(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露光する露光方法であって、
感応基板を保持して各々同一の平面内を独立に移動可能な２つの基板ステージを用意し、
前記２つの基板ステージの内の一方の基板ステージに保持された感応基板上に前記投影光学系を介して前記マスクのパターン像を露光し、
前記一方の基板ステージに保持された感応基板の露光中に、前記２つの基板ステージの内の他方の基板ステージに保持された感応基板上の位置合わせマークと前記他方のステージ上の基準点との位置関係を計測し、
前記一方の基板ステージに保持された感応基板の露光終了後に、前記他方の基板ステージ上の基準点を前記投影光学系の投影領域内に位置決めした状態で、その投影領域内の所定の基準点に対する前記他方の基板ステージ上の基準点の位置ずれ及び前記他方の基板ステージの座標位置を検出し、
前記計測された位置関係、前記検出された位置ずれ及び前記検出された座標位置に基づいて前記他方の基板ステージの移動を制御し、前記他方のステージに保持された感応基板と前記マスクのパターン像との位置合わせを行い、
前記各基板ステージが、ステージ本体と、この本体上に着脱自在に搭載され基板を保持する基板保持部材とを有し、該基板保持部材の側面には干渉計用反射面が設けられ、且つ前記基板保持部材の上面には前記基準点として基準マークが形成され、
前記一方の基板ステージに保持された感応基板の露光終了後に、前記一方と他方のステージの前記基板保持部材の入れ替えが行われることを特徴とする露光方法。
【請求項２】
前記２つの基板ステージの位置情報は、干渉計システムによって計測され、
前記感応基板上の位置合わせマークは前記投影光学系とは離れた位置でアライメント系によって検出され、
前記干渉計システムは、前記投影光学系の投影中心で相互に垂直に交差する第１測長軸及び第２測長軸と、前記アライメント系の検出中心で相互に垂直に交差する第３測長軸及び第４測長軸とを備え、
前記一方と他方のステージの前記基板保持部材の位置を入れ替える際に、前記干渉計システムの測長軸をリセットすることを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
【請求項３】
前記入れ替えは、ロボットアームによって行われる請求項１又は２に記載の露光方法。
【請求項４】
前記投影光学系、前記アライメント系には、それぞれ干渉計による測長の基準となる固定鏡が取り付けられていることを特徴とする請求項２又は３に記載の露光方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光方法及び露光装置に係り、更に詳しくは、半導体素子や液晶表示素子等をリソグラフィ工程で製造する際に用いられるマスクパターンを投影光学系を介して感応基板上に露光する露光方法及び露光装置、あるいは半導体素子、半導体素子製造用マスク等の製造のため、レーザ光、電子線その他の荷電粒子線等で感応基板上にパターンを直接描画する描画装置等の露光装置に関する。本発明は、感応基板を保持する基板ステージを複数有する点に特徴を有するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体素子又は液晶表示素子等をフォトリソグラフィ工程で製造する場合に、種々の露光装置が使用されているが、現在では、フォトマスク又はレチクル（以下、「レチクル」と総称する）のパターン像を、投影光学系を介して表面にフォトレジスト等の感光材が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の基板（以下、適宜「感応基板」又は「ウエハ」と称する）上に転写する投影露光装置が一般的に使用されている。近年では、この投影露光装置として、感応基板を２次元的に移動自在な基板ステージ上に載置し、この基板ステージにより感応基板を歩進（ステッピング）させて、レチクルのパターン像を感応基板上の各ショット領域に順次露光する動作を繰り返す、所謂ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置（いわゆるステッパー）が主流となっている。
【０００３】
最近になって、このステッパー等の静止型露光装置に改良を加えた、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置（例えば特開平７−１７６４６８号公報に記載された様な走査型露光装置）も比較的多く用いられるようになってきた。このステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置は、▲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。
【０００４】
この種の投影露光装置においては、露光に先立ってレチクルとウエハとの位置合わせ（アライメント）を高精度に行う必要がある。このアライメントを行うために、ウエハ上には以前のフォトリソグラフィ工程で形成（露光転写）された位置検出用マーク（アライメントマーク）が設けられており、このアライメントマークの位置を検出することで、ウエハ（又はウエハ上の回路パターン）の正確な位置を検出することができる。
【０００５】
アライメントマークを検出するアライメント顕微鏡としては、大別して投影レンズを介してマーク検出を行なうオンアクシス方式と、投影レンズを介さずマーク検出を行なうオフアクシス方式のものとがあるが、今後の主流になるであろうエキシマレーザ光源を用いる投影露光装置では、オフアクシス方式のアライメント顕微鏡が最適である。これは、投影レンズは露光光に対して色収差の補正がなされているので、オンアクシスの場合、アライメント光が集光できないか、集光できたとしても色収差による誤差が非常に大きなものとなるのに対し、オフアクシス方式のアライメント顕微鏡は、投影レンズとは別に設けられていることから、このような色収差を考慮することなく、自由な光学設計が可能であること、及び種々のアライメント系が使用できるからである。例えば、位相差顕微鏡や微分干渉顕微鏡等も使用できる。
【０００６】
ところで、この種の投影露光装置における処理の流れは、大要次のようになっている。
【０００７】
▲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、次いでウエハ外形を基準とする等によりいわゆるサーチアライメントが行なわれる。
【０００８】
▲２▼  次に、ウエハ上の各ショット領域の位置を正確に求めるファインアライメント工程が行なわれる。このファインアライメント工程は、一般にＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アライメント）方式が用いられ、この方式は、ウエハ内の複数のサンプルショットを選択しておき、当該サンプルショットに付設されたアライメントマーク（ウエハマーク）の位置を順次計測し、この計測結果とショット配列の設計値とに基づいて、いわゆる最小自乗法等による統計演算を行なって、ウエハ上の全ショット配列データを求めるものであり（特開昭６１−４４４２９号公報等参照）、高スループットで各ショット領域の座標位置を比較的高精度に求めることができる。
【０００９】
▲３▼  次に、上述したＥＧＡ方式等により求めた各ショット領域の座標位置と予め計測したベースライン量とに基づいて露光位置にウエハ上の各ショット領域を順次位置決めしつつ、投影光学系を介してレチクルのパターン像をウエハ上に転写する露光工程が行なわれる。
