JPH06232028A - 位置合わせ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 統計的手法を採用した位置合わせ方法の処理
条件を最適化する。 【構成】 ウエハＷ上のショット領域毎に、アライメン
トマークＭｘ、Ｍｙを複数回検出して求めた複数の座標
位置を平均化処理して真の座標位置を決定する。さらに
ウエハＷ上のサンプルショット毎に、その真の座標位置
（Ｘ_tm、Ｙ_tm）に対してアライメントセンサーの計測再
現性（誤差分布）と等しい標準偏差を持つ正規分布乱数
（ＲＸ_1m、ＲＹ_1m）を与えた上で、この複数の座標位置
（Ｘ_t1＋ＲＸ₁₁、Ｙ_t1＋ＲＹ₁₁）、（Ｘ_t2＋ＲＸ₁₂、Ｙ
_t2＋ＲＹ₁₂）、・・・・（Ｘ_tm＋ＲＸ_1m、Ｙ_tm＋ＲＹ_1m）を
統計演算してウエハＷ上の各ショット領域の座標位置を
算出する。そして、この算出された座標位置と真の座標
位置との偏差が所定の許容値以下となるように統計演算
での処理条件（サンプルショットの数や位置等）を決定
する。

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
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】さて、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（Ｗ ₁-ＥＧＡ方式）はＥＧＡ
方式を基本とし、図４に示すようにウエハ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４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、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。

【００１２】

【数３】

【００１３】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。

【００１４】

【数４】

【００１５】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。

【００１６】以上のことから、Ｗ₁-ＥＧＡ方式ではパラ
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
ー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。

【００１７】次に、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。以下、図５を参照して第２の位置合わせ方法（Ｗ₂-
ＥＧＡ方式）を説明するが、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。

【００１８】さて、Ｗ₂-ＥＧＡ方式でも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、及びウエハセンタＷｃとｍ個（図５
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。

【００１９】

【数５】

【００２０】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。

【００２１】

【数６】

【００２２】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。また、Ｗ₂-ＥＧＡ方式でもパラ
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。

【００２３】さて、Ｗ₁-ＥＧＡ方式やＷ₂-ＥＧＡ方式
（以下、特に区別する必要がないときはまとめてＷ−Ｅ
ＧＡ方式と呼ぶ）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。

【００２４】

【数７】

【００２５】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。

【００２６】

【数８】

【００２７】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。

【００２８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ＥＧＡ方式
ではサンプルショットの配置（個数、位置）を予め最適
化しておかないと、所望の重ね合わせ（アライメント）
精度が得られないという問題があった。そこで、アライ
メントセンサーを用いてウエハ上の全てのショット領域
の座標位置を計測するとともに、サンプルショットの数
と位置との少なくとも一方を順次変更しながらウエハ上
の全てのショット領域の座標位置を統計演算により算出
する。さらに、各条件毎にその算出された座標位置と実
測した座標位置との位置ずれ量を求め、全てのショット
領域でこの位置ずれ量が所定の許容値以下となる条件を
選択（決定）している。これにより、サンプルショット
の配置が最適化されることになる。

【００２９】しかしながら、ウエハ表面の荒れ等に起因
してアライメントセンサーの計測精度が悪いと、前述の
如くサンプルショット配置を最適化した上でＥＧＡ方式
を適用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という問題が生じる。すなわち、信
頼性が低い座標位置（計測値）のもとで決定したサンプ
ルショット配置は、必ずしもウエハ（ショット配列）に
対して最適化されているとは言えず、見掛け上最適化さ
れたサンプルショット配置では所望の重ね合わせ精度を
得られるものではない。

【００３０】また、ウエハに対して計測再現性が悪いア
ライメントセンサーを使用しても、所望の重ね合わせ精
度が得られるようにするには、ＥＧＡ方式が持つ平均化
効果を向上させる、すなわちサンプルショット数を通常
よりも増やすようにその最適化が行われなければならな
い。しかしながら、前述の最適化方法はアライメントセ
ンサーの計測再現性に依らず、単に上記位置ずれ量が許
容値以下となるようにサンプルショット配置を順次変更
しているに過ぎない。従って、上記位置ずれ量が許容値
以下となるまでサンプルショット数が増え続けることも
あるが、逆にアライメントセンサーの計測再現性が悪い
のにもかかわらず、わずかな数のサンプルショットだけ
をもってその配置が最適化されたものとすることがあ
る。前者の場合、サンプルショット数は確かに増え得る
が、計測再現性に関係なく増えるに過ぎず、所望の重ね
合わせ精度が得られるとは限らない。一方、後者の場合
はサンプルショット配置が見掛け上最適化されているに
過ぎない。すなわち、前述の方法では計測再現性までも
考慮したサンプルショット配置の最適化を行うことは不
可能であり、ウエハによってアライメントセンサーの計
測再現性が悪くなっても、それに伴う重ね合わせ精度の
低下を防止することができないという問題があった。

【００３１】さらに、Ｗ−ＥＧＡ方式でもサンプルショ
ット数を通常よりも増やす、あるいはＥＧＡ方式とほぼ
同等の効果が得られるようにパラメータＳの値を十分大
きくすることで平均化効果が向上し、アライメントセン
サーの計測再現性が悪くても所望の重ね合わせ精度を得
ることは可能となる。しかしながら、Ｗ−ＥＧＡ方式に
対して前述の最適化方法を適用すると、例えばウエハの
非線形歪みが大きいとき、パラメータＳの値はＤ／Ｄ方
式とほぼ同等の効果が得られる、すなわち零に近づくよ
うに最適化されることになる。このため、ショット領域
毎の重ね合わせ精度は計測再現性に大きく左右され、計
測再現性を考慮しないと要求精度を満足しているか否か
を判定することは難しい。従って、Ｗ−ＥＧＡ方式でも
その処理条件（サンプルショットの配置、パラメータＳ
の値等）を前述の方法で最適化することは不可能であ
り、ウエハによって重ね合わせ精度が大幅に低下すると
いう問題が生じる。

【００３２】また、ＥＧＡ方式、Ｗ−ＥＧＡ方式のいず
れでも、パイロットウエハを用いて重ね合わせ露光（試
し焼き）しながら各処理条件を最適化することも考えら
れるが、最適化に要する時間、及び作業者の負担が増大
するという問題がある。さらに同一ロット内のウエハで
あれば、その表面状態は全てのウエハでほぼ同じである
と見做せるが、ロットが異なるウエハでは同一のアライ
メントセンサーを用いてもその計測再現性が異なること
がある。このため、ロット毎に試し焼きを行って処理条
件を最適化しなければならず、作業時間、負担が大幅に
増大する。しかも、プロセスウエハを用いなければ、ア
ライメントセンサーの計測再現性までも考慮した最適化
を行うことができないため、計測専用のプロセスウエハ
が必要となって歩留り、スループットが大幅に低下する
という問題もある。

【００３３】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
であり、基板に対するアライメントセンサーの計測再現
性までも考慮してＥＧＡ方式やＷ−ＥＧＡ方式の各処理
条件を最適化でき、基板上の全ての処理領域を高精度、
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、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にあたって、
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する位置合わせ方
法において、基板上の処理領域毎に、座標位置を複数回
計測するとともに、この計測した複数の座標位置を統計
演算（例えば平均化処理）して第１の座標位置を決定す
る第１工程（ステップ１１６、１１７）と、特定処理領
域（サンプルショット）毎に座標位置の計測信頼性に応
じて第１の座標位置を補正するとともに、この補正され
た複数の第１の座標位置を統計演算（例えば最小二乗
法）して複数の処理領域の各々の第２の座標位置を算出
する第２工程（ステップ１１８、１１９）と、処理領域
毎の第１の座標位置と第２の座標位置との位置ずれ量が
所定の許容値以下となるように統計演算における処理条
件を決定する第３工程（ステップ１２１、１２５、１２
６）とを含み、この決定された処理条件のもとで統計演
算（ＥＧＡ演算、又はＷ−ＥＧＡ演算）を行うことによ
り、複数の処理領域の各々の座標位置を算出することと
した。

【００３５】

【作用】本発明では、基板上の複数の処理領域の各々の
座標位置を複数回計測することで、処理領域毎に第１の
座標位置（真の座標位置）を決定するとともに、座標位
置の信頼性に応じて各特定処理領域（サンプルショッ
ト）の第１の座標位置を補正した上で統計演算を行って
第２の座標位置を算出する。さらに、第１の座標位置と
第２の座標位置との位置ずれ量が全ての処理領域で所定
の許容値以下となるように、統計演算（ＥＧＡ、又はＷ
−ＥＧＡ演算）における処理条件（サンプルショット配
置、パラメータＳの値等）を決定するようにした。この
ため、座標位置の信頼性（アライメントセンサーの計測
再現性）までも考慮して処理条件を最適化することが可
能となり、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の低下も最小限に抑えることが
できる。

【００３６】

【実施例】図２は本発明の実施例による位置合わせ方法
を適用するのに好適な投影露光装置の概略的な構成を示
す図、図３は図２に示した投影露光装置の制御系のブロ
ック図である。図２において、露光用照明系（不図示）
からの照明光ＩＬ（ｉ線、ＫｒＦ、ＡｒＦ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Ｐ
Ｌ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Ｐ
Ｌ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（図２では１組だけ示す）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。

【００３７】さて、図２には３種類のアライメントセン
サー、すなわちＴＴＲ(Through TheReticle）方式のＬ
ＩＡ（Laser Interferometric Alignment)系３０Ａ〜３
０Ｄ、ＴＴＬ(Through The Lens)方式のＬＳＡ(Laser S
tep 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。Ｔ
ＴＲ方式のＬＩＡ系３０Ａ〜３０Ｄは、例えば特開平４
−７８１４号公報、特開平４−４５５１２号公報に開示
されているように、レチクル上のアライメントマークに
対しては互いに周波数が異なる２本のレーザビームを分
離して照射する。さらにレチクルマークから発生する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本のビームを所定の交差角で
照射し、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信号処理回路
１６（図３のＬＩＡ演算ユニット４３）に入力し、ここ
で２つの光電信号の波形上の位相差からレチクル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
される。尚、ＬＩＡ系３０Ａ、３０ＢはＸ方向の位置ず
れを検出し、ＬＩＡ系３０Ｃ、３０ＤはＹ方向の位置ず
れを検出するもので、以下の説明で４組のＬＩＡ系を特
に区別する必要がないときは単にＬＩＡ系３０と呼ぶ。

