JPH08162394A

JPH08162394A - 位置合わせ方法

Info

Publication number: JPH08162394A
Application number: JP6304698A
Authority: JP
Inventors: Shoji Kawakubo; 昌治川久保
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-12-08
Filing date: 1994-12-08
Publication date: 1996-06-21
Anticipated expiration: 2019-01-26
Also published as: JP3491206B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ＦＩＡ方式（撮像方式）のアライメントセン
サを使用して位置合わせを行う場合に、スループットを
大きく低下させることなく、位置合わせ精度を向上す
る。【構成】ロットの先頭のウエハについては、ＦＩＡ系
を用いたＥＧＡ方式のアライメントとＬＩＡ系を用いた
ＥＧＡ方式のアライメントとを行い、得られたＥＧＡパ
ラメータ中のオフセット成分について両者の差を記憶す
る（ステップ１０３〜１０５）。２枚目以降のウエハへ
の露光を行う際には、ＦＩＡ系を用いてＥＧＡ方式でア
ライメントを行い（ステップ１１０）、得られたＥＧＡ
パラメータ中のオフセット成分については記憶されてい
る差で補正を行い、補正後のパラメータを使用して各シ
ョット領域の配列座標を算出する（ステップ１１１）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体デバイス
や液晶表示デバイス等を製造するためのリソグラフィ工
程で使用される露光装置において、マスクパターンを順
次感光基板上の各ショット領域に露光するために、統計
的手法を用いて予測した配列座標に基づいて各ショット
領域の位置決めを行う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】一般に半導体素子は、ウエハ上に例えば
数層〜十数層の回路パターンを重ね合わせて形成される
ので、ステッパ等の投影露光装置で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、ウエハ上で既
に回路パターンが形成された各ショット領域とこれから
露光するマスクとしての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）を高精度に行う必要がある。斯かる位置合わせ
を行うためのアライメント装置は、大別して、ウエハ上
の各ショット領域に付設されたアライメントマーク（ウ
エハマーク）の位置を検出して光電信号を生成するアラ
イメントセンサと、その光電信号を処理してそのウエハ
マークの本来の位置からのずれ量を求める信号処理系
と、求めたずれ量に応じてウエハ、又はレチクルの位置
を補正する位置決め機構と、から構成されている。

【０００３】そのアライメントセンサの方式には、レチ
クル上のアライメントマーク（レチクルマーク）と、ウ
エハマークとを投影光学系を介して同時に観察（検出）
するＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）方式と、レチクル
マークは検出せずに投影光学系を介してウエハマークだ
けを検出するＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式と、投
影光学系から離れた検出系を介してウエハマークだけを
検出するオフ・アクシス方式とがある。

【０００４】これらの内で、ＴＴＲ方式、又はＴＴＬ方
式に関しては、投影光学系を介してウエハマークを検出
すると共に、投影光学系は露光光に対して最も色収差が
良くなるように設計されているため、望ましい光はレー
ザビーム（単色光）、又は露光光と同じ程度の波長域の
準単色光（例えば水銀ランプのｇ線、ｉ線等の輝線スペ
クトル）である。従って、ＴＴＲ方式、又はＴＴＬ方式
のアライメントセンサとしては、ドット列パターン状の
ウエハマークとスリット状に集光されるレーザビームと
を相対走査し、所定方向に発生する回折光を検出するこ
とによりそのウエハマークの位置を検出するレーザ・ス
テップ・アライメント（以下、「ＬＳＡ」と言う）方
式、又は回折格子状のウエハマークに対して複数方向か
らレーザビームを照射し、そのウエハマークから同一方
向に射出される複数の回折光の干渉光の位相よりそのウ
エハマークの位置を検出する２光束干渉方式（以下、
「ＬＩＡ（Laser Interferometric Alignment ）方式」
と言う）のように、検出光としてレーザビームを使用す
るものが主に使用されている。ＬＳＡ方式、及びＬＩＡ
方式のアライメントセンサは、例えば特開平２−２７２
３０５号公報に開示されている。

【０００５】一方、オフ・アクシス方式では、投影光学
系による制限が無いため、ウエハマークの照明光はどの
ようなものであってもよいため、上述のＬＳＡ方式、又
はＬＩＡ方式のアライメントセンサも使用できる。更
に、オフ・アクシス方式としては、ハロゲンランプ等か
らの所定の帯域幅（例えば幅２００ｎｍ程度）の照明光
（ブロードバンド光）でウエハマークを照明し、このウ
エハマークの像を撮像して得られる撮像信号を画像処理
してウエハマークの位置を求める画像処理方式（以下、
「ＦＩＡ（Field Image Alignment)方式」と呼ぶ）のア
ライメントセンサも使用されている。

【０００６】また、それらのアライメント装置を用いて
ウエハの各ショット領域のアライメントを行う方法とし
て、エンハンスト・グローバル・アライメント（以下、
「ＥＧＡ」と言う）方式のアライメント方法が提案され
ている（例えば特開昭６１−４４４２９号公報参照）。
このＥＧＡ方式では、ウエハ上の多数のショット領域中
から選択されたショット領域（サンプルショット）に付
設されたウエハマークの位置を検出し、この検出結果を
統計処理することにより、ウエハ上の各ショット領域の
座標位置が算出され、この算出された座標位置に基づい
て各ショット領域の位置決めが行われる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来のアラ
イメントセンサの内で、ＦＩＡ方式のアライメントセン
サは、広帯域の照明光を使用するため、ウエハ上に塗布
されたフォトレジスト層での薄膜干渉の影響を受けにく
いと共に、ウエハマークの非対称性の影響を受けにくい
という利点がある。そのため、特にウエハマークの非対
称性が大きい場合や、薄膜干渉の影響を避けたい場合等
には、ウエハマークの位置計測をＦＩＡ方式のアライメ
ントセンサで行うことが望ましい。

【０００８】しかしながら、ＦＩＡ方式のアライメント
センサでは、広帯域の照明光を使用するため、光学系の
製造誤差等に起因して僅かに残留してしまう収差（色収
差等）によって、プロセスウエハの種類によってはウエ
ハマークの位置の検出結果に若干のオフセット（プロセ
スオフセット）が重畳される可能性があるという不都合
がある。

【０００９】また、上述のＥＧＡ方式でアライメントを
行う際にも、特にウエハマークの非対称性が大きい場合
や、薄膜干渉の影響を避けたい場合等には、アライメン
トセンサとしてはＦＩＡ方式を使用することが望まし
い。しかしながら、この場合にもプロセスウエハの種類
によっては検出結果にプロセスオフセットが重畳される
可能性がある。更に、ＥＧＡ方式は位置決め精度とスル
ープット（単位時間当りのウエハの処理枚数）との両方
を高める方式であるため、そのプロセスオフセットの影
響を除くためにスループットが大きく低下するのは望ま
しくない。

