JPH06291020A

JPH06291020A - 位置合わせ方法

Info

Publication number: JPH06291020A
Application number: JP5079414A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Irie; 信行入江; Shigeru Hirukawa; 茂蛭川
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-04-06
Filing date: 1993-04-06
Publication date: 1994-10-18

Abstract

(57)【要約】【目的】ウエハ上に局所的に非線形歪みがある場合で
も、各露光ショットを高精度に且つ高いスループットで
位置合わせする。【構成】１枚目のウエハについて外周サンプルショッ
トＲＳＡ₁〜ＲＳＡ₁₆のステージ座標系での座標値を計
測し、それら座標値からそれぞれＥＧＡ計算により求め
た計算上の座標値を差し引いて、非線形誤差ベクトル
（〈ＡＤ₁〉等）を求める。２枚目のウエハについて
も、同じ配列の外周サンプルショットＲＳＡ₁〜ＲＳＡ
₁₆の非線形誤差ベクトルを求め、それら非線形誤差ベク
トルの相関より２枚のウエハの歪み状態が合致するとき
の回転角を求める。２枚目のウエハについては、１枚目
のウエハで定めた重み分布をその回転角だけ回転させた
重みを用いて、重み付きＥＧＡ方式でアライメントを行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば統計処理により
算出した配列座標に基づいてウエハの各ショット領域上
に順次レチクルのパターン像を転写する投影露光装置に
おいて、ウエハの各ショット領域を順次位置合わせする
場合に適用して好適な位置合わせ方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子又は液晶表示素子等をフォト
リソグラフィ工程で製造する際に、フォトマスク又はレ
チクル（以下「レチクル」と総称する）のパターン像を
投影光学系を介して感光材が塗布されたウエハ上の各シ
ョット領域に投影する投影露光装置が使用されている。
この種の投影露光装置として近年は、ウエハを２次元的
に移動自在なステージ上に載置し、このステージにより
ウエハを歩進（ステッピング）させて、レチクルのパタ
ーン像をウエハ上の各ショット領域に順次露光する動作
を繰り返す、所謂ステップ・アンド・リピート方式の露
光装置、特に、縮小投影型の露光装置（ステッパー）が
多用されている。

【０００３】例えば半導体素子はウエハ上に多数層の回
路パターンを重ねて形成されるので、２層目以降の回路
パターンをウエハ上に投影露光する際には、ウエハ上の
既に回路パターンが形成された各ショット領域とレチク
ルのパターン像との位置合わせ、即ちウエハとレチクル
との位置合わせ（アライメント）を精確に行う必要があ
る。従来のステッパー等におけるウエハの位置合わせ方
法は、概略次のようなものである（例えば特開昭６１−
４４４２９号公報参照）。

【０００４】即ち、ウエハ上には、ウエハマークと呼ば
れる位置合わせ用のマークをそれぞれ含む複数のショッ
ト領域（チップパターン）が形成されており、これらシ
ョット領域は、予めウエハ上に設定された配列座標に基
づいて規則的に配列されている。しかしながら、ウエハ
上の複数のショット領域の設計上の配列座標値（ショッ
ト配列）に基づいてウエハをステッピングさせても、以
下のような要因により、ウエハが精確に位置合わせされ
るとは限らない。

【０００５】(1) ウエハの残存回転誤差θ (2) ステージ座標系（又はショット配列）の直交度誤差
ｗ (3) ウエハの線形伸縮（スケーリング）Ｒｘ，Ｒｙ (4) ウエハ（中心位置）のオフセット（平行移動）Ｏ
ｘ，Ｏｙ

【０００６】この際、これら４個の誤差量（６個のパラ
メータ）に基づくウエハの座標変換は一次変換式で記述
できる。そこで、ウエハマークを含む複数のショット領
域が規則的に配列されたウエハに対し、このウエハ上の
座標系（ｘ，ｙ）を静止座標系としてのステージ上の座
標系（Ｘ，Ｙ）に変換する一次変換モデルを、６個の変
換パラメータａ〜ｆを用いて次のように表現することが
できる。

【０００７】

【数１】

【０００８】この変換式における６個の変換パラメータ
ａ〜ｆは、例えば最小自乗近似法により求めることがで
きる。この場合、ウエハ上の複数のショット領域（チッ
プパターン）の中から幾つか選び出されたショット領域
の各々に付随した座標系（ｘ，ｙ）上の設計上の座標が
それぞれ（ｘ１，ｙ１）、（ｘ２，ｙ２）、‥‥、（ｘ
ｎ，ｙｎ）であるウエハマークに対して所定の基準位置
への位置合わせ（アライメント）を行う。そして、その
ときのステージ上の座標系（Ｘ，Ｙ）での座標値（ＸＭ
１，ＹＭ１）、（ＸＭ２，ＹＭ２）、‥‥、（ＸＭｎ，
ＹＭｎ）を実測する。

【０００９】また、選び出されたウエハマークの設計上
の配列座標（ｘｉ，ｙｉ）（ｉ＝１，‥‥，ｎ）を上述
の１次変換モデルに代入して得られる計算上の配列座標
（Ｘｉ，Ｙｉ）とアライメント時の計測された座標（Ｘ
Ｍｉ，ＹＭｉ）との差（△ｘ，△ｙ）をアライメント誤
差と考える。この一方のアライメント誤差△ｘは例えば
（Ｘｉ−ＸＭｉ）² のｉに関する和で表され、他方のア
ライメント誤差△ｙは例えば（Ｙｉ−ＹＭｉ）² のｉに
関する和で表される。

【００１０】そして、それらアライメント誤差△ｘ及び
△ｙを６個の変換パラメータａ〜ｆで順次偏微分し、そ
の値が０となるような方程式をたてて、それら６個の連
立方程式を解けば６個の変換パラメータａ〜ｆが求めら
れる。これ以降は、変換パラメータａ〜ｆを係数とした
一次変換式を用いて計算した配列座標に基づいて、ウエ
ハの各ショット領域の位置合わせを行うことができる。
あるいは、一次変換式では近似精度が良好でない場合に
は、例えば２次以上の高次式を用いてウエハの位置合わ
せを行うようにしてもよい。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の技術
においては、被露光ウエハに非線形な歪みがある場合に
は、その非線形歪み分の残留誤差が位置合わせ誤差とな
ってしまうという不都合があった。このため、本出願人
は、そのような歪みがある場合のアライメント方法とし
て、露光対象とするショット領域（以下、「露光ショッ
ト」という）又は被露光ウエハ内の所定の基準点からの
距離が小さいほど歪みによる非線形誤差の影響も小さい
とした、所謂重み付けＥＧＡ方式を提案している。

【００１２】この重み付けＥＧＡ方式では、露光ショッ
ト又は被露光ウエハ内の基準点（歪みの中心等）からの
距離が小さいサンプルショットほど大きな重み付けをし
て、重み付け方式の線形近似が行われ、各露光ショット
毎にウエハのオフセット、回転、スケーリング、直交度
の補正成分を求めた上で、各露光ショットの位置をそれ
らの補正成分だけ補正して得た位置に設定して露光が行
われる。この重み付けＥＧＡでは、単純に露光ショット
又は所定の基準点に近いサンプルショットほど歪みの影
響が小さいとしていたが、実際には歪みの量はショット
間の距離又は基準点との間の距離には依存しない場合が
ある。例えば局所的な歪みがある場合には、ショット間
の距離又は基準点との間の距離に依らず、歪みが大きい
ことがある。このため、上記の重み付けＥＧＡ方式で
も、非線形歪みの影響による位置ずれ誤差を小さくでき
ない場合があった。

【００１３】本発明は斯かる点に鑑み、処理対象とする
ウエハ上のサンプルショットの位置を予め実際に計測し
て得られた結果に基づいて、統計処理により変換パラメ
ータを求め、この変換パラメータを用いて算出された計
算上の配列座標に基づいてウエハ上の各ショット領域の
位置合わせを行う位置合わせ方法において、ウエハ上に
局所的に非線形歪みがある場合でも高精度に位置合わせ
できるようにすることを目的とする。

