JPH08330214A

JPH08330214A - アライメント精度評価方法

Info

Publication number: JPH08330214A
Application number: JP7135034A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Ota; 和哉太田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-06-01
Filing date: 1995-06-01
Publication date: 1996-12-13

Abstract

(57)【要約】【目的】ＴＴＲ方式のアライメントセンサを用いてダ
イ・バイ・ダイ方式でアライメントを行う露光装置で、
ＥＧＡ方式的な統計手法によりアライメント精度を評価
する。【構成】ＴＴＲ方式のアライメント光学系によりダイ
・バイ・ダイ方式で、レチクルとウエハとの位置合わせ
を行い、そのときのレチクルステージの位置をレーザ干
渉計により計測する（ステップ１０６）。ウエハ上の全
部のショット領域の内Ｋ個のショット領域について位置
合わせを行い（ステップ１０８）、そのＫ個のショット
領域に関するレーザ干渉計の測定値並びにウエハの設計
上の配列座標に基づいてＥＧＡ方式でウエハの配列座標
を計算する（ステップ１０９）。その計算の際に得られ
た最小残留誤差ΔＥ_MM、ウエハ直交度Ｗ、及びアライメ
ント光学系からの信号強度Ａ_Xn，Ａ_Ynを評価してアライ
メント精度を評価する（ステップ１１０）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば統計的手法を用
いて予測した配列座標に基づいてウエハ上の各ショット
領域とレチクルのパターンとの位置合わせ（アライメン
ト）を行う際の位置合わせ精度を評価するアライメント
精度評価方法に関し、特にＴＴＲ（スルー・ザ・レチク
ル）方式のアライメントセンサに対して使用するアライ
メントマークを最適化する場合に適用して好適なもので
ある。

【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、マスクとしてのレチ
クルのパターンを投影光学系を介してフォトレジストが
塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上の各ショ
ット領域に転写する投影露光装置（ステッパー等）が使
用されている。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こ
れから露光するレチクルのパターンとの位置合わせ、即
ちウエハの位置合わせ（ウエハアライメント）を高精度
に行う必要がある。従来の投影露光装置におけるウエハ
の高精度な位置合わせ方法として、例えば特開昭６１−
４４４２９号公報で開示されているように、ウエハ上か
ら選択された所定個数のショット領域（サンプルショッ
ト）に付設されたアライメントマーク（ウエハマーク）
の座標位置をＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式又はオ
フ・アクシス方式等のアライメントセンサを使用して計
測し、この計測結果を統計処理してウエハ上の各ショッ
ト領域の配列座標を算出するエンハンスト・グローバル
・アライメント（以下、「ＥＧＡ」と略称する）方式の
アライメント方法が知られている。

【０００３】これに対して、ウエハステージの位置決め
精度に影響されない高精度なアライメント方法として、
ウエハ上の各ショット領域への露光を行う前にそれぞれ
各ショット領域に付設されたウエハマークとレチクル側
のアライメントマーク（レチクルマーク）との位置ずれ
量の計測を行い、この計測結果に基づいて位置合わせを
行うダイ・バイ・ダイ方式のアライメント方法が知られ
ている。このダイ・バイ・ダイ方式では、投影光学系を
介してウエハマークとレチクルマークとの位置ずれ量を
直接計測するＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）方式のよ
うに、計測位置と露光位置とが同一のアライメントセン
サが使用される。このように、ＴＴＲ方式のアライメン
トセンサを使用してダイ・バイ・ダイ方式のアライメン
トを行う際には、レチクルステージの制御系にアライメ
ントセンサによって計測される位置ずれ量の情報を送
り、その位置ずれ量が所定の許容値以内に収まるように
レチクルステージの位置を微調整していた。縮小投影の
場合、ウエハステージに比べてレチクルステージの移動
量は投影倍率の逆数分だけ余裕があるため、レチクルス
テージ側を駆動することにより位置決め精度が向上す
る。

【０００４】なお、ＴＴＲ方式のアライメントセンサを
使用してＥＧＡ方式でアライメントを行うことも可能で
あるが、このためには通常のダイ・バイ・ダイ方式の露
光シーケンスとは別にウエハステージをステッピング駆
動し、計測対象の各ウエハマークを順次ＴＴＲ方式のア
ライメントセンサの計測位置に設定して、各ウエハマー
クと対応するレチクルマークとの位置ずれ量の計測を行
うシーケンスが必要となる。

【０００５】ところで、以上のようなアライメントセン
サによりレチクルマーク及びウエハマークの位置又は位
置ずれを計測する場合、ウエハ上に形成された多数の層
の構造（レイヤ構造）によって最適なマーク段差、マー
ク幅が異なる。また、ライン・アンド・スペースパター
ンからなるマークではラインとスペースとの幅の比（Ｌ
／Ｓ比）によりアライメントセンサによる計測精度が異
なってくる。

【０００６】そのため、通常色々な種類のアライメント
マークを形成したテストレチクルを準備して、それぞれ
のアライメントマークが転写されたウエハに対してアラ
イメント精度を評価し、実際の回路パターンが形成され
るウエハには、アライメント精度が良好なアライメント
マーク（ウエハマーク）だけを形成することが行われて
いる。この場合、アライメント精度の評価方法として、
ＥＧＡ方式のアライメント方法を応用した方法がある。
この方法では、所定の選択されたショット領域のウエハ
マークの配列座標を計測し、ＥＧＡ方式により求められ
た各ウエハマークの配列座標の線形成分、又はこれと実
測値との誤差である非線形成分に基づいて評価が行われ
る。また、これとは別に、実際に露光を行い、露光後、
レジストレーション測定器によりアライメント精度を測
定し、最も良い精度が得られるウエハマークを使用する
ことも行われている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上の従来技術におい
て、ＴＴＲ方式のアライメントセンサを用いてダイ・バ
イ・ダイ方式でアライメントを行う露光装置では、レチ
クルとウエハとの位置ずれ量が検出できなくても、その
位置ずれの方向さえ分かれば、その位置ずれを小さくす
るようにレチクルをクローズドループ方式のサーボ機構
で動かすことでアライメントを行うことができる。しか
しながら、このシーケンスでは、レチクルとウエハとの
位置ずれ量が得られないため、ＥＧＡ方式を適用して統
計処理によってアライメント精度を評価する方法が使用
できないという不都合がある。

【０００８】これに関して、上述のように別途ＴＴＲ方
式のアライメントセンサを使用して両マークの位置ずれ
量を計測するシーケンスを備えることも可能であるが、
これでは製造コストが上昇する。また、実際に露光を行
う評価方法ではレジストレーション測定器の能力が低い
と、実際には正しくアライメントされているのに、ずれ
ているように計測されてしまう不都合がある。

【０００９】本発明は斯かる点に鑑み、ＴＴＲ方式のア
ライメントセンサを使用してダイ・バイ・ダイ方式でア
ライメントを行う露光装置で、そのダイ・バイ・ダイ方
式のアライメントシーケンスを利用してＥＧＡ方式のよ
うな統計処理的手法でアライメント精度を評価できるア
ライメント精度評価方法を提供することを目的とする。
更に本発明は、ＴＴＲ方式のアライメントセンサでダイ
・バイ・ダイ方式のアライメントを行う際のアライメン
トマークの最適化を行うことを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によるアライメン
ト精度評価方法は、マスク（４）上のパターンを基板
（６Ａ）上の各ショット領域（４７）に転写するため
に、そのマスク（４）とそのショット領域（４７）との
位置合わせを行う際の位置合わせ精度を評価するアライ
メント精度評価方法において、その基板（６Ａ）上の全
部のショット領域のうち所定のショット領域のそれぞれ
について、そのマスク（４）及びその基板（６Ａ）の少
なくとも一方を移動し、マスク（４）上の位置合わせ用
マーク（３５Ａ）と基板（６Ａ）上の位置合わせ用マー
ク（４８Ａ）との位置ずれを検出するアライメント系
（１）を使用して、そのマスク（４）のパターンとその
基板（６Ａ）上の当該ショット領域（４７）との位置合
わせを行った状態で、そのマスク（４）とその基板（６
Ａ）との相対的な位置ずれ量を計測し、該位置ずれ量の
設計上の目標値からの偏差を求める第１工程（ステップ
１０１〜１０８）と、この第１工程でその所定のショッ
ト領域（４７）のそれぞれについて計測された偏差、及
びその基板（６Ａ）上の所定のショット領域の設計上の
配列座標を統計処理して、その基板（６Ａ）上の所定の
ショット領域の実際の配列座標を算出する第２工程（ス
テップ１０９）と、この第２工程で算出された配列座標
の誤差成分に基づいて位置合わせ精度を評価する第３工
程（ステップ１１０）と、を有するものである。

