JP3230271B2 - 位置合わせ方法、位置合わせ装置、露光方法及び露光装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造装置などで
処理される基板の位置合わせ方法、位置合わせ装置、こ
の位置合わせ方法を使用する露光方法、および露光装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】被処理基板たる半導体基板（ウェハ）上
にマスク、レチクルの回路パターンを重ねて露光転写す
る露光装置においては、このマスク等と半導体基板との
位置合わせを精確に行う必要がある。この種の装置とし
ては、半導体基板を二次元移動が可能なステージ上に載
置し、このステージにより半導体基板を歩進（ステッピ
ング）させる工程とマスク等の回路パターンを半導体基
板上に順次露光する工程とを繰り返す、いわゆるステッ
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）が近年多用されている。

【０００３】従来のステッパ等における半導体基板の位
置合わせ方法の一例は、概略次のようなものである（特
開昭61− 44429号公報参照）。

【０００４】半導体基板上には、アライメントマークと
呼ばれる位置合わせ用のマークを含む複数のチップパタ
ーンが形成されており、このチップパターンは、予め設
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、以下のような理由により配列座標の設定
値に基づいて半導体基板をステッピングさせても、半導
体基板が精確に位置合わせされるとは限らない。 (１) 半導体基板の残存回転誤差θ (２) ステージ座標系（またはショット配列）の直交度
誤差ｗ (３) 半導体基板の線形伸縮Ｒｘ，Ｒｙ (４) 半導体基板（中心位置）のオフセット（平行移
動）Ｏｘ，Ｏｙ この際、これら４つの誤差量（６つのパラメータ）に基
づく半導体基板の座標変換は一次変換式で記述できる。

【０００５】そこで、アライメントマークを含む複数の
チップパターンが規則的に配列された半導体基板に対
し、この基板上の座標系（ｘ，ｙ）をステージの座標系
（Ｘ，Ｙ）に変換する一次変換モデルを次式のように与
える。

【数１】 このモデル式における変換パラメータａ〜ｆを求める方
法としては、以下に示す最小二乗近似法がある。

【０００６】次に、基板上の複数のチップパターン（シ
ョット領域）の中から幾つか選び出したショット領域の
各々に付随したアライメントマーク（ｘ₁，ｙ₁），（ｘ
₂，ｙ₂），……，（ｘ_n，ｙ_n）に対して所定の基準位置
への位置合わせ（アライメント）を行い、そのときの座
標値（ｘ_M1，ｙ_M1），（ｘ_M2，ｙ_M2），……，（ｘM_n，
ｙ_Mn）を実測する。また、選び出されたアライメントマ
ークの座標値（ｘ_i，ｙ_i）（ｉ＝１，…，ｎ）を上述の
(１)式に代入して得られる値（Ｘ_i，Ｙ_i）とアライメン
ト時の実測値（ｘ_Mi，ｙ_Mi）との差（Δｘ，Δｙ）をア
ライメントの誤差と考える。アライメント誤差Δｘ，Δ
ｙは次式で定義される。

【数２】

【０００７】この(２)式をａ〜ｆの各パラメータで偏微
分し、その値が０となるような方程式を立てて、

【数３】 これら連立方程式を解けばパラメータａ〜ｆが求められ
る。以降は、(１)式を用いて半導体基板の位置合わせを
行えばよい。

【０００８】あるいは、一次変換式では近似精度が良好
でない場合には、次式のような高次式

【数４】 を用いて半導体基板の位置合わせを行えばよい。この
際、(４)式においてＮ＝１とおけば(１)式と等しくなる
ことは言うまでもない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の位置合わせ方法にあっては、ステッパ等に搭載
される半導体基板がそれ以前に行われた半導体装置製造
工程たる熱処理プロセスを経ていることが多く、このた
め、本来所定の配列座標に基づいて規則正しく配列され
たチップパターンは、熱処理に伴う伸縮・変形を受けて
一次変換式で近似できない程歪んでいることがある。こ
のような場合には、半導体基板の全体に亙って優れた位
置合わせ精度を達成しづらい、という問題があった。

【００１０】一方、二次以上の高次変換式を用いて位置
合わせを行う方法にあっては、この変換式の項数が一次
変換式のそれよりも多いので、位置合わせ精度を確保す
るためには一次変換による位置合わせよりも多くのアラ
イメントマークについてその座標値を実測する必要があ
り、露光装置全体のスループットの低下を招く、という
問題があった。

【００１１】本発明の目的は、半導体製造装置などで使
用される被処理基板に対して優れた位置合わせ精度を実
現しうる位置合わせ方法、位置合わせ装置、この位置合
わせ方法を使用した露光方法、および露光装置を提供す
ることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】実施の形態の説明で使用
する符号を用いて本発明を説明すると以下の通りであ
る。 （１）請求項１に係る本発明は、基板上に形成された複
数の領域のそれぞれを特定位置に位置合わせする位置合
わせ方法であって、前記複数の領域の設計上の配列情報
と実際の配列との間に生じている誤差のうちの一次変換
モデルで近似できない成分に応じて予め決定された第１
式（モデル関数Ｆ，Ｇ）を用いて、前記複数領域の設計
上の配列情報から予想配列情報を算出し（Ｓ１０５）、
前記複数領域のうちの所定領域の実測情報と前記予想配
列情報とから、前記誤差成分のうちの一次変換モデルで
近似できる成分に対応する第２式（６）を決定し（Ｓ１
０６）、決定された前記第２式を用いて、前記所定領域
を含む前記複数領域の配列情報を算出し（Ｓ１０７）、
前記第２式を用いて算出された前記複数領域の配列情報
に基づいて、前記複数領域のぞれぞれを前記特定位置に
位置合わせする。 （２）請求項７に係る本発明は、基板上に形成された複
数の領域のそれぞれを所定位置に位置合わせする位置合
わせ方法であって、複数の基板の各々に複数形成された
領域を順次、前記所定位置に位置合わせする位置合わせ
方法において、前記複数基板の中の第１基板上に形成さ
れた複数領域を実測して得られる第１実測情報に基づい
て、前記第１基板上の複数領域の設計上の配列情報と実
際の配列との間に生じている誤差成分のうちの再現性の
ある成分に対応する第１式を決定し（Ｓ２０６）、前記
第１式を用いて、前記第１基板とは異なる第２基板上に
形成された複数領域の設計上の配列情報から予想配列情
報を算出し（Ｓ２１８）、前記第２基板上の複数領域の
うちの所定領域を実測して得られる第２実測情報と前記
予想配列情報とから、前記誤差成分のうちの再現性の無
い成分に対応する第２式を決定し（Ｓ２１９）、決定さ
れた前記第２式を用いて導き出される、前記所定領域を
含む前記複数領域の配列情報に基づいて、前記第２基板
上の複数領域のそれぞれを前記特定位置に位置合わせす
る。 （３）請求項１１に係る発明は、基板上に形成された複
数の領域それぞれと所定パターンとを位置合わせして、
前記所定パターンを前記複数の領域それぞれに転写する
露光装置において、前記複数の領域の設計上の配列情報
と実際の配列情報との間に生じている誤差成分のうちの
一次変換モデルで近似できない成分に応じて予め決定さ
れた第１式を記憶する第１記憶手段と（５０５）、前記
複数領域の設計上の配列情報を記憶する第２記憶手段
（５０４）と、前記第１記憶手段（５０５）から読み出
される前記第１式を用いて、前記第２記憶手段より読み
出される前記設計上の配列情報から、予想配列情報を算
出する第１演算手段（５０２）と、前記複数の領域のう
ちの所定領域の配列に関する情報を実測する実測手段
（１〜９、１２、２０〜３５）と、前記実測手段によっ
て実測された前記所定領域の実測情報と、前記第１演算
手段によって算出された前記予想配列情報とから、前記
誤差成分のうちの一次変換モデルで近似できる成分に対
応する第２式を決定する第２演算手段（５０２）と、決
定された前記第２式を用いて導き出される、前記所定領
域を含む前記複数領域の配列情報に基づいて、前記複数
領域のそれぞれと前記所定パターンとを位置合わせする
位置合わせ手段（１４）とを設ける。 （４）請求項１５に係る発明は、基板上に形成された複
数の領域それぞれと所定パターンとを位置合わせして、
前記所定パターンを前記複数の領域それぞれに転写する
露光装置であって、複数の基板それぞれに形成された複
数領域を順次位置合わせする露光装置において、前記複
数基板のうちの第１基板上に形成された複数領域の配列
情報を計測して第１実測情報を獲得する計測手段（１〜
９、１２、２０〜３５）と、計測された前記第１実測情
報に基づいて、前記複数の領域の設計上の配列情報と実
際の配列との間に生じている誤差成分のうちの再現性の
ある成分に対応する第１式を決定する第１演算手段（５
０２）と、前記第１式を用いて、前記第１基板とは異な
る第２基板上に形成された複数領域の設計上の配列情報
から予測配列情報を算出する第２演算手段（５０２）
と、前記第２基板上の複数の領域の内の所定領域を実測
して得られる第２実測情報と前記予想配列情報とから、
前記誤差成分のうちの再現性の無い成分に対応する第２
式を決定する第２演算手段（５０２）と、決定された前
記第２式を用いて導き出される、前記所定領域を含む前
記複数領域の配列情報に基づいて、前記第２基板上の複
数領域のそれぞれと前記所定パターンとを位置合わせす
る位置合わせ手段（１４）とを設ける。

