JP3259314B2 - アライメント方法、露光方法、デバイス製造方法、アライメント装置、露光装置、及び前記デバイス製造方法により製造されたデバイス - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体装置製造
用の露光装置、リペア装置又は検査装置等において被処
理基板を位置合わせする場合に適用して好適な位置合わ
せ方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】被処理基板たる半導体基板（ウェハ）上
にマスク又は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）させる行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。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６１−４４４２
９号公報参照）。

【０００３】即ち、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、以下のような要因により配列座標
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。

【０００４】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置された半導体基板に対
し、この基板上の座標系（ｘ，ｙ）を静止座標系として
のステージの座標系（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。

【０００５】この場合、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座標系（ｘ，ｙ）上の設計上の座標
がそれぞれ（ｘ₁ ，ｙ₁ ）、（ｘ₂ ，ｙ₂ ）、……、
（ｘ_n ，ｙ_n ）であるアライメントマークに対して所定
の基準位置への位置合わせ（アライメント）を行い、そ
のときの座標値（ｘ_M1，ｙ_M1），（ｘ_M2，ｙ_M2），…
…，（ｘ_Mn，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設計上の配列座標（ｘ_i ，ｙ_i）
（ｉ＝１，…，ｎ）を上述の（数１）に代入して得られ
る計算上の座標（Ｘ_i，Ｙ_i ）とアライメント時の計測
された座標（ｘ_Mi，ｙ_Mi）との差（Δｘ，Δｙ）をアラ
イメントの誤差と考える。このアライメント誤差Δｘ，
Δｙは次式で定義される。

【数２】

【０００６】この（数２）をａ〜ｆの各パラメータで偏
微分し、その値が０となるような方程を立てて、次の連
立方程式を解けばパラメータａ〜ｆが求められる。

【数３】 これ以降は、（数１）を用いて計算した配列座標に基づ
いて半導体基板の各ショットの位置合わせを行えばよ
い。

【０００７】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を用いて半導体基
板の位置合わせを行うようにしてもよい。

【数４】 この際、（数４）においてｋ＝１とおけば（数１）と等
しくなるということは言うまでもない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
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
ているはずのチップパターンが、熱処理に伴う伸縮及び
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亘
って良好な位置合わせ精度を得るのが困難であるという
不都合があった。

【０００９】また、例えば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ついては、位置合わせパラメ
ータが一次式近似のときより多いので、多数のアライメ
ントマークについてその座標を実測する必要があり、露
光装置全体のスループット低下を招くという不都合があ
る。従って、必要以上に高次の変換式を用いるのは好ま
しくない。更には、或る特定のショットだけが大きく配
列から外れている場合、そのショットの誤差を小さくす
るような計算上の配列座標を得ることは難しいという不
都合があった。本発明は斯かる点に鑑み、スループット
をあまり低下させることなく、例えば１次近似等の低次
の近似で取り除くことができないような非線形誤差の大
きなショットのアライメント精度を向上できるアライメ
ント方法を提供することを目的とする。また本発明は、
そのようなアライメント方法を用いる露光方法、並びに
そのようなアライメント方法を実施できるアライメント
装置及び露光装置を提供することをも目的とする。更に
本発明は、そのようなアライメント方法を用いたデバイ
ス製造方法、及びそのようなデバイス製造方法により製
造されるデバイスを提供することをも目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載のアライメ
ント装置は、設計上の配列座標に従って二次元的に基板
（Ｗ）上に形成された複数のショット領域の各々を、そ
の基板の移動位置を規定する静止座標系の所定の基準位
置に対して位置合わせするアライメント装置であって、
その静止座標系における複数のそのショット領域の座標
位置に関する第１座標位置情報を測定する測定手段（１
〜９、１２、２０〜３５）と、その測定手段で測定され
たショット領域のうちの少なくとも３つのショット領域
に関するその第１座標位置情報を統計演算することによ
って、その静止座標系におけるその複数のショット領域
の各々の座標位置に関する第２座標位置情報を算出する
演算手段（５０）と、その測定手段により測定されたそ
の第１座標位置情報とその演算手段により算出されたそ
の第２座標位置情報とから、その測定手段により測定さ
れたショット領域各々の座標位置の非線形誤差成分を求
め、この非線形誤差成分に基づいて、その演算手段でそ
の第２座標位置情報を算出する際に利用するショット領
域である指定ショット領域を決定する決定手段（５０，
ステップ１１４）とを有するものである。また、請求項
１６記載の露光装置は、本発明のアライメント装置によ
りアライメントされた基板上に、所定パターンを転写す
るものである。次に、請求項１７に記載のアライメント
方法は、設計上の配列座標に従って二次元的に基板
（Ｗ）上に形成された複数のショット領域の各々を、そ
の基板の移動位置を規定する静止座標系の所定の基準位
置に対して位置合わせするアライメント方法であって、
その静止座標系における複数のそのショット領域の座標
位置に関する第１座標位置情報を測定し（ステップ１０
３、ステップ１１４）、その測定されたショット領域の
うちの少なくとも３つのショット領域に関するその第１
座標位置情報を統計演算（ステップ１０５、ステップ１
１６）することによって、その静止座標系におけるその
複数のショット領域の各々の座標位置に関する第２座標
位置情報を算出し（ステップ１０６、ステップ１１
７）、その測定されたその第１座標位置情報と算出され
たその第２座標位置情報とから、測定されたショット領
域各々の座標位置の非線形誤差成分を求め、この非線形
誤差成分に基づいて（ステップ１０８）、その第２座標
位置情報を算出する際に利用するショット領域である指
定ショット領域を決定する（ステップ１１４）ものであ
る。また、請求項２５記載の露光方法は、本発明のアラ
イメント方法によりアライメントされた基板上に、所定
パターンを転写するものである。また、請求項２６記載
のデバイス製造方法は、その所定パターンを、本発明の
露光方法を用いてその基板上に転写する工程を含むもの
である。また、請求項２７記載のデバイスは、本発明の
デバイス製造方法によって製造されたものである。