【００３８】ＴＴＬ方式のＬＳＡ系１７は、例えば特開
昭６０−１３０７４２号公報に開示されているように、
投影光学系ＰＬを介してＸ方向に延びた細長い帯状スポ
ット光をウエハ上に形成し、スポット光とアライメント
マーク（回折格子マーク）とをＹ方向に相対走査したと
きにマーク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。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信号処理回路１６（図
３のＬＳＡ演算ユニット４１）に入力し、ここでアライ
メントマークのＹ方向の位置が検出される。尚、図２で
はＹ方向の位置を検出するＬＳＡ系（Ｙ−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ＬＳＡ系（Ｘ−ＬＳＡ系）も配置されている。以下
の説明で２組のＬＳＡ系を特に区別する必要がないとき
は単にＬＳＡ系と呼ぶ。

【００３９】さらにＦＩＡ系２０は、例えば特開平２−
５４１０３号公報、特開平４−６５６０３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）をウエハに照射して、アライメントマークの
像と、対物レンズ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の像とを、リレーレンズ系を
介して撮像素子（ＣＣＤカメラ等）の受光面上に結像す
るものである。ＦＩＡ系２０からの画像信号も信号処理
回路１６（図３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る。尚、指
標板には４本のバーマークが指標マークとして形成され
る、すなわちＹ方向に延びた２本の第１バーマークがＸ
方向に所定間隔だけ離れて形成され、かつＸ方向に延び
た２本の第２バーマークがＹ方向に所定間隔だけ離れて
形成されている。また、ＦＩＡ系２０は２組の撮像素子
を有し、一方の撮像素子は２本の第１バーマークに挟ま
れたアライメントマークＭｘを検出し、他方の撮像素子
は２本の第２バーマークに挟まれたアライメントマーク
Ｍｙを検出する。従って、ＦＩＡ演算ユニット４２は各
撮像素子からの画像信号を入力することで、Ｘ、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。

【００４０】ところで、図６（Ａ）に示すようにウエハ
Ｗ上には、複数のショット領域ＳＡの各々に付随して２
組のアライメントマークＭｘ、Ｍｙが設けられており、
アライメントセンサーを用いて２組のアライメントマー
クＭｘ、Ｍｙを検出することで、ショット領域の直交座
標系ＸＹ（２組の干渉計によって規定される静止座標
系）上での位置を求めることができる。図６（Ｂ）はア
ライメントマーク（Ｘマーク）Ｍｘの具体的な構成を示
す。ＸマークＭｘは、７個のドットマークが所定ピッチ
でＹ方向に形成された回折格子マークＬＳｘを中心と
し、回折格子マークＬＳｘ、及びＹ方向に延びた８本の
バーマークが所定ピッチでＸ方向に配列されたものであ
る。尚、アライメントマーク（Ｙマーク）ＭｙもＸマー
クＭｘと同一形状であり、その配列方向が互いに直交し
ているだけなので、ここでは説明を省略する。また、本
実施例ではＬＳＡ系、ＦＩＡ系、及びＬＩＡ系の各々で
アライメントマークＭｘ、Ｍｙを検出可能である、すな
わちアライメントマークＭｘ、ＭｙはＬＳＡ系、ＦＩＡ
系、及びＬＩＡ系の共通マークとなっている。

【００４１】主制御系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
の座標位置を算出したり、アライメントセンサーの計測
再現性に応じてＥＧＡ方式やＷ−ＥＧＡ方式での処理条
件を最適化する他、装置全体を統括制御する。また、斜
入射光方式の焦点位置検出系１８、１９は、例えば特開
昭５８−１１３７０６号公報に開示されているように、
ウエハ上に照射されるスリットパターンの像を同期検波
方式で光電検出して、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向の
位置（移動量）を求めるものである。ステージコントロ
ーラ１１は主制御系１０からの駆動指令に従い、干渉計
１５、焦点位置検出系１８、１９からの情報に基づき、
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。

【００４２】次に、図３を参照して上記装置の制御系の
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２中の信号処理回路１６を構成し、アライメント
データ記憶部５０１から符号順に乱数発生部５０９まで
が主制御系１０を構成する。図３において、ＬＳＡ演算
ユニット４１はＬＳＡ系１７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した後、
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５０１に
出力する。また、ＬＳＡ演算ユニット４１での信号処理
条件、例えば波形解析アルゴリズム、アルゴリズムスラ
イスレベル等は、演算部５０５からの指令に従って適宜
変更される。

【００４３】また、ＦＩＡ演算ユニット４２はＦＩＡ系
２０からの画像信号に基づき、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５０
１に出力する。ＦＩＡ演算ユニット４２での信号処理条
件、例えば波形解析アルゴリズム、スライスレベル、コ
ントラストリミット値等も、演算部５０５からの指令に
従って適宜変更される。

【００４４】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。尚、ＬＩＡ演算ユニット４３にはアラ
イメントマークからの±１次回折光の干渉光を用いる第
１モード、０、２次回折光の干渉光を用いる第２モー
ド、及び第１モードと第２モード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モードがある。ＬＩＡ演算ユニット４３での信号
処理条件とは以上の３つのモードを指し、演算部５０５
からの指令に応じて３つのモードが適宜切り替えられ
る。

【００４５】ところで、信号データ記憶部４０はＬＳＡ
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ＬＩＡ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。また、アライメントデータ記憶部５
０１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。

【００４６】ＥＧＡ演算ユニット５０２は、演算部５０
５で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
座標等）は演算部５０５、記憶部５０６、及びシーケン
スコントローラ５０８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）の各々の座標位置に基づいて、
統計演算（数式２）によりウエハ上の全てのショット領
域の配列座標を算出する。Ｗ−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座標位置、
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）によりウエハ上の全てのショッ
ト領域の配列座標を算出する。尚、ＥＧＡ演算ユニット
５０２では配列座標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。

【００４７】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（又はオペレータ）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
ルショット配置に基づいて、サンプルショットの座標位
置に与える重み付けを決定する。

【００４８】演算部５０５は複数のアライメントモード
（ＥＧＡ、Ｗ−ＥＧＡ、Ｄ／Ｄ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。特にＷ−ＥＧＡモードを選択したときに
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５０７に出力する。また、演算部５０５は統
計演算（平均化処理）によりショット領域の真の座標位
置（第１の座標位置）、及びアライメントセンサーの計
測再現性（標準偏差３σ）を求める。乱数発生部５０９
は、この真の座標位置及び標準偏差を持つ正規分布乱数
をＥＧＡ演算ユニット５０２に出力する（詳細後述）。

【００４９】ここで、演算部５０５がＥＧＡモード、又
はＷ−ＥＧＡモードを選択したとき、ＥＧＡ演算ユニッ
ト５０２は各サンプルショットの座標位置に正規分布乱
数を与えた上で統計演算（最小二乗演算）を行い、ウエ
ハ上の全てのショット領域の座標位置（第２の座標位
置）を算出する。このとき、演算部５０５は第１の座標
位置と第２の座標位置との位置ずれ量（重ね合わせ誤
差）を求め、要求精度を満足していなければ、サンプル
ショット指定部５０４、重み発生部５０７、乱数発生部
５０９に指令を与え、サンプルショット配置、重み付
け、正規分布乱数を変更する。また、シーケンスコント
ローラ５０８は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。

【００５０】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５０
２、重み発生部５０７、及びサンプルショット指定部５
０４に出力される。サンプルショット指定部５０４は、
データ部５０３からのショット位置情報に基づいてＥＧ
Ａ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５０２、
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。

【００５１】ここで、ＥＧＡモードでは複数のサンプル
ショットをウエハ周辺に多角形を描くように配置し、Ｗ
−ＥＧＡモードでは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ことが望ましい。従って、指定部５
０４はＥＧＡモードとＷ−ＥＧＡモードの各々で、上記
条件を満足するようにサンプルショット配置を決定する
ことになる。特にＷ₁-ＥＧＡモードでは、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ように、サンプルショット配置を決
定することが有効である。また、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。

【００５２】さらに図３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系１０（演算部
５０５）に入力するための入力装置（キーボード等）６
１、及びショット領域の配列誤差、ＥＧＡ演算ユニット
５０２での処理条件（サンプルショット配置、重み付
け、正規分布乱数）、各条件のもとで算出した重ね合わ
せ精度、現在使用されているアライメントモードをオペ
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。主制御系１０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ーを選択し、この
選択したアライメントセンサー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
ンサー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
て主制御系１０にアライメントセンサーを設定するよう
にしても良い。

【００５３】次に、図１を参照して図２、図３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。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、さ
らに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。図２に示した投影露光装
置において、シーケンスコントローラ５０８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）。次に、ステップ
１０１においてシーケンスコントローラ５０８は、アラ
イメントセンサーを用いてウエハＷのプリアライメント
を実行する。このとき、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２つのアライメントマークを検
出する。さらに、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する。尚、ここ
で使用するアライメントセンサーはＬＳＡ系とＦＩＡ系
のいずれか一方とする。

【００５４】次に、ステップ１０２においてシーケンス
コントローラ５０８は、ＬＳＡ系、ＦＩＡ系、ＬＩＡ系
のうちの１つ、例えばＬＳＡ系（特にＹ−ＬＳＡ系１
７）を用いて、ウエハＷ上の任意の１つのショット領域
に付随したアライメントマークＭｙ（以下、特定マーク
と呼ぶ）を複数回、例えば１０回だけ検出（相対走査）
する。このとき、Ｙ−ＬＳＡ系１７は走査毎に得られる
光電信号をＬＳＡ演算ユニット４１に出力する。ＬＳＡ
演算ユニット４１は、Ｙ−ＬＳＡ系１７から順次出力さ
れる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、各信号毎にその座標位置を決定する。
この結果、１つの特定マークについて１０個の座標位置
が求まり、各座標位置は記憶部５０１に記憶される（ス
テップ１０３）。