【００１３】

【作用】（１）請求項１又は１１に係る本発明によれ
ば、複数の領域の設計上の配列情報と実際の配列との間
に生じている誤差のうちの一次変換モデルで近似できな
い成分に応じて予め決定された第１式（モデル関数Ｆ，
Ｇ）を用いて、複数領域の設計上の配列情報から予想配
列情報を算出し（Ｓ１０５）、複数領域のうちの所定領
域の実測情報と予想配列情報とから、誤差成分のうちの
一次変換モデルで近似できる成分に対応する第２式
（６）を決定し（Ｓ１０６）、決定された第２式を用い
て、所定領域を含む複数領域の配列情報が算出される。
このため、一次変換モデルで近似できない成分までカバ
ー可能となるにも関わらず、実測される所定領域の数を
増やす必要はなく、位置合わせのための時間を短時間に
抑えることができる。 （２）請求項７又は１５に係る本発明によれば、複数基
板の中の第１基板上に形成された複数領域を実測して得
られる第１実測情報に基づいて、第１基板上の複数領域
の設計上の配列情報と実際の配列との間に生じている誤
差成分のうちの再現性のある成分に対応する第１式が決
定され（Ｓ２０６）、この第１式を用いて、第１基板と
は異なる第２基板上に形成された複数領域の設計上の配
列情報から予想配列情報を算出し（Ｓ２１８）、第２基
板上の複数領域のうちの所定領域を実測して得られる第
２実測情報と予想配列情報とから、誤差成分のうちの再
現性の無い成分に対応する第２式を決定するため、位置
合わせのための時間を短時間に抑えることができる。

【００１４】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易
くするために実施例の図を用いたが、これにより本発明
が実施例に限定されるものではない。

【００１５】

【実施例】−第１実施例− 図１および図２は、本発明による位置合わせ方法の第１
実施例が適用される縮小投影型露光装置（ステッパ）を
示すブロック図であり、これら図１および図２はＡ−
Ａ′線によりつながっている。以下、位置合わせ方法の
第１実施例の説明の前に、ステッパの概略について説明
する。

【００１６】図１および図２において、ＩＬは露光用の
照明光（例えば水銀ランプからのｇ線、ｉ線、あるいは
エキシマレーザ光源からの紫外線パルス光）であり、こ
の照明光ＩＬは、コンデンサーレンズＣＬを介して投影
原版となるレチクルＲのパターン領域ＰＡをほぼ均一な
照度分布で照射する。パターン領域ＰＡを通過した照明
光ＩＬは、例えば両側（あるいは片側）テレセントリッ
クな投影レンズＰＬに入射し、この投影レンズＰＬを通
過してウェハ（半導体基板）Ｗに達する。

【００１７】投影レンズＰＬは照明光の波長に関して色
収差補正がなされており、レチクルＲとウェハＷとは互
いに共役な位置にある。また、照明光ＩＬはケーラー照
明であり、投影レンズＰＬの瞳面ＥＰ内に、フライアイ
レンズ群（図示略）の射出端面近傍の２次光源像が形成
される。

【００１８】レチクルＲは、２次元平面（図１、図２に
おいて紙面に略直交する平面）上を微動可能なレチクル
ステージＲＳ上に保持され、レチクルＲの周辺に形成さ
れたレチクルアライメントマーク（図示略）がミラー１
６、対物レンズ１７、マーク検出系１８からなるレチク
ルアライメント系で検出されることにより、投影レンズ
ＰＬの光軸ＡＸに対して位置決めされている。

【００１９】ウェハＷは、駆動系１３によって２次元平
面（図１、図２において紙面に略直交する平面）上を移
動可能なウェハステージＳＴ上に載置されている。この
ウェハステージＳＴの座標値は、レーザ干渉計１２によ
り逐次計測される（図中では１方向のみを示している
が、これに直交する方向にもレーザ干渉計は設けられて
いる）。１４はステージコントローラであり、干渉計１
２の計測結果たるウェハステージＳＴの実測座標値をに
基づいて駆動系１３を制御し、ウェハステージＳＴの移
動・位置決めを行う。

【００２０】本実施例のステッパには、ＴＴＬ（Throug
h The Lens）方式のアライメント光学系と、オフアクシ
ス（Off-Axis）方式のアライメント光学系とが設けられ
ている。

【００２１】まず、ＴＴＬ方式のアライメント光学系に
ついて説明すると、図１、図２において１はＨｅ−Ｎｅ
レーザ等のレーザ光源であり、このレーザ光源１から
は、ウェハＷ上のレジスト層に対して非感光性である赤
色光のビームＬＢが出力される。このビームＬＢは、シ
リンドリカルレンズ等を含むビーム整形光学系２を透過
し、ミラー３ａ、レンズ系４、ミラー３ｂおよびビーム
スプリッタ５を介して対物レンズ６に入射する。対物レ
ンズ６を透過、出射したビームＬＢは、レチクルＲの下
方に４５°の角度をもって設けられたミラー７により下
方に向けて反射され、投影レンズＰＬの視野の周辺部に
おいてその光軸ＡＸと平行に入射する。そして、投影レ
ンズＰＬに入射したビームＬＢは、投影レンズＰＬの瞳
ＥＰの中心を通ってこのレンズＰＬから出射し、ウェハ
Ｗを垂直に照射する。

【００２２】この際、ビームＬＢは、ビーム整形光学系
２の働きにより、対物レンズ６と投影レンズＰＬとの間
の光路中の空間においてスリット状のスポット光ＳＰ₀
に収束されている。そして、投影レンズＰＬの働きによ
り、ウェハＷ上には同様のスポット光ＳＰがｘ方向に延
びて再結像されている。

【００２３】また、レチクルＲ下方に設けられたミラー
７は、このレチクルＲのパターン領域ＰＡよりも外側
で、かつ、投影レンズＰＬの視野内の位置に固定され
る。従って、ウェハＷ上に投影されるスポット光ＳＰ
は、同様にウェハＷ上に投影されるパターン領域ＰＡの
投影像の外側に位置することになる。

【００２４】ウェハＷ上にはアライメントマーク（図
１、図２において図示略）が形成されており、このアラ
イメントマークは、複数個のドットパターンがｘ方向に
延在する回折格子状のマークが、ｙ方向（図１、図２に
おいて紙面に略直交する方向）に所定ピッチで複数本配
列されて構成されている。従って、ウェハステージＳＴ
をスポット光ＳＰに対して水平移動させてこのスポット
光ＳＰによりアライメントマークをｙ方向に相対的に走
査すると、このマークから正反射光、散乱光、回折光等
が生じ、マークとスポット光ＳＰとの相対的位置関係に
応じてその光量が変化する。なお、マークの詳細につい
ては後述する。

【００２５】アライメントマークからの反射光等は上述
のビームＬＢの光路に沿って逆進し、投影レンズＰＬ、
ミラー７、対物レンズ６を透過し、ビームスプリッタ５
で反射されて受光素子８へと導かれる。この受光素子８
の受光面は、投影レンズＰＬの瞳ＥＰとほぼ共役な面Ｅ
Ｐ′に配置されている。受光素子８は、マークからの正
反射光に対して感応せず、散乱光や回折光にのみ感応し
てこれに対応する電気信号を出力する。

