(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少なくとも１つ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；
前記マスクを２枚同時に搭載可能なマスクステージと；
前記第１、第２基板ステージのうちの一方の基板ステージが、該一方の基板ステージ上のマークを前記アライメント系で検出可能な状態における前記搬送システムとの間での感応基板の受け渡し及び前記アライメント系によるマーク検出動作を行う第１シーケンスを行うのと並行して、前記マスクステージと他方の基板ステージとを同期移動させつつ、前記２枚のマスクを使って、露光条件を変えながら前記他方のステージに保持された前記感応基板上の複数のショット領域を二重露光する第２シーケンスを他方のステージで行う制御手段と；を備える投影露光装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記２つの基板ステージ上で並行して行われる第１シーケンスと第２シーケンスとのうち、先にシーケンスが終了した方のステージを待ち状態とした後、両方の動作が終了した時点で、前記他方のステージでの前記第１シーケンスと、前記一方のステージでの第２シーケンスとを、並行して実行する請求項１に記載の投影露光装置。
【請求項３】
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干渉計システムをさらに備え、
前記アライメント系は、前記投影光学系を挟んで、前記第１軸方向の一方側と他方側とにそれぞれ配置され、
前記制御手段は、前記第１基板ステージ上又は前記第１基板ステージに保持された感応基板上のマークを一方のアライメント系で検出し、前記第２基板ステージ上又は前記第２基板ステージに保持された感応基板上のマークを他方のアライメント系で検出する請求項１又は２に記載の投影露光装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記第１基板ステージ及び第２基板ステージのそれぞれに対して、前記アライメント系によるマーク検出時と前記投影光学系による露光時とで前記干渉計システムの第３測長軸と第４測長軸とを切換える請求項３に記載の投影露光装置。
【請求項５】
前記第１、第２基板ステージは、干渉計用の反射面をそれぞれ有し、
前記アライメント系を用いて前記第１、第２基板ステージのうちの一方のステージ上の感応基板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；
前記第１及び第２基板ステージを駆動するためのステージ駆動系と；をさらに備える請求項１に記載の投影露光装置。
【請求項６】
前記ステージ駆動系は、前記第１基板ステージを駆動するための第１駆動系と、前記第２基板ステージを駆動するための第２駆動系とを含み、
前記第１駆動系と第２駆動系とは、一部が共通である請求項５に記載の投影露光装置。
【請求項７】
前記ステージ駆動系は、前記第１軸方向に延設された第１モータ部材と、前記第１軸方向に延設され、前記第１モータ部材に対して前記第２軸方向に所定距離離れて配置された第２モータ部材と、前記第１モータ部材に沿って前記第１軸方向に移動可能な第１及び第２移動部材と、前記第２モータ部材に沿って前記第１軸方向に移動可能な第３及び第４移動部材と、前記第２軸方向に延設され、両端に前記第１及び第３移動部材がそれぞれ設けられた第３モータ部材と、前記第２軸方向に延設され、両端に前記第２及び第４移動部材がそれぞれ設けられた第４モータ部材とを有し、
前記第１ステージは、前記第３モータ部材に沿って前記第２軸方向に移動可能に設けられ、前記第１及び第３移動部材を前記第１及び第２モータ部材に沿って移動させることによって前記第１軸方向にも移動可能であり、
前記第２ステージは、前記第４モータ部材に沿って前記第２軸方向に移動可能に設けられ、前記第２及び第４移動部材を前記第１及び第２モータ部材に沿って移動させることによって前記第１軸方向にも移動可能である請求項５に記載の投影露光装置。
【請求項８】
前記第１測長軸は、前記第１軸方向の一側から前記一方の基板ステージの位置を計測するように設定され、前記第２測長軸は、前記第１軸方向の他側から前記他方のステージの位置を計測するように設定されている請求項５〜７のいずれか一項に記載の投影露光装置。
【請求項９】
前記第２軸方向に感応基板を移動しながら該感応基板上の各ショット領域が走査露光される請求項５〜８のいずれか一項に記載の投影露光装置。
【請求項１０】
ベース部材をさらに備え、
前記第１及び第２基板ステージは、前記ベース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１〜９のいずれか一項に記載の投影露光装置。
【請求項１１】
前記投影光学系の近傍に配置された第１フォーカス／レベリング計測機構と；
前記アライメント系の近傍に配置された第２フォーカス／レべリング計測機構と；
をさらに備える請求項１〜１０のいずれか一項に記載の投影露光装置。
【請求項１２】
前記第１基板ステージに保持された感応基板と、前記第２基板ステージに保持された感応基板が前記投影光学系を介して交互に露光される請求項１〜１１のいずれ一項に記載の投影露光装置。
【請求項１３】
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方法であって、
感応基板を保持して２次元平面内をそれぞれ独立に移動可能な２つの基板ステージと、前記マスクを２枚同時に搭載可能なマスクステージとを用意し；
前記２つの基板ステージのうちの一方のステージで、該一方の基板ステージ上のマークをアライメント系で検出可能な状態における感応基板の交換動作及び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の前記アライメント系による検出動作を行う第１シーケンスを行うのと並行して、前記マスクステージと他方のステージとを同期移動させつつ、前記２枚のマスクを使って、露光条件を変えながら前記他方のステージに保持された前記感応基板上の複数のショット領域を二重露光する第２シーケンスを他方のステージで行う投影露光方法。
【請求項１４】
前記２つの基板ステージ上で並行して行われる第１シーケンスと第２シーケンスとのうち、先にシーケンスが終了した方のステージを待ち状態とした後、両方の動作が終了した時点で、前記他方のステージでの前記第１シーケンスと、前記一方のステージでの第２シーケンスとを、並行して実行する請求項１３に記載の投影露光方法。
【請求項１５】
前記２つの基板ステージの一方に保持された感応基板と、前記２つのステージの他方に保持された感応基板が前記投影光学系を介して交互に露光される請求項１３又は１４に記載の投影露光方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投影露光装置及び投影露光方法に係り、更に詳しくはマスクに形成されたパターンの像を投影光学系を介して感応基板上に投影露光する投影露光装置及び投影露光方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体素子又は液晶表示素子等をフォトリソグラフィ工程で製造する場合に、種々の露光装置が使用されているが、現在では、フォトマスク又はレチクル（以下、「レチクル」と総称する）のパターン像を、投影光学系を介して表面にフォトレジスト等の感光材が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の基板（以下、適宜「感応基板」と称する）上に転写する投影露光装置が一般的に使用されている。近年では、この投影露光装置として、感応基板を２次元的に移動自在な基板ステージ上に載置し、この基板ステージにより感応基板を歩進（ステッピング）させて、レチクルのパターン像を感応基板上の各ショット領域に順次露光する動作を繰り返す、所謂ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置（いわゆるステッパー）が主流となっている。
