JP3666051B2 - 位置合わせ方法及び装置、並びに露光方法及び装置 - Google Patents
位置合わせ方法及び装置、並びに露光方法及び装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、加工対象の基板上の複数の被露光領域に付設された位置合わせ用マークの位置に基づいてそれら被露光領域を位置合わせする位置合わせ方法に関し、特に例えばレチクルのパターンをウエハ上の各ショット領域に転写する露光装置において、そのウエハ上の複数のアライメントマークの計測された位置を統計処理して、各ショット領域の位置合わせを行う場合に適用して好適なものである。
【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、マスクとしてのレチクルのパターンを投影光学系を介して感光材料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（ステッパー等）が使用されている。これに関して、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露光することにより形成されるので、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レチクルのパターンとの位置合わせ（アライメント）を高精度に行う必要がある。従来の投影露光装置におけるウエハの位置合わせ方法として、次の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）。
【０００３】
このＥＧＡ方式のアライメント方法では、ウエハ上の多数のショット領域より予め選択されたショット領域（サンプルショット）に付設されたアライメントマーク（ウエハマーク）のステージ座標系上での座標値を計測し、例えばこれらの計測値（アライメントデータ）と設計上の配列座標との差分であるアライメント誤差の自乗和が最小になるような線形近似計算（ＥＧＡ計算）を行うことにより各ショット領域の配列座標を算出し、このように算出され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いる。
【０００４】
ところが、上記の如き従来のＥＧＡ方式のアライメント方法においては、複数のアライメントデータ中に、アライメント誤差から線形成分を差し引いて得られる非線形成分が他のアライメントデータに比べて特に大きい所謂跳びデータ（跳びショット）が含まれている場合があった。このような跳びデータは、ウエハ上のそのアライメントデータに対応するウエハマークの崩れ等に起因する計測エラー、又はウエハ上の局所的な非線形歪みにより発生するものであるため、そのウエハマークが付設されているショット領域以外のショット領域の配列座標を算出する場合に、そのような跳びデータをそのまま使用すると、算出される配列座標の精度が低下する恐れがある。
【０００５】
そのため、従来は１つの方法として、得られたアライメントデータ中から跳びデータを検出し、検出された跳びデータを除外してＥＧＡ方式のアライメントを行っていた。
また、別の方法として、本出願人が特開平３−９１９１７号公報で開示しているように、例えばアライメント系により各ウエハマークの位置検出を行う際に得られる検出信号の強度、又はその検出信号の左右対称性等に応じて各アライメントデータの信頼度を定量化し、この信頼度をＥＧＡ計算にフィードバックする方法がある。これは、アライメント測定時に得られた情報からアライメントデータの信頼度を求め、この信頼度に応じた重みを各アライメント誤差に付与して、ＥＧＡ計算を行うという方法である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の如き従来のアライメント方法の内で、前者のように跳びデータを除外してＥＧＡ計算を行う方法においては、明らかに跳びデータと断定できる場合は高精度にアライメントを行うことができる。しかしながら、得られた非線形誤差成分が跳びデータを示すのか、又は単純な測定ばらつきを示すのかを的確に判断することが困難な場合に、除外すべきでないアライメントデータを除外してしまったり、逆に除外すべきデータを使用してしまうという不都合があった。
【０００７】
更に、あまりに多くのアライメントデータを除外すると、ウエハからの情報に場所的な偏りが生じ、結果としてウエハのごく一部の領域からの情報だけに基づいてウエハ上の全ショット領域の配列を推定することになり、位置合わせ精度が劣化してしまうという不都合もあった。
一方、後者のように検出信号の状態等に応じてアライメントデータの信頼度を定量化する方法は、測定値の跳びが例えばウエハマークの状態に起因している場合には有効である。しかしながら、例えば前工程での露光時にウエハステージのステッピング誤差等により、ウエハ上のショット領域（チップパターン）自体が規則正しい配列からずれたような場合には、アライメント系による検出信号には何等の異常も見いだすことができないため、跳びデータを検出できないという不都合がある。従って、そのように信頼度を付与する方法を使用するためには、検出信号の状態とは別の観点より、信頼度を定量化する必要がある。
【０００８】
本発明は斯かる点に鑑み、ウエハ上の複数のウエハマーク（位置合わせ用マーク）の計測された座標値を統計処理してウエハ上の複数のショット領域の配列座標を算出する際に、そのウエハマークの検出信号の状態等に依らずに、計測された座標値中の跳びデータの影響を正確に軽減できる位置合わせ方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【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、基板（Ｗ）上に設計上の配列座標に従って２次元的に配列された複数の被露光領域（ＥＳ1,ＥＳ2,…）中の所定の計測対象とする被露光領域に付設された、複数の位置合わせ用マークの配列座標を計測し、この計測結果を統計処理して得られた配列座標に基づいてそれら複数の被露光領域のそれぞれを順次所定の基準位置に位置合わせする方法において、それら複数の位置合わせ用マークのうちの計測対象となる位置合わせ用マークである計測対象マークの配列座標を計測する第１工程（ステップ１０１，１０２）と、この第１工程で計測されたその計測対象マークの計測配列座標と、この計測対象マークの設計上の配列座標とを演算処理してこの計測対象マークの算出配列座標を算出し、この算出配列座標とこの計測配列座標との差分に基づいて、この計測配列座標のそれぞれの信頼度を求める第２工程（ステップ１０３）と、それら複数の被露光領域のそれぞれの設計上の配列座標、その第１工程で計測されたその計測対象マークの計測配列座標、及びこの計測対象マークの計測配列座標のそれぞれに対してその第２工程で求められた信頼度より、それら複数の被露光領域のそれぞれの実際の配列座標を推定する第３工程（ステップ１０４）と、を有し、この第３工程で推定された配列座標に基づいてそれら複数の被露光領域のそれぞれを順次その所定の基準位置に位置合わせする（ステップ１０５）ものである。
【００１０】
この場合、その第２工程で信頼度を定量化する第１の方法は、その第１工程で計測された配列座標の個数をＮ個（Ｎは３以上の整数）としたとき、第ｉ番目（ｉは１からＮまでの整数）の配列座標の計測結果を除く（Ｎ−１）個の配列座標の計測結果、及び基板（Ｗ）上の設計上の配列座標を用いて、線形近似計算によってそれら（Ｎ−１）個の配列座標の実際の配列座標を推定し、このように推定された（Ｎ−１）個の配列座標のそれぞれとその第１工程で計測された対応する配列座標との差分のばらつき（標準偏差）を求め、そのばらつきが大きいときに重くなり、そのばらつきが小さいときに軽くなるような信頼度をその第ｉ番目の配列座標の計測結果に付与するものである。
【００１１】
また、その第２工程で信頼度を定量化する第２の方法は、その第１工程で計測された配列座標の個数をＮ個（Ｎは３以上の整数）としたとき、第ｉ番目（ｉは１からＮまでの整数）の配列座標の計測結果を除く（Ｎ−１）個の配列座標の計測結果、及び基板（Ｗ）上の設計上の配列座標を用いて、線形近似計算によってその第ｉ番目の配列座標の実際の配列座標を推定し、このように推定された配列座標とその第１工程で計測された対応する配列座標との差分の大きさを求め、この差分が小さいときに重くなり、その差分が大きいときに軽くなるような信頼度をその第ｉ番目の配列座標の計測結果に付与するものである。
【００１２】
これらの場合において、その第１工程で計測された配列座標の個数をＮ個（Ｎは３以上の整数）としたとき、その第３工程では、その第２工程で求められた第ｉ番目（ｉは１からＮまでの整数）の配列座標の信頼度をｈi として、その計測対象とする被露光領域の基板（Ｗ）上の設計上の配列座標を所定の座標変換パラメータ（Ａ〜Ｆ）により座標変換して得られたＮ個の計算上の配列座標と、その第１工程で計測された対応するＮ個の配列座標との差分のその信頼度ｈi のγ乗（γは０以上の実数）を用いた重み付き自乗和が最小になるようにその座標変換パラメータの値を定め、このように求められた座標変換パラメータとそれら複数の被露光領域の設計上の配列座標との演算により、それら複数の被露光領域のそれぞれの実際の配列座標を推定するようにしてもよい。
また、本発明による露光方法は、本発明のの位置合わせ方法を用いてその所定の基準位置に位置合わせされたその複数の被露光領域に、レチクルのパターン像を露光する工程を含むものである。
次に、本発明による位置合わせ装置は、基板（Ｗ）上に設計上の配列座標に従って２次元的に配列された複数の被露光領域（ＥＳ 1 , ＥＳ 2 , …）中の所定の計測対象とする被露光領域に付設された、複数の位置合わせ用マークの配列座標を計測し、この計測結果を統計処理して得られた配列座標に基づいてその複数の被露光領域のそれぞれを順次所定の基準位置に位置合わせする装置において、その複数の位置合わせ用マークのうちの計測対象となる位置合わせ用マークである計測対象マークの配列座標を計測する手段と、その計測されたその計測対象マークの計測配列座標と、この計測対象マークの設計上の配列座標とを演算処理してこの計測対象マークの算出配列座標を算出し、この算出配列座標とこの計測配列座標との差分に基づいて、この計測配列座標のそれぞれの信頼度を求める手段と、その複数の被露光領域のそれぞれの設計上の配列座標、その計測されたその計測対象マークの計測配列座標、及びこの計測対象マークの計測配列座標のそれぞれに対してその求められた信頼度より、その複数の被露光領域のそれぞれの実際の配列座標を推定する手段と、を有し、その推定された配列座標に基づいて、その複数の被露光領域のそれぞれを順次その所定の基準位置に位置合わせするものである。
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用いてその所定の基準位置に位置合わせされたその複数の被露光領域に、レチクルのパターン像を露光するものである。
【００１３】
【作用】
