JPH10163099A

JPH10163099A - 露光方法及び露光装置

Info

Publication number: JPH10163099A
Application number: JP8332846A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Ota; 和哉太田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-11-28
Filing date: 1996-11-28
Publication date: 1998-06-19
Anticipated expiration: 2016-11-28
Also published as: JP4029182B2

Abstract

(57)【要約】【課題】スループットを向上させることができるとと
もに、ベースライン量に無関係に基板ステージの大きさ
を定めることができる露光方法を提供する。【解決手段】例えば、ステージＷＳ２に保持された基
板Ｗ上に投影光学系ＰＬを介してマスクＲのパターン像
の露光が行われる間に、ステージＷＳ１に保持された
基板Ｗ上の位置合わせマークと該ステージＷＳ１上の基
準点との位置関係が計測される。そして、ステージＷＳ
２に保持された基板Ｗの露光終了後に、ステージＷＳ１
上の基準点を投影光学系ＰＬの投影領域内に位置決めし
た状態で、その投影領域内の所定の基準点に対するス
テージＷＳ１上の基準点の位置ずれ及びその位置ずれ
検出時のステージＷＳ１の座標位置が検出される。その
後に、、、の検出結果に基づいてステージＷＳ１
の移動を制御し、ステージＷＳ１に保持された基板Ｗと
マスクＲのパターン像との位置合わせが行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、露光方法及び露光
装置に係り、更に詳しくは、半導体素子や液晶表示素子
等をリソグラフィ工程で製造する際に用いられるマスク
パターンを投影光学系を介して感応基板上に露光する露
光方法及び露光装置、あるいは半導体素子、半導体素子
製造用マスク等の製造のため、レーザ光、電子線その他
の荷電粒子線等で感応基板上にパターンを直接描画する
描画装置等の露光装置に関する。本発明は、感応基板を
保持する基板ステージを複数有する点に特徴を有するも
のである。

【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」又は「ウエハ」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。

【０００４】この種の投影露光装置においては、露光に
先立ってレチクルとウエハとの位置合わせ（アライメン
ト）を高精度に行う必要がある。このアライメントを行
うために、ウエハ上には以前のフォトリソグラフィ工程
で形成（露光転写）された位置検出用マーク（アライメ
ントマーク）が設けられており、このアライメントマー
クの位置を検出することで、ウエハ（又はウエハ上の回
路パターン）の正確な位置を検出することができる。

【０００５】アライメントマークを検出するアライメン
ト顕微鏡としては、大別して投影レンズを介してマーク
検出を行なうオンアクシス方式と、投影レンズを介さず
マーク検出を行なうオフアクシス方式のものとがある
が、今後の主流になるであろうエキシマレーザ光源を用
いる投影露光装置では、オフアクシス方式のアライメン
ト顕微鏡が最適である。これは、投影レンズは露光光に
対して色収差の補正がなされているので、オンアクシス
の場合、アライメント光が集光できないか、集光できた
としても色収差による誤差が非常に大きなものとなるの
に対し、オフアクシス方式のアライメント顕微鏡は、投
影レンズとは別に設けられていることから、このような
色収差を考慮することなく、自由な光学設計が可能であ
ること、及び種々のアライメント系が使用できるからで
ある。例えば、位相差顕微鏡や微分干渉顕微鏡等も使用
できる。

【０００６】ところで、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な
われ、次いでウエハ外形を基準とする等によりいわゆる
サーチアライメントが行なわれる。

【０００８】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なわれ
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なって、
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。

【０００９】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なわれ
る。

【００１０】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アンロードさせ
るウエハアンロード工程が行なわれる。このウエハアン
ロード工程は、上記のウエハロード工程と同時に行な
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。

【００１１】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を含む）→ファインアラ
イメント→露光→ウエハ交換……のように、大きく３つ
の動作が１つのウエハステージを用いて繰り返し行なわ
れている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述した投影露光装置
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。

【００１３】これに関し、現状の投影露光装置では、上
述した３つの動作がシーケンシャルに行われることか
ら、スループット向上のためには、各動作に要する時間
を短縮する必要があるが、ウエハ交換（サーチアライメ
ントを含む）は、ウエハ１枚に対して一動作が行なわれ
るだけであるから改善の効果は比較的小さい。また、フ
ァインアライメントに要する時間は、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ることにより、短
縮することができるが、これらのことは、却ってアライ
メント精度を劣化させることになるため、安易にファイ
ンアライメントに要する時間を短縮することはできな
い。

【００１４】従って、結論的には、露光に要する時間を
短縮することがスループット向上のためには、最も効果
的であるということになるが、この露光動作には、ステ
ッパーの場合、純粋な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おり、ウエハ露光時間の短縮
には光源の光量が大きいことが必須となるが、この種の
投影露光装置では上記スループット面の他に、重要な条
件として、解像度、焦点深度（ＤＯＦ：Depth of F
orcus ）、線幅制御精度等があり、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．（Numeri
cal 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。このた
め、光源としては波長の短いものであることも必要であ
り、従来用いられていた超高圧水銀ランプの輝線（ｇ
線、ｉ線）等に比べパワーが大きく、短波長であるとい
う両方の要件を満たすものとして先に述べたエキシマレ
ーザが今後の主流になると言われ、これより波長が短
く、光量が大きく、露光装置の光源として適切な光源
は、現段階では考えられていない。従って、光源として
エキシマレーザを用いる場合以上のスループットの向上
はあまり期待できず、光源の工夫によるスループットの
向上にも限界がある。

【００１５】一方、ショット間のステッピング時間の短
縮のためには、ウエハを保持するステージの最高速度、
最高加速度を向上させる必要があるが、最高速度、最高
加速度の向上はステージの位置決め精度の劣化を招きや
すいという不都合があった。この他、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、
レチクルとウエハの相対走査速度を上げることによりウ
エハの露光時間の短縮が可能であるが、相対走査速度の
向上は同期精度の劣化を招き易いので、安易に走査速度
を上げることができない。従って、ステージの制御性を
向上させることが必要となる。

【００１６】しかしながら、特に今後主流になるであろ
うエキシマレーザ光源を用いる投影露光装置のようにオ
フアクシスアライメント顕微鏡を用いる装置では、ステ
ージの制御性を向上させることは、容易ではない。すな
わち、この種の投影露光装置では、投影光学系を介して
のマスクパターンの露光時と、アライメント時との両方
でウエハステージの位置をアッベ誤差なく正確に管理
し、高精度な重ね合わせを実現するためには、レーザ干
渉計の測長軸が投影光学系の投影中心とアライメント顕
微鏡の検出中心とをそれぞれ通るように設定する必要が
あり、しかも露光時のステージの移動範囲内とアライメ
ント時のステージの移動範囲内との両方で前記投影光学
系の投影中心を通る測長軸とアライメント顕微鏡の検出
中心を通る測長軸とが共に切れないようにする必要があ
るため、ステージが必然的に大型化するからである。

【００１７】以上より、前述した３つの動作の個々の動
作に要する時間を短縮するという手法では、何らのデメ
リットなくスループットを向上させることは困難であ
り、これとは別の手法によりスループットを向上させる
新技術の出現が待望されていた。

【００１８】本発明は、かかる事情の下になされたもの
で、請求項１に記載の発明の目的は、スループットを向
上させることができるとともに、ベースライン量に無関
係に基板ステージの大きさを定めることができる露光方
法を提供することにある。

【００１９】また、請求項２ないし１１に記載の発明の
目的は、スループットを向上させることができる露光装
置を提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】前述した３つの動作、す
なわちウエハ交換（サーチアライメントを含む）、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、これらの動作
をシーケンシャルに行なう場合に比べて、スループット
を向上させることができると考えられる。本発明は、か
かる観点に着目してなされたもので、以下のような方法
及び構成を採用する。すなわち、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（Ｗ）上に露光する露光方
法であって、感応基板（Ｗ）を保持して各々同一の平面
内を独立に移動可能な２つの基板ステージ（ＷＳ１、Ｗ
Ｓ２）を用意し；前記２つの基板ステージ（ＷＳ１、Ｗ
Ｓ２）の内の一方の基板ステージ（ＷＳ１又はＷＳ２）
に保持された感応基板（Ｗ）上に前記投影光学系（Ｐ
Ｌ）を介して前記マスク（Ｒ）のパターン像を露光し；
前記一方の基板ステージ（ＷＳ１又はＷＳ２）に保持さ
れた感応基板（Ｗ）の露光中に、前記２つの基板ステー
ジの内の他方の基板ステージ（ＷＳ２又はＷＳ１）に保
持された感応基板（Ｗ）上の位置合わせマークと前記他
方のステージ（ＷＳ２又はＷＳ１）上の基準点との位置
関係を計測し；前記一方の基板ステージに保持された感
応基板の露光終了後に、前記他方の基板ステージ上の基
準点を前記投影光学系（ＰＬ）の投影領域内に位置決め
した状態で、その投影領域内の所定の基準点に対する前
記他方の基板ステージ上の基準点の位置ずれ及び前記他
方の基板ステージの座標位置を検出し；前記検出された
位置関係、前記検出された位置ずれ及び前記検出された
座標位置に基づいて前記他方の基板ステージの移動を制
御し、前記他方のステージに保持された感応基板と前記
マスクのパターン像との位置合わせを行うことを特徴と
する。

【００２１】これによれば、２つの基板ステージ（ＷＳ
１、ＷＳ２）の内の一方の基板ステージ（ＷＳ１又はＷ
Ｓ２）に保持された感応基板（Ｗ）上に前記投影光学系
（ＰＬ）を介して前記マスク（Ｒ）のパターン像の露光
が行われる間に、２つの基板ステージの内の他方の基
板ステージ（ＷＳ２又はＷＳ１）に保持された感応基板
（Ｗ）上の位置合わせマークと他方のステージ（ＷＳ２
又はＷＳ１）上の基準点との位置関係が計測される。こ
のように、一方の基板ステージ側の露光動作と他方の基
板ステージ側のアライメント動作（他方の基板ステージ
に保持された感応基板上の位置合わせマークと他方のス
テージ上の基準点との位置関係の計測）とを並行して行
なうことができるので、これらの動作をシーケンシャル
に行なっていた従来技術に比べてスループットの向上を
図ることが可能である。