【００１０】本発明は斯かる点に鑑み、ＦＩＡ方式（撮
像方式）のアライメントセンサを使用して位置合わせを
行う場合に、スループットを大きく低下させることな
く、位置合わせ精度を向上できる位置合わせ方法を提供
することを目的とする。更に本発明は、例えばＦＩＡ方
式のようなアライメントセンサを使用してＥＧＡ方式で
アライメントを行う際に、スループットを大きく低下さ
せることなく、位置合わせ精度を向上できる位置合わせ
方法を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による第１の位置
合わせ方法は、基板（Ｗ）上に設計上の配列座標に従っ
て２次元的に配列された複数のショット領域（Ｓ_n)中の
所定の計測対象とする複数のショット領域に付設された
位置合わせ用マーク（ＭＸ_n)の位置を、その基板の移動
位置を規定する静止座標系（Ｘ，Ｙ）上で検出し、この
検出結果に基づいてそれら複数のショット領域のそれぞ
れを静止座標系（Ｘ，Ｙ）上で移動させて所定の基準位
置に位置合わせする方法、即ちダイ・バイ・ダイ方式、
又はＥＧＡ方式等で位置合わせを行う方法において、所
定の計測対象とする複数のショット領域中の少なくとも
１つのショット領域に付設された位置合わせ用マークの
位置を、撮像素子（３４Ｘ）で計測対象のマークの像を
撮像して画像処理によりその計測対象のマークの位置を
求める撮像方式の第１のアライメントセンサ（３６）
と、受光素子（８）で計測対象のマークからの光を光電
変換して得られた信号を処理してその計測対象のマーク
の位置を求める第２のアライメントセンサ（１０）とを
用いて計測する第１工程を有する。

【００１２】更に、この第１の位置合わせ方法では、第
１及び第２のアライメントセンサ（３６，１０）の計測
結果の差分より第１のアライメントセンサ（３６）の計
測結果のオフセット量を求める第２工程と、その所定の
計測対象とする複数のショット領域中の残されたショッ
ト領域に付設された位置合わせ用マークの位置を、第１
のアライメントセンサ（３６）を用いて計測した後、第
１のアライメントセンサ（３６）の計測結果をその第２
工程で求めたオフセット量で補正する第３工程と、を有
し、この第３工程で補正して得られた計測結果に基づい
てそれら複数のショット領域のそれぞれをその基準位置
に位置合わせするものである。

【００１３】次に、本発明の第２の位置合わせ方法で
は、基板（Ｗ）上に設計上の配列座標に従って２次元的
に配列された複数のショット領域の内、予め選択された
複数のショット領域（Ｓ₁〜Ｓ₈)に付設された位置合わ
せ用マークの基板（Ｗ）の移動位置を規定する静止座標
系（Ｘ，Ｙ）上での位置を検出し、この検出結果を統計
処理してその設計上の配列座標から静止座標系（Ｘ，
Ｙ）上の座標への変換パラメータを算出し、この算出さ
れた変換パラメータ、及びその設計上の配列座標に基づ
いて算出したそれら複数のショット領域の座標位置に基
づいて基板（Ｗ）の移動位置を制御することによって、
それら複数のショット領域のそれぞれを所定の基準位置
に順次位置合わせする方法、即ちＥＧＡ方式の位置合わ
せ方法において、それら予め選択された複数のショット
領域（Ｓ₁〜Ｓ₈)中の少なくとも１つのショット領域に
付設された位置合わせ用マークの位置を、撮像素子（３
４Ｘ）で計測対象のマークの像を撮像して画像処理によ
りその計測対象のマークの位置を求める撮像方式の第１
のアライメントセンサ（３６）と、受光素子（８）で計
測対象のマークからの光を光電変換して得られた信号を
処理してその計測対象のマークの位置を求める第２のア
ライメントセンサ（１０）とを用いて計測する第１工程
を有する。

【００１４】更にこの第２の位置合わせ方法では、第１
及び第２のアライメントセンサ（３６，１０）の検出結
果を個別に統計処理してそれぞれその設計上の配列座標
から静止座標系（Ｘ，Ｙ）上の座標への第１及び第２の
変換パラメータを算出し、これら２つの変換パラメータ
の差分よりその第１の変換パラメータのオフセット量を
求める第２工程と、それら予め選択された複数のショッ
ト領域（Ｓ₁〜Ｓ₈)中の残されたショット領域に付設さ
れた位置合わせ用マークの位置を、第１のアライメント
センサ（３６）を用いて計測した後、その第１のアライ
メントセンサの計測結果を統計処理して得られるその設
計上の配列座標から静止座標系（Ｘ，Ｙ）上の座標への
変換パラメータをその第２工程で求めたオフセット量で
補正する第３工程と、を有し、この第３工程で得られた
変換パラメータ及びその設計上の配列座標よりそれら複
数のショット領域のそれぞれの静止座標系（Ｘ，Ｙ）上
での座標位置を算出するものである。

【００１５】また、本発明の第３の位置合わせ方法は、
Ｎ（Ｎは２以上の整数）枚の基板内の各基板毎に、ＥＧ
Ａ方式で位置合わせする場合に、その統計演算によって
算出された座標位置に従ってｋ（ｋは２以上でＮ以下の
整数）枚目以降の基板上の複数のショット領域のそれぞ
れをその基準位置に対して位置合わせするのに先だっ
て、（ｋ−１）枚目までの基板の内少なくとも１枚につ
いては、２つのアライメントセンサ（３６，１０）を用
いて位置計測を行うと共に、それぞれのアライメントセ
ンサで計測された座標位置の統計演算結果の差分、及び
それぞれのアライメントセンサで計測された座標位置の
ショット領域内での統計演算結果を求めて記憶し（ステ
ップ１０３〜１０５）、ｋ枚目以降の位置合わせに際し
ては、それら２つのアライメントセンサの内の一方のア
ライメントセンサ（３６）のみにより計測対象とするシ
ョット領域の位置計測を行い（ステップ１１０）、この
計測結果を統計演算して得られた結果を、既に記憶した
それら２つのアライメントセンサで計測された座標位置
の統計演算結果の差分を用いて補正し（ステップ１１
１）、この補正結果に基づいて位置合わせするものであ
る。

【００１６】

【作用】斯かる本発明の第１の位置合わせ方法によれ
ば、ダイ・バイ・ダイ方式、又はＥＧＡ方式等で位置合
わせを行う際に、計測対象とするショット領域の少なく
とも１つについては、撮像方式（ＦＩＡ方式）の第１の
アライメントセンサ（３６）と、例えばＬＩＡ方式の第
２のアライメントセンサ（１０）とで計測を行って、例
えばオフセットについては、その第２のアライメントセ
ンサ（１０）の計測値を用いるため、そのオフセットの
計測結果の差分を求めて記憶しておく。そして、残りの
ショット領域については、第１のアライメントセンサ
（３６）で計測を行った後、オフセットについては記憶
してある差分で補正を行う。これにより、位置合わせ精
度が向上する。

【００１７】次に、第２の位置合わせ方法によれば、１
枚の基板（ウエハ等）についてＥＧＡ方式で位置合わせ
を行う際に、少なくとも１つのショット領域に関して２
つのアライメントセンサ（３６，１０）の計測結果より
それぞれ変換パラメータ中の例えばオフセットパラメー
タが求められて、記憶される。その後、残りのショット
領域（サンプルショット）の計測をＦＩＡ方式の第１の
アライメントセンサ（３６）で行い、計測結果から求め
た変換パラメータ中のオフセットパラメータを記憶して
ある差分で補正することにより、変換パラメータが正確
に求められる。

【００１８】次に、第３の位置合わせ方法によれば、２
枚以上のＮ枚の基板について順次ＥＧＡ方式で位置合わ
せを行う際に、始めの少なくとも１枚については２つの
アライメントセンサの計測結果より個別に変換パラメー
タを求め、その中の所定の変換パラメータの差分を求め
ておく。そして、残りの基板については、一方の例えば
ＦＩＡ方式のアライメントセンサの計測結果より求めた
変換パラメータを記憶してある差分で補正して得られた
パラメータを使用する。

