JPH06310403A

JPH06310403A - 位置合わせ方法

Info

Publication number: JPH06310403A
Application number: JP5094560A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Irie; 信行入江
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-04-21
Filing date: 1993-04-21
Publication date: 1994-11-04

Abstract

(57)【要約】【目的】計測再現性の悪いサンプルショットの計測結
果に大きく影響されることなく、高精度に位置合わせを
行う。【構成】ウエハＷの露光ショットＥＳ１〜ＥＳＮから
選ばれたサンプルショットＳＡ１〜ＳＡ９のステージ座
標系（Ｘ，Ｙ）での配列座標を計測する。中心部の露光
ショットＥＳ_INのウエハマークの座標位置を複数回計測
して標準偏差σ_INを求め、周辺部の露光ショットＥＳ
_OUTのウエハマークの座標位置を複数回計測して標準偏
差σ_OUTを求め、それらの標準偏差の逆数を補間して重
み付け関数を決定する。サンプルショットＳＡ１〜ＳＡ
９の計測結果にその重み付け関数から定まる重みを付加
し、ウエハＷ上の座標系（ｘ，ｙ）からステージ座標系
（Ｘ，Ｙ）への変換パラメータを求める。

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露光フィールド
内に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アライメント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（ステージ座標系）（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
ときのステージ座標系（Ｘ，Ｙ）での座標値（ＸＭ１，
ＹＭ１）、（ＸＭ２，ＹＭ２）、‥‥、（ＸＭｎ，ＹＭ
ｎ）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。
これが、エンハーンスト・グローバル・アライメント
（以下、「ＥＧＡ」という）方式と呼ばれるアライメン
ト方法である。なお、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、ウエハが種々のプロセスを経ることによ
り、ウエハ上のショット領域の位置によってそのショッ
ト領域に付設されたウエハマークの形成状態が悪化し、
アライメントセンサーによるそのウエハマークの座標値
の計測再現性が悪化する場合がある。例えば、ウエハの
周辺部では特にウエハマークの凹凸パターンの状態が悪
くなり、ウエハマークの座標値の計測再現性が悪くなる
ことがある。このようにウエハ上の位置に応じてウエハ
マークの計測再現性が異なる場合でも、従来は各ウエハ
マークの計測結果をそのまま使用していたため、計測再
現性が悪い、即ち計測結果の信用性が低いウエハマーク
の計測結果に影響されて重ね合わせ精度が悪化するとい
う不都合があった。

【００１２】本発明は斯かる点に鑑み、処理対象とする
ウエハ上の選択されたショット領域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、計測
再現性の悪いショット領域の計測結果に大きく影響され
ることなく、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。

【００１３】

【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（Ｅ
Ｓｉ）の各々を、基板（Ｗ）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
せするに際して、複数の被加工領域（ＥＳｉ）の内、少
なくとも３つの予め選択されたサンプル領域（ＳＡ１〜
ＳＡ９）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（Ｅ
Ｓｉ）の各々の静止座標系（Ｘ，Ｙ）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（Ｗ）の移動位置を
制御することによって、複数の被加工領域（ＥＳｉ）の
各々を対応する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。

【００１４】そして、本発明は、サンプル領域（ＳＡ１
〜ＳＡ３）の静止座標系（Ｘ，Ｙ）において計測された
座標位置の計測再現性を測定する第１工程（ステップ１
０３，１０４）と、この第１工程で測定された計測再現
性に応じてそれらサンプル領域にそれぞれ重みを割り当
てる第２工程（ステップ１０５，１０６）と、この第２
工程で割り当てられた重みでそれぞれサンプル領域（Ｓ
Ａ１〜ＳＡ９）の計測された座標位置を重み付けして得
られた残留誤差の和が最小になるように試料座標系
（ｘ，ｙ）から静止座標系（Ｘ，Ｙ）への変換パラメー
タを求める第３工程（ステップ１０７）とを有し、試料
座標系（ｘ，ｙ）上の配列座標及びその第３工程で求め
られた変換パラメータより、被加工領域（ＥＳｉ）の各
々の静止座標系（Ｘ，Ｙ）上における配列座標を算出す
るものである。