【００２２】そして、上記の一方の基板ステージに保持
された感応基板の露光終了後に、前記他方の基板ステー
ジ（ＷＳ２又はＷＳ１）上の基準点を投影光学系（Ｐ
Ｌ）の投影領域内に位置決めした状態で、その投影領
域内の所定の基準点に対する他方の基板ステージ上の基
準点の位置ずれ及びその位置ずれ検出時の他方の基板
ステージの座標位置が検出される。その後に、検出さ
れた位置関係、検出された位置ずれ及び検出された
座標位置に基づいて他方の基板ステージ（ＷＳ２又はＷ
Ｓ１）の移動を制御し、他方のステージに保持された感
応基板と前記マスクのパターン像との位置合わせが行わ
れる。

【００２３】このため、の他方の基板ステージ上の所
定の基準点と感応基板上の位置合わせマークとの位置関
係検出時に当該基板ステージの位置を管理する干渉計
（あるいは座標系）と、、の位置ずれ検出及び基板
ステージの座標位置の検出の際のステージの位置を管理
する干渉計（あるいは座標系）とが同一でも異なってい
ても何らの不都合なく、マスクのパターン像と前記他方
の基板ステージに搭載された感応基板との位置合わせを
高精度に行なうことができる。

【００２４】従って、例えば位置合わせマークを検出す
るマーク検出系としてオフアクシスのアライメント系を
用いる場合、投影光学系の投影領域内の所定の基準点
（マスクのパターン像の投影中心）とアライメント系の
検出中心との位置関係、すなわちベースライン量の計測
が不要となり、結果的に投影光学系とアライメント系と
が大きく離れていても何らの不都合がないので、ベース
ライン量に無関係に基板ステージの大きさを設定するこ
とができ、基板ステージを小型・軽量化しても何らの不
都合なく、感応基板の全面に対してマーク位置計測、投
影光学系を介したパターンの露光を行なうことができ
る。この場合、ベースライン量の変動の影響を受けるこ
ともない。

【００２５】請求項２に記載の発明は、投影光学系（Ｐ
Ｌ）を介して感応基板（Ｗ）上にパターンを露光する露
光装置であって、感応基板（Ｗ）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（Ｗ）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、ＷＳ２）上又は該ステージに保持された感応
基板（Ｗ）上のマークを検出するためのアライメント系
（ＷＡ）と；前記第１基板ステージ及び第２基板ステー
ジの２次元位置をそれぞれ計測するための干渉計システ
ム（２６）と；前記２つの基板ステージのそれぞれを、
該ステージ上に保持された感応基板に対して前記投影光
学系を介して露光が行われる露光時のステージ移動範囲
内の所定の第１位置と、前記アライメント系によりステ
ージ上又は該ステージに保持された感応基板上のマーク
検出が行われるアライメント時のステージ移動範囲内の
所定の第２位置との間で移動させる移動手段（２０、２
２）と；第１基板ステージ及び第２基板ステージの内の
一方のステージに保持された感応基板が露光される間
に、前記第１基板ステージ及び第２基板ステージの内の
他方のステージ上で前記アライメント系（ＷＡ）による
マーク検出動作が行われるように、前記干渉計システム
（２６）の計測値をモニタしつつ、前記２つのステージ
の動作を制御した後に、前記移動手段（２０、２２）を
制御して前記一方の基板ステージと他方の基板ステージ
の位置を入れ替える制御手段（２８）とを有する。

【００２６】これによれば、制御手段（２８）により、
一方のステージに保持された感応基板が露光される間
に、他方のステージ上でアライメント系（ＷＡ）による
マーク検出動作が行われるように、干渉計システム（２
６）の計測値をモニタしつつ、２つのステージの動作を
制御された後に、移動手段（２０、２２）が制御され、
一方の基板ステージと他方の基板ステージの位置の入れ
替えが行われる。このため、一方の基板ステージ側の露
光動作と他方のステージ側のアライメント動作との並行
処理により、スループットの向上が可能であるととも
に、位置の入れ替え後に第２位置にある基板ステージ上
で感応基板の交換を行なうようにすれば、両ステージの
動作を入れ替えて、他方のステージに保持された感応基
板が露光される間に、一方のステージ上でアライメント
系（ＷＡ）によるマーク検出動作を並行して行なうこと
が可能になる。

【００２７】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
の露光装置において、前記干渉計システム（２６）は、
前記投影光学系（ＰＬ）の投影中心で相互に垂直に交差
する第１測長軸（Ｘｅ）及び第２測長軸（Ｙｅ）と、前
記アライメント系（ＷＡ）の検出中心で相互に垂直に交
差する第３測長軸（Ｘａ）及び第４測長軸（Ｙａ）とを
備え、前記制御手段（２８）は、前記一方と他方のステ
ージの位置を入れ替える際に、前記干渉計システム（２
６）の測長軸（Ｘｅ，Ｙｅ，Ｘａ，Ｙａ）をリセットす
ることを特徴とする。

【００２８】これによれば、干渉計システム（２６）
が、投影光学系（ＰＬ）の投影中心で相互に垂直に交差
する第１測長軸（Ｘｅ）及び第２測長軸（Ｙｅ）と、ア
ライメント系（ＷＡ）の検出中心で相互に垂直に交差す
る第３測長軸（Ｘａ）及び第４測長軸（Ｙａ）とを備え
ていることから、投影光学系を介しての感応基板上への
パターンの露光時及びアライメント系による位置検出マ
ークの検出時のいずれのときにおいても、アッベの誤差
なく基板ステージ（ＷＳ１，ＷＳ２）の位置を正確に管
理することができる。また、制御手段（２８）が、一方
と他方のステージの位置を入れ替える際に、干渉計シス
テム（２６）の測長軸（Ｘｅ，Ｙｅ，Ｘａ，Ｙａ）をリ
セットすることから、位置の入れ替えの際に、それまで
それぞれの基板ステージの位置を管理していた干渉計シ
ステムの測長軸が一旦切れても、干渉計システム（２
６）の測長軸（Ｘｅ，Ｙｅ，Ｘａ，Ｙａ）をリセットす
る位置を予め所定の位置に定めておけば、リセット後
は、そのリセットされた測長軸の計測値を用いて第１、
第２の基板ステージの位置を管理することが可能にな
る。

【００２９】請求項４に記載の発明は、投影光学系（Ｐ
Ｌ）を介して感応基板（Ｗ）上にパターンを露光する露
光装置であって、感応基板（Ｗ）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（Ｗ）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（Ｐ
Ｌ）とは別に設けられ、前記基板ステージ上又は該ステ
ージに保持された感応基板上のマークを検出するための
アライメント系（ＷＡ）と；前記第１基板ステージ及び
第２基板ステージの２次元位置をそれぞれ計測するため
の干渉計システム（２６）と；前記２つの基板ステージ
のそれぞれを、ステージ上に保持された感応基板（Ｗ）
に対して前記投影光学系（ＰＬ）を介して露光が行われ
る露光時のステージ移動範囲内の所定の第１位置と、前
記アライメント系（ＷＡ）によりステージ上又は該ステ
ージに保持された感応基板上のマーク検出が行われるア
ライメント時のステージ移動範囲内の所定の第２位置
と、基板ステージと外部の基板搬送機構との間で感応基
板の受け渡しが行われれる第３位置の３地点間で移動さ
せる移動手段（２０、２２）と；第１基板ステージ（Ｗ
Ｓ１）及び第２基板ステージ（ＷＳ２）の内の一方のス
テージの位置が前記干渉計システム（２６）により管理
され、該一方のステージに保持された感応基板（Ｗ）に
前記投影光学系（ＰＬ）を介してパターンが露光される
間に、前記第１基板ステージ及び第２基板ステージの内
の他方のステージ上で感応基板（Ｗ）の交換及び前記感
応基板（Ｗ）上のアライメントマークと前記他方のステ
ージ上の基準点との位置関係を前記アライメント系（Ｗ
Ａ）の検出結果と前記干渉計システム（２６）の計測値
とに基づいて計測するアライメント動作が順次行われる
ように前記２つの基板ステージ（ＷＳ１，ＷＳ２）及び
前記移動手段（２０、２２）を制御するとともに、前記
２つのステージの動作がともに終了した後に、前記２つ
のステージ上で行われる動作が入れ替わるように、前記
２つのステージと前記移動手段とを制御する制御手段
（２８）とを有する。

【００３０】これによれば、制御手段により、一方の基
板ステージの位置が干渉計システムにより管理され、該
一方の基板ステージに保持された感応基板に投影光学系
を介してパターンが露光される間に、他方の基板ステー
ジ上で感応基板（Ｗ）の交換及びその交換後の感応基板
（Ｗ）上のアライメントマークと他方のステージ上の基
準点との位置関係をアライメント系（ＷＡ）の検出結果
と干渉計システム（２６）の計測値とに基づいて計測す
るアライメント動作が順次行われるように２つの基板ス
テージ（ＷＳ１，ＷＳ２）及び移動手段（２０、２２）
が制御される。このため、一方の基板ステージ側の露光
動作と他方のステージ側の感応基板の交換及びアライメ
ント動作との並行処理により、スループットのより一層
の向上が可能である。この場合、第１位置、第２位置と
は異なる第３位置で感応基板の交換が行われるので、こ
の交換をアライメント系、投影光学系とは別の位置で行
なうことができ、アライメント系、投影光学系が感応基
板の交換の妨げになるという不都合もない。

【００３１】また、制御手段では、２つのステージの動
作がともに終了した後に、２つのステージ上で行われる
動作が入れ替わるように、２つのステージと移動手段と
を制御することから、上記の２つのステージの動作終了
後に、これに続いて、他方のステージに保持された感応
基板が露光される間に、一方のステージ上でアライメン
ト系（ＷＡ）によるマーク検出動作を並行して行なうこ
とが可能になる。

