(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光基板を保持して２次元的に移動可能な基板ステージを駆動する基板ステージ駆動系と、
前記基板ステージの位置を計測して基板ステージ位置情報を出力する基板ステージ位置測定系と、
前記基板ステージの目標位置情報と前記基板ステージ位置情報との差分である基板ステージ位置誤差信号に基づいて前記基板ステージ駆動系を制御する基板ステージ位置制御系と、
前記感光基板上に露光される回路パターンが描画されたレチクルを保持して２次元的に移動可能なレチクルステージを駆動するレチクルステージ駆動系と、
前記レチクルステージの位置を計測してレチクルステージ位置情報を出力するレチクルステージ位置測定系と、
前記レチクルステージの目標位置情報と前記レチクルステージ位置情報との差分に対して、さらに前記基板ステージ位置誤差信号に所定の定数を乗じた値との差分を求めたレチクルステージ位置誤差信号に基づいて前記レチクルステージ駆動系を制御するレチクルステージ位置制御系とを備え、
前記レチクルステージ位置誤差信号の大きさが所定値以下になったら前記回路パターンを前記感光基板上に露光する露光装置において、
前記レチクルステージ位置制御系は、ゲイン項として比例項Ｋｐと積分項Ｋｉとを有するＰＩ制御部を有し、当該ＰＩ制御部は、制御に先立って前記基板ステージ位置情報と前記基板ステージの次の目標位置情報とから前記基板ステージの移動予定量を算出し、前記移動予定量に基づいて、前記比例項Ｋｐと前記積分項Ｋｉとを用いたＰＩ制御と、前記比例項Ｋｐのみを用いたＰ制御のいずれかに切り替えること
を特徴とする露光装置。
【請求項２】
請求項１記載の露光装置において、
前記移動予定量が、０又は所定の基準範囲以内であれば、前記レチクルステージ位置制御系は、前記Ｐ制御で前記レチクルステージ駆動系の制御を行うことを特徴とする露光装置。
【請求項３】
請求項２記載の露光装置において、
前記所定の基準値は、前回の目標位置に対する前記基板ステージの停止位置のオフセット量であることを特徴とする露光装置。
【請求項４】
感光基板を保持して２次元的に移動する基板ステージの位置を計測して基板ステージ位置情報をフィードバックし、前記基板ステージの目標位置情報と前記基板ステージ位置情報との差分である基板ステージ位置誤差信号に基づいて前記基板ステージの駆動系を制御する第１のステップと、
前記感光基板上に露光される回路パターンが描画されたレチクルを保持して２次元的に移動するレチクルステージの位置を計測してレチクルステージ位置情報をフィードバックし、前記レチクルステージの目標位置情報と前記レチクルステージ位置情報との差分に対して、さらに前記基板ステージ位置誤差信号に所定の定数を乗じた値との差分を求めたレチクルステージ位置誤差信号に基づいて前記レチクルステージの駆動系を制御する第２のステップとを有し、
前記レチクルステージ位置誤差信号の大きさが所定値以下になったら前記回路パターンを前記感光基板上に露光する露光方法において、
前記第２のステップは、制御に先立って前記基板ステージ位置情報と前記基板ステージの次の目標位置情報とから前記基板ステージの移動予定量を算出し、前記移動予定量に基づいて、ゲイン項として比例項Ｋｐと積分項Ｋｉとを用いたＰＩ制御と、前記比例項Ｋｐのみを用いたＰ制御のいずれかに切り替えること
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、半導体装置あるいは液晶表示装置等の製造工程におけるフォトリソグラフィ工程で用いられる露光装置及び露光方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置あるいは液晶表示装置は、ウェハ上に複数層の回路パターンを積層して形成されるので、そのフォトリソグラフィ工程において投影露光する際、ウェハ上の各ショット領域に形成された回路パターンと、その上層に投影されるレチクルの回路パターンの像とを正確に位置合わせしてから露光する必要がある。従来の露光装置では、ウェハステージ上の基準マークに関してレチクルを位置合わせして固定し、次に基準マークとウェハとの位置関係を計測した後、ウェハステージ制御系により、ウェハステージ位置測定系からのウェハステージ位置をフィードバックしつつ、ウェハステージ駆動系を制御してウェハステージをステッピング駆動させ、ウェハの各ショット領域を順次露光位置に位置決めしていた。そして、ウェハステージの現在位置と目標位置との差分が所定時間以上継続して所定の許容範囲内に収まったら、露光光源のシャッタを開けて露光を開始していた。
【０００３】
