JPH07226360A

JPH07226360A - 位置合わせ方法

Info

Publication number: JPH07226360A
Application number: JP6016116A
Authority: JP
Inventors: Nobutaka Umagome; 伸貴馬込; Shinji Mizutani; 真士水谷
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-02-10
Filing date: 1994-02-10
Publication date: 1995-08-22

Abstract

(57)【要約】【目的】ウエハ上のサンプルショットの位置を予め計
測して得られた結果を統計処理して、各ショット領域の
位置合わせを行う際に、アライメント誤差の非線形成分
の大きい跳びショットを正確に排除して、高精度に位置
合わせする。【構成】サンプルショットＳＡ₁〜ＳＡ_Nについてア
ライメント誤差の非線形成分の３σの値Ｅ(N) を求め、
それらサンプルショットから順次１番目、２番目、…、
Ｎ番目のサンプルショットを排除した場合のサンプルシ
ョット毎のアライメント誤差の非線形成分の３σの値Ｅ
(N-1,i) の最小値Ｅ(N-1,h) を求める。Ｅ(N-1,h) がＥ
(N) より小さいときに、ｈ番目のサンプルショットを排
除（リジェクト）する。非線形成分の３σの値が所定の
期待値に対して所定のばらつきεの範囲内で合致するま
で跳びショットを排除していく。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばウエハの各ショ
ット領域上に順次レチクルのパターンを露光する露光装
置において、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を順次露光位置に位置合わせ
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、一例として「レチクル」を使用する）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露光することにより形成されるの
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は、次のようなエンハンスト・グロ
ーバル・アライメント（以下、「ＥＧＡ」という）方式
で行われていた（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がそれぞれ付設された複数の
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、ウエハマークが付設された複数のショ
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、以下のようにＥＧＡ方式により求めることが
できる。この場合、ウエハ上の複数の露光対象とするシ
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（以下、「サンプルショット」とい
う）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，ｙ_n）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）での実際の座
標値（ＸＭ₁，ＹＭ₁）、（ＸＭ₂，ＹＭ₂）、‥‥、
（ＸＭ_n，ＹＭ_n）を計測する。

【０００９】また、選び出されたウエハマークの設計上
の配列座標（ｘ_i，ｙ_i）（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
（Ｘ _i，Ｙ_i）とアライメント時の計測された座標（Ｘ
Ｍ_i，ＹＭ_i）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
（Ｘ_i−ＸＭ_i）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（Ｙ_i−ＹＭ_i）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。このように最小自乗法により、（数１）の６個の
変換パラメータａ〜ｆを求める計算をＥＧＡ計算と呼
ぶ。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】上記の如き従来のＥＧＡ方式のアライメン
ト方法においては、複数のサンプルショットの中に、ア
ライメント誤差から線形成分を差し引いて得られる非線
形成分が他のサンプルショットに比べて特に大きい所謂
跳びショットが含まれている場合があった。このような
跳びショットは、ウエハ上のそのサンプルショットに属
するウエハマークの崩れ等に起因する計測エラー、又は
ウエハ上の局所的な非線形歪み、あるいは第１層目のレ
チクルパターンをウエハ上に転写するときのウエハステ
ージの位置決め誤差等により発生するものであるため、
他のショット領域の配列座標を算出する場合にはそのよ
うな跳びショットのアライメントデータ（計測された座
標値）は除外（リジェクト）することが望ましい。

【００１２】そのため、従来は次の〜のようにして
跳びショットを検出し、検出された跳びショットを排除
（リジェクト）してＥＧＡ方式のアライメントを行って
いた。アライメント誤差が所定の基準値以上となるショット
領域を跳びショットとする。例えば図９（ａ）は、露光
対象とするウエハ４１上に分布するサンプルショットの
アライメント誤差の一例を誇張して示し、この図９
（ａ）において、ウエハ４１上の座標系（ｘ，ｙ）上
で、サンプルショットを含む各ショット領域の設計上の
配列座標が定められている。これに対して、ウエハ４１
が載置されるウエハステージの座標系であるステージ座
標系（Ｘ，Ｙ）上で、８個のサンプルショットＳＢ₁〜
ＳＢ₈の座標値（正確にはウエハマークの座標値）が計
測される。

【００１３】そして、８個のサンプルショットＳＢ₁〜
ＳＢ₈のアライメント誤差がそれぞれベクトルＶＢ₁〜
ＶＢ₈で表されている。例えばベクトルＶＢ₁の起点
は、サンプルショットＳＢ₁のステージ座標系（Ｘ，
Ｙ）上での設計上の中心座標を表し、ベクトルＶＢ₁の
終点は、サンプルショットＳＢ₁のステージ座標系
（Ｘ，Ｙ）上での計測された中心座標を表す。この場合
のステージ座標系（Ｘ，Ｙ）での設計上の中心座標と
は、（数１）に６個のパラメータａ〜ｆの概算値と、ウ
エハ上の座標系での設計値とを代入することにより算出
される。また、６個のパラメータａ〜ｆの概算値とは、
例えば、上述の６個のパラメータを線形伸縮を等方的と
みなし（Ｒｘ＝Ｒｙ）、直交度誤差ｗを０とみなして、
ウエハ４１上の２つの２次元のアライメントマークの位
置をステージ座標系（Ｘ，Ｙ）上で計測するという所謂
グローバル・アライメントにより求められる。

【００１４】図９（ｂ）は、図９（ａ）の８個のサンプ
ルショットＳＢ₁〜ＳＢ₈のアライメント誤差のベクト
ルの絶対値｜ＶＢ₁|〜｜ＶＢ₈|を示し、この絶対値が所
定の基準値ＶＢ以上となるサンプルショット、即ち２番
目のサンプルショットＳＢ₂が排除される。ＥＧＡ計算を行うことにより、アライメント誤差を線
形成分と非線形成分とに分けて、非線形成分が所定の基
準値以上となるサンプルショットを排除する。

【００１５】図１０（ａ）は、ウエハ４１上の８個のサ
ンプルショットＳＢ₁〜ＳＢ₈のアライメント誤差のベ
クトルＶＢ₁〜ＶＢ₈の別の例を示し、図１０（ｂ）
は、それらサンプルショットＳＢ₁〜ＳＢ₈毎のベクト
ルＶＢ₁〜ＶＢ₈の絶対値（アライメント誤差の絶対
値）を示す。この場合、各サンプルショットのウエハ４
１上の座標系での設計上の配列座標値、及びステージ座
標系での計測された座標値に対して、ＥＧＡ計算により
（数１）を最小自乗法的に満たす６個の変換パラメータ
ａ〜ｆの値を求め、これら６個の変換パラメータａ〜ｆ
と、設計上の配列座標値とを（数１）に代入して、各サ
ンプルショットＳＢ₁〜ＳＢ₈のステージ座標系での線
形誤差を除いた計算上の配列座標値を算出する。最初の
計算上の配列座標から、その線形誤差を除いた計算上の
配列座標値までのベクトルが、アライメント誤差の線形
成分のベクトルである。

【００１６】そして、図１０（ａ）のアライメント誤差
のベクトルから線形成分のベクトルを差し引くと、図１
１（ａ）に示すように、サンプルショットＳＢ₁〜ＳＢ
₈毎にそれぞれ非線形成分のベクトルＶＢＮ₁〜ＶＢＮ
₈が得られる。図１１（ｂ）は、サンプルショットＳＢ
₁〜ＳＢ₈毎のアライメント誤差の非線形成分のベクト
ルの絶対値｜ＶＢＮ₁|〜｜ＶＢＮ₈|を示し、この非線形
成分の絶対値が所定の基準値より大きいサンプルショッ
ト、例えば８番目のサンプルショットＳＢ₈が排除され
る。