【００３２】この場合において、投影光学系として例え
ば電子鏡筒を用い、感応基板上に電子ビームによりパタ
ーンを直接描画しても良いが、請求項５に記載の発明の
如く、パターンが形成されたマスク（Ｒ）を更に設け、
前記マスク（Ｒ）に形成されたパターンの像が投影光学
系（ＰＬ）を介して前記第１基板ステージ（ＷＳ１）及
び第２基板ステージ（ＷＳ２）上の感応基板（Ｗ）に投
影露光されるようにしても良い。

【００３３】請求項６に記載の発明は、請求項５に記載
の露光装置において、前記干渉計システム（２６）は、
前記投影光学系（ＰＬ）の投影中心で相互に垂直に交差
する第１測長軸（Ｘｅ）及び第２測長軸（Ｙｅ）と、前
記アライメント系（ＷＡ）の検出中心で相互に垂直に交
差する第３測長軸（Ｘａ）及び第４測長軸（Ｙａ）とを
備え、前記制御手段（２８）は、前記２つのステージ
（ＷＳ１，ＷＳ２）のそれぞれについて、前記第１位置
への移動の際に前記干渉計システム（２６）の第１及び
第２測長軸（Ｘｅ及びＹｅ）をリセットし、前記第２位
置への移動の際に前記干渉計システム（２６）の第３及
び第４測長軸（Ｘａ及びＹａ）をリセットすることを特
徴とする。

【００３４】これによれば、干渉計システム（２６）
が、投影光学系（ＰＬ）の投影中心で相互に垂直に交差
する第１測長軸（Ｘｅ）及び第２測長軸（Ｙｅ）と、ア
ライメント系（ＷＡ）の検出中心で相互に垂直に交差す
る第３測長軸（Ｘａ）及び第４測長軸（Ｙａ）とを備え
ていることから、投影光学系を介しての感応基板上への
パターンの露光時及びアライメント系による位置検出マ
ークの検出時のいずれのときにおいても、アッベの誤差
なく基板ステージ（ＷＳ１，ＷＳ２）の位置を正確に管
理することができる。また、制御手段（２８）が、２つ
のステージ（ＷＳ１，ＷＳ２）のそれぞれについて、第
１位置への移動の際に干渉計システム（２６）の第１及
び第２測長軸（Ｘｅ及びＹｅ）をリセットし、第２位置
への移動の際に干渉計システム（２６）の第３及び第４
測長軸（Ｘａ及びＹａ）をリセットすることから、いず
れの基板ステージについても露光開始前、アライメント
計測開始前にそれぞれの動作で必要とされる測長軸をリ
セットすることができ、それまでそれぞれの基板ステー
ジの位置を管理していた干渉計システムの測長軸が一旦
切れても、リセット後は、そのリセットされた測長軸の
計測値を用いて露光時、アライメント時の両ステージの
位置を管理することが可能になる。

【００３５】この場合において、請求項７に記載の発明
の如く、前記マスク（Ｒ）のパターン像の投影中心と前
記ステージ上の基準点との相対位置関係を前記マスク
（Ｒ）と前記投影光学系（ＰＬ）を介して検出するマー
ク位置検出手段（５２Ａ，５２Ｂ）を更に有することが
望ましい。かかる場合には、投影光学系（ＰＬ）の投影
領域内で基板ステージ（１８）上の所定の基準点とマス
クパターン像の投影中心との位置関係が検出可能となる
位置に基板ステージ（ＷＳ１、ＷＳ２）を位置決めした
際に、マーク位置検出手段（５２Ａ、５２Ｂ）によりマ
スク（Ｒ）のパターン像の投影中心と基板ステージ上の
基準点との位置関係をマスク（Ｒ）と投影光学系（Ｐ
Ｌ）とを介して検出することができる。かかる場合に
は、投影光学系（ＰＬ）の投影領域内で基板ステージ
（１８）上の所定の基準点とマスクパターン像の投影中
心との位置関係が検出可能となる位置を第１位置として
定め、この位置で第１、第２測長軸のリセットをも行な
うようにすることが望ましい。

【００３６】上記各発明において、請求項８に記載の発
明の如く、前記各基板ステージ（ＷＳ１，ＷＳ２）が、
ステージ本体（ＷＳ１ａ，ＷＳ２ａ）と、この本体（Ｗ
Ｓ１ａ，ＷＳ２ａ）上に着脱自在に搭載され基板を保持
する基板保持部材（ＷＳ１ｂ，ＷＳ２ｂ）とを有し、該
基板保持部材（ＷＳ１ｂ，ＷＳ２ｂ）の側面には干渉計
用反射面が設けられ且つ前記基板保持部材の上面には前
記基準点として基準マーク（ＷＭ、ＲＭ）が形成されて
いる場合には、前記移動手段（２０、２２）が、前記基
板ステージの代わりに前記基板保持部材を前記各地点間
で移動させるようにしても良い。

【００３７】また、これらの場合において移動手段とし
ては、第１位置、第２位置及び第３位置の３地点間（又
は第１位置と第２位置との間）で、干渉計計測値をモニ
タ用いることなく基板ステージ又は基板保持部材を移動
させるものであればどのようなものを用いても良く、例
えば請求項９に記載の発明の如く、移動手段がロボット
アーム（２０、２２）によって構成されていても良い。

【００３８】また、上記各発明において、干渉計システ
ムの測長の基準となる固定鏡は、どこに配置しても良い
が、請求項１０に記載の発明の如く、前記投影光学系
（ＰＬ）、前記アライメント系（ＷＡ）に、それぞれ干
渉計による測長の基準となる固定鏡（１４Ｘ，１４Ｙ、
１８Ｘ，１８Ｙ）を取り付けても良い。この場合には、
固定鏡が他の場所にある場合に比べて、経時的な固定鏡
の位置変動や装置の振動に起因する固定鏡の位置変動の
影響により測長結果に誤差が生じにくい。

【００３９】上記各発明では、第１基板ステージと第２
基板ステージの２つのみが設けられていたが、請求項１
１に記載の発明の如く、前記第１基板ステージ（ＷＳ
１）及び第２基板ステージ（ＷＳ２）の他に、感応基板
を保持して前記２つの基板ステージと同一平面内をこれ
らのステージとは独立に移動可能な少なくとも１つの別
の基板ステージを更に設けても良い。

【００４０】

【発明の実施の形態】

《第１の実施形態》以下、本発明の第１の実施形態を図
１ないし図４に基づいて説明する。

【００４１】図１には、第１の実施形態に係る露光装置
１００の構成が示されている。この露光装置１００は、
ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影型露光装置
（いわゆるステッパー）である。

【００４２】この投影露光装置１００は、照明系ＩＯＰ
と、マスクとしてのレチクルＲを保持するレチクルステ
ージＲＳＴ、レチクルＲに形成されたパターンの像を感
応基板としてのウエハＷ上に投影する投影光学系ＰＬ、
ウエハＷを保持してベース１２上をＸＹ２次方向に移動
可能な第１基板ステージとしてのウエハステージＷＳ１
及びウエハＷを保持してベース１２上をウエハステージ
ＷＳ１とは独立にＸＹ２次元方向に移動可能な第２基板
ステージとしてのウエハステージＷＳ２、２つのウエハ
ステージＷＳ１，ＷＳ２のそれぞれの位置を計測する干
渉計システム２６と、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏ
インターフェース等を含んで構成されるミニコンピュー
タ（又はマイクロコンピュータ）から成り装置全体を統
括制御する制御手段としての主制御装置２８等を備えて
いる。

【００４３】前記照明系ＩＯＰは、光源（水銀ランプ又
はエキシマレーザ等）と、フライアイレンズ、リレーレ
ンズ、コンデンサレンズ等から成る照明光学系とから構
成されている。この照明系ＩＯＰは、光源からの露光用
の照明光ＩＬによってレチクルＲの下面（パターン形成
面）のパターンを均一な照度分布で照明する。ここで、
露光用照明光ＩＬとしては、水銀ランプのｉ線等の輝
線、又はＫｒＦ、ＡｒＦ等のエキシマレーザ光等が用い
られる。

【００４４】レチクルステージＲＳＴ上には不図示の固
定手段を介してレチクルＲが固定されており、このレチ
クルステージＲＳＴは、不図示の駆動系によってＸ軸方
向（図１における紙面直交方向）、Ｙ軸方向（図１にお
ける紙面左右方向）及びθ方向（ＸＹ面内の回転方向）
に微小駆動可能とされている。これにより、このレチク
ルステージＲＳＴは、レチクルＲのパターンの中心（レ
チクルセンタ）が投影光学系ＰＬの光軸Ａｅとほぼ一致
する状態でレチクルＲを位置決め（レチクルアライメン
ト）できるようになっている。図１では、このレチクル
アライメントが行われた状態が示されている。

【００４５】投影光学系ＰＬは、その光軸Ａｅがレチク
ルステージＲＳＴの移動面に直交するＺ軸方向とされ、
ここでは両側テレセントリックで、所定の縮小倍率β
（βは例えば１／５）を有するものが使用されている。
このため、レチクルＲのパターンとウエハＷ上のショッ
ト領域との位置合わせ（アライメント）が行われた状態
で、照明光ＩＬによりレチクルＲが均一な照度で照明さ
れると、パターン形成面のパターンが投影光学系ＰＬに
より縮小倍率βで縮小されて、フォトレジストが塗布さ
れたウエハＷ上に投影され、ウエハＷ上の各ショット領
域にパターンの縮小像が形成される。

【００４６】また、本実施形態では、投影光学系ＰＬの
Ｘ軸方向一側（図１における左側）の側面には、ウエハ
ステージＷＳ１，ＷＳ２の露光時のＸ軸方向位置管理の
基準となるＸ固定鏡１４Ｘが固定され、同様に投影光学
系ＰＬのＹ軸方向一側（図１における紙面奥側）の側面
には、ウエハステージＷＳ１，ＷＳ２の露光時のＹ軸方
向位置管理の基準となるＹ固定鏡１４Ｙが固定されてい
る（図３参照）。

