JPH05304077A

JPH05304077A - 位置合わせ方法

Info

Publication number: JPH05304077A
Application number: JP4297121A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Irie; 信行入江; Eiji Takane; 栄二高根; Shigeru Hirukawa; 茂蛭川
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1992-01-23
Filing date: 1992-11-06
Publication date: 1993-11-16
Anticipated expiration: 2017-10-28
Also published as: JP3339079B2

Abstract

(57)【要約】【目的】複数のショット領域が配列されたウエハの全
面でアライメント精度を向上させる。【構成】位置合わせすべきショット領域ＥＳｉと、９
個のサンプルショットＳＡ₁〜ＳＡ₉の各々との間の距
離Ｌ_K1〜Ｌ_K9に応じて、サンプルショットＳＡ₁〜ＳＡ
₉の各座標位置に重み付けを行い、この重み付けされた
複数の座標位置を統計演算することによりパラメータａ
〜ｆを算出する。このパラメータａ〜ｆを用いてショッ
ト領域ＥＳｉの座標位置を決定し、この決定された座標
位置に従ってウエハＷの移動位置を制御することによ
り、露光位置に対してショット領域ＥＳｉを位置合わせ
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基板上に規則的に配列
された複数の処理領域（ショット領域、チップパターン
等）の各々を所定の基準位置に対して順次位置合わせす
る方法に関し、特に半導体素子や液晶表示素子製造のリ
ソグラフィ工程で使用されるマスクのパターンを感光基
板に転写するための露光装置に好適な位置合わせ方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ステップアンドリピート方式、ま
たはステップアンドスキャン方式等の露光装置、ウエハ
プローバ、あるいはレーザリペア装置等においては、基
板上に規則的（マトリックス状）に配列された複数のチ
ップパターン領域（ショット領域）の各々を、基板の移
動位置を規定する静止座標系（すなわち２組のレーザ干
渉計によって規定される直交座標系）内の所定の基準点
（例えば、各種装置の加工処理点）に対して極めて精密
に位置合わせ（アライメント）する必要がある。特に露
光装置では、マスクまたはレチクル（以下、レチクルと
称す）に形成されたパターンの露光位置に対して基板
（半導体ウエハやガラスプレート等）をアライメントす
るに際して、製造段階のチップでの不良品の発生による
歩留りの低下を防止するように、その位置合わせ（アラ
イメント）精度を常に高精度かつ安定に維持しておくこ
とが望まれている。

【０００３】通常、リソグラフィ工程ではウエハ上に１
０層以上の回路パターン（レチクルパターン）を重ね合
わせ露光するが、各層間でのアライメント（重ね合わ
せ）精度が悪いと、回路上の特性に不都合が生じ得る。
すなわちチップが所期の特性を満足せず、最悪の場合に
はそのチップが不良品となり、歩留りを低下させ得る。
そこで露光工程では、ウエハ上の複数のショット領域の
各々に予めアライメント用マークを付設しておき、重ね
合わせ露光すべきレチクルパターンを基準としてそのマ
ーク位置（座標値）を検出する。しかる後、このマーク
位置情報に基づいてウエハ上の１つのショット領域をレ
チクルパターンに対して位置合わせ（位置決め）するウ
エハアライメントが行われる。

【０００４】ウエハアライメントには大別して２つの方
式があり、１つはウエハ上のショット領域毎にそのアラ
イメントマークを検出して位置合わせを行うダイ・バイ
・ダイ（Ｄ／Ｄ）アライメント方式である。もう１つ
は、ウエハ上のいくつかのショット領域のみのアライメ
ントマークを検出してショット配列の規則性を求めるこ
とで、各ショット領域を位置合わせするグローバル・ア
ライメント方式である。現在のところ、デバイス製造ラ
インではスループットとの兼ね合いから、主にグローバ
ル・アライメント方式が使用されている。特に現在で
は、例えば特開昭６１─４４４２９号公報、特開昭６２
─８４５１６号公報等に開示されているように、ウエハ
上のショット配列の規則性を統計的手法によって精密に
特定するエンハンスド・グローバル・アライメント（Ｅ
ＧＡ）方式が主流となっている。

【０００５】ＥＧＡ方式とは、１枚のウエハにおいて予
め特定ショット領域として選択された複数個（３個以上
必要であり、通常１０〜１５個程度）のショット領域の
みの座標位置を計測し、これらの計測値から統計演算処
理（最小二乗法等）を用いてウエハ上の全てのショット
領域の座標位置（ショット配列）を算出した後、この算
出したショット配列に従って一義的にウエハステージを
ステッピングさせていくものである。このＥＧＡ方式は
計測時間が短くて済み、ランダムな計測誤差に対して平
均化効果が期待できるという長所がある。

【０００６】ここで、ＥＧＡ方式で行われている統計処
理方法について簡単に述べる。さて、ウエハ上のｍ（ｍ
≧３なる整数）個の特定ショット領域（サンプルショッ
ト）の設計上の配列座標を（Ｘｎ、Ｙｎ）（ｎ＝１、
２、・・・・、ｍ）とし、設計上の配列座標からのずれ（Δ
Ｘｎ、ΔＹｎ）について線形モデル、すなわち、

【０００７】

【数１】

【０００８】を仮定する。さらに、ｍ個のサンプルショ
ットの各々の実際の配列座標（計測値）を（Δｘ_n、Δ
ｙ_n）としたとき、このモデルを当てはめたときの残差
の二乗和Ｅは次式で表される。

【０００９】

【数２】

【００１０】そこで、この式を最小にするようなパラメ
ータａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆを求めれば良い。ＥＧＡ方
式では、上記の如く算出されたパラメータａ〜ｆと設計
上の配列座標とに基づいて、ウエハ上の全てのショット
領域の配列座標が算出されることになる。以上のよう
に、ＥＧＡ方式ではウエハ上のショット配列誤差が線形
であるものとして扱っている、換言すればＥＧＡ演算は
線形な１次近似である。このため、ウエハ上の局所的な
配列誤差変動、すなわち非線形な要因には対応しきれな
いといった問題があった。そこで、例えば特開昭６２─
２９１１３３号公報に開示されているように、ウエハ上
の局所的な部分領域（ブロック）内に存在する少なくと
も３個のショット領域をサンプルショットとして指定し
てその座標位置を求め、これら複数の座標位置をＥＧＡ
演算（統計演算）することで、当該ブロック内の全ての
ショット領域の座標位置（ショット配列）を算出する、
いわゆるブロック化ＥＧＡ（Ｂ−ＥＧＡ）方式が提案さ
れている。Ｂ−ＥＧＡ方式は、位置合わせすべきショッ
ト領域毎に、ＥＧＡ演算で使用するサンプルショットを
変えていくことに特徴がある。例えば、位置合わせすべ
きショット領域から近い順に、３個以上のショット領域
をサンプルショットとして指定し、この指定したサンプ
ルショットの各計測値を使用する。これによって、ウエ
ハ上の局所的な配列誤差の変動（非線形性）に対応する
ことが可能となる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の如
き従来技術においては、位置合わせすべきショット領域
毎にＥＧＡ演算で使用するサンプルショットを選択する
処理を計算機で行うと、当該処理のための計算量が膨大
になるといった問題点がある。また、ブロック内でショ
ット領域毎にそのサンプル・ショットの選択を最適化す
ることは難しい。従って、Ｂ−ＥＧＡ方式は局所的な配
列誤差の変動（非線形な歪み）に対応可能であるが、こ
れより得られるアライメント精度は要求精度を十分満足
するものとは言えない。さらに、Ｂ−ＥＧＡ方式ではシ
ョット領域毎にサンプルショットを変更するため、１枚
のウエハにおけるサンプルショット数が大幅に増加する
ことになり、１枚のウエハに対する処理時間が長くなっ
てスループットが低下するという問題点もある。

【００１２】また、ウエハをホルダ（保持部材）を介し
てウエハステージ上に載置する際、例えば熱処理等によ
ってウエハが大きく反っていると、ウエハの周辺部はホ
ルダに吸着されるが、中央部はホルダに吸着されずに浮
き上がることがある。従って、上記現象が生じているウ
エハ上のショット領域、特に中央部付近の各ショット領
域は、全面がホルダに吸着されているウエハ上の対応す
るショット領域に比べて、見掛け上ウエハの中心から遠
ざかる方向に相対的に横シフト（位置ずれ）しているこ
とになる。

【００１３】ここで、上記現象に起因した非線形な歪み
が生じているウエハに対してＢ−ＥＧＡ方式を適用する
場合、ウエハのどの部分が浮き上がっているのかが明確
に判っていれば、非線形な歪みに対応してそのアライメ
ント精度の低下をある程度防止することができる。しか
しながら、ここでも上記と同様の問題（計算量やサンプ
ルショットの増大等）が生じるとともに、実際にはウエ
ハの浮き上がっている（膨らんでいる）部分を特定する
ことは難しい。つまり、Ｂ−ＥＧＡ方式ではウエハ上の
複数のショット領域のブロック分けを最適化することが
できないので、Ｂ−ＥＧＡ方式を適用しても所望のアラ
イメント精度を得ることは難しい。

【００１４】尚、非線形な歪みが生じているウエハに対
して、ＥＧＡ方式のような１次近似ではなく、例えば高
次関数を用いた非線形近似を適用すれば、アライメント
精度の低下を防止できる。しかしながら、この場合には
ＥＧＡ方式に比べてサンプルショット数を大幅に増やさ
なければならず、マーク計測に時間がかかってスループ
ットが低下するといった問題が生じる。

【００１５】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
であり、局所的な配列誤差（非線形な歪み）が存在する
ウエハであっても、サンプルショット数が少なくて済
み、かつ計算量を抑えながら、所定の基準位置に対して
全てのショット領域を高精度、高速にアライメント可能
な位置合わせ方法を提供することを目的としている。

【００１６】

【課題を解決するための手段】かかる問題点を解決する
ため本発明の第１の位置合わせ方法では、基板上に規則
的に配列された複数の処理領域の各々を、基板の移動位
置を規定する静止座標系内の所定の基準位置に対して位
置合わせするのに先立ち、基板上の複数の処理領域のう
ち、予め特定処理領域として選択した少なくとも３つの
処理領域の静止座標系上における座標位置を計測する。
さらに基板上の処理領域毎に、当該処理領域（中心点）
と少なくとも３つの特定処理領域（サンプルショット）
の各々との間の距離に応じて、少なくとも３つの特定処
理領域の静止座標系上における座標位置の各々に重み付
けを行い、かつこの重み付けされた複数の座標位置を統
計演算（最小二乗法、又は単純なる平均化処理等）する
ことにより、基板上の複数の処理領域の各々の静止座標
系上における座標位置を決定することとした。

