JPH06314648A

JPH06314648A - 位置合わせ方法

Info

Publication number: JPH06314648A
Application number: JP5103085A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Irie; 信行入江; Hirotaka Tateno; 博貴立野
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-04-28
Filing date: 1993-04-28
Publication date: 1994-11-08

Abstract

(57)【要約】【目的】サンプルショットの計測された座標位置を統
計処理して求めた座標に従って各露光ショットの位置合
わせを行う際に、ウエハ上の任意の位置に１個又は複数
個の凹凸（窪み又は膨らみ）がある場合でも、各露光シ
ョットを高精度に位置合わせする。【構成】ウエハＷの表面の凹凸分布を計測し、これら
凹凸分布の各々の中心Ｐ１〜Ｐ３の座標を求める。露光
ショットＥＳｉから最も近い凹凸分布の中心Ｐ１までの
距離ＬＥｉと、その中心Ｐ１からサンプルショットＳＡ
ｎまでの距離ＬＷｎとの差の絶対値｜ＬＥｉ−ＬＷｎ｜
に応じて、サンプルショットＳＡｎの計測結果に重みＷ
_inを割り当て、重み付け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。このように幾つか選び出さ
れたショット領域の配列座標を実測し、実測結果を統計
処理して各ショット領域の配列座標を算出するアライメ
ント方法を、エンハーンスト・グローバル・アライメン
ト（以下、「ＥＧＡ」という）方式のアライメント方法
と呼ぶ。

【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、被露光ウエハに凹凸等に起因する非線形な
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）又は被露光ウエハ上の所
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（例えばウエハ中心）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。

【００１３】これに関して、非線形歪みの原因が被露光
ウエハ上の凹凸分布（フラットネス）に依る場合を考え
ると、例えばそのように被露光ウエハ内のウエハ中心等
の基準点からの距離に応じてサンプルショットに重み付
けをしても、その基準点に凹凸の中心が無い場合には、
位置合わせ精度の大きな向上は期待できない。更に、被
露光ウエハ上に複数の凹凸の中心がある場合も考えられ
るが、従来はこのような場合は特に考慮されていなかっ
た。

【００１４】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露光ショットの位置
合わせを行う位置合わせ方法において、ウエハ上の任意
の位置に１個又は複数個の凹凸（窪み又は膨らみ）があ
る場合でも、各露光ショットを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。

【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６〜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（ＥＳｊ）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（ＥＳｊ）の
内、少なくとも３つの予め選択されたサンプル領域（Ｓ
Ａ１〜ＳＡ１３）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（ＥＳｊ）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（ＥＳｊ）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、基板（Ｗ）の表面の凹
凸分布を計測し、これら凹凸分布の各々の中心（Ｐ１〜
Ｐ３）を求める第１工程（ステップ１０３，１０４）
と、基板（Ｗ）のそれら複数の被加工領域内のｉ番目
（ｉは１以上の整数）の被加工領域（ＥＳｉ）とこのｉ
番目の被加工領域に最も近い凹凸分布の中心（Ｐ１）と
の距離ＬＥｉと、そのｉ番目の被加工領域に最も近い凹
凸分布の中心（Ｐ１）とそれら複数のサンプル領域（Ｓ
Ａ１〜ＳＡ１３）の内のｎ番目（ｎは１以上の整数）の
サンプル領域（ＳＡｎ）との距離ＬＷｎとの差の絶対値
｜ＬＥｉ−ＬＷｎ｜に応じて、ｎ番目のサンプル領域
（ＳＡｎ）の計測された座標位置にそれぞれ重みを割り
当てる第２工程（ステップ１０６）と、この第２工程で
割り当てられた重みでｎ番目のサンプル領域（ＳＡｎ）
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
の整数ｎに関する和が最小になるように、ｉ番目の被加
工領域（ＥＳｉ）の静止座標系（Ｘ，Ｙ）上における配
列座標を算出する第３工程（ステップ１０７，１０８）
とを有するものである。