【００１０】
▲４▼  次に、露光処理されたウエハテーブル上のウエハをウエハアンローダを使ってアンロードさせるウエハアンロード工程が行なわれる。このウエハアンロード工程は、上記▲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▲４▼とによってウエハ交換工程が構成される。
【００１１】
このように、従来の投影露光装置では、ウエハ交換（サーチアライメントを含む）→ファインアライメント→露光→ウエハ交換……のように、大きく３つの動作が１つのウエハステージを用いて繰り返し行なわれている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述した投影露光装置は、主として半導体素子等の量産機として使用されるものであることから、一定時間内にどれだけの枚数のウエハを露光処理できるかという処理能力、すなわちスループットを向上させることが必然的に要請される。
【００１３】
これに関し、現状の投影露光装置では、上述した３つの動作がシーケンシャルに行われることから、スループット向上のためには、各動作に要する時間を短縮する必要があるが、ウエハ交換（サーチアライメントを含む）は、ウエハ１枚に対して一動作が行なわれるだけであるから改善の効果は比較的小さい。また、ファインアライメントに要する時間は、上述したＥＧＡ方式を用いる際にショットのサンプリング数を少なくしたり、ショット単体の計測時間を短縮することにより、短縮することができるが、これらのことは、却ってアライメント精度を劣化させることになるため、安易にファインアライメントに要する時間を短縮することはできない。
【００１４】
従って、結論的には、露光に要する時間を短縮することがスループット向上のためには、最も効果的であるということになるが、この露光動作には、ステッパーの場合、純粋なウエハ露光時間とショット間のステッピング時間とを含んでおり、ウエハ露光時間の短縮には光源の光量が大きいことが必須となるが、この種の投影露光装置では上記スループット面の他に、重要な条件として、▲１▼解像度、▲２▼焦点深度（ＤＯＦ：Depth of Forcus ）、▲３▼線幅制御精度等があり、解像度Ｒは、露光波長をλとし、投影レンズの開口数をＮ．Ａ．（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。このため、光源としては波長の短いものであることも必要であり、従来用いられていた超高圧水銀ランプの輝線（ｇ線、ｉ線）等に比べパワーが大きく、短波長であるという両方の要件を満たすものとして先に述べたエキシマレーザが今後の主流になると言われ、これより波長が短く、光量が大きく、露光装置の光源として適切な光源は、現段階では考えられていない。従って、光源としてエキシマレーザを用いる場合以上のスループットの向上はあまり期待できず、光源の工夫によるスループットの向上にも限界がある。
【００１５】
一方、ショット間のステッピング時間の短縮のためには、ウエハを保持するステージの最高速度、最高加速度を向上させる必要があるが、最高速度、最高加速度の向上はステージの位置決め精度の劣化を招きやすいという不都合があった。この他、ステップ・アンド・スキャン方式のような走査型投影露光装置の場合は、レチクルとウエハの相対走査速度を上げることによりウエハの露光時間の短縮が可能であるが、相対走査速度の向上は同期精度の劣化を招き易いので、安易に走査速度を上げることができない。従って、ステージの制御性を向上させることが必要となる。
【００１６】
しかしながら、特に今後主流になるであろうエキシマレーザ光源を用いる投影露光装置のようにオフアクシスアライメント顕微鏡を用いる装置では、ステージの制御性を向上させることは、容易ではない。すなわち、この種の投影露光装置では、投影光学系を介してのマスクパターンの露光時と、アライメント時との両方でウエハステージの位置をアッベ誤差なく正確に管理し、高精度な重ね合わせを実現するためには、レーザ干渉計の測長軸が投影光学系の投影中心とアライメント顕微鏡の検出中心とをそれぞれ通るように設定する必要があり、しかも露光時のステージの移動範囲内とアライメント時のステージの移動範囲内との両方で前記投影光学系の投影中心を通る測長軸とアライメント顕微鏡の検出中心を通る測長軸とが共に切れないようにする必要があるため、ステージが必然的に大型化するからである。
【００１７】
以上より、前述した３つの動作の個々の動作に要する時間を短縮するという手法では、何らのデメリットなくスループットを向上させることは困難であり、これとは別の手法によりスループットを向上させる新技術の出現が待望されていた。
【００１８】
本発明は、かかる事情の下になされたもので、請求項１に記載の発明の目的は、スループットを向上させることができるとともに、ベースライン量に無関係に基板ステージの大きさを定めることができる露光方法を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
前述した３つの動作、すなわちウエハ交換（サーチアライメントを含む）、ファインアライメント、及び露光動作の内の複数動作同士を部分的にでも同時並行的に処理できれば、これらの動作をシーケンシャルに行なう場合に比べて、スループットを向上させることができると考えられる。本発明は、かかる観点に着目してなされたもので、以下のような方法及び構成を採用する。すなわち、
本発明は、マスク（Ｒ）に形成されたパターンの像を投影光学系（ＰＬ）を介して感応基板（Ｗ）上に露光する露光方法であって、感応基板（Ｗ）を保持して各々同一の平面内を独立に移動可能な２つの基板ステージ（ＷＳ１、ＷＳ２）を用意し；前記２つの基板ステージ（ＷＳ１、ＷＳ２）の内の一方の基板ステージ（ＷＳ１又はＷＳ２）に保持された感応基板（Ｗ）上に前記投影光学系（ＰＬ）を介して前記マスク（Ｒ）のパターン像を露光し；前記一方の基板ステージ（ＷＳ１又はＷＳ２）に保持された感応基板（Ｗ）の露光中に、前記２つの基板ステージの内の他方の基板ステージ（ＷＳ２又はＷＳ１）に保持された感応基板（Ｗ）上の位置合わせマークと前記他方のステージ（ＷＳ２又はＷＳ１）上の基準点との位置関係を計測し；前記一方の基板ステージに保持された感応基板の露光終了後に、前記他方の基板ステージ上の基準点を前記投影光学系（ＰＬ）の投影領域内に位置決めした状態で、その投影領域内の所定の基準点に対する前記他方の基板ステージ上の基準点の位置ずれ及び前記他方の基板ステージの座標位置を検出し；前記計測された位置関係、前記検出された位置ずれ及び前記検出された座標位置に基づいて前記他方の基板ステージの移動を制御し、前記他方のステージに保持された感応基板と前記マスクのパターン像との位置合わせを行い、前記各基板ステージが、ステージ本体と、この本体上に着脱自在に搭載され基板を保持する基板保持部材とを有し、該基板保持部材の側面には干渉計用反射面が設けられ、且つ前記基板保持部材の上面には前記基準点として基準マークが形成され、前記一方の基板ステージに保持された感応基板の露光終了後に、前記一方と他方のステージの前記基板保持部材の入れ替えが行われることを特徴とする露光方法である。
【００２１】