【０００３】
最近になって、このステッパー等の静止型露光装置に改良を加えた、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置（例えば特開平７−１７６４６８号公報に記載された様な走査型露光装置）も比較的多く用いられるようになってきた。このステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置は、▲１▼ステッパーに比べると大フィールドをより小さな光学系で露光できるため、投影光学系の製造が容易であると供に、大フィールド露光によるショット数の減少により高スループットが期待出来る、▲２▼投影光学系に対してレチクル及びウエハを相対走査することで平均化効果があり、ディストーションや焦点深度の向上が期待出来る等のメリットがある。さらに、半導体素子の集積度が１６Ｍ（メガ）から６４ＭのＤＲＡＭ、更に将来的には２５６Ｍ、１Ｇ（ギガ）というように時代とともに高くなるのに伴い、大フィールドが必須になるため、ステッパーに代わってスキャン型投影露光装置が主流になるであろうと言われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この種の投影露光装置は、主として半導体素子等の量産機として使用されるものであることから、一定時間内にどれだけの枚数のウエハを露光処理できるかという処理能力、すなわちスループットを向上させることが必然的に要請される。
【０００５】
これに関し、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置の場合、大フィールドを露光する場合には先に述べたように、ウエハ内に露光するショット数が少なくなるのでスループットの向上が見込まれるが、露光はレチクルとウエハとの同期走査による等速移動中に行われることから、その等速移動領域の前後に加減速領域が必要となり、仮にステッパーのショットサイズと同等の大きさのショットを露光する場合には、却ってステッパーよりスループットが落ちる可能性がある。
【０００６】
この種の投影露光装置における処理の流れは、大要次のようになっている。
【０００７】
▲１▼  まず、ウエハローダを使ってウエハをウエハテーブル上にロードするウエハロード工程が行われる。
【０００８】
▲２▼  次に、サーチアライメント機構によりウエハの大まかな位置検出を行うサーチアライメント工程が行われる。このサーチアライメント工程は、具体的には、例えば、ウエハの外形を基準としたり、あるいは、ウエハ上のサーチアライメントマークを検出することにより行われる。
【０００９】
▲３▼  次に、ウエハ上の各ショット領域の位置を正確に求めるファインアライメント工程が行われる。このファインアライメント工程は、一般にＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アライメント）方式が用いられ、この方式は、ウエハ内の複数のサンプルショットを選択しておき、当該サンプルショットに付設されたアライメントマーク（ウエハマーク）の位置を順次計測し、この計測結果とショット配列の設計値とに基づいて、いわゆる最小自乗法等による統計演算を行って、ウエハ上の全ショット配列データを求めるものであり（特開昭６１−４４４２９号公報等参照）、高スループットで各ショット領域の座標位置を比較的高精度に求めることができる。
【００１０】
▲４▼  次に、上述したＥＧＡ方式等により求めた各ショット領域の座標位置と予め計測したベースライン量とに基づいて露光位置にウエハ上の各ショット領域を順次位置決めしつつ、投影光学系を介してレチクルのパターン像をウエハ上に転写する露光工程が行われる。
【００１１】
▲５▼  次に、露光処理されたウエハテーブル上のウエハをウエハアンローダを使ってウエハアンロードさせるウエハアンロード工程が行われる。このウエハアンロード工程は、露光処理を行うウエハの上記▲１▼のウエハロード工程と同時に行われる。すなわち、▲１▼と▲５▼とによってウエハ交換工程が構成される。
【００１２】
このように、従来の投影露光装置では、ウエハ交換→サーチアライメント→ファインアライメント→露光→ウエハ交換……のように、大きく４つの動作が１つのウエハステージを用いて繰り返し行われている。
【００１３】
また、この種の投影露光装置のスループットＴＨＯＲ［枚／時間］は、上述したウエハ交換時間をＴ１、サーチアライメント時間をＴ２、ファインアライメント時間をＴ３、露光時間をＴ４とした場合に、次式（１）のように表すことができる。
【００１４】
ＴＨＯＲ＝３６００／（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４）  ………（１）
上記Ｔ１〜Ｔ４の動作は、Ｔ１→Ｔ２→Ｔ３→Ｔ４→Ｔ１……のように順次（シーケンシャルに）繰り返し実行される。このため、Ｔ１〜Ｔ４までの個々の要素を高速化すれば分母が小さくなって、スループットＴＨＯＲを向上させることができる。しかし、上述したＴ１（ウエハ交換時間）とＴ２（サーチアライメント時間）は、ウエハ１枚に対して一動作が行われるだけであるから改善の効果は比較的小さい。また、Ｔ３（ファインアライメント時間）の場合は、上述したＥＧＡ方式を用いる際にショットのサンプリング数を少なくしたり、ショット単体の計測時間を短縮すればスループットを向上させることができるが、逆にアライメント精度を劣化させることになるため、安易にＴ３を短縮することはできない。
【００１５】
また、Ｔ４（露光時間）は、ウエハ露光時間とショット間のステッピング時間とを含んでいる。例えば、ステップ・アンド・スキャン方式のような走査型投影露光装置の場合は、ウエハ露光時間を短縮させる分だけレチクルとウエハの相対走査速度を上げる必要があるが、同期精度が劣化することから、安易に走査速度を上げることができない。
【００１６】
また、この種の投影露光装置で上記スループット面の他に、重要な条件としては、▲１▼解像度、▲２▼焦点深度（ＤＯＦ：Depth of Forcus ）、▲３▼線幅制御精度が挙げられる。解像度Ｒは、露光波長をλとし、投影レンズの開口数をＮ．Ａ．（Numerical Aperture )とすると、λ／Ｎ．Ａ．に比例し、焦点深度ＤＯＦはλ／（Ｎ．Ａ．）2 に比例する。
【００１７】
このため、解像度Ｒを向上させる（Ｒの値を小さくする）には、露光波長λを小さくするか、あるいは開口数Ｎ．Ａ．を大きくする必要がある。特に、最近では半導体素子等の高密度化が進んでおり、デバイスルールが０．２μｍＬ／Ｓ（ライン・アンド・スペース）以下となってきていることから、これらのパターンを露光する為には照明光源としてＫｒＦエキシマレーザを用いている。しかしながら、前述したように半導体素子の集積度は、将来的に更に上がることは必至であり、ＫｒＦより短波長な光源を備えた装置の開発が望まれる。このようなより短波長な光源を備えた次世代の装置の候補として、ＡｒＦエキシマレーザを光源とした装置、電子線露光装置等が代表的に挙げられるが、ＡｒＦエキシマレーザの場合は、酸素のある所では光が殆ど透過せず、高出力が出にくい上、レーザの寿命も短く、装置コストが高いという技術的な課題が山積しており、また、電子線露光装置の場合、光露光装置に比べてスループットが著しく低いという不都合があることから、短波長化を主な観点とした次世代機の開発は思うようにいかないというのが現実である。
【００１８】
解像度Ｒを上げる他の手法としては、開口数Ｎ．Ａ．を大きくすることも考えられるが、Ｎ．Ａ．を大きくすると、投影光学系のＤＯＦが小さくなるというデメリットがある。このＤＯＦは、ＵＤＯＦ（User Depth of Forcus：ユーザ側で使用する部分：パターン段差やレジスト厚等）と、装置自身の総合焦点差とに大別することができる。これまでは、ＵＤＯＦの比率が大きかったため、ＤＯＦを大きく取る方向が露光装置開発の主軸であり、このＤＯＦを大きくとる技術として例えば変形照明等が実用化されている。
【００１９】
