JP2007096069A - 位置合わせ方法、重ね合わせ精度計測方法、露光方法、位置合わせ装置、露光装置、及び重ね合わせ精度計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 スループットの低下を招くことなく、位置合わせ精度を向上する。
【解決手段】 ウエハ上に配列された複数のショット領域の各々を、所定の露光位置に対して位置合わせする位置合わせ方法において、ショット領域について形成された複数の実マークの位置及び傾きを計測する計測ステップ（Ｓ１１）と、計測ステップで計測された実マークの計測位置情報及び計測傾き情報並びに該実マークの設計位置情報を含む演算パラメータに基づいて、所定の統計演算によりショット領域の配列に関する配列情報を算出する算出ステップ（Ｓ１４，Ｓ１５）と、算出ステップで算出された配列情報に基づいて、位置合わせを行う位置合わせステップ（Ｓ１６）とを含んで構成される。
【選択図】 図１３

Description

本発明は、物体上に配列された複数の被加工領域の各々を、所定の加工位置に対して位置合わせする位置合わせ方法及び装置、物体上に配列された複数の被加工領域について複数回の加工を施した後に、前工程で加工された前工程加工内容と、後工程で加工された後工程加工内容との重ね合わせに関する重ね合わせ精度情報を計測する重ね合わせ精度計測方法及び装置、並びにこれらを用いる露光方法及び装置に関する。

半導体素子、液晶表示素子、撮像素子（ＣＣＤ：Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ等）、薄膜磁気ヘッド等の各種デバイスの多くは露光装置を用いて基板上に多数層のパターンを重ねて露光転写することにより製造される。このため、２層目以降のパターンを基板上に露光転写する際には、基板上の既にパターンが形成された各ショット領域とマスクのパターン像との位置合わせ、即ち基板とレチクルとの位置合わせ（アライメント）を正確に行う必要がある。１層目のパターンが露光転写された基板上には、アライメントマークと呼ばれる位置合わせ用のマークがそれぞれ付設された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基板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、基板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）に基づいて基板を歩進（ステッピング）させても、（ａ）基板の残存回転誤差Θ、（ｂ）ステージ座標系（又はショット配列）の直交度誤差Ω、（ｃ）基板の線形伸縮（スケーリング）Γｘ，Γｙ、（ｄ）基板（中心位置）のオフセット（平行移動）Ｏｘ，Ｏｙの４つの要因（６個の誤差パラメータ）により、基板が正確に位置合わせされるとは限らない。

そこで、基板上から選択された複数のショット領域（サンプルショット）について実測した計測結果を統計処理して基板上における全ショット領域の配列を求め、この配列に従って各ショット領域の位置合わせ行うエンハンスト・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）方式を用いている。

ＥＧＡ方式では、サンプルショットについて実測して得られた配列座標値と、そのショット領域の設計上の配列座標値を所定のモデル式に代入して得られた計算上の配列座標値との平均的な偏差が最小になるように、最小自乗法を用いて変換行列を決定し、この決定された変換行列と設計上の配列座標値とに基づいて、実際に位置合わせすべき位置の計算上の配列座標値を算出し、その算出された座標値をもとに基板の各ショット領域を位置決めする。

また、基板上におけるショット領域の配列誤差以外に、ショット領域に関して、（ａ）ショット領域の残存回転誤差θ、（ｂ）ショット領域内における直交度誤差ω、（ｃ）ショット領域の線形伸縮（スケーリング）γｘ，γｙの３つの要因をも考慮して、これらの３個の誤差量（４個の誤差パラメータ）を加えた計１０個の誤差パラメータを用いた変換行列を用いて各ショット領域の配列座標値の補正量を求めるＥＧＡ方式等も知られている。

このようなＥＧＡ計測におけるサンプルショットとしては、基板の外周に近いショットの中から均等に選択された８個程度が使用され、当該サンプルショットについて形成されたマークのｘ，ｙ座標値を計測して、ＥＧＡ演算を行うのが一般的である。サンプルショットの数（実計測パラメータの数）は多い方が、ショット配列の局所的なゆがみ等をより正確に反映できると考えられる。しかし、ＥＧＡ計測はプロセス処理（露光処理）中に行われるため、計測ショット数を多くすることはスループットの低下を招くことから、ＥＧＡ計測精度とスループットの観点から、このような数に設定されている。

しかしながら、スループットの低下を招かないのであれば、ＥＧＡ計測の精度は、実計測されるパラメータの数が多い程、良くなるものと考えられる。特に、近時においては、ショット配列の上述したような線形な誤差のみならず、非線形な誤差をも考慮して精度を向上させるため、ＥＧＡ演算式として、高次式を用いる高次ＥＧＡも行われており、このような場合には、実計測されるパラメータは多い方が精度的に有利であり、より高精度な位置決めを行うことができると考えられる。なお、従来のＥＧＡ方式の詳細については、例えば以下の特許文献１〜５を参照されたい。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、スループットの低下を招くことなく、位置合わせ精度を向上することを目的とする。
特開平６−２７５４９６号公報 特開平６−３０２４９０号公報 特開平６−３４９７０５号公報 特開平６−３４９７０６号公報 特開平７−２２６３６０号公報

本発明によると、物体上に配列された複数の被加工領域の各々を、所定の加工位置に対して位置合わせする位置合わせ方法において、前記被加工領域について形成された複数の実マークの位置及び傾きを計測する計測ステップと、前記計測ステップで計測された前記実マークの計測位置情報及び計測傾き情報並びに該実マークの設計位置情報を含む演算パラメータに基づいて、所定の統計演算により前記被加工領域の配列に関する配列情報を算出する算出ステップと、前記算出ステップで算出された前記配列情報に基づいて、前記位置合わせを行う位置合わせステップと、を含む位置合わせ方法が提供される。

本発明では、被加工領域について形成された複数の実マークの位置に加えて、該実マークの傾きをも計測し、この傾きをも演算パラメータとして統計演算を行うようにしており、実計測する被加工領域（サンプルショット）を増やすことなく、統計演算に用いるパラメータを増やすことができる。従って、スループットを低下させることなく、位置合わせの精度を向上することができる。

本発明によれば、スループットの低下を招くことなく、位置合わせ精度を向上することができるようになるという効果がある。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。

［露光システム］
まず、本実施形態に係る露光システムの全体構成について、図１を参照して説明する。

この露光システム１００は、半導体ウエハやガラスプレート等の基板を処理して、マイクロデバイス等の装置を製造する基板処理工場に設置され、同図に示すように、露光装置２００、該露光装置２００に隣接して配置された塗布現像装置（Ｃ／Ｄ）３００及び該塗布現像装置３００内に配置された重ね合わせ計測器４００を備えている。同図では、図示の都合上、露光装置２００及び重ね合わせ計測器４００を含む塗布現像装置３００は、これらを一体化した基板処理装置として、一つだけを表示しているが、実際には基板処理装置は複数設けられている。基板処理装置は、基板に対して、フォトレジスト等の感光剤を塗布する塗布工程、感光剤が塗布された基板上にマスク又はレチクルのパターンの像を投影露光する露光工程、及び露光工程が終了した基板を現像する現像工程等を行う。

また、露光システム１００は、各露光装置２００により実施される露光工程を集中的に管理する露光工程管理コントローラ５００、及び工場内生産管理ホストシステム７００をも備えている。なお、重ね合わせ計測器は塗布現像装置３００内に設けられる場合の他、オフラインで設けられる場合もある。図１に示す重ね合わせ計測器６００はこの場合のオフラインで設けられた重ね合わせ計測器を示している。

この露光システム１００を構成している各装置のうち、少なくとも各基板処理装置（２００、３００）は、気温及び湿度が管理されたクリーンルーム内に設置されている。また、各装置は、基板処理工場内に敷設されたＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等のネットワーク又は専用回線（有線又は無線）を介して接続されており、これらの間で適宜にデータ通信できるようになっている。

各基板処理装置において、露光装置２００及び塗布現像装置３００は相互にインライン接続されている。ここでのインライン接続とは、装置間及び該装置内の処理ユニット間を、ロボットアームやスライダー等の基板を自動搬送する搬送装置を介して接続することを意味する。

［露光装置］
各基板処理装置が備える露光装置２００の構成を、図２を参照して説明する。なお、以下の説明では、マスクとしてのレチクルＲに形成されたパターンを投影光学系ＰＬを介して感光性材料（レジスト）が塗布された基板（物体）としてのウエハＷ上にステップ・アンド・リピート方式で転写する露光装置（ステッパー）に本発明を適用した場合を例に挙げて説明する。

