JPH10209039A - 投影露光方法及び投影露光装置 - Google Patents

投影露光方法及び投影露光装置

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JPH10209039A
JPH10209039A JP9027206A JP2720697A JPH10209039A JP H10209039 A JPH10209039 A JP H10209039A JP 9027206 A JP9027206 A JP 9027206A JP 2720697 A JP2720697 A JP 2720697A JP H10209039 A JPH10209039 A JP H10209039A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 感応基板上に所望のパターン像を高解像度か
つ大焦点深度で露光できるようにする。 【解決手段】 第１の露光工程では、所定方向のＬ／Ｓ
パターンから成る第１のパターンが形成されたレチクル
Ｒのパターン形成面に対してほぼフーリエ変換相当面若
しくはその近傍の面における光量分布が、光軸中心ＡＸ
からＬ／Ｓパターンの周期方向に対して直交する方向に
対称に偏心した位置に中心を有する２つの領域を光が透
過するような開口絞り５９を用いて露光が行われる。第
２の露光工程では、第１の露光工程のＬ／Ｓパターンと
直交方向のラインパターンから成る第２のパターンが形
成されたレチクルＲのパターンに対して、同様にライン
方向に直交する方向に対称に偏心した位置に中心を有す
る開口絞り５９を用いて露光が行われる。これらを重ね
合わせ露光することにより、所望のパターン像が高解像
度かつ大焦点深度で露光される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、投影露光方法及び
投影露光装置に係り、更に詳しくはマスクに形成された
パターンの像を投影光学系を介して感応基板上に投影露
光する投影露光方法及び投影露光装置に関するものであ
り、特に、複数のマスクのパターン像を感応基板上の所
定領域に重ね合わせ露光する点に特徴を有している。
【０００２】
【従来の技術】従来より、半導体素子又は液晶表示素子
等をフォトリソグラフィ工程で製造する場合に、種々の
露光装置が使用されているが、現在では、フォトマスク
又はレチクル（以下、「レチクル」と総称する）のパタ
ーン像を、投影光学系を介して表面にフォトレジスト等
の感光材が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の基
板（以下、適宜「感応基板」と称する）上に転写する投
影露光装置が一般的に使用されている。近年では、この
投影露光装置として、感応基板を２次元的に移動自在な
基板ステージ上に載置し、この基板ステージにより感応
基板を歩進（ステッピング）させて、レチクルのパター
ン像を感応基板上の各ショット領域に順次露光する動作
を繰り返す、所謂ステップ・アンド・リピート方式の縮
小投影露光装置（いわゆるステッパー）が主流となって
いる。
【０００３】最近になって、このステッパー等の静止型
露光装置に改良を加えた、ステップ・アンド・スキャン
方式の投影露光装置（例えば特開平７−１７６４６８号
公報に記載された様な走査型露光装置）も比較的多く用
いられるようになってきた。このステップ・アンド・ス
キャン方式の投影露光装置は、ステッパーに比べると
大フィールドをより小さな光学系で露光できるため、投
影光学系の製造が容易であるとともに、大フィールド露
光によるショット数の減少により高スループットが期待
出来る、投影光学系に対してレチクル及びウエハを相
対走査することで平均化効果があり、ディストーション
や焦点深度の向上が期待出来る等のメリットがある。さ
らに、半導体素子の集積度が１６Ｍ（メガ）から６４Ｍ
のＤＲＡＭ、更に将来的には２５６Ｍ、１Ｇ（ギガ）と
いうように時代とともに高くなるのに伴い、大フィール
ドが必須になるため、ステッパーに代わってスキャン型
投影露光装置が主流になるであろうと言われている。
【０００４】また、これらの投影露光装置を用いて感応
基板を露光する場合、例えば、特開平４−２７３２４５
号公報等に記載されているように、いわゆる変形照明法
（ＳＨＲＩＮＣ：Super High Resolution by IllumiNat
ion Control）を用いて、形成すべきパターンの解像度
と焦点深度の向上を図ることが行われていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】この種の投影露光装置
は、主として半導体素子等の量産機として使用されるも
のであることから、一定時間内にどれだけの枚数のウエ
ハを露光処理できるかという処理能力、すなわちスルー
プットを向上させることが必然的に要請される。
【０００６】これに関し、ステップ・アンド・スキャン
方式の投影露光装置の場合、大フィールドを露光する場
合には先に述べたように、ウエハ内に露光するショット
数が少なくなるのでスループットの向上が見込まれる
が、露光はレチクルとウエハとの同期走査による等速移
動中に行われることから、その等速移動領域の前後に加
減速領域が必要となり、仮にステッパーのショットサイ
ズと同等の大きさのショットを露光する場合には、却っ
てステッパーよりスループットが落ちる可能性がある。
【０００７】この種の投影露光装置における処理の流れ
は、大要次のようになっている。
【０００８】 まず、ウエハローダを使ってウエハを
ウエハテーブル上にロードするウエハロード工程が行わ
れる。
【０００９】 次に、サーチアライメント機構により
ウエハの大まかな位置検出を行うサーチアライメント工
程が行われる。このサーチアライメント工程は、具体的
には、例えば、ウエハの外形を基準としたり、あるい
は、ウエハ上のサーチアライメントマークを検出するこ
とにより行われる。
【００１０】 次に、ウエハ上の各ショット領域の位
置を正確に求めるファインアライメント工程が行われ
る。このファインアライメント工程は、一般にＥＧＡ
（エンハンスト・グローバル・アライメント）方式が用
いられ、この方式は、ウエハ内の複数のサンプルショッ
トを選択しておき、当該サンプルショットに付設された
アライメントマーク（ウエハマーク）の位置を順次計測
し、この計測結果とショット配列の設計値とに基づい
て、いわゆる最小自乗法等による統計演算を行って、ウ
エハ上の全ショット配列データを求めるものであり（特
開昭６１−４４４２９号公報等参照）、高スループット
で各ショット領域の座標位置を比較的高精度に求めるこ
とができる。
【００１１】 次に、上述したＥＧＡ方式等により求
めた各ショット領域の座標位置と予め計測したベースラ
イン量とに基づいて露光位置にウエハ上の各ショット領
域を順次位置決めしつつ、投影光学系を介してレチクル
のパターン像をウエハ上に転写する露光工程が行われ
る。
【００１２】 次に、露光処理されたウエハテーブル
上のウエハをウエハアンローダを使ってウエハアンロー
ドさせるウエハアンロード工程が行われる。このウエハ
アンロード工程は、露光処理を行うウエハの上記のウ
エハロード工程と同時に行われる。すなわち、とと
によってウエハ交換工程が構成される。
【００１３】このように、従来の投影露光装置では、ウ
エハ交換→サーチアライメント→ファインアライメント
→露光→ウエハ交換……のように、大きく４つの動作が
１つのウエハステージを用いて繰り返し行われている。
【００１４】また、この種の投影露光装置のスループッ
トＴＨＯＲ［枚／時間］は、上述したウエハ交換時間を
Ｔ１、サーチアライメント時間をＴ２、ファインアライ
メント時間をＴ３、露光時間をＴ４とした場合に、次式
（１）のように表すことができる。
【００１５】 ＴＨＯＲ＝３６００／（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４） ………（１） 上記Ｔ１〜Ｔ４の動作は、Ｔ１→Ｔ２→Ｔ３→Ｔ４→Ｔ
１……のように順次（シーケンシャルに）繰り返し実行
される。このため、Ｔ１〜Ｔ４までの個々の要素を高速
化すれば分母が小さくなって、スループットＴＨＯＲを
向上させることができる。しかし、上述したＴ１（ウエ
ハ交換時間）とＴ２（サーチアライメント時間）は、ウ
エハ１枚に対して一動作が行われるだけであるから改善
の効果は比較的小さい。また、Ｔ３（ファインアライメ
ント時間）の場合は、上述したＥＧＡ方式を用いる際に
ショットのサンプリング数を少なくしたり、ショット単
体の計測時間を短縮すればスループットを向上させるこ
とができるが、逆にアライメント精度を劣化させること
になるため、安易にＴ３を短縮することはできない。
【００１６】また、Ｔ４（露光時間）は、ウエハ露光時
間とショット間のステッピング時間とを含んでいる。例
えば、ステップ・アンド・スキャン方式のような走査型
投影露光装置の場合は、ウエハ露光時間を短縮させる分
だけレチクルとウエハの相対走査速度を上げる必要があ
るが、同期精度が劣化することから、安易に走査速度を
上げることができない。
【００１７】また、この種の投影露光装置で上記スルー
プット面の他に、重要な条件としては、解像度、焦
点深度（ＤＯＦ：Depth of Forcus ）、線幅制御精度
が挙げられる。解像度Ｒは、露光波長をλとし、投影レ
ンズの開口数をＮ．Ａ．（Numerical Aperture )とする
と、λ／Ｎ．Ａ．に比例し、焦点深度ＤＯＦはλ／
（Ｎ．Ａ．）2 に比例する。
【００１８】このため、解像度Ｒを向上させる（Ｒの値
を小さくする）には、露光波長λを小さくするか、ある
いは開口数Ｎ．Ａ．を大きくする必要がある。特に、最
近では半導体素子等の高密度化が進んでおり、デバイス
ルールが０．２μｍＬ／Ｓ（ライン・アンド・スペー
ス）以下となってきていることから、これらのパターン
を露光する為には照明光源としてＫｒＦエキシマレーザ
を用いている。しかしながら、前述したように半導体素
子の集積度は、将来的に更に上がることは必至であり、
ＫｒＦより短波長な光源を備えた装置の開発が望まれ
る。このようなより短波長な光源を備えた次世代の装置
の候補として、ＡｒＦエキシマレーザを光源とした装
置、電子線露光装置等が代表的に挙げられるが、ＡｒＦ
エキシマレーザの場合は、酸素のある所では光が殆ど透
過せず、高出力が出にくい上、レーザの寿命も短く、装
置コストが高いという技術的な課題が山積しており、ま
た、電子線露光装置の場合、光露光装置に比べてスルー
プットが著しく低下するという不都合があることから、
短波長化を主な観点とした次世代機の開発は思うように
いかないというのが現実である。
【００１９】解像度Ｒを上げる他の手法としては、開口
数Ｎ．Ａ．を大きくすることも考えられるが、Ｎ．Ａ．
を大きくすると、投影光学系のＤＯＦが小さくなるとい
うデメリットがある。このＤＯＦは、ＵＤＯＦ（User D
epth of Forcus：ユーザ側で使用する部分：パターン段
差やレジスト厚等）と、装置自身の総合焦点差とに大別
することができる。これまでは、ＵＤＯＦの比率が大き
かったため、ＤＯＦを大きく取る方向が露光装置開発の
主軸であり、このＤＯＦを大きくとる技術として例えば
変形照明等が実用化されている。
【００２０】ところで、デバイスを製造するためには、
Ｌ／Ｓ（ライン・アンド・スペース）、孤立Ｌ（ライ
ン）、孤立Ｓ（スペース）、及びＣＨ（コンタクトホー
ル）等が組み合わさったパターンをウエハ上に形成する
必要があるが、上記のＬ／Ｓ、孤立ライン等のパターン
形状毎に最適露光を行うための露光パラメータが異なっ
ている。このため、従来は、ＥＤ−ＴＲＥＥ（レチクル
が異なるＣＨは除く）という手法を用いて、解像線幅が
目標値に対して所定の許容誤差内となり、かつ所定のＤ
ＯＦが得られるような共通の露光パラメータ（コヒーレ
ンスファクタσ、Ｎ．Ａ．、露光制御精度、レチクル描
画精度等）を求めて、これを露光装置の仕様とすること
が行われている。しかしながら、今後は以下のような技
術的な流れがあると考えられている。
【００２１】プロセス技術（ウェハ上平坦化）向上に
より、パターン低段差化、レジスト厚減少が進み、ＵＤ
ＯＦが１μｍ台→０．４μｍ以下になる可能性がある。
【００２２】露光波長がｇ線（４３６ｎｍ）→ｉ線
（３６５ｎｍ）→ＫｒＦ（２４８ｎｍ）と短波長化して
いる。しかし、今後はＡｒＦ（１９３ｎｍ）までの光源
しか検討されてなく、その技術的ハードルも高い。その
後はＥＢ露光に移行する。
【００２３】ステップ・アンド・リピートのような静
止露光に代わりステップ・アンド・スキャンのような走
査露光がステッパーの主流になる事が予想されている。
この技術は、径の小さい投影光学系で大フィールド露光
が可能であり（特にスキャン方向）、その分高Ｎ．Ａ．
化を実現し易い。
【００２４】上記のような技術動向を背景にして、限界
解像度を向上させる方法として、二重露光法が見直さ
れ、この二重露光法をＫｒＦ及び将来的にはＡｒＦ露光
装置に用い、０．１μｍＬ／Ｓまで露光しようという試
みが検討されている。一般に、二重露光法は以下の３つ
の方法に大別される。
【００２５】（１）露光パラメータの異なるＬ／Ｓ、孤
立線を別々のレチクルに形成し、各々最適露光条件によ
り同一ウエハ上に二重に露光を行う。
【００２６】（２）位相シフト法等を導入すると、孤立
線よりＬ／Ｓの方が同一ＤＯＦにて限界解像度が高い。
これを利用することにより、１枚目のレチクルで全ての
パターンをＬ／Ｓで形成し、２枚目のレチクルにてＬ／
Ｓを間引きすることで孤立線を形成する。
【００２７】（３）一般に、Ｌ／Ｓより孤立線は、小さ
なＮ．Ａ．にて高い解像度を得ることができる（但し、
ＤＯＦは小さくなる）。そこで、全てのパターンを孤立
線で形成し、１枚目と２枚目のレチクルによってそれぞ
れ形成した孤立線の組み合わせにより、Ｌ／Ｓを形成す
る。
【００２８】上記の二重露光法は解像度向上、ＤＯＦ向
上の２つの効果がある。
【００２９】しかし、二重露光法は、複数のレチクルを
使って露光処理を複数回行う必要があるため、従来の装
置に比べて露光時間（Ｔ４）が倍以上になり、スループ
ットが大幅に劣化するという不都合があったことから、
現実には、二重露光法はあまり真剣に検討されてなく、
従来より露光波長の紫外化、変形照明、位相シフトレチ
クル等により、解像度、焦点深度（ＤＯＦ）の向上が行
われてきた。
【００３０】しかしながら、次世代機の目標とする解像
線幅である０．１μｍは、上記の露光波長の紫外化、変
形照明、位相シフトレチクル等の工夫では、実現が困難
である。従って、先に述べた二重露光法をＫｒＦ、Ａｒ
Ｆ露光装置に用いることにより０．１μｍＬ／Ｓまでの
露光を実現することが、２５６Ｍ、１ＧのＤＲＡＭの量
産を目的とする次世代機の開発の有力な選択肢であるこ
とは疑いない。
【００３１】二重露光法により更に解像力を向上させる
ための手段として、前述した変形照明を用いて二重露光
を行うことが考えられるが、従来の変形照明法では、所
定方向のＬ／Ｓや孤立Ｌに対しては解像度と焦点深度
（ＤＯＦ）の向上を図ることが可能であるが、前記所定
方向に直交する方向のパターンの解像度と焦点深度が著
しく低下するという不都合があり、かかる不都合は直交
２軸方向から変形照明を同時に行うことにより殆ど解決
できるが、各Ｌパターンついて見ると、そのパターンの
両端部（２次元エッジが存在する部分）では像が著しく
劣化する（例えば、エッジ部がだれてテーパ状となる）
ため、輪帯型の照明方法を用いて露光する場合よりも却
って精度向上が見込まれないという不都合があった。
【００３２】また、二重露光法に独特の別の問題とし
て、前述の如く複数のレチクルを使って露光処理を複数
回行う必要からスループットが必然的に低下するという
不都合があった。この場合、実露光時間の増加のみでな
く、従来はレチクルステージに搭載されるレチクルが１
枚であったため、二重露光法を実施する場合は、レチ
クルローダ等を用いてレチクルライブラリに所蔵された
レチクルを１枚ずつ取り出してレチクルステージとの間
でレチクル交換を行い、レチクルを位置合わせ（アラ
イメント）した後、そのレチクルを介して露光処理が
行われ、再びに戻ってレチクル交換を行うという一連
のシーケンスを順次繰り返す必要があったため、その分
スループットが低下するという不都合もあった。従っ
て、複数枚のレチクルを交換して使用する場合に、レチ
クルの交換時間を短縮して幾分でもスループットを向上
させることが要請されている。
【００３３】かかるレチクル交換時間を短縮する方法と
して、レチクルステージ上にレチクルを複数枚載せるこ
とも考えられるが、このようにした場合には、ステージ
が大型化して、特に走査型露光装置の場合にその位置制
御性が劣化するという不都合も生じる。
【００３４】更に、上記した二重露光法のように複数の
レチクルをセットで使用する場合は、それら複数のレチ
クルの管理に関しても特別の工夫が要請される。
【００３５】本発明は、かかる事情の下になされたもの
で、請求項１ないし３に記載の発明の目的は、特に感応
基板上に所望のパターン像を高解像度かつ大焦点深度で
露光することができる投影露光方法を提供することにあ
る。
【００３６】また、請求項４に記載の発明の目的は、特
にマスクが搭載されたマスクステージの位置を正確に制
御することができる走査型の投影露光装置を提供するこ
とにある。
【００３７】さらに、請求項５及び６に記載の発明の目
的は、特にマスク交換のスループットとマスクステージ
の制御性を向上させつつ、装置本体のフットプリントを
小さくできる投影露光装置を提供することにある。
【００３８】また、請求項７ないし９に記載の発明の目
的は、特に複数のマスクをセットで使用する際に、複数
のマスクの管理が容易に行える投影露光装置を提供する
ことにある。
【００３９】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、複数のパターンを投影光学系（ＰＬ）を介して感応
基板（Ｗ１又はＷ２）上の所定領域にそれぞれ重ね合わ
せ露光する投影露光方法であって、所定方向のラインパ
ターンから成る第１のパターン（ＲＰ１）が形成された
マスク（Ｒ１）を前記投影光学系（ＰＬ）に関して前記
感応基板（Ｗ１又はＷ２）と共役な位置に配設するとと
もに、該マスク（Ｒ１）面のほぼフーリエ変換相当面、
もしくはその近傍の面内の光軸（ＡＸ）に関する点対称
位置にそれぞれの中心を有する２つの偏心領域に照明光
を透過させて、前記光軸（ＡＸ）に対して前記第１のパ
ターン（ＲＰ１）のライン方向と直交する方向に所定量
だけ傾いた照明光束（Ｌ１）により前記第１のパターン
（ＲＰ１）を照明する第１の露光工程と；前記第１のパ
ターン（ＲＰ１）に直交する方向のラインパターンから
成る第２のパターン（ＲＰ２）が形成されたマスク（Ｒ
２）を前記投影光学系（ＰＬ）に関して前記感応基板
（Ｗ１又はＷ２）と共役な位置に配設するとともに、該
マスク（Ｒ２）面のほぼフーリエ変換相当面、もしくは
その近傍の面内の光軸（ＡＸ）に関する点対称位置にそ
れぞれの中心を有する２つの偏心領域に照明光を透過さ
せて、前記光軸（ＡＸ）に対して前記第２のパターン
（ＲＰ２）のライン方向と直交する方向に所定量だけ傾
いた照明光束により前記第２のパターン（ＲＰ２）を照
明する第２の露光工程とを含む。
【００４０】これによれば、第１の露光工程において、
所定のラインパターンから成る第１のパターンが形成さ
れたマスク面のほぼフーリエ変換相当面、もしくはその
近傍の面内の光軸に関する点対称位置にそれぞれの中心