【００５５】さて、ステップ１０４において演算部５０
５は、ステップ１０３で記憶部５０１に格納された１０
個の座標位置を統計演算、例えば平均化処理して特定マ
ークの座標位置を決定するとともに、１０個の座標位置
のばらつき（標準偏差σ、又は３σ）を求める。図７は
演算部５０５で求めた座標位置（平均値）と標準偏差
（３σ）とを持つ正規分布を表しており、図７の正規分
布はＹ−ＬＳＡ系１７の計測再現性に対応したものとな
っている。

【００５６】次に、演算部５０５（又はオペレータ）は
ステップ１０４で求めた標準偏差に応じて、ステップ１
０２での特定マークの計測回数が十分であるか否かを判
断する（ステップ１０５）。ここで、本実施例では計測
回数を１０回に設定したので、標準偏差（３σ）が悪
い、換言すれば正規分布（図７）がブロードな分布であ
れば、計測回数（データ数）が不十分と判断してステッ
プ１０６に進む。一方、標準偏差（３σ）が良好、換言
すれば正規分布がシャープな分布であれば、計測回数
（データ数）は十分と判断してステップ１０７に進む。
尚、計測回数を予め大きな値、例えば２０回程度に設定
しておくと、正規分布がブロードであっても計測回数は
十分と判断してステップ１０７に進むこともある。

【００５７】さて、ステップ１０５で計測回数は十分と
判断されると、演算部５０５はステップ１０４で求めた
座標位置（平均値）、及び標準偏差（３σ）、さらに前
述の計測回数（１０回）を記憶部５０６に格納する（ス
テップ１０７）。このとき、演算部５０５はＬＳＡ演算
ユニット４１での信号処理条件や計測回数と共に、記憶
部５０６に格納された座標位置と標準偏差とを持つ正規
分布（図７）を表示装置６２上に表示する。尚、計測回
数が多過ぎるときにはその設定値を減らした上で記憶部
５０６に格納するようにしても良い。

【００５８】一方、ステップ１０５で計測回数が不十分
と判断されると、演算部５０５はステップ１０４で求め
た標準偏差に応じて特定マークの計測回数を変更（追
加）する（ステップ１０６）。ここでは１５回追加し、
計測回数を合計２５回に変更する。以下、ステップ１０
２、１０３を再度実行して、追加回数（１５回）と同数
の座標位置を記憶部５０１に格納する。この結果、記憶
部５０１には合計２５個の座標位置が格納されることに
なる。さらに演算部５０５は、２５個の座標位置を用い
て特定マークの座標位置（平均値）、及び標準偏差（３
σ）を求める（ステップ１０４）。ここでは既に計測回
数が追加されているので、計測回数（データ数）は十分
と判断して直ちにステップ１０７に進み、演算部５０５
はステップ１０４で求めた座標位置（平均値）、及び標
準偏差（３σ）、さらには計測回数（２５回）を記憶部
５０６に格納することになる。以下では、計測回数を追
加して合計２５回としたものとして説明を行う。

【００５９】次に、ステップ１０８において演算部５０
５（又はオペレータ）は、複数の信号処理条件の各々で
標準偏差（３σ）を求めたか否かを判断する。ここでは
１つの信号処理条件のもとで標準偏差を求めただけなの
で、ステップ１０９に進む。複数の信号処理条件は、予
め演算部５０５、又はオペレータによって、ロット毎に
定められるものである。ステップ１０９において演算部
５０５は、ＬＳＡ演算ユニット４１で変更可能な複数の
条件のうちの少なくとも１つ、例えば波形解析アルゴリ
ズムを変更する。

【００６０】次に、ＬＳＡ演算ユニット４１は既に記憶
部４０に格納されている２５個の波形データを順次読み
出して新たな信号処理条件のもとで波形処理を行い、各
座標位置を記憶部５０１に出力する（ステップ１０
３）。演算部５０５は、新たに求めた２５個の座標位置
から特定マークの座標位置（平均値）、及び標準偏差
（３σ）を算出して記憶部５０６、及び表示装置６２に
出力する（ステップ１０４）。さらに、全ての信号処理
条件の各々で標準偏差（３σ）を求めたか否かを判断す
る（ステップ１０８）。以下、全ての信号処理条件で標
準偏差（３σ）を求めるまで上記動作を繰り返し実行す
る。このとき、表示装置６２では画面が複数に分割さ
れ、この分割された画面毎に各信号処理条件での標準偏
差（正規分布）が表示される。または、同一グラフ（画
面）上に全ての信号処理条件での正規分布を区別して表
示しても良いし、あるいは画面を切り換えて信号処理条
件毎にその正規分布を順次表示可能としても良い。

【００６１】さて、全ての信号処理条件で標準偏差（３
σ）を求めた時点で、演算部５０５（又はオペレータ）
は記憶部５０６に格納された複数の標準偏差を比較し
て、その値が最も小さい標準偏差を選択するとともに、
この選択した標準偏差が得られたときの信号処理条件を
最適な条件として決定する（ステップ１１０）。ここ
で、標準偏差（３σ）が最も小さくなるということは信
号処理条件が最適化され、しかもアライメントセンサー
の計測再現性が最も良くなると考えることができる。但
し、標準偏差（３σ）、すなわちアライメントセンサー
の計測再現性は信号処理条件以外の要因、例えば各種プ
ロセスによるウエハ表面の荒れ等によっても大幅に悪化
する。このため、標準偏差（３σ）が最も小さくなって
も、アライメントセンサーの計測再現性が所定の許容値
以下となる、換言すれば座標位置（計測値）の信頼性が
高くて真の座標位置と見做すことができるとは必ずしも
言えない。

【００６２】尚、記憶部５０６に格納されたデータのう
ち、先に選択した標準偏差（及び座標位置）や最適な信
号処理条件以外のデータは消去しても構わない。また、
信号処理条件毎の各種データ（標準偏差等）を全て記憶
部５０６に格納せずとも、２番目以降の信号処理条件で
の標準偏差（３σ）が既に記憶部５０６に格納されてい
る標準偏差よりも小さくなるときのみ、記憶部５０６内
のデータに置き換えてその信号処理条件での各種データ
を格納するようにしても良い。さらに、ステップ１０７
において標準偏差（３σ）が許容値以下となったら、全
ての信号処理条件で標準偏差を求めていなくても、信号
処理条件が最適化されたものとして直ちにステップ１１
０に移行しても構わない。

【００６３】次に、演算部５０５はアライメントセンサ
ーを変更するか否かを判断する。すなわち、ＬＳＡ系、
ＦＩＡ系、及びＬＩＡ系の各々で、信号処理条件を変更
しながら最も小さな標準偏差（３σ）を求めたか否かを
判断する（ステップ１１１）。ここではＬＳＡ系でのみ
標準偏差を求めただけので、直ちにステップ１０２に戻
り、シーケンスコントローラ５０８はＦＩＡ系２０を用
いて特定マーク（ＬＳＡ系で検出したマークと同一）を
複数回、例えば１０回程度検出する。ＦＩＡ系２０（撮
像素子）では特定マークの像と指標マークの像とを複数
回にわたって電気的に走査し、当該走査毎に得られる画
像信号をＦＩＡ演算ユニット４２に出力することにな
る。以下、ＦＩＡ系２０でもステップ１０２〜１１０を
実行し、ＬＳＡ系と同様に最も小さな標準偏差（３
σ）、及び最適な信号処理条件を決定する。

【００６４】また、ＦＩＡ演算ユニット４２の信号処理
条件が最適化されたら再度ステップ１０２に戻り、シー
ケンスコントローラ５０８はＬＩＡ系３０を用いて特定
マーク（ＬＳＡ系、ＦＩＡ系で検出したマークと同一）
を複数回、例えば１０回程度検出する。ＬＩＡ系３０は
正弦波状の光電信号を出力し続けるため、ＬＩＡ演算ユ
ニット４３は正弦波状の光電信号を単位時間毎に複数回
にわたって取り込むことになる。このとき、１回当たり
の光電信号の取り込み時間は同じである。以下、ＬＩＡ
系でもステップ１０２〜１１０を実行し、ＬＳＡ系、Ｆ
ＩＡ系と同様に最も小さな標準偏差（３σ）、及び最適
な信号処理条件を決定する。尚、前述の通りＬＩＡ系３
０では信号処理条件として３つのモードがあるが、ここ
では±１次回折光の干渉光を検出する第１モードと０、
２次回折光の干渉光を検出する第２モードの各々で標準
偏差を求めれば良い。

【００６５】さて、ＬＳＡ系、ＦＩＡ系、及びＬＩＡ系
の各々で最も小さな標準偏差を求めたらステップ１１２
に移行し、記憶部５０６内の３つの標準偏差を比較し
て、ウエハに対して最も計測再現性が良い（最も標準偏
差が小さい）アライメントセンサーを選択（決定）す
る。このとき、表示装置６２上に各標準偏差を持つ正規
分布を表示し、オペレータが最適なアライメントセンサ
ーを選択するようにしても良い。ここではＬＳＡ系が選
択されたものとし、記憶部５０６に格納された最適な信
号処理条件をＬＳＡ演算ユニット４１に設定するととも
に、最適な信号処理条件のもとで求めた標準偏差（３
σ）を乱数発生部５０９に出力する。以上により、ウエ
ハに対して最適なアライメントセンサーの選択、及び信
号処理条件の最適化が終了する。

【００６６】次に、シーケンスコントローラ５０８はＬ
ＳＡ系を用いてウエハＷ上の全てのショット領域の各々
に付随した２組のアライメントマークＭｘ、Ｍｙ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。ＬＳＡ演算ユニット４１
は、ステップ１１２で設定さ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て記憶部５
０１に出力する（ステップ１１３）。