【００１７】

【作用】斯かる本発明の位置合わせ方法によれば、例え
ばオートフォーカス用の高さ計測用のセンサー又はオー
トレベリング用の傾斜角計測用のセンサー等を使用し
て、基板（Ｗ）の露光面の全体の高さ分布を計測するこ
とにより、基板（Ｗ）の露光面の凹凸分布が計測され
る。そして、この計測結果からそれら１個又は複数個の
凹凸分布の中心座標が求められる。なお、凹凸が無い場
合には例えば通常のＥＧＡ方式で位置合わせを行えば良
い。

【００１８】そして、例えば図９に示すように凹凸分布
の中心（Ｐ１〜Ｐ３）が複数個の場合には、ｉ番目の被
加工領域（ＥＳｉ）に最も近い凹凸分布の中心（Ｐ１）
からその被加工領域（ＥＳｉ）までの距離ＬＥｉと、ｎ
番目のサンプル領域（ＳＡｎ）までの距離ＬＷｎとを用
いて、各サンプル領域（ＳＡ１〜ＳＡ１３）の計測結果
に重みを付与する。その後、例えば各サンプル領域の残
差にそれぞれ対応する重みを乗じて得られた値を、全て
のサンプル領域について加算して得られた残留誤差成分
が最小になるように、そのｉ番目の被加工領域（ＥＳ
ｉ）の静止座標系（Ｘ，Ｙ）での配列座標を算出し、こ
の配列座標に基づいて位置合わせを行う。

【００１９】また、被加工領域（ＥＳｉ）に最も近い凹
凸分布の中心が複数個ある場合には、例えばそれら凹凸
分布の内の高さ又は深さの絶対値が大きい方の中心座標
を用いるか、又はそれぞれの凹凸分布の中心を用いて算
出された配列座標の平均値を用いる等の方法が考えられ
る。

【００２０】

【実施例】以下、本発明による位置合わせ方法の一実施
例につき図面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。

【００２１】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。

【００２２】図２において、照明光学系３から射出され
たレジスト層を感光させる波長域の照明光（ｉ線等）Ｉ
Ｌ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。

【００２３】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つのレチクルマークは、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。それらレチクルマークは、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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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、サン
プルショットの計測された座標値及び設計上の座標値に
基づいて、最小自乗法的な方法によりウエハＷ上の座標
系（ｘ，ｙ）での配列座標値からステージ座標系（Ｘ，
Ｙ）での配列座標値を求めるための６個の変換パラメー
タａ〜ｆ（（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６
３に供給する。

【００４１】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、各露光
ショットのウエハ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。

【００４２】次に、本例の投影露光装置では、オートフ
ォーカス用にウエハＷの露光面のフォーカス位置（高
さ）を計測するための計測装置（以下、「ＡＦセンサ
ー」という）８１を用いて、ウエハＷの露光面の凹凸分
布を計測する。図５は本例のＡＦセンサー８１の構成を
示し、この図５において、ＡＦセンサー８１は送光系８
１ａ（照明系８２ａ〜集光対物レンズ８２ｃ）と受光系
８１ｂ（集光対物レンズ８２ｄ〜光電検出器８２ｈ）と
より構成され、送光系８１ａにおいて、照明系８２ａの
前面にはスリットパターンよりなる開口パターンが形成
されている。その開口パターンを通過した検出光（例え
ばウエハＷ上のレジストに対して非感光性の光）が、ミ
ラー８２ｂ及び集光対物レンズ８２ｃを介して投影光学
系１３の光軸ＡＸに斜めにウエハＷの露光面（又は基準
部材１４の表面等）に照射され、その露光面上にスリッ
トパターン像が結像投影される。そして、その露光面で
反射された検出光が、受光系８１ｂの受光対物レンズ８
２ｄ、平行平板ガラス８２ｅ、振動ミラー８２ｆ及び結
像レンズ８２ｇを経て光電検出器８２ｈの受光面のスリ
ット状の開口上にスリットパターン像を再結像する。そ
の開口を通過した光を光電変換して得た検出信号が振動
ミラー８２ｆの駆動信号で同期整流され、この同期整流
後の検出信号であるフォーカス信号が、図４のシステム
コントローラ６５に供給される。