【００１５】

【作用】斯かる本発明によれば、各被加工領域（ＥＳ
ｉ）にはそれぞれ例えば位置合わせ用のマークが形成さ
れており、サンプル領域（ＳＡ１〜ＳＡ９）についても
それぞれの位置合わせ用のマークの静止座標系（Ｘ，
Ｙ）での座標位置が計測される。そして、サンプル領域
の座標位置の計測とは別に、例えば図５（ａ）に示すよ
うに、基板（Ｗ）上の所定の複数の被加工領域（Ｅ
Ｓ_in，ＥＳ_out)の位置合わせ用のマークの静止座標系
（Ｘ，Ｙ）での座標位置を繰り返して計測して、例えば
計測結果の標準偏差（正規分布）を求め、この標準偏差
を計測再現性とする。

【００１６】その後、それら複数の被加工領域（Ｅ
Ｓ_in，ＥＳ_out)での計測再現性を補間することにより、
全てのサンプル領域（ＳＡ１〜ＳＡ９）の計測結果の計
測再現性を算出し、サンプル領域（ＳＡ１〜ＳＡ９）の
計測結果にそれぞれ例えば計測再現性の逆数を重みとし
て付与する。その後、その重みを使用して例えば最小自
乗法により、試料座標系（ｘ，ｙ）から静止座標系
（Ｘ，Ｙ）への変換パラメータを求める。これにより、
計測再現性が良好なサンプル領域の計測結果に対して大
きな重み付けを行い、計測再現性が悪いサンプル領域の
計測結果に対しては小さな重み付けが行われるため、計
測再現性が悪い計測結果の影響が小さくなり、重ね合わ
せ精度が向上する。

【００１７】

【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７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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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
な方向への移動又は傾斜）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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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、それぞれ対応する光
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。

【００３７】ショットマップデータ記憶部６４には、ウ
エハＷ上の各ショット領域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（以下、「アライメントデータ」という）
及び設計上の座標値に基づいて、例えば最小自乗法によ
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と同じもの）を求め、このように求
めた変換パラメータａ〜ｆを記憶部６３に供給する。

【００３８】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、各ショ
ット領域のウエハ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。

【００３９】次に、図１のフローチャートを参照して、
本例でウエハＷ上の各ショット領域の位置決めを行っ
て、各ショット領域にレチクルＲのパターン像を投影露
光する際の動作につき説明する。先ずウエハＷ上のショ
ット領域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。先ず、図１のステップ
１０１において、露光対象とするウエハＷを図２のウエ
ハステージＷＳ上にロードする。

【００４０】図５（ａ）はそのウエハＷ上の露光対象と
するショット領域（以下、「露光ショット」という）の
配列を示し、この図５（ａ）において、ウエハＷ上には
ウエハＷ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，‥‥，ＥＳＮが形成
され、各露光ショットＥＳｉ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ＥＳｉ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ＥＳｉ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Ｍｘｉ
が形成され、各露光ショットＥＳｉ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Ｍｙｉが形成されている。ウエハマークＭｘｉ及びＭ
ｙｉ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の下地に凹部又は凸部のパターンとして形成さ
れたものである。

【００４１】ウエハＷへの露光を行う際には、それら露
光ショットＥＳｉの内から例えば斜線を施して示す９個
の露光ショットが選択される。このように選択された露
光ショットをサンプルショットＳＡ１〜ＳＡ９とする
と、各サンプルショットＳＡｉにもそれぞれＸ方向用の
ウエハマーク及びＹ方向用のウエハマークが近接して形
成されている。そして、図１のステップ１０２におい
て、それらＸ方向用及びＹ方向用のウエハマークの位置
を計測することにより、各サンプルショットＳＡ１〜Ｓ
Ａ９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、サンプルショットＳＡ１に付属するウ
エハマークＭｘ１のステージ座標系（Ｘ，Ｙ）での座標
位置を計測するものとして、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ＦＩ
Ａ演算ユニット５９に供給され、ＦＩＡ演算ユニット５
９ではそのウエハマークＭＸ１のＸ方向の位置検出を行
う。

