JP3387072B2 - 露光方法及び装置、並びに素子製造方法 - 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
いて結像特性の補正、又はレチクルとウエハとの位置合
わせを行って、そのレチクルのパターンを順次ウエハ上
の各ショット領域に転写する投影露光装置の露光方法に
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）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、ウエハを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ウエハを歩進（ステ
ッピング）させて、レチクルのパターン像をウエハ上の
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、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
法としては、次に述べるようなエンハンスト・グローバ
ル・アライメント（以下、「ＥＧＡ」という）方式が知
られている（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に予め設
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ＥＧＡ方式で算出された配列座標値（Ｆ_Xn，
Ｆ_Yn）に基づいてウエハの位置合わせを行ったとして
も、レチクルのパターン側に回転又はオフセット（平行
移動）が生じていると、レチクルのパターン像とウエハ
上の各ショット領域のチップパターンとが正確に重なら
ないという不都合がある。

【００１０】このため、従来においては例えばアライメ
ント顕微鏡等を用いてレチクルのパターンの位置決め精
度を検出し、その位置決め精度を所定の許容範囲内に追
い込んだ状態で露光を行っていた。しかしながら、この
方式ではレチクルを交換する度に煩雑な作業を繰り返し
て行う必要があり、露光工程のスループットが低下する
という不都合があった。

【００１１】また、従来は投影光学系の投影倍率は設計
値通りであるとみなしていたが、実際には投影光学系の
投影倍率の誤差、又はレチクルのパターンの描画誤差等
により、レチクルのパターンの投影光学系を介した投影
像の倍率が設計値から外れている恐れがあった。このよ
うな誤差量は極めて小さいもので従来は特に問題視され
ていなかったが、製造対象とする半導体素子等が益々微
細化するのに応じて、小さくすることが要求されるよう
になっている。

【００１２】本発明は斯かる点に鑑み、レチクルのパタ
ーン側の回転等を効率的に求めることができ、レチクル
とウエハとの位置合わせ精度を高めて且つ高いスループ
ットで露光を行うことができる露光方法及び装置を提供
することを目的とする。本発明は更に、レチクルの投影
像の倍率を直接計測することができ、レチクルのパター
ン像とウエハとの重ね合わせ精度を高めることができる
露光方法及び装置を提供することをも目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明による第１の露光
方法は、露光用のパターンが形成されたマスクを照明
し、そのマスクのパターンを投影光学系（ＰＬ）を介し
て第１の座標系（Ｘ，Ｙ）上で位置決めされる感光性の
基板（８）上に投影露光する露光方法において、そのマ
スクとしてそのマスク上の露光用のパターン（４１）と
共に複数個の位置検出用のマーク（４３Ａ〜４３Ｈ）が
形成された実露光用のマスク（２）を用い、この実露光
用のマスク上の第２の座標系（ξＲ，ηＲ）上で位置決
めされたそれら位置検出用のマークの投影光学系（Ｐ
Ｌ）を介した像（４３ＡＷ〜４３ＨＷ）の第１の座標系
（Ｘ，Ｙ）上での位置を検出する第１工程（ステップ１
０３）を有する。

【００１４】更に本発明は、従来のＥＧＡ方式を適用し
て、その第１工程で検出されたそれら位置検出用のマー
クの像の内の、２次元マークに換算した場合で例えば３
個以上の像の位置を統計計算することにより、実露光用
のマスク（２）上の第２の座標系（ξＲ，ηＲ）上の座
標から基板（８）が位置決めされる第１の座標系（Ｘ，
Ｙ）上の座標への変換パラメータを求める第２工程（ス
テップ１０４）を有し、この第２工程で求められた変換
パラメータに基づいて、投影光学系（ＰＬ）の結像状態
の調整、及び実露光用のマスク（２）と基板（８）との
位置決めを行った後、実露光用のマスク（２）の露光用
のパターン（４１）を基板（８）上に露光するものであ
る。