を有する２つの偏心領域に照明光を透過させるととも
に、光軸に対して第１のパターンのライン方向と直交す
る方向に所定量だけ傾いた照明光束により第１のパター
ンが照明される。このように、第１のパターンが形成さ
れたマスクに対して所定の照明（いわゆる変形照明）が
為されると、マスクの第１のパターンから発生する０次
回折光と−１次回折光とが光軸に対して対称となって、
投影光学系内をこの２光束のみが通過し、＋１次回折光
が通過しなくなる。このため、感応基板上では、２光束
干渉によって波面収差が発生しなくなることから、ライ
ン方向に高解像度で大焦点深度を持ったパターン像の形
成が可能となる。
【００４１】同様に、第２の露光工程では、第１のパタ
ーンに直交する方向のラインパターンから成る第２のパ
ターンが形成されたマスクに対して変形照明を行うこと
により、当該ライン方向に高解像度で大焦点深度を持っ
たパターン像の形成が可能となる。このように、直交関
係にある第１のパターンと第２のパターンとに分けて各
パターンに応じた変形照明によって照明することによ
り、各ライン方向に対して高解像度で大焦点深度を持っ
たパターン像を形成することが可能となる。
【００４２】この場合において、第１のパターンと第２
のパターンとの重ね合わせ露光により、種々のパターン
が形成可能であるが、請求項２に記載の発明の如く、請
求項１に記載の投影露光方法において、感応基板（Ｗ１
又はＷ２）上に形成された第１のパターン（ＲＰ１）の
少なくとも両端部の露光不良部分を除去すべく第２のパ
ターン（ＲＰ２）を重ね合わせ露光するようにしても良
い。すなわち、所定方向のラインパターンに応じた変形
照明により照明する場合は、ライン方向に対して高解像
度且つ大焦点深度を持ったパターン像が形成可能である
が、ライン方向と直交するパターン部分（ラインパター
ンの両端エッジ部）では逆に焦点深度が小さくなるとと
もに解像度が劣化する（エッジ部がだれてテーパ状とな
る）。このため、第１のパターンで形成されたパターン
の少なくとも両端部に対して第２のパターンを重ね合わ
せ露光することにより、第１のパターンの両端の露光不
良部分が第２のパターンよって除去されたパターン像が
現像後に得られるような重ね合わせ露光が可能になり、
結果的に露光不良部分のないパターン像を得ることがで
きる。
【００４３】上記第１の露光工程と第２の露光工程とか
らなる重ね合わせ露光（二重露光）のみでも、例えば、
ライン・アンド・スペースパターンや孤立ラインパター
ン等については、高解像度のパターン像を得ることがで
きるが、例えば、請求項３に記載の発明の如く、請求項
１又は２に記載の投影露光方法において、感応基板（Ｗ
１又はＷ２）上に形成されたパターン（ＲＰ３、ＲＰ
４）のうち特定のパターンに対応するパターンから成る
第３のパターン（ＲＰ５）を同一又は異なるマスク（Ｒ
５）に形成し、第２の露光工程後に、第３のパターン
（ＲＰ５）が形成されたマスク（Ｒ５）面のほぼフーリ
エ変換相当面、もしくはその近傍の面内に光軸を中心と
した輪帯状の領域に光源からの照明光を透過させた照明
光束により、第３のパターン（ＲＰ５）を照明する第３
の露光工程をさらに有するようにしても良い。このよう
にすると、例えば、第１の露光工程と第２の露光工程の
重ね合わせ露光の結果形成される高解像度且つ大焦点深
度から成るパターン像のうち、第３のパターンが形成さ
れたマスクにより輪帯照明条件下で重ね合わせ露光が行
われる結果、例えば第３パターンを形成する特定パター
ン以外のパターンの像が除去された、特定パターンの像
のみから成る高解像度なパターン像が現像後に得られる
ようになる。これは、例えばコンタクトホール像等を形
成する場合に好適である。
【００４４】請求項４に記載の発明は、照明光により照
明された所定の照明領域（ＩＡ）に対してマスク（Ｒ）
を走査方向に移動するのに同期して前記照明領域（Ｉ
Ａ）に共役な露光領域に対して感応基板（Ｗ１又はＷ
２）を前記走査方向に移動させることにより前記マスク
（Ｒ）のパターンを感応基板（Ｗ１又はＷ２）に露光す
る走査型の投影露光装置であって、前記マスク（Ｒ）を
複数搭載して、前記マスク（Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５）をその
面内で駆動可能で且つ、前記走査方向と直交する非走査
方向の側部に反射面（２６２）が形成されたマスクステ
ージ（ＲＳＴ）と；予め計測された前記反射面（２６
２）の表面湾曲データが各マスク（Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５）
に対応して独立に記憶された記憶手段（９１）と；前記
記憶手段（９１）に記憶された前記反射面（２６２）の
表面湾曲データに基づいて前記マスクステージ（ＲＳ
Ｔ）位置を制御する制御手段（９０）と；を有する。
【００４５】これによれば、制御手段が、記憶手段に記
憶された各マスクに対応したマスクステージの反射面の
表面湾曲データに基づいて、マスクステージの位置を制
御することから、仮にマスクステージの自重変形等に起
因してその反射面に湾曲が生じた場合であっても、これ
に影響されることなく、マスクステージの走査時の位置
制御を高精度に行うことができる。
【００４６】請求項５に記載の発明は、複数のマスク
（例えば、３１６、３１８）に形成されたパターンの像
を投影光学系（ＰＬ）を介して感応基板（Ｗ１又はＷ
２）上にそれぞれ投影露光する投影露光装置であって、
第１のマスク（３１６）を搭載して２次元平面内を移動
可能な第１のマスクステージ（３１２）と；第２のマス
ク（３１８）を搭載して前記第１のマスクステージ（３
１２）と同一平面内を前記第１のマスクステージ（３１
２）とは独立に移動可能な第２のマスクステージ（３１
４）と；前記投影光学系（ＰＬ）とは別に設けられ、前
記第１のマスク（３１６）及び前記第２のマスク（３１
８）のマークを検出するマスクアライメント系（３２６
Ｌ１、３２６Ｒ１、３２６Ｌ２、３２６Ｒ２）と；前記
第１のマスクステージ（３１２）及び前記第２のマスク
ステージ（３１４）との間でマスク（例えば、３１６、
３１８）の受け渡しを行う搬送システム（３２２、３２
４）と；前記第１のマスクステージ（３１２）及び前記
第２のマスクステージ（３１４）のいずれか一方のマス
クステージ上のマスク（例えば、３１８）を用いて前記
投影光学系（ＰＬ）を介した露光が行われる間に、他方
のマスクステージ（例えば、３１２）上で前記搬送シス
テム（３２２）によるマスク交換、あるいは前記マスク
アライメント系（３２６Ｌ１、３２６Ｒ１）によるマー
ク検出のうち少なくとも一方が並行処理されるように、
前記第１のマスクステージ（３１２）、前記第２のマス
クステージ（３１４）及び前記搬送システム（３２２、
３２４）をそれぞれ制御する制御部（９０）と；を有す
ることを特徴とする。
【００４７】これによれば、第１のマスクが搭載された
第１のマスクステージと第２のマスクが搭載された第２
のマスクステージとは独立して移動可能であって、いず
れか一方のマスクステージ上のマスクを用いて投影光学
系を介した露光が行われている間に、他方のマスクステ
ージ上ではマスクアライメント系によるマスクのマーク
検出と搬送システムによるマスク交換の少なくとも一方
が並行処理されるように制御部により第１のマスクステ
ージ、第２のマスクステージ及び搬送システムの動作が
制御されることから、一方のマスクステージ上のマスク
の露光終了後に、他方のマスクステージ上でマスク交
換、マスクマークの検出、他方のステージ上のマスクを
用いての露光が順次シーケンシャルに行われる場合に比
べて、スループットを向上させることが可能になる。
【００４８】上記請求項５に記載の発明においてはマス
クアライメント系が投影光学系とは別に設けられていれ
ば良いが、例えば、請求項６に記載の発明の如く、マス
クアライメント系が、前記第１のマスクステージ（３１
２）上の第１のマスク（３１６）のマークを検出する第
１のマスクアライメント系（３２６Ｌ１、３２６Ｒ１）
と、前記投影光学系（ＰＬ）と前記第１のマスクアライ
メント系（３２６Ｌ１、３２６Ｒ１）とを結ぶ第１軸方
向で前記投影光学系（ＰＬ）を介して前記第１のマスク
アライメント系（３２６Ｌ１、３２６Ｒ１）と反対側に
設けられ、前記第２のマスクステージ（３１４）上の第
２のマスク（３１８）のマークを検出する第２のマスク
アライメント系（３２６Ｌ２、３２６Ｒ２）とを有する
場合には、前記第１軸方向の一方側から前記第１のマス
クステージ（３１２）の前記第１軸方向の位置を常に計
測する第１測長軸（ＢＩ１１Ｙ）と、前記第１軸方向の
他方側から前記第２のマスクステージ（３１４）の前記
第１軸方向の位置を常に計測する第２測長軸（ＢＩ１２
Ｙ）と、前記投影光学系（ＰＬ）の露光位置で前記第１
軸と垂直に交差する第３測長軸（ＢＩ１３Ｘ）と、前記
第１のマスクアライメント系（３２６Ｌ１、３２６Ｒ
１）の検出位置で前記第１軸と垂直に交差する第４測長
軸（ＢＩ１４Ｘ）と、前記第２のマスクアライメント系
（３２６Ｌ２、３２６Ｒ２）の検出位置で前記第１軸と
垂直に交差する第５測長軸（ＢＩ１５Ｘ）とを有し、こ
れらの測長軸により前記第１のマスクステージ（３１
２）及び前記第２のマスクステージ（３１４）の２次元
位置をそれぞれ計測する干渉計システム（ＢＩ１１Ｙ、
ＢＩ１２Ｙ、ＢＩ１３Ｘ、ＢＩ１４Ｘ、ＢＩ１５Ｘ）を
さらに備え、前記制御部（９０）は、前記第１のマスク
ステージ（３１２）を、前記干渉計システム（ＢＩ１１
Ｙ、ＢＩ１２Ｙ、ＢＩ１３Ｘ、ＢＩ１４Ｘ、ＢＩ１５
Ｘ）の前記第４測長軸（ＢＩ１４Ｘ）の計測値を用いて
管理される位置から露光位置へ移動させた際に、前記第
３測長軸（ＢＩ１３Ｘ）の計測値を用いて前記マスクス
テージ（３１２）の位置計測が可能な状態で第３測長軸
（ＢＩ１３Ｘ）の干渉計をリセットし、前記第１のマス
クステージ（３１２）を、前記第３測長軸（ＢＩ１３
Ｘ）の計測値を用いて管理される位置からアライメント
位置へ移動させた際に、前記第４測長軸（ＢＩ１４Ｘ）
の計測値を用いて前記マスクステージ（３１２）の位置
計測が可能な状態で第４測長軸（ＢＩ１４Ｘ）の干渉計
をリセットするとともに、前記第２のマスクステージ
（３１４）を、前記干渉計システム（ＢＩ１１Ｙ、ＢＩ
１２Ｙ、ＢＩ１３Ｘ、ＢＩ１４Ｘ、ＢＩ１５Ｘ）の前記
第５測長軸（ＢＩ１５Ｘ）の計測値を用いて管理される
位置から露光位置へ移動させた際に、前記第３測長軸
（ＢＩ１３Ｘ）の計測値を用いて前記マスクステージ
（３１４）の位置計測が可能な状態で第３測長軸（ＢＩ
１３Ｘ）の干渉計をリセットし、前記第２のマスクステ
ージ（３１４）を、前記第３測長軸（ＢＩ１３Ｘ）の計
測値を用いて管理される位置からアライメント位置へ移
動させた際に、前記第５測長軸（ＢＩ１５Ｘ）の計測値
を用いて前記マスクステージ（３１４）の位置計測が可
能な状態で第５測長軸（ＢＩ１５Ｘ）の干渉計をリセッ
トするようにすることが望ましい。
【００４９】このようにした場合には、中央に位置する
投影光学系で一方のマスクステージ上のマスクを使って
露光を行っている間に（露光動作）、他方のマスクステ
ージ上のマスクを一方のマスクアライメント系を使って
マーク検出を行い（アライメント動作）、露光動作とア
ライメント動作とを切り換える場合は、２つのマスクス
テージを第１軸方向に沿って他方のマスクアライメント
系の方に移動させるだけで、投影光学系の下にあった一
方のマスクステージを他方のマスクアライメント系位置
に移動させ、一方のマスクアライメント系位置にあった
他方のマスクステージを投影光学系の下まで移動させる
ことを容易に行うことができる。それらの各マスクステ
ージの位置は、干渉計を使って位置検出が行われるが、
投影光学系とマスクアライメント系の各位置に向けて配
置されている干渉計の測長軸をまたがってマスクステー
ジが移動する場合であっても、干渉計をリセットするこ
とにより、投影光学系とマスクアライメント系の各位置
における位置計測が可能になる。このようにして複数の
マスクを順次使用する場合は、２つのマスクアライメン
ト系を交互に使用して露光動作とアライメント動作とを
並行処理することが可能となる。また、この場合、干渉
計リセット機能により、第３、第４、第５測長軸が切れ
ることを前提としているので、マスクステージの小型軽
量化が可能になり、具体的には、各マスクステージはレ
チクルより幾分大きい程度で十分になる。
【００５０】請求項７に記載の発明は、複数のマスク
（例えば、Ｒ１、Ｒ２）に形成されたパターンの像を投
影光学系（ＰＬ）を介して感応基板（Ｗ１又はＷ２）上
にそれぞれ投影露光する投影露光装置であって、前記各
マスク（Ｒ１、Ｒ２）を独立して収納可能な収納領域が
複数設けられ、前記各収納領域にそれぞれマスク（Ｒ
１、Ｒ２）を収納する収納容器と；前記収納容器を容器
単位で収容するマスクライブラリ（例えば、２２０）
と；を有する。
【００５１】これによれば、例えば、二重露光のように
複数のマスクをセットで使用する場合は、所定の枚数分
のマスクを１つの収納容器にそれぞれ独立して収納可能
であって、その収納容器をマスクライブラリに対して出
し入れする動作を１動作で行うことができるとともに、
複数のマスクを保管する際にマスクの組み合わせを間違
えたりし難くなって、複数のマスクの管理を容易に行う
ことができる。
【００５２】請求項８に記載の発明は、複数のマスク
（例えば、Ｒ１、Ｒ２）に形成されたパターンの像を投
影光学系（ＰＬ）を介して感応基板（Ｗ１又はＷ２）上
にそれぞれ投影露光する投影露光装置であって、前記各
マスク（Ｒ１、Ｒ２）をそれぞれ個別に収納する複数の
個別収納容器（２１２、２１４）と；前記個別収納容器
（２１２、２１４）を複数まとめて固定する固定具（２
１６）と；前記固定具（２１６）で固定され一体化され
た複数の個別収納容器及び前記個別収納容器単体を収容
可能なマスクライブラリ（２２０）と；を有する。
【００５３】これによれば、複数のマスクをセットで使
用するような場合、各マスクを個別収納容器にそれぞれ
収納して、それらの各個別収納容器を固定具により複数
まとめて固定することができるため、例えば、固定され
た状態の複数のマスクを持ち運んだり、そのままマスク
ライブラリに収容することができ、複数のマスクをセッ
ト単位で容易に管理可能となる。また、複数の個別収納
容器を固定具で固定する前は、マスクが個別に収納され
た個別収納容器単体となるので、マスク上のゴミを計測
する従来のゴミ計測機構がそのまま利用できるという利
点がある。このように、複数のマスクを使って露光する
場合であっても、マスクの管理を容易に行うことができ
る。
【００５４】この場合、固定具は複数の個別収納容器を
直接重ね合わせて固定するものでも良いが、請求項９に
記載の発明の如く、個別収納容器（例えば、２３２、２
３４、２３６）を複数重ね合わせ方向に所定間隔を隔て
た状態で連結する連結具（２３８ａ、２３８ｂ）であっ
ても良い。このように、複数の個別収納容器を所定間隔
を隔てて重ね合わせ方向に連結させた場合、例えば、連
結された各個別収納容器の間に入り込んで個別に支持す
る支持ガイドがマスクライブラリ側に設けられている
と、個別収納容器が単体であっても、個別収納容器が連
結されていても、同一のマスクライブラリに対して無理
なく収容することが可能となり、従来のマスクを個別に
収納するためのカセット用のマスクライブラリをそのま
ま使用することが可能である。
【００５５】
【発明の実施の形態】
《第１の実施形態》以下、本発明の第１の実施形態を図
１ないし図２３に基づいて説明する。
【００５６】図１には、第１の実施形態に係る投影露光
装置１０の概略構成が示されている。この投影露光装置
１０は、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式の走
査露光型の投影露光装置である。
【００５７】この投影露光装置１０は、ベース盤１２上
を感応基板としてのウエハＷ１、Ｗ２をそれぞれ保持し
て独立して２次元方向に移動するウエハステージＷＳ
１、ＷＳ２を備えたステージ装置、このステージ装置の
上方に配置された投影光学系ＰＬ、投影光学系ＰＬの上
方でマスクとしてのレチクルＲを主として所定の走査方
向、ここではＹ軸方向（図１における紙面直交方向）に
駆動するレチクル駆動機構、レチクルＲを上方から照明
する照明系及びこれら各部を制御する制御系等を備えて
いる。
【００５８】前記ステージ装置は、ベース盤１２上に不
図示の空気軸受けを介して浮上支持され、Ｘ軸方向（図
１における紙面左右方向）及びＹ軸方向（図１における
紙面直交方向）に独立して２次元移動可能な２つのウエ
ハステージＷＳ１、ＷＳ２と、これらのウエハステージ
ＷＳ１、ＷＳ２を駆動するステージ駆動系と、ウエハス
テージＷＳ１、ＷＳ２の位置を計測する干渉計システム
とを備えている。
【００５９】これをさらに詳述すると、ウエハステージ
ＷＳ１、ＷＳ２の底面には不図示のエアパッド（例え
ば、真空予圧型空気軸受け）が複数ヶ所に設けられてお
り、このエアパッドの空気噴き出し力と真空予圧力との
バランスにより例えば数ミクロンの間隔を保った状態
で、ベース盤１２上に浮上支持されている。
【００６０】ベース盤１２上には、図３の平面図に示さ
れるように、Ｘ軸方向に延びる２本のＸ軸リニアガイド
（例えば、いわゆるムービングコイル型のリニアモータ
の固定側マグネットのようなもの）１２２、１２４が平
行に設けられており、これらのＸ軸リニアガイド１２
２、１２４には、当該各Ｘ軸リニアガイドに沿って移動
可能な各２つの移動部材１１４、１１８及び１１６、１
２０がそれぞれ取り付けられている。これら４つの移動
部材１１４、１１８、１１６、１２０の底面部には、Ｘ
軸リニアガイド１２２又は１２４を上方及び側方から囲
むように不図示の駆動コイルがそれぞれ取り付けられて
おり、これらの駆動コイルとＸ軸リニアガイド１２２又
は１２４とによって、各移動部材１１４、１１６、１１
８、１２０をＸ軸方向に駆動するムービングコイル型の
リニアモータが、それぞれ構成されている。但し、以下
の説明では、便宜上、上記移動部材１１４、１１６、１
１８、１２０をＸ軸リニアモータと呼ぶものとする。
【００６１】この内２つのＸ軸リニアモータ１１４、１
１６は、Ｙ軸方向に延びるＹ軸リニアガイド（例えば、
ムービングマグネット型のリニアモータの固定側コイル
のようなもの）１１０の両端にそれぞれ設けられ、ま
た、残り２つのＸ軸リニアモータ１１８、１２０は、Ｙ
軸方向に延びる同様のＹ軸リニアガイド１１２の両端に
固定されている。従って、Ｙ軸リニアガイド１１０は、
Ｘ軸リニアモータ１１４、１１６によってＸ軸リニアガ
イド１２２、１２４に沿って駆動され、またＹ軸リニア
ガイド１１２は、Ｘ軸リニアモータ１１８、１２０によ
ってＸ軸リニアガイド１２２、１２４に沿って駆動され
るようになっている。
【００６２】一方、ウエハステージＷＳ１の底部には、
一方のＹ軸リニアガイド１１０を上方及び側方から囲む
不図示のマグネットが設けられており、このマグネット
とＹ軸リニアガイド１１０とによってウエハステージＷ
Ｓ１をＹ軸方向に駆動するムービングマグネット型のリ
ニアモータが構成されている。また、ウエハステージＷ
Ｓ２の底部には、他方のＹ軸リニアガイド１１２を上方
及び側方から囲む不図示のマグネットが設けられてお
り、このマグネットとＹ軸リニアガイド１１２とによっ
てウエハステージＷＳ２をＹ軸方向に駆動するムービン
グマグネット型のリニアモータが構成されている。
【００６３】すなわち、本第１の実施形態では、上述し
