JP3513892B2

JP3513892B2 - 位置合わせ方法及び装置、それらを用いた露光方法及び装置

Info

Publication number: JP3513892B2
Application number: JP32738193A
Authority: JP
Inventors: 信行入江; 茂蛭川
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1992-12-25
Filing date: 1993-12-24
Publication date: 2004-03-31
Anticipated expiration: 2019-03-31
Also published as: JPH06302490A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基板上に配列された複
数の処理領域（ショット領域、チップパターン）の各々
を所定の基準位置に対して位置合わせする方法及び装置
に関し、特に半導体素子や液晶表示素子製造のリソグラ
フィ工程で使用される露光装置に好適な位置合わせ方法
及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ステップアンドリピート方式、ス
テップアンドスキャン方式等の露光装置、ウエハプロー
バ、あるいはレーザリペア装置等においては、基板上に
マトリックス状に配列された複数のチップパターン領域
（ショット領域）の各々を、基板の移動位置を規定する
静止座標系（すなわち２組のレーザ干渉計によって規定
される直交座標系）内の所定の基準点（例えば各種装置
の加工処理点）に対して極めて精密に位置合わせ（アラ
イメント）する必要がある。特に露光装置では、マスク
またはレチクル（以下、レチクルと称す）に形成された
パターンの露光位置に対して基板をアライメントするに
際して、製造段階のチップでの不良品の発生による歩留
りの低下を防止するように、その位置合わせ（アライメ
ント）精度を常に高精度かつ安定に維持しておくことが
望まれている。

【０００３】通常、リソグラフィ工程ではウエハ上に１
０層以上の回路パターン（レチクルパターン）を重ね合
わせ露光するが、各層間でのアライメント（重ね合わ
せ）精度が悪いと、回路上の特性に不都合が生じ得る。
すなわちチップが所期の特性を満足せず、最悪の場合に
はそのチップが不良品となり、歩留りを低下させ得る。
そこで露光工程では、ウエハ上の複数のショット領域の
各々に予めアライメント用マークを付設しておき、重ね
合わせ露光すべきレチクルパターンを基準としてそのマ
ーク位置（座標値）を検出する。しかる後、このマーク
位置情報に基づいてウエハ上の１つのショット領域をレ
チクルパターンに対して位置合わせ（位置決め）するウ
エハアライメントが行われる。

【０００４】ウエハアライメントには大別して２つの方
式があり、１つはウエハ上のショット領域毎にそのアラ
イメントマークを検出して位置合わせを行うダイ・バイ
・ダイ（Ｄ／Ｄ）アライメント方式である。もう１つ
は、ウエハ上のいくつかのショット領域のみのアライメ
ントマークを検出してショット配列の規則性を求めるこ
とで、各ショット領域を位置合わせするグローバル・ア
ライメント方式である。現在のところ、デバイス製造ラ
インではスループットとの兼ね合いから、主にグローバ
ル・アライメント方式が使用されている。特に現在で
は、例えば特開昭６１─４４４２９号公報、特開昭６２
─８４５１６号公報、特開昭６２─２９１１３３号公報
等に開示されているように、ウエハ上のショット配列の
規則性を統計的手法によって精密に特定するエンハンス
ド・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）方式が主流と
なっている。

【０００５】ＥＧＡ方式とは、１枚のウエハにおいて予
め特定ショット領域として選択された複数個（３個以上
必要であり、通常１０〜１５個程度）のショット領域の
みの座標位置を計測し、これらの計測値から統計演算処
理（最小二乗法等）を用いてウエハ上の全てのショット
領域の座標位置（ショット配列）を算出した後、この算
出したショット配列に従って一義的にウエハステージを
ステッピングさせていくものである。このＥＧＡ方式は
計測時間が短くて済み、ランダムな計測誤差に対して平
均化効果が期待できるという長所がある。

【０００６】ここで、ＥＧＡ方式で行われている統計処
理方法について簡単に述べる。さて、ウエハ上のｍ（ｍ
≧３なる整数）個の特定ショット領域（サンプルショッ
ト）の設計上の配列座標を（Ｘｎ、Ｙｎ）（ｎ＝１、
２、・・・・、ｍ）とし、設計上の配列座標からのずれ（Δ
Ｘｎ、ΔＹｎ）について線形モデル、すなわち、

【０００７】

【数１】

【０００８】を仮定する。さらに、ｍ個のサンプルショ
ットの各々の実際の配列座標（計測値）を（Δｘ_n、Δ
ｙ_n）としたとき、このモデルを当てはめたときの残差
の二乗和Ｅは次式で表される。

【０００９】

【数２】

【００１０】そこで、この式を最小にするようなパラメ
ータａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆを求めれば良い。ＥＧＡ方
式では、上記の如く算出されたパラメータａ〜ｆと設計
上の配列座標とに基づいて、ウエハ上の全てのショット
領域の配列座標が算出されることになる。以上のよう
に、ＥＧＡ方式ではウエハ上のショット配列誤差が線形
であるものとして扱っている、換言すればＥＧＡ演算は
線形な１次近似である。このため、ウエハ上の局所的な
配列誤差変動、すなわち非線形な要因には対応しきれな
いといった問題があった。そこで、本願出願人は局所的
な配列誤差（非線形歪み）が存在するウエハであって
も、所定の基準位置に対して全てのショット領域を高精
度、高速にアライメント可能な位置合わせ方法を特願平
４−２９７１２１号として出願した。以下、この公知で
はない位置合わせ方法について説明する。

【００１１】まず、ここで位置合わせ精度向上の対象と
する「非線形な歪み」とはどのようなものなのかについ
て、図１５を参照して簡単に説明する。図１５は、基板
上の４つの特定処理領域（サンプルショット）の位置計
測結果（図中の○印）をグラフに表したもので、縦軸は
位置ずれ量を示し、横軸は基板中心からの位置を示して
いる。尚、ここでは説明を簡単にするため、基板にはス
ケーリング（伸縮）のみが存在しているものとする。

【００１２】図１５（Ａ）において、サンプルショット
のアライメントデータ（座標位置）から最小二乗法を使
用して１次の近似式を作成すると、図中に実線にて示す
ような直線となる。図１５（Ａ）の場合、アライメント
データが１次関数（直線）で十分に近似されており、基
板には線形なスケーリングエラー（歪み）が生じている
と言える。このような近似方法を採用しているのが、従
来のＥＧＡ方式である。これに対して図１５（Ｂ）で
は、アライメントデータ（○印）が点線にて示す滑らか
な曲線上にのっているので、基板には「規則的な非線形
歪み」が生じていると言える。また、図１５（Ｃ）では
アライメントデータ（○印）に規則性がないので、基板
には「不規則な非線形歪み」が生じていると言える。

【００１３】図１５（Ｂ）、（Ｃ）に対して従来のＥＧ
Ａ方式をそのまま適用して、図１５（Ａ）と同様に１次
の近似式を求めると、図中に実線にて示すような直線と
なる。図から明らかなように、いずれの場合にも位置合
わせ精度が悪いショット領域が存在する、換言すれば１
次関数では近似しきれないショット領域が存在すること
になる。つまり、従来のＥＧＡ方式では非線形歪みの補
正が原理的に不可能である。従って、ここでは非線形歪
みのうち、特に図１５（Ｂ）のような「規則的な非線形
歪み」を補正対象とし、「規則的な非線形歪み」が生じ
た基板であっても、当該基板上の全てのショット領域を
基準位置に対して正確に位置合わせ可能とするものであ
る。

【００１４】さて、先の特願平４−２９７１２１号の第
１の位置合わせ方法は「規則的な非線形歪み」に対して
有効なもので、「規則的な非線形歪みを持つ基板であっ
ても、当該基板上の局所領域内での配列誤差はほぼ等し
い」ことに着目している。そこで、第１の位置合わせ方
法では、基板上の１つのショット領域の静止座標系上で
の座標位置を決定する際、当該領域と少なくとも３つの
サンプルショットの各々との距離に応じて、各サンプル
ショットのアライメントデータ（座標位置）に重み付け
を行う。すなわち、ショット領域までの距離が短いサン
プルショットほど、そのアライメントデータに与える重
みを大きくすることとした。従って、第１の位置合わせ
方法ではショット領域毎に、サンプルショットの各アラ
イメントデータに対して上記距離に応じた重み付けを行
った上で統計演算（最小二乗法等）を行い、各ショット
領域の静止座標系上での座標位置を決定することにな
る。このため、規則的な非線形歪みを持つ基板であって
も、当該基板上の全てのショット領域の座標位置（ショ
ット配列）を精度良く決定することができる。

【００１５】また、第２の位置合わせ方法は「規則的、
特に点対称な非線形歪み」に対して有効なのもので、
「点対称という規則的な非線形歪みを持つ基板であって
も、当該基板上で点対称中心からの距離が等しい位置で
の配列誤差の大きさはほぼ等しい」ことに着目してい
る。そこで、第２の位置合わせ方法では、基板上の１つ
のショット領域の静止座標系上での座標位置を決定する
際、当該領域と基板上で予め規定された着目点（点対称
中心）との距離と、当該着目点と少なくとも３つのサン
プルショットの各々との距離とに応じて、各サンプルシ
ョットのアライメントデータに重み付けを行う。すなわ
ち、着目点までの距離が着目点とショット領域との間の
距離に近いサンプルショットほど、そのアライメントデ
ータに与える重みを大きくすることとした。従って、第
２の位置合わせ方法ではショット領域毎に、サンプルシ
ョットの各アライメントデータに対して上記２つの距離
に応じた重み付けを行った上で統計演算を行い、各ショ
ット領域の静止座標系上での座標位置を決定することに
なる。このため、規則的な非線形歪みが点対称となって
いる基板に対しては第２の位置合わせ方法を適用するこ
とで、当該基板上の全てのショット領域の座標位置を精
度良く決定することができる。

【００１６】ここで、図１３を参照して第１の位置合わ
せ方法（Ｗ₁-ＥＧＡ方式）について詳しく説明する。さ
て、Ｗ₁-ＥＧＡ方式は従来のＥＧＡ方式を基本とし、ウ
エハＷ上のｉ番目のショット領域ＥＳｉの座標位置を決
定する際、当該領域ＥＳｉとｍ個（図１３ではｍ＝９）
のサンプルショットＳＡ₁〜ＳＡ₉の各々との間の距離
Ｌ_K1〜Ｌ_K9に応じて９個のサンプルショットの座標位置
の各々に重み付けＷ_inを与えることを特徴としている。
そこで、Ｗ₁-ＥＧＡ方式では各サンプルショットのアラ
イメントマーク（Ｍx₁、Ｍy₂）を検出した後、上記数式
２と同様に残差の二乗和Ｅｉを次式（数式３）で評価
し、次式が最小となるように演算パラメータａ〜ｆを決
定する。尚、ここではショット領域毎に使用するサンプ
ルショットの数や位置は同一であるが、当然ながらショ
ット領域毎に各サンプルショットまでの距離は異なるの
で、その座標位置に与える重み付けＷ_inはショット領域
毎に変化する。このため、ショット領域毎に演算パラメ
ータａ〜ｆを決定してその座標位置を算出することによ
り、全てのショット領域の座標位置が決定される。

【００１７】

【数３】

【００１８】ここで、Ｗ₁-ＥＧＡ方式ではウエハＷ上の
ショット領域毎に、各サンプルショットの座標位置に対
する重み付けＷ_inを変化させる。このため、次式のよう
に重み付けＷ_inを、ｉ番目のショット領域ＥＳｉとｎ番
目のサンプルショットＳＡ_nとの距離Ｌ_knの関数として
表す。但し、Ｓは重み付けの度合いを変更するためのパ
ラメータである。

【００１９】

【数４】

【００２０】尚、数式４から明らかなように、ｉ番目の
ショット領域ＥＳｉまでの距離Ｌ_knが短いサンプルショ
ットほど、そのアライメントデータ（座標位置）に与え
る重み付けＷ_inが大きくなるようになっている。また、
数式４においてパラメータＳの値が十分大きい場合、統
計演算処理の結果は従来のＥＧＡ方式で得られる結果と
ほぼ等しくなる。一方、ウエハ上の露光すべきショット
領域を全てサンプルショットとし、パラメータＳの値を
十分に零に近づけると、Ｄ／Ｄ方式で得られる結果とほ
ぼ等しくなる。すなわち、Ｗ₁-ＥＧＡ方式ではパラメー
タＳを適当な値に設定することにより、ＥＧＡ方式とＤ
／Ｄ方式の中間の効果を得ることができる。例えば、非
線形成分が大きなウエハに対しては、パラメータＳの値
を小さく設定することで、Ｄ／Ｄ方式とほぼ同等の効果
（アライメント精度）を得ることができる。すなわち、
Ｗ₁-ＥＧＡ方式において非線形成分によるアライメント
誤差を良好に除去することが可能となる。また、アライ
メントセンサの計測再現性が悪い場合には、パラメータ
Ｓの値を大きく設定することで、ＥＧＡ方式とほぼ同等
の効果を得ることができ、平均化効果によりアライメン
ト誤差を低減することが可能となる。以上のことから、
パラメータＳの値を適宜変更することで、ＥＧＡ方式か
らＤ／Ｄ方式までその効果を変えることができる。従っ
て、各種レイアに対し、例えば非線形成分の特徴（例え
ば大小、規則性等）、ステップピッチ、アライメントセ
ンサの計測再現性の良否等に応じてアライメントを柔軟
に変更させ、各レイアに対して最適な条件でアライメン
トを行うことが可能となる。

【００２１】次に、図１４を参照して第２の位置合わせ
方法（Ｗ₂-ＥＧＡ方式）について詳しく説明する。ここ
では説明を簡単にするため、ウエハＷに規則的、特に点
対称な非線形歪みが生じ、かつその点対称中心がウエハ
センタと一致しているものとする。さて、Ｗ₂-ＥＧＡ方
式でも従来のＥＧＡ方式を基本とし、ウエハ上の着目点
となるウエハの変形中心点（非線形歪みの点対称中
心）、すなわちウエハセンタＷｃとウエハＷ上のｉ番目
のショット領域ＥＳｉとの間の距離（半径）Ｌ_Ei、及び
ウエハセンタＷｃとｍ個（図１４ではｍ＝９）のサンプ
ルショットＳＡ₁〜ＳＡ₉の各々との間の距離（半径）
Ｌ_W1〜Ｌ_W9に応じて、９個のサンプルショットの座標位
置の各々に重み付けＷ_in’を与えることを特徴としてい
る。そこで、Ｗ₂-ＥＧＡ方式ではサンプルショット毎に
その２組のアライメントマーク（Ｍx₁、Ｍy₁）を検出し
た後、残差の二乗和Ｅｉ’を次式（数式５）で評価し、
次式が最小となるように演算パラメータａ〜ｆを決定す
る。尚、Ｗ₂-ＥＧＡ方式でも各座標位置に与える重み付
けＷ_in’はショット領域毎に変化するため、ショット領
域毎に統計演算を行ってパラメータａ〜ｆを決定してそ
の座標位置を決定する。

【００２２】

【数５】

【００２３】ここで、ウエハＷ上のショット領域毎に、
各サンプルショットに対する重み付けＷ_in’を変化させ
るため、次式のように重み付けＷ_in’を、ウエハＷ上の
ｉ番目のショット領域ＥＳｉとウエハセンタＷｃとの距
離（半径）Ｌ_Eiの関数として表す。但し、Ｓは重み付け
の度合いを変更するためのパラメータである。

【００２４】

【数６】

【００２５】尚、数式６から明らかなように、ウエハセ
ンタＷｃに対する距離（半径）Ｌ_Wnが、ウエハセンタＷ
ｃとウエハＷ上のｉ番目のショット領域ＥＳｉとの間の
距離（半径）Ｌ_Eiに近いサンプルショットほど、そのア
ライメントデータに与える重み付けＷ_in’が大きくなる
ようになっている。換言すれば、ウエハセンタＷｃを中
心とした半径Ｌ_Eiの円上に位置するサンプルショットの
アライメントデータに対して最も大きな重み付けＷ_in’
を与えることとし、当該円から半径方向に離れるに従っ
てアライメントデータに対する重み付けＷ_in’を小さく
するようになっている。

【００２６】ところで、Ｗ₂-ＥＧＡ方式ではウエハ上の
着目点（点対称中心）からほぼ等距離にある複数のショ
ット領域、すなわち上記着目点を中心とした同一の円上
に位置する複数のショット領域の各々では、当然ながら
サンプルショットの座標位置に与える重み付けＷ_in’が
同一となる。このため、上記着目点を中心とした同一の
円上に複数のショット領域が位置している場合、いずれ
か１つのショット領域のみにおいて上記の如き重み付
け、及び統計演算を行ってパラメータａ〜ｆを算出すれ
ば、残りのショット領域においては先に算出したパラメ
ータａ〜ｆをそのまま用いてその座標位置を決定するこ
とができる。従って、同一円上に複数のショット領域が
存在している場合には、同一のパラメータａ〜ｆを用い
て同一円上の全てのショット領域の座標位置を決定する
ようにしても良い。

【００２７】さて、Ｗ₁-ＥＧＡ方式、Ｗ₂-ＥＧＡ方式で
はサンプルショットのアライメントデータに対する重み
付けの度合いをパラメータＳにより変更可能となってい
る。以下、パラメータＳの決定方法について説明する。
露光装置内の演算ユニットには以下の数式７が格納され
ており、例えばオペレータが重みパラメータＤを所定値
に設定すると、自動的にパラメータＳ、すなわち重み付
けＷ_in、又はＷ_in’が決定されることになる。