【００１４】また、そのように高精度に位置合わせがで
きるとしても、スループットが低下することは望ましく
ない。そこで、本発明は、ウエハ上に局所的に非線形歪
みがある場合でも、高精度に且つ高いスループットで各
露光ショットの位置合わせができる位置合わせ方法を提
供することをも目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明による位置合わせ
方法は、例えば図１及び図５〜図９に示すように、基板
（Ｗ）上に設定された試料座標系（ｘ，ｙ）上の配列座
標に基づいて基板（Ｗ）上に配列された複数の被加工領
域（ＥＳ_i)の各々を、基板（Ｗ１）の移動位置を規定す
る静止座標系（Ｘ，Ｙ）内の所定の加工位置に対して位
置合わせするに当たって、複数の被加工領域（ＥＳ_i)の
内、少なくとも３つの予め選択された被加工領域の静止
座標系（Ｘ，Ｙ）上における座標位置を計測し、これら
計測された複数の座標位置を統計計算することによっ
て、基板（Ｗ）上の複数の被加工領域（ＥＳ_i)の各々の
静止座標系（Ｘ，Ｙ）上における配列座標を算出し、こ
れら算出された複数の被加工領域（ＥＳ_i)の各々の配列
座標に従って基板（Ｗ１）の移動位置を制御することに
よって、複数の被加工領域（ＥＳ_i)の各々をその加工位
置に対して位置合わせする方法に関するものである。

【００１６】そして、本発明は、予め選択された被加工
領域のそれぞれに対して複数の被加工領域（ＥＳ_i)の内
の位置決め対象とする被加工領域毎に重み係数を割り当
てる第１工程（ステップ１０１，１０２）と、予め選択
された被加工領域のそれぞれの静止座標系（Ｘ，Ｙ）上
における座標位置を計測する第２工程（ステップ１０
１）と、予め選択された被加工領域のそれぞれの試料座
標系（ｘ，ｙ）上の配列座標から１組の変換パラメータ
を用いて求めた静止座標系（Ｘ，Ｙ）上の配列座標と、
その計測された配列座標との差分の自乗にその重み係数
を乗じて得られた誤差成分を、予め選択された被加工領
域の全部について加算して得られる残留誤差成分が最小
になるように、複数の被加工領域（ＥＳ_i)毎にその１組
の変換パラメータの値を定める第３工程（ステップ１０
４）と、複数の被加工領域（ＥＳ_i)毎に求められたその
１組の変換パラメータの値を用いて、基板（Ｗ１）上の
複数の被加工領域の各々の静止座標系（Ｘ，Ｙ）上にお
ける配列座標を算出する第４工程（ステップ１０４）と
を有するものである。

【００１７】この場合、その第１工程（ステップ１０
１，１０２）において、基板（Ｗ１）上の複数の被加工
領域（ＥＳ_i)が配列されている領域の歪み状態を計測
し、このように計測された歪み状態に応じて、予め選択
された被加工領域のそれぞれに対して複数の被加工領域
（ＥＳ_i)の内の位置決め対象とする被加工領域毎に重み
係数を割り当てることが望ましい。

【００１８】また、本発明の第２の位置合わせ方法は、
その第１の位置合わせ方法を改良したものであり、複数
の被加工領域が形成された第１の基板（Ｗ１）に対し
て、所定の歪み計測領域（ＲＳＡ₁〜ＲＳＡ₁₆）の歪み
の状態を計測した後、その第１工程から前記第４工程ま
で（ステップ１０１〜１０４）を実行し、次に、複数の
被加工領域が形成された第２の基板（Ｗ２）に対して、
その所定の歪み計測領域に対応する領域（図９のＲＳＡ
₁〜ＲＳＡ₁₆）の歪みの状態を計測する（ステップ１０
７）。そして、それら計測された２つの歪みの状態の相
関が高い場合に、第１の基板（Ｗ１）の歪みの状態と第
２の基板（Ｗ２）の歪みの状態との回転角を求め（ステ
ップ１０８）、第２の基板（Ｗ２）に対するその第１工
程において、第１の基板（Ｗ２）をその回転角だけ回転
した場合と等しい重み係数を、その予め選択された被加
工領域のそれぞれに対して複数の被加工領域（ＥＳ_i)の
内の位置決め対象とする被加工領域毎に割り当てるもの
である。

【００１９】

【作用】斯かる本発明の第１の位置合わせ方法によれ
ば、例えば基板（Ｗ１）上の全部の被加工領域（Ｅ
Ｓ_i）の座標位置を計測すること（全点計測）により、
各被加工領域（ＥＳ_i）の設計上の座標位置からの非線
形な歪み量を求める。そして、例えば図５（ａ）に示す
ように、或る被加工領域（ＥＳ_j）の計算上の座標位置
を求める際には、その被加工領域（ＥＳ_j）と異なる傾
向の非線形な歪み量を有する被加工領域（ＥＳ_j-2）が
存在する領域（Ｃ１）を超える領域の予め選択された被
加工領域（サンプルショット）には値が小さい重み係数
を付与する。そして、重み付けＥＧＡにより各被加工領
域（ＥＳ_i）のアライメントを行うようにする。

【００２０】また、本発明の第２の位置合わせ方法によ
れば、第１の基板（Ｗ１）及び第２の基板（Ｗ２）の所
定の歪み計測領域に対して、それぞれ歪の状態が計測さ
れ、これら２つの歪の状態の相関が高い場合に、それら
２つの基板の歪みの状態の回転角が求められる。また、
第１の基板（Ｗ１）に対して上述の第１の位置合わせ方
法により全面の歪みの状態を求め、この歪みの状態から
重み係数を求めておく。そして、第２の基板（Ｗ２）で
はその第１の基板（Ｗ１）での重み係数の分布を回転し
た重み係数を使用することにより、重み係数を決定する
際の時間が短縮される。

【００２１】

【実施例】以下、本発明による位置合わせ方法の第１実
施例につき図１〜図８を参照して説明する。図２は本実
施例の位置合わせ方法を適用するのに好適な投影露光装
置の概略的な構成を示し、この図２において、超高圧水
銀ランプ１から発生した照明光ＩＬは楕円鏡２で反射さ
れてその第２焦点で一度集光した後、コリメータレン
ズ、干渉フィルター、オプティカルインテグレータ（フ
ライアイレンズ）及び開口絞り（σ絞り）等を含む照明
光学系３に入射する。不図示であるが、フライアイレン
ズはそのレチクル側焦点面がレチクルパターンのフーリ
エ変換面（瞳共役面）とほぼ一致するように光軸ＡＸと
垂直な面内方向に配置されている。

【００２２】また、楕円鏡２の第２焦点の近傍には、モ
ーター３８によって照明光ＩＬの光路の閉鎖及び開放を
行うシャッター（例えば４枚羽根のロータリーシャッタ
ー）３７が配置されている。なお、露光用照明光として
は超高圧水銀ランプ１等の輝線の他に、エキシマレーザ
（ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ等）等
のレーザ光、あるいは金属蒸気レーザやＹＡＧレーザの
高調波等を用いても構わない。

【００２３】図２において、照明光学系３を射出したレ
ジスト層を感光させる波長域の照明光（ｉ線等）ＩＬ
は、その大部分がビームスプリッター４で反射された
後、第１リレーレンズ５、可変視野絞り（レチクルブラ
インド）６及び第２リレーレンズ７を通過してミラー８
に至る。そして、ミラー８でほぼ垂直下方に反射された
照明光ＩＬが、メインコンデンサーレンズ９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。レチクルブラインド６の配置面はレチクルＲのパタ
ーン形成面と共役関係（結像関係）にあり、駆動系３６
によりレチクルブラインド６を構成する複数枚の可動ブ
レードを開閉させて開口部の大きさ、形状を変えること
によって、レチクルＲの照明視野を任意に設定すること
ができる。

【００２４】本実施例のレチクルＲにおいては、遮光帯
に囲まれたパターン領域ＰＡの４辺のほぼ中央部にそれ
ぞれアライメントマークとしてのレチクルマークが形成
されている。これらレチクルマークの像をウエハＷのレ
ジスト層上に投影することにより、そのレジスト層上に
それらレチクルマークの像が潜像として形成されるもの
である。また、本実施例ではそれらレチクルマークが、
ウエハＷの各ショット領域とレチクルＲとの位置合わせ
を行う際のアライメントマークとしても共用される。そ
れら４つのレチクルマークは同一構成（但し、方向は異
なる）であり、例えば或る１つのウエハマークは、Ｙ方
向に配置された７個のドットマークから成る回折格子マ
ークを、Ｘ方向に所定間隔で５列配列したマルチマーク
である。それらウエハマークは、レチクルＲの遮光帯中
に設けられた透明窓内にクロム等の遮光部により形成さ
れる。更に、レチクルＲにはその外周付近に２個の十字
型の遮光性マークよりなるアライメントマークが対向し
て形成されている。これら２個のアライメントマーク
は、レチクルＲのアライメント（投影光学系１３の光軸
ＡＸに対する位置合わせ）に用いられる。

