JP2007184342A - 露光システム、露光方法、及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スループットの低下を防止しつつ重ね合わせ精度を向上させることができる露光システム及び露光方法、並びに当該露光システム又は露光方法を用いたデバイス製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の露光システムは、ウェハＷを保持するウェハホルダＷＨを載置するウェハステージＷＳＴを備え、レチクルＲのパターンＤＰをウェハＷ上に露光する露光ユニット１と、計測ユニット２と、搬送装置３とを含んでなる。計測ユニット２は、複数のセンサ３１を備えており、露光ユニット１のウェハステージＷＳＴに保持される前のウェハホルダＷＨに保持されたウェハＷ上の互いに異なる位置に形成されている複数のアライメントマークＡＭを複数同時に計測する。搬送装置３は、ウェハＷを保持するウェハホルダＷＨを計測ユニット２と露光ユニット１との間で搬送する。
【選択図】図１

Description

本発明は、所定のパターンを基板上に露光転写する露光システム及び露光方法、並びに当該露光システム又は露光方法を用いたデバイス製造方法に関する。

近年、半導体素子、液晶表示素子、撮像装置（ＣＣＤ（Charge Coupled Device：電荷結合素子）等）、薄膜磁気ヘッド等のデバイスは高集積化が図られている。特に、半導体素子は、高機能化及び低コスト化等の要請から、種々の電気部品を１チップ上に集積した大規模集積回路（ＬＳＩ：Large Scale Integration）とされることが多い。ＬＳＩは、それが搭載される電子機器全体の性能を大きく左右するため、ＬＳＩ単体での性能向上が望まれている。とりわけ、ＬＳＩに形成されるトランジスタを高速化しつつ低消費電力化する要請が高まっている。

トランジスタを高速化する技術として、近年、歪シリコンからなる領域を部分的に形成する技術が注目されている。ここで、歪シリコンとは、シリコン層上に格子定数の異なる半導体層（例えば、ＳｉＧｅ（シリコンゲルマニウム）層）を形成してシリコン層に引っ張り歪み又は圧縮歪みを加えて電子又はホールの移動速度の向上を図ったものである。かかる歪シリコンを、例えばゲート部分に形成したものが歪シリコントランジスタである。尚、歪シリコンからなる領域を部分的に形成する技術の詳細については、例えば以下の特許文献１〜３を参照されたい。
特許第３３７６２０８号明細書 特許第３３７６２１１号明細書 特許第３４０３０７６号明細書

ところで、上記のデバイスを製造する場合には、リソグラフィー工程で所定のパターンを基板上に転写する露光処理が繰り返し行われる。この露光処理では、基板上に既に形成されているパターンと、次に形成すべきパターンの光学像を精確に重ね合わせる必要がある。基板上に歪シリコンからなる領域を部分的に形成した場合には、基板上において応力が作用する方向が一定ではなく、また、その大きさも基板上で一定ではないため、基板上における歪み量が一定ではなく、露光処理において十分な重ね合わせ精度が得られない虞が考えられる。

上記の露光処理では、一般的にスループット（単位時間に露光処理することができる基板の枚数）を向上させるためにＥＧＡ計測が行われる。ここで、ＥＧＡ計測とは、基板上に設定されたショット領域に付設された位置計測用のマーク（アライメントマーク）の内の代表的な数個（３〜９個程度）のアライメントマークのみについて位置計測を行い、この計測結果を用いて統計演算を行って基板上に設定された全ショット領域の配列を求める計測方法をいう。

上記のＥＧＡ計測を行えば、基板に線形歪み又は非線型歪みが生じていても、これらを加味した重ね合わせを行うことができる。しかしながら、基板上に歪シリコンからなる領域が部分的に形成されている場合には、その歪みがランダムであるため、対応することが難しい。そこで、ＥＧＡ計測において計測を行うアライメントマークの数を増やせば、重ね合わせ精度を向上させることができると考えられるが、アライメントマークの計測数が増加するとスループットの低下を招いてしまう。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、スループットの低下を防止しつつ重ね合わせ精度を向上させることができる露光システム及び露光方法、並びに当該露光システム又は露光方法を用いたデバイス製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、実施の形態に示す各図に対応付けした以下の構成を採用している。但し、各要素に付した括弧付き符号はその要素の例示に過ぎず、各要素を限定するものではない。
上記課題を解決するために、本発明の露光システムは、局所的に特定領域を歪まされながらその上にデバイスパターンが形成される基板（Ｗ）上に、所定のパターン（ＤＰ）を露光する露光ユニット（１）を備えた露光システムにおいて、前記露光ユニットに設けられ、前記基板を保持する保持部材（ＷＨ）を載置するステージ装置（ＷＳＴ）と、前記ステージ装置に保持される前の前記保持部材に保持された前記基板上の互いに異なる位置に形成されている複数の位置計測用のマーク（ＡＭ）を複数同時に計測する複数の計測装置（３１）を備える計測ユニット（２）と、前記基板を保持する前記保持部材を前記計測ユニットと前記露光ユニットとの間で搬送する搬送装置（３）とを備えることを特徴としている。
この発明によると、保持部材に保持された基板上の互いに異なる位置に形成された複数の位置計測用のマークが複数の計測装置によって複数同時に計測され、この計測後に基板を保持する保持部材が搬送装置によって搬送されて露光ユニットのステージ装置上に保持され、保持部材に保持されている基板に所定のパターンが露光される。
上記課題を解決するために、本発明の露光方法は、二次元平面内を移動可能な基板ステージ（ＷＳＴ）上に載置された保持部材（ＷＨ）上に保持された基板（Ｗ）上に、所定のパターン（ＤＰ）を露光する露光方法であって、前記基板を保持した前記保持部材が前記基板ステージ上に載置される前に、該基板上の互いに異なる位置に形成されている複数の位置計測用のマーク（ＡＭ）を、複数の計測装置（３１）を用いて複数同時に計測する計測工程（Ｓ１２、Ｓ２２）と、前記計測工程の後に、前記計測工程での前記保持部材上の前記基板の保持状態を維持したままで、前記保持部材を前記基板ステージ上に受け渡す工程（Ｓ２５）とを含むことを特徴としている。
この発明によると、基板を保持した保持部材が基板ステージ上に載置される前に基板上の互いに異なる位置に形成された複数の位置計測用のマークが複数の計測装置によって複数同時に計測され、計測を終えた後で保持部材上の基板の保持状態が維持されたままで保持部材が露光ユニットの基板ステージ上に受け渡される。
本発明のデバイス製造方法は、上記の露光システム、又は、上記の露光方法を用いてデバイスを製造することを特徴としている。

本発明によれば、露光ユニットのステージ装置に保持される前に、保持部材に保持された基板に形成された位置計測用のマークを複数の計測装置によって複数同時に計測しているため、スループットの低下を防止することができる。また、基板は保持部材に保持された状態で搬送装置により搬送され、保持部材に保持された状態で露光ユニットのステージ装置上に載置される。このため、所定のパターンを露光する際に、重ね合わせ精度を向上させることができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態による露光システム、露光方法、及びデバイス製造方法について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による露光システムの概略構成を示す側面図である。図１に示す通り、本実施形態の露光システムは、露光ユニット１、計測ユニット２、及び搬送装置３を含んで構成される。露光ユニット１は、所定のパターンを基板上に露光する。計測ユニット２は、基板上に形成された位置計測用のマークを計測する。搬送装置３は、露光ユニット１と計測ユニット２との間で基板を搬送する。