【００４７】前記ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２の底面
には、不図示の気体静圧軸受がそれぞれ設けられてお
り、これらの気体静圧軸受によってウエハステージＷＳ
１、ＷＳ２はベース１２上面との間に数ミクロン（μ
ｍ）程度のクリアランスを介してそれぞれベース１２上
方に浮上支持されている。これらのウエハステージＷＳ
１、ＷＳ２のＸ軸方向一側（図１における左側）の面及
びＹ軸方向一側（図１における紙面奥側）の面には、そ
れぞれ鏡面加工が施され、干渉計システム２６からの測
長ビームを反射するための移動鏡として機能する反射面
がそれぞれ形成されている。

【００４８】また、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２の底
面には、マグネットがそれぞれ固定されており、ベース
内の所定範囲（具体的には、投影光学系ＰＬ下方近傍の
所定領域及びアライメント顕微鏡ＷＡ下方近傍の所定領
域）に埋め込まれた不図示の駆動コイルによって発生す
る電磁力によりウエハステージＷＳ１、ＷＳ２はベース
１２上をＸＹ２次元方向に移動する。すなわち、ウエハ
ステージＷＳ１、ＷＳ２底面のマグネットとベース１２
内に埋め込まれた駆動コイルとによってウエハステージ
ＷＳ１、ＷＳ２の駆動手段としてのいわゆるムービング
マグネット型のリニアモータが構成されている。このリ
ニアモータの駆動コイルの駆動電流が、主制御装置２８
によって制御される。

【００４９】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真空吸着等によってウエハＷ
がそれぞれ保持されている。また、これらのウエハステ
ージＷＳ１，ＷＳ２上には、その表面がウエハＷの表面
と同じ高さになるような基準マーク板ＦＭ１、ＦＭ２が
それぞれ固定されている。一方の基準マーク板ＦＭ１の
表面には、図２の平面図に示されるように、その長手方
向中央部に後述するウエハアライメント顕微鏡ＷＡで計
測するためのマークＷＭが形成され、このマークＷＭの
長手方向両側に投影光学系ＰＬを通してレチクルＲとの
相対的な位置計測に用いる一対のマークＲＭが形成され
ている。他方の基準マーク板ＦＭ２上にもこれとも全く
同様のマークＷＭ、ＲＭが形成されている。

【００５０】更に、本実施形態では、投影光学系ＰＬか
らＸＹ軸に対しほぼ４５度の方向に所定距離、例えば３
０００ｍｍ離れた位置にウエハＷに形成された位置検出
用マーク（アライメントマーク）を検出するアライメン
ト系としてのオフ・アクシス方式のアライメント顕微鏡
ＷＡが設けられている。ウエハＷには、前層までの露
光、プロセス処理により段差ができており、その中に
は、ウエハ上の各ショット領域の位置を測定するための
位置検出用マーク（アライメントマーク）も含まれてお
り、このアライメントマークをアライメント顕微鏡ＷＡ
により計測するのである。

【００５１】アライメント顕微鏡ＷＡとしては、ここで
は、画像処理方式のいわゆるＦＩＡ（field Image Alig
nment ）系のアライメント顕微鏡が用いられている。こ
れによれば、ハロゲンランプ等のブロードバンドな照明
光を発する不図示の光源から発せられた照明光が不図示
の対物レンズを通過した後ウエハＷ（又は基準マーク板
ＦＭ）上に照射され、そのウエハＷ表面の不図示のウエ
ハマーク領域からの反射光が対物レンズ、不図示の指標
板を順次透過して不図示のＣＣＤ等の撮像面上にウエハ
マークの像、及び指標板上の指標の像が結像される。こ
れらの像の光電変換信号が信号処理ユニット１６内の不
図示の信号処理回路により処理され、不図示の演算回路
によってウエハマークと指標との相対位置が算出され、
この相対位置が主制御装置２８に伝えられる。主制御装
置２８では、この相対位置と干渉計システム２６の計測
値とに基づいてウエハＷ上のアライメントマークの位置
を算出する。

【００５２】また、アライメント顕微鏡ＷＡのＸ軸方向
一側（図１における左側）の側面には、ウエハステージ
ＷＳ１，ＷＳ２のアライメント動作時のＸ軸方向位置管
理の基準となるＸ固定鏡１８Ｘが固定され、同様にアラ
イメント顕微鏡ＷＡのＹ軸方向一側（図１における紙面
奥側）の側面には、ウエハステージＷＳ１，ＷＳ２の露
光動作時のＹ軸方向位置管理の基準となるＹ固定鏡１８
Ｙが固定されている。

【００５３】なお、アライメント顕微鏡としてはＦＩＡ
系に限らず、ＬＩＡ（Laser Interferometric Alignmen
t）系やＬＳＡ（Laser Step Alignment）系等の他の光
アライメント系は勿論、位相差顕微鏡や微分干渉顕微鏡
等の他の光学装置や、トンネル効果を利用して試料表面
の原子レベルの凹凸を検出するＳＴＭ（Scanning Tunne
l Microscope：走査型トンネル顕微鏡）や原子間力（引
力や斥力）を利用して試料表面の原子分子レベルの凹凸
を検出するＡＦＭ（Atomic Force Microscope：原子間
力顕微鏡）等の非光学装置等を使用することも可能であ
る。

【００５４】更に、本実施形態の投影露光装置１００で
は、レチクルＲの上方に、投影光学系ＰＬを介した基準
マーク板ＦＭ上の基準マークＲＭの像とレチクルＲ上の
レチクルアライメントマーク（図示省略）とを同時に観
察するためのマーク位置検出手段としてのレチクルアラ
イメント顕微鏡５２Ａ、５２Ｂが設けられている。レチ
クルアライメント顕微鏡５２Ａ、５２Ｂの検出信号Ｓ
１、Ｓ２は、主制御装置２８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５２Ａ、５２Ｂに導くための
偏向ミラー５４Ａ、５４Ｂが当該各レチクルアライメン
ト顕微鏡５２Ａ、５２Ｂと一体的にユニット化されて、
一対の顕微鏡ユニット５６Ａ、５６Ｂが構成されてい
る。これらの顕微鏡ユニット５６Ａ、５６Ｂは、露光シ
ーケンスが開始されると、主制御装置２８からの指令に
より、不図示のミラー駆動装置によって、レチクルパタ
ーン面にかからない位置まで退避されるようになってい
る。

【００５５】次に、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２の位
置を管理する図１の干渉計システム２６について詳述す
る。

【００５６】この干渉計システム２６は、実際には、図
３に示されるように、Ｘ軸方向位置計測用の第１のレー
ザ干渉計２６Ｘｅと、Ｙ軸方向位置計測用の第２のレー
ザ干渉計２６Ｙｅと、Ｘ軸方向位置計測用の第３のレー
ザ干渉計２６Ｘａと、Ｙ軸方向位置計測用の第４のレー
ザ干渉計２６Ｙａとを含んで構成されているが、図１で
はこれらが代表的に干渉計システム２６として図示され
ている。

【００５７】第１のレーザ干渉計２６Ｘｅは、Ｘ固定鏡
１４Ｘに対して投影光学系ＰＬの投影中心を通るＸ軸方
向のレファレンスビームＸ_e1を投射するとともに、ウエ
ハステージ（ＷＳ１又はＷＳ２）の反射面に対して測長
ビームＸ_e2を投射し、これら２本のビームの反射光が一
つに重ねられて干渉させられたその干渉状態に基づいて
固定鏡１４Ｘに対するウエハステージ反射面の変位を計
測する。

【００５８】また、第２のレーザ干渉計２６Ｙｅは、Ｙ
固定鏡１４Ｙに対して投影光学系ＰＬの投影中心を通る
Ｙ軸方向のレファレンスビームＹ_e1を投射するととも
に、ウエハステージ（ＷＳ１又はＷＳ２）の反射面に対
して測長ビームＹ_e2を投射し、これら２本のビームの反
射光が一つに重ねられて干渉させられたその干渉状態に
基づいて固定鏡１４Ｙに対するウエハステージ反射面の
変位を計測する。

【００５９】また、第３のレーザ干渉計２６Ｘａは、Ｘ
固定鏡１８Ｘに対してアライメント顕微鏡ＷＡの検出中
心を通るＸ軸方向のレファレンスビームＸ_a1を投射する
とともに、ウエハステージ（ＷＳ１又はＷＳ２）の反射
面に対して測長ビームＸ_a2を投射し、これら２本のビー
ムの反射光が一つに重ねられて干渉させられたその干渉
状態に基づいて固定鏡１８Ｘに対するウエハステージ反
射面の変位を計測する。

【００６０】また、第４のレーザ干渉計２６Ｙａは、Ｙ
固定鏡１８Ｙに対してアライメント顕微鏡ＷＡの検出中
心を通るＹ軸方向のレファレンスビームＹ_a1を投射する
とともに、ウエハステージ（ＷＳ１又はＷＳ２）の反射
面に対して測長ビームＹ_a2を投射し、これら２本のビー
ムの反射光が一つに重ねられて干渉させられたその干渉
状態に基づいて固定鏡１８Ｙに対するウエハステージ反
射面の変位を計測する。

【００６１】ここで、レファレンスビームＸ_e1及び測長
ビームＸ_e2から成る第１のレーザ干渉計２６Ｘｅの測長
軸を第１測長軸Ｘｅ、レファレンスビームＹ_e1及び測長
ビームＹ_e2から成る第２のレーザ干渉計２６Ｙｅの測長
軸を第２測長軸Ｙｅ、レファレンスビームＸ_a1及び測長
ビームＸ_a2から成る第３のレーザ干渉計２６Ｘａの測長
軸を第３測長軸Ｘａ、レファレンスビームＹ_a1及び測長
ビームＹ_a2から成る第４のレーザ干渉計２６Ｙａの測長
軸を第４測長軸Ｙａと呼ぶものとすると、第１測長軸Ｘ
ｅと第２測長軸Ｙｅとは、投影光学系ＰＬの投影中心
（光軸Ａｅ中心と一致）で垂直に交差しており、第３測
長軸Ｘａと第４測長軸Ｙａとは、アライメント顕微鏡Ｗ
Ａの検出中心で垂直に交差している。これにより、後述
するように、ウエハＷ上の位置検出用マーク（アライメ
ントマーク）の計測時にも、ウエハＷ上へのパターンの
露光時にもウエハステージのヨーイング等によるアッベ
誤差の影響を受けることなく、それぞれの計測軸方向で
ウエハステージの位置を正確に計測できるようになって
いる。なお、測定精度を向上させるべく、上記第１ない
し第４のレーザ干渉計として、２周波数のヘテロダイン
干渉計を用いることがより一層望ましい。

