(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ためのアライメント系と；
前記投影光学系の投影中心と前記アライメント系の検出中心とを通る第１軸方向の一方側から前記第１基板ステージの前記第１軸方向の位置を常に計測する第１測長軸と、前記第１軸方向の他方側から前記第２基板ステージの前記第１軸方向の位置を常に計測する第２測長軸と、前記投影光学系の投影中心で前記第１軸と垂直に交差する第３測長軸と、前記アライメント系の検出中心で前記第１軸と垂直に交差する第４測長軸とを備え、これらの測長軸により前記第１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干渉計システムと；
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の前記第３測長軸の計測値を用いて管理され，該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に保持された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が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第４測長軸の計測値とを用いて検出されるように前記２つの基板ステージの動作を制御した後に、前記第３測長軸の計測値を用いて前記他方のステージの位置計測が可能な状態で、かつ前記投影光学系の投影領域内の所定の基準点との位置関係を検出可能な位置に前記他方のステージ上の基準点を位置決めした状態で前記第３測長軸の干渉計をリセットする制御手段と；
を有する投影露光装置。
【請求項２】
前記投影光学系に関して前記アライメント系の反対側に前記第１軸上に検出中心を有する別のアライメント系を有し、
前記干渉計システムは、前記別のアライメント系の検出中心で前記第１軸と垂直に交差する第５測長軸を備え、
前記制御手段は、前記一方のステージの位置が前記干渉計システムの前記第３測長軸の計測値を用いて管理され，該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、前記他方のステージに保持された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が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第４測長軸の計測値とを用いて検出されるように前記２つの基板ステージの動作を制御した後に、前記第５測長軸の計測値を用いて前記一方のステージの位置計測が可能な状態で前記第５測長軸の干渉計をリセットするとともに、前記別のアライメント系の検出領域内に前記一方の基板ステージ上の基準点が位置決めされるように前記一方の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。
【請求項３】
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なう搬送システムをさらに有し、
前記制御手段は、前記別のアライメント系の検出領域内に前記一方の基板ステージ上の基準点を位置決めした状態で、前記一方のステージと前記搬送システムとの間で基板の受け渡しを行なうことを特徴とする請求項２に記載の投影露光装置。
【請求項４】
前記第１基板ステージ及び前記第２基板ステージ上には前記ステージの基準点としての基準マークがそれぞれ形成され、
前記投影光学系の投影領域内の所定の基準点は前記マスクのパターン像の投影中心であり、
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マーク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１に記載の投影露光装置。
【請求項５】
マスクの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、
所定の干渉計により前記２つのステージの内の一方の位置計測を行いながら、該一方のステージに保持された感応基板上に前記マスクのパターン像を投影露光し、
前記一方のステージに保持された基板の露光中に、前記所定の干渉計とは別の干渉計により前記２つのステージの内の他方のステージの位置計測を行いながら、該他方のステージに保持された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、
前記一方のステージに保持された基板の露光終了後に、前記所定の干渉計により前記他方のステージの位置計測が可能な状態で、かつ前記投影光学系の投影領域内の所定の基準点との位置関係を検出可能な位置に前記他方のステージの基準点を位置決めした状態で、前記所定の干渉計をリセットするとともに、
前記計測された位置関係及び前記検出された位置関係に基づき、前記リセットされた所定の干渉計を用いて前記他方のステージ上に保持された感応基板と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投影露光方法。
【請求項６】
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の基準マーク及び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ためのアライメント系と；
前記投影光学系の投影中心と前記アライメント系の検出中心とを通る第１軸方向の一方側から前記第１基板ステージの前記第１軸方向の位置を計測するための第１測長軸と、前記第１軸方向の他方側から前記第２基板ステージの前記第１軸方向の位置を計測するための第２測長軸と、前記投影光学系の投影中心で前記第１軸と直交する第３測長軸と、前記アライメント系の検出中心で前記第１軸と直交する第４測長軸とを備え、これらの測長軸により前記第１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干渉計システムと；
前記第１基板ステージ及び前記第２基板ステージの内の一方のステージの位置を前記干渉計システムの第３測長軸を用いて管理しつつ該一方のステージ上の感応基板を露光している間に、前記他方のステージの位置を前記干渉計システムの第４測長軸を使って管理しつつ前記他方のステージに保持された感応基板上のマークと前記他方のステージ上の基準マークとの位置関係を前記アライメント系を用いて求めるとともに、前記一方のステージに保持された感応基板の露光後に、前記投影光学系による前記マスクのパターン像の投影位置と前記他方のステージ上の基準マークとの位置関係を求めるときに前記干渉計システムの第３測長軸の計測値をリセットする制御手段と；
を有することを特徴とする投影露光装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記他方のステージに保持された感応基板上のマークとその他方のステージ上の基準マークとの位置関係及び、前記投影光学系による前記マスクのパターン像の投影位置と前記他方のステージ上の基準マークとの位置関係を求めたときの前記第３測長軸の計測結果に基づいて前記他方のステージの位置を制御しながら前記他方のステージに保持された感応基板を露光することを特徴とする請求項６に記載の投影露光装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記他方のステージに保持された感応基板の露光後に、前記他方のステージ上の基準マークが前記アライメント系の検出領域内に入るように前記他方のステージを位置決めして感応基板の交換を行うことを特徴とする請求項７記載の投影露光装置。
【請求項９】
前記他方のステージ上の基準マークを前記アライメント系で検出するときに前記干渉計システムの第４測長軸の計測値をリセットすることを特徴とする請求項８に記載の投影露光装置。
【請求項１０】
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基板ステージとの間で感応基板の受け渡しを行う搬送システムと；
前記投影光学系とは別に設けられ、前記基板ステージ上の基準マーク及び前記基板ステージに保持された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基板ステージと前記第２基板ステージの内の一方のステージが前記搬送システムと感応基板の受け渡しを行う間に、他方のステージが露光動作を行うように前記２つの基板ステージを制御する制御手段とを有し、
該制御手段は、前記一方の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を行うときに、前記一方のステージ上の基準マークが前記アライメント系の検出領域内に入る位置に前記一方のステージを移動させることを特徴とする投影露光装置。
【請求項１１】
パターンの像を感応基板上に投影して、該感応基板を露光する投影露光装置であって、
干渉計用の反射面を有し、感応基板を保持して２次元方向に移動可能な第１ステージと；
干渉計用の反射面を有し、感応基板を保持して、前記第１ステージとは独立に、２次元方向に移動可能な第２ステージと；
前記ステージに配置された基準と、該ステージに保持された感応基板上のショット領域との第１位置関係を求めるための第１アライメント系と；
前記第１アライメント系に対して第１軸方向に離れて配置され、前記パターン像を感応基板上に投影するための投影光学系と；
前記投影光学系による前記パターン像の投影位置と前記ステージに配置された基準との第２位置関係を求めるための第２アライメント系と；
前記第１位置関係を求めるために前記第１アライメント系を用いて一方のステージ上の感応基板のマーク検出を行うアライメント動作が行われるときに前記一方のステージの前記第１軸方向の位置を、前記第１軸方向の一側から計測するための第１測長軸と、前記投影光学系を用いて他方のステージ上の感応基板の露光を行う露光動作が行われるときに前記他方のステージの前記第１軸方向の位置を、前記第１軸方向の他側から計測するための第２測長軸と、前記感応基板に対する露光動作が行われている前記他方のステージの前記第１軸方向に垂直な第２軸方向の位置を計測可能に配置され、前記露光動作の終了後、前記他方のステージの反射面から外れる第３測長軸と、前記露光動作と並行して、前記感応基板に対するアライメント動作が行われている前記一方のステージの前記第２軸方向の位置を計測可能に配置され、前記アライメント動作の終了後、前記一方のステージの反射面から外れる第４測長軸とを有する干渉計システムと；を備え、
前記一方のステージ上の前記感応基板に対するアライメント動作の間に、その感応基板上のマークを検出して、当該感応基板上のショット領域と前記一方のステージに配置された基準との第１位置関係が求められ、
前記一方のステージ側の前記アライメント動作、及び前記他方のステージ側の前記露光動作の終了後に、前記第２アライメント系を使って、前記投影光学系による前記パターン像の投影位置と前記一方のステージの基準との第２位置関係が求められ、そのときに、前記第３測長軸がリセットされ、
前記第２位置関係が求められた後に、前記第１位置関係と前記第２位置関係とに基づいて前記一方のステージの位置を、前記干渉計システムの前記第３測長軸及び前記第１測長軸又は第２測長軸を用いて制御しながら、前記一方のステージに保持された感応基板上のショット領域が順次露光される投影露光装置。
【請求項１２】
前記第２アライメント系を用いて前記投影光学系による前記パターン像の投影位置と前記一方のステージの基準との第２位置関係を求めるときに、前記一方のステージの位置は前記干渉計システムの第２測長軸を使って計測される請求項１１に記載の投影露光装置。
【請求項１３】
ベース部材を更に備え、
前記第１及び第２ステージは、前記ベース部材上でそれぞれ独立に２次元方向に移動可能である請求項１１又は１２に記載の投影露光装置。
【請求項１４】
前記第１ステージと前記第２ステージとが交互に前記投影光学系の像面側に移動され、複数の感応基板が順次露光される請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の投影露光装置。
【請求項１５】
前記一方のステージに配置された基準は、第１基準マークと第２基準マークとを有し、
前記第１測長軸を使って前記一方のステージの位置を計測しながら、前記第１アライメント系を使って前記一方のステージ上の感応基板上のマークと前記第１基準マークとを検出することによって前記第１位置関係が求められ、
前記第２測長軸を使って前記一方のステージの位置を計測しながら、前記第２アライメント系を使って前記第２基準マークと前記パターンが形成されたマスクのマークとの位置関係を前記投影光学系を介して検出することによって前記第２位置関係が求められ、
前記第１位置関係と前記第２位置関係とに基づいて、前記投影光学系によるパターン像の投影位置と前記一方のステージに保持された感応基板上のショット領域との位置関係が決定され、該決定された位置関係に基づいて、前記一方のステージに保持された感応基板上のショット領域が露光される請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の投影露光装置。
【請求項１６】
感応基板の搬送を行う基板搬送システムをさらに備え、
前記アライメント動作に先立ち、前記他方のステージでの露光動作と並行して、前記一方のステージと前記基板搬送システムとの間で感応基板の受け渡しが行われ、
前記搬送システムと感応基板の受け渡しを行った後に、前記第１測長軸が前記一方のステージの位置を計測可能な状態で、前記第１アライメント系で前記第１基準マークの検出が行われる請求項１５に記載の投影露光装置。
【請求項１７】
