JP2003197506A

JP2003197506A - 位置検出方法、露光方法及びデバイス製造方法

Info

Publication number: JP2003197506A
Application number: JP2001395942A
Authority: JP
Inventors: Shoji Kawakubo; 昌治川久保
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2003-07-11

Abstract

(57)【要約】【課題】スループットを低下させることなく、高精度
な位置検出を行なうことができる位置検出方法を提供す
る。【解決手段】最初のｎ枚の基板について、該基板上の
複数の区画領域のうちの一部の複数の第１特定区画領域
それぞれの基準点に形成された第１マーク及び周辺部に
形成された第１マークより外側にある第２マークとをそ
れぞれ検出し（ステップ４０７）、両マークの検出結果
を用いて各第１特定区画領域における両マークの位置関
係を算出する（ステップ４０９）。そして第（ｎ＋１）
枚目以降の各基板については、該基板上の複数の区画領
域のうちの一部の複数の第２特定区画領域それぞれに形
成された第２マークを検出し（ステップ４２３）、該検
出結果とこれに対応する位置関係とを用いて複数の区画
領域でそれぞれ所定点との位置合わせに用いられる位置
情報を算出する（ステップ４２５、４２７）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、位置検出方法、露
光方法及びデバイス製造方法に係り、さらに詳しくは、
複数枚の基板について、各基板上の複数の区画領域でそ
れぞれ所定点との位置合わせに用いられる位置情報を検
出する位置検出方法、該位置検出方法を利用して露光を
行なう露光方法、及び該露光方法を利用したデバイス製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子（ＣＰＵ、ＤＲＡ
Ｍ等）、撮像素子（ＣＣＤ等）及び液晶表示素子、薄膜
磁気ヘッド等を製造するためのリソグラフィ工程では、
マスク又はレチクル（以下、「レチクル」と総称する）
に形成されたパターンを投影光学系を介して、レジスト
等が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の基板（以
下、適宜「ウエハ」ともいう）上に転写する種々の露光
装置が用いられている。

【０００３】ところで、半導体素子等を製造する際の露
光工程では、通常、ウエハ上に多層の回路パターンを重
ね合わせて転写するが、各層間での重ね合わせ精度が悪
いと、半導体素子等は所定の回路特性を満足することが
できず、不良品となり製品歩留まりの低下を招くことが
ある。従って、各層間での重ね合わせ精度は非常に重要
であり、精度良く重ね合わせて転写するためには、重ね
合わせの対象となるパターンが既に形成されているウエ
ハ上の領域（ショット領域）の位置情報を正確に検出す
ることが必要である。

【０００４】そこで、露光工程では、ウエハ上の複数の
ショット領域の各々に予めアライメントマークを付設し
ておき、ステージ座標系（一般に、ウエハステージの位
置を計測するレーザ干渉計の測長軸で規定される）上に
おけるそのアライメントマークの位置（座標値）を検出
し、しかる後、このアライメントマークの位置情報と既
知のレチクルパターンの投影位置情報（これは事前に測
定される）とに基づいてウエハ上の１つのショット領域
をレチクルパターンに対して位置合わせ（位置決め）す
る、いわゆるウエハアライメントが行われる。

【０００５】投影露光装置では、ウエハアライメント方
式として、スループットとの兼ね合いから、ウエハ上の
いくつかのショット領域のみのアライメントマークを検
出してショット領域の配列の規則性を求めることで、各
ショット領域を位置合わせするグローバル・アライメン
ト方式が主に使用されている。特に現在では、例えば特
開昭６１─４４４２９号公報、特開昭６２─８４５１６
号公報などに開示されるように、ウエハ上のショット領
域の配列の規則性を統計的手法によって精密に特定する
エンハンスト・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）方
式が主流となっている。

【０００６】このＥＧＡ方式とは、１枚のウエハにおい
て予め特定ショット領域として選択された複数個（３個
以上必要であり、通常７〜１５個程度）のショット領域
のみの位置座標を計測し、これらの計測値から統計演算
処理（最小二乗法等）を用いてウエハ上の全てのショッ
ト領域の位置座標（ショット領域の配列）を算出した
後、この算出したショット領域の配列に従ってウエハス
テージをステッピングさせていくものである。このＥＧ
Ａ方式は計測時間が短くて済み、ランダムな計測誤差に
対して平均化効果が期待できるという長所がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記ＥＧＡ方式のウエ
ハアライメントによると、ウエハの回転誤差や線形伸縮
などに起因するショット領域の配列誤差は精度良く補正
される。また、ショット領域の回転誤差、線形伸縮及び
直交度誤差などのショット領域に関する誤差成分が存在
しても、それらが各ショット領域でほぼ同一であれば、
ショット領域の配列の規則性は維持されるため、上記統
計演算処理の結果にオフセットを付加することによりシ
ョット領域の配列誤差は精度良く補正される。すなわ
ち、ショット領域の位置情報を正確に求めることができ
る。しかしながら、上記ショット領域に関する誤差成分
がショット領域によって異なる場合には、ショット領域
の配列の規則性が担保されず、上記統計演算処理によっ
て求められるショット領域の位置座標に含まれる誤差
は、ショット領域によって異なることがある。このよう
な場合は、オフセットによる補正では配列誤差を補正し
きれずに残留誤差が存在することがある。

【０００８】このことは、特に重ね合わせの対象となる
前層までのパターンを転写するのに用いた露光装置とは
異なる露光装置を用いてレチクルパターンを前層までの
パターンに重ね合わせて転写する際に生じる可能性があ
る。

【０００９】また、将来的に、半導体素子はさらに高集
積化し、これに伴い、露光装置に要求される位置決め精
度はますます厳しくなることは確実である。さらに、露
光装置の有効利用や生産性の向上のため、異なる露光装
置を用いて基板上の異なる層の露光を行なう可能性は高
く、そして、将来の露光装置に許容されるトータルオー
バーレイ誤差を考慮すれば、上記の残留誤差に起因する
重ね合わせ誤差も無視できなくなってきている。

【００１０】本発明は、かかる事情の下になされたもの
で、その第１の目的は、スループットを低下させること
なく、高精度な位置検出を行なうことができる位置検出
方法を提供することにある。

【００１１】また、本発明の第２の目的は、高精度な露
光を行なうことができる露光方法を提供することにあ
る。

【００１２】また、本発明の第３の目的は、高集積度の
デバイスの生産性を向上させることができるデバイス製
造方法を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、複数枚の基板（Ｗ）について、各基板上の複数の区
画領域でそれぞれ所定点との位置合わせに用いられる位
置情報を検出する位置検出方法であって、最初のｎ枚
（ｎは自然数）の基板のうちの少なくとも１枚につい
て、該基板上に形成された複数の区画領域のうちの少な
くとも一部の複数の第１特定区画領域それぞれの基準点
に形成された第１マークと前記第１特定区画領域それぞ
れの周辺部に形成された前記第１マークより外側にある
第２マークとをそれぞれ検出し、その検出結果として得
られる前記各マークの実測位置情報をそれぞれ用いて前
記各第１特定区画領域について前記第１マークの位置と
第２マークの位置との位置関係を算出する第１工程と；
前記複数枚の基板のうち少なくとも第（ｎ＋１）枚目以
降の各基板について、該基板上に形成された複数の区画
領域のうちの少なくとも一部の複数の第２特定区画領域
それぞれに形成された前記第２マークを検出し、該第２
マークの実測位置情報とこれに対応する前記位置関係と
を用いて複数の区画領域でそれぞれ所定点との位置合わ
せに用いられる位置情報を算出する第２工程と；を含む
位置検出方法である。

【００１４】これによれば、最初のｎ枚の基板のうちの
少なくとも１枚についてのみ、第１特定区画領域に形成
された第１マークと第２マークとをそれぞれ検出し、第
１特定区画領域毎に両マークの位置関係を算出する。そ
して、少なくとも第（ｎ＋１）枚目以降の各基板につい
ては、第２特定区画領域に形成された第２マークを検出
し、該第２マークの実測位置情報とこれに対応する位置
関係とを用いて位置情報を算出する。

【００１５】例えば、第１マークが区画領域の中心部に
形成され、第２マークが区画領域の４隅の少なくとも１
つに形成されていると、両マークの検出位置に及ぼす区
画領域に関する誤差成分の影響は第２マークのほうが第
１マークよりも大きい。そこで、第１マークの検出位置
に基づいて前記統計演算処理を行なえば、区画領域に関
する誤差成分が区画領域によって異なる場合であっても
精度良く区画領域の配列座標を求めることができる。し
かしながら、通常、基準点に形成される第１マークは第
２マークに比べて非常に小さい場合が多く、精度良くそ
の実測位置情報を得るには多大の時間を要し、スループ
ットを低下させてしまう。そこで、例えば最初のｎ枚の
基板のうちの少なくとも１枚についてのみ、第１マーク
の実測位置情報を精度良く求めて第１マークと第２マー
クとの位置関係を算出し、少なくとも（ｎ＋１）枚目以
降の各基板については、通常と同じ計測条件で、第２マ
ークの位置のみを計測するとともに、第１工程で得られ
た両マークの位置関係を用いて第２マークの実測位置情
報を補正し、その補正結果を用いて所定点との位置合わ
せに用いられる位置情報を算出している。従って、スル
ープットを低下させることなく、従来よりも精度良く区
画領域の位置検出を行なうことが可能である。

