JP3289264B2 - 位置合わせ方法及び装置、露光方法及び装置、並びにデバイス製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば統計的手法を用
いて予測した配列座標に基づいてウエハ上の各ショット
領域に順次レチクルのパターン像を転写する投影露光装
置において、レチクルとウエハ上の各ショット領域とを
順次位置合わせする場合に適用して好適な位置合わせ方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】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際に、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感光基板上の各ショット領域に投影
する投影露光装置が使用されている。この種の投影露光
装置として近年は、感光基板を２次元的に移動自在なス
テージ上に載置し、このステージにより感光基板を歩進
（ステッピング）させて、レチクルのパターン像を感光
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・リピート方式の露光装置、
例えば縮小投影型の露光装置（ステッパー）が多用され
ている。

【０００３】例えば半導体素子は、感光基板としての感
光材が塗布されたウエハ上に多数層の回路パターンを重
ねて形成されるので、２層目以降の回路パターンをウエ
ハ上に投影露光する際には、ウエハ上の既に回路パター
ンが形成された各ショット領域とこれから露光するレチ
クルのパターン像との位置合わせ、即ちウエハとレチク
ルとの位置合わせ（アライメント）を精確に行う必要が
ある。従来のステッパー等におけるウエハの位置合わせ
方法は、概略次のようなものである（例えば特開昭６１
−４４４２９号公報参照）。

【０００４】即ち、被処理基板となるウエハ上の予め設
定された配列座標に基づいて規則的に配列された多数の
ショット領域上には、それぞれ位置合わせ用のマーク
（アライメントマーク）を含むチップパターンが形成さ
れている。しかしながら、形成されたパターン上に別の
パターンを重ねる際、設定された配列座標に基づいてウ
エハをステッピングさせても、以下のような要因により
必ずしも満足な重ね合わせ精度が得られるとは限らな
い。

【０００５】(1) ウエハの残存回転誤差Θ (2) ステージ座標系（又はショット配列）の直交度誤差
Ｗ (3) ウエハの線形伸縮Ｒｘ，Ｒｙ (4) ウエハ（中心位置）のオフセット（平行移動）Ｏ_X,
Ｏ_Y

【０００６】これら４個の誤差量は６個のパラメータで
表すことができるので、その内の４個のパラメータで表
される要素からなる２行×２列の変換行列Ａと、オフセ
ット（平行移動）Ｏ_X,Ｏ_Y を要素とする２行×１列の変
換行列Ｏとを考える。そして、ウエハ上の各ショット領
域の設計上の配列座標値（Ｄ_Xn，Ｄ_Yn）（ｎ＝０，１，
２，‥‥）と、ステップ・アンド・リピート方式で位置
合わせすべき実際の配列座標値（Ｆ_Xn，Ｆ_Yn）とが、そ
れら変換行列Ａ，Ｏを用いて次のように表されるものと
する。

【０００７】

【数１】

【０００８】このとき、ウエハ上から選択された複数の
ショット領域について実測して得られた配列座標値（Ｆ
Ｍ_Xn，ＦＭ_Yn）と、対応するショット領域について（数
１）に基づいて求めた計算上の配列座標値（Ｆ_Xn，
Ｆ_Yn）との平均的な偏差が最小になるように、最小自乗
法を用いてそれら変換行列Ａ，Ｏを決定する。そして従
来は、その決定された変換行列Ａ，Ｏと設計上の配列座
標値（Ｄ_Xn，Ｄ_Yn）とに基づいて、上記の（数１）から
実際に位置合わせすべき位置の計算上の配列座標値（Ｆ
_Xn，Ｆ_Yn）を算出し、その算出された座標値をもとにウ
エハの各ショット領域を位置決めしていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように算出された計算上の配列座標値（Ｆ_Xn，Ｆ_Yn）に
応じてウエハの位置合わせを行ったとしても、以下のよ
うな要因により必ずしも満足な重ね合わせ精度が得られ
るとは限らないという不都合があった。 (1) ウエハの各ショット領域上の回路パターン（チップ
パターン）の残存回転誤差θ (2) ウエハ上の座標系（チップパターン）の直交度誤差
ｗ (3) チップパターンの直交する２方向への線形伸縮ｒ
ｘ，ｒｙ これらは、ウエハ上の各ショット領域に最初に（第一層
目に）チップパターンを焼きつけた際の、レチクルの所
定の位置からのずれや回転、投影光学系の投影倍率の誤
差、又は投影光学系のディストーション（歪曲収差）な
どによって生じるものである。更にそれらの要因は、ウ
エハが加工プロセス等により受ける歪みによって変化す
るものである。

【００１０】本発明は斯かる点に鑑み、統計的手法を用
いて予測した配列座標に基づいて感光基板上の各ショッ
ト領域とレチクルとの位置合わせを行う方法において、
各ショット領域に転写されるチップパターン自体の伸縮
や回転などの影響を小さく抑え、感光基板上の各ショッ
ト領域のチップパターンとレチクルのパターンの投影像
とをより高精度に重ね合わせることができるようにする
ことを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による位置合わせ
方法は、マスク（２）上のパターンを基板（８）上に転
写するにあたって、その基板上に配列され、それぞれマ
ーク（２９−ｎ，３０−ｎ，３４−ｎ，３５−ｎ）が付
随して設けられた複数のショット領域（２７−ｎ）の各
々を、その基板の移動位置を規定する静止座標系（Ｘ，
Ｙ）内の所定の転写位置に対して位置合わせする方法に
おいて、その基板上の複数のショット領域のうちの少な
くとも３つのサンプルショット領域（ＳＡ）にそれぞれ
付随したマークのうち、１次元座標を示すマークに換算
した場合で少なくとも７個のマークを選択し、該選択さ
れたマークの静止座標系上における位置情報を計測する
第１工程（ステップ１０３）と、この第１工程で計測さ
れた複数のマークの位置情報を統計演算することによっ
て、その複数のショット領域にそれぞれ設けられた基準
位置（２８−ｎ）のその基板上での配列に関する第１の
変換パラメータ（Ａ，Ｏ）と、その基準位置とそのマー
クとの相対位置関係の誤差に関する第２の変換パラメー
タ（Ｂ）とを求めると共に、その複数のショット領域の
各々のその静止座標系上における配列位置情報（Ｇｘ
ｎ，Ｇｙｎ）を算出する第２工程（ステップ１０４，１
０７）と、この第２工程で算出された配列位置情報に基
づいて、その基板上の複数のショット領域の各々をその
転写位置に対して位置合わせする第３工程（ステップ１
０８）とを有するものである。また、本発明による位置
合わせ装置は、マスク（２）上のパターンを基板上に転
写するにあたって、基板（８）上に配列され、それぞれ
マーク（２９−ｎ，３０−ｎ，３４−ｎ，３５−ｎ）が
付随して設けられた複数のショット領域（２７−ｎ）の
各々を、前記基板の移動位置を規定する静止座標系
（Ｘ，Ｙ）内の所定の転写位置に対して位置合わせする
位置合わせ装置において、その基板上の複数のショット
領域のうちの少なくとも３つのサンプルショット領域
（ＳＡ）にそれぞれ付随したマークのうち、１次元座標
を示すマークに換算した場合で少なくとも７個のそのマ
ークを選択し、この選択されたマークの静止座標系上に
おける位置情報を計測する計測手段（１５）と、その計
測手段で計測された複数のマークの位置情報を統計演算
することによって、その複数のショット領域にそれぞれ
設 けられた基準位置（２８−ｎ）のその基板上での配列
に関する第１の変換パラメータ（Ａ，Ｏ）と、その基準
位置とそのマークとの相対位置関係の誤差に関する第２
の変換パラメータとを求めると共に、その複数のショッ
ト領域の各々のその静止座標系上における配列位置情報
（ＧＸｎ，ＧＹｎ）を算出する算出手段（１２ａ，６）
と、その算出手段で算出された配列位置情報に基づい
て、その基板上のその複数のショット領域の各々をその
転写位置に対して位置合わせする位置合わせ手段（６，
１３）と、を有するものである。

【００１２】また、本発明による露光方法は、本発明の
位置合わせ方法を用いて位置合わせされたその複数のシ
ョット領域上に、そのマスクのパターンを投影光学系を
介して順次投影して、そのパターンをその基板上に順次
転写する工程を含むものである。また、本発明による露
光装置は、本発明の位置合わせ装置を有し、その位置合
わせ装置により位置合わせされたその複数のショット領
域上に、そのマスクのパターンを投影光学系を介して順
次投影して、そのパターンをその基板上に順次転写する
ものである。また、本発明によるデバイス製造方法は、
本発明の露光方法を用いてデバイスパターンをその基板
上に転写する工程を含むものである。

【００１３】この場合、比較的簡単なマーク配置で、且
つより重ね合わせ精度を高めるためには、各ショット領
域（２７−ｎ）内の基準位置（２８−ｎ）に対してそれ
ぞれ設計上一定の相対位置関係で３個以上のそれぞれ２
次元座標を示す位置合わせ用のマークを配置し、その第
１工程において、それら２次元座標を示す位置合わせ用
のマーク（２９−ｎ，３０−ｎ，３４−ｎ，３５−ｎ）
の内、予め選択された少なくとも５個の位置合わせ用の
マークの静止座標系（Ｘ，Ｙ）上における座標位置を計
測することが望ましい。

【００１４】

【作用】斯かる本発明によれば、複数のショット領域の
基板上での配列に関する第１の変換パラメータ（Ａ，
Ｏ）ばかりでなく、ショット領域内におけるパターンと
の相対的な結像関係の誤差に関する第２の変換パラメー
タ（Ｂ）をも求めているので、これらの算出結果を利用
することにより、基板上の複数のショット領域の基準位
置全てに対して、位置合わせの誤差を平均的に小さくす
ることができる。同時に、それらのショット領域上のチ
ップパターン全てに対してマスクのパターン像との重ね
合わせ誤差を平均的に小さくすることができる。更に、
本願の各請求項の発明によれば、基板（８）上の各々の
ショット領域（２７−ｎ）に設けた基準位置（２８−
ｎ）の配列に関する変換パラメータ（変換行列Ａ，Ｏ内
のパラメータ）と、その基準位置（２８−ｎ）に対する
チップパターン（投影パターン）の倍率誤差及び回転誤
差等に関する変換パラメータ（変換行列Ｂ内のパラメー
タ）とが算出される。そして、回転に関する変換パラメ
ータ等に基づいてチップパターンの倍率誤差及び回転誤
差等の少なくとも１つの誤差を補正した後、変換パラメ
ータ（変換行列Ａ，Ｏ内のパラメータ）に基づいて各シ
ョット領域（２７−ｎ）の位置決めを行うようにしてい
るので、基板（８）上の各ショット領域（２７−ｎ）の
基準位置（２８−ｎ）が正しく位置合わせされると共
に、チップパターンとマスクの投影像とが正確に重なり
合う。