ここで、本実施形態では、上記の基板が、複数のレイヤーが積層されると共に複数の区画領域（ショット領域）が設定されている半導体ウェハ（以下、ウェハＷという）であるとする。また、このウェハＷ上には、ショット領域内において所定レイヤー内で意図的に歪まされた局所領域（歪シリコンからなる領域）が設けられているとする。即ち、上記の基板は、歪シリコンからなる領域が部分的に形成されているウェハＷであるとする。また、本実施形態では、ウェハＷはウェハホルダＷＨ上に保持され、この保持状態を維持したまま搬送装置３によりウェハホルダＷＨに保持された状態で搬送されるとする。次に、露光ユニット１、計測ユニット２、及び搬送装置３の詳細を説明する。

露光ユニット１は、半導体素子を製造するためのパターンを露光する露光ユニットであり、マスクとしてのレチクルＲと、ウェハステージＷＳＴ上に保持される基板としてのウェハＷとを同期移動させつつ、レチクルＲに形成されたパターンＤＰを逐次ウェハＷ上に転写するステップ・アンド・スキャン方式の縮小投影型の露光ユニットである。尚、以下の説明においては、必要であれば図中にＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。このＸＹＺ直交座標系は、ＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直上方向に設定される。また、露光時におけるレチクルＲ及びウェハＷの同期移動方向（走査方向）はＹ方向に設定されているものとする。

図１に示す露光ユニット１は、レチクルＲ上のＸ方向に延びるスリット状（矩形状又は円弧状）の照明領域を均一な照度を有する露光光ＥＬで照明する照明光学系ＩＬＳと、レチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴと、レチクルＲのパターンＤＰの像をフォトレジストが塗布されたウェハＷ上に投影する投影光学系ＰＬと、ウェハＷを保持するウェハステージＷＳＴと、これらを制御する主制御系ＭＣとを含んで構成されている。

照明光学系ＩＬＳは、光源ユニット、オプティカル・インテグレータを含む照度均一化光学系、ビームスプリッタ、集光レンズ系、レチクルブラインド、及び結像レンズ系等（何れも不図示）を含んで構成されている。この照明光学系ＩＬＳの構成等については、例えば特開平９−３２０９５６に開示されている。ここで、上記の光源ユニットとしては、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）、若しくはＦ_２レーザ光源（波長１５７ｎｍ）、Ｋｒ_２レーザ光源（波長１４６ｎｍ）、Ａｒ_２レーザ光源（波長１２６ｎｍ）等の紫外レーザ光源、銅蒸気レーザ光源、ＹＡＧレーザの高調波発生光源、固体レーザ（半導体レーザ等）の高調波発生装置、又は水銀ランプ（ｉ線等）等を使用することができる。

レチクルステージＲＳＴは、真空吸着又は静電吸着等によりレチクルＲを保持するものであり、照明光学系ＩＬＳの下方（−Ｚ方向）に水平に配置されたレチクル支持台（定盤）１１の上面上で走査方向（Ｙ方向）に所定ストロークで移動可能に構成されている。また、このレチクルステージＲＳＴは、レチクル支持台１１に対してＸ方向、Ｙ方向、及びＺ軸回りの回転方向（θＺ方向）にそれぞれ微小駆動可能に構成されている。

レチクルステージＲＳＴ上の一端には移動鏡１２が設けられており、レチクル支持台１１上にはレーザ干渉計（以下、レチクル干渉計という）１３が配置されている。レチクル干渉計１３は、移動鏡１２の鏡面にレーザ光を照射してその反射光を受光することにより、レチクルステージＲＳＴのＸ方向、Ｙ方向、及びＺ軸回りの回転方向（θＺ方向）の位置を検出する。レチクル干渉計１３により検出されたレチクルステージＲＳＴの位置情報は、装置全体の動作を統轄制御する主制御系ＭＣに供給される。主制御系ＭＣは、レチクルステージＲＳＴを駆動するレチクル駆動装置１４を介してレチクルステージＲＳＴの動作を制御する。

レチクルステージＲＳＴの上方（＋Ｚ方向）にはレチクルＲに形成された位置計測用のマーク（以下、レチクルマークという）を計測するレチクルアライメントセンサ１５が配置されている。このレチクルアライメントセンサ１５は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の撮像素子を備えたＶＲＡ（Visual Reticle Alignment）方式のアライメントセンサである。レチクルアライメントセンサ１５が備える撮像素子は、撮像面に入射する光学像を二次元画像信号に変換して二次元画像信号を出力する。

レチクルアライメントセンサ１５の計測結果（二次元画像信号）は主制御系ＭＣへ供給され、主制御系ＭＣにおいて画像処理、演算処理、フィルタリング処理、パターンマッチング等の処理が施されてレチクルマークの位置情報が求められる。主制御系ＭＣは、この位置情報に基づいてレチクル駆動装置１４を介してレチクルステージＲＳＴの位置及び姿勢を制御する。尚、レチクルアライメントセンサ１５は、レチクルマークと、ウェハホルダＷＨに形成された基準マークＦＭ（詳細は後述する）とを同時に観測することも可能である。この観測の結果得られた計測結果からレチクルＲとウェハホルダＷＨとの相対的な位置関係が求められる。尚、上記のレチクルアライメントセンサ１５は、Ｘ方向への移動が可能に構成されており、レチクルマークの計測を行う場合にはレチクルＲ上に配置されるが、ウェハＷの露光を行う場合には所定の待避位置に待避される。

投影光学系ＰＬは、複数の屈折光学素子（レンズ素子）を含んで構成され、物体面（レチクルＲ）側と像面（ウェハＷ）側との両方がテレセントリックで所定の縮小倍率β（βは例えば１／４，１／５等）を有する屈折光学系が使用されている。この投影光学系ＰＬの光軸ＡＸの方向は、ＸＹ平面に直交するＺ方向に設定されている。尚、投影光学系ＰＬが備える複数のレンズ素子の硝材は、露光光ＥＬの波長に応じて、例えば石英又は蛍石が用いられる。また、本実施形態では、レチクルＲに形成されたパターンＤＰの倒立像をウェハＷ上に投影する投影光学系ＰＬを例に挙げて説明するが、勿論パターンＤＰの正立像を投影するものであっても良い。

投影光学系ＰＬには、温度や気圧を計測するとともに、温度、気圧等の環境変化に応じて投影光学系ＰＬの結像特性等の光学特性を一定に制御するレンズコントローラ部１６が設けられている。このレンズコントローラ部１６の温度や気圧の計測結果は主制御系ＭＣに出力され、主制御系ＭＣはレンズコントローラ部１６から出力された温度や気圧の測定結果に基づいて、レンズコントローラ部１６を介して投影光学系ＰＬの結像特性等の光学特性を制御する。

ウェハステージＷＳＴは、投影光学系ＰＬの下方（−Ｚ方向）に配置されており、ウェハＷを保持するウェハホルダＷＨをその上面に載置する。尚、ウェハホルダＷＨによって保持されたウェハＷがウェハステージＳＴの上面に載置された場合には、真空吸着又は静電吸着等によりウェハＷが保持される。このウェハステージＷＳＴは、ウェハ支持台（定盤）１７の上面上で走査方向（Ｙ方向）に所定ストロークで移動可能に構成されているとともに、Ｘ方向及びＹ方向にステップ移動可能に構成されており、更にＺ方向へ微動（Ｘ軸回りの回転及びＹ軸回りの回転を含む）可能に構成されている。このウェハステージＷＳＴによって、ウェハＷをＸ方向及びＹ方向へ移動させることができ、またウェハＷのＺ方向の位置及び姿勢（Ｘ軸周りの回転及びＹ軸周りの回転）を調整することができる。