【００４２】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、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。このようにして計測されたサン
プルショットＳＡ１〜ＳＡ９のアライメントデータは、
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に供給される。

【００４３】なお、ウエハマークとしては、上述のよう
なＦＩＡ系用のマークだけでなく、例えば以下のような
マークも使用できる。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ＭＡｘ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。

【００４４】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。

【００４５】次に、図１のステップ１０３において、図
５（ａ）のウエハＷの中心部の露光ショットＥＳ_INに属
するウエハマークのステージ座標系（Ｘ，Ｙ）での座標
位置を複数回計測し、計測値の標準偏差σ_INを求める。
本例ではその標準偏差σ_INを、ウエハマークの計測結果
の再現性（計測再現性）と考える。なお、露光ショット
ＥＳ_INにはＸ方向用及びＹ方向用のウエハマークが属し
ているため、その標準偏差としては、例えばＸ方向用の
ウエハマークの計測結果の標準偏差と、Ｙ方向用のウエ
ハマークの計測結果の標準偏差との平均値を使用する。
その後、ステップ１０４において、ウエハＷの周辺部の
露光ショットＥＳ_OUTに属するウエハマークのステージ
座標系（Ｘ，Ｙ）での座標位置を複数回計測し、計測再
現性として計測値の標準偏差σ_OUTを求める。

【００４６】次に、ステップ１０５において、計測再現
性としての標準偏差σ_IN及び標準偏差σ_OUTより、計測
再現性の逆数として重み付け関数を決定する。本例で
は、計測再現性は図５（ａ）のウエハＷの中心（ウエハ
中心）に関して点対称であるとする。そこで、その重み
付け関数を、ウエハ中心からの距離ｒ［ｍｍ］の関数で
あるＷ（ｒ）で表す。この重み付け関数Ｗ（ｒ）の決定
方法の一例を以下に示す。

【００４７】先ず、重み付け関数Ｗ（ｒ）を次のように
係数ａ及びｂ（ａ＞０，ｂ＞０）を用いて半径ｒの２次
関数として表す。

【数２】Ｗ（ｒ）＝−ａ（ｒ＋ｂ）（ｒ−ｂ）

【００４８】今、重み付け関数Ｗ（ｒ）は計測再現性と
しての標準偏差σの逆数に比例するものとされているた
め、次の関係が成立している。

【数３】Ｗ（ｒ）＝１／σ

【００４９】この場合、ステップ１０３で計測したウエ
ハＷの中心部の露光ショットＥＳ_INに属するウエハマー
クの、ウエハ中心からの距離ｒ_INを10ｍｍ、そのときの
標準偏差σ_INを0.01μｍとする。また、ステップ１０４
で計測したウエハＷの周辺部の露光ショットＥＳ_OUTに
属するウエハマークの、ウエハ中心からの距離ｒ_OUTを9
0ｍｍ、そのときの標準偏差σ_OUTを0.02μｍとする。
なお、露光ショットにはＸ方向用及びＹ方向用のウエハ
マークが属しているため、その露光ショットのウエハマ
ークに対するウエハ中心からの距離ｒとしては、例えば
Ｘ方向用のウエハマークに対するウエハ中心からの距離
と、Ｙ方向用のウエハマークに対するウエハ中心からの
距離との平均値を使用する。

【００５０】図７は、横軸にウエハ中心からの距離ｒ
［ｍｍ］、縦軸に標準偏差の逆数１／σ［μｍ^-1］をと
った図であり、この図７に座標が（ｒ_IN，１／σ_IN）
（＝(10,100)）の点Ｐ１及び座標が（ｒ_OUT，σ_OUT）
（＝(90,50))の点Ｐ２をプロットする。そして、それら
２つの点Ｐ１及びＰ２を通過する２次曲線７０が（数
２）の重み付け関数Ｗ（ｒ）を表すように、係数ａ及び
ｂの値を決定すると、次のようになる。

