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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-03-04
(45)【発行日】2022-03-14
(54)【発明の名称】露光装置、露光方法、及び半導体装置の製造方法
(51)【国際特許分類】
G03F 7/20 20060101AFI20220307BHJP
G03F 9/00 20060101ALI20220307BHJP
G03F 7/22 20060101ALI20220307BHJP
【ＦＩ】
G03F7/20 521
G03F9/00 H
G03F7/22 H
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2018037866
(22)【出願日】2018-03-02
(65)【公開番号】P2019152751
(43)【公開日】2019-09-12
【審査請求日】2020-09-15
(73)【特許権者】
【識別番号】318010018
【氏名又は名称】キオクシア株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】高桑 真歩
【審査官】植木 隆和
(56)【参考文献】
【文献】特開平０８－１６７５６６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１０－０４１２１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１０－２３３３５８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／０２７
Ｇ０３Ｆ ７／２０
Ｇ０３Ｆ ９／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
原版と基板とを相対的に走査させながら、前記原版のパターンを投影光学系により前記基板に投影し前記基板を露光する露光装置であって、前記基板は、複数のショット領域が配され、
前記複数のショット領域のそれぞれは、複数のチップ領域を含み、
前記複数のチップ領域は、
第１のチップ領域と、
走査方向に沿った位置が前記第１のチップ領域と異なる第２のチップ領域と、
を含み、
前記第１のチップ領域内の周辺領域には、走査方向に沿って複数の第１のアライメントマークが配列され、
前記第２のチップ領域内の周辺領域には、走査方向に沿って複数の第２のアライメントマークが配列され、
前記露光装置は、
前記基板を保持する基板ステージと、
前記ショット領域における前記複数の第１のアライメントマークを検出し前記複数の第２のアライメントマークを検出するアライメント検出系と、
前記複数の第１のアライメントマークの検出結果に応じて、前記第１のチップ領域に対する第１の位置ずれ量を求め、前記ショット領域における前記第１のチップ領域が走査される第１の期間に前記第１の位置ずれ量に応じて前記ショット領域における前記第１のチップ領域の露光条件を制御し、前記複数の第２のアライメントマークの検出結果に応じて、前記第２のチップ領域に対する第２の位置ずれ量を求め、前記ショット領域における前記第２のチップ領域が走査される第２の期間に前記第２の位置ずれ量に応じて前記ショット領域における前記第２のチップ領域の露光条件を制御する制御部と、
を備えた露光装置。
【請求項2】
前記制御部は、前記第１の期間において、前記第１の位置ずれ量に応じて、前記第１のチップ領域の露光形状の補正を行い、前記第２の期間において、前記第２の位置ずれ量に応じて、前記第２のチップ領域の露光形状の補正を行う請求項１に記載の露光装置。
【請求項3】
前記制御部は、前記第１の期間において、前記第１の位置ずれ量に応じて、前記第１のチップ領域の露光条件について、前記投影光学系の投影倍率を補正することと前記原版及び前記基板の相対的な走査速度を補正することと前記原版に対する前記基板の傾きを補正することと前記原版に対する前記基板の回転角を補正することとの少なくとも１つを行い、前記第２の期間において、前記第２の位置ずれ量に応じて、前記第２のチップ領域の露光条件について、前記投影光学系の投影倍率を補正することと前記原版及び前記基板の相対的な走査速度を補正することと前記原版に対する前記基板の傾きを補正することと前記原版に対する前記基板の回転角を補正することとの少なくとも１つを行う請求項２に記載の露光装置。
【請求項4】
原版と基板とを相対的に走査させながら、前記原版のパターンを投影光学系により前記基板に投影し前記基板を露光する露光方法であって、前記基板は、複数のショット領域が配され、
前記複数のショット領域のそれぞれは、複数のチップ領域を含み、
前記複数のチップ領域は、
第１のチップ領域と、
走査方向に沿った位置が前記第１のチップ領域と異なる第２のチップ領域と、
を含み、
前記第１のチップ領域内の周辺領域には、走査方向に沿って複数の第１のアライメントマークが配列され、
前記第２のチップ領域内の周辺領域には、走査方向に沿って複数の第２のアライメントマークが配列され、
前記露光方法は、
