JP4029181B2 - Projection exposure equipment - Google Patents
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- G03F7/70716—Stages
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投影露光装置及び投影露光方法に係り、更に詳しくはマスクに形成されたパターンの像を投影光学系を介して感応基板上に投影露光する投影露光装置及び投影露光方法に関するものであり、特に２つの基板ステージを独立して移動させて、露光処理と他の処理とを並行して行う点に特徴を有している。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、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場合に、種々の露光装置が使用されているが、現在では、フォトマスク又はレチクル（以下、「レチクル」と総称する）のパターン像を、投影光学系を介して表面にフォトレジスト等の感光材が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の基板（以下、適宜「感応基板」と称する）上に転写する投影露光装置が一般的に使用されている。近年では、この投影露光装置として、感応基板を２次元的に移動自在な基板ステージ上に載置し、この基板ステージにより感応基板を歩進（ステッピング）させて、レチクルのパターン像を感応基板上の各ショット領域に順次露光する動作を繰り返す、所謂ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置（いわゆるステッパー）が主流となっている。
【０００３】
最近になって、このステッパー等の静止型露光装置に改良を加えた、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置（例えば特開平７−１７６４６８号公報に記載された様な走査型露光装置）も比較的多く用いられるようになってきた。このステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置は、▲１▼ステッパーに比べると大フィールドをより小さな光学系で露光できるため、投影光学系の製造が容易であるとともに、大フィールド露光によるショット数の減少により高スループットが期待出来る、▲２▼投影光学系に対してレチクル及びウエハを相対走査することで平均化効果があり、ディストーションや焦点深度の向上が期待出来る等のメリットがある。さらに、半導体素子の集積度が１６Ｍ（メガ）から６４ＭのＤＲＡＭ、更に将来的には２５６Ｍ、１Ｇ（ギガ）というように時代とともに高くなるのに伴い、大フィールドが必須になるため、ステッパーに代わってスキャン型投影露光装置が主流になるであろうと言われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この種の投影露光装置は、主として半導体素子等の量産機として使用されるものであることから、一定時間内にどれだけの枚数のウエハを露光処理できるかという処理能力、すなわちスループットを向上させることが必然的に要請される。
【０００５】
これに関し、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置の場合、大フィールドを露光する場合には先に述べたように、ウエハ内に露光するショット数が少なくなるのでスループットの向上が見込まれるが、露光はレチクルとウエハとの同期走査による等速移動中に行われることから、その等速移動領域の前後に加減速領域が必要となり、仮にステッパーのショットサイズと同等の大きさのショットを露光する場合には、却ってステッパーよりスループットが落ちる可能性がある。
【０００６】
この種の投影露光装置における処理の流れは、大要次のようになっている。
【０００７】
▲１▼ まず、ウエハローダを使ってウエハをウエハテーブル上にロードするウエハロード工程が行われる。
【０００８】
▲２▼ 次に、サーチアライメント機構によりウエハの大まかな位置検出を行うサーチアライメント工程が行われる。このサーチアライメント工程は、具体的には、例えば、ウエハの外形を基準としたり、あるいは、ウエハ上のサーチアライメントマークを検出することにより行われる。
【０００９】
▲３▼ 次に、ウエハ上の各ショット領域の位置を正確に求めるファインアライメント工程が行われる。このファインアライメント工程は、一般にＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アライメント）方式が用いられ、この方式は、ウエハ内の複数のサンプルショットを選択しておき、当該サンプルショットに付設されたアライメントマーク（ウエハマーク）の位置を順次計測し、この計測結果とショット配列の設計値とに基づいて、いわゆる最小自乗法等による統計演算を行って、ウエハ上の全ショット配列データを求めるものであり（特開昭６１−４４４２９号公報等参照）、高スループットで各ショット領域の座標位置を比較的高精度に求めることができる。
【００１０】
▲４▼ 次に、上述したＥＧＡ方式等により求めた各ショット領域の座標位置と予め計測したベースライン量とに基づいて露光位置にウエハ上の各ショット領域を順次位置決めしつつ、投影光学系を介してレチクルのパターン像をウエハ上に転写する露光工程が行われる。
【００１１】
▲５▼ 次に、露光処理されたウエハテーブル上のウエハをウエハアンローダを使ってウエハアンロードさせるウエハアンロード工程が行われる。このウエハアンロード工程は、露光処理を行うウエハの上記▲１▼のウエハロード工程と同時に行われる。すなわち、▲１▼と▲５▼とによってウエハ交換工程が構成される。
【００１２】
このように、従来の投影露光装置では、ウエハ交換→サーチアライメント→ファインアライメント→露光→ウエハ交換……のように、大きく４つの動作が１つのウエハステージを用いて繰り返し行われている。
【００１３】
また、この種の投影露光装置のスループットＴＨＯＲ［枚／時間］は、上述したウエハ交換時間をＴ１、サーチアライメント時間をＴ２、ファインアライメント時間をＴ３、露光時間をＴ４とした場合に、次式（１）のように表すことができる。
【００１４】
ＴＨＯＲ＝３６００／（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４） ………（１）
上記Ｔ１〜Ｔ４の動作は、Ｔ１→Ｔ２→Ｔ３→Ｔ４→Ｔ１……のように順次（シーケンシャルに）繰り返し実行される。このため、Ｔ１〜Ｔ４までの個々の要素を高速化すれば分母が小さくなって、スループットＴＨＯＲを向上させることができる。しかし、上述したＴ１（ウエハ交換時間）とＴ２（サーチアライメント時間）は、ウエハ１枚に対して一動作が行われるだけであるから改善の効果は比較的小さい。また、Ｔ３（ファインアライメント時間）の場合は、上述したＥＧＡ方式を用いる際にショットのサンプリング数を少なくしたり、ショット単体の計測時間を短縮すればスループットを向上させることができるが、逆にアライメント精度を劣化させることになるため、安易にＴ３を短縮することはできない。
【００１５】
また、Ｔ４（露光時間）は、ウエハ露光時間とショット間のステッピング時間とを含んでいる。例えば、ステップ・アンド・スキャン方式のような走査型投影露光装置の場合は、ウエハ露光時間を短縮させる分だけレチクルとウエハの相対走査速度を上げる必要があるが、同期精度が劣化することから、安易に走査速度を上げることができない。
【００１６】
また、この種の投影露光装置で上記スループット面の他に、重要な条件としては、▲１▼解像度、▲２▼焦点深度（ＤＯＦ：Depth of Forcus ）、▲３▼線幅制御精度が挙げられる。解像度Ｒは、露光波長をλとし、投影レンズの開口数をＮ．Ａ．（Numerical Aperture )とすると、λ／Ｎ．Ａ．に比例し、焦点深度ＤＯＦはλ／（Ｎ．Ａ．）2 に比例する。
【００１７】
このため、解像度Ｒを向上させる（Ｒの値を小さくする）には、露光波長λを小さくするか、あるいは開口数Ｎ．Ａ．を大きくする必要がある。特に、最近では半導体素子等の高密度化が進んでおり、デバイスルールが０．２μｍＬ／Ｓ（ライン・アンド・スペース）以下となってきていることから、これらのパターンを露光する為には照明光源としてＫｒＦエキシマレーザを用いている。しかしながら、前述したように半導体素子の集積度は、将来的に更に上がることは必至であり、ＫｒＦより短波長な光源を備えた装置の開発が望まれる。このようなより短波長な光源を備えた次世代の装置の候補として、ＡｒＦエキシマレーザを光源とした装置、電子線露光装置等が代表的に挙げられるが、ＡｒＦエキシマレーザの場合は、酸素のある所では光が殆ど透過せず、高出力が出にくい上、レーザの寿命も短く、装置コストが高いという技術的な課題が山積しており、また、電子線露光装置の場合、光露光装置に比べてスループットが著しく低いという不都合があることから、短波長化を主な観点とした次世代機の開発は思うようにいかないというのが現実である。
【００１８】
解像度Ｒを上げる他の手法としては、開口数Ｎ．Ａ．を大きくすることも考えられるが、Ｎ．Ａ．を大きくすると、投影光学系のＤＯＦが小さくなるというデメリットがある。このＤＯＦは、ＵＤＯＦ（User Depth of Forcus：ユーザ側で使用する部分：パターン段差やレジスト厚等）と、装置自身の総合焦点差とに大別することができる。これまでは、ＵＤＯＦの比率が大きかったため、ＤＯＦを大きく取る方向が露光装置開発の主軸であり、このＤＯＦを大きくとる技術として例えば変形照明等が実用化されている。
【００１９】
ところで、デバイスを製造するためには、Ｌ／Ｓ（ライン・アンド・スペース）、孤立Ｌ（ライン）、孤立Ｓ（スペース）、及びＣＨ（コンタクトホール）等が組み合わさったパターンをウエハ上に形成する必要があるが、上記のＬ／Ｓ、孤立ライン等のパターン形状毎に最適露光を行うための露光パラメータが異なっている。このため、従来は、ＥＤ−ＴＲＥＥ（レチクルが異なるＣＨは除く）という手法を用いて、解像線幅が目標値に対して所定の許容誤差内となり、かつ所定のＤＯＦが得られるような共通の露光パラメータ（コヒーレンスファクタσ、Ｎ．Ａ．、露光制御精度、レチクル描画精度等）を求めて、これを露光装置の仕様とすることが行われている。しかしながら、今後は以下のような技術的な流れがあると考えられている。
【００２０】
▲１▼プロセス技術（ウェハ上平坦化）向上により、パターン低段差化、レジスト厚減少が進み、ＵＤＯＦが１μｍ台→０．４μｍ以下になる可能性がある。
【００２１】
▲２▼露光波長がｇ線（４３６ｎｍ）→ｉ線（３６５ｎｍ）→ＫｒＦ（２４８ｎｍ）と短波長化している。しかし、今後はＡｒＦ（１９３）までの光源しか検討されてなく、その技術的ハードルも高い。その後はＥＢ露光に移行する。
【００２２】
▲３▼ステップ・アンド・リピートのような静止露光に代わりステップ・アンド・スキャンのような走査露光がステッパーの主流になる事が予想されている。この技術は、径の小さい投影光学系で大フィールド露光が可能であり（特にスキャン方向）、その分高Ｎ．Ａ．化を実現し易い。
【００２３】
上記のような技術動向を背景にして、限界解像度を向上させる方法として、二重露光法が見直され、この二重露光法をＫｒＦ及び将来的にはＡｒＦ露光装置に用い、０．１μｍＬ／Ｓまで露光しようという試みが検討されている。一般に二重露光法は以下の３つの方法に大別される。
【００２４】
（１）露光パラメータの異なるＬ／Ｓ、孤立線を別々のレチクルに形成し、各々最適露光条件により同一ウエハ上に二重に露光を行う。
【００２５】
（２）位相シフト法等を導入すると、孤立線よりＬ／Ｓの方が同一ＤＯＦにて限界解像度が高い。これを利用することにより、１枚目のレチクルで全てのパターンをＬ／Ｓで形成し、２枚目のレチクルにてＬ／Ｓを間引きすることで孤立線を形成する。
【００２６】
（３）一般に、Ｌ／Ｓより孤立線は、小さなＮ．Ａ．にて高い解像度を得ることができる（但し、ＤＯＦは小さくなる）。そこで、全てのパターンを孤立線で形成し、１枚目と２枚目のレチクルによってそれぞれ形成した孤立線の組み合わせにより、Ｌ／Ｓを形成する。
【００２７】
上記の二重露光法は解像度向上、ＤＯＦ向上の２つの効果がある。
【００２８】
しかし、二重露光法は、複数のレチクルを使って露光処理を複数回行う必要があるため、従来の装置に比べて露光時間（Ｔ４）が倍以上になり、スループットが大幅に劣化するという不都合があったことから、現実には、二重露光法はあまり真剣に検討されてなく、従来より露光波長の紫外化、変形照明、位相シフトレチクル等により、解像度、焦点深度（ＤＯＦ）の向上が行われてきた。
【００２９】
しかしながら、先に述べた二重露光法をＫｒＦ、ＡｒＦ露光装置に用いると０．１μｍＬ／Ｓまでの露光が実現することにより、２５６Ｍ、１ＧのＤＲＡＭの量産を目的とする次世代機の開発の有力な選択肢であることは疑いなく、このためのネックとなる二重露光法の課題であるスループットの向上のため新技術の開発が待望されていた。
【００３０】
これに関し、前述した４つの動作すなわちウエハ交換、サーチアライメント、ファインアライメント、及び露光動作の内の複数動作同士を部分的にでも同時並行的に処理できれば、これら４つの動作をシーケンシャルに行う場合に比べて、スループットを向上させることができると考えられ、そのためには基板ステージを複数設けることが前提となる。この基板ステージを複数設けることは公知であり、理論上簡単なように思えるが、充分な効果を発揮させるために解決しなければならない多くの問題が山積している。例えば、現状と同程度の大きさの基板ステージを単に２つ並べて配置するのでは、装置の設置面積（いわゆるフットプリント）が著しく増大し、露光装置が置かれるクリーンルームのコストアップを招くという不都合がある。また、高精度な重ね合わせを実現するためには、同一の基板ステージ上の感応基板に対し、アライメントを実行した後、そのアライメントの結果を用いてマスクのパターン像と感応基板の位置合わせを実行して露光を行う必要があるため、単に２つの基板ステージの内、一方を例えば露光専用、他方をアライメント専用等とすることは、現実的な解決策とは成り得ない。更に、２つの基板ステージを独立して移動制御しながら２つの動作を同時並行処理する場合は、両ステージ同士が接触しないように移動制御したり（干渉防止）、一方のステージ上の動作が他方のステージ上の動作に影響を与えないようにする（外乱防止）必要があった。
【００３１】
本発明は、かかる事情の下になされたもので、請求項１ないし６に記載の発明の目的は、スループットを一層向上させるとともに、両ステージ相互間の外乱の影響を防止することができる投影露光装置を提供することにある。
【００３２】
また、請求項７及び８に記載の発明の目的は、スループットを一層向上させるとともに、両ステージ同士の干渉を防止することができる投影露光装置を提供することにある。
【００３３】
更に、請求項９に記載の発明の目的は、スループットを一層向上させるとともに、両ステージ相互間の外乱の影響を防止することができる投影露光方法を提供することにある。
【００３４】
また、請求項１０に記載の発明の目的は、スループットを一層向上させるとともに、両ステージ同士の干渉を防止することができる投影露光方法を提供することにある。
【００３５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、マスク（Ｒ）に形成されたパターンの像を投影光学系（ＰＬ）を介して感応基板（Ｗ１、Ｗ２）上に投影露光する投影露光装置であって、感応基板（Ｗ１）を保持して２次元平面内を移動可能な第１基板ステージ（ＷＳ１）と；感応基板（Ｗ２）を保持して前記第１基板ステージ（ＷＳ１）と同一平面内を前記第１基板ステージ（ＷＳ１）とは独立に移動可能な第２基板ステージ（ＷＳ２）と；前記投影光学系（ＰＬ）とは別に設けられ、前記基板ステージ（ＷＳ１又はＷＳ２）上又は前記基板ステージ（ＷＳ１又はＷＳ２）に保持された感応基板（Ｗ１又はＷ２）上のマークを検出するアライメント系（例えば２４ａ）と；前記第１基板ステージ（ＷＳ１）及び前記第２基板ステージ（ＷＳ２）のうちの一方のステージ（ＷＳ１又はＷＳ２）上の感応基板に対し前記アライメント系（２４ａ）によるマーク検出動作を行うのに並行して、他方のステージ（ＷＳ２又はＷＳ１）上の感応基板に対し露光を行う際に、前記一方のステージ（ＷＳ１又はＷＳ２）のマーク検出動作のうちで前記他方のステージ（ＷＳ２又はＷＳ１）に影響を与える動作と前記他方のステージ（ＷＳ２又はＷＳ１）の露光動作のうちで前記一方のステージ（ＷＳ１又はＷＳ２）に影響を与える動作とを同期して行うように２つのステージ（ＷＳ１、ＷＳ２）を制御するとともに、前記第１基板ステージ（ＷＳ１）及び前記第２基板ステージ（ＷＳ２）の各々の動作のうちで互いに影響を与えない動作同士を同期して行うように前記２つの基板ステージ（ＷＳ１、ＷＳ２）の動作を制御する制御手段（９０）と；を有する。
【００３６】
これによれば、制御手段により一方のステージ側で投影光学系とは別に設けられたアライメント系により基板ステージ上又は基板ステージに保持された感応基板上のマークが検出されるのと並行して、他方のステージ側で露光動作が行われる。その際、制御手段により一方のステージ側のマーク検出動作のうち他方のステージに影響を与える動作と他方のステージ側の露光動作のうちで一方のステージに影響を与える動作とを同期して行うように２つのステージが制御されるとともに、第１基板ステージ及び第２基板ステージの各々の動作のうちで互いに影響を与えない動作同士を同期して行うように、２つの基板ステージの動作が制御される。
【００３７】
このように、制御手段が一方のステージのマーク検出動作のうち他方のステージに影響を与える（外乱要因）動作と、他方のステージの露光動作のうち一方のステージに影響を与える（外乱要因）動作とを同期して行うように、２つのステージを制御することから、互いに影響し合う動作同士を同期させるため、それぞれのステージ上の動作に支障が出ない。また、制御手段は、両ステージの各々の動作のうちで互いに影響を与えない（非外乱要因）動作同士を同期して行うように制御することから、この場合についてもそれぞれのステージ上で行われる動作に支障が出ることがない。
【００３８】
従って、２つの基板ステージを使ってそれぞれの基板ステージ上又は感応基板上のマークのアライメント系による位置検出動作と、投影光学系による露光動作とを並行処理することが可能となり、結果的にスループットを向上させることが可能になるとともに、２つの基板ステージ上で行われる動作が互いに影響を及ぼさないため、２つの動作を良好な状態で並行処理することが可能となる。
【００３９】
この場合、互いに影響を与えない動作同士の組み合わせとして種々のものがあるが、請求項２に記載の発明の如く、他方の基板ステージ（ＷＳ２又はＷＳ１）に保持された感応基板（Ｗ２又はＷ１）に対する前記マスク（Ｒ）のパターン像の投影露光中に、前記一方のステージ（ＷＳ１又はＷＳ２）上のマーク又は前記一方のステージ（ＷＳ１又はＷＳ２）上に保持された感応基板（Ｗ１又はＷ２）のマークの計測を行うために前記他方のステージ（ＷＳ１又はＷＳ２）を静止させるようにしても良い。これらの動作は、互いに影響を与えない動作同士であるから、高精度なマーク計測動作と露光動作とを支障なく並行処理することができる。
【００４０】
一方、互いに影響を与える動作同士の組み合わせとして種々のものがあるが、請求項３に記載の発明の如く、他方の基板ステージ（ＷＳ２又はＷＳ１）を次の露光のために移動するのに同期して、前記一方の基板ステージ（ＷＳ１又はＷＳ２）を次のマーク検出のために移動するようにしても良い。
【００４１】
この場合、請求項４に記載の発明の如く、前記マスク（Ｒ）を搭載して所定方向に移動可能なマスクステージ（ＲＳＴ）及び前記マスクステージ（ＲＳＴ）と前記第１基板ステージ（ＷＳ１）又は前記第２基板ステージ（ＷＳ２）とを前記投影光学系（ＰＬ）に対して同期走査する走査システム（例えば、３８）をさらに有し、前記制御手段（９０）は、前記他方の基板ステージ（ＷＳ２又はＷＳ１）が前記マスクステージ（ＲＳＴ）と同期して等速移動中に、前記一方のステージ（ＷＳ１又はＷＳ２）上のマーク又は前記一方のステージ（ＷＳ１又はＷＳ２）上に保持された感応基板（Ｗ１又はＷ２）のマークの計測を行うために前記一方のステージ（ＷＳ１又はＷＳ２）を静止させるようにしても良い。これによれば、走査システムでは露光中はマスクステージと他方の基板ステージとを同期させて等速移動させるため、マーク計測を行っている一方のステージに影響を与えない。この他方のステージの等速移動中（露光中）にマーク計測を行っている一方のステージでは、露光中の他方ステージに影響を与えない静止状態でマーク計測を行うことから、走査露光中であっても２つのステージを使うことによって、露光動作とマーク計測動作とを支障なく並行処理することができる。
【００４２】
この場合において、請求項５に記載の発明の如く、前記第１基板ステージ及び第２基板ステージ（ＷＳ１、ＷＳ２）の各々との間で感応基板（Ｗ１又はＷ２）の受け渡しを行う搬送システム（１８０〜２００）をさらに有し、前記制御手段（９０）は、前記一方の基板ステージが（ＷＳ１又はＷＳ２）前記搬送システム（１８０〜２００）との間で感応基板（Ｗ１又はＷ２）の受け渡し動作及び前記マーク検出動作の少なくとも一方を行うのに並行して、前記他方の基板ステージ（ＷＳ２又はＷＳ１）に保持された感応基板に対し露光動作を行う際に、前記一方の基板ステージ（ＷＳ１又はＷＳ２）の受け渡し動作及び前記マーク検出動作のうちで前記他方のステージ（ＷＳ１又はＷＳ２）に影響を与える動作と、前記他方のステージ（ＷＳ１又はＷＳ２）側の露光動作のうちで前記一方のステージ（ＷＳ１又はＷＳ２）に影響を与える動作とを同期して行うように前記２つの基板ステージ（ＷＳ１、ＷＳ２）の動作を制御するとともに、前記第１基板ステージ及び前記第２基板ステージ（ＷＳ１、ＷＳ２）の各々の動作のうちで互いに影響を与えない動作同士を同期して行うように、前記２つの基板ステージ（ＷＳ１、ＷＳ２）の動作を制御することが、一層望ましい。このようにした場合は、先に説明した時間Ｔ１、時間Ｔ２及び時間Ｔ３の動作を一方のステージ側で行い、時間Ｔ４の動作を他方のステージ側で行うことが出来るので、請求項１に記載の発明に比べても一層スループットが向上するとともに、それら２つのステージで支障なく動作を並行処理することが可能になる。