【数４】ａ＝1/160 ，ｂ＝10(161)^1/2

【００５１】次に、ステップ１０６において、（数４）
の係数ａ及びｂを（数２）に代入して得られる重み付け
関数Ｗ（ｒ）を用いて、ステップ１０２で得られた各サ
ンプルショットＳＡｉ（ｉ＝１〜９）のアライメントデ
ータに付与する重みＷ_0iの値を決定する。このために
は、設計上の配列座標から、各サンプルショットＳＡｉ
に属するウエハマークのウエハ中心からの距離ｒｉを算
出し、この距離ｒｉを（数２）の半径ｒとして代入し
て、得られた重み付け関数の値Ｗ（ｒｉ）をそれぞれ重
みＷ_0iとする。

【００５２】その後、ステップ１０７において、ＥＧＡ
演算ユニット６２は、各サンプルショットＳＡｎ（ｎ＝
１〜９）のウエハＷ上の座標系（ｘ，ｙ）での設計上の
配列座標及び変換パラメータａ〜ｆを（数１）に代入し
て得られる計算上の配列座標である（Ｘ_n,Ｙ_n)と、各サ
ンプルショットＳＡｎのステージ座標系（Ｘ，Ｙ）で計
測された座標位置（アライメントデータ）である（ＸＭ
_n，ＹＭ_n)と、各サンプルショットＳＡｎに付与された
重みＷ_0nとより、次式で定義される残留誤差成分が最小
になるようにそれら変換パラメータａ〜ｆの値を定め
る。次式において、ｍの値は９である。

【００５３】

【数５】

【００５４】即ち、本例の残留誤差成分は、変換パラメ
ータａ〜ｆを用いて計算される計算上の配列座標と計測
された座標位置との残差の自乗にそれぞれ重みＷ_0nを乗
じて得られた値を、各サンプルショットＳＡｎについて
加算したものである。但し、実際には、例えば（数５）
の残留誤差成分の右辺を変換パラメータａ〜ｆでそれぞ
れ偏微分して得られる式を０とおいて得られる連立方程
式を解くことにより、それら変換パラメータａ〜ｆの値
が決定される。その後、ＥＧＡ演算ユニット６２は、決
定された変換パラメータａ〜ｆ及び各露光ショットＥＳ
ｉの設計上の配列座標を（数１）に代入して、各露光シ
ョットＥＳｉの計算上の配列座標を求める。

【００５５】また、ＦＩＡ系、ＬＩＡ系及びＬＳＡ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、図４のシステ
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、順次各露光ショットＥＳ
ｉの位置決めを行って、それぞれレチクルＲのパターン
像を投影露光する。そして、１枚のウエハＷの全露光シ
ョットへの露光が終了してから、そのウエハＷの搬出が
行われる。その後、ステップ１０８において、例えば同
一ロット内で待機している次のウエハに対してステップ
１０１〜１０７の動作を繰り返すことにより、レチクル
Ｒのパターン像の投影露光が行われる。

【００５６】但し、同一ロットであれば得られる計測再
現性の傾向は類似していることが多いため、同一ロット
内の２枚目以降のウエハに対しては、ステップ１０３〜
１０５の動作を省略し、先頭のウエハで決定された重み
付け関数Ｗ（ｒ）を使用するようにしてもよい。上述の
ように本実施例によれば、従来のＥＧＡ方式の残留誤差
成分に計測再現性に基づいて重みを付加して、例えばウ
エハの周辺部のような計測再現性の悪いサンプルショッ
トのアライメントデータには小さな重みを付加してい
る。従って、計測再現性の悪いサンプルショットに大き
く影響されることがなくなり、より高精度にアライメン
トを行うことができる利点がある。

