JPH06291021A

JPH06291021A - 位置合わせ方法

Info

Publication number: JPH06291021A
Application number: JP5079415A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Irie; 信行入江
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-04-06
Filing date: 1993-04-06
Publication date: 1994-10-18

Abstract

(57)【要約】【目的】サンプルショットの中に非線形誤差量が大き
い飛びショットがある場合でも、ウエハの全面で高精度
に位置合わせを行う。【構成】ウエハＷの露光ショットから選択されたサン
プルショットＳＡ１〜ＳＡ９について、ステージ座標系
上での座標値を計測し、ＥＧＡ演算により求めた計算上
の座標値を差し引いてそれぞれ非線形誤差量を求める。
飛びショットであるサンプルショットＳＡ７の周囲の新
たなサンプルショットＳＡ７１〜ＳＡ７８についても座
標値を計測して非線形誤差量を求める。サンプルショッ
トＳＡ７とサンプルショットＳＡ７１〜ＳＡ７８との非
線形誤差量の傾向が異なる場合には、サンプルショット
ＳＡ７の計測結果は計測エラーとみなして、アライメン
トデータから除外する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば統計処理により
算出した配列座標に基づいてウエハの各ショット領域上
に順次レチクルのパターン像を露光する投影露光装置に
おいて、ウエハの各ショット領域を順次位置合わせする
場合に適用して好適な位置合わせ方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子又は液晶表示素子等をフォト
リソグラフィ工程で製造する際に、フォトマスク又はレ
チクル（以下「レチクル」と総称する）のパターン像を
投影光学系を介して感光材が塗布されたウエハ上の各シ
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、特に、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レチク
ルのパターン像との位置合わせ、即ちウエハとレチクル
との位置合わせ（アライメント）を精確に行う必要があ
る。従来のステッパー等におけるウエハの位置合わせ方
法は、概略次のようなものである（例えば特開昭６１−
４４４２９号公報参照）。

【０００４】即ち、ウエハ上には、ウエハマークと呼ば
れる位置合わせ用のマークをそれぞれ含む複数のショッ
ト領域（チップパターン）が形成されており、これらシ
ョット領域は、予めウエハ上に設定された配列座標に基
づいて規則的に配列されている。しかしながら、ウエハ
上の複数のショット領域の設計上の配列座標値（ショッ
ト配列）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、ウエハが精確に位置合わせされ
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（スケーリング）Ｒｘ，Ｒｙ (4) ウエハ（中心位置）のオフセット（平行移動）Ｏ
ｘ，Ｏｙ

【０００６】この際、これら４個の誤差量（６個のパラ
メータ）に基づくウエハの座標変換は一次変換式で記述
できる。そこで、ウエハマークを含む複数のショット領
域が規則的に配列されたウエハに対し、このウエハ上の
座標系（ｘ，ｙ）を静止座標系としてのステージ上の座
標系（Ｘ，Ｙ）に変換する一次変換モデルを、６個の変
換パラメータａ〜ｆを用いて次のように表現することが
できる。

【０００７】

【数１】

【０００８】この変換式における６個の変換パラメータ
ａ〜ｆは、以下のように最小自乗近似法を用いたエンハ
ーンスト・グローバル・アライメント（以下、「ＥＧ
Ａ」という）方式により求めることができる。この場
合、ウエハ上の複数の露光対象とするショット領域（チ
ップパターン）（以下、「露光ショット」という）の中
から幾つか選び出された露光ショット（以下、「サンプ
ルショット」という）の各々に付随した座標系（ｘ，
ｙ）上の設計上の座標がそれぞれ（ｘ１，ｙ１）、（ｘ
２，ｙ２）、‥‥、（ｘｎ，ｙｎ）であるウエハマーク
に対して所定の基準位置への位置合わせ（アライメン
ト）を行う。そして、そのときのステージ上の座標系
（Ｘ，Ｙ）での実際の座標値（ＸＭ１，ＹＭ１）、（Ｘ
Ｍ２，ＹＭ２）、‥‥、（ＸＭｎ，ＹＭｎ）を計測す
る。

【０００９】また、選び出されたウエハマークの設計上
の配列座標（ｘｉ，ｙｉ）（ｉ＝１，‥‥，ｎ）を上述
の１次変換モデルに代入して得られる計算上の配列座標
（Ｘｉ，Ｙｉ）とアライメント時の計測された座標（Ｘ
Ｍｉ，ＹＭｉ）との差（△ｘ，△ｙ）をアライメント誤
差と考える。この一方のアライメント誤差△ｘは例えば
（Ｘｉ−ＸＭｉ）² のｉに関する和で表され、他方のア
ライメント誤差△ｙは例えば（Ｙｉ−ＹＭｉ）² のｉに
関する和で表される。

【００１０】そして、それらアライメント誤差△ｘ及び
△ｙを６個の変換パラメータａ〜ｆで順次偏微分し、そ
の値が０となるような方程式をたてて、それら６個の連
立方程式を解けば６個の変換パラメータａ〜ｆが求めら
れる。これ以降は、変換パラメータａ〜ｆを係数とした
一次変換式を用いて計算した配列座標に基づいて、ウエ
ハの各ショット領域の位置合わせを行うことができる。
あるいは、一次変換式では近似精度が良好でない場合に
は、例えば２次以上の高次式を用いてウエハの位置合わ
せを行うようにしてもよい。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来のＥＧ
Ａ方式のアライメント方法においては、複数のサンプル
ショットの中に、アライメント誤差から線形誤差量を差
し引いて得られる非線形誤差量が他のサンプルショット
に比べて特に大きい所謂飛びショットが含まれている場
合があった。このような飛びショットは、ウエハ上のそ
のサンプルショットに属するウエハマークの崩れ等に起
因する計測エラーによるものか、又はウエハ上の局所的
な非線形歪みによるものかにより、対応処置を変えるこ
とが望ましい。即ち、その飛びショットが計測エラーに
よる場合には、その計測結果は除外する必要があるが、
その飛びショットが局所的な歪みによる場合には、その
局所的に歪みのある領域を他の領域とは区別してアライ
メントを行うことが望ましい。

【００１２】しかしながら、従来は飛びショットは一律
に計測エラーによるものだとみなして、その計測結果が
使用されなかった。これは、局所的な歪みにも対応でき
る高精度なアライメント方法が無かったことにもよるも
のである。そのため、従来のアライメント方法では、飛
びショットの周辺の重ね合わせ精度がその他の領域の重
ね合わせ精度に比べて低下するという不都合があった。

【００１３】本発明は斯かる点に鑑み、処理対象とする
ウエハ上のサンプルショットの位置を予め実際に計測し
て得られた結果に基づいて、統計処理により変換パラメ
ータを求め、この変換パラメータを用いて算出された計
算上の配列座標に基づいてウエハ上の各露光ショットの
位置合わせを行う位置合わせ方法において、サンプルシ
ョットの中に非線形誤差量が特に大きい飛びショットが
ある場合でも、ウエハの全面で高精度に位置合わせでき
るようにすることを目的とする。

【００１４】

【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、例えば図１及び図５〜図９に示すように、基板
（Ｗ）上に設定された試料座標系（ｘ，ｙ）上の配列座
標に基づいて基板（Ｗ）上に配列された複数の被加工領
域（ＥＳｉ）の各々を、基板（Ｗ）の移動位置を規定す
る静止座標系（Ｘ，Ｙ）内の所定の加工位置に対して位
置合わせするに当たって、複数の被加工領域（ＥＳｉ）
の内、少なくとも３つの予め選択されたサンプル領域
（ＳＡ１〜ＳＡ８）の静止座標系（Ｘ，Ｙ）上における
座標位置を計測し、これら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（Ｗ）上の複数の被加
工領域（ＥＳｉ）の各々の静止座標系（Ｘ，Ｙ）上にお
ける配列座標を算出し、これら算出された複数の被加工
領域（ＥＳｉ）の各々の配列座標に従って基板（Ｗ）の
移動位置を制御することによって、複数の被加工領域
（ＥＳｉ）の各々をその加工位置に対して位置合わせす
る方法に関するものである。