【００１６】この場合において、請求項２に記載の位置
検出方法の如く、前記最初のｎ枚の基板のうち少なくと
も前記第１マークが検出される基板では、前記第１マー
クの実測位置情報を用いて複数の区画領域でそれぞれ前
記所定点との位置合わせに用いられる位置情報を算出す
ることとすることができる。

【００１７】上記請求項１及び２に記載の各位置検出方
法において、前記第１特定区画領域と前記第２特定区画
領域とは異なっていても良いが、請求項３に記載の位置
検出方法の如く、前記第１特定区画領域と前記第２特定
区画領域とは、同一であるとしても良い。

【００１８】上記請求項１〜３に記載の各位置検出方法
において、請求項４に記載の位置検出方法の如く、前記
最初のｎ枚の基板のうち少なくとも２枚の基板でそれぞ
れ前記第１及び第２マークが検出され、前記第１工程で
は、前記位置関係を、前記少なくとも２枚の基板でそれ
ぞれ得られた前記第１マークの複数の実測位置情報と前
記第２マークの複数の実測位置情報とを用いた統計演算
により算出することとすることができる。

【００１９】上記請求項１〜４に記載の各位置検出方法
において、請求項５に記載の位置検出方法の如く、前記
第２工程では、前記少なくとも第（ｎ＋１）枚目以降の
各基板について、該基板上の複数の第２マークを検出し
て得られる、少なくとも３つの第２特定区画領域の実測
位置情報をこれに対応する前記位置関係を用いて補正し
た補正後実測位置情報と対応する設計位置情報とを用い
て統計演算により前記複数の区画領域でそれぞれ所定点
との位置合わせに用いられる位置情報を算出することと
しても良い。

【００２０】上記請求項１〜４に記載の各位置検出方法
において、請求項６に記載の位置検出方法の如く、前記
第２工程では、前記少なくとも第（ｎ＋１）枚目以降の
各基板について、該基板上の複数の第２マークを検出し
て得られる、少なくとも３つの第２特定区画領域の実測
位置情報と、前記第２特定区画領域の設計位置情報を対
応する前記位置関係を用いて補正した補正後設計位置情
報とを用いて統計演算により前記複数の区画領域でそれ
ぞれ所定点との位置合わせに用いられる位置情報を算出
することとしても良い。

【００２１】上記請求項１〜４に記載の各位置検出方法
において、請求項７に記載の位置検出方法の如く、前記
第２工程では、前記少なくとも第（ｎ＋１）枚目以降の
各基板について、該基板上の複数の第２マークを検出し
て得られる、少なくとも３つの第２特定区画領域の実測
位置情報と、これに対応する設計位置情報とを用いて統
計演算により前記複数の区画領域でそれぞれ所定点との
位置合わせに用いられる位置情報を算出するためのモデ
ル式の第１の誤差パラメータを算出し、前記第２特定区
画領域に対応する前記位置関係を用いて統計演算により
前記モデル式の第２の誤差パラメータを算出し、前記第
１の誤差パラメータと前記第２の誤差パラメータの差を
最終的な誤差パラメータとして、前記モデル式と前記各
区画領域の設計位置情報とに基づいて、前記複数の区画
領域でそれぞれ所定点との位置合わせに用いられる位置
情報を算出することとしても良い。

【００２２】上記請求項１〜７に記載の各位置検出方法
において、前記第１マーク及び前記第２マークとして
は、種々のものが考えられるが、請求項８に記載の位置
検出方法の如く、前記第１マークは測定機用のマークで
あり、前記第２マークはアライメントマークであること
とすることができる。

【００２３】なお、請求項１〜７では複数枚（例えばｋ
枚（２≦ｋなる整数））の基板のうち、最初のｎ枚（ｎ
＜ｋなる自然数）の基板の少なくとも１枚で第１及び第
２マークの両方を検出し、少なくとも第（ｎ＋１）枚目
以降の各基板では第２マークを検出するものとしたが、
ｎが複数のときに最初のｎ枚の基板のうちｍ（１≦ｍ＜
ｎなる自然数）枚目の基板で第１及び第２マークの両方
を検出するときは（ｍ＋１）枚目以降の各基板で第２マ
ークを検出するだけでも良い。また、最初のｎ枚の基板
のうち２枚以上の基板でそれぞれ第１及び第２マークの
両方を検出するときは、その２枚以上の基板以外で、か
つその２枚以上の基板のうち最初に第１及び第２マーク
の両方が検出される基板よりも後の各基板では第２マー
クを検出するだけで良い。さらに、最初のｎ枚の基板の
うち第１及び第２マークの両方を検出する基板は何枚目
でも良いし、何枚でも良いが、少なくとも１枚目の基板
を含むことが望ましい。また、複数枚の基板でそれぞれ
第１及び第２マークの両方を検出するとき、例えばｍ枚
目及び（ｍ＋１）枚目のようにその複数枚の基板が連続
していなくても良い。

【００２４】請求項９に記載の発明は、複数枚の基板
（Ｗ）上の複数の区画領域を順次露光して前記各基板上
の各区画領域に所定のパターンを形成する露光方法であ
って、前記複数枚の基板のそれぞれについて、請求項１
〜８のいずれか一項に記載の位置検出方法に従って、各
基板上の複数の区画領域でそれぞれ所定点との位置合わ
せに用いられる位置情報を検出し、前記検出結果に基づ
いて前記各基板上の各区画領域を露光基準位置に順次移
動した後、当該各区画領域を露光することを特徴とする
露光方法である。

【００２５】これによれば、露光に際して、請求項１〜
８のいずれか一項に記載の位置検出方法に従って、各基
板上の複数の区画領域でそれぞれ所定点との位置合わせ
に用いられる位置情報を精度良く検出することができる
ため、基板の位置制御を精度良く行なうことが可能とな
り、スループットを低下させることなく、結果的にパタ
ーンを精度良く基板上に転写することが可能となる。

【００２６】請求項１０に記載の発明は、請求項９に記
載の露光方法を用いるリソグラフィ工程を含むことを特
徴とするデバイス製造方法である。

【００２７】これによれば、リソグラフィ工程で、請求
項９に記載の露光方法により、パターンを精度良く基板
上に転写することができるので、結果的に高集積度のデ
バイスの生産性（歩留まりを含む）を向上させることが
可能となる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図１
〜図７に基づいて説明する。

【００２９】図１には、本発明に係る位置検出方法及び
露光方法の実施に好適な露光装置１００の概略構成が示
されている。この露光装置１００は、ステップ・アンド
・スキャン方式の走査型投影露光装置、すなわち、いわ
ゆるスキャニング・ステッパである。

【００３０】この露光装置１００は、照明系ＩＯＰ、マ
スクとしてのレチクルＲを保持するレチクルステージＲ
ＳＴ、レチクルステージＲＳＴを駆動するレチクルステ
ージ駆動系２９、レチクルＲに形成されたパターンの像
を感光剤（フォトレジスト）が塗布された基板としての
ウエハＷ上に投影する投影光学系ＰＬ、ウエハＷを保持
して２次元平面（ＸＹ平面内）を移動するＸＹステージ
２０、ＸＹステージ２０を駆動するウエハステージ駆動
系２２、及びこれらの制御系等を備えている。この制御
系は、装置全体を統括制御する主制御装置２８を中心と
して構成されている。

【００３１】前記照明系ＩＯＰは、ＫｒＦエキシマレー
ザやＡｒＦエキシマレーザなどから成る光源と、オプテ
ィカルインテグレータ（フライアイレンズ、内面反射型
インテグレータ、又は回折光学素子など）を含む照度均
一化光学系、照明視野絞りとしてのレチクルブライン
ド、リレーレンズ系及びコンデンサレンズ系等（いずれ
も図示省略）を含む照明光学系とから構成されている。

【００３２】照明系ＩＯＰによると、光源で発生した露
光光としての照明光（以下、「照明光ＩＬ」と呼ぶ）
は、照度均一化光学系により照度分布がほぼ均一な光束
に変換される。照度均一化光学系から射出された照明光
ＩＬは、リレーレンズ系を介してレチクルブラインドに
達する。このレチクルブラインドの開口を通過した光束
は、リレーレンズ系、コンデンサレンズ系を通過してレ
チクルステージＲＳＴ上に保持されたレチクルＲ上の矩
形スリット状の照明領域を均一な照度分布で照明する。

