JPH06349704A

JPH06349704A - 位置合わせ方法

Info

Publication number: JPH06349704A
Application number: JP5135968A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Irie; 信行入江
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-06-07
Filing date: 1993-06-07
Publication date: 1994-12-22

Abstract

(57)【要約】【目的】サンプルショットの計測結果を用いて各露光
ショットの位置合わせを行う際に、サンプルショットの
座標位置を計測するためのアライメントセンサーの計測
誤差が大きい場合でも、高精度に位置合わせを行う。【構成】ウエハＷ上の露光ショットＥＳ１〜ＥＳＮ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（Ｘ，Ｙ）での座標値を計測する。サン
プルショット間の距離が大きくなる程小さくなる重みを
用いて、サンプルショットＳＡ１〜ＳＡ９の計測結果を
加重平均することにより、各サンプルショットの計測結
果を平滑化する。平滑化された計測結果を用いて、重み
付けＥＧＡ方式で各露光ショットＥＳｉ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を
順次位置決めし、各ショット領域にそれぞれレチクルの
パターン像を転写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）Ｏｘ，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（ステージ座標系）（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、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
の各々に付随したウエハマークの、ウエハ上の座標系
（ｘ，ｙ）での設計上の座標値を（ｘ１，ｙ１）、（ｘ
２，ｙ２）、‥‥、（ｘｎ，ｙｎ）として、これら各ウ
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座標
系（Ｘ，Ｙ）での座標値（ＸＭ１，ＹＭ１）、（ＸＭ
２，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。このように、ウエハ上の露
光対象とするショット領域（以下、「露光ショット」と
いう）から予め選択された露光ショット（以下、「サン
プルショット」という）について、ステージ上の座標系
（Ｘ，Ｙ）での座標値を実際に計測し、これにより得ら
れた座標値を統計処理して各露光ショットの配列座標を
算出するアライメント方法を、エンハーンスト・グロー
バル・アライメント方式（以下、「ＥＧＡ方式」とい
う）という。

【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、露光ショット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、所謂重み付けＥＧＡ方式を提案している
（特願平４−２９７１２１号）。

【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。

【００１３】しかしながら、各サンプルショットのステ
ージ座標系（Ｘ，Ｙ）での座標値を求めるためのアライ
メントセンサーの計測再現性（計測精度）にはばらつき
がある。そのため、例えば計測再現性の悪いアライメン
トセンサーを用いた場合に、真の値から大きく外れた計
測結果を用いて重み付けＥＧＡ方式でアライメントを行
っても、アライメント精度があまり向上しないという不
都合があった。これについて図１０及び図１１を参照し
て具体的に説明する。

【００１４】図１０及び図１１はそれぞれ、横軸がステ
ージ座標系のＸ軸であり、縦軸が一連の露光ショットの
設計上の位置（線形歪み及び非線形歪み等が無い場合の
位置）から実際の位置までのＸ方向へのずれ量δＸを示
す。そして、図１０において、曲線７０は各露光ショッ
トのステージ座標系上でのＸ方向への真のずれ量δＸを
示し、白丸又は黒丸で示す点７１Ａ〜７１Ｉのずれ量
は、露光ショットから選ばれたサンプルショットの実際
に計測されたＸ方向へのずれ量を示す。各点７１Ａ〜７
１Ｉに付加したエラーバーで示すように、この場合に使
用したアライメントセンサーの計測値にはそれぞれ±σ
₁のばらつき（標準偏差σ又は３σ）がある。

【００１５】例えば点７１Ｇに対応するサンプルショッ
トについて、重み付けＥＧＡ方式で計算上の配列座標を
求めると、その近傍の点７１Ｆ，７１Ｇ及び７１Ｈで示
すサンプルショットの計測結果に大きな重み付けがされ
て求められた近似直線７２上の点７２Ｇが計算上の配列
座標のＸ方向へのずれ量となる。この場合、図１０のよ
うに、計測結果のばらつきσ₁が小さいと（計測再現性
が良好であると）、計算値と曲線７０上の真の値との差
は小さく、高精度にアライメントが行われる。