斯かる本発明によれば、位置合わせ用マークの位置を検出する際の検出信号の強度や左右対称性等ではなく、計測された複数の配列座標（計測配列座標）に対してそれぞれ実際の計測結果のみに基づいて信頼度が定量化される。この場合、複数の配列座標の計測値の内の大部分の計測値は通常信頼できることから、個々の計測値だけに着目することにより、検出信号の信号強度や信号の左右対称性等に頼らなくとも、各計測値の信頼度を定量化することができる。そして、信頼度に基づいて重み付けをした近似計算をすることで、完全に跳びデータである計測値については重みが極端に小さくなり、信頼できる測定点については重みが重くなり、又は信頼度が明確でないような測定点については中間の重みが付与されるため、結果として従来の単純な跳びデータ除去法に比べて格段に高精度が期待できる。
【００１４】
次に、本発明の第２工程で信頼度を定量化するための上述の第１の方法に関して、仮に第ｉ番目の配列座標の計測結果のみが跳びデータであるとする。この場合、第ｉ番目の計測結果を除く残りの（Ｎ−１）個の計測結果を用いて、例えば線形座標近似計算を行い、求められた新座標系において、各測定点での計算上の配列座標と実際の測定結果との差分を（Ｎ−１）個求め、更にこれらの標準偏差を求める。このとき、第ｉ番目の計測結果以外の計測結果には跳びデータがないので標準偏差は小さくなる。一方、Ｎ個の配列座標から第ｉ番目の配列座標以外の１つの配列座標を除く残りの（Ｎ−１）個の配列座標を用いて同様の計算を行ったならば、（Ｎ−１）個の配列座標の計測結果中には跳びデータである第ｉ番目の計測結果が含まれているため標準偏差は大きい。つまり、前述の方法により求めた標準偏差は跳びデータを除外したときに小さく、跳びデータでない計測結果を除いたときに大きくなる性質を持っている。従って、標準偏差の大小をそのまま信頼度の大小に結び付けることができる。
【００１５】
一方、信頼度を定量化するための上述の第２の方法に関して、第ｉ番目の計測結果が跳びデータである場合、その計測結果を除く残りの（Ｎ−１）個の計測結果を用いて例えば線形近似計算を行うと、この近似計算で求められた座標系における第ｉ番目の計測点の計算上の位置と実際の計測結果との隔たりは大きい。逆に、第ｉ番目の計測結果が跳びデータでなければ、その隔たりは小さくなる。従って、その隔たりが大きいとき第ｉ番目の計測結果の信頼度を低く（重みを小さく）し、その隔たりが小さいときにその信頼度を高く（重みを大きく）することで、信頼度を正確に定量化できる。
【００１６】
【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。以下の実施例は、レチクルのパターンをウエハ上の各ショット領域に露光するステッパー型の投影露光装置において、ウエハの各ショット領域の位置合わせ（アライメント）を行う場合に本発明を適用したものである。
【００１７】
図２は、本実施例で使用される投影露光装置のシステム構成を示し、この図２において、露光時には露光用照明光学系１からの露光光ＩＬがレチクルＲを照明し、その露光光ＩＬのもとでレチクルＲのパターンが投影光学系ＰＬにより例えば１／５に縮小されて、フォトレジストが塗布されたウエハＷ上の各ショット領域に転写される。ここで、投影光学系ＰＬの光軸に平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図２の紙面に平行にＸ軸を、図２の紙面に垂直にＹ軸を取る。このとき、レチクルＲは、Ｘ方向、Ｙ方向、及び回転方向（θ方向）にレチクルＲを微動するレチクルステージ２上に保持されている。一方、ウエハＷは、３次元的にウエハＷの位置決めを行うウエハステージ３上に保持されている。
【００１８】
図３は、図２の投影露光装置の機構部の要部を示し、この図３のウエハステージ３において、ウエハＷはウエハホルダ１１上に真空吸着され、ウエハホルダ１１は、Ｚ方向への移動及び所定範囲での傾斜が可能なＺチルトステージ１２上に固定され、Ｚチルトステージ１２は、Ｘ方向に移動自在なＸステージ１３Ｘ上に載置され、Ｘステージ１３Ｘは不図示のベース上でＹ方向に移動自在なＹステージ１３Ｙ上に載置されている。Ｙステージ１３Ｙは、駆動モータ１４Ｙで送りねじ１５Ｙを回転することによりＹ方向に駆動され、Ｘステージ１３Ｘは、駆動モータ１４Ｘで送りねじ１５Ｘを回転することによりＸ方向に駆動される。
【００１９】
Ｚチルトステージ１２上の端部にはＸ軸にほぼ垂直な反射面を有する移動鏡１６Ｘが固定され、この移動鏡１６Ｘと外部のレーザ干渉計１７ＸとによりＺチルトステージ１２のＸ座標が常時例えば０．０１μｍ程度の分解能でモニタされている。また、不図示であるが、Ｚチルトステージ１２上にＹ軸にほぼ垂直な反射面を有する移動鏡も固定され、この移動鏡と外部の２つのレーザ干渉計とによりＺチルトステージ１２のＹ座標、及び回転角が常時モニタされている。このようにレーザ干渉計により計測されるＺチルトステージ１２（ひいてはウエハＷ）のＸ座標、及びＹ座標よりなる座標系をステージ座標系（Ｘ，Ｙ）と呼ぶ。
【００２０】
また、ウエハステージ３の上方にウエハＷのＺ座標を計測するための、送光系１８及び受光系１９よりなるオートフォーカスセンサが配置されている。即ち、送光系１８から投影光学系ＰＬの露光フィールドの中央部のウエハＷ上の計測点に、投影光学系ＰＬの光軸に対して斜めにスリット像が投影され、このスリット像からの反射光が、受光系１９内で例えば振動ミラーを経て光電検出器上にスリット像を再結像する。更に、その光電検出器の検出信号を振動ミラーの駆動信号を用いて同期整流することにより焦点信号を得ている。この焦点信号は、ウエハＷのＺ方向の変位に対して所定範囲でほぼ線形に変化することから、その焦点信号が所定の値になるようにＺチルトステージ１２を駆動することにより、オートフォーカス方式でウエハＷを常に投影光学系ＰＬに対して合焦できる。
【００２１】
図２に戻り、ウエハステージ３のレーザ干渉計により計測される座標（Ｘ，Ｙ）（ステージ座標系での座標）、及びオートフォーカスセンサからの焦点信号は、装置全体を統轄制御する中央制御系４に供給され、中央制御系４は供給された座標、及び焦点信号に基づいてウエハステージ制御系６を介して、ウエハステージ３の位置決め動作を制御し、ウエハＷのオートフォーカスを行う。同様に、レチクルステージ２の不図示のレーザ干渉計により計測される座標も中央制御系４に供給され、中央制御系４は供給された座標に基づいて、レチクルステージ５を介してレチクルステージ２の位置決め動作を制御する。そして、ウエハＷ上の最初のショット領域への露光が終了すると、ウエハステージ３のステッピング動作によりウエハＷ上の次のショット領域が露光位置に設定され、以下ステップ・アンド・リピート方式でウエハＷ上の各ショット領域への露光が行われる。
【００２２】
このように露光を行う際には、ウエハＷ上の各ショット領域のステージ座標系（Ｘ，Ｙ）での配列座標を求めておく必要があるが、そのためには、ウエハＷ上の所定個数のアライメントマーク（ウエハマーク）のステージ座標系（Ｘ，Ｙ）での座標を計測する必要がある。そのためのアライメントセンサとして、本例ではＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式で、且つレーザ・ステップ・アライメント方式（以下、「ＬＳＡ方式」と呼ぶ）のアライメントセンサを使用する。
【００２３】
先ず、ＬＳＡ方式の場合に使用されるウエハマークの一例につき説明する。
図４は、本例で露光対象とされるウエハＷを示し、この図４において、ウエハＷの表面にはＸ方向及びＹ方向に所定ピッチでｍ個（ｍは３以上の整数）のショット領域ＥＳ1,ＥＳ2,…ＥＳm が形成され、これらの各ショット領域ＥＳi(ｉ＝１〜ｍ）にはそれぞれそれまでの工程により所定の回路パターンが形成されている。更に、各ショット領域ＥＳi には形成されている回路パターンに対応して、それぞれＬＳＡ方式のＸ軸用のウエハマークＭＸi 、及びＹ軸用のウエハマークＭＹi が付設されている。
【００２４】
なお、図４では、ウエハマークＭＸi,ＭＹi はショット領域ＥＳi の中心点に形成されているため、ウエハマークＭＸi,ＭＹi の座標（Ｘ，Ｙ）をそのショット領域ＥＳi の配列座標とみなすことができる。但し、実際にはウエハマークは例えばショット領域間のストリートライン領域等に有ることもある。このような場合には、計測されたウエハマークの座標値に予め設定されているオフセット値を加算した座標値が、対応するショット領域の中心点の配列座標となる。更に、図４の例では各ショット領域ＥＳi にそれぞれ１対の１次元のウエハマーク（又は１個の２次元のウエハマーク）が付設されているが、各ショット領域ＥＳi にそれぞれ３個の以上の１次元のウエハマーク（又は２個以上の２次元のウエハマーク）を付設することもある。このようにウエハマークの個数を増加することにより、各ショット領域内の回路パターンのスケーリング（線形伸縮）や回路パターンの回転角等をも検出することができる。
【００２５】
図５は、ウエハマークＭＸi,ＭＹi を拡大して示し、この図５において、Ｘ軸用のウエハマークＭＸi は、Ｙ方向に所定ピッチで微小な正方形のパターンを配列してなる格子状パターンであり、Ｙ軸用のウエハマークＭＹi は、Ｘ方向に所定ピッチで微小な正方形のパターンを配列してなる格子状パターンである。
次に、本例のＬＳＡ方式のアライメントセンサは、図２に示すように、アライメント光学系７、ミラー８、及びアライメント信号処理系９より構成されている。なお、アライメント光学系７はＹ軸用の光学系であり、別にＸ軸用の光学系も設けられている。
【００２６】
例えば図５に示すショット領域ＥＳi 中のＹ軸用のウエハマークＭＹi の位置検出を行う場合、図３において、アライメント光学系７からウエハＷ上のフォトレジストに対する感光性の弱い波長域のレーザビームＢａが射出され、このレーザビームＢａは、レチクルステージ２と投影光学系ＰＬとの間に配置されるミラー８により反射されて投影光学系ＰＬに入射し、投影光学系ＰＬを経たレーザビームＢａがウエハＷ上でＸ方向に長いスリット状の照射領域２０Ｙに集光される。この状態で、図５に示すように、ウエハステージを駆動することにより、照射領域２０Ｙに対してＹ方向にウエハマークＭＹi が走査される。そして、照射領域２０ＹとウエハマークＭＹi とがＹ方向（計測方向）で重なると、ウエハマークＭＹi から回折光が発生する。
【００２７】
図６は、そのウエハマークＭＹi から発生する回折光を示し、この図６において、ウエハに対してほぼ垂直に入射するレーザビームＢａに対して、平行に０次回折光が戻され、ウエハマークのピッチ方向に対して所定の回折角で±１次回折光、±２次回折光、±３次回折光等が射出されている。それらの回折光は、図２において、投影光学系ＰＬ、及びミラー８を介してアライメント光学系７に戻る。このアライメント光学系７中には、特定次数の回折光、即ち、±１次〜±３次の回折光のみを選択する空間フィルタと、選択された回折光を受光する光電検出器とが配置されている。そして、その光電検出器で回折光を光電変換して得られた検出信号ＳＹがアライメント信号処理系９に供給される。アライメント信号処理系９には、ウエハステージ３側のレーザ干渉計により計測される座標値も供給されており、アライメント信号処理系９では、供給された検出信号ＳＹをアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換し、順次そのときのウエハステージのＹ座標と対応させて内部のメモリに記憶する。
【００２８】
図７は、レーザビームに対してＹ軸用のウエハマークをＹ方向に走査した場合に、Ｙ座標に対応してアライメント信号処理系９内のメモリに記憶される検出信号ＳＹの一例を示し、この図７において、レーザ干渉計により計測されるウエハステージのＹ座標が一定量変化する毎に検出信号ＳＹがＡ／Ｄ変換されてメモリに記憶されている。図７では、Ｙ方向の所定の位置におけるレーザビームＢａの照射領域２０Ｙと格子状のウエハマークＭＹi との位置関係も同時に示されている。