【００３３】前記レチクルステージＲＳＴは、照明系Ｉ
ＯＰの図１における下方に配置されている。このレチク
ルステージＲＳＴ上には不図示のバキュームチャック等
を介してレチクルＲが吸着保持されている。レチクルス
テージＲＳＴは、Ｙ軸方向（図１における紙面左右方
向）、Ｘ軸方向（図１における紙面直交方向）及びθｚ
方向（ＸＹ面に直交するＺ軸回りの回転方向）に微小駆
動可能であるとともに、所定の走査方向（ここではＹ軸
方向とする）に指定された走査速度で駆動可能となって
いる。

【００３４】レチクルステージＲＳＴ上にはレチクルレ
ーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）２１か
らのレーザビームを反射する移動鏡１５が固定されてお
り、レチクルステージＲＳＴの移動面内の位置はレチク
ル干渉計２１によって、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分
解能で常時検出される。ここで、実際には、レチクルス
テージＲＳＴ上にはＹ軸方向に直交する反射面を有する
移動鏡とＸ軸方向に直交する反射面を有する移動鏡とが
設けられ、これらの移動鏡に対応してレチクルＹ干渉計
とレチクルＸ干渉計とが設けられているが、図１ではこ
れらが代表的に移動鏡１５、レチクル干渉計２１として
示されている。なお、例えば、レチクルステージＲＳＴ
の端面を鏡面加工して反射面（移動鏡１５の反射面に相
当）を形成しても良いし、あるいはＹ軸方向と直交する
反射面（移動鏡）の代わりにコーナーキューブ型ミラー
を用いても良い。ここで、レチクルＹ干渉計とレチクル
Ｘ干渉計の一方、例えばレチクルＹ干渉計は、測長軸を
２軸有する２軸干渉計であり、このレチクルＹ干渉計の
計測値に基づきレチクルステージＲＳＴのＹ位置に加
え、θｚ方向の回転も計測できるようになっている。

【００３５】前記レチクル干渉計２１からのレチクルス
テージＲＳＴの位置情報は主制御装置２８に送られ、主
制御装置２８はこのレチクルステージＲＳＴの位置情報
に基づいてレチクルステージ駆動系２９を介してレチク
ルステージＲＳＴを駆動する。

【００３６】前記レチクルＲは、一例として、マスク基
板としてのガラス基板の中央部にパターン領域が形成さ
れ、パターン領域のＸ軸方向の両側には、少なくとも１
対のレチクルアライメントマーク（いずれも図示省略）
が形成されている。

【００３７】前記投影光学系ＰＬは、レチクルステージ
ＲＳＴの図１における下方に、その光軸ＡＸｐの方向が
ＸＹ面に直交するＺ軸方向となるように配置されてい
る。この投影光学系ＰＬとしては、ここでは両側テレセ
ントリックな縮小系であって、Ｚ軸方向の共通の光軸Ａ
Ｘｐを有する複数枚のレンズエレメントから成る屈折光
学系が用いられている。また、前記レンズエレメントの
うちの特定の複数枚は微動可能となっており、主制御装
置２８からの指令に基づいて、図示しない結像特性補正
コントローラによってその移動が制御され、投影光学系
ＰＬの結像特性（光学特性の一部）、例えば倍率、ディ
ストーション、コマ収差、及び像面湾曲などを調整でき
るようになっている。さらに結像特性補正コントローラ
は、光源の制御パラメータ（印加電圧など）を調整し
て、光源から発振される露光光ＩＬの波長を所定範囲内
でシフトさせることで、投影光学系ＰＬの結像特性を調
整可能となっている。

【００３８】前記ＸＹステージ２０は、実際には不図示
のベース上をＹ軸方向に移動するＹステージと、このＹ
ステージ上をＸ軸方向に移動するＸステージとで構成さ
れているが、図１ではこれらがＸＹステージ２０として
示されている。このＸＹステージ２０上にウエハテーブ
ル１８が搭載され、このウエハテーブル１８上に不図示
のウエハホルダを介してウエハＷが真空吸着等によって
保持されている。

【００３９】前記ＸＹステージ２０は、走査方向（Ｙ軸
方向）の移動のみならず、ウエハＷ上の複数のショット
領域を前記照明領域と共役な投影光学系ＰＬの視野内の
投影領域に位置させることができるように、走査方向に
直交する非走査方向（Ｘ軸方向）にも移動可能に構成さ
れている。そして、ウエハＷ上の各ショット領域を走査
（スキャン）露光する動作と、次ショットの露光のため
の走査開始位置（加速開始位置）まで移動する動作とを
繰り返すステップ・アンド・スキャン動作を行う。

【００４０】前記ウエハテーブル１８は、ウエハＷを保
持するウエハホルダをＺ軸方向及びＸＹ面に対する傾斜
方向に微小駆動するものである。このウエハテーブル１
８の上面には、移動鏡２４が設けられており、この移動
鏡２４にレーザビームを投射して、その反射光を受光す
ることにより、ウエハテーブル１８のＸＹ面内の位置を
計測するレーザ干渉計２６が移動鏡２４の反射面に対向
して設けられている。なお、実際には、移動鏡はＸ軸に
直交する反射面を有するＸ移動鏡と、Ｙ軸に直交する反
射面を有するＹ移動鏡とが設けられ、これに対応してレ
ーザ干渉計もＸ方向位置計測用のＸレーザ干渉計とＹ方
向位置計測用のＹレーザ干渉計とが設けられているが、
図１ではこれらが代表して移動鏡２４、レーザ干渉計２
６として図示されている。なお、例えば、ウエハテーブ
ル１８の端面を鏡面加工して反射面（移動鏡２４の反射
面に相当）を形成しても良い。また、Ｘレーザ干渉計及
びＹレーザ干渉計は測長軸を複数有する多軸干渉計であ
り、ウエハテーブル１８のＸ、Ｙ位置の他、回転（ヨー
イング（Ｚ軸回りの回転であるθｚ回転）、ピッチング
（Ｘ軸回りの回転であるθｘ回転）、ローリング（Ｙ軸
回りの回転であるθｙ回転））も計測可能となってい
る。従って、以下の説明ではレーザ干渉計２６によっ
て、ウエハテーブル１８のＸ、Ｙ、θｚ、θｙ、θｘの
５自由度方向の位置が計測されるものとする。なお、こ
のようにして計測されるＸ座標及びＹ座標よりなる座標
系（Ｘ，Ｙ）を、以下ではステージ座標系とも呼ぶ。

【００４１】レーザ干渉計２６の計測値は主制御装置２
８に供給され、主制御装置２８はこのレーザ干渉計２６
の計測値をモニタしつつ、ウエハステージ駆動系２２を
介してＸＹステージ２０を駆動することにより、ウエハ
テーブル１８の位置制御が行われる。

【００４２】また、ウエハテーブル１８上には、その表
面がウエハＷの表面と同じ高さになるように基準板ＦＰ
が固定されている。この基準板ＦＰの表面には、後述す
るアライメント検出系のいわゆるベースライン計測等に
用いられる基準マークを含む各種の基準マークが形成さ
れている。

【００４３】また、投影光学系ＰＬの鏡筒の側面には、
オフ・アクシス方式のアライメント検出系ＡＳが取り付
けられている。このアライメント検出系ＡＳとしては、
例えば、ハロゲンランプ等を光源とする波長帯域幅の広
い光で照明し、ＣＣＤカメラなどで撮像したウエハＷ上
のアライメントマーク（又は基準板ＦＰ上の基準マー
ク）の画像データを画像処理してマーク位置を計測する
ＦＩＡ（Field Image Alignment）系のオフアクシス・
アライメントセンサが用いられている。なお、アライメ
ント検出系ＡＳは画像処理方式に限られるものではな
く、例えばアライメントマークを回折格子とし、コヒー
レントビームの照射によって回折格子から発生する同次
数の回折光を基準格子に照射し、この基準格子から発生
する光を検出する方式などでも良い。

【００４４】アライメント制御装置１６は、アライメン
ト検出系ＡＳからの情報をＡ／Ｄ変換するとともに、レ
ーザ干渉計２６の計測値を参照してマーク位置を検出す
る。この検出結果はアライメント制御装置１６から主制
御装置２８に供給されるようになっている。

【００４５】さらに、本実施形態の露光装置１００で
は、図示は省略されているが、レチクルＲの上方に、例
えば特開平７−１７６４６８号公報等に開示される、投
影光学系ＰＬを介してレチクルＲ上のレチクルマーク又
はレチクルステージＲＳＴ上の基準マーク（共に図示省
略）と基準板ＦＰ上のマークとを同時に観察するための
露光波長を用いたＴＴＲ（Through The Reticle）アラ
イメント系から成る一対のレチクルアライメント顕微鏡
が設けられている。これらのレチクルアライメント顕微
鏡の検出信号は、アライメント制御装置１６を介して主
制御装置２８に供給されるようになっている。

