JPH06302496A

JPH06302496A - 位置合わせ方法

Info

Publication number: JPH06302496A
Application number: JP5086067A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Hirukawa; 茂蛭川
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-04-13
Filing date: 1993-04-13
Publication date: 1994-10-28
Also published as: US5493402A

Abstract

(57)【要約】【目的】被露光ウエハが局所的な非線形歪みを有する
場合にも高精度な位置合わせを行う。【構成】ウエハＷ内の露光ショットから選択されたサ
ンプルショットＳＡ（１）〜ＳＡ（８）についてステー
ジ座標系（Ｘ，Ｙ）上での座標位置を計測し、この計測
結果から各露光ショットＥＳ(i,j) のショット内の歪み
量を求める。位置合わせ対象とする露光ショットＥＳ
(i,j) と各サンプルショットＳＡ（ｋ）との間の歪み量
の積算値に応じて、各サンプルショットＳＡ（ｋ）にＸ
方向の重みＷｘ（ｉｊｋ）及びＹ方向の重みＷｙ（ｉｊ
ｋ）を付与し、この重みを用いて重み付けＥＧＡ方式で
各露光ショットＥＳ(i,j) のアライメントを行う。

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を露光する露光装置におい
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、液晶表示素子又は薄膜磁気
ヘッド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
法としては、次のようなエンハーンスト・グローバル・
アライメント（以下、「ＥＧＡ」という）方式が使用さ
れてきた（例えば特開昭６１−４４４２９号公報参
照）。

【０００４】このＥＧＡ方式では、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、試料座標系とし
てのウエハ上の座標系（ｘ，ｙ）の座標値を、静止座標
系としてのステージ上の座標系（Ｘ，Ｙ）の座標値に変
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、例えば最小自乗近似法により求めることがで
きる。この場合、ウエハ上の複数のショット領域（チッ
プパターン）の中から幾つか選び出されたショット領域
（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（ｘ
１，ｙ１）、（ｘ２，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）での座標値（ｘＭ１，ｙＭ
１）、（ｘＭ２，ｙＭ２）、‥‥、（ｘＭｎ，ｙＭｎ）
を実測する。

【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】上記の如き従来の技術
においては、被露光ウエハに非線形な歪みがある場合に
は、その非線形歪み分の残留誤差が位置合わせ誤差とな
ってしまうという不都合があった。このため、本出願人
は、そのような歪みがある場合のアライメント方法とし
て、露光対象とするショット領域（以下、「露光ショッ
ト」という）又は被露光ウエハ内の所定の基準点からの
距離が小さいほど歪みによる非線形誤差の影響も小さい
とした、重み付けＥＧＡ方式を提案している。

【００１２】この重み付けＥＧＡ方式では、露光ショッ
ト又は被露光ウエハ内の基準点（歪みの中心等）からの
距離が小さいサンプルショットほど大きな重み付けをし
て、重み付け方式の線形近似が行われ、各露光ショット
毎にウエハのオフセット、回転、スケーリング、直交度
の補正成分を求めた上で、各露光ショットの位置をそれ
らの補正成分だけ補正して得た位置に設定して露光が行
われる。この重み付けＥＧＡでは、単純に露光ショット
又は所定の基準点に近いサンプルショットほど歪みの影
響が小さいとしていたが、実際には歪みの量はショット
間の距離又は基準点との間の距離には依存しない場合が
ある。例えば局所的な歪みがある場合には、ショット間
の距離又は基準点との間の距離に依らず、歪みが大きい
ことがある。このため、上記の重み付けＥＧＡ方式で
も、非線形歪みの影響による位置ずれ誤差を小さくでき
ない場合があった。