また、以下の説明においては、必要に応じて図２中に設定されたＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＹ軸がウエハＷに対して平行となるよう設定され、Ｚ軸がウエハＷに対して直交する方向に設定されている。図中のＸＹＺ直交座標系は、実際にはＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直上方向に設定される。

図２に示す露光装置は、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）の光源を含んで構成され、光源から射出される露光光をレチクルＲに導く照明光学系１を備えている。光源から射出された露光光ＥＬは、照明光学系１を通過して投影光学系ＰＬの物体面に配置されるレチクルＲに導かれてレチクルＲをほぼ均一に照明する。なお、本実施形態では、光源としてＡｒＦエキシマレーザ光源を備える場合を例に挙げて説明するが、これ以外にｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）を射出する超高圧水銀ランプ、又はＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）、Ｆ_２レーザ（波長１５７ｎｍ）、その他の光源を用いることができる。

レチクルＲはレチクルステージ３上に保持され、レチクルステージ３はベース４上の２次元平面内で移動及び微小回転ができるように支持されている。装置全体の動作を制御する露光制御装置６が、ベース４上の駆動装置５を介してレチクルステージ３の動作を制御する。レチクルＲを透過した光束は、投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に導かれ、これによってレチクルＲのパターン像が投影光学系ＰＬの像面に配置されるウエハＷ上に投影される。投影光学系ＰＬは、レチクルＲのパターン像を所定の投影倍率αでウエハＷ上に投影するものであって、例えば両側テレセントリックな光学系である。投影光学系ＰＬの投影倍率αは、例えば１／４又は１／５の縮小系である。

ウエハＷはウエハホルダー９を介してウエハステージ１０上に載置されている。ウエハステージ１０は、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直な面内でウエハＷを２次元的に位置決めするＸＹステージ、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行な方向（Ｚ方向）にウエハＷを位置決めするＺステージ、及びウエハＷをＸ軸、Ｙ軸、又はＺ軸の周りで微小回転させるステージ等から構成されている。

ウエハステージ１０上面の一端には移動ミラー１１が固定されており、移動ミラー１１に対向するようにレーザ干渉計１２が配置されている。なお、図２では図示を簡略化しているが、移動鏡１１はＸ軸に垂直な反射面を有する平面鏡及びＹ軸に垂直な反射面を有する平面鏡より構成されている。また、レーザ干渉計１２は、Ｘ軸に沿って移動鏡１１にレーザビームを照射する２個のＸ軸用のレーザ干渉計及びＹ軸に沿って移動鏡１１にレーザビームを照射するＹ軸用のレーザ干渉計より構成されており、Ｘ軸用の１個のレーザ干渉計及びＹ軸用の１個のレーザ干渉計により、ウエハステージ１０のＸ座標及びＹ座標が計測される。レーザ干渉計１２で計測される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呼ぶことがある。

また、Ｘ軸用の２個のレーザ干渉計の計測値の差により、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ周りのウエハステージ１０の回転角が計測される。レーザ干渉計１２により計測されたＸ座標、Ｙ座標、及び回転角の情報が座標計測回路１２ａ及び露光制御装置６に供給され、露光制御装置６は、供給された座標をモニターしつつ駆動装置１３を介して、ウエハステージ１０の位置決め動作を制御する。なお、図２には示していないが、レチクル側にもウエハ側と全く同様の干渉計システムが設けられている。

投影光学系ＰＬには結像特性制御装置１４が装着されている。この結像特性制御装置１４は、例えば投影光学系ＰＬを構成するレンズ群の内の所定のレンズ群の間隔を調整し、又は所定のレンズ群の間のレンズ室内の気体の圧力を調整することにより、投影光学系ＰＬの投影倍率、歪曲収差等の調整を行う。結像特性制御装置１４の動作も露光制御装置６により制御されている。

また、投影光学系ＰＬの側方にはオフ・アクシス方式のアライメント系１５が配置されている。このアライメント系１５は、例えばハロゲンランプ等の広帯域波長の光を射出する光源１６を備えており、光源１６から射出されたの照明光がコリメータレンズ１７、ビームスプリッター１８、ミラー１９、及び対物レンズ２０を介してウエハＷ上に形成された計測点としてのアライメントマークＡＭの近傍に照射される。対物レンズ２０の光軸２０ａと投影光学系ＰＬの光軸ＡＸとの間隔であるベースライン量は予め高精度に計測されている。アライメントマークＡＭからの反射光は、対物レンズ２０、ミラー１９、ビームスプリッター１８、及び集光レンズ２１を介して指標板２２上に照射され、指標板２２上にアライメントマークＡＭの像が結像される。

指標板２２を透過した光は、第１リレーレンズ２３、第２リレーレンズ２５により２次元ＣＣＤよりなる撮像素子２６の撮像面上に集束される。撮像素子２６の撮像面上にはそれぞれアライメントマークＡＭの像及び指標板２２上の指標マークの像が重ねて結像される。撮像素子２６の撮像信号は共に座標計測回路１２ａに供給される。

図３を参照して、ウエハＷ上に形成されるアライメントマークＡＭ及び指標板２２上の指標マーク（指標パターン）の一般的な構成について説明する。図３は撮像素子２６の受光面と共役関係にある指標板２２上におけるアライメントマークの像と指標マークとの関係を示している。

図３において、中央部に３本の直線パターンより構成されているのはウエハマークＭｘの像ＭｘＰであり、この像ＭｘＰのピッチ方向であるＸＰ方向、その像ＭｘＰの長手方向であるＹＰ方向が、それぞれ図２のウエハステージ１０のステージ座標系のＸ方向及びＹ方向と共役になっている。また、ウエハマークの像ＭｘＰをＸＰ方向に挟むように２個の指標マーク３１ａ，３１ｂが形成され、ウエハマークの像ＭｘＰをＹＰ方向に挟むように２個の指標マーク３２ａ，３２ｂが形成されている。

なお、ウエハＷに形成される計測点としてのアライメントマークＡＭは、ここではＸ方向の位置情報を計測するウエハマークＭｘとＹ方向の位置情報を計測するウエハマークＭｙとがあり、図３においてはアライメント系１５の視野内にウエハマークＭｘが配置されたときの様子を図示している。アライメントマークＡＭとしては、ウエハマークＭｘ，Ｍｙ（同図ではＭｘのみ表示）のような一次元計測用マークの他、図４に示されているような二次元計測用マークＡＭ２等を用いてもよい。

アライメントマークＡＭの位置及び傾きは、図２の座標計測回路１２ａによって求められる。ウエハマークＭｘＰの位置（Ｘ方向の座標）は、撮像素子２６で撮像された撮像結果において、指標マーク３１ａ及び３１ｂによってそれぞれ形成される２つの特徴波形の中点のＸＰ方向の座標を基準として、３本のラインで構成されるウエハマークＭｘＰによってそれぞれ形成される３つの特徴波形の中点の位置をＸＰ方向の位置ずれ量（Δｘ）として求める。

また、この実施形態では、アライメントマークＡＭの傾きをも考慮してＥＧＡ計測（ＥＧＡ演算等）を行うため、ウエハマークＭｘの傾き（θｘ）も計測する。Ｘ方向のウエハマークの像ＭｘＰについては、図３に示すように、ＹＰ方向に離間したラインＬｘ１及びＬｘ２を設定し、当該ラインＬｘ１，Ｌｘ２それぞれにおける指標マーク３１ａ，３１ｂの各位置間の中点を結ぶ線を基準として、同じく当該ラインＬｘ１，Ｌｘ２それぞれにおけるウエハマークの像ＭｘＰの３本のラインの各位置間の中点を結ぶ線の傾き（回転角）を求める。ウエハマークの像ＭｙＰの位置ずれ量（Δｙ）及び傾き（θｙ）も同様に求める。

座標計測回路１２ａは、これらの位置ずれ量（Δｘ、Δｙ）及びそのときのレーザ干渉計１２の計測結果より、そのウエハマークＭｘ，Ｍｙのステージ座標系（Ｘ，Ｙ）上でのＸ座標、Ｙ座標を求め、このように計測されたＸ座標及びＹ座標並びに傾き（θｘ、θｙ）を露光制御装置６に供給する。