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【作用】斯かる本発明によれば、静止座標系におけるシ
ョット領域の座標位置に関する測定結果と、この測定結
果のうちの少なくとも３つのショット領域に関する測定
結果を統計演算して得られた静止座標系における複数の
ショット領域の各々の座標位置を示す演算結果とからシ
ョット領域各々の座標位置の非線形誤差成分を求め、こ
の非線形誤差成分に基づいて、サンプルショットを決定
するようにした。このため、非線形誤差の大きなショッ
トをサンプルショットから削除したり、非線形誤差の小
さなサンプルショットに変更したりすることができるの
で、アライメント精度を向上できる。更に複数枚のウエ
ハのアライメントを行う際に、所定基板（２枚目ウエ
ハ）の演算上のショット座標位置情報を算出するのに先
立って、この所定基板よりも以前にアライメント計測が
なされた特定基板（１枚目ウエハ）の非線形誤差情報に
基づいて、該特定基板において測定したショット領域数
（全ショット）よりも少ない数（８ショット）の中から
よりサンプルショットに好ましいショットを選択するこ
とも可能となるので、複数基板のアライメントを行う際
には、スループットを低下させずに、且つアライメント
精度も向上させることができる。また本発明によれば例
えば１ロット等のＮ枚の基板Ｗの内の例えば１枚目又は
例えば先頭の数枚の基板Ｗについては、ほぼ全ショット
について計測が行われる。各ショットの基板Ｗ上の設計
上の配列座標を（ｘｉ，ｙｉ）（ｉ＝０，１，２，‥
‥）として、各ショットの計測された配列座標を
（ｘ_Mi，ｙ_Mi）とする。例えば一次近似で考えると、６
個のパラメータａ〜ｆを用いて、（数１）と同様にし
て、設計上の配列座標（ｘｉ，ｙｉ）と計測された配列
座標（ｘ_Mi，ｙ_Mi）との間には近似的に次の関係があ
る。

【００１８】（数５）のパラメータは６個であるため、
原理的には３ショット分の座標の計測値（ｘ_Mi，ｙ_Mi）
を用いることにより、その６個のパラメータを決定する
ことができる。ただし、４ショット分以上の座標の計測
値を用いて、例えば最小二乗法的に（数２）のΔｘ及び
Δｙが最小になるようにそれら６個のパラメータを定め
るようにしてもよい。また、二次近似で考えると、設計
上の配列座標（ｘ_i ，ｙ_i ）と計測された配列座標（ｘ
_Mi，ｙ_Mi）とは１０個のパラメータを用いて関係付ける
ことができ、これら１０個のパラメータは５ショット分
以上の計測結果から決定することができる。同様に、よ
り高次の近似をも行うことができる。

【００１９】その後、各ショットの設計上の配列座標
（ｘ_i ，ｙ_i ）及び決定されたパラメータを（数５）又
はより高次の変換式の右辺に代入することにより、各シ
ョットに対して新配列座標としての計算上の配列座標
（Ｘ_i ，Ｙ_i ）が求められる。この場合、各ショットの
内で計測された配列座標（ｘ_Mi，ｙ_Mi）と計算上の配列
座標（Ｘ_i ，Ｙ_i ）との偏差が小さいショットはその近
似が適用できると推定できるショットである。一方、そ
の偏差が大きいショットは高次の誤差が大きく、その近
似をそのまま適用しない方がよいと推定されるショット
であり、これが特定ショット領域として指定される。

【００２０】そこで、それ以降の基板Ｗの位置決めを行
うときには、その近似が適用できると推定できるショッ
トについては、例えば（数５）又はより高次の変換式で
求めた計算上の配列座標（Ｘ_i ，Ｙ_i ）に基づいて位置
決めを行う（ただし、変換式のパラメータは各基板Ｗ毎
に定める）。一方、その近似が適用できないと推定され
る特定ショット領域については、例えば個別に計測され
た配列座標（ｘ_Mi，ｙ_Mi）に基づいて位置決めを行う等
の手法で位置決めを行うことにより、非線形誤差の大き
いショットでも高精度にアライメントを行うことができ
る。この場合、例えば先頭の１枚又は数枚の基板を除く
残りの基板については、例えば変換式のパラメータを定
めるために少数のショットについて計測を行うだけでよ
いため、スループットはほとんど低下しない。

【００２１】また本発明によれば、特定ショット領域を
求めるための基板以外の一般の基板について、計算上の
座標位置を算出する際に（ステップ１１６）、例えば
（数５）又はより高次の変換式のパラメータａ〜ｆ等を
決定する際のデータからは特定ショット領域の計測され
た配列座標は除かれる。従って、それらパラメータとし
てより正確な値が求められる。また本発明によれば、特
定ショット領域を求めるための基板以外の一般の基板の
特定ショット領域については、計算上の座標位置の外に
その特定ショット領域を定めるための基板について求め
た計測上の座標位置と計算上の座標位置との偏差が考慮
される。従って、それら特定ショット領域がより正確に
位置決めされる。

【００２２】また本発明によれば、特定ショット領域を
求めるための基板以外の一般の基板の特定ショット領域
については、個別に計測された座標位置に従って位置決
めされる。特定ショット領域は計算上の座標位置との偏
差が大きいと推定されるので、実際に計測することによ
り正確に位置決めすることができる。また本発明によれ
ば、その特定ショット領域の計測は、例えば（数５）又
はより高次の変換式のパラメータを決定する場合のデー
タを得るための３つ以上のショット領域の計測と共に実
行される。従って、位置合わせの動作が円滑に実行され
る。

【００２３】また本発明によれば、特定ショット領域が
多く存在するような場合には、それら特定ショット領域
から選ばれた３つ以上の特定ショット領域の座標位置が
計測され、この計測結果に基づいて（数５）又はより高
次の変換式のパラメータが決定される。そして、このよ
うに決定されたパラメータにより計算された配列座標に
基づいてそれら特定ショット領域が位置決めされる。こ
れにより、特定ショット領域が基板の例えば周辺等に比
較的規則的に多く存在するような場合にも、いくつかの
特定ショットの座標を実測するだけで高いスループット
で比較的正確に位置決めを行うことができる。また本発
明によれば、特定ショット領域が計算上の配列座標に偏
差を加算した結果に基づいて位置決めされる。このよう
に単に加算するだけの単純な演算だけで、実測すること
なく、比較的正確に特定ショット領域の位置合わせを行
うことができる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の実施例につき図面を参照して
説明する。本実施例は、ステップアンドリピート方式で
レチクル上のパターンをウェハ上に転写する縮小投影型
露光装置（ステッパ）に本発明を適用したものである。
図１及び図２は、本実施例のステッパの要部を示し、こ
れら図１及び図２はＡ−Ａ′線によりつながっている。
以下、位置合わせ方法の実施例の説明の前に、ステッパ
の概略について説明する。