【００６２】図１に戻り、干渉計システム２６の計測値
は主制御装置２８に供給され、主制御装置２８ではこの
干渉計システム２６の計測値をモニタしつつ、前述した
リニアモータを介してウエハステージＷＳ１，ＷＳ２を
位置制御する。

【００６３】図３からも明らかなように、本第１の実施
形態の場合、ウエハステージＷＳ１又はＷＳ２上のウエ
ハＷに対して投影光学系ＰＬを介したレチクルパターン
の露光が行なわれる間は、第１、第２のレーザ干渉計２
６Ｘｅ，２６Ｙｅによってウエハステージの位置が管理
され、アライメント顕微鏡ＷＡによりウエハＷ上の位置
検出用マーク（アライメントマーク）の計測が行なわれ
る間は、第３、第４のレーザ干渉計２６Ｘａ，２６Ｙａ
によってウエハステージの位置が管理されるようになっ
ている。しかしながら、露光が終了した後、あるいはア
ライメントマークの計測が終了した後は、各測長軸がそ
れぞれのウエハステージの反射面に当たらなくなるの
で、干渉計システム２６によるウエハステージの位置管
理は困難となる。

【００６４】このため、本実施形態の投影露光装置１０
０では、ウエハステージＷＳ１を図３中に仮想線で示さ
れる第３位置と、図３中に実線で示される第２位置と、
図３中でウエハステージＷＳ２が位置する第１位置との
３地点間で自在に移動させる移動手段としての第１のロ
ボットアーム２０と、同様にウエハステージＷＳ２を上
記第１位置と、第２位置と、第３位置との３地点間で自
在に移動させる移動手段としての第２のロボットアーム
２２とが設けられている。これら第１、第２のロボット
アーム２０、２２も主制御装置２８によって制御され、
これら第１、第２のロボットアーム２０、２２のウエハ
ステージの位置制御精度は、概ね±１μｍ程度となって
いる。これらのロボットアーム２０、２２としては、公
知の構成の有関節ロボットアームが用いられているの
で、詳細な説明は省略するが、上記の位置制御精度を確
実に実現するために、図３中に符号２４Ａ、２４Ｂで示
されるような上下動ピンをストッパとして併せて設ける
ようにしても良い。

【００６５】ここで、第３位置、第２位置及び第１位置
について簡単に説明すると、第３位置とは、外部の基板
搬送機構の一部を構成する搬送アーム５０とウエハステ
ージ（ＷＳ１、ＷＳ２）との間でウエハＷの受け渡しが
行なわれるウエハ交換位置を意味し、第２位置とは、ウ
エハＷのローディングが終了した後、ウエハステージ上
のウエハＷに対しアライメントが行なわれる位置であっ
て第３測長軸Ｘａと第４測長軸Ｙａとが共にウエハステ
ージの反射面に当たる任意の位置を意味し、第１位置と
は、ウエハのアライメントが終了した後、ウエハステー
ジ上のウエハＷに対し露光が行なわれる位置であって第
１測長軸Ｘｅと第２測長軸Ｙｅとが共にウエハステージ
の反射面に当たる任意の位置を意味する。

【００６６】本実施形態では、上述したように、図３中
に示される位置が、それぞれ第１位置、第２位置、第３
位置として定められているものとするが、第２位置は、
上記の定義を満足するのであれば、如何なる位置を定め
てもよく、例えば、基準マーク板ＦＭ上のマークＷＭが
アライメント顕微鏡ＷＡの検出領域内となる位置を第２
位置としても良い。同様に、第１位置も、上記の定義を
満足するのであれば、如何なる位置を定めてもよく、例
えば、基準マーク板ＦＭ上のマークＲＭが投影光学系Ｐ
Ｌの投影領域内となる位置を第１位置としても良い。

【００６７】次に、上述のようにして構成された本実施
形態の投影露光装置１００の全体的な動作の流れを説明
する。

【００６８】前提として、ウエハステージＷＳ１が
第３位置にあり、ウエハステージＷＳ２が第１位置にあ
るものとする。

【００６９】まず、ウエハステージＷＳ１と搬送アーム
５０との間でウエハ交換が行なわれる。このウエハ交換
は、ウエハステージＷＳ１上のセンターアップ（ウエハ
アップ機構）と搬送アーム５０とによって従来と同様に
して行なわれるので、ここでは詳細な説明するは省略す
るが、先に述べたようにロボットアームの位置決め精度
は概ね±１ｕｍ以下なので、搬送アーム５０の位置決め
精度もこれとほぼ同程度であるものとする。このウエハ
交換に先だって、ウエハＷは不図示のプリアライメント
装置によりＸ，Ｙ，θ方向に概略位置決めがなされてお
り、ウエハステージ上へのロード位置が大きくずれるこ
とはなく、例えば基準マーク板ＦＭ１に対するウエハＷ
のロード位置も上記の±１ｕｍ以下の誤差範囲内となっ
ている。

【００７０】このウエハ交換中、ウエハステージＷＳ１
はレーザ干渉計で位置が管理されていないが、第１のロ
ボットアーム２０がウエハステージＷＳ１を捉えている
ので、ウエハステージＷＳ１が勝手な所に行くというよ
うな不都合は生じない。なお、第１のロボットアーム２
０により捉えられている間は、ウエハステージＷＳ１を
駆動するリニアモータは停止しているものとする（以下
において同じ）。

【００７１】ウエハ交換（ウエハステージＷＳ１上への
ウエハＷのロード）が終了すると、主制御装置２８で
は、第１のロボットアーム２０を制御してウエハステー
ジＷＳ１を図３中に実線で示される第２位置へ移動さ
せ、この位置で、第３、第４のレーザ干渉計２６Ｘａ，
２６Ｙａを同時にリセットする。このリセットが終了す
ると、第１のロボットアーム２０はここでの役目を終え
るので、該第１のロボットアーム２０は主制御装置２８
からの指示に応じて不図示の駆動系によりウエハステー
ジＷＳ１を離れて邪魔にならない位置に待避される。

【００７２】上記の第３、第４のレーザ干渉計２６Ｘ
ａ，２６Ｙａのリセット終了後、主制御装置２８では干
渉計２６Ｘａ，２６Ｙａの計測値をモニタしつつ、ウエ
ハステージＷＳ１上の基準マーク板ＦＭ１上のマークＷ
Ｍがアライメント顕微鏡ＷＡの検出領域内に位置決めさ
れるようにウエハステージＷＳ１を前述したリニアモー
タを介して位置制御する。ここで、第１のロボットアー
ム２０による第２位置への位置決め精度は、前述の如
く、概ね±１ｕｍ以下が可能であり、この第２位置で干
渉計測長軸がリセットされているので、その後は０．０
１μｍ程度の分解能で設計値（ウエハステージＷＳ１の
反射面と基準マーク板上のマークＷＭとの設計上の相対
位置関係）に基づいて位置制御が可能であり、結果的
に、アライメント顕微鏡ＷＡによるマークＷＭ計測にと
って十分な精度でウエハステージＷＳ１が位置決めされ
る。なお、第２位置を、ウエハステージＷＳ１上の基準
マーク板ＦＭ１上のマークＷＭがアライメント顕微鏡Ｗ
Ａの検出領域内に位置決めされる位置に設定する場合に
は、上記の干渉計リセット後のウエハステージＷＳ１の
移動は不要であるので、スループットの面ではより一層
望ましい。

【００７３】次に、アライメント顕微鏡ＷＡによって該
アライメント顕微鏡ＷＡの検出中心（指標中心）を基準
とする基準マーク板ＦＭ１上のマークＷＭの位置（ΔＷ
_X，ΔＷ_Y）が計測され、主制御装置２８ではこの計測
中の第３、第４のレーザ干渉計２６Ｘａ，２６Ｙａの計
測値の平均値（Ｘ₀，Ｙ₀）を求める。これによりレー
ザ干渉計２６Ｘａ，２６Ｙａの計測値が（Ｘ₀−Δ
Ｗ_X，Ｙ₀−ΔＷ_Y）を示すとき基準マーク板ＦＭ１上
のマークＷＭがアライメント顕微鏡ＷＡの検出中心（指
標中心）の真下にいることが分かる。上記の第３、第４
のレーザ干渉計２６Ｘａ，２６Ｙａのリセット後の一連
の動作を以下においてはＷ−ＳＥＴと呼ぶものとする。

【００７４】このようにして、一方のウエハステージＷ
Ｓ１上でウエハ交換、干渉計リセット及びＷ−ＳＥＴの
一連の動作が行なわれる間に、他方のウエハステージＷ
Ｓ２上では、次のような動作が行なわれる。

【００７５】すなわち、ウエハステージＷＳ２は、前述
の如く、第２のロボットアーム２２により第１位置へ移
動されており、この第１位置への位置決め制御も±１ｕ
ｍ以下の精度で行なわれている。この第１位置へのウエ
ハステージＷＳ２の移動が完了すると同時に、主制御装
置２８では第１、第２のレーザ干渉計２６Ｘｅ，２６Ｙ
ｅをリセットする。

【００７６】この第１、第２のレーザ干渉計２６Ｘｅ，
２６Ｙｅのリセットが終了すると、第２のロボットアー
ム２２はここでの役目を終えるので、該第２のロボット
アームは主制御装置２８からの指示に応じて不図示の駆
動系によりウエハステージＷＳ２を離れて邪魔にならな
い位置に待避される。

