JP3427836B2

JP3427836B2 - 位置合わせ装置及び位置合わせ方法

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Publication number: JP3427836B2
Application number: JP2001381134A
Authority: JP
Inventors: 道子登坂
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2001-12-14
Filing date: 2001-12-14
Publication date: 2003-07-22
Anticipated expiration: 2018-07-22
Also published as: JP2002237451A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数の被加工領域が
Ｘ、Ｙ方向に規則的に整列して形成された基板と所定の
基準点との相対的な位置合わせを行う装置及び方法に関
し、特に半導体素子や液晶表示素子製造用の露光装置に
好適なマスクまたはレチクルと感光性基板（半導体ウエ
ハ、液晶用プレート等）との位置合わせ装置及び位置合
わせ方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体素子製造のリソグラフィ工
程では、レチクルパターンを高分解能でウエハ上に転写
する装置として、ステップ・アンド・リピート方式の縮
小投影型露光装置（ステッパー）が多用されるようにな
っている。この種のステッパーでは半導体素子の高集積
化に伴って、露光光の短波長化や高開口数（Ｎ．Ａ．）
の投影レンズの開発が行われ、最近ではウエハ上での解
像線幅がサブ・ミクロン（０．５μｍ程度）に達してい
る。このような高解像パターンを転写するには、その解
像力に見合ったアライメント（重ね合わせ）精度が必要
となっている。

【０００３】現在、ステッパーのアライメント方式は、
例えば特開昭６１−４４４２９号公報、または特開昭６
２−８４５１６号公報に開示されているように、拡張さ
れたウエハ・グローバル・アライメント（以下、エンハ
ンスメント・グローバル・アライメント：ＥＧＡと呼
ぶ）が主流となっている。ＥＧＡ方式とは、１枚のウエ
ハに対して重ね合わせ露光を行うのに先立ち、ウエハ上
に形成された複数のショット領域のうち、例えばウエハ
の中心及びその外周付近に位置する７つのショット領域
を指定し、各ショット領域に付随した２組（Ｘ、Ｙ方
向）の位置合わせ用のマークの位置をアライメントセン
サーにて計測（サンプルアライメント）する。しかる
後、これらマークの位置計測値と設計値とに基づいて、
ウエハ上のショット領域の配列特性に関する誤差パラメ
ータ、すなわちウエハ中心位置のオフセット（Ｘ、Ｙ方
向）、ウエハの伸縮度（Ｘ、Ｙ方向）、ウエハの残存回
転量、及びウエハステージの直交度（またはショット配
列の直交度）の計６つのパラメータを統計的手法（最小
二乗法等）により決定する。そして、この決定されたパ
ラメータの値に基づいて、ウエハ上の全てのショット領
域に対してその設計上の座標値を補正し、この補正され
た座標値にウエハが位置するように、順次ウエハステー
ジをステッピングさせていく方式である。

【０００４】このＥＧＡ方式の利点は、ウエハ露光に
先立ってウエハ上の全ショット数と比べてわずかな数
（３〜１６個程度）のマークの位置を計測した後はマー
ク位置計測を必要としないため、スループットの向上が
望めること、従来のグローバルアライメント法と異な
り、ショット領域の配列特性を高精度に認識するため、
サンプルアライメントを行わなかった他のショット領域
に対しても極めてアライメント精度が良く、さらに十分
な数のショット領域に対してサンプルアライメントを行
うと、個々のマーク検出誤差が統計的な演算のもとで平
均化されることになり、１ショット毎のアライメント
（ダイ・バイ・ダイまたはサイト・バイ・サイト方式）
と同等、もしくはそれ以上のアライメント精度が、ウエ
ハ全面の全てのショット領域に対して望めることであ
る。

【０００５】ここで、図１７を参照してＥＧＡ方式によ
る重ね合わせ露光の動作を簡単に説明する。図１７にお
いて、点Ｄはウエハ上に形成すべきショット領域の設計
上のファースト（１st）露光位置、点Ｍ_ALは実際にウエ
ハ上に形成されたショット領域ＳＡ1st の１st露光位置
（計測値）、点Ｄ_EGはＥＧＡ演算によって算出された計
算上のセカンド（２nd）露光位置を表している。ショッ
ト領域ＳＡ1st に対する重ね合わせ露光を行うにあたっ
ては、まずＥＧＡ演算（上記変換行列）によって設計上
の２nd露光位置（すなわち１st露光位置Ｄ）を変換（補
正）して２nd露光位置Ｄ_EGを求める（図中ではベクトル
ｅｇａにて表している）。しかる後、ウエハステージを
２nd露光位置Ｄ_EGまでステッピングさせて露光を行う
と、レチクルパターンの投影像がショット領域ＳＡ1st
に重ね合わされて転写され、ウエハ上にショット領域Ｓ
Ａ2nd として形成されることになる。尚、図１７中では
アライメントセンサーによって計測されたショット領域
ＳＡ1st の１st露光位置Ｍ_ALと、実際にウエハ上に形成
されたショット領域ＳＡ2nd の２nd露光位置Ｄ_EG（計算
値）とのずれ（すなわち重ね合わせ誤差）をベクトルＶ
ｅで誇張して表している。通常、この重ね合わせ誤差
（ベクトルＶｅ）は零ないし所定の許容値（例えば、最
小解像線幅の１／５程度）以内となっており、ショット
領域ＳＡ1st とＳＡ2nd とはほぼ重なり合ってウエハ上
に形成されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
如き従来技術においては、ＥＧＡ方式を使ってウエハ上
の各ショット領域に対してレチクルパターンの重ね合わ
せ露光を行っても、全てのショット領域においてその重
ね合わせ誤差（図１７中のベクトルＶｅに相当）が所定
の許容値以内となり得ないという問題がある。これは、
ウエハ上に形成された実際のショット領域の各位置座
標には、プロセス（現像処理等）の影響等により設計上
の位置座標に対してランダムな位置誤差が含まれるこ
と、ショット領域のアライメントマークを検出する場
合、マーク自体の形状歪みや測定系に含まれるノイズ等
に起因する計測誤差が存在すること等によって生じるも
のと考えられている。しかしながら、実際には重ね合わ
せ誤差が何を原因として発生しているのかがはっきり解
析、分類されないまま、ステッパーでは上記誤差量に対
する評価が行われている。

【０００７】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、重ね合わせ誤差の発生要因を解析でき、さらには重
ね合わせ精度を向上させることができる位置合わせ装置
及び位置合わせ方法を得ることを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる問題点を解決する
ため、請求項１に記載の発明においては、基板上におけ
る複数の露光領域のうち、少なくとも２つの露光領域に
関する位置合せ用マークの位置に基づいて、前記複数の
露光領域に関するそれぞれの露光位置を算出し、該算出
された露光位置にしたがって、前記基板を位置合せする
位置合せ装置において、前記複数の露光領域のうち、少
なくとも２つの露光領域を選択するための配置条件を複
数設定し、該複数の配置条件のもとでそれぞれ選択され
た少なくとも２つの露光領域に関する位置合わせ用マー
クの位置に基づき、前記複数の配置条件毎に、前記複数
の露光領域に関するそれぞれの露光位置を算出する露光
位置算出手段と、前記複数の配置条件毎に算出された前
記露光位置に基づいて、前記複数の配置条件のなかか
ら、前記露光位置算出手段における前記露光位置の算出
誤差が小さくなる配置条件を求める演算手段とを有する
こととした。また、請求項６の発明においては、基板上
における複数の露光領域のうち、少なくとも２つの露光
領域に関する位置合せ用マークの位置に基づいて、前記
複数の露光領域に関するそれぞれの露光位置を算出し、
該算出された露光位置にしたがって、前記基板を位置合
せする位置合せ方法において、前記複数の露光領域のう
ち、少なくとも２つの露光領域を選択するための配置条
件を複数設定し、該複数の配置条件のもとでそれぞれ選
択された少なくとも２つの露光領域に関する位置合せ用
マークの位置に基づき、前記複数の配置条件毎に、前記
複数の露光領域に関するそれぞれの露光位置を算出し、
前記複数の配置条件毎に算出された前記露光位置に基づ
いて、前記複数の配置条件のなかから、前記位置合わせ
に関する誤差成分が小さくなる配置条件を決定すること
とした。

【０００９】

【作用】本発明では、複数の露光領域（ショット領域Ｓ
Ａｎ）の中から少なくとも２つの露光領域を選択するた
めの配置条件を複数設定し、該設定された複数の配置条
件毎に、複数の露光領域に関するそれぞれの露光位置を
演算する。そして、複数の配置条件毎にそれぞれ求めら
れた露光位置に基づいて、複数の配置条件の中から、該
配置条件に応じて発生する誤差成分が小さくなるよう
に、最適な配置条件を決定することとした。

【００１０】このため、アライメント精度の評価ととも
に、統計演算におけるショット配置（例えば、評価用の
被加工領域の位置、または数）を変更（修正）し、各条
件下でアライメント精度上でどのような向上をもたらす
かを解析することができる。

【００１１】

【実施例】図２は本発明の位置合わせ装置を備えた縮小
投影型露光装置（ステッパー）の概略的な構成を示す斜
視図、図３は図２に示すステッパーの照明光学系の概略
的な構成を示す斜視図である。図３に示すように、超高
圧水銀灯１１から発生する所定波長域の照明光（ｇ線、
ｉ線等）は楕円鏡１２で反射された後、コールドミラー
１３で反射されて楕円鏡１２の第２焦点上に集光され
る。さらに、コリメータレンズ等を含む集光光学系１
４、及びオプチカルインテグレータ（フライアイレンズ
群）１５を通過し、光束の一様化等が行われた照明光
は、リレーレンズ系１６を介してミラー１７に至り、こ
こでほぼ垂直に下方に反射された後、コンデンサーレン
ズ１８を介してレチクルＲをほぼ均一な照度で照明す
る。尚、露光用照明光源としてＫｒＦエキシマレーザ光
源等を用いても構わない。

【００１２】投影原版となるレチクルＲには、回路パタ
ーン領域ＰＡの外側（レチクル周辺側）に、レチクルＲ
の位置決めを行うためのレチクルアライメントマークＲ
Ｘ、ＲＹ₁ 、ＲＹ₂ が形成されている。レチクルＲはレ
チクルステージ１９上に載置され、パターン領域ＰＡの
中心点ＲＣが投影光学系１の光軸ＡＸとほぼ一致するよ
うに位置決めが行われる。レチクルステージ１９は駆動
モータ２１、２２により水平面内で２次元移動可能に構
成され、その端部にはレーザ光波干渉式測長器（以下、
干渉計とする）２５、２６からのレーザビームを反射す
る移動鏡２３、２４が固定されている。干渉計２５、２
６はレチクルＲの２次元的な位置を、例えば０．０１μ
ｍ程度の分解能で常時検出する。レチクルＲの初期設定
は、レチクル周辺のアライメントマークＲＸ、ＲＹ₁ 、
ＲＹ₂ を光電検出するレチクルアライメント系（不図
示）からのマーク検出信号に基づいて、レチクルステー
ジ１９を微動することにより行われる。