ウェハステージＷＳＴ上の一端には移動鏡１８が設けられており、ウェハステージＷＳＴの外部にはレーザ光を移動鏡１８の鏡面（反射面）に照射するレーザ干渉計（以下、ウェハ干渉計という）１９が設けられている。このウェハ干渉計１９は、移動鏡１８の鏡面にレーザ光を照射してその反射光を受光することによりウェハステージＷＳＴのＸ方向及びＹ方向の位置、並びに姿勢（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸周りの回転θＸ，θＹ，θＺ）を検出する。ウェハ干渉計１９の検出結果は主制御系ＭＣに供給される。主制御系ＭＣは、ウェハ干渉計１９の検出結果に基づいてウェハ駆動装置２０を介してウェハステージＷＳＴの位置及び姿勢を制御する。

更に、本実施形態の露光ユニット１は、投影光学系ＰＬのＹ方向の側面に、ウェハＷ上に設定されたショット領域に付設されたアライメントマークＡＭ、又はウェハホルダＷＨに形成された基準マークＦＭの位置情報を計測するためのＦＩＡ（Field Image Alignment）方式のアライメントセンサ２１が配置されている。尚、ウェハＷにはアライメントマークＡＭが複数形成されているが、図１においては簡略して１つのみを図示している。

アライメントセンサ２１は、その光軸が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行とされており、前述したレチクルアライメントセンサ１５と同様にＣＣＤ等の撮像素子を備え、ウェハＷ上のアライメントマークＡＭを撮像してその画像信号を得る。アライメントセンサ２１の計測結果は主制御系ＭＣに供給され、主制御系ＭＣで画像処理、演算処理、フィルタリング処理、パターンマッチング等の処理が施されてアライメントマークＡＭの位置情報又は基準マークＦＭの位置情報が求められる。

かかるアライメントセンサ２１の詳細な構成は、例えば特開平９−２１９３５４号公報及びこれに対応する米国特許第５，８５９，７０７号等に開示されている。主制御系ＭＣは、アライメントセンサ２１を用いた計測、又は計測ユニット２で計測を行って得られた位置情報を用いてＥＧＡ計測を行う。ここで、ＥＧＡ計測とは、ウェハＷに形成された代表的な数個（３〜９個）のアライメントマークＡＭの計測結果を用いて所定の統計演算（ＥＧＡ演算）を行い、ウェハＷ上に設定された全てのショット領域の配列を求める計測方法である。

主制御系ＭＣは、このＥＧＡ計測結果に基づいてウェハ駆動装置２０を介してウェハステージＷＳＴを移動させて、レチクルＲに形成されたパターンＤＰの投影位置と露光すべきショット領域との位置合わせを行う。尚、以上の通り、アライメントセンサ２１でウェハＷ上のアライメントマークＡＭを計測して得られる計測結果を用いてＥＧＡ演算を行うことができるが、本実施形態では、計測ユニット２で計測を行って得られた位置情報を用いてＥＧＡ計測を行う場合を説明する。

また、露光ユニット１は、送光系２２ａ及び送光系２２ｂから構成され、投影光学系ＰＬに関してレチクルＲ上の照明領域と共役なウェハＷ上の露光スリット領域の内部及びその近傍に設定された複数の検出点でそれぞれウェハＷの表面のＺ方向（光軸ＡＸ方向）の位置を検出する多点ＡＦセンサ２２を投影光学系ＰＬの側方に備える。多点ＡＦセンサ２２は、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向におけるウェハＷの表面位置及び姿勢（Ｘ軸，Ｙ軸周りの回転θＸ，θＹ：レベリング）を検出するものである。

この多点ＡＦセンサ２２の検出結果は主制御系ＭＣに供給される。主制御系ＭＣは、多点ＡＦセンサ２２の検出結果に基づいてウェハ駆動装置２０を介してウェハステージＷＳＴの位置及び姿勢を制御する。具体的には、主制御系ＭＣには予めウェハＷの表面を合わせ込む基準となる基準面（以下、ＡＦ面という）が設定されており、主制御系ＭＣは多点ＡＦセンサ２２の検出結果に基づいてウェハＷの表面がＡＦ面に一致するようウェハステージＷＳＴの位置及び姿勢を制御する。

主制御系ＭＣは、予め設定されている露光レシピ（露光制御情報）に従って露光ユニット１の各部を制御し、レチクルＲに形成されたパターンをウェハＷに転写する露光処理を行う。具体的には、レチクルアライメントセンサ１５の計測結果、又はレチクルアライメントセンサ１５とアライメントセンサ２１の計測結果に基づいてレチクルＲとウェハステージＷＳＴとの相対的な位置合わせを行う制御を行う。また、主制御系ＭＣは、計測ユニット２の計測結果を用いてＥＧＡ演算を行い、ウェハＷ上の全ショット領域の配列座標を求める。そして、ウェハＷを露光する際には、レチクル駆動装置１４及びウェハ駆動装置２０を介してレチクルステージＲＳＴとウェハステージＷＳＴの同期移動を制御するとともに露光光ＥＬの露光量を制御し、更にはＡＦセンサ２２の検出結果に基づいてウェハＷのＺ方向における位置及び姿勢を制御する。

計測ユニット２は、計測ステージＳＴと、計測ステージＳＴの上方に配置された複数のセンサ３１とを含んで構成される。この計測ユニット２は、露光ユニット１の外部に設けられており、露光ユニット１でウェハＷの露光を行う前に予めウェハＷに形成されたアライメントマークＡＭの計測を行う。計測ユニット２が設けられる位置は露光ユニット１の外部であれば良い。例えば、露光ユニット１へウェハＷの搬送を行うウェハ搬送装置の途中に設けても良く、或いは露光ユニット１とウェハ搬送装置とを含めた露光装置とは別体に設けても良い。ここで、計測ユニット２を用いて露光に先立ってウェハＷのアライメントマークＡＭを計測するのは、露光処理のスループットの低下を防止しつつ重ね合わせ精度を向上させるためである。

計測ステージＳＴは、ウェハＷを保持するウェハホルダＷＨをその上面に載置する。尚、ウェハホルダＷＨによって保持されたウェハＷが計測ステージＳＴの上面に載置された場合には、真空吸着又は静電吸着等によりウェハＷが保持される。この計測ステージＳＴは、定盤３２の上面上でＸ方向及びＹ方向にステップ移動可能に構成されており、更にＺ方向へ微動（Ｘ軸回りの回転及びＹ軸回りの回転を含む）可能に構成されている。この計測ステージＳＴによって、ウェハＷをＸ方向及びＹ方向へ移動させることができ、またウェハＷのＺ方向の位置及び姿勢（Ｘ軸周りの回転及びＹ軸周りの回転）を調整することができる。尚、本実施形態では露光ユニット１に設けられた主制御系ＭＣが計測ステージＳＴの制御を行う場合を例に挙げて説明するが、計測ステージＳＴの制御は露光ユニット１とは別体で設けられた制御装置が行っても良い。

センサ３１は、ウェハＷに形成されたアライメントマークＡＭ及びウェハホルダＷＨに形成された基準マークＦＭの位置計測を行う。このセンサ３１は、露光ユニット１に設けられるアライメントセンサ２１と同様のＦＩＡ方式のものを用いることが望ましい。つまり、ＣＣＤ等の撮像素子を備え、ウェハＷ上のアライメントマークＡＭ又はウェハホルダＷＨの基準マークＦＭを撮像してその画像信号を得るものを用いることが好ましい。しかしながら、ＦＩＡ方式のものに制限されるという訳ではない。