【００４３】この場合、ウエハＷの露光面でのスリット
パターン像の長手方向は図５の紙面に垂直な方向であ
り、ウエハＷの露光面が光軸ＡＸに平行なＺ方向に変位
すると、光電検出器８２ｈの受光面でのスリットパター
ン像はＸ方向に変位する。従って、光電検出器８２ｈか
ら出力されるフォーカス信号は、所定の範囲内でウエハ
Ｗの露光面のフォーカス位置に対してほぼリニアに変化
する信号になるため、そのフォーカス信号からウエハＷ
の露光面のフォーカス位置を検出することができる。ま
た、受光系８１ｂ内の平行平板ガラス８２ｅを図５の紙
面に垂直な軸を中心に回転することにより、光電検出器
８２ｈの受光面でのスリットパターン像の位置がＸ方向
に変位する。図４のシステムコントローラ６５が、駆動
系８３を介して平行平板ガラス８２ｅの回転角を設定す
る。予めテストプリント等により投影光学系１３のベス
トフォーカス位置を求め、例えばウエハＷの露光面又は
基準部材１４の表面をそのベストフォーカス位置に設定
した状態で、平行平板ガラス８２ｅを回転させて、光電
検出器８２ｈの受光面の開口の中心にスリットパターン
像の中心を合致させる。これはフォーカス信号を例えば
ゼロクロス点に設定することを意味するが、これにより
ＡＦセンサー８１のキャリブレーションが行われる。

【００４４】次に、本例で１枚のウエハについて、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、ウエハＷを図２のウ
エハステージＷＳ上にロードする。図６（ａ）はウエハ
Ｗ上の露光ショットの配列を示し、この図６（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，ＥＳ
２，‥‥，ＥＳＮが形成され、各露光ショットＥＳｊ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ＥＳｊ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ＥＳｊ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Ｍｘｊが形成され、各露光ショットＥ
Ｓｊ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Ｍｙｊが形成されている。Ｘ
方向用のウエハマークＭｘｉ及びＹ方向用のウエハマー
クＭｙｉ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
成したものである。図６（ａ）では、代表的な露光ショ
ットに属するウエハマークだけを図示している。

【００４５】そしてステップ１０２において、本例で
は、ウエハＷの全部の露光ショットから選ばれた１３個
のサンプルショットＳＡ１〜ＳＡ１３について、それぞ
れステージ座標系（Ｘ，Ｙ）上での座標を計測する。各
サンプルショットＳＡ１〜ＳＡ１３にもそれぞれ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、各サ
ンプルショットＳＡ１〜ＳＡ１３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、第１
のサンプルショットＳＡ１は露光ショットＥＳ３であ
り、サンプルショットＳＡ１に属するウエハマークＭｘ
３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ではそのウエハマークＭｘ３のＸ方向の位置
検出を行う。

【００４６】図７は図２のＦＩＡ系の撮像素子３４で撮
像されるウエハマークＭｘ３の様子を示し、そのときに
得られる撮像信号は図４のＦＩＡ演算ユニット５９に供
給される。図７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Ｍｘ３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Ｍｘ３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Ｍｘ３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、サンプルショットＳＡ
１に属するウエハマークＭｙ３のＹ方向の位置が計測さ
れる。

【００４７】図６（ｂ）はウエハマークの他の例を示
し、この図６（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６（ｃ）はウエハマークの更に他の例を
示し、この図６（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はウエハマークＭＢｘのＸ方向の位
置を求める。

【００４９】同様に、他のサンプルショットＳＡ２〜Ｓ
Ａ１３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
れる。その後、ステップ１０３において、図５に示した
ＡＦセンサー８１を用いてウエハＷの全面に分布する平
面度（フラットネス）計測点の投影光学系１３の光軸方
向の高さ（フォーカス位置）を計測する。それらフラッ
トネス計測点は、ウエハＷの全表面上で各露光ショット
ＥＳ１〜ＥＳＮ内にそれぞれ数個以上存在するように設
定されている。