【００２５】図１及び図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、ｊ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。

【００２６】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（図示省略）の射出端面近傍の２次光源像が形
成される。

【００２７】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（図示省略）がミラー
１６、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る。

【００２８】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、このステ
ージコントローラ１４は干渉計１２の計測結果たるウェ
ハステージＳＴの実測座標値に基づいて駆動系１３を制
御し、ウェハステージＳＴの移動及び位置決めを行う。

【００２９】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。

【００３０】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及び図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及びビーム
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を透過して出射したビーム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。

【００３１】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。

【００３２】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、且つ、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。

【００３３】ウェハＷ上にはアライメントマーク（図
１、図２において図示省略）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Ｓ
Ｔ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。

【００３４】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を経て、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の瞳面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。

【００３５】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。

【００３６】なお、図１及び図２においてはＴＴＬ方式
のアライメント光学系を１組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。

【００３７】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るに、図１及び図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２７
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。

【００３８】なお、図１及び図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２
７までの光路中には、適当な照明視野絞りが対物レンズ
２７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２
２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。

【００３９】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及び
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及びミラー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。

【００４０】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
イールド・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。

【００４１】なお、図１及び図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。

【００４２】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。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 及び図１の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。

【００４３】５０３はショットマップデータ部であり、
このショットマップデータ部５０３には、ウェハＷ上の
露光すべきショットの配列座標値の設定値が格納（記
憶）されている。更に、このショットマップデータ部５
０３には、ウェハＷ上のアライメントすべきショットの
配列座標値の設定値も格納（記憶）されている。アライ
メントすべきショット領域（以下、選択ショット領域と
称する）の数および位置は、位置合わせの精度及び露光
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６に示すように、８個
のショット領域Ｓ₁ 〜Ｓ₈ が選択ショット領域として選
択されている。

【００４４】なお、選択ショット領域の数及び位置につ
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）を用いてショットマップデータ部５０３に設定し
ておくか、あるいは、シーケンスコントローラ５０６が
自動的に選択して設定するようにしておけばよい。選択
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（更にはその厚さ）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、選択ショット領域の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、選択
ショット領域の数及び位置はウェハ毎に異ならせても構
わない。

【００４５】なお、このショットマップデータ部５０３
には、設定値として第１層目の露光時に使用される設計
上の配列座標値も記憶されているものとする。あるい
は、特に第３層目以降の重ね合わせ露光では、前層の位
置合わせにあたってＡＬＧ演算ユニット５０２で演算さ
れた計算上の配列座標値を記憶しておくようにしても良
く、この場合は、１層の露光毎にデータ更新を行うよう
にしておけば良い。

【００４６】５０５は誤差記憶部であり、この誤差記憶
部５０５には、ショット配列座標値から予想配列座標値
を算出するためのアライメントマークの配列モデル（モ
デル関数）等が予め格納（記憶）されている。この誤差
記憶部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の移動制御のため一連の手順を決定す
る。

【００４７】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）及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。

【００４８】このアライメントマークＭＸ_i 、ＭＹ_i
は、上述のように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方向に所定ピッチで複
数本配列されて構成されており、ショット領域Ｓ_i の中
心点ＳＣからそれぞれｘ方向、ｙ方向に延出する線Ｃ
Ｘ、ＣＹ上に位置されている。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。但し、上述のマークの一部は直線状の
マークで置き換えることもでき、さらには、中央部のみ
ドットパターンで構成されるマークとして残りを直線状
のマークで構成することが望ましい。本実施例では、こ
のアライメントマークＭＸ_i 、ＭＹ_i がＴＴＬ方式のア
ライメント光学系及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。

【００４９】次に、図４及び図５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図１〜図３に
示す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。

【００５０】まず、ステップ１０１では、シーケンスコ
ントローラ５０６の制御によりウェハステージＳＴ上に
ロット内の先頭（１枚目）のウェハＷがローディングさ
れ、ウェハＷは粗く（例えば±２μｍ程度の精度で）ア
ライメントされて載置される。次いで、ステップ１０２
では、ショットマップデータ部５０３に格納されたショ
ットの設計上の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）に対する全ショット領域への移動が順次
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Ｓ
Ｔ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 、Ｍ
Ｙ_i が照射される位置までウェハＷを移動させる。

【００５１】次いで、ステップ１０３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。各ロットの先頭ウェハに
ついて、全ショットのアライメントが終了したら（ステ
ップ１０４）、予め選択した複数個（３個以上）の指定
ショット（例えばウェハ外周付近に位置するショット）
のアライメント結果から、例えば１次近似のパラメータ
値ａ〜ｆを求める（ステップ１０５）。具体的には、予
め選択した複数ショット（ここでは８ショットとする）
の設計上の配列座標（ｘ_Sj，ｙ_Sj）（ｊ＝１，２，‥
‥，８）及び対応する計測された配列座標（Ｘ_Sj，
Ｙ_Sj）が与えられている。そして、既に説明したよう
に、１次近似の場合には、（数１）の右辺の座標（ｘ，
ｙ）として設計値（ｘ_Sj，ｙ_Sj）を代入し、左辺の座標
（Ｘ，Ｙ）として計測値（Ｘ_Sj，Ｙ_Sj）を代入した場合
に、（数２）で表される誤差が最小になるように最小二
乗法により、それら６個のパラメータａ〜ｆが決定され
る。

【００５２】次に、ステップ１０６において、このよう
にして決定された６個のパラメータａ〜ｆ及び各ショッ
トの設計上の配列座標（ｘ_i ，ｙ_i ）（ｉ＝０，１，
２，‥‥）を順次（数１）の右辺に代入することによ
り、各ショットの計算上の配列座標（Ｘ_i ′，Ｙ_i ′）
が求められる。この計算上の配列座標（Ｘ_i ′，Ｙ
_i ′）が新配列座標である。そして、各ショットのアラ
イメントの結果、計測された配列座標（Ｘ_i ，Ｙ_i ）と
新配列座標（Ｘ_i ′，Ｙ_i ′）との差が、１次近似で取
り除けなかった非線形誤差である。各ショットの非線形
誤差を誤差記憶部５０５に記憶しておく（ステップ１０
７）。ここで、この非線形誤差がある設定値（例えば
０．１μｍ）以内のショットについては、ステップ１０
９において新配列座標に従って露光されることになる。
一方、設定値を越えるショットについては、特定ショッ
トとして指定して誤差記憶部５０５に記憶し（ステップ
１０８）、さらにステップ１０９において特定ショット
は、各アライメントの結果得られた計測値（Ｘ_i ，Ｙ
_i ）に従って位置決めしてから露光が行われることにな
る。

