(57)【要約】【課題】簡便且つ高精度なショット内誤差の非線形補正を行う。【解決手段】予め、ウエハ上の複数のショットに付設された多数のアライメントマークを検出し、その精密な検出結果に基づいてウエハの歪みの非線形成分を記述するモデル（に対する条件）を複数決定しておく。そして、ウエハ露光（ロット処理）時には、ステップ６０８又は６０６において少ない数のアライメントマークを検出してウエハの歪みを求め、ステップ６１８においてそのラフな結果に基づいて予め決定された複数のモデル（に対する条件）を選択する。そして、選択されたモデルを用いてパターンを複数のショットに順次位置合わせし、露光する。【選択図】図７
2010186918.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体上に配列された複数の区画領域にパターンを位置合わせするアライメント方法であって、
前記複数の区画領域の少なくとも一部の第１区画領域に付設された複数のマークを検出し、該検出結果に基づいて前記物体の歪みの非線形成分を求め、該非線形成分に基づいて前記物体の歪みを記述するモデルに対する条件を複数決定する工程と；
前記複数の区画領域の少なくとも一部の第２区画領域に付設された前記複数より少ない数のマークを検出し、該検出結果に基づいて前記複数の条件のうちの１つを選択し、該１つの条件に対応する前記モデルを用いて前記複数の区画領域に前記パターンを位置合わせする工程と；
を含むアライメント方法。
【請求項２】
前記位置合わせする工程では、前記少ない数のマークの検出結果に基づいて前記非線形成分を求め、該非線形成分を最も正確に記述する前記モデルに対する前記１つの条件を前記複数の条件の中から選択する請求項１に記載のアライメント方法。
【請求項３】
前記位置合わせする工程では、物体、複数の区画領域、及び１つの区画領域のうちの１つ毎に、前記１つの条件を選択する請求項１又は２に記載のアライメント方法。
【請求項４】
前記位置合わせする工程では、前記複数の区画領域の少なくとも一部の第３区画領域に付設された複数のマークを検出し、該検出結果に基づいて前記物体の歪みの線形成分を求め、該線形成分に基づいて前記物体の歪みの線形成分を補正し、前記１つの条件に対応する前記モデルを用いて前記非線形成分を補正することによって、前記パターンを位置合わせする請求項１〜３のいずれか一項に記載のアライメント方法。
【請求項５】
前記第３区画領域は、前記第２区画領域に含まれる請求項４に記載のアライメント方法。
【請求項６】
前記第１及び第２区画領域は、前記決定する工程において得られる前記複数のマークの検出結果と前記位置合わせする工程において得られる前記少ない数のマークの検出結果との少なくとも一方に基づいて、前記複数の区画領域の中から選択される請求項１〜５のいずれか一項に記載のアライメント方法。
【請求項７】
前記第２区画領域は、前記第１区画領域に含まれる請求項１〜６のいずれか一項に記載のアライメント方法。
【請求項８】
前記決定する工程では、決定された前記複数の条件の中から１つの条件をさらに指定し、
前記位置合わせする工程では、前記指定された条件に対応する前記モデルを用いて前記パターンを位置合わせする請求項１〜７のいずれか一項に記載のアライメント方法。
【請求項９】
前記指定された条件は、前記複数のマークの検出結果を最も正確に記述する前記モデルに対する前記複数の条件の中の１つである請求項８に記載のアライメント方法。
【請求項１０】
前記決定する工程では、前記複数の区画領域の少なくとも一部に付設された複数のマークを検出し、該検出結果に基づいて前記物体の歪みの線形成分を求め、該線形成分を用いて前記非線形成分を求める請求項１〜９のいずれか一項に記載のアライメント方法。
【請求項１１】
前記複数の区画領域は、複数の組に分類され、
前記決定する工程では、前記複数の組毎に、該組に含まれる少なくとも一部の区画領域に付設された複数のマークを検出して、前記モデルに対する条件が複数決定される請求項１〜１０のいずれか一項に記載のアライメント方法。
【請求項１２】
前記位置合わせする工程では、前記複数の組毎に、該組に含まれる少なくとも一部の区画領域内に付設された前記複数より少ない数のマークを検出し、該検出結果に基づいて前記組に対応する前記複数の条件のうちの１つを選択する請求項１１に記載のアライメント方法。
【請求項１３】
前記モデルは、多項式で与えられ、
前記条件には、前記多項式の種類、前記多項式の次数、及び前記多項式に含まれる項の組み合わせとの少なくとも１つが含まれる請求項１〜１２のいずれか一項に記載のアライメント方法。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載のアライメント方法を利用して、物体上に配列された複数の区画領域にパターンを位置合わせして該パターンを前記複数の区画領域に順次転写する露光方法。
【請求項１５】
前記パターンは光学系を介して前記物体上に投影され、
前記光学系を調整することにより前記パターンを位置合わせする請求項１４に記載の露光方法。
【請求項１６】
前記物体は、該物体を保持して移動可能な移動体に保持され、
前記物体を保持する前記移動体を駆動制御することにより前記パターンを位置合わせする請求項１４又は１５に記載の露光方法。
【請求項１７】
前記物体は感応層を有し、
前記感応層にエネルギビームを照射して前記パターンを転写する請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項１８】
請求項１４〜１７のいずれか一項に記載の露光方法を利用して物体上にパターンを形成する工程と；
前記パターンが形成された前記物体を処理する工程と；を含むデバイス製造方法。
【請求項１９】
物体上に配列された複数の区画領域にパターンを順次転写する露光装置であって、
前記物体上にパターンを投影する光学系と；
前記複数の区画領域に付設された複数のマークを検出するマーク検出系と；
前記マーク検出系を用いて、前記複数の区画領域の少なくとも一部に付設された前記複数のマークの一部を検出し、該検出結果に基づいて前記物体の歪みの非線形成分を記述するモデルに対する１つの条件を、前記複数の区画領域の少なくとも一部に付設された前記複数のマークを検出することによって予め決定された複数の条件の中から選択し、前記１つの条件に対応する前記モデルを用いて前記複数の区画領域に前記パターンを位置合わせする制御系と；
を備える露光装置。
【請求項２０】
前記モデルに対して複数の条件が予め決定されており、
前記制御系は、前記一部のマークの検出結果に基づいて前記非線形成分を求め、該非線形成分を最も正確に記述する前記モデルに対する前記１つの条件を前記複数の条件の中から選択する請求項１９に記載の露光装置。
【請求項２１】
前記制御系は、物体、複数の区画領域、及び１つの区画領域のうちの１つ毎に、前記１つの条件を選択する請求項１９又は２０に記載の露光装置。
【請求項２２】
前記制御系は、前記複数の区画領域の少なくとも一部に付設された複数のマークを検出し、該検出結果に基づいて前記物体の歪みの線形成分を求め、該線形成分に基づいて前記物体の歪みの線形成分を補正し、前記１つの条件に対応する前記モデルを用いて前記非線形成分を補正することによって、前記パターンを位置合わせする請求項１９〜２１のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項２３】
前記光学系を構成する複数のレンズ素子の少なくとも一部を駆動するレンズ駆動装置をさらに備え、
前記制御系は、前記レンズ駆動装置を制御して前記パターンを位置合わせする、請求項１９〜２２のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項２４】
前記物体を保持して移動可能な第１移動体と；
前記パターンが形成されたマスクを保持して移動可能な第２移動体と；
前記第１及び第２移動体の位置情報を計測し、該計測結果に従って前記第１及び第２移動体を同期駆動する移動体駆動装置と；をさらに備え、
前記制御系は、前記移動体駆動装置を制御して前記パターンを位置合わせする請求項１９〜２３のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項２５】
前記物体上に設けられた感応層に前記パターンが形成されたマスクと前記光学系とを介してエネルギビームを照射することによって、位置合わせされた前記一部の区画領域に前記パターンを転写する請求項１９〜２４のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項２６】
少なくとも１つの請求項１９〜２５のいずれか一項に記載の露光装置と；
物体上に配列された複数の区画領域に付設された複数のマークを検出する測定装置と；
前記測定装置を用いて、前記複数の区画領域の少なくとも一部に付設された複数のマークを検出し、該検出結果に基づいて前記物体の歪みの非線形成分を求め、該非線形成分に基づいて前記物体の歪みを記述するモデルに対する条件を複数決定するホストコンピュータと；