たＸ軸リニアガイド１２２、１２４、Ｘ軸リニアモータ
１１４、１１６、１１８、１２０、Ｙ軸リニアガイド１
１０、１１２及びウエハステージＷＳ１、ＷＳ２底部の
不図示のマグネット等によってウエハステージＷＳ１、
ＷＳ２を独立してＸＹ２次元駆動するステージ駆動系が
構成されている。このステージ駆動系は、図１のステー
ジ制御装置３８によって制御される。
【００６４】なお、Ｙ軸リニアガイド１１０の両端に設
けられた一対のＸ軸リニアモータ１１４、１１６のトル
クを若干可変する事で、ウエハステージＷＳ１に微少ヨ
ーイングを発生させたり、除去する事も可能である。同
様に、Ｙ軸リニアガイド１１２の両端に設けられた一対
のＸ軸リニアモータ１１８、１２０のトルクを若干可変
する事で、ウエハステージＷＳ２に微少ヨーイングを発
生させたり、除去する事も可能である。
【００６５】前記ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２上に
は、不図示のウエハホルダを介してウエハＷ１、Ｗ２が
真空吸着等により固定されている。ウエハホルダは、不
図示のＺ・θ駆動機構によって、ＸＹ平面に直交するＺ
軸方向及びθ方向（Ｚ軸回りの回転方向）に微小駆動さ
れるようになっている。また、ウエハステージＷＳ１、
ＷＳ２の上面には、種々の基準マークが形成された基準
マーク板ＦＭ１、ＦＭ２がウエハＷ１、Ｗ２とそれぞれ
ほぼ同じ高さになるように設置されている。これらの基
準マーク板ＦＭ１、ＦＭ２は、例えば各ウエハステージ
の基準位置を検出する際に用いられる。
【００６６】また、ウエハステージＷＳ１のＸ軸方向一
側の面（図１における左側面）２０とＹ軸方向一側の面
（図１における紙面奥側の面）２１とは、鏡面仕上げが
なされた反射面となっており、同様に、ウエハステージ
ＷＳ２のＸ軸方向他側の面（図１における右側面）２２
とＹ軸方向の一側の面２３とは、鏡面仕上げがなされた
反射面となっている。これらの反射面に、後述する干渉
計システムを構成する各測長軸（ＢＩ１Ｘ、ＢＩ２Ｘ
等）の干渉計ビームが投射され、その反射光を各干渉計
で受光することにより、各反射面の基準位置（一般には
投影光学系側面や、アライメント光学系の側面に固定ミ
ラーを配置し、そこを基準面とする）からの変位を計測
し、これにより、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２の２次
元位置がそれぞれ計測されるようになっている。なお、
干渉計システムの測長軸の構成については、後に詳述す
る。
【００６７】前記投影光学系ＰＬとしては、ここでは、
Ｚ軸方向の共通の光軸を有する複数枚のレンズエレメン
トから成り、両側テレセントリックで所定の縮小倍率、
例えば１／４、１／５、１／６を有する屈折光学系が使
用されている。このため、ステップ・アンド・スキャン
方式の走査露光時におけるウエハステージの走査方向の
移動速度は、レチクルステージの移動速度のそれぞれ１
／４、１／５、１／６となる。
【００６８】この投影光学系ＰＬのＸ軸方向の両側に
は、図１に示されるように、同じ機能を持ったオフアク
シス（off-axis）方式のアライメント系２４ａ、２４ｂ
が、投影光学系ＰＬの光軸中心（レチクルパターン像の
投影中心と一致）よりそれぞれ同一距離だけ離れた位置
に設置されている。これらのアライメント系２４ａ、２
４ｂは、ＬＳＡ（Laser Step Alignment）系、ＦＩＡ
（ Filed Image Alignment）系、ＬＩＡ（Laser Interf
erometric Alignment ）系の３種類のアライメントセン
サを有しており、基準マーク板上の基準マーク及びウエ
ハ上のアライメントマークのＸ、Ｙ２次元方向の位置計
測を行うことが可能である。
【００６９】ここで、ＬＳＡ系は、レーザ光をマークに
照射して、回折・散乱された光を利用してマーク位置を
計測する最も汎用性のあるセンサであり、従来から幅広
いプロセスウエハに使用される。ＦＩＡ系は、ハロゲン
ランプ等のブロードバンド（広帯域）光でマークを照明
し、このマーク画像を画像処理することによってマーク
位置を計測するセンサであり、アルミ層やウエハ表面の
非対称マークに有効に使用される。また、ＬＩＡ系は、
回折格子状のマークに周波数をわずかに変えたレーザ光
を２方向から照射し、発生した２つの回折光を干渉させ
て、その位相からマークの位置情報を検出するセンサで
あり、低段差や表面荒れウエハに有効に使用される。
【００７０】本第１の実施形態では、これら３種類のア
ライメントセンサを、適宜目的に応じて使い分け、ウエ
ハ上の３点の一次元マークの位置を検出してウエハの概
略位置計測を行ういわゆるサーチアライメントや、ウエ
ハ上の各ショット領域の正確な位置計測を行うファイン
アライメント等を行うようになっている。
【００７１】この場合、アライメント系２４ａは、ウエ
ハステージＷＳ１上に保持されたウエハＷ１上のアライ
メントマーク及び基準マーク板ＦＭ１上に形成された基
準マークの位置計測等に用いられる。また、アライメン
ト系２４ｂは、ウエハステージＷＳ２上に保持されたウ
エハＷ２上のアライメントマーク及び基準マーク板ＦＭ
２上に形成された基準マークの位置計測等に用いられ
る。
【００７２】これらのアライメント系２４ａ、２４ｂを
構成する各アライメントセンサからの情報は、アライメ
ント制御装置８０によりＡ／Ｄ変換され、デジタル化さ
れた波形信号を演算処理してマーク位置が検出される。
この結果が主制御装置９０に送られ、主制御装置９０か
らその結果に応じてステージ制御装置３８に対し露光時
の同期位置補正等が指示されるようになっている。
【００７３】さらに、本第１の実施形態の露光装置１０
では、図１では図示を省略したが、レチクルＲの上方
に、図５に示されるような、投影光学系ＰＬを介してレ
チクルＲ上のレチクルマーク（図示省略）と基準マーク
板ＦＭ１、ＦＭ２上のマークとを同時に観察するための
露光波長を用いたＴＴＲ（Through The Reticle ）アラ
イメント光学系から成る一対のレチクルアライメント顕
微鏡１４２、１４４が設けられている。これらのレチク
ルアライメント顕微鏡１４２、１４４の検出信号は、主
制御装置９０に供給されるようになっている。この場
合、レチクルＲからの検出光をそれぞれレチクルアライ
メント顕微鏡１４２及び１４４に導くための偏向ミラー
１４６及び１４８が移動自在に配置され、露光シーケン
スが開始されると、主制御装置９０からの指令のもと
で、不図示のミラー駆動装置により偏向ミラー１４６及
び１４８が待避される。なお、レチクルアライメント顕
微鏡１４２、１４４と同等の構成は、例えば特開平７−
１７６４６８号公報等に開示されているのでここでは詳
細な説明については省略する。
【００７４】また、図１では図示を省略したが、投影光
学系ＰＬ、アライメント系２４ａ、２４ｂのそれぞれに
は、図４に示されるように、合焦位置を調べるためのオ
ートフォーカス／オートレベリング計測機構（以下、
「ＡＦ／ＡＬ系」という）１３０、１３２、１３４が設
けられている。この内、ＡＦ／ＡＬ系１３２は、スキャ
ン露光によりレチクルＲ上のパターンをウエハ（Ｗ１又
はＷ２）上に正確に転写するには、レチクルＲ上のパタ
ーン形成面とウエハＷの露光面とが投影光学系ＰＬに関
して共役になっている必要があることから、ウエハＷの
露光面が投影光学系ＰＬの像面に焦点深度の範囲内で合
致しているかどうか（合焦しているかどうか）を検出す
るために、設けられているものである。本第１の実施形
態では、ＡＦ／ＡＬ系１３２として、いわゆる多点ＡＦ
系が使用されている。
【００７５】ここで、このＡＦ／ＡＬ系１３２を構成す
る多点ＡＦ系の詳細構成について、図５及び図６に基づ
いて説明する。
【００７６】このＡＦ／ＡＬ系（多点ＡＦ系）１３２
は、図５に示されるように、光ファイバ束１５０、集光
レンズ１５２、パターン形成板１５４、レンズ１５６、
ミラー１５８及び照射対物レンズ１６０から成る照射光
学系１５１と、集光対物レンズ１６２、回転方向振動板
１６４、結像レンズ１６６、受光器１６８から成る集光
光学系１６１とから構成されている。
【００７７】ここで、このＡＦ／ＡＬ系（多点ＡＦ系）
１３２の上記構成各部についてその作用と共に説明す
る。
【００７８】露光光ＥＬとは異なるウエハＷ１（又はＷ
２）上のフォトレジストを感光させない波長の照明光
が、図示しない照明光源から光ファイバ束１５０を介し
て導かれ、この光ファイバ束１５０から射出された照明
光が、集光レンズ１５２を経てパターン形成板１５４を
照明する。このパターン形成板１５４を透過した照明光
は、レンズ１５６、ミラー１５８及び照射対物レンズ１
６０を経てウエハＷの露光面に投影され、ウエハＷ１
（又はＷ２）の露光面に対してパターン形成板１５４上
のパターンの像が光軸ＡＸに対して斜めに投影結像され
る。ウエハＷ１で反射された照明光は、集光対物レンズ
１６２、回転方向振動板１６４及び結像レンズ１６６を
経て受光器１６８の受光面に投影され、受光器１６８の
受光面にパターン形成板１５４上のパターンの像が再結
像される。ここで、主制御装置９０は、加振装置１７２
を介して回転方向振動板１６４に所定の振動を与えると
ともに、受光器１６８の多数（具体的には、パターン形
成板１５４のスリットパターンと同数）の受光素子から
の検出信号を信号処理装置１７０に供給する。また、信
号処理装置１７０は、各検出信号を加振装置１７２の駆
動信号で同期検波して得た多数のフォーカス信号をステ
ージ制御装置３８を介して主制御装置９０へ供給する。
【００７９】この場合、パターン形成板１５４には、図
６に示されるように、例えば５×９＝４５個の上下方向
のスリット状の開口パターン９３−１１〜９３−５９が
形成されており、これらのスリット状の開口パターンの
像がウエハＷの露光面上にＸ軸及びＹ軸に対して斜め
（４５°）に投影される。この結果、図４に示されるよ
うなＸ軸及びＹ軸に対して４５°に傾斜したマトリクス
配置のスリット像が形成される。なお、図４における符
号ＩＦは、照明系により照明されるレチクル上の照明領
域と共役なウエハ上の照明フィールドを示す。この図４
からも明らかなように、投影光学系ＰＬ下の照明フィー
ルドＩＦより２次元的に十分大きいエリアに検出用ビー
ムが照射されている。
【００８０】その他のＡＦ／ＡＬ系１３０、１３４も、
このＡＦ／ＡＬ系１３２と同様に構成されている。すな
わち、本第１の実施形態では、露光時の焦点検出に用い
られるＡＦ／ＡＬ系１３２とほぼ同一の領域をアライメ
ントマークの計測時に用いられるＡＦ／ＡＬ機構１３
０、１３４によっても検出ビームが照射可能な構成とな
っている。このため、アライメント系２４ａ、２４ｂに
よるアライメントセンサの計測時に、露光時と同様のＡ
Ｆ／ＡＬ系の計測、制御によるオートフォーカス／オー
トレベリングを実行しつつアライメントマークの位置計
測を行うことにより、高精度なアライメント計測が可能
になる。換言すれば、露光時とアライメント時との間
で、ステージの姿勢によるオフセット（誤差）が発生し
なくなる。
【００８１】次に、レチクル駆動機構について、図１及
び図２に基づいて説明する。
【００８２】このレチクル駆動機構は、レチクルベース
盤３２上をレチクルＲを保持してＸＹの２次元方向に移
動可能なレチクルステージＲＳＴと、このレチクルステ
ージＲＳＴを駆動する不図示のリニアモータと、このレ
チクルステージＲＳＴの位置を管理するレチクル干渉計
システムとを備えている。
【００８３】これを更に詳述すると、レチクルステージ
ＲＳＴには、図２に示されるように、２枚のレチクルＲ
１、Ｒ２がスキャン方向（Ｙ軸方向）に直列に設置でき
る様になっており、このレチクルステージＲＳＴは、不
図示のエアーベアリング等を介してレチクルベース盤３
２上に浮上支持され、不図示のリニアモータ等から成る
駆動機構３０（図１参照）によりＸ軸方向の微小駆動、
θ方向の微小回転及びＹ軸方向の走査駆動がなされるよ
うになっている。なお、駆動機構３０は、前述したステ
ージ装置と同様のリニアモータを駆動源とする機構であ
るが、図１では図示の便宜上及び説明の便宜上から単な
るブロックとして示しているものである。このため、レ
チクルステージＲＳＴ上のレチクルＲ１、Ｒ２が例えば
二重露光の際に選択的に使用され、いずれのレチクルに
ついてもウエハ側と同期スキャンできる様な構成となっ
ている。
【００８４】このレチクルステージＲＳＴ上には、Ｘ軸
方向の他側の端部に、レチクルステージＲＳＴと同じ素
材（例えばセラミック等）から成る平行平板移動鏡３４
がＹ軸方向に延設されており、この移動鏡３４のＸ軸方
向の他側の面には鏡面加工により反射面が形成されてい
る。この移動鏡３４の反射面に向けて測長軸ＢＩ６Ｘで
示される干渉計３６からの干渉計ビームが照射され、そ
の干渉計ではその反射光を受光してウエハステージ側と
同様にして基準面に対する相対変位を計測することによ
り、レチクルステージＲＳＴの位置を計測している。こ
こで、この測長軸ＢＩ６Ｘを有する干渉計は、実際には
独立に計測可能な２本の干渉計光軸を有しており、レチ
クルステージのＸ軸方向の位置計測と、ヨーイング量の
計測が可能となっている。この測長軸ＢＩ６Ｘを有する
干渉計の計測値は、ウエハステージ側の測長軸ＢＩ１
Ｘ、ＢＩ２Ｘを有する干渉計１６、１８からのウエハス
テージＷＳ１、ＷＳ２のヨーイング情報やＸ位置情報に
基づいてレチクルとウエハの相対回転（回転誤差）をキ
ャンセルする方向にレチクルステージＲＳＴを回転制御
したり、Ｘ方向同期制御を行うために用いられる。
【００８５】一方、レチクルステージＲＳＴの走査方向
（スキャン方向）であるＹ軸方向の他側（図１における
紙面手前側）には、一対のコーナーキューブミラー３
５、３７が設置されている。そして、不図示の一対のダ
ブルパス干渉計から、これらのコーナーキューブミラー
３５、３７に対して図２に測長軸ＢＩ７Ｙ、ＢＩ８Ｙで
示される干渉計ビームが照射され、レチクルベース盤３
２上の反射面にコーナーキューブミラー３５、３７より
戻され、そこで反射したそれぞれの反射光が同一光路を
戻り、それぞれのダブルパス干渉計で受光され、それぞ
れのコーナーキューブミラー３５、３７の基準位置（レ
ファレンス位置で前記レチクルベース盤３２上の反射
面）からの相対変位が計測される。そして、これらのダ
ブルパス干渉計の計測値が図１のステージ制御装置３８
に供給され、その平均値に基づいてレチクルステージＲ
ＳＴのＹ軸方向の位置が計測される。このＹ軸方向位置
の情報は、ウエハ側の測長軸ＢＩ３Ｙを有する干渉計の
計測値に基づくレチクルステージＲＳＴとウエハステー
ジＷＳ１又はＷＳ２との相対位置の算出、及びこれに基
づく走査露光時の走査方向（Ｙ軸方向）のレチクルとウ
エハの同期制御に用いられる。
【００８６】すなわち、本第１の実施形態では、干渉計
３６及び測長軸ＢＩ７Ｙ、ＢＩ８Ｙで示される一対のダ
ブルパス干渉計によってレチクル干渉計システムが構成
されている。
【００８７】次に、ウエハステージＷＳＴ１、ＷＳＴ２
の位置を管理する干渉計システムについて、図１ないし
図３を参照しつつ説明する。
【００８８】これらの図に示されるように、投影光学系
ＰＬの投影中心とアライメント系２４ａ、２４ｂのそれ
ぞれの検出中心とを通る第１軸（Ｘ軸）に沿ってウエハ
ステージＷＳ１のＸ軸方向一側の面には、図１の干渉計
１６からの測長軸ＢＩ１Ｘで示される干渉計ビームが照
射され、同様に、第１軸に沿ってウエハステージＷＳ２
のＸ軸方向の他側の面には、図１の干渉計１８からの測
長軸ＢＩ２Ｘで示される干渉計ビームが照射されてい
る。そして、干渉計１６、１８ではこれらの反射光を受
光することにより、各反射面の基準位置からの相対変位
を計測し、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２のＸ軸方向位
置を計測するようになっている。ここで、干渉計１６、
１８は、図２に示されるように、各３本の光軸を有する
３軸干渉計であり、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２のＸ
軸方向の計測以外に、チルト計測及びθ計測が可能とな
っている。各光軸の出力値は独立に計測できる様になっ
ている。ここで、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２のθ回
転を行う不図示のθステージ及びＺ軸方向の微小駆動及
び傾斜駆動を行う不図示のＺ・レベリングステージは、
実際には、反射面の下にあるので、ウエハステージのチ
ルト制御時の駆動量は全て、これらの干渉計１６、１８
によりモニターする事ができる。
【００８９】なお、測長軸ＢＩ１Ｘ、ＢＩ２Ｘの各干渉
計ビームは、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２の移動範囲
の全域で常にウエハステージＷＳ１、ＷＳ２に当たるよ
うになっており、従って、Ｘ軸方向については、投影光
学系ＰＬを用いた露光時、アライメント系２４ａ、２４
ｂの使用時等いずれのときにもウエハステージＷＳ１、
ＷＳ２の位置は、測長軸ＢＩ１Ｘ、ＢＩ２Ｘの計測値に
基づいて管理される。
【００９０】また、図２及び図３に示されるように、投
影光学系ＰＬの投影中心で第１軸（Ｘ軸）と垂直に交差
する測長軸ＢＩ３Ｙを有する干渉計と、アライメント系
２４ａ、２４ｂのそれぞれの検出中心で第１軸（Ｘ軸）
とそれぞれ垂直に交差する測長軸ＢＩ４Ｙ、ＢＩ５Ｙを
それぞれ有する干渉計とが設けられている（但し、図中
では測長軸のみが図示されている）。
【００９１】本第１の実施形態の場合、投影光学系ＰＬ
を用いた露光時のウエハステージＷＳ１、ＷＳ２のＹ方
向位置計測には、投影光学系の投影中心、すなわち光軸
ＡＸを通過する測長軸ＢＩ３Ｙの干渉計の計測値が用い
られ、アライメント系２４ａの使用時のウエハステージ
ＷＳ１のＹ方向位置計測には、アライメント系２４ａの
検出中心、すなわち光軸ＳＸを通過する測長軸ＢＩ４Ｙ
の干渉計の計測値が用いられ、アライメント系２４ｂ使
用時のウエハステージＷＳ２のＹ方向位置計測には、ア
ライメント系２４ｂの検出中心、すなわち光軸ＳＸを通
過する測長軸ＢＩ５Ｙの干渉計の計測値が用いられる。
【００９２】従って、各使用条件により、Ｙ軸方向の干
渉計測長軸がウエハステージＷＳ１、ＷＳ２の反射面よ
り外れる事となるが、少なくとも一つの測長軸、すなわ
ち測長軸ＢＩ１Ｘ、ＢＩ２Ｘはそれぞれのウエハステー
ジＷＳ１、ＷＳ２の反射面から外れることがないので、
使用する干渉計光軸が反射面上に入った適宜な位置でＹ
側の干渉計のリセットを行うことができる。この干渉計
のリセット方法については、後に詳述する。
【００９３】なお、上記Ｙ計測用の測長軸ＢＩ３Ｙ、Ｂ
Ｉ４Ｙ、ＢＩ５Ｙの各干渉計は、各２本の光軸を有する
２軸干渉計であり、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２のＹ
軸方向の計測以外に、チルト計測が可能となっている。
各光軸の出力値は独立に計測できるようになっている
【００９４】本第１の実施形態では、干渉計１６、１８
及び測長軸ＢＩ３Ｙ、ＢＩ４Ｙ、ＢＩ５Ｙを有する３つ
の干渉計の合計５つの干渉計によって、ウエハステージ
ＷＳ１、ＷＳ２の２次元座標位置を管理する干渉計シス
テムが構成されている。
【００９５】また、本第１の実施形態では、後述するよ
うに、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２の内の一方が露光
シーケンスを実行している間、他方はウエハ交換、ウエ