【００１１】この場合、その第１工程で計測されるその
所定のショット領域（４７）の個数はその基板（６Ａ）
上の全部のショット領域の個数より少ないことが望まし
い。また、その基板（６Ａ）上の位置合わせ用マーク
（４８Ａ）の種類を変えてそれぞれその第１工程及びそ
の第２工程を繰り返して実際の配列座標を求め、その第
３工程でその第２工程で求められた配列座標の線形誤差
成分又は非線形誤差成分に基づいて最適な位置合わせ用
マークを選択することが好ましい。

【００１２】また、その第１工程でそのアライメント系
（１）の検出信号の強度を検出して記憶し、その第３工
程で、その第１工程で記憶された検出信号の強度をも用
いて位置合わせ精度を評価してもよい。

【００１３】

【作用】斯かる本発明のアライメント精度評価方法によ
れば、通常のＴＴＲ方式のアライメントセンサを使用し
たダイ・バイ・ダイ方式のアライメント動作を巧みに利
用してアライメント精度の評価をすることができる。即
ち、第１工程（ステップ１０１〜１０８）及び第２工程
（ステップ１０９）は従来からダイ・バイ・ダイ方式の
アライメント動作において行われているものであり、そ
の際の例えばマスク（４）の移動量の計測結果を利用し
て第３工程（ステップ１１０）においてＥＧＡ方式のよ
うな統計処理によってアライメント精度の評価をするこ
とができるため、特に新たな装備並びに複雑な制御を必
要としない。

【００１４】また、第１工程で計測される所定のショッ
ト領域（４７）の個数が基板（６Ａ）上の全部のショッ
ト領域の個数より少ない場合には、計測時間が短縮さ
れ、生産性が向上する。また、基板（６Ａ）上の位置合
わせ用マーク（４８Ａ）の種類を変えてそれぞれ第１工
程及び第２工程を繰り返して実際の配列座標を求め、第
３工程で第２工程で求められた配列座標の線形誤差成分
又は非線形誤差成分に基づいて最適な位置合わせ用マー
クを選択する場合には、高精度な位置合わせを可能にす
る位置合わせ用のマークを選定することができる。

【００１５】また、第１工程でそのアライメント系
（１）の検出信号の強度を検出して記憶し、第３工程
で、その第１工程で記憶された検出信号の強度をも用い
て位置合わせ精度を評価する場合には、例えばレーザ・
ステップ・アライメント（ＬＳＡ）方式や２光束干渉方
式（ＬＩＡ方式）のような回折格子をアライメントマー
クに用いるタイプのアライメント系では、検出信号の強
度とアライメント精度との間に強い相関があることが知
られており、検出信号の強度を評価することにより位置
合わせ用マークの最適化の信頼性が向上する。

【００１６】

【実施例】以下、本発明によるアライメント精度評価方
法の一実施例につき図面を参照して説明する。本実施例
は、２光束ヘテロダイン干渉方式でＴＴＲ方式のアライ
メントセンサを使用して、ダイ・バイ・ダイ方式でアラ
イメント及び露光を行うステッパー型の投影露光装置に
おいて、ウエハマークを最適化する場合に本発明を適用
したものである。２光束干渉方式は、ＬＩＡ（Laser In
terferometric Alignment)方式とも呼ばれている。

【００１７】図２は、本例の投影露光装置の全体の概略
構成を示し、この図１において、露光時には露光照明系
６０からの波長λ₀の露光用の照明光がダイクロイック
ミラー３で反射されてレチクル４に照射され、その照明
光のもとでレチクル４のパターンが投影光学系５を介し
て例えば１／５に縮小されてフォトレジストが塗布され
たウエハ６Ａ上の各ショット領域に投影される。ウエハ
６Ａは後述するようにテスト用のウエハであり、本例で
はウエハ６Ａの他に、ウエハ６Ａと異なるウエハマーク
を有するウエハ６Ｂ，６Ｃを使用してアライメントを行
い、ウエハマークの精度評価を行う。なお、露光用の照
明光として、本例では水銀ランプのｉ線（波長：３６５
ｎｍ）を使用するが、それ以外にエキシマレーザ光（波
長：２４８ｎｍ，１９３ｎｍ等）等も使用できる。ここ
で、投影光学系５の光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸
に垂直な平面で図２の紙面に平行にＹ軸を、図２の紙面
に垂直にＸ軸を取る。

【００１８】この場合、レチクル４はレチクルステージ
９上に保持され、レチクルステージ９は投影光学系５の
光軸ＡＸに垂直な平面内でＸ方向、Ｙ方向、及び回転方
向（θ方向）にレチクル４の位置決めを行う。レチクル
ステージ９上に固定された移動鏡６３ｍ、及び外部に設
置されたレーザ干渉計６３によりレチクルステージ９の
Ｘ座標、Ｙ座標、及び回転角が常時計測され、計測値が
レチクルステージ制御系６４、及び後述のアライメント
信号処理系６８に供給され、その計測値はレチクルステ
ージ制御系６４を介して装置全体の動作を統轄制御する
中央制御系６１にも供給されている。中央制御系６１
が、レチクルステージ制御系６４にレチクルステージ９
の目標位置及び目標回転角の情報を供給すると、それに
応じてレチクルステージ制御系６４がレチクルステージ
駆動部６２を介してレチクルステージ９の位置及び回転
角をそれぞれ目標値に設定する。

【００１９】一方、ウエハ６Ａはウエハホルダ７を介し
てＸステージ８Ｘ及びＹステージ８Ｙ等からなるウエハ
ステージ上に載置されている。実際には、Ｘステージ８
Ｘ上に、ウエハ６ＡをＺ方向に位置決めするＺステージ
等も載置されている。ウエハステージは投影光学系５の
光軸ＡＸに垂直な平面内でＸ方向、Ｙ方向、及び回転方
向（θ方向）にウエハ６Ａの位置決めを行う。Ｘステー
ジ８Ｘ上に固定された移動鏡６６ｍ、及び外部に設置さ
れたレーザ干渉計６６によりウエハ６ＡのＸ座標、Ｙ座
標、及び回転角が常時計測され、計測値がウエハステー
ジ制御系６７に供給され、その計測値はウエハステージ
制御系６７を介して中央制御系６１にも供給されてい
る。中央制御系６１が、ウエハステージ制御系６７にウ
エハ６Ａの目標位置及び目標回転角の情報を供給する
と、それに応じてウエハステージ制御系６７がウエハス
テージ駆動部６５を介してウエハステージの位置及び回
転角を制御する。また、ウエハステージ側のＸステー
ジ８Ｘ上のウエハ６Ａの近傍に基準マーク部材１１が固
定され、基準マーク部材１１上にレチクル４の投影光学
系５の光軸ＡＸに対する位置合わせ等において基準とな
る基準マークが形成されている。それに対応して、レチ
クル４の周辺部の上方には、レチクル４上のアライメン
トマークとその基準マークとの位置ずれ量を検出するた
めの２個のレチクルアライメント顕微鏡３９及び４０
（図２参照）が配置されている。これらのレチクルアラ
イメント顕微鏡３９及び４０による検出結果が中央制御
系６１に供給される。