【００１５】そして、本発明は、サンプル領域（ＳＡ１
〜ＳＡ８）のそれぞれの静止座標系（Ｘ，Ｙ）上におけ
る座標位置を計測する第１工程（ステップ１０１）と、
この第１工程で計測された座標位置より、サンプル領域
（ＳＡ１〜ＳＡ８）のそれぞれの静止座標系（Ｘ，Ｙ）
上での座標位置の非線形誤差量を求める第２工程（ステ
ップ１０２）と、複数のサンプル領域（ＳＡ１〜ＳＡ
８）の内のその非線形誤差量が所定の許容値を超える特
異領域（ＳＡ７）の周辺の被加工領域（ＳＡ７１〜ＳＡ
７８）の静止座標系（Ｘ，Ｙ）上における座標位置を計
測する第３工程（ステップ１０４）と、それら第１工程
及び第３工程で計測された座標位置より、その特異領域
の周辺の被加工領域（ＳＡ７１〜ＳＡ７８）の非線形誤
差量を求める第４工程（ステップ１０５）とを有する。

【００１６】そして、その特異領域の周辺の被加工領域
（ＳＡ７１〜ＳＡ７８）の非線形誤差量が特異領域（Ｓ
Ａ７）の非線形誤差量と同じ傾向の場合に、特異領域
（ＳＡ７）及びその特異領域の周辺の被加工領域（ＳＡ
７１〜ＳＡ７８）の各々の静止座標系上における配列座
標を、特異領域（ＳＡ７の第１工程で計測された座標位
置及びその特異領域の周辺の被加工領域（ＳＡ７１〜Ｓ
Ａ７８）の第３工程で計測された座標位置を統計計算す
ることによって算出し（ステップ１０７）、その特異領
域の周辺の被加工領域（ＳＡ７１〜ＳＡ７８）の非線形
誤差量が特異領域（ＳＡ７）の非線形誤差量と異なる傾
向の場合に、特異領域（ＳＡ７）について第１工程で計
測された座標位置を除いた第１工程及び第３工程で計測
された座標位置を統計計算することによって、被加工領
域（ＥＳｉ）の各々の静止座標系（Ｘ，Ｙ）上における
配列座標を算出するものである（ステップ１１０）。

【００１７】

【作用】斯かる本発明の位置合わせ方法によれば、基板
（Ｗ）上の被加工領域（ＥＳｉ）の中から選択されたサ
ンプル領域（ＳＡ１〜ＳＡ８）の中に非線形誤差量が大
きい特異領域（飛びショット）（ＳＡ７）が存在した場
合には、その周辺の被加工領域（ＳＡ７１〜ＳＡ７８）
の静止座標系（Ｘ，Ｙ）上での座標位置を計測し、それ
ぞれ非線形誤差量を求める。そして、特異領域（Ｓ７）
の非線形誤差量と周辺の被加工領域（ＳＡ７１〜ＳＡ７
８）の非線形誤差量とが同じ傾向の場合には、その特異
領域（Ｓ７）の非線形誤差は基板（Ｗ）の局所的な非線
形歪みにより生じたものとみなして、その局所的な領域
の位置合わせはその周辺の計測結果のみに基づいて行
う。

【００１８】一方、特異領域（Ｓ７）の非線形誤差量と
周辺の被加工領域（ＳＡ７１〜ＳＡ７８）の非線形誤差
量とが異なる傾向の場合には、特異領域（Ｓ７）の計測
結果は計測エラーであるとみなして、その特異領域（Ｓ
７）の計測結果は除外して位置合わせを行う。その特異
領域（Ｓ７）に関しては、ダイ・バイ・ダイ方式でアラ
イメントを行ってから露光をするか、又は特異領域以外
のサンプル領域の計測結果に基づいてアライメントを行
うことが考えられる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明による位置合わせ方法の実施例
につき図面を参照して説明する。図２は本実施例の位置
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
な構成を示し、この図２において、超高圧水銀ランプ１
から発生した照明光ＩＬは楕円鏡２で反射されてその第
２焦点で一度集光した後、コリメータレンズ、干渉フィ
ルター、オプティカルインテグレータ（フライアイレン
ズ）及び開口絞り（σ絞り）等を含む照明光学系３に入
射する。不図示であるが、フライアイレンズはそのレチ
クル側焦点面がレチクルパターンのフーリエ変換面（瞳
共役面）とほぼ一致するように光軸ＡＸと垂直な面内方
向に配置されている。

【００２０】また、楕円鏡２の第２焦点の近傍には、モ
ーター３８によって照明光ＩＬの光路の閉鎖及び開放を
行うシャッター（例えば４枚羽根のロータリーシャッタ
ー）３７が配置されている。なお、露光用照明光として
は超高圧水銀ランプ１等の輝線の他に、エキシマレーザ
（ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ等）等
のレーザ光、あるいは金属蒸気レーザやＹＡＧレーザの
高調波等を用いても構わない。

【００２１】図２において、照明光学系３を射出したレ
ジスト層を感光させる波長域の照明光（ｉ線等）ＩＬ
は、その大部分がビームスプリッター４で反射された
後、第１リレーレンズ５、可変視野絞り（レチクルブラ
インド）６及び第２リレーレンズ７を通過してミラー８
に至る。そして、ミラー８でほぼ垂直下方に反射された
照明光ＩＬが、メインコンデンサーレンズ９を介してレ
チクルＲのパターン領域ＰＡをほぼ均一な照度で照明す
る。レチクルブラインド６の配置面はレチクルＲのパタ
ーン形成面と共役関係（結像関係）にあり、駆動系３６
によりレチクルブラインド６を構成する複数枚の可動ブ
レードを開閉させて開口部の大きさ、形状を変えること
によって、レチクルＲの照明視野を任意に設定すること
ができる。

【００２２】本実施例のレチクルＲにおいては、遮光帯
に囲まれたパターン領域ＰＡの４辺のほぼ中央部にそれ
ぞれアライメントマークとしてのレチクルマークが形成
されている。これらレチクルマークの像をウエハＷのレ
ジスト層上に投影することにより、そのレジスト層上に
それらレチクルマークの像が潜像として形成されるもの
である。また、本実施例ではそれらレチクルマークが、
ウエハＷの各ショット領域とレチクルＲとの位置合わせ
を行う際のアライメントマークとしても共用される。そ
れら４つのレチクルマークは同一構成（但し、方向は異
なる）であり、例えば或る１つのウエハマークは、Ｙ方
向に配置された７個のドットマークから成る回折格子マ
ークを、Ｘ方向に所定間隔で５列配列したマルチマーク
である。それらウエハマークは、レチクルＲの遮光帯中
に設けられた透明窓内にクロム等の遮光部により形成さ
れる。更に、レチクルＲにはその外周付近に２個の十字
型の遮光性マークよりなるアライメントマークが対向し
て形成されている。これら２個のアライメントマーク
は、レチクルＲのアライメント（投影光学系１３の光軸
ＡＸに対する位置合わせ）に用いられる。