【００５０】また、各フラットネス計測点の高さを計測
するには、図５において、ウエハステージＷＳを駆動し
て、ウエハＷの各フラットネス計測点を順次送光系８１
ａからの計測用パターンの投影点に移動させて、受光系
８１ｂで得られるフォーカス信号からそれぞれ高さを検
出すれば良い。この際に、ウエハＷをステージ座標系
（Ｘ，Ｙ）で移動させるための座標としては、例えばサ
ンプルショットＳＡ１〜ＳＡ１３の配列座標の計測結果
（以下、「アライメントデータ」という）から従来のＥ
ＧＡ方式で求めた各露光ショットＥＳ１〜ＥＳＮの計算
上の配列座標を使用する。この場合の位置合わせ精度は
重ね焼き用としては不十分であるが、各フラットネス計
測点の位置決めには十分な精度を有する。このように計
測された全てのフラットネス計測点の高さの情報はシス
テムコントローラ６５に供給される。

【００５１】次に、ステップ１０４において、システム
コントローラ６５は、図６（ａ）のウエハＷの全面のフ
ラットネス計測点の高さ情報から、ウエハＷの全面での
凹凸分布の中心のステージ座標系（Ｘ，Ｙ）での座標を
求める。このためには、隣り合うフラットネス計測点間
の高さの差分をＸ方向及びＹ方向にそれぞれ求め、その
差分の絶対値がほぼ０になると共に、その周辺での差分
の絶対値が徐々に大きくなる領域を探し、そのような領
域の中心を凹凸分布の中心とみなす。凹凸分布には窪み
と膨らみとがある。また、凹凸の中心は複数個存在して
もよく、本例では図６（ａ）に示すように、３個の凹凸
の中心Ｐ１〜Ｐ３があるものとする。なお、ウエハＷの
全面で隣接するフラットネス計測点の高さの差分の絶対
値が所定の許容値以下である場合には、ウエハＷの全面
に凹凸の中心が無いものとみなす。このように凹凸の中
心が無い場合には、例えば通常のＥＧＡ方式で各露光シ
ョットＥＳｊのアライメントを行えば良い。

【００５２】本例のようにウエハＷ上に３個の凹凸の中
心Ｐ１〜Ｐ３があるものとした場合には、ステップ１０
５に移行して変数ｉの初期値を１とした後、ステップ１
０６以下において、露光ショットＥＳ１〜ＥＳＮ中のｉ
番目の露光ショットＥＳｉのアライメント及び露光ショ
ットＥＳｉへの露光を行う。図８は露光ショットＥＳｉ
の一例を示し、この図８に示すように、ステップ１０６
において、３個の凹凸の中心Ｐ１〜Ｐ３の中で、露光シ
ョットＥＳｉの中心ＳＣｉに最も近い凹凸の中心（以
下、「近接凹凸中心」という）を求める。このために
は、ステージ座標系（Ｘ，Ｙ）での露光ショットＥＳｉ
の中心ＳＣｉの通常のＥＧＡ方式で算出された座標を用
いて、中心ＳＣｉから凹凸の中心Ｐ１〜Ｐ３までの距離
Ｒ_i1〜Ｒ_i3を算出し、最も距離が小さい中心（図８では
中心Ｐ１）を露光ショットＥＳｉの近接凹凸中心とす
る。

【００５３】次に、図９に示すように、ｉ番目の露光シ
ョットＥＳｉの中心ＳＣｉとその近接凹凸中心Ｐ１との
距離ＬＥｉ、及びその近接凹凸中心Ｐ１とｎ番目のサン
プルショットＳＡｎ（ｎ＝１〜１３）の中心との距離Ｌ
Ｗｎを算出する。そして、次式で表すように距離ＬＥｉ
と距離ＬＷｎとの差の絶対値｜ＬＥｉ−ＬＷｎ｜の関数
として、各サンプルショットＳＡｎの計測された座標位
置（以下、「アライメントデータ」という）に付与する
重みＷ_inを定める。