【００２９】
この場合、左側ではまだ照射領域２０ＹとウエハマークＭＹi とは重なっていないため、０次回折光のみしか発生せず、検出信号ＳＹのレベルはほぼ０（ノイズレベル）である。そして、ウエハステージが移動するのに伴って、照射領域２０ＹとウエハマークＭＹi とが徐々に重なって来ると、検出信号ＳＹの強度が増し、その後照射領域２０Ｙの中心をウエハマークＭＹi が通り過ぎると、今度は徐々に検出信号ＳＹの強度が減少する。そのウエハマークＭＹi の座標を検出する際には、アライメント信号処理系９は例えばその検出信号ＳＸを適当なレベルでスライスして２つの交点のＹ座標を求め、それらの中間座標をそのウエハマークのＹ座標とする。
【００３０】
同様に不図示のＸ軸用のアライメント光学系からのレーザビームは、例えば図５において、Ｘ軸用のウエハマークＭＸi の近傍でＹ方向に長いスリット状の照射領域２０Ｘに集光される。そして、ウエハステージを駆動して照射領域２０Ｘに対してウエハマークＭＸi をＸ方向に走査することにより、そのアライメント光学系から図７と同様の検出信号が出力され、この検出信号をアライメント信号処理系９で処理することにより、ウエハマークＭＸi のＸ座標が求められる。このように検出された座標値の所定の設計上の配列座標からのずれ量が、それぞれアライメントデータとして図２の中央制御系４に供給される。中央制御系４では後述のように、供給された各ウエハマークのアライメントデータに基づいて従来のＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アライメント）方式に所定の信頼度を導入した新たな方式でアライメントを行う。
【００３１】
次に、図１のフローチャートを参照して本実施例のアライメント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及び１０２において、図４のウエハＷ上のｎ個（ｎは３以上の整数）の計測点（アライメント計測点）の位置を示すウエハマークのステージ座標系（Ｘ，Ｙ）での座標を計測する。それらｎ個のアライメント計測点の選択方法として本例では、予めウエハＷ上のｍ個のショット領域ＥＳ1 〜ＥＳM 内でｎ個のショット領域（サンプルショット）を定めておき、これらｎ個のサンプルショット内の中心点をアライメント計測点とする。この場合、そのアライメント計測点のＸ座標を示すウエハマークＭＸj(ｊは１〜ｍの何れか）、及びＹ座標を示すウエハマークＭＹj が計測対象となる。
【００３２】
なお、必ずしも、各アライメント計測点のＸ座標及びＹ座標を共に計測する必要はなく、例えば或るアライメント計測点ではＸ軸用のウエハマーク（Ｘ座標）のみを計測し、別のアライメント計測点ではＹ軸用のウエハマーク（Ｙ座標）のみを計測するようにしてもよい。但し、後述のように本例ではｋ個（ｋは例えば６）の変換パターンの値を定める必要があるため、全体で少なくともｋ個の１次元のウエハマークの位置を計測する必要がある。また、既に述べたように各ショット領域内に２対以上の１次元のウエハマーク（又は２個以上の２次元のウエハマーク）が付設されているときにも、各サンプルショット内で計測するウエハマークの個数は少なくとも１個であればよい。
【００３３】
ここで本例では、ｎ個のアライメント計測点の座標を示す１対のウエハマークの設計上の配列座標を（ｘ1 ，ｙ1 ），（ｘ2 ，ｙ2 ），…，（ｘi ，ｙi ），…，（ｘn ，ｙn ）とする。この設計上の配列座標（ｘi ，ｙi)（ｉ＝１〜ｎ）は、例えばウエハＷのプリアライメント時に求められる試料座標系からステージ座標系への変換パラメータを用いて、ウエハＷ上に規定されている試料座標系での設計上の配列座標の初期値をステージ座標系上の配列座標に変換したものである。
【００３４】
そのため、ｉ番目のアライメント計測点のウエハマークの座標を計測する際には、図２のウエハステージ３を駆動することにより、その設計上の配列座標（ｘi ，ｙi)で定まる点が図５に示すレーザビームの照射領域２０Ｘ又は２０Ｙを横切るように走査が行われる。そして、図２のアライメント信号処理系９ではアライメント光学系から供給される検出信号より１対のウエハマークの配列座標を求めた後、この配列座標の設計上の配列座標（ｘi ，ｙi)からのずれ量（αi ，αi)を求め、このずれ量をアライメントデータとして中央制御系４に供給する。従って、中央制御系４にはｎ個のアライメント計測点に対応するアライメントデータ（α1 ，β1 ），（α2 ，β2 ），…，（αi ，βi ），…，（αn ，βn ）が供給される。
【００３５】
言い換えると、これらアライメントデータと上記の設計上の配列座標とを加算して得られる座標（ｘ1 ＋α1 ，ｙ1 ＋β1 ），（ｘ2 ＋α2 ，ｙ2 ＋β2 ），…，（ｘi ＋αi ，ｙi ＋βi ），…，（ｘn ＋αn ，ｙn ＋βn ）が、各ウエハマークのステージ座標系で実際に計測された配列座標である。しかし、これらアライメントデータにはアライメントセンサの検出誤差や、ウエハマークの崩れ等に起因する計測誤差が含まれているため、図１のステップ１０３に移行して中央制御系４は、各アライメントデータの信頼度を定量化する。
【００３６】
このため、先ずアライメントデータから実際に各ウエハマークが存在していると推定される計算上の配列座標（以下、「存在座標」と呼ぶ）（Ｘ1 ，Ｙ1 ），（Ｘ2 ，Ｙ2 ），…，（Ｘi ，Ｙi ），…，（Ｘn ，Ｙn ）を近似計算によって求める。これに関して、ウエハＷはウエハステージ３上に正しく載せられているとは限らず、Ｘ，Ｙ方向の平行シフト（Ｏx ，Ｏy ）や、ＸＹ平面内のＸ軸の回転θ、Ｙ軸の回転φ、またウエハ自身の伸縮（ｓx ，ｓy ）等により前記設計上の配列座標と存在座標との間には以下の関係式が成り立っているものと仮定する。
【００３７】
【数１】
【００３８】
（数１）において、cos θ，cos φを共に１、sin θ，sin φをそれぞれθ，φに近似し、更にｓx ，ｓy ，θ，φの２次の項を０とみなすと、次の（数２）が得られる。
【００３９】
【数２】
【００４０】
一方、ウエハマークの座標計測時に一切の誤差が含まれていないものとしたときのアライメントデータ、いわば理想測定値を（αM1，βM1），（αM2，βM2），…，（αMi，βMi），…，（αMn，βMn）とすれば、設計上の配列座標（ｘi ，ｙi ）と存在座標（Ｘi ，Ｙi ）との間には次の（数３）の関係が成り立つ。
【００４１】
【数３】
【００４２】
（数２）と（数３）とより、設計上の配列座標（ｘi ，ｙi ）と理想測定値（αMi，βMi）との関係は次の（数４）によって表される。
【００４３】
【数４】
【００４４】
簡単のために右辺の２行×２列の行列の各要素を６個の変換パラメータＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆで置き換えることにより、次の（数５）を得る。
【００４５】
【数５】
【００４６】
この場合、Ａ＝ｓx 、Ｂ＝−φ、Ｃ＝θ、Ｄ＝ｓy 、Ｅ＝Ｏx ，Ｆ＝Ｏy が成立している。これら６個の変換パラメータＡ〜Ｆの値を求めるために、各アライメントデータの信頼度を定量化する。このために、先ずｎ個のアライメントデータのうち１番目のアライメントデータを除いた残りの（ｎ−１）個のデータに基づいて最小二乗近似計算により６つの変換パラメータＡ〜Ｆの値を求める。具体的に、ｎ個のアライメントデータ（αi ，βi ）の内、ｉ＝１以外のものについて、上述の理想測定値（αMi，βMi）とアライメントデータ（αi ，βi ）との差を２乗し、（ｎ−１）個の２乗値の和を取ったものを（εx1，εy1）とする。即ち、ベクトル表示では次のようになる。
【００４７】
【数６】
【００４８】
この（数６）を６つの変換パラメータＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの各々で偏微分して０と置いた６つの連立方程式から、以下のように６つの変換パラメータの値Ａ1,Ｂ1,Ｃ1,Ｄ1,Ｅ1,Ｆ1 が求められる。
【００４９】
【数７】
【００５０】
【数８】
【００５１】
次に、１番目のアライメントデータ（α1 ，β1 ）の信頼度を定量化する。即ち、（数７）、及び（数８）で求められた６つの変換パラメータの値Ａ1 〜Ｆ1 をそれぞれ（数５）の変換パラメータＡ〜Ｆに代入して得られる配列座標と、実際に計測されたアライメントデータとの差を２乗して得られる値を、添字ｉの値が２〜ｎの範囲で加算して得られる和（ｈx1，ｈy1）を１番目のアライメントデータ（α1 ，β1 ）の信頼度とする。従って、信頼度（ｈx1，ｈy1）は次のように表される。
【００５２】
【数９】
【００５３】
続いて、２番目のアライメントデータを除いた残りの（ｎ−１）個のデータを用いて、上述の工程と同様の計算を行うことにより、６つの変換パラメータＡ〜Ｆの値Ａ2,Ｂ2,Ｃ2,Ｄ2,Ｅ2,Ｆ2 を求める。そして、これらの値Ａ2 〜Ｆ2 を用いて、上述の工程と同様の計算を行うことにより、２番目のアライメントデータ（α2 ，β2 ）の信頼度（ｈx2，ｈy2）を求める。
【００５４】
以下同様に３番目以降のアライメントデータについてもそれぞれ信頼度を求めることによって、全てのアライメントデータ（α1 ，β1 ）〜（αn ，βn ）のそれぞれに対して信頼度（ｈx1，ｈy1）〜（ｈxn，ｈyn）が決定される。
次に、ステップ１０４において、ステップ１０３で定量化されたアライメントデータの信頼度に基づいて、ウエハＷ上の各ショット領域ＥＳj(ｊ＝１〜Ｍ）の配列座標を計算する際に用いるための変換パラメータＡ〜Ｆの値を算出する。そのため、全てのｎ個のアライメントデータ（αi ，βi)（ｉ＝１〜ｎ）について、それぞれ理想測定値（αMi，βMi）とアライメントデータ（αi ，βi ）との差を２乗した値に、ステップ１０３で求めた信頼度（ｈxi，ｈyi）を乗じて得られる値を、添字ｉの値が１〜ｎの範囲で加算して得られる和を残留誤差成分（εx ，εy)とする。これは、信頼度（ｈxi，ｈyi）をｉ番目のアライメントデータに対する重みとして、次のように重み付きの残留誤差成分（εx ，εy)を求めることを意味する。
【００５５】
【数１０】
【００５６】
その後、この残留誤差成分を６つの変換パラメータＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの各々で偏微分して０と置いた６つの連立方程式から、以下のように６つの変換パラメータの値Ａ〜Ｆが求められる。
【００５７】
【数１１】
【００５８】
【数１２】
【００５９】
この結果、ｉ番目のアライメント測定点の設計上の配列座標（ｘi ，ｙi ）と、実際にウエハマークが存在していると推定される座標（存在座標）（Ｘi ，Ｙi ）とが、（数１１）、及び（数１２）より得られる６つのパラメータＡ〜Ｆを用いて次の（数１３）の関係にあることが分かる。
【００６０】
【数１３】
【００６１】
