JPH04324615A - 位置合わせ装置及び位置合わせ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

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

【０００２】

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

【０００３】現在、ステッパーのアライメント方式は、
例えば特開昭６１−４４４２９号公報、または特開昭６
２−８４５１６号公報に開示されているように、拡張さ
れたウエハ・グローバル・アライメント（以下、エンハ
ンスメント・グローバル・アライメント：ＥＧＡと呼ぶ
）が主流となっている。ＥＧＡ方式とは、１枚のウエハ
に対して重ね合わせ露光を行うのに先立ち、ウエハ上に
形成された複数のショット領域のうち、例えばウエハの
中心及びその外周付近に位置する７つのショット領域を
指定し、各ショット領域に付随した２組（Ｘ、Ｙ方向）
の位置合わせ用のマークの位置をアライメントセンサー
にて計測（サンプルアライメント）する。しかる後、こ
れらマークの位置計測値と設計値とに基づいて、ウエハ
上のショット領域の配列特性に関する誤差パラメータ、
すなわちウエハ中心位置のオフセット（Ｘ、Ｙ方向）、
ウエハの伸縮度（Ｘ、Ｙ方向）、ウエハの残存回転量、
及びウエハステージの直交度（またはショット配列の直
交度）の計６つのパラメータを統計的手法（最小二乗法
等）により決定する。そして、この決定されたパラメー
タの値に基づいて、ウエハ上の全てのショット領域に対
してその設計上の座標値を補正し、この補正された座標
値にウエハが位置するように、順次ウエハステージをス
テッピングさせていく方式である。

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

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

【０００６】

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

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

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる問題点を解決する
ため本発明においては、複数の被加工領域〔ショット領
域ＳＡｎ　〕が所定の配列座標に従って２次元的に形成
された基板〔ウエハＷ〕を保持して２次元移動する基板
ステージ〔ウエハステージ３〕と、基板ステージの移動
位置を規定する静止座標系〔直交座標系ＸＹ〕内の所定
位置〔原点Ｏ〕に加工中心点〔投影光学系１の光軸ＡＸ
〕を有し、基板上の複数の被加工領域のうち任意の１つ
の被加工領域を加工する加工手段〔投影光学系１及び照
明光学系１１〜１８〕と、静止座標系ＸＹ上で加工中心
点に対して一定の位置関係で設定された検出中心点〔ス
ポット光ＬＸＳ、ＬＹＳ〕を有し、基板上の複数の被加
工領域の夫々に付随したマークＭｘ、Ｍｙのうち、予め
選ばれた少なくとも２つの特定被加工領域の夫々に付随
したマークを特定マークとして検出するためのマーク検
出手段〔Ｘ、Ｙ−ＬＳＡ系〕と、マーク検出手段の検出
中心点と特定マークの夫々とが一致するように基板ステ
ージを移動させた時の静止座標系ＸＹ上における座標位
置を計測する座標計測手段〔干渉計９、１０〕と、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、基
板上の複数の被加工領域の夫々の位置を静止座標系ＸＹ
上の座標位置として算出する統計演算手段〔ＥＧＡ演算
ユニット５０２〕とを備え、この算出された複数の被加
工領域の夫々の座標位置に従って基板ステージの移動位
置を制御することによって、基板上の複数の被加工領域
の夫々を順次加工手段の加工中心点に対して位置合わせ
する装置において、基板上の複数の被加工領域のうち、
評価用の少なくとも１つの被加工領域を設定し、加工手
段によって評価用の被加工領域を加工した際の加工中心
点に対する評価用の被加工領域の位置ずれ量（ΔＶ）と
、統計演算手段によって算出された評価用の被加工領域
の計算上の座標位置（ＤＥＧ）とに基づいて、評価用の
被加工領域の実際の座標位置（ＭＶＥ）と計算上の座標
位置（ＤＥＧ）との位置ずれベクトル（ｖ）を算出する
第１計算手段〔演算部５０５〕と；マーク検出手段と座
標計測手段とによって、評価用の被加工領域に付随した
マークの位置を計測することで、評価用の被加工領域の
計測上の座標位置（ＭＡＬ）を求める手段〔ＬＳＡ演算
ユニット６０〕と；計測上の座標位置（ＭＡＬ）と位置
ずれベクトル（ｖ）とに基づいて、実際の座標位置（Ｍ
ＶＥ）と計測上の座標位置（ＭＡＬ）との位置ずれベク
トル（ｅ）と、計測上の座標位置（ＭＡＬ）と計算上の
座標位置（ＤＥＧ）との位置ずれベクトル（ａ）とを算
出する第２計算手段〔演算部５０５〕と；２つの位置ず
れベクトル（ｖ）、（ｅ）のベクトル和が位置ずれベク
トル（ａ）になるように、３つの位置ずれベクトル（ｖ
）、（ｅ）、（ａ）の線図を表示する表示手段〔表示装
置６４〕と；マーク検出手段と座標計測手段とによって
測定されるマークの座標位置、もしくは統計演算手段の
演算パラメータの一部を計算上で修正する手段〔ＬＳＡ
演算部６０、もしくはＥＧＡ演算ユニット５０２〕とを
設け、上記修正が行われるたびに３つの位置ずれベクト
ル（ｖ）、（ｅ）、（ａ）の線図を表示手段に表示する
こととした。