【００５７】なお、上述の実施例では、ウエハの中心部
の露光ショットと、ウエハの周辺部の露光ショットとの
２つの露光ショットの計測再現性から重み付け関数Ｗ
（ｒ）を決定している。その他に、ウエハの中心部及び
ウエハの周辺部でそれぞれ複数個の露光ショットについ
て計測再現性（標準偏差）を求め、ウエハの中心部及び
ウエハの周辺部でそれぞれ計測再現性の平均値を求め、
これら平均値を使用して重み付け関数を決定してもよ
い。また、ウエハ上の様々な位置の露光ショットの計測
再現性を求め、そのウエハ中心からの距離ｒ及び計測再
現性の逆数１／σのデータから最小自乗近似を行って重
み付け関数Ｗ（ｒ）を求めてもよい。

【００５８】また、重み付け関数Ｗ（ｒ）は距離ｒに関
する２次関数である必要は無く、１次関数、３次以上の
高次関数、又はガウス関数等でもよい。更に、重み付け
関数は、ウエハ中心に関して点対称である必要も無く、
ウエハＷ上の座標系（ｘ，ｙ）の座標ｘ及びｙの関数で
あっても良い。また、上述実施例では、重み付け関数は
計測再現性（標準偏差σ）の逆数に比例するものとし
た。しかしながら、重み付け関数を計測再現性のｋ乗
（ｋは正の実数）の逆数に比例するものとして、ウエハ
の中心部とウエハの周辺部とで重み付けの程度を変更で
きるようにしても良い。また、計測再現性として、標準
偏差σの整数倍（２σ，３σ等）を用いても良い。

【００５９】また、上述実施例では、Ｘ方向用のウエハ
マーク及びＹ方向用のウエハマークの計測結果の平均値
を使用していた。しかしながら、Ｘ方向用のウエハマー
ク及びＹ方向用のウエハマークの計測結果のそれぞれの
計測再現性を求めても良い。この場合には、重み付け関
数もＸ方向及びＹ方向でそれぞれ異なった形となり、
（数５）の残留誤差成分の式も、Ｘ方向の残差に付す重
みとＹ方向の残差に付す重みとが異なった値となる。

【００６０】また、上述実施例では、計測再現性として
計測結果の標準偏差σ（又はこの整数倍）が使用されて
いた。しかしながら、計測再現性として、標準偏差の代
わりに例えば計測値の最大値と最小値との差分等を用い
ても良い。更に、例えばウエハマークを撮像して得られ
る撮像信号の明部と暗部とに対応する部分の振幅が大き
い程、ＳＮ比が良好で計測再現性が良好である場合もあ
るため、その撮像信号の振幅の逆数を計測再現性とする
ことも考えられる。

【００６１】次に、本発明の第２実施例につき図８を参
照して説明する。本例でも図２〜図４に示す投影露光装
置を使用する。また、本例でも図１のステップ１０１〜
１０６までの動作は同一であるが、ステップ１０７に対
応するアライメント動作において、第１実施例で前提と
したＥＧＡ方式のアライメントを更に改良した、第１の
重み付きのＥＧＡ方式（以下、「Ｗ１−ＥＧＡ方式」と
いう）でアライメントを行う。このＷ１−ＥＧＡ方式の
アライメントでは、後述のようにサンプルショットとの
距離に応じて重み付けが行われる。以下では、サンプル
ショットＳＡ１〜ＳＡ９の計測再現性に基づく重みＷ₀₁
〜Ｗ₀₉が求められているものとして、ステップ１０７に
対応する動作につき説明する。

【００６２】図８は本例で露光対象とするウエハＷを示
し、この図８において、ウエハＷ上のｉ番目の露光ショ
ットＥＳｉの計算上の座標位置を決定する際、この露光
ショットＥＳｉとｍ個（図９ではｍ＝９）のサンプルシ
ョットＳＡ１〜ＳＡ９との間の距離ＬＫ１〜ＬＫ９に応
じて、それら９個のサンプルショットの計測された座標
位置（アライメントデータ）のそれぞれに第２の重みＷ
_inを与える。そのため、このＷ１−ＥＧＡ方式を前提と
した方式では、ＥＧＡ方式を前提とした場合の（数５）
の残留誤差成分の代わりに、次の（数６）よりなる残留
誤差成分Ｅｉを定義する。