次に、ステップ１０５及び１０６を図４のウエハＷ上の各ショット領域ＥＳj(ｊ＝１〜ｍ）について実行することにより、露光を行う。この際に、各ショット領域ＥＳj の中心点の設計上の配列座標を（ｘexpj，ｙexpj）として、この設計上の配列座標（ｘexpj，ｙexpj）を（数１３）に代入することにより、計算上の配列座標（存在座標）（Ｘexpj，Ｙexpj）を求める。そして、図２においてウエハステージ３を駆動して、ステージ座標系上でその計算上の配列座標（Ｘexpj，Ｙexpj）の位置を、予め求められているレチクルＲのパターンの投影像の中心の位置に合わせた後、そのショット領域ＥＳj にレチクルＲのパターン像を露光する。
【００６２】
上述のように本例では、アライメントセンサにより得られる検出信号の状態ではなく、実際に計測して得られるアライメントデータに基づいて各アライメントデータの信頼度が定量化されている。従って、ウエハＷの表面が局所的に歪んでいるような要因によりアライメントデータが跳びデータとなったような場合にも、その跳びデータの信頼度は低くなるため、正確にアライメントが行われる。
また、本実施例では信頼度は（数９）によって表されるが、例えば１番目のアライメントデータが跳びデータである場合、１番目のアライメントデータを除く（ｎ−１）個のアライメントデータが完全に線形誤差を含むのみならば（数９）の右辺は０になる。つまり、１番目のアライメントデータの信頼度は０である。一方、他の（ｎ−１）個のアライメントデータのどれを除いた場合でも、１番目のアライメントデータが影響し、信頼度は有限の値をとる。従って、１番目のアライメントデータの信頼度が０、それ以外のアライメントデータの信頼度がある有限値となるため、１番目のアライメントデータの影響を受けずに変換パラメータを求めることができる。
【００６３】
次に、各アライメントデータに対する信頼度の定量化方法の第２の例につき説明する。
この第２の例では、上述の例と同様に先ず１番目のアライメントデータ（α1 ，β1)について（数７）及び（数８）より、６つの変換パラメータＡ〜Ｆの値Ａ1,Ｂ1,Ｃ1,Ｄ1,Ｅ1,Ｆ1 を求める。その後、設計上の配列座標（ｘ1 ，ｙ1)と、それら６個の変換パラメータの値Ａ1 〜Ｆ1 とを（数５）に代入して得られる座標と、アライメントデータ（α1 ，β1 ）との差（δx1，δy1）を次のように計算する。
【００６４】
【数１４】
【００６５】
そして、この差（δx1，δy1）から１番目のアライメントデータに対する信頼度（ｈx1，ｈy1）を次のように求める。即ち、この例ではその差（δx1，δy1）の絶対値に所定のオフセット（ここでは１）を加算して得られる値の逆数が信頼度となる。
【００６６】
【数１５】
【００６７】
同様に、２番目〜ｎ番目のアライメントデータに対してもそれぞれ信頼度（ｈx2，ｈy2）〜（ｈxn，ｈyn）を求める。
この第２の例では、例えば１番目のアライメントデータが跳びデータである場合、（数１４）の絶対値は大きな値をとる。逆にそのアライメントデータが跳びデータでなければ（数１４）の絶対値は小さな値をとる。従って、ほぼその絶対値の逆数を信頼度とみなすことができる。（数１５）で１を加えてから逆数を取っているのは、単に逆数を取ると（数１４）の値が０になり得るため、逆数を取ったときに信頼度を有限の値にするためのものである。
【００６８】
次に、各アライメントデータに対する信頼度の定量化方法の第３の例につき説明する。
この第３の例では、図１の例と同様に先ず各アライメントデータ（αi ，βi)について（数９）と同様の式より信頼度（ｈxi，ｈyi）を求める。その後、（数１０）の代わりに次の（数１６）で重み付きの残留誤差成分（εx ，εy)を求める。
【００６９】
【数１６】
【００７０】
この（数１６）において、γは０以上の実数である。即ち、この例では信頼度（ｈxi，ｈyi）のγ乗を各アライメントデータ（αi ，βi)に対する重みとすることを意味する。以下、その（数１６）より変換パラメータＡ〜Ｆの値が求められ、図１と同様にアライメント及び露光が行われる。
この第３の例では、（数１６）に示すように信頼度をγ乗した値を各アライメントデータに対する重みとしている。この場合、γ＝１とすると、上述の第１の例、及び第２の例に等しくなるのは言うまでもなが、γの値を適当に設定することで信頼度の効きを制御できる。つまり、γ＜１では信頼度の効きを低減でき、γ＞１では信頼度の効きを誇張する方向に制御できる。また、γ＝０では従来の信頼度を用いないＥＧＡ方式のアライメント方法と全く同じになる。
【００７１】
なお、上述実施例では、アライメントセンサとして、ＬＳＡ方式のアライメントセンサが使用されているが、それ以外にウエハマークを撮像して画像処理により位置検出を行う撮像方式（ＦＩＡ方式）のアライメントセンサ、又は回折格子状のウエハマークに可干渉な２光束を照射して発生する２つの回折光の干渉光の位相より位置検出を行う２光束干渉方式（ＬＩＡ方式）のアライメントセンサ等も使用できる。また、アライメント光学系は、ＴＴＬ方式のみならず、オフ・アクシス方式やＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）方式等でもよい。
【００７２】
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。
【００７３】
【発明の効果】
本発明によれば、計測された配列座標に基づいて各計測値の信頼度を求めているため、位置合わせ用マーク（ウエハマーク）の検出信号の状態等に依らずに、計測された座標値中の跳びデータの影響を正確に軽減できる利点がある。即ち、アライメント時の検出信号の強度や信号波形と計測された配列座標（アライメントデータ）との信頼度に相関がないアライメントセンサを使用する場合においても、信頼度を正確に定量化できる。
【００７４】
また、信頼度を定量化する第１の方法によれば、例えば１番目の計測値が跳びデータであり、１番目の計測値を除く（ｎ−１）個の計測値が線形誤差のみを含むならば、得られるばらつきは０になる。つまり、１番目の計測値の信頼度は０である。一方、他の（ｎ−１）点のどれを除いた場合でも１番目の計測値が影響し、信頼度は有限の値をとる。従って、正確に信頼度が定量化できる。
【００７５】
また、信頼度を定量化する第２の方法によれば、例えば１番目の計測値が跳びデータであると、得られる差分は大きな値となりその逆数は小さな値をとる。従って、信頼度を正確に定量化できる。
また、信頼度のγ乗を重みとした場合には、γの値を適当に操作することで信頼度の効きを制御できる。つまり、γ＜１では信頼度の効きを低減でき、γ＞１では信頼度の効きを誇張できる。また、γ＝０では従来の信頼度を用いないアライメント方法と全く同じになる。
【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を示すフローチャートである。
【図２】実施例で使用される投影露光装置の全体の構成を示すブロック図である。
【図３】実施例で使用される投影露光装置の機構部の要部を示す構成図である。
【図４】ウエハ上のショット領域の配列の一例を示す平面図である。
【図５】ウエハ上の１つのショット領域及びそれに付設されたウエハマークを示す拡大平面図である。
【図６】ＬＳＡ方式のアライメントセンサの検出原理の説明図である。
【図７】ＬＳＡ方式のアライメントセンサから出力される検出信号を示す図である。
【符号の説明】
Ｒ レチクル
２ レチクルステージ
ＰＬ 投影光学系
Ｗ ウエハ
３ ウエハステージ
４ 中央制御系
７ アライメント光学系
９ アライメント信号処理系
１２ Ｚチルトステージ
１３Ｘ Ｘステージ
１３Ｙ Ｙステージ
【産業上の利用分野】
本発明は、加工対象の基板上の複数の被露光領域に付設された位置合わせ用マークの位置に基づいてそれら被露光領域を位置合わせする位置合わせ方法に関し、特に例えばレチクルのパターンをウエハ上の各ショット領域に転写する露光装置において、そのウエハ上の複数のアライメントマークの計測された位置を統計処理して、各ショット領域の位置合わせを行う場合に適用して好適なものである。
【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、マスクとしてのレチクルのパターンを投影光学系を介して感光材料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（ステッパー等）が使用されている。これに関して、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露光することにより形成されるので、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レチクルのパターンとの位置合わせ（アライメント）を高精度に行う必要がある。従来の投影露光装置におけるウエハの位置合わせ方法として、次の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）。
【０００３】
このＥＧＡ方式のアライメント方法では、ウエハ上の多数のショット領域より予め選択されたショット領域（サンプルショット）に付設されたアライメントマーク（ウエハマーク）のステージ座標系上での座標値を計測し、例えばこれらの計測値（アライメントデータ）と設計上の配列座標との差分であるアライメント誤差の自乗和が最小になるような線形近似計算（ＥＧＡ計算）を行うことにより各ショット領域の配列座標を算出し、このように算出され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いる。
【０００４】
ところが、上記の如き従来のＥＧＡ方式のアライメント方法においては、複数のアライメントデータ中に、アライメント誤差から線形成分を差し引いて得られる非線形成分が他のアライメントデータに比べて特に大きい所謂跳びデータ（跳びショット）が含まれている場合があった。このような跳びデータは、ウエハ上のそのアライメントデータに対応するウエハマークの崩れ等に起因する計測エラー、又はウエハ上の局所的な非線形歪みにより発生するものであるため、そのウエハマークが付設されているショット領域以外のショット領域の配列座標を算出する場合に、そのような跳びデータをそのまま使用すると、算出される配列座標の精度が低下する恐れがある。
【０００５】
そのため、従来は１つの方法として、得られたアライメントデータ中から跳びデータを検出し、検出された跳びデータを除外してＥＧＡ方式のアライメントを行っていた。
また、別の方法として、本出願人が特開平３−９１９１７号公報で開示しているように、例えばアライメント系により各ウエハマークの位置検出を行う際に得られる検出信号の強度、又はその検出信号の左右対称性等に応じて各アライメントデータの信頼度を定量化し、この信頼度をＥＧＡ計算にフィードバックする方法がある。これは、アライメント測定時に得られた情報からアライメントデータの信頼度を求め、この信頼度に応じた重みを各アライメント誤差に付与して、ＥＧＡ計算を行うという方法である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の如き従来のアライメント方法の内で、前者のように跳びデータを除外してＥＧＡ計算を行う方法においては、明らかに跳びデータと断定できる場合は高精度にアライメントを行うことができる。しかしながら、得られた非線形誤差成分が跳びデータを示すのか、又は単純な測定ばらつきを示すのかを的確に判断することが困難な場合に、除外すべきでないアライメントデータを除外してしまったり、逆に除外すべきデータを使用してしまうという不都合があった。
【０００７】