【００１７】特に第１の位置合わせ方法では、基板上の
任意の処理領域の静止座標系上での座標位置を決定する
際、当該処理領域までの距離が短い特定処理領域ほど、
そのアライメントデータ（座標位置）には大きな重み付
けを行うようにする。また、特定処理領域の各アライメ
ントデータに与える重みは、基板の変形状態、すなわち
非線形な歪み量に応じて変更するようにする。

【００１８】また、本発明の第２の位置合わせ方法で
は、設計上の配列座標に従って基板上に規則的に配列さ
れた複数の処理領域の各々を、前記基板の移動位置を規
定する静止座標系内の所定の基準位置に対して位置合わ
せするのに先立ち、複数の処理領域のうち、予め特定処
理領域として選択した少なくとも３つの処理領域の静止
座標系上における座標位置を計測する。さらに基板上の
処理領域毎に、当該処理領域と基板上で予め規定された
所定の着目点との間の距離（第１情報）と、当該着目点
と少なくとも３つの特定処理領域の各々との間の距離
（第２情報）とに応じて、少なくとも３つの特定処理領
域の静止座標系上における座標位置の各々に重み付けを
行い、かつこの重み付けされた複数の座標位置を統計演
算することにより、基板上の複数の処理領域の各々の静
止座標系上における座標位置を決定することとした。

【００１９】特に第２の位置合わせ方法では、基板上の
任意の処理領域の静止座標系上での座標位置を決定する
際、着目点までの距離が、着目点と当該処理領域との間
の距離に近い特定処理領域ほど、そのアライメントデー
タ（座標位置）には大きな重み付けを行うようにする。
また、着目点は基板の変形中心点（点対称中心）とす
る。例えば、基板中心を基準として熱変形している、あ
るいは中心部分がホルダから浮き上がって（膨らんで）
吸着されているときには、基板の中心点を着目点とす
る。また、特定処理領域の各アライメントデータに与え
る重みは、基板の変形状態、すなわち非線形な歪み量に
応じて変更するようにする。

【００２０】ところで、第２の方法では処理領域毎に特
定処理領域のアライメントデータに対する重み付け、及
び統計演算を行うようにしたが、上記着目点から等距離
にある複数の処理領域、すなわち上記着目点を中心とし
た同一の円上に位置する複数の処理領域の各々では、当
然ながら特定処理領域の各座標位置に与える重み付けが
同一となる。このため、上記着目点を中心とした同一の
円上に複数の処理領域が位置している場合、いずれか１
つの処理領域のみにおいて上記の如き重み付け、及び統
計演算を行ってパラメータ（ａ〜ｆ）を算出すれば、残
りの処理領域においては先に算出したパラメータ（ａ〜
ｆ）をそのまま用いてその座標位置を決定することがで
きる。従って、同一円上に複数の処理領域が存在してい
る場合には、同一のパラメータ（ａ〜ｆ）を用いて同一
円上の全ての処理領域の座標位置を算出するようにして
も良い。この場合、座標位置決定のための計算量が減る
といった利点が得られる。

【００２１】また、本発明の第３の位置合わせ方法は、
例えば基板が部分的にホルダから浮き上がって（膨らん
で）保持されている場合に有効なものである。第３の位
置合わせ方法では、設計上の配列座標に従って基板上に
規則的に配列された複数の処理領域の各々を、前記基板
の移動位置を規定する静止座標系内の所定の基準位置に
対して位置合わせするのに先立ち、複数の処理領域のう
ち、予め特定処理領域として選択した少なくとも３つの
処理領域の静止座標系上における座標位置を計測する。
さらに、基板の平坦度に基づいて少なくとも３つの特定
処理領域の静止座標系上における座標位置の各々を補正
し、この補正された複数の座標位置を統計演算すること
によって、基板上の複数の被処理基板の各々の静止座標
系上における座標位置を決定する。そして、この算出さ
れた座標位置と基板の平坦度とに従って基板の移動位置
を制御することにより、複数の処理領域の各々を基準位
置に対して順次位置合わせすることとした。

【００２２】さらに、本発明の第４の位置合わせ方法
も、基板が部分的にホルダから浮き上がって（膨らん
で）保持されている場合に有効なものである。第４の位
置合わせ方法では、設計上の配列座標に従って基板上に
規則的に配列された複数の処理領域の各々を、基板の移
動位置を規定する静止座標系内の所定の基準位置に対し
て位置合わせするのに先立ち、複数の処理領域のうち、
少なくとも３つの処理領域を特定処理領域として選択す
る。さらに、この選択された特定処理領域の表面と基板
の移動平面（静止座標系、すなわち２組の干渉計によっ
て規定される直交座標系を含む平面）とがほぼ平行にな
っているときの少なくとも３つの特定処理領域の各々の
静止座標系上における座標位置を求める。これは、例え
ば表面位置検出系を用いて、特定処理領域の座標位置を
計測したときの基板の移動平面に対する当該領域表面の
傾斜量を検出しておき、この検出値を用いて特定処理領
域の座標位置を補正して求めれば良い。または、表面位
置検出系を用いて基板の移動平面と特定処理領域の表面
とをほぼ平行にした後、当該領域の座標位置を計測す
る、あるいは基板の移動平面とほぼ平行となっている処
理領域を特定処理領域として選択し、この選択した処理
領域の座標位置を計測するようにすれば良い。さらに、
この検出された複数の座標位置を統計演算することによ
って、基板上の複数の処理領域の各々の静止座標系上に
おける座標位置を算出する。そして、この算出された座
標位置と基板の移動平面に対する処理領域毎の傾斜量と
に従って、基板の移動位置を制御することにより、基板
上の複数の処理領域の各々を基準位置に対して順次位置
合わせすることとした。

【００２３】

【作用】さて、本発明では「非線形な歪み」が存在する
基板であっても、当該基板上の全ての処理領域を所定の
基準位置に対して精度良く位置合わせすることができる
位置合わせ方法を提供することを目的としている。そこ
で、本発明が位置合わせ精度向上の対象とする「非線形
な歪み」とはどのようなものなのかについて、図１０を
参照して簡単に説明する。図１０は、基板上の複数（こ
こでは４つ）の特定処理領域（サンプルショット）の位
置計測結果（図中の○印）をグラフに表したものであ
り、縦軸は位置ずれ量を示し、横軸は基板中心からの位
置を示している。尚、ここでは説明を簡単にするため、
基板にはスケーリング（伸縮）のみが存在しているもの
とする。

【００２４】図１０（Ａ）において、サンプルショット
のアライメントデータ（座標位置）から最小二乗法を使
用して１次の近似式を作成すると、図中に実線にて示す
ような直線となる。図１０（Ａ）の場合、アライメント
データが１次関数（直線）で十分に近似されており、基
板には線形なスケーリングエラー（歪み）が生じている
と言える。このような近似方法を採用しているのが、従
来のＥＧＡ方式である。これに対して図１０（Ｂ）で
は、アライメントデータ（○印）が点線にて示す滑らか
な曲線上にのっているので、基板には「規則的な非線形
歪み」が生じていると言える。また、図１０（Ｃ）では
アライメントデータ（○印）に規則性がないので、基板
には「不規則な非線形歪み」が生じていると言える。

【００２５】さて、図１０（Ｂ）、（Ｃ）に対して従来
のＥＧＡ方式をそのまま適用して、図１０（Ａ）と同様
に１次の近似式を求めると、図中に実線にて示すような
直線となる。図から明らかなように、いずれの場合にも
位置合わせ精度が悪いショット領域が存在する、換言す
れば１次関数では近似しきれないショット領域が存在す
ることになる。つまり、従来のＥＧＡ方式では非線形歪
みの補正が原理的に不可能である。そこで、本発明では
非線形歪みのうち、特に図１０（Ｂ）のような「規則的
な非線形歪み」を補正対象とし、「規則的な非線形歪
み」が生じた基板であっても、当該基板上の全ての処理
領域を基準位置に対して正確に位置合わせ可能とするも
のである。

【００２６】本発明の第１の位置合わせ方法は「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」ことに着目している。そこ
で、第１の位置合わせ方法では、基板上の１つの処理領
域（ショット領域）の静止座標系上での座標位置を決定
する際、当該処理領域と少なくとも３つの特定処理領域
（サンプルショット）の各々との距離に応じて、各特定
処理領域のアライメントデータ（座標位置）に重み付け
を行う。すなわち、処理領域までの距離が短い特定処理
領域ほど、そのアライメントデータに与える重みを大き
くすることとした。従って、第１の位置合わせ方法では
基板上の処理領域毎に、特定処理領域の各アライメント
データに対して上記距離に応じた重み付けを行った上で
統計演算（最小二乗法、単なる平均化処理等）を行い、
各処理領域の静止座標系上での座標位置を決定すること
になる。

【００２７】このため、局所的な配列誤差（規則的な非
線形歪み）を持つ基板であっても、当該基板上の全ての
処理領域の座標位置（ショット配列）を精度良く決定す
ることができる。しかも、処理領域毎に使用するアライ
メントデータ（少なくとも３つの特定処理領域の座標位
置）は全ての処理領域で同一であるため、処理領域毎に
使用するアライメントデータを選択する必要がなくな
り、計算量を減らすことが可能となる。さらに、重み付
けの関数を任意に選択する（または基板に応じて最適化
する）ことにより、アライメントデータへの重み付けの
度合いを容易に変化させる（または重み付けを最適化す
る）ことができる。すなわち、基板毎に最適な処理条件
（演算パラメータ）のもとで全ての処理領域の座標位置
を決定することが可能となる。

【００２８】また、本発明の第２の位置合わせ方法は
「規則的、特に点対称な非線形歪み」に対して有効なの
もので、「点対称という規則的な非線形歪みを持つ基板
であっても、当該基板上で点対称中心からの距離が等し
い位置での配列誤差の大きさはほぼ等しい」ことに着目
している。そこで、第２の位置合わせ方法では、基板上
の１つの処理領域（ショット領域）の静止座標系上での
座標位置を決定する際、当該処理領域と基板上で予め規
定された着目点（点対称中心）との距離と、当該着目点
と少なくとも３つの特定処理領域（サンプルショット）
の各々との距離とに応じて、各特定処理領域のアライメ
ントデータ（座標位置）に重み付けを行う。すなわち、
着目点までの距離が着目点と処理領域との間の距離に近
い特定処理領域ほど、そのアライメントデータに与える
重みを大きくすることとした。従って、第２の位置合わ
せ方法では基板上の処理領域毎に、特定処理領域の各ア
ライメントデータに対して上記２つの距離に応じた重み
付けを行った上で統計演算を行い、各処理領域の静止座
標系上での座標位置を決定することになる。特に基板
が、基板中心を基準として熱変形している、あるいは中
心部分がホルダから浮き上がって（膨らんで）吸着され
ているときには、点対称中心となる基板の中心点を着目
点とする。