前記ショット領域における前記複数の第１のアライメントマークを検出することと、
前記ショット領域における前記複数の第２のアライメントマークを検出することと、
前記複数の第１のアライメントマークの検出結果に応じて、前記第１のチップ領域に対する第１の位置ずれ量を求めることと、
前記複数の第２のアライメントマークの検出結果に応じて、前記第２のチップ領域に対する第２の位置ずれ量を求めることと、
前記第１の位置ずれ量に応じて、前記ショット領域における前記第１のチップ領域の露光条件を制御することと、
前記第２の位置ずれ量に応じて、前記ショット領域における前記第２のチップ領域の露光条件を制御することと、
を備えた露光方法。
【請求項5】
請求項４に記載の露光方法で基板を露光し原版のパターンに応じた潜像を前記基板に形成することと、前記形成された潜像を現像することと、
を備えた半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本実施形態は、露光装置、露光方法、及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
露光装置では、原版のパターンを投影光学系により基板に投影し基板を露光することで、原版のパターンを基板へ転写する。このとき、基板におけるパターン間の位置合わせを高精度に行うことが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開平７－１８３２１４号公報
【文献】特表２０１３－５２００１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
一つの実施形態は、基板におけるパターン間の位置合わせを高精度に行うことができる露光装置、露光方法、及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
一つの実施形態によれば、原版と基板とを相対的に走査させながら、原版のパターンを投影光学系により基板に投影し基板を露光する露光装置が提供される。基板は、複数のショット領域が配される。複数のショット領域のそれぞれは、複数のチップ領域を含む。複数のチップ領域は、第１のチップ領域と第２のチップ領域とを含む。第２のチップ領域は、走査方向に沿った位置が第１のチップ領域と異なる。第１のチップ領域内の周辺領域には、走査方向に沿って複数の第１のアライメントマークが配列される。第２のチップ領域内の周辺領域には、走査方向に沿って複数の第２のアライメントマークが配列される。露光装置は、基板ステージとアライメント検出系と制御部とを有する。基板ステージは、基板を保持する。アライメント検出系は、ショット領域における複数の第１のアライメントマークを検出し、ショット領域における複数の第２のアライメントマークを検出する。制御部は、複数の第１のアライメントマークの検出結果に応じて、第１のチップ領域に対する第１の位置ずれ量を求める。制御部は、第１の期間において、第１の位置ずれ量に応じて、ショット領域における第１のチップ領域の露光条件を制御する。第１の期間は、ショット領域における第１のチップ領域を走査する期間である。制御部は、複数の第２のアライメントマークの検出結果に応じて、第２のチップ領域に対する第２の位置ずれ量を求める。制御部は、第２の期間において、第２の位置ずれ量に応じて、ショット領域における第２のチップ領域の露光条件を制御する。第２の期間は、ショット領域における第２のチップ領域を走査する期間である。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる露光装置を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。
【0008】
（実施形態）
実施形態にかかる露光装置は、半導体装置の製造方法における露光工程に適用される。露光工程において、露光装置は、原版のパターンを投影光学系により基板に投影し基板を露光することで、原版のパターンを基板へ転写する。このとき、基板におけるパターン間の位置合わせを高精度に行うことが望まれる。そのため、露光装置は、パターン間の位置合わせを行うためのアライメント機能を有する。露光装置は、アライメント機能を利用して、露光装置に対するショット領域の位置合わせを行うことができる。このとき、露光工程のスループットを向上させるために、複数のチップ領域を含むようにショット領域が構成され得る。
実施形態にかかる露光装置は、半導体装置の製造方法における露光工程に適用される。露光工程において、露光装置は、原版のパターンを投影光学系により基板に投影し基板を露光することで、原版のパターンを基板へ転写する。このとき、基板におけるパターン間の位置合わせを高精度に行うことが望まれる。そのため、露光装置は、パターン間の位置合わせを行うためのアライメント機能を有する。露光装置は、アライメント機能を利用して、露光装置に対するショット領域の位置合わせを行うことができる。このとき、露光工程のスループットを向上させるために、複数のチップ領域を含むようにショット領域が構成され得る。
【0009】