【００１５】この場合、１次元座標を示すマークに換算
した場合で、少なくとも７個の位置合わせ用のマークの
位置を計測しているため、従来の６個のパラメータ
（Θ、Ｗ，Ｒｘ，Ｒｙ，Ｏ_X,Ｏ_Y)の他に、チップパター
ンに関する少なくとも１個のパラメータ（例えばチップ
ローテーションの回転誤差θ、チップパターンの直交度
誤差ｗ、チップスケーリングのｘ方向のパラメータｒ
ｘ、又はチップスケーリングのｙ方向のパラメータｒｙ
の内の少なくとも１個）が決定される。また、例えば２
次元座標を示す位置合わせ用のマークが使用されている
場合には、計測すべき位置合わせ用のマークの個数は、
少なくとも４個となるが、その内の１個の位置合わせ用
のマークに関しては２次元座標の内の１方向の座標を計
測するだけで良いことになる。

【００１６】また、各ショット領域（２７−ｎ）内のチ
ップパターンとマスクの投影像との間の線形の重ね合わ
せ誤差は、オフセット誤差を除いて一例として４個のパ
ラメータ（チップローテーションの回転誤差θ、チップ
パターンの直交度誤差ｗ、チップスケーリングのｘ方向
のパラメータｒｘ、及びチップスケーリングのｙ方向の
パラメータｒｙ）で表される。これら４個のパラメータ
を全て求めるためには、各ショット領域の基板（８）上
の２次元座標を示す１個の２次元の位置合わせ用のマー
クの他に、２個のそれぞれ２次元座標を示す位置合わせ
用のマークがあれば良い。この場合、従来の６個のパラ
メータ及び上述のチップパターンに関する４個のパラメ
ータの値を決定するためには、２次元座標を示すマーク
の場合では、基板（８）上で少なくとも５個の位置合わ
せ用のマークの座標を計測すれば良いことになる。但
し、１個の２次元座標を示す位置合わせ用のマークは、
それぞれ２個の１次元座標を示す位置合わせ用のマーク
で代用できることは勿論である。

【００１７】

【実施例】以下、本発明による位置合わせ方法の一実施
例につき図面を参照して説明する。本例はステップ・ア
ンド・リピート方式で感光基板としてのウエハ上の各シ
ョット領域にレチクルのパターンを露光する露光装置
（ステッパー）のアライメント工程に本発明を適用した
ものである。

【００１８】図２は本例の露光装置を示し、この図２に
おいて、照明光学系１から射出された露光光ＩＬが、ほ
ぼ均一な照度でレチクル２を照明する。レチクル２はレ
チクルステージ３上に保持され、レチクルステージ３は
ベース４上の２次元平面内で移動及び微小回転ができる
ように支持されている。装置全体の動作を制御する主制
御系６が、ベース４上の駆動装置５を介してレチクルス
テージ３の動作を制御する。

【００１９】露光光ＩＬのもとで、レチクル２のパター
ン像が投影光学系７を介してウエハ８上の各ショット領
域に投影される。ウエハ８はウエハホルダー９を介して
ウエハステージ１０上に載置されている。ウエハステー
ジ１０は、投影光学系７の光軸に垂直な面内でウエハ８
を２次元的に位置決めするＸＹステージ、投影光学系７
の光軸に平行な方向（Ｚ方向）にウエハ８を位置決めす
るＺステージ、及びウエハ８を微小回転させるステージ
等より構成されている。

【００２０】ウエハステージ１０の上面に移動ミラー１
１が固定され、移動ミラー１１に対向するようにレーザ
ー干渉計１２が配置されている。図２では簡略化して表
示しているが、投影光学系７の光軸に垂直な面内の直交
座標系をＸ軸及びＹ軸として、移動鏡１１はＸ軸に垂直
な反射面を有する平面鏡及びＹ軸に垂直な反射面を有す
る平面鏡より構成されている。また、レーザー干渉計１
２は、Ｘ軸に沿って移動鏡１１にレーザービームを照射
する２個のＸ軸用のレーザー干渉計及びＹ軸に沿って移
動鏡１１にレーザービームを照射するＹ軸用のレーザー
干渉計より構成され、Ｘ軸用の１個のレーザー干渉計及
びＹ軸用の１個のレーザー干渉計により、ウエハステー
ジ１０のＸ座標及びＹ座標が計測される。このように計
測されるＸ座標及びＹ座標よりなる座標系（Ｘ，Ｙ）
を、以下ではステージ座標系又は静止座標系と呼ぶ。

【００２１】また、Ｘ軸用の２個のレーザー干渉計の計
測値の差により、ウエハステージ１０の回転角が計測さ
れる。レーザー干渉計１２により計測されたＸ座標、Ｙ
座標及び回転角の情報が座標計測回路１２ａ及び主制御
系６に供給され、主制御系６は、供給された座標をモニ
ターしつつ駆動装置１３を介して、ウエハステージ１０
の位置決め動作を制御する。尚、図２には示していない
が、レチクル側にもウエハ側と全く同じ干渉計システム
が設けられている。

【００２２】本例の投影光学系７には結像特性制御装置
１４が装着されている。結像特性制御装置１４は、例え
ば投影光学系７を構成するレンズ群の内の所定のレンズ
群の間隔を調整するか、又は所定のレンズ群の間のレン
ズ室内の気体の圧力を調整することにより、投影光学系
７の投影倍率、歪曲収差の調整を行う。結像特性制御装
置１４の動作も主制御系６により制御されている。

【００２３】本例では、投影光学系７の側面にオフ・ア
クシスのアライメント系１５が配置され、このアライメ
ント系１５において、光源１６からの照明光がコリメー
タレンズ１７、ビームスプリッター１８、ミラー１９及
び対物レンズ２０を介してウエハ８上のアライメントマ
ーク２９の近傍に照射される。この場合、対物レンズ２
０の光軸２０ａと投影光学系７の光軸７ａとの間隔であ
るベースライン量が予め計測されている。そして、アラ
イメントマーク２９からの反射光が、対物レンズ２０、
ミラー１９、ビームスプリッター１８及び集光レンズ２
１を介して指標板２２上に照射され、指標板２２上にア
ライメントマーク２９の像が結像される。

【００２４】指標板２２を透過した光が、第１リレーレ
ンズ２３を経てビームスプリッター２４に向かい、ビー
ムスプリッター２４を透過した光が、Ｘ軸用第２リレー
レンズ２５Ｘにより２次元ＣＣＤよりなるＸ軸用撮像素
子２６Ｘの撮像面上に集束され、ビームスプリッター２
４で反射された光が、Ｙ軸用第２リレーレンズ２５Ｙに
より２次元ＣＣＤよりなるＹ軸用撮像素子２６Ｙの撮像
面上に集束される。撮像素子２６Ｘ及び２６Ｙの撮像面
上にはそれぞれアライメントマーク１９の像及び指標板
２２上の指標マークの像が重ねて結像される。撮像素子
２６Ｘ及び２６Ｙの撮像信号は共に座標位置計測回路１
２ａに供給される。

【００２５】図３は図２の指標板２２上のパターンを示
し、この図３において、中央部に十字形のアライメント
マーク２９の像２９Ｐが結像され、この像２９Ｐの直交
する直線パターン像２９ＸＰ及び２９ＹＰに垂直なＸＰ
方向及びＹＰ方向が、それぞれ図２のウエハステージ１
０のステージ座標系のＸ方向及びＹ方向と共役になって
いる。そして、アライメントマーク像２９ＰをＸＰ方向
に挟むように２個の指標マーク３１Ａ及び３１Ｂが形成
され、アライメントマーク像２９ＰをＹＰ方向に挟むよ
うに２個の指標マーク３２Ａ及び３２Ｂが形成されてい
る。

【００２６】この場合、ＸＰ方向で指標マーク３１Ａ，
３１Ｂ及び直線パターン像２９ＸＰを囲む検出領域３３
Ｘ内の像が図２のＸ軸用撮像素子２６Ｘで撮像され、Ｙ
Ｐ方向で指標マーク３２Ａ，３２Ｂ及び直線パターン像
２９ＹＰを囲む検出領域３３Ｙ内の像が図２のＹ軸用撮
像素子２６Ｙで撮像される。更に、撮像素子２６Ｘ及び
２６Ｙの各画素から光電変換信号を読み取る際の走査方
向はそれぞれＸＰ方向及びＹＰ方向に設定され、撮像素
子２６Ｘ及び２６Ｙの撮像信号を処理することにより、
アライメントマーク像２９Ｐと指標マーク３１Ａ，３１
Ｂ及び３２Ａ，３２ＢとのＸＰ方向及びＹＰ方向の位置
ずれ量を求めることができる。従って、図２において、
座標計測回路１２ａは、ウエハ８上のアライメントマー
ク２９の像と指標板２２上の指標マークとの位置関係及
びそのときのレーザー干渉計１２の計測結果より、その
アライメントマーク２９のステージ座標系（Ｘ，Ｙ）上
での座標を求め、このように計測された座標値を主制御
系６に供給する。

【００２７】次に、本実施例でウエハ８上の各ショット
領域とレチクル２のパターン像との位置合わせを行っ
て、各ショット領域への露光を行う際の動作につき説明
する。図４（ａ）は本実施例のウエハ８を示し、この図
４（ａ）において、ウエハ８上の直交する座標系（α，
β）に沿って複数のショット領域２７−ｎ（ｎ＝０，
１，２，‥‥）がマトリックス状に配列され、各ショッ
ト領域２７−ｎには前工程での露光及び現像等によりそ
れぞれチップパターンが形成されている。図４では、複
数のショット領域の内の５つのショット領域２７−１〜
２７−５のみを代表して表している。

【００２８】各ショット領域２７−ｎにはそれぞれ基準
位置が定められている。例えば基準位置を各ショット領
域２７−ｎの中心の基準点２８−ｎとすると、この基準
点２８−ｎの、ウエハ８上の座標系（α，β）における
設計上の座標値は、それぞれ（Ｃ_Xn，Ｃ_Yn）で表される
ものとする。また、各ショット領域２７−ｎには、それ
ぞれ４個の位置合わせ用のアライメントマーク２９−
ｎ，３０−ｎ，３４−ｎ，３５−ｎが付随して設けられ
ている。この場合、図４（ａ）のウエハ上の座標系
（α，β）に平行に、各ショット領域２７−ｎに図４
（ｂ）に示すようにショット領域上の座標系（ｘ，ｙ）
を設定すると、アライメントマーク２９−ｎ，３０−
ｎ，３４−ｎ，３５−ｎの座標系（ｘ，ｙ）上における
設計上の座標はそれぞれ（Ｓ_1Xn,Ｓ_1Yn)，（Ｓ_2Xn,Ｓ
_2Yn)，（Ｓ_3Xn,Ｓ_3Yn)及び（Ｓ_4Xn,Ｓ_4Yn)で表される。

【００２９】図４（ａ）に戻り、ウエハ８を図２のウエ
ハステージ１０上に載置し、ステップ・アンド・リピー
ト方式で既にチップパターンが形成された複数のショッ
ト領域の各々にレチクルの投影像を順次重ね合わせて露
光が行われる。このとき、ウエハステージ１０の移動位
置を規定するステージ座標系（Ｘ，Ｙ）とウエハの座標
系（α，β）との対応関係が必ずしも前工程における関
係と同じには限らない。このため、座標系（α，β）に
関する各ショット領域２７−ｎの基準点２８−ｎの設計
上の座標値（Ｃ_Xn，Ｃ_Yn）からステージ座標系（Ｘ，
Ｙ）上の座標を求めて、この座標に基づいてウエハを移
動させても、各ショット領域２７−ｎが精密に位置合わ
せされないことがある。そこで、本実施例では、先ず従
来例と同様にその位置合わせの誤差が次の４つの要因か
ら生じたものとする。

