(57)【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被露光基板上に転写するに先立ち、前記被露光基板上の位置合わせ用マークの位置をマーク検出系を使って検出することにより、前記マスクに形成されたパターンの像の投影位置と前記マーク検出系の検出中心との間隔であるベースライン量を計測し、前記ベースライン量に基づいて前記マスクに形成されたパターンの像と前記被露光基板との位置合わせを行なう投影露光方法であって、
第１のベースライン量に基づいて前記マスクに形成されたパターンの像と第１の被露光基板との位置合わせを行ない、前記第１の被露光基板に前記マスクに形成されたパターンの像を転写する第１工程と；
前記第１の被露光基板に前記マスクに形成されたパターンの像を転写した後に、前記第１の被露光基板と異なる第２の被露光基板に前記マスクに形成されたパターンの像を転写するに先立ち、第２のベースライン量を計測する第２工程と；
前記第１のベースライン量と前記第２のベースライン量とに基づいて、所定の演算により新たなベースライン量を算出する第３工程と；
前記マーク検出系を用いて前記第２の被露光基板上のマークの位置を検出する第４工程と；
前記第３工程で算出された新たなベースライン量と前記第４工程で検出されたマーク位置とに基づいて、前記マスクに形成されたパターンの投影像と前記第２の被露光基板との位置合わせを行なう第５工程と；を含むことを特徴とする投影露光方法。
【請求項２】
前記所定の演算は、前記第２のベースライン量については大きな重みを付け、前記第１のベースライン量については小さな重みを付けて平均する、重み付け平均により前記新たなべースライン量を算出する演算であることを特徴とする請求項１に記載の投影露光方法。
【請求項３】
前記所定の演算は、前記第１のベースライン量を計測した時点から第２のベースライン量を計測する時点までの経過時間のファクタを考慮した前記新たなベースライン量の算出のための演算であることを特徴とする請求項１又は２に記載の投影露光方法。
【請求項４】
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被露光基板上に転写する投影露光装置であって、
前記被露光基板上の位置合わせ用マークの位置を検出するマーク検出系と；
前記マスクに形成されたパターンの像の投影位置と前記マーク検出系の検出中心との間隔であるベースライン量を計測する計測手段と；
検出された前記位置合わせ用マークの位置と前記ベースライン量とに基づいて前記マスクに形成されたパターンの像の投影位置と前記被露光基板とを位置合わせする位置合わせ手段と；
前記計測手段により計測され、第１の被露光基板上へ前記マスクに形成されたパターンの像を転写する際に用いられた第１のベースライン量と、前記第１の被露光基板とは異なる第２の被露光基板へ前記マスクに形成されたパターンの像を転写する前に前記計測手段により計測された第２のベースライン量とに基づいて、所定の演算により新たなベースライン量を算出する演算手段と；を備え、
前記位置合わせ装置が、前記マーク検出系により検出された前記第２の被露光基板上の位置合わせ用マークの位置情報と、前記演算手段で演算された新たなベースライン量とに基づいて、前記マスクに形成されたパターンの投影像と前記第２の被露光基板との位置合わせを行なうことを特徴とする投影露光装置。
【請求項５】
前記演算手段は、前記第２のベースライン量については大きな重みを付け、前記第１のベースライン量については小さな重みを付けて平均する、重み付け平均により前記新たなべースライン量を算出することを特徴とする請求項４に記載の投影露光装置。
【請求項６】
前記演算手段は、前記第１のベースライン量を計測した時点から第２のベースライン量を計測する時点までの経過時間のファクタを考慮して前記新たなベースライン量を算出することを特徴とする請求項４又は５に記載の投影露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投影露光方法及びその装置に係り、更に詳しくは、半導体集積回路，液晶ディスプレイ等の微細回路パターン等の製造工程で使用される投影露光方法及び投影露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子又は液晶表示素子等をフォトリソグラフィ工程で製造する際に、フォトマスク又はレチクル等（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、「ウエハ」と総称する）上の各ショット領域に投影する投影露光装置が使用されている。この種の投影露光装置として近年は、ウエハを２次元的に移動自在なステージ上に載置し、このステージによりウエハを歩進（ステッピング）させて、レチクルのパターン像をウエハ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・リピート方式の露光装置、特に、縮小投影型の露光装置（ステッパー）比較的多く用いられている。