【００６７】さらに、記憶部５０１内の全てのショット
領域の座標位置を用いて、ウエハＷ（ショット配列）に
最適なアライメントモードを決定する（ステップ１１
４）。まず、演算部５０５はショット領域毎の配列誤
差、すなわち記憶部５０１内の座標位置（計測値）とデ
ータ部５０３内の座標位置（設計値）との差（ずれ量）
を求める。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５０
５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、図８
（Ｂ）の如き隣り合う変化量の変化量（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（σ、又は３σ）を求める。ここで求めた配列誤
差、配列誤差の変化量、及び標準偏差（変化量の変化
量）は記憶部５０６に格納され、かつ表示装置６２上に
その数値とともにベクトル表示される。このとき、表示
装置６２上にはショット領域毎の配列誤差（図８（Ａ))
のみをベクトル表示しておき、オペレータの指示に従っ
て配列誤差の変化量（図８（Ｂ))、変化量の変化量（図
８（Ｃ))、及び標準偏差（正規分布）の各々を順次切り
換えて表示するようにしても良い。

【００６８】ここで、図８（Ｂ）の配列誤差の変化量に
着目すると、ウエハ全面で各変化量（ベクトル）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、アライメントモードとしてＥＧＡモ
ードが選択される。また、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以下であれば、ウエハＷは規
則的な非線形歪みを持つと考えられ、アライメントモー
ドとしてＷ−ＥＧＡモードが選択される。一方、標準偏
差が所定値を越えていれば、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、アライメン
トモードとしてＤ／Ｄモードが選択される。

【００６９】以上の判断基準に従って、演算部５０５
（又はオペレータ）は最適なアライメントモードを選択
（決定）する。ここではＥＧＡモードが選択されたもの
とし、ＥＧＡ演算ユニット５０２に対してＥＧＡモード
を指定してからステップ１１５に進む。尚、本実施例で
はステップ１１４でＥＧＡモードとＷ−ＥＧＡモードの
いずれか一方のみを選択可能としても良い。このとき、
Ｄ／Ｄモードは選択不可能となり、ステップ１１４では
図８（Ｃ）の如き変化量（標準偏差）まで求める必要は
ない。

【００７０】次に、演算部５０５（又はオペレータ）は
ステップ１１２で選択したアライメントセンサーの計測
再現性、すなわち標準偏差（３σ）が良好であるか否か
を判断する。換言すれば、ステップ１１３で求めた座標
位置の信頼性が高く、真の座標位置と見做せるか否かを
判断する（ステップ１１５）。そこで、ステップ１１２
で決定された最適な信号処理条件のもとで得られ、ステ
ップ１０７で記憶した標準偏差（３σ）を記憶部５０６
から読み出し、この読み出した標準偏差と所定の許容値
とを比較する。ここで、標準偏差が許容値以下となって
いる、すなわち計測再現性が良好であると判断されると
直ちにステップ１１９に進み、逆に標準偏差が許容値を
越えている、すなわち計測再現性が悪いと判断されると
ステップ１１６に進む。以下では、計測再現性が悪いと
判断されたものとして説明を行う。

【００７１】さて、シーケンスコントローラ５０８はＬ
ＳＡ系を用いて、ウエハＷ上の全てのショット領域の各
々に付随した２組のアライメントマークＭｘ、Ｍｙを複
数回（例えばステップ１０７で記憶した計測回数（２５
回）と同数とする）ずつ検出し、ＬＳＡ系は走査毎に得
られる光電信号をＬＳＡ演算ユニット４１に出力する。
ＬＳＡ演算ユニット４１は、ＬＳＡ系から順次出力され
る光電信号を波形処理してアライメントマーク毎にその
複数（２５個）の座標位置を求め、各座標位置を記憶部
５０１に出力する（ステップ１１６）。このとき、ステ
ップ１１２で信号処理条件が最適化されているため、Ｌ
ＳＡ演算ユニット４１でデジタル値に変換された波形デ
ータを記憶部４０に格納する必要はない。

【００７２】さて、演算部５０５はアライメントマーク
毎に、ステップ１１６で記憶部５０１に格納された複数
（２５個）の座標位置を統計演算、例えば平均化処理し
て、その平均値を真の座標位置（本発明の第１の座標位
置）として決定し、アライメントマーク毎の真の座標位
置を記憶部５０６に出力する（ステップ１１７）。この
とき、演算部５０５はショット領域毎に、真の座標位置
と設計上の座標位置との差（配列誤差）を求め、ショッ
ト領域毎の配列誤差を表示装置６２上にベクトル表示し
ても良い。ここでは、同一マークを複数回計測して計測
値の信頼性を向上させたとき、たとえアライメントセン
サーの計測再現性が悪くても、複数の計測値から決定し
た座標位置（平均値）は真の座標位置と見做すことがで
きるという考え方を利用している。

【００７３】尚、前述の通りＬＳＡ系では同一マークを
複数回検出して複数の座標位置を求めることで、その平
均値を真の座標位置と見做すことができる。また、ＦＩ
Ａ系でも同一マーク像を複数回にわたって電気的に走査
して複数の座標位置を求めれば、その平均値を真の座標
位置と見做すことができる。これに対してＬＩＡ系で
は、正弦波状の光電信号の１回当たりの取り込み時間を
通常のアライメント時よりも大幅（十分）に長くした上
で、光電信号を複数回取り込んで複数の座標位置を求め
れば、その平均値を真の座標位置と見做すことができ
る。

【００７４】ところで、ウエハに対するアライメントセ
ンサーの計測再現性が悪く、その計測値を真の座標位置
と見做すことができないときは、前述の通りアライメン
トセンサーの計測再現性までも考慮してＥＧＡモード
（又はＷ−ＥＧＡモード）での処理条件（サンプルショ
ット配置、重み付け定数等）を最適化する必要がある。
すなわち、座標位置（計測値）がばらつくことを前提と
して各処理条件を最適化しなければならない。そこで、
本実施例ではステップ１１７で決定した真の座標位置に
対して、アライメントセンサーの計測再現性、すなわち
最適化された信号処理条件以外の要因（特にウエハ表面
の荒れ等）により発生する計測誤差を意図的に与え、こ
の計測誤差が与えられた座標位置を用いるものとする。
本実施例では、真の座標位置に与える計測誤差として、
計算機上で発生させた乱数を用いることを特徴としてい
る。

【００７５】さて、ステップ１１８においてＥＧＡ演算
ユニット５０２は、サンプルショット指定部５０４で決
定されるＥＧＡモードに好適な第１のサンプルショット
配置（個数、位置）を入力し、ステップ１１７で記憶部
５０６に格納されたｎ個の真の座標位置の中から各サン
プルショットの真の座標位置（Ｘ_tm、Ｙ_tm）を読み出
す。尚、ｎはウエハ上の全ショット数である。このと
き、全てのショット領域のうちサンプルショットのみを
表示装置６２上で反転表示、例えば白黒反転して、第１
のサンプルショット配置をオペレータに知らせるように
する。ここで、第１のサンプルショット配置はｍ（３≦
ｍ≦ｎなる整数）個のサンプルショットを有し、１番目
からｍ番目までのサンプルショットの真の座標位置を
（Ｘ_t1、Ｙ_t1）、（Ｘ_t2、Ｙ_t2）、・・・・（Ｘ_tm、Ｙ_tm）
とする。

【００７６】次に、乱数発生部５０９はステップ１１２
で入力した標準偏差（３σ）に基づいて複数の乱数を発
生する。すなわち、最適な信号処理条件のもとで求めた
特定マークの真の座標位置（平均値）を中心とした標準
偏差（３σ）を持つ正規分布乱数（ＲＸ_ij、ＲＹ_ij）を
Ｘ、Ｙ方向で独立に発生する。ここで、添字ｉは乱数発
生部５０９が発生するｉ組目の正規分布乱数であること
を表し、添字ｊはｉ組目の正規分布乱数のうちのｊ番目
の乱数であることを表している。本実施例では、前述の
計測誤差に関して乱数発生部５０９が１組目の正規分布
乱数を発生するから、添字ｉはｉ＝１となっている。ま
た、サンプルショット数がｍ個であることから、添字ｊ
はｊ＝１〜ｍとなる。さて、サンプルショット数がｍ個
のとき、乱数発生部５０９はｍ個の正規分布乱数（ＲＸ
₁₁、ＲＹ₁₁）、（ＲＸ₁₂、ＲＹ₁₂）、・・・・（ＲＸ_1m、Ｒ
Ｙ_1m）を発生し、ＥＧＡ演算ユニット５０２は乱数発生
部５０９からの正規分布乱数を前述の計測誤差としてサ
ンプルショットの真の座標位置に与える。この結果、サ
ンプルショットの座標位置は（Ｘ_t1＋ＲＸ₁₁、Ｙ_t1＋Ｒ
Ｙ₁₁）、（Ｘ_t2＋ＲＸ₁₂、Ｙ_t2＋ＲＹ₁₂）、・・・・（Ｘ_tm
＋ＲＸ_1m、Ｙ_tm＋ＲＹ_1m）と表され、アライメントセン
サーの計測再現性を考慮した座標位置の補正が終了す
る。

【００７７】さらに、ステップ１１９においてＥＧＡ演
算ユニット５０２は、ステップ１１８で補正されたｍ個
のサンプルショットの座標位置、及びデータ部５０３に
格納された各サンプルショットの座標位置（設計値）を
用いてＥＧＡモードで統計演算を行う。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
定するとともに、この決定されたパラメータ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、ここで算出した各座標位置を記憶部５０６に出力す
る。

【００７８】ここで、ＥＧＡモード（又はＷ−ＥＧＡモ
ード）で算出される座標位置（計算値）に従ってウエハ
ステージＷＳを位置決めするとき、位置決めすべき座標
位置を中心した誤差、いわゆるステッピング誤差が生じ
る。このため、アライメントセンサーの計測再現性と同
様に、ステッピング誤差までも考慮してＥＧＡモード
（又はＷ−ＥＧＡモード）での処理条件を最適化しない
と、所望の重ね合わせ精度を得ることが難しくなる。と
ころが、ステッピング誤差（分布）もアライメントセン
サーの計測再現性と同様に図７の如き正規分布で表され
る。そこで、本実施例では前述の計測誤差（ステップ１
１７）の他に、さらにステップ１１９で算出した座標位
置に対して、予め実験等によって求めたステッピング誤
差分布と等しい標準偏差（σ、又は３σ）を持つ正規分
布乱数を前述のステッピング誤差として意図的に与え、
このステッピング誤差が与えられた座標位置を用いてＥ
ＧＡモード（又はＷ−ＥＧＡモード）の処理条件の最適
化を行うことにする。