【００１３】ところで、本実施例では図４に示すような
２組のパターン群（主尺パターンＲＰ₁ と副尺パターン
ＲＰ₂ ）が、例えばレチクルＲの中心点ＲＣの近傍に、
Ｙ方向に所定間隔ΔＹだけ離れて形成されている。尚、
図４に示す如き２組のパターン群の構成等については、
例えば特公昭６３−３８６９７号公報に開示されてい
る。図４において、格子パターン７０ｘはＸ方向に一定
ピッチで設けられ、格子パターン７０ｙはＹ方向にパタ
ーン７０ｘと同一ピッチで設けられている。格子パター
ン７０ｘ、７０ｙの各々には、パターンの中央を０とし
て正、負方向に２、４、６、８と目安となる数字が打た
れている。格子パターン７１ｘ、７１ｙは格子パターン
７０ｘ、７０ｙの補助として設けられたもので、ここで
は荒いバーニアとして働く。以上、４つの格子パターン
によって主尺パターンＲＰ₁が構成されるが、格子パタ
ーン７１ｘ、７１ｙは特に設けずとも良い。また、副尺
パターンＲＰ₂ を成す格子パターン８０ｘ、８０ｙは、
そのピッチが格子パターン７０ｘ、７０ｙのピッチより
もわずかに大きいピッチに定められるとともに、各バー
マークは主尺パターンＲＰ₁ と副尺パターンＲＰ₂とを
重ね合わせた時に格子パターン７０ｘ、７０ｙの各バー
マークの間に挟まるように形状決めされている。荒いバ
ーニアとして働く格子パターン８１ｘ、８１ｙについて
も同様に、格子パターン７１ｘ、７１ｙのピッチよりも
わずかに大きいピッチに定められるとともに、各バーマ
ークは格子パターン７１ｘ、７１ｙの各バーマークの間
に挟まるように形状決めされている。

【００１４】さて、図２に示すようにパターン領域ＰＡ
を通過した照明光は、片側（または両側）テレセントリ
ックな投影光学系１に入射し、投影光学系１はレチクル
Ｒの回路パターンの投影像を１／５、または１／１０に
縮小して、表面にレジスト層が形成されたウエハＷ上の
１つのショット領域ＳＡに重ね合わせて結像投影する。
ウエハホルダ２はウエハＷを真空吸着するとともに、
Ｘ、Ｙ方向に２次元移動するウエハステージ３に対して
微小回転可能に設けられる。駆動モータ４はウエハステ
ージ３上に固定され、ウエハホルダ２を回転させる。ま
た、ウエハステージ３は駆動モータ５、６によりステッ
プ・アンド・リピート方式で２次元移動され、ウエハＷ
上の１つのショット領域ＳＡに対するレチクルＲの転写
露光が終了すると、次のショット位置までステッピング
する。ウエハステージ３の端部の直交する２辺には、反
射平面がＹ方向に伸びた移動鏡７と、反射平面がＸ方向
に伸びた移動鏡８とが各々固設されている。干渉計９は
移動鏡８にレーザビームを投射して、ウエハステージ３
のＹ方向の位置（または移動量）を、例えば０．０１μ
ｍの分解能で常時検出し、干渉計１０は移動鏡７にレー
ザビームを投射して、ウエハステージ３のＸ方向の位置
（または移動量）を同様の分解能で検出する。尚、投影
光学系１の光軸ＡＸは干渉計９、１０の測長軸（レーザ
光束の中心線）の交点を通るように構成されている。ま
た、図２中には示していないが、ステージコントローラ
２７（図１参照）は干渉計９、１０からの位置計測信号
等に基づいて、ウエハホルダ２及びウエハステージ３の
移動や位置決めを制御するように構成されている。

【００１５】また、図２中には投影光学系１から一定間
隔で固定され、ウエハＷ上のアライメントマークを拡大
観察するオフ・アクシス方式のアライメント光学系（Fi
eldImage Alignment;ＦＩＡ系）２０も示されている。
ＦＩＡ系２０の構成等については、例えば特開平２−５
４１０３号公報に開示されているので、ここでは簡単に
説明する。ＦＩＡ系２０は、所定の波長幅を有する照明
光をウエハＷに照射することにより、ウエハ上のアライ
メントマークの像と、対物レンズ等によってウエハと共
役に配置された指標板上の指標マークとを、ＩＴＶ、Ｃ
ＣＤカメラ等の撮像素子の受光面上に結像する。撮像素
子からのビデオ信号ＶＳは、干渉計９、１０からの位置
計測信号とともに後述のＦＩＡ演算ユニット６１（図１
参照）に入力する。ＦＩＡ演算ユニット６１はビデオ信
号ＶＳの波形に基づいて指標マークに対するマーク像の
ずれを求め、マーク像が指標マークの中心に位置した時
のマーク位置に関する情報を主制御装置５０に対して出
力する。

【００１６】さらに、ステッパーにはマーク検出可能範
囲（サーチ範囲）が広く、高速アライメント計測が可能
なＴＴＬ(Through The Lens)方式のレーザ・ステップ・
アライメント（ＬＳＡ）系が設けられている。尚、ＬＳ
Ａ系の構成等については、例えば特開昭６０−１３０７
４２号、または先に述べた特開平２−５４１０３号公報
に開示されているので、ここでは簡単に説明する。

【００１７】図示していないが、Ｈｅ−Ｎｅ、Ａｒイオ
ン等のレーザ光源から発生するレーザビームは、ビーム
エクスパンダーで所定のビーム径に拡大され、シリンド
リカルレンズにより細長い楕円ビームに整形された後、
ビームスプリッター３０に入射して２つの光束に分割さ
れる。ビームスプリッター３０を通過したレーザ光束は
ミラー３１で反射され、ビームスプリッター３２を通過
して、結像レンズ群３３によって横断面が帯状のスポッ
ト光になるように収束された後、レチクルＲと投影光学
系１との間に、回路パターン像の投影光路を遮光しない
ように配置された第１折り返しミラー３４に入射する。
第１折り返しミラー３４はレーザ光束をレチクルＲに向
けて上方に反射する。そのレーザ光束はレチクルＲの下
側に設けられ、レチクルＲの表面と平行な反射平面を有
するミラー３５に入射して、投影光学系１の入射瞳Ｅｐ
の中心に向けて反射される。ミラー３５からのレーザ光
束は、投影光学系１の軸外部分から主光線がウエハＷと
ほぼ垂直になるように収束され、ウエハＷ上では光軸Ａ
Ｘに向かってＸ方向に細長く伸びた帯状のスポット光Ｌ
ＹＳとして結像される。

【００１８】さて、スポット光ＬＹＳはウエハＷ上でＸ
方向に伸びた回折格子状のアライメントマークを相対的
にＹ方向に走査して、そのマークの位置を検出するため
に使われる。スポット光ＬＹＳがマークを照射すると、
マークからは正反射光（０次光）とともに回折光（１次
光以上）や散乱光が生じる。これら光情報は、再び投影
光学系１、ミラー３５、ミラー３４、及び結像レンズ群
３３を通ってビームスプリッター３４に戻り、ここで反
射されて、投影光学系１の瞳Ｅｐと共役な空間フィルタ
ーと集光レンズとから成る光学素子３６に入射する。光
学素子３６は、これら光情報のうち高次回折光（例えば
±１〜３次回折光）、または散乱光を透過させ、正反射
光（０次光）を遮断し、回折光、または散乱光をミラー
３７を介して光電素子３８の受光面に集光する。光電素
子３８は集光した回折光、または散乱光の光量に応じた
光電信号を出力する。以上、ミラー３１、ビームスプリ
ッター３２、結像レンズ群３３、ミラー３４，３５、光
学素子３６、ミラー３７、及び光電素子３８は、ウエハ
Ｗ上のマークのＹ方向の位置を検出するアライメント光
学系（以下、Ｙ−ＬＳＡ系と呼ぶ）を構成している。

【００１９】一方、ビームスプリッター３０で反射され
た別のレーザ光束は、ウエハＷ上のアライメントマーク
のＸ方向の位置を検出するアライメント光学系（以下、
Ｘ−ＬＳＡと呼ぶ）に入射する。Ｘ−ＬＳＡ系はＹ−Ｌ
ＳＡ系と全く同様にミラー４１、ビームスプリッター４
２、結像レンズ群４３、ミラー４４，４５、光学素子４
６、ミラー４７、及び光電素子４８から構成され、ウエ
ハＷ上にＹ方向に細長く伸びた帯状のスポット光ＬＸＳ
を結像する。

【００２０】ところで、光電素子３８，４８からの光電
信号ＬＳは、干渉計９、１０からの位置計測信号ととも
に後述のＬＳＡ演算ユニット６０（図１参照）に入力
し、ＬＳＡ演算ユニット６０はウエハステージ３の単位
移動量（０．０１μｍ）毎に発生するアップ・ダウンパ
ルス信号に同期して光電信号ＬＳをサンプリングする。
そして、各サンプリング値をデジタル値に変換してメモ
リに番地順に記憶させた後、所定の演算処理によってア
ライメントマークの位置を検出し、この位置情報を主制
御装置５０に対して出力する。尚、ＬＳＡ演算ユニット
６０は回折光及び散乱光の各強度に応じた光電信号の波
形処理を並行して行い、両方の検出結果からアライメン
トマークの位置を決定しても構わない。

【００２１】次に、図１を参照して上記構成の装置全体
を統括制御する主制御装置５０について説明する。図１
は本実施例による装置の制御系の概略的な構成を示すブ
ロック図であって、主制御装置５０は干渉計９、１０か
らの位置計測信号ＰＤＳを常時入力しているものとす
る。図１において、信号データ記憶部６２はＸ、Ｙ−Ｌ
ＳＡ系（光電素子３８、４８）からの光電信号ＬＳ、例
えばＬＳＡ演算ユニット６０にてデジタル値に変換され
た波形データを記憶することができる。図１ではＦＩＡ
系２０（撮像素子）からのビデオ信号ＶＳも記憶するこ
とが可能となっている。アライメント（ＡＬＧ）データ
記憶部５０１は、ＬＳＡ演算ユニット６０、ＦＩＡ演算
ユニット６１の両方からのマーク位置情報（すなわちシ
ョット領域の配列座標値Ｍ_ALn ）を入力可能となってい
る。ＥＧＡ演算ユニット５０２は、ＡＬＧデータ記憶部
５０１に記憶されたマーク位置情報に基づいて、統計的
な演算手法によりウエハＷ上のショット領域の配列座標
値Ｄ_EGn を算出するもので、その算出結果はシーケンス
コントローラ５０４と記憶部５０６とに送られる。ＥＧ
Ａ演算ユニット５０２では、配列座標値Ｄ_EGn に先立っ
て演算パラメータ、すなわちウエハ中心位置のオフセッ
ト（Ｘ、Ｙ方向）、ウエハの伸縮度（Ｘ、Ｙ方向）、ウ
エハの残存回転量、及びウエハステージの直交度、また
はショット配列の直交度（後述の変換行列Ａ、Ｏ）も算
出され、これらパラメータも記憶部５０６に格納され
る。

【００２２】また、露光（ＥＸＰ）ショットマップデー
タ部５０３はウエハ上に露光すべきショット領域の設計
上の露光位置（配列座標値Ｄn ）を格納し、この設計値
はＥＧＡ演算ユニット５０２とシーケンスコントローラ
５０４とに送られる。シーケンスコントローラ５０４
は、上記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のウエハステージ３の移動
を制御するための一連の手順を決定する。ここで、図１
中にはオペレータからのコマンドや各種計測データ（後
述のバーニア計測値ΔＶ等）を入力する装置（キーボー
ド等）６３と、演算部５０５にて算出される重ね合わせ
誤差の解析結果（後述）を表示する装置（ＣＲＴ等）６
４とが示されている。