ハアライメントシーケンスを実行するが、この際に両ス
テージの干渉がないように、各干渉計の出力値に基づい
て主制御装置９０の指令に応じてステージ制御装置３８
により、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２の移動が管理さ
れている。
【００９６】次に、照明系について、図１に基づいて説
明する。この照明系は、図１に示されるように、光源部
４０、シャッタ４２、ミラー４４、ビームエキスパンダ
４６、４８、第１フライアイレンズ５０、レンズ５２、
振動ミラー５４、レンズ５６、第２フライアイレンズ５
８、照明系開口絞り板（以下、「レボルバー」という）
６１、レンズ６０、固定ブラインド６２、可動ブライン
ド６４、リレーレンズ６６、６８等から構成されてい
る。
【００９７】ここで、この照明系の上記構成各部につい
てその作用とともに説明する。
【００９８】光源であるＫｒＦエキシマレーザと減光シ
ステム（減光板、開口絞り等）よりなる光源部４０から
射出されたレーザ光は、シャッタ４２を透過した後、ミ
ラー４４により偏向されて、ビームエキスパンダ４６、
４８により適当なビーム径に整形され、第１フライアイ
レンズ５０に入射される。この第１フライアイレンズ５
０に入射された光束は、２次元的に配列されたフライア
イレンズのエレメントにより複数の光束に分割され、レ
ンズ５２、振動ミラー５４、レンズ５６により再び各光
束が異なった角度より第２フライアイレンズ５８に入射
される。この第２フライアイレンズ５８より射出された
光束は、レボルバー６１（これについては後に詳述す
る）上に設けられたいずれかの開口絞りにて所定の照明
光束に整形された後、レンズ６０により、レチクルＲと
共役な位置に設置された固定ブラインド６２に達し、こ
こで所定形状にその断面形状が規定された後、レチクル
Ｒの共役面から僅かにデフォーカスされた位置に配置さ
れた可動ブラインド６４を通過し、リレーレンズ６６、
６８を経た均一な照明光として、レチクルＲ上の上記固
定ブラインド６２によって規定された所定形状、ここで
は矩形スリット状の照明領域ＩＡ（図２参照）を照明す
る。
【００９９】前記レボルバー６１は、第２フライアイレ
ンズ５８の射出面の近傍、すなわちレチクルＲのフーリ
エ変換面の近傍に配置されており、このレボルバー６１
上のいずれかの開口絞り５９（これについては後述す
る）によりレチクルＲを照明する照明光の空間的コヒー
レンシーを制御している。一般的に空間的コヒーレンシ
ーは、投影光学系ＰＬの開口数と照明光学系の開口数の
比であるコヒーレンスファクタ（σ値）で表される。
【０１００】レボルバー６１には、図７に拡大して示さ
れるように、複数種類（ここでは、６種類）の開口絞り
５９（５９Ａ〜５９Ｆ）が等角度間隔で配置されてお
り、ロータリモータより成るレボルバー駆動機構６３に
よって、回転可能に構成されている。レボルバー６１の
回転角がレボルバー駆動機構６３を介して主制御装置９
０により制御されるようになっており、これによって開
口絞り５９Ａ〜５９Ｆの内の所望の開口絞りが照明光の
光路上に選択的に設定されるようになっている。
【０１０１】ここで、開口絞り５９Ａ〜５９Ｆについ
て、簡単に説明すると、開口絞り５９Ａは小さな円形開
口より成りコヒーレンスファクタであるσ値を小さくす
るための開口絞り（以下、「小σ絞り」と呼ぶ）であ
り、開口絞り５９Ｂは円形開口より成る通常照明用の開
口絞り（以下、「通常絞り」と呼ぶ）である。また、開
口絞り５９Ｃ、５９Ｄ、５９Ｅは、変形照明用に複数の
開口を偏心させて配置して成る変形開口絞りであり、こ
の内の開口絞り５９Ｃ、５９Ｄを以下「二つ目絞り」呼
ぶ（開口絞り５９Ｃと５９Ｄとは二つ目の位置関係が互
いに直交する関係（９０°）になっている）。また、照
明系開口絞り５９Ｅを以下「四つ目絞り」と呼ぶ。残り
の開口絞り５９Ｆは、輪帯照明用の照明系開口絞りであ
り、輪帯比（中心部の遮光部の直径と周囲の透光部の外
径との比）がここでは例えば１／２とされている。
【０１０２】レボルバー６１は、前記の如くレチクルＲ
のパターン形成面に対するフーリエ変換面、もしくはそ
の近傍に配置されており、第２フライアイレンズ５８か
らの２次光源（面光源）像を制限している。
【０１０３】次に、制御系について図１に基づいて説明
する。この制御系は、装置全体を統括的に制御する主制
御装置９０を中心に、この主制御装置９０の配下にある
露光量制御装置７０及びステージ制御装置３８等から構
成されている。
【０１０４】ここで、制御系の上記構成各部の動作を中
心に本実施形態に係る投影露光装置１０の露光時の動作
について説明する。
【０１０５】露光量制御装置７０は、レチクルＲとウエ
ハ（Ｗ１又はＷ２）との同期走査が開始されるのに先立
って、シャッタ駆動装置７２に指示してシャッタ駆動部
７４を駆動させてシャッタ４２をオープンする。
【０１０６】この後、ステージ制御装置３８により、主
制御装置９０の指示に応じてレチクルＲとウエハ（Ｗ１
又はＷ２）、すなわちレチクルステージＲＳＴとウエハ
ステージ（ＷＳ１又はＷＳ２）の同期走査（スキャン制
御）が開始される。この同期走査は、前述した干渉計シ
ステムの測長軸ＢＩ３Ｙと測長軸ＢＩ１Ｘ又はＢＩ２Ｘ
及びレチクル干渉計システムの測長軸ＢＩ７Ｙ、ＢＩ８
Ｙと測長軸ＢＩ６Ｘの計測値をモニタしつつ、ステージ
制御装置３８によってレチクル駆動部３０及びウエハス
テージの駆動系を構成する各リニアモータを制御するこ
とにより行われる。
【０１０７】そして、両ステージが所定の許容誤差以内
に等速度制御された時点で、露光量制御装置７０では、
レーザ制御装置７６に指示してパルス発光を開始させ
る。これにより、上記照明系開口絞り５９を透過した照
明系からの照明光により、その下面にパターンがクロム
蒸着されたレチクルＲの前記矩形の照明領域ＩＡが照明
され、レチクルＲ上のパターンで回折されて、投影光学
系ＰＬに入射される。投影光学系ＰＬの瞳面ＥＰは、前
記２次光源面と互いに共役な位置関係となっており、レ
チクルＲのパターン形成面に対してフーリエ変換の位置
関係となっている。このように、照明系開口絞り５９を
透過して、レチクルＲ上のパターンにより回折され、投
影光学系ＰＬの瞳面ＥＰを通過した回折光は、レチクル
Ｒと互いに共役な位置関係に置かれたウエハのレジスト
層に結像される。ここで、図２からも明らかなように、
レチクル上のパターン領域に比べ照明領域ＩＡの走査方
向のスリット幅は狭く、上記のようにレチクルＲとウエ
ハ（Ｗ１又はＷ２）とを同期走査することで、パターン
の全面の像がウエハ上のショット領域に順次形成され
る。
【０１０８】上述のようにして照明光で照明されたレチ
クルＲ上のパターンの像が、投影光学系ＰＬを介して所
定の投影倍率（例えば、１／４倍、１／５倍又は１／６
倍）でウエハステージＷＳＴ上のウエハＷに投影され、
ウエハＷ上の所定の領域にパターンの縮小像が形成され
る。
【０１０９】ここで、前述したパルス発光の開始と同時
に、露光量制御装置７０は、ミラー駆動装置７８に指示
して振動ミラー５４を駆動させ、レチクルＲ上のパター
ン領域が完全に照明領域ＩＡ（図２参照）を通過するま
で、すなわちパターンの全面の像がウエハ上のショット
領域に形成されるまで、連続してこの制御を行うことで
２つのフライアイレンズ５０、５８で発生する干渉縞の
ムラ低減を行う。
【０１１０】また、上記の走査露光中にショットエッジ
部でのレチクル上の遮光領域よりも外に照明光が漏れな
いように、レチクルＲとウエハＷのスキャンと同期して
可動ブラインド６４がブラインド制御装置３９によって
駆動制御されており、これらの一連の同期動作がステー
ジ制御装置３８により管理されている。
【０１１１】ところで、上述したレーザ制御装置７６に
よるパルス発光は、ウエハＷ１、Ｗ２上の任意の点が照
明フィールド幅（ｗ）を通過する間にｎ回（ｎは正の整
数）発光する必要があるため、発振周波数をｆとし、ウ
エハスキャン速度をＶとすると、次式（２）を満たす必
要がある。
【０１１２】ｆ／ｎ＝Ｖ／ｗ ………………（２） また、ウエハ上に照射される１パルスの照射エネルギー
をＰとし、レジスト感度をＥとすると、次式（３）を満
たす必要がある。
【０１１３】ｎＰ＝Ｅ ………………（３） このように、露光量制御装置７０は、照射エネルギーＰ
や発振周波数ｆの可変量について全て演算を行い、レー
ザ制御装置７６に対して指令を出して光源部４０内に設
けられた減光システムを制御することによって照射エネ
ルギーＰや発振周波数ｆを可変させたり、シャッタ駆動
装置７２やミラー駆動装置７８を制御するように構成さ
れている。
【０１１４】さらに、主制御装置９０では、例えば、ス
キャン露光時に同期走査を行うレチクルステージとウエ
ハステージの移動開始位置（同期位置）を補正する場
合、各ステージを移動制御するステージ制御装置３８に
対して補正量に応じたステージ位置の補正を指示する。
【０１１５】更に、本実施形態の投影露光装置では、ウ
エハステージＷＳ１との間でウエハの交換を行う第１の
搬送システムと、ウエハステージＷＳ２との間でウエハ
交換を行う第２の搬送システムとが設けられている。
【０１１６】第１の搬送システムは、図８に示されるよ
うに、左側のウエハローディング位置にあるウエハステ
ージＷＳ１との間で後述するようにしてウエハ交換を行
う。この第１の搬送システムは、Ｙ軸方向に延びる第１
のローディングガイド１８２、このローディングガイド
１８２に沿って移動する第１のスライダ１８６及び第２
のスライダ１９０、第１のスライダ１８６に取り付けら
れた第１のアンロードアーム１８４、第２のスライダ１
９０に取り付けられた第１のロードアーム１８８等を含
んで構成される第１のウエハローダと、ウエハステージ
ＷＳ１上に設けられた３本の上下動部材から成る第１の
センターアップ１８０とから構成される。
【０１１７】ここで、この第１の搬送システムによるウ
エハ交換の動作について、簡単に説明する。
【０１１８】ここでは、図８に示されるように、左側の
ウエハローディング位置にあるウエハステージＷＳ１上
にあるウエハＷ１’と第１のウエハローダにより搬送さ
れてきたウエハＷ１とが交換される場合について説明す
る。
【０１１９】まず、主制御装置９０では、ウエハステー
ジＷＳ１上の不図示のウエハホルダのバキュームを不図
示のスイッチを介してオフし、ウエハＷ１’の吸着を解
除する。
【０１２０】次に、主制御装置９０では、不図示のセン
ターアップ駆動系を介してセンターアップ１８０を所定
量上昇駆動する。これにより、ウエハＷ１’が所定位置
まで持ち上げられる。この状態で、主制御装置９０で
は、不図示のウエハローダ制御装置に第１のアンロード
アーム１８４の移動を指示する。これにより、ウエハロ
ーダ制御装置により第１のスライダ１８６が駆動制御さ
れ、第１のアンロードアーム１８４がローディングガイ
ド１８２に沿ってウエハステージＷＳ１上まで移動して
ウエハＷ１’の真下に位置する。
【０１２１】この状態で、主制御装置９０では、センタ
ーアップ１８０を所定位置まで下降駆動させる。このセ
ンターアップ１８０の下降の途中で、ウエハＷ１’が第
１のアンロードアーム１８４に受け渡されるので、主制
御装置９０ではウエハローダ制御装置に第１のアンロー
ドアーム１８４のバキューム開始を指示する。これによ
り、第１のアンロードアーム１８４にウエハＷ１’が吸
着保持される。
【０１２２】次に、主制御装置９０では、ウエハローダ
制御装置に第１のアンロードアーム１８４の退避と第１
のロードアーム１８８の移動開始を指示する。これによ
り、第１のスライダ１８６と一体的に第１のアンロード
アーム１８４が図１０の−Ｙ方向に移動を開始すると同
時に第２のスライダ１９０がウエハＷ１を保持した第１
のロードアーム１８８と一体的に＋Ｙ方向に移動を開始
する。そして、第１のロードアーム１８８がウエハステ
ージＷＳ１の上方に来たとき、ウエハローダ制御装置に
より第２のスライダ１９０が停止されるとともに第１の
ロードアーム１８８のバキュームが解除される。
【０１２３】この状態で、主制御装置９０ではセンター
アップ１８０を上昇駆動し、センターアップ１８０によ
りウエハＷ１を下方から持ち上げさせる。次いで、主制
御装置９０ではウエハローダ制御装置にロードアームの
退避を指示する。これにより、第２のスライダ１９０が
第１のロードアーム１８８と一体的に−Ｙ方向に移動を
開始して第１のロードアーム１８８の退避が行われる。
この第１のロードアーム１８８の退避開始と同時に主制
御装置９０では、センターアップ１８０の下降駆動を開
始してウエハＷ１をウエハステージＷＳ１上の不図示の
ウエハホルダに載置させ、当該ウエハホルダのバキュー
ムをオンにする。これにより、ウエハ交換の一連のシー
ケンスが終了する。
【０１２４】第２の搬送システムは、同様に、図９に示
されるように、右側のウエハローディング位置にあるウ
エハステージＷＳ２との間で上述と同様にしてウエハ交
換を行う。この第２の搬送システムは、Ｙ軸方向に延び
る第２のローディングガイド１９２、この第２のローデ
ィングガイド１９２に沿って移動する第３のスライダ１
９６及び第４のスライダ２００、第３のスライダ１９６
に取り付けられた第２のアンロードアーム１９４、第４
のスライダ２００に取り付けられた第２のロードアーム
１９８等を含んで構成される第２のウエハローダと、ウ
エハステージＷＳ２上に設けられた不図示の第２のセン
ターアップとから構成される。
【０１２５】次に、図８及び図９に基づいて、本第１の
実施形態の特徴である２つのウエハステージによる並行
処理について説明する。
【０１２６】図８には、ウエハステージＷＳ２上のウエ
ハＷ２を投影光学系ＰＬを介して露光動作を行っている
間に、左側ローディング位置にて上述の様にしてウエハ
ステージＷＳ１と第１の搬送システムとの間でウエハの
交換が行われている状態の平面図が示されている。この
場合、ウエハステージＷＳ１上では、ウエハ交換に引き
続いて後述するようにしてアライメント動作が行われ
る。なお、図８において、露光動作中のウエハステージ
ＷＳ２の位置制御は、干渉計システムの測長軸ＢＩ２
Ｘ、ＢＩ３Ｙの計測値に基づいて行われ、ウエハ交換と
アライメント動作が行われるウエハステージＷＳ１の位
置制御は、干渉計システムの測長軸ＢＩ１Ｘ、ＢＩ４Ｙ
の計測値に基づいて行われる。
【０１２７】この図８に示される左側のローディング位
置ではアライメント系２４ａの真下にウエハステージＷ
Ｓ１の基準マーク板ＦＭ１上の基準マークが来るような
配置となっている。このため、主制御装置９０では、ア
ライメント系２４ａにより基準マーク板ＦＭ１上の基準
マークを計測する以前に、干渉計システムの測長軸ＢＩ
４Ｙの干渉計のリセットを実施している。
【０１２８】上述したウエハ交換、干渉計のリセットに
引き続いて、サーチアライメントが行われる。そのウエ
ハ交換後に行われるサーチアライメントとは、ウエハＷ
１の搬送中になされるプリアライメントだけでは位置誤
差が大きいため、ウエハステージＷＳ１上で再度行われ
るプリアライメントのことである。具体的には、ステー
ジＷＳ１上に載置されたウエハＷ１上に形成された３つ
のサーチアライメントマーク（図示せず）の位置をアラ
イメント系２４ａのＬＳＡ系のセンサ等を用いて計測
し、その計測結果に基づいてウエハＷ１のＸ、Ｙ、θ方
向の位置合わせを行う。このサーチアライメントの際の
各部の動作は、主制御装置９０により制御される。
【０１２９】このサーチアライメントの終了後、ウエハ
Ｗ１上の各ショット領域の配列をここではＥＧＡを使っ
て求めるファインアライメントが行われる。具体的に
は、干渉計システム（測長軸ＢＩ１Ｘ、ＢＩ４Ｙ）によ
り、ウエハステージＷＳ１の位置を管理しつつ、設計上
のショット配列データ（アライメントマーク位置デー
タ）をもとに、ウエハステージＷＳ１を順次移動させつ
つ、ウエハＷ１上の所定のサンプルショットのアライメ
ントマーク位置をアライメント系２４ａのＦＩＡ系のセ
ンサ等で計測し、この計測結果とショット配列の設計座
標データに基づいて最小自乗法による統計演算により、
全てのショット配列データを演算する。なお、このＥＧ
Ａの際の各部の動作は主制御装置９０により制御され、
上記の演算は主制御装置９０により行われる。なお、こ
の演算結果は、基準マーク板ＦＭ１の基準マーク位置を
基準とする座標系に変換しておくことが望ましい。
【０１３０】本実施形態の場合、前述したように、アラ
イメント系２４ａによる計測時に、露光時と同じＡＦ／
ＡＬ系１３２（図４参照）の計測、制御によるオートフ
ォーカス／オートレベリングを実行しつつアライメント
マークの位置計測が行われ、アライメント時と露光時と
の間にステージの姿勢によるオフセット（誤差）を生じ
させないようにすることができる。
【０１３１】ウエハステージＷＳ１側で、上記のウエハ
交換、アライメント動作が行われている間に、ウエハス
テージＷＳ２側では、図１０に示されるような２枚のレ
チクルＲ１、Ｒ２を使い、露光条件を変えながら連続し
てステップ・アンド・スキャン方式により二重露光が行
われる。
【０１３２】具体的には、前述したウエハＷ１側と同様
にして、事前にＥＧＡによるファインアライメントが行
われており、この結果得られたウエハＷ２上のショット
配列データ（基準マーク板ＦＭ２上の基準マークを基準
とする）に基づいて、順次ウエハＷ２上のショット領域
を投影光学系ＰＬの光軸下方に移動させた後、各ショッ
ト領域の露光の都度、レチクルステージＲＳＴとウエハ
ステージＷＳ２とを走査方向に同期走査させることによ
り、スキャン露光が行われる。このようなウエハＷ２上
の全ショット領域に対する露光がレチクル交換後にも連
続して行われる。具体的な二重露光の露光順序として
は、図１１（Ａ）に示されるように、ウエハＷ１の各シ
ョット領域をレチクルＲ２（Ａパターン）を使ってＡ１
〜Ａ１２まで順次スキャン露光を行った後、駆動系３０
を用いてレチクルステージＲＳＴを走査方向に所定量移
動してレチクルＲ１（Ｂパターン）を露光位置に設定し
た後、図１１（Ｂ）に示されるＢ１〜Ｂ１２の順序でス
キャン露光を行う。この時、レチクルＲ２とレチクルＲ
１では露光条件（ＡＦ／ＡＬ、露光量）や透過率が異な
るので、レチクルアライメント時にそれぞれの条件を計
測し、その結果に応じて条件の変更を行う必要がある。
【０１３３】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。なお、二重露光
の具体的方法（具体例）については、その原理を含め、
後に詳述する。
【０１３４】上述した図８に示す２つのウエハステージ
ＷＳ１、ＷＳ２上で並行して行われる露光シーケンスと
ウエハ交換・アライメントシーケンスとは、先に終了し
たウエハステージの方が待ち状態となり、両方の動作が
終了した時点で図９に示す位置までウエハステージＷＳ
１、ＷＳ２が移動制御される。そして、露光シーケンス
が終了したウエハステージＷＳ２上のウエハＷ２は、右
側ローディングポジションでウエハ交換がなされ、アラ
イメントシーケンスが終了したウエハステージＷＳ１上
のウエハＷ１は、投影光学系ＰＬの下で露光シーケンス
が行われる。
【０１３５】図９に示される右側ローディングポジショ
ンでは、左側ローディングポジションと同様にアライメ
ント系２４ｂの下に基準マーク板ＦＭ２上の基準マーク
が来るように配置されており、前述のウエハ交換動作と
アライメントシーケンスとが実行される事となる。勿
論、干渉計システムの測長軸ＢＩ５Ｙの干渉計のリセッ
ト動作は、アライメント系２４ｂによる基準マーク板Ｆ
Ｍ２上のマーク検出に先立って実行されている。
【０１３６】次に、図８の状態から図９の状態へ移行す