【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、被露光ウエ
ハが局所的な非線形歪みを有する場合にも高精度な位置
合わせを行え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４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（ＥＳ(i,j))
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（ＥＳ(i,j))の内、少な
くとも３つの予め選択されたサンプル領域（ＳＡ(1) 〜
ＳＡ(3))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（Ｓ
Ａ(1) 〜ＳＡ(3))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（ＳＡ(1) 〜ＳＡ(3))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（ＥＳ(i,j))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、基板（Ｗ）上の複数の
被加工領域（ＥＳ(i,j))のそれぞれの内部の歪み量を求
める第１工程と、複数の被加工領域の各被加工領域（Ｅ
Ｓ(i,j))において、この被加工領域とそのサンプル領域
（ＳＡ(1) 〜ＳＡ(3))との間のその第１工程で求められ
た歪み量の積分値に応じて、サンプル領域（ＳＡ(1)〜
ＳＡ(3))のそれぞれに対して重み係数を割り当てる第２
工程と、それらサンプル領域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３工程と、
それらサンプル領域のそれぞれの試料座標系（ｘ，ｙ）
上の配列座標から１組の変換パラメータを用いて求めた
静止座標系（Ｘ，Ｙ）上の配列座標と、その計測された
座標位置との差分の自乗にその重み係数を乗じて得られ
た誤差成分を、それらサンプル領域の全部について加算
して得られる残留誤差成分が最小になるように、それら
複数の被加工領域の各被加工領域（ＥＳ(i,j))毎にその
１組の変換パラメータの値を定める第４工程と、各被加
工領域（ＥＳ(i,j))毎に求められたその１組の変換パラ
メータの値を用いて、基板（Ｗ）上の複数の被加工領域
の各々の静止座標系（Ｘ，Ｙ）上における配列座標を算
出する第５工程と、を有するものである。

【００１６】

【作用】斯かる本発明によれば、重み付けＥＧＡ方式で
アライメントが行われるが、基板（Ｗ）上の各被加工領
域（ＥＳ(i,j))毎に１組の変換パラメータを求める際
に、各サンプル領域（ＳＡ(1) 〜ＳＡ(3))に与えられる
重み係数の値が、基板（Ｗ）の歪みの状態に応じて定め
られる。

【００１７】即ち、例えばサンプル領域の座標位置の計
測結果より、基板（Ｗ）上の局所的な歪み量が求めら
れ、露光対象とする被加工領域（ＥＳ(i,j))と各サンプ
ル領域（ＳＡ(1) 〜ＳＡ(3))との間の歪み量の積分値に
応じて重み係数が割り当てられる。そして、各被加工領
域（ＥＳ(i,j))毎に１組の変換パラメータを用いて試料
座標系（ｘ，ｙ）上の配列座標から静止座標系（Ｘ，
Ｙ）上の配列座標が計算され、この計算された配列座標
に基づいてその被加工領域（ＥＳ(i,j))が位置合わせさ
れる。

【００１８】

【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。図１は本実施例の位
置合わせ方法が適用される投影露光装置の概略的な構成
を示し、この図１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。

【００１９】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。

【００２０】図１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。

【００２１】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Ｘ軸用のウエハマーク
は、一例として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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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ＷＳの内部）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３
５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３５をまとめてＩＳＳ（Imaging Slit Sensor)系と
呼ぶ。

【００２７】また、図１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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】図２は、図１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２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。

【００３２】図２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。

【００３３】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。

【００３４】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１
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３参照）に出力する。

【００３５】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。

【００３６】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３のアライメントデータ記憶部６１に出力す
る。

【００３７】次に、図１の主制御系１８の構成につき図
３を参照して説明する。図３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３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、対応する光電信号よ
り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
内の計測された座標位置の情報はＥＧＡ演算ユニット６
２に供給される。

【００３８】ショットマップデータ記憶部６４には、ウ
エハＷ上の各ショット領域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。

【００３９】この際に、システムコントローラ６５は、
ＬＳＡ演算ユニット５７、ＬＩＡ演算ユニット５８及び
ＦＩＡ演算ユニット５９に対してウエハマークの座標位
置を算出させ、これに応じてＥＧＡ演算ユニット６２は
それぞれ変換パラメータａ〜ｆを求める。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。