を備える露光システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アライメント方法、露光方法及び露光装置、デバイス製造方法、並びに露光システムに係り、更に詳しくは、例えば、半導体素子、液晶表示素子、ＣＣＤ等の撮像素子、プラズマディスプレイ素子、薄膜磁気ヘッド等を製造するためのリソグラフィ工程において、パターンをウエハ等の感応基板に位置合わせするためのアライメント方法、該アライメント方法を利用して感応基板を露光する露光方法及び露光装置、前記露光方法を用いるデバイス製造方法、並びに前記露光装置を備える露光システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子、液晶表示素子等の電子デバイスの製造工程では、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（ステッパ）、あるいはステップ・アンド・スキャン方式等の投影露光装置（スキャナ）などが、主として用いられている。
【０００３】
この種の露光装置では、レチクルに形成されたパターンが投影光学系を介して、感応剤（フォトレジスト）が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の基板（以下、ウエハと総称する）上の複数のショット領域のそれぞれに転写される。特に半導体素子の場合、ウエハ上に数十層ものパターンが重ね合わせて形成されるため、各層間でのパターンの高い重ね合わせ精度（位置合わせ精度）が要求される。
【０００４】
そこで、露光工程では、ウエハの位置合わせのため、近年では、一部の複数のアライメントマークの位置情報の検出結果を用いて所定の統計演算を行い、全てのショット領域の配列、又はショット領域の配列に加えてショット領域内のウエハの歪み（ショット内誤差）を高精度に求めるエンハンスト・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）方式が、広く採用されている（例えば、特許文献１、特許文献２等参照）。
【０００５】
しかし、露光工程（ロット処理）中に行われるウエハアライメント（ＥＧＡ）では、ショット内誤差については、線形成分のみが考慮される。これに対し、非線形成分については、従前は、ウエハのロット毎（１ロットは２５枚又は５０枚）に固定パラメータとして設定されていた。このため、露光装置に搬送される間のウエハの温度の変化、ステージ（ウエハホルダ）によるウエハ毎の吸着状態の違い、液浸液の温度変化（液浸型露光装置の場合）、あるいはレチクルの熱膨張等により、ロット処理中に非線形成分が変化し、それにより重ね合わせ精度が悪化する恐れがあった。一方、ショット内誤差の非線形成分をウエハ毎に補正するため、ウエハ上の各ショット領域内により多くのアライメントマークを付与して、そのより多くのアライメントマークの位置情報をロット処理中に例えばダイ・バイ・ダイ（Ｄ／Ｄ）アライメントにより計測することは、スループットの低下を招く。
【０００６】
発明者は、かかる事情に鑑みて、スループットへの影響を低減し、ウエハ毎に、最適なショット配列の非線形補正が行える位置合わせ方法等に係る発明を先に提案した（特許文献３参照）。
【０００７】
しかしながら、露光装置に要求される重ね合わせ精度は次第に厳しくなっており、ウエハのショット領域毎（ショット領域内）の非線形誤差が、許容できないレベルの重ね合わせ誤差の要因となっている。このため、今や、特許文献３に記載の発明によってもこれに十分に対応することは困難となりつつある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第４，７８０，６１７号明細書
【特許文献２】米国特許第６，８７６，９４６号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開２００６／００４０１９１号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上述の事情の下でなされたものであり、第１の観点からすると、物体上に配列された複数の区画領域にパターンを位置合わせするアライメント方法であって、前記複数の区画領域の少なくとも一部の第１区画領域に付設された複数のマークを検出し、該検出結果に基づいて前記物体の歪みの非線形成分を求め、該非線形成分に基づいて前記物体の歪みを記述するモデルに対する条件を複数決定する工程と；前記複数の区画領域の少なくとも一部の第２区画領域に付設された前記複数より少ない数のマークを検出し、該検出結果に基づいて前記複数の条件のうちの１つを選択し、該１つの条件に対応する前記モデルを用いて前記複数の区画領域に前記パターンを位置合わせする工程と；を含むアライメント方法である。
【００１０】
これによれば、予め、物体上に配列された複数の区画領域の少なくとも一部の第１区画領域に付設された複数のマーク（多くのマーク）を検出し、該検出結果（その精密な検出結果）に基づいて物体の歪みの非線形成分を求め、該非線形成分に基づいて物体の歪みを記述するモデル（物体の歪みの非線形成分を記述するモデル（に対する条件）を複数決定しておく。そして、位置合わせする際には、前記複数の区画領域の少なくとも一部の第２区画領域に付設された前記複数より少ない数のマークを検出し、該検出結果に基づいて、予め決定しておいた複数のモデル（に対する条件）のうちの１つを選択し、該１つの条件に対応する前記モデル（選択されたモデル）を用いて複数の区画領域にパターンを位置合わせする。これにより、スループットを殆ど低下させることなく、パターンを各区画領域に高精度に位置合わせすることが可能となる。
【００１１】
本発明は、第２の観点からすると、本発明のアライメント方法を利用して、物体上に配列された複数の区画領域にパターンを位置合わせして、該パターンを前記複数の区画領域に順次転写する露光方法である。
【００１２】
これによれば、本発明のアライメント方法を利用するので、スループットを低下させることなく、物体上に配列された複数の区画領域にパターンを順次転写することが可能となる。
【００１３】
本発明は、第３の観点からすると、本発明の露光方法を利用して物体上にパターンを形成する工程と；前記パターンが形成された前記物体を処理する工程と；を含むデバイス製造方法である。
【００１４】
本発明は、第４の観点からすると、物体上に配列された複数の区画領域にパターンを順次転写する露光装置であって、前記物体上にパターンを投影する光学系と；前記複数の区画領域に付設された複数のマークを検出するマーク検出系と；前記マーク検出系を用いて、前記複数の区画領域の少なくとも一部に付設された前記複数のマークの一部を検出し、該検出結果を用いて前記物体の歪みの非線形成分を記述するモデルに対する１つの条件を、前記複数の区画領域の少なくとも一部に付設された前記複数のマークを検出することによって予め決定された複数の条件の中から選択し、前記１つの条件に対応する前記モデルを用いて前記複数の区画領域に前記パターンを位置合わせする制御系と；を備える露光装置である。
【００１５】
これによれば、制御系により、マーク検出系を用いて、複数の区画領域の少なくとも一部に付設された複数のマークの一部が検出され、該検出結果を用いて物体の歪みの非線形成分を記述するモデルに対する１つの条件が、複数の区画領域の少なくとも一部に付設された前記複数のマークを検出することによって予め決定された複数の条件の中から選択され、その選択された条件に対応するモデルを用いて複数の区画領域にパターンが位置合わせされる。従って、前述のような歪みの非線形成分が発生する状況においても、スループットを低下させることなく、パターンを高精度に位置合わせすることが可能となる。
【００１６】
本発明は、第５の観点からすると、本発明の露光装置と；物体上に配列された複数の区画領域に付設された複数のマークを検出する測定装置と；前記測定装置を用いて、前記複数の区画領域の少なくとも一部に付設された複数のマークを検出し、該検出結果に基づいて前記物体の歪みの非線形成分を求め、該非線形成分に基づいて前記物体の歪みを記述するモデルに対する条件を複数決定するホストコンピュータと；を備える露光システムである。
【００１７】
これによれば、ホストコンピュータにより、予め、測定装置を用いて多くのマークが検出され、その検出結果に基づいて物体の歪みの非線形成分が求められ、さらにその非線形成分に基づいて物体の歪みの非線形成分を記述するモデル（に対する条件）が複数決定される。そのため、本発明の露光システムを構成する露光装置は、少ない数のマークを検出し、そのラフな結果に基づいて予め精密に決定された複数のモデル（に対する条件）の中から１つを選択でき、さらに、選択されたモデルを用いてパターンを高精度に位置合わせすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】一実施形態に係るリソグラフィシステムの概略構成を示す図である。
【図２】図１のリソグラフィシステムを構成する１つの露光装置の概略構成を示す図である。
【図３】図３（Ａ）〜図３（Ｊ）は、代表的なショット内誤差の非線形成分を説明するための図である。
【図４】ショット内多点ＥＧＡのサンプルショットの配置の一例を説明するための図である。
