの計測用ビームＬＷＸ１，ＬＷＸ２の中間位置を通過している。但し、図８（ｂ）に示すように、３本の計測用ビームＬＷＸ１，ＬＷＸ２，ＢＦＸの高さ（Ｚ方向の位置）は同一であるのに対して、計測用ビームＬＴＸの高さはそれらに対して間隔Ｈだけずれている。
【０１００】
また、Ｙ軸の移動鏡４１Ｘには、図２（ｃ）の２個の干渉計本体１３Ｙ１，１３Ｙ２（図８では不図示）より計測用ビームＬＷＹ１，ＬＷＹ２が照射され、更にそれらの干渉計の中間位置に付加された干渉計本体１３ＴＹより計測用ビームＬＴＹが照射されている。計測用ビームＬＴＹの高さも、計測用ビームＬＴＸと同様に他の計測用ビームに比べて間隔Ｈだけずれている。その他の構成は図１及び図２と同様であるため説明を省略する。
【０１０１】
本例でベースライン計測を行う場合には、図１のＲＡ顕微鏡１９，２０によって図８（ａ）の移動鏡４１Ｘ上の基準マーク３５Ａ，３６Ａを観察するのと同時に、図１のアライメントセンサ３４によって基準マーク３７Ａを観察してそれぞれ位置ずれ量を計測した後、Ｚθ軸駆動ステージ４Ａ及びレチクル微小駆動ステージ１１を移動させてＲＡ顕微鏡１９，２０及びアライメントセンサ３４によって移動鏡４１Ｘ上の基準マーク３５Ｄ，３６Ｄ，３７Ｄに対応する位置ずれ量を計測すればよい。この際に、移動鏡４１Ｘが基準マーク板を兼用しているために、ウエハステージが熱変形等を起こしても、移動鏡４１Ｘの反射面の方向と基準マークの配列方向とが変化することはない。従って、常に高精度にベースライン量を計測できる。
【０１０２】
また、移動鏡４１Ｘの曲がり量を計測する際には、例えば移動鏡４１Ｘ上の直線パターン４２Ｘを、図６（ａ）のレチクルのマーク像２９ＡＷの投影位置に移動して、図１のＲＡ顕微鏡１９によってマーク像２９ＡＷに対する直線パターン４２Ｘの位置ずれ量を計測する。その後、Ｚθ軸駆動ステージ４Ａを移動鏡４１Ｘに沿って移動した状態で、ＲＡ顕微鏡１９によってマーク像２９ＡＷに対する直線パターン４２Ｘの位置ずれ量の変化を計測すればよい。この場合、移動鏡４１Ｘの曲がり量を直接、且つ用に計測できる。なお、移動鏡の曲がり量の計測には、図１の他方のＲＡ顕微鏡２０、又はアライメントセンサ３４を使用してもよい。同様に、Ｙ軸の移動鏡４１Ｙについても、直線パターン４２Ｙを使用することで容易に曲がり量を計測できる。
【０１０３】
また、本例では移動鏡４１Ｘと移動鏡４１Ｙとの直交度の変化をも計測できる。そのためには、例えば組立調整時に、移動鏡４１Ｘと移動鏡４１Ｙとの直交度を所定の範囲内に追い込んだ状態で、図８（ａ）の移動鏡４１Ｙ上の基準マーク４３Ｘ及び４４Ｘをそれぞれ図１のＲＡ顕微鏡１９及び２０で観察し、それぞれ所定の基準点からの位置ずれ量を検出し、２つのマークの位置ずれ量の差分を求めて記憶しておけばよい。その後、例えば所定時間経過する毎に、ＲＡ顕微鏡１９，２０で基準マーク４３Ｘ，４４Ｘの位置ずれ量の差分を検出し、検出結果をＲＡ顕微鏡１９，２０の観察領域の間隔で除算することによって、移動鏡４１Ｙの傾斜角の変動に起因する直交度誤差を検出できる。
【０１０４】
なお、本例では移動鏡４１Ｘ，４１Ｙの上面の高さをウエハ５の表面と同じ高さにする必要があり、計測用ビームＬＷＸ１，ＬＷＹ１等の高さをウエハ５の表面の高さに合わせられないため、Ｚθ軸駆動ステージ４Ａのピッチング、又はローリングによって所謂アッベ誤差による計測誤差が生ずる恐れがある。この計測誤差を補正するため、本例ではチルト干渉計としての干渉計本体１３ＴＸ，１３ＴＹを設けている。具体的に計測用ビームＬＷＸ１，ＬＷＸ２，ＬＴＸによるＸ座標の計測値をＸＷ１，ＸＷ２，ＸＴＷとして、計測用ビームＬＷＹ１，ＬＷＹ２，ＬＴＹによるＹ座標の計測値をＹＷ１，ＹＷ２，ＹＴＷとすると、走査露光時のＺθ軸駆動ステージ４ＡのＹ軸の周りのローリングの角度（以下、「チルト角」と呼ぶ）Ｔθｘ、及びＸ軸の周りのピッチングの角度（チルト角）Ｔθｙはそれぞれ次のようになる。
【０１０５】
【数２０】
Ｔθｘ＝｛（ＸＷ１＋ＸＷ２）／２−ＸＴＷ｝／Ｈ
Ｔθｙ＝｛（ＹＷ１＋ＹＷ２）／２−ＹＴＷ｝／Ｈ
そこで、通常の露光時の補正前のＺθ軸駆動ステージ４ＡのＸ座標は（ＸＷ１＋ＸＷ２）／２であるが、この座標に対して、例えば（Ｔθｘ・Ｈ／２）の値を加算した座標を新たな座標とすると共に、Ｙ座標に対しては例えば（Ｔθｙ・Ｈ／２）の値を加算することによって、アッベ誤差の補正を行うことができる。
【０１０６】
なお、図８の実施の形態では移動鏡４１Ｘが基準マーク板を兼用しているが、その代わりに図２（ｂ）の移動鏡７Ｘ及び基準マーク板６を使用したときに、移動鏡７Ｘと基準マーク板６とを直接接合するようにしても、ほぼ同様の効果が得られる。
なお、本発明は上述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。
【０１０７】
【発明の効果】
本発明の第１の露光方法によれば、基準マーク板上の複数個の基準マークの配列方向（基準マーク板の方向）と基板ステージ（ウエハステージ）の走り方向との相対回転角θ１に応じてその基板ステージのステッピング方向を決定しているため、その基板ステージの走り方向と、その基準マーク板との相対角度が変化した場合でも、基板上でのショット配列を直交格子状にできる利点がある。更に、マスクの走査方向とその基板ステージの走査方向との相対回転角θ２に応じてそのマスクの相対回転誤差を決定しているため、この相対回転誤差を補正することによって、基板上に露光されるショット領域の歪を低減できる。
【０１０８】
また、本発明の第２の露光方法によれば、その相対回転角θ１、及びその相対回転角θ２に応じてそのマスクの回転角を補正しているため、その基板ステージの走り方向と、その基準マーク板との相対角度が変化した場合でも、基板上に露光されるショット領域の歪を低減できる利点がある。
また、本発明の第３の露光方法によれば、相対回転角θ１の他に計測用マークの配列方向に対するマスクの走り方向の相対回転角θ３を検出し、相対回転角θ１の情報に基づいて走査露光時の基板ステージの位置を補正し、相対回転角θ３の情報に基づいて走査露光時のそのマスクの位置を補正しているため、その基板ステージの走り方向と、基準マーク板との相対角度が変化した場合でも、基板上に露光されるショット領域の歪を低減できる。
【０１０９】
また、本発明の第４の露光方法によれば、基準マーク部材（基準マーク板）上第１の基準マークを介してマスク上の計測用マークの配列方向とそのマスクの走り方向との相対回転誤差が計測できる。更に、基準マーク部材（基準マーク板）上の第１及び第２の基準マークを介してアライメント系のベースライン量を計測しているため、基板ステージの走り方向と、その基準マーク部材との相対角度が変化した場合でも、そのベースライン量を高精度に計測できる利点がある。
【０１１０】
また、本発明の第５の露光方法によれば、基準マーク部材上の複数個の第１及び第２の基準マークのそれぞれに対して得られる位置ずれ量に基づいて、マスクと基板との対応する走査方向間の相対回転誤差を補正すると共に、その基準マーク部材上の第１及び第２の基準マークの配列方向と基板ステージの走査方向との相対回転角を補正しているため、その基板ステージとその基準マーク部材との傾斜角が変化した場合でも、基板上に露光されるショット領域の歪を低減できる利点がある。
【０１１１】
また、本発明の第６の露光方法によれば、基板ステージ側の移動鏡の上面部に第１及び第２の基準マークを形成し、その移動鏡が基準マーク板を兼用しているため、その基板ステージの走り方向と、それらの基準マークとの相対角度が変化しにくく、結果としてアライメント系のベースライン量を高精度に計測できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例で使用される投影露光装置を示す構成図である。
【図２】（ａ）は図１の投影露光装置のレチクルステージを示す平面図、（ｂ）は図１の投影露光装置のウエハステージを示す平面図である。
【図３】本発明の実施の形態におけるベースライン計測動作、及びウエハステージの走り方向の傾斜角の計測動作の一例を示すフローチャートである。
【図４】（ａ）は図１のレチクル１２のアライメントマークを示す平面図、（ｂ）は図１のレチクルアライメント顕微鏡１９，２０の観察領域とレチクル１２上の照明領域との関係を示す平面図、（ｃ）はファイン・アライメントマーク２９Ａ〜３０Ｄの構成を示す拡大平面図である。
【図５】基準マーク板６とレチクル１２とを相対的に走査する場合の位置関係の説明図である。
【図６】（ａ）はレチクル１２のウエハステージ上への投影像を示す平面図、（ｂ）はレチクル１２上のファイン・アライメントマークの投影像を示す拡大平面図、（ｃ）は基準マーク板６上の基準マークの配列を示す平面図、（ｄ）は基準マーク３５Ａ〜３５Ｄ，３６Ａ〜３６Ｄを示す拡大平面図、（ｅ）は基準マーク３７Ａ〜３７Ｄを示す拡大平面図である。
【図７】ウエハステージ側の移動鏡７Ｘと基準マーク板６との傾斜角Δθの計測方法の説明図である。
【図８】（ａ）は本発明の実施の形態の他の例で使用される投影露光装置のウエハステージの要部を示す平面図、（ｂ）は図８（ａ）の側面図である。
【図９】従来技術においてショット領域の歪み、又はショット配列の歪みが発生する際の説明図である。
【符号の説明】
４ Ｚθ軸駆動ステージ
５ ウエハ
６ 基準マーク板
７Ｘ，７Ｙ ウエハステージ側の移動鏡
８ 投影光学系
１１ レチクル微小駆動ステージ
１２ レチクル
１３Ｘ１，１３Ｘ２，１３ＦＸ，１３Ｙ１，１３Ｙ２ 干渉計本体
１４Ｘ１，１４Ｘ２，１４Ｙ１，１４Ｙ２ 干渉計本体
１９，２０ レチクルアライメント顕微鏡（ＲＡ顕微鏡）
２１Ｘ レチクルステージ側の移動鏡
２１Ｙ１，２１Ｙ２ コーナキューブ
２２Ａ 主制御系
２２Ｄ レチクル駆動装置
２９Ａ〜２９Ｄ，３０Ａ〜３０Ｄ ファイン・アライメントマーク
３５Ａ〜３５Ｄ，３６Ａ〜３６Ｄ ＲＡ顕微鏡用の基準マーク
３７Ａ〜３７Ｄ アライメントセンサ用の基準マーク
４１Ｘ，４１Ｙ 移動鏡
【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の露光方法に関し、特にステップ・アンド・スキャン方式のような走査露光型の露光装置で露光を行う場合に使用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば半導体素子を製造する際に、マスクとしてのレチクルのパターンをフォトレジストが塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）の各ショット領域に転写するための露光装置として、従来はステップ・アンド・リピート方式（一括露光方式）の縮小投影型露光装置（ステッパー）が多用されていた。これに対して最近、投影光学系に対する負担をあまり重くすることなく、高精度に大面積の回路パターンを転写するという要請に応えるために、レチクル上のパターンの一部を投影光学系を介してウエハ上に投影した状態で、レチクルとウエハとを投影光学系に対して同期走査することにより、レチクル上のパターンの像を逐次ウエハ上の各ショット領域に転写する所謂ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置が開発されている。
【０００３】
従来より知られている、一体型のステージによる１回の走査露光でレチクル全面のパターンを等倍の正像でウエハの全面に転写するアライナは、走査型露光装置の原型とも言えるものである。これに対して、ステップ・アンド・スキャン方式では通常縮小倍率の投影光学系が使用されるため、レチクルステージとウエハステージとをその縮小倍率に応じた速度比で独立に駆動する必要があり、且つ各ショット領域間の移動はステッピング方式で行うため、ステージ系の機構は複雑で、極めて高度な制御が必要である（例えば特開平７−１７６４６８号公報参照）。
【０００４】
そのため、図９に示すように、従来よりステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置のステージはレーザ干渉計の計測値に基づいて速度、及び位置が制御されていた。即ち、図９（ａ１）及び（ａ２）において、ウエハＷが載置されるウエハステージ５１にはＸ軸の移動鏡５２Ｘ及びＹ軸の移動鏡５２Ｙが固定され、レチクルＲが載置されるレチクルステージ５４にもＸ軸の移動鏡５５Ｘ及びＹ軸の移動鏡５５Ｙが固定されている。そして、ウエハＷが移動する平面の直交座標系をＸ軸及びＹ軸として、走査露光時の走査方向をＹ軸に沿った方向（Ｙ方向）とすると、従来は走査方向用のＹ軸の移動鏡５２Ｙ及び５５Ｙに対して平行にそれぞれ２本の計測用のレーザビーム５３Ｙ１，５３Ｙ２、及び５６Ｙ１，５６Ｙ２が照射され、非走査方向用の移動鏡５２Ｘ及び５５Ｘに対してそれぞれ１本の計測用のレーザビーム５３Ｘ及び５６Ｘが照射され、走査方向の位置（Ｙ座標）は２軸のレーザ干渉計で計測され、非走査方向の位置（Ｘ座標）は１軸のレーザ干渉計で計測されていた。