【００４６】主制御装置２８は、ＣＰＵ（中央演算処理
装置）、メモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ）、各種インターフェ
ース等からなるいわゆるマイクロコンピュータ（又はワ
ークステーション）を含んで構成され、露光動作が的確
に行われるように、例えば、レチクルＲとウエハＷの同
期走査、ウエハＷのステッピング、露光タイミング等を
統括して制御する。また、主制御装置２８は、記憶装置
２７と接続されており、記憶装置２７に対して各種デー
タの記憶や読み出しができるようになっている。

【００４７】次に、前述のようにして構成された露光装
置１００による露光処理動作について、図２のフローチ
ャートを用いて説明する。図２のフローチャートは、主
制御装置２８のＣＰＵによって実行される一連の処理ア
ルゴリズムに対応している。

【００４８】ここでは、複数枚（ｋ枚（２≦ｋなる整
数））のウエハとして１ロットのウエハＷ_ｋ（例えば、
ｋ＝１〜２５）上に、一例として第２層目のパターンを
転写するものであり、前提条件として、各ウエハＷ_ｋ上
には、例えば、図３（Ａ）に示されるように、第１層目
のパターンが転写された複数（例えばＮ個）のショット
領域ＳＡがすでに形成されているものとする。また、本
実施形態では、各ショット領域ＳＡには、一例として図
３（Ｂ）に示されるように、ショット領域ＳＡの図３
（Ｂ）における紙面右上の隅に第２マークとしてのアラ
イメントマークＡＭが、ショット領域ＳＡの中心近傍の
基準点に第１マークとしての測定機用のマーク（測定機
マーク）ＳＭがそれぞれ形成されているものとする。そ
して、両マークともＸ座標値とＹ座標値とを同時に検出
できる２次元マークである。さらに、ロット内（ｋ枚の
ウエハＷ_ｋ）の最初のｎ（１≦ｎ＜ｋ）枚のウエハのう
ち、後述するサンプルショット領域で測定機マークＳＭ
を検出すべき少なくとも１枚のウエハを、本実施形態で
はｎ＝２として最初のｎ枚のウエハの全て、すなわち１
枚目のウエハＷ_１と２枚目のウエハＷ_２とでそれぞれ測
定機マークＳＭを検出するものとする。

【００４９】図２のステップ４０１では、不図示のレチ
クルローダを用いてレチクルステージＲＳＴ上に指定さ
れたレチクルＲをロードする。ここでは、一例として、
レチクルＲには第２層目用のパターンが形成されている
ものとする。

【００５０】ステップ４０３では、不図示のウエハロー
ダを用いてロット先頭のウエハＷ_１をウエハテーブル１
８上にロードする。そして、ロードしたウエハがロット
先頭から何枚目であるかを示すカウンタｋに１をセット
する。

【００５１】ステップ４０５では、例えば、前述のレチ
クルアライメント顕微鏡により投影光学系ＰＬを介して
少なくとも一対のレチクルアライメントマークとこれに
対応して基準板ＦＰの表面に形成されている少なくとも
一対の基準マークとの相対位置を検出する。そして、そ
のときのレチクル干渉計２１及びレーザ干渉計２６の測
定値とから、レチクル干渉計２１の測長軸によって規定
されるレチクルステージ座標系と、レーザ干渉計２６の
測長軸によって規定されるウエハステージ座標系との関
係を求める。すなわち、このようにして、レチクルアラ
イメントを行なう。

【００５２】ステップ４０７では、ウエハＷ_ｋ上の各シ
ョット領域の設計上の配列座標に基づいて、ウエハＷ_ｋ
上の第１特定区画領域として予め選択した３つ以上のシ
ョット領域（「サンプルショット領域」又は「アライメ
ントショット領域」とも呼ばれる）を、ウエハステージ
駆動系２２を介してアライメント検出系ＡＳの直下に順
次位置決めしつつ、サンプルショット領域に付設された
測定機マークＳＭ及びアライメントマークＡＭの位置情
報をアライメント検出系ＡＳの検出中心を基準として検
出する。ここでは、測定機マークＳＭは、位置決め用の
マークでないため、一般的にアライメントマークＡＭに
比べて非常に小さい。そこで、測定機マークＳＭの位置
情報を精度良く検出するために、例えば、通常のウエハ
アライメント時に比べてアライメント検出系ＡＳの倍率
や検出感度を高くしたり、検出回数（画像取込回数）を
増やして各検出結果の平均値を最終の検出結果とすると
いったことが行なわれる。また、場合によっては、検出
に先立って、投影光学系ＰＬの光軸方向に関するウエハ
Ｗ_ｋの位置が最良フォーカス位置となるようにウエハテ
ーブル１８を調整することも行なわれる。以下、両マー
クの検出された位置情報を実測位置情報といい、両マー
クの設計上の位置情報を設計位置情報という。なお、第
３層目以降のレチクルパターンを各ショット領域に重ね
て転写するときは、前層までの少なくとも一層（例えば
レチクルパターンを最も精度良く重ね合わせるべき層）
へのパターン転写時に使用したＥＧＡ計算結果も設計位
置情報として含むものとする。

【００５３】ステップ４０９では、各サンプルショット
領域におけるアライメントマークＡＭの位置補正情報算
出処理を行なう。ここでは、図４のフローチャートを用
いて位置補正情報算出処理について説明する。図４のフ
ローチャートは、主制御装置２８のＣＰＵによって実行
される一連の処理アルゴリズムに対応している。

【００５４】図４のステップ５０１では、サンプルショ
ット領域毎に、両マークの実測位置情報に基づいて、両
マークの位置関係として、例えば両マークの位置座標の
差（以下、便宜上「実測マーク差」という）を次の
（１）式及び（２）式により求める。

【００５５】DMMx=AMMx-SMMx ……（１）

【００５６】DMMy=AMMy-SMMy ……（２）

【００５７】ここで、ＤＭＭｘ及びＤＭＭｙは、それぞ
れＸ軸方向及びＹ軸方向に関する実測マーク差である。
また、ＳＭＭｘ及びＳＭＭｙは、それぞれ測定機マーク
ＳＭの実測位置のＸ座標値及びＹ座標値であり、ＡＭＭ
ｘ及びＡＭＭｙは、それぞれアライメントマークＡＭの
実測位置のＸ座標値及びＹ座標値である。

【００５８】ステップ５０３では、サンプルショット領
域毎に、両マークの設計位置情報に基づいて、設計上の
両マークの位置座標の差（以下、便宜上「設計マーク
差」という）を次の（３）式及び（４）式により求め
る。

【００５９】DDMx=ADMx-SDMx ……（３）

【００６０】DDMy=ADMy-SDMy ……（４）

【００６１】ここで、ＤＤＭｘ及びＤＤＭｙは、それぞ
れＸ軸方向及びＹ軸方向に関する設計マーク差である。
また、ＳＤＭｘ及びＳＤＭｙは、それぞれ測定機マーク
ＳＭの設計上のＸ座標値及びＹ座標値であり、ＡＤＭｘ
及びＡＤＭｙは、それぞれアライメントマークＡＭの設
計上のＸ座標値及びＹ座標値である。

【００６２】ステップ５０５では、サンプルショット領
域毎に、次の（５）式及び（６）式により、アライメン
トマークＡＭの位置補正量を算出し、位置補正情報とし
て記憶装置２７に記憶する。すなわち、サンプルショッ
ト領域毎に位置補正情報が求められる。

【００６３】Mx=DMMx-DDMx ……（５）

【００６４】My=DMMy-DDMy ……（６）

【００６５】ここで、Ｍｘ及びＭｙは、それぞれアライ
メントマークＡＭのＸ軸方向及びＹ軸方向に関する位置
補正量である。これで位置補正情報算出処理を終了す
る。

【００６６】位置補正情報算出処理が終了すると、図２
のステップ４１１に移行し、各サンプルショット領域に
おける測定機マークＳＭの実測位置情報に基づいて、前
述したＥＧＡ方式で行われている統計処理方法により全
てのショット領域の配列座標を算出する、いわゆるＥＧ
Ａ演算を行う。ここで、ＥＧＡ演算について簡単に説明
する。

【００６７】先ず、ｍ（ｍ≧３なる整数）個のサンプル
ショット領域の設計上の配列座標を（Ｘ_ｔ、Ｙ_ｔ）（ｔ
＝１、２、……、ｍ）とし、設計上の配列座標からの位
置ずれ（ΔＸ_ｔ、ΔＹ_ｔ）について次の（７）式で示さ
れるような線形モデルを仮定する。

【００６８】

【数１】

【００６９】さらに、各サンプルショット領域に付設さ
れたマーク（ここでは、測定機マークＳＭ）の実測位置
情報とそれに対応する設計位置情報とから位置ずれ（Δ
ｘ_ｔ、Δｙ_ｔ）を求める。この位置ずれ（Δｘ_ｔ、Δ
ｙ_ｔ）と上記線形モデル（７）式で仮定される設計上
の位置ずれ（ΔＸ_ｔ、ΔＹ_ｔ）との残差の二乗和Ｅは、
次の（８）式で表される。