ところで、デバイスを製造するためには、Ｌ／Ｓ（ライン・アンド・スペース）、孤立Ｌ（ライン）、孤立Ｓ（スペース）、及びＣＨ（コンタクトホール）等が組み合わさったパターンをウエハ上に形成する必要があるが、上記のＬ／Ｓ、孤立ライン等のパターン形状毎に最適露光を行うための露光パラメータが異なっている。このため、従来は、ＥＤ−ＴＲＥＥ（レチクルが異なるＣＨは除く）という手法を用いて、解像線幅が目標値に対して所定の許容誤差内となり、かつ所定のＤＯＦが得られるような共通の露光パラメータ（コヒーレンスファクタσ、Ｎ．Ａ．、露光制御精度、レチクル描画精度等）を求めて、これを露光装置の仕様とすることが行われている。しかしながら、今後は以下のような技術的な流れがあると考えられている。
【００２０】
▲１▼プロセス技術（ウェハ上平坦化）向上により、パターン低段差化、レジスト厚減少が進み、ＵＤＯＦが１μｍ台→０．４μｍ以下になる可能性がある。
【００２１】
▲２▼露光波長がｇ線（４３６ｎｍ）→ｉ線（３６５ｎｍ）→ＫｒＦ（２４８ｎｍ）と短波長化している。しかし、今後はＡｒＦ（１９３）までの光源しか検討されてなく、その技術的ハードルも高い。その後はＥＢ露光に移行する。
【００２２】
▲３▼ステップ・アンド・リピートのような静止露光に代わりステップ・アンド・スキャンのような走査露光がステッパーの主流になる事が予想されている。この技術は、径の小さい投影光学系で大フィールド露光が可能であり（特にスキャン方向）、その分高Ｎ．Ａ．化を実現し易い。
【００２３】
上記のような技術動向を背景にして、限界解像度を向上させる方法として、二重露光法が見直され、この二重露光法をＫｒＦ及び将来的にはＡｒＦ露光装置に用い、０．１μｍＬ／Ｓまで露光しようという試みが検討されている。一般に二重露光法は以下の３つの方法に大別される。
【００２４】
（１）露光パラメータの異なるＬ／Ｓ、孤立線を別々のレチクルに形成し、各々最適露光条件により同一ウエハ上に二重に露光を行う。
【００２５】
（２）位相シフト法等を導入すると、孤立線よりＬ／Ｓの方が同一ＤＯＦにて限界解像度が高い。これを利用することにより、１枚目のレチクルで全てのパターンをＬ／Ｓで形成し、２枚目のレチクルにてＬ／Ｓを間引きすることで孤立線を形成する。
【００２６】
（３）一般に、Ｌ／Ｓより孤立線は、小さなＮ．Ａ．にて高い解像度を得ることができる（但し、ＤＯＦは小さくなる）。そこで、全てのパターンを孤立線で形成し、１枚目と２枚目のレチクルによってそれぞれ形成した孤立線の組み合わせにより、Ｌ／Ｓを形成する。
【００２７】
上記の二重露光法は解像度向上、ＤＯＦ向上の２つの効果がある。
【００２８】
しかし、二重露光法は、複数のレチクルを使って露光処理を複数回行う必要があるため、従来の装置に比べて露光時間（Ｔ４）が倍以上になり、スループットが大幅に劣化するという不都合があったことから、現実には、二重露光法はあまり真剣に検討されてなく、従来より露光波長の紫外化、変形照明、位相シフトレチクル等により、解像度、焦点深度（ＤＯＦ）の向上が行われてきた。
【００２９】
しかしながら、先に述べた二重露光法をＫｒＦ、ＡｒＦ露光装置に用いると０．１μｍＬ／Ｓまでの露光が実現することにより、２５６Ｍ、１ＧのＤＲＡＭの量産を目的とする次世代機の開発の有力な選択肢であることは疑いなく、このためのネックとなる二重露光法の課題であるスループットの向上のため新技術の開発が待望されていた。
【００３０】
本発明は、かかる事情の下になされたもので、第１の目的は、スループット及び露光精度の向上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。
【００３１】
本発明の第２の目的は、スループット及び露光精度の向上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。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
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、及び露光を少なくとも２つの動作に分けて同時並行処理を行うことができれば、これら４つの動作をシーケンシャルに行う場合に比べて、スループットを向上させることができる。本発明は、この点に注目してなされたもので、以下のような構成を採用する。すなわち、
本発明は、第１の観点からすると、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少なくとも１つのアライメント系（例えば２４ａ）と；前記第１基板ステージ及び第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（１８０〜２００）と；前記マスクを２枚同時に搭載可能なマスクステージ（ＲＳＴ）と；前記前記第１、第２基板ステージのうちの一方の基板ステージが、該一方の基板ステージ上のマークを前記アライメント系で検出可能な状態における前記搬送システムとの間での感応基板の受け渡し及び前記アライメント系によるマーク検出動作を行う第１シーケンスを行うのと並行して、前記マスクステージと他方の基板ステージとを同期移動させつつ、前記複数枚のマスクを使って、露光条件を変えながら前記他方のステージに保持された前記感応基板上の複数のショット領域を二重露光する第２シーケンスを他方のステージで行う制御手段（９０）と；を備える投影露光装置である。
【００３３】
これによれば、一方の基板ステージによる第１シーケンスと、他方の基板ステージによる第２シーケンスとの並行処理により、スループットを向上させることができ、しかも第２シーケンスでは複数枚のマスクを使って露光条件を変えながら二重露光を行うことから、高解像度とＤＯＦ（焦点深度）の向上効果が得られる。
【００３６】
本発明の投影露光装置は、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軸方向の位置を測長するための第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基板ステージ及び第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をさらに備えていても良い。
この場合、アライメント系は、投影光学系とは別に少なくとも１つのアライメント系が設けられれば良いが、２つのアライメント系（２４ａ，２４ｂ）を、投影光学系（ＰＬ）を挟んで、第１軸方向の一方側と他方側とにそれぞれ配置するようにしても良い。アライメント系をこのような位置関係で配置した場合は、中央に位置する投影光学系で一方の基板ステージ上の感応基板を露光している間に（露光動作）、他方の基板ステージ上の感応基板をいずれかのアライメント系を使ってマーク検出を行うことができる（アライメント動作）。そして、露光動作とアライメント動作とを切り換える場合は、２つの基板ステージを第１軸方向にずらすだけで、アライメント動作が終了した基板ステージを投影光学系の下に移動させることができるとともに、他方の基板ステージをアライメント系の位置まで移動させることができる。
【００３７】
この場合、第１基板ステージ及び第２基板ステージ（ＷＳ１及びＷＳ２）のそれぞれが投影光学系（ＰＬ）による露光動作とアライメント系（例えば２４ａ）によるマーク検出動作とを行えるように、干渉計システム（例えば測長軸ＢＩ１Ｘ〜ＢＩ４Ｙ）の計測結果に基づいて第１基板ステージ及び第２基板ステージの移動制御を独立に行う制御手段（９０）をさらに有していても良い。これによれば、制御手段は、第１基板ステージ及び第２基板ステージのそれぞれが投影光学系（ＰＬ）による露光動作とアライメント系（例えば２４ａ）によるマーク検出動作とを行えるように、干渉計システム（例えば測長軸ＢＩ１Ｘ〜ＢＩ４Ｙ）の計測結果に基づいて第１基板ステージ及び第２基板ステージの移動制御を独立に行うことから、いずれの基板ステージ上の感応基板に対しても投影光学系による露光動作とアライメント系によるマーク検出動作とを確実に行うことができる。
【００３８】