各センサ３１の計測結果（二次元画像信号）は露光ユニット１の主制御系ＭＣへ供給され、主制御系ＭＣにおいて画像処理、演算処理、フィルタリング処理、パターンマッチング等の処理が施されてレチクルマークの位置情報が求められる。尚、本実施形態では各センサ３１の計測結果が主制御系ＭＣへ直接供給され、主制御系ＭＣでその位置情報を求める場合を例に挙げて説明するが、各センサ３１の計測結果から位置情報を求める位置情報算出装置を計測ユニット２に設け、その算出結果を露光ユニット１の主制御系ＭＣに供給するようにしても良い。

ここで、ウェハＷ上のショット領域及びアライメントマークＡＭ並びにウェハホルダＷＨに形成された基準マークＦＭについて説明する。図２は、ウェハホルダＷＨ及びその上に保持されたウェハＷの上面図である。図２（ａ）に示す通り、ウェハＷはウェハホルダＷＨとほぼ同心にウェハホルダＷＨ上に保持されている。ウェハＷ上には矩形形状のショット領域ＳＨが一定間隔で配列されており、ショット領域ＳＨの各々にはアライメントマークＡＭが付設されている。尚、図２（ａ）においては、図示の都合上、アライメントマークＡＭを大きめに図示している。ショット領域ＳＨの大きさ及び数は製造するデバイス毎に変更されることがあり、またアライメントマークＡＭの形状及びショット領域ＳＨ内における位置は形成すべきレイヤー毎に変更されることがある。

図２（ｂ）に示す通り、アライメントマークＡＭは、例えばＹ方向に延びた矩形形状であってＸ方向に等間隔に配列されたＸマークｍｘと、Ｘ方向に延びた矩形形状であってＹ方向に等間隔に配列されたＹマークｍｙとからなる。アライメントマークＡＭのＸマークｍｘを計測することによってそのアライメントマークＡＭが設けられたショット領域ＳＨのＸ方向の位置が求められ、Ｙマークｍｙを計測することによってそのアライメントマークＡＭが設けられたショット領域ＳＨのＹ方向の位置が求められる。つまり、アライメントマークＡＭを計測して得られる位置情報は、そのアライメントマークＡＭが設けられているショット領域ＳＨを代表する位置情報である。

また、ウェハホルダＷＨ上には、ウェハＷが保持される部分の外側、つまりウェハホルダＷＨの上面であって外周に沿う複数箇所に基準マークＦＭが形成されている。尚、図２（ａ）においては、ウェハホルダＷＨの外周に沿って異なる３箇所にほぼ等間隔で基準マークＦＭが形成されている例を図示しているが、基準マークＦＭの数は少なくとも３つであれば良い。この基準マークＦＭは、図２（ｂ）に示すアライメントマークＡＭと同様にマークを用いることもできる。尚、詳細は後述するが、ウェハＷ及びウェハホルダＷＨが露光ユニット１に搬送された後で、基準マークＦＭはレチクルＲに形成されたレチクルマークと同時にレチクルアライメントセンサ１５で観察される。このため、基準マークＦＭの形状は、レチクルマークの形状に応じた形状とするのが望ましい。

図３は、計測ユニット２に設けられるセンサ３１の平面配置の一例を示す平面図である。尚、図３においては、センサ３１の間隔等を明確化するために、複数のセンサ３１とともにウェハＷ及びウェハホルダＷＨを図示している。図３に示す通り、計測ユニット２に設けられるセンサ３１は、ウェハＷ上に形成されたアライメントマークＡＭを計測する複数のセンサ３１ａと、ウェハホルダＷＨに形成された基準マークＦＭを計測する複数のセンサ３１ｂとからなる。図３においては、センサ３１ａ及びセンサ３１ｂがそれぞれ４つ設けられている例を図示しているが、これらの数は任意である。

図３に示す例では、基準マークＦＭを計測する４つのセンサ３１ｂのうちの２つがＸ軸に沿う直線上に配置されており、残りの２つがＹ軸に沿う直線上に配置されている。また、２つのセンサ３１ｂが配置されているＸ軸に沿う直線と、残りの２つのセンサ３１ｂが配置されているＹ軸に沿う直線との交点を原点としてＸＹ直交座標系を設定した場合に、アライメントマークＡＭを計測する４つのセンサ３１ａは、第１象限〜第４象限の各々に１つづつ配置されている。

ウェハＷに形成されたアライメントマークＡＭを計測する複数のセンサ３１ａは、ウェハステージＷＳＴ及び計測ステージＳＴの載置面（ＸＹ面内）で移動可能であるが、ウェハホルダＷＨに形成された基準マークＦＭを計測する複数のセンサ３１ｂはＸＹ面内の位置が固定されている。アライメントマークＡＭ計測用のセンサ３１ａ及び基準マークＦＭ計測用のセンサ３１ｂは、例えば露光ユニット１の主制御系ＭＣによってその相対的な位置関係が厳密に管理されている。センサ３１ａは、ウェハホルダＷＨに形成された基準マークＦＭの計測が可能な範囲に設定されており、基準マークＦＭを基準としてウェハＷに形成されたアライメントマークＡＭの位置計測を行う。

搬送装置３は、例えばウェハホルダＷＨを下方から把持する搬送アーム、搬送アームをＸＹ面内で移動させるスライダ等を備えており、露光ユニット１と計測ユニット２との間で、ウェハＷが保持されたウェハホルダＷＨを搬送する。具体的には、計測ユニットＳＴ上に載置されているウェハホルダＷＨを搬送アーム上に保持し、このウェハホルダＷＨを露光ユニット１まで搬送し、搬送したウェハホルダＷＨをウェハステージＷＳＴ上に受け渡す。また、露光を終えたウェハＷが保持されているウェハステージＷＳＴ上のウェハホルダＷＨを搬送アーム上に保持し、このウェハホルダＷＨを計測ユニット２まで搬送し、搬送したウェハホルダＷＨを計測ステージＳＴ上に受け渡す。尚、必ずしも露光を終えたウェハＷが保持されているウェハホルダＷＨを計測ユニット２に搬送する必要はなく、計測ユニット２を介さずに外部に搬送しても良い。また、本実施形態では露光ユニット１の主制御系ＭＣによって搬送装置３の動作が制御されるものとする。

次に、本発明の一実施形態による露光方法について説明する。図４は、本発明の一実施形態による露光方法の概略を示すフローチャートである。まず、ユーザが１ロット分のウェハＷ（例えば、２５枚）が収容されたＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）等のキャリアを露光システムのウェハロード開始位置（図示省略）に配置する。次いで、ユーザが露光ユニット１の主制御系ＭＣに設けられた不図示の入力装置を操作して露光処理の開始を指示すると、露光ユニット１の主制御系ＭＣは、不図示のレチクル搬送装置（レチクルローダ）を制御して、露光レシピに従ったレチクルＲを搬送させる。レチクル搬送装置によって搬送されたレチクルＲは、レチクルステージＲＳＴ上に保持される（工程Ｓ１１）。