更に、あまりに多くのアライメントデータを除外すると、ウエハからの情報に場所的な偏りが生じ、結果としてウエハのごく一部の領域からの情報だけに基づいてウエハ上の全ショット領域の配列を推定することになり、位置合わせ精度が劣化してしまうという不都合もあった。
一方、後者のように検出信号の状態等に応じてアライメントデータの信頼度を定量化する方法は、測定値の跳びが例えばウエハマークの状態に起因している場合には有効である。しかしながら、例えば前工程での露光時にウエハステージのステッピング誤差等により、ウエハ上のショット領域（チップパターン）自体が規則正しい配列からずれたような場合には、アライメント系による検出信号には何等の異常も見いだすことができないため、跳びデータを検出できないという不都合がある。従って、そのように信頼度を付与する方法を使用するためには、検出信号の状態とは別の観点より、信頼度を定量化する必要がある。
【０００８】
本発明は斯かる点に鑑み、ウエハ上の複数のウエハマーク（位置合わせ用マーク）の計測された座標値を統計処理してウエハ上の複数のショット領域の配列座標を算出する際に、そのウエハマークの検出信号の状態等に依らずに、計測された座標値中の跳びデータの影響を正確に軽減できる位置合わせ方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【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、基板（Ｗ）上に設計上の配列座標に従って２次元的に配列された複数の被露光領域（ＥＳ1,ＥＳ2,…）中の所定の計測対象とする被露光領域に付設された、複数の位置合わせ用マークの配列座標を計測し、この計測結果を統計処理して得られた配列座標に基づいてそれら複数の被露光領域のそれぞれを順次所定の基準位置に位置合わせする方法において、それら複数の位置合わせ用マークのうちの計測対象となる位置合わせ用マークである計測対象マークの配列座標を計測する第１工程（ステップ１０１，１０２）と、この第１工程で計測されたその計測対象マークの計測配列座標と、この計測対象マークの設計上の配列座標とを演算処理してこの計測対象マークの算出配列座標を算出し、この算出配列座標とこの計測配列座標との差分に基づいて、この計測配列座標のそれぞれの信頼度を求める第２工程（ステップ１０３）と、それら複数の被露光領域のそれぞれの設計上の配列座標、その第１工程で計測されたその計測対象マークの計測配列座標、及びこの計測対象マークの計測配列座標のそれぞれに対してその第２工程で求められた信頼度より、それら複数の被露光領域のそれぞれの実際の配列座標を推定する第３工程（ステップ１０４）と、を有し、この第３工程で推定された配列座標に基づいてそれら複数の被露光領域のそれぞれを順次その所定の基準位置に位置合わせする（ステップ１０５）ものである。
【００１０】
この場合、その第２工程で信頼度を定量化する第１の方法は、その第１工程で計測された配列座標の個数をＮ個（Ｎは３以上の整数）としたとき、第ｉ番目（ｉは１からＮまでの整数）の配列座標の計測結果を除く（Ｎ−１）個の配列座標の計測結果、及び基板（Ｗ）上の設計上の配列座標を用いて、線形近似計算によってそれら（Ｎ−１）個の配列座標の実際の配列座標を推定し、このように推定された（Ｎ−１）個の配列座標のそれぞれとその第１工程で計測された対応する配列座標との差分のばらつき（標準偏差）を求め、そのばらつきが大きいときに重くなり、そのばらつきが小さいときに軽くなるような信頼度をその第ｉ番目の配列座標の計測結果に付与するものである。
【００１１】
また、その第２工程で信頼度を定量化する第２の方法は、その第１工程で計測された配列座標の個数をＮ個（Ｎは３以上の整数）としたとき、第ｉ番目（ｉは１からＮまでの整数）の配列座標の計測結果を除く（Ｎ−１）個の配列座標の計測結果、及び基板（Ｗ）上の設計上の配列座標を用いて、線形近似計算によってその第ｉ番目の配列座標の実際の配列座標を推定し、このように推定された配列座標とその第１工程で計測された対応する配列座標との差分の大きさを求め、この差分が小さいときに重くなり、その差分が大きいときに軽くなるような信頼度をその第ｉ番目の配列座標の計測結果に付与するものである。
【００１２】
これらの場合において、その第１工程で計測された配列座標の個数をＮ個（Ｎは３以上の整数）としたとき、その第３工程では、その第２工程で求められた第ｉ番目（ｉは１からＮまでの整数）の配列座標の信頼度をｈi として、その計測対象とする被露光領域の基板（Ｗ）上の設計上の配列座標を所定の座標変換パラメータ（Ａ〜Ｆ）により座標変換して得られたＮ個の計算上の配列座標と、その第１工程で計測された対応するＮ個の配列座標との差分のその信頼度ｈi のγ乗（γは０以上の実数）を用いた重み付き自乗和が最小になるようにその座標変換パラメータの値を定め、このように求められた座標変換パラメータとそれら複数の被露光領域の設計上の配列座標との演算により、それら複数の被露光領域のそれぞれの実際の配列座標を推定するようにしてもよい。
また、本発明による露光方法は、本発明のの位置合わせ方法を用いてその所定の基準位置に位置合わせされたその複数の被露光領域に、レチクルのパターン像を露光する工程を含むものである。
次に、本発明による位置合わせ装置は、基板（Ｗ）上に設計上の配列座標に従って２次元的に配列された複数の被露光領域（ＥＳ 1 , ＥＳ 2 , …）中の所定の計測対象とする被露光領域に付設された、複数の位置合わせ用マークの配列座標を計測し、この計測結果を統計処理して得られた配列座標に基づいてその複数の被露光領域のそれぞれを順次所定の基準位置に位置合わせする装置において、その複数の位置合わせ用マークのうちの計測対象となる位置合わせ用マークである計測対象マークの配列座標を計測する手段と、その計測されたその計測対象マークの計測配列座標と、この計測対象マークの設計上の配列座標とを演算処理してこの計測対象マークの算出配列座標を算出し、この算出配列座標とこの計測配列座標との差分に基づいて、この計測配列座標のそれぞれの信頼度を求める手段と、その複数の被露光領域のそれぞれの設計上の配列座標、その計測されたその計測対象マークの計測配列座標、及びこの計測対象マークの計測配列座標のそれぞれに対してその求められた信頼度より、その複数の被露光領域のそれぞれの実際の配列座標を推定する手段と、を有し、その推定された配列座標に基づいて、その複数の被露光領域のそれぞれを順次その所定の基準位置に位置合わせするものである。
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用いてその所定の基準位置に位置合わせされたその複数の被露光領域に、レチクルのパターン像を露光するものである。
【００１３】
【作用】
斯かる本発明によれば、位置合わせ用マークの位置を検出する際の検出信号の強度や左右対称性等ではなく、計測された複数の配列座標（計測配列座標）に対してそれぞれ実際の計測結果のみに基づいて信頼度が定量化される。この場合、複数の配列座標の計測値の内の大部分の計測値は通常信頼できることから、個々の計測値だけに着目することにより、検出信号の信号強度や信号の左右対称性等に頼らなくとも、各計測値の信頼度を定量化することができる。そして、信頼度に基づいて重み付けをした近似計算をすることで、完全に跳びデータである計測値については重みが極端に小さくなり、信頼できる測定点については重みが重くなり、又は信頼度が明確でないような測定点については中間の重みが付与されるため、結果として従来の単純な跳びデータ除去法に比べて格段に高精度が期待できる。
【００１４】
次に、本発明の第２工程で信頼度を定量化するための上述の第１の方法に関して、仮に第ｉ番目の配列座標の計測結果のみが跳びデータであるとする。この場合、第ｉ番目の計測結果を除く残りの（Ｎ−１）個の計測結果を用いて、例えば線形座標近似計算を行い、求められた新座標系において、各測定点での計算上の配列座標と実際の測定結果との差分を（Ｎ−１）個求め、更にこれらの標準偏差を求める。このとき、第ｉ番目の計測結果以外の計測結果には跳びデータがないので標準偏差は小さくなる。一方、Ｎ個の配列座標から第ｉ番目の配列座標以外の１つの配列座標を除く残りの（Ｎ−１）個の配列座標を用いて同様の計算を行ったならば、（Ｎ−１）個の配列座標の計測結果中には跳びデータである第ｉ番目の計測結果が含まれているため標準偏差は大きい。つまり、前述の方法により求めた標準偏差は跳びデータを除外したときに小さく、跳びデータでない計測結果を除いたときに大きくなる性質を持っている。従って、標準偏差の大小をそのまま信頼度の大小に結び付けることができる。
【００１５】
一方、信頼度を定量化するための上述の第２の方法に関して、第ｉ番目の計測結果が跳びデータである場合、その計測結果を除く残りの（Ｎ−１）個の計測結果を用いて例えば線形近似計算を行うと、この近似計算で求められた座標系における第ｉ番目の計測点の計算上の位置と実際の計測結果との隔たりは大きい。逆に、第ｉ番目の計測結果が跳びデータでなければ、その隔たりは小さくなる。従って、その隔たりが大きいとき第ｉ番目の計測結果の信頼度を低く（重みを小さく）し、その隔たりが小さいときにその信頼度を高く（重みを大きく）することで、信頼度を正確に定量化できる。
【００１６】
【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。以下の実施例は、レチクルのパターンをウエハ上の各ショット領域に露光するステッパー型の投影露光装置において、ウエハの各ショット領域の位置合わせ（アライメント）を行う場合に本発明を適用したものである。
【００１７】
図２は、本実施例で使用される投影露光装置のシステム構成を示し、この図２において、露光時には露光用照明光学系１からの露光光ＩＬがレチクルＲを照明し、その露光光ＩＬのもとでレチクルＲのパターンが投影光学系ＰＬにより例えば１／５に縮小されて、フォトレジストが塗布されたウエハＷ上の各ショット領域に転写される。ここで、投影光学系ＰＬの光軸に平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図２の紙面に平行にＸ軸を、図２の紙面に垂直にＹ軸を取る。このとき、レチクルＲは、Ｘ方向、Ｙ方向、及び回転方向（θ方向）にレチクルＲを微動するレチクルステージ２上に保持されている。一方、ウエハＷは、３次元的にウエハＷの位置決めを行うウエハステージ３上に保持されている。
【００１８】
図３は、図２の投影露光装置の機構部の要部を示し、この図３のウエハステージ３において、ウエハＷはウエハホルダ１１上に真空吸着され、ウエハホルダ１１は、Ｚ方向への移動及び所定範囲での傾斜が可能なＺチルトステージ１２上に固定され、Ｚチルトステージ１２は、Ｘ方向に移動自在なＸステージ１３Ｘ上に載置され、Ｘステージ１３Ｘは不図示のベース上でＹ方向に移動自在なＹステージ１３Ｙ上に載置されている。Ｙステージ１３Ｙは、駆動モータ１４Ｙで送りねじ１５Ｙを回転することによりＹ方向に駆動され、Ｘステージ１３Ｘは、駆動モータ１４Ｘで送りねじ１５Ｘを回転することによりＸ方向に駆動される。
【００１９】
Ｚチルトステージ１２上の端部にはＸ軸にほぼ垂直な反射面を有する移動鏡１６Ｘが固定され、この移動鏡１６Ｘと外部のレーザ干渉計１７ＸとによりＺチルトステージ１２のＸ座標が常時例えば０．０１μｍ程度の分解能でモニタされている。また、不図示であるが、Ｚチルトステージ１２上にＹ軸にほぼ垂直な反射面を有する移動鏡も固定され、この移動鏡と外部の２つのレーザ干渉計とによりＺチルトステージ１２のＹ座標、及び回転角が常時モニタされている。このようにレーザ干渉計により計測されるＺチルトステージ１２（ひいてはウエハＷ）のＸ座標、及びＹ座標よりなる座標系をステージ座標系（Ｘ，Ｙ）と呼ぶ。