【００２０】次に、本例のＬＩＡ方式のアライメントセ
ンサにつき詳細に説明する。このアライメントセンサ
は、ダイクロイックミラー３の上方の対物レンズ２、そ
の上方のアライメント光学系１、及びアライメント信号
処理系６８より構成されている。アライメントを行う際
には、アライメント光学系１中のレーザ光源から射出さ
れたレーザビームは、所定の周波数変調を受けてアライ
メント光として射出される。アライメント光としては、
ウエハ６Ａ上に塗布されているフォトレジストに対する
感光性の弱い波長域の光（例えばＨｅ−Ｎｅレーザ光源
からの波長６３３ｎｍのレーザビーム等）が使用され
る。このアライメント光は対物レンズ２、ダイクロイッ
クミラー３を透過してレチクル４上の回折格子状のレチ
クルマーク３５Ａ、及び光透過性の窓部（レチクル窓）
３７Ａに照射され、レチクル窓３７Ａを透過したアライ
メント光がウエハ６Ａ上の位置決め対象のショット領域
に付設されたウエハマーク４８Ａに照射される。ここで
は、レチクルマーク３５Ａ及びウエハマーク４８Ａの計
測方向をＸ方向とする。

【００２１】そして、ウエハマーク４８Ａでの回折によ
り生じたヘテロダインビーム、及びレチクルマーク３５
Ａでの回折により生じたヘテロダインビームが、ダイク
ロイックミラー３、及び対物レンズ２を経てアライメン
ト光学系１に戻り、アライメント光学系１内の受光系で
２つのビート信号が生成される。これらのビート信号が
アライメント信号処理系６８に供給され、ここで２つの
ビート信号の位相差が検出され、検出された位相差が中
央制御系６１に供給される。

【００２２】次に、図２〜図６を参照して、本例のＬＩ
Ａ方式のアライメントセンサからのアライメント光の光
路、並びにレチクルマーク及びウエハマークの検出方法
につき説明する。図２において、アライメント光学系１
からは、露光波長λ₀と異なる平均波長λ₁で周波数差
Δｆ（本例では５０ｋＨｚ）の１対のレチクルアライメ
ント照明光ＲＢ₁，ＲＢ₂、及びウエハアライメント照
明光ＷＢ₁，ＷＢ₂が射出される。

【００２３】図３は、図２をＹ方向に見た側面図であ
り、この図３に示すように、レチクルアライメント照明
光ＲＢ₁，ＲＢ₂は対物レンズ２によってレチクル４上
に集光され、レチクル４の下面の回折格子状のレチクル
マーク３５Ａにそれぞれ入射角−θ_R1，θ_R1で照射され
る。図５は、本例のレチクル４のレチクルマーク３５Ａ
の周辺の拡大図であり、この図５において、Ｘ軸用のレ
チクルマーク３５Ａは、Ｘ方向にピッチＰ_Rで形成され
た回折格子よりなるマークであり、レチクルマーク３５
Ａの内側にウエハ側に向かうアライメント光を通過させ
るためのレチクル窓３７Ａが形成されている。そして、
レチクルマーク３５Ａに照明光ＲＢ₁，ＲＢ₂よりなる
光束５０が照射され、レチクル窓３７Ａを照明光Ｗ
Ｂ₁，ＷＢ₂よりなる光束５１が通過している。

【００２４】図３に戻り、入射角−θ_R1，θ_R1とレチク
ルマーク３５Ａの格子ピッチＰ_Rとは次式の関係にあ
り、照明光ＲＢ₁の＋１次回折光ＲＢ₁ ⁺¹と照明光ＲＢ
₂の−１次回折光ＲＢ₂ ^-1とはそれぞれ真上に発生し、
アライメント検出光（ヘテロダインビーム）として対物
レンズ２を介してアライメント光学系１に戻る。 sin θ_R1＝λ₁／Ｐ_R 一方、ウエハアライメント照明光ＷＢ₁，ＷＢ₂はレチ
クル４のレチクル窓３７Ａを通過し、投影光学系５中の
色収差制御板１０に達する。色収差制御板１０の照明光
ＷＢ₁，ＷＢ₂が通過する部分には、それぞれ回折格子
状の軸上色収差制御素子が形成されており、照明光ＷＢ
₁，ＷＢ₂はそれぞれ角度−θ_G1，θ_G1だけ曲げられ
て、回折格子状のウエハマーク４８Ａに対しそれぞれ入
射角−θ_W1，θ_W1で照射される。

【００２５】図６は、ウエハマーク４８Ａの拡大図を示
し、この図６において、ウエハマーク４８Ａは、Ｘ方向
にピッチＰ_Wで形成された凹凸の回折格子よりなる。そ
して、ウエハマーク４８Ａに、照明光ＷＢ₁，ＷＢ₂ よ
りなる光束５１が照射されている。図３に戻り、入射角
−θ_W1，θ_W1とウエハマーク４８Ａの格子ピッチＰ_Wと
は次式の関係にあり、照明光ＷＢ₁の＋１次回折光ＷＢ
₁ ⁺¹と照明光ＷＢ₂の−１次回折光ＷＢ₂ ^-1とはそれぞ
れ真上に発生し、これら２つの回折光がアライメント検
出光（ヘテロダインビーム）となる。

【００２６】sin θ_W1＝λ₁／Ｐ_W この場合、図２に示すように、色収差制御板１０の偏向
作用によりウエハアライメント照明光は、非計測方向
（Ｙ方向）においてウエハ６Ａに対して角度θ_mだけ傾
いて入射するため、上記各アライメント検出光が色収差
制御板１０上で通過する位置は入射時に通過した位置と
異なる。ウエハマーク４８Ａからのアライメント検出光
は、色収差制御板１０上の別の軸上色収差制御素子を通
ることによって横方向の色収差が補正されて、レチクル
窓３７Ａに向かう。その後、各検出光はレチクル窓３７
Ａ、及び対物レンズ２を介して再びアライメント光学系
１へと戻る。また、ウエハアライメント照明光は、色収
差制御板１０が配置されない場合に比べ、ウエハ６Ａの
表面でＹ方向にΔβだけずれた位置を照明する。

【００２７】ここで、図４を参照して、アライメント光
学系１について詳しく説明する。図４（ａ）はアライメ
ント光学系１を図３と同じ方向から見た図、図４（ｂ）
は図４（ａ）の底面図である。図４（ａ）において、Ｈ
ｅ−Ｎｅレーザ光源１２から射出されたレーザビームＢ
はハーフプリズム１３で２分割され、それぞれ周波数Ｆ
₁，Ｆ₂で駆動されている音響光学素子（以下、「ＡＯ
Ｍ」と言う）１５，１６に入射する。周波数Ｆ₁及びＦ
₂はそれぞれ数１０ＭＨｚであり、且つ両周波数の差が
５０ｋＨｚとなっている。ＡＯＭ１５及び１６から射出
された回折光のうち、それぞれ＋１次回折光Ｂ₂及びＢ
₁のみをスリット板１７及び１８で抽出する。抽出され
た一方の＋１次回折光Ｂ₂の内でハーフプリズム２２を
透過した光束と、他方の＋１次回折光Ｂ₁の内でハーフ
プリズム２２で反射された光束とが、やや離れて平行に
集光レンズ２３に向かう。

【００２８】そして、集光レンズ２３で集光された２つ
の光束が視野絞り２４により整形され、視野絞り２４を
通過した１対の光束がプリズム２５で図４（ａ）の紙面
に垂直な方向に２分割されて１対のレチクルアライメン
ト照明光ＲＢ₁，ＲＢ₂、及び１対のウエハアライメン
ト照明光ＷＢ₁，ＷＢ₂が生成される。これら２対のア
ライメント照明光は、レンズ２６及びハーフプリズム２
７を介して図３の対物レンズ２に向かう。

【００２９】一方、図３のレチクルマーク３５Ａ及びウ
エハマーク４８Ａからのアライメント検出光は、図４
（ａ）のアライメント光学系１に戻った後、ハーフプリ
ズム２７により反射され、レンズ２８を経てレチクル、
及びウエハと共役な位置にある検出光分離プリズム２９
によって、レチクル検出光とウエハ検出光とに分離され
る。図４（ｂ）に示すように、検出光分離プリズム２９
はウエハ検出光を反射し、レチクル検出光を透過する部
分反射プリズムであり、レチクル検出光ＲＢ₁ ⁺¹，ＲＢ₂
^-1は検出光分離プリズム２９を透過し、光電検出素子
３０によって受光される。そして、ウエハ検出光ＷＢ₁
⁺¹，ＷＢ₂ ^-1は検出光分離プリズム２９で反射され
て、図４（ａ）の光電検出素子３１によって受光され
る。光電検出素子３０からレチクルマークの位置に対応
するレチクルビート信号Ｓ_Rが出力され、光電検出素子
３１からウエハマークの位置に対応するウエハビート信
号Ｓ_Wが出力される。