【００２３】さて、記憶部５０６はＥＧＡ演算ユニット
５０２からの演算パラメータ、及びショット領域の計算
上の配列座標値Ｄ_EGn と、入力装置６３からの入力デー
タ等を記憶する。また、演算部５０５は記憶部５０６に
記憶されたデータ（ショット領域の計算上の配列座標値
Ｄ_EGn 、バーニア計測値ΔＶ）と、ＡＬＧデータ記憶部
５０１に記憶されたショット領域の計測上の配列座標値
Ｍ_ALn とに基づき、ウエハ上のショット領域毎にその重
ね合わせ誤差（ベクトルｖ）を解析、すなわちマーク位
置検出時に生じる誤差（ベクトルｅ）と、サンプルアラ
イメントすべきショット領域のウエハ上での位置（また
はその数）に対応して統計演算時に生じる誤差（ベクト
ルａ）とに分けて解析するとともに、その解析結果（す
なわち、後述の位置ずれベクトルｖ、ｅ、ａの線図）を
表示装置６４に表示する。さらに演算部５０５は、重ね
合わせ誤差の解析結果に応じて、ＬＳＡ演算ユニット６
０（またはＦＩＡ演算ユニット６１）における信号処理
条件（例えば、波形解析アルゴリズム、アルゴリズム・
スライスレベル等）と、ＥＧＡ演算ユニット５０２にお
けるＥＧＡショット配置（すなわちサンプルアライメン
トすべきショット領域の位置、数）とを計算上で変更
（修正）し、シミュレーションにより各条件のもとでの
ベクトル（ｖ）、（ｅ）、（ａ）を算出する（詳細後
述）。また、演算部５０５におけるシミュレーション結
果（３つの位置ずれベクトルｖ、ｅ、ａの線図）は、信
号処理条件またはＥＧＡショット配置に関する条件が変
更されるたびに表示装置６４に表示される。従って、オ
ペレータは表示装置６４に表示される線図から、上記条
件がアライメント精度上でどのような向上をもたらすか
を知ることができる。また、オペレータは上記結果から
信号処理条件とＥＧＡショット配置の各々の最適な条件
を求め、この条件を入力装置６３からステッパー（演算
部５０５）に入力することによって、ＬＳＡ演算ユニッ
ト６０とＥＧＡ演算ユニット５０２に対して最適な処理
条件を設定することが可能となっている。尚、上記条件
の変更は、演算部５０５からの指令に基づいて、ＬＳＡ
演算ユニット６０とＥＧＡ演算ユニット５０２とがそれ
ぞれ行っている。

【００２４】次に、図５を参照して本実施例における重
ね合わせ誤差の解析方法について説明する。図５は本実
施例の動作の一例を示す概略的なフローチャート図であ
る。尚、本実施例ではＸ、Ｙ−ＬＳＡ系を用いてＥＧＡ
方式のアライメントを行う場合に生じる重ね合わせ誤差
を解析するものとする。さて、図２に示したステッパー
において、シーケンスコントローラ５０４はＥＸＰショ
ットマップデータ部５０３に格納された情報、すなわち
ショット領域ＳＡn の設計上の配列座標値（Ｄxn、Ｄy
n）に従ってウエハステージ３をステッピングさせ、レ
チクルＲのパターン（図４中に示した主尺パターンＲＰ
₁ ）をウエハＷ上に順次転写していく（ステップ１０
０）。

【００２５】１st露光が終了したウエハＷはステッパー
から搬出された後、不図示のコータディベロッパーにお
いて現像処理等が施される。この結果、図６に示すよう
にウエハＷ上には、複数の回路パターン（ショット領域
ＳＡn ）とアライメントマークＭｘ、Ｍｙとがマトリッ
クス状に形成される。さらに、表面にレジスト層が形成
されたウエハＷはステッパーに搬入され、ウエハステー
ジ３上にローディングされる。この際、ステッパーの内
部ではショット領域ＳＡn に対する重ね合わせ（２nd）
露光に備え、上記ウエハ処理と並行して、レチクルＲを
Ｙ方向にΔＹだけシフトさせる。レチクルＲは、干渉計
２１、２２からの位置計測信号に応じてレチクルステー
ジ１９をサーボ制御することにより移動される。この結
果、レチクルＲは正確にΔＹだけシフトし、副尺パター
ンＲＰ₂ （図４）が１st露光時の主尺パターンＲＰ₁ の
座標位置に位置決めされることになる（ステップ１０
１）。

【００２６】さて、ウエハステージ３上にローディング
されたウエハＷは、まず機械的なプリアライメント装置
（不図示）によって数十μｍ以下の精度で載置される。
次に、シーケンスコントローラ５０４はＦＩＡ系２０及
びＸ−ＬＳＡ系を用い、ウエハＷのプリアライメントを
実行する。まず、ＦＩＡ系２０はウエハＷの外周付近
に、かつウエハ中心に関してほぼ左右（Ｙ軸）対称な位
置に形成された２つのショット領域（例えば、図６中の
ショット領域ＳＡ₁₁、ＳＡ₁₂）のＹ方向の位置を検出す
る。一方、Ｘ−ＬＳＡ系はウエハＷの外周付近に、かつ
上記２つのショット領域ＳＡ₁₁、ＳＡ₁₂からほぼ等距離
にあるショット領域（例えば、図６中のショット領域Ｓ
Ａ₁₃）のＸ方向の位置を検出する。さらにシーケンスコ
ントローラ５０４は、ＡＬＧデータ記憶部５０１に格納
された３つのショット領域のマーク位置情報に基づい
て、干渉計９、１０により規定される直交座標系ＸＹに
対するウエハＷの位置ずれ量（回転誤差を含む）を算出
する。しかる後、この位置ずれ量に応じてウエハホルダ
２及びウエハステージ３を駆動することにより、ウエハ
Ｗのプリアライメントが終了する。この結果、レチクル
ＲとウエハＷ（ショット領域ＳＡn ）との相対的な位置
ずれが１μｍ以下の精度で補正されることになる（ステ
ップ１０２）。

【００２７】ところで、ステップ１０２（プリアライメ
ント）終了後も、例えば図７に誇張して示しているよう
に、ウエハステージ３の移動座標系（直交座標系ＸＹ）
に対するショット領域ＳＡn の配列座標系αβの回転誤
差θ（プリアライメントにて補正しきれなかったローテ
ーション）が残存している。尚、図７ではα軸及びβ軸
上に配列されたショット領域のみを示してある。

【００２８】そこで、次のステップ１０３ではＥＧＡ演
算に先立ち、Ｘ、Ｙ−ＬＳＡ系を用いてウエハＷ上の全
てのショット領域ＳＡn のマーク位置計測を実行する。
シーケンスコントローラ５０４は、ＥＸＰショットマッ
プデータ部５０３に格納されたショット領域の設計上の
配列座標値（Ｄxn、Ｄyn）に従ってウエハステージ３を
ステッピングさせていき、ショット領域毎にウエハステ
ージ３を微動してＸ、Ｙ−ＬＳＡ系のスポット光ＬＸ
Ｓ、ＬＹＳとアライメントマークＭｘ、Ｍｙとを相対走
査させる。これより、ＬＳＡ演算ユニット６０では所定
の信号処理条件のもとでマーク位置が算出され、これら
位置情報は配列座標値（Ｍ_ALxn、Ｍ_ALyn）としてＡＬＧ
データ記憶部５０１に記憶される。この際、全てのショ
ット領域ＳＡn のマーク毎に光電素子３８、４８から出
力される光電信号ＬＳの波形データも、信号データ記憶
部６２に記憶させておく。

【００２９】ここで、図８を参照してＬＳＡ系の計測動
作を簡単に説明する。図８は、マークＭｘとスポット光
ＬＸＳとの相対走査の様子と光電信号ＬＳの波形の様子
との一例を示している。図８（Ａ）に示すように、マー
クＭｘは相対走査方向（Ｘ方向）と直交したＹ方向に一
定のピッチを有する回折格子状であり、マークＭｘはウ
エハステージ３の微動によりスポット光ＬＸＳをほぼ平
行に横切るように走査される。この時、光電素子４８か
らの信号ＬＳは、図８（Ｂ）に示すような波形となる。
ＬＳＡ演算ユニット６０において、上記の如き信号波形
は所定のスライスレベルＶｒと比較され、信号波形の立
ち上がりと立ち下がりのスライスレベルＶｒとの各交点
の中心点が、マークＭｘのＸ方向の中心位置として決定
される。尚、図８（Ｂ）に示した信号波形は対称性が保
存されているが、マーク形状歪み等によって、図８
（Ａ）と同一のピッチ構成のマークであっても、図８
（Ｃ）のように非対称な波形となったり、図８（Ｄ）の
ように明確なピークが得られなかったり、あるいは図８
（Ｅ）のように本来１つのピークであるものが山割れを
起こしたりする。図８（Ｄ）のような波形の場合、波形
解析アルゴリズムによってマーク位置検出に不適当と判
断され、予めリジェクトされ得る。山割れ波形の場合は
その程度にもよるが、山割れによって生じた隣接する２
つのピークがマーク幅で決まる一定間隔内にある時は１
つのマーク波形とみなし、スライスレベルの設定でマー
ク中心位置を計測することができる。

【００３０】次に、先に述べた特開昭６１−４４４２９
号公報に開示された手法に従って、ウエハＷ上の全ての
ショット領域ＳＡn の配列座標値（Ｄ_EGxn、Ｄ_EGyn）を
算出する。まず、ＥＧＡ演算ユニット５０２はステップ
１０３でＡＬＧデータ記憶部５０１に記憶された全ての
ショット領域ＳＡn の配列座標値（Ｍ_ALxn、Ｍ_ALyn）の
うち、ウエハＷの外周付近に位置する複数個のショット
領域（例えば、図６中のショット領域ＳＡ₁ 〜ＳＡ₇ ）
の配列座標値を読み出す。そして、この読み出したショ
ット領域ＳＡ₁ 〜ＳＡ₇の計測上の配列座標値（Ｍ_ALx
n、Ｍ_ALyn）と、ＡＬＧショットマップデータ部５０４
に格納された設計上の配列座標値（Ｄxn、Ｄyn）とに基
づいて、ステップアンドリピート方式で位置合わせすべ
きウエハＷ上でのショット配列の規則性、すなわち以下
の数式１に示す写像関係式（行列式Ｍ_ALn ＝Ａ・Ｄn ＋
Ｏ）における変換行列Ａ、Ｏを決定する。但し、上記関
係式における変換行列Ａ、Ｏは、残存回転誤差θ、直交
度ω及びスケーリング誤差Ｒｘ、Ｒｙと、オフセット誤
差Ｏｘ、Ｏｙとの夫々をパラメータとして含み、変換行
列Ａは２行２列、Ｏは２行１列の行列である。

【００３１】

【数１】

【００３２】尚、変換行列Ａ、Ｏは以下の数式２、３で
表される。

【００３３】

【数２】

【００３４】

【数３】

【００３５】ここで、ウエハ上のショット領域は、計測
上の配列座標値（Ｍ_ALxn、Ｍ_ALyn）及び設計上の配列座
標値（Ｄxn、Ｄyn）に対して残差項（εＸn 、εＹn ）
が存在し、上記数式１は以下の数式４のように書き換え
られる。