【００２８】

【数７】

【００２９】ここで、重みパラメータＤの物理的意味
は、ウエハ上の各ショット領域の座標位置を計算するの
に有効なサンプルショットの範囲（以下、単にゾーンと
呼ぶ）である。従って、ゾーンが大きい場合は有効なサ
ンプルショットの数が多くなるので、従来のＥＧＡ方式
で得られる結果に近くなる。逆にゾーンが小さい場合
は、有効なサンプルショットの数が少なくなるので、Ｄ
／Ｄ方式で得られる結果に近くなる。また、パラメータ
Ｓの決定式は数式７に限られるものではなく、以下の数
式８を用いるようにしても良い。但し、Ａはウエハの面
積（単位はmm²)、ｍはサンプルショットの数、Ｃは補正
係数（正の実数）である。

【００３０】

【数８】

【００３１】数式８はウエハサイズ（面積）やサンプル
ショット数の変化をパラメータＳの決定に反映させるこ
とで、当該決定に際して使用すべき補正係数Ｃの最適値
があまり変動しないようにしたものである。ここで、補
正係数Ｃが小さい場合はパラメータＳの値が大きくなる
ので、数式７と全く同様に従来のＥＧＡ方式で得られる
結果に近くなる。逆に補正係数Ｃが大きい場合はパラメ
ータＳの値が小さくなるので、数式７と同様にＤ／Ｄ方
式で得られる結果に近くなる。

【００３２】

【発明が解決しようとする課題】さて、露光装置では従
来のＤ／Ｄ方式、及びＥＧＡ方式に加えて、前述の如き
Ｗ₁-ＥＧＡ方式、及びＷ₂-ＥＧＡ方式までもが使用可能
となる。従って、今後は４つの方式（以下、アライメン
トモードと呼ぶ）をその特徴（利点）を考慮して使い分
けていく必要がある。このため、本露光に先立ち４つの
アライメントモードの各々を使用してパイロットウエハ
に対して試し焼き（重ね合わせ露光）を行い、その結果
（重ね合わせ精度）から最適なアライメントモードを選
択（決定）して使用することが考えられる。しかしなが
ら、この方法ではパイロットウエハが必要となる上、試
し焼き及び重ね合わせ精度の計測に時間がかかり、露光
装置のスループットが低下するという問題がある。ま
た、Ｄ／Ｄモード以外の３つのモードを使用する場合
は、予めサンプルショットの配置（数、位置）を最適化
しておく必要がある。また、特にＷ₁-ＥＧＡ、及びＷ₂-
ＥＧＡモードでは重み付け関数（パラメータＳ）の最適
化、さらにＷ₂-ＥＧＡモードでは点対称中心の特定まで
も行っておく必要がある。ところが、上記方法ではこれ
らの最適化を行うことが困難であるため、オペレータが
経験に基づいて上記最適化を行うことになるが、オペレ
ータの負荷の増大、及びスループットの低下等の種々の
問題が生じる。

【００３３】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
であり、基板の特徴に応じて複数のアライメントモード
を正確に使い分け、所定の基準位置に対して基板上の全
てのショット領域を高精度、高速にアライメント可能な
位置合わせ方法及び装置を提供することを目的としてい
る。

【００３４】

【課題を解決するための手段】かかる問題点を解決する
ため本発明においては、Ｎ（Ｎ≧２なる整数）枚の基板
毎に、当該基板上に配列された複数の処理領域の各々
を、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方法において、ｋ（２≦
ｋ≦Ｎなる整数）枚目の基板上の複数の処理領域の各々
を基準位置に位置合わせするのに先立って、（ｋ−１）
枚目までの基板のうち少なくとも１枚については、当該
基板上の予め選択された処理領域の各々の静止座標系上
での座標位置を計測するとともに、この複数の座標位置
に基づいて基板上の複数の処理領域の配列誤差の特徴
（例えば非線形歪みの有無や程度等）を算出することと
し、さらに、基板上の複数の処理領域の配列誤差に対処
するための複数の位置合わせモード（Ｄ／Ｄ、ＥＧＡ、
Ｗ₁-ＥＧＡ、及びＷ₂-ＥＧＡモード）の中から、先に算
出した配列誤差の特徴に応じた位置合わせモードを選択
し、この選択した位置合わせモードを用いてｋ枚目の基
板上の複数の処理領域の各々を基準位置に位置合わせす
ることとした。

【００３５】特に（ｋ−１）枚目までの基板のうち１枚
目の基板については、当該基板上のほぼ全ての処理領域
の静止座標系上での座標位置を計測することとし、１枚
目の基板上の複数の処理領域の各々を基準位置に位置合
わせするにあたっては、先に選択した位置合わせモード
を用いることとした。また、複数の位置合わせモードの
うちの１つは、基板上の複数の処理領域のうち予め特定
処理領域（サンプルショット）として選択した少なくと
も３つの処理領域の静止座標系上での座標位置を計測
し、この計測した複数の座標位置を統計演算（最小二乗
法等）することによって、基板上の複数の処理領域の各
々の静止座標系上での座標位置を算出し、この算出した
複数の処理領域の各々の座標位置に従って基板の移動位
置を制御するモード（ＥＧＡ、Ｗ₁-ＥＧＡ、及びＷ₂-Ｅ
ＧＡモード）であり、当該モードを選択して使用すると
きには、基板上のほぼ全ての処理領域の座標位置を用い
て、予め基板上の複数の処理領域の中から特定処理領域
を選択する、すなわち特定処理領域の配置（数、位置）
を最適化しておくこととした。このとき、基板上の複数
の処理領域は、少なくとも３つの処理領域を１つの群と
した複数の群に分割されており、少なくとも３つの特定
処理領域を選択するにあたっては複数の群のうちの少な
くとも１つを選択することとした。

【００３６】また、複数の処理領域が形成された基板
（Ｗ）を保持して２次元移動する基板ステージ（ＷＳ）
と、基板上の複数の処理領域の各々に付随したマークを
検出するためのマーク検出系（ＬＳＡ系１７、ＦＩＡ系
２０、又はＬＩＡ系３０）を有し、基板ステージの移動
位置を規定する静止座標系上における処理領域の座標位
置を計測する位置計測手段（１５、１６）とを備え、Ｎ
（Ｎ≧２なる整数）枚の基板毎に、当該基板上の複数の
処理領域の各々を静止座標系内の所定の基準位置に対し
て位置合わせする装置において、位置計測手段によって
計測される（ｋ−１）枚目（２≦ｋ≦Ｎ）までの基板の
うちの少なくとも１枚の基板上の予め選択された複数の
処理領域の各々の静止座標系上での座標位置に基づい
て、複数の処理領域の配列誤差の特徴を算出する演算手
段（５０５）と、基板上の複数の処理領域の配列誤差に
対処するための複数の位置合わせモードの中から、先に
算出した配列誤差の特徴に応じた位置合わせモードを選
択する選択手段（５０５）と、この選択された位置合わ
せモードに従って基板ステージの移動位置を制御するこ
とにより、ｋ枚目以降の基板毎に、基板上の複数の処理
領域の各々を基準位置に位置合わせする制御手段（５０
８）とを設けることとした。

【００３７】

【作用】本発明では、ｋ枚目の基板上の複数の処理領域
の各々を所定の基準位置に位置合わせするに先立ち、１
〜（ｋ−１）枚目までの基板のうち少なくとも１枚につ
いては、当該基板上の予め選択された複数の処理領域、
例えば基板上のほぼ全ての処理領域の各々の静止座標系
上での座標位置を計測するとともに、この計測したほぼ
全ての処理領域の座標位置に基づいて基板上の複数の処
理領域の配列誤差の特徴を算出する。さらに、基板上の
複数の処理領域の配列誤差に対処するための複数の位置
合わせモード（Ｄ／Ｄ、ＥＧＡ、Ｗ₁-ＥＧＡ、及びＷ₂-
ＥＧＡモード）の中から、先に算出した配列誤差の特徴
に応じた位置合わせモードを選択する。従って、基板の
特徴、例えば非線形歪みの有無や程度等を正確に求める
ことができ、ｋ枚目の基板に最適な位置合わせモードを
短時間で精度良く選択することが可能となる。このた
め、基板の特徴に依らず、常に良好な位置合わせ精度を
得ることができ、しかもスループットを向上させること
ができる。

【００３８】

【実施例】図３は本発明の一実施例による位置合わせ装
置を備えた投影露光装置の概略的な構成を示す図、図４
は図３に示した投影露光装置の制御系のブロック図であ
る。図３において、露光用照明系（不図示）からの照明
光ＩＬ（ｉ線、ＫｒＦエキシマレーザ等）は、コンデン
サーレンズＣＬ、及びダイクロイックミラーＤＭを介し
てレチクルＲのパターン領域ＰＡをほぼ均一な照度で照
明する。パターン領域ＰＡを通過した照明光ＩＬは、両
側テレセントリックな投影光学系ＰＬに入射し、投影光
学系ＰＬはパターン領域ＰＡに形成された回路パターン
の像を、表面にレジスト層が形成されたウエハＷ上に結
像投影する。ウエハＷはウエハホルダ（不図示）を介し
てＺステージＬＳ上に載置されており、ＺステージＬＳ
はモータ１３によって投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向
（Ｚ方向）に微動するとともに、任意方向に傾斜可能に
構成されている。ＺステージＬＳは、モータ１２により
ステップアンドリピート方式でＸ、Ｙ方向に２次元移動
可能なウエハステージＷＳ上に載置されている。ウエハ
ステージＷＳのＸ、Ｙ方向の位置はレーザ干渉計１５に
よって、例えば０．０１μｍ程度の分解能で常時検出さ
れる。ＺステージＬＳの端部には干渉計１５からのレー
ザビームを反射する移動鏡１４が固定されている。移動
鏡１４は、例えばコーナキューブにしておくことが望ま
しい。

【００３９】さて、図３の投影露光装置には３種類のア
ライメントセンサ、すなわちＴＴＲ(Through The Retic
le）方式のＬＩＡ（Laser Interferometric Alignment)
系３０Ａ〜３０Ｄ、ＴＴＬ(Through The Lens)方式のＬ
ＳＡ(Laser Step Alignment)系１７、及びオフアクシス
方式のＦＩＡ(Field Image Alignment）系２０が設けら
れている。４組のＴＴＲ方式のＬＩＡ系３０Ａ〜３０Ｄ
は、レチクルＲ上のアライメントマークとウエハＷ上の
アライメントマークとを同時に検出してその相対的な位
置ずれ量を検出するもので、本実施例ではパターン領域
ＰＡの４辺の各々に対応して配置されている。ＴＴＲ方
式のＬＩＡ系３０Ａ〜３０Ｄの構成等については、例え
ば特開平４−７８１４号公報、特開平４−４５５１２号
公報に開示されている。特に上記公報に開示されたＴＴ
Ｒ方式のＬＩＡ系はヘテロダイン方式を採用し、レチク
ル上のアライメントマーク（１次元の回折格子マーク）
に対しては２本の平行ビームを分離して照射するととも
に、ここで発生した２本の１次回折光をウエハとほぼ共
役な面内に配置されたモニター用回折格子板に照射し、
当該格子板からほぼ同一方向に発生する回折光同士の干
渉光を光電検出する。一方、ウエハ上のアライメントマ
ーク（１次元の回折格子マーク）に対しては、レチクル
上のアライメントマークに隣接した透明窓、及び投影光
学系を通過した２本の平行ビームを所定の交差角で照射
して１次元の干渉縞を作り、当該マークからほぼ同一方
向に発生する回折光同士の干渉光を光電検出するもので
ある。４組のＬＩＡ系３０Ａ〜３０Ｄの各々からの光電
信号はアライメント信号処理回路１６（図４のＬＩＡ演
算ユニット４３）に入力され、ここでレチクルＲとウエ
ハＷ（ショット領域）との相対的な位置ずれ量が検出さ
れ、この位置情報は主制御装置１０に出力される。

【００４０】ＴＴＬ方式のＬＳＡ系１７は、図１６
（Ａ）に示すように細長い帯状スポット光ＬＸＳを投影
光学系ＰＬを介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（回折格子マーク）Ｍｘに照射
し、両者を相対走査したときに当該マークＭｘから発生
する回折光（又は散乱光）を光電検出するものである。
尚、ＬＳＡ系１７の構成については、例えば特開昭６０
−１３０７４２号公報に開示されているので、ここでは
詳細な説明を省略する。また、図３ではアライメントマ
ークのＹ方向の位置を検出する１組のＬＳＡ系のみを示
したが、実際にはＸ方向の位置を検出するもう１組のＬ
ＳＡ系も配置されている。ＬＳＡ系１７からの光電信号
は、干渉計１５からの位置信号とともにアライメント信
号処理回路１６（図４のＬＳＡ演算ユニット４１）に入
力され、ここでアライメントマークの位置が検出され、
この位置情報は主制御装置１０に出力される。

【００４１】さらにＦＩＡ系２０は、例えば特開平２−
５４１０３号公報に開示されているように、所定の波長
幅を有する照明光（例えば白色光）をウエハに照射し、
図１７（Ａ）の如くウエハ上のアライメントマーク（Ｗ
Ｍ₁)の像と、対物レンズ等によってウエハと共役な面内
に配置された指標板上の指標マーク（ＦＭ₁、ＦＭ₂)の
像とを、撮像素子（ＣＣＤカメラ等）の受光面上に結像
して検出するものである。ＦＩＡ系２０からの画像信号
もアライメント信号処理回路１６（図４のＦＩＡ演算ユ
ニット４２）に入力し、ここでアライメントマークの位
置が検出され、この位置情報は主制御装置１０に出力さ
れる。

【００４２】主制御装置１０は、信号処理回路１６から
の位置情報に基づいて、ウエハＷ上の全てのショット領
域の座標位置やショット領域の配列誤差の特徴等を算出
する他、装置全体を統括制御する。ステージコントロー
ラ１１は主制御装置１０からの駆動指令に従い、干渉計
１５等からの各種情報に基づき、モータ１２、１３を介
してウエハステージＷＳやＺステージＬＳを駆動制御す
る。

【００４３】次に、図４を参照して上記構成の装置の制
御系の具体的な構成について説明する。本実施例では、
信号データ記憶部４０から符号順にＬＩＡ演算ユニット
４３までが図１中のアライメント信号処理回路１６を構
成し、アライメントデータ記憶部５０１から符号順にシ
ーケンスコントローラ５０８までが主制御装置１０を構
成している。

【００４４】図４において、ＬＳＡ演算ユニット４１は
ＬＳＡ系１７（光電検出器）からの光電信号と干渉計１
５からの位置信号とを入力し、ウエハステージＷＳの単
位移動量毎に発生するアップダウンパルスに同期して光
電信号をサンプリングする。さらに、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ウエハマークのＹ方向の位
置を算出し、この情報をアライメントデータ記憶部５０
１に出力する。

【００４５】また、ＦＩＡ演算ユニット４２はＦＩＡ系
２０（撮像素子）からの画像信号の波形に基づき、所定
の演算処理により指標マークに対するウエハマークの像
の位置ずれ量を算出する。さらに干渉計１５からの位置
信号も入力して、ウエハマークの像が指標マークの中心
に正確に位置した（位置ずれ量が零となる）ときのウエ
ハステージＷＳの座標位置を求め、この情報をアライメ
ントデータ記憶部５０１に出力する。尚、上記構成のＦ
ＩＡ系は２組の撮像素子を有しており、ＦＩＡ演算ユニ
ット４２は各撮像素子からの画像信号を入力してＸ及び
Ｙ方向のマーク位置を同時に検出することが可能となっ
ている。

【００４６】さらにＬＩＡ演算ユニット４３は、ウエハ
上のアライメントマークから発生する±１次回折光の干
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波形上の位相差、及びモニ
ター用回折格子板から発生する±１次回折光の干渉光の
光電信号と参照用干渉光の光電信号との波形上の位相差
からレチクルＲとウエハＷとの相対的な位置ずれ量を算
出する。また、干渉計１５からの位置信号を用いて、上
記ずれ量が零となるときのウエハステージＷＳの座標位
置を求め、これらの情報をアライメントデータ記憶部５
０１に出力する。ところで、信号データ記憶部４０はＬ
ＳＡ系１７からの光電信号、例えばＬＳＡ演算ユニット
４１にてデジタル値に変換された波形データを記憶す
る。また、ＦＩＡ系２０からの画像信号、及び４組のＬ
ＩＡ系３０Ａ〜３０Ｄの各々からの光電信号も記憶する
ことが可能となっている。

【００４７】さて、アライメントデータ記憶部５０１は
３つの演算ユニット４１〜４３の各々からのマーク位置
情報を入力可能となっている。ＥＧＡ演算ユニット５０
２は、演算部５０５にて決定されるアライメントモード
に従い、３つの演算ユニット４１〜４３からの位置情報
を用いてＥＧＡ演算（統計演算）を行うものであり、そ
の演算結果（演算パラメータ、配列座標値等）は演算部
５０５、記憶部５０６、及びシーケンスコントローラ５
０８に送られる。例えばＥＧＡモードが選択された場合
には、記憶部５０１に記憶された複数個（３個以上で、
通常１０〜１５個程度）のショット領域（サンプルショ
ット）の各々のマーク位置情報に基づいて、統計演算
（数式２）によりウエハＷ上の全てのショット領域の配
列座標値を算出する。また、Ｗ₁-ＥＧＡ、もしくはＷ₂-
ＥＧＡモードが選択された場合には、複数個のサンプル
ショットの各位置情報、及び重み発生部５０７で決定さ
れる重み付けに基づき、統計演算（数式３、５）により
ウエハＷ上の全てのショット領域の配列座標値を算出す
る。尚、ＥＧＡ演算ユニット５０２では上記の如き配列
座標値の算出に先立って演算パラメータａ〜ｆが算出さ
れるので、この情報も記憶部５０６に格納しておく。