前記基板搬送システムは、前記投影光学系に対して前記第１軸方向に離れて配置されている請求項１６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し、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なう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」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一括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号公報等に記載された様な走査型露光装置）も比較的多く用いられるようになってきた。このステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置は、▲１▼ステッパーに比べると大フィールドをより小さな光学系で露光できるため、投影光学系の製造が容易であるとともに、大フィールド露光によるショット数の減少により高スループットが期待出来る、▲２▼投影光学系に対してレチクル及びウエハを相対走査することで平均化効果があり、ディストーションや焦点深度の向上が期待出来る等のメリットがある。さらに、半導体素子の集積度が１６Ｍ（メガ）から６４ＭのＤＲＡＭ、更に将来的には２５６Ｍ、１Ｇ（ギガ）というように時代とともに高くなるのに伴い、大フィールドが必須になるため、ステッパーに代わってスキャン型投影露光装置が主流になるであろうと言われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この種の投影露光装置は、主として半導体素子等の量産機として使用されるものであることから、一定時間内にどれだけの枚数のウエハを露光処理できるかという処理能力、すなわちスループットを向上させることが必然的に要請される。
【０００５】
これに関し、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置の場合、大フィールドを露光する場合には先に述べたように、ウエハ内に露光するショット数が少なくなるのでスループットの向上が見込まれるが、露光はレチクルとウエハとの同期走査による等速移動中に行なわれることから、その等速移動領域の前後に加減速領域が必要となり、仮にステッパーのショットサイズと同等の大きさのショットを露光する場合には、却ってステッパーよりスループットが落ちる可能性がある。
【０００６】
この種の投影露光装置における処理の流れは、大要次のようになっている。
【０００７】
▲１▼  まず、ウエハローダを使ってウエハをウエハテーブル上にロードするウエハロード工程が行なわれる。
【０００８】
▲２▼  次に、サーチアライメント機構によりウエハの大まかな位置検出を行なうサーチアライメント工程が行なわれる。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なわれる。
【０００９】
▲３▼  次に、ウエハ上の各ショット領域の位置を正確に求めるファインアライメント工程が行なわれる。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。
【００１０】
▲４▼  次に、上述したＥＧＡ方式等により求めた各ショット領域の座標位置と予め計測したベースライン量とに基づいて露光位置にウエハ上の各ショット領域を順次位置決めしつつ、投影光学系を介してレチクルのパターン像をウエハ上に転写する露光工程が行なわれる。
【００１１】
▲５▼  次に、露光処理されたウエハテーブル上のウエハをウエハアンローダを使ってウエハアンロードさせるウエハアンロード工程が行なわれる。このウエハアンロード工程は、露光処理を行なうウエハの上記▲１▼のウエハロード工程と同時に行なわれる。すなわち、▲１▼と▲５▼とによってウエハ交換工程が構成される。
【００１２】
このように、従来の投影露光装置では、ウエハ交換→サーチアライメント→ファインアライメント→露光→ウエハ交換……のように、大きく４つの動作が１つのウエハステージを用いて繰り返し行なわれている。
【００１３】
また、この種の投影露光装置のスループットＴＨＯＲ［枚／時間］は、上述したウエハ交換時間をＴ１、サーチアライメント時間をＴ２、ファインアライメント時間をＴ３、露光時間をＴ４とした場合に、次式（１）のように表すことができる。
【００１４】
ＴＨＯＲ＝３６００／（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４）  ………（１）
上記Ｔ１〜Ｔ４の動作は、Ｔ１→Ｔ２→Ｔ３→Ｔ４→Ｔ１……のように順次（シーケンシャルに）繰り返し実行される。このため、Ｔ１〜Ｔ４までの個々の要素を高速化すれば分母が小さくなって、スループットＴＨＯＲを向上させることができる。しかし、上述したＴ１（ウエハ交換時間）とＴ２（サーチアライメント時間）は、ウエハ１枚に対して一動作が行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、Ｔ３（ファインアライメント時間）の場合は、上述したＥＧＡ方式を用いる際にショットのサンプリング数を少なくしたり、ショット単体の計測時間を短縮すればスループットを向上させることができるが、逆にアライメント精度を劣化させることになるため、安易にＴ３を短縮することはできない。
【００１５】
また、Ｔ４（露光時間）は、ウエハ露光時間とショット間のステッピング時間とを含んでいる。例えば、ステップ・アンド・スキャン方式のような走査型投影露光装置の場合は、ウエハ露光時間を短縮させる分だけレチクルとウエハの相対走査速度を上げる必要があるが、同期精度が劣化することから、安易に走査速度を上げることができない。
【００１６】
また、この種の投影露光装置で上記スループット面の他に、重要な条件としては、▲１▼解像度、▲２▼焦点深度（ＤＯＦ：Depth of Forcus ）、▲３▼線幅制御精度が挙げられる。解像度Ｒは、露光波長をλとし、投影レンズの開口数をＮ．Ａ．（Numerical Aperture )とすると、λ／Ｎ．Ａ．に比例し、焦点深度ＤＯＦはλ／（Ｎ．Ａ．）2 に比例する。
【００１７】
このため、解像度Ｒを向上させる（Ｒの値を小さくする）には、露光波長λを小さくするか、あるいは開口数Ｎ．Ａ．を大きくする必要がある。特に、最近では半導体素子等の高密度化が進んでおり、デバイスルールが０．２μｍＬ／Ｓ（ライン・アンド・スペース）以下となってきていることから、これらのパターンを露光する為には照明光源としてＫｒＦエキシマレーザを用いている。しかしながら、前述したように半導体素子の集積度は、将来的に更に上がることは必至であり、ＫｒＦより短波長な光源を備えた装置の開発が望まれる。このようなより短波長な光源を備えた次世代の装置の候補として、ＡｒＦエキシマレーザを光源とした装置、電子線露光装置等が代表的に挙げられるが、ＡｒＦエキシマレーザの場合は、酸素のある所では光が殆ど透過せず、高出力が出にくい上、レーザの寿命も短く、装置コストが高いという技術的な課題が山積しており、また、電子線露光装置の場合、光露光装置に比べてスループットが著しく低いという不都合があることから、短波長化を主な観点とした次世代機の開発は思うようにいかないというのが現実である。
【００１８】
解像度Ｒを上げる他の手法としては、開口数Ｎ．Ａ．を大きくすることも考えられるが、Ｎ．Ａ．を大きくすると、投影光学系のＤＯＦが小さくなるというデメリットがある。このＤＯＦは、ＵＤＯＦ（User Depth of Forcus：ユーザ側で使用する部分：パターン段差やレジスト厚等）と、装置自身の総合焦点差とに大別することができる。これまでは、ＵＤＯＦの比率が大きかったため、ＤＯＦを大きく取る方向が露光装置開発の主軸であり、このＤＯＦを大きくとる技術として例えば変形照明等が実用化されている。
【００１９】
ところで、デバイスを製造するためには、Ｌ／Ｓ（ライン・アンド・スペース）、孤立Ｌ（ライン）、孤立Ｓ（スペース）、及びＣＨ（コンタクトホール）等が組み合わさったパターンをウエハ上に形成する必要があるが、上記のＬ／Ｓ、孤立ライン等のパターン形状毎に最適露光を行なうための露光パラメータが異なっている。このため、従来は、ＥＤ−ＴＲＥＥ（レチクルが異なるＣＨは除く）という手法を用いて、解像線幅が目標値に対して所定の許容誤差内となり、かつ所定のＤＯＦが得られるような共通の露光パラメータ（コヒーレンスファクタσ、Ｎ．Ａ．、露光制御精度、レチクル描画精度等）を求めて、これを露光装置の仕様とすることが行なわれている。しかしながら、今後は以下のような技術的な流れがあると考えられている。
【００２０】
▲１▼プロセス技術（ウェハ上平坦化）向上により、パターン低段差化、レジスト厚減少が進み、ＵＤＯＦが１μｍ台→０．４μｍ以下になる可能性がある。
【００２１】
▲２▼露光波長がｇ線（４３６ｎｍ）→ｉ線（３６５ｎｍ）→ＫｒＦ（２４８ｎｍ）と短波長化している。しかし、今後はＡｒＦ（１９３）までの光源しか検討されてなく、その技術的ハードルも高い。その後はＥＢ露光に移行する。
【００２２】
▲３▼ステップ・アンド・リピートのような静止露光に代わりステップ・アンド・スキャンのような走査露光がステッパ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なう。
【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なう必要があるため、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）の向上が行なわれてきた。
【００２９】
しかしながら、先に述べた二重露光法をＫｒＦ，ＡｒＦ露光装置に用いると０．１μｍＬ／Ｓまでの露光が実現することにより、２５６Ｍ、１ＧのＤＲＡＭの量産を目的とする次世代機の開発の有力な選択肢であることは疑いなく、このためのネックとなる二重露光法の課題であるスループットの向上のため新技術の開発が待望されていた。
【００３０】
これに関し、前述した４つの動作、すなわちウエハ交換、サーチアライメント、ファインアライメント、及び露光動作の内の複数動作同士を部分的にでも同時並行的に処理できれば、これら４つの動作をシーケンシャルに行なう場合に比べて、スループットを向上させることができると考えられ、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が、このことは理論上は簡単に思えるが、現実には基板ステージを複数設け、充分な効果を発揮させるためには、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なう必要があるため、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。
【００３１】
本発明は、かかる事情の下になされたもので、その第１の目的は、露光動作とアライメント動作等との並行処理によりスループットの向上及び基板ステージの小型・軽量化を図ることが可能な投影露光装置を提供することにある。
【００３２】
また、本発明の第２の目的は、スループットの向上及びステージの小型・軽量化を図ることが可能な投影露光方法を提供することにある。
【００３３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、マスク（Ｒ）に形成されたパターンの像を投影光学系（ＰＬ）を介して感応基板（Ｗ１，Ｗ２）上に投影露光する投影露光装置であって、感応基板（Ｗ１）を保持して２次元平面内を移動可能な第１基板ステージ（ＷＳ１）と；感応基板（Ｗ２）を保持して前記第１基板ステージ（ＷＳ１）と同一平面内を前記第１基板ステージ（ＷＳ１）とは独立に移動可能な第２基板ステージ（ＷＳ２）と；前記投影光学系（ＰＬ）とは別に設けられ、前記基板ステージ（ＷＳ１，ＷＳ２）上又は前記基板ステージ（ＷＳ１，ＷＳ２）に保持された感応基板（Ｗ１，Ｗ２）上のマークを検出するためのアライメント系（例えば２４ａ）と；前記投影光学系（ＰＬ）の投影中心と前記アライメント系（２４ａ）の検出中心とを通る第１軸方向の一方側から前記第１基板ステージ（ＷＳ１）の前記第１軸方向の位置を常に計測する第１測長軸（ＢＩ１Ｘ）と、前記第１軸方向の他方側から前記第２基板ステージ（ＷＳ２）の前記第１軸方向の位置を常に計測する第２測長軸（ＢＩ２Ｘ）と、前記投影光学系（ＰＬ）の投影中心で前記第１軸と垂直に交差する第３測長軸（ＢＩ３Ｙ）と、前記アライメント系（２４ａ）の検出中心で前記第１軸と垂直に交差する第４測長軸（ＢＩ４Ｙ）とを備え、これらの測長軸（ＢＩ１Ｘ〜ＢＩ４Ｙ）により前記第１及び第２基板ステージ（ＷＳ１及びＷＳ２）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（ＷＳ１）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の前記第３測長軸（ＢＩ３Ｙ）の計測値を用いて管理され，該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（ＷＳ１）及び第２基板ステージ（ＷＳ２）の内の他方のステージに保持された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が前記アライメント系（２４ａ）の検出結果と前記干渉計システムの第４測長軸（ＢＩ４Ｙ）の計測値とを用いて検出されるように前記２つの基板ステージ（ＷＳ１、ＷＳ２）の動作を制御した後に、前記第３測長軸（ＢＩ３Ｙ）の計測値を用いて前記他方のステージの位置計測が可能な状態で、かつ前記投影光学系（ＰＬ）の投影領域内の所定の基準点との位置関係を検出可能な位置に前記他方のステージ上の基準点を位置決めした状態で前記第３測長軸（ＢＩ３Ｙ）の干渉計をリセットする制御する制御手段（９０）と；を有する。
【００３４】