【００２９】このため、局所的な配列誤差（規則的な非
線形歪み）が点対称となっている基板、例えば中心部が
ホルダに対して浮き上がって保持されている基板に対し
ては第２の位置合わせ方法を適用することで、サンプル
ショット数を増やすことなく、当該基板上の全ての処理
領域の座標位置を精度良く決定することができ、第１の
位置合わせ方法と全く同様の効果を得ることができる。
また、重み付けの関数を任意に選択してアライメントデ
ータへの重み付けの度合いを適宜変化させることで、基
板毎に最適な処理条件（演算パラメータ）のもとで全て
の処理領域の座標位置を決定することが可能となる。

【００３０】さらに、本発明の第３の位置合わせ方法
は、例えば基板が部分的にホルダから浮き上がって（膨
らんで）保持されている場合に有効なものである。第３
の位置合わせ方法では、基板の任意の部分がホルダから
浮き上がって吸着されているとき、基板の平坦度に基づ
いて少なくとも３つの特定処理領域の静止座標系上にお
ける座標位置の各々を補正（座標変換）し、この補正さ
れた複数の座標位置を統計演算することによって、基板
上の複数の被処理基板の各々の静止座標系上における座
標位置を算出する。複数の処理領域の各々を基準位置に
対して位置合わせするにあたっては、先に算出した座標
位置と基板の平坦度とを用いる、すなわち基板の平坦度
に基づいて上記算出した座標位置を再度補正（座標変
換）し、この補正された座標位置に従って基板の移動位
置を制御する。このため、基板の任意の部分に膨らみが
あっても、基板上の全ての処理領域の座標位置を精度良
く決定することができ、サンプルショット数を増やすこ
となく、アライメント精度を向上させることが可能とな
る。

【００３１】また、本発明の第４の位置位置合わせ方法
も第３の方法と同様に、基板が部分的にホルダから浮き
上がって（膨らんで）保持されている場合に有効なもの
である。第４の位置合わせ方法では、特定処理領域の表
面と基板の移動平面とがほぼ平行になっているときの少
なくとも３つの特定処理領域の各々の座標位置を検出す
る、例えば表面位置検出系を用いて基板の移動平面と特
定処理領域の表面とをほぼ平行にした後、当該領域の座
標位置を検出する。さらに、この検出された複数の座標
位置を統計演算することによって、基板上の複数の処理
領域の各々の静止座標系上における座標位置を算出す
る。複数の処理領域の各々を基準位置に対して位置合わ
せするにあたっては、先に算出した座標位置と基板の移
動平面に対する処理領域毎の傾斜量とを用いる、すなわ
ち処理領域毎に検出される傾斜量に基づいてその座標位
置を補正し、この補正された座標位置に従って基板の移
動位置を制御する。このため、基板の任意の部分に膨ら
みがあっても、基板上の全ての処理領域の座標位置を精
度良く決定することができ、サンプルショット数を増や
すことなく、アライメント精度を向上させることが可能
となる。

【００３２】

【実施例】図２は本発明による位置合わせ方法を適用す
るのに好適な投影露光装置の概略的な構成を示す図、図
３は図２に示した投影露光装置の制御系のブロック図で
ある。図２において、露光用照明系（不図示）からの照
明光ＩＬ（ｉ線、ＫｒＦエキシマレーザ等）は、コンデ
ンサーレンズＣＬを介してレチクルＲのパターン領域Ｐ
Ａを均一な照度で照明する。パターン領域ＰＡを通過し
た照明光ＩＬは、両側テレセントリックな投影光学系Ｐ
Ｌに入射し、投影光学系ＰＬはパターン領域ＰＡに形成
された回路パターンの像を、表面にレジスト層が形成さ
れたウエハＷ上に結像投影する。ウエハＷはウエハホル
ダ（不図示）を介してＺステージＬＳ上に載置されてお
り、ＺステージＬＳはモータ１３によって投影光学系Ｐ
Ｌの光軸ＡＸ方向（Ｚ方向）に微動するとともに、任意
方向に傾斜可能に構成されている。ＺステージＬＳは、
モータ１２によりステップアンドリピート方式でＸ、Ｙ
方向に２次元移動可能なウエハステージＷＳ上に載置さ
れている。ウエハステージＷＳのＸ、Ｙ方向の位置はレ
ーザ干渉計１５によって、例えば０．０１μｍ程度の分
解能で常時検出される。ＺステージＬＳの端部には干渉
計１５からのレーザビームを反射する移動鏡１４が固定
されている。移動鏡１４は、例えばコーナキューブにし
ておくことが望ましい。

【００３３】また、図２中にはウエハＷ上のアライメン
トマークを検出するためのＴＴＬ方式のレーザステップ
アライメント（ＬＳＡ）系１７が設けられている。ＬＳ
Ａ系１７は、図１１（Ａ）に示すように細長い帯状スポ
ット光ＬＸＳを投影光学系ＰＬを介してウエハ上の各シ
ョット領域に付設されたアライメントマーク（回折格子
マーク）Ｍｘに照射し、両者を相対走査したときに当該
マークＭｘから発生する回折光（又は散乱光）を光電検
出するものである。尚、ＬＳＡ系１７の構成について
は、例えば特開昭６０−１３０７４２号公報に開示され
ているので、ここでは詳細な説明を省略する。また、図
２ではアライメントマークのＹ方向の位置を検出するＬ
ＳＡ系のみを示したが、実際にはＸ方向の位置を検出す
るもう１組のＬＳＡ系も配置されている。ＬＳＡ系１７
からの光電信号は、干渉計１５からの位置信号とともに
アライメント信号処理回路１６に入力され、ここでアラ
イメントマークの位置が検出され、この位置情報は主制
御装置１０に出力される。

【００３４】さらに図２中には、例えば特開平２−５４
１０３号公報に開示されているようなオフアクシス方式
のアライメントセンサー（以下、Field Image Alignmen
t(ＦＩＡ）系と呼ぶ）２０も設けられている。ＦＩＡ系
２０は、所定の波長幅を有する照明光（例えば白色光）
をウエハに照射し、図１２（Ａ）の如くウエハ上のアラ
イメントマーク（ＷＭ₁)の像と、対物レンズ等によって
ウエハと共役な面内に配置された指標板上の指標マーク
（ＦＭ₁、ＦＭ₂)の像とを、撮像素子（ＣＣＤカメラ
等）の受光面上に結像して検出するものである。ＦＩＡ
系２０からの画像信号もアライメント信号処理回路１６
に入力し、ここでアライメントマークの位置が検出さ
れ、この位置情報は主制御装置１０に出力される。

【００３５】主制御装置１０は、後述の如く処理回路１
６からの位置情報に基づいてＥＧＡ演算を行い、ウエハ
Ｗ上の全てのショット領域の座標位置（ショット配列）
を算出する他、装置全体を統括制御する。ステージコン
トローラ１１は主制御装置１０からの駆動指令に従い、
干渉計１５や表面位置検出系１８、１９からの各種情報
に基づき、モータ１２、１３を介してウエハステージＷ
ＳやＺステージＬＳを駆動制御する。さらに図２中に
は、斜入射光方式の表面位置検出系１８、１９も示され
ている。表面位置検出系１８、１９は、ウエハ表面の高
さ位置（Ｚ方向の位置）やその傾斜角を検出するもので
あって、その構成等については、例えば特開昭５８−１
１３７０６号公報に開示されているので、ここでは説明
を省略する。

【００３６】次に、図３を参照して主制御装置１０の具
体的な構成について説明する。図３において、アライメ
ント信号処理回路１６はＬＳＡ系１７からの光電信号
（又はＦＩＡ系２０からの画像信号）と干渉計１５から
の位置信号とを入力し、所定の信号処理によって各ショ
ット領域に付随したアライメントマークの位置（すなわ
ち、干渉計１５によって規定される直交座標系ＸＹ内で
の座標値）を検出する。アライメントデータ記憶部１０
５は、アライメント信号処理回路１６からのマーク位置
情報を入力可能となっている。ＥＧＡ演算部１００は、
記憶部１０５に記憶された複数個（３個以上で、通常１
０〜１５個程度）のショット領域（サンプルショット）
の各々のマーク位置情報と、重み発生部１０１で決定さ
れる重み付け関数とに基づき、統計演算によってウエハ
Ｗ上の全てのショット領域の座標位置を算出する。記憶
部１０６は、ＥＧＡ演算部１００で算出されたショット
配列や演算パラメータ等を入力可能となっている。

【００３７】露光ショット位置データ部１０２は、ウエ
ハＷ上に露光すべきショット領域の設計上の配列座標値
を格納し、この座標値はＥＧＡ演算部１００、重み発生
部１０１、及びサンプルショット指定部１０３に出力さ
れる。サンプルショット指定部１０３は、データ部１０
２からのショット位置情報に基づいて、ＥＧＡ演算に使
用するサンプルショットを決定し、このサンプルショッ
トの配置に関する情報（個数、位置）は重み発生部１０
１とシーケンスコントローラ１０４とに送られる。重み
発生部１０１は、位置データ部１０２からのショット位
置情報と指定部１０３からのサンプルショットの配置に
関する情報とに基づいて重み付け関数を決定し、この関
数をＥＧＡ演算部１００に与える。シーケンスコントロ
ーラ１０４は、上記各種データに基づいてアライメント
時やステップアンドリピート方式の露光時のウエハステ
ージＷＳの移動を制御するための一連の手順を決定する
とともに、装置全体を統括制御するものである。

【００３８】次に、図１を参照して本発明の第１の実施
例による位置合わせ方法について説明する。本実施例の
位置合わせ方法は従来のＥＧＡ方式を基本とし、ウエハ
Ｗ上のｉ番目のショット領域ＥＳｉの座標位置を決定す
る際、当該領域ＥＳｉとｍ個（図１ではｍ＝９）のサン
プルショットＳＡ₁〜ＳＡ₉の各々との間の距離Ｌ_K1〜
Ｌ_K9に応じて、９個のサンプルショットのアライメント
データ（座標位置）の各々に重み付けＷ_inを与えること
を特徴としている。そこで、本実施例では２組のＬＳＡ
系を用いて各サンプルショットのアライメントマーク
（Ｍx₁、Ｍy₂）を検出した後、上記数式２と同様に、残
差の二乗和Ｅｉを次式（数式３）で評価し、次式が最小
となるように演算パラメータａ〜ｆを決定すれば良い。
尚、本実施例ではショット領域毎に使用するサンプルシ
ョット（アライメントデータ）は同一であるが、当然な
がらショット領域毎に各サンプルショットまでの距離は
異なるので、そのアライメントデータ（サンプルショッ
トの座標位置）に与える重み付けＷ_inはショット領域毎
に変化することになる。このため、ショット領域毎にパ
ラメータａ〜ｆを決定してその座標位置を算出すること
により、全てのショット領域の座標位置（ショット配
列）が決定されることになる。