る際の、主制御装置９０による干渉計のリセット動作に
ついて説明する。
【０１３７】ウエハステージＷＳ１は、左側ローディン
グポジションでアライメントを行った後に、図９に示さ
れる投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ中心（投影中心）の真下
に基準板ＦＭ１上の基準マークが来る位置まで移動され
るが、この移動の途中で測長軸ＢＩ４Ｙの干渉計ビーム
が、ウエハステージＷＳ１の反射面２１に入射されなく
なるので、アライメント終了後直ちに図９の位置までウ
エハステージを移動させることは困難である。このた
め、本実施形態では、次のような工夫をしている。
【０１３８】すなわち、先に説明したように、本実施形
態では、左側ローディングポジションにウエハステージ
ＷＳ１がある場合に、アライメント系２４ａの真下に基
準マーク板ＦＭ１が来るように設定されており、この位
置で測長軸ＢＩ４Ｙの干渉計がリセットされているの
で、この位置までウエハステージＷＳ１を一旦戻し、そ
の位置から予めわかっているアライメント系２４ａの検
出中心と投影光学系ＰＬの光軸中心（投影中心）との距
離（便宜上ＢＬとする）にもとづいて、干渉計ビームの
切れることのない測長軸ＢＩ１Ｘの干渉計１６の計測値
をモニタしつつ、ウエハステージＷＳ１を距離ＢＬだけ
Ｘ軸方向右側に移動させる。これにより、図９に示され
る位置までウエハステージＷＳ１が移動されることにな
る。そして、主制御装置９０では、レチクルアライメン
ト顕微鏡１４２、１４４の少なくとも一方を用いて、基
準マーク板ＦＭ１上のマークとレチクルマークとの相対
位置関係を計測するのに先立って測長軸ＢＩ３Ｙの干渉
計をリセットする。このリセット動作は、次に使用する
測長軸がウエハステージ側面を照射できるようになった
時点で実行することができる。
【０１３９】このように、干渉計のリセット動作を行っ
ても高精度アライメントが可能な理由は、アライメント
系２４ａにより基準マーク板ＦＭ１上の基準マークを計
測した後、ウエハＷ１上の各ショット領域のアライメン
トマークを計測することにより、基準マークと、ウエハ
マークの計測により算出された仮想位置との間隔を同一
のセンサにより算出しているためである。この時点で基
準マークと露光すべき位置の相対距離が求められている
ことから、露光前にレチクルアライメント顕微鏡１４
２、１４４により露光位置と基準マーク位置との対応が
とれていれば、その値に前記相対距離を加えることによ
り、Ｙ軸方向の干渉計の干渉計ビームがウエハステージ
の移動中に切れて再度リセットを行ったとしても高精度
な露光動作を行うことができるのである。
【０１４０】なお、アライメント終了位置から図９の位
置にウエハステージＷＳ１が移動する間に、測長軸ＢＩ
４Ｙが切れないような場合には、測長軸ＢＩ１Ｘ、ＢＩ
４Ｙの計測値をモニタしつつ、アライメント終了後に直
ちに、図９の位置までウエハステージを直線的に移動さ
せてもよいことは勿論である。この場合、ウエハステー
ジＷＳ１のＹ軸と直交する反射面２１に投影光学系ＰＬ
の光軸ＡＸを通る測長軸ＢＩ３Ｙがかかった時点で干渉
計のリセット動作を行うようにしても良い。
【０１４１】上記と同様にして、露光終了位置からウエ
ハステージＷＳ２を図９に示される右側のローディング
ポジションまで移動させ、測長軸ＢＩ５Ｙの干渉計のリ
セット動作を行えば良い。
【０１４２】また、図１２には、ウエハステージＷＳ１
上に保持されるウエハＷ１上の各ショット領域を順次露
光する露光シーケンスのタイミングの一例が示されてお
り、図１３には、これと並列的に行われるウエハステー
ジＷＳ２上に保持されるウエハＷ２上のアライメントシ
ーケンスのタイミングが示されている。本第１の実施形
態では、２つのウエハステージＷＳ１、ＷＳ２を独立し
て２次元方向に移動させながら、各ウエハステージ上の
ウエハＷ１、Ｗ２に対して露光シーケンスとウエハ交換
・アライメントシーケンスとを並行して行うことによ
り、スループットの向上を図っている。
【０１４３】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、本第１の実施形態では、並行処理
する動作の内、外乱要因となる動作とならない動作とに
分けて、外乱要因となる動作同士、あるいは外乱要因と
ならない動作同士が同時に行われるように、各動作のタ
イミング調整が図られる。
【０１４４】例えば、スキャン露光中は、ウエハＷ１と
レチクルＲとを等速で同期走査させることから外乱要因
とならない上、他からの外乱要因を極力排除する必要が
ある。このため、一方のウエハステージＷＳ１上でのス
キャン露光中は、他方のウエハステージＷＳ２上のウエ
ハＷ２で行われるアライメントシーケンスにおいて静止
状態となるようにタイミング調整がなされる。すなわ
ち、アライメントシーケンスにおけるマーク計測は、ウ
エハステージＷＳ２をマーク位置で静止させた状態で行
われるため、スキャン露光にとって外乱要因とならず、
スキャン露光中に並行してマーク計測を行うことができ
る。これを図１２及び図１３で見ると、図１２において
ウエハＷ１に対し動作番号「１、３、５、７、９、１
１、１３、１５、１７、１９、２１、２３」で示される
スキャン露光と、図１３においてウエハＷ２に対し動作
番号「１、３、５、７、９、１１、１３、１５、１７、
１９、２１、２３」で示される各アライメントマーク位
置におけるマーク計測動作が相互に同期して行われてい
ることがわかる。一方、アライメントシーケンスにおい
ても、スキャン露光中は、等速運動なので外乱とはなら
ず高精度計測が行えることになる。
【０１４５】また、ウエハ交換時においても同様のこと
が考えられる。特に、ロードアームからウエハをセンタ
ーアップに受け渡す際に生じる振動等は、外乱要因とな
り得るため、スキャン露光前、あるいは、同期走査が等
速度で行われるようになる前後の加減速時（外乱要因と
なる）に合わせてウエハの受け渡しをするようにしても
良い。
【０１４６】上述したタイミング調整は、主制御装置９
０によって行われる。
【０１４７】次に、本第１の実施形態における二重露光
の具体的方法について説明する。まず、この露光方法に
おける第１の露光工程、第２の露光工程で採用される変
形照明の基本原理を図１４及び図１５に基づいて説明す
る。この基本原理については、特開平４−２７３２４５
号公報に記載されているものと同様である。
【０１４８】例えば、レチクルＲに形成される回路パタ
ーンの中には、図１４（Ｂ）に示されるようなラインパ
ターン（Ｌ／Ｓや孤立ライン）が多く含まれており、そ
のパターンの方向も複数方向にわたっている。この内、
所定方向に形成された孤立ライン（孤立Ｌ）やＬ／Ｓか
ら成るレチクルパターンＲＰに対して照明光学系から照
明光が照射されると、レチクルパターンＲＰからは０次
回折光成分（Ｄ0 ）、±１次回折光成分（Ｄp 、Ｄm ）
及びより高次の回折光成分がパターンの周期性に応じた
方向に発生する。この様子が、図１５に示されている。
この図１５に示されるように、レチクルパターンＲＰが
形成されたレチクルＲのパターン面のほぼフーリエ変換
相当面、もしくはその近傍の面内にレボルバー６１に設
けられた開口絞り５９が配置されており、この開口絞り
５９によりフライアイレンズ５８からの２次光源像が所
定の開口形状で制限される。ここで、開口絞りとして、
図１４（Ａ）に示されるように、光軸ＡＸに関する点対
称位置にそれぞれの中心を有する２つの偏心領域に照明
光を透過させる形状（前述した２つ目絞り５９Ｃ又は５
９Ｄと同様の形状）の開口絞りを用いると、この開口絞
り５９を透過した照明光束は、図１５に示されるよう
に、レンズ系６０，６６，６８を透過した後、レチクル
パターンＲＰの周期方向に対して所定角度傾いた状態で
入射するため、レチクルパターンＲＰから発生する各次
数の回折光成分に一定の傾き（角度ずれ）を持たせるこ
とができる。図１５中の照明光Ｌ１は、光軸ＡＸに対し
て角度ψだけ傾いてレチクルＲに入射されているものと
する。
【０１４９】このため、レチクルパターンＲＰからは光
軸ＡＸに対してψだけ傾いた方向に進む０次回折光Ｄ0
と、０次回折光Ｄ0 に対してθp だけ傾いた＋１次回折
光Ｄp と、０次回折光Ｄ0 に対してθm だけ傾いて進む
−１次回折光Ｄm とが発生する。従って、＋１次回折光
Ｄp は、光軸ＡＸに対して（θp ＋ψ）の方向に進行
し、−１次回折光Ｄm は、光軸ＡＸに対して（θm −
ψ）の方向に進行することになる。このときの回折角θ
p 、θm は、露光波長をλ、パターンピッチをＰとする
と、それぞれ ｓｉｎ（θp ＋ψ）−ｓｉｎψ＝λ／Ｐ ………（４） ｓｉｎ（θm −ψ）＋ｓｉｎψ＝λ／Ｐ ………（５） で表すことができる。
【０１５０】ここで、レチクルパターンＲＰが微細化し
て回折角が増大すると、それまで投影光学系ＰＬの瞳Ｅ
Ｐを透過していた＋１次回折光Ｄp と−１次回折光Ｄm
のうち、（θp ＋ψ）の方向に進行する＋１次回折光Ｄ
p が投影光学系ＰＬの瞳ＥＰを透過できなくなる。すな
わち、ｓｉｎ（θp ＋ψ）＞ＮＡR （レチクル側開口
数）の関係になってくる。しかし、上記したように照明
光Ｌ１が光軸ＡＸに対して傾いて入射しているため、こ
のときの回折角であっても−１次回折光Ｄm は、投影光
学系ＰＬに入射可能となる。すなわち、ｓｉｎ（θm −
ψ）＜ＮＡR の関係となる。
【０１５１】従って、ウエハＷ上には０次回折光Ｄ0 と
−１次回折光Ｄm の２光束による干渉縞が生じる。この
干渉縞は、レチクルパターンＲＰの像であり、このとき
の解像限界は、 ｓｉｎ（θm −ψ）＝ＮＡR ………（６） となる。従って、上記（６）式に（５）式を代入すると
ＮＡR ＋ｓｉｎψ＝λ／Ｐとなり、これを展開すると Ｐ＝λ／（ＮＡR ＋ｓｉｎψ） ………（７） となる。これが転写可能な最小パターンのレチクル側で
のピッチである。
【０１５２】そこで、上記（７）式のｓｉｎψを一例と
して０．５×ＮＡR 程度に定めるとすると、転写可能な
レチクル上のパターンの最小ピッチは、 となる。
【０１５３】ここで、瞳面上での０次回折光成分と−１
次回折光成分のパターン周期方向の間隔は、レチクルパ
ターンＲＰの微細度（空間周波数）に比例する。上記
（６）式は最大の解像度を得るためにこの間隔を最大と
することを意味している。これに対して、照明光の瞳Ｅ
Ｐ上での分布が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを中心とする
円形領域内である従来の露光装置の場合、解像限界は、
Ｐ≒λ／ＮＡR であるため、これを（８）式と比較する
と、より高い解像度が実現できることがわかる。
【０１５４】次に、レチクルパターンＲＰに対してその
周期方向に所定角度傾けた露光光を照射することによっ
て、その結果発生する０次回折光成分と１次回折光成分
とを用いてウエハ上に結像パターンを形成することによ
り、焦点深度を大きくすることができる点について、以
下説明する。図１５に示されるように、ウエハＷの位置
が投影光学系ＰＬの焦点位置（最良結像面）と一致して
いる場合、レチクルパターンＲＰ中の１点を出てウエハ
Ｗ上の一点に達する各回折光は、投影光学系ＰＬのどの
部分を通過するものであっても全て等しい光路長を有す
ることができる。このため、従来のように０次回折光成
分が投影光学系ＰＬの瞳面ＥＰのほぼ中心（光軸近傍）
を貫通する場合でも、０次回折光成分とその他の回折光
成分とで光路長が相等しくなるため、相互の波面収差も
零となる。しかし、ウエハＷの位置が投影光学系ＰＬの
焦点位置に精密に一致していないデフォーカス状態の場
合、斜めに入射する高次の回折光の光路長は、光軸近傍
を通る０次回折光に対して焦点前方（投影光学系ＰＬか
ら遠ざかる方）では短く、焦点後方（投影光学系ＰＬ近
づく方）では長くなり、その差は入射角の差に応じたも
のとなる。従って、０次、１次……の各回折光は、相互
に波面収差を形成することになり、焦点位置の前後にお
けるボケを発生させる。
【０１５５】前述した波面収差は、ウエハＷの焦点位置
からのずれ量をΔＦ、各回折光がウエハＷに入射すると
きの入射角θm の正弦をｒ（ｒ＝ｓｉｎθm ）とする
と、ΔＦ・ｒ2 ／２で与えられる量である（ｒは、各回
折光の瞳面ＥＰでの光軸ＡＸからの距離を表す）。従来
の投影露光装置では、０次回折光Ｄ0 は、光軸ＡＸの近
傍を通るので、ｒ（０次）＝０となり、一方±１次回折
光Ｄp 、Ｄm は、ｒ（１次）＝Ｍ・λ／Ｐとなる（Ｍは
投影光学系の倍率）。従って、０次回折光Ｄ0 と±１次
回折光Ｄp 、Ｄm のデフォーカスによる波面収差は、Δ
Ｆ・Ｍ2 （λ／Ｐ）2 ／２で与えられる。
【０１５６】これに対して、本第１の実施形態で採用す
る変形照明法では、図１５に示されるように、照明光Ｌ
１を光軸ＡＸに対して角度ψだけ傾けて入射させるた
め、０次回折光成分Ｄ0 は、光軸ＡＸから角度ψだけ傾
いた方向に発生し、瞳面ＥＰにおける０次光成分の光軸
Ａからの距離は、ｒ（０次）＝Ｍ・ｓｉｎψとなる。一
方、−１次回折光成分Ｄm の瞳面ＥＰにおける光軸から
の距離は、ｒ（−１次）＝Ｍ・ｓｉｎ（θm −ψ）とな
る。そして、このとき、ｓｉｎψ＝ｓｉｎ（θm−ψ）
となれば、０次回折光成分Ｄ0 と−１次回折光成分Ｄm
のデフォーカスによる相対的な波面収差は零となり、ウ
エハＷが焦点位置より光軸方向に若干ずれたとしてもレ
チクルパターンＲＰの像ボケは、従来程大きく生じない
ことになる。すなわち、焦点深度が増大することにな
る。また、上記（５）式のように、ｓｉｎ（θm −ψ）
＋ｓｉｎψ＝λ／Ｐであるから、照明光束Ｌ１のレチク
ルＲへの入射角ψをピッチＰのパターンに対して、 ｓｉｎψ＝λ／２Ｐ ………（９） の関係にするならば焦点深度をきわめて増大させること
が可能となる。
【０１５７】そこで、レチクルＲに形成されたパターン
は、図１４（Ｂ）に示されるように、周期方向が一方向
の遮光部（Ｃｒ）と透光部（図中のハッチングで示した
ガラス部分）とからなるレチクルパターンＲＰである場
合に、上記（９）式の関係を満たし、レチクルＲのパタ
ーン形成面のほぼフーリエ変換相当面、もしくはその近
傍の面内に図１４（Ａ）に示されるような照明系開口絞
り５９を配置して照明光を透過させることにより、レチ
クルパターンＲＰの周期方向に対して所定角度傾いた照
明光束Ｌ１が入射され、図１５に示される投影露光装置
ＰＬの瞳面ＥＰにおいて０次回折光成分Ｄ0 と−１次回
折光成分Ｄm とを光軸ＡＸに対してほぼ等距離で分布さ
せることができることから、高解像度且つ大焦点深度で
パターンの露光を行うことができる。
【０１５８】このように、所定方向に形成されたレチク
ルパターンＲＰの周期方向に対して照明光束を所定角度
傾けて照射することにより、高解像度且つ大焦点深度で
パターンの露光を行うことができる。ところが、上記方
法により解像度と焦点深度の向上が図れるのは、周期方
向と直交する長手方向のラインパターンのエッジ部分で
あり、そのラインパターンの長手方向の両端エッジ部で
は、この部分のパターンを解像するための上下方向や斜
め方向からの照明がないことから、パターン像が著しく
劣化する。このような理由により、従来は輪帯照明が比
較的多く用いられていたのであるが、輪帯照明では、パ
ターンの両端部において著しい像の劣化が起こらない代
わりに、完全な２光束干渉が得られないことから、波面
収差の発生により解像度と焦点深度の向上に一定の限界
があった。
【０１５９】そこで、本第１の実施形態では、次のよう
な二重露光法を採用する。
【０１６０】ここでは、図１８に示されるＬ／Ｓパター
ン像を得る場合を例にとって、本第１の実施形態に係る
二重露光法について説明する。
【０１６１】第１の露光工程においては、レチクルＲの
パターン形成面に対してほぼフーリエ変換相当面若しく
はその近傍の面における光量分布が、図１６（Ａ）に示
されるように、光軸中心から形成すべきＬ／Ｓパターン
の周期方向に対して直交する方向に対称に偏心した位置
に中心を有する２つの領域を光が透過し、その他が遮光
領域となるような分布となる開口絞り５９Ｃが用いら
れ、第２の露光工程においては、図１７（Ａ）に示され
るように、レチクルＲのパターン形成面に対してほぼフ
ーリエ変換相当面若しくはその近傍の面における光量分
布が、光軸中心から図１６（Ａ）の場合と直交する方向
に対称に偏心した位置に中心を有する２つの領域を光が
透過し、その他が遮光領域となるような分布となる開口
絞り５９Ｄが用いられる。
【０１６２】また、第１の露光工程においては、図１６
（Ｂ）に示されるような形成すべきパターンと同様のＬ
／ＳパターンＲＰ１が形成されたレチクル（以下、説明
の便宜上「レチクルＲ１」と呼ぶ）が用いられ、第２の
露光工程においては、図１７（Ｂ）に示されるような形
成すべきパターンと直交する方向に所定間隔隔てて配置
された２本の孤立ラインからなるパターンＲＰ２が形成
されたレチクル（以下、説明の便宜上「レチクルＲ２」
と呼ぶ）が用いられる。これら図１６（Ｂ）、図１７
（Ｂ）においてハッチング部分はガラスの光透過部分、
その他の部分はＣｒによる遮光部分となっている。
【０１６３】この場合、レチクルステージＲＳＴ上に
は、レチクルＲ１とＲ２とが搭載されているものとする
（図２参照）。
【０１６４】まず、第１の露光工程において、主制御装
置９０は、開口絞り５９Ｃが照明光の光路上に設定され
るように、レボルバー駆動機構６３を回転制御する。こ
の照明条件の下でレチクルＲ１を用いて前述した走査露
光が行われると、開口絞り５９の各開口を透過した照明
光束は、レンズ系６０、６６、６８を介してレチクルパ
ターンＲＰ１のＬ／Ｓのピッチ方向に光軸ＡＸに対して
所定角度（ここでは、光軸ＡＸに関して対称に角度ψ）
傾いた方向からレチクルＲ１のパターン面をそれぞれ照
射する（図１５参照）。その結果、開口絞り５９の一方
の開口を透過した照明光束Ｌ１によりレチクルパターン
ＲＰ１が照射されることにより、先に説明した図１５と
同様に、レチクルパターンＲＰ１から光軸ＡＸに対して
角度ψだけ傾いた０次回折光Ｄ01と、回折による±１次
回折光ＤP１、Ｄm１とが発生する。同様に、開口絞り５
９の他方の開口を透過した照明光束によりレチクルパタ
ーンＲＰ１が照射されることにより、レチクルパターン
ＲＰ１から光軸ＡＸに対して照明光束Ｌ１の０次回折光
Ｄ01と対称に角度ψだけ傾いた０次回折光Ｄ02と、回折
による±１次回折光ＤP2、Ｄm2とが発生する。この場
合、開口絞り５９Ｃ上の２つの開口は、投影光学系ＰＬ
内での一方の０次回折光Ｄ01と−１次回折光Ｄm1とが光
軸ＡＸに対して対称となり、他方の０次回折光Ｄ02と＋
１次回折光ＤP2とが光軸ＡＸに対して対称となり、かつ
一方の０次回折光Ｄ01と他方の＋１次回折光ＤP2との光
路が一致し、他方の０次回折光Ｄ02と一方の−１次回折
光Ｄm1との光路が一致し、これら０次回折光Ｄ01、
Ｄ02、＋１次回折光ＤP2、−１次回折光Ｄm1の光路長が
全て同じになる傾斜角度ψでレチクルパターンＲＰ１が
照射されるように、照明系開口絞り５９の２つの開口部
の偏心量が、レチクルパターンＲＰ１の線幅に応じて設
定されているものとする。従って、投影光学系ＰＬ内を
２光束のみが通過し、完全な２光束干渉となってウエハ
Ｗ上では波面収差が発生しなくなる。
【０１６５】この結果、例えば、ウエハＷ上に塗布され
たレジストとして、光の当たらない部分にレジスト像が
残るポジレジストを用いているものとすると、図１６
（Ｃ）に示されるパターン像Ｐ１が現像後に残ることに
なる（但し、本実施形態の場合は、二重露光が終了する