【００２５】レチクルＲは、モータ１２によって投影光
学系１３の光軸ＡＸの方向に微動可能で、且つその光軸
ＡＸに垂直な水平面内で２次元移動及び微小回転可能な
レチクルステージＲＳ上に載置されている。レチクルス
テージＲＳの端部にはレーザ光波干渉測長器（レーザ干
渉計）１１からのレーザビームを反射する移動鏡１１ｍ
が固定され、レチクルステージＲＳの２次元的な位置は
レーザ干渉計１１によって、例えば０．０１μｍ程度の
分解能で常時検出されている。レチクルＲの上方にはレ
チクルアライメント系（ＲＡ系）１０Ａ及び１０Ｂが配
置され、これらＲＡ系１０Ａ及び１０Ｂは、レチクルＲ
の外周付近に形成された２個の十字型のアライメントマ
ークを検出するものである。ＲＡ系１０Ａ及び１０Ｂか
らの計測信号に基づいてレチクルステージＲＳを微動さ
せることで、レチクルＲはパターン領域ＰＡの中心点が
投影光学系１３の光軸ＡＸと一致するように位置決めさ
れる。

【００２６】さて、レチクルＲのパターン領域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１３に入射し、投影光学系１３により１／５に縮小さ
れたレチクルＲの回路パターンの投影像が、表面にレジ
スト層が形成され、その表面が投影光学系１３の最良結
像面とほぼ一致するように保持されたウエハＷ上の１つ
のショット領域に重ね合わせて投影（結像）される。

【００２７】ウエハＷは、微小回転可能なウエハホルダ
（不図示）に真空吸着され、このウエハホルダを介して
ウエハステージＷＳ上に保持されている。ウエハステー
ジＷＳは、モーター１６によりステップ・アンド・リピ
ート方式で２次元移動可能に構成され、ウエハＷ上の１
つのショット領域に対するレチクルＲの転写露光が終了
すると、ウエハステージＷＳは次のショット位置までス
テッピングされる。ウエハステージＷＳの端部にはレー
ザ干渉計１５からのレーザビームを反射する移動鏡１５
ｍが固定され、ウエハステージＷＳの２次元的な座標
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ている。レーザ干渉計１５は、
ウエハステージＷＳの投影光学系１３の光軸ＡＸに垂直
な一方向（これをＸ方向とする）及びこれに垂直なＹ方
向の座標を計測するものであり、それらＸ方向及びＹ方
向の座標によりウエハステージＷＳのステージ座標系
（静止座標系）（Ｘ，Ｙ）が定められる。即ち、レーザ
干渉計１５により計測されるウエハステージＷＳの座標
値が、ステージ座標系（Ｘ，Ｙ）上の座標値である。

【００２８】また、ウエハステージＷＳ上にはベースラ
イン量（後述）の計測時等で用いられる基準マークを備
えた基準部材（ガラス基板）１４が、ウエハＷの露光面
とほぼ同じ高さになるように設けられている。基準部材
１４には基準マークとして、光透過性の５組のＬ字状パ
ターンから成るスリットパターンと、光反射性のクロム
で形成された２組の基準パターン（デューティ比は１：
１）とが設けられている。一方の組の基準パターンは、
Ｙ方向に配列された７個のドットマークをＸ方向に３列
配列してなる回折格子マークと、３本の直線パターンを
Ｘ方向に配列してなる回折格子マークと、Ｙ方向に延び
た１２本のバーマークとを、Ｘ方向に配列したものであ
る。他方の組の基準パターンはその一方の組の基準パタ
ーンを９０°回転したものである。

【００２９】さて、光ファイバー（不図示）等を用いて
基準部材１４の下へ伝送された照明光（露光光）によっ
て、基準部材１４に形成されたスリットパターンが下方
（ウエハステージ内部）から照明されるように構成され
ている。基準部材１４のスリットパターンを透過した照
明光は、投影光学系１３を介してレチクルＲの裏面（パ
ターン面）にスリットパターンの投影像を結像する。更
に、レチクルＲ上の４個のレチクルマークの何れかを通
過した照明光は、メインコンデンサーレンズ９、リレー
レンズ７，５等を通ってビームスプリッター４に達し、
ビームスプリッター４を透過した照明光が、投影光学系
１３の瞳共役面の近傍に配置された光電検出器３５によ
り受光される。光電検出器３５は照明光の強度に応じた
光電信号ＳＳを主制御系１８に出力する。以下では、光
ファイバー（不図示）、基準部材１４及び光電検出器３
５をまとめてＩＳＳ（Imaging Slit Sensor)系と呼ぶ。

【００３０】また、図２中には投影光学系１３の結像特
性を調整できる結像特性補正部１９も設けられている。
本実施例における結像特性補正部１９は、投影光学系１
３を構成する一部のレンズエレメント、特にレチクルＲ
に近い複数のレンズエレメントの各々を、ピエゾ素子等
の圧電素子を用いて独立に駆動（光軸ＡＸに対して平行
な方向の移動又は傾斜）することで、投影光学系１３の
結像特性、例えば投影倍率やディストーションを補正す
るものである。

【００３１】次に、投影光学系１３の側方にはオフ・ア
クシス方式のアライメントセンサー（以下「Field Imag
e Alignment 系（ＦＩＡ系）」という）が設けられてい
る。このＦＩＡ系において、ハロゲンランプ２０で発生
した光をコンデンサーレンズ２１及び光ファイバー２２
を介して干渉フィルター２３に導き、ここでレジスト層
の感光波長域及び赤外波長域の光をカットする。干渉フ
ィルター２３を透過した光は、レンズ系２４、ビームス
プリッター２５、ミラー２６及び視野絞りＢＲを介して
テレセントリックな対物レンズ２７に入射する。対物レ
ンズ２７から射出された光が、投影光学系１３の照明視
野を遮光しないように投影光学系１３の鏡筒下部周辺に
固定されたプリズム（又はミラー）２８で反射され、ウ
エハＷをほぼ垂直に照射する。

【００３２】対物レンズ２７からの光は、ウエハＷ上の
ウエハマーク（下地マーク）を含む部分領域に照射さ
れ、当該領域から反射された光はプリズム２８、対物レ
ンズ２７、視野絞りＢＲ、ミラー２６、ビームスプリッ
ター２５及びレンズ系２９を介して指標板３０に導かれ
る。ここで、指標板３０は対物レンズ２７及びレンズ系
２９に関してウエハＷと共役な面内に配置され、ウエハ
Ｗ上のウエハマークの像は指標板３０の透明窓内に結像
される。更に指標板３０には、その透明窓内に指標マー
クとして、Ｙ方向に延びた２本の直線状マークをＸ方向
に所定間隔だけ離して配置したものが形成されている。
指標板３０を通過した光は、第１リレーレンズ系３１、
ミラー３２及び第２リレーレンズ系３３を介して撮像素
子（ＣＣＤカメラ等）３４へ導かれ、撮像素子３４の受
光面上にはウエハマークの像と指標マークの像とが結像
される。撮像素子３４からの撮像信号ＳＶは主制御系１
８に供給され、ここでウエハマークのＸ方向の位置（座
標値）が算出される。なお、図２中には示していない
が、上記構成のＦＩＡ系（Ｘ軸用のＦＩＡ系）の他に、
Ｙ方向のマーク位置を検出するためのもう１組のＦＩＡ
系（Ｙ軸用のＦＩＡ系）も設けられている。

【００３３】次に、投影光学系１３の上部側方にはＴＴ
Ｌ（スルー・ザ・レンズ）方式のアライメントセンサー
１７も配置され、アライメントセンサー１７からの位置
検出用の光がミラーＭ１及びＭ２を介して投影光学系１
３に導かれている。その位置検出用の光は投影光学系１
３を介してウエハＷ上のウエハマーク上に照射され、こ
のウエハマークからの反射光が投影光学系１３、ミラー
Ｍ２及びミラーＭ１を介してアライメントセンサー１７
に戻される。アライメントセンサー１７は戻された反射
光を光電変換して得られた信号から、ウエハＷ上のウエ
ハマークの位置を求める。