アライメントマークの傾きの計測は、図３又は図４に示すようなマークでも、上述したように求めることができるが、傾き計測の精度を高めるため、図５及び図６に示すようなモアレ縞パターンを有するものを用いることができる。図５は指標板２２上に形成されるパターン（指標マーク）であり、図６はウエハＷ上に形成されるアライメントマークである。

図５に示すように、この指標マークは、上述した指標マーク３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂに加えて、これらの外側に矩形状に配置された４つのモアレ縞パターン４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂを有している。モアレ縞パターン４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂはそれぞれ所定のピッチＰで配列された複数（ここでは、１０本）の直線パターンから構成されている。なお、同図において、ＸＰ方向、ＹＰ方向は、それぞれ図２のウエハステージ１０のステージ座標系のＸ方向及びＹ方向と共役になっている。

また、図６に示すように、ウエハＷ上に形成されるアライメントマークは、指標マークのモアレ縞パターン３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂと同様に、矩形状に配置された４つのモアレ縞パターン４４ａ，４４ｂ，４５ａ，４５ｂと、中央部に配置された十字状のパターン４６とから構成されている。なお、図６では、アライメントマークは僅かに回転した状態で示している。

図８は図５に示した指標マークと図６に示したアライメントマークを重ね合わせた状態を示しており、指標板２２上における関係を示している。アライメントマークの位置（Ｘ方向の座標）は、撮像素子２６で撮像された撮像結果において、図５の指標マーク３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂによって規定される中心位置（ＸＰ方向及びＹＰ方向の座標）を基準として、図６のアライメントマークの十字パターン４６によって規定される中心位置（ＸＰ方向及びＹＰ方向の座標）の位置ずれ量（Δｘ，Δｙ）として求められる。

なお、アライメントマークの中心位置は、撮像素子２６で撮像された撮像結果において、図６に示すように、例えば、ＹＰ方向に離間したラインＬｘ１及びＬｘ２を設定し、図７に示すように、ラインＬｘ１，Ｌｘ２におけるモアレ縞パターン４４ａ，４４ｂによって形成される２つの特徴波形４７ａ，４７ｂの中点４８のそれぞれを結ぶ線と、ラインＬｙ１，Ｌｙ２におけるモアレ縞パターン４５ａ，４５ｂによって形成される２つの特徴波形の中点のそれぞれを結ぶ線との交点として求めるようにしてもよい。また、図５に示す指標マークについても同様にしてその中心を求めるようにしてもよい。

アライメントマークの傾きについては、図８に示すように、指標マークのモアレ縞パターン４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂと、これらにそれぞれ対応するアライメントマークのモアレ縞パターン４４ａ，４４ｂ，４５ａ，４５ｂとにより、モアレ縞が形成されるので、当該モアレ縞の周期（間隔）を計測することにより求めることができる。モアレ縞パターンのピッチをＰ、モアレ縞の周期をＬとすると、指標マークを基準としたアライメントマークの傾き（θ）は、θ＝Ｐ／Ｌで求めることができる。なお、この構成では、図８中、左側のモアレ縞パターン４１ａ，４４ａと、右側のモアレ縞パターン４１ｂ，４４ｂとで、それぞれ傾きが求められるので、その平均をＸに関する傾き（θｘ）とし、下側のモアレ縞パターン４２ａ，４５ａと、上側のモアレ縞パターン４２ｂ，４５ｂの平均をＹに関する傾き（θｙ）とする。但し、これらの更に平均をマーク全体についての傾き（θ）としてもよい。

また、ウエハＷに形成されるアライメントマークとしては、上述したものの他、図９又は図１０に示すようなものを用いてもよい。図９に示すアライメントマークは矩形状パターン４９ｂの中央部に十字状パターン４９ａを配置したものであり、十字状パターン４９ａによりマークの中心位置が、矩形状パターン４９ｂによりマークの傾きが求められる。また、図１０に示すアライメントマークは矩形状パターン５０ｂの中央部に同じく矩形状パターン５０ａを配置した、いわゆるボックス・イン・ボックスマークであり、小さい矩形状パターン５０ａによりマークの中心位置が、大きい矩形状パターン５０ｂによりマークの傾きが求められる。但し、図９の矩形状パターン４９ｂ、図１０の大きい矩形状パターン５０ｂにより、それぞれのマーク中心を求めるようにしてもよい。これらの場合の指標マークとしては、図３又は図４に示した、指標マーク３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂを用いることができる。

露光制御装置６は、ウエハＷ上に設定された被加工領域としてのショット領域の内から予め選択された複数のショット領域（サンプルショット）のアライメント系１５を用いた計測結果（アライメントマークの位置及び傾き）に基づいてＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アライメント）演算を行い、ウエハＷ上におけるショット領域の配列を算出する。そして、この算出結果に従ってウエハステージ１０を移動させて各ショット領域を露光領域（投影光学系ＰＬの投影領域）に位置合わせしつつ露光処理を行う。

次に、露光対象としてのウエハＷ上に設定されるショット領域について説明する。図１１は、ウエハＷ上に設定されるショット領域の配列の一例を示す図である。図１１に示す通り、ウエハＷ上には図１に示すステージ座標系（Ｘ，Ｙ）とは異なる座標系（ｘ，ｙ）が設定されており、この座標系（ｘ，ｙ）に沿って規則的にショット領域ＥＳ_１，ＥＳ_２，…，ＥＳ_Ｍ（Ｍは３以上の整数）が形成されている。各ショット領域ＥＳ_ｉ（ｉ＝１〜Ｍ）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、各ショット領域ＥＳ_ｉはｘ方向及びｙ方向に伸びる所定幅のストリートライン（スクライブライン）で区切られており、各ショット領域ＥＳ_ｉに接するｘ方向に伸びたストリートラインの中央部にＸ軸用のウエハマークＭｘ_ｉが形成され、各ショット領域ＥＳ_ｉに接するｙ方向に伸びたストリートラインの中央部にＹ軸用のウエハマークＭｙ_ｉが形成されている。

Ｘ軸用のウエハマークＭｘ_ｉ及びＹ軸用のウエハマークＭｙ_ｉ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されている。ウエハＷ上の座標系（ｘ，ｙ）でのウエハマークＭｘ_ｉのｘ座標（設計上の座標値）ｘ_ｉ、及びウエハマークＭｙ_ｉのｙ座標（設計上の座標値）ｙ_ｉは既知であり、図２の露光制御装置６内の記憶部（不図示）に記憶されている。この場合、ウエハマークＭｘ_ｉのｘ座標、及びウエハマークＭｙ_ｉのｙ座標を、それぞれショット領域ＥＳ_ｉのｘ座標及びｙ座標とみなす。

また、ウエハＷ上に設定された複数のショット領域ＥＳ_１〜ＥＳ_Ｍの内、予め所定数のショット領域がサンプルショット（サンプル領域）として選択されている。図１１に示す例では、斜線を付した８個のショット領域がサンプルショットＳＡ_１〜ＳＡ_８として選択されている。サンプルショットＳＡ_１〜ＳＡ_８の各々にはウエハマークＭｘ，Ｍｙがそれぞれ設けられている。例えば、サンプルショットＳＡ_１には、ウエハマークＭｘ_１，Ｍｙ_１がそれぞれ設けられている。

また、ウエハＷ上にはおおまかな位置合わせ（グローバル・アライメント）を行うための２つの２次元のグローバル・アライメントマーク（不図示）が形成されている。これら２つのグローバル・アライメントマークのウエハＷ上の座標系（ｘ，ｙ）での座標値は既知である。

［ＥＧＡ演算式］
ここで、ＥＧＡ計測処理におけるＥＧＡ演算に用いられる、ショット配列計算モデルについて説明する。通常、ショット内の計測点が１点又は２点の場合は線形モデル（６パラメータモデル）を、ショット内の計測点が３点以上の場合は線形モデル（１０パラメータモデル）を使用してＥＧＡ演算を行う。また、ショット配列の非線形な誤差をも考慮する場合には、高次（非線形）ＥＧＡ計算モデルを使用する。本実施形態では、アライメントマークの傾きをも考慮してＥＧＡ演算を行うため、特に高次ＥＧＡ計測処理において有効である。但し、６パラメータや１０パラメータ等の線形モデルであっても適用することは可能である。以下に各ＥＧＡ計算式を示す。

