(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光ビームを用いて基板上に所定のパターンを形成する露光装置であって、
前記基板を保持して所定の領域を移動可能な第１のステージと、
前記基板を保持せず、前記第１のステージとは独立して移動可能な第２のステージと、
前記第２のステージに設けられて前記露光ビームの状態を計測する計測装置と、
前記第１のステージ及び前記第２のステージの位置情報を計測する第１測定系と、
前記第１のステージ及び前記第２のステージの所定の基準位置からの相対位置関係を計測する第２測定系と、
前記第１測定系を用いて前記第２のステージの位置制御を行っている際に、前記第２測定系が前記第２のステージに対して求めた計測結果を用いて前記第１測定系による前記第２のステージに関する計測値を補正するとともに、前記計測装置を用いて前記露光ビームの状態の計測を行う制御装置と、を有することを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記基板に前記露光ビームが照射されているときは、前記第１のステージは前記第１測定系によって位置制御されていることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記パターンを前記基板上に投影する光学部材を有し、前記計測装置は前記光学部材の結像特性を計測することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の露光装置。
【請求項４】
前記第１のステージと前記第２のステージとをそれぞれ駆動する平面モータをさらに有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項５】
前記露光ビームの状態の計測を行っている際に、前記第１のステージへの前記基板のロードが行われることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項６】
前記露光ビームの状態の計測を行う際に、
前記第２のステージは、前記計測装置が前記露光ビームの照射位置に位置するように位置制御されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項７】
露光ビームを用いて基板上に所定のパターンを形成する露光方法であって、
前記基板を第１のステージで保持して所定の領域を移動させる工程と、
前記基板を保持せず、前記露光ビームの状態を計測する計測装置を有する第２のステージを前記１のステージとは独立して移動させる工程と、
前記第１のステージ及び前記第２のステージの位置情報を第１測定系で計測する工程と、
前記第１のステージ及び前記第２のステージの所定の基準位置からの相対位置関係を第２測定系で計測する工程と、
前記第１測定系を用いて前記第２のステージの位置制御を行い、前記第２測定系が前記第２のステージに対して求めた計測結果を用いて前記第１測定系による前記第２のステージに関する計測値を補正するとともに、前記計測装置を用いて前記露光ビームの状態の計測を行う工程と、を有することを特徴とする露光方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば加工対象物等を位置決めするためのステージ装置、及びそのステージ装置を備え、半導体素子、液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッド等を製造するためのリソグラフィ工程でマスクパターンを基板上に転写する際に使用される露光装置に関し、特に結像特性計測機構等の種々の機構を備えた露光装置に使用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子等を製造する際に使用される一括露光型（ステッパー型）、又は走査露光型（ステップ・アンド・スキャン方式等）の露光装置には高い露光精度が要求されている。そのため、従来より露光装置においては、マスクとしてのレチクルを載置して位置決めするレチクルステージ、又は基板としてのウエハを載置して２次元移動するウエハステージには、それぞれその側面に移動鏡が固定されており、レーザ干渉計等の干渉計からその移動鏡に計測ビームを照射することによって、当該ステージの移動量が常時連続的に測定され、この測定値に基づいて高精度にステージの位置決めが行えるようになっている。このようなステージ装置においては通常は、可動ステージの２次元方向の移動成分、及び回転成分という３自由度の変位計測を３軸の干渉計により実現している。
【０００３】
ところが、このような従来のステージ装置では、可動ステージの最大移動範囲（可動範囲）の全ての領域で各干渉計からの測定ビームが常に移動鏡にそれぞれ照射されている必要があるため、移動鏡は、可動ステージが移動しても各干渉計からの測定ビームを反射し続けるように、その寸法は可動範囲より大きくしておく必要があった。
【０００４】
このため、可動ステージの可動範囲を広げようとすると、大型の移動鏡が必要になり、それに伴ってステージ全体の形状も大きくならざるを得ず、そのためステージが重くなってしまい高速で移動させることが困難になるという問題が生じる。また、大型の移動鏡を所定の平面度で加工するには多大な技術的困難が伴い、さらに、大きな移動鏡に撓みを生じさせずに可動ステージの側面に固定することも技術的には多大の困難がある。ところが、移動鏡の平面度の低下は、干渉計によるステージの位置決め精度の低下に直接的につながるため、最終的に可動ステージの可動範囲を制限せざるを得ないという問題が生じている。
【０００５】
このような問題を解決するためのステージ装置として、例えば特開平７−２５３３０４号公報に開示されているものがある。この開示されたステージ装置は、可動ステージの変位の自由度の数（例えば、３自由度とする）よりも多い数の干渉計（例えば、４軸）を設置することによって、一の干渉計からの測定ビームが移動鏡の測定範囲から外れても、残りの干渉計により当該ステージの移動の自由度分の測定ができるようにしている。そして、移動鏡から外れたその一の干渉計の測定範囲内に再度移動鏡が入ったら、残りの干渉計での測定値をその一の干渉計の初期値として設定することにより、その一の干渉計により可動ステージの移動量を測定できるようにして、移動鏡の大きさを可動ステージの可動範囲よりも小さくしている。
【０００６】
また、これらの露光装置では、常に適正な露光量で、且つ高い結像特性を維持した状態で露光を行う必要があるため、レチクルの位置決めを行うレチクルステージ、又はウエハの位置決めを行うウエハステージには、露光光の照度等の状態、及び投影倍率等の結像特性を計測するための計測装置が備えられている。例えばウエハステージに備えられている計測装置としては、投影光学系に対する露光光の入射エネルギーを計測するための照射量モニタ、及び投影像の位置やコントラスト等を計測するための空間像検出系等がある。一方、レチクルステージ上に備えられている計測装置としては、例えば投影光学系の結像特性計測用に用いられる指標マークが形成された基準板がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の如く従来の露光装置においては、レチクルステージ、又はウエハステージに設けられた計測装置を用いて、露光量の適正化が図られると共に、高い結像特性が維持されていた。これに対して、最近の露光装置には、半導体素子等を製造する際の露光工程のスループット（生産性）を高めることも要求されている。スループットを向上させるための方法としては、単位時間当たりの露光エネルギーを増加させる方法の他に、ステージの駆動速度を大きくして、一括露光型ではステッピング時間を短縮し、走査露光型ではステッピング時間及び走査露光時間を短縮する方法がある。
【０００８】
このようにステージの駆動速度を向上させるには、ステージ系が同じ大きさである場合にはより大きい出力の駆動モータを使用すればよく、逆に従来と同じ出力の駆動モータで駆動速度を向上させるには、ステージ系を小型化、軽量化する必要がある。ところが、前者のようにより大きい出力の駆動モータを使用すると、その駆動モータから発生する熱量が増大する。このように増大する熱量は、ステージ系の微妙な熱変形を生じて、露光装置で要求されている高い位置決め精度が得られなくなる恐れがある。そこで、位置決め精度の劣化を防止して、駆動速度を向上するには、後者のようにステージ系をできるだけ小型化、軽量化することが望まれる。
【０００９】
特に、走査露光型の露光装置では、駆動速度の向上によって走査露光時間も短縮されてスループットが大きく改善されると共に、ステージ系の小型化によってレチクルとウエハとの同期精度も向上して、結像性能や重ね合わせ精度も向上するという大きな利点がある。ところが、従来のようにレチクルステージ、又はウエハステージに各種計測装置が備えられている場合には、ステージを小型化するのは困難である。
【００１０】
更に、レチクルステージ、又はウエハステージに露光光の状態、又は結像特性等を計測するための計測装置が備えられている場合、その計測装置には通常アンプ等の熱源が付属していると共に、計測中に露光光の照射によってその計測装置の温度が次第に上昇する。その結果、レチクルステージ、又はウエハステージが微妙に熱変形して、位置決め精度や重ね合わせ精度等が劣化する恐れもある。現状では、計測装置の温度上昇による位置決め精度等の劣化は僅かなものであるが、今後、半導体素子等の回路パターンが一層微細化するにつれて、計測装置の温度上昇の影響を抑制する必要性が高まると予想される。
【００１１】
これに関して、前述の特開平７−２５３３０４号公報に開示されたステージ装置を使用することによって、可動ステージの可動範囲に比べて移動鏡の長さを小さくすることができるが、この場合でも可動ステージ自体の小型化にはあまり寄与できない。従って、露光工程のスループットの向上、及び露光光の照射熱の影響の軽減を図るためには、更に別の工夫が必要である。
【００１２】
また、露光装置、特に投影露光装置では、スループット向上の他に解像度、焦点深度（ＤＯＦ：Depth of Forcus ）、及び線幅制御精度等を向上させることも求められている。ここで、露光波長をλとし、投影光学系の開口数をＮ．Ａ．とすると、解像度Ｒは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、解像度Ｒを向上させる（Ｒの値を小さくする）ために、単に露光波長λを小さくして、開口数Ｎ．Ａ．を大きくすると、焦点深度ＤＯＦが小さくなり過ぎてしまう。
【００１３】
これに関して、デバイスを製造するためには、ライン・アンド・スペース（Ｌ／Ｓ）パターンのような周期的パターン、及びコンタクトホール（ＣＨ）パターンのような孤立的パターン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。そして、最近、例えば周期的パターンに関しては、特開平４−２２５５１４号公報に開示されているように、いわゆる変形照明法によって焦点深度を狭くすることなく、解像度を向上させる技術が開発されている。また、位相シフトレチクル法も開発されている。同様に、孤立的パターンに関しても、例えば照明光のコヒーレンスファクタを制御する等の方法で実質的に焦点深度等を向上させる技術が開発されている。
【００１４】
このような技術動向を背景にして、実質的に焦点深度を浅くし過ぎることなく解像度を向上させる方法として、二重露光法が見直されている。即ち、二重露光法を適用すれば、或るレイヤ用のレチクルパターンを種類に応じて複数のレチクルパターンに分割し、それぞれを最適な照明条件、及び露光条件で重ねて露光することによって、全体として広い焦点深度、及び高い解像度が得られる。最近では、この二重露光法をＫｒＦエキシマレーザ、更にはＡｒＦエキシマレーザを露光光として用いる投影露光装置に適用して、例えば線幅が０．１μｍまでのＬ／Ｓパターンを含むデバイスのパターンを露光しようという試みも検討されている。
【００１５】
ところが、この二重露光法を１台のウエハステージを持つ投影露光装置に適用しようとすると、アライメントや露光等の工程をシリアルに繰り返して実行する必要があるために、スループットが大幅に劣化するという不都合がある。そこで、スループットを高めるために、ウエハステージを複数台設けて、アライメントと露光とを並列に実行できるようにした投影露光装置も提案されている。しかしながら、このように複数台のウエハステージを設ける場合、各ウエハステージの可動ステージの位置を単に干渉計で計測するものとすると、各可動ステージが大きく移動する際に、対応する干渉計の計測ビームが途切れるために、各可動ステージを例えば交互に露光位置に位置決めする際に、各可動ステージを迅速に再現性を持つ状態で位置決めするのが困難であるという不都合があった。
【００１６】
本発明は斯かる点に鑑み、複数の機能を有するステージ装置を用い、それらの複数の機能を実行できる状態で可動部を小型化して、その可動部を高速に移動できると共に、その可動部の位置を再現性を有する状態で高精度に計測できる露光方法及び装置を提供することを第１の目的とする。
【００１７】