【００３６】

【数４】

【００３７】従って、ＥＧＡ演算ユニット５０２は上記
残差項が最小となるように、変換行列Ａ、Ｏの各パラメ
ータの値を演算（最小二乗法）により決定する。尚、上
記の如く算出された変換行列Ａ、Ｏは記憶部５０６に格
納される（ステップ１０４）。しかる後、ＥＧＡ演算ユ
ニット５０２は上記数式１によって、ウエハＷ上の全て
のショット領域ＳＡn の配列座標値（Ｄ_EGxn、Ｄ_EGyn）
を算出する（ステップ１０５）。従って、上記座標値
（Ｄ_EGxn、Ｄ_EGyn）に従ってウエハステージ３をステッ
ピングさせれば、全てのショット領域ＳＡn に対してレ
チクルパターンの投影像が正確に重ね合わされて露光さ
れることになる。ここで、ＥＧＡ演算ユニット５０２で
算出されるショット領域の配列座標値（Ｄ_EGxn、Ｄ_EGy
n）は、シーケンスコントローラ５０４と記憶部５０６
とに送られる。尚、ＥＧＡ演算で算出される配列座標値
を（Ｄ_EGxn、Ｄ_EGyn）としたのは、ＥＧＡ演算で最小二
乗法を用いるために、計算上の配列座標値（Ｄ_EGxn、Ｄ
_EGyn）と計測上の配列座標値（Ｍ_ALxn、Ｍ_ALyn）とがウ
エハ上の全てのショット領域において必ずしも一致しな
いからである（詳細後述）。

【００３８】次に、シーケンスコントローラ５０４は先
の配列座標値（Ｄ_EGxn、Ｄ_EGyn）に従ってウエハステー
ジ３をステッピングさせていき、ウエハＷ上のショット
領域ＳＡn 毎にレチクルパターンの投影像を重ね合わせ
て露光を行う（２nd露光）。この結果、１st露光で形成
された主尺パターンに対して副尺パターンが重ね合わさ
れて転写されることになる（ステップ１０６）。

【００３９】２nd露光が終了したウエハＷはステッパー
から搬出されて、現像処理等が施されると、各ショット
領域ＳＡn の中心付近には主尺パターンＲＰ₁と副尺パ
ターンＲＰ₂とが重なったバーニアが形成される。しか
る後、ウエハＷは別設の観察装置（不図示）に搬入さ
れ、ここでショット領域毎に主尺パターンＲＰ₁ と副尺
パターンＲＰ₂ とのＸ、Ｙ方向の位置ずれ量ΔＶｘ、Δ
Ｖｙを計測する（ステップ１０７）。このように計測さ
れたショット領域毎のずれ量ΔＶｘ、ΔＶｙは、オペレ
ータにより入力装置６３を介して記憶部５０６に入力さ
れる（ステップ１０８）。尚、バーニア計測は光学的に
行っても、目視により行っても良く、その装置構成、測
定方法はいかなるものであっても構わない。また、本実
施例ではオペレータがバーニア計測値（ΔＶｘ、ΔＶ
ｙ）を主制御装置５０に入力するものとしたが、例えば
ＦＩＡ系２０を用いてバーニアの観察、計測を行うよう
に構成しても良く、この場合にはオペレータがデータを
入力する手間が省けるといった利点がある。

【００４０】次に、演算部５０５は記憶部５０６からの
バーニア計測値ΔＶｘ、ΔＶｙと、２nd露光で形成され
たショット領域の配列座標値、すなわちＥＧＡ演算ユニ
ット５０２で算出された配列座標値（Ｄ_EGxn、Ｄ_EGyn）
とに基づいて、１st露光で形成されたショット領域の真
の配列座標値（Ｍ_VExn、Ｍ_VEyn）を算出する。ここで、
バーニア計測値ΔＶｘ、ΔＶｙは計算上の配列座標値
（Ｄ_EGxn、Ｄ_EGyn）に従って転写された２ndショット領
域（副尺パターンＲＰ₂ ）に対する１stショット領域
（主尺パターンＲＰ₁ ）の位置ずれ量を表している。従
って、計算上の配列座標値（Ｄ_EGxn、Ｄ_EGyn）に対して
バーニア計測値ΔＶｘ、ΔＶｙをオフセットとして加え
ることにより、１stショット領域の真の配列座標値（Ｍ
_VExn、Ｍ_VEyn）を算出する。この算出された配列座標値
（Ｍ_VExn、Ｍ_VEyn）は記憶部５０６に記憶される（ステ
ップ１０９）。

【００４１】さらに演算部５０８は、記憶部５０９に格
納された２ndショット領域の実際の配列座標値（Ｄ_EGx
n、Ｄ_EGyn）、及び１stショット領域の真の配列座標値
（Ｍ_VExn、Ｍ_VEyn）と、ＡＬＧデータ記憶部５０１に格
納された１stショット領域の計測上の配列座標値（Ｍ_AL
xn、Ｍ_ALyn）とに基づいて、１stショット領域ＳＡ1st
と２ndショット領域ＳＡ2nd との重ね合わせ誤差（ベク
トルｖ）をショット領域毎に解析し、この解析結果を表
示装置６４に表示する（ステップ１１０）。この様子を
図９を参照して簡単に説明する。図９において、点Ｄは
１stショット領域の設計上の露光位置（座標値Ｄxn、Ｄ
yn）、点Ｍ_ALは１stショット領域（点線）の計測上の露
光位置（座標値Ｍ_ALxn、Ｍ_ALyn）、点Ｄ_EGは２ndショッ
ト領域ＳＡ2nd の実際の露光位置（座標値Ｄ_EGxn、Ｄ_EG
yn）、点Ｍ_VEは１stショット領域ＳＡ1st の真の露光位
置（座標値Ｍ_VExn、Ｍ_VEyn）を表している。

【００４２】図９から明らかなように、点Ｍ_VEから点Ｄ
_EGへのベクトルｖは重ね合わせ誤差を表し、ベクトルｖ
は点Ｍ_ALから点Ｍ_VEへのベクトルｅと点Ｍ_ALから点Ｄ_EG
へのベクトルａとに分けることができる。ここで、ベク
トルｅは１stショット領域ＳＡ1st の真の露光位置と計
測値とのずれ、すわなちＬＳＡ演算ユニット６０での信
号処理条件等に対応してマーク位置検出時に生じ得る誤
差（以下、ＬＳＡ誤差と呼ぶ）を表している。尚、ＬＳ
Ａ誤差の発生要因の１つとしては、例えば図８（Ｃ）に
示したような信号波形に対して最適な信号処理条件がＬ
ＳＡ演算ユニット６０に設定されていないために生じる
と考えられる。また、ベクトルａは１stショット領域Ｓ
Ａ1st の計測値と２ndショット領域ＳＡ2nd の露光位置
とのずれ、すなわちＥＧＡ演算において選択された１st
ショット領域のウエハＷ上での位置、またはその数（Ｅ
ＧＡショット配置）等に対応して生じる誤差（以下、Ｅ
ＧＡ誤差と呼ぶ）を表している。従って、重ね合わせ誤
差（ベクトルｖ）は信号処理条件を主因とするＬＳＡ誤
差（ベクトルｅ）とＥＧＡショット配置を主因とするＥ
ＧＡ誤差（ベクトルａ）とに分類され、演算部５０５は
３つのベクトルｖ、ｅ、ａの線図をショット領域毎に表
示装置６４に表示するとともに、この解析結果を記憶部
５０６に格納する。この結果、オペレータはウエハ上の
全てのショット領域における重ね合わせ誤差、さらには
当該誤差の発生要因（ＬＳＡ誤差、ＥＧＡ誤差）までも
知ることができる。尚、表示装置６４での表示方法は任
意で良く、例えば全てのショット領域のベクトルｖのみ
を画面上に表示しておき、ベクトルｖが大きいショット
領域については、オペレータの指示により当該領域を拡
大表示、すなわち３つのベクトルｖ、ｅ、ａを同一画面
上に表示するようにしても良い。

【００４３】次に、図１０を参照して重ね合わせ誤差
（ベクトルｖ）を最小とするための動作（シミュレーシ
ョン）について説明する。尚、ここではステップ１００
〜１０９までの動作が既に終了し、ウエハ上の全てのシ
ョット領域の各マーク毎の波形データが信号データ記憶
部６２に格納されるとともに、１stショット領域の真の
配列座標値（Ｍ_VExn、Ｍ_VEyn）も記憶部５０６に格納さ
れているものとする。

【００４４】ここで、図９に示す如く本実施例では、重
ね合わせ誤差（ベクトルｖ）をＬＳＡ誤差（ベクトル
ｅ）とＥＧＡ誤差（ベクトルａ）とに分類できる。従っ
て、重ね合わせ誤差（ベクトルｖ）を最小にするには、
ＬＳＡ誤差（ベクトルｅ）とＥＧＡ誤差（ベクトルａ）
の各々を最小にする、換言すればＬＳＡ演算ユニット６
０での信号処理条件（例えば、アルゴリズム・スライス
レベルの電圧値等）とＥＧＡ演算ユニット５０２でのＥ
ＧＡショット配置（ここで、ＥＧＡショット配置とは変
換行列Ａ、Ｏを決定するのに必要な複数のショット領域
のウエハ上での位置や数を指す）の各々を最適化すれば
良いことがわかる。そこで、本実施例では信号処理条件
とＥＧＡショット配置の各々についてその条件を変更し
ながら、各条件でのＬＳＡ誤差やＥＧＡ誤差をシミュレ
ーションにより求めることによって、信号処理条件とＥ
ＧＡショット配置の最適化を行うものとする。これに伴
い、本実施例では予めオペレータによって指定された複
数の信号処理条件、及びＥＧＡショット配置の条件が記
憶部５０６に格納されているものとする。

【００４５】さて、ＬＳＡ演算ユニット６０においてマ
ーク位置が正確に検出されるようになっていれば、当然
ながら図９に示した点Ｍ_ALと点Ｍ_VEとは近づき、ＬＳＡ
誤差（ベクトルｅ）は小さくなるはずである。すなわ
ち、ＬＳＡ誤差（ベクトルｅ）を評価することはＬＳＡ
演算ユニット６０の信号処理条件を評価することにな
り、ＬＳＡ誤差が十分に小さければ、適正な条件で波形
処理が行われていると言える。逆にＬＳＡ誤差が大きけ
れば、適正な条件で波形処理が行われているとは言え
ず、信号処理条件を見直す必要がある。そこで、まずＬ
ＳＡ誤差（ベクトルｅ）を最小とするための信号処理条
件の最適化について説明する。

【００４６】ここで、本実施例においてＬＳＡ演算ユニ
ット６０での信号処理条件とは、波形解析アルゴリズ
ム、アルゴリズム・スライスレベル、及び処理ゲート幅
等を指している。尚、処理ゲート幅とは設計上のマーク
位置を中心として定められるものである。また、波形解
析アルゴリズムとしては、例えば以下に述べる３つのア
ルゴリズムがある。さて、第１のアルゴリズムは所定の
処理ゲート幅から決まる区間で信号波形のスムージング
を行った後、この信号波形をアルゴリズム・スライスレ
ベルで設定されたレベルでスライスし、図８（Ｂ）に示
したように信号波形の左右に交点があると、その交点の
中心点をマーク位置として検出するものである。第２の
アルゴリズムは、所定のレベルＬ₁ （電圧値）以上の区
間で信号波形のスムージングを行った後、ピーク値に近
いレベルＬ₂ との間で複数のスライスレベルを一定間隔
で設定し、各スライスレベルでの交点とその長さを求め
る。そして、各スライスレベルでの長さに基づいて、ア
ルゴリズム・スライスレベルで設定されたレベル以下の
部分において信号波形の傾斜が最大となるスライスレベ
ルを選び出し、当該レベルでの交点の中心点をマーク位
置として検出するものである。第３のアルゴリズムは、
アルゴリズム・スライスレベルで設定されたレベルで信
号波形をスライスし、その中心点を基準位置として求め
ておく。次に、所定のレベルＬ₁ （電圧値）以上の区間
で信号波形のスムージングを行った後、ピーク値に近い
レベルＬ₂ との間で複数のスライスレベルを一定間隔で
設定し、各スライスレベルでの交点の中心点、さらに中
点差分（すなわち、隣り合うスライスレベルでの中心点
との差）を求める。そして、各スライスレベルでの中心
点が先に求めた基準位置と大きく離れておらず、各中心
点が安定している領域（すなわち中点差分が微小で、そ
のスライスレベルが一番長く連続している領域）を選
び、当該領域での中心点をマーク位置として検出するも
のである。