までは、現実には現像は行われない）。この場合、先に
説明したように、パターンＲＰ１の周期方向について
は、高解像度且つ大焦点深度でパターンＲＰ１の露光を
行うことができ、従ってパターン像Ｐ１はその周期方向
については良好な像となる。しかし、図１６（Ｃ）に示
されるように、パターン像Ｐ１の両端部では、この部分
のパターンを解像するための上下方向や斜め方向からの
照明がないことから、パターン像が著しく劣化すること
になる（エッジ部がだれてテーパ状となる）。
【０１６６】そこで、本第１の実施形態では、上述した
第１の露光工程による２光束干渉条件による露光終了
後、次の第２の露光工程により像が劣化している部分
（パターンの両端部）を除去することにより、中央部分
の良好なパターン像を有効に利用している。
【０１６７】すなわち、第２の露光工程において、レチ
クルＲ２上のパターンＲＰ２は第１の露光工程で形成さ
れるであろう仮想的なＬ／Ｓパターン像の両端部を除去
可能な位置に配置されている。
【０１６８】主制御装置９０は、開口絞り５９Ｄが照明
光の光路上に設定されるように、レボルバー駆動機構６
３を回転制御する。これにより、開口絞り５９Ｄの照明
分布の方向と、レチクルＲ２に形成されたレチクルパタ
ーンＲＰ２の方向とが第１の露光工程の場合に対して直
交関係になる。そして、上記と同様の２光束干渉条件の
下でレチクルＲ２を用いて前述した走査露光が行われる
と、仮に光の当たった部分にレジスト像が残るネガレジ
ストを使用している場合には、図１７（Ｃ）に実線で示
されるようなパターン像Ｐ１が現像後に残る筈である。
しかし、本実施形態の場合はポジレジストが使われてい
るため、レチクルパターンＲＰ２が除去パターンとして
機能して、図１７（Ｃ）に示されるように、破線で示さ
れるパターン像Ｐ１の両端部に対して、パターン像Ｐ２
が重ね合わせ露光される結果、パターン像Ｐ１の露光不
良部分が除去され、露光後に現像して得られる最終的な
パターン像は、図１８に示されるような、エッジ部の鮮
明なレジストパターン像となる。ここでは、ポジレジス
トを用いて残しのＬ／Ｓを形成したが、残しの孤立ライ
ンも同様の方法で形成することができる。
【０１６９】なお、ネガレジストを用いて、上記第１の
露光工程及び第２の露光工程と同様のことを行えば、貫
きのＬ／Ｓや貫きの孤立ラインを形成することも可能と
なる。
【０１７０】以上説明した、第１の露光工程、第２露光
工程と同様に、形成すべきパターンを所定方向のライン
パターンと、これと直交する方向のラインパターンとの
少なくとも２種類のラインパターンに分けて、それぞれ
のパターンを同一又は別々のレチクルＲにそれぞれ形成
したものを用意し、主制御装置９０によりレボルバー駆
動機構６３を介して開口絞り５９Ｃ、５９Ｄを切り換え
て、第１の露光工程、第２露光工程と同様の重ねあわせ
露光を行うことにより、例えば、２次元格子状のパター
ン像を形成することも可能である。
【０１７１】本第１の実施形態では、上記の如く、２枚
以上のレチクル（Ｒ１、Ｒ２など）を使って重ね合わせ
露光するなどの二重露光が行われるが、このように同一
の露光工程で複数のレチクルを取り扱うような場合に、
レチクルをセットで管理できるようにすることが望まし
い。このため、本第１の実施形態では、図１９ないし図
２３に示されるようなレチクルカセット、及びそのレチ
クルカセットが収容されるレチクルライブラリを用いて
いる。
【０１７２】図１９には、例えばレチクルＲ１、Ｒ２が
それぞれ個別に収納された個別収納容器としてのレチク
ルカセット２１２、２１４が固定具としてのカセット固
定部材２１６によって固定され、一体化された状態の斜
視図が示されている。
【０１７３】レチクルカセット２１２と２１４の前面に
は、レチクルを出し入れする際に開閉可能な蓋２１２
ａ、２１４ａが設けられている。
【０１７４】前記カセット固定部材２１６は、例えば、
図１９及び図２０に示されるような断面コ字状の固定部
材で構成されている。このカセット固定部材２１６は、
レチクルカセット２１２と２１４を積み重ねた状態で、
背面側（蓋２１２ａ、２１４ａが設けられた側と反対
側）から挿入することにより、レチクルカセット２１２
と２１４を上下方向から挟持して一体化させる。より詳
しくは、図１９中のＡ線位置縦断面図を示した図２０の
ように、コ字状のカセット固定部材２１６のレチクルカ
セット２１２、２１４にそれぞれ対向する部分には、断
面楔状の爪部２１６ａ、２１６ｂが形成されており、こ
れらの爪部がレチクルカセット２１２、２１４の傾斜溝
部２１２ｂ、２１４ｂに係合することにより、レチクル
カセット２１２、２１４が一体化される。なお、傾斜溝
部は、それぞれのレチクルカセットの上下面に形成する
ことがより望ましい。このようにすれば、どのレチクル
カセットにどのレチクルを収納した場合であっても、固
定部材２１６により２つのレチクルを一体化させること
ができるからである。
【０１７５】勿論、図２０の矢印方向にカセット固定部
材２１６の両端部を開くことにより、溝部２１２ｂ、２
１４ｂに係合していた爪部２１６ａ、２１６ｂが外れ
て、一体化されたレチクルカセット２１２、２１４を分
離させることができることは言うまでもない。
【０１７６】なお、図１９に示されるカセット固定部材
２１６は、２個のレチクルカセットを固定するものであ
ったが、これに限定されるものではなく、固定するレチ
クルカセット数に応じた３個用、４個用、……をそれぞ
れ用意しておいても良い。また、レチクルカセットの固
定法は、上述した溝部と爪部とを用いたものに限定され
るものではなく、接着テープやマグネットの様なもので
レチクルカセット同士を固定するものであっても良い。
【０１７７】図２１には、図１９の固定部材２１６によ
って一体化された状態のレチクルカセット２１２、２１
４を収容可能なレチクルライブラリ２２０の斜視図が示
されている。このレチクルライブラリ２２０は、固定部
材２１６によって２個づつ一体化された複数組みのレチ
クルカセットが収容可能なものであり、レチクルに付着
した異物を検査する不図示の「異物検出部」や、レチク
ルを搬送する「搬送部」等が近くに配設され、相互間で
レチクルの受け渡しが行われるようになっている。
【０１７８】このレチクルライブラリ２２０は、前面及
び背面が開口した箱型の筐体２２２から成り、この筐体
２２２の内壁の両側に固定部材２１６によって２個づつ
一体化されたレチクルカセット組みを支持するカセット
支持部２２４ａ〜２２４ｄが上下方向に所定間隔で設け
られている。このレチクルライブラリ２２０ではカセッ
ト支持部２２４ａ〜２２４ｄの上下の間隔がカセット固
定部材２１６で固定されたレチクルカセットの厚さに応
じて（ここでは、レチクルカセット２個分の間隔）設定
されている。
【０１７９】このように、本第１の実施形態では、カセ
ット固定部材２１６によりセット数に応じたレチクルカ
セットを一体化して固定することができるため、複数の
レチクルをセット単位で容易に管理することが可能とな
る。また、複数のレチクルカセットは、カセット固定部
材２１６による固定を解除すると従来からある個々のレ
チクルカセットに戻せるため、従来から有る異物検出部
を用いて異物検査を行うことができる。但し、レチクル
の管理面だけを考えれば、一つのレチクルカセットの内
部空間を上下に複数分割して、それぞれの分割空間内に
レチクルを収納するようなレチクルカセットの構造も採
用できる。
【０１８０】なお、上記カセット支持部を一定間隔で固
定するのではなく、使用するレチクルカセットの数（１
個用、２個用、３個用、……）に応じて複数種類の間隔
を設定したり、あるいはカセット支持部を上下方向に可
動として適宜その間隔が変えられるように構成しても良
い。このカセット支持部２２４ａ〜２２４ｄの上下方向
の間隔は、当該露光装置で通常露光工程が多いか、二重
露光工程が多いかなどにより決定すれば良い。
【０１８１】この場合、カセット固定部材２１６により
セット単位で一体化された状態でレチクルライブラリ２
２０に収容されたレチクルカセット（例えば２１２）か
ら取り出されたレチクル（例えば、Ｒ１）は、不図示の
レチクルローダによってレチクルステージＲＳＴ（図２
参照）まで運ばれる。レチクルＲ１は、搬送後にレチク
ルステージＲＳＴ上に搭載され、そのレチクルＲ１のレ
チクルアライメントを実行している間に、他方のレチク
ルＲ２をレチクルカセット２１４から取り出してレチク
ル待機位置（図示しない）で待機させる。そして、最初
のレチクルＲ１のレチクルアライメントが終了した時点
でレチクルＲ２をレチクルステージＲＳＴ上に搭載し、
レチクルＲ２のレチクルアライメントを行うことによ
り、レチクルステージＲＳＴ上に２枚のレチクルＲ１、
Ｒ２のローディング作業が終了する。
【０１８２】ところで、前述した固定部材２１６により
レチクルカセットを一体化する場合には、レチクルライ
ブラリとして、カセット支持部の間隔が通常と異なる特
殊なレチクルライブラリを使用する必要がある。しか
し、図２２に示されるように、レチクルカセット２３
２、２３４、２３６同士を重ね合わせ方向に所定間隔を
隔てて連結し一体化する固定具としてのカセット固定部
材２３８ａ、２３８ｂを用いるならば、図２３に示され
るように、レチクルカセットを個別に支持するカセット
支持部２４４ａ〜２４４ｆが設けられた筐体２４２から
成る通常のレチクルライブラリ２４０を使用したとして
も、レチクルカセット２４６（単体）、２３２，２３
４，２３６（３枚セット）、２４８，２５０（２枚セッ
ト）などを所望の位置に収容することが可能となる。
【０１８３】以上説明したように、本第１の実施形態の
投影露光装置１０によると、ウエハ上に形成すべきパタ
ーンを、所定方向のラインパターンから成る第１のパタ
ーンと、その第１のパターンに直交する第２のパターン
とをレチクルに形成し、光軸に対して各パターンのライ
ン方向と直交する方向に所定量だけ傾いた照明（いわゆ
る変形照明）を照明することにより、それぞれのライン
方向で高解像度と大焦点深度を持ったパターン像が形成
可能となる。従って、第１のパターンと第２のパターン
との重ね合わせ露光を行い、一方のパターンの像劣化部
分を他方のパターンで除去する二重露光により、各ライ
ン方向に対して高解像度で大焦点深度を持ったパターン
像が形成可能になる。
【０１８４】また、上記第１の実施形態によると、例え
ば、二重露光のように複数のレチクルをセットで使用す
る場合は、所定枚数のレチクルを１つの収納容器に独立
して収納したり、複数の個別収納容器にそれぞれ収納し
て固定具により複数まとめて固定し、レチクルライブラ
リにも収容可能としたため、複数のレチクルをセット単
位で容易に管理可能になる。
【０１８５】さらに、本第１の実施形態の投影露光装置
１０によると、２枚のウエハをそれぞれ独立に保持する
２つのウエハステージを具備し、これら２つのウエハス
テージをＸＹＺ方向に独立に移動させて、一方のウエハ
ステージでウエハ交換とアライメント動作を実行する間
に、他方のウエハステージで露光動作を実行する事と
し、両方の動作が終了した時点でお互いの動作を切り換
えるようにしたことから、スループットを大幅に向上さ
せることが可能になる。
【０１８６】また、上記第１の実施形態によると、投影
光学系ＰＬを挟んでマーク検出を行う少なくとも２つの
アライメント系を具備しているため、２つのウエハステ
ージを交互にずらすことにより、各アライメント系を交
互に使って行われるアライメント動作と露光動作とを並
行処理することが可能になる。
【０１８７】その上、上記第１の実施形態によると、ウ
エハ交換を行うウエハローダがアライメント系の近辺、
特に、各アライメント位置で行えるように配置されてい
るため、ウエハ交換からアライメントシーケンスへの移
行がスムースに行われ、より高いスループットを得るこ
とができる。
【０１８８】さらに、上記第１の実施形態によると、上
述したような高スループットが得られるため、オフアク
シスのアライメント系を投影光学系ＰＬより大きく離し
て設置したとしてもスループットの劣化の影響が殆ど無
くなる。このため、高Ｎ．Ａ．（開口数）であって且つ
収差の小さい直筒型の光学系を設計して設置することが
可能となる。
【０１８９】また、上記第１の実施形態によると、２本
のアライメント系及び投影光学系ＰＬの各光軸のほぼ中
心を計測する干渉計からの干渉計ビームを各光学系毎に
有しているため、アライメント時や投影光学系を介して
のパターン露光時のいずれの場合にも２つのウエハステ
ージ位置をアッべ誤差のない状態でそれぞれ正確に計測
することができ、２つのウェハステージを独立して移動
させることが可能になる。
【０１９０】さらに、２つのウェハステージＷＳ１、Ｗ
Ｓ２が並ぶ方向（ここではＸ軸方向）に沿って両側から
投影光学系ＰＬの投影中心に向けて設けられた測長軸Ｂ
Ｉ１Ｘ、ＢＩ２Ｘは、常にウエハステージＷＳ１、ＷＳ
２に対して照射され、各ウエハステージのＸ軸方向位置
を計測するため、２つのウエハステージが互いに干渉し
ないように移動制御することが可能になる。
【０１９１】その上、上記測長軸ＢＩ１Ｘ、ＢＩ２Ｘに
対してアライメント系の検出中心や投影光学系ＰＬの投
影中心位置に向けて垂直に交差する方向（ここではＹ軸
方向）に測長軸ＢＩ３Ｙ、ＢＩ４Ｙ、ＢＩ５Ｙが照射さ
れるように干渉計が配置され、ウエハステージを移動さ
せて反射面から測長軸が外れたとしても、干渉計をリセ
ットすることによりウエハステージを正確に位置制御す
ることが可能となる。
【０１９２】そして、２つのウエハステージＷＳ１、Ｗ
Ｓ２上には、それぞれ基準マーク板ＦＭ１、ＦＭ２が設
けられ、その基準マーク板上のマーク位置とウエハ上の
マーク位置とを予めアライメント系で計測することによ
って得られる補正座標系との間隔を、露光前の基準板計
測位置に対してそれぞれ加算する事によって、従来の様
な投影光学系とアライメント系との間隔を計測するベー
スライン計測を行うことなくウエハの位置合わせが可能
となり、特開平７―１７６４６８号公報に記載されるよ
うな大きな基準マーク板の搭載も不要となる。
【０１９３】また、上記第１の実施形態によると、複数
枚のレチクルＲを使って二重露光を行うことから、高解
像度とＤＯＦ（焦点深度）の向上効果が得られる。しか
し、この二重露光法は、露光工程を少なくとも２度繰り
返さなければならないため、露光時間が長くなって大幅
にスループットが低下するが、本実施形態の投影露光装
置を用いることにより、スループットが大幅に改善でき
るため、スループットを低下させることなく高解像度と
ＤＯＦの向上効果とが得られる。例えば、Ｔ１（ウエハ
交換時間）、Ｔ２（サーチアライメント時間）、Ｔ３
（ファインアライメント時間）、Ｔ４（１回の露光時
間）において、８インチウエハにおける各処理時間をＴ
１：９秒、Ｔ２：９秒、Ｔ３：１２秒、Ｔ４：２８秒と
した場合、１つのウエハステージを使って一連の露光処
理が為される従来技術により二重露光が行われると、ス
ループットＴＨＯＲ＝３６００／（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋
Ｔ４＊２）＝３６００／（３０＋２８＊２）＝４１［枚
／時］となり、１つのウエハステージを使って一重露光
法を実施する従来装置のスループット（ＴＨＯＲ＝３６
００／（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４）＝３６００／５８＝
６２［枚／時］）と比べてスループットが６６％までダ
ウンする。ところが、本実施形態の投影露光装置を用い
てＴ１、Ｔ２、Ｔ３とＴ４とを並列処理しながら二重露
光を行う場合は、露光時間の方が大きいため、スループ
ットＴＨＯＲ＝３６００／（２８＋２８）＝６４［枚／
時］となることから、高解像度とＤＯＦの向上効果を維
持しつつスループットを改善することが可能となる。ま
た、露光時間が長い分、ＥＧＡ点数を増やすことが可能
となり、アライメント精度が向上する。
【０１９４】なお、上記第１の実施形態では、本発明が
二重露光法を用いてウエハの露光を行う装置に適用され
た場合について説明したが、同様の技術であるスティッ
チングにも適用できる。更に、前述の如く、本発明の装
置により、一方のウエハステージ側で２枚のレチクルに
て２回露光を行う（二重露光、スティッチング）間に、
独立に可動できる他方のウエハステージ側でウエハ交換
とウエハアライメントを並行して実施する場合に、従来
の一重露光よりも高いスループットが得られるととも
に、解像力の大幅な向上が図れるという特に大きな効果
があるためである。しかしながら、本発明の適用範囲が
これに限定されるものではなく、一重露光法により露光
する場合にも本発明は好適に適用できるものである。例
えば、８インチウエハの各処理時間（Ｔ１〜Ｔ４）が前
述と同様であるとすると、本発明のように２つのウエハ
ステージを使って一重露光法で露光処理する場合、Ｔ
１、Ｔ２、Ｔ３を１グループとし（計３０秒）、Ｔ４
（２８秒）と並列処理を行うと、スループットはＴＨＯ
Ｒ＝３６００／３０＝１２０［枚／時］となり、１つの
ウエハステージを使って一重露光法を実施する従来のス
ループットＴＨＯＲ＝６２［枚／時］に比べてほぼ倍の
高スループットを得る事が可能となる。
【０１９５】また、上記第１の実施形態では、ステップ
・アンド・スキャン方式により走査露光を行う場合につ
いて説明したが、本発明がこれに限定されるものではな
く、ステップ・アンド・リピート方式による静止露光を
行う場合及びＥＢ露光装置やＸ線露光装置、さらにはチ
ップとチップを合成するスティッチング露光時であって
も同様に適用できることは勿論である。
【０１９６】《第２の実施形態》以下、本発明の第２の
実施形態を図２４ないし図３０に基づいて説明する。こ
こで、前述した第１の実施形態と同一又は同等の構成部
分については、同一の符号を用いて説明するものとす
る。この第２の実施形態では、レチクルステージとし
て、図２４に示されるような３枚のレチクルＲ３、Ｒ
４、Ｒ５を搭載可能なレチクルステージＲＳＴが用いら
れている点が、第１の実施形態と異なるのみで、その他
の部分の構成は、第１の実施形態と同一である。
【０１９７】本第２の実施形態では、レチクルステージ
ＲＳＴの側面に鏡面加工を施して反射面２６２を形成
し、この反射面２６２を第１の実施形態における移動鏡
３４と同様に機能させることにしている。これにより、
３枚のレチクルを１つのレチクルステージ上に搭載した
場合に、その重量による歪み等から、移動鏡がステージ
と別体である場合には、その取付け条件によっては取り
付け部に経時的な変形等を生じる可能性があったが、そ
のような不都合の発生を防止することができる。また、
図２５に示されるように、パターンが形成されたレチク
ルＲの下面と測長軸ＢＩ６Ｘとが同一の高さになるよう
に、レチクルステージＲＳＴのレチクル保持面の上面に
レチクルバキューム部２６０を設けて、アッベ誤差が発
生しない様にしている。
【０１９８】この場合、３枚のレチクルＲ３、Ｒ４、Ｒ
５を独立に吸着可能なようにレチクルバキューム部２６
０ａ、２６０ｂ、２６０ｃが、図２４に示されるよう
に、各レチクルの４角の部分に対向するレチクル保持面
にそれぞれ設けられている。
【０１９９】更に、反射面２６２はレチクル３枚に対し
測長軸ＢＩ６Ｘがケラレないように長くとる必要がある
ので、その平面度を維持することが困難となるが、本第
２の実施形態では、次のような工夫により、かかる不都
合に起因するレチクルステージＲＳＴの位置制御系の悪
化を防止している。
【０２００】すなわち、予めレチクルステージＲＳＴを
走査方向の全ストロークに渡って移動しながら、その際