【００４３】
請求項１に記載の発明では、アライメント系が投影光学系とは別に設けられていれば良いが、例えばアライメント系が投影光学系とは別に２つある場合は、請求項６に記載の発明の如く、前記アライメント系（２４ａ、２４ｂ）は、所定方向に沿って前記投影光学系（ＰＬ）の両側にそれぞれ配置され；前記制御手段（９０）は、前記第１基板ステージ及び第２基板ステージ（ＷＳ１、ＷＳ２）の両方の動作が終了した時点で、両ステージ（ＷＳ１、ＷＳ２）の動作を切り換えるようにしても良い。
【００４４】
このようにした場合には、中央に位置する投影光学系で一方の基板ステージ上の感応基板を露光している間に（露光動作）、他方の基板ステージ上の感応基板を一方のアライメント系を使ってマーク検出を行い（アライメント動作）、露光動作とアライメント動作とを切り換える場合は、２つの基板ステージを前記所定方向に沿って他方のアライメント系の方に移動させるだけで、投影光学系の下にあった一方の基板ステージを他方のアライメント系位置に移動させ、一方のアライメント系位置にあった他方の基板ステージを投影光学系の下まで移動させることを容易に行うことができ、このようにして２つのアライメント系を支障なく交互に使用することが可能になる。
【００４５】
請求項７に記載の発明の如く、マスク（Ｒ）に形成されたパターンの像を投影光学系（ＰＬ）を介して感応基板（Ｗ１、Ｗ２）上に投影露光する投影露光装置であって、感応基板（Ｗ１）を保持して２次元平面内を移動可能な第１基板ステージ（ＷＳ１）と；感応基板（Ｗ２）を保持して前記第１基板ステージ（ＷＳ１）と同一平面内を前記第１基板ステージ（ＷＳ１）とは独立に移動可能な第２基板ステージ（ＷＳ２）と；前記第１基板ステージ及び第２基板ステージ（ＷＳ１、ＷＳ２）の２次元位置をそれぞれ計測する干渉計システム（例えば測長軸ＢＩ１Ｘ〜ＢＩ４Ｙ）と；前記第１基板ステージと第２基板ステージとが互いに干渉する場合の前記干渉計システム（例えば測長軸ＢＩ１Ｘ〜ＢＩ４Ｙ）における干渉条件が記憶された記憶手段（９１）と；前記記憶手段（９１）に記憶された干渉条件に基づいて前記干渉計システム（例えば測長軸ＢＩ１Ｘ〜ＢＩ４Ｙ）の計測値をモニタしつつ前記両ステージ（ＷＳ１、ＷＳ２）を干渉させないように移動制御する制御手段（９０）と；を有する。
【００４６】
これによれば、感応基板を保持して２次元平面内を独立に移動可能な第１基板ステージと第２基板ステージのそれぞれの２次元位置を干渉計システムで計測し、記憶手段に記憶された第１基板ステージと第２基板ステージとが互いに干渉する干渉条件に基づいて、制御手段により干渉計システムの計測値をモニタしつつ両ステージを干渉させないように移動制御される。従って、２つのステージを独立して移動させながら２つの動作を並行処理する場合であっても、２つのステージが接触（干渉）するのを防止することができる。
【００４７】
請求項８に記載の発明の如く、前記投影光学系（ＰＬ）とは別に設けられ、前記基板ステージ（ＷＳ１、ＷＳ２）上又は前記基板ステージ（ＷＳ１、ＷＳ２）に保持された感応基板（Ｗ１、Ｗ２）上のマークを検出するアライメント系と；前記第１基板ステージ及び第２基板ステージ（ＷＳ１、ＷＳ２）との間で感応基板（Ｗ１、Ｗ２）の受け渡しを行う搬送システム（１８０〜２００）とをさらに有し、前記制御手段（９０）は、前記干渉条件に基づいて前記干渉計システム（例えば測長軸ＢＩ１Ｘ〜ＢＩ４Ｙ）の計測値をモニタしつつ、前記一方の基板ステージ（ＷＳ１又はＷＳ２）が前記搬送システム（１８０〜２００）との間で感応基板（Ｗ１、Ｗ２）の受け渡し動作及び前記アライメント系によるマーク検出動作のうち少なくとも一方の動作を行っている間に、前記他方の基板ステージ（ＷＳ２又はＷＳ１）が前記投影光学系（ＰＬ）により露光動作が行われるように前記２つの基板ステージ（ＷＳ１、ＷＳ２）の動作を制御する際に、両ステージ（ＷＳ１、ＷＳ２）同士が干渉する位置に来た場合、前記両ステージ（ＷＳ１、ＷＳ２）において動作終了までの時間が長くかかる方のステージ（ＷＳ１又はＷＳ２）を両ステージ（ＷＳ１、ＷＳ２）が干渉しない位置関係になるまで優先的に移動させ、その間動作終了までの時間が短い方のステージ（ＷＳ２又はＷＳ１）を待機させるように制御することを特徴とする。
【００４８】
これによれば、制御手段により干渉条件に基づいて干渉計システムの計測値をモニタしながら、一方の基板ステージで感応基板の受け渡し動作とマーク検出動作のうち少なくとも一方の動作を行っている間に、他方の基板ステージで露光動作が行われるように両基板ステージの動作を制御する際に、両ステージ同士が干渉する位置に来ると、両ステージの動作終了までの時間の長い方のステージを両ステージが干渉しない位置関係に来るまで優先的に移動させ、動作終了までの時間の短い方のステージを待機させるように制御する。従って、２つのステージを独立して移動しながら２つの動作を並行処理する最中に、例え干渉するような状況が生じたとしても、両ステージの動作終了まで時間を比較し、一方のステージを優先的に移動させて他方のステージを待機させることにより、スループットを低下させることなく２つのステージの干渉を防止することができる。
【００４９】
請求項９に記載の発明の如く、マスク（Ｒ）のパターン像を投影光学系（ＰＬ）を介して感応基板（Ｗ１、Ｗ２）上に投影露光する投影露光方法であって、感応基板（Ｗ１、Ｗ２）を保持して２次元平面内を各々独立に移動可能な２つの基板ステージを用意し、前記一方のステージ（ＷＳ１又はＷＳ２）に保持された感応基板（Ｗ１又はＷ２）に対する前記マスクのパターン像の投影露光中に、前記他方のステージ（ＷＳ２又はＷＳ１）を静止させて前記他方のステージ（ＷＳ２又はＷＳ１）上のマーク又は前記他方のステージ（ＷＳ２又はＷＳ１）上に保持された感応基板（Ｗ１又はＷ２）上のマークを検出することを特徴とする。
【００５０】
これによれば、２つの基板ステージのうち、一方のステージに保持された感応基板に対するマスクのパターン像の投影露光中に、他方のステージを静止させて他方のステージ上のマーク又は他方のステージ上に保持された感応基板上のマークを検出するようにする。従って、２つのステージを使って一方のステージで投影露光動作を行っている間に、他方のステージでは静止状態でマーク検出動作を行うようにするため、互いに他のステージで行われる動作の影響を受けることなく高精度な露光動作とマーク検出動作とを並行処理してスループットを向上させるができる。
【００５１】
請求項１０に記載の発明の如く、マスク（Ｒ）のパターン像を投影光学系（ＰＬ）を介して感応基板（Ｗ１、Ｗ２）上に投影露光する投影露光方法であって、感応基板（Ｗ１、Ｗ２）を保持して同一の２次元平面内を各々独立に移動可能な２つの基板ステージを用意し、前記２つの基板ステージ（ＷＳ１、ＷＳ２）のうちの一方のステージ（ＷＳ１又はＷＳ２）に保持された感応基板（Ｗ１、Ｗ２）上の複数ヶ所に前記マスク（Ｒ）のパターン像を順次投影露光するのに並行して、他方のステージ（ＷＳ２又はＷＳ１）上に保持された感応基板（Ｗ１、Ｗ２）上の複数のマークを順次検出する際に、前記２つの基板ステージ（ＷＳ１、ＷＳ２）が干渉しないように前記他方のステージ（ＷＳ２又はＷＳ１）に保持された感応基板（Ｗ１、Ｗ２）上のマークの検出順序を決定することを特徴とする。
【００５２】
これによれば、感応基板を保持して２次元平面内を独立して移動可能な２つの基板ステージのうち、一方のステージの感応基板上の複数ケ所にマスクのパターン像を順次投影露光するのと並行して、他方のステージ上に保持された感応基板上の複数のマークが順次検出される場合、２つの基板ステージ同士が干渉しないように他方のステージに保持された感応基板上のマーク検出順序を決定するようにする。従って、順次投影露光が行われる方のステージの動きに合わせて、マーク検出順序が決定されるため、２つのステージ同士の干渉が防止されるとともに、動作を並行処理することによりスループットを向上させることができる。
また本発明は、パターンの像を感応基板上に投影光学系を介して投影露光する投影露光装置であって、２次元方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）に移動可能な第１ステージ（ＷＳｌ）と；第１ステージ（ＷＳｌ）と同一平面内を第１ステージ（ＷＳｌ）とは独立に２次元方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）に移動可能な第２ステージ（ＷＳ２）と；第１及び第２ステージで異なる処理動作を並行して行う場合に、一方のステージの動作が他方のステージの動作の外乱とならないように、第１及び第２ステージそれぞれの動作のタイミングを調整する制御装置（９０）とを備えたことを特徴とするものである。
これによれば、両ステージ相互間の外乱の影響を防止することができる。
また本発明は、パターンの像を感応基板上に投影光学系を介して投影露光する投影露光装置であって、２次元方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）に移動可能な第１ステージ（ＷＳｌ）と；第１ステージ（ＷＳｌ）と同一平面内を第１ステージ（ＷＳｌ）とは独立に２次元方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）に移動可能な第２ステージ（ＷＳ２）と；第１及び第２ステージの２次元位置をそれぞれ計測する干渉計システム（例えば測長軸ＢＩ１Ｘ，ＢＩ２Ｘ，ＢＩ３Ｙ，ＢＩ４Ｙ）と；その干渉計システムにおける第１及び第２ステージ（ＷＳｌ，ＷＳ２）の干渉条件が記憶された記憶手段（９１）と、記憶手段（９１）に記憶された干渉条件に基づいてその干渉計システムの計測値をモニタしつつ両ステージ（ＷＳｌ，ＷＳ２）を干渉させないように移動制御する制御手段（９０）とを備えたことを特徴とするものである。
これによれば、両ステージ同士の干渉（接触）を妨止することができる。
【００５３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図１ないし図１５に基づいて説明する。
【００５４】
図１には、一実施形態に係る投影露光装置１０の概略構成が示されている。この投影露光装置１０は、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式の走査露光型の投影露光装置である。
【００５５】
この投影露光装置１０は、ベース盤１２上を感応基板としてのウエハＷ１、Ｗ２をそれぞれ保持して独立して２次元方向に移動する第１、第２の基板ステージとしてのウエハステージＷＳ１、ＷＳ２を備えたステージ装置、このステージ装置の上方に配置された投影光学系ＰＬ、投影光学系ＰＬの上方でマスクとしてのレチクルＲを主として所定の走査方向、ここではＹ軸方向（図１における紙面直交方向）に駆動するレチクル駆動機構、レチクルＲを上方から照明する照明系及びこれら各部を制御する制御系等を備えている。
【００５６】
前記ステージ装置は、ベース盤１２上に不図示の空気軸受けを介して浮上支持され、Ｘ軸方向（図１における紙面左右方向）及びＹ軸方向（図１における紙面直交方向）に独立して２次元移動可能な２つのウエハステージＷＳ１、ＷＳ２と、これらのウエハステージＷＳ１、ＷＳ２を駆動するステージ駆動系と、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２の位置を計測する干渉計システムとを備えている。
【００５７】
これをさらに詳述すると、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２の底面には不図示のエアパッド（例えば、真空予圧型空気軸受け）が複数ヶ所に設けられており、このエアパッドの空気噴き出し力と真空予圧力とのバランスにより例えば数ミクロンの間隔を保った状態で、ベース盤１２上に浮上支持されている。
【００５８】
ベース盤１２上には、図３の平面図に示されるように、Ｘ軸方向に延びる２本のＸ軸リニアガイド（例えば、いわゆるムービングコイル型のリニアモータの固定側マグネットのようなもの）１２２、１２４が平行に設けられており、これらのＸ軸リニアガイド１２２、１２４には、当該各Ｘ軸リニアガイドに沿って移動可能な各２つの移動部材１１４、１１８及び１１６、１２０がそれぞれ取り付けられている。これら４つの移動部材１１４、１１８、１１６、１２０の底面部には、Ｘ軸リニアガイド１２２又は１２４を上方及び側方から囲むように不図示の駆動コイルがそれぞれ取り付けられており、これらの駆動コイルとＸ軸リニアガイド１２２又は１２４とによって、各移動部材１１４、１１６、１１８、１２０をＸ軸方向に駆動するムービングコイル型のリニアモータが、それぞれ構成されている。但し、以下の説明では、便宜上、上記移動部材１１４、１１６、１１８、１２０をＸ軸リニアモータと呼ぶものとする。
【００５９】
この内２つのＸ軸リニアモータ１１４、１１６は、Ｙ軸方向に延びるＹ軸リニアガイド（例えば、ムービングマグネット型のリニアモータの固定側コイルのようなもの）１１０の両端にそれぞれ設けられ、また、残り２つのＸ軸リニアモータ１１８、１２０は、Ｙ軸方向に延びる同様のＹ軸リニアガイド１１２の両端に固定されている。従って、Ｙ軸リニアガイド１１０は、Ｘ軸リニアモータ１１４、１１６によってＸ軸リニアガイド１２２、１２４に沿って駆動され、またＹ軸リニアガイド１１２は、Ｘ軸リニアモータ１１８、１２０によってＸ軸リニアガイド１２２、１２４に沿って駆動されるようになっている。
【００６０】
一方、ウエハステージＷＳ１の底部には、一方のＹ軸リニアガイド１１０を上方及び側方から囲む不図示のマグネットが設けられており、このマグネットとＹ軸リニアガイド１１０とによってウエハステージＷＳ１をＹ軸方向に駆動するムービングマグネット型のリニアモータが構成されている。また、ウエハステージＷＳ２の底部には、他方のＹ軸リニアガイド１１２を上方及び側方から囲む不図示のマグネットが設けられており、このマグネットとＹ軸リニアガイド１１２とによってウエハステージＷＳ２をＹ軸方向に駆動するムービングマグネット型のリニアモータが構成されている。
【００６１】
すなわち、本実施形態では、上述したＸ軸リニアガイド１２２、１２４、Ｘ軸リニアモータ１１４、１１６、１１８、１２０、Ｙ軸リニアガイド１１０、１１２及びウエハステージＷＳ１、ＷＳ２底部の不図示のマグネット等によってウエハステージＷＳ１、ＷＳ２を独立してＸＹ２次元駆動するステージ駆動系が構成されている。このステージ駆動系は、図１のステージ制御装置３８によって制御される。
【００６２】
なお、Ｙ軸リニアガイド１１０の両端に設けられた一対のＸ軸リニアモータ１１４、１１６のトルクを若干可変する事で、ウエハステージＷＳ１に微少ヨーイングを発生させたり、除去する事も可能である。同様に、Ｙ軸リニアガイド１１２の両端に設けられた一対のＸ軸リニアモータ１１８、１２０のトルクを若干可変する事で、ウエハステージＷＳ２に微少ヨーイングを発生させたり、除去する事も可能である。
【００６３】
前記ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２上には、不図示のウエハホルダを介してウエハＷ１、Ｗ２が真空吸着等により固定されている。ウエハホルダは、不図示のＺ・θ駆動機構によって、ＸＹ平面に直交するＺ軸方向及びθ方向（Ｚ軸回りの回転方向）に微小駆動されるようになっている。また、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２の上面には、種々の基準マークが形成された基準マーク板ＦＭ１、ＦＭ２がウエハＷ１、Ｗ２とそれぞれほぼ同じ高さになるように設置されている。これらの基準マーク板ＦＭ１、ＦＭ２は、例えば各ウエハステージの基準位置を検出する際に用いられる。
【００６４】
また、ウエハステージＷＳ１のＸ軸方向一側の面（図１における左側面）２０とＹ軸方向一側の面（図１における紙面奥側の面）２１とは、鏡面仕上げがなされた反射面となっており、同様に、ウエハステージＷＳ２のＸ軸方向他側の面（図１における右側面）２２とＹ軸方向の一側の面２３とは、鏡面仕上げがなされた反射面となっている。これらの反射面に、後述する干渉計システムを構成する各測長軸（ＢＩ１Ｘ、ＢＩ２Ｘ等）の干渉計ビームが投射され、その反射光を各干渉計で受光することにより、各反射面の基準位置（一般には投影光学系側面やアライメント光学系の側面に固定ミラーを配置し、そこを基準面とする）からの変位を計測し、これにより、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２の２次元位置がそれぞれ計測されるようになっている。なお、干渉計システムの測長軸の構成については、後に詳述する。
【００６５】
前記投影光学系ＰＬとしては、ここでは、Ｚ軸方向の共通の光軸を有する複数枚のレンズエレメントから成り、両側テレセントリックで所定の縮小倍率、例えば１／５を有する屈折光学系が使用されている。このため、ステップ・アンド・スキャン方式の走査露光時におけるウエハステージの走査方向の移動速度は、レチクルステージの移動速度の１／５となる。
【００６６】
この投影光学系ＰＬのＸ軸方向の両側には、図１に示されるように、同じ機能を持ったオフアクシス（off-axis）方式のアライメント系２４ａ、２４ｂが、投影光学系ＰＬの光軸中心（レチクルパターン像の投影中心と一致）よりそれぞれ同一距離だけ離れた位置に設置されている。これらのアライメント系２４ａ、２４ｂは、ＬＳＡ（Laser Step Alignment）系、ＦＩＡ（ Filed Image Alignment）系、ＬＩＡ（Laser Interferometric Alignment ）系の３種類のアライメントセンサを有しており、基準マーク板上の基準マーク及びウエハ上のアライメントマークのＸ、Ｙ２次元方向の位置計測を行うことが可能である。
【００６７】
ここで、ＬＳＡ系は、レーザ光をマークに照射して、回折・散乱された光を利用してマーク位置を計測する最も汎用性のあるセンサであり、従来から幅広いプロセスウエハに使用される。ＦＩＡ系は、ハロゲンランプ等のブロードバンド（広帯域）光でマークを照明し、このマーク画像を画像処理することによってマーク位置を計測するセンサであり、アルミ層やウエハ表面の非対称マークに有効に使用される。また、ＬＩＡ系は、回折格子状のマークに周波数をわずかに変えたレーザ光を２方向から照射し、発生した２つの回折光を干渉させて、その位相からマークの位置情報を検出するセンサであり、低段差や表面荒れウエハに有効に使用される。
【００６８】
本実施形態では、これら３種類のアライメントセンサを、適宜目的に応じて使い分け、ウエハ上の３点の一次元マークの位置を検出してウエハの概略位置計測を行ういわゆるサーチアライメントや、ウエハ上の各ショット領域の正確な位置計測を行うファインアライメント等を行うようになっている。
【００６９】
この場合、アライメント系２４ａは、ウエハステージＷＳ１上に保持されたウエハＷ１上のアライメントマーク及び基準マーク板ＦＭ１上に形成された基準マークの位置計測等に用いられる。また、アライメント系２４ｂは、ウエハステージＷＳ２上に保持されたウエハＷ２上のアライメントマーク及び基準マーク板ＦＭ２上に形成された基準マークの位置計測等に用いられる。
【００７０】
これらのアライメント系２４ａ、２４ｂを構成する各アライメントセンサからの情報は、アライメント制御装置８０によりＡ／Ｄ変換され、デジタル化された波形信号を演算処理してマーク位置が検出される。この結果が主制御装置９０に送られ、主制御装置９０からその結果に応じてステージ制御装置３８に対し露光時の同期位置補正等が指示されるようになっている。
【００７１】
さらに、本実施形態の露光装置１０では、図１では図示を省略したが、レチクルＲの上方に、図５に示されるような、投影光学系ＰＬを介してレチクルＲ上のレチクルマーク（図示省略）と基準マーク板ＦＭ１、ＦＭ２上のマークとを同時に観察するための露光波長を用いたＴＴＲ（Through The Reticle ）アライメント光学系から成る一対のレチクルアライメント顕微鏡１４２、１４４が設けられている。これらのレチクルアライメント顕微鏡１４２、１４４の検出信号は、主制御装置９０に供給されるようになっている。この場合、レチクルＲからの検出光をそれぞれレチクルアライメント顕微鏡１４２及び１４４に導くための偏向ミラー１４６及び１４８が移動自在に配置され、露光シーケンスが開始されると、主制御装置９０からの指令のもとで、不図示のミラー駆動装置によりそれぞれ偏向ミラー１４６及び１４８が待避される。なお、レチクルアライメント顕微鏡１４２、１４４と同等の構成は、例えば特開平７−１７６４６８号公報等に開示されているのでここでは詳細な説明については省略する。
【００７２】
また、図１では図示を省略したが、投影光学系ＰＬ、アライメント系２４ａ、２４ｂのそれぞれには、図４に示されるように、合焦位置を調べるためのオートフォーカス／オートレベリング計測機構（以下、「ＡＦ／ＡＬ系」という）１３０、１３２、１３４が設けられている。この内、ＡＦ／ＡＬ系１３２は、スキャン露光によりレチクルＲ上のパターンをウエハ（Ｗ１又はＷ２）上に正確に転写するには、レチクルＲ上のパターン形成面とウエハＷの露光面とが投影光学系ＰＬに関して共役になっている必要があることから、ウエハＷの露光面が投影光学系ＰＬの像面に焦点深度の範囲内で合致しているかどうか（合焦しているかどうか）を検出するために、設けられているものである。本実施形態では、ＡＦ／ＡＬ系１３２として、いわゆる多点ＡＦ系が使用されている。
【００７３】
ここで、このＡＦ／ＡＬ系１３２を構成する多点ＡＦ系の詳細構成について、図５及び図６に基づいて説明する。
【００７４】
このＡＦ／ＡＬ系（多点ＡＦ系）１３２は、図５に示されるように、光ファイバ束１５０、集光レンズ１５２、パターン形成板１５４、レンズ１５６、ミラー１５８及び照射対物レンズ１６０から成る照射光学系１５１と、集光対物レンズ１６２、回転方向振動板１６４、結像レンズ１６６、受光器１６８から成る集光光学系１６１とから構成されている。
【００７５】
ここで、このＡＦ／ＡＬ系（多点ＡＦ系）１３２の上記構成各部についてその作用と共に説明する。
【００７６】