（１）通常（線形）計算モデル（１次まで使用）
ΔX = Cx_10*Wx + Cx_01*Wy + Cx_sx*Sx + Cx_sy*Sy + Cx_00 （式１）
ΔY = Cy_10*Wx + Cy_01*Wy + Cy_sx*Sx + Cy_sy*Sy + Cy_00 （式２）
各変数の意味は以下の通りである。
Wx, Wy: ウエハ中心を原点とした計測点の位置
Sx, Sy: ショット中心を原点とした計測点の位置
Cx_10: ウエハスケーリングＸ
Cx_01: ウエハ回転Ｘ
Cx_sx: ショットスケーリングＸ
Cx_sy: ショット回転Ｘ
Cx_00: オフセットＸ
Cy_10: ウエハ回転Ｙ
Cy_01: ウエハスケーリングＹ
Cy_sx: ショット回転Ｙ
Cy_sy: ショットスケーリングＹ
Cy_00: オフセットＹ
上記の変数を用いて表現すれば、ウエハ直交度は-(Cx_01 + Cy_10)、ショット直交度は -(Cx_sy + Cy_sx)である。

上記パラメータのうちのどれを使うかによって、ＥＧＡ演算モデル（統計演算モデル）を、６パラメータモデル（通常ＥＧＡモデル）、１０パラメータモデル（ショット内多点モデル）、ショット内平均モデル等と称される場合がある。６パラメータモデルとは、上述のパラメータのうち、ウエハスケーリングＸ，Ｙと、ウエハ回転Ｘ，Ｙ軸と、オフセットＸ，Ｙとを使用するモデルである。１０パラメータモデルとは、６パラメータモデルに、ショットスケーリングＸ，Ｙとショット回転Ｘ，Ｙ軸の計４つのパラメータを加えたものを使用するモデルである。ショット内平均モデルとは、ショット内の複数のマークの計測値を平均してそのショットとしての代表値を１つ算出し、これを用いて上記６パラメータモデルと同様のパラメータ（６パラメータ）を使って各ショット位置のＥＧＡ演算を行うモデルである。これら以外にショットファクタ間接適用モデルもあり、このモデルは６パラメータモデルでウエハ誤差パラメータを求め、ショット誤差パラメータを求める際には、１０パラメータモデルを使いつつそのうちのウエハ誤差パラメータについては前述した６パラメータモデルで求められたウエハ誤差パラメータを代入してショット誤差パラメータを求めるモデルであり、例えば１枚目のウエハのみ又はインターバルでショット内多点計測を実行するような場合において全ウエハに対して同じ６パラメータモデルでウエハ誤差成分を求めることができるというモデルである。

（２）高次（非線形）計算モデル（２次まで使用）
ΔX = Cx_20*Wx² + Cx_11*Wx*Wy + Cx_02*Wy²
+ Cx_10*Wx + Cx_01*Wy
+ Cx_00
+ Cx_sx*Sx + Cx_sy*Sy （式３）
ΔY = Cy_20*Wx² + Cy_11*Wx*Wy + Cy_02*Wy²
+ Cy_10*Wx + Cy_01*Wy
+ Cy_00
+ Cy_sx*Sx + Cy_sy*Sy （式４）

（３）高次（非線形）計算モデル（３次まで使用）
ΔX = Cx_30*Wx³ + Cx_21 Wx² *Wy + Cx_12*Wx*Wy² + Cx_03*Wy³
+ Cx_20*Wx² + Cx_11 Wx *Wy + Cx_02*Wy²
+ Cx_10*Wx + Cx_01*Wy
+ Cx_00
+ Cx_sx*Sx + Cx_sy*Sy （式５）
ΔY = Cy_30*Wx³ + Cy_21*Wx² *Wy + Cy_12 Wx*Wy² + Cy_03*Wy³
+ Cy_20*Wx² + Cy_11*Wx*Wy + Cy_02*Wy²
+ Cy_10*Wx + Cy_01*Wy
+ Cy_00
+ Cy_sx*Sx + Cy_sy*Sy （式６）
ショット内１点計測の場合は、（式１）〜（式６）のショット補正係数Cx_sx、Cx_sy、Cy_sx、Cy_syを除外（即ち「０」とおく）する。

なお、上述した（１）〜（３）の計算モデルにおけるΔＸ及びΔＹは、マークの設計位置と計測位置の位置ずれ量であり、これらの位置ずれ量の自乗の総和が最小となるように上述した（式１）〜（式６）における各係数が求められ、求められた係数に基づいて補正関数が算出される。

また、上記の変形モデルとして、重み付けＥＧＡモデルもある。重み付けＥＧＡとは、例えば特開平５−３０４０７７号公報に開示されているように、位置合わせすべきショット領域と他のショット領域の各々との間の距離等に応じてサンプルショットの各座標位置に重み付けを行い、この重み付けされた複数の座標位置を統計演算することにより演算パラメータを算出するものである。

［擬似計測点の設定］
本実施形態では、アライメントマークの傾きをも計測してＥＧＡ演算を行うため、上記のＥＧＡ計算モデルに当該傾き（以下、マーク傾きということがある）θｘ，θｙを含める必要がある。この場合、マーク傾きθｘ，θｙをパラメータに含むように、上記のＥＧＡ演算式を数学的に変更しても勿論よいが、より簡便な手法として、本実施形態では、以下のような手法を採る。これを図１２を参照して説明する。

図１２において、（Ｘｄ，Ｙｄ）で示される座標系は、計測対象であるアライメントマーク（以下、単にマークという）の設計位置Ｍｄ０を原点とした当該マークの設計上の直交座標系（設計座標系）である。また、（Ｘｍ，Ｙｍ）で示される座標系は、該マークの実際に計測された実位置である計測位置Ｍｍ０を原点とし、該マークの傾きθｘ，θｙ及び後述するスケーリングＳｘ，Ｓｙに応じて該設計座標系（Ｘｄ，Ｙｄ）を座標変換した座標系（計測座標系）である。

まず、設計座標系（Ｘｄ，Ｙｄ）において、原点Ｍｄ０に対して予め決められた所定値だけ離間した複数の位置に擬似設計位置Ｍｄ１〜Ｍｄ４を設定する。ここでは、Ｙｄ軸上＋方向に擬似設計位置Ｍｄ１を、Ｘｄ軸上＋方向に擬似設計位置Ｍｄ２を、Ｙｄ軸上−方向に擬似設計位置Ｍｄ３を、Ｘｄ軸上−方向に擬似設計位置Ｍｄ４を、原点Ｍｄ０に対してそれぞれ均等な距離をもって設定したが、これは例示であり、これらの擬似設計位置の数や配置は、これに限られない。

次に、各擬似設計位置Ｍｄ１〜Ｍｄ４を計測座標系（Ｘｍ，Ｙｍ）に投影して、それぞれに対応する擬似計測位置Ｍｍ１〜Ｍｍ４を算出する。この演算を数式で示せば、下記の（式７）の通りである。

（式７）における各パラメータの意味は以下の通りである。
Ｓｘ：Ｘ方向の倍率（スケーリングＸ）
Ｓｙ：Ｙ方向の倍率（スケーリングＹ）
θｘ：Ｘ軸に関するマーク傾き
θｙ：Ｙ軸に関するマーク傾き
Ｘ１：擬似設計位置Ｘ（マーク中心を原点とする）
Ｙ１：擬似設計位置Ｙ（マーク中心を原点とする）
Ｘｍ１：擬似計測位置Ｘ
Ｙｍ１：擬似計測位置Ｙ
なお、スケーリングＸ及びスケーリングＹとしては、ウエハのＸ方向若しくはＹ方向の倍率、ショットのＸ方向若しくはＹ方向の倍率、又はＸ方向若しくはＹ方向についてそれぞれ設定された固定値を用いることができる。

また、Ｘ方向の傾きとＹ方向の傾きを、及びＸ方向の倍率とＹ方向の倍率を共通して扱うものとすれば、下記の（式８）のようになる。

（式８）における各パラメータの意味は以下の通りである。
Ｓ：倍率（スケーリング） Ｓ＝（Ｓｘ＋Ｓｙ）／２
θ：マーク傾き θ＝（θｘ＋θｙ）／２
Ｘ１：擬似設計位置Ｘ（マーク中心を原点とする）
Ｙ１：擬似設計位置Ｙ（マーク中心を原点とする）
Ｘｍ１：擬似計測位置Ｘ
Ｙｍ１：擬似計測位置Ｙ
なお、倍率Ｓとしては、ウエハの倍率、ショットの倍率、又は指定された固定値を用いることができる。