この露光に至るまでのウェハステージの位置決め動作は、ウェハの前露光位置から次の露光位置（目標位置）の近傍までウェハステージを移動させるステッピング動作と、ステッピング動作に続いてウェハステージを正確に目標位置に位置決めさせる追い込み動作とに分けられる。図４は、ステッピング動作から追い込み動作に至るウェハステージの動特性の一例を示している。図４で横軸は経過時間を表し、縦軸はウェハ目標位置からの誤差量を表している。図４において、ウェハステージは所定の速度プロファイルに基づいて減速しながら目標位置に近づくが、目標位置を一旦通過して行き過ぎ、その後過渡応答的に収束して定常位置偏差内に収まる。このような動特性でウェハステージを制御する場合における露光は、ウェハステージが定常位置偏差内に収束した時点から所定時間後から開始するように決められている。ウェハステージの位置は、ウェハステージ位置測定系のレーザ測長器から常にフィードバックされているので、例えば定常位置偏差内に収束したと認められた時点から複数点（例えば１０点）のウェハステージ位置のデータをサンプリングして、それらが定常位置偏差内にあれば露光開始の指令を発するようにしている。
【０００４】
従って、ウェハステージの位置決め動作から露光開始の指令が発せられるまでの時間を短縮することができれば、つまり、ウェハステージのステッピング動作と追い込み動作に要する時間を短縮することができれば、露光装置のスループットを向上させることができることになる。
【０００５】
しかしながら、露光装置のウェハステージ系には極めて高い位置決め精度が要求されているため、ステージ自体には高い剛性が要求され、またステージ駆動系には最少のバックラッシュに加えて十分な分解能と動力を備えていることが要求される結果、ウェハステージ系は相当の重量にならざるを得ず、これを短時間で所定位置に位置決めさせるウェハステージ制御系を実現するのは困難である。結局、従来の露光装置では、追い込み動作の時間を短縮させる制御が困難であるためにスループットを向上させることができず、全体の露光時間が長くなってしまうという不都合が生じていた。また、仮にステッピング動作を高速化させて位置決め動作の時間の短縮を図ろうとしても、減速時に重いウェハステージによる大きな慣性力が働いている状況では、制御系をいくら調整しても追い込み動作に要する時間は逆に長くなってしまうため、従来の制御方式では露光工程のスループットの向上に限界が生じていた。
【０００６】
この問題を解決する手段が特開平７−２２０９９８号公報において開示されている。当該公報に開示された制御方式を図５を用いて説明する。図５は、ステッピング動作から追い込み動作に至る図４と同一波形であるウェハステージの動特性の一例（実線）と、ウェハステージの動きに追従して移動するレチクルステージの動特性（破線）を示している。図５で横軸は経過時間を表し、縦軸はウェハ目標位置からの誤差量を表している。図５において、まずウェハステージが所定の速度プロファイルに基づいて減速しながら目標位置に近づいてくる。予め決めておいた所定の誤差量内にウェハステージが到達すると、レチクルステージ制御系は、当該誤差量を追従範囲として、その後のウェハステージの移動特性にレチクルステージが追従するようにレチクルステージ駆動系を制御する。
【０００７】
より具体的には、レチクルステージ制御系は、レチクルステージの目標位置情報とレチクルステージ位置情報との差分に対して、さらにウェハステージ位置誤差信号に所定の定数（図５においては、定数＝１である）を乗じた値との差分を求めたレチクルステージ位置誤差信号に基づいてレチクルステージ駆動系を制御する。
【０００８】
このレチクルステージ制御系では、レチクルステージ位置誤差信号に対してゲイン項として比例項Ｋｐと積分項Ｋｉとを用いた差分方程式に基づくＰＩ制御によりレチクルステージ駆動系を制御している。過渡応答的に移動しているウェハステージに追従してレチクルステージを移動させるために、レチクルステージ位置誤差信号に対してゲイン項として比例項Ｋｐを用いただけのＰ（プロポーショナル）制御では追従しきれずスループットが低下してしまうので、レチクルステージ位置誤差信号を積分して積分項Ｋｉを乗じた値を加えることにより安定して追従できるようにさせている。
【０００９】
従来の露光装置では、ウェハステージが定常位置偏差内に十分収束するまで露光開始を待たせるようにしていたのに対して、この方法によれば、レチクルステージをウェハステージの移動に追従させて移動させるように制御するので、ウェハステージが定常位置偏差内に収束せず未だ過渡応答的に振動している状態であっても、相対的にウェハとレチクルとの位置合わせを行うことができるようになる。ウェハステージの位置とレチクルステージの位置は、ウェハステージ位置測定系及びレチクルステージ位置測定系の各レーザ測長器から常にフィードバックされているので、ウェハステージとレチクルステージの相対位置誤差が、例えば図４に示したような、定常位置偏差と同一の相対位置偏差内に収束したと認められた時点から、複数点（例えば１０点）の相対位置誤差のデータをサンプリングして、それらが相対位置偏差内にあれば露光動作開始の指令を発するようにする。