【００４０】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１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１
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、本例でウエハＷ上の各ショット領域
の位置決めを行って、各ショット領域にレチクルＲのパ
ターン像を投影露光する際の動作につき説明する。先ず
ウエハＷ上のショット領域の配列及びアライメントマー
クとしてのウエハマークの形状等につき説明する。図４
（ａ）はウエハＷ上のショット領域の配列を示し、この
図４（ａ）において、ウエハＷ上にはウエハＷ上に設定
された座標系（ｘ，ｙ）に沿って規則的に露光対象とす
るショット領域（露光ショット）ＥＳ(3,1),ＥＳ(4,1),
‥‥，ＥＳ(4,6) が形成され、各露光ショットＥＳ(i,
j) 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ＥＳ(i,j) 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,j) 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方向用のウエハマークが形成され、各露光
ショットＥＳ(i,j) 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が形成されて
いる。それらウエハマークの内で、図４（ａ）ではＸ方
向用のウエハマークＭｘ１及びＹ方向用のウエハマーク
Ｍｙ１を示している。ウエハマークＭｘ１及びＭｙ１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の下部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】ウエハＷへの露光を行う際には、それら露
光ショットＥＳ(i,j) の内から例えば斜線を施して示す
８個のショット領域が選択される。このように選択され
たショット領域をサンプルショットＳＡ（１）〜ＳＡ
（８）とすると、各サンプルショットＳＡ（ｉ）にはそ
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。本例ではこれらのウエハマークの位置
を計測することにより、各サンプルショットＳＡ（１）
〜ＳＡ（８）のステージ座標系（Ｘ，Ｙ）上での座標位
置を計測する。具体的にウエハマークＭｘ１の撮像信号
が、例えば図１の撮像素子３４を介して図３のＦＩＡ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５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の波形データ記憶回路６０に格
納される。図５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１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、ウエハマークＭｙ１の
Ｙ方向の位置が計測される。

【００４４】図４（ｂ）はウエハマークの他の例を示
し、この図４（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１のアライメントセンサ
ー１７中のＬＩＡ光学系４５（図２参照）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２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４（ｃ）はウエハマークの更に他の例を
示し、この図４（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ＭＢｙが形成されている。
このウエハマークＭＢｙの位置検出を行うには、図１の
アライメントセンサー１７中のＬＳＡ光学系４６（図２
参照）から射出されたレーザビームを、そのウエハマー
クＭＢｙの近傍にＹ方向に長いスリット状のスポット光
ＬＹＳとして照射する。そして、図１のウエハステージ
ＷＳを駆動して、ウエハマークＭＢｙをそのスポット光
ＬＹＳに対して走査すると、スポット光ＬＹＳがウエハ
マークＭＢｙ上を走査している範囲では、ウエハマーク
ＭＢｙから所定の方向に回折光が射出される。この回折
光を図２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ＭＢｙのＸ方向の位置を求める。

【００４６】次に、本例の投影露光装置で図４（ａ）の
ウエハＷの各露光ショットＥＳ(i,j) へレチクルＲのパ
ターン像を露光する際の全体の動作の一例につき説明す
る。本例は、重み付きのＥＧＡ（エンハーンスト・グロ
ーバル・アライメント）方式で重み付け定数の与え方を
工夫したものである。先ず、図４（ａ）の８個のサンプ
ルショットＳＡ（１）〜ＳＡ（８）に属するウエハマー
クのステージ座標系（Ｘ，Ｙ）での座標値を計測する。
この場合の計測センサーとしては、例えば図１の撮像素
子３４を含むＦＩＡ系が使用されるが、ウエハマークの
形状によってはＬＩＡ系又はＬＳＡ系も使用される。そ
の計測された座標値は図３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、ＥＧ
Ａ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の値を重み付きの最小自乗法を用
いて求める。これが重み付きのＥＧＡ計算と呼ばれる計
算である。