【０００３】
例えば、半導体素子はウエハ上に多数層の回路パターンを重ねて露光することにより形成される。そして、２層目以降の回路パターンをウエハ上に投影露光する際には、ウエハ上の既に形成された回路パターンとレチクルのパターン像との位置合わせ、即ちウエハとレチクルとの位置合わせ（アライメント）を精確に行う必要がある。
【０００４】
この位置合わせに際して、露光波長の光束でウエハ上の位置合わせマークを照明しその像をレチクルパターン面に生じさせ、その像の位置とレチクル上の位置合わせマークとの位置関係を直接計測することにより、相対的な位置関係の計測及び位置合わせを行う方式（以下、「レチクル参照方式」と称する）がある。しかし、このレチクル参照方式には露光光の照射によりウエハ上のマーク部分及びその周辺が感光してしまう問題があり、現在では殆ど使用されていない。
【０００５】
現在使用されている一般的な方法は、露光波長以外の光束でウエハ上のマークの位置を検出する方法であり、ウエハマーク検出光学系の一部として投影光学系を使用する方式（以下「ＴＴＬ方式」と称する）や、専用の位置検出光学系を使用する方式（以下「オフ・アクシス（off-Axis）方式」と称する）がある。これらの方式では、レチクルとウエハとを直接位置合わせするのではなく、投影露光装置内（一般にはウエハを載置するウエハステージ上）に設けた基準マークを介して間接的に位置合わせを行う。
【０００６】
一例として、オフ・アクシス方式について具体的に説明する。先ず、重ね合わせ露光に先立ってレチクル上の位置合わせマークのウエハステージ上への投影像の位置に上記基準マークを位置合わせし、その時のウエハステージの位置を計測する。続いて、基準マークをウエハマーク検出光学系の下に移動し、ウエハマーク検出光学系の検出基準に対して位置合わせをし、この時にもウエハステージの位置を計測する。これら２つのステージ位置の差をベースライン量と呼び、上記のシーケンスをベースライン計測と呼ぶ。
【０００７】
ウエハへの重ね合わせ露光時には、ウエハ上の位置検出マークをウエハマーク検出光学系に対して位置合わせし、ウエハステージを、そのときのウエハステージの位置からベースライン量だけずれた位置に移動して露光を行うことで、ウエハ上の既存の回路パターンとレチクルパターンの像とを重ね合わせることができる。
【０００８】
多数枚のウエハを連続して露光する場合には、従来は上記のベースライン計測をその露光処理の先頭で１度だけ行い、そのベースライン量を用いて多数枚のウエハの位置合わせ露光を行っていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記の如き従来の技術においては、多数枚の同一種類（同一行程）のウエハの露光中には、レチクル投影像、及びウエハマーク検出光学系の位置計測を全く行わない。すなわち、これらの位置関係は全く変わらないことを前提として、重ね合わせ露光が行われていた。
【００１０】
しかし、最近における半導体集積回路等のパターン線幅の微細化に伴って、従来は問題とならなかった極めて微小な上記位置関係の変動による重ね合わせ誤差も、半導体集積回路等の性能に大きく影響を及ぼすようになってきた。また、計測されたベースライン量そのものの誤差も当然ながら重ね合わせ誤差になるので、ベースライン量を精度良く算出する必要も生じてきた。
【００１１】
このため、ベースライン量の経時的な変動の影響を受けず、ベースライン量を正確に計測する手法が必要とされており、この一つの方法として、多数枚のウエハを露光する場合に、所定の枚数を露光する毎にそれぞれ複数回のベースライン計測を行い、得られた複数の計測結果の平均をベースライン量として使用することが、理論上は考えられる。
【００１２】
しかしながら、１回のベースライン計測には１０〜２０秒程度の処理時間を要するため、所定の枚数の露光毎に複数回のベースライン計測を行えば、このベースライン計測が投影露光装置のスループットの著しい低下を招くので、現実的にはかかる手法を採用することは困難である。
【００１３】
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３に記載の発明の目的は、スループットの低下を殆ど招くことなく、位置合わせ精度を向上させることができる投影露光方法を提供することにある。
