JP3451607B2

JP3451607B2 - 位置合わせ方法及び装置、並びに露光方法及び装置

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Publication number: JP3451607B2
Application number: JP30452594A
Authority: JP
Inventors: 昌治川久保
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-12-08
Filing date: 1994-12-08
Publication date: 2003-09-29
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Also published as: KR960024704A; JPH08162392A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体デバイス
や液晶表示デバイス等を製造するためのリソグラフィ工
程で使用される露光装置において、マスクパターンを順
次感光基板上の各ショット領域に露光するために、統計
的手法を用いて予測した配列座標に基づいて各ショット
領域の位置決めを行う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】一般に半導体素子は、ウエハ上に例えば
数層〜十数層の回路パターンを重ね合わせて形成される
ので、ステッパ等の投影露光装置で２層目以降の回路パ
ターンをウエハ上に投影露光する際には、ウエハ上で既
に回路パターンが形成された各ショット領域とこれから
露光するマスクとしてのレチクルのパターン像との位置
合わせ、即ちウエハとレチクルとの位置合わせ（アライ
メント）を高精度に行う必要がある。斯かる位置合わせ
を行うためのアライメント装置は、大別して、ウエハ上
の各ショット領域に付設されたアライメントマーク（ウ
エハマーク）の位置を検出して光電信号を生成するアラ
イメントセンサと、その光電信号を処理してそのウエハ
マークの本来の位置からのずれ量を求める信号処理系
と、求めたずれ量に応じてウエハ、又はレチクルの位置
を補正する位置決め機構と、から構成されている。

【０００３】そのアライメントセンサの方式には、レチ
クル上のアライメントマーク（レチクルマーク）と、ウ
エハマークとを投影光学系を介して同時に観察（検出）
するＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）方式と、レチクル
マークは検出せずに投影光学系を介してウエハマークだ
けを検出するＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式と、投
影光学系から離れた検出系を介してウエハマークだけを
検出するオフ・アクシス方式とがある。

【０００４】これらの内で、ＴＴＲ方式、又はＴＴＬ方
式に関しては、投影光学系を介してウエハマークを検出
すると共に、投影光学系は露光光に対して最も色収差が
良くなるように設計されているため、望ましい光はレー
ザビーム（単色光）、又は露光光と同じ程度の波長域の
準単色光（例えば水銀ランプのｇ線、ｉ線等の輝線スペ
クトル）である。従って、ＴＴＲ方式、又はＴＴＬ方式
のアライメントセンサとしては、ドット列パターン状の
ウエハマークとスリット状に集光されるレーザビームと
を相対走査し、所定方向に発生する回折光を検出するこ
とによりそのウエハマークの位置を検出するレーザ・ス
テップ・アライメント（以下、「ＬＳＡ」と言う）方
式、又は回折格子状のウエハマークに対して複数方向か
らレーザビームを照射し、そのウエハマークから同一方
向に射出される複数の回折光の干渉光の位相よりそのウ
エハマークの位置を検出する２光束干渉方式（以下、
「ＬＩＡ（Laser Interferometric Alignment ）方式」
と言う）のように、検出光としてレーザビームを使用す
るものが主に使用されている。ＬＳＡ方式、及びＬＩＡ
方式のアライメントセンサは、例えば特開平２−２７２
３０５号公報に開示されている。

【０００５】一方、オフ・アクシス方式では、投影光学
系による制限が無いため、ウエハマークの照明光はどの
ようなものであってもよいため、上述のＬＳＡ方式、又
はＬＩＡ方式のアライメントセンサも使用できる。更
に、オフ・アクシス方式としては、ハロゲンランプ等か
らの所定の帯域幅（例えば幅２００ｎｍ程度）の照明光
（ブロードバンド光）でウエハマークを照明し、このウ
エハマークの像を撮像して得られる撮像信号を画像処理
してウエハマークの位置を求める画像処理方式（以下、
「ＦＩＡ（Field Image Alignment)方式」と呼ぶ）のア
ライメントセンサも使用されている。

【０００６】また、それらのアライメント装置を用いて
ウエハの各ショット領域のアライメントを行う方法とし
て、エンハンスト・グローバル・アライメント（以下、
「ＥＧＡ」と言う）方式のアライメント方法が提案され
ている（例えば特開昭６１−４４４２９号公報参照）。
このＥＧＡ方式では、ウエハ上の多数のショット領域中
から選択されたショット領域（サンプルショット）に付
設されたウエハマークの位置を検出し、この検出結果を
統計処理することにより、ウエハ上の各ショット領域の
座標位置が算出され、この算出された座標位置に基づい
て各ショット領域の位置決めが行われる。

【０００７】更に、各ショット領域の位置のみならず、
各ショット領域内でのチップパターンの伸縮や、チップ
パターンの回転をも計測して補正しながらアライメント
を行う方法として、特開平６−２７５４９６号公報にお
いて、サンプルショット内の複数の計測点においてそれ
ぞれウエハマークの１次元、又は２次元の位置を計測す
る方法（以下、「ショット内多点ＥＧＡ方式」と呼ぶ）
も提案されている。そのようにショット領域内でのチッ
プパターンの伸縮（倍率）や回転を考慮することによ
り、ショット領域内での重ね合わせ精度も向上する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来のアラ
イメントセンサの内で、オフ・アクシス方式で且つＦＩ
Ａ方式のアライメントセンサは、広帯域の照明光を使用
するため、ウエハ上に塗布されたフォトレジスト層での
薄膜干渉の影響を受けにくいと共に、ウエハマークの非
対称性の影響を受けにくいという利点がある。しかしな
がら、オフ・アクシス方式では、計測する位置と露光位
置とが比較的大きく離れているため、スループット（単
位時間当りのウエハの処理枚数）が悪いという不都合が
ある。

【０００９】一方、ＴＴＬ方式で且つＬＩＡ方式のアラ
イメントセンサは、ＴＴＬ方式であり、計測位置から露
光位置までの移動距離が短くて済むため（移動距離がほ
ぼ０の場合もある）、スループットの点で有利である。
しかしながら、ＬＩＡ方式、及びＬＳＡ方式のアライメ
ントセンサでは、ウエハ上に例えばアルミニウムの蒸着
によって形成されるウエハマークの表面に生じる非対称
な形状の影響を受けて、スケーリング（ウエハ全体とし
ての線形伸縮）や、ショット領域内のチップパターンの
倍率の計測結果に誤差が生じる場合がある。また、使用
される光が単色のレーザビームであるため、フォトレジ
ストの薄膜干渉の影響を受ける場合もある。そして、こ
れらの影響の程度は、プロセス工程のばらつきによって
ロット毎に異なる可能性があるため、予め求めておいた
定数だけで補正するのは難しいという不都合がある。

【００１０】特に、上述のＥＧＡ方式のアライメント方
法は、位置決め精度とスループット（単位時間当りのウ
エハの処理枚数）との両方を高める方式であるため、使
用するアライメントセンサとしては精度、及びスループ
ットの両面で優れているものを使用することが望まし
い。また、単に各ショット領域の位置決め精度を高める
のみならず、各ショット領域内での重ね合わせ精度を高
める必要もある。

【００１１】本発明は斯かる点に鑑み、ＥＧＡ方式のア
ライメントを行う際に、位置合わせ精度、及び各ショッ
ト領域内での重ね合わせ精度が高いと共に、スループッ
トの点でも優れた位置合わせ方法を提供することを目的
とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明による位置合わせ
方法は、Ｎ（Ｎは２以上の整数）枚の基板内の各基板毎
に、基板（Ｗ）上に設計上の配列座標に従って２次元的
に配列された複数のショット領域のそれぞれを、その基
板の移動位置を規定する静止座標系（Ｘ，Ｙ）内の所定
の基準位置に対して位置合わせするに際して、それら複
数のショット領域の内、予め選択された複数のショット
領域（Ｓ₁〜Ｓ₈)の静止座標系（Ｘ，Ｙ）における座標
位置を検出し、この計測された複数の座標位置を統計演
算することによって、それら複数のショット領域のそれ
ぞれの静止座標系（Ｘ，Ｙ）における座標位置を算出
し、このように算出された座標位置に従って基板（Ｗ）
の移動位置を制御することによって、それら複数のショ
ット領域のそれぞれをその基準位置に対して位置合わせ
する方法、即ちＥＧＡ方式の位置合わせ方法に関する。

【００１３】そして、本発明は、その統計演算によって
算出された座標位置に従ってｋ（ｋは２以上でＮ以下の
整数）枚目以降の基板上の複数のショット領域のそれぞ
れをその基準位置に対して位置合わせするのに先だっ
て、（ｋ−１）枚目までの基板の内少なくとも１枚につ
いては、２つのアライメントセンサ（１０，３６）を用
いてショット領域内の複数点（ＳＣ１〜ＳＣ４）での１
次元又は２次元の位置計測を行うと共に、それぞれのア
ライメントセンサで計測された座標位置の統計演算結果
の差分、及びそれぞれのアライメントセンサで計測され
た座標位置のショット領域内での統計演算結果を求めて
記憶し（ステップ１０４〜１０６）、ｋ枚目以降の位置
合わせに際しては、それら２つのアライメントセンサの
内の一方のアライメントセンサ（１０）のみによりショ
ット領域内の１点での１次元又は２次元の位置計測を行
い（ステップ１１０）、これら計測結果を統計演算して
得られた結果を、既に記憶した２つのアライメントセン
サで計測された座標位置の統計演算結果の差分、及び２
つのアライメントセンサのそれぞれで計測された座標位
置のそのショット領域内での統計演算結果を用いて補正
し（ステップ１１１）、この補正結果に基づいて位置合
わせする（ステップ１１２）ものである。

【００１４】この場合、そのｋ枚目以降の位置合わせに
際して、２つのアライメントセンサの内の一方のアライ
メントセンサ（１０）によりショット領域内の１点での
１次元又は２次元の位置計測を行うと共に、何れかのア
ライメントセンサによりショット領域の別の点での所定
の方向への１次元の座標位置を計測し、そのショット領
域内のその１点での計測結果、及びその別の点での計測
結果を統計演算して得られた結果を、既に記憶した２つ
のアライメントセンサで計測された座標位置の統計演算
結果の差分、及び２つのアライメントセンサのそれぞれ
で計測された座標位置のそのショット領域内での統計演
算結果を用いて補正し、この補正結果に基づいて位置合
わせするようにしてもよい。次に、本発明による位置合
わせ装置は、Ｎ（Ｎは２以上の整数）枚の基板中の各基
板毎に、この基板上に設計上の配列座標に従って２次元
的に配列された複数のショット領域のそれぞれを、その
基板の移動位置を規定する静止座標系内の所定の基準位
置に対して位置合わせするに際して、その複数のショッ
ト領域の内、予め選択されたショット領域のその静止座
標系における座標位置を計測し、この計測された複数の
座標位置を統計演算することによって、その複数のショ
ット領域のそれぞれのその静止座標系上における座標位
置を算出し、この算出された座標位置に従ってその基板
の移動位置を制御することによって、その複数のショッ
ト領域のそれぞれをその基準位置に対して位置合わせす
る装置において、その統計演算によって算出された座標
位置に従ってｋ（ｋは２以上でＮ以下の整数）枚目以降
の基板上の複数のショット領域のそれぞれをその基準位
置に対して位置合わせするのに先だって、（ｋ−１）枚
目までの基板の内少なくとも１枚については、２つのア
ライメントセンサ（１０，３６）を用いてショット領域
内の複数点での１次元又は２次元の位置計測を行うと共
に、それぞれのアライメントセンサで計測された座標位
置の統計演算結果の差分、及びそれぞれのアライメント
センサで計測された座標位置のショット領域内での統計
演算結果を求めて記憶する記憶手段と、ｋ枚目以降の位
置合わせに際しては、その２つのアライメントセンサの
内の一方のアライメントセンサのみによりショット領域
内の１点での１次元又は２次元の位置計測を行い、この
計測結果を統計演算して得られた結果を、既に記憶した
その２つのアライメントセンサで計測された座標位置の
統計演算結果の差分、及び２つのアライメントセンサの
それぞれで計測された座標位置のそのショット領域内で
の統計演算結果を用いて補正し、この補正結果に基づい
て位置合わせする位置合わせ手段と、を有するものであ
る。