次いで、主制御系ＭＣは、不図示のウェハ搬送装置（ウェハローダ）を制御してキャリアに収容されたウェハＷをキャリアから取り出させて、ウェハホルダＷＨ上に保持させる。その後、主制御系ＭＣは、計測ユニット２によりウェハホルダＷＨ上のウェハＷの計測を行わせ、計測が終えたウェハＷを保持しているウェハホルダＷＨを露光ユニット１の内部にロードさせる（工程Ｓ１２）。尚、キャリアから取り出されたウェハＷをウェハホルダＷＨ上に保持するのは、ウェハＷが計測ステージＳＴに保持される前に行っても良く、計測ステージＳＴ上で行っても良い。本実施形態では、計測ステージＳＴに保持される前に、ウェハＷがウェハホルダＷＨ上に保持される場合を例に挙げて説明する。また、ウェハＷとウェハホルダＷＨとの温度差に起因するウェハＷの歪みを防止するために、ウェハＷの温度とウェハホルダＷＨの温度とが同一となるよう管理するのが望ましい。

ここで、計測ユニット２で行われる計測処理の詳細について説明する。図５は、工程Ｓ１２の詳細を示すフローチャートである。上記のキャリアから取り出されてウェハホルダＷＨ上に保持されたウェハＷは、ウェハホルダＷＨとともに計測ユニット２に搬送されて計測ステージＳＴ上に載置される（工程Ｓ２１）。計測ステージＳＴ上にウェハＷ及びウェハホルダＷＨが保持されると、主制御系ＭＣは複数のセンサ３１ａの計測視野の各々にアライメントマークＡＭを配置し、これらを同時に計測する（工程Ｓ２２）。また、センサ３１ｂの計測視野内に基準マークＦＭを配置して基準マークＦＭを計測する。

アライメントマークＡＭ及び基準マークＦＭの計測方法は、センサ３１ａをＸＹ平面内で移動させずに行う方法と、センサ３１ａを移動させつつ行う方法とが考えられる。センサ３１ａを移動させずに計測を行う場合には、複数のアライメントマークＡＭが複数のセンサ３１ａの計測視野内に配置されるよう主制御系ＭＣが計測ステージＳＴをＸＹ面内でステップ移動させつつ計測を行う。ウェハホルダＷＨに形成された基準マークＦＭを計測する場合にも基準マークＦＭがセンサ３１ｂの計測視野内に配置されるよう計測ステージＳＴをＸＹ面内でステップ移動させつつ計測を行う。

センサ３１ａを移動させつつ計測を行う場合には、まず、主制御系ＭＣが計測ステージＳＴをＸＹ面内でステップ移動させてセンサ３１ｂの計測視野内に基準マークＦＭを配置し、基準マークＦＭの計測を行う。次いで、計測ステージＳＴを所定の位置に移動させた後で、計測すべきアライメントマークＡＭの上方にセンサ３１ａを移動させて、センサ３１ａの計測視野内にアライメントマークＡＭが配置された状態で複数のアライメントマークＡＭを複数のセンサ３１ａで計測する。主制御系ＭＣは、基準マークＦＭの計測結果から基準マークＦＭの位置を把握しており、また計測ステージＳＴのＸＹ面内の位置及び各センサ３１のＸＹ面内の位置を管理しているため、基準マークＦＭを基準としたアライメントマークＡＭの位置を求めることができる。

ここで、本実施形態では、センサ３１ａでアライメントマークＡＭを計測し、センサ３１ｂで基準マークＦＭを計測する場合を例に挙げて説明するが、センサ３１ａのみでアライメントマークＡＭと基準マークＦＭとの計測を行っても良い。かかる計測を行う場合には、まずセンサ３１ａを計測すべき基準マークＦＭの上方に配置して基準マークＦＭの計測を行い、次いでセンサ３１ａを計測すべきアライメントマークＡＭの上方に配置してアライメントマークＡＭの計測を行う。以下同様の計測を行って基準マークＦＭとアライメントマークＡＭとの計測を繰り返し行う。かかる計測を行うことにより、基準マークＦＭを基準としたアライメントマークＡＭの位置情報を求めることができる。尚、本実施形態では、３つの基準マークＦＭが設けられているため、各々の基準マークＦＭに３つのセンサ３１ａを対応付けて上記の計測を同時に（同期して）行うことが望ましい。

尚、本実施形態では、後述する工程において計測ユニット２の計測結果を用いてＥＧＡ演算を行っている。このＥＧＡ演算を行うことにより、ウェハＷ上に配列されたショット領域の配列上の（基板内の）線形的な位置誤差（基板誤差の線形成分）、ショット領域内の線形的な誤差成分（ショット内誤差の線形成分）、及びランダムな位置誤差（ランダム成分）が求められる。ここで、上記基板内誤差の線形成分としては、レイヤーを形成する際のウェハステージＷＳＴの誤差（位置誤差）や投影光学系ＰＬの倍率誤差等に起因するＸ方向へのずれ量（オフセット）、Ｙ方向へのずれ量、ウェハＷの回転量（ローテーション）、Ｘ方向の倍率（スケーリング）、Ｙ方向の倍率、及び直交度の６つがある。

また、上記ショット内誤差の線形成分としては、レイヤーを形成する際の投影光学系ＰＬの収差等に起因するものがある。図６は、ＥＧＡ演算により求められるランダム成分とショット内誤差の線形成分の一例を示す図である。ウェハＷ上にレイヤーを形成する際に行われる露光工程において、投影光学系ＰＬに糸巻き型の歪曲収差（ディストーション）が生じている場合には、図２（ａ）に示すショット領域ＳＨが、例えば図６に示す通りに変形する。図６は、ＥＧＡ演算により求められる非線形成分の一例を説明するための図である。尚、図６において、各ショット領域ＳＨ内に記した丸印はショット領域ＳＨの中心位置を表している。

図６を参照すると、各ショット領域ＳＨの形状が変化しているのみならず、その中心位置が非線形的に位置ずれしていることが分かる。ここで、各ショット領域ＳＨに付設されたアライメントマークＡＭを計測しても各ショット領域ＳＨの位置（例えば、図６中の丸印の位置）が得られるだけであり、ショット領域ＳＨの形状変化を直接的に計測することはできないが、各ショット領域ＳＨの配列からショット領域ＳＨの形状変化を間接的に求めることは可能である。

ここで、前述した通り、ウェハＷには歪シリコンからなる領域が部分的に形成されており、この歪シリコンに影響されてウェハＷ上のアライメントマークＡＭは位置ずれが生じていると考えられる。このため、後に行われるＥＧＡ演算によって得られるショット領域の配列も歪みに起因するアライメントマークＡＭの位置ずれの影響を受けていると考えられる。ウェハＷの全面に歪シリコンが形成されていれば、この歪シリコンによるアライメントマークＡＭの位置ずれがほぼ一様であるとみなし、ＥＧＡ演算によって得られる基板内誤差又はショット内誤差の線形成分を用いてショット領域の配列の補正が可能であると考えられる。

しかしながら、歪シリコンからなる領域がウェハＷ上に部分的に形成されている場合には、その歪みはランダムなものになるとなる。このため、図７に示す通り、アライメントマークＡＭの位置ずれもランダムになると考えられる。図７は、部分的な歪みに起因して生ずるアライメントマークＡＭの位置ずれの一例を示す図である。尚、図７において、各ショット領域ＳＨ内に記した丸印は設計上のショット領域ＳＨの中心位置を表しており、各ショット領域ＳＨ内に記した矢印は実際に形成されているアライメントマークＡＭから求められるショット領域ＳＨの中心の位置ずれ方向及び位置ずれ量を表している。前述したランダム成分は、アライメントマークＡＭのランダムな位置ずれに起因するものであり、歪シリコンに影響されて部分的な歪みが大きくなるとランダム成分も大きくなる。