【００７７】次に、主制御装置２８ではレーザ干渉計２
６Ｘｅ，２６Ｙｅの計測値をモニタしつつ、基準マーク
板ＦＭ２上のマークＲＭが、投影光学系ＰＬの投影領域
内でレチクルＲに形成されているレチクルアライメント
マーク（図示省略）に投影光学系を介して重なる位置
に、位置決めされるように、リニアモータを介してウエ
ハステージＷＳ２の位置を制御する。この場合、第２の
ロボットアーム２２による第１位置への位置決め精度
は、前述の如く、概ね±１ｕｍ以下が可能であり、この
第１位置で干渉計測長軸がリセットされているので、そ
の後は０．０１μｍ程度の分解能で設計値（ウエハステ
ージＷＳ２の反射面と基準マーク板ＦＭ２上のマークＲ
Ｍとの設計上の相対位置関係）に基づいて位置制御が可
能であり、結果的に、レチクルアライメント顕微鏡５２
Ａ、５２Ｂでレチクルアライメントマークと基準マーク
板ＦＭ上のマークＲＭを同時に観測するには必要十分な
精度でウエハステージＷＳ２は位置決めされる。

【００７８】次に、レチクルアライメント顕微鏡５２
Ａ、５２ＢによってレチクルＲ上のレチクルアライメン
トマークと基準マーク板ＦＭ２上のマークＲＭの相対間
隔（ΔＲＸ，ΔＲＹ）、すなわち投影光学系ＰＬの投影
領域内の所定の基準点としてのレチクルＲのパターン像
の投影中心に対するウエハステージＷＳ２上の基準点で
ある基準マークＲＭ中心との位置ずれ（ΔＲ_X，Δ
Ｒ_Y）が計測され、主制御装置２８では、このレチクル
アライメント顕微鏡５２Ａ、５２Ｂの計測値を取り込む
と同時に、その時のレーザ干渉計２６Ｘｅ，２６Ｙｅの
計測値（Ｘ₁，Ｙ₁）を読み取る。これにより、レーザ
干渉計２６Ｘｅ，２６Ｙｅの計測値が（Ｘ₁−ΔＲ_X，
Ｙ₁−ΔＲ_Y）となる位置が、レチクルアライメントマ
ークと基準マーク板ＦＭ２上のマークＲＭがちょうど投
影光学系ＰＬを介して重なる位置であることが分かる。
上記の第１、第２のレーザ干渉計２６Ｘｅ，２６Ｙｅの
リセット後の一連の動作を以下においてはＲ−ＳＥＴと
呼ぶものとする。

【００７９】次に、ウエハステージＷＳ１側のウエハ
アライメントとウエハステージＷＳ２側の露光とが並行
して行なわれる。

【００８０】すなわち、前述した第３、第４のレーザ干
渉計２６Ｘａ、２６Ｙａのリセット後は、ウエハステー
ジＷＳ１の位置は、レーザ干渉計２６Ｘａ、２６Ｙａの
計測値に基づいて管理されており、主制御装置２８では
ウエハＷ上の複数のショット領域の内、予め定められた
特定のサンプルショットの位置検出用マーク（アライメ
ントマーク）位置の計測を、干渉計２６Ｙａ、２６Ｘａ
の計測値をモニタしつつリニアモータを介してウエハス
テージＷＳ１を順次移動して、アライメント顕微鏡ＷＡ
の出力に基づいて（Ｘａ，Ｙａ）座標系上で行なう。こ
の場合、基準マーク板ＦＭ１上のマークＷＭがアライメ
ント顕微鏡ＷＡの検出中心の真下に来るときの干渉計の
計測値（Ｘ₀−Δ_X，Ｙ₀−Δ_Y）が求まっているた
め、この値と、基準マークＷＡと各アライメントマーク
の相対位置の設計値とに基づいてウエハＷ上の各アライ
メントマークをウエハアライメント顕微鏡ＷＡの検出領
域内に位置決めするためにはレーザ干渉計２６Ｙａ、２
６Ｘａの計測値がどの値を示す位置にウエハステージＷ
Ｓ１を移動させれば良いかが演算で求められ、この演算
結果に基づいてウエハステージＷＳ１が順次移動され
る。

【００８１】ウエハＷのＸ、Ｙ、θの位置合わせのため
には、最低でもＸ計測マーク２個とＹ計測マーク１個
（またはＸ計測マーク１個とＹ計測マーク２個）を計測
を行なえば足りるが、ここでは、ＥＧＡサンプルショッ
トとして、一直線上に無いＸ計測マーク３個以上、一直
線上に無いＹ計測マーク３個以上の計測が行なわれるも
のとする。

【００８２】そして、この計測した各サンプルショット
のアライメントマーク（ウエハマーク）位置と設計上の
ショット領域の配列データとを用いて、例えば特開昭６
１−４４４２９号公報等に開示されるような最小自乗法
による統計演算を行なって、ウエハＷ上の上記複数ショ
ット領域の全配列データを求める。但し、計算結果は、
先に求めた基準マーク板ＦＭ１上のマークＷＭがアライ
メント顕微鏡ＷＡの検出中心の直下に来たときの干渉計
の値（Ｘ₀−Δ_X，Ｙ₀−Δ_Y）と差をとって、基準マ
ーク板ＦＭ１上の基準マークＷＡを基準とするデータに
変換しておくことが望ましい。これにより、基準マーク
板ＦＭ１上のマークＷＭとウエハＷ上の各ショット領域
の基準点との相対的な位置関係が必要にして十分に分か
る。

【００８３】このようにして、ウエハステージＷＳ１側
でファインアライメント（ＥＧＡ）が行なわれるのと並
行して、ウエハステージＷＳ２側では、次のようにして
レチクルＲのパターン像とウエハＷ上のショット領域の
既成のパターンとの重ね合わせ露光が行なわれる。

【００８４】すなわち、主制御装置２８では上記の位置
ずれ誤差の計測結果と、そのときのウエハステージＷＳ
２の座標位置（Ｘｅ，Ｙｅ）と、予めアライメント動作
により上記と同様にして算出している基準マーク板ＦＭ
２上の基準マークＷＡを基準とする各ショットの配列座
標データとに基づいて、干渉計２６Ｙｅ、２６Ｘｅの計
測値をモニタしつつウエハＷ上の各ショット領域を露光
位置に位置決めしつつ、照明光学系内のシャッタを開閉
制御しながら、ステップ・アンド・リピート方式でレチ
クルパターンをウエハＷ上に順次露光する。ここで、ウ
エハステージＷＳ２上のウエハＷに対する露光に先立っ
て、干渉計２６Ｘｅ、２６Ｙｅをリセットしている（干
渉計の測長軸が一旦切れている）にもかかわらず、高精
度な重ね合わせが可能な理由について、詳述すると、基
準マーク板ＦＭ２上のマークＷＭとマークＲＭとの間隔
は既知であり、これに先立って行われたファインアライ
メント（ＥＧＡ）により前述と同様にして基準マーク板
ＦＭ２上のマークＷＭとウエハＷ上の各ショット領域の
基準点との相対的な位置関係が算出されており、レチク
ルＲ上のレチクルアライメントマークがレチクルＲ上の
どこに存在するか（即ち、投影光学系ＰＬの投影領域内
の所定の基準点であるレチクルのパターン像の投影中心
（投影光学系ＰＬの投影中心とほぼ一致）とウエハステ
ージＷＳ２上の基準点であるマークＲＭとの相対位置関
係）も計測されているので、これらの計測結果に基づ
き、第１、第２のレーザ干渉計２６Ｘｅ、２６Ｙｅの計
測値がどの値になればレチクルＲのパターン像とウエハ
Ｗ上各ショット領域がぴったり重なるかは明白だからで
ある。

【００８５】上述のようにして、ウエハステージＷ
Ｓ１側でファインアライメント（ＥＧＡ）が終了し、ウ
エハステージＷＳ２側でウエハＷ上の全てのショット領
域に対するレチクルパターンの露光が終了すると、ウエ
ハステージＷＳ１を投影光学系ＰＬの下方の第１位置へ
移動し、ウエハステージＷＳ２をウエハ交換位置である
第３位置に移動する。

【００８６】すなわち、ウエハステージＷＳ１は主制御
装置２８からの指示に応じて第１のロボットアーム２０
によって捕捉され、第１位置へ移動される。この第１位
置への位置決め制御も±１ｕｍ以下の精度で行なわれ
る。この第１位置へのウエハステージＷＳ１の移動が完
了すると同時に、主制御装置２８では第１、第２のレー
ザ干渉計２６Ｘｅ，２６Ｙｅをリセットする。

【００８７】このリセットが終了すると、第１のロボッ
トアーム２０はここでの役目を終えるので、該第１のロ
ボットアーム２０は主制御装置２８からの指示に応じて
不図示の駆動系によりウエハステージＷＳ１を離れて邪
魔にならない位置に待避される。

【００８８】次に、主制御装置２８では先に述べたウエ
ハステージＷＳ２側と同様にして、Ｒ−ＳＥＴを行な
う。これにより、レチクルアライメントマークと基準マ
ーク板ＦＭ１上のマークＲＭの相対間隔（ΔＲ_X，ΔＲ
_Y）、すなわち投影光学系ＰＬの投影領域内の所定の基
準点としてのレチクルＲのパターン像の投影中心に対す
るウエハステージＷＳ２上の基準点である基準マークＲ
Ｍ中心との位置ずれ（ΔＲ_X，ΔＲ_Y）及びこの位置ず
れ計測時のステージ座標位置（Ｘ₁，Ｙ₁）が計測され
る。

【００８９】ウエハステージＷＳ１側で上述のようにし
て、干渉計リセット及びＲ−ＳＥＴが行われる間に、主
制御装置２８からの指示に応じて第２のロボットアーム
２２が露光動作が終了したウエハステージＷＳ２を捕捉
し、ウエハ交換のためウエハ受け渡し位置（第３位置）
にウエハステージＷＳ２を移動させ、以後前述したウエ
ハステージＷＳ１側と同様にしてウエハ交換、干渉計リ
セット及びＷ−ＳＥＴが行われる。