【００４８】また、重み発生部５０７は重み付け関数
（数式４、６）、及びパラメータＳの決定式（数式７、
又は８）を格納している。従って、重み発生部５０７は
演算部５０５で決定される重みパラメータＤ、又は補正
係数Ｃ、露光ショット位置データ部５０３に格納された
ショット領域の設計上の座標位置、及びサンプルショッ
ト指定部５０４に格納されたサンプルショットの配置に
基づいて、サンプルショットのアライメントデータに与
える重み付けを決定する。

【００４９】ところで、演算部５０５は記憶部５０１に
記憶された位置情報に基づいて、ウエハ上でのショット
領域の配列誤差の特徴（非線形歪みの有無、大きさ、規
則性等）を算出するとともに、この算出した配列誤差の
特徴に応じて複数のアライメントモードの中からウエハ
に最適なモードを選択（決定）し、当該モードをＥＧＡ
演算ユニット５０２、及びシーケンスコントローラ５０
８に設定する。また、ここで決定したモードがＷ₁-ＥＧ
Ａ、又はＷ₂-ＥＧＡモードである場合には、重みパラメ
ータＤ、又は補正係数Ｃ、さらに必要ならば非線形歪み
の点対称中心点までも決定し、この情報を重み発生部５
０７に出力する。

【００５０】さらに演算部５０５は、Ｄ／Ｄモード以外
の３つのモードのいずれか１つを選択したとき、当該モ
ードを用いてＥＧＡ演算ユニット５０２で算出したウエ
ハ上の全てのショット領域の座標位置（計算値）、及び
記憶部５０１に格納されたほぼ全てのショット領域の座
標位置（計測値）を用いて、ショット配列の算出精度
（後述の重ね合わせ精度｜Ｘ｜＋３σ）を求める。ここ
で、当該精度が要求される精度を満足していなければ、
サンプルショット指定部５０４や３つの演算ユニット４
１〜４３に指令を与え、サンプルショットの配置（数、
位置）、及び／又は各演算ユニットでの信号処理条件を
変更する。従って、ＥＧＡ演算ユニット５０２はこの変
更された条件のもとで、先に決定したモードを用いてウ
エハ上のショット領域の座標位置を再度算出することに
なる。

【００５１】また、露光ショット位置データ部５０３は
ウエハ上の全てのショット領域の設計上の配列座標値
（配列モデル）を格納し、この座標値はＥＧＡ演算ユニ
ット５０２、重み発生部５０７、及びサンプルショット
指定部５０４に出力される。サンプルショット指定部５
０４は、データ部５０３からのショット位置情報に基づ
いてＥＧＡ演算に使用するサンプルショットの配置（個
数、位置）を決定し、この情報はＥＧＡ演算ユニット５
０２、重み発生部５０７、及びシーケンスコントローラ
５０８に送られる。詳しくは後で述べるが、本実施例で
は予めＥＧＡモード、Ｗ₁-ＥＧＡ又はＷ₂-ＥＧＡモード
の各々に最適なサンプルショット群を複数指定して指定
部５０４に設定してある。従って、前述の如くサンプル
ショットの配置を変更する場合には、複数のサンプルシ
ョット群の中から少なくとも１つを選択していくことに
なる。また、シーケンスコントローラ５０８は上記各種
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ＷＳの移動を制御す
るための一連の手順を決定するとともに、装置全体を統
括制御するものである。

【００５２】さらに図４中には、複数枚（２５枚程度）
のウエハを収納するカセット（ロット）、又はウエハに
付された識別コード（バーコード等）を読み取る装置６
０、オペレータが各種処理条件を主制御装置１０（演算
部５０５）に入力するための入力装置（キーボード等）
６１、及び演算部５０５での演算結果、例えばショット
領域の配列誤差の特徴や現在装置で使用しているアライ
メントモード等をオペレータに知らせるための表示装置
（ブラウン管等）６２が設けられている。主制御装置１
０は、識別コードに記された情報に基づいてウエハ上の
アライメントマークを検出するのに最適なアライメント
センサを選択し、この選択したアライメントセンサを用
いてマーク検出を行う。識別コードには、ロット内に収
納されたウエハの形成条件、すなわち基板、下地、レジ
ストの種類や膜厚、及びアライメントマークの形状、段
差に関する情報等を記入しておけば良い。尚、識別コー
ドにアライメントセンサ名を記入しておくだけでも構わ
ない。また、識別コードを用いずとも、オペレータが入
力装置６１を介して主制御装置１０にアライメントセン
サを設定するようにしても良い。

【００５３】次に、図１６を参照してＬＳＡ演算ユニッ
ト４１での信号処理条件について説明する。ここでの信
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す。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。

【００５４】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１６（Ｂ）に示したよ
うに信号波形の左右に交点があると、その２つの交点の
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２つの交点の中心点、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。

【００５５】さらに、図１７、図１８を参照してＦＩＡ
系２０、ＬＩＡ系３０の各々での信号処理条件について
簡単に説明する。図１７（Ａ）はＦＩＡ系によって検出
されるウエハマークＷＭ₁の様子を示し、図１７（Ｂ）
はそのとき得られる画像信号の波形を示す。図１７
（Ａ）に示すようにＦＩＡ系２０（撮像素子）は、ウエ
ハマークＷＭ₁の３本のバーマークの像と指標マークＦ
Ｍ₁、ＦＭ₂の像とを走査線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
１７（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、Ｆ
ＩＡ演算ユニット４２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ＦＭ
₂の左エッジの各位置を求めることで、中心位置ｘ₀を
求めるようにしても構わない。一方、ここでは図１７
（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４２はスライスレベルＳＬ₁
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ＷＳ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する。

【００５６】従って、ＦＩＡ演算ユニット４２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、例えば特開平４−６５６０３号公報に
開示されているように、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。

【００５７】次に、図１８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１８に示すように、ウエハ上の１次元の回折格子マー
クＷＭ₂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、当該マーク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、回折格子マークＷＭ₂のピッチ方向に
周波数差Δｆに対応して移動し、その速度ＶはＶ＝Δｆ
・Ｐなる関係式で表される。この結果、回折格子マーク
ＷＭ₂からは図１３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
ＢＭ₁、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Ｂ₁(0) と−２次回折光Ｂ₂(+2)との干渉光の光電信
号と参照用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。

【００５８】従って、ＬＩＡ演算ユニット４３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Ｂ₁(-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モードとの各々での干渉
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つのモードを切り替えて行うことになる。こ
こではウエハ上の回折格子マークについて説明したが、
モニター用回折格子板についても先の３つのモードを選
択して使用するようにしても良い。

【００５９】次に、図５〜図７を参照してＥＧＡモー
ド、及びＷ₁-ＥＧＡ、Ｗ₂-ＥＧＡモードで使用するサン
プルショットの配置について簡単に説明する。尚、以下
の説明でＷ₁-ＥＧＡモードとＷ₂-ＥＧＡモードとを特に
区別する必要がないときは、まとめてＷ−ＥＧＡモード
と呼ぶ。さて、前述の如く本実施例ではＥＧＡ、又はＷ
−ＥＧＡモードでの重ね合わせ精度（｜Ｘ｜＋３σ）を
算出し、当該精度が要求される精度を満足していなけれ
ば、サンプルショットの配置（数、位置）を変更して再
度全てのショット領域の配列座標を算出した上で重ね合
わせ精度を求める。以下、先の要求精度を満足するまで
上記演算を繰り返し行い、サンプルショットの配置を最
適化することとしている。このとき、上記演算を行うた
びに指定部５０４がサンプルショットの配置を任意に変
更するようにしても良いが、本実施例ではＥＧＡモード
とＷ−ＥＧＡモードとの各々に対して予め複数組のサン
プルショット群を用意しておき、これら複数組のサンプ
ルショット群の中から選択するサンプルショット群の
数、及び／又は組み合わせを変えることで、サンプルシ
ョットの配置（数、位置）の変更を行うものとする。

【００６０】通常、ＥＧＡモードでは少なくとも３個の
サンプルショットを、ウエハ周辺に多角形を描くように
配置する。そこで、ＥＧＡモードでは図５に示すような
３組のサンプルショット群を指定部５０４に格納してお
き、ここで選択するサンプルショット群の数、及び／又
は組み合わせを変えることでサンプルショットの配置を
変更可能とする。サンプルショット配置の変更にあたっ
ては、例えば８個のサンプルショット（図中の□印のシ
ョット領域）からなる第１のサンプルショット群を予め
選択しておき、第１のサンプルショット群のもとでの前
述の如き重ね合わせ精度が要求精度を満足しなければ、
第１のサンプルショット群に第２のサンプルショット群
（図中に○印で示す４個のサンプルショット）を追加す
ることでサンプルショットの配置を変更する。ここで、
第１、第２のサンプルショット群の合計１２個のサンプ
ルショットを用いても前述の如き重ね合わせ精度が要求
精度を満足しなければ、さらに第３のサンプルショット
群（図中に△印で示す４個のサンプルショット）を追加
してサンプルショットの配置を変更する。ここでは第１
のサンプルショット群に第２、第３のサンプルショット
群を順次追加したが、例えば第２、第３のサンプルショ
ット群を予め選択しておき、サンプルショットの配置を
変更するにあたっては選択すべきサンプルショット群の
組み合わせを変更する、すなわち第１、第２のサンプル
ショット群を選択するようにしても良い。

【００６１】ところで、前述の如きサンプルショット群
の数は２組以上であれば良く、さらに各群のサンプルシ
ョット数は幾つでも構わない。但し、各群のサンプルシ
ョット数がいずれも２個以下であるときには、常に２組
以上のサンプルショット群を選択する必要がある。すな
わちサンプルショットの総数が３個以上となるように、
各群のサンプルショット数に応じて選択すべきサンプル
ショット群の数を決定する。しかしながら、実際には１
組のサンプルショット群のみを選択した場合でもＥＧＡ
演算によりショット配列が算出できるように、各群のサ
ンプルショット数を少なくとも３個としておくことが望
ましい。尚、図５では第１のサンプルショット群に対し
て第２、第３サンプルショット群を順次追加することを
前提としているため、第２、第３サンプルショット群の
サンプルショット数を共に４個としたが、前述の如き重
ね合わせ精度を考慮してそのサンプルショット数を増や
す、例えば第１のサンプルショット群と同等、もしくは
それ以上としても良い。

【００６２】一方、Ｗ−ＥＧＡモードではＥＧＡモード
の如くサンプルショットをウエハ周辺に多角形を描くよ
うに配置するのではなく、例えばウエハ全面にまんべん
なくサンプルショットを配置する。そこで、Ｗ−ＥＧＡ
モードでは図６に示すような３組のサンプルショット群
を指定部５０４に格納しておき、ここで選択するサンプ
ルショット群の数、及び／又は組み合わせを変えること
でサンプルショット配置を変更可能とする。サンプルシ
ョット配置の変更は所望の重ね合わせ精度が得られるよ
うに、例えばＥＧＡモード（図５）と同様に第１のサン
プルショット群（図中で□印にて示す９個のサンプルシ
ョット）に対して第２のサンプルショット群（図中で○
印にて示す４個のサンプルショット）、第３のサンプル
ショット群（図中で△印にて示す６個のサンプルショッ
ト）を順次追加していけば良い。また、サンプルショッ
ト群を単純に追加していくのではなく、第１〜第３のサ
ンプルショット群の中から選択するサンプルショット群
の組み合わせを変更するようにしても良い。

【００６３】ここで、Ｗ−ＥＧＡモードでもサンプルシ
ョット群の数は２組以上とし、さらに計算上ではサンプ
ルショットの総数が３個以上となるように、各群のサン
プルショット数に応じて選択すべきサンプルショット群
の数を決定することとすれば、ＥＧＡモードと全く同様
に各群のサンプルショット数は幾つでも構わない。但
し、Ｗ−ＥＧＡモードはＥＧＡモードに比べてサンプル
ショット数が多く必要となる。このため、要求される重
ね合わせ精度にも依るが、前述の如きサンプルショット
の総数を、例えば１０個程度以上としておくことが望ま
しい。

【００６４】また、特にＷ₁-ＥＧＡモードでは、前述の
如く非線形歪みの変化が大きな部分領域内のショット領
域をサンプルショットとして選択することが有効である
ため、複数組のサンプルショット群の中の少なくとも１
組は上記の如き部分領域内のサンプルショットを含むよ
うに構成しておくと良い。さらにＷ₂-ＥＧＡモードで
は、非線形歪みの点対称中心を基準としたＸ字型、又は
十字型のサンプルショット配置とすることも有効である
ため、複数組のサンプルショット群のうちの１組をＸ字
型、又は十字型のサンプルショット配置とする、あるい
はＸ字型、又は十字型のサンプルショット配置を含むよ
うに２組以上のサンプルショット群を選択することが望
ましい。

【００６５】また、後述の如く本実施例ではＥＧＡモー
ドで前述の如きサンプルショット配置の最適化、さらに
は演算ユニット４１〜４３での信号処理条件の最適化を
行っても所望の重ね合わせ精度が得られないとき、アラ
イメントモードをＷ−ＥＧＡモードに変更することにな
る。このため、アライメントモードの変更に伴い、サン
プルショット配置の最適化に使用するサンプルショット
群も図５の配置から図６の配置へと切り替えられる。こ
こで、ＥＧＡモードにてサンプルショット配置の最適化
を行わないシーケンスであって、所定のサンプルショッ
ト配置、例えば図５中の第１のサンプルショット群のも
とで所望の重ね合わせ精度が得られないとき、あるいは
サンプルショット配置の最適化を行うシーケンスであっ
ても、図５中の第１のサンプルショット群のもとでの重
ね合わせ精度が要求精度に遠く及ばないときには、直ち
にアライメントモードをＷ−ＥＧＡモードに変更するこ
とになる。そこで、このような場合は図７に示すような
３組のサンプルショット群を指定部５０４に格納してお
き、ここで選択するサンプルショット群の数、及び／又
は組み合わせを変えることでサンプルショット配置を変
更可能とする。サンプルショット配置の変更は、例えば
第１のサンプルショット群（図中で□印にて示す８個の
サンプルショット）を用いたＥＧＡモードにおいて所望
の重ね合わせ精度が得られなければ、アライメントモー
ドをＷ−ＥＧＡモードに変更した上で、第１のサンプル
ショット群に第２のサンプルショット群（図中で○印に
て示す４個のサンプルショット）、第３のサンプルショ
ット群（図中で△印にて示す５個のサンプルショット）
を順次追加していくことになる。

【００６６】以上、ＥＧＡモードやＷ−ＥＧＡモードの
サンプルショット配置について説明したが、例えば２組
のアライメントマークがいずれも計測不能、又はその計
測値が疑わしい（信頼性が低い）サンプルショット（欠
陥ショット）が存在した場合には、欠陥ショット近傍の
ショット領域を代替ショットとして指定し、この指定し
た代替ショットのアライメントデータを用いるようにす
れば良い。具体的には、欠陥ショットを含むサンプルシ
ョット群以外のサンプルショット群の中で、欠陥ショッ
トに最も近いサンプルショットを代替ショットとして指
定すると良い。例えばＥＧＡモードにおいて、図５中の
第１のサンプルショット群（□印）のうち、斜線で示す
サンプルショットが欠陥ショットであるときには、第
２、第３のサンプルショット群の中で欠陥ショットに最
も近いショット領域、すなわち図５では第３のサンプル
ショット群（△印）中の斜線で示すサンプルショットを
代替ショットとして指定すれば良い。

【００６７】また、上記の如く代替ショットを指定する
代わりに、欠陥ショットをリジェクトする、すなわち欠
陥ショットのアライメントデータをＥＧＡ演算で使用し
ないようにするだけでも良い。特にＷ−ＥＧＡモードで
は、上記の如きリジェクトに際して欠陥ショットのアラ
イメントデータに与える重み付けを零とし、残りのサン
プルショットのアライメントデータのみを用いるように
すれば良い。さらに、２組のアライメントマークのいず
れか一方（例えばＸマーク）のみが計測不能、又は信頼
性が低いサンプルショットの場合には、もう一方のアラ
イメントマーク（Ｙマーク）の座標位置のみを用いるよ
うにする。または、当該ショット近傍のショット領域の
Ｘマークを検出してその座標位置を用いるようにしても
良い。

【００６８】ここで、ウエハ上のショット領域に付設す
べきアライメントマークは２組に限られるものではな
く、例えばショット領域の各辺に対応して４組のアライ
メントマーク（２組のＸマークと２組のＹマーク）を設
けるようにしても良い。この場合、サンプルショットの
２組のアライメントマーク（ＸマークとＹマーク）の少
なくとも一方が計測不能、又は信頼性が低ければ、隣接
するショット領域を代替ショットとして指定する代わり
に、そのサンプルショットの残りの２組のアライメント
マーク（ＸマークとＹマーク）の少なくとも一方を検出
してその座標位置を用いるようにしても良い。また、１
つのサンプルショットにつき４組のアライメントマーク
を検出し、この４つの座標位置を用いてサンプルショッ
トのＸ、Ｙ方向の座標位置を決定するようにしても良
い。このとき、２組のＸマークの各座標位置を平均化処
理する、あるいは２つの座標位置の各々に重みを与えて
加算し、その加算値を重みの和で除算することによっ
て、サンプルショットのＸ方向の座標位置を決定すれば
良い。尚、サンプルショットのＹ方向の座標位置につい
ても、同様に平均化処理等により２組のＹマークの各座
標位置を用いて決定すれば良い。