【００２３】レチクルＲは、モータ１２によって投影光
学系１３の光軸ＡＸの方向に微動可能で、且つその光軸
ＡＸに垂直な水平面内で２次元移動及び微小回転可能な
レチクルステージＲＳ上に載置されている。レチクルス
テージＲＳの端部にはレーザ光波干渉測長器（レーザ干
渉計）１１からのレーザビームを反射する移動鏡１１ｍ
が固定され、レチクルステージＲＳの２次元的な位置は
レーザ干渉計１１によって、例えば０．０１μｍ程度の
分解能で常時検出されている。レチクルＲの上方にはレ
チクルアライメント系（ＲＡ系）１０Ａ及び１０Ｂが配
置され、これらＲＡ系１０Ａ及び１０Ｂは、レチクルＲ
の外周付近に形成された２個の十字型のアライメントマ
ークを検出するものである。ＲＡ系１０Ａ及び１０Ｂか
らの計測信号に基づいてレチクルステージＲＳを微動さ
せることで、レチクルＲはパターン領域ＰＡの中心点が
投影光学系１３の光軸ＡＸと一致するように位置決めさ
れる。

【００２４】さて、レチクルＲのパターン領域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１３に入射し、投影光学系１３により１／５に縮小さ
れたレチクルＲの回路パターンの投影像が、表面にレジ
スト層が形成され、その表面が投影光学系１３の最良結
像面とほぼ一致するように保持されたウエハＷ上の１つ
のショット領域に重ね合わせて投影（結像）される。

【００２５】ウエハＷは、微小回転可能なウエハホルダ
（不図示）に真空吸着され、このウエハホルダを介して
ウエハステージＷＳ上に保持されている。ウエハステー
ジＷＳは、モーター１６によりステップ・アンド・リピ
ート方式で２次元移動可能に構成され、ウエハＷ上の１
つのショット領域に対するレチクルＲの転写露光が終了
すると、ウエハステージＷＳは次のショット位置までス
テッピングされる。ウエハステージＷＳの端部にはレー
ザ干渉計１５からのレーザビームを反射する移動鏡１５
ｍが固定され、ウエハステージＷＳの２次元的な座標
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ている。レーザ干渉計１５は、
ウエハステージＷＳの投影光学系１３の光軸ＡＸに垂直
な一方向（これをＸ方向とする）及びこれに垂直なＹ方
向の座標を計測するものであり、それらＸ方向及びＹ方
向の座標によりウエハステージＷＳのステージ座標系
（静止座標系）（Ｘ，Ｙ）が定められる。即ち、レーザ
干渉計１５により計測されるウエハステージＷＳの座標
値が、ステージ座標系（Ｘ，Ｙ）上の座標値である。

【００２６】また、ウエハステージＷＳ上にはベースラ
イン量（後述）の計測時等で用いられる基準マークを備
えた基準部材（ガラス基板）１４が、ウエハＷの露光面
とほぼ同じ高さになるように設けられている。基準部材
１４には基準マークとして、光透過性の５組のＬ字状パ
ターンから成るスリットパターンと、光反射性のクロム
で形成された２組の基準パターン（デューティ比は１：
１）とが設けられている。一方の組の基準パターンは、
Ｙ方向に配列された７個のドットマークをＸ方向に３列
配列してなる回折格子マークと、３本の直線パターンを
Ｘ方向に配列してなる回折格子マークと、Ｙ方向に延び
た１２本のバーマークとを、Ｘ方向に配列したものであ
る。他方の組の基準パターンはその一方の組の基準パタ
ーンを９０°回転したものである。

【００２７】さて、光ファイバー（不図示）等を用いて
基準部材１４の下へ伝送された照明光（露光光）によっ
て、基準部材１４に形成されたスリットパターンが下方
（ウエハステージ内部）から照明されるように構成され
ている。基準部材１４のスリットパターンを透過した照
明光は、投影光学系１３を介してレチクルＲの裏面（パ
ターン面）にスリットパターンの投影像を結像する。更
に、レチクルＲ上の４個のレチクルマークの何れかを通
過した照明光は、メインコンデンサーレンズ９、リレー
レンズ７，５等を通ってビームスプリッター４に達し、
ビームスプリッター４を透過した照明光が、投影光学系
１３の瞳共役面の近傍に配置された光電検出器３５によ
り受光される。光電検出器３５は照明光の強度に応じた
光電信号ＳＳを主制御系１８に出力する。以下では、光
ファイバー（不図示）、基準部材１４及び光電検出器３
５をまとめてＩＳＳ（Imaging Slit Sensor)系と呼ぶ。

【００２８】また、図２中には投影光学系１３の結像特
性を調整できる結像特性補正部１９も設けられている。
本実施例における結像特性補正部１９は、投影光学系１
３を構成する一部のレンズエレメント、特にレチクルＲ
に近い複数のレンズエレメントの各々を、ピエゾ素子等
の圧電素子を用いて独立に駆動（光軸ＡＸに対して平行
な方向の移動又は傾斜）することで、投影光学系１３の
結像特性、例えば投影倍率やディストーションを補正す
るものである。

【００２９】次に、投影光学系１３の側方にはオフ・ア
クシス方式のアライメントセンサー（以下「Field Imag
e Alignment 系（ＦＩＡ系）」という）が設けられてい
る。このＦＩＡ系において、ハロゲンランプ２０で発生
した光をコンデンサーレンズ２１及び光ファイバー２２
を介して干渉フィルター２３に導き、ここでレジスト層
の感光波長域及び赤外波長域の光をカットする。干渉フ
ィルター２３を透過した光は、レンズ系２４、ビームス
プリッター２５、ミラー２６及び視野絞りＢＲを介して
テレセントリックな対物レンズ２７に入射する。対物レ
ンズ２７から射出された光が、投影光学系１３の照明視
野を遮光しないように投影光学系１３の鏡筒下部周辺に
固定されたプリズム（又はミラー）２８で反射され、ウ
エハＷをほぼ垂直に照射する。

【００３０】対物レンズ２７からの光は、ウエハＷ上の
ウエハマーク（下地マーク）を含む部分領域に照射さ
れ、当該領域から反射された光はプリズム２８、対物レ
ンズ２７、視野絞りＢＲ、ミラー２６、ビームスプリッ
ター２５及びレンズ系２９を介して指標板３０に導かれ
る。ここで、指標板３０は対物レンズ２７及びレンズ系
２９に関してウエハＷと共役な面内に配置され、ウエハ
Ｗ上のウエハマークの像は指標板３０の透明窓内に結像
される。更に指標板３０には、その透明窓内に指標マー
クとして、Ｙ方向に延びた２本の直線状マークをＸ方向
に所定間隔だけ離して配置したものが形成されている。
指標板３０を通過した光は、第１リレーレンズ系３１、
ミラー３２及び第２リレーレンズ系３３を介して撮像素
子（ＣＣＤカメラ等）３４へ導かれ、撮像素子３４の受
光面上にはウエハマークの像と指標マークの像とが結像
される。撮像素子３４からの撮像信号ＳＶは主制御系１
８に供給され、ここでウエハマークのＸ方向の位置（座
標値）が算出される。なお、図２中には示していない
が、上記構成のＦＩＡ系（Ｘ軸用のＦＩＡ系）の他に、
Ｙ方向のマーク位置を検出するためのもう１組のＦＩＡ
系（Ｙ軸用のＦＩＡ系）も設けられている。