【００１０】
レチクルステージはウェハステージに比較して十分軽量であるので応答性の優れた制御が容易に行える。従って、ウェハの各露光領域をレチクルパターンの露光位置の近傍からその露光位置に設定する追い込み動作に要する時間を短縮することができるようになる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置において、上述の制御方式に基づいて、ウェハステージのステップ動作及び追い込み動作にレチクルステージを追従させる場合を考えてみる。ウェハの前露光位置から次の露光位置にレチクルの回路パターンの結像位置を移動させるために、例えばＸ軸方向にウェハステージを移動させる際には、ウェハステージのＹ軸の制御における目標位置に変化はなく、理想的にはＹ軸方向にウェハステージは移動しないはずである。
【００１２】
しかしながら、現実にはウェハステージのＸ軸ステージが駆動系により駆動されて移動を開始すると、Ｘ軸ステージの移動に伴って各部に生じた振動がウェハステージのＹ軸ステージに伝達され、Ｙ軸ステージ自体が微少振動を始める。この振動はステージ機構内の各構成部材の共振により生じるため比較的高い周波数成分を有している。この現象を以降クロストークと呼ぶことにする。このクロストークにより生じたＹ軸ステージの振動の様子を図６に示す。図６に示すようにウェハステージのＹ軸ステージの振動（振動の振幅は例えば２００ｎｍ程度である）に対して、レチクルステージ制御系は、レチクルステージのＹ軸方向の目標位置情報とＹ軸方向のレチクルステージ位置情報との差分に対して、さらにＹ軸方向のウェハステージ位置誤差信号に所定の定数を乗じた値との差分を求めたＹ軸方向のレチクルステージ位置誤差信号に基づいてＹ軸方向のレチクルステージ駆動系をＰＩ制御で駆動する。
【００１３】
従って、本来Ｙ軸方向の目標位置に変化がなく、Ｙ軸方向には移動させる必要がないレチクルステージが、ウェハステージのＹ方向の振動に追従しようとして移動を開始する。しかしながら、このＰＩ制御では比較的高い周波数成分を含むＹ軸方向のウェハステージ位置誤差信号の積分値が加えられるので、図６の破線に示すようにウェハステージの減衰振動（実線）に対して位相が反転した状態で減衰するようにレチクルステージは制御され、結局ステップ動作したレチクルステージのＸ軸方向の露光動作開始条件が整っても、Ｙ軸側の露光動作開始条件が整うのが遅れてしまい、逆にスループットを低下させ、また精度を悪化させてしまうという問題が生じている。
【００１４】
このように、特開平７−２２０９９８号公報において開示された制御方式では、ウェハステージがステップする軸（上述ではＸ軸）についてはレチクルステージを追従させて短時間で露光動作開始条件を整えることができるようになるが、ステップしない軸（上述ではＹ軸）方向に生じた比較的高い周波数成分を有するウェハステージの振動については考慮しておらず、非ステップ軸でのウェハステージの振動に対するレチクルステージの追従の困難性に基づくスループットの低下を回避することができないという問題があった。
【００１５】
本発明の目的は、基板上の各露光位置をレチクルのパターンの結像位置に位置決めするのに要する時間を短縮して、露光工程のスループットを向上させた露光装置及び露光方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために以下の構成を有する。
第１軸（Ｘ軸）方向にのみウェハステージを移動させたとき、レチクルステージの第１軸方向は、比例項Ｋｐと積分値Ｋｉとを用いたＰＩ制御によって制御し、レチクルステージの第２軸（Ｙ軸）方向は、比例項Ｋｐのみを用いたＰ制御によって制御する。第２軸（Ｙ軸）方向にのみウェハステージを移動させたとき、レチクルステージの第２軸方向は、比例項Ｋｐと積分値Ｋｉとを用いたＰＩ制御によって制御し、レチクルステージの第１軸方向は、比例項Ｋｐのみを用いたＰ制御によって制御する。このような制御によってウェハステージの移動方向と直交する方向に生じる高周波成分にレチクルステージが追従しないようにする。
【００１７】
上記露光装置において、前記移動予定量が、０又は所定の基準範囲以内であれば、前記レチクルステージ位置制御系は、前記Ｐ制御で前記レチクルステージ駆動系の制御を行うようにしてもよい。また、前記所定の基準値は、前回の目標位置に対する前記基板ステージの停止位置のオフセット量であってもよい。