このため、ランダム成分の影響を極力低減するために、計測ユニット２でアライメントマークＡＭの計測を行う場合には、より多くのアライメントマークＡＭ（好ましくは、ウェハ上の全ショット領域ＳＨ内の全てのアライメントマークＡＭ）を計測するのが望ましい。そして、多くのアライメントマークＡＭから、ＥＧＡ演算を行う際に用いるアライメントマークＡＭを適宜選択するのが好適である。

アライメントマークＡＭ及び基準マークＦＭの計測を終えると、その計測結果が露光ユニット１の主制御系ＭＣに送信される（工程Ｓ２３）。尚、ここでは、計測結果が一度に主制御系ＭＣに送信される場合を例に挙げて説明するが、アライメントマークＡＭ又は基準マークＦＭの計測を終える度にその計測結果を主制御系ＭＣに送信するようにしてもよい。また、センサ３１ａ，３１ｂの計測結果から位置情報を求める位置情報算出装置が計測ユニット２に設けられている場合には、センサ３１ａ，３１ｂの計測結果を用いてアライメントマークＡＭ及び基準マークＦＭの位置情報が求められ、その位置情報が露光ユニット１の主制御系ＭＣに供給される。

アライメントマークＡＭ及び基準マークＦＭの計測を終えると、主制御系ＭＣは搬送装置３を制御して計測ユニットＳＴ上に載置されているウェハホルダＷＨを搬送アーム上に保持し、ウェハホルダＷＨ上のウェハＷの保持状態を維持したままウェハホルダＷＨを露光ユニット１まで搬送する（工程Ｓ２４）。そして、搬送したウェハホルダＷＨをウェハステージＷＳＴ上に受け渡す（工程Ｓ２５）。以上によって、図４中の工程Ｓ１２の処理が終了する。

計測ユニット２によるウェハＷの計測及びウェハＷのロードが終了すると、ウェハＷを保持するウェハホルダＷＨは露光ユニット１のウェハステージＷＳＴ上に保持される。ウェハホルダＷＨがウェハステージＷＳＴ上に保持されると、主制御系ＭＣは、レチクルステージＲＳＴを所定位置に移動させるとともにウェハステージＷＳＴをＸＹ面内で移動させて、レチクルマークの投影位置にウェハホルダＷＨに形成された基準マークＦＭの何れか１つを配置する。また、レチクルマークを観察可能な位置にレチクルアライメントセンサ１５を移動させて配置する。

以上の配置が完了すると、レチクルアライメントセンサ１５を用いてレチクルＲに形成されたレチクルマークと投影光学系ＰＬを介した基準マークＦＭとを同時に観察する。基準マークＦＭの１つの計測を終えると、主制御系ＭＣはウェハステージＷＳＴをＸＹ面内で移動させて残りの基準マークＦＭの１つをレチクルマークの投影位置に配置し、同様の計測を行う。ウェハホルダＷＨに形成された全ての基準マークＦＭについての計測を終えると、主制御系ＭＣは計測結果からレチクルＲとウェハホルダＷＨとの相対的な位置関係を求める（工程Ｓ１３）。そして、位置ずれがある場合には零となるよう補正する。つまり、レチクル干渉計１３の計測結果が用いられるレチクルステージＲＳＴの座標系と、ウェハ干渉計１９の計測結果画用いられるウェハステージＷＳＴの座標系との相対的な位置合わせを行う。

以上の処理を終えると、主制御系ＭＣは、工程Ｓ１２（工程Ｓ２２）の計測結果と工程Ｓ１３の計測結果とを用いてＥＧＡ演算を行う。ここで、工程Ｓ１２の計測により得られた各アライメントマークＡＭの位置情報はウェハホルダＷＨに形成された基準マークＦＭを基準としたものであり、その計測結果そのものをウェハステージＷＳＴの座標系に適用することはできない。このため、工程Ｓ１３の計測結果を用いてアライメントマークＡＭの位置情報をウェハステージＷＳＴの座標系に適用している。上記のＥＧＡ演算を行うことでウェハＷ上におけるショット領域の配列が求められる（工程Ｓ１４）。

また、前述した通り、ＥＧＡ演算を行うことにより、ウェハＷ上におけるショット領域のＳＨの配列とともに、ショット領域の形状変化を求めることができる。このため、主制御系ＭＣは、このショット領域の形状変化を補正する補正情報も算出する。次いで、露光ユニット１の主制御系ＭＣは、算出した補正情報に基づいて、レンズコントローラ部１６を介して投影光学系ＰＬの光学特性を制御する（工程Ｓ１５）。これにより、投影光学系ＰＬを介してウェハＷ上に投影されるパターンＤＰの像の形状が、ショット領域ＳＨの形状変化に合わせて補正される。尚、ここでは、ウェハＷに形成された複数のショット領域ＳＨの内の最初に露光すべきショット領域ＳＨの形状変化に合わせて投影光学系ＰＬの光学特性が制御される。

以上の処理が終了すると、ウェハＷに設定されたショット領域ＳＨの露光処理が開始される。露光処理が開始されると、まず露光ユニット１の主制御系ＭＣは、レチクル駆動装置１４を介してレチクルステージＲＳＴを駆動してレチクルＲを露光開始位置に配置する。併せて、ウェハ駆動装置２０を介してウェハステージＷＳＴを駆動してウェハＷ上の最初に露光すべきショット領域ＳＨを露光開始位置に配置する。

以上の配置が終了すると、主制御系ＭＣは、レチクル駆動装置１４及びウェハ駆動装置２０を介してレチクルステージＲＳＴ及びウェハステージＷＳＴの移動をそれぞれ開始させる。両ステージの移動を開始させた後、主制御系ＭＣは、レチクル干渉計１３及びウェハ干渉計１９の検出結果に基づいてレチクルステージＲＳＴ及びウェハステージＷＳＴの移動速度を算出し、各々が所定速度に達したか否かを判断する。また、レチクル干渉計１３及びウェハ干渉計１９の検出結果に基づいてレチクルステージＲＳＴとウェハステージＷＳＴとが同期したか否か、及び両ステージが所定の位置（露光開始位置）に達したか否かを判断する。

レチクルステージＲＳＴ及びウェハステージＷＳＴが所定速度に達し、且つ同期して所定の位置に達したと判断した場合には、主制御系ＭＣは照明光学系ＩＬＳに制御信号を出力して露光光ＥＬの射出を開始させ、スリット状の露光光ＥＬをレチクルＲに照射する。露光光ＥＬの照射により、レチクルＲに形成されたパターンＤＰの一部（露光光ＥＬが照明された部分）の像が投影光学系ＰＬによって最初に露光すべきショット領域内に投影される。ここで、レチクルステージＲＳＴとウェハステージＷＳＴとが同期して移動しているため、レチクルＲ上における露光光ＥＬの照射位置が連続的に変化するとともに、ショット領域内におけるパターン像の投影位置も連続的に変化する。これにより、最初に露光すべきショット領域内が逐次露光される（工程Ｓ１６）。

尚、ショット領域の露光を行っている最中に、主制御系ＭＣは、多点ＡＦセンサ２２の検出結果に基づいて、ウェハ駆動装置２０を介してウェハステージＷＳＴのＺ方向における位置及び姿勢（Ｘ軸，Ｙ軸周りの回転θＸ，θＹ：レベリング）の制御（オートフォーカス制御）を行う。これにより、ウェハＷの表面が投影光学系ＰＬの像面に合わせ込まれた状態でショット領域が露光される。