【００３４】図３は、図２中のＴＴＬ方式のアライメン
トセンサー１７の詳細な構成を示し、この図３におい
て、本例のアライメントセンサー１７は、２光束干渉方
式のアライメント系（以下「ＬＩＡ系」という）とレー
ザ・ステップ・アライメント方式のアライメント系（以
下「ＬＳＡ系」という）とをその光学部材を最大限共有
させて組み合わせたものである。ここでは簡単に説明す
るが、より具体的な構成は特開平２−２７２３０５号公
報に開示されている。

【００３５】図３において、光源（Ｈｅ−Ｎｅレーザ光
源等）４０から射出されたレーザビームはビームスプリ
ッター４１で分割され、ここで反射されたレーザビーム
はシャッター４２を介して第１ビーム成形光学系（ＬＩ
Ａ光学系）４５に入射する。一方、ビームスプリッター
４１を透過したレーザビームは、シャッター４３及びミ
ラー４４を介して第２ビーム成形光学系（ＬＳＡ光学
系）４６に入射する。従って、シャッター４２及び４３
を適宜駆動することにより、ＬＩＡ系とＬＳＡ系とを切
り換えて使用することができる。

【００３６】さて、ＬＩＡ光学系４５は２組の音響光学
変調器等を含み、所定の周波数差△ｆを与えた２本のレ
ーザビームを、その光軸を挟んでほぼ対称に射出する。
更に、ＬＩＡ光学系４５から射出された２本のレーザビ
ームは、ミラー４７及びビームスプリッター４８を介し
てビームスプリッター４９に達し、ここを透過した２本
のレーザビームはレンズ系（逆フーリエ変換レンズ）５
３及びミラー５４を経て、装置上で固定されている参照
用回折格子５５に、互いに異なる２方向から所定の交差
角で入射して結像（交差）する。光電検出器５６は、参
照用回折格子５５を透過してほぼ同一方向に発生する回
折光同士の干渉光を受光し、回折光強度に応じた正弦波
状の光電信号ＳＲを主制御系１８（図２参照）内のＬＩ
Ａ演算ユニット５８に出力する。

【００３７】一方、ビームスプリッター４９で反射され
た２本のレーザビームは、対物レンズ５０によって視野
絞り５１の開口部で一度交差した後、ミラーＭ２（図２
中のミラーＭ１は図示省略）を介して投影光学系１３に
入射する。更に、投影光学系１３に入射した２本のレー
ザビームは、投影光学系１３の瞳面で光軸ＡＸに関して
ほぼ対称となって一度スポット状に集光した後、ウエハ
Ｗ上のウエハマークのピッチ方向（Ｙ方向）に関して光
軸ＡＸを挟んで互いに対称的な角度で傾いた平行光束と
なって、ウエハマーク上に異なる２方向から所定の交差
角で入射する。ウエハマーク上には周波数差△ｆに対応
した速度で移動する１次元の干渉縞が形成され、当該マ
ークから同一方向、ここでは光軸方向に発生した±１次
回折光（干渉光）は投影光学系１３、対物レンズ５０等
を介して光電検出器５２で受光され、光電検出器５２は
干渉縞の明暗変化の周期に応じた正弦波状の光電信号Ｓ
ＤｗをＬＩＡ演算ユニット５８に出力する。ＬＩＡ演算
ユニット５８は、２つの光電信号ＳＲ及びＳＤｗの波形
上の位相差からそのウエハマークの位置ずれ量を算出す
ると共に、レーザ干渉計１５からの位置信号ＰＤｓを用
いて、当該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６１（図４参照）に出力する。

【００３８】また、ＬＳＡ光学系４６はビームエクスパ
ンダー、シリンドリカルレンズ等を含み、ＬＳＡ光学系
４６から射出されたレーザビームはビームスプリッター
４８及び４９を介して対物レンズ５０に入射する。更
に、対物レンズ５０から射出されるレーザビームは、一
度視野絞り５１の開口部でスリット状に収束した後、ミ
ラーＭ２を介して投影光学系１３に入射する。投影光学
系１３に入射したレーザビームは、その瞳面のほぼ中央
を通った後、投影光学系１３のイメージフィールド内で
Ｘ方向に伸び、且つ光軸ＡＸに向かうような細長い帯状
スポット光としてウエハＷ上に投影される。

【００３９】スポット光とウエハＷ上のウエハマーク
（回折格子マーク）とをＹ方向に相対移動したとき、当
該ウエハマークから発生する光は投影光学系１３、対物
レンズ５０等を介して光電検出器５２で受光される。光
電検出器５２は、ウエハマークからの光のうち±１次〜
３次回折光のみを光電変換し、このように光電変換して
得られた光強度に応じた光電信号ＳＤｉを主制御系１８
内のＬＳＡ演算ユニット５７に出力する。ＬＳＡ演算ユ
ニット５７にはレーザ干渉計１５からの位置信号ＰＤｓ
も供給され、ＬＳＡ演算ユニット５７はウエハステージ
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ＳＤｉをサンプリングする。更に、ＬＳ
Ａ演算ユニット５７は、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
の情報を図４のアライメントデータ記憶部６１に出力す
る。

【００４０】次に、図２の主制御系１８の構成につき図
４を参照して説明する。図４は本例の主制御系１８及び
これと関連する部材を示し、この図４において、ＬＳＡ
演算ユニット５７、ＬＩＡ演算ユニット５８、ＦＩＡ演
算ユニット５９、アライメントデータ記憶部６１、ＥＧ
Ａ演算ユニット６２、記憶部６３、ショットマップデー
タ部６４、システムコントローラ６５、ウエハステージ
コントローラ６６及びレチクルステージコントローラ６
７より主制御系１８が構成されている。これらの部材の
内で、ＬＳＡ演算ユニット５７、ＬＩＡ演算ユニット５
８及びＦＩＡ演算ユニット５９は、供給される光電信号
から、各ウエハマークのステージ座標系（Ｘ，Ｙ）での
座標位置を求め、この求めた座標位置をアライメントデ
ータ記憶部６１に供給する。アライメントデータ記憶部
６１の計測された座標位置の情報はＥＧＡ演算ユニット
６２に供給される。

【００４１】ショットマップデータ記憶部６４には、ウ
エハＷ上の各露光ショットに属するウエハマークのウエ
ハＷ上の座標系（ｘ，ｙ）での設計上の配列座標値が記
憶され、これら設計上の配列座標値もＥＧＡ演算ユニッ
ト６２に供給される。ＥＧＡ演算ユニット６２は、計測
された座標値及び設計上の座標値に基づいて、最小自乗
法によりウエハＷ上の座標系（ｘ，ｙ）での設計上の配
列座標値からステージ座標系（Ｘ，Ｙ）での計算上の配
列座標値を求めるための６個の変換パラメータ（（数
１）の変換パラメータａ〜ｆに対応するもの）を求め、
これら変換パラメータａ〜ｆを記憶部６３に供給する。

【００４２】更に、ＥＧＡ演算ユニット６２は、そのよ
うに記憶された変換パラメータａ〜ｆを用いてウエハＷ
上の座標系（ｘ，ｙ）での設計上の配列座標値からステ
ージ座標系（Ｘ，Ｙ）での計算上の配列座標値を求め、
この計算上の配列座標値をシステムコントローラ６５に
供給する。これに応じて、システムコントローラ６５
は、ウエハステージコントローラ６６を介してレーザ干
渉計１５の計測値をモニターしつつ、モーター１６を介
して図２のウエハステージＷＳを駆動して、ウエハＷ上
の各ショット領域の位置決め及び各ショット領域への露
光を行う。また、システムコントローラ６５は、レチク
ルステージコントローラ６７を介してレーザ干渉計１１
の計測値をモニターしつつ、モーター１２を介して図２
のレチクルステージＲＳを駆動して、レチクルＲの位置
調整を行う。

【００４３】次に、本例で１ロット分のウエハについ
て、順次各露光ショットの位置決めを行って、各露光シ
ョットにそれぞれレチクルＲのパターン像を投影露光す
る際の動作につき図１のフローチャートを参照して説明
する。先ず図１のステップ１０１において、１枚目のウ
エハＷ１を図２のウエハステージＷＳ上にロードする。
このウエハＷ１上の露光ショットの配列及びアライメン
トマークとしてのウエハマークの形状等につき説明する
が、露光ショットの配列及びウエハマーク等の形状は残
りのウエハも同じである。