【００１７】ウエハ上のサンプルショット毎にアライ
メント誤差のベクトルの絶対値の標準偏差を計算し、ア
ライメント誤差のベクトルの絶対値がその標準偏差の所
定倍以上となるサンプルショットを排除する。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の技術
の内で、のようにアライメント誤差のベクトルの絶対
値が所定の基準値以上となるサンプルショットを排除す
る方法では、例えば図９（ａ）の例では、全体から見る
と方向のバランスが悪いベクトルＶＢ₈でも、絶対値が
小さいために排除されないという不都合がある。また、
ウエハ４１全体の回転、直交度、又は線形伸縮（スケー
リング）が特に大きい場合は、その所定の基準値（図９
（ｂ）の基準値ＶＢに対応する値）をかなり大きくしな
い限り、殆どのサンプルショットが排除の対象となり、
高精度な位置合わせができなくなる。また、排除される
アライメント誤差のベクトルの方向によっては、逆に非
線形成分が強調されるなど、排除すべきサンプルショッ
トを間違える場合もあった。

【００１９】次に、のようにＥＧＡ計算を行って線形
成分の補正を行い、得られた非線形成分の絶対値を所定
の基準値と比較する方法では、の場合のように排除す
べきサンプルショットを間違える確率はかなり減少す
る。しかしながら、の方法で計算される線形成分は、
本来排除されるべき跳びショットの座標値を用いて計算
されているため、正確な線形成分が得られていないとみ
なされる。従って、最終的に得られるアライメント誤差
の非線形成分の絶対値（図１１（ｂ）の分布に相当する
もの）の値も不正確となり、例えば所定の基準値の近傍
では排除すべきサンプルショットを間違える恐れがあ
る。

【００２０】また、のようにアライメント誤差の絶対
値の標準偏差に基づいて、排除の基準値を統計学的に変
動値とした場合にも、線形成分を差し引いていないため
に、の場合と同様に排除すべきサンプルショットを間
違える場合がある。更に、の方法をの方法と組み合
わせることも考えられるが、これでも計算の根拠とし
て、排除されるべきサンプルショットのアライメント誤
差が含まれているために、例えばその基準値の近傍で排
除すべきサンプルショットを間違える恐れがあるのは
の方法と同じである。

【００２１】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、サンプルシ
ョット中のアライメント誤差の非線形成分の大きい跳び
ショットを正確に排除して、高精度に位置合わせするこ
とを目的とする。

【００２２】

【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４〜図６に示すように、基板
（８）上に設定された第１の座標系（ｘ，ｙ）上の配列
座標に基づいてその基板上に配列された複数の被加工領
域（ＥＳ₁〜ＥＳ_M）の各々を、その基板の移動位置を
規定する第２の座標系（Ｘ，Ｙ）内の所定の加工位置に
対して位置合わせする方法に関する。

【００２３】そして、本発明は、複数の被加工領域（Ｅ
Ｓ₁〜ＥＳ_M）の内、予め選択されたＮ個（Ｎは２以上
の整数）のサンプル領域（ＳＡ₁〜ＳＡ_N）の第２の座
標系（Ｘ，Ｙ）上の座標位置を計測する第１工程（ステ
ップ１０２）と；この第１工程で計測された座標位置に
基づいてそれらＮ個のサンプル領域のそれぞれの座標位
置の設計上の位置からのずれ量の非線形成分を求め、こ
れらＮ個の非線形成分のばらつき（Ｅ(N))を求める第２
工程（ステップ１０３）と；そのＮ個のサンプル領域か
ら所定のサンプル領域（ＳＡ_h）を除いた（Ｎ−１）個
のサンプル領域について、その第１工程で計測された座
標位置に基づいてそれぞれの座標位置の設計上の位置か
らのずれ量の非線形成分（Ｅ(N-1,h))を求め、この（Ｎ
−１）個の非線形成分のばらつきがその第２工程で求め
られたＮ個の非線形成分のばらつきより小さいときにそ
の所定のサンプル領域（ＳＡ_h）を排除する第３工程
（ステップ１０４，１０５，１０７）と；を有する。

【００２４】更に本発明は、この第３工程で求められた
（Ｎ−１）個の非線形成分のばらつきが所定の期待値
（Ｅ₀）に対して所定の許容範囲（ε）内で合致するま
で、次第にそれらサンプル領域から所定のサンプル領域
を排除してそれら第２工程及び第３工程を繰り返す第４
工程（ステップ１０８，１１０〜１１２）と、この第４
工程で残されたサンプル領域についてその第１工程で計
測された座標位置を統計処理して、基板（８）上のそれ
ら複数の被加工領域の各々の第２の座標系（Ｘ，Ｙ）上
における座標位置を算出する第５工程（ステップ１１
４）と；を有するものである。

【００２５】この場合、その所定の期待値（Ｅ₀）の一
例は、それらサンプル領域の第２の座標系（Ｘ，Ｙ）上
の座標位置の計測値のばらつきに基づいて定められてい
るものである。また、その第４工程において、その第３
工程で排除されたサンプル領域以外のサンプル領域の個
数が予め定められた許容数（Ｎ_min）以上である範囲内
で、それら第２工程及び第３工程を繰り返すことが望ま
しい。

【００２６】更に、その第３工程（ステップ１０４）に
おいて、それらＮ個のサンプル領域から順次ｉ番目（ｉ
は１からＮまでの整数）のサンプル領域を除いた（Ｎ−
１）個のサンプル領域について、その第１工程で計測さ
れた座標位置に基づいてそれぞれの座標位置の設計上の
位置からのずれ量の非線形成分を求めると共に、これら
（Ｎ−１）個の非線形成分のばらつきを求め、これらＮ
組の非線形成分のばらつき（Ｅ(N-1,1) 〜Ｅ(N-1,N) の
内の最小のばらつき（Ｅ(N-1,h) がその第２工程で求め
られたＮ個の非線形成分のばらつき（Ｅ(N))より小さい
ときにその最小のばらつきを与えるときに排除されたサ
ンプル領域（ＳＡ_h）を排除することが望ましい。

【００２７】

【作用】斯かる本発明によれば、基板（８）上で選択さ
れたＮ個のサンプル領域（サンプルショットＳＡ₁〜Ｓ
Ａ_N）の第２の座標系（ステージ座標系（Ｘ，Ｙ））で
の座標位置が計測され、これらＮ個の計測された座標位
置の設計上の配列座標からのずれ量の非線形成分のばら
つき（例えば標準偏差の所定倍）（Ｅ(N))が求められ
る。その後、例えばそれまでの製造プロセスにより、基
板（８）上で歪みが大きいと予想される領域が分かって
いるような場合には、その歪みが大きいと予想される領
域のサンプル領域（ＳＡ_h）を跳びショットとみなして
排除し、残された（Ｎ−１）個のサンプル領域の計測さ
れた座標位置を用いて、これら（Ｎ−１）個の計測され
た座標位置の設計上の配列座標からのずれ量の非線形成
分のばらつき（例えば標準偏差の所定倍）（Ｅ(N-1,h))
が求められる。

【００２８】その後、（Ｎ−１）個の非線形成分のばら
つき（Ｅ(N-1,h))が、Ｎ個の非線形成分のばらつき（Ｅ
(N))より小さいときには、そのサンプル領域（ＳＡ_h）
を跳びショットとして排除する。そして、その跳びショ
ットを排除した後の（Ｎ−１）個の非線形成分のばらつ
き（Ｅ(N-1,h))が所定の期待値（Ｅ₀）の近傍にあると
きには、残された（Ｎ−１）個のサンプル領域の計測さ
れた座標位置を用いて、例えばＥＧＡ（エンハンスト・
グローバル・アライメント）方式により位置合わせを行
う。この場合、（Ｎ−１）個の非線形成分のばらつき
（Ｅ(N-1,h))を計算する際には、跳びショットとしての
サンプル領域（ＳＡ_h）の計測結果が含まれていないた
め、非線形成分のばらつきの評価が正確に行われてい
る。従って、計測された座標位置の設計上の座標位置か
らのずれ量（アライメント誤差）の非線形成分の大きな
跳びショットを正確に排除でき、位置合わせ精度が向上
する。