【００１６】一方、図１１は図１０より計測結果のばら
つきσ₂が大きい場合（計測再現性が悪い場合）を示
し、この図１１において、曲線７３は各露光ショットの
ステージ座標系上でのＸ方向への真のずれ量δＸ、白丸
又は黒丸で示す点７４Ａ〜７４Ｉのずれ量は、サンプル
ショットの実際に計測されたＸ方向へのずれ量である。
例えば点７４Ｇに対応するサンプルショットについて、
重み付けＥＧＡ方式で計算上の配列座標を求めると、そ
の近傍の点７４Ｆ，７４Ｇ及び７４Ｈで示すサンプルシ
ョットの計測結果に大きな重み付けがされて求められた
近似直線７５上の点７５Ｇが計算上の配列座標のＸ方向
へのずれ量となる。しかしながら、この図１１のよう
に、計測結果のばらつきσ₂が大きいと、計算値と曲線
７３上の真の値との差が大きくなる。つまり、計測再現
性が悪い場合に重み付けＥＧＡ方式でアライメントを行
うと、計算上の配列座標が計測誤差分だけずれて、アラ
イメント精度があまり改善されないという不都合があ
る。

【００１７】本発明は斯かる点に鑑み、ウエハ上の露光
ショットから選択された複数のサンプルショットの座標
位置を実際に計測し、この計測結果を統計処理して得ら
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
ンプルショットの座標位置を計測するためのアライメン
トセンサーの計測誤差が大きい場合でも、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。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明による第１の位置
合わせ方法は、例えば図１及び図５〜図７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際して、複数の被加工領域（Ｅ
Ｓｉ）の内、少なくとも３つの予め選択されたサンプル
領域（ＳＡ１〜ＳＡ９）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。

【００１９】そして、本発明は、予め選択されたサンプ
ル領域（ＳＡ１〜ＳＡ９）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、各サンプル領域（ＳＡｊ）の座標位置を、このサン
プル領域自体の第１工程で計測された座標位置及びこの
サンプル領域の周囲のサンプル領域の第１工程で計測さ
れた座標位置を加重平均することにより平滑化する第２
工程（ステップ１０２）と、被加工領域（ＥＳｉ）の各
々とサンプル領域（ＳＡ１〜ＳＡ９）との位置関係に応
じてそれらサンプル領域に重みを付し、その第２工程で
平滑化された座標位置にそれぞれ対応する重みを付けて
得られる残留誤差成分が最小になるように、被加工領域
（ＥＳｉ）の各々の静止座標系（Ｘ，Ｙ）上における配
列座標を算出する第３工程（ステップ１０３〜１０５）
とを有するものである。

【００２０】また、本発明による第２の位置合わせ方法
は、その第１の位置合わせ方法の第１工程（ステップ１
０１）に続いて、複数の被加工領域（ＥＳｉ）のそれぞ
れの静止座標系（Ｘ，Ｙ）において計測される座標位置
を、この被加工領域の周囲のサンプル領域の第１工程で
計測された座標位置を加重平均することにより平滑化し
て推定する第２工程を実行し、この第２工程で推定され
た複数の被加工領域（ＥＳｉ）の各々の座標位置に基づ
いて、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ものである。

【００２１】

【作用】斯かる本発明の第１の位置合わせ方法によれ
ば、第３工程において重み付けＥＧＡ方式で計算上の配
列座標を求める前処理として、第２工程において、各サ
ンプル領域（ＳＡ１〜ＳＡ９）の計測された座標値を平
滑化（加重平均）処理することにより、アライメントセ
ンサーの計測誤差成分を低減している。即ち、計測誤差
がほぼ除去されて、主に非線形歪み情報だけになった計
測結果を使用して重み付けＥＧＡ方式の座標計算が行わ
れる。従って、基板（Ｗ）が有する真の非線形歪みとの
ずれ量が小さい位置に各被加工領域（ＥＳｉ）の位置決
めが行われ、重ね合わせ精度（アライメント精度）が向
上する。

【００２２】また、第２の位置合わせ方法によれば、各
サンプル領域（ＳＡ１〜ＳＡ９）の計測された座標値を
平滑化（加重平均）処理することにより、全部の被加工
領域（ＥＳｉ）の静止座標系（Ｘ，Ｙ）での計測される
座標値が推定される。その後は、例えばその推定された
座標値をそのまま使用して、各被加工領域（ＥＳｉ）の
位置決めを行うか、又は全ての被加工領域（ＥＳｉ）を
サンプル領域とみなして、その推定された配列座標を用
いて重み付けＥＧＡ方式で位置合わせを行う。この場合
でも、計測誤差がほぼ除去されて、主に非線形歪み情報
だけになった計測結果を使用して座標計算が行われるた
め、基板（Ｗ）が有する真の非線形歪みとのずれ量が小
さい位置に各被加工領域（ＥＳｉ）の位置決めが行われ
る。