【００４７】具体的に重み付きＥＧＡ方式の内の第１の
方式である、Ｗ１−ＥＧＡ方式を使用した場合には、ウ
エハＷ上の露光ショットＥＳ(i,j) の計算上の座標位置
を決定する際、この露光ショットとｍ個（図４ではｍ＝
８）のサンプルショットＳＡ（１）〜ＳＡ（８）との間
の距離ＬＫ１〜ＬＫ８に応じて、それらｍ個のサンプル
ショットの計測された座標位置（アライメントデータ）
のそれぞれに重みＷ_ij _nが与えられる。従って、次のよ
うに残留誤差成分Ｅｉｊを定義する。

【００４８】

【数２】

【００４９】そして、このように定義される残留誤差成
分Ｅｉｊが最小になるように（数１）の変換パラメータ
ａ〜ｆの値が決定される。なお、ここでは露光ショット
ＥＳ(i,j) 毎に使用するサンプルショットＳＡ（１）〜
ＳＡ（８）は同一であるが、当然に各露光ショットＥＳ
(i,j) 毎に各サンプルショットＳＡ（ｎ）までの距離は
異なる。従って、サンプルショットＳＡ（ｎ）の座標位
置（アライメントデータ）に与える重みＷ_ijnは露光シ
ョットＥＳ(i,j) 毎に変化する。そして、露光ショット
ＥＳ(i,j) 毎に変換パラメータａ〜ｆを決定して、（数
１）より計算上の座標位置を算出することにより、ウエ
ハＷ上の全露光ショットの計算上の配列座標（ショット
配列）が決定される。

【００５０】このようにＷ１−ＥＧＡ方式ではウエハＷ
上の各露光ショットＥＳ(i,j) 毎に、各サンプルショッ
トＳＡ（ｎ）の座標データに対する重みＷ_ijnが変化す
る。一例としてその重みＷ_ijnを、露光ショットＥＳ
(i,j) とｎ番目のサンプルショットＳＡ（ｎ）との距離
ＬＫｎの関数として次のように表す。但し、パラメータ
Ｓは重み付けの度合いを変更するためのパラメータであ
る。

【００５１】

【数３】

【００５２】この式から明かなように、露光ショットＥ
Ｓ(i,j) までの距離ＬＫｎが短いサンプルショットＳＡ
（ｎ）程、そのアライメントデータに与える重みＷ_ijn
が大きくなるようになっている。また、（数３）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
の結果は通常のＥＧＡ方式で得られる結果とほぼ等しく
なる。一方、ウエハ上の露光ショットＥＳ(i,j) を全て
サンプルショットＳＡ（ｎ）とし、パラメータＳの値を
十分零に近づけると、各ショット領域毎にウエハマーク
の位置を計測して位置合わせを行う所謂ダイ・バイ・ダ
イ方式で得られる結果とほぼ等しくなる。即ち、Ｗ１−
ＥＧＡ方式では、パラメータＳを適当な値に設定するこ
とにより、ＥＧＡ方式とダイ・バイ・ダイ方式との中間
の効果を得ることができる。

【００５３】また、パラメータＳの値は一例として次の
ように与えられる。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Ｓ、ひいて
は重みＷ_ijnが決定される。

【００５４】

【数４】Ｓ＝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。

【００５５】また、パラメータＳを決定する式は（数
４）に限定されず、例えば次の（数５）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。

【００５６】

【数５】Ｓ＝Ａ／（ｍ・Ｃ）この（数５）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。その補正係数
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Ｓ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。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
置を介して露光装置に入力するだけで、（数５）からア
ライメントデータに対する重み付けの度合い、即ち（数
３）で定まる重みＷ_ijnが自動的に決定される。

【００５７】なお、Ｗ１−ＥＧＡ方式の代わりに第２の
重み付けＥＧＡ方式（Ｗ２−ＥＧＡ方式）を使用しても
良い。このＷ２−ＥＧＡ方式では、ウエハＷの変形中心
点（非線形歪みの点対称中心）、即ちウエハセンター
と、ウエハＷ上の露光ショットＥＳ(i,j) との間の距離
（半径）をＬＥｉｊとして、ウエハセンターとｍ個（図
ではｍ＝８）のサンプルショットＳＡ（１）〜ＳＡ
（８）のそれぞれとの間の距離（半径）をＬＷ１〜ＬＷ
８とする。そして、このＷ２−ＥＧＡ方式でも、Ｗ１−
ＥＧＡ方式と同様に、距離ＬＥｉｊ及び距離ＬＷ１〜Ｌ
Ｗ８に応じて、８個のサンプルショットＳＡ（１）〜Ｓ
Ａ（８）のアライメントデータの各々に次式で定義され
る重みＷ_ijn′を与える。