これによれば、２つの基板ステージ（ＷＳ１、ＷＳ２）の内の一方の基板ステージ（ＷＳ１又はＷＳ２）に保持された感応基板（Ｗ）上に前記投影光学系（ＰＬ）を介して前記マスク（Ｒ）のパターン像の露光が行われる間に、(1)２つの基板ステージの内の他方の基板ステージ（ＷＳ２又はＷＳ１）に保持された感応基板（Ｗ）上の位置合わせマークと他方のステージ（ＷＳ２又はＷＳ１）上の基準点との位置関係が計測される。このように、一方の基板ステージ側の露光動作と他方の基板ステージ側のアライメント動作（他方の基板ステージに保持された感応基板上の位置合わせマークと他方のステージ上の基準点との位置関係の計測）とを並行して行なうことができるので、これらの動作をシーケンシャルに行なっていた従来技術に比べてスループットの向上を図ることが可能である。
【００２２】
そして、上記の一方の基板ステージに保持された感応基板の露光終了後に、前記他方の基板ステージ（ＷＳ２又はＷＳ１）の基板保持部材上の基準点（基準マーク）を投影光学系（ＰＬ）の投影領域内に位置決めした状態で、(2)その投影領域内の所定の基準点に対する他方の基板ステージの基板保持部材上の基準点（基準マーク）の位置ずれ及び(3)その位置ずれ検出時の他方の基板ステージの座標位置が検出される。その後に、(1)計測された位置関係、(2)検出された位置ずれ及び(3)検出された座標位置に基づいて他方の基板ステージ（ＷＳ２又はＷＳ１）の移動を制御し、他方のステージに保持された感応基板と前記マスクのパターン像との位置合わせが行われる。
【００２３】
このため、(1)の他方の基板ステージ上の所定の基準点と感応基板上の位置合わせマークとの位置関係の計測時に当該基板ステージの位置を管理する干渉計（あるいは座標系）と、(2)、(3)の位置ずれ検出及び基板ステージの座標位置の検出の際のステージの位置を管理する干渉計（あるいは座標系）とが同一でも異なっていても何らの不都合なく、マスクのパターン像と前記他方の基板ステージに搭載された感応基板との位置合わせを高精度に行なうことができる。
【００２４】
従って、例えば位置合わせマークを検出するマーク検出系としてオフアクシスのアライメント系を用いる場合、投影光学系の投影領域内の所定の基準点（マスクのパターン像の投影中心）とアライメント系の検出中心との位置関係、すなわちベースライン量の計測が不要となり、結果的に投影光学系とアライメント系とが大きく離れていても何らの不都合がないので、ベースライン量に無関係に基板ステージの大きさを設定することができ、基板ステージを小型・軽量化しても何らの不都合なく、感応基板の全面に対してマーク位置計測、投影光学系を介したパターンの露光を行なうことができる。この場合、ベースライン量の変動の影響を受けることもない。
【００４０】
【発明の実施の形態】
《第１の実施形態》
以下、本発明の第１の実施形態を図１ないし図４に基づいて説明する。
【００４１】
図１には、第１の実施形態に係る露光装置１００の構成が示されている。この露光装置１００は、ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影型露光装置（いわゆるステッパー）である。
【００４２】
この投影露光装置１００は、照明系ＩＯＰと、マスクとしてのレチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲに形成されたパターンの像を感応基板としてのウエハＷ上に投影する投影光学系ＰＬ、ウエハＷを保持してベース１２上をＸＹ２次方向に移動可能な第１基板ステージとしてのウエハステージＷＳ１及びウエハＷを保持してベース１２上をウエハステージＷＳ１とは独立にＸＹ２次元方向に移動可能な第２基板ステージとしてのウエハステージＷＳ２、２つのウエハステージＷＳ１，ＷＳ２のそれぞれの位置を計測する干渉計システム２６と、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏインターフェース等を含んで構成されるミニコンピュータ（又はマイクロコンピュータ）から成り装置全体を統括制御する制御手段としての主制御装置２８等を備えている。
【００４３】
前記照明系ＩＯＰは、光源（水銀ランプ又はエキシマレーザ等）と、フライアイレンズ、リレーレンズ、コンデンサレンズ等から成る照明光学系とから構成されている。この照明系ＩＯＰは、光源からの露光用の照明光ＩＬによってレチクルＲの下面（パターン形成面）のパターンを均一な照度分布で照明する。ここで、露光用照明光ＩＬとしては、水銀ランプのｉ線等の輝線、又はＫｒＦ、ＡｒＦ等のエキシマレーザ光等が用いられる。
【００４４】
レチクルステージＲＳＴ上には不図示の固定手段を介してレチクルＲが固定されており、このレチクルステージＲＳＴは、不図示の駆動系によってＸ軸方向（図１における紙面直交方向）、Ｙ軸方向（図１における紙面左右方向）及びθ方向（ＸＹ面内の回転方向）に微小駆動可能とされている。これにより、このレチクルステージＲＳＴは、レチクルＲのパターンの中心（レチクルセンタ）が投影光学系ＰＬの光軸Ａｅとほぼ一致する状態でレチクルＲを位置決め（レチクルアライメント）できるようになっている。図１では、このレチクルアライメントが行われた状態が示されている。
【００４５】
投影光学系ＰＬは、その光軸ＡｅがレチクルステージＲＳＴの移動面に直交するＺ軸方向とされ、ここでは両側テレセントリックで、所定の縮小倍率β（βは例えば１／５）を有するものが使用されている。このため、レチクルＲのパターンとウエハＷ上のショット領域との位置合わせ（アライメント）が行われた状態で、照明光ＩＬによりレチクルＲが均一な照度で照明されると、パターン形成面のパターンが投影光学系ＰＬにより縮小倍率βで縮小されて、フォトレジストが塗布されたウエハＷ上に投影され、ウエハＷ上の各ショット領域にパターンの縮小像が形成される。
【００４６】
また、本実施形態では、投影光学系ＰＬのＸ軸方向一側（図１における左側）の側面には、ウエハステージＷＳ１，ＷＳ２の露光時のＸ軸方向位置管理の基準となるＸ固定鏡１４Ｘが固定され、同様に投影光学系ＰＬのＹ軸方向一側（図１における紙面奥側）の側面には、ウエハステージＷＳ１，ＷＳ２の露光時のＹ軸方向位置管理の基準となるＹ固定鏡１４Ｙが固定されている（図３参照）。
【００４７】
前記ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２の底面には、不図示の気体静圧軸受がそれぞれ設けられており、これらの気体静圧軸受によってウエハステージＷＳ１、ＷＳ２はベース１２上面との間に数ミクロン（μｍ）程度のクリアランスを介してそれぞれベース１２上方に浮上支持されている。これらのウエハステージＷＳ１、ＷＳ２のＸ軸方向一側（図１における左側）の面及びＹ軸方向一側（図１における紙面奥側）の面には、それぞれ鏡面加工が施され、干渉計システム２６からの測長ビームを反射するための移動鏡として機能する反射面がそれぞれ形成されている。
【００４８】
また、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２の底面には、マグネットがそれぞれ固定されており、ベース内の所定範囲（具体的には、投影光学系ＰＬ下方近傍の所定領域及びアライメント顕微鏡ＷＡ下方近傍の所定領域）に埋め込まれた不図示の駆動コイルによって発生する電磁力によりウエハステージＷＳ１、ＷＳ２はベース１２上をＸＹ２次元方向に移動する。すなわち、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２底面のマグネットとベース１２内に埋め込まれた駆動コイルとによってウエハステージＷＳ１、ＷＳ２の駆動手段としてのいわゆるムービングマグネット型のリニアモータが構成されている。このリニアモータの駆動コイルの駆動電流が、主制御装置２８によって制御される。