【００３０】ウエハの回転：これはステージ座標系
（Ｘ，Ｙ）に対するウエハの座標系（α，β）の残留回
転誤差Θで表される。 ステージ座標系（Ｘ，Ｙ）の直交度：これはＸ軸方向
及びＹ軸方向のウエハステージ１０の送りが正確に直交
していないことにより生じ、直交度誤差Ｗで表される。

【００３１】ウエハの座標系（α，β）におけるα方
向及びβ方向の線形伸縮（ウエハスケーリング）：これ
はウエハ８が加工プロセス等によって全体的に伸縮する
ことである。この伸縮量はα方向及びβ方向についてそ
れぞれウエハスケーリングＲｘ及びＲｙで表される。た
だし、α方向のウエハスケーリングＲｘはウエハ８上の
α方向の２点間の距離の実測値と設計値との比、β方向
のウエハスケーリングＲｙはβ方向の２点間の実測値と
設計値との比で表すものとする。 ウエハ上の座標系（α，β）のステージ座標系（Ｘ，
Ｙ）に対するオフセット：これはウエハ８がウエハステ
ージ１０に対して全体的に微小量だけずれることにより
生じ、オフセット量Ｏ_X,Ｏ_Y で表される。

【００３２】上記の〜の誤差要因が加わった場合、
基準点の設計上の座標値が（Ｃ_Xn，Ｃ_Yn）のショット領
域について、実際に露光するにあたって位置決めすべき
ステージ座標系（Ｘ，Ｙ）上の座標（Ｃ′_Xn，Ｃ′_Yn）
は以下のように表される。

【００３３】

【数２】

【００３４】ここで、直交度誤差Ｗ及び残留回転誤差Θ
が微小量であるとして一次近似を行うと、（数２）は次
のようになる。

【００３５】

【数３】

【００３６】ここまでは、各ショット領域２７−ｎ上の
基準位置（本例では各ショット領域の中心の基準点）を
正確に位置合わせすることについて説明してきた。しか
し、各ショット領域の基準点がそれぞれ正確に位置合わ
せされたからといって、必ずしも各ショット領域内のチ
ップパターン全体とレチクルの投影像とが隅々まで正確
に重なり合うとは限らない。

【００３７】次にこの各ショット領域内の重ね合わせ誤
差について説明する。既に説明したように、図４（ｂ）
において、任意のショット領域２７−ｎ上の座標系
（ｘ，ｙ）上の設計上の座標値が（Ｓ_1Xn,Ｓ_1Yn)〜（Ｓ
_4Xn,Ｓ_4Yn)である位置にそれぞれアライメントマーク２
９−ｎ，３０−ｎ，３４−ｎ，３５−ｎが形成されてい
る。本例では、その各ショット領域内の重ね合わせ誤差
が以下の要因から生じたものとする。

【００３８】チップパターンの回転（チップローテー
ション）：これは、例えばウエハ８上にレチクル２の投
影像の露光を行う際、レチクル２がステージ座標系
（Ｘ，Ｙ）に対して回転していたり、あるいはウエハス
テージ１０の動きにヨーイングが混入していたりすると
きに生じるものであり、ショット領域の座標系（ｘ，
ｙ）に対する回転誤差θで表される。 チップの直交度誤差：これは、例えばウエハ８上にレ
チクル２の投影像を露光する際に、レチクル２上のパタ
ーン自体の歪みや投影光学系７のディストーション（歪
曲収差）等によって生じるチップパターンの直交度の誤
差であり、角度誤差ｗで表される。

【００３９】チップの線形伸縮（チップスケーリン
グ）：これは、例えばウエハ８にレチクル２の投影像の
露光を行う際の投影倍率の誤差、あるいはウエハ８の加
工プロセスによってウエハ８が全体的又は部分的に伸縮
することによって生じるものである。ここでは、ショッ
ト領域の座標系（ｘ，ｙ）のｘ方向の２点間の距離の実
測値と設計値との比であるｘ方向のチップスケーリング
ｒｘ、及びｙ方向の２点間の距離の実測値と設計値との
比であるｙ方向のチップスケーリングｒｙで２方向の線
形伸縮を表すものとする。

【００４０】例えば、図５（ａ）は前工程で形成された
各ショット領域２７−ｎのチップパターンに回転誤差及
び倍率誤差が生じているウエハ８Ａを示し、この図５
（ａ）において、回転誤差及び倍率誤差が無い場合のシ
ョット領域の例を破線で囲んだショット領域３６−６〜
３６−１０で表す。それに対して、ウエハ８Ａ上に実際
に形成されているショット領域２７−６〜２７−１０は
回転角及び倍率が異なっている。これらの誤差は、図５
（ｂ）に示すように、ショット領域２７−ｎが本来のシ
ョット領域３６−ｎに対して傾斜しているチップローテ
ーション誤差と、図５（ｃ）に示すように、ショット領
域２７−ｎの倍率が本来のショット領域３６−ｎの倍率
と異なっているチップスケーリング誤差とに分離でき
る。

【００４１】但し、図５の例ではチップパターンの直交
度誤差ｗが無く、且つｘ方向のチップスケーリングｒｘ
とｙ方向のチップスケーリングｒｙとが等しい場合を示
している。上記の〜の誤差要因が加わった場合、シ
ョット領域２７−ｎ上の設計上の座標値が（Ｓ_NXn,Ｓ
_NYn)（Ｎ＝１〜４）のアライメントマーク２９−ｎ，３
０−ｎ，３４−ｎ，３５−ｎについて、実際に位置合わ
せすべきショット領域の座標系（ｘ，ｙ）上での座標値
（Ｓ′_NXn ，Ｓ′_NYn ）は以下のように表される。

【００４２】

【数４】

【００４３】ここで、直交度誤差ｗ及び回転誤差θが微
小量であるとして一次近似を行うと、（数４）は次式で
表される。

【００４４】

【数５】

【００４５】さて、図４（ｂ）において、任意のショッ
ト領域２７−ｎの基準点２８−ｎのステージ座標系
（Ｘ，Ｙ）上での配列座標値は（Ｃ_Xn，Ｃ_Yn）であるた
め、その任意のショット領域上の任意のアライメントマ
ーク（２９−ｎ又は３０−ｎ）のステージ座標系（Ｘ，
Ｙ）上の設計上の座標値（Ｄ_NXn ，Ｄ_NYn ）は、次のよ
うに表される。但し、上述のようにＮの値（１〜４）に
よってアライメントマーク２９−ｎ〜３５−ｎの区別を
行っている。

【００４６】

【数６】

【００４７】上述の〜の３個の誤差は、ウエハ８上
の各ショット領域のアライメントマークを焼き付けた層
にチップパターンを焼き付けた際に生じる。実際には更
に、ウエハ８の加工プロセスによって生じる上述のや
の誤差の影響を受けるため、アライメントマーク２９
−ｎ，３０−ｎ，３４−ｎ，３５−ｎがステージ座標系
（Ｘ，Ｙ）上で実際にあるべき位置の座標を（Ｆ_NXn,Ｆ
_NYn)（Ｎ＝１〜４）とすると、この座標値（Ｆ_NXn,Ｆ
_NYn)は（数３）及び（数５）から次のように表される。

【００４８】

【数７】

【００４９】次に、本実施例では最小自乗法の適用を容
易にするため、その（数７）中のα方向のウエハスケー
リングＲｘ、及びβ方向のウエハスケーリングＲｙをそ
れぞれ新たなパラメータΓｘ、及びΓｙを用いて次の
（数８）のように表す。同様に、その（数７）中のｘ方
向のチップスケーリングｒｘ、及びｙ方向のチップスケ
ーリングｒｙをそれぞれ新たなパラメータγｘ、及びγ
ｙを用いて次の（数８）のように表す。

【００５０】

【数８】

【００５１】これら新たなそれぞれ線形伸縮の変化分を
示す４個のパラメータΓｘ、Γｙ、γｘ、及びγｙを用
いてその（数７）を書き換えると、（数７）は近似的に
次のようになる。

【００５２】

【数９】

【００５３】この（数９）において、２次元ベクトルを
２行×１列の行列とみなすと、この（数９）を以下のよ
うな変換行列を用いた座標変換式に書き直すことができ
る。

【００５４】

【数１０】

【００５５】但し、（数１０）の各変換行列は次のよう
に定義される。

【００５６】

【数１１】

【００５７】（数１０）の座標変換式における変換行列
Ａ，Ｂ，Ｏに含まれる１０個の誤差パラメータ（Θ，
Ｗ，Γｘ（＝Ｒｘ−１），Γｙ，Ｏ_X,Ｏ_Y,θ，ｗ，γｘ
（＝ｒｘ−１），γｙ）は例えば最小自乗法により求め
ることができる。本例では、（数１０）の座標変換式に
基づいてウエハ８の各ショット領域のステージ座標系
（Ｘ，Ｙ）上での計算上の座標、及びチップの各誤差を
求める。そして、それをもとに、チップローテーション
誤差及びチップ倍率誤差等の補正を行った上で、ウエハ
８の各ショット領域とレチクルとの位置合わせを行う。
なお、必ずしも最小自乗法を（数１０）に適用する必要
はなく、例えば（数７）の段階で１０個の誤差パラメー
タを求めても良い。

【００５８】また、本例では以下で説明するように、ウ
エハ上のショット領域から予め選択されたショット領域
（サンプルショット）内で、更に選択されたアライメン
トマークの座標位置を計測し、この計測結果を（数１
０）に適用して最小自乗法により１０個のパラメータを
求め、このパラメータに基づいて各ショット領域の配列
座標を算出している。このように予め選択されたアライ
メントマーク（サンプルショット）の計測結果から所定
（１０個以下でも可）の誤差パラメータを求める演算
を、エンハンスト・グローバル・アライメント（以下、
「ＥＧＡ」という）演算と呼び、この結果に基づいて位
置合わせを行う方式をＥＧＡ方式のアライメントと呼
ぶ。

【００５９】次に、図１のフローチャートを参照して、
（数１０）の座標変換式に基づいた本例のアライメント
動作及び露光動作の一例につき説明する。先ず図１のス
テップ１０１において、図２のウエハホルダー９上に今
回の露光対象であるウエハ８のロードが行われる。ウエ
ハ８の各ショット領域にはそれぞれ、前工程において既
にチップパターンが形成されている。更に、図４（ｂ）
に示すように、ウエハ８上の各ショット領域２７−ｎに
はそれぞれ４個の十字型のアライメントマーク２９−
ｎ，３０−ｎ，３４−ｎ及び３５−ｎが形成されてい
る。また、レチクル２のアライメントが終了しており、
不図示の干渉計によって規定される直交座標に対するレ
チクル２のＸ，Ｙ，回転方向のずれ量はほぼ零となって
いる。