これによれば、干渉計システムの第１測長軸、第２測長軸により第１基板ステージ、第２基板ステージの第１軸方向の位置が常に計測されるので、いずれの基板ステージについても第１軸方向に垂直な方向の位置を露光時、アライメントマーク計測時等に正確に計測すれば、第１、第２基板ステージの２次元位置を管理できる。この場合、制御手段では、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干渉計システムの第３測長軸の計測値を用いて管理され，該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、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に保持された感応基板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がアライメント系の検出結果と干渉計システムの第４測長軸の計測値とを用いて検出されるように２つの基板ステージの動作を制御した後に、第３測長軸の計測値を用いて他方のステージの位置計測が可能な状態で、かつ投影光学系の投影領域内の所定の基準点との位置関係を検出可能な位置に他方のステージ上の基準点を位置決めした状態で第３測長軸の干渉計をリセットする。
【００３５】
すなわち、制御手段では前記一方のステージに保持された感応基板に対し、投影光学系の投影中心で第１軸方向の測長軸（第１測長軸及び第２測長軸）に垂直に交差する第３測長軸の計測値を用いて一方のステージの位置をアッベ誤差なく管理しつつ投影光学系を介してのマスクのパターン像の露光が行なわれる間に、他方のステージに保持された感応基板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がアライメント系の検出結果とアライメント系の検出中心で第１軸方向の測長軸（第１測長軸及び第２測長軸）に垂直に交差する第４測長軸の計測値を用いてアッベ誤差なく正確に検出されるように、２つの基板ステージの動作を制御することができ、このようにして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して行なうことができるので、スループットの向上を図ることが可能である。
【００３６】
また、制御手段では、上記の両ステージの動作が終了すると、第３測長軸の計測値を用いて他方のステージの位置計測が可能な状態で、かつ投影光学系の投影領域内の所定の基準点との位置関係を検出可能な位置に他方のステージ上の基準点を位置決めした状態で第３測長軸の干渉計をリセットする。このため、ステージ上の基準点と感応基板上のアライメントマークとの位置関係が計測された（アライメントが終了した）他方のステージについては、アライメントマークの計測時に使用された第４測長軸が計測不能状態におちいっても、何等の不都合なく、第３測長軸の計測値を用いてその位置を管理することができるようになり、他方のステージ上の基準点と投影光学系の投影領域内の所定の基準点との位置関係を検出し、この位置関係と前記アライメント計測結果と第３測長軸の計測値とを用いて投影光学系の投影領域と感応基板との位置合わせを行ないつつ露光を行なうことが可能となる。すなわち、アライメント時の他方のステージの位置を管理していた測長軸が計測不能となっても、別の測長軸により露光時の他方のステージの位置管理を行なうことが可能となることから、上記各測長軸の干渉計ビームを反射させるためのステージ反射面を小型化することができ、これにより基板ステージを小型化することができる。
【００３７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の投影露光装置において、前記投影光学系（ＰＬ）に関して前記アライメント系（２４ａ）の反対側に前記第１軸上に検出中心を有する別のアライメント系（２４ｂ）を有し、前記干渉計システムは、前記別のアライメント系（２４ｂ）の検出中心で前記第１軸と垂直に交差する第５測長軸（ＢＩ５Ｙ）を備え、前記制御手段（９０）は、前記一方のステージの位置が前記干渉計システムの前記第３測長軸（ＢＩ３Ｙ）の計測値を用いて管理され，該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、前記他方のステージに保持された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が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第４測長軸（ＢＩ４Ｙ）の計測値とを用いて検出されるように前記２つの基板ステージの動作を制御した後に、前記第５測長軸（ＢＩ５Ｙ）の計測値を用いて前記一方のステージの位置計測が可能な状態で前記第５測長軸（ＢＩ５Ｙ）の干渉計をリセットするとともに、前記別のアライメント系（２４ｂ）の検出領域内に前記一方の基板ステージ上の基準点が位置決めされるように前記一方のステージの動作を制御することを特徴とする。
【００３８】
これによれば、制御手段では前記一方のステージに保持された感応基板に対し、投影光学系の投影中心で第１軸方向の測長軸（第１測長軸及び第２測長軸）に垂直に交差する第３測長軸の計測値を用いて一方のステージの位置をアッベ誤差なく管理しつつ投影光学系を介してのマスクのパターン像の露光が行なわれる間に、他方のステージに保持された感応基板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がアライメント系の検出結果とアライメント系の検出中心で第１軸方向の測長軸（第１測長軸及び第２測長軸）に垂直に交差する第４測長軸の計測値を用いてアッベ誤差なく正確に検出されるように、２つの基板ステージの動作を制御することができ、このようにして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が並行して行なわれることとなる。
【００３９】
また、制御手段では、上記の両ステージの動作が終了すると、第５測長軸の計測値を用いて一方のステージの位置計測が可能な状態で第５測長軸の干渉計をリセットするとともに、別のアライメント系の検出領域内に一方の基板ステージ上の基準点が位置決めされるように一方のステージの動作を制御する。このため、感応基板に対する露光が終了した一方のステージについては、露光時に使用された第３測長軸が計測不能状態になっても、何等の不都合なく、別のアライメント系の検出中心で第１軸方向の測長軸（第１測長軸及び第２測長軸）に垂直に交差する第５測長軸の計測値を用いてアッベ誤差なくその位置を管理することができるようになり、別のアライメント系により一方の基板ステージ上の基準点の位置と、一方のステージ上に保持された感応基板のアラメントマークの位置とを露光に引き続いて計測することができるようになる。従って、２つの基板ステージを第１軸方向にずらし、アライメント動作が終了した他方の基板ステージの位置計測が第３測長軸の計測値を用いて可能な状態で第３測長軸の干渉計をリセットし、第５測長軸の計測値を用いて露光動作が終了した一方のステージの位置計測が可能な状態で第５測長軸の干渉計をリセットすることにより、一方のステージ側の露光動作と他方のステージ側の露光動作を容易に切り替えることが可能になる。
【００４０】
この場合において、請求項３に記載の発明の如く、第１基板ステージ（ＷＳ１）及び第２基板ステージ（ＷＳ２）との間で感応基板（Ｗ１，Ｗ２）の受け渡しを行なう搬送システム（１８０〜２００）をさらに有する場合には、前記制御手段は、前記別のアライメント系（２４ｂ）の検出領域内に前記一方の基板ステージ上の基準点を位置決めした状態で、前記一方のステージと前記搬送システム（１８０〜２００）との間で基板の受け渡しを行なうようにすることが望ましい。このようにする場合には、上記の露光動作とアライメント動作との切り替えに加え、制御手段により、干渉計システムの第５測長軸のリセットとともに別のアライメント系の検出領域内に一方の基板ステージ上の基準点を位置決めした状態で一方のステージと搬送システムとの間で基板の受け渡しが行なわれるので、アライメント開始動作である基準点の位置計測と感応基板の交換とを基板ステージの静止状態で行なうことができる。更に、基板交換位置からアライメント開始位置への基板ステージの移動時間が零となるのに加え、先に説明した時間Ｔ１、時間Ｔ２及び時間Ｔ３の動作を一方の基板ステージ側で行ない、時間Ｔ４の動作を他方の基板ステージ側で行なうことが可能になるので、請求項２に記載の発明の場合に比べても一層スループットの向上を図ることが可能となる。
【００４１】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の投影露光装置において、前記第１基板ステージ（ＷＳ１）及び前記第２基板ステージ（ＷＳ２）上には前記ステージの基準点としての基準マーク（ＭＫ１，ＭＫ２，ＭＫ３）がそれぞれ形成され、前記投影光学系（ＰＬ）の投影領域内の所定の基準点は前記マスク（Ｒ）のパターン像の投影中心であり、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マーク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（１４２，１４４）を更に有することを特徴とする。
【００４２】
これによれば、制御手段では一方のステージに保持された感応基板に対し、第３測長軸の計測値を用いて一方のステージの位置をアッベ誤差なく管理しつつ投影光学系を介してのマスクのパターン像の露光が行なわれる間に、他方のステージに保持された感応基板上のアライメントマークと他方のステージ上の基準マーク（ＭＫ２）との位置関係がアライメント系（２４ａ）の検出結果と第４測長軸の計測値を用いてアッベ誤差なく正確に検出されるように、２つの基板ステージの動作を制御することができ、このようにして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が並行して行なわれることとなる。
【００４３】
また、制御手段では、上記の両ステージの動作が終了すると、第３測長軸の計測値を用いて他方のステージの位置計測が可能な状態で第３測長軸の干渉計をリセットするとともに、マスクのパターン像の投影中心との位置関係を検出可能な位置に他方のステージ上の基準点（ＭＫ１，ＭＫ３）が位置決めされるように他方のステージの動作を制御する。このため、ステージ上の基準点（ＭＫ２）と感応基板上のアライメントマークとの位置関係が計測された他方のステージについては、アライメントマークの計測時に使用された第４測長軸が計測不能状態になっても、何等の不都合なく、第３測長軸の計測値を用いてその位置を管理することができるようになり、他方のステージ上の基準点（ＭＫ１，ＭＫ３）とマスクのパターン像の投影中心との相対位置関係をマスク（Ｒ）と投影光学系（ＰＬ）を介して検出するマーク位置検出手段（１４２，１４４）を用いて検出することができ、この位置関係と前記アライメント計測結果と第３測長軸の計測値とを用いて投影光学系（ＰＬ）によるマスクのパターン像と感応基板との位置合わせを行ないつつ露光を行なうことが可能となる。
【００４４】
請求項５に記載の発明は、マスク（Ｒ）の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方法であって、感応基板（Ｗ１、Ｗ２）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、ＷＳ２）を用意し；所定の干渉計により前記２つのステージの内の一方の位置計測を行いながら、該一方のステージに保持された感応基板上に前記マスクのパターン像を投影露光し、前記一方のステージに保持された基板の露光中に、前記所定の干渉計とは別の干渉計により前記２つのステージの内の他方のステージの位置計測を行いながら、該他方の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；前記一方のステージに保持された感応基板の露光終了後に、前記所定の干渉計により前記他方のステージの位置計測が可能な状態で、かつ前記投影光学系の投影領域内の所定の基準点との位置関係を検出可能な位置に前記他方のステージの基準点を位置決めした状態で、前記所定の干渉計をリセットするとともに、前記計測された位置関係及び前記検出された位置関係に基づき、前記リセットされた所定の干渉計を用いて前記他方のステージ上に保持された感応基板と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。
【００４５】
これによれば、一方のステージに保持された感応基板の露光動作と、他方のステージに保持された感応基板の位置合わせマークと該ステージ上の基準点との位置関係の計測（アライメント動作）とが、並行して行われる。この際、一方のステージの位置は所定の干渉計によって管理され、他方のステージの位置は別の干渉計によって管理される。そして、一方のステージ側の露光動作が終了すると、それまで一方のステージの位置を管理していた所定の干渉計により他方のステージの位置計測が可能な状態で、かつ投影光学系の投影領域内の所定の基準点との位置関係を検出可能な位置に他方のステージの基準点が位置決めされた状態で、その所定の干渉計がリセットされる。続いて、先に計測された他方の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及び検出された位置関係に基づき、リセットされた所定の干渉計を用いて他方のステージ上に保持された感応基板とマスクのパターン像との位置合わせが行われ、マスクのパターン像が感応基板上に投影露光される。
【００４６】
すなわち、一方の基板ステージに保持された感応基板の露光動作と他方のステージに保持された感応基板のアライメント動作とが並行して行われた後に、一方の基板ステージが所定の基板交換位置に退避するのと並行して他方のステージが投影光学系の方に移動され、その他方のステージがその位置を所定の干渉計により計測可能な位置でかつ投影光学系の投影領域内の所定の基準点（例えば、マスクのパターン像の投影中心）と他方のステージの基準点の位置関係を検出可能な位置までくると、当該所定の干渉計がリセットされるとともに、両者の位置関係が検出され、この検出結果と先にアライメント動作の際に計測されたステージ上の基準点と位置合わせマークとの位置関係とに基づいてリセット後の所定の干渉計で位置を管理しつつ他方のステージ上に保持された感応基板とマスクのパターン像との位置合わせが露光時に行われる。