【００２９】また、その第４工程において、その第３工
程で求められた（Ｎ−１）個の非線形成分のばらつき
（Ｅ(N-1,h))が、その所定の期待値（Ｅ₀）の近傍にな
いときには、残された（Ｎ−１）個のサンプル領域を新
たな１組のサンプル領域とみなして、それら第２工程及
び第３工程と同様の動作を繰り返す（ステップ１０８，
１１０〜１１２）。そして、跳びショットを排除した後
のサンプル領域の非線形成分のばらつきがその所定の期
待値（Ｅ₀）の近傍に達したときに、残されたサンプル
領域を用いて例えばＥＧＡ方式で位置合わせを行う。こ
れにより、複数の跳びショットがある場合でも、これら
跳びショットをすべて正確に排除でき、より高精度に位
置合わせが行われる。

【００３０】次に、その第４工程において、その第３工
程で排除されたサンプル領域以外のサンプル領域の個数
が予め定められた許容数（Ｎ_min）以上である範囲内
で、それら第２工程及び第３工程を繰り返す場合には、
平均化効果を損なう程にサンプル領域を減少させること
がなくなる。また、その第３工程（ステップ１０４）に
おいて、それらＮ個のサンプル領域から順次ｉ番目（ｉ
は１からＮまでの整数）のサンプル領域を除いた（Ｎ−
１）個のサンプル領域について、その第１工程で計測さ
れた座標位置に基づいてそれぞれの座標位置の設計上の
位置からのずれ量の非線形成分を求めると共に、これら
（Ｎ−１）個の非線形成分のばらつき（Ｅ(N-1,i))を求
め、これらＮ組の非線形成分のばらつきの内の最小のば
らつき（Ｅ(N-1,h))を求めるようにした場合には、それ
らＮ個のサンプル領域の中で最も非線形成分の大きなサ
ンプル領域（ＳＡ_h）を跳びショットとして特定できる
ことになる。

【００３１】

【実施例】以下、本発明による位置合わせ方法の第１実
施例につき図面を参照して説明する。本例はステップ・
アンド・リピート方式で感光基板としてのウエハ上の各
ショット領域にレチクルのパターンを露光する露光装置
（ステッパー）のアライメント動作に本発明を適用した
ものである。但し、本発明はステップ・アンド・スキャ
ン方式のような走査露光方式の露光装置にも適用でき
る。

【００３２】図２は本例の露光装置を示し、この図２に
おいて、照明光学系１から射出された露光光ＩＬが、ほ
ぼ均一な照度でレチクル２を照明する。レチクル２はレ
チクルステージ３上に保持され、レチクルステージ３は
ベース４上の２次元平面内で移動及び微小回転ができる
ように構成されている。装置全体の動作を制御する主制
御系６が、ベース４上の駆動装置５を介してレチクルス
テージ３の動作を制御する。

【００３３】露光光ＩＬのもとで、レチクル２のパター
ン像が投影光学系７を介してウエハ８上の各ショット領
域に投影される。ウエハ８はウエハホルダー９を介して
ウエハステージ１０上に載置されている。投影光学系７
の光軸に平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な２次元平面の
直交座標系をＸ軸及びＹ軸とする。ウエハステージ１０
は、投影光学系７の光軸に垂直な面内でウエハ８を２次
元的に位置決めするＸＹステージ、投影光学系７の光軸
に平行なＺ方向にウエハ８を位置決めするＺステージ、
及びウエハ８を微小回転させるステージ等より構成され
ている。

【００３４】ウエハステージ１０の上面に移動ミラー１
１が固定され、移動ミラー１１に対向するようにレーザ
干渉計１２が配置されている。図２では簡略化して表示
しているが、移動鏡１１はＸ軸に垂直な反射面を有する
平面鏡及びＹ軸に垂直な反射面を有する平面鏡より構成
されている。また、レーザ干渉計１２は、Ｘ軸に沿って
移動鏡１１にレーザビームを照射する２個のＸ軸用のレ
ーザ干渉計、及びＹ軸に沿って移動鏡１１にレーザビー
ムを照射するＹ軸用のレーザ干渉計より構成され、Ｘ軸
用の１個のレーザ干渉計及びＹ軸用の１個のレーザ干渉
計により、ウエハステージ１０のＸ座標及びＹ座標が計
測される。このように計測されるＸ座標及びＹ座標より
なる座標系（Ｘ，Ｙ）を、以下ではステージ座標系又は
静止座標系と呼ぶ。

【００３５】また、Ｘ軸用の２個のレーザ干渉計の計測
値の差により、ウエハステージ１０の回転角が計測され
る。レーザ干渉計１２により計測されたＸ座標、Ｙ座標
及び回転角の情報が座標計測回路１２ａ及び主制御系６
に供給され、主制御系６は、供給された座標をモニター
しつつ駆動装置１３を介して、ウエハステージ１０の位
置決め動作を制御する。なお、図２には示していない
が、レチクル側にもウエハ側と同様の３軸の干渉計シス
テムが設けられている。

【００３６】本例の投影光学系７には結像特性制御装置
１４が装着されている。結像特性制御装置１４は、例え
ば投影光学系７を構成するレンズ群の内の所定のレンズ
群の間隔を調整するか、又は所定のレンズ群の間のレン
ズ室内の気体の圧力を調整することにより、投影光学系
７の投影倍率、歪曲収差の調整を行う。結像特性制御装
置１４の動作も主制御系６により制御されている。

【００３７】本例では、投影光学系７の側面にオフ・ア
クシス方式で画像処理方式のアライメント系１５が配置
され、このアライメント系１５において、光源１６から
の照明光がコリメータレンズ１７、ビームスプリッター
１８、ミラー１９及び対物レンズ２０を介してウエハ８
上のＸ軸用のウエハマーク（アライメントマーク）Ｍｘ
の近傍に照射されている。この場合、対物レンズ２０の
光軸２０ａと投影光学系７の光軸７ａとの間隔であるベ
ースライン量が予め計測されている。そして、ウエハマ
ークＭｘからの反射光が、対物レンズ２０、ミラー１
９、ビームスプリッター１８及び集光レンズ２１を介し
て指標板２２上に照射され、指標板２２上にウエハマー
クＭｘの像が結像される。

【００３８】指標板２２を透過した光が、第１リレーレ
ンズ２３を経てビームスプリッター２４に向かい、ビー
ムスプリッター２４を透過した光が、Ｘ軸用第２リレー
レンズ２５Ｘにより２次元ＣＣＤよりなるＸ軸用撮像素
子２６Ｘの撮像面上に集束され、ビームスプリッター２
４で反射された光が、Ｙ軸用第２リレーレンズ２５Ｙに
より２次元ＣＣＤよりなるＹ軸用撮像素子２６Ｙの撮像
面上に集束される。撮像素子２６Ｘ及び２６Ｙの撮像面
上にはそれぞれウエハマークＭｘの像及び指標板２２上
の指標マークの像が重ねて結像される。撮像素子２６Ｘ
及び２６Ｙの撮像信号は共に座標計測回路１２ａに供給
される。

【００３９】図３は図２の指標板２２上のパターンを示
し、この図３において、中央部に３本の直線パターンよ
りなるウエハマークＭｘの像ＭｘＰが結像され、この像
ＭｘＰのピッチ方向であるＸＰ方向、その像ＭｘＰの長
手方向であるＹＰ方向が、それぞれ図２のウエハステー
ジ１０のステージ座標系のＸ方向及びＹ方向と共役にな
っている。そして、ウエハマーク像ＭｘＰをＸＰ方向に
挟むように２個の指標マーク３１Ａ及び３１Ｂが形成さ
れ、ウエハマーク像ＭｘＰをＹＰ方向に挟むように２個
の指標マーク３２Ａ及び３２Ｂが形成されている。