【００１８】
また、上記目的を達成するために以下の工程を有する。
ウェハステージを位置決めする際に、所定範囲に入ったらレチクルステージをウェハステージの動きに追従させて位置決めを行う方法において、ウェハステージの位置情報とウェハステージの次の目標位置情報とに基づいて第１軸方向と第２軸方向との移動予定量を算出する工程と、第１軸方向と第２軸方向との移動予定量のうち、移動予定量が基準範囲内の軸方向は比例項Ｋｐのみを用いたＰ制御を行い移動予定量が基準範囲外の軸方向は比例項Ｋｐと積分値Ｋｉとを用いたＰＩ制御を行うように制御する工程とを有す。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態による露光装置及び露光方法を図１乃至図３を用いて説明する。本実施の形態における露光装置は、レチクル上のパターンの像を投影光学系を介して縮小投影し、パターン像を感光基板上の各ショット領域に順次露光するステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置である。
図１は本実施の形態による露光装置の概略構成を示している。以下、投影光学系ＰＬの光軸方向をＺ軸とし、光軸に垂直な平面をＸＹ平面として本実施の形態による露光装置の構成を説明する。
【００２０】
露光用の照明光源ＬＭＰからの照明光ＩＬとして、例えば、超高圧水銀ランプの輝線であるｉ線（波長λ＝３６５ｎｍ）、ｇ線（λ＝４３６ｎｍ）、或いは、ＫｒＦエキシマレーザ光（λ＝２４８ｎｍ）、さらにはＡｒＦエキシマレーザ光、金属蒸気レーザ光等の紫外域の光を用いることができる。
【００２１】
照明光源ＬＭＰから射出された照明光ＩＬは、シャッタ４を介してコリメータレンズ、フライアイレンズ、レチクルブラインドなどからなる照明光学系６により照度分布がほぼ均一な平行光束に変換され、レチクルＲを均一な照度分布で照明する。
レチクルＲのパターン描画領域には、被露光基板であるウェハＷに投影すべき回路パターンが電子ビーム描画装置等により描画されている。レチクルＲ上の回路パターンはレチクルＲの上方からの照明光束の照射によりウェハＷに投影露光される。
【００２２】
レチクルＲは、Ｘ−Ｙ面内を移動可能なレチクルステージＲＳＴに設けられたレチクルチャック（図示せず）によって、例えば真空吸着等によりレチクルステージＲＳＴ上に固定される。詳細な図示は省略しているが、レチクルステージＲＳＴはＸ軸方向に移動するレチクルＸステージと、レチクルＸステージを支えてＹ軸方向に移動するレチクルＹステージとから構成され、それぞれのステージは送りねじと当該送りねじを回転させる駆動モータとを有するレチクルステージ駆動機構によりそれぞれ移動可能になっている。図１においては、Ｘ方向の駆動系を示しており、レチクルＸステージを駆動するための送りねじ１０Ｘ及び駆動モータ８Ｘが示されている。図１においては、Ｙ軸側の駆動系の図示を省略しているが、Ｘ軸側と同様の構成である。
【００２３】
レチクルステージＲＳＴのＸ、Ｙ方向の位置は、レチクルステージＲＳＴの周辺部に固定された反射鏡１２Ｘにレーザ測長器１４Ｘからのレーザ光を反射させてＸ方向の位置が常時計測され、同様にＹ方向の位置についても図示を省略した反射鏡１２Ｙ及びレーザ測長器１４Ｙにより常時計測されている。レーザ測長器１４Ｘで測定されたレチクルステージのＸ方向の位置情報はＸ方向の制御を行う制御系２４Ｘに送られる。制御系２４Ｘの構成については後に詳述するが、Ｘ方向のレチクルステージ位置情報に基づいて制御系２４Ｘは、レチクルステージＲＳＴのＸ軸の駆動系を正確に制御してレチクルＲを所定の位置に位置決めすることができるようになっている。図示しない制御系２４Ｙも同様にＹ方向のレチクルステージ位置情報に基づいてレチクルステージＲＳＴのＹ軸の駆動系を正確に制御してレチクルＲを所定の位置に位置決めすることができるようになっている。
【００２４】
投影光学系ＰＬは、レチクルＲを透過した光束を集束させ、Ｘ、Ｙ方向に移動可能な基板ステージＷＳＴ上に設けられたウェハホルダ（図示せず）に載置されたウェハＷの所定のショット位置にレチクルＲのパターンの像を投影する。ウェハホルダはウェハＷを真空吸着して保持し、Ｚ軸方向に移動してウェハＷ面と投影光学系ＰＬとの距離を調整して投影光学系ＰＬの結像面にウェハＷ面を一致させることができるようになっている。本実施の形態においては、投影光学系ＰＬの投影倍率βは１／５であり、レチクルＲのパターンの幅に対して投影像の幅は１／５に縮小される。
【００２５】