【００６０】次に、図１のステップ１０２において、ウ
エハ８の原点設定（プリアライメント）を行う。その後
ステップ１０３において、図２のオフ・アクシスのアラ
イメント系１５を用いて、ウエハ８上の５個以上のアラ
イメントマーク（２９−ｎ，３０−ｎ，３４−ｎ又は３
５−ｎ）のステージ座標系（Ｘ，Ｙ）上での座標値（Ｆ
Ｍ_NXn,ＦＭ_NYn)を実測する。１個のアライメントマーク
にはＸ方向及びＹ方向の２つの成分があるため、５個以
上のアライメントマークの座標値を実測することによ
り、１０個以上のパラメータの値を決定することができ
る。

【００６１】本例で実測するアライメントマークは、３
個以上のショット領域２７−ｎから選択する必要がある
が、必ずしも１個のショット領域２７−ｎから４個のア
ライメントマーク２９−ｎ〜３５−ｎを選択する必要は
なく、１個のショット領域２７−ｎからそれぞれ１個の
アライメントマーク（２９−ｎ，３０−ｎ，３４−ｎ又
は３５−ｎ）を選択するようにしてよい。

【００６２】この場合、ウエハ８上で選択された複数の
ショット領域２７−ｎの基準点２８−ｎの、ウエハ８上
の座標系（α，β）上での設計上の配列座標値（Ｃ_Xn，
Ｃ_Yn）と、測定されたアライメントマークの各ショット
領域２７−ｎ上の座標系（ｘ，ｙ）での設計上の座標値
（相対座標値）（Ｓ_NXn,Ｓ_NYn)とが予め分かっている。
そこで、ステップ１０４において、（数１０）の右辺
に、測定されたアライメントマークが属するショット領
域の基準点の設計上の配列座標値（Ｃ_Xn，Ｃ_Yn）、及び
そのアライメントマークの基準点に関する設計上の相対
座標値（Ｓ_NXn,Ｓ_NYn)を代入することにより、そのアラ
イメントマークがステージ座標系（Ｘ，Ｙ）上であるべ
き計算上の座標値（Ｆ_NXn,Ｆ_NYn)を求める。

【００６３】そして、最小自乗法により（数１０）を満
足する１０個の誤差パラメータ（Θ，Ｗ，Γｘ，Γｙ，
Ｏ_X,Ｏ_Y,θ，ｗ，γｘ，γｙ）を求める。具体的には、
実際に計測された座標値（ＦＭ_NXn,ＦＭ_NYn)とその計算
上の座標値（Ｆ_NXn,Ｆ_NYn)との差（Ｅ_NXn,Ｅ_NYn)をアラ
イメント誤差と考える。従って、Ｅ_NXn ＝ＦＭ_NXn −Ｆ
_NXn 、Ｅ_NYn ＝ＦＭ_NYn −Ｆ_NYn が成立している。そし
て、５組以上のアライメント誤差（Ｅ_NXn,Ｅ_NYn)、即ち
１０個以上のアライメント誤差の自乗和をそれら１０個
の誤差パラメータで順次偏微分し、その値がそれぞれ０
になるような方程式をたてて、それら１０個の連立方程
式を解けば１０個の誤差パラメータを求めることができ
る。これが本例のＥＧＡ演算である。

【００６４】その後ステップ１０５において、（数１
０）の変換行列Ａ中のウエハの残留回転誤差（ウエハロ
ーテーション誤差）Θ、及び変換行列Ｂ中のチップロー
テーションの回転誤差θを補正するように、図２のレチ
クルステージ３を介してレチクル２に適当な回転を施す
か、又はウエハ８を回転させて、ステージ座標系（Ｘ，
Ｙ）に対するチップパターンの回転を補正する。これは
（数１０）で示す変換行列Ａの要素を構成する残留回転
誤差Θと、変換行列Ｂの要素を構成する回転誤差θとの
和（Θ＋θ）に合わせて、レチクル２又はウエハ８を回
転することを意味する。

【００６５】但し、ウエハ８を回転した場合には、ウエ
ハ８のオフセット誤差（Ｏ_X,Ｏ_Y)が変化する虞があるた
め、再びアライメントマークの座標値の計測を行った
後、従来の通常のＥＧＡ演算を行って誤差パラメータを
求め直す必要がある。そこで、例えばウエハ８を角度
（Θ＋θ）だけ回転した場合には、従来のチップパター
ン内の誤差を考慮しない場合と同様に、ウエハ８上の少
なくとも３個のショット領域のアライメントマークのス
テージ座標系（Ｘ，Ｙ）での座標値を計測し直す。そし
て、その結果から６個の誤差パラメータ（Θ，Ｗ，Ｒ
ｘ，Ｒｙ，Ｏ_X,Ｏ_Y)の値を決定し、この結果から算出し
た配列座標に基づいて各ショット領域の位置合わせを行
って露光を行う。これは、ウエハ８の回転後の新たな残
留回転誤差Θが、ステップ１０５で回転した角度に対応
する値かどうかを確認する意味もある。

【００６６】次に、チップの直交度誤差ｗは、厳密な意
味では補正できないが適度にレチクル２を回転させるこ
とで、その誤差を小さく抑えることができる。そこで、
回転誤差Θ、回転誤差θ及び直交度誤差ｗのそれぞれの
絶対値の和が最小になるように、レチクル２の回転量を
最適化することも可能である。

【００６７】次に、ステップ１０６において、（数１
０）の変換行列Ｂ中のチップスケーリング誤差を補正す
るように、図２の結像特性制御装置１４を介して投影光
学系７の投影倍率を調整する。これは（数９）で示す変
換行列Ｂの要素を構成するチップスケーリングｒｘ及び
ｒｙに合わせて、投影光学系７の投影倍率を調整するこ
とを意味する。

【００６８】その後、図１のステップ１０７において、
ステップ１０４で求めた誤差パラメータよりなる要素を
含む変換行列Ａ及びＯを用いて、次式にウエハ８上の各
ショット領域２７−ｎの基準点２８−ｎの設計上の配列
座標値（Ｃ_Xn，Ｃ_Yn）を代入することにより、その基準
点２８−ｎのステージ座標系（Ｘ，Ｙ）上での計算上の
配列座標値（Ｇ_Xn，Ｇ_Yn）を求める。但し、上述したよ
うに、ステップ１０５でローテーション誤差を補正する
ためにウエハ８側を回転した場合には、再び計測したア
ライメントマークの座標に基づいて、各基準点２８−ｎ
のステージ座標系（Ｘ，Ｙ）上での計算上の配列座標値
（Ｇ_Xn，Ｇ_Yn）を求める。

【００６９】

【数１２】

【００７０】そして、ステップ１０８において、計算に
より得られた配列座標（Ｇ_Xn，Ｇ_Yn）及び予め求めてあ
るベースライン量に基づいて、ウエハ８上の各ショット
領域２７−ｎの基準点２８−ｎを順次図２の投影光学系
７の露光フィールド内の所定の位置に位置合わせして、
当該ショット領域２７−ｎに対してレチクル２のパター
ン像を投影露光する。そして、ウエハ８上の全てのショ
ット領域への露光が終了した後に、ウエハ８の現像等の
処理が行われる。

【００７１】この場合、本例では（数１０）に示すよう
に、変換行列Ａ及びＯのみならず、チップローテーショ
ン、チップの直交度誤差及びチップスケーリングのパラ
メータよりなる変換行列Ｂをも考慮しているので、各シ
ョット領域に転写されるチップパターン自体の伸縮や回
転などの影響を小さく抑え、ウエハ上の各ショット領域
のチップパターンとレチクルのパターンの投影像とをよ
り高精度に重ね合わせることができる。

【００７２】なお、上述実施例では図４（ｂ）に示した
ように、ステージ座標系上のＸ方向及びＹ方向に同時に
位置合わせできる十字型のアライメントマーク２９−ｎ
〜３５−ｎをショット領域の座標系上のｘ軸上に２個、
及びｙ軸上に２個設けている。しかしながら、例えば１
直線上に４個のアライメントマークが配列されないよう
にすれば、必ずしもそのような配置でなくとも良い。一
例として例えば各ショット領域の４隅にアライメントマ
ークを配置すると良い。また、各アライメントマークは
各ショット領域間のストリートライン領域上に形成して
も良い。また、Ｘ方向用の１次元のアライメントマーク
とＹ方向用の１次元のアライメントマークとをそれぞれ
別に設けても、その配置に注意すれば上述実施例と全く
同様に（数１０）の変換行列Ａ，Ｂ，Ｏを求めることが
できる。

【００７３】但し、本例のような２次元の位置を特定で
きる十字マークの代わりに、Ｘ方向又はＹ方向の位置だ
けを検出できる１次元のアライメントマーク（回折格子
マーク等）を使用する場合には、１０個のパラメータの
値を決定するために、１０個以上の１次元のアライメン
トマークの座標値を実測する必要がある。なお、上述実
施例では、チップローテーションの回転誤差θ、チップ
の直交度誤差ｗ及びチップスケーリングｒｘ，ｒｙを求
めるために、ウエハ８の各ショット領域２７−ｎ内に４
個の２次元のアライメントマーク２９−ｎ〜３５−ｎを
設けている。しかしながら、各ショット領域２７−ｎの
基準点のオフセット（ｘ方向及びｙ方向）を考慮して
も、求めるべきパラメータは６個であるため、各ショッ
ト領域２７−ｎには３個の２次元のアライメントマーク
（例えば２９−ｎ，３０−ｎ及び３４−ｎ）を設けるだ
けでも良い。このように２次元のアライメントマークを
使用する際には、常に２つのアライメントマークが選択
されることになる。但し、１次元のアライメントマーク
であれば、各ショット領域２７−ｎにそれぞれ６個のア
ライメントマークを形成する必要がある。

【００７４】なお、上述実施例ではチップパターンに関
する４個のパラメータ（チップローテーションの回転誤
差θ、直交度誤差ｗ、チップスケーリングｒｘ、チップ
スケーリングｒｙ）を用いて、レチクル（又はウエハ）
の回転及び投影光学系の倍率の補正を行っていた。しか
しながら、必ずしもレチクル（又はウエハ）の回転及び
投影光学系の倍率の補正を行う必要はなく、上述実施例
で求めた配列座標値に従って各ショット領域を位置合わ
せするだけでも良い。このとき、例えばウエハに関する
スケーリングのパラメータＲｘ及びＲｙ（又はΓｘ及び
Γｙ）を用いた倍率補正は行っても良いし、行わなくと
も良い。

【００７５】また、上述実施例ではチップパターンに関
する４個のパラメータ（チップローテーションの回転誤
差θ、直交度誤差ｗ、チップスケーリングｒｘ（＝１＋
γｘ）、チップスケーリングｒｙ（＝１＋γｙ））の全
てを求めているが、これら４個の何れか１つのパラメー
タのみに着目して（数７）（又は（数９））を用いても
良い。具体的に、回転誤差θのみに着目する場合には、
直交度誤差ｗは０とみなし、チップスケーリングｒｘ及
びｒｙはそれぞれ１とみなして（数７）を用いることに
なる。これに関して、チップスケーリングｒｘ及びｒｙ
に着目する場合には、ｒｘ＝ｒｙであるとして、即ち線
形伸縮が等方的であるとして、（数７）を用いても良
い。