【００７０】

【数２】

【００７１】そこで、この（８）式を最小にするような
誤差パラメータａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆを求め、該誤差
パラメータａ〜ｆと設計上の配列座標とに基づいて、ウ
エハ上の全てのショット領域の配列座標を算出する。

【００７２】上述の如くして全てのショット領域の配列
座標が算出されると、ステップ４１３に移行し、露光処
理を行なう。ここでは、図５のフローチャートを用いて
露光処理について説明する。図５のフローチャートは、
主制御装置２８のＣＰＵによって実行される一連の処理
アルゴリズムに対応している。

【００７３】図５のステップ５２１では、ショット領域
の配列番号を示すカウンタｊに１をセットし、最初のシ
ョット領域を露光対象領域とする。

【００７４】ステップ５２３では、ウエハＷ_ｋの位置が
ウエハＷ_ｋ上の露光対象領域を露光するための加速開始
位置となるようにＸＹステージ２０を移動するととも
に、レチクルＲの位置が加速開始位置となるようにレチ
クルステージＲＳＴを移動する。

【００７５】ステップ５２５では、レチクルステージＲ
ＳＴとＸＹステージ２０の相対走査を開始する。そして
両ステージがそれぞれの目標走査速度に達し、等速同期
状態に達すると、照明系ＩＯＰからの照明光ＩＬによっ
てレチクルＲのパターン領域が照明され始め、走査露光
が開始される。上記の相対走査は、レーザ干渉計２６及
びレチクル干渉計２１の計測値をモニタしつつ、ウエハ
ステージ駆動系２２及びレチクルステージ駆動系２９を
制御することにより行われる。そして、レチクルＲのパ
ターン領域の異なる領域が照明光ＩＬで逐次照明され、
パターン領域全面に対する照明が完了することにより走
査露光が終了する。これにより、レチクルＲのパターン
が投影光学系ＰＬを介してウエハＷ_ｋ上の露光対象領域
に縮小転写される。

【００７６】ステップ５２７では、カウンタｊを参照
し、全てのショット領域に露光が行われたか否かを判断
する。ここでは、ｊ＝１、すなわち、最初のショット領
域に対して露光が行なわれたのみであるので、ステップ
５２７での判断は否定され、ステップ５２９に移行す
る。

【００７７】ステップ５２９では、カウンタｊの値をイ
ンクリメント（＋１）して、次のショット領域を露光対
象領域とし、ステップ５２３に戻る。

【００７８】以下、ステップ５２７での判断が肯定され
るまで、ステップ５２３→５２５→５２７→５２９の処
理、判断を繰り返す。

【００７９】ウエハＷ_ｋ上の全てのショット領域へのパ
ターンの転写が終了すると、カウンタｊの値はＮとな
り、ステップ５２７での判断が肯定され、露光処理を終
了する。

【００８０】露光処理が終了すると、図２のステップ４
１５に移行し、不図示のウエハローダにウエハＷ_ｋ（こ
こではｋ＝１）のアンロードを指示する。これにより、
ウエハＷ_ｋは、不図示のウエハローダにより、ウエハテ
ーブル１８上からアンロードされた後、不図示のウエハ
搬送系により、露光装置１００にインラインにて接続さ
れている不図示のコータ・デベロッパに搬送される。

【００８１】ステップ４１７では、カウンタｋの値をイ
ンクリメント（＋１）するとともに、不図示のウエハロ
ーダを用いて次のウエハＷ_ｋをウエハテーブル１８上に
ロードする。

【００８２】ステップ４１９では、カウンタｋの値を参
照して、最初のｎ枚（この場合２枚）のウエハへのパタ
ーンの転写が終了したか否かを判断する。ここでは、ｋ
＝２、すなわち、最初のウエハＷ_１に転写されたのみで
あるので、ステップ４１９での判断は否定され、ステッ
プ４０７に戻る。

【００８３】以下、ステップ４１９での判断が肯定され
るまで、ステップ４０７からステップ４１９までの処
理、判断を繰り返す。

【００８４】最初のｎ枚のウエハへのパターンの転写が
終了すると、ステップ４１９での判断が肯定され、ステ
ップ４２１に移行する。

【００８５】ステップ４２１では、ｎ枚のウエハについ
てそれぞれ算出された位置補正情報を記録装置２７から
読み出し、サンプルショット領域毎に統計演算処理（例
えば、平均化）を行い、新たな位置補正情報とする。

【００８６】ステップ４２３では、ウエハＷ_ｋ上の各シ
ョット領域の設計上の配列座標に基づいて、ウエハＷ_ｋ
上の第２特定区画領域としてのサンプルショット領域を
アライメント検出系ＡＳの直下に順次位置決めしつつ、
サンプルショット領域に付設されたアライメントマーク
ＡＭの位置をアライメント検出系ＡＳの検出中心を基準
として検出し、アライメントマークＡＭの実測位置情報
を求める。なお、本実施形態では、一例として第１特定
区画領域と第２特定区画領域とは同一である。また、こ
こでは、測定機マークＳＭの検出は行なわないので、ア
ライメント検出系ＡＳの設定条件は、通常のウエハアラ
イメント時と同程度で良い。

【００８７】ステップ４２５では、サンプルショット領
域毎に、対応する位置補正情報を用いて、次の（９）式
及び（１０）式により、アライメントマークＡＭの実測
位置情報を補正する。

【００８８】HMx=AMMx-Mx ……（９）

【００８９】HMy=AMMy-My ……（１０）

【００９０】ここで、ＡＭＭｘ及びＡＭＭｙはそれぞれ
実測されたアライメントマークＡＭのＸ座標値及びＹ座
標値であり、Ｍｘ及びＭｙはそれぞれ対応するＸ軸方向
及びＹ軸方向に関する位置補正量である。また、ＨＭｘ
及びＨＭｙは補正後のアライメントマークＡＭのＸ座標
値及びＹ座標値である。

【００９１】ステップ４２７では、上述の如くして補正
された各サンプルショット領域のアライメントマークＡ
Ｍの実測位置情報（補正後実測位置情報）と対応する設
計位置情報とを用いて前記ＥＧＡ演算を行い、ウエハ上
の全てのショット領域の配列座標を算出する。

【００９２】すなわち、先ず、サンプルショット領域毎
に、アライメントマークＡＭの補正された実測位置情報
と対応する設計位置情報とから位置ずれ（Δｘ_ｔ、Δ
ｙ_ｔ）を算出する。そして、上記（８）式を最小にする
ような誤差パラメータａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆを求め、
該誤差パラメータａ〜ｆと設計上の配列座標とに基づい
て、ウエハ上の全てのショット領域の配列座標を算出す
る。

【００９３】ステップ４２９では、ステップ４１３と同
様にして露光処理を行なう。

【００９４】ステップ４３１では、不図示のウエハロー
ダにウエハＷ_ｋのアンロードを指示する。これにより、
ウエハＷ_ｋは、不図示のウエハローダにより、ウエハテ
ーブル１８上からアンロードされた後、不図示のウエハ
搬送系により、露光装置１００にインラインにて接続さ
れている不図示のコータ・デベロッパに搬送される。

【００９５】ステップ４３３では、カウンタｋの値を参
照して、ロットの全ウエハへのパターンの転写が終了し
たか否かを判断する。転写されていないウエハが残って
いる場合は、ステップ４３３での判断は否定され、ステ
ップ４３５に移行する。

【００９６】ステップ４３５では、カウンタｋの値をイ
ンクリメント（＋１）するとともに、不図示のウエハロ
ーダを用いて次のウエハＷ_ｋをウエハテーブル１８上に
ロードする。そして、ステップ４２３に戻る。

【００９７】以下、ステップ４３３での判断が肯定され
るまで、ステップ４２３からステップ４３５までの処
理、判断を繰り返す。

【００９８】全てのウエハへのパターンの転写が終了す
ると、ステップ４３３での判断が肯定され、処理を終了
する。

【００９９】以上の説明から明らかなように、本実施形
態では、図２のステップ４０７及び４０９の処理が第１
工程に対応し、ステップ４２３〜４２７の処理が第２工
程に対応している。

【０１００】また、本実施形態によると、複数枚のウエ
ハについて、各ウエハＷ_ｋ上に形成された複数のショッ
ト領域に、レチクルパターンを重ね合わせて転写するに
際して、最初のｎ枚のウエハについては、ウエハＷ_ｋ上
のサンプルショット領域に形成された測定機マークＳＭ
及びアライメントマークＡＭの位置情報をそれぞれ実測
し、両マークの位置関係を求めている。

【０１０１】そして、第（ｎ＋１）枚目以降の各ウエハ
については、サンプルショット領域におけるアライメン
トマークＡＭの位置情報のみを実測するとともに、該実
測位置情報を上記位置関係を用いて補正し、その補正さ
れたアライメントマークＡＭの実測位置情報と設計位置
情報とを用いてＥＧＡ演算を行い、ショット領域の配列
座標を算出している。