上述した処理と同様の処理を各サンプルショットに係る全てのマークについて行い、各マークの実計測位置Ｍｍ０及び設計位置Ｍｄ０に加えて、これらの算出された擬似計測位置Ｍｍ１〜Ｍｍ４及び擬似設計位置Ｍｄ１〜Ｍｄ４をも、ＥＧＡ演算に用いる計測位置及び設計位置として使用する。なお、これらの擬似設計位置Ｍｄ１〜Ｍｄ４の設定及び擬似計測位置Ｍｍ１〜Ｍｍ４の算出は、上述した通り、仮想的、数学的に行われるものであり、実際の計測を伴うものではない。

このように擬似設計位置及び擬似計測位置を求めて、実設計位置及び実計測位置に加えて、これらをＥＧＡ演算に用いる計測位置及び設計位置として使用することにより、上述したＥＧＡ計算モデルをそのまま使用して、マークの傾き（方向性）をも加味したＥＧＡ演算を行うことができる。なお、ここでは、各サンプルショットについて同じように擬似設計位置の設定及び擬似計測位置の算出を行ったが、サンプルショット毎にこれらの擬似設計位置の設定（数や原点からの距離等）を異ならせるようにしてもよい。このようにすることにより、重み付けＥＧＡのような効果を得ることもできる。

ところで、ＥＧＡ演算に用いるアライメントマークの適性を判断して、マークつぶれ等のために不適と判断されたマークをリジェクトする（ＥＧＡ演算に用いない）ことが通常行われている。本実施形態においては、アライメントマークの傾きθｘ，θｙをも計測するようにしているので、この傾きを用いて、リジェクト判断をすることもできる。

即ち、マークのＸ軸方向の傾きθｘとＹ軸方向の傾きθｙの一方又は両方について、例えば、傾き量に関する所定のしきい値を設定して、当該しきい値を越える場合に、当該マークをリジェクトするようにするとよい。また、ウエハＷ上の複数のサンプルショットに係るアライメントマークについての、それぞれの傾きの平均、傾きの標準偏差（３σ）等に基づいて、各マークを相対評価して、適切でない１個又は数個をリジェクトするようにしてもよい。さらに、複数のウエハＷについて各ウエハ間で対応する複数のサンプルショットに係るアライメントマークについての、それぞれの傾きの平均、傾きの標準偏差（３σ）等に基づいて、各マークを相対評価して、適切でない１個又は数個をリジェクトするようにしてもよい。

次に、露光対象とするウエハＷに設定された各ショット領域の位置決めを行って、各ショット領域を露光することにより、各ショット領域の各々にレチクルＲのパターンを転写する際の動作について、図１３に示すフローチャートを参照して説明する。

露光処理が開示されると、まず露光制御装置６は露光対象とするウエハＷを図２のウエハホルダー９上にロードする。また、露光制御装置６はウエハＷのロード中に不図示の記憶部に記憶されている各種情報を読み出し、初期設定を行う（ステップＳ１０）。具体的には、記憶部から、ＥＧＡ演算に用いるモデルの種類、計測を行うサンプルショットの位置や数、擬似設計位置の設定及び擬似計測位置の算出に用いる点数や配置等を読み出す。また、リジェクト処理を行うか否かを示す情報、リジェクト処理を行う場合の方式、リジェクト処理を行う場合のしきい値、リジェクト処理を行うマークの上限数等を示す情報を読み出す。

ウエハＷのロード及び上記の初期設定が完了すると、露光制御装置６はステージ座標系（Ｘ，Ｙ）上での設計上の座標値の初期値に基づいてウエハステージ１０を駆動し、サンプルショットＳＡ_１〜ＳＡ_８に対して設けられているウエハマークＭｘ_ｉ及びウエハマークＭｙ_ｉを順次アライメント系１５の計測視野内に追い込み、アライメント系１５を介して、各サンプルショットＳＡ_１〜ＳＡ_８のステージ座標系（Ｘ，Ｙ）上での座標値及び傾きを高い精度で計測する（ステップＳ１１）。なお、サンプルショットＳＡ_１〜ＳＡ_８の座標値を計測するとは、ここでは各サンプルショットＳＡ_１〜ＳＡ_８に付設されたＸ軸用及びＹ軸用のウエハマークのステージ座標系（Ｘ，Ｙ）上での座標値を計測することを意味する。

サンプルショットＳＡ_１〜ＳＡ_８の計測を終えたならば、露光制御装置６は、Ｓ１０で読み込んだ情報に従って、その設定に応じて各マークの傾きを所定のしきい値と比較判断して、該しきい値を越える傾きを有するマークをリジェクトする（Ｓ１２）。簡単のため、ここではリジェクトはないものとする。次に、露光制御装置６は、同じくＳ１０で読み込んだ擬似設計位置及び擬似計測位置に関する情報に従って、擬似設計位置を設定するとともに、擬似計測位置を算出する（Ｓ１３）。その後、露光制御装置６は計測値の各々及びサンプルショットＳＡ_１〜ＳＡ_８の各々の設計値に加えて、Ｓ１３で設定及び算出された擬似設計位置及び擬似計測位置を、Ｓ１０で読み込んだ情報に従って指定されたモデル式に代入して、残留誤差成分の自乗の総和が最小となるように各係数を決定し、ショット配列の補正に関する補正関数を算出する（Ｓ１４）。

次いで、露光制御装置６は、サンプルショットＳＡ_１〜ＳＡ_８の設計値を、Ｓ１４で求めた補正関数に代入して、ウエハＷ上の全てのショット領域ＥＳ_１，ＥＳ_２，…，ＥＳ_Ｍの配列を求める（Ｓ１５）。以上の処理を終えると、露光制御装置６は算出したショット領域ＥＳ_１，ＥＳ_２，…，ＥＳ_Ｍの座標値に基づいてウエハステージ１０を駆動して最初のショット領域を露光領域（投影光学系ＰＬの投影領域）に位置決めし（Ｓ１６）、レチクルＲのパターンを露光領域に位置合わせされたショット領域に露光転写する（Ｓ１７）。以下、Ｓ１６及びＳ１７を順次繰り返して、ウエハＷ上の全てのショット領域ＥＳ_１，ＥＳ_２，…，ＥＳ_Ｍをステップ・アンド・リピート方式により露光する。

本実施形態によると、アライメントマークの位置のみならず、アライメントマークの傾きをも計測し、この傾きをも加味してＥＧＡ計測処理におけるＥＧＡ演算を行うようにしたので、ＥＧＡ演算の精度を向上することができ、特に高次ＥＧＡ演算に適用した場合には、その安定性を向上することができる。また、アライメントマークの傾きの計測は、撮像素子２６により撮像されたサンプルショットに係るアライメントマークの撮像結果を信号処理することにより求めることができるので、露光処理のスループットに殆ど影響を与えることはない。従って、露光処理のスループットを低下させることなく、各ショット領域の露光位置への位置合わせの精度を向上することができ、露光処理の生産性に悪影響を与えることなく、露光精度を向上することができる。

また、アライメントマークの傾きをＥＧＡ演算のモデル式に適用するに際し、擬似設計位置の設定及び擬似計測位置の算出を行って、これらを設計位置及び計測位置に含めることにより、現在用いられている一般的なＥＧＡ演算モデル式をそのまま適用して、アライメントマークの傾きをも加味することができ、本発明の適用のためのＥＧＡ演算に係るソフトウエアの変更修正も容易に行うことができる。さらに、アライメントマークの傾きをパラメータとして、上述したようなリジェクト処理を行うこともでき、アライメントマークの適性の評価をより正確に行うことができるようになるので、これによっても位置決め精度の向上、ひいては露光精度を向上することができる。

なお、図１４に示すように、Ｘ方向計測用マークＸｍ１と、Ｙ方向計測用マークＹｍ１とが個別マークとして別々に設定されているような場合においては、アライメント系１５の座標系におけるＸマークＸｍ１の位置及びＹマークＹｍ１の位置がマーク位置として求められる。即ち、図１４において、Ｍ１で示される位置（ｘ_１，ｙ_１）がマーク位置となる。なお、Ｍ０はマーク中心座標系の原点（０，０）である。しかしながら、図１４に示されているように、マーク（ショット）が全体的に傾いている場合には、同図中Ｍｍ_１で示す位置（ｘｍ_１，ｙｍ_１）が適性なマークの位置であり、マークの傾きにより誤差が生じることになる。そこで、このような場合には、当該マークの傾きを計測して、該傾きに基づいて、計測位置Ｍ_１（ｘ_１，ｙ_１）を補正して、計測補正位置Ｍｍ_１（ｘｍ_１，ｙｍ_１）を求め、これを上述したＥＧＡ演算に用いる計測位置とすれば、かかる誤差を解消することができる。