【００２６】受光素子８からの出力信号は、干渉計１２
からの位置計測信号ＰＤＳとともにＬＳＡ（レーザー・
ステップ・アライメント）演算ユニット９に入力され
る。ＬＳＡ演算ユニット９は、スポット光ＳＰに対して
アライメントマークを相対的に走査した際の受光素子８
からの信号波形を、位置計測信号ＰＤＳとともにサンプ
リングして記憶し、その波形を解析することにより、マ
ーク中心がスポット光中心と一致したときのウェハステ
ージＳＴの座標位置信号ＡＰ₁（ここではｙ方向の座標
位置）を出力する。

【００２７】なお、図１および図２においてはＴＴＬ方
式のアライメント光学系を１式のみ図示してあるが、図
示のアライメント光学系に直交する（つまりｙ方向）方
向にもＴＴＬ方式のアライメント光学系が設けられてお
り、この光学系はｙ方向に延びたスポット光によりウェ
ハＷのｘ方向に延在するアライメントマークの検出を行
う。

【００２８】次に、オフアクシス方式のアライメント光
学系について説明すれば、図１および図２において２０
はハロゲンランプであり、このハロゲンランプ２０で発
生した光は、コンデンサーレンズ２１を介して光ファイ
バー２２の一端面に収束される。光ファイバー２２によ
り伝送された光は、レジスト層の感光波長（短波長）域
と赤外波長域とを遮断するフィルター２３を透過し、レ
ンズ系２４を介してハーフミラー２５へと導かれる。ハ
ーフミラー２５により反射された光は、ミラー２６によ
り反射されてウェハＷに略水平に進行して対物レンズ２
７に入射し、さらに、投影レンズＰＬの視野を遮光しな
いようにこの投影レンズＰＬの下部周辺に固定されたプ
リズム（ミラー）２８で反射され、ウェハＷを垂直に照
射する。

【００２９】なお、図１、図２において図示を省略して
いるが、光ファイバー２２の出射端から対物レンズ２７
までの光路中には、適当な照明視野絞りが対物レンズ２
７を挟んでウェハＷと共役の位置に設けられている。ま
た、対物レンズ２７はテレセントリック系とされ、その
開口絞り（瞳と同等）の面２７ａには光ファイバー２２
の出射端の像が結像されてケーラー照明が行われる。さ
らに、対物レンズ２７の光軸はウェハＷ上においてこの
ウェハＷに垂直となるように定められており、これによ
り、マーク検出時に光軸の倒れによるマーク検出位置の
ずれが生じないように構成されている。

【００３０】対物レンズ２７からの光は、上述したウェ
ハＷ上のアライメントマークに照射され、このアライメ
ントマークからの反射光は、上述の光路に沿って逆進
し、プリズム２８、対物レンズ２７、ミラー２６を透過
し、ハーフミラー２５を透過してレンズ系２９によって
指標板３０に結像される。この指標板３０は、対物レン
ズ２７、レンズ系２９を挟んでウェハＷと共役の位置に
配置されており、ウェハＷのマークの像は指標板３０の
透明窓内に結像される。この指標板３０には、図１、図
２のｘ方向および紙面に直交するｙ方向のそれぞれに沿
って延在する直線状の指標マークが透明窓内に形成され
ている。このマーク像と指標マークとは、リレー系３
１、３３およびミラー３２を介してＣＣＤカメラ等の撮
像素子３４へと導かれ、その受光面上に結像する。

【００３１】撮像素子３４からの出力ビデオ信号は、干
渉計１２からの位置計測信号ＰＤＳとともにＦＩＡ（フ
ィールド・イメージ・アライメント）演算ユニット３５
に入力される。ＦＩＡ演算ユニット３５は、指標マーク
に対するマーク像のずれを、撮像素子３４からのビデオ
信号の波形に基づいて求め、マーク像が指標マークの中
心に正確に位置したときのウェハステージＳＴの座標位
置信号ＡＰ₂を出力する。

【００３２】なお、図１および図２においてはオフアク
シス方式のアライメント光学系も１組のみ図示してある
が、図示のオフアクシス光学系に直交する（つまりｙ方
向）方向にもオフアクシス方式のアライメント光学系が
設けられており、この光学系はウェハＷのｘ方向に延在
するアライメントマークの検出を行う。

【００３３】次に、上述したアライメント光学系やステ
ージコントローラ１４等を統括制御する主制御系５０に
ついて説明する。

【００３４】主制御系５０には、干渉計１２からの位置
情報ＰＤＳが常時入力される。図１、図２において５０
１はアライメント（ＡＬＧ）データ記憶部であり、この
ＡＬＧデータ記憶部５０１には、ＬＳＡ演算ユニット９
からのマーク位置情報ＡＰ₁およびＦＩＡ演算ユニット
３５からのマーク位置情報ＡＰ₂の双方が格納、記憶さ
れる。５０２はアライメント（ＡＬＧ）演算ユニットで
あり、このＡＬＧ演算ユニット５０２は、ＡＬＧデータ
記憶部５０１に記憶された各マーク位置情報に基づい
て、ウェハＷ上の実際のショット配列座標値を算出す
る。この算出結果はシーケンスコントローラ５０６に送
出される。ＡＬＧ演算ユニット５０２における演算手順
の詳細については後述する。

【００３５】５０３は露光（ＥＸＰ）ショットマップデ
ータ部であり、このＥＸＰショットマップデータ部５０
３には、ウェハＷ上の露光すべきショット配列座標値の
設定値が格納、記憶されている。

【００３６】５０４はアライメント（ＡＬＧ）ショット
マップデータ部であり、このＡＬＧショットマップデー
タ部５０４には、ウェハＷ上のアライメントすべきショ
ット配列座標値の設定値が格納、記憶されている。アラ
イメントすべきショット領域（以下、特定ショット領域
と称する）の数および位置は、位置合わせの精度および
露光装置全体のスループットの双方を満足するように予
め定められており、本実施例では、図５に示すように、
８つのショット領域Ｓ₁〜Ｓ₈が特定ショット領域として
選択されている。

【００３７】なお、特定ショット領域の数および位置に
ついては、オペレータが予め入力装置（不図示のキーボ
ード等）を用いてＡＬＧショットマップデータ部５０４
に設定しておく、あるいは、シーケンスコントローラ５
０６が自動的に選択・設定するようにしておけばよい。
特定ショット領域の設定は、例えばウェハ、下地、レジ
ストの種類（さらにはその厚さ）やウェハ処理プロセス
における処理条件（加熱温度、時間等）に基づいて経験
的に、あるいは実験やシミュレーションによって定めれ
ばよい。実際に、特定ショット領域数および位置を決定
する方法としては、スループットを考慮しつつ、ウェハ
の周辺に位置するショット領域について、これらショッ
ト領域により正多角形が形成されるように均等に選択す
るような方法があり、この方法によれば、後述のａ〜ｆ
のパラメータが良い精度で求められる。当然ながら、特
定ショット領域の数・位置はウェハ毎（またはロット
毎、あるいは単位枚数（複数枚）のウェハ毎）に異なら
せても構わない。

【００３８】５０５は配列モデルデータ部であり、この
配列モデルデータ部５０５には、ウエハＷ上のショット
配列モデルが予め格納されている。この配列モデルデー
タ部５０５の詳細についても後述する。５０６はシーケ
ンスコントローラであり、このシーケンスコントローラ
５０６は、上述した各データに基づいて、アライメント
時やステップアンドリピート方式の露光時におけるウェ
ハステージＳＴの移動制御のための一連の手順を決定す
る。

【００３９】図３は、ウェハＷ上に設けられたショット
領域Ｓ_i（ｉ＝１，……，ｎ）およびアライメントマー
クＭＸ_i、ＭＹ_iの配置関係を示す図である。図３におい
て、Ｓ_iはウェハＷ上に規則正しく配列され、レチクル
Ｒのパターン領域ＰＡがそれぞれ露光されるショット領
域であり、１つのショット領域Ｓ_iの４辺はスクライブ
ラインＳＣＬで囲まれている。そして、互いに直交する
２辺のスクライブラインＳＣＬのそれぞれの中央部に
は、アライメントマークＭＸ_i、ＭＹ_iがそれぞれ形成さ
れている。

【００４０】マークＭＸ_iはＸ方向の位置検出に用いら
れ、マークＭＹ_iは、ｙ方向の位置検出に用いられる。
マークＭＸ_i、ＭＹ_iはそれぞれドットパターンが計測方
向と直交する方向に延在する回折格子状のマークが、計
測方向に所定ピッチで複数本配列されて構成されてい
る。