【図５】図５（Ａ）は、事前計測において計測されるウエハ上の各ショット領域内に付与されたアライメントマークの配置の一例を示す図、図５（Ｂ）は、ロット処理中においてショット内多点計測で計測される各ショット領域内に付与されたアライメントマークの配置の一例を示す図である。
【図６】露光装置１１０ｋにおける１ロットのウエハのアライメント及び露光等を含む一連の処理について、主制御装置（内ＣＰＵ）の処理アルゴリズムを簡略化して示すフローチャートである。
【図７】図６のステップ５０８（高次補正最適化計測処理のサブルーチン）の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態を、図１〜図７に基づいて説明する。
【００２０】
図１には、本発明に係るアライメント方法及び露光方法を適用するのに好適な一実施形態に係るリソグラフィシステム１００の構成が概略的に示されている。リソグラフィシステム１００は、Ｎ台の露光装置１１０1〜１１０N、重ね合わせ測定装置（以下、「測定装置」と略称する）１３０、記憶装置１４０、ターミナルサーバ１５０、及びホストコンピュータ（以下、「ホスト」と略称する）１６０等を備えている。
【００２１】
露光装置１１０1〜１１０N、測定装置１３０、及びターミナルサーバ１５０は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）１７０に接続されている。また、ターミナルサーバ１５０には、ホスト１６０が接続されている。ホスト１６０には、スカジー（ＳＣＳＩ）等の通信路１８０を介して、記憶装置１４０が接続されている。すなわち、ハードウエア構成上では、露光装置１１０1〜１１０N、測定装置１３０、ターミナルサーバ１５０、及びホスト１６０（及び記憶装置１４０）の相互間の通信経路が確保されている。
【００２２】
露光装置１１０1〜１１０Nには、少なくとも１つの走査型露光装置、例えばステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置（すなわちスキャナ）であって、かつ投影像の歪みの調整能力を有している投影露光装置（以下、特に区別の必要がない限り、単に、露光装置と呼ぶ）１１０k（ｋは１〜Ｎのいずれか）が含まれる。
【００２３】
図２には、露光装置１１０kの概略的な構成が示されている。露光装置１１０kは、照明系ＩＯＰ、レチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、ウエハＷが載置されるウエハステージＷＳＴ、及びこれらの制御系等を備えている。
【００２４】
照明系ＩＯＰは、光源、及び光源に送光光学系を介して接続された照明光学系を含む。照明光学系は、例えば米国特許出願公開第２００３／００２５８９０号明細書などに開示されるように、オプティカルインテグレータ等を含む照度均一化光学系、ビームスプリッタ、レチクルブラインド等（いずれも不図示）を含む。照明系ＩＯＰは、回路パターン等が描かれたレチクルＲ上のレチクルブラインドで規定されたスリット状（Ｘ軸方向（図２における紙面直交方向）に伸びる細長い長方形状）の照明領域を照明光ＩＬによりほぼ均一な照度で照明する。照明光ＩＬとしては、例えばＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）（又はＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ））などが用いられる。
【００２５】
レチクルステージＲＳＴは、照明系ＩＯＰの図２における下方（−Ｚ側）に配置されている。レチクルステージＲＳＴ上には、パターンが形成されたレチクルＲが、例えば真空吸着により固定されている。レチクルステージＲＳＴは、ここでは、リニアモータなどを含むレチクルステージ駆動系２２によって、水平面（ＸＹ平面）内で微小駆動可能であるとともに、走査方向（ここではＹ軸方向とする）に所定のストローク範囲で指定された走査速度で駆動可能となっている。レチクルステージＲＳＴのＸＹ平面内の位置情報（Ｚ軸回りの回転情報を含む）はレチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）１６によって、移動鏡１５を介して、例えば０．２５ｎｍ程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計１６からのレチクルステージＲＳＴの位置情報は主制御装置５０に送られ、該主制御装置５０では、レチクルステージＲＳＴの位置情報に基づいてレチクルステージ駆動系２２を介してレチクルステージＲＳＴを駆動（制御）する。
【００２６】
投影光学系ＰＬは、レチクルステージＲＳＴの図２における下方（−Ｚ側）に配置され、その光軸ＡＸの方向がＺ軸方向とされている。投影光学系ＰＬとしては、例えば、光学素子としてレンズエレメントのみが用いられる、すなわち光軸ＡＸ方向に沿って所定間隔で配置された複数枚のレンズエレメント２７、２９、３０、３１……を含んで構成された、例えば両側テレセントリックな屈折系が用いられている。レンズエレメント２７、２９、３０、３１……は、レンズ鏡筒３２の内部に保持されている。投影光学系ＰＬの投影倍率は、例えば、１／５（あるいは１／４）とされている。このため、照明系ＩＯＰからの照明光ＩＬによってレチクルＲが照明されると、このレチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬを介してその照明光ＩＬの照射領域（照明領域）内のレチクルＲのパターンの縮小像（部分倒立像）が表面にレジスト（感応剤）が塗布されたウエハＷ上の前記照明領域に共役な領域（露光領域）に形成される（レジストにパターンの潜像が形成される）。
【００２７】
露光装置１１０kには、投影光学系ＰＬの結像特性、例えば諸収差を補正するための結像特性補正装置が設けられている。この結像特性補正装置は、大気圧変化、照明光吸収等による投影光学系ＰＬ自体の結像特性の変化を補正すると共に、ウエハＷ上の先行する特定レイヤ（例えば前レイヤ）のショット領域（以下、ショットと略述する）に転写されたパターンの歪みに合わせてレチクルＲのパターンの投影像を歪ませる働きをもつ。投影光学系ＰＬの結像特性としては球面収差（結像位置の収差）、コマ収差（倍率の収差）、非点収差、像面湾曲、歪曲収差（歪み）等があり、結像特性補正装置は、それらの諸収差を補正する機能を有しているが、以下の説明においては、結像特性補正装置は、主として投影像（転写像）の歪み（原理上、倍率の収差も含む）に関する補正のみを行なうものとする。
【００２８】
図２において、投影光学系ＰＬを構成する、レチクルＲに最も近いレンズエレメント２７は支持部材２８に固定され、レンズエレメント２７に続くレンズエレメント２９，３０，３１，…は投影光学系ＰＬのレンズ鏡筒３２に固定されている。支持部材２８は、伸縮自在の複数（ここでは３つ）の駆動素子、例えばピエゾ素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃ（但し、図２では紙面奥側の駆動素子１１ｃは図示せず）を介して投影光学系ＰＬのレンズ鏡筒３２と連結されている。駆動素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃに印加される駆動電圧が結像特性制御部１２によって独立して制御され、これによって、レンズエレメント２７が光軸ＡＸに直交する面に対して任意に傾斜及び光軸ＡＸ方向に移動可能な構成となっている。各駆動素子によるレンズエレメント２７の駆動量は不図示の位置センサにより厳密に測定され、その位置はサーボ制御により目標位置に保たれるようになっている。なお、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸとはレンズエレメント２９等の固定のレンズエレメントの共通の光軸を指すものとする。
【００２９】
なお、上述の説明では、説明の便宜上から、レンズエレメント２７のみが、移動可能であるものとしたが、実際には、投影光学系ＰＬでは、複数枚のレンズエレメント、あるいはレンズ群が、上記レンズエレメント２７と同様に移動可能に構成されている。また、結像特性補正装置では、投影光学系ＰＬを構成する光学素子の一部を駆動して投影像の歪みを補正する構成に加えて、投影光学系ＰＬ内の一部の気密空間内のガス圧を制御（屈折率を調整）することにより投影像の歪みを補正する構成を採用しても良い。
【００３０】
ウエハステージＷＳＴは、投影光学系ＰＬの図２における下方（−Ｚ側）に配置されている。ウエハステージＷＳＴ上には、ウエハホルダ９が搭載されている。ウエハホルダ９上にはウエハＷが真空吸着等により保持されている。
【００３１】
ウエハステージＷＳＴは、リニアモータ等を含むウエハステージ駆動系２４により、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に所定ストロークで駆動されるとともに、Ｚ軸回りの回転方向（θｚ方向）、Ｘ軸回りの回転方向（θｘ方向）及びＹ軸回りの回転方向（θｙ方向）に微小駆動される。従って、ウエハホルダ９は、ウエハステージ駆動系２４により、投影光学系ＰＬの最良結像面に対し、任意方向に傾斜可能で、かつ光軸ＡＸ方向（Ｚ軸方向）に微動が可能で、さらに光軸ＡＸに平行なＺ軸回りに回転可能に構成されている。なお、ウエハステージＷＳＴに代えて、ＸＹ平面内で移動（θｚ方向の回転を含む）可能なステージと、該ステージ上でウエハホルダ９を保持してＺ軸方向、θｘ方向及びθｙ方向に微動可能なテーブルとを用いることとしても良い。