【０００９】

【作用】本発明では、複数の被加工領域が２次元的に形
成された基板上において、■評価用の被加工領域の実際
の座標位置（ＭＶＥ）と、マーク検出手段と座標計測手
段とによって求められる計測上の座標位置（ＭＡＬ）と
が必ずしも一致しないこと、■評価用の被加工領域の計
測上の座標位置（ＭＡＬ）と、統計演算によって算出さ
れる計算上の座標位置（ＤＥＧ）との関係（換言すれば
、統計演算手段の演算パラメータ）が、複数の被加工領
域の中から選択した評価用の被加工領域の基板上での位
置に応じて変動し得ることに着目し、被加工領域の実際
の座標位置（ＭＶＥ）に対する計算上の座標位置（ＤＥ
Ｇ）のずれ、すなわち重ね合わせ誤差（ベクトルｖ）を
、マーク位置（座標値）の検出時に生じ得る誤差（ベク
トルｅ）と、統計演算において評価用の被加工領域の基
板上での位置（またはその数）に対応して生じる誤差（
ベクトルａ）とに分けて解析することとした。さらに、
修正手段によってマーク位置、もしくは演算パラメータ
の一部を計算上で修正するとともに、この修正が行われ
るたびに３つの位置ずれベクトル（ｖ）、（ｅ）、（ａ
）の線図を表示手段に表示することとした。

【００１０】このため、アライメント精度の評価ととも
に、マーク位置検出における信号処理条件（例えばスラ
イスレベル）や統計演算におけるショット配置（例えば
、評価用の被加工領域の位置、または数）を変更（修正
）し、各条件下でのベクトル（ｖ）、（ｅ）、（ａ）の
シミュレーションを実行することにより、各条件がアラ
イメント精度上でどのような向上をもたらすかを解析す
ることができる。

【００１１】

【実施例】図２は本発明の位置合わせ装置を備えた縮小
投影型露光装置（ステッパー）の概略的な構成を示す斜
視図、図３は図２に示すステッパーの照明光学系の概略
的な構成を示す斜視図である。図３に示すように、超高
圧水銀灯１１から発生する所定波長域の照明光（ｇ線、
ｉ線等）は楕円鏡１２で反射された後、コールドミラー
１３で反射されて楕円鏡１２の第２焦点上に集光される
。さらに、コリメータレンズ等を含む集光光学系１４、
及びオプチカルインテグレータ（フライアイレンズ群）
１５を通過し、光束の一様化等が行われた照明光は、リ
レーレンズ系１６を介してミラー１７に至り、ここでほ
ぼ垂直に下方に反射された後、コンデンサーレンズ１８
を介してレチクルＲをほぼ均一な照度で照明する。尚、
露光用照明光源としてＫｒＦエキシマレーザ光源等を用
いても構わない。

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

【００１３】ところで、本実施例では図４に示すような
２組のパターン群（主尺パターンＲＰ１　と副尺パター
ンＲＰ２　）が、例えばレチクルＲの中心点ＲＣの近傍
に、Ｙ方向に所定間隔ΔＹだけ離れて形成されている。 尚、図４に示す如き２組のパターン群の構成等について
は、例えば特公昭６３−３８６９７号公報に開示されて
いる。図４において、格子パターン７０ｘはＸ方向に一
定ピッチで設けられ、格子パターン７０ｙはＹ方向にパ
ターン７０ｘと同一ピッチで設けられている。格子パタ
ーン７０ｘ、７０ｙの各々には、パターンの中央を０と
して正、負方向に２、４、６、８と目安となる数字が打
たれている。格子パターン７１ｘ、７１ｙは格子パター
ン７０ｘ、７０ｙの補助として設けられたもので、ここ
では荒いバーニアとして働く。以上、４つの格子パター
ンによって主尺パターンＲＰ１　が構成されるが、格子
パターン７１ｘ、７１ｙは特に設けずとも良い。また、
副尺パターンＲＰ２　を成す格子パターン８０ｘ、８０
ｙは、そのピッチが格子パターン７０ｘ、７０ｙのピッ
チよりもわずかに大きいピッチに定められるとともに、
各バーマークは主尺パターンＲＰ１　と副尺パターンＲ
Ｐ２　とを重ね合わせた時に格子パターン７０ｘ、７０
ｙの各バーマークの間に挟まるように形状決めされてい
る。荒いバーニアとして働く格子パターン８１ｘ、８１
ｙについても同様に、格子パターン７１ｘ、７１ｙのピ
ッチよりもわずかに大きいピッチに定められるとともに
、各バーマークは格子パターン７１ｘ、７１ｙの各バー
マークの間に挟まるように形状決めされている。

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

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

【００１６】さらに、ステッパーにはマーク検出可能範
囲（サーチ範囲）が広く、高速アライメント計測が可能
なＴＴＬ（Ｔｈｒｏｕｇｈ　Ｔｈｅ　Ｌｅｎｓ）方式の
レーザ・ステップ・アライメント（ＬＳＡ）系が設けら
れている。尚、ＬＳＡ系の構成等については、例えば特
開昭６０−１３０７４２号、または先に述べた特開平２
−５４１０３号公報に開示されているので、ここでは簡
単に説明する。