【００１５】この場合、更に基板（８）の状態をＥＧＡ
方式で計測することが望ましい。即ち、基板（８）上に
設定された第３の座標系（α，β）上の配列座標に基づ
いて基板（８）上に配列された複数の被加工領域（２７
−ｉ）の内、少なくとも３つの予め選択されたサンプル
領域の第１の座標系（Ｘ，Ｙ）上における座標位置を計
測し（ステップ１０７）、このように計測された複数の
座標位置を統計計算することによって、基板（８）上の
第３の座標系（α，β）上の座標から第１の座標系
（Ｘ，Ｙ）上の座標への変換パラメータを算出し（ステ
ップ１０８）、第３の座標系（α，β）から第１の座標
系（Ｘ，Ｙ）への変換パラメータ、及びその第２工程で
求められた変換パラメータに基づいて、投影光学系（Ｐ
Ｌ）の結像状態の調整（ステップ１１０）、及び実露光
用のマスク（２）と基板（８）との位置決めを行った後
（ステップ１０９，１１０）、実露光用のマスク（２）
の露光用のパターンを基板（８）上に露光することが望
ましい。また、本発明による第２の露光方法は、露光用
のパターンが形成されたマスクを照明し、そのマスクの
パターンを投影光学系を介して基板上に投影露光する露
光方法において、そのマスクとしてそのマスク上の露光
用パターンと共に複数個の位置検出用マークが形成され
た実露光用のマスクを使用すると共に、この実露光用の
マスクのパターンをその基板上に露光する前に、この実
露光用のマスク上に形成されている複数個の位置検出用
マークに関する位置情報を検出する第１工程と、その第
１工程で検出された位置情報を用いて統計計算を行うこ
とにより、複数の誤差パラメータを求める第２工程と、
その第２工程で求められたその誤差パラメータに基づい
て、その投影光学系の結像特性を制御する第３工程と、
を有するものである。また、本発明による第３の露光方
法は、露光用のパターンが形成されたマスクを照明し、
そのマスクのパターンを投影光学系を介して基板上に投
影露光する露光方法において、そのマスクとしてそのマ
スク上の露光用パターンと共に複数個の位置検出用マー
クが形成された実露光用のマスクを使用すると共に、こ
の実露光用のマスクのパターンをその基板上に露光する
前に、この実露光用のマスク上に形成されている複数個
の位置検出用マークの、その投影光学系を介した像の位
置情報を検出する第１工程と、その第１工程で検出され
た位置情報を用いて統計計算を行うことにより、複数の
誤差パラメータを求める第２工程と、を有するものであ
る。また、本発明による素子製造方法は、本発明の何れ
かの露光方法を用いて、半導体素子又は液晶表示素子を
形成するための回路パターンを基板上に投影する工程を
含むものである。次に、本発明による第１の露光装置
は、露光用のパターンが形成されたマスクを照明し、そ
のマスクのパターンを投影光学系を介して基板上に投影
露光する露光装置であって、そのマスクとしてそのマス
ク上の露光用パターンと共に複数個の位置検出用マーク
が形成された実露光用のマスクを使用すると共に、この
実露光用のマスクのパターンをその基板上に露光する前
に、この実露光用のマスク上に形成されている複数個の
位置検出用マークに関する位置情報を検出する検出手段
と、その検出手段で検出された位置情報を用いて統計計
算を行うことにより、複数の誤差パラメータを求める演
算手段と、その演算手段で求められたその誤差パラメー
タに基づいて、その投影光学系の結像特性を制御する制
御手段と、を有するものである。また、本発明による第
２の露光装置は、露光用のパターンが形成されたマスク
を照明し、そのマスクのパターンを投影光学系を介して
基板上に投影露光する露光装置であって、そのマスクと
してそのマスク上の露光用パターンと共に複数個の位置
検出用マークが形成された実露光用のマスクを使用する
と共に、この実露光用のマスクのパターンをその基板上
に露光する前に、この実露光用のマスク上に形成されて
いる複数個の位置検出用マークの、その投影光学系を介
した像の位置情報を検出する検出手段と、その検出手段
で検出された位置情報を用いて統計計算を行うことによ
り、複数の誤差パラメータを求める演算手段と、を有す
るものである。

【００１６】

【作用】斯かる本発明によれば、図４（ａ）に示すよう
に、実露光用のマスク（２）には座標系（ξＲ，ηＲ）
上にそれぞれ２次元の位置を表す位置検出用のマーク
（４３Ａ〜４３Ｈ）が形成されている。このマスク
（２）の像を投影光学系（ＰＬ）を介して基板（８）が
載置されているステージ上に投影する。そして、図５に
示すように、それら位置検出用のマークの投影像（４３
ＡＷ〜４３ＨＷ）の内から例えば３個以上の投影像の第
１の座標系（Ｘ，Ｙ）上での位置を検出する。検出方式
としては、基板（８）が載置されるステージに設けたス
リット板及び光電検出器を、その第１の座標系（Ｘ，
Ｙ）上で走査して各投影像の位置を検出する方式や、基
板（８）が載置されるステージ側からマスク（２）側に
スリットパターン像を投影した状態でそのステージを走
査し、マスク（２）を透過した光量から逆に投影像（４
３ＡＷ〜４３ＨＷ）の位置を検出する方式等がある。

【００１７】一般に、マスク（２）上の座標系（ξＲ，
ηＲ）上の座標から基板（８）の位置を規定する第１の
座標系（Ｘ，Ｙ）上の座標への変換式は（数１）と同様
に６個の変換パラメータを用いて表すことができる。こ
の６個の変換パラメータの値は、従来のＥＧＡ方式を適
用することにより容易に求めることができる。即ち、２
次元マークの場合で３個以上の投影像（４３ＡＷ〜４３
ＨＷ）の位置を検出し、最小自乗法を用いることにより
それら６個の変換パラメータは求められる。また、それ
ら６個の変換パラメータは、マスク（２）の回転、投影
像の２方向の倍率誤差（投影光学系（ＰＬ）自体の倍率
誤差を含む）、座標系（ξＲ，ηＲ）の直交度誤差、及
び２方向のオフセットを表す。そこで、例えばマスク
（２）の回転及びオフセットを小さくするように、マス
ク（２）又は基板（８）の位置を補正することにより、
マスク（２）と基板（８）との位置合わせ精度が改善さ
れる。