【００３２】
ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内での位置情報（ヨーイング（θｚ方向の回転）情報を含む）及びＸＹ平面に対する傾斜情報（ピッチング（θｘ方向の回転）情報及びローリング（θｙ方向の回転）情報）はウエハレーザ干渉計（以下、ウエハ干渉計と略述する）１８によって、移動鏡１７を介して、例えば０．２５ｎｍ程度の分解能で常時検出されている。ウエハステージＷＳＴの位置情報（又は速度情報）は主制御装置５０に送られ、主制御装置５０では、その位置情報（又は速度情報）に基づいてウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置（θｚ方向の回転を含む）をウエハステージ駆動系２４を介して制御する。
【００３３】
また、ウエハステージＷＳＴの上面には、ウエハＷ表面とほぼ同一高さにその表面が設定された基準マーク板ＦＭが固定されている。基準マーク板ＦＭの表面には、レチクルアライメント用の第１基準マーク及び後述するアライメント系８のベースライン計測用の第２基準マークなどが所定の位置関係で形成されている。
【００３４】
投影光学系ＰＬの側面には、ウエハＷ上の各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）及び基準マーク板ＦＭ上の第２基準マークを検出するためのオフ・アクシス方式のアライメント系８が設けられている。アライメント系８としては、例えば、画像処理方式のＦＩＡ（Field Image Alignment）系が用いられている。なお、ＦＩＡ系に限らず、コヒーレントな検出光を対象マークに照射し、その対象マークから発生する散乱光または回折光を検出する、あるいはその対象マークから発生する２つの回折光（例えば同次数）を干渉させて検出するアライメントセンサを単独であるいは適宜組み合わせて用いることはもちろん可能である。アライメント系８の検出結果は、アライメント信号処理系（不図示）を介して主制御装置５０に送られる。
【００３５】
また、投影光学系ＰＬの下端部の近傍には、前述の露光領域内及びその近傍の複数の検出点におけるウエハＷ表面のＺ軸方向に関する位置情報（面位置情報）を検出する多点焦点位置検出系（１３，１４）が設けられている。多点焦点位置検出系として、例えば米国特許第５，４４８，３３２号明細書等に開示される斜入射方式の検出系が用いられている。多点焦点位置検出系は、投影光学系ＰＬの最良結像面に向けて結像光束を光軸ＡＸに対して斜めに射出する照射光学系１３と、ウエハＷの表面からの反射光束をスリットを介して受光する受光光学系１４と、を含む。多点焦点位置検出系（１３，１４）で検出されるウエハの面位置情報は、主制御装置５０に供給される。主制御装置５０は、供給されたウエハの面位置情報に基づいて、ウエハステージ駆動系２４を介してウエハステージＷＳＴ（ウエハホルダ９）をＺ軸方向及び傾斜方向に駆動して、ウエハＷのフォーカス・レベリング制御を行う。
【００３６】
この他、露光装置１１０kには、レチクルステージＲＳＴの上方に、例えば米国特許第５，６４６，４１３号明細書などに開示されるような一対のレチクルアライメント系（図示省略）が設けられている。レチクルアライメント系は、照明光ＩＬと同じ波長の光を用いたＴＴＲ（Through The Reticle）アライメント系から構成されている。レチクルアライメント系の検出信号は、不図示のアライメント信号処理系を介して主制御装置５０に供給される。
【００３７】
主制御装置５０は、例えば、マイクロコンピュータ（あるいはワークステーション）から構成され、露光装置１１０kの構成各部を統括制御する。また、主制御装置５０は、露光装置１１０kに併設された不図示のコータ・デベロッパ（以下、「Ｃ／Ｄ」と呼ぶ）をも制御する。主制御装置５０は、図１に示されるように、ＬＡＮ１７０に接続され、他の露光装置１１０1〜１１０N（ただし、１１０kを除く）の主制御装置等と通信することができる。
【００３８】
次に、露光装置１１０kにおける露光処理工程の動作について、簡単に説明する。
【００３９】
露光に先立って、主制御装置５０により、不図示のウエハ搬送系を用いたウエハホルダ９上へのウエハＷのロード、レチクルアライメント及びアライメント系８のベースライン計測、及びウエハアライメント（例えばショット内多点ＥＧＡ）などの準備作業が行われる。なお、上記のレチクルアライメント、ベースライン計測等については、前述の米国特許第５，６４６，４１３号明細書などに詳細に開示されている。また、これに続くショット内多点ＥＧＡについては、米国特許第６，８７６，９４６号明細書などに詳細に開示されている。ここで、ショット内多点ＥＧＡとは、ショット内の複数のウエハアライメントマークの位置検出データを用いて例えば上記米国特許第６，８７６，９４６号明細書に開示される最小２乗法を利用した統計学的手法を用いてウエハＷ上の全てのショットの配列座標及び各ショットの倍率（スケーリング）、ローテーション、直交度を含む変形量を求めるアライメント手法（詳細後述）を意味する。
【００４０】
主制御装置５０は、上記のレチクルアライメント及びベースライン計測の結果、並びにウエハアライメントの結果に基づいて、ウエハＷ上の全てのショットに、順次、走査露光によりレチクルＲのパターンを転写する。
【００４１】
ウエハＷ上の各ショットに対する走査露光では、主制御装置５０は、レチクル干渉計１６及びウエハ干渉計１８からの位置情報をモニタしつつ、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとをそれぞれの走査開始位置（加速開始位置）に移動させる。そして、主制御装置５０は、両ステージＲＳＴ，ＷＳＴをＹ軸方向に、ただし互いに逆向きに、相対駆動する。ここで、両ステージＲＳＴ，ＷＳＴがそれぞれの目標速度に達すると、照明光ＩＬによってレチクルＲのパターン領域が照明され始め、走査露光が開始される。
【００４２】
主制御装置５０は、特に上記の走査露光時にレチクルステージＲＳＴのＹ軸方向の移動速度ＶｒとウエハステージＷＳＴのＹ軸方向の移動速度Ｖｗとが投影光学系ＰＬの投影倍率に応じた速度比に維持されるようにレチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴを同期制御する。このとき、主制御装置５０は、両ステージＲＳＴ，ＷＳＴの同期駆動を調整し、あるいは結像特性補正装置を介してレンズエレメント２７を駆動して、レチクルＲのパターンのウエハＷ上への投影像の歪みを補正する。ここで、両ステージＲＳＴ，ＷＳＴの同期駆動の調整とは、レチクルステージ駆動系２２とウエハステージ駆動系２４とを介して走査露光時におけるレチクルＲ（レチクルステージＲＳＴ）とウエハＷ（ウエハステージＷＳＴ）との走査方向の速度比を調整すること、及び両ステージＲＳＴ，ＷＳＴの走査方向を僅かにずらすことを含む。前者によれば、投影像の走査方向についての倍率を補正することができ、後者によれば、投影像を歪ませることができる。
【００４３】
そして、レチクルＲのパターン領域の異なる領域が照明光ＩＬで逐次照明され、パターン領域全面に対する照明が完了することにより、ウエハＷ上の第１ショットの走査露光が終了する。これにより、レチクルＲの回路パターンが投影光学系ＰＬを介して第１ショットに縮小転写される。
【００４４】
第１ショットに対する走査露光が終了すると、主制御装置５０は、ウエハステージＷＳＴを、次の第２ショットに対する走査開始位置（加速開始位置）へ移動（ステッッピング）させる。そして、先と同様に、第２ショットに対する走査露光を行う。以後、第３ショット以降についても同様の動作を行う。このようにして、ショット間のステッピング動作とショットに対する走査露光動作とが繰り返され、ステップ・アンド・キャン方式でウエハＷ上の全てのショットにレチクルＲのパターンが転写される。
【００４５】
他の露光装置のうち、走査型露光装置である投影露光装置は、上記投影露光装置１１０ｋと同様に構成されている。また、静止型露光装置から成る投影露光装置は、基本的には、図２の投影露光装置１１０ｋと同様に構成される。但し、これらの静止型露光装置では、それぞれのレチクルステージがＸＹ平面内でＸ、Ｙ及びθｚ方向に微少駆動のみ可能に構成されている点、及び投影光学系ＰＬの円形視野内での照明光ＩＬの照射領域（前述の照明領域や露光領域に対応）が図２の走査型露光装置に比べて大きく、例えば走査型露光装置の走査露光範囲と同程度の大きさを持つ点が異なる。これは、これらの投影露光装置では、ウエハステージ及びレチクルステージを共に静止させた状態で露光が行われるためである。
【００４６】