この場合、測長軸ＢＩ３ＹとＢＩ４Ｙの間隔をあまり大きくとると、第１基板ステージ及び第２基板ステージの移動の際に、測長軸ＢＩ３Ｙ、ＢＩ４Ｙが基板ステージから外れる一方、このようにならないようにすると、両ステージの干渉が生ずるので、これらを避けるため、制御手段（９０）は、第１基板ステージ及び第２基板ステージ（ＷＳ１及びＷＳ２）のそれぞれに対して、アライメント系（例えば２４ａ）によるマーク検出時と投影光学系（ＰＬ）による露光時とで干渉計システム（例えば測長軸ＢＩ１Ｘ〜ＢＩ４Ｙ）の第３測長軸（ＢＩ３Ｙ）と第４測長軸（ＢＩ４Ｙ）とを測長軸から基板ステージが外れても良い様に、切換えるようにすることが望ましい。
【００３９】
このようにした場合には、第３測長軸（ＢＩ３Ｙ）と第４測長軸（ＢＩ４Ｙ）との間隔を広くして、両ステージの干渉を防止することができるとともに、第１基板ステージ及び第２基板ステージの移動の際に、測長軸ＢＩ３Ｙ、ＢＩ４Ｙが基板ステージから外れた場合に、制御手段によって測長軸の切換えを行うことにより、干渉計システムを使って各処理位置における各基板ステージの２次元位置を正確に計測することができる。
【００４３】
本発明の投影露光装置では、例えばアライメント系が投影光学系とは別に２つある場合には、２つのアライメント系（２４ａ，２４ｂ）を、所定方向に沿って前記投影光学系（ＰＬ）の両側にそれぞれ配置し、前記制御手段（９０）が、第１基板ステージ（ＷＳ１）上又は第１基板ステージ（ＷＳ１）に保持された感応基板（Ｗ１）上のマークを一方のアライメント系（２４ａ）で検出し、第２基板ステージ（ＷＳ２）上又は第２基板ステージ（ＷＳ２）に保持された感応基板（Ｗ２）上のマークを他方のアライメント系（２４ｂ）で検出するようにしても良い。
【００４４】
このようにした場合には、中央に位置する投影光学系で一方の基板ステージ上の感応基板を露光している間に（露光動作）、他方の基板ステージ上の感応基板を一方のアライメント系を使ってマーク検出を行い（アライメント動作）、露光動作とアライメント動作とを切り換える場合は、２つの基板ステージを前記所定方向に沿って他方のアライメント系の方に移動させるだけで、投影光学系の下にあった一方の基板ステージを他方のアライメント系位置に移動させ、一方のアライメント系位置にあった他方の基板ステージを投影光学系の下まで移動させることを容易に行うことができ、このようにして２つのアライメント系を交互に使用することが可能になる。
【００４９】
本発明は、第２の観点からすると、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方法であって、感応基板（Ｗ１，Ｗ２）を保持して２次元平面内をそれぞれ独立に移動可能な２つの基板ステージ（ＷＳ１，ＷＳ２）と、前記マスクを２枚同時に搭載可能なマスクステージとを用意し；前記２つの基板ステージのうちの一方のステージで、該一方の基板ステージ上のマークをアライメント系で検出可能な状態における感応基板の交換動作及び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の前記アライメント系による検出動作を行う第１シーケンスを行うのと並行して、前記マスクステージと他方のステージとを同期移動させつつ、前記２枚のマスクを使って、露光条件を変えながら前記他方のステージに保持された前記感応基板上の複数のショット領域を二重露光する第２シーケンスを他方のステージで行う投影露光方法である。
【００５０】
これによれば、一方の基板ステージによる第１シーケンスと、他方の基板ステージによる第２シーケンスとの並行処理により、スループットを向上させることができ、しかも第２シーケンスでは複数枚のマスクを使って露光条件を変えながら二重露光を行うことから、高解像度とＤＯＦ（焦点深度）の向上効果が得られる。
【００５２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図１ないし図１２に基づいて説明する。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
また、ウエハステージＷＳ１のＸ軸方向一側の面（図１における左側面）２０とＹ軸方向一側の面（図１における紙面奥側の面）２１とは、鏡面仕上げがなされた反射面となっており、同様に、ウエハステージＷＳ２のＸ軸方向他側の面（図１における右側面）２２とＹ軸方向の一側の面２３とは、鏡面仕上げがなされた反射面となっている。これらの反射面に、後述する干渉計システムを構成する各測長軸（ＢＩ１Ｘ、ＢＩ２Ｘ等）の干渉計ビームが投射され、その反射光を各干渉計で受光することにより、各反射面の基準位置（一般には投影光学系側面や、アライメント光学系の側面に固定ミラーを配置し、そこを基準面とする）からの変位を計測し、これにより、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２の２次元位置がそれぞれ計測されるようになっている。なお、干渉計システムの測長軸の構成については、後に詳述する。
【００６４】
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。
【００６５】
この投影光学系ＰＬのＸ軸方向の両側には、図１に示されるように、同じ機能を持ったオフアクシス（off-axis）方式のアライメント系２４ａ、２４ｂが、投影光学系ＰＬの光軸中心（レチクルパターン像の投影中心と一致）よりそれぞれ同一距離だけ離れた位置に設置されている。これらのアライメント系２４ａ、２４ｂは、ＬＳＡ（Laser Step Alignment）系、ＦＩＡ（ Filed Image Alignment）系、ＬＩＡ（Laser Interferometric Alignment ）系の３種類のアライメントセンサを有しており、基準マーク板上の基準マーク及びウエハ上のアライメントマークのＸ、Ｙ２次元方向の位置計測を行うことが可能である。
【００６６】
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。
【００６７】
本実施形態では、これら３種類のアライメントセンサを、適宜目的に応じて使い分け、ウエハ上の３点の一次元マークの位置を検出してウエハの概略位置計測を行ういわゆるサーチアライメントや、ウエハ上の各ショット領域の正確な位置計測を行うファインアライメント等を行うようになっている。
【００６８】
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。
【００６９】
これらのアライメント系２４ａ、２４ｂを構成する各アライメントセンサからの情報は、アライメント制御装置８０によりＡ／Ｄ変換され、デジタル化された波形信号を演算処理してマーク位置が検出される。この結果が主制御装置９０に送られ、主制御装置９０からその結果に応じてステージ制御装置３８に対し露光時の同期位置補正等が指示されるようになっている。
【００７０】
さらに、本実施形態の露光装置１０では、図１では図示を省略したが、レチクルＲの上方に、図５に示されるような、投影光学系ＰＬを介してレチクルＲ上のレチクルマーク（図示省略）と基準マーク板ＦＭ１、ＦＭ２上のマークとを同時に観察するための露光波長を用いたＴＴＲ（Through The Reticle ）アライメント光学系から成る一対のレチクルアライメント顕微鏡１４２、１４４が設けられている。これらのレチクルアライメント顕微鏡１４２、１４４の検出信号は、主制御装置９０に供給されるようになっている。この場合、レチクルＲからの検出光をそれぞれレチクルアライメント顕微鏡１４２及び１４４に導くための偏向ミラー１４６及び１４８が移動自在に配置され、露光シーケンスが開始されると、主制御装置９０からの指令のもとで、不図示のミラー駆動装置により偏向ミラー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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