【００１４】
また、請求項４ないし６に記載の発明の目的は、スループットの低下を殆ど招くことなく、位置合わせ精度を向上させることができる投影露光装置を提供することにある。
【００１５】
【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）を介して被露光基板（Ｗ）上に転写するに先立ち、前記被露光基板上の位置合わせ用マークの位置をマーク検出系（１８、３６、３８）を使って検出することにより、前記マスクに形成されたパターンの像の投影位置と前記マーク検出系の検出中心との間隔であるベースライン量を計測し、前記ベースライン量に基づいて前記マスクに形成されたパターンの像と前記被露光基板との位置合わせを行なう投影露光方法であって、第１のベースライン量に基づいて前記マスクに形成されたパターンの像と第１の被露光基板との位置合わせを行い、前記第１の被露光基板に前記マスクに形成されたパターンの像を転写する第１工程と；前記第１の被露光基板に前記マスクに形成されたパターンの像を転写した後に、前記第１の被露光基板と異なる第２の被露光基板にマスクに形成されたパターンの像を転写するに先立ち、第２のベースライン量を計測する第２工程と；前記第１のベースライン量と前記第２のベースライン量とに基づいて、所定の演算により新たなベースライン量を算出する第３工程と；前記マーク検出系を用いて前記第２の被露光基板上のマークの位置を検出する第４工程と；前記第３工程で算出された新たなベースライン量と前記第４工程で検出されたマーク位置とに基づいて、前記マスクに形成されたパターンの投影像と前記第２の被露光基板との位置合わせを行なう第５工程と；を含むことを特徴とする。
【００１６】
これによれば、第２工程において、第１の被露光基板にマスクに形成されたパターンの像を転写した後に、第１の被露光基板と異なる第２の被露光基板にマスクに形成されたパターンの像を転写するに先立ち、第２のベースライン量が計測され、第３工程において、第１のベースライン量と第２のベースライン量とに基づいて、所定の演算により新たなベースライン量が算出される。
また、第４工程ではマーク検出系を用いて第２の被露光基板上のマークの位置が検出される。そして、第５工程において、第３工程で求められたベースライン量と第４工程で検出されたマーク位置とに基づいて、マスクに形成されたパターンの投影像と第２の被露光基板との位置合わせが行われ、しかる後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第２の被露光基板上に転写される。このため、例えば複数枚の被露光基板を露光する場合に、露光中に種々の要因によりベースライン量が変動しても、第３工程で新たなベースライン量が算出され、この新たなベースライン量と第４工程で検出されたマーク位置とに基づいてマスクに形成されたパターンの投影像と第２の被露光基板との位置合わせが、第５工程で行われるので、ベースライン量の変動を大きく受けることのない高精度な位置合わせが可能となり、その後に行われる露光により第２の被露光基板上にマスクに形成されたパターンの投影像を正確に重ねあわせて転写することが可能になる。
【００１７】
ここで、第３工程における新たなベースライン量の算出は、第２工程で計測された第２のベースライン量と、第１のベースライン量とに基づいて行われるので、ベースライン計測誤差（バラツキ）を低減してベースライン量の信頼性を向上させることが可能となるので、第２工程における現在のベースライン量の計測は１度行えば良く、これによりスループットを殆ど低下させることなく、べースライン量の変動を考慮した位置合わせが可能となる。
【００１８】
前記第２、第３工程の計測、演算は被露光基板毎に行っても良いが、スループットを重要視する観点からは、複数枚の基板を露光する毎に行うようにすることが望ましい。
【００１９】
この場合において、第３工程における所定の演算は、第２のベースライン量と第１のベースライン量との単純平均により新たなベースライン量を求める演算でもよいが、請求項２に記載の発明の如く、第２のベースライン量については大きな重みを付け、第１のベースライン量については小さな重みを付けて平均する、重み付け平均により新たなベースライン量を算出する演算であることが望ましい。前者の場合でもベースライン量計測時の計測誤差は低減できるが、後者の場合には、マスクのパターンの投影像とマーク検出系との位置関係が時間と共に変動していくような場合に、より過去の計測値については、より小さな重みを付けて平均化するので、この変動の影響を極力抑えることができる。