【００４０】この場合、ＸＰ方向で指標マーク３１Ａ，
３１Ｂ及びウエハマーク像ＭｘＰを囲む検出領域３３Ｘ
内の像が図２のＸ軸用撮像素子２６Ｘで撮像され、ＹＰ
方向で指標マーク３２Ａ，３２Ｂ及びＹ軸用のウエハマ
ーク（不図示、Ｘ軸用のウエハマークＭｘを９０°回転
したパターン）の像を囲む検出領域３３Ｙ内の像が図２
のＹ軸用撮像素子２６Ｙで撮像される。更に、撮像素子
２６Ｘ及び２６Ｙの各画素から光電変換信号を読み取る
際の走査方向はそれぞれＸＰ方向及びＹＰ方向に設定さ
れ、撮像素子２６Ｘ及び２６Ｙの撮像信号を処理するこ
とにより、Ｘ軸用のウエハマーク像ＭｘＰと指標マーク
３１Ａ，３１ＢとのＸＰ方向の位置ずれ量、及びＹ軸用
のウエハマークの像と指標マーク３２Ａ，３２ＢとのＹ
Ｐ方向の位置ずれ量を求めることができる。従って、図
２において、座標計測回路１２ａは、ウエハ８上のウエ
ハマークＭｘの像と指標板２２上の指標マークとの位置
関係及びそのときのレーザ干渉計１２の計測結果より、
そのウエハマークＭｘのステージ座標系（Ｘ，Ｙ）上で
のＸ座標を求め、このように計測されたＸ座標を主制御
系６に供給する。同様にして、Ｙ軸用のウエハマークの
ステージ座標系（Ｘ，Ｙ）上でのＹ座標も計測されて、
主制御系６に供給される。

【００４１】次に、本例で露光対象とするウエハの各シ
ョット領域の位置決めを行って、各ショット領域にそれ
ぞれレチクル２のパターン像を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。先ず露光対
象とするウエハ８を図２のウエハホルダー９上にロード
する。図４はウエハ８上のショット領域の配列を示し、
この図４において、ウエハ８上にはこのウエハ上に設定
された座標系（ｘ，ｙ）に沿って規則的にショット領域
ＥＳ₁，ＥＳ₂，…，ＥＳ_M(Ｍは３以上の整数）が形成
され、各ショット領域ＥＳ_i(ｉ＝１〜Ｍ）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、各ショット領域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、各ショッ
ト領域ＥＳ_iに接するｘ方向に伸びたストリートライン
の中央部にＸ軸用のウエハマークＭｘ_iが形成され、各
ショット領域ＥＳ_iに接するｙ方向に伸びたストリート
ラインの中央部にＹ軸用のウエハマークＭｙ_iが形成さ
れている。

【００４２】Ｘ軸用のウエハマークＭｘ_i及びＹ軸用の
ウエハマークＭｙ_i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８の下地に凹部又は凸部のパター
ンとして形成されている。ウエハ８上の座標系（ｘ，
ｙ）でのウエハマークＭｘ_iのｘ座標（設計上の座標
値）ｘ_i、及びウエハマークＭｙ_iのｙ座標（設計上の
座標値）ｙ_iは既知であり、図２の主制御系６内の記憶
部に記憶されている。この場合、ウエハマークＭｘ _iの
ｘ座標、及びウエハマークＭｙ_iのｙ座標を、それぞれ
ショット領域ＥＳ_iのｘ座標及びｙ座標とみなす。

【００４３】また、ウエハ８上にはおおまかな位置合わ
せ（グローバル・アライメント）を行うための２つの２
次元のグローバル・アライメントマーク（不図示）が形
成され、これら２つのグローバル・アライメントマーク
のウエハ８上の座標系（ｘ，Ｙ）での座標値は既知であ
る。そこで、線形伸縮を等方的とみなし（Ｒｘ＝Ｒ
ｙ）、ステージ座標系の直交度誤差ｗを０とみなして、
（数１）の未知の変換パラメータを４個にした上で、図
２の主制御系６が、アライメント系１５を介してウエハ
８上の２つの２次元のグローバル・アライメントマーク
のステージ座標系（Ｘ，Ｙ）での座標値を計測する。こ
の計測結果より、（数１）の簡略化された４個の変換パ
ラメータの値を決定する。

【００４４】その後、主制御系６は、これら４個の変換
パラメータ、及びウエハマークＭｘ _iの設計上のｘ座
標、及びウエハマークＭｙ_iの設計上のｙ座標を順次
（数１）に代入することにより、ステージ座標系（Ｘ，
Ｙ）上でのウエハマークＭｘ_iの計算上のＸ座標の初期
値、及びウエハマークＭｙ_iの計算上のＹ座標の初期値
を算出する。また、ウエハマークＭｘ_iの中心の計算上
のＹ座標の初期値、及びウエハマークＭｙ_iの中心の計
算上のＸ座標の初期値も同時に算出する。これらステー
ジ座標系（Ｘ，Ｙ）上での設計上の座標値の初期値に基
づいてウエハステージ１０を駆動することにより、ウエ
ハマークＭｘ_i及びウエハマークＭｙ_iを順次アライメ
ント系１５の観察視野内に追い込んで、正確な座標値を
計測する。

【００４５】最終的に本実施例でも、ウエハ８上の座標
系（ｘ，ｙ）からステージ座標系（Ｘ，Ｙ）への座標変
換を、６個の変換パラメータａ〜ｆを用いて（数１）で
表す。そして、それら６個の変換パラメータを以下のよ
うにして決定する。先ず、図１のステップ１０１におい
て、後述の非線形成分の期待値Ｅ₀、及びこの期待値の
ばらつきεを決定する。本実施例では、図２のウエハス
テージ１０の繰り返し移動精度（位置決め精度の再現
性）をσ_step、アライメント系１５の計測精度（計測再
現性）をσ_sensとして、期待値Ｅ₀を以下のように、σ
_step、及びσ_sensの自乗和の平方根とする。

【００４６】

【数２】Ｅ₀＝（σ_step ²＋σ_sens ²）^1/2 また、ばらつきεは例えばその期待値Ｅ₀の整数分の１
とする。次に、ステップ１０２において、図４に示すよ
うに、ウエハ８の全部のショット領域ＥＳ₁〜ＥＳ_Mか
ら予め任意の配列でＮ個（図４の例ではＮ＝９）のサン
プルショットＳＡ₁〜ＳＡ_Nを選択し、図２のアライメ
ント系１５を介して、各サンプルショットＳＡ_i(ｉ＝１
〜Ｎ）のステージ座標系（Ｘ，Ｙ）上での座標値を計測
する。各サンプルショットＳＡ_iの座標値を計測すると
は、各サンプルショットＳＡ_iに付設されたＸ軸用及び
Ｙ軸用のウエハマークのステージ座標系（Ｘ，Ｙ）上で
の座標値を計測することを意味する。各サンプルショッ
トＳＡ_iのステージ座標系（Ｘ，Ｙ）で計測された座標
値を（ＸＭ_i，ＹＭ_i）とする。この場合、各サンプル
ショットＳＡ_iをアライメント系１５の観察視野内に追
い込むために使用される、ステージ座標系（Ｘ，Ｙ）で
の計算上の座標値の初期値（設計値）を（Ｘ _0i，Ｙ_0i）
とする。

【００４７】次に、ステップ１０３において、Ｎ個のサ
ンプルショットＳＡ_i毎のアライメント誤差の非線形成
分を求める。アライメント誤差とは、計算上の座標値か
ら実際に計測された座標値までの誤差であり、数値的に
はサンプルショットＳＡ_i毎のアライメント誤差は、そ
の計算上の座標値の初期値（Ｘ_0i，Ｙ_0i）を起点とし、
計測された座標値（ＸＭ_i，ＹＭ_i）を終点とするベク
トルＶ_iで表される。