【０００５】
このとき、走査方向用の２軸のレーザ干渉計の一方は、ヨーイング計測用のレーザ干渉計であり、２軸のＹ座標の差分より、ウエハステージ５１（ウエハＷ）及びレチクルステージ５４（レチクルＲ）の回転角が計測され、走査露光時には両ステージ５１及び５４のＸ座標、及びＹ座標が投影倍率に応じた位置関係となり、且つ両ステージの相対回転角が一定となるように両ステージ５１及び５４の同期走査が行われていた。なお、通常は反転投影の投影光学系が使用されるため、ウエハステージ５１とレチクルステージ５４との走査方向は逆であるが、簡単のために正立像が投影されるものとして両ステージの走査方向が共に−Ｙ方向であるとしている。
【０００６】
即ち、走査露光時には、移動鏡の反射面が正確にＸ軸及びＹ軸に平行であるとすると、ウエハステージ５１によってスリット状の露光領域５８に対してウエハＷが−Ｙ方向に移動するのと同期して、レチクルステージ５４によってスリット状の照明領域５７に対してレチクルＲが−Ｙ方向に移動して、ウエハＷ上の１つのショット領域にレチクルＲのパターン像が転写される。この結果露光されるショット領域は、図９（ａ３）に拡大して示すショット領域ＳＡａのように正確な矩形であり、ウエハＷ上に形成されるショット配列は、図９（ａ４）に示すようにＸ軸、及びＹ軸に沿って配列される格子状である。
【０００７】
これに対して、ウエハステージ５１のヨーイングによって、図９（ｂ１）に示すように移動鏡５２Ｘ，５２Ｙが角度θだけ時計回りに回転すると、ウエハＷの走査方向は、矢印６０ｂで示すように移動鏡５２Ｘの反射面に沿った方向（本来のＹ軸に対して角度θだけ傾斜した方向）となり、ウエハＷの非走査方向へのステッピング方向は、矢印６１ｂで示すように移動鏡５２Ｙの反射面に沿った方向となる。この場合、移動鏡５２Ｙの傾斜によってウエハステージ５１の回転が検出され、それに合わせてレチクルステージ５４も角度θだけ回転されるため、図９（ｂ２）の矢印５９ｂで示すように、レチクルＲも角度θだけ回転した状態で、且つその回転した方向に走査される。従って、走査露光によってウエハＷ上で露光されるショット領域（レチクルＲのパターン像の転写領域）は、図９（ｂ３）のショット領域ＳＡｂで示すように、回転はしているが正確な矩形であり、ウエハＷ上のショット配列（図９（ｂ４）参照）も、回転はしているが配列方向が直交する格子状（以下、「直交格子状」と呼ぶ）である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記の如く従来のステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置では、ウエハステージ及びレチクルステージの座標位置はそれぞれレーザ干渉計によって計測され、レーザ干渉計用の２軸の移動鏡の直交度が良好である場合には、仮にウエハステージがヨーイングによって回転しても露光されるショット領域の形状は矩形であり、得られるショット配列も直交格子状であった。
【０００９】
しかしながら、雰囲気気体の温度変化、又は露光光の照射による温度上昇等によって、ステージが熱変形したり、又はレーザ干渉計用の移動鏡自体が熱変形したりすることによって、それらの移動鏡の直交度が悪化したような場合に、露光されるショット領域の形状が矩形でなくなると共に、ショット配列も直交格子状でなくなる恐れがあった。これは主に、従来はステージの走査方向の位置を２軸のレーザ干渉計で計測し、得られた計測値の差分によってステージの回転角を求めていたこと、即ち図９の例では走査方向用の移動鏡５２Ｙ，５５Ｙに対してヨーイング計測用のレーザ干渉計からのレーザビームが照射されていたことに依ると考えられる。
【００１０】
具体的に、図９（ｃ１）はウエハステージ側の非走査方向用、即ちヨーイング計測が行われない移動鏡５２Ｘが角度θだけ傾斜した状態を示す。この場合、ウエハＷの走査方向は矢印６０ｃで示すように、傾斜した移動鏡５２Ｘの反射面に沿った方向であるが、ウエハステージの回転角の変化は検出されないため、図９（ｃ２）に示すように、レチクルＲ（レチクルステージ５４）は−Ｙ方向に走査される。そのため、ウエハＷ上に形成されるショット領域は、図９（ｃ３）のショット領域ＳＡｃで示すように平行四辺形となり、ショット配列（図９（ｃ４）参照）も平行四辺形状となる。
【００１１】
また、図９（ｄ１）はウエハステージ側の走査方向用、即ちヨーイング計測が行われている移動鏡５２Ｙが角度θだけ傾斜した状態を示す。この場合、ウエハＷの走査方向は−Ｙ方向であるが、ウエハステージの回転角の変化が検出されるため、図９（ｄ２）に矢印５９ｄで示すように、レチクルＲは本来のＹ軸に対して角度θだけ回転した状態で、且つ角度θだけ傾斜した方向に走査される。そのため、ウエハＷ上に形成されるショット領域は、図９（ｄ３）のショット領域ＳＡｄで示すように平行四辺形を９０°回転させた形状となり、ショット配列（図９（ｄ４）参照）も同様の形状となる。
【００１２】
図９（ｃ４）又は（ｄ４）に示すショット配列の配列誤差は、線形誤差（１次誤差）であるため、その上のレイヤへの露光を行う際には、例えば所謂エンハンスト・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）方式のアライメントを行って統計処理によってショット配列を求め、求められたショット配列に従ってウエハステージのステッピングを行うことによって実質的にその配列誤差が補正できる。しかしながら、そのような配列誤差は少ない程良いのは言うまでもない。一方、ショット領域ＳＡｃ，ＳＡｄで示すようにショット領域が変形した場合、図９（ａ１）のスリット状の露光領域５８のＹ方向の幅をＤ、移動鏡の回転角をθ（ｒａｄ）とすると、ウエハＷ上に露光される像は走査露光中に非走査方向に略Ｄ・θだけ横シフトした像と等価になり、像劣化を起こすという不都合がある。
【００１３】
このような像劣化を低減するために、従来よりウエハステージ上に所定の基準マークが形成された基準マーク板が固定され、定期的に（例えばウエハ交換時に）その基準マーク板上の基準マークとレチクル上のアライメントマークとの相対回転角の計測が行われ、その計測結果に基づいてレチクルの回転角の補正が行われていた。この際に、ウエハステージの熱変形等によって、レーザ干渉計の移動鏡によって定まるウエハステージの走り方向とその基準マーク板との角度が変化していると、レチクルの回転角の補正が正確に行われなくなり、露光されるショット領域が変形するという不都合があった。
【００１４】
また、上述のように例えばＥＧＡ方式のアライメントを行う場合、所定のアライメントセンサを用いてウエハ上の所定のショット領域に付設されたアライメントマーク（ウエハマーク）の位置検出を行う必要がある。この際に、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をそれぞれレチクルのパターン像に高精度に合わせ込むために、基準マーク板を使用することによって例えば定期的に、アライメントセンサの基準点（検出中心等）とウエハ上に露光される像の基準点（露光中心等）との間隔であるベースライン量が求めて記憶され、このベースライン量でそのアライメントセンサの検出結果が補正される。このように定期的にベースライン量の計測を行うことは、インターバル・ベースラインチェックと呼ばれている。この場合にも、熱変形等によってレーザ干渉計の移動鏡によって定まるウエハステージの走り方向と基準マーク板との傾斜角の変動があると、実質的にベースライン量が変動して、重ね合わせ誤差が大きくなるという不都合があった。
【００１５】
本発明は斯かる点に鑑み、ウエハステージの走り方向と、レチクルの回転角の基準となる基準マーク板との相対角度が変化した場合でも、ウエハ上で露光されるショット領域の歪の発生を防止できるか、又はウエハ上のショット配列を直交格子状にできる露光方法を提供することを第１の目的とする。
本発明は更に、ウエハステージの走り方向と、アライメントセンサのベースライン量を計測するための基準マーク板との相対角度が変化した場合でも、そのベースライン量を高精度に計測できる露光方法を提供することを第２の目的とする。
【００１６】
本発明は更に、ウエハステージの走り方向と、アライメントセンサのベースライン量を計測するための基準マークとの相対角度が変化しにくく、結果としてそのベースライン量を高精度に計測できる露光方法を提供することを第３の目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明による第１の露光方法は、マスク（１２）上のパターンの一部を露光光のもとで基板ステージ（１〜４）上の感光性の基板（５）上に投影した状態で、マスク（１２）及び基板（５）を同期して対応する走査方向に走査することにより、マスク（１２）上のパターンを基板（５）上の各ショット領域に逐次転写する露光方法において、マスク（１２）上にその走査方向に沿って複数個の計測用マーク（２９Ａ，２９Ｄ）を形成し、これら複数個の計測用マークと実質的に同一の位置関係を有する複数個の基準マーク（３５Ａ，３５Ｄ）が形成された基準マーク部材（６）をその基板ステージ上に配置しておき、その基板ステージをその走査方向に移動することによって、マスク（１２）上のそれら複数個の計測用マークの内の１つの計測用マーク（２９Ａ）と基準マーク部材（６）上の複数個の基準マーク（３５Ａ，３５Ｄ）のそれぞれとの位置ずれ量を順次計測し、この計測結果より複数個の基準マーク（３５Ａ，３５Ｄ）の配列方向と、その基板ステージの走り方向との相対回転角θ１を検出する第１工程と、マスク（１２）及び基板（５）をその対応する走査方向に同期して移動させて、マスク（１２）上の複数個の計測用マーク（２９Ａ，２９Ｄ）のそれぞれと基準マーク部材（６）上の対応する基準マーク（３５Ａ，３５Ｄ）との位置ずれ量を順次計測し、この計測結果より、マスク（１２）の走査方向とその基板ステージの走査方向との相対回転角θ２を検出する第２工程と、を有し、その相対回転角θ１の情報に基づいて、その基板ステージのステッピング方向を決定し、その相対回転角θ２の情報に基づいて、マスク（１２）の走査方向を決定するものである。
【００１８】
斯かる本発明によれば、マスク（１２）を固定してその基板ステージを走査した状態で検出される相対回転角θ１は、基準マーク（３５Ａ，３５Ｄ）の配列方向、即ち基準マーク部材（６）の角度と、その基板ステージの走査露光時の走り方向との相対角度である。また、仮にその基板ステージを基準マーク部材（６）に沿って走査した場合、マスク（１２）を対応する走査方向に同期して移動したときに計測される相対回転角θ２は、両ステージの走査方向の回転誤差である。そこで、ステージの熱変形等によってその基板ステージと基準マーク部材（６）の角度が変化したような場合でも、その基板ステージのショット領域間のステッピング方向を例えばその基準マーク部材（６）の基準マークの配列方向、又はこれに直交する方向にすることによって、基板（５）上に形成されるショット配列が直交格子状となる。更に、その基板ステージの走査方向を基準マーク部材（６）に沿った方向として、マスク（１２）を基準マーク部材（６）に沿って走査することによって、ショット領域が矩形となる。
【００１９】
また、本発明による第２の露光方法は、上記の本発明の第１の露光方法とその第１工程、及び第２工程を実行するまでは同一である。その後、この第２の露光方法では、それら第１工程及び第２工程で得られる相対回転角θ１と相対回転角θ２との差に基づいて、マスク（１２）の回転角の補正を行うものである。
斯かる本発明によれば、例えば基準マーク部材（６）に対するマスク（１２）の相対回転誤差をΔθとすると、マスク（１２）及び基板（５）を対応する走査方向に同期して移動したときに計測される相対回転角θ２は、（Δθ＋θ１）となる。即ち、マスク（１２）の基準マーク部材（６）に対する相対回転誤差Δθは（θ２−θ１）である。そこで、ステージの熱変形等によってその基板ステージと基準マーク部材（６）の角度が変化したような場合でも、本発明による相対回転誤差Δθの計測を行って、マスク（１２）の回転角を例えば−Δθだけ補正することによって、マスク（１２）の回転角を基準マーク部材（６）に合わせることができる。これによって、基板（５）上に露光されるショット領域がより矩形となる。
【００２０】