【００１５】

【作用】斯かる本発明によれば、Ｎ枚の基板よりなる１
ロットの先頭の基板、又は先頭から数枚（ｋ枚）の基板
については、２種類のアライメントセンサ（例えばＴＴ
Ｌ方式のＬＩＡ系１０と、オフ・アクシス方式のＦＩＡ
系３６）を使ってそれぞれ、同一のサンプルショットで
ショット内多点ＥＧＡ方式のアライメントを行う。そし
て、両アライメントセンサについて求めたショット内多
点ＥＧＡの各パラメータ値のセンサ間の差を求めて記憶
しておく。

【００１６】それ以降のウエハを露光するときは、例え
ばスループットの高いＴＴＬ方式のＬＩＡ系１０等のア
ライメントセンサのみを使って通常のＥＧＡ方式でのア
ライメントを行い、ＬＩＡ系１０等で所定の偏りが生ず
る恐れのあるパラメータ（例えばスケーリング）につい
ては、先に記憶した例えばＦＩＡ系３６との差で補正を
行い、チップパターンの倍率（ショット倍率）等のショ
ット内パラメータについては、その基板のプロセスに最
も適したアライメントセンサ（例えば、ショット倍率は
ＦＩＡ系、ショット回転はＬＩＡ系等）で計測して先に
記憶してあるパラメータを使用して露光を行う。これに
より、高いスループットを維持したまま、位置合わせ精
度、及びショット領域内での重ね合わせ精度を高めるこ
とが可能となる。

【００１７】その他に、例えばｋ枚目以降の基板につい
ては、基本的に例えばスループットの高いＴＴＬ方式の
ＬＩＡ系１０等のアライメントセンサのみを使って通常
のＥＧＡ方式でのアライメントを行い、ショット領域内
パラメータの内でウエハ毎に変わり易い成分（ショット
倍率、ショット回転等）については、２つのアライメン
トセンサの内の最も適したアライメントセンサを用いて
少ない計測点で実際に計測を行って得た結果に基づいて
定める。これにより、スループットをそれ程低下させる
ことなく、よりショット領域毎の重ね合わせ精度を高め
ることができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明による位置合わせ方法の一実施
例につき図面を参照して説明する。図２は本実施例で使
用されるアライメント装置を備えた投影露光装置の要部
の構成を示し、この図２において、露光用の照明光（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）ＩＬはコンデンサーレンズＣ
Ｌを介してレチクルＲのパターン領域ＰＡを均一な照度
分布で照射する。パターン領域ＰＡを通った照明光ＩＬ
は、例えば両側（片側でもよい）テレセントリックな投
影光学系ＰＬに入射し、ウエハＷに達する。投影光学系
ＰＬは照明光ＩＬの波長に関して最良に収差補正されて
おり、その波長のもとでレチクルＲとウエハＷとは互い
に共役になっている。以下では、投影光学系ＰＬの光軸
ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図２の
紙面に平行にＸ軸を取り、図２の紙面に垂直にＹ軸を取
って説明する。

【００１９】さて、レチクルＲは２次元的に微動可能な
レチクルステージＲＳに保持され、レチクルＲはその周
辺に形成されたレチクルアライメントマークがミラー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って、投影光学
系ＰＬの光軸ＡＸに関して位置決めされる。一方、ウエ
ハＷは駆動系１３によって２次元的に移動するウエハス
テージＳＴ上に載置され、ウエハステージＳＴの座標値
は干渉計１２により逐次計測される。ステージコントロ
ーラ１４は干渉計１２からの座標計測値等に基づいて駆
動系１３を制御して、ウエハステージＳＴの移動や位置
決めを制御する。ウエハステージＳＴ上にはベースライ
ン計測等で使用する基準マークＦＭが設けられている。
ベースライン計測とは、アライメントセンサの検出中心
と、投影光学系ＰＬの露光フィールドの中心との間隔
（ベースライン）の計測を行うことであり、本例ではそ
のベースラインは予め求められている。

【００２０】次に、本実施例でウエハＷ上の各ショット
領域に付設されているアライメントマークとしてのウエ
ハマークにつき説明する。図３（ａ）はウエハＷ上の１
つのショット領域３７−ｎと、このショット領域３７−
ｎに付設されたウエハマーク対３９（ｎ，１）〜３９
（ｎ，４）との位置関係を示し、この図３（ａ）におい
て、ショット領域３７−ｎの４辺はスクライブラインＳ
ＣＬで囲まれている。そして、ショット領域３７−ｎ内
のほぼ正方形の頂点の位置に４個の計測点ＳＣ１〜ＳＣ
４が設定され、計測点ＳＣ１〜ＳＣ４の近傍にそれぞれ
にウエハマーク対３９（ｎ，１）〜３９（ｎ，４）が形
成されている。計測点ＳＣ１の近傍のウエハマーク対３
９（ｎ，１）は、Ｘ方向に所定ピッチで配列されたウエ
ハマークＭＷ１、及びＹ方向に所定ピッチで配列された
ウエハマークＭＹ１より構成され、同様にウエハマーク
対３９（ｎ，２）〜３９（ｎ，４）は、それぞれＸ軸用
のウエハマークＭＸ２〜ＭＸ４、及びＹ軸用のウエハマ
ークＭＹ２〜ＭＹ４より構成されている。ウエハマーク
ＭＸ１〜ＭＸ４は同一構成であり、ウエハマークＭＹ１
〜ＭＹ４も同一構成である。

【００２１】ショット領域３７−ｎの中心の基準点３８
−ｎは、露光時には投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ上にあ
る。そして、例えばウエハマークＭＸ１，ＭＹ１の中心
はそれぞれ計測点ＳＣ１を通りＸ方向、Ｙ方向に伸びた
直線上に位置する。ウエハマークＭＸ１は計測点ＳＣ１
のＸ方向の位置検出に使われ、ウエハマークＭＹ１は計
測点ＳＣ１のＹ方向の位置検出に使われ、それぞれ複数
本の線状パターンを平行に並べたマルチマークとなって
いる。同様に他のウエハマーク対３９（ｎ，２）〜３９
（ｎ，４）もそれぞれ計測点ＳＣ２〜ＳＣ４の位置検出
に使用される。

【００２２】図３（ｂ）は代表的にウエハマークＭＸ１
の拡大図を示し、Ｙ方向に伸びた５本の線状パターンＰ
₁，Ｐ₂，Ｐ₃，Ｐ₄，Ｐ₅がＸ方向にほぼ一定のピッ
チで配列されている。図３（ｃ）はそのウエハマークＭ
Ｘ１のＸ方向の断面構造を示し、ここでは５本の線状パ
ターンＰ₁〜Ｐ₅はウエハＷの下地から突出した凸状に
形成され、その上面はフォトレジスト層ＰＲで被覆され
ている。図３（ｂ）にも示したように、ショット領域３
７−ｎの計測点ＳＣ１を通りＹ軸と平行な直線はウエハ
マークＭＸ１の中央の線状パターンＰ₃の幅中心を通る
ものとする。なお、ウエハマークＭＹ１に関しても同様
で、５本の線状パターンからなり、中央の線状パターン
の中心線が計測点ＳＣ１のＹ方向の中心線と一致してい
る。

【００２３】本例では、各ショット領域３７−ｎ内にそ
れぞれ４対のウエハマークが設けられているため、ショ
ット内で４点のＥＧＡ方式のアライメントを行うことが
できる。図２に戻り、本実施例では、第１のアライメン
トセンサとしてのオフ・アクシス方式でＦＩＡ方式（撮
像方式）のアライメントセンサ（以下、「ＦＩＡ系」と
呼ぶ）３６と、第２のアライメントセンサとしてのＴＴ
Ｌ方式でＬＩＡ方式（２光束干渉方式）のアライメント
センサ（以下、「ＬＩＡ系」と呼ぶ）１０とが設けられ
ている。本実施例では、図３に示すＸ軸用のウエハマー
クＭＸ１〜ＭＸ４をＴＴＬ方式のＸ軸用のＬＩＡ系１０
と、オフ・アクシス方式のＦＩＡ系３６とで共通に検出
対象とし、Ｙ軸用のウエハマークＭＹ１〜ＭＹ４をＴＴ
Ｌ方式のＹ軸用のＬＩＡ系（不図示）と、オフ・アクシ
ス方式のＦＩＡ系３６とで共通に検出対象とする。な
お、ＬＩＡ系１０とＦＩＡ系３６とで検出対象とするウ
エハマークを別にしてもよい。この場合、異なる種類の
ウエハマークの位置ずれ量が予め求められていれば問題
は無い。

【００２４】次にアライメントセンサの構成につき詳細
に説明する。先ず、後者のＬＩＡ系１０において、レー
ザ光源１からのレーザビームＬＢはＨｅ−Ｎｅレーザ光
等の赤色単色光で、ウエハＷ上のフォトレジスト層に対
して非感光性である。このレーザビームＬＢは音響光学
変調素子等を含むヘテロダインビーム生成光学系２に入
射し、ヘテロダインビーム生成光学系２から周波数が僅
かに異なり互いに可干渉の２本のレーザビームＬＢ１及
びＬＢ２が所定の交差角で射出される。

【００２５】射出された２本のレーザビームＬＢ１，Ｌ
Ｂ２は、ミラー３ａ、レンズ系４を経て一度フーリエ変
換された後、ミラー３ｂ、対物レンズ６を経て逆フーリ
エ変換された後、レチクルＲの下方に４５°の傾斜角で
斜設されたミラー７で反射されて投影光学系ＰＬの視野
の周辺に入射する。そして、レーザビームＬＢ１，ＬＢ
２は投影光学系ＰＬの瞳ＥＰ付近で再びフーリエ変換さ
れた後、それぞれ平行光束としてウエハＷ上にＸＺ平面
内で所定の交差角で入射する。この場合、ミラー７はレ
チクルＲのパターン領域ＰＡの周辺よりも外側で、且つ
投影光学系ＰＬの視野内にあるように固定される。従っ
て、ウエハＷ上に交差するレーザビームＬＢ１，ＬＢ２
は、パターン領域ＰＡの投影像の外側に位置する。この
交差する１対のレーザビームによってウエハＷの各ショ
ット領域に付設された回折格子状のアライメントマーク
（ウエハマーク）のＸ方向の位置を検出するには、その
ウエハマークのピッチと２つのレーザビームの交差角と
を所定の関係にして、そのウエハマークから回折格子が
同一方向に射出されるようにする。