露光光ＥＬとは異なるウエハＷ１（又はＷ２）上のフォトレジストを感光させない波長の照明光が、図示しない照明光源から光ファイバ束１５０を介して導かれ、この光ファイバ束１５０から射出された照明光が、集光レンズ１５２を経てパターン形成板１５４を照明する。このパターン形成板１５４を透過した照明光は、レンズ１５６、ミラー１５８及び照射対物レンズ１６０を経てウエハＷの露光面に投影され、ウエハＷ１（又はＷ２）の露光面に対してパターン形成板１５４上のパターンの像が光軸ＡＸに対して斜めに投影結像される。ウエハＷ１で反射された照明光は、集光対物レンズ１６２、回転方向振動板１６４及び結像レンズ１６６を経て受光器１６８の受光面に投影され、受光器１６８の受光面にパターン形成板１５４上のパターンの像が再結像される。ここで、主制御装置９０は、加振装置１７２を介して回転方向振動板１６４に所定の振動を与えるとともに、受光器１６８の多数（具体的には、パターン形成板１５４のスリットパターンと同数）の受光素子からの検出信号を信号処理装置１７０に供給する。また、信号処理装置１７０は、各検出信号を加振装置１７２の駆動信号で同期検波して得た多数のフォーカス信号をステージ制御装置３８を介して主制御装置９０へ供給する。
【００７７】
この場合、パターン形成板１５４には、図６に示されるように、例えば５×９＝４５個の上下方向のスリット状の開口パターン９３−１１〜９３−５９が形成されており、これらのスリット状の開口パターンの像がウエハＷの露光面上にＸ軸及びＹ軸に対して斜め（４５°）に投影される。この結果、図４に示されるようなＸ軸及びＹ軸に対して４５°に傾斜したマトリクス配置のスリット像が形成される。なお、図４における符号ＩＦは、照明系により照明されるレチクル上の照明領域と共役なウエハ上の照明フィールドを示す。この図４からも明らかなように、投影光学系ＰＬ下の照明フィールドＩＦより２次元的に十分大きいエリアに検出用ビームが照射されている。
【００７８】
その他のＡＦ／ＡＬ系１３０、１３４も、このＡＦ／ＡＬ系１３２と同様に構成されている。すなわち、本実施形態では、露光時の焦点検出に用いられるＡＦ／ＡＬ系１３２とほぼ同一の領域をアライメントマークの計測時に用いられるＡＦ／ＡＬ機構１３０、１３４によっても検出ビームが照射可能な構成となっている。このため、アライメント系２４ａ、２４ｂによるアライメントセンサの計測時に、露光時と同様のＡＦ／ＡＬ系の計測、制御によるオートフォーカス／オートレベリングを実行しつつアライメントマークの位置計測を行うことにより、高精度なアライメント計測が可能になる。換言すれば、露光時とアライメント時との間で、ステージの姿勢によるオフセット（誤差）が発生しなくなる。
【００７９】
次に、レチクル駆動機構について、図１及び図２に基づいて説明する。
【００８０】
このレチクル駆動機構は、レチクルベース盤３２上をレチクルＲを保持してＸＹの２次元方向に移動可能なレチクルステージＲＳＴと、このレチクルステージＲＳＴを駆動する不図示のリニアモータと、このレチクルステージＲＳＴの位置を管理するレチクル干渉計システムとを備えている。
【００８１】
これを更に詳述すると、レチクルステージＲＳＴには、図２に示されるように、２枚のレチクルＲ１、Ｒ２がスキャン方向（Ｙ軸方向）に直列に設置できる様になっており、このレチクルステージＲＳＴは、不図示のエアーベアリング等を介してレチクルベース盤３２上に浮上支持され、不図示のリニアモータ等から成る駆動機構３０（図１参照）によりＸ軸方向の微小駆動、θ方向の微小回転及びＹ軸方向の走査駆動がなされるようになっている。なお、駆動機構３０は、前述したステージ装置と同様のリニアモータを駆動源とする機構であるが、図１では図示の便宜上及び説明の便宜上から単なるブロックとして示しているものである。このため、レチクルステージＲＳＴ上のレチクルＲ１、Ｒ２が例えば二重露光の際に選択的に使用され、いずれのレチクルについてもウエハ側と同期スキャンできる様な構成となっている。
【００８２】
このレチクルステージＲＳＴ上には、Ｘ軸方向の他側の端部に、レチクルステージＲＳＴと同じ素材（例えばセラミック等）から成る平行平板移動鏡３４がＹ軸方向に延設されており、この移動鏡３４のＸ軸方向の他側の面には鏡面加工により反射面が形成されている。この移動鏡３４の反射面に向けて測長軸ＢＩ６Ｘで示される干渉計３６からの干渉計ビームが照射され、その干渉計ではその反射光を受光してウエハステージ側と同様にして基準面に対する相対変位を計測することにより、レチクルステージＲＳＴの位置を計測している。ここで、この測長軸ＢＩ６Ｘを有する干渉計は、実際には独立に計測可能な２本の干渉計光軸を有しており、レチクルステージのＸ軸方向の位置計測と、ヨイーング量の計測が可能となっている。この測長軸ＢＩ６Ｘを有する干渉計の計測値は、ウエハステージ側の測長軸ＢＩ１Ｘ、ＢＩ２Ｘを有する干渉計１６、１８からのウエハステージＷＳ１、ＷＳ２のヨーイング情報やＸ位置情報に基づいてレチクルとウエハの相対回転（回転誤差）をキャンセルする方向にレチクルステージＲＳＴを回転制御したり、Ｘ方向同期制御を行うために用いられる。
【００８３】
一方、レチクルステージＲＳＴの走査方向（スキャン方向）であるＹ軸方向の他側（図１における紙面手前側）には、一対のコーナーキューブミラー３５、３７が設置されている。そして、不図示の一対のダブルパス干渉計から、これらのコーナーキューブミラー３５、３７に対して図２に測長軸ＢＩ７Ｙ、ＢＩ８Ｙで示される干渉計ビームが照射され、レチクルベース盤３２上の反射面にコーナーキューブミラー３５、３７より戻され、そこで反射したそれぞれの反射光が同一光路を戻り、それぞれのダブルパス干渉計で受光され、それぞれのコーナーキューブミラー３５、３７の基準位置（レファレンス位置で前記レチクルベース盤３２上の反射面）からの相対変位が計測される。そして、これらのダブルパス干渉計の計測値が図１のステージ制御装置３８に供給され、その平均値に基づいてレチクルステージＲＳＴのＹ軸方向の位置が計測される。このＹ軸方向位置の情報は、ウエハ側の測長軸ＢＩ３Ｙを有する干渉計の計測値に基づくレチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳ１又はＷＳ２との相対位置の算出、及びこれに基づく走査露光時の走査方向（Ｙ軸方向）のレチクルとウエハの同期制御に用いられる。
【００８４】
すなわち、本実施形態では、干渉計３６及び測長軸ＢＩ７Ｙ、ＢＩ８Ｙで示される一対のダブルパス干渉計によってレチクル干渉計システムが構成されている。
【００８５】
次に、ウエハステージＷＳＴ１、ＷＳＴ２の位置を管理する干渉計システムについて、図１ないし図３を参照しつつ説明する。
【００８６】
これらの図に示されるように、投影光学系ＰＬの投影中心とアライメント系２４ａ、２４ｂのそれぞれの検出中心とを通る第１軸（Ｘ軸）に沿ってウエハステージＷＳ１のＸ軸方向一側の面には、図１の干渉計１６からの第１測長軸ＢＩ１Ｘで示される干渉計ビームが照射され、同様に、第１軸に沿ってウエハステージＷＳ２のＸ軸方向の他側の面には、図１の干渉計１８からの第２測長軸ＢＩ２Ｘで示される干渉計ビームが照射されている。そして、干渉計１６、１８ではこれらの反射光を受光することにより、各反射面の基準位置からの相対変位を計測し、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２のＸ軸方向位置を計測するようになっている。ここで、干渉計１６、１８は、図２に示されるように、各３本の光軸を有する３軸干渉計であり、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２のＸ軸方向の計測以外に、チルト計測及びθ計測が可能となっている。各光軸の出力値は独立に計測できる様になっている。ここで、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２のθ回転を行う不図示のθステージ及びＺ軸方向の微小駆動及び傾斜駆動を行う不図示のＺ・レベリングステージは、実際には、反射面（２０〜２３）の下にあるので、ウエハステージのチルト制御時の駆動量は全て、これらの干渉計１６、１８によりモニターする事ができる。
【００８７】
なお、第１測長軸ＢＩ１Ｘ、第２測長軸ＢＩ２Ｘの各干渉計ビームは、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２の移動範囲の全域で常にウエハステージＷＳ１、ＷＳ２に当たるようになっており、従って、Ｘ軸方向については、投影光学系ＰＬを用いた露光時、アライメント系２４ａ、２４ｂの使用時等いずれのときにもウエハステージＷＳ１、ＷＳ２の位置は、第１測長軸ＢＩ１Ｘ、第２測長軸ＢＩ２Ｘの計測値に基づいて管理される。
【００８８】
また、図２及び図３に示されるように、投影光学系ＰＬの投影中心で第１軸（Ｘ軸）と垂直に交差する第３測長軸ＢＩ３Ｙを有する干渉計と、アライメント系２４ａ、２４ｂのそれぞれの検出中心で第１軸（Ｘ軸）とそれぞれ垂直に交差する第４測長軸としての測長軸ＢＩ４Ｙ、ＢＩ５Ｙをそれぞれ有する干渉計とが設けられている（但し、図中では測長軸のみが図示されている）。
【００８９】
本実施形態の場合、投影光学系ＰＬを用いた露光時のウエハステージＷＳ１、ＷＳ２のＹ方向位置計測には、投影光学系の投影中心、すなわち光軸ＡＸを通過する測長軸ＢＩ３Ｙの干渉計の計測値が用いられ、アライメント系２４ａの使用時のウエハステージＷＳ１のＹ方向位置計測には、アライメント系２４ａの検出中心、すなわち光軸ＳＸを通過する測長軸ＢＩ４Ｙの干渉計の計測値が用いられ、アライメント系２４ｂ使用時のウエハステージＷＳ２のＹ方向位置計測には、アライメント系２４ｂの検出中心、すなわち光軸ＳＸを通過する測長軸ＢＩ５Ｙの干渉計の計測値が用いられる。
【００９０】
従って、各使用条件により、Ｙ軸方向の干渉計測長軸がウエハステージＷＳ１、ＷＳ２の反射面より外れる事となるが、少なくとも一つの測長軸、すなわち測長軸ＢＩ１Ｘ、ＢＩ２ＸはそれぞれのウエハステージＷＳ１、ＷＳ２の反射面から外れることがないので、使用する干渉計光軸が反射面上に入った適宜な位置でＹ側の干渉計のリセットを行うことができる。この干渉計のリセット方法については、後に詳述する。
【００９１】
なお、上記Ｙ計測用の測長軸ＢＩ３Ｙ、ＢＩ４Ｙ、ＢＩ５Ｙの各干渉計は、各２本の光軸を有する２軸干渉計であり、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２のＹ軸方向の計測以外に、チルト計測が可能となっている。各光軸の出力値は独立に計測できるようになっている
本実施形態では、干渉計１６、１８及び測長軸ＢＩ３Ｙ、ＢＩ４Ｙ、ＢＩ５Ｙを有する３つの干渉計の合計５つの干渉計によって、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２の２次元座標位置を管理する干渉計システムが構成されている。
【００９２】
また、本実施形態では、後述するように、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２の内の一方が露光シーケンスを実行している間、他方はウエハ交換、ウエハアライメントシーケンスを実行するが、この際に両ステージ同士が干渉しないように、各干渉計の出力値に基づいて主制御装置９０の指令に応じてステージ制御装置３８により、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２の移動が管理されている。
【００９３】
さらに、図１に示される主制御装置９０には、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２の移動を管理するための条件式（例えば、干渉化条件）等が記憶された記憶手段としてのメモリ９１が設けられている。
【００９４】
次に、照明系について、図１に基づいて説明する。この照明系は、図１に示されるように、光源部４０、シャッタ４２、ミラー４４、ビームエキスパンダ４６、４８、第１フライアイレンズ５０、レンズ５２、振動ミラー５４、レンズ５６、第２フライアイレンズ５８、レンズ６０、固定ブラインド６２、可動ブラインド６４、リレーレンズ６６、６８等から構成されている。
【００９５】
ここで、この照明系の上記構成各部についてその作用とともに説明する。
【００９６】
光源であるＫｒＦエキシマレーザと減光システム（減光板、開口絞り等）よりなる光源部４０から射出されたレーザ光は、シャッタ４２を透過した後、ミラー４４により偏向されて、ビームエキスパンダ４６、４８により適当なビーム径に整形され、第１フライアイレンズ５０に入射される。この第１フライアイレンズ５０に入射された光束は、２次元的に配列されたフライアイレンズのエレメントにより複数の光束に分割され、レンズ５２、振動ミラー５４、レンズ５６により再び各光束が異なった角度より第２フライアイレンズ５８に入射される。この第２フライアイレンズ５８より射出された光束は、レンズ６０により、レチクルＲと共役な位置に設置された固定ブラインド６２に達し、ここで所定形状にその断面形状が規定された後、レチクルＲの共役面から僅かにデフォーカスされた位置に配置された可動ブラインド６４を通過し、リレーレンズ６６、６８を経て均一な照明光として、レチクルＲ上の上記固定ブラインド６２によって規定された所定形状、ここでは矩形スリット状の照明領域ＩＡ（図２参照）を照明する。
【００９７】
次に、制御系について図１に基づいて説明する。この制御系は、装置全体を統括的に制御する主制御装置９０を中心に、この主制御装置９０の配下にある露光量制御装置７０及びステージ制御装置３８等から構成されている。
【００９８】
ここで、制御系の上記構成各部の動作を中心に本実施形態に係る投影露光装置１０の露光時の動作について説明する。
【００９９】
露光量制御装置７０は、レチクルＲとウエハ（Ｗ１又はＷ２）との同期走査が開始されるのに先立って、シャッタ駆動装置７２に指示してシャッタ駆動部７４を駆動させてシャッタ４２をオープンする。
【０１００】
この後、ステージ制御装置３８により、主制御装置９０の指示に応じてレチクルＲとウエハ（Ｗ１又はＷ２）、すなわちレチクルステージＲＳＴとウエハステージ（ＷＳ１又はＷＳ２）の同期走査（スキャン制御）が開始される。この同期走査は、前述した干渉計システムの測長軸ＢＩ３Ｙと測長軸ＢＩ１Ｘ又はＢＩ２Ｘ及びレチクル干渉計システムの測長軸ＢＩ７Ｙ、ＢＩ８Ｙと測長軸ＢＩ６Ｘの計測値をモニタしつつ、ステージ制御装置３８によってレチクル駆動部３０及びウエハステージの駆動系を構成する各リニアモータを制御することにより行われる。
【０１０１】
そして、両ステージが所定の許容誤差以内に等速度制御された時点で、露光量制御装置７０では、レーザ制御装置７６に指示してパルス発光を開始させる。これにより、照明系からの照明光により、その下面にパターンがクロム蒸着されたレチクルＲの前記矩形の照明領域ＩＡが照明され、その照明領域内のパターンの像が投影光学系ＰＬにより１／５倍に縮小され、その表面にフォトレジストが塗布されたウエハ（Ｗ１又はＷ２）上に投影露光される。ここで、図２からも明らかなように、レチクル上のパターン領域に比べ照明領域ＩＡの走査方向のスリット幅は狭く、上記のようにレチクルＲとウエハ（Ｗ１又はＷ２）とを同期走査することで、パターンの全面の像がウエハ上のショット領域に順次形成される。
【０１０２】
ここで、前述したパルス発光の開始と同時に、露光量制御装置７０は、ミラー駆動装置７８に指示して振動ミラー５４を駆動させ、レチクルＲ上のパターン領域が完全に照明領域ＩＡ（図２参照）を通過するまで、すなわちパターンの全面の像がウエハ上のショット領域に形成されるまで、連続してこの制御を行うことで２つのフライアイレンズ５０、５８で発生する干渉縞のムラ低減を行う。
【０１０３】
また、上記の走査露光中にショットエッジ部でのレチクル上の遮光領域よりも外に照明光が漏れないように、レチクルＲとウエハＷのスキャンと同期して可動ブラインド６４がブラインド制御装置３９によって駆動制御されており、これらの一連の同期動作がステージ制御装置３８により管理されている。
【０１０４】
ところで、上述したレーザ制御装置７６によるパルス発光は、ウエハＷ１、Ｗ２上の任意の点が照明フィールド幅（ｗ）を通過する間にｎ回（ｎは正の整数）発光する必要があるため、発振周波数をｆとし、ウエハスキャン速度をＶとすると、次式（２）を満たす必要がある。
【０１０５】
ｆ／ｎ＝Ｖ／ｗ ………………（２）
また、ウエハ上に照射される１パルスの照射エネルギーをＰとし、レジスト感度をＥとすると、次式（３）を満たす必要がある。
【０１０６】
ｎＰ＝Ｅ ………………（３）
このように、露光量制御装置７０は、照射エネルギーＰや発振周波数ｆの可変量について全て演算を行い、レーザ制御装置７６に対して指令を出して光源部４０内に設けられた減光システムを制御することによって照射エネルギーＰや発振周波数ｆを可変させたり、シャッタ駆動装置７２やミラー駆動装置７８を制御するように構成されている。
【０１０７】
さらに、主制御装置９０では、例えば、スキャン露光時に同期走査を行うレチクルステージとウエハステージの移動開始位置（同期位置）を補正する場合、各ステージを移動制御するステージ制御装置３８に対して補正量に応じたステージ位置の補正を指示する。
【０１０８】
更に、本実施形態の投影露光装置では、ウエハステージＷＳ１との間でウエハの交換を行う第１の搬送システムと、ウエハステージＷＳ２との間でウエハ交換を行う第２の搬送システムとが設けられている。
【０１０９】
第１の搬送システムは、図７に示されるように、左側のウエハローディング位置にあるウエハステージＷＳ１との間で後述するようにしてウエハ交換を行う。この第１の搬送システムは、Ｙ軸方向に延びる第１のローディングガイド１８２、このローディングガイド１８２に沿って移動する第１のスライダ１８６及び第２のスライダ１９０、第１のスライダ１８６に取り付けられた第１のアンロードアーム１８４、第２のスライダ１９０に取り付けられた第１のロードアーム１８８等を含んで構成される第１のウエハローダと、ウエハステージＷＳ１上に設けられた３本の上下動部材から成る第１のセンターアップ１８０とから構成される。
【０１１０】
ここで、この第１の搬送システムによるウエハ交換の動作について、簡単に説明する。
【０１１１】
ここでは、図７に示されるように、左側のウエハローディング位置にあるウエハステージＷＳ１上にあるウエハＷ１’と第１のウエハローダにより搬送されてきたウエハＷ１とが交換される場合について説明する。
【０１１２】
まず、主制御装置９０では、ウエハステージＷＳ１上の不図示のウエハホルダのバキュームを不図示のスイッチを介してオフし、ウエハＷ１’の吸着を解除する。
【０１１３】
次に、主制御装置９０では、不図示のセンターアップ駆動系を介してセンターアップ１８０を所定量上昇駆動する。これにより、ウエハＷ１’が所定位置まで持ち上げられる。この状態で、主制御装置９０では、不図示のウエハローダ制御装置に第１のアンロードアーム１８４の移動を指示する。これにより、ウエハローダ制御装置により第１のスライダ１８６が駆動制御され、第１のアンロードアーム１８４がローディングガイド１８２に沿ってウエハステージＷＳ１上まで移動してウエハＷ１’の真下に位置する。
【０１１４】
この状態で、主制御装置９０では、センターアップ１８０を所定位置まで下降駆動させる。このセンターアップ１８０の下降の途中で、ウエハＷ１’が第１のアンロードアーム１８４に受け渡されるので、主制御装置９０ではウエハローダ制御装置に第１のアンロードアーム１８４のバキューム開始を指示する。これにより、第１のアンロードアーム１８４にウエハＷ１’が吸着保持される。
【０１１５】
次に、主制御装置９０では、ウエハローダ制御装置に第１のアンロードアーム１８４の退避と第１のロードアーム１８８の移動開始を指示する。これにより、第１のスライダ１８６と一体的に第１のアンロードアーム１８４が図７の−Ｙ方向に移動を開始すると同時に第２のスライダ１９０がウエハＷ１を保持した第１のロードアーム１８８と一体的に＋Ｙ方向に移動を開始する。そして、第１のロードアーム１８８がウエハステージＷＳ１の上方に来たとき、ウエハローダ制御装置により第２のスライダ１９０が停止されるとともに第１のロードアーム１８８のバキュームが解除される。
【０１１６】
この状態で、主制御装置９０ではセンターアップ１８０を上昇駆動し、センターアップ１８０によりウエハＷ１を下方から持ち上げさせる。次いで、主制御装置９０ではウエハローダ制御装置にロードアームの退避を指示する。これにより、第２のスライダ１９０が第１のロードアーム１８８と一体的に−Ｙ方向に移動を開始して第１のロードアーム１８８の退避が行われる。この第１のロードアーム１８８の退避開始と同時に主制御装置９０では、センターアップ１８０の下降駆動を開始してウエハＷ１をウエハステージＷＳ１上の不図示のウエハホルダに載置させ、当該ウエハホルダのバキュームをオンにする。これにより、ウエハ交換の一連のシーケンスが終了する。
【０１１７】
第２の搬送システムは、同様に、図８に示されるように、右側のウエハローディング位置にあるウエハステージＷＳ２との間で上述と同様にしてウエハ交換を行う。この第２の搬送システムは、Ｙ軸方向に延びる第２のローディングガイド１９２、この第２のローディングガイド１９２に沿って移動する第３のスライダ１９６及び第４のスライダ２００、第３のスライダ１９６に取り付けられた第２のアンロードアーム１９４、第４のスライダ２００に取り付けられた第２のロードアーム１９８等を含んで構成される第２のウエハローダと、ウエハステージＷＳ２上に設けられた不図示の第２のセンターアップとから構成される。
【０１１８】
次に、図７及び図８に基づいて、本実施形態の特徴である２つのウエハステージによる並行処理について説明する。
【０１１９】
図７には、ウエハステージＷＳ２上のウエハＷ２を投影光学系ＰＬを介して露光動作を行っている間に、左側ローディング位置にて上述の様にしてウエハステージＷＳ１と第１の搬送システムとの間でウエハの交換が行われている状態の平面図が示されている。この場合、ウエハステージＷＳ１上では、ウエハ交換に引き続いて後述するようにしてアライメント動作が行われる。なお、図７において、露光動作中のウエハステージＷＳ２の位置制御は、干渉計システムの測長軸ＢＩ２Ｘ、ＢＩ３Ｙの計測値に基づいて行われ、ウエハ交換とアライメント動作が行われるウエハステージＷＳ１の位置制御は、干渉計システムの測長軸ＢＩ１Ｘ、ＢＩ４Ｙの計測値に基づいて行われる。
【０１２０】