【００７６】４個のパラメータの内から着目するパラメ
ータは、例えば露光対象とするウエハの種類（特徴）に
応じて選択すれば良い。次に、実際に使用できるアライ
メントマークの例につき図６を参照して説明する。先
ず、２次元座標を示すアライメントマーク（２次元マー
ク）としては、上述実施例で使用している十字型のアラ
イメントマーク２９（これを図６（ａ）にも示す）の他
に、Ｌ字状、Ｔ字状、又はハの字状のマークがある。更
に、所謂２光束干渉方式のアライメント系又はレーザス
テップアライメント方式のアライメント系を用いる場合
には、図６（ｂ）に示すような、２次元の格子パターン
４１も２次元マークとなる。また、レーザステップアラ
イメント方式のアライメント系又は上述実施例のように
撮像方式のアライメント系を用いた場合には、図６
（ｃ）に示すように、Ｘ方向へのライン・アンド・スペ
ースパターン４２Ｘ及びＹ方向へのライン・アンド・ス
ペースパターン４２Ｙを並列に並べたアライメントマー
ク４３も２次元マークとなる。

【００７７】斯かる２次元マークを１つ選択すると、
（数１０）内の１０個（又はそれ以下の個数でも可）の
パラメータを最小自乗法で求める際のデータとして、Ｘ
座標分とＹ座標分との２つのデータが得られる。従っ
て、上述実施例で１つの十字型のアライメントマーク
（例えば２９−１）を選択するときには、２つの１次元
座標を示すアライメントマーク（１次元マーク）を選択
するのと等価である。但し、２次元マークを選択する場
合でも、Ｘ座標又はＹ座標の何れか１つの座標データの
みを利用するようにしても良い。

【００７８】また、１次元マークの内のＸ方向の座標を
示すマークとしては、図７（ａ）に示すように、Ｘ方向
へ所定ピッチで配列されたライン・アンド・スペースパ
ターン（又は回折格子マーク）４２Ｘがあり、Ｙ方向の
座標を示すマークとしては、図７（ｂ）に示すように、
Ｙ方向へ所定ピッチで配列されたライン・アンド・スペ
ースパターン（又は回折格子マーク）４２Ｙがある。更
に、図６（ｂ）の２次元の格子パターン４１は、Ｘ方向
への１次元マークとみなすこともでき、Ｙ方向への１次
元マークとみなすこともできる。

【００７９】次に、サンプルショット及び計測するアラ
イメントマークの選択方法の他の例について詳細に説明
する。この場合、前提として露光装置では、前層の露光
工程で形成されたアライメントマークの計測結果を用い
て、ＥＧＡ演算を実行する。そのため、ウエハ上の各シ
ョット領域に付設されたアライメントマークの設計上の
位置及び数は、全てのショット領域で同一である。

【００８０】先ず、従来のチップパターン内の誤差を考
慮しない通常のＥＧＡ方式のアライメント方法では、６
個の誤差パラメータ（Θ，Ｗ，Ｒｘ，Ｒｙ，Ｏ_X,Ｏ_Y)が
あるため、１次元マークに換算した場合で少なくとも６
個のアライメントマークの座標を計測する必要がある。
即ち、ウエハ上で同一直線上にない少なくとも３つの計
測点の各々でのＸ座標及びＹ座標を計測すれば良い。こ
の際、１つの計測点のＸ座標及びＹ座標は同一ショット
内のＸ方向の１次元マーク及びＹ方向の１次元マークを
それぞれ計測する必要はなく、異なる２つのショット領
域の一方に付設されたＸ方向の１次元マークと、他方の
ショット領域に付設されたＹ方向の１次元マークとを個
別に計測し、この計測結果を用いても良い。

【００８１】図８はそのようなアライメントマークの選
択方法を示し、この図８において、ウエハ８上の各ショ
ット領域４４Ａ，４４Ｂ，…にはそれぞれＸ方向の座標
を示す１次元マーク（以下、「Ｘマーク」という）４２
ＸＡ，４２ＸＢ，…及びＹ方向の座標を示す１次元マー
ク（以下、「Ｙマーク」という）４２ＹＡ，４２ＹＢ，
…が付設されている。そこで、例えば６個のアライメン
トマークの座標を計測する場合には、先ず図８（ａ）に
示すように、３個のショット領域４４Ａ，４４Ｂ及び４
４Ｃに付設されたＹマーク４２ＹＡ，４２ＹＢ及び４２
ＹＣのＹ座標を計測し、この計測結果から３個のパラメ
ータ（Θ，Ｒｙ，Ｏ_Y)を求める。その後、図８（ｂ）に
示すように、３個のショット領域４４Ａ，４４Ｂ及び４
４Ｄに付設されたＸマーク４２ＸＡ，４２ＸＢ及び４２
ＸＤのＸ座標を計測し、この結果から３個のパラメータ
（Ｗ，Ｒｘ，Ｏ_X)を算出するようにしても良い。この場
合、図８（ｂ）で使用されるショット領域４４Ｄは、図
８（ａ）で使用されるショット領域４４Ｃと異なってい
るが、差し支えは無い。

【００８２】なお、異なるショット領域のＸマークとＹ
マークとを計測して、計算上で所定の計測点でのＸ座標
及びＹ座標を算出し、この座標を用いてＥＧＡ演算を行
っても良い。次に、従来の６個の誤差パラメータの他
に、上述実施例で導入された４個の誤差パラメータ（チ
ップローテーションの回転誤差θ、直交度誤差ｗ、チッ
プスケーリングｒｘ、チップスケーリングｒｙ）の内か
ら選択された所定の誤差パラメータの値を求める場合の
アライメントマークの選択方法につき、図９を参照し
て、以下の場合に分けて説明する。

【００８３】(1) ｙ方向のチップスケーリングｒｙ（又
はγｙ）のみを算出する場合：この場合、求めるべき誤
差パラメータは７個であるため、最低で３個のＸマーク
及び４個のＹマークの座標を計測する必要がある。この
際、図９（ａ）に示すように、ショット領域４４には１
個のＸマーク４２Ｘ及び１個のＹマーク４２Ｙの他に、
Ｙマーク４２ＹとはＹ座標が異なる１個のＹマーク４６
Ｙが付設されている必要がある。そして、ＥＧＡ計算に
使用するＹマークの選択条件は、選択された１個のＹマ
ーク４２Ｙを通りＸ軸と平行な直線４５上には無い１個
のＹマーク（例えば４６Ｙ）を選択することである。但
し、その条件を満足する２個のＹマークは同一ショット
領域上に存在する必要はない。

【００８４】また、通常は図９（ａ）のようなマーク配
置は採用されず、図９（ｂ）に示すように、各ショット
領域４４に隣接するストリートライン領域にそれぞれ２
個の２次元マーク４７及び４８が付設されることがあ
る。この場合には、４つのＹマークを第１のショット領
域の２次元マーク４７のＹ座標と、同一又は他のショッ
ト領域の２次元マーク４８のＹ座標とに振り分けて選択
する。

【００８５】(2) チップローテーションの回転誤差θの
みを算出するとき：この場合は、最低でも３つのＸマー
ク及び３つのＹマークの他に、少なくとも１つのＸマー
ク又はＹマークの位置を計測する必要がある。最後のＸ
マークの選択条件は、図９（ｃ）に示すように、既に選
択されたＸマーク４２Ｘを通りＸ軸に平行な直線５０上
にないＸマーク５１Ｘを選択することである。また、Ｘ
マークの代わりにＹマークを選択する場合には、既に選
択されたＹマーク４２Ｙを通りＹ軸に平行な直線４９上
にないＹマーク５１Ｙを選択する必要がある。この場合
でも、上記条件を満足する２個のＸマーク（又はＹマー
ク）は、同一ショット領域４４内に存在する必要はな
い。

【００８６】(3) ｙ方向のチップスケーリングｒｙ及び
チップローテーションの回転誤差θを算出するとき：こ
の場合には、最低でも３つのＸマーク及び３つのＹマー
クの他に、２つのＹマーク（内１つはＸマークでも可）
を選択する必要がある。また、上記の(1) 及び(2) の条
件を満たす他に、同一直線上にない３つのマークを選ぶ
必要がある。 (4) ｘ方向のチップスケーリングｒｘ（又はγｘ）のみ
を算出する場合：この場合、最低でも４個のＸマーク及
び３個のＹマークの座標を計測する必要がある。上記の
(1) の場合と同様に、４つのＸマークの選択条件は、Ｙ
軸と平行にならない２点を選ぶことである。

【００８７】(5) 直交度誤差ｗのみを算出するとき：こ
の場合には、最低でも３個のＸマーク及び３このＹマー
クの他に、１つの例えばＸマークを選択する。４つのＸ
マークの選択条件は、上記の(2) の場合と同様に、Ｘ軸
と平行にならない２点を選ぶことである。 (6) ｘ方向のチップスケーリングｒｘ及び直交度誤差ｗ
を算出するとき：この場合、最低でも３個のＸマーク及
び３個のＹマークの他に、２個のＸマークを選択する。
４個のＸマークの選択条件は、上記の(3) 及び(4) の場
合と同様の条件の他に、同一直線上にない３点を選ぶこ
とである。

【００８８】以上の説明において、チップローテーショ
ンの回転誤差θは、ＹマークとＸマークとの何れの座標
を用いて算出してもよく、直交度誤差ｗも、Ｘマークと
Ｙマークとの何れの座標を用いて算出してもよい。但
し、直交度誤差ｗについて、上述実施例の（数７）（又
は（数９））では、Ｘマークを用いる形式で表現されて
いるため、上述実施例ではＸマークを用いている。ま
た、以上のアライメントマークの選択条件は、同一のシ
ョット領域内での選択には限定されない。

【００８９】更に、例えばチップの直交度誤差ｗを０で
あるとみなした場合には、（数１０）で決定すべき誤差
パラメータの個数は９個になる。従って、図１のステッ
プ１０４で決定するパラメータの個数は９個となり、図
１のステップ１０３においては、それぞれＸ方向又はＹ
方向の位置を規定する９個以上の１次元のアライメント
マークの座標値を計測するだけで良い。

【００９０】更に、チップの直交度誤差ｗを０であると
みなすと共に、チップの線形伸縮が等方性である（ｒｘ
＝ｒｙ）とすると、各ショット領域２７−ｎ内には２個
のアライメントマーク（例えば２９−ｎ及び３０−ｎ）
を設けるだけでも良い。この場合、決定すべきパラメー
タは８個であるため、図１のステップ１０３において
は、４個以上の２次元のアライメントマークの座標値
（又は８個以上の１次元のアライメントマークの座標
値）を計測するだけで良い。

【００９１】逆に、各ショット領域２７−ｎ内に４個を
超える個数のアライメントマークを設けてもよい。この
場合、アライメントマークの座標値を実測する際の計測
誤差が平均化され、また、最初にウエハ上にチップパタ
ーンを焼き付けたとき（第一層目）の、投影光学系のデ
ィストーションによるアライメントマークの設計位置か
らのずれの影響が平均化されるという利点がある。