【００４７】さて、まず演算部５０５は記憶部５０６か
ら所定の信号処理条件、例えばスライスレベルＶｒのレ
ベル値を選び出し、ＬＳＡ演算ユニット６０の信号処理
条件を変更する（ステップ２００）。次に、ＬＳＡ演算
ユニット６０は信号データ記憶部６２から波形データを
順次読み出し、新たに設定された条件（スライスレベ
ル）のもとで、全てのショット領域のマーク位置（座標
値Ｍ_ALxn、Ｍ_ALyn）を算出する。しかる後、これらマー
ク位置情報はＡＬＧデータ記憶部５０１に格納される
（ステップ２０１）。

【００４８】次に、演算部５０５はステップ２０１で求
めた配列座標値（Ｍ_ALxn、Ｍ_ALyn）と、記憶部５０６か
ら読み出した真の配列座標値（Ｍ_VExn、Ｍ_VEyn）とに基
づいて、ショット領域毎にＬＳＡ誤差（ベクトルｅ）を
算出するとともに、各ショット領域のベクトルｅを表示
装置６４に表示する。このように算出されたＬＳＡ誤差
は、ＬＳＡ演算ユニット６０に設定された信号処理条件
に対応付けられて記憶部５０６に格納される（ステップ
２０２）。しかる後、演算部５０５は予めオペレータに
よって記憶部５０６に設定された全ての信号処理条件に
ついてシミュレーションが行われたか否かを判断する
（ステップ２０３）。ここでは、全ての条件についての
シミュレーションが終了していないので、ステップ２０
０に戻る。演算部５０５は、シミュレーションが終了す
るまでステップ２００〜２０２を繰り返し実行し、全て
の条件でシミュレーションが終了した時点で次のステッ
プ２０４に進む。尚、記憶部５０６に予め設定してお
く信号処理条件としては、アルゴリズム・スライスレベ
ルのみを変更するように設定しておくだけでも、または
波形解析アルゴリズム（もしくは処理ゲート幅）を変更
のみを変更するように設定しておくだけでも良く、さら
にはこれらを組み合わせた条件を設定するようにしても
良い。

【００４９】さて、全ての信号処理条件についてシミュ
レーションが終了した時点で、演算部５０５は記憶部５
０６に格納された各条件でのＬＳＡ誤差に基づいて、各
ショット領域でのＬＳＡ誤差が最小となる信号処理条件
を選択し、この条件を最適条件としてＬＳＡ演算ユニッ
ト６０に設定する（ステップ２０４）。この結果、ＬＳ
Ａ演算ユニット６０における信号処理条件が最適化さ
れ、ＬＳＡ系でのマーク位置の検出精度が向上する、換
言すれば上記の如く設定された信号処理条件のもとで、
図９中に示した点Ｍ_ALが点点Ｍ_VEに最も近づく、もしく
は一致することになる。

【００５０】ところで、ステップ２００〜２０３を繰り
返し実行し、全ての信号処理条件でシミュレーションを
行っても、ＬＳＡ誤差が小さくならないことがある。ま
たは、上記の如く最適条件として設定された処理条件の
もとでも、ＬＳＡ誤差がわずかしか小さくならならいこ
とがある。そこで、演算部５０５は最適条件のもとで算
出された各ショット領域でのＬＳＡ誤差（記憶部５０６
に格納されている）に基づいて、さらに詳しくＬＳＡ誤
差を解析する必要があるか否かを判断し（ステップ２０
５）、シミュレーションを繰り返してもＬＳＡ誤差が小
さくならない場合には、ＬＳＡ誤差の解析が必要と判断
して、次のステップ２０６に進む。一方、上記の如き信
号処理条件の最適化によって各ショット領域でのＬＳＡ
誤差が十分小さくなっている場合には、直ちにステップ
２０８へ進む。ここで演算部５０５は、例えば全てのシ
ョット領域でのＬＳＡ誤差から標準偏差（または平均
値）を求め、この値が所定値を超えているか否かによっ
て判断するようにして構わない。尚、本実施例ではＬＳ
Ａ誤差が小さくならなかったものとして、次のステップ
２０６に進むものとする。従って、ＬＳＡ演算ユニット
６０における信号処理条件は任意の条件、例えば初期条
件（ステップ１０３での条件）、またはステップ２００
〜２０２において最後に行われたシミュレーションでの
処理条件に設定されていることになる。また、ここでは
演算部５０５がＬＳＡ誤差の解析の要否を判断していた
が、オペレータが表示装置６４に表示される各条件での
ＬＳＡ誤差を観察してその解析の要否を判断するように
しても良い。

【００５１】次に、演算部５０５は線形最小二乗法を用
いて、ＬＳＡ誤差（ベクトルｅ）の解析を実行する（ス
テップ２０６）。尚、線形最小二乗法とは先に述べたＥ
ＧＡ演算と全く同一の手法であり、この演算処理によっ
てＬＳＡ誤差（ベクトルｅ）を線形成分（以下、ＬＳＡ
残留誤差と呼ぶ）と残りの成分（以下、ランダム誤差と
呼ぶ）とに分けることが可能となる。

【００５２】そこで、演算部５０５はショット領域の真
の配列座標値（Ｍ_VExn、Ｍ_VEyn）を記憶部５０６から読
み出すとともに、ステップ２０４が終了した時点でＬＳ
Ａ演算ユニット６０に設定された信号処理条件のもとで
検出されたショット領域の計測上の配列座標値（Ｍ_ALx
n、Ｍ_ALyn）をＡＬＧデータ記憶部５０１から読み出
す。この際、演算部５０５はウエハ上のショット領域Ｓ
Ａn の中から複数のショット領域、例えばショット領域
ＳＡ₁ 〜ＳＡ₇ （図６）を指定し、これらの配列座標値
をＡＬＧデータ記憶部５０１及び記憶部５０６の各々か
ら読み出す。しかる後、演算部５０５はこの読み出した
配列座標値を用いて、以下の数式５に示す行列における
変換行列Ｂ、Ｃを、ＥＧＡ演算（ステップ１０４）と同
一の手法により決定し、この値を記憶部５０６に格納す
る。尚、変換行列Ｂは２行２列、Ｃは２行１列の行列で
ある。また、変換行列Ｂ、Ｃの決定に用いるショット領
域の数は２つ以上であれば良く、例えば全てのショット
領域の配列座標値を用いて決定するようにしても構わな
い。

【００５３】

【数５】

【００５４】さらに演算部５０５は、この決定された変
換行列Ｂ、Ｃと数式５とを用いて、ショット領域の計測
上の配列座標値（Ｍ_ALxn、Ｍ_ALyn）の変換を行い、この
変換された座標値を（Ｍ_erxn、Ｍ_eryn）として記憶部５
０６に格納する。しかる後、演算部５０５は記憶部５０
６に格納された３つの配列座標値（Ｍ_ALxn、Ｍ_ALyn）、
（Ｍ_VExn、Ｍ_VEyn）及び（Ｍ_erxn、Ｍ_eryn）に基づいて
ショット領域毎にＬＳＡ誤差（ベクトルｅ）を解析し、
この解析結果を表示装置６４に表示する（ステップ２０
７）。この様子を図１１を参照して説明するが、ここで
は図９と異なる点のみについて述べる。尚、図１１中の
点Ｍ_erは数式５によって変換されたショット位置（座標
値Ｍ_erxn、Ｍ_eryn）を表している。

【００５５】図１１から明らかなようにＬＳＡ誤差（ベ
クトルｅ）は、点Ｍ_ALから点Ｍ_erへのベクトルｅ_R と、
点Ｍ_erから点Ｍ_VEへのベクトルｒとに分けられる。ここ
で、ベクトルｅ_R は線形最小二乗法によって算出される
ので、ＬＳＡ誤差（ベクトルｅ）の線形成分（ＬＳＡ残
留誤差）を表しており、ベクトルｒはＬＳＡ誤差の線形
成分を除く残りの成分（すなわち、非線形な成分を含む
ランダム誤差）を表していることになる。この結果、Ｌ
ＳＡ誤差（ベクトルｅ）をＬＳＡ残留誤差（ベクトルｅ
_R ）と、ランダム誤差（ベクトルｒ）とに分けることが
できる。演算部５０５は、３つのベクトルｅ、ｅ_R 、ｒ
の線図をショット領域毎に表示装置６４に表示し、さら
にこの解析結果を記憶部５０６に格納する。この際、各
ショット領域のベクトルｅ_R （またはｒ）、もしくは変
換行列Ｂ、Ｃ（または各パラメータの値）のみ、あるい
はこれらを組み合わせたものをを表示装置６４に表示す
るようにしても良い。

【００５６】尚、ＬＳＡ残留誤差（ベクトルｅ_R ）は上
述の如く常にある傾向を持っているので、実際のプロセ
スウエハでのＬＳＡ系及びＬＳＡ演算ユニット６０の計
測結果に対してＬＳＡ残留誤差をそのまま加える、換言
すればＥＧＡ演算結果（変換行列Ａ、Ｏ）をＬＳＡ残留
誤差（変換行列Ｂ、Ｃ）で更新することによって、ＬＳ
Ａ系及びＬＳＡ演算ユニット６０の位置検出精度を結果
的に向上させることになる（詳細後述）。

【００５７】以上の動作により、ＬＳＡ演算ユニット６
０での信号処理条件の最適化（及びＬＳＡ誤差の解析）
が終了することになる。ところで、上記の如き信号処理
条件の最適化が行われて、マーク位置が正確に検出され
るようになっていれば、当然ながら図９に示した点Ｍ_AL
と点Ｄ_EGとは近づき、ＥＧＡ誤差（ベクトルａ）は小さ
くなるはずである。すなわち、ＥＧＡ誤差（ベクトル
ａ）を評価することはＥＧＡ演算の精度を評価すること
になり、ＥＧＡ誤差が十分に小さければ、ＥＧＡショッ
ト配置が適正な条件に設定されていると言える。逆にＥ
ＧＡ誤差が大きければ、ＥＧＡショット配置が適正な条
件に設定されているとは言えず、ＥＧＡショット配置を
見直す必要がある。そこで、次にＥＧＡ誤差（ベクトル
ａ）を最小とするためのＥＧＡショット配置の最適化に
ついて説明する。