【００３１】次に、投影光学系１３の上部側方にはＴＴ
Ｌ（スルー・ザ・レンズ）方式のアライメントセンサー
１７も配置され、アライメントセンサー１７からの位置
検出用の光がミラーＭ１及びＭ２を介して投影光学系１
３に導かれている。その位置検出用の光は投影光学系１
３を介してウエハＷ上のウエハマーク上に照射され、こ
のウエハマークからの反射光が投影光学系１３、ミラー
Ｍ２及びミラーＭ１を介してアライメントセンサー１７
に戻される。アライメントセンサー１７は戻された反射
光を光電変換して得られた信号から、ウエハＷ上のウエ
ハマークの位置を求める。

【００３２】図３は、図２中のＴＴＬ方式のアライメン
トセンサー１７の詳細な構成を示し、この図３におい
て、本例のアライメントセンサー１７は、２光束干渉方
式のアライメント系（以下「ＬＩＡ系」という）とレー
ザ・ステップ・アライメント方式のアライメント系（以
下「ＬＳＡ系」という）とをその光学部材を最大限共有
させて組み合わせたものである。ここでは簡単に説明す
るが、より具体的な構成は特開平２−２７２３０５号公
報に開示されている。

【００３３】図３において、光源（Ｈｅ−Ｎｅレーザ光
源等）４０から射出されたレーザビームはビームスプリ
ッター４１で分割され、ここで反射されたレーザビーム
はシャッター４２を介して第１ビーム成形光学系（ＬＩ
Ａ光学系）４５に入射する。一方、ビームスプリッター
４１を透過したレーザビームは、シャッター４３及びミ
ラー４４を介して第２ビーム成形光学系（ＬＳＡ光学
系）４６に入射する。従って、シャッター４２及び４３
を適宜駆動することにより、ＬＩＡ系とＬＳＡ系とを切
り換えて使用することができる。

【００３４】さて、ＬＩＡ光学系４５は２組の音響光学
変調器等を含み、所定の周波数差△ｆを与えた２本のレ
ーザビームを、その光軸を挟んでほぼ対称に射出する。
更に、ＬＩＡ光学系４５から射出された２本のレーザビ
ームは、ミラー４７及びビームスプリッター４８を介し
てビームスプリッター４９に達し、ここを透過した２本
のレーザビームはレンズ系（逆フーリエ変換レンズ）５
３及びミラー５４を経て、装置上で固定されている参照
用回折格子５５に、互いに異なる２方向から所定の交差
角で入射して結像（交差）する。光電検出器５６は、参
照用回折格子５５を透過してほぼ同一方向に発生する回
折光同士の干渉光を受光し、回折光強度に応じた正弦波
状の光電信号ＳＲを主制御系１８（図２参照）内のＬＩ
Ａ演算ユニット５８に出力する。

【００３５】一方、ビームスプリッター４９で反射され
た２本のレーザビームは、対物レンズ５０によって視野
絞り５１の開口部で一度交差した後、ミラーＭ２（図２
中のミラーＭ１は図示省略）を介して投影光学系１３に
入射する。更に、投影光学系１３に入射した２本のレー
ザビームは、投影光学系１３の瞳面で光軸ＡＸに関して
ほぼ対称となって一度スポット状に集光した後、ウエハ
Ｗ上のウエハマークのピッチ方向（Ｙ方向）に関して光
軸ＡＸを挟んで互いに対称的な角度で傾いた平行光束と
なって、ウエハマーク上に異なる２方向から所定の交差
角で入射する。ウエハマーク上には周波数差△ｆに対応
した速度で移動する１次元の干渉縞が形成され、当該マ
ークから同一方向、ここでは光軸方向に発生した±１次
回折光（干渉光）は投影光学系１３、対物レンズ５０等
を介して光電検出器５２で受光され、光電検出器５２は
干渉縞の明暗変化の周期に応じた正弦波状の光電信号Ｓ
ＤｗをＬＩＡ演算ユニット５８に出力する。ＬＩＡ演算
ユニット５８は、２つの光電信号ＳＲ及びＳＤｗの波形
上の位相差からそのウエハマークの位置ずれ量を算出す
ると共に、レーザ干渉計１５からの位置信号ＰＤｓを用
いて、当該位置ずれ量が零となるときのウエハステージ
ＷＳの座標位置を求め、この情報をアライメントデータ
記憶部６１（図４参照）に出力する。

【００３６】また、ＬＳＡ光学系４６はビームエクスパ
ンダー、シリンドリカルレンズ等を含み、ＬＳＡ光学系
４６から射出されたレーザビームはビームスプリッター
４８及び４９を介して対物レンズ５０に入射する。更
に、対物レンズ５０から射出されるレーザビームは、一
度視野絞り５１の開口部でスリット状に収束した後、ミ
ラーＭ２を介して投影光学系１３に入射する。投影光学
系１３に入射したレーザビームは、その瞳面のほぼ中央
を通った後、投影光学系１３のイメージフィールド内で
Ｘ方向に伸び、且つ光軸ＡＸに向かうような細長い帯状
スポット光としてウエハＷ上に投影される。

【００３７】スポット光とウエハＷ上のウエハマーク
（回折格子マーク）とをＹ方向に相対移動したとき、当
該ウエハマークから発生する光は投影光学系１３、対物
レンズ５０等を介して光電検出器５２で受光される。光
電検出器５２は、ウエハマークからの光のうち±１次〜
３次回折光のみを光電変換し、このように光電変換して
得られた光強度に応じた光電信号ＳＤｉを主制御系１８
内のＬＳＡ演算ユニット５７に出力する。ＬＳＡ演算ユ
ニット５７にはレーザ干渉計１５からの位置信号ＰＤｓ
も供給され、ＬＳＡ演算ユニット５７はウエハステージ
ＷＳの単位移動量毎に発生するアップダウンパルスに同
期して光電信号ＳＤｉをサンプリングする。更に、ＬＳ
Ａ演算ユニット５７は、各サンプリング値をデジタル値
に変換してメモリに番地順に記憶させた後、所定の演算
処理によってウエハマークのＹ方向の位置を算出し、こ
の情報を図４のアライメントデータ記憶部６１に出力す
る。

【００３８】次に、図２の主制御系１８の構成につき図
４を参照して説明する。図４は本例の主制御系１８及び
これと関連する部材を示し、この図４において、ＬＳＡ
演算ユニット５７、ＬＩＡ演算ユニット５８、ＦＩＡ演
算ユニット５９、アライメントデータ記憶部６１、ＥＧ
Ａ演算ユニット６２、記憶部６３、ショットマップデー
タ部６４、システムコントローラ６５、ウエハステージ
コントローラ６６及びレチクルステージコントローラ６
７より主制御系１８が構成されている。これらの部材の
内で、ＬＳＡ演算ユニット５７、ＬＩＡ演算ユニット５
８及びＦＩＡ演算ユニット５９は、供給される光電信号
から、各ウエハマークのステージ座標系（Ｘ，Ｙ）での
座標位置を求め、この求めた座標位置をアライメントデ
ータ記憶部６１に供給する。アライメントデータ記憶部
６１の計測された座標位置の情報はＥＧＡ演算ユニット
６２に供給される。

【００３９】ショットマップデータ記憶部６４には、ウ
エハＷ上の各露光ショットに属するウエハマークのウエ
ハＷ上の座標系（ｘ，ｙ）での設計上の配列座標値が記
憶され、これら設計上の配列座標値もＥＧＡ演算ユニッ
ト６２に供給される。ＥＧＡ演算ユニット６２は、計測
された座標値及び設計上の座標値に基づいて、最小自乗
法によりウエハＷ上の座標系（ｘ，ｙ）での設計上の配
列座標値からステージ座標系（Ｘ，Ｙ）での計算上の配
列座標値を求めるための６個の変換パラメータ（（数
１）の変換パラメータａ〜ｆに対応するもの）を求め、
これら変換パラメータａ〜ｆを記憶部６３に供給する。