一方、３次元メモリなどの半導体装置では、絶縁層と導電層とが交互に積層された積層体が基板上に配され、積層体が柱状の半導体柱で貫通されて３次元的なメモリセルの配列が構成されることがある。この半導体装置は、積層数を増やすことによって記憶容量の増加が可能なため、より高度なパターニング技術を利用する必要性を低減できビット当たりのコストを容易に削減できる。
【0010】
この半導体装置は、導電層と半導体柱とが交差する部分がメモリセルとして機能するように構成され、複数のメモリセルが３次元的に配列されたメモリアレイが構成される。導電層における半導体柱と交差する部分がメモリセルにおけるコントロールゲートとして機能し、導電層における残りの部分がコントロールゲートへ信号を伝達するワードラインとして機能し得る。基板上に複数の積層体が配される場合、積層体と他の積層体との間の溝に絶縁物質が埋め込まれて、積層体を他の積層体から電気的に分離する素子分離部が構成される。
【0011】
この半導体装置では、記憶容量の増加のために積層体における導電層の積層数を増加させることに起因して積層体を含む領域に膜応力が発生しやすく、膜応力によりパターンの位置ずれが起こることがある。例えば、メモリアレイと素子分離部とで膜構成が異なることに起因して、ショット領域内におけるチップ領域ごとの応力差が大きくなることがあり、チップ領域ごとに位置ずれ量が異なり得る。このため、ショット領域単位でアライメント計測及びその検出結果に応じたアライメント補正が行われると、アライメント精度（位置合わせの精度）が劣化する可能性がある。
【0012】
そこで、本実施形態では、露光装置において、複数のチップ領域を含むショット領域内の所定のチップ領域の位置ずれ量をアライメント計測により求め、その位置ずれ量に応じて所定のチップ領域の露光条件を制御することで、アライメント精度の向上を図る。
【0013】
具体的には、露光装置が走査型露光装置であり、アライメント計測したチップ領域を含む走査露光時の走査領域の露光条件について、チップ形状をアライメント計測の結果を用いて補正する。例えば、チップ単位で発生する積層膜（絶縁層、導電層）に起因した応力による位置合わせのずれ量に対して、露光装置の走査方向に走査位置制御を行うことによりチップ領域の露光形状の補正を実施する。この補正に用いる位置ずれ量を算出するため、走査方向に１チップ領域当たり２個以上のアライメントマークを配置して、アライメントマークを検出するアライメント計測を行う。このアライメント計測の結果からチップ倍率成分等の複数の誤差成分を位置ずれ量として算出し、各誤差成分を補正するように走査方向の倍率制御等の露光条件の制御を行う。これにより、膜応力に起因した各誤差成分を露光装置で補正できる。この補正により、ショット領域内の膜応力が大きい工程でも良好な位置合わせの精度（アライメント精度）を実現できる。
【0014】
【0015】
露光装置１は、例えば、走査型露光装置（スキャナ）である。走査型露光装置は、原版（マスク）ＭＫと基板（ウエハ）ＷＦとを走査方向ＳＣ１，ＳＣ２に互いに同期移動しつつ原版ＭＫに描画されたパターンを露光対象となる基板ＷＦに投影露光するための装置である。以下では、投影光学系１２の光軸ＰＡにおいて基板ＷＦから遠ざかる方向を＋Ｚ方向とする。Ｚ方向に垂直な平面内における原版ＭＫと基板ＷＦとの同期移動方向（走査方向）をＹ方向とする。Ｚ方向及びＹ方向に垂直な方向（非走査方向）をＸ方向とする。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸回りの方向をそれぞれθＸ方向、θＹ方向、及びθＺ方向とする。
【0016】
露光装置１は、光学系１０、原版ステージ２、及び位置制御システム２０を有する。光学系１０は、照明光学系１１及び投影光学系１２を有する。位置制御システム２０は、フォーカス検出系（図示せず）、アライメント検出系３０、制御部５０、及び基板ステージ６０を有する。
【0017】
照明光学系１１、原版ステージ２、及び投影光学系１２は、光軸ＰＡを中心に配置されている。光軸ＰＡは、光源ＬＳから基板ＷＦへ露光光の主光線が進む方向を示す軸である。
【0018】
基板ステージ６０は、チャック機構６２（例えば、真空チャック又は静電チャック）を有し、チャック機構６２を用いて基板ＷＦを保持する。基板ＷＦ上には感光材（レジスト）Ｒが塗布されている。感光材Ｒが塗布される前の基板ＷＦ上には例えばアライメントマークＭＡ１が形成されている。
【0019】
基板ステージ６０は、基板ＷＦを保持しながら、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向に移動したりθＸ方向、θＹ方向、及びθＺ方向に回転したりする。これにより、基板ステージ６０は、基板ＷＦの位置決めを行う。また、基板ステージ６０は、その上面に基準マーク６１が形成されている。
【0020】
基板ステージ６０の＋Ｚ方向には、投影光学系１２を間にして原版ステージ２が配されている。原版ステージ２は、チャック機構２１（例えば、真空チャック又は静電チャック）を有し、チャック機構２１を用いて原版ＭＫを保持する。原版ＭＫには、転写すべき回路のパターンに加えて、例えばアライメントマークＭＡ２のパターンが描画されている。
【0021】