【００５８】

【数６】

【００５９】この（数６）におけるパラメータＳとして
も、（数４）又は（数５）のパラメータＳが使用され
る。そして、その重みＷ_ijn′を（数２）の重みＷ_ijn
の代わりに代入して、（数２）の残留誤差成分Ｅｉｊが
最小になるように変換パラメータａ〜ｆが決定される。
その後、ＥＧＡ演算ユニット６２は、上述のように求め
た変換パラメータａ〜ｆ及び各露光ショットＥＳ(i,j)
の設計上の配列座標値を（数１）に代入して、各露光シ
ョットＥＳ(i,j) の計算上の配列座標値を求める。

【００６０】次に、そのように求められた計算上の配列
座標値より、各露光ショットＥＳ(i,j) 内の歪み量を求
める。具体的に、図６（ａ）に示すように、露光ショッ
トＥＳ(i,j) に対してその左右の露光ショットＥＳ(i-
1,j) ，ＥＳ(i+1,j) 及び上下の露光ショットＥＳ(i,j+
1) ，ＥＳ(i,j-1) の、設計上の座標値と計算上の座標
値との位置ずれ量（ベクトル）が次の場合について説明
する。露光ショットＥＳ(i,j) の位置ずれ量：（Ｐ１，Ｑ
１）露光ショットＥＳ(i-1,j) の位置ずれ量：（Ｐ２，Ｑ
２）露光ショットＥＳ(i+1,j) の位置ずれ量：（Ｐ３，Ｑ
３）露光ショットＥＳ(i,i-1) の位置ずれ量：（Ｐ４，Ｑ
４）露光ショットＥＳ(i,i+1) の位置ずれ量：（Ｐ５，Ｑ
５）

【００６１】図６（ｂ）に示すように、その計測結果を
用いて、各露光ショットＥＳ(i,j)内部の歪みＤｉｊを
次のように、Ｘ方向の歪みベクトル〈Ｄｉｊｘ〉とＹ方
向の歪みベクトル〈Ｄｉｊｙ〉とを用いて定義する。

【００６２】

【数７】Ｄｉｊ＝（〈Ｄｉｊｘ〉，〈Ｄｉｊｙ〉）この場合、Ｘ方向の歪みベクトル〈Ｄｉｊｘ〉とＹ方向
の歪みベクトル〈Ｄｉｊｙ〉とは次のようになる。

【００６３】

【数８】〈Ｄｉｊｘ〉＝（(P2+P3-2×P1)/2,(Q2+Q3-2×Q1)/2 ）〈Ｄｉｊｙ〉＝（(P4+P5-2×P1)/2,(Q4+Q5-2×Q1)/2 ）即ち、露光ショットＥＳ(i,j) のＸ方向の両側の露光シ
ョットの中点ＣＸに対する露光ショットＥＳ(i,j) の中
心からのベクトルがＸ方向の歪みベクトル〈Ｄｉｊｘ〉
であり、露光ショットＥＳ(i,j) のＹ方向の両側の露光
ショットの中点ＣＹに対する露光ショットＥＳ(i,j) の
中心からのベクトルがＹ方向の歪みベクトル〈Ｄｉｊ
ｘ〉である。

【００６４】また、露光ショットＥＳ(i,j) がウエハＷ
の端部に存在し、上下左右の一方の露光ショットがな
く、歪みを計算できない場合には、近傍の露光ショット
の歪みの値で代用する。例えばウエハＷの左端の露光シ
ョットでは、該ショットの右側の露光ショットの歪みの
Ｘ成分を該ショットのＸ方向の歪みベクトルとする。こ
の場合、Ｙ方向の成分については通常の計算ができるの
で、実際の計算値を用いる。