【００５８】さて、演算部５０５は記憶部５０６から所
定のＥＧＡショット配置（ショット数、及びその位置）
を選び出して、ＥＧＡ演算ユニット５０２でのＥＧＡシ
ョット配置を変更する（ステップ２０８）。次に、ＥＧ
Ａ演算ユニット５０２はこの新たに設定されたＥＧＡシ
ョット配置に対応した各ショット領域の計測上の配列座
標値（Ｍ_ALxn、Ｍ_ALyn）をＡＬＧデータ記憶部５０１か
ら読み出し、さらに設計上の配列座標値（Ｄxn、Ｄyn）
をＥＸＰショットマップデータ部５０３から読み出す。
尚、ＡＬＧデータ記憶部５０１から読み出す配列座標値
（Ｍ_ALxn、Ｍ_ALyn）は、先のステップ２０４で設定され
た信号処理条件のもとで検出された値である。しかる
後、ＥＧＡ演算ユニット５０２は各ショット領域の配列
座標値（Ｍ _ALxn、Ｍ_ALyn）及び（Ｄxn、Ｄyn）を用い
て、先のステップ１０４と全く同様に変換行列Ａ、Ｏを
決定する。尚、この算出された変換行列Ａ、Ｏは記憶部
５０６に格納される。さらに、ＥＧＡ演算ユニット５０
２はこの算出された変換行列Ａ、Ｏと上記数式１と用い
て、ウエハＷ上の全てのショット領域ＳＡn の配列座標
値（Ｄ_EGxn、Ｄ_EGyn）を算出し、この演算結果を記憶部
５０６に格納する（ステップ２０９）。

【００５９】次に、演算部５０５は上記の如く算出され
た配列座標値（Ｄ_EGxn、Ｄ_EGyn）と、ＡＬＧデータ記憶
部５０１から読み出した配列座標値（Ｍ_ALxn、Ｍ_ALyn）
とに基づいて、ショット領域毎にＥＧＡ誤差（ベクトル
ａ）を算出し、さらに各ショット領域のベクトルａを表
示装置６４に表示する。このように算出されたＥＧＡ誤
差は、ＥＧＡ演算ユニット５０２に設定されたＥＧＡシ
ョット配置に対応付けられて記憶部５０６に格納される
（ステップ２１０）。しかる後、演算部５０５は予めオ
ペレータによって記憶部５０６に設定された全てのＥＧ
Ａショット配置についてシミュレーション（ショット領
域毎のＥＧＡ誤差の算出）が行われたか否かを判断し
（ステップ２１１）、このシミュレーションが終了する
までステップ２０８〜２１０を繰り返し実行する。

【００６０】尚、記憶部５０６に設定しておくＥＧＡシ
ョット配置の条件としては、ショット位置については予
め定めておき、ショット数を変更するだけでも、あるい
はショット数は一定としてショット位置の指定のみを変
更するだけでも良く、さらにはこれらを組み合わせた条
件を設定するようにしても良い。さて、全てのＥＧＡシ
ョット配置についてシミュレーションが終了した時点
で、演算部５０５は記憶部５０６に格納された各条件で
のＥＧＡ誤差に基づいて、各ショット領域でのＥＧＡ誤
差が最小となるＥＧＡショット配置を選択し、この配置
を最適条件としてＥＧＡ演算ユニット５０２に設定する
（ステップ２１２）。この結果、ＥＧＡ演算ユニット５
０２における演算精度が向上する、換言すれば上記の如
く設定されたショット配置のもとで、図９中に示した点
Ｄ_EGが点点Ｍ _ALに最も近づく、もしくは一致することに
なり、ＥＧＡショット配置の最適化が終了する。

【００６１】ここで、信号処理条件及びＥＧＡショット
配置の最適化が行われた後の重ね合わせ誤差（ベクトル
ｖ）の様子を図１２、図１３に示す。図１２は信号処理
条件の最適化によってＬＳＡ誤差（ベクトルｅ）が十分
小さくなっている場合、図１３は信号処理条件の最適化
を行ってもＬＳＡ誤差（ベクトルｅ）が小さくならない
場合を示している。図１２から明らかなように、信号処
理条件及びＥＧＡショット配置の最適化が行われると、
ＬＳＡ誤差（ベクトルｅ）とＥＧＡ誤差（ベクトルａ）
とがともに十分に小さくなり、これに伴って重ね合わせ
誤差（ベクトルｖ）も十分に小さく（またはほぼ零に）
なる。従って、上記解析に用いたウエハと同一の条件
（例えば、ウエハの種類、レジストや下地の種類・厚さ
等であり、ウエハ処理条件も同一であることが望まし
い）のプロセスウエハを使用する限り、上記の如く設定
された条件のもとでマーク位置検出やＥＧＡ演算を行え
ば、ＥＧＡ方式における重ね合わせ誤差を常に最小、な
いしほぼ零にすることができ、高精度なアライメントを
実現することが可能となる。また、以上のことから上記
条件が異なるプロセスウエハ毎に、最適な信号処理条
件、及びＥＧＡショット配置（さらには変換行列Ｂ、
Ｃ）を求め、これらの値を上記条件に対応付けて記憶部
５０６に格納しておくことが望ましい。

【００６２】一方、図１３ではＬＳＡ誤差（ベクトル
ｅ）が小さくなっていないため、実際のプロセスウエハ
において上記条件のもとでマーク位置検出やＥＧＡ演算
を行っても、所定の許容値以上の重ね合わせ誤差が残存
し得る。そこで、ＬＳＡ誤差が小さくならず、しかもＬ
ＳＡ残留誤差（ベクトルｅ_R ）が常にある傾向を持って
いる場合には、プロセスウエハでのＬＳＡ系及びＬＳＡ
演算ユニット６０による計測結果に対してＬＳＡ残留誤
差をそのまま加える。換言すれば、上記条件のもとで算
出されるＥＧＡ演算式（数式１）を、ＬＳＡ残留誤差を
算出する際に決定される変換行列Ｂ、Ｃ（ステップ２０
６）を用いて更新する。つまり、上記数式１、５から以
下に示す数式６を求める。

【００６３】

【数６】

【００６４】この結果、ＥＧＡ演算（数式６）によっ
て、見掛け上ショット領域の設計上の配列座標値（点
Ｄ）が点Ｄ_EG' に変換される、すなわちＥＧＡ演算精度
を向上させることになり、重ね合わせ誤差（点Ｍ_VEと点
Ｄ_EG' との距離）を小さくすることができる。尚、数式
６はショット領域の真の配列座標値（Ｍ_VExn、Ｍ_VEyn）
と設計上の配列座標値（Ｄxn、Ｄyn）とを用いて、ＥＧ
Ａ演算式における変換行列を算出する場合と全く同じで
あることは言うまでもない。

【００６５】以上の通り本実施例においては、ＬＳＡ誤
差（ベクトルｅ）やＥＧＡ誤差（ベクトルａ）のシミュ
レーションを行うため、予めオペレータが指定した複数
の信号処理条件やＥＧＡショット配置を記憶部５０６に
格納しておくこととしたが、例えばオペレータ（または
演算部５０５）がＬＳＡ誤差やＥＧＡ誤差のシミュレー
ションが行われるたびに、そのシミュレーション結果に
基づいて次の信号処理条件やＥＧＡショット配置を決定
するようにし、この決定された条件をＬＳＡ演算ユニッ
ト６０やＥＧＡ演算ユニット５０２に対して設定するよ
うにしても構わない。この場合には、ＬＳＡ誤差やＥＧ
Ａ誤差のシミュレーションの回数が、上記実施例に比べ
て少なくなり得るといった利点がある。

【００６６】また、ＬＳＡ誤差（ベクトルｅ）のシミュ
レーション、特に信号処理条件の変更（ステップ２０
０）を行う際、ウエハ上の複数のショット領域の中か
ら、いくつかのショット領域（例えば、ウエハの中心及
び外周付近に位置するショット領域）を選択し、この選
択したショット領域のマーク毎の信号波形（例えば、図
８（Ｃ））を表示装置６４に表示させるようにしても良
い。このように信号波形を表示することは、ＬＳＡ誤差
のシミュレーションにおいて次の信号処理条件を決定す
るのに役立ち、シミュレーションの回数をより減らすこ
とが可能になるといった効果が得られる。尚、信号波形
を表示させるショット領域は１つであっても構わない。

【００６７】同様に、ＥＧＡ誤差（ベクトルａ）のシミ
ュレーション、特にＥＧＡショット配置の変更（ステッ
プ２０８）を行う際、次にシミュレーションを行うべき
ＥＧＡショット配置に対応した複数のショット領域（ま
たはウエハ上の全てのショット領域）の中から、いくつ
かのショット領域（または全てのショット領域でも良
い）を選択し、この選択したショット領域でのＬＳＡ誤
差（ベクトルｅ）、ＬＳＡ残留誤差（ベクトルｅ_R ）、
及びランダム誤差（ベクトルｒ）のうちの少なくとも１
つを表示装置６４に表示するようにしても良い。このよ
うな表示を行うと、ＥＧＡ誤差のシミュレーションにお
いて次のＥＧＡショット配置を決定するのに役立ち、シ
ミュレーションの回数をより減らすことが可能になると
いった効果が得られる。

【００６８】また、変換行列Ｂ、Ｃを算出するにあたっ
て、ウエハ上の全てのショット領域（または予め指定さ
れている複数のショット領域ＳＡ₁ 〜ＳＡ₇ のみでも良
い）でのＬＳＡ誤差（ベクトルｅ）を表示装置６４に表
示させるようにする。そして、例えばウエハ全体での傾
向と比較してベクトルｅの傾向（方向や大きさ）が極端
に異なる（換言すればランダム誤差ｒが極端に大きい）
ショット領域を、予め変換行列Ｂ、Ｃを算出するのに用
いる指定ショットから除くするようにすれば、より一層
精度良く変換行列Ｂ、Ｃを算出することが可能となる。
尚、ここで除去したショット領域については、ＥＧＡシ
ョット配置の最適化（シミュレーション）を行う際にも
ＥＧＡショットとして指定しないようにすれば、ＥＧＡ
ショット配置のシミュレーション回数を減らすことが可
能になり、結果的にプロセスウエハでのＥＧＡ演算精度
が向上する、すなわち全てのショット領域においてＥＧ
Ａ誤差（ベクトルａ）が最小になる。

【００６９】さらに、ＥＧＡショット配置のシミュレー
ションを行ってもＥＧＡ誤差（ベクトルａ）が小さくな
らない場合には、例えばウエハ上のショット領域をいく
つかのブロックに分け、各ブロック毎にＥＧＡ演算（変
換行列Ａ、Ｏの算出）を行うこととし、ブロック単位で
ＥＧＡショット配置の最適化を行うようにしても構わな
い。また、例えばウエハの外周付近でのスケーリング誤
差が極端に大きい場合には、ウエハ上の全てのショット
領域を、ウエハセンタを中心とした円形状の第１領域と
当該領域の外側の円環状の第２領域（例えば、最外周に
位置するショット領域のみを含む領域）とに分け、ＥＧ
Ａショット配置の最適化は第１領域内のショット領域の
みを用いて行うようにしても良い。尚、このような条件
のもとで決定されたＥＧＡショット配置に従って実際の
プロセスウエハでＥＧＡ演算を行うと、第２領域内のシ
ョット領域での重ね合わせ誤差は大きくなり得るので、
実際のプロセスウエハでは第２領域内のショット領域に
ついて、別にＥＧＡ演算を実行する、またはダイ・バイ
・ダイ、もしくはサイト・バイ・サイト方式でアライメ
ントを行うようにすることが望ましい。