投影光学系１２は、原版ＭＫに入射した光を基板ＷＦへ投影露光し、原版ＭＫに描画されたパターンに応じた像を基板ＷＦに結像する。投影光学系１２は、基板ＷＦ上に投影される投影像の倍率を変化させることができる。
【0022】
原版ステージ２の＋Ｚ方向には、照明光学系１１が配されている。照明光学系１１は、照明レンズ１１ａ及びスリット板１１ｂを有する。照明レンズ１１ａは、原版ＭＫの照明領域を均等な照度分布の露光光ＬＸで照明する。スリット板１１ｂは、スリット１１ｂ１が設けられ、照明レンズ１１ａから通過した露光光ＬＸをスリット１１ｂ１によりスリット状に整形する。その露光光ＬＸは、原版ＭＫに描画されたパターンで回折され、投影光学系１２に入射される。
【0023】
フォーカス検出系（図示せず）は、基板ＷＦのＺ方向（高さ方向）の位置（面位置）を検出するフォーカス計測を行う。
【0024】
アライメント検出系３０は、基板ＷＦのＸ方向及びＹ方向の位置（面方向位置）を検出するアライメント計測を行う。アライメント検出系３０は、基板ステージ６０における基準マーク６１を基準に、露光装置１に対する基板ＷＦのＸ方向及びＹ方向の位置を検出することができる。
【0025】
アライメント検出系３０は、アライメントセンサ３１及び反射系３２を有する。アライメントセンサ３１は、投射系３１ａ及び受光系３１ｂを有する。投射系３１ａは、レーザ光（可視光または赤外光）等の計測光を発生し反射系３２経由でアライメントマークＭＡ１、ＭＡ２に照射する。アライメントマークＭＡ１、ＭＡ２で反射された計測光は、反射系３２を経由して受光系３１ｂで受光され、その受光された画像ＩＭに応じた信号が制御部５０へ供給される。
【0026】
制御部５０は、露光装置１の各部を統括的に制御する。例えば、制御部５０は、アライメント検出系３０から受けた画像ＩＭに含まれたアライメントマークＭＡ１，ＭＡ２に対応したパターンＭＢ１，ＭＢ２を画像認識し、画像ＩＭにおける各パターンＭＢ１，ＭＢ２の位置に応じてアライメント計測の対象領域に対する位置ずれ量を求める。制御部５０は、求められた位置ずれ量に応じて、アライメント計測の対象領域に対応する領域（走査露光される走査領域）の露光条件を制御する。この露光条件は、投影光学系１２の投影倍率（基板ＷＦ上に投影される投影像の倍率）、原版ＭＫ及び基板ＷＦの相対的な走査速度（原版ＭＫに対する基板ステージ６０の走査速度）、原版ＭＫに対する基板ＷＦの傾き（原版ＭＫに対する基板ステージ６０の傾き）、原版ＭＫに対する基板ＷＦの回転角（原版ＭＫに対する基板ステージ６０の回転角）のうちの少なくともいずれか１つから選択することができる。
【0027】
制御部５０は、指示部５１及び計算部５２を有する。指示部５１は、位置合わせ部５１ａ及び走査制御部５１ｂを有する。計算部５２は、位置ずれ補償部５２ａを有する。位置合わせ部５１ａは、アライメントマークＭＡ１、ＭＡ２の検出位置に基づいて、レチクル１４とショット領域ＳＨとの位置合わせを行う。走査制御部５１ｂは、レチクル１４およびステージ１６の走査制御を行う。走査制御部５１ｂは、原版ＭＫの走査方向ＳＣ１における走査とステージ１６の走査方向ＳＣ２における走査とを同期させることができる。位置ずれ補償部５２ａは、チップ領域の位置ずれ量に基づいて、チップ領域に対応した走査領域の露光制御を行う。この時、チップ領域の位置ずれ量に基づいて、チップ領域に対応した走査領域の露光条件のパラメータを補正することができる。
【0028】
例えば、制御部５０は、基板ＷＦに対しては転写時の目標位置（レイアウト設計データに従った配置位置）を設定するため、基板ＷＦの位置ずれ量を検出するアライメント計測を行うようにアライメント検出系３０を制御する。位置ずれ量は、アライメントセンサ３１で検出される。検出された位置ずれ量の情報は計算部５２へ供給され、計算部５２により、サンプリングされたショット領域とサンプリングされなかったショット領域との両方の目標位置が設定される。目標位置は、直交座標系や極座標系を用いた計算式により、パラメータを用いて設定される。設定されたパラメータは、計算部５２から指示部５１へ供給される。指示部５１は、パラメータに応じた制御信号を生成して照明光学系１１、原板ステージ２、投影光学系１２、基板ステージ６０へ供給し、各部を作動させることで位置補正（チップ領域の露光形状の補正）を行う。
【0029】
【0030】
基板ＷＦには、図３（ａ）に示すように、複数のショット領域ＳＨ－１～ＳＨ－ｎ（ｎは２以上の整数）が設定される。ショット領域ＳＨ－１～ＳＨ－ｎは、露光装置１に用いられる原版ＭＫの投影範囲に対応させることができる。このとき、例えば図３（ａ）に破線の矢印で示す順番に、基板ＷＦ上の全てのショット領域ＳＨ－１～ＳＨ－ｎが順次走査されるように、露光装置１の走査方向ＳＣ２を設定することができる。図３（ａ）の場合、走査方向ＳＣ２は、±Ｙ方向に設定され得る。
【0031】
また、全てのショット領域ＳＨ－１～ＳＨ－ｎのうち、図３（ａ）にグレーで示したショット領域ＳＨ－ｐ，ＳＨ－（ｐ＋１），・・・，ＳＨ－（ｋ＋１），ＳＨ－ｋ（ｐは、ｎより小さい２以上の整数、ｋはｐより大きくｎより小さい２以上の整数）がアライメント計測対象として選択され、アライメント計測対象のショット領域ＳＨ－ｐ～ＳＨ－ｋのそれぞれに複数のアライメントマークＭＡ１が配され得る。