【００１８】また、投影像自体の倍率誤差が直接求めら
れるため、例えば基板（８）の第１層目にマスク（２）
のパターン像を露光する場合には、例えば投影光学系
（ＰＬ）を構成するレンズエレメントを動かす等の手法
により投影光学系（ＰＬ）の投影倍率を補正して、その
投影像の倍率を設計値に合わせる。一方、基板（８）の
第２層目に露光する場合には、その２層目に既に形成さ
れている回路パターンの倍率誤差を計測し、その回路パ
ターンの倍率誤差に対してマスク（２）の投影像の倍率
誤差を合わせる。

【００１９】次に、基板（８）上の第３の座標系（α，
β）から第１の座標系（Ｘ，Ｙ）への変換パラメータを
もＥＧＡ方式で求めた場合には、例えばマスク（２）の
回転、倍率等及び基板（８）の回転、倍率等が一緒に求
められる。従って、例えばマスク（２）の回転角を基板
（８）の回転角に合わせることにより、マスク（２）と
基板（８）との位置合わせ精度及び重ね合わせ精度を高
めることができる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明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）の露光工
程に本発明を適用したものである。

【００２１】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。

【００２２】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ＰＬ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ＰＬの光軸ＡＸ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、光軸
ＡＸ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。

【００２３】また、ウエハホルダー９（又はウエハステ
ージ１０の最上段のステージ）上のウエハ８の近傍に
は、光電センサ７が固定されている。光電センサ７は、
レチクル２上に形成されているアライメントマーク（後
述）の投影像の明部と同じパターンのスリットが形成さ
れたスリット板の下に、そのスリット板を透過した光束
を光電変換する光電検出器を配置して構成され、そのス
リット板の表面はウエハ８の露光面と同じ高さに設定さ
れている。光電センサ７内の光電検出器の出力信号が主
制御系６に供給されている。本実施例では、その光電セ
ンサ７を投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直な平面内で走
査することにより、レチクル２に形成されたアライメン
トマークの投影像の位置を計測する。

【００２４】そして、ウエハステージ１０の上面に移動
ミラー１１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１２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。

【００２５】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。なお、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。

【００２６】本例の投影光学系ＰＬ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ＰＬ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ＰＬ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。

【００２７】本例では、投影光学系ＰＬの側面にオフ・
アクシス方式のアライメント系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２０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２１を介して指標板２２上に照射され、指標板２
２上にアライメントマーク２９の像が結像される。

【００２８】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。

【００２９】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にそれぞれ垂
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１０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３１
Ｂ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。

【００３０】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。

【００３１】ここで、本実施例で使用するレチクル２の
パターンにつき説明する。図４（ａ）は本実施例のレチ
クル２を示し、この図４（ａ）において、レチクル２の
中央部に露光用の回路パターン４１が形成されている。
そして、回路パターン４１の周囲で、且つ投影光学系Ｐ
Ｌの有効露光フィールドと共役な領域４２Ｒの内側に８
個の同一のアライメントマーク４３Ａ〜４３Ｈが形成さ
れている。これらアライメントマーク４３Ａ〜４３Ｈの
位置は、レチクル２の中心を原点（０，０）とした直交
座標系（ξＲ，ηＲ）上で予め定められている。図示省
略しているが、レチクル２上にはアライメントマーク４
３Ａ〜４３Ｈの他に、更にレチクル２をレチクルステー
ジ３上で位置決めするためのアライメントマークも形成
されている。

【００３２】図４（ｂ）はアライメントマーク４３Ａの
形状を示し、この図４（ｂ）において、アライメントマ
ーク４３Ａは、遮光膜４４を背景としてξＲ方向に所定
ピッチで配列された開口パターンよりなるライン・アン
ド・スペースパターン４５、及びηＲ方向に所定ピッチ
で配列された開口パターンよりなるライン・アンド・ス
ペースパターン４６を形成したものである。ライン・ア
ンド・スペースパターン４５及び４６により、それぞれ
アライメントマーク４３ＡのξＲ方向及びηＲ方向の位
置が指定されている。他のアライメントマーク４３Ｂ〜
４３Ｈも同一形状である。

【００３３】また、図２の光電センサ７のスリット板に
は、図４（ｂ）のライン・アンド・スペースパターン４
５及び４６と共役なパターンが形成されている。次に、
図１のフローチャートを参照して、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。先ず、図１のステップ１０１におい
て、レチクル２を図２のレチクルステージ３上にロード
した後、ステップ１０３において、レチクル２のアライ
メントを行う。このためには、図２において例えばレチ
クル２の端部上方に配置されたアライメント顕微鏡（不
図示）を用いて、レチクル２上のアライメントマーク
（図４（ａ）のアライメントマーク４３Ａ〜４３Ｈとは
異なるマーク）の位置を検出し、その位置が所定の位置
になるようにレチクル２を位置決めする。