【００１９】

【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は本実施例で使
用されるアライメント装置を備えた投影露光装置の要部
の構成を示し、この図２において、露光用の照明光（水
銀ランプからのｇ線、ｉ線、あるいはエキシマレーザ光
源からの紫外線パルス光）ＩＬはコンデンサーレンズＣ
Ｌを介してレチクルＲのパターン領域ＰＡを均一な照度
分布で照射する。パターン領域ＰＡを通った照明光ＩＬ
は、例えば両側（片側でもよい）テレセントリックな投
影光学系ＰＬに入射し、ウエハＷに達する。投影光学系
ＰＬは照明光ＩＬの波長に関して最良に収差補正されて
おり、その波長のもとでレチクルＲとウエハＷとは互い
に共役になっている。以下では、投影光学系ＰＬの光軸
ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図２の
紙面に平行にＸ軸を取り、図２の紙面に垂直にＹ軸を取
って説明する。

【００２０】さて、レチクルＲは２次元的に微動可能な
レチクルステージＲＳに保持され、レチクルＲはその周
辺に形成されたレチクルアライメントマークがミラー１
６、対物レンズ１７、マーク検出系１８からなるレチク
ルアライメント系で検出されることによって、投影光学
系ＰＬの光軸ＡＸに関して位置決めされる。一方、ウエ
ハＷは駆動系１３によって２次元的に移動するウエハス
テージＳＴ上に載置され、ウエハステージＳＴの座標値
は干渉計１２により逐次計測される。ステージコントロ
ーラ１４は干渉計１２からの座標計測値等に基づいて駆
動系１３を制御して、ウエハステージＳＴの移動や位置
決めを制御する。ウエハステージＳＴ上にはベースライ
ン計測等で使用する基準マークＦＭが設けられている。
ベースライン計測とは、アライメントセンサの検出中心
と、投影光学系ＰＬの露光フィールドの中心との間隔
（ベースライン）の計測を行うことであり、本例ではそ
のベースラインは予め求められている。

【００２１】次に、本実施例でウエハＷ上の各ショット
領域に付設されているアライメントマークとしてのウエ
ハマークにつき説明する。図３（ａ）はウエハＷ上の１
つのショット領域Ｓ_nと、このショット領域Ｓ_nに付設
されたウエハマークＭＸ_n，ＭＹ_nとの位置関係を示
し、この図３（ａ）において、ショット領域Ｓ_nの４辺
はスクライブラインＳＣＬで囲まれ、スクライブライン
ＳＣＬの直交する２辺のそれぞれの中心部分にＸ方向に
所定ピッチで配列されたウエハマークＭＸ_n、及びＹ方
向に所定ピッチで配列されたウエハマークＭＹ_nが形成
されている。ショット領域Ｓ_nの中心点ＳＣは、露光時
には投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ上にある。そして、ウエ
ハマークＭＸ_n，ＭＹ_nはそれぞれ中心ＳＣを原点にＸ
方向、Ｙ方向のそれぞれに伸びた直線ＣＸ，ＣＹ上に位
置する。ウエハマークＭＸ_nはＸ方向の位置検出に使わ
れ、ウエハマークＭＹ_nはＹ方向の位置検出に使われ、
それぞれ複数本の線状パターンを平行に並べたマルチマ
ークとなっている。

【００２２】図３（ｂ）はマークＭＸ_nの拡大図であ
り、Ｙ方向に伸びた５本の線状パターンＰ₁，Ｐ₂，Ｐ
₃，Ｐ₄，Ｐ₅がＸ方向にほぼ一定のピッチで配列され
ている。図３（ｃ）はそのウエハマークＭＸ_nのＸ方向
の断面構造を示し、ここでは５本の線状パターンＰ₁〜
Ｐ₅はウエハＷの下地から突出した凸状に形成され、そ
の上面はフォトレジスト層ＰＲで被覆されている。図３
（ａ）にも示したように、ショット領域Ｓ_nの中心ＳＣ
を通るＹ軸と平行な直線ＣＸはウエハマークＭＸ _nの中
央の線状パターンＰ₃の幅中心を通るものとする。な
お、ウエハマークＭＹ_nに関しても同様で、５本の線状
パターンからなり、中央の線状パターンの中心線が直線
ＣＹと一致している。

【００２３】図２に戻り、本実施例では、第１のアライ
メントセンサとしてのオフ・アクシス方式でＦＩＡ方式
（撮像方式）のアライメントセンサ（以下、「ＦＩＡ
系」と呼ぶ）３６と、第２のアライメントセンサとして
のＴＴＬ方式でＬＩＡ方式（２光束干渉方式）のアライ
メントセンサ（以下、「ＬＩＡ系」と呼ぶ）１０とが設
けられている。本実施例では、図３に示すウエハマーク
ＭＸ_n，ＭＹ_nをＴＴＬ方式のＬＩＡ系１０と、オフ・
アクシス方式のＦＩＡ系３６とで共通に検出対象とす
る。なお、ＬＩＡ系１０とＦＩＡ系３６とで検出対象と
するウエハマークを別にしてもよい。この場合、異なる
種類のウエハマークの位置ずれ量が予め求められていれ
ば問題は無い。

【００２４】次にアライメントセンサの構成につき詳細
に説明する。先ず、後者のＬＩＡ系１０において、レー
ザ光源１からのレーザビームＬＢはＨｅ−Ｎｅレーザ光
等の赤色単色光で、ウエハＷ上のフォトレジスト層に対
して非感光性である。このレーザビームＬＢは音響光学
変調素子等を含むヘテロダインビーム生成光学系２に入
射し、ヘテロダインビーム生成光学系２から周波数が僅
かに異なり互いに可干渉の２本のレーザビームＬＢ１及
びＬＢ２が所定の交差角で射出される。

【００２５】射出された２本のレーザビームＬＢ１，Ｌ
Ｂ２は、ミラー３ａ、レンズ系４を経て一度フーリエ変
換された後、ミラー３ｂ、対物レンズ６を経て逆フーリ
エ変換された後、レチクルＲの下方に４５°の傾斜角で
斜設されたミラー７で反射されて投影光学系ＰＬの視野
の周辺に入射する。そして、レーザビームＬＢ１，ＬＢ
２は投影光学系ＰＬの瞳ＥＰ付近で再びフーリエ変換さ
れた後、それぞれ平行光束としてウエハＷ上にＸＺ平面
内で所定の交差角で入射する。この場合、ミラー７はレ
チクルＲのパターン領域ＰＡの周辺よりも外側で、且つ
投影光学系ＰＬの視野内にあるように固定される。従っ
て、ウエハＷ上に交差するレーザビームＬＢ１，ＬＢ２
は、パターン領域ＰＡの投影像の外側に位置する。この
交差する１対のレーザビームによってウエハＷの各ショ
ット領域に付設された回折格子状のアライメントマーク
（ウエハマーク）のＸ方向の位置を検出するには、その
ウエハマークのピッチと２つのレーザビームの交差角と
を所定の関係にして、そのウエハマークから回折格子が
同一方向に射出されるようにする。