図１に戻り、測定装置１３０は、上述のようにウエハ上に形成されたパターンの重ね合わせ状態を測定する。測定装置１３０は、前述のアライメント計測（ＥＧＡ）と同様に、パターンとともにウエハ上に形成されたアライメントマークを検出する。それにより、異なるレイヤに形成されたマーク間の相対位置（位置ずれ）が、重ね合わせ誤差として求められる。結果は、ホスト１６０に供給される。なお、測定装置１３０は、現工程レイヤに対する露光に先立って元工程レイヤに形成されたパターンの重ね合わせ状態を解析する場合等に使用される。
【００４７】
露光装置１１０1〜１１０Nのそれぞれが備える主制御装置及び測定装置１３０は、ＬＡＮ１７０に接続され、ＬＡＮ１７０及びターミナルサーバ１５０を介して、ホスト１６０と通信を行う。ここで、ターミナルサーバ１５０は、ＬＡＮ１７０とホスト１６０との間の通信プロトコルの相違を吸収するためのゲートウエイプロセッサとして構成される。ターミナルサーバ１５０の機能によって、ホスト１６０と、ＬＡＮ１７０に接続された露光装置１１０1〜１１０N及び測定装置１３０との間の通信が可能となる。
【００４８】
ホスト１６０は、リソグラフィシステム１００を統括的に管理する大型のコンピュータである。ホスト１６０は、各露光装置１１０1〜１１０Nから定期的に送られてくる露光履歴（例えば、各露光装置により処理されたウエハのロット名、プロセスプログラム名、及び処理時刻等）、及び各露光装置１１０1〜１１０Nの投影像の歪みに関する情報等を、記憶装置１４０に記憶する。ホスト１６０は、露光履歴に基づいて、全てのウエハ（ロット）の露光工程（を含む全デバイス加工工程）における全露光装置の稼動をスケジューリングする。
【００４９】
また、ホスト１６０は、露光装置１１０1〜１１０Nにおいて露光に先立って行われるウエハアライメント（ＥＧＡ）の結果、測定装置１３０により測定される重ね合わせ誤差の結果等を用いて、露光の際に重ね合わせ誤差を解消するための補正情報を作成し、作成された補正情報を記憶装置１４０に記憶する。そして、ホスト１６０は、露光装置１１０kに対してウエハの露光を指示する際には、記憶装置１４０から必要な補正情報を読み出し、露光装置１１０kに送信する。補正情報の作成ついては、後述する。
【００５０】
また、ホスト１６０には、マンマシンインタフェースである表示ディスプレイ、キーボード、及びマウス等の入出力装置１６１が備えられている。入出力装置１６１を介して、オペレータが、上述の補正パラメータを入力することもできる。
【００５１】
ＬＡＮ１７０には、バス型ＬＡＮ及びリング型ＬＡＮのいずれも採用可能であるが、本実施形態では、ＩＥＥＥ８０２規格のキャリア敏感型媒体アクセス／競合検出（ＣＳＭＡ／ＣＤ）方式のバス型ＬＡＮが採用されている。
【００５２】
本実施形態のリソグラフィシステム１００において、特に半導体デバイスを製造する場合には、ウエハ上に数十層ものパターンが重ね形成されるため、各層間でのパターンの高い重ね合わせ精度（位置合わせ精度）が要求される。そこで、露光装置１１０kは、ホスト１６０から露光の指示とともに送信される補正情報に従って、両ステージＲＳＴ，ＷＳＴの同期駆動を調整する、また結像特性補正装置を用いてパターンの投影像の歪みを補正して、露光処理を実行する。
【００５３】
ここで、ホスト１６０から送信される補正情報は、前述の通り、露光に先立って行われる露光装置１１０1〜１１０Nによるウエハアライメント（ショット内多点ＥＧＡ）、測定装置１３０による重ね合わせ誤差の測定等の結果に基づいて、作成される。ここで、ショット内多点ＥＧＡにおいては、パターンが転写される個々のショット内のウエハの歪み（ショット内誤差）に対しては、補正可能な線形成分のみが考慮される。これに対し、非線形成分は、従前は、ロット毎（１ロットはウエハ２５又は５０枚）に考慮されていた。
【００５４】
しかし、異なる露光装置（号機）間のステージグリッド誤差、露光装置毎のウエハ吸着機構の違い、ウエハ毎のステージ吸着状態の違い、Ｃ／Ｄから露光装置に搬送される間のウエハの温度の変化、レチクルの熱膨張等により、ロット処理中にウエハの歪み（ショット内誤差）の非線形成分が変化し、それにより重ね精度が悪化する恐れがある。
【００５５】
図３（Ａ）〜図３（Ｊ）には、代表的なショット内誤差の成分が示されている。ここで、ｄｘ，ｄｙは、それぞれ、Ｘ軸方向及びＹ軸方向についてのショット内誤差である。図３（Ａ）にはいわゆるオフセット成分（ｄｘ＝Ｋ１，ｄｙ＝Ｋ２）が、図３（Ｂ）には倍率成分（ｄｘ＝Ｋ３ｘ，ｄｙ＝Ｋ４ｙ）が、図３（Ｃ）には菱形成分（ｄｘ＝Ｋ５ｙ，ｄｙ＝Ｋ６ｘ）が、図３（Ｄ）には偏芯倍率成分（ｄｘ＝Ｋ７ｘ２，ｄｙ＝Ｋ８ｙ２）が、図３（Ｅ）には台形成分（ｄｘ＝Ｋ９ｘｙ，ｄｙ＝Ｋ１０ｘｙ）が、図３（Ｆ）には扇型成分（ｄｘ＝Ｋ１１ｙ２，ｄｙ＝Ｋ１２ｘ２）が、図３（Ｇ）にはＣ字倍率成分（ｄｘ＝Ｋ１３ｙ３，ｄｙ＝Ｋ１４ｘ３）が、図３（Ｈ）にはアコーディオン成分（ｄｘ＝Ｋ１５ｘ２ｙ，ｄｙ＝Ｋ１６ｘｙ２）が、図３（Ｉ）にはＣ字歪成分（ｄｘ＝Ｋ１７ｘｙ２，ｄｙ＝Ｋ１８ｘ２ｙ）が、図３（Ｊ）には川の流れ成分（ｄｘ＝Ｋ１９ｙ３，ｄｙ＝Ｋ２０ｘ３）が、それぞれ示されている。図３（Ｄ）〜図３（Ｊ）に示される成分が、上述の非線形成分である。
【００５６】
そこで、ショット内多点ＥＧＡにおけるマーク計測結果に基づく露光の際に、ショット内誤差の非線形成分も考慮する必要がある。ここで、非線形成分を精度良く考慮するためには、ショット内の計測点を増やす、すなわちより多くのアライメントマークを付与して、その計測を行う必要がある。しかし、ショット内誤差の非線形成分を補正するために、ロット処理中に、ウエハ毎（さらにはショット毎）に多くのアライメントマークの計測を行うことは、スループットを極端に低下させてしてしまうので、そのまま採用することはできない。
【００５７】
そこで、本実施形態では、以下に説明する方法により、スループットを低下させることなく、ウエハ毎、さらにはショット毎にショット内誤差の非線形成分を補正すること、それにより高い重ね合わせ精度を確保することとしている。
【００５８】
本実施形態のリソグラフィシステム１００では、露光装置１１０kによるウエハの処理に先立って、事前計測が行われる。事前計測では、ショット内誤差の非線形成分を補正するための補正情報（非線形誤差補正情報）が、少なくとも１組、作成される。
【００５９】
事前計測では、まず、ホスト１６０（又はオペレータ）からの指示に応じ、測定装置１３０により、露光対象のウエハ（ロット内ウエハ）に対するウエハアライメント（ショット内多点ＥＧＡ）のためのアライメントマーク（ウエハマーク）の計測が行われる。なお、ショット内多点ＥＧＡの詳細は、米国特許第６，８７６，９４６号明細書などに開示されている。
【００６０】
図４には、ウエハＷ上に配列された複数のショットが示されている。これらのショットの全て、若しくは一部について、ショット内多点ＥＧＡのためのアライメントマーク（ウエハマーク）の計測が行われる。なお、一部のショットについてのみアライメントマーク（ウエハマーク）の計測が行われる場合、少なくとも図４中に示されているショット（後述するラフ計測対象ショット）Ｓａ１，Ｓａ２，Ｓｂ１，Ｓｂ２，Ｓｃ１，Ｓｃ２，Ｓｄ１，Ｓｄ２を含むものとする。なお、ショット内多点ＥＧＡのためのアライメントマーク（ウエハマーク）の計測が行われるショットを、サンプルショットと呼ぶ。
【００６１】
事前計測では、サンプルショットについて、図５（Ａ）に示されるような配置で、各ショット内に付与された複数のアライメントマークＭｉｊ（ｉ，ｊ＝１〜８）が検出される。なお、本実施形態では、ショットは正方形状とする。ショット内には、Ｘ軸方向に関して８個、Ｙ軸方向に関して８個、計６４個のアライメントマークＭｉｊ（ｉ，ｊ＝１〜８）が付与されている。それらのＸ軸方向及びＹ軸方向に関する間隔はΔＤである。なお、検出点（アライメントマーク）は、ショット内に均等に配置するのが望ましいが、必ずしもこれに限定されるものではない。測定装置１３０により、ウエハ座標系（あるいはステージ座標系）上でのアライメントマークＭｉｊ（ｉ，ｊ＝１〜８）の位置（Ｘ位置、Ｙ位置）ξｉｊ，ζｉｊが検出される。検出結果は、ホスト１６０に転送される。
【００６２】
ホスト１６０は、アライメントマークＭｉｊ（ｉ，ｊ＝１〜８）の検出結果ξｉｊ，ζｉｊを用いて、ショット内誤差の非線形成分を補正するための非線形誤差補正情報（単に補正情報とも呼ぶ）を作成する。
【００６３】
作成に先立って、補正情報を作成するためのモデル（補正モデル）、例えば、ＥＧＡ計算モデル及びショット高次補正モデル（次数と係数の組とについての条件を含む）が指定される。ＥＧＡ計算モデルとして、次式（１）により与えられる６パラメータ線形モデル、次式（２）により与えられる１０パラメータ線形モデル、ショット内平均化モデル等を採用する。
【００６４】
【数１】
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ここで、（Ｘ，Ｙ）はアライメントマークの実際の位置（検出位置）、（ｘ，ｙ）はアライメントマークの設計上の位置、（ｘｃ，ｙｃ）はショット中心の設計上の位置、（Ｏｘ，Ｏｙ）はウエハオフセット、Θはウエハローテーション、（Γｘ，Γｙ）はウエハスケーリング、Ωはウエハ直交度、（γｘ，γｙ）はショットスケーリング、θはショットローテーション、ωはショット内直交度である。これらのパラメータを、アライメント補正パラメータと総称する。なお、ショット内に付与されるアライメントマークの数（検出点の数）に応じて、指定できるモデルが限定される。ショット高次補正モデルについては後述する。