【００４７】
従って、一方の基板ステージ上の感応基板の露光動作と他方の基板ステージ上の感応基板のアライメント動作とを並行して行なうことによりスループットの向上を図ることができるとともに、アライメント時の他方のステージの位置を管理していた別の干渉計が計測不能となっても、所定の干渉計により露光時の他方のステージの位置管理を行なうことが可能となることから、上記各干渉計の干渉計ビームを反射させるためのステージ反射面を小型化することができ、これにより基板ステージを小型化することができる。
【００４８】
請求項６に記載の発明は、マスク（Ｒ）に形成されたパターンの像を投影光学系（ＰＬ）を介して感応基板（Ｗ１，Ｗ２）上に投影露光する投影露光装置であって、感応基板（Ｗ１）を保持して２次元平面内を移動可能な第１基板ステージ（ＷＳ１）と；感応基板（Ｗ２）を保持して前記第１基板ステージ（ＷＳ１）と同一平面内を前記第１基板ステージ（ＷＳ１）とは独立に移動可能な第２基板ステージ（ＷＳ２）と；前記投影光学系（ＰＬ）とは別に設けられ、前記基板ステージ（ＷＳ１，ＷＳ２）上の基準マーク及び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ためのアライメント系（例えば２４ａ）と；前記投影光学系（ＰＬ）の投影中心と前記アライメント系（２４ａ）の検出中心とを通る第１軸方向の一方側から前記第１基板ステージ（ＷＳ１）の前記第１軸方向の位置を計測するための第１測長軸（ＢＩ１Ｘ）と、前記第１軸方向の他方側から前記第２基板ステージ（ＷＳ２）の前記第１軸方向の位置を計測するための第２測長軸（ＢＩＸ２）と、前記投影光学系（ＰＬ）の投影中心で前記第１軸と直交する第３測長軸（ＢＩ３Ｙ）と、前記アライメント系（２４ａ）の検出中心で前記第１軸と直交する第４測長軸（ＢＩ４Ｙ）とを備え、これらの測長軸（ＢＩ１Ｘ〜ＢＩ４Ｙ）により前記第１及び第２基板ステージ（ＷＳ１及びＷＳ２）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（ＷＳ１）及び前記第２基板ステージ（ＷＳ２）の内の一方のステージの位置を前記干渉計システムの第３測長軸（ＢＩ３Ｙ）を用いて管理しつつ該一方のステージ上の感応基板を露光している間に、前記他方のステージの位置を前記干渉計システムの第４測長軸（ＢＩ４Ｙ）を使って管理しつつ前記他方のステージに保持された感応基板上のマークと前記他方のステージ上の基準マークとの位置関係を前記アライメント系（２４ａ）を用いて求めるとともに、前記投影光学系（ＰＬ）による前記マスクのパターン像の投影位置と前記他方のステージ上の基準マークとの位置関係を求めるときに前記干渉計システムの第３測長軸（ＢＩ３Ｙ）の計測値をリセットする制御手段（９０）と；を有する。
【００４９】
これによれば、制御手段では、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を干渉計システムの第３測長軸の計測値を用いて管理しつつ該一方のステージ上の感応基板を露光している間に、他方のステージに保持された感応基板上のマークと他方のステージ上の基準マークとの位置関係をアライメント系を用いて求めるとともに、一方のステージに保持された感応基板の露光後に、投影光学系によるマスクのパターン像の投影位置と他方のステージ上の基準マークとの位置関係を求めるときに干渉計システムの第３測長軸の計測値をリセットする。
【００５０】
すなわち、制御手段では前記一方のステージに保持された感応基板に対し、投影光学系の投影中心で第１軸方向の測長軸（第１測長軸及び第２測長軸）に直交する第３測長軸の計測値を用いて一方のステージの位置をアッベ誤差なく管理しつつ投影光学系を介してのマスクのパターン像の露光が行なわれる間に、他方のステージに保持された感応基板上のマークと他方のステージ上の基準マークとの位置関係をアライメント系の検出結果とアライメント系の検出中心で第１軸方向の測長軸（第１測長軸及び第２測長軸）に直交する第４測長軸の計測値を用いてアッベ誤差なく正確に検出し、このようにして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して行なうことができるので、スループットの向上を図ることが可能である。
【００５１】
また、制御手段では、一方のステージに保持された感応基板の露光後、すなわち上記の両ステージの動作終了後に、投影光学系によるマスクのパターン像の投影位置と他方のステージ上の基準マークとの位置関係を求めるときに干渉計システムの第３測長軸の計測値をリセットする。このため、ステージ上の基準マークと感応基板上のアライメントマークとの位置関係が計測された（アライメントが終了した）他方のステージについては、アライメントマークの計測時に使用された第４測長軸が計測不能状態におちいっても、何等の不都合なく、第３測長軸の計測値を用いてその位置を管理することができるようになり、他方のステージ上の基準マークと投影光学系によるマスクのパターン像の投影位置との関係を求め、この位置関係と前記アライメント計測結果と第３測長軸の計測値とを用いて投影光学系の投影領域と感応基板との位置合わせを行ないつつ露光を行なうことが可能となる。すなわち、アライメント時の他方のステージの位置を管理していた測長軸が計測不能となっても、別の測長軸により露光時の他方のステージの位置管理を行なうことから、上記各測長軸の干渉計ビームを反射させるためのステージ反射面を小型化することができ、これにより基板ステージを小型化することができる。
【００５３】
請求項７に記載の発明は、上記請求項６に記載の投影露光装置において、前記制御手段（９０）は、前記他方のステージに保持された感応基板上のマークとその他方のステージ上の基準マークとの位置関係及び、前記投影光学系による前記マスクのパターン像の投影位置と前記他方のステージ上の基準マークとの位置関係を求めたときの前記第３測長軸の計測結果に基づいて前記他方のステージの位置を制御しながら前記他方のステージに保持された感応基板を露光することを特徴とする。
【００５４】
これによれば、他方のステージに保持された感応基板上のマークとその他方のステージ上の基準マークとの位置関係（これは同一のセンサ、すなわちアライメント系で求められている）及び、投影光学系によるマスクのパターン像の投影位置と他方のステージ上の基準マークとの位置関係を求めたときの第３測長軸の計測結果に基づいて他方のステージの位置を制御しながら他方のステージに保持された感応基板を露光するので、他方のステージに保持された感応基板上のマークとその他方のステージ上の基準マークとの位置関係を求めた後に、その位置関係を求めた際に他方のステージの位置を管理していた第４測長軸が計測不能となっても、何らの不都合が生じることなく、露光の際に感応基板を高精度に露光位置に位置決めすることが可能になる。
【００５５】
この場合において、請求項８に記載の発明の如く、前記制御手段（９０）は、前記他方のステージに保持された感応基板の露光後に、前記他方のステージ上の基準マークが前記アライメント系の検出領域内に入るように前記他方のステージを位置決めして感応基板の交換を行うようにすることが望ましい。
【００５６】
このようにする場合には、制御手段により、アライメント系の検出領域内に他方の基板ステージ上の基準マークを位置決めした状態で他方のステージ上の基板交換が行われるので、アライメント開始動作と感応基板の交換とを基板ステージの静止状態で行なうことができる。更に、基板交換位置からアライメント開始位置への基板ステージの移動時間が零となるのに加え、先に説明した時間Ｔ１、時間Ｔ２及び時間Ｔ３の動作を他方の基板ステージ側で行ない、時間Ｔ４の動作を一方の基板ステージ側で行なうことが可能になるので、スループットの向上が可能である。
【００５７】
また、この場合において、請求項９に記載の発明の如く、前記他方のステージ上の基準マークを前記アライメント系で検出するときに前記干渉計システムの第４測長軸の計測値をリセットするようにしても良い。
【００５８】
請求項１０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）上に投影露光する投影露光装置であって、感応基板（Ｗ１）を保持して２次元平面内を移動可能な第１基板ステージ（ＷＳ１）と；感応基板（Ｗ２）を保持して前記第１基板ステージ（ＷＳ１）と同一平面内を前記第１基板ステージ（ＷＳ１）とは独立に移動可能な第２基板ステージ（ＷＳ２）と；前記第１基板ステージ（ＷＳ１）及び前記第２基板ステージ（ＷＳ２）との間で感応基板の受け渡しを行う搬送システム（１８０〜２００）と；前記投影光学系（ＰＬ）とは別に設けられ、前記基板ステージ上の基準マーク及び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ためのアライメント系（例えば２４ａ）と；前記第１基板ステージ（ＷＳ１）と前記第２基板ステージ（ＷＳ２）の内の一方のステージが前記搬送システム（１８０〜２００）との間で感応基板の受け渡しを行う間に、他方のステージが露光動作を行うように前記２つの基板ステージを制御する制御手段（９０）とを有し、該制御手段（９０）は、前記一方の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を行うときに前記一方のステージ上の基準マークが前記アライメント系の検出領域内に入る位置に前記一方のステージを位置決めすることを特徴とする。
【００５９】
これによれば、制御手段により、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が搬送システムとの間で感応基板の受け渡しを行う間に、他方のステージが露光動作を行うように両ステージの動作が制御される。従って、先に説明した時間Ｔ１の動作と、時間Ｔ４の動作とが並行処理できる。また、制御手段により、一方のステージが搬送システムとの間で感応基板の受け渡しを行うときに一方のステージ上の基準マークがアライメント系の検出領域内に入る位置に一方のステージが位置決めされるので、アライメント開始動作である基準マークの位置計測と感応基板の交換とを基板ステージの静止状態で行なうことができる。更に、基板交換位置からアライメント開始位置への基板ステージの移動時間が零となるのに加え、先に説明した時間Ｔ１、時間Ｔ２及び時間Ｔ３の動作を一方の基板ステージ側で行ない、時間Ｔ４の動作を他方の基板ステージ側で行なうことが可能になる。従って、時間（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４）を要していた従来のシーケンシャルな処理に比べてスループットを向上させることが可能になる。
また本発明は、パターンの像を感応基板上に投影して、該感応基板を露光する投影露光装置であって、干渉計用の反射面（２１）を有し、感応基板（Ｗｌ）を保持して２次元方向（Ｘ軸方向，Ｙ軸方向）に移動可能な第１ステージ（ＷＳｌ）と；干渉計用の反射面（２３）を有し、感応基板（Ｗ２）を保持して、第１ステージ（ＷＳｌ）とは独立に、２次元方向（Ｘ軸方向，Ｙ軸方向）に移動可能な第２ステージ（ＷＳ２）と；ステージ（ＷＳｌ又はＷＳ２）に配置された基準（ＭＫ２）と、該ステージに保持された感応基板上のショット領域との第１位置関係を求めるための第１アライメント系（２４ａ）と；第１アライメント系（２４ａ）に対して第１軸方向（Ｘ軸方向）に離れて配置され、パターン像を感応基板上に投影するための投影光学系（ＰＬ）と；投影光学系（ＰＬ）によるパターン像の投影位置とステージに配置された基準（ＭＫｌ）との第２位置関係を求めるための第２アライメント系（１４２）と；第１位置関係を求めるために第１アライメン卜系（２４ａ）を用いて一方のステージ上の感応基板（例えばＷｌ）上のマーク検出を行うアライメント動作が行われるときに一方のステージ（ＷＳｌ）の第１軸方向（Ｘ軸方向）の位置を、第１軸方向（Ｘ軸方向）の一側から計測するための第１測長軸（ＢＩ１Ｘ）と、投影光学系（ＰＬ）を用いて他方のステージ上の感応基板（Ｗ２）の露光を行う露光動作が行われるときに他方のステージ（ＷＳ２）の第１軸方向（Ｘ軸方向）の位置を、第１軸方向（Ｘ軸方向）の他側から計測するための第２測長軸（ＢＩ２Ｘ）と、感応基板に対する露光動作が行われている他方のステージ（ＷＳ２）の第１軸方向（Ｘ軸方向）に垂直な第２軸方向（Ｙ軸方向）の位置を計測可能に配置され、露光動作の終了後、他方のステージ（ＷＳ２）の反射面（２３）から外れる第３測長軸（ＢＩ３Ｙ）と、露光動作と並行して、感応基板に対するアライメント動作が行われている一方のステージ（ＷＳｌ）の第２軸方向（Ｙ軸方向）の位置を計測可能に配置され、アライメント動作の終了後、一方のステージ（ＷＳｌ）の反射面（２１）から外れる第４測長軸（ＢＩ４Ｙ）とを有する干渉計システムと；を備え、一方のステージ（ＷＳｌ）上の感応基板（Ｗｌ）に対するアライメント動作の間に、その感応基板（Ｗｌ）上のマークを検出して、当該感応基板（Ｗｌ）上のショット領域と一方のステージ（ＷＳｌ）に配置された基準（ＭＫ２）との第１位置関係が求められ、一方のステージ（ＷＳｌ）側のアライメント動作、及び他方のステージ（ＷＳ２）側の露光動作の終了後に、第２アライメント系（１４２）を使って、投影光学系（ＰＬ）によるパターン像の投影位置と一方のステージ（ＷＳｌ）の基準（ＭＫｌ）との第２位置関係が求められ、そのときに、前記第３測長軸がリセットされ、その第２位置関係が求められた後に、その第１位置関係と第２位置関係とに基づいて一方のステージ（ＷＳ１）の位置を前記干渉計システムの前記第３測長軸及び前記第１測長軸又は第２測長軸を用いて制御しながら、一方のステージ（ＷＳｌ）に保持された感応基板（Ｗ１）上のショット領域が順次露光されることを特徴とするものである。
これによれば、スループットを向上させることが可能となり、ステージ反射面を小さくできるので、ステージの小型化を図ることができる。
【００６０】