【００４１】本実施例では、このアライメントマークＭ
Ｘ_i、ＭＹ_iがＴＴＬ方式のアライメント光学系およびオ
フアクシス方式のアライメント光学系で共通に検出さ
れ、位置合わせが行われる。上述のように、アライメン
トマークＭＸ_i、ＭＹ_iはショット領域Ｓ_iを囲む辺の中
央部に設けられており、このアライメントマークＭ
Ｘ_i、ＭＹ_iを位置合わせすればそのときのアライメント
マークの座標値からショット領域Ｓ_iの中央部の座標値
が求まる。以下、アライメントマークＭＸ_i、ＭＹ_iの座
標値とショット領域Ｓ_iの座標値とは等価であるとして
話を進める。

【００４２】次に、図１〜図３、および図４に示すフロ
ーチャートを参照して、本実施例の位置合わせ方法を装
置の動作とともに説明する。なお、この位置合わせはウ
ェハＷの第２層目以降の重ね合わせ露光に先立って行わ
れるものであり、ウェハＷ上にはチップパターン（ショ
ット領域に相当）とアライメントマークとが既に形成さ
れている。ここでは、特にウェハＷに対して第２層目の
重ね合わせ露光を行うものとして説明する。

【００４３】まず、ステップＳ１０１では、ウェハステ
ージＳＴ上にウェハＷがローディングされ、粗く（例え
ば±２μｍ程度）アライメントされて載置される。

【００４４】次いで、ステップＳ１０２では、ＡＬＧシ
ョットマップデータ部５０４に格納されたショット配列
座標に従ってウェハＷを移動することにより、ＴＴＬア
ライメント系のマーク検出位置（スポット光ＳＰ）に対
する予め選択されているアライメント用の特定ショット
領域Ｓ₁〜Ｓ₈の移動が順次行われる。具体的には、シー
ケンスコントローラ５０６はステージコントローラ１４
を介してウェハステージＳＴを移動させ、ＴＴＬ方式の
アライメント光学系におけるスポット光ＳＰによりアラ
イメントマークＭＸ_i、ＭＹ_iが照射される位置までウェ
ハＷを移動させる。

【００４５】次いで、ステップＳ１０３では、上述した
手順によりＴＴＬ方式のアライメント光学系を用いたア
ライメント動作が行われ、そのときの干渉計１２からの
位置情報が座標位置信号ＡＰ₁としてＡＬＧデータ記憶
部５０１に一時的に記憶される。

【００４６】ステップＳ１０４では、アライメントすべ
き全ての特定ショット領域Ｓ_１〜Ｓ₈について移動およ
び座標位置の計測が終了したか否かが判定され、判定が
肯定されるとプログラムはステップＳ１０５に移行し、
判定が否定されるとステップＳ１０２に戻って次のショ
ット領域Ｓ_iについてアライメント動作が行われる。

【００４７】ステップＳ１０５では、ＡＬＧ演算ユニッ
ト５０２により、ＡＬＧショットデータ部５０４に予め
格納、記憶されたアライメントマークの配列座標の設定
値（ｘ_i，ｙ_i）が読み出され、ショット配列モデルに従
って、アライメントマークの予想配列座標値（ｘ'_i，
ｙ'_i）が算出され、記憶される。

【００４８】本実施例の特徴は、このショット配列モデ
ルにある。すなわち、熱処理プロセス等により基板上の
ショット配列座標系（ｘ，ｙ）が（ｘ'，ｙ'）になった
と仮定し、これらを結び付ける関係式を

【数５】 と置く。

【００４９】ここで、関数Ｆ、Ｇは（ｘ，ｙ）を
（ｘ'，ｙ'）に変換するための関数であり、二次式以上
の高多項式をはじめ三角関数、指数関数等任意の形式で
表現される関数であるが、プロセスによる変形を正確に
表現しうる関数とする。関数Ｆ、Ｇは位置合わせ動作の
前に予め経験的、あるいは実験やシミュレーションによ
り数学的に与えられ、上述の配列モデルデータ部５０５
に格納、記憶されている。なお、モデル関数Ｆ、Ｇは、
ウェハ（材質）や下地の種類、ウェハ処理工程での各種
処理条件等に応じてウェハ毎に求めておくことが望まし
い。但し、同一品種、同一工程のウエハについては上述
の条件がほぼ等しいと考えられるので、実際には品種、
工程毎にモデル関数Ｆ、Ｇを定めることになる。

【００５０】なお、ステップＳ１０５における予想配列
座標（ｘ'_i，ｙ'_i）の算出作業にはアライメントマーク
の配列座標の測定値（ｘ_Mi，ｙ_Mi）を必要とせず、従っ
て、選択された全ての特定ショット領域についてマーク
の座標位置の計測が終了するまでに予想配列座標
（ｘ'_i，ｙ'_i）が求まっていればよい。よって、アライ
メント動作と平行して予想配列座標（ｘ'_i，ｙ'_i）の算
出作業を行ってもよく、あるいは、アライメント動作に
先立ってアライメントマークの予想配列座標値（ｘ'_i，
ｙ'_i）を予め求めておいてもよい。

【００５１】次いで、ステップＳ１０６では、ＡＬＧデ
ータ記憶部５０１に記憶されたアライメントマークの配
列座標の測定値（ｘ_Mi，ｙ_Mi）とＡＬＧ演算ユニット５
０２に記憶された予想配列座標値（ｘ'_i，ｙ'_i）から、
露光動作時のショット領域のショット配列座標値を決定
するための変換モデルを決定する。

【００５２】まず、ショット配列モデルにより熱処理プ
ロセスの影響（特に非線形な歪）を反映した予想配列座
標系（ｘ'，ｙ'）とステージ座標系における実際のショ
ット配列座標系（Ｘ，Ｙ）との間には、上述のように回
転・線形伸縮・オフセット等の誤差が生じると考えら
れ、これらは（これも上述のように）一次近似できる量
であると考えられる。従って、予想配列座標系（ｘ'，
ｙ'）からステージ座標系における実際のショット配列
座標系（Ｘ，Ｙ）への変換式は、上述の(１)式と同様に

【数６】 とすることができる。

【００５３】そこで、ＡＬＧ演算ユニット５０２は、ア
ライメントマークの予想配列座標値（Ｘ'_i，Ｙ'_i）を
(６)式に代入して得られるステージ座標系におけるショ
ット配列座標値（Ｘ_i，Ｙ_i）とアライメント時の測定値
（ｘ_Mi，ｙ_Mi）との差（Δｘ，Δｙ）、すなわちアライ
メント誤差を算出し、このアライメント誤差を(６)式の
ａ〜ｆの各パラメータで偏微分し、その値が０となるよ
うな連立方程式を立ててこれを解くことにより、パラメ
ータａ〜ｆを求める。このパラメータａ〜ｆは、ＡＬＧ
演算ユニット５０２に記憶される。

【００５４】そして、ステップＳ１０７では、ステップ
Ｓ１０６で求められた一次変換式に基づいて、露光座標
が決定される。すなわち、ＡＬＧ演算ユニット５０２
は、ＥＸＰショットマップデータ部５０３から露光すべ
きショット領域の配列座標の設定値、すなわち設計上の
配列座標値（ｘ_Ci，ｙ_Ci）を順次読み出し、ステップＳ
１０５と同様に、ウェハＷ上の全てのショット領域Ｓ_i
について予想配列座標値を計算した後、ステップＳ１０
６で求められた 一次変換式(６)に基づいて、ウェハＷ
の全てのショット領域のステージ座標系における実際の
配列座標値（Ｘ_Ci，Ｙ_Ci）を算出し、これをシーケンス
コントローラ５０６に順次送出する。シーケンスコント
ローラ５０６は、この実際の配列座標値（Ｘ_Ci，Ｙ_Ci）
に基づき、ステージコントローラ１４を介してウェハス
テージＳＴのステッピングを行う。ウェハステージＳＴ
は、ウェハＷ上の各ショット領域Ｓ_iが順次レチクルＲ
のパターン領域ＰＡの投影像と合致するようにステッ
ピングされ、重ね合わせ露光が行われる。

【００５５】従って、本実施例によれば、ショット配列
モデルを予め与えておき、このショット配列モデルによ
って基板座標系からステージ座標系への変換式を一次近
似可能なものとしたので、アライメント動作後に算出す
べきパラメータは従来の一次変換モデルの場合に等しく
なる。従って、アライメントマークの位置を測定すべき
特定ショット領域の数を少なくでき、露光装置全体のス
ループットを低下させることなく基板の位置合わせを行
うことができる。しかも、本実施例の変換式は、従来の
一次変換モデルで対応しきれなかった基板の非線形な歪
等にも十分対応できるものであり、優れた位置合わせ精
度を実現することができる。