【００２６】図５は、ウエハＷ上の所定のウエハマーク
ＭＸ_nに２本のレーザビームＬＢＬ１，ＬＢ２が対称に
照射されている状態を示し、この図５において、ウエハ
マークＭＸ_nから一方のレーザビームＬＢ１の＋１次回
折光と他方のレーザビームＬＢ２の−１次回折光とより
なる回折光ＬＢ３が垂直上方に射出されている。レーザ
ビームＬＢ１とレーザビームＬＢ２とは周波数が僅かに
異なる可干渉光であるため、回折光ＬＢ３は、その周波
数差をビート周波数として光強度が変化するヘテロダイ
ンビームである。また、そのウエハマークＭＸ_nのＸ方
向の位置に応じてその回折光ＬＢ３の位相が変化するた
め、その回折光ＬＢ３を光電変換して得られるビート信
号の位相を、例えば参照用のヘテロダインビームを光電
変換して得られるビート信号の位相と比較することによ
り、そのウエハマークＭＸ_nのＸ方向の位置が極めて高
い分解能（例えば数ｎｍ程度）で求められる。

【００２７】図２に戻り、ウエハＷ上のウエハマークか
らほぼ垂直上方に発生する回折光は、投影光学系ＰＬ、
ミラー７、対物レンズ６、及びミラー３ｂを経て、２本
の入射側のレーザビームＬＢ１，ＬＢ２の間に配置され
た小型のミラー５で反射されて、受光素子８に達する。
受光素子８で光電変換して得られるビート信号は、干渉
計１２からのウエハステージＳＴの位置計測信号ＰＤＳ
と共に、ＬＩＡ演算ユニット９に供給される。ＬＩＡ演
算ユニット９には、ヘテロダインビーム生成光学系２内
で生成される基準のヘテロダインビームを光電変換して
得られる参照ビート信号も供給され、ＬＩＡ演算ユニッ
ト９では２つのビート信号の位相を比較して、計測対象
のウエハマークのＸ方向への位置の情報ＡＰ₁を求め、
この情報を主制御系５０に供給する。

【００２８】このとき、例えば基準ビート信号の位相と
ウエハマークに対応するビート信号の位相とが合致して
いるときには、例えばウエハステージＳＴのＸ座標が、
そのままそのウエハマークのＸ座標となり、基準ビート
信号とウエハマークに対応するビート信号との位相がず
れているときには、その位相のずれ量を変位に換算した
値に、そのウエハステージＳＴのＸ座標を加算した座標
がそのウエハマークのＸ座標となる。また、ビート信号
の位相はウエハマークの例えば１／２ピッチ周期で３６
０°変化するため、予めサーチアライメント（後述）等
により例えばウエハマークの１／２ピッチ以下の精度で
ウエハＷの位置決めを行う必要がある。

【００２９】以上において、レーザ光源１、ヘテロダイ
ンビーム生成光学系２、ミラー３ａ，３ｂ、レンズ系
４、ミラー５、対物レンズ６、ミラー７、受光素子８、
ＬＩＡ演算ユニット９、及び投影光学系ＰＬが、ウエハ
Ｗに対するＬＩＡ系１０を構成する。なお、このＬＩＡ
系１０はＸ軸用のウエハマークの位置を検出するための
アライメントセンサであり、同一構成でＹ軸用のウエハ
マークのＹ方向の位置を検出するためのＬＩＡ系（不図
示）も備えられている。

【００３０】次に、第１のアライメントセンサとしての
ＦＩＡ系３６において、ハロゲンランプ２０から発生し
た広帯域の光は、コンデンサーレンズ２１によって光ガ
イド２２の一端面に集光される。光ガイド２２を通った
光は、フォトレジスト層の感光波長（短波長）域と赤外
波長域とをカットするフィルター２３を通って、レンズ
系２４を介してハーフミラー２５に達する。ここで反射
された照明光は、ミラー２６でほぼ水平に反射された
後、対物レンズ２７に入射し、更に投影光学系ＰＬの鏡
筒下部の周辺に投影光学系ＰＬの視野を遮光しないよう
に固定されたプリズム（ミラー）２８で反射されてウエ
ハＷをほぼ垂直に照射する。ここでは図示していない
が、光ガイド２２の射出端から対物レンズ２７までの光
路中には、適当な照明視野絞りが対物レンズ２７に関し
てウエハＷと共役な位置に設けられる。また、対物レン
ズ２７はテレセントリック系とし、その開口絞り（瞳と
同じ）の面２７ａには光ガイド２２の射出端の像が形成
され、ケーラー照明が行われる。対物レンズ２７の光軸
はウエハＷ上では垂直となるように定められ、マーク検
出時に光軸の倒れによるマーク位置のずれが生じないよ
うになっている。

【００３１】さて、ウエハＷからの反射光は対物レンズ
２８、ハーフミラー２５を通り、レンズ系２９によって
指標板３０に結像される。この指標板３０は対物レンズ
２７とレンズ系２９とによってウエハＷと共役に配置さ
れ、矩形の透明窓内にＸ方向とＹ方向とのそれぞれに伸
びた直線状の指標マークを有する。従って、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、このウエハマーク像及び指標マークからの光束は、
第１リレー系３１を経てハーフミラー３２に入射し、ハ
ーフミラー３２で２分割された光束が第２リレー系３３
Ｘ及びＳＳＹを介してそれぞれＣＣＤカメラ等の撮像素
子３４Ｘ及び３４Ｙ上に結像する。撮像素子３４Ｘ，３
４Ｙからの撮像信号はＦＩＡ（フィールド・イメージ・
アライメント）演算ユニット３５に、干渉計１２からの
位置計測信号ＰＤＳと共に供給される。ＦＩＡ演算ユニ
ット３５は指標板３０上の指標マークに対するウエハマ
ーク像のずれを撮像信号の波形に基づいて求める。この
場合、Ｘ軸用の撮像素子３４Ｘからの撮像信号を処理す
ることによりウエハマークのＸ方向の位置が検出され、
Ｙ軸用の撮像素子３４Ｙからの撮像信号を処理すること
によりウエハマークのＹ方向の位置が検出される。

【００３２】図４はＸ軸用の撮像素子３４Ｘによって検
出されるウエハマークＭＸ_nの様子を示し、図４に示す
ように、検出すべきウエハマークＭＸ_nを指標板３０
（図２参照）上の指標マーク３０ａ，３０ｂの間に位置
決めし、そのときのウエハステージＳＴの精密なＸ方向
の位置ＸＡを求めておく。撮像素子３４Ｘはウエハマー
クＭＸ_nの５本の線状パターンＰ₁〜Ｐ₅と指標マーク
３０ａ，３０ｂとの像を走査線ＳＬに沿って電気的に走
査する。このとき、例えば１本の走査線だけではＳＮ比
の点で不利なので、破線で示したビデオサンプリング領
域ＶＳＡに入る複数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とよ
い。撮像信号には両側に指標マーク３０ａ，３０ｂのそ
れぞれに対した立上りと立下りとの波形部分があり、こ
れらの位置（画素上の位置）ＸＲ₁，ＸＲ₂は予め求め
てあり、その中点の位置ＸＲ₀も求めてある。

【００３３】一方、撮像素子３４ＸはウエハマークＭＸ
_nの明視野像を光電検出しているため、５本の線状パタ
ーンＰ₁〜Ｐ₅のそれぞれの左右の段差エッジでは光の
散乱によって対物レンズ２７へ戻る光が極端に減少す
る。このため、線状パターンＰ ₁〜Ｐ₅のそれぞれの左
エッジ、右エッジは黒い線のように撮像される。従っ
て、撮像信号上の波形は各線状パターンの左エッジ、右
エッジに対応した位置でボトムとなる。