この図７に示される左側のローディング位置ではアライメント系２４ａの真下にウエハステージＷＳ１の基準マーク板ＦＭ１上の基準マークが来るような配置となっている。このため、主制御装置９０では、アライメント系２４ａにより基準マーク板ＦＭ１上の基準マークを計測する以前に、干渉計システムの測長軸ＢＩ４Ｙの干渉計のリセットを実施している。
【０１２１】
上述したウエハ交換、干渉計のリセットに引き続いて、サーチアライメントが行われる。そのウエハ交換後に行われるサーチアライメントとは、ウエハＷ１の搬送中になされるプリアライメントだけでは位置誤差が大きいため、ウエハステージＷＳ１上で再度行われるプリアライメントのことである。具体的には、ステージＷＳ１上に載置されたウエハＷ１上に形成された３つのサーチアライメントマーク（図示せず）の位置をアライメント系２４ａのＬＳＡ系のセンサ等を用いて計測し、その計測結果に基づいてウエハＷ１のＸ、Ｙ、θ方向の位置合わせを行う。このサーチアライメントの際の各部の動作は、主制御装置９０により制御される。
【０１２２】
このサーチアライメントの終了後、ウエハＷ１上の各ショット領域の配列をここではＥＧＡを使って求めるファインアライメントが行われる。具体的には、干渉計システム（測長軸ＢＩ１Ｘ、ＢＩ４Ｙ）により、ウエハステージＷＳ１の位置を管理しつつ、設計上のショット配列データ（アライメントマーク位置データ）をもとに、ウエハステージＷＳ１を順次移動させつつ、ウエハＷ１上の所定のサンプルショットのアライメントマーク位置をアライメント系２４ａのＦＩＡ系のセンサ等で計測し、この計測結果とショット配列の設計座標データに基づいて最小自乗法による統計演算により、全てのショット配列データを演算する。なお、このＥＧＡの際の各部の動作は主制御装置９０により制御され、上記の演算は主制御装置９０により行われる。なお、この演算結果は、基準マーク板ＦＭ１の基準マーク位置を基準とする座標系に変換しておくことが望ましい。
【０１２３】
本実施形態の場合、前述したように、アライメント系２４ａによる計測時に、露光時と同じＡＦ／ＡＬ系１３２（図４参照）の計測、制御によるオートフォーカス／オートレベリングを実行しつつアライメントマークの位置計測が行われ、アライメント時と露光時との間にステージの姿勢によるオフセット（誤差）を生じさせないようにすることができる。
【０１２４】
ウエハステージＷＳ１側で、上記のウエハ交換、アライメント動作が行われている間に、ウエハステージＷＳ２側では、図９に示されるような２枚のレチクルＲ１、Ｒ２を使い、露光条件を変えながら連続してステップ・アンド・スキャン方式により二重露光が行われる。
【０１２５】
具体的には、前述したウエハＷ１側と同様にして、事前にＥＧＡによるファインアライメントが行われており、この結果得られたウエハＷ２上のショット配列データ（基準マーク板ＦＭ２上の基準マークを基準とする）に基づいて、順次ウエハＷ２上のショット領域を投影光学系ＰＬの光軸下方に移動させた後、各ショット領域の露光の都度、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳ２とを走査方向に同期走査させることにより、スキャン露光が行われる。このようなウエハＷ２上の全ショット領域に対する露光がレチクル交換後にも連続して行われる。具体的な二重露光の露光順序としては、図１０（Ａ）に示されるように、ウエハＷ１の各ショット領域をレチクルＲ２（Ａパターン）を使ってＡ１〜Ａ１２まで順次スキャン露光を行った後、駆動系３０を用いてレチクルステージＲＳＴを走査方向に所定量移動してレチクルＲ１（Ｂパターン）を露光位置に設定した後、図１０（Ｂ）に示されるＢ１〜Ｂ１２の順序でスキャン露光を行う。この時、レチクルＲ２とレチクルＲ１では露光条件（ＡＦ／ＡＬ、露光量）や透過率が異なるので、レチクルアライメント時にそれぞれの条件を計測し、その結果に応じて条件の変更を行う必要がある。
【０１２６】
このウエハＷ２の二重露光中の各部の動作も主制御装置９０によって制御される。
【０１２７】
上述した図７に示す２つのウエハステージＷＳ１、ＷＳ２上で並行して行われる露光シーケンスとウエハ交換・アライメントシーケンスとは、先に終了したウエハステージの方が待ち状態となり、両方の動作が終了した時点で図８に示す位置までウエハステージＷＳ１、ＷＳ２が移動制御される。そして、露光シーケンスが終了したウエハステージＷＳ２上のウエハＷ２は、右側ローディングポジションでウエハ交換がなされ、アライメントシーケンスが終了したウエハステージＷＳ１上のウエハＷ１は、投影光学系ＰＬの下で露光シーケンスが行われる。
【０１２８】
図８に示される右側ローディングポジションでは、左側ローディングポジションと同様にアライメント系２４ｂの下に基準マーク板ＦＭ２上の基準マークが来るように配置されており、前述のウエハ交換動作とアライメントシーケンスとが実行される事となる。勿論、干渉計システムの測長軸ＢＩ５Ｙの干渉計のリセット動作は、アライメント系２４ｂによる基準マーク板ＦＭ２上のマーク検出に先立って実行されている。
【０１２９】
次に、図７の状態から図８の状態へ移行する際の、主制御装置９０による干渉計のリセット動作について説明する。
【０１３０】
ウエハステージＷＳ１は、左側ローディングポジションでアライメントを行った後に、図８に示される投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ中心（投影中心）の真下に基準マーク板ＦＭ１上の基準マークが来る位置まで移動されるが、この移動の途中で測長軸ＢＩ４Ｙの干渉計ビームが、ウエハステージＷＳ１の反射面２１に入射されなくなるので、アライメント終了後直ちに図８の位置までウエハステージを移動させることは困難である。このため、本実施形態では、次のような工夫をしている。
【０１３１】
すなわち、先に説明したように、本実施形態では、左側ローディングポジションにウエハステージＷＳ１がある場合に、アライメント系２４ａの真下に基準マーク板ＦＭ１が来るように設定されており、この位置で測長軸ＢＩ４Ｙの干渉計がリセットされているので、この位置までウエハステージＷＳ１を一旦戻し、その位置から予めわかっているアライメント系２４ａの検出中心と投影光学系ＰＬの光軸中心（投影中心）との距離（便宜上ＢＬとする）にもとづいて、干渉計ビームの切れることのない測長軸ＢＩ１Ｘの干渉計１６の計測値をモニタしつつ、ウエハステージＷＳ１を距離ＢＬだけＸ軸方向右側に移動させる。これにより、図８に示される位置までウエハステージＷＳ１が移動されることになる。そして、主制御装置９０では、レチクルアライメント顕微鏡１４２、１４４の少なくとも一方を用いて、基準マーク板ＦＭ１上のマークとレチクルマークとの相対位置関係を計測するのに先立って測長軸ＢＩ３Ｙの干渉計をリセットする。リセット動作は、次に使用する測長軸がウエハステージ側面を照射できるようになった時点で実行することができる。
【０１３２】
このように、干渉計のリセット動作を行っても高精度アライメントが可能な理由は、アライメント系２４ａにより基準マーク板ＦＭ１上の基準マークを計測した後、ウエハＷ１上の各ショット領域のアライメントマークを計測することにより、基準マークと、ウエハマークの計測により算出された仮想位置との間隔を同一のセンサにより算出しているためである。この時点で基準マークと露光すべき位置の相対距離が求められていることから、露光前にレチクルアライメント顕微鏡１４２、１４４により露光位置と基準マーク位置との対応がとれていれば、その値に前記相対距離を加えることにより、Ｙ軸方向の干渉計の干渉計ビームがウエハステージの移動中に切れて再度リセットを行ったとしても高精度な露光動作を行うことができるのである。
【０１３３】
なお、アライメント終了位置から図８の位置にウエハステージＷＳ１が移動する間に、測長軸ＢＩ４Ｙが切れないような場合には、測長軸ＢＩ１Ｘ、ＢＩ４Ｙの計測値をモニタしつつ、アライメント終了後に直ちに、図８の位置までウエハステージを直線的に移動させてもよいことは勿論である。この場合、ウエハステージＷＳ１のＹ軸と直交する反射面２１に投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを通る測長軸ＢＩ３Ｙがかかった時点で干渉計のリセット動作を行うようにしても良い。
【０１３４】
上記と同様にして、露光終了位置からウエハステージＷＳ２を図８に示される右側のローディングポジションまで移動させ、測長軸ＢＩ５Ｙの干渉計のリセット動作を行えば良い。
【０１３５】
また、本実施形態では、２つのウエハステージＷＳ１、ＷＳ２を使って異なる動作を同時並行処理することから、一方のステージで行われる動作が他方のステージの動作に影響（外乱）を与える可能性がある。このため、２つのステージＷＳ１、ＷＳ２上で行われる動作のタイミングを調整する必要がある。
【０１３６】
次に、図１１ないし図１３を使って、２つのステージＷＳ１、ＷＳ２上で行われる動作のタイミング調整について説明する。
【０１３７】
図１１には、ステージＷＳ１上に保持されるウエハＷ１上の各ショット領域を順次露光する露光シーケンスのタイミングの一例が示され、図１２には、これと並行処理されるステージＷＳ２上に保持されるウエハＷ２上のアライメントシーケンスのタイミングが示されている。そして、本実施形態では、２つのステージＷＳ１、ＷＳ２を独立して２次元方向に移動させながら、ウエハＷ１に対して露光シーケンスを行うとともに、これと並行してウエハＷ２に対してアライメントシーケンスを行うことにより、スループットの向上を図っている。
【０１３８】
ところで、２つのステージＷＳ１、ＷＳ２で行われる動作には、一方のステージ上で行われる動作が他方のステージ上の動作に影響を与える外乱要因動作と、逆に、一方のステージ上で行われる動作が他方のステージ上の動作に影響を与えない非外乱要因動作とがある。そこで、本実施形態では、並行処理が行われる動作の内、外乱要因動作と非外乱要因動作とに分けて、外乱要因動作同士、あるいは非外乱要因動作同士をできるだけ同時に行うようにタイミング調整を図っている。
【０１３９】
図１３に示される動作のタイミング調整を開始するに当たって、まず、主制御装置９０は、露光動作を行う投影光学系ＰＬの露光位置にステージＷＳ１に保持されたウエハＷ１の露光開始位置を合わせるとともに、アライメント動作が行われるアライメント系２４ｂの検出位置にステージＷＳ２に保持されたウエハＷ２上のマークの検出開始位置に合わせた状態で、ステージ上で実行される動作開始コマンドが入力されるのを待機している。
【０１４０】
そして、主制御装置９０は、その動作開始コマンドが入力されると、ステップＳ２においてウエハＷ１上で行われる露光動作が外乱要因とならない動作（非外乱要因動作）であるか否かを判断する。ここで、ウエハＷ１上で行われるスキャン露光動作は、ウエハＷ１とレチクルＲとを等速で同期走査させることから、他のステージに影響を及ぼさない非外乱要因動作である。しかし、その等速スキャン前後の加減速域やショット領域間を移動する際のステッピング動作中は、ステージＷＳ１を加速・減速駆動するため外乱要因動作となる。また、ウエハＷ２上でアライメント動作を行う場合は、アライメント系にマークを合わせて静止状態でマーク計測を行うため、他のステージに影響を及ぼすことのない非外乱要因動作となるが、計測するマーク間を移動するステッピング動作は、ステージＷＳ２を加速・減速駆動するため外乱要因動作となる。
【０１４１】
そこで、ステップＳ２において、ウエハＷ１上で行われる動作がスキャン露光中のように非外乱要因動作の場合は、他のステージＷＳ２上でステッピング動作などの外乱要因動作が行われると露光精度が低下するため、ウエハＷ２上で並行処理される動作として外乱要因動作を排除する必要がある。従って、主制御装置９０は、ステップＳ２の判断が肯定された場合、ウエハＷ２上で次に行われる動作が同時に実行可能な非外乱要因動作か否かを判断する（ステップＳ４）。ウエハＷ２上で同時に実行可能な非外乱要因動作としては、例えば、静止状態で行われるマーク検出動作がある。この場合には、上述した非外乱要因動作同士を同時に実行するようにする（ステップＳ６）。
【０１４２】
また、ステップＳ４において、動作タイミングがずれたり、検出すべきマークが無い場合は、同時に実行可能な非外乱要因動作が無いため、ステップＳ８に移ってウエハＷ１上でのスキャン露光動作を実行し、ウエハＷ２での処理動作を待機させる。そして、主制御装置９０では、ステップＳ１０においてウエハＷ１、Ｗ２上における非外乱要因動作が終了したか否かを判断し、終了していなければステップＳ６に戻って上記動作が繰り返し行われ、終了していれば次のステップＳ１２で次の処理動作の有無が判断される。ステップＳ１２において、次の処理動作がある場合は、ステップＳ２に戻って上記動作が繰り返され、また、次の処理動作が無い場合は終了する。
【０１４３】
また、主制御装置９０は、ステップＳ２において、ステージＷＳ１をステッピング移動させてウエハＷ１上のショット領域間を移動する場合、これを外乱要因動作と判断してステップＳ１４に移る。主制御装置９０は、ウエハＷ２上で次に行われる動作が同時に実行可能な外乱要因動作か否かを判断する（ステップＳ１４）。ウエハＷ２上で同時に実行可能な外乱要因動作としては、例えば、計測マーク間のステッピング移動などがある。そのため、ステップＳ１６において上記した外乱要因動作同士を同時に実行するようにする。
【０１４４】
また、ステップＳ１４において、動作タイミングがずれたり、計測マーク間のステッピング移動が無い場合は、同時に実行可能な外乱要因動作が無いため、ステップＳ１８に移ってウエハＷ１上でのステッピング動作を実行し、ウエハＷ２上での処理動作を待機させる。そして、主制御装置９０では、ステップＳ２０においてウエハＷ１、Ｗ２上における外乱要因動作が終了したか否かを判断し、終了していなければステップＳ１６に戻って上記動作が繰り返し行われ、終了していればステップＳ１２に移って次に処理すべき動作の有無が判断される。ステップＳ１２において、次の処理すべき動作がある場合は、再びステップＳ２に戻って上記動作が繰り返され、また、次に処理すべき動作が無い場合は終了する。
【０１４５】
次に、図１１及び図１２を用いて、上記した２つのウエハＷ１、Ｗ２上における動作タイミングの一調整例を説明する。まず、図１１に示されるウエハＷ１上では、一点鎖線の矢印に沿って動作番号「１、３、５、７、９、１１、１３、１５、１７、１９、２１、２３」で示されるスキャン露光動作（非外乱要因動作）が順次行われる。また、図１２に示されるウエハＷ２上では、このスキャン露光動作に同期するように、動作番号「１、３、５、７、９、１１、１３、１５、１７、１９、２１、２３、……」で示される各アライメントマーク位置において静止状態でマーク計測動作（非外乱要因動作）が行われていることがわかる。一方、アライメントシーケンスにおいても、スキャン露光中は等速運動なので外乱とはならず、高精度計測が行えることになる。
【０１４６】
なお、図１２のアライメントシーケンス（ＥＧＡ）では、各ショット領域毎に２点のアライメントマークを計測しているが、図中のアライメントマークに動作番号が入っていないものがある。これは、例えば最初のアライメントショットにおける下側マーク（図中の動作番号３）の近傍に、次のアライメントショットの上側マーク（図中の動作番号４の手前）がある場合は、上記下側マークと同時に上側マークを計測するか、あるいは他方のウエハステージＷＳ１に対して同期精度に影響を与えない程度の加速度でウエハステージＷＳ２を微少距離移動させてから上側マークを計測するため、同じ動作番号（ここでは３）で表してある。これ以外のアライメントマークの動作番号についても同様にして計測が行われているものとする。
【０１４７】
さらに、図１１に示されるウエハＷ１上では、スキャン露光を行うショット領域間のステッピング移動（外乱要因動作）が動作番号「２、４、６、８、１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２」で示されるタイミングで行われ、図１２のウエハＷ２上では、このウエハＷ１のステッピング移動に同期するように、計測マーク間のステッピング移動（外乱要因動作）を動作番号「２、４、６、８、１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、……」で示されるタイミングで行われる。
【０１４８】
また、図７に示されるように、ウエハＷ１でウエハの交換動作を行い、ウエハＷ２でスキャン露光を行う場合、第１のロードアーム１８８からウエハＷ１をセンターアップ１８０に受け渡す時に生じる振動等は外乱要因となる。しかし、この場合にウエハＷ２をスキャン露光の前後で待機させるように主制御装置９０がタイミング調整を行うことが考えられる。また、ウエハＷ２において、ウエハとレチクルの同期走査が等速度になる前後の加減速時は、外乱要因となるため、これに同期させてウエハＷ１の受け渡しを行うようにタイミング調整を行っても良い。
【０１４９】
このように、主制御装置９０は、２つのステージにそれぞれ保持されたウエハＷ１、Ｗ２上で並行処理する動作の内、できるだけ外乱要因となる動作同士、あるいは非外乱要因となる動作同士を同期して行うように、動作タイミングを調整することにより、２つのステージでそれぞれの動作を並行処理する場合であっても、互いに外乱の影響を受けないようにすることができる。
【０１５０】
上述したタイミング調整は、全て主制御装置９０によって行われる。
【０１５１】
次に、２つのウエハステージＷＳ１、ＷＳ２同士が接触するか否かの干渉条件について図１４（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明する。
【０１５２】
図１４（Ａ）では、ウェハステージＷＳ２が投影光学系ＰＬの下にあって、上述したＴＴＲアライメント系によりウエハステージＷＳ２上の基準マーク板ＦＭ２上の基準マークを観察している状態が示されている。この時のウエハステージＷＳ２の座標位置（ｘ，ｙ）を（０，０）とする。基準マーク板ＦＭ２上の基準マークからウエハステージＷＳ２の左端のＸ座標を（−Ｗａ）とすると、ウエハステージＷＳ２の左端の座標位置は（−Ｗａ，ｙ）となる。
【０１５３】
また、ウェハステージＷＳ１の座標位置は、同じく投影光学系ＰＬの下までウエハステージＷＳ１上の基準マーク板ＦＭ１を移動させて基準マークを計測した時の座標位置を（０，０）とし、そこから図１４（Ａ）に示されるウエハステージＷＳ１の位置までの移動量を（−Ｘｂ）とし、基準マーク板ＦＭ１の基準マークからウエハステージＷＳ１の右端のＸ座標を（Ｗｂ）とすると、ウエハステージＷＳ１の右端の座標位置は（−Ｘｂ＋Ｗｂ，ｙ）となる。
【０１５４】
ここで両方のウエハステージＷＳ１、ＷＳ２が互いに干渉しない条件としては、ウエハステージＷＳ２の左端とウエハステージＷＳ１の右端とが接触しない状態であるため、０＜−Ｗａ−（−Ｘｂ＋Ｗｂ）の条件式で表わすことができる。
【０１５５】
また、これとは逆に、図１４（Ｂ）では、ウェハステージＷＳ１を図１４（Ａ）の状態から（−Ｘａ）の方向に所定距離移動させて、２つのウエハステージＷＳ１、ＷＳ２が重なり合った状態を想定している（実際に２つのウエハステージは重なり合わないが、各ウエハステージを独立して制御する際に、各ステージの目標値が図１４（Ｂ）のように設定される可能性がある）。この場合におけるウエハステージＷＳ２の左端の座標位置は、（−Ｘａ−Ｗａ，ｙ）となり、両ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２が互いに干渉する条件として、ウエハステージＷＳ２の左端とウエハステージＷＳ１の右端とが接触するか重なり合う状態であるため、０＞−Ｘａ−Ｗａ−（−Ｘｂ＋Ｗｂ）で示される条件式で表すことができる。
【０１５６】
そして、上記条件式を基準点を同じ座標にした一般式で表すと、
Ｗａ＋Ｗｂ＜Ｘｂ−Ｘａ……………条件式１
となり、この条件式１を満たしている場合は、２つのウエハステージ同士が干渉することなく自由に移動することができる。
【０１５７】
また、次の条件式２を満たす場合は、２つのウエハステージ同士が接触して干渉が発生する。
【０１５８】
Ｗａ＋Ｗｂ≧Ｘｂ−Ｘａ……………条件式２
従って、主制御装置９０は、できるだけ条件式１を満たす様に各ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２の移動を制御しつつ、条件式２を満たす状況が予想される場合は、いずれか一方のステージを待機させてステージ同士の干渉が発生するのを防止するように制御する必要がある。なお、上述した条件式１及び２は、説明を分かり易くするために２つに分けて説明したが、一方の条件式が他方の条件式の否定の関係にあるため、実質的には１つの条件式である。
【０１５９】
そして、上記した条件式に基づいて主制御装置９０により両ウエハステージを干渉させることなく移動制御を行う場合のシーケンスを図１５のフローチャートを用いて説明する。まず、主制御装置９０は、制御動作を開始するに当たって、２つのウエハステージＷＳ１、ＷＳ２の座標位置を同一の基準位置（ここでは、投影光学系ＰＬの光軸位置）を原点（０，０）とする干渉計の値を用いて計測し、必要なパラメータ（ここでは、ＷａとＷｂ）を予めメモリ９１に格納された上記条件式１に代入する。
【０１６０】
そして、主制御装置９０は、ステージの移動制御が開始されると、干渉計の測長軸（ＢＩ１Ｘ，ＢＩ２Ｘ等）に基づいて２つのウエハステージＷＳ１・ＷＳ２の現在位置を把握するとともに、ステージ制御装置３８に入力される駆動目標値に基づいて、将来的なステージＷＳ１・ＷＳ２座標位置を演算して予測することができる。主制御装置９０は、これら座標位置から２つのステージＷＳ１・ＷＳ２の基準位置からの移動方向と移動距離（ここでは、ＸｂとＸａ）を求めて上記条件式１に代入することにより、条件式１（Ｗａ＋Ｗｂ＜Ｘｂ−Ｘａ）を満足するか否かを判断することができる（ステップＳ３０）。
【０１６１】
条件式１を満足する場合は、２つのウエハステージＷＳ１・ＷＳ２同士の干渉が起こらないため、両ステージＷＳ１・ＷＳ２を独立して移動制御することができる（ステップＳ３２）。
【０１６２】