【００５６】−第２実施例− 図６は、本発明による位置合わせ方法の第２実施例を示
すフローチャートである。なお、以下の実施例が適用さ
れる露光装置（ステッパ）は、第１実施例が適用される
ものと同一であり、従って、ステッパの詳細については
同一の符号を付してその説明を省略する。

【００５７】本実施例の特徴は、ショット配列モデル
（モデル関数）の決定のために、上述の特定ショット領
域Ｓ₁〜Ｓ₈を含む多数のショット領域（以下、指定ショ
ット領域と称する）について最初にアライメントおよび
座標位置の計測が行われることである。ここで、指定シ
ョット領域の数をβ、特定ショット領域の数をα（本実
施例では８）、ウェハ上の全ショット領域の数をｎとす
ると、これらの間には、通常 (３≦)α≦β≦ｎ なる関係が成立する。指定ショット領域の数βは、ウェ
ハの伸縮（特に非線形な歪）に対応するモデル関数Ｆ、
Ｇを精度良く算出できる程度であればよい。指定ショッ
ト領域の数βを決定する際において、β＝ｎ、すなわち
必ずしも全ショット領域についてアライメント動作をす
ることは要求されないが、位置合わせ精度向上のために
は全ショット領域についてアライメント動作をすること
が望ましい。この際、全ショット領域についてアライメ
ント、座標位置計測を行った場合は、１枚目のウェハＷ
₁についてはその計測値そのものに基づいて重ね合わせ
露光をすればよいが、全ショット領域についてアライメ
ント、座標位置計測を行わなかった場合には、後述のよ
うにモデル関数決定、未知数算出という手順を経る必要
がある。なお、以降はβ＜ｎという条件の下に説明を進
める。

【００５８】ここでは、複数のウェハＷ₁〜Ｗ_mを含むロ
ット内の１枚目のウェハＷ₁上で指定ショット領域の各
アライメントマークの座標位置を計測し、この計測デー
タから求めたモデル関数Ｆ、Ｇを同一ロット内の２枚目
以降のウェハＷ₂〜Ｗ_mにおいても使用するものとする。

【００５９】(１) １枚目のウェハＷ₁について まず、ステップＳ２０１では、ウェハステージＳＴ上に
ロットの１枚目のウェハＷ₁がローディングされ、粗く
アライメントされて載置される。

【００６０】次いで、ステップＳ２０２では、ＡＬＧシ
ョットマップデータ部５０４に格納されたショット配列
座標値に従ってウェハＷを移動することにより、ＴＴＬ
アライメント系のマーク検出位置（スポット光ＳＰ）に
対する予め選択されている指定ショット領域Ｓ_iの移動
が順次行われる。

【００６１】次に、ステップＳ２０３では、ＴＴＬ方式
のアライメント光学系を用いたアライメント動作が行わ
れ、そのときの干渉計１２からの位置情報が座標位置信
号ＡＰ₁としてＡＬＧデータ記憶部５０１に一時的に記
憶される。

【００６２】ステップＳ２０４では全ての指定ショット
領域Ｓ_iについて移動および座標位置の計測が終了した
か否かが判定され、判定が肯定されるとプログラムはス
テップＳ２０５に移行し、判定が否定されるとステップ
Ｓ２０２に戻って次のショット領域Ｓ_iについてアライ
メント動作が行われる。

【００６３】ステップＳ２０５では、上述の一次変換モ
デルに従って、このモデルの未知係数が仮に算出され
る。すなわち、ＡＬＧ演算ユニット５０２は、ＡＬＧデ
ータ記憶部５０１に記憶された指定ショット領域のショ
ット配列座標の測定値（ｘ_pi，ｙ_pi）を読み出す。次に
ＡＬＧ演算ユニット５０２は、ＡＬＧショットマップデ
ータ部５０４から指定ショット領域Ｓ_iのショット配列
座標の設定値（ｘ_i，ｙ_i）を読み出し、これを上述の
(１)式に代入してステージ座標系における仮の（計算上
の）配列座標値（Ｘ_pi，Ｙ_pi）を算出する。

【００６４】そして、ＡＬＧ演算ユニット５０２は、ス
テージ座標系における仮の（計算上の）配列座標値（Ｘ
_pi，Ｙ_pi）とアライメント時の測定値（ｘ_pi，ｙ_pi）と
の差（Δｘ_p， Δｙ_p）を算出し、このアライメント誤
差をａ〜ｆの各パラメータで偏微分し、その値が０とな
るような連立方程式を立ててこれを解くことにより、パ
ラメータａ〜ｆを求める。以下、ステップＳ２０５で算
出されたパラメータをａ₀〜ｆ₀で表す。

【００６５】ステップＳ２０６では、パラメータａ₀〜
ｆ₀に基づいてショット配列モデル（モデル関数）Ｆ、
Ｇが決定される。決定されたモデル関数は、配列モデル
データ部５０５に格納される。

【００６６】上述のように、ステージ座標系における計
算上の配列座標値に対する誤差の要因の中には、ウェハ
がステージＳＴ上に載置された際の回転誤差θやウェハ
の温度に起因する線形伸縮Ｒｘ、Ｒｙ等が含まれてい
る。従って、ステージ座標系における計算上の配列座標
値に対するアライメント誤差の中には、同一のウェハを
再度計測しても再現されない成分が含まれている。但
し、（これも上述のように）アライメント誤差のうち再
現されない成分については全て一次変換モデルで近似で
きると考えられ、逆にいえば、再現される成分は前段階
の熱処理プロセス等に起因するものと考えることができ
る。ゆえに、再現性のある、すなわち一次変換モデルで
近似できない成分のみを取り出し、これを本実施例のシ
ョット領域のショット配列モデルとする。具体的には、
関係式

【数７】

【数８】 で与えられ、まずこれら関係式により、アライメントマ
ークの配列座標の設定値（ｘ_i，ｙ_i）からアライメント
マークの予想配列座標値（ｘ'_i，ｙ'_i）が求められる。

【００６７】次に、各ショット領域のショット配列座標
の設定値（ｘ_ci，ｙ_ci）から予想配列座標値（ｘ'_ci，
ｙ'_ci）を求めるための前提として、同一ショット領域
内のアライメントマークとショット領域の中心とは極く
近傍であるため、両者の間の距離はウエハ内の全ショッ
ト領域について同じとすれば、関係式

【数９】 によって、両座標が関係付けられる。これら(７)〜(９)
式は配列モデルデータ部５０５に記憶される。

【００６８】ステップＳ２０８では、指定ショット領域
が１枚目のウェハＷ₁上の全てのショット領域であるか
否かが判定され、判定が肯定されればプログラムはステ
ップＳ２１１に移行し、判定が否定されればステップＳ
２１０に移行する。本実施例ではβ＜ｎなる条件の下に
説明を進めているので、プログラムはステップＳ２１０
に移行することになる。

【００６９】ステップＳ２１０では、ウェハＷ₁上の全
てのショット領域についてその配列座標値を決定する。
すなわち、(７)〜(９)式は指定ショット領域Ｓ_i（ｉ＝
１〜β）のみで成立しており、全ショット数ｎはβより
大きい（β＜ｎ）のであるから、残りのショット領域Ｓ
_i（ｉ＝β＋１〜ｎ）についての関数式が必要だからで
ある。例えば、ショット領域Ｓγ（ｎ＞γ＞β）におけ
る関係式は、ショット領域Ｓγに最も近接した指定ショ
ット領域を左、右、上、下の順にｉ＝Ｌ，Ｒ，Ｕ，Ｄ
（≦β）とし、そのショットまでの距離をｌ_L，ｌ_R，ｌ
_U，ｌ_D，とすれば

【数１０】 によって表される。これにより、全ショット領域につい
ての関係式が求められ、その結果、(７)、(９)式のｉ＝
１〜βはｉ＝１〜ｎにすることができる。

【数１１】

【数１２】 これを配列モデルデータ部５０５に記憶する。

【００７０】ステップＳ２１１では、ＡＬＧ演算ユニッ
ト５０２においてβ＝ｎならば(７)、(９)式により、β
＜ｎならば(７')，(９')式により予想配列座標値（ｘ'
_ci，ｙ'c_i）が求められ、ステップＳ２０５で求められ
たａ₀〜ｆ₀を使って(６)式より露光座標（Ｘ_ci，Ｙ_ci）
が算出される。これにより、シーケンスコントローラ５
０６およびステージコントローラ１４を介してウェハス
テージＳＴのステッピングが行われ、ウェハステージＳ
Ｔは、ウェハＷ₁上の各ショット領域Ｓ_iが順次レチクル
Ｒのパターン領域ＰＡの投影像と合致するようにステッ
ピングされ、重ね合わせ露光が行われる。