また、本発明による第３の露光方法は、上記の本発明の第１の露光方法とその第１工程を実行するまでは同一である。その後、この第３の露光方法では、マスク（１２）をその走査方向に走査することによって、基準マーク部材（６）上のそれら複数個の基準マークの内の１つの基準マーク（３５Ａ）とマスク（１２）上のそれら複数個の計測用マーク（２９Ａ，２９Ｄ）のそれぞれとの位置ずれ量を順次計測し、この計測結果より複数個の計測用マーク（２９Ａ，２９Ｄ）の配列方向と、マスク（１２）の走り方向との相対回転角θ３を検出する第２工程を実行し、その第１工程で検出される相対回転角θ１の情報に基づいて走査露光時のその基板ステージの位置を補正し、その相対回転角θ３の情報に基づいて走査露光時のマスク（１２）の位置を補正するものである。
【００２１】
斯かる本発明によれば、その第１工程で検出される相対回転角θ１は、基準マーク部材（６）に対するその基板ステージの走り方向の傾斜角であり、その第２工程で検出される相対回転角θ３は、マスク（１２）の走り方向に対するマスク（１２）のパターンの傾斜角である。そこで、走査露光時に、その基板ステージの走査方向が基準マーク部材（６）に沿った方向となるようにその基板ステージの位置を次第にずらすと共に、マスク（１２）の走査方向がマスク（１２）のパターンに沿った方向となるようにマスク（１２）の位置を次第にずらすことによって、基板（５）上に露光されるショット領域の歪が低減される。
【００２２】
また、本発明の第４の露光方法は、露光光のもとでマスク（１２）上のパターンの一部の像を投影光学系（８）を介して基板ステージ（１〜４）上の感光性の基板（５）上に投影した状態で、マスク（１２）及び基板（５）を同期して対応する走査方向に走査することにより、マスク（１２）上のパターンを基板（５）上の各ショット領域に逐次転写する露光方法において、投影光学系（８）の近傍に基板（５）上の位置合わせ用マークの位置を検出するためのオフ・アクシス方式のアライメント系（３４）を配置し、マスク（１２）上にその走査方向に沿って複数個の計測用マーク（２９Ａ，２９Ｄ）を形成し、投影光学系（８）の露光フィールド内の基準点とアライメント系（３４）の基準点との間隔に対応する間隔で第１及び第２の基準マーク（３５Ａ，３７Ａ）が形成された基準マーク部材（６）をその基板ステージ上に配置しておき、アライメント系（３４）で基準マーク部材（６）上の第２の基準マーク（３７Ａ）を観察した状態で、マスク（１２）をその走査方向に移動させて、マスク（１２）上の複数個の計測用マーク（２９Ａ，２９Ｄ）のそれぞれと基準マーク部材（６）上の第１の基準マーク（３５Ａ）との位置ずれ量を順次計測し、複数個の計測用マーク（２９Ａ，２９Ｄ）のそれぞれと第１の基準マーク（３５Ａ）との位置ずれ量の平均値、このそれぞれの位置ずれ量より求めたマスク（１２）のその走査方向に対する相対回転誤差、及びアライメント系（３４）で観察した第２の基準マーク（３７Ａ）の位置ずれ量より、投影光学系（８）の露光フィールド内の基準点とオフ・アクシス方式のアライメント系（３４）の基準点との間隔（ベースライン量）を求めるものである。
【００２３】
斯かる本発明によれば、基準マーク部材（６）を基準として、マスク（１２）上の計測用マーク（２９Ａ，２９Ｄ）の配列方向、即ちマスクパターンの転写像の方向とマスク（１２）の走り方向との相対回転誤差θ３の計測を行うのと並行して、アライメント系（３４）で観察した第２の基準マーク（３７Ａ）の位置ずれ量ΔＢ２が計測され、これらの計測値よりアライメント系（３４）のベースライン量が求められる。従って、その基板ステージの変形等によってその基板ステージに対する基準マーク部材（６）の相対角度が変化した場合でも、基準マーク部材（６）に基づいて高精度にベースライン量が計測される。
【００２４】
また、本発明の実施の形態に記載された別の露光方法（以下、「第５の露光方法」という。）は、露光光のもとでマスク（１２）上のパターンの一部の像を投影光学系（８）を介して基板ステージ（１〜４）上の感光性の基板（５）上に投影した状態で、マスク（１２）及び基板（５）を同期して対応する走査方向に走査することにより、マスク（１２）上のパターンを基板（５）上の各ショット領域に逐次転写する露光方法において、投影光学系（８）の近傍に基板（５）上の位置合わせ用のマークの位置を検出するためのオフ・アクシス方式のアライメント系（３４）を配置し、マスク（１２）上にその走査方向に沿って複数個の計測用マーク（２９Ａ，２９Ｄ）を形成し、マスク（１２）上のこれら複数個の計測用マークに対応させて第１の基準マーク（３５Ａ，３５Ｄ）が複数個形成されると共に、これら複数個の第１の基準マークからそれぞれ投影光学系（８）の露光フィールド内の基準点とアライメント系（３４）の基準点との間隔に対応する間隔で第２の基準マーク（３７Ａ，３７Ｄ）が複数個形成された基準マーク部材（６）を基板ステージ（１〜４）上に配置し、マスク（１２）及び基板（５）をそれら対応する走査方向に同期して移動させて、マスク（１２）上の複数の計測用マーク（２９Ａ，２９Ｄ）とそれに対応した基準マーク部材（６）上の第１の基準マーク（３５Ａ，３５Ｄ）との位置ずれ量を計測するのと並行して、アライメント系（３４）により第２の基準マーク（３７Ａ，３７Ｄ）の位置ずれ量を計測する工程を、基準マーク部材（６）上の複数個の第１の基準マーク（３５Ａ，３５Ｄ）のそれぞれに対して繰り返して行い、それら複数個の第１及び第２の基準マークのそれぞれに対して得られる位置ずれ量に基づいて、マスク（１２）と基板（５）とのその対応する走査方向間の相対回転誤差を補正すると共に、基準マーク部材（６）上のそれら第１及び第２の基準マークの配列方向とその基板ステージの走査方向との相対回転角を補正するものである。
【００２５】
斯かる本発明によれば、実質的に本発明の第１の露光方法の第２工程が実施されるのと並行して、アライメント系（３４）のベースライン量の計測が行われる。そして、それらの計測結果に基づいて、基準マーク部材（６）を基準として、その基板ステージの走査方向が補正され、その基板ステージの走査方向に対してマスク（１２）の走査方向が補正される。従って、その基板ステージの走り方向と、マスク（１２）の回転角、及びアライメント系（３４）のベースライン量を計測するための基準マーク板との相対角度が変化した場合でも、露光されるショット領域の歪が軽減され、アライメント系（３４）のベースライン量が高精度に計測できる。
【００２６】
また、本発明の実施の形態に記載された更に別の露光方法（以下、「第６の露光方法」という。）は、露光光のもとでマスク（１２）上のパターンの一部の像を投影光学系（８）を介して基板ステージ（１〜３，４Ａ）上の感光性の基板（５）上に投影した状態で、マスク（１２）及び基板（５）を同期して対応する走査方向に走査することにより、マスク（１２）上のパターンを基板（５）上の各ショット領域に逐次転写する露光方法において、投影光学系（８）の近傍に基板（５）上の位置合わせ用マークの位置を検出するためのオフ・アクシス方式のアライメント系（３４）を配置し、座標位置計測用の移動鏡（４１Ｘ）をその基板ステージ上に固定し、マスク（１２）上にその走査方向に沿って複数個の計測用マーク（２９Ａ，２９Ｄ）を形成し、移動鏡（４１Ｘ）の上面部にマスク（１２）上の複数個の計測用マーク（２９Ａ，２９Ｄ）に対応させて第１の基準マーク（３５Ａ，３５Ｄ）を複数個形成すると共に、これら複数個の第１の基準マークからそれぞれ投影光学系（８）の露光フィールド内の基準点とアライメント系（３４）の基準点との間隔に対応する間隔で第２の基準マーク（３７Ａ，３７Ｄ）を複数個形成し、マスク（１２）及び基板（５）をその対応する走査方向に同期して移動させて、マスク（１２）上の複数の計測用マーク（２９Ａ，２９Ｄ）とそれに対応した移動鏡（４１Ｘ）上の第１の基準マーク（３５Ａ，３５Ｄ）との位置ずれ量を計測するのと並行して、アライメント系（３４）により第２の基準マーク（３７Ａ，３７Ｄ）の位置ずれ量を計測する工程を、移動鏡（４１Ｘ）上の複数個の第１の基準マーク（３５Ａ，３５Ｄ）のそれぞれに対して繰り返して行い、それら複数個の第１及び第２の基準マークのそれぞれに対して得られる位置ずれ量に基づいて、マスク（１２）と基板（５）とのその対応する走査方向間の相対回転誤差を補正すると共に、投影光学系（８）の露光フィールド内の基準点とアライメント系（３４）の基準点との間隔（ベースライン量）を補正するものである。
【００２７】
斯かる本発明によれば、ベースライン量の計測時に、基準マーク板を兼用する移動鏡（４１Ｘ）上の第１の基準マーク（３５Ａ，３５Ｄ）に基づいてマスク（１２）の走査方向が補正される。また、移動鏡（４１Ｘ）が基準マーク板を兼用していると共に、その基板ステージの走り方向はその移動鏡（４１Ｘ）の反射面に沿った方向であるため、その基板ステージの走り方向に対する基準マークの傾斜角が変化しにくくなっている。従って、そのベースライン量の計測を高精度に行うことができると共に、露光されるショット領域の歪が生じにくい。
【００２８】
【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１〜図７を参照して説明する。本例は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置で露光を行う場合に本発明を適用したものである。
図１は本例の投影露光装置を示し、この図１において、図示省略された照明光学系からの露光光ＥＬによる矩形の照明領域（以下、「スリット状の照明領域」という）によりレチクル１２上のパターンが照明され、そのパターンの像が投影光学系８を介してフォトレジストが塗布されたウエハ５上に投影される。この状態で、露光光ＥＬのスリット状の照明領域に対して、レチクル１２が図１の紙面に対して前方向（又は後方向）に一定速度Ｖで走査されるのに同期して、ウエハ５は図１の紙面に対して後方向（又は前方向）に一定速度Ｖ／Ｍ（１／Ｍは投影光学系８の投影倍率）で走査される。投影倍率（１／Ｍ）は、例えば１／４，１／５等である。以下、投影光学系８の光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内でレチクル１２及びウエハ５の設計上の走査方向（即ち、図１の紙面に垂直な方向）にＹ軸を、この走査方向に直交する非走査方向（即ち、図１の紙面に沿った方向）にＸ軸を取って説明する。但し、後述のようにステージ系の座標計測用の干渉計の移動鏡の傾斜等によって、レチクル及びウエハの実際の走査方向はＹ軸に平行な方向（Ｙ方向）から外れることがある。
【００２９】
次に、本例のレチクル１２及びウエハ５のステージ系について説明する。先ず、レチクル支持台９上にＹ方向に駆動自在にレチクルＹ軸駆動ステージ１０が載置され、このレチクルＹ軸駆動ステージ１０上にレチクル微小駆動ステージ１１が載置され、レチクル微小駆動ステージ１１上にレチクル１２が真空チャック等により保持されている。レチクル微小駆動ステージ１１は、Ｘ方向、Ｙ方向及び回転方向（θ方向）にそれぞれ微小量だけ且つ高精度にレチクル１２の位置制御を行う。レチクル支持台９、レチクルＹ軸駆動ステージ１０、及びレチクル微小駆動ステージ１１よりレチクルステージが構成されている。レチクル微小駆動ステージ１１上には移動鏡２１が配置され、レチクル支持台９上に配置された干渉計本体１４によって、常時レチクル微小駆動ステージ１１のＸ方向、Ｙ方向及びθ方向の位置がモニタされている。即ち、干渉計本体１４は実際には、図２（ａ）に示す４軸の干渉計本体１４Ｘ１，１４Ｘ２，１４Ｙ１，１４Ｙ２を総称している。干渉計本体１４により得られた位置情報が、装置全体の動作を統轄制御する主制御系２２Ａに供給されている。主制御系２２Ａは、レチクル駆動装置２２Ｄを介してレチクルＹ軸駆動ステージ１０及びレチクル微小駆動ステージ１１の動作を制御する。
【００３０】
一方、ウエハ支持台１上には、Ｙ方向に駆動自在にウエハＹ軸駆動ステージ２が載置され、その上にＸ方向に駆動自在にウエハＸ軸駆動ステージ３が載置され、その上にＺθ軸駆動ステージ４が設けられ、このＺθ駆動ステージ４上にウエハ５が真空吸着によって保持されている。Ｚθ軸駆動ステージ４は、ウエハ５のＺ方向の位置、傾斜角、及び微小回転角の制御を行う。ウエハ支持台１、ウエハＹ軸駆動ステージ２、ウエハＸ軸駆動ステージ３、及びＺθ軸駆動ステージ４よりウエハステージが構成されている。Ｚθ軸駆動ステージ４上にも移動鏡７が固定され、外部に配置された干渉計本体１３により、Ｚθ軸駆動ステージ４のＸ方向、Ｙ方向及びθ方向の位置がモニタされ、干渉計本体１３により得られた位置情報も主制御系２２Ａに供給されている。即ち、干渉計本体１３も実際には、図２（ｂ）に示す５軸の干渉計本体１３Ｘ１，１３Ｘ２，１３ＦＸ，１３Ｙ１，１３Ｙ２を総称している。主制御系２２Ａは、ウエハ駆動装置２２Ｂを介してウエハＹ軸駆動ステージ２、ウエハＸ軸駆動ステージ３、及びＺθ軸駆動ステージ４の位置決め動作を制御する。
【００３１】