【００５３】すなわち、ウェハ上の複数のショット領域
に対して順次レチクルパターンを重ね合わせ露光してい
く際、特定ショットについては先に計測した座標値に従
って位置決めし、特定ショット以外の残りの全てのショ
ットについては新配列座標に従って位置決め、露光を行
うことになる（ステップ１０９）。これらの露光動作に
より１枚目のウェハの露光が終了し（ステップ１１
０）、ウェハ交換が行われ（ステップ１１１）、２枚目
のウェハがステージＳＴ上に載置されることになる。

【００５４】各ロットの２枚目以降のウェハについて
は、先ずステップ１１２でステップ１０１と同様に粗い
位置決めを行った後に、図５のステップ１１３に移行す
る。そして、ステップ１１３〜１１５において、シーケ
ンスコントローラ５０６の指示により予め選択された図
６に示す８個の指定されたショットについてのみアライ
メントを行って、それら指定されたショットの計測され
た配列座標（Ｘ_i ，Ｙ_i）を求める。次に、ステップ１
１６において、それら選択ショットの設計上の配列座標
（ｘ_i ，ｙ_i ）及び計測された配列座標（Ｘ_i ，Ｙ_i ）
に基づいて、最小二乗法により、１次近似であれば（数
３）を満たすそのウェハに固有の６個のパラメータａ〜
ｆの値を決定する。

【００５５】次にステップ１１７において、先のステッ
プ１０６と同様に、ステップ１１６で決定された６個の
パラメータａ〜ｆと、各ショットの設計上の配列座標と
に基づいて、（数１）により各ショットの計算上の配列
座標を新配列座標として決定（算出）し、記憶する。さ
らにステップ１１８において、先のステップ１０８で指
定した特定ショットに対応する２枚目のウェハ上のショ
ット領域（特定ショット）について、そのマーク計測が
必要か否かを判断する。このとき、例えばステップ１０
７で求めた非線形誤差、すなわち特定ショットの非線形
誤差の大きさに基づいて、マーク計測の要否を判断する
ようにして良い。つまり、非線形誤差が極端に大きな特
定ショットが存在するときにはマーク計測を行うように
し、次のステップ１２１に進む。ここでは特定ショット
の非線形誤差が大きくなく、マーク計測を行わないと判
断されたものとして、次のステップ１１９へ進む。

【００５６】このステップ１１９では、ステップ１１７
で求めた新配列座標とステップ１０７で求めた非線形誤
差、すなわち特定ショットの非線形誤差とに基づいて、
２枚目のウェハ上の全てのショット領域に対する重ね合
わせ露光を実行する。つまり、１枚目のウェハ（ステッ
プ１０８）で指定された特定ショットに対応する２枚目
のウェハ上のショット領域（特定ショット）の各々に対
しては、このウェハに固有の新配列座標、すなわち計算
上の配列座標に、その非線形誤差をオフセットとして加
算して決定した配列座標に従ってウェハステージＳＴを
位置決めし、当該ショットに対する重ね合わせ露光を行
う。一方、２枚目のウェハ上のショット領域のうち特定
ショットを除く残りの全てのショット領域の各々に対し
ては、計算上の配列座標のみに従ってウェハステージＳ
Ｔを位置決めし、当該ショットに対する重ね合わせ露光
を行う。この結果、ウェハ上の全てのショット領域に対
してレチクルパターンを精度良く重ね合わせ露光するこ
とができ、これにより２枚目のウェハへの露光が終了す
る。

【００５７】次のステップ１２０において、ロット内の
全てのウェハに対して重ね合わせ露光が行われたか否か
を判断する。ここでは２枚目のウェハまでしか露光が行
われていないので、直ちにステップ１１１に戻ってウェ
ハ交換を行い、３枚目のウェハに対してステップ１１２
〜１２０の動作を繰り返し実行する。以下、ロット内の
全てのウェハに対する露光が終了するまで、ステップ１
１１〜１２０を繰り返して実行することにより同一ロッ
トに対する露光工程が終了する。

【００５８】一方、ステップ１１８において特定ショッ
トのマーク計測が必要と判断されると、シーケンスコン
トローラ５０６はステップ１２１に進み、先のステップ
１０２、１０３と全く同様の動作でステップ１２１、１
２２を実行して、特定ショットのマーク位置（座標値）
を検出する。以下、ステップ１２１〜１２３を繰り返し
実行し、全ての特定ショットに対するマーク計測が終了
した時点でステップ１２４に進む。

【００５９】このステップ１２４では、ステップ１１７
で求めた新配列座標とステップ１２１〜１２３で検出し
た全ての特定ショットの計測上の配列座標とに基づい
て、２枚目のウェハ上の全てのショット領域に対する重
ね合わせ露光を実行する。つまり、２枚目のウェハ上の
特定ショットの各々に対しては、計測上の配列座標に従
ってウェハステージＳＴを位置決めし、当該ショットに
対する重ね合わせ露光を行う。一方、特定ショットを除
く残りの全てのショット領域の各々に対しては、計算上
の配列座標のみに従ってウェハステージＳＴを位置決め
し、当該ショットに対する重ね合わせ露光を行う。この
結果、ウェハ上の全てのショット領域に対してレチクル
パターンを精度良く重ね合わせ露光することができ、こ
れにより２枚目のウェハへの露光が終了する。

【００６０】尚、ステップ１１８では１つでも極端に非
線形誤差が大きな特定ショットがあれば、ステップ１２
１に進むようにすることが望ましい。このとき、全ての
特定ショットの各々についてマーク計測を行う必要はな
く、複数の特定ショットのうち非線形誤差が極端に大き
なショットのみについてそのマーク計測を行うようにし
ても良く、マーク計測を行わなかった特定ショットにつ
いては、先のステップ１１９と同様に、新配列座標にそ
の非線形誤差をオフセットとして加算して決定した配列
座標を用いて位置合わせを行えば良い。