【００２０】
また前記第２、第３工程の計測、演算は一定枚数毎に行ってもよいが、ロットの前半では少数枚の被露光基板の露光毎に行い、ロットの後半ではより多数枚の被露光基板の露光毎に行うようにしても良い。このように、ベースライン計測を行う間隔が一定でない場合には、請求項３に記載の発明の如く、所定の演算は、経過時間のファクタを考慮した新たなベースライン量の算出のための演算であることが望ましい。このようにすれば、ベースライン計測の間隔を考慮した誤差の少ないベースライン量の算出が可能となる。
【００２１】
請求項４に記載の発明は、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被露光基板上に転写する投影露光装置であって、前記被露光基板上の位置合わせ用マークの位置を検出するマーク検出系（１８、３６、３８）と；前記マスクに形成されたパターンの像の投影位置と前記マーク検出系の検出中心との間隔であるベースライン量を計測する計測手段（１６、２０、２２、２４、２９、３４、ＦＰ）と；検出された前記位置合わせ用マークの位置と前記べースライン量とに基づいて前記マスクに形成されたパターンの像の投影位置と前記被露光基板とを位置合わせする位置合わせ手段（１６、２０、２２、２４、３４）と；前記計測手段により計測され、第１の被露光基板上へ前記マスクに形成されたパターンの像を転写する際に用いられた第１のべースライン量と、前記第１の被露光基板とは異なる第２の被露光基板へ前記マスクに形成されたパターンの像を転写する前に前記計測手段により計測された第２のベースライン量とに基づいて、所定の演算により新たなべースライン量を算出する演算手段（２４）と；を備え、前記位置合わせ装置が、前記マーク検出系により検出された前記第２の被露光基板上の位置合わせ用マークの位置情報と、前記演算手段で演算された新たなベースライン量とに基づいて、前記マスクに形成されたパターンの投影像と前記第２の被露光基板との位置合わせを行なうことを特徴とする。
【００２２】
これによれば、計測手段によりマスクに形成されたパターンの像の投影位置とマーク検出系の検出中心との間隔であるベースライン量が計測されると、演算手段では計測手段により計測された第２のベースライン量と第１のベースライン量とに基づいて、所定の演算により新たなベースライン量を算出する。また、マーク検出系により第２の被露光基板上の位置合わせ用マークの位置が検出される。そして、位置合わせ手段ではマーク検出系により検出されたマーク位置と演算手段で演算された新たなベースライン量とに基づいて、マスクに形成されたパターンの投影像と第２の被露光基板の位置合わせを行う。しかる後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第２の被露光基板上に転写される。このため、例えば複数枚の被露光基板を露光する場合に、露光中に種々の要因によりベースライン量が変動しても、演算手段により新たなベースライン量が算出され、位置合わせ手段によりこの新たなベースライン量とマーク検出系により検出されたマーク位置とに基づいてマスクに形成されたパターンの投影像と第２の被露光基板との位置合わせが行われるので、ベースライン量の変動を大きく受けることのない高精度な位置合わせが可能となり、その後に行われる露光により第２の被露光基板上にマスクに形成されたパターンの投影像を正確に重ねあわせて転写することが可能になる。
【００２３】
ここで、演算手段（２４）による新たなベースライン量の算出は、第２のベースライン量と、過去に計測された少なくとも１つの第１のベースライン量とに基づいて行われるので、ベースライン計測誤差（バラツキ）を低減してベースライン量の信頼性を向上させることが可能となることから、計測手段による現在のベースライン量の計測は１度行えば良く、これによりスループットを殆ど低下させることなく、ベースライン量の変動を考慮した位置合わせが可能となる。
【００２４】
計測手段によるベースライン量の計測、演算手段による新たなベースライン量の算出は、被露光基板毎に行っても良いが、スループットを重要視する観点からは、複数枚の基板を露光する毎に行うようにすることが望ましい。
【００２５】
この場合において、演算手段は、第２のベースライン量と第１のベースライン量との単純平均により新たなベースライン量を求めてもよいが、請求項５に記載の発明の如く、第２のベースライン量については大きな重みを付け、第１のベースライン量については小さな重みを付けて平均する、重み付け平均により新たなベースライン量を算出することが望ましい。前者の場合でもベースライン量計測時の計測誤差は低減できるが、後者の場合には、マスクに形成されたパターンの投影像とマーク検出系との位置関係が時間と共に変動していくような場合に、より過去の計測値については、より小さな重みを付けて平均化するので、この変動の影響を極力抑えることができる。