【0032】
例えば、図３（ｂ）に示すように、基板ＷＦにおける各ショット領域ＳＨは、複数のチップ領域ＣＨ－１～ＣＨ－ｍ（ｍは２以上の整数）を含む。各チップ領域ＣＨは、デバイス領域ＤＲ及びカーフ領域ＫＲを含む。カーフ領域ＫＲは、デバイス領域ＤＲの周辺に配された領域（周辺領域）である。
【0033】
アライメント計測対象の各ショット領域ＳＨ－ｐ～ＳＨ－ｋは、アライメント計測対象の複数のチップ領域を含む。例えば、ショット領域ＳＨ－ｋは、図３（ｂ）に示すアライメント計測対象の複数のチップ領域ＣＨ－１，ＣＨ－９，ＣＨ－１７を含む。アライメント計測対象の複数のチップ領域ＣＨ－１，ＣＨ－９，ＣＨ－１７は、ショット領域ＳＨ内で走査方向ＳＣ２（Ｙ方向）に互いにシフトして位置するように配される。
【0034】
チップ領域ＣＨ－１は、複数のアライメントマークＭＡ１－１１，ＭＡ１－１２，ＭＡ１－１３を有する。複数のアライメントマークＭＡ１－１１，ＭＡ１－１２，ＭＡ１－１３は、チップ領域ＣＨ－１内のカーフ領域ＫＲ－１において、走査方向ＳＣ２に互いにシフトして位置するように配される。
【0035】
チップ領域ＣＨ－９は、複数のアライメントマークＭＡ１－２１，ＭＡ１－２２，ＭＡ１－２３を有する。複数のアライメントマークＭＡ１－２１，ＭＡ１－２２，ＭＡ１－２３は、チップ領域ＣＨ－９内のカーフ領域ＫＲ－９において、走査方向ＳＣ２に互いにシフトして位置するように配される。
【0036】
チップ領域ＣＨ－１７は、複数のアライメントマークＭＡ１－３１，ＭＡ１－３２，ＭＡ１－３３を有する。複数のアライメントマークＭＡ１－３１，ＭＡ１－３２，ＭＡ１－３３は、チップ領域ＣＨ－１７内のカーフ領域ＫＲ－１７において、走査方向ＳＣ２に互いにシフトして位置するように配される。
【0037】
露光装置１は、アライメント計測対象の各ショット領域ＳＨ－ｐ～ＳＨ－ｋについて、ショット領域ＳＨを代表するアライメントマーク（例えば、アライメントマークＭＡ１－１１）を計測することなどにより、基板面内のアライメント計測結果を得ることができる。また、露光装置１は、ショット領域ＳＨ内に配された複数のアライメントマークＭＡ１－１１，ＭＡ１－２１，ＭＡ１－３１を計測することなどにより、ショット領域内のアライメント計測結果を得ることができる。さらに、露光装置１は、チップ領域ＣＨ－１内に配された複数のアライメントマークＭＡ１－１１，ＭＡ１－１２，ＭＡ１－１３を計測することなどにより、チップ領域内のアライメント計測結果を得ることができる。
【0038】
そして、露光装置１は、基板面内のアライメント計測結果とショット領域内のアライメント計測結果とをショット補正式及び基板面内補正式に代入し、第１の補正パラメータ（ｋ１～ｋ２０）及び第２の補正パラメータ（Ｐ１ｍｎ～Ｐ２０ｍｎ、ｍ，ｎは０以上の整数）を算出する。直交座標（Ｘ座標、Ｙ座標）を用いた補正式例として、ショット補正式は、次の数式１のように表すことができ、基板面内補正式は、次の数式２のように表すことができる。
【0039】
【数1】
【0040】
【数2】
【0041】
第１の補正パラメータ（ｋ１～ｋ２０）及び第２の補正パラメータ（Ｐ１ｍｎ～Ｐ２０ｍｎ、ｍ，ｎは０以上の整数）は、露光対象の目標位置（レイアウト設計データに従った配置位置）からの位置ずれ量に関連したパラメータであり、例えば所定の対象領域の露光形状に対する誤差成分を示している。すなわち、第１の補正パラメータ及び第２の補正パラメータは、露光形状の補正を行う場合、その補正を行うために露光装置１の各部（照明光学系１１、原板ステージ２、投影光学系１２、基板ステージ６０）をどれだけ制御すべきかを表すパラメータとみなすこともできる。露光装置１は、第１の補正パラメータ及び第２の補正パラメータを用いて目標位置及び走査駆動量を決定し、決定された目標位置及び走査駆動量に応じて露光装置１の各部（照明光学系１１、原板ステージ２、投影光学系１２、基板ステージ６０）の制御量を決定して、基板ＷＦの露光を実施することができる。
【0042】
具体的には、数式１は、基板ＷＦ上任意のショット領域ＳＨにおいて基板座標系のショット中心座標（Ｘ，Ｙ）、ショット内座標系におけるショット領域ＳＨ内の位置ずれ計測点座標を（ｘ，ｙ）、位置ずれ計測点における位置ずれ量を（ｄｘ，ｄｙ）とする。各位置ずれ計測対象のショット領域で数式２の残渣α１～α２０が最小になるような第１の補正パラメータ（ｋ１～ｋ２０）を算出する。
【0043】
数式１により求められるｋ１，ｋ２はショット領域ＳＨのシフト成分、ｋ３，ｋ４はショット領域ＳＨの倍率成分、ｋ５，ｋ６はショット領域ＳＨの回転成分、ｋ７～ｋ１２はショット領域ＳＨの２次の位置ずれの線形成分、ｋ１３～ｋ１９はショット領域ＳＨの３次の位置ずれの線形成分にあたる。
【0044】
ショット領域ＳＨ内でアライメントマークＭＡ１が１対ある場合は、ｋ１，ｋ２が求まる。ショット領域内でＸ用のアライメントマークＭＡ１とＹ用のアライメントマークＭＡ１とが１対ある場合はショット領域ＳＨの形状が計測できないが、Ｘ用のアライメントマークＭＡ１とＹ用のアライメントマークＭＡ１とが３対以上ある場合は数式ｋ１～ｋ６が求まる。Ｘ用のアライメントマークＭＡ１とＹ用のアライメントマークＭＡ１とが６対以上ある場合はｋ１～ｋ１２が求まる。Ｘ用のアライメントマークＭＡ１とＹ用のアライメントマークＭＡ１とが１０対以上ある場合はｋ１～ｋ２０が求まる。