この場合の演算式は、下記の（式９）の通りである。

（式９）における各パラメータの意味は以下の通りである。
Ｓｘ：Ｘ方向の倍率（スケーリングＸ）
Ｓｙ：Ｙ方向の倍率（スケーリングＹ）
θｘ：Ｘ軸に関するマーク傾き
θｙ：Ｙ軸に関するマーク傾き
Ｘ１：計測位置Ｘ（マーク中心を原点とする）
Ｙ１：計測位置Ｙ（マーク中心を原点とする）
Ｘｍ１：計測補正位置Ｘ
Ｙｍ１：計測補正位置Ｙ
なお、スケーリングＸ及びスケーリングＹとしては、ウエハのＸ方向若しくはＹ方向の倍率、ショットのＸ方向若しくはＹ方向の倍率、又はＸ方向若しくはＹ方向についてそれぞれ設定された固定値を用いることができる。

また、Ｘ方向の傾きとＹ方向の傾きを、及びＸ方向の倍率とＹ方向の倍率を共通して扱うものとすれば、下記の（式１０）のようになる。

（式１０）における各パラメータの意味は以下の通りである。
Ｓ：倍率（スケーリング） Ｓ＝（Ｓｘ＋Ｓｙ）／２
θ：マーク傾き θ＝（θｘ＋θｙ）／２
Ｘ１：計測位置Ｘ（マーク中心を原点とする）
Ｙ１：計測位置Ｙ（マーク中心を原点とする）
Ｘｍ１：計測補正位置Ｘ
Ｙｍ１：計測補正位置Ｙ
なお、倍率Ｓとしては、ウエハの倍率、ショットの倍率、又は指定された固定値を用いることができる。

［重ね合わせ精度計測］
上述した実施形態は、アライメントマークの傾きをも計測してＥＧＡ計測処理におけるＥＧＡ演算を実施し、これに基づき、ステージの位置合わせを行うものであった。このようなマークの傾き計測は、重ね合わせ精度計測にも同様に適用することができる。以下、本発明の他の実施形態として、重ね合わせ精度計測に本発明を適用した場合について説明する。

重ね合わせ精度計測とは、ウエハＷ上に配列された複数のショット領域について複数回の露光処理、現像処理等を施した後に、前工程で形成されたショット配列に対する後工程で形成されたショット配列との誤差について、上述したＥＧＡ演算と同様の演算（以下、この演算もＥＧＡ演算という）を実施して評価するために行われるものである。重ね合わせ精度計測は、図１を参照して上述した通り、露光装置２００にインライン接続された、塗布現像装置３００内に設けられた重ね合わせ計測器４００により行われる。なお、重ね合わせ計測器は、塗布現像装置３００とは別にオフラインで設けられる場合もあるのは上述した通りである。

ここで、重ね合わせ計測器４００を含む塗布現像装置３００の構成を、図１５を参照して簡単に説明する。塗布現像装置３００は、露光装置２００を囲むチャンバにインライン方式で接するように設置されている。塗布現像装置３００には、その中央部を横切るようにウエハＷを搬送する搬送ライン３０１が配置されている。この搬送ライン３０１の一端に未露光若しくは前工程の基板処理装置で処理がなされた多数のウエハＷを収納するウエハキャリア３０２と、本基板処理装置で露光工程及び現像工程を終えた多数のウエハＷを収納するウエハキャリア３０３とが配置されており、搬送ライン３０１の他端に露光装置２００のチャンバ側面のシャッタ付きの搬送口（不図示）が設置されている。

また、塗布現像装置３００に設けられた搬送ライン３０１の一側に沿ってコータ部（塗布部）３１０が設けられており、他側に沿ってデベロッパ部（現像部）３２０が設けられている。コータ部３１０は、ウエハＷにフォトレジストを塗布するレジストコータ３１１、そのウエハＷ上のフォトレジストをプリベークするためのホットプレートからなるプリベーク装置３１２、及びプリベークされたウエハＷを冷却するためのクーリング装置３１３を備えて構成されている。

デベロッパ部３２０は、露光処理後のウエハＷ上のフォトレジストをベーキングする、いわゆるＰＥＢ（Ｐｏｓｔ−Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｂａｋｅ）を行うためのポストベーク装置３２１、ＰＥＢが行われたウエハＷを冷却するためのクーリング装置３２２、及びウエハＷ上のフォトレジストの現像を行うための現像装置３２３を備えて構成されている。

さらに、現像装置３２３の下流側には重ね合わせ計測器４００がインライン設置されている。この重ね合わせ計測器４００は、前の工程でウエハＷ上に形成されたマークと、直前の露光工程（露光装置２００による露光工程）で形成されたレジストパターン（重ね合わせマーク）の相対位置を測定して重ね合わせ誤差を検出する装置であり、例えば特開２００３−９７９１３号公報に開示されているようなものを採用することができる。

なお、コータ部３１０を構成する各ユニット（レジストコータ３１１、プリベーク装置３１２、クーリング装置３１３）、デベロッパ部３２０を構成する各ユニット（ポストベーク装置３２１、クーリング装置３２２、現像装置３２３）、及び重ね合わせ計測器４００の構成及び配置について、図１５に示された配置は便宜的なもの（一例にすぎないもの）であって、実際にはさらに複数の他の処理ユニットやバッファユニット等が設けられるとともに、各ユニットは空間的に配置され、各ユニット間でウエハＷを搬送するロボットアームや昇降機等も設けられている。また、処理の順番（ウエハの搬送経路）も常に同一というわけではなく、ウエハＷが各ユニット間をどのような経路で通過して処理されるかは、処理ユニットの処理内容や全体としての処理時間の高速化等の観点から最適化され、動的に変更される場合がある。

露光装置２００内には、塗布現像装置３００に設けられた搬送ライン３０１の中心軸の延長線にほぼ沿うように第１ガイド部材２０１が配置され、第１ガイド部材２０１の端部の上方に直交するように、第２ガイド部材２０２が配置されている。

第１ガイド部材２０１には第１ガイド部材２０１に沿って摺動可能に構成されたスライダ２０３が配置されており、このスライダ２０３には回転及び上下動自在にウエハＷを保持する第１アーム２０４が設置されている。また、第２ガイド部材２０２にはウエハＷを保持した状態で第２ガイド部材２０２に沿って摺動可能に構成された第２アーム２０５が配置されている。第２ガイド部材２０２は、ウエハステージ９のウエハのローディング位置まで延びており、第２アーム２０５には第２ガイド部材２０２に直交する方向にスライドする機構も備えられている。

また、第１ガイド部材２０１と第２ガイド部材２０２とが交差する位置の近傍にウエハＷのプリアライメントを行うために回転及び上下動ができる受け渡しピン２０６が設置され、受け渡しピン２０６の周囲には、ウエハＷの外周部の切り欠き部（ノッチ部）及び２箇所のウエハエッジ部の位置、またはウエハＷの外周部に形成されたオリエンテーションフラット及びウエハエッジ部を検出するための位置検出装置（不図示）が設置されている。第１ガイド部材２０１、第２ガイド部材２０２、スライダ２０３、第１アーム２０４、第２アーム２０５、及び受け渡しピン２０６等からウエハローダ系（基板搬送装置）が構成されている。

重ね合わせ計測器４００は、上述した露光装置２００が備えるアライメント系１５とほぼ同様の計測装置及びウエハＷをＸ−Ｙ平面内で移動するステージを備えて構成される。但し、この計測装置には、アライメント系１５に設けられているような指標板２２は設けられていない。

重ね合わせ精度計測においては、例えば、前工程で形成されたパターン（以下、前層ということがある）と後工程で形成されたパターン（以下、後層ということがある）のそれぞれにおけるマーク（上述したアライメントマークや重ね合わせ計測専用のマーク等）を計測するものであり、上述したＥＧＡ計測におけるアライメント系１５内に設けられた指標板２２の指標マークと同様の構成のマークを前層で形成し、上述したＥＧＡ計測におけるアライメントマークＡＭと同様の構成のマークを後層で形成する。前層のマーク（以下、前層マークという）と後層のマーク（以下、後層マークという）は、互いに重ね合わされるような位置関係で形成される。この実施形態では、前層マークに対する後層マークの傾きをも考慮して、重ね合わせ精度計測処理におけるＥＧＡ演算を実施する。