その他のＡＦ／ＡＬ系１３０、１３４も、このＡＦ／ＡＬ系１３２と同様に構成されている。すなわち、本実施形態では、露光時の焦点検出に用いられるＡＦ／ＡＬ系１３２とほぼ同一の領域をアライメントマークの計測時に用いられるＡＦ／ＡＬ機構１３０、１３４によっても検出ビームが照射可能な構成となっている。このため、アライメント系２４ａ、２４ｂによるアライメントセンサの計測時に、露光時と同様のＡＦ／ＡＬ系の計測、制御によるオートフォーカス／オートレベリングを実行しつつアライメントマークの位置計測を行うことにより、高精度なアライメント計測が可能になる。換言すれば、露光時とアライメント時との間で、ステージの姿勢によるオフセット（誤差）が発生しなくなる。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
このレチクルステージＲＳＴ上には、Ｘ軸方向の他側の端部に、レチクルステージＲＳＴと同じ素材（例えばセラミック等）から成る平行平板移動鏡３４がＹ軸方向に延設されており、この移動鏡３４のＸ軸方向の他側の面には鏡面加工により反射面が形成されている。この移動鏡３４の反射面に向けて測長軸ＢＩ６Ｘで示される干渉計３６からの干渉計ビームが照射され、その干渉計ではその反射光を受光してウエハステージ側と同様にして基準面に対する相対変位を計測することにより、レチクルステージＲＳＴの位置を計測している。ここで、この測長軸ＢＩ６Ｘを有する干渉計は、実際には独立に計測可能な２本の干渉計光軸を有しており、レチクルステージのＸ軸方向の位置計測と、ヨーイング量の計測が可能となっている。この測長軸ＢＩ６Ｘを有する干渉計の計測値は、ウエハステージ側の測長軸ＢＩ１Ｘ、ＢＩ２Ｘを有する干渉計１６、１８からのウエハステージＷＳ１、ＷＳ２のヨーイング情報やＸ位置情報に基づいてレチクルとウエハの相対回転（回転誤差）をキャンセルする方向にレチクルステージＲＳＴを回転制御したり、Ｘ方向同期制御を行うために用いられる。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
これらの図に示されるように、投影光学系ＰＬの投影中心とアライメント系２４ａ、２４ｂのそれぞれの検出中心とを通る第１軸（Ｘ軸）に沿ってウエハステージＷＳ１のＸ軸方向一側の面には、図１の干渉計１６からの第１測長軸ＢＩ１Ｘで示される干渉計ビームが照射され、同様に、第１軸に沿ってウエハステージＷＳ２のＸ軸方向の他側の面には、図１の干渉計１８からの第２測長軸ＢＩ２Ｘで示される干渉計ビームが照射されている。そして、干渉計１６、１８ではこれらの反射光を受光することにより、各反射面の基準位置からの相対変位を計測し、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２のＸ軸方向位置を計測するようになっている。ここで、干渉計１６、１８は、図２に示されるように、各３本の光軸を有する３軸干渉計であり、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２のＸ軸方向の計測以外に、チルト計測及びθ計測が可能となっている。各光軸の出力値は独立に計測できる様になっている。ここで、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２のθ回転を行う不図示のθステージ及びＺ軸方向の微小駆動及び傾斜駆動を行う不図示のＺ・レベリングステージは、実際には、反射面の下にあるので、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。
【００８６】
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。
【００８７】
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）。
【００８８】
本実施形態の場合、投影光学系ＰＬを用いた露光時のウエハステージＷＳ１、ＷＳ２のＹ方向位置計測には、投影光学系の投影中心、すなわち光軸ＡＸを通過する測長軸ＢＩ３Ｙの干渉計の計測値が用いられ、アライメント系２４ａの使用時のウエハステージＷＳ１のＹ方向位置計測には、アライメント系２４ａの検出中心、すなわち光軸ＳＸを通過する測長軸ＢＩ４Ｙの干渉計の計測値が用いられ、アライメント系２４ｂ使用時のウエハステージＷＳ２のＹ方向位置計測には、アライメント系２４ｂの検出中心、すなわち光軸ＳＸを通過する測長軸ＢＩ５Ｙの干渉計の計測値が用いられる。
【００８９】
従って、各使用条件により、Ｙ軸方向の干渉計測長軸がウエハステージＷＳ１、ＷＳ２の反射面より外れる事となるが、少なくとも一つの測長軸、すなわち測長軸ＢＩ１Ｘ、ＢＩ２ＸはそれぞれのウエハステージＷＳ１、ＷＳ２の反射面から外れることがないので、使用する干渉計光軸が反射面上に入った適宜な位置でＹ側の干渉計のリセットを行うことができる。この干渉計のリセット方法については、後に詳述する。
【００９０】
なお、上記Ｙ計測用の測長軸ＢＩ３Ｙ、ＢＩ４Ｙ、ＢＩ５Ｙの各干渉計は、各２本の光軸を有する２軸干渉計であり、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２のＹ軸方向の計測以外に、チルト計測が可能となっている。各光軸の出力値は独立に計測できるようになっている
【００９１】
本実施形態では、干渉計１６、１８及び測長軸ＢＩ３Ｙ、ＢＩ４Ｙ、ＢＩ５Ｙを有する３つの干渉計の合計５つの干渉計によって、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２の２次元座標位置を管理する干渉計システムが構成されている。
【００９２】
また、本実施形態では、後述するように、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２の内の一方が露光シーケンスを実行している間、他方はウエハ交換、ウエハアライメントシーケンスを実行するが、この際に両ステージ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。
【００９３】
次に、照明系について、図１に基づいて説明する。この照明系は、図１に示されるように、光源部４０、シャッタ４２、ミラー４４、ビームエキスパンダ４６、４８、第１フライアイレンズ５０、レンズ５２、振動ミラー５４、レンズ５６、第２フライアイレンズ５８、レンズ６０、固定ブラインド６２、可動ブラインド６４、リレーレンズ６６、６８等から構成されている。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
次に、制御系について図１に基づいて説明する。この制御系は、装置全体を統括的に制御する主制御装置９０を中心に、この主制御装置９０の配下にある露光量制御装置７０及びステージ制御装置３８等から構成されている。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
この後、ステージ制御装置３８により、主制御装置９０の指示に応じてレチクルＲとウエハ（Ｗ１又はＷ２）、すなわちレチクルステージＲＳＴとウエハステージ（ＷＳ１又はＷＳ２）の同期走査（スキャン制御）が開始される。この同期走査は、前述した干渉計システムの測長軸ＢＩ３Ｙと測長軸ＢＩ１Ｘ又はＢＩ２Ｘ及びレチクル干渉計システムの測長軸ＢＩ７Ｙ、ＢＩ８Ｙと測長軸ＢＩ６Ｘの計測値をモニタしつつ、ステージ制御装置３８によってレチクル駆動部３０及びウエハステージの駆動系を構成する各リニアモータを制御することにより行われる。
【０１００】
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。
【０１０１】
ここで、前述したパルス発光の開始と同時に、露光量制御装置７０は、ミラー駆動装置７８に指示して振動ミラー５４を駆動させ、レチクルＲ上のパターン領域が完全に照明領域ＩＡ（図２参照）を通過するまで、すなわちパターンの全面の像がウエハ上のショット領域に形成されるまで、連続してこの制御を行うことで２つのフライアイレンズ５０、５８で発生する干渉縞のムラ低減を行う。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