更に、本発明は、そのようなステージ装置を備え、レチクルのパターンを転写する際の特性、又は投影光学系の結像特性等を計測する機能を維持した状態で、レチクル、又はウエハを位置決めするための可動部を小型化できる露光装置を提供することを第２の目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１に係る発明は、露光ビームを用いて基板（Ｗ）上に所定のパターンを形成する露光装置であって、その基板を保持して所定の領域を移動可能な第１のステージ（ＷＳＴ）と、その基板を保持せず、その第１のステージとは独立して移動可能な第２のステージ（１４）と、その第２のステージに設けられてその露光ビームの状態を計測する計測装置（２０）と、その第１のステージ及びその第２のステージの位置情報を計測する第１測定系（１５Ｘ１，１５Ｘ２，１５Ｙ）と、その第１のステージ及びその第２のステージの所定の基準位置からの相対位置関係を計測する第２測定系（１６，１７Ａ，１７Ｂ）と、その第１測定系を用いてその第２のステージの位置制御を行っている際に、その第２測定系がその第２のステージに対して求めた計測結果を用いてその第１測定系によるその第２のステージに関する計測値を補正するとともに、その計測装置を用いてその露光ビームの状態の計測を行う制御装置（１０）と、を有するものである。
また、本願の請求項７に係る発明は、露光ビームを用いて基板（Ｗ）上に所定のパターンを形成する露光方法であって、その基板を第１のステージ（ＷＳＴ）で保持して所定の領域を移動させる工程と、その基板を保持せず、その露光ビームの状態を計測する計測装置（２０）を有する第２のステージ（１４）をその１のステージとは独立して移動させる工程と、その第１のステージ及びその第２のステージの位置情報を第１測定系（１５Ｘ１，１５Ｘ２，１５Ｙ）で計測する工程と、その第１のステージ及びその第２のステージの所定の基準位置からの相対位置関係を第２測定系（１６，１７Ａ，１７Ｂ）で計測する工程と、その第１測定系を用いてその第２のステージの位置制御を行い、その第２測定系がその第２のステージに対して求めた計測結果を用いてその第１測定系によるその第２のステージに関する計測値を補正するとともに、その計測装置を用いてその露光ビームの状態の計測を行う工程と、を有するものである。
また、本明細書の発明の実施形態には、以下の発明も記載されている。即ち、本発明による第１のステージ装置は、所定の移動面に沿って互いに独立に移動自在に配置された複数の可動ステージ（ＷＳＴ，１４）と、その複数の可動ステージの内の一つの可動ステージの位置を所定の計測範囲内で計測する第１測定系（１５Ｘ１，１５Ｘ２，１５Ｙ）とを備えたステージ装置であって、その複数の可動ステージのそれぞれに対して、この可動ステージのその計測範囲内の所定の基準位置からの位置ずれ量、又はその基準位置に対する合致度を計測する第２測定系（１６，１７Ａ，１７Ｂ）を備え、その第２測定系の計測結果に基づいてその第１測定系の計測値の補正を行うものである。
【００２０】
斯かる本発明の第１のステージ装置によれば、例えば露光、及び特性計測等の複数の機能を実行する場合に、各機能毎（又は複数の機能群毎）に可動ステージを割り当てて複数の可動ステージ（可動部）を設ける。これによって、各可動ステージは小型化できるため、それぞれ高速に駆動できるようになる。ところが、単に複数の可動ステージを設けて、その第１測定系として相対変位測定系、例えば一軸のレーザ干渉計を設けた場合には、各可動ステージが大きく移動すると、レーザ干渉計の計測ビームが途切れるために、何等かの原点設定動作が必要になる。そこで、本発明では、一種の絶対値測定系としてその第２測定系（１６，１７Ａ，１７Ｂ）を設けた。
【００２１】
そして、その複数の可動ステージの内の一つの可動ステージ（ＷＳＴ）が、その第１測定系の計測範囲の外部からその計測範囲内に入った際に、その第２測定系（絶対値測定系）によりその可動ステージのその計測範囲内の所定の基準位置からの位置ずれ量を計測し、例えばこの位置ずれ量をその第１測定系の計測値にプリセットすることで、その第１測定系の計測値がその可動ステージの位置を再現性を有する形で正確に示すようになる。又は、その第２測定系が合致度（例えば２つのランダムパターン同士の合致度）を計測する場合には、その合致度が所定のレベル以上となった場合に、その第１測定系の計測値をリセットするか、若しくは所定値にプリセットすればよい。これによって、各可動ステージは迅速に再現性を有する状態で高精度に位置決めされる。
【００２２】
次に、本発明による第２のステージ装置は、所定の移動面に沿って互いに独立に移動自在に配置された複数の可動ステージ（ＷＳＴ１，ＷＳＴ２）と、その複数の可動ステージの内の一つの可動ステージの位置を所定の第１の計測範囲内で計測する第１測定系（８７Ｙ３）とを備えたステージ装置であって、その複数の可動ステージのそれぞれに対して、その第１の計測範囲と部分的に重複する第２の計測範囲内で位置を連続的に計測する第２測定系（８７Ｙ２，８７Ｙ４）と、その第１及び第２測定系の計測結果に基づいてこの２つの測定系の計測結果を補正する制御系（３８）と、を設けたものである。
【００２３】
斯かる本発明の第２のステージ装置によれば、例えば二重露光を行うために複数の可動ステージ（ＷＳＴ１，ＷＳＴ２）が設けられる。この結果、その第１測定系として、例えば相対変位測定系としての１軸のレーザ干渉計を使用すると、各可動ステージを大きく移動させた場合に、そのレーザ干渉計の計測ビームから外れてしまうため、如何にして再現性を有する形で各可動ステージを位置決めするかが問題となる。これに対して、本発明ではその第１測定系としても例えば相対変位測定系としての１軸（又は複数軸）のレーザ干渉計を使用する。そして、その複数の可動ステージの内の一つの可動ステージが、例えばその第１の計測範囲側からその第２の計測範囲内に入る際には、その第１測定系及び第２測定系によって同時にその可動ステージの位置を計測し、その第１測定系の計測値をその可動ステージの回転角に応じて補正した値をその第２測定系の計測値にプリセットすることによって、その第１測定系の測定値がその第２測定系に受け渡される。これ以降は、その第２測定系を用いてその可動ステージを再現性を有する状態で高精度に位置決めできる。
【００２４】
この場合、その第１測定系、及び第２測定系はそれぞれ干渉の次数（整数）Ｎ１，Ｎ２、位相（ｒａｄ）φ１，φ２（これはヘテロダイン干渉方式では例えば参照信号と測定信号との位相差に相当する）、及び計測ビームの波長λの関数ｆ（λ）を用いて、ｆ（λ）｛Ｎ１＋φ１／（２π）｝及びｆ（λ）｛Ｎ２＋φ２／（２π）｝の形で可動ステージの位置を計測するようにしてもよい。そして、その第２測定系の計測が可能となって、その第１測定系及び第２測定系によって同時にその可動ステージの位置を計測したときには、その第１測定系の計測値、及びその可動ステージの回転角よりその第２測定系の干渉の次数Ｎ２’、及び位相φ２’を推定し、その次数Ｎ２’、位相φ２’、及びその第２測定系で計測される位相φ２より、その第２測定系の次数Ｎ２のプリセット値を決定することが望ましい。この後はその第２測定系の計測値をｆ（λ）｛Ｎ２＋φ２／（２π）｝とすることで、その可動ステージの回転角の計測誤差等が或る程度生じても、その第２測定系の固有の再現精度でその可動ステージの位置を計測できる。また、関数ｆ（λ）は、一例として２以上の整数ｍを用いてλ／ｍである。
【００２５】
次に、本発明による第１の露光装置は、本発明のステージ装置を備えた露光装置であって、そのステージ装置のその複数の可動ステージ（ＲＳＴ１，ＲＳＴ２）に互いに異なるパターンが形成されたマスク（Ｒ１，Ｒ２）を載置し、その複数の可動ステージ上のマスクのパターンを交互に位置決めを行いながら基板（Ｗ１）上に転写するものである。
【００２６】
斯かる本発明の第１の露光装置によれば、二重露光法を用いて露光を行うことができ、解像度、及び焦点深度の向上を図ることができる。また、本発明のステージ装置を備えているため、例えばレーザ干渉計によりその可動ステージの位置を計測する場合には、その可動ステージに設置する移動鏡をその可動ステージの移動範囲よりも小さくすることができ、その可動ステージの重量を小さくすることができる。従って、その可動ステージを高速に移動させることが容易になり、スループットの向上を図ることができる。
【００２７】
次に、本発明による第２の露光装置は、本発明のステージ装置を備えた露光装置であって、そのステージ装置のその複数の可動ステージ（ＲＳＴ，５）の第１の可動ステージ（ＲＳＴ）上にマスク（Ｒ）を載置し、第２の可動ステージ（５）上にそのマスクのパターンを転写する際の特性を計測するための特性計測装置（６）を載置し、そのマスク（Ｒ）のパターンを基板（Ｗ）上に転写するものである。
【００２８】
斯かる本発明の第２の露光装置によれば、本来の露光に使用するその第１の可動ステージ（ＲＳＴ）には露光に必要な最小限の機能のみを持たせることによって、その第１の可動ステージの大きさは必要最小限にできるため、ステージの小型化、軽量化を行いスループットの向上を図ることできる。一方、露光に直接必要がなく、そのマスク（Ｒ）のパターンを転写する際の特性を計測するための特性計測装置（６）は、別の第２の可動ステージ（５）に搭載されるため、そのマスクのパターンを転写する際の特性を計測することもできる。また、本発明のステージ装置を備えているため、その複数の可動ステージの位置を高精度に計測することができる。
【００２９】
次に、本発明による第３の露光装置は、本発明のステージ装置を備えた露光装置であって、そのステージ装置のその複数の可動ステージ（ＷＳＴ１，ＷＳＴ２）上にそれぞれ基板（Ｗ１，Ｗ２）を載置し、その複数の可動ステージを交互に露光位置に位置決めしながら、その複数の基板上に交互に所定のマスクパターンを露光するものである。
【００３０】
斯かる本発明の第３の露光装置によれば、その複数の可動ステージ（ＷＳＴ１，ＷＳＴ２）の内の一方の可動ステージ（ＷＳＴ１）で露光動作を行いながら、別の可動ステージ（ＷＳＴ２）では基板の搬入搬出及びアライメント動作を行うことができ、スループットの向上を図ることができる。また、本発明のステージ装置を備えているため、その複数の可動ステージの位置を高精度に計測することができる。
【００３１】
次に、本発明による第４の露光装置は、本発明のステージ装置と、投影光学系（ＰＬ）とを備えた露光装置であって、そのステージ装置のその複数の可動ステージ（ＷＳＴ，１４）の第１の可動ステージ（ＷＳＴ）上に基板（Ｗ）を載置し、第２の可動ステージ（１４）上にその投影光学系の結像特性を計測するための特性計測装置（２０）を載置し、その第１の可動ステージ上の基板上に所定のマスクパターンをその投影光学系を介して露光するものである。
【００３２】
斯かる本発明の第４の露光装置によれば、本来の露光に使用するその第１の可動ステージ（ＷＳＴ）には露光に必要な最小限の機能のみを持たせることによって、その第１の可動ステージ（ＷＳＴ）の小型化、軽量化を行いスループットの向上を図ることができる。一方、露光に直接必要がなく、その投影光学系の結像特性を計測するための特性計測装置（２０）は、別の第２の可動ステージ（１４）に搭載されるため、結像特性も計測できる。また、本発明のステージ装置を備えているため、その複数の可動ステージの位置を高精度に計測することができる。
【００３３】
次に、本発明による第１の位置決め方法は、本発明のステージ装置を用いた位置決め方法であって、その複数の可動ステージ（ＷＳＴ，１４）の内の一つの可動ステージ（ＷＳＴ）がその第１測定系の計測範囲内に入った際に、この可動ステージのその計測範囲内の所定の基準位置からの位置ずれ量、又はその基準位置に対する合致度をその第２測定系により計測し、この計測結果に基づいてその第１測定系の計測値の補正を行うものである。斯かる位置決め方法によれば、その複数の可動ステージをそれぞれ容易に再現性を有する状態で高精度に位置決めできる。
【００３４】
次に、本発明による第２の位置決め方法は、本発明のステージ装置を用いた位置決め方法であって、その複数の可動ステージ（ＷＳＴ１，ＷＳＴ２）の内の一つの可動ステージがその第２の計測範囲側からその第１の計測範囲内に入る際に、その第１及び第２測定系によって同時にその可動ステージの位置を計測し、この計測結果に基づいてその第１測定系の計測結果をその第２測定系の計測結果に合わせるものである。斯かる位置決め方法によれば、その複数の可動ステージをそれぞれ容易に再現性を有する状態で高精度に位置決めできる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態につき図１〜図４を参照して説明する。本例はステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置に本発明を適用したものである。
図１は、本例の投影露光装置を示し、この図１において、露光時には、露光光源、ビーム整形光学系、照度分布均一化用のフライアイレンズ、光量モニタ、可変開口絞り、視野絞り、及びリレーレンズ系等を含む照明系１から射出された露光光ＩＬは、ミラー２、及びコンデンサレンズ３を介してレチクルＲのパターン面（下面）のスリット状の照明領域を照明する。露光光ＩＬとしては、ＫｒＦ（波長２４８ｎｍ）、若しくはＡｒＦ（波長１９３ｎｍ）等のエキシマレーザ光、ＹＡＧレーザの高調波、又は水銀ランプのｉ線（波長３６５ｎｍ）等が使用できる。照明系１内の可変開口絞りを切り換えることによって、通常の照明方法、輪帯照明、いわゆる変形照明、及び小さいコヒーレンスファクタ（σ値）の照明等の内の所望の照明方法を選択できるように構成されている。露光光源がレーザ光源である場合には、その発光タイミング等は装置全体の動作を統轄制御する主制御系１０が、不図示のレーザ電源を介して制御する。
【００３６】
レチクルＲのその露光光ＩＬによる照明領域９（図３参照）内のパターンの像は、投影光学系ＰＬを介して投影倍率β（βは、１／４倍、又は１／５倍等）で縮小されて、フォトレジストが塗布されたウエハ（wafer)Ｗ上のスリット状の露光領域１２に投影される。以下、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で走査露光時のレチクルＲ及びウエハＷの走査方向に直交する非走査方向（即ち、図１の紙面に垂直な方向）に沿ってＸ軸を取り、走査方向（即ち、図１の紙面に平行な方向）に沿ってＹ軸を取って説明する。