１つのショット領域に対する露光処理が終了すると、主制御系ＭＣは他に露光すべきショット領域があるか否かを判断する（工程Ｓ１７）。この判断結果が「ＹＥＳ」の場合には、主制御系ＭＣは、先に求めた補正情報に基づいて、レンズコントローラ部１６を介して投影光学系ＰＬの光学特性を制御する（工程Ｓ１５）。これにより、投影光学系ＰＬを介してウェハＷ上に投影されるパターンＤＰの像の形状が、次に露光すべきショット領域ＳＨの形状変化に合わせて補正される。

次に、主制御系ＭＣは、ウェハ駆動装置２０を介してウェハステージＷＳＴを駆動して次に露光すべきショット領域ＳＨを露光開始位置に配置する。また、レチクル駆動装置１４を介してレチクルステージＲＳＴを駆動してレチクルＲを露光開始位置に配置する。そして、主制御系ＭＣは、レチクル駆動装置１４及びウェハ駆動装置２０を介してレチクルステージＲＳＴ及びウェハステージＷＳＴの移動をそれぞれ開始させて、次に露光すべきショット領域ＳＨを露光する（工程Ｓ１６）。露光すべきショット領域がある間（工程Ｓ１７の判断結果が「ＹＥＳ」の間）は、工程Ｓ１５，Ｓ１６が繰り返される。

一方、工程Ｓ１７の判断結果が「ＮＯ」になると、露光ユニット１の主制御系ＭＣは、計測すべきウェハＷの有無を判断する（工程Ｓ１８）。この判断結果が「ＹＥＳ」の場合には、搬送装置２を制御してウェハステージＷＳＴ上のウェハＷを搬出（アンロード）させてキャリアに収容させる。これとともに、キャリアに収容された新たなウェハＷをキャリアから取り出させてウェハホルダＷＨ上に保持させ、計測ユニット２により前述した計測を行わせる（工程Ｓ１２）。そして、計測を終えたウェハＷを露光ユニット１に搬送して、同様の処理によりウェハＷを露光する（工程Ｓ１３〜Ｓ１６）。一方、工程Ｓ１８の判断が「ＮＯ」の場合には、１ロット分のウェハＷを露光する工程が終了する。

以上説明した通り、本実施形態においては、露光ユニット１のウェハステージＷＳＴ上にウェハＷが載置される前に、計測ユニット２を用いてウェハホルダＷＨ上に保持されたウェハＷに形成されたアライメントマークＡＭを計測している。そして、計測ユニット２の計測結果を用いてＥＧＡ演算によりショット領域の配列を求めてウェハＷの露光を行っている。このため、ウェハＷ及びウェハホルダＷＨが露光ユニット１のウェハステージＷＳＴ上に載置されてからのアライメントマークＡＭの計測を省略することができ、これによりスループットの低下を防止することができる。

また、ウェハＷのアライメントマークＡＭが計測ユニット２で計測される場合、及びウェハＷのショット領域が露光ユニット１で露光される場合の何れの場合においても、ウェハＷはウェハホルダＷＨ上に保持されている。これにより、アライメントマークＡＭが計測されるときのウェハＷの保持状態とショット領域が露光されるときのウェハＷの保持状態を等しくすることができるため、露光ユニット１とは異なる計測ユニット２の計測結果を用いて露光ユニット１のウェハステージＷＳＴ上のウェハＷの位置合わせを行っても重ね合わせ精度を向上させることができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記の実施形態では、計測ユニット２での計測を終えたウェハＷをウェハステージＷＳＴ上に載置したときに、レチクルアライメントセンサ１５を用いてレチクルマークとウェハホルダＷＨの基準マークＦＭとを同時に観察していた。しかしながら、基準マークＦＭの計測は、アライメントセンサ２１を用いて行っても良い。

但し、アライメントセンサ１５を用いて基準マークＦＭを計測する場合には、ベースライン量を厳密に管理する必要がある。ここで、ベースライン量とは、投影光学系ＰＬにより投影されるパターンＤＰの投影像に対するウェハステージＷＳＴの位置関係を示す量であり、具体的には投影光学系ＰＬの投影中心とアライメントセンサ２１の計測視野中心との距離である。

また、基準マークＦＭの計測に要する時間を短縮するために、アライメントセンサ２１を複数設けても良い。例えば、図２（ａ）に示す通り、基準マークＦＭが３つ設けられている場合には、これら基準マークＦＭに対応させてアライメントセンサ２１を３つ設けても良い。アライメントセンサ２１を複数設けることにより、基準マークＦＭの各々を各アライメントセンサ２１の計測視野内に配置することができるため、基準マークＦＭの計測時間を短縮することができる。

更に、上記実施形態では各ウェハＷについてショット領域の形状を補正する補正情報をショット領域毎に求めていた。しかしながら、ウェハＷ間におけるショット領域の形状変化が似通った傾向を示す場合には、ウェハＷ間で共通する補正情報を求め、この補正情報を用いて各ウェハＷのショット領域の形状変化を補正するようにしても良い。

また、上記実施形態では、露光ユニット１がステップ・アンド・スキャン方式の縮小投影型のものである場合を例に挙げて説明したが、本発明は露光ユニット１がステップ・アンド・リピート方式の縮小投影型のものである場合にも適用することもできる。また、本発明は、ウェハステージが複数設けられるツインステージ型の露光装置にも適用できる。ツインステージ型の露光装置の構造及び露光動作は、例えば特開平１０−１６３０９９号公報及び特開平１０−２１４７８３号公報（対応米国特許６，３４１，００７号、６，４００，４４１号、６，５４９，２６９号及び６，５９０，６３４号）、特表２０００−５０５９５８号（対応米国特許５，９６９，４４１号）或いは米国特許６，２０８，４０７号に開示されている。更に、本発明を本願出願人が先に出願した特願２００４−１６８４８１号のウェハステージに適用してもよい。

また、国際公開第９９／４９５０４号公報に開示されているような液浸法を用いる露光装置にも本発明を適用することができる。ここで、本発明は、投影光学系ＰＬとウェハＷとの間を局所的に液体で満たす液浸露光装置、特開平６−１２４８７３号公報に開示されているような露光対象の基板を保持したステージを液槽の中で移動させる液浸露光装置、特開平１０−３０３１１４号公報に開示されているようなステージ上に所定深さの液体槽を形成し、その中に基板を保持する液浸露光装置の何れの露光装置にも適用可能である。

更に、上記の露光装置としては、半導体素子の製造に用いられてデバイスパターンを半導体基板上へ転写する露光装置以外に、液晶表示素子の製造に用いられて回路パターンをガラスプレート上へ転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられてデバイスパターンをセラミックウェハ上へ転写する露光装置、及びＣＣＤ等の撮像素子の製造に用いられる露光装置等を用いることができる。

次に、デバイスの製造方法について説明する。図８は、マイクロデバイスとしての半導体素子を製造する製造工程の一部を示すフローチャートである。図８に示す通り、まず、ステップＳ３１（設計ステップ）において、半導体素子の機能・性能設計を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、ステップＳ３２（マスク製作ステップ）において、設計したパターンを形成したマスク（レチクル）を製作する。一方、ステップＳ３３（ウェハ製造ステップ）において、シリコン等の材料を用いてウェハを製造する。