【００９２】特に、上述実施例のようにオフ・アクシス
方式のアライメント系を使用する場合と異なり、投影光
学系を介してアライメントマークを直接観察又は検出し
て位置合わせするＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式の
アライメント系を使用する場合には、アライメントマー
クの個数を多くすることにより、投影光学系のディスト
ーションによる座標値の計測誤差を軽減することができ
る。また、各ショット領域のアライメントマークの個数
をその配置を考慮して増やすことにより、チップパター
ンの回転と線形伸縮だけでなく、チップパターン内の非
線形な歪み等をも求めたりすることができる。

【００９３】例えばＸ軸に沿って各ショット領域に３個
のアライメントマークを付設することにより、Ｘ方向の
非線形な歪みをも求めることができる。このようにアラ
イメントマークの個数を増やすことにより、チップパタ
ーンの所謂ディストーション成分（チップパターンの平
行移動、回転、倍率、直交度、台形歪、樽型歪、糸巻型
歪など）を総合的に検出することも可能である。即ち、
アライメントマークの個数を増やすことにより、誤差パ
ラメータの数を増やすことができ、誤差の発生状況をよ
り正確に把握することが可能となる。

【００９４】なお、上述実施例のように、ウエハ内のシ
ョット配列誤差が線形であるものとしたアライメント方
式は、ＥＧＡ方式に属するものである。更に、上述実施
例のＥＧＡ方式では、ショット領域毎のチップローテー
ションやチップ倍率（ディストーションを含む）の誤差
が同一ウエハ内では一定であるものとして、チップロー
テーションやチップ倍率誤差を求めていた。このため、
ウエハ上の局所的な配列誤差やディストーション成分の
変動（非線形性）が大きいと、上述実施例では重ね合わ
せ精度を向上させることが難しくなる。そこで、非線形
な歪みを持つウエハであっても、それらチップローテー
ションやチップ倍率誤差を良好に補正して、高精度に位
置合わせができるアライメント方式が望まれる。以下で
は、上述のＥＧＡ方式を改良してより高精度に位置合わ
せができる実施例につき説明する。このアライメント方
式は、上述実施例に特願平４−２９７１２１号で提案さ
れているアライメント方式を適用したものである。

【００９５】そのような本発明の他の実施例につき図１
０を参照して説明する。本例でも図２に示す投影露光装
置を使用するが、本例では第１実施例で使用されたＥＧ
Ａ方式のアライメントを更に改良した、第１の重み付き
のエンハンスト・グローバル・アライメント方式（以
下、「Ｗ１−ＥＧＡ方式」という）のアライメントを行
う。このＷ１−ＥＧＡ方式のアライメントは、「規則的
な非線形歪み」に対して有効なもので、「規則的な非線
形歪みを持つ基板であっても、当該基板上の局所領域内
での配列誤差はほぼ等しい」ことに着目したものであ
る。そして、このＷ１−ＥＧＡ方式のアライメントで
は、後述のようにサンプルショットとの距離に応じて重
み付けが行われる。

【００９６】図１０は本例で露光対象とするウエハ８を
示し、この図１０において、ウエハ８上のｉ番目のショ
ット領域ＥＳｉの計算上の座標位置を決定する際、この
ショット領域ＥＳｉとｍ個（図１０ではｍ＝９）のサン
プルショットＳＡ１〜ＳＡ９との間の距離ＬＫ１〜ＬＫ
９に応じて、それら９個のサンプルショット内のアライ
メントマークの計測された座標位置（アライメントデー
タ）のそれぞれに重みＷ_inが与えられる。具体的にサン
プルショットＳＡ１の２個のアライメントマークＭＡ
１，ＭＢ１の計測された座標位置には、距離ＬＫ１に応
じた重みＷ_i1が与えられる。なお、より厳密には、ショ
ット領域ＥＳｉの基準点から各サンプルショット内の各
アライメントマークまでの距離に応じて、それぞれ重み
を付すことが望ましい。また、各サンプルショットにお
いて、必ずしも２個のアライメントマークの座標を計測
する必要はない。

【００９７】このＷ１−ＥＧＡ方式では、ＥＧＡ方式に
おける単なる自乗和の残留誤差成分の代わりに、次の
（数１３）よりなる残留誤差成分Ｅｉを定義する。この
（数１３）において、座標値（ＦＭ_NXn ，ＦＭ_NYn ）
は、ｎ番目のサンプルショット内のＮ番目のアライメン
トマークの実際に計測された座標値、座標値（Ｆ_NXn ，
Ｆ _NYn ）はその計算上の座標値である。

【００９８】

【数１３】

【００９９】そして、このように定義される残留誤差成
分Ｅｉが最小になるように（数１０）を満足する１０個
の誤差パラメータ（Θ，Ｗ，Γｘ，Γｙ，Ｏ_X,Ｏ_Y,θ，
ｗ，γｘ，γｙ）を求める。なお、ここでは各ショット
領域ＥＳｉ毎に使用するサンプルショットＳＡ１〜ＳＡ
９は同一であるが、当然に各ショット領域ＥＳｉ毎に各
サンプルショットＳＡｎまでの距離は異なる。従って、
サンプルショットＳＡｎの座標位置（アライメントデー
タ）に与える重みＷ_inはショット領域ＥＳｉ毎に変化す
る。そして、ショット領域ＥＳｉ毎に誤差パラメータ
（Θ，Ｗ，Ｒｘ，Ｒｙ，Ｏ_X,Ｏ_Y,θ，ｗ，ｒｘ，ｒｙ）
を決定して、先ず（数１０）の変換行列Ａ中のウエハロ
ーテーション誤差Θ、及び変換行列Ｂ中のチップローテ
ーション誤差θを補正すると共に、（数１０）の変換行
列Ｂ中のチップ倍率誤差（チップスケーリングγｘ，γ
ｙ）を補正する。

【０１００】その後、誤差パラメータ（Θ，Ｗ，Γｘ，
Γｙ，Ｏ_X,Ｏ_Y)よりなる要素を含む変換行列Ａ及びＯを
用いて、（数１２）にウエハ８上の当該ショット領域Ｅ
Ｓｉの設計上の配列座標値を代入することにより、その
ショット領域ＥＳｉの基準点のステージ座標系（Ｘ，
Ｙ）上での計算上の配列座標値を求める。なお、既に説
明したように、ウエハ側を回転させた場合には、改めて
計測したアライメントマークの座標に基づいて、通常の
ＥＧＡ演算により配列座標値を求める。

【０１０１】このようにＷ１−ＥＧＡ方式ではウエハ８
上の各ショット領域ＥＳｉ毎に、各サンプルショットＳ
Ａｎの座標データに対する重みＷ_inが変化する。一例と
してその重みＷ_inを、ｉ番目のショット領域ＥＳｉとｎ
番目のサンプルショットＳＡｎとの距離ＬＫｎの関数と
して次のように表す。但し、パラメータＳは重み付けの
度合いを変更するためのパラメータである。

【０１０２】

【数１４】

【０１０３】この（数１４）から明かなように、ｉ番目
のショット領域ＥＳｉまでの距離ＬＫｎが短いサンプル
ショットＳＡｎ程、そのアライメントデータに与える重
みＷ _inが大きくなるようになっている。また、（数１
４）において、パラメータＳの値が十分大きい場合、統
計演算処理の結果は上述実施例のＥＧＡ方式で得られる
結果とほぼ等しくなる。一方、ウエハ上の露光すべきシ
ョット領域ＥＳｉを全てサンプルショットＳＡｎとし、
パラメータＳの値を十分零に近づけると、各ショット領
域毎にウエハマークの位置を計測して位置合わせを行う
所謂ダイ・バイ・ダイ方式で得られる結果とほぼ等しく
なる。即ち、Ｗ１−ＥＧＡ方式では、パラメータＳを適
当な値に設定することにより、ＥＧＡ方式とダイ・バイ
・ダイ方式との中間の効果を得ることができる。例え
ば、非線形成分が大きなウエハに対しては、パラメータ
Ｓの値を小さく設定することで、ダイ・バイ・ダイ方式
とほぼ同等の効果（アライメント精度）を得ることがで
き、非線形成分によるアライメント誤差を良好に除去す
ることができる。また、アライメントセンサーの計測再
現性が悪い場合には、パラメータＳの値を大きく設定す
ることで、ＥＧＡ方式とほぼ同等の効果を得ることがで
き、平均化効果によりアライメント誤差を低減すること
ができる。

【０１０４】更に、（数１４）の重み付け関数を、アラ
イメントマークのＸ座標及びＹ座標について別々に用意
し、Ｘ座標とＹ座標とで重みＷ_inを独立に設定すること
ができるようにしてもよい。この場合には、ウエハの非
線形歪みの程度（大小）、規則性又はステップピッチ、
即ち隣接した２つのショット領域の中心間距離（ウエハ
上のストリートラインの幅にも依るが、ほぼショットサ
イズに対応した値）がＸ方向とＹ方向とで異なっていて
も、パラメータＳの値を独立に設定することで、ウエハ
上のショット配列誤差を高精度に補正することができる
ようになっている。この際、パラメータＳの値は上記の
如くＸ座標とＹ座標とで異ならせるようにしても良く、
更にＸ座標及びＹ座標のパラメータＳの値が同一又は異
なる場合の何れであっても、パラメータＳの値は、「規
則的な非線形歪み」の大小、規則性、ステップピッチ又
はアライメントセンサーの計測再現性等に応じて適宜変
更すれば良い。

【０１０５】以上のことから、パラメータＳの値を適宜
変更することで、ＥＧＡ方式からダイ・バイ・ダイ方式
までその効果を変えることができる。従って、各種レイ
ア、更には各成分（Ｘ方向及びＹ方向）に対し、例えば
非線形成分の特徴（例えば大小、規則性等）、ステップ
ピッチ、アライメントセンサーの計測再現性の良否等に
応じてアライメントを柔軟に変更させ、各レイア、各成
分に対して最適な条件でアライメントを行うことができ
る。

【０１０６】次に、図１１を参照して、第２の重み付き
のエンハンスト・グローバル・アライメント方式（以
下、「Ｗ２−ＥＧＡ方式」という）のアライメント方法
につき説明する。ここでは説明を簡単にするため、ウエ
ハＷに規則的に、特に点対称な非線形歪みが生じ、且つ
その点対称中心がウエハＷの中心（ウエハセンター）と
一致しているものとする。

【０１０７】図１１は本例で露光対象とするウエハ８を
示し、この図１１において、ウエハ８の変形中心点（非
線形歪みの点対称中心）、即ちウエハセンターＷｃと、
ウエハ８上のｉ番目のショット領域ＥＳｉとの間の距離
（半径）をＬＥｉとして、ウエハセンターＷｃとｍ個
（図１１ではｍ＝９）のサンプルショットＳＡ１〜ＳＡ
９のそれぞれとの間の距離（半径）をＬＷ１〜ＬＷ９と
する。そして、このＷ２−ＥＧＡ方式でも、Ｗ１−ＥＧ
Ａ方式と同様に、距離ＬＥｉ及び距離ＬＷ１〜ＬＷ９に
応じて、９個のサンプルショットＳＡ１〜ＳＡ９中のア
ライメントマークの計測された座標位置（アライメント
データ）の各々に重みＷ_in′を与える。このＷ２−ＥＧ
Ａ方式では、サンプルショット毎に２個のアライメント
マーク（ＭＡｉ，ＭＢｉ）を検出した後、（数１３）と
同様に、残留誤差成分Ｅｉ′を次の（数１５）で定義
し、その（数１５）が最小となるように（数１０）の誤
差パラメータ（Θ，Ｗ，Γｘ，Γｙ，Ｏ_X,Ｏ_Y,θ，ｗ，
γｘ，γｙ）を決定する。