【００３７】
まず、レチクルＲは、レチクルステージＲＳＴ上に真空吸着によって保持され、レチクルステージＲＳＴは、平行に配置された２本のガイド４Ａ及び４Ｂ上にエアーベアリングを介してＹ方向に移動自在に載置されている。更に本例では、ガイド４Ａ及び４Ｂ上に、レチクルステージＲＳＴとは独立にエアーベアリングを介してＹ方向に移動自在に計測用ステージ５が載置されている。
【００３８】
図３は、レチクルステージＲＳＴ及び計測用ステージ５を示す平面図であり、この図３において、Ｙ方向（走査方向）に伸びたガイド４Ａ及び４Ｂに沿って、それぞれ不図示のリニアモータ等によってＹ方向に駆動されるようにレチクルステージＲＳＴ、及び計測用ステージ５が載置されている。ガイド４Ａ，４Ｂの長さは、走査露光時のレチクルステージＲＳＴの移動ストロークよりも、少なくとも計測用ステージ５の幅分だけ長く設定されている。また、レチクルステージＲＳＴは、Ｙ方向に移動する粗動ステージと、この粗動ステージ上で２次元的な位置が微調整できる微動ステージとを組み合わせて構成されている。更に、レチクルマークステージＲＳＴ上には、レチクルＲをＸ方向に挟むような位置関係で１対の基準マーク板１７Ｃ１，１７Ｃ２が固定され、基準マーク板１７Ｃ１，１７Ｃ２にそれぞれ二次元の例えば十字型の基準マークＭＣ１，ＭＣ２が形成されている。基準マークＭＣ１，ＭＣ２とレチクルＲの原版パターンとの位置関係は予め高精度に計測されて、主制御系１０の記憶部に記憶されている。
【００３９】
そして、計測用ステージ５上にＸ方向に細長いガラス板よりなる基準板６が固定され、基準板６上に投影光学系ＰＬの結像特性計測用の複数の指標マークＩＭが所定配置で形成されている。基準板６は、レチクルＲに対する露光光のスリット状の照明領域９、より正確には投影光学系ＰＬのレチクルＲ側の視野のＸ方向の幅を覆うことができるだけの大きさを備えている。基準板６を使用することで、結像特性計測用の専用レチクルを用意しておく必要がなく、且つ、実露光用のレチクルＲとその専用レチクルとの交換時間も不要となるため、結像特性を高頻度に計測でき、投影光学系ＰＬの経時変化に正確に追従することができる。また、計測用ステージ５にも、Ｘ方向（非計測方向）に対する微小範囲での位置決め機構が備えられていると共に、計測用ステージ５上に、基準板６をＸ方向に挟むように１対の基準マーク板１７Ｄ１，１７Ｄ２が固定され、基準マーク板１７Ｄ１，１７Ｄ２にそれぞれ二次元の例えば十字型の基準マークＭＤ１，ＭＤ２が形成されている。基準マークＭＤ１，ＭＤ２と複数の指標マークＩＭとの位置関係も予め正確に計測されて、主制御系１０の記憶部に記憶されている。
【００４０】
このように本例では、基準板６用の計測用ステージ５が独立に設けられ、本来のレチクルステージＲＳＴ上には、レチクルＲの他に計測用の部材は搭載されていない。即ち、レチクルステージＲＳＴは、走査露光のために必要最小限の走査、及び位置決め機能のみを備えればよいため、レチクルステージＲＳＴの小型化、軽量化が実現されている。従って、レチクルステージＲＳＴをより高速に走査できるため、露光工程のスループットが向上する。特に縮小投影の場合には、レチクルステージＲＳＴの走査速度はウエハステージの走査速度の１／β倍（例えば４倍、５倍等）になるため、走査速度の上限はレチクルステージでほぼ決定されることがあり、この場合には本例では特にスループットが大きく向上する。
【００４１】
また、ガイド４Ａ，４Ｂに対して＋Ｙ方向に設置されたレーザ干渉計７ＹからレチクルステージＲＳＴの＋Ｙ方向の側面の移動鏡２４Ｙにレーザビームが照射され、＋Ｘ方向に設置された２軸のレーザ干渉計７Ｘ１，７Ｘ２からレチクルステージＲＳＴの＋Ｘ方向の側面の移動鏡２４Ｘにレーザビームが照射され、レーザ干渉計７Ｙ，７Ｘ１，７Ｘ２によってレチクルステージＲＳＴのＸ座標、Ｙ座標、及び回転角が計測され、計測値が図１の主制御系１０に供給され、主制御系１０はその計測値に基づいてリニアモータ等を介してレチクルステージＲＳＴの速度や位置を制御する。また、ガイド４Ａ，４Ｂに対して−Ｙ方向に設置されたレーザ干渉計８Ｙから計測用ステージ５の−Ｙ方向の側面の移動鏡２５Ｙにレーザビームが照射され、レーザ干渉計８Ｙによって計測される計測用ステージ５のＹ座標が主制御系１０に供給されている。Ｙ軸のレーザ干渉計７Ｙ及び８Ｙの光軸は、それぞれＹ方向に沿って照明領域９の中心、即ち投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを通過しており、レーザ干渉計７Ｙ及び８Ｙは、それぞれ常時レチクルステージＲＳＴ及び計測用ステージ５の走査方向の位置を計測している。
【００４２】
なお、レチクルステージＲＳＴの直交する側面を鏡面加工しておき、これらの鏡面を移動鏡２４Ｘ，２４Ｙとみなしてもよく、計測用ステージ５の直交する側面を鏡面加工しておき、これらの鏡面を移動鏡２５Ｘ，２５Ｙとみなしてもよい。
更に、本例では図１に示すように、レチクルＲの上方に、レチクルＲ上に形成されたアライメントマーク（レチクルマーク）と、対応するウエハステージ上の基準マーク（不図示）との位置ずれ量を検出するための１対のレチクルアライメント顕微鏡ＲＡ及びＲＢが配置されている。レチクルアライメント顕微鏡ＲＡ，ＲＢの検出中心を通る直線はＸ軸に平行であり、それらの検出中心の中心は、光軸ＡＸに合致している。本例では、本発明の第２測定系（絶対値測定系）に対応するレチクルアライメント顕微鏡ＲＡ，ＲＢを用いて、図３に示すレチクルステージＲＳＴ上の基準マークＭＣ１，ＭＣ２、及び計測用ステージ５上の基準マークＭＤ１，ＭＤ２の位置を検出する。
【００４３】
そして、結像特性の計測時に、レチクルステージＲＳＴを＋Ｙ方向に待避させて、基準板６がほぼ照明領域９を覆うように計測用ステージ５をＹ方向に移動すると、レーザ干渉計７Ｘ１，７Ｘ２からのレーザビームがレチクルステージＲＳＴの側面から外れて計測用ステージ５の＋Ｘ方向の移動鏡２５Ｘに照射されるようになる。このとき、レチクルアライメント顕微鏡ＲＡ，ＲＢにより基準板６上の基準マークＭＤ１，ＭＤ２の検出中心（視野の中心）からの位置ずれ量をそれぞれ検出し、図１の主制御系１０は、基準マークＭＤ１，ＭＤ２の中心がそれぞれ対応する検出中心に対して対称に、かつ最も位置ずれ量が小さくなるように計測用ステージ５を位置決めする。そして、この状態で、Ｘ軸のレーザ干渉計７Ｘ１，７Ｘ２の計測値をそれぞれリセットする。なお、それらの計測値を例えば所定の値にプリセットしてもよい。
【００４４】
この後は、レーザ干渉計７Ｘ１，７Ｘ２により計測用ステージ５のＸ方向の位置、及び回転角が再現性を有する状態で高精度に計測され、計測用ステージ５のＹ方向の位置はレーザ干渉計８Ｙによって常時高精度に計測されている。従って、これらの計測値に基づいて主制御系１０は、リニアモータ等を介して計測用ステージ５の位置を高精度に制御することができる。なお、上記のように基準マークＭＤ１，ＭＤ２の位置ずれ量を最小にする代わりに、それらの位置ずれ量に基づいて、レーザ干渉計７Ｘ１，７Ｘ２の計測値をそれぞれ対応する値にプリセットするようにしてもよい。
【００４５】
一方、計測中には、レチクルステージＲＳＴの非走査方向の位置は計測されないが、露光のためにレチクルステージＲＳＴが照明領域９下に達すれば、再びレーザ干渉計７Ｘ１，７Ｘ２からのレーザビームがレチクルステージＲＳＴの移動鏡２４Ｘに照射されるようになる。そして、計測用ステージ５の場合と同様に、レチクルアライメント顕微鏡ＲＡ，ＲＢを用いてレチクルステージＲＳＴ上の基準マークＭＣ１，ＭＣ２の位置ずれ量を検出し、主制御系１０は、それらの位置ずれ量が対称に、かつ最も小さくなるようにレチクルステージＲＳＴを位置決めした状態で、レーザ干渉計７Ｘ１，７Ｘ２の計測値を所定の値にプリセットする。この後は、再現性のある状態でレチクルステージＲＳＴのＸ方向の位置、及び回転角の計測が行われ、Ｙ方向の位置はレーザ干渉計７Ｙによって常時計測されているため、レチクルステージＲＳＴを高精度に所望の位置に位置決めすることができる。従って、レーザ干渉計７Ｘ１，７Ｘ２からのレーザビームが途切れることの不都合は無い。
【００４６】
図１に戻り、ウエハＷは不図示のウエハホルダを介してウエハステージＷＳＴ上に保持され、ウエハステージＷＳＴは定盤１３上にエアーベアリングを介してＸ方向、Ｙ方向に移動自在に載置されている。ウエハステージＷＳＴには、ウエハＷのＺ方向の位置（フォーカス位置）、及び傾斜角を制御するフォーカス・レベリング機構も組み込まれている。また、定盤１３上にウエハステージＷＳＴとは別体でエアーベアリングを介してＸ方向、Ｙ方向に移動自在に各種の計測装置が備えられた計測用ステージ１４が載置されている。計測用ステージ１４にも、その上面のフォーカス位置を制御する機構が組み込まれている。
【００４７】
図２は、ウエハステージＷＳＴ、及び計測用ステージ１４を示す平面図であり、この図２において、定盤１３の表面の内部には例えば所定の配列でコイル列が埋め込まれ、ウエハステージＷＳＴの底面、及び計測用ステージ１４の底面にはそれぞれヨークと共に磁石列が埋め込まれ、そのコイル列、及び対応する磁石列によってそれぞれ平面モータが構成され、この平面モータによってウエハステージＷＳＴ、及び計測用ステージ１４のＸ方向、Ｙ方向の位置、及び回転角が互いに独立に制御されている。なお、平面モータについては、例えば特開平８−５１７５６号公報においてより詳細に開示されている。
【００４８】
本例のウエハステージＷＳＴは、露光に必要な最小限の機能のみを備えている。即ち、ウエハステージＷＳＴは、フォーカス・レベリング機を備えると共に、ウエハステージＷＳＴ上には、ウエハＷを吸着保持するウエハホルダ（ウエハＷの底面側）と、ウエハステージＷＳＴの位置計測用の基準マークＭＡが形成された基準マーク板１７Ａとが設置されている。基準マーク板１７Ａ上には、レチクルアライメント用の基準マーク（不図示）も形成されている。
【００４９】
また、図１に示すように、ウエハＷのアライメント用のオフ・アクシス方式で画像処理方式のウエハアライメントセンサ１６が投影光学系ＰＬに隣接して設けられており、ウエハアライメントセンサ１６の検出信号が主制御系１０内のアライメント処理系に供給されている。ウエハアライメントセンサ１６は、ウエハＷ上の各ショット領域に付設されたアライメントマーク（ウエハマーク）の位置計測用のセンサである。本例では、ウエハアライメントセンサ１６を用いて、ウエハステージＷＳＴ上の基準マークＭＡ等の位置検出を行う。即ち、ウエハアライメントセンサ１６は、本発明の第２測定系（絶対値測定系）に対応している。
【００５０】
また、計測用ステージ１４の表面は、ウエハステージＷＳＴ上のウエハＷの表面とほぼ同じ高さに設定されている。そして、図２において、計測用ステージ１４には、投影光学系ＰＬを通過した露光光の全部の単位時間当たりのエネルギー（入射エネルギー）を計測するための光電センサよりなる照射量モニタ１８、投影光学系ＰＬによるスリット状の露光領域１２内での照度分布を計測するための光電センサよりなる照度むらセンサ１９、結像特性測定用のスリット２１Ｘ，２１Ｙが形成された測定板２０、及び位置基準となる基準マークＭＢが形成された基準マーク板１７Ｂが固定されている。基準マークＭＢと照度むらセンサ１９等との位置関係は予め高精度に計測されて、図１の主制御系１０の記憶部に記憶されている。基準マークＭＢの位置もウエハアライメントセンサ１６によって計測される。
【００５１】
測定板２０のＸ軸のスリット２１Ｘ、及びＹ軸のスリット２１Ｙの底面側にはそれぞれ集光レンズ、及び光電センサが配置され、測定板２０、及び光電センサ等より空間像検出系が構成されている。なお、そのスリット２１Ｘ，２１Ｙの代わりに、矩形開口のエッジを使用してもよい。そして、照射量モニタ１８の受光面は、露光領域１２を覆う大きさに形成されると共に、照度むらセンサ１９の受光部はピンホール状となっており、照射量モニタ１８及び照度むらセンサ１９の検出信号は図１の主制御系１０に供給されている。
【００５２】
また、測定板２０の底部の光電センサの検出信号は図１の結像特性演算系１１に供給されている。この場合、投影光学系ＰＬの結像特性の計測時には、図３のレチクル側の計測用ステージ５上の基準板６が照明領域９に移動され、基準板６に形成されている指標マークＩＭの像がウエハステージ側に投影され、その像を計測板２０上のスリット２１Ｘ，２１ＹでそれぞれＸ方向、Ｙ方向に走査しつつ、底部の光電センサからの検出信号を結像特性演算系１１で取り込む。結像特性演算系１１では、その検出信号を処理してその指標マークＩＭの像の位置、及びコントラスト等を検出し、この検出結果より投影像の像面湾曲、ディストーション、ベストフォーカス位置等の結像特性を求めて主制御系１０に出力する。更に、不図示であるが、投影光学系ＰＬ内の所定のレンズを駆動して所定のディストーション等の結像特性を補正する機構も設けられており、主制御系１０はこの補正機構を介して投影光学系ＰＬの結像特性を補正できるように構成されている。
【００５３】