【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１５に基づいて説明する。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
ベース盤１２上には、図３の平面図に示されるように、Ｘ軸方向に延びる２本のＸ軸リニアガイド（例えば、いわゆるムービングコイル型のリニアモータの固定側マグネットのようなもの）１２２、１２４が平行に設けられており、これらのＸ軸リニアガイド１２２、１２４には、当該各Ｘ軸リニアガイドに沿って移動可能な各２つの移動部材１１４、１１８及び１１６、１２０がそれぞれ取り付けられている。これら４つの移動部材１１４、１１８、１１６、１２０の底面部には、Ｘ軸リニアガイド１２２又は１２４を上方及び側方から囲むように不図示の駆動コイルがそれぞれ取り付けられており、これらの駆動コイルとＸ軸リニアガイド１２２又は１２４とによって、各移動部材１１４、１１６、１１８、１２０をＸ軸方向に駆動するムービングコイル型のリニアモータが、それぞれ構成されている。但し、以下の説明では、便宜上、上記移動部材１１４、１１６、１１８、１２０をＸ軸リニアモータと呼ぶものとする。
【００６６】
この内２つのＸ軸リニアモータ１１４、１１６は、Ｙ軸方向に延びるＹ軸リニアガイド（例えば、ムービングマグネット型のリニアモータの固定側コイルのようなもの）１１０の両端にそれぞれ設けられ、また、残り２つのＸ軸リニアモータ１１８、１２０は、Ｙ軸方向に延びる同様のＹ軸リニアガイド１１２の両端に固定されている。従って、Ｙ軸リニアガイド１１０は、Ｘ軸リニアモータ１１４、１１６によってＸ軸リニアガイド１２２、１２４に沿って駆動され、またＹ軸リニアガイド１１２は、Ｘ軸リニアモータ１１８、１２０によってＸ軸リニアガイド１２２、１２４に沿って駆動されるようになっている。
【００６７】
一方、ウエハステージＷＳ１の底部には、一方のＹ軸リニアガイド１１０を上方及び側方から囲む不図示のマグネットが設けられており、このマグネットとＹ軸リニアガイド１１０とによってウエハステージＷＳ１をＹ軸方向に駆動するムービングマグネット型のリニアモータが構成されている。また、ウエハステージＷＳ２の底部には、他方のＹ軸リニアガイド１１２を上方及び側方から囲む不図示のマグネットが設けられており、このマグネットとＹ軸リニアガイド１１２とによってウエハステージＷＳ２をＹ軸方向に駆動するムービングマグネット型のリニアモータが構成されている。
【００６８】
すなわち、本実施形態では、上述したＸ軸リニアガイド１２２、１２４、Ｘ軸リニアモータ１１４、１１６、１１８、１２０、Ｙ軸リニアガイド１１０、１１２及びウエハステージＷＳ１、ＷＳ２底部の不図示のマグネット等によってウエハステージＷＳ１、ＷＳ２を独立してＸＹ２次元駆動するステージ駆動系が構成されている。このステージ駆動系は、図１のステージ制御装置３８によって制御される。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
この投影光学系ＰＬのＸ軸方向の両側には、図１に示されるように、同じ機能を持ったオフアクシス（off-axis）方式のアライメント系２４ａ、２４ｂが、投影光学系ＰＬの光軸中心（レチクルパターン像の投影中心と一致）よりそれぞれ同一距離だけ離れた位置に設置されている。これらのアライメント系２４ａ、２４ｂは、ＬＳＡ（Laser Step Alignment）系、ＦＩＡ（ Filed Image Alignment）系、ＬＩＡ（Laser Interferometric Alignment ）系の３種類のアライメントセンサを有しており、基準マーク板上の基準マーク及びウエハ上のアライメントマークのＸ、Ｙ２次元方向の位置計測を行なうことが可能である。
【００７４】
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。
【００７５】
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な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なうファインアライメント等を行なうようになっている。
【００７６】
この場合、アライメント系２４ａは、ウエハステージＷＳ１上に保持されたウエハＷ１上のアライメントマーク及び基準マーク板ＦＭ１上に形成された基準マークの位置計測等に用いられる。また、アライメント系２４ｂは、ウエハステージＷＳ２上に保持されたウエハＷ２上のアライメントマーク及び基準マーク板ＦＭ２上に形成された基準マークの位置計測等に用いられる。
【００７７】
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。
【００７８】
さらに、本実施形態の露光装置１０では、図１では図示を省略したが、レチクルＲの上方に、図５に示されるような、投影光学系ＰＬを介してレチクルＲ上のレチクルマーク（図示省略）と基準マーク板ＦＭ１、ＦＭ２上のマークとを同時に観察するための露光波長を用いたＴＴＲ（Through The Reticle ）アライメント光学系から成る一対の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１４２、１４４が設けられている。これらのレチクルアライメント顕微鏡１４２、１４４の検出信号は、主制御装置９０に供給されるようになっている。この場合、レチクルＲからの検出光をそれぞれレチクルアライメント顕微鏡１４２及び１４４に導くための偏向ミラー１４６及び１４８が移動自在に配置され、露光シーケンスが開始されると、主制御装置９０からの指令のもとで、不図示のミラー駆動装置によりそれぞれ偏向ミラー１４６及び１４８が待避される。なお、レチクルアライメント顕微鏡１４２、１４４と同等の構成は、例えば特開平７−１７６４６８号公報等に開示されているのでここでは詳細な説明については省略する。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
露光光ＥＬとは異なるウエハＷ１（又はＷ２）上のフォトレジストを感光させない波長の照明光が、図示しない照明光源から光ファイバ束１５０を介して導かれ、この光ファイバ束１５０から射出された照明光が、集光レンズ１５２を経てパターン形成板１５４を照明する。このパターン形成板１５４を透過した照明光は、レンズ１５６、ミラー１５８及び照射対物レンズ１６０を経てウエハＷの露光面に投影され、ウエハＷ１（又はＷ２）の露光面に対してパターン形成板１５４上のパターンの像が光軸ＡＸに対して斜めに投影結像される。ウエハＷ１で反射された照明光は、集光対物レンズ１６２、回転方向振動板１６４及び結像レンズ１６６を経て受光器１６８の受光面に投影され、受光器１６８の受光面にパターン形成板１５４上のパターンの像が再結像される。ここで、主制御装置９０は、加振装置１７２を介して回転方向振動板１６４に所定の振動を与えるとともに、受光器１６８の多数（具体的には、パターン形成板１５４のスリットパターンと同数）の受光素子からの検出信号を信号処理装置１７０に供給する。また、信号処理装置１７０は、各検出信号を加振装置１７２の駆動信号で同期検波して得た多数のフォーカス信号をステージ制御装置３８を介して主制御装置９０へ供給する。
【００８４】
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。
【００８５】
その他のＡＦ／ＡＬ系１３０、１３４も、このＡＦ／ＡＬ系１３２と同様に構成されている。すなわち、本実施形態では、露光時の焦点検出に用いられるＡＦ／ＡＬ系１３２とほぼ同一の領域をアライメントマークの計測時に用いられるＡＦ／ＡＬ機構１３０、１３４によっても検出ビームが照射可能な構成となっている。このため、アライメント系２４ａ、２４ｂによるアライメントセンサの計測時に、露光時と同様のＡＦ／ＡＬ系の計測、制御によるオートフォーカス／オートレベリングを実行しつつアライメントマークの位置計測を行なうことにより、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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
これを更に詳述すると、レチクルステージＲＳＴには、図２に示されるように、２枚のレチクルＲ１、Ｒ２がスキャン方向（Ｙ軸方向）に直列に設置できる様になっており、このレチクルステージＲＳＴは、不図示のエアーベアリング等を介してレチクルベース盤３２上に浮上支持され、不図示のリニアモータ等から成る駆動機構３０（図１参照）によりＸ軸方向の微小駆動、θ方向の微小回転及びＹ軸方向の走査駆動がなされるようになっている。なお、駆動機構３０は、前述したステージ装置と同様のリニアモータを駆動源とする機構であるが、図１では図示の便宜上及び説明の便宜上から単なるブロックとして示しているものである。このため、レチクルステージＲＳＴ上のレチクルＲ１、Ｒ２が例えば二重露光の際に選択的に使用され、いずれのレチクルについてもウエハ側と同期スキャンできる様な構成となっている。
【００８９】
このレチクルステージＲＳＴ上には、Ｘ軸方向の一側の端部に、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軸方向の一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の反射面に向けて図１の干渉計システム３６を構成する測長軸ＢＩ６Ｘで示される干渉計からの干渉計ビームが照射され、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を有する干渉計は、後述するウエハステージ側の測長軸ＢＩ１Ｘ、ＢＩ２Ｘを有する干渉計１６、１８からのウエハステージＷＳ１、ＷＳ２のヨーイング情報やＸ位置情報に基づいてレチクルとウエハの相対回転（回転誤差）をキャンセルする方向にレチクルステージＲＳＴを回転制御したり、Ｘ方向同期制御を行なうために用いられる。
【００９０】
一方、レチクルステージＲＳＴの走査方向（スキャン方向）であるＹ軸方向の他側（図１における紙面手前側）には、一対のコーナーキューブミラー３５、３７が設置されている。そして、不図示の一対のダブルパス干渉計から、これらのコーナーキューブミラー３５、３７に対して図２に測長軸ＢＩ７Ｙ、ＢＩ８Ｙで示される干渉計ビームが照射され、レチクルベース盤３２上の反射面にコーナーキューブミラー３５、３７より戻され、そこで反射したそれぞれの反射光が同一光路を戻り、それぞれのダブルパス干渉計で受光され、それぞれのコーナーキューブミラー３５、３７の基準位置（レファレンス位置で前記レチクルベース盤３２上の反射面）からの相対変位が計測される。そして、これらのダブルパス干渉計の計測値が図１のステージ制御装置３８に供給され、その平均値に基づいてレチクルステージＲＳＴのＹ軸方向の位置が計測される。このＹ軸方向位置の情報は、ウエハ側の測長軸ＢＩ３Ｙを有する干渉計の計測値に基づくレチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳ１又はＷＳ２との相対位置の算出、及びこれに基づく走査露光時の走査方向（Ｙ軸方向）のレチクルとウエハの同期制御に用いられる。
【００９１】
一方、レチクルステージＲＳＴの走査方向（スキャン方向）であるＹ軸方向の他側（図１における紙面手前側）には、一対のコーナーキューブミラー３５、３７が設置されている。そして、不図示の一対のダブルパス干渉計から、これらのコーナーキューブミラー３５、３７に対して図２に測長軸ＢＩ７Ｙ、ＢＩ８Ｙで示される干渉計ビームが照射され、レチクルベース盤３２上の反射面にコーナーキューブミラー３５、３７より戻され、そこで反射したそれぞれの反射光が同一光路を戻りそれぞれのダブルパス干渉計で受光され、それぞれのコーナーキューブミラー３５、３７の基準位置（レファレンス位置で前記レチクルベース盤３２上の反射面）からの相対変位が計測される。そして、これらのダブルパス干渉計の計測値が図１のステージ制御装置３８に供給され、その平均値に基づいてレチクルステージＲＳＴのＹ軸方向の位置が計測される。このＹ軸方向位置の情報は、ウエハ側の測長軸ＢＩ３Ｙを有する干渉計の計測値に基づくレチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳ１又はＷＳ２との相対位置の算出、及びこれに基づく走査露光時の走査方向（Ｙ軸方向）のレチクルとウエハの同期制御に用いられる。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
これらの図に示されるように、投影光学系ＰＬの投影中心とアライメント系２４ａ、２４ｂのそれぞれの検出中心とを通る第１軸（Ｘ軸）に沿ってウエハステージＷＳ１のＸ軸方向一側の面には、図１の干渉計１６からの第１測長軸ＢＩ１Ｘで示される干渉計ビームが照射され、同様に、第１軸に沿ってウエハステージＷＳ２のＸ軸方向の他側の面には、図１の干渉計１８からの第２測長軸ＢＩ２Ｘで示される干渉計ビームが照射されている。そして、干渉計１６、１８ではこれらの反射光を受光することにより、各反射面の基準位置からの相対変位を計測し、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２のＸ軸方向位置を計測するようになっている。ここで、干渉計１６、１８は、図２に示されるように、各３本の光軸を有する３軸干渉計であり、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２のＸ軸方向の計測以外に、チルト計測及びθ計測が可能となっている。各光軸の出力値は独立に計測できる様になっている。ここで、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２のθ回転を行なう不図示のθステージ及びＺ軸方向の微小駆動及び傾斜駆動を行なう不図示のＺ・レベリングステージは、実際には、反射面の下にあるので、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。