【００４０】更に、ＥＧＡ演算ユニット６２は、そのよ
うに記憶された変換パラメータａ〜ｆを用いてウエハＷ
上の座標系（ｘ，ｙ）での設計上の配列座標値からステ
ージ座標系（Ｘ，Ｙ）での計算上の配列座標値を求め、
この計算上の配列座標値をシステムコントローラ６５に
供給する。これに応じて、システムコントローラ６５
は、ウエハステージコントローラ６６を介してレーザ干
渉計１５の計測値をモニターしつつ、モーター１６を介
して図２のウエハステージＷＳを駆動して、ウエハＷ上
の各ショット領域の位置決め及び各ショット領域への露
光を行う。また、システムコントローラ６５は、レチク
ルステージコントローラ６７を介してレーザ干渉計１１
の計測値をモニターしつつ、モーター１２を介して図２
のレチクルステージＲＳを駆動して、レチクルＲの位置
調整を行う。

【００４１】次に、本例で露光対象とするウエハの各露
光ショットの位置決めを行って、各露光ショットにそれ
ぞれレチクルＲのパターン像を投影露光する際の動作に
つき図１のフローチャートを参照して説明する。先ず露
光対象とするウエハＷを図２のウエハステージＷＳ上に
ロードする。図５（ａ）はウエハＷ上の露光ショットの
配列を示し、この図５（ａ）において、ウエハＷ１上に
はウエハＷ１上に設定された座標系（ｘ，ｙ）に沿って
規則的に露光ショットＥＳ１，ＥＳ２，‥‥，ＥＳＮが
形成され、各露光ショットＥＳｉにはそれまでの工程に
よりそれぞれチップパターンが形成されている。また、
各露光ショットＥＳｉはｘ方向及びｙ方向に所定幅のス
トリートラインで区切られており、各露光ショットＥＳ
ｉに近接するｘ方向に伸びたストリートラインの中央部
にアライメントマークとしてのＸ方向のウエハマークＭ
ｘｉが形成され、各露光ショットＥＳｉに近接するｙ方
向に伸びたストリートラインの中央部にＹ方向のウエハ
マークＭｙｉが形成されている。Ｘ方向用のウエハマー
クＭｘｉ及びＹ方向用のウエハマークＭｙｉはそれぞれ
ｘ方向及びｙ方向に所定ピッチで３本の直線パターンを
並べたものであり、これらのパターンはウエハＷの下地
に凹部又は凸部のパターンとして形成したものである。

【００４２】そして、図１のステップ１０１において、
図５（ａ）に示すように、ウエハＷの全部の露光ショッ
トから予め選択された９個のサンプルショットＳＡ１〜
ＳＡ９についてステージ座標系（Ｘ，Ｙ）上での座標を
計測する。各サンプルショットＳＡ１〜ＳＡ９にもそれ
ぞれＸ方向用及びＹ方向用のウエハマークが近接して形
成されている。本例ではこれらの位置を計測することに
より、各サンプルショットＳＡ１〜ＳＡ９のステージ座
標系（Ｘ，Ｙ）上での座標位置を計測する。具体的にサ
ンプルショットＳＡ１に属するウエハマークＭｘ１の撮
像信号が、例えば図２の撮像素子３４を介して図４のＦ
ＩＡ演算ユニット５９に供給され、ＦＩＡ演算ユニット
５９では設定された計測パラメータのもとでそのウエハ
マークＭＸ１のＸ方向の位置検出を行う。

【００４３】図６は図２のＦＩＡ系の撮像素子３４で撮
像されるウエハマークＭｘ１の様子を示し、そのときに
得られる撮像信号は図３のＦＩＡ演算ユニット５９に供
給される。図６に示すように、撮像素子３４の撮像視野
ＶＳＡ内には、３本の直線状パターンからなるウエハマ
ークＭｘ１と、これを挟むように図２の指標板３０上に
形成された指標マークＦＭ１，ＦＭ２とが配置されてい
る。撮像素子３４はそれらウエハマークＭｘ１及び指標
マークＦＭ１，ＦＭ２の像を水平走査線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ＳＮ比
の点で不利なので、撮像視野ＶＳＡに収まる複数本の水
平走査線によって得られる撮像信号のレベルを、水平方
向の各画素毎に加算平均することが望ましい。これによ
り、ウエハマークＭｘ１のＸ方向の位置が計測され、同
様にＹ方向用のＦＩＡ系により、サンプルショットＳＡ
１に属するウエハマークＭｙ１のＹ方向の位置が計測さ
れる。

【００４４】図５（ｂ）はウエハマークの他の例を示
し、この図５（ｂ）において、計測方向であるＸ方向に
対して所定ピッチの回折格子状のパターンからなるウエ
ハマークＭＡｘが形成されている。このウエハマークＭ
Ａｘの位置検出を行うには、図２のアライメントセンサ
ー１７中のＬＩＡ光学系４５（図３参照）から射出され
る２本のレーザビームＢＭ₁ 及びＢＭ₂ を所定の交差角
でそのウエハマークＭＡｘ上に照射する。その交差角及
びウエハマークＭＡｘのＸ方向のピッチは、レーザビー
ムＢＭ₁ によるウエハマークＭＡｘからの−１次回折光
Ｂ₁(-1) 及びレーザービームＢＭ₂ によるウエハマーク
ＭＡｘからの＋１次回折光Ｂ₂(+) が平行になるように
設定される。これら−１次回折光Ｂ₁(-1) 及び＋１次回
折光Ｂ₂(+)の干渉光が図３の光電検出器５２で光電信号
ＳＤｗに変換され、この光電信号ＳＤｗがＬＩＡ演算ユ
ニット５８に供給され、ＬＩＡ演算ユニット５８では、
参照信号としての光電信号ＳＲと光電信号ＳＤｗとの位
相差より、ウエハマークＭＡｘのＸ方向の位置ずれ量を
算出する。

【００４５】図５（ｃ）はウエハマークの更に他の例を
示し、この図５（ｃ）において、計測方向であるＸ方向
に垂直なＹ方向に対して所定ピッチで配列されたドット
マークからなるウエハマークＭＢｘが形成されている。
このウエハマークＭＢｘの位置検出を行うには、図２の
アライメントセンサー１７中のＬＳＡ光学系４６（図３
参照）から射出されたレーザビームを、そのウエハマー
クＭＢｘの近傍にＹ方向に長いスリット状のスポット光
ＬＸＳとして照射する。そして、図２のウエハステージ
ＷＳを駆動して、ウエハマークＭＢｘをそのスポット光
ＬＸＳに対して走査すると、スポット光ＬＸＳがウエハ
マークＭＢｘ上を走査している範囲では、ウエハマーク
ＭＢｘから所定の方向に回折光が射出される。この回折
光を図３の光電検出器５２で光電変換して得られた光電
信号ＳＤｉがＬＳＡ演算ユニット５７に供給され、ＬＳ
Ａ演算ユニット５７は設定された計測パラメータのもと
でウエハマークＭＢｘのＸ方向の位置を求める。同様
に、他のサンプルショットＳＡ２〜ＳＡ９のステージ座
標系（Ｘ，Ｙ）での座標値が計測され、これら計測され
た座標値は図４のアライメントデータ記憶部６１を介し
てＥＧＡ演算ユニット６２に供給される。