また、ステップＳ３０で条件式１を満足しない場合は、ウエハステージＷＳ１・ＷＳ２間で干渉が発生するため、主制御装置９０では、それぞれのステージＷＳ１、ＷＳ２上で行われる動作の終了までの時間を比較する（ステップＳ３４）。ここで、ステージＷＳ１の方が早く終了する場合は、主制御装置９０がステージＷＳ１を待機させて、ウエハステージＷＳ２を優先的に移動制御させる（ステップＳ３６）。そして、主制御装置９０は、ウエハステージＷＳ２を移動制御している間に、上記条件式１を満足するような状況になったか否かを常に判断し（ステップＳ３８）、条件式１が満足されない間はステップＳ３６に戻ってウエハステージＷＳ２側を優先的に移動制御する。また、ステップＳ３８で条件式１を満足するようになった場合、主制御装置９０は、待機状態にあるウエハステージＷＳ１を解除して（ステップＳ４０）、ウエハステージＷＳ１・ＷＳ２をそれぞれ独立して移動制御するようにする（ステップＳ３２）。
【０１６３】
さらに、ステップＳ３４において、ステージＷＳ２の方が早く終了する場合は、主制御装置９０がステージＷＳ２の方を待機させ、ウエハステージＷＳ１を優先的に移動制御する（ステップＳ４２）。主制御装置９０は、ウエハステージＷＳ１を移動制御している間に、上記条件式１を満足するような状況になったか否かを常に判断し（ステップＳ４４）、条件式１を満足しない間はステップＳ４２に戻ってウエハステージＷＳ１を優先的に移動制御する。ステップＳ４４で条件式１を満足するような状況になった場合、主制御装置９０は、待機状態にあるウエハステージＷＳ２を解除して（ステップＳ４０）、ウエハステージＷＳ１・ＷＳ２を独立して移動制御するようにする（ステップＳ３２）。
【０１６４】
そして、主制御装置９０は、ステージの移動制御を引き続き行う場合は、ステップＳ４６からステップＳ３０に戻って上記移動制御を繰り返し行い、ステージを移動制御しない場合は制御動作を終了する。
【０１６５】
このように、主制御装置９０は、上記条件式とステージ制御装置３８を介して２つのステージＷＳ１・ＷＳ２を移動制御することにより、両ステージ同士が干渉しないようにすることが可能になる。
【０１６６】
ところで、前述した二重露光法を実施する場合は、露光動作を２回繰り返すため、露光動作を行うステージ側の動作終了時間がアライメント動作を行っているステージ側よりも遅くなる。このため、ステージ同士の干渉が発生する場合は、先に動作が終了するアライメント側のステージを待機させ、露光側のステージを優先して移動させることになる。
【０１６７】
ところが、アライメント側のステージでは、前述したファインアライメント動作だけではなく、ウェハ交換やサーチアライメント動作、あるいはこれ以外の動作を並行処理させても良いため、アライメント側のステージの動作時間は可能な限り短縮した方が望ましい。
【０１６８】
そこで、図１６（Ｂ）に示されるように、露光動作を行うウエハＷ２側は、スループットの律速条件となるため、最も効率の良いステッピング順序が設定される（Ｅ１〜Ｅ１２）。これに対して、図１６（Ａ）に示されるように、ＥＧＡによるアライメント動作を行うウエハＷ１側では、露光ショットの内の数ショットがサンプルショットとして選択される。ここでは、例えば「Ａ」印で示した４ショットが選択されたとすると、図１７（Ａ）に示されるアライメント側のウエハＷ１のように、ウエハＷ２の露光動作におけるステッピング順序に対応して移動されるように、アライメント側（Ｗ１）のステッピング順序の決定が為される。なお、図１７（Ｂ）に示されるウエハＷ２では、外乱の影響を抑える必要のある露光時における動作番号を数字（１〜１２）で示してあり、外乱に影響されないステッピング動作については矢印（→）で示されている。
【０１６９】
図１７（Ａ）に示されるように、ＥＧＡによるファインアライメント動作をウエハＷ１で行う場合は、動作番号の１〜５について同図（Ｂ）に示されるスキャン露光が行われるウエハＷ２に対応するショット領域に対してアライメント動作が行われるように移動順序が決定される。このように、アライメントショットの移動順序を露光ショットと同じにすることは、２つのウエハステージが等間隔を保った状態で並行移動することになるため、干渉条件を満たすことなく移動制御することができる。
【０１７０】
また、図１７（Ａ）に示されるウエハＷ１では、動作番号が５から６にステップ移動する時に、１行上のショット領域Ａ３へスキップしており、動作番号７の時にショット領域Ａ４にスキップするようにアライメント順序が決定されている。これは、スキャン露光を行う図１７（Ｂ）のウエハＷ２の動作番号６及び７で示されるショット領域を投影光学系ＰＬの下に持って来た場合、ウエハステージＷＳ２がウエハステージＷＳ１から離れた位置にあるため（アライメント系が固定でウエハ側が移動するため、動作番号６、７の位置ではウエハＷ２が最も右寄りに位置する）、アライメント動作を行うウエハステージＷＳ１側を比較的自由に移動させることができるからである。この様に、ウエハＷ１側を図１７（Ａ）のように移動させてアライメント動作を行うことにより、ファインアライメント時間を一層短縮することが可能となる。
【０１７１】
また、上記したアライメントシーケンスにおけるサンプルショットとは異なり、１ショット領域内毎に１点のアライメントマークを検出して全ショット領域をサンプルショットとする場合であっても、スループットを劣化させないようにすることができる。これは、ウエハＷ２の露光順序に対応したショット領域のアライメントマークを順次計測するもので、上述したようにステージ間の干渉が発生しなくなる上、このようなＥＧＡを行った場合、平均化効果よりアライメント精度の一層の向上を期待することができる。
【０１７２】
以上説明したように、本実施形態の投影露光装置１０によると、２枚のウエハをそれぞれ独立に保持した２つのウエハステージ上で行われる動作の内、互いに外乱要因となる動作同士、あるいは互いに外乱要因とならない動作同士を同期して行うように両ステージ動作を制御するようにしたため、走査露光を行う際の同期精度やアライメントの際のマーク計測精度を低下させることなく、アライメント動作と露光動作とを並行処理することができ、スループットを向上させることが可能になる。
【０１７３】
また、上記実施形態によると、２つのウェハステージをＸＹの２次元方向に独立して移動制御する場合は、予め２つのウエハステージが干渉する条件（干渉条件）を記憶しておき、その干渉条件をできるだけ満足しないように移動制御するようにしたため、両ステージの移動範囲をオーバーラップさせることができることから、フットプリントを小さくすることが可能となる。
【０１７４】
更に、上記実施形態によると、２つのウェハステージをＸＹ方向に独立して移動させる際に、お互いのステージで干渉条件を満足するようになった場合、動作を切り換えるまでに先に動作の終了する方のステージ側を待機させ、他方のステージ側を優先的に移動制御する様にしたので、スループットを劣化させることなくステージ同士の干渉を防止することが可能となる。
【０１７５】
また、上記実施形態によると、マーク計測を行うアライメントシーケンスにおいて、ウエハ上の複数のショット領域の内、任意のショットをアライメントショットとして選択する際に、できるだけ両ステージ間で干渉が無い様にアライメントショットの計測順序を決定するようにしたので、上記したようなステージ同士の干渉条件や一方のステージを待機させるような場合を極力抑えることが可能となる。
【０１７６】
これに加えて、本実施形態の投影露光装置１０によると、２枚のウエハをそれぞれ独立に保持する２つのウエハステージを具備し、これら２つのウエハステージをＸＹＺ方向に独立に移動させて、一方のウエハステージでウエハ交換とアライメント動作を実行する間に、他方のウエハステージで露光動作を実行する事とし、両方の動作が終了した時点でお互いの動作を切り換えるようにしたことから、スループットを大幅に向上させることが可能になる。
【０１７７】
また、上記実施形態によると、投影光学系ＰＬを挟んでマーク検出を行う少なくとも２つのアライメント系を具備しているため、２つのウエハステージを交互にずらすことにより、各アライメント系を交互に使って行われるアライメント動作と露光動作とを並行処理することが可能になる。
【０１７８】
その上、上記実施形態によると、ウエハ交換を行うウエハローダがアライメント系の近辺、特に、各アライメント位置で行えるように配置されているため、ウエハ交換からアライメントシーケンスへの移行がスムースに行われ、より高いスループットを得ることができる。
【０１７９】
さらに、上記実施形態によると、上述したような高スループットが得られるため、オフアクシスのアライメント系を投影光学系ＰＬより大きく離して設置したとしてもスループットの劣化の影響が殆ど無くなる。このため、高Ｎ．Ａ．（開口数）であって且つ収差の小さい直筒型の光学系を設計して設置することが可能となる。
【０１８０】
また、上記実施形態によると、２本のアライメント系及び投影光学系ＰＬの各光軸のほぼ中心を計測する干渉計からの干渉計ビームを各光学系毎に有しているため、アライメント時や投影光学系を介してのパターン露光時のいずれの場合にも２つのウエハステージ位置をアッべ誤差のない状態でそれぞれ正確に計測することができ、２つのウェハステージを独立して移動させることが可能になる。
【０１８１】
さらに、２つのウェハステージＷＳ１、ＷＳ２が並ぶ方向（ここではＸ軸方向）に沿って両側から投影光学系ＰＬの投影中心に向けて設けられた測長軸ＢＩ１Ｘ、ＢＩ２Ｘは、常にウエハステージＷＳ１、ＷＳ２に対して照射され、各ウエハステージのＸ軸方向位置を計測するため、２つのウエハステージが互いに干渉しないように移動制御することが可能になる。
【０１８２】
その上、上記測長軸ＢＩ１Ｘ、ＢＩ２Ｘに対してアライメント系の検出中心や投影光学系ＰＬの投影中心位置に向けて垂直に交差する方向（ここではＹ軸方向）に測長軸ＢＩ３Ｙ、ＢＩ４Ｙ、ＢＩ５Ｙが照射されるように干渉計が配置され、ウエハステージを移動させて反射面から測長軸が外れたとしても、干渉計をリセットすることによりウエハステージを正確に位置制御することが可能となる。
【０１８３】
そして、２つのウエハステージＷＳ１、ＷＳ２上には、それぞれ基準マーク板ＦＭ１、ＦＭ２が設けられ、その基準マーク板上のマーク位置とウエハ上のマーク位置とを予めアライメント系で計測することによって得られる補正座標系との間隔を、露光前の基準板計測位置に対してそれぞれ加算する事によって、従来の様な投影光学系とアライメント系との間隔を計測するベースライン計測を行うことなくウエハの位置合わせが可能となり、特開平７―１７６４６８号公報に記載されるような大きな基準マーク板の搭載も不要となる。
【０１８４】
また、上記実施形態によると、複数枚のレチクルＲを使って二重露光を行うことから、高解像度とＤＯＦ（焦点深度）の向上効果が得られる。しかし、この二重露光法は、露光工程を少なくとも２度繰り返さなければならないため、露光時間が長くなって大幅にスループットが低下するが、本実施形態の投影露光装置を用いることにより、スループットが大幅に改善できるため、スループットを低下させることなく高解像度とＤＯＦの向上効果とが得られる。例えば、Ｔ１（ウエハ交換時間）、Ｔ２（サーチアライメント時間）、Ｔ３（ファインアライメント時間）、Ｔ４（１回の露光時間）において、８インチウエハにおける各処理時間をＴ１：９秒、Ｔ２：９秒、Ｔ３：１２秒、Ｔ４：２８秒とした場合、１つのウエハステージを使って一連の露光処理が為される従来技術により二重露光が行われると、スループットＴＨＯＲ＝３６００／（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４＊２）＝３６００／（３０＋２８＊２）＝４１［枚／時］となり、１つのウエハステージを使って一重露光法を実施する従来装置のスループット（ＴＨＯＲ＝３６００／（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４）＝３６００／５８＝６２［枚／時］）と比べてスループットが６６％までダウンする。ところが、本実施形態の投影露光装置を用いてＴ１、Ｔ２、Ｔ３とＴ４とを並列処理しながら二重露光を行う場合は、露光時間の方が大きいため、スループットＴＨＯＲ＝３６００／（２８＋２８）＝６４［枚／時］となることから、高解像度とＤＯＦの向上効果を維持しつつスループットを改善することが可能となる。
【０１８５】
なお、上記実施形態では、本発明が二重露光法を用いてウエハの露光を行う装置に適用した場合について説明したが、同様の技術であるスティッチングにも適用できる。更に、前述の如く、本発明の装置により、一方のウエハステージ側で２枚のレチクルにて２回露光を行う（二重露光、スティッチング）間に、独立に可動できる他方のウエハステージ側でウエハ交換とウエハアライメントを並行して実施する場合に、従来の一重露光よりも高いスループットが得られるとともに、解像力の大幅な向上が図れるという特に大きな効果があるためである。しかしながら、本発明の適用範囲がこれに限定されるものではなく、一重露光法により露光する場合にも本発明は好適に適用できるものである。例えば、８インチウエハの各処理時間（Ｔ１〜Ｔ４）が前述と同様であるとすると、本発明のように２つのウエハステージを使って一重露光法で露光処理する場合、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３を１グループとし（計３０秒）、Ｔ４（２８秒）と並列処理を行うと、スループットはＴＨＯＲ＝３６００／３０＝１２０［枚／時］となり、１つのウエハステージを使って一重露光法を実施する従来のスループットＴＨＯＲ＝６２［枚／時］に比べてほぼ倍の高スループットを得る事が可能となる。
【０１８６】
また、上記実施形態では、２つのウエハステージの移動方向ができるだけ同じ方向となるように、アライメントショット順序や露光ショット順序を決定するようにしたため、２つのウエハステージの移動範囲をできるだけ小さくすることができ、装置の小型化を図ることが可能となる。しかし、投影光学系とアライメント系とをある程度距離を離して設置可能な場合は、ベース盤上を移動する２つのウエハステージの移動方向をお互いに逆方向として左右対称に移動させても良い。これにより、ベース盤を支持する除振機構に加わる負荷が互いに相殺されるように働くことから、除振機構の出力を小さく抑えることができ、ステージ傾きや振動の発生が小さくなって振動収束時間を短くできるので、動作精度とスループットとを一層向上させることが可能となる。
【０１８７】
なお、上記実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式により走査露光を行う場合について説明したが、本発明がこれに限定されるものではなく、ステップ・アンド・リピート方式による静止露光を行う場合及びＥＢ露光装置やＸ線露光装置、さらにはチップとチップを合成するスティッチング露光時であっても同様に適用できることは勿論である。
【０１８８】
また、上記実施形態では、アライメント動作及びウェハ交換動作と、露光動作とを並行処理する場合について述べたが、本発明は勿論これに限定されるものではなく、露光動作と並行して行われる可能性のあるものとして、例えば、ベースラインチェック（ＢＣＨＫ）、ウェハ交換が行われる度に行うキャリブレーション等のシーケンスについても同様に露光動作と並行処理するようにしても良い。
【０１８９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１ないし６に記載の発明によれば、スループットを一層向上させるとともに、両ステージ相互間の外乱の影響を防止することができる投影露光装置が提供される。
【０１９０】
また、請求項７及び８に記載の発明によれば、スループットを一層向上させるとともに、両ステージ同士の干渉を防止することができる投影露光装置が提供される。
【０１９１】
更に、請求項９に記載の発明によれば、スループットを一層向上させるとともに、両ステージ相互間の外乱の影響を防止することができる投影露光方法が提供される。
【０１９２】
また、請求項１０に記載の発明によれば、スループットを一層向上させるとともに、両ステージ同士の干渉を防止することができる従来にない優れた投影露光方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態にかかる投影露光装置の概略構成を示す図である。
【図２】２つのウェハステージとレチクルステージと投影光学系とアライメント系の位置関係を示す斜視図である。
【図３】ウェハステージの駆動機構の構成を示す平面図である。
【図４】投影光学系とアライメント系にそれぞれ設けられているＡＦ／ＡＬ系を示す図である。
【図５】ＡＦ／ＡＬ系とＴＴＲアライメント系の構成を示す投影露光装置の概略構成を示す図である。
【図６】図５のパターン形成板の形状を示す図である。
【図７】２つのウエハステージを使ってウエハ交換・アライメントシーケンスと露光シーケンスとが行われている状態を示す平面図である。
【図８】図７のウエハ交換・アライメントシーケンスと露光シーケンスとの切り換えを行った状態を示す図である。
【図９】２枚のレチクルを保持する二重露光用のレチクルステージを示す図である。
【図１０】（Ａ）は図９のパターンＡのレチクルを使ってウエハの露光を行った状態を示す図であり、（Ｂ）は図９のパターンＢのレチクルを使ってウエハの露光を行った状態を示す図である。
【図１１】２つのウエハステージの一方に保持されたウエハ上の各ショット領域毎の露光順序を示す図である。
【図１２】２つのウエハステージの他方に保持されたウエハ上の各ショット領域毎のマーク検出順序を示す図である。
【図１３】２つのウエハステージ上で外乱要因動作と非外乱要因動作とを行う場合のタイミング制御動作を説明するフローチャートである。
【図１４】（Ａ）は、２つのウエハステージ同士を独立して移動制御する際の非干渉条件を説明するステージの平面図であり、（Ｂ）は、２つのウエハステージ同士を独立して移動制御する際の干渉条件を説明するステージの平面図である。
【図１５】干渉条件を満たす場合と満たさない場合における２つのウエハステージの移動制御動作を説明するフローチャートである。
【図１６】（Ａ）は、アライメントを行うサンプルショットを示すウエハの平面図であり、（Ｂ）は、露光を行うショット領域を示すウエハの平面図である。
【図１７】（Ａ）は、アライメントシーケンスを行う際のショット順序を示すウエハの平面図であり、（Ｂ）は、露光シーケンスを行う際の露光順序を示すウエハの平面図である。
【符号の説明】
１０ 投影露光装置
２４ａ、２４ｂ アライメント系
３８ ステージ制御装置
９０ 主制御装置
９１ メモリ
１８０ センターアップ
１８２ 第１のローディングガイド
１８４ 第１のアンロードアーム
１８６ 第１のスライダ
１８８ 第１のロードアーム
１９０ 第２のスライダ
１９２ 第２のローディングガイド
１９４ 第２のアンロードアーム
１９６ 第３のスライダ
１９８ 第２のロードアーム
２００ 第４のスライダ
Ｗ１、Ｗ２ ウエハ
ＷＳ１、ＷＳ２ ウエハステージ
ＰＬ 投影光学系
ＢＩ１Ｘ〜ＢＩ４Ｙ 測長軸
ＲＳＴ レチクルステージ
Ｒ レチクル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a projection exposure apparatus and a projection exposure method, and more particularly to a projection exposure apparatus and a projection exposure method for projecting and exposing a pattern image formed on a mask onto a sensitive substrate via a projection optical system. In particular, the present invention is characterized in that the two substrate stages are moved independently to perform exposure processing and other processing in parallel.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various exposure apparatuses have been used for manufacturing a semiconductor element or a liquid crystal display element in a photolithography process. Currently, a pattern of a photomask or a reticle (hereinafter, collectively referred to as “reticle”) is used. In general, a projection exposure apparatus that transfers an image onto a substrate such as a wafer or a glass plate (hereinafter, referred to as a “sensitive substrate” as appropriate) having a photosensitive material such as a photoresist coated on the surface via a projection optical system. in use. In recent years, as this projection exposure apparatus, a sensitive substrate is placed on a two-dimensionally movable substrate stage, and the sensitive substrate is stepped (stepped) by this substrate stage, so that the pattern image of the reticle is placed on the sensitive substrate. The so-called step-and-repeat type reduction projection exposure apparatus (so-called stepper), which repeats the operation of sequentially exposing each shot area, is the mainstream.