【００９５】
なお、第１測長軸ＢＩ１Ｘ、第２測長軸ＢＩ２Ｘの各干渉計ビームは、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２の移動範囲の全域で常にウエハステージＷＳ１、ＷＳ２に当たるようになっており、従って、Ｘ軸方向については、投影光学系ＰＬを用いた露光時、アライメント系２４ａ、２４ｂの使用時等いずれのときにもウエハステージＷＳ１、ＷＳ２の位置は、第１測長軸ＢＩ１Ｘ、第２測長軸ＢＩ２Ｘの計測値に基づいて管理される。
【００９６】
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）。
【００９７】
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の計測値が用いられる。
【００９８】
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なうことができる。この干渉計のリセット方法については、後に詳述する。
【００９９】
なお、上記Ｙ計測用の測長軸ＢＩ３Ｙ、ＢＩ４Ｙ、ＢＩ５Ｙの各干渉計は、各２本の光軸を有する２軸干渉計であり、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２のＹ軸方向の計測以外に、チルト計測が可能となっている。各光軸の出力値は独立に計測できるようにになっている
【０１００】
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。
【０１０１】
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の干渉がないように、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。
【０１０２】
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、露光光源４０、シャッタ４２、ミラー４４、ビームエキスパンダ４６、４８、第１フライアイレンズ５０、レンズ５２、振動ミラー５４、レンズ５６、第２フライアイレンズ５８、レンズ６０、固定ブラインド６２、可動ブラインド６４、リレーレンズ６６、６８等から構成されている。
【０１０３】
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。
【０１０４】
光源であるＫｒＦエキシマレーザと減光システム（減光板、開口絞り等）よりなる光源部４０から射出されたレーザ光は、シャッタ４２を透過した後、ミラー４４により偏向されて、ビームエキスパンダ４６、４８により適当なビーム径に整形され、第１フライアイレンズ５０に入射される。この第１フライアイレンズ５０に入射された光束は、２次元的に配列されたフライアイレンズのエレメントにより複数の光束に分割され、レンズ５２、振動ミラー５４、レンズ５６により再び各光束が異なった角度より第２フライアイレンズ５８に入射される。この第２フライアイレンズ５８より射出された光束は、レンズ６０により、レチクルＲと共役な位置に設置された固定ブラインド６２に達し、ここで所定形状にその断面形状が規定された後、レチクルＲの共役面から僅かにデフォーカスされた位置に配置された可動ブラインド６４を通過し、リレーレンズ６６、６８を経て均一な照明光として、レチクルＲ上の上記固定ブラインド６２によって規定された所定形状、ここでは矩形スリット状の照明領域ＩＡ（図２参照）を照明する。
【０１０５】
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制御手段としての主制御装置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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
この後、ステージ制御装置３８により、主制御装置９０の指示に応じてレチクルＲとウエハ（Ｗ１又はＷ２）、すなわちレチクルステージＲＳＴとウエハステージ（ＷＳ１又はＷＳ２）の同期走査（スキャン制御）が開始される。この同期走査は、前述した干渉計システムの測長軸ＢＩ３Ｙと測長軸ＢＩ１Ｘ又はＢＩ２Ｘ及びレチクル干渉計システムの測長軸ＢＩ７Ｙ、ＢＩ８Ｙと測長軸ＢＩ６Ｘの計測値をモニタしつつ、ステージ制御装置３８によってレチクル駆動部３０及びウエハステージの駆動系を構成する各リニアモータを制御することにより行なわれる。
【０１０９】
そして、両ステージが所定の許容誤差以内に等速度制御された時点で、露光量制御装置７０では、レーザ制御装置７６に指示してパルス発光を開始させる。これにより、照明系からの照明光により、その下面にパターンがクロム蒸着されたレチクルＲの前記矩形の照明領域ＩＡが照明され、その照明領域内のパターンの像が投影光学系ＰＬにより１／５倍に縮小され、その表面にフォトレジストが塗布されたウエハ（Ｗ１又はＷ２）上に投影露光される。ここで、図２からも明らかなように、レチクル上のパターン領域に比べ照明領域ＩＡの走査方向のスリット幅は狭く、上記のようにレチクルＲとウエハ（Ｗ１又はＷ２）とを同期走査することで、パターンの全面の像がウエハ上のショット領域に順次形成される。
【０１１０】
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なうことで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なう。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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ない、レーザ制御装置７６に対して指令を出して露光光源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。
【０１１５】
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な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。
【０１１６】
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なう第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なう第２の搬送システムとが設けられている。
【０１１７】
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なう。この第１の搬送システムは、Ｙ軸方向に延びる第１のローディングガイド１８２、このローディングガイド１８２に沿って移動する第１のスライダ１８６及び第２のスライダ１９０、第１のスライダ１８６に取り付けられた第１のアンロードアーム１８４、第２のスライダ１９０に取り付けられた第１のロードアーム１８８等を含んで構成される第１のウエハローダと、ウエハステージＷＳ１上に設けられた３本の上下動部材から成る第１のセンターアップ１８０とから構成される。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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の移動を支持する。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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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の退避が行なわれる。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。
【０１２５】
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なう。この第２の搬送システムは、Ｙ軸方向に延びる第２のローディングガイド１９２、この第２のローディングガイド１９２に沿って移動する第３のスライダ１９６及び第４のスライダ２００、第３のスライダ１９６に取り付けられた第２のアンロードアーム１９４、第４のスライダ２００に取り付けられた第２のロードアーム１９８等を含んで構成される第２のウエハローダと、ウエハステージＷＳ２上に設けられた不図示の第２のセンターアップとから構成される。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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なっている間に、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な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なわれる。なお、図７において、露光動作中のウエハステージＷＳ２の位置制御は、干渉計システムの測長軸ＢＩ２Ｘ、ＢＩ３Ｙの計測値に基づいて行なわれ、ウエハ交換とアライメント動作が行な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なわれる。
【０１２８】
この図７に示される左側のローディング位置ではアライメント系２４ａの真下にウエハステージＷＳ１の基準マーク板ＦＭ１上の基準マークが来るような配置となっている（図９（Ａ）参照）。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ＭＫ２を検出する以前に、干渉計システムの測長軸ＢＩ４Ｙの干渉計のリセットを実行している。
【０１２９】
図９（Ｂ）には、基準マークＭＫ２の形状の一例及びそれをアライメント系２４ａのＦＩＡ系センサで検出する画像取り込みの様子が示されている。この図９（Ｂ）において、符号ＳｘはＣＣＤの画像取り込み範囲を示し、符号Ｍで示される十字状マークは、ＦＩＡ系センサ内の指標である。ここでは、Ｘ軸方向の画像取り込み範囲のみが示されているが、実際にはＹ軸方向についても同様の画像取り込みが行われることは勿論である。
【０１３０】
図９（Ｃ）には、図９（Ｂ）のマークＭＫ２の画像をＦＩＡ系のセンサで取り込んだ際にアライメント制御装置８０内の画像処理系にて得られた波形信号が示されている。アライメント制御装置８０ではこの波形信号を解析することで指標中心を基準とするマークＭＫ２の位置を検出し、主制御装置９０では、前記マークＭＫ２の位置と測長軸ＢＩ１Ｘ、ＢＩ４Ｙの干渉計の計測結果とに基づいて測長軸ＢＩ１ＸとＢＩ４Ｙを用いた座標系（以下、適宜「第１のステージ座標系」という）における基準マーク板ＦＭ１上のマークＭＫ２の座標位置を算出する。
【０１３１】
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なわれる。そのウエハ交換後に行なわれるサーチアライメントとは、ウエハＷ１の搬送中になされるプリアライメントだけでは位置誤差が大きいため、ウエハステージＷＳ１上で再度行な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なう。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。
【０１３２】
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なわれる。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。これにより、上記の第１ステージ座標系上で各ショットの座標位置が算出される。なお、このＥＧＡの際の各部の動作は主制御装置９０により制御され、上記の演算は主制御装置９０により行なわれる。
【０１３３】
そして、主制御装置９０では、各ショットの座標位置から前述した基準マークＭＫ２の座標位置を減算することで、マークＭＫ２に対する各ショットの相対位置関係を算出する。
【０１３４】
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なわれ、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。
【０１３５】
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なわれている間に、ウエハステージＷＳ２側では、図１２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なわれる。
【０１３６】
具体的には、前述したウエハＷ１側と同様にして事前にマークＭＫ２に対する各ショットの相対位置関係の算出が行われており、この結果と、レチクルアライメント顕微鏡１４４、１４２による基準アーク板ＦＭ１上マークＭＫ１，ＭＫ３とそれに対応するレチクル上マークＲＭＫ１，ＲＭＫ３のウエハ面上投影像の相対位置検出（これについては後に詳述する）の結果とに基づいて、ウエハＷ２上のショット領域を投影光学系ＰＬの光軸下方に順次位置決めしつつ、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、スキャン露光が行なわれる。
【０１３７】
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なわれる。具体的な二重露光の露光順序としては、図１３（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なった後、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１３（Ｂ）に示されるＢ１〜Ｂ１２の順序でスキャン露光を行なう。この時、レチクルＲ２とレチクルＲ１では露光条件（ＡＦ／ＡＬ、露光量）や透過率が異なるので、レチクルアライメント時にそれぞれの条件を計測し、その結果に応じて条件の変更を行なう必要がある。