重ね合わせ精度計測において、好適なマークとしては、図１６及び図１７に示すようなモアレ縞パターンを有するものを用いることができる。図１６はウエハＷ上に前層で形成される前層マークを示しており、図１７はウエハＷ上に後層として形成される後層マークを示している。なお、前層マークと後層マークとは、これらと逆であってもよい。図１６に示すように、この前層マークは、中央部の矩形状パターン５３の外側に矩形状に配置された４つのモアレパターン５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂを有している。モアレ縞パターン５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂは、上述した指標板２２に形成されたモアレ縞パターン４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂと同様に、それぞれ所定のピッチＰで配列された複数（ここでは、１０本）の直線パターンから構成されている。なお、同図において、ＸＰ方向、ＹＰ方向は、それぞれ重ね合わせ計測器４００が備えるステージのステージ座標系のＸ方向及びＹ方向と共役になっている。

また、図１７に示すように、後層マークは、上述した前層マークの矩形状パターン５３よりも小さい矩形状マーク５６の外側に、前層マークのモアレ縞パターン５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂと同様に、矩形状に配置された４つのモアレ縞パターン５４ａ，５４ｂ，５５ａ，５５ｂを有している。ここでは、前層マークのモアレ縞パターン５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂと、後層マークのモアレ縞パターン５４ａ，５４ｂ，５５ａ，５５ｂは全く同一である。

図１８は図１６に示した前層マークと図１７に示した後層マークを重ね合わせたものであり、このような状態でウエハＷ上にそれぞれのマークが形成されているものとする。後層マークの位置（Ｘ方向及びＹ方向の座標）は、重ね合わせ計測器４００が備える計測装置の撮像素子で撮像された撮像結果において、図１６の前層マークの大きい矩形状パターン５３によって規定される中心位置（ＸＰ方向及びＹＰ方向の座標）を基準として、図１７の後層マークの小さい矩形状パターン５６によって規定される中心位置（ＸＰ方向及びＹＰ方向の座標）の位置ずれ量（Δｘ，Δｙ）として求められる。

なお、前層マーク及び後層マークのそれぞれの中心位置は、上述したＥＧＡ計測の場合と同様に、各モアレ縞パターン５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂ，５４ａ，５４ｂ，５５ａ，５５ｂから求めてもよい。前層マークに対する後層マークの傾きは上述したＥＧＡ計測の場合と同様にして求められる。なお、この重ね合わせ精度計測においても、図３〜図６、図９及び図１０に示したようなマークやその他のマークを用いることができる。この場合には、指標マークとして説明したマークは前層マークと読み替え、アライメントマークとして説明したマークは後層マークと読み替える。但し、前層マークと後層マークは逆であってもよい。

擬似設計位置の設定及び擬似計測位置の算出、ＥＧＡ演算モデル、マーク傾きによるリジェクト処理、その他の処理は、上述したＥＧＡ計測の場合とほぼ同様であるので、その説明は省略する。なお、重ね合わせ精度計測におけるＥＧＡ演算においては、上述したＥＧＡ計測におけるＥＧＡ演算の設計値として、計測された前層マークの位置及び傾きが用いられる。この重ね合わせ精度計測による計測結果（補正関数）を、露光装置におけるアライメントにフィードバックし、この補正関数に基づいて算出されるショット配列に従って、位置合わせ及び露光処理を行うようにしてもよい。

上述した他の実施形態によると、前層マークに対する後層マークの位置のみならず、前層マークに対する後層マークの傾きをも計測し、この傾きをも加味してＥＧＡ演算を行うようにしたので、ＥＧＡ演算の精度を向上することができ、特に高次ＥＧＡ演算に適用した場合には、その安定性を向上することができる。また、この傾きの計測は、撮像素子により撮像されたサンプルショットに係る前層マーク及び後層マークの撮像結果を信号処理することにより求めることができるので、重ね合わせ精度計測のスループットに殆ど影響を与えることはない。従って、スループットを低下させることなく、重ね合わせ精度計測の精度を向上することができる。その他の効果については、上述したＥＧＡ計測の場合と同様である。

［デバイス製造方法］
次に、上述した露光システムをリソグラフィー工程において使用したデバイスの製造方法について説明する。

図１９は、例えばＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等の電子デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図１９に示すように、電子デバイスの製造工程においては、まず、電子デバイスの回路設計等のデバイスの機能・性能設計を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行い（Ｓ２１）、次に、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する（Ｓ２２）。一方、シリコン等の材料を用いてプロセス（デバイス製造用）ウエハ（シリコン基板）を製造する（Ｓ２３）。

次に、Ｓ２２で製作したマスク及びＳ２３で製造したプロセスウエハを使用して、リソグラフィー技術等によってプロセスウエハ上に実際の回路等を形成する（Ｓ２４）。具体的には、まず、プロセスウエハ表面に、絶縁膜、電極配線膜あるいは半導体膜との薄膜を成膜し（Ｓ２４１）、次に、この薄膜の全面にレジスト塗布装置（コータ）を用いて感光剤（レジスト）を塗布する（Ｓ２４２）。次に、このレジスト塗布後の基板を、露光装置のウエハホルダ上にロードするとともに、Ｓ２２において製造したマスクをレチクルステージ上にロードして、そのマスクに形成されたパターンをプロセスウエハ上に縮小転写する（Ｓ２４３）。この時、露光装置においては、上述した本発明に係るＥＧＡ計測又は重ね合わせ精度計測により求められたショット配列座標に従って、プロセスウエハの各ショット領域を順次露光位置に位置合わせし、各ショット領域にマスクのパターンを順次転写する。

露光が終了したら、プロセスウエハをウエハホルダからアンロードし、現像装置（デベロッパ）を用いて現像する（Ｓ２４４）。これにより、プロセスウエハ表面にマスクパターンのレジスト像が形成される。そして、現像処理が終了したプロセスウエハに、エッチング装置を用いてエッチング処理を施し（Ｓ２４５）、プロセスウエハ表面に残存するレジストを、例えばプラズマアッシング装置等を用いて除去する（Ｓ２４６）。

これにより、プロセスウエハの各ショット領域に、絶縁層や電極配線等のパターンが形成される。そして、この処理をマスクを変えて順次繰り返すことにより、プロセスウエハ上に実際の回路等が形成される。プロセスウエハ上に回路等が形成されたら、次に、デバイスとしての組み立てを行う（Ｓ２５）。具体的には、プロセスウエハをダイシングして個々のチップに分割し、各チップをリードフレームやパッケージに装着し電極を接続するボンディングを行い、樹脂封止等パッケージング処理を行う。そして、製造し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い（Ｓ２６）、デバイス完成品として出荷等する。

なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。従って、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

例えば、上記実施形態においては、露光装置としてステップ・アンド・リピート方式の露光装置を例に挙げて説明したが、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置に適用することも可能である。また、半導体素子や液晶表示素子の製造に用いられる露光装置だけでなく、プラズマディスプレイ、薄膜磁気ヘッド、及び撮像素子（ＣＣＤ等）の製造にも用いられる露光装置、及びレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。即ち本発明は、露光装置の露光方式や用途等に関係なく適用可能である。

また、露光装置で用いる露光用照明光（エネルギビーム）は紫外光に限られるものではなく、Ｘ線（ＥＵＶ光を含む）、電子線やイオンビームなどの荷電粒子線などでもよい。また、ＤＮＡチップ、マスク又はレチクルなどの製造用に用いられる露光装置でもよい。

さらに、上記実施形態では本発明を露光装置に適用した場合について説明したが、本発明は、ウエハＷ等の物体上に形成されたパターンに修正を施すレーザリペア装置、該物体上に施された加工の精度や良否を検査する検査装置や試験装置、その他の物体の位置合わせを行う装置全般について適用が可能である。