【００６３】

【数６】

【００６４】そして、このように定義される残留誤差成
分Ｅｉが最小になるように（数１）の変換パラメータａ
〜ｆの値が決定される。なお、ここでは各露光ショット
ＥＳｉ毎に使用するサンプルショットＳＡ１〜ＳＡ９は
同一であるが、当然に各露光ショットＥＳｉ毎に各サン
プルショットＳＡｎまでの距離は異なる。従って、サン
プルショットＳＡｎのアライメントデータに与える第２
の重みＷ_inは露光ショットＥＳｉ毎に変化する。そし
て、露光ショットＥＳｉ毎に変換パラメータａ〜ｆを決
定し、（数１）より計算上の座標位置を算出することに
より、ウエハＷ上の全露光ショットの計算上の配列座標
（ショット配列）が決定される。

【００６５】このようにＷ１−ＥＧＡ方式を前提とした
方式では、ウエハＷ上の各露光ショットＥＳｉ毎に、各
サンプルショットＳＡｎのアライメントデータに対する
第２の重みＷ_inが変化する。一例としてその重みＷ
_inを、ｉ番目の露光ショットＥＳｉとｎ番目のサンプル
ショットＳＡｎとの距離ＬＫｎの関数として次のように
表す。但し、パラメータ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。

【００６６】

【数７】

【００６７】この（数７）から明かなように、ｉ番目の
露光ショットＥＳｉまでの距離ＬＫｎが短いサンプルシ
ョットＳＡｎ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、（数７）に
おいて、パラメータＳの値が十分大きい場合、統計演算
処理の結果は第１実施例の方式で得られる結果とほぼ等
しくなる。一方、ウエハ上の露光ショットＥＳｉを全て
サンプルショットＳＡｎとし、パラメータＳの値を十分
零に近づけると、各露光ショット毎にウエハマークの位
置を計測して位置合わせを行う所謂ダイ・バイ・ダイ方
式で得られる結果とほぼ等しくなる。即ち、Ｗ１−ＥＧ
Ａ方式を前提とした方式では、パラメータＳを適当な値
に設定することにより、ＥＧＡ方式とダイ・バイ・ダイ
方式との中間の効果を得ることができる。

【００６８】更に、（数７）の重み付け関数は、Ｘ方向
用のウエハマークＭｘｉとＹ方向用のウエハマークＭｙ
ｉとに対して別々に用意されており、Ｘ方向とＹ方向と
で重みＷ_inを独立に設定することができるようになって
いる。このため、ウエハの非線形歪みの程度（大小）、
規則性又はステップピッチ、即ち隣接した２つのショッ
ト領域の中心間距離（ウエハ上のストリートラインの幅
にも依るが、ほぼショットサイズに対応した値）がＸ方
向とＹ方向とで異なっていても、パラメータＳの値を独
立に設定することで、ウエハ上のショット配列誤差を高
精度に補正することができるようになっている。この
際、パラメータＳの値は上記の如くＸ方向とＹ方向とで
異ならせるようにしても良く、更にＸ方向及びＹ方向の
パラメータＳの値が同一又は異なる場合の何れであって
も、パラメータＳの値は、「規則的な非線形歪み」の大
小、規則性、ステップピッチ又はアライメントセンサー
の計測再現性等に応じて適宜変更すれば良い。