ｎＰ＝Ｅ        ………………（３）
このように、露光量制御装置７０は、照射エネルギーＰや発振周波数ｆの可変量について全て演算を行い、レーザ制御装置７６に対して指令を出して光源部４０内に設けられた減光システムを制御することによって照射エネルギーＰや発振周波数ｆを可変させたり、シャッタ駆動装置７２やミラー駆動装置７８を制御するように構成されている。
【０１０６】
さらに、主制御装置９０では、例えば、スキャン露光時に同期走査を行うレチクルステージとウエハステージの移動開始位置（同期位置）を補正する場合、各ステージを移動制御するステージ制御装置３８に対して補正量に応じたステージ位置の補正を指示する。
【０１０７】
更に、本実施形態の投影露光装置では、ウエハステージＷＳ１との間でウエハの交換を行う第１の搬送システムと、ウエハステージＷＳ２との間でウエハ交換を行う第２の搬送システムとが設けられている。
【０１０８】
第１の搬送システムは、図７に示されるように、左側のウエハローディング位置にあるウエハステージＷＳ１との間で後述するようにしてウエハ交換を行う。この第１の搬送システムは、Ｙ軸方向に延びる第１のローディングガイド１８２、このローディングガイド１８２に沿って移動する第１のスライダ１８６及び第２のスライダ１９０、第１のスライダ１８６に取り付けられた第１のアンロードアーム１８４、第２のスライダ１９０に取り付けられた第１のロードアーム１８８等を含んで構成される第１のウエハローダと、ウエハステージＷＳ１上に設けられた３本の上下動部材から成る第１のセンターアップ１８０とから構成される。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
次に、主制御装置９０では、不図示のセンターアップ駆動系を介してセンターアップ１８０を所定量上昇駆動する。これにより、ウエハＷ１’が所定位置まで持ち上げられる。この状態で、主制御装置９０では、不図示のウエハローダ制御装置に第１のアンロードアーム１８４の移動を指示する。これにより、ウエハローダ制御装置により第１のスライダ１８６が駆動制御され、第１のアンロードアーム１８４がローディングガイド１８２に沿ってウエハステージＷＳ１上まで移動してウエハＷ１’の真下に位置する。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
この状態で、主制御装置９０ではセンターアップ１８０を上昇駆動し、センターアップ１８０によりウエハＷ１を下方から持ち上げさせる。次いで、主制御装置９０ではウエハローダ制御装置にロードアームの退避を指示する。これにより、第２のスライダ１９０が第１のロードアーム１８８と一体的に−Ｙ方向に移動を開始して第１のロードアーム１８８の退避が行われる。この第１のロードアーム１８８の退避開始と同時に主制御装置９０では、センターアップ１８０の下降駆動を開始してウエハＷ１をウエハステージＷＳ１上の不図示のウエハホルダに載置させ、当該ウエハホルダのバキュームをオンにする。これにより、ウエハ交換の一連のシーケンスが終了する。
【０１１６】
第２の搬送システムは、同様に、図８に示されるように、右側のウエハローディング位置にあるウエハステージＷＳ２との間で上述と同様にしてウエハ交換を行う。この第２の搬送システムは、Ｙ軸方向に延びる第２のローディングガイド１９２、この第２のローディングガイド１９２に沿って移動する第３のスライダ１９６及び第４のスライダ２００、第３のスライダ１９６に取り付けられた第２のアンロードアーム１９４、第４のスライダ２００に取り付けられた第２のロードアーム１９８等を含んで構成される第２のウエハローダと、ウエハステージＷＳ２上に設けられた不図示の第２のセンターアップとから構成される。
【０１１７】
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。
【０１１８】
図７には、ウエハステージＷＳ２上のウエハＷ２を投影光学系ＰＬを介して露光動作を行っている間に、左側ローディング位置にて上述の様にしてウエハステージＷＳ１と第１の搬送システムとの間でウエハの交換が行われている状態の平面図が示されている。この場合、ウエハステージＷＳ１上では、ウエハ交換に引き続いて後述するようにしてアライメント動作が行われる。なお、図７において、露光動作中のウエハステージＷＳ２の位置制御は、干渉計システムの測長軸ＢＩ２Ｘ、ＢＩ３Ｙの計測値に基づいて行われ、ウエハ交換とアライメント動作が行われるウエハステージＷＳ１の位置制御は、干渉計システムの測長軸ＢＩ１Ｘ、ＢＩ４Ｙの計測値に基づいて行われる。
【０１１９】
この図７に示される左側のローディング位置ではアライメント系２４ａの真下にウエハステージＷＳ１の基準マーク板ＦＭ１上の基準マークが来るような配置となっている。このため、主制御装置９０では、アライメント系２４ａにより基準マーク板ＦＭ１上の基準マークを計測する以前に、干渉計システムの測長軸ＢＩ４Ｙの干渉計のリセットを実施している。
【０１２０】
上述したウエハ交換、干渉計のリセットに引き続いて、サーチアライメントが行われる。そのウエハ交換後に行われるサーチアライメントとは、ウエハＷ１の搬送中になされるプリアライメントだけでは位置誤差が大きいため、ウエハステージＷＳ１上で再度行われるプリアライメントのことである。具体的には、ステージＷＳ１上に載置されたウエハＷ１上に形成された３つのサーチアライメントマーク（図示せず）の位置をアライメント系２４ａのＬＳＡ系のセンサ等を用いて計測し、その計測結果に基づいてウエハＷ１のＸ、Ｙ、θ方向の位置合わせを行う。このサーチアライメントの際の各部の動作は、主制御装置９０により制御される。
【０１２１】
このサーチアライメントの終了後、ウエハＷ１上の各ショット領域の配列をここではＥＧＡを使って求めるファインアライメントが行われる。具体的には、干渉計システム（測長軸ＢＩ１Ｘ、ＢＩ４Ｙ）により、ウエハステージＷＳ１の位置を管理しつつ、設計上のショット配列データ（アライメントマーク位置データ）をもとに、ウエハステージＷＳ１を順次移動させつつ、ウエハＷ１上の所定のサンプルショットのアライメントマーク位置をアライメント系２４ａのＦＩＡ系のセンサ等で計測し、この計測結果とショット配列の設計座標データに基づいて最小自乗法による統計演算により、全てのショット配列データを演算する。なお、このＥＧＡの際の各部の動作は主制御装置９０により制御され、上記の演算は主制御装置９０により行われる。なお、この演算結果は、基準マーク板ＦＭ１の基準マーク位置を基準とする座標系に変換しておくことが望ましい。
【０１２２】
本実施形態の場合、前述したように、アライメント系２４ａによる計測時に、露光時と同じＡＦ／ＡＬ系１３２（図４参照）の計測、制御によるオートフォーカス／オートレベリングを実行しつつアライメントマークの位置計測が行われ、アライメント時と露光時との間にステージの姿勢によるオフセット（誤差）を生じさせないようにすることができる。
【０１２３】
ウエハステージＷＳ１側で、上記のウエハ交換、アライメント動作が行われている間に、ウエハステージＷＳ２側では、図９に示されるような２枚のレチクルＲ１、Ｒ２を使い、露光条件を変えながら連続してステップ・アンド・スキャン方式により二重露光が行われる。
【０１２４】
具体的には、前述したウエハＷ１側と同様にして、事前にＥＧＡによるファインアライメントが行われており、この結果得られたウエハＷ２上のショット配列データ（基準マーク板ＦＭ２上の基準マークを基準とする）に基づいて、順次ウエハＷ２上のショット領域を投影光学系ＰＬの光軸下方に移動させた後、各ショット領域の露光の都度、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳ２とを走査方向に同期走査させることにより、スキャン露光が行われる。このようなウエハＷ２上の全ショット領域に対する露光がレチクル交換後にも連続して行われる。具体的な二重露光の露光順序としては、図１０（Ａ）に示されるように、ウエハＷ１の各ショット領域をレチクルＲ２（Ａパターン）を使ってＡ１〜Ａ１２まで順次スキャン露光を行った後、駆動系３０を用いてレチクルステージＲＳＴを走査方向に所定量移動してレチクルＲ１（Ｂパターン）を露光位置に設定した後、図１０（Ｂ）に示されるＢ１〜Ｂ１２の順序でスキャン露光を行う。この時、レチクルＲ２とレチクルＲ１では露光条件（ＡＦ／ＡＬ、露光量）や透過率が異なるので、レチクルアライメント時にそれぞれの条件を計測し、その結果に応じて条件の変更を行う必要がある。