【００２６】
また、計測手段によるベースライン量の計測、演算手段による第２のベースライン量の算出は一定枚数毎に行ってもよいが、ロットの前半では少数枚の被露光基板の露光毎に行い、ロットの後半ではより多数枚の被露光基板の露光毎に行うようにしても良い。このように、ベースライン計測を行う間隔が一定でない場合には、請求項６に記載の発明の如く、演算手段は、経過時間のファクタを考慮した新たなベースライン量の算出することが望ましい。このようにすれば、べースライン計測の間隔を考慮した誤差の少ないベースライン量の算出が可能となる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図１に基づいて説明する。
【００２８】
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、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。
【００２９】
この投影露光装置１０は、マスクとしてのレチクルＲを露光用照明光で照明する照明系１２、レチクルＲを保持するレチクルステージ１４、レチクルＲに形成されたパターン（原版）の像を被露光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を保持して基準平面内を２次元移動するウエハステージ１６、ウエハＷに形成された位置検出用マークとしてのアライメントマーク（ウエハマーク）を検出するオフ・アクシス方式のアライメント顕微鏡１８、ウエハステージ１６の位置を計測するレーザ干渉計２０、ウエハステージ１６を駆動する駆動系２２、装置全体を統括的に制御するミニコンピュータ（又はマイクロコンピュータ）から成る主制御装置２４等を備えている。
【００３０】
照明系１２は、光源（水銀ランプ又はエキシマレーザ等）、シャッタ、ブラインド等（いずれも図示せず）を含み、インプットレンズ、フライアイレンズ、リレーレンズ（いずれも図示せず）等を含んで構成された照度均一化光学系２６と、メインコンデンサレンズ２８とを含んで構成されている。
【００３１】
この照明系１２は、光源からの露光用の照明光によってレチクル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、露光用照明光としては、照度均一化光学系２６より供給される単色光（又は準単色光）であり、その波長（露光波長）は例えば水銀輝線の 365nmであり、KrF エキシマーレーザの 248nm等である。
【００３２】
レチクルステージ１４上にはレチクルＲが真空吸着等によって固定されており、このレチクルステージ１４は、不図示の駆動系によってＸ方向（図１における紙面左右方向）、Ｙ方向（図１における紙面直交方向）、及びθ方向（面内の回転方向）に微小駆動可能とされている。レチクルＲ上にはパターンとともにレチクルの位置合わせのための不図示のレチクルアライメントマーク（例えば、十字状マーク）が形成されており、このレチクルアライメントマークを検出するためのレチクル顕微鏡２９がレチクルステージ１４上方に設けられている。このレチクル顕微鏡２９は、画像処理方式のアライメントセンサであり、露光波長の光束を発する光源と、指標マークが形成された指標板、対物レンズ等の光学系、ＣＣＤ等の撮像素子、信号処理回路等を含んで構成されている。本実施形態では、このレチクル顕微鏡２９は、レチクルアライメントと、ベースライン計測時のレチクルマークと後述する基準マークとの相対位置検出に用いられる。このレチクル顕微鏡２９の出力は、主制御装置２４に供給されるようになっており、主制御装置２４により、後述するレチクルアライメント等が行われる。
【００３３】
前記投影光学系ＰＬは、その光軸ＡＸがレチクルステージ１４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、後述するようにレチクル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（例えば各ＬＳＩチップの領域）にパターンの縮小像が形成される。
【００３４】
ウエハＷはウエハホルダ３０を介してウエハテーブル３２上に真空吸着等によって固定されており、ウエハテーブル３２は前記ウエハステージ１６上に固定されている。このウエハステージ１６は、実際には、不図示のベース上をＹ方向（図１の紙面直交方向）に移動するＹステージ、このＹステージ上をＸ方向（図１の紙面左右方向）に移動するＸステージから構成されているが、図１では、これらが代表してウエハステージ１６として図示されている。