詳細な図示は省略しているが、ウェハステージＷＳＴはＸ軸方向に移動するウェハＸステージと、ウェハＸステージを支えてＹ軸方向に移動するウェハＹステージとから構成され、それぞれのステージは送りねじと当該送りねじを回転させる駆動モータとを有するレチクルステージ駆動機構によりそれぞれ移動可能になっている。図１においては、レチクルＸステージを駆動するための送りねじ１８Ｘ及び駆動モータ１６Ｘを示している。Ｙ軸側の駆動系の図示は省略しているが、Ｘ軸側と同様の構成である。
【００２６】
ウェハステージＷＳＴのＸ方向の位置は、ウェハステージＷＳＴの周辺部に固定された反射鏡２０Ｘにレーザ測長器２２Ｘからのレーザ光を反射させてＸ方向の位置が常時計測され、同様にＹ方向の位置についても図示を省略した反射鏡２０Ｙ及びレーザ測長器２２Ｙにより常時計測されている。レーザ測長器２２Ｘで測定されたウェハステージＷＳＴのＸ方向の位置情報は制御系２４Ｘに送られる。Ｘ方向のウェハステージ位置情報に基づいて制御系２４Ｘは、ウェハステージＷＳＴのＸ軸の駆動系を正確に制御してウェハステージＷＳＴをＸ方向にステップ動作させることにより、ウェハステージＷＳＴに載置されたウェハＷ上の所定の複数のショット位置に対して順次レチクルＲの回路パターンの像を重ね合わせ露光することができるようになっている。図示しないＹ方向の制御系２４Ｙも制御系２４Ｘと同様の構成であり同様の動作を行うことができるようになっている。
【００２７】
なお、レチクルＲのパターンをウェハＷ上に露光する際には、予めレチクルＲとウェハＷの位置合わせをする必要があり、そのためレチクルＲ及びウェハＷには位置合わせ用のアライメントマークが形成されている。これらアライメントマークをレチクルアライメント光学系やウェハアライメント光学系により観察して位置合わせを行うが、ここではそれらの図示及び説明は省略する。
【００２８】
次に、制御系２４Ｘの構成を図１を用いて説明する。図１では、制御系２４Ｘのうち、レチクルステージＲＳＴ及びウェハステージＷＳＴをＸ軸方向に目標位置に位置決めするための構成を示している。Ｙ軸方向に関する制御系はＸ軸方向の制御系と同様の構成であるので図示及び説明を省略する。制御系２４Ｘは、ウェハステージＷＳＴ及びレチクルステージＲＳＴの位置決めすべき目標位置を設定する目標位置設定部２６Ｘを有している。目標位置設定部２６Ｘから出力されたウェハステージ目標位置情報Ｘｗ０は、加え合わせ点２８Ｘに入力される。また、レーザ測長器２２Ｘで測定されたウェハステージＷＳＴのＸ方向の現在位置の情報も加え合わせ点２２Ｘに入力されるようになっている。加え合わせ点２８Ｘは、具体的には減算器であり、ウェハ目標位置情報Ｘｗ０とレーザ測長器２２Ｘからのウェハステージ位置情報との差分を算出する。
【００２９】
得られたウェハ位置情報の差分はウェハステージ位置誤差（信号）として制御回路３０Ｘに入力されて所定の差分方程式に基づくゲイン項と演算され、その結果がデジタルの出力値としてＤＡコンバータ３２Ｘに入力される。本実施の形態においては、ウェハステージＷＳＴ用の制御回路３０Ｘは、ゲイン項に比例項Ｋｐのみを用いるようにしているが、これに限らず他のゲイン項を加えるようにすることも可能である。ＤＡコンバータ３２Ｘでは入力されたデジタル値をアナログ電圧に変換してサーボアンプ３４Ｘに出力する。サーボアンプ３４Ｘでは入力されたアナログ電圧を所定の増幅率で増幅して駆動モータ１６Ｘに供給する。この結果駆動モータ１６Ｘが所定の回転数で回転して送りねじ１８Ｘを回転させ、ウェハステージＷＳＴがＸ軸方向に移動する。このウェハステージＷＳＴの移動量は、レーザ測長器２２Ｘにより常時計測されてそのウェハステージ位置情報が制御系２４Ｘにフィードバックされ、常に目標位置との比較をしながら位置制御して目標位置に位置決めする閉ループのサーボ系が構成される。
【００３０】
また、加え合わせ点２８Ｘで得られたウェハステージ位置誤差は切替器３７Ｘにも入力される。切替器３７Ｘでは、ウェハステージ位置誤差が所定の範囲（例えば０．１２５μｍ）に入ると、ウェハステージ位置誤差を乗算器３８Ｘに出力し、露光が終了すると乗算器３８Ｘへの出力を遮断するようになっている。乗算器３８Ｘでは、入力されたウェハステージ位置誤差の値を反転して投影倍率の逆数（１／β）を乗じる演算を行う。この演算結果は、レチクルステージ制御系の加え合わせ点４０Ｘに入力される。
【００３１】
一方、目標位置設定部２６Ｘからはレチクルステージ目標位置情報Ｘｒ０が加え合わせ点３６Ｘに入力される。また、レーザ測長器１４Ｘで測定されたレチクルステージＷＳＴのＸ方向の現在位置の情報も加え合わせ点３６Ｘに入力されるようになっている。加え合わせ点３６Ｘは、具体的には減算器であり、レチクル目標位置情報Ｘｒ０とレーザ測長器１４Ｘからのレチクルステージ位置情報との差分を算出する。
【００３２】