【０１２５】
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。
【０１２６】
上述した図７に示す２つのウエハステージＷＳ１、ＷＳ２上で並行して行われる露光シーケンスとウエハ交換・アライメントシーケンスとは、先に終了したウエハステージの方が待ち状態となり、両方の動作が終了した時点で図８に示す位置までウエハステージＷＳ１、ＷＳ２が移動制御される。そして、露光シーケンスが終了したウエハステージＷＳ２上のウエハＷ２は、右側ローディングポジションでウエハ交換がなされ、アライメントシーケンスが終了したウエハステージＷＳ１上のウエハＷ１は、投影光学系ＰＬの下で露光シーケンスが行われる。
【０１２７】
図８に示される右側ローディングポジションでは、左側ローディングポジションと同様にアライメント系２４ｂの下に基準マーク板ＦＭ２上の基準マークが来るように配置されており、前述のウエハ交換動作とアライメントシーケンスとが実行される事となる。勿論、干渉計システムの測長軸ＢＩ５Ｙの干渉計のリセット動作は、アライメント系２４ｂによる基準マーク板ＦＭ２上のマーク検出に先立って実行されている。
【０１２８】
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。
【０１２９】
ウエハステージＷＳ１は、左側ローディングポジションでアライメントを行った後に、図８に示される投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ中心（投影中心）の真下に基準板ＦＭ１上の基準マークが来る位置まで移動されるが、この移動の途中で測長軸ＢＩ４Ｙの干渉計ビームが、ウエハステージＷＳ１の反射面２１に入射されなくなるので、アライメント終了後直ちに図８の位置までウエハステージを移動させることは困難である。このため、本実施形態では、次のような工夫をしている。
【０１３０】
すなわち、先に説明したように、本実施形態では、左側ローディングポジションにウエハステージＷＳ１がある場合に、アライメント系２４ａの真下に基準マーク板ＦＭ１が来るように設定されており、この位置で測長軸ＢＩ４Ｙの干渉計がリセットされているので、この位置までウエハステージＷＳ１を一旦戻し、その位置から予めわかっているアライメント系２４ａの検出中心と投影光学系ＰＬの光軸中心（投影中心）との距離（便宜上ＢＬとする）にもとづいて、干渉計ビームの切れることのない測長軸ＢＩ１Ｘの干渉計１６の計測値をモニタしつつ、ウエハステージＷＳ１を距離ＢＬだけＸ軸方向右側に移動させる。これにより、図８に示される位置までウエハステージＷＳ１が移動されることになる。そして、主制御装置９０では、レチクルアライメント顕微鏡１４２、１４４の少なくとも一方を用いて、基準マーク板ＦＭ１上のマークとレチクルマークとの相対位置関係を計測するのに先立って測長軸ＢＩ３Ｙの干渉計をリセットする。このリセット動作は、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。
【０１３１】
このように、干渉計のリセット動作を行っても高精度アライメントが可能な理由は、アライメント系２４ａにより基準マーク板ＦＭ１上の基準マークを計測した後、ウエハＷ１上の各ショット領域のアライメントマークを計測することにより、基準マークと、ウエハマークの計測により算出された仮想位置との間隔を同一のセンサにより算出しているためである。この時点で基準マークと露光すべき位置の相対距離が求められていることから、露光前にレチクルアライメント顕微鏡１４２、１４４により露光位置と基準マーク位置との対応がとれていれば、その値に前記相対距離を加えることにより、Ｙ軸方向の干渉計の干渉計ビームがウエハステージの移動中に切れて再度リセットを行ったとしても高精度な露光動作を行うことができるのである。
【０１３２】
なお、アライメント終了位置から図８の位置にウエハステージＷＳ１が移動する間に、測長軸ＢＩ４Ｙが切れないような場合には、測長軸ＢＩ１Ｘ、ＢＩ４Ｙの計測値をモニタしつつ、アライメント終了後に直ちに、図８の位置までウエハステージを直線的に移動させてもよいことは勿論である。この場合、ウエハステージＷＳ１のＹ軸と直交する反射面２１に投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを通る測長軸ＢＩ３Ｙがかかった時点で干渉計のリセット動作を行うようにしても良い。
【０１３３】
上記と同様にして、露光終了位置からウエハステージＷＳ２を図８に示される右側のローディングポジションまで移動させ、測長軸ＢＩ５Ｙの干渉計のリセット動作を行えば良い。
【０１３４】
また、図１１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１２には、これと並列的に行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うことにより、スループットの向上を図っている。
【０１３５】
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われる動作が他方のウエハステージで行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われるように、各動作のタイミング調整が図られる。
【０１３６】
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うことができる。これを図１１及び図１２で見ると、図１１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１２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われていることがわかる。一方、アライメントシーケンスにおいても、スキャン露光中は、等速運動なので外乱とはならず高精度計測が行えることになる。
【０１３７】
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。
【０１３８】
上述したタイミング調整は、主制御装置９０によって行われる。
【０１３９】
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。
【０１４０】
また、上記実施形態によると、投影光学系ＰＬを挟んでマーク検出を行う少なくとも２つのアライメント系を具備しているため、２つのウエハステージを交互にずらすことにより、各アライメント系を交互に使って行われるアライメント動作と露光動作とを並行処理することが可能になる。
【０１４１】
その上、上記実施形態によると、ウエハ交換を行うウエハローダがアライメント系の近辺、特に、各アライメント位置で行えるように配置されているため、ウエハ交換からアライメントシーケンスへの移行がスムースに行われ、より高いスループットを得ることができる。
【０１４２】
さらに、上記実施形態によると、上述したような高スループットが得られるため、オフアクシスのアライメント系を投影光学系ＰＬより大きく離して設置したとしてもスループットの劣化の影響が殆ど無くなる。このため、高Ｎ．Ａ．（開口数）であって且つ収差の小さい直筒型の光学系を設計して設置することが可能となる。
【０１４３】