【００３５】
ウエハテーブル３２一端部上面には、移動鏡３４が設けられており、この移動鏡３４に対向して前記レーザ干渉計２０が配置されている。レーザ干渉計２０は移動鏡３４にレーザビームを投射して、その反射光を受光することにより、ウエハステージ１６の位置を計測する。なお、移動鏡は、実際にはＸ軸に直交する反射面を有するＸ移動鏡と、Ｙ軸に直交する反射面を有するＹ移動鏡とが設けられ、これに対応してレーザ干渉計もＸ方向位置計測用のＸレーザ干渉計とＹ方向位置計測用のＹレーザ干渉計とが設けられているのであるが、図１ではこれらが代表的に移動鏡３４、レーザ干渉計２０として図示されている。従って、このレーザ干渉計２０によって、ウエハステージ１６のＸＹ座標が計測される。
【００３６】
レーザ干渉計２０の計測値が主制御装置２４に供給されており、主制御装置２４ではこのレーザ干渉計２０の計測値をモニタしつつ駆動系２２を介してウエハステージ１６、すなわちウエハＷを位置決めする。
【００３７】
ウエハステージ１６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に基準板ＦＰが固定されている。この基準板ＦＰの表面には、後述するベースライン計測等に用いられる基準マークを含む各種の基準マークが形成されている。
【００３８】
前記アライメント顕微鏡１８は、投影光学系ＰＬの側面に固定されており、本実施形態では画像処理方式のものが用いられている。このアライメント顕微鏡１８は、ハロゲンランプ等のブローバンドな照明光を発する光源、対物レンズ、指標板、ＣＣＤ等の撮像素子及び信号処理回路、演算回路等（いずれも図示省略）を含んで構成されている。このアライメント顕微鏡１８を構成する光源から発せられた照明光がアライメント顕微鏡１８内部の対物レンズを通過した後、反射鏡３６、３８を介してウエハＷ（又は基準板ＦＰ)上に照射される。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反射鏡３６、３８を介してアライメント顕微鏡１８内部に戻り、対物レンズ、指標板を順次透過して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回路により処理され、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る。本実施形態では、アライメント顕微鏡１８、反射鏡３６、３８によってマーク検出系が構成されている。
【００３９】
このマーク検出系によるウエハマークの検出に先立って、前述のベースライン計測が行われるが、ここでこの手順について説明する。
【００４０】
▲１▼  まず、ベースライン計測に先立ってレチクルＲの位置合わせを行う。これは、レチクルステージ１４を駆動して、例えば、レチクル顕微鏡２９に内蔵された指標板上の指標の中心（検出基準）に対してレチクルＲ上の不図示のレチクルアライメントマークの位置、すなわちレチクルＲの位置を合わせるものである。このレチクルアライメントは主制御装置２４によって行われる。なお、多数枚のウエハを連続露光処理する場合は、このレチクルアライメントは、多数枚の露光の先頭のみで行えば良い。
【００４１】
▲２▼  次に、ウエハテーブル１２上に設けられた基準板ＦＰを、投影光学系ＰＬを介したレチクルアライメントマークの投影像位置へ移動する。この移動は、主制御装置２４により駆動系２２を介して行われる。前述の如く、基準板ＦＰの表面はウエハＷの表面とほぼ同じ高さ（光軸方向）となっており、その表面には基準マーク（不図示）が形成されている。このとき、レチクル顕微鏡２９は、露光波長と等しい検出波長を用いて、投影光学系ＰＬを介してレチクルアライメントマークと基準マークの相対位置を検出する。この検出に際しては露光波長と等しい検出波長を使用するので、レチクルアライメントマークの投影位置と、露光時に形成されるレチクルＲ上の他のパターン（回路パターン）の投影位置との関係は、色収差等の影響を受けずにレチクルパターン設計値通りに保たれる。
【００４２】
また、このときのウエハテーブル３２の位置は、ウエハテーブル３２上に設けられた移動鏡３０を介してレーザ干渉計２０により計測され、この計測結果は主制御装置２４に送られる。主制御装置２４はレーザ干渉計１６の計測結果とレチクル顕微鏡２９から出力される相対位置との和を、レチクル位置として不図示のメモリに記憶する。
【００４３】