また、後述するが、干渉計本体１３によって計測される座標により規定されるウエハステージの座標系と、干渉計本体１４によって計測される座標により規定されるレチクルステージの座標系との対応をとるために、Ｚθ軸駆動ステージ４上のウエハ５の近傍に所定の基準マークが形成された基準マーク板６が固定されている。その基準マーク中にはＺθ軸駆動ステージ４の内部に導かれた露光光ＩＬと同じ波長域の照明光により底面側から照明されている基準マーク、即ち発光性の基準マークもある。
【００３２】
本例のレチクル１２の上方には、基準マーク板６上の基準マークとレチクル１２上のアライメントマークとを同時に観察するためのレチクルアライメント顕微鏡（以下、「ＲＡ顕微鏡」と呼ぶ）１９及び２０が配置されている。この場合、レチクル１２からの検出光をそれぞれＲＡ顕微鏡１９及び２０に導くための偏向ミラー１５及び１６が移動自在に配置され、露光シーケンスが開始されると、主制御系２２Ａからの指令のもとで、ミラー駆動装置１７及び１８によりそれぞれ偏向ミラー１５及び１６は退避される。更に、投影光学系８のＹ方向の側面部に、ウエハ５上のアライメントマーク（ウエハマーク）の位置を検出するためのオフ・アクシス方式のアライメントセンサ３４が配置されている。本例のアライメントセンサ３４は、一例として撮像方式で内部の指標マークに対するウエハマークの位置ずれ量を検出して主制御系２２Ａに供給する。なお、アライメントセンサ３４としては、回折格子状のウエハマークに可干渉な２光束を照射する所謂２光束干渉方式（ＬＩＡ方式）、又はドット列状のウエハマークとスリット状に照射されたレーザビームとを相対走査するレーザ・ステップ・アライメント方式（ＬＳＡ方式）等も使用できる。また、主制御系２２Ａには、オペレータからのコマンドを入力したり、計測データを表示したりするためのコンソール２２Ｃが接続されている。
【００３３】
次に、図２を参照して本例のステージ系用のレーザ干渉計（レーザ光波干渉式測長器）の構成につき説明する。
図２（ａ）は、図１のレチクル微小駆動ステージ１１を示す平面図、図２（ｂ）は、図１のウエハステージ側のＺθ軸駆動ステージ４を示す平面図であり、図２（ａ）において、レチクル微小駆動ステージ１１上にはレチクル１２が真空吸着等によって保持され、レチクル１２上のＸ方向に細長いスリット状の照明領域６１に露光光が照射されている。
【００３４】
レチクル１２（レチクル微小駆動ステージ１１）はＹ方向に走査されるため、レチクル微小駆動ステージ１１の＋Ｘ方向の端部に、走査方向（Ｙ方向）に沿って延びた平行平板ガラスよりなる移動鏡２１Ｘが設置され、干渉計本体１４Ｘ１及び１４Ｘ２より移動鏡２１Ｘの反射面に、Ｙ方向に間隔Ｌ１で平行に計測用のレーザビーム（計測用ビーム）ＬＲＸ１及びＬＲＸ２が照射されている。干渉計本体１４Ｘ１，１４Ｘ２はそれぞれ参照鏡と、移動鏡２１Ｘ及びその参照鏡からのレーザビームの干渉光を受光するレシーバと、このレシーバからの光電変換信号を処理する信号処理部とを備え、そのレシーバからの光電変換信号を処理することによって移動鏡２１Ｘの反射面のＸ座標が検出できるように構成されている。移動鏡２１Ｘはレチクル１２の加速、露光、減速時に両計測用ビームＬＲＸ１，ＬＲＸ２が移動鏡２１Ｘから外れることが無いように十分長く形成されている。更に、計測用ビームＬＲＸ１，ＬＲＸ２は、スリット状の照明領域６１の中心（投影光学系８の光軸ＡＸ）に対してＹ方向に振り分けになるように配置されており、干渉計本体１４Ｘ１及び１４Ｘ２の計測値をそれぞれＸＲ１及びＸＲ２とすると、これらの計測値の平均値としてレチクル１２の非走査方向の位置（Ｘ座標）ＸＲが検出され、それらの計測値の差分を間隔Ｌ１で除算することによって、レチクル１２の非走査方向から見た回転角θRXが検出される。即ち、次式が成立している。
【００３５】
【数１】
ＸＲ＝（ＸＲ１＋ＸＲ２）／２
【００３６】
【数２】
θRX＝（ＸＲ１−ＸＲ２）／Ｌ１
また、レチクル微小駆動ステージ１１の＋Ｙ方向の端部には、Ｘ方向に間隔Ｌ２で移動鏡としてのコーナキューブ２１Ｙ１，２１Ｙ２が固定されており、コーナキューブ２１Ｙ１，２１Ｙ２に対してそれぞれ干渉計本体１４Ｙ１，１４Ｙ２より、走査方向に沿って平行に計測用ビームＬＲＹ１，ＬＲＹ２が照射されている。また、コーナキューブ２１Ｙ１，２１Ｙ２で反射された計測用ビームＬＲＹ１，ＬＲＹ２をそれぞれ反射して干渉計本体１４Ｙ１，１４Ｙ２側に戻す固定平面鏡１４Ｍ１及び１４Ｍ２が配置され、干渉計本体１４Ｙ１，１４Ｙ２はそれぞれダブルパス干渉方式でコーナキューブ２１Ｙ１，２１Ｙ２のＹ座標を検出する。なお、レチクル１２はＸ方向の移動範囲は狭いと共に、コーナキューブ２１Ｙ１，２１Ｙ２の入射面に計測用ビームＬＲＹ１，ＬＲＹ２が収まっている範囲では正確に位置検出を行うことができるため、走査方向の移動鏡としてはコーナキューブ２１Ｙ１，２１Ｙ２を使用できる。
【００３７】
計測用ビームＬＲＹ１，ＬＲＹ２も、照明領域６１の中心（光軸ＡＸ）に関してＸ方向に中心対称に振り分けされており、干渉計本体１４Ｙ１，１４Ｙ２の計測値ＹＲ１，ＹＲ２の平均値によってレチクル１２の走査方向の位置（Ｙ座標）ＹＲが検出される。また、それらの計測値の差分を間隔Ｌ２で除算することによってレチクル１２の走査方向から見た回転角θRYが検出される。即ち、次式が成立している。
【００３８】
【数３】
ＹＲ＝（ＹＲ１＋ＹＲ２）／２
【００３９】
【数４】
θRY＝（ＹＲ１−ＹＲ２）／Ｌ２
また、走査方向から見た回転角θRYと非走査方向から見た回転角θRXとの差分が、次のように移動鏡２１Ｘとコーナキューブ２１Ｙ１，２１Ｙ２との直交度誤差ΔωＲとなる。
【００４０】
【数５】
ΔωＲ＝（ＹＲ１−ＹＲ２）／Ｌ２−（ＸＲ１−ＸＲ２）／Ｌ１
本例では通常の露光時は、（数２）の非走査方向から見た回転角θRXに基づいてレチクル１２の回転角（ヨーイング量）の補正を行い、走査方向から見た回転角θRYは使用しない。但し、例えば移動鏡２１Ｘの曲がり量を計測するような場合には、その走査方向から見た回転角θRYによってレチクル１２の回転角の制御を行う。即ち、移動鏡２１Ｘの曲がり量の計測時には、その走査方向から見た回転角θRYが一定の値になるようにレチクル微小駆動ステージ１１をＹ方向に走査し、所定間隔で干渉計本体１４Ｘ１，１４Ｘ２の計測値の差分（ＸＲ１−ＸＲ２）をサンプリングする。このようにサンプリングされたｎ番目（ｎ＝１，２，…）の差分をΔＸＤｎとすると、レチクル微小駆動ステージ１１のヨーイングは逐次補正されているので、差分ΔＸＤｎは純粋に移動鏡２１Ｘの曲がり情報であり、レチクル微小駆動ステージ１１の各Ｙ座標においてそれまでの差分ΔＸＤｎをそれぞれ積分すると共に、それらの中間のＹ座標では前後の曲がり量を補間することによって、そのＹ座標の関数として移動鏡２１Ｘの曲がり量が求められる。なお、その移動鏡２１Ｘの曲がり量をスプライン関数等を用いてＹ座標の関数として求めてもよい。
【００４１】
その後、走査露光を行う際には、レチクル微小駆動ステージ１１の移動鏡２１Ｘで実測されるＸ座標ＸＲ（＝（ＸＲ１＋ＸＲ２）／２）に対して、その移動鏡２１Ｘの曲がり量を例えば加算することによって、その移動鏡２１Ｘの曲がり量を補正したレチクル微小駆動ステージ１１の正確なＸ座標が求められる。この補正後のＸ座標を使用することによって、レチクル微小駆動ステージ１１（レチクル１２）が直線的に走査されるため、ウエハ上に露光されるショット領域の形状がより正確な矩形となる。
【００４２】
図２（ａ）において、移動鏡２１Ｘ及び干渉計本体１４Ｘ１，１４Ｘ２より非走査方向用の２軸のレーザ干渉計が構成され、コーナキューブ２１Ｙ１，２１Ｙ２、固定平面鏡１４Ｍ１，１４Ｍ２、及び干渉計本体１４Ｙ１，１４Ｙ２より走査方向用の２軸のレーザ干渉計が構成されている。そして、干渉計本体１４Ｘ１，１４Ｘ２によって計測されるＸ座標ＸＲ、及び干渉計本体１４Ｙ１，１４Ｙ２によって計測されるＹ座標ＹＲよりなる座標系をレチクルステージの座標系（ＸＲ，ＹＲ）と呼ぶ。この座標系は、Ｘ軸及びＹ軸よりなる設計上の理想的な直交座標系とは或る程度異なっている場合があるが、レチクル１２はそのレチクルステージの座標系（ＸＲ，ＹＲ）に基づいて駆動される。
【００４３】
次に、図２（ｂ）において、Ｚθ軸駆動ステージ４上にはウエハ５が真空吸着等によって保持され、ウエハ５の近傍に基準マーク板６が固定されている。また、ウエハ５上でレチクル上の照明領域６１と共役なスリット状の露光領域６２にレチクル１２の一部のパターンの像が投影され、露光領域６２に対してウエハ５をＹ方向に走査することによって、ウエハ５上の１つのショット領域にレチクル１２のパターンが転写される。Ｚθ軸駆動ステージ４の−Ｘ方向の端部に、走査方向（Ｙ方向）に沿って延びた平行平板ガラスよりなる移動鏡７Ｘが設置され、Ｚθ軸駆動ステージ４の＋Ｙ方向の端部に移動鏡７Ｘに直交するように、非走査方向に沿って延びた平行平板ガラスよりなる移動鏡７Ｙが固定されている。干渉計本体１３Ｘ１及び１３Ｘ２より移動鏡７Ｘの反射面に、Ｙ方向に間隔Ｌ３で平行に計測用ビームＬＷＸ１及びＬＷＸ２が照射され、干渉計本体１３Ｙ１及び１３Ｙ２より移動鏡７Ｙの反射面に、Ｘ方向に間隔Ｌ４で平行に計測用ビームＬＷＹ１及びＬＷＹ２が照射されている。また、干渉計本体１３Ｘ１に対して干渉計本体１３Ｘ２と対称な位置に干渉計本体１３ＦＸが配置され、干渉計本体１３ＦＸから計測用ビームＬＷＸ１に対してＹ方向に間隔Ｌ３で移動鏡７Ｘに計測用ビームＢＦＸが照射されている。
【００４４】
移動鏡７Ｘ，７Ｙはウエハ５の走査露光、又はステッピング時に対応する計測用ビームが外れることが無いように十分長く形成されている。更に、計測用ビームＬＷＸ１，ＬＷＸ２は、スリット状の露光領域６２の中心（光軸ＡＸ）に対してＹ方向に振り分けになるように配置されており、露光時には干渉計本体１３Ｘ１及び１３Ｘ２の計測値ＸＷ１，ＸＷ２の平均値によってウエハ５の非走査方向の位置（Ｘ座標）ＸＷが検出され、干渉計本体１３Ｙ１及び１３Ｙ２の計測値ＹＷ１，ＹＷ２の平均値によってウエハ５の走査方向の位置（Ｙ座標）ＹＷが検出される。また、計測値ＸＷ１，ＸＷ２の差分を間隔Ｌ３で除算することによって、ウエハ５のヨーイング量（回転角）θWXが検出され、計測値ＹＷ１，ＹＷ２の差分を間隔Ｌ４で除算した回転角θWYと、そのヨーイング量θWXとの差分によって移動鏡７Ｘ，７Ｙの直交度誤差ΔωＷが検出される。即ち、次式が成立している。
【００４５】
【数６】
ＸＷ＝（ＸＷ１＋ＸＷ２）／２
【００４６】
【数７】
ＹＷ＝（ＹＷ１＋ＹＷ２）／２
【００４７】
【数８】
θWX＝（ＸＷ１−ＸＷ２）／Ｌ３
【００４８】
【数９】
ΔωＷ＝（ＹＷ１−ＹＷ２）／Ｌ４−（ＸＷ１−ＸＷ２）／Ｌ３
更に本例では、計測用ビームＬＷＸ１，ＢＦＸは、オフ・アクシス方式のアライメントセンサ３４の検出中心である光軸に対してＹ方向に振り分けになるように配置されており、アライメントセンサ３４を使用してアライメントを行う場合には、干渉計本体１３Ｘ１，１３ＦＸの計測値ＸＷ１，ＸＷＦの平均値によってウエハ５の非走査方向の位置（Ｘ座標）ＸＷ’（次式）が検出され、このＸ座標ＸＷ’に基づいてウエハステージが駆動される。
【００４９】
【数１０】
ＸＷ’＝（ＸＷ１＋ＸＷＦ）／２
この際に、計測用ビームＬＷＸ１，ＬＷＸ２の間隔と計測用ビームＢＦＸ，ＬＷＸ１の間隔とが等しいため、移動鏡７Ｘに曲がりがあっても、ウエハステージのＸ座標を（数６）から（数１０）に切り換えた際に、その移動鏡７Ｘの曲がりの影響を受けにくくなっている。
【００５０】
また、露光領域６２の中心（投影光学系８の光軸ＡＸ）とアライメントセンサ３４の光軸とのＹ方向の間隔ＩＬが、アライメントセンサ３４のＹ方向のベースライン量であり、それらの中心のＸ方向の間隔（本例では０）がアライメントセンサ３４のＸ方向のベースライン量である。更に、図２（ａ）のスリット状の照明領域６１のＸ方向の両端部に図１のＲＡ顕微鏡１９，２０の観察領域１９Ｒ，２０Ｒが設定され、図２（ｂ）のスリット状の露光領域６２のＸ方向の両端部にそれらの観察領域と共役な観察領域１９Ｗ，２０Ｗが設定されている。
【００５１】
図２（ｂ）において、移動鏡７Ｘ及び干渉計本体１３Ｘ１，１３Ｘ２，１３ＦＸより非走査方向用の３軸のレーザ干渉計が構成され、移動鏡７Ｙ及び干渉計本体１３Ｙ１，１３Ｙ２より走査方向用の２軸のレーザ干渉計が構成されている。このように干渉計本体１３Ｘ１，１３Ｘ２によって計測されるＸ座標ＸＷ（アライメント時にはＸＷ’）、及び干渉計本体１３Ｙ１，１３Ｙ２によって計測されるＹ座標ＹＷよりなる座標系をウエハステージの座標系（ＸＷ，ＹＷ）と呼ぶ。この座標系も、Ｘ軸及びＹ軸よりなる設計上の理想的な直交座標系とは或る程度異なっている場合があるが、ウエハ５の走査、及びステッピングはそのウエハステージの座標系（ＸＷ，ＹＷ）に沿って行われる。例えば（数９）の直交度誤差ΔωＷの補正を行わない場合、Ｚθ軸駆動ステージ４（ウエハ５）のステッピング方向は、走査方向では、移動鏡７Ｘの反射面に沿った方向（Ｘ座標ＸＷが変化しない方向）となり、非走査方向では移動鏡７Ｙの反射面に沿った方向（Ｙ座標ＹＷが変化しない方向）となる。
