JPH06349707A

JPH06349707A - 位置合わせ方法

Info

Publication number: JPH06349707A
Application number: JP5141913A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Hirukawa; 茂蛭川
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-06-14
Filing date: 1993-06-14
Publication date: 1994-12-22

Abstract

(57)【要約】【目的】サンプルショットが非線形の配列誤差を有す
る場合でも、高いスループットで且つ高精度に位置合わ
せを行う。【構成】ウエハＷ上から選択されたサンプルショット
ＳＡ１〜ＳＡ１９について、ステージ座標系（Ｘ，Ｙ）
での座標値を計測し、計測結果よりＥＧＡ方式で各サン
プルショットの計算上の配列座標を求める。計測結果か
ら計算上の配列座標を差し引いて得られる非線形誤差量
が大きな特異的なサンプルショットＳＡ１，ＳＡ７，Ｓ
Ａ１５について、隣接する代替ショットＳＢ１，ＳＢ
７，ＳＢ１５のステージ座標系での座標値を計測する。
特異的なサンプルショットと代替ショットとの非線形誤
差量を比較して、座標計算に用いるショットを決定す
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
ンスト・グローバル・アライメント（以下、「ＥＧＡ」
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（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）、（ｘ２，ｙ２）、…、（ｘ
ｎ，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）、（ＸＭ２，ＹＭ２）、…、（ＸＭ
ｎ，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
ハの各露光ショットの位置合わせを行うことができる。

【００１１】また、上記のＥＧＡ方式では線形近似を行
う為に、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る。このため、そのような歪み
がある場合には露光ショット位置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て、計算対
象とする露光ショット位置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た、重み付けＥＧＡ方
式も提案されている（例えば特開昭６２−２９１１３３
号公報参照）。この方式では重み付けの線形近似を行
い、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
ョットをそれらの補正成分だけの補正を行った位置に順
次位置決めして露光を行うものである。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記の方法により位置
合わせを行う際に、選択されたサンプルショットの位置
が、ウエハの歪みや計測マークの欠損等により他の露光
ショットの配列とは大きく異なる位置として計測された
場合について考える。先ず、ＥＧＡ方式では、そのよう
なサンプルショットは他の露光ショットと共通の配列に
含まれるとみなすので、線形近似によるショット配列の
計算時に、配列誤差の大きいサンプルショットの情報も
含まれる。従って、このサンプルショットの位置ずれ
が、ショット全体の配列位置に影響するという不都合が
ある。また、配列誤差の原因がウエハの歪みである場
合、線形近似による配列と実際の歪みを含んだ配列との
差が位置合わせ誤差となるという不都合がある。

【００１３】また、重み付けＥＧＡ方式を用いた場合、
露光ショットとサンプルショットとの距離に応じた重み
関数を用いた重み付けの最小自乗近似を行って、各露光
ショットの位置が推定される。従って、サンプルショッ
トにおいてマーク欠損等が発生し、ウエハマークの位置
の計測誤差が大きい場合、このサンプルショット及びこ
のサンプルショットの周辺での露光ショットの位置合わ
せ精度に、このサンプルショットの位置計測誤差が大き
く影響するという不都合がある。

【００１４】以上のように、従来の方式ではサンプルシ
ョットが非線形な配列誤差をもつ場合に、その非線形な
配列誤差がウエハ歪みに起因するのか計測エラー（マー
ク欠損等）に起因するのかが判断ができないため、位置
合わせ誤差が大きくなってしまうという不都合があっ
た。本発明は斯かる点に鑑み、サンプルショットが非線
形な配列誤差を有する場合でも、高精度に且つ高いスル
ープットでウエハの各露光ショットの位置合わせを行う
ことができる位置合わせ方法を提供することを目的とす
る。