【００４９】
ウエハステージＷＳ１，ＷＳ２上には不図示のウエハホルダを介して真空吸着等によってウエハＷがそれぞれ保持されている。また、これらのウエハステージＷＳ１，ＷＳ２上には、その表面がウエハＷの表面と同じ高さになるような基準マーク板ＦＭ１、ＦＭ２がそれぞれ固定されている。一方の基準マーク板ＦＭ１の表面には、図２の平面図に示されるように、その長手方向中央部に後述するウエハアライメント顕微鏡ＷＡで計測するためのマークＷＭが形成され、このマークＷＭの長手方向両側に投影光学系ＰＬを通してレチクルＲとの相対的な位置計測に用いる一対のマークＲＭが形成されている。他方の基準マーク板ＦＭ２上にもこれとも全く同様のマークＷＭ、ＲＭが形成されている。
【００５０】
更に、本実施形態では、投影光学系ＰＬからＸＹ軸に対しほぼ４５度の方向に所定距離、例えば３０００ｍｍ離れた位置にウエハＷに形成された位置検出用マーク（アライメントマーク）を検出するアライメント系としてのオフ・アクシス方式のアライメント顕微鏡ＷＡが設けられている。ウエハＷには、前層までの露光、プロセス処理により段差ができており、その中には、ウエハ上の各ショット領域の位置を測定するための位置検出用マーク（アライメントマーク）も含まれており、このアライメントマークをアライメント顕微鏡ＷＡにより計測するのである。
【００５１】
アライメント顕微鏡ＷＡとしては、ここでは、画像処理方式のいわゆるＦＩＡ（field Image Alignment ）系のアライメント顕微鏡が用いられている。これによれば、ハロゲンランプ等のブロードバンドな照明光を発する不図示の光源から発せられた照明光が不図示の対物レンズを通過した後ウエハＷ（又は基準マーク板ＦＭ）上に照射され、そのウエハＷ表面の不図示のウエハマーク領域からの反射光が対物レンズ、不図示の指標板を順次透過して不図示のＣＣＤ等の撮像面上にウエハマークの像、及び指標板上の指標の像が結像される。これらの像の光電変換信号が信号処理ユニット１６内の不図示の信号処理回路により処理され、不図示の演算回路によってウエハマークと指標との相対位置が算出され、この相対位置が主制御装置２８に伝えられる。主制御装置２８では、この相対位置と干渉計システム２６の計測値とに基づいてウエハＷ上のアライメントマークの位置を算出する。
【００５２】
また、アライメント顕微鏡ＷＡのＸ軸方向一側（図１における左側）の側面には、ウエハステージＷＳ１，ＷＳ２のアライメント動作時のＸ軸方向位置管理の基準となるＸ固定鏡１８Ｘが固定され、同様にアライメント顕微鏡ＷＡのＹ軸方向一側（図１における紙面奥側）の側面には、ウエハステージＷＳ１，ＷＳ２の露光動作時のＹ軸方向位置管理の基準となるＹ固定鏡１８Ｙが固定されている。
【００５３】
なお、アライメント顕微鏡としてはＦＩＡ系に限らず、ＬＩＡ（Laser Interferometric Alignment） 系やＬＳＡ（Laser Step Alignment）系等の他の光アライメント系は勿論、位相差顕微鏡や微分干渉顕微鏡等の他の光学装置や、トンネル効果を利用して試料表面の原子レベルの凹凸を検出するＳＴＭ（Scanning Tunnel Microscope：走査型トンネル顕微鏡）や原子間力（引力や斥力）を利用して試料表面の原子分子レベルの凹凸を検出するＡＦＭ（Atomic Force Microscope ：原子間力顕微鏡）等の非光学装置等を使用することも可能である。
【００５４】
更に、本実施形態の投影露光装置１００では、レチクルＲの上方に、投影光学系ＰＬを介した基準マーク板ＦＭ上の基準マークＲＭの像とレチクルＲ上のレチクルアライメントマーク（図示省略）とを同時に観察するためのマーク位置検出手段としてのレチクルアライメント顕微鏡５２Ａ、５２Ｂが設けられている。レチクルアライメント顕微鏡５２Ａ、５２Ｂの検出信号Ｓ１、Ｓ２は、主制御装置２８に供給されるようになっている。この場合、レチクルＲからの検出光をそれぞれレチクルアライメント顕微鏡５２Ａ、５２Ｂに導くための偏向ミラー５４Ａ、５４Ｂが当該各レチクルアライメント顕微鏡５２Ａ、５２Ｂと一体的にユニット化されて、一対の顕微鏡ユニット５６Ａ、５６Ｂが構成されている。これらの顕微鏡ユニット５６Ａ、５６Ｂは、露光シーケンスが開始されると、主制御装置２８からの指令により、不図示のミラー駆動装置によって、レチクルパターン面にかからない位置まで退避されるようになっている。
【００５５】
次に、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２の位置を管理する図１の干渉計システム２６について詳述する。
【００５６】
この干渉計システム２６は、実際には、図３に示されるように、Ｘ軸方向位置計測用の第１のレーザ干渉計２６Ｘｅと、Ｙ軸方向位置計測用の第２のレーザ干渉計２６Ｙｅと、Ｘ軸方向位置計測用の第３のレーザ干渉計２６Ｘａと、Ｙ軸方向位置計測用の第４のレーザ干渉計２６Ｙａとを含んで構成されているが、図１ではこれらが代表的に干渉計システム２６として図示されている。
【００５７】
第１のレーザ干渉計２６Ｘｅは、Ｘ固定鏡１４Ｘに対して投影光学系ＰＬの投影中心を通るＸ軸方向のレファレンスビームＸe1を投射するとともに、ウエハステージ（ＷＳ１又はＷＳ２）の反射面に対して測長ビームＸe2を投射し、これら２本のビームの反射光が一つに重ねられて干渉させられたその干渉状態に基づいて固定鏡１４Ｘに対するウエハステージ反射面の変位を計測する。
【００５８】
また、第２のレーザ干渉計２６Ｙｅは、Ｙ固定鏡１４Ｙに対して投影光学系ＰＬの投影中心を通るＹ軸方向のレファレンスビームＹe1を投射するとともに、ウエハステージ（ＷＳ１又はＷＳ２）の反射面に対して測長ビームＹe2を投射し、これら２本のビームの反射光が一つに重ねられて干渉させられたその干渉状態に基づいて固定鏡１４Ｙに対するウエハステージ反射面の変位を計測する。
【００５９】
また、第３のレーザ干渉計２６Ｘａは、Ｘ固定鏡１８Ｘに対してアライメント顕微鏡ＷＡの検出中心を通るＸ軸方向のレファレンスビームＸa1を投射するとともに、ウエハステージ（ＷＳ１又はＷＳ２）の反射面に対して測長ビームＸa2を投射し、これら２本のビームの反射光が一つに重ねられて干渉させられたその干渉状態に基づいて固定鏡１８Ｘに対するウエハステージ反射面の変位を計測する。
【００６０】
また、第４のレーザ干渉計２６Ｙａは、Ｙ固定鏡１８Ｙに対してアライメント顕微鏡ＷＡの検出中心を通るＹ軸方向のレファレンスビームＹa1を投射するとともに、ウエハステージ（ＷＳ１又はＷＳ２）の反射面に対して測長ビームＹa2を投射し、これら２本のビームの反射光が一つに重ねられて干渉させられたその干渉状態に基づいて固定鏡１８Ｙに対するウエハステージ反射面の変位を計測する。
【００６１】
ここで、レファレンスビームＸe1及び測長ビームＸe2から成る第１のレーザ干渉計２６Ｘｅの測長軸を第１測長軸Ｘｅ、レファレンスビームＹe1及び測長ビームＹe2から成る第２のレーザ干渉計２６Ｙｅの測長軸を第２測長軸Ｙｅ、レファレンスビームＸa1及び測長ビームＸa2から成る第３のレーザ干渉計２６Ｘａの測長軸を第３測長軸Ｘａ、レファレンスビームＹa1及び測長ビームＹa2から成る第４のレーザ干渉計２６Ｙａの測長軸を第４測長軸Ｙａと呼ぶものとすると、第１測長軸Ｘｅと第２測長軸Ｙｅとは、投影光学系ＰＬの投影中心（光軸Ａｅ中心と一致）で垂直に交差しており、第３測長軸Ｘａと第４測長軸Ｙａとは、アライメント顕微鏡ＷＡの検出中心で垂直に交差している。これにより、後述するように、ウエハＷ上の位置検出用マーク（アライメントマーク）の計測時にも、ウエハＷ上へのパターンの露光時にもウエハステージのヨーイング等によるアッベ誤差の影響を受けることなく、それぞれの計測軸方向でウエハステージの位置を正確に計測できるようになっている。なお、測定精度を向上させるべく、上記第１ないし第４のレーザ干渉計として、２周波数のヘテロダイン干渉計を用いることがより一層望ましい。