[0003]
Recently, a step-and-scan type projection exposure apparatus (for example, a scanning exposure apparatus as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-176468), which is an improvement on a static exposure apparatus such as a stepper, has also been developed. It has come to be used relatively frequently. This step-and-scan type projection exposure apparatus can expose a large field with a smaller optical system as compared with (1) a stepper. Therefore, the projection optical system can be easily manufactured and the number of shots by large field exposure can be reduced. High throughput can be expected due to the decrease, and (2) there are advantages such as an effect of averaging by relatively scanning the reticle and wafer with respect to the projection optical system, and an improvement in distortion and depth of focus. Furthermore, as the integration density of semiconductor devices increases from 16M (mega) to 64M DRAM, and in the future to 256M, 1G (giga), and so on, the large field becomes essential, so it replaces the stepper. Therefore, it is said that scanning projection exposure apparatuses will become mainstream.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Since this type of projection exposure apparatus is mainly used as a mass-production machine for semiconductor elements and the like, it is possible to improve the throughput, that is, the throughput of how many wafers can be exposed within a certain period of time. Is inevitably required.
[0005]
In this regard, in the case of a step-and-scan type projection exposure apparatus, when exposing a large field, as described above, the number of shots exposed in the wafer is reduced, so an improvement in throughput is expected. Since exposure is performed during constant-velocity movement by synchronous scanning of the reticle and wafer, an acceleration / deceleration area is required before and after the constant-velocity movement area, and a shot having the same size as the stepper shot size is temporarily exposed. In some cases, the throughput may be lower than that of the stepper.
[0006]
The flow of processing in this type of projection exposure apparatus is roughly as follows.
[0007]
(1) First, a wafer loading process is performed in which a wafer is loaded onto a wafer table using a wafer loader.
[0008]
(2) Next, a search alignment process is performed in which a rough position detection of the wafer is performed by the search alignment mechanism. Specifically, this search alignment process is performed, for example, based on the outer shape of the wafer or by detecting a search alignment mark on the wafer.
[0009]
{Circle around (3)} Next, a fine alignment step for accurately obtaining the position of each shot area on the wafer is performed. In this fine alignment process, an EGA (Enhanced Global Alignment) method is generally used. In this method, a plurality of sample shots in a wafer are selected, and an alignment mark (wafer mark) attached to the sample shot is selected. Are sequentially measured, and based on this measurement result and the design value of the shot arrangement, a statistical calculation is performed by a so-called least square method or the like to obtain all shot arrangement data on the wafer (Japanese Patent Laid-Open No. 61). -44429, etc.), the coordinate position of each shot area can be obtained with relatively high accuracy with high throughput.
[0010]
(4) Next, based on the coordinate position of each shot area obtained by the above-mentioned EGA method or the like and the baseline amount measured in advance, each shot area on the wafer is sequentially positioned at the exposure position, and the projection optical system is An exposure process for transferring the pattern image of the reticle onto the wafer is performed.
[0011]
(5) Next, a wafer unload process is performed in which the wafer on the wafer table subjected to the exposure process is unloaded using a wafer unloader. This wafer unloading step is performed simultaneously with the wafer loading step (1) for the wafer to be exposed. That is, (1) and (5) constitute a wafer exchange process.
[0012]
Thus, in the conventional projection exposure apparatus, four operations are repeatedly performed using one wafer stage, such as wafer exchange → search alignment → fine alignment → exposure → wafer exchange.
[0013]
Further, the throughput THOR [sheets / hour] of this type of projection exposure apparatus is given by the following equation when the wafer exchange time is T1, the search alignment time is T2, the fine alignment time is T3, and the exposure time is T4: It can be expressed as 1).
[0014]
THOR = 3600 / (T1 + T2 + T3 + T4) (1)
The operations from T1 to T4 are repeatedly executed sequentially (sequentially) in the order of T1, T2, T3, T4, T1, and so on. For this reason, if each element from T1 to T4 is speeded up, the denominator becomes smaller and the throughput THOR can be improved. However, the above-described T1 (wafer exchange time) and T2 (search alignment time) are relatively small since only one operation is performed on one wafer. In the case of T3 (fine alignment time), the throughput can be improved by reducing the number of shots when using the EGA method described above or by reducing the measurement time of a single shot. Since accuracy is degraded, T3 cannot be easily shortened.
[0015]
T4 (exposure time) includes a wafer exposure time and a stepping time between shots. For example, in the case of a scanning projection exposure apparatus such as the step-and-scan method, it is necessary to increase the relative scanning speed of the reticle and wafer by the amount that shortens the wafer exposure time, but the synchronization accuracy deteriorates. The scanning speed cannot be increased easily.
[0016]
In addition to the above throughput in this type of projection exposure apparatus, important conditions include (1) resolution, (2) depth of focus (DOF), and (3) line width control accuracy. . The resolution R is such that the exposure wavelength is λ and the numerical aperture of the projection lens is N.P. A. (Numerical Aperture), λ / N. A. And the depth of focus DOF is λ / (NA) 2 Is proportional to
[0017]
Therefore, in order to improve the resolution R (reduce the value of R), the exposure wavelength λ is reduced or the numerical aperture N.P. A. Need to be larger. In particular, the density of semiconductor elements has been increasing recently, and the device rule has become 0.2 μmL / S (line and space) or less, so illumination is necessary to expose these patterns. A KrF excimer laser is used as the light source. However, as described above, the degree of integration of semiconductor elements will inevitably increase in the future, and development of a device having a light source having a wavelength shorter than KrF is desired. As a candidate for a next-generation apparatus equipped with such a light source having a shorter wavelength, an apparatus using an ArF excimer laser as a light source, an electron beam exposure apparatus, and the like are representatively mentioned. In the case of an ArF excimer laser, oxygen In some places, light is hardly transmitted, high output is difficult to be output, laser life is short, and equipment costs are high, and in the case of electron beam exposure equipment, light exposure equipment In reality, it is difficult to develop next-generation machines with the main viewpoint of shortening the wavelength because of the disadvantage that the throughput is significantly lower than.
[0018]
As another method for increasing the resolution R, the numerical aperture N.I. A. Can be increased, but N.I. A. If is increased, there is a demerit that the DOF of the projection optical system is reduced. This DOF can be roughly divided into UDOF (User Depth of Forcus: part used on the user side: pattern step, resist thickness, etc.) and the total focal difference of the apparatus itself. Up to now, since the ratio of UDOF has been large, the direction in which the DOF is increased is the main axis of development of the exposure apparatus. For example, modified illumination has been put to practical use as a technique for increasing the DOF.
[0019]
By the way, in order to manufacture a device, a pattern in which L / S (line and space), isolated L (line), isolated S (space), CH (contact hole), etc. are combined is formed on the wafer. However, the exposure parameters for performing optimum exposure differ for each pattern shape such as L / S and isolated line. For this reason, conventionally, using a method called ED-TREE (excluding CHs with different reticles), the common is that the resolution line width is within a predetermined allowable error with respect to the target value and a predetermined DOF is obtained. Exposure parameters (coherence factor σ, NA, exposure control accuracy, reticle drawing accuracy, etc.) are determined and used as the specifications of the exposure apparatus. However, it is thought that there will be the following technical flow in the future.
[0020]
(1) Improvement in process technology (planarization on the wafer) will lead to a decrease in pattern step and a decrease in resist thickness, and UDOF may be in the range of 1 μm to 0.4 μm or less.
[0021]
(2) The exposure wavelength is shortened from g-line (436 nm) → i-line (365 nm) → KrF (248 nm). However, only light sources up to ArF (193) have been studied in the future, and the technical hurdles are high. Thereafter, the process shifts to EB exposure.
[0022]
(3) It is expected that scanning exposure such as step-and-scan will become the mainstream of steppers instead of static exposure such as step-and-repeat. This technique enables large field exposure with a projection optical system having a small diameter (especially in the scanning direction), and accordingly, a high N.D. A. It is easy to realize.
[0023]
Against the background of the technical trend as described above, the double exposure method has been reviewed as a method for improving the limit resolution, and this double exposure method is used in KrF and future ArF exposure apparatuses, and 0.1 μmL / S. Attempts have been made to expose to the maximum. In general, the double exposure method is roughly divided into the following three methods.
[0024]
(1) L / S and isolated lines with different exposure parameters are formed on separate reticles, and each is subjected to double exposure on the same wafer under optimum exposure conditions.
[0025]
(2) When the phase shift method or the like is introduced, the limit resolution is higher in the L / S with the same DOF than the isolated line. By utilizing this, all the patterns are formed with L / S by the first reticle, and an isolated line is formed by thinning out L / S with the second reticle.
[0026]
(3) Generally, the isolated line is smaller than the L / S. A. Can obtain a high resolution (however, the DOF becomes small). Therefore, all patterns are formed by isolated lines, and L / S is formed by a combination of isolated lines respectively formed by the first and second reticles.
[0027]
The above double exposure method has two effects of improving resolution and improving DOF.
[0028]
However, in the double exposure method, since it is necessary to perform the exposure process a plurality of times using a plurality of reticles, the exposure time (T4) is more than doubled as compared with the conventional apparatus, and the throughput is greatly deteriorated. In reality, the double exposure method has not been studied very seriously, and the resolution and depth of focus (DOF) can be improved by using ultraviolet exposure wavelength, modified illumination, phase shift reticle, etc. Has been done.
[0029]
However, when the double exposure method described above is used in KrF and ArF exposure apparatuses, exposure up to 0.1 μmL / S is realized, thereby developing next-generation machines aimed at mass production of 256M and 1G DRAMs. There is no doubt that it is a promising option, and the development of a new technology has been awaited for improving the throughput, which is a problem of the double exposure method that becomes a bottleneck for this.
[0030]
In this regard, if the above-described four operations, ie, wafer exchange, search alignment, fine alignment, and exposure operations, can be processed partially or simultaneously in parallel, these four operations are compared with the case of performing them sequentially. Thus, it is considered that the throughput can be improved. For this purpose, it is premised that a plurality of substrate stages are provided. Providing a plurality of substrate stages is known and seems to be simple in theory, but there are many problems that must be solved in order to achieve a sufficient effect. For example, if two substrate stages having the same size as the current situation are simply arranged side by side, the installation area (so-called footprint) of the apparatus increases remarkably, leading to an increase in the cost of a clean room in which the exposure apparatus is placed. is there. In order to achieve high-precision overlay, alignment is performed on the sensitive substrate on the same substrate stage, and then the alignment of the mask pattern image and the sensitive substrate is performed using the alignment result. Since it is necessary to perform exposure, it is impossible to simply set one of the two substrate stages exclusively for exposure and the other for alignment, for example, as a realistic solution. In addition, when two movements are processed simultaneously while controlling movement of two substrate stages independently, movement control is performed so that both stages do not contact each other (interference prevention), or movement on one stage is the other. It was necessary to prevent the movement of the stage on the stage from being affected (disturbance prevention).
[0031]
The present invention has been made under such circumstances, and an object of the present invention is to further improve the throughput and to prevent the influence of disturbance between the two stages. To provide an apparatus.
[0032]
It is another object of the present invention to provide a projection exposure apparatus that can further improve throughput and prevent interference between both stages.
[0033]
A further object of the present invention is to provide a projection exposure method capable of further improving the throughput and preventing the influence of disturbance between the two stages.
[0034]
Another object of the present invention is to provide a projection exposure method capable of further improving throughput and preventing interference between both stages.
[0035]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to
[0036]
According to this, in parallel with the detection of the mark on the substrate stage or the sensitive substrate held on the substrate stage by the alignment means provided separately from the projection optical system on one stage side by the control means, An exposure operation is performed on the other stage side. At that time, the control means performs synchronously the operation affecting the other stage in the mark detection operation on one stage side and the operation affecting the one stage in the exposure operation on the other stage side. In addition, the two stages are controlled so that the operations that do not affect each other among the operations of the first substrate stage and the second substrate stage are performed synchronously. The
[0037]
As described above, the control unit affects the other stage in the mark detection operation of one stage (disturbance factor), and the operation affects the one stage in the exposure operation of the other stage (disturbance factor). Since the two stages are controlled so as to synchronize with each other, the operations that affect each other are synchronized with each other, so that the operations on the respective stages are not hindered. In addition, since the control means controls so as to synchronize operations that do not affect each other (non-disturbance factor) among the operations of both stages, this case is also performed on each stage. There is no trouble in operation.
[0038]
Therefore, using two substrate stages, the position detection operation by the alignment system of the mark on each substrate stage or the sensitive substrate and the exposure operation by the projection optical system can be processed in parallel, resulting in a high throughput. In addition, since the operations performed on the two substrate stages do not affect each other, the two operations can be processed in parallel in a good state.
[0039]
In this case, there are various combinations of operations that do not affect each other. As described in
[0040]
On the other hand, there are various combinations of operations that influence each other. As in the invention described in
[0041]
In this case, as in the invention described in
[0042]
In this case, as in the invention described in
[0043]
In the first aspect of the present invention, the alignment system may be provided separately from the projection optical system. For example, when there are two alignment systems separate from the projection optical system, As described above, the alignment systems (24a, 24b) are respectively arranged on both sides of the projection optical system (PL) along a predetermined direction; and the control means (90) is configured so that the first substrate stage and the second substrate stage ( When both the operations of WS1 and WS2) are completed, the operations of both stages (WS1 and WS2) may be switched.
[0044]
In this case, while the sensitive substrate on one substrate stage is exposed by the projection optical system located in the center (exposure operation), the sensitive substrate on the other substrate stage is moved to one alignment system. When the mark detection is performed (alignment operation) and the exposure operation and the alignment operation are switched, the two substrate stages are moved along the predetermined direction toward the other alignment system. Therefore, it is possible to easily move one substrate stage in the other alignment system position to the other alignment system position and move the other substrate stage in one alignment system position to below the projection optical system. Thus, the two alignment systems can be used alternately without any trouble.
[0045]
A projection exposure apparatus for projecting and exposing a pattern image formed on a mask (R) onto a sensitive substrate (W1, W2) via a projection optical system (PL), as in the invention described in
[0046]
According to this, the two-dimensional position of each of the first substrate stage and the second substrate stage, which can hold the sensitive substrate and move independently in the two-dimensional plane, is measured by the interferometer system and stored in the storage means. Based on the interference condition in which the first substrate stage and the second substrate stage interfere with each other, movement control is performed so that both stages do not interfere with each other while monitoring the measurement value of the interferometer system by the control means. Therefore, even when two operations are processed in parallel while moving the two stages independently, it is possible to prevent the two stages from contacting (interfering).
[0047]
As in the invention described in
[0048]
According to this, while the measurement value of the interferometer system is monitored based on the interference condition by the control means, at least one of the sensitive substrate transfer operation and the mark detection operation is performed on one substrate stage. When controlling the operation of both substrate stages so that the exposure operation is performed on the other substrate stage, if both stages come to a position where they interfere with each other, the stage with the longer time to complete the operation of both stages is Control is performed so that the stage is moved preferentially until the stage is in a position relationship that does not interfere, and the stage with the shorter time to complete the operation is put on standby. Therefore, even if an interfering situation occurs during parallel processing of two operations while moving the two stages independently, the time is compared until the operation of both stages is completed, and one stage is By preferentially moving and waiting the other stage, interference between the two stages can be prevented without reducing the throughput.
[0049]
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a projection exposure method for projecting and exposing a pattern image of a mask (R) onto a sensitive substrate (W1, W2) via a projection optical system (PL), the sensitive substrate (W1). , W2) are prepared, and two substrate stages that can be independently moved in a two-dimensional plane are prepared, and the mask with respect to the sensitive substrate (W1 or W2) held on the one stage (WS1 or WS2) is prepared. The sensitive substrate held on the mark on the other stage (WS2 or WS1) or on the other stage (WS2 or WS1) by resting the other stage (WS2 or WS1) during the projection exposure of the pattern image A mark on (W1 or W2) is detected.
[0050]
According to this, during projection exposure of the pattern image of the mask on the sensitive substrate held on one of the two substrate stages, the other stage is stopped and the mark on the other stage or on the other stage The mark on the sensitive substrate held by the sensor is detected. Therefore, while performing the projection exposure operation on one stage using the two stages, the other stage performs the mark detection operation in a stationary state. A high-precision exposure operation and a mark detection operation can be processed in parallel without receiving it, thereby improving the throughput.