【００４８】図５（ａ）はウエハ８上のＮ個のサンプル
ショットＳＡ₁〜ＳＡ_Nのアライメント誤差のベクトル
Ｖ₁〜Ｖ_Nを誇張して示し、この図５（ａ）において、
例えばショット領域ＳＡ₁のベクトルＶ₁の起点３４が
計算上の座標の初期値に対応し、終点３５が計測された
座標に対応する。この場合、各ベクトルＶ_iは、線形部
ＶＬ_iと非線形部ＶＮ_iとの和で表され、非線形部ＶＮ
_iが計測エラー、又はウエハ８の局所的な歪み等により
発生する成分であるため、以下のようにして非線形成分
を求める。

【００４９】先ず、主制御系６は、Ｎ個のサンプルショ
ット（言い換えるとこれらに付設されたウエハマーク）
の設計上の座標値及び計測された座標値より、例えば単
純な最小自乗法を用いて（数１）を満足する６個の変換
パラメータａ〜ｆの値を求める。これがＥＧＡ（エンハ
ンスト・グローバル・アライメント）計算と呼ばれる計
算である。このＥＧＡ計算では、ｎ番目のサンプルショ
ットＳＡ_nのステージ座標系上で計測された座標値を
（ＸＭ_n，ＹＭ_n）、設計上の座標値と６個の変換パラ
メータとを（数１）に代入して計算される座標値を（Ｘ
_n，Ｙ_n）とすると、残留誤差成分を次式で表す。但
し、図５（ａ）の例では、ｍの値は９である。

【００５０】

【数３】

【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。
次に、主制御系６は、各サンプルショットＳＡ_iの計測
された座標値（ＸＭ_i，ＹＭ_i）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_i，Ｙ_i）を差し引いて得たベクトルの
絶対値を計算して、Ｎ個のサンプルショットＳＡ₁〜Ｓ
Ａ_Nのアライメント誤差の非線形成分を求める。即ち、
その非線形成分は、アライメント誤差を表すベクトルＶ
_iの非線形部ＶＮ_iの絶対値である。その後、主制御系
６は、Ｎ個のサンプルショットのアライメント誤差の非
線形成分の標準偏差（σ）の３倍の値Ｅ(N) を算出す
る。この値Ｅ(N) を、図５（ｂ）の左端部に示す。

【００５２】次に、ステップ１０４において、主制御系
６は、Ｎ個のサンプルショットＳＡ ₁〜ＳＡ_Nから１番
目のサンプルショットＳＡ₁を排除（リジェクト）して
得られる（Ｎ−１）個のサンプルショットＳＡ₂〜ＳＡ
_Nについて、上述のＥＧＡ計算を行って（数１）の６個
の変換パラメータを求める。即ち、（Ｎ−１）個のサン
プルショットＳＡ₂〜ＳＡ_Nのステージ座標系上で計測
された座標値（ＸＭ_n，ＹＭ_n）と、（数１）に基づく
設計上の座標値（Ｘ_n，Ｙ_n）との差分の自乗和である
残留誤差成分が最小になるように、（数１）の６個の変
換パラメータａ〜ｆの値を定める。そして、（Ｎ−１）
個のサンプルショットＳＡ₂〜ＳＡ_N毎に、ステージ座
標系（Ｘ，Ｙ）上での計測された座標値から計算上の座
標値を差し引いてアライメント誤差の非線形成分を求
め、これら（Ｎ−１）個の非線形成分の３σの値Ｅ(N-
1,1) を算出する。

【００５３】同様に、図５（ａ）のＮ個のサンプルショ
ットＳＡ₁〜ＳＡ_Nから順次２番目、３番目、…、及び
Ｎ番目のサンプルショットを排除して得られる（Ｎ−
１）個のサンプルショットについて、それぞれＥＧＡ計
算を行ってアライメント誤差の非線形成分を求め、これ
ら（Ｎ−１）個の非線形成分の３σの値を算出する。ｉ
番目のサンプルショットＳＡ_i(ｉ＝１〜Ｎ）を排除した
場合に得られる、（Ｎ−１）個のサンプルショットのア
ライメント誤差の非線形成分の３σの値をＥ(N-1,i) と
する。

【００５４】図５（ｂ）は、これらＮ個の３σの値Ｅ(N
-1,1) 〜Ｅ(N-1,N) 示し、この図５（ｂ）に示すよう
に、３σの値Ｅ(N-1,1) 〜Ｅ(N-1,N) の中で最小値はＥ
(N-1,h) 、即ちｈ番目のサンプルショットＳＡ_hを排除
した場合に得られるアライメント誤差の非線形成分のば
らつきである。なお、それら３σの値Ｅ(N-1,i) 中の最
小値が複数個ある場合には、例えば排除されたサンプル
ショットの番号の若い方の値を採用する。そこで、ステ
ップ１０５に移行して、主制御系６は、３σの値Ｅ(N-
1,i) 中の最小値Ｅ(N-1,h) と、ステップ１０３で算出
した３σの値Ｅ(N)とを比較し、Ｅ(N) がＥ(N-1,h) よ
り大きいときには、即ちＥ(N) ＞Ｅ(N-1,h)が成立する
ときには、ステップ１０６に移行して、変数ｊの初期値
を１とした後、ステップ１０７において、図６（ａ）に
示すように、そのｈ番目のサンプルショットＳＡ_hを排
除して残った（Ｎ−ｊ）個（ここでは（Ｎ−１）個）の
サンプルショットを新たな１組のサンプルショットとみ
なして、ステップ１０８に移行する。

【００５５】これはアライメント誤差の非線形成分が特
に大きなサンプルショットＳＡ_h、即ち跳びショットを
排除して、ＥＧＡ方式のアライメントを適用し直すこと
を意味する。これにより、計測エラーが生じたサンプル
ショット、又は歪みの大きな領域のサンプルショットで
ある跳びショットを排除（リジェクト）して、高精度に
アライメントが行われる。しかも、ｈ番目のサンプルシ
ョットを排除するかどうかを確かめるための非線形成分
の３σの値Ｅ(N-1,h) の算出には、ｈ番目のサンプルシ
ョットの計測値が含まれていないため、排除するサンプ
ルショットを正確に判定できる。

【００５６】一方、ステップ１０５において、３σの値
Ｅ(N) が３σの値Ｅ(N-1,h) 以上であるときには、サン
プルショットを排除しても非線形成分が減少しないた
め、特に非線形成分の大きな跳びショットは存在しない
と考えられる。そこで、動作はステップ１１４に移行し
て、最初のＮ個のサンプルショットＳＡ₁〜ＳＡ_Nを用
いて、ＥＧＡ方式でアライメントを行って、ウエハ８上
の各ショット領域ＥＳ₁〜ＥＳ_Mにそれぞれレチクル２
のパターン像を露光する。具体的には、最初のＮ個のサ
ンプルショットＳＡ₁〜ＳＡ_Nの計測値を用いて、最小
自乗法により（数１）の６個の変換パラメータａ〜ｆの
値を求め、これら６個の変換パラメータ、及びショット
領域ＥＳ₁〜ＥＳ_Mの設計上の配列座標値よりそれらシ
ョット領域のステージ座標系（Ｘ，Ｙ）での配列座標を
計算し、このように計算された配列座標に基づいてそれ
らショット領域を位置合わせする。その後、ステップ１
１５に移行して、次のウエハへの露光が行われる。

【００５７】また、ステップ１０８においては、ステッ
プ１０４又はステップ１１１（後述）で求めた（Ｎ−ｊ
＋１）個（ここではＮ個）の３σの値Ｅ(N-j,i)(ｉ＝１
〜Ｎ−ｊ＋１）の全てについて、次式が成立するかどう
かを調べる。