【００２６】図５は、ウエハＷ上の所定のウエハマーク
ＭＸ１に２本のレーザビームＬＢＬ１，ＬＢ２が対称に
照射されている状態を示し、この図５において、ウエハ
マークＭＸ１から一方のレーザビームＬＢ１の＋１次回
折光と他方のレーザビームＬＢ２の−１次回折光とより
なる回折光ＬＢ３が垂直上方に射出されている。レーザ
ビームＬＢ１とレーザビームＬＢ２とは周波数が僅かに
異なる可干渉光であるため、回折光ＬＢ３は、その周波
数差をビート周波数として光強度が変化するヘテロダイ
ンビームである。また、そのウエハマークＭＸ１のＸ方
向の位置に応じてその回折光ＬＢ３の位相が変化するた
め、その回折光ＬＢ３を光電変換して得られるビート信
号の位相を、例えば参照用のヘテロダインビームを光電
変換して得られるビート信号の位相と比較することによ
り、そのウエハマークＭＸ１のＸ方向の位置が極めて高
い分解能（例えば数ｎｍ程度）で求められる。

【００２７】図２に戻り、ウエハＷ上のウエハマークか
らほぼ垂直上方に発生する回折光は、投影光学系ＰＬ、
ミラー７、対物レンズ６、及びミラー３ｂを経て、２本
の入射側のレーザビームＬＢ１，ＬＢ２の間に配置され
た小型のミラー５で反射されて、受光素子８に達する。
受光素子８で光電変換して得られるビート信号は、干渉
計１２からのウエハステージＳＴの位置計測信号ＰＤＳ
と共に、ＬＩＡ演算ユニット９に供給される。ＬＩＡ演
算ユニット９には、ヘテロダインビーム生成光学系２内
で生成される基準のヘテロダインビームを光電変換して
得られる参照ビート信号も供給され、ＬＩＡ演算ユニッ
ト９では２つのビート信号の位相を比較して、計測対象
のウエハマークのＸ方向への位置の情報ＡＰ₁を求め、
この情報を主制御系５０に供給する。

【００２８】このとき、例えば基準ビート信号の位相と
ウエハマークに対応するビート信号の位相とが合致して
いるときには、例えばウエハステージＳＴのＸ座標が、
そのままそのウエハマークのＸ座標となり、基準ビート
信号とウエハマークに対応するビート信号との位相がず
れているときには、その位相のずれ量を変位に換算した
値に、そのウエハステージＳＴのＸ座標を加算した座標
がそのウエハマークのＸ座標となる。また、ビート信号
の位相はウエハマークの例えば１／２ピッチ周期で３６
０°変化するため、予めサーチアライメント（後述）等
により例えばウエハマークの１／２ピッチ以下の精度で
ウエハＷの位置決めを行う必要がある。

【００２９】以上において、レーザ光源１、ヘテロダイ
ンビーム生成光学系２、ミラー３ａ，３ｂ、レンズ系
４、ミラー５、対物レンズ６、ミラー７、受光素子８、
ＬＩＡ演算ユニット９、及び投影光学系ＰＬが、ウエハ
Ｗに対するＬＩＡ系１０を構成する。なお、このＬＩＡ
系１０はＸ軸用のウエハマークの位置を検出するための
アライメントセンサであり、同一構成でＹ軸用のウエハ
マークのＹ方向の位置を検出するためのＬＩＡ系（不図
示）も備えられている。

【００３０】次に、第１のアライメントセンサとしての
ＦＩＡ系３６において、ハロゲンランプ２０から発生し
た広帯域の光は、コンデンサーレンズ２１によって光ガ
イド２２の一端面に集光される。光ガイド２２を通った
光は、フォトレジスト層の感光波長（短波長）域と赤外
波長域とをカットするフィルター２３を通って、レンズ
系２４を介してハーフミラー２５に達する。ここで反射
された照明光は、ミラー２６でほぼ水平に反射された
後、対物レンズ２７に入射し、更に投影光学系ＰＬの鏡
筒下部の周辺に投影光学系ＰＬの視野を遮光しないよう
に固定されたプリズム（ミラー）２８で反射されてウエ
ハＷをほぼ垂直に照射する。ここでは図示していない
が、光ガイド２２の射出端から対物レンズ２７までの光
路中には、適当な照明視野絞りが対物レンズ２７に関し
てウエハＷと共役な位置に設けられる。また、対物レン
ズ２７はテレセントリック系とし、その開口絞り（瞳と
同じ）の面２７ａには光ガイド２２の射出端の像が形成
され、ケーラー照明が行われる。対物レンズ２７の光軸
はウエハＷ上では垂直となるように定められ、マーク検
出時に光軸の倒れによるマーク位置のずれが生じないよ
うになっている。

【００３１】さて、ウエハＷからの反射光は対物レンズ
２８、ハーフミラー２５を通り、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とレンズ系２９とによってウエハＷと共役に配置さ
れ、矩形の透明窓内にＸ方向とＹ方向とのそれぞれに伸
びた直線状の指標マークを有する。従って、ウエハＷ上
のウエハマークの像は指標板３０の透明窓内に結像さ
れ、このウエハマーク像及び指標マークからの光束は、
第１リレー系３１を経てハーフミラー３２に入射し、ハ
ーフミラー３２で２分割された光束が第２リレー系３３
Ｘ及びＳＳＹを介してそれぞれＣＣＤカメラ等の撮像素
子３４Ｘ及び３４Ｙ上に結像する。撮像素子３４Ｘ，３
４Ｙからの撮像信号はＦＩＡ（フィールド・イメージ・
アライメント）演算ユニット３５に、干渉計１２からの
位置計測信号ＰＤＳと共に供給される。ＦＩＡ演算ユニ
ット３５は指標板３０上の指標マークに対するウエハマ
ーク像のずれを撮像信号の波形に基づいて求める。この
場合、Ｘ軸用の撮像素子３４Ｘからの撮像信号を処理す
ることによりウエハマークのＸ方向の位置が検出され、
Ｙ軸用の撮像素子３４Ｙからの撮像信号を処理すること
によりウエハマークのＹ方向の位置が検出される。

【００３２】図４はＸ軸用の撮像素子３４Ｘによって検
出されるウエハマークＭＸ１の様子を示し、図４に示す
ように、検出すべきウエハマークＭＸ１を指標板３０
（図２参照）上の指標マーク３０ａ，３０ｂの間に位置
決めし、そのときのウエハステージＳＴの精密なＸ方向
の位置ＸＡを求めておく。撮像素子３４Ｘはウエハマー
クＭＸ１の５本の線状パターンＰ₁〜Ｐ₅と指標マーク
３０ａ，３０ｂとの像を走査線ＳＬに沿って電気的に走
査する。このとき、例えば１本の走査線だけではＳＮ比
の点で不利なので、破線で示したビデオサンプリング領
域ＶＳＡに入る複数の水平走査線によって得られる撮像
信号のレベルを水平方向の各画素毎に加算平均するとよ
い。撮像信号には両側に指標マーク３０ａ，３０ｂのそ
れぞれに対した立上りと立下りとの波形部分があり、こ
れらの位置（画素上の位置）ＸＲ₁，ＸＲ₂は予め求め
てあり、その中点の位置ＸＲ₀も求めてある。

【００３３】一方、撮像素子３４ＸはウエハマークＭＸ
１の明視野像を光電検出しているため、５本の線状パタ
ーンＰ₁〜Ｐ₅のそれぞれの左右の段差エッジでは光の
散乱によって対物レンズ２７へ戻る光が極端に減少す
る。このため、線状パターンＰ ₁〜Ｐ₅のそれぞれの左
エッジ、右エッジは黒い線のように撮像される。従っ
て、撮像信号上の波形は各線状パターンの左エッジ、右
エッジに対応した位置でボトムとなる。

【００３４】ＦＩＡ演算ユニット３５は、このような波
形に基づいてウエハマークＭＸ１（パターンＰ₁〜
Ｐ₅）の中心（直線ＣＸ）のＸ方向の位置Ｘｍを計算す
る。更に詳しく述べるなら、ＦＩＡ演算ユニット３５は
パターンＰ₁〜Ｐ₅のそれぞれの中心位置を左、右のエ
ッジ位置に基づいて算出した後、５本の線状パターンＰ
₁〜Ｐ₅の各位置を加算して５で除算して、中心となる
べきＸ方向のマーク位置を検出する。

【００３５】そして、ＦＩＡ演算ユニット３５は先に求
めておいた位置ＸＲ₀とマーク計測位置Ｘｍとの差ΔＸ
Ｆ（＝ＸＲ₀−Ｘｍ）を算出し、ウエハステージＳＴが
位置決めされたときの位置ＸＡに差ΔＸＦを加えて得ら
れた値をマーク位置情報ＡＰ２として主制御系５０に出
力する。また、ＦＩＡ系３６において、フィルター２３
を通ったウエハＷの照明光は、ウエハＷ上のウエハマー
クを含む局所領域（ショット領域よりも小さい）をほぼ
均一な照度で照明し、波長域は２００ｎｍ程度の幅に定
められる。

【００３６】そして、ハロゲンランプ２０から符号順に
ＦＩＡ演算ユニット３５までの部材によって、ＦＩＡ系
３６が構成される。また、対物レンズ２７、レンズ系２
９、リレー系３１，３３Ｘ（又は３３Ｙ）によるテレセ
ントリック結像光学系には波長帯域幅で２００ｎｍ程度
の光が通るため、当然それに対応した色収差の補正を行
っておく必要がある。更に、対物レンズ２７のウエハ側
の開口数（Ｎ．Ａ．）は投影光学系ＰＬの開口数よりも
小さくしておくとよい。

【００３７】本実施例ではプリズム２８によって、対物
レンズ２７の観察視野域を投影光学系ＰＬの鏡筒下面に
一部もぐり込ませ、極力投影光学系ＰＬの視野に近づけ
ている。一般にこの種の投影露光装置には、投影光学系
ＰＬの結像面とウエハＷの表面との間隔（ずれ）を精密
に検出するフォーカスセンサと、ウエハＷ上のショット
領域の面と投影光学系ＰＬの結像面との相対的な傾きを
検出するレベリングセンサとが設けられている。このフ
ォーカスセンサやレベリングセンサは、投影光学系ＰＬ
の投影視野が存在するウエハＷ上に斜めから赤外域の光
束を照射し、その反射光の受光位置のずれを求めてフォ
ーカスとレベリングを行うように構成されている。この
際に、対物レンズ２７の開口数が小さいと、対物レンズ
２７の焦点深度が深くなり、そのフォーカスセンサの検
出結果により合焦を行うと、ほぼＦＩＡ系３６でも合焦
状態で検出が行われる。

【００３８】また、図２中の構成でオフ・アクシス方式
のＦＩＡ系３６の検出中心（指標板３０の中心の共役像
の位置）は投影光学系ＰＬの中心から離れているので、
干渉計１２の計測位置と投影光学系ＰＬの中心とを結ぶ
直線、即ち測長軸（測長ビーム中心線）上にそのＦＩＡ
系３６の検出中心を設けることによって、アッベ誤差
（ステージの傾きによる軸外エラー）を最小限に抑えて
いる。