【００４４】図５（ａ）はウエハＷ１上の露光ショット
の配列を示し、この図５（ａ）において、ウエハＷ１上
にはウエハＷ１上に設定された座標系（ｘ，ｙ）に沿っ
て規則的に露光ショットＥＳ₁,ＥＳ₂,‥‥，ＥＳ_N が形
成され、各露光ショットＥＳ _iにはそれまでの工程によ
りそれぞれチップパターンが形成されている。また、各
露光ショットＥＳ_iはｘ方向及びｙ方向に所定幅のスト
リートラインで区切られており、各露光ショットＥＳ_i
に近接するｘ方向に伸びたストリートラインの中央部に
アライメントマークとしてのＸ方向のウエハマークが形
成され、各露光ショットＥＳ_iに近接するｙ方向に伸び
たストリートラインの中央部にＹ方向のウエハマークが
形成されている。Ｘ方向用のウエハマーク及びＹ方向用
のウエハマークはそれぞれｘ方向及びｙ方向に所定ピッ
チで３本の直線パターンを並べたものであり、これらの
パターンはウエハＷの下部に凹部又は凸部のパターンと
して形成したものである。図５（ａ）では、露光ショッ
トＥＳ₁に属するウエハマークＭｘ１及びＭｙ１だけを
図示している。

【００４５】そして、本例では、その１枚目のウエハＷ
１の全部の露光ショットＥＳ₁〜ＥＳ_Nについてステー
ジ座標系（Ｘ，Ｙ）上での座標を計測する。各露光ショ
ットＥＳ_iにはそれぞれＸ方向用及びＹ方向用のウエハ
マークが近接して形成されている。本例ではこれらの位
置を計測することにより、各露光ショットＥＳ_iのステ
ージ座標系（Ｘ，Ｙ）上での座標位置を計測する。具体
的にウエハマークＭｘ１の撮像信号が、例えば図２の撮
像素子３４を介して図４のＦＩＡ演算ユニット５９に供
給され、ＦＩＡ演算ユニット５９では設定された計測パ
ラメータのもとでそのウエハマークＭＸ１のＸ方向の位
置検出を行う。

【００４６】図６は図２のＦＩＡ系の撮像素子３４で撮
像されるウエハマークＭｘ１の様子を示し、そのときに
得られる撮像信号は図３のＦＩＡ演算ユニット５９に供
給される。図６に示すように、撮像素子３４の撮像視野
ＶＳＡ内には、３本の直線状パターンからなるウエハマ
ークＭｘ１と、これを挟むように図２の指標板３０上に
形成された指標マークＦＭ１，ＦＭ２とが配置されてい
る。撮像素子３４はそれらウエハマークＭｘ１及び指標
マークＦＭ１，ＦＭ２の像を水平走査線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ＳＮ比
の点で不利なので、撮像視野ＶＳＡに収まる複数本の水
平走査線によって得られる撮像信号のレベルを、水平方
向の各画素毎に加算平均することが望ましい。これによ
り、ウエハマークＭｘ１のＸ方向の位置が計測され、同
様にＹ方向用のＦＩＡ系により、ウエハマークＭｙ１の
Ｙ方向の位置が計測される。

【００４７】図５（ｂ）はウエハマークの他の例を示
し、この図５（ｂ）において、計測方向であるＸ方向に
対して所定ピッチの回折格子状のパターンからなるウエ
ハマークＭＡｘが形成されている。このウエハマークＭ
Ａｘの位置検出を行うには、図２のアライメントセンサ
ー１７中のＬＩＡ光学系４５（図３参照）から射出され
る２本のレーザビームＢＭ₁ 及びＢＭ₂ を所定の交差角
でそのウエハマークＭＡｘ上に照射する。その交差角及
びウエハマークＭＡｘのＸ方向のピッチは、レーザビー
ムＢＭ₁ によるウエハマークＭＡｘからの−１次回折光
Ｂ₁(-1) 及びレーザービームＢＭ₂ によるウエハマーク
ＭＡｘからの＋１次回折光Ｂ₂(+) が平行になるように
設定される。これら−１次回折光Ｂ₁(-1) 及び＋１次回
折光Ｂ₂(+)の干渉光が図３の光電検出器５２で光電信号
ＳＤｗに変換され、この光電信号ＳＤｗがＬＩＡ演算ユ
ニット５８に供給され、ＬＩＡ演算ユニット５８では、
参照信号としての光電信号ＳＲと光電信号ＳＤｗとの位
相差より、ウエハマークＭＡｘのＸ方向の位置ずれ量を
算出する。

【００４８】図５（ｃ）はウエハマークの更に他の例を
示し、この図５（ｃ）において、計測方向であるＸ方向
に垂直なＹ方向に対して所定ピッチで配列されたドット
マークからなるウエハマークＭＢｘが形成されている。
このウエハマークＭＢｘの位置検出を行うには、図２の
アライメントセンサー１７中のＬＳＡ光学系４６（図３
参照）から射出されたレーザビームを、そのウエハマー
クＭＢｘの近傍にＹ方向に長いスリット状のスポット光
ＬＸＳとして照射する。そして、図２のウエハステージ
ＷＳを駆動して、ウエハマークＭＢｘをそのスポット光
ＬＸＳに対して走査すると、スポット光ＬＸＳがウエハ
マークＭＢｘ上を走査している範囲では、ウエハマーク
ＭＢｘから所定の方向に回折光が射出される。この回折
光を図３の光電検出器５２で光電変換して得られた光電
信号ＳＤｉがＬＳＡ演算ユニット５７に供給され、ＬＳ
Ａ演算ユニット５７は設定された計測パラメータのもと
でウエハマークＭＢｘのＸ方向の位置を求める。

【００４９】同様に、他の露光ショットＥＳ₂〜ＥＳ_N
のステージ座標系（Ｘ，Ｙ）での座標値が計測され、こ
れら計測された座標値は図４のアライメントデータ記憶
部６１を介してＥＧＡ演算ユニット６２に供給され、ス
テップ１０２において、ＥＧＡ演算ユニット６２は、ウ
エハマークの設計上の座標値及び計測された座標値よ
り、（数１）を満足する６個の変換パラメータａ〜ｆの
値を例えば単純な最小自乗法を用いて求める。即ち、ｎ
番目の露光ショットＥＳ_nのステージ座標系上での計測
された座標値を（ＸＭ_n，ＹＭ_n）、設計上の座標値か
ら（数１）に基づいて計算された座標値を（Ｘ_n，
Ｙ_n）とすると、残留誤差成分を次式で表す。

【００５０】

【数２】

【００５１】そして、この残留誤差成分が最小になるよ
うに、（数１）の変換パラメータａ〜ｆの値を定める。
これがＥＧＡ計算と呼ばれる計算である。次に、ＥＧＡ
演算ユニット６２は、計測された座標値（ＸＭ_n，ＹＭ
_n）から、そのようにして求めた変換パラメータａ〜ｆ
を用いて計算した計算上の配列座標値（Ｘ_n，Ｙ_n）を
差し引いて、全露光ショットＥＳ_nの配列誤差の内の非
線形誤差量を求める。これらの非線形誤差量は図４の記
憶部６３に供給される。

【００５２】例えば、図５（ａ）の露光ショットＥＳ_i
における非線形誤差量は非線形誤差ベクトル〈Ｄ_i〉で
表され、この非線形誤差ベクトル〈Ｄ_i〉の始点Ｐ１
は、露光ショットＥＳ_iの計算上の座標値（線形誤差量
を含む座標値）、そのベクトル〈Ｄ_i〉の終点Ｐ２は、
露光ショットＥＳ_iの計測された座標値を表す。他の露
光ショットの非線形誤差量もそれぞれ非線形誤差ベクト
ルにより表されている。但し、各非線形誤差ベクトルは
実際の値よりも誇張して表されている。そして、各露光
ショットＥＳ_iを非線形誤差量の方向及び大きさに応じ
ていくつかのグループに分類し、そのグループをもと
に、各露光ショットＥＳ_i毎に重み付け定数を決定す
る。重み付け定数の決定方法は、基本的に「あるグルー
プに所属する露光ショットの露光位置計算には、他のグ
ループに所属するサンプルショットの計測結果に所定値
以上の重みがかからないようにする。」というものであ
る。従って、非線形誤差量の大きさが露光ショットのそ
れと大きく異なるようなショットの計測結果には、大き
な重み付けがされないように重み付け定数が設定され
る。

【００５３】具体的に、或る露光ショットＥＳ_iの位置
合わせを行う場合に、計測結果が利用されるサンプルシ
ョットＳＡ_nに対して付与される重みＷ_inを、露光ショ
ットＥＳ_iからサンプルショットＳＡ_nまでの距離をＬ
Ｋｎとして次のように定める。但し、パラメータＳｉ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。