【００３９】

【数３】

【００４０】ここで、本実施例ではウエハＷ上のショッ
ト領域毎に、各サンプルショットのアライメントデータ
に対する重み付けＷ_inを変化させる。このため、次式の
ように重み付け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ＳＡ_nとの距離Ｌ_knの関数と
して表す。但し、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。

【００４１】

【数４】

【００４２】尚、数式４から明らかなように、ｉ番目の
ショット領域ＥＳｉまでの距離Ｌ_knが短いサンプルショ
ットほど、そのアライメントデータ（座標位置）に与え
る重み付けＷ_inが大きくなるようになっている。ここ
で、数式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従来の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
ョット領域を全てサンプルショットとし、パラメータＳ
の値を十分に零に近づけると、Ｄ／Ｄ方式で得られる結
果とほぼ等しくなる。すなわち、本実施例ではパラメー
タＳを適当な値に設定することにより、ＥＧＡ方式とＤ
／Ｄ方式の中間の効果を得ることができる。

【００４３】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、Ｄ／
Ｄ方式とほぼ同等の効果（アライメント精度）を得るこ
とができる。すなわち、本実施例による位置合わせ方法
（ＥＧＡ演算）において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可能となる。また、アライ
メントセンサ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可能となる。

【００４４】さらに、上記の如き重み付け関数（数式
４）は、Ｘ方向用アライメントマーク（Ｍx₁等）とＹ方
向用アライメントマーク（Ｍy₁等）との各々に用意され
ており、Ｘ方向とＹ方向とで重み付けＷ_inを独立に設定
することが可能となっている。このため、ウエハの非線
形歪みの程度（大小）や規則性、あるいはステップピッ
チ、すなわち隣接した２つのショット領域の中心間距離
（ウエハ上で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精度良く補正するこ
とが可能となっている。ここで、パラメータＳの値は上
記の如くＸ方向とＹ方向とで異ならせるようにしても良
く、さらにＸ、Ｙ方向のパラメータＳの値が同一、又は
異なる場合のいずれであっても、パラメータＳの値は
「規則的な非線形歪み」の大小や規則性、ステップピッ
チ、あるいはアライメントセンサの計測再現性等に応じ
て適宜変更すれば良い。

【００４５】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Ｄ／Ｄ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、さらに
は各成分（Ｘ方向と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可能となる。

【００４６】ところで、本実施例ではサンプルショット
の配置（数、位置）について述べていなかったが、本実
施例で好適な配置は従来のＥＧＡ方式のようにサンプル
ショットをウエハ周辺に多角形を描くように配置するの
ではなく、例えば図９（Ａ）の如くウエハ全面にまんべ
んなくサンプルショットを設定すれば良い。特にウエハ
周辺部でのサンプルショットの密度が高くなるように、
図９（Ｂ）の如くドーナツ状（輪帯状）領域内に多数の
サンプルショットを設定するようにしても良い。尚、当
然ながら図９（Ｂ）ではドーナツ状領域の内側にも複数
のサンプルショットを設定しておく。本実施例では、ウ
エハ上で位置ずれ量（すなわち非線形歪みの量）の変化
が大きな部分領域内のショット領域をサンプルショット
として選択すると良く、さらに当該部分領域内に設定す
るサンプルショットの数を他の領域に比べて多く設定し
ておくと良い。

【００４７】次に、図４を参照して本発明の第２の実施
例による位置合わせ方法について説明する。本実施例で
は、ウエハＷに規則的、特に点対称な非線形歪みが生じ
ている、具体的には図５に示すようにウエハＷがその中
心Ｗｃを基準として膨らんでホルダに保持されている場
合に好適な位置合わせ方法について述べる。尚、図６は
図５に示した非線形歪みを有するウエハ上の各ショット
領域の理想格子からのずれ量を示すベクトルマップであ
る。

【００４８】さて、本実施例でも第１実施例と同様に従
来のＥＧＡ方式を基本とし、ウエハ上の着目点となるウ
エハの変形中心点（非線形歪みの点対称中心）、すなわ
ちウエハセンタ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（半径）Ｌ_Ei、及びウエハセン
タＷｃとｍ個（図４ではｍ＝９）のサンプルショットＳ
Ａ₁〜ＳＡ₉の各々との間の距離（半径）Ｌ_W1〜Ｌ_W9に
応じて、９個のサンプルショットのアライメントデータ
の各々に重み付けＷ_in’を与えることを特徴としてい
る。そこで、本実施例ではＬＳＡ系を用いてサンプルシ
ョット毎にその２組のアライメントマーク（Ｍx₁、Ｍ
y₁）を検出した後、上記数式３と同様に、残差の二乗和
Ｅｉ’を次式（数式５）で評価し、次式が最小となるよ
うに演算パラメータａ〜ｆを決定すれば良い。尚、本実
施例でも第１実施例と同様に、アライメントデータに与
える重み付けＷ_in’はショット領域毎に変化するため、
ショット領域毎に統計演算を行ってパラメータａ〜ｆを
決定してその座標位置を決定することになる。

【００４９】

【数５】

【００５０】ここで、ウエハＷ上のショット領域毎に、
各サンプルショットに対する重み付けＷ_in’を変化させ
るため、次式のように重み付けＷ_in’を、ウエハＷ上の
ｉ番目のショット領域ＥＳｉとウエハセンタＷｃとの距
離（半径）Ｌ_Eiの関数として表す。但し、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。

【００５１】

【数６】

【００５２】尚、数式６から明らかなように、ウエハセ
ンタＷｃに対する距離（半径）Ｌ_Wnが、ウエハセンタＷ
ｃとウエハＷ上のｉ番目のショット領域ＥＳｉとの間の
距離（半径）Ｌ_Eiに近いサンプルショットほど、そのア
ライメントデータに与える重み付けＷ_in’が大きくなる
ようになっている。換言すれば、ウエハセンタＷｃを中
心とした半径Ｌ_Ei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付けＷ_in’
を与えることとし、当該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付けＷ_in’を小さく
するようになっている。

【００５３】また、数式６におけるパラメータＳの値
は、第１実施例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の計測再現性の良否等に応
じて適宜定めれば良い。すなわ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Ｗｃからの距離Ｌ_Wn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（またはレイア）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。

【００５４】さらに本実施例では、ショット領域毎にサ
ンプルショットのアライメントデータに対する重み付
け、及び統計演算（すなわちパラメータａ〜ｆの算出）
を行うようにした。しかしながら、ウエハ上の着目点
（点対称中心）からほぼ等距離にある複数のショット領
域、すなわち上記着目点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付け
Ｗ_in’が同一となる。このため、上記着目点を中心とし
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、いずれか１つのショット領域のみにおいて上記の如
き重み付け、及び統計演算を行ってパラメータａ〜ｆを
算出すれば、残りのショット領域においては先に算出し
たパラメータａ〜ｆをそのまま用いてその座標位置を決
定することができる。従って、同一円上に複数のショッ
ト領域が存在している場合には、同一のパラメータａ〜
ｆを用いて同一円上の全てのショット領域の座標位置を
決定するようにしても良い。この場合、座標位置決定の
ための計算量が減るといった利点が得られる。

【００５５】ところで、本実施例による位置合わせ方法
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、すなわちウエハセンタＷｃに関して対称となる
ようにショット領域を指定することが望ましく、例えば
ウエハセンタＷｃを基準としたＸ字型、または十字型等
に選択すれば良い。または、第１実施例（図９）と同様
の配置としても良い。尚、非線形歪みの点対称中心がウ
エハセンタ以外の場合には、当然ながら点対称中心を基
準としたＸ字型、または十字型の配置とすれば良い。ま
た、本実施例でもパラメータａ〜ｆを決定するに際し
て、第１の実施例と同様に数式５に示す重み付け関数を
Ｘ、Ｙ方向の各々で独立に設定するようにしても良い。
この場合、非線形歪みの大小や規則性、ステップピッチ
等が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
を精度良く算出できるという利点が得られる。

【００５６】また、上記数式６においてＳ＝１２０と
し、本実施例による位置合わせ方法を図５に示したウエ
ハに適用したところ、位置合わせ精度はＸ＋３σ＝０．
０９μｍとなった。これに対して上記とサンプルショッ
トの配置を同一とし、従来のＥＧＡ方式にて位置合わせ
を行ったところ、位置合わせ誤差はＸ＋３σ＝０．２１
μｍであり、従来方式に比べて明らかにアライメント精
度の向上が確認された。

【００５７】さて、第１、第２の実施例では数式４、６
に示した重み付けＷ_in、Ｗ_in’を、サンプルショットの
配置に基づいて重み発生部１０１にて決定している。さ
らに第１、第２の実施例の位置合わせ方法では、前述の
如くサンプルショットのアライメントデータに対する重
み付けの度合いをパラメータＳにより変更可能となって
いる。以下、重み発生部１０１でのパラメータＳの決定
方法について説明する。重み発生部１０１には以下の数
式７が格納されており、例えばオペレータが重みパラメ
ータＤを所定値に設定すると、自動的にパラメータＳ、
すなわち重み付けＷ_in、又はＷ_in’が決定されることに
なる。

【００５８】

【数７】

【００５９】ここで、重みパラメータＤの物理的意味
は、ウエハ上の各ショット領域の座標位置を計算するの
に有効なサンプルショットの範囲（以下、単にゾーンと
呼ぶ）である。従って、ゾーンが大きい場合は有効なサ
ンプルショットの数が多くなるので、従来のＥＧＡ方式
で得られる結果に近くなる。逆にゾーンが小さい場合
は、有効なサンプルショットの数が少なくなるので、Ｄ
／Ｄ方式で得られる結果に近くなる。但し、ここで言う
範囲（ゾーン）はあくまでも重み付けする上での目安の
値であり、仮に全てのサンプルショットがゾーン外に存
在することになっても、上記実施例と全く同様に、座標
位置を決定すべきショット領域に最も近いサンプルショ
ットのアライメントデータに対する重みを最大にして統
計演算を行うことになる。

【００６０】図７は、重みパラメータＤが３０、６０、
９０、１２０[mm]のときのゾーンの大きさを視覚的に示
したものである。但し、重みパラメータ、すなわちゾー
ンの直径Ｄは、図８に示すように「ウエハ上の座標位置
を決定すべき１つのショット領域の重みを１としたとき
に、重みの値が０．１となる領域（サンプリングゾー
ン）の直径（単位はmm）のこと」と定義する。尚、最適
な直径Ｄの値は、一般的に３０〜１５０[mm]の間に存在
することが確認されている。