【００３０】図１１は、レチクルビート信号Ｓ_R、及び
ウエハビート信号Ｓ_Wの一例を示す。レチクルビート信
号Ｓ_R、及びウエハビート信号Ｓ_Wはそれぞれ周波数Δ
ｆ（＝５０ｋＨｚ）の正弦波状のビート信号であり、両
者の位相差Δφ_T[ｒａｄ］はレチクル４、及びウエハ６
ＡのＸ方向への相対移動量により変化し、その相対移動
量Δｘは以下の式に示す通りである。

【００３１】 Δｘ（レチクル上）＝Ｐ_R・Δφ_T／（４π）， Δｘ（ウエハ上）＝Ｐ_W・Δφ_T／（４π）なお、レチクルマークのピッチＰ_Rに、図３の投影光学
系５の投影倍率（縮小倍率）を掛けたものがウエハマー
クのピッチＰ_Wとなっている。レチクルビート信号Ｓ_R
及びウエハビート信号Ｓ_W はそれぞれ図２のアライメン
ト信号処理系６８に供給され、ここで両信号Ｓ_R，Ｓ_W
の位相差が検出される。検出された位相差は中央制御系
６１に供給される。ダイ・バイ・ダイ方式のアライメン
トを行う場合には、中央制御系６１は、両ビート信号Ｓ
_R，Ｓ_Wの位相差に基づき、レチクルマークとウエハマ
ークとの位置ずれが所定の目標追い込み値になるよう
に、レチクルステージ制御系６４を介してレチクルステ
ージ９の位置を調整する。また、実際にはその他に３軸
のＬＩＡ方式のアライメント光学系が設けられ、これら
３軸のアライメント光学系からの２つのビート信号の位
相差についてもそれぞれ所定の目標追い込み値となるよ
うに制御が行われる。その後、レチクル４のパターン像
がウエハ６Ａの当該ショット領域に投影露光される。

【００３２】次に、本例の投影露光装置でダイ・バイ・
ダイ方式のアライメント動作を行って得られたデータを
ＥＧＡ方式で処理することにより、ウエハマークを評価
する場合の動作の一例につき図１のフローチャート、図
７〜図１０、及び図１２を参照して説明する。本例で
は、種々のウエハマークを使用した場合のアライメント
精度を評価するために、一例として３枚のウエハ６Ａ〜
６Ｃを準備する。ウエハ６Ａ〜６Ｃとしては、ショット
配列のｘｙ直交度が完全に近いテスト用のウエハが選定
されている。この場合、ショット配列のｘｙ直交度がず
れているものでもよいが、予めそのショット配列の直交
度は計測されているものとする。

【００３３】図１２（ａ）〜図１２（ｃ）は、それぞれ
ウエハ６Ａ〜６Ｃに形成されているウエハマーク４８
Ａ，５２，５３の形状を示し、これらの図１２（ａ）〜
図１２（ｃ）において、ウエハマーク４８Ａ，５２，５
３は、すべてライン・アンド・スペースパターンからな
る格子状の凹凸マークであり、どれも同じ格子ピッチＰ
_Wを有している。但し、それらのライン（凸部とする）
の幅とスペース（凹部）の幅との比（デューティー比、
以下、「Ｌ／Ｓ比」という）がそれぞれ異なっている。

【００３４】図１２（ａ）に示すウエハ６Ａのウエハマ
ーク４８Ａのライン５４のライン幅Ｌａはスペース５５
のスペース幅Ｓａとほぼ同一の長さを有し、Ｌ／Ｓ比が
１の格子マークである。これに対して、図１２（ｂ）に
示すウエハ６Ｂのウエハマーク５２のライン５６のライ
ン幅Ｌｂはスペース５７のスペース幅Ｓｂに対してほぼ
１／２の長さで形成されており、Ｌ／Ｓ比が１／２の格
子マークである。また、図１２（ｃ）に示すウエハ６Ｃ
のウエハマーク５３のライン５８のライン幅Ｌｃはスペ
ース５９のスペース幅Ｓｃに対してほぼ２倍の長さで形
成されており、Ｌ／Ｓ比が２の格子マークである。本例
では、先ず最初にウエハ６Ａのウエハマーク４８Ａに対
してのアライメント精度の評価が行われる。

【００３５】次に、図７は本例で使用されるレチクル４
のパターン配置を示し、この図７において、レチクル４
の下面で枠状の遮光帯３３中がパターン領域３２とな
り、このパターン領域３２内に転写用の回路パターンが
描画されている。そして、矩形のパターン領域３２内で
各辺の近傍にＸ方向に所定ピッチで配列された回折格子
状の１対のレチクルマーク３５Ａ，３５Ｂ、及びＹ方向
に所定ピッチで配列された回折格子状の１対のレチクル
マーク３６Ａ，３６Ｂが形成され、これらのレチクルマ
ーク３５Ａ，３５Ｂ，３６Ａ，３６Ｂの内側にそれぞれ
レチクル窓３７Ａ，３７Ｂ，３８Ａ，３８Ｂが形成され
ている。また、遮光帯３３をＸ方向に挟むように十字型
のアライメントマーク３４Ａ及び３４Ｂが形成されてい
る。

【００３６】これに対応して、図８は、ウエハ６Ａ上の
一部のショット領域の拡大図を示し、この図８におい
て、中央の矩形のショット領域４７の内部で各辺の近傍
にＸ方向に所定ピッチで配列された回折格子状の１対の
ウエハマーク４８Ａ，４８Ｂ、及びＹ方向に所定ピッチ
で配列された回折格子状の１対のウエハマーク４９Ａ，
４９Ｂが形成されている。同様に他のショット領域にお
いても、それぞれ１対のＸ軸のウエハマーク、及び１対
のＹ軸のウエハマークが形成されている。なお、これら
のウエハマークは、各ショット領域の間のストリートラ
イン領域上に形成されている場合もある。ウエハ６Ｂ，
６Ｃについても同様の構成でウエハマークが形成されて
いる。

【００３７】この場合、ショット領域４７を計測対象の
サンプルショットとすると、ウエハマーク４８Ａと対応
する図７のレチクルマーク３５Ａとの位置ずれ量が図２
のアライメント光学系１により検出され、他の３個のウ
エハマーク４８Ｂ，４９Ａ，４９Ｂと対応する図７のレ
チクルマーク３５Ｂ，３６Ａ，３６Ｂとの位置ずれ量が
不図示の他の３個のアライメント光学系により検出さ
れ、検出結果が図２の中央制御系６１に供給される。即
ち、計測される位置ずれ量の自由度は４である。これに
対して、ウエハ６Ａとレチクル４との相対移動の自由度
は３（Ｘ方向、Ｙ方向、θ方向）しかないため、例えば
Ｘ方向の位置ずれ量については２組のＸ軸のマークの位
置ずれ量の平均値を使用し、Ｙ方向の位置ずれ量につい
ては２組のＹ軸のマークの位置ずれ量の平均値を使用す
る。そして、θ方向のずれ量については、Ｘ軸及びＹ軸
の４組のマークの位置ずれ量の平均値を使用するように
する。これにより平均化効果が得られる。

【００３８】また、図９は本例のウエハステージ上にあ
る基準マーク部材１１のパターン配置を示し、この図９
において、ガラス基板よりなる基準マーク部材１１上に
Ｘ方向に所定間隔で枠状の基準マーク４１Ａ及び４１Ｂ
が形成されている。基準マーク４１Ａ，４１Ｂの間隔
は、図７に示すレチクル４上のアライメントマーク３４
Ａ，３４Ｂの間隔に投影光学系５の投影倍率を乗じて得
られる間隔と同じに設定してあり、且つ基準マーク４１
Ａ及び４１Ｂは、底面側から露光用の照明光と同じ波長
域の照明光で投影光学系５側に照明されている。また、
基準マーク４１Ａ及び４１Ｂの間に、ウエハマークの位
置決めの基準となるＸ軸の基準回折格子マーク４２Ａ，
４２Ｂ、及びＹ軸の基準回折格子マーク４３Ａ，４３Ｂ
が形成されている。