図２において、計測用ステージ１４に備えられている照射量モニタ１８、照度むらセンサ１９、及び測定板２０の底部の光電センサ等のセンサには、何れもアンプ等の発熱源、及び電源や通信用の信号ケーブルが接続されている。従って、それらのセンサが露光用のウエハステージＷＳＴに搭載されていると、センサに付随する熱源や信号ケーブルの張力によって位置決め精度等が劣化する恐れがある。また、結像特性等の計測中の露光光の照射による熱エネルギーも位置決め精度の悪化等を招く恐れがある。これに対して本例では、それらのセンサが露光用のウエハステージＷＳＴから分離された計測用ステージ１４に設けられているため、ウエハステージＷＳＴを小型化、軽量化できると共に、計測用のセンサの熱源や計測中の露光光の熱エネルギーによる位置決め精度の低下が防止できる利点がある。更に、ウエハステージＷＳＴの小型化によって、ウエハステージＷＳＴの移動速度や制御性が向上し、露光工程のスループットが高まると共に、位置決め精度等がより向上する。
【００５４】
また、定盤１３に対して＋Ｙ方向に設置されたレーザ干渉計１５ＹからウエハステージＷＳＴの＋Ｙ方向の側面の移動鏡２２Ｙにレーザビームが照射され、−Ｘ方向に設置された２軸のレーザ干渉計１５Ｘ１，１５Ｘ２からウエハステージＷＳＴの−Ｘ方向の側面の移動鏡２２Ｘにレーザビームが照射され、レーザ干渉計１５Ｙ，１５Ｘ１，１５Ｘ２によってウエハステージＷＳＴのＸ座標、Ｙ座標、及び回転角が計測され、計測値が図１の主制御系１０に供給され、主制御系１０はその計測値に基づいて平面モータを介してウエハステージＷＳＴの速度や位置を制御する。同様に、計測用ステージ１４の側面にもＸ軸の移動鏡２３Ｘ、及びＹ軸の移動鏡２３Ｙが取り付けられている。なお、ウエハステージＷＳＴの直交する側面を鏡面加工して、これらの鏡面を移動鏡２２Ｘ，２２Ｙとみなしてもよく、同様に計測用ステージ１４の側面の鏡面を移動鏡２３Ｘ，２３Ｙとみなしてもよい。
【００５５】
そして、露光光の入射エネルギー等の計測時には、それらの位置計測用のレーザビームは計測用ステージ１４の移動鏡２３Ｘ，２３Ｙに照射される。
図４は、露光光の入射エネルギー等の計測時のウエハステージＷＳＴ、及び計測用ステージ１４の配置の一例を示し、このようにウエハステージＷＳＴを露光領域１２から離れた位置に待避させて、露光領域１２にかかるように計測用ステージ１４を移動すると、レーザ干渉計１５Ｘ１，１５Ｘ２，１５Ｙからのレーザビームが、ウエハステージＷＳＴの移動鏡２２Ｘ，２２Ｙから外れて計測用ステージ１４の移動鏡２３Ｘ，２３Ｙに照射されるようになる。このときに、計測用ステージ１４上の基準マークＭＢが、図１のウエハアライメントセンサ１６の視野１６ａ内に入るように計測用ステージ１４を移動して、かつ２軸のＸ軸のレーザ干渉計１５Ｘ１，１５Ｘ２の計測値が同一の値となるように、計測用ステージ１４の回転角を制御した状態で、基準マークＭＢの検出中心からの位置ずれ量を検出する。そして、主制御系１０は、この位置ずれ量のＸ成分、及びＹ成分をそれぞれレーザ干渉計１５Ｘ１，１５Ｘ２、及びレーザ干渉計１５Ｙの計測値にプリセットする。この後は、レーザ干渉計１５Ｘ１，１５Ｘ２，１５Ｙにより再現性を有する状態で高精度に計測用ステージ１４の位置が計測され、この計測値に基づいて主制御系１０は、平面モータを介して計測用ステージ１４の位置を高精度に制御することができる。
【００５６】
一方、露光時には、図２に示すように、計測用ステージ１４を待避させて、ウエハステージＷＳＴの移動鏡２２Ｘ，２２Ｙにレーザ干渉計１５Ｘ１，１５Ｘ２，１５Ｙからのレーザビームが照射されるようにして、基準マークＭＡをウエハアライメントセンサ１６の視野１６ａ内に移動して、レーザ干渉計１５Ｘ１，１５Ｘ２の計測値を一致させた状態で、基準マークＭＡの位置ずれ量を計測し、この計測値に基づいてレーザ干渉計１５Ｘ１，１５Ｘ２，１５Ｙの計測値のプリセットを行う。この後は、再現性を有する状態で高精度にウエハステージＷＳＴの位置決めが行われる。なお、平面モータをオープンループで駆動することによってもウエハステージＷＳＴ、及び計測用ステージ１４の位置は大まかに制御できるため、レーザビームが照射されていない状態では、主制御系１０はウエハステージＷＳＴ、及び計測用ステージ１４の位置を平面モータを用いてオープンループ方式で駆動する。
【００５７】
図１に戻り、不図示であるが、投影光学系ＰＬの側面には、ウエハＷの表面のフォーカス位置を計測するための斜入射方式の焦点位置検出系（ＡＦセンサ）が配置され、この検出結果に基づいて、走査露光中のウエハＷの表面が投影光学系ＰＬの像面に合焦される。
次に、本例の投影露光装置の動作につき説明する。まず、ウエハステージ側の計測用ステージ１４を用いて投影光学系ＰＬに対する露光光ＩＬの入射光量を計測する。この場合、レチクルＲがロードされた状態での入射光量を計測するために、図１において、レチクルステージＲＳＴ上に露光用のレチクルＲがロードされ、レチクルＲが露光光ＩＬの照明領域上に移動する。その後、図４に示すように、ウエハステージＷＳＴは定盤１３上で例えば＋Ｙ方向に待避し、計測用ステージ１４が投影光学系ＰＬによる露光領域１２に向かって移動する。その後、上記のようにレーザ干渉計１５Ｘ１，１５Ｘ２，１５Ｙの計測値のプリセットを行った後、計測用ステージ１４上の照射量モニタ１８の受光面が露光領域１２を覆う位置で計測用ステージ１４が停止し、この状態で照射量モニタ１８を介して露光光ＩＬの光量が計測される。
【００５８】
主制御系１０では、その計測された光量を結像特性演算系１１に供給する。この際に、例えば照明系１内で露光光ＩＬから分岐して得られる光束を検出して得られる計測値も結像特性演算系１１に供給されており、結像特性演算系１１では、２つの計測値に基づいて、照明系１内でモニタされる光量から投影光学系ＰＬに入射する光量を間接的に演算するための係数を算出して記憶する。この間に、ウエハステージＷＳＴにはウエハＷがロードされる。その後、図２に示すように、計測用ステージ１４は露光領域１２から離れた位置に待避し、ウエハステージＷＳＴが露光領域１２に向かって移動する。ウエハステージＷＳＴが待避中であるときには、図４に示すように、レーザ干渉計１５Ｙ，１５Ｘ１，１５Ｘ２からのレーザビームは照射されないため、例えば平面モータをオープンループ方式で駆動することによって位置制御が行われている。
【００５９】
そして、計測用ステージ１４を露光領域１２から待避させて、ウエハステージＷＳＴを露光領域１２にかかる位置に移動させて、上記のようにレーザ干渉計１５Ｙ，１５Ｘ１，１５Ｘ２の計測値のプリセットを行った後、ウエハステージＷＳＴ上の基準マーク部材１７Ａ上のレチクル用の基準マーク（不図示）の中心が、光軸ＡＸ（露光領域１２の中心）付近に位置するようにウエハステージＷＳＴの移動が行われる。その後、レチクルアライメント顕微鏡ＲＡ，ＲＢを用いて、レチクルＲ上のレチクルマークと、基準マーク板１７Ａ上の対応する基準マークとの位置ずれ量が所定の許容範囲内になるように、図１のレチクルステージＲＳＴを駆動することによって、レチクルＲのアライメントが行われる。これとほぼ同時に、その基準マーク板１７Ａ上の別の基準マークＭＡの位置を再び図１のウエハアライメントセンサ１６で検出することによって、そのセンサの検出中心とレチクルＲの投影像の中心との間隔（ベースライン量）が正確に検出される。
【００６０】
次に、ウエハアライメントセンサ１６を介してウエハＷ上の所定のショット領域（サンプルショット）に付設されたウエハマークの位置を検出することによって、ウエハＷの各ショット領域の配列座標が求められる。その後、その配列座標、及び上記のベースライン量に基づいて、ウエハＷの露光対象のショット領域とレチクルＲのパターン像との位置合わせを行いながら、走査露光が行われる。ウエハＷ上の各ショット領域への走査露光時には、図１において、露光光ＩＬの照明領域９（図３参照）に対して、レチクルステージＲＳＴを介してレチクルＲが＋Ｙ方向（又は−Ｙ方向）に速度ＶＲで走査されるのに同期して、露光領域１２に対してウエハステージＷＳＴを介してウエハＷが−Ｘ方向（又は＋Ｘ方向）に速度β・ＶＲ（βは投影倍率）で走査される。
【００６１】
また、露光中には、例えば照明系１内で露光光ＩＬから分岐した光束の光量が常時計測されて結像特性演算系１１に供給され、結像特性演算系１１では、供給される光量の計測値、及び予め求めてある係数に基づいて投影光学系ＰＬに入射する露光光ＩＬの光量を算出し、露光光ＩＬの吸収によって発生する投影光学系ＰＬの結像特性（投影倍率、ディストーション等）の変化量を計算し、この計算結果を主制御系１０に供給する。主制御系１０では、例えば投影光学系ＰＬ内の所定のレンズを駆動することによって、その結像特性の補正を行う。
【００６２】
以上が、通常の露光であるが、本例の投影露光装置のメンテナンス等で装置状態を計測するときには、計測用ステージ１４を露光領域１２側に移動して計測を行う。例えば、露光領域１２内の照度均一性を測定するときは、レチクルＲをレチクルステージＲＳＴから除いた後、図４において、照度むらセンサ１９を露光領域１２内でＸ方向、Ｙ方向に微動しながら照度分布を計測する。
【００６３】
次に、レチクルステージ側の計測用ステージ５、及びウエハステージ側の計測用ステージ１４を用いて、投影光学系ＰＬの結像測定を測定する動作につき説明する。この場合、図３において、レチクルステージＲＳＴは＋Ｙ方向に待避して、計測用ステージ５上の基準板６が照明領域９内に移動する。このとき、計測用ステージ５には非走査方向のレーザ干渉計７Ｘ１，７Ｘ２からのレーザビームも照射されるようになり、レチクルアライメント顕微鏡ＲＡ，ＲＢを用いて上記のように計測値のリセット（又はプリセット）が行われる。その後、レーザ干渉計７Ｘ１，７Ｘ２，８Ｙの計測値に基づいて計測用ステージ５は高精度に位置決めされる。
【００６４】
このときに、既に説明したように、ウエハステージ側には複数の指標マークＩＭの像が投影光学系ＰＬを介して投影される。この状態で、図４において、計測用ステージ１４を駆動して、測定板２０上のスリットでその指標マークＩＭの像をＸ方向、Ｙ方向に走査し、測定板２０の底部の光電センサの検出信号を結像特性演算系１１で処理することによって、それらの像の位置、及びコントラストが求められる。また、測定板２０のフォーカス位置を所定量ずつ変えながら、それらの像の位置、及びコントラストが求められる。これらの測定結果より、結像特性演算系１１は、投影光学系ＰＬの投影像のベストフォーカス位置、像面湾曲、ディストーション（倍率誤差を含む）といった結像特性の変動量を求める。この変動量は主制御系１０に供給され、その変動量が許容範囲を超える場合には、主制御系１０は投影光学系ＰＬの結像特性を補正する。
【００６５】
以上のように、本例の投影露光装置では、ウエハアライメントセンサ１６によって基準マークＭＡ，ＭＢの位置を検出して、この位置情報に基づいてレーザ干渉計１５Ｘ１，１５Ｘ２，１５Ｙのプリセットを行うため、レーザ干渉計１５Ｘ１，１５Ｘ２，１５ＹによりウエハステージＷＳＴ、又は計測用ステージ１４の位置を高い再現性で高精度に計測して制御することができる。同様に、レチクルアライメント顕微鏡ＲＡ，ＲＢにより基準マークＭＣ１，ＭＣ２又はＭＤ１，ＭＤ２の位置を検出して、レーザ干渉計７Ｘ１，７Ｘ２のリセット等を行うことにより、レチクルステージＲＳＴ、又は計測用ステージ５の位置を高い再現性で高精度に計測して制御することができる。
【００６６】
次に、本発明の第２の実施の形態につき図５〜図１２を参照して説明する。本例は、二重露光法により露光を行うステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置に本発明を適用したものである。
図５は、本例の投影露光装置の概略構成を示し、この図５において、本例の投影露光装置は、ベース盤８６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複数の可動ステージとしてのウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２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ＰＬ１、投影光学系ＰＬ１の上方でマスクとしてのレチクルＲ１又はＲ２（図６参照）を所定の走査方向に駆動するレチクル駆動機構、レチクルＲ１，Ｒ２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。以下、投影光学系ＰＬ１の光軸ＡＸ１に平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図５の紙面に平行にＸ軸を、図５の紙面に垂直にＹ軸を取って説明する。本例では、Ｙ軸に平行な方向（Ｙ方向）が走査方向である。
【００６７】
まず、ステージ装置は、ベース盤８６上に不図示の空気軸受けを介して浮上支持され、Ｘ方向及びＹ方向に独立して移動自在な２つのウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２と、これらのウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２を駆動するウエハステージ駆動系８１Ｗと、ウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２の位置を計測する干渉計システムとを備えている。
【００６８】
これをさらに詳述すると、ウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２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）が複数箇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μｍの間隔を保った状態で、ウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２はベース盤８６上に浮上支持されている。
【００６９】