【００６５】次に、この各露光ショットＥＳ(i,j) の内
部の歪みＤｉｊと、露光ショットＥＳ(p,q) とサンプル
ショットＳＡ（ｋ）との間を結ぶ直線が各露光ショット
の内部を通る長さＬ(i,j) の積の総和として、サンプル
ショットＳＡ（ｋ）と露光ショットＥＳ(p,q) との間の
歪み量Ｄ（ｐｑｋ）を求める。即ち、歪み量Ｄ（ｐｑ
ｋ）は次のようにＸ方向のベクトルとＹ方向のベクトル
とに分割される。

【００６６】

【数９】Ｄ（ｐｑｋ）＝（〈Ｄｘ（ｐｑｋ）〉，〈Ｄｙ
（ｐｑｋ）〉）この場合、Ｘ方向のベクトル〈Ｄｘ（ｐｑｋ）〉とＹ方
向のベクトル〈Ｄｙ（ｐｑｋ）〉とは次のようになる。
但し、和記号Σ_ijは、添字ｉ及びｊに関する和を表わ
す。

【００６７】

【数１０】〈Ｄｘ（ｐｑｋ）〉＝Σ_ijＬ(i,j)〈Ｄｉｊｘ〉〈Ｄｙ（ｐｑｋ）〉＝Σ_ijＬ(i,j)〈Ｄｉｊｙ〉ここで、歪み量Ｄ（ｐｑｋ）を求める際に、各露光ショ
ットは所定のショットピッチでウエハ上に規則的に並ん
でいるとして計算を行う。例えば、図７に示すように、
露光ショットＥＳ(3,3) に対するサンプルショットＳＡ
（３）の歪み量Ｄ（３３３）の各成分〈Ｄｘ（３３
３）〉及び〈Ｄｙ（３３３）〉は、次のようになる。

【００６８】

【数１１】〈Ｄｘ（３３３）〉＝Ｌ(1,3)〈Ｄ１３ｘ〉
＋Ｌ(2,3)〈Ｄ２３ｘ〉＋Ｌ(3,3)〈Ｄ３３ｘ〉，〈Ｄｙ（３３３）〉＝Ｌ(1,3)〈Ｄ１３ｙ〉＋Ｌ(2,3)
〈Ｄ２３ｙ〉＋Ｌ(3,3)〈Ｄ３３ｙ〉

【００６９】そして、本例では、この歪み量Ｄ（ｐｑ
ｋ）のＸ成分〈Ｄｘ（ｐｑｋ）〉及びＹ成分〈Ｄｙ（ｐ
ｑｋ）〉）に応じた重みＷｘ(pqk) 及びＷｙ(pqk) を各
サンプルショットＳＡ（ｋ）の残留誤差に対して持たせ
る。その重みＷｘ（ｋ）の一例は、次のように所定の定
数Ｃと歪み量の成分の絶対値との差分となる。

【００７０】

【数１２】Ｗｘ(pqk)＝Ｃ−｜〈Ｄｘ（ｐｑｋ）〉｜
（Ｃ≧｜〈Ｄｘ（ｐｑｋ）〉｜），Ｗｘ(pqk)＝０（Ｃ＜｜〈Ｄｘ（ｐｑｋ）〉｜）また、Ｙ方向の重みＷｙ(pqk) についても同じ形で表す
ことができる。即ち、歪み量が大きい程、重みＷｘ(pq
k) 及びＷｙ(pqk) の値は小さくなる。

【００７１】この重みＷｘ(pqk) 及びＷｙ(pqk) を用い
て、各サンプルショットＳＡ（ｋ）の残留誤差のＸ成分
及びＹ成分毎にそれぞれ重み付けをして、各露光ショッ
トＥＳ(p,q) についてＥＧＡ計算を行う。即ち、この場
合の（数２）に対応する残留誤差成分Ｅｐｑは次のよう
になる。