【００１５】

【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（ＥＳ１〜ＥＳＮ）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、それら複数の被加工領
域の内、少なくとも３つの被加工領域の静止座標系
（Ｘ，Ｙ）上における座標位置を計測し、このように計
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、このように算
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（ＥＳ１〜ＥＳ
Ｎ）の各々をその加工位置に対して位置合わせする方法
において、複数の被加工領域（ＥＳ１〜ＥＳＮ）の内、
少なくとも４つの予め選択されたサンプル領域（ＳＡ１
〜ＳＡ１９）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
工程での計測結果から線形近似により算出したそれらサ
ンプル領域の座標位置とその第１工程で計測されたサン
プル領域（ＳＡ１〜ＳＡ１９）の座標位置との差分であ
る非線形誤差量を求める第２工程（ステップ１０２〜１
０５）とを有する。

【００１６】更に本発明は、サンプル領域（ＳＡ１〜Ｓ
Ａ１９）の内、その非線形誤差量が所定の許容値より大
きい特異的なサンプル領域（ＳＡ１５）の近傍の被加工
領域よりなる代替領域（ＳＢ１５）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
１０６，１０７）と、その第１工程での計測結果及びそ
の第３工程での計測結果から線形近似により算出した代
替領域（ＳＢ１５）の座標位置とその第３工程で計測さ
れた代替領域（ＳＢ１５）の座標位置との差分である非
線形誤差量を求める第４工程（ステップ１０８，１０９
と、その特異的なサンプル領域（ＳＡ１５）の非線形誤
差量と代替領域（ＳＢ１５）の非線形誤差量とを比較し
て、実際の配列座標の計算で使用する座標位置を判定す
る第５工程（ステップ１１０〜１１５）とを有し、この
第５工程で使用すると判定された座標位置及びその特異
的なサンプル領域以外のサンプル領域について計測され
た座標位置に基づいて、複数の被加工領域（ＥＳ１〜Ｅ
ＳＮ）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。

【００１７】

【作用】一般に、基板（Ｗ）内に非線形な歪みが存在す
るときには、単純な最小自乗近似を行うＥＧＡと重み付
け最小自乗近似を行う重み付けＥＧＡとでは、その歪み
が大きい領域では同一のサンプル領域（サンプルショッ
ト）の計測結果を用いても、位置合わせの目標位置が異
なる。また、位置合わせ用のマークの計測エラーが大き
い場合にも同じことが言える。

【００１８】ここで、基板（Ｗ）の非線形な歪みによる
配列の変化はある程度連続的であるのに対して、計測エ
ラーによる誤差はこのサンプル領域に特有のものであ
り、隣接する被加工領域との間に特別の関係は無いのが
普通である。本発明では、上記のような、非線形歪みと
特定のサンプル領域での計測エラーとの間の被加工領域
間の歪みの変化の違いを利用して、被加工領域（ＥＳ１
〜ＥＳＮ）の配列変化の原因がどちらかを特定する。即
ち、特異的なサンプル領域（ＳＡ１５）の非線形誤差量
と代替領域（ＳＢ１５）の非線形誤差量との傾向が等し
く、非線形誤差の原因が基板（Ｗ）上の非線形歪みであ
れば、特異的なサンプル領域（ＳＡ１５）及び代替領域
（ＳＢ１５）の計測結果を他のサンプル領域の計測結果
と共に用いて、例えばＥＧＡ方式によりアライメントを
行う。

【００１９】一方、特異的なサンプル領域（ＳＡ１５）
の非線形誤差量と代替領域（ＳＢ１５）の非線形誤差量
との傾向が異なり、非線形誤差の原因がサンプル領域の
計測エラーであれば、このサンプル領域（ＳＡ１５）の
計測結果を排除して、ＥＧＡ方式又は重み付けＥＧＡ方
式でアライメントを行う。これにより、それぞれ高精度
な位置合わせを行うことができる。

【００２０】

【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。

【００２１】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。

【００２２】図２において、照明光学系３を射出したフ
ォト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３
６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。

【００２３】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のフ
ォトレジスト層上に投影することにより、そのフォトレ
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つのレチクル
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。

【００２４】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。

【００２５】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、表面にフォ
ト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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。この際に、オフ・アクシスのＦＩＡ系、ＬＩ
Ａ系のアライメントセンサー、及びＬＳＡ系のアライメ
ントセンサーの観察中心と、投影光学系１３の光軸ＡＸ
との間隔であるベースライン量は予め計測されており、
上述のようにして求めた計算上の配列座標値にそれぞれ
ベースライン量を加算して得られた座標値にウエハＷ上
の各露光ショットが位置決めされる。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。