【００３９】また、アライメント実行時はウエハの大ま
かな位置合せのためのサーチアライメント（グローバル
アライメント）と、高精度にアライメントするファイン
アライメントとを行う必要がある。このサーチアライメ
ントに関しては、例えば特開昭６０−１３０７４２号公
報に開示されているように、ＴＴＬ方式のアライメント
系とオフ・アクシス方式のアライメント系とを混用する
方法もある。本実施例の装置では、通常は処理速度の速
いＴＴＬ方式のＬＩＡ系１０によってウエハ上の３ヶ
所、又は２ヶ所のアライメントマークを検出してサーチ
アライメントを行うシーケンスを採る。しかしながら、
ウエハ下地、又はフォトレジスト層の厚みや種類によっ
てアライメントが正常に行われない場合（特にマーク検
出がうまくいかない場合）もあるので、オフ・アクシス
方式の広帯域幅の照明波長を用いたＦＩＡ系３６を使っ
てサーチアライメントを実行するようにシーケンスを切
換える手段も設けられている。この場合、ＴＴＬ方式の
ＬＩＡ系１０でサーチアライメントを行うときのマーク
検出時間、マーク検出信号の大きさや歪み等を判定し
て、シーケンスを切り換える。

【００４０】次に、ＴＴＬ方式のＬＩＡ系１０、オフ・
アクシス方式のＦＩＡ系３６、及びステージコントロー
ラ１４等を統轄制御する主制御系５０について説明す
る。主制御系５０は干渉計１２からの位置情報ＰＤＳを
常時入力しているものとする。アライメント（ＡＬＧ）
データ記憶部５０１は、ＬＩＡ演算ユニット９からのマ
ーク位置情報ＡＰ₁と、ＦＩＡ演算ユニット３５からの
マーク位置情報ＡＰ₂との両方を入力可能となってい
る。

【００４１】ＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アラ
イメント）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統計的
な演算手法によりウエハ上の実際のショット配列座標
値、及びチップパラメータの倍率（ショット倍率）等を
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５０６に送られる。

【００４２】露光（ＥＸＰ）ショットマップデータ部５
０３はウエハ上の露光すべき全てのショット領域内の４
個のウエハマーク対の配列座標値の設計値を格納し、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５０６とに送られる。アライメント（ＡＬＧ）
ショットマップデータ部５０４はウエハ上の計測対象と
する全てのショット領域（サンプルショット）内の４個
のウエハマーク対の配列座標値の設計値を格納し、この
座標値はＥＧＡ演算ユニット５０２とシーケンスコント
ローラ５０６とへ送られる。補正データ記憶部５０５に
はアライメント用の各種データ、あるいは露光ショット
に対する位置決めの補正用のデータ等が格納され、これ
ら補正データはＡＬＧデータ記憶部５０１やシーケンス
コントローラ５０６へ送られる。シーケンスコントロー
ラ５０６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ＳＴの移動を制御するための一連の手順を決定す
る。

【００４３】また、本実施例の投影光学系ＰＬには結像
特性制御装置１９が装着されている。結像特性制御装置
１９は、例えば投影光学系ＰＬを構成するレンズ群の内
の所定のレンズ群の間隔を調整するか、又は所定のレン
ズ群の間のレンズ室内の気体の圧力を調整することによ
り、投影光学系ＰＬの投影倍率、歪曲収差の調整を行
う。これにより、例えばショット内多点ＥＧＡ方式のア
ライメントで計測されるショット倍率に合わせてレチク
ルの投影像の倍率の調整がおこなわれる。結像特性制御
装置１９の動作もシーケンスコントローラ５０６により
制御されている。

【００４４】次に本実施例の基本的なアライメントシー
ケンスを説明する。ここでは高いスループットと、高い
アライメント精度との両立を得ることができると共に、
ショット倍率やショット回転等をも補正できるショット
内多点ＥＧＡ方式（エンハンスト・グローバル・アライ
メント方式）について説明する。図６（ａ）は本実施例
で露光対象とするウエハＷの一例を示し、この図６
（ａ）において、ウエハＷ上の直交する座標系（α，
β）に沿って複数のショット領域３７−ｎ（ｎ＝１，
２，‥‥）がマトリックス状に配列され、各ショット領
域３７−ｎには前工程での露光及び現像等によりそれぞ
れチップパターンが形成されている。図６（ａ）では、
複数のショット領域の内の５つのショット領域３７−１
〜３７−５のみを代表して表している。

【００４５】各ショット領域３７−ｎにはそれぞれ基準
位置が定められている。例えば基準位置を各ショット領
域３７−ｎの中心の基準点３８−ｎとすると、この基準
点３８−ｎの、ウエハＷ上の座標系（α，β）における
設計上の座標値は、それぞれ（Ｃ_Xn，Ｃ_Yn）で表される
ものとする（６（ｂ）参照）。また、各ショット領域３
７−ｎには、それぞれ４個の位置合わせ用のウエハマー
ク対３９（ｎ，１），３９（ｎ，２），３９（ｎ，
３），３９（ｎ，４）が付随して設けられている。これ
らのウエハマーク対３９（ｎ，１）〜３９（ｎ，４）
は、実際には図３（ａ）を参照して説明したようにそれ
ぞれＸ軸用のウエハマークＭＸ１〜ＭＸ４、及びＹ軸用
のウエハマークＭＹ１〜ＭＹ４よりなるものであるが、
説明の便宜上、以降の図面では十字型のマークとして表
す。この場合、十字型のマークの中心がそれぞれ図３
（ａ）に示すショット領域内の計測点ＳＣ１〜ＳＣ４上
に位置している。

【００４６】この場合、図６（ａ）のウエハ上の座標系
（α，β）に平行に、各ショット領域３７−ｎに図６
（ｂ）に示すようにショット領域上の座標系（ｘ，ｙ）
を設定すると、ウエハマーク対３９（ｎ，１），３９
（ｎ，２），３９（ｎ，３），３９（ｎ，４）に対応す
る計測点の座標系（ｘ，ｙ）上における設計上の座標は
それぞれ（Ｓ_1Xn,Ｓ_1Yn)，（Ｓ_2Xn,Ｓ_2Yn)，（Ｓ_3Xn,Ｓ
_3Yn)及び（Ｓ_4Xn,Ｓ_4Yn)で表される。例えばウエハマー
ク対３９（ｎ，１）については、座標（Ｓ_1Xn,Ｓ_1Y _n)の
内のＸ座標Ｓ_1XnがＸ軸用のウエハマークＭＸ１のＸ座
標を示し、Ｙ座標Ｓ₁ _Yn)がＹ軸用のウエハマークＭＹ１
のＹ座標を示している。

【００４７】図６（ａ）に戻り、ウエハＷを図２のウエ
ハステージＳＴ上に載置し、ステップ・アンド・リピー
ト方式で既にチップパターンが形成された複数のショッ
ト領域の各々にレチクルの投影像を順次重ね合わせて露
光が行われる。このとき、ウエハステージＳＴの移動位
置を規定するステージ座標系（Ｘ，Ｙ）とウエハの座標
系（α，β）との対応関係が必ずしも前工程における関
係と同じには限らない。このため、座標系（α，β）に
関する各ショット領域３７−ｎの基準点３８−ｎの設計
上の座標値（Ｃ_Xn，Ｃ_Yn）からステージ座標系（Ｘ，
Ｙ）上の座標を求めて、この座標に基づいてウエハを移
動させても、各ショット領域３７−ｎが精密に位置合わ
せされないことがある。そこで、本実施例では、先ずそ
の位置合わせの誤差が次の４つの要因から生じたものと
する。

【００４８】ウエハの回転：これはステージ座標系
（Ｘ，Ｙ）に対するウエハの座標系（α，β）の残留回
転誤差を示すローテーションのパラメータΘで表され
る。ステージ座標系（Ｘ，Ｙ）の直交度：これはＸ軸方向
及びＹ軸方向のウエハステージＳＴの送りが正確に直交
していないことにより生じ、直交度誤差を示す直交度の
パラメータＷで表される。

【００４９】ウエハの座標系（α，β）におけるα方
向及びβ方向の線形伸縮：これはウエハＷが加工プロセ
ス等によって全体的に伸縮することである。この伸縮量
はα方向及びβ方向についてそれぞれスケーリングＲｘ
及びＲｙで表される。ただし、ＲｘはウエハＷ上のα方
向の２点間の距離の実測値と設計値との比、Ｒｙはβ方
向の２点間の実測値と設計値との比で表すものとする。ウエハ上の座標系（α，β）のステージ座標系（Ｘ，
Ｙ）に対するオフセット：これはウエハＷがウエハステ
ージＳＴに対して全体的に微小量だけずれる（シフトす
る）ことにより生じ、Ｘ方向及びＹ方向へのシフト量を
示すオフセットのパラメータＯ_X,Ｏ_Yで表される。

【００５０】上記の〜の誤差要因が加わった場合、
基準点の設計上の座標値が（Ｃ_Xn，Ｃ_Yn）のショット領
域について、実際に露光するにあたって位置決めすべき
ステージ座標系（Ｘ，Ｙ）上の座標（Ｃ′_Xn，Ｃ′_Yn）
は以下のように表される。

【００５１】

【数１】

【００５２】ここで、直交度Ｗ及びローテーションΘが
微小量であるとして一次近似を行うと、（数１）は次の
ようになる。

【００５３】

【数２】

【００５４】ここまでは、各ショット領域３７−ｎ上の
基準位置（本例では各ショット領域の中心の基準点）を
正確に位置合わせすることについて説明してきた。しか
し、各ショット領域の基準点がそれぞれ正確に位置合わ
せされたからといって、必ずしも各ショット領域内のチ
ップパターン全体とレチクルの投影像とが隅々まで正確
に重なり合うとは限らない。

【００５５】次にこの各ショット領域内の重ね合わせ誤
差について説明する。既に説明したように、図６（ｂ）
において、任意のショット領域３７−ｎ上の座標系
（ｘ，ｙ）上の設計上の座標値が（Ｓ_1Xn,Ｓ_1Yn)〜（Ｓ
_4Xn,Ｓ_4Yn)である位置にそれぞれウエハマーク対３９
（ｎ，１）〜３９（ｎ，４）が形成されている。本例で
は、その各ショット領域内の重ね合わせ誤差が以下の３
つの要因から生じたものとする。

【００５６】チップパターンの回転（チップローテー
ション、又はショット回転）：これは、例えばウエハＷ
上にレチクルＲの投影像の露光を行う際、レチクルＲが
ステージ座標系（Ｘ，Ｙ）に対して回転していたり、あ
るいはウエハステージＳＴの動きにヨーイングが混入し
ていたりするときに生じるものであり、ショット領域の
座標系（ｘ，ｙ）に対する回転誤差を示すショット回転
のパラメータθで表される。チップの直交度：これは、例えばウエハＷ上にレチク
ル２の投影像を露光する際に、レチクル２上のパターン
自体の歪みや投影光学系７のディストーション等によっ
て生じるチップパターンの直交度の誤差であり、角度誤
差に対応するチップ直交度のパラメータｗで表す。

【００５７】チップの線形伸縮（チップスケーリン
グ、又はショット倍率）：これは、例えばウエハＷにレ
チクル２の投影像の露光を行う際の投影倍率の誤差、あ
るいはウエハＷの加工プロセスによってウエハＷが全体
的又は部分的に伸縮することによって生じるものであ
る。ここでは、ショット領域の座標系（ｘ，ｙ）のｘ方
向の２点間の距離の実測値と設計値との比であるｘ方向
のショット倍率ｒｘ、及びｙ方向の２点間の距離の実測
値と設計値との比であるｙ方向のショット倍率ｒｙで２
方向の線形伸縮を表すものとする。