次に、ステップＳ３４（露光処理ステップ）において、ステップＳ３１〜ステップＳ３３で用意したマスクとウェハを使用して、後述するように、リソグラフィ技術等によってウェハ上に実際の回路等を形成する。次いで、ステップＳ３５（デバイス組立ステップ）において、ステップＳ３４で処理されたウェハを用いてデバイス組立を行う。このステップＳ３５には、ダイシング工程、ボンティング工程、及びパッケージング工程（チップ封入）等の工程が必要に応じて含まれる。最後に、ステップＳ３６（検査ステップ）において、ステップＳ３５で作製されたマイクロデバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経た後にマイクロデバイスが完成し、これが出荷される。

図９は、図８のステップＳ３４の詳細なフローの一例を示す図である。図９において、ステップＳ４１（酸化ステップ）においてはウェハの表面を酸化させる。ステップＳ４２（ＣＶＤステップ）においてはウェハ表面に絶縁膜を形成する。ステップＳ４３（電極形成ステップ）においてはウェハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップＳ４４（イオン打込みステップ）においてはウェハにイオンを打ち込む。以上のステップＳ４１〜ステップＳ４４のそれぞれは、ウェハ処理の各段階の前処理工程を構成しており、各段階において必要な処理に応じて選択されて実行される。

ウェハプロセスの各段階において、上述の前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程が実行される。この後処理工程では、まず、ステップＳ４５（レジスト形成ステップ）において、ウェハに感光剤を塗布する。引き続き、ステップＳ４６（露光工程）において、上で説明したリソグラフィシステム（露光装置）によってマスクのパターンをウェハに転写する。次に、ステップＳ４７（現像工程）においては露光されたウェハを現像し、ステップＳ４８（エッチングステップ）において、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去る。そして、ステップＳ４９（レジスト除去ステップ）において、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらの前処理工程と後処理工程とを繰り返し行うことによって、ウェハ上に多重にパターンが形成される。

以上説明したマイクロデバイス製造方法においては、露光工程（ステップＳ４６）において前述した露光システムを用いて計測及び露光が行われる。このため、ウェハ上に形成されたアライメントマークを全て検査してもスループットの低下を招くことはなく、また重ね合わせ精度を高めることができる。これにより、微細なデバイスを歩留まり良く効率的に生産することができる。

本発明の一実施形態による露光システムの概略構成を示す側面図である。 ウェハホルダＷＨ及びその上に保持されたウェハＷの上面図である。 計測ユニット２に設けられるセンサ３１の平面配置の一例を示す平面図である。 本発明の一実施形態による露光方法の概略を示すフローチャートである。 工程Ｓ１２の詳細を示すフローチャートである。 ＥＧＡ演算により求められるランダム成分とショット内誤差の線形成分の一例を示す図である。 部分的な歪みに起因して生ずるアライメントマークＡＭの位置ずれの一例を示す図である。 マイクロデバイスとしての半導体素子を製造する製造工程の一部を示すフローチャートである。 図８のステップＳ３４の詳細なフローの一例を示す図である。

符号の説明

１ 露光ユニット
２ 計測ユニット
３ 搬送装置
１５ レチクルアライメントセンサ
２１ アライメントセンサ
３１，３１ａ，３１ｂ センサ
ＡＭ アライメントマーク
ＤＰ パターン
ＦＭ 基準マーク
ＭＣ 主制御系
ＰＬ 投影光学系
Ｒ レチクル
ＲＳＴ レチクルステージ
ＳＴ 計測ステージ
Ｗ ウェハ
ＷＨ ウェハホルダ
ＷＳＴ ウェハステージ

Claims (16)

1. 局所的に特定領域を歪まされながらその上にデバイスパターンが形成される基板上に、所定のパターンを露光する露光ユニットを備えた露光システムにおいて、
   前記露光ユニットに設けられ、前記基板を保持する保持部材を載置するステージ装置と、
   前記ステージ装置に保持される前の前記保持部材に保持された前記基板上の互いに異なる位置に形成されている複数の位置計測用のマークを複数同時に計測する複数の計測装置を備える計測ユニットと、
   前記基板を保持する前記保持部材を前記計測ユニットと前記露光ユニットとの間で搬送する搬送装置と
   を備えることを特徴とする露光システム。
2. 前記保持部材には位置計測用の基準マークが形成されており、
   前記計測装置は、
   前記基板に形成された前記マークを計測する第１計測装置と、
   前記保持部材に形成された前記基準マークを計測する第２計測装置と
   を備えることを特徴とする請求項１記載の露光システム。
3. 前記第１計測装置は、前記ステージ装置の載置面に沿う面内で移動可能であることを特徴とする請求項２記載の露光システム。
4. 前記第１計測装置は、その移動範囲が前記保持部材に形成された前記基準マークの計測が可能な範囲に設定されており、前記基準マークを基準として前記基板上に形成されたマークを計測することを特徴とする請求項３記載の露光システム。
5. 前記計測ユニットは、前記ステージ装置に保持される前の前記保持部材を載置する計測ステージ装置を備えており、
   前記計測ステージ装置は、前記保持部材を載置した状態でその載置面に沿う面内で移動可能であることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の露光システム。
6. 前記基準マークは、前記保持部材上の少なくとも異なる３箇所に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の露光システム。
7. 前記露光ユニットは、
   前記ステージ装置上に載置された前記保持部材の前記基準マークを計測するセンサ装置と
   前記センサ装置と前記計測装置との計測結果に基づいて、前記ステージ装置を所定位置に位置合わせする制御装置と
   を備えることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか一項に記載の露光システム。
8. 前記露光ユニットは、前記基板に露光転写するパターンが形成されたマスクを載置するマスクステージと、
   前記マスクに形成されたパターンの像を前記基板ステージ上の前記基板に投影する投影光学系と
   を備えることを特徴とする請求項７記載の露光システム。
9. 前記センサ装置は、前記マスクに形成されたマークと、前記投影光学系を介した前記保持部材の前記基準マークとを同時に観測して、前記マスクと前記保持部材との相対的な位置ずれを計測するセンサであることを特徴とする請求項８記載の露光システム。
10. 前記センサ装置は、前記投影光学系を介さずに前記保持部材に形成された前記基準マークを計測することを特徴とする請求項８記載の露光システム。
11. 前記センサ装置は複数設けられており、前記保持部材に形成された複数の前記基準マークの各々を一度に計測することを特徴とする請求項１０記載の露光システム。
12. 二次元平面内を移動可能な基板ステージ上に載置された保持部材上に保持された基板上に、所定のパターンを露光する露光方法であって、
    前記基板を保持した前記保持部材が前記基板ステージ上に載置される前に、該基板上の互いに異なる位置に形成されている複数の位置計測用のマークを、複数の計測装置を用いて複数同時に計測する計測工程と、
    前記計測工程の後に、前記計測工程での前記保持部材上の前記基板の保持状態を維持したままで、前記保持部材を前記基板ステージ上に受け渡す工程と
    を含むことを特徴とする露光方法。
13. 前記計測工程は、前記複数の計測装置のうちの移動可能な計測装置を用いて、前記保持部材に形成された基準マークを基準として前記基板上に形成されたマークを計測する工程を含むことを特徴とする請求項１２記載の露光方法。
14. 前記基準マークは、前記保持部材上の少なくとも異なる３箇所に形成されていることを特徴とする請求項１３記載の露光方法。
15. 前記計測工程の計測結果に基づいて、前記基板ステージを所定位置に位置合わせする工程を含むことを特徴とする請求項１２から請求項１４の何れか一項に記載の露光方法。
16. 請求項１から請求項１１の何れか一項に記載の露光システム、又は、請求項１２から請求項１５の何れか一項に記載の露光方法を用いてデバイスを製造することを特徴とするデバイス製造方法。
    

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