【００４６】次に、ステップ１０２において、各サンプ
ルショットＳＡ１〜ＳＡ９の非線形誤差量を求める。そ
のためにＥＧＡ演算ユニット６２は、ウエハマークの設
計上の座標値及び計測された座標値より、（数１）を満
足する６個の変換パラメータａ〜ｆの値を例えば単純な
最小自乗法を用いて求める。即ち、ｎ番目のサンプルシ
ョットＳＡｎのステージ座標系上での計測された座標値
を（ＸＭ_n，ＹＭ_n）、設計上の座標値から（数１）に
基づいて計算された座標値を（Ｘ_n，Ｙ_n）とすると、
残留誤差成分を次式で表す。但し、図５（ａ）の例で
は、ｍの値は９である。

【００４７】

【数２】

【００４８】そして、この残留誤差成分が最小になるよ
うに、（数１）の変換パラメータａ〜ｆの値を定める。
これがＥＧＡ計算と呼ばれる計算である。次に、ＥＧＡ
演算ユニット６２は、計測された座標値（ＸＭ_n，ＹＭ
_n）から、そのようにして求めた変換パラメータａ〜ｆ
を用いて計算した計算上の配列座標値（Ｘ_n，Ｙ_n）を
差し引いて、全サンプルショットＳＡｉ（ｉ＝１〜９）
の配列誤差の内の非線形誤差量（Ｐｉ，Ｑｉ）を求め
る。これらの非線形誤差量は図４の記憶部６３に供給さ
れる。

【００４９】図７（ａ）は、図５（ａ）のウエハＷのサ
ンプルショットＳＡ１〜ＳＡ９の非線形誤差量の一例を
誇張して示し、この図７（ａ）において、サンプルショ
ットＳＡ１における非線形誤差量は非線形誤差ベクトル
〈Ｄ１〉で表され、この非線形誤差ベクトル〈Ｄ１〉の
始点Ｐ１は、サンプルショットＳＡ１の計算上の座標値
（線形誤差量を含む座標値）、そのベクトル〈Ｄ１〉の
終点Ｐ２は、サンプルショットＳＡ１の計測された座標
値を表す。そのベクトル〈Ｄ１〉について、〈Ｄ１〉＝
（Ｐ１，Ｑ１）、が成立している。他のサンプルショッ
トの非線形誤差量もそれぞれ非線形誤差ベクトルにより
表されている。

【００５０】次にステップ１０３において、飛びのサン
プルショットが存在するかどうかを調べる。そのため、
各サンプルショットＳＡｉ（ｉ＝１〜９）の非線形誤差
量（Ｐｉ，Ｑｉ）のＸ成分の平均値Ｐｉ₀及びＹ方向の
平均値Ｑｉ₀を求める。そして、各サンプルショットＳ
Ａｉについて、非線形誤差量のＸ方向の偏差（Ｐｉ−Ｐ
ｉ₀）及びＹ方向の偏差（Ｑｉ−Ｑｉ₀）を求め、偏差
ベクトルの絶対値である｛（Ｐｉ−Ｐｉ₀）²＋（Ｑｉ
−Ｑｉ₀）²｝^1/2の値が所定の許容値より大きいもの
を「飛びショット」とする。サンプルショットＳＡ１〜
ＳＡ９の中にそのような飛びショットが存在しない場合
には、動作はステップ１１２に移行して、通常のＥＧＡ
方式でアライメントが行われる。

【００５１】即ち、上述の（数２）の残留誤差成分を最
小にするように求められた変換パラメータａ〜ｆと、設
計上の配列座標とを用いて、ＥＧＡ演算ユニット６２に
より（数１）から図５（ａ）の各露光ショットＥＳｉの
計算上の配列座標が求められ、このようにして算出され
た配列座標が図４のシステムコントローラ６５に供給さ
れる。また、ＦＩＡ系、ＬＩＡ系及びＬＳＡ系のアライ
メントセンサーの計測中心と投影光学系１３の露光フィ
ールド内の基準点との間隔であるベースライン量はそれ
ぞれ予め求められている。そこで、システムコントロー
ラ６５は、ＥＧＡ演算ユニット６２で算出された配列座
標にベースライン量の補正を行って得られた計算上の座
標値に基づいて、順次各露光ショット領域ＥＳｉの位置
決めを行って、それぞれレチクルＲのパターン像を露光
する。その後、ステップ１１３で次のウエハへの露光が
行われる。

【００５２】一方、図７（ａ）の例えば７番目のサンプ
ルショットＳＡ７の非線形誤差ベクトル〈Ｄ７〉の偏差
ベクトルの絶対値がその許容値を超えているものとする
と、動作はステップ１０３からステップ１０４へ移行す
る。そして、図７（ｂ）に示すように、飛びのサンプル
ショットＳＡ７の周辺の数個（図７（ｂ）の例では８
個）の露光ショットを新たなサンプルショットＳＡ７１
〜ＳＡ７８として選択し、それらサンプルショットＳＡ
７１〜ＳＡ７８のステージ座標系（Ｘ，Ｙ）上での座標
値を計測する。

【００５３】その後、ステップ１０５において、飛びの
サンプルショットＳＡ７の非線形誤差量とその周囲のサ
ンプルショットＳＡ７１〜ＳＡ７８の非線形誤差量との
相関度を調べる。そのような相関度を調べるための一例
として、サンプルショットＳＡ７ｉ（ｉ＝１〜８）とＳ
Ａ７のステージ座標系（Ｘ，Ｙ）で計測された座標値
（ＸＭ_7i，ＹＭ_7i）と（ＸＭ₇,ＹＭ₇)から、設計上の座
標値とステップ１０２で求められた変換パラメータａ〜
ｆとを用いて（数１）に基づいて計算された座標値（Ｘ
_7i，Ｙ_7i）と（Ｘ′₇,Ｙ′₇)を差し引いて、サンプルシ
ョットＳＡ７ｉとＳＡ７の配列誤差の内の非線形誤差量
（Ｐ７ｉ，Ｑ７ｉ）と（Ｐ′７，Ｑ′７）を求める。こ
こでは、飛びのサンプルショットＳＡ７の非線形誤差量
（Ｐ′７，Ｑ′７）はステップ１０２で求められた（Ｐ
７，Ｑ７）とは若干異なるので再度求めなおしている。

【００５４】次に、飛びのサンプルショットＳＡ７とそ
の周辺のサンプルショットＳＡ７１〜ＳＡ７８の９個の
非線形誤差量のＸ方向の成分の平均値Ｐ₀及びＹ方向の
成分の平均値Ｑ₀を求める。そして、これら平均値（Ｐ
₀，Ｑ₀）を飛びのサンプルショットＳＡ７及びその周
辺のサンプルショットＳＡ７１〜ＳＡ７８の非線形誤差
量から差し引いて、偏差ベクトル（Ｐ７ｉ−Ｐ₀，Ｑ７
ｉ−Ｑ₀）（ｉ＝１〜８）及び（Ｐ′７−Ｐ₀，Ｑ′７
−Ｑ₀）を求める。これら９個の偏差ベクトルの絶対値
をそれぞれ「非相関度」と呼び、これら９個の非相関度
がそれぞれ所定の許容値より大きい場合は、飛びのサン
プルショットＳＡ７とその周囲のサンプルショットＳＡ
７１〜ＳＡ７８との間には相関が無いものとみなす。