【００２０】
また、ウエハステージ３の上方にウエハＷのＺ座標を計測するための、送光系１８及び受光系１９よりなるオートフォーカスセンサが配置されている。即ち、送光系１８から投影光学系ＰＬの露光フィールドの中央部のウエハＷ上の計測点に、投影光学系ＰＬの光軸に対して斜めにスリット像が投影され、このスリット像からの反射光が、受光系１９内で例えば振動ミラーを経て光電検出器上にスリット像を再結像する。更に、その光電検出器の検出信号を振動ミラーの駆動信号を用いて同期整流することにより焦点信号を得ている。この焦点信号は、ウエハＷのＺ方向の変位に対して所定範囲でほぼ線形に変化することから、その焦点信号が所定の値になるようにＺチルトステージ１２を駆動することにより、オートフォーカス方式でウエハＷを常に投影光学系ＰＬに対して合焦できる。
【００２１】
図２に戻り、ウエハステージ３のレーザ干渉計により計測される座標（Ｘ，Ｙ）（ステージ座標系での座標）、及びオートフォーカスセンサからの焦点信号は、装置全体を統轄制御する中央制御系４に供給され、中央制御系４は供給された座標、及び焦点信号に基づいてウエハステージ制御系６を介して、ウエハステージ３の位置決め動作を制御し、ウエハＷのオートフォーカスを行う。同様に、レチクルステージ２の不図示のレーザ干渉計により計測される座標も中央制御系４に供給され、中央制御系４は供給された座標に基づいて、レチクルステージ５を介してレチクルステージ２の位置決め動作を制御する。そして、ウエハＷ上の最初のショット領域への露光が終了すると、ウエハステージ３のステッピング動作によりウエハＷ上の次のショット領域が露光位置に設定され、以下ステップ・アンド・リピート方式でウエハＷ上の各ショット領域への露光が行われる。
【００２２】
このように露光を行う際には、ウエハＷ上の各ショット領域のステージ座標系（Ｘ，Ｙ）での配列座標を求めておく必要があるが、そのためには、ウエハＷ上の所定個数のアライメントマーク（ウエハマーク）のステージ座標系（Ｘ，Ｙ）での座標を計測する必要がある。そのためのアライメントセンサとして、本例ではＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式で、且つレーザ・ステップ・アライメント方式（以下、「ＬＳＡ方式」と呼ぶ）のアライメントセンサを使用する。
【００２３】
先ず、ＬＳＡ方式の場合に使用されるウエハマークの一例につき説明する。
図４は、本例で露光対象とされるウエハＷを示し、この図４において、ウエハＷの表面にはＸ方向及びＹ方向に所定ピッチでｍ個（ｍは３以上の整数）のショット領域ＥＳ1,ＥＳ2,…ＥＳm が形成され、これらの各ショット領域ＥＳi(ｉ＝１〜ｍ）にはそれぞれそれまでの工程により所定の回路パターンが形成されている。更に、各ショット領域ＥＳi には形成されている回路パターンに対応して、それぞれＬＳＡ方式のＸ軸用のウエハマークＭＸi 、及びＹ軸用のウエハマークＭＹi が付設されている。
【００２４】
なお、図４では、ウエハマークＭＸi,ＭＹi はショット領域ＥＳi の中心点に形成されているため、ウエハマークＭＸi,ＭＹi の座標（Ｘ，Ｙ）をそのショット領域ＥＳi の配列座標とみなすことができる。但し、実際にはウエハマークは例えばショット領域間のストリートライン領域等に有ることもある。このような場合には、計測されたウエハマークの座標値に予め設定されているオフセット値を加算した座標値が、対応するショット領域の中心点の配列座標となる。更に、図４の例では各ショット領域ＥＳi にそれぞれ１対の１次元のウエハマーク（又は１個の２次元のウエハマーク）が付設されているが、各ショット領域ＥＳi にそれぞれ３個の以上の１次元のウエハマーク（又は２個以上の２次元のウエハマーク）を付設することもある。このようにウエハマークの個数を増加することにより、各ショット領域内の回路パターンのスケーリング（線形伸縮）や回路パターンの回転角等をも検出することができる。
【００２５】
図５は、ウエハマークＭＸi,ＭＹi を拡大して示し、この図５において、Ｘ軸用のウエハマークＭＸi は、Ｙ方向に所定ピッチで微小な正方形のパターンを配列してなる格子状パターンであり、Ｙ軸用のウエハマークＭＹi は、Ｘ方向に所定ピッチで微小な正方形のパターンを配列してなる格子状パターンである。
次に、本例のＬＳＡ方式のアライメントセンサは、図２に示すように、アライメント光学系７、ミラー８、及びアライメント信号処理系９より構成されている。なお、アライメント光学系７はＹ軸用の光学系であり、別にＸ軸用の光学系も設けられている。
【００２６】
例えば図５に示すショット領域ＥＳi 中のＹ軸用のウエハマークＭＹi の位置検出を行う場合、図３において、アライメント光学系７からウエハＷ上のフォトレジストに対する感光性の弱い波長域のレーザビームＢａが射出され、このレーザビームＢａは、レチクルステージ２と投影光学系ＰＬとの間に配置されるミラー８により反射されて投影光学系ＰＬに入射し、投影光学系ＰＬを経たレーザビームＢａがウエハＷ上でＸ方向に長いスリット状の照射領域２０Ｙに集光される。この状態で、図５に示すように、ウエハステージを駆動することにより、照射領域２０Ｙに対してＹ方向にウエハマークＭＹi が走査される。そして、照射領域２０ＹとウエハマークＭＹi とがＹ方向（計測方向）で重なると、ウエハマークＭＹi から回折光が発生する。
【００２７】
図６は、そのウエハマークＭＹi から発生する回折光を示し、この図６において、ウエハに対してほぼ垂直に入射するレーザビームＢａに対して、平行に０次回折光が戻され、ウエハマークのピッチ方向に対して所定の回折角で±１次回折光、±２次回折光、±３次回折光等が射出されている。それらの回折光は、図２において、投影光学系ＰＬ、及びミラー８を介してアライメント光学系７に戻る。このアライメント光学系７中には、特定次数の回折光、即ち、±１次〜±３次の回折光のみを選択する空間フィルタと、選択された回折光を受光する光電検出器とが配置されている。そして、その光電検出器で回折光を光電変換して得られた検出信号ＳＹがアライメント信号処理系９に供給される。アライメント信号処理系９には、ウエハステージ３側のレーザ干渉計により計測される座標値も供給されており、アライメント信号処理系９では、供給された検出信号ＳＹをアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換し、順次そのときのウエハステージのＹ座標と対応させて内部のメモリに記憶する。
【００２８】
図７は、レーザビームに対してＹ軸用のウエハマークをＹ方向に走査した場合に、Ｙ座標に対応してアライメント信号処理系９内のメモリに記憶される検出信号ＳＹの一例を示し、この図７において、レーザ干渉計により計測されるウエハステージのＹ座標が一定量変化する毎に検出信号ＳＹがＡ／Ｄ変換されてメモリに記憶されている。図７では、Ｙ方向の所定の位置におけるレーザビームＢａの照射領域２０Ｙと格子状のウエハマークＭＹi との位置関係も同時に示されている。
【００２９】
この場合、左側ではまだ照射領域２０ＹとウエハマークＭＹi とは重なっていないため、０次回折光のみしか発生せず、検出信号ＳＹのレベルはほぼ０（ノイズレベル）である。そして、ウエハステージが移動するのに伴って、照射領域２０ＹとウエハマークＭＹi とが徐々に重なって来ると、検出信号ＳＹの強度が増し、その後照射領域２０Ｙの中心をウエハマークＭＹi が通り過ぎると、今度は徐々に検出信号ＳＹの強度が減少する。そのウエハマークＭＹi の座標を検出する際には、アライメント信号処理系９は例えばその検出信号ＳＸを適当なレベルでスライスして２つの交点のＹ座標を求め、それらの中間座標をそのウエハマークのＹ座標とする。
【００３０】
同様に不図示のＸ軸用のアライメント光学系からのレーザビームは、例えば図５において、Ｘ軸用のウエハマークＭＸi の近傍でＹ方向に長いスリット状の照射領域２０Ｘに集光される。そして、ウエハステージを駆動して照射領域２０Ｘに対してウエハマークＭＸi をＸ方向に走査することにより、そのアライメント光学系から図７と同様の検出信号が出力され、この検出信号をアライメント信号処理系９で処理することにより、ウエハマークＭＸi のＸ座標が求められる。このように検出された座標値の所定の設計上の配列座標からのずれ量が、それぞれアライメントデータとして図２の中央制御系４に供給される。中央制御系４では後述のように、供給された各ウエハマークのアライメントデータに基づいて従来のＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アライメント）方式に所定の信頼度を導入した新たな方式でアライメントを行う。
【００３１】
次に、図１のフローチャートを参照して本実施例のアライメント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及び１０２において、図４のウエハＷ上のｎ個（ｎは３以上の整数）の計測点（アライメント計測点）の位置を示すウエハマークのステージ座標系（Ｘ，Ｙ）での座標を計測する。それらｎ個のアライメント計測点の選択方法として本例では、予めウエハＷ上のｍ個のショット領域ＥＳ1 〜ＥＳM 内でｎ個のショット領域（サンプルショット）を定めておき、これらｎ個のサンプルショット内の中心点をアライメント計測点とする。この場合、そのアライメント計測点のＸ座標を示すウエハマークＭＸj(ｊは１〜ｍの何れか）、及びＹ座標を示すウエハマークＭＹj が計測対象となる。
【００３２】
なお、必ずしも、各アライメント計測点のＸ座標及びＹ座標を共に計測する必要はなく、例えば或るアライメント計測点ではＸ軸用のウエハマーク（Ｘ座標）のみを計測し、別のアライメント計測点ではＹ軸用のウエハマーク（Ｙ座標）のみを計測するようにしてもよい。但し、後述のように本例ではｋ個（ｋは例えば６）の変換パターンの値を定める必要があるため、全体で少なくともｋ個の１次元のウエハマークの位置を計測する必要がある。また、既に述べたように各ショット領域内に２対以上の１次元のウエハマーク（又は２個以上の２次元のウエハマーク）が付設されているときにも、各サンプルショット内で計測するウエハマークの個数は少なくとも１個であればよい。
【００３３】
ここで本例では、ｎ個のアライメント計測点の座標を示す１対のウエハマークの設計上の配列座標を（ｘ1 ，ｙ1 ），（ｘ2 ，ｙ2 ），…，（ｘi ，ｙi ），…，（ｘn ，ｙn ）とする。この設計上の配列座標（ｘi ，ｙi)（ｉ＝１〜ｎ）は、例えばウエハＷのプリアライメント時に求められる試料座標系からステージ座標系への変換パラメータを用いて、ウエハＷ上に規定されている試料座標系での設計上の配列座標の初期値をステージ座標系上の配列座標に変換したものである。
【００３４】