【００３９】そして、図１のステップ１０１において、
図２のレチクル４の投影光学系５に対する位置決め（レ
チクルアライメント）を行う。具体的に、中央制御系６
１は、予め求められているデータに基づいてウエハステ
ージを駆動して、図９の基準マーク部材１１の基準マー
ク４１Ａ，４１Ｂの中点を投影光学系５の光軸ＡＸと合
致させる。その後、中央制御系６１は、図３の２つのレ
チクルアライメント顕微鏡３９，４０からの撮像信号を
取り込む。

【００４０】図１０は、それらレチクルアライメント顕
微鏡３９，４０の観察視野３９ａ，４０ａを示し、この
図１０において、一方の観察視野３９ａ内では基準マー
ク４１Ａのレチクル上への像４１ＡＲとレチクル側のア
ライメントマーク３４Ａとが観察され、他方の観察視野
４０ａ内では基準マーク４１Ｂの像４１ＢＲとアライメ
ントマーク３４Ｂとが観察されている。そこで、図２の
中央制御系６１では、レチクルステージ制御系６４を介
してレチクルステージ９の位置を微調整することによ
り、図１０においてアライメントマーク３４Ａ及び３４
Ｂの中心がそれぞれ基準マークの像４１ＡＲ及び４１Ｂ
Ｒの中心と合致するように、レチクル４のＸ方向、Ｙ方
向、及びθ方向への位置決めを行う。なお、例えばアラ
イメントマーク３４Ａ及び３４Ｂの間隔が設計値からず
れているような場合には、アライメントマーク３４Ａ及
び３４Ｂの中心をそれぞれ基準マークの像４１ＡＲ及び
４１ＢＲの中心から対称にずらすようにすればよい。

【００４１】このようにレチクルアライメントが完了し
た状態で、更に図２のＬＩＡ方式のアライメントセンサ
のアライメント光学系１、及び他の３個のアライメント
光学系を作動させて、４組のレチクルビート信号及びウ
エハビート信号をアライメント信号処理系６８に取り込
み、このときの４組のビート信号の位相差Δφ₁〜Δφ
₄を目標追い込み値としてアライメント信号処理系６８
内の記憶部に記憶する。この場合、アライメント光学系
１から出力される２つのビート信号の位相差Δφ₁は、
図９の基準マーク部材１１上の基準回折格子マーク４２
Ａと、図７のレチクル４上のレチクルマーク３５Ａとの
Ｘ方向の位置ずれ量に対応する。同様に、他の位相差Δ
φ₂〜Δφ₄は、基準回折格子マーク４２Ｂ，４３Ａ，
４３Ｂとそれぞれ対応するレチクルマーク３５Ｂ，３６
Ａ，３６Ｂとの位置ずれ量に対応する。

【００４２】次のステップ１０２において、レチクルア
ライメント完了後のレチクルステージ９の位置を初期位
置としてアライメント信号処理系６８内の記憶部に記憶
する。その初期位置は、レーザ干渉計６３により計測さ
れるＸ座標ｘ₀、Ｙ座標ｙ₀、及び回転角θ₀よりなる
ため、その初期位置を（ｘ₀，ｙ₀，θ₀）で表す。次
に、ウエハ６Ａ上の全部のショット領域からＫ個（Ｋは
３以上の整数）のショット領域をサンプルショットとし
て選択する。全部のショット領域をサンプルショットと
してもよい。この際に、ウエハ６Ａ上の全部のショット
領域の中心、及び各ウエハマークのウエハ６Ａ上の座標
系（試料座標系）での設計上の配列座標は、中央制御系
６１内の記憶部に記憶されている。以下ではｎ番目（ｎ
＝１〜Ｋ）のサンプルショットの中心の設計上の配列座
標を（Ｘ_n，Ｙ_n)とする。また、図２においてウエハ６
Ａのウエハステージに対する大まかなアライメント（サ
ーチアライメント）は既に実行され、その試料座標系上
の座標から、ウエハステージ側のレーザ干渉計６６の計
測値で規定されるステージ座標系上の座標を求めるため
の変換係数の大まかな値は求められているものとする。

【００４３】そして、それらのサンプルショットについ
てダイ・バイ・ダイ方式でアライメントを行いつつ露光
量を０として疑似的に露光を行う。即ち、中央制御系６
１はステップ１０３において、サンプルショットの順序
を示す整数ｎを１に初期化した後、ステップ１０４に移
行して、ｎ番目のサンプルショットの中心の設計上の配
列座標（Ｘ_n，Ｙ_n)をステージ座標系での配列座標に変
換する。そして、この変換後の配列座標に基づきウエハ
ステージ制御系６７を介してＸステージ８Ｘ、及びＹス
テージ８Ｙをステッピング駆動することにより、ｎ番目
のサンプルショットの中心を露光フィールドの中心（露
光位置）に設定する。但し、実際にはウエハ６Ａの伸
縮、回転誤差等によってそのサンプルショットの中心は
露光位置から外れている。この位置ずれ量がアライメン
ト誤差であり、本例ではこのアライメント誤差をレチク
ルステージ９側を移動することにより補正する。ここで
説明の便宜上、ｎ番目のサンプルショットを図８のショ
ット領域４７であるとする。そのため、ステップ１０５
において、中央制御系６１はＴＴＲ方式でＬＩＡ方式の
４個のアライメントセンサを作動させて、図７の４個の
レチクルマーク３５Ａ，３５Ｂ，３６Ａ，３６Ｂと、対
応する図８のｎ番目のサンプルショットの４個のウエハ
マーク４８Ａ，４８Ｂ，４９Ａ，４９Ｂとの位置ずれ量
に対応するレチクルビート信号とウエハビート信号とを
計測する。そして、両ビート信号の位相差Δφ_A,Δφ_B,
Δφ_C,Δφ_Dを計測させる。アライメント信号処理系６
８内では、計測された位相差Δφ_A〜Δφ_Dからステッ
プ１０１で求められている目標追い込み値Δφ₁〜Δφ
₄を差し引いて得られる位相誤差を中央制御系６１に供
給する。これに応じて中央制御系６１では、例えばそれ
らの位相誤差の内の２つのＸ方向の位相誤差の平均値の
絶対値が所定の第１の閾値以下となり、２つのＹ方向の
位相誤差の平均値の絶対値がその第１の閾値以下とな
り、且つ４つの位相誤差の絶対値の和が所定の第２の閾
値以下となるように、レチクルステージ制御系６４を介
してレチクルステージ９をＸ方向、Ｙ方向、θ方向に位
置決めする。このように位置決めが行われた状態をアラ
イメント完了状態と呼ぶ。

【００４４】なお、このときウエハマーク４８Ａ，４８
Ｂを計測するＸ方向のアライメントセンサにより計測さ
れた信号強度をそれぞれＡ_Xn1，Ａ_Xn2とし、それらの
信号強度の平均値（（Ａ_Xn1＋Ａ_Xn2）／２）をショッ
ト領域４７（ｎ番目のショット領域）におけるＸ方向の
アライメントセンサの信号強度Ａ_Xnとする。同様に、Ｙ
方向のアライメントセンサの信号強度Ａ_Ynを求め、アラ
イメント信号処理系６８を介して中央制御系６１に供給
する。

【００４５】その後、ステップ１０６において、アライ
メント完了状態で中央制御系６１はウエハステージ、及
びレチクルステージ９を所定時間だけ静止させておく。
通常はこの状態で露光が行われるが、本例では露光は行
わない。即ち、露光用照明系６０からの露光用の照明光
をレチクル４に照射することなく、所定時間ウエハステ
ージ及びレチクルステージを静止させておく。そして、
アライメント信号処理系６８では、このアライメント完
了状態の所定時間の間に、レチクル側のレーザ干渉計６
３からの計測値を平均化して、レチクルステージ９のＸ
座標の平均値ｘ _n,Ｙ座標の平均値ｙ_n,回転角の平均値θ
_nを求め、これらの値をレチクルステージ９の平均位置
（ｘ_n,ｙ_n,θ_n)として記憶する。