【００３４】ＦＩＡ演算ユニット３５は、このような波
形に基づいてウエハマークＭＸ_n（パターンＰ₁〜
Ｐ₅）の中心（直線ＣＸ）のＸ方向の位置Ｘｍを計算す
る。更に詳しく述べるなら、ＦＩＡ演算ユニット３５は
パターンＰ₁〜Ｐ₅のそれぞれの中心位置を左、右のエ
ッジ位置に基づいて算出した後、５本の線状パターンＰ
₁〜Ｐ₅の各位置を加算して５で除算して、中心となる
べきＸ方向のマーク位置を検出する。

【００３５】そして、ＦＩＡ演算ユニット３５は先に求
めておいた位置ＸＲ₀とマーク計測位置Ｘｍとの差ΔＸ
Ｆ（＝ＸＲ₀−Ｘｍ）を算出し、ウエハステージＳＴが
位置決めされたときの位置ＸＡに差ΔＸＦを加えて得ら
れた値をマーク位置情報ＡＰ２として主制御系５０に出
力する。また、ＦＩＡ系３６において、フィルター２３
を通ったウエハＷの照明光は、ウエハＷ上のウエハマー
クを含む局所領域（ショット領域よりも小さい）をほぼ
均一な照度で照明し、波長域は２００ｎｍ程度の幅に定
められる。

【００３６】そして、ハロゲンランプ２０から符号順に
ＦＩＡ演算ユニット３５までの部材によって、ＦＩＡ系
３６が構成される。また、対物レンズ２７、レンズ系２
９、リレー系３１，３３Ｘ（又は３３Ｙ）によるテレセ
ントリック結像光学系には波長帯域幅で２００ｎｍ程度
の光が通るため、当然それに対応した色収差の補正を行
っておく必要がある。更に、対物レンズ２７のウエハ側
の開口数（Ｎ．Ａ．）は投影光学系ＰＬの開口数よりも
小さくしておくとよい。

【００３７】本実施例ではプリズム２８によって、対物
レンズ２７の観察視野域を投影光学系ＰＬの鏡筒下面に
一部もぐり込ませ、極力投影光学系ＰＬの視野に近づけ
ている。一般にこの種の投影露光装置には、投影光学系
ＰＬの結像面とウエハＷの表面との間隔（ずれ）を精密
に検出するフォーカスセンサと、ウエハＷ上のショット
領域の面と投影光学系ＰＬの結像面との相対的な傾きを
検出するレベリングセンサとが設けられている。このフ
ォーカスセンサやレベリングセンサは、投影光学系ＰＬ
の投影視野が存在するウエハＷ上に斜めから赤外域の光
束を照射し、その反射光の受光位置のずれを求めてフォ
ーカスとレベリングを行うように構成されている。この
際に、対物レンズ２７の開口数が小さいと、対物レンズ
２７の焦点深度が深くなり、そのフォーカスセンサの検
出結果により合焦を行うと、ほぼＦＩＡ系３６でも合焦
状態で検出が行われる。

【００３８】また、図２中の構成でオフ・アクシス方式
のＦＩＡ系３６の検出中心（指標板３０の中心の共役像
の位置）は投影光学系ＰＬの中心から離れているので、
干渉計１２の計測位置と投影光学系ＰＬの中心とを結ぶ
直線、即ち測長軸（測長ビーム中心線）上にそのＦＩＡ
系３６の検出中心を設けることによって、アッベ誤差
（ステージの傾きによる軸外エラー）を最小限に抑えて
いる。

【００３９】また、アライメント実行時はウエハの大ま
かな位置合せのためのサーチアライメント（グローバル
アライメント）と、高精度にアライメントするファイン
アライメントとを行う必要がある。このサーチアライメ
ントに関しては、例えば特開昭６０−１３０７４２号公
報に開示されているように、ＴＴＬ方式のアライメント
系とオフ・アクシス方式のアライメント系とを混用する
方法もある。本実施例の装置では、通常は処理速度の速
いＴＴＬ方式のＬＩＡ系１０によってウエハ上の３ヶ
所、又は２ヶ所のアライメントマークを検出してサーチ
アライメントを行うシーケンスを採る。しかしながら、
ウエハ下地、又はフォトレジスト層の厚みや種類によっ
てアライメントが正常に行われない場合（特にマーク検
出がうまくいかない場合）もあるので、オフ・アクシス
方式の広帯域幅の照明波長を用いたＦＩＡ系３６を使っ
てサーチアライメントを実行するようにシーケンスを切
換える手段も設けられている。この場合、ＴＴＬ方式の
ＬＩＡ系１０でサーチアライメントを行うときのマーク
検出時間、マーク検出信号の大きさや歪み等を判定し
て、シーケンスを切り換える。

【００４０】次に、ＴＴＬ方式のＬＩＡ系１０、オフ・
アクシス方式のＦＩＡ系３６、及びステージコントロー
ラ１４等を統轄制御する主制御系５０について説明す
る。主制御系５０は干渉計１２からの位置情報ＰＤＳを
常時入力しているものとする。アライメント（ＡＬＧ）
データ記憶部５０１は、ＬＩＡ演算ユニット９からのマ
ーク位置情報ＡＰ₁と、ＦＩＡ演算ユニット３５からの
マーク位置情報ＡＰ₂との両方を入力可能となってい
る。

【００４１】ＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アラ
イメント）演算ユニット５０２は、ＡＬＧデータ記憶部
５０１に記憶された各マーク位置情報に基づいて統計的
な演算手法によりウエハ上の実際のショット配列座標値
を算出するもので、その算出結果はシーケンスコントロ
ーラ５０６に送られる。詳しくは、特開昭６１−４４４
２９号公報に開示されている。

【００４２】露光（ＥＸＰ）ショットマップデータ部５
０３はウエハ上の露光すべきショット領域（正確にはこ
れに付設されたウエハマーク）の配列座標値の設計値を
格納し、この設計値はＥＧＡ演算ユニット５０２とシー
ケンスコントローラ５０６とに送られる。アライメント
（ＡＬＧ）ショットマップデータ部５０４はウエハ上の
計測対象とするショット領域（サンプルショット）の配
列座標値の設計値を格納し、この座標値はＥＧＡ演算ユ
ニット５０２とシーケンスコントローラ５０６とへ送ら
れる。補正データ記憶部５０５にはアライメント用の各
種データ、あるいは露光ショットに対する位置決めの補
正用のデータ等が格納され、これら補正データはＡＬＧ
データ記憶部５０１やシーケンスコントローラ５０６へ
送られる。シーケンスコントローラ５０６は上記各デー
タに基づいて、アライメント時やステップ・アンド・リ
ピート方式の露光時のウエハステージＳＴの移動を制御
するための一連の手順を決定する。

【００４３】次に本実施例の代表的なアライメントシー
ケンスを説明する。ここでは高いスループットと、高い
アライメント精度との両立を得ることができるエンハン
スト・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）方式につい
て説明するが、詳細については特開昭６１−４４４２９
号公報に開示されているので、その原理についてはここ
では簡単に説明する。