【００７０】さらに、上記実施例では予め記憶部５０６
に設定された全ての信号処理条件やＥＧＡショット配置
についてシミュレーションが終了した時点で、演算部５
０５（またはオペレータ）が各条件に対応付けられて記
憶部５０６に格納されたシミュレーション結果に基づい
て最適な条件を選択し、この選択した条件をＬＳＡ演算
ユニット６０やＥＧＡ演算ユニット５０２に対して設定
していた（ステップ２０４、２１２）。しかしながら、
例えばオペレータ（または演算部５０５）がＬＳＡ誤差
やＥＧＡ誤差のシミュレーションが行われるたびに、そ
のシミュレーション結果と既に記憶部５０６に格納され
ているシミュレーション結果とを比較し、シミュレーシ
ョン結果が良くなっている、すなわちＬＳＡ誤差やＥＧ
Ａ誤差が小さくなっている場合のみ、記憶部５０６の格
納データ（上記条件に対応付けられたシミュレーション
結果）の書換（更新）を行うようにしても構わない。こ
の場合には、記憶部５０６に設定された全ての信号処理
条件やＥＧＡショット配置についてシミュレーションが
終了した時点で最適な条件の選択を行わずとも、記憶部
５０６の格納データに従って直ちにＬＳＡ演算ユニット
６０やＥＧＡ演算ユニット５０２に最適条件を設定でき
る。また、記憶部５０６に設定された全ての信号処理条
件やＥＧＡショット配置でのシミュレーション結果を記
憶部５０６に格納しておく必要がないので、その記憶容
量が小さくて済むといった利点が得られる。尚、全ての
条件についてシミュレーションを行ってもＬＳＡ誤差や
ＥＧＡ誤差が小さくならない場合、ＬＳＡ演算ユニット
６０やＥＧＡ演算ユニット５０２には最後に行われたシ
ミュレーションでの条件が設定されていることになる。
この際、演算部５０５はこの最後の条件でのシミュレー
ション結果を記憶部５０６に格納しておくことが望まし
い。

【００７１】また、図５に示したフローチャートにおい
ては、ステップ１０２の終了後にウエハ上の全てのショ
ット領域のマーク位置を検出するようにしていたが、ス
テップ１０３では変換行列Ａ、Ｏの決定に必要なショッ
ト領域のみについて、マーク位置計測（及び波形データ
の格納）を行っておき、残りのショット領域については
ステップ１０６における２nd露光と並行してマーク計測
等を行うようにしても構わない。

【００７２】さらに、例えば特開平１−１７９３１７号
公報に開示されているように、ステッパー本体とコータ
ディベロッパー（さらには別設の検査装置等）をインラ
イン化すれば、上記実施例での動作を全て自動化でき、
オペレータが介在する必要がなくなることは言うまでも
ない。また、このようなシステムを構築することによっ
て、ウエハに対する処理条件（現像、エッチング条件
等）までも含めた（考慮した）重ね合わせ誤差の解析、
及び信号処理条件やＥＧＡショット配置の最適化を行う
ことが可能となる。

【００７３】ところで、以上の実施例においてはＥＧＡ
方式のファインアライメントにおける重ね合わせ誤差の
解析について述べたが、本発明に好適なアライメント方
式はＥＧＡ方式（さらには最小二乗法）に限られるもの
ではなく、重ね合わせ露光に先立ってウエハステージの
ステッピング位置を補正する方式であれば良く、さらに
最小二乗法以外のいかなる演算手法を用いても構わな
い。尚、露光前にウエハ全体のＸ、Ｙ及び回転方向の位
置ずれを一括して補正するグローバルアライメント方式
であっても、その重ね合わせ誤差を上記実施例と全く同
様の動作で解析することができる。また、１ショット毎
にアライメントを行う方式（ダイ・バイ・ダイまたはサ
イト・バイ・サイト方式）であっても、上記実施例と同
様の動作を行うことによってその重ね合わせ誤差を解析
することができる。但し、ダイ・バイ・ダイまたはサイ
ト・バイ・サイト方式では、上記実施例における点Ｄ_EG
と点Ｍ_ALとが一致することになるため、アライメントセ
ンサーによるマーク位置検出時に生じ得る誤差（ＬＳＡ
誤差に相当）のみについて、当該誤差を線形成分と残り
の成分とに分けて解析することができる。

【００７４】また、上記実施例ではアライメントセンサ
ーとしてＬＳＡ系を用いる場合について述べたが、本発
明はいかなる方式のアライメントセンサーに対しても適
用することができる。すなわちＴＴＲ方式、ＴＴＬ方
式、またはオフオクシス方式のいずれの方式であって
も、さらにその検出方式が上記の如きＬＳＡ方式であっ
ても、ＦＩＡ系２０の如き画像処理方式であっても構わ
ない。また、例えばウエハ上に形成された１次元の回折
格子に対して２方向からコヒーレントな平行ビームを照
射して回折格子上に１次元の干渉縞を作り、この干渉縞
の照射により回折格子から発生する回折光（干渉光）の
強度を光電検出する方式のアライメントセンサー（以
下、Laser Interferometric Alignment;ＬＩＡ系と呼
ぶ）を用いても構わない。この方式には、２方向からの
平行ビームに一定の周波数差を与えるヘテロダイン方式
と、周波数差のないホモダイン方式とがある。特にヘテ
ロダイン方式のＬＩＡ系は、ウエハ上の回折格子からの
干渉光の光電信号（光ビート信号）と、２本の送光ビー
ムから別途作成された参照用干渉光の光ビート信号との
位相差（±１８０°以内）を求めることにより、格子ピ
ッチ（２Ｐ）の±（２Ｐ）／４以内の位置ずれを検出す
るものである。尚、この詳細な構成については、例えば
特開平２−２２７６０２号、または特開平２−２７２３
０５号公報等に開示されている。また、以上のようなア
ライメントセンサーを用いる場合の上記実施例との差異
は、その最適化に際して変更可能な信号処理条件だけで
ある。以下、図１４、図１５を参照してＦＩＡ系、ＬＩ
Ａ系の各々での信号処理条件について簡単に説明する。

【００７５】図１４（Ａ）はＦＩＡ系２０によって検出
されるウエハマークＷＭ₁ の様子を示し、図１４（Ｂ）
はそのとき得られる画像信号の波形を示す。図１４
（Ａ）に示すようにＦＩＡ系２０（不図示の撮像素子）
は、ウエハマークＷＭ₁ の３本のバーマークと指標マー
クＦＭ₁ 、ＦＭ₂ との像を走査線ＶＬに沿って電気的に
走査する。この際、１本の走査線だけではＳ／Ｎ比の点
で不利なので、ビデオサンプリング領域ＶＳＡ（一点鎖
線）に入る複数の水平走査線によって得られる画像信号
のレベルを、水平方向の各画素毎に加算平均すると良
い。図１４（Ｂ）に示すように画像信号には、両側に指
標マークＦＭ₁ 、ＦＭ₂ の各々に対応した波形部分があ
り、ＦＩＡ演算ユニット６１はこの波形部分をスライス
レベルＳＬ₂ により処理することで各マークの中心位置
（画素上の位置）を求め、その中心位置ｘ₀ を求めてい
る。尚、指標マークＦＭ₁ 、ＦＭ₂ の各中心位置を求め
る代わりに、指標マークＦＭ₁ の右エッジと指標マーク
ＦＭ₂ の左エッジの各位置を求めることで、中心位置ｘ
₀ を求めるようにしても構わない。一方、ここでは図１
４（Ｂ）に示すように画像信号上の波形が、各バーマー
クの左エッジ、右エッジに対応した位置でボトムとなっ
ており、ＦＩＡ演算ユニット６１はスライスレベルＳＬ
₁ により波形処理を行って各バーマークの中心位置を求
めた後、各位置を加算平均してウエハマークＷＭ₁ の中
心位置ｘ_Cを算出する。さらに、先に求めた位置ｘ₀ と
マーク計測位置ｘ_Cとの差Δｘ（＝ｘ₀ −ｘ_C ）を算出
し、ＦＩＡ系２０の観察領域内にウエハマークＷＭ₁ が
位置決めされたときのウエハステージ３の位置と先の差
Δｘとを加えた値をマーク位置情報として出力してい
る。

【００７６】従って、上記の如きＦＩＡ系２０において
変更可能な信号処理条件としては、波形解析アルゴリズ
ム、スライスレベルＳＬ₁ （電圧値）、コントラストリ
ミット値、及び処理ゲート幅Ｇｘ（画素上での幅Ｇｘの
中心位置、及びその幅）等がある。さらに波形解析アル
ゴリズムとしては、各バーマークの中心位置を求めるに
際して、バーマークの左エッジ、右エッジに対応した波
形部分ＢＳ_1L、ＢＳ_1RとＢＳ_2L、ＢＳ_2Rとのうち、外
スロープＢＳ_1L、ＢＳ_2Rのみを用いるモード、内スロ
ープＢＳ_1R、ＢＳ_2Lのみを用いるモード、外スロープ
ＢＳ_1L、ＢＳ_2R、及び内スロープＢＳ_1R、ＢＳ_2Lを用い
るモードがある。

【００７７】次に、図１５を参照してＬＩＡ系（特にヘ
テロダイン方式）での信号処理条件について説明する。
図１５に示すように、ウエハ上の１次元の回折格子ＷＭ
₂ に対して、周波数差Δｆの２本のコヒーレントビーム
（平行光束）ＢＭ₁ 、ＢＭ₂が交差角（２ψ₀ ）で入射
すると、回折格子ＷＭ₂ 上にはピッチＰ（但し、格子ピ
ッチ２Ｐ）の１次元の干渉縞ＩＦが作られる。この干渉
縞ＩＦは、回折格子ＷＭ₂ のピッチ方向に周波数差Δｆ
に対応して移動することになり、その速度ＶはＶ＝Δｆ
・Ｐなる関係式で表される。この結果、回折格子ＷＭ₂
からは図１５に示すような回折光Ｂ₁ (-1)、Ｂ₂ (+1)、
・・・が発生する。尚、添字１、２は入射ビームＢＭ
₁ 、ＢＭ₂ との対応を表し、カッコ内の数字は回折次数
を表している。通常、ＬＩＡ系では光軸ＡＸに沿って進
行する±１次回折光Ｂ₁ (-1)、Ｂ₂(+1)の干渉光の光電
信号と、２本の送光ビームから別途作成された参照用干
渉光の光電信号との位相差を求めることにより位置ずれ
を検出している。または、０次回折光Ｂ₂ (0) と−２次
回折光Ｂ₁ (-2)との干渉光の光電信号と参照用の光電信
号との位相差から検出した位置ずれ量と、０次回折光Ｂ
₁ (0) と−２次回折光Ｂ₂ (+2)との干渉光の光電信号と
参照用の光電信号との位相差から検出した位置ずれ量と
を加算平均して位置ずれ量を求めるようにしても良い。

【００７８】従って、上記の如きＬＩＡ系で変更可能な
信号処理条件は、光電検出すべき干渉光（回折光の次
数）の選択のみである。すなわち、ＬＩＡ系では±１次
回折光Ｂ₁ (-1)、Ｂ₂ (+1)を用いる第１モード、０次回
折光Ｂ₂ (0) と−２次回折光Ｂ ₁ (-2)、及び０次回折光
Ｂ₁ (0) と−２次回折光Ｂ₂ (+2)を用いる第２モード、
さらには第１モードと第２モードとでの干渉光の強度を
比較して、その強度値が大きい方を選択して使用する第
３モードとがあり、ＬＩＡ系の最適化に際してはこの３
つのモードを変更してシミュレーションを行うことにな
る。