【００５２】
また、レチクルステージの座標系とウエハステージの座標系との対応が基準マーク板６を介して取られる。そのため、レチクル１２上には複数のアライメントマークが形成され、基準マーク板６上には対応する基準マーク、及びベースライン計測用の基準マークが形成されている。
図４（ａ）はレチクル１２の平面図であり、この図４（ａ）において、レチクル１２の中央の矩形のパターン領域を囲むように枠状の遮光帯３１が形成され、遮光帯３１の非走査方向（±Ｘ方向）の両側にＹ方向に沿って直線状のラフ・アライメントマーク２７及び２８が形成されている。ラフ・アライメントマーク２７及び２８の両端はそれぞれ十字状となっている。また、遮光帯３１とラフ・アライメントマーク２７及び２８との間に、Ｙ方向に沿ってそれぞれファイン・アライメントマーク２９Ａ〜２９Ｄ、及び３０Ａ〜３０Ｄが形成されている。この場合、ファイン・アライメントマーク２９Ａ，２９Ｄ，３０Ａ，３０Ｄは正確な矩形の頂点に配置され、ファイン・アライメントマーク２９Ｂ，２９Ｃ，３０Ｂ，３０Ｃはその矩形の辺上に対称に配置されている。且つ、ファイン・アライメントマーク２９Ａ〜２９Ｄ，３０Ａ〜３０Ｄは、図４（ｃ）に示すように共通に３本の遮光パターンを枠状の４箇所に対称に配列した形状となっている。また、ファイン・アライメントマーク２９Ａ，２９Ｄの中心、及びファイン・アライメントマーク３０Ａ，３０Ｄの中心をそれぞれラフ・アライメントマーク２７及び２８の両端部の十字状のパターンの横線が通過している。本例のレチクル１２はＹ方向に広い範囲で移動するが、ラフ・アライメントマーク２７及び２８を使用することによって容易にファイン・アライメントマーク２９Ａ〜２９Ｄ，３０Ａ〜３０Ｄが検出できる。
【００５３】
図４（ｂ）は、図１のＲＡ顕微鏡１９，２０による観察領域１９Ｒ，２０Ｒを示し、この図４（ｂ）において、図１の投影光学系８の有効露光フィールドと共役な円形の領域３３Ｒに内接するようにスリット状の照明領域６１が設定され、照明領域６１の非走査方向の両側のエッジ付近にそれらの観察領域１９Ｒ，２０Ｒが設定されている。図４（ｂ）では、レチクル１２をＹ方向に移動することによって、レチクル１２上のファイン・アライメントマーク２９Ｄ及び３０Ｄがそれぞれ観察領域１９Ｒ，２０Ｒのほぼ中心に位置している。この状態でレチクル１２をＹ方向に移動することによって、観察領域１９Ｒ及び２０Ｒのほぼ中心に順次ファイン・アライメントマーク２９Ｃ〜２９Ａ、及び３０Ｃ〜３０Ａが設定される。
【００５４】
図６（ａ）は、図４（ａ）のレチクル１２を図２（ｂ）の基準マーク板６上に投影して得られるレチクル像１２Ｗを示し、この図６（ａ）において、図４（ａ）のファイン・アライメントマーク２９Ａ〜２９Ｄに共役なマーク像２９ＡＷ〜２９ＤＷと、ファイン・アライメントマーク３０Ａ〜３０Ｄに共役なマーク像３０ＡＷ〜３０ＤＷとが示されている。各マーク像２９ＡＷ〜２９ＤＷ及び３０ＡＷ〜３０ＤＷは、それぞれ図６（ｂ）に示すように、３本の直線状のパターンを枠状に配置した形状である。
【００５５】
図６（ｃ）は、基準マーク板６上の基準マークの配置を示し、この図６（ｃ）の基準マーク板６上には、図６（ａ）のマーク像２９ＡＷ〜２９ＤＷ及び３０ＡＷ〜３０ＤＷとほぼ同一の配置でそれぞれ基準マーク３５Ａ〜３５Ｄ及び３６Ａ〜３６Ｄが形成されている。即ち、基準マーク３５Ａ，３５Ｄ，３６Ａ，３６Ｄは正確な矩形の頂点に配置され、他の基準マーク３５Ｂ，３５Ｃ，３６Ｂ，３６Ｃはその矩形の辺上に対称に配置されている。基準マーク板６は、石英、又はガラスセラミックス（例えばショット社の商品名「ゼロデュアー」）のような熱膨張係数の極めて低い光透過性の材料から形成され、それらの基準マークは基準マーク板６の裏面から、若しくはレチクル１２上のレチクルアライメント顕微鏡１９，２０の内部に設けられた照明系から露光光と同じ波長の照明光で照明されている。また、基準マーク板６上には、基準マーク３５Ａ及び３６Ａの中点から走査方向であるＹ方向に間隔ＩＬだけ離れた位置に基準マーク３７Ａが形成されている。間隔ＩＬは、図１のオフ・アクシス方式のアライメントセンサ３４のＹ方向のベースライン量と等しい。同様に、基準マーク３５Ｂ，３６Ｂの中点、基準マーク３５Ｃ，３６Ｃの中点及び基準マーク３５Ｄ，３６Ｄの中点からそれぞれＹ方向に間隔ＩＬだけ離れた位置に、基準マーク３７Ｂ，３７Ｃ及び３７Ｄが形成されている。
【００５６】
基準マーク３５Ａ〜３５Ｄ，３６Ａ〜３６Ｄはそれぞれ図６（ｄ）に示すように、７行×７列の直線状パターンから構成され、且つこれら基準マーク３５Ａ〜３５Ｄ，３６Ａ〜３６Ｄは図６（ｂ）のマーク像２９ＡＷ〜３０ＤＷの内部に収まる大きさである。また、基準マーク３７Ａ〜３７Ｄは、図６（ｅ）に示すように、Ｘ方向及びＹ方向に所定ピッチで形成された格子パターンの内の対応する格子点を使用するものである。
【００５７】
次に、本例の投影露光装置でアライメント、走査露光、及びステッピングを行う際の基本的な動作つき説明する。先ず、図６（ｃ）の基準マーク板６を用いてレチクルアライメントを行う。即ち、図１のウエハＹ軸駆動ステージ２及びウエハＸ軸駆動ステージ３を駆動することによって、基準マーク板６の基準マーク３５Ａ，３６Ａを図２（ｂ）の露光領域６２の両側の観察領域１９Ｗ，２０Ｗ内に移動して静止させた後、レチクルＹ軸駆動ステージ１０を駆動して図４のレチクル１２上のファイン・アライメントマーク２９Ａ，３０Ａを、図２（ａ）の照明領域６１の両側の観察領域１９Ｒ，２０Ｒ内に移動する。そして、図１のＲＡ顕微鏡１９，２０によって、基準マーク３５Ａ，３６Ｂと対応するファイン・アライメントマーク２９Ａ，３０Ａとの位置ずれ量を検出し、レチクルＹ軸駆動ステージ１０及びレチクル微小駆動ステージ１１を駆動して、基準マーク３５Ａ，３６Ａの像の中心とファイン・アライメントマーク２９Ａ，３０Ａの中心とが合致し、且つ基準マーク３５Ａ，３６Ａの像に対してファイン・アライメントマーク２９Ａ，３０Ａの位置ずれ量が対称になるように合わせ込む。これによって、レチクル１２の位置、及び回転角が基準マーク板６に対して合わせ込まれる。また、この状態で例えば、レチクルステージ側の４軸の干渉計本体１４の計測値、及びウエハステージ側の５軸の干渉計本体１３の計測値をリセットすることによって、（数１）及び（数３）より定まるレチクルステージの座標系（ＸＲ，ＹＲ）と、（数６）及び（数７）より定まるウエハステージの座標系（ＸＷ，ＹＷ）との原点のオフセットが補正される。
【００５８】
また、予め走査露光時のウエハステージ側のＺθ軸駆動ステージ４の走査方向を基準マーク板６の基準マークの配列方向に平行にしておく。このためには、一例として機械的に基準マーク３５Ａ〜３５Ｄの配列方向（基準マーク板６の方向）を移動鏡７Ｘの反射面の方向（ウエハステージの走り方向）に平行にしておけばよい。但し、本例では後述のようにその基準マーク板６の方向に対するウエハステージの走り方向の傾斜角は容易に計測できるため、機械的な調整誤差が残存する際には、ウエハステージのＹ座標ＹＷが所定ステップ変化する毎に、そのＸ座標ＸＷが対応する量だけ変化するようにして、ソフトウェア的にＺθ軸駆動ステージ４の走査方向を補正してもよい。以下ではこのように補正された走査方向をＹ軸とする座標系をウエハステージの座標系（ＸＷ，ＹＷ）と呼ぶ。
【００５９】
次に、露光光を照射することなく、走査露光時と同様にウエハステージ側のＺθ軸駆動ステージ４とレチクル微小駆動ステージ１１とを同期走査すると共に、基準マーク板６上の基準マーク３５Ａ〜３５Ｄと対応するレチクル１２上のファイン・アライメントマーク２９Ａ〜２９Ｄとの相対的な位置ずれ量をＲＡ顕微鏡１９，２０によって順次検出する。これらの相対的な位置ずれ量の平均値より、レチクル１２の走査方向とウエハ５の走査方向との傾き角、即ちレチクルステージの座標系（ＸＲ，ＹＲ）と、ウエハステージの座標系（ＸＷ，ＹＷ）との走査方向の軸の回転角を求める。その後、レチクル１２を走査する際には、レチクルＹ軸駆動ステージ１０及びレチクル微小駆動ステージ１１を介してＹ座標ＹＲが所定間隔変化する間にＸ座標ＸＲを対応する量だけ横ずれさせることによって、ソフトウェア的にレチクル１２の走査方向を基準マーク板６の基準マークの配列方向に合わせ込む。以下ではこのように補正された走査方向をＹ軸とする座標系をレチクルステージの座標系（ＸＲ，ＹＲ）と呼ぶ。この結果、ウエハステージの座標系（ＸＷ，ＹＷ）及びレチクルステージの座標系（ＸＲ，ＹＲ）は、基準マーク板６を基準として走査方向の軸が互いに平行になり、走査露光時にレチクル１２及びウエハ５は平行に走査される。
【００６０】
この場合、各ステージの移動は各ステージのガイド面基準であり、投影露光装置の組立調整時に、例えばレチクルＹ軸駆動ステージ１０のガイド面とウエハＹ軸駆動ステージ２のガイド面との平行度を数１００μｒａｄ程度以下に機械的に合わせておく。更に、それらのガイド面に対して移動鏡及び基準マーク板６を合わせて固定することで、走査露光時に各ステージを非走査方向へも駆動することによるソフトウェア的な補正量を小さくし、制御精度を向上させている。このように調整されたレチクル微小駆動ステージ１１に対し、実際にレチクル１２を載置した場合、レチクル１２が外形基準等で設置されると、各移動鏡及び基準マーク板６に対しレチクル１２のファイン・アライメントマーク２９Ａ〜３０Ｄのみが大きく回転している可能性がある。これは、レチクルの外形と転写用パターンとの間の位置ずれ量は大きいときには０．５ｍｍ程度あるからである。
【００６１】
図２（ａ）のレチクル１２の外形と転写用パターンとの位置ずれ量が大きいと、レチクル１２のファイン・アライメントマーク２９Ａ〜２９Ｄと基準マーク板６の基準マーク３５Ａ〜３５Ｄとの位置ずれ量を計測した場合、相対的にレチクル１２又は基準マーク板６が大きく回転しているか、大きなオフセットを持っているように計測される。しかし、基準マーク板６は移動鏡７Ｘ，７Ｙの走り方向に合わせて固定されているので、レチクル微小駆動ステージ１１を回転又はシフトさせることで補正が行われる。このようにレチクル微小駆動ステージ１１を回転させた場合、移動鏡２１Ｘも同様に回転するので、レチクル１２の走り方向に対して移動鏡２１Ｘが傾くこととなるが、レチクル１２上のファイン・アライメントマーク２９Ａ〜２９Ｄは基準マーク板６上の基準マーク３５Ａ〜３５Ｄに平行になっており、走査露光時にはレチクル１２の走り方向とウエハ５の走り方向とが平行となるように制御される。
【００６２】
次に、ウエハ５上の各ショット領域のウエハステージの座標系（ＸＷ，ＹＷ）上での配列を求めるためのウエハアライメントが行われる。一例として、図１のアライメントセンサ３４を用いてウエハ５上から選択された所定個数のショット領域（サンプルショット）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するＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アライメント）方式でウエハ５上の全部のショット領域の配列座標が算出される。また、予め後述のベースライン計測工程（インターバル・ベースラインチェック）によって、基準マーク板６を用いて、アライメントセンサ３４のベースライン量が求められて主制御系２２Ａ内に記憶されている。そこで、ウエハ５上の各ショット領域の配列座標、アライメントセンサ３４のベースライン量、及びウエハステージの座標系（ＸＷ，ＹＷ）とレチクルステージの座標系（ＸＲ，ＹＲ）との関係に基づいて、ウエハ５上の露光対象のショット領域が走査開始位置に位置決めされると共に、レチクル１２も対応する位置に位置決めされる。
【００６３】
その後、先のレチクルアライメント時に定められたウエハステージの座標系（ＸＷ，ＹＷ）及びレチクルステージの座標系（ＸＲ，ＹＲ）に従って走査露光が行われるが、その座標系は各移動鏡７Ｘ，７Ｙ，２１Ｘ及びコーナキューブ２１Ｙ１，２１Ｙ２の反射面を基準としてソフトウェア的に補正されたものであり、これらの移動鏡等の位置がレチクル１２やウエハ５に対して相対的にずれた場合、ショット領域の形状やショット配列に影響を及ぼすこととなる。本例ではこのようなときでも正確な矩形のショット領域、及び直交格子状のショット配列が形成されるように、以下の方法により走査露光及びステッピングを行っている。
【００６４】