【００４４】ＥＧＡ方式では、ウエハＷ上の複数個（例
えば３〜９個）のショット領域のウエハマークの位置を
計測し、その計測値に最小自乗近似法を適用して、ウエ
ハステージＳＴのステージ座標系、即ち干渉計１２によ
るＸ方向、及びＹ方向の計測値によって規定される座標
系（Ｘ，Ｙ）内での微小回転誤差（ローテーション）
θ、ウエハ上のショット配列（又はウエハステージＳＴ
の走り）の直交度ｗ、ウエハの線形な微小伸縮による誤
差（スケーリング）Ｒｘ，Ｒｙ、及びウエハのＸ，Ｙ方
向の微小位置ずれであるオフセットＯｘ，Ｏｙのパラメ
ータを求める。そして、それら各パラメータを介在とし
て設計上のショット配列座標を実際に露光すべきショッ
ト配列座標（ウエハステージＳＴのステッピング位置座
標）に変換して、ウエハ上の各ショット領域Ｓ_nへレチ
クルＲのパターン領域ＰＡの像を重ね合わせ露光してい
く。

【００４５】ここでウエハ上の各ショット領域Ｓ_nの設
計上の配列座標値を（Ｄｘｎ，Ｄｙｎ）とし、実際のス
テッピングにより位置決めするウエハの座標値、即ちそ
れら各ショット領域のステージ座標系（Ｘ，Ｙ）での配
列座標値を（Ｆｘｎ，Ｆｙｎ）とすると次の（数１）の
関係がある。

【００４６】

【数１】

【００４７】ここで変換行列Ａ，Ｏは、スケーリングＲ
ｘ，Ｒｙ、ローテーションθ、直交度ｗ、及びオフセッ
トＯｘ，Ｏｙよりなる６個の変換パラメータを用いて、
それぞれ近似的に次の（数２）、（数３）で表される。

【００４８】

【数２】

【００４９】

【数３】

【００５０】そして、ウエハ上の複数のショット領域か
ら予め選択されたショット領域（サンプルショット）に
付設されたウエハマークの位置を計測する。この場合、
ｎ番目（ｎ＝１，２，…）のサンプルショットをもＳ_n
で表し、サンプルショットＳ _nに付設されたウエハマー
クＭＸ_n，ＭＹ_nの位置をアライメントセンサにより計
測して得られた配列座標値を（Ｍｘｎ，Ｍｙｎ）とす
る。次に、そのサンプルショットＳ_nの設計上の配列座
標（Ｄｘｎ，Ｄｙｎ）を（数１）に代入して得られる計
算上の配列座標値を（Ｆｘｎ，Ｆｙｎ）として、この配
列座標値（Ｆｘｎ，Ｆｙｎ）と実測値（Ｍｘｎ，Ｍｙ
ｎ）との誤差、即ちアライメント誤差（Ｅｘｎ，Ｅｙ
ｎ）（＝（Ｍｘｎ−Ｆｘｎ，Ｍｙｎ−Ｆｙｎ））を求め
る。その後、全てのサンプルショットについて求めたア
ライメント誤差の自乗和、即ち残留誤差成分が最小とな
るように、変換行列Ａ，Ｏの各パラメータの値を決定す
る。

【００５１】サンプルショットの個数をＭ個とすると、
その残留誤差成分は次の（数４）で表される。一例とし
て、その（数４）を６個の変換パラメータで偏微分した
結果をそれぞれ０とおいた連立方程式を解くことによ
り、それら６個の変換パラメータの値が求められ、変換
行列Ａ，Ｏが定まる。

【００５２】

【数４】

【００５３】こうして変換行列Ａ，Ｏが決まると、後
は設計上の配列座標（Ｄｘｎ，Ｄｙｎ）を（数１）に代
入して、配列座標（Ｆｘｎ，Ｆｙｎ）を求め、これに基
づいてウエハステージＳＴを位置決めして露光していけ
ばよい。ここで図２に示した主制御系５０に対応付けて
みると、ウエハ上の全部のショット領域の設計上の配列
座標値（Ｄｘｎ，Ｄｙｎ）はＥＸＰショットマップデー
タ部５０３に記憶され、サンプルショットの設計上の座
標値はＡＬＧショットマップデータ部５０４に記憶さ
れ、そして（数１）〜（数３）、及び変換行列Ａ，Ｏを
決定する最小自乗近似の演算式はＥＧＡ演算ユニット５
０２に記憶されている。

【００５４】本実施例では、２つのアライメントセンサ
が備えられているため、サンプルショットの各ウエハマ
ークの座標値を検出するアライメントセンサによって、
得られる（数１）の変換行列Ａ，Ｏのパラメータが２通
りとなる。即ち、ＬＩＡ系１０の計測結果に基づいてＥ
ＧＡ方式のアライメントを実行すると、（数１）中の６
個の変換パラメータ、即ちスケーリングＲｘ，Ｒｙ、ロ
ーテーションθ、直交度ｗ、及びオフセットＯｘ，Ｏｙ
が求められる。同様に、ＦＩＡ系３６の計測結果に基づ
いてＥＧＡ方式のアライメントを実行すると、（数１）
中の６個の変換パラメータ、即ちスケーリングＲｘ，Ｒ
ｙ、ローテーションθ、直交度ｗ、及びオフセットＯ
ｘ，Ｏｙが求められる。しかしながら、例えばＦＩＡ系
３６の計測結果に基づいて得られた変換パラメータ中に
は、所定の偏りのあることがある。そこで、そのような
偏りのあるパラメータについては、ＬＩＡ系１０の計測
結果に基づいて得られる変換パラメータで補正して使用
することとする。

【００５５】次に、本実施例において１ロットのウエハ
について、それぞれＥＧＡ方式で位置合わせ（アライメ
ント）を行いながら露光を行う場合の動作の一例につ
き、図１のフローチャートを参照して説明する。以下の
動作は、ウエハ上の所定の回路パターン層（プロセスレ
イヤ）への露光を行う場合の動作を示している。そし
て、そのプロセスレイヤでは、予め試作時の実験及び評
価の結果、ＦＩＡ方式のアライメントセンサによる計測
結果に基づいて求めたＥＧＡパラメータ中のオフセット
Ｏｘ，Ｏｙにほぼ一定の傾向を有する誤差、即ち真値か
らの所定の偏り（以下、「プロセスオフセット」とも呼
ぶ）が混入しているが、他のパラメータの誤差は小さ
く、一方、ＬＩＡ方式のアライメントセンサによる計測
結果に基づいて求めたＥＧＡパラメータ中でオフセット
Ｏｘ，Ｏｙの誤差は小さいことが分かっているものとす
る。

【００５６】先ず、主制御系５０に対して、ＦＩＡ系３
６を用いる第１のＥＧＡ方式のアライメントシーケンス
と、ＬＩＡ系１０を用いる第２のＥＧＡ方式のアライメ
ントシーケンスとを記憶させ、ウエハ上で計測対象とす
るショット領域（サンプルショット）の配列は、第１及
び第２のＥＧＡ方式のアライメントシーケンスで同じに
設定しておく。そして、２つのアライメントシーケンス
によりそれぞれ求められるＥＧＡパラメータの内で、オ
フセットＯｘ，Ｏｙのみは第２のアライメントシーケン
スにより求められたＥＧＡパラメータに基づいて後述の
ように補正を行うが、他のパラメータについては第１の
アライメントシーケンスにより求められたＥＧＡパラメ
ータをそのまま用いるようにしておく。