【０１０８】

【数１５】

【０１０９】このＷ２−ＥＧＡ方式でもＷ１−ＥＧＡ方
式と同様に、アライメントデータに与える重みＷ_in′は
ショット領域ＥＳｉ毎に変化するため、ショット領域Ｅ
Ｓｉ毎に統計演算を行って誤差パラメータ（Θ，Ｗ，Γ
ｘ，Γｙ，Ｏ_X,Ｏ_Y,θ，ｗ，γｘ，γｙ）を決定して、
チップローテーション、チップ直交度、チップ倍率誤差
及び計算上の配列座標値を決定することになる。

【０１１０】そして、ウエハＷ上の各ショット領域ＥＳ
ｉ毎に、各サンプルショットに対する重みＷ_in′を変化
させるため、（数１５）における重みＷ_in′を、ウエハ
８上のｉ番目のショット領域ＥＳｉとウエハセンターＷ
ｃとの距離（半径）ＬＥｉの関数として次のように表
す。但し、パラメータＳは重み付けの度合を変更するた
めのパラメータである。

【０１１１】

【数１６】

【０１１２】この（数１６）から明かなように、サンプ
ルショットＳＡｎからウエハセンターＷｃに対する距離
ＬＷｎが、ウエハセンターＷｃとウエハＷ上のｉ番目の
ショット領域ＥＳｉとの間の距離ＬＥｉに近いサンプル
ショット程、そのアライメントデータに与える重み
Ｗ_in′が大きくなるようになっている。換言すれば、ウ
エハエンターＷｃを中心とした半径ＬＥｉの円上に位置
するサンプルショットのアライメントデータに対して最
も大きな重みＷ_in′が与えられ、その円から半径方向に
離れるに従ってアライメントデータに対する重みＷ_in′
が小さくなっている。

【０１１３】また、（数１６）におけるパラメータＳの
値は、Ｗ１−ＥＧＡ方式と同様に要求されるアライメン
ト精度、非線形歪みの特徴（例えば大小、規則性等）、
ステップピッチ、アライメントセンサーの計測再現性の
良否等に応じて適宜定めれば良い。即ち、非線形成分が
比較的大きいときには、パラメータＳの値をより小さく
設定することで、ウエハセンターＷｃからの距離ＬＷｎ
が大きく異なるサンプルショットの影響を小さくするこ
とができる。一方、非線形成分が比較的小さいときに
は、パラメータＳの値をより大きく設定することで、計
測再現性が悪いアライメントセンサー（又はレイア）に
おけるアライメント精度の低下を防止することができ
る。

【０１１４】更に、Ｗ２−ＥＧＡ方式では、ウエハＷ上
の点対称中心からほぼ等距離にある複数のショット領
域、即ちその点対称中心を中心とした同一の円上に位置
する複数のショット領域の各々では、当然ながらサンプ
ルショットのアライメントデータに与える重みＷ_in′が
同一となる。このため、その点対称中心を中心とした同
一の円上に複数のショット領域が位置している場合、何
れか１つのショット領域のみにおいて上記の重み付け及
び統計演算を行って誤差パラメータ（Θ，Ｗ，Γｘ，Γ
ｙ，Ｏ_X,Ｏ_Y,θ，ｗ，γｘ，γｙ）を算出すれば、残り
のショット領域については先に算出した誤差パラメータ
をそのまま用いてそのチップローテーション、チップ直
交度、チップ倍率誤差及び座標位置を決定することがで
きる。これにより、計算量が減少するという利点があ
る。

【０１１５】ところで、Ｗ２−ＥＧＡ方式に好適なサン
プルショットの配置は、非線形歪みの点対称中心、即ち
ウエハセンターＷｃに関して対称となるように指定する
ことが望ましく、例えばウエハセンターＷｃを基準とし
たＸ字型又は十字型等に指定すれば良い。それ以外に、
Ｗ１−ＥＧＡ方式と同様の配置としても良い。また、非
線形歪みの点対称中心がウエハセンターＷｃ以外の場合
には、その点対称中心を基準としたＸ字型又は十字型の
配置とすればよい。また、誤差パラメータの値を決定す
るに際しては、（数１６）に示す重み付け関数をＸ方向
及びＹ方向の各々で独立に設定するようにしても良い。
また、アライメントマーク毎に重み付け関数を独立に設
定してもよいことは言うまでもない。

【０１１６】なお、Ｗ１−ＥＧＡ方式及びＷ２−ＥＧＡ
方式では、チップパターンに関する４個の誤差パラメー
タ（θ，ｗ，ｒｘ，ｒｙ）を基に回転誤差や倍率誤差を
補正するときには、各ショット領域毎に求められるそれ
らパラメータを用いて各ショット領域毎に補正を行って
も良い。又は、ショット領域毎に求められる１組のパラ
メータを平均化して１組のパラメータを求め、このパラ
メータに基づいてウエハ全体として１回だけ補正を行う
ようにしても良い。更に、ウエハを複数のブロックに分
け、各ブロック毎に補正を行うようにしても良い。ま
た、Ｗ２−ＥＧＡ方式では、点対称の中心に対して同心
円上に位置するショット領域では、ショット領域毎にパ
ラメータを求める必要はなく、何れか１つのショット領
域について求めたパラメータを使用するようにしても良
い。

【０１１７】また、本発明はステップ・アンド・リピー
ト方式の露光装置（例えば縮小投影型のステッパーや等
倍投影型のステッパー）のみならず、所謂ステップ・ア
ンド・スキャン露光方式の露光装置、又はプロキシミテ
ィタイプのステッパー（Ｘ線露光装置等）等にも広く適
用できるものである。また、露光装置以外でも半導体ウ
エハや複数のチップパターンを有するレチクル等を検査
する装置（欠陥検査装置、プローバ等）で、各チップ毎
にステップ・アンド・リピート方式で検査視野やプロー
ブ針等の基準位置に対して位置合わせする装置において
も、本発明を同様に適用することができる。

【０１１８】なお、ステップ・アンド・スキャン露光方
式の露光装置を始めとする走査型の露光装置で上述のア
ライメント方法を適用する場合には、上述の実施例で求
めた座標位置に所定のオフセット（パターンサイズ、レ
チクル及びウエハの助走区間等に応じて一義的に定まる
値）を加えた位置にウエハを位置決めしてから、走査露
光を行うことになる。

【０１１９】このように、本発明は上述実施例に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取
り得る。

【０１２０】

【発明の効果】本発明によれば、被処理基板上の複数の
ショット領域の基準位置全てに対して、位置合わせの誤
差が平均的に小さくなると同時に、それらショット領域
上のチップパターン全てに対してマスクのパターン像と
の重ね合わせの誤差が平均的に小さくなる。従って、各
ショット領域に転写されるチップパターン自体の伸縮や
回転などの影響を小さく抑え、基板上の各ショット領域
のチップパターンとマスクのパターンの投影像とをより
高精度に重ね合わせることができる利点がある。これに
より、１枚の被処理基板から取れる良品チップの数が多
くなり、半導体素子等のチップの生産性を向上すること
ができる。

【０１２１】また、被処理基板上の幾つかのショット領
域について、それに属する位置合わせ用のマークの位置
を実測している、即ち同じ形状の位置合わせ用のマーク
を使った位置計測が複数回繰り返されるので、検出系の
機械的又は電気的なランダムな誤差が低減される利点も
ある。また、各ショット領域に３個以上の２次元の位置
合わせ用のマークを設定し、予め選択された少なくとも
５個以上の位置合わせ用のマークの座標位置を計測する
ようにした場合には、各ショット領域の配列座標の他
に、各ショット領域内のチップパターンの４個の線形誤
差（チップローテーション、直交度、２方向のチップス
ケーリング）を求めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による位置合わせ方法の一実施例が適用
されたアライメント動作及び露光動作を示すフローチャ
ートである。

【図２】その実施例のアライメント動作及び露光動作が
実施される投影露光装置の一例を示す構成図である。

【図３】図２の指標板上のアライメントマークの像を示
す拡大図である。

【図４】（ａ）は実施例のウエハ上のショット領域の配
列の一例を示す平面図、（ｂ）は図４（ａ）内のショッ
ト領域を示す拡大平面図である。

【図５】（ａ）はチップパターンの回転誤差及びチップ
倍率の誤差を含んだウエハの一例を示す平面図、（ｂ）
はチップローテーション誤差の説明図、（ｃ）はチップ
倍率誤差の説明図である。

【図６】２次元座標を示すアライメントマークの例を示
す図である。

【図７】１次元座標を示すアライメントマークの例を示
す図である。

【図８】通常のＥＧＡ方式でアライメントを行う場合の
アライメントマークの選択例を示す説明図である。

【図９】実施例の方式でアライメントを行う場合のアラ
イメントマークの選択例を示す説明図である。

【図１０】本発明の他の実施例においてＷ１−ＥＧＡ方
式のアライメントが行われるウエハ上のショット配列を
示す平面図である。

【図１１】本発明の他の実施例においてＷ２−ＥＧＡ方
式のアライメントが行われるウエハ上のショット配列を
示す平面図である。

【符号の説明】

１ 照明光学系 ２ レチクル ６ 主制御系 ７ 投影光学系 ８ ウエハ １０ ウエハステージ １２ レーザー干渉計 １４ 結像特性制御装置 １５ オフ・アクシスのアライメント系 ２７−１〜２７−５，２７−ｎ ショット領域 ２８−１〜２８−５，２８−ｎ 基準点 ２９−１〜２９−３，２９−ｎ アライメントマーク ３０−１〜３０−３，３０−ｎ アライメントマーク ３４−１〜３４−３，３４−ｎ アライメントマーク ３５−１〜３５−３，３５−ｎ アライメントマーク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 9/00 G05D 3/12