[0051]
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a projection exposure method for projecting and exposing a pattern image of a mask (R) onto a sensitive substrate (W1, W2) via a projection optical system (PL), the sensitive substrate (W1). , W2) are prepared, and two substrate stages that can move independently in the same two-dimensional plane are prepared, and one of the two substrate stages (WS1, WS2) (WS1 or WS2) is provided. In parallel to sequentially projecting and exposing the pattern image of the mask (R) to a plurality of positions on the held sensitive substrates (W1, W2), the sensitive substrate (held on the other stage (WS2 or WS1)) When detecting a plurality of marks on W1, W2) sequentially, the sensitive substrates (W1, W2) held on the other stage (WS2, WS1) so that the two substrate stages (WS1, WS2) do not interfere with each other. And determining a detection order of the mark above.
[0052]
According to this, the mask pattern images are sequentially projected and exposed to a plurality of locations on the sensitive substrate of one stage among the two substrate stages that can move independently in the two-dimensional plane while holding the sensitive substrate. In parallel, when a plurality of marks on the sensitive substrate held on the other stage are sequentially detected, the mark detection on the sensitive substrate held on the other stage so that the two substrate stages do not interfere with each other Try to determine the order. Accordingly, since the mark detection order is determined in accordance with the movement of the stage on which the projection exposure is sequentially performed, interference between the two stages is prevented and throughput is improved by processing the operations in parallel. Can do.
The present invention is also a projection exposure apparatus for projecting and exposing a pattern image onto a sensitive substrate via a projection optical system, and is a first stage (WSl) movable in a two-dimensional direction (X-axis direction, Y-axis direction). And second stage (WS2) movable in the two-dimensional direction (X-axis direction, Y-axis direction) independently of first stage (WSl) in the same plane as first stage (WSl); And in the second stage Different A control device (90) that adjusts the operation timing of each of the first and second stages so that the operation of one stage does not disturb the operation of the other stage when processing operations are performed in parallel; It is characterized by that.
According to this, the influence of the disturbance between both stages can be prevented.
The present invention is also a projection exposure apparatus for projecting and exposing a pattern image onto a sensitive substrate via a projection optical system, and is a first stage (WSl) movable in a two-dimensional direction (X-axis direction, Y-axis direction). And second stage (WS2) movable in the two-dimensional direction (X-axis direction, Y-axis direction) independently of first stage (WSl) in the same plane as first stage (WSl); And interferometer systems (for example, length measurement axes BI1X, BI2X, BI3Y, BI4Y) that measure the two-dimensional positions of the second stage; and the interference conditions of the first and second stages (WSl, WS2) in the interferometer system are Based on the interference condition stored in the storage means (91) stored in the storage means (91), the measured value of the interferometer system is monitored so that both stages (WSl, WS2) do not interfere with each other. It is characterized in that a Gosuru control means (90).
According to this, interference (contact) between both stages can be prevented.
[0053]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0054]
FIG. 1 shows a schematic configuration of a
[0055]
The
[0056]
The stage device is levitated and supported on the
[0057]
More specifically, air pads (for example, vacuum preload type air bearings) (not shown) are provided at a plurality of locations on the bottom surfaces of the wafer stages WS1 and WS2, and the air ejection force of the air pads and the vacuum preload are reduced. For example, it is levitated and supported on the
[0058]
On the
[0059]
Two of these X-axis
[0060]
On the other hand, a magnet (not shown) surrounding one Y-axis
[0061]
That is, in the present embodiment, the X-axis
[0062]
Note that by slightly varying the torque of the pair of X-axis
[0063]
On the wafer stages WS1 and WS2, the wafers W1 and W2 are fixed by vacuum suction or the like via a wafer holder (not shown). The wafer holder is finely driven in a Z-axis direction and a θ-direction (rotation direction about the Z-axis) orthogonal to the XY plane by a Z / θ drive mechanism (not shown). Further, on the upper surfaces of the wafer stages WS1 and WS2, fiducial mark plates FM1 and FM2 on which various fiducial marks are formed are installed so as to have almost the same height as the wafers W1 and W2, respectively. These reference mark plates FM1 and FM2 are used, for example, when detecting the reference position of each wafer stage.
[0064]
Further, a
[0065]
Here, as the projection optical system PL, there is used a refractive optical system composed of a plurality of lens elements having a common optical axis in the Z-axis direction and having a predetermined reduction magnification, for example, 1/5, on both sides telecentric. Yes. For this reason, the moving speed of the wafer stage in the scanning direction at the time of step-and-scan scanning exposure is 1/5 of the moving speed of the reticle stage.
[0066]
On both sides in the X-axis direction of the projection optical system PL, as shown in FIG. 1, off-axis
[0067]
Here, the LSA system is the most versatile sensor that irradiates a mark with a laser beam and measures the mark position using diffracted / scattered light, and has been conventionally used for a wide variety of process wafers. The FIA system is a sensor that measures the mark position by illuminating the mark with broadband light such as a halogen lamp and processing the image of the mark, and is effectively used for asymmetric marks on the aluminum layer and wafer surface. The In addition, the LIA system is a sensor that irradiates a diffraction grating mark with laser light having a slightly different frequency from two directions, causes the generated two diffracted lights to interfere, and detects the position information of the mark from the phase. Yes, it can be used effectively for low step and rough wafers.
[0068]
In the present embodiment, these three types of alignment sensors are properly used in accordance with the purpose, so-called search alignment in which the approximate position of the wafer is measured by detecting the positions of three-dimensional marks on the wafer, or on the wafer. Fine alignment or the like for performing accurate position measurement of each shot area is performed.
[0069]
In this case, the alignment system 24a is used for position measurement of the alignment mark on the wafer W1 held on the wafer stage WS1 and the reference mark formed on the reference mark plate FM1. The
[0070]
Information from each alignment sensor constituting the
[0071]
Further, in the
[0072]
Although not shown in FIG. 1, each of the projection optical system PL and the
[0073]
Here, the detailed configuration of the multipoint AF system constituting the AF /
[0074]
As shown in FIG. 5, the AF / AL system (multi-point AF system) 132 includes an
[0075]
Here, each part of the configuration of the AF / AL system (multi-point AF system) 132 will be described together with its operation.
[0076]
Illumination light having a wavelength that does not sensitize the photoresist on the wafer W1 (or W2) different from the exposure light EL is guided from an illumination light source (not shown) through the
[0077]
In this case, as shown in FIG. 6, for example, 5 × 9 = 45 vertical slit-like opening patterns 93-11 to 93-59 are formed on the
[0078]
The other AF /
[0079]
Next, the reticle driving mechanism will be described with reference to FIGS.
[0080]
The reticle driving mechanism includes a reticle stage RST that can move in a two-dimensional direction of XY while holding the reticle R on the reticle base board 32, a linear motor (not shown) that drives the reticle stage RST, and the reticle stage RST. And a reticle interferometer system for managing the position of the projector.
[0081]
More specifically, in the reticle stage RST, as shown in FIG. 2, two reticles R1 and R2 can be placed in series in the scanning direction (Y-axis direction). The RST is levitated and supported on the reticle base board 32 via an air bearing (not shown), and is driven minutely in the X-axis direction and minute in the θ direction by a drive mechanism 30 (see FIG. 1) including a linear motor (not shown). Rotation and scanning driving in the Y-axis direction are performed. The
[0082]
On this reticle stage RST, a parallel
[0083]
On the other hand, a pair of corner cube mirrors 35 and 37 are installed on the other side in the Y-axis direction (the front side in FIG. 1), which is the scanning direction (scanning direction) of reticle stage RST. A pair of double-pass interferometers (not shown) irradiate the corner cube mirrors 35 and 37 with interferometer beams indicated by measurement axes BI7Y and BI8Y in FIG. Are returned from the corner cube mirrors 35 and 37, and the reflected lights reflected there return on the same optical path and are received by the respective double-pass interferometers. The reference positions of the respective corner cube mirrors 35 and 37 (the reticle at the reference position). The relative displacement from the reflection surface on the base board 32 is measured. Then, the measurement values of these double pass interferometers are supplied to the
[0084]
That is, in this embodiment, a reticle interferometer system is configured by the
[0085]
Next, an interferometer system for managing the positions of wafer stages WST1 and WST2 will be described with reference to FIGS.
[0086]
As shown in these figures, the X axis direction one side of the wafer stage WS1 is along a first axis (X axis) passing through the projection center of the projection optical system PL and the detection centers of the
[0087]
The interferometer beams of the first measurement axis BI1X and the second measurement axis BI2X always come into contact with the wafer stages WS1 and WS2 over the entire range of movement of the wafer stages WS1 and WS2, and accordingly, the X axis Regarding the direction, the position of the wafer stages WS1 and WS2 is the first length measurement axis BI1X and the second length measurement axis BI2X during exposure using the projection optical system PL and when the
[0088]
As shown in FIGS. 2 and 3, an interferometer having a third measurement axis BI3Y perpendicularly intersecting the first axis (X axis) at the projection center of the projection optical system PL, and
[0089]
In the case of the present embodiment, in the Y-direction position measurement of the wafer stages WS1 and WS2 during exposure using the projection optical system PL, the interferometer of the measurement axis BI3Y passing through the projection center of the projection optical system, that is, the optical axis AX. In the measurement of the Y direction position of the wafer stage WS1 when the alignment system 24a is used, the measurement value of the interferometer of the measurement axis BI4Y passing through the detection center of the alignment system 24a, that is, the optical axis SX is used. The measurement value of the interferometer of the measurement axis BI5Y that passes through the detection center of the
[0090]
Accordingly, although the interference measurement major axis in the Y-axis direction deviates from the reflection surface of the wafer stages WS1 and WS2 depending on each use condition, at least one measurement axis, that is, the measurement axes BI1X and BI2X are the respective wafer stages. Since it does not deviate from the reflection surfaces of WS1 and WS2, the Y-side interferometer can be reset at an appropriate position where the interferometer optical axis to be used enters the reflection surface. A method for resetting the interferometer will be described in detail later.
[0091]
The Y measuring length measuring axes BI3Y, BI4Y, and BI5Y are two-axis interferometers each having two optical axes. In addition to the measurement in the Y-axis direction of the wafer stages WS1 and WS2, Tilt measurement is possible. The output value of each optical axis can be measured independently.
In this embodiment, an interferometer system that manages the two-dimensional coordinate positions of the wafer stages WS1 and WS2 by a total of five interferometers including three
[0092]
In this embodiment, as will be described later, while one of the wafer stages WS1 and WS2 is executing an exposure sequence, the other is performing a wafer exchange and wafer alignment sequence. The movement of the wafer stages WS1 and WS2 is managed by the
[0093]
Further, the
[0094]
Next, the illumination system will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, the illumination system includes a
[0095]
Here, each part of the illumination system will be described together with its operation.
[0096]
Laser light emitted from a
[0097]
Next, the control system will be described with reference to FIG. This control system is composed of an exposure
[0098]
Here, the operation at the time of exposure of the
[0099]
The
[0100]
Thereafter, the
[0101]
When both stages are controlled at a constant speed within a predetermined tolerance, the
[0102]
Here, simultaneously with the start of the pulse emission described above, the exposure
[0103]
Further, in order to prevent illumination light from leaking outside the light-shielding area on the reticle at the shot edge portion during the scanning exposure described above, the movable blind 64 is moved by the
[0104]
By the way, the pulse light emission by the
[0105]
f / n = V / w (2)
Further, when the irradiation energy of one pulse irradiated on the wafer is P and the resist sensitivity is E, the following equation (3) needs to be satisfied.
[0106]
nP = E (3)
In this way, the exposure
[0107]
Further, in the
[0108]
Furthermore, the projection exposure apparatus of the present embodiment is provided with a first transfer system for exchanging wafers with the wafer stage WS1 and a second transfer system for exchanging wafers with the wafer stage WS2. ing.
[0109]
As shown in FIG. 7, the first transfer system performs wafer exchange with the wafer stage WS1 at the left wafer loading position as will be described later. The first transport system is attached to a
[0110]
Here, the wafer exchange operation by the first transfer system will be briefly described.
[0111]
Here, as shown in FIG. 7, a case will be described in which the wafer W1 ′ on the wafer stage WS1 at the left wafer loading position and the wafer W1 transferred by the first wafer loader are exchanged.
[0112]
First, in
[0113]
Next,
[0114]
In this state,
[0115]
Next,
[0116]
In this state, the
[0117]
Similarly, as shown in FIG. 8, the second transfer system performs wafer exchange with the wafer stage WS2 at the right wafer loading position in the same manner as described above. The second transport system includes a
[0118]
Next, parallel processing by two wafer stages, which is a feature of this embodiment, will be described with reference to FIGS.
[0119]
In FIG. 7, while the wafer W2 on the wafer stage WS2 is being exposed through the projection optical system PL, the wafer stage WS1 and the first transfer system are in the left loading position as described above. A plan view showing a state in which the wafers are exchanged between them is shown. In this case, an alignment operation is performed on the wafer stage WS1 as described later following the wafer exchange. In FIG. 7, the position control of the wafer stage WS2 during the exposure operation is performed based on the measured values of the measurement axes BI2X and BI3Y of the interferometer system, and the position of the wafer stage WS1 where the wafer replacement and alignment operations are performed. The control is performed based on the measurement values of the measurement axes BI1X and BI4Y of the interferometer system.
[0120]
At the left loading position shown in FIG. 7, the arrangement is such that the reference mark on the reference mark plate FM1 of the wafer stage WS1 comes directly under the alignment system 24a. For this reason, the
[0121]
Subsequent to the wafer exchange and the interferometer reset described above, search alignment is performed. The search alignment performed after the wafer exchange is a pre-alignment performed again on the wafer stage WS1 because the position error is large only by the pre-alignment performed during the transfer of the wafer W1. Specifically, the positions of three search alignment marks (not shown) formed on the wafer W1 placed on the stage WS1 are measured using an LSA sensor or the like of the alignment system 24a, and the measurement is performed. Based on the result, the wafer W1 is aligned in the X, Y, and θ directions. The operation of each part during this search alignment is controlled by
[0122]
After this search alignment is completed, fine alignment is performed in which the arrangement of each shot area on the wafer W1 is obtained here using EGA. Specifically, the wafer stage WS1 is sequentially controlled based on design shot arrangement data (alignment mark position data) while managing the position of the wafer stage WS1 by the interferometer system (measurement axes BI1X, BI4Y). While moving, the alignment mark position of a predetermined sample shot on the wafer W1 is measured by an FIA sensor or the like of the alignment system 24a, and based on this measurement result and the design coordinate data of the shot arrangement, statistical calculation by the least square method is performed. , All shot array data are calculated. The operation of each part in the EGA is controlled by the
[0123]
In the case of this embodiment, as described above, the position of the alignment mark is measured while performing the same AF / AL system 132 (see FIG. 4) measurement and control autofocus / auto leveling as in the exposure. Measurement is performed, and an offset (error) due to the attitude of the stage can be prevented from occurring between alignment and exposure.
[0124]
While the wafer exchange and alignment operations are being performed on the wafer stage WS1 side, the wafer stage WS2 side continuously uses the two reticles R1 and R2 as shown in FIG. 9 while changing the exposure conditions. Then, double exposure is performed by the step-and-scan method.
[0125]
Specifically, fine alignment by EGA is performed in advance in the same manner as on the wafer W1 side described above, and the shot arrangement data on the wafer W2 obtained as a result (the reference mark on the reference mark plate FM2 is used as a reference). ), The shot area on the wafer W2 is sequentially moved below the optical axis of the projection optical system PL, and then the reticle stage RST and the wafer stage WS2 are synchronized in the scanning direction each time each shot area is exposed. Scan exposure is performed by scanning. Such exposure for all the shot areas on the wafer W2 is continuously performed even after reticle replacement. As a specific exposure sequence of double exposure, as shown in FIG. 10A, each shot area of the wafer W1 is sequentially scanned and exposed from A1 to A12 using a reticle R2 (A pattern). The reticle stage RST is moved by a predetermined amount in the scanning direction using the
[0126]
The operation of each part during double exposure of the wafer W2 is also controlled by the
[0127]
In the exposure sequence and wafer exchange / alignment sequence that are performed in parallel on the two wafer stages WS1 and WS2 shown in FIG. 7 described above, the wafer stage that has been completed first enters a waiting state, and both operations are completed. At the time, the wafer stages WS1 and WS2 are controlled to move to the positions shown in FIG. The wafer W2 on the wafer stage WS2 for which the exposure sequence has been completed is replaced at the right loading position, and the wafer W1 on the wafer stage WS1 for which the alignment sequence has been completed is subjected to the exposure sequence under the projection optical system PL. Is called.
[0128]
In the right loading position shown in FIG. 8, the reference mark on the reference mark plate FM2 is arranged below the
[0129]
Next, the reset operation of the interferometer by the
[0130]
After alignment at the left loading position, wafer stage WS1 is moved to a position where the reference mark on reference mark plate FM1 comes directly below the center of optical axis AX (projection center) of projection optical system PL shown in FIG. However, since the interferometer beam of the measuring axis BI4Y does not enter the reflecting
[0131]
That is, as described above, in this embodiment, when the wafer stage WS1 is in the left loading position, the reference mark plate FM1 is set to be directly below the alignment system 24a, and the length measurement is performed at this position. Since the interferometer of the axis BI4Y has been reset, the wafer stage WS1 is once returned to this position, and the detection center of the alignment system 24a known in advance from that position and the optical axis center (projection center) of the projection optical system PL. Based on the distance (referred to as BL for convenience), the wafer stage WS1 is moved to the right in the X-axis direction by the distance BL while monitoring the measurement value of the
[0132]
As described above, the reason why high-precision alignment is possible even if the reset operation of the interferometer is performed is that the alignment mark on the reference mark plate FM1 is measured by the alignment system 24a, and then the alignment mark of each shot area on the wafer W1 is set. This is because the distance between the reference mark and the virtual position calculated by measuring the wafer mark is calculated by the same sensor. Since the relative distance between the reference mark and the position to be exposed is obtained at this point, if the correspondence between the exposure position and the reference mark position is obtained by the
[0133]
If the length measurement axis BI4Y cannot be cut while the wafer stage WS1 is moved from the alignment end position to the position shown in FIG. 8, the measurement values of the length measurement axes BI1X and BI4Y are monitored and after the alignment is completed. Of course, the wafer stage may be moved linearly to the position shown in FIG. In this case, the reset operation of the interferometer may be performed when the length measuring axis BI3Y passing through the optical axis AX of the projection optical system PL is applied to the reflecting
[0134]
In the same manner as described above, the wafer stage WS2 may be moved from the exposure end position to the right loading position shown in FIG. 8 to perform the reset operation of the interferometer of the measurement axis BI5Y.
[0135]
In the present embodiment, since different operations are simultaneously processed using the two wafer stages WS1 and WS2, the operation performed in one stage may affect (disturbance) the operation of the other stage. is there. For this reason, it is necessary to adjust the timing of operations performed on the two stages WS1 and WS2.
[0136]
Next, the timing adjustment of the operation performed on the two stages WS1 and WS2 will be described with reference to FIGS.
[0137]
FIG. 11 shows an example of the timing of an exposure sequence for sequentially exposing each shot area on the wafer W1 held on the stage WS1, and FIG. 12 shows the timing held on the stage WS2 processed in parallel therewith. The timing of the alignment sequence on the wafer W2 is shown. In this embodiment, the exposure sequence is performed on the wafer W1 while the two stages WS1 and WS2 are independently moved in the two-dimensional direction, and at the same time, the alignment sequence is performed on the wafer W2. As a result, throughput is improved.
[0138]
By the way, in the operations performed in the two stages WS1 and WS2, the disturbance factor operation in which the operation performed on one stage affects the operation on the other stage, conversely, the operation performed on one stage. There is a non-disturbance factor operation that does not affect the operation on the other stage. Therefore, in this embodiment, the timing adjustment is performed so that the disturbance factor operations and the non-disturbance factor operations are performed at the same time as possible, by dividing into the disturbance factor operations and the non-disturbance factor operations among the operations performed in parallel processing. ing.
[0139]
In starting the timing adjustment of the operation shown in FIG. 13, first, the
[0140]
When the operation start command is input,
[0141]
Therefore, in step S2, when the operation performed on the wafer W1 is a non-disturbance factor operation such as during scan exposure, the exposure accuracy decreases when a disturbance factor operation such as a stepping operation is performed on another stage WS2. For this reason, it is necessary to eliminate the disturbance factor operation as an operation performed in parallel on the wafer W2. Therefore, if the determination in step S2 is affirmative,
[0142]
In step S4, if the operation timing is shifted or there is no mark to be detected, there is no non-disturbance factor operation that can be performed at the same time. Therefore, the process proceeds to step S8 to execute a scan exposure operation on the wafer W1. The processing operation on the wafer W2 is put on standby. Then,
[0143]
Further, when the
[0144]
In step S14, if the operation timing is shifted or there is no stepping movement between measurement marks, there is no disturbance factor operation that can be performed at the same time, so the process proceeds to step S18 to execute the stepping operation on the wafer W1. The processing operation on the wafer W2 is put on standby. Then,
[0145]
Next, an example of adjusting the operation timing on the two wafers W1 and W2 will be described with reference to FIGS. First, on the wafer W1 shown in FIG. 11, the scan indicated by the operation numbers “1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23” along the one-dot chain line arrows. An exposure operation (non-disturbance factor operation) is sequentially performed. On the wafer W2 shown in FIG. 12, the operation numbers “1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23,... Are synchronized with the scan exposure operation. It can be seen that a mark measurement operation (non-disturbance factor operation) is performed in a stationary state at each alignment mark position indicated by. On the other hand, even in the alignment sequence, since the motion is constant during the scan exposure, the disturbance does not occur and high-accuracy measurement can be performed.