【００６５】
ホスト１６０は、指定された計算モデルを適用して、検出結果ξｉｊ，ζｉｊ（ｉ，ｊ＝１〜８）からウエハ成分（ショット配列誤差）を取り除く。まず、ホスト１６０は、検出結果ξｉｊ，ζｉｊを用いて、アライメント残留誤差ε＝Σｉｊ＝１〜８（（ξｉｊ−Ｘｉｊ）２＋（ζｉｊ−Ｙｉｊ）２）が最小となるように、最小自乗法を適用して、モデル内のアライメント補正パラメータを決定する。ここで、Ｘｉｊ，Ｙｉｊは、計算モデルを適用して変換されたアライメントメークＭｉｊ（ｉ，ｊ＝１〜８）の設計上の位置ｘｉｊ，ｙｉｊ（ｉ，ｊ＝１〜８）である。すなわち、例えば、式（１）又は式（２）の右辺のｘ，ｙに設計上の位置ｘｉｊ，ｙｉｊを代入して得られる左辺のＸ，Ｙである。なお、設計上の位置ｘｉｊ，ｙｉｊは、予め求められているものとする。
【００６６】
ホスト１６０は、決定されたアライメント補正パラメータを用いて、検出結果ξｉｊ，ζｉｊ（ｉ，ｊ＝１〜８）からウエハ成分（ショット配列誤差）を取り除いて、残留誤差（すなわちショット内誤差）ｄξｉｊ＝ξｉｊ−Ｘ’ｉｊ，ｄζｉｊ＝ζｉｊ−Ｙ’ｉｊ（ｉ，ｊ＝１〜８）を求める。ここで、Ｘ’ｉｊ，Ｙ’ｉｊは、計算モデル、例えば式（１）又は式（２）を適用して変換されたアライメントマークＭｉｊ（ｉ，ｊ＝１〜８）の設計上の位置ｘｉｊ，ｙｉｊ（ｉ，ｊ＝１〜８）である。ただし、計算モデルには、上で求められたアライメント補正パラメータが代入される。このようにして求められるショット内誤差ｄξｉｊ，ｄζｉｊには、非線形成分のみが含まれる。
【００６７】
なお、ウエハ成分（ショット配列誤差）に高次成分が含まれる場合、同様に取り除く。高次成分の取扱の詳細は、例えば、米国特許出願公開２００６／００４０１９１号明細書に開示されている。
【００６８】
ホスト１６０は、全てのサンプルショット内のアライメントマークＭｉｊについて、ショット内誤差ｄξｉｊ，ｄζｉｊを求める。そして、マークＭｉｊ毎に、ショット内誤差ｄξｉｊ，ｄζｉｊを平均する。ここで、跳びデータ（他と極端に値の異なるデータ）は除かれる。以下では、平均されたショット内誤差を、特に混同のおそれがない限り、ショット内誤差ｄξｉｊ，ｄζｉｊと呼ぶ。
【００６９】
ホスト１６０は、先に指定されたショット高次補正モデル（次数と係数の組とについての条件を含む）を適用して、上で求められたショット内誤差ｄξｉｊ，ｄζｉｊ（ｉ，ｊ＝１〜８）からショット内高次補正係数（単に係数とも呼ぶ）を求める。ここで、ショット高次補正モデルは、例えば、次のようなアライメントマーク（検出点）の位置Ｘ，Ｙの２変数多項式として与えられる。
【００７０】
ｄｘ＝Ｋ１＋Ｋ５Ｙ＋Ｋ１１Ｙ２＋Ｋ１９Ｙ３＋Ｋ２９Ｙ４＋Ｋ４１Ｙ５＋Ｋ５５Ｙ６    …（３）
ｄｙ＝Ｋ２＋Ｋ４Ｙ＋Ｋ６Ｘ＋Ｋ８Ｙ２＋Ｋ１０ＸＹ＋Ｋ１４Ｙ３＋Ｋ１６ＸＹ２
＋Ｋ２２Ｙ４＋Ｋ２４ＸＹ３＋Ｋ３２Ｙ５＋Ｋ３４ＸＹ４＋Ｋ４４Ｙ６＋Ｋ４６ＸＹ５  …（４）
ここで、多項式の次数と含まれる係数の組が、補正モデルの条件として指定される。例えば、上の例の場合、次数６、係数の組Ｋ１，Ｋ２，Ｋ４，Ｋ５，Ｋ６，Ｋ８，Ｋ１０，Ｋ１１，Ｋ１４，Ｋ１６，Ｋ１９，Ｋ２２，Ｋ２４，Ｋ２９，Ｋ３２，Ｋ３４，Ｋ４１，Ｋ４４，Ｋ４６，Ｋ５５と指定される。
【００７１】
ショット高次補正モデル、特に、係数の組についての条件を指定する際、高次係数を安定に算出するために、相関の強い項を除く（対応する係数を零に固定する）と良い。例えば、式（４）のように、３次項に対して、Ｘ２Ｙ項とＸ３項を除く。なお、露光装置１１０kの機能の制限より補正できない項は、前もって除かれているものとする。
【００７２】
ホスト１６０は、ショット内誤差ｄξｉｊ，ｄζｉｊを用いて、自乗誤差Ｅ＝Σｉｊ＝１〜８Ｗｉｊ（（ｄξｉｊ−ｄｘｉｊ）２＋（ｄζｉｊ−ｄｙｉｊ）２）が最小となるように、最小自乗法を適用して、ショット内高次補正係数を決定する。ここで、Ｗｉｊは、検出点ｉｊについての重みである。また、ｄｘｉｊ，ｄｙｉｊは、ショット内のアライメントマーク（検出点）Ｍｉｊ（ｉ，ｊ＝１〜８）の位置Ｘｉｊ，Ｙｉｊをショット高次補正モデル、例えば式（３）及び式（４）、に代入することにより得られる。
【００７３】
ホスト１６０は、上述の手順に従って、検出結果ξｉｊ，ζｉｊ（ｉ，ｊ＝１〜８）から、指定された補正モデル（ＥＧＡ計算モデル及びショット高次補正モデル（次数と係数の組とについての条件を含む））毎に、ショット内高次補正係数を決定する。決定したショット内高次補正係数を、指定された補正モデルに対応付けて、記憶装置１４０に記録する（登録する）。
【００７４】
なお、１つの補正モデルに対応する係数の組を、非線形誤差補正情報（あるいは、単に補正情報）と呼ぶ。補正モデルは、１つに限らず、複数指定し、それに対応して補正情報も複数作成する。複数の補正モデルのそれぞれについて作成された補正情報のうち、最も小さい自乗誤差Ｅを与える補正情報を、最良補正情報として、記憶装置１４０にさらに記録する（登録する）。これにより、事前計測が終了する。
【００７５】
なお、ショット内誤差には、ロット処理条件（プロセス条件）に応じて一定の傾向が見られることが多い。そこで、事前計測は、ロット毎に行うと良い。
【００７６】
露光装置１１０kによるウエハの処理（ロット処理）では、上の事前計測において作成（登録）された補正情報を利用して、露光の際のレチクルパターンに対するウエハの位置合わせ等が行われる。
【００７７】
次に、露光装置１１０ｋにおける１ロットのウエハのアライメント及び露光等を含む一連の処理について、主制御装置５０（内ＣＰＵ）の処理アルゴリズムを簡略化して示す、図６のフローチャートに沿って、かつ適宜他の図面を参照しつつ説明する。
【００７８】
まず、ステップ５０２において、主制御装置５０は、ＥＧＡ計測のサンプルショット（ＥＧＡ計測ショット）及びＥＧＡ計算モデルが指定されるのを待つ。本実施形態では、ＥＧＡ計測ショットとして、図４に示される８個のショットＳａ１，Ｓａ２，Ｓｂ１，Ｓｂ２，Ｓｃ１，Ｓｃ２，Ｓｄ１，Ｓｄ２が選ばれる。ＥＧＡ計算モデルとしては、前述の６パラメータ線形モデル、１０パラメータ線形モデル、ショット内平均化モデル等のうちの１つが指定される。なお、ここで指定されるモデルは、必ず、ショット内誤差に対して零次（補正なし）又は１次（線形）の補正モデルであるとする。
【００７９】
オペレータによって、ＥＧＡ計測ショット及びＥＧＡ計算モデルが指定されると、次のステップ５０４に進み、主制御装置５０は、ショット内高次補正最適化用のラフ計測対象ショット、該対象ショット内の検出点の数及び配置、及びショット高次補正モデル（次数と係数の組とについての条件を含む）が指定されるのを待つ。ここでは、一例として、ラフ計測対象ショットとして、ＥＧＡ計測ショットと同じショットＳａ１，Ｓａ２，Ｓｂ１，Ｓｂ２，Ｓｃ１，Ｓｃ２，Ｓｄ１，Ｓｄ２が選ばれるものとする。なお、スループット向上の観点からは、ラフ計測対象ショットの中に、ＥＧＡ計測ショットが含まれるように選ぶと良い。ショット高次補正モデルとして、例えば、前述の式（３）及び式（４）が指定される。ここで、次数と係数の組についての条件は、検出点の数によって制限される。なお、ショット高次補正モデル（次数と係数の組とについての条件を含む）は、複数指定できるようになっている。
【００８０】
本実施形態では、前述した事前計測などでは、例えば図５（Ａ）に示されように、ショット内の６４個のアライメントマークが検出されるのに対し、ロット処理中におけるショット内多点計測（ショット内ラフ計測）では、可能な限り少ない数のアライメントマークが検出される。例えば、図５（Ｂ）に示されるように、Ｘ軸方向に関して４個、Ｙ軸方向に関して４個、合計１６個のアライメントマークｍｉｊ（ｉ，ｊ＝１〜４）が検出される。ここで、それらのアライメントマークのＸ軸方向及びＹ軸方向に関する間隔Δｄは、先の事前計測において使用されたアライメントマークＭｉｊ（ｉ，ｊ＝１〜８）の間隔ΔＤに対して、十分大きい（Δｄ≫ΔＤ）。なお、検出点（アライメントマーク）は、ショット内に均等に配置するのが望ましい。また、アライメントマークＭｉｊ（ｉ，ｊ＝１〜８）の一部が、ロット処理中におけるショット内多点ＥＧＡのサンプルマークｍｉｊとして選ばれるものとする。ただし、必ずしもこのようにする必要はない。
【００８１】
前述のようにロット処理中にショット内誤差が変化する場合、オペレータは、ウエハ毎又はショット毎のショット内誤差の傾向の変化に応じて、ウエハ毎、複数ショット毎、又はショット毎に、ショット内高次補正最適化用のラフ計測対象ショットと該ラフ計測対象ショット内の検出点の数及び配置を指定することとする。なお、主制御装置５０が、これらを自動指定するようにすることも可能である。
【００８２】