【００３４】次に、ステップ１０３において、レチクル
２上の８個のアライメントマーク４３Ａ〜４３Ｈの内
の、３個以上のアライメントマークのウエハステージ１
０上への投影像のステージ座標系（Ｘ，Ｙ）での座標を
計測する。図５は、図４（ａ）に示すレチクル２のアラ
イメントマーク４３Ａ〜４３Ｈのウエハステージ１０上
への投影像を示し、この図５において、投影光学系ＰＬ
の有効露光フィールド４２内に８個のアライメントマー
ク像４３ＡＷ〜４３ＨＷが投影されている。また、投影
光学系ＰＬの結像状態が理想的である場合の、レチクル
２上の座標系（ξＲ，ηＲ）のウエハステージ１０上へ
の投影像を座標系（ξ，η）で表している。本実施例で
は、レチクル２の座標系（ξＲ，ηＲ）上でのアライメ
ントマーク４３Ａ〜４３Ｈの設計上の配列座標（ＣＲξ
_Xn，ＣＲη_Yn）（ｎ＝１〜８）を、ウエハステージ１０
上の座標系（ξ，η）上でのアライメントマーク像４３
ＡＷ〜４３ＨＷの配列座標（ＣＲ_Xn，ＣＲ_Yn）に換算す
る。そして、アライメントマーク像４３ＡＷ〜４３Ｈの
ステージ座標系（Ｘ，Ｙ）での配列座標を（ＦＲ_Xn，Ｆ
Ｒ_Yn）とする。

【００３５】この場合、レチクル２はステージ座標系
（Ｘ，Ｙ）に対して次のような誤差要因を有するため、
配列座標（ＣＲ_Xn，ＣＲ_Yn）は配列座標（ＦＲ_Xn，ＦＲ
_Yn）とは合致しない。

【００３６】レチクルの回転：これはステージ座標系
（Ｘ，Ｙ）に対するレチクルのウエハ側に換算した座標
系（ξ，η）の残留回転誤差Θ_R で表される。 レチクルの座標系（ξ，η）の直交度：これはξ軸方
向及びη軸方向のパターンが描画誤差により正確に直交
していない誤差であり、直交度誤差Ｗ_R で表される。

【００３７】レチクルの座標系（ξ，η）におけるξ
方向及びη方向の倍率誤差：これはレチクル２のパター
ンの長さが誤差を有する場合、又は投影光学系ＰＬの投
影倍率が設計値（例えば１／５）からずれていることに
より生ずる誤差である。この誤差はξ方向及びη方向に
ついてそれぞれ倍率誤差ＲＲｘ及びＲＲｙで表される。
ただし、ξ方向の倍率誤差ＲＲｘはウエハステージ上の
２つのアライメントマーク像間のξ方向の間隔の実測値
と設計値との比、η方向の倍率誤差ＲＲｙは２つのアラ
イメントマーク像間のη方向の間隔の実測値と設計値と
の比で表すものとする。 レチクルの座標系（ξ，η）のステージ座標系（Ｘ，
Ｙ）に対するオフセット：これはレチクル２の投影像が
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、オフセット誤差ＯＲ_X,ＯＲ_Y で表され
る。

【００３８】上記の〜の誤差要因が加わった場合、
設計上の座標値が（ＣＲ_Xn，ＣＲ_Yn）のアライメントマ
ーク像の、ステージ座標系（Ｘ，Ｙ）上の座標（Ｆ
Ｒ_Xn，ＦＲ_Yn）は以下のように表される。

【００３９】

【数２】

【００４０】ここで、直交度誤差Ｗ_R 及び残留回転誤差
Θ_R 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。

【００４１】

【数３】

【００４２】次に、（数３）の行列及びベクトルを次の
ように行列ＦＲｎ，ＡＲ及びベクトルＣＲｎ，ＯＲで置
き換える。

【００４３】

【数４】

【００４４】これにより、（数３）は次のように表現さ
れる。

【００４５】

【数５】

【００４６】この（数５）における行列ＡＲ内の４個の
誤差（以下、「誤差パラメータ」とも呼ぶ）ＲＲｘ，Ｒ
Ｒｙ，Ｗ_R ，Θ_R 及びベクトルＯＲ内の２個のオフセッ
ト誤差（誤差パラメータ）ＯＲ_X,ＯＲ_Y を求めることが
目的であり、このためにはウエハのショット配列算出用
のＥＧＡ方式の計算手法が適用できる。即ち、求めるべ
き誤差パラメータは６個であるため、図５のアライメン
トマーク像４３ＡＷ〜４３ＨＷの内から３個以上のアラ
イメントマーク像のステージ座標系（Ｘ，Ｙ）での座標
を求め、この計測された座標と（数５）により定まる計
算上の座標との自乗和（残留誤差成分）が最小になるよ
うにすればよい。

【００４７】なお、図５のアライメントマーク像４３Ａ
Ｗ〜４３ＨＷは、２個の１次元マークが組み合わされた
２次元マークであるため、３個以上を計測しているが、
１次元マークのみを選択する場合には６個以上のマーク
の位置を計測する必要がある。また、図５のアライメン
トマーク像４３ＡＷ〜４３ＨＷの内から選択する３個以
上のアライメントマーク像は同一直線上に位置していな
いことが条件となる。更に、計測するアライメントマー
ク像は、投影光学系ＰＬの有効露光フィールド４２内で
偏ることなく、光軸に関してほぼ点対称となるように分
布することが望ましい。