【００４２】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，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ＥＳｊ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ＥＳｊ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Ｘ方
向のウエハマークＭｘｊ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Ｍｙｊが形成されている。Ｘ
方向用のウエハマークＭｘｊ及びＹ方向用のウエハマー
クＭｙｊ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。図５では露光ショットＥＳｊ及び後
述のサンプルショットＳＡｉに付設されたウエハマーク
のみを示してある。

【００４３】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１９個のサンプルショットＳＡ１
〜ＳＡ１９についてステージ座標系（Ｘ，Ｙ）上での座
標〈Ａｍ（ｉ）〉を計測する（ｉ＝１〜１９）。各サン
プルショットＳＡ１〜ＳＡ１９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〜ＳＡ１９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ＳＡｉに属するウエハマークＭｘｉ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Ｍｘ
ｉのＸ方向の位置検出を行う。

【００４４】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Ｍｘｉ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Ｍｘｉ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Ｍｘｉ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
ｉに属するウエハマークＭｙｉのＹ方向の位置が計測さ
れる。

【００４５】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。

【００４６】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ＭＢｙ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。

【００４７】次に、ステップ１０２において、各サンプ
ルショットＳＡ１〜ＳＡ１９の計測結果（アライメント
データ）から、最小自乗法により（数１）を満足する座
標変換パラメータａ〜ｆの値を求める。これをＥＧＡ計
算と呼ぶ。具体的に、図４の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る座標値を
（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１９である。

【００４８】

【数２】

【００４９】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。
次に、ステップ１０３で、変数ｉの初期値を１と置いて
から、ステップ１０４においてＥＧＡ演算ユニット６２
は、ｉ番目のサンプルショットＳＡｉについて、設計上
の座標値及びステップ１０２で求めた変換パラメータａ
〜ｆを用いて、計算上の配列座標値（Ｘ_i，Ｙ_i）を求
める。この計算上の配列座標値（Ｘ_i，Ｙ_i）をベクト
ル形式の座標〈Ａｅ（ｉ）〉で表す。

【００５０】次にステップ１０５において、その座標
〈Ａｅ（ｉ）〉からステップ１０１で計測された座標
〈Ａｍ（ｉ）〉を差し引いて、サンプルショットＳＡｉ
の配列誤差の内の非線形誤差ベクトル〈ＮＬａ（ｉ）〉
を求める。その後、ステップ１０６では、非線形誤差ベ
クトル〈ＮＬａ（ｉ）〉の絶対値が設定しておいた非線
形誤差許容値ＮＬｃより大きいか否かの判断をする。こ
こで、｜〈ＮＬａ（ｉ）〉｜≦ＮＬｃであれば、サンプ
ルショットＳＡｉでの非線形誤差量は小さいとして、ス
テップ１１４に進んでサンプルショットＳＡｉのアライ
メントデータを有効であるとしてから、ステップ１１３
に進む。

【００５１】一方、ステップ１０６で、｜〈ＮＬａ
（ｉ）〉｜＞ＮＬｃであれば、ステップ１０７に進み、
サンプルショットＳＡｉに隣接する露光ショットを代替
ショットＳＢｉとして選択し、代替ショットＳＢｉに付
設されたウエハマークのステージ座標系（Ｘ，Ｙ）での
座標〈Ｂｍ（ｉ）〉を計測する。図７（ａ）は、図５
（ａ）のウエハＷのサンプルショットＳＡ１〜ＳＡ１９
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ＳＡｉにおける非線形誤差
量は非線形誤差ベクトル〈ＮＬａ（ｉ）〉で表され、こ
の非線形誤差ベクトル〈ＮＬａ（ｉ）〉の始点Ｐｉは、
サンプルショットＳＡｉの計算上の座標値（線形誤差量
を含む座標値）、そのベクトルの終点Ｑｉは、サンプル
ショットＳＡｉの計測された座標値を表す。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。そして、図７（ａ）の例では、
サンプルショットＳＡ１，ＳＡ７及びＳＡ１５の非線形
誤差ベクトルが大きくなっている。そこで、例えばサン
プルショットＳＡ１，ＳＡ７及びＳＡ１５にそれぞれ隣
接する代替ショットＳＢ１，ＳＢ７及びＳＢ１５につい
てステージ座標系（Ｘ，Ｙ）での座標値が計測される。