【００５４】

【数３】

【００５５】この式から明かなように、露光ショットＥ
Ｓi までの距離ＬＫｎが短いサンプルショットＳＡ
_n程、そのアライメントデータに与える重みＷ_inが大き
くなるようになっている。また、パラメータＳｉは、そ
の露光ショットＥＳ_iの周囲で非線形歪み量の傾向が異
なる最初の露光ショットまでの距離が短い場合程、小さ
な値に設定される。

【００５６】具体的に、図５（ａ）の場合では、露光シ
ョットＥＳ_jの非線形誤差量と傾向が異なる非線形誤差
量を有する最初のショットは露光ショットＥＳ_j-2であ
り、露光ショットＥＳ_kの非線形誤差量と傾向が異なる
非線形誤差量を有する最初のショットは露光ショットＥ
Ｓ_k-1である。また、露光ショットＥＳ_jと露光ショッ
トＥＳ_j-2との距離はＬＫ１であり、露光ショットＥＳ
_kと露光ショットＥＳ _k-1との距離はＬＫ２であり、
（ＬＫ１＞ＬＫ２）が成立している。従って、露光ショ
ットＥＳｊのパラメータＳｊの値は、露光ショットＥＳ
_kのパラメータＳｋの値より大きく設定される。これ
は、露光ショットＥＳｊについては、半径ＬＫ１の円周
Ｃ１を超えるサンプルショットの計測結果は重みが小さ
くなり、露光ショットＥＳ_kについては、半径ＬＫ２の
円周Ｃ２を超えるサンプルショットの計測結果は重みが
小さくなることを意味する。

【００５７】なお、ウエハＷ１の全面で非線形歪み量が
ほぼ等しい場合には、パラメータＳｉの値は共通に例え
ば次の式のＳｉ₀に設定される。この式において、Ｄは
重みパラメータであり、オペレータが重みパラメータＤ
の値を所定値に設定することにより、自動的にパラメー
タＳｉ₀、ひいては重みＷ_inが決定される。

【００５８】

【数４】Ｓｉ₀＝Ｄ² ／（８・log_e１０）この重みパラメータ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。
即ち、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、ダイ・バイ・ダイ方
式で得られる結果に近くなる。

【００５９】また、共通のパラメータＳｉ₀を決定する
式は（数４）に限定されず、例えば次式を用いることも
できる。但し、ウエハの面積をＡ［ｍｍ² ］、サンプル
ショットの数をｍ、補正係数（正の実数）をＣとしてい
る。

【００６０】

【数５】Ｓｉ₀＝Ａ／（ｍ・Ｃ）この式はウエハサイズ（面積）やサンプルショットの数
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。その補正係数Ｃが小さ
い場合はパラメータＳｉ₀の値が大きくなり、従来のＥ
ＧＡ方式で得られる結果に近くなり、補正係数Ｃが大き
い場合は、パラメータＳｉ₀の値が小さくなるので、ダ
イ・バイ・ダイ方式で得られる結果に近くなる。

【００６１】但し、本実施例ではウエハＷ１上の非線形
歪み量に応じてパラメータＳｉの値を露光ショット毎に
変えているが、パラメータＳｉの値を設定する際には、
例えば（数４）又は（数５）のパラメータＳｉ₀の値を
基準として、この基準の値を増減しても良い。

【００６２】次に、図１のステップ１０３において、図
５（ａ）に示すウエハＷ１のステージ座標系（Ｘ，Ｙ）
上の座標位置が計測された全部の露光ショットＥＳ₁〜
ＥＳ _Nの内から、予めウエハ中心からの距離がほぼ等し
い位置のウエハ周辺部の所定数の露光ショット（以下、
「外周サンプルショット」と呼ぶ）を選択しておく。図
７は、ウエハＷ１上の外周サンプルショットの一例を示
し、この図７において、ウエハ中心に対して所定半径の
円周にほぼ沿って、且つ反時計回りに順番に外周サンプ
ルショットＲＳＡ₁，ＲＳＡ₂，‥‥，ＲＳＡ₁₆が選択
されている。本例では、これら外周サンプルショットの
みからも線形誤差量を取り除いた非線形誤差ベクトルを
求める。

【００６３】即ち、（数２）に対応する形で、外周サン
プルショットＲＳＡ₁〜ＲＳＡ₁₆のみについて、計測さ
れた座標値と、（数１）に基づいて計算された座標値と
の差の自乗和を求め、この自乗和（残留誤差成分）が最
小になるように、（数１）の変換パラメータａ〜ｆの値
を定める。そして、それら外周サンプルショットの計測
された座標値から、そのように定めた変換パラメータａ
〜ｆと設計上の配列座標とから求めた計算上の座標値を
差し引いて非線形誤差ベクトルを求め、これら非線形誤
差ベクトルを図４の記憶部６３に記憶させる。図７にお
いては、外周サンプルショットＲＳＡ₁，ＲＳＡ₂及び
ＲＳＡ₁₆の非線形誤差ベクトル〈ＡＤ₁〉，〈ＡＤ₂〉
及び〈ＡＤ₁₆〉が誇張して示してある。ｉ番目の外周サ
ンプルショットＲＳＡ_iの非線形誤差ベクトル〈Ａ
Ｄ_i〉のＸ方向成分をｐｉ、Ｙ方向成分をｑｉとする。
従って、次式が成立する。

【００６４】

【数６】〈ＡＤ₁〉＝（ｐ１，ｑ１），〈ＡＤ₂〉＝（ｐ２，ｑ２）， ‥‥ 〈ＡＤ₁₆〉＝（ｐ１６，ｑ１６）

【００６５】次に、図１のステップ１０４において、ス
テップ１０２で定めたパラメータＳｉに基づいて算出し
た重みＷ_inを用いて、重み付けＥＧＡ方式でアライメン
トを行って、各露光ショットＥＳ_iへレチクルＲのパタ
ーンを順次露光する。即ち、この１枚目のウエハＷ１に
ついては、図５（ａ）において、全ての露光ショットＥ
Ｓ₁〜ＥＳ_Nをサンプルショットとして、任意の露光シ
ョットＥＳ_iのアライメントを行う際に、サンプルショ
ットＥＳ_nの計測された座標値（ＸＭ_n，ＹＭ _n）と、
設計上の座標値から（数１）に基づいて計算された座標
値（Ｘ_n，Ｙ_n）と、（数３）の重みＷ_inとより残留誤
差成分Ｅｉを次式で表す。

【００６６】

【数７】

【００６７】そして、この残留誤差成分が最小になるよ
うに、（数１）の変換パラメータａ〜ｆの値を定める。
次に、ＥＧＡ演算ユニット６２は、設計上の座標値及び
そのようにして求めた変換パラメータａ〜ｆを（数１）
に代入して、その露光ショットＥＳ_iの計算上の配列座
標を求める。このようにして算出された各露光ショット
ＥＳ₁〜ＥＳ_Nの配列座標は図４のシステムコントロー
ラ６５に供給される。また、ＦＩＡ系、ＬＩＡ系及びＬ
ＳＡ系のアライメントセンサーの計測中心と投影光学系
１３の露光フィールド内の基準点との間隔であるベース
ライン量はそれぞれ予め求められている。そこで、シス
テムコントローラ６５は、ＥＧＡ演算ユニット６２で算
出された配列座標にベースライン量の補正を行って得ら
れた計算上の座標値に基づいて、順次各ショット領域Ｅ
Ｓ_iの位置決めを行って、それぞれレチクルＲのパター
ン像を露光する。

【００６８】次に、ステップ１０５において、２枚目の
ウエハＷ２を図２のウエハステージＷＳ上にロードす
る。その後、ステップ１０６において、ウエハＷ２の全
露光ショットの中から予め選択されているサンプルショ
ットのステージ座標系（Ｘ，Ｙ）上での座標値を計測し
て、図４のアライメントデータ記憶部６１に記憶させ
る。