に測長軸ＢＩ７Ｙ、ＢＩ８Ｙを有するレチクル干渉計に
よってレチクルステージＲＳＴの回転をモニタしつつ、
測長軸ＢＩ６Ｘを有する２光束干渉計の２本の光軸から
の出力差を全ストロークに渡ってサンプリングする。各
サンプリング結果（これからレチクルステージＲＳＴの
回転誤差分を除いたもの）は、レチクル干渉計ＢＩ６Ｘ
の２本の光軸の中心位置の仮想的傾きとなるので、この
値を積分する事で反射面（移動鏡）２６２の曲がりを算
出できる。従って、本第２の実施形態では、上記のよう
にして算出した反射面（移動鏡）２６２の曲がり誤差デ
ータ（凹凸データ）をメモリ９１に記憶しておいて、主
制御装置９０がレチクルの移動を行う際の干渉計目標値
にその曲がり誤差データ分のオフセットを加える事で、
反射面２６２の曲がり状況に依存する事なく、レチクル
ステージの位置を精度良く制御する。
【０２０１】レチクルステージＲＳＴが露光中の露光光
吸収等あるいは経時的変形のいずれの場合でも、上記の
計測を行えば、反射面２６２の曲がりを求めることがで
きるので、上記計測を定期的に行って、メモリ９１内の
曲がり誤差データを更新するようにすることが望まし
い。また、実際に必要な曲がり誤差データは、３枚のレ
チクルＲに対応する反射面２６２の曲がり誤差のデータ
であって、レチクルとレチクルの間の部分に対応する部
分の反射面２６２の曲がり誤差のデータは、必ずしも必
要ではなく、その意味では、各レチクルに対応して曲が
り誤差のデータを独立に記憶しておけば足りる。これに
より、各レチクル位置を正確に制御することが可能とな
る。
【０２０２】以上のような種々の工夫により、本第２の
実施形態では、投影光学系ＰＬ上方の照明領域ＩＡ位置
に、高速に各レチクルＲを移動し、スキャン露光できる
ようになっている。
【０２０３】次に、上記レチクルステージＲＳＴ上に搭
載された３枚のレチクルＲ３、Ｒ４、Ｒ５を順次連続し
て用いて行われる、三重露光法の一例を図２６ないし図
３０に基づいて説明する。
【０２０４】ここでは、図３０に示されるコンタクトホ
ールを最終的に得る場合を例にとって説明する。
【０２０５】第１の露光工程においては、図２６（Ｂ）
に示されるようなＬ／ＳパターンＲＰ３が形成されたレ
チクル（以下、説明の便宜上「レチクルＲ３」と呼ぶ）
が用いられ、第２の露光工程においては、図２７（Ｂ）
に示されるようなＬ／ＳパターンＲＰ４が形成されたレ
チクル（以下、説明の便宜上「レチクルＲ４」と呼ぶ）
が用いられ、第３露光工程においては、図２９（Ｂ）に
示されるようなパターンＲＰ５が形成されたレチクル
（以下、説明の便宜上「レチクルＲ５」と呼ぶ）が用い
られる。これら図２６（Ｂ）、図２７（Ｂ）、図２９
（Ｂ）においてハッチング部分はガラスの光透過部分、
その他の部分はＣｒによる遮光部分となっている。
【０２０６】この場合、レチクルステージＲＳＴ上に
は、上記したレチクルＲ３とＲ４とＲ５とが搭載されて
いるものとする（図２４参照）。
【０２０７】また、第１の露光工程においては、レチク
ルＲ３のパターン形成面に対してほぼフーリエ変換相当
面若しくはその近傍の面における光量分布が、図２６
（Ａ）に示されるようような分布となる開口絞り５９Ｃ
が用いられ、第２の露光工程においては、レチクルＲ４
のパターン形成面に対してほぼフーリエ変換相当面若し
くはその近傍の面における光量分布が、図２７（Ａ）に
示されるような分布となる開口絞り５９Ｄが用いられ、
第３の露光工程においては、レチクルＲ３のパターン形
成面に対してほぼフーリエ変換相当面若しくはその近傍
の面における光量分布が図２９（Ａ）に示されるような
分布となる輪帯絞り５９Ｆが用いられる。
【０２０８】まず、第１の露光工程において、主制御装
置９０は、開口絞り５９Ｃが照明光の光路上に設定され
るように、レボルバー駆動機構６３を回転制御する。こ
の照明条件の下でレチクルＲ３を用いて前述した走査露
光が行われると、第１の実施形態の第１露光工程と同様
の理由により、投影光学系ＰＬ内を２光束のみが通過
し、完全な２光束干渉となってウエハＷ上では波面収差
が発生しなくなる。この結果、例えば、ウエハＷ上に塗
布されたレジストとして、光の当たる部分にレジスト像
が残るネガレジストを用いているものとすると、図２６
（Ｃ）に示されるパターン像Ｐ３が現像後に残ることに
なる（但し、本実施形態の場合は、三重露光が終了する
までは、現実には現像は行われない）。この場合、先に
説明したように、パターンＲＰ１の周期方向について
は、高解像度且つ大焦点深度でパターンＲＰ１の露光を
行うことができ、従ってパターン像Ｐ３はその周期方向
については良好な像となる。
【０２０９】第２の露光工程において、レチクルＲ４上
のパターンＲＰ４は第１の露光工程で形成されるであろ
う仮想的なＬ／Ｓパターン像に直交して配置されてい
る。
【０２１０】主制御装置９０は、開口絞り５９Ｄが照明
光の光路上に設定されるように、レボルバー駆動機構６
３を回転制御する。これにより、開口絞り５９Ｄの照明
分布の方向と、レチクルＲ２に形成されたレチクルパタ
ーンＲＰ４の方向とが第１の露光工程の場合に対して直
交関係になる。そして、上記と同様の２光束干渉条件の
下でレチクルＲ４を用いて前述した走査露光が行われる
と、図２７（Ｃ）に実線で示されるようなパターン像Ｐ
４が現像後に残る筈である。しかし、ここでは、図２７
（Ｃ）に示されるように、破線で示されるパターン像Ｐ
３の両端部に対して、パターン像Ｐ４が重ね合わせ露光
される結果、この第２の露光工程終了後に現像を行え
ば、図２８に示されるようなレジスト像が残る筈である
（但し、本実施形態の場合は、三重露光が終了するまで
は、現実には現像は行われない）。
【０２１１】第１、第２の露光工程の結果得られるパタ
ーン像は、中央部に４つ良好なコンタクトホールが得ら
れているが、Ｌ／Ｓの組み合わせである為に図２８と図
３０とを比べると明らかなように、不要な部分にもコン
タクトホールが形成されている。
【０２１２】第３の露光工程において、レチクルＲ５上
のパターンＲＰ５は第１、第２の露光工程で形成される
であろう仮想的な図２８のパターン像の内、最終的に得
たい３つのコンタクトホール部分のみにガラスから成る
光透過部が対応して配置されている。
【０２１３】主制御装置９０は、輪帯絞り５９Ｆが照明
光の光路上に設定されるように、レボルバー駆動機構６
３を回転制御する。そして、この輪帯照明条件下でレチ
クルＲ５を用いて前述した走査露光が行われ、現像が行
われると、不要な部分が全部除去され、最終的に図３０
に示されるように良好なコンタクトホール像が形成され
る。ここで最後の不要な部分の除去時に使用される照明
を輪帯照明としたのは、レチクルパターンＲＰ５にて遮
光された位置のコンタクトホールに干渉する事なく、不
要な部分を除去するためである。
【０２１４】なお、図２９（Ｃ）には、レチクルパター
ンＲＰ５が形成されたレチクルＲ５を用いて輪帯照明条
件下で露光が行われた際に、得られるであろうレジスト
像Ｐ５が示されている。
【０２１５】以上説明したように、本第２の実施形態に
よると、複数のレチクル（ここでは３枚）が搭載された
１つのレチクルステージの反射面の表面湾曲データを各
レチクルに対応させてメモリに記憶しているため、その
表面湾曲データに基づいてレチクルステージの位置を補
正しながら位置制御を行うようにする。すなわち、３枚
のレチクルを搭載することによってレチクルステージが
長くなったり、温度分布条件等によりレチクルステージ
の反射面が変形する場合に生ずる不都合を、反射面の表
面湾曲データに基づいて制御位置を補正することにより
解消することができる。また、１つのレチクルステージ
上に３枚のレチクルが一体化されて搭載されているた
め、複数のレチクルを用いて交互に重ね合わせ露光する
際に高いスループットを得ることが可能になる。
【０２１６】さらに、本第２の実施形態によると、３枚
のレチクルを用いて三重露光を行う際に、第１の露光工
程と第２の露光工程の重ね合わせ露光の結果形成され
る、高解像度かつ大焦点深度から成るパターン像のう
ち、第３の露光工程により特定のパターン以外のパター
ンを除去することにより、特定のパターンの像のみから
成る高解像度なパターン像を得ることができる。
【０２１７】《第３の実施形態》上述した第１の実施形
態及び第２の実施形態では、複数のレチクルを使って二
重露光や三重露光を行う場合、例えば、図２あるいは図
２４に示されるように、１つのレチクルステージＲＳＴ
上に複数のレチクルＲを搭載し、このレチクルステージ
ＲＳＴを移動制御することによって、レチクルＲを所定
方向に走査したり、レチクルＲの切り換えが行われてい
た。これに対し、本第３の実施形態では、複数のレチク
ルをそれぞれ個別に保持する複数のレチクルステージを
有し、それらのレチクルステージがレチクル面と平行な
面内を独立に移動可能とした点に特徴がある。
【０２１８】図３１及び図３２は、本第３の実施形態に
係る２つのレチクルステージを独立して移動制御するレ
チクルステージ装置３００の概略構成とその動作を説明
する平面図である。
【０２１９】図３１に示されるように、このレチクルス
テージ装置３００は、レチクルステージフラットガイド
３１０上に不図示の空気軸受けを介して浮上支持され、
Ｘ軸方向（図３１における紙面左右方向）及びＹ軸方向
（図３１における紙面上下方向）に独立して２次元移動
可能な２つのレチクルステージ３１２、３１４と、レチ
クルステージ３１２、３１４の位置を計測する干渉計シ
ステムとを備えている。
【０２２０】前記レチクルステージ３１２、３１４の底
面には不図示のエアパッド（例えば、真空予圧型空気軸
受け）が複数ヶ所に設けられており、レチクルステージ
３１２、３１４は、エアパッドの空気噴き出し力と真空
予圧力とのバランスにより例えば数ミクロンの間隔を保
った状態で、レチクルステージフラットガイド３１０上
に浮上支持されている。そして、レチクルステージ３１
２、３１４は、不図示のレチクル駆動系、例えば、２次
元リニアモータによりＸＹ面内でＸ軸方向及びＺ軸回り
の回転方向に微小駆動されるとともに、走査方向である
Ｙ軸方向には、所定のストロークの範囲で駆動される。
レチクルステージ駆動系は、図１のステージ制御装置３
８によって制御されるようになっている。
【０２２１】前記レチクルステージ３１２、３１４上に
は、レチクル３１６、３２０が真空吸着等により固定さ
れている。また、レチクル３１６、３２０の紙面左右方
向の両端部には、位置合わせ用の複数のレチクルマーク
（例えば、特開平７−１７６４８号公報に記載されたよ
うなマーク）が形成されている。
【０２２２】また、レチクルステージ３１２のＸ軸方向
一側の面（図３１における右側面）とＹ軸方向一側の面
（図３１における上側面）とは、鏡面仕上げがなされた
反射面となっており、同様に、レチクルステージ３１４
のＸ軸方向一側の面（図３１における右側面）とＹ軸方
向の他側の面（図３１における下側面）とは、鏡面仕上
げがなされた反射面となっている。これらの反射面に、
後述する干渉計システムを構成する干渉計からの各測長
軸の干渉計ビームが投射され、その反射光を各干渉計で
受光することにより、各反射面の基準位置からの変位を
計測し、これにより、レチクルステージ３１２、３１４
の２次元位置がそれぞれ計測されるようになっている。
【０２２３】更に、本第３の実施形態では、一方のレチ
クルステージ３１２のレチクルローディング／アンロー
ディングポジション（図３１中に実線で示される位置：
以下、「レチクル交換位置」という）に対応して第１の
マスクアライメント系としての一対のレチクルマーク計
測センサ３２６Ｌ１、３２６Ｒ１が設けられ、同様に、
他方のレチクルステージ３１４のレチクルローディング
／アンローディングポジション（図３１に仮想線で示さ
れる位置：以下、「レチクル交換位置」という）に対応
して第２のマスクアライメント系としての一対のレチク
ルマーク計測センサ３２６Ｌ２、３２６Ｒ２が設けられ
ている。レチクルマーク計測センサ３２６Ｌ１、３２６
Ｒ１は、レチクルステージ３１２上のレチクルのレチク
ルマークを計測してレチクル描画誤差の計測及びサーチ
アライメント等を行うためのものである。同様に、レチ
クルマーク計測センサ３２６Ｌ２、３２６Ｒ２は、レチ
クルステージ３１４上のレチクルのレチクルマークを計
測してレチクル描画誤差の計測及びサーチアライメント
等を行うためのものである。
【０２２４】次に、レチクルステージ３１２、３１４の
位置を管理する干渉計システムについて説明する。
【０２２５】この干渉計システムは、Ｙ軸方向の一側か
らレチクルステージ３１２のＹ軸方向の位置を常に計測
する第１測長軸としての測長軸ＢＩ１１Ｙと、Ｙ軸方向
の他側からレチクルステージ３１４のＹ軸方向の位置を
常に計測する第２測長軸としての測長軸ＢＩ１２Ｙと、
投影光学系ＰＬの露光位置（照明領域ＩＡの位置）でＹ
軸と垂直に交差する第３測長軸としての測長軸ＢＩ１３
Ｘと、レチクルマーク計測センサ３２６Ｌ１、３２６Ｒ
１の検出位置でＹ軸と垂直に交差する第４測長軸として
の測長軸ＢＩ１４Ｘと、レチクルマーク計測センサ３２
６Ｌ２、３２６Ｒ２の検出位置でＹ軸と垂直に交差する
第５測長軸としてのＢＩ１５Ｘとを有し、これらの測長
軸によりレチクルステージ３１２及びレチクルステージ
３１４の２次元位置をそれぞれ計測する。
【０２２６】本第３の実施形態では、走査露光を行う場
合、照明領域ＩＡの近くまでレチクルを移動させて走査
することにより露光動作が行われるが、この露光時にお
けるレチクルステージ３１２、３１４のＸ方向の位置計
測には、照明領域ＩＡの位置でＹ軸と垂直に交差する測
長軸ＢＩ１３Ｘの干渉計の計測値が用いられるため、照
明領域ＩＡにいずれかのレチクルステージ（３１２又は
３１４）を移動させる場合は、干渉計をリセットするこ
とにより測長軸ＢＩ１４Ｘ←→ＢＩ１３Ｘの切り換え、
測長軸ＢＩ１５Ｘ←→ＢＩ１３Ｘの切り換えを行う必要
がある。このように、使用条件によって、Ｘ軸方向の干
渉計の測長軸がレチクルステージ３１２、３１４の反射
面より外れるが、少なくとも１つの測長軸、すなわち測
長軸ＢＩ１１Ｙ、ＢＩ１２Ｙは、それぞれのレチクルス
テージ３１２、３１４の反射面から外れることがないの
で、使用する干渉計光軸が反射面上に入った適宜な位置
でＸ側の干渉計のリセットを行うことができる。この干
渉計のリセット方法については、後に詳述する。
【０２２７】さらに、本第３の実施形態では、搬送シス
テムとしてのレチクルステージ３１２との間でレチクル
の受け渡しを行う第１のレチクル搬送系３２２と、レチ
クルステージ３１４との間でレチクルの受け渡しを行う
第２のレチクル搬送系３２４とが設けられている。第１
のレチクル搬送系３２２は、図３１に示されるように、
レチクル交換位置にあるレチクルステージ３１２との間
でレチクル交換を行い、第２のレチクル搬送系３２４
は、図３１に示されるように、レチクル交換位置にある
仮想線で示したレチクルステージ３１４との間でレチク
ル交換を行う。ここでは、第１のレチクル搬送系３２
２、第２のレチクル搬送系３２４ともに、それぞれのＦ
字状の搬送アームのみが示されているので、以下では、
特に必要がない限り、搬送アーム３２２、３２４と呼
ぶ。これらの搬送アーム３２２、３２４には、レチクル
を吸着して保持するための吸着部３２２ａ、３２４ａが
それぞれ数個所に設けられている。
【０２２８】以上が、本第３の実施形態に係る走査型露
光装置の特徴的な構成であり、その他の部分は、第１の
実施形態の走査型露光装置と同様に構成されている。
【０２２９】次に、上述のようにして構成された本第３
の実施形態の走査型露光装置による三重露光のシーケン
スの一例について図３１及び図３２を用いて説明する。
【０２３０】まず、搬送アーム３２４によりレチクル３
２０が搬送され、図３１中に仮想線で示されるレチクル
交換位置に待機しているレチクルステージ３１４に渡さ
れ、該レチクルステージ３１４上にセッティングされ
る。このレチクル３２０のセッティング後、主制御装置
９０では、レチクルステージ３１４を移動させながらレ
チクルマーク計測センサ３２６Ｌ２、３２６Ｒ２を使っ
てレチクル３２０の両端部に形成された不図示のレチク
ルマークを計測することにより、レチクル上描画誤差を
補正したレチクル座標を求める。このレチクルマークの
計測に先立って、主制御装置９０では測長軸ＢＩ１５Ｘ
の干渉計のリセットが実行される。
【０２３１】上記のレチクル３２０のセッティング及び
レチクルマーク計測等が行われた後（あるいはこれと並
行して）、搬送アーム３２２によりレチクル３１６が搬
送され、図３１中に実線で示されるレチクル交換位置に
待機しているレチクルステージ３１２に渡され、該レチ
クルステージ３１２上にセッティングされる。このレチ
クル３１６のセッティング後、主制御装置９０ではレチ
クルステージ３１２を移動させながらレチクルマーク計
測センサ３２６Ｌ１、３２６Ｒ１を使ってレチクル３１
６の両端部に形成された不図示のレチクルマークを計測
することにより、レチクル上描画誤差を補正したレチク
ル座標を求める。このレチクルマークの計測に先立っ
て、主制御装置９０では測長軸ＢＩ１４Ｘの干渉計のリ
セットを実行している。
【０２３２】次に、主制御装置９０では、レチクルステ
ージ３１４を第１の実施形態で説明したウエハステージ
の場合と同様に測長軸ＢＩ１２Ｙの干渉計の計測値に基
づいて投影光学系ＰＬ上方の照明領域ＩＡまで移動させ
て、レチクル３２０上のレチクルマークとウエハステー
ジ上の基準板ＦＭとを用いて、レチクルアライメント
（ファインアライメント）を行う。このレチクルアライ
メントに先立って主制御装置９０では測長軸ＢＩ１３Ｘ
の干渉計のリセットを実行している。これにより、レチ
クル座標とウエハ座標の対応をとることができる。そし
て、主制御装置９０では、レチクル３２０を用いて一方
のウエハステージ上のウエハ全面に対してステップ・ア
ンド・スキャン方式により露光を行う（第１の露光工
程）。
【０２３３】このようにしてレチクル３２０による露光
が終了すると、レチクルステージ３１４をレチクル交換
位置（図３１の仮想線位置）まで戻し、これと並行して
レチクルステージ３１２を上記と同様に測長軸ＢＩ１１
Ｙの干渉計の計測値に基づいて投影光学系ＰＬ上方の照
明領域ＩＡまで移動させて、レチクル３１６上のレチク
ルマークとウエハステージ上の基準板ＦＭとを用いて、
レチクルアライメント（ファインアライメント）を行う
（図３２参照）。この場合も、このレチクルアライメン
トに先立って主制御装置９０では測長軸ＢＩ１３Ｘの干
渉計のリセットを実行している。そして、主制御装置９
０では、レチクル３１６を用いて一方のウエハステージ
上のウエハ全面に対して第１の露光工程で露光されたレ
チクル３２０の露光パターンに対して所定の条件で重ね
合わせ露光が為されるようにステップ・アンド・スキャ
ン方式で露光を行う（第２の露光工程）。
【０２３４】このレチクル３１６を用いての第２の露光
工程における露光が行われているのと並行して、主制御
装置９０では、搬送アーム３２４により図３２に実線で
示される交換位置で待機しているレチクルステージ３１
４上で先の露光で用いたレチクル３２０とレチクル３１
８との交換を行った後、レチクルマーク計測センサ３２
６Ｌ２、３２６Ｒ２によるレチクル３１８上のレチクル
マーク計測及びこれに先立つ測長軸ＢＩ１５Ｘの干渉計
のリセットを実行している。そして、レチクルステージ
３１４をそのまま待機させる。
【０２３５】そして、レチクル３１６による第２の露光
工程の露光が終了した時点で、主制御装置９０では、レ