【００５２】次の、ステップ１０８では、その代替ショ
ットＳＢｉ及び他の全てのサンプルショットのアライメ
ントデータ結果を用いてＥＧＡ計算を行う。即ち、（数
１）を満足する変換パラメータａ〜ｆの値を求める。そ
して、その代替ショットＳＢｉについて、設計上の座標
値及び上述のように求めた変換パラメータａ〜ｆを用い
て、計算上の配列座標〈Ｂｅ（ｉ）〉を算出する。

【００５３】次にステップ１０９において、その座標
〈Ｂｅ（ｉ）〉からステップ１０７で計測された座標
〈Ｂｍ（ｉ）〉を差し引いて、代替ショットＳＢｉの配
列誤差の非線形誤差ベクトル〈ＮＬｂ（ｉ）〉を求め
る。その後、ステップ１１０では、非線形誤差ベクトル
〈ＮＬｂ（ｉ）〉の絶対値が非線形誤差許容値ＮＬｃよ
り大きいか否かの判断をする。ここで、｜〈ＮＬｂ
（ｉ）〉｜＞ＮＬｃであればステップ１１１に進む。逆
に、｜〈ＮＬｂ（ｉ）〉｜≦ＮＬｃであれば、サンプル
ショットＳＡｉで計測されたアライメントデータの非線
形誤差量は計測エラーによるものと判断してステップ１
１５に進み、代替ショットＳＢｉのアライメントデータ
を有効としてステップ１１３に進む。従って、サンプル
ショットＳＡｉのアライメントデータは使用されなくな
る。

【００５４】ステップ１１１では、非線形誤差ベクトル
〈ＮＬａ（ｉ）〉と非線形誤差ベクトル〈ＮＬｂ
（ｉ）〉との比較を行う。その差の絶対値｜〈ＮＬｂ
（ｉ）〉−〈ＮＬａ（ｉ）〉｜が所定の非線形誤差変化
許容量ΔＮＬ０よりも大きければ、サンプルショットＳ
Ａｉと代替ショットＳＢｉとの間の非線形誤差量の差の
原因はウエハの非線形歪みではなく、計測エラーである
とする。即ち、ランダムな非線形誤差量が大きいからで
あると判断し、ステップ１１２に進んでサンプルショッ
トＳＡｉ及び代替ショットＳＢｉの両方のアライメント
データを有効であるとした後、ステップ１１３に進む。

【００５５】一方、ステップ１１１で、非線形誤差変化
量である｜〈ＮＬｂ（ｉ）〉−〈ＮＬａ（ｉ）〉｜がΔ
ＮＬ０よりも小さければ、非線形誤差の変化の主原因は
ウエハの非線形歪みであると判断し、ステップ１１４で
サンプルショットＳＡｉのアライメントデータを有効と
してステップ１１３に進む。このステップ１１３では、
変数ｉがサンプルショットの個数ｍに達したか否かの判
断をする。ｉ＜ｍのときはステップ１１６で変数ｉの値
を１だけ増加させた後、ステップ１０４に戻る。ステッ
プ１１３でｉ＝ｍの場合には、ステップ１１７に進む。

【００５６】ステップ１１７では、それまでに有効とさ
れたアライメントデータを用いて、重み付けＥＧＡ方式
により、（数１）を満足する変換パラメータａ〜ｆの値
を定める。以下では、重み付きＥＧＡ方式について図９
を参照して説明を行う。簡単のため、アライメントデー
タが有効とされたサンプルショット及び代替ショットの
合計を９ショットとして、それら９個のショットを改め
て図９のサンプルショットＳＡ１〜ＳＡ９であるとす
る。この図９において、ウエハＷ上のｉ番目の露光ショ
ットＥＳｉの計算上の座標位置を決定する際、この露光
ショットＥＳｉとｍ個（図９ではｍ＝９）のサンプルシ
ョットＳＡ１〜ＳＡ９との間の距離ＬＫ１〜ＬＫ９に応
じて、それら９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_inを与
える。そのため、次の残留誤差成分Ｅｉを定義する。