【００７９】尚、ＥＧＡモード（又はＷ−ＥＧＡモー
ド）において、前述の計測誤差はアライメントマーク検
出時にサンプルショットに対してのみ生じるが、ステッ
ピング誤差はウエハ上の全てのショット領域の各々に対
して生じるものである。このため、ステッピング誤差で
は前述の正規分布乱数を全てのショット領域の各々の座
標位置に与えることになる。また、ステッピング誤差と
して発生させる正規分布乱数を、ウエハステージの癖を
考慮した乱数としても良い。例えば、ウエハステージを
ショット領域の配列方向に沿って右から左へ移動したと
きのステッピング誤差分布と、逆に左から右へ移動した
ときのステッピング誤差分布とが異なるときには、各誤
差分布と等しい標準偏差を持つ正規分布乱数を、ウエハ
ステージの移動方向に応じてショット列毎に切り替えて
各座標位置に与えると良い。

【００８０】次に、ステップ１２０において演算部５０
５は、ステップ１１９で記憶部５０６に格納された全て
のショット領域の座標位置（計算値）を読み出す。ま
た、乱数発生部５０９には実験等により求めたウエハス
テージＷＳのステッピング誤差分布が予め入力されてお
り、乱数発生部５０９はこの誤差分布と等しい標準偏差
（σ、又は３σ）を持つ正規分布乱数を発生する。ここ
では説明を簡単にするため、１種類の誤差分布（標準偏
差）のみが乱数発生部５０９に入力されているものとす
る。また、乱数発生部５０９に入力された誤差分布（標
準偏差）は表示装置６２上で、例えば正規分布の形で表
示される。さて、前述の通りウエハ上の全ショット数が
ｎ個のとき、乱数発生部５０９はｎ個の正規分布乱数を
発生する。演算部５０５は、乱数発生部５０９からの正
規分布乱数を前述のステッピング誤差として全てのショ
ット領域の各々の座標位置（計算値）に与えるととも
に、この正規分布乱数が与えられた座標位置（本発明の
第２の座標位置に相当し、以下では補正座標位置と呼
ぶ）を記憶部５０６に出力する。これにより、ステッピ
ング誤差を考慮した座標位置の補正が終了する。このと
き、補正座標位置をステップ１１９で求めた座標位置
（計算値）と置き換えて記憶部５０６に格納しても良
い。本実施例では上記置換を行うものとし、これにより
記憶部５０６には真の座標位置（第１の座標位置）と補
正座標位置（第２の座標位置）とが格納されることにな
る。

【００８１】次に、ステップ１２１において演算部５０
５は、ショット領域毎にステップ１１７で記憶部５０６
に格納された真の座標位置（計測値）とステップ１２０
で記憶部５０６に格納された補正座標位置（計算値）と
の差（残留誤差）を求めるとともに、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、又
は３σ、あるいは｜Ｘ｜）を算出する。尚、｜Ｘ｜はＸ
方向の重ね合わせ誤差の平均値の絶対値である。このと
き、演算部５０５はショット領域毎の残留誤差を表示装
置６２上でベクトル表示する。また、計測再現性やステ
ッピング誤差分布に対応した標準偏差（正規分布）、第
１のサンプルショット配置までも残留誤差と共に表示す
るようにしても良い。しかる後、演算部５０５（又はオ
ペレータ）は重ね合わせ精度（｜Ｘ｜＋３σ）が要求精
度（例えば０．０９μｍ）を満足するか否かを判断する
（ステップ１２２）。

【００８２】さて、重ね合わせ精度が要求精度を満足す
れば、ＥＧＡモードの処理条件、すなわちサンプルショ
ット配置が最適化されていると考えられる。そこでステ
ップ１２３に進み、ステップ１１９で使用した第１のサ
ンプルショット配置を最適条件として指定部５０４に記
憶（登録）する。以上により、ＥＧＡモードでの処理条
件の最適化が終了することになる。ここで、重ね合わせ
精度が要求精度を満足したとき、演算部５０５は乱数発
生部５０９から新たにｎ個の正規分布乱数を入力して補
正座標位置を求め、この補正座標位置を用いて重ね合わ
せ精度を再度確認するようにしても良い。この場合、２
組の正規分布乱数（ステッピング誤差）の各々を用いて
重ね合わせ精度を確認することになるので、前述の如く
１組の正規分布乱数のみを用いる場合に比べてより精度
良くサンプルショット配置を最適化することが可能とな
る。尚、２組目の正規分布乱数を用いたときに重ね合わ
せ精度が要求精度を満足しなければ、再度サンプルショ
ット配置を変更するようにし、２組の正規分布乱数の各
々で重ね合わせ精度が要求精度を満足したときのサンプ
ルショット配置を最適条件とする。また、乱数発生部５
０９から３組以上の正規分布乱数を発生させ、各組毎に
重ね合わせ精度が要求精度を満足するようにサンプルシ
ョット配置を最適化しても良い。

【００８３】次に、シーケンスコントローラ５０８はＬ
ＳＡ系を用い、ステップ１２３で登録されたサンプルシ
ョット配置に従って、全てのサンプルショットのアライ
メントマークを検出する。ＬＳＡ演算ユニット４１は、
ＬＳＡ系からの光電信号を波形処理してアライメントマ
ークの座標位置を求め、各サンプルショットの座標位置
を記憶部５０１に出力する。ＥＧＡ演算ユニット５０２
は、記憶部５０１に格納された座標位置（計測値）とデ
ータ部５０３に格納された座標位置（設計値）とを用い
てＥＧＡモードで統計演算（数式２）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し、この算出
した全ての座標位置をシーケンスコントローラ５０８に
出力する。シーケンスコントローラ５０８は、ＥＧＡ演
算ユニット５０２からの座標位置（計算値）に従ってウ
エハステージＷＳを位置決めしながら、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
合わせ露光を実行する（ステップ１２４）。

【００８４】ここで、ステップ１２４では最適化された
サンプルショット配置に従ってＥＧＡモードで全てのシ
ョット領域の座標位置を算出するようにしたが、例えば
ステップ１１７で決定したショット領域毎の真の座標位
置をそのまま用いて重ね合わせ露光を行うようにしても
良い。また、ロット内の２枚目以降のウエハでは、前述
の如く１枚目のウエハで最適化された各種条件のもとで
ＥＧＡモードを採用して重ね合わせ露光を行うことにな
る。

【００８５】一方、ステップ１２２で要求精度が満足さ
れなければ、直ちにステップ１２５に進み、演算部５０
５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ＥＧＡモードでのサンプルショット配置が
最適化されていないと考えられるので、サンプルショッ
ト配置を変更するものとして直ちにステップ１２６に進
む。さて、ステップ１２６においてサンプルショット指
定部５０４は、演算部５０５（又はオペレータ）の指示
に従ってサンプルショット配置を変更する。本実施例で
は、例えば第１のサンプルショット配置とサンプルショ
ット数は同一で、位置は全く異なる第２のサンプルショ
ット配置に変更したものとする。

【００８６】次に、ステップ１２７においてアライメン
トセンサーの計測再現性が良好か否かを確認する。既に
ステップ１１５で計測再現性が悪いと判断されているの
で、ここでは直ちにステップ１１８に進み、第２のサン
プルショット配置のｍ個のサンプルショットの真の座標
位置（Ｘ_tm+1、Ｙ_tm+1）、（Ｘ_tm+2、Ｙ_tm+2）、・・・・
（Ｘ_t2m 、Ｙ_t2m ）の各々に対して正規分布乱数を与え
る。ここで、乱数発生部５０９は第１のサンプルショッ
ト配置において既にｍ個の正規分布乱数（ＲＸ₁₁、ＲＹ
₁₁）、（ＲＸ₁₂、ＲＹ₁₂）、・・・・（ＲＸ_1m、ＲＹ_1m）を
発生している。このため、乱数発生部５０９は１組目の
正規分布乱数のうち、（ｍ＋１）〜２ｍ番目までのｍ個
の正規分布乱数（ＲＸ_1m+1、ＲＹ_1m+1）、（ＲＸ_1m+2、
ＲＹ_1m+2）、・・・・（ＲＸ_12m 、ＲＹ_12m ）を発生する。
ＥＧＡ演算ユニット５０２は、乱数発生部５０９からの
正規分布乱数を計測誤差としてサンプルショットの真の
座標位置に与え、補正座標位置（Ｘ_tm+1＋ＲＸ_1m+1、Ｙ
_tm+1＋ＲＹ_1m+1）、（Ｘ_tm+2＋ＲＸ_1m+2、Ｙ_tm+2＋ＲＹ
_1m+2）・・・・（Ｘ_t2m ＋ＲＸ_12m 、Ｙ_t2m ＋ＲＹ_12m ）を
求める。ここでは、第１、第２のサンプルショット配置
で共通に使用されるサンプルショットが存在しないが、
第１、第２のサンプルショット配置の少なくとも一部が
重複しているとき、重複したサンプルショットに対して
は第１のサンプルショット配置のときに発生した正規分
布乱数をそのまま与えれば良い。

【００８７】さらにＥＧＡ演算ユニット５０２は、第２
のサンプルショット配置でのｍ個のサンプルショットの
補正座標位置、及びデータ部５０３に格納された各サン
プルショットの座標位置（設計値）を用いて再度統計演
算（数式２）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１１９）。演算部５０
５は、乱数発生部５０９から入力されるｎ個の正規分布
乱数を、ＥＧＡ演算ユニット５０２で算出された座標位
置に与える（ステップ１２０）。ここで、ｎ個の座標位
置に与える正規分布乱数は、前述の如く第１のサンプル
ショット配置で求めた座標位置に与えたｎ個の正規分布
乱数と全く同じものである。