【００６１】従って、以上の実施例ではオペレータの経
験に基づき、もしくは実験、又はシミュレーションによ
り決定した最適なゾーンの直径Ｄを、オペレータが入力
装置（キーボード等）を介して主制御装置１０に入力す
るだけで、数式７からアライメントデータに対する重み
付けの度合い、すなわち数式４、６の重み付けＷ_in、Ｗ
_in’が決定されることになる。このため、各種レイアに
対し、例えば非線形成分の大小、アライメントセンサの
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
でき、各レイアに対して最適な条件でアライメントを行
うことが可能となる。

【００６２】ところで、オペレータが最適なゾーンの直
径Ｄを主制御装置１０に直接入力する以外にも、例えば
ロット内に収納されている複数枚のウエハのうち、先頭
（１枚目）のウエハに対してほぼ全てのショット領域の
マーク検出を行う。そして、主制御装置１０は当該検出
結果に基づいてウエハの非線形歪みの規則性や程度（大
きさ）等を算出した後、最適なゾーンの直径Ｄ（第２実
施例ではさらに非線形歪みの歪み中心までも）を決定す
るようにしても良い。この結果、オペレータが全く介在
することなく、自動的に数式４、６の重み付け関数
Ｗ_in、Ｗ_in’が決定され、２枚目以降のウエハについて
は当該重み付け関数のもとで前述の如き位置合わせ動作
が行われることになる。

【００６３】尚、１枚目のウエハについては先のマーク
検出結果を用いて位置合わせを行うようにしても、ある
いは上記の如く決定した重み付け関数を用いてショット
配列を算出して位置合わせを行うようにしても良い。ま
た、ここでは１枚目のウエハについてのみほぼ全てのシ
ョット領域のマーク検出（座標位置計測）を行うことと
したが、１枚目から数枚目までのウエハについてほぼ全
てのショット領域のマーク検出を行うようにし、平均化
処理等を用いて非線形歪みの規則性や大きさを算出して
重み付けＷ_in、Ｗ_in’を決定するようにしても良い。さ
らに、主制御装置１０が先に算出した非線形歪みの規則
性や大きさ等を、例えば図６の如きベクトルマップとし
て表示装置（ＣＲＴ等）に表示し、ここに表示されたマ
ップを基にオペレータが最適なゾーンの直径Ｄを決定し
て主制御装置１０に入力するようにしても良い。

【００６４】ここで、以上の説明ではオペレータが最適
なゾーンの直径Ｄの値を主制御装置１０に入力すること
としたが、例えばウエハ、又は複数枚のウエハを収納す
るロット（ローダカセット）に、上記値を識別コード
（バーコード等）の形で記しておき、当該コードを読み
取り装置（バーコードリーダ等）にて読み込むことによ
り、主制御装置１０が数式７から自動的にパラメータＳ
を決定するようにしても良い。また、重み発生部１０１
に格納するパラメータＳの決定式は数式７に限られるも
のではなく、以下の数式８を用いるようにしても良い。
但し、Ａはウエハの面積（単位はmm²)、ｍはサンプルシ
ョットの数、Ｃは補正係数（正の実数）である。

【００６５】

【数８】

【００６６】さて、数式８はウエハサイズ（面積）やサ
ンプルショット数の変化をパラメータＳの決定に反映さ
せることで、当該決定に際して使用すべき補正係数Ｃの
最適値があまり変動しないようにしたものである。ここ
で、補正係数Ｃが小さい場合はパラメータＳの値が大き
くなるので、数式７の場合と全く同様に従来のＥＧＡ方
式で得られる結果に近くなる。逆に補正係数Ｃが大きい
場合はパラメータＳの値が小さくなるので、数式７の場
合と同様にＤ／Ｄ方式で得られる結果に近くなる。従っ
て、予め実験、又はシミュレーション等によって決定し
た補正係数Ｃを、オペレータ、又は識別コードの読み取
り装置を介して主制御装置１０に入力するだけで、数式
８からアライメントデータに対する重み付けの度合い、
すなわち数式４、６の重み付けＷ_in、Ｗ_in’が自動的に
決定されることになる。このため、各種レイア、さらに
は各成分（Ｘ方向と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可能となる。特に
数式８を用いる場合、ウエハサイズ、ステップピッチ
（ショットサイズ）、サンプルショット数等が変化して
も、この変化に依らずウエハ上の全てのショット領域の
座標位置を正確に決定でき、常に安定した精度で位置合
わせを行うことが可能となるといった利点もある。

【００６７】また、以上の各実施例ではウエハ上の複数
のショット領域の中からｍ個のサンプルショットを選択
し、この選択したサンプルショットの各アライメントデ
ータに対して重み付けを行った上で統計演算を行うもの
とした。このとき、２組のアライメントマークがいずれ
も計測不能、又はその計測値が疑わしい（信頼性が低
い）サンプルショットが存在した場合には、当該ショッ
ト近傍のショット領域を代替ショットとして指定し、こ
の指定した代替ショットのアライメントデータを用いる
ようにしても良い。または、計測不能、又は信頼性が低
いサンプルショットはリジェクトする、あるいはそのア
ライメントデータに与える重み付けを零とし、残りのサ
ンプルショットのアライメントデータのみを用いるよう
にしても良い。さらに、２組のアライメントマークのい
ずれか一方（例えばＸマーク）のみが計測不能、又はそ
の計測値の信頼性が低いサンプルショットの場合には、
もう一方のアライメントマーク（Ｙマーク）の座標位置
のみを用いるようにする。または、当該ショット近傍の
ショット領域のＸマークを検出してその座標位置を用い
るようにしても良い。

【００６８】ところで、以上の各実施例の位置合わせ方
法を適用してもアライメント精度が向上しない場合があ
るが、これは以上の実施例では前述の如く非線形歪みの
うち、特に規則的なものを補正対象としているためであ
る。従って、上記の如くアライメント精度が向上しない
場合は、ウエハに不規則な非線形成分が多いと考えられ
る。通常、不規則な非線形歪みを持つウエハに対しては
いずれの位置合わせ方法を適用してもアライメント精度
を向上させることは難しいが、ここでは不規則な非線形
歪みを持つ、すなわちアライメント精度が向上しないウ
エハにおいて、アライメントセンサーの計測再現性が良
い場合と悪い場合とに分けて考えてみる。

【００６９】さて、アライメントセンサーの計測再現性
が悪い場合、ウエハ自身に不規則な非線形歪みが生じて
いないにもかかわらず、あたかもウエハが不規則な非線
形歪みを持っているような結果が得られることがある。
このような場合には、当該ウエハに対して良好な計測再
現性が得られるアライメントセンサー、及び／又は信号
処理条件を選択して使用するようにすれば良い。具体的
には、ウエハ上のアライメントマークが低段差である場
合は、例えば特開平２−２７２３０５号公報、特開平３
−２７２４０６号公報に開示されているように、ウエハ
上の１次元の回折格子マークに対して２方向からコヒー
レントな平行ビームを照射して１次元の干渉縞を作り、
当該マークからほぼ同一方向に発生する回折光同志の干
渉光を光電検出するアライメントセンサー（以下、Lase
r Interferometric Alignment(ＬＩＡ）系と呼ぶ）を用
いるようにしても良い。また、ウエハ表面にメタル層が
形成されている場合は、図２中のＦＩＡ系２０を用いる
ようにしても良い。

【００７０】また、アライメントセンサーは変更せず、
当該センサーの信号処理条件のみを変更して対応するよ
うにしても良い。ＬＳＡ系での信号処理条件とは、波形
解析アルゴリズム、アルゴリズムスライスレベル、及び
処理ゲート幅等を指す。尚、処理ゲート幅とは設計上の
マーク位置を中心として定められるものである。また、
波形解析アルゴリズムとしては、例えば以下に述べる３
つのアルゴリズムがある。

【００７１】さて、第１のアルゴリズムは所定の処理ゲ
ート幅から決まる区間で信号波形のスムージングを行っ
た後、この信号波形をアルゴリズムスライスレベルで設
定されたレベルでスライスし、図１１（Ｂ）に示したよ
うに信号波形の左右に交点があると、その２つの交点の
中心点をマーク位置として検出するものである。第２の
アルゴリズムは、所定のレベルＬ₁(電圧値）以上の区間
で信号波形のスムージングを行った後、ピーク値に近い
レベルＬ₂との間で複数のスライスレベルを一定間隔で
設定し、各スライスレベルでの交点とその長さを求め
る。そして、各スライスレベルでの長さに基づいて、ア
ルゴリズムスライスレベルで設定されたレベル以下の部
分において信号波形の傾斜が最大となるスライスレベル
を選び出し、当該レベルでの交点の中心点をマーク位置
として検出するものである。第３のアルゴリズムは、ア
ルゴリズムスライスレベルで設定されたレベルで信号波
形をスライスし、その中心点を基準位置として求めてお
く。次に、所定のレベルＬ₁(電圧値）以上の区間で信号
波形のスムージングを行った後、ピーク値に近いレベル
Ｌ₂との間で複数のスライスレベルを一定間隔で設定
し、各スライスレベルでの２つの交点の中心点、さらに
中点差分（すなわち、隣り合うスライスレベルでの中心
点との差）を求める。そして、各スライスレベルでの中
心点が先に求めた基準位置と大きく離れておらず、各中
心点が安定している領域（すなわち中点差分が微小で、
そのスライスレベルが一番長く連続している領域）を選
び、当該領域での中心点をマーク位置として検出するも
のである。

【００７２】さらに、図１２、図１３を参照してＦＩＡ
系、ＬＩＡ系の各々での信号処理条件について簡単に説
明する。図１２（Ａ）はＦＩＡ系によって検出されるウ
エハマークＷＭ₁の様子を示し、図１２（Ｂ）はそのと
き得られる画像信号の波形を示す。図１２（Ａ）に示す
ようにＦＩＡ系２０（撮像素子）は、ウエハマークＷＭ
₁の３本のバーマークと指標マークＦＭ₁、ＦＭ₂との
像を走査線ＶＬに沿って電気的に走査する。この際、１
本の走査線だけではＳ／Ｎ比の点で不利なので、ビデオ
サンプリング領域ＶＳＡ（一点鎖線）に入る複数の水平
走査線によって得られる画像信号のレベルを、水平方向
の各画素毎に加算平均すると良い。図１２（Ｂ）に示す
ように画像信号には、両側に指標マークＦＭ₁、ＦＭ₂
の各々に対応した波形部分があり、アライメント信号処
理部１６はこの波形部分をスライスレベルＳＬ₂により
処理することで各マークの中心位置（画素上の位置）を
求め、その中心位置ｘ₀を求めている。尚、指標マーク
ＦＭ₁、ＦＭ₂の各中心位置を求める代わりに、指標マ
ークＦＭ₁の右エッジと指標マークＦＭ₂の左エッジの
各位置を求めることで、中心位置ｘ₀を求めるようにし
ても構わない。一方、ここでは図１２（Ｂ）に示すよう
に画像信号上の波形が、各バーマークの左エッジ、右エ
ッジに対応した位置でボトムとなっており、信号処理部
１６はスライスレベルＳＬ₁により波形処理を行って各
バーマークの中心位置を求めた後、各位置を加算平均し
てウエハマークＷＭ₁の中心位置ｘ_Cを算出する。さら
に、先に求めた位置ｘ₀とマーク計測位置ｘ_Cとの差Δ
ｘ（＝ｘ₀−ｘ_C）を算出し、ＦＩＡ系２０の観察領域
内にウエハマークＷＭ₁が位置決めされたときのウエハ
ステージＷＳの位置と先の差Δｘとを加えた値をマーク
位置情報として出力する。