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

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

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

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

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

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

【００２３】さて、記憶部５０６はＥＧＡ演算ユニット
５０２からの演算パラメータ、及びショット領域の計算
上の配列座標値ＤＥＧｎ　と、入力装置６３からの入力
データ等を記憶する。また、演算部５０５は記憶部５０
６に記憶されたデータ（ショット領域の計算上の配列座
標値ＤＥＧｎ　、バーニア計測値ΔＶ）と、ＡＬＧデー
タ記憶部５０１に記憶されたショット領域の計測上の配
列座標値ＭＡＬｎ　とに基づき、ウエハ上のショット領
域毎にその重ね合わせ誤差（ベクトルｖ）を解析、すな
わちマーク位置検出時に生じる誤差（ベクトルｅ）と、
サンプルアライメントすべきショット領域のウエハ上で
の位置（またはその数）に対応して統計演算時に生じる
誤差（ベクトルａ）とに分けて解析するとともに、その
解析結果（すなわち、後述の位置ずれベクトルｖ、ｅ、
ａの線図）を表示装置６４に表示する。さらに演算部５
０５は、重ね合わせ誤差の解析結果に応じて、ＬＳＡ演
算ユニット６０（またはＦＩＡ演算ユニット６１）にお
ける信号処理条件（例えば、波形解析アルゴリズム、ア
ルゴリズム・スライスレベル等）と、ＥＧＡ演算ユニッ
ト５０２におけるＥＧＡショット配置（すなわちサンプ
ルアライメントすべきショット領域の位置、数）とを計
算上で変更（修正）し、シミュレーションにより各条件
のもとでのベクトル（ｖ）、（ｅ）、（ａ）を算出する
（詳細後述）。また、演算部５０５におけるシミュレー
ション結果（３つの位置ずれベクトルｖ、ｅ、ａの線図
）は、信号処理条件またはＥＧＡショット配置に関する
条件が変更されるたびに表示装置６４に表示される。従
って、オペレータは表示装置６４に表示される線図から
、上記条件がアライメント精度上でどのような向上をも
たらすかを知ることができる。また、オペレータは上記
結果から信号処理条件とＥＧＡショット配置の各々の最
適な条件を求め、この条件を入力装置６３からステッパ
ー（演算部５０５）に入力することによって、ＬＳＡ演
算ユニット６０とＥＧＡ演算ユニット５０２に対して最
適な処理条件を設定することが可能となっている。尚、
上記条件の変更は、演算部５０５からの指令に基づいて
、ＬＳＡ演算ユニット６０とＥＧＡ演算ユニット５０２
とがそれぞれ行っている。

【００２４】次に、図５を参照して本実施例における重
ね合わせ誤差の解析方法について説明する。図５は本実
施例の動作の一例を示す概略的なフローチャート図であ
る。尚、本実施例ではＸ、Ｙ−ＬＳＡ系を用いてＥＧＡ
方式のアライメントを行う場合に生じる重ね合わせ誤差
を解析するものとする。さて、図２に示したステッパー
において、シーケンスコントローラ５０４はＥＸＰショ
ットマップデータ部５０３に格納された情報、すなわち
ショット領域ＳＡｎ　の設計上の配列座標値（Ｄｘｎ、
Ｄｙｎ）に従ってウエハステージ３をステッピングさせ
、レチクルＲのパターン（図４中に示した主尺パターン
ＲＰ１　）をウエハＷ上に順次転写していく（ステップ
１００）。

【００２５】１ｓｔ露光が終了したウエハＷはステッパ
ーから搬出された後、不図示のコータディベロッパーに
おいて現像処理等が施される。この結果、図６に示すよ
うにウエハＷ上には、複数の回路パターン（ショット領
域ＳＡｎ　）とアライメントマークＭｘ、Ｍｙとがマト
リックス状に形成される。さらに、表面にレジスト層が
形成されたウエハＷはステッパーに搬入され、ウエハス
テージ３上にローディングされる。この際、ステッパー
の内部ではショット領域ＳＡｎ　に対する重ね合わせ（
２ｎｄ）露光に備え、上記ウエハ処理と並行して、レチ
クルＲをＹ方向にΔＹだけシフトさせる。レチクルＲは
、干渉計２１、２２からの位置計測信号に応じてレチク
ルステージ１９をサーボ制御することにより移動される
。この結果、レチクルＲは正確にΔＹだけシフトし、副
尺パターンＲＰ２　（図４）が１ｓｔ露光時の主尺パタ
ーンＲＰ１の座標位置に位置決めされることになる（ス
テップ１０１）。