【００９０】次いで、主制御装置２８では、前述と
同様に、ウエハステージＷＳ１側でステップ・アンド・
リピート方式でレチクルパターンがウエハＷ上に順次露
光されるのと並行して、ウエハステージＷＳ２側でファ
インアライメント（ＥＧＡ）が行なわれるように両ステ
ージの動作を制御する。

【００９１】その後は、これまでに説明した〜の
動作が順次繰り返されるように、主制御装置２８によっ
て、両ステージＷＳ１、ＷＳ２の動作、第１、第２のロ
ボットアームの動作が制御される。

【００９２】以上説明した、両ステージＷＳ１、ＷＳ２
上で行われるの並行動作の流れが、図４に示されてい
る。

【００９３】以上説明したように、本第１の実施形態に
係る投影露光装置１００によると、ウエハステージＷＳ
１及びウエハステージＷＳ２の内の一方のステージ側の
露光動作と他方のステージ側のファインアライメント動
作を並行して行なうことができるので、ウエハ交換（サ
ーチアライメントを含む）、ファインアライメント、露
光をシーケンシャルに行なっていた従来技術に比べて、
スループットの大幅な向上が期待できる。通常、露光処
理シーケンスの中では、ファインアライメント動作と露
光動作に要する時間の割合が大きいからである。

【００９４】また、上記実施形態によると、干渉計シス
テム２６の測長軸が切れることを前提としているので、
各ウエハステージの反射面（移動鏡を用いる場合は該移
動鏡）の長さは、ウエハ直径より僅かに長い程度で十分
であることから、測長軸が切れてはいけないことを前提
としていた従来技術に比べて、ウエハステージの小型・
軽量化が可能であり、これによりステージ制御性能の向
上が期待される。

【００９５】さらに、上記実施形態では、干渉計システ
ムの測長軸が切れることを前提とし、アライメント前、
露光前それぞれにおいてステージ上の基準マーク板ＦＭ
上のマーク位置を測定するので、投影光学系ＰＬの投影
中心とアライメント顕微鏡ＷＡの検出中心との中心間距
離（ベースライン量）はいくら長くなっても特に不都合
はなく、投影光学系ＰＬとアライメント顕微鏡ＷＡの間
隔をある程度十分に離して、ウエハステージＷＳ１とウ
エハステージＷＳ２とが干渉等を生じることなく、ウエ
ハアライメントと露光とを時間的に並行して行なうこと
ができる。

【００９６】また、上記実施形態では、投影光学系ＰＬ
の投影中心で垂直に交差する第１測長軸Ｘｅと第２測長
軸Ｙｅ、及びアライメント顕微鏡ＷＡの検出中心で垂直
に交差する第３測長軸Ｘａと第４測長軸Ｙａを干渉計シ
ステム２６が備えていることから、アライメント動作時
及び露光時のいずれの時においてもウエハステージの２
次元位置を正確に管理することができる。

【００９７】これに加え、投影光学系ＰＬの側面、アラ
イメント顕微鏡ＷＡの側面に干渉計用固定鏡１４Ｘ、１
４Ｙ、１８Ｘ、１８Ｙを固定したことから、アライメン
ト計測中、露光中に固定鏡位置の変動がない限り、仮に
経時的変化や装置の振動等によって固定鏡位置が変動し
ても、この変動によりウエハステージの位置制御精度が
低下する等の不都合が生じることがない。従って、例え
ば、アライメント顕微鏡ＷＡを上下動可能な構成にして
も何らの不都合をも生じない。

【００９８】なお、上記第１の実施形態では、第１、第
２のロボットアーム２０、２２により、ウエハステージ
ＷＳ１、ウエハステージＷＳ２を第１位置、第２位置及
び第３位置の３地点間で移動させる場合について説明し
たが、本発明がこれに限定させるものではなく、例えば
第２位置でウエハ交換を行なうようにする場合には、第
１、第２のロボットアーム２０、２２により、ウエハス
テージＷＳ１、ウエハステージＷＳ２を第１位置と第２
位置間で移動させるようにしても良い。この場合には、
主制御装置２８では、ウエハステージＷＳ１及びウエハ
ステージＷＳ２の内の一方のステージ上のウエハＷの露
光動作と、他方のステージ上のウエハＷのアライメント
動作とが並行して行われるように両ステージの動作を制
御した後に、第１、第２のロボットアーム２０、２２に
より両ステージの位置を入れ替えることとなる。

【００９９】また、上記第１の実施形態では、ＥＧＡ計
測に基づいてステップ・アンド・リピート方式の露光が
ステージ上のウエハＷに対して行われる場合について説
明したが、これに限らず、ダイ・バイ・ダイによってア
ライメント、露光を繰り返しながらウエハＷ上の各ショ
ット領域に順次レチクルのパターン像を投影露光しても
良い。この場合であっても、アライメント時にステージ
上の基準マーク板ＦＭに形成されたマークＷＭに対する
各アライメントマークの相対位置が計測されるので、こ
の相対位置に基づいて上記と同様にして、各ショット領
域にレチクルパターン像を重ね合わせることができる。
かかるダイ・バイ・ダイ方式は、ウエハＷ上のショット
領域の数が少ない場合に採用することが望ましい。ショ
ット領域の数が多い場合は、スループットの低下を防止
する観点から考えて前述したＥＧＡによる方が望まし
い。

【０１００】また、上記第１の実施形態では、第１のロ
ボットアーム２０が一方のステージＷＳ１を第１位置、
第２位置及び第３位置の３地点間で移動させ、第２のロ
ボットアーム２２が他方のステージＷＳ２を第１位置、
第２位置及び第３位置の３地点間で移動させる場合につ
いて説明したが、本発明がこれに限定されることはな
く、例えば一方のロボットアーム２０がステージＷＳ１
（又はＷＳ２）を第１位置から第３位置まで運ぶ途中で
第１位置、第２位置及び第３位置以外のある位置まで運
んで放し、他方のロボットアーム２２が該ステージＷＳ
１（又はＷＳ２）をこの位置から第３位置まで移動させ
る等の方式を採用することにより、一方のロボットアー
ム２０を両ステージの第２位置と第１位置との搬送専用
とし、他方のロボットアーム２を両ステージの第３位置
と第２位置との搬送専用とすることも可能である。

【０１０１】また、干渉計システム２６を構成する各レ
ーザ干渉計として、多軸の干渉計を用い、ウエハステー
ジのＸ、Ｙの並進位置のみでなく、ヨーイングや、ピッ
チングをも計測するようにしても良い。

【０１０２】《第２の実施形態》次に、本発明の第２の
実施形態を図５に基づいて説明する。ここで、前述した
第１の実施形態と同一若しくは同等の構成部分について
は、同一の符号を用いるとともにその説明を省略するも
のとする。

【０１０３】この第２の実施形態は、ウエハステージＷ
Ｓ１が、ステージ本体ＷＳ１ａと、このステージ本体Ｗ
Ｓ１ａ上に着脱可能な同一形状の基板保持部材ＷＳ１ｂ
との２部分に分離可能に構成され、同様にウエハステー
ジＷＳ２が、ステージ本体ＷＳ２ａと、このステージ本
体ＷＳ２ａ上に着脱可能な同一形状の基板保持部材ＷＳ
２ｂとの２部分に分離可能に構成されている点に特徴を
有する。

【０１０４】基板保持部材ＷＳ１ｂ、ＷＳ２ｂには、ウ
エハＷが不図示のウエハホルダを介して吸着保持されて
いるとともに、干渉計用移動鏡として機能する反射面が
その側面にそれぞれ形成されている。また、これらの基
板保持部材ＷＳ１ｂ、ＷＳ２ｂには、その上面に基準マ
ーク板ＦＭ１、ＦＭ２がそれぞれ設けられている。

【０１０５】本第２の実施形態では、前述した第１の形
態とほぼ同様にして、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２上
で並行処理が行われるが、一方のステージ側でアライメ
ント動作が終了し、他方のステージ側で露光動作が終了
した時点で、主制御装置２８により第１、第２のロボッ
トアーム２０、２２が制御され、アライメント動作が終
了したステージ側の基板保持部材ＷＳ１ｂ（又はＷＳ２
ｂ）が第１位置で停止しているステージ本体ＷＳ２ａ上
に搬送（移動）されるのと並行して、露光が終了したス
テージ側の基板保持部材ＷＳ２ｂ（又はＷＳ１ｂ）が第
２位置で停止しているステージ本体ＷＳ１ａ上に搬送さ
れ、このようにして基板保持部材ＷＳ１ｂ、ＷＳ２ｂの
交換が行われる。基板保持部材ＷＳ１ｂ、ＷＳ２ｂが交
換される際、干渉計システム２６の測長軸は切れるため
ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２の位置管理が不能となる
ので、その間はステージストッパ３０ａ、３０ｂが出て
きて両ステージ本体ＷＳ１ａ、ＷＳ２ａをその位置に保
持するようになっている。この場合、ウエハ交換は、不
図示の搬送アームにより第２位置で行われる。

【０１０６】ここで、本第２の実施形態では、図５から
容易に想像されるように、第２位置として、例えば基準
マーク板ＦＭ上のマークＷＭがアライメント顕微鏡ＷＡ
の検出領域内となる位置が、第１位置として、基準マー
ク板ＦＭ上のマークＲＭが投影光学系ＰＬの投影領域内
となる位置がそれぞれ定められており、従って、主制御
装置２８により基板保持部材ＷＳ１ｂ、ＷＳ２ｂのステ
ージ本体上への移動とともに干渉計システム２６の測長
軸のリセット及びＲ−ＳＥＴ又はＷ−ＳＥＴが行なわれ
ることとなる。

