JP2000164504A - ステージ装置、露光装置、及び前記ステージ装置を用いた位置決め方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ステージの移動範囲を、そのステージの位置
を計測する干渉計の計測範囲よりも大きくし、かつその
ステージの位置を高精度に計測する。 【解決手段】 ウエハステージＷＳＴが、側面の移動鏡
２２Ｘ，２２Ｙにレーザ干渉計１５Ｘ１，１５Ｘ２，１
５Ｙからのレーザビームが照射されない位置から移動し
て、レーザ干渉計１５Ｘ１，１５Ｘ２，１５Ｙの計測範
囲内に入った際に、基準マークＭＡの位置をウエハアラ
イメントセンサにより計測し、この計測結果に基づいて
レーザ干渉計１５Ｘ１，１５Ｘ２，１５Ｙの計測値の補
正を行う。また、計測用ステージ１４が、レーザ干渉計
１５Ｘ１，１５Ｘ２，１５Ｙの計測範囲内に入った際に
も、同様に基準マークＭＢの位置をウエハアライメント
センサにより計測し、この計測結果に基づいてレーザ干
渉計１５Ｘ１，１５Ｘ２，１５Ｙの計測値の補正を行
う。

Description

【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７−２５３３
０４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：De
pth 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４−２２５５
１４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０．１
μｍ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
するステージ装置において、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ステージ装置を提供すること
を第１の目的とする。また、本発明は、二重露光等を行
うために、複数の可動部を設けた場合に、各可動部をそ
れぞれ目標とする位置に再現性を有する状態で迅速に位
置決めできるステージ装置を提供することを第２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３の目的と
する。更に本発明は、そのようなステージ装置を備え、
高いスループットで二重露光法等を実施できる露光装置
を提供することを第４の目的とする。