本発明の実施形態に係る露光システムの概略構成を示す図である。 本発明の実施形態の露光装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態の指標マーク及びアライメントマークの一例を示す図である。 本発明の実施形態の指標マーク及びアライメントマークの他の例を示す図である。 本発明の実施形態の指標マークの更に他の例を示しており、モアレ縞パターンを有するものを示す図である。 本発明の実施形態のアライメントマークの更に他の例を示してしており、モアレ縞パターンを有するものを示す図である。 図６のアライメントマークの所定の位置における計測波形を示す図である。 図５の指標マークと図６のアライメントマークを重ね合わせた場合を示す図である。 本発明の実施形態のアライメントマークの更に他の例を示す図である。 本発明の実施形態のアライメントマークの更に他の例を示す図である。 本発明の実施形態のウエハ上に設定されるショット領域の配列の一例を示す図である。 本発明の実施形態の擬似設計位置の設定及び擬似計測位置の算出を説明するための図である。 本発明の実施形態の処理を示すフローチャートである。 本発明の実施形態のアライメントマークの位置を該アライメントマークの傾きに応じて補正する場合を説明するための図である。 本発明の実施形態における塗布現像装置の概略構成を示す図である。 本発明の他の実施形態の前層マークの一例を示しており、モアレ縞パターンを有するものを示す図である。 本発明の他の実施形態の後層マークの一例を示しており、モアレ縞パターンを有するものを示す図である。 図１６の前層マークと図１７の後層マークを重ね合わせた場合をす図である。 電子デバイスの製造工程を示すフローチャートである。

符号の説明

Ｗ…ウエハ
１００…露光システム
２００…露光装置
３００…塗布現像装置
４００…重ね合わせ計測器
３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ…指標マーク
ＭｘＰ…アライメントマークの像
４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，４４ａ，４４ｂ，４５ａ，４５ｂ…モアレ縞パターン

Claims (18)

1. 物体上に配列された複数の被加工領域の各々を、所定の加工位置に対して位置合わせする位置合わせ方法において、
   前記被加工領域について形成された複数の実マークの位置及び傾きを計測する計測ステップと、
   前記計測ステップで計測された前記実マークの計測位置情報及び計測傾き情報並びに該実マークの設計位置情報を含む演算パラメータに基づいて、所定の統計演算により前記被加工領域の配列に関する配列情報を算出する算出ステップと、
   前記算出ステップで算出された前記配列情報に基づいて、前記位置合わせを行う位置合わせステップと、
   を含むことを特徴とする位置合わせ方法。
2. 前記算出ステップでは、
   前記設計位置情報に基づいて、前記実マークの少なくとも１つについて該実マークから離間した少なくとも１つの、計算上でのみ用いられる擬似マークを設定し、
   前記擬似マークの設定位置に相当する擬似設計位置情報を、前記計測位置情報及び前記計測傾き情報に基づいて投影して、擬似計測位置情報を算出し、
   前記計測位置情報、前記設計位置情報、前記擬似設計位置情報、及び前記擬似計測位置情報を前記演算パラメータとすることを特徴とする請求項１に記載の位置合わせ方法。
3. 前記算出ステップでは、
   前記計測位置情報を前記計測傾き情報で補正した補正計測位置情報、及び前記設計位置情報を、前記演算パラメータとすることを特徴とする請求項１に記載の位置合わせ方法。
4. 前記算出ステップは、
   前記計測傾き情報に基づいて前記統計演算に用いる前記実マークの適性を判断し、前記演算パラメータから当該不適マークに係る演算パラメータを除外するリジェクトステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の位置合わせ方法。
5. 前記リジェクトステップにおける前記実マークの適性の判断は、前記物体上の複数の実マークに係る前記計測傾き情報を相対評価することにより行うことを特徴とする請求項４に記載の位置合わせ方法。
6. 前記リジェクトステップにおける前記実マークの適性の判断は、複数の物体についての該物体間で対応する複数の実マークに係る前記計測傾き情報を相対評価することにより行うことを特徴とする請求項４に記載の位置合わせ方法。
7. 前記実マークはモアレ縞マークを含むことを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の位置合わせ方法。
8. 物体上に配列された複数の被加工領域について複数回の加工を施した後に、前工程で加工された前工程加工内容と、後工程で加工された後工程加工内容との重ね合わせに関する重ね合わせ精度情報を計測する重ね合わせ精度計測方法において、
   前記前工程で形成された複数の前工程実マークの位置を計測する前工程計測ステップと、
   前記後工程で形成された複数の後工程実マークの位置及び傾きを計測する後工程計測ステップと、
   前記後工程計測ステップで計測された前記後工程実マークの後工程計測位置情報及び後工程計測傾き情報並びに前記前工程計測ステップで計測された前記前工程実マークの前工程計測位置情報を含む演算パラメータに基づいて、所定の統計演算により、前記重ね合わせ精度情報を算出する算出ステップと、
   を含むことを特徴とする重ね合わせ精度計測方法。
9. 前記算出ステップでは、
   前記前工程計測位置情報に基づいて、前記前工程実マークの少なくとも１つについて該前工程実マークから離間した少なくとも１つの、計算上でのみ用いられる擬似マークを設定し、
   前記擬似マークの設定位置である擬似設計位置情報を、前記後工程計測位置情報及び前記後工程計測傾き情報に基づいて投影して、擬似計測位置情報を算出し、
   前記後工程計測位置情報、前記前工程計測位置情報、前記擬似設計位置情報、及び前記擬似計測位置情報を前記演算パラメータとすることを特徴とする請求項８に記載の重ね合わせ精度計測方法。
10. 前記算出ステップでは、
    前記後工程計測位置情報を、前記後工程計測傾き情報で補正した補正計測位置情報及び前記前工程計測位置情報を前記演算パラメータとすることを特徴とする請求項８に記載の重ね合わせ精度計測方法。
11. 前記算出ステップは、
    前記後工程計測傾き情報に基づいて前記統計演算に用いる前記後工程実マークの適性を判断し、前記演算パラメータから当該不適マークに係る演算パラメータを除外するリジェクトステップを含むことを特徴とする請求項８に記載の重ね合わせ精度計測方法。
12. 前記リジェクトステップにおける前記後工程実マークの適性の判断は、前記物体上の複数の後工程実マークに係る前記後工程計測傾き情報を相対評価することにより行うことを特徴とする請求項１１に記載の重ね合わせ精度計測方法。
13. 前記リジェクトステップにおける前記後工程実マークの適性の判断は、複数の物体についての該物体間で対応する複数の後工程実マークに係る前記後工程計測傾き情報を相対評価することにより行うことを特徴とする請求項１１に記載の重ね合わせ精度計測方法。
14. 前記前工程実マーク及び前記後工程実マークは互いに対応するモアレ縞マークをそれぞれ含むことを特徴とする請求項８〜１３の何れか一項に記載の重ね合わせ精度計測方法。
15. マスクのパターンを基板上に配列された複数のショット領域に対して露光転写する露光方法において、
    請求項１〜７の何れか一項に記載の位置合わせ方法を用いて、前記被加工領域としての前記ショット領域を、前記所定の加工位置としての露光位置に対して、順次位置合わせしつつ、各ショット領域を露光するステップを含むことを特徴とする露光方法。
16. 物体上に配列された複数の被加工領域の各々を、所定の加工位置に対して位置合わせする位置合わせ装置において、
    前記被加工領域について形成された複数の実マークの位置及び傾きを計測する計測装置と、
    前記計測装置で計測された前記実マークの計測位置情報及び計測傾き情報並びに該実マークの設計位置情報を含む演算パラメータに基づいて、所定の統計演算により前記被加工領域の配列に関する配列情報を算出する算出装置と、
    前記算出装置で算出された前記配列情報に基づいて、前記位置合わせを行う位置合わせ装置と、
    を備えることを特徴とする位置合わせ装置。
17. マスクのパターンを基板上に配列された複数のショット領域に対して露光転写する露光装置において、
    請求項１６に記載の位置合わせ装置を備え、
    前記位置合わせ装置を用いて、前記被加工領域としての前記ショット領域を、前記所定の加工位置としての露光位置に対して、順次位置合わせしつつ、各ショット領域を露光することを特徴とする露光装置。
18. 物体上に配列された複数の被加工領域について複数回の加工を施した後に、前工程で加工された前工程加工内容と、後工程で加工された後工程加工内容との重ね合わせに関する重ね合わせ精度情報を計測する重ね合わせ精度計測装置において、
    前記前工程で形成された複数の前工程実マークの位置及び前記後工程で形成された複数の後工程実マークの位置及び傾きを計測する計測装置と、
    前記計測装置で計測された前記後工程実マークの後工程計測位置情報及び後工程計測傾き情報並びに前記計測装置で計測された前記前工程実マークの前工程計測位置情報を含む演算パラメータに基づいて、所定の統計演算により、前記重ね合わせ精度情報を算出する算出装置と、
    を備えることを特徴とする重ね合わせ精度計測装置。

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