図７は、ウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２の駆動機構を示し、この図７において、ベース盤８６上には、Ｘ方向に延びる２本のＸ軸リニアガイド９５Ａ，９５Ｂが平行に設けられている。Ｘ軸リニアガイド９５Ａ，９５Ｂに沿ってそれぞれリニアモータ用の１組の永久磁石が固定されており、これらのＸ軸リニアガイド９５Ａ及び９５Ｂに沿って移動自在にそれぞれ２つの移動部材９３Ａ，９３Ｃ及び２つの移動部材９３Ｂ，９３Ｄが取り付けられている。これら４つの移動部材９３Ａ〜９３Ｄの底面部には、Ｘ軸リニアガイド９５Ａ又は９５Ｂ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９５Ａ又は９５Ｂとによって、各移動部材９３Ａ〜９３ＤをＸ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。そこで、以下の説明では、便宜上、これらの移動部材９３Ａ〜９３Ｄを「Ｘ軸リニアモータ」と呼ぶものとする。
【００７０】
この内２つのＸ軸リニアモータ９３Ａ，９３Ｂは、Ｙ方向に延びるＹ軸リニアガイド９４Ａの両端に設けられ、残り２つのＸ軸リニアモータ９３Ｃ，９３Ｄも、Ｙ方向に延びるＹ軸リニアガイド９４Ｂの両端に固定されている。Ｙ軸リニアガイド９４Ａ，９４ＢにはそれぞれＹ方向に沿ってリニアモータ用の１組の駆動コイルが固定されている。従って、Ｙ軸リニアガイド９４Ａは、Ｘ軸リニアモータ９３Ａ，９３ＢによってＸ軸リニアガイド９５Ａ，９５Ｂに沿ってＸ方向に駆動され、Ｙ軸リニアガイド９４Ｂは、Ｘ軸リニアモータ９３Ｃ，９３ＤによってＸ軸リニアガイド９５Ａ，９５Ｂに沿ってＸ方向に駆動される。
【００７１】
一方、ウエハステージＷＳＴ１の底部には、一方のＹ軸リニアガイド９４Ａを上方及び側方から囲む不図示の１組の永久磁石が設けられており、この永久磁石とＹ軸リニアガイド９４ＡとによってウエハステージＷＳＴ１をＹ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。同様に、ウエハステージＷＳＴ２の底部に設けられた不図示の１組の永久磁石と、Ｙ軸リニアガイド９４ＢとによってウエハステージＷＳＴ２をＹ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。
【００７２】
即ち、本例では、上述したＸ軸リニアガイド９５Ａ，９５Ｂ、Ｘ軸リニアモータ９３Ａ〜９３Ｄ、Ｙ軸リニアガイド９４Ａ，９４Ｂ及びウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２の底部の不図示の永久磁石等によって、ウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２を独立してＸＹ平面上で２次元駆動するステージ系が構成されている。これらのウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２は、図５のステージ駆動系８１Ｗを介してステージ制御装置３８によって制御される。ステージ制御装置３８の動作は主制御装置９０によって制御されている。
【００７３】
なお、Ｙ軸リニアガイド９４Ａの両端に設けられた一対のＸ軸リニアモータ９３Ａ，９３Ｂの推力のバランスを若干変化させることで、ウエハステージＷＳＴ１に微少なヨーイングを発生させたり、除去することも可能である。同様に、一対のＸ軸リニアモータ９３Ｃ，９３Ｄの推力のバランスを若干変化させることで、ウエハステージＷＳＴ２に微少なヨーイングを発生させたり、除去することもできる。これらのウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２上には、不図示のウエハホルダを介してそれぞれウエハ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Ｚ方向及びθ方向（Ｚ軸の回りの回転方向）に微小駆動されるようになっている。
【００７４】
また、ウエハステージＷＳＴ１の−Ｘ方向及び＋Ｙ方向の側面は、鏡面仕上げがなされた反射面８４Ｘ，８４Ｙ（図６参照）となっており、同様に、ウエハステージＷＳＴ２の＋Ｘ方向及び＋Ｙ方向の側面は、鏡面仕上げがなされた反射面８５Ｘ，８５Ｙとなっている。これらの反射面が移動鏡に対応しており、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レーザ干渉計からレーザビームよりなる計測ビーム９２Ｘ２，９２Ｘ５，９２Ｙ１〜９２Ｙが投射され、その反射光を各レーザ干渉計で受光することにより、各反射面の基準面（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参照ミラーを配置し、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ＷＳＴ１，ＷＳＴ２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、干渉計システムの構成については、後に詳述する。
【００７５】
図５において、投影光学系ＰＬ１としては、Ｚ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。なお、投影光学系ＰＬ１として反射屈折系や反射系を使用してもよい。
この投影光学系ＰＬ１のＸ方向の両側には、図５に示すように、互い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８８Ａ，８８Ｂが、投影光学系ＰＬ１の光軸ＡＸ１（レチクルパターンの投影像の中心と一致する）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８８Ａ，８８Ｂは、スリット状のレーザビームを用いるＬＳＡ（Laser Step Alignment）系、画像処理方式のＦＩＡ（ Field Image Alignment）系、例えば２本のヘテロダインビームの回折光を検出する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２次元方向（Ｘ方向及びＹ方向）の位置計測を行うことができる。本例では、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っている。
【００７６】
この場合、一方のアライメント系８８Ａは、ウエハステージＷＳＴ１上に保持されたウエハＷ１上のアライメントマークの位置計測等に用いられる。また、他方のアライメント系８８Ｂは、ウエハステージＷＳＴ２上に保持されたウエハＷ２上のアライメントマークの位置計測等に用いられる。これらのアライメント系８８Ａ，８８Ｂを構成する各アライメントセンサからの検出信号は、アライメント制御装置８０に供給され、アライメント制御装置８０では供給された検出信号をＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換し、デジタル化した波形信号を演算処理してマーク位置を検出する。この検出結果が主制御装置９０に送られ、主制御装置９０からその検出結果に応じてステージ制御装置３８に対して露光時の位置補正情報等が出力されるようになっている。
【００７７】
また、図示省略したが、投影光学系ＰＬ１、及びアライメント系８８Ａ，８８Ｂのそれぞれには、ウエハＷ１（又はＷ２）の露光面のベストフォーカス位置からのデフォーカス量を検出す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）が設けられている。この内、投影光学系ＰＬ１のＡＦ／ＡＬ系としては、いわゆる斜入射方式の多点ＡＦ系が使用されている。そして、アライメント系８８Ａ，８８Ｂにも同様なＡＦ／ＡＬ系が設けられている。即ち、本例では、露光時のデフォーカス量の検出に用いられるＡＦ／ＡＬ系とほぼ同一の計測領域に対して、アライメントシーケンス時に用いられるＡＦ／ＡＬ系によっても検出ビームが照射できる構成となっている。このため、アライメント系８８Ａ，８８Ｂを使用したアライメントシーケンス時にも、露光時と同程度の合焦精度で高精度にアライメントマークの位置計測を行うことができる。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５及び図６を参照して説明する。このレチクル駆動機構は、レチクルベース盤７９上をレチクルＲ１を保持してＸＹ平面の２次元方向に移動可能なレチクルステージＲＳＴ１と、同じ移動面に沿ってレチクルＲ２を保持して２次元方向に移動可能なレチクルステージＲＳＴ２と、これらのレチクルステージＲＳＴ１，ＲＳＴ２を駆動する不図示のリニアモータと、これらのレチクルステージＲＳＴ１，ＲＳＴ２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。
【００７９】
これを更に詳述すると、図６に示されるように、これらのレチクルステージＲＳＴ１，ＲＳＴ２は走査方向（Ｙ方向）に直列に設置されており、不図示の空気軸受を介してレチクルベース盤７９上に浮上支持され、レチクルステージ駆動機構８１Ｒ（図５参照）によりＸ方向の微小駆動、θ方向の微小回転及びＹ方向の走査駆動がなされるように構成されている。なお、レチクルステージ駆動機構８１Ｒは、ウエハ用のステージ装置と同様のリニアモータを駆動源としているが、図５では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ＲＳＴ１，ＲＳＴ２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、何れのレチクルＲ１，Ｒ２についてもウエハＷ１，Ｗ２と同期走査できる様な構成となっている。
【００８０】
これらのレチクルステージＲＳＴ１，ＲＳＴ２上には、＋Ｘ方向の側面に、レチクルステージＲＳＴ１，ＲＳＴ２と同じ素材（例えばセラミックス等）から成る移動鏡８２Ａ，８２ＢがそれぞれＹ方向に延設されており、これらの移動鏡８２Ａ，８２Ｂの＋Ｘ方向の反射面に向けてレーザ干渉計（以下、単に「干渉計」という）８３Ｘ１〜８３Ｘ５からレーザビームよりなる計測ビーム９１Ｘ１〜９１Ｘ５が照射され、干渉計８３Ｘ１〜８３Ｘ５ではその反射光を受光して所定の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ＲＳＴ１，ＲＳＴ２のＸ方向の位置を計測している。ここで、干渉計８３Ｘ３からの計測ビーム９１Ｘ３は、実際にはそれぞれ独立に変位計測できるＹ方向に離れた２本の計測ビームを有しており、これらの２つの計測値よりレチクルステージＲＳＴ１，ＲＳＴ２のＸ方向の位置とヨーイング量（Ｚ軸の回りの回転角）とを計測することができる。
【００８１】
本例では、計測ビーム９１Ｘ１〜９１Ｘ５のＹ方向の間隔は、移動鏡８２Ａ，８２ＢのＹ方向の幅よりも短く設定されており、これによって移動鏡８２Ａ，８２Ｂには常時何れかの計測ビーム９１Ｘ１〜９１Ｘ５が照射されている。また、或る時点で隣接する２本の計測ビーム（例えば９１Ｘ１，９１Ｘ２）が同一の移動鏡（例えば８２Ｂ）に同時に照射されるようになり、この状態を対応する干渉計８３Ｘ１，８３Ｘ２が部分的に計測範囲を重複しているとみなすことができる。これによって、後述のように干渉計８３Ｘ１〜８３Ｘ４の計測値を順次干渉計８３Ｘ２〜８３Ｘ５の計測値に高精度に受け渡すことができる。干渉計８３Ｘ１〜８３Ｘ５の計測値は図５のステージ制御装置３８に供給され、これらの計測値に基づいてステージ制御装置３８は、ウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２との同期誤差を補正するために、レチクルステージ駆動機構８１Ｒを介してレチクルステージＲＳＴ１，ＲＳＴ２の回転制御やＸ方向の位置制御を行なう。
【００８２】
一方、図６において、第１のレチクルステージＲＳＴ１の走査方向に沿った−Ｙ方向の端部には、一対の移動鏡としてのコーナーキューブ８９Ａ，８９Ｂが設置されている。そして、一対のダブルパス方式の干渉計（不図示）から、これらのコーナーキューブ８９Ａ，８９Ｂに対して、それぞれ２本のレーザビームよりなる計測ビーム（図６では、１本の計測ビームで代表している）９１Ｙ１，９１Ｙ２が照射され、その不図示の一対の干渉計によって所定の基準面に対してレチクルステージＲＳＴ１のＹ方向の相対変位が計測される。また、第２のレチクルステージＲＳＴ２の＋Ｙ方向の端部にも、一対のコーナーキューブ８９Ｃ，８９Ｄが設置され、一対のダブルパス方式の干渉計８３Ｙ３，８３Ｙ４からこれらのコーナーキューブ８９Ｃ，８９Ｄに対して計測ビーム９１Ｙ３，９１Ｙ４（実際にはそれぞれ２本のレーザビームよりなる）が照射され、干渉計８３Ｙ３，８３Ｙ４によってそれぞれレチクルステージＲＳＴ２のＹ方向の変位が計測されている。
【００８３】
これらのダブルパス方式の干渉計の計測値も、図５のステージ制御装置３８に供給され、その計測値に基づいてレチクルステージＲＳＴ１，ＲＳＴ２のＹ方向の位置が制御される。即ち、本例では、計測ビーム９１Ｘ１〜９１Ｘ５を有する干渉計８３Ｘ１〜８３Ｘ５と、計測ビーム９１Ｙ１，９１Ｙ２及び計測ビーム９１Ｙ３，９１Ｙ４を有する２対のダブルパス方式の干渉計とによってレチクルステージ用の干渉計システムが構成されている。なお、干渉計８３Ｘ１〜８３Ｘ５が図５では干渉計８３で表され、移動鏡８２Ａ，８２Ｂ及び計測ビーム９１Ｘ１〜９１Ｘ５がそれぞれ図５では移動鏡８２及び計測ビーム９１Ｘで表されている。
【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５〜図７を参照して説明する。