【００５７】

【数３】

【００５８】そして、このように定義される残留誤差成
分Ｅｉ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、ここでは各露光ショット
ＥＳｉ毎に使用するサンプルショットＳＡ１〜ＳＡ９は
同一であるが、当然に各露光ショットＥＳｉ毎に各サン
プルショットＳＡｎまでの距離は異なる。従って、サン
プルショットＳＡｎのアライメントデータに与える重み
Ｗ_inは露光ショットＥＳｉ毎に変化する。そして、露光
ショットＥＳｉ毎に変換パラメータａ〜ｆを決定し、
（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。このように算出された配列座
標にベースライン量の補正を行って得られた座標値に露
光ショットＥＳｉが位置決めされ、その状態でそれぞれ
レチクルのパターンが露光される。このようにしてウエ
ハ上の全露光ショットへの露光が終了した場合には、ウ
エハを交換し、次のウエハに対して図１のステップ１０
１〜１１７が繰り返される。

【００５９】この方式では、ウエハＷ上の各露光ショッ
トＥＳｉ毎に、各サンプルショットＳＡｎのアライメン
トデータに対する重みＷ_inが変化する。一例としてその
重みＷ_inを、ｉ番目の露光ショットＥＳｉとｎ番目のサ
ンプルショットＳＡｎ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。

【００６０】

【数４】

【００６１】この（数４）から明かなように、ｉ番目の
露光ショットＥＳｉ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。また、（数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
処理の結果は第１実施例の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ＥＳｉを全て
サンプルショットＳＡｎとし、パラメータＳの値を十分
零に近づけると、各露光ショット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−ＥＧ
Ａ方式を前提とした方式では、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。更に、（数
４）の重み付け関数は、Ｘ方向用のウエハマークＭｘｉ
とＹ方向用のウエハマークＭｙｉとに対して別々に用意
されており、Ｘ方向とＹ方向とで重みＷ_inを独立に設定
することができるようになっている。このため、ウエハ
の非線形歪みの程度（大小）、規則性又はステップピッ
チ、即ち隣接した２つのショット領域の中心間距離（ウ
エハ上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高精度に補正することがで
きるようになっている。この際、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、更にＸ方向及びＹ方向のパラメータＳの値が同一又
は異なる場合の何れであっても、パラメータＳの値は、
「規則的な非線形歪み」の大小、規則性、ステップピッ
チ又はアライメントセンサーの計測再現性等に応じて適
宜変更すれば良い。

【００６２】次に、図１０を参照して、上述の重み付き
ＥＧＡ方式の変形例につき説明する。ここでは説明を簡
単にするため、ウエハＷに規則的に、特に点対称な非線
形歪みが生じ、且つその点対称中心がウエハＷの中心
（ウエハセンター）と一致しているものとする。図１０
は本例で露光対象とするウエハＷを示し、この図９にお
いて、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Ｗｃと、ウエハＷ上のｉ番目
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Ｗｃとｍ個（図１０ではｍ＝９）
のサンプルショットＳＡ１〜ＳＡ９のそれぞれとの間の
距離（半径）をＬＷ１〜ＬＷ９とする。そして、図９の
例と同様に、距離ＬＥｉ及び距離ＬＷ１〜ＬＷ９に応じ
て、９個のサンプルショットＳＡ１〜ＳＡ９のアライメ
ントデータの各々に重みＷ_in′を与える。この方式で
は、サンプルショット毎にその２組のウエハマーク（Ｍ
ｘｉ，Ｍｙｉ）を検出した後、（数３）と同様に、残留
誤差成分Ｅｉ′を次の（数５）で定義し、その（数５）
が最小となるように（数１）の変換パラメータａ〜ｆの
値を決定する。