【００５５】そこで、ステップ１０６において、それら
９個の非相関度がそれぞれその許容値と比較され、図８
（ａ）に示すように、それら非相関度の少なくとも１つ
がその許容値より大きい場合には、飛びのサンプルショ
ットＳＡ７とその周辺のサンプルショットＳＡ７１〜Ｓ
Ａ７８との非線形歪みの傾向が異なる、即ち飛びのサン
プルショットＳＡ７の計測結果はウエハマークの崩れ等
の影響による計測エラーであると判断されるため、動作
はステップ１１０に移行する。図８（ａ）においては、
飛びのサンプルショットＳＡ７の非線形誤差ベクトル
〈Ｄ７〉と、その周囲の非線形誤差ベクトル〈Ｄ７１〉
〜〈Ｄ７８〉との傾向が異なっている。

【００５６】ステップ１１０においては、図７（ａ）の
サンプルショットＳＡ１〜ＳＡ９からその飛びのサンプ
ルショットＳＡ７を除いた８個のサンプルショットの計
測結果を使用して、ＥＧＡ方式でアライメントを行う。
即ち、上述の（数２）の残留誤差成分から、サンプルシ
ョットＳＡ７の残留誤差を差し引いて得られる残留誤差
成分が最小になるように、（数１）の変換パラメータａ
〜ｆの値を定める。そして、この変換パラメータａ〜ｆ
と設計上の座標値から各露光ショットＥＳｉの配列座標
を算出し、この配列座標に基づいてアライメントを行っ
た各露光ショットＥＳｉにそれぞれレチクルＲのパター
ン像を露光する。その後、ステップ１１１で次のウエハ
への露光が行われる。

【００５７】なお、ウエハＷの処理プロセスの状態が良
好で、飛びショットが発生するのは必ずしもウエハマー
クの崩れ等の影響による計測エラーではないと考えられ
る場合には、その飛びのサンプルショットＳＡ７の計測
結果を正しいとみなしても良い。この際、その飛びのサ
ンプルショットＳＡ７への露光を行うには、ダイ・バイ
・ダイ方式で個別に座標位置を計測した結果に基づいて
アライメントを行っても良い。その他に、その飛びのサ
ンプルショットＳＡ７への露光を行うには、後述のよう
な重み付けＥＧＡ方式で、そのサンプルショットＳＡ７
の周囲のサンプルショットの重みを大きくしてアライメ
ントを行うようにしても良い。

【００５８】また、ステップ１０６において、図８
（ｂ）に示すように、９個の非相関度がそれぞれその許
容値以下である場合には、飛びのサンプルショットＳＡ
７とその周辺のサンプルショットＳＡ７１〜ＳＡ７８と
の非線形歪みの傾向が同じであり、それらサンプルショ
ットＳＡ７及びＳＡ７１〜ＳＡ７８を囲む歪み領域ＳＡ
７０（図５（ａ）参照）に局所的な非線形歪みが存在す
ると考えられるため、動作はステップ１０７へ移行す
る。図８（ｂ）においては、飛びのサンプルショットＳ
Ａ７の非線形誤差ベクトル〈Ｄ７〉と、その周囲の非線
形誤差ベクトル〈Ｄ７１〉〜〈Ｄ７８〉との傾向がほぼ
等しい。

【００５９】このように、ウエハＷ上の歪み領域ＳＡ７
０に局所的な歪みが存在する場合には、ウエハＷ上の全
部の露光ショットＥＳ１〜ＥＳＮのアライメントを重み
付けＥＧＡ方式で行う。この重み付けＥＧＡ方式では、
例えば図９に示すように、ウエハＷ上の任意の露光ショ
ットＥＳｉへの露光を行う際に、９個のサンプルショッ
トＳＡ１〜ＳＡ９及び８個のサンプルショットＳＡ７１
〜ＳＡ７８よりなる１７個のサンプルショットの内のｎ
番目（ｎ＝１〜１７）のサンプルショットに対して、そ
れぞれ重みＷ_inを割り当てる。

【００６０】そして、それら１７個のサンプルショット
の計測された座標値（ＸＭ_n，ＹＭ _n）、（数１）に基
づいた計算上の座標値（Ｘ_n，Ｙ_n）及び重みＷ_inを用
いて、その露光ショットＥＳｉについての残留誤差成分
Ｅｉを次のように定義する。以下の式でｍの値は１７で
ある。

【００６１】

【数３】

【００６２】この残留誤差成分Ｅｉが最小値を取るよう
に変換パラメータａ〜ｆの値を定め、これら変換パラメ
ータａ〜ｆと、露光ショットＥＳｉの設計上の配列座標
とを（数１）に代入することにより、露光ショットＥＳ
ｉの計算上の配列座標が求められ、この計算上の配列座
標に基づいてアライメントされた露光ショットＥＳｉに
レチクルＲのパターン像が露光される。

【００６３】次に、その重みＷ_inを最適化する方法につ
いて説明する。一例として本例では、計測結果が利用さ
れるｎ番目のサンプルショットに対して付与される重み
Ｗ_inを、図９に示すように、露光ショットＥＳｉからそ
のｎ番目のサンプルショットまでの距離をＬＫｎとして
次のように定める。但し、パラメータＳｉ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。

【００６４】

【数４】

【００６５】この式から明かなように、露光ショットＥ
Ｓｉまでの距離ＬＫｎが短いサンプルショット程、その
計測結果に与える重みＷ_inが大きくなるようになってい
る。その（数４）において、パラメータＳｉの値が大き
くなると、従来のＥＧＡ方式で得られる結果に近くな
り、パラメータＳｉの値が小さくなると、ダイ・バイ・
ダイ方式で得られる結果に近くなる。本例では、パラメ
ータＳｉは、各露光ショットＥＳｉ毎に、下記の比率ｒ
が所定の値ｒ₀以下になるように設定される。

【００６６】

【数５】ｒ＝（歪み領域ＳＡ７０の各露光ショットの計
算上の配列座標を計算する場合に、歪み領域ＳＡ７０以
外のサンプルショットに付与される重みＷ_inの和）／
（歪み領域ＳＡ７０の各露光ショットの計算上の配列座
標を計算する場合に、歪み領域ＳＡ７０内のサンプルシ
ョットに付与される重みＷ_inの和）

【００６７】これは、図５（ａ）の局所的な歪みがある
歪み領域ＳＡ７０内の露光ショットＥＳｉへの露光を行
う際には、その歪み領域７０以外の領域のサンプルショ
ットＳＡには比較的小さな重みが付与されることを意味
する。これは図１のステップ１０７に対応するものであ
る。また、歪み領域ＳＡ７０以外の領域の露光ショット
ＥＳｉへの露光を行う際には、歪み領域ＳＡ７０内のサ
ンプルショットへの重みが歪み領域ＳＡ７０以外の領域
のサンプルショットＳＡより小さくなるようにして、重
み付けＥＧＡ方式でアライメントを行って露光を行う。
これは図１のステップ１０８に対応する。その後、ステ
ップ１０９で次のウエハへの露光が行われる。

【００６８】なお、上述の重み付けＥＧＡ方式の重みＷ
_inの最適化の別の方法としては、図１のステップ１０６
において、飛びのサンプルショットＳＡ７とその周辺の
サンプルショットＳＡ７１〜７８との相関があることが
判明した場合に、図５（ａ）のウエハＷの全露光ショッ
トＥＳｉ又はほぼ全ての露光ショットＥＳｉの座標位置
を計測し、それぞれ非線形誤差量を求めるようにしても
良い。この場合、これら非線形誤差量の分布に応じて、
重みＷ_inが定められる。また、重みＷ_inの分布を種々に
変えて重み付けＥＧＡにより配列座標を求め、残留誤差
成分が最小になるときの重みＷ_inを使用するようにして
も良い。