【００１８】また、本発明はそのようなステージ装置を
用いて迅速に位置決めを行うことができる位置決め方法
を提供することをも目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】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（１５
Ｘ１，１５Ｘ２，１５Ｙ）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，１７
Ｂ）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（８
７Ｙ３）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（ｒ
ａｄ）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／（２
π）｝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，ＲＳ
Ｔ２）に互いに異なるパターンが形成されたマスク（Ｒ
１，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（Ｗ
１）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（ＲＳ
Ｔ）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，ＷＳ
Ｔ２）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（ＷＳ
Ｔ）上に基板（Ｗ）を載置し、第２の可動ステージ（１
４）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（ＷＳ
Ｔ）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、Ｙ
ＡＧレーザの高調波、又は水銀ランプのｉ線（波長３６
５ｎｍ）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Ｒ
ＳＴ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１７
Ｄ１，１７Ｄ２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Ｍ
Ｄ１，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Ｒ
ＳＴ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Ｒ
ＳＴ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７
Ｘ１，７Ｘ２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４
Ａ，４Ｂに対して−Ｙ方向に設置されたレーザ干渉計８
Ｙから計測用ステージ５の−Ｙ方向の側面の移動鏡２５
Ｙ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Ｒ
ＳＴ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２４
Ｘ，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２
５Ｘ，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ＲＳ
Ｔ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Ｒ
ＳＴを位置決めした状態で、レーザ干渉計７Ｘ１，７Ｘ
２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Ｍ
Ｂ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ＷＳ
Ｔ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１５Ｘ
１，１５Ｘ２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１５
Ｘ１，１５Ｘ２，１５Ｙ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１５
Ｙ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１５Ｘ１，１５
Ｘ２，１５Ｙ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１５Ｘ１，１５
Ｘ２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１５Ｘ１，１５Ｘ２，１
５Ｙ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，１５Ｘ
１，１５Ｘ２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１
２から待避させて、ウエハステージＷＳＴを露光領域１
２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１
７Ａ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Ｐ
Ｌ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Ｍ
Ａ，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ＷＳ
Ｔ１，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，ＷＳＴ
２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９５
Ａ，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，９
３Ｄが取り付けられている。これら４つの移動部材９３
Ａ〜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，９
３Ｂ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，９３
Ｄ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９４
Ａ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Ｗ
ＳＴ１，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Ｗ
ＳＴ１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９３
Ｃ，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８
４Ｘ，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８８
Ａ，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 StepAlignment）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 InterferometricAlignment ）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Ｗ
ＳＴ２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ＰＬ
１、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ＲＳＴ
１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ＲＳ
Ｔ１，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，ＲＳＴ
２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，ＲＳ
Ｔ２上には、＋Ｘ方向の側面に、レチクルステージＲＳ
Ｔ１，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８３Ｘ
１〜８３Ｘ５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８２
Ａ，８２Ｂには常時何れかの計測ビーム９１Ｘ１〜９１
Ｘ５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８９
Ａ，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８３Ｙ
３，８３Ｙ４によってそれぞれレチクルステージＲＳＴ
２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９１
Ｙ３，９１Ｙ４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８
２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Ｗ
ＳＴ１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９２Ｘ２，９２Ｘ
５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，８５
Ｙに照射されている。また、アライメント系８８Ａ，８
８Ｂ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８７Ｙ
１，８７Ｙ５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，Ｗ
ＳＴ２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ＷＳＴ
１、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８７Ｘ
１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８７
Ｙ５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ＷＳＴ
１，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９２
Ｙ１，９２Ｙ２，…，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９
２Ｙ１，９２Ｙ３，９２Ｙ５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８７
Ｘ２，８７Ｘ５，８７Ｙ１〜８７Ｙ５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ＷＳＴ
１，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４
２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５
２、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５
８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９
０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Ｗ
１、即ちレチクルステージＲＳＴ１とウエハステージＷ
ＳＴ１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３
８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８７
Ｙ３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Ｗ
ＳＴ２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８７Ｙ
４，８７Ｙ３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ＷＳ
Ｔ２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９
２Ｙ４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（ｒ
ａｄ））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８
５Ｙ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２
７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８
７Ｙ４，８７Ｙ３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８７Ｙ
４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ＷＳＴ
２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９２Ｙ
４の照射範囲（測定範囲）内に入った際に、干渉計８７
Ｙ４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（ｒａ
ｄ）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Ｐ
１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８
７Ｙ３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Ｐ
２’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８７
Ｙ４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／（２
π）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ε
２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１
０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（Ｎ
１、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φ
１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８３Ｘ１〜８３
Ｘ５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９７
Ａ，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９
９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９８
Ｃ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Ｗ
ＳＴ１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ＷＳ
Ｔ１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９
０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Ｗ
ＳＴ１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８８
Ａ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Ｅ
ＧＡ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Ｒ
ＳＴ２）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，Ｒ
ＳＴ２）、ウエハステージＷＳＴ（ＷＳＴ１，ＷＳＴ
２）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】本発明の第１のステージ装置によれば、
個別の機能毎、又は所定の複数の機能群毎にそれぞれ可
動ステージを設けることによって、各可動ステージを小
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、複数の可動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、各可動ステージがその第１測定系の計測範囲内に入
った際には、第１測定系によりその可動ステージの位置
を高い再現性で高精度に計測することができる。

【０１３５】次に、本発明の第２のステージ装置によれ
ば、その複数の可動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可動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。

【０１３６】次に、本発明の第１の露光装置によれば、
本発明のステージ装置を備えているため、例えば干渉計
によりその可動ステージの位置を計測する場合には、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、高いスループットで二重露光法等を
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。

【０１３７】次に、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
の特性計測装置は、別の第２の可動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、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。

【０１３８】次に、本発明の第３の露光装置によれば、
例えばその複数の可動ステージの内の一方の可動ステー
ジで露光動作を行いながら、別の可動ステージでは基板
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。次に、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は、別の第２の可
動ステージに搭載されるため、結像特性も計測できる。