【００４６】続くステップ１０７で、整数ｎの値を１だ
け増加させた後、ステップ１０８に移行してＫ個のサン
プルショットについて計測が終わったかどうかを判定す
る。従って、ステップ１０４〜１０７がＫ回繰り返され
て、Ｋ個のサンプルショットのそれぞれについてアライ
メント完了状態でのレチクルステージ９の平均位置（ｘ
₁，ｙ₁，θ₁)〜（ｘ_K，ｙ_K，θ_K)が求めて記憶され
る。このようにしてＫ個のサンプルショットについてレ
チクルステージ９の平均位置が得られると、動作はステ
ップ１０８からステップ１０９に移行する。

【００４７】そして、アライメント信号処理系６８は、
中央制御系６１に対して、Ｋ個のサンプルショットのそ
れぞれについて、アライメント完了状態でのレチクルス
テージ９の初期位置からの移動量（ｘ_n-ｘ₀,ｙ_n-ｙ₀,θ
_n-θ₀)（ｎ＝１〜Ｋ）をアライメントデータとして供給
する。中央制御系６１は、供給されたアライメントデー
タを用いてＥＧＡ方式でアライメントを行う際の座標変
換パラメータ（以下、「ＥＧＡパラメータ」と呼ぶ）を
算出する。なお、別置きのコンピュータでそのＥＧＡパ
ラメータを算出してもよい。

【００４８】ここで、ＥＧＡパラメータの一例、及びそ
の算出方法の一例につき説明する。先ず、図８において
ウエハ６Ａ上の直交座標系（試料座標系）を（ｘ，ｙ）
として、ショット領域４７をｎ番目のサンプルショット
とする。このサンプルショットの中心の基準点４７ａの
座標系（ｘ，ｙ）における設計上の座標値は（Ｃ_Xn，Ｃ
_Yn）で表されるものとする。この座標値（Ｃ_Xn，Ｃ_Yn）
は、ステップ１０４で使用されるｎ番目のサンプルショ
ットの設計上の配列座標（Ｘ_n,Ｙ_n)と同じである。ここ
で、試料座標系（ｘ，ｙ）に平行で基準点４７ａを原点
とする直交座標系を（α，β）として、ウエハマーク４
８Ａ，４８Ｂ，４９Ａ，４９Ｂの座標系（α，β）上に
おける設計上の座標がそれぞれ（Ｓ_1Xn,Ｓ_1Yn)，（Ｓ
_2Xn,Ｓ_2Yn)，（Ｓ_3Xn,Ｓ_3Yn)，（Ｓ_4Xn,Ｓ_4Yn)で表され
るものとする。なお、図８のウエハマーク４８Ａ，４８
Ｂ，４９Ａ，４９Ｂは１次元マークであるため、各マー
クの非計測方向での座標は、ＥＧＡパラメータを求める
際には使用する必要はない。このとき、Ｎ番目（ここで
はＮ＝１〜４）のウエハマークの試料座標系（ｘ，ｙ）
での設計上の配列座標を（Ｄ_NXn,Ｄ_NYn)とすると、次の
関係が成立している。

【００４９】

【数１】

【００５０】次に、試料座標系（ｘ，ｙ）上の設計上の
座標からステージ座標系（Ｘ，Ｙ）上の座標への座標変
換パラメータを次の６個のＥＧＡパラメータとする。ウエハの残留回転誤差Θ：これはステージ座標系
（Ｘ，Ｙ）に対する試料座標系（ｘ，ｙ）の回転で表さ
れる。ステージ座標系（Ｘ，Ｙ）の直交度Ｗ：これは主にＸ
軸方向及びＹ軸方向のウエハステージの送りが正確に直
交していないことにより生じる。

【００５１】ウエハの座標系（ｘ，ｙ）におけるｘ方
向のスケーリング（線形伸縮）Ｒｘ、及びｙ方向のスケ
ーリングＲｙ：これはウエハ６Ａが加工プロセス等によ
って全体的に伸縮していることにより生じる。例えばス
ケーリングＲｘは、ウエハ６Ａ上のｘ方向の２点間の距
離の実測値と設計値との比である。ウエハ上の座標系（α，β）のステージ座標系（Ｘ，
Ｙ）に対するオフセットＯｘ，Ｏｙ：これはウエハ６Ａ
がウエハステージに対して全体的に微小量だけずれるこ
とにより生じる。

【００５２】更に、各ショット領域内にも重ね合わせ誤
差の要因がある。これらの誤差要因は、オフセット成分
を除いて考えると、図８において座標系（α，β）上の
設計上の座標からウエハ上の座標系（ｘ，ｙ）の座標を
求めるための次のような４個の座標変換パラメータ（こ
れも「ＥＧＡパラメータ」と呼ぶ）で表される。チップローテーションθ：これは、ウエハ上の座標系
（ｘ，ｙ）に対する各ショット領域の回転誤差である。チップ直交度ｗ：これは、レチクル上のパターン自体
の歪みや投影光学系のディストーション等によって生じ
るチップパターンの直交度の誤差である。ｘ方向及びｙ方向のチップスケーリングｒｘ，ｒｙ：
これは、例えば投影倍率の誤差等によって生じる各ショ
ット領域内のチップパターンの線形伸縮である。

【００５３】上述の〜の１０個のＥＧＡパラメー
タ、ｎ番目のサンプルショットの基準点４７ａの設計上
の座標値（Ｃ_Xn，Ｃ_Yn）、及びウエハマーク４８Ａ，４
８Ｂ，４９Ａ，４９Ｂの設計上の座標（Ｓ_NXn,Ｓ_NYn)
（Ｎ＝１〜４）を用いると、ウエハマーク４８Ａ，４８
Ｂ，４９Ａ，４９Ｂのステージ座標系（Ｘ，Ｙ）上で実
際にあるべき位置の座標（Ｆ_NXn,Ｆ_NYn)（Ｎ＝１〜４）
は次のように表される。但し、Ａ及びＢは２行×２列の
行列である。

【００５４】

【数２】

【００５５】この場合、ウエハの残留回転誤差Θ、直交
度Ｗ、チップローテーションθ、及びチップ直交度ｗが
それぞれ微小量であるとして近似計算を行うと、行列Ａ
及びＢは次のように表される。

【００５６】

【数３】

【００５７】更に、後述の最小自乗法の適用を容易にす
るためには、それらの行列Ａ及びＢを次のような行列
Ａ’及びＢ’で近似してもよい。この場合、ウエハのス
ケーリングＲｘ、及びＲｙをそれぞれ新たなパラメータ
Γｘ、及びΓｙを用いて、Ｒｘ＝１＋Γｘ、及びＲｙ＝
１＋Γｙで表す。同様に、チップスケーリングｒｘ、及
びｒｙをそれぞれ新たなパラメータγｘ、及びγｙを用
いて、ｒｘ＝１＋γｘ、及びｒｙ＝１＋γｙで表す。そ
して、パラメータΓｘ，Γｙ，γｘ，γｙが微小量であ
るとすると、（数３）の行列Ａ及びＢは次のような行列
Ａ’及びＢ’で近似できる。

【００５８】

【数４】

【００５９】次に、行列Ａ’及びＢ’を用いるものとし
て、（数２）の座標変換式に含まれる１０個のＥＧＡパ
ラメータ（Θ，Ｗ，Γｘ（＝Ｒｘ−１），Γｙ，Ｏｘ，
Ｏｙ，θ，ｗ，γｘ（＝ｒｘ−１），γｙ）を最小自乗
法により求める。具体的に、ｎ番目のサンプルショット
の基準点４７ａの設計上の座標値（Ｃ_Xn，Ｃ_Yn）、及び
ウエハマーク４８Ａ，４８Ｂ，４９Ａ，４９Ｂの設計上
の座標（Ｓ_NXn,Ｓ_NYn)（Ｎ＝１〜４）を（数２）に代入
して計算される座標値を（Ｆ_NXn,Ｆ_NYn)として、ステー
ジ座標系（Ｘ，Ｙ）上で実際に計測されたウエハマーク
４８Ａ，４８Ｂ，４９Ａ，４９Ｂの座標値を（ＦＭ_NXn,
ＦＭ_NYn)とする。そして、Ｋ個のサンプルショットの各
ウエハマークについて、実際に計測された座標値（ＦＭ
_NXn,ＦＭ_NYn)とその計算上の座標値（Ｆ_NXn,Ｆ_NYn)との
差の自乗和を求めて得られる量を次のように残留誤差成
分ΔＥとする。