また、上記実施形態によると、２本のアライメント系及び投影光学系ＰＬの各光軸のほぼ中心を計測する干渉計からの干渉計ビームを各光学系毎に有しているため、アライメント時や投影光学系を介してのパターン露光時のいずれの場合にも２つのウエハステージ位置をアッべ誤差のない状態でそれぞれ正確に計測することができ、２つのウェハステージを独立して移動させることが可能になる。
【０１４４】
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。
【０１４５】
その上、上記測長軸ＢＩ１Ｘ、ＢＩ２Ｘに対してアライメント系の検出中心や投影光学系ＰＬの投影中心位置に向けて垂直に交差する方向（ここではＹ軸方向）に測長軸ＢＩ３Ｙ、ＢＩ４Ｙ、ＢＩ５Ｙが照射されるように干渉計が配置され、ウエハステージを移動させて反射面から測長軸が外れたとしても、干渉計をリセットすることによりウエハステージを正確に位置制御することが可能となる。
【０１４６】
そして、２つのウエハステージＷＳ１、ＷＳ２上には、それぞれ基準マーク板ＦＭ１、ＦＭ２が設けられ、その基準マーク板上のマーク位置とウエハ上のマーク位置とを予めアライメント系で計測することによって得られる補正座標系との間隔を、露光前の基準板計測位置に対してそれぞれ加算する事によって、従来の様な投影光学系とアライメント系との間隔を計測するベースライン計測を行うことなくウエハの位置合わせが可能となり、特開平７―１７６４６８号公報に記載されるような大きな基準マーク板の搭載も不要となる。
【０１４７】
また、上記実施形態によると、複数枚のレチクルＲを使って二重露光を行うことから、高解像度とＤＯＦ（焦点深度）の向上効果が得られる。しかし、この二重露光法は、露光工程を少なくとも２度繰り返さなければならないため、露光時間が長くなって大幅にスループットが低下するが、本実施形態の投影露光装置を用いることにより、スループットが大幅に改善できるため、スループットを低下させることなく高解像度とＤＯＦの向上効果とが得られる。例えば、Ｔ１（ウエハ交換時間）、Ｔ２（サーチアライメント時間）、Ｔ３（ファインアライメント時間）、Ｔ４（１回の露光時間）において、８インチウエハにおける各処理時間をＴ１：９秒、Ｔ２：９秒、Ｔ３：１２秒、Ｔ４：２８秒とした場合、１つのウエハステージを使って一連の露光処理が為される従来技術により二重露光が行われると、スループットＴＨＯＲ＝３６００／（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４＊２）＝３６００／（３０＋２８＊２）＝４１［枚／時］となり、１つのウエハステージを使って一重露光法を実施する従来装置のスループット（ＴＨＯＲ＝３６００／（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４）＝３６００／５８＝６２［枚／時］）と比べてスループットが６６％までダウンする。ところが、本実施形態の投影露光装置を用いてＴ１、Ｔ２、Ｔ３とＴ４とを並列処理しながら二重露光を行う場合は、露光時間の方が大きいため、スループットＴＨＯＲ＝３６００／（２８＋２８）＝６４［枚／時］となることから、高解像度とＤＯＦの向上効果を維持しつつスループットを改善することが可能となる。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。
【０１４８】
なお、上記実施形態では、本発明が二重露光法を用いてウエハの露光を行う装置に適用された場合について説明したが、同様の技術であるスティッチングにも適用できる。更に、前述の如く、本発明の装置により、一方のウエハステージ側で２枚のレチクルにて２回露光を行う（二重露光、スティッチング）間に、独立に可動できる他方のウエハステージ側でウエハ交換とウエハアライメントを並行して実施する場合に、従来の一重露光よりも高いスループットが得られるとともに、解像力の大幅な向上が図れるという特に大きな効果があるためである。しかしながら、本発明の適用範囲がこれに限定されるものではなく、一重露光法により露光する場合にも本発明は好適に適用できるものである。例えば、８インチウエハの各処理時間（Ｔ１〜Ｔ４）が前述と同様であるとすると、本発明のように２つのウエハステージを使って一重露光法で露光処理する場合、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３を１グループとし（計３０秒）、Ｔ４（２８秒）と並列処理を行うと、スループットはＴＨＯＲ＝３６００／３０＝１２０［枚／時］となり、１つのウエハステージを使って一重露光法を実施する従来のスループットＴＨＯＲ＝６２［枚／時］に比べてほぼ倍の高スループットを得る事が可能となる。
【０１４９】
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う場合について説明したが、本発明がこれに限定されるものではなく、ステップ・アンド・リピート方式による静止露光を行う場合及びＥＢ露光装置やＸ線露光装置、さらにはチップとチップを合成するスティッチング露光時であっても同様に適用できることは勿論である。
【０１５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、スループット及び露光精度の向上を図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】本実施形態にかかる投影露光装置の概略構成を示す図である。
【図２】２つのウェハステージとレチクルステージと投影光学系とアライメント系の位置関係を示す斜視図である。
【図３】ウェハステージの駆動機構の構成を示す平面図である。
【図４】投影光学系とアライメント系にそれぞれ設けられているＡＦ／ＡＬ系を示す図である。
【図５】ＡＦ／ＡＬ系とＴＴＲアライメント系の構成を示す投影露光装置の概略構成を示す図である。
【図６】図５のパターン形成板の形状を示す図である。
【図７】２つのウエハステージを使ってウエハ交換・アライメントシーケンスと露光シーケンスとが行われている状態を示す平面図である。
【図８】図７のウエハ交換・アライメントシーケンスと露光シーケンスとの切り換えを行った状態を示す図である。
【図９】２枚のレチクルを保持する二重露光用のレチクルステージを示す図である。
【図１０】（Ａ）は図９のパターンＡのレチクルを使ってウエハの露光を行った状態を示す図であり、（Ｂ）は図９のパターンＢのレチクルを使ってウエハの露光を行った状態を示す図である。
【図１１】２つのウエハステージの一方に保持されたウエハ上の各ショット領域毎の露光順序を示す図である。
【図１２】２つのウエハステージの他方に保持されたウエハ上の各ショット領域毎のマーク検出順序を示す図である。
【符号の説明】
１０    投影露光装置
２４ａ、２４ｂ    アライメント系
３８    ステージ制御手段
９０    主制御装置
１８０    センターアップ
１８２    第１のローディングガイド
１８４    第１のアンロードアーム
１８６    第１のスライダ
１８８    第１のロードアーム
１９０    第２のスライダ
１９２    第２のローディングガイド
１９４    第２のアンロードアーム
１９６    第３のスライダ
１９８    第２のロードアーム
２００    第４のスライダ
Ｗ１、Ｗ２    ウエハ
ＷＳ１、ＷＳ２    ウエハステージ
ＰＬ    投影光学系
ＢＩ１Ｘ〜ＢＩ４Ｙ    測長軸
ＲＳＴ    レチクルステージ
Ｒ    レチクル
【図１】
0004029180.tif 000002
【図２】
0004029180.tif 000003
【図３】
0004029180.tif 000004
【図４】
0004029180.tif 000005
【図５】
0004029180.tif 000006
【図６】
0004029180.tif 000007
【図７】
0004029180.tif 000008
【図８】
0004029180.tif 000009
【図９】
0004029180.tif 000010
【図１０】
0004029180.tif 000011
【図１１】
0004029180.tif 000012
【図１２】
0004029180.tif 000013