【００８８】次に、演算部５０５はショット領域毎の残
留誤差（真の座標位置と補正座標位置との差）に基づい
て重ね合わせ精度を算出し（ステップ１２１）、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１２２）。ここで、重ね合わせ精度が要求精度を満
足すれば、前述の如くステップ１２３、１２４を実行し
て重ね合わせ露光を終了する。一方、要求精度を満足し
なければ再度ステップ１２５に進む。以下、重ね合わせ
精度が要求精度を満足するまでステップ１２５〜１２
７、１１８〜１２１を繰り返し実行し、重ね合わせ精度
が要求精度を満足した時点でサンプルショット配置が最
適化されたものとしてステップ１２３に進むことにな
る。尚、ステップ１１５で計測再現性が悪いと判断され
ていたら、ステップ１２６ではサンプルショット数を増
やすようにサンプルショット配置を変更することが望ま
しい。

【００８９】ところで、ステップ１１５で計測再現性が
良好であると判断されると、直ちにステップ１１９に移
行して統計演算を実行することになる。以下、計測再現
性が良好であるときのシーケンスについて簡単に説明す
る。さて、ステップ１１９においてＥＧＡ演算ユニット
５０２は、サンプルショット指定部５０４から入力した
第１のサンプルショット配置に従い、ステップ１１３で
記憶部５０１に格納された座標位置の中から各サンプル
ショットの座標位置を読み出す。ここでは計測再現性が
良好であることを前提としているため、前述の如く複数
回計測を行わずとも、ＬＳＡ演算ユニット４１で求めた
座標位置をそのまま使用できる。すなわち、ステップ１
１３で求めた座標位置を、真の座標位置（本発明の第１
の座標位置）と見做すことができる。さらにＥＧＡ演算
ユニット５０２は、先に読み出した座標位置（計測値）
とデータ部５０３内の座標位置（設計値）とを用いてＥ
ＧＡモードで統計演算（数式２）を行い、ウエハＷ上の
全てのショット領域の各々の座標位置を算出し、各座標
位置を記憶部５０６に出力する。

【００９０】次に、演算部５０５は乱数発生部５０９か
ら入力したｎ個の正規分布乱数を、ＥＧＡ演算ユニット
５０２で算出した座標位置に与え（ステップ１２０）、
この補正座標位置とステップ１１３で記憶部５０１に記
憶された座標位置（計測値）との差（残留誤差）を求め
る。しかる後、ショット領域毎の残留誤差から重ね合わ
せ精度を算出する（ステップ１２１）。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し（ステッ
プ１２２）、要求精度が満足されていればステップ１２
３に進み、ステップ１１９で使用した第１のサンプルシ
ョット配置を最適条件として指定部５０４に設定する。
さらにシーケンスコントローラ５０８は、ステップ１１
９で記憶部５０６に記憶された座標位置（計算値）に従
ってウエハステージＷＳを位置決めしながら、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実行する（ステップ１２４）。

【００９１】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１２５に進み、ここではサンプルショ
ット配置を変更すると判断してステップ１２６へ移行
し、指定部５０４はサンプルショット配置を変更する。
しかる後、ステップ１２７で計測再現性は良好であると
判断してステップ１１９に戻り、ＥＧＡ演算ユニット５
０２は指定部５０４から入力した第２のサンプルショッ
ト配置に従って記憶部５０１から各サンプルショットの
座標位置を読み出す。さらに統計演算（数式２）を実行
してウエハ上の全てのショット領域の各々の座標位置を
算出し、各座標位置を記憶部５０６に出力する。以下、
前述の如くステップ１２０〜１２２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１２３、１２４
を実行して重ね合わせ露光を終了する。一方、要求精度
を満足しなければ再度ステップ１２５に進む。以下、重
ね合わせ精度が要求精度を満足するまでステップ１２５
〜１２７、１１９〜１２１を繰り返し実行し、重ね合わ
せ精度が要求精度を満足した時点でサンプルショット配
置が最適化されたものとしてステップ１２３に進むこと
になる。

【００９２】さて、以上の説明ではステップ１１４で選
択されたＥＧＡモードでのサンプルショット配置を最適
化するようにしたが、アライメントセンサーの計測再現
性に依らず、前述の如く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いことがあ
る。そこで、サンプルショット配置を予め定められた回
数だけ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１２５でサンプルショット配置を変更
しないと判断してステップ１２８に進み、ＥＧＡモード
をＷ−ＥＧＡモード（又はＤ／Ｄモード）へ変更するか
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Ｅ
ＧＡ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ステップ１２９へ移行し、
モード変更しない場合には１枚目のウエハへの重ね合わ
せ露光は行わず、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ことにな
る。

【００９３】次に、ステップ１２９において１枚目のウ
エハに適用すべきアライメントモードを決定する。ここ
では、ステップ１１４で決定されたアライメントモード
がＥＧＡモードであればＷ−ＥＧＡモード、又はＤ／Ｄ
モードを選択可能し、Ｗ−ＥＧＡモードであればＤ／Ｄ
モードを選択可能としている。従って、本実施例ではＷ
−ＥＧＡモード、又はＤ／Ｄモードを選択可能である
が、装置のスループットを考慮してＷ−ＥＧＡモードを
選択するものとする。このとき、演算部５０５、又はオ
ペレータはＥＧＡ演算ユニット５０２に対してＷ−ＥＧ
Ａモードを指定しておく。

【００９４】しかる後、ステップ１３０においてアライ
メントモードがＤ／Ｄモードであるか否かを判断し（ス
テップ１３０）、Ｄ／Ｄモードであれば直ちにステップ
１２４に移行して重ね合わせ露光を実行する。このと
き、ステップ１１５において既に計測再現性が良好であ
ると判断されていれば、シーケンスコントローラ５０８
はＬＳＡ系を用いてショット領域毎にアライメントマー
クを検出しながら重ね合わせ露光を実行する。または、
ステップ１１３で記憶部５０１に記憶された座標位置に
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。一方、ステップ１１５において既に計測再現性が
悪いと判断されていれば、ステップ１１７で記憶部５０
６に記憶された座標位置に従ってウエハステージＷＳを
位置決めしながら重ね合わせ露光を実行することにな
る。尚、１枚目のウエハでＤ／Ｄモードが選択される
と、ロット内の２枚目以降のウエハに対してもＤ／Ｄモ
ードが適用されることになる。また、ステップ１２９で
Ｄ／Ｄモードが選択されたとき、あるいはＤ／Ｄモード
が選択され、かつ計測再現性が悪いときには、２枚目の
ウエハ、又は２枚目から数枚のウエハでも１枚目のウエ
ハと同じシーケンスを採用して、アライメントモードの
選択等を再度行うようにすることが望ましい。

【００９５】さて、本実施例ではＷ−ＥＧＡモードを選
択したので、ステップ１３０からステップ１２７へ移行
してアライメントセンサーの計測再現性を確認し、計測
再現性が良好であればステップ１１９に進み、逆に悪け
ればステップ１１８に進む。ここで、Ｗ−ＥＧＡモード
を選択したときにはアライメントセンサーの計測再現性
に依らず、例えばステップ１１４で算出した配列誤差の
特徴に基づいて、Ｗ₁-ＥＧＡモードとＷ₂-ＥＧＡモード
のいずれか一方を選択するようにしても良い。以下、Ｗ
₁-ＥＧＡモードを例に挙げて説明するが、ここでは計測
再現性が悪くてステップ１１８へ進む場合について述べ
る。

【００９６】ステップ１１８においてＥＧＡ演算ユニッ
ト５０２は、サンプルショット指定部５０４で決定され
るＷ₁-ＥＧＡモードに好適な第１のサンプルショット配
置を入力し、既にステップ１１７で記憶部５０６に格納
されたｎ個の真の座標位置の中からｍ個のサンプルショ
ットの真の座標位置を読み出す。さらにＥＧＡ演算ユニ
ット５０２は、乱数発生部５０９から入力したｍ個の正
規分布乱数（計測誤差に対応）を各サンプルショットの
真の座標位置に与える。

【００９７】次に、演算部５０５（又はオペレータ）は
前述の数式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５０
７に与える。重み発生部５０７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、ｍ個のサンプルショッ
トの座標位置（真の座標位置に正規分布乱数を与えたも
の）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。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、このパラメータ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（ステップ１１９）。次
に、演算部５０５は乱数発生部５０９から入力したｎ個
の正規分布乱数（ステッピング誤差に対応）を、ＥＧＡ
演算ユニット５０２で算出した座標位置に与え（ステッ
プ１２０）、この補正座標位置とステップ１１７で記憶
部５０６に記憶された真の座標位置との差（残留誤差）
を求める。しかる後、ショット領域毎の残留誤差から重
ね合わせ精度を算出する（ステップ１２１）。

【００９８】このとき、演算部５０５はショット領域毎
の残留誤差、第１のサンプルショット配置、及びパラメ
ータＳの値（重み付け定数）を表示装置６２に出力す
る。図９に示すように、表示装置６２はショット領域毎
の残留誤差をベクトル表示し、かつサンプルショットと
して選択したｍ個（図９では２８個）のショット領域に
○印を付して表示する。さらにＸ、Ｙ方向の各々の重み
付け定数を併記して、オペレータに知らせるようにす
る。また、演算部５０５で算出した重ね合わせ精度（｜
Ｘ｜＋３σ、３σ、又は｜Ｘ｜）も、数値、又は正規分
布の形で表示するようにしても良い。