【００２６】さて、ウエハステージ３上にローディング
されたウエハＷは、まず機械的なプリアライメント装置
（不図示）によって数十μｍ以下の精度で載置される。 次に、シーケンスコントローラ５０４はＦＩＡ系２０及
びＸ−ＬＳＡ系を用い、ウエハＷのプリアライメントを
実行する。まず、ＦＩＡ系２０はウエハＷの外周付近に
、かつウエハ中心に関してほぼ左右（Ｙ軸）対称な位置
に形成された２つのショット領域（例えば、図６中のシ
ョット領域ＳＡ１１、ＳＡ１２）のＹ方向の位置を検出
する。一方、Ｘ−ＬＳＡ系はウエハＷの外周付近に、か
つ上記２つのショット領域ＳＡ１１、ＳＡ１２からほぼ
等距離にあるショット領域（例えば、図６中のショット
領域ＳＡ１３）のＸ方向の位置を検出する。さらにシー
ケンスコントローラ５０４は、ＡＬＧデータ記憶部５０
１に格納された３つのショット領域のマーク位置情報に
基づいて、干渉計９、１０により規定される直交座標系
ＸＹに対するウエハＷの位置ずれ量（回転誤差を含む）
を算出する。しかる後、この位置ずれ量に応じてウエハ
ホルダ２及びウエハステージ３を駆動することにより、
ウエハＷのプリアライメントが終了する。この結果、レ
チクルＲとウエハＷ（ショット領域ＳＡｎ）との相対的
な位置ずれが１μｍ以下の精度で補正されることになる
（ステップ１０２）。

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

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

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

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

【００３１】

【数１】

【００３２】尚、変換行列Ａ、Ｏは以下の数式２、３で
表される。

【００３３】

【数２】

【００３４】

【数３】

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

【００３６】

【数４】

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

【００３８】次に、シーケンスコントローラ５０４は先
の配列座標値（ＤＥＧｘｎ、ＤＥＧｙｎ）に従ってウエ
ハステージ３をステッピングさせていき、ウエハＷ上の
ショット領域ＳＡｎ　毎にレチクルパターンの投影像を
重ね合わせて露光を行う（２ｎｄ露光）。この結果、１
ｓｔ露光で形成された主尺パターンに対して副尺パター
ンが重ね合わされて転写されることになる（ステップ１
０６）。

【００３９】２ｎｄ露光が終了したウエハＷはステッパ
ーから搬出されて、現像処理等が施されると、各ショッ
ト領域ＳＡｎ　の中心付近には主尺パターンＲＰ１　と
副尺パターンＲＰ２　とが重なったバーニアが形成され
る。しかる後、ウエハＷは別設の観察装置（不図示）に
搬入され、ここでショット領域毎に主尺パターンＲＰ１
　と副尺パターンＲＰ２　とのＸ、Ｙ方向の位置ずれ量
ΔＶｘ、ΔＶｙを計測する（ステップ１０７）。このよ
うに計測されたショット領域毎のずれ量ΔＶｘ、ΔＶｙ
は、オペレータにより入力装置６３を介して記憶部５０
６に入力される（ステップ１０８）。尚、バーニア計測
は光学的に行っても、目視により行っても良く、その装
置構成、測定方法はいかなるものであっても構わない。 また、本実施例ではオペレータがバーニア計測値（ΔＶ
ｘ、ΔＶｙ）を主制御装置５０に入力するものとしたが
、例えばＦＩＡ系２０を用いてバーニアの観察、計測を
行うように構成しても良く、この場合にはオペレータが
データを入力する手間が省けるといった利点がある。

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

【００４１】さらに演算部５０８は、記憶部５０９に格
納された２ｎｄショット領域の実際の配列座標値（ＤＥ
Ｇｘｎ、ＤＥＧｙｎ）、及び１ｓｔショット領域の真の
配列座標値（ＭＶＥｘｎ、ＭＶＥｙｎ）と、ＡＬＧデー
タ記憶部５０１に格納された１ｓｔショット領域の計測
上の配列座標値（ＭＡＬｘｎ、ＭＡＬｙｎ）とに基づい
て、１ｓｔショット領域ＳＡ１ｓｔ　と２ｎｄショット
領域ＳＡ２ｎｄ　との重ね合わせ誤差（ベクトルｖ）を
ショット領域毎に解析し、この解析結果を表示装置６４
に表示する（ステップ１１０）。この様子を図９を参照
して簡単に説明する。図９において、点Ｄは１ｓｔショ
ット領域の設計上の露光位置（座標値Ｄｘｎ、Ｄｙｎ）
、点Ｍａは１ｓｔショット領域（点線）の計測上の露光
位置（座標値ＭＡＬｘｎ、ＭＡＬｙｎ）、点ＤＥＧは２
ｎｄショット領域ＳＡ２ｎｄ　の実際の露光位置（座標
値ＤＥＧｘｎ、ＤＥＧｙｎ）、点Ｍｖは１ｓｔショット
領域ＳＡ１ｓｔ　の真の露光位置（座標値ＭＶＥｘｎ、
ＭＶＥｙｎ）を表している。