図５〜図７に示すように、投影光学系ＰＬ１の投影像の中心（光軸ＡＸ１）と、アライメント系８８Ａ，８８Ｂのそれぞれの検出中心とを通りＸ軸に平行な軸に沿って、ウエハステージＷＳＴ１の−Ｘ方向の側面の反射面８４Ｘには、干渉計８７Ｘ２から３軸のレーザビームよりなる計測ビーム９２Ｘ２が照射されている。同様に、ウエハステージＷＳＴ２の＋Ｘ方向の側面の反射面８５Ｘには、干渉計８７Ｘ５から３軸のレーザビームよりなる計測ビーム９２Ｘ５が照射されている。干渉計８７Ｘ２，８７Ｘ５ではそ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Ｘ方向への相対変位を計測している。
【００８５】
この場合、図６に示すように、計測ビーム９２Ｘ２及び９２Ｘ５は、それぞれ互いに独立に変位計測を行うことができる３軸のレーザビームであるため、対応する干渉計８７Ｘ２，８７Ｘ５は、それぞれウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２のＸ方向の位置を計測する以外に、各ステージのチルト角（Ｙ軸の回りの回転角）計測、及びヨーイング角（Ｚ軸回りの回転角）の計測をすることができる。この場合、本例のウエハステージＷＳＴ１及びＷＳＴ２には、図６に示すようにそれぞれウエハＷ１及びＷ２のＺ方向への微小駆動、傾斜角の駆動、及びＺ軸の回りの回転駆動を行うためのＺ・レベリングステージＬＳ１及びＬＳ２が設けられているが、Ｚ・レベリングステージＬＳ１及びＬＳ２は実際には反射面８４Ｘ，８５Ｘよりも低い部分にある。従って、ウエハＷ１，Ｗ２のチルト角制御、及びヨーイング角制御の際の駆動量は全て、これらの干渉計８７Ｘ２，８７Ｘ５によりモニタすることができる。
【００８６】
なお、Ｘ軸の計測ビーム９２Ｘ２，９２Ｘ５は、ウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２の移動範囲の全域で常にウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２の反射面８４Ｘ，８５Ｘに照射されるようになっている。従って、Ｘ方向については、投影光学系ＰＬ１を用いた露光時、又はアライメント系８８Ａ，８８Ｂの使用時等の何れの場合にも、ウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２のＸ方向の位置は計測ビーム９２Ｘ２，９２Ｘ５を用いた計測値に基づいて管理される。
【００８７】
また、図６及び図７に示すように、ウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２の＋Ｙ方向の側面が移動鏡としての反射面８４Ｙ及び８５Ｙに加工されており、投影光学系ＰＬ１の光軸ＡＸ１を通りＹ軸に平行な計測ビーム９２Ｙ３が干渉計８７Ｙ３から反射面８４Ｙ，８５Ｙに照射されている。また、アライメント系８８Ａ，８８Ｂのそれぞれの検出中心を通りＹ軸に平行な計測ビーム９２Ｙ１，９２Ｙ５をそれぞれ有する干渉計８７Ｙ１，８７Ｙ５も設けられている。本例の場合、投影光学系ＰＬ１を用いた露光時のウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２のＹ方向の位置計測には、計測ビーム９２Ｙ３を持つ干渉計８７Ｙ３の計測値が用いられ、アライメント系８８Ａ、又は８８Ｂの使用時のウエハステージＷＳＴ１、又はＷＳＴ２のＹ方向の位置計測には、それぞれ干渉計８７Ｙ１又は８７Ｙ５の計測値が用いられる。
【００８８】
従って、各使用条件により、Ｙ軸の干渉計８７Ｙ１，８７Ｙ３，８７Ｙ５の計測ビームがウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２の反射面８４Ｙ，８５Ｙより外れる場合がある。そのため、本例では、干渉計８７Ｘ１及び８７Ｙ３の間にＹ軸に平行な計測ビーム９２Ｙ２を持つ干渉計８７Ｙ２を設け、干渉計８７Ｙ３及び８７Ｙ５の間にＹ軸に平行な計測ビーム９２Ｙ４を持つ干渉計８７Ｙ４を設けることにより、ウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２の反射面８４Ｙ，８５Ｙに常時、少なくとも一つの干渉計からの計測ビームが照射されるようにしている。このために、移動鏡としての反射面８４Ｙ及び８５ＹのＸ方向の幅をＤＸ１とすると、計測ビーム９２Ｙ１，９２Ｙ２，…，９２Ｙ５のＸ方向の間隔ＤＸ２を幅ＤＸ１よりも狭く設定している。この結果、計測ビーム９２Ｙ１〜９２Ｙ５中の隣接する２つの計測ビームが同時に反射面８４Ｙ，８５Ｙ上に照射される場合が必ず生じる（部分的に重複する計測範囲を有する）ため、後述のようにその状態で第１の干渉計から第２の干渉計に計測値の受け渡しを行っている。これによって、ウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２はＹ方向においても、高い再現性で高精度に位置決めが行われる。
【００８９】
なお、Ｙ方向の位置計測用の計測ビーム９２Ｙ１，９２Ｙ３，９２Ｙ５は、それぞれＺ方向に離れて独立に位置計測を行うことができる２軸のレーザビームよりなるため、対応する干渉計８７Ｙ１，８７Ｙ３，８７Ｙ５は、それぞれ計測対象の反射面８４Ｙ，８５ＹのＹ方向の位置の他に、Ｘ軸の回りの傾斜角（チルト角）の計測も行うことができる。本例では、干渉計８７Ｘ２，８７Ｘ５，８７Ｙ１〜８７Ｙ５の合計７つの干渉計によって、ウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２の２次元の座標位置を管理する干渉計システムが構成されている。本例では、後述するように、ウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２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、及び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機械的な干渉がないように、各干渉計の計測値に基づいてステージ制御装置３８が、ウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２の位置及び速度制御を行っている。
【００９０】
次に、本例の照明系及び制御系について、図５に基づいて説明する。図５において、露光光源であるＫｒＦ、ＡｒＦ、又はＦ2 等のエキシマレーザ光源と減光システム（減光板等）とよりなる光源部４０から射出されたパルスレーザ光よりなる露光光は、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に入射する。この第１フライアイレンズ５０から射出された露光光は、レンズ５２、振動ミラー５４、レンズ５６を介して第２フライアイレンズ５８に入射する。この第２フライアイレンズ５８より射出された露光光は、レンズ６０を経て、レチクルＲ１（又はＲ２）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、レチクルとの共役面から僅かにデフォーカスした位置に配置された可動ブラインド６４を通過して、リレーレンズ６６，６８を経て均一な照度分布の光として、レチクルＲ１上の所定形状、ここでは矩形スリット状の照明領域ＩＡ（図６参照）を照明する。
【００９１】
次に、本例の制御系は、装置全体を統轄的に制御する主制御装置９０を中心に、この主制御装置９０の管轄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。例えばレチクルＲ１のパターンをウエハＷ１に露光する場合には、露光量制御装置７０は、レチクルＲ１とウエハＷ１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。
【００９２】
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Ｒ１とウエハＷ１、即ちレチクルステージＲＳＴ１とウエハステージＷＳＴ１との同期走査（走査制御）が開始される。この同期走査は、前述したウエハステージ用の干渉計システムの計測ビーム９２Ｙ３，９２Ｘ２及びレチクルステージ用の干渉計システムの計測ビーム９１Ｙ１，９１Ｙ２，９１Ｘ３の計測値をモニタしつつ、ステージ制御装置３８によってステージ駆動系８１Ｗ、及びレチクルステージ駆動機構８１Ｒを制御することにより行われる。
【００９３】
そして、両ステージＲＳＴ１，ＷＳＴ１が所定の同期誤差以内で投影倍率比を速度比として、それぞれ等速度駆動された時点で、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、露光光によってレチクルＲ１の矩形の照明領域ＩＡ（図６参照）が照明され、その照明領域ＩＡ内のパターンの像が投影光学系ＰＬ１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上に投影露光される。ここで、図６からも明らかなように、レチクルＲ１上のパターン領域に比べ照明領域ＩＡの走査方向の幅は狭く、レチクルＲ１とウエハＷ１とを同期走査することで、パターン領域の全面の像がウエハ上のショット領域に順次転写される。この露光の際に、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を駆動させることで、２つのフライアイレンズ５０，５８で発生する干渉縞による照度むらの低減を行う。
【００９４】
また、走査露光中にウエハＷ１上の各ショット領域のエッジ部の近傍に、レチクルＲ１上のパターン領域の外部（遮光帯の外部）を通過した露光光が漏れないように、レチクルＲ１とウエハＷ１との走査に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。更に、主制御装置９０では、例えば、走査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との助走開始位置等を補正する場合、各ステージを移動制御するステージ制御装置３８に対してステージ位置の補正値を指示する。
【００９５】
次に、上記のように本例のレチクルステージＲＳＴ１，ＲＳＴ２、及びウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２にはそれぞれ部分的に計測範囲が重複している複数の干渉計が配置されており、干渉計の計測値が順次受け渡されるように構成されている。以下では、図７のウエハステージＷＳＴ２、及び２つのＹ軸の干渉計８７Ｙ３及び８７Ｙ４を例に取って、干渉計の計測値の受け渡し動作、即ち干渉計の計測値のプリセット動作につき図７〜図１０を参照して説明する。
【００９６】
まず、図７の位置にあるウエハステージＷＳＴ２が−Ｘ方向に移動すると、この移動の途中で計測ビーム９２Ｙ４が、ウエハステージＷＳＴ２の移動鏡としての反射面８５Ｙに入射しなくなる。逆に、ウエハステージＷＳＴ２が＋Ｘ方向に移動すると、この移動の途中で計測ビーム９２Ｙ３が、反射面８５Ｙに入射しなくなる。そこで、干渉計８７Ｙ４と干渉計８７Ｙ３との間で、計測値の受け渡しを高精度に行って、干渉計８７Ｙ４，８７Ｙ３の何れかを用いて再現性の有る状態でウエハステージＷＳＴ２のＹ座標の計測を行う必要がある。このため、本例では、次のような工夫をしている。
【００９７】
図８（ａ）は、図７のウエハステージＷＳＴ２を示す平面図であり、この図８（ａ）において、ウエハステージＷＳＴ２のＸ方向の変位は、Ｘ軸の干渉計８７Ｘ５によって、また、ウエハステージＷＳＴ２のＹ方向の変位は、２つの干渉計８７Ｙ３，８７Ｙ４によって測定されている。干渉計８７Ｙ３，８７Ｙ４の計測ビーム９２Ｙ３，９２Ｙ４のＸ方向の間隔ＤＸ２は、ウエハステージＷＳＴ２の反射面８５ＹのＸ方向の幅ＤＸ１より狭くなっている。
【００９８】
ここで、本例の干渉計８７Ｙ４，８７Ｙ３はそれぞれヘテロダイン干渉方式のレーザ干渉計であり、計測ビームの光源としては共通の不図示の２周波数発振レーザ（例えばゼーマン効果型の波長６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザ光源）が使用されている。この２周波数発振レーザからは互いに偏光方向が直交し、所定の周波数差Δｆ（例えば２ＭＨｚ程度）を有する第１、及び第２の光束が同軸にヘテロダインビームとして射出されており、先ずこのヘテロダインビームを例えば１／１０程度分岐して検光子で混合させた干渉光を光電変換することで周波数Δｆの参照信号ＳＲが生成され、この参照信号ＳＲが干渉計８７Ｙ４，８７Ｙ３内のそれぞれの位相比較器２６（図９参照）に供給されている。
【００９９】
また、上記のヘテロダインビームをそれぞれ１／１０程度分岐して得られた第１、及び第２のヘテロダインビームが干渉計８７Ｙ３，８７Ｙ４に供給されており、干渉計８７Ｙ４は第２のヘテロダインビームの偏光方向が直交する２光束の一方を計測ビーム９２Ｙ４として、他方を参照ビーム（不図示）として、参照ビームは不図示の参照鏡で反射される。そして、反射された参照ビームと、反射面８５Ｙで反射された計測ビーム９２Ｙ４とを検光子で混合させた干渉光を光電変換することで周波数Δｆで、かつ位相が変化する測定信号Ｓ２が生成されて図９の位相比較器２６に供給され、位相比較器２６において、上記の参照信号ＳＲと測定信号Ｓ２との位相差φ２が所定の分解能（例えば２π／１００（ｒａｄ））で検出されて積算器２７に供給される。
【０１００】
この際に、計測ビーム９２Ｙ３，９２Ｙ４の波長をλとして、１以上の整数ｍを用いて、反射面８５ＹがＹ方向にλ／ｍ（本例のようにシングルパス方式ではｍ＝２、一方、ダブルパス方式ではｍ＝４）だけ移動したときに、その位相差φ２が２π（ｒａｄ）変化する。また、位相差φ２の範囲は０≦φ２＜２πであり、図９の積算器２７では、位相差φ２が２πを＋方向に横切る際に所定の整数（干渉の次数に相当する）Ｎ２に１を加算して、位相差φ２が０を−方向に横切る際にその整数Ｎ２から１を減算する。そして、計測中は積算器２７は｛Ｎ１＋φ２／（２π）｝にλ／ｍを乗じた計測値Ｐ２をウエハステージＷＳＴ２のＹ方向の絶対位置としてステージ制御装置３８に送る。