【００５８】例えば、図７（ａ）は前工程で形成された
各ショット領域３７−ｎのチップパターンに回転誤差及
び倍率誤差が生じているウエハＷを示し、この図７
（ａ）において、回転誤差及び倍率誤差が無い場合のシ
ョット領域の例を破線で囲んだショット領域４０−６〜
４０−１０で表す。それに対して、ウエハＷ上に実際に
形成されているショット領域３７−６〜３７−１０は回
転角及び倍率が異なっている。これらの誤差は、図７
（ｂ）に示すように、ショット領域３７−ｎが本来のシ
ョット領域４０−ｎに対して傾斜しているショット回転
と、図７（ｃ）に示すように、ショット領域３７−ｎの
倍率が本来のショット領域４０−ｎの倍率と異なってい
るショット倍率とに分離できる。

【００５９】但し、図７の例ではチップパターンのチッ
プ直交度ｗが０であり、且つｘ方向のショット倍率ｒｘ
とｙ方向のショット倍率ｒｙとが等しい場合を示してい
る。上記の〜の誤差要因が加わった場合、ショット
領域３７−ｎ上の設計上の座標値が（Ｓ_NXn,Ｓ_NYn)（Ｎ
＝１〜４）のウエハマーク対３９（ｎ，Ｎ）について、
実際に位置合わせすべきショット領域の座標系（ｘ，
ｙ）上での座標値（Ｓ′_NXn ，Ｓ′_NYn ）は以下のよう
に表される。

【００６０】

【数３】

【００６１】ここで、チップ直交度ｗ及びショット回転
θが微小量であるとして一次近似を行うと、（数３）は
次式で表される。

【００６２】

【数４】

【００６３】さて、図６（ｂ）において、任意のショッ
ト領域３７−ｎの基準点３８−ｎのステージ座標系
（Ｘ，Ｙ）上での配列座標値は（Ｃ_Xn，Ｃ_Yn）であるた
め、その任意のショット領域上の任意のウエハマーク対
３９（ｎ，Ｎ）のステージ座標系（Ｘ，Ｙ）上の設計上
の座標値（Ｄ_NXn ，Ｄ_NYn ）は、次のように表される。
但し、上述のようにＮの値（１〜４）によってウエハマ
ーク対３９（ｎ，１）〜３９（ｎ，４）の区別を行って
いる。

【００６４】

【数５】

【００６５】上述の〜の３個の誤差は、ウエハ上の
各ショット領域のウエハマークを焼き付けた層にチップ
パターンを焼き付けた際に生じる。実際には更に、ウエ
ハの加工プロセスによって生じる上述のやの誤差の
影響を受けるため、ウエハマーク対３９（ｎ，Ｎ）がス
テージ座標系（Ｘ，Ｙ）上で実際にあるべき位置の座標
（実測される座標値）を（Ｆ_NXn,Ｆ_NYn)（Ｎ＝１〜４）
とすると、この座標値（Ｆ_NXn,Ｆ_NYn)は（数２）及び
（数４）から次のように表される。

【００６６】

【数６】

【００６７】次に、本実施例では最小自乗法の適用を容
易にするため、その（数６）中のα方向のウエハのスケ
ーリングＲｘ、及びβ方向のウエハのスケーリングＲｙ
をそれぞれ新たなスケーリングΓｘ、及びΓｙを用いて
次の（数７）のように表す。同様に、その（数６）中の
ｘ方向のショット倍率ｒｘ、及びｙ方向のショット倍率
ｒｙをそれぞれ新たなショット倍率のパラメータγｘ、
及びγｙを用いて次の（数７）のように表す。

【００６８】

【数７】

【００６９】これら新たなそれぞれ線形伸縮の変化分を
示す２個のスケーリングΓｘ、Γｙ、及び２個のショッ
ト倍率γｘ、及びγｙを用いてその（数６）を書き換え
ると、（数６）は近似的に次のようになる。

【００７０】

【数８】

【００７１】この（数８）において、２次元ベクトルを
２行×１列の行列とみなすと、この（数８）を以下のよ
うな変換行列を用いた座標変換式に書き直すことができ
る。

【００７２】

【数９】

【００７３】但し、（数９）の各変換行列は次のように
定義される。

【００７４】

【数１０】

【００７５】（数９）の座標変換式における変換行列
Ａ，Ｂ，Ｏに含まれる１０個の誤差パラメータ（Θ，
Ｗ，Γｘ（又はＲｘ），Γｙ（又はＲｙ），Ｏ_X,Ｏ_Y,
θ，ｗ，γｘ（＝ｒｘ−１），ｒｙ）を、ショット内多
点ＥＧＡパラメータと呼ぶ。これら１０個の誤差パラメ
ータの中で、ショット内の状態を表す４個の誤差パラメ
ータ、即ちショット倍率γｘ（又はｒｘ），γｙ（又は
ｒｘ）、ショット回転θ、及びチップ直交度ｗをショッ
ト内パラメータと呼ぶ。以上の１０個のショット内多点
ＥＧＡパラメータは、例えば最小自乗法により求めるこ
とができる。本例では、（数９）の座標変換式に基づい
てウエハＷの各ショット領域のステージ座標系（Ｘ，
Ｙ）上での計算上の座標、及びチップの各誤差を求め
る。そして、それをもとに、ショット回転（チップロー
テーション）の誤差、及びショット倍率（チップ倍率）
の誤差等の補正を行った上で、ウエハＷの各ショット領
域３７−ｎの計算上の配列座標（Ｆ_xn，Ｆ_yn）を求め、
この配列座標に基づいて各ショット領域３７−ｎとレチ
クルとの位置合わせを行ってから、レチクルのパターン
像を露光する。

【００７６】ここで図２に示した主制御系５０に対応付
けてみると、ウエハ上の全部のショット領域内の４個の
ウエハマーク対の設計上の配列座標値はＥＸＰショット
マップデータ部５０３に記憶され、サンプルショット内
の４個のウエハマーク対の設計上の座標値はＡＬＧショ
ットマップデータ部５０４に記憶され、そして、上述の
１０個のショット内多点ＥＧＡパラメータを決定する最
小自乗近似の演算式はＥＧＡ演算ユニット５０２に記憶
されている。

【００７７】なお、必ずしも最小自乗法を（数９）に適
用する必要はなく、例えば（数６）の段階で１０個のシ
ョット内多点ＥＧＡパラメータを求めても良い。また、
上述の（数８）にはチップパターンに関する４個のショ
ット内パラメータ（ショット回転θ、チップ直交度ｗ、
ショット倍率ｒｘ（＝１＋γｘ）、ショット倍率ｒｙ
（＝１＋γｙ））の全てが含まれているが、これら４個
の何れか１つのパラメータのみに着目して（数８）（又
は（数６））を用いても良い。具体的に、ショット回転
θのみに着目する場合には、チップ直交度ｗは０とみな
し、ショット倍率ｒｘ及びｒｙはそれぞれ１とみなして
（数８）を用いることになる。これに関して、ショット
倍率ｒｘ及びｒｙに着目する場合には、ｒｘ＝ｒｙであ
るとして、即ち線形伸縮が等方的であるとして、（数
８）を用いても良い。

【００７８】４個のショット内パラメータの内から着目
するパラメータは、例えば露光対象とするウエハの種類
（特徴）に応じて選択すれば良い。ここで、仮にウエハ
Ｗの全部のショット領域３７−ｎから予め選ばれたサン
プルショットについてウエハマークの計測を行うものと
する。ところが、各サンプルショットの基準点３８−ｎ
とそのショット領域内のウエハマークとの距離は比較的
短いため、上述の１０個のショット内多点ＥＧＡパラメ
ータの内の４個のショット内パラメータ（θ，ｗ，ｒ
ｘ，ｒｙ）は計測再現性等による誤差が大きい。そのた
め、誤差を小さくするためには、サンプルショットの個
数及び計測すべきウエハマークの個数を比較的多くする
必要があるが、それでは露光工程のスループットが低下
する。そこで、本例では後述のようなシーケンスでスル
ープットの低下を防止すると共に、アライメント精度を
高く維持している。以下の手法は、一般にウエハ上に生
じる線形誤差量及び非線形誤差量並びに各ショット領域
内のチップパターンの変形は、同一ロット内では同じよ
うな傾向であることを利用する。

【００７９】また、本実施例では、２つのアライメント
センサが備えられているため、サンプルショットの各ウ
エハマークの座標値を検出するアライメントセンサによ
って、得られる１０個のショット内多点ＥＧＡパラメー
タが２通りとなる。即ち、ＬＩＡ系１０の計測結果に基
づいてＥＧＡ方式のアライメントを実行すると、（数１
０）中の１０個のショット内多点ＥＧＡパラメータ、即
ちスケーリングΓｘ，Γｙ、ローテーションΘ、直交度
Ｗ、オフセットＯ_x，Ｏ_y、ショット倍率γｘ，γｙ、
ショット回転θ、チップ直交度ｗが求められる。同様
に、ＦＩＡ系３６の計測結果に基づいてＥＧＡ方式のア
ライメントを実行すると、（数１０）中の１０個のショ
ット内多点ＥＧＡパラメータが求められる。しかしなが
ら、例えばＬＩＡ系１０の計測結果に基づいて得られた
パラメータ中には、所定の偏りのあることがある。そこ
で、そのような偏りのあるパラメータについては、ＦＩ
Ａ系３６の計測結果に基づいて得られる変換パラメータ
で補正して使用することとする。

【００８０】次に、本実施例において１ロットのウエハ
について、ショット内多点ＥＧＡ方式で位置合わせ（ア
ライメント）を行って露光を行う場合の動作の一例につ
き、図１のフローチャートを参照して説明する。以下の
動作は、ウエハ上の所定の回路パターン層（プロセスレ
イヤ）への露光を行う場合の動作を示している。そし
て、そのプロセスレイヤでは、予め試作時の実験及び評
価の結果、ＬＩＡ方式のアライメントセンサによる計測
結果に基づいて求めたショット内多点ＥＧＡパラメータ
中のスケーリングＲｘ，Ｒｙ、及びショット倍率ｒｘ，
ｒｙ（又はγｘ，γｙ）にほぼ一定の傾向を有する誤
差、即ち真値からの所定の偏りが混入しているが、他の
パラメータの誤差は小さく、一方、ＦＩＡ方式のアライ
メントセンサによる計測結果に基づいて求めたショット
内多点ＥＧＡパラメータ中でスケーリングＲｘ，Ｒｙ、
及びショット倍率ｒｘ，ｒｙの誤差は小さいことが分か
っているものとする。

【００８１】先ず、主制御系５０に対して、ＬＩＡ系１
０を用いる第１のショット内多点ＥＧＡ方式のアライメ
ントシーケンスと、ＦＩＡ系３６を用いる第２のショッ
ト内多点ＥＧＡ方式のアライメントシーケンスとを記憶
させ、ウエハ上で計測対象とするサンプルショット（正
確にはウエハマーク）の配列は、第１及び第２のアライ
メントシーケンスで同じに設定しておく。そして、基本
的に第１のアライメントシーケンスで求められたショッ
ト内多点ＥＧＡパラメータを使用するが、その中でスケ
ーリングＲｘ，Ｒｙ及びショット倍率ｒｘ，ｒｙのみは
第２のアライメントシーケンスにより求められたショッ
ト内多点ＥＧＡパラメータに基づいて後述のように補正
を行う。