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

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

【００４４】ここで、図９に示す如く本実施例では、重
ね合わせ誤差（ベクトルｖ）をＬＳＡ誤差（ベクトルｅ
）とＥＧＡ誤差（ベクトルａ）とに分類できる。従って
、重ね合わせ誤差（ベクトルｖ）を最小にするには、Ｌ
ＳＡ誤差（ベクトルｅ）とＥＧＡ誤差（ベクトルａ）の
各々を最小にする、換言すればＬＳＡ演算ユニット６０
での信号処理条件（例えば、アルゴリズム・スライスレ
ベルの電圧値等）とＥＧＡ演算ユニット５０２でのＥＧ
Ａショット配置（ここで、ＥＧＡショット配置とは変換
行列Ａ、Ｏを決定するのに必要な複数のショット領域の
ウエハ上での位置や数を指す）の各々を最適化すれば良
いことがわかる。そこで、本実施例では信号処理条件と
ＥＧＡショット配置の各々についてその条件を変更しな
がら、各条件でのＬＳＡ誤差やＥＧＡ誤差をシミュレー
ションにより求めることによって、信号処理条件とＥＧ
Ａショット配置の最適化を行うものとする。これに伴い
、本実施例では予めオペレータによって指定された複数
の信号処理条件、及びＥＧＡショット配置の条件が記憶
部５０６に格納されているものとする。

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

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

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

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

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

【００５０】ところで、ステップ２００〜２０３を繰り
返し実行し、全ての信号処理条件でシミュレーションを
行っても、ＬＳＡ誤差が小さくならないことがある。ま
たは、上記の如く最適条件として設定された処理条件の
もとでも、ＬＳＡ誤差がわずかしか小さくならならいこ
とがある。そこで、演算部５０５は最適条件のもとで算
出された各ショット領域でのＬＳＡ誤差（記憶部５０６
に格納されている）に基づいて、さらに詳しくＬＳＡ誤
差を解析する必要があるか否かを判断し（ステップ２０
５）、シミュレーションを繰り返してもＬＳＡ誤差が小
さくならない場合には、ＬＳＡ誤差の解析が必要と判断
して、次のステップ２０６に進む。一方、上記の如き信
号処理条件の最適化によって各ショット領域でのＬＳＡ
誤差が十分小さくなっている場合には、直ちにステップ
２０８へ進む。ここで演算部５０５は、例えば全てのシ
ョット領域でのＬＳＡ誤差から標準偏差（または平均値
）を求め、この値が所定値を超えているか否かによって
判断するようにして構わない。尚、本実施例ではＬＳＡ
誤差が小さくならなかったものとして、次のステップ２
０６に進むものとする。従って、ＬＳＡ演算ユニット６
０における信号処理条件は任意の条件、例えば初期条件
（ステップ１０３での条件）、またはステップ２００〜
２０２において最後に行われたシミュレーションでの処
理条件に設定されていることになる。また、ここでは演
算部５０５がＬＳＡ誤差の解析の要否を判断していたが
、オペレータが表示装置６４に表示される各条件でのＬ
ＳＡ誤差を観察してその解析の要否を判断するようにし
ても良い。

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

【００５２】そこで、演算部５０５はショット領域の真
の配列座標値（ＭＶＥｘｎ、ＭＶＥｙｎ）を記憶部５０
６から読み出すとともに、ステップ２０４が終了した時
点でＬＳＡ演算ユニット６０に設定された信号処理条件
のもとで検出されたショット領域の計測上の配列座標値
（ＭＡＬｘｎ、ＭＡＬｙｎ）をＡＬＧデータ記憶部５０
１から読み出す。この際、演算部５０５はウエハ上のシ
ョット領域ＳＡｎ　の中から複数のショット領域、例え
ばショット領域ＳＡ１　〜ＳＡ７　（図６）を指定し、
これらの配列座標値をＡＬＧデータ記憶部５０１及び記
憶部５０６の各々から読み出す。しかる後、演算部５０
５はこの読み出した配列座標値を用いて、以下の数式５
に示す行列における変換行列Ｂ、Ｃを、ＥＧＡ演算（ス
テップ１０４）と同一の手法により決定し、この値を記
憶部５０６に格納する。尚、変換行列Ｂは２行２列、Ｃ
は２行１列の行列である。また、変換行列Ｂ、Ｃの決定
に用いるショット領域の数は２つ以上であれば良く、例
えば全てのショット領域の配列座標値を用いて決定する
ようにしても構わない。

【００５３】

【数５】

【００５４】さらに演算部５０５は、この決定された変
換行列Ｂ、Ｃと数式５とを用いて、ショット領域の計測
上の配列座標値（ＭＡＬｘｎ、ＭＡＬｙｎ）の変換を行
い、この変換された座標値を（Ｍｅｒｘｎ、Ｍｅｒｙｎ
）として記憶部５０６に格納する。しかる後、演算部５
０５は記憶部５０６に格納された３つの配列座標値（Ｍ
ＡＬｘｎ、ＭＡＬｙｎ）、（ＭＶＥｘｎ、ＭＶＥｙｎ）
及び（Ｍｅｒｘｎ、Ｍｅｒｙｎ）に基づいてショット領
域毎にＬＳＡ誤差（ベクトルｅ）を解析し、この解析結
果を表示装置６４に表示する（ステップ２０７）。この
様子を図１１を参照して説明するが、ここでは図９と異
なる点のみについて述べる。尚、図１１中の点Ｍｅｒは
数式５によって変換されたショット位置（座標値Ｍｅｒ
ｘｎ、Ｍｅｒｙｎ）を表している。