Claims (23)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マスク上のパ夕一ンを基板上に転写する
   にあたって、前記基板上に配列され、それぞれマークが
   付随して設けられた複数のショット領域の各々を、前記
   基板の移動位置を規定する静止座標系内の所定の転写位
   置に対して位置合わせする方法において、 前記基板上の前記複数のショット領域のうちの少なくと
   も３つのサンプルショット領域にそれぞれ付随したマー
   クのうち、１次元座標を示すマークに換算した場合で少
   なくとも７個の前記マークを選択し、該選択されたマー
   クの前記静止座標系上における位置情報を計測する第１
   工程と、 前記第１工程で計測された前記複数のマークの位置情報
   を統計演算することによって、前記複数のショット領域
   にそれぞれ設けられた基準位置の前記基板上での配列に
   関する第１の変換パラメータと、前記基準位置と前記マ
   ークとの相対位置関係の誤差に関する第２の変換パラメ
   ータとを求めると共に、前記複数のショット領域の各々
   の前記静止座標系上における配列位置情報を算出する第
   ２工程と、 前記第２工程で算出された配列位置情報に基づいて、前
   記基板上の前記複数のショット領域の各々を前記転写位
   置に対して位置合わせする第３工程とを有することを特
   徴とする位置合わせ方法。
2. 【請求項２】 前記複数のショット領域にはそれぞれ、
   前記静止座標系上の第１方向における位置情報を計測す
   るための複数の第１マーク、及び前記第１方向と直交す
   る第２方向における位置情報を計測するための複数の第
   ２マークが付随して設けられていることを特徴とする請
   求項１に記載の位置合わせ方法。
3. 【請求項３】 前記第１工程では、所定のサンプルショ
   ット領域に付随して設けられた第１マーク、及び特定の
   サンプルショット領域に付随して設けられた第２マーク
   を計測し、 前記第１工程で計測される前記複数の第１マーク又は第
   ２マークのうちの少なくとも１つのマークの当該サンプ
   ルショット領域に対する配置関係は、他の計測される前
   記第１マーク又は第２マークの当該サンプルショット領
   域に対する配置関係とは異なることを特徴とする請求項
   １又は２に記載の位置合わせ装置。
4. 【請求項４】 前記第１工程では、少なくとも１つのサ
   ンプルショット領域に関して、前記第１方向に関する複
   数の位置情報、又は前記第２方向に関する複数の位置情
   報を計測することを特徴とする請求項２に記載の位置合
   わせ方法。
5. 【請求項５】 前記第２の変換パラメータは、前記ショ
   ット領域の前記第１方向又は前記第２方向における線形
   伸縮に関するパラメータであり、 前記第１工程では、３個の前記第１マークと３個の前記
   第２マークとの計６個のマークを選択すると共に、前記
   線形伸縮の方向における位置情報を計測するためのマー
   クで、且つ前記選択された前記線形伸縮の方向と同一方
   向の位置情報を計測するためのマークとは前記線形伸縮
   の方向に離れたマークを更に選択し、該選択された７個
   のマークの位置情報を計測することを特徴とする請求項
   ２、３、又は４に記載の位置合わせ方法。
6. 【請求項６】 前記第２の変換パラメータは、前記ショ
   ット領域の回転又は直交度に関するパラメータであり、 前記第１工程では、３個の前記第１マークと３個の前記
   第２マークとの計６個のマークを選択すると共に、前記
   選択された第１マークを通り且つ前記第１方向に平行な
   直線上に存在しない第１マーク、又は前記選択された第
   ２マークを通り且つ前記第２方向に平行な直線上に存在
   しない第２マークを更に選択し、該選択された７個のマ
   ークの位置情報を計測することを特徴とする請求項２、
   ３、又は４に記載の位置合わせ方法。
7. 【請求項７】 前記第３工程では、前記位置合わせを行
   う前に、前記第１の変換パラメータに基づいて、前記シ
   ョット領域内における前記パターンの相対的な結像関係
   の誤差を補正することを特徴とする請求項１〜６の何れ
   か一項に記載の位置合わせ方法。
8. 【請求項８】 前記第１の変換パラメータは、前記静止
   座標系に対する前記基板上の配列座標系の残留回転誤差
   に関するパラメータを含み、 前記第２の変換パラメータは、前記ショット領域の前記
   基準位置に対する相対的な回転誤差に関するパラメータ
   を含み、 前記第３工程では、前記第１及び前記第２の変換パラメ
   ータに基づいて前記マスクと前記基板とを相対的に回転
   することにより、前記残留回転誤差と前記ショット領域
   内における前記相対的な回転誤差とを補正することを特
   徴とする請求項７に記載の位置合わせ方法。
9. 【請求項９】 前記第３工程において前記基板を回転す
   ることにより前記補正を行った場合には、前記第１工程
   及び前記第２工程を再度実行して、前記第１の変換パラ
   メータ及び前記配列位置情報を新たに算出し、 その後の前記第３工程では、前記新たに算出された前記
   配列位置情報に基づいて、前記複数のショット領域の各
   々を前記転写位置に対して位置合わせすることを特徴と
   する請求項８に記載の位置合わせ方法。
10. 【請求項１０】 前記第２の変換パラメータは、前記シ
    ョット領域の回転、直交度、線形伸縮のうちの少なくと
    も一つに関するパラメータを含むことを特徴とする請求
    項１〜９の何れか一項に記載の位置合わせ方法。
11. 【請求項１１】 前記第１の変換パラメータは、前記基
    板の回転、前記静止座標系の直交度、前記基板上の前記
    複数のショット領域の配列座標系の線形伸縮、及び前記
    配列座標系の前記静止座標系に対するオフセットのうち
    の各々に関する複数のパラメータを含むことを特徴とす
    る請求項１〜１０の何れか一項に記載の位置合わせ方
    法。
12. 【請求項１２】 前記第２工程では、前記基板の回転、
    前記静止座標系の直交度、及び前記配列座標系における
    線形伸縮に関する変換行列Ａと、前記ショット領域内の
    前記基準位置の前記配列座標系上の設計上の座標情報Ｃ
    ｎと、前記オフセットに関する変換行列Ｏと、前記第２
    の変換パラメータに関する変換行列Ｂと、前記マークの
    前記基準位置に関する前記配列座標系上の設計上の相対
    座標情報ＳＮｎとを用いて、前記マークが前記静止座標
    系上で実際にあるべき位置の座標情報ＦＮｎを、次の関
    係式 ＦＮｎ＝Ａ（Ｃｎ＋Ｂ・ＳＮｎ）＋Ｏ で算出し、前記第１工程で計測された被計測マークの計
    測値と、前記関係式で算出された前記被計測マークの座
    標情報ＦＮｎとに基づいて、前記第１及び第２の変換パ
    ラメータを算出することを特徴とする請求項１１に記載
    の位置合わせ方法。
13. 【請求項１３】 前記マークは、前記静止座標系上にお
    いて前記マークの２次元の位置を特定できる２次元マー
    クであることを特徴とする請求項１〜１２の何れか一項
    に記載の位置合わせ方法。
14. 【請求項１４】 前記各ショット領域内の基準位置に対
    してそれぞれ設計上一定の相対位置関係で３個以上の前
    記２次元マークが配置され、 前記第１工程では、前記２次元マークのうち、予め選択
    された少なくとも５個のマークの位置情報を計測するこ
    とを特徴とする請求項１３に記載の位置合わせ方法。
15. 【請求項１５】 請求項１〜１４の何れか一項に記載の
    位置合わせ方法を用いて位置合わせされた前記複数のシ
    ョット領域上に、前記マスクのパターンを投影光学系を
    介して順次投影して、前記パターンを前記基板上に順次
    転写する工程を含むことを特徴とする露光方法。
16. 【請求項１６】 請求項１５に記載の露光方法を用いて
    デバイスパターンを前記基板上に転写する工程を含むこ
    とを特徴とするデバイス製造方法。
17. 【請求項１７】 マスク上のパターンを基板上に転写す
    るにあたって、前記基板上に配列され、それぞれマーク
    が付随して設けられた複数のショット領域の各々を、前
    記基板の移動位置を規定する静止座標系内の所定の転写
    位置に対して位置合わせする位置合わせ装置において、 前記基板上の前記複数のショット領域のうちの少なくと
    も３つのサンプルショット領域にそれぞれ付随したマー
    クのうち、１次元座標を示すマークに換算した場合で少
    なくとも７個の前記マークを選択し、該選択されたマー
    クの前記静止座標系上における位置情報を計測する計測
    手段と、 前記計測手段で計測された前記複数のマークの位置情報
    を統計演算することによって、前記複数のショット領域
    にそれぞれ設けられた基準位置の前記基板上での配列に
    関する第１の変換パラメータと、前記基準位置と前記マ
    ークとの相対位置関係の誤差に関する第２の変換パラメ
    ータとを求めると共に、前記複数のショット領域の各々
    の前記静止座標系上における配列位置情報を算出する算
    出手段と、 前記算出手段で算出された配列位置情報に基づいて、前
    記基板上の前記複数のショット領域の各々を前記転写位
    置に対して位置合わせする位置合わせ手段と、を有する
    ことを特徴とする位置合わせ装置。
18. 【請求項１８】 前記複数のショット領域にはそれぞ
    れ、前記静止座標系上の第１方向における位置情報を計
    測するための複数の第１マーク、及び前記第１方向と直
    交する第２方向における位置情報を計測するための複数
    の第２マークが付随して設けられていることを特徴とす
    る請求項１７に記載の位置合わせ装置。
19. 【請求項１９】 前記第２の変換パラメータは、前記シ
    ョット領域の回転又は直交度に関するパラメータであ
    り、 前記計測手段は、３個の前記第１マークと３個の前記第
    ２マークとの計６個のマークを選択すると共に、前記選
    択された第１マークを通り且つ前記第１方向に平行な直
    線上に存在しない第１マーク、又は前記選択された第２
    マークを通り且つ前記第２方向に平行な直線上に存在し
    ない第２マークを更に選択し、該選択された７個のマー
    クの位置情報を計測することを特徴とする請求項１８に
    記載の位置合わせ装置。
20. 【請求項２０】 前記第２の変換パラメータは、前記シ
    ョット領域の回転、直交度、及び線形伸縮のうちの少な
    くとも１つに関するパラメータを含むことを特徴とする
    請求項１７、１８、又は１９に記載の位置合わせ装置。
21. 【請求項２１】 前記第１の変換パラメータは、前記基
    板の回転、前記静止座標系の直交度、前記基板上の前記
    複数のショット領域の配列座標系の線形伸縮、及び前記
    配列座標系の前記静止座標系に対するオフセットのうち
    の各々に関する複数のパラメータを含むことを特徴とす
    る請求項１７〜２０の何れか一項に記載の位置合わせ装
    置。
22. 【請求項２２】 前記算出手段は、前記基板の回転、及
    び前記静止座標系の直交度、及び前記配列座標系におけ
    る線形伸縮に関する変換行列Ａと、前記ショット領域内
    の前記基準位置の前記配列座標系上の設計上の座標情報
    Ｃｎと、前記オフセットに関する変換行列Ｏと、前記第
    ２の変換パラメータに関する変換行列Ｂと、前記マーク
    の前記基準位置に関する前記配列座標系上の設計上の相
    対座標情報ＳＮｎとを用いて、前記マークが前記静止座
    標系上で実際にあるべき位置の座標情報ＦＮｎを、次の
    関係式、 ＦＮｎ＝Ａ（Ｃｎ＋Ｂ・ＳＮｎ）＋Ｏ で算出し、前記計測手段で計測された被計測マークの計
    測値と、前記関係式で算出された前記被計測マークの座
    標情報ＦＮｎとに基づいて、前記第１及び第２の変換パ
    ラメータを算出することを特徴とする請求項２１に記載
    の位置合わせ装置。
23. 【請求項２３】 請求項１７〜２２の何れか一項に記載
    の位置合わせ装置を有し、 前記位置合わせ装置により位置合わせされた前記複数の
    ショット領域上に、前記マスクのパターンを投影光学系
    を介して順次投影して、前記パターンを前記基板上に順
    次転写することを特徴とする露光装置。