【００２３】

【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１〜図８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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。それらレチクルマークは、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。

【００２７】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。

【００２８】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
の露光ショットに重ね合わせて投影（結像）される。

【００２９】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
つの露光ショットに対するレチクル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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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１
８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ＰＤ
ｓ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、Ｌ
ＳＡ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。

【００４２】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。

【００４３】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、ＥＧ
Ａ方式のアライメントを行う際には、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。

【００４４】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。但し、本例ではＥＧＡ方式以外の方式で計算
上の配列座標値を求める場合もある（詳細後述）。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。

【００４５】次に、本例で露光対象とするウエハについ
て、順次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
る際の動作の一例につき図１のフローチャートを参照し
て説明する。露光対象とするウエハＷは、図２のウエハ
ステージＷＳ上にロードされている。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ショットＥＳ１，ＥＳ
２，‥‥，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ＥＳｉ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Ｍｘｉが形成され、各露光ショットＥ
Ｓｉ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。図５（ａ）では、露光ショットＥＳ
ｉに付設されたウエハマークＭｘｉ，Ｍｙｉ及びサンプ
ルショットに付設されたウエハマークだけを図示してい
る。

【００４６】そして、図１のステップ１０１において、
ウエハＷ上の全部の露光ショットＥＳ１〜ＥＳＮから選
択された９個のサンプルショットＳＡ１〜ＳＡ９につい
て、それぞれステージ座標系（Ｘ，Ｙ）上での座標を計
測する。サンプルショットＳＡ１〜ＳＡ９のステージ座
標系（Ｘ，Ｙ）上での座標位置は、Ｘ方向用及びＹ方向
用のウエハマークの座標位置により表される。具体的
に、サンプルショットＳＡ１のＸ方向の座標位置を計測
する場合、ウエハマークＭｘ３の撮像信号が、例えば図
２の撮像素子３４を介して図４のＦＩＡ演算ユニット５
９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Ｍｘ３のＸ方
向の位置検出を行う。

【００４７】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Ｍｘ３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Ｍｘ３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Ｍｘ３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Ｍｘ３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のウエハマークＭｙ３のＹ方向の位置が計測される。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】同様に、他のサンプルショットＳＡｎ（ｎ
＝２〜９）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。サンプルショットの個数をｍ個（本例では、
ｍ＝９）として、各サンプルショットＳＡｎ（ｎ＝１〜
ｍ）のステージ座標系（Ｘ，Ｙ）での計測された座標値
（以下、「アライメントデータ」という）を（ＸＭ_n,Ｙ
Ｍ_n)とする。

【００５１】その後、ステップ１０２において、ＥＧＡ
演算ユニット６２は、各サンプルショットＳＡｊ（ｊ＝
１〜ｍ）のアライメントデータ（ＸＭ_j,ＹＭ_j)を平滑化
した座標値（ＸＦ_j,ＹＦ_j)を算出する。本例においてｊ
番目のサンプルショットＳＡｊの平滑化された座標値を
求める際には、このｊ番目のサンプルショットＳＡｊか
らｎ番目のサンプルショットＳＡｎ（ｎ＝１〜ｍ）まで
の距離をｄ_jnとして、この距離ｄ_jnが小さいサンプルシ
ョットのアライメントデータ程大きな重み付けを行う重
み付け関数Ｖ（ｄ_jn）を導入する。

【００５２】例えば、図５（ａ）において、サンプルシ
ョットＳＡ１からサンプルショットＳＡ２〜ＳＡ４への
距離ｄ₁₂〜ｄ₁₄は、それぞれサンプルショットＳＡ１の
中心ＳＣ１からサンプルショットＳＡ２〜ＳＡ４の中心
までの距離であり、ｄ₁₂＜ｄ ₁₃＜ｄ₁₄が成立している。
従って、サンプルショットＳＡ１の平滑化された座標値
を求める際には、サンプルショットＳＡ４のアライメン
トデータよりサンプルショット２のアライメントデータ
の方が大きな重みが与えられる。これを一般化して、ｊ
番目のサンプルショットＳＡｊの平滑化されたＸ方向の
座標値ＸＦ_j及びＹ方向の座標値ＹＦ_jを次式から計算
する。