【００６３】

【数５】

【００６４】この方式でも、アライメントデータに与え
る重みＷ_in′は露光ショットＥＳｉ毎に変化するため、
露光ショットＥＳｉ毎に統計演算を行って変換パラメー
タａ〜ｆを決定して、その計算上の配列座標値を決定す
ることになる。そして、ウエハＷ上の各露光ショットＥ
Ｓｉ毎に、各サンプルショットに対する重みＷ_in′を変
化させるため、（数５）における重みＷ_in′を、ウエハ
Ｗ上のｉ番目の露光ショットＥＳｉとウエハセンターＷ
ｃとの距離（半径）ＬＥｉの関数として次のように表
す。但し、パラメータＳは重み付けの度合を変更するた
めのパラメータである。

【００６５】

【数６】

【００６６】この（数６）から明かなように、サンプル
ショットＳＡｎからウエハセンターＷｃに対する距離Ｌ
Ｗｎが、ウエハセンターＷｃとウエハＷ上のｉ番目の露
光ショットＥＳｉとの間の距離ＬＥｉに近いサンプルシ
ョット程、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。換言すれば、ウエハエ
ンターＷｃを中心とした半径ＬＥｉ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Ｗ_in′が与えられ、その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Ｗ_in′が小さ
くなっている。

【００６７】更に、この方式では、ウエハＷ上の点対称
中心からほぼ等距離にある複数のショット領域、即ちそ
の点対称中心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Ｗ_in′が同一とな
る。このため、その点対称中心を中心とした同一の円上
に複数の露光ショットが位置している場合、何れか１つ
のショット領域のみにおいて上記の重み付け及び統計演
算を行って変換パラメータａ〜ｆを算出すれば、残りの
ショット領域につ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。これにより、座標位置決定のための計算量が減少す
るという利点がある。

【００６８】次に、上述の重み付けＥＧＡ方式において
重み付けの度合いを表すパラメータＳの決定方法につき
説明する。先ず一例として、次式によりパラメータＳの
値を決定することができる。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、Ｗ_in′が決定される。

【００６９】

【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。但し、ここで言うゾーン
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、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関する重み
を最大にして統計計算を行うことになる。

【００７０】また、パラメータＳを決定する式は（数１
０）に限定されず、例えば次の（数１１）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。

【００７１】

【数８】Ｓ＝Ａ／（ｍ・Ｃ）この（数１１）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、ＥＧ
Ａ方式を前提とした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
８）からアライメントデータに対する重み付けの度合い
を示すパラメータＳが求められ、更に（数４）、（数
６）から重みＷ_in、Ｗ_in′が自動的に決定される。

【００７２】上記の方法を用いて、図７（ａ）に示す様
なショット配列誤差を有するウエハＷのアライメントを
行った場合の残留誤差成分（非線形誤差量）の分布を図
７（ｂ）に示す。図７（ａ）では１９のサンプルショッ
トＳＡ１〜ＳＡ１９が選択され、非線形誤差量の大きな
３個のサンプルショットＳＡ１，ＳＡ７，ＳＡ１５があ
る。それに対して、代替えショットＳＢ１，ＳＢ７，Ｓ
Ｂ１５はそれぞれサンプルショットＳＡ１，ＳＡ７，Ｓ
Ａ１５に対してウエハ中心に近い側の露光ショットを選
んだ。そして、その場合に（数７）で使用する重みパラ
メータＤは１００ｍｍとして、非線形誤差許容値ＮＬｃ
は０．１μｍ、非線形誤差変化許容量ΔＮＬ０は０．０
４μｍとした。

【００７３】図７（ｂ）において、露光ショットＥＳｊ
について、非線形誤差ベクトル〈ＮＬａ（ｊ）〉は、計
算上の配列座標から実際の配列座標までの誤差を示して
いる。また、サンプルショットＳＡ１５についてのみ、
非線形誤差量が大きくなっているが、このような特異的
なサンプルショットについては、ダイ・バイ・ダイ方式
でアライメントを行っても良い。また、図１のステップ
１０５において、全てのサンプルショットの非線形誤差
ベクトルの絶対値が所定の許容値（ＥＧＡ使用の許容
値）ＮＬ０以下である場合には、通常のＥＧＡ方式でア
ライメントを行っても良い。その許容値ＮＬ０の一例は
０．１μｍである。