【００９９】次に、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１２２）。ここで、要求
精度が満足されていればステップ１２３に進み、指定部
５０４に対して第１のサンプルショット配置を最適条件
として設定し、重み発生部５０７に対して重み付け定数
（パラメータＳの値）を最適値として（又は重み付け関
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５０８はＬＳＡ系を用い、ステップ１２３で設
定されたサンプルショット配置に従って、全てのサンプ
ルショットのアライメントマークを検出する。ＬＳＡ演
算ユニット４１は、ＬＳＡ系からの光電信号を波形処理
してアライメントマークの座標位置を求め、各サンプル
ショットの座標位置を記憶部５０１に出力する。ＥＧＡ
演算ユニット５０２は、ショット領域毎に重み発生部５
０７から発生するサンプルショット毎の重み付けを入力
し、記憶部５０１に格納された各サンプルショットの座
標位置（計測値）に重み付けを行う。さらに、この重み
付けされた座標位置とデータ部５０３に格納された座標
位置（設計値）とを用いてＷ−ＥＧＡモードで統計演算
（数式３）を行い、ウエハＷ上の全てのショット領域の
座標位置を算出し、この算出した全ての座標位置をシー
ケンスコントローラ５０８に出力する。シーケンスコン
トローラ５０８は、ＥＧＡ演算ユニット５０２からの座
標位置（計算値）に従ってウエハステージＷＳを位置決
めしながら、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実行する（ス
テップ１２４）。

【０１００】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１２５に進み、Ｗ−ＥＧＡモードの処
理条件、すなわちサンプルショット配置と重み付け定数
（パラメータＳの値）の少なくとも一方を変更するか否
かを判断する。ここでは重み付け定数が最適化されてい
ないと判断するものとし、ステップ１２６において演算
部５０５（又はオペレータ）は重み付け定数（すなわ
ち、補正係数Ｃ、又は重みパラメータＤ）の値を変更す
る。しかる後、ステップ１２７において計測再現性が良
好であるか否かを判断し、先のＥＧＡモード（ステップ
１１５）での計測再現性が良好であればステップ１１９
へ進み、逆に悪ければステップ１１８に進む。ここでは
計測再現性が悪いものとしてステップ１１８へ進むが、
ステップ１２６では重み付け定数のみを変更し、サンプ
ルショット配置は変更していない。このため、ステップ
１１８では乱数発生部５０９から新たな正規分布乱数を
発生させてサンプルショットの座標位置を補正する必要
がなく、直ちにステップ１１９へ移行することになる。
すなわち、計測再現性が悪ければステップ１１８に進む
が、ステップ１２６でサンプルショット配置を変更した
ときのみ、演算部５０５は指定部５０４で追加（又は変
更）されたサンプルショットに対し、乱数発生部５０９
からの正規分布乱数を入力してその真の座標位置を補正
することになる。

【０１０１】次に、重み発生部５０７はステップ１２６
で変更された重み付け定数（パラメータＳ）に応じて重
み付け関数（数式４）を決定するとともに、この決定し
た関数を用いてショット領域毎に、ｍ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。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（真の座標位置に
正規分布乱数を与えたもの）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、このパラメータ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（ステップ１１９）。

【０１０２】さらに、演算部５０５は乱数発生部５０９
から入力したｎ個の正規分布乱数を、ＥＧＡ演算ユニッ
ト５０２で算出した座標位置に与え（ステップ１２
０）、この補正座標位置とステップ１１７で記憶部５０
６に記憶された真の座標位置との差（残留誤差）を求め
る。しかる後、ショット領域毎の残留誤差から重ね合わ
せ精度を算出する（ステップ１２１）。次に、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
１２２）、要求精度を満足すれば前述の如くステップ１
２３、１２４を実行する。一方、要求精度を満足しなけ
ればステップ１２５に進み、再度重み付け定数を変更す
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。ここでは重ね合わせ精度が要求精度を
満足しないのでステップ１２６に進み、重み付け定数の
みを変更するものとする。さらにステップ１２７、１１
８〜１２２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１２３、１２４を実行し、逆に満足しな
ければステップ１２５に進む。以下、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、重み付
け定数とサンプルショット配置との少なくとも一方を順
次変更しながらステップ１１８〜１２２を繰り返し実行
することになる。尚、計測再現性が良好であるときはス
テップ１２７からステップ１１９へ移行し、ＥＧＡモー
ドと全く同様にステップ１１３で求めた座標位置をその
まま使用して、前述の通り重み付け定数やサンプルショ
ット配置を最適化すれば良い。

【０１０３】ここで、本実施例では同一サンプルショッ
ト配置で重み付け定数のみを順次変更していき、最も重
ね合わせ精度が良くなる重み付け定数を選び出す。図１
０は、図９中のサンプルショット配置で重み付け定数の
みを順次変更したときに得られる重ね合わせ精度（｜Ｘ
｜＋３σ）と重み付け定数との関係を示している。図１
０では重み付け定数が５０のとき、重ね合わせ精度が最
も良くなっている。ここでは重み付け定数５０を選び出
すとともに、重ね合わせ精度が要求精度を満足していれ
ば、その値を重み発生部５０７に設定することになる。
このとき、図１０の関係を表示装置６２上に表示するよ
うにしても良く、オペレータは最も重ね合わせ精度が良
くなる重み付け定数を選択してその値を重み発生部５０
７に設定する。尚、同一サンプルショット配置で求めた
重ね合わせ精度がいずれも要求精度を満足しなければ、
サンプルショット配置を変更して再度複数の重み付け定
数の各々で重ね合わせ精度を求めることになる。

【０１０４】さて、重み付け定数、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１２５で条件変更を行わないとして
ステップ１２８に進み、アライメントモードをＷ₁-ＥＧ
Ａ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
ペレータが決定すれば良い。ここで、モード変更する場
合にはステップ１２９でアライメントモードをＤ／Ｄモ
ードに変更した後、ステップ１３０からステップ１２４
へ移行して前述と同様にＤ／Ｄモードで重ね合わせ露光
を実行する。一方、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、１枚目のウ
エハを元のロット（キャリア）、又はアンロード用のロ
ット（キャリア）に収納し、シーケンスコントローラ５
０８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。

【０１０５】以上ではＷ₁-ＥＧＡモードについて説明し
たが、Ｗ₂-ＥＧＡモードも同一シーケンスであるので、
ここでは説明を省略する。尚、Ｗ₂-ＥＧＡモードでは重
み付け定数、及びサンプルショット配置の他に、非線形
歪みの点対称中心までも変更してその最適化を行うこと
もあり、この点だけがＷ₁-ＥＧＡモードと異なる。ま
た、ステップ１１４でＷ−ＥＧＡモードが選択されたと
きも、前述の説明と全く同様に重み付け定数、サンプル
ショット配置（さらに非線形歪みの点対称中心）を最適
化することになる。

【０１０６】さらに、Ｗ−ＥＧＡモードでは座標位置を
決定すべきショット領域と複数のサンプルショットの各
々との距離を使用して、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１１７で記憶部５０６に格納された真の座
標位置のいずれを用いても良い。特に計測再現性が良好
なときは、ステップ１１３で記憶部５０１に格納された
座標位置（計測値）を用いても構わない。

【０１０７】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とＹ方向用アライメントマークとの
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、Ｘ、Ｙ方向の重み付け
定数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、前述の如く重み付け定数を変更する際には、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。

【０１０８】ところで、以上の実施例ではステップ１１
７で１組の正規分布乱数（ＲＸ₁₁、ＲＹ₁₁）、（Ｒ
Ｘ₁₂、ＲＹ₁₂）、・・・・（ＲＸ_1m、ＲＹ_1m）を発生させて
サンプルショットの各座標位置を補正することとした
が、例えば２組目のｍ個の正規分布乱数（ＲＸ₂₁、ＲＹ
₂₁）、（ＲＸ₂₂、ＲＹ₂₂）、・・・・（ＲＸ_2m、ＲＹ_2m）を
再度発生させてサンプルショットの各座標位置を補正
し、この補正された座標位置を用いて重ね合わせ精度を
求め、２組目の正規分布乱数でも重ね合わせ精度が要求
精度を満足するか否かを確認するようにしても良い。仮
に、２組目の正規分布乱数を用いたときに重ね合わせ精
度が要求精度を満足しなければ、サンプルショット配
置、重み付け定数、非対称歪みの点対称中心等を再度変
更していき、２組の正規分布乱数の各々で重ね合わせ精
度が要求精度を満足するように処理条件を最適化する。
この場合、２組の正規分布乱数（計測誤差）の各々を用
いてＥＧＡモード、又はＷ−ＥＧＡモードの処理条件を
最適化することになるので、前述の如く１組の正規分布
乱数のみを用いる場合に比べてより精度良く処理条件を
最適化することが可能となる。また、乱数発生部５０９
から３組以上の正規分布乱数を発生させ、各組毎に重ね
合わせ精度が要求精度を満足するように処理条件を最適
化しても良い。すなわち２組以上の正規分布乱数を用意
すると、ランダムに生じる計測誤差を精度良く再現する
ことができ、より信頼性の高い処理条件の最適化を行う
ことが可能となる。尚、複数組の正規分布乱数を用いる
ときは、ステップ１２６で処理条件は変更せず、正規分
布乱数のみを変更するものとしてステップ１１８〜１２
２を繰り返し実行すれば良い。

【０１０９】また、ステップ１１７でサンプルショット
の座標位置を補正するとき、Ｘ方向の座標位置とＹ方向
の座標位置とに別々の正規分布乱数を与えるようにして
も良い。例えば、Ｘ−ＬＳＡ系を用いて同一のアライメ
ントマークＭｘを複数回検出してその計測誤差分布（標
準偏差）を求め、この標準偏差を持つ正規分布乱数をＸ
方向の座標位置に与える。同様に、Ｙ−ＬＳＡ系を用い
て同一のアライメントマークＭｙを複数回検出してその
計測誤差分布（標準偏差）を求め、この標準偏差を持つ
正規分布乱数をＹ方向の座標位置に与えるようにすれば
良い。