【００６９】次に、図９を参照して、第２の重み付きの
ＥＧＡ方式（以下、「Ｗ２−ＥＧＡ方式」という）を前
提としたアライメント方法につき説明する。ここでは説
明を簡単にするため、ウエハＷに規則的に、特に点対称
な非線形歪みが生じ、且つその点対称中心がウエハＷの
中心（ウエハセンター）と一致しているものとする。図
９は本例で露光対象とするウエハＷを示し、この図９に
おいて、ウエハＷの変形中心点（非線形歪みの点対称中
心）、即ちウエハセンターＷｃと、ウエハＷ上のｉ番目
の露光ショットＥＳｉとの間の距離（半径）をＬＥｉと
して、ウエハセンターＷｃとｍ個（図１０ではｍ＝９）
のサンプルショットＳＡ１〜ＳＡ９のそれぞれとの間の
距離（半径）をＬＷ１〜ＬＷ９とする。そして、このＷ
２−ＥＧＡ方式でも、Ｗ１−ＥＧＡ方式と同様に、距離
ＬＥｉ及び距離ＬＷ１〜ＬＷ９に応じて、９個のサンプ
ルショットＳＡ１〜ＳＡ９のアライメントデータの各々
に重みＷ_in′を与える。このＷ２−ＥＧＡ方式を前提と
した方式では、サンプルショット毎にその２組のウエハ
マーク（Ｍｘｉ，Ｍｙｉ）を検出した後、（数６）と同
様に、残留誤差成分Ｅｉ′を次の（数８）で定義し、そ
の（数８）が最小となるように（数１）の変換パラメー
タａ〜ｆの値を決定する。

【００７０】

【数８】

【００７１】このＷ２−ＥＧＡ方式でもＷ１−ＥＧＡ方
式と同様に、アライメントデータに与える重みＷ_in′は
露光ショットＥＳｉ毎に変化するため、露光ショットＥ
Ｓｉ毎に統計演算を行って変換パラメータａ〜ｆを決定
して、その計算上の配列座標値を決定することになる。
そして、ウエハＷ上の各露光ショットＥＳｉ毎に、各サ
ンプルショットに対する重みＷ_in′を変化させるため、
（数８）における重みＷ_in′を、ウエハＷ上のｉ番目の
露光ショットＥＳｉとウエハセンターＷｃとの距離（半
径）ＬＥｉの関数として次のように表す。但し、パラメ
ータＳは重み付けの度合を変更するためのパラメータで
ある。

【００７２】

【数９】

【００７３】この（数９）から明かなように、サンプル
ショットＳＡｎからウエハセンターＷｃに対する距離Ｌ
Ｗｎが、ウエハセンターＷｃとウエハＷ上のｉ番目の露
光ショットＥＳｉとの間の距離ＬＥｉに近いサンプルシ
ョット程、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。換言すれば、ウエハエ
ンターＷｃを中心とした半径ＬＥｉ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Ｗ_in′が与えられ、その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Ｗ_in′が小さ
くなっている。

【００７４】更に、Ｗ２−ＥＧＡ方式を前提とした方式
では、ウエハＷ上の点対称中心からほぼ等距離にある複
数のショット領域、即ちその点対称中心を中心とした同
一の円上に位置する複数のショット領域の各々では、当
然ながらサンプルショットのアライメントデータに与え
る重みＷ_in′が同一となる。このため、その点対称中心
を中心とした同一の円上に複数の露光ショットが位置し
ている場合、何れか１つのショット領域のみにおいて上
記の重み付け及び統計演算を行って変換パラメータａ〜
ｆを算出すれば、残りのショット領域については先に算
出したパラメータａ〜ｆをそのまま用いてその座標位置
を決定することができる。これにより、座標位置決定の
ための計算量が減少するという利点がある。

【００７５】ところで、Ｗ２−ＥＧＡ方式に好適なサン
プルショットの配置は、非線形歪みの点対称中心、即ち
ウエハセンターＷｃに関して対称となるように指定する
ことが望ましく、例えばウエハセンターＷｃを基準とし
たＸ字型又は十字型等に指定すれば良い。それ以外に、
Ｗ１−ＥＧＡ方式を前提とした場合と同様の配置として
も良い。また、非線形歪みの点対称中心がウエハセンタ
ーＷｃ以外の場合には、その点対称中心を基準としたＸ
字型又は十字型の配置とすればよい。また、変換パラメ
ータａ〜ｆの値を決定するに際しては、（数９）に示す
重み付け関数をＸ方向及びＹ方向の各々で独立に設定す
るようにしても良い。