【００６９】また、ウエハ上のショット領域に付設する
アライメントマークは１次元マークである必要はなく、
２次元マークとしても構わない。例えば、図１６（Ａ）
中のＸ方向マークＭｘと、当該マークＭｘと直交する同
一構成のＹ方向マークとで、１つのアライメントマーク
を形成しても良い。さらに２次元のアライメントマーク
を用いる場合は、少なくとも１組のアライメントマーク
をショット領域に設ければ良いが、前述したようにショ
ット領域の各辺に対応して４組のアライメントマークを
設ける、あるいはショット領域の４隅の各々にアライメ
ントマークを設けるようにしても良い。尚、１つのサン
プルショットに複数組の２次元のアライメントマークを
設ける場合は、ウエハ上の複数のサンプルショットの各
々で、ショット内の同一位置に設けられたアライメント
マークを検出すると良い。これは、前層の回路パターン
を焼き付けた投影露光装置の投影光学系のディストーシ
ョン、あるいは熱処理に伴うウエハの変形（伸び）に起
因したショット領域の歪みによって、ウエハ上の各ショ
ット領域の座標位置を正確に求めることができなくなる
からである。また、サンプルショット毎に同一位置のア
ライメントマークを検出できないときは、異なる位置の
アライメントマークを検出したサンプルショットでは、
前述したショット領域の歪み量、すなわち投影光学系の
ディストーション等を用いてその座標位置を補正し、こ
の補正した座標位置を用いるようにすると良い。また、
１つのアライメントマークのみを検出してサンプルショ
ットのＸ、Ｙ方向の座標位置を求めるとき、当該マーク
が計測不能、又は信頼性が低ければ、残りの３組のアラ
イメントマークのうちの少なくとも１つを検出してその
座標位置を用いるようにしても良い。さらに２組以上の
アライメントマークを検出するようにし、複数の座標位
置を前述した平均化処理、又は重み付け演算して、サン
プルショットのＸ、Ｙ方向の座標位置を決定しても良
い。ここでは、ウエハ上のショット領域の歪み量が十分
に小さいことを前提としており、この歪み量が無視でき
ない程度であれば、前述したように投影光学系のディス
トーション等を用いてその座標位置を補正しておく必要
がある。

【００７０】ところで、ＥＧＡモードやＷ−ＥＧＡモー
ドにおいてサンプルショットのアライメントデータ（座
標位置）をリジェクトするか否かは、例えばアライメン
トセンサーによって計測され記憶部５０１に格納された
座標位置と、データ部５０３に格納されている設計上の
座標位置との偏差を求め、この偏差が予め定められた許
容値を越えているときのみリジェクトを行うようにすれ
ば良い。また、サンプルアライメントに先立ってウエハ
上のいくつか（例えば２個）のショット領域の各アライ
メントマークを検出してその座標位置を求め、この求め
た座標位置を用いて前述した設計上の座標位置を補正し
ておく。そしてサンプルショット毎に、この補正した座
標位置と前述の如く計測した座標位置との偏差を許容値
と比較してそのアライメントデータをリジェクトするか
否かを判断するようにしても良い。尚、前述した偏差を
許容値と比較する代わりに、例えばサンプルショット毎
に上記偏差を求めてその標準偏差（σ、３σ）を計算
し、この標準偏差を利用してアライメントデータをリジ
ェクトするか否かを判断するようにしても良い。さら
に、前述の許容値は一定値である必要はなく、例えばサ
ンプルショット毎にその許容値を異ならせるようにして
も良い。特にＷ−ＥＧＡモードでは、数式４、６によっ
て与えられる重み付けＷ_in、Ｗ_in’が軽い（小さい）サ
ンプルショットほど、そのアライメントデータに対する
許容値を甘く（大きく）し、逆に重み付けＷ_in、Ｗ_in’
が重い（大きい）サンプルショットほど、そのアライメ
ントデータに対する許容値を厳しく（小さく）すると良
い。これにより、平均化効果を維持しつつ信頼性の低い
アライメントデータの影響を低減でき、ウエハ上のショ
ット領域の座標位置を精度良く求めることが可能とな
る。このとき、重み付けＷ_in、Ｗ_in’を利用してサンプ
ルショット毎に設定する許容値を決定すると良い。すな
わちサンプルショット毎の許容値を、重み付けＷ_in、Ｗ
_in’の逆数に比例した値に設定すると良い。尚、重み付
けＷ_in、Ｗ_in’を利用してサンプルショット毎にその許
容値を設定する場合、Ｗ−ＥＧＡモードではウエハ上の
ショット領域毎に、各サンプルショットに与える重み付
けＷ_in、Ｗ_in’が変化するので、当然ながら各サンプル
ショットに対する許容値もショット領域毎に変化するこ
とになる。さらにＷ−ＥＧＡモードでは、前述したよう
に設計上の座標位置を補正した後、サンプルショットの
各アライメントデータを用いてＥＧＡモードによりウエ
ハ上の各ショット領域（サンプルショットのみでもよ
い）の座標位置を求め、この求めた座標位置と先に計測
した座標位置との偏差を許容値と比較してサンプルショ
ット毎にそのアライメントデータをリジェクトするか否
かを判断するようにしても良い。

【００７１】次に、図１、図２を参照して図３、図４に
示した投影露光装置の露光シーケンスについて説明す
る。図１、図２は本実施例における露光シーケンスの一
例を示すフローチャート図である。ここで、本実施例で
は同一ロット内に収納された複数枚、例えば２５枚のウ
エハを一括処理することを前提としている。また、ロッ
ト内の全てのウエハは同一条件、工程で各種処理が施さ
れているものとする。

【００７２】さて、図３に示した投影露光装置におい
て、主制御装置１０はロット内の先頭（１枚目）のウエ
ハＷをウエハステージＷＳ上にローディングする（ステ
ップ１００）。このとき、主制御装置１０は読み取り装
置６０を介してロット、又はウエハの識別コードに記さ
れた情報（例えばウエハ、下地、レジストの種類や膜
厚、アライメントマークの形状、段差等）を入力し、こ
の情報に基づいてウエハＷ上のアライメントマークの検
出に最適なアライメントセンサを選択する。本実施例で
はＬＳＡ系を選択するものとし、このＬＳＡ系を用いて
ウエハＷのプリアライメントを実行する（ステップ１０
１）。尚、複数のアライメントセンサの各々において、
１枚目のウエハ上の任意の１つのアライメントマークを
複数回検出してその標準偏差を求め、各アライメントセ
ンサの標準偏差、すなわち計測再現性に基づいて最適な
アライメントセンサを選択するようにしても良い。

【００７３】ステップ１０１ではＬＳＡ系を用いて、例
えばウエハ中心に関してほぼ対称に周辺部に位置する少
なくとも２つのアライメントマークを検出する。しかる
後、２つのマークの座標位置からウエハＷの残留回転誤
差を算出し、この回転誤差がほぼ零となるようにウエハ
ホルダ（不図示）を微小回転させる。これによりウエハ
Ｗのプリアライメントが終了し、次のステップ１０２に
進む。ステップ１０２では、ウエハステージＷＳ上のウ
エハＷがロット内の（ｋ−１)(ｋは２以上の整数）枚目
までのウエハであるか否かを判断する。ここでは予めｋ
＝６に設定してあるものとし、さらにウエハＷが１枚目
であるため、ステップ１０３に進む。

【００７４】さて、ステップ１０３において主制御装置
１０は、ＬＳＡ系を用いてウエハＷ上の全ての計測ショ
ットのアライメントマークを検出し、ＬＳＡ系は各マー
クで得られた光電信号をＬＳＡ演算ユニット４１に出力
する。ここで、計測ショットとは、後述の如きウエハ上
のショット領域の配列誤差の特徴を求めるのに必要なシ
ョット領域を指すものとする。計測ショットとして指定
すべきショット領域の数や位置は、ウエハの種類（伸縮
特性等）、上記特徴の計測精度、スループット等に応じ
て予め定められており、この情報は記憶部５０６に格納
されている。本実施例では説明を簡単にするため、ウエ
ハＷ上の全てのショット領域を計測ショットとして指定
してあるものとするが、ウエハによっては計測ショット
数が全てのショット領域の半分程度、もしくはそれ以下
となることもある。

【００７５】次のステップ１０４において、ＬＳＡ演算
ユニット４１はＬＳＡ系からの光電信号をデジタル値に
変換してその波形データを記憶部４０に出力するととも
に、予め演算部５０５、又はオペレータにより定められ
た信号処理条件のもとで波形処理を行い、各マークの座
標位置を求める。ここで求めたマーク位置、すなわちシ
ョット領域の座標位置はアライメントデータ記憶部５０
１に記憶され、演算部５０５は全てのショット領域の座
標位置を用いてウエハＷ上のショット領域の配列誤差の
特徴を算出する（ステップ１０５）。

【００７６】すなわちステップ１０５において、演算部
５０５は全てのショット領域の配列誤差、すなわち先に
計測したショット領域の座標位置と設計上の座標位置と
の差（ずれ量）を求める。ここで、図８（Ａ）は５つの
ショット領域の配列誤差をベクトル表示したものであ
る。しかる後、演算部５０５はウエハ全面で、隣り合う
ショット領域の配列誤差の単位長さ当たりの変化量を算
出する。図８（Ｂ）は、図８（Ａ）の５つのショット領
域における上記変化量をベクトル表示したものである。
さらに演算部５０５は、隣り合う上記の如き変化量の変
化量（図８（Ｃ))を算出した後、ウエハ全面での当該変
化量（図８（Ｃ))の標準偏差を求める。以上の演算処理
により、演算部５０５はウエハＷ上のショット領域の配
列誤差の特徴を認識することになる。ここで求めた特
徴、すなわち配列誤差、配列誤差の変化量、及び標準偏
差（変化量の変化量）等は記憶部５０６に格納される。

【００７７】尚、上記の如き配列誤差を求めるにあたっ
ては、ステップ１０１、又は１０４で求めたマーク位置
を用いて、予めステップ１０４で求めたショット領域の
配列座標系の原点と設計上のショット領域の配列座標系
の原点とを一致させておくと良い。また、図８（Ｂ）で
は紙面内左右方向に配列されたショット領域の配列誤差
の各変化量を、隣接する２つのショット領域の間で常に
左側のショット領域の配列誤差を基準として求めてい
る。すなわち、所定方向に配列されたショット領域の配
列誤差の各変化量を求める際には、隣接する２つのショ
ット領域の間で常に同じ側に位置するショット領域の配
列誤差を基準とする必要がある。

【００７８】次に、ステップ１０６において演算部５０
５は、ステップ１０５で求めたショット領域の配列誤差
の特徴、すなわち図８（Ｂ）の如き配列誤差の変化量と
標準偏差とを用いて、ウエハＷ上のショット配列に最適
なアライメントモードを決定する。すなわち演算部５０
５は、まず図８（Ｂ）の如き配列誤差の変化量に着目
し、ウエハ全面での各変化量（図８（Ｂ）のベクトル）
の向き、及び大きさがほぼ等しいか否かを判断する。こ
こで各変化量の向き、及び大きさがほぼ等しければ、ウ
エハＷは線形歪みを持つと考えられ、演算部５０５は最
適なアライメントモードとしてＥＧＡモードを選択し、
ステップ１０７に進むことになる。

【００７９】一方、変化量の向きと大きさとの少なくと
も一方がばらついている場合には標準偏差に着目し、こ
の標準偏差が所定値を越えているか否かを判断する。標
準偏差が所定値以下である場合、ウエハＷは規則的な非
線形歪みを持つと考えられ、演算部５０５は最適なアラ
イメントモードとしてＷ−ＥＧＡモードを選択し、ステ
ップ１１７に進むことになる。また、標準偏差が所定値
を越えている場合には、ウエハＷはランダムな誤差（不
規則な非線形歪み）を持つと考えられ、演算部５０５は
最適なアライメントモードとしてＤ／Ｄモードを選択
し、ステップ１３７に進むことになる。ここではウエハ
Ｗが線形歪みを持つと判断され、ＥＧＡモードを選択し
てステップ１０７に進むものとする。

【００８０】ところで、ステップ１０５では説明を簡単
にするため、ウエハ上のショット領域の配列誤差の特徴
として、図８の如く紙面内左右方向（例えばＸ方向）の
みに関するショット領域の配列誤差の変化量、さらには
標準偏差を求めることとした。しかしながら、上記方向
と直交する方向（例えばＹ方向）にもショット領域が配
列されており、Ｙ方向に関するショット領域の配列誤差
の変化量、標準偏差までも求めることで、より精度良く
ウエハ全面でのショット領域の配列誤差の特徴を認識す
ることができる。上記の如くＹ方向（紙面内上下方向）
に関するショット領域の配列誤差の各変化量を求める際
にも、隣接する２つのショット領域の間で常に下側、又
は上側のショット領域の配列誤差を基準とする必要があ
る。従って、本実施例ではＸ、Ｙ方向の各々に関する配
列誤差の変化量や標準偏差を求めた上で、ウエハ上のシ
ョット配列に最適なアライメントモードを決定している
ものとする。この場合、ウエハ全面でのＸ方向のみに関
する配列誤差の各変化量がほぼ等しく、かつＹ方向のみ
に関する配列誤差の各変化量がほぼ等しくなっていれ
ば、ウエハは線形歪みを持つと考えられる。このとき、
Ｘ方向とＹ方向とで配列誤差の変化量が異なっていて
も、ウエハは線形歪みを持つと判断して良い。

【００８１】さて、ステップ１０６でＥＧＡモードが選
択されると、ステップ１０７において演算部５０５は、
ＥＧＡ演算ユニット５０２に対してＥＧＡモードを指定
し、ＥＧＡ演算ユニット５０２はサンプルショット指定
部５０４に格納された第１のサンプルショット群（図
５）の配置情報を入力した後、第１のサンプルショット
群を構成する各サンプルショットのアライメントデータ
（座標位置）を記憶部５０１から読み出す。しかる後、
ＥＧＡ演算ユニット５０２はＥＧＡ演算を行う、すなわ
ち最小二乗法を適用して数式２より演算パラメータａ〜
ｆを決定した上で、このパラメータａ〜ｆを用いてウエ
ハＷ上の全てのショット領域の座標位置を算出し、ここ
で算出した座標位置を記憶部５０６に格納する。

【００８２】次に、演算部５０５はショット領域毎に、
記憶部５０６に格納されたショット領域の計算上の座標
位置と、記憶部５０１に格納されたショット領域の座標
位置（計測値）との差（残留誤差）を計算し、これらシ
ョット領域毎の残留誤差に基づいて重ね合わせ精度（｜
Ｘ｜＋３σ）を算出する（ステップ１０８）。さらに演
算部５０５は、重ね合わせ精度（｜Ｘ｜＋３σ）が要求
精度を満足しているか否かを判断する（ステップ１０
９）。

【００８３】ここで、重ね合わせ精度が要求精度を満足
していればステップ１１０に進み、ステップ１０７で使
用した第１のサンプルショット群を最適配置として指定
部５０４に記憶（登録）する。次に、シーケンスコント
ローラ５０８はステップ１０７において記憶部５０６に
格納された全てのショット領域の座標位置（計算値）に
従って、１枚目のウエハＷ上の各ショット領域に対する
レチクルパターンの重ね合わせ露光を開始する（ステッ
プ１１１）。重ね合わせ露光が終了したらステップ１０
０に戻り、シーケンスコントローラ５０８はウエハ交換
を実行してロット内の２枚目のウエハをウエハステージ
ＷＳ上にローディングする。

【００８４】一方、重ね合わせ精度が要求精度を満足し
ていなければステップ１１２に進み、演算部５０５はサ
ンプルショット配置を変更するか否かを判断する。ここ
ではサンプルショット配置が最適化されていないために
重ね合わせ精度が要求精度を満足しないものと判断し、
ステップ１１３に進む。ステップ１１３においてサンプ
ルショット指定部５０４はサンプルショット配置を変更
する、すなわち本実施例では第１のサンプルショット群
に第２のサンプルショット群を追加する。さらにＥＧＡ
演算ユニット５０２は、指定部５０４に格納された第２
のサンプルショット群（図５）の配置情報に基づいて、
第２のサンプルショット群を構成する各サンプルショッ
トの座標位置を記憶部５０１から読み出した後、第１、
第２のサンプルショット群の各サンプルショットの座標
位置を用いてＥＧＡ演算を行い、ウエハＷ上の全てのシ
ョット領域の座標位置を算出する（ステップ１０７）。

【００８５】次に、演算部５０５はステップ１０８で算
出した重ね合わせ精度が要求精度を満足しているか否か
を判断し（ステップ１０９）、重ね合わせ精度が要求精
度を満足していれば前述の如くステップ１１０、１１１
を実行してステップ１００に戻る。以上のように第２の
サンプルショット群を追加することで重ね合わせ精度が
要求精度を満足したということは、サンプルショット配
置が最適化されたことを意味する。一方、要求精度を満
足していなければステップ１１２に進み、サンプルショ
ット配置の変更を行うか否かを判断する。

【００８６】ここで、本実施例ではＥＧＡモードのもと
で重ね合わせ精度が要求精度を満足するまで、前述の如
きサンプルショット配置の変更、及びＥＧＡ演算を繰り
返し実行することになる。但し、本実施例では指定部５
０４に格納されているサンプルショット群を順次追加し
ていくことでサンプルショット配置を変更するため、た
とえ重ね合わせ精度が要求精度を満足していなくても、
サンプルショット配置の変更が不可能となる、すなわち
追加すべきサンプルショット群がなくなった時点でステ
ップ１１４に進むことになる。尚、複数組のサンプルシ
ョット群を順次追加しても重ね合わせ精度が要求精度を
満足しなければ、ＥＧＡモードではウエハ上のショット
配列に対応できないと判断して良い。ここでは第３のサ
ンプルショット群が残っているので、サンプルショット
配置を変更するものとしてステップ１１３に進み、第３
のサンプルショット群を追加してサンプルショット配置
を変更する。