【００６１】以上本例では、ステップ１１８にて特定シ
ョットのマーク計測を行うか否かを判断していたが、予
めマーク計測の要否を決定してステップ１１９とステッ
プ１２１〜１２４とをマニュアルで適宜切り替えるよう
にしても良い。また、本例では特定ショットのマーク計
測をステップ１２１〜１２４で行うようにしていたが、
例えばステップ１１５において指定ショットとともに特
定ショットのマーク計測を行うようにしても構わない。
さらにステップ１０９では、特定ショット以外のショッ
ト領域を新配列座標（計算上の配列座標）に従って露光
していたが、特定ショットを含むウェハ上の全てのショ
ット領域を、先のステップ１０２〜１０４で計測した配
列座標に従って露光するようにしても構わない。また、
一般に１つのショット領域にはＸ、Ｙ方向用の２組のア
ライメントマークが付随して形成されており、ステップ
１０８での特定ショットの指定時、あるいはステップ１
１８でのマーク計測の要否の決定時においては、各ショ
ットのＸ、Ｙ方向の座標値の両方、あるいはいずれか一
方が所定の設定値を越えるか否かで各ステップでの判断
を行えば良い。

【００６２】このように本例によれば、同一のロットの
１枚目のウェハについては全ショットの計測を行って、
各ロットについて計測された配列座標と新配列座標との
差である非線形誤差が求められる。そして、２枚目以降
のウェハについては、個別に所定の個数のショットの計
測を行うことにより当該ウェハ用の新配列座標を決定す
るためのパラメータが求められ、１枚目のウェハでの計
測結果より非線形誤差が設定値以下と推定されるショッ
トについてはその新配列座標に従って露光が行われる。
一方、２枚目以降のウェハにおいて、１枚目のウェハで
の計測結果より非線形誤差が大きいと推定されるショッ
トについては、新配列座標にその非線形誤差を加算して
得た座標又は個別に計測して得た座標に従って露光が行
われる。

【００６３】一般に、熱処理プロセスを経ることにより
ウェハには部分的な伸縮が生ずることがあり、このよう
な伸縮が各ショットの非線形誤差の原因の１つであると
考えられる。また、そのような部分的な伸縮は同一ロッ
ト内のウェハではほぼ同じショット領域に生ずると推定
される。そこで、本例によれば２枚目以降のウェハにお
いて、１枚目のウェハでの計測結果から非線形誤差が大
きいと推定されるショットについては上述の２通りの手
法の何れかの手法を用いているので、同一ロット内の全
ウェハの非線形誤差が大きいと推定されるショットを正
確にアライメントできる。また、全ショットの計測を行
うのは、先頭（１枚目）のウェハのみであるため、スル
ープットの低下は最小限に抑えられている利点がある。

【００６４】なお、上述実施例では１枚目のウェハの全
ショット計測の結果だけから、２枚目以降のウェハの各
ショットについて新配列座標に従って露光するか、オフ
セットを加えて露光するか又は個別に計測して露光する
かの区別をしているが、例えば１枚目及び２枚目のウェ
ハ、１枚目〜３枚目のウェハ又は４枚以上のウェハにつ
いてそれぞれ全ショット計測をして、それらの平均値か
らそれ以降のウェハの各ショットの露光方法を決定する
ようにしてもよい。これによって、例えば各ウェハのシ
ョット毎の非線形誤差を平均化し、この平均値をもって
特定ショットの指定を行うことができ、この平均化効果
により特定ショットの選択精度の向上が期待できる。

【００６５】また、上述実施例では、パラメータ計算に
使うための計測値を得るためのショット（指定ショッ
ト）を予め決定していたが、そのパラメータを用いて計
算した結果、計測値を得るための指定ショットの非線形
誤差が大きいことが分かった場合（すなわち当該ショッ
トが特定ショットとして指定された場合）には、ウェハ
内で指定ショットをそのショットに近い非線形誤差の小
さなショットと入れ替えてもよい。つまり、予め指定シ
ョットから特定ショットを外しておいても良い。また、
予め指定ショットを設定するのではなく、全ショット計
測を行った後に非線形誤差の小さいショットから指定シ
ョットを選んでいってもよい。

【００６６】以下に、予め選択された指定ショットの一
部を入れ替える方法の一例について説明する。先ず、ロ
ットの先頭ウェハについて、全ショット計測を行う。全
ショットのアライメントの結果計測された配列座標を使
って、１次近似であれば、最小二乗法より（数３）を満
たすパラメータａ〜ｆの値ａ₁ 〜ｆ₁ を求めるととも
に、全ショットについて非線形誤差を算出する。次に、
非線形誤差が所定の設定値より小さいショットの計測値
のみを使って再び、（数３）を満たすパラメータａ〜ｆ
の値ａ₂ 〜ｆ₂ を求める。そして、予め選択された指定
ショットの中で、パラメータ値ａ₂ 〜ｆ₂ から算出され
る非線形誤差が所定の設定値より大きいショットについ
ては、そのショットを選択された指定ショットから外
し、その指定ショットの近くのショットで非線形誤差が
設定値より小さいショットを、そのロットの指定ショッ
トとして選択する。

【００６７】このようにして、最終的に全ての指定ショ
ットを決定したら、それらショットの計測された配列座
標から（数３）を満たすパラメータａ〜ｆの値ａ₃ 〜ｆ
₃ を求め、全ショットについて非線形誤差を算出して記
憶する。その後の露光方法は、図４及び図５に示したシ
ーケンスと同じである。また、指定ショットの変更及び
決定、露光方法を区別するショットの分類又は非線形誤
差の大きなショットに加算するオフセットの値等につい
ても、１枚目のウェハの計測結果だけで決めるのではな
く、例えば１枚目及び２枚目のウェハ、１枚目〜３枚目
のウェハ又は４枚以上のウェハについて全ショット計測
をして、それらの平均値から求めるようにしてもよい。

【００６８】上記の例では、ａ₁ 〜ｆ₁ 、ａ₂ 〜ｆ₂ 及
びａ₃ 〜ｆ₃ の３組のパラメータ値を求めているが、以
下のような方法も使用できる。即ち、全ショットの計測
をした後、予め選択された指定ショットの計測値を使っ
て（数１）を満たすパラメータａ〜ｆの値を求めて全シ
ョットの非線形誤差を算出する。そして、その結果から
選択されている指定ショットの変更及び決定を行い、パ
ラメータａ〜ｆの値ａ₃ 〜ｆ₃ を求めて非線形誤差を算
出する。その他に、パラメータａ〜ｆの上記の値ａ₁ 〜
ｆ₁ から求めた非線形誤差の値から指定ショットを変更
及び決定してもよい。