【００６９】なお、図１のステップ１１２のように、ウ
エハＷ上に飛びのサンプルショットが無いが非線形歪み
がある場合に、重み付けＥＧＡ方式でアライメントを行
っても良い。この場合には、パラメータＳｉの値は共通
に例えば次の式のＳｉ₀に設定される。この式におい
て、Ｄは重みパラメータであり、オペレータが重みパラ
メータＤの値を所定値に設定することにより、自動的に
パラメータＳｉ₀、ひいては重みＷ_inが決定される。

【００７０】

【数６】Ｓｉ₀＝Ｄ² ／（８・log_e１０）この重みパラメータ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。
即ち、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、ダイ・バイ・ダイ方
式で得られる結果に近くなる。

【００７１】また、共通のパラメータＳｉ₀を決定する
式は（数６）に限定されず、例えば次式を用いることも
できる。但し、ウエハの面積をＡ［ｍｍ² ］、サンプル
ショットの数をｍ、補正係数（正の実数）をＣとしてい
る。

【００７２】

【数７】Ｓｉ₀＝Ａ／（ｍ・Ｃ）この式はウエハサイズ（面積）やサンプルショットの数
の変化をパラメータＳｉ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。その補正係数Ｃが小
さい場合はパラメータＳｉ₀の値が大きくなり、従来の
ＥＧＡ方式で得られる結果に近くなり、補正係数Ｃが大
きい場合は、パラメータＳｉ₀の値が小さくなるので、
ダイ・バイ・ダイ方式で得られる結果に近くなる。

【００７３】但し、本実施例のステップ１０７，１０８
ではウエハＷ上の非線形歪み量に応じてパラメータＳｉ
の値を露光ショット毎に変えているが、パラメータＳｉ
の値を設定する際には、例えば（数６）又は（数７）の
パラメータＳｉ₀の値を基準として、この基準の値を増
減しても良い。また、上述実施例では、パラメータＳｉ
より（数４）に基づいて重みＷ_inが定められているが、
パラメータＳｉより次のような計算式で求めた重み
Ｗ_in′を使用しても良い。この場合、図１０に示すよう
に、ウエハの変形中心点（例えば非線形歪みの点対称中
心）、例えばウエハセンターと、ウエハ上の露光ショッ
トＥＳｉとの間の距離（半径）をＬＥｉとして、ウエハ
センターとｍ個（図１０の例ではｍ＝１７）のサンプル
ショットのそれぞれとの間の距離（半径）をＬＷ１〜Ｌ
Ｗｍとする。そして、距離ＬＥｉ及び距離ＬＷ１〜ＬＷ
ｍに応じて、ｍ個のサンプルショットの計測結果の各々
に次式で定義される重みＷ_in′を与える。

【００７４】

【数８】

【００７５】なお、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こ
とは勿論である。

【００７６】

【発明の効果】本発明の位置合わせ方法によれば、基板
上から選択されたサンプル領域について非線形誤差量を
求め、この非線形誤差量を周辺の非線形誤差量と比較す
ることにより、非線形誤差量の大きな特異領域（飛びシ
ョット）が計測エラーによるものか又は局所的に歪んだ
領域の一部かどうかを判定している。そして、計測エラ
ーである場合にはその計測結果を除外してアライメント
を行い、局所的に歪んだ領域の場合には、この領域のア
ライメントは主にこの領域のサンプル領域の計測結果に
基づいて行うようにしている。従って、基板上のサンプ
ル領域に飛びショットがある場合でも、基板の全面で高
精度に位置合わせを行うことができる利点がある。

【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含む
露光方法を示すフローチャートである。

【図２】図１の露光方法が適用される投影露光装置を示
す構成図である。

【図３】図２中のＴＴＬ方式のアライメントセンサー１
７の詳細な構成を示すブロック図である。

【図４】図２中の主制御系１８等の詳細な構成を示すブ
ロック図である。

【図５】（ａ）は実施例で露光されるウエハ上の露光シ
ョットの配列を示す平面図、（ｂ）はＬＩＡ系用のウエ
ハマークの検出方法の説明図、（ｃ）はＬＳＡ系用のウ
エハマークの検出方法の説明図である。

【図６】ＦＩＡ系のアライメントセンサーの撮像素子の
観察領域を示す図である。

【図７】（ａ）は図５（ａ）のウエハのサンプルショッ
トの線形誤差ベクトルを示す平面図、（ｂ）は図７
（ａ）のサンプルショットＳＡ７の周囲の新たに設定さ
れるサンプルショットを示す一部を切り欠いた平面図で
ある。

【図８】（ａ）はサンプルショットＳＡ７の非線形誤差
量とその周囲のサンプルショットの非線形誤差量との傾
向が異なる場合を示す図、（ｂ）はサンプルショットＳ
Ａ７の非線形誤差量とその周囲のサンプルショットの非
線形誤差量との傾向がほぼ等しい場合を示す図である。

【図９】ウエハ上の露光ショットＥＳｉのアライメント
を行う際に、各サンプルショットに割り当てられる重み
の第１の設定方法の説明図である。

【図１０】ウエハ上の露光ショットＥＳｉのアライメン
トを行う際に、各サンプルショットに割り当てられる重
みの第２の設定方法の説明図である。

【符号の説明】

１水銀ランプ３照明光学系９メインコンデンサーレンズＲレチクル１３投影光学系ＷウエハＷＳウエハステージ１５レーザ干渉計１７ＴＴＬ方式のアライメントセンサー１８主制御系ＥＳ１〜ＥＳＮ露光ショットＳＡ１〜ＳＡ９，ＳＡ７１〜ＳＡ７８サンプルショッ
トＳＡ７０歪み領域Ｍｘ１Ｘ方向のウエハマークＭｙ１Ｙ方向のウエハマーク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に設定された試料座標系上の配列
座標に基づいて前記基板上に配列された複数の被加工領
域の各々を、前記基板の移動位置を規定する静止座標系
内の所定の加工位置に対して位置合わせするに当たっ
て、前記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静止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、前記基板上の複数の被加工領域の
各々の前記静止座標系上における配列座標を算出し、該
算出された複数の被加工領域の各々の配列座標に従って
前記基板の移動位置を制御することによって、前記複数
の被加工領域の各々を前記加工位置に対して位置合わせ
する方法において、前記サンプル領域のそれぞれの前記静止座標系上におけ
る座標位置を計測する第１工程と、該第１工程で計測された座標位置より、前記サンプル領
域のそれぞれの前記静止座標系上での座標位置の非線形
誤差量を求める第２工程と、前記複数のサンプル領域の内の前記非線形誤差量が所定
の許容値を超える特異領域の周辺の前記被加工領域の前
記静止座標系上における座標位置を計測する第３工程
と、前記第１工程及び第３工程で計測された座標位置より、
前記特異領域の周辺の前記被加工領域の非線形誤差量を
求める第４工程と、を有し、前記特異領域の周辺の前記被加工領域の非線形誤差量が
前記特異領域の非線形誤差量と同じ傾向の場合に、前記
特異領域及び該特異領域の周辺の前記被加工領域の各々
の前記静止座標系上における配列座標を、前記特異領域
の前記第１工程で計測された座標位置及び前記特異領域
の周辺の前記被加工領域の前記第３工程で計測された座
標位置を統計計算することによって算出し、前記特異領域の周辺の前記被加工領域の非線形誤差量が
前記特異領域の非線形誤差量と異なる傾向の場合に、前
記特異領域について前記第１工程で計測された座標位置
を除いた前記第１工程及び前記第３工程で計測された座
標位置を統計計算することによって、前記被加工領域の
各々の前記静止座標系上における配列座標を算出するこ
とを特徴とする位置合わせ方法。