【００５３】

【数２】

【００５４】この式において、定数Ｖ_jを以下のように
定義する。

【００５５】

【数３】

【００５６】また、重み付け関数Ｖ（ｄ_jn）は、一例と
して所定のパラメータｔを用いて次のように定義する。

【００５７】

【数４】

【００５８】（数４）において、各サンプルショットの
アライメントデータを用いて、距離ｄ_jnは次式から計算
する。

【００５９】

【数５】

【００６０】（数４）及び（数５）より、重み付け関数
Ｖ（ｄ_jn）の最大値は、Ｖ（ｄ_jj）＝Ｖ（０）＝１／
（２πｔ）^1/2、であり、サンプルショットＳＡｊ自体
のアライメントデータに最も大きな重み付けがなされて
いる。この場合、重み付け関数Ｖ（ｄ_jn）中のパラメー
タｔの値を変化させることによって、平滑化の程度を変
更することが可能である。具体的に、パラメータｔの値
を大きくすると、サンプルショットＳＡｊから離れたサ
ンプルショットのアライメントデータをも広く考慮する
ことになり、平滑化の程度が大きくなるが、平滑化し過
ぎて非線形誤差成分を真の値より小さくし過ぎる可能性
がある。

【００６１】逆に、パラメータｔの値を小さくすると、
サンプルショットＳＡｊに近いサンプルショットのアラ
イメントデータのみを主に考慮することになり、ウエハ
Ｗ上の各位置での非線形誤差成分に応じた結果が得られ
るが、平滑化の程度が小さくなる。従って、パラメータ
ｔの最適な値は、アライメントセンサーの計測再現性や
各サンプルショット毎の計測再現性に応じて変更すれば
よい。また、Ｘ方向及びＹ方向のアライメントセンサー
の計測再現性が互いに異なる場合は、パラメータｔの値
をＸ方向及びＹ方向でそれぞれ独立に設定してもよい。

【００６２】なお、平滑化処理で使用する重み付け関数
は、上記のＶ（ｄ_jn）に限定されず、一般的な統計的手
法の平滑化処理で使用される重み付け関数でもよい。ま
た、平滑化の方法も上記の方法に限らず、一般に使用さ
れている方法でも構わない。具体的に、ｊ番目のサンプ
ルショットＳＡｊ及びこの周囲のサンプルショットのア
ライメントデータから所定次数の関数近似で、そのサン
プルショットＳＡｊのアライメントデータの平滑値を求
めても良い。

【００６３】その後、サンプルショットＳＡｎ（ｎ＝１
〜ｍ）のアライメントデータの平滑化された座標値（Ｘ
Ｆ_n,ＹＦ_n)を用いて、重み付けＥＧＡ方式によりアライ
メントを行う。即ち、ｉ番目の露光ショットＥＳｉへの
露光を行うものとして、ＥＧＡ演算ユニット６２は、ス
テップ１０３において、その露光ショットＥＳｉと各サ
ンプルショットＳＡｎとの位置関係に応じて、各サンプ
ルショットＳＡｎに対して付与する重みＷ_inを決定す
る。

【００６４】一例として、図７に示すように、露光ショ
ットＥＳｉからサンプルショットＳＡｎ（ｎ＝１〜ｍ、
図７ではｍ＝９）までの距離をＬＫｎとして、サンプル
ショットＳＡｎに付す重みＷ_inを次のように定める。但
し、パラメータＳは重み付けの程度を変更するためのパ
ラメータである。

【００６５】

【数６】

【００６６】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ＳＡｎ
程、そのアライメントデータに与える重みＷ_inが大きく
なるようになっている。パラメータＳの値は、例えば次
のように設定される。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Ｓ、ひい
ては重みＷ_inが決定される。

【００６７】

【数７】Ｓ＝Ｄ² ／（８・log_e１０）この重みパラメータＤの物理的意味は、ウエハ上の各露
光ショット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。

【００６８】また、パラメータＳを決定する式は（数
７）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。

【００６９】

【数８】Ｓ＝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。

【００７０】次に、図１のステップ１０４において、ス
テップ１０２で求めたサンプルショットＳＡｎ（ｎ＝１
〜ｍ）の平滑化された座標値（ＸＦ_n,ＹＦ_n)、サンプル
ショットＳＡｎの設計上の座標値から（数１）に基づい
て計算された座標値（Ｘ_n,Ｙ _n)、及びステップ１０３で
（数６）により決定された重みＷ_inより、露光ショット
ＥＳｉに関する残留誤差成分Ｅｉを次式で表す。