【００７２】

【数１３】

【００７３】そして、この残留誤差成分を最小にするよ
うに、（数１）の変換パラメータａ〜ｆが各露光ショッ
トＥＳ(p,q) 毎に定められ、その変換パラメータａ〜ｆ
及びその露光ショットの設計上の座標値より、ステージ
座標系（Ｘ，Ｙ）上の計算上の配列座標が求められる。
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、順次各ショット領域ＥＳ(p,q) の位置決めを
行って、レチクルＲのパターン像を露光する。

【００７４】本例の方法を図８（ａ）に示す歪みを有す
るウエハＷに対して適用した結果を示す。図８（ａ）に
おいて、例えば露光ショットＥＳ(i,j) には中心の点Ｐ
１から外側の点Ｐ２に直線が引かれているが、その直線
は、各種プロセスを経たことによりその露光ショットＥ
Ｓ(i,j) の中心が、設計上の点Ｐ１から点Ｐ２に移動し
たことを意味している。従って、図８（ａ）のウエハＷ
は、中央部だけが局所的に半径方向に伸びたような歪み
の状態を示している。

【００７５】その図８（ａ）のウエハＷに対して、図８
（ｂ）に示すように、斜線を施した１３個の露光ショッ
トをサンプルショットＳＡ（１）〜ＳＡ（１３）とし
て、先ず残留誤差成分を（数２）で表す単純な重み付け
ＥＧＡ方式で位置合わせを行った。この結果、各露光シ
ョット毎の計算上の配列座標と実際の配列座標との差分
である残留誤差は、それぞれ図８（ｂ）に線分で示すよ
うになった。

【００７６】一方、本実施例のように、残留誤差成分を
（数１３）で表すという歪み量により重みを変える重み
付けＥＧＡ方式で位置合わせを行った場合には、図８
（ｃ）に示すように、各露光ショットの残留誤差が極め
て小さくなり、アライメント精度向上の効果が認められ
た。例えば図８（ｂ）の或る露光ショットの残留誤差ベ
クトルδ１に対して、図８（ｃ）の対応する露光ショッ
トの残留誤差ベクトルδ２の絶対値は大幅に小さくなっ
ている。

【００７７】なお、歪み量Ｄ（ｐｑｋ）のＸ成分〈Ｄｘ
（ｐｑｋ）〉及びＹ成分〈Ｄｙ（ｐｑｋ）〉）に応じた
重みＷｘ(pqk) 及びＷｙ(pqk) の設定方法としては、上
述の（数１２）だけでなく、例えば所定の定数Ｃを用い
た次のような関数を用いても良い。

【００７８】

【数１４】Ｗｘ(pqk)＝１／（Ｃ＋｜〈Ｄｘ（ｐｑｋ）〉｜）また、一般に、重みＷｘ(pqk) 及びＷｙ(pqk) はそれぞ
れ、歪み量の大きさ｜〈Ｄｘ（ｐｑｋ）〉｜及び｜〈Ｄ
ｙ（ｐｑｋ）〉｜が大きいほど小さくなるような関数で
あればよい。

【００７９】次に、各露光ショット内の歪み量を求める
のに、上記実施例ではサンプルショットの計測された座
標値から重み付けＥＧＡ方式により各露光ショットの計
算上の配列座標を求めていた。しかしながら、露光ショ
ット内の歪み量を求める方法は上記方法に限定されるも
のではなく、例えば以下の方法によってもよい。即ち、
図４において、各サンプルショットＳＡ（ｉ）に対し
て、このショットの中心の計測された座標（Ｐｉ，Ｑ
ｉ）と、そのショットからＸ方向及びＹ方向のショット
位置がそれぞれｍ及びｎショット分だけ異なる、別のサ
ンプルショットＳＡ（ｊ）の中心の計測された座標（Ｐ
ｊ，Ｑｊ）との相対差を求める。その後、２点間の線形
補間により、サンプルショットＳＡ（ｉ）の中心とサン
プルショットＳＡ（ｊ）の中心との間を結ぶ直線と、サ
ンプルショットＳＡ（ｉ）の辺との交点のショット中心
に対する相対位置差（ΔＸｉｊ，ΔＹｉｊ）を次のよう
に求める。