[0146]
In the alignment sequence (EGA) of FIG. 12, two alignment marks are measured for each shot area, but there are cases in which no operation number is entered in the alignment marks in the figure. For example, if there is an upper mark (before
[0147]
Further, on the wafer W1 shown in FIG. 11, the stepping movement (disturbance factor operation) between the shot areas for performing the scan exposure is the operation number “2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20 , 22 ”, and the stepping movement (disturbance factor operation) between the measurement marks is performed on the wafer W2 in FIG. 12 in synchronization with the stepping movement of the wafer W1 by the operation numbers“ 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22,...
[0148]
Further, as shown in FIG. 7, when the wafer replacement operation is performed with the wafer W1 and the scan exposure is performed with the wafer W2, vibrations or the like generated when the wafer W1 is transferred from the
[0149]
In this way,
[0150]
All the timing adjustments described above are performed by the
[0151]
Next, an interference condition for determining whether or not the two wafer stages WS1 and WS2 are in contact with each other will be described with reference to FIGS.
[0152]
FIG. 14A shows a state in which the wafer stage WS2 is under the projection optical system PL and the reference mark on the reference mark plate FM2 on the wafer stage WS2 is observed by the TTR alignment system described above. Yes. At this time, the coordinate position (x, y) of the wafer stage WS2 is set to (0, 0). If the X coordinate of the left end of the wafer stage WS2 from the reference mark on the reference mark plate FM2 is (−Wa), the coordinate position of the left end of the wafer stage WS2 is (−Wa, y).
[0153]
The coordinate position of the wafer stage WS1 is set to (0, 0) when the reference mark is measured by moving the reference mark plate FM1 on the wafer stage WS1 to below the projection optical system PL. When the movement amount to the position of wafer stage WS1 shown in FIG. 14A is (−Xb) and the X coordinate of the right end of wafer stage WS1 from the reference mark of reference mark plate FM1 is (Wb), wafer stage WS1. The coordinate position of the right end of is (−Xb + Wb, y).
[0154]
Here, as a condition that both wafer stages WS1 and WS2 do not interfere with each other, the left end of wafer stage WS2 and the right end of wafer stage WS1 are not in contact with each other, and therefore, the conditional expression of 0 <−Wa − (− Xb + Wb) is satisfied. Can be represented.
[0155]
On the contrary, in FIG. 14B, the wafer stage WS1 is moved a predetermined distance in the direction of (−Xa) from the state of FIG. 14A, and the two wafer stages WS1 and WS2 are overlapped. (While the two wafer stages do not actually overlap, the target value of each stage may be set as shown in FIG. 14B when each wafer stage is controlled independently.) There is). In this case, the coordinate position of the left end of the wafer stage WS2 is (−Xa−Wa, y), and the left end of the wafer stage WS2 and the right end of the wafer stage WS1 are in contact with each other as a condition for the wafer stages WS1 and WS2 to interfere with each other. Since it is in a state of overlapping, it can be expressed by a conditional expression represented by 0> −Xa−Wa − (− Xb + Wb).
[0156]
And, when the above conditional expression is expressed by a general expression with the same reference point coordinates,
Wa + Wb <Xb-Xa .........
If
[0157]
Further, when the following
[0158]
Wa + Wb ≧ Xb−Xa …………
Therefore,
[0159]
A sequence in the case where the
[0160]
When the movement control of the stage is started,
[0161]
When the
[0162]
If the
[0163]
Further, if the stage WS2 ends earlier in step S34, the
[0164]
Then,
[0165]
As described above, the
[0166]
By the way, when the double exposure method described above is carried out, the exposure operation is repeated twice, so that the operation end time on the stage side where the exposure operation is performed is later than that on the stage side where the alignment operation is performed. For this reason, when the interference between the stages occurs, the stage on the alignment side where the operation ends first is put on standby, and the stage on the exposure side is moved with priority.
[0167]
However, on the alignment side stage, not only the fine alignment operation described above, but also wafer exchange, search alignment operation, or other operations may be processed in parallel, so the operation time of the alignment side stage is reduced as much as possible. It is better to do it.
[0168]
Therefore, as shown in FIG. 16B, since the wafer W2 side that performs the exposure operation is a rate-determining condition for throughput, the most efficient stepping order is set (E1 to E12). On the other hand, as shown in FIG. 16A, several shots of the exposure shots are selected as sample shots on the wafer W1 side where the alignment operation by EGA is performed. Here, for example, if four shots indicated by “A” are selected, the wafer is moved in accordance with the stepping order in the exposure operation of the wafer W2 as in the alignment-side wafer W1 shown in FIG. As described above, the stepping order on the alignment side (W1) is determined. In the wafer W2 shown in FIG. 17B, the operation numbers at the time of exposure that need to suppress the influence of disturbance are indicated by numerals (1 to 12), and stepping operations that are not affected by the disturbance are indicated by arrows (→ ).
[0169]
As shown in FIG. 17A, when the fine alignment operation by EGA is performed on the wafer W1, shots corresponding to the wafer W2 on which the scan exposure shown in FIG. The movement order is determined so that the alignment operation is performed on the region. As described above, when the movement order of the alignment shots is the same as that of the exposure shots, the two wafer stages move in parallel with an equal interval maintained, and therefore movement control can be performed without satisfying the interference condition. it can.
[0170]
Further, in the wafer W1 shown in FIG. 17A, when the operation number is stepped from 5 to 6, it skips to the shot area A3 on the first row, and skips to the shot area A4 when the operation number is 7. Thus, the alignment order is determined. This is because the wafer stage WS2 is separated from the wafer stage WS1 when the shot area indicated by the
[0171]
Also, unlike the sample shots in the alignment sequence described above, throughput should not be degraded even when one alignment mark is detected for each shot area and all shot areas are used as sample shots. Can do. This is because the alignment marks in the shot area corresponding to the exposure order of the wafer W2 are sequentially measured. As described above, the interference between the stages does not occur, and when such EGA is performed, the averaging effect is obtained. A further improvement in alignment accuracy can be expected.
[0172]
As described above, according to the
[0173]
Further, according to the above embodiment, when the movement control of the two wafer stages is independently performed in the two-dimensional direction of XY, a condition (interference condition) in which the two wafer stages interfere with each other is stored in advance. Since the movement control is performed so as not to satisfy as much as possible, the movement ranges of both stages can be overlapped, so that the footprint can be reduced.
[0174]
Furthermore, according to the above-described embodiment, when the two wafer stages are moved independently in the XY directions, when the interference conditions are satisfied with each other's stage, the operation ends first before switching the operation. Since the other stage side is placed on standby and the other stage side is preferentially moved and controlled, interference between stages can be prevented without degrading throughput.
[0175]
Further, according to the above-described embodiment, when an arbitrary shot is selected as an alignment shot among a plurality of shot areas on a wafer in an alignment sequence for performing mark measurement, an alignment shot is performed so that there is no interference between both stages as much as possible. Since the measurement order is determined, it is possible to suppress as much as possible the interference condition between the stages as described above and the case where one stage is on standby.
[0176]
In addition to this, according to the
[0177]
In addition, according to the above embodiment, since at least two alignment systems that perform mark detection with the projection optical system PL interposed therebetween are provided, each alignment system can be used alternately by shifting the two wafer stages alternately. The alignment operation and the exposure operation to be performed can be performed in parallel.
[0178]
In addition, according to the above embodiment, since the wafer loader for exchanging the wafer is arranged in the vicinity of the alignment system, particularly at each alignment position, the transition from the wafer exchange to the alignment sequence is smoothly performed, and more High throughput can be obtained.
[0179]
Further, according to the above-described embodiment, the high throughput as described above can be obtained. Therefore, even if the off-axis alignment system is installed far away from the projection optical system PL, the influence of the throughput degradation is almost eliminated. For this reason, high N.I. A. It is possible to design and install a straight cylinder type optical system having a numerical aperture and a small aberration.
[0180]
Further, according to the above embodiment, each optical system has an interferometer beam from an interferometer that measures approximately the center of each optical axis of the two alignment systems and the projection optical system PL. In either case of pattern exposure via the projection optical system, the two wafer stage positions can be accurately measured without Abbe error, and the two wafer stages can be moved independently. It becomes possible.
[0181]
Furthermore, the measurement axes BI1X and BI2X provided from both sides along the direction in which the two wafer stages WS1 and WS2 are arranged (here, the X-axis direction) toward the projection center of the projection optical system PL are always the wafer stages WS1 and WS1. Since irradiation is performed on WS2 and the position of each wafer stage in the X-axis direction is measured, movement control can be performed so that the two wafer stages do not interfere with each other.
[0182]
In addition, the length measurement axes BI3Y, BI4Y, and the length measurement axes BI3Y, BI4Y in the direction perpendicular to the detection center of the alignment system and the projection center position of the projection optical system PL (here, the Y axis direction) with respect to the length measurement axes BI1X, BI2X, Even if the interferometer is arranged so as to irradiate BI5Y and the wafer stage is moved and the measurement axis deviates from the reflecting surface, the position of the wafer stage can be accurately controlled by resetting the interferometer. Become.
[0183]
Reference mark plates FM1 and FM2 are provided on the two wafer stages WS1 and WS2, respectively. The mark position on the reference mark plate and the mark position on the wafer are obtained by measuring in advance with an alignment system. By adding the distance from the correction coordinate system to the reference plate measurement position before exposure, the wafer position can be measured without performing baseline measurement to measure the distance between the projection optical system and the alignment system. As a result, the mounting of a large reference mark plate as described in JP-A-7-176468 becomes unnecessary.
[0184]
Further, according to the above embodiment, since double exposure is performed using a plurality of reticles R, an effect of improving high resolution and DOF (depth of focus) can be obtained. However, in this double exposure method, since the exposure process must be repeated at least twice, the exposure time becomes longer and the throughput is significantly reduced. However, the throughput is greatly improved by using the projection exposure apparatus of this embodiment. Therefore, high resolution and an improvement effect of DOF can be obtained without reducing the throughput. For example, in T1 (wafer exchange time), T2 (search alignment time), T3 (fine alignment time), and T4 (one exposure time), each processing time for an 8-inch wafer is T1: 9 seconds, T2: 9 seconds , T3: 12 seconds, T4: 28 seconds, throughput is THOR = 3600 / (T1 + T2 + T3 + T4 * 2) when double exposure is performed by a conventional technique in which a series of exposure processes are performed using one wafer stage. = 3600 / (30 + 28 * 2) = 41 [sheets / hour] The throughput of the conventional apparatus that performs the single exposure method using one wafer stage (THOR = 3600 / (T1 + T2 + T3 + T4) = 3600/58 = 62 [sheets] / Hour]), the throughput is reduced to 66%. However, in the case where double exposure is performed while T1, T2, T3, and T4 are processed in parallel using the projection exposure apparatus of this embodiment, the exposure time is longer, so that the throughput THOR = 3600 / (28 + 28) = Since it is 64 [sheets / hour], it is possible to improve the throughput while maintaining the effect of improving the high resolution and the DOF.
[0185]
In the above embodiment, the case where the present invention is applied to an apparatus that exposes a wafer using the double exposure method has been described. However, the present invention can also be applied to stitching that is a similar technique. Further, as described above, the apparatus of the present invention allows the wafer to be independently moved between two reticles on one wafer stage side (double exposure, stitching) on the other wafer stage side. This is because, when performing wafer exchange and wafer alignment in parallel, the throughput is higher than that of the conventional single exposure, and the resolving power can be greatly improved. However, the scope of application of the present invention is not limited to this, and the present invention can also be suitably applied when exposure is performed by a single exposure method. For example, assuming that the processing times (T1 to T4) of an 8-inch wafer are the same as described above, when performing exposure processing by a single exposure method using two wafer stages as in the present invention, T1, T2, and T3 are set as follows. When one group (30 seconds in total) and parallel processing with T4 (28 seconds) are performed, the throughput becomes THOR = 3600/30 = 120 [sheets / hour], and the single exposure method is performed using one wafer stage. Compared to the conventional throughput THOR = 62 [sheets / hour], it is possible to obtain a high throughput almost twice as high.
[0186]
In the above embodiment, the alignment shot order and the exposure shot order are determined so that the movement directions of the two wafer stages are as much as possible, so that the movement range of the two wafer stages can be made as small as possible. This makes it possible to reduce the size of the apparatus. However, if the projection optical system and the alignment system can be installed at a certain distance, the movement directions of the two wafer stages that move on the base board may be moved symmetrically with the movement directions of the two wafer stages being opposite to each other. As a result, the load applied to the vibration isolation mechanism that supports the base panel works so as to cancel each other out. Therefore, the output of the vibration isolation mechanism can be kept small, and the occurrence of stage tilt and vibration is reduced, resulting in a vibration convergence time. Therefore, it is possible to further improve the operation accuracy and the throughput.
[0187]
In the above embodiment, the case where the scanning exposure is performed by the step-and-scan method has been described. However, the present invention is not limited to this, and the case where the stationary exposure is performed by the step-and-repeat method and the EB Of course, the present invention can also be applied to exposure apparatuses, X-ray exposure apparatuses, and stitching exposure in which chips are combined.
[0188]
In the above embodiment, the case where the alignment operation, the wafer exchange operation, and the exposure operation are processed in parallel has been described. However, the present invention is not limited to this, and can be performed in parallel with the exposure operation. For example, a sequence such as a baseline check (BCHK) and a calibration performed every time a wafer is exchanged may be processed in parallel with the exposure operation.
[0189]
【The invention's effect】
As described above, according to the first to sixth aspects of the invention, there is provided a projection exposure apparatus capable of further improving the throughput and preventing the influence of disturbance between the two stages.
[0190]
According to the seventh and eighth aspects of the present invention, there is provided a projection exposure apparatus capable of further improving the throughput and preventing interference between both stages.
[0191]
Furthermore, according to the ninth aspect of the invention, there is provided a projection exposure method capable of further improving the throughput and preventing the influence of disturbance between the two stages.
[0192]
In addition, according to the invention described in
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a projection exposure apparatus according to an embodiment.
FIG. 2 is a perspective view showing a positional relationship among two wafer stages, a reticle stage, a projection optical system, and an alignment system.
FIG. 3 is a plan view showing a configuration of a drive mechanism of the wafer stage.
FIG. 4 is a diagram showing AF / AL systems provided in the projection optical system and the alignment system, respectively.
FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of a projection exposure apparatus showing a configuration of an AF / AL system and a TTR alignment system.
6 is a diagram showing the shape of the pattern forming plate of FIG. 5. FIG.
FIG. 7 is a plan view showing a state in which a wafer exchange / alignment sequence and an exposure sequence are performed using two wafer stages.
8 is a view showing a state where the wafer exchange / alignment sequence and the exposure sequence in FIG. 7 are switched. FIG.
FIG. 9 is a diagram showing a reticle stage for double exposure that holds two reticles.
10A is a view showing a state in which the wafer is exposed using the pattern A reticle of FIG. 9, and FIG. 10B is a view of performing the wafer exposure using the pattern B reticle in FIG. 9; FIG.
FIG. 11 is a diagram showing an exposure order for each shot area on a wafer held on one of two wafer stages.
FIG. 12 is a diagram showing a mark detection order for each shot area on a wafer held on the other of two wafer stages.
FIG. 13 is a flowchart for explaining a timing control operation when a disturbance factor operation and a non-disturbance factor operation are performed on two wafer stages.
FIG. 14A is a plan view of a stage for explaining a non-interference condition when the movement control of two wafer stages is independently performed, and FIG. 14B is a plan view of two wafer stages independently. It is a top view of the stage explaining the interference conditions at the time of movement control.
FIG. 15 is a flowchart for explaining movement control operations of two wafer stages when an interference condition is satisfied and when an interference condition is not satisfied.
FIG. 16A is a plan view of a wafer showing a sample shot for alignment, and FIG. 16B is a plan view of the wafer showing a shot region for exposure.
FIG. 17A is a plan view of a wafer showing a shot order when performing an alignment sequence, and FIG. 17B is a plan view of the wafer showing an exposure order when performing an exposure sequence.
[Explanation of symbols]
10 Projection exposure equipment
24a, 24b alignment system
38 stage controller
90 Main controller
91 memory
180 Center up
182 First loading guide
184 First unload arm
186 first slider
188 First load arm
190 Second slider
192 Second loading guide
194 Second unload arm
196 Third slider
198 Second load arm
200 Fourth slider
W1, W2 wafer
WS1, WS2 Wafer stage
PL projection optical system
BI1X to BI4Y Measuring axis
RST reticle stage
R reticle
Claims (6)
感応基板を保持して２次元平面内を移動可能な第１基板ステージと；
感応基板を保持して前記第１基板ステージと同一平面内を前記第１基板ステージとは独立に移動可能な第２基板ステージと；
前記投影光学系とは別に設けられ、前記基板ステージ上又は前記基板ステージに保持された感応基板上のマークを検出するアライメント系と；
前記第１基板ステージ及び前記第２基板ステージのうちの一方のステージ上の感応基板に対し前記アライメント系によるマーク検出動作を行うのに並行して、他方のステージ上の感応基板に対し露光を行う際に、前記一方のステージのマーク検出動作のうちで前記他方のステージに影響を与える動作と前記他方のステージの露光動作のうちで前記一方のステージに影響を与える動作とを同期して行うように２つのステージを制御するとともに、前記第１基板ステージ及び前記第２基板ステージの各々の動作のうちで互いに影響を与えない動作同士を同期して行うように前記２つの基板ステージの動作を制御する制御手段と；
を有することを特徴とする投影露光装置。A projection exposure apparatus that projects and exposes an image of a pattern formed on a mask onto a sensitive substrate via a projection optical system,
A first substrate stage capable of holding a sensitive substrate and moving in a two-dimensional plane;
A second substrate stage that holds a sensitive substrate and is movable independently of the first substrate stage in the same plane as the first substrate stage;
An alignment system that is provided separately from the projection optical system and detects a mark on the substrate stage or on a sensitive substrate held on the substrate stage;
In parallel to performing the mark detection operation by the alignment system on the sensitive substrate on one of the first substrate stage and the second substrate stage, the sensitive substrate on the other stage is exposed. In this case, the operation that affects the other stage in the mark detection operation of the one stage and the operation that affects the one stage in the exposure operation of the other stage are performed in synchronization. In addition to controlling the two stages, the operations of the two substrate stages are controlled so as to synchronize operations that do not affect each other among the operations of the first substrate stage and the second substrate stage. Control means to perform;
A projection exposure apparatus comprising:
前記制御手段は、前記他方の基板ステージが前記マスクステージと同期して等速移動中に、前記一方のステージ上のマーク又は前記一方のステージ上に保持された感応基板のマークの計測を行うために前記一方のステージを静止させることを特徴とする請求項１に記載の投影露光装置。A mask stage mounted with the mask and movable in a predetermined direction; and a scanning system that synchronously scans the mask stage and the first substrate stage or the second substrate stage with respect to the projection optical system;
The control means measures the mark on the one stage or the mark on the sensitive substrate held on the one stage while the other substrate stage moves at a constant speed in synchronization with the mask stage. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein the one stage is stationary.
前記制御手段は、前記一方の基板ステージが前記搬送システムとの間で感応基板の受け渡し動作及び前記マーク検出動作の少なくとも一方を行うのに並行して、前記他方の基板ステージに保持された感応基板に対し露光動作を行う際に、前記一方の基板ステージの受け渡し動作及び前記マーク検出動作のうちで前記他方のステージに影響を与える動作と、前記他方のステージ側の露光動作のうちで前記一方のステージに影響を与える動作とを同期して行うように前記２つの基板ステージの動作を制御するとともに、前記第１基板ステージ及び前記第２基板ステージの各々の動作のうちで互いに影響を与えない動作同士を同期して行うように、前記２つの基板ステージの動作を制御することを特徴とする請求項１に記載の投影露光装置。A transfer system for transferring a sensitive substrate between each of the first substrate stage and the second substrate stage;
The control means includes a sensitive substrate held on the other substrate stage in parallel with the one substrate stage performing at least one of a delivery operation of the sensitive substrate and the mark detection operation with the transport system. When performing an exposure operation on the one of the substrate stage transfer operation and the mark detection operation on the other stage side, and on the other stage side exposure operation on the one stage The operations of the two substrate stages are controlled so as to synchronize with the operations affecting the stage, and the operations of the first substrate stage and the second substrate stage do not affect each other. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein operations of the two substrate stages are controlled so as to be performed in synchronization with each other.
前記制御手段は、前記第１基板ステージ及び前記第２基板ステージの両方の動作が終了した時点で、両ステージの動作を切り換えることを特徴とする請求項１又は５に記載の投影露光装置。The alignment systems are respectively disposed on both sides of the projection optical system along a predetermined direction;
6. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein the control unit switches the operations of both stages when the operations of both the first substrate stage and the second substrate stage are completed.
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