【００６２】
図１に戻り、干渉計システム２６の計測値は主制御装置２８に供給され、主制御装置２８ではこの干渉計システム２６の計測値をモニタしつつ、前述したリニアモータを介してウエハステージＷＳ１，ＷＳ２を位置制御する。
【００６３】
図３からも明らかなように、本第１の実施形態の場合、ウエハステージＷＳ１又はＷＳ２上のウエハＷに対して投影光学系ＰＬを介したレチクルパターンの露光が行なわれる間は、第１、第２のレーザ干渉計２６Ｘｅ，２６Ｙｅによってウエハステージの位置が管理され、アライメント顕微鏡ＷＡによりウエハＷ上の位置検出用マーク（アライメントマーク）の計測が行なわれる間は、第３、第４のレーザ干渉計２６Ｘａ，２６Ｙａによってウエハステージの位置が管理されるようになっている。しかしながら、露光が終了した後、あるいはアライメントマークの計測が終了した後は、各測長軸がそれぞれのウエハステージの反射面に当たらなくなるので、干渉計システム２６によるウエハステージの位置管理は困難となる。
【００６４】
このため、本実施形態の投影露光装置１００では、ウエハステージＷＳ１を図３中に仮想線で示される第３位置と、図３中に実線で示される第２位置と、図３中でウエハステージＷＳ２が位置する第１位置との３地点間で自在に移動させる移動手段としての第１のロボットアーム２０と、同様にウエハステージＷＳ２を上記第１位置と、第２位置と、第３位置との３地点間で自在に移動させる移動手段としての第２のロボットアーム２２とが設けられている。これら第１、第２のロボットアーム２０、２２も主制御装置２８によって制御され、これら第１、第２のロボットアーム２０、２２のウエハステージの位置制御精度は、概ね±１μｍ程度となっている。これらのロボットアーム２０、２２としては、公知の構成の有関節ロボットアームが用いられているので、詳細な説明は省略するが、上記の位置制御精度を確実に実現するために、図３中に符号２４Ａ、２４Ｂで示されるような上下動ピンをストッパとして併せて設けるようにしても良い。
【００６５】
ここで、第３位置、第２位置及び第１位置について簡単に説明すると、第３位置とは、外部の基板搬送機構の一部を構成する搬送アーム５０とウエハステージ（ＷＳ１、ＷＳ２）との間でウエハＷの受け渡しが行なわれるウエハ交換位置を意味し、第２位置とは、ウエハＷのローディングが終了した後、ウエハステージ上のウエハＷに対しアライメントが行なわれる位置であって第３測長軸Ｘａと第４測長軸Ｙａとが共にウエハステージの反射面に当たる任意の位置を意味し、第１位置とは、ウエハのアライメントが終了した後、ウエハステージ上のウエハＷに対し露光が行なわれる位置であって第１測長軸Ｘｅと第２測長軸Ｙｅとが共にウエハステージの反射面に当たる任意の位置を意味する。
【００６６】
本実施形態では、上述したように、図３中に示される位置が、それぞれ第１位置、第２位置、第３位置として定められているものとするが、第２位置は、上記の定義を満足するのであれば、如何なる位置を定めてもよく、例えば、基準マーク板ＦＭ上のマークＷＭがアライメント顕微鏡ＷＡの検出領域内となる位置を第２位置としても良い。同様に、第１位置も、上記の定義を満足するのであれば、如何なる位置を定めてもよく、例えば、基準マーク板ＦＭ上のマークＲＭが投影光学系ＰＬの投影領域内となる位置を第１位置としても良い。
【００６７】
次に、上述のようにして構成された本実施形態の投影露光装置１００の全体的な動作の流れを説明する。
【００６８】
▲１▼  前提として、ウエハステージＷＳ１が第３位置にあり、ウエハステージＷＳ２が第１位置にあるものとする。
【００６９】
まず、ウエハステージＷＳ１と搬送アーム５０との間でウエハ交換が行なわれる。このウエハ交換は、ウエハステージＷＳ１上のセンターアップ（ウエハアップ機構）と搬送アーム５０とによって従来と同様にして行なわれるので、ここでは詳細な説明するは省略するが、先に述べたようにロボットアームの位置決め精度は概ね±１ｕｍ以下なので、搬送アーム５０の位置決め精度もこれとほぼ同程度であるものとする。このウエハ交換に先だって、ウエハＷは不図示のプリアライメント装置によりＸ，Ｙ，θ方向に概略位置決めがなされており、ウエハステージ上へのロード位置が大きくずれることはなく、例えば基準マーク板ＦＭ１に対するウエハＷのロード位置も上記の±１ｕｍ以下の誤差範囲内となっている。
【００７０】
このウエハ交換中、ウエハステージＷＳ１はレーザ干渉計で位置が管理されていないが、第１のロボットアーム２０がウエハステージＷＳ１を捉えているので、ウエハステージＷＳ１が勝手な所に行くというような不都合は生じない。なお、第１のロボットアーム２０により捉えられている間は、ウエハステージＷＳ１を駆動するリニアモータは停止しているものとする（以下において同じ）。
【００７１】
ウエハ交換（ウエハステージＷＳ１上へのウエハＷのロード）が終了すると、主制御装置２８では、第１のロボットアーム２０を制御してウエハステージＷＳ１を図３中に実線で示される第２位置へ移動させ、この位置で、第３、第４のレーザ干渉計２６Ｘａ，２６Ｙａを同時にリセットする。このリセットが終了すると、第１のロボットアーム２０はここでの役目を終えるので、該第１のロボットアーム２０は主制御装置２８からの指示に応じて不図示の駆動系によりウエハステージＷＳ１を離れて邪魔にならない位置に待避される。
【００７２】
上記の第３、第４のレーザ干渉計２６Ｘａ，２６Ｙａのリセット終了後、主制御装置２８では干渉計２６Ｘａ，２６Ｙａの計測値をモニタしつつ、ウエハステージＷＳ１上の基準マーク板ＦＭ１上のマークＷＭがアライメント顕微鏡ＷＡの検出領域内に位置決めされるようにウエハステージＷＳ１を前述したリニアモータを介して位置制御する。ここで、第１のロボットアーム２０による第２位置への位置決め精度は、前述の如く、概ね±１ｕｍ以下が可能であり、この第２位置で干渉計測長軸がリセットされているので、その後は０．０１μｍ程度の分解能で設計値（ウエハステージＷＳ１の反射面と基準マーク板上のマークＷＭとの設計上の相対位置関係）に基づいて位置制御が可能であり、結果的に、アライメント顕微鏡ＷＡによるマークＷＭ計測にとって十分な精度でウエハステージＷＳ１が位置決めされる。なお、第２位置を、ウエハステージＷＳ１上の基準マーク板ＦＭ１上のマークＷＭがアライメント顕微鏡ＷＡの検出領域内に位置決めされる位置に設定する場合には、上記の干渉計リセット後のウエハステージＷＳ１の移動は不要であるので、スループットの面ではより一層望ましい。
【００７３】
次に、アライメント顕微鏡ＷＡによって該アライメント顕微鏡ＷＡの検出中心（指標中心）を基準とする基準マーク板ＦＭ１上のマークＷＭの位置（ΔＷX ，ΔＷY ）が計測され、主制御装置２８ではこの計測中の第３、第４のレーザ干渉計２６Ｘａ，２６Ｙａの計測値の平均値（Ｘ0 ，Ｙ0 ）を求める。これによりレーザ干渉計２６Ｘａ，２６Ｙａの計測値が（Ｘ0 −ΔＷX ，Ｙ0 −ΔＷY ）を示すとき基準マーク板ＦＭ１上のマークＷＭがアライメント顕微鏡ＷＡの検出中心（指標中心）の真下にいることが分かる。上記の第３、第４のレーザ干渉計２６Ｘａ，２６Ｙａのリセット後の一連の動作を以下においてはＷ−ＳＥＴと呼ぶものとする。