【００６９】図８はその２枚目のウエハＷ２のショット
配列を示し、この図８において、ウエハ中心に対して所
定半径の円周にほぼ沿った配列された１６個の露光ショ
ットＳＡ₁,ＳＡ₂,ＳＡ₃,‥‥，ＳＡ₁₆と、露光中心の近
傍の４個の露光ショットＳＡ ₁₇，‥‥，ＳＡ₂₀とがサン
プルショットを構成する。これらサンプルショットＳＡ
₁〜ＳＡ₂₀は、図７に示す１枚目のウエハＷ１の外周ア
ライメントショットＲＳＡ₁〜ＲＳＡ₁₆を含み、且つ重
み付けＥＧＡを行うのに適したものにする。これは、１
枚目のウエハＷ１と２枚目のウエハＷ２との非線形誤差
ベクトルのパターンが同じかどうかを調べて重み付けＥ
ＧＡを行うためである。

【００７０】また、ステップ１０２と同様に、サンプル
ショットＳＡ₁〜ＳＡ₂₀のみについてＥＧＡ計算を行
い、各サンプルショットＳＡ_iの計測された座標値か
ら、ＥＧＡ計算により求めた変換パラメータａ〜ｆを用
いて計算した計算上の配列座標値を差し引いて、全サン
プルショットの配列誤差の内の非線形誤差量を求める。
これらの非線形誤差量は図４の記憶部６３に供給され
る。

【００７１】そして、ステップ１０６において、図８の
サンプルショットＳＡ₁〜ＳＡ₂₀の内の１６個の外周サ
ンプルショットのみからも線形誤差量を取り除いた非線
形誤差ベクトルの成分を求め、図４の記憶部６３に記憶
させる。図９はその２枚目のウエハＷ２の外周サンプル
ショットの配列を示し、この図９において、ウエハ中心
から所定半径の円周にほぼ沿って反時計方向に外周サン
プルショットＲＳＡ₁〜ＲＳＡ₁₆が配列されている。こ
れらウエハＷ２の外周サンプルショットは、図７に示す
１枚目のウエハＷ１の外周サンプルショットと同じ配列
である。

【００７２】図９においては、ウエハＷ２の外周サンプ
ルショットＲＳＡ₁，ＲＳＡ₂及びＲＳＡ₁₆の非線形誤
差ベクトル〈ＢＤ₁〉，〈ＢＤ₂〉及び〈ＢＤ₁₆〉が誇
張して示してある。ｉ番目の外周サンプルショットＲＳ
Ａ_iの非線形誤差ベクトル〈ＢＤ_i〉のＸ方向成分をｘ
ｉ、Ｙ方向成分をｙｉとする。従って、次式が成立す
る。

【００７３】

【数８】〈ＢＤ₁〉＝（ｘ１，ｙ１），〈ＢＤ₂〉＝（ｘ２，ｙ２）， ‥‥ 〈ＢＤ₁₆〉＝（ｘ１６，ｙ１６）

【００７４】次に、ステップ１０８において、１枚目の
ウエハＷ１の非線形誤差ベクトルののパターンと２枚目
のウエハＷ２の非線形誤差ベクトルのパターンとが、ウ
エハを回転させることによって、同一とみなせるかどう
かを確かめるために以下のような作業を行う。先ず、１
枚目のウエハＷ１の外周サンプルショットＲＳＡ₁〜Ｒ
ＳＡ₁₆の非線形誤差ベクトルの成分（ｐ１，ｑ１）〜
（ｐ１６，ｑ１６）と、２枚目のウエハＷ２の外周サン
プルショットＲＳＡ₁〜ＲＳＡ₁₆の非線形誤差ベクトル
の成分（ｘ１，ｙ１）〜（ｘ１６，ｙ１６）とを使用し
て、ウエハＷ１のｉ番目の外周サンプルショットＲＳＡ
_iの非線形誤差ベクトル〈ＡＤ_i〉を基準として、ウエ
ハＷ２のｉ番目の外周サンプルショットＲＳＡ_iの非線
形誤差ベクトル〈ＢＤ_i〉の回転角θ_iの余弦ｃｏｓθ
_iを次式より求める（１≦ｉ≦１６）。

【００７５】

【数９】

【００７６】そして、１６個のｃｏｓθ_iの平均値及び
標準偏差を求める。その後、ステップ１０９において、
ｃｏｓθ_iの標準偏差が所定の許容値以下かどうかを調
べ、その標準偏差がその許容値以下であるときにはステ
ップ１１０において、１枚目のウエハＷ１を回転角θ_i
及び−θ_iだけ回転させたときの、図９のウエハＷ２の
各外周サンプルショットＲＳＡ_iに対応する非線形誤差
ベクトル〈ＡＤ_i+〉及び〈ＡＤ_i-〉を求める。そして、
それら非線形誤差ベクトル〈ＡＤ_i+〉及び〈ＡＤ_i-〉を
（数９）のベクトル〈ＡＤ_i〉の代わりに代入して、再
度余弦ｃｏｓθ _iの標準偏差を求め、その標準偏差がそ
の許容値以下になるときの回転角θ_i又は−θ_iを改め
て回転角θ_iとする。この場合、１枚目のウエハＷ１を
その角度θ_iだけ回転させることにより、１枚目のウエ
ハＷ１の非線形誤差ベクトルと２枚目のウエハＷ２の非
線形誤差ベクトルとが重なると考えられる。

【００７７】そこで、ステップ１１１に移行して、１枚
目のウエハＷ１を反時計方向に回転角θ_iだけ回転さ
せ、２枚目のウエハＷ２の露光ショットＥＳ_iとほぼ同
じ位置にある、回転後のウエハＷ１の各露光ショットＥ
Ｓ_jに設定されている（数３）の重みＷ_jnを決定するた
めのパラメータＳｊを、そのウエハＷ２の露光ショット
ＥＳ_iに対するサンプルショットＳＡ_nに割り当てる。
但し、２枚目のウエハＷ２のサンプルショットの個数は
２０個であり（図８参照）、１枚目のウエハＷ１のサン
プルショットの個数は全露光ショットの個数であるた
め、２枚目のウエハＷ２の各露光ショットＥＳ_iのパラ
メータＳｉ′としては、そのパラメータＳｊの値を変更
したものを使用し、１枚目のウエハＷ１の場合より広い
領域のサンプルショットの計測結果を利用できるように
する。そのパラメータＳｉ′を（数３）のパラメータＳ
ｉとして代入することにより、ウエハＷ２の各露光ショ
ットＥＳ_iのアライメントを行うときに、図８の各サン
プルショットＳＡ_nに割り当てる重みＷ_in′が求められ
る。

【００７８】その後、ステップ１１２において、ウエハ
Ｗ２の各露光ショットＥＳ_iを重み付けＥＧＡ方式でア
ライメントして、それぞれレチクルＲのパターンを露光
する。即ち、各露光ショットＥＳ_iのアライメントを行
う際に、サンプルショットＳＡ_nの計測された座標値
（ＸＭ_n，ＹＭ_n）と、設計上の座標値から（数１）に
基づいて計算された座標値（Ｘ_n，Ｙ_n）と、重み
Ｗ_in′とより残留誤差成分Ｅｉ′を次式で表す。以下の
式でのｍの値は２０である。

【００７９】

【数１０】

【００８０】そして、この残留誤差成分が最小になるよ
うに、（数１）の変換パラメータａ〜ｆの値を定め、設
計上の座標値及びそのようにして求めた変換パラメータ
ａ〜ｆを（数１）に代入して、その露光ショットＥＳ_i
の計算上の配列座標を求める。この計算上の配列座標に
基づいてその露光ショットＥＳ_iの位置合わせ及び露光
が行われる。ウエハＷ２の全露光ショットへの露光が終
わると、動作はステップ１１３へ移行して、次のウエハ
への露光が行われる。

【００８１】次に、ステップ１０９で、ｃｏｓθ_iの値
の標準偏差が所定の許容値より大きい場合、ステップ１
１４へ移行して、図７の１枚目のウエハＷ１の非線形誤
差ベクトル〈ＡＤ_i〉（１≦ｉ≦１６）を反時計方向に
１ショット分だけ回転させる。更に、ステップ１１５で
その回転角が３６０°に達したかどうかを調べ、その回
転角が３６０°より小さい場合にはステップ１０８に戻
り、回転後の新しい非線形誤差ベクトル〈ＡＤｉ′〉を
使用して（数９）の余弦ｃｏｓθ_iの計算を再度行い、
ｃｏｓθ_iの平均値及び標準偏差を求める。その標準偏
差が所定の許容値以下になるまでステップ１０９，１１
４，１１５，１０８を繰り返し、その標準偏差がその許
容値以下になったときにステップ１１０に移行する。