【０１０７】この第２の実施形態によっても、前述した
第１の実施形態と同等の効果を得ることができる。

【０１０８】なお、上記第２の実施形態では、第１、第
２のロボットアーム２０、２２が基板保持部材を第１位
置と第２位置間で移動させる場合について説明したが、
第１、第２のロボットアーム２０、２２が、前述した第
１の実施形態と同様に、基板保持部材を第１位置、第２
位置及び第３位置の３地点間で移動させるようにしても
良い。この場合には、ウエハ交換を投影光学系ＰＬ、ア
ライメント顕微鏡ＷＡと無関係な所で行なうことができ
るので、例えばアライメント顕微鏡ＷＡ下方のワーキン
グディスタンスが狭い場合であっても、アライメント顕
微鏡ＷＡがウエハ交換の障害になる等の不都合がない。

【０１０９】なお、上記第１、第２の実施形態では、干
渉計システム２６の測長軸が一旦切れる際の対策とし
て、ロボットアームや、ステージストッパなるものを使
用する場合について説明したが、これに限らず、例えば
ウエハステージ下面に二次元グレーティングを刻んでお
き、ステージ走り面の下から光学式のエンコーダにより
位置を読み取っても良く、干渉計測長軸が一旦切れた状
態でステージを次の位置へ正確に移動させることができ
る手段、又はステージ本体を所定の位置で停止させたま
ま保持できるものであれば、如何なる手段を用いても良
い。

【０１１０】また、上記第１、第２の実施形態では、独
立に移動するウエハステージが２つ設けられた場合につ
いて説明したが、独立に移動するウエハステージを３つ
以上設けても良い。ウエハステージを３つ設けた場合に
は、例えば露光動作、アライメント動作、ウエハ平坦度
測定動作を並行して行なうことができる。また、投影光
学系ＰＬやアライメント顕微鏡ＷＡを複数設けて良い。
投影光学系が複数ある場合には、アライメント動作と異
なる二種類のパターンの露光動作とを同時並行的に行な
うことができ、いわゆる二重露光等に適する。

【０１１１】更に、上記実施形態では、本発明がステッ
プ・アンド・リピート方式の投影露光装置に適用された
場合を例示したが、本発明の適用範囲がこれに限定され
るものではなく、本発明はいわゆるステップ・アンド・
スキャン方式の投影露光装置は勿論、この他、例えば電
子ビーム直接描画装置等の他の露光装置にも適用できる
ものである。

【０１１２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明によれば、スループットを向上させることができる
とともに、ベースライン量に無関係に基板ステージの大
きさを定めることができるという従来にない優れた露光
方法が提供される。

【０１１３】また、請求項２ないし１１に記載の発明に
よれば、一方の基板ステージ上の露光動作と他方のステ
ージ上のアライメント動作と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という効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係る露光装置の全体構成を概
略的に示す図である。

【図２】図１の一方のウエハステージの概略平面図であ
る。

【図３】図１の装置の概略平面図である。

【図４】図１の装置における動作の流れを示す図であ
る。

【図５】第２の実施形態に露光装置の主要部の構成を示
す概略平面図である。

【符号の説明】

１４Ｘ、１８ＸＸ固定鏡（固定鏡）１４Ｙ、１８ＹＹ固定鏡（固定鏡）２０第１のロボットアーム（移動手段）２２第２のロボットアーム（移動手段）２６干渉計システム２８主制御装置（制御手段）５０搬送アーム（基板搬送機構の一部）５２Ａ、５２Ｂレチクルアライメント顕微鏡（マーク
位置検出手段）１００露光装置ＷＳ１ａ、ＷＳ２ａステージ本体ＷＳ１ｂ、ＷＳ２ｂ基板保持部材ＦＭ１、ＦＭ２基準マーク板ＷＭ、ＲＭ基準マークＲレチクル（マスク）Ｗウエハ（感応基板）ＰＬ投影光学系ＷＳ１ウエハステージ（第１基板ステージ）ＷＳ２ウエハステージ（第２基板ステージ）ＷＡアライメント顕微鏡（アライメント系）Ｘｅ第１測長軸Ｙｅ第２測長軸Ｘａ第３測長軸Ｙａ第４測長軸

Claims

【特許請求の範囲】

【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露光する露光方法であっ
て、感応基板を保持して各々同一の平面内を独立に移動可能
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内の一方の基板ステージに保
持された感応基板上に前記投影光学系を介して前記マス
クのパターン像を露光し、前記一方の基板ステージに保持された感応基板の露光中
に、前記２つの基板ステージの内の他方の基板ステージ
に保持された感応基板上の位置合わせマークと前記他方
のステージ上の基準点との位置関係を計測し、前記一方の基板ステージに保持された感応基板の露光終
了後に、前記他方の基板ステージ上の基準点を前記投影
光学系の投影領域内に位置決めした状態で、その投影領
域内の所定の基準点に対する前記他方の基板ステージ上
の基準点の位置ずれ及び前記他方の基板ステージの座標
位置を検出し、前記検出された位置関係、前記検出された位置ずれ及び
前記検出された座標位置に基づいて前記他方の基板ステ
ージの移動を制御し、前記他方のステージに保持された
感応基板と前記マスクのパターン像との位置合わせを行
うことを特徴とする露光方法。
【請求項２】投影光学系を介して感応基板上にパター
ンを露光する露光装置であって、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該ステージに保持された
感応基板上のマークを検出するためのアライメント系
と；前記第１基板ステージ及び第２基板ステージの２次
元位置をそれぞれ計測するための干渉計システムと；前
記２つの基板ステージのそれぞれを、該ステージ上に保
持された感応基板に対して前記投影光学系を介して露光
が行われる露光時のステージ移動範囲内の所定の第１位
置と、前記アライメント系によりステージ上又は該ステ
ージに保持された感応基板上のマーク検出が行われるア
ライメント時のステージ移動範囲内の所定の第２位置と
の間で移動させる移動手段と；前記第１基板ステージ及
び第２基板ステージの内の一方のステージに保持された
感応基板が露光される間に、前記第１基板ステージ及び
第２基板ステージの内の他方のステージ上で前記アライ
メント系によるマーク検出動作が行われるように、前記
干渉計システムの計測値をモニタしつつ、前記２つのス
テージの動作を制御した後に、前記移動手段を制御して
前記一方の基板ステージと他方の基板ステージの位置を
入れ替える制御手段とを有する露光装置。
【請求項３】前記干渉計システムは、前記投影光学系
の投影中心で相互に垂直に交差する第１測長軸及び第２
測長軸と、前記アライメント系の検出中心で相互に垂直
に交差する第３測長軸及び第４測長軸とを備え、前記制御手段は、前記一方と他方のステージの位置を入
れ替える際に、前記干渉計システムの測長軸をリセット
することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項４】投影光学系を介して感応基板上にパター
ンを露光する露光装置であって、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該ステージに保持された
感応基板上のマークを検出するためのアライメント系
と；前記第１基板ステージ及び第２基板ステージの２次
元位置をそれぞれ計測するための干渉計システムと；前
記２つの基板ステージのそれぞれを、ステージ上に保持
された感応基板に対して前記投影光学系を介して露光が
行われる露光時のステージ移動範囲内の所定の第１位置
と、前記アライメント系によりステージ上又は該ステー
ジに保持された感応基板上のマーク検出が行われるアラ
イメント時のステージ移動範囲内の所定の第２位置と、
基板ステージと外部の基板搬送機構との間で感応基板の
受け渡しが行われれる第３位置の３地点間で移動させる
移動手段と；前記第１基板ステージ及び第２基板ステー
ジの内の一方のステージの位置が前記干渉計システムに
より管理され、該一方のステージに保持された感応基板
に前記投影光学系を介してパターンが露光される間に、
前記第１基板ステージ及び第２基板ステージの内の他方
のステージ上で感応基板の交換及び前記感応基板上のア
ライメントマークと前記他方のステージ上の基準点との
位置関係を前記アライメント系の検出結果と前記干渉計
システムの計測値とに基づいて計測するアライメント動
作が順次行われるように前記２つの基板ステージ及び前
記移動手段を制御するとともに、前記２つのステージの
動作がともに終了した後に、前記２つのステージ上で行
われる動作が入れ替わるように、前記２つのステージと
前記移動手段とを制御する制御手段とを有する露光装
置。
【請求項５】パターンが形成されたマスクを更に有
し、前記マスクに形成されたパターンの像が投影光学系を介
して前記第１基板ステージ及び第２基板ステージ上の感
応基板に投影露光されることを特徴とする請求項４に記
載の露光装置。
【請求項６】前記干渉計システムは、前記投影光学系
の投影中心で相互に垂直に交差する第１測長軸及び第２
測長軸と、前記アライメント系の検出中心で相互に垂直
に交差する第３測長軸及び第４測長軸とを備え、前記制御手段は、前記２つのステージのそれぞれについ
て、前記第１位置への移動の際に前記干渉計システムの
第１及び第２測長軸をリセットし、前記第２位置へ移動
の際に前記干渉計システムの第３及び第４測長軸をリセ
ットすることを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
【請求項７】前記マスクのパターン像の投影中心と前
記ステージ上の基準点との相対位置関係を前記マスクと
前記投影光学系を介して検出するマーク位置検出手段を
更に有することを特徴とする請求項６に記載の露光装
置。
【請求項８】前記各基板ステージが、ステージ本体
と、この本体上に着脱自在に搭載され基板を保持する基
板保持部材とを有し、該基板保持部材の側面には干渉計
用反射面が設けられ且つ前記基板保持部材の上面には前
記基準点として基準マークが形成され、前記移動手段が、前記基板ステージの代わりに前記基板
保持部材を前記各地点間で移動させることを特徴とする
請求項２ないし７のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項９】前記移動手段は、ロボットアームによっ
て構成されていることを特徴とする請求項２ないし８の
いずれか一項に記載の露光装置。
【請求項１０】前記投影光学系、前記アライメント系
には、それぞれ干渉計による測長の基準となる固定鏡が
取り付けられていることを特徴とする請求項２ないし９
のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項１１】前記第１基板ステージ及び第２基板ス
テージの他に、感応基板を保持して前記２つの基板ステ
ージと同一平面内をこれらのステージとは独立に移動可
能な少なくとも１つの別の基板ステージを更に有するこ
とを特徴とする請求項２ないし１０のいずれか一項に記
載の露光装置。