【００８２】具体的に、図１のステップ１０１におい
て、１ロットの先頭のウエハＷを図２のウエハステージ
ＳＴ上にロードする。この際に、レチクルＲのアライメ
ントが終了しており、不図示の干渉計によって規定され
る直交座標系に対するレチクルＲのＸ方向，Ｙ方向，回
転方向のずれ量はほぼ零となっている。図８は、露光対
象のウエハＷを示し、この図８において、ウエハＷ上に
はウエハＷ上の座標系（試料座標系）（α，β）に沿っ
て多数のショット領域が配列されているが、その中の計
測対象のサンプルショット３７−１〜３７−８のみを示
してある。ショット領域３７−ｎ（ｎ＝１〜８）内に
は、それぞれ図３（ａ）のウエハマーク対３９（ｎ，
１）と同一の４個のウエハマーク対３９（ｎ，１）〜３
９（ｎ，８）が形成されている。その後、ステップ１０
２において、サーチアライメント（グローバルアライメ
ント）を行う。即ち、ウエハＷ上には各ショット領域に
付設されるウエハマークとは別に、大まかな位置合わせ
用のアライメントマークが試料座標系（α，β）に沿っ
て数個形成されている。そこで、例えば図２のＬＩＡ系
１０（Ｙ軸用のＬＩＡ系も含む、以下同様）、又はＦＩ
Ａ系３６によりそれらのアライメントマークのステージ
座標系（静止座標系）（Ｘ，Ｙ）での座標値を計測し、
この計測結果に基づいて、試料座標系（α，β）からス
テージ座標系（Ｘ，Ｙ）への近似的な変換パラメータ
（スケーリング、ローテーション、オフセット等）を求
めて、図２の主制御系５０内のＥＧＡ演算ユニット５０
２内のメモリに記憶しておく。

【００８３】その後、ショット内多点ＥＧＡ方式のアラ
イメントを行う際には、計測対象のショット領域の基準
点での試料座標系（α，β）の配列座標、及びその基準
点を原点とした各ウエハマーク対の配列座標と、その近
似的な変換パラメータとから、ＥＧＡ演算ユニット５０
２においてそのウエハマーク対のステージ座標系（Ｘ，
Ｙ）での座標値が算出され、この座標値がシーケンスコ
ントローラ５０６を介してステージコントローラ１４に
供給される。そして、この供給された座標値に基づい
て、計測対象のウエハマーク対のＸ軸及びＹ軸のウエハ
マークが順次、ＦＩＡ系３６の観察視野、又はＬＩＡ系
１０からのレーザビームの照射領域に移動される。

【００８４】次に、図１のステップ１０３において、図
２のＴＴＬ方式のＬＩＡ系１０を用いて、ショット内多
点ＥＧＡ方式のアライメントを実行する。即ち、図８の
ウエハＷ上の全てのサンプルショット３７−１〜３７−
８の各ウエハマーク対（３９（１，１），…，３９
（１，４）〜３９（８，１），…，３９（８，４））の
ステージ座標系（Ｘ，Ｙ）上での座標値（ＦＭ_NXn,ＦＭ
_NYn)をＬＩＡ系１０（Ｙ軸用のＬＩＡ系も含む）実測す
る。これはウエハ８上の全てのサンプルショット内の全
てのウエハマーク対を計測対象とすることを意味する。
但し、必ずしも全てのサンプルショット内の全てのウエ
ハマーク対を計測対象とする必要はない。１個のウエハ
マーク対には２つの１次元のウエハマークがあるため、
１０個以上のパラメータの値を決定するためには、少な
くとも５個以上のウエハマーク対の座標値を実測する必
要がある。但し、或るウエハマーク対については、Ｘ軸
用のウエハマークのみを計測し、他のウエハマーク対に
ついてＹ軸用のウエハマークのみを計測するような選択
も可能である。

【００８５】この場合、ウエハＷ上の各サンプルショッ
ト３７−ｎ（ｎ＝１〜８）の基準点３８−ｎ（図６
（ｂ）参照）の、ウエハＷ上の座標系（α，β）上での
設計上の配列座標値（Ｃ_Xn，Ｃ_Yn）と、測定されたウエ
ハマーク対３９（ｎ，Ｎ）（Ｎ＝１〜４）の各サンプル
ショット３７−ｎ上の座標系（ｘ，ｙ）での設計上の座
標値（相対座標値）（Ｓ_NXn,Ｓ_NYn )とが予め分かって
いる。そこで、ステップ１０３において、（数９）の右
辺に、測定されたアライメントマークが属するショット
領域の基準点の設計上の配列座標値（Ｃ_Xn，Ｃ_Yn）、及
びそのアライメントマークの基準点に関する設計上の相
対座標値（Ｓ_NXn,Ｓ_NYn)を代入することにより、そのウ
エハマーク対３９（ｎ，Ｎ）がステージ座標系（Ｘ，
Ｙ）上であるべき計算上の座標値（Ｆ_NXn,Ｆ_NYn)を求め
る。

【００８６】そして、ＥＧＡ演算ユニット５０２での最
小自乗法の演算により（数９）を満足する１０個のショ
ット内多点ＥＧＡパラメータ（以下、「ＬＩＡパラメー
タ」と呼ぶ）が算出される。このＬＩＡパラメータは、
スケーリングΓｘ（又はＲｘ），Γｙ（又はＲｙ）、ロ
ーテーションΘ、直交度Ｗ、オフセットＯ_x，Ｏ_y、シ
ョット倍率γｘ（又はｒｘ），γｙ（又はｒｙ）、ショ
ット回転θ、チップ直交度ｗ、から構成されている。

【００８７】具体的には、実際に計測された座標値（Ｆ
Ｍ_NXn,ＦＭ_NYn)とその計算上の座標値（Ｆ_NXn,Ｆ_NYn)と
の差（Ｅ_NXn,Ｅ_NYn)をアライメント誤差と考える。従っ
て、Ｅ_NXn ＝ＦＭ_NXn −Ｆ_NXn 、Ｅ_NYn ＝ＦＭ_NYn −Ｆ
_NYn が成立している。そして、計測されたアライメント
マークに関するアライメント誤差（Ｅ_NXn,Ｅ_NYn)の自乗
和をそれら１０個のパラメータで順次偏微分し、その値
がそれぞれ０になるような方程式をたてて、それら１０
個の連立方程式を解けば１０個のパラメータを求めるこ
とができる。

【００８８】その後、ステップ１０４において、図２の
ＦＩＡ系３６を用いて、図８のウエハＷ上のサンプルシ
ョット３７−１〜３７−８内の各ウエハマーク対３９
（ｎ，Ｎ）のステージ座標系（Ｘ，Ｙ）での座標値を計
測して、ショット内多点ＥＧＡ方式のアライメントを実
行する。これにより得られる計測値をＥＧＡ演算ユニッ
ト５０２で演算処理することにより、１０個のショット
内多点ＥＧＡパラメータ（以下、「ＦＩＡパラメータ」
と呼ぶ）が算出される。このＦＩＡパラメータも、スケ
ーリングΓｘ（又はＲｘ），Γｙ（又はＲｙ）、ローテ
ーションΘ、直交度Ｗ、オフセットＯ_x，Ｏ_y、ショッ
ト倍率γｘ（又はｒｘ），γｙ（又はｒｙ）、ショット
回転θ、チップ直交度ｗ、から構成されている。

【００８９】次のステップ１０５において、求められた
１０個のショット内多点ＥＧＡパラメータ中で、通常の
ＥＧＡパラメータ（ウエハに関するパラメータ）である
スケーリングΓｘ（又はＲｘ），Γｙ（又はＲｙ）、ロ
ーテーションΘ、直交度Ｗ、及びオフセットＯ_x，Ｏ_y
につては、それぞれＦＩＡパラメータからＬＩＡパラメ
ータを差し引いて得られる差ΔΓｘ_FL（又はΔＲ
ｘ_FL），ΔΓｙ_FL（又はΔＲｙ_FL），ΔΘ_FL，ΔＷ_FL，
ΔＯ_xFL，及びΔＯ_yFLを算出し、これらの差を主制御
系５０内の補正データ記憶部５０５に格納する。更に、
ショット内多点ＥＧＡパラメータ内でショット内パラメ
ータであるショット倍率γｘ（又はｒｘ），γｙ（又は
ｒｙ）、ショット回転θ、及びチップ直交度ｗについて
は、それぞれＬＩＡパラメータ、及びＦＩＡパラメータ
そのものをその補正データ記憶部５０５に格納する。

【００９０】そして、ここで計測を行ったウエハＷに対
しては、ステップ１０６において、オフセットＯ_x，Ｏ
_y、ローテーションΘ、直交度Ｗ、チップ直交度ｗ、シ
ョット回転θについては、ＬＩＡパラメータの値を使用
し、スケーリングΓｘ（又はＲｘ），Γｙ（又はＲ
ｙ）、ショット倍率γｘ（又はｒｘ），γｙ（又はｒ
ｙ）については、ＦＩＡパラメータの値を使用する。そ
して、（数９）の変換行列Ａ中のウエハのローテーショ
ンΘ、及び変換行列Ｂ中のショット回転θを補正するよ
うに、図２のレチクルステージＲＳを介してレチクルＲ
に適当な回転を施すか、又はウエハＷを回転させて、ス
テージ座標系（Ｘ，Ｙ）に対するチップパターンの回転
を補正する。これは（数１０）の変換行列Ａの要素を構
成するローテーションΘと、変換行列Ｂの要素を構成す
るショット回転θとの和（Θ＋θ）に合わせて、レチク
ルＲ又はウエハＷを回転することを意味する。

【００９１】但し、ウエハＷを回転した場合には、ウエ
ハＷのオフセット（Ｏ_X,Ｏ_Y)が変化する虞があるため、
再びウエハマークの座標値の計測を行った後、上述の最
小自乗法でパラメータを求める演算（ショット内多点Ｅ
ＧＡ演算）を行って誤差パラメータを求め直す必要があ
る。即ち、例えばウエハＷを角度（Θ＋θ）だけ回転し
た場合には、上述のステップ１０３〜１０６を繰り返す
必要がある。これは、ウエハＷの回転後の新たなローテ
ーションΘが、ステップ１０６で回転した角度に対応す
る値かどうかを確認する意味もある。

【００９２】また、チップ直交度ｗは、厳密な意味では
補正できないが適度にレチクルＲを回転させることで、
その誤差を小さく抑えることができる。そこで、ローテ
ーションΘ、ショット回転θ及びチップ直交度ｗのそれ
ぞれの絶対値の和が最小になるように、レチクルＲ又は
ウエハＷの回転量を最適化することも可能である。次
に、（数９）の変換行列Ｂ中のショット倍率γｘ（又は
ｒｘ），γｙ（又はｒｙ）を補正するように、図２の結
像特性制御装置１９を介して投影光学系ＰＬの投影倍率
を調整する。これは（数１０）で示す変換行列Ｂの要素
を構成するショット倍率γｘ（＝ｒｘ−１）及びγｙ
（＝ｒｙ−１）に合わせて、投影光学系ＰＬの投影倍率
を調整することを意味する。

【００９３】その後、ステップ１０５で求めたショット
内多点ＥＧＡパラメータよりなる要素を含む変換行列Ａ
及びＯを用いて、ＥＧＡ演算ユニット５０５において、
次式にウエハＷ上の各ショット領域３７−ｎの基準点３
８−ｎの設計上の配列座標値（Ｃ_Xn，Ｃ_Yn）を代入する
ことにより、その基準点３８−ｎのステージ座標系
（Ｘ，Ｙ）上での計算上の配列座標値（Ｇ_Xn，Ｇ_Yn）を
求める。