即ち、ウエハアライメントによって、露光対象のショット領域とレチクルとが位置合わせされたときのレチクルステージの座標系（ＸＲ，ＹＲ）の座標を（ＸＲ0,ＹＲ0)、ウエハステージの座標系（ＸＷ，ＹＷ）の座標を（ＸＷ0,ＹＷ0)とすると、投影光学系８の投影倍率は１／Ｍであるため、それ以後のレチクル微小駆動ステージ１１（レチクル１２）とＺθ軸駆動ステージ４（ウエハ５）との走査方向、及び非走査方向の同期誤差ΔＸ，ΔＹは次のように表すことができる。但し、これらの同期誤差はレチクル１２上に換算した誤差である。また、図１の投影光学系８は反転投影系であるが、図２に示すように、非走査方向ではレチクルステージ側の干渉計とウエハステージ側の干渉計とは計測方向が反転しているため、同期誤差は単に移動量の倍率補正値の差分を取るだけで求められる。一方、走査方向では両ステージの移動鏡は同じ方向にあるため、例えばレチクル側の干渉計本体１４Ｙ１，１４Ｙ２では、レチクル微小駆動ステージ１１が遠避かる際に計測値が減少するように符号を定めておくものとする。
【００６５】
【数１１】
ΔＸ＝（ＸＷ−ＸＷ0)・Ｍ−（ＸＲ−ＸＲ0)
【００６６】
【数１２】
ΔＹ＝（ＹＷ−ＹＷ0)・Ｍ−（ＹＲ−ＹＲ0)
また、本例では（数９）で表されるＺθ軸駆動ステージ４の非走査方向から見た回転角θWXと、（数２）で表されるレチクル微小駆動ステージ１１の非走査方向から見た回転角θRXとの差分を次のように回転方向の同期誤差Δθとする。
【００６７】
【数１３】
Δθ＝θWX−θRX
＝（ＸＷ１−ＸＷ２）／Ｌ３−（ＸＲ１−ＸＲ２）／Ｌ１
そして、走査露光時には、図１のレチクルＹ軸駆動ステージ１０及びウエハＹ軸駆動ステージ２が加速を開始し、これらがそれぞれ所定の走査速度に達した後、上記の同期誤差ΔＸ，ΔＹ，Δθがそれぞれ０となるようにレチクル微小駆動ステージ１１を駆動して同期制御を行う。この状態で所定の整定時間が経過した後、レチクル１２上の照明領域６１への露光光の照射が開始されて露光が行われる。
【００６８】
その後、次のショット領域への露光を行うためにウエハ５のステッピングを行う際には、ウエハステージ側の移動鏡７Ｘ，７Ｙの直交度が悪化したときでも、ショット配列が直交格子（配列方向が直交する格子）状を維持するように、Ｚθ軸駆動ステージ４の非走査方向のステッピング方向を（数９）の直交度誤差ΔωＷ分だけ補正する。
【００６９】
更に、（数９）の直交度誤差ΔωＷ、又は（数５）の直交度誤差ΔωＲが所定の許容値を超えて大きく変化する場合は、その他のオフ・アクシス方式のアライメントセンサ３４のベースライン量の精度やその機械的な安定性に問題が発生している可能性がある。そこで、直交度誤差ΔωＷ、又はΔωＲが所定の許容値を超えて大きく変化している場合は、ウエハの交換時等に再度上記のレチクルアライメントやベースラインチェックを行うようにする。これによって、レチクルのパターンとウエハの各ショット領域との重ね合わせ精度を向上できる。
【００７０】
次に、本例の投影露光装置で例えば定期的に行われるベースラインチェック（インターバル・ベースラインチェック）の一例につき、図３のフローチャートを参照して説明する。本例ではそのベースラインチェック時に並行して、いわば動的なレチクルアライメントも実行される。
先ず、図３のステップ１０１において、図４（ａ）のレチクル１２上のファイン・アライメントマーク２９Ａ，３０Ａをそれぞれ図４（ｂ）のＲＡ顕微鏡１９，２０の観察領域１９Ｒ，２０Ｒ内に移動させる。その後、ステップ１０２において、図６（ｃ）の基準マーク板６上の基準マーク３５Ａ，３６Ａをそれぞれの観察領域１９Ｒ，２０Ｒと共役なウエハステージ上での観察領域１９Ｗ，２０Ｗ（図２（ｂ）参照）に移動する。
【００７１】
図５（ａ）は、このようにレチクル１２のマーク及び基準マーク板６上の基準マークを対応する観察領域内に移動した状態を示し、この図５（ａ）に示すように、観察領域１９Ｗ内でマーク像２９ＡＷと基準マーク３５Ａとが同時に観察でき、観察領域２０Ｗ内でマーク像３０ＡＷと基準マーク３６Ａとが同時に観察できる。また、図５（ｃ）に示すように、観察領域１９Ｗ及び２０Ｗは、それぞれ投影光学系８の露光フィールド内の光軸を横切る位置にあり、オフ・アクシス方式のアライメントセンサ３４の観察領域内に基準マーク３７Ａが収まっている。その後ステップ１０３で、ＲＡ顕微鏡１９及び２０では観察される画像を撮像信号に変換して、その撮像信号を処理してそれぞれ基準マーク３５Ａに対するマーク像２９ＡＷの位置ずれ量、及び基準マーク３６Ａに対するマーク像３０ＡＷの位置ずれ量を求め、これらの位置ずれ量を図１の主制御系２２Ａに供給する。これと同時に、オフ・アクシス方式のアライメントセンサ３４でも対応する基準マーク３７Ａの像を撮像し、この撮像信号を処理して得られる基準マーク３７Ａの検出中心（指標マークの中心等）からの位置ずれ量を主制御系２２Ａに供給する。
【００７２】
その後、ステップ１０４において、走査露光時と同様に、図２（ｂ）のＺθ軸駆動ステージ４を＋Ｙ方向に移動させるのと同期して、図２（ａ）のレチクル微小駆動ステージ１１を−Ｙ方向に移動させる。実際には、Ｚθ軸駆動ステージ４の移動方向は、ウエハステージの座標系（ＸＷ，ＹＷ）で座標ＸＷの値が変化しない方向であり、レチクル微小駆動ステージ１１の移動方向はレチクルステージの座標系（ＸＲ，ＹＲ）で座標ＸＲの値が変化しない方向である。これによって、図５（ｂ）に示すように、基準マーク板６とレチクル像１２Ｗとが共に＋Ｙ方向に移動する。このとき、ＲＡ顕微鏡１９，２０の観察領域１９Ｗ，２０Ｗと、オフ・アクシス方式のアライメントセンサ３４の観察領域とは固定されているので、観察領域１９Ｗ，２０Ｗ及びアライメントセンサ３４の観察領域を、符号Ａが付されたマーク群（マーク像２９ＡＷ，３０ＡＷ、及び基準マーク３５Ａ，３６Ａ，３７Ａ）から符号Ｄが付されたマーク群（マーク像２９ＤＷ，３０ＤＷ、及び基準マーク３５Ｄ，３６Ｄ，３７Ｄ）までが移動していく。この際に、符号Ｂが付されたマーク群、符号Ｃが付されたマーク群、及び符号Ｄが付されたマーク群が順次観察領域１９Ｗ，２０Ｗ及びアライメントセンサ３４の観察領域に入ったときに、Ｚθ軸駆動ステージ４及びレチクル微小駆動ステージ１１を静止させて各マークの位置検出を行う。
【００７３】
即ち、図５（ａ）の状態を第１の静止位置とすると、第２の静止位置では観察領域１９Ｗ，２０Ｗ及びアライメントセンサ３４の観察領域に存在するマーク群は符号Ｂが付されたマーク群、即ち図６（ａ）のマーク像２９ＢＷ，３０ＢＷ、及び図６（ｃ）の基準マーク３５Ｂ，３６Ｂ，３７Ｂである。そして、ＲＡ顕微鏡１９及び２０では基準マーク３５Ｂ，３６Ｂに対するマーク像２９ＢＷ，３０ＢＷの位置ずれ量を求めて主制御系２２Ａに供給し、アライメントセンサ３４では対応する基準マーク３７Ｂの位置ずれ量を求めて主制御系２２Ａに供給する。以上のようなシーケンスを第３の静止位置及び第４の静止位置（図５（ｂ）の状態）と繰り返すことにより、符号Ｃが付されたマーク群（マーク像２９ＣＷ，３０ＣＷ、及び基準マーク３５Ｃ，３６Ｃ，３７Ｃ）、及び符号Ｄが付されたマーク群についても、それぞれＲＡ顕微鏡１９，２０及びアライメントセンサ３４によって位置計測が行われる。ＲＡ顕微鏡１９，２０で８個のマーク像２９ＡＷ〜３０ＤＷに対して計測されるウエハステージの座標系での位置ずれ量を（ΔＸｎ，ΔＹｎ）（ｎ＝１〜８）として、アライメントセンサ３４で４個の基準マークに対して計測されるウエハステージの座標系での検出中心からの位置ずれ量を（ΔＡＸｉ，ΔＡＹｉ）（ｉ＝１〜４）とする。
【００７４】
次に、ステップ１０５において、得られた計測データを演算処理して動的なレチクルアライメントを行う。この際に、本例では計測精度を高めるために、図６（ｃ）の基準マーク板６上の基準マークの配列方向によって定まる座標系（以下、「基準マーク板の座標系」と呼ぶ）を基準としてレチクルアライメントを行う。一例として、基準マーク板の座標系は、基準マーク部材６の基準マーク３５Ａ及び３６Ａを通る直線を横軸（これをＸＳ軸と呼ぶ）、基準マーク３５Ａ及び３５Ｄを通る直線を縦軸（これをＹＳ軸と呼ぶ）とする座標系（ＸＳ，ＹＳ）である。また、この基準マーク板の座標系（ＸＳ，ＹＳ）に対して、レチクルステージの座標系（ＸＲ，ＹＲ）を基準マーク板６上に投影した座標系のＸＳ方向及びＹＳ方向のスケーリング（線形伸縮）をＲｘ，Ｒｙ、ローテーション（回転）をθ、直交度誤差をω、ＸＳ方向及びＹＳ方向のオフセットをＯｘ，Ｏｙとする。この場合のローテーションθは、ＹＳ軸に対するレチクルステージの座標系のＹＲ軸を投影した軸の回転角、即ちレチクルステージの走査方向の回転誤差であり、ローテーションθは本発明における相対回転角θ２に対応する。
【００７５】
更に、図６（ａ）のマーク像２９ＡＷ〜３０ＤＷのレチクルステージの座標系を基準マーク板６上に投影した座標系での設計上の座標を（Ｄｘｎ，Ｄｙｎ）（ｎ＝１〜８）として、対応する基準マーク３５Ａ〜３６Ｄの座標系（ＸＳ，ＹＳ）上での座標を（Ｅｘｎ，Ｅｙｎ）とする。このとき、ＲＡ顕微鏡１９，２０で計測された位置ずれ量（ΔＸｎ，ΔＹｎ）を用いて、マーク像２９ＡＷ〜３０ＤＷの基準マーク板６の座標系（ＸＳ，ＹＳ）での実測された座標（Ｄｘｎ’，Ｄｙｎ’）は近似的に次のようになる。
【００７６】
【数１４】
Ｄｘｎ’＝Ｅｘｎ＋ΔＸｎ
Ｄｙｎ’＝Ｅｙｎ＋ΔＹｎ
このとき、上述の６個の変換パラメータ（Ｒｘ，Ｒｙ，θ，ω，Ｏｘ，Ｏｙ）、及びマーク像２９ＡＷ〜３０ＤＷの設計上の座標（Ｄｘｎ，Ｄｙｎ）より、マーク像２９ＡＷ〜３０ＤＷの基準マーク板の座標系（ＸＳ，ＹＳ）上での計算上の座標（Ｆｘｎ，Ｆｙｎ）は次のように表される。
【００７７】
【数１５】
また、マーク像２９ＡＷ〜３０ＤＷのＸＳ方向及びＹＳ方向での計算上の座標（Ｆｘｎ，Ｆｙｎ）と実測された座標（Ｄｘｎ’，Ｄｙｎ’）との差分、即ち非線形誤差（εｘｎ，εｙｎ）は次のようになる。
【００７９】
【数１６】
そして、この非線形誤差（εｘｎ，εｙｎ）の８個のマーク像２９ＡＷ〜３０ＤＷについての自乗和が最小となるように、図１の主制御系２２Ａでは最小自乗法を用いて、上記６個の変換パラメータＲｘ，Ｒｙ，θ，ω，Ｏｘ，Ｏｙの値を決定する。
次にステップ１０６において、決定されたスケーリングＲｘ，Ｒｙをレチクルステージの座標系（ＸＲ，ＹＲ）の座標に乗じた座標を有すると共に、決定されたローテーションθを０にするように、レチクルステージの座標系（ＸＲ，ＹＲ）を回転して得られる座標系を新たにレチクルステージの座標系（ＸＲ，ＹＲ）として、これ以後はこの新たな座標系に沿ってレチクル微小駆動ステージ１１（レチクル１２）を走査する。これは、図６（ｃ）の基準マーク板６上の基準マーク３５Ａ〜３５Ｄの配列方向に沿って図４（ａ）のファイン・アライメントマーク２９Ａ〜２９Ｄが移動するようにレチクル１２を走査することを意味する。なお、オフセットＯｘ，Ｏｙについてはウエハアライメントで補正が行われるために、ここでは補正を行う必要はない。また、直交度誤差ωについては特に補正を行う必要はない。
【００８１】
この結果、レチクル１２のパターンは、基準マーク板６上の矩形に配置された基準マーク３５Ａ〜３６Ｄに沿って走査されることになって、ウエハ上に露光されるショット領域の形状は正確な矩形となる。更に、ウエハステージ側の移動鏡７Ｘと基準マーク板６との傾斜角が変化したような場合でも、基準マーク板６上の基準マークを基準としているため、その傾斜角の変化の影響を受けないという利点もある。
【００８２】
次のステップ１０７において、主制御系２２Ａでは、ＲＡ顕微鏡１９，２０で計測された位置ずれ量（ΔＸｎ，ΔＹｎ）（ｎ＝１〜８）、及びアライメントセンサ３４で計測された位置ずれ量（ΔＡＸｉ，ΔＡＹｉ）（ｉ＝１〜４）を演算処理してアライメントセンサ３４のＸ方向及びＹ方向のベースライン量（ＢＸ，ＢＹ）を算出する。即ち、図６（ｃ）の基準マーク３５Ａ，３６Ａに対するマーク像２９ＡＷ，３０ＡＷの位置ずれ量を（ΔＸ１，ΔＹ１），（ΔＸ２，ΔＹ２）、対応する基準マーク３７Ａに対してアライメントセンサ３４で計測される位置ずれ量を（ΔＡＸ１，ΔＡＹ１）とすると、符号Ａが付されたマーク群に対するベースライン量（ＢＸ１，ＢＹ１）は次のようになる。
【００８３】
【数１７】
ＢＸ１＝（ΔＸ１＋ΔＸ２）／２−ΔＡＸ１
ＢＹ１＝ＩＬ＋（ΔＹ１＋ΔＹ２）／２−ΔＡＹ１
同様にして他の３個のマーク群に対するベースライン量（ＢＸ２，ＢＹ３）〜（ＢＸ４，ＢＹ４）も算出される。そして、これら４個のベースライン量を平均化することで、アライメントセンサ３４のＸ方向及びＹ方向のベースライン量（ＢＸ，ＢＹ）が算出される。このように本例では、４個のマーク群に対する計測データを平均化してベースライン量を求めているため、高精度にベースライン量を計測できる。
【００８４】
また、本例ではレーザ干渉計の計測値を基準とするのではなく、基準マーク板６を「測長基準」としてベースライン量を求めている。この基準マーク板６は石英又はガラスセラミックス等の低膨張率の材料より形成されているため、レーザ干渉計のように空気揺らぎの影響を受けることなくベースライン量を高精度に計測できる利点もある。
【００８５】