そのため、ｉ番目のアライメント計測点のウエハマークの座標を計測する際には、図２のウエハステージ３を駆動することにより、その設計上の配列座標（ｘi ，ｙi)で定まる点が図５に示すレーザビームの照射領域２０Ｘ又は２０Ｙを横切るように走査が行われる。そして、図２のアライメント信号処理系９ではアライメント光学系から供給される検出信号より１対のウエハマークの配列座標を求めた後、この配列座標の設計上の配列座標（ｘi ，ｙi)からのずれ量（αi ，αi)を求め、このずれ量をアライメントデータとして中央制御系４に供給する。従って、中央制御系４にはｎ個のアライメント計測点に対応するアライメントデータ（α1 ，β1 ），（α2 ，β2 ），…，（αi ，βi ），…，（αn ，βn ）が供給される。
【００３５】
言い換えると、これらアライメントデータと上記の設計上の配列座標とを加算して得られる座標（ｘ1 ＋α1 ，ｙ1 ＋β1 ），（ｘ2 ＋α2 ，ｙ2 ＋β2 ），…，（ｘi ＋αi ，ｙi ＋βi ），…，（ｘn ＋αn ，ｙn ＋βn ）が、各ウエハマークのステージ座標系で実際に計測された配列座標である。しかし、これらアライメントデータにはアライメントセンサの検出誤差や、ウエハマークの崩れ等に起因する計測誤差が含まれているため、図１のステップ１０３に移行して中央制御系４は、各アライメントデータの信頼度を定量化する。
【００３６】
このため、先ずアライメントデータから実際に各ウエハマークが存在していると推定される計算上の配列座標（以下、「存在座標」と呼ぶ）（Ｘ1 ，Ｙ1 ），（Ｘ2 ，Ｙ2 ），…，（Ｘi ，Ｙi ），…，（Ｘn ，Ｙn ）を近似計算によって求める。これに関して、ウエハＷはウエハステージ３上に正しく載せられているとは限らず、Ｘ，Ｙ方向の平行シフト（Ｏx ，Ｏy ）や、ＸＹ平面内のＸ軸の回転θ、Ｙ軸の回転φ、またウエハ自身の伸縮（ｓx ，ｓy ）等により前記設計上の配列座標と存在座標との間には以下の関係式が成り立っているものと仮定する。
【００３７】
【数１】
（数１）において、cos θ，cos φを共に１、sin θ，sin φをそれぞれθ，φに近似し、更にｓx ，ｓy ，θ，φの２次の項を０とみなすと、次の（数２）が得られる。
【００３９】
【数２】
一方、ウエハマークの座標計測時に一切の誤差が含まれていないものとしたときのアライメントデータ、いわば理想測定値を（αM1，βM1），（αM2，βM2），…，（αMi，βMi），…，（αMn，βMn）とすれば、設計上の配列座標（ｘi ，ｙi ）と存在座標（Ｘi ，Ｙi ）との間には次の（数３）の関係が成り立つ。
【００４１】
【数３】
（数２）と（数３）とより、設計上の配列座標（ｘi ，ｙi ）と理想測定値（αMi，βMi）との関係は次の（数４）によって表される。
【００４３】
【数４】
簡単のために右辺の２行×２列の行列の各要素を６個の変換パラメータＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆで置き換えることにより、次の（数５）を得る。
【００４５】
【数５】
この場合、Ａ＝ｓx 、Ｂ＝−φ、Ｃ＝θ、Ｄ＝ｓy 、Ｅ＝Ｏx ，Ｆ＝Ｏy が成立している。これら６個の変換パラメータＡ〜Ｆの値を求めるために、各アライメントデータの信頼度を定量化する。このために、先ずｎ個のアライメントデータのうち１番目のアライメントデータを除いた残りの（ｎ−１）個のデータに基づいて最小二乗近似計算により６つの変換パラメータＡ〜Ｆの値を求める。具体的に、ｎ個のアライメントデータ（αi ，βi ）の内、ｉ＝１以外のものについて、上述の理想測定値（αMi，βMi）とアライメントデータ（αi ，βi ）との差を２乗し、（ｎ−１）個の２乗値の和を取ったものを（εx1，εy1）とする。即ち、ベクトル表示では次のようになる。
【００４７】
【数６】
この（数６）を６つの変換パラメータＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの各々で偏微分して０と置いた６つの連立方程式から、以下のように６つの変換パラメータの値Ａ1,Ｂ1,Ｃ1,Ｄ1,Ｅ1,Ｆ1 が求められる。
【００４９】
【数７】
【数８】
次に、１番目のアライメントデータ（α1 ，β1 ）の信頼度を定量化する。即ち、（数７）、及び（数８）で求められた６つの変換パラメータの値Ａ1 〜Ｆ1 をそれぞれ（数５）の変換パラメータＡ〜Ｆに代入して得られる配列座標と、実際に計測されたアライメントデータとの差を２乗して得られる値を、添字ｉの値が２〜ｎの範囲で加算して得られる和（ｈx1，ｈy1）を１番目のアライメントデータ（α1 ，β1 ）の信頼度とする。従って、信頼度（ｈx1，ｈy1）は次のように表される。
【００５２】
【数９】
続いて、２番目のアライメントデータを除いた残りの（ｎ−１）個のデータを用いて、上述の工程と同様の計算を行うことにより、６つの変換パラメータＡ〜Ｆの値Ａ2,Ｂ2,Ｃ2,Ｄ2,Ｅ2,Ｆ2 を求める。そして、これらの値Ａ2 〜Ｆ2 を用いて、上述の工程と同様の計算を行うことにより、２番目のアライメントデータ（α2 ，β2 ）の信頼度（ｈx2，ｈy2）を求める。
【００５４】
以下同様に３番目以降のアライメントデータについてもそれぞれ信頼度を求めることによって、全てのアライメントデータ（α1 ，β1 ）〜（αn ，βn ）のそれぞれに対して信頼度（ｈx1，ｈy1）〜（ｈxn，ｈyn）が決定される。
次に、ステップ１０４において、ステップ１０３で定量化されたアライメントデータの信頼度に基づいて、ウエハＷ上の各ショット領域ＥＳj(ｊ＝１〜Ｍ）の配列座標を計算する際に用いるための変換パラメータＡ〜Ｆの値を算出する。そのため、全てのｎ個のアライメントデータ（αi ，βi)（ｉ＝１〜ｎ）について、それぞれ理想測定値（αMi，βMi）とアライメントデータ（αi ，βi ）との差を２乗した値に、ステップ１０３で求めた信頼度（ｈxi，ｈyi）を乗じて得られる値を、添字ｉの値が１〜ｎの範囲で加算して得られる和を残留誤差成分（εx ，εy)とする。これは、信頼度（ｈxi，ｈyi）をｉ番目のアライメントデータに対する重みとして、次のように重み付きの残留誤差成分（εx ，εy)を求めることを意味する。
【００５５】
【数１０】
その後、この残留誤差成分を６つの変換パラメータＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの各々で偏微分して０と置いた６つの連立方程式から、以下のように６つの変換パラメータの値Ａ〜Ｆが求められる。
【００５７】
【数１１】
【数１２】
この結果、ｉ番目のアライメント測定点の設計上の配列座標（ｘi ，ｙi ）と、実際にウエハマークが存在していると推定される座標（存在座標）（Ｘi ，Ｙi ）とが、（数１１）、及び（数１２）より得られる６つのパラメータＡ〜Ｆを用いて次の（数１３）の関係にあることが分かる。
【００６０】
【数１３】
次に、ステップ１０５及び１０６を図４のウエハＷ上の各ショット領域ＥＳj(ｊ＝１〜ｍ）について実行することにより、露光を行う。この際に、各ショット領域ＥＳj の中心点の設計上の配列座標を（ｘexpj，ｙexpj）として、この設計上の配列座標（ｘexpj，ｙexpj）を（数１３）に代入することにより、計算上の配列座標（存在座標）（Ｘexpj，Ｙexpj）を求める。そして、図２においてウエハステージ３を駆動して、ステージ座標系上でその計算上の配列座標（Ｘexpj，Ｙexpj）の位置を、予め求められているレチクルＲのパターンの投影像の中心の位置に合わせた後、そのショット領域ＥＳj にレチクルＲのパターン像を露光する。
【００６２】
上述のように本例では、アライメントセンサにより得られる検出信号の状態ではなく、実際に計測して得られるアライメントデータに基づいて各アライメントデータの信頼度が定量化されている。従って、ウエハＷの表面が局所的に歪んでいるような要因によりアライメントデータが跳びデータとなったような場合にも、その跳びデータの信頼度は低くなるため、正確にアライメントが行われる。
また、本実施例では信頼度は（数９）によって表されるが、例えば１番目のアライメントデータが跳びデータである場合、１番目のアライメントデータを除く（ｎ−１）個のアライメントデータが完全に線形誤差を含むのみならば（数９）の右辺は０になる。つまり、１番目のアライメントデータの信頼度は０である。一方、他の（ｎ−１）個のアライメントデータのどれを除いた場合でも、１番目のアライメントデータが影響し、信頼度は有限の値をとる。従って、１番目のアライメントデータの信頼度が０、それ以外のアライメントデータの信頼度がある有限値となるため、１番目のアライメントデータの影響を受けずに変換パラメータを求めることができる。
【００６３】
次に、各アライメントデータに対する信頼度の定量化方法の第２の例につき説明する。
この第２の例では、上述の例と同様に先ず１番目のアライメントデータ（α1 ，β1)について（数７）及び（数８）より、６つの変換パラメータＡ〜Ｆの値Ａ1,Ｂ1,Ｃ1,Ｄ1,Ｅ1,Ｆ1 を求める。その後、設計上の配列座標（ｘ1 ，ｙ1)と、それら６個の変換パラメータの値Ａ1 〜Ｆ1 とを（数５）に代入して得られる座標と、アライメントデータ（α1 ，β1 ）との差（δx1，δy1）を次のように計算する。
【００６４】
【数１４】
そして、この差（δx1，δy1）から１番目のアライメントデータに対する信頼度（ｈx1，ｈy1）を次のように求める。即ち、この例ではその差（δx1，δy1）の絶対値に所定のオフセット（ここでは１）を加算して得られる値の逆数が信頼度となる。
【００６６】
【数１５】
同様に、２番目〜ｎ番目のアライメントデータに対してもそれぞれ信頼度（ｈx2，ｈy2）〜（ｈxn，ｈyn）を求める。
この第２の例では、例えば１番目のアライメントデータが跳びデータである場合、（数１４）の絶対値は大きな値をとる。逆にそのアライメントデータが跳びデータでなければ（数１４）の絶対値は小さな値をとる。従って、ほぼその絶対値の逆数を信頼度とみなすことができる。（数１５）で１を加えてから逆数を取っているのは、単に逆数を取ると（数１４）の値が０になり得るため、逆数を取ったときに信頼度を有限の値にするためのものである。
【００６８】
次に、各アライメントデータに対する信頼度の定量化方法の第３の例につき説明する。
この第３の例では、図１の例と同様に先ず各アライメントデータ（αi ，βi)について（数９）と同様の式より信頼度（ｈxi，ｈyi）を求める。その後、（数１０）の代わりに次の（数１６）で重み付きの残留誤差成分（εx ，εy)を求める。
【００６９】
【数１６】
この（数１６）において、γは０以上の実数である。即ち、この例では信頼度（ｈxi，ｈyi）のγ乗を各アライメントデータ（αi ，βi)に対する重みとすることを意味する。以下、その（数１６）より変換パラメータＡ〜Ｆの値が求められ、図１と同様にアライメント及び露光が行われる。
この第３の例では、（数１６）に示すように信頼度をγ乗した値を各アライメントデータに対する重みとしている。この場合、γ＝１とすると、上述の第１の例、及び第２の例に等しくなるのは言うまでもなが、γの値を適当に設定することで信頼度の効きを制御できる。つまり、γ＜１では信頼度の効きを低減でき、γ＞１では信頼度の効きを誇張する方向に制御できる。また、γ＝０では従来の信頼度を用いないＥＧＡ方式のアライメント方法と全く同じになる。
【００７１】
なお、上述実施例では、アライメントセンサとして、ＬＳＡ方式のアライメントセンサが使用されているが、それ以外にウエハマークを撮像して画像処理により位置検出を行う撮像方式（ＦＩＡ方式）のアライメントセンサ、又は回折格子状のウエハマークに可干渉な２光束を照射して発生する２つの回折光の干渉光の位相より位置検出を行う２光束干渉方式（ＬＩＡ方式）のアライメントセンサ等も使用できる。また、アライメント光学系は、ＴＴＬ方式のみならず、オフ・アクシス方式やＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）方式等でもよい。