【００７４】
このようにして、一方のウエハステージＷＳ１上でウエハ交換、干渉計リセット及びＷ−ＳＥＴの一連の動作が行なわれる間に、他方のウエハステージＷＳ２上では、次のような動作が行なわれる。
【００７５】
すなわち、ウエハステージＷＳ２は、前述の如く、第２のロボットアーム２２により第１位置へ移動されており、この第１位置への位置決め制御も±１ｕｍ以下の精度で行なわれている。この第１位置へのウエハステージＷＳ２の移動が完了すると同時に、主制御装置２８では第１、第２のレーザ干渉計２６Ｘｅ，２６Ｙｅをリセットする。
【００７６】
この第１、第２のレーザ干渉計２６Ｘｅ，２６Ｙｅのリセットが終了すると、第２のロボットアーム２２はここでの役目を終えるので、該第２のロボットアームは主制御装置２８からの指示に応じて不図示の駆動系によりウエハステージＷＳ２を離れて邪魔にならない位置に待避される。
【００７７】
次に、主制御装置２８ではレーザ干渉計２６Ｘｅ，２６Ｙｅの計測値をモニタしつつ、基準マーク板ＦＭ２上のマークＲＭが、投影光学系ＰＬの投影領域内でレチクルＲに形成されているレチクルアライメントマーク（図示省略）に投影光学系を介して重なる位置に、位置決めされるように、リニアモータを介してウエハステージＷＳ２の位置を制御する。この場合、第２のロボットアーム２２による第１位置への位置決め精度は、前述の如く、概ね±１ｕｍ以下が可能であり、この第１位置で干渉計測長軸がリセットされているので、その後は０．０１μｍ程度の分解能で設計値（ウエハステージＷＳ２の反射面と基準マーク板ＦＭ２上のマークＲＭとの設計上の相対位置関係）に基づいて位置制御が可能であり、結果的に、レチクルアライメント顕微鏡５２Ａ、５２Ｂでレチクルアライメントマークと基準マーク板ＦＭ上のマークＲＭを同時に観測するには必要十分な精度でウエハステージＷＳ２は位置決めされる。
【００７８】
次に、レチクルアライメント顕微鏡５２Ａ、５２ＢによってレチクルＲ上のレチクルアライメントマークと基準マーク板ＦＭ２上のマークＲＭの相対間隔（ΔＲＸ，ΔＲＹ）、すなわち投影光学系ＰＬの投影領域内の所定の基準点としてのレチクルＲのパターン像の投影中心に対するウエハステージＷＳ２上の基準点である基準マークＲＭ中心との位置ずれ（ΔＲX ，ΔＲY ）が計測され、主制御装置２８では、このレチクルアライメント顕微鏡５２Ａ、５２Ｂの計測値を取り込むと同時に、その時のレーザ干渉計２６Ｘｅ，２６Ｙｅの計測値（Ｘ1 ，Ｙ1 ）を読み取る。これにより、レーザ干渉計２６Ｘｅ，２６Ｙｅの計測値が（Ｘ1 −ΔＲX，Ｙ1 −ΔＲY ）となる位置が、レチクルアライメントマークと基準マーク板ＦＭ２上のマークＲＭがちょうど投影光学系ＰＬを介して重なる位置であることが分かる。上記の第１、第２のレーザ干渉計２６Ｘｅ，２６Ｙｅのリセット後の一連の動作を以下においてはＲ−ＳＥＴと呼ぶものとする。
【００７９】
▲２▼次に、ウエハステージＷＳ１側のウエハアライメントとウエハステージＷＳ２側の露光とが並行して行なわれる。
【００８０】
すなわち、前述した第３、第４のレーザ干渉計２６Ｘａ、２６Ｙａのリセット後は、ウエハステージＷＳ１の位置は、レーザ干渉計２６Ｘａ、２６Ｙａの計測値に基づいて管理されており、主制御装置２８ではウエハＷ上の複数のショット領域の内、予め定められた特定のサンプルショットの位置検出用マーク（アライメントマーク）位置の計測を、干渉計２６Ｙａ、２６Ｘａの計測値をモニタしつつリニアモータを介してウエハステージＷＳ１を順次移動して、アライメント顕微鏡ＷＡの出力に基づいて（Ｘａ，Ｙａ）座標系上で行なう。この場合、基準マーク板ＦＭ１上のマークＷＭがアライメント顕微鏡ＷＡの検出中心の真下に来るときの干渉計の計測値（Ｘ0 −ΔX ，Ｙ0 −ΔY ）が求まっているため、この値と、基準マークＷＡと各アライメントマークの相対位置の設計値とに基づいてウエハＷ上の各アライメントマークをウエハアライメント顕微鏡ＷＡの検出領域内に位置決めするためにはレーザ干渉計２６Ｙａ、２６Ｘａの計測値がどの値を示す位置にウエハステージＷＳ１を移動させれば良いかが演算で求められ、この演算結果に基づいてウエハステージＷＳ１が順次移動される。
【００８１】
ウエハＷのＸ、Ｙ、θの位置合わせのためには、最低でもＸ計測マーク２個とＹ計測マーク１個（またはＸ計測マーク１個とＹ計測マーク２個）を計測を行なえば足りるが、ここでは、ＥＧＡサンプルショットとして、一直線上に無いＸ計測マーク３個以上、一直線上に無いＹ計測マーク３個以上の計測が行なわれるものとする。
【００８２】
そして、この計測した各サンプルショットのアライメントマーク（ウエハマーク）位置と設計上のショット領域の配列データとを用いて、例えば特開昭６１−４４４２９号公報等に開示されるような最小自乗法による統計演算を行なって、ウエハＷ上の上記複数ショット領域の全配列データを求める。但し、計算結果は、先に求めた基準マーク板ＦＭ１上のマークＷＭがアライメント顕微鏡ＷＡの検出中心の直下に来たときの干渉計の値（Ｘ0 −ΔX ，Ｙ0 −ΔY ）と差をとって、基準マーク板ＦＭ１上の基準マークＷＡを基準とするデータに変換しておくことが望ましい。これにより、基準マーク板ＦＭ１上のマークＷＭとウエハＷ上の各ショット領域の基準点との相対的な位置関係が必要にして十分に分かる。
【００８３】
このようにして、ウエハステージＷＳ１側でファインアライメント（ＥＧＡ）が行なわれるのと並行して、ウエハステージＷＳ２側では、次のようにしてレチクルＲのパターン像とウエハＷ上のショット領域の既成のパターンとの重ね合わせ露光が行なわれる。
【００８４】
すなわち、主制御装置２８では上記の位置ずれ誤差の計測結果と、そのときのウエハステージＷＳ２の座標位置（Ｘｅ，Ｙｅ）と、予めアライメント動作により上記と同様にして算出している基準マーク板ＦＭ２上の基準マークＷＡを基準とする各ショットの配列座標データとに基づいて、干渉計２６Ｙｅ、２６Ｘｅの計測値をモニタしつつウエハＷ上の各ショット領域を露光位置に位置決めしつつ、照明光学系内のシャッタを開閉制御しながら、ステップ・アンド・リピート方式でレチクルパターンをウエハＷ上に順次露光する。ここで、ウエハステージＷＳ２上のウエハＷに対する露光に先立って、干渉計２６Ｘｅ、２６Ｙｅをリセットしている（干渉計の測長軸が一旦切れている）にもかかわらず、高精度な重ね合わせが可能な理由について、詳述すると、基準マーク板ＦＭ２上のマークＷＭとマークＲＭとの間隔は既知であり、これに先立って行われたファインアライメント（ＥＧＡ）により前述と同様にして基準マーク板ＦＭ２上のマークＷＭとウエハＷ上の各ショット領域の基準点との相対的な位置関係が算出されており、レチクルＲ上のレチクルアライメントマークがレチクルＲ上のどこに存在するか（即ち、投影光学系ＰＬの投影領域内の所定の基準点であるレチクルのパターン像の投影中心（投影光学系ＰＬの投影中心とほぼ一致）とウエハステージＷＳ２上の基準点であるマークＲＭとの相対位置関係）も計測されているので、これらの計測結果に基づき、第１、第２のレーザ干渉計２６Ｘｅ、２６Ｙｅの計測値がどの値になればレチクルＲのパターン像とウエハＷ上各ショット領域がぴったり重なるかは明白だからである。
【００８５】