また、本例では平均化効果を高めるために、アライメントセンサ３４で複数の基準マーク３７Ａ〜３７Ｄの位置検出を行っているが、アライメントセンサ３４の計測精度が良好であるときには、１つの基準マーク３７Ａに対する計測データのみからアライメントセンサ３４のベースライン量を求めてもよい。
なお、複数の基準マーク３７Ａ〜３７Ｄの計測データからベースライン量を求める場合、図２（ｂ）において、ウエハステージ側の移動鏡７Ｘと基準マーク板６との傾斜角が変化すると、Ｘ方向のベースライン量ＢＸの計測値に誤差が生ずるため、予めその移動鏡７Ｘと基準マーク板６の基準マークの配列方向との傾斜角を計測しておき、この傾斜角に基づいてベースライン量を補正することが望ましい。
【００８６】
図７（ａ）は、ウエハステージ側の移動鏡７Ｘが基準マーク板６に対して傾斜している場合を示し、この図７（ａ）において、基準マーク板６上の基準マークの配列方向に対して移動鏡７Ｘの反射面の方向（Ｚθ軸駆動ステージ４の走り方向）は時計方向に傾斜角Δθだけ傾斜している。この傾斜角Δθは、本発明における相対回転角θ１に対応する。また、ＲＡ顕微鏡の観察領域１９Ｗ，２０Ｗ、及びアライメントセンサ３４の観察領域ではそれぞれ基準マーク３５Ａ，３６Ａ，３７Ａが観察されている。図７（ｂ）は、図７（ａ）の状態からＺθ軸駆動ステージ４が移動鏡７Ｘに沿って＋Ｙ方向に間隔ＷＹだけ移動して、観察領域１９Ｗ，２０Ｗ、及びアライメントセンサ３４の観察領域で基準マーク３５Ｄ，３６Ｄ，３７Ｄが観察されている状態を表している。
【００８７】
この図７（ｂ）の状態でのＺθ軸駆動ステージ４のＸ方向への位置ずれ量δＸは近似的に次のようになる。
【００８８】
【数１８】
δＸ＝Δθ・ＷＹ
このとき、レチクル１２は基準マーク板６上の基準マークの配列方向に沿って走査されるため、基準マーク３５Ｄ，３６Ｄ，３７Ｄの計測データより求められるＸ方向のベースライン量ＢＸ４からそのδＸを減算した結果（ＢＸ４−δＸ）が実際のベースライン量ＢＸ４’となる。同様に、図６（ｃ）の他のマーク群（３５Ｂ，３６Ｂ，３７Ｂ）及び（３５Ｃ，３６Ｃ，３７Ｃ）についても、Ｘ方向のベースライン量の補正が行われ、補正後のベースライン量を平均化することで最終的なベースライン量が求められる。
【００８９】
ここで、その基準マーク板６に対する移動鏡７Ｘの傾斜角Δθの計測方法の一例につき図３のフローチャートを参照して説明する。
先ず、図３のステップ１１１において、レチクル微小駆動ステージ１１を駆動して図７（ａ）に示すように、レチクル１２上のファイン・アライメントマーク２９Ａの像２９ＡＷをＲＡ顕微鏡１９の観察領域１９Ｗ内に移動してから、レチクル微小駆動ステージ１１（レチクル１２）を静止させる。その状態で、Ｚθ軸駆動ステージ４を駆動して基準マーク板６上の基準マーク３５Ａを観察領域１９Ｗ内に移動して、ＲＡ顕微鏡１９でマーク像２９ＡＷに対する基準マーク３５ＡのＸ方向への位置ずれ量ΔＸＡ１を検出して主制御系２２Ａに供給する。
【００９０】
次にステップ１１２において、レチクル１２を静止させた状態で、Ｚθ軸駆動ステージ４（基準マーク板６）を移動鏡７Ｘに沿って間隔ＷＹだけ移動することによって、図７（ｂ）に示すように、観察領域１９Ｗ内に基準マーク３５Ｄを移動する。そして、ＲＡ顕微鏡１９でマーク像２９ＡＷに対する基準マーク３５ＤのＸ方向への位置ずれ量ΔＸＤ１を検出して主制御系２２Ａに供給する。これに応じてステップ１１３で主制御系２２Ａは、２箇所での位置ずれ量ΔＸＡ１，ΔＸＤ１、及び間隔ＷＹより次のように基準マーク板６に対する移動鏡７Ｘの傾斜角Δθを算出し、算出された傾斜角Δθを主制御系２２Ａ内の記憶部に記憶する。このように記憶された傾斜角Δθを（数１８）で使用することによって、その傾斜角Δθに依る誤差が補正される。
【００９１】
【数１９】
Δθ＝（ΔＸＡ１−ΔＸＤ１）／ＷＹ
更に、走査露光時には、その傾斜角Δθを相殺するように、ウエハステージのＺθ軸駆動ステージ４の走査方向をその基準マーク板６上の基準マークの配列方向にする。また、ショット領域間の走査方向のステッピング方向は、その基準マークの配列方向として、非走査方向のステッピング方向はその配列方向に直交する方向とする。これによって、移動鏡７Ｘと基準マーク板６との傾斜角が変動したような場合でも、得られるショット配列が直交格子状となる。この場合、Ｚθ軸駆動ステージ４の走査方向を補正するためには、Ｚθ軸駆動ステージ４がＹ方向に所定間隔移動する毎にＺθ軸駆動ステージ４のＸ方向の位置を対応する量だけ補正してもよい。このような駆動方法は、制御が容易である。
【００９２】
但し、上述の傾斜角Δθを計測する際の間隔ＷＹは短いので、傾斜角Δθの計測精度を高めるために、ステップ１１１〜１１３の計測を複数回繰り返して、これらの計測結果を平均化することが望ましい。
また、前述のウエハステージ側の４軸のレーザ干渉計の計測データを用いて、（数９）より算出される直交度誤差ΔωＷが所定の許容値より大きい場合のみに、その移動鏡の傾斜角の計測シーケンスを実施するようにしてもよい。この場合、より高精度に傾斜角Δθを算出するために、基準マーク板６の走査方向の両端部に計測用の基準マークを形成しておき、（数１９）における間隔ＷＹをできるだ長くとるようにしてもよい。これによって、複数回の計測を行うことなく高精度に傾斜角Δθを求めることができる。
【００９３】
このように本例によれば、インターバル・ベースラインチェック時には、高速に動的なレチクルアライメント、及びベースライン量の計測を行うことができる。また、例えば直交度誤差ΔωＷが大きくなったような場合、即ち移動鏡７Ｘの傾斜角Δθがドリフトした可能性がある場合にのみ、その傾斜角Δθの計測シーケンスを実行することで、露光工程のスループットを低下させることなく、高精度にベースライン量を計測できる。
【００９４】
なお、上述の実施の形態では、基準マーク板６に対するウエハステージ側の移動鏡７Ｘの傾斜角を計測しているが、更にレチクルステージの走り方向（移動鏡２１Ｘの反射面に沿った方向）に対するレチクル１２上のパターンの傾斜角を計測するようにしてもよい。このためには、図３のステップ１１１に対応して、図７（ａ）に示すように、基準マーク板６上の例えば基準マーク３５ＡをＲＡ顕微鏡１９の観察領域１９Ｗ内に移動してその基準マーク板６を静止させた後、レチクル１２のマーク像２９ＡＷをその観察領域１９Ｗ内に移動してＲＡ顕微鏡１９で位置ずれ量を計測する。
【００９５】
その後、ステップ１１２に対応して、図２（ａ）の移動鏡２１Ｘに沿ってレチクル微小駆動ステージ１１を所定間隔だけ駆動することによって、例えば図６（ａ）のマーク像２９ＤＷを観察領域１９Ｗ内に移動してＲＡ顕微鏡１９で位置ずれ量を計測する。その後、２箇所での位置ずれ量の差分をその所定間隔で除算することによって、レチクル微小駆動ステージ１１の走り方向に対するファイン・アライメントマーク２９Ａ及び２９Ｄの配列方向（即ち、レチクル１２上のパターンの配列方向）の傾斜角ΔθR が算出される。この傾斜角ΔθR は本発明の相対回転角θ３に対応する。
【００９６】
この場合、予め上述の動的なレチクルアライメントによって、レチクル１２上のパターンの配列方向が基準マーク板６上の基準マークの配列方向に平行になるように、レチクル微小駆動ステージ１１の回転角を補正しておく。その後、走査露光時には、上記の傾斜角ΔθR を相殺するように、レチクル１２のパターンの配列方向に沿ってレチクル微小駆動ステージ１１を走査することによって、ウエハ上での各ショット領域の回転（ショットローテーション）が無くなって、正確に矩形のショット領域が直交格子状のショット配列で露光される。この場合にも、レチクル微小駆動ステージ１１の走査方向を補正するためには、レチクル微小駆動ステージ１１がＹ方向に所定間隔移動する毎にレチクル微小駆動ステージ１１のＸ方向の位置を対応する量だけ補正してもよい。
【００９７】
次に、本発明の実施の形態の他の例につき図８を参照して説明する。本例は、ウエハステージ側の移動鏡と基準マーク板とを一体化することによって、上述の移動鏡７Ｘの傾斜角Δθが発生しないようにしたものである。また、本例でも図１及び図２に示される投影露光装置と同様の投影露光装置が使用されるが、ウエハステージのＺθ軸駆動ステージの構成が異なっている。
【００９８】
図８（ａ）は、本例の投影露光装置のウエハステージの上部の構成を示す平面図、図８（ｂ）はその側面図であり、図８（ａ）に示すように、図１のＺθ軸駆動ステージ４に対応するＺθ軸駆動ステージ４Ａ上にウエハ５が載置されている。また、Ｚθ軸駆動ステージ４Ａの−Ｘ方向及び＋Ｙ方向の端部にそれぞれ、Ｙ方向に延びた平行平板ガラスよりなるＸ軸の移動鏡４１Ｘ、及びＸ方向に延びた平行平板ガラスよりなるＹ軸の移動鏡４１Ｙが固定されている。本例の移動鏡４１Ｘ，４１Ｙはそれぞれ低膨張率のガラスセラミックス（例えばショット社の商品名ゼロデュアーが使用できる）より構成され、移動鏡４１Ｘ，４１Ｙの外側面がそれぞれ反射面とされ、移動鏡４１Ｘ，４１Ｙの上面はウエハ５の表面と同じ高さに設定されている。更に、移動鏡４１Ｘ及び４１Ｙの上面にはクロム蒸着によって複数個の基準マークが形成されている。
【００９９】
即ち、移動鏡４１Ｘ上にはこの反射面に平行な直線パターン４２Ｘ、及び図６（ｃ）の基準マーク板６上の基準パターンと同一の形状及び配列の基準パターン３５Ａ，３５Ｄ，３６Ａ，３６Ｄ，３７Ａ，３７Ｄが形成され、移動鏡４１Ｙ上にはこの反射面に平行な直線パターン４２Ｘ、及びこの直線パターン４２Ｘ上に図２（ｂ）のＲＡ顕微鏡１９，２０の観察領域１９Ｗ，２０Ｗの間隔と同じ間隔で配列された十字型の基準パターン４３Ｘ，４４Ｘが形成されている。また、Ｘ軸の移動鏡４１Ｘには、図２（ｃ）の３個の干渉計本体１３Ｘ１，１３Ｘ２，１３ＦＸ（図８では不図示）より計測用ビームＬＷＸ１，ＬＷＸ２，ＢＦＸが照射され、更に付加された干渉計本体１３ＴＸより計測用ビームＬＴＸが照射されている。計測用ビームＬＴＸはＹ方向では２つの計測用ビームＬＷＸ１，ＬＷＸ２の中間位置を通過している。但し、図８（ｂ）に示すように、３本の計測用ビームＬＷＸ１，ＬＷＸ２，ＢＦＸの高さ（Ｚ方向の位置）は同一であるのに対して、計測用ビームＬＴＸの高さはそれらに対して間隔Ｈだけずれている。
【０１００】
また、Ｙ軸の移動鏡４１Ｘには、図２（ｃ）の２個の干渉計本体１３Ｙ１，１３Ｙ２（図８では不図示）より計測用ビームＬＷＹ１，ＬＷＹ２が照射され、更にそれらの干渉計の中間位置に付加された干渉計本体１３ＴＹより計測用ビームＬＴＹが照射されている。計測用ビームＬＴＹの高さも、計測用ビームＬＴＸと同様に他の計測用ビームに比べて間隔Ｈだけずれている。その他の構成は図１及び図２と同様であるため説明を省略する。
【０１０１】
本例でベースライン計測を行う場合には、図１のＲＡ顕微鏡１９，２０によって図８（ａ）の移動鏡４１Ｘ上の基準マーク３５Ａ，３６Ａを観察するのと同時に、図１のアライメントセンサ３４によって基準マーク３７Ａを観察してそれぞれ位置ずれ量を計測した後、Ｚθ軸駆動ステージ４Ａ及びレチクル微小駆動ステージ１１を移動させてＲＡ顕微鏡１９，２０及びアライメントセンサ３４によって移動鏡４１Ｘ上の基準マーク３５Ｄ，３６Ｄ，３７Ｄに対応する位置ずれ量を計測すればよい。この際に、移動鏡４１Ｘが基準マーク板を兼用しているために、ウエハステージが熱変形等を起こしても、移動鏡４１Ｘの反射面の方向と基準マークの配列方向とが変化することはない。従って、常に高精度にベースライン量を計測できる。
【０１０２】
また、移動鏡４１Ｘの曲がり量を計測する際には、例えば移動鏡４１Ｘ上の直線パターン４２Ｘを、図６（ａ）のレチクルのマーク像２９ＡＷの投影位置に移動して、図１のＲＡ顕微鏡１９によってマーク像２９ＡＷに対する直線パターン４２Ｘの位置ずれ量を計測する。その後、Ｚθ軸駆動ステージ４Ａを移動鏡４１Ｘに沿って移動した状態で、ＲＡ顕微鏡１９によってマーク像２９ＡＷに対する直線パターン４２Ｘの位置ずれ量の変化を計測すればよい。この場合、移動鏡４１Ｘの曲がり量を直接、且つ用に計測できる。なお、移動鏡の曲がり量の計測には、図１の他方のＲＡ顕微鏡２０、又はアライメントセンサ３４を使用してもよい。同様に、Ｙ軸の移動鏡４１Ｙについても、直線パターン４２Ｙを使用することで容易に曲がり量を計測できる。
【０１０３】
また、本例では移動鏡４１Ｘと移動鏡４１Ｙとの直交度の変化をも計測できる。そのためには、例えば組立調整時に、移動鏡４１Ｘと移動鏡４１Ｙとの直交度を所定の範囲内に追い込んだ状態で、図８（ａ）の移動鏡４１Ｙ上の基準マーク４３Ｘ及び４４Ｘをそれぞれ図１のＲＡ顕微鏡１９及び２０で観察し、それぞれ所定の基準点からの位置ずれ量を検出し、２つのマークの位置ずれ量の差分を求めて記憶しておけばよい。その後、例えば所定時間経過する毎に、ＲＡ顕微鏡１９，２０で基準マーク４３Ｘ，４４Ｘの位置ずれ量の差分を検出し、検出結果をＲＡ顕微鏡１９，２０の観察領域の間隔で除算することによって、移動鏡４１Ｙの傾斜角の変動に起因する直交度誤差を検出できる。