【０１１０】さらに、ウエハ周辺部のアライメントマー
クはプロセス等の影響で崩れ易いため、ウエハ周辺部に
存在するショット領域での計測誤差が大きくなる。そこ
で、ウエハ上で計測誤差が大きくなると考えられる領域
（例えばウエハ周辺部の輪帯領域）内に存在するサンプ
ルショットの座標位置に対しては大きな標準偏差を持つ
正規分布乱数を与え、計測誤差が小さいと考えられる領
域（例えばウエハ中心部の円形領域）内に存在するサン
プルショットの座標位置に対しては小さな標準偏差を持
つ正規分布乱数を与えるようにしても良い。このとき、
同一のアライメントセンサーを用いてウエハ周辺部の輪
帯領域内の１つのアライメントマークと、ウエハ中心部
の円形領域内の１つのアライメントマークの各々を特定
マークとして複数回ずつ検出し、各領域毎にその計測誤
差分布（標準偏差）を求めて乱数発生部５０９に記憶し
ておけば良い。また、ウエハ上での計測誤差の程度に応
じて３つ以上の領域に分割し、各領域毎にその計測誤差
分布と等しい標準偏差を持つ正規分布乱数をサンプルシ
ョットの座標位置に与えるようにしても良い。例えば、
中心部から周辺部に行くに従って計測誤差が悪化するよ
うなウエハでは、中心部の円形領域と同心円状の複数の
輪帯領域に分割するようにしても良い。

【０１１１】また、本実施例のシーケンス（図１）では
ステップ１１９で算出したウエハ上の全ての座標位置の
各々に対して、ステッピング誤差分布と等しい標準偏差
を持つ正規分布乱数を与えるようにしたが、ステッピン
グ誤差分布の程度（大きさ）によっては正規分布乱数を
座標位置に与えなくても良い。すなわち、ステップ１１
９で算出した座標位置を本発明の第２の座標位置とし、
この算出した座標位置をそのまま用いて重ね合わせ精度
を求めるようにしても良い。

【０１１２】また、ステップ１１４でＤ／Ｄモードが選
択されたとき、図１には示していないが、計測再現性が
良好であればステップ１１５から直ちにステップ１２４
に移行して重ね合わせ露光を実行することになる。一
方、計測再現性が悪ければ、ステップ１１６、１１７を
実行してショット領域毎の真の座標位置を求めた後、ス
テップ１２４に移行して重ね合わせ露光を実行すること
になる。ここで、２枚目以降のウエハでもＤ／Ｄモー
ド、すなわちショット領域毎に真の座標位置を求めたの
ではスループットが大幅に低下する。このため、１枚目
のウエハでＤ／Ｄモードが選択され、かつ計測再現性が
悪いときには、２枚目のウエハにおいてステップ１１４
でＥＧＡモード、又はＷ−ＥＧＡモードを選択するよう
にし、この選択したアライメントモードの処理条件を最
適化することで所望の重ね合わせ精度を得るようにする
ことが望ましい。または、２枚目のウエハに対して再度
図１のシーケンスを適用してアライメントモードを決定
したり、計測再現性を求めるようにしても良い。尚、ア
ライメントモードの種類や計測再現性等に依らず、常に
複数枚（例えば１〜数枚目）のウエハの各々に対して図
１のシーケンスを適用するようにしても良い。

【０１１３】ところで、ウエハ上、特に周辺部に存在す
るアライメントマークがカバレッジ等のプロセスの影響
で非対称になっていると、アライメントセンサーにより
計測された座標位置が誤差（オフセット）を持つことに
なる。すなわち、誤検出しているわけである。この誤差
は、前述した如く真の座標位置を中心として発生する計
測誤差とは異なり、特定方向（例えばウエハ中心から遠
ざかる方向）のみに発生し、その誤差（誤検出量）は複
数回計測でも求めることができない。すなわち誤検出し
ている場合、ステップ１１７における真の座標位置は
「誤検出した座標位置」となる。従って、実験、又は経
験等から求めたその誤差を、計測再現性が悪いときはス
テップ１１７での「誤検出した座標位置」から差し引い
て真の座標位置を求め、計測再現性が良好なときはステ
ップ１１３で求めた全てのショット領域の座標位置から
差し引いて真の座標位置を求めるようにし、この座標位
置を用いて重ね合わせ精度を求めても良い。これによ
り、ＥＧＡモード、又はＷ−ＥＧＡモードの処理条件を
一段と精度良く最適化することが可能となる。

【０１１４】また、ステップ１１４でのアライメントモ
ード決定に使用する座標位置はステップ１１３で求めた
ものであるが、ステップ１１３ではアライメントマーク
毎に複数回計測を行っていないので、ここで求めた座標
位置が真の座標位置であるとは限らない。従って、アラ
イメントセンサーの計測再現性が極端に悪い場合は、ス
テップ１１４で決定されるアライメントモードが最適な
モードであるかどうか疑わしい（信頼性がない）。この
ため、ステップ１０７で記憶した計測再現性、すなわち
標準偏差（３σ）が所定の許容値よりも大きい場合に
は、ステップ１１３においてアライメントマーク毎に複
数回計測を行い、全てのショット領域の真の座標位置を
求めるようにし、ステップ１１４ではショット領域毎の
真の座標位置を用いてアライメントモードを決定すると
良い。この場合、図１ではステップ１１５で計測再現性
が悪いと判断してステップ１１６へ移行することになる
が、ステップ１１６、１１７の作業は既にステップ１１
３で終了しているので、直ちにステップ１１８へ移行し
て座標位置補正を行うことになる。尚、他のシーケンス
は前述の実施例と全く同じである。

【０１１５】さて、以上の実施例ではＥＧＡモード、又
はＷ−ＥＧＡモードの処理条件を最適化するためのシー
ケンスについて説明したが、ＥＧＡモード、又はＷ−Ｅ
ＧＡモードにおいて複数の処理条件の各々で重ね合わせ
精度を求めて、アライメントモード毎に各処理条件での
重ね合わせ精度を解析（シミュレーション）するだけで
も良い。図１０は同一サンプルショット配置で重み付け
定数のみを変更したときの重ね合わせ精度と重み付け定
数との関係を示したものであるが、さらに複数のサンプ
ルショット配置の各々で上記関係を求め、これらを同一
グラフ上に表すようにしても良い。この場合、重み付け
定数とサンプルショット配置とを変化させたときの重ね
合わせ精度を簡単に調べることができる。また、図９で
は１つのショット領域において１つのデータ（残留誤
差）のみをベクトル表示していたが、ショット領域毎に
複数のデータをベクトル表示するようにしても良い。例
えば、前述の如きシミュレーション結果、実際の露光結
果、及びシミュレーション結果と露光結果との差を同時
に３つのベクトルとして表示しても良い。このとき、デ
ータ毎にベクトルのスケールを変更することで、必要な
１つのデータのベクトルのみを表示することが可能とな
る。これは、記憶部５０６に格納されたデータを表示装
置６２上でベクトル表示するとき、データ毎の拡大率を
異ならせることで簡単に実現できる。

【０１１６】さらに、ステップ１１９で全てのショット
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１１
４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配置に含まれ
得る場合には、統計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と良い。この結果、統計
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ー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、あるいは飛び
ショットのアライメントデータは誤検出と考え、飛びシ
ョット以外のショット領域と同様に露光を行うようにす
れば良い。

【０１１７】また、ステップ１１４でＥＧＡモードとＷ
−ＥＧＡモードのいずれか一方のみを選択可能とすると
きは、ウエハが線形歪みを持つか、非線形歪みを持つか
だけを判断できれば良い。そこで、この判断方法の一例
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）とステップ１１３で求めた座標位置との差（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。

【０１１８】以上の実施例では、最適なアライメントセ
ンサーの選択までも行うようにしたが、例えばロット
（キャリア）、又はウエハに各種情報（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）を識別コードとして記しておき、この識別
コードを読み取ることで装置自身がウエハに最適なアラ
イメントセンサーを選択するようにしても良い。また、
アライメントセンサーは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良く、さ
らにその検出方式も上記の如きＬＳＡ方式、ＦＩＡ系２
０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。

【０１１９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、アライメ
ントセンサーの計測再現性の良否にかかわらず、精度良
くアライメントモード（ＥＧＡモード、Ｗ−ＥＧＡモー
ド）の処理条件を最適化することができ、常に良好な位
置合わせ精度（アライメント精度）を得ることが可能と
なる。また、アライメントモードの選択や処理条件の最
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】本発明の位置合わせ方法を適用するのに好適な
投影露光装置の概略構成を示す図。

【図３】図２に示した投影露光装置の制御系のブロック
図。

【図４】Ｗ₁-ＥＧＡモードの原理説明に供する図。

【図５】Ｗ₂-ＥＧＡモードの原理説明に供する図。

【図６】ショット領域に付随した２組のアライメントマ
ークの構成を示す図。

【図７】アライメントセンサーの計測再現性（計測誤差
分布）に対応した正規分布を示す図。

【図８】アライメントモードの選択の説明に供する図。

【図９】ウエハ上の各ショット領域の残留誤差を示すベ
クトルマップ。

【図１０】同一サンプルショット配置で重み付け定数の
みを変更したときの重ね合わせ精度と重み付け定数との
関係を示す図。

【符号の説明】

１７ ＬＳＡ系 ４１ ＬＳＡ演算ユニット ５０１ アライメントデータ記憶部 ５０２ ＥＧＡ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 ５０９ 乱数発生部 ＷＳ ウエハステージ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に配列された複数の処理領域の各
   々を、該基板の移動位置を規定する静止座標系内の所定
   の基準位置に対して位置合わせするにあたって、前記複
   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する位置合わせ方法
   において、 前記処理領域毎に、前記座標位置を複数回計測するとと
   もに、該計測した複数の座標位置を統計演算して第１の
   座標位置を決定する第１工程と；前記特定処理領域毎
   に、前記座標位置の計測信頼性に応じて前記第１の座標
   位置を補正するとともに、該補正された複数の第１の座
   標位置を統計演算して前記複数の処理領域の各々の第２
   の座標位置を算出する第２工程と；前記処理領域毎の前
   記第１の座標位置と前記第２の座標位置との位置ずれ量
   が所定の許容値以下となるように、前記統計演算におけ
   る処理条件を決定する第３工程とを含み、 該決定された処理条件のもとで前記統計演算を行うこと
   により、前記複数の処理領域の各々の前記座標位置を算
   出することを特徴とする位置合わせ方法。