【００８７】以下、前述の如くステップ１０７〜１０９
を実行し、重ね合わせ精度が要求精度を満足すればステ
ップ１１０、１１１を実行してステップ１００に戻る。
逆に満足しなければステップ１１２に進むが、ここでは
既に追加すべきサンプルショット群がないので、直ちに
ステップ１１４に進み、前述の如きＬＳＡ演算ユニット
４１における信号処理条件を変更するか否かを判断す
る。演算部５０５は、例えば記憶部４０に格納された波
形データの形状等に基づいて信号処理条件の変更の要否
を決定し、特に変更する必要がなければステップ１１５
に進む。

【００８８】一方、信号処理条件を変更する場合にはス
テップ１０４に戻り、演算部５０５は信号処理条件、例
えば波形解析アルゴリズムを変更する。しかる後、ＥＧ
Ａ演算ユニット５０２は記憶部４０から全てのアライメ
ントマークの波形データを読み出した後、先に変更され
た信号処理条件のもとで波形処理を行ってマーク位置を
求め、この位置情報をアライメントデータ記憶部５０１
に出力する。尚、記憶部４０に格納された波形データを
表示装置６２に表示し、この表示された波形データを基
にオペレータが最適な信号処理条件を決定するようにし
ても良く、ここで決定された信号処理条件は入力装置６
１を介してＥＧＡ演算ユニット５０２に設定されること
になる。

【００８９】次に演算部５０５は、新たに記憶部５０１
に格納された位置情報を用い、上記と全く同様にステッ
プ１０５、１０６を実行してアライメントモードを決定
する。ここではＥＧＡモードが選択されるものとしてス
テップ１０７に進み、ＥＧＡ演算ユニット５０２は第１
のサンプルショット群を用いてＥＧＡ演算を行い、ウエ
ハ上の全てのショット領域の座標位置を算出する。以
下、前述の如く重ね合わせ精度が要求精度を満足するま
で、サンプルショット配置の変更、及びＥＧＡ演算を繰
り返し実行することになる。ここで、新たな信号処理条
件のもとでも重ね合わせ精度が要求精度を満足しない場
合には、要求精度を満足するまで上記動作を繰り返し行
って信号処理条件を最適化することで、ＥＧＡモードに
より重ね合わせ露光を実行すれば良い。

【００９０】尚、信号処理条件を何回変更しても重ね合
わせ精度が要求精度を満足しなければステップ１１５に
進む。また、ステップ１０６においてＥＧＡモード以外
のアライメントモード（Ｗ−ＥＧＡモード、又はＤ／Ｄ
モード）が選択されたら、ここで選択されたモード（ス
テップ１１７、又は１３７）へ移行すれば良い。さら
に、図１では信号処理条件を変更してマーク位置を求め
直した後、再度ステップ１０５、１０６を実行してアラ
イメントモードを決定するようになっているが、新たな
信号処理条件のもとでマーク位置を求めたら直ちにＥＧ
Ａモード（ステップ１０７）に移行するようにしても良
い。

【００９１】さて、ステップ１１５ではＥＧＡモードに
おいてサンプルショット配置、及び信号処理条件を変更
しても所望の重ね合わせ精度を得られないウエハに対し
てアライメントモードを変更するか否かを判断する。ア
ライメントモードの変更の要否は、予め定められたプロ
グラムに従って演算部５０５が決定する、あるいは表示
装置６２、又はブザー等によってＥＧＡモードでは露光
不可能であることをオペレータに知らせ、オペレータが
決定するようにすれば良い。ここでモード変更する場合
にはＷ−ＥＧＡモード、すなわちステップ１１７へ移行
し、モード変更しない場合には１枚目のウエハに対する
重ね合わせ露光を実行せず、当該ウエハをリジェクトす
る、すなわちウエハステージＷＳ上から搬出する（ステ
ップ１１６）。しかる後、１枚目のウエハは元のロッ
ト、又はアンロード用のロットに収納されるが、シーケ
ンスコントローラ５０８は上記搬出と並行して２枚目の
ウエハをウエハステージＷＳ上にローディングすること
になる。尚、以上の説明ではＥＧＡモードにおいてサン
プルショット配置と信号処理条件の両方を変更したが、
サンプルショット配置と信号処理条件とのいずれか一方
のみを変更する、あるいは両方とも変更しないようなシ
ーケンスを採用しても良い。

【００９２】次に、図２を参照してＷ−ＥＧＡモードに
よる露光シーケンスについて説明する。さて、ステップ
１０６においてＷ−ＥＧＡモードが選択される、あるい
はステップ１１５においてアライメントモードがＥＧＡ
モードからＷ−ＥＧＡモードへと変更されると、直ちに
ステップ１１７に移行する。ステップ１１７において演
算部５０５は、ステップ１０５で算出され記憶部５０６
に格納された配列誤差の特徴、特に配列誤差の変化量に
基づいて、規則的な非線形歪みが点対称であるか否かを
判断する。ここで、非線形歪みが点対称でなければＷ₁-
ＥＧＡモード、すなわちステップ１１８へ移行し、点対
称であればＷ₂-ＥＧＡモード、すなわちステップ１２７
へ移行する。ここでは非線形歪みが点対称でないものと
し、以下ではＷ₁-ＥＧＡモードによる露光シーケンスに
ついて説明する。

【００９３】さて、ステップ１１８において演算部５０
５は、ＥＧＡ演算ユニット５０２に対してＷ₁-ＥＧＡモ
ードを指定し、ＥＧＡ演算ユニット５０２はサンプルシ
ョット指定部５０４に格納された第１のサンプルショッ
ト群（図６）の配置情報を入力した後、第１のサンプル
ショット群を構成する各サンプルショットの座標位置を
記憶部５０１から読み出す。また、演算部５０５、又は
オペレータは前述の如く数式４中のパラメータＳ（すな
わち重みパラメータＤ、又は補正係数Ｃ）の値を決定し
て重み発生部５０７に与える。重み発生部５０５はこの
パラメータＳの値から重み付け関数（数式４）を決定
し、ここで決定した関数を用いてショット領域毎に、９
個のサンプルショットの座標位置の各々に与える重み付
けを算出し、この算出した重み付けをＥＧＡ演算ユニッ
ト５０２に出力する。しかる後、ＥＧＡ演算ユニット５
０２はショット領域毎に、各サンプルショットの座標位
置に重み発生部５０７からの重み付けを与えた上で、最
小二乗法を適用して数式３より演算パラメータａ〜ｆを
決定し、さらにパラメータａ〜ｆを用いてその座標位置
を算出する。ここで算出した全てのショット領域の座標
位置は、パラメータＳの値とともに記憶部５０６に格納
される。

【００９４】次に、演算部５０５はＥＧＡモード（ステ
ップ１０８）と同様に、Ｗ₁-ＥＧＡモードでの重ね合わ
せ精度（｜Ｘ｜＋３σ）を算出し（ステップ１１９）、
さらに重ね合わせ精度が要求精度を満足するか否かを判
断する（ステップ１２０）。ここで要求精度を満足して
いればステップ１２１に進み、指定部５０４において第
１のサンプルショット群を最適配置として指定し、重み
発生部５０７において先に決定した重み付け関数を最適
関数として設定する。次に、シーケンスコントローラ５
０８はステップ１１８において記憶部５０６に格納され
た全てのショット領域の座標位置（計算値）に従って、
１枚目のウエハＷ上の各ショット領域にレチクルパター
ンを重ね合わせ露光する（ステップ１２２）。重ね合わ
せ露光終了後、ステップ１００に戻り、シーケンスコン
トローラ５０８はウエハ交換を実行して２枚目のウエハ
をウエハステージＷＳ上にローディングする。

【００９５】一方、重ね合わせ精度が要求精度を満足し
なければステップ１２３に進み、演算部５０５は演算条
件、すなわちサンプルショット配置、及び／又はパラメ
ータＳの値を変更するか否かを判断する。ここではパラ
メータＳの値が最適化されていないと判断してステップ
１２４に進み、演算部５０５（又はオペレータ）は補正
係数Ｃ（又は重みパラメータＤ）の値を変更して重み発
生部５０７に与える。ステップ１１８において重み発生
部５０７は、演算部５０５（又はオペレータ）からの補
正係数Ｃ（又は重みパラメータＤ）の値に応じてパラメ
ータＳ、すなわち重み付け関数（数式４）を変更する。
さらにＥＧＡ演算ユニット５０２はショット領域毎に、
第１のサンプルショット群を構成する９個のサンプルシ
ョットの座標位置の各々に、重み発生部５０７からの重
み付けを与えた上でＥＧＡ演算を行い、ウエハＷ上の全
てのショット領域の座標位置を算出する。

【００９６】次に、演算部５０５はステップ１１９で算
出した重ね合わせ精度が要求精度を満足するか否かを判
断し（ステップ１２０）、要求精度を満足すれば前述の
如くステップ１２１、１２２を実行してステップ１００
に戻る。一方、要求精度を満足しなければステップ１２
３に進み、再度パラメータＳの値を変更するか、あるい
はサンプルショット配置までも変更するか否かを判断す
る。ここではパラメータＳの値を変更するものとしてス
テップ１２４に進み、補正係数Ｃ、又は重みパラメータ
Ｄの値を変更する。以下、ステップ１１８〜１２０を実
行し、重ね合わせ精度が要求精度を満足すればステップ
１２１、１２２を実行してステップ１００に戻る。逆に
満足しなければステップ１２３に進む。

【００９７】ここで、本実施例ではＷ₁-ＥＧＡモードで
の重ね合わせ精度が要求精度を満足するまで、パラメー
タＳの値とサンプルショット配置との少なくとも一方を
順次変更しながらＥＧＡ演算を繰り返し実行することに
なる。但し、Ｗ₁-ＥＧＡモードでも指定部５０４に格納
されているサンプルショット群（図６）を順次追加して
いくことでサンプルショット配置を変更するため、たと
え重ね合わせ精度が要求精度を満足していなくても、サ
ンプルショット配置の変更が不可能となる、すなわち追
加すべきサンプルショット群がなくなった時点でステッ
プ１２５に進むことになる。また、Ｗ₁-ＥＧＡモードで
は所定のサンプルショット配置のもとでパラメータＳの
値を順次変更しながらＥＧＡ演算を行っていき、パラメ
ータＳの値の変更だけでは重ね合わせ精度が要求精度を
満足できないと判断した時点でサンプルショット配置の
変更を行うようにすることが望ましい。

【００９８】さて、パラメータＳの値、及びサンプルシ
ョット配置を変更しても重ね合わせ精度が要求精度を満
足しなければ、ステップ１２４で条件変更を行わないと
してステップ１２５に進み、アライメントモードをＷ₁-
ＥＧＡモードからＤ／Ｄモードへと変更するか否かを判
断する。アライメントモードの変更の要否は、予め定め
られたプログラムに従って演算部５０５が決定する、あ
るいは表示装置６２、又はブザー等によってＷ₁-ＥＧＡ
モードでは露光不可能であることをオペレータに知ら
せ、オペレータが決定するようにすれば良い。ここでモ
ード変更する場合にはＤ／Ｄモード、すなわちステップ
１３７へ移行し、モード変更しない場合には１枚目のウ
エハに対する重ね合わせ露光を実行せず、当該ウエハを
リジェクトする（ステップ１２６）。しかる後、１枚目
のウエハは元のロット、又はアンロード用のロットに収
納され、シーケンスコントローラ５０８は上記収納と並
行して２枚目のウエハをウエハステージＷＳ上にローデ
ィングする。尚、以上の説明ではパラメータＳの値、及
びサンプルショット配置を変更したが、例えばいずれか
一方のみを変更する、あるいは両方とも変更しないシー
ケンスとしても良く、さらにＥＧＡモードと同様にＬＳ
Ａ演算ユニット４１の信号処理条件までも変更するよう
にしても構わない。

【００９９】次に、Ｗ₂-ＥＧＡモードによる露光シーケ
ンスについて述べるが、Ｗ₁-ＥＧＡモードとの差異は規
則的な非線形歪みの点対称中心までも使用してサンプル
ショットの座標位置に対する重み付けを行う点だけなの
で、これ以外は簡単に説明する。さて、ステップ１１７
において規則的な非線形歪みが点対称と判断されると、
直ちにＷ₂-ＥＧＡモード、すなわちステップ１２７へ移
行し、演算部５０５はステップ１０５で算出したショッ
ト領域の配列誤差の特徴を用いて非線形歪みの点対称中
心の座標位置を求め、この座標位置を重み発生部５０７
に与える。ここで、ショット領域の配列誤差の特徴を表
示装置６２上に表示することで、オペレータが非線形歪
みの点対称中心の座標位置を決定し、この決定した座標
位置を重み発生部５０７に与えるようにしても良い。

【０１００】次に、ステップ１２８において演算部５０
５は、ＥＧＡ演算ユニット５０２に対してＷ₂-ＥＧＡモ
ードを指定し、ＥＧＡ演算ユニット５０２は第１のサン
プルショット群（図６）の配置情報を基に、各サンプル
ショットの座標位置を記憶部５０１から読み出す。演算
部５０５、又はオペレータは、前述の如く数式６中のパ
ラメータＳ（すなわち重みパラメータＤ、又は補正係数
Ｃ）の値を決定して重み発生部５０７に与える。重み発
生部５０５はパラメータＳの値、及び点対称中心の座標
位置から重み付け関数（数式６）を決定し、ここで決定
した関数を用いてショット領域毎に、９個のサンプルシ
ョットの座標位置の各々に与える重み付けを算出し、こ
の算出した重み付けをＥＧＡ演算ユニット５０２に出力
する。しかる後、ＥＧＡ演算ユニット５０２はショット
領域毎に、各サンプルショットの座標位置に重み発生部
５０７からの重み付けを与えた上で、最小二乗法を適用
して数式５よりパラメータａ〜ｆを決定し、さらにパラ
メータａ〜ｆを用いてその座標位置を算出する。ここで
算出した全てのショット領域の座標位置は、パラメータ
Ｓの値、及び点対称中心の座標位置とともに記憶部５０
６に格納される。

【０１０１】次に、演算部５０５はＷ₂-ＥＧＡモードで
の重ね合わせ精度（｜Ｘ｜＋３σ）を算出し（ステップ
１２９）、さらに要求精度を満足するか否かを判断する
（ステップ１３０）。ここで要求精度を満足すればステ
ップ１３１に進み、指定部５０４において第１のサンプ
ルショット群を最適配置として指定し、重み発生部５０
７において先に決定した重み付け関数を最適関数として
設定する。さらにシーケンスコントローラ５０８は、ス
テップ１２８において記憶部５０６に格納された全ての
ショット領域の座標位置（計算値）に従って、１枚目の
ウエハＷ上の各ショット領域にレチクルパターンを重ね
合わせ露光する（ステップ１３２）。

【０１０２】一方、重ね合わせ精度が要求精度を満足し
なければステップ１３３に進み、演算部５０５は演算条
件、すなわち点対称中心の座標値、パラメータＳの値、
及びサンプルショット配置のうちの少なくとも１つを変
更するか否かを判断する。ここで、演算条件として点対
称中心の座標値を指定したのは、Ｗ₂-ＥＧＡモードでは
ステップ１２７で決定した点対称中心の座標値が実際の
中心点からずれていると、当然ながらショット配列の算
出精度（重ね合わせ精度）が低下するためである。ここ
では点対称中心の座標値が正確でないと判断してステッ
プ１３４に進み、演算部５０５（又はオペレータ）は非
線形歪みの点対称中心の座標位置を求め直して重み発生
部５０７に与える。ステップ１２８において重み発生部
５０７は、先に補正された点対称中心の座標位置に応じ
て重み付け関数（数式６）を変更した後、当該関数を用
いてショット領域毎に、各サンプルショットの座標位置
に与える重み付けを算出する。さらにＥＧＡ演算ユニッ
ト５０２はショット領域毎に、各サンプルショットの座
標位置に重み付けを与えた上でＥＧＡ演算を行い、ウエ
ハＷ上の全てのショット領域の座標位置を算出する。

【０１０３】次に、演算部５０５はステップ１２９で算
出した重ね合わせ精度が要求精度を満足するか否かを判
断し（ステップ１３０）、要求精度を満足すればステッ
プ１３１、１３２を実行してステップ１００に戻る。一
方、要求精度を満足しなければステップ１３３に進み、
再度点対称中心の座標値を変更するか、あるいはパラメ
ータＳ、及び／又はサンプルショット配置までも変更す
るか否かを判断する。ここではパラメータＳの値を変更
するものとしてステップ１３４に進み、前述のＷ₁-ＥＧ
Ａモードと同様に補正係数Ｃ、又は重みパラメータＤの
値を変更する。以下、ステップ１２８〜１３０を実行
し、重ね合わせ精度が要求精度を満足すればステップ１
３１、１３２を実行してステップ１００に戻る。逆に満
足しなければステップ１３３に進む。

【０１０４】ここで、Ｗ₂-ＥＧＡモードでも重ね合わせ
精度が要求精度を満足するまで、点対称中心の座標値、
パラメータＳの値、及びサンプルショット配置のうちの
少なくとも１つを順次変更しながらＥＧＡ演算を繰り返
し実行することになる。但し、Ｗ₂-ＥＧＡモードでもサ
ンプルショット群（図６）を順次追加することでサンプ
ルショット配置を変更するため、たとえ重ね合わせ精度
が要求精度を満足していなくても、サンプルショット配
置の変更が不可能となる、すなわち追加すべきサンプル
ショット群がなくなった時点でステップ１３５に進むこ
とになる。また、Ｗ₂-ＥＧＡモードでは所定のサンプル
ショット配置、及びパラメータＳの値のもとで点対称中
心の座標値を順次変更しながらＥＧＡ演算を行ってい
き、点対称中心の座標値の変更だけでは重ね合わせ精度
が要求精度を満足できないと判断した時点で、サンプル
ショット配置及び／又はパラメータＳの値の変更を行う
ようにすることが望ましい。さらにサンプルショット配
置、又はパラメータＳの値を変更するときにも、Ｗ₁-Ｅ
ＧＡモードと同様にパラメータＳの値の変更だけでは重
ね合わせ精度が要求精度を満足できないと判断した時点
で、サンプルショット配置を変更することが望ましい。