【０１０１】
同様に、干渉計８７Ｙ３においても、計測ビーム９２Ｙ３から得られる測定信号Ｓ１と上記の参照信号ＳＲとの位相差φ１、この位相差φ１が２π、又は０を横切る毎に増減する整数Ｎ１、及びλ／ｍから算出される計測値Ｐ１をステージ制御装置３８に送る。即ち、干渉計８７Ｙ３，８７Ｙ４はそれぞれウエハステージＷＳＴ２のＹ方向の位置を、λ／ｍの幅内では絶対位置として計測している。
【０１０２】
そして、本例のＸ軸の干渉計８７Ｘ５は、図６に示すようにＹ方向に離れた２つのレーザビームを備えているため、これら２つのレーザビームによる反射面８５ＸのＸ座標の計測値の差分より、ウエハステージＷＳＴ２の回転角θＷ２を計測できる。そこで、予め図８（ａ）の状態でその回転角θＷ２が０となるようにウエハステージＷＳＴ２を静止させた「初期状態」で、干渉計８７Ｙ４，８７Ｙ３における整数Ｎ２，Ｎ１を０にリセットすると共に、計測される位相差φ２，φ１に｛１／（２π）｝（λ／ｍ）を乗じて得られる計測値（初期値）Ｐ２０，Ｐ１０をステージ制御装置３８に取り込む。
【０１０３】
そして、ステージ制御装置３８では、干渉計８７Ｙ４，８７Ｙ３の計測値のオフセットをそれぞれ−Ｐ２０，−Ｐ１０として、この後は干渉計８７Ｙ４，８７Ｙ３から供給される計測値Ｐ２，Ｐ１にそのオフセット（−Ｐ２０，−Ｐ１０）を加算した値を、干渉計８７Ｙ４，８７Ｙ３の実際の計測値Ｐ２’，Ｐ１’とする。即ち、この計測値Ｐ２’，Ｐ１’は、上記の初期状態からのウエハステージＷＳＴ２のＹ方向への変位量を正確に表すことになる。その計測値の初期値（Ｐ２０，Ｐ１０）は記憶されている。
【０１０４】
さて、図８（ａ）において、ウエハステージＷＳＴ２が−Ｘ方向に更に移動して、図８（ｂ）に示す位置に達したとする。図８（ｂ）では、干渉計８７Ｙ４の計測ビーム９２Ｙ４が移動鏡としての反射面８５Ｙから外れている。この状態では、ウエハステージＷＳＴ２のＹ座標は、干渉計８７Ｙ３によって計測されているものとする。この状態から再び図８（ａ）に示す位置に向かってウエハステージＷＳＴ２が＋Ｘ方向に移動を始め、反射面８５Ｙが干渉計８７Ｙ４の計測ビーム９２Ｙ４の照射範囲（測定範囲）内に入った際に、干渉計８７Ｙ４の計測値を以下のようにして設定（プリセット）する。
【０１０５】
まず、Ｘ軸の干渉計８７Ｘ５の計測ビーム９２Ｘ５（２本のレーザビーム）によってウエハステージＷＳＴ２の回転角θＷ２（ほぼ０に近い微小量（ｒａｄ）である）を計測する。この状態で、図８（ａ）において、計測ビーム９２Ｙ３を用いる干渉計８７Ｙ３によるＹ座標の計測値Ｐ１を求める。ただし、この計測値Ｐ１は、オフセット補正を行う前の直接の計測値である。そして、例えばステージ制御装置３８において、その計測値Ｐ１より干渉計８７Ｙ４の干渉の次数Ｎ２（Ｎ２は整数）と、端数ε２／（２π）との推定値を求める。この端数ε２は、上記のφ２に対応する値である。
【０１０６】
即ち、ステージ制御装置３８内の演算部は、計測ビーム９２Ｙ３，９２Ｙ４の間隔ＤＸ２、ウエハステージＷＳＴ２の回転角の計測値θＷ２、干渉計８７Ｙ３の計測値Ｐ１、及び干渉計８７Ｙ４，８７Ｙ３の計測値の初期値の差分（＝Ｐ２０−Ｐ１０）より、干渉計８７Ｙ４のオフセット補正前の計測値Ｐ２の推定値Ｐ２’を次のように算出する。
Ｐ２’＝Ｐ１＋ＤＸ２・θＷ２＋（Ｐ２０−Ｐ１０）
【０１０７】
例えば回転角の計測値θＷ２の計測精度が高い場合には、この推定値Ｐ２’をそのまま干渉計８７Ｙ４の現在の計測値Ｐ２の値としてプリセットしてもよい。しかしながら、計測値θＷ２には或る程度の計測誤差が含まれていることがあるため、干渉計８７Ｙ４は幅λ／ｍ単位で絶対位置を計測できることを利用して、その演算部はその指定値Ｐ２’を整数分と端数分とに分解する。従って、干渉計８７Ｙ４の計測値の推定値Ｐ２’の中で長さλ／ｍのＮ２倍の残りの値が端数ε２／（２π）となる。即ち、ステージ制御装置３８は次のように整数Ｎ２、及び端数ε２を算出（推定）する。
【０１０８】
Ｎ２＝ｇ｛Ｐ２’／（λ／ｍ）｝                      （１）
ε２＝｛Ｐ２’／（λ／ｍ）−Ｎ２｝（２π）        （２）
ここで、ｇ｛Ｘ｝は、Ｘを超えない最大の整数を与える関数である。後に詳述するようにステージ制御装置３８では、計測値Ｐ１から得られる干渉の次数及び端数の推定値（Ｎ２，ε２）と、干渉計８７Ｙ４で実際に計測される位相差（絶対位相）φ２とから、干渉計８７Ｙ４の整数（次数）Ｎ２のプリセット値を決定する。
【０１０９】
図９は、本例のステージ制御装置３８の一部、及び干渉計８７Ｙ４の一部を示し、図９に示すように、干渉計８７Ｙ４は、例えばレーザ光源から出力された参照信号ＳＲと測定信号Ｓ２（計測ビームと参照ビームとの干渉光の光電変換信号）とが入力される位相比較器２６を有している。位相比較器２６は、参照信号ＳＲと測定信号Ｓ２との位相差φ２を検出し、検出された位相差φ２は積算器２７に出力されると共に、ステージ制御装置３８内の計算処理装置２８にも出力されている。なお、他の干渉計もそれぞれ位相比較器２６、及び積算器２７を備えている。
【０１１０】
積算器２７は、計測時には上記のようにその位相差φ２の変化より整数Ｎ２を積算して、｛Ｎ２＋φ２／（２π）｝に（λ／ｍ）を乗じて得られる計測値Ｐ２を、移動鏡（本例では反射面８５Ｙ）の移動量を示す情報としてステージ制御装置３８に出力している。但し、今のように計測値の受け渡しを行うときには、計算処理装置２８では、位相比較器２６から入力された位相差φ２と、上記の演算部から入力された端数の推定値ε２とを比較する。この比較は、推定された位相差の推定値ε２が０（ゼロ）又は２πに近い場合、推定した干渉の次数を示す整数Ｎ２が±１の範囲でずれている可能性があるので、その検証のために行うものである。この比較の動作を図１０を参照しつつ説明する。便宜上、図１０では、Ｎ２の推定値を次数Ｎとしている。
【０１１１】
図１０（ａ）〜（ｃ）において、横軸は参照信号と計測信号との位相差を表し、特に干渉の次数ｋ＝Ｎ−１，ｋ＝Ｎ，ｋ＝Ｎ＋１の範囲の位相差を図示している。１つの次数内で位相差は２π変化している。図１０（ａ）は、実際の位相差φ２と位相差の推定値ε２との差の絶対値がπより小さい（｜φ２−ε２｜＜π）場合を示している。この場合は図示の通り実際の位相差φ２は次数Ｎ内にあるので、干渉の次数は推定値通りＮであり、次数のプリセット値Ｎ’＝Ｎとする。図１０（ｂ）は、実際の位相差φ２から位相の推定値ε２を減じた値がπより大きい（φ２−ε２＞π）場合を示している。この場合は図示の通り実際の位相差φ２は次数Ｎ−１内にあるので、プリセット値Ｎ’は、Ｎ’＝Ｎ−１とする。また、図１０（ｃ）は、実際の位相差φ２から位相の推定値ε２を減じた値が−πより小さい（φ２−ε２＜−π）場合を示している。この場合は図示の通り実際の位相差φ２は次数Ｎ＋１内にあるので、Ｎ’＝Ｎ＋１とする。
【０１１２】
計算処理装置２８では、以上のようにして求めたプリセット値Ｎ’を、図９の積算器２７に対するプリセット値ＲＥとして出力する。積算器２７では、プリセット値ＲＥ（即ちＮ’）を整数Ｎ２のプリセット値として設定し、位相比較器２６からの位相差φ２とその整数Ｎ’とから次のようにＹ座標の計測値Ｐ２を算出して、ステージ制御装置３８に供給し、後は通常の計測動作を行う。
Ｐ２＝（λ／ｍ）・Ｎ’＋（λ／ｍ）（φ２／２π）        （３）
これによって、干渉計８７Ｙ４の計測値Ｐ２は、実質的に元の値に復帰したことになると共に、干渉計８７Ｙ３の計測値が干渉計８７Ｙ４に正確に受け渡されたことになる。
【０１１３】
以上のように本例では、鏡面からの反射光が再び得られるようになった第１の干渉計にプリセット値を設定する際には、他の第２の干渉計の測定値から算出される測定値をその第１の干渉計の干渉の次数（Ｎ１、又はＮ２）を決定するための推定値として利用し、推定された干渉の次数とその第１の干渉計で測定した位相差（絶対位相）φとに基づいて、その第１の干渉計の干渉の次数（Ｎ１、又はＮ２）のプリセット値、ひいては干渉計の計測値のプリセット値を決定するようにしている。この際には、測定ビームが鏡面から一旦外れているため、干渉の次数Ｎ２又はＮ１が不明であるが、他の干渉計の測定値から計算で干渉の次数が求められるため、その干渉計のプリセット値はその干渉計固有の精度で設定することができる。
【０１１４】
なお、装置立ち上げ時や、何らかの原因で全ての測定値に計測誤差が混入し、全ての干渉計の計測値をリセットする必要が生じた場合には、図９において、計算処理装置２８に次数Ｎ２＝０を送り、同じく計算処理装置２８の出力（プリセット値）ＲＥ（＝０）を積算器２７に設定するようにしておく必要がある。この場合は、結局のところ位相差（絶対位相）φ２に対応する値だけが積算器２７（干渉計８７Ｙ４）に設定されることになる。同様に干渉計８７Ｙ３の初期値も位相差φ１に対応する値となる。
【０１１５】
また、積算器２７の出力Ｐ２が必要に応じて計算処理装置１８にフィードバックされるようしてもよい。この場合、積算器２７を例えばリセットした後、計算処理装置２８からリセット値が積算器２７に設定されるまでの間のウエハステージの変位量までを含めて積算器２７にプリセット値として設定することができる。この際には、ウエハステージからの反射光が受光可能になったときから、プリセット値ＲＥ２が積算器２７に設定されるまでの間のウエハステージの変位量まで考慮したより精密な初期値の設定を行うことができるようになる。
【０１１６】
また、本例ではウエハステージＷＳＴ２が移動する際には、ウエハステージＷＳＴ２の側面８５Ｙに干渉計８７Ｙ３〜８７Ｙ５からの計測ビームの内何れか１本の計測ビームが照射されている必要がある。そのため、本例では、各計測ビーム間の間隔（例えば、図８に示す計測ビーム９２Ｙ３，９２Ｙ４の間隔ＤＸ２）が、ウエハステージＷＳＴ２のＸ方向の幅ＤＸ１よりも短くなるように干渉計を配置している。
【０１１７】
また、図６のレチクルステージＲＳＴ１，ＲＳＴ２の位置計測を行うための干渉計８３Ｘ１〜８３Ｘ５においても、同様にして干渉計の初期値（プリセット値）設定が行われ、これに基づいて計測値の受け渡しが行われる。
次に、本例の投影露光装置では、ウエハステージＷＳＴ１及びＷＳＴ２との間でそれぞれウエハの交換を行う第１及び第２の搬送システムが設けられている。
【０１１８】
第１の搬送システムは、図１１に示すように、左側のウエハローディング位置にあるウエハステージＷＳＴ１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９６Ａ、このローディングガイド９６Ａに沿って移動する第１及び第２のスライダ９７Ａ，９７Ｃ、第１のスライダ９７Ａに取り付けられたアンロードアーム９８Ａ、第２のスライダ９７Ｃに取り付けられたロードアーム９８Ｃ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ＷＳＴ１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９９とから構成される。
【０１１９】
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。ここでは、図１１に示すように、左側のウエハローディング位置にあるウエハステージＷＳＴ１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。
まず、主制御装置９０では、ウエハステージＷＳＴ１上の不図示のウエハホルダの真空吸着をオフにしてウエハＷ１’の吸着を解除する。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９９を所定量上昇させる。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を介してアンロードアーム９８ＡをウエハＷ１’の真下に移動させる。この状態で、主制御装置９０では、センターアップ９９を所定位置まで下降駆動させて、ウエハＷ１’をアンロードアーム９８Ａに受け渡した後、アンロードアーム９８Ａの真空吸着を開始させる。次に、主制御装置９０では、ウエハローダ制御装置にアンロードアーム９８Ａの退避とロードアーム９８Ｃの移動開始を指示する。これにより、アンロードアーム９８Ａが図１１の−Ｙ方向への移動を開始し、ウエハＷ１を保持したロードアーム９８ＣがウエハステージＷＳＴ１の上方に来たとき、ウエハローダ制御装置によりロードアーム９８Ｃの真空吸着が解除され、続いてセンターアップ９９を上昇駆動することで、ウエハＷ１がウエハステージＷＳＴ１上に受け渡される。
【０１２０】
また、ウエハステージＷＳＴ２との間でウエハの受け渡しを行う第２の搬送システムは、図１２に示すように、第１の搬送システムと対称に、第２のローディングガイド９６Ｂ、この第２のローディングガイド９６Ｂに沿って移動するスライダ９７Ｂ及び９７Ｄ、第３のスライダ９７Ｂに取り付けられたアンロードアーム９８Ｂ、第４のスライダ９７Ｄに取り付けられたロードアーム９８Ｄ等を含んで構成されている。ロードアーム９８Ｄには次に露光されるウエハＷ２’が保持されている。
【０１２１】
次に、本例の投影露光装置の２つのウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２による並行処理について図１１及び図１２を参照して説明する。