【００６０】

【数５】

【００６１】そして、この残留誤差成分ΔＥを１０個の
ＥＧＡパラメータで順次偏微分し、その値がそれぞれ０
になるような方程式をたてて、それら１０個の連立方程
式を解けば１０個のＥＧＡパラメータを求めることがで
きる。これがＥＧＡ演算である。但し、本例のステップ
１０９では、ｎ番目のサンプルショットのアライメント
データとしてレチクルステージ９の初期位置からの移動
量（ｘ_n-ｘ₀,ｙ_n-ｙ₀,θ _n-θ₀)（ｎ＝１〜Ｋ）が供給さ
れ、各ウエハマーク毎の計測データは供給されていな
い。この場合には、先ず、初期位置からのＫ個の回転誤
差（θ_n-θ₀)の平均値がそのままチップローテーション
θとなり、他のチップスケーリングｒｘ，ｒｙ、及びチ
ップ直交度ｗの値は不明である。更に、（数２）で行列
Ｂ（正確には行列Ｂ’）を０とおいて、ｎ番目のサンプ
ルショットの基準点４７ａの設計上の座標値（Ｃ_Xn，Ｃ
_Yn）を代入して得られる座標を計算上の座標値（Ｆ_NXn,
Ｆ_NYn)とする。また、投影光学系５の投影倍率をζと
し、サーチアライメントで求められた変換係数を用いて
設計上の座標値（Ｃ_Xn，Ｃ_Yn）を変換して得られる大ま
かな計算上の座標値、即ちステップ１０４で位置決めの
目標となるステージ座標系上でのｎ番目のサンプルショ
ットの座標値を（Ｘ'_n，Ｙ'_n)とする。

【００６２】この場合、ｎ番目のサンプルショットのス
テージ座標系（Ｘ，Ｙ）上で実際に計測される座標値
（ＦＭ_NXn,ＦＭ_NYn)は、（Ｘ'_n−ζ（ｘ_n-ｘ₀)，Ｙ'_n−
ζ（ｙ _n-ｙ₀)）となる。従って、これらの実際に計測さ
れる座標値（ＦＭ_NXn,ＦＭ_NYn)、及び計算上の座標値
（Ｆ_NXn,Ｆ_NYn)により表される（数５）の残留誤差成分
ΔＥを最小にするように、行列Ａ’の４個のＥＧＡパラ
メータ（ウエハの残留回転誤差Θ，直交度Ｗ，スケーリ
ングΓｘ（＝Ｒｘ−１），Γｙ）、及び残りの２個のオ
フセットＯｘ，Ｏｙの値を定めればよい。そしてこのと
きの残留誤差ΔＥの最小値を最小残留誤差ΔＥ_MMとし、
ＥＧＡパラメータと共に中央制御系６１で記憶する。

【００６３】次に、ステップ１１０に移行して、中央制
御系６１はステップ１０９で記憶した最小残留誤差ΔＥ
_MM，ＥＧＡパラメータの１つである直交度Ｗ、及びステ
ップ１０５で記憶したウエハビート信号の信号強度
Ａ_Xn，Ａ_Ynに基づいて次の（イ）〜（ハ）の方法により
ウエハ６Ａのウエハマーク４８Ａに関するアライメント
精度を評価する。

【００６４】（イ）ウエハマーク４８Ａ，４８Ｂ，４９
Ａ，４９Ｂの計算座標値（Ｆ_NXn，Ｆ_NYn）と実際に計
測された座標値（ＦＭ_NXn，ＦＭ_NYn）との差分から非
線形成分の大きさを求める。具体的には非線形成分の大
きさを求める方法として、例えば実際に計測された座標
値（ＦＭ_NXn，ＦＭ_NYn）と計算座標値（Ｆ_NXn，Ｆ
_NYn）との誤差成分の平均値を求める方法もあるが、本
例では、（数５）で計算される残留誤差成分ΔＥの最小
値ΔＥ_MMを非線形誤差とし、アライメント精度を非線形
誤差ΔＥ_MMの大きさで評価する。即ち、非線形誤差ΔＥ
_MMが小さい程アライメント精度が高いという評価にな
る。なお、アライメント精度を評価する上では、例え
ば、予めウエハ上の各ショット領域に露光を行ったとき
の露光装置のステージの位置決め精度のばらつきが１つ
の目安になり、非線形誤差のばらつきがこのステージの
位置決め精度のばらつきとほぼ同じになれば、ＴＴＲ方
式のアライメントセンサの誤差はごく僅かであったと言
える。

【００６５】（ロ）ＥＧＡ方式で求められる線形成分中
のステージ座標系の直交度Ｗに着目する方法である。こ
の場合、ウエハ上のショット配列の直交度は良好である
ため、その直交度Ｗが９０°からどの位ずれているかで
アライメント精度の評価を行う。また、ウエハのショッ
ト配列の直交度が分かっているときには、ＥＧＡ方式に
より求められたステージ座標系の直交度Ｗと予め求めら
れているウエハのショット配列の直交度ｗ₀との直交度
差ΔＷ（＝Ｗ−ｗ₀）を算出し、直交度差ΔＷが小さい
ものほどアライメント精度が高いと評価してもよい。

【００６６】以上、（イ）又は（ロ）の方法に加えて、
更に下記の（ハ）の方法によりアライメント精度を評価
してもよい。（ハ）アライメントセンサからのウエハマークに関する
信号強度によりアライメント精度を評価する。ＬＳＡ方
式やＬＩＡ方式のような回折格子をアライメントマーク
に用いるタイプのセンサでは、アライメントセンサの信
号強度とアライメント精度の間に強い相関があることが
知られており、レチクル駆動量を求めるときアライメン
トセンサの信号強度も同時に計測すると、マーク最適化
の確度が増加する。具体的には実測したＫ個のショット
領域におけるアライメントセンサのＸ方向の信号強度Ａ
_Xn及びＹ方向の信号強度Ａ_Ynを平均化したものをそれぞ
れＸ方向の信号強度Ａ_X及びＹ方向の信号強度Ａ_Yとし
て、それぞれＸ方向及びＹ方向についてアライメント精
度を評価する。評価は信号強度Ａ_X，Ａ_Yの大きさによ
り行われ、信号強度Ａ_X，Ａ_Yが大きい程アライメント
精度が良いと評価する。なお、信号強度Ａ_X，Ａ_Yの平
均値（（Ａ_X＋Ａ_Y）／２）を評価の対象としてもよ
い。

【００６７】以上、ウエハ６Ａのウエハマーク４８Ａに
対する評価を行った後、ウエハ６Ａをウエハステージ上
から除き、順次ウエハ６Ｂ及びウエハ６Ｃをウエハステ
ージ上に移動して、それぞれのウエハマーク５２，５３
についてウエハ６Ａと同様の処理を行い、アライメント
精度の評価を行う。そして、最終的にウエハ６Ａ〜６Ｃ
のウエハマーク４８Ａ，５２，５３に対する比較評価を
行い、最もアライメント精度の高いウエハマークを選定
し、そのウエハマークを実際の露光工程で使用する。

【００６８】このように本例によれば、ＴＴＲ方式のア
ライメントセンサを使用してＥＧＡ方式のアライメント
を行ってアライメント精度を評価する場合に、ダイ・バ
イ・ダイ方式でアライメント及び露光を行う際のシーケ
ンスがそのまま使用できる。更に、各サンプルショット
の位置ずれ量の計測を行う際には、レチクルマークとウ
エハマークとの位置合わせを行った状態で、レチクルス
テージ９の移動量を計測するのみであるため、計測時間
が短縮される。

【００６９】なお、上述実施例では、ステップ１０６で
レチクルステージ９の回転角θ_nを求めているが、例え
ばチップローテーションの補正を行う必要がないときに
は必ずしも回転角θ_nを求めなくともよい。また、上述
実施例で使用されているＥＧＡ方式のアライメントで
は、（数５）の残留誤差成分ΔＥは各サンプルショット
（又は各ウエハマーク）からの寄与が均等である。しか
しながら、例えばウエハ６Ａが所定の基準点を中心とし
て歪んでいるような場合には、サンプルショットの位置
に応じて（数５）の残留誤差成分ΔＥの各項に異なる重
みを付与することが望ましい。このようにサンプルショ
ット（又はウエハマーク）毎に重みを付与する方式を重
み付けＥＧＡ方式と呼ぶが、重み付けＥＧＡ方式でアラ
イメント精度を評価する場合にも本発明が適用できる。