▲３▼  上述のようにして、ウエハステージＷＳ１側でファインアライメント（ＥＧＡ）が終了し、ウエハステージＷＳ２側でウエハＷ上の全てのショット領域に対するレチクルパターンの露光が終了すると、ウエハステージＷＳ１を投影光学系ＰＬの下方の第１位置へ移動し、ウエハステージＷＳ２をウエハ交換位置である第３位置に移動する。
【００８６】
すなわち、ウエハステージＷＳ１は主制御装置２８からの指示に応じて第１のロボットアーム２０によって捕捉され、第１位置へ移動される。この第１位置への位置決め制御も±１ｕｍ以下の精度で行なわれる。この第１位置へのウエハステージＷＳ１の移動が完了すると同時に、主制御装置２８では第１、第２のレーザ干渉計２６Ｘｅ，２６Ｙｅをリセットする。
【００８７】
このリセットが終了すると、第１のロボットアーム２０はここでの役目を終えるので、該第１のロボットアーム２０は主制御装置２８からの指示に応じて不図示の駆動系によりウエハステージＷＳ１を離れて邪魔にならない位置に待避される。
【００８８】
次に、主制御装置２８では先に述べたウエハステージＷＳ２側と同様にして、Ｒ−ＳＥＴを行なう。これにより、レチクルアライメントマークと基準マーク板ＦＭ１上のマークＲＭの相対間隔（ΔＲX ，ΔＲY ）、すなわち投影光学系ＰＬの投影領域内の所定の基準点としてのレチクルＲのパターン像の投影中心に対するウエハステージＷＳ２上の基準点である基準マークＲＭ中心との位置ずれ（ΔＲX ，ΔＲY ）及びこの位置ずれ計測時のステージ座標位置（Ｘ1 ，Ｙ1 ）が計測される。
【００８９】
ウエハステージＷＳ１側で上述のようにして、干渉計リセット及びＲ−ＳＥＴが行われる間に、主制御装置２８からの指示に応じて第２のロボットアーム２２が露光動作が終了したウエハステージＷＳ２を捕捉し、ウエハ交換のためウエハ受け渡し位置（第３位置）にウエハステージＷＳ２を移動させ、以後前述したウエハステージＷＳ１側と同様にしてウエハ交換、干渉計リセット及びＷ−ＳＥＴが行われる。
【００９０】
▲４▼  次いで、主制御装置２８では、前述と同様に、ウエハステージＷＳ１側でステップ・アンド・リピート方式でレチクルパターンがウエハＷ上に順次露光されるのと並行して、ウエハステージＷＳ２側でファインアライメント（ＥＧＡ）が行なわれるように両ステージの動作を制御する。
【００９１】
▲５▼その後は、これまでに説明した▲１▼〜▲４▼の動作が順次繰り返されるように、主制御装置２８によって、両ステージＷＳ１、ＷＳ２の動作、第１、第２のロボットアームの動作が制御される。
【００９２】
以上説明した、両ステージＷＳ１、ＷＳ２上で行われるの並行動作の流れが、図４に示されている。
【００９３】
以上説明したように、本第１の実施形態に係る投影露光装置１００によると、ウエハステージＷＳ１及びウエハステージＷＳ２の内の一方のステージ側の露光動作と他方のステージ側のファインアライメント動作を並行して行なうことができるので、ウエハ交換（サーチアライメントを含む）、ファインアライメント、露光をシーケンシャルに行なっていた従来技術に比べて、スループットの大幅な向上が期待できる。通常、露光処理シーケンスの中では、ファインアライメント動作と露光動作に要する時間の割合が大きいからである。
【００９４】
また、上記実施形態によると、干渉計システム２６の測長軸が切れることを前提としているので、各ウエハステージの反射面（移動鏡を用いる場合は該移動鏡）の長さは、ウエハ直径より僅かに長い程度で十分であることから、測長軸が切れてはいけないことを前提としていた従来技術に比べて、ウエハステージの小型・軽量化が可能であり、これによりステージ制御性能の向上が期待される。
【００９５】
さらに、上記実施形態では、干渉計システムの測長軸が切れることを前提とし、アライメント前、露光前それぞれにおいてステージ上の基準マーク板ＦＭ上のマーク位置を測定するので、投影光学系ＰＬの投影中心とアライメント顕微鏡ＷＡの検出中心との中心間距離（ベースライン量）はいくら長くなっても特に不都合はなく、投影光学系ＰＬとアライメント顕微鏡ＷＡの間隔をある程度十分に離して、ウエハステージＷＳ１とウエハステージＷＳ２とが干渉等を生じることなく、ウエハアライメントと露光とを時間的に並行して行なうことができる。
【００９６】
また、上記実施形態では、投影光学系ＰＬの投影中心で垂直に交差する第１測長軸Ｘｅと第２測長軸Ｙｅ、及びアライメント顕微鏡ＷＡの検出中心で垂直に交差する第３測長軸Ｘａと第４測長軸Ｙａを干渉計システム２６が備えていることから、アライメント動作時及び露光時のいずれの時においてもウエハステージの２次元位置を正確に管理することができる。
【００９７】
これに加え、投影光学系ＰＬの側面、アライメント顕微鏡ＷＡの側面に干渉計用固定鏡１４Ｘ、１４Ｙ、１８Ｘ、１８Ｙを固定したことから、アライメント計測中、露光中に固定鏡位置の変動がない限り、仮に経時的変化や装置の振動等によって固定鏡位置が変動しても、この変動によりウエハステージの位置制御精度が低下する等の不都合が生じることがない。従って、例えば、アライメント顕微鏡ＷＡを上下動可能な構成にしても何らの不都合をも生じない。
【００９８】
なお、上記第１の実施形態では、第１、第２のロボットアーム２０、２２により、ウエハステージＷＳ１、ウエハステージＷＳ２を第１位置、第２位置及び第３位置の３地点間で移動させる場合について説明したが、本発明がこれに限定させるものではなく、例えば第２位置でウエハ交換を行なうようにする場合には、第１、第２のロボットアーム２０、２２により、ウエハステージＷＳ１、ウエハステージＷＳ２を第１位置と第２位置間で移動させるようにしても良い。この場合には、主制御装置２８では、ウエハステージＷＳ１及びウエハステージＷＳ２の内の一方のステージ上のウエハＷの露光動作と、他方のステージ上のウエハＷのアライメント動作とが並行して行われるように両ステージの動作を制御した後に、第１、第２のロボットアーム２０、２２により両ステージの位置を入れ替えることとなる。
【００９９】
また、上記第１の実施形態では、ＥＧＡ計測に基づいてステップ・アンド・リピート方式の露光がステージ上のウエハＷに対して行われる場合について説明したが、これに限らず、ダイ・バイ・ダイによってアライメント、露光を繰り返しながらウエハＷ上の各ショット領域に順次レチクルのパターン像を投影露光しても良い。この場合であっても、アライメント時にステージ上の基準マーク板ＦＭに形成されたマークＷＭに対する各アライメントマークの相対位置が計測されるので、この相対位置に基づいて上記と同様にして、各ショット領域にレチクルパターン像を重ね合わせることができる。かかるダイ・バイ・ダイ方式は、ウエハＷ上のショット領域の数が少ない場合に採用することが望ましい。ショット領域の数が多い場合は、スループットの低下を防止する観点から考えて前述したＥＧＡによる方が望ましい。
【０１００】
また、上記第１の実施形態では、第１のロボットアーム２０が一方のステージＷＳ１を第１位置、第２位置及び第３位置の３地点間で移動させ、第２のロボットアーム２２が他方のステージＷＳ２を第１位置、第２位置及び第３位置の３地点間で移動させる場合について説明したが、本発明がこれに限定されることはなく、例えば一方のロボットアーム２０がステージＷＳ１（又はＷＳ２）を第１位置から第３位置まで運ぶ途中で第１位置、第２位置及び第３位置以外のある位置まで運んで放し、他方のロボットアーム２２が該ステージＷＳ１（又はＷＳ２）をこの位置から第３位置まで移動させる等の方式を採用することにより、一方のロボットアーム２０を両ステージの第２位置と第１位置との搬送専用とし、他方のロボットアーム２を両ステージの第３位置と第２位置との搬送専用とすることも可能である。