【００７１】 (２) ２枚目以降のウェハＷ₂〜Ｗ_mについて ステップＳ２１３では、ロット内の全てのウェハについ
て重ね合わせ露光が終了したか否かが判定され、判定が
肯定されればプログラムは終了し、判定が否定されたら
ステップＳ２１４に移行する。ここでは、１枚目のウェ
ハＷ₁のみ重ね合わせ露光が終了しているので、プログ
ラムはステップＳ２１４に移行する。

【００７２】ステップＳ２１４では、ウェハステージＳ
Ｔ上にロットの２枚目のウェハＷ₂がローディングさ
れ、粗くアライメントされて載置される。

【００７３】次いで、ステップＳ２１５では、ＡＬＧシ
ョットマップデータ部５０４に格納された配列座標に従
ってウェハＷ₂を移動することにより、ＴＴＬアライメ
ント系のマーク検出位置（スポット光ＳＰ）に対する予
め選択されている特定ショット領域Ｓ₁〜Ｓ₈の移動が順
次行われる。

【００７４】次に、ステップＳ２１６では、ＴＴＬ方式
のアライメント光学系を用いたアライメント動作が行わ
れ、そのときの干渉計１２からの位置情報が座標位置信
号ＡＰ₁としてＡＬＧデータ記憶部５０１に一時的に記
憶される。

【００７５】ステップＳ２１７では全ての特定ショット
領域Ｓ₁〜Ｓ₈について移動および座標位置の計測が終了
したか否かが判定され、判定が肯定されるとプログラム
はステップＳ２１８に移行し、判定が否定されるとステ
ップＳ２１５に戻って次のショット領域Ｓ_iについてア
ライメント動作が行われる。

【００７６】ステップＳ２１８では、ステップＳ２０６
で定められたショット配列モデルに従って、アライメン
トマークのショット配列座標値に対する予想配列座標値
が算出される。すなわち、ＡＬＧ演算ユニット５０２
は、ＡＬＧショットマップデータ部５０４に予め格納、
記憶されたアライメントマークの設計上の配列座標値
（ｘ_i，ｙ_i）を読み出し、アライメントマークの予想配
列座標値（ｘ'_i，ｙ'_i）を算出する。算出されたアライ
メントマークの予想配列座標値（ｘ'_i，ｙ'_i）はＡＬＧ
演算ユニット５０２に格納される。

【００７７】なお、本ステップにおけるアライメントマ
ークの予想配列座標値（ｘ'_i，ｙ'_i）の算出作業にも、
ステップＳ２１６で求められたアライメントマークの配
列座標の測定値（ｘ_Mi，ｙ_Mi）を必要とせず、従って、
選択された全ての特定ショット領域についてマークの座
標位置の計測が終了するまでにアライメントマークの予
想配列座標値（ｘ'_i，ｙ'_i）が求まっていればよい。

【００７８】次いで、ステップＳ２１９では、ＡＬＧ演
算ユニット５０２によりステージ座標系におけるアライ
メントマークの配列座標値（Ｘ_i，Ｙ_i）とアライメント
時の測定値（ｘ_Mi，ｙ_Mi）との差（Δｘ，Δｙ）、すな
わちアライメント誤差が算出され、このアライメント誤
差を(６)式のａ〜ｆの各パラメータで偏微分し、その値
が０となるような連立方程式を立ててこれを解くことに
より、パラメータａ〜ｆが求められる。以下、ステップ
Ｓ２１９で算出されたパラメータをａ₂〜ｆ₂で表す。こ
のパラメータａ₂〜ｆ₂も、ＡＬＧ演算ユニット５０２に
記憶される。

【００７９】そして、ステップＳ２２０では、ステップ
Ｓ２１９で求められた一次変換式に基づいて、露光座標
が決定される。すなわち、ＡＬＧ演算ユニット５０２
は、ＥＸＰショットマップデータ部５０３から露光すべ
きショット領域の配列座標の設定値、すなわち設計上の
配列座標値（ｘ_Ci，ｙ_Ci）を順次読み出し、ステップＳ
２０６，Ｓ２１０で求めたモデル式(７)〜(９)、
(７')、(９')より予想配列座標値（ｘ'_Ci，ｙ'_Ci）を計
算した後、ステップＳ２１９で求められた 一次変換式
(６)に基づいて、ウェハＷの全てのショット領域のステ
ージ座標系における実際の配列座標値（Ｘ_Ci，Ｙ_Ci）を
算出し、これをシーケンスコントローラ５０６に順次送
出する。

【００８０】以降は、プログラムがステップＳ２１１に
戻って重ね合わせ露光が実行され、ステップＳ２１２で
ＡＬＧショットマップデータ部５０４内のデータが更新
される。そして、ロット内の全ウェハＷについてステッ
プＳ２１１〜Ｓ２２０の手順が実行され、重ね合わせ露
光が行われる。

【００８１】なお、本実施例では、１枚目のウェハＷ₁
において（ステップＳ２０６で）求めたモデル関数を用
いて２枚目以降のウェハＷ₂〜Ｗ_mにおける予想配列座標
を決定しているので、ステップＳ２１４〜Ｓ２２０の手
順は第１実施例のステップＳ１０１〜Ｓ１０７と同じも
のとなっている。但し、各ウェハ毎にモデル関数を定め
てもよい。また、特定ショット領域の数や位置の設定に
ついては、第１実施例と同様である。

【００８２】従って、本実施例によっても、上述の第１
実施例と同様の作用効果を得ることができる。特に、本
実施例では、ウェハＷ上の指定ショット領域Ｓ_iについ
て一旦アライメント動作が行われ、この結果に基づいて
各アライメントマーク単位の配列モデルが決定されてい
るので、例えば、１つのショット領域のみ他のショット
領域とは異なる変形を受けているような場合であって
も、これに対応した位置合わせ動作を行うことができ
る、という利点がある。すなわち、本実施例によれば、
一種のデジタル的な位置合わせ動作ができる。

【００８３】−第２実施例の変形例− 上述のステップＳ２０１〜ステップＳ２１０の作業は、
１枚目のウェハＷ₁についてのみならず、原則としてそ
の後アライメント動作および重ね合わせ露光が行われる
ウェハ群と同一ロット内のウェハＷを必要に応じて複数
枚（例えば１枚目からｋ枚目（ｋ≧２、整数）まで）選
択し、各ウェハＷについて行ってもよい。この場合、以
降の作業で使用する配列モデルの(７)式相当部分は複数
枚のウェハＷの各々から得られるので、これらを
(７₁)、(７₂)、……式とすれば、各(７₁) 、(７₂)、…
…式で得られる左辺（Δｘ_i，Δｙ_i）を各ウェハＷの指
定ショット領 域毎に全て平均した値から算出したもの
を配列モデル（モデル関数）として用いればよい。つま
り、ｋ枚目までのウェハＷ_kにおいては、（ｋ−１）枚
目までの ウェハＷ₁〜Ｗ_k-1の各々で求めた(７)式にお
ける左辺（Δｘ'_i，Δｙ'_i）の平均値から算出したモデ
ル関数を用い、（ｋ＋１）枚目以降のウェハＷ_k+1〜Ｗ_m
においては、ｋ枚目までの各ウェハで求めた左辺（Δ
ｘ'_i，Δｙ'_i）の平均値から算出したモデル関数を用い
ればよい。このｋの値は、計測精度やスループット等に
応じて適宜定めればよい。

【００８４】このように、複数枚のウェハについてステ
ップＳ２０１〜ステップＳ２１０の作業を行えば、計測
精度の向上やウェハ間の誤差のばらつきの低減を図るこ
とができる。但し、ステップＳ２０１〜ステップＳ２１
０の作業を経たウェハＷについても露光動作をする必要
があるが、この露光動作のための露光座標は、それまで
にウェハ毎に得られた(７₁)、(７₂)、……式に従って決
定すればよい。

【００８５】なお、ロット内の１枚のウェハからではな
く、ｔ枚目（ｔ≧２整数）のウェハから上記のごときア
ライメント動作を行うようにしても良い。また、例えば
ロット内の全てのウェハを、複数枚（例えば５枚程度）
のウェハ毎にいくつかのブロックに分け、各ブロック毎
に上記と全く同様のアライメント動作を行うようにして
も構わない。また、各ブロックでモデル関数Ｆ，Ｇの算
出に用いるウェハの枚数は１枚に限られるものではな
い。