ラフ計測対象ショット、該対象ショット内の検出点の数及び配置、及びショット高次補正モデル（次数と係数の組とについての条件を含む）が、オペレータによって指定されると、主制御装置５０は、次のステップ５０６に進み、ショット内高次補正最適化機能が有効（オン）か否（オフ）かを判断する。そして、このステップ５０６における判断が肯定された場合、すなわちショット内高次補正最適化機能がオンの場合、ステップ５０８の高次補正最適化計測処理のサブルーチンに移行する。
【００８３】
このステップ５０８のサブルーチンでは、図７に示されるように、主制御装置５０は、まず、ステップ６０２において、処理対象のショットが、ラフ計測対象ショットであるか否かを判断する。そして、このステップ６０２における判断が否定されると、主制御装置５０は、ステップ６１０で処理対象のショットが、ＥＧＡのサンプルショットであるか否かを判断する。そして、この判断が肯定された場合には、主制御装置５０は、ステップ６１２でそのサンプルショットに付設されたサンプルマークを計測した後、ステップ６１４に移行する。ここで、ステップ６１２においては、先にステップ５０２で指定されたＥＧＡ計算モデルに対応したサンプルマークが計測される。ここで、マークの計測とは、主制御装置５０が、アライメント系８を用いてマークの指標中心に対する位置を検出するとともに、その検出結果と検出時のウエハ干渉計１８の計測値とに基づいて、所定の基準座標系（例えばステージ座標系）におけるマークの位置座標を求めることを意味する。
【００８４】
一方、ステップ６１０における判断が否定された場合、すなわち処理対象のショットが、ＥＧＡのサンプルショットでなかった場合、主制御装置５０は、直ちにステップ６１４に移行する。
【００８５】
この一方、ステップ６０２における判断が肯定された場合、主制御装置５０は、ステップ６０４で処理対象のショットが、ＥＧＡのサンプルショットであるか否かを判断する。そして、この判断が肯定された場合には、主制御装置５０は、そのラフ計測対象ショットかつＥＧＡのサンプルショットに付設された、全てのラフ計測対象マーク及びサンプルマーク（ここでは、例えば図５（Ｂ）に示される１６個のラフ計測対象マーク（そのうちの少なくとも一部がＥＧＡのサンプルマークを兼ねている））の計測を実行した後、ステップ６１４に移行する。なお、ラフ計測対象マークとは別にサンプルマークがある場合には、ステップ６０４では、主制御装置５０は、ラフ計測対象マークとサンプルマークとの計測を実行する。
【００８６】
一方、ステップ６０４における判断が否定された場合には、主制御装置５０は、ステップ６０８でそのラフ計測対象ショットに付設された、全てのラフ計測対象マークの計測を実行した後、ステップ６１４に移行する。
【００８７】
ステップ６１４では、主制御装置５０は、全ての計測対象のショットについてのマークの計測が終了したか否かを判断し、この判断が否定された場合には、ステップ６０２に戻る。
【００８８】
そして、全ての計測対象のショットについてのマークの計測が終了すると、主制御装置６１４は、マーク計測処理を終了して、ステップ６１６に進む。ステップ６１６において、主制御装置５０は、全てのサンプルマークの位置情報の計測結果を用いて、先にステップ５０２で指定されたＥＧＡ計算モデルに基づいた演算を行い、処理対象のウエハ上の全てのショットの配列（ウエハパラメータ）、又は全てのショットの配列（ウエハパラメータ）及びショットパラメータを求める。
【００８９】
次に、主制御装置５０は、ステップ６１８において、各ラフ計測の対象ショットについて、全てのラフ計測対象マークの計測結果から、先と同様に、ショット内誤差ｄξｉｊ，ｄζｉｊを求め、求められたショット内誤差（非線形誤差）の傾向に基づいて、事前計測において登録された複数の非線形誤差補正情報の中から最小の自乗誤差Ｅを与える補正情報を選択し、ホスト１６０から取り寄せる。なお、自乗誤差Ｅの算出は、前述の通りである。ここで、ショット内の位置に応じて要求される重ね合わせ精度が異なる場合、検出点ｉｊ毎に異なる重みＷｉｊを与えて、自乗誤差Ｅを求めると良い。
【００９０】
ステップ６１８の処理が終了すると、サブルーチンの処理を終了して、図６のメインルーチンのステップ５１４にリターンする。
【００９１】
この一方、ステップ５０６における判断が否定された場合、すなわちショット内高次補正最適化機能がオフの場合は、主制御装置５０は、ステップ５１０の通常ＥＧＡ計測のサブルーチンの処理を行った後、ステップ５１４に移行する。ここで、ステップ５１０のサブルーチンでは、ＥＧＡのサンプルマークの計測及びその計測結果に基づくＥＧＡ演算が行われ、前述のアライメント補正パラメータが求められるが、公知であるから、詳細説明は省略する。
【００９２】
ステップ５１４では、主制御装置５０は、ＥＧＡ結果に、ショット内高次補正係数を適用して、処理対象のショットを露光する。ここで、ステップ５０６のショット内高次補正最適化機能がオフの場合には、このステップ５１４では、主制御装置５０は、ステップ５０２において指定されたＥＧＡ計算モデルにステップ５１０において求められた線形補正情報（前述のアライメント補正パラメータ）を適用し、ステップ５０４において指定されたショット高次補正モデル（次数と使用する補正項）に、ホストから取り寄せたショット内高次補正情報の中の最良補正情報（事前計測において登録された情報）を適用する。これらのＥＧＡ計算モデルとショット高次補正モデルとに基づいて、ウエハ上の処理対象のショットのステージ座標系上での位置座標を算出する。ここで、前述の通り、ＥＧＡ計算モデルを適用することによりショット配列誤差及びショット内誤差の線形成分が補正され、ショット高次補正モデルを適用することによりショット内誤差の非線形成分が補正される。この算出結果とレチクルアライメント及びベースライン計測の結果とに基づいて、結像特性補正装置を介してレンズエレメント２７を駆動しつつ、且つ、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴの同期駆動を微小補正しつつ、前述の走査露光を実行する。そして、ウエハＷ上の全ショットに、順次、レチクルＲのパターンを転写する。なお、投影像の歪みを補正するためのレンズエレメントの駆動の詳細は、例えば米国特許第５,１１７,２５５号明細書などに、投影像の歪みを補正するためのステージ駆動の詳細は、例えば米国特許第６，２３５，４３８号明細書などに、開示されている。
【００９３】
一方、ショット内高次補正最適化機能がオンの場合にも、上記と同様の手順でその処理対象のショットの露光が行われる。ただし、主制御装置５０は、ステップ５１４において、ウエハ上の処理対象のショットのステージ座標系上での位置座標の算出に際して、ステップ５０２において指定されたＥＧＡ計算モデルに、ステップ６１６において求められた線形補正情報（前述のアライメント補正パラメータ）を適用し、ステップ５０４において指定されたショット高次補正モデルにステップ６１８において選択した補正情報を適用する。
【００９４】
そして、ウエハ上の全てのショットに対する露光が終了すると、ステップ５１６に移行する。ステップ５１６では、主制御装置５０は、ロット内の全てのウエハの露光が終了した否かを判断し、この判断が否定された場合には、ステップ５０６に戻り、ステップ５０６以下の処理を繰り返す。一方、ロット内の全てのウエハの露光が終了すると、ステップ５１６の判断が肯定され、本ルーチンの一連の処理を終了する。
【００９５】
なお、ステップ６１８において、ウエハ上の領域によってショット内誤差の傾向が異なる場合、例えば図４に示される領域Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄ毎に傾向が異なる場合、領域ごとに最適な補正情報を選択すると良い。この場合、ステップ５０４において、ラフ計測対象ショットとして、領域Ｓａに対してショットＳａ１，Ｓａ２、領域Ｓｂに対してショットＳｂ１，Ｓｂ２、領域Ｓｃに対してショットＳｃ１，Ｓｃ２、領域Ｓｄに対してショットＳｄ１，Ｓｄ２を指定する。さらにショット毎にショット内誤差の傾向が異なる場合、個々の領域内に１つのショットのみを含めて、領域を定義することになる。
【００９６】
以上詳細に説明したように、本実施形態のリソグラフィシステム１００によると、ホスト１６０が、予め、測定装置１３０を用いて、ウエハ上の複数のショットに付設された多くのアライメントマークを検出し、その検出結果に基づいてウエハの歪みの非線形成分を精密に記述するモデル（に対する条件）を複数決定する。そして、露光装置１１０kによるウエハ処理（ロット処理）時には、露光装置１１０kが備える主制御装置５０が、少ない数のアライメントマークを検出し、その検出結果に基づいて、ウエハ上の複数のショットの配列を求めるとともに予め決定しておいた複数のモデル（に対する条件）のうちの１つを選択し、求められた配列と選択されたモデルとを用いて複数のショットにレチクルのパターンを位置合わせする。これにより、スループットを殆ど低下させることなく、パターンを各ショットに高精度に位置合わせし、転写することが可能となる。
【００９７】
なお、上述の実施形態では、ホスト１６０によって事前計測が行われ、露光装置１１０kが備える主制御装置５０によってロット処理時のウエハアライメント等が行われ、ホスト１６０及び主制御装置５０によって本発明のアライメント方法が実行される場合について説明した。しかし、これに限らず、ウエハ上の複数のショット領域のそれぞれについて高精度な位置合わせが必要な装置を含むシステムであれば、本発明のアライメント方法は適用可能である。また、ホスト１６０が実行する処理を、主制御装置５０が実行するようにしても良い。