【００７３】従って、上記の如きＦＩＡ系２０において
変更可能な信号処理条件としては、波形解析アルゴリズ
ム、スライスレベルＳＬ₁(電圧値）、コントラストリミ
ット値、及び処理ゲート幅Ｇｘ（画素上での幅Ｇｘの中
心位置、及びその幅）等がある。さらに波形解析アルゴ
リズムとしては、例えば特開平４−６５６０３号公報に
開示されているように、各バーマークの中心位置を求め
るに際して、バーマークの左エッジ、右エッジに対応し
た波形部分ＢＳ_1L、ＢＳ_1RとＢＳ_2L、ＢＳ_2Rとのうち、
外スロープＢＳ_1L、ＢＳ_2Rのみを用いるモード、内
スロープＢＳ_1R、ＢＳ_2Lのみを用いるモード、外スロ
ープＢＳ_1L、ＢＳ_2R、及び内スロープＢＳ_1R、ＢＳ_2Lを
用いるモードがある。

【００７４】次に、図１３を参照してＬＩＡ系（特にヘ
テロダイン方式）での信号処理条件について説明する。
図１３に示すように、ウエハ上の１次元の回折格子マー
クＷＭ₂に対して、周波数差Δｆの２本のコヒーレント
ビーム（平行光束）ＢＭ₁、ＢＭ₂が交差角（２ψ₀)で
入射すると、当該マークＷＭ₂上にはピッチＰ（但し、
格子ピッチ２Ｐ）の１次元の干渉縞ＩＦが作られる。こ
の干渉縞ＩＦは、回折格子マークＷＭ₂のピッチ方向に
周波数差Δｆに対応して移動し、その速度ＶはＶ＝Δｆ
・Ｐなる関係式で表される。この結果、回折格子マーク
ＷＭ₂からは図１３に示すような回折光Ｂ₁(-1)、Ｂ₂
(+1)、・・・が発生する。尚、添字１、２は入射ビーム
ＢＭ₁、ＢＭ₂との対応を表し、カッコ内の数字は回折
次数を表している。通常、ＬＩＡ系では光軸ＡＸに沿っ
て進行する±１次回折光Ｂ₁(-1)、Ｂ₂(+1)の干渉光の
光電信号と、２本の送光ビームから別途作成された参照
用干渉光の光電信号との位相差を求めることにより位置
ずれを検出している。または、０次回折光Ｂ₂(0) と−
２次回折光Ｂ₁(-2)との干渉光の光電信号と参照用の光
電信号との位相差から検出した位置ずれ量と、０次回折
光Ｂ₁(0) と−２次回折光Ｂ₂(+2)との干渉光の光電信
号と参照用の光電信号との位相差から検出した位置ずれ
量とを加算平均して位置ずれ量を求めるようにしても良
い。

【００７５】従って、上記の如きＬＩＡ系で変更可能な
信号処理条件は、光電検出すべき干渉光（回折光の次
数）の選択のみである。すなわち、ＬＩＡ系では±１次
回折光Ｂ₁(-1)、Ｂ₂(+1)を用いる第１モード、０次回
折光Ｂ₂(0) と−２次回折光Ｂ₁(-2)、及び０次回折光
Ｂ₁(0) と−２次回折光Ｂ₂(+2)を用いる第２モード、
さらには第１モードと第２モードとでの干渉光の強度を
比較して、その強度値が大きい方を選択して使用する第
３モードとがあり、ＬＩＡ系の最適化に際してはこの３
つのモードを変更してシミュレーションを行うことにな
る。

【００７６】以上のように、アライメントセンサーの計
測再現性が悪い場合には、アライメントセンサーや信号
処理条件の変更を行うことで、レイアに対して最適な条
件のもとでマーク検出を行うようにすれば良い。また、
アライメントセンサーや信号処理条件の変更を行わない
場合には、１つのアライメントマークに対して複数回の
計測を行うようにしても良い。

【００７７】一方、アライメントセンサーの計測再現性
が良い場合には、その計測値が信頼できる場合と信頼で
きない場合とに分けて考えられる。さて、サンプルショ
ットのアライメントデータに対する信頼性が高く、かつ
アライメントデータに不規則な非線形歪みが存在する場
合は、実際にウエハが不規則な非線形歪みを持っている
と考えられる。このような場合には、サンプルショット
の数を増やす、または数式７中のゾーンの直径Ｄを小さ
くする、あるいは数式８中の補正係数Ｃを大きくすると
良い。また、パラメータＳやサンプルショットの配置
（数、位置）を最適化してもアライメント精度が向上し
ない場合は、カバレッジ等の影響でアライメントセンサ
ーがマーク位置を正確に測定できない、すなわちアライ
メントデータに対する信頼性が低いと考えられる。この
ような場合には、カバレッジ等の影響を受け難いＦＩＡ
系２０を使用してアライメントを行うようにすると良
い。

【００７８】以上、ウエハが不規則な非線形歪みを持つ
と考えられる場合について説明したが、規則的な非線形
歪みを持つウエハに対しても、パラメータＳ（すなわち
ゾーンの直径Ｄや補正係数Ｃ）、サンプルショットの
数、配置（位置）、アライメントセンサー、及びアライ
メントセンサーの信号処理条件のうちの少なくとも１つ
を変更することで、各レイアに対して最適な条件のもと
でアライメントを行うようにすると良い。換言すれば、
レイアに対して最適なアライメントセンサー、及び信号
処理条件を選択した上で、パラメータＳ、サンプルショ
ットの数、及び配置の条件を最適化していくことが望ま
しい。

【００７９】ところで、ＥＧＡ方式は１枚のウエハ上で
のショット領域の配列の規則性について、Ｘ、Ｙ方向の
ウエハのスケーリング量Ｒｘ、Ｒｙ、Ｘ、Ｙ方向のウエ
ハのオフセット量Ｏｘ、Ｏｙ、ショット領域の配列座標
系の残留回転誤差θ、及び配列座標系の傾き量（直交
度）ωを変数要素として導入している。すなわち、これ
ら６つの要素は演算パラメータａ〜ｆにより次式のよう
に表される。

【００８０】Ｒｘ＝ａＲｙ＝ｄＯｘ＝ｅＯｙ＝ｆ θ＝ｃ／ｄ ω＝−（ｂ／ａ＋ｃ／ｄ）そこで、第１、第２の実施例を適用して１枚のウエハ上
の各ショット領域の座標位置を決定する際、２種類のア
ライメントセンサ、例えばＬＳＡ系とＦＩＡ系とを用い
るようにする。すなわち、ＬＳＡ系とＦＩＡ系との各々
を用いて全てのサンプルショットの座標位置を計測し、
さらに最小二乗法を用いて演算パラメータａ〜ｆを算出
した後、当該２組の演算パラメータａ〜ｆを用いて１つ
のショット領域の座標位置を決定する。具体的には、Ｌ
ＳＡ系の計測結果から算出した演算パラメータａ〜ｆか
ら上記６つの変数要素を決定し、さらにＦＩＡ系の計測
結果から算出した演算パラメータａ〜ｆから上記６つの
変数要素、特にスケーリングパラメータＲｘ、Ｒｙを決
定する。そして、ＬＳＡ系のスケーリングパラメータを
ＦＩＡ系のスケーリングパラメータに置換した上で、当
該スケーリングパラメータＲｘ、ＲｙとＬＳＡ系の残り
の４つの変数要素（Ｏｘ、Ｏｙ、θ、ω）とを用いて演
算パラメータａ〜ｆを決定し、当該パラメータのもとで
１つのショット領域の座標位置を算出する。以上のよう
に、２種類のアライメントセンサを使い分けて演算パラ
メータａ〜ｆを決定することで、先の各実施例に比べて
ショット領域の座標位置の算出精度を向上させることが
可能となる。但し、ＬＳＡ系とＦＩＡ系とでサンプルシ
ョットの配置（数、位置）は全く同一であるものとす
る。また、重み付けの度合い（パラメータＳの値）も同
一としておく。尚、ここではＬＳＡ系とＦＩＡ系とを用
いるようにしたが、使用するアライメントセンサの数、
組み合わせ等は任意で良い。

【００８１】また、以上の説明ではショット領域毎にＬ
ＳＡ系とＦＩＡ系との各々でサンプルショットのマーク
検出を行って最小二乗法により演算パラメータを算出す
るようにした。ここで、ウエハ上の１つのショット領域
の座標位置を決定するときにＬＳＡ系とＦＩＡ系との各
々で算出した演算パラメータの差が大きい場合、ＬＳＡ
系とＦＩＡ系のいずれか一方の計測誤差が大きいと考え
られ、当該ショットの座標位置を精度良く算出すること
が困難となり得る。そこで、主制御装置１０は当該状態
を警報、画面表示等によりオペレータに知らせる、また
は上記差が所定の許容値を越えた場合には自動的に再計
測を行うようにする。尚、再計測を行う場合、アライメ
ントセンサの種類、組み合わせ等の変更、新たなアライ
メントセンサの追加等を行うようにしても良い。また、
上記差が許容値以下である場合には、前述の如く一部の
変数要素を置換した上で決定したパラメータａ〜ｆ、あ
るいは２組の演算パラメータのいずれか一方、またはそ
の平均値を用いてショット領域の座標位置を決定すれば
良い。