【0045】
数式１で求められた第１の補正パラメータ（ｋ１～ｋ２０）により、ショット領域ＳＨの形状を算出できる。
【0046】
例えば、数式１及び数式２に用いられたｋ１、ｋ３、ｋ５、ｋ７、ｋ９、ｋ１１、ｋ１３、ｋ１５、ｋ１７、ｋ１９は、図４に示すように、直交座標（Ｘ座標、Ｙ座標）におけるＸ方向の位置ずれ量に関連した第１の補正パラメータである。図４は、Ｘ方向の位置ずれ量に関連したパラメータを示す図である。ｋ１、ｋ３、ｋ５、ｋ７、ｋ９、ｋ１１、ｋ１３、ｋ１５、ｋ１７、ｋ１９は、露光装置１で調整可能なＸ方向の誤差成分を示す。ｋ１はＸ方向のシフト成分、ｋ３はＸ方向の倍率成分、ｋ５はＸ方向の回転成分（またはＸ方向の直交度成分）、ｋ７はＸ方向の偏芯倍率成分、ｋ９はＸ方向の台形成分、ｋ１１はＸ方向の弓なり成分、ｋ１３はＸ方向の３次倍率成分、ｋ１５はＸ方向のアコーディオン成分、ｋ１７はＸ方向の樽型成分、ｋ１９はＸ方向の川の流れ成分を表すことができる。
【0047】
同様に、数式１及び数式２に用いられたｋ２、ｋ４、ｋ６、ｋ８、ｋ１０、ｋ１２、ｋ１４、ｋ１６、ｋ１８、ｋ２０は、図５に示すように、直交座標（Ｘ座標、Ｙ座標）におけるＹ方向の位置ずれ量に関連した第１の補正パラメータである。図５は、Ｙ方向の位置ずれ量に関連したパラメータを示す図である。ｋ２、ｋ４、ｋ６、ｋ８、ｋ１０、ｋ１２、ｋ１４、ｋ１６、ｋ１８、ｋ２０は、露光装置１で調整可能なＹ方向の誤差成分を示す。ｋ２はＹ方向のシフト成分、ｋ４はＹ方向の倍率成分、ｋ６はＹ方向の回転成分（またはＹ方向の直交度成分）、ｋ８はＹ方向の偏芯倍率成分、ｋ１０はＹ方向の台形成分、ｋ１２はＹ方向の弓なり成分、ｋ１４はＹ方向の３次倍率成分、ｋ１６はＹ方向のアコーディオン成分、ｋ１８はＹ方向の樽型成分、ｋ２０はＹ方向の川の流れ成分を表すことができる。
【0048】
各計測対象のショット領域ＳＨで求められた第１の補正パラメータ（ｋ１～ｋ２０）と基板面内座標系における計測対象のショット領域の中心座標（Ｘ，Ｙ）を数式２に入力し、残渣α１～α２０が最小になるような第２の補正パラメータ（Ｐ１ｍｎ～Ｐ２０ｍｎ、ｍ，ｎは０以上の整数）を算出する。
【0049】
数式２は、基板面内座標（Ｘ，Ｙ）の関数である。この式における「ｍ＋ｎ」がＸＹ関数の次数にあたる。この次数が高次になればなるほどアライメント補正値のフィッティング精度は向上する。しかし、ＸＹ関数はＸＹの値が大きくなれば大きくなるほど補正量は大きくなり、基板外周ＷＦにおいては補正量と真の合わせずれ量の乖離が大きくなる可能性がある。
【0050】
露光装置１は、チップ領域内のアライメント計測結果をチップ補正式に代入し、最小２乗近似を実施して、残渣が最小になるような第３の補正パラメータ（Ｃ１～Ｃ２０）を算出する。直交座標（Ｘ座標、Ｙ座標）を用いた補正式例として、チップ補正式は、次の数式３のように表すことができる。
【0051】
【数3】
【0052】
数式３において、ｄｃｙはチップ内計測点の位置ずれ量、ｃｙはチップ内座標系におけるＹ座標である。露光装置１の走査方向ＳＣ２が±Ｙ方向であることに応じて、チップ領域ＣＨ内のアライメントマークＭＡ１－１１～ＭＡ１－１３が互いにＹ方向にシフトした位置に配されているため、チップ領域ＣＨ内のアライメント計測結果は、Ｙ方向の位置ずれ量（ｄｃｙ）となる。露光装置１は、アライメント計測を行ったチップ領域ごとに、数式４を用いて第３の補正パラメータ（Ｃ１～Ｃ２０）を算出することができる。
【0053】
そして、露光装置１は、第１の補正パラメータ（ｋ１～ｋ２０）、第２の補正パラメータ（Ｐ１ｍｎ～Ｐ２０ｍｎ、ｍ，ｎは０以上の整数）、第３の補正パラメータ（Ｃ１～Ｃ２０）を変化させることで、チップ領域を含む走査領域ごとに露光形状の補正を行うことができる。すなわち、露光装置１は、チップ領域を含む走査領域ごとに、原版ＭＫに対する基板ステージ６０の相対的な走査速度、原版ＭＫに対する基板ステージ６０の傾き、原版ＭＫに対する基板ステージ６０の回転角および基板ＷＦ上に投影される投影像の倍率（投影光学系１２の投影倍率）などを変化させる制御を行うことができる。
【0054】
【0055】
まず、アライメント計測のための準備が行われる（Ｓ１）。具体的には、基板面内のアライメント計測のために、ショット領域内に最低１点のアライメントマークが配置される。例えば、電子線描画装置などのマスク作成装置により、原版ＭＫにおけるショット領域内にそのショット領域を代表するアライメントマークＭＡ２（図２参照）が描画される。また、基板ＷＦにおけるショット領域ＳＨにそのショット領域を代表するアライメントマークＭＡ１（図２参照）が露光装置１及び現像装置（図示せず）により基板ＷＦに形成される。図３（ｂ）に示すショット領域ＳＨ－ｋの場合、アライメントマークＭＡ１－１１がショット領域ＳＨ－ｋを代表するアライメントマークＭＡ１としてショット領域ＳＨ－ｋ内に形成され得る。
【0056】