【００５７】具体的に、図１のステップ１０１におい
て、１ロットの先頭のウエハＷを図２のウエハステージ
ＳＴ上にロードする。図６は、露光対象のウエハＷを示
し、この図６において、ウエハＷ上にはウエハＷ上の座
標系（試料座標系）（ｘ，ｙ）に沿って多数のショット
領域が配列されているが、その中の計測対象のサンプル
ショットＳ₁,Ｓ₂,…，Ｓ₈のみを示してある。その後、
ステップ１０２において、サーチアライメント（グロー
バルアライメント）を行う。即ち、ウエハＷ上には各シ
ョット領域に付設されるウエハマークとは別に、大まか
な位置合わせ用のアライメントマークが試料座標系
（ｘ，ｙ）に沿って数個形成されている。そこで、例え
ば図２のＬＩＡ系１０（Ｙ軸用のＬＩＡ系も含む、以下
同様）、又はＦＩＡ系３６によりそれらのアライメント
マークのステージ座標系（静止座標系）（Ｘ，Ｙ）での
座標値を計測し、この計測結果に基づいて、試料座標系
（ｘ，ｙ）からステージ座標系（Ｘ，Ｙ）への近似的な
変換パラメータ（スケーリング、ローテーション、オフ
セット等）を求めて、図２の主制御系５０内のＥＧＡ演
算ユニット５０２内のメモリに記憶しておく。

【００５８】その後、ＥＧＡ方式のアライメントを行う
際には、計測対象のウエハマークの試料座標系（ｘ，
ｙ）での配列座標と、その近似的な変換パラメータとか
ら、ＥＧＡ演算ユニット５０２においてそのウエハマー
クのステージ座標系（Ｘ，Ｙ）での座標値が算出され、
この座標値がシーケンスコントローラ５０６を介してス
テージコントローラ１４に供給される。そして、この供
給された座標値に基づいて、計測対象のウエハマークが
ＦＩＡ系３６の観察視野、又はＬＩＡ系１０からのレー
ザビームの照射領域に移動される。

【００５９】次にステップ１０３において、図２のＦＩ
Ａ系３６を用いて、図６のウエハＷ上のサンプルショッ
トＳ₁〜Ｓ₈の各ウエハマーク（ＭＸ₁,ＭＹ₁)〜（ＭＸ
₈,ＭＹ₈)のステージ座標系（Ｘ，Ｙ）での座標値を計測
して、ＥＧＡ方式のアライメントを実行する。これによ
り得られる計測値をＥＧＡ演算ユニット５０２で演算処
理することにより、設計上の配列座標からステージ座標
系上の座標への変換パラメータであるＥＧＡパラメータ
（以下、「ＦＩＡパラメータ」と呼ぶ）が算出される。
このＦＩＡパラメータは、スケーリングＲｘ，Ｒｙ、ロ
ーテーションθ、直交度ｗ、及びオフセットＯｘ，Ｏｙ
から構成されている。

【００６０】その後、ステップ１０４において、図２の
ＬＩＡ系１０を用いて、図６のウエハＷ上のサンプルシ
ョットＳ₁〜Ｓ₈の各ウエハマーク（ＭＸ₁,ＭＹ₁)〜
（ＭＸ ₈,ＭＹ₈)のステージ座標系（Ｘ，Ｙ）での座標値
を計測して、ＥＧＡ方式のアライメントを実行する。こ
れにより得られる計測値をＥＧＡ演算ユニット５０２で
演算処理することにより、設計上の配列座標からステー
ジ座標系上の座標への変換パラメータであるＥＧＡパラ
メータ（以下、「ＬＩＡパラメータ」と呼ぶ）が算出さ
れる。このＬＩＡパラメータも、スケーリングＲｘ，Ｒ
ｙ、ローテーションθ、直交度ｗ、及びオフセットＯ
ｘ，Ｏｙから構成されている。

【００６１】次のステップ１０５において、ＬＩＡパラ
メータ内のオフセットＯｘ，ＯｙからＦＩＡパラメータ
の内のオフセットＯｘ，Ｏｙをそれぞれ差し引いて差Δ
Ｏｘ，ΔＯｙを算出し、この差ΔＯｘ，ΔＯｙを主制御
系５０内の補正データ記憶部５０５に格納する。そし
て、ここで計測を行ったウエハＷに対しては、ステップ
１０６において、スケーリングＲｘ，Ｒｙ、ローテーシ
ョンθ、直交度ｗについては、ＦＩＡパラメータの値を
使用し、オフセットＯｘ，ＯｙについてはＬＩＡパラメ
ータの値を使用して、ＥＧＡ演算ユニット５０５により
設計上の配列座標から全ショット領域のステージ座標系
（Ｘ，Ｙ）での配列座標（露光座標）を算出する。その
後、ステップ１０７に移行して、ステップ１０６で算出
された配列座標をシーケンスコントローラ５０６を介し
てステージコントローラ１４に順次供給することによ
り、ウエハＷ上の各ショット領域を順次投影光学系ＰＬ
の露光フィールド内に位置決めしてそれぞれレチクルＲ
のパターン像を露光する。

【００６２】１枚目のウエハＷの全ショット領域への露
光が終了した後、ステップ１０８に移行して露光済みの
ウエハＷを搬出し、このロット内でその次に露光するｉ
枚目（ｉ＝２，３，…）のウエハを図２のウエハステー
ジＳＴ上にロードする。この実施例では、同一ロット内
ではプロセスの状態に大きな差はないことを前提とし
て、ＦＩＡ系３６による計測結果に基づいて求めたＦＩ
Ａパラメータ中のオフセットＯｘ，Ｏｙに混入されてい
る偏り（プロセスオフセット）は、ロット内でほぼ一定
値であるとみなす。そこで、２枚目以降のウエハについ
ては、ＦＩＡ系３６のみでＥＧＡ方式のアライメントを
行い、求められたＦＩＡパラメータ中のオフセットＯ
ｘ，Ｏｙについては１枚目のウエハで求めた差を用いて
補正することとする。

【００６３】従って、シーケンスとしては、ステップ１
０９でステップ１０２と同様にサーチアライメントを実
行した後、ステップ１１０に移行してそのｉ枚目のウエ
ハ上の図６と同じ配列のサンプルショットについて、Ｆ
ＩＡ系３６を用いてウエハマークの座標値を計測し、こ
の計測結果を処理してＥＧＡパラメータ（ＦＩＡパラメ
ータ）の値を算出する。続くステップ１１１において、
スケーリングＲｘ，Ｒｙ、ローテーションθ、直交度ｗ
については、直前のステップ１１０で求めたＦＩＡパラ
メータの値を使用し、オフセットＯｘ，Ｏｙについて
は、直前のステップ１１０で求めたＦＩＡパラメータに
ステップ１０５で求めて記憶してある差ΔＯｘ，ΔＯｙ
を加算した値を使用して、ＥＧＡ演算ユニット５０５に
より設計上の配列座標から全ショット領域のステージ座
標系（Ｘ，Ｙ）での配列座標（露光座標）を算出する。
その後、ステップ１１２に移行して、ステップ１１１で
算出された配列座標に基づいて、ウエハ上の各ショット
領域を順次露光位置に位置決めして、それぞれレチクル
Ｒのパターン像を露光する。