【０１３８】
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。
【０１３９】
上述した図７に示す２つのウエハステージＷＳ１、ＷＳ２上で並行して行なわれる露光シーケンスとウエハ交換・アライメントシーケンスとは、先に終了したウエハステージの方が待ち状態となり、両方の動作が終了した時点で図８に示す位置までウエハステージＷＳ１、ＷＳ２が移動制御される。そして、露光シーケンスが終了したウエハステージＷＳ２上のウエハＷ２は、右側ローディングポジションでウエハ交換がなされ、アライメントシーケンスが終了したウエハステージＷＳ１上のウエハＷ１は、投影光学系ＰＬの下で露光シーケンスが行なわれる。
【０１４０】
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ＭＫ２が位置づけられるようになっており、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を有する干渉計のリセット動作は、アライメント系２４ｂによる基準マーク板ＦＭ２上のマークＭＫ２の検出に先立って実行されている。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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なった後に、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（図１０（Ａ）参照）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ＷＳ１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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
そして、主制御装置９０では、図１０（Ａ）に示されるように、レチクルアライメント顕微鏡１４４、１４２により露光光を用いて基準マーク板ＦＭ１上マークＭＫ１，ＭＫ３とそれに対応するレチクル上マークＲＭＫ１，ＲＭＫ３のウエハ面上投影像の相対位置検出を行なう。
【０１４５】
図１０（Ｂ）にはレチクルＲ上のマークＲＭＫ（ＲＭＫ１、ＲＭＫ２）のウエハ面上投影像が示され、図（Ｃ）には基準マーク板上のマークＭＫ（ＭＫ１、ＭＫ３）が示されている。また、図１０（Ｄ）には図１０（Ａ）の状態で、レチクルアライメント顕微鏡１４４、１４２にレチクルＲ上のマークＲＭＫ（ＲＭＫ１、ＲＭＫ２）のウエハ面上投影像と基準マーク板上のマークＭＫ（ＭＫ１、ＭＫ３）を同時に検出する画像取り込みの様子が示されている。この図１０（Ｄ）において、符号ＳＲｘはレチクルアライメント顕微鏡を構成するＣＣＤの画像取り込み範囲を示す。図１０（Ｅ）には、上記で取り込まれた画像が不図示の画像処理系で処理され得られた波形信号が示されている。
【０１４６】
主制御装置９０ではこの波形信号波形の取り込みをするのに先立って、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。
【０１４７】
これにより、測長軸ＢＩ１Ｘ、ＢＩ３Ｙを用いた座標系（第２のステージ座標系）における基準マーク板ＦＭ１上のマークＭＫ１，ＭＫ３の座標位置と、レチクルＲ上マークＲＭＫのウエハ面上投影像座標位置が検出されることとなり、両者の差により露光位置（投影光学系ＰＬの投影中心）と基準マーク板ＦＭ１上マークＭＫ１，ＭＫ３座標位置の相対位置関係が求められる。
【０１４８】
そして、主制御装置９０では、先に求めた基準板ＦＭ１上マークＭＫ２に対する各ショットの相対位置関係と、露光位置と基準板ＦＭ１上マークＭＫ１，ＭＫ３座標位置の相対関係より、最終的に露光位置と各ショットの相対位置関係を算出する。その結果に応じて、図１１に示されるように、ウエハＷ１上の各ショットの露光が行なわれることとなる。
【０１４９】
上述のように、干渉計のリセット動作を行な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位置関係（相対距離）が求められていることから、露光前にレチクルアライメント顕微鏡１４２、１４４により露光位置と基準マーク位置との対応がとれていれば、その値に前記相対距離を加えることにより、Ｙ軸方向の干渉計の干渉計ビームがウエハステージの移動中に切れて再度リセットを行なったとしても高精度な露光動作を行なうことができるからである。
【０１５０】
なお、基準マークＭＫ１〜ＭＫ３は常に同じ基準板上にあるので、描画誤差を予め求めておけばオフセット管理のみで変動要因は無い。また、ＲＭＫ１，ＲＭＫ２もレチクル描画誤差によるオフセットを持つ可能性があるが、例えば特開平５―６７２７１号公報に開示されるように、レチクルアライメント時に複数マークを用いて描画誤差の軽減を行なうか、レチクルマーク描画誤差を予め計測しておけば、同様にオフセット管理のみで対応できる。
【０１５１】
また、アライメント終了位置から図８の位置にウエハステージＷＳ１が移動する間に、測長軸ＢＩ４Ｙが切れないような場合には、測長軸ＢＩ１Ｘ、ＢＩ４Ｙの計測値をモニタしつつ、アライメント終了後に直ちに、図８の位置までウエハステージＷＳ１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がかかった時点以後、レチクルアライメント顕微鏡１４４、１４２による基準マーク板ＦＭ１上マークＭＫ１，ＭＫ３とそれに対応するレチクル上マークＲＭＫ１，ＲＭＫ３のウエハ面上投影像の相対位置検出より以前のいずれの時点で干渉計のリセット動作を行なうようにしても良い。
【０１５２】
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なえば良い。
【０１５３】
また、図１４には、ウエハステージ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ており、図１５には、これと並列的に行なわれるウエハステージ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。本実施形態では、２つのウエハステージＷＳ１、ＷＳ２を独立して２次元方向に移動させながら、各ウエハステージ上のウエハＷ１、Ｗ２に対して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を並行して行なうことにより、スループットの向上を図っている。
【０１５４】
ところが、２つのウエハステージを使って２つの動作を同時並行処理する場合は、一方のウエハステージ上で行なわれる動作が外乱要因として、他方のウエハステージで行なわれる動作に影響を与える場合がある。また、逆に、一方のウエハステージ上で行なわれる動作が他方のウエハステージで行なわれる動作に影響を与えない動作もある。そこで、本実施形態では、並行処理する動作の内、外乱要因となる動作とならない動作とに分けて、外乱要因となる動作同士、あるいは外乱要因とならない動作同士が同時に行なわれるように、各動作のタイミング調整が図られる。
【０１５５】
例えば、スキャン露光中は、ウエハＷ１とレチクルＲとを等速で同期走査させることから外乱要因とならない上、他からの外乱要因を極力排除する必要がある。このため、一方のウエハステージＷＳ１上でのスキャン露光中は、他方のウエハステージＷＳ２上のウエハＷ２で行なわれるアライメントシーケンスにおいて静止状態となるようにタイミング調整がなされる。すなわち、アライメントシーケンスにおけるマーク計測は、ウエハステージＷＳ２をマーク位置で静止させた状態で行なわれるため、スキャン露光にとって外乱要因とならず、スキャン露光中に並行してマーク計測を行なうことができる。これを図１４及び図１５で見ると、図１５においてウエハＷ１に対し動作番号「１、３、５、７、９、１１、１３、１５、１７、１９、２１、２３」で示されるスキャン露光と、図１６においてウエハＷ２に対し動作番号「１、３、５、７、９、１１、１３、１５、１７、１９、２１、２３」で示される各アライメントマーク位置におけるマーク計測動作が相互に同期して行な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なえることになる。
【０１５６】
また、ウエハ交換時においても同様のことが考えられる。特に、ロードアームからウエハをセンターアップに受け渡す際に生じる振動等は、外乱要因となり得るため、スキャン露光前、あるいは、同期走査が等速度で行なわれるようになる前後の加減速時（外乱要因となる）に合わせてウエハの受け渡しをするようにしても良い。
【０１５７】
上述したタイミング調整は、主制御装置９０によって行なわれる。
【０１５８】
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する２つのウエハステージＷＳ１，ＷＳ２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。
【０１５９】
また、上記の動作を切り換える際に、切り換え後の動作で使用される測長軸の干渉計をリセットすると同時にウエハステージ上に配置された基準マーク板の計測シーケンスをも行なうようにしたことから、干渉計システムの測長軸がウエハステージの反射面（移動鏡を別に設ける場合は、該移動鏡）から外れても特に不都合がなく、ウエハステージの反射面（移動鏡を別に設ける場合は移動鏡）を短くする事が可能となるので、ウエハステージの小型化を容易に実現でき、具体的にはウエハステージの一辺の長さをウエハ直径より僅かに大きい程度の大きさにまで小型化することができ、これにより独立に可動できる２つのウエハステージを装置に容易に組み込む事が可能となるのに加え、各ウエハステージの位置決め性能を向上させることが可能になる。
【０１６０】
さらに、露光動作の行われる方のウエハステージについては、測長用干渉計リセットと同時に投影光学系ＰＬを介したレチクルアライメント顕微鏡１４２、１４４（露光光アライメントセンサ）により基準マーク板上のマーク計測を行い、ウエハ交換・アライメント動作の行われる方のウエハステージについては測長用干渉計リセットと同時にアライメント系２４ａ又は２４ｂ（オフアクシスアライメントセンサ）により基準マーク板上のマーク計測を行う事としたことから、各アライメント系によるアライメント、投影光学系による露光の際もウエハステージの位置を管理する干渉計測長軸を切り換える事が可能となる。この場合において、▲１▼基準マーク板上マークの計測をアライメント系２４ａ又は２４ｂにて行なう際に、該マークの座標位置を第１のステージ座標系上で計測し、▲２▼その後にウエハ上のサンプルショットのアライメントマークを検出してＥＧＡ演算により各ショットの配列座標（露光用座標位置）を第１のステージ座標系上で求め、▲３▼上記▲１▼と▲２▼の結果から基準マーク板上マークと各ショットの露光用座標位置との相対位置関係を求め、▲４▼露光前にレチクルアライメント顕微鏡１４２、１４４により投影光学系ＰＬを介して基準マーク板上のマークとレチクル投影座標位置との相対位置関係を第２のステージ座標系上で検出し、▲５▼上記▲３▼と▲４▼とを用いて各ショットの露光を行なうこととしたので、ウエハステージの位置を管理する干渉計測長軸を切り換えても高精度で露光を行なうことができる。この結果、従来の様な投影光学系の投影中心とアライメント系の検出中心との間隔を計測するベースライン計測を行なうことなく、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。
【０１６１】
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なう少なくとも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な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。
【０１６２】
その上、上記実施形態によると、ウエハ交換を行な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な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円滑に行なわれ、より高いスループットを得ることができる。
【０１６３】
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、直筒型の高Ｎ．Ａ．（開口数）であって且つ収差の小さい光学系を設計して設置することが可能となる。
【０１６４】
また、上記実施形態によると、２つ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正確に移動させることが可能になる。
【０１６５】
さらに、２つのウェハステージＷＳ１、ＷＳ２が並ぶ方向（ここではＸ軸方向）に沿って両側から投影光学系ＰＬの投影中心に向けて設けられた測長軸ＢＩ１Ｘ、ＢＩ２Ｘは、常にウエハステージＷＳ１、ＷＳ２に対して照射され、各ウエハステージのＸ軸方向位置を計測するため、２つのウエハステージが互いに干渉しないように移動制御することが可能になる。
【０１６６】
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なうことから、高解像度とＤＯＦ（焦点深度）の向上効果が得られる。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という不都合があったが、本実施形態の投影露光装置を用いることにより、スループットが大幅に改善できるため、スループットを低下させることなく高解像度とＤＯＦの向上効果とを得ることができる。
【０１６７】