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

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

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

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

【００５９】次に、演算部５０５は上記の如く算出され
た配列座標値（ＤＥＧｘｎ、ＤＥＧｙｎ）と、ＡＬＧデ
ータ記憶部５０１から読み出した配列座標値（ＭＡＬｘ
ｎ、ＭＡＬｙｎ）とに基づいて、ショット領域毎にＥＧ
Ａ誤差（ベクトルａ）を算出し、さらに各ショット領域
のベクトルａを表示装置６４に表示する。このように算
出されたＥＧＡ誤差は、ＥＧＡ演算ユニット５０２に設
定されたＥＧＡショット配置に対応付けられて記憶部５
０６に格納される（ステップ２１０）。しかる後、演算
部５０５は予めオペレータによって記憶部５０６に設定
された全てのＥＧＡショット配置についてシミュレーシ
ョン（ショット領域毎のＥＧＡ誤差の算出）が行われた
か否かを判断し（ステップ２１１）、このシミュレーシ
ョンが終了するまでステップ２０８〜２１０を繰り返し
実行する。

【００６０】尚、記憶部５０６に設定しておくＥＧＡシ
ョット配置の条件としては、ショット位置については予
め定めておき、ショット数を変更するだけでも、あるい
はショット数は一定としてショット位置の指定のみを変
更するだけでも良く、さらにはこれらを組み合わせた条
件を設定するようにしても良い。さて、全てのＥＧＡシ
ョット配置についてシミュレーションが終了した時点で
、演算部５０５は記憶部５０６に格納された各条件での
ＥＧＡ誤差に基づいて、各ショット領域でのＥＧＡ誤差
が最小となるＥＧＡショット配置を選択し、この配置を
最適条件としてＥＧＡ演算ユニット５０２に設定する（
ステップ２１２）。この結果、ＥＧＡ演算ユニット５０
２における演算精度が向上する、換言すれば上記の如く
設定されたショット配置のもとで、図９中に示した点Ｄ
ＥＧが点Ｍａに最も近づく、もしくは一致することにな
り、ＥＧＡショット配置の最適化が終了する。

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

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

【００６３】

【数６】

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

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

【００６６】また、ＬＳＡ誤差（ベクトルｅ）のシミュ
レーション、特に信号処理条件の変更（ステップ２００
）を行う際、ウエハ上の複数のショット領域の中から、
いくつかのショット領域（例えば、ウエハの中心及び外
周付近に位置するショット領域）を選択し、この選択し
たショット領域のマーク毎の信号波形（例えば、図８（
Ｃ））を表示装置６４に表示させるようにしても良い。 このように信号波形を表示することは、ＬＳＡ誤差のシ
ミュレーションにおいて次の信号処理条件を決定するの
に役立ち、シミュレーションの回数をより減らすことが
可能になるといった効果が得られる。尚、信号波形を表
示させるショット領域は１つであっても構わない。

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

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

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

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

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

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

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

【００７４】また、上記実施例ではアライメントセンサ
ーとしてＬＳＡ系を用いる場合について述べたが、本発
明はいかなる方式のアライメントセンサーに対しても適
用することができる。すなわちＴＴＲ方式、ＴＴＬ方式
、またはオフオクシス方式のいずれの方式であっても、
さらにその検出方式が上記の如きＬＳＡ方式であっても
、ＦＩＡ系２０の如き画像処理方式であっても構わない
。また、例えばウエハ上に形成された１次元の回折格子
に対して２方向からコヒーレントな平行ビームを照射し
て回折格子上に１次元の干渉縞を作り、この干渉縞の照
射により回折格子から発生する回折光（干渉光）の強度
を光電検出する方式のアライメントセンサー（以下、Ｌ
ａｓｅｒ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ　Ａｌｉｇ
ｎｍｅｎｔ；ＬＩＡ系と呼ぶ）を用いても構わない。こ
の方式には、２方向からの平行ビームに一定の周波数差
を与えるヘテロダイン方式と、周波数差のないホモダイ
ン方式とがある。特にヘテロダイン方式のＬＩＡ系は、
ウエハ上の回折格子からの干渉光の光電信号（光ビート
信号）と、２本の送光ビームから別途作成された参照用
干渉光の光ビート信号との位相差（±１８０°以内）を
求めることにより、格子ピッチ（２Ｐ）の±（２Ｐ）／
４以内の位置ずれを検出するものである。尚、この詳細
な構成については、例えば特開平２−２２７６０２号、
または特開平２−２７２３０５号公報等に開示されてい
る。また、以上のようなアライメントセンサーを用いる
場合の上記実施例との差異は、その最適化に際して変更
可能な信号処理条件だけである。以下、図１４、図１５
を参照してＦＩＡ系、ＬＩＡ系の各々での信号処理条件
について簡単に説明する。