図１１には、ウエハステージＷＳＴ２上のウエハＷ２に投影光学系ＰＬ１を介して露光を行っている間に、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ＷＳＴ１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ＷＳＴ１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１１において、露光動作中のウエハステージＷＳＴ２の位置制御は、干渉計システムの計測ビーム９２Ｘ５，９２Ｙ３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とが行われるウエハステージＷＳＴ１の位置制御は、干渉計システムの計測ビーム９２Ｘ２，９２Ｙ１の計測値に基づいて行われる。このため、図５の主制御装置９０ではステージ制御装置３８に指示して、ウエハ交換とアライメント動作とをする前に、後述する干渉計の計測値の初期値設定（プリセット）を実施している。
【０１２２】
ウエハ交換、及び干渉計の初期値設定に引き続いて、サーチアライメントが行われる。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ＷＳＴ１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ＷＳＴ１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（不図示）の位置を図５のアライメント系８８Ａ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方向、Ｙ方向、及び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。
【０１２３】
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（エンハンスト・グローバル・アライメント）方式で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（計測ビーム９２Ｘ２，９２Ｙ１）により、ウエハステージＷＳＴ１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ＷＳＴ１を順次移動させつつ、ウエハＷ１上の所定のショット領域（サンプルショット）のアライメントマーク位置を図５のアライメント系８８Ａ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算出する。なお、このＥＧＡ方式のファインアライメントの際の各部の動作は図５の主制御装置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。
【０１２４】
そして、ウエハステージＷＳＴ１側で、ウエハ交換、及びアライメント動作が行われている間に、ウエハステージＷＳＴ２側では、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。
具体的には、前述したウエハＷ１側と同様にして、事前にＥＧＡ方式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ＰＬ１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、図６のレチクルステージＲＳＴ１（又はＲＳＴ２）とウエハステージＷＳＴ２とを走査方向に同期走査させることにより、走査露光が行われる。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、ウエハＷ２の各ショット領域にレチクルＲ２を使って順次走査露光を行った後、レチクルステージＲＳＴ１，ＲＳＴ２を＋Ｙ方向に所定量移動してレチクルＲ１を助走開始位置に設定した後、走査露光を行う。このとき、レチクルＲ２とレチクルＲ１とでは露光条件（輪帯照明、変形照明等の照明条件、及び露光量等）や透過率が異なるので、予め露光データ等に基づいて各条件の変更を行う必要がある。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。
【０１２５】
上述した図１１に示す２つのウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２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１２に示す位置までウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２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ＷＳＴ２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ＷＳＴ１上のウエハＷ１は、投影光学系ＰＬ１の下で露光シーケンスが行われる。図１２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、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こととなる。
【０１２６】
上記のように本例では、２つのウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２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。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、本例では、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。
【０１２７】
例えば、走査露光中は、ウエハＷ１とレチクルＲ１，Ｒ２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ＷＳＴ１上での走査露光中は、他方のウエハステージＷＳＴ２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。即ち、アライメントシーケンスにおける計測は、ウエハステージＷＳＴ２を静止させた状態で行われるため、走査露光にとって外乱要因とならず、走査露光中に並行してマーク計測を行うことができる。一方、アライメントシーケンスにおいても、走査露光中は、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。
【０１２８】
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、走査露光前、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。なお、これらのタイミング調整は、主制御装置９０によって行われる。
【０１２９】
更に、本例では、複数枚のレチクル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、単一のウエハステージを用いる場合には、露光時間が長くなって大幅にスループットが低下する。しかしながら、本例の２台のウエハステージを備えた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と共に、高解像度と焦点深度ＤＯＦの向上効果とが得られる。
【０１３０】
なお、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。２台のウエハステージを使用することによって、１つのウエハステージを使って一重露光法を実施する場合に比べてほぼ倍の高スループットを得ることができる。
なお、この第２の実施の形態において、第１の実施の形態のように、露光光の状態又は結像特性を計測するための計測用ステージを更に設けるようにしてもよい。また、本例では、１次元モータの組み合わせによってウエハステージを駆動しているが、第１の実施の形態のように、平面モータによって２次元的に駆動するようにしてもよい。
【０１３１】
本実施の形態の投影露光装置は、多数の機械部品からなるレチクルステージＲＳＴ（ＲＳＴ１，ＲＳＴ２）、ウエハステージＷＳＴ（ＷＳＴ１，ＷＳＴ２）を組み立てるとともに、複数のレンズから構成される投影光学系ＰＬ（ＰＬ１）の光学調整を行い、更に、総合調整（電気調整、動作確認等）をすることにより製造することができる。
なお、投影露光装置の製造は温度及びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
【０１３２】
また、上記の実施の形態では、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置に本発明を適用したが、本発明はこれに限られず、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置、プロキシミティ方式の露光装置、あるいは、Ｘ線等のＥＵＶ光を露光ビームとする露光装置や電子線（エネルギ線）を光源（エネルギ線）とする荷電粒子線露光装置であっても同様に適用することができる。また、露光装置のみならず、ウエハ等を位置決めするためのステージを使用する検査装置、又はリペア装置等に用いてもよい。
【０１３３】
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ることは勿論である。
【０１３４】
【発明の効果】
本発明によれば、個別の機能毎、又は所定の複数の機能群毎にそれぞれステージを設けることによって、各ステージを小型化させて、高速にかつ高精度に駆動することができる。また、複数のステージをそれぞれ第１測定系の計測範囲よりも大きい範囲で移動させることができ、更に、各ステージがその第１測定系の計測範囲内に入った際には、第１測定系によりそのステージの位置を高い再現性で高精度に計測することができる。
【０１３５】
次に、本発明によれば、その複数のステージの位置をそれぞれ広い計測範囲で、かつ高い再現性で高精度に計測できる。また、その第１測定系の計測結果をその第２測定系の計測結果に合わせるのみでそのステージの位置を第１測定系により高精度に計測できるため、スループットの向上を図ることができる。
【０１３７】
次に、本発明によれば、本来の露光に使用するその第１のステージには露光に必要な最小限の機能のみを持たせることによって、その第１のステージの大きさは必要最小限にできるため、ステージの小型化、軽量化を行いスループットの向上を図ることできる。一方、露光に直接必要がなく、そのマスクのパターンを転写する際の特性を計測するための計測装置は、別の第２のステージに搭載されるため、そのマスクのパターンを転写する際の特性を計測することもできる。また、その複数のステージの位置を高精度に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施の形態の投影露光装置の概略構成図である。
【図２】  図１のウエハステージＷＳＴ、及び計測用ステージ１４を示す平面図である。
【図３】  図１のレチクルステージＲＳＴ、及び計測用ステージ５を示す平面図である。
【図４】  第１の実施の形態において、計測用ステージ１４を用いて露光光の状態等を計測する場合の説明に供する平面図である。
【図５】  本発明の第２の実施の形態の投影露光装置の概略構成図である。
【図６】  図５の実施の形態の２つのウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２と、２つのレチクルステージＲＳＴ１，ＲＳＴ２と、投影光学系ＰＬ１と、アライメント系８８Ａ，８８Ｂとの位置関係を示す斜視図である。
【図７】  図５の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８】  本発明の第２の実施の形態において実施される干渉計の計測値設定を説明するための図である。
【図９】  本発明の第２の実施の形態の干渉計システムに用いられる信号処理系の一部の概略構成を示す図である。
【図１０】  本発明の第２の実施の形態の干渉計システムにおける信号処理の一例を示す図である。
【図１１】  ２つのウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２を使用してウエハ交換・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１２】  図１１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切り換えを行った状態を示す図である。
【符号の説明】
ＭＡ，ＭＢ，ＭＣ１，ＭＣ２，ＭＤ１，ＭＤ２…基準マーク、Ｒ，Ｒ１，Ｒ２…レチクル、ＲＡ，ＲＢ…レチクルアライメント顕微鏡、ＲＳＴ，ＲＳＴ１，ＲＳＴ２…レチクルステージ、Ｗ，Ｗ１，Ｗ２…ウエハ、ＷＳＴ，ＷＳＴ１，ＷＳＴ２…ウエハステージ、５…計測用ステージ、７Ｘ１，７Ｘ２，７Ｙ，８Ｙ，１５Ｘ１，１５Ｘ２，１５Ｙ…レーザ干渉計、１０…主制御系、１１…結像特性演算系、１３…定盤、１４…計測用ステージ、１６…ウエハアライメントセンサ、２６…位相比較器、２７…積算器、２８…計算処理装置、３８…ステージ制御装置、８３Ｘ１〜８３Ｘ５，８３Ｙ１〜８３Ｙ４，８７Ｘ２，８７Ｘ５，８７Ｙ１〜８７Ｙ５…干渉計、８８Ａ，８８Ｂ…アライメント系、９０…主制御装置
【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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