【００５８】

【数４】｜Ｅ(N-j,i) −Ｅ₀｜＜ε 即ち、３σの値Ｅ(N-j,i) の全てが、そのばらつきεの
範囲内でその期待値Ｅ ₀と合致するかどうかを調べる。
そして、３σの値Ｅ(N-j,i) の全てについて（数４）が
成立するときには、非線形成分の大きな跳びショットは
すべて排除されたと考えられるため、動作はステップ１
１４に移行する。そして、残された（Ｎ−ｊ）個のサン
プルショットを用いてＥＧＡ方式でアライメントを行っ
て露光を行う。一方、３σの値Ｅ(N-j,i) の中に１つで
も（数４）を満足しない値があるときには、まだ非線形
成分の大きな跳びショットがある可能性を示しているた
め、動作はステップ１０９に移行する。

【００５９】次に、ステップ１０９においては、残され
たサンプルショットの個数（Ｎ−ｊ）個（ここでは（Ｎ
−１）個）が所定の最小値Ｎ_min(Ｎ_minは１以上の整数
で、例えば４個）より大きいかどうかを調べ、個数（Ｎ
−ｊ）が最小値Ｎ_minより大きいときにはステップ１１
０に移行し、個数（Ｎ−ｊ）が最小値Ｎ_minに達した場
合には、ステップ１１４に移行して、残された（Ｎ−
ｊ）個のサンプルショットを用いて、ＥＧＡ方式でアラ
イメントを行って露光を行う。

【００６０】次に、ステップ１１０においては、ステッ
プ１０４又はステップ１１２（後述）で求められたｈ番
目のサンプルショットを排除した後の非線形成分の３σ
の値Ｅ(N-j,h) を、残された（Ｎ−ｊ）個（ここでは
（Ｎ−１）個）のサンプルショットの非線形成分の３σ
の値Ｅ(N-j) とする。この値Ｅ(N-j)(ｊ＝１の場合）が
図６（ｂ）の左端に示されている。その後ステップ１１
１に移行して、残された（Ｎ−ｊ）個のサンプルショッ
トから、順次１番目、２番目、…、及び（Ｎ−ｊ）番目
のサンプルショットを排除して得られる（Ｎ−ｊ−１）
個のサンプルショットについて、それぞれＥＧＡ計算を
行ってアライメント誤差の非線形成分を求め、これら
（Ｎ−ｊ−１）個の非線形成分の３σの値を算出する。
（Ｎ−ｊ）個中のｉ番目（ｉ＝１〜Ｎ−ｊ）のサンプル
ショットを排除した場合に得られる、（Ｎ−ｊ−１）個
のサンプルショットのアライメント誤差の非線形成分の
３σの値をＥ(N-j-1,i) とする。

【００６１】図６（ｂ）は、ｊ＝１の場合の（Ｎ−ｊ−
１）個の３σの値Ｅ(N-2,1) 〜Ｅ(N-2,N) を示すが、図
６（ｂ）では排除するサンプルショットの順番は最初の
Ｎ個のサンプルショットの中での順番で表している。こ
の図６（ｂ）に示すように、３σの値Ｅ(N-2,1) 〜Ｅ(N
-2,N) の中で最小値はＥ(N-2,f) 、即ちｆ番目のサンプ
ルショットＳＡ_fを排除した場合に得られるアライメン
ト誤差の非線形成分のばらつきである。この場合も、そ
れら３σの値Ｅ(N-2,i) 中の最小値が複数個ある場合に
は、例えば排除されたサンプルショットの番号の若い方
の値を採用する。そのｆ番目のサンプルショットは、
（Ｎ−ｊ）個のサンプルショットの中ではｈ番目のサン
プルショットとする。

【００６２】そこで、ステップ１１２に移行して、主制
御系６は、３σの値Ｅ(N-j-1,i)(ここではＥ(N-2,i))中
の最小値Ｅ(N-j-1,h) と、ステップ１１０で設定した３
σの値Ｅ(N-j) とを比較し、Ｅ(N-j) がＥ(N-j-1,h) よ
り大きいときには、即ちＥ(N-j) ＞Ｅ(N-j-1,h) が成立
するときには、ステップ１１３において、変数ｊの値を
１だけ増加させた後、ステップ１０７に移行して、その
ｈ番目のサンプルショットを排除して残った（Ｎ−ｊ）
個（変数ｊの増分前では（Ｎ−ｊ−１）個）のサンプル
ショットを新たな１組のサンプルショットとみなして、
ステップ１０８に移行する。

【００６３】一方、ステップ１１２において、３σの値
Ｅ(N-j) が３σの値Ｅ(N-j-1,h) 以上であるときには、
サンプルショットを排除しても非線形成分が減少しない
ため、特に非線形成分の大きなサンプルショットは存在
しないと考えられる。そこで、動作はステップ１１４に
移行して、残された（Ｎ−ｊ）個の１組のサンプルショ
ットを用いて、ＥＧＡ方式でアライメントを行って、ウ
エハ８上の各ショット領域ＥＳ₁〜ＥＳ_Mにそれぞれレ
チクル２のパターン像を露光する。

【００６４】そして、本実施例では、ステップ１０８に
おいて、３σの値Ｅ(N-j,i) の全てが、ばらつきεの範
囲内で期待値Ｅ₀と合致するか、ステップ１０９におい
て残されたサンプルショットの個数がＮ_minに達する
か、又はステップ１１２において、それぞれ１個のサン
プルショットを排除した場合の非線形成分の３σの値で
ある、（Ｎ−ｊ）個の値Ｅ(N-j-1,i) が全てＥ(N-j) 以
上となるまで、ステップ１１３，１０７〜１１２が繰り
返される。これにより、最終的に図４のＮ個のサンプル
ショットＳＡ₁〜ＳＡ_Nの中で、アライメント系１５の
計測エラー、又はウエハ８上の局所的な歪み等により特
にアライメント誤差の非線形成分の大きな跳びショット
が全て排除されるため、より高精度にアライメントが行
われる。なお、同一ロットの複数枚（２５枚程度）のウ
エハを連続的に露光処理していく場合は、先頭（１枚
目）のウエハのみ、又は先頭から数枚のウエハについ
て、本実施例のように跳びショットを除去するように
し、その以降のウエハでは先に跳びショットが排除され
たサンプルショット配置に従ってＥＧＡ方式を適用する
ようにしてもよい。

【００６５】また、期待値Ｅ₀は（数２）に限られるも
のではなく、例えばσ_stepとσ_sensとに重みを与えて平
均するようにしてもよい。また、期待値Ｅ₀の決定には
σ_st _epとσ_sensのいずれか一方のみを用いるだけでもよ
く、さらにはσ_stepとσ_sens以外の誤差要因も考慮する
ようにしてもよい。要は、前述の非線形成分に含まれ得
る、跳びショットの真の非線形誤差以外の要因
（σ_step、σ_sens等）に基づいて期待値Ｅ₀を決定すれ
ばよい。また、ばらつきεは要求される重ね合わせ（ア
ライメント）精度等に応じて定めればよい。

【００６６】なお、上述実施例では、図４に示すように
各サンプルショットＳＡ₁〜ＳＡ_NにおいてそれぞれＸ
軸用のウエハマーク及びＹ軸用のウエハマークの位置を
計測しているが、各サンプルショットにおいて必ずしも
Ｘ軸用のウエハマーク及びＹ軸用のウエハマークの位置
を計測する必要はない。例えばサンプルショットの数を
２倍にして、奇数番目のサンプルショットＳＡ₁，ＳＡ
₃，…においては、Ｘ軸用のウエハマークのみを計測
し、偶数番目のサンプルショットＳＡ₂，ＳＡ₄，…に
おいては、Ｙ軸用のウエハマークのみを計測するように
してもよく、この場合には各ウエハマーク毎にアライメ
ント誤差の非線形成分の大きさを求め、非線形成分の大
きなウエハマークを跳びマークとして排除していけばよ
い。