【００８２】さらに１種類のアライメントセンサ、例え
ばＦＩＡ系を用いて全てのサンプルショットの座標位置
を計測した後、重み付けの度合い（パラメータＳの値）
が異なる２組の重み付け関数（数式４、又は６）の各々
を用いて演算パラメータを決定する。このとき、２つの
パラメータＳの値を、例えばＥＧＡ方式とほぼ同等の結
果が得られる値とＤ／Ｄ方式とほぼ同等の結果が得られ
る値とに設定しておく。上記２組の重み付け関数のもと
で算出された２組の演算パラメータを用いてショット領
域の座標位置を決定する際には、ＥＧＡ的な重み付け関
数のもとで決定した演算パラメータ、すなわち６つの変
数要素のうちのオフセット量Ｏｘ、Ｏｙを用い、かつ残
りの４つの変数要素についてはＤ／Ｄ的な重み付け関数
のもとで決定した演算パラメータから定まる変数要素を
用いる。さらにこれら６つの変数要素から演算パラメー
タを決定し、当該パラメータを用いて座標位置を決定す
るようにしても良い。尚、２つのパラメータＳは任意の
値で良く、レイアの種類や非線形歪みの特徴等に応じて
適宜定めれば良い。

【００８３】次に、本発明の第３の実施例による位置合
わせ方法について説明する。ここでも、図５に示した規
則的な非線形歪みを持つウエハＷに対して好適な位置合
わせ方法について述べるが、本実施例では第２の実施例
の如くサンプルショット毎に重み付けを行うのではな
く、ウエハ表面の平坦度（フラットネス）を用いる、例
えば表面位置検出系１８、１９によりウエハの膨らみを
求め、これを用いて位置合わせを行うことを特徴として
いる。

【００８４】さて、Ｘ、Ｙ方向の各々にピッチＰｘ、Ｐ
ｙで計測点（例えばアライメントマーク）を設け、ウエ
ハ上の任意の位置（ｉ、ｊ）での高さｈ（ｉ、ｊ）を計
測すると、位置（ｉ、ｊ）でのＸ、Ｙ方向の各傾き（例
えばウエハの移動平面、すなわち干渉計によって規定さ
れる直交座標系ＸＹに対する傾き）ＩｎｃＸ，ＩｎｃＹ
は、次式で表される。

【００８５】

【数９】

【００８６】図１４は部分的な膨らみを有するウエハの
断面の一部（膨らみ部分の一部）を拡大して示したもの
で、ここでウエハの厚さをｔとし、ウエハの上面と下面
の中心部分では変位が生じていないものとすると、位置
（ｉ、ｊ）におけるＸ、Ｙ方向への各変位量（横ずれ
量）ΔＳｘ、ΔＳｙは、次式で表される。

【００８７】

【数１０】

【００８８】従って、ウエハ（すなわちショット領域）
の平坦度（フラットネス）とウエハの厚さｔとに基づい
て、ウエハの膨らみ（反り）による非線形歪みを求める
ことが可能となる。尚、表面位置検出系１８、１９を用
いて位置（ｉ、ｊ）でのＸ、Ｙ方向の各傾きＩｎｃＸ、
ＩｎｃＹを直接計測し、その結果を使ってΔＳｘ、ΔＳ
ｙを数式１０から求めるようにしても良い。

【００８９】次に、本実施例の位置合わせ動作について
説明する。本実施例ではウエハセンタが最も高く膨らん
でいるものとし、予め表面位置検出系１８、１９を用い
てウエハのフラットネス、例えばウエハ上の各ショット
領域のウエハセンタに対する高さの差を計測し、このデ
ータを記憶部１０６に格納しておくものとする。また、
記憶部１０６にはウエハの厚さｔに関する情報も格納さ
れている。ここで、表面位置検出系１８、１９は、例え
ばウエハステージＷＳの移動座標系（直交座標系ＸＹ）
を含む平面が零点基準となるように、予めキャリブレー
ションが行われているものとする。尚、本実施例による
位置合わせ方法は、図２、図３に示した装置をそのまま
利用することができる。但し、本実施例ではＥＧＡ演算
において特に重み付けを行う必要がないので、重み発生
部１０１が不要となる。

【００９０】さて、本実施例では図２、図３に示した装
置において、予め選択された複数個のサンプルショット
の各座標位置をＬＳＡ系１７で計測した後、この計測値
を用いて数式９、１０から各サンプルショットでの横ず
れ量ΔＳｘ、ΔＳｙを算出し、さらにこの横ずれ量ΔＳ
ｘ、ΔＳｙを用いて各サンプルショットの座標位置を補
正する。つまり、見掛け上ウエハがほぼ平坦にホルダに
吸着されている状態での各サンプルショットの座標位置
を求める。しかる後、この補正された複数の座標位置を
用いて従来通りのＥＧＡ演算（数式１、２）を行い、ウ
エハ上の全てのショット領域の座標位置（第１のショッ
ト配列）を算出する。次に、この算出された座標位置を
用いて数式９、１０から各ショット領域のＸ、Ｙ方向へ
の横ずれ量を算出（逆算）し、この横ずれ量を用いて先
に算出した各ショット領域の座標位置（第１のショット
配列）を補正する。この結果、図５に示したウエハにお
ける全てのショット領域の座標位置（第２のショット配
列）が求まることになる。従って、この第２のショット
配列に基づいてウエハＷ（ウエハステージＷＳ）の移動
位置を制御することにより、各ショット領域を基準位置
（露光位置）に対して順次正確に位置合わせ（位置決
め）することが可能となる。

【００９１】以上のように、本実施例ではウエハが部分
的に膨らんでいても、サンプルショット数を増やすこと
なく、しかも重み付け等の特別なＥＧＡ演算も行うこと
なく、高精度、高速に全てのショット領域の座標位置を
算出することができ、ウエハ全面でアライメント精度を
向上させることが可能となる。尚、本実施例ではウエハ
のほぼ中央部が膨らんでいる場合（図５）について述べ
たが、ウエハの任意の部分が膨らんでいる場合にも、本
実施例による方法をそのまま適用して同様の効果を得る
ことができる。

【００９２】次に、本発明の第４の実施例による位置合
わせ方法について説明する。本実施例でも図５に示した
ウエハを位置合わせする場合について述べるが、第３の
実施例との差異は予めウエハのフラットネスを計測して
いない点である。さて、本実施例では図２、図３に示し
た装置において、まず予め選択された複数個のサンプル
ショットの各座標位置をＬＳＡ系１７で計測する。この
とき、表面位置検出系１８、１９を用いてサンプルショ
ット毎にその表面が直交座標系ＸＹを含む平面とほぼ平
行となるようにＺステージＬＳを傾斜させた後、各サン
プルショットの座標位置を計測するものとする。この結
果得られる各座標位置は、見掛け上ウエハがほぼ平坦に
ホルダに吸着されている状態での各サンプルショットの
座標位置にほぼ等しい。しかる後、先に計測した複数の
座標位置を用いて従来通りのＥＧＡ演算（数式１、２）
を行い、ウエハ上の全てのショット領域の座標位置を算
出する。次に、この算出された座標位置に従ってウエハ
ステージＷＳの移動位置を制御し、各ショット領域を露
光位置に対して位置決めする。このときショット領域、
特にウエハの中央部に位置するショット領域は、ウエハ
の膨らみにより露光位置からずれて位置決めされてい
る。そこで、先に算出した座標位置に従って位置合わせ
すべき任意の１つのショット領域を位置決めした後、表
面位置検出系１８、１９を用いて当該領域の表面の傾き
（直交座標系ＸＹに対する傾き）を検出し、この検出値
を用いて数式９、１０から位置合わせすべきショット領
域のＸ、Ｙ方向への各横ずれ量を算出（逆算）する。そ
して、この横ずれ量分だけオフセットとして、先に算出
した座標位置からずらしてウエハステージＷＳを位置決
めすることによって、位置合わせすべきショット領域が
露光位置に対して正確に位置決めされることになる。以
下、ショット領域毎に上記横ずれ量を検出し、これをオ
フセットとして先に算出した座標位置を補正する、すな
わちこの補正された座標位置に従ってウエハステージＷ
Ｓを位置決めすることによって、各ショット領域を露光
位置に対して順次正確に位置合わせ（位置決め）するこ
とが可能となる。

【００９３】以上のように本実施例においても、位置合
わせすべきウエハが部分的に膨らんでいても、サンプル
ショット数を増やすことなく、しかも重み付け等の特別
なＥＧＡ演算も行うことなく、高精度、高速に全てのシ
ョット領域の座標位置を算出することができ、さらには
予めウエハのフラットネスを計測しておく必要がないの
で、スループットを低下させることもなく、ウエハ全面
でアライメント精度を向上させることが可能となる。
尚、本実施例ではウエハのほぼ中央部が膨らんでいる場
合（図５）について述べたが、ウエハの任意の部分が膨
らんでいる場合にも、本実施例による方法をそのまま適
用して同様の効果を得ることができる。

【００９４】また、各ショット領域に対してレチクルパ
ターンを重ね合わせ露光する際には、投影光学系ＰＬの
最良結像面とショット領域の表面とを正確に一致させる
必要があり、通常、表面位置検出系１８、１９を用いて
ショット領域の傾き（最良結像面に対する傾き）を検出
し、この検出値に基づいてＺステージＬＳを傾斜させて
いる。この際、ＺステージＬＳの傾斜に伴ってショット
領域も直交座標系ＸＹ内で露光位置に対して相対的にシ
フトし、精度良くショット領域の座標位置を算出したの
にもかかわらず、最終的なアライメント精度は低下して
しまう。そこで、本実施例では表面位置検出系１８、１
９を用いてショット領域の傾きを検出しているので、こ
の検出値を用いてＺステージＬＳの傾斜時のＸ、Ｙ方向
へのシフト量を予測し、上記横ずれ量とともに、この予
測したシフト量までも考慮して、最終的なショット領域
の座標位置を決定することが望ましい。

【００９５】尚、表面位置検出系１８、１９は直交座標
系ＸＹを含む平面が零点基準となるようにキャリブレー
ションされているので、上記予測シフト量の算出にはそ
の検出値をそのまま用いることができない。このため、
予め直交座標系ＸＹを含む平面に対する投影光学系ＰＬ
の最良結像面の傾きを求めておき、この傾き量をオフセ
ットとして表面位置検出系１８、１９の検出値に与え、
この補正された値を用いてＺステージＬＳの傾斜時の
Ｘ、Ｙ方向へのシフト量を予測することが望ましい。ま
た、本実施例ではサンプルショットの座標位置を、ショ
ット表面と直交座標系ＸＹを含む平面とをほぼ平行した
状態で計測するものとしたが、ショット表面と直交座標
系ＸＹを含む平面との間に傾きが生じたままの状態で座
標位置を計測し、この計測時に表面位置検出系１８、１
９にて検出した傾き量に基づいてその座標位置を補正
し、この補正値をＥＧＡ演算に使用するようにしても良
い。