【００６９】次に、全ショットの計測終了後に指定ショ
ットを決定する方法の一例について説明する。先ず、ロ
ットの先頭ウェハについて全ショットの計測を行う。そ
して、全ショットのアライメントにより計測された配列
座標を使って、最小二乗法により（数３）を満たすパラ
メータａ〜ｆの値ａ₄ 〜ｆ₄ を求め、全ショットについ
て非線形誤差を算出する。次に、非線形誤差が所定の設
定値より小さいショットの計測値のみより再び、（数
３）を満たすパラメータａ〜ｆの値ａ₅ 〜ｆ₅ を求め、
これらの値ａ₅ 〜ｆ₅ に基づいた非線形誤差を算出す
る。そして、算出された非線形誤差の小さいショットか
ら順に或る個数（例えば８個）までのショットを選んで
いく。このショットを選択した指定ショットと決定す
る。これら指定ショットの計測された配列座標を使っ
て、再び（数３）を満たすパラメータａ〜ｆの値ａ₆ 〜
ｆ₆ を求め、これらの値ａ₆ 〜ｆ₆ に基づいて全ショッ
トの非線形誤差を算出して記憶する。その後の露光方法
は、図４及び図５の流れと同じである。

【００７０】また、指定ショットの決定、露光方法を区
別するショットの分類又は非線形誤差の大きなショット
に加算するオフセット値についても、１枚目のウェハの
計測結果だけで決めるのではなく、２枚目のウェハ、２
枚目及び３枚目のウェハ又は４枚以上のウェハについて
もそれぞれ全ショットの計測をして、それらの平均値か
ら求めてもよい。更に、上述の例では、ａ₄ 〜ｆ₄ 、ａ
₅ 〜ｆ₅ 及びａ₆ 〜ｆ₆ の３組のパラメータの値を求め
たが、例えば値ａ₄ 〜ｆ₄ から求めた非線形誤差から指
定ショットを決定してもよい。

【００７１】また、非線形誤差の大きいショットがウェ
ハ外周のショットのかなりの部分を占めていたり、又は
外周及び中心付近のショットの中に集中する場合には、
例えば最外周のショットの中から複数のショットを指定
ショットとして選んでパラメータａ〜ｆの値ａ₇ 〜ｆ₇
を求め、ウェハの中心付近のショットの中から複数のシ
ョットを指定ショットとして選んでパラメータａ〜ｆの
値ａ₈ 〜ｆ₈ を求める。そして、それぞれのパラメータ
について全ショットの非線形誤差を算出し、その値から
各ショットをａ₇ 〜ｆ₇ 又はａ₈ 〜ｆ₈ のどちらのパラ
メータに基づく新配列座標で露光するかを決める。この
ように、ウェハによっては全ショットに同一の１次近似
をするのではなく、例えば、中心付近と外周とで分けて
それぞれについて新たに指定ショットを決めて、個別に
１次近似を行って新配列座標を求めてもよい。つまり、
ウェハ上のショット領域を複数のブロックに分け、各ブ
ロック毎に１次近似を行うようにしても良い。

【００７２】更に、ウェハを複数の領域に分けてそれぞ
れの領域で異なる１次近似をするか、全ショットについ
て共通の１次（若しくは高次）近似をするか、又は図４
及び図５に示す方法にするかの選択も、１枚目のウェハ
に関する全ショット計測だけでなく、２枚目以降の所定
枚数のウェハについてその全ショット計測を行った結果
に基づいて決めてもよい。また、ウェハを複数の領域に
分けて１次近似しても、非線形誤差の大きいショットに
ついては個別に計測するか、又はオフセットを加えたり
して露光するようにしてもよい。また、複数（３個以
上）の指定ショットの計測結果に基づいてパラメータａ
〜ｆを決定する際、各指定ショットの計測値に重み付け
を行い、この重み付けされた値を用いて決定するように
しても良い。このとき、各指定ショットの重みは、例え
ば各ウェハでの非線形誤差のばらつきの大小に応じて決
定すれば良い。

【００７３】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。

【００７４】

【発明の効果】本発明によれば、静止座標系におけるシ
ョット領域の座標位置に関する測定結果と、この測定結
果のうちの少なくとも３つのショット領域に関する測定
結果を統計演算して得られた静止座標系における複数の
ショット領域の各々の座標位置を示す演算結果とから測
定されたショット領域各々の座標位置の非線形誤差成分
を求め、この非線形誤差成分に基づいて、サンプルショ
ットを決定するようにした。このため、非線形誤差の大
きなショットをサンプルショットから削除したり、非線
形誤差の小さなサンプルショットに変更したりすること
ができるので、アライメント精度を向上できる。更に複
数枚のウエハのアライメントを行う際に、所定基板（２
枚目ウエハ）の演算上のショット座標位置情報を算出す
るのに先立って、この所定基板よりも以前にアライメン
ト計測がなされた特定基板（１枚目ウエハ）の非線形誤
差情報に基づいて、この特定基板において測定したショ
ット領域数（全ショット）よりも少ない数（８ショッ
ト）の中からよりサンプルショットに好ましいショット
を選択することも可能となるので、複数基板のアライメ
ントを行う際には、スループットを低下させずに、且つ
アライメント精度も向上させることができる。また本発
明によれば、Ｎ枚の基板の内の例えば１枚の基板につい
てほぼ全ショットの計測が行われ、これにより計算上の
配列座標と計測された配列座標との偏差が大きい特定シ
ョット領域の指定がおこなわれる。そして、それ以外の
基板において、特定ショットについては計算上の配列座
標をそのままでは適用しないようにしているので、例え
ば１次近似又はより高次の近似でも取り除くことができ
ない非線形の高次の誤差を取り除いてアライメントを行
うことができる。しかも、ほぼ全ショットの計測を行う
のは例えば１枚程度の基板のみであるため、スループッ
トはほとんど低下しない利点がある。

【００７５】

【００７６】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例において使用される縮小投影型
露光装置の主に機構部の構成を示すブロック図である。