【０１０４】
なお、本例では移動鏡４１Ｘ，４１Ｙの上面の高さをウエハ５の表面と同じ高さにする必要があり、計測用ビームＬＷＸ１，ＬＷＹ１等の高さをウエハ５の表面の高さに合わせられないため、Ｚθ軸駆動ステージ４Ａのピッチング、又はローリングによって所謂アッベ誤差による計測誤差が生ずる恐れがある。この計測誤差を補正するため、本例ではチルト干渉計としての干渉計本体１３ＴＸ，１３ＴＹを設けている。具体的に計測用ビームＬＷＸ１，ＬＷＸ２，ＬＴＸによるＸ座標の計測値をＸＷ１，ＸＷ２，ＸＴＷとして、計測用ビームＬＷＹ１，ＬＷＹ２，ＬＴＹによるＹ座標の計測値をＹＷ１，ＹＷ２，ＹＴＷとすると、走査露光時のＺθ軸駆動ステージ４ＡのＹ軸の周りのローリングの角度（以下、「チルト角」と呼ぶ）Ｔθｘ、及びＸ軸の周りのピッチングの角度（チルト角）Ｔθｙはそれぞれ次のようになる。
【０１０５】
【数２０】
Ｔθｘ＝｛（ＸＷ１＋ＸＷ２）／２−ＸＴＷ｝／Ｈ
Ｔθｙ＝｛（ＹＷ１＋ＹＷ２）／２−ＹＴＷ｝／Ｈ
そこで、通常の露光時の補正前のＺθ軸駆動ステージ４ＡのＸ座標は（ＸＷ１＋ＸＷ２）／２であるが、この座標に対して、例えば（Ｔθｘ・Ｈ／２）の値を加算した座標を新たな座標とすると共に、Ｙ座標に対しては例えば（Ｔθｙ・Ｈ／２）の値を加算することによって、アッベ誤差の補正を行うことができる。
【０１０６】
なお、図８の実施の形態では移動鏡４１Ｘが基準マーク板を兼用しているが、その代わりに図２（ｂ）の移動鏡７Ｘ及び基準マーク板６を使用したときに、移動鏡７Ｘと基準マーク板６とを直接接合するようにしても、ほぼ同様の効果が得られる。
なお、本発明は上述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。
【０１０７】
【発明の効果】
本発明の第１の露光方法によれば、基準マーク板上の複数個の基準マークの配列方向（基準マーク板の方向）と基板ステージ（ウエハステージ）の走り方向との相対回転角θ１に応じてその基板ステージのステッピング方向を決定しているため、その基板ステージの走り方向と、その基準マーク板との相対角度が変化した場合でも、基板上でのショット配列を直交格子状にできる利点がある。更に、マスクの走査方向とその基板ステージの走査方向との相対回転角θ２に応じてそのマスクの相対回転誤差を決定しているため、この相対回転誤差を補正することによって、基板上に露光されるショット領域の歪を低減できる。
【０１０８】
また、本発明の第２の露光方法によれば、その相対回転角θ１、及びその相対回転角θ２に応じてそのマスクの回転角を補正しているため、その基板ステージの走り方向と、その基準マーク板との相対角度が変化した場合でも、基板上に露光されるショット領域の歪を低減できる利点がある。
また、本発明の第３の露光方法によれば、相対回転角θ１の他に計測用マークの配列方向に対するマスクの走り方向の相対回転角θ３を検出し、相対回転角θ１の情報に基づいて走査露光時の基板ステージの位置を補正し、相対回転角θ３の情報に基づいて走査露光時のそのマスクの位置を補正しているため、その基板ステージの走り方向と、基準マーク板との相対角度が変化した場合でも、基板上に露光されるショット領域の歪を低減できる。
【０１０９】
また、本発明の第４の露光方法によれば、基準マーク部材（基準マーク板）上第１の基準マークを介してマスク上の計測用マークの配列方向とそのマスクの走り方向との相対回転誤差が計測できる。更に、基準マーク部材（基準マーク板）上の第１及び第２の基準マークを介してアライメント系のベースライン量を計測しているため、基板ステージの走り方向と、その基準マーク部材との相対角度が変化した場合でも、そのベースライン量を高精度に計測できる利点がある。
【０１１０】
また、本発明の第５の露光方法によれば、基準マーク部材上の複数個の第１及び第２の基準マークのそれぞれに対して得られる位置ずれ量に基づいて、マスクと基板との対応する走査方向間の相対回転誤差を補正すると共に、その基準マーク部材上の第１及び第２の基準マークの配列方向と基板ステージの走査方向との相対回転角を補正しているため、その基板ステージとその基準マーク部材との傾斜角が変化した場合でも、基板上に露光されるショット領域の歪を低減できる利点がある。
【０１１１】
また、本発明の第６の露光方法によれば、基板ステージ側の移動鏡の上面部に第１及び第２の基準マークを形成し、その移動鏡が基準マーク板を兼用しているため、その基板ステージの走り方向と、それらの基準マークとの相対角度が変化しにくく、結果としてアライメント系のベースライン量を高精度に計測できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例で使用される投影露光装置を示す構成図である。
【図２】（ａ）は図１の投影露光装置のレチクルステージを示す平面図、（ｂ）は図１の投影露光装置のウエハステージを示す平面図である。
【図３】本発明の実施の形態におけるベースライン計測動作、及びウエハステージの走り方向の傾斜角の計測動作の一例を示すフローチャートである。
【図４】（ａ）は図１のレチクル１２のアライメントマークを示す平面図、（ｂ）は図１のレチクルアライメント顕微鏡１９，２０の観察領域とレチクル１２上の照明領域との関係を示す平面図、（ｃ）はファイン・アライメントマーク２９Ａ〜３０Ｄの構成を示す拡大平面図である。
【図５】基準マーク板６とレチクル１２とを相対的に走査する場合の位置関係の説明図である。
【図６】（ａ）はレチクル１２のウエハステージ上への投影像を示す平面図、（ｂ）はレチクル１２上のファイン・アライメントマークの投影像を示す拡大平面図、（ｃ）は基準マーク板６上の基準マークの配列を示す平面図、（ｄ）は基準マーク３５Ａ〜３５Ｄ，３６Ａ〜３６Ｄを示す拡大平面図、（ｅ）は基準マーク３７Ａ〜３７Ｄを示す拡大平面図である。
【図７】ウエハステージ側の移動鏡７Ｘと基準マーク板６との傾斜角Δθの計測方法の説明図である。
【図８】（ａ）は本発明の実施の形態の他の例で使用される投影露光装置のウエハステージの要部を示す平面図、（ｂ）は図８（ａ）の側面図である。
【図９】従来技術においてショット領域の歪み、又はショット配列の歪みが発生する際の説明図である。
【符号の説明】
４ Ｚθ軸駆動ステージ
５ ウエハ
６ 基準マーク板
７Ｘ，７Ｙ ウエハステージ側の移動鏡
８ 投影光学系
１１ レチクル微小駆動ステージ
１２ レチクル
１３Ｘ１，１３Ｘ２，１３ＦＸ，１３Ｙ１，１３Ｙ２ 干渉計本体
１４Ｘ１，１４Ｘ２，１４Ｙ１，１４Ｙ２ 干渉計本体
１９，２０ レチクルアライメント顕微鏡（ＲＡ顕微鏡）
２１Ｘ レチクルステージ側の移動鏡
２１Ｙ１，２１Ｙ２ コーナキューブ
２２Ａ 主制御系
２２Ｄ レチクル駆動装置
２９Ａ〜２９Ｄ，３０Ａ〜３０Ｄ ファイン・アライメントマーク
３５Ａ〜３５Ｄ，３６Ａ〜３６Ｄ ＲＡ顕微鏡用の基準マーク
３７Ａ〜３７Ｄ アライメントセンサ用の基準マーク
４１Ｘ，４１Ｙ 移動鏡
Claims (4)
- マスク上のパターンの一部を露光光のもとで基板ステージ上の感光性の基板上に投影した状態で、前記マスク及び前記基板を同期して対応する走査方向に走査することにより、前記マスク上のパターンを前記基板上の各ショット領域に逐次転写する露光方法において、
前記マスク上に前記走査方向に沿って複数個の計測用マークを形成し、該複数個の計測用マークと実質的に同一の位置関係を有する複数個の基準マークが形成された基準マーク部材を前記基板ステージ上に配置しておき、
前記基板ステージを前記走査方向に移動することによって、前記マスク上の前記複数個の計測用マークの内の１つの計測用マークと前記基準マーク部材上の前記複数個の基準マークのそれぞれとの位置ずれ量を順次計測し、該計測結果より前記複数個の基準マークの配列方向と、前記基板ステージの走り方向との相対回転角θ１を検出する第１工程と、
前記マスク及び前記基板を前記対応する走査方向に同期して移動させて、前記マスク上の前記複数個の計測用マークのそれぞれと前記基準マーク部材上の対応する前記基準マークとの位置ずれ量を順次計測し、該計測結果より、前記マスクの走査方向と前記基板ステージの走査方向との相対回転角θ２を検出する第２工程と、を有し、
前記相対回転角θ１の情報に基づいて、前記基板ステージのステッピング方向を決定し、前記相対回転角θ２の情報に基づいて、前記マスクの走査方向を決定することを特徴とする露光方法。 - マスク上のパターンの一部を露光光のもとで基板ステージ上の感光性の基板上に投影した状態で、前記マスク及び前記基板を同期して対応する走査方向に走査することにより、前記マスク上のパターンを前記基板上の各ショット領域に逐次転写する露光方法において、
前記マスク上に前記走査方向に沿って複数個の計測用マークを形成し、該複数個の計測用マークと実質的に同一の位置関係を有する複数個の基準マークが形成された基準マーク部材を前記基板ステージ上に配置しておき、
前記基板ステージを前記走査方向に移動することによって、前記マスク上の前記複数個の計測用マークの内の１つの計測用マークと前記基準マーク部材上の前記複数個の基準マークのそれぞれとの位置ずれ量を順次計測し、該計測結果より前記複数個の基準マークの配列方向と、前記基板ステージの走り方向との相対回転角θ１を検出する第１工程と、
前記マスク及び前記基板を前記対応する走査方向に同期して移動させて、前記マスク上の前記複数個の計測用マークのそれぞれと前記基準マーク部材上の対応する前記基準マークとの位置ずれ量を順次計測し、該計測結果より、前記マスクの走査方向と前記基板ステージの走査方向との相対回転角θ２を検出する第２工程と、を有し、
前記相対回転角θ１と前記相対回転角θ２との差に基づいて、前記マスクの回転角を補正することを特徴とする露光方法。 - マスク上のパターンの一部を露光光のもとで基板ステージ上の感光性の基板上に投影した状態で、前記マスク及び前記基板を同期して対応する走査方向に走査することにより、前記マスク上のパターンを前記基板上の各ショット領域に逐次転写する露光方法において、
前記マスク上に前記走査方向に沿って複数個の計測用マークを形成し、該複数個の計測用マークと実質的に同一の位置関係を有する複数個の基準マークが形成された基準マーク部材を前記基板ステージ上に配置しておき、
前記基板ステージを前記走査方向に移動することによって、前記マスク上の前記複数個の計測用マークの内の１つの計測用マークと前記基準マーク部材上の前記複数個の基準マークのそれぞれとの位置ずれ量を順次計測し、該計測結果より前記複数個の基準マークの配列方向と、前記基板ステージの走り方向との相対回転角θ１を検出する第１工程と、
前記マスクを前記走査方向に走査することによって、前記基準マーク部材上の前記複数個の基準マークの内の１つの基準マークと前記マスク上の前記複数個の計測用マークのそれぞれとの位置ずれ量を順次計測し、該計測結果より前記複数個の計測用マークの配列方向と、前記マスクの走り方向との相対回転角θ３を検出する第２工程と、を有し、
前記相対回転角θ１の情報に基づいて走査露光時の前記基板ステージの位置を補正し、前記相対回転角θ３の情報に基づいて走査露光時の前記マスクの位置を補正することを特徴とする露光方法。 - 露光光のもとでマスク上のパターンの一部の像を投影光学系を介して基板ステージ上の感光性の基板上に投影した状態で、前記マスク及び前記基板を同期して対応する走査方向に走査することにより、前記マスク上のパターンを前記基板上の各ショット領域に逐次転写する露光方法において、
前記投影光学系の近傍に前記基板上の位置合わせ用マークの位置を検出するためのオフ・アクシス方式のアライメント系を配置し、前記マスク上に前記走査方向に沿って複数個の計測用マークを形成し、前記投影光学系の露光フィールド内の基準点と前記アライメント系の基準点との間隔に対応する間隔で第１及び第２の基準マークが形成された基準マーク部材を前記基板ステージ上に配置しておき、
前記アライメント系で前記基準マーク部材上の前記第２の基準マークを観察した状態で、前記マスクを前記走査方向に移動させて、前記マスク上の前記複数個の計測用マークのそれぞれと前記基準マーク部材上の前記第１の基準マークとの位置ずれ量を順次計測し、
前記複数個の計測用マークのそれぞれと前記第１の基準マークとの位置ずれ量の平均値、該それぞれの位置ずれ量より求めた前記マスクの前記走査方向に対する相対回転誤差、及び前記アライメント系で観察した前記第２の基準マークの位置ずれ量より、前記投影光学系の露光フィールド内の基準点と前記オフ・アクシス方式のアライメント系の基準点との間隔を求めることを特徴とする露光方法。
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