【００９８】
また、上述の実施形態では、グローバル・アライメント方式のウエハアライメントに対して本発明のアライメント方法を適用した。それに限らず、ダイ・バイ・ダイ（Ｄ／Ｄ）アライメント方式のウエハアライメントに対して適用することも可能である。
【００９９】
また、上述の実施形態では、本発明が、液体（水）を介さずにウエハＷの露光を行うドライタイプの露光装置に適用された場合について説明したが、これに限らず、例えば国際公開第９９／４９５０４号、欧州特許出願公開第１,４２０,２９８号明細書、国際公開第２００４／０５５８０３号、米国特許第６,９５２,２５３号明細書などに開示されているように、投影光学系とウエハとの間に照明光の光路を含む液浸空間を形成し、投影光学系及び液浸空間の液体を介して照明光でウエハを露光する液浸露光装置にも本発明を適用することができる。液浸露光装置では、液浸液の温度変化も、ロット処理中におけるウエハの歪み（ショット内誤差）の非線形成分の変動の要因となるので、本発明のアライメント方法及び露光方法を適用することにより、液浸液の温度変化に起因するウエハの歪み（ショット内誤差）の非線形成分をも補正することが可能となる。
【０１００】
また、上記実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式等の走査型露光装置に本発明が適用された場合について説明したが、これに限らず、ステッパなどの静止型露光装置に本発明を適用しても良い。また、ショットとショットとを合成するステップ・アンド・スティッチ方式の縮小投影露光装置、プロキシミティー方式の露光装置、又はミラープロジェクション・アライナーなどにも本発明は適用することができる。さらに、例えば米国特許第６，５９０，６３４号明細書、米国特許第５，９６９，４４１号明細書、米国特許第６，２０８，４０７号明細書などに開示されているように、複数のウエハステージを備えたマルチステージ型の露光装置にも本発明を適用できる。また、例えば米国特許出願公開第２００７/０１２７００６号明細書などに開示されているように、ウエハステージとは別に、計測部材（例えば、基準マーク、及び／又はセンサなど）を含む計測ステージを備える露光装置にも本発明は適用が可能である。
【０１０１】
また、上記実施形態の露光装置における投影光学系は縮小系のみならず等倍及び拡大系のいずれでも良いし、投影光学系ＰＬは屈折系のみならず、反射系及び反射屈折系のいずれでも良いし、その投影像は倒立像及び正立像のいずれでも良い。また、前述の照明領域及び露光領域はその形状が矩形であるものとしたが、これに限らず、例えば円弧、台形、あるいは平行四辺形などでも良い。
【０１０２】
なお、上記実施形態の露光装置の光源は、ＡｒＦエキシマレーザに限らず、ＫｒＦエキシマレーザ（出力波長２４８ｎｍ）、Ｆ2レーザ（出力波長１５７ｎｍ）、Ａｒ2レーザ（出力波長１２６ｎｍ）、Ｋｒ2レーザ（出力波長１４６ｎｍ）などのパルスレーザ光源、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）などの輝線を発する超高圧水銀ランプなどを用いることも可能である。また、ＹＡＧレーザの高調波発生装置などを用いることもできる。この他、例えば米国特許７,０２３,６１０号明細書に開示されているように、真空紫外光としてＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（又はエルビウムとイッテルビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。
【０１０３】
また、上記実施形態では、露光装置の照明光ＩＬとしては波長１００ｎｍ以上の光に限らず、波長１００ｎｍ未満の光を用いても良いことはいうまでもない。例えば、近年、７０ｎｍ以下のパターンを露光するために、ＳＯＲやプラズマレーザを光源として、軟Ｘ線領域（例えば５〜１５ｎｍの波長域）のＥＵＶ（Extreme Ultraviolet）光を発生させるとともに、その露光波長（例えば１３．５ｎｍ）の下で設計されたオール反射縮小光学系、及び反射型マスクを用いたＥＵＶ露光装置の開発が行われている。この装置においては、円弧照明を用いてマスクとウエハを同期走査してスキャン露光する構成が考えられるので、かかる装置にも本発明を好適に適用することができる。この他、電子線又はイオンビームなどの荷電粒子線を用いる露光装置にも、本発明は適用できる。
【０１０４】
また、上述の実施形態においては、光透過性の基板上に所定の遮光パターン（又は位相パターン・減光パターン）を形成した光透過型マスク（レチクル）を用いたが、このレチクルに代えて、例えば米国特許第６，７７８，２５７号明細書に開示されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて、透過パターン又は反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスク（可変成形マスク、アクティブマスク、あるいはイメージジェネレータとも呼ばれ、例えば非発光型画像表示素子（空間光変調器）の一種であるＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）などを含む）を用いても良い。
【０１０５】
また、例えば干渉縞をウエハ上に形成することによって、ウエハ上にライン・アンド・スペースパターンを形成する露光装置（リソグラフィシステム）にも本発明を適用することができる。
【０１０６】
さらに、例えば米国特許第６，６１１，３１６号明細書に開示されているように、２つのレチクルパターンを投影光学系を介してウエハ上で合成し、１回のスキャン露光によってウエハ上の１つのショットをほぼ同時に二重露光する露光装置にも本発明を適用することができる。
【０１０７】
なお、上記実施形態でパターンを形成すべき物体（エネルギビームが照射される露光対象の物体）はウエハに限られるものではなく、ガラスプレート、セラミック基板、フィルム部材、あるいはマスクブランクスなど、他の物体でも良い。
【０１０８】
露光装置の用途としては半導体製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを転写する液晶用の露光装置、有機ＥＬ、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシン及びＤＮＡチップなどを製造するための露光装置にも広く適用できる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。
【０１０９】
半導体素子などの電子デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたレチクルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、前述した実施形態の露光装置（パターン形成装置）によりマスク（レチクル）のパターンをウエハに転写するリソグラフィステップ、露光されたウエハを現像する現像ステップ、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エッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト除去ステップ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、検査ステップ等を経て製造される。この場合、リソグラフィステップで、上記実施形態の露光装置を用いて前述の露光方法が実行され、ウエハ上にデバイスパターンが形成されるので、高集積度のデバイスを生産性良く製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
本発明のアライメント方法は、物体上に設けられた各ショットにパターンを位置合わせするのに適している。本発明の露光方法及び露光装置は、物体上にパターンを精度良く重ね形成するのに適している。また、本発明のデバイス製造方法及びリソグラフィシステムは、半導体素子又は液晶表示素子などの電子デバイスを製造するのに適している。
【符号の説明】
【０１１１】
８…アライメント系、１２…結像特性制御部、１６…レチクル干渉計、１８…ウエハ干渉計、２２…レチクルステージ駆動系、２４…ウエハステージ駆動系、５０…主制御装置、１００…リソグラフィシステム、１１０1〜１１０N（１１０k）…露光装置（走査型露光装置）、１３０…重ね合わせ測定装置、１６０…ホストコンピュータ、ＩＯＰ…照明系、ＰＬ…投影光学系、Ｒ…レチクル、ＲＳＴ…レチクルステージ、Ｗ…ウエハ、ＷＳＴ…ウエハステージ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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