得られたレチクルステージ位置情報の差分は、さらに加え合わせ点４０Ｘに入力される。加え合わせ点４０Ｘは具体的には加算機であり、乗算器３８Ｘで所定の演算が施されたウェハステージ位置誤差と上記レチクルステージ位置情報の差分とが加え合わされてレチクルステージ位置誤差信号を生成する。
レチクルステージ位置誤差信号は、制御回路４２Ｘに入力されて所定の差分方程式に基づくゲイン項と演算され、その結果がデジタルの出力値としてＤＡコンバータ４４Ｘに入力される。
【００３３】
レチクルステージＷＳＴ用の制御回路４２Ｘは、ゲイン項に比例項Ｋｐと積分項Ｋｉとを有し、それらを加え合わせ点で加え合わせてＰＩ制御にすることも、比例項Ｋｐのみを用いたＰ制御にすることもできるようになっている。図示では、ＰＩ制御になっている状態を示している。この切替は、制御切替部４８Ｘにおいて行われる。制御切替部４８Ｘでは、制御に先立ってウェハステージ位置情報とウェハステージの次の目標位置情報とからウェハステージＷＳＴの移動予定量を算出し、移動予定量に基づいて、制御回路４２Ｘにおいて比例項Ｋｐと積分項Ｋｉとを用いたＰＩ制御と、比例項Ｋｐのみを用いたＰ制御のいずれかへの切り替えを実行する。
【００３４】
切替の判断に用いる移動予定量は、現在のウェハステージ位置情報に対する次のウェハステージ目標位置の差分として求めるようにしている。従って、次のウェハステージ目標位置が前と変わらなければ、移動予定量は０である。制御切替部４８Ｘは、移動予定量が基準値（＝０）であれば、制御回路４２Ｘに対してＰ制御でレチクルステージ駆動系の制御を行うことを指示し、移動予定量が０以外の値であればＰＩ制御でレチクルステージ駆動系を制御するよう指示する。
【００３５】
レチクルステージＲＳＴのＸ方向の制御系に制御切替部４８Ｘを設けたのと同様に、図示しないＹ方向の制御系にも制御切替部４８Ｙが設けられている。この構成において、例えばウェハステージがＸ方向には所定距離（例えば、２０ｍｍ）のステップ動作をするが、Ｙ方向には移動しないような場合を考えてみる。制御切替部４８Ｘは、移動予定量＝２０を算出し、移動予定量が基準値＝０と異なるので、ＰＩ制御でレチクルステージのＸ方向の制御を行うことを制御回路４２Ｘに指示し、一方、制御切替部４８Ｙは、移動予定量＝０を算出し、移動予定量が基準値＝０と同一なので、Ｐ制御でレチクルステージのＹ方向の制御を行うことを制御回路４２Ｙに指示する。つまり、ステップ動作を行うウェハＸステージに対応するレチクルＸステージは、上述の特開平７−２２０９９８号公報に開示された制御方式に従って、ウェハステージＷＳＴのＸ方向の位置が所定の追従範囲内に入るとウェハステージＷＳＴのＸ方向の移動に追従して移動するようにＰＩ制御で駆動される。
【００３６】
そして、一方の本来停止しているはずだが実際には比較的高い周波数成分で振動しているウェハＹステージに対応するレチクルＹステージはＰ制御で駆動される。図２に、ステッピング動作から追い込み動作に至る図６と同一波形であるウェハＹステージの動特性の一例（実線）と、ウェハＹステージの動きに追従して移動するレチクルＹステージの動特性（破線）を示す。図２で横軸は経過時間を表し、縦軸はウェハ目標位置からの誤差量を表している。レチクルＹステージをＰ制御に切り替えることにより、比較的高い周波数成分を含むＹ軸方向のウェハステージ位置誤差信号の積分値が加えられることがないので、図２に示すように、レチクルＹステージはＰＩ制御で生じてしまうウェハステージの減衰振動に対する追従遅れによる位相の反転は生じず、その分速やかに相対位置偏差内に収束させることができるようになる。なお、以上の説明においては、ＰＩ制御をＰ制御に切り替えるようにしているが、フィルタ制御手段を制御回路４２Ｘ、４２Ｙに設けておいて、ＰＩ制御をＰ制御に切り替える代わりに、ＰＩ制御からフィルタ制御に切り替えるようにしてもよい。
【００３７】
また本実施の形態においては、移動予定量の基準値を０として説明したが、所定の基準範囲を予め設定し、移動予定量が所定の基準範囲内にある場合には制御回路４２Ｘ、４２Ｙに対してＰ制御でレチクルステージ駆動系の制御を行うことを指示し、移動予定量が所定の基準範囲外の値であればＰＩ制御でレチクルステージ駆動系を制御するようにしてももちろんよい。この所定の基準範囲を、例えば前回の目標位置に対するウェハステージＷＳＴの停止位置のオフセット量に設定するようにしてもよい。要は、ステップ動作時にＰＩ制御で駆動されるレチクルＸステージがウェハＸステージとの相対位置偏差内に収束する時間とほぼ同じかそれより速く、Ｐ制御（またはフィルタ制御）で駆動される非ステップ動作のレチクルＹステージがウェハＹステージとの相対位置偏差内に収束するように所定の基準範囲を設定すればよい。
【００３８】