チクルステージ３１２をレチクル交換位置に戻し、これ
と並行してレチクルステージ３１４を上記と同様に測長
軸ＢＩ１２Ｙの干渉計の計測値に基づいて投影光学系Ｐ
Ｌ上方の照明領域ＩＡまで移動させて、レチクル３１８
上のレチクルマークとウエハステージ上の基準板ＦＭと
を用いて、レチクルアライメント（ファインアライメン
ト）が行われる。この場合も、このレチクルアライメン
トに先立って主制御装置９０では測長軸ＢＩ１３Ｘの干
渉計のリセットを実行している。そして、主制御装置９
０では、一方のウエハステージ上のウエハ全面に対して
レチクル３２０、３１６によって先に形成されたウエハ
上のパターンに対して所定の条件で重ね合わせ露光がな
されるように、レチクル３１８を用いてステップ・アン
ド・スキャン方式で露光を行う（第３の露光工程）。こ
の第３の露光工程の状態は、丁度、図３１に示されるレ
チクル３２０がレチクル３１８と入れ替わったのと同じ
状態になる。
【０２３６】このようにして、ウエハ１枚に対する露光
が終了すると、ウエハステージ側ではウエハステージの
交換が第１の実施形態で説明したように行われ、他方の
ウエハステージ上のウエハに対して上記と同様に三重露
光が行われることになる。但し、この他方のウエハステ
ージ上の次ウエハに対する露光工程では、上述した第３
露光工程終了の状態（図３１においてレチクル３２０と
３１８とが入れ替わった状態）から明らかなように、既
にレチクルステージ３１２、３１４上にはレチクル３１
６と３１８が搭載されているため、露光に使用されるレ
チクルの順番が入れ替わる。すなわち、この次ウエハの
露光工程ではレチクル３１８→レチクル３１６→（レチ
クル３１６とレチクル３２０を交換）→レチクル３２０
というように露光順序が入れ替わることになる。このよ
うにするのは、１枚目のウエハ露光工程が終了し、レチ
クルを交換せずに次の露光処理を行った方が露光処理時
間を短縮（スループットを向上）することができるため
である（但し、次のウエハ露光工程を開始するまでの間
に、ウエハステージの交換を行う僅かな時間は必要とな
る）。
【０２３７】以上説明したように、本第３の実施形態に
よると、レチクルをそれぞれ保持して２次元面内を独立
して移動する２つのレチクルステージを設け、各レチク
ルステージの位置をレチクル交換位置と露光位置とでそ
れぞれ管理する干渉計測長軸を異ならしめ、それらの測
長軸の干渉計を必要に応じて切り換える（干渉計のリセ
ットを行う）ようにしたことから、複数のレチクルを用
いて露光を行う場合であっても、各レチクルステージの
小型軽量化を図ることができ、各レチクルステージの位
置制御性の向上、ウエハステージとの同期走査時の同期
精度の向上を図ることが可能となる。
【０２３８】また、レチクルステージ３１２上のレチク
ル３１６を用いて露光が行われるのと並行して、レチク
ルステージ３１４上でレチクル３２０とレチクル３１８
との交換及び該レチクル３１８に対するレチクルマーク
計測センサ３２６Ｌ２、３２６Ｒ２によるレチクル３１
８上のレチクルマーク計測を行うようにした。すなわ
ち、一方のレチクルステージ上のレチクルを用いて露光
している間に、他方のレチクルステージ上でレチクル交
換、及びその交換したレチクルの複数のレチクルマーク
の位置検出を行うようにしたことから、３枚のレチクル
を用いるにもかかわらず、高スループットが実現できる
とともに、３枚のレチクルを一列に並べて駆動する場合
と比べると、レチクルの駆動範囲が小さくなり、フット
プリントを小さくすることができるという利点もある。
【０２３９】更に、レチクル交換位置でレチクルマーク
計測センサ３２６Ｌ１、３２６Ｒ１、及び３２６Ｌ２、
３２６Ｒ２により予めレチクルアライメントを実行する
ようにしたことから、レチクルの描画誤差計測及びサー
チアライメント等が予め終了した状態で、露光前に照明
領域ＩＡ上で行われるレチクルとウエハステージの基準
板ＦＭとを用いたレチクルのファインアライメントに要
する時間を短縮することができる。
【０２４０】また、上述した３枚のレチクルを用いる露
光条件というのは、コンタクトホール等を形成する場合
の限られた露光工程であるが、２枚交換型のレチクル駆
動に最適化された本第３の実施形態の場合は、それらを
共用することができるという点から考えてコストパフォ
ーマンスが高いといえる。
【０２４１】なお、上記第３の実施形態の場合は、レチ
クルステージ３１４側でのみレチクル交換を行う場合に
ついて説明したが、レチクルステージ３１２側でもレチ
クル交換が可能であるので、最大４枚まで高速レチクル
交換を行うことも可能である。
【０２４２】また、上記第３の実施形態中では特に説明
しなかったが、使用するレチクルに応じて変形照明条
件、ウエハベストフォーカス位置、ディストーション補
正機構、像面・アス補正システム等を駆動する事によ
り、各露光条件に合ったセッティングが行われるが、勿
論これらの制御内容もウエハ毎に、使用されるレチクル
の露光順序の変化に伴って変更されることは勿論であ
る。
【０２４３】さらに、上記第３の実施形態では、例え
ば、レチクル３２０と３１８との交換が行われるが、レ
チクル交換の際にレチクルとレチクルステージ上の吸着
部との間にゴミが挟まったり、姿勢の変化によりディス
トーション値が変わった場合（レチクルのたわみ変化に
よるレチクル厚みに依存した誤差）であっても、予め計
測しておくことにより補正する事が可能となる。
【０２４４】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１ないし３
に記載の発明によれば、感応基板上に所望のパターン像
を高解像度かつ大焦点深度で露光することができる従来
にない優れた投影露光方法を提供することができる。
【０２４５】また、請求項４に記載の発明によれば、マ
スクが搭載されたマスクステージの位置を正確に制御す
ることができる走査型の投影露光装置が提供される。
【０２４６】さらに、請求項５及び６に記載の発明によ
れば、マスク交換のスループットとマスクステージの制
御性を向上させつつ、装置本体のフットプリントを小さ
くできる投影露光装置が提供される。
【０２４７】また、請求項７ないし９に記載の発明によ
れば、複数のマスクをセットで使用する際に、複数のマ
スクの管理が容易に行える投影露光装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本第１の実施形態にかかる投影露光装置の概略
構成を示す図である。
【図２】２つのウェハステージとレチクルステージと投
影光学系とアライメント系の位置関係を示す斜視図であ
る。
【図３】ウェハステージの駆動機構の構成を示す平面図
である。
【図４】投影光学系とアライメント系にそれぞれ設けら
れているＡＦ／ＡＬ系を示す図である。
【図５】ＡＦ／ＡＬ系とＴＴＲアライメント系の構成を
示す投影露光装置の概略構成を示す図である。
【図６】図５のパターン形成板の形状を示す図である。
【図７】照明系開口絞り板の一例を示す図である。
【図８】２つのウエハステージを使ってウエハ交換・ア
ライメントシーケンスと露光シーケンスとが行われてい
る状態を示す平面図である。
【図９】図８のウエハ交換・アライメントシーケンスと
露光シーケンスとの切り換えを行った状態を示す図であ
る。
【図１０】２枚のレチクルを保持する二重露光用のレチ
クルステージを示す図である。
【図１１】（Ａ）は図１０のパターンＡのレチクルを使
ってウエハの露光を行った状態を示す図であり、（Ｂ）
は図１０のパターンＢのレチクルを使ってウエハの露光
を行った状態を示す図である。
【図１２】２つのウエハステージの一方に保持されたウ
エハ上の各ショット領域毎の露光順序を示す図である。
【図１３】２つのウエハステージの他方に保持されたウ
エハ上の各ショット領域毎のマーク検出順序を示す図で
ある。
【図１４】第１の実施形態における二重露光の基本原理
を説明する図であり、（Ａ）は開口絞りを示す図であ
り、（Ｂ）は露光に用いるレチクルパターンの図であ
る。
【図１５】第１の実施形態における二重露光の基本原理
を説明する投影露光装置の概略構成図である。
【図１６】第１の実施形態における二重露光の第１の露
光工程を示す図であり、（Ａ）は開口絞りであり、
（Ｂ）はレチクルパターンであり、（Ｃ）は（Ｂ）のレ
チクルパターンを用いて露光した場合の予想形成パター
ンである。
【図１７】第１の実施形態における二重露光の第２の露
光工程を示す図であり、（Ａ）は開口絞りであり、
（Ｂ）はレチクルパターンであり、（Ｃ）は（Ｂ）のレ
チクルパターンを用いて露光した場合の予想形成パター
ンである。
【図１８】第１の実施形態おける二重露光の結果形成さ
れる完成パターンを示す図である。
【図１９】複数のレチクルカセットを固定部材で固定し
て一体化した状態の斜視図である。
【図２０】図１９のＡ線位置の縦断面図である。
【図２１】図１９のレチクルカセットを収容するレチク
ルライブラリの斜視図である。
【図２２】複数のレチクルカセットをカセット固定部材
で固定した状態を示す正面図である。
【図２３】図２２のレチクルカセット等が収容された状
態を示すレチクルライブラリの正面図である。
【図２４】第２の実施形態において３枚のレチクルが搭
載可能なレチクルステージの斜視図である。
【図２５】図２４のＢ−Ｂ線断面図である。
【図２６】第２の実施形態における三重露光の第１の露
光工程を示す図であり、（Ａ）は開口絞りであり、
（Ｂ）はレチクルパターンであり、（Ｃ）は（Ｂ）のレ
チクルパターンを用いて露光した場合の予想形成パター
ンである。
【図２７】第２の実施形態における三重露光の第２の露
光工程を示す図であり、（Ａ）は開口絞り、（Ｂ）はレ
チクルパターンであり、（Ｃ）は（Ｂ）のレチクルパタ
ーンを用いて露光した場合の予想形成パターンである。
【図２８】第２の露光工程後に現像した場合に形成され
る予想形成パターンである。
【図２９】第２の実施形態における三重露光の第３の露
光工程を示す図であり、（Ａ）は開口絞りであり、
（Ｂ）はレチクルパターンであり、（Ｃ）は（Ｂ）のレ
チクルパターンを用いて露光した場合の予想形成パター
ンである。
【図３０】第２の実施形態おける三重露光の結果形成さ
れる完成パターンを示す図である。
【図３１】第３の実施形態に係る２つのレチクルステー
ジを独立して移動制御するレチクルステージ装置の概略
構成とその動作を説明する平面図である。
【図３２】第３の実施形態に係る２つのレチクルステー
ジを独立して移動制御するレチクルステージ装置の概略
構成とその動作を説明する平面図である。
【符号の説明】
１０ 投影露光装置 ９０ 主制御装置 ９１ メモリ ２１６ 固定部材 ２１２、２１４、２３２、２３４、２３６ レチクル
カセット ２３８ａ、２３８ｂ、２３８ｃ カセット固定部材 ２２０、２４２ レチクルライブラリ ２６２ 反射面 ３１２、３１４ レチクルステージ ３１６、３１８ レチクル ３２２、３２４ 搬送アーム ３２６Ｌ１、３２６Ｒ１、３２６Ｌ２、３２６Ｒ２
レチクルマーク計測センサ Ｗ１、Ｗ２ ウエハ ＰＬ 投影光学系 ＢＩ１１Ｘ〜ＢＩ１２Ｙ 測長軸 ＢＩ１３Ｘ〜ＢＩ１５Ｘ 測長軸 ＲＳＴ レチクルステージ Ｒ１〜Ｒ５ レチクル ＲＰ１〜ＲＰ５ レチクルパターン ＡＸ 光軸 Ｌ１ 照明光束 ＩＡ 照明領域

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数のパターンを投影光学系を介して感
    応基板上の所定領域にそれぞれ重ね合わせ露光する投影
    露光方法であって、 所定方向のラインパターンから成る第１のパターンが形
    成されたマスクを前記投影光学系に関して前記感応基板
    と共役な位置に配設するとともに、該マスク面のほぼフ
    ーリエ変換相当面、もしくはその近傍の面内の光軸に関
    する点対称位置にそれぞれの中心を有する２つの偏心領
    域に照明光を透過させて、前記光軸に対して前記第１の
    パターンのライン方向と直交する方向に所定量だけ傾い
    た照明光束により前記第１のパターンを照明する第１の
    露光工程と；前記第１のパターンに直交する方向のライ
    ンパターンから成る第２のパターンが形成されたマスク
    を前記投影光学系に関して前記感応基板と共役な位置に
    配設するとともに、該マスク面のほぼフーリエ変換相当
    面、もしくはその近傍の面内の光軸に関する点対称位置
    にそれぞれの中心を有する２つの偏心領域に照明光を透
    過させて、前記光軸に対して前記第２のパターンのライ
    ン方向と直交する方向に所定量だけ傾いた照明光束によ
    り前記第２のパターンを照明する第２の露光工程と；を
    含む投影露光方法。
  2. 【請求項２】 前記感応基板上に形成された前記第１の
    パターンの少なくとも両端部の露光不良部分を除去すべ
    く前記第２のパターンを重ね合わせ露光することを特徴
    とする請求項１に記載の投影露光方法。
  3. 【請求項３】 前記第１の露光工程と前記第２の露光工
    程による重ね合わせ露光の結果、前記感応基板上に形成
    されたパターンのうち特定のパターンに対応するパター
    ンから成る第３のパターンを同一又は異なるマスクに形
    成し、 前記第２の露光工程後に、前記第３のパターンが形成さ
    れたマスク面のほぼフーリエ変換相当面、もしくはその
    近傍の面内に光軸を中心とした輪帯状の領域に光源から
    の照明光を透過させた照明光束により、前記第３のパタ
    ーンを照明する第３の露光工程をさらに有することを特
    徴とする請求項１又は２に記載の投影露光方法。
  4. 【請求項４】 照明光により照明された所定の照明領域
    に対してマスクを走査方向に移動するのに同期して前記
    照明領域に共役な露光領域に対して感応基板を前記走査
    方向に移動させることにより前記マスクのパターンを感
    応基板に露光する走査型の投影露光装置であって、 前記マスクを複数搭載して、前記マスクをその面内で駆
    動可能で且つ、前記走査方向と直交する非走査方向の側
    部に反射面が形成されたマスクステージと；予め計測さ
    れた前記反射面の表面湾曲データが各マスクに対応して
    独立に記憶された記憶手段と；前記記憶手段に記憶され
    た前記反射面の表面湾曲データに基づいて前記マスクス
    テージ位置を制御する制御手段と；を有する投影露光装
    置。
  5. 【請求項５】 複数のマスクに形成されたパターンの像
    を投影光学系を介して感応基板上にそれぞれ投影露光す
    る投影露光装置であって、 第１のマスクを搭載して２次元平面内を移動可能な第１
    のマスクステージと；第２のマスクを搭載して前記第１
    のマスクステージと同一平面内を前記第１のマスクステ
    ージとは独立に移動可能な第２のマスクステージと；前
    記投影光学系とは別に設けられ、前記第１のマスク及び
    前記第２のマスクのマークを検出するマスクアライメン
    ト系と；前記第１のマスクステージ及び前記第２のマス
    クステージとの間でマスクの受け渡しを行う搬送システ
    ムと；前記第１のマスクステージ及び前記第２のマスク
    ステージのいずれか一方のマスクステージ上のマスクを
    用いて前記投影光学系を介した露光が行われる間に、他
    方のマスクステージで前記搬送システムによるマスク交
    換、あるいは前記マスクアライメント系によるマーク検
    出のうち少なくとも一方が並行処理されるように、前記
    第１のマスクステージ、前記第２のマスクステージ及び
    前記搬送システムをそれぞれ制御する制御部と；を有す
    ることを特徴とする投影露光装置。
  6. 【請求項６】 前記マスクアライメント系は、前記第１
    のマスクステージ上の第１のマスクのマークを検出する
    第１のマスクアライメント系と、前記投影光学系と前記
    第１のマスクアライメント系とを結ぶ第１軸方向で前記
    投影光学系を介して前記第１のマスクアライメント系と
    反対側に設けられ、前記第２のマスクステージ上の第２
    のマスクのマークを検出する第２のマスクアライメント
    系とを有し、 前記第１軸方向の一方側から前記第１のマスクステージ
    の前記第１軸方向の位置を常に計測する第１測長軸と、
    前記第１軸方向の他方側から前記第２のマスクステージ
    の前記第１軸方向の位置を常に計測する第２測長軸と、
    前記投影光学系の露光位置で前記第１軸と垂直に交差す
    る第３測長軸と、前記第１のマスクアライメント系の検
    出位置で前記第１軸と垂直に交差する第４測長軸と、前
    記第２のマスクアライメント系の検出位置で前記第１軸
    と垂直に交差する第５測長軸とを有し、これらの測長軸
    により前記第１のマスクステージ及び前記第２のマスク
    ステージの２次元位置をそれぞれ計測する干渉計システ
    ムをさらに備え、 前記制御部は、前記第１のマスクステージを、前記干渉
    計システムの前記第４測長軸の計測値を用いて管理され
    る位置から露光位置へ移動させた際に、前記第３測長軸
    の計測値を用いて前記マスクステージの位置計測が可能
    な状態で第３測長軸の干渉計をリセットし、前記第１の
    マスクステージを、前記第３測長軸の計測値を用いて管
    理される位置からアライメント位置へ移動させた際に、
    前記第４測長軸の計測値を用いて前記マスクステージの
    位置計測が可能な状態で第４測長軸の干渉計をリセット
    するとともに、 前記第２のマスクステージを、前記干渉計システムの前
    記第５測長軸の計測値を用いて管理される位置から露光
    位置へ移動させた際に、前記第３測長軸の計測値を用い
    て前記マスクステージの位置計測が可能な状態で第３測
    長軸の干渉計をリセットし、前記第２のマスクステージ
    を、前記第３測長軸の計測値を用いて管理される位置か
    らアライメント位置へ移動させた際に、前記第５測長軸
    の計測値を用いて前記マスクステージの位置計測が可能
    な状態で第５測長軸の干渉計をリセットすることを特徴
    とする請求項５に記載の投影露光装置。
  7. 【請求項７】 複数のマスクに形成されたパターンの像
    を投影光学系を介して感応基板上にそれぞれ投影露光す
    る投影露光装置であって、 前記各マスクを独立して収納可能な収納領域が複数設け
    られ、前記各収納領域にそれぞれマスクを収納する収納
    容器と；前記収納容器を容器単位で収容するマスクライ
    ブラリと；を有する投影露光装置。
  8. 【請求項８】 複数のマスクに形成されたパターンの像
    を投影光学系を介して感応基板上にそれぞれ投影露光す
    る投影露光装置であって、 前記各マスクをそれぞれ個別に収納する複数の個別収納
    容器と；前記個別収納容器を複数まとめて固定する固定
    具と；前記固定具で固定され一体化された複数の個別収
    納容器及び前記個別収納容器単体を収容可能なマスクラ
    イブラリと；を有する投影露光装置。
  9. 【請求項９】 前記固定具は、前記個別収納容器を複数
    重ね合わせ方向に所定間隔を隔てた状態で連結する連結
    具であることを特徴とする請求項８に記載の投影露光装
    置。
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