【００７５】図１４（Ａ）はＦＩＡ系２０によって検出
されるウエハマークＷＭ１　の様子を示し、図１４（Ｂ
）はそのとき得られる画像信号の波形を示す。図１４（
Ａ）に示すようにＦＩＡ系２０（不図示の撮像素子）は
、ウエハマークＷＭ１　の３本のバーマークと指標マー
クＦＭ１　、ＦＭ２　との像を走査線ＶＬに沿って電気
的に走査する。この際、１本の走査線だけではＳ／Ｎ比
の点で不利なので、ビデオサンプリング領域ＶＳＡ（一
点鎖線）に入る複数の水平走査線によって得られる画像
信号のレベルを、水平方向の各画素毎に加算平均すると
良い。図１４（Ｂ）に示すように画像信号には、両側に
指標マークＦＭ１　、ＦＭ２　の各々に対応した波形部
分があり、ＦＩＡ演算ユニット６１はこの波形部分をス
ライスレベルＳＬ２により処理することで各マークの中
心位置（画素上の位置）を求め、その中心位置ｘ０　を
求めている。尚、指標マークＦＭ１　、ＦＭ２　の各中
心位置を求める代わりに、指標マークＦＭ１　の右エッ
ジと指標マークＦＭ２　の左エッジの各位置を求めるこ
とで、中心位置ｘ０　を求めるようにしても構わない。 一方、ここでは図１４（Ｂ）に示すように画像信号上の
波形が、各バーマークの左エッジ、右エッジに対応した
位置でボトムとなっており、ＦＩＡ演算ユニット６１は
スライスレベル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ｘＣ　を算出する。さら
に、先に求めた位置ｘ０　とマーク計測位置ｘＣ　との
差Δｘ（＝ｘ０　−ｘＣ　）を算出し、ＦＩＡ系２０の
観察領域内にウエハマークＷＭ１　が位置決めされたと
きのウエハステージ３の位置と先の差Δｘとを加えた値
をマーク位置情報として出力している。

【００７６】従って、上記の如きＦＩＡ系２０において
変更可能な信号処理条件としては、波形解析アルゴリズ
ム、スライスレベルＳＬ１　（電圧値）、コントラスト
リミット値、及び処理ゲート幅Ｇｘ（画素上での幅Ｇｘ
の中心位置、及びその幅）等がある。さらに波形解析ア
ルゴリズムとしては、各バーマークの中心位置を求める
に際して、バーマークの左エッジ、右エッジに対応した
波形部分ＢＳ１Ｌ、ＢＳ１ＲとＢＳ２Ｌ、ＢＳ２Ｒとの
うち、■外スロープＢＳ１Ｌ、ＢＳ２Ｒのみを用いるモ
ード、■内スロープＢＳ１Ｒ、ＢＳ２Ｌのみを用いるモ
ード、■外スロープＢＳ１Ｌ、ＢＳ２Ｒ、及び内スロー
プＢＳ１Ｒ、ＢＳ２Ｌを用いるモードがある。

【００７７】次に、図１５を参照してＬＩＡ系（特にヘ
テロダイン方式）での信号処理条件について説明する。 図１５に示すように、ウエハ上の１次元の回折格子ＷＭ
２　に対して、周波数差Δｆの２本のコヒーレントビー
ム（平行光束）ＢＭ１　、ＢＭ２　が交差角（２ψ０　
）で入射すると、回折格子ＷＭ２　上にはピッチＰ（但
し、格子ピッチ２Ｐ）の１次元の干渉縞ＩＦが作られる
。この干渉縞ＩＦは、回折格子ＷＭ２　のピッチ方向に
周波数差Δｆに対応して移動することになり、その速度
ＶはＶ＝Δｆ・Ｐなる関係式で表される。この結果、回
折格子ＷＭ２　からは図１５に示すような回折光Ｂ１　
（−１）、Ｂ２　（＋１）、・・・が発生する。尚、添
字１、２は入射ビーム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、ＬＩ
Ａ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Ｂ
１　（−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
光電信号と参照用の光電信号との位相差から検出した位
置ずれ量とを加算平均して位置ずれ量を求めるようにし
ても良い。

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

【００７９】また、本実施例では真の配列座標値（ＭＶ
Ｅｘｎ、ＭＶＥｙｎ）を求めるために、目視用のバーニ
ア（図４）を用いていたが、例えば図１６に示すような
２組のパターン群、すなわち主尺パターン（ＲＸ１ａ、
ＲＸ１ｂ）及び（ＲＹ１ａ、ＲＹ１ｂ）と副尺パターン
（ＲＸ２ａ、ＲＸ２ｂ）及び（ＲＹ２ａ、ＲＹ２ｂ）を
用いれば、目視によらず別設の検査装置（さらにはステ
ッパーのアライメントセンサー）において両者の位置ず
れ量（ΔＶｘ、ΔＶｙ）を自動計測でき、しかも計測精
度も向上させることができる。この種のパターンを用い
た計測技術に関しては、例えば特開平２−３１１４２号
公報に開示されているので、ここでは説明を省略する。 尚、図１６中では主尺パターンに対して副尺パターンを
重ね合わせた様子を点線にて示しており、例えばＸ方向
の位置ずれ量ΔＶｘは、交差した部分（斜線部）の距離
Ｌｙを計測することによって、ΔＶｘ＝（ＬＹ−Ｌｙ）
／２・ｔａｎ（α／２）なる関係式から算出される。こ
こで、ＬＹは主尺パターンと副尺パターンとがＸ方向に
位置ずれすることなく正確に重ね合わせが行われたとき
の距離（設計値）である。また、図１６に示したパター
ン群を用いずとも、例えば主尺パターン及び副尺パター
ンとしてともに図８（Ａ）中に示したような回折格子マ
ークＭｘを用い、両者を所定間隔（設計値）だけ離して
ウエハ上に転写すれば、両者の間隔を計測して設計値と
の差を求めることにより、上記と同様に位置ずれ量を自
動計測することが可能となる。