【００５４】

【数２】

【００５５】この（数２）において、パラメータＳは重
み付けの程度を変更するためのパラメータである。この
式から明かなように、近接凹凸中心から露光ショットＥ
Ｓｉまでの距離ＬＥｉと、近接凹凸中心Ｐ１からサンプ
ルショットまでの距離ＬＷｎとの差の絶対値が小さいサ
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、パ
ラメータＳは、一例としてその近接凹凸中心Ｐ１を含む
凹凸領域（窪み又は膨らみ）の半径が短い場合程、大き
な値に設定される。

【００５６】次に、ステップ１０７において図４のＥＧ
Ａ演算ユニット６２は、それら重みＷ_in、各サンプルシ
ョットＳＡｎの設計上の座標位置及びアライメントデー
タより、（数１）を満足する６個の変換パラメータａ〜
ｆの値を重み付けした最小自乗法を用いて求める。即
ち、ｎ番目のサンプルショットＳＡｎ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）として、露光ショットＥＳｉに関する残
留誤差成分Ｅｉを次式で表す。以下の式でのｍの値は１
３である。

【００５７】

【数３】

【００５８】そして、この残留誤差成分Ｅｉが最小にな
るように、（数１）の変換パラメータａ〜ｆの値を定め
る。但し、実際には例えば（数３）をそれぞれ変換パラ
メータａ〜ｆで偏微分して得られた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の値が求められ
る。次に、ＥＧＡ演算ユニット６２は、ステップ１０８
において、そのようにして求めた変換パラメータａ〜ｆ
及び露光ショットＥＳｉの設計上の配列座標を（数１）
に代入することにより、ステージ座標系（Ｘ，Ｙ）での
計算上の配列座標を算出してシステムコントローラ６５
に供給する。

【００５９】また、図２の各アライメントセンサーの計
測点から投影光学系１３の露光フィールド内の露光点ま
での距離であるベースライン量は予め求められており、
システムコントローラ６５内の記憶部に記憶されてい
る。そこで、システムコントローラ６５は、供給された
計算上の配列座標にベースライン量の補正を行って得た
配列座標に基づいて露光ショットＥＳｉの位置決めを行
った後、露光ショットＥＳｉへレチクルＲのパターン像
を投影露光する。そして、ステップ１０９で変数ｉの値
を１だけ増加させて、ステップ１１０から再びステップ
１０６へ移行して次の露光ショットへの露光を行い、ス
テップ１１０で変数ｉが（Ｎ＋１）に達して全露光ショ
ットへの露光が終了した時点で、動作はステップ１１１
へ移行して次のウエハへの露光が行われる。

【００６０】このように本例では、ウエハＷへの露光を
行う前にＡＦセンサー８１を用いてウエハＷの露光面の
全面の凹凸分布を求め、凹凸分布の中心座標を求めてい
る。そして、各露光ショットＥＳｉの位置合わせを行う
際に、各露光ショットＥＳｉに最も近い凹凸の中心であ
る近接凹凸中心を求め、この近接凹凸中心からの距離に
応じて各サンプルショットＳＡｎのアライメントデータ
に重みＷ_inを与えている。従って、ウエハＷ上の露光面
のどの位置に凹凸分布の中心があっても、また凹凸分布
が複数個ある場合でも、ウエハＷ上の凹凸に起因する非
線形歪みを考慮して正確に各露光ショットＥＳｉのアラ
イメントを行うことができる。

【００６１】なお、上述実施例では、露光ショットＥＳ
ｉの近接凹凸中心は１つだけ存在するものとしたが、近
接凹凸中心が複数個存在する場合も有り得る。例えば図
９の例では露光ショットＥＳｊには２個の近接凹凸中心
Ｐ２及びＰ３が存在する。このような場合は、以下のよ
うな処理を行う。