【００８６】一方、上述の第２実施例では各ショット領
域単位の配列モデルが決定され、この配列モデル自体が
いわばデジタル的なモデルであるため、フィルタリング
を施してセンサ精度等によるモデルのばらつきを低下さ
せることも可能である。例えば、次式のような数値フィ
ルターによるフィルタリングを施して、

【数１３】 新たな予想配列座標値（ｘ'_pi，ｙ'_pi）を得、これを上
述の(７)式に代入する。重みｓ_ik、ｔ_ikは各アライメン
トマークの位置に依存して（例えば特定ショット領域と
ウェハセンサとの距離、あるいは特定ショット領域と位
置合わせすべきショット領域との距離に応じて）変化
し、センサ精度等によるばらつきを補正するものであ
る。

【００８７】また、ステップＳ２０３のアライメント動
作、すなわちモデル関数の決定が１枚のウェハについて
のみ行われる場合、上述の(９)式によるフィルタリング
前後における予想配列座標値の差、例えば（ｘ'_pi−ｘ
_pi）を求め、この差が大きいショット領域については２
枚目以降のウェハＷにおいて特定ショット領域として選
択しないようにすることも有効である。あるいは、Σ
(ｘ'_pi−ｘ_pi)²を算出し、この大小に応じて（比例し
て）ウェハ毎に特定ショット領域の数を増減してもよ
い。

【００８８】一方、ステップＳ２０１〜Ｓ２０４のアラ
イメント動作が複数枚のウェハについて行われ、各ウェ
ハの計測結果に基づいてモデル関数が決定される場合、
これらウェハ毎に(７)式に基づいて変換モデルの非線形
成分（Δｘ'_i，Δｙ'_i）を算出し、ウェハ間でこの予想
配列座標値のばらつきの大きいショット領域については
各ウェハにおける特定ショット領域として選択しないよ
うにすることも有効である。また、このばらつきの大き
なショット領域の数に応じて各ウェハでの特定ショット
領域の数を増減するようにしてもよい。

【００８９】なお、本発明の位置合わせ方法は、その細
部が上述の各実施例に限定されず、種々の変形が可能で
ある。一例として、上述の各実施例では一次変換モデル
を用いて位置合わせ動作を行っていたが、上述の(４)式
のように、高次変換モデルを用いて位置合わせ動作を行
ってもよい。

【００９０】また、上述の実施例において、パラメータ
ａ〜ｆを決定した後のアライメント誤差（Δｘ，Δ
ｙ）、すなわちアライメント誤差（(２)式）の最小値
（Δｘ_min，Δｙ_min）が、ウェハの処理枚数が増える毎
に大きくなってゆく場合、上述の(５)、(７)式が最適で
ないことを示している。このような場合、この最小アラ
イメント誤差（Δｘ_min，Δｙ_min）が小さくなるように
(５)、(７)式を途中で変更することが好ましい。すなわ
ち、上述の(２)式の最小値が、ウェハの処理枚数が増え
る毎に増加したら、(５)式であれば関数Ｆ、Ｇ自体を変
更し、(７)式であれば（ｘ_pi，ｙ_pi）を変更することに
なる。

【００９１】さらに、図７に示すように、アライメント
点を各ウェハ毎にＡ→Ｂ→Ｃ…と変更すれば、(５)、
(７)式変更に伴うモデルの偏りをなくし、その妥当性を
向上することができる。

【００９２】また、上述の各実施例では、特定ショット
領域として図５に示す８つのショット領域Ｓ₁〜Ｓ₈を指
定（選択）し、未知数ａ〜ｆを決定するための演算では
これら８つのショット領域に付随するアライメントマー
クの配列座標の計測値（ｘ_Mi，ｙ_Mi）を用いていたが、
マーク破壊等によって計測が不能であった場合、あるい
は、計測したマークの座標値が明らかに異常である（計
測誤差が大きい）ことが判明した場合、そのマークが付
随するショット領域についてはこれを未知数ａ〜ｆ決定
の演算で使用しないこともできる。この際、演算精度の
上でショット領域が不足する場合には、使用しないこと
としたショット領域の近傍のショット領域を代替ショッ
ト領域として計測、使用してもよい。あるいは、予め特
定ショット領域として１０〜１５個程度のショット領域
を選択してそのアライメントマークの配列座標を計測し
ておき、このマーク計測結果からｔ個（３≦ｔ≦１０〜
１５）のショット領域を選択して上述の演算を行っても
よい。

【００９３】また、上述の各実施例において、特定ショ
ット領域として指定したショット領域、およびそれらの
マーク計測結果を各ウェハ毎に表示装置（ＣＲＴなど）
に表示するようにしてもよく、この際、上述のように計
測不能または計測誤差の大きいショット領域については
表示装置上で目立つ表示（例えば反転表示）を行うこと
も可能である。このことは、上述のようにウェハ毎に特
定ショット領域の位置（さらには数）を変更する際、オ
ペレータによるショット領域の指定が容易になる、とい
う利点がある。

【００９４】さらに、上述の各実施例で求められたモデ
ル関数は１枚のウェハ全面に適用されるものであった
が、局所的な歪等によりウェハ上の全ショット領域を１
つのモデル関数で表すことが困難な場合には、ウェハ上
のショット領域を複数のブロックに分割し、各ブロック
毎にモデル関数を決定してもよい。この際、ウェハの周
縁部と中心部とでは異なる変形が施されることがあるの
で、ウェハの周縁部と中心部とでショット領域を分割
し、これら周縁部および中心部でそれぞれモデル関数を
決定してもよい。

【００９５】また、第１、第２の実施例では、（６）式
中のパラメータａ〜ｆを決定した上で最終的な全てのシ
ョット領域の露光座標を算出していた。つまり、ウェハ
毎にパラメータａ〜ｆを決定していることになる。そこ
で、全てのショット領域の露光座標を算出する際、例え
ばウェハの所望のショット領域と特定ショット領域の各
々との距離に応じて各特定ショット領域の測定値（座標
値）に重み付けを行い、この重み付けが行われた座標値
（すなわち予想配列座標値）を用いて統計演算（最小二
乗法等）により（６）式中のパラメータａ〜ｆを決定す
る。さらに、この決定されたパラメータａ〜ｆを用いて
所望のショット領域の露光座標を算出するようにしても
良い。つまり、この手法ではウェハ上のショット領域毎
に上記演算を繰り返し行うことになる。換言すれぱショ
ット領域毎にパラメータａ〜ｆが決定されることにな
る。このとき、例えば所望のショット領域に対する距離
が短かい特定ショット領域ほどその重みを大きくしてや
れば良い。

【００９６】さらに、本発明が適用される装置も上述の
実施例のものに限定されず、種々の装置に適用可能であ
る。一例として、上述の各実施例では、図１、図２に示
すようなハードウェアにより各種演算処理を行っていた
が、同様の機能を達成しうるソフトウェアにより演算処
理を行ってもよい。

【００９７】また、マーク計測用のアライメントセンサ
は、図１、図２に示すようなＬＳＡ系、ＦＩＡ系に限定
されない。すなわち、アライメントセンサの検出方法
は、例えば特開平２−272305号公報で開示されているよ
うに、ウェハ上に形成された１次元の回折格子状のマー
クを光学的に検出してそのピッチ情報からウェハの位置
を高分解能に検出する方法や画像処理方式を始めとし
て、周知の方法であればいかなる方法であってもよい。
さらに、ＴＴＬ方式、オフアクシス方式のほかに、ＴＴ
Ｒ（Through The Reticle）方式等であってもよい。

【００９８】

【発明の効果】（１）請求項１又は１１に係る本発明に
よれば、複数の領域の設計上の配列情報と実際の配列と
の間に生じている誤差のうちの一次変換モデルで近似で
きない成分に応じて予め決定された第１式を用いて、複
数領域の設計上の配列情報から予想配列情報を算出し、
複数領域のうちの所定領域の実測情報と予想配列情報と
から、誤差成分のうちの一次変換モデルで近似できる成
分に対応する第２式を決定し、決定された第２式を用い
て、所定領域を含む複数領域の配列情報が算出される。
このため、一次変換モデルで近似できない成分までカバ
ー可能となるにも関わらず、実測される所定領域の数を
増やす必要はなく、位置合わせのための時間を短時間に
抑えることができる。 （２）請求項７又は１５に係る本発明によれば、複数基
板の中の第１基板上に形成された複数領域を実測して得
られる第１実測情報に基づいて、第１基板上の複数領域
の設計上の配列情報と実際の配列との間に生じている誤
差成分のうちの再現性のある成分に対応する第１式が決
定され、この第１式を用いて、第１基板とは異なる第２
基板上に形成された複数領域の設計上の配列情報から予
想配列情報を算出し、第２基板上の複数領域のうちの所
定領域を実測して得られる第２実測情報と予想配列情報
とから、誤差成分のうちの再現性の無い成分に対応する
第２式を決定するため、位置合わせのための時間を短時
間に抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例である位置合わせ方法が適
用される縮小投影型露光装置の構成を示すブロック図で
ある。