【図２】実施例の縮小投影型露光装置の主に制御部の構
成を示すブロック図である。

【図３】ウェハ上のショット領域及びアライメントマー
クを示す平面図である。

【図４】実施例の露光動作の一例の前半部分を示す流れ
図である。

【図５】実施例の露光動作の一例の後半部分を示す流れ
図である。

【図６】実施例で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。

【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 Ｒ レチクル ＰＬ 投影レンズ ５０ 主制御系

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−137828（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−54225（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−44429（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−84516（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−291133（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−140548（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−82516（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−96219（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−110819（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−153015（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 9/00

Claims (27)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 設計上の配列座標に従って二次元的に基
   板上に形成された複数のショット領域の各々を、前記基
   板の移動位置を規定する静止座標系の所定の基準位置に
   対して位置合わせするアライメント装置であって、 前記静止座標系における複数の前記ショット領域の座標
   位置に関する第１座標位置情報を測定する測定手段と、 前記測定手段で測定されたショット領域のうちの少なく
   とも３つのショット領域に関する前記第１座標位置情報
   を統計演算することによって、前記静止座標系における
   前記複数のショット領域の各々の座標位置に関する第２
   座標位置情報を算出する演算手段と、 前記測定手段により測定された前記第１座標位置情報と
   前記演算手段により算出された前記第２座標位置情報と
   から、前記測定手段により測定されたショット領域各々
   の座標位置の非線形誤差成分を求め、該非線形誤差成分
   に基づいて、前記演算手段で前記第２座標位置情報を算
   出する際に利用するショット領域である指定ショット領
   域を決定する決定手段と、を有することを特徴とするア
   ライメント装置。
2. 【請求項２】 前記決定手段は、前記非線形誤差成分が
   所定値以上のショット領域を、前記指定ショット領域か
   ら除外することを特徴とする請求項１記載のアライメン
   ト装置。
3. 【請求項３】 複数の所定ショット領域が前記指定ショ
   ット領域として予め決められており、前記決定手段は、
   前記所定ショット領域の前記非線形誤差成分が前記所定
   値以上であれば、該所定ショット領域を前記指定ショッ
   ト領域から除外するとともに、該所定ショット領域の近
   傍で且つ前記非線形誤差成分が前記所定値よりも小さい
   ショット領域を前記指定ショット領域として決定するこ
   とを特徴とする請求項２記載のアライメント装置。
4. 【請求項４】 前記決定手段は、前記非線形誤差成分が
   前記所定値より小さいショット領域から順に任意のショ
   ット領域を前記指定ショット領域として決定することを
   特徴とする請求項２記載のアライメント装置。
5. 【請求項５】 前記第１座標位置情報と前記第２座標位
   置情報とから求められた非線形誤差成分に基づき、前記
   演算手段で使用する前記第１座標位置情報に対して重み
   付けする重み付け手段を含み、 前記演算手段は、前記重み付けされた前記第１座標位置
   情報を統計演算することによって、前記第２座標位置情
   報を算出することを特徴とする請求項１〜４の何れか一
   項記載のアライメント装置。
6. 【請求項６】 前記第１座標位置情報と前記第２座標位
   置情報とから求められた非線形誤差成分が所定値以上の
   ショット領域を特定ショット領域と判定する判定手段
   と、 前記特定ショット領域の前記基準位置に対する位置合わ
   せを、該特定ショット領域以外のショット領域の前記基
   準位置に対する位置合わせとは異なる手法で行うアライ
   メント手段と、を更に有することを特徴とする請求項１
   〜５の何れか一項記載のアライメント装置。
7. 【請求項７】 前記アライメント手段は、前記第２座標
   位置情報に従って前記特定ショット領域以外のショット
   領域の前記基準位置に対する位置合わせを行い、前記特
   定ショット領域については前記第２座標位置情報とは異
   なる情報に従って前記位置合わせを行うことを特徴とす
   る請求項６記載のアライメント装置。
8. 【請求項８】 前記アライメント手段は、前記第１座標
   位置情報に従って、前記特定ショット領域の前記位置合
   わせを行うことを特徴とする請求項６又は７に記載のア
   ライメント装置。
9. 【請求項９】 複数枚の基板毎に、該基板上に形成され
   た複数のショット領域の各々を前記基準位置に対して位
   置合わせするアライメント装置であり、 特定基板上の複数のショット領域に対するアライメント
   動作後に所定基板のアライメントを実行する際に、 前記測定手段は、前記所定基板上の任意の複数のショッ
   ト領域の座標位置に関する第１座標位置情報を測定し、 前記演算手段は、前記所定基板上の少なくとも３つのシ
   ョット領域に関する前記第１座標位置情報を統計演算す
   ることによって、前記所定基板上の複数のショット領域
   の各々の座標位置に関する前記第２座標位置情報を算出
   し、 前記アライメント手段は、前記特定基板に関して前記判
   定手段により判定された前記特定ショット領域以外の前
   記所定基板上のショット領域の前記位置合わせを、前記
   所定基板に関して算出された前記第２座標位置情報に従
   って行い、前記所定基板上の前記特定ショット領域の位
   置合わせを、前記所定基板に関して算出された前記第２
   座標位置情報とは異なる情報に従って行うことを特徴と
   する請求項６記載のアライメント装置。
10. 【請求項１０】 前記アライメント手段は、前記特定基
    板上の前記特定ショット領域における非線形誤差成分
    と、前記所定基板に関して算出された前記第２座標位置
    情報とに従って、前記所定基板上の前記特定ショット領
    域の前記位置合わせを行うことを特徴とする請求項９記
    載のアライメント装置。
11. 【請求項１１】 前記アライメント手段は、前記所定基
    板上の前記特定ショット領域の前記位置合わせを、前記