【００７４】また、参考のため、図７（ａ）のウエハＷ
に対して、従来の通常のＥＧＡ方式でアライメントを行
った場合の非線形誤差の状態を図８（ａ）に示し、従来
の重み付けＥＧＡ方式でアライメントを行った場合の非
線形誤差の状態を図８（ｂ）に示す。図７（ｂ）と図８
（ａ），（ｂ）とを比較することにより、本実施例の方
式では全体として非線形誤差量が小さくなることが分か
る。

【００７５】なお、本発明は上述実施例に限定されるも
のではなく、例えば所謂スリットスキャン露光方式の投
影露光装置でのアライメントにも適用される。また、ウ
エハ上のショット配置、サンプルショットの個数やその
位置、代替ショットの決定方法、更には各許容値の大き
さ等は上記の値や方法以外のものであっても使用可能で
ある。このように、本発明は上述実施例に限定されず本
発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。

【００７６】

【発明の効果】本発明によれば、基板上のサンプル領域
の中に配列誤差が大きい特異的なサンプル領域があった
場合に、代替領域での計測結果との比較により、その特
異的なサンプル領域が基板の非線形歪みによるものか、
マーク破壊や計測エラーの影響によるものかを判別でき
る。そして、判別結果に応じて、それぞれ最適なアライ
メント方法とそれに用いるサンプル領域とを選択できる
ため、高いスループットで且つ高精度に位置合わせを行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による位置合わせ方法の一実施例を示す
フローチャートである。

【図２】実施例の位置合わせ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）はサンプルショットの非線形誤差量の分
布の一例を示す平面図、（ｂ）は実施例のアライメント
方式で図７（ａ）のウエハの各露光ショットの位置合わ
せを行った後の各露光ショットの非線形誤差量の分布を
示す平面図である。

【図８】（ａ）は図７（ａ）のウエハの各露光ショット
に対して従来の通常のＥＧＡ方式で位置合わせを行った
後の非線形誤差量の分布を示す平面図、（ｂ）は図７
（ａ）のウエハの各露光ショットに対して従来の重み付
けＥＧＡ方式で位置合わせを行った後の非線形誤差量の
分布を示す平面図である。

【図９】本発明の実施例において、重み付けＥＧＡ方式
で位置合わせを行う際のウエハ上のサンプルショットの
配列の一例を示す平面図である。

【図１０】実施例において、重み付けＥＧＡ方式を変形
した方式で位置合わせを行う際のウエハ上のサンプルシ
ョットの配列の一例を示す平面図である。

【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ＥＳｊ露光ショットＳＡ１〜ＳＡ１９サンプルショットＳＢ１，ＳＢ７，ＳＢ１５代替ショットＭｘｊＸ方向のウエハマークＭｙｊＹ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、前記複数の被加工領域の内、少なくとも４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
置を計測する第１工程と、該第１工程での計測結果から線形近似により算出した前
記サンプル領域の座標位置と前記第１工程で計測された
前記サンプル領域の座標位置との差分である非線形誤差
量を求める第２工程と、前記サンプル領域の内、前記非線形誤差量が所定の許容
値より大きい特異的なサンプル領域の近傍の前記被加工
領域よりなる代替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工程での計測結果及び前記第３工程での計測結
果から線形近似により算出した前記代替領域の座標位置
と前記第３工程で計測された前記代替領域の座標位置と
の差分である非線形誤差量を求める第４工程と、前記特異的なサンプル領域の非線形誤差量と前記代替領
域の非線形誤差量とを比較して、実際の配列座標の計算
で使用する座標位置を判定する第５工程と、を有し、該第５工程で使用すると判定された座標位置及び前記特
異的なサンプル領域以外の前記サンプル領域について計
測された座標位置に基づいて、前記複数の被加工領域の
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。