【００７０】次に、上述実施例の変形例につき説明す
る。この変形例は、特に図２の投影露光装置におけるウ
エハステージの位置決め精度が不十分である場合に有効
なものである。このようにウエハステージの位置決め精
度が不十分である場合には、図１のステップ１０６にお
いて、アライメント完了状態でウエハステージの位置が
目標位置からずれている恐れがあり、レチクルステージ
９の移動量を計測するだけでは不十分である。そこで、
この変形例の図１のステップ１０６に対応する工程で
は、アライメント完了状態でレチクルステージ９の平均
位置（ｘ_n,ｙ_n,θ_n)の他に、ウエハ側のレーザ干渉計６
６による計測値に基づいて、ウエハステージのＸ方向、
Ｙ方向、及び回転方向での目標位置からのずれ量の平均
値（ΔＸ_n,ΔＹ_n,Δφ_n)を計測する。また、投影光学系
５のレチクルからウエハへの投影倍率はζであるため、
そのレチクルステージ９の平均位置を次式により補正す
る。

【００７１】

【数６】（ｘ_n'，ｙ_n'，θ_n'）＝（ｘ_n,ｙ_n,θ_n)−（１
／ζ）（ΔＸ_n,ΔＹ_n,Δφ_n) そして、この補正後の平均位置（ｘ_n'，ｙ_n'，θ_n'）を
用いてＥＧＡ方式のアライメントを行う。この変形例に
よれば、ウエハステージの移動量も計測されているた
め、より高精度に位置合わせが行われる。

【００７２】なお、上述実施例のアライメント信号処理
系６８からは、レチクルマークとウエハマークとの相対
位置ずれ量に対応する２つのビート信号の位相差が出力
されているが、必ずしもレチクルマークとウエハマーク
との相対位置ずれ量を定量的に計測できなくとも、その
相対位置ずれ量の符号、及びその相対位置ずれ量の絶対
値が所定の許容値より小さいかどうかを示す情報を出力
するだけのアライメントセンサを使用することも可能で
ある。この場合にも、図１のステップ１０６において、
そのアライメントセンサからその相対位置ずれ量の絶対
値が所定の許容値より小さいことを示す情報が出力され
ている状態でレチクルステージ９の平均位置を求めるこ
とにより、上述実施例と同様にアライメントを行うこと
ができる。

【００７３】また、上述実施例ではアライメントセンサ
として、ＬＩＡ方式のアライメントセンサが使用されて
いるが、例えば所定の照明光のもとでレチクルマーク及
びウエハマークの像を撮像し、撮像データを画像処理し
て位置ずれ量を計測する画像処理方式（ＦＩＡ方式）等
のアライメントセンサを使用する場合にも、本発明を適
用することにより上述実施例と同等の効果が得られる。

【００７４】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。

【００７５】

【発明の効果】本発明によるアライメント精度評価方法
によれば、従来から行われているダイ・バイ・ダイ方式
のアライメント動作を巧みに利用して統計処理的手法で
アライメント精度の評価をすることができ、特に新たな
装備及び制御系を必要としない利点がある。

【００７６】また、第１工程で計測される所定のショッ
ト領域の個数が基板上の全部のショット領域の個数より
少ない場合には、計測時間が短縮され、生産性が向上す
る。また、基板上の位置合わせ用マークの種類を変えて
それぞれ第１工程及び第２工程を繰り返して実際の配列
座標を求め、第３工程で第２工程で求められた配列座標
の線形誤差成分又は非線形誤差成分に基づいて最適な位
置合わせ用マークを選択する場合には、アライメント精
度に優れた位置合わせ用マークを選定することができ
る。これによって位置合わせ用マーク（アライメントマ
ーク）を最適化できる。

【００７７】また、第１工程でそのアライメント系の検
出信号の強度を検出して記憶し、第３工程で、その第１
工程で記憶された検出信号の強度をも用いて位置合わせ
精度を評価する場合には、より信頼性の高い位置合わせ
用マークを選定することができる。

【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】本発明の実施例で使用される投影露光装置の全
体を示す概略構成図である。

【図３】図２の投影露光装置のステージ系、及びアライ
メント光学系をＹ方向に見た側面図である。

【図４】（ａ）は図３中のアライメント光学系１を示す
構成図、（ｂ）は図４（ａ）の底面図である。

【図５】レチクルに形成されたレチクルマーク３５Ａ及
びレチクル窓３７Ａを示す拡大平面図である。

【図６】ウエハ上のショット領域に付設されたウエハマ
ーク４８Ａを示す拡大平面図である。

【図７】実施例で使用されるレチクルのパターン配置を
示す平面図である。

【図８】実施例で露光されるウエハ上の一部のショット
領域を示す拡大平面図である。

【図９】図２のウエハステージ上の基準マーク部材１１
上のパターン配置を示す拡大平面図である。

【図１０】レチクルアライメント顕微鏡の観察視野を示
す図である。

【図１１】図４のＬＩＡ方式のアライメント光学系から
出力されるレチクルビート信号Ｓ _R及びウエハビート信
号Ｓ_Wの一例を示す波形図である。

【図１２】実施例で使用されるデューティー比の異なる
ウエハマークを示す平面図である。

【符号の説明】

１アライメント光学系２対物レンズ３ダイクロイックミラー４レチクル５投影光学系６Ａ〜６Ｃウエハ８ＸＸステージ８ＹＹステージ９レチクルステージ３０，３１光電検出素子３５Ａ，３５Ｂ，３６Ａ，３６Ｂレチクルマーク３９，４０レチクルアライメント顕微鏡４８Ａ，４８Ｂ，４９Ａ，４９Ｂウエハマーク５２，５３ウエハマーク６１中央制御系６８アライメント信号処理系Ｓ_R レチクルビート信号Ｓ_W ウエハビート信号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスク上のパターンを基板上の各ショッ
ト領域に転写するために、前記マスクと前記ショット領
域との位置合わせを行う際の位置合わせ精度を評価する
アライメント精度評価方法において、前記基板上の全部のショット領域のうち所定のショット
領域のそれぞれについて、前記マスク及び前記基板の少
なくとも一方を移動し、マスク上の位置合わせ用マーク
と基板上の位置合わせ用マークとの位置ずれを検出する
アライメント系を使用して、前記マスクのパターンと前
記基板上の当該ショット領域との位置合わせを行った状
態で、前記マスクと前記基板との相対的な位置ずれ量を計測
し、該位置ずれ量の設計上の目標値からの偏差を求める
第１工程と、該第１工程で前記所定のショット領域のそれぞれについ
て計測された偏差、及び前記基板上の所定のショット領
域の設計上の配列座標を統計処理して、前記基板上の所
定のショット領域の実際の配列座標を算出する第２工程
と、該第２工程で算出された配列座標の誤差成分に基づいて
位置合わせ精度を評価する第３工程と、を有することを特徴とするアライメント精度評価方法。
【請求項２】請求項１記載のアライメント精度評価方
法であって、前記第１工程で計測される前記所定のショット領域の個
数は前記基板上の全部のショット領域の個数より少ない
ことを特徴とするアライメント精度評価方法。
【請求項３】請求項１、又は２記載のアライメント精
度評価方法であって、前記基板上の位置合わせ用マークの種類を変えてそれぞ
れ前記第１工程及び前記第２工程を繰り返して実際の配
列座標を求め、前記第３工程で前記第２工程で求められ
た配列座標の線形誤差成分又は非線形誤差成分に基づい
て最適な位置合わせ用マークを選択することを特徴とす
るアライメント精度評価方法。
【請求項４】請求項１、２、又は３記載のアライメン
ト精度評価方法であって、前記第１工程で前記アライメ
ント系の検出信号の強度を検出して記憶し、前記第３工程で、前記第１工程で記憶された検出信号の
強度をも用いて位置合わせ精度を評価することを特徴と
するアライメント精度評価方法。