【００８２】例えば、図７のウエハＷ１の非線形誤差ベ
クトル〈ＡＤ_i〉を反時計回りに４ショット分回転させ
ると、回転後の非線形誤差ベクトル〈ＡＤ_i′〉と、図
９のウエハＷ２の非線形誤差ベクトル〈ＢＤ_i〉との余
弦ｃｏｓθ_iが全て０となり、図７のウエハＷ１を反時
計回りに９０°回転させると、回転後の非線形誤差ベク
トルが図９のウエハＷ２の非線形誤差ベクトルと重なる
ようになる。

【００８３】一方、図７の非線形誤差ベクトル〈Ａ
Ｄ_i〉を３６０°回転させても、ｃｏｓθ_iの標準偏差
が所定の許容値以下にならない場合は、１枚目のウエハ
Ｗ１と２枚目のウエハＷ２との配列誤差の歪みの傾向が
異なると考えらるため、動作はステップ１１５からステ
ップ１１６へ移行する。そして、２枚目のウエハＷ２で
は、各露光ショットＥＳ_iのパラメータＳｉとして例え
ば（数４）又は（数５）のパラメータＳｉ₀を使用して
重みＷ_in′を設定し、この重みＷ_in′を用いて重み付け
ＥＧＡ方式でアライメントを行って、各露光ショットＥ
Ｓ_iへのレチクルＲのパターン像の露光を行う。但し、
ウエハＷ２についても、１枚目のウエハＷ１と同様に、
全露光ショットの座標位置の計測を行って新たに各露光
ショット毎の重みを求め、この重みを用いて重み付けＥ
ＧＡ方式でアライメントを行っても良い。その後、ステ
ップ１１７において、次のウエハへの露光が行われる。

【００８４】なお、上述実施例では、パラメータＳｉよ
り（数３）に基づいて重みＷ_inが定められているが、パ
ラメータＳｉより次のような計算式で求めた重みＷ_in″
を使用しても良い。この場合、ウエハの変形中心点（例
えば非線形歪みの点対称中心）、例えばウエハセンター
と、ウエハ上の露光ショットＥＳ_iとの間の距離（半
径）をＬＥｉとして、ウエハセンターとｍ個（図８の例
ではｍ＝２０）のサンプルショットＳＡ₁〜ＳＡ_mのそ
れぞれとの間の距離（半径）をＬＷ１〜ＬＷｍとする。
そして、距離ＬＥｉ及び距離ＬＷ１〜ＬＷｍに応じて、
ｍ個のサンプルショットＳＡ₁〜ＳＡ_mの計測結果の各
々に次式で定義される重みＷ_in″を与える。

【００８５】

【数１１】

【００８６】また、上述実施例ではステップ１０１にお
いて、ウエハＷ１の全露光ショットの位置を計測するこ
とにより、各露光ショットの非線形歪み量を求めている
が、その全露光ショットから選択されたサンプルショッ
トについてステージ座標系での座標位置を計測するだけ
でも、各露光ショットの非線形歪み量を求めることがで
きる。即ち、例えばそれらサンプルショットについて求
めた非線形誤差量を補間することにより、各露光ショッ
トの非線形歪み量を求めることができる。

【００８７】なお、本発明は上述実施例に限定されず本
発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得るこ
とは勿論である。

【００８８】

【発明の効果】本発明の第１の位置合わせ方法によれ
ば、例えば基板上の歪み状態に応じて各被加工領域に独
立に重み係数を割り当て、重み付けＥＧＡ方式でアライ
メントを行うようにしているため、基板上に局所的に歪
みがある場合でも、各被加工領域を高精度に位置合わせ
できる利点がある。

【００８９】また、第２の位置合わせ方法によれば、２
枚の基板の歪みの状態の相関から２枚の基板の歪み状態
が合致するときの回転角を求め、第１の基板の重み係数
の分布をその回転角だけ回転させた重みを第２の基板の
各被加工領域で使用するようにしているため、２枚の基
板の歪み状態が似ている場合には、２枚目の基板の各被
加工領域を高精度且つ高いスループットで位置合わせで
きる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による位置合わせ方法の一実施例を含む
露光方法を示すフローチャートである。

【図２】図１の露光方法が適用される投影露光装置を示
す構成図である。

【図３】図２中のＴＴＬ方式のアライメントセンサー１
７の詳細な構成を示すブロック図である。

【図４】図２中の主制御系１８等の詳細な構成を示すブ
ロック図である。

【図５】（ａ）は実施例で露光される１枚目のウエハ上
の露光ショットの配列及び非線形誤差量を示す平面図、
（ｂ）はＬＩＡ系用のウエハマークの検出方法の説明
図、（ｃ）はＬＳＡ系用のウエハマークの検出方法の説
明図である。

【図６】ＦＩＡ系のアライメントセンサーの撮像素子の
観察領域を示す図である。

【図７】１枚目のウエハの外周サンプルショットの線形
誤差ベクトルを示す平面図である。

【図８】実施例で露光される２枚目のウエハ上のサンプ
ルショットの配列及び露光ショットの非線形誤差量を示
す平面図である。

【図９】２枚目のウエハの外周サンプルショットの線形
誤差ベクトルを示す平面図である。

【符号の説明】

１水銀ランプ３照明光学系９メインコンデンサーレンズＲレチクル１３投影光学系ＷウエハＷＳウエハステージ１５レーザ干渉計１７ＴＴＬ方式のアライメントセンサー１８主制御系ＥＳ₁〜ＥＳ_N 露光ショットＳＡ₁〜ＳＡ₂₀ サンプルショットＲＳＡ₁〜ＲＳＡ₁₆ 外周サンプルショットＭｘ１Ｘ方向のウエハマークＭｙ１Ｙ方向のウエハマーク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に設定された試料座標系上の配列
座標に基づいて前記基板上に配列された複数の被加工領
域の各々を、前記基板の移動位置を規定する静止座標系
内の所定の加工位置に対して位置合わせするに当たっ
て、前記複数の被加工領域の内、少なくとも３つの予め
選択された被加工領域の前記静止座標系上における座標
位置を計測し、該計測された複数の座標位置を統計計算
することによって、前記基板上の複数の被加工領域の各
々の前記静止座標系上における配列座標を算出し、該算
出された複数の被加工領域の各々の配列座標に従って前
記基板の移動位置を制御することによって、前記複数の
被加工領域の各々を前記加工位置に対して位置合わせす
る方法において、前記予め選択された被加工領域のそれぞれに対して前記
複数の被加工領域の内の位置決め対象とする被加工領域
毎に重み係数を割り当てる第１工程と、前記予め選択された被加工領域のそれぞれの前記静止座
標系上における座標位置を計測する第２工程と、前記予め選択された被加工領域のそれぞれの前記試料座
標系上の配列座標から１組の変換パラメータを用いて求
めた前記静止座標系上の配列座標と、前記計測された配
列座標との差分の自乗に前記重み係数を乗じて得られた
誤差成分を、前記予め選択された被加工領域の全部につ
いて加算して得られる残留誤差成分が最小になるよう
に、前記複数の被加工領域毎に前記１組の変換パラメー
タの値を定める第３工程と、前記複数の被加工領域毎に求められた前記１組の変換パ
ラメータの値を用いて、前記基板上の複数の被加工領域
の各々の前記静止座標系上における配列座標を算出する
第４工程と、を有することを特徴とする位置合わせ方
法。
【請求項２】前記第１工程において、前記基板上の前
記複数の被加工領域が配列されている領域の歪み状態を
計測し、該計測された歪み状態に応じて、前記予め選択
された被加工領域のそれぞれに対して前記複数の被加工
領域の内の位置決め対象とする被加工領域毎に重み係数
を割り当てることを特徴とする請求項１記載の位置合わ
せ方法。
【請求項３】複数の被加工領域が形成された第１の基
板に対して、所定の歪み計測領域の歪みの状態を計測し
た後、前記第１工程から前記第４工程までを実行し、次に、複数の被加工領域が形成された第２の基板に対し
て、前記所定の歪み計測領域に対応する領域の歪みの状
態を計測し、前記計測された２つの歪みの状態の相関が高い場合に、
前記第１の基板の歪みの状態と前記第２の基板の歪みの
状態との回転角を求め、前記第２の基板に対する前記第１工程において、前記第
１の基板を前記回転角だけ回転した場合と等しい重み係
数を、前記予め選択された被加工領域のそれぞれに対し
て前記複数の被加工領域の内の位置決め対象とする被加
工領域毎に割り当てることを特徴とする請求項１記載の
位置合わせ方法。