制御回路４２Ｘから出力されたデジタルの制御信号はＤＡコンバータ４４Ｘに入力する。ＤＡコンバータ４４Ｘでは入力された制御信号をアナログ電圧に変換してサーボアンプ４６Ｘに出力する。サーボアンプ４６Ｘでは入力されたアナログ電圧を所定の増幅率で増幅して駆動モータ８Ｘに供給する。この結果駆動モータ８Ｘが所定の回転数で回転して送りねじ１０Ｘを回転させ、レチクルステージＷＳＴがＸ軸方向に移動する。このレチクルステージＷＳＴの移動量は、レーザ測長器１４Ｘにより常時計測されてそのレチクルステージ位置情報が制御系２４Ｘにフィードバックされ、常に目標位置との比較をしながら位置制御して目標位置に位置決めする閉ループのサーボ系が構成される。
【００３９】
また、加え合わせ点４０Ｘ、４０Ｙで得られたレチクルステージ位置誤差は、露光判定回路５０にも入力される。露光判定回路５０では、レチクルステージ位置誤差が、所定のサンプリング数（例えば１０点）において所定の相対偏差量以下になっていたらシャッタ開指令をシャッタ駆動回路５２に出力するようになっている。シャッタ駆動回路５２は、シャッタ開指令が入力されると、照明光源ＬＭＰからの照明光を遮光していたシャッタ４を開放するようになっている。
【００４０】
次に本実施の形態による露光装置の動作を説明する。なお、本動作説明においては、本実施の形態での特徴を明確に説明するため、Ｘ、Ｙ方向の両方向についての制御動作を同時に説明することにする。そして、ウェハステージＷＳＴは、Ｘ方向にステップ動作する場合について説明する。
まず、シャッタ駆動回路５２によりシャッタ４を閉じて照明光源ＬＭＰからの照明光ＩＬを遮光した状態で、図示しないレチクルアライメント光学系により、ウェハステージＷＳＴ上の基準位置に対するレチクルＲの位置関係を検出する。次に、レチクルＲをウェハステージＷＳＴ上の基準位置に対して所定の位置関係の初期露光位置に固定し、この状態でレーザ測長器１４Ｘ、１４Ｙの計測値を０にリセットする。これにより、レチクルＲを初期露光位置に固定したときのレチクルステージＲＳＴの座標、すなわち初期目標位置（Ｘｒ０，Ｙｒ０）が（０，０）となる。
【００４１】
次に、露光用のウェハＷをウェハステージＷＳＴ上にロードし、図示しないウェハアライメント光学系により、ウェハステージＷＳＴ上の基準位置に対するウェハＷの位置関係を検出する。これにより、レチクルＲのパターンの投影光学系ＰＬによる投影像の位置（露光位置）と、ウェハＷの各ショット領域との位置関係が分かり、ウェハＷの各ショット領域をその露光位置に設定するためのウェハステージＷＳＴの目標位置（Ｘｗ０，Ｙｗ０）が算出される。
【００４２】
次に、目標位置設定部２６Ｘ、２６Ｙから加え合わせ点２８Ｘ、２８Ｙに対してウェハステージＷＳＴの目標位置（Ｘｗ０，Ｙｗ０）をそれぞれ設定し、加え合わせ点３６Ｘ、３６ＹにレチクルステージＲＳＴの目標位置（Ｘｒ０，Ｙｒ０）＝（０，０）を設定する。その後、ウェハステージ駆動系の駆動モータ１６Ｘ、１６Ｙを駆動することにより、図３に示すような速度プロファイルでウェハステージＷＳＴをＸ方向にステッピング移動させて、ウェハステージＷＳＴのＸ位置を目標位置Ｘｗ０に近づける。図３において、ウェハステージＷＳＴのＸ方向への速度ＶＷＸは、台形状に加減速され、ウェハステージＷＳＴが目標位置に近づいた収束期間Ｔにおいて過渡応答的に次第に０になる。この収束期間Ｔにおいて、最終的な位置決めを行う追い込み動作が行われる。
【００４３】
制御系２４Ｘの加え合わせ点２８Ｘからのウェハステージ位置誤差信号ΔＸｗ１が制御回路３０Ｘに入力されて、Ｐ制御によりウェハステージのＸ方向の移動を制御する。収束期間Ｔの少し手前の時点でウェハステージ位置誤差ΔＸｗ１が所定の範囲（例えば０．１２５μｍ）に入ると、切替器３７Ｘからウェハステージ位置誤差ΔＸｗ１が乗算器３８Ｘに出力され、入力されたウェハステージ位置誤差ΔＸｗ１の値を反転して投影倍率の逆数（１／β＝５）を乗じる演算を行う。この演算結果、５・ΔＸｗ１がレチクルステージ制御系の加え合わせ点４０Ｘに入力される。加え合わせ点４０Ｘには、レチクル目標位置情報とレーザ測長器１４Ｘからのレチクルステージ位置情報との差分ΔＸｒ１も入力され、ウェハステージ位置誤差５・ΔＸｗ１と加え合わされてレチクルステージ位置誤差信号ＶＸ１＝（５・ΔＸｗ１）−ΔＸｒ１を生成する。
【００４４】
制御切替部４８Ｘでは、制御に先立ってレーザ測長器１４ＸからのＸ方向のウェハステージ位置情報に対してウェハステージＷＳＴのＸ方向の目標位置の差分を計算して移動予定量を求め、この移動予定量（＝２０）が基準値０と異なるので、制御回路４２ＸにＰＩ制御で制御することを指示する。制御回路４２Ｘは、制御切替部４８Ｘの指示により、入力されたレチクルステージ位置誤差信号ＶＸ１をＰＩ制御により演算してＤＡコンバータ４４Ｘに出力する。
【００４５】