また、ショット領域内のアライメント計測を実施する場合、ショット領域内に最低３点のアライメントマークが配置される。例えば、電子線描画装置などのマスク作成装置により、原版ＭＫにおけるショット領域内に複数のアライメントマークＭＡ２（図２参照）が描画される。また、基板ＷＦにおけるショット領域ＳＨ内に複数のアライメントマークＭＡ１（図２参照）が露光装置１及び現像装置（図示せず）により基板ＷＦに形成される。図３（ｂ）に示すショット領域ＳＨ－ｋの場合、複数のアライメントマークＭＡ１－１１，ＭＡ－２１，ＭＡ－３１がショット領域ＳＨ－ｋ内の互いに走査方向ＳＣ２にシフトした位置に形成され得る。
【0057】
さらに、チップ領域内のアライメント計測を実施する場合、チップ領域内に２点以上のアライメントマークＭＡ２が走査方向にシフトされた位置に配置される。例えば、電子線描画装置などのマスク作成装置により、原版ＭＫにおけるショット領域内のチップ領域内に複数のアライメントマークＭＡ２（図２参照）が描画される。また、基板ＷＦにおけるショット領域ＳＨ内のチップ領域ＣＨ内に複数のアライメントマークＭＡ１（図２参照）が露光装置１及び現像装置（図示せず）により基板ＷＦに形成される。図３（ｂ）に示すショット領域ＳＨ－ｋの場合、複数のアライメントマークＭＡ１－１１，ＭＡ１－１２，ＭＡ１－１３がチップ領域ＣＨ－１内の互いに走査方向ＳＣ２にシフトした位置に形成され得る。複数のアライメントマークＭＡ１－２１，ＭＡ１－２２，ＭＡ１－２３がチップ領域ＣＨ－９内の互いに走査方向ＳＣ２にシフトした位置に形成され得る。複数のアライメントマークＭＡ１－３１，ＭＡ１－３２，ＭＡ１－３３がチップ領域ＣＨ－１７内の互いに走査方向ＳＣ２にシフトした位置に形成され得る。
【0058】
露光装置１は、基板面内補正用のアライメント計測対象のショット領域ＳＨを選択し、そのショット領域ＳＨを代表するアライメントマークＭＡ１を計測する（Ｓ２）。例えば、図３（ａ）にグレーで示したショット領域ＳＨ－ｐ，ＳＨ－（ｐ＋１），・・・，ＳＨ－（ｋ＋１），ＳＨ－ｋ（ｐは、ｎより小さい２以上の整数、ｋはｐより大きくｎより小さい２以上の整数）がアライメント計測対象として選択される。アライメント計測対象の各ショット領域ＳＨ－ｐ～ＳＨ－ｋにおけるショット領域ＳＨを代表するアライメントマークＭＡ１（ショット領域ＳＨ－ｋの場合、アライメントマークＭＡ１－１１）が計測される。
【0059】
露光装置１は、ショット領域ＳＨ内のアライメント計測を行うべきであると判断した場合（Ｓ３でＹｅｓ）、ショット補正用の計測対象のショット領域ＳＨを選択し、選択されたショット領域ＳＨにおけるショット補正用のアライメントマークＭＡ１を計測する（Ｓ４）。例えば、図３（ａ）にグレーで示したショット領域ＳＨ－ｐ，ＳＨ－（ｐ＋１），・・・，ＳＨ－（ｋ＋１），ＳＨ－ｋ（ｐは、ｎより小さい２以上の整数、ｋはｐより大きくｎより小さい２以上の整数）がアライメント計測対象として選択される。アライメント計測対象の各ショット領域ＳＨ－ｐ～ＳＨ－ｋにおけるショット補正用のアライメントマークＭＡ１（ショット領域ＳＨ－ｋの場合、アライメントマークＭＡ１－１１，ＭＡ１－２１，ＭＡ１－３１）が計測される。そして、露光装置１は、ショット補正用のアライメントマークＭＡ１の計測を行った後に、チップ領域ＣＨ内のアライメント計測を行う。例えば、図３（ａ）にグレーで示したショット領域ＳＨ－ｐ，ＳＨ－（ｐ＋１），・・・，ＳＨ－（ｋ＋１），ＳＨ－ｋ（ｐは、ｎより小さい２以上の整数、ｋはｐより大きくｎより小さい２以上の整数）がアライメント計測対象として選択される。アライメント計測対象の各ショット領域ＳＨ－ｐ～ＳＨ－ｋの各チップ領域ＣＨにおけるチップ補正用のアライメントマークＭＡ１（ショット領域ＳＨ－ｋのチップ領域ＣＨ－１の場合、アライメントマークＭＡ１－１１，ＭＡ１－１２，ＭＡ１－１３）が計測される。
【0060】
露光装置１は、ショット補正用のアライメント計測について第１の条件（例えば、前回の計測結果が流用可能であることを示す条件）又は第２の条件（例えば、デフォルトの計測結果を用いて問題ないことを示す条件）を満たせば、ショット領域ＳＨ内のアライメント計測を行う必要がないと判断し（Ｓ３でＮｏ）、ショット補正用のアライメント計測（Ｓ４）を行わずに、チップ領域ＣＨ内のアライメント計測（Ｓ５）を行う。
【0061】
露光装置１は、ショット領域ＳＨ内のアライメント計測結果を数式１、数式２に代入して、第１の補正パラメータ（ｋ１～ｋ２０）及び第２の補正パラメータ（Ｐ１ｍｎ～Ｐ２０ｍｎ、ｍ，ｎは０以上の整数）を算出する（Ｓ６）。例えば、露光装置１は、ショット補正用のアライメント計測（Ｓ４）を行った場合、その計測結果を数式１、数式２に代入して、第１の補正パラメータ及び第２の補正パラメータを算出する。露光装置１は、第１の条件が満たされる場合、前回の計測結果を数式１、数式２に代入して、第１の補正パラメータ及び第２の補正パラメータを算出する。露光装置１は、第２の条件が満たされる場合、デフォルトの計測結果を数式１、数式２に代入して、第１の補正パラメータ及び第２の補正パラメータを算出する。
【0062】
また、露光装置１は、チップ領域ＣＨ内のアライメント計測結果を数式３に代入して、第３の補正パラメータ（Ｃ１～Ｃ２０）を算出する（Ｓ７）。例えば、露光装置１は、Ｓ５における計測点のＹ方向のチップ内座標値と計測された位置ずれ量とを数式３に代入し、最小２乗近似を実施して、残渣が最小になるような第３の補正パラメータ（Ｃ１～Ｃ２０）を算出する。