【００４８】そこで、ステップ１０３では、図５におい
て斜線を施して示すように、光軸に関してほぼ点対称の
例えば４個のアライメントマーク像４３ＢＷ，４３Ｄ
Ｗ，４３ＦＷ，４３ＨＷのステージ座標系（Ｘ，Ｙ）で
の配列座標を計測する。この際には、図２の光電センサ
７をＸＹ平面内で走査して、光電変換信号がそれぞれ極
大となる位置を求めればよい。その後、ステップ１０４
において、上述の最小自乗法により（数５）を満足する
６個の誤差パラメータ（ＲＲｘ，ＲＲｙ，Ｗ_R ，Θ_R ，
ＯＲ_X,ＯＲ_Y ）の値を求める。

【００４９】なお、上述の方法は通常のＥＧＡ方式を適
用したものであるが、図５のアライメントマーク像の計
測データに対して、例えばレチクル２の中心からの距離
に応じて重み付けを行うような所謂重み付けＥＧＡ方式
で、それら６個の誤差パラメータを求めるようにしても
よい。重み付けＥＧＡ方式については後述する。また、
場合によっては直交度誤差Ｗ_R を無視し（０とみな
し）、且つ倍率誤差ＲＲｘ及びＲＲｙを共通に平均値Ｒ
Ｒ（＝（ＲＲｘ＋ＲＲｙ）／２）で置き換えてもよいこ
とがある。この場合には、（数５）の行列ＡＲは次のよ
うに近似できる。

【００５０】

【数６】

【００５１】この近似のもとでは、求めるべき誤差パラ
メータの個数は４個になるため、最小自乗法を適用する
ために計測すべきアライメントマーク像の個数は、２次
元マークの場合で２個以上でよくなる。次に、本実施例
では従来のＥＧＡ方式を拡張した方式で、ウエハについ
ても回転、線形伸縮等を計測する。以下ではその方法に
つき説明する。

【００５２】図６（ａ）は本実施例のウエハ８を示し、
この図６（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＝
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６（ａ）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。

【００５３】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６（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６
（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。

【００５４】図６（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。

【００５５】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。

【００５６】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。

【００５７】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。

【００５８】

【数７】

【００５９】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７）は次
のようになる。

【００６０】

【数８】

【００６１】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。

【００６２】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６（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。

【００６３】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。

【００６４】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。

【００６５】例えば、図７（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７
（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７
（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７（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。

【００６６】但し、図７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。

【００６７】

【数９】

【００６８】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９）は次式で
表される。

【００６９】

【数１０】

【００７０】さて、図６（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。

【００７１】

【数１１】

【００７２】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８）及び（数１０）から次のように表され
る。

【００７３】

【数１２】

【００７４】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１２）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１２）のように表す。同様に、その（数１２）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γｙを用いて次の（数１２）のように表す。

【００７５】

【数１３】

【００７６】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１２）を書き換えると、（数１２）は近似
的に次のようになる。

【００７７】

【数１４】

【００７８】この（数１４）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１４）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。

【００７９】

【数１５】

【００８０】但し、（数１５）の各変換行列は次のよう
に定義される。

【００８１】

【数１６】

【００８２】（数１５）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１５）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１５）に適用する必要
はなく、例えば（数１２）の段階で１０個の誤差パラメ
ータを求めても良い。

【００８３】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
５）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。

【００８４】具体的に、図１のステップ１０５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６（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。

【００８５】次に、図１のステップ１０６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１０７において、図２のオフ・アクシス方式の
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３５−ｎ）のステージ座標系（Ｘ，Ｙ）上での座標値
（ＦＭ_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。

【００８６】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。

【００８７】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１０８において、（数１２）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。

【００８８】そして、最小自乗法により（数１５）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。

【００８９】その後ステップ１０９において、（数５）
の変換行列ＡＲ中のレチクルの回転誤差Θ_R を基準とし
て、（数１０）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と変換行列Ｂ中のチッ
プローテーションの回転誤差θとの和（Θ＋θ）を回転
誤差Θ_R に合わせ込む。そのためには、図２のウエハス
テージ１０によりウエハ８を回転させると共に、ウエハ
ステージ１０の走り方向をレチクル２の回転に合わせて
斜めに設定する。なお、ウエハ８を回転する代わりに、
レチクル２側を回転してもよい。

【００９０】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を所定角
度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，Ｒｘ，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１０９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。

【００９１】次に、レチクル２の直交度誤差Ｗ_R 、及び
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、レチクル２の直交度
誤差Ｗ_R 、ウエハ８の回転誤差Θ、チップの回転誤差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。

【００９２】次に、ステップ１１０において、（数５）
の行列ＡＲ内のレチクル２の投影像の倍率誤差ＲＲｘ，
ＲＲｙ、及び（数１０）の変換行列Ｂ中のチップスケー
リング誤差ｒｘ，ｒｙ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。この場合、本実施例では、レチクル２の投影像の
倍率を直接計測できるため、先ずウエハ８上の第１層目
に露光を行う際には、レチクル２の倍率誤差ＲＲｘ及び
ＲＲｙが正確に１になるように、投影光学系ＰＬの投影
倍率を調整する。倍率誤差ＲＲｘ及びＲＲｙが正確に１
になる状態で、レチクル２のパターンの投影光学系ＰＬ
による投影像が、設計値通りの大きさになる。