【００９６】ここで、例えば図５に示したようにウエハ
形状（その膨らみ）が明確に特定できる場合には、膨ら
みの影響がない（平坦な）部分（図５ではウエハの外周
部）内から全てのサンプルショットを選択することによ
って、膨らみに起因したショット表面の傾き量を用いた
座標変換（横ずれ量による座標位置の補正）を行う必要
がなくなり、座標変換を行うことにより生じ得る各種誤
差の除去、及び計測・計算時間の短縮をはかることが可
能となる。

【００９７】以上、第３、第４の実施例による位置合わ
せ方法を適用する場合、ショット表面の高さ位置や傾き
を計測していることから、高精度なアライメントを実現
するためには、各ショット領域内に凹凸がないことが理
想である。しかしながら、実際にはレジストの塗布ムラ
等によりショット領域内に凹凸が生じてしまうが、この
凹凸によるアライメント精度の低下は無視できる程度の
ものである。尚、この影響を低減するためには、ショッ
ト表面の傾きを検出するためのセンサとしてコリメータ
型のものを用い、ショット表面の高さ位置を検出するた
めのセンサとしてショット領域内の複数点での高さ位置
を検出できるものを用い、各高さ位置の平均値を上記演
算で使用することが望ましい。コリメータ型はショット
全面の平均的な傾きを検出できる点で有効である。尚、
ショット領域内の複数点での高さ位置を検出可能なセン
サを表面位置検出系として用いても良く、この場合には
別にショット表面の傾きを検出するためのセンサを設け
る必要がなくなる。

【００９８】また、以上の実施例ではホルダへウエハを
吸着するときに生じる膨らみによる非線形歪みを問題と
していたが、これ以外を要因として生じる非線形歪みに
対しても本発明を適用して同様の効果を得ることができ
る。さらに、予め選択された複数個のサンプルショット
のうち、マーク計測が不可能、あるいはその計測値が疑
わしい（誤差が大きい）と思われるサンプルショットに
ついては、当該ショットの近傍のショット領域を新たに
サンプルショットとして指定し、この指定したサンプル
ショットの座標位置をＥＧＡ演算に使用するようにして
も構わない。

【００９９】また、以上の全ての実施例ではアライメン
トセンサーとしてＬＳＡ系を用いる場合について述べた
が、いかなる方式のアライメントセンサーを用いても構
わない。すなわち、ＴＴＲ方式、ＴＴＬ方式、またはオ
フアクシス方式のいずれの方式であっても、さらにはそ
の検出方式が上記の如きＬＳＡ方式、ＦＩＡ系２０の如
き画像処理方式、あるいはＬＩＡ系の如き２光束干渉方
式のいずれであっても構わない。さらに、本発明の位置
合わせ方法は、露光装置においてソフトウエア、ハード
ウエアのいずれで実現しても良い。また、本発明はステ
ップアンドリピート方式、ステップアンドスキャン方
式、またはプロキシミティー方式の露光装置（投影型露
光装置、Ｘ線露光装置等）を始めとする各種方式の露光
装置以外にも、リペア装置、ウエハプローバ等に対して
も全く同様に適用できる。

【０１００】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、複数の処
理領域が規則的に配列された基板に、局所的な配列誤差
（非線形な歪み）が生じていても、常に着目する点（す
なわち、位置合わせすべき処理領域、又は規則的な非線
形歪み（例えば部分的な膨らみ）の中心であって、一例
としては基板の中心点等）と、予め選択された少なくと
も３個の特定処理領域（サンプルショット）の各々との
間の距離に応じて、特定処理領域の座標位置（アライメ
ントデータ）の各々に重み付けを行う、すなわち位置合
わせすべき処理領域毎に各アライメントデータの重み付
けを変化させることとした。このため、基板内の局所的
な歪み（特に非線形成分）に対応して基板の全面で高精
度の位置合わせが可能となる。しかも、基板上の各処理
領域の座標位置を決定するときに使用するアライメント
データは常に同一であるため、処理領域毎に使用するア
ライメントデータを選択する必要がなくなり、計算量を
減らすことが可能となるとともに、サンプルショット数
を増やす必要がなくスループットの低下も防止できる。
特に今後益々多様化する半導体製造プロセスにおいて、
半導体基板は大型化するとともに、様々な熱処理を受け
て基板自体の伸縮も非線形な成分が大きくなり得るが、
これらに対しても本発明は十分に要求精度を満足する位
置合わせを行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による位置合わせ方法の
説明に供する図。

【図２】本発明の実施例による位置合わせ方法を適用す
るのに好適な投影露光装置の概略的な構成を示す図。

【図３】図２に示した投影露光装置の制御系のブロック
図。

【図４】本発明の第２の実施例による位置合わせ方法の
説明に供する図。

【図５】本発明の実施例による位置合わせ方法を適用す
るウエハの様子を示す図。

【図６】図５に示した非線形歪みを有するウエハ上の各
ショット領域の理想格子からのずれ量を示すベクトル・
マップ。

【図７】第１、第２の実施例の位置合わせ方法でのパラ
メータＳの決定方法の説明に供する図。

【図８】第１、第２の実施例の位置合わせ方法でのパラ
メータＳの決定方法の説明に供する図。

【図９】第１の実施例の位置合わせ方法に好適なサンプ
ルショットの配置の一例を示す図。

【図１０】第１、第２の実施例の位置合わせ方法を適用
すべき非線形歪みの説明に供する図。

【図１１】ＬＳＡ系によるマーク位置計測の様子を説明
する図。

【図１２】ＦＩＡ系によるマーク位置計測の様子を説明
する図。

【図１３】ＬＩＡ系によるマーク位置計測の様子を説明
する図。

【図１４】本発明の第３の実施例による位置合わせ方法
の原理を説明するための図。

【符号の説明】

１０主制御装置１８、１９表面位置検出系ＷウエハＷＳウエハステージ１００ＥＧＡ演算部１０１重み発生部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】設計上の配列座標に従って基板上に規則
的に配列された複数の処理領域の各々を、前記基板の移
動位置を規定する静止座標系内の所定の基準位置に対し
て位置合わせする方法において、前記複数の処理領域のうち、予め特定処理領域として選
択した少なくとも３つの処理領域の前記静止座標系上に
おける座標位置を計測し、前記基板上の処理領域毎に、前記処理領域と前記少なく
とも３つの特定処理領域の各々との間の距離に関する情
報に基づいて、前記少なくとも３つの特定処理領域の前
記静止座標系上における座標位置の各々に重み付けを行
い、かつ該重み付けされた複数の座標位置を統計演算す
ることにより、前記基板上の複数の処理領域の各々の前
記静止座標系上における座標位置を決定することを特徴
とする位置合わせ方法。
【請求項２】前記基板上の任意の処理領域の前記静止
座標系上での座標位置を決定する際、該処理領域までの
距離が短い特定処理領域ほど、該特定処理領域の座標位
置に与える重みを大きくしたことを特徴とする請求項１
に記載の位置合わせ方法。
【請求項３】前記特定処理領域の座標位置に与える重
みは、前記基板の変形状態に応じて変更することを特徴
とする請求項２に記載の位置合わせ方法。
【請求項４】前記基板の変形は非線形な歪みであるこ
とを特徴とする請求項３に記載の位置合わせ方法。
【請求項５】設計上の配列座標に従って基板上に規則
的に配列された複数の処理領域の各々を、前記基板の移
動位置を規定する静止座標系内の所定の基準位置に対し
て位置合わせする方法において、前記複数の処理領域のうち、予め特定処理領域として選
択した少なくとも３つの処理領域の前記静止座標系上に
おける座標位置を計測し、前記基板上の処理領域毎に、前記処理領域と前記基板上
で予め規定された所定の着目点との間の距離に関する第
１情報と、前記着目点と前記少なくとも３つの特定処理
領域の各々との間の距離に関する第２情報とに基づい
て、前記少なくとも３つの特定処理領域の前記静止座標
系上における座標位置の各々に重み付けを行い、かつ該
重み付けされた複数の座標位置を統計演算することによ
り、前記基板上の複数の処理領域の各々の前記静止座標
系上における座標位置を決定することを特徴とする位置
合わせ方法。
【請求項６】前記基板上の任意の処理領域の前記静止
座標系上での座標位置を決定する際、前記着目点までの
距離が前記着目点と前記処理領域との間の距離に近い特
定処理領域ほど、該特定処理領域の座標位置に与える重
みを大きくしたことを特徴とする請求項５に記載の位置
合わせ方法。
【請求項７】前記着目点は、前記基板の変形の中心点
であることを特徴とする請求項５、又は６に記載の位置
合わせ方法。
【請求項８】前記特定処理領域の座標位置に与える重
みは、前記基板の変形状態に応じて変更することを特徴
とする請求項７に記載の位置合わせ方法。
【請求項９】前記基板の変形は非線形な歪みであるこ
とを特徴とする請求項７、又は８に記載の位置合わせ方
法。
【請求項１０】前記変形中心点は、前記基板のほぼ中
心点であることを特徴とする請求項７に記載の位置合わ
せ方法。
【請求項１１】設計上の配列座標に従って基板上に規
則的に配列された複数の処理領域の各々を、前記基板の
移動位置を規定する静止座標系内の所定の基準位置に対
して位置合わせする方法において、前記複数の処理領域
のうち、予め特定処理領域として選択した少なくとも３
つの処理領域の前記静止座標系上における座標位置を計
測する計測工程と；前記基板の平坦度に基づいて前記少
なくとも３つの特定処理領域の前記静止座標系上におけ
る座標位置の各々を補正する補正工程と；該補正された
複数の座標位置を統計演算することによって、前記基板
上の複数の被処理基板の各々の前記静止座標系上におけ
る座標位置を算出する演算工程とを含み、該算出された座標位置と前記基板の平坦度とに従って前
記基板の移動位置を制御することにより、前記複数の処
理領域の各々を前記基準位置に対して順次位置合わせす
ることを特徴とする位置合わせ方法。
【請求項１２】設計上の配列座標に従って基板上に規
則的に配列された複数の処理領域の各々を、前記基板の
移動位置を規定する静止座標系内の所定の基準位置に対
して位置合わせする方法において、前記複数の処理領域のうち、少なくとも３つの処理領域
を特定処理領域として選択し、該選択された特定処理領
域の表面と前記基板の移動平面とがほぼ平行になってい
るときの前記少なくとも３つの特定処理領域の各々の前
記静止座標系上における座標位置を検出する検出工程
と；該検出された複数の座標位置を統計演算することに
よって、前記基板上の複数の処理領域の各々の前記静止
座標系上における座標位置を算出する演算工程とを含
み、該算出された座標位置と前記基板の移動平面に対する前
記処理領域毎の傾斜量とに従って前記基板の移動位置を
制御することにより、前記複数の処理領域の各々を前記
基準位置に対して順次位置合わせすることを特徴とする
位置合わせ方法。