JPH10163098A - 投影露光装置及び投影露光方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スループットを向上させつつ、２つのステー
ジ同士が接触（干渉）したり、一方のステージ動作が他
方のステージ動作に影響を及ぼさないようにする。 【解決手段】 ２つのウエハステージＷＳ１、ＷＳ２が
ベース盤１２上を独立して２次元移動可能とし、アライ
メント系２４ａの下にあるウエハステージＷＳ１上でウ
エハ交換とアライメントとを行なっている間に、投影光
学系ＰＬの下のウエハステージＷＳ２上でウエハＷ２の
露光が行なわれる。主制御装置９０は、ウエハステージ
ＷＳ１、ＷＳ２上で行われる動作のうち、影響を及ぼし
合う動作同士を同期して行い、影響を及ぼさない動作同
士を同期して行うようにする。また、主制御装置９０
は、干渉条件に基づいて干渉計システムにより両ステー
ジの位置を把握しながら位置制御を行うことにより、ス
テージ同士の干渉を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【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、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、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】 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】 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】 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】 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】 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のウ
エハロード工程と同時に行われる。すなわち、とと
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→Ｔ
１……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、解像度、焦
点深度（ＤＯＦ：Depth of Forcus ）、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 D
epth 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Ｄ
ＯＦ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】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、ＵＤ
ＯＦが１μｍ台→０．４μｍ以下になる可能性がある。

【００２１】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】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Ｋ
ｒＦ、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ＤＲＡ
Ｍ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（ＷＳ
１）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（Ｗ
Ｓ２）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（ＷＳ
２）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（ＷＳ
１、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ＷＳ
１）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（ＲＳ
Ｔ）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（ＲＳ
Ｔ）と同期して等速移動中に、前記一方のステージ（Ｗ
Ｓ１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（１８０〜２０
０）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Ｗ
２）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（ＷＳ
１）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、Ｗ
Ｓ２）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〜ＢＩ４
Ｙ）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〜ＢＩ
４Ｙ）の計測値をモニタしつつ前記両ステージ（ＷＳ
１、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（Ｗ
Ｓ１、ＷＳ２）上又は前記基板ステージ（ＷＳ１、ＷＳ
２）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、ＷＳ
２）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、ＷＳ
２）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（Ｗ
Ｓ２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ＷＳ
１）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ヶ所にマスクの
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。

【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１２
２、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、１
２０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、１１
８、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、１
１８、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、１
１６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Ｗ
Ｓ１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Ｗ
Ｓ２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１１
４、１１６、１１８、１２０、Ｙ軸リニアガイド１１
０、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、Ｗ
Ｓ２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、２
４ｂは、ＬＳＡ（Laser Step Alignment）系、ＦＩＡ
（ Filed Image Alignment）系、ＬＩＡ（Laser Interf
erometric 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ＦＭ
２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ＦＭ
１、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１
４２、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７−１
７６４６８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Ｗ
２）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１
６０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、１３
４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／Ａ
Ｌ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Ｒ
１、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３
２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ＢＩ１
Ｘ、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３
５、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３
２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Ｒ
ＳＴ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Ｗ
Ｓ２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、ＷＳ
２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Ｂ
Ｉ２Ｘの各干渉計ビームは、ウエハステージＷＳ１、Ｗ
Ｓ２の移動範囲の全域で常にウエハステージＷＳ１、Ｗ
Ｓ２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、Ｂ
Ｉ４Ｙ、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５
８、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５
０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、ＢＩ８
Ｙ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Ｗ
２）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１
９０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１
９６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ＢＩ２
Ｘ、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Ｗ
Ｓ１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ＢＩ
４Ｙ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Ｗ
１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ＥＧ
Ａ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Ｒ
１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ＷＳ
１、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Ｆ
Ｍ２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１４
２、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ＢＩ
４Ｙが切れないような場合には、測長軸ＢＩ１Ｘ、ＢＩ
４Ｙ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Ｗ
Ｓ１、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Ｗ
１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Ｗ
Ｓ１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Ｗ
１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９
０は、ステップＳ２の判断が肯定された場合、ウエハＷ
２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、Ｗ
２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Ｓ１
４）。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Ｓ１
６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Ｗ
１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、２
３」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、１
９、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、１
０、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Ｗ
２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、ＷＳ
２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ＷＳ
１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、ＷＳ
２が互いに干渉しない条件としては、ウエハステージＷ
Ｓ２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（−Ｘ
ａ）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＞−Ｘ
ａ−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ＷＳ
１、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，Ｂ
Ｉ２Ｘ等）に基づいて２つのウエハステージＷＳ１・Ｗ
Ｓ２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Ｓ
３２）。

【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ＷＳ
１・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１
７（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、Ｗ
Ｓ２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Ｂ
Ｉ１Ｘ、ＢＩ２Ｘは、常にウエハステージＷＳ１、ＷＳ
２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、Ｗ
Ｓ２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ＤＯ
Ｆ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Ｔ
１、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Ｔ
ＨＯＲ＝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（ＢＣＨ
Ｋ）、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

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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
   であって、 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。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、前記他方の基板ステー
   ジに保持された感応基板に対する前記マスクのパターン
   像の投影露光中に、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。
3. 【請求項３】 前記制御手段は、前記他方の基板ステー
   ジを次の露光のために移動するのに同期して、前記一方
   の基板ステージを次のマーク検出のために移動すること
   を特徴とする請求項１に記載の投影露光装置。
4. 【請求項４】 前記マスクを搭載して所定方向に移動可
   能なマスクステージ及び前記マスクステージと前記第１
   基板ステージ又は前記第２基板ステージとを前記投影光
   学系に対して同期走査する走査システムをさらに有し、 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。
5. 【請求項５】 前記第１基板ステージ及び第２基板ステ
   ージの各々の間で感応基板の受け渡しを行う搬送システ
   ムをさらに有し、 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。
6. 【請求項６】 前記アライメント系は、所定方向に沿っ
   て前記投影光学系の両側にそれぞれ配置され；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。
7. 【請求項７】 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
   であって、 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；前記第１基板ステージ及び前
   記第２基板ステージの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にお
   ける干渉条件が記憶された記憶手段と；前記記憶手段に
   記憶された干渉条件に基づいて前記干渉計システムの計
   測値をモニタしつつ前記両ステージを干渉させないよう
   に移動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。
8. 【請求項８】 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基板ステージとの間で感応基
   板の受け渡しを行う搬送システムとをさらに有し、 前記制御手段は、前記干渉条件に基づいて前記干渉計シ
   ステムの計測値をモニタしつつ、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
   ステージが前記投影光学系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た場合、前記両ステー
   ジにおいて動作終了までの時間が長くかかる方のステー
   ジを両ステージ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
   ージを待機させるように制御することを特徴とする請求
   項７に記載の投影露光装置。
9. 【請求項９】 マスクのパターン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方法であって、 感応基板を保持して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に保持された感応基板に対する前記
   マスクのパターン像の投影露光中に、前記他方のステー
   ジを静止させて前記他方のステージ上のマーク又は前記
   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
   出することを特徴とする投影露光方法。
10. 【請求項１０】 マスクのパターン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方法であって、 感応基板を保持して同一の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つの基板ステージのうちの一方のステージに保持
    された感応基板上の複数ヶ所に前記マスクのパターン像
    を順次投影露光するのに並行して、他方のステージ上に
    保持された感応基板上の複数のマークを順次検出する際
    に、前記２つの基板ステージが干渉しないように前記他
    方のステージに保持された感応基板上のマークの検出順
    序を決定することを特徴とする投影露光方法。