【００９３】なお、図５に示すように本実施例のレチク
ル２のアライメントマーク像４３ＡＷ〜４３ＨＷは、投
影光学系ＰＬの有効露光フィールド４２内で実際の矩形
の露光領域の外側にあることもあるため、投影光学系Ｐ
Ｌの投影倍率を計測する際に、レンズのディストーショ
ンの影響を大きく受ける。そこで、予め露光領域内にア
ライメントマーク像が投影されるような基準レチクルを
用いて、この基準レチクルの投影像の倍率が設計値通り
になるように、投影光学系ＰＬの投影倍率のオフセット
補正を行っておいてもよい。この場合には、ウエハ８上
の第１層目に露光を行う際の投影倍率の補正は不要とな
る。

【００９４】次に、ウエハ８の第２層目以降にレチクル
２のパターン像を露光する際には、チップスケーリング
誤差ｒｘ，ｒｙを基準として、投影光学系ＰＬの投影倍
率を補正する。これにより、レチクル２の投影像の大き
さとウエハ２上に既に形成されているチップパターンの
大きさとが等しくなる。その後、図１のステップ１１１
において、ステップ１０８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。

【００９５】

【数１７】

【００９６】そして、ステップ１１２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
ＰＬ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。

【００９７】この場合、本例では（数５）及び（数１
５）に示すように、変換行列Ａ及びＯのみならず、レチ
クルの回転誤差、レチクルの倍率誤差、チップローテー
ション、及びチップスケーリングのパラメータ等をも考
慮しているので、レチクル２の回転、投影光学系ＰＬの
倍率誤差、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。

【００９８】なお、上述実施例では図６（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１５）の変換行列Ａ，Ｂ，Ｏを求めることが
できる。

【００９９】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。

【０１００】なお、上述実施例では、ウエハ８上の各シ
ョット領域内で多点計測を行っているが、通常のＥＧＡ
方式をそのまま適用して各ショット領域内ではそれぞれ
特定の１個のマークの位置を検出するようにしてもよ
い。この場合には、（数１５）において行列Ｂを無視し
て、例えばウエハローテーションの誤差Θをレチクルの
回転誤差Θ_R に合わせるようにすればよい。

【０１０１】また、上述実施例では、レチクル２の直交
度誤差Ｗ_R については積極的に補正を行っていない。し
かしながら、例えば投影光学系ＰＬを構成する一部のレ
ンズをトロイダル面に形成しておき、そのレンズを光軸
の回りに回転できる機構を設け、この機構で投影像の直
交度誤差Ｗ_R が最小になるように、そのレンズを回転さ
せてもよい。これにより、レチクル２の描画誤差等に起
因する直交度誤差Ｗ_Rを小さくすることができる。

【０１０２】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。

【０１０３】そのような本発明の他の実施例につき図８
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ＥＧＡ
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。

【０１０４】図８は本例で露光対象とするウエハ８を示
し、この図８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８ではｍ＝９）のサンプルシ
ョットＳＡ１〜ＳＡ９との間の距離ＬＫ１〜ＬＫ９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ＭＡ１，ＭＢ
１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。

【０１０５】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１８）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。

【０１０６】

【数１８】

【０１０７】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１５）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１５）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１５）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。

【０１０８】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１７）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。

【０１０９】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。

【０１１０】

【数１９】

【０１１１】この（数１９）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
９）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。

【０１１２】更に、（数１９）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。

【０１１３】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。

【０１１４】次に、図９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。

【０１１５】図９は本例で露光対象とするウエハ８を示
し、この図９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１
１ではｍ＝９）のサンプルショットＳＡ１〜ＳＡ９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−ＥＧＡ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−ＥＧＡ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１８）と同様
に、残留誤差成分Ｅｉ′を次の（数２０）で定義し、そ
の（数２０）が最小となるように（数１５）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。

【０１１６】

【数２０】

【０１１７】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。

【０１１８】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２０）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。

【０１１９】

【数２１】

【０１２０】この（数２１）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。

【０１２１】また、（数２１）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。

【０１２２】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。

【０１２３】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２１）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。

【０１２４】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。

【０１２５】なお、上述実施例では、レチクルローテー
ションの補正又はレチクルの投影像の投影倍率の補正
（２層目以降の露光での補正）を行う際に、ウエハ及び
チップパターン側の回転や伸縮をも考慮している。しか
しながら、例えば同一ロット内のそれまでの露光によ
り、ウエハ及びチップパターンの倍率誤差や回転誤差等
が十分小さいことが分かっている場合等には、レチクル
の（数５）に基づく計測（ＥＧＡ計測）の結果のみを用
いて、レチクルの回転補正又は投影光学系の投影倍率の
補正を行うようにしてもよい。

【０１２６】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。

【０１２７】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。

【０１２８】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。

【０１２９】

【発明の効果】本発明によれば、マスク上の位置検出用
のマークの投影光学系を介した像の位置を計測し、この
計測結果を統計処理しているため、マスクのパターンの
回転角や、そのパターンの直交度等を正確に求めること
ができる。更に、投影光学系を介した投影像の倍率をも
正確に求めることができ、マスク上のパターンと基板上
のパターンとの重ね合わせ精度を高めることができる利
点がある。