【００８０】

【数１５】ΔＸｉｊ＝（Ｐｊ−Ｐｉ）／｛（２ｍ）²＋
（２ｎ）² ｝^1/2 ΔＹｉｊ＝（Ｑｊ−Ｑｉ）／｛（２ｍ）²＋（２ｎ）
² ｝^1/2 この結果を用いてサンプルショットＳＡ（ｉ）の外形を
求める。このために、中心間を結ぶ直線と辺との交点の
ショット中心に対する相対位置差（ΔＸｉｊ，ΔＹｉ
ｊ）（ｊ＝１，２，‥‥，８；ｊ≠ｉ）を用いて、各相
対位置差にショット間距離に応じた重み（例えばショッ
ト間距離の逆数）をつけて、Ｘ方向及びＹ方向の各軸毎
に２次の最小自乗近似を行い、サンプルショットＳＡ
（ｉ）の辺の座標を求める。

【００８１】この結果より、サンプルショットＳＡ
（ｉ）のショット中心、右辺及び左辺のそれぞれの中心
との相対的な位置の差、ショット中心と上辺及び下辺の
それぞれの中心との相対的な位置の差を求め、それら相
対的な位置の差をショット内歪みとすることができる。
このようにして各サンプルショットでの歪みを求め、残
りの露光ショット（非サンプルショット）の歪み量につ
いては、サンプルショットの歪み量を線形補完して求め
ればよい。

【００８２】尚、重み付けＥＧＡ方式でショット毎の配
列座標を決定してショット内の歪み量を求める代わり
に、アライメントセンサーを用いてウエハ上の全てのシ
ョット領域の各々に付設されたアライメントマークを検
出して、その計測した座標を用いてショット内の歪み量
を求めるようにしても良い。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。

【００８３】

【発明の効果】本発明によれば、被加工領域とサンプル
領域との間の歪み量の積分値に応じてそのサンプル領域
に割り当てる重み係数を変えているので、基板内に局所
的な歪みが存在する場合でも、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実施例が適用さ
れる投影露光装置を示す構成図である。

【図２】図１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３】図１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４】（ａ）は実施例で露光されるウエハ上のショッ
ト領域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５】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６】（ａ）はショット内の歪みを求める際に使用さ
れるショット領域の配列を示す図、（ｂ）はショット内
の歪みに対応するベクトルを示す図である。

【図７】サンプルショットＳＡ（３）に対する重みを決
定する場合の説明図である。

【図８】（ａ）は局所的な歪みを有するウエハの一例を
示す平面図、（ｂ）は歪み量に依らずに定めた重みを用
いて重み付けＥＧＡ方式でアライメントを行った場合の
残留誤差を示す図、（ｃ）は歪み量に応じて定めた重み
を用いて重み付けＥＧＡ方式でアライメントを行った場
合の残留誤差を示す図である。

【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ＥＳ(i,j) 露光ショットＳＡ（１）〜ＳＡ（８）サンプルショット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、前記基板上の前記複数の被加工領域のそれぞれの内部の
歪み量を求める第１工程と、前記複数の被加工領域の各々において、該被加工領域と
前記サンプル領域との間の前記第１工程で求められた歪
み量の積分値に応じて、前記サンプル領域のそれぞれに
対して重み係数を割り当てる第２工程と、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３工程と、前記サンプル領域のそれぞれの前記試料座標系上の配列
座標から１組の変換パラメータを用いて求めた前記静止
座標系上の配列座標と、前記計測された座標位置との差
分の自乗に前記重み係数を乗じて得られた誤差成分を、
前記予めサンプル領域の全部について加算して得られる
残留誤差成分が最小になるように、前記複数の被加工領
域の各被加工領域毎に前記１組の変換パラメータの値を
定める第４工程と、前記各被加工領域毎に求められた前記１組の変換パラメ
ータの値を用いて、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する第５
工程と、を有することを特徴とする位置合わせ方法。