【０１０２】従って、ショット領域によってショット領
域に関する転写誤差成分が異なる場合であっても、スル
ープットを低下させることなく、ショット領域の配列座
標を精度良く検出することができ、結果として、精度良
く各ショット領域にパターンを重ね合わせて転写するこ
とが可能となる。

【０１０３】なお、上記実施形態では、ショット領域の
配列座標を算出するに際して、第（ｎ＋１）枚目以降の
ウエハについては、アライメントマークＡＭの実測位置
情報を対応する位置補正情報に基づいて補正し（図２の
ステップ４２５）、該補正された実測位置情報と対応す
る設計位置情報とを用いてＥＧＡ演算を行っている（図
２のステップ４２７）が、これに限定されるものではな
い。

【０１０４】例えば、アライメントマークＡＭの設計位
置情報を対応する位置補正情報に基づいて補正し、アラ
イメントマークＡＭの実測位置情報と対応する補正され
た設計位置情報とを用いてＥＧＡ演算を行い、ショット
領域の配列座標を算出しても良い。また、アライメント
マークＡＭの実測位置情報と対応する設計位置情報とを
用いてＥＧＡ演算により得られる上記（７）式における
誤差パラメータと、位置補正情報を用いてＥＧＡ演算に
より得られる誤差パラメータとの差から新たな誤差パラ
メータを求め、該誤差パラメータを用いてショット領域
の配列座標を算出しても良い。

【０１０５】ここで、アライメントマークＡＭの設計位
置情報を補正して、ショット領域の配列座標を求める場
合について説明する。

【０１０６】先ず、サンプルショット領域毎に、対応す
る位置補正情報を用いて、次の（１１）式及び（１２）
式により、アライメントマークＡＭの設計位置情報を補
正する。

【０１０７】DMx=ADMx+Mx ……（１１）

【０１０８】DMy=ADMy+My ……（１２）

【０１０９】ここで、ＡＤＭｘ及びＡＤＭｙはそれぞれ
設計上のアライメントマークＡＭのＸ座標値及びＹ座標
値である。また、ＤＭｘ及びＤＭｙはそれぞれアライメ
ントマークＡＭの補正後の設計上のＸ座標値及びＹ座標
値である。

【０１１０】そして、各サンプルショット領域における
アライメントマークＡＭの実測位置情報と対応する上述
の如くして補正された設計位置情報（補正後設計位置情
報）とを用いて前記ＥＧＡ演算を行い、ウエハ上の全て
のショット領域の配列座標を算出する。すなわち、サン
プルショット領域毎に、アライメントマークＡＭの実測
位置情報と対応する補正された設計位置情報とから位置
ずれ（Δｘ_ｔ、Δｙ _ｔ）を算出する。そして、上記
（８）式を最小にするような誤差パラメータａ、ｂ、
ｃ、ｄ、ｅ、ｆを求め、該誤差パラメータａ〜ｆと設計
上の配列座標とに基づいて、ウエハ上の全てのショット
領域の配列座標を算出する。

【０１１１】次に、新たな誤差パラメータａ〜ｆを用い
てショット領域の配列座標を求める場合について説明す
る。

【０１１２】先ず、各サンプルショット領域におけるア
ライメントマークＡＭの実測位置情報と対応する設計位
置情報とを用いてＥＧＡ演算を行い、上記（７）式にお
ける誤差パラメータａ〜ｆを求める。便宜上、ここで得
られた誤差パラメータ（第１の誤差パラメータ）をそれ
ぞれａ１、ｂ１、ｃ１、ｄ１、ｅ１、ｆ１とする。

【０１１３】次に、各アライメントマークＡＭの位置補
正情報と対応する設計位置情報とを用いてＥＧＡ演算を
行い、上記（７）式における誤差パラメータａ〜ｆを求
める。便宜上、ここで得られた誤差パラメータ（第２の
誤差パラメータ）をａ２、ｂ２、ｃ２、ｄ２、ｅ２、ｆ
２とする。

【０１１４】そして、次の（１３）式〜（１８）式によ
り、新たな誤差パラメータａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆを求
め、該誤差パラメータａ〜ｆと設計上の配列座標とに基
づいて、ウエハ上の全てのショット領域の配列座標を算
出する。

【０１１５】ａ＝ａ１−ａ２ ……（１３）

【０１１６】ｂ＝ｂ１−ｂ２ ……（１４）

【０１１７】ｃ＝ｃ１−ｃ２ ……（１５）

【０１１８】ｄ＝ｄ１−ｄ２ ……（１６）

【０１１９】ｅ＝ｅ１−ｅ２ ……（１７）

【０１２０】ｆ＝ｆ１−ｆ２ ……（１８）

【０１２１】さらに、ショット領域の配列座標を算出す
るに際して、第（ｎ＋１）枚目以降のウエハについて
は、アライメントマークＡＭの実測位置情報と対応する
位置関係とから、測定機マークＳＭの位置を推定し、該
推定された測定機マークＳＭの位置情報と対応する測定
機マークＳＭの設計位置情報とを用いてＥＧＡ演算を行
っても良い。

【０１２２】なお、上記実施形態では、ロット先頭から
ｎ枚目までの各ウエハについて、両マークの位置関係を
求めているが、これに限定されるものではなく、ロット
先頭（１枚目）のウエハのみで両マークの位置関係を求
め、該位置関係を用いて２枚目以降のウエハにおけるシ
ョット領域の配列座標を算出しても良い。これにより、
スループットを向上させることができる。

【０１２３】また、ロット先頭のウエハのみで両マーク
の位置関係を求め、ロット先頭からｎ枚目までの各ウエ
ハについては、測定機マークＳＭの実測位置情報を用い
てショット領域の配列座標を算出し、第（ｎ＋１）枚目
以降のウエハについては、アライメントマークＡＭの実
測位置情報とこれに対応する位置関係とを用いてショッ
ト領域の配列座標を算出しても良い。

【０１２４】さらに、上記実施形態では、ロット先頭か
らｎ枚目までの各ウエハにおいて、ウエハ毎に両マーク
の実測位置情報を用いて両マークの位置関係を求めてい
るが、これに限定されるものではなく、例えばロット先
頭からｎ枚目までの各ウエハにおける両マークの実測位
置情報を統計演算して両マークの位置関係を求めても良
い。

【０１２５】また、上記実施形態では、ｋ枚のウエハＷ
_ｋのうち、最初のｎ枚のウエハでそれぞれ測定機マーク
ＳＭ及びアライメントマークＡＭを検出しているが、測
定機マークＳＭ及びアライメントマークＡＭの両方を検
出すべきウエハは、最初のｎ枚のウエハの少なくとも１
枚で良く、最初のｎ枚のウエハの何枚目であっても、何
枚であっても良い。但し、測定機マークＳＭ及びアライ
メントマークＡＭの両方を検出すべきウエハは、歩留ま
りなどを考慮すると、少なくとも１枚目のウエハを含む
ことが望ましい。

【０１２６】さらに、上記実施形態では、ｋ枚のウエハ
のうち少なくとも第（ｎ＋１）枚目以降の各ウエハで
は、アライメントマークＡＭのみを検出するものとした
が、最初のｎ枚のウエハのうちｍ（１≦ｍ＜ｎなる自然
数）枚目のウエハで測定機マークＳＭ及びアライメント
マークＡＭの両方を検出するときは、（ｍ＋１）枚目以
降の各ウエハでアライメントマークＡＭのみを検出する
だけでも良い。なお、ｍ≧２であるとき、（ｍ−１）枚
目までのウエハでは各サンプルショット領域で測定機マ
ークＳＭのみを検出してＥＧＡ方式にて各ショット領域
の座標値を決定すると良い。

【０１２７】また、最初のｎ枚のウエハのうち２枚以上
のウエハでそれぞれ測定機マークＳＭ及びアライメント
マークＡＭの両方を検出するときは、その２枚以上のウ
エハ以外で、かつその２枚以上のウエハのうち最初に測
定機マークＳＭ及びアライメントマークＡＭの両方が検
出されるウエハよりも後の各ウエハではアライメントマ
ークＡＭのみを検出するだけで良い。なお、最初のｎ枚
のウエハのうち測定機マークＳＭ及びアライメントマー
クＡＭの両方が検出されないウエハでは、各サンプルシ
ョット領域で測定機マークＳＭのみを検出してＥＧＡ方
式にて各ショット領域の座標値を決定すると良い。ま
た、最初のｎ枚のウエハのうち２枚以上のウエハでそれ
ぞれ測定機マークＳＭ及びアライメントマークＡＭの両
方を検出するとき、例えばｍ枚目及び（ｍ＋１）枚目の
ようにその２枚以上のウエハが連続していなくても良
い。

【０１２８】なお、上記実施形態では、任意に選択した
３つ以上のショット領域をサンプルショット領域とし、
各サンプルショット領域において両マークの位置関係を
求めているが、これに限定されるものではない。