【００７６】次に、Ｗ１−ＥＧＡ方式又はＷ２−ＥＧＡ
方式を前提とした方式において重み付けの度合いを表す
パラメータＳの決定方法につき説明する。先ず一例とし
て、次式によりパラメータＳの値を決定することができ
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Ｓ、ひいては第２の重みＷ
_in、Ｗ_in′が決定される。

【数１０】Ｓ＝Ｄ² ／（８・log_e１０）

【００７７】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。但し、ここ
で言うゾーンは、あくまでも重み付けする上での目安の
値であり、仮に全てのサンプルショットがゾーン外に存
在することになっても、座標位置を決定すべきショット
領域に最も近いサンプルショットのアライメントデータ
に関する重みを最大にして統計計算を行うことになる。

【００７８】また、パラメータＳを決定する式は（数１
０）に限定されず、例えば次の（数１１）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。

【数１１】Ｓ＝Ａ／（ｍ・Ｃ）

【００７９】この（数１１）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Ｓの値が大き
くなり、ＥＧＡ方式を前提とした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Ｓ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。従って、予め実験又はシミュレーショ
ン等によって決定した補正係数Ｃを、オペレータ又は識
別コードの読み取り装置を介して露光装置に入力するだ
けで、（数１１）からアライメントデータに対する重み
付けの度合い、即ち（数７）、（数９）で定まる第２の
重みＷ_in、Ｗ_in′が自動的に決定される。

【００８０】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。

【００８１】

【発明の効果】本発明によれば、ＥＧＡ又は重み付けＥ
ＧＡ等によるアライメントを行う前に、予め基板上の位
置による計測再現性の違いを測定し、基板上で計測再現
性の良くない位置にあるサンプル領域の計測結果には大
きな重み付けを行わないようにすることができる。従っ
て、計測再現性の悪いサンプル領域の計測結果に大きく
影響されることなく、高精度に位置合わせを行うことが
できる。

【００８２】また、重みの付け方が異なるのみで、使用
するサンプル領域のデータ数が減少するわけではないの
で、平均化効果は減少しない。従って、本発明によって
重ね合わせ精度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による位置合わせ方法の第１実施例を示
すフローチャートである。

【図２】第１実施例の位置合わせ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）は第１実施例で露光されるウエハ上のシ
ョット領域の配列を示す平面図、（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】ウエハ中心からの距離ｒと計測再現性（標準偏
差σ）の逆数、即ち重み付け関数Ｗ（ｒ）との関係を示
す図である。

【図８】本発明の第２実施例においてＷ１−ＥＧＡ方式
を前提として位置合わせを行う際のウエハ上のサンプル
ショットの配列を示す平面図である。

【図９】Ｗ２−ＥＧＡ方式で位置合わせを行う際のウエ
ハ上のサンプルショットの配列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ＥＳｉ露光ショットＳＡ１〜ＳＡ９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際して、
前記複数の被加工領域の内、少なくとも３つの予め選択
されたサンプル領域の前記静止座標系における座標位置
を計測し、該計測された複数の座標位置を統計計算する
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
工領域の各々を対応する前記加工位置に対して位置合わ
せする方法において、前記サンプル領域の前記静止座標系において計測された
座標位置の計測再現性を測定する第１工程と、該第１工程で測定された計測再現性に応じて前記サンプ
ル領域にそれぞれ重みを割り当てる第２工程と、該第２工程で割り当てられた重みでそれぞれ前記サンプ
ル領域の計測された座標位置を重み付けして得られた残
留誤差の和が最小になるように前記試料座標系から前記
静止座標系への変換パラメータを求める第３工程とを有
し、前記試料座標系上の配列座標及び前記第３工程で求めら
れた変換パラメータより、前記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ことを特徴と
する位置合わせ方法。