【0063】
そして、露光装置１は、第１の補正パラメータ、第２の補正パラメータ、及び第３の補正パラメータを用いて、チップ領域ＣＨを含む走査領域の露光形状に対する補正量を求める（Ｓ８）。すなわち、露光装置１は、チップ領域を含む走査領域ごとに、位置ずれ量の影響がキャンセルされるように、原版ＭＫに対する基板ステージ６０の相対的な走査速度、原版ＭＫに対する基板ステージ６０の傾き、原版ＭＫに対する基板ステージ６０の回転角および基板ＷＦ上に投影される投影像の倍率（投影光学系１２の投影倍率）などについて補正量を求めることができる。
【0064】
露光装置１は、Ｓ８で求められた補正量に従い、原版（マスク）ＭＫと基板（ウエハ）ＷＦとを走査方向ＳＣ１，ＳＣ２に互いに同期移動しつつ、基板２における走査領域を露光し、原版ＭＫのパターンに応じた潜像を基板２に形成する（Ｓ９）。
【0065】
例えば、露光装置１は、図７（ａ）に示すように、チップ領域ＣＨ－１に対応する走査領域ＳＡ－１が走査される期間に、チップ領域ＣＨ－１の位置ずれ量に応じて、チップ領域ＣＨ－１の露光形状の補正を行う。図７（ａ）は、露光装置１による走査露光時の走査領域ＳＡ－１を示す図である。すなわち、露光装置１は、チップ領域ＣＨ－１を含む走査領域ＳＡ－１が走査される期間に、チップ領域ＣＨ－１の位置ずれ量に応じて、投影光学系１２の投影倍率を補正することと原版ＭＫ及び基板２の相対的な走査速度を補正することと原版ＭＫに対する基板２の傾きを補正することと原版ＭＫに対する基板２の回転角を補正することとの少なくとも１つを行う。
【0066】
このとき、チップ領域ＣＨ－１において、図８（ａ）に白抜きの矢印で示す膜応力に起因してデバイス領域ＤＲ－１内で図８（ａ）に実線の矢印で示す位置ずれ量が発生している場合、図８（ｂ）に一点鎖線で示すように原版ＭＫ及び基板２の相対的な走査速度を変化させる。図８（ａ）は、チップ領域ＣＨ－１に作用する応力を示す図であり、図８（ｂ）は、走査露光時の走査速度を示す図であり、図８は、チップ領域に作用する応力と走査露光時の走査速度との関係を示す図である。これにより、デバイス領域ＤＲ－１内におけるＹ座標位置毎に異なる位置ずれ量に応じてＹ方向のシフト量を変化させることができるので、チップ領域ＣＨ－１の位置ずれ量の影響がキャンセルされるようにチップ領域ＣＨ－１の露光形状を補正することができる。
【0067】
あるいは、露光装置１は、図７（ｂ）に示すように、チップ領域ＣＨ－９に対応する走査領域ＳＡ－９が走査される期間に、チップ領域ＣＨ－９の位置ずれ量に応じて、チップ領域ＣＨ－９の露光形状の補正を行う。図７（ｂ）は、露光装置１による走査露光時の走査領域ＳＡ－９を示す図である。すなわち、露光装置１は、チップ領域ＣＨ－９を含む走査領域ＳＡ－９が走査される期間に、チップ領域ＣＨ－９の位置ずれ量に応じて、投影光学系１２の投影倍率を補正することと原版ＭＫ及び基板２の相対的な走査速度を補正することと原版ＭＫに対する基板２の傾きを補正することと原版ＭＫに対する基板２の回転角を補正することとの少なくとも１つを行う。これにより、チップ領域ＣＨ－１の位置ずれ量の影響がキャンセルされるようにチップ領域ＣＨ－１の露光形状を補正することができる。
【0068】
あるいは、露光装置１は、図７（ｃ）に示すように、チップ領域ＣＨ－９に対応する走査領域ＳＡ－９が走査される期間に、チップ領域ＣＨ－９の位置ずれ量に応じて、チップ領域ＣＨ－９の露光形状の補正を行う。図７（ｂ）は、露光装置１による走査露光時の走査領域ＳＡ－９を示す図である。すなわち、露光装置１は、チップ領域ＣＨ－９を含む走査領域ＳＡ－９が走査される期間に、チップ領域ＣＨ－９の位置ずれ量に応じて、投影光学系１２の投影倍率を補正することと原版ＭＫ及び基板２の相対的な走査速度を補正することと原版ＭＫに対する基板２の傾きを補正することと原版ＭＫに対する基板２の回転角を補正することとの少なくとも１つを行う。これにより、チップ領域ＣＨ－１の位置ずれ量の影響がキャンセルされるようにチップ領域ＣＨ－１の露光形状を補正することができる。
【0069】
図６に戻って、露光処理（Ｓ９）が完了すると、基板２が露光装置１から搬出されて現像装置（図示せず）に搬入される。現像装置は、現像処理を行い、露光装置１により基板２に形成された潜像を現像する（Ｓ１０）。
【0070】
以上のように、実施形態では、露光装置１において、複数のチップ領域ＣＨを含むショット領域ＳＨ内の所定のチップ領域の位置ずれ量をアライメント計測により求め、その位置ずれ量に応じて所定のチップ領域の露光条件を制御する。これにより、ショット領域ＳＨ内における各チップ領域ごとに露光条件を制御できるので、アライメント精度を容易に向上できる。
【0071】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0072】
１ 露光装置、３０ アライメント検出系、５０ 制御部、６０ 基板ステージ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】