【０１２９】例えば、重ね合わせの対象となる層が他の
走査型投影露光装置（スキャニング・ステッパ）を用い
て露光され、該露光装置に設けられたウエハの位置計測
などに用いられる測長システムが、レーザ光の干渉を利
用したものであり、Ｘ反射鏡（Ｘ移動鏡）で反射される
レーザ光により、走査露光時におけるウエハのＸ方向の
位置が計測され、その位置情報に基づいてウエハのＸ方
向の位置が制御される場合について説明する。なお、Ｙ
方向を行方向、Ｘ方向を列方向とする。

【０１３０】ここで、上記Ｘ移動鏡が平坦ではなく、一
例として図６（Ａ）に誇張して示されるような形状に変
形し、いわゆるミラー曲がりが存在していると、ウエハ
のＸ方向の位置が誤って制御され、図６（Ｂ）に示され
るように、各ショット領域に直交度誤差が生じる。各シ
ョット領域を配列Ｂ_ｉ，ｊ（ｉ＝１、２、・・・、ｊ＝
１、２、・・・）で表記すると、図６（Ｂ）に示される
ように、同じ行に配置されたショット領域（例えばＢ
_１，２とＢ_１，５）を比較すると、直交度誤差はほぼ同
様であるが、異なる行に配置されたショット領域（例え
ばＢ_２，５とＢ_３ _，５）を比較すると、直交度誤差が異
なる場合がある。これは、同じ行に配置された各ショッ
ト領域では、それぞれＸ移動鏡の反射面上の同一部分で
反射されたレーザ光によりウエハのＸ方向の位置情報が
計測されているのに対し、異なる行に配置された各ショ
ット領域では、それぞれＸ移動鏡の反射面上の異なる部
分で反射されたレーザ光によりウエハのＸ方向の位置情
報が計測されているためである。このような場合には、
同一行に配置されたショット領域では、両マークの位置
関係はほぼ同一であるため、行毎に両マークの位置関係
を求めても良い。

【０１３１】また、上記他の走査型投影露光装置におけ
る測長システムが測長軸を複数有する多軸干渉計を備え
ており、Ｙ軸に直交する反射面を有するＹ反射鏡（Ｙ移
動鏡）で反射されるレーザ光により、走査露光時にウエ
ハＷのヨーイング（Ｚ軸回りの回転であるθｚ回転）を
計測し、その計測結果に基づいてウエハＷのヨーイング
を補正する場合について説明する。ここで、Ｙ移動鏡に
ミラー曲がりが存在すると、走査露光時にウエハＷのヨ
ーイングを補正しようとして誤った補正を行い、各ショ
ット領域に回転誤差が生じる。一例として図７に示され
るように、同じ列に配置されたショット領域を比較する
と、ショット領域の回転誤差はほぼ同様であるが、異な
る列に配置されたショット領域を比較すると、ショット
領域の回転誤差が異なる場合がある。これは、同じ列に
配置された各ショット領域では、転写誤差へのミラー曲
がりの影響はほぼ同様であるが、異なる列に配置された
ショット領域では、転写誤差へのミラー曲がりの影響が
必ずしも同様ではないためである。このような場合は、
同一列に配置されたショット領域では、両マークの位置
関係はほぼ同一であるため、列毎に両マークの位置関係
を求めても良い。

【０１３２】さらに、上記実施形態では、ショット領域
に形成された１つの測定機マークを用いる場合について
説明しているが、これに限定されるものではなく、複数
個の測定機マークを用いても良い。この場合は、各測定
機マークとアライメントマークとの位置関係をそれぞれ
求めると、該位置関係毎にアライメントマークの位置補
正情報が得られる。そこで、各位置補正情報を統計演算
し、得られた位置補正情報に基づいてＥＧＡ演算を行う
ことにより、更に精度良くショット領域の配列座標を求
めることができる。

【０１３３】また、上記実施形態では、ショット領域に
形成されたアライメントマークが１つの場合について説
明しているが、これに限定されるものではなく、複数個
のアライメントマークが形成されていても良い。この場
合は、測定機マークと各アライメントマークとの位置関
係をそれぞれ求めると、該位置関係毎にアライメントマ
ークの位置補正情報が得られる。そこで、各位置補正情
報を統計演算し、得られた位置補正情報に基づいてＥＧ
Ａ演算を行うことにより、更に精度良くショット領域の
配列座標を求めることができる。

【０１３４】さらに、上記実施形態では、ロット先頭か
らｎ枚目までのウエハにおけるサンプルショット領域
と、第（ｎ＋１）枚目以降のウエハにおけるサンプルシ
ョット領域とが同一である場合について説明している
が、これに限定されるものではない。また、サンプルシ
ョット領域の数が異なっていても良い。特に、ロット先
頭からｎ枚目までのウエハでは、両マークの位置関係を
精度良く求めるために、サンプルショット領域の数を、
通常のＥＧＡ演算で使用するサンプルショット領域の数
より増やしても良い。そこで、予め図示しない入力装置
を介してサンプルショット領域の数を任意に設定できる
ようにしても良い。なお、この際に、両マークの位置関
係を求めるウエハ数（上記実施形態では、ｎの値）や、
アライメント検出系ＡＳの前述の設定情報等が任意に設
定できるようにしても良い。

【０１３５】なお、上記実施形態では、サンプルショッ
ト領域の基準点に形成されたマークとして測定機マーク
を用いた場合について説明しているが、これに限定され
るものではない。

【０１３６】さらに、上記実施形態では、アライメント
検出系ＡＳを用いて両マークの位置関係を検出している
が、これに限定されるものではなく、例えば、図示しな
い測定装置を用いても良い。

【０１３７】また、上記実施形態では、測定機マークＳ
Ｍの検出時とアライメントマークＡＭの検出時とで、ア
ライメント検出系ＡＳの設定条件（倍率、検出感度、増
幅率及び検出回数など）を異ならせているが、これに限
定されるものではなく、例えばアライメントマークＡＭ
の大きさなどによっては、アライメント検出系ＡＳの設
定条件を両マークの検出時に同一としても良い。

【０１３８】さらに、上記実施形態では、上記（７）式
及び（８）式を用いるＥＧＡ方式を採用しているが、Ｅ
ＧＡ方式はこれに限定されるものではなく、例えば座標
値を算出すべきショット領域と各サンプルショット領域
との距離に応じた重み係数を用いるＥＧＡ方式、あるい
は各サンプルショット領域で複数のアライメントマーク
を検出して各ショット領域の回転誤差や倍率誤差などの
ショットファクターを考慮して座標値を決定する多点Ｅ
ＧＡ方式などでも良い。また、アライメント方式はＥＧ
Ａ方式に限られるものではなく、例えば各ショット領域
の設計位置情報とベースライン量とに基づいてアライメ
ント検出系ＡＳに対して各ショット領域のアライメント
マークを位置決めするとともに、アライメント検出系Ａ
Ｓによって検出されるアライメントマークＡＭの位置ず
れ量を前述と同様に統計演算し、前述の座標値の代わり
に各ショット領域毎のオフセット量を求める方式でも良
い。

【０１３９】また、上記実施形態では、本発明がステッ
プ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置に適用され
た場合について説明したが、本発明の適用範囲がこれに
限定されないのは勿論である。すなわち、ステップ・ア
ンド・リピート方式、ステップ・アンド・スティッチ方
式、ミラープロジェクション・アライナー、及びフォト
リピータなどにも好適に適用することができる。さら
に、投影光学系ＰＬは、屈折系、反射屈折系、及び反射
系のいずれでもよいし、縮小系、等倍系、及び拡大系の
いずれでも良い。

【０１４０】さらに、本発明が適用される露光装置の光
源は、ＫｒＦエキシマレーザやＡｒＦエキシマレーザに
限らず、Ｆ₂レーザ（波長１５７ｎｍ）、あるいは他の
真空紫外域のパルスレーザ光源であっても良い。この
他、露光用照明光として、例えば、ＤＦＢ半導体レーザ
又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視
域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（又はエル
ビウムとイッテルビウムの両方）がドープされたファイ
バーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に
波長変換した高調波を用いても良い。

【０１４１】また、本発明は、半導体素子の製造に用い
られる露光装置だけでなく、液晶表示素子、プラズマデ
ィスプレイなどを含むディスプレイの製造に用いられ
る、デバイスパターンをガラスプレート上に転写する露
光装置、薄膜磁気へッドの製造に用いられる、デバイス
パターンをセラミックウエハ上に転写する露光装置、撮
像素子（ＣＣＤなど）、マイクロマシン、及びＤＮＡチ
ップなどの製造に用いられる露光装置などにも適用する
ことができる。

【０１４２】《デバイス製造方法》次に、上で説明した
露光装置及び露光方法をリソグラフィ工程で使用したデ
バイスの製造方法の実施形態を説明する。

【０１４３】図８には、デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半
導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、Ｄ
ＮＡチップ、マイクロマシン等）の製造例のフローチャ
ートが示されている。図８に示されるように、まず、ス
テップ３０１（設計ステップ）において、デバイスの機
能・性能設計（例えば、半導体デバイスの回路設計等）
を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行
う。引き続き、ステップ３０２（マスク製作ステップ）
において、設計した回路パターンを形成したマスクを製
作する。一方、ステップ３０３（ウエハ製造ステップ）
において、シリコン等の材料を用いてウエハを製造す
る。