【０１３０】また、基板側の配列座標をＥＧＡ方式で求
めるようにした場合には、位置合わせ精度及び重ね合わ
せ精度を更に高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による露光方法の一実施例を示すフロー
チャートである。

【図２】その実施例の露光方法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）は実施例で使用するレチクル２のパター
ン配置を示す平面図、（ｂ）はレチクル２上のアライメ
ントマークの構成を示す拡大平面図である。

【図５】図４（ａ）のレチクル２の投影像を示す平面図
である。

【図６】（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７】（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８】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９】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 ＰＬ 投影光学系 ７ 光電センサ 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・アクシス方式のアライメント系 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 ウエハ上のアライメン
トマーク ４３Ａ〜４３Ｅ レチクル上のアライメントマーク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−96219（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−27712（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−81419（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−148714（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−53545（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−349705（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 9/00

Claims (25)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 露光用のパターンが形成されたマスクを
   照明し、前記マスクのパターンを投影光学系を介して第
   １の座標系上で位置決めされる感光性の基板上に投影露
   光する露光方法において、 前記マスクとして前記マスク上の露光用のパターンと共
   に複数個の位置検出用のマークが形成された実露光用の
   マスクを用い、該実露光用のマスク上の第２の座標系上
   で位置決めされた前記位置検出用のマークの前記投影光
   学系を介した像の前記第１の座標系上での位置を検出す
   る第１工程と、 該第１工程で検出された前記位置検出用のマークの像の
   位置を統計計算することにより、前記実露光用のマスク
   上の第２の座標系上の座標から前記基板が位置決めされ
   る前記第１の座標系上の座標への変換パラメータを求め
   る第２工程と、を有し、 該第２工程で求められた変換パラメータに基づいて、前
   記投影光学系の結像状態の調整、及び前記実露光用のマ
   スクと前記基板との位置決めを行った後、前記実露光用
   のマスクの露光用のパターンを前記基板上に露光するこ
   とを特徴とする露光方法。
2. 【請求項２】 前記基板上に設定された第３の座標系上
   の配列座標に基づいて前記基板上に配置された複数の被
   加工領域の内、少なくとも３つの予め選択されたサンプ
   ル領域の前記第１の座標系上における座標位置を計測
   し、該計測された複数の座標位置を統計計算することに
   よって、前記基板上の第３の座標系上の座標から前記第
   １の座標系上の座標への変換パラメータを算出し、 前記第３の座標系から前記第１の座標系への変換パラメ
   ータ、及び前記第２工程で求められた変換パラメータに
   基づいて、前記投影光学系の結像状態の調整、及び前記
   実露光用のマスクと前記基板との位置決めを行った後、
   前記実露光用のマスクの露光用のパターンを前記基板上
   に露光することを特徴とする請求項１に記載の露光方
   法。
3. 【請求項３】 露光用のパターンが形成されたマスクを
   照明し、前記マスクのパターンを投影光学系を介して基
   板上に投影露光する露光方法において、 前記マスクとして前記マスク上の露光用パターンと共に
   複数個の位置検出用マークが形成された実露光用のマス
   クを使用すると共に、該実露光用のマスクのパターンを
   前記基板上に露光する前に、該実露光用のマスク上に形
   成されている該複数個の位置検出用マークに関する位置
   情報を検出する第１工程と、 前記第１工程で検出された位置情報を用いて統計計算を
   行うことにより、複数の誤差パラメータを求める第２工
   程と、 前記第２工程で求められた前記誤差パラメータに基づい
   て、前記投影光学系の結像特性を制御する第３工程と、
   を有することを特徴とする露光方法。
4. 【請求項４】 前記誤差パラメータは、前記マスク上の
   座標系における倍率誤差を含むことを特徴とする請求項
   ３に記載の露光方法。
5. 【請求項５】 前記第３工程では、前記倍率誤差に基づ
   いて、前記投影光学系の投影倍率を制御することを特徴
   とする請求項４に記載の露光方法。
6. 【請求項６】 前記投影光学系は複数のレンズ群より構
   成されており、 前記第３工程では、前記投影光学系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
   を特徴とする請求項５に記載の露光方法。
7. 【請求項７】 前記倍率誤差は実測値と設計値との比の
   値であり、前記基板上の第１層目に前記マスクのパター
   ン像を露光する場合には、前記倍率誤差が１になるよう
   に前記投影光学系の投影倍率を調整することを特徴とす