【００７９】また、本実施例では真の配列座標値（Ｍ_VE
xn、Ｍ_VEyn）を求めるために、目視用のバーニア（図
４）を用いていたが、例えば図１６に示すような２組の
パターン群、すなわち主尺パターン（ＲＸ_1a、ＲＸ_1b）
及び（ＲＹ_1a、ＲＹ_1b）と副尺パターン（ＲＸ_2a、ＲＸ
_2b）及び（ＲＹ_2a、ＲＹ_2b）を用いれば、目視によらず
別設の検査装置（さらにはステッパーのアライメントセ
ンサー）において両者の位置ずれ量（ΔＶｘ、ΔＶｙ）
を自動計測でき、しかも計測精度も向上させることがで
きる。この種のパターンを用いた計測技術に関しては、
例えば特開平２−３１１４２号公報に開示されているの
で、ここでは説明を省略する。尚、図１６中では主尺パ
ターンに対して副尺パターンを重ね合わせた様子を点線
にて示しており、例えばＸ方向の位置ずれ量ΔＶｘは、
交差した部分（斜線部）の距離Ｌｙを計測することによ
って、ΔＶｘ＝（ＬＹ−Ｌｙ）／２・tan(α／２）なる
関係式から算出される。ここで、ＬＹは主尺パターンと
副尺パターンとがＸ方向に位置ずれすることなく正確に
重ね合わせが行われたときの距離（設計値）である。ま
た、図１６に示したパターン群を用いずとも、例えば主
尺パターン及び副尺パターンとしてともに図８（Ａ）中
に示したような回折格子マークＭｘを用い、両者を所定
間隔（設計値）だけ離してウエハ上に転写すれば、両者
の間隔を計測して設計値との差を求めることにより、上
記と同様に位置ずれ量を自動計測することが可能とな
る。

【００８０】また、上記実施例ではＬＳＡ系での信号処
理条件の最適化についてのみ説明したが、例えば同一の
プロセスウエハについてＦＩＡ系やＬＩＡ系でもその信
号処理条件の最適化を行っておき、上記実施例における
ベクトルｅに相当する誤差が最も小さくなるアライメン
トセンサーを選択し、このアライメントセンサーをプロ
セスウエハの種類に対応付けて記憶部５０６に格納して
おけば、より一層重ね合わせ精度を向上させることが可
能となる。また、上記実施例では主尺パターンＲＰ₁ と
副尺パターンＲＰ₂ とを同一レチクル上に形成し、レチ
クルを所定距離だけ移動させることによって重ね合わせ
露光を行うこととしたが、当然ながら上記２つのパター
ンを別々のレチクルに形成し、レチクル交換を行ってか
ら重ね合わせ露光を行うようにしても良い。さらに、主
尺パターンＲＰ₁ と副尺パターンＲＰ₂ とはテストレチ
クルに形成しても、あるいはデバイスレチクルの一部
（例えばマルチ・ダイ・レチクルにあってはストリート
ライン相当領域内）に形成するようにしても構わない。

【００８１】さらに、上記実施例では露光が終了した時
点でウエハの現像、エッチング処理を行い、ウエハ上の
下地層に形成されたパターンを使って各種計測（例えば
バーニア計測、マーク位置計測等）を行うこととした
が、例えばレジスト層に対して２重露光を行うことによ
り形成されたマークやバーニアの像（潜像）、またはそ
のウエハに対して現像処理のみを施すことにより形成さ
れるマークやバーニアのレジスト像を使って各種計測を
行うようにしても構わない。ここで潜像を用いる場合に
は、１st露光により形成されたマーク像（潜像）をアラ
イメントセンサーで検出した後に２nd露光が行われるの
に対して、レジスト像を用いる場合には、１st露光及び
２nd露光が終了した時点で現像処理が施され、その結果
形成されるレジスト像を使って各種形成が行われること
になる。つまり、レジスト像を用いる場合には、１st露
光でレジスト層に形成されたマーク像が２nd露光におい
ても露光され、現像処理を施してもマークのレジスト像
が形成されないことが起こり得る。そこで、このような
場合には２nd露光を行うにあたって、予め１st露光で形
成されたマーク像に対応するレチクルの部分領域に遮光
層（クロム等）を形成しておく、もしくは照明光学系中
のレチクルとほぼ共役な面内に配置される可変ブライン
ドを駆動して、レジスト層のマーク像が露光されないよ
うにレチクルの当該領域を遮光しておく必要がある。

【００８２】以上の実施例では、バーニア計測（ステッ
プ１０７）を行うことによって１stショット領域の真の
座標位置Ｍ_VEを求め、これによって重ね合わせ誤差（ベ
クトルｖ）をＬＳＡ誤差（ベクトルｅ）とＥＧＡ誤差
（ベクトルａ）とに分けて解析していた。ここで、バー
ニア計測を行わない場合は、例えば図９中に示す点Ｍ_VE
が点Ｍ_ALに一致することになる。しかしながら、このよ
うな場合でも上記の如き信号処理条件についてシミュレ
ーションを行えば、点Ｍ_VEと点Ｍ_ALとは近づき、上記条
件に応じたＬＳＡ誤差（ベクトルｅ）の変化の傾向を知
ることができる。従って、本発明では必ずしもバーニア
を必要とせず、バーニア計測を行わなくとも、信号処理
条件の最適化を行うことが可能となっている。

【００８３】また、本発明による位置合わせ装置をステ
ッパーに適用する場合について述べたが、ステッパー以
外の露光装置（Ｘ線露光装置、複数の分割マスクを備え
た電子ビーム露光装置等）、ステップ・アンド・リピー
ト方式で順次検査を行う装置、またはウエハ上の素子の
一部にレーザ光を照射して、欠陥素子のリペアを行う装
置等に適用しても、本実施例と同様の効果を得られる。

【００８４】

【発明の効果】以上のように本発明では、露光位置算出
手段で選択される少なくとも２つの露光領域を選択する
ための配置条件を複数設定し、この複数の配置条件がア
ライメント精度上でどのような向上をもたらすかを解析
することができる。従って、露光領域の配置条件を最適
化することによって、より一層アライメント精度を向上
させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の位置合わせ装置を備えた縮小投影型露
光装置の制御系の概略的な構成の一例を示すブロック
図。

【図２】本発明の位置合わせ装置を備えた縮小投影型露
光装置の概略的な構成を示す斜視図。

【図３】図２に示した縮小投影型露光装置の照明光学系
の概略的な構成を示す斜視図。

【図４】レチクルに形成される主尺パターンと副尺パタ
ーンの構成の一例を示す平面図。

【図５】本発明の実施例における重ね合わせ誤差の解析
動作の一例を示す概略的なフローチャート図。

【図６】ウエハ上に形成される複数のショット領域の様
子を示す平面図。

【図７】ＥＧＡ演算の説明に供する図。

【図８】ＬＳＡ系によるマーク位置計測の様子を説明す
る図。

【図９】本発明の実施例による重ね合わせ誤差の解析結
果の様子を説明する図。

【図１０】本発明の実施例での重ね合わせ誤差を最小と
するための動作の一例を示す概略的なフローチャート
図。

【図１１】本発明の実施例によるＬＳＡ誤差の解析結果
の様子を説明する図。

【図１２】本発明の実施例においてマーク位置検出時の
信号処理条件、及び統計演算でのＥＧＡショット配置を
最適化したときの重ね合わせ誤差の様子を説明する図。

【図１３】本発明の実施例においてＬＳＡ誤差が大きく
残存するときの重ね合わせ誤差の様子を説明する図。

【図１４】ＦＩＡ系によるマーク位置計測の様子を説明
する図。

【図１５】ＬＩＡ系によるマーク位置検出の様子を説明
する図。

【図１６】レチクルに形成する主尺パターンと副尺パタ
ーンの別の例を示す図。

【図１７】従来技術の説明に供する図。

【符号の説明】

３ …ウエハステージ９、１０…干渉計６０ …ＬＳＡ演算ユニット６１ …ＦＩＡ演算ユニット６２ …信号データ記憶部６３ …入力装置６４ …表示装置５０１ …アライメントデータ記憶部５０２ …ＥＧＡ演算ユニット５０３ …露光ショットマップデータ部５０４ …シーケンスコントローラ５０５ …演算部５０６ …記憶部Ｗ …ウエハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03F 7/20 - 7/24 G03F 9/00 - 9/02 H01L 21/027

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上における複数の露光領域のうち、少
なくとも２つの露光領域に関する位置合せ用マークの位
置に基づいて、前記複数の露光領域に関するそれぞれの
露光位置を算出し、該算出された露光位置にしたがっ
て、前記基板を位置合せする位置合せ装置において、前記複数の露光領域のうち、少なくとも２つの露光領域
を選択するための配置条件を複数設定し、該複数の配置
条件のもとでそれぞれ選択された少なくとも２つの露光
領域に関する位置合わせ用マークの位置に基づき、前記
複数の配置条件毎に、前記複数の露光領域に関するそれ
ぞれの露光位置を算出する露光位置算出手段と、前記複数の配置条件毎に算出された前記露光位置に基づ
いて、前記複数の配置条件のなかから、前記露光位置算
出手段における前記露光位置の算出誤差が小さくなる配
置条件を求める演算手段とを有することを特徴とする位
置合わせ装置。
【請求項２】前記複数の露光領域に関するそれぞれの位
置合せ用マークの位置を検出するマーク検出手段と、前記マーク検出手段で検出された前記位置合せ用マーク
の位置を記憶する記憶手段とを有し、前記露光位置算出手段は、前記記憶手段に記憶された前
記位置合せ用マークの位置を用いて、前記複数の配置条
件毎に、前記複数の露光領域に関するそれぞれの露光位
置を算出することを特徴とする請求項１に記載の位置合
わせ装置。
【請求項３】前記演算手段は、前記記憶手段に記憶され
た、前記複数の露光領域に関するそれぞれの位置合わせ
用マークの位置と、前記露光位置算出手段で算出され
た、前記複数の露光領域に関するそれぞれの露光位置と
に基づいて、前記複数の露光領域毎に前記算出誤差を算
出することを特徴とする請求項２に記載の位置合わせ装
置。
【請求項４】前記複数の配置条件は、選択する前記露光
領域の数が互いに異なることを特徴とする請求項１から
請求項３のいずれか一項に記載の位置合せ装置。
【請求項５】前記複数の配置条件は、選択する前記露光
領域の位置が互いに異なることを特徴とする請求項１か
ら請求項３のいずれか一項に記載の位置合わせ装置。
【請求項６】基板上における複数の露光領域のうち、少
なくとも２つの露光領域に関する位置合せ用マークの位
置に基づいて、前記複数の露光領域に関するそれぞれの
露光位置を算出し、該算出された露光位置にしたがっ
て、前記基板を位置合せする位置合せ方法において、前記複数の露光領域のうち、少なくとも２つの露光領域
を選択するための配置条件を複数設定し、該複数の配置条件のもとでそれぞれ選択された少なくと
も２つの露光領域に関する位置合せ用マークの位置に基
づき、前記複数の配置条件毎に、前記複数の露光領域に
関するそれぞれの露光位置を算出し、前記複数の配置条件毎に算出された前記露光位置に基づ
いて、前記複数の配置条件のなかから、前記位置合わせ
に関する誤差成分が小さくなる配置条件を決定すること
を特徴とする位置合わせ方法。
【請求項７】前記複数の配置条件は、選択する前記露光
領域の位置が互いに異なることを特徴とする請求項６に
記載の位置合わせ方法。
【請求項８】前記複数の配置条件は、選択する前記露光
領域の数が互いに異なることを特徴とする請求項６に記
載の位置合わせ方法。
【請求項９】請求項１から請求項５に記載の位置合わせ
装置を備える露光装置。