【００９４】

【数１１】

【００９５】そして、ステップ１０７において、ステッ
プ１０６で求められた配列座標（Ｇ _Xn，Ｇ_Yn）及び予め
求めてあるベースライン量（アライメントセンサの検出
中心と露光中心との間隔）に基づいて求められる配列座
標を、シーケンスコントローラ５０６を介してステージ
コントローラ１４に順次供給することにより、ウエハＷ
上の各ショット領域３７−ｎの基準点３８−ｎを順次図
２の投影光学系ＰＬの露光フィールド内の中心に位置合
わせして、当該ショット領域３７−ｎに対してレチクル
Ｒのパターン像を投影露光する。そして、ウエハＷ上の
全てのショット領域への露光が終了した後に、ステップ
１０８に移行する。

【００９６】ステップ１０８において、露光済みのウエ
ハＷを搬出し、このロット内でその次に露光するｉ枚目
（ｉ＝２，３，…）のウエハを図２のウエハステージＳ
Ｔ上にロードする。この実施例では、同一ロット内では
プロセスの状態に大きな差はないことを前提として、Ｌ
ＩＡ系１０による計測結果に基づいて求めたＬＩＡパラ
メータ中のスケーリングΓｘ（又はＲｘ），Γｙ（又は
Ｒｙ）に混入されている偏り（プロセスオフセット）
は、ロット内でほぼ一定値であるとみなす。更に、ショ
ット倍率γｘ（＝ｒｘ−１），γｙ（＝ｒｙ−１）、及
びショット回転は、ロット内でほぼ一定値であるとみな
す。

【００９７】そこで、２枚目以降のウエハについては、
ＬＩＡ系１０のみを使用して通常のＥＧＡ方式のアライ
メントを行い、求められたＬＩＡパラメータ中のスケー
リングについては１枚目のウエハで求めた差を用いて補
正し、ショット回転、及びショット倍率は１枚目のウエ
ハで求めて記憶した値を使用することとする。従って、
シーケンスとしては、ステップ１０９でステップ１０２
と同様にサーチアライメントを実行した後、ステップ１
１０に移行して、ＬＩＡ系１０を用いて、そのｉ枚目の
ウエハ上の図６と同じ配列のサンプルショット３７−１
〜３７−８について、それぞれ例えば１番目のウエハマ
ーク対３９（１，１）〜３９（８，１）のみの座標値を
計測し、この計測結果を処理して通常のＥＧＡパラメー
タ（ＬＩＡパラメータ）の値を算出する。ここで計測を
行ったウエハＷに対しては、続くステップ１１１におい
て、オフセットＯ_x，Ｏ_y、ローテーションΘ、直交度
Ｗについては、直前に求めたＬＩＡパラメータの値を使
用し、スケーリングΓｘ（又はＲｘ），Γｙ（又はＲ
ｙ）については、直前に求めたＬＩＡパラメータの値に
ステップ１０５で記憶したスケーリングの差ΔΓｘ
_FL（又はΔＲｘ_FL），ΔΓｙ_FL（又はΔＲｙ_FL）を加算
して得た値を使用し、ショット回転θ、チップ直交度ｗ
については、ステップ１０５で記憶したＬＩＡパラメー
タの値を使用し、ショット倍率γｘ（又はｒｘ），γｙ
（又はｒｙ）については、ステップ１０５で記憶したＦ
ＩＡパラメータの値を使用する。

【００９８】このように全てのパラメータの値を決定す
るが、ショット回転、及びショット倍率については１枚
目のウエハについて補正してあるため、２枚目以降のウ
エハについては補正を行う必要は特にない。但し、ロー
テーションΘについては、ウエハ又はレチクルＲを回転
して補正してもよい。その後、それらのショット内多点
ＥＧＡパラメータよりなる要素を含む変換行列Ａ及びＯ
を用いて、ＥＧＡ演算ユニット５０５において、（数１
１）にウエハ上の各ショット領域３７−ｎの基準点３８
−ｎの設計上の配列座標値（Ｃ_Xn，Ｃ _Yn）を代入するこ
とにより、その基準点３８−ｎのステージ座標系（Ｘ，
Ｙ）上での計算上の配列座標値（Ｇ_Xn，Ｇ_Yn）を求め
る。

【００９９】そして、ステップ１１２において、ステッ
プ１１１で求められた配列座標（Ｇ _Xn，Ｇ_Yn）及び予め
求めてあるベースライン量に基づいて求められる配列座
標を、シーケンスコントローラ５０６を介してステージ
コントローラ１４に順次供給することにより、ウエハＷ
上の各ショット領域３７−ｎの基準点３８−ｎを順次図
２の投影光学系ＰＬの露光フィールド内の中心に位置合
わせして、当該ショット領域３７−ｎに対してレチクル
Ｒのパターン像を投影露光する。

【０１００】次に、ステップ１１３において、このロッ
ト内で露光すべきウエハが残っているかどうかを判定
し、露光すべきウエハがあるときには、ステップ１０８
〜１１２を繰り返してアライメント及び露光を行う。そ
して、ステップ１１３において露光すべきウエハが尽き
たときにこの工程を終了する。このように本実施例で
は、ＬＩＡ系１０、及びＦＩＡ系３６を用いてショット
内多点ＥＧＡ方式でアライメントを行っているため、シ
ョット間の位置合わせ精度のみならず、ショット回転及
びショット倍率等のショット内の位置合わせ精度も向上
する利点がある。但し、ショット内パラメータについて
は、ロット内ではほぼ傾向があることに鑑みて、実際に
ショット内多点ＥＧＡ方式の計測を行うのは１枚目のウ
エハのみで、後のウエハについては通常のＥＧＡ方式の
計測を行い、パラメータについては、計測して得られた
値、先に記憶してある値、又は先に記憶してある値で補
正した値の何れかを使用するため、スループットは通常
のＥＧＡ方式のアライメントに対して殆ど低下しない利
点もある。

【０１０１】なお、図１の実施例ではＦＩＡパラメータ
とＬＩＡパラメータとの差、及びショット内パラメータ
（ショット倍率、ショット回転、チップ直交度）を求め
るために、ロット内の先頭のウエハについてのみＦＩＡ
系３６とＬＩＡ系１０とでそれぞれサンプルショットの
計測を行っている。しかしながら、例えばロットの先頭
から数枚のウエハについては、それぞれＬＩＡ系１０を
用いたショット内多点ＥＧＡ方式のアライメント、及び
ＦＩＡ系３６を用いたショット内多点ＥＧＡパラメータ
方式のアライメントを行い、数枚のウエハについて求め
たＬＩＡパラメータの平均値、ＦＩＡパラメータの平均
値、又は両者の差分を求めておいてもよい。

【０１０２】そして、それ以降のウエハについては、ス
ループットの高いＬＩＡ系１０でショット内多点ＥＧＡ
方式でアライメントを行ってもよい。この場合、ＬＩＡ
系１０で偏りのありそうなパラメータ（スケーリング、
ショット倍率）については、既に求めてあるＦＩＡパラ
メータの平均値とＬＩＡパラメータの平均値との差で補
正することにより、高いスループット、及び高い位置合
わせ精度が得られる。

【０１０３】また、図１のステップ１０３及び１０４の
ようにショット内多点ＥＧＡパラメータの補正値を求め
るためのサンプルショットの個数を、図１のステップ１
１０で計測対象となるような通常のサンプルショットの
個数に比べて多くしてもよい。次に、図１の実施例で
は、２枚目以降のウエハについてはＬＩＡ系１０で各サ
ンプルショット内の１点の２次元座標（１個のウエハマ
ーク対のＸ座標、Ｙ座標）を計測しているが、２枚目以
降（又は数枚目以降）のウエハについては、スループッ
トの高いＬＩＡ系１０を用いて通常のＥＧＡ方式の計測
を行うが、それと共に、各サンプルショット内でＸ方向
の位置の異なる１個のＹ軸用のウエハマークのＹ座標を
ＬＩＡ系１０、又はＦＩＡ系３６で計測するようにして
もよい。例えば、図８において、ＬＩＡ系１０を用い
て、ウエハＷ上の各サンプルショット３７−１〜３７−
８内の１つのウエハマーク対３９（１，１）〜３９
（８，１）のＸ座標、及びＹ座標を計測すると共に、Ｌ
ＩＡ系１０を用いて、各サンプルショット３７−１〜３
７−８内のウエハマーク対３９（１，２）又は３９
（１，３）のＹ座標を計測する。

【０１０４】この場合、各サンプルショット内ではＹ軸
に関して多点計測が行われるため、ショット内多点ＥＧ
Ａパラメータ中のショット内パラメータの１つであるシ
ョット回転θを求めることができる。そして、図１のス
テップ１１１に対応する工程では、ショット回転θにつ
いては直前に求めたショット回転の値を使用し、（数１
０）の変換行列Ａの要素を構成するローテーションΘ
と、変換行列Ｂの要素を構成する直前に得られたショッ
ト回転θとの和（Θ＋θ）に合わせて、レチクルＲ又は
ウエハＷを回転する。その後、露光を行うことにより、
レチクルＲとウエハ上の各ショット領域との回転誤差が
小さい状態で露光が行われる。

【０１０５】更に、各サンプルショット内でＬＩＡ系１
０で１個のウエハマーク対を計測するのとは別に、ＦＩ
Ａ系３６を用いてＹ座標がほぼ等しいウエハマーク対の
Ｘ座標を計測してもよい。これにより、ショット内パラ
メータであるショット倍率γｘ（又はｒｘ），γｙ（又
はｒｙ）が求められる。但し、ショット倍率について
は、数枚目までのウエハについて計測して記憶したＦＩ
Ａパラメータの値を使用しても、特に大きな不都合はな
い。これは、ショット倍率が通常ロット内で安定してい
るのに対し、ショット回転はウエハ毎に異なる場合があ
るからである。

【０１０６】なお、上述実施例では図３（ｂ）に示した
ように、ステージ座標系上のＸ方向及びＹ方向に配列さ
れた１次元のウエハマークよりなるウエハマーク対３９
（ｎ，１）〜３９（ｎ，４）がショット領域３７−ｎの
対角線上の４隅に設けられている。しかしながら、例え
ば１直線上に４個のウエハマーク対が配列されないよう
にすれば、必ずしもそのような配置でなくとも良い。更
に、ウエハマーク対の個数は２個以上の幾つでもよい。
また、例えばＸ軸用のウエハマークの位置とＹ軸用のウ
エハマークの位置とが異なっていてもよい。

【０１０７】更に、使用するアライメントセンサの組合
せによっては、ウエハマークとして例えば十字型のパタ
ーンのような２次元のマークを使用してもよい。また、
必ずしも各ショット領域３７−ｎの内部にウエハマーク
を形成する必要はなく、例えば図３（ａ）において、シ
ョット領域３７−ｎと隣接するショット領域との間のス
トリートライン領域ＳＣＬ上の所定の位置にウエハマー
クを形成してもよい。

【０１０８】なお、上述実施例では、図２のＦＩＡ系３
６がオフ・アクシス方式、ＬＩＡ系１０がＴＴＬ方式と
なっているが、ＦＩＡ系３６を例えばＴＴＬ方式、又は
ＴＴＲ方式で使用してもよく、逆にＬＩＡ系１０を例え
ばＴＴＲ方式で使用してもよい。また、上述実施例で
は、アライメントセンサとしてＬＩＡ系１０、及びＦＩ
Ａ系３６が使用されているが、その他に例えば、ウエハ
マークとスリット状に集光されるレーザビームとを相対
走査するレーザ・ステップ・アライメント（ＬＳＡ）方
式のアライメントセンサ等を使用してもよい。