【０１０５】さて、点対称中心の座標値、パラメータＳ
の値、及びサンプルショット配置を変更しても重ね合わ
せ精度が要求精度を満足しなければ、ステップ１３４で
条件変更を行わないとしてステップ１３５に進み、アラ
イメントモードをＷ₂-ＥＧＡモードからＤ／Ｄモードへ
と変更するか否かを判断する。アライメントモードの変
更の要否は、予め定められたプログラムに従って演算部
５０５が決定する、あるいは表示装置６２、又はブザー
等によってＷ₂-ＥＧＡモードでは露光不可能であること
をオペレータに知らせ、オペレータが決定するようにす
れば良い。ここでモード変更する場合にはＤ／Ｄモー
ド、すなわちステップ１３７へ移行し、モード変更しな
い場合には１枚目のウエハに対する重ね合わせ露光を実
行せず、当該ウエハをリジェクトする（ステップ１３
６）。しかる後、１枚目のウエハは元のロット、又はア
ンロード用のロットに収納され、シーケンスコントロー
ラ５０８は上記収納と並行して２枚目のウエハをウエハ
ステージＷＳ上にローディングする。尚、以上の説明で
は点対称中心の座標値、パラメータＳの値、及びサンプ
ルショット配置を変更したが、例えばいずれか１つ、又
は２つを変更する、あるいは全て変更しないシーケンス
としても良く、さらにＥＧＡモードと同様にＬＳＡ演算
ユニット４１の信号処理条件までも変更するようにして
も構わない。

【０１０６】以上、Ｗ₁-ＥＧＡ、及びＷ₂-ＥＧＡモード
について説明したが、ステップ１１８、又は１２８にお
いて重み発生部５０５は、ウエハ上の１つのショット領
域と複数のサンプルショットの各々との距離に応じて、
各サンプルショットの座標位置に与える重み付けを求め
ている。このとき、上記距離はショット領域の座標位置
とサンプルショットの座標位置とから求められるが、ウ
エハ上の任意のショット領域やサンプルショットの座標
位置としては、露光ショット位置データ部５０３に格納
された設計上の座標位置、もしくはステップ１０４にお
いて記憶部５０１に格納された座標位置（計測値）のい
ずれを用いても良い。また、重み付け関数（数式４）は
Ｘ方向用アライメントマーク（Ｍx₁等）とＹ方向用アラ
イメントマーク（Ｍy₁等）との各々に用意されており、
Ｘ方向とＹ方向とで重み付けＷ_inを独立に設定すること
が可能となっている。このため、ウエハの非線形歪みの
程度（大小）や規則性、あるいはステップピッチ、すな
わち隣接した２つのショット領域の中心間距離（ウエハ
上でのストリートラインの幅にも依るが、ほぼショット
サイズに対応した値）がＸ方向とＹ方向とで異なってい
ても、パラメータＳの値を独立に設定することで、ウエ
ハ上のショット配列誤差を精度良く補正することが可能
となっている。従って、前述の如くパラメータＳの値を
変更する際には、Ｘ方向とＹ方向との各々で異ならせる
ようにしても良い。

【０１０７】また、ステップ１１７では規則的な非線形
歪みが点対称であるか否かを判断したが、例えばＥＧＡ
モードから直接Ｗ₁-ＥＧＡモードへと移行するシーケン
スとしても良い。さらにステップ１１７においてＷ₂-Ｅ
ＧＡモードが選択され、当該モードでの重ね合わせ精度
が要求精度を満足しなければ、図２ではステップ１３５
からステップ１３７へ移行する、すなわちアライメント
モードがＤ／Ｄモードへと変更されるが、アライメント
モードをＷ₂-ＥＧＡモード（ステップ１３５）からＷ₁-
ＥＧＡモード（ステップ１１８）とＤ／Ｄモード（ステ
ップ１３７）とのいずれか一方へと変更するシーケンス
としても良い。

【０１０８】以上のＥＧＡモード、Ｗ₁-ＥＧＡモード、
及びＷ₂-ＥＧＡモードでは重ね合わせ精度（｜Ｘ｜＋３
σ）を確認し、当該精度が悪ければ各種条件を変更する
ようにしていた。これにより、３つのモードではサンプ
ルショット配置、パラメータＳの値、点対称中心の座標
値、信号処理条件等の最適化が行われることになるが、
例えばステップ１０６においてアライメントモードを選
択したら、直ちに選択したアライメントモードに従って
重ね合わせ露光を実行するようにしても良い。さらに、
ＥＧＡモード、Ｗ₁-ＥＧＡモード、及びＷ₂-ＥＧＡモー
ドでは重ね合わせ精度が要求精度を満足すれば、ＥＧＡ
演算により算出した全てのショット領域の座標位置（計
算値）を用いて重ね合わせ露光を実行するが、例えばス
テップ１０４で求めた全てのショット領域の座標位置
（計測値）をそのまま用いて重ね合わせを行うようにし
ても良い。

【０１０９】ところで、ステップ１０６においてＤ／Ｄ
モードが選択される、もしくはステップ１２５、１３５
においてアライメントモードがＷ−ＥＧＡモードからＤ
／Ｄモードへと変更されると、図１では直ちにステップ
１３７に移行する。ステップ１３７において演算部５０
５は、シーケンスコントローラ５０８に対してＤ／Ｄモ
ードでの重ね合わせ露光を指示する。シーケンスコント
ローラ５０８はショット領域毎に、ＬＳＡ系を用いてア
ライメントマークを検出し、当該マークの座標位置に従
ってウエハステージＷＳを位置決めした後、レチクルパ
ターンの重ね合わせ露光を実行する。全てのショット領
域に対する重ね合わせ露光が終了したらステップ１００
に戻り、シーケンスコントローラ５０８はウエハ交換を
実行して２枚目のウエハをウエハステージＷＳ上にロー
ディングする。

【０１１０】ここで、Ｄ／Ｄモードで重ね合わせ露光を
行うとき、前述の如くＬＳＡ系を用いてアライメントマ
ークを検出してその座標位置に従ってウエハステージＷ
Ｓを位置決めしても良いが、ＬＳＡ系による再計測は行
わず、ステップ１０４において記憶部５０１に格納され
た座標位置に従ってウエハステージＷＳを位置決めする
ようにしても良い。また、図１ではＥＧＡモードでの重
ね合わせ精度が要求精度を満足しなければ、ステップ１
１５からステップ１１７に移行してＷ−ＥＧＡモードを
実行するが、例えばステップ１１５からステップ１３７
に移行してＤ／Ｄモードを実行するシーケンスとしても
良い。さらに、ステップ１１６、１２６、１３６ではウ
エハのリジェクトが可能となっているが、ＥＧＡモー
ド、Ｗ₁-ＥＧＡモード、及びＷ₂-ＥＧＡモードのうちの
少なくとも１つのモードで重ね合わせ精度が要求精度を
満足しなくてもウエハはリジェクトせず、必ずステップ
１３７に移行してＤ／Ｄモードで重ね合わせ露光を行う
ようにしても良い。また、Ｄ／Ｄモードで重ね合わせ露
光を行うとき、ステップ１００で選択したアライメント
センサ（ここではＬＳＡ系）を用いずとも、ウエハ上の
アライメントマークが検出可能であれば、他のアライメ
ントセンサ（ＬＩＡ系、ＦＩＡ系）を用いても構わな
い。

【０１１１】以上の通り、ロット内先頭のウエハは４つ
のアライメントモードのいずれかで重ね合わせ露光が実
行され、しかる後２枚目のウエハがウエハステージＷＳ
上にローディングされることになる。以下、２枚目以降
のウエハに対する露光動作について説明する。ここで、
１枚目のウエハと２枚目以降のウエハとでその形成条件
（下地、レジストの種類、アライメントマークの形状
等）は同一であるので、２枚目以降のウエハでは１枚目
で使用したアライメントセンサ、すなわち本実施例では
ＬＳＡ系をそのまま使用することになる。これに伴って
２枚目以降のウエハでは、ステップ１００でアライメン
トセンサの選択を行う必要がなくなる。

【０１１２】さて、前述の如く本実施例ではステップ１
０２でｋ＝６と設定したので、２〜５枚目までのウエハ
は１枚目のウエハと全く同一シーケンス、すなわちステ
ップ１００〜１０６を実行してアライメントモードを選
択し、この選択したアライメントモードに従って重ね合
わせ露光を実行することになる。ここで、前述の如く１
枚目のウエハで選択されたアライメントモード（但し、
Ｄ／Ｄモード以外の３つのアライメントモードのいずれ
か）については、既に各種条件（サンプルショット配
置、パラメータＳ等）が最適化されている。従って、２
〜５枚目までのウエハの各々においてステップ１０６で
決定したアライメントモードが１枚目のウエハのアライ
メントモードと同じであれば、２〜５枚目までのウエハ
の各々では当該モードにおける各種演算条件の最適化を
行うことなく、直ちに先に決定したアライメントモー
ド、及び最適化された演算条件のもとで重ね合わせ露光
を開始すれば良い。但し、２〜５枚目までのウエハのう
ち少なくとも１枚において、先に最適化された演算条件
のもとで重ね合わせ精度（｜Ｘ｜＋３σ）が要求精度を
満足しなければ、要求精度を満足しないウエハ毎に演算
条件を変更しながら最適化を行うことになる。本実施例
では１〜５枚目までの全てのウエハでＥＧＡモードが選
択されたものとし、さらに１枚目のウエハで最適化され
た演算条件のもとでいずれのウエハでも重ね合わせ精度
が要求精度を満足したものとする。

【０１１３】次に、６枚目以降のウエハの露光動作につ
いて説明する。ステップ１００において６枚目のウエハ
がウエハステージＷＳ上にローディングされると、シー
ケンスコントローラ５０８はＬＳＡ系を用いてプリアラ
イメントを実行する（ステップ１０１）。さらに、ステ
ップ１０２では６枚目のウエハと判断されてステップ１
３８に進み、演算部５０５は１〜５枚目までのウエハの
各々で選択されたアライメントモードに従って６枚目の
ウエハのアライメントモードを決定する。すなわち、１
〜５枚目までのウエハではいずれもＥＧＡモードが選択
されているため、６枚目以降のウエハでもＥＧＡモード
を使用すると決定する。

【０１１４】ステップ１３９においてシーケンスコント
ローラ５０８は、１〜５枚目までのウエハにて最適化さ
れたサンプルショット配置（さらには信号処理条件）に
従い、ＬＳＡ系を用いて各サンプルショットに付随した
２組のアライメントマークを検出し、ＬＳＡ演算ユニッ
ト４１は各マークの座標位置を記憶部５０１に出力す
る。しかる後、ＥＧＡ演算ユニット５０２は記憶部５０
１の座標位置を用いてＥＧＡ演算を行い、６枚目のウエ
ハ上の全てのショット領域の座標位置を算出する。さら
にシーケンスコントローラ５０８は、ＥＧＡ演算ユニッ
ト５０２で算出された各ショット領域の座標位置に従っ
て重ね合わせ露光を実行する。

【０１１５】次に、シーケンスコントローラ５０８はロ
ット内の全てのウエハに対する重ね合わせ露光が終了し
たか否かを判断する（ステップ１４０）。ここでは６枚
目のウエハまでしか露光が終了していないので、直ちに
ステップ１００に戻って７枚目のウエハをウエハステー
ジＷＳ上にローディングし、さらに前述の如くＥＧＡモ
ードに従って７枚目のウエハに対する重ね合わせ露光を
実行する（ステップ１３９）。以下、ロット内の全ての
ウエハに対する重ね合わせ露光が終了するまで、ＥＧＡ
モードで重ね合わせ露光を繰り返し実行する。尚、７枚
目以降のウエハでは使用するアライメントモードが既に
決定されているので、ステップ１０１でのプリアライメ
ント終了後、直ちにステップ１３９に移行して重ね合わ
せ露光が行われることになる。以上の露光シーケンスに
より、ロット内の全てのウエハに対して精度良くレチク
ルパターンを重ね合わせ露光することができる。

【０１１６】ここで、本実施例では２〜５枚目までのウ
エハはいずれもＥＧＡモードを選択したものとしたが、
仮に１枚のウエハにおいてＥＧＡモード以外のアライメ
ントモードが選択されたときには、この時点で当該ウエ
ハをロット内の１枚目のウエハと見做すとともに、この
ウエハに対してはその選択されたアライメントモードで
重ね合わせ露光を行うこととし、特にＤ／Ｄモード以外
のモードが選択されたならば、当該モードの各種演算条
件の最適化までも行うようにする。この場合、１枚目と
見做されたウエハから（ｋ−１）＝５枚目までのウエハ
の各々において前述の如きアライメントモードの選択を
行うようにする。例えば４枚目のウエハにおいてＷ₁-Ｅ
ＧＡモードが選択されたら、４枚目のウエハから５枚だ
け、すなわち４〜８枚目のウエハの各々でアライメント
モードの選択を行う。いずれのウエハでもＷ₁-ＥＧＡモ
ードが選択されたら、９枚目以降のウエハではＷ₁-ＥＧ
Ａモードで重ね合わせ露光を行うようにすれば良い。

【０１１７】さらに複数のロットを連続的に処理する場
合、先頭ロット内の（ｋ−１）枚目までの全てのウエハ
において同一のアライメントモードが選択されたら、次
ロットにおけるｋの値を先頭ロットのｋの値よりも小さ
く設定する。以下、ロット内の（ｋ−１）枚目までの全
てのウエハで同一のアライメントモードが選択される限
り、次ロットのｋの値を小さくしていけば、前述の如き
アライメントモードの選択を行うべきウエハの枚数（全
ロットでの合計枚数）を減らすことができ、ロット毎の
アライメントモードの選択精度を維持しつつスループッ
トも向上させることが可能となる。

【０１１８】また、ステップ１０７、１１８、１２８に
おいてＥＧＡ演算により全てのショット領域の座標位置
を算出する際、同一ウエハ内において１ないし数個のシ
ョット領域の配列誤差の特徴（傾向）が残りのショット
領域の傾向と大きく異なり、かつ当該傾向が異なるショ
ット領域（飛びショット）をサンプルショットとして指
定していると、当然ながらショット配列の算出精度（重
ね合わせ精度｜Ｘ｜＋３σ）が低下し得る。ここで、飛
びショットであるか否かはステップ１０５で得られる配
列誤差の特徴から求めることができる。従って、飛びシ
ョットがサンプルショット群に含まれ得る場合には、先
の欠陥ショットと全く同様に、ＥＧＡ演算において飛び
ショットのアライメントデータをリジェクトする。この
結果、ＥＧＡ演算によりショット配列を精度良く算出で
き、重ね合わせ精度（｜Ｘ｜＋３σ）を向上させること
が可能となる。尚、飛びショットについてはＤ／Ｄモー
ドで重ね合わせ露光を行う、すなわちアライメントセン
サの計測結果に従ってウエハステージＷＳを位置決めし
て露光を行うようにすれば良い。

【０１１９】尚、本実施例では１〜（ｋ−１）枚目まで
のウエハの各々で選択されたアライメントモードに従っ
てｋ枚目以降のウエハのアライメントモードを決定する
ようにしたが、１〜（ｋ−１）枚目までのウエハのうち
少なくとも１枚で選択されたアライメントモードのみに
従ってｋ枚目以降のウエハのアライメントモードを決定
しても良い。このとき、１〜（ｋ−１）枚目までのウエ
ハのうち、上記の如きアライメントモードの選択に使用
されるウエハ以外ではアライメントモードの選択（ステ
ップ１０３〜１０６）を行わなくても良く、例えば予め
定められたアライメントモードに従って重ね合わせ露光
を行うだけでも構わない。

【０１２０】ところで、ウエハの材質や処理条件等によ
っても異なるが、前述の如き（ｋ−１）の値が小さい、
例えば３程度以下であると、先に決定したアライメント
モードに従ってｋ枚目以降のウエハに対して重ね合わせ
露光を行っても、所望の重ね合わせ精度が得られないこ
とがあり得る。ここで（ｋ−１）の値を大きくすれば、
当然ながらロット内のウエハに最適なアライメントモー
ドを正確に選択でき、ｋ枚目以降のいずれのウエハでも
所望の重ね合わせ精度が得られることになるが、１ロッ
ト当たりの処理時間が長くなってスループットが大幅に
低下する。

【０１２１】そこで、以下ではロット内の全てのウエハ
で所望の重ね合わせ精度を維持しつつ、スループットの
低下を最小限に抑えることが可能な露光シーケンスにつ
いて説明する。ここではｋ＝３とし、（ｋ−１）枚目、
すなわち２枚目までのウエハの各々において前述の如く
全てのショット領域（計測ショット）の座標位置から配
列誤差の特徴を求めてアライメントモードの決定を行う
ものとする。また、１、２枚目のウエハの各々での露光
シーケンスは上記実施例と全く同じであるので、ここで
は説明を省略し、ｋ＝３枚目以降のウエハでの露光シー
ケンスについて説明する。尚、１、２枚目のウエハの各
々ではいずれもアライメントモードとしてＥＧＡモード
が選択されたものとする。図９は本例の露光シーケンス
の一例を示すフローチャート図であり、図１と同一工程
（ステップ）には同じ番号を付して説明を省略する。