    測定手段により測定された前記所定基板上の前記特定シ
    ョット領域の座標位置に関する情報に従って行うことを
    特徴とする請求項９記載のアライメント装置。
12. 【請求項１２】 前記測定手段は、前記所定基板上の任
    意の複数のショット領域とともに、前記所定基板上の前
    記特定ショット領域の測定を行うことを特徴とする請求
    項１１記載のアライメント装置。
13. 【請求項１３】 前記特定基板は複数の基板を含み、 前記測定手段は、前記複数の特定基板上のショット領域
    をそれぞれ測定し、 前記判定手段は、前記特定基板毎に求められた前記第１
    座標位置情報と前記第２座標位置情報とから求められた
    前記ショット領域それぞれの非線形誤差成分の平均値に
    基づいて、前記特定ショット領域と判定することを特徴
    とする請求項９〜１２の何れか一項記載のアライメント
    装置。
14. 【請求項１４】 前記特定ショットが基板上に少なくと
    も３つあるとき、前記演算手段は、前記測定手段に測定
    された少なくとも３つの前記特定ショット領域の座標位
    置に関する情報を統計演算することによって、前記静止
    座標系における前記複数の特定ショット領域の各々の座
    標位置に関する情報を算出し、 前記アライメント手段は、前記算出された情報に従っ
    て、前記特定ショット領域の前記位置合わせを行うこと
    を特徴とする請求項６〜１３の何れか一項記載のアライ
    メント装置。
15. 【請求項１５】 複数枚の基板毎に、該基板上に形成さ
    れた複数のショット領域の各々を前記基準位置に対して
    位置合わせするアライメント装置であり、 前記決定手段は、前記測定手段が所定基板に対して測定
    を行うのに先立って、前記所定基板よりも以前に前記第
    ２座標位置情報が算出された特定基板に対して測定した
    ショット数よりも少ないショット数を、前記所定基板に
    おける前記指定ショット領域として決定することを特徴
    とする請求項１〜１４の何れか一項記載のアライメント
    装置。
16. 【請求項１６】 請求項１〜１５の何れか一項記載のア
    ライメント装置によりアライメントされた基板上に、所
    定パターンを転写することを特徴とする露光装置。
17. 【請求項１７】 設計上の配列座標に従って二次元的に
    基板上に形成された複数のショット領域の各々を、前記
    基板の移動位置を規定する静止座標系の所定の基準位置
    に対して位置合わせするアライメント方法であって、 前記静止座標系における複数の前記ショット領域の座標
    位置に関する第１座標位置情報を測定し、 前記測定されたショット領域のうちの少なくとも３つの
    ショット領域に関する前記第１座標位置情報を統計演算
    することによって、前記静止座標系における前記複数の
    ショット領域の各々の座標位置に関する第２座標位置情
    報を算出し、 前記測定された前記第１座標位置情報と前記算出された
    前記第２座標位置情報とから、前記測定されたショット
    領域各々の座標位置の非線形誤差成分を求め、該非線形
    誤差成分に基づいて、前記第２座標位置情報を算出する
    際に利用するショット領域である指定ショット領域を決
    定することを特徴とするアライメント方法。
18. 【請求項１８】 前記第１座標位置情報と前記第２座標
    位置情報とから求められた前記非線形誤差成分が所定値
    以上のショット領域を、前記指定ショット領域から除外
    することを特徴とする請求項１７記載のアライメント方
    法。
19. 【請求項１９】 前記第１座標位置情報と前記第２座標
    位置情報とから求められた前記非線形誤差成分に基づ
    き、前記演算手段で使用する前記第１座標位置情報に対
    して重み付けし、 前記重み付けされた前記第１座標位置情報を統計演算す
    ることによって、前記第２座標位置情報を算出すること
    を特徴とする請求項１７又は１８記載のアライメント方
    法。
20. 【請求項２０】 前記第１座標位置情報と前記第２座標
    位置情報とから求められた前記非線形誤差成分が所定値
    以上のショット領域を特定ショット領域と判定し、 前記特定ショット領域の前記基準位置に対する位置合わ
    せを、該特定ショット領域以外のショット領域の前記基
    準位置に対する位置合わせとは異なる手法で行うことを
    含むことを特徴とする請求項１７〜１９の何れか一項記
    載のアライメント方法。
21. 【請求項２１】 前記特定ショット領域以外のショット
    領域については、前記第２座標位置情報に従って前記基
    準位置に対する位置合わせを行い、 前記特定ショット領域については、前記第１座標位置情
    報に従って前記位置合わせを行うことを特徴とする請求
    項２０記載のアライメント方法。
22. 【請求項２２】 複数枚の基板毎に、該基板上に形成さ
    れた複数のショット領域の各々を、前記基準位置に対し
    て位置合わせするアライメント方法であり、 特定基板上の複数のショット領域に対するアライメント
    動作後に所定基板のアライメントを実行する際に、 前記所定基板上の任意の複数のショット領域の座標位置
    に関する第１座標位置情報を測定し、 前記所定基板上の少なくとも３つのショット領域に関す
    る前記第１座標位置情報を統計演算することによって、
    前記所定基板上の複数のショット領域の各々の座標位置
    に関する前記第２座標位置情報を算出し、 前記特定基板に関して判定された前記特定ショット領域
    以外の前記所定基板上のショット領域の前記位置合わせ
    を、前記所定基板に関して算出された前記第２座標位置
    情報に従って行い、前記所定基板上の前記特定ショット
    領域の位置合わせを、前記所定基板に関して算出された
    前記第２座標位置情報とは異なる情報に従って行うこと
    を特徴とする請求項２０記載のアライメント方法。
23. 【請求項２３】 前記所定基板上の前記特定ショット領
    域の前記位置合わせは、前記特定基板上の前記特定ショ
    ット領域における非線形誤差成分と、前記所定基板に関
    して算出された前記第２座標位置情報とに従って、又は
    前記測定された前記所定基板上の前記特定ショット領域
    の座標位置に関する情報に従って行われることを特徴と
    する請求項２２記載のアライメント方法。
24. 【請求項２４】 複数枚の基板毎に、該基板上に形成さ
    れた複数のショット領域の各々を前記基準位置に対して
    位置合わせするアライメント方法であり、 前記指定ショット領域の決定においては、前記測定手段
    が所定基板に対して測定を行うのに先立って、前記所定
    基板よりも以前に前記第２座標位置情報が算出された特
    定基板に対して測定したショット数よりも少ないショッ
    ト数を、前記所定基板における前記指定ショット領域と
    して決定することを特徴とする請求項１７〜２３の何れ
    か一項記載のアライメント方法。
25. 【請求項２５】 請求項１７〜２４の何れか一項記載の
    アライメント方法によりアライメントされた基板上に、
    所定パターンを転写することを特徴とする露光方法。
26. 【請求項２６】 前記所定パターンを、請求項２５記載
    の露光方法を用いて前記基板上に転写する工程を含むこ
    とを特徴とするデバイス製造方法。
27. 【請求項２７】 請求項２６記載のデバイス製造方法に
    よって製造されたことを特徴とするデバイス。