【００６７】また、跳びショットが排除されたサンプル
ショットの数がＮ_min以上となっていても、サンプルシ
ョット数が少なくてＥＧＡ精度が低下し得ると予想され
る場合は、先に選択されたサンプルショット以外から少
なくとも１つのショット領域をサンプルショットとして
指定してその総数を増やすようにしてもよい。また、最
初に指定するサンプルショットの個数は、最小値Ｎ_min
以上で、ウエハ上の全ショット数以下であればよい。更
に、最小値Ｎ_minは、ウエハ上のショット配列の規則性
に対応したモデル式（本実施例の（数１）に相当）に含
まれるパラメータの数に応じて定められるものであり、
本実施例ではＸマークとＹマークが最低３個ずつ必要な
ので、Ｎ_min＝３となる。また、モデル式は（数１）に
限られるものではなく、ウエハ上のショット配列を表す
のに必要なパラメータを適宜決定してモデル式を設定す
ればよく、いかなる形であってもよい。

【００６８】更に、ウエハ上の全てのショット領域をサ
ンプルショットとして指定しておき、本実施例のように
跳びショットを排除する。そして、全ての跳びショット
が排除された残りのショット領域に基づいてサンプルシ
ョット配置（数、位置）を決定するようにしてもよい。
この場合、ＥＧＡ方式に適用するサンプルショットのア
ライメントデータ（計測された座標値）の数が減少して
ＥＧＡ計算の算出精度が低下するという問題が生じなく
なる。特に、ロット先頭のウエハで前述のようにサンプ
ルショット配置を最適化しておけば、２枚目以降のウエ
ハで本実施例のように跳びショットを排除する計算をす
る必要がなくなり、１ロットの処理時間を短縮できると
いった利点が得られる。また、本実施例での計算量は従
来のＥＧＡ方式の計算量に比べて相当量増加している
が、最近のコンピュータの計算能力は益々向上している
ため、本実施例の計算を行っても、ウエハマークの座標
値を計測してから露光するまでの待ち時間を無視できる
程度に短縮できる。また、上述実施例では最終的に残さ
れるサンプルショット数の最小値Ｎ_minを定めている
が、その代わり、跳びショットとして排除するサンプル
ショット数の最大値Ｎ_max を定め、跳びショットの個数
がＮ_max になった所で、残されたサンプルショットを用
いてＥＧＡ方式でアライメントを行うようにしてもよ
い。

【００６９】次に、本発明の第２実施例につき図７を参
照して説明する。本実施例では、ウエハ８上に局所的な
歪みが生じている場合に、ＥＧＡ方式を改良した重み付
けＥＧＡ方式で位置合わせを行うものである。即ち、本
実施例では、基本的な動作は図１のフローチャートと同
じであるが、図４のウエハ８上の各ショット領域ＥＳ
_i(ｉ＝１〜Ｍ）毎に図１のステップ１０３〜１１４の動
作を実行して、それぞれ排除するサンプルショットを決
定し、残ったサンプルショットの計測結果を用いてアラ
イメントを行う。また、ステップ１０３，１０４，１１
１，１１４におけるＥＧＡ計算の代わりに、次のような
重み付けＥＧＡ方式の計算を行う。

【００７０】例えば図９に示すように、ウエハ８上の任
意のショット領域ＥＳ_iへの露光を行う際に、最初に９
個のサンプルショットＳＡ₁〜ＳＡ₉のステージ座標系
（Ｘ，Ｙ）での座標を計測するものとする。このとき、
図１のステップ１０３に対応する工程では、９個のサン
プルショットｎ番目（ｎ＝１〜９）のサンプルショット
ＳＡ_nに対して、それぞれ重みＷ_inを割り当てる。

【００７１】そして、それら９個のサンプルショットの
計測された座標値（ＸＭ_n，ＹＭ_n）、（数１）に基づ
いた計算上の座標値（Ｘ_n，Ｙ_n）及び重みＷ_inを用い
て、そのショット領域ＥＳ_iについての残留誤差成分Ｅ
ｉを次のように定義する。次の式でｍの値は９である。

【００７２】

【数５】

【００７３】この残留誤差成分Ｅｉが最小値を取るよう
に変換パラメータａ〜ｆの値を定め、これら変換パラメ
ータａ〜ｆと、９個のサンプルショットの設計上の配列
座標とを（数１）に代入することにより、９個のサンプ
ルショットの計算上の配列座標を求める。そして、各サ
ンプルショットのアライメント誤差の非線形成分（厳密
にはショット領域ＥＳ_iを中心とする歪み以外の非線形
成分）を求め、これら非線形成分の３σの値Ｅ（Ｎ）
（Ｎ＝９）を求める。以下、同様に（数３）の代わりに
（数５）の残留誤差成分を用いる点が第１実施例と異な
っている。これにより、ウエハ８上の局所的な歪みの影
響を考慮して正確に位置合わせを行うことができると共
に、その局所的な歪みに含まれない非線形成分（例えば
計測エラー）を有するサンプルショットを跳びショット
として正確に排除できる。

【００７４】次に、その重みＷ_inを最適化する方法につ
いて説明する。一例として本例では、計測結果が利用さ
れるｎ番目のサンプルショットに対して付与される重み
Ｗ_inを、図７に示すように、ショット領域ＥＳ_iからそ
のｎ番目のサンプルショットＳＡ_nまでの距離をＬＫ_n
として次のように定める。但し、パラメータＳ_i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。

【００７５】

【数６】

【００７６】この式から明かなように、ショット領域Ｅ
Ｓ_iまでの距離ＬＫ_nが短いサンプルショット程、その
計測結果に与える重みＷ_inが大きくなるようになってい
る。その（数６）において、パラメータＳ_iの値が大き
くなると、通常のＥＧＡ方式で得られる結果に近くな
り、パラメータＳ_iの値が小さくなるち、ダイ・バイ・
ダイ方式で得られる結果に近くなる。本例では、パラメ
ータＳ_iは、例えば次のように設定される。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_i、ひいては重みＷ_inが決定される。

【００７７】

【数７】Ｓ_i＝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、通常の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。

【００７８】また、上述の第２実施例では、パラメータ
Ｓ_iより（数６）に基づいて重みＷ _inが定められている
が、パラメータＳ_i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、図８に示すよう
に、ウエハ８の変形中心点（例えば非線形歪みの点対称
中心）をウエハセンタＷｃとして、このウエハセンタＷ
ｃと、ウエハ８上のショット領域ＥＳ_iとの間の距離
（半径）をＬＥ_iとして、ウエハセンタＷｃとｍ個（図
８の例ではｍ＝９）のサンプルショットＳＡ₁〜ＳＡ₉
との間の距離（半径）をそれぞれＬＷ₁〜ＬＷ₉とす
る。そして、ｎ番目のサンプルショットＳＡ_nの計測結
果に対して、距離ＬＥ_i及び距離ＬＷ_nを用いて、次式
で定義される重みＷ_in′を与える。

【００７９】

【数８】

【００８０】そして、（数５）の残留誤差成分の計算式
中の重みＷ_inをこの重みＷ_in′で置き換えて重み付けＥ
ＧＡ方式で（数１）の変換パラメータを算出する。この
場合には、ウエハ８上にほぼ点対称の歪み中心が存在し
ても、その点対称の歪み以外の非線形成分（例えば計測
エラー等）を有するサンプルショットだけを正確に排除
して、高精度に位置合わせを行うことができる。

【００８１】以上のように本発明は、ウエハ上のいくつ
かのサンプルショットのアライメントデータ（座標値）
を用いて統計処理等の所定の演算処理により、ウエハ上
のショット領域の座標を計算するものであれば、いかな
る方式に対しても適用できる。