【００７１】

【数９】

【００７２】そして、この残留誤差成分Ｅｉが最小にな
るように、（数１）の座標変換パラメータａ〜ｆの値を
定める。次に、ステップ１０５において、ＥＧＡ演算ユ
ニット６２は、露光ショットＥＳｉの設計上の座標値及
び上述のように求めた座標変換パラメータａ〜ｆを（数
１）に代入して、その露光ショットＥＳｉの計算上の配
列座標を求める。このようにして算出された露光ショッ
トＥＳｉの配列座標は図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、露光ショットＥＳｉ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。

【００７３】その後、ステップ１０６において、ウエハ
Ｗ上に露光すべきショット領域が残っている場合には、
動作はステップ１０３に戻ってその露光ショットのアラ
イメント及び露光が行われる。このようにして、図５
（ａ）の全部の露光ショットＥＳ１〜ＥＳＮが位置決め
され、順次レチクルのパターン像が露光される。上述の
ように本例では、重み付けＥＧＡ方式で使用するデータ
として、サンプルショットのアライメントデータを平滑
化した座標値を用いているため、アライメントセンサー
の計測誤差が平均として小さくされている。従って、ア
ライメントセンサーの計測結果のばらつきが大きい（計
測再現性が悪い）場合でも、良好なアライメント精度が
得られる。

【００７４】なお、上述実施例では、ステップ１０３に
おいて（数６）に基づいて重みＷ_inが定められている
が、パラメータＳ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８に示すように、
ウエハＷの変形中心点（例えば非線形歪みの点対称中
心）をウエハセンターＷｃとする。そして、ウエハＷ上
の露光ショットＥＳｉとウエハセンターＷｃとの間の距
離（半径）をＬＥｉ、ウエハセンターＷｃとｍ個（図８
の例ではｍ＝９）のサンプルショットＳＡ１〜ＳＡｍの
それぞれとの間の距離（半径）をＬＷ１〜ＬＷｍとし
て、距離ＬＥｉ及び距離ＬＷ１〜ＬＷｍに応じて、サン
プルショットＳＡｎ（ｎ＝１〜ｍ）に次式で定義される
重みＷ_in′を与える。

【００７５】

【数１０】

【００７６】そして、この重みＷ_in′を用いて、図１の
ステップ１０４の残留誤差成分Ｅｉの代わりに、次式で
残留誤差成分Ｅｉ′を定義し、この残留誤差成分Ｅｉ′
が最小になるように座標変換パラメータａ〜ｆの値を決
定する。その他の動作は図１と同様である。

【００７７】

【数１１】

【００７８】次に、本発明の他の実施例につき図９を参
照して説明する。本例でも、図２〜図４の投影露光装置
を使用して、図５（ａ）と同一のショット配列のウエハ
Ｗ上にレチクルのパターン像を露光するものとする。ま
た、本例でも、図１のステップ１０１と同様に、ウエハ
Ｗ上の全部の露光ショットＥＳ１〜ＥＳＮから選択され
たサンプルショットＳＡｎ（ｎ＝１〜９）について、そ
れぞれステージ座標系（Ｘ，Ｙ）での座標値（ＸＭ_n,Ｙ
Ｍ_n)を計測する。

【００７９】その後、図９に示すように、ｉ番目の露光
ショットＥＳｉ（ｉ＝１〜Ｎ）のアライメントを行うも
のとして、サンプルショットＳＡ１〜ＳＡ９のアライメ
ントデータを平滑化することによりその露光ショットＥ
Ｓｉの計算上の配列座標（ｘｆ_i,ｙｆ_i)を求める。その
平滑化を行うために、露光ショットＥＳｉの中心とサン
プルショットＳＡｎの中心との間の距離をＤ_inとして、
（数４）において距離ｄ_jnの代わりに距離Ｄ_inを代入し
て重み付け関数Ｖ（Ｄ_in）を定義する。距離Ｄ _inを求め
る場合の露光ショットＥＳｉの座標位置としては、サン
プルショットＳＡ１〜ＳＡ９のアライメントデータから
通常のＥＧＡ方式で算出した配列座標を用いることがで
きる。

【００８０】その後、サンプルショットＳＡｎのアライ
メントデータ（ＸＭ_n,ＹＭ_n)を次式により平滑化して、
露光ショットＥＳｉのＸ方向の配列座標値ｘｆ_i 及びＹ
方向の配列座標値ｙｆ_i を求める。