【０１２２】さて、１、２枚目のウエハの各々がＥＧＡ
モードであることから、演算部５０５は３枚目のウエハ
のアライメントモードをＥＧＡモードと決定する（ステ
ップ１３８）。ここで決定されたアライメントモード
が、Ｄ／Ｄモード以外の３つのモードのいずれかであれ
ばステップ２００に進み、Ｄ／Ｄモードのときのみステ
ップ２０８に進む。ステップ２００においてシーケンス
コントローラ５０８は、１、２枚目のウエハで選択、使
用されたアライメントセンサ、及び最適化されたサンプ
ルショット配置（さらには信号処理条件）を用いてサン
プルアライメントを行う、すなわち全てのサンプルショ
ットの座標位置を求め、それらの座標位置を記憶部５０
１に記憶する。

【０１２３】次に、３枚目のウエハでの配列誤差の傾向
が１、２枚目のウエハとほぼ同じであることを確認する
か否かを判断する（ステップ２０１）。ここでは１、２
枚目のウエハでのみ前述の如きアライメントモードの選
択を行うものとしたので、３枚目からα枚、例えばα＝
３枚だけ、すなわち３〜５枚目までのウエハでは上記確
認を行うものとし、ステップ２０２に進む。尚、同一ロ
ット内に収納可能なウエハの最大枚数をｔとすると、α
の値は１≦α≦（ｔ−（ｋ−１))なる範囲内で定められ
る。一方、（ｋ＋α）枚目、すなわち６枚目以降のウエ
ハでは上記確認を行わないので、直ちにステップ２０４
に進む。

【０１２４】さて、ステップ２０２において演算部５０
５は、ステップ１０５において記憶部５０６に格納され
た１枚目のウエハ上の全てのショット領域の配列誤差を
読み出す。この読み出した各ショット領域の配列誤差を
ベクトル表示にて図１０に示す。ここで、配列誤差を読
み出すべきウエハは１枚目のウエハに限られるものでは
なく、（ｋ−１）枚目までのウエハのうちのいずれか１
枚であれば良い。また、全てのショット領域の配列誤差
を読み出す必要もなく、ステップ２００で３枚目のウエ
ハに対して使用したサンプルショット配置（例えば図５
中の第１のサンプルショット群）に対応した複数のショ
ット領域の各々の配列誤差のみを読み出すだけでも良
い。次に、演算部５０５はステップ２００で求めた３枚
目のウエハ上の各サンプルショットの配列誤差を算出す
る。ここで、図１１はサンプルショットの配列誤差をベ
クトル表示したものである。さらに、演算部５０５はサ
ンプルショット毎に、先に読み出した配列誤差を基準と
したサンプルショットの配列誤差の変化量を算出し、こ
のサンプルショット毎の変化量を記憶部５０６に出力す
る。図１２は配列誤差の変化量をベクトル表示したもの
である。

【０１２５】ここで、前述の如きＥＧＡ演算ではＸ、Ｙ
方向のウエハのスケーリング量Ｒｘ、Ｒｙ、Ｘ、Ｙ方向
のウエハのオフセット量Ｏｘ、Ｏｙ、ショット領域の配
列座標系の残留回転誤差θ、及び配列座標系の傾き量
（直交度）ωを変数要素として導入している。すなわ
ち、これら６つの要素は演算パラメータａ〜ｆにより次
式のように表される。

【０１２６】Ｒｘ＝ａＲｙ＝ｄＯｘ＝ｅＯｙ＝ｆ θ＝ｃ／ｄ ω＝−（ｂ／ａ＋ｃ／ｄ）以上の４つのパラメータのうち、オフセット量Ｏｘ、Ｏ
ｙと残留回転誤差θとは同一ロット内のウエハであって
もウエハ毎に異なると考えられるが、スケーリング量Ｒ
ｘ、Ｒｙと直交度ωとは同一ロット内のウエハであれ
ば、全てのウエハでほぼ一定であると考えられる。従っ
て、先に算出した配列誤差の変化量からオフセット量Ｏ
ｘ、Ｏｙと残留回転誤差θとの２つの成分を除去する
と、残りの量はスケーリング量Ｒｘ、Ｒｙ、直交度ω等
に起因した同一ロット内での焼き付け位置のばらつきと
見做せる量になる。このため、同一ロット内での焼き付
け位置のばらつきと見做せる量（以下、見做し量と呼
ぶ）が所定値よりも大きいときには、同一ロット内での
配列誤差の傾向が変化した、もしくは同一ロット内での
ばらつきが激しいと考えられる。逆に見做し量が所定値
以下であるときには、同一ロット内での配列誤差の傾向
は同じであると考えられる。以上のことから、ｋ枚目の
ウエハ上の各サンプルショットの配列誤差を求めるだけ
で、当該ウエハの配列誤差の傾向が（ｋ−１）枚目まで
のウエハと同じであるか否かを簡単に確認することがで
きる。

【０１２７】そこで、前述の如くサンプルショットの配
列誤差の変化量（図１２）を算出した後、ＥＧＡ演算ユ
ニット５０２は３枚目のウエハ上の各サンプルショット
の座標位置を用いてＥＧＡ演算を行い、演算パラメータ
ａ〜ｆ、すなわちオフセット量Ｏｘ、Ｏｙと残留回転誤
差θを求める。このとき、予めスケーリング量Ｒｘ、Ｒ
ｙ、及び直交度ωがいずれも零であるものとしてＥＧＡ
演算を行うことで、オフセット量Ｏｘ、Ｏｙ、及び残留
回転誤差θのみを求めるようにする。しかる後、演算部
５０５は記憶部５０６に格納されたサンプルショット毎
の変化量から、ＥＧＡ演算ユニット５０２で算出された
オフセット量Ｏｘ、Ｏｙ、及び残留回転誤差θの成分を
除去し、サンプルショット毎に前述の如き見做し量を求
める。

【０１２８】さらに演算部５０５は見做し量と所定値と
を比較し、いずれのサンプルショットでも見做し量が所
定値以下となっていれば、３枚目のウエハの配列誤差の
傾向は１枚目のウエハと同じであると判断してステップ
２０４に進む。ここでは配列誤差の傾向は同じと判断さ
れたものとしてステップ２０４に進み、ＥＧＡ演算ユニ
ット５０２は記憶部５０１の各サンプルショットの座標
位置を用いてＥＧＡ演算を行い、３枚目のウエハ上の全
てのショット領域の座標位置を算出する。しかる後、シ
ーケンスコントローラ５０８は全てのショット領域の座
標位置に従ってウエハステージＷＳを位置決めしなが
ら、各ショット領域に対する重ね合わせ露光を実行する
（ステップ２０５）。

【０１２９】次に、シーケンスコントローラ５０８はロ
ット内の全てのウエハに対する重ね合わせ露光が終了し
たか否かを判断する（ステップ２０６）。ここでは３枚
目のウエハまでしか終了していないので、直ちにステッ
プ１００に戻って４枚目のウエハをウエハステージＷＳ
上にローディングする。以下、上記動作を繰り返し実行
して４、５枚目のウエハの配列誤差の傾向を確認した上
で重ね合わせ露光を行うようにする。このとき、４、５
枚目のウエハでは使用するアライメントモードが既に決
定されているので、ステップ１０１でのプリアライメン
ト終了後、ステップ２００に移行してサンプルアライメ
ントを実行することになる。次に、５枚目のウエハに対
する重ね合わせ露光が終了した時点で、３〜５枚目まで
のウエハの各々での配列誤差の傾向が１枚目のウエハと
同じであることが確認されたら、６枚目以降のウエハで
はステップ２００から直ちにステップ２０４に移行する
ようにし、残りの全てのウエハに対してＥＧＡモードで
重ね合わせ露光を行う。

【０１３０】一方、ステップ２０３において３〜５枚目
までのウエハのうちいずれか１枚のウエハの配列誤差の
傾向が１枚目のウエハと異なると判断されたらステップ
１０３に進み、この時点で当該ウエハをロット内の１枚
目のウエハと見做すとともに、前述の如くステップ１０
３〜１０６を実行して１枚目と見做されたウエハについ
てそのアライメントモードを決定する。しかる後、１枚
目と見做されたウエハに対してはその選択されたアライ
メントモードで重ね合わせ露光を行うが、特にＤ／Ｄモ
ード以外のモードが選択されたならば、前述の如く露光
動作に先立って当該モードの各種演算条件の最適化まで
も行っておく。以上のように３〜５枚目までのウエハの
いずれかでアライメントモードの再決定が行われたら、
１枚目と見做されたウエハから（ｋ−１）枚目、ここで
は２枚目までのウエハの各々において前述の如きアライ
メントモードの選択を行い、さらにα（＝３）枚のウエ
ハだけその配列誤差の傾向を確認することになる。例え
ば４枚目のウエハにおいてその配列誤差の傾向が１枚目
のウエハと異なると判断されたら、４、５枚目のウエハ
の各々でアライメントモードの選択（再決定）を行い、
さらに６〜８枚目までのウエハについてはその配列誤差
の傾向を確認する。そして、６〜８枚目までのいずれの
ウエハでもその配列誤差の傾向が４、又は５枚目のウエ
ハと同じであれば、９枚目以降のウエハではステップ２
００から直ちにステップ２０４に移行するようにし、残
りの全てのウエハに対して４、５枚目のウエハで選択さ
れたアライメントモードで重ね合わせ露光を実行する。

【０１３１】ところで、ステップ１３８においてＤ／Ｄ
モードが選択されるとステップ２０８に進み、３枚目以
降のウエハの配列誤差の傾向を確認するか否かが判断さ
れる。ここで配列誤差の傾向を確認しないと判断される
と、３枚目のウエハに対してＤ／Ｄモードで重ね合わせ
露光が行われ（ステップ２０９）、シーケンスコントロ
ーラ５０８はロット内の全てのウエハに対する重ね合わ
せ露光が終了したか否かを判断する（ステップ２１
０）。ここでは３枚目のウエハまでしか露光が終了して
いないので、ステップ１００に戻って４枚目のウエハを
ウエハスステージＷＳ上にローディングする。以下、ロ
ット内の全てのウエハに対してＤ／Ｄモードでの重ね合
わせ露光が終了するまで上記動作を繰り返し実行する。

【０１３２】一方、ステップ２０８において３枚目以降
のウエハの配列誤差の傾向を確認すると判断されるとス
テップ１０３に進み、前述の如く３枚目のウエハをロッ
ト内の１枚目のウエハと見做すとともに、ステップ１０
３〜１０６を実行して当該ウエハについてそのアライメ
ントモードを再選択した後、この選択されたアライメン
トモードで重ね合わせ露光を行う。以下、１枚目と見做
されたウエハから（ｋ−１）＝２枚目までのウエハ、す
なわち４枚目のウエハについても前述の如きアライメン
トモードの選択を行う。ここで選択されたアライメント
モードがＤ／Ｄモードであれば、ステップ１３８からス
テップ２０８に移行してロット内のウエハはいずれもラ
ンダムな誤差（不規則な非線形歪み）を持つと判断し、
５枚目以降のウエハではＤ／Ｄモードを使用することを
決定してステップ２０９へ移行する。これに対して、先
に選択されたアライメントモードがＤ／Ｄモード以外で
あれば、ステップ１３８からステップ２００へと移行し
て５枚目のウエハからα（＝３）枚だけ、すなわち５〜
７枚目のウエハの各々についてその配列誤差の傾向を確
認する。以下、５〜７枚目までのいずれのウエハでもそ
の配列誤差の傾向が３、又は４枚目のウエハと同じであ
れば、８枚目以降のウエハではステップ２００から直ち
にステップ２０４に移行するようにし、残りの全てのウ
エハに対して先に選択されたアライメントモードで重ね
合わせ露光を実行することになる。

【０１３３】以上の露光シーケンスでは説明を簡単にす
るため、１〜（ｋ−１）枚目までのウエハの各々におい
てＥＧＡモードを選択することを前提としたが、Ｗ−Ｅ
ＧＡモードを選択してもＥＧＡモードと同じ、すなわち
図１の露光シーケンスを何ら変更する必要はない。ま
た、図１の露光シーケンスではＥＧＡ、Ｗ−ＥＧＡ、及
びＤ／Ｄモードを用意しておき、ステップ１０６におい
て配列誤差の特徴からいずれかのモードを選択すること
とした。しかしながら、例えばＥＧＡモードとＷ−ＥＧ
Ａモードとのいずれかを選択可能としておき、ステップ
１０５ではウエハの歪みが線形か非線形かだけを求める
ようにし、さらにステップ１０６では線形歪みを持つウ
エハに対してはＥＧＡモードを選択し、非線形歪みを持
つウエハに対してはＷ−ＥＧＡモードを選択するだけで
も良い。このとき、前述の如く各種演算条件を変更して
も重ね合わせ精度が要求精度を満足しなければ、いずれ
のモードでもアライメントモードをＤ／Ｄモードへと変
更すれば良い。尚、ＥＧＡモードを選択したときには、
アライメントモードをＷ−ＥＧＡモード、Ｄ／Ｄモード
の順に変更しても良い。また、ステップ１０５でウエハ
が線形歪みを持つか、非線形歪みを持つかを判断する方
法の一例としては、ＥＧＡモードを適用してウエハ上の
全てのショット領域の座標位置を算出し、この座標位置
（計算値）と設計上の座標位置との差（残留誤差）をシ
ョット領域毎に求める。各ショット領域の残留誤差が十
分に小さいときには線形近似を適用できる、すなわち線
形歪みのみを持つと考えられ、逆に残留誤差が大きいと
きには非線形歪みを持つと考えれば良い。

【０１３４】さらに図１の露光シーケンスでは、ステッ
プ１０５で求めた配列誤差の特徴からＥＧＡ、Ｗ−ＥＧ
Ａ、及びＤ／Ｄモードのいずれかを選択することとした
が、例えばアライメントモードは必ずＥＧＡモードを選
択するものとしておく、すなわちステップ１０４で全て
のショット領域の座標位置を算出した後、直ちにステッ
プ１０７に移行してＥＧＡ演算を行うようにする。以
下、前述の如く各種演算条件を変更しても重ね合わせ精
度が要求精度を満足しなければ、アライメントモードを
ＥＧＡモードからＷ−ＥＧＡモードへ変更し、さらにＷ
−ＥＧＡモードでも要求精度を満足しなければＤ／Ｄモ
ードへと変更するシーケンスとしても良い。特にステッ
プ１０８で求めたＥＧＡモードでの重ね合わせ精度が要
求精度に遠く及ばないときには、各種演算条件を変更す
ることなく直ちにアライメントモードをＷ−ＥＧＡモー
ドへ変更するようにしても良い。また、ステップ１０７
で算出したショット領域の座標位置と実際の座標位置
（計測値）との差（残留誤差）が大きければ、重ね合わ
せ精度を求めるまでもなく直ちにアライメントモードを
Ｗ−ＥＧＡモードへ変更するようにしても良い。

【０１３５】また、図１中のステップ１０５では、前述
の如き配列誤差の特徴として、隣接ショット間の配列誤
差の変化量、さらにはその変化量（標準偏差）を求め、
さらにステップ１０６ではこれらの特徴を利用してアラ
イメントモードを選択していたが、例えばＥＧＡモード
を適用して前述の如きショット領域毎の残留誤差を算出
することで線形歪みと非線形歪みとを区別するようにし
ても良い。さらに、最小二乗法を適用してショット領域
毎の配列誤差を所定の関数（例えば２次以上の高次関
数、指数関数等）に近似したときの相関度を求め、この
相関度が高いときにはウエハが規則的な非線形歪みを持
つと考えられ、それ以外、すなわち相関度が低いときに
はランダム誤差を持つと考えられる。従って、上記相関
度から規則的な非線形歪みとランダム誤差（不規則な非
線形歪み）とを区別するようにしても良い。また、規則
的な非線形歪みとランダム誤差とを区別する方法として
は、ステップ１０４で求めた座標位置に対してＷ₁-ＥＧ
Ａモードを適用してウエハ上の全てのショット領域の座
標位置を算出し、この座標位置（計算値）と実際の座標
位置（計測値）との差（残留誤差）をショット領域毎に
求める。そして、各ショット領域の残留誤差が十分に小
さいときには規則的な非線形歪みを持つと考え、逆に残
留誤差が大きいときにはランダム誤差を持つと考えれば
良い。

【０１３６】ところで、ＥＧＡモードやＷ−ＥＧＡモー
ドではサンプルショット配置、信号処理条件、パラメー
タＳの値等を適宜変更して、各モードでの重ね合わせ精
度が要求精度を満足するようにしたが、例えばアライメ
ントセンサ、さらに必要ならば信号処理条件までも変更
することで要求精度を満足させるようにしても良い。ま
た、１枚のウエハ上のショット領域の座標位置を決定す
る際、２種類のアライメントセンサ、例えばＬＳＡ系と
ＦＩＡ系との各々を用いて全てのサンプルショットの座
標位置を計測し、さらに最小二乗法を用いてパラメータ
ａ〜ｆを算出した後、２組のパラメータａ〜ｆを用いて
ショット領域の座標位置を決定する。具体的には、ＬＳ
Ａ系の計測結果から算出したパラメータａ〜ｆから上記
６つの変数要素を決定し、さらにＦＩＡ系の計測結果か
ら算出したパラメータａ〜ｆから上記６つの変数要素、
特にスケーリングパラメータＲｘ、Ｒｙを決定する。そ
して、ＬＳＡ系のスケーリングパラメータをＦＩＡ系の
スケーリングパラメータに置換した上で、当該スケーリ
ングパラメータＲｘ、ＲｙとＬＳＡ系の残りの４つの変
数要素（Ｏｘ、Ｏｙ、θ、ω）とを用いてパラメータａ
〜ｆを決定し、当該パラメータのもとでショット領域の
座標位置を算出する。以上のように、２種類のアライメ
ントセンサを使い分けてパラメータａ〜ｆを決定して
も、重ね合わせ精度を向上させることができる。従っ
て、ＥＧＡ、又はＷ−ＥＧＡモードでの重ね合わせ精度
が要求精度を満足しなければ、前述の如く演算条件を変
更する他、２種類以上のアライメントセンサを使い分け
てパラメータａ〜ｆを決定するようにしても良い。但
し、２種類以上のアライメントセンサの各々でサンプル
ショット配置、特にＷ−ＥＧＡモードではパラメータＳ
の値までも同一としておく。