【００８２】なお、上述実施例は露光装置でのウエハの
アライメントに本発明を適用したものであるが、本発明
は例えば露光装置による所謂バーニア評価時にも適用で
きる。このバーニア評価とは、ウエハ上の多数のショッ
ト領域上に先ずそれぞれ第１のの計測用マークを露光し
た後、２回目の露光によりその第１の計測用マークの上
に重ねて第２の計測用マークを露光し、現像後にウエハ
上の選択されたショット領域（サンプルショット）上で
第１の計測マークと第２の計測用マークとのずれ量を計
測し、このずれ量からショット領域の配列の規則性（レ
ジストレーション）等の特性を評価する方法である。こ
の場合にも、最初に選択されたサンプルショットの計測
結果に基づいて、本発明を適用して非線形成分の大きな
サンプルショットを除外することにより、より正確に各
種特性の評価を行うことができる。

【００８３】また、このバーニア評価の場合の非線形成
分の３σの値の期待値としては、例えば１回目の露光に
使用される露光装置のウエハステージの繰り返し移動精
度（位置決め精度の再現性）であるσ１_step、２回目の
露光に使用される露光装置のウエハステージの繰り返し
移動精度（位置決め精度の再現性）であるσ２_step、及
び第１の計測マークと第２の計測マークとの位置ずれ量
を計測するセンサの計測精度であるσ_sensの自乗和の平
方根を使用するとよい。

【００８４】このように、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。

【００８５】

【発明の効果】本発明の位置合わせ方法によれば、最初
に選択されたＮ個のサンプル領域（サンプルショット）
の座標位置のずれ量の非線形成分のばらつきと、そのＮ
個のサンプル領域から所定の１個のサンプル領域を排除
（リジェクト）した（Ｎ−１）個のサンプル領域の座標
位置のずれ量の非線形成分のばらつきとが算出され、後
者のばらつきが前者のばらつきより小さいときには、そ
の排除したサンプル領域を跳びショットであるとみなし
て排除している。従って、座標位置のずれ量（アライメ
ント誤差）中の非線形成分の大きい跳びショットを除い
たときの非線形成分のばらつきにより判定を行っている
ため、跳びショットを正確に排除して、高精度に位置合
わせできる利点がある。

【００８６】また、第３工程で求められた非線形成分の
ばらつきが所定の期待値に対して所定のばらつきの範囲
内で合致するまで、第２工程及び第３工程を繰り返して
跳びショットを排除するようにしているため、跳びショ
ットが複数個ある場合でも、それら跳びショットを全て
正確に排除できる利点がある。また、その所定の期待値
がそれらサンプル領域の第２の座標系上の座標位置の計
測値のばらつきに基づいて定められている場合には、そ
の計測値のばらつきを超える非線形成分を有する跳びシ
ョットを正確に排除できる。

【００８７】更に、第４工程において、第３工程で排除
されたサンプル領域以外のサンプル領域の個数が予め定
められた許容数以上である範囲内で、それら第２工程及
び第３工程を繰り返す場合には、最終的に平均化効果を
損なう程度にはサンプル領域が減少しないため、安定に
位置合わせを行うことができる。また、第３工程におい
て、Ｎ個のサンプル領域から順次ｉ番目（ｉは１からＮ
までの整数）のサンプル領域を除いた（Ｎ−１）個のサ
ンプル領域について、第１工程で計測された座標位置に
基づいてそれぞれの座標位置の設計上の位置からのずれ
量の非線形成分を求めると共に、これら（Ｎ−１）個の
非線形成分のばらつきを求め、これらＮ組の非線形成分
のばらつきの内の最小のばらつきを求めるようにした場
合には、非線形成分の最も大きなサンプル領域を跳びシ
ョットとして排除できるため、最も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第１実施例が適
用された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中のオフ・アクシス方式のアライメント系
１５の指標板上の像の一例を示す図である。

【図４】第１実施例で露光されるウエハ８上のサンプル
ショットの配列を示す拡大平面図である。

【図５】（ａ）は第１実施例で計測された各サンプルシ
ョットのアライメント誤差のベクトルを誇張して示す拡
大平面図、（ｂ）は図５（ａ）のサンプルショットに関
するアライメント誤差の非線形成分の標準偏差の３倍
（３σ）の値を示す図である。

【図６】（ａ）は図５（ａ）からサンプルショットＳＡ
_hを排除した後の各サンプルショットのアライメント誤
差のベクトルを誇張して示す拡大平面図、（ｂ）は図６
（ａ）のサンプルショットに関するアライメント誤差の
非線形成分の標準偏差の３倍（３σ）の値を示す図であ
る。

【図７】本発明の第２実施例で使用される重み付けＥＧ
Ａ方式における重みの決定方法の一例の説明図である。

【図８】第２実施例で使用される重み付けＥＧＡ方式に
おける重みの決定方法の別の例の説明図である。

【図９】従来の跳びショットの排除方法の一例の説明図
である。

【図１０】従来の跳びショットの排除方法の他の例が適
用されるウエハ上のサンプルショットのアライメント誤
差を示す図である。

【図１１】従来の跳びショットの排除方法の他の例を図
１０のウエハに適用した場合の説明図である。

【符号の説明】

１照明光学系２レチクル６主制御系７投影光学系８ウエハ９ウエハホルダー１０ウエハステージ１５オフ・アクシス方式のアライメント系２２指標板２６Ｘ，２６Ｙ撮像素子ＥＳ₁〜ＥＳ_M ショット領域ＳＡ₁〜ＳＡ_N サンプルショットＭｘ_i Ｘ軸のウエハマークＭｙ_i Ｙ軸のウエハマーク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所 7352−4Ｍ５２５Ｌ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に設定された第１の座標系上の配
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第２の座
標系内の所定の加工位置に対して位置合わせする方法に
おいて、前記複数の被加工領域の内、予め選択されたＮ個（Ｎは
２以上の整数）のサンプル領域の前記第２の座標系上の
座標位置を計測する第１工程と；該第１工程で計測され
た座標位置に基づいて前記Ｎ個のサンプル領域のそれぞ
れの座標位置の設計上の位置からのずれ量の非線形成分
を求め、該Ｎ個の非線形成分のばらつきを求める第２工
程と；前記Ｎ個のサンプル領域から所定のサンプル領域
を除いた（Ｎ−１）個のサンプル領域について、前記第
１工程で計測された座標位置に基づいてそれぞれの座標
位置の設計上の位置からのずれ量の非線形成分を求め、
該（Ｎ−１）個の非線形成分のばらつきが前記第２工程
で求められたＮ個の非線形成分のばらつきより小さいと
きに前記所定のサンプル領域を排除する第３工程と；該
第３工程で求められた（Ｎ−１）個の非線形成分のばら
つきが所定の期待値に対して所定の許容範囲内で合致す
るまで、次第に前記サンプル領域から所定のサンプル領
域を排除して前記第２工程及び第３工程を繰り返す第４
工程と、該第４工程で残されたサンプル領域について前記第１工
程で計測された座標位置を統計処理して、前記基板上の
前記複数の被加工領域の各々の前記第２の座標系上にお
ける座標位置を算出する第５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】前記所定の期待値は、前記サンプル領域
の前記第２の座標系上の座標位置の計測値のばらつきに
基づいて定められてい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】前記第４工程において、前記第３工程で
排除されたサンプル領域以外のサンプル領域の個数が予
め定められた許容数以上である範囲内で、前記第２工程
及び第３工程を繰り返すことを特徴とする請求項１又は
２記載の位置合わせ方法。
【請求項４】前記第３工程において、前記Ｎ個のサン
プル領域から順次ｉ番目（ｉは１からＮまでの整数）の
サンプル領域を除いた（Ｎ−１）個のサンプル領域につ
いて、前記第１工程で計測された座標位置に基づいてそ
れぞれの座標位置の設計上の位置からのずれ量の非線形
成分を求めると共に、該（Ｎ−１）個の非線形成分のば
らつきを求め、該Ｎ組の非線形成分のばらつきの内の最
小のばらつきが前記第２工程で求められたＮ個の非線形
成分のばらつきより小さいときに前記最小のばらつきを
与えるときに排除されたサンプル領域を排除することを
特徴とする請求項１、２又は３記載の位置合わせ方法。