【図２】図１と同様のブロック図である。

【図３】ウェハ上のショット領域およびアライメントマ
ークを示す平面図である。

【図４】第１実施例の動作を説明するためのフローチャ
ートである。

【図５】アライメント用に選択されたショット領域を示
す平面図である。

【図６】本発明の第２実施例である位置合わせ方法を示
すフローチャートである。

【図７】アライメント点の選択方法の一例を示す図であ
る。

【符号の説明】

Ｓ ショット領域 Ｓ₁〜Ｓ₈ 特定ショット領域 ＭＸ、ＭＹ アライメントマーク Ｗ ウェハ

Claims (17)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上に形成された複数の領域のそれぞれ
   を特定位置に位置合わせする位置合わせ方法であって、 前記複数の領域の設計上の配列情報と実際の配列との間
   に生じている誤差のうちの一次変換モデルで近似できな
   い成分に応じて予め決定された第１式を用いて、前記複
   数領域の設計上の配列情報から予想配列情報を算出し、 前記複数領域のうちの所定領域の実測情報と前記予想配
   列情報とから、前記誤差成分のうちの一次変換モデルで
   近似できる成分に対応する第２式を決定し、 決定された前記第２式を用いて、前記所定領域を含む前
   記複数領域の配列情報を算出し、 前記第２式を用いて算出された前記複数領域の配列情報
   に基づいて、前記複数領域のぞれぞれを前記特定位置に
   位置合わせすることを特徴とする位置合わせ方法。
2. 【請求項２】請求項１の位置合わせ方法において、 前記第１式を、実験またはシミュレーションの結果に基
   づいて決定することを特徴とする位置合わせ方法。
3. 【請求項３】請求項１又は２記載の位置合わせ方法にお
   いて、 前記第１式が、二次以上の多項式、三角関数、指数関数
   の少なくとも１つを含むことを特徴とする位置合わせ方
   法。
4. 【請求項４】請求項１乃至３いずれか一項記載の位置合
   わせ方法において、 前記第１式は、前記基板に施される処理に起因した前記
   基板の変形に応じて決定されることを特徴とする位置合
   わせ方法。
5. 【請求項５】請求項１乃至４いずれか一項記載の位置合
   わせ方法において、 前記第１式は、前記ウエハの材質と下地の種類との少な
   くとも一方に応じて決定されることを特徴とする位置合
   わせ方法。
6. 【請求項６】請求項１乃至５いずれか一項記載の位置合
   わせ方法によって位置合わせされる基板上の複数領域の
   少なくとも１つに、所定パターンを転写することを特徴
   とする露光方法。
7. 【請求項７】基板上に形成された複数の領域のそれぞれ
   を所定位置に位置合わせする位置合わせ方法であって、
   複数の基板の各々に複数形成された領域を順次、前記所
   定位置に位置合わせする位置合わせ方法において、 前記複数基板の中の第１基板上に形成された複数領域を
   実測して得られる第１実測情報に基づいて、前記第１基
   板上の複数領域の設計上の配列情報と実際の配列との間
   に生じている誤差成分のうちの再現性のある成分に対応
   する第１式を決定し、 前記第１式を用いて、前記第１基板とは異なる第２基板
   上に形成された複数領域の設計上の配列情報から予想配
   列情報を算出し、 前記第２基板上の複数領域のうちの所定領域を実測して
   得られる第２実測情報と前記予想配列情報とから、前記
   誤差成分のうちの再現性の無い成分に対応する第２式を
   決定し、 決定された前記第２式を用いて導き出される、前記所定
   領域を含む前記複数領域の配列情報に基づいて、前記第
   ２基板上の複数領域のそれぞれを前記特定位置に位置合
   わせすることを特徴とする位置合わせ方法。
8. 【請求項８】請求項７の位置合わせ方法において、 前記第１式が、基板を所定枚処理する毎に更新されるこ
   とを特徴とする位置合わせ方法。
9. 【請求項９】請求項７又は８記載の位置合わせ方法にお
   いて、 前記第１式が、高次変換モデルであることを特徴とする
   位置合わせ方法。
10. 【請求項１０】請求項７乃至９いずれか一項記載の位置
    合わせ方法によって位置合わせされる基板上の複数領域
    の少なくとも１つに、所定パターンを転写することを特
    徴とする露光方法。
11. 【請求項１１】基板上に形成された複数の領域それぞれ
    と所定パターンとを位置合わせして、前記所定パターン
    を前記複数の領域それぞれに転写する露光装置であっ
    て、 前記複数の領域の設計上の配列情報と実際の配列情報と
    の間に生じている誤差成分のうちの一次変換モデルで近
    似できない成分に応じて予め決定された第１式を記憶す
    る第１記憶手段と、 前記複数領域の設計上の配列情報を記憶する第２記憶手
    段と、 前記第１記憶手段から読み出される前記第１式を用い
    て、前記第２記憶手段より読み出される前記設計上の配
    列情報から、予想配列情報を算出する第１演算手段と、 前記複数の領域のうちの所定領域の配列に関する情報を
    実測する実測手段と、 前記実測手段によって実測された前記所定領域の実測情
    報と、前記第１演算手段によって算出された前記予想配
    列情報とから、前記誤差成分のうちの一次変換モデルで
    近似できる成分に対応する第２式を決定する第２演算手
    段と、 決定された前記第２式を用いて導き出される、前記所定
    領域を含む前記複数領域の配列情報に基づいて、前記複
    数領域のそれぞれと前記所定パターンとを位置合わせす
    る位置合わせ手段とを有することを特徴とする露光装
    置。
12. 【請求項１２】請求項１１の露光装置において、 前記第１式は、実験またはシミュレーションの結果に基
    づいて決定することを特徴とする露光装置。
13. 【請求項１３】請求項１１又は１２記載の露光装置にお
    いて、 前記第１式が、二次以上の多項式、三角関数、指数関数
    の少なくとも１つを含むことを特徴とする露光装置。
14. 【請求項１４】請求項１１乃至１３いずれか一項記載の
    露光装置において、 前記第１式は、前記基板に施される処理に起因した前記
    基板の変形に応じて決定されることを特徴とする露光装
    置。
15. 【請求項１５】基板上に形成された複数の領域それぞれ
    と所定パターンとを位置合わせして、前記所定パターン
    を前記複数の領域それぞれに転写する露光装置であっ
    て、複数の基板それぞれに形成された複数領域を順次位
    置合わせする露光装置において、 前記複数基板のうちの第１基板上に形成された複数領域
    の配列情報を計測して第１実測情報を獲得する計測手段
    と、 計測された前記第１実測情報に基づいて、前記複数の領
    域の設計上の配列情報と実際の配列との間に生じている
    誤差成分のうちの再現性のある成分に対応する第１式を
    決定する第１演算手段と、 前記第１式を用いて、前記第１基板とは異なる第２基板
    上に形成された複数領域の設計上の配列情報から予測配
    列情報を算出する第２演算手段と、 前記第２基板上の複数の領域の内の所定領域を実測して
    得られる第２実測情報と前記予想配列情報とから、前記
    誤差成分のうちの再現性の無い成分に対応する第２式を
    決定する第２演算手段と、 決定された前記第２式を用いて導き出される、前記所定
    領域を含む前記複数領域の配列情報に基づいて、前記第
    ２基板上の複数領域のそれぞれと前記所定パターンとを
    位置合わせする位置合わせ手段とを有することを特徴と
    する露光装置。
16. 【請求項１６】請求項１５の露光装置において、 前記第１式が、基板を所定枚処理する毎に更新されるこ
    とを特徴とする露光装置。
17. 【請求項１７】請求項１５又は１６記載の露光装置にお
    いて、 前記第１式が高次変換モデルであることを特徴とする露
    光装置。