【０１３７】また、以上の実施例ではアライメントセン
サとしてＬＳＡ系を用いる場合について述べたが、ＥＧ
Ａ、Ｗ−ＥＧＡ、及びＤ／Ｄモードのいずれのモードで
も、いかなる方式のアライメントセンサを用いても構わ
ない。すなわち、ＴＴＲ方式、ＴＴＬ方式、またはオフ
アクシス方式のいずれの方式であっても、さらにはその
検出方式が上記の如きＬＳＡ方式、ＦＩＡ系２０の如き
画像処理方式、あるいはＬＩＡ系３０の如き２光束干渉
方式のいずれであっても構わない。さらに、本発明の位
置合わせ方法は、露光装置においてソフトウエア、ハー
ドウエアのいずれで実現しても良い。また、本発明はス
テップアンドリピート方式、ステップアンドスキャン方
式、またはプロキシミティー方式の露光装置（投影型露
光装置、Ｘ線露光装置等）を始めとする各種方式の露光
装置以外にも、リペア装置、ウエハプローバ等に対して
も全く同様に適用できる。

【０１３８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、スループ
ットの低下を最小限に抑えつつ、ロット毎に最適なアラ
イメントモードを選択して位置合わせを行うことがで
き、常に良好な位置合わせ精度（重ね合わせ精度）を得
ることが可能となる。特に統計演算を使用するアライメ
ントモードではその演算条件、例えばサンプルショット
配置等の最適化までも行うことが可能となる。また、ア
ライメントモードの選択や演算条件の最適化に際して、
パイロットウエハに対する試し焼きが不要となり、スル
ープットの向上と作業者の負荷の低減が図れるという利
点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による位置合わせ方法の一例を
示すフローチャート図。

【図２】本発明の実施例による位置合わせ方法の一例を
示すフローチャート図。

【図３】本発明の位置合わせ装置を備えた投影露光装置
の概略構成を示す図。

【図４】図３に示した投影露光装置の制御系のブロック
図。

【図５】ＥＧＡモードに好適なサンプルショット群を示
す図。

【図６】Ｗ−ＥＧＡモードに好適なサンプルショット群
を示す図。

【図７】ＥＧＡモードからＷ−ＥＧＡモードへ変更する
ときに好適なサンプルショット群を示す図。

【図８】アライメントモードの選択時に使用される配列
誤差の特徴を説明する図。

【図９】ｋ枚目以降の露光シーケンスの変形例を示すフ
ローチャート図。

【図１０】１枚目のウエハ上の各ショット領域の配列誤
差を示すベクトルマップ。

【図１１】ｋ枚目のウエハ上の各サンプルショットの配
列誤差を示すベクトルマップ。

【図１２】１枚目のウエハ上のショット領域の配列誤差
を基準としたときのｋ枚目のウエハ上の各サンプルショ
ットの配列誤差の変化量を示すベクトルマップ。

【図１３】Ｗ₁-ＥＧＡモードの原理説明に供する図。

【図１４】Ｗ₂-ＥＧＡモードの原理説明に供する図。

【図１５】Ｗ−ＥＧＡモードを適用すべき非線形歪みの
説明に供する図。

【図１６】ＬＳＡ系によるマーク位置計測の様子を説明
する図。

【図１７】ＦＩＡ系によるマーク位置計測の様子を説明
する図。

【図１８】ＬＩＡ系によるマーク位置計測の様子を説明
する図。

【符号の説明】

１７ＬＳＡ系４１ＬＳＡ演算ユニット５０１アライメントデータ記憶部５０２ＥＧＡ演算ユニット５０５演算部５０６記憶部５０７重み発生部５０８シーケンスコントローラＷＳウエハステージ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｎ（Ｎ≧２なる整数）枚の基板毎に、該
基板上に配列された複数の処理領域の各々を、前記基板
の移動位置を規定する静止座標系内の所定の基準位置に
対して位置合わせする方法において、ｋ（２≦ｋ≦Ｎなる整数）枚目の基板上の複数の処理領
域の各々を前記基準位置に位置合わせするのに先だっ
て、（ｋ−１）枚目までの基板のうち少なくとも１枚に
ついては、該基板上の複数の処理領域のうち予め選択された複数の
計測領域の各々の前記静止座標系上での計測位置を計測
するとともに、該複数の計測位置に基づいて前記複数の
処理領域の配列誤差の特徴を算出する第１工程と、前記基板上の複数の処理領域の配列誤差に対処するため
の複数の位置合わせモードの中から、前記算出した配列
誤差の特徴に応じた位置合わせモードを選択する第２工
程と、を行い、前記複数の位置合わせモードには、前記複数の処理領域
の配列に関する誤差パラメータを算出する際に前記各計
測領域の配置に応じて各計測位置に重み付けした上で該
計測位置を用いて統計処理を行う重み付け位置合わせモ
ードが含まれており、前記第２工程では、前記計測され
た基板が前記第１工程で算出された前記配列誤差の特徴
に基づいて規則的な非線形歪みを持つと判別された場合
には前記重み付け位置合わせモードを選択するように
し、前記ｋ枚目の基板上の複数の処理領域の各々を前記基準
位置に位置合わせする際には、前記第２工程で選択され
た前記位置合わせモードを用いて、前記ｋ枚目の基板上
の複数の処理領域の各々を前記基準位置に位置合わせす
ることを特徴とする位置合わせ方法。
【請求項２】前記（ｋ−１）枚目までに含まれる少な
くとも１枚の当該基板については、その当該基板上のほ
ぼ全ての処理領域の前記静止座標系上での座標位置を計
測するとともに、該複数の座標位置に基づいて前記複数
の処理領域の配列誤差の特徴を算出し、前記基板上の複数の処理領域の配列誤差に対処するため
の複数の位置合わせモードの中から、前記算出した配列
誤差の特徴に応じた位置合わせモードを選択し、該選択
した位置合わせモードを用いて前記当該基板上の複数の
処理領域の各々を前記基準位置に位置合わせすることを
特徴とする請求項１に記載の位置合わせ方法。
【請求項３】前記複数の位置合わせモードのうちの１
つは、前記基板上の複数の処理領域のうち予め特定処理
領域として選択した少なくとも３つの処理領域の前記静
止座標系上での座標位置を計測し、該計測した複数の座
標位置を統計演算することによって、前記基板上の複数
の処理領域の各々の前記静止座標系上での座標位置を算
出し、該算出した複数の処理領域の各々の座標位置に従
って前記基板の移動位置を制御するモードであり、該モードを選択して使用するときには、前記基板上のほ
ぼ全ての処理領域の座標位置を用いて、予め前記基板上
の複数の処理領域の中から前記特定処理領域を選択して
おくことを特徴とする請求項１に記載の位置合わせ方
法。
【請求項４】前記基板上の複数の処理領域は、少なく
とも３つの処理領域を１つの群とした複数の群に分割さ
れており、前記少なくとも３つの特定処理領域を選択す
るにあたっては、前記複数の群のうちの少なくとも１つ
を選択することを特徴とする請求項３に記載の位置合わ
せ方法。
【請求項５】前記重み付け位置合わせモードでは、前
記基板上の処理領域と前記複数の計測領域の各々との間
の距離に関する情報に基づいて、前記計測領域の計測位
置毎に重み付けすることを特徴とする請求項１に記載の
位置合わせ方法。
【請求項６】前記重み付け位置合わせモードでは、前
記処理領域と前記基板上の予め規定された所定の着目点
との間の距離に関する情報と、前記着目点と前記計測領
域との間の距離に関する情報とに基づいて、前記計測領
域の計測位置毎に重み付けすることを特徴とする請求項
１に記載の位置合わせ方法。
【請求項７】前記ｋ枚目の基板上の複数の処理領域の
各々を前記基準位置に位置合わせするのに先だって、前
記（ｋ−１）枚目までの基板のうちの複数枚の基板につ
いて、前記第１工程及び前記第２工程を実行し、前記複数枚の基板毎に選択された位置合わせモードが互
いに同一の位置合わせモードであった場合には、該選択
された位置合わせモードを用いて前記ｋ枚目の基板上の
複数の処理領域の各々を前記基準位置に位置合わせする
ことを特徴とする請求項１〜６のうちの何れか一項に記
載の位置合わせ方法。
【請求項８】複数の処理領域が形成された基板を保持
して２次元移動する基板ステージと、前記基板上の複数
の処理領域の各々に付随したマークを検出するためのマ
ーク検出系を有し、前記基板ステージの移動位置を規定
する静止座標系上における前記処理領域の座標位置を計
測する位置計測手段とを備え、Ｎ（Ｎ≧２なる整数）枚
の基板毎に、該基板上の複数の処理領域の各々を前記静
止座標系内の所定の基準位置に対して位置合わせする装
置において、前記マーク検出系及び前記位置計測手段によって計測さ
れる（ｋ−１）枚目（２≦ｋ≦Ｎなる整数）までの基板
のうちの少なくとも１枚の基板上の予め選択された複数
の計測領域の各々の前記静止座標系上での計測位置に基
づいて、前記複数の処理領域の配列誤差の特徴を算出す
る演算手段と；前記基板上の複数の処理領域の配列誤差に対処するため
の複数の位置合わせモードの中から、前記算出した配列
誤差の特徴に応じた位置合わせモードを選択する選択手
段と；前記ｋ枚目以降の基板上の複数の処理領域の各々を前記
基準位置に位置合わせする際には、前記選択された位置
合わせモードに従って前記基板ステージの移動位置を制
御することにより、前記ｋ枚目以降の基板毎に、該基板
上の複数の処理領域の各々を前記基準位置に位置合わせ
する制御手段と、を備え、前記複数の位置合わせモードには、前記複数の処理領域
の配列に関する誤差パラメータを算出する際に前記各計
測領域の配置に応じて各計測位置に重み付けした上で該
計測位置を用いて統計処理を行う重み付け位置合わせモ
ードが含まれており、前記選択手段は、前記計測された基板が前記演算手段で
算出された前記配列誤差の特徴に基づいて規則的な非線
形歪みを持つと判別された場合には前記重み付け位置合
わせモードを選択することを特徴とする位置合わせ装
置。
【請求項９】Ｎ（Ｎ≧２なる整数）枚の基板毎に、該
基板上に配列された複数の処理領域の各々を、前記基板
の移動位置を規定する静止座標系内の所定の基準位置に
対して位置合わせする方法において、ｋ（２≦ｋ≦Ｎなる整数）枚目の基板上の複数の処理領
域の各々を前記基準位置に位置合わせするのに先だって
（ｋ−１）枚目までの基板のうちの少なくとも１枚につ
いては、該基板上の予め選択された複数の計測領域の各
々の前記静止座標系上での位置情報を計測する第１工程
と、前記第１工程で計測された前記複数の計測領域の位置情
報と、該計測領域に対応する設計上の位置情報とを統計
処理して、前記複数の処理領域の配列に関するパラメー
タを算出するとともに、その算出されたパラメータと前
記設計上の位置情報とに基づき算出された計算上の位置
情報と前記計測された位置情報とに基づいて前記複数の
計測領域毎の残留誤差情報を算出する第２工程と、前記第２工程にて算出された前記残留誤差情報に基づい
て、ｋ枚目の基板上における複数の処理領域の配列誤差
の特徴を求めるのに必要な前記複数の計測領域を選択す
る第３工程と、を含み、前記ｋ枚目の基板上の、前記第３工程で選択された計測
領域の前記静止座標系上での位置情報を計測し、該計測
結果に基づいて前記ｋ枚目の基板上の複数の処理領域の
各々を前記基準位置に位置合わせすることを特徴とする
位置合わせ方法。
【請求項１０】基板上に配列された複数の処理領域の
各々を、前記基板の移動位置を規定する静止座標系内の
所定の基準位置に対して位置合わせする方法において、前記基板上の複数の処理領域の各々を前記基準位置に位
置合わせするのに先だって、先行する少なくとも１枚の
基板上の、予め選択された複数の計測領域の各々の前記
静止座標系上での位置情報を計測する第１工程と、前記第１工程で計測された前記複数の計測領域の位置情
報と、該計測領域に対応する設計上の位置情報とを統計
処理して、前記複数の処理領域の配列に関するパラメー
タを算出するとともに、その算出されたパラメータと前
記設計上の位置情報とに基づき算出された計算上の位置
情報と前記計測された位置情報とに基づいて前記複数の
計測領域毎の残留誤差情報を算出する第２工程と、前記第２工程にて算出された前記残留誤差情報に基づい
て、前記複数の処理領域の配列誤差の特徴を求めるのに
必要な前記複数の計測領域を選択する第３工程と、を含
み、前記第３工程で選択された計測領域の前記静止座標系上
での位置情報の計測結果に基づいて、前記基板上の複数
の処理領域の各々を前記基準位置に位置合わせすること
を特徴とする位置合わせ方法。
【請求項１１】前記第３工程では、前記残留誤差情報
に基づき定義される重ね合わせ精度が所定の精度を満た
すことができる計測領域を選択することを特徴とする請
求項９又は１０に記載の位置合わせ方法。
【請求項１２】前記第３工程では、前記複数の計測領
域の数及び／又は配置が互いに異なる複数組の、予め用
意された計測領域群の中から、１つ又は複数の計測領域
群を選択することを特徴とする請求項９〜１１のうちの
いずれか一項に記載の位置合わせ方法。
【請求項１３】前記第１工程では、前記基板上に配列
された複数の処理領域の全てを前記計測領域として計測
することを特徴とする請求項９〜１２のうちのいずれか
一項に記載の位置合わせ方法。
【請求項１４】請求項１〜７、または請求項９〜１３
のうちのいずれか一項に記載の位置合わせ方法を用いて
位置合わせされた前記基板上の前記複数の処理領域上
に、マスク上に形成されたパターンを順次転写する露光
工程を含むことを特徴とする露光方法。
【請求項１５】複数の処理領域が形成された基板を保
持して２次元移動する基板ステージと、前記基板上の複
数の処理領域の各々に付随したマークを検出するための
マーク検出系と、前記基板ステージの移動位置を規定す
る静止座標系上における前記処理領域の位置情報を計測
する位置計測手段とを備え、Ｎ（Ｎ≧２なる整数）枚の
基板毎に、該基板上の複数の処理領域の各々を前記静止
座標系内の所定の基準位置に対して位置合わせする装置
において、前記マーク検出系及び前記位置計測手段を用いて計測さ
れる（ｋ−１）枚目（２≦ｋ≦Ｎなる整数）までの基板
のうちの少なくとも１枚の基板上の予め選択された複数
の計測領域の各々の前記静止座標系上での位置情報を計
測する計測手段と、前記計測手段で計測された前記複数の計測領域の位置情
報と、該計測領域に対応する設計上の位置情報とを統計
処理して、前記複数の処理領域の配列に関するパラメー
タを算出するとともに、その算出されたパラメータと前
記設計上の位置情報とに基づき算出された計算上の位置
情報と前記計測された位置情報とに基づいて前記複数の
計測領域毎の残留誤差情報を算出する演算手段と、前記演算手段で算出された前記残留誤差情報に基づい
て、ｋ枚目の基板上における複数の処理領域の配列誤差
の特徴を求めるのに必要な前記複数の計測領域を選択す
る選択手段と、を有し、前記ｋ枚目の基板上の、前記選択手段で選択された計測
領域の前記静止座標系上での位置情報を計測し、該計測
結果に基づいて前記ｋ枚目の基板上の複数の処理領域の
各々を前記基準位置に位置合わせすることを特徴とする
位置合わせ装置。
【請求項１６】複数の処理領域が形成された基板を保
持して２次元移動する基板ステージと、前記基板上の複
数の処理領域の各々に付随したマークを検出するための
マーク検出系と、前記基板ステージの移動位置を規定す
る静止座標系上における前記処理領域の位置情報を計測
する位置計測手段とを備え、該基板上の複数の処理領域
の各々を前記静止座標系内の所定の基準位置に対して位
置合わせする装置において、前記基板上の複数の処理領域の各々を前記基準位置に位
置合わせするのに先だって、先行する少なくとも１枚の
基板上の、予め選択された複数の計測領域の各々の前記
静止座標系上での位置情報を、前記マーク検出系及び前
記位置計測手段を用いて計測する計測手段と、前記計測手段で計測された前記複数の計測領域の位置情
報と、該計測領域に対応する設計上の位置情報とを統計
処理して、前記複数の処理領域の配列に関するパラメー
タを算出するとともに、その算出されたパラメータと前
記設計上の位置情報とに基づき算出された計算上の位置
情報と前記計測された位置情報とに基づいて前記複数の
計測領域毎の残留誤差情報を算出する演算手段と、前記演算手段にて算出された前記残留誤差情報に基づい
て、前記複数の処理領域の配列誤差の特徴を求めるのに
必要な前記複数の計測領域を選択する選択手段と、を有
し、前記選択手段で選択された計測領域の前記静止座標系上
での位置情報の計測結果に基づいて、前記基板上の複数
の処理領域の各々を前記基準位置に位置合わせすること
を特徴とする位置合わせ装置。
【請求項１７】請求項８または請求項１５または請求
項１６に記載の位置合わせ装置を有するとともに、前記
位置合わせ装置を用いて位置合わせされた前記基板上の
前記複数の処理領域上に、マスク上に形成されたパター
ンを順次転写することを特徴とする露光装置。