【０１４４】次に、ステップ３０４（ウエハ処理ステッ
プ）において、ステップ３０１〜ステップ３０３で用意
したマスクとウエハを使用して、後述するように、リソ
グラフィ技術によってウエハ上に実際の回路等を形成す
る。次いで、ステップ３０５（デバイス組立ステップ）
において、ステップ３０４で処理されたウエハを用いて
デバイス組立を行う。このステップ３０５には、ダイシ
ング工程、ボンディング工程、及びパッケージング工程
（チップ封入）等の工程が必要に応じて含まれる。

【０１４５】最後に、ステップ３０６（検査ステップ）
において、ステップ３０５で作製されたデバイスの動作
確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工
程を経た後にデバイスが完成し、これが出荷される。

【０１４６】図９には、半導体デバイスの場合におけ
る、上記ステップ３０４の詳細なフロー例が示されてい
る。図９において、ステップ３１１（酸化ステップ）に
おいてはウエハの表面を酸化させる。ステップ３１２
（ＣＶＤステップ）においてはウエハ表面に絶縁膜を形
成する。ステップ３１３（電極形成ステップ）において
はウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ３
１４（イオン打込みステップ）においてはウエハにイオ
ンを打ち込む。以上のステップ３１１〜ステップ３１４
それぞれは、ウエハ処理の各段階の前処理工程を構成し
ており、各段階において必要な処理に応じて選択されて
実行される。

【０１４７】ウエハプロセスの各段階において、上述の
前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程
が実行される。この後処理工程では、まず、ステップ３
１５（レジスト形成ステップ）において、ウエハに感光
剤を塗布する。引き続き、ステップ３１６（露光ステッ
プ）において、前述した露光装置及び露光方法によって
マスクの回路パターンをウエハに転写する。次に、ステ
ップ３１７（現像ステップ）においては露光されたウエ
ハを現像し、ステップ３１８（エッチングステップ）に
おいて、レジストが残存している部分以外の部分の露出
部材をエッチングにより取り去る。そして、ステップ３
１９（レジスト除去ステップ）において、エッチングが
済んで不要となったレジストを取り除く。

【０１４８】これらの前処理工程と後処理工程とを繰り
返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターン
が形成される。

【０１４９】以上説明した本実施形態のデバイス製造方
法を用いれば、露光工程（ステップ３１６）において、
前記の露光装置１００及び上で説明した露光方法を用い
て重ね合わせ精度良く露光が行なわれるので、微細パタ
ーンを有するデバイスの歩留まりを向上させることがで
き、その生産性を向上させることができる。

【０１５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る位置
検出方法によると、スループットを低下させることな
く、高精度な位置検出を行なうことができるという効果
がある。

【０１５１】また、本発明に係る露光によると、高精度
な露光を行なうことができるという効果がある。

【０１５２】また、本発明に係るデバイス製造方法によ
ると、高集積度のデバイスの生産性を向上させることが
できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示
す図である。

【図２】本発明に係る露光方法の一実施形態を説明する
ためのフローチャートである。

【図３】図３（Ａ）はウエハ上に形成されたショット領
域を説明するための図であり、図３（Ｂ）は各ショット
領域に付設された測定機マーク及びアライメントマーク
の一例を説明するための図である。

【図４】図２のステップ４０９の詳細を説明するための
フローチャートである。

【図５】図２のステップ４１３の詳細を説明するための
フローチャートである。

【図６】図６（Ａ）及び図６（Ｂ）はそれぞれＸ移動鏡
の変形によるショット直交度誤差を説明するための図で
ある。

【図７】Ｙ移動鏡の変形によるショット領域の回転誤差
を説明するための図である。

【図８】本発明に係るデバイス製造方法の実施形態を説
明するためのフローチャートである。

【図９】図８のステップ３０４における処理のフローチ
ャートである。

【符号の説明】

１００…露光装置、Ｗ…ウエハ（基板）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数枚の基板について、各基板上の複数
の区画領域でそれぞれ所定点との位置合わせに用いられ
る位置情報を検出する位置検出方法であって、最初のｎ枚（ｎは自然数）の基板のうちの少なくとも１
枚について、該基板上に形成された複数の区画領域のう
ちの少なくとも一部の複数の第１特定区画領域それぞれ
の基準点に形成された第１マークと前記第１特定区画領
域それぞれの周辺部に形成された前記第１マークより外
側にある第２マークとをそれぞれ検出し、その検出結果
として得られる前記各マークの実測位置情報をそれぞれ
用いて前記各第１特定区画領域について前記第１マーク
の位置と第２マークの位置との位置関係を算出する第１
工程と；前記複数枚の基板のうち少なくとも第（ｎ＋
１）枚目以降の各基板について、該基板上に形成された
複数の区画領域のうちの少なくとも一部の複数の第２特
定区画領域それぞれに形成された前記第２マークを検出
し、該第２マークの実測位置情報とこれに対応する前記
位置関係とを用いて複数の区画領域でそれぞれ所定点と
の位置合わせに用いられる位置情報を算出する第２工程
と；を含む位置検出方法。
【請求項２】前記最初のｎ枚の基板のうち少なくとも
前記第１マークが検出される基板では、前記第１マーク
の実測位置情報を用いて複数の区画領域でそれぞれ前記
所定点との位置合わせに用いられる位置情報を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の位置検出方法。
【請求項３】前記第１特定区画領域と前記第２特定区
画領域とは、同一であることを特徴とする請求項１又は
２に記載の位置検出方法。
【請求項４】前記最初のｎ枚の基板のうち少なくとも
２枚の基板でそれぞれ前記第１及び第２マークが検出さ
れ、前記第１工程では、前記位置関係を、前記少なくとも２
枚の基板でそれぞれ得られた前記第１マークの複数の実
測位置情報と前記第２マークの複数の実測位置情報とを
用いた統計演算により算出することを特徴とする請求項
１〜３のいずれか一項に記載の位置検出方法。
【請求項５】前記第２工程では、前記少なくとも第
（ｎ＋１）枚目以降の各基板について、該基板上の複数
の第２マークを検出して得られる、少なくとも３つの第
２特定区画領域の実測位置情報をこれに対応する前記位
置関係を用いて補正した補正後実測位置情報と対応する
設計位置情報とを用いて統計演算により前記複数の区画
領域でそれぞれ所定点との位置合わせに用いられる位置
情報を算出することを特徴とする請求項１〜４のいずれ
か一項に記載の位置検出方法。
【請求項６】前記第２工程では、前記少なくとも第
（ｎ＋１）枚目以降の各基板について、該基板上の複数
の第２マークを検出して得られる、少なくとも３つの第
２特定区画領域の実測位置情報と、前記第２特定区画領
域の設計位置情報を対応する前記位置関係を用いて補正
した補正後設計位置情報とを用いて統計演算により前記
複数の区画領域でそれぞれ所定点との位置合わせに用い
られる位置情報を算出することを特徴とする請求項１〜
４のいずれか一項に記載の位置検出方法。
【請求項７】前記第２工程では、前記少なくとも第
（ｎ＋１）枚目以降の各基板について、該基板上の複数
の第２マークを検出して得られる、少なくとも３つの第
２特定区画領域の実測位置情報と、これに対応する設計
位置情報とを用いて統計演算により前記複数の区画領域
でそれぞれ所定点との位置合わせに用いられる位置情報
を算出するためのモデル式の第１の誤差パラメータを算
出し、前記第２特定区画領域に対応する前記位置関係を用いて
統計演算により前記モデル式の第２の誤差パラメータを
算出し、前記第１の誤差パラメータと前記第２の誤差パラメータ
の差を最終的な誤差パラメータとして、前記モデル式と
前記各区画領域の設計位置情報とに基づいて、前記複数
の区画領域でそれぞれ所定点との位置合わせに用いられ
る位置情報を算出することを特徴とする請求項１〜４の
いずれか一項に記載の位置検出方法。
【請求項８】前記第１マークは測定機用のマークであ
り、前記第２マークはアライメントマークであることを特徴
とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の位置検出方
法。
【請求項９】複数枚の基板上の複数の区画領域を順次
露光して前記各基板上の各区画領域に所定のパターンを
形成する露光方法であって、前記複数枚の基板のそれぞれについて、請求項１〜８の
いずれか一項に記載の位置検出方法に従って、各基板上
の複数の区画領域でそれぞれ所定点との位置合わせに用
いられる位置情報を検出し、前記検出結果に基づいて前記各基板上の各区画領域を露
光基準位置に順次移動した後、当該各区画領域を露光す
ることを特徴とする露光方法。
【請求項１０】請求項９に記載の露光方法を用いるリ
ソグラフィ工程を含むことを特徴とするデバイス製造方
法。