【０１３９】次に、本発明の第１の位置決め方法によれ
ば、迅速にその複数の可動ステージの位置を高精度に計
測して位置決めすることができる。同様に、本発明の第
２の位置決め方法によれば、迅速にその複数の可動ステ
ージの位置を高精度に計測して位置決めすることができ
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Ｗ
ＳＴ１，ＷＳＴ２と、２つのレチクルステージＲＳＴ
１，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，１５Ｘ１，１５Ｘ
２，１５Ｙ…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、１
６…ウエハアライメントセンサ、２６…位相比較器、２
７…積算器、２８…計算処理装置、３８…ステージ制御
装置、８３Ｘ１〜８３Ｘ５，８３Ｙ１〜８３Ｙ４，８７
Ｘ２，８７Ｘ５，８７Ｙ１〜８７Ｙ５…干渉計、８８
Ａ，８８Ｂ…アライメント系、９０…主制御装置

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H097 AA12 BA01 KA03 KA28 KA38 LA10 5F046 AA13 CC01 CC02 CC13 CC16 CC17 DB05 DB10 DC05 DC12

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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と、 前記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測定系と、を備え
   たステージ装置であって、 前記複数の可動ステージのそれぞれに対して、該可動ス
   テージの前記計測範囲内の所定の基準位置からの位置ず
   れ量、又は前記基準位置に対する合致度を計測する第２
   測定系、を備え、 前記第２測定系の計測結果に基づいて前記第１測定系の
   計測値の補正を行うことを特徴とするステージ装置。
2. 【請求項２】 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と、 前記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測定系と、
   を備えたステージ装置であって、 前記複数の可動ステージのそれぞれに対して、前記第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測定系と、 前記第１及び第２測定系の計測結果に基づいて該２つの
   測定系の計測結果を補正する制御系と、を設けたことを
   特徴とするステージ装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載のステージ装置であって、 前記第１測定系は干渉計であり、 前記第２測定系は、順次部分的に重複する計測範囲を有
   する複数の干渉計であることを特徴とするステージ装
   置。
4. 【請求項４】 請求項１、２、又は３記載のステージ装
   置を備えた露光装置であって、 前記ステージ装置の前記複数の可動ステージに互いに異
   なるパターンが形成されたマスクを載置し、前記複数の
   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
   行いながら基板上に転写することを特徴とする露光装
   置。
5. 【請求項５】 請求項１、２、又は３記載のステージ装
   置を備えた露光装置であって、 前記ステージ装置の前記複数の可動ステージの第１の可
   動ステージ上にマスクを載置し、第２の可動ステージ上
   に前記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を載置し、 前記マスクのパターンを基板上に転写することを特徴と
   する露光装置。
6. 【請求項６】 請求項１、２、又は３記載のステージ装
   置を備えた露光装置であって、 前記ステージ装置の前記複数の可動ステージ上にそれぞ
   れ基板を載置し、 前記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、前記複数の基板上に交互に所定のマスクパター
   ンを露光することを特徴とする露光装置。
7. 【請求項７】 請求項１、２、又は３記載のステージ装
   置と、投影光学系と、を備えた露光装置であって、 前記ステージ装置の前記複数の可動ステージの第１の可
   動ステージ上に基板を載置し、第２の可動ステージ上に
   前記投影光学系の結像特性を計測するための特性計測装
   置を載置し、 前記第１の可動ステージ上の基板上に所定のマスクパタ
   ーンを前記投影光学系を介して露光することを特徴とす
   る露光装置。
8. 【請求項８】 請求項１記載のステージ装置を用いた位
   置決め方法であって、 前記複数の可動ステージの内の一つの可動ステージが前
   記第１測定系の計測範囲内に入った際に、該可動ステー
   ジの前記計測範囲内の所定の基準位置からの位置ずれ
   量、又は前記基準位置に対する合致度を前記第２測定系
   により計測し、該計測結果に基づいて前記第１測定系の
   計測値の補正を行うことを特徴とするステージ装置を用
   いた位置決め方法。
9. 【請求項９】 請求項２、又は３記載のステージ装置を
   用いた位置決め方法であって、 前記複数の可動ステージの内の一つの可動ステージが前
   記第２の計測範囲側から前記第１の計測範囲内に入る際
   に、前記第１及び第２測定系によって同時に前記可動ス
   テージの位置を計測し、該計測結果に基づいて前記第１
   測定系の計測結果を前記第２測定系の計測結果に合わせ
   ることを特徴とするステージ装置を用いた位置決め方
   法。