▲３▼  次に、主制御装置２４は駆動系２２を介してウエハステージ１６を駆動し、基準板ＦＰをマーク位置検出系すなわちウエハ顕微鏡１８の検出基準位置近傍に移動させる。そして、ウエハ顕微鏡１８に内蔵された指標板上の指標の中心（検出中心）と基準板ＦＰ上の基準マークとの相対位置関係を検出する。この相対位置関係検出値と、このときのレーザ干渉計２０の出力値（ウエハテーブル３２の位置）は、主制御装置２４に送られ、当該主制御装置２４ではその和をウエハ顕微鏡１８の位置とし、さらに、上記レチクル位置とウエハ顕微鏡位置との差を「ベースライン計測値」として不図示のメモリに記憶する。
【００４４】
上記▲１▼から▲３▼のシーケンスは従来のベースライン計測と全く同様である。但し、本実施形態においては、上記の「ベースライン計測値」をそのままベースライン量として使用せず、以下の平均化処理を行ってから使用する点が異なる。
【００４５】
この点ついて、多数枚ウエハ（以下、「ロット」と称する）の連続処理の場合で、所定の枚数毎にベースライン計測を繰り返し行う場合を例に挙げて以下説明する。
【００４６】
ロットの先頭でのベースライン計測に際しては、過去の計測値の蓄積が無く平均化が困難であるため、この場合に限って、Ｎ回（例えば５回程度）上記シーケンスによるベースライン計測を繰り返す。そして、主制御装置は、計測された各ベースライン量の各値を記憶するとともに、その平均値をベースライン量として使用する。
【００４７】
ロットの先頭以外での、即ち所定枚数毎のベースライン計測では、上記の如く過去のベースライン計測値が蓄積（記憶）されているので、新たに１度だけベースライン計測を行い、その値と上記過去の蓄積値とに基づいて所定の演算により「新たなベースライン量」を算出する。例えば、新たに計測した（現在の）ベースライン計測値 と、過去に計測した１又は２以上のベースライン計測値の単純平均をベースライン量として算出してもよい。このように過去のベースライン計測値を併用することにより、１回のベースライン計測時に生じる計測誤差（バラツキ）を平均化し、ベースライン量の信頼性を向上させることができる。
【００４８】
あるいは、新たに計測した（現在の）ベースライン計測値 ＢＬ0 に最大の重み（Ｗ0 ）を付け、過去に遡る（ＢＬ1 ,ＢＬ2 ,ＢＬ3, …）に連れてその重み（Ｗ1 ,Ｗ2 ,Ｗ3 ，…）を小さくした加重平均ＢＬを新たなベースライン量として次式に基づいて算出してもよい。
【００４９】
ＢＬ =（ΣＷn ・ＢＬn ）／ΣＷn           ………（１）
上式において、（ n＝0,1,2,3，… ）、Ｗ0＞Ｗ1＞Ｗ2＞Ｗ3‥である。
【００５０】
各重みの具体的な値としては、例えばＷ0 を１として、Ｗ1 を0.5 、Ｗ2 を0.25、Ｗ3 を0.125 と順次過去に遡るほどに半減する数値等を用いると良い。
【００５１】
この加重平均による場合には、例えばレチクル投影像とウエハ顕微鏡１８を含むマーク検出系（１８、３６、３８）の位置関係が時間と共に変動していくような場合に、過去の計測値を併用することにより、この変動の影響（重ね合わせずれ）を受けることになるが、より過去の計測値については、より小さな重みを付けて平均化するので、この変動の影響を最小限に抑えることができる。
【００５２】
また、ベースライン量の算出に使用する過去の計測データは新しいものから４個程度で良いので、主制御装置２４は過去のベースライン計測値を最新の４個程度だけ記憶しておき、それ以前の計測値は廃棄（消去）してしまっても良い。勿論、この数は４個に限定されるものではなく、任意の個数であっても構わない。
【００５３】
なお、過去の計測値を参照したベースライン量の算出方法は、上記の重み付け平均に限るものではなく、例えば、過去の計測値と現在の計測値の関係に最小自乗法を適用してベースライン量を推定しても良い。また、カルマンフィルター等の数値フィルターを用いて推定を行っても良い。
【００５４】
また、上記のベースライン計測を行う頻度はいかなるものであっても良く、例えばウエハ１枚露光終了毎に行っても良く、或いはロットの前半ではその頻度を多くし（少数のウエハ毎に行い）、ロットの後半ではその頻度を少なくしても良く、その他いかなる間隔でベースライン計測を行っても良い。但し、ベースライン計測を行う間隔が一定でない場合には、上記重み付けの重み量も可変となることが望ましいので、重みとして、次式の如く、経過時間のファクタを加味することが望ましい。
【００５５】
Ｗn＝ exp(−Ａ・Ｔn）          ………（２）
上式において、Ａは、任意の正の定数であり、Ｔn は、n 番目のデータを計測してから現在までの時間である。
これにより、最近のベースライン計測量により大きな重みを付けることが可能となる。