【０１０１】
また、干渉計システム２６を構成する各レーザ干渉計として、多軸の干渉計を用い、ウエハステージのＸ、Ｙの並進位置のみでなく、ヨーイングや、ピッチングをも計測するようにしても良い。
【０１０２】
《第２の実施形態》
次に、本発明の第２の実施形態を図５に基づいて説明する。ここで、前述した第１の実施形態と同一若しくは同等の構成部分については、同一の符号を用いるとともにその説明を省略するものとする。
【０１０３】
この第２の実施形態は、ウエハステージＷＳ１が、ステージ本体ＷＳ１ａと、このステージ本体ＷＳ１ａ上に着脱可能な同一形状の基板保持部材ＷＳ１ｂとの２部分に分離可能に構成され、同様にウエハステージＷＳ２が、ステージ本体ＷＳ２ａと、このステージ本体ＷＳ２ａ上に着脱可能な同一形状の基板保持部材ＷＳ２ｂとの２部分に分離可能に構成されている点に特徴を有する。
【０１０４】
基板保持部材ＷＳ１ｂ、ＷＳ２ｂには、ウエハＷが不図示のウエハホルダを介して吸着保持されているとともに、干渉計用移動鏡として機能する反射面がその側面にそれぞれ形成されている。また、これらの基板保持部材ＷＳ１ｂ、ＷＳ２ｂには、その上面に基準マーク板ＦＭ１、ＦＭ２がそれぞれ設けられている。
【０１０５】
本第２の実施形態では、前述した第１の形態とほぼ同様にして、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２上で並行処理が行われるが、一方のステージ側でアライメント動作が終了し、他方のステージ側で露光動作が終了した時点で、主制御装置２８により第１、第２のロボットアーム２０、２２が制御され、アライメント動作が終了したステージ側の基板保持部材ＷＳ１ｂ（又はＷＳ２ｂ）が第１位置で停止しているステージ本体ＷＳ２ａ上に搬送（移動）されるのと並行して、露光が終了したステージ側の基板保持部材ＷＳ２ｂ（又はＷＳ１ｂ）が第２位置で停止しているステージ本体ＷＳ１ａ上に搬送され、このようにして基板保持部材ＷＳ１ｂ、ＷＳ２ｂの交換が行われる。基板保持部材ＷＳ１ｂ、ＷＳ２ｂが交換される際、干渉計システム２６の測長軸は切れるためウエハステージＷＳ１、ＷＳ２の位置管理が不能となるので、その間はステージストッパ３０ａ、３０ｂが出てきて両ステージ本体ＷＳ１ａ、ＷＳ２ａをその位置に保持するようになっている。この場合、ウエハ交換は、不図示の搬送アームにより第２位置で行われる。
【０１０６】
ここで、本第２の実施形態では、図５から容易に想像されるように、第２位置として、例えば基準マーク板ＦＭ上のマークＷＭがアライメント顕微鏡ＷＡの検出領域内となる位置が、第１位置として、基準マーク板ＦＭ上のマークＲＭが投影光学系ＰＬの投影領域内となる位置がそれぞれ定められており、従って、主制御装置２８により基板保持部材ＷＳ１ｂ、ＷＳ２ｂのステージ本体上への移動とともに干渉計システム２６の測長軸のリセット及びＲ−ＳＥＴ又はＷ−ＳＥＴが行なわれることとなる。
【０１０７】
この第２の実施形態によっても、前述した第１の実施形態と同等の効果を得ることができる。
【０１０８】
なお、上記第２の実施形態では、第１、第２のロボットアーム２０、２２が基板保持部材を第１位置と第２位置間で移動させる場合について説明したが、第１、第２のロボットアーム２０、２２が、前述した第１の実施形態と同様に、基板保持部材を第１位置、第２位置及び第３位置の３地点間で移動させるようにしても良い。この場合には、ウエハ交換を投影光学系ＰＬ、アライメント顕微鏡ＷＡと無関係な所で行なうことができるので、例えばアライメント顕微鏡ＷＡ下方のワーキングディスタンスが狭い場合であっても、アライメント顕微鏡ＷＡがウエハ交換の障害になる等の不都合がない。
【０１０９】
なお、上記第１、第２の実施形態では、干渉計システム２６の測長軸が一旦切れる際の対策として、ロボットアームや、ステージストッパなるものを使用する場合について説明したが、これに限らず、例えばウエハステージ下面に二次元グレーティングを刻んでおき、ステージ走り面の下から光学式のエンコーダにより位置を読み取っても良く、干渉計測長軸が一旦切れた状態でステージを次の位置へ正確に移動させることができる手段、又はステージ本体を所定の位置で停止させたまま保持できるものであれば、如何なる手段を用いても良い。
【０１１０】
また、上記第１、第２の実施形態では、独立に移動するウエハステージが２つ設けられた場合について説明したが、独立に移動するウエハステージを３つ以上設けても良い。ウエハステージを３つ設けた場合には、例えば露光動作、アライメント動作、ウエハ平坦度測定動作を並行して行なうことができる。また、投影光学系ＰＬやアライメント顕微鏡ＷＡを複数設けて良い。投影光学系が複数ある場合には、アライメント動作と異なる二種類のパターンの露光動作とを同時並行的に行なうことができ、いわゆる二重露光等に適する。
【０１１１】
更に、上記実施形態では、本発明がステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置に適用された場合を例示したが、本発明の適用範囲がこれに限定されるものではなく、本発明はいわゆるステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置は勿論、この他、例えば電子ビーム直接描画装置等の他の露光装置にも適用できるものである。
【０１１２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、スループットを向上させることができるとともに、ベースライン量に無関係に基板ステージの大きさを定めることができるという従来にない優れた露光方法が提供される。
【０１１３】
また、本発明によれば、一方の基板ステージ上の露光動作と他方のステージ上のアライメント動作とを並行処理することにより、スループットを向上させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る露光装置の全体構成を概略的に示す図である。
【図２】図１の一方のウエハステージの概略平面図である。
【図３】図１の装置の概略平面図である。
【図４】図１の装置における動作の流れを示す図である。
【図５】第２の実施形態に露光装置の主要部の構成を示す概略平面図である。
【符号の説明】
１４Ｘ、１８Ｘ  Ｘ固定鏡（固定鏡）
１４Ｙ、１８Ｙ  Ｙ固定鏡（固定鏡）
２０  第１のロボットアーム（移動手段）
２２  第２のロボットアーム（移動手段）
２６  干渉計システム
２８  主制御装置（制御手段）
５０  搬送アーム（基板搬送機構の一部）
５２Ａ、５２Ｂ  レチクルアライメント顕微鏡（マーク位置検出手段）
１００  露光装置
ＷＳ１ａ、ＷＳ２ａ  ステージ本体
ＷＳ１ｂ、ＷＳ２ｂ  基板保持部材
ＦＭ１、ＦＭ２  基準マーク板
ＷＭ、ＲＭ  基準マーク
Ｒ  レチクル（マスク）
Ｗ  ウエハ（感応基板）
ＰＬ  投影光学系
ＷＳ１  ウエハステージ（第１基板ステージ）
ＷＳ２  ウエハステージ（第２基板ステージ）
ＷＡ  アライメント顕微鏡（アライメント系）
Ｘｅ  第１測長軸
Ｙｅ  第２測長軸
Ｘａ  第３測長軸
Ｙａ  第４測長軸
【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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