【００７２】
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。
【００７３】
【発明の効果】
本発明によれば、計測された配列座標に基づいて各計測値の信頼度を求めているため、位置合わせ用マーク（ウエハマーク）の検出信号の状態等に依らずに、計測された座標値中の跳びデータの影響を正確に軽減できる利点がある。即ち、アライメント時の検出信号の強度や信号波形と計測された配列座標（アライメントデータ）との信頼度に相関がないアライメントセンサを使用する場合においても、信頼度を正確に定量化できる。
【００７４】
また、信頼度を定量化する第１の方法によれば、例えば１番目の計測値が跳びデータであり、１番目の計測値を除く（ｎ−１）個の計測値が線形誤差のみを含むならば、得られるばらつきは０になる。つまり、１番目の計測値の信頼度は０である。一方、他の（ｎ−１）点のどれを除いた場合でも１番目の計測値が影響し、信頼度は有限の値をとる。従って、正確に信頼度が定量化できる。
【００７５】
また、信頼度を定量化する第２の方法によれば、例えば１番目の計測値が跳びデータであると、得られる差分は大きな値となりその逆数は小さな値をとる。従って、信頼度を正確に定量化できる。
また、信頼度のγ乗を重みとした場合には、γの値を適当に操作することで信頼度の効きを制御できる。つまり、γ＜１では信頼度の効きを低減でき、γ＞１では信頼度の効きを誇張できる。また、γ＝０では従来の信頼度を用いないアライメント方法と全く同じになる。
【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を示すフローチャートである。
【図２】実施例で使用される投影露光装置の全体の構成を示すブロック図である。
【図３】実施例で使用される投影露光装置の機構部の要部を示す構成図である。
【図４】ウエハ上のショット領域の配列の一例を示す平面図である。
【図５】ウエハ上の１つのショット領域及びそれに付設されたウエハマークを示す拡大平面図である。
【図６】ＬＳＡ方式のアライメントセンサの検出原理の説明図である。
【図７】ＬＳＡ方式のアライメントセンサから出力される検出信号を示す図である。
【符号の説明】
Ｒ レチクル
２ レチクルステージ
ＰＬ 投影光学系
Ｗ ウエハ
３ ウエハステージ
４ 中央制御系
７ アライメント光学系
９ アライメント信号処理系
１２ Ｚチルトステージ
１３Ｘ Ｘステージ
１３Ｙ Ｙステージ
Claims (14)
- 基板上に設計上の配列座標に従って２次元的に配列された複数の被露光領域中の所定の計測対象とする被露光領域に付設された、複数の位置合わせ用マークの配列座標を計測し、該計測結果を統計処理して得られた配列座標に基づいて前記複数の被露光領域のそれぞれを順次所定の基準位置に位置合わせする方法において、
前記複数の位置合わせ用マークのうちの計測対象となる位置合わせ用マークである計測対象マークの配列座標を計測する第１工程と、
該第１工程で計測された前記計測対象マークの計測配列座標と、該計測対象マークの設計上の配列座標とを演算処理して該計測対象マークの算出配列座標を算出し、該算出配列座標と該計測配列座標との差分に基づいて、該計測配列座標のそれぞれの信頼度を求める第２工程と、
前記複数の被露光領域のそれぞれの設計上の配列座標、前記第１工程で計測された前記計測対象マークの計測配列座標、及び該計測対象マークの計測配列座標のそれぞれに対して前記第２工程で求められた信頼度より、前記複数の被露光領域のそれぞれの実際の配列座標を推定する第３工程と、を有し、
該第３工程で推定された配列座標に基づいて前記複数の被露光領域のそれぞれを順次前記所定の基準位置に位置合わせすることを特徴とする位置合わせ方法。 - 請求項１記載の位置合わせ方法であって、
前記第２工程では、前記第１工程で計測された配列座標の個数をＮ個（Ｎは３以上の整数）としたとき、
第ｉ番目（ｉは１からＮまでの整数）の配列座標の計測結果を除く（Ｎ−１）個の配列座標の計測結果、及び前記基板上の設計上の配列座標を用いて、線形近似計算によって前記（Ｎ−１）個の配列座標の実際の配列座標を推定し、
該推定された（Ｎ−１）個の配列座標のそれぞれと前記第１工程で計測された対応する配列座標との差分のばらつきを求め、
該ばらつきに応じた信頼度を前記第ｉ番目の配列座標の計測結果に付与することを特徴とする位置合わせ方法。 - 請求項１記載の位置合わせ方法であって、
前記第２工程では、前記第１工程で計測された配列座標の個数をＮ個（Ｎは３以上の整数）としたとき、
第ｉ番目（ｉは１からＮまでの整数）の配列座標の計測結果を除く（Ｎ−１）個の配列座標の計測結果、及び前記基板上の設計上の配列座標を用いて、線形近似計算によって前記第ｉ番目の配列座標の実際の配列座標を推定し、
該推定された配列座標と前記第１工程で計測された対応する配列座標との差分の大きさを求め、
該大きさにほぼ逆比例する信頼度を前記第ｉ番目の配列座標の計測結果に付与することを特徴とする位置合わせ方法。 - 請求項１、２、又は３記載の位置合わせ方法であって、
前記第１工程で計測された配列座標の個数をＮ個（Ｎは３以上の整数）としたとき、前記第３工程では、
前記第２工程で求められた第ｉ番目（ｉは１からＮまでの整数）の配列座標の信頼度をｈi として、前記計測対象とする被露光領域の前記基板上の設計上の配列座標を所定の座標変換パラメータにより座標変換して得られたＮ個の計算上の配列座標と、前記第１工程で計測された対応するＮ個の配列座標との差分の前記信頼度ｈi のγ乗（γは０以上の実数）を用いた重み付き自乗和が最小になるように前記座標変換パラメータの値を定め、
該求められた座標変換パラメータと前記複数の被露光領域の設計上の配列座標との演算により、前記複数の被露光領域のそれぞれの実際の配列座標を推定することを特徴とする位置合わせ方法。 - 請求項１記載の位置合わせ方法であって、
前記第２工程では、前記第１工程で計測されたデータの個数をＮ個（Ｎは３以上の整数）としたとき、
前記計測対象とする被露光領域の前記基板上における設計上の配列座標を、計算上の配列座標に変換する変換パラメータを、第ｉ番目（ｉは１からＮまでの整数）のデータをそれぞれ除いた残りの（Ｎ−１）個のデータそれぞれに基づいて、最小二乗近似計算によって、前記複数の（Ｎ−１）個のデータのそれぞれに対して算出し、
前記複数の（Ｎ−１）個のデータのそれぞれに対して算出された前記変換パラメータを用いながら、前記信頼度を求めることを特徴とする位置合わせ方法。 - 前記第１工程では、
レーザビームの照射領域に対して前記位置合わせ用マークを走査する際に前記マークから発生する回折光を検出することにより位置検出を行う方式、前記位置合わせ用マークを撮像して画像処理により位置検出を行う方式、又は前記位置合わせ用マークに光束を照射して発生する２つの回折光を検出することにより位置検出を行う方式を用いて、前記複数の位置合わせ用マークの配列座標を計測することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の位置合わせ方法。 - 前記第１工程では、ＴＴＬ方式、ＴＴＲ方式、又はオフ・アクシス方式のアライメントセンサを用いて、前記複数の位置合わせ用マークの配列座標を計測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。
- 請求項１〜７の何れか一項に記載の位置合わせ方法を用いて前記所定の基準位置に位置合わせされた前記複数の被露光領域に、レチクルのパターン像を露光する工程を含むことを特徴とする露光方法。
- 基板上に設計上の配列座標に従って２次元的に配列された複数の被露光領域中の所定の計測対象とする被露光領域に付設された、複数の位置合わせ用マークの配列座標を計測し、該計測結果を統計処理して得られた配列座標に基づいて前記複数の被露光領域のそれぞれを順次所定の基準位置に位置合わせする装置において、
前記複数の位置合わせ用マークのうちの計測対象となる位置合わせ用マークである計測対象マークの配列座標を計測する手段と、
前記計測された前記計測対象マークの計測配列座標と、該計測対象マークの設計上の配列座標とを演算処理して該計測対象マークの算出配列座標を算出し、該算出配列座標と該計測配列座標との差分に基づいて、該計測配列座標のそれぞれの信頼度を求める手段と、
前記複数の被露光領域のそれぞれの設計上の配列座標、前記計測された前記計測対象マークの計測配列座標、及び該計測対象マークの計測配列座標のそれぞれに対して前記求められた信頼度より、前記複数の被露光領域のそれぞれの実際の配列座標を推定する手段と、を有し、
前記推定された配列座標に基づいて、前記複数の被露光領域のそれぞれを順次前記所定の基準位置に位置合わせすることを特徴とする位置合わせ装置。 - 請求項９記載の位置合わせ装置であって、
前記信頼度を求める手段は、前記計測された配列座標の個数をＮ個（Ｎは３以上の整数）としたとき、
第ｉ番目（ｉは１からＮまでの整数）の配列座標の計測結果を除く（Ｎ−１）個の配列座標の計測結果、及び前記基板上の設計上の配列座標を用いて、線形近似計算によって前記（Ｎ−１）個の配列座標の実際の配列座標を推定し、
該推定された（Ｎ−１）個の配列座標のそれぞれと前記計測された対応する配列座標との差分のばらつきを求め、
該ばらつきに応じた信頼度を前記第ｉ番目の配列座標の計測結果に付与することを特徴とする位置合わせ装置。 - 請求項９記載の位置合わせ装置であって、
前記信頼度を求める手段は、前記計測された配列座標の個数をＮ個（Ｎは３以上の整数）としたとき、
第ｉ番目（ｉは１からＮまでの整数）の配列座標の計測結果を除く（Ｎ−１）個の配列座標の計測結果、及び前記基板上の設計上の配列座標を用いて、線形近似計算によって前記第ｉ番目の配列座標の実際の配列座標を推定し、
該推定された配列座標と前記計測された対応する配列座標との差分の大きさを求め、
該大きさにほぼ逆比例する信頼度を前記第ｉ番目の配列座標の計測結果に付与することを特徴とする位置合わせ装置。 - 前記複数の位置合わせ用マークの配列座標を計測する手段は、
レーザビームの照射領域に対して前記位置合わせ用マークを走査する際に前記マークから発生する回折光を検出することにより位置検出を行う方式、前記位置合わせ用マークを撮像して画像処理により位置検出を行う方式、又は前記位置合わせ用マークに光束を照射して発生する２つの回折光を検出することにより位置検出を行う方式を用いて、前記複数の位置合わせ用マークの配列座標を計測することを特徴とする請求項９〜１１の何れか一項に記載の位置合わせ装置。 - 前記複数の位置合わせ用マークの配列座標を計測する手段は、ＴＴＬ方式、ＴＴＲ方式、又はオフ・アクシス方式のアライメントセンサを含むことを特徴とする請求項９〜１２の何れか一項に記載の位置合わせ装置。
- 請求項９〜１３の何れか一項に記載の位置合わせ装置を用いて前記所定の基準位置に位置合わせされた前記複数の被露光領域に、レチクルのパターン像を露光することを特徴とする露光装置。
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