【００６２】どれか１つの近接凹凸中心を選択する。
選択基準としては、例えば凹凸の中心の高さ又は深さが
大きいものを選択するか、又は凹凸分布の拡がり（半
径）が大きいものを選択する。それぞれの凹凸中心を採用したときの計算上の配列座
標を別々に求め、それら計算上の配列座標の平均値を用
いる。近接凹凸中心の高さ又は深さの大きさに比例するよう
な重みを付加し、それぞれの凹凸中心を採用したときの
計算上の配列座標をその重みを用いて加重平均した配列
座標を用いる。

【００６３】また、上述実施例では、露光ショットＥＳ
ｉの計算上の配列座標を求めるのに全てのサンプルショ
ットＳＡ１〜ＳＡ１３のアライメントデータを使用する
ことにしている。しかし、そのように全てのアライメン
トデータを使用する代わりに、以下のようにしてもよ
い。図９において、｜ＬＥｉ−ＬＷｎ｜が所定の値よりも
大きいときは、そのサンプルショットＳＡｎのアライメ
ントデータを使用しない。図６において、全てのサンプルショットＳＡ１〜ＳＡ
１３に対してそれぞれ最も近い凹凸中心を求め、各サン
プルショットを何れかの凹凸中心のグループに分類す
る。そして、露光ショットＥＳｊの計算上の配列座標の
算出を行うときには、その露光ショットＥＳｊの近接凹
凸中心のグループに属するサンプルショットのアライメ
ントデータだけを使用する。

【００６４】次に、（数２）におけるパラメータＳの設
定方法の一例につき説明する。パラメータＳは例えば次
の式に設定される。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Ｓ、ひいて
は重みＷ_inが決定される。

【００６５】

【数４】Ｓ＝Ｄ² ／（８・log_e１０）この重みパラメータＤの物理的意味は、ウエハ上の各露
光ショット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。

【００６６】また、パラメータＳを決定する式として、
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。

【００６７】

【数５】Ｓ＝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Ｓの値が大きくなり、従来のＥＧＡ
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。

【００６８】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。

【００６９】

【発明の効果】本発明の位置合わせ方法によれば、基板
上の凹凸分布を計測し、各被加工領域に最も近い凹凸分
布の中心との距離に応じて各サンプル領域の計測された
座標位置に重みを割り当て、重み付けＥＧＡ方式で位置
合わせを行うようにしているため、基板上の任意の位置
に１個又は複数個の凹凸（窪み又は膨らみ）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。

【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】実施例の投影露光装置のＡＦセンサーを示す要
部の構成図である。

【図６】（ａ）は実施例で露光されるウエハ上の露光シ
ョットの配列及びサンプルショットの配列等を示す平面
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７】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８】露光ショットＥＳｉに対する近接凹凸中心の求
め方の説明に供するウエハの平面図である。

【図９】各サンプルショットに付与する重みの決定方法
の説明に供するウエハの平面図である。

【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８１ＡＦセンサーＥＳ１〜ＥＳＮ露光ショットＳＡ１〜ＳＡ１３サンプルショットＭｘｊＸ方向のウエハマークＭｙｊＹ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、前記基板の表面の凹凸分布を計測し、該凹凸分布の各々
の中心を求める第１工程と、前記基板の複数の被加工領域内のｉ番目（ｉは１以上の
整数）の被加工領域と該ｉ番目の被加工領域に最も近い
前記凹凸分布の中心との距離ＬＥｉと、前記ｉ番目の被
加工領域に最も近い前記凹凸分布の中心と前記複数のサ
ンプル領域の内のｎ番目（ｎは１以上の整数）のサンプ
ル領域との距離ＬＷｎとの差の絶対値｜ＬＥｉ−ＬＷｎ
｜に応じて、前記ｎ番目のサンプル領域の計測された座
標位置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前記ｎ番目のサンプ
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
留誤差の整数ｎに関する和が最小になるように、前記ｉ
番目の被加工領域の前記静止座標系上における配列座標
を算出する第３工程と、を有することを特徴とする位置
合わせ方法。