   る請求項４、５、又は６に記載の露光方法。
8. 【請求項８】 前記基板上の第２層目以降に前記マスク
   のパターン像を露光する場合には、前記倍率誤差がその
   層に既に形成されているパターンの倍率誤差に合致する
   ように前記投影光学系の投影倍率を調整することを特徴
   とする請求項４、５、又は６に記載の露光方法。
9. 【請求項９】 露光用のパターンが形成されたマスクを
   照明し、前記マスクのパターンを投影光学系を介して基
   板上に投影露光する露光方法において、 前記マスクとして前記マスク上の露光用パターンと共に
   複数個の位置検出用マークが形成された実露光用のマス
   クを使用すると共に、該実露光用のマスクのパターンを
   前記基板上に露光する前に、該実露光用のマスク上に形
   成されている前記複数個の位置検出用マークの、前記投
   影光学系を介した像の位置情報を検出する第１工程と、 前記第１工程で検出された位置情報を用いて統計計算を
   行うことにより、複数の誤差パラメータを求める第２工
   程と、を有することを特徴とする露光方法。
10. 【請求項１０】 前記第１工程では、前記基板が載置さ
    れるステージに設けられた光電検出器の出力に基づい
    て、前記位置検出用マークの投影像を検出することを特
    徴とする請求項１又は９に記載の露光方法。
11. 【請求項１１】 前記複数の誤差パラメータは、前記基
    板の位置を定義する第１の座標系に対する、前記マスク
    上の第２の座標系の誤差情報を含むことを特徴とする請
    求項３又は９に記載の露光方法。
12. 【請求項１２】 前記複数のパラメータは、前記マスク
    の回転誤差、前記第２の座標系の直交度誤差、前記第２
    の座標系における前記マスクの倍率誤差、及び前記第１
    の座標系に対する前記第２の座標系のオフセット誤差の
    うちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１
    又は１１に記載の露光方法。
13. 【請求項１３】 前記マスクの回転誤差に基づいて、前
    記マスク又は前記基板を回転することを特徴とする請求
    項１２に記載の露光方法。
14. 【請求項１４】 前記投影光学系はトロイダル面に形成
    された所定レンズを含み、 前記直交度誤差に基づいて、前記所定レンズを回転する
    ことを特徴とする請求項１２に記載の露光方法。
15. 【請求項１５】 前記統計計算は、最小自乗法を含むこ
    とを特徴とする請求項１〜１４の何れか一項に記載の露
    光方法。
16. 【請求項１６】 前記マスク上のパターン像を前記基板
    上に投影している最中に、前記パターン像と前記基板と
    を相対移動させることを特徴とする請求項１〜１５の何
    れか一項に記載の露光方法。
17. 【請求項１７】 請求項１〜１６の何れか一項に記載の
    露光方法を用いて、半導体素子又は液晶表示素子を形成
    するための回路パターンを基板上に投影する工程を含む
    ことを特徴とする素子製造方法。
18. 【請求項１８】 露光用のパターンが形成されたマスク
    を照明し、前記マスクのパターンを投影光学系を介して
    基板上に投影露光する露光装置であって、 前記マスクとして前記マスク上の露光用パターンと共に
    複数個の位置検出用マークが形成された実露光用のマス
    クを使用すると共に、該実露光用のマスクのパターンを
    前記基板上に露光する前に、該実露光用のマスク上に形
    成されている該複数個の位置検出用マークに関する位置
    情報を検出する検出手段と、 前記検出手段で検出された位置情報を用いて統計計算を
    行うことにより、複数の誤差パラメータを求める演算手
    段と、 前記演算手段で求められた前記誤差パラメータに基づい
    て、前記投影光学系の結像特性を制御する制御手段と、
    を有することを特徴とする露光装置。
19. 【請求項１９】 前記誤差パラメータは、前記マスク上
    の座標系における倍率誤差を含み、 前記制御手段は、前記倍率誤差に基づいて、前記投影光
    学系の投影倍率を制御することを特徴とする請求項１８
    に記載の露光装置。
20. 【請求項２０】 前記投影光学系は複数のレンズ群によ
    り構成されており、 前記制御手段は、前記投影光学系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を
    特徴とする請求項１９に記載の露光装置。
21. 【請求項２１】 露光用のパターンが形成されたマスク
    を照明し、前記マスクのパターンを投影光学系を介して
    基板上に投影露光する露光装置であって、 前記マスクとして前記マスク上の露光用パターンと共に
    複数個の位置検出用マークが形成された実露光用のマス
    クを使用すると共に、該実露光用のマスクのパターンを
    前記基板上に露光する前に、該実露光用のマスク上に形
    成されている前記複数個の位置検出用マークの、前記投
    影光学系を介した像の位置情報を検出する検出手段と、 前記検出手段で検出された位置情報を用いて統計計算を
    行うことにより、複数の誤差パラメータを求める演算手
    段と、を有することを特徴とする露光装置。
22. 【請求項２２】 前記検出手段は、前記基板が載置され
    るステージに設けられた光電検出器を含むことを特徴と
    する請求項２１に記載の露光装置。
23. 【請求項２３】 前記複数の誤差パラメータは前記マス
    クの回転誤差を含み、 前記マスクの回転誤差に基づいて、前記マスク又は前記
    基板を回転することを特徴とする請求項１８〜２２の何
    れか一項に記載の露光装置。
24. 【請求項２４】 前記複数の誤差パラメータは、前記マ
    スク上の座標系の直交度誤差を含み、 前記投影光学系はトロイダル面に形成された所定レンズ
    を含み、 前記直交度誤差に基づいて、前記所定レンズを回転する
    機構を有することを特徴とする請求項１８〜２３の何れ
    か一項に記載の露光装置。
25. 【請求項２５】 前記マスク上のパターン像を前記基板
    上に投影している最中に、前記パターン像と前記基板と
    を相対移動させることを特徴とする請求項１８〜２４の
    何れか一項に記載の露光装置。