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処理がシーケンシャルに行われる従来の露光装置により二重露光が行なわれると、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。これに対し、本実施形態の投影露光装置を用いてＴ１、Ｔ２及びＴ３とＴ４とを並列処理しながら二重露光を行なう場合は、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］となり、高解像度とＤＯＦの向上効果を維持しつつスループットを大幅に改善することが可能となる。また、露光時間が長い分、ＥＧＡ点数を増やすことが可能となり、アライメント精度が向上する。
【０１６８】
《第２の実施形態》
次に、本発明の第２の実施形態を図１６及び図１７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簡略にし若しくは省略するものとする。
【０１６９】
この第２の実施形態に投影露光装置は、図１６に示されるように、ウエハステージＷＳ１の一辺の長さ（ＷＳ２の一辺の長さもこれと同じ）が、測長軸ＢＩ４ＹとＢＩ３Ｙとの相互間距離ＢＬ（測長軸ＢＩ５ＹとＢＩ３Ｙとの相互間距離もこれと同じ）より長くなっているため、アライメントシーケンスの終了位置から露光シーケンスの開始位置までウエハステージＷＳ１（又はＷＳ２）が移動する間に、測長ビームＢＩ４Ｙ（又はＢＩ５Ｙ）がステージの反射面から切れないようになっている点に特徴を有する。このため、後述するように、干渉計のリセット後に、基準マーク板の基準マークの計測が可能となる点が、前述した第１の実施形態の場合と異なるが、その他の部分の構成等は前述した第１の実施形態の投影露光装置１０と同様になっている。
【０１７０】
図１６には、ウエハステージＷＳ１上ウエハＷ１のアライメントが終了した後に測長軸ＢＩ３Ｙの干渉計のリセットを行なっている様子が示されている。
【０１７１】
この図１６からも明らかなように、ウエハステージＷＳ１の位置を管理している測長軸ＢＩ１Ｘ，ＢＩ４Ｙの干渉計はアライメント系２４ａによるウエハＷ１のファインアライメント（前述したＥＧＡにより行なわれる）動作以降、干渉計ビームがウエハステージＷＳ１のＹ軸方向一端面に形成された反射面から外れることがないので、主制御装置９０では測長軸ＢＩ１Ｘ，ＢＩ４Ｙの干渉計の計測値をモニタしつつウエハステージＷＳ１をアラメント終了位置から投影レンズＰＬの下に基準マーク板ＦＭ１が位置づけられる図１６の位置まで移動させる。この際、基準マーク板ＦＭ１を投影レンズＰＬの真下に位置決めする直前で測長軸ＢＩ３Ｙの干渉計ビームがウエハステージＷＳ１の反射面にて反射されるようになる。
【０１７２】
この場合、ウエハステージＷＳ１の位置制御は、測長軸ＢＩ１Ｘ，ＢＩ４Ｙの干渉計の計測値に基づいて行なわれているので、前述した第１の実施形態の場合と異なり、主制御装置９０では、ウエハステージＷＳ１の位置を正確に管理できており、この時点（基準マーク板ＦＭ１を投影レンズＰＬの真下に位置決めする直前）で、測長軸ＢＩ３Ｙの干渉計をリセットする。リセット終了後、ウエハステージＷＳ１の位置制御は測長軸ＢＩ１Ｘ，ＢＩ３Ｙの干渉計の計測値に基づいて行なわれるようになる（第１のステージ座標系から第２のステージ座標系に座標系の切り替えが行なわれる）。
【０１７３】
その後、主制御装置９０では図１６に示される位置にウエハステージＷＳ１を位置決めし、レチクル顕微鏡１４２、１４４を用いて前述した第１の実施形態の場合と同様に、露光光を用いて基準マーク板ＦＭ１上のマークＭＫ１，ＭＫ３とそれに対応するレチクル上マークＲＭＫ１，ＲＭＫ３のウエハ面上投影像の相対位置検出、すなわちマークＲＭＫ１，ＲＭＫ３と露光位置（投影光学系ＰＬの投影中心）との相対位置関係の検出を行なった後、予め求められている基準マーク板ＦＭ１上のマークＭＫ２に対する各ショットの相対位置関係と露光位置と基準マーク板ＦＭ１上マークＭＫ１，ＭＫ３座標位置の相対位置関係より最終的に露光位置と各ショットの相対位置関係を算出し、その結果に応じて露光（前述した２重露光）を行なう（図１１参照）。
【０１７４】
この露光中に、露光位置に応じて測長軸ＢＩ４Ｙは反射面からはずれ計測不能となるが、既にウエハステージＷＳ１の位置制御のための測長軸の切り換えが行なわれているので不都合は無い。
【０１７５】
このようにして一方のウエハステージＷＳ１側で露光シーケンスの動作が行なわれている間、他方のウエハステージＷＳ２は、測長軸ＢＩ２Ｘ，ＢＩ５Ｙの干渉計の計測値に基づいて位置制御がなされており、Ｗ交換シーケンス及びウエハアライメントシーケンスが実行されている。この場合、ウエハステージＷＳ１側では、前述の如く、２重露光が行なわれるので、ウエハステージＷＳ２側のウエハ交換シーケンス及びウエハアライメントシーケンスの動作の方が先に終了し、ウエハステージＷＳ２はその後待機状態となっている。
【０１７６】
ウエハＷ１の露光が全て終了した時点で、主制御装置９０では測長軸ＢＩ１Ｘ，ＢＩ３Ｙの干渉計の計測値をモニタしつつ、測長軸ＢＩ４Ｙの干渉計ビームがウエハステージＷＳ１の反射面にて反射される位置までウエハステージＷＳ１を移動し、測長軸ＢＩ４Ｙの干渉計をリセットする。リセット動作終了後に、主制御装置９０では再びウエハステージＷＳ１の制御のための測長軸を測長軸ＢＩ１Ｘ，ＢＩ４Ｙに切り換えてウエハステージＷＳ１をローディングポジションに移動する。
【０１７７】
この移動中に、今度は測長軸ＢＩ３Ｙの干渉計ビームが反射面からはずれ計測不能となるが、既にウエハステージＷＳ１の位置制御のための測長軸の切り換えが行なわれているので不都合は無い。
【０１７８】
主制御装置９０では、ウエハステージＷＳ１のローディングポジションへ向けて移動させるのと並行して、ウエハステージＷＳ２の基準マーク板ＦＭ２を投影光学系ＰＬの下へ位置決めすべく、ウエハステージＷＳ２の移動を開始する。この移動の途中で、前述と同様にして測長軸ＢＩ３Ｙの干渉計のリセットを実行し、その後、前述と同様にして、レチクル顕微鏡１４２、１４４を用いて基準マーク板ＦＭ２上のマークＭＫ１，ＭＫ３とそれに対応するレチクル上マークＲＭＫ１，ＲＭＫ３のウエハ面上投影像の相対位置検出、すなわちマークＲＭＫ１，ＲＭＫ３と露光位置（投影光学系ＰＬの投影中心）との相対位置関係の検出を行なった後、予め求められている基準マーク板ＦＭ２上のマークＭＫ２に対する各ショットの相対位置関係と露光位置と基準マーク板ＦＭ２上マークＭＫ１，ＭＫ３座標位置の相対位置関係より最終的に露光位置と各ショットの相対位置関係を算出し、その結果に応じて露光（前述した２重露光）を開始する。
【０１７９】
図１７には、このようにしてウエハステージＷＳ１がローディングポジションまで移動され、ウエハステージＷＳ２側で露光シーケンスの動作が行なわれている時の様子が示されている。
【０１８０】
このローディングポジションでは、第１の実施形態の場合と同様に、アライメント系２４ａの下に基準マーク板ＦＭ１上のマークＭＫ２が位置づけされるようになっており、主制御装置９０では、ウエハ交換終了と同時に第１のステージ座標系（ＢＩ１Ｘ，ＢＩ４Ｙ）上でマークＭＫ２の座標位置を第１の実施形態の場合と同様にして検出する。次にウエハＷ１上のマークに対してＥＧＡ計測を実施し、同じ座標系における各ショットの座標位置を算出する。即ち、各ショットの座標位置から基準板ＦＭ１上のマークＭＫ２の座標位置を減じてマークＭＫ２に対する各ショットの相対位置関係を算出する。この時点でＥＧＡ動作を終了し、ウエハステージＷＳ２上ウエハＷ２の露光終了を待って、再び図１６の状態に移行することとなる。
【０１８１】
以上説明した本第２の実施形態の投影露光装置によると、前述した第１の実施形態と同等の効果を得られる他、アライメントシーケンスの動作終了後、露光シーケンスの動作に切り換える際のステージの移動の途中で切り換え前と切り換え後にそれぞれ使用される測長軸が同時にウエハステージの反射面で反射されるようにし、また、露光シーケンスの動作終了後、ウエハ交換・アライメントシーケンスの動作に切り換える際のステージの移動の途中で切り換え前と切り換え後にそれぞれ使用される測長軸が同時にウエハステージの反射面で反射されるようにしたことから、測長用干渉計リセット後に投影光学系ＰＬを介した露光光アライメントセンサ（レチクルアライメント顕微鏡１４２，１４４）により基準マーク板上のマーク計測を行い、ウエハ交換の際にもこれに先立って測長用干渉計のリセットを実行し、ウエハ交換終了後にオフアクシスアライメントセンサ（アライメント系２４ａ，２４ｂ）により基準板上のマーク計測を行うことが可能になる。従って、各アライメント系によるアライメント動作と投影光学系ＰＬによる露光動作との切り換えの途中、及び投影光学系ＰＬによる露光動作とウエハ交換動作の切り換えの途中で、切り換え後の動作で使用する測長軸を有する干渉計にステージ制御の干渉計を切り換えることが可能となる。従って、基準マーク板上のマーク計測と同時に測長軸の切り換えを行なっていた第１の実施形態の場合に比べて一層スループットの向上を図ることが可能となる。
【０１８２】
なお、上記第１、第２の実施形態では、本発明が二重露光法を用いてウエハの露光を行なう装置に適用された場合について説明したが、これは、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回露光を行なう（二重露光）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）と並列処理を行なうと、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装置のスループットＴＨＯＲ＝６２［枚／時］に比べてほぼ倍の高スループットを得ることが可能となる。
【０１８３】
また、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な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なう場合及び電子線露光装置（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。
【０１８４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜４及び６〜１１に記載の発明によれば、スループットの向上及び基板ステージの小型・軽量化を図ることができるという従来にない優れた効果がある。
【０１８５】
また、請求項５に記載の発明によれば、スループットの向上及びステージの小型・軽量化を図ることが可能な投影露光方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の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つのウエ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】ウエ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な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なった状態を示す図である。
【図９】アライメント系による基準マーク板上の基準マークの検出動作を説明するための図であって、（Ａ）はアライメント系２４ａの真下に基準マーク板ＦＭ１上の基準マークＭＫ２が位置づけされた様子を示す図、（Ｂ）は基準マークＭＫ２の形状の一例及びそれをアライメント系２４ａのＦＩＡ系センサで検出する画像取り込みの様子を示す図、（Ｃ）はマークＭＫ２の画像をＦＩＡ系のセンサで取り込んだ際に画像処理系にて得られた波形信号を示す図である。
【図１０】レチクルアライメント顕微鏡による基準マーク板上マークの計測動作を説明するための図であって、（Ａ）はレチクルアライメント顕微鏡により露光光を用いて基準マーク板ＦＭ１上マークＭＫ１，ＭＫ３とそれに対応するレチクル上マークＲＭＫ１，ＲＭＫ３のウエハ面上投影像の相対位置検出を行なっている様子を示す図、（Ｂ）はレチクルＲ上のマークＲＭＫのウエハ面上投影像を示す図、（Ｃ）は基準マーク板上のマークＭＫを示す図、（Ｄ）は（Ａ）における画像取り込みの様子を示す図、（Ｅ）は取り込まれた画像が処理され得られた波形信号を示す図である。
【図１１】最終的に算出された露光位置と各ショットの相対位置関係に応じてウエハ上の各ショットの露光が行なわれる状態を示す概念図である。
【図１２】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１３】二重露光の際の露光順序を説明するための図であって、（Ａ）は図１２のパターンＡのレチクルを使ってウエハの露光を行なう際の露光順序を示す図であり、（Ｂ）は図１２のパターンＢのレチクルを使ってウエハの露光を行なう際の露光順序を示す図である。
【図１４】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１５】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１６】第２の実施形態の動作を説明するための図であって、ウエハステージＷＳ１上ウエハＷ１のアライメントが終了した後に測長軸ＢＩ３Ｙを有する干渉計のリセットを行なっている様子を示す図である。
【図１７】第２の実施形態の動作を説明するための図であって、ウエハステージＷＳ１がローディングポジションまで移動され、ウエハステージＷＳ２側で露光シーケンスの動作が行なわれている時の様子を示す図である。
【符号の説明】
１０    投影露光装置
２４ａ、２４ｂ    アライメント系
９０    主制御装置
１４２、１４４  レチクルアライメント顕微鏡
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〜ＢＩ５Ｙ    測長軸
Ｒ    レチクル
ＭＫ１、ＭＫ２、ＭＫ３  基準マーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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