【００８１】

【数１２】

【００８２】その後、そのように平滑化して求めた配列
座標（ｘｆ_i,ｙｆ_i)に基づいて露光ショットＥＳｉの位
置決めを行って、その露光ショットＥＳｉにレチクルの
パターン像を露光する。同様にして、全ての露光ショッ
トＥＳ１〜ＥＳＮを位置決めして、順次レチクルのパタ
ーン像を露光する。なお、（数１２）により平滑化して
求めた配列座標（ｘｆ_i,ｙｆ_i)を直接使用して、各露光
ショットＥＳｉの位置決めを行うのではなく、その配列
座標（ｘｆ _i,ｙｆ_i)をアライメントデータとして、且つ
全ての露光ショットＥＳ１〜ＥＳＮをサンプルショット
とみなして、重み付けＥＧＡ方式でアライメントを行っ
ても良い。この場合でも、アライメントセンサーの計測
誤差を除去して、各露光ショットの非線形歪み量を正確
に補正したアライメントを行うことができる。

【００８３】ところで、上述実施例において、平滑化処
理により各アライメントデータに含まれる計測誤差だけ
を低減し、真の非線形誤差量を求めるためには、データ
数（サンプルショットの個数）が多い程良い。また、デ
ータ数を増加するためには、各サンプルショット内の複
数個の計測点（例えば４点）のウエハマークの座標値を
計測するようにしても良い。この際に、全てのサンプル
ショット内でそれぞれ複数個の計測点の座標値を計測す
るのではなく、サンプルショット毎に計測点を間引いて
計測してもよい。

【００８４】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。

【００８５】

【発明の効果】本発明の第１の位置合わせ方法によれ
ば、平滑化処理により計測誤差成分が低減されほぼ非線
形歪み情報だけになった計測結果を使用して重み付けＥ
ＧＡ方式のアライメントを行うので、アライメントセン
サーの計測誤差が大きい場合でも、高精度に位置合わせ
できる利点がある。

【００８６】また、第２の位置合わせ方法によれば、平
滑化処理により計測誤差成分を低減して補間を行うこと
により、各被加工領域の計算上の配列座標を求め、この
計算上の配列座標をそのまま使用するか、又はその計算
上の配列座標を使用して重み付けＥＧＡ方式でアライメ
ントを行うので、アライメントセンサーの計測誤差が大
きい場合でも、高精度に位置合わせできる利点がある。

【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適用
した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サンプ
ル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】重み付けＥＧＡ方式の重みの決定方法の一例の
説明に供給するウエハの平面図である。

【図８】重み付けＥＧＡ方式の重みの決定方法の他の例
の説明に供給するウエハの平面図である。

【図９】本発明の他の実施例でのウエハ上の露光ショッ
トの配列座標の算出方法の説明に供給するウエハの平面
図である。

【図１０】アライメントセンサーの計測再現性が良好で
ある場合の、各サンプルショットの座標値の計測結果を
示す図である。

【図１１】アライメントセンサーの計測再現性が悪い場
合の、各サンプルショットの座標値の計測結果を示す図
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ＥＳ１〜ＥＳＮ，ＥＳｉ露光ショットＳＡ１〜ＳＡ９サンプルショットＭｘｉＸ方向のウエハマークＭｙｉＹ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際して、
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、予め選択された前記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する第１工程と、前記各サンプル領域の座標位置を、該サンプル領域自体
の前記第１工程で計測された座標位置及び該サンプル領
域の周囲のサンプル領域の前記第１工程で計測された座
標位置を加重平均することにより平滑化する第２工程
と、前記被加工領域の各々と前記サンプル領域との位置関係
に応じて前記サンプル領域に重みを付し、前記第２工程
で平滑化された座標位置にそれぞれ対応する前記重みを
付けて得られる残留誤差成分が最小になるように、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
を算出する第３工程と、を有することを特徴とする位置
合わせ方法。
【請求項２】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際して、
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、予め選択された前記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する第１工程と、前記複数の被加工領域のそれぞれの前記静止座標系にお
いて計測される座標位置を、該被加工領域の周囲の前記
サンプル領域の前記第１工程で計測された座標位置を加
重平均することにより平滑化して推定する第２工程と、
を有し、該第２工程で推定された前記複数の被加工領域の各々の
座標位置に基づいて、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ことを特徴とする位
置合わせ方法。