一方、制御系２４Ｙの加え合わせ点２８Ｙからのウェハステージ位置誤差信号ΔＹｗ１が制御回路３０Ｙに入力されて、Ｐ制御によりウェハステージのＹ方向の移動を制御する。ウェハステージ位置誤差ΔＹｗ１が所定の範囲（例えば０．１２５μｍ）に入ると、切替器３７Ｙからウェハステージ位置誤差ΔＹｗ１が乗算器３８Ｙに出力され、入力されたウェハステージ位置誤差ΔＹｗ１の値を反転して投影倍率の逆数（１／β＝５）を乗じる演算を行う。この演算結果、５・ΔＹｗ１がレチクルステージ制御系の加え合わせ点４０Ｙに入力される。加え合わせ点４０Ｙには、レチクル目標位置情報とレーザ測長器１４Ｙからのレチクルステージ位置情報との差分ΔＹｒ１も入力され、ウェハステージ位置誤差５・ΔＹｗ１と加え合わされてレチクルステージ位置誤差信号ＶＹ１＝（５・ΔＹｗ１）−ΔＹｒ１を生成する。
【００４６】
制御切替部４８Ｙでは、制御に先立ってレーザ測長器１４ＹからのＹ方向のウェハステージ位置情報に対してウェハステージＷＳＴのＹ方向の目標位置の差分を計算して移動予定量を求め、この移動予定量（＝０）が基準値０と同値であるので、制御回路４２ＹにＰ制御で制御することを指示する。制御回路４２Ｙは、制御切替部４８Ｙの指示により、入力されたレチクルステージ位置誤差信号ＶＹ１をＰ制御により演算してＤＡコンバータ４４Ｙに出力する。
【００４７】
また、加え合わせ点４０Ｘ、４０Ｙで得られたレチクルステージ位置誤差ＶＸ１、ＶＹ１は、露光判定回路５０に入力され、レチクルステージ位置誤差ＶＸ１、ＶＹ１のいずれもが、所定のサンプリング数（例えば１０点）において所定の相対偏差量以下になっていたらシャッタ開指令をシャッタ駆動回路５２に出力する。シャッタ駆動回路５２は、シャッタ開指令が入力されると、照明光源ＬＭＰからの照明光を遮光していたシャッタ４を開放する。その後レチクルＲの回路パターンが投影光学系ＰＬを介して、ウェハＷ上の所定の露光領域に露光される。
【００４８】
本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施の形態においては、ステップアンドリピート方式の縮小投影露光装置に適用したが、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用いることも、またプロキシミティ露光による露光装置に本発明を用いることも可能である。
【００４９】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、基板上の各露光位置をレチクルのパターンの結像位置に位置決めするのに要する時間を短縮して、露光工程のスループットを向上させた露光装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による露光装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施の形態による露光装置による位置決め動作を行う場合の非ステップ軸でのウェハステージとレチクルステージの移動特性を示す図である。
【図３】本発明の一実施の形態による露光装置により位置決め動作を行う際のステップ軸での速度プロファイルを示す図である。
【図４】従来の露光装置による位置決め動作を行う場合のウェハステージの移動特性を示す図である。
【図５】従来の露光装置による位置決め動作を行う場合のウェハステージとレチクルステージの移動特性を示す図である。
【図６】従来の露光装置による位置決め動作を行う場合の非ステップ軸でのウェハステージとレチクルステージの移動特性を示す図である。
【符号の説明】
４  シャッタ
６  照明光学系
８Ｘ、８Ｙ、１６Ｘ、１６Ｙ  駆動モータ
１０Ｘ、１０Ｙ、１８Ｘ、１８Ｙ  送りねじ
１２Ｘ、１２Ｙ、２０Ｘ、２０Ｙ  反射鏡
１４Ｘ、１４Ｙ、２２Ｘ、２２Ｙ  レーザ測長器
２６Ｘ、２６Ｙ  目標位置設定部
２８Ｘ、２８Ｙ、３６Ｘ、３６Ｙ、４０Ｘ、４０Ｙ  加え合わせ点
３０Ｘ、３０Ｙ  制御回路（ウェハステージ側）
３２Ｘ、３２Ｙ、４４Ｘ、４４Ｙ  ＤＡコンバータ
３４Ｘ、３４Ｙ、４６Ｘ、４６Ｙ  サーボアンプ
３７Ｘ、３７Ｙ  切替器
３８Ｘ、３８Ｙ  乗算器
４２Ｘ、４２Ｙ  制御回路（レチクルステージ側）
４８Ｘ、４８Ｙ  制御切替部
５０  露光判定回路
５２  シャッタ駆動回路
ＬＭＰ  照明光源
ＩＬ  照明光
ＰＬ  投影光学系
Ｒ  レチクル
ＲＳＴ  レチクルステージ
Ｗ  ウェハ
ＷＳＴ  ウェハステージ
【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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