【０１０９】更に、上述実施例では、ショット内多点Ｅ
ＧＡ方式として各サンプルショット内のウエハマークを
同等に扱う方式が適用されているが、ウエハ上のサンプ
ルショット内の各ウエハマークに対して例えばウエハの
中心からの距離に応じて定まる重みを付して得られる残
留誤差成分が最小になるように変換パラメータの値を決
定する、重み付け方式を適用してもよい。

【０１１０】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。

【０１１１】

【発明の効果】本発明の第１の位置合わせ方法によれ
ば、Ｎ枚の基板（１ロットのウエハ）の先頭からｋ枚の
基板については、２種類のアライメントセンサ（例えば
ＬＩＡ系、及びＦＩＡ系等）を使って同一のサンプルシ
ョットでショット内多点ＥＧＡ方式で計測を行って、求
められたパラメータの値、及びこれらの差分が記憶され
る。そして、それ以降の基板を扱うときは、スループッ
トの速いアライメントセンサ（例えばＴＴＬ方式のＬＩ
Ａ系等）のみを使って通常のＥＧＡ方式の計測が行われ
る。そして、位置合わせに際しては、通常の基板内での
ＥＧＡパラメータについては、そのスループットの高い
アライメントセンサで偏りのでそうな成分（例えばＬＩ
Ａ系ではスケーリング）については、記憶した別のアラ
イメントセンサでの値との差で補正し、ショット内パラ
メータ（ショット倍率、ショット回転等）については、
例えばそのプロセスに適していると考えられるアライメ
ントセンサでの計測値として記憶してあるパラメータ
（例えば、ショット倍率はＦＩＡ系、ショット回転はＬ
ＩＡ系等）を使用することにより、スループットを大き
く落とすことなく高い位置合わせ精度（各ショット領域
の中心と例えば投影像との位置合わせ精度、及び各ショ
ット領域と例えば投影像との重ね合わせ精度）が得られ
る。

【０１１２】また、ｋ枚目以降の基板について、他方の
アライメントセンサでも各サンプルショット内の別の計
測点で１次元の座標計測を行うときには、更にショット
内パラメータ中でのショット倍率、又はショット回転等
をも補正できるため、更にショット領域内での重ね合わ
せ精度が向上する利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による位置合わせ方法の一実施例が適用
された露光動作を示すフローチャートである。

【図２】実施例で使用される投影露光装置の要部を示す
構成図である。

【図３】（ａ）はウエハ上のショット領域及びウエハマ
ークの一例を示す拡大平面図、（ｂ）はウエハマークを
示す拡大平面図、（ｃ）は図３（ｂ）の断面図である。

【図４】ＦＩＡ方式のアライメントセンサによる観察像
の一例を示す図である。

【図５】ＬＩＡ方式のアライメントセンサの検出原理の
説明図である。

【図６】（ａ）は実施例でショット内多点ＥＧＡ方式で
アライメントを行う際のステージ座標系とウエハ上の座
標系との関係を示す平面図、（ｂ）は図６（ａ）のショ
ット領域３７−ｎ内での座標系を示す拡大図である。

【図７】ショット回転、及びショット倍率の説明図であ
る。

【図８】実施例で露光対象とされるウエハＷ上のサンプ
ルショットの配列の一例を示す平面図である。

【符号の説明】ＲレチクルＰＬ投影光学系ＷウエハＳＴウエハステージ８受光素子１０ＬＩＡ系３４Ｘ，３４Ｙ撮像素子３６ＦＩＡ系５０主制御系５０２ＥＧＡ演算ユニット５０５補正データ記憶部３７−ｎショット領域３８−ｎ基準点３７−１〜３７−８サンプルショット３９（ｎ，１）〜３９（ｎ，４）ウエハマーク対ＷＸ１Ｘ軸のウエハマークＷＹ１Ｙ軸のウエハマーク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平５−304077（ＪＰ，Ａ) 特開平６−45225（ＪＰ，Ａ) 特開平５−114545（ＪＰ，Ａ) 特開平５−152187（ＪＰ，Ａ) 特開平６−181168（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−84516（ＪＰ，Ａ) 特開平６−275496（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 9/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｎ（Ｎは２以上の整数）枚の基板中の各
基板毎に、該基板上に設計上の配列座標に従って２次元
的に配列された複数のショット領域のそれぞれを、前記
基板の移動位置を規定する静止座標系内の所定の基準位
置に対して位置合わせするに際して、前記複数のショッ
ト領域の内、予め選択されたショット領域の前記静止座
標系における座標位置を計測し、該計測された複数の座
標位置を統計演算することによって、前記複数のショッ
ト領域のそれぞれの前記静止座標系上における座標位置
を算出し、該算出された座標位置に従って前記基板の移
動位置を制御することによって、前記複数のショット領
域のそれぞれを前記基準位置に対して位置合わせする方
法において、前記統計演算によって算出された座標位置に従ってｋ
（ｋは２以上でＮ以下の整数）枚目以降の基板上の複数
のショット領域のそれぞれを前記基準位置に対して位置
合わせするのに先だって、（ｋ−１）枚目までの基板の
内少なくとも１枚については、２つのアライメントセン
サを用いてショット領域内の複数点での１次元又は２次
元の位置計測を行うと共に、それぞれのアライメントセ
ンサで計測された座標位置の統計演算結果の差分、及び
それぞれのアライメントセンサで計測された座標位置の
ショット領域内での統計演算結果を求めて記憶し、ｋ枚目以降の位置合わせに際しては、前記２つのアライ
メントセンサの内の一方のアライメントセンサのみによ
りショット領域内の１点での１次元又は２次元の位置計
測を行い、該計測結果を統計演算して得られた結果を、
既に記憶した前記２つのアライメントセンサで計測され
た座標位置の統計演算結果の差分、及び２つのアライメ
ントセンサのそれぞれで計測された座標位置の前記ショ
ット領域内での統計演算結果を用いて補正し、該補正結
果に基づいて位置合わせすることを特徴とする位置合わ
せ方法。
【請求項２】ｋ枚目以降の位置合わせに際して、前記
２つのアライメントセンサの内の一方のアライメントセ
ンサによりショット領域内の１点での１次元又は２次元
の位置計測を行うと共に、何れかのアライメントセンサ
によりショット領域の別の点での所定の方向への１次元
の座標位置を計測し、該ショット領域内の前記１点での計測結果、及び前記別
の点での計測結果を統計演算して得られた結果を、既に
記憶した前記２つのアライメントセンサで計測された座
標位置の統計演算結果の差分、及び２つのアライメント
センサのそれぞれで計測された座標位置の前記ショット
領域内での統計演算結果を用いて補正し、該補正結果に
基づいて位置合わせすることを特徴とする請求項１記載
の位置合わせ方法。
【請求項３】前記２つのアライメントセンサは、計測
対象の像を撮像して画像処理により前記計測対象の位置
を求める撮像方式の第１のアライメントセンサと、前記
計測対象からの光を光電変換して得られた信号を処理し
て前記計測対象の位置を求める第２のアライメントセン
サと、を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の
位置合わせ方法。
【請求項４】前記補正がなされる対象は、前記統計演
算結果を用いて算出された、前記ショット領域の設計上
の配列座標から前記静止座標系上の座標への変換パラメ
ータのうちの所定の偏りのあるパラメータを含むことを
特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の位置合わ
せ方法。
【請求項５】前記差分を用いて補正される対象は、前
記変換パラメータのうちのスケーリングを示すパラメー
タを含むことを特徴とする請求項４に記載の位置合わせ
方法。
【請求項６】ｋ枚目以降の位置合わせに際して使用さ
れる前記ショット領域内での統計演算結果は、前記（ｋ
−１）枚目までの１枚の基板において算出された前記シ
ョット領域内での統計演算結果、又は前記（ｋ−１）枚
目までの複数枚の基板において算出された前記ショット
領域内での統計演算結果の平均値を使用することを特徴
とする請求項１〜５の何れか一項に記載の位置合わせ方
法。
【請求項７】請求項１〜６の何れか一項に記載の位置
合わせ方法を用いて前記所定の基準位置に順次位置合わ
せされた前記複数のショット領域を、投影光学系を介し
たレチクルのパターン像でそれぞれ露光する工程を含む
ことを特徴とする露光方法。
【請求項８】前記２つのアライメントセンサは、前記
計測対象を前記投影光学系を介して検出する方式のセン
サと、前記計測対象を前記投影光学系から離れた検出系
を介して検出するセンサと、を含むことを特徴とする請
求項７に記載の露光方法。
【請求項９】Ｎ（Ｎは２以上の整数）枚の基板中の各
基板毎に、該基板上に設計上の配列座標に従って２次元
的に配列された複数のショット領域のそれぞれを、前記
基板の移動位置を規定する静止座標系内の所定の基準位
置に対して位置合わせするに際して、前記複数のショッ
ト領域の内、予め選択されたショット領域の前記静止座
標系における座標位置を計測し、該計測された複数の座
標位置を統計演算することによって、前記複数のショッ
ト領域のそれぞれの前記静止座標系上における座標位置
を算出し、該算出された座標位置に従って前記基板の移
動位置を制御することによって、前記複数のショット領
域のそれぞれを前記基準位置に対して位置合わせする装
置において、前記統計演算によって算出された座標位置に従ってｋ
（ｋは２以上でＮ以下の整数）枚目以降の基板上の複数
のショット領域のそれぞれを前記基準位置に対して位置
合わせするのに先だって、（ｋ−１）枚目までの基板の
内少なくとも１枚については、２つのアライメントセン
サを用いてショット領域内の複数点での１次元又は２次
元の位置計測を行うと共に、それぞれのアライメントセ
ンサで計測された座標位置の統計演算結果の差分、及び
それぞれのアライメントセンサで計測された座標位置の
ショット領域内での統計演算結果を求めて記憶する記憶
手段と、ｋ枚目以降の位置合わせに際しては、前記２つのアライ
メントセンサの内の一方のアライメントセンサのみによ
りショット領域内の１点での１次元又は２次元の位置計
測を行い、該計測結果を統計演算して得られた結果を、
既に記憶した前記２つのアライメントセンサで計測され
た座標位置の統計演算結果の差分、及び２つのアライメ
ントセンサのそれぞれで計測された座標位置の前記ショ
ット領域内での統計演算結果を用いて補正し、該補正結
果に基づいて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位置合わせ装置。
【請求項１０】前記２つのアライメントセンサのうち
の一方は、計測対象の像を撮像して画像処理により前記
計測対象の位置を求める撮像方式の第１のアライメント
センサであり、その他方は、前記計測対象からの光を光
電変換して得られた信号を処理して前記計測対象の位置
を求める第２のアライメントセンサであることを特徴と
する請求項９に記載の位置合わせ装置。
【請求項１１】請求項９又は１０に記載の位置合わせ
装置を用いて前記所定の基準位置に順次位置合わせされ
た前記複数のショット領域を、投影光学系を介したレチ
クルのパターン像でそれぞれ露光することを特徴とする
露光装置。
【請求項１２】前記２つのアライメントセンサのうち
の一方は、前記計測対象を前記投影光学系を介して検出
する方式のセンサであり、その他方は、前記計測対象を
前記投影光学系から離れた検出系を介して検出するセン
サであることを特徴とする請求項１１に記載の露光装
置。