【００５６】
本実施形態の投影露光装置１０では、以上のベースライン計測シーケンスの後に、ウエハＷへの重ね合わせ露光を開始する。すなわち、ウエハＷ上の不図示のウエハアライメントマークを、マーク検出系（１８、３６、３８）により位置検出する。そして、主制御装置２４ではこのときのウエハアライメントマークと前述のウエハ顕微鏡１８内の指標マーク中心との相対位置関係と、ウエハテーブル３２の位置（レーザ干渉計２０の出力値）の和を、マーク位置として認識する。続いて、主制御装置２４ではこのマーク位置からベースライン量とウエハアライメントマークの設計座標の和だけウエハＷ（即ちウエハテーブル３２）を、レーザ干渉計２０の計測値に基づいて移動する。これにより、レチクルＲ上のパターンの投影像と、ウエハＷ上の既存のパターンとは正確に位置合わせされるので、この状態で露光を行いウエハＷにレチクルＲ上のパターンを投影転写する。
【００５７】
このようにして、ウエハＷ上の各ショット領域を順次レチクルパターンの像の投影位置に移動させつつ、露光（投影転写）を繰り返しおこなうことにより、ステップ・アンド・リピート方式の露光が行われる。
【００５８】
なお、上記ステップ・アンド・リピート方式の露光動作は、ウエハＷ上の各ショット領域内のアライメントマークを逐次検出してそのショットに重ね合わせ露光を行ういわゆるダイ・バイ・ダイ方式で行ってもよく、露光に先立って複数のショット内の各アライメントマークを検出し、それらの検出値を統計処理して露光ショットの配列を決め、その配列に基づいて全ショットの露光を行ういわゆるＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アライメント）方式で行っても良い。
【００５９】
これまでの説明から明らかなように、本実施形態では、レチクル顕微鏡２９、移動鏡３４、レーザ干渉計２０、ウエハステージ１６、駆動系２２、基準板ＦＰ及び主制御装置２４によってベースライン量を計測する計測手段が構成され、移動鏡３４、レーザ干渉計２０、ウエハステージ１６、駆動系２２及び主制御装置２４によって位置合わせ手段が構成され、主制御装置２４によって演算手段が構成されている。
【００６０】
以上説明したように、本実施形態によると、特にロット処理（多数枚のウエハの連続処理）途中のベースライン計測において、過去のベースライン計測値を参照してベースライン量を決定するので、得られるベースライン量は平均化により、誤差の低減されたものとなる。そして、このベースライン量を使用して、位置合わせを行うので、より高精度な位置合わせが可能となる。また、上記平均化のために所定枚数のウエハの露光が終了する毎には、ベースライン計測を１回のみ行えば良いので、ベースライン計測に伴うスループットの低下も僅かであり、ウエハ毎に複数回ベースライン計測を行う場合に比べてベースライン計測時に要する時間の短縮が可能となり、これによりスループットを高く維持することが可能になる。
【００６１】
なお、上記実施形態の説明中でベースライン計測時の基準マークとレチクルアライメントマークとの相対位置関係の計測には、露光光束と同じ波長の照明光束をレチクル顕微鏡２９より入射して、レチクルアライメントマークの投影像を基準板ＦＰ上に投影して行うものとしたが、これとは逆に、基準板ＦＰに発光機構（照明光源）を持たせ、基準マークの像をレチクルアライメントマーク近傍に形成する様に構成しても良い。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１〜３に記載の発明によれば、スループットの低下を殆ど招くことなく、位置合わせ精度を向上させることができる投影露光方法が提供される。
【００６３】
また、請求項４〜６に記載の発明によれば、スループットの低下を殆ど招くことなく、位置合わせ精度を向上させることができるという従来にない優れた投影露光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態に係る投影露光装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１０  投影露光装置
１８  アライメント顕微鏡
１６  ウエハステージ
２０  レーザ干渉計（計測手段）
２２  駆動系
２４  主制御装置（演算手段、）
２９  レチクル顕微鏡
３４  移動鏡
３６、３８  反射鏡
Ｒ  レチクル（マスク）
ＰＬ  投影光学系
Ｗ  ウエハ（被露光基板）
ＦＰ  基準板
【図１】
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