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

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

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

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

【００８４】

【発明の効果】以上のように本発明では、重ね合わせ（
アライメント）精度（ベクトルｖ）の解析（評価）を、
マーク位置検出時に生じ得る誤差（ベクトルｅ）と統計
演算における評価用の被加工領域の配置（すなわち評価
用の被加工領域の基板上での位置、または数）に対応し
て生じる誤差（ベクトルａ）とに分けて解析することが
でき、重ね合わせ誤差の発生要因をより詳しく知ること
が可能となる。さらに、マーク位置検出時の信号処理条
件、及び統計演算で用いる評価用の被加工領域の配置を
変更（修正）し、各条件下でのベクトル（ｖ）、（ｅ）
、（ａ）のシミュレーションを実行することにより、各
条件がアライメント精度上でどのような向上をもたらす
かを解析することができる。従って、シミュレーション
結果に基づいて信号処理条件や被加工領域の配置を最適
化することによって、より一層アライメント精度を向上
させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

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

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

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

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

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

【図６】ウエハ上に形成される複数のショット領域の様
子を示す平面図。

【図７】ＥＧＡ演算の説明に供する図。

【図８】ＬＳＡ系によるマーク位置計測の様子を説明す
る図。

【図９】本発明の実施例による重ね合わせ誤差の解析結
果の様子を説明する図。

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

【図１１】本発明の実施例によるＬＳＡ誤差の解析結果
の様子を説明する図。

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

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

【図１４】ＦＩＡ系によるマーク位置計測の様子を説明
する図。

【図１５】ＬＩＡ系によるマーク位置検出の様子を説明
する図。

【図１６】レチクルに形成する主尺パターンと副尺パタ
ーンの別の例を示す図。

【図１７】従来技術の説明に供する図。

【符号の説明】

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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　複数の被加工領域が所定の配列座標に
   従って２次元的に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、該基板ステージの移動位置を規定
   する静止座標系内の所定位置に加工中心点を有し、前記
   基板上の複数の被加工領域のうち任意の１つの被加工領
   域を加工する加工手段と、前記静止座標系上で前記加工
   中心点に対して一定の位置関係で設定された検出中心点
   を有し、前記基板上の複数の被加工領域の夫々に付随し
   たマークのうち、予め選択された少なくとも２つの特定
   被加工領域の夫々に付随したマークを特定マークとして
   検出するためのマーク検出手段と、該マーク検出手段の
   検出中心点と前記特定マークの夫々とが一致するように
   前記基板ステージを移動させた時の前記静止座標系上に
   おける座標位置を計測する座標計測手段と、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、前記基
   板上の複数の被加工領域の夫々の位置を前記静止座標系
   上の座標位置として算出する統計演算手段とを備え、該
   算出された複数の被加工領域の夫々の座標位置に従って
   前記基板ステージの移動位置を制御することによって、
   前記基板上の複数の被加工領域の夫々を順次前記加工手
   段の加工中心点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被加工領域のうち、評価用の少なく
   とも１つの被加工領域を設定し、前記加工手段によって
   前記評価用の被加工領域を加工した際の前記加工中心点
   に対する前記評価用の被加工領域の位置ずれ量（ΔＶ）
   と、前記統計演算手段によって算出された前記評価用の
   被加工領域の計算上の座標位置（ＤＥＧ）とに基づいて
   、前記評価用の被加工領域の実際の座標位置（ＭＶＥ）
   と前記計算上の座標位置（ＤＥＧ）との位置ずれベクト
   ル（ｖ）を算出する第１計算手段と；前記マーク検出手
   段と前記座標計測手段とによって、前記評価用の被加工
   領域に付随したマークの位置を計測することで、該評価
   用の被加工領域の計測上の座標位置（ＭＡＬ）を求める
   手段と；該計測上の座標位置（ＭＡＬ）と前記位置ずれ
   ベクトル（ｖ）とに基づいて、前記実際の座標位置（Ｍ
   ＶＥ）と前記計測上の座標位置（ＭＡＬ）との位置ずれ
   ベクトル（ｅ）と、前記計測上の座標位置（ＭＡＬ）と
   前記計算上の座標位置（ＤＥＧ）との位置ずれベクトル
   （ａ）とを算出する第２計算手段と；前記２つの位置ず
   れベクトル（ｖ）、（ｅ）のベクトル和が前記位置ずれ
   ベクトル（ａ）になるように、３つの位置ずれベクトル
   （ｖ）、（ｅ）、（ａ）の線図を表示する表示手段と；
   前記マーク検出手段と前記座標計測手段とによって測定
   されるマークの座標位置、もしくは前記統計演算手段の
   演算パラメータの一部を計算上で修正する手段とを備え
   、該修正が行われるたびに前記３つの位置ずれベクトル
   （ｖ）、（ｅ）、（ａ）の線図を前記表示手段に表示す
   ることを特徴とする位置合わせ装置。