【００６４】次に、ステップ１１３において、このロッ
ト内で露光すべきウエハが残っているかどうかを判定
し、露光すべきウエハがあるときには、ステップ１０８
〜１１２を繰り返してアライメント及び露光を行う。そ
して、ステップ１１３において露光すべきウエハが尽き
たときにこの工程を終了する。このように本実施例で
は、基本的にＦＩＡ系３６を用いてＥＧＡ方式でアライ
メントを行っているため、ウエハマークの非対称性の影
響やウエハ上のフォトレジスト層での薄膜干渉の影響を
受けにくい利点がある。但し、ＦＩＡ系３６の計測結果
より算出されるＥＧＡパラメータ（ＦＩＡパラメータ）
の内で、オフセットＯｘ，Ｏｙにほぼ一定の偏りがある
場合には、オフセットＯｘ，ＯｙについてはＬＩＡ系１
０で計測した結果から求められる差を用いて補正してい
る。従って、オフセットＯｘ，Ｏｙについても、誤差が
小さくなり全体として高い位置合わせ精度が得られてい
る。更に、ＬＩＡ系１０で計測を行うのは１枚のウエハ
のみであるため、露光工程のスループットは殆ど低下し
ない利点もある。

【００６５】なお、図１の実施例ではＦＩＡパラメータ
とＬＩＡパラメータとの差を求めるために、ロット内の
先頭のウエハについてのみＦＩＡ系３６とＬＩＡ系１０
とでそれぞれサンプルショットの計測を行っている。し
かしながら、例えばロットの先頭から数枚のウエハにつ
いては、それぞれＦＩＡ系３６を用いたＥＧＡ方式のア
ライメント、及びＬＩＡ系１０を用いたＥＧＡ方式のア
ライメントを行い、それ以降のウエハについては、先頭
から数枚のウエハについて求めたＦＩＡパラメータの平
均値とＬＩＡパラメータの平均値との差分を用いてＥＧ
Ａパラメータの補正を行うようにしてもよい。

【００６６】また、図１のステップ１０３及び１０４の
ようにＥＧＡパラメータの補正値を求めるためのサンプ
ルショットの個数を、図１のステップ１１０で計測対象
となるような通常のサンプルショットの個数に比べて多
くしてもよい。更に、そのＥＧＡパラメータの補正値を
求める際に、ウエハ上の全ショット領域をサンプルショ
ットとしてみなして計測を行ってもよい。

【００６７】次に、本実施例でアライメント及び露光を
行う場合の動作の他の例につき説明する。この例では１
枚のウエハにＥＧＡ方式でアライメントを行って露光を
行う場合を扱い、図６のウエハＷを露光対象のウエハと
する。この場合、先ず図６のウエハＷ上の計測対象のサ
ンプルショットＳ₁〜Ｓ₈中の１番目のサンプルショッ
トＳ₁に付設されたウエハマークＭＸ₁,ＭＹ₁について
は、図２のＦＩＡ系３６及びＬＩＡ系１０（Ｙ軸用のＬ
ＩＡ系も含む）の双方で位置検出を行う。この結果、Ｆ
ＩＡ系３６で計測されるサンプルショットＳ₁の座標を
（ＸＭ_F1，ＹＭ_F1）、ＬＩＡ系１０で計測されるサンプ
ルショットＳ₁の座標を（ＸＭ_L1，ＹＭ_L1）として、そ
れらの差分（ΔＸ_FL，ΔＹ_FL）、即ち（ＸＭ_L1−Ｘ
Ｍ_F1，ＹＭ_L1−ＹＭ_F1）を求めて記憶する。

【００６８】その後、残りのサンプルショットＳ₂〜Ｓ
₈については、ＦＩＡ系３６のみでウエハマークの位置
検出を行い、全部のサンプルショットＳ₁〜Ｓ₈につい
てＦＩＡ系３６で検出された座標にその差分（ΔＸ_FL，
ΔＹ_FL）を加算して得られる座標を用いて、ＥＧＡ方式
でアライメントを行う。これにより、ウエハＷ上でＦＩ
Ａ系３６の計測結果の偏りがほぼ一定の場合には、その
偏りが補正されて正確に位置合わせが行われる。

【００６９】なお、本発明はＥＧＡ方式でアライメント
を行う場合のみでなく、例えばダイ・バイ・ダイ方式で
アライメント及び露光を行う場合にも適用される。例え
ば図６のウエハＷに対してダイ・バイ・ダイ方式でアラ
イメントを行うときには、先ず１番目のショット領域に
対して、図２のＦＩＡ系３６及びＬＩＡ系１０の両方で
ウエハマークの座標検出を行って、検出結果の差分を記
憶する。そして、ＦＩＡ系３６の検出結果をその差分で
補正した座標に基づいて、その１番目のショット領域の
位置合わせを行って露光を行う。その後、２番目以降の
ショット領域については、ＦＩＡ系３６で検出した座標
を１番目のショット領域について求めた差分で補正して
得られる座標に基づいて、位置合わせ及び露光を行う。
これにより、高精度に位置合わせが行われる。

【００７０】なお、上述実施例では、図２のＦＩＡ系３
６がオフ・アクシス方式、ＬＩＡ系１０がＴＴＬ方式と
なっているが、ＦＩＡ系３６を例えばＴＴＬ方式、又は
ＴＴＲ方式で使用してもよく、逆にＬＩＡ系１０をオフ
・アクシス方式、又はＴＴＲ方式で使用してもよい。ま
た、上述実施例では、ＦＩＡ系３６により求めたＥＧＡ
パラメータ（ＦＩＡパラメータ）の補正を行うためにＬ
ＩＡ系１０でウエハマークの位置計測を行っているが、
ＬＩＡ系１０の代わりに、ウエハマークとスリット状に
集光されるレーザビームとを相対走査するレーザ・ステ
ップ・アライメント（ＬＳＡ）方式のアライメントセン
サ等を使用してもよい。

【００７１】更に、上述実施例では、ＥＧＡ方式として
通常のＥＧＡ方式が適用されているが、ウエハ上のサン
プルショットに対して例えばウエハの中心からの距離に
応じて定まる重みを付して得られる残留誤差成分が最小
になるように変換パラメータの値を決定する、所謂重み
付けＥＧＡ方式にも本発明は同様に適用される。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。

【００７２】

【発明の効果】本発明の第１の位置合わせ方法によれ
ば、計測対象の複数のショット領域中の所定のショット
領域については、２つのアライメントセンサで位置検出
を行って、その検出結果の差分より撮像方式（ＦＩＡ方
式）の第１のアライメントセンサの検出結果のオフセッ
ト値（プロセスオフセット）を求め、残りのショット領
域については第１のアライメントセンサの検出結果をそ
のオフセット値で補正している。従って、撮像方式のア
ライメントセンサの長所を活かすことができると共に、
スループット（単位時間当りの基板の処理枚数）をそれ
程低下させることなく、その撮像方式のアライメントセ
ンサの短所を補って高い位置合わせ精度が得られる利点
がある。

【００７３】また、第２の位置合わせ方法によれば、Ｅ
ＧＡ方式でアライメントを行う際に、撮像方式のアライ
メントセンサの長所を活かすことができると共に、スル
ープットをそれ程低下させることなく、その撮像方式の
アライメントセンサの短所を補って高い位置合わせ精度
が得られる利点がある。また、本発明の第３の位置合わ
せ方法によれば、例えば１ロットのウエハ等のＮ枚の基
板に対して順次位置合わせを行う際に、先頭から数枚の
基板については、２種類のアライメントセンサ（例えば
ＦＩＡ系及びＬＩＡ系）を使って同一のサンプルショッ
ト配列で位置検出が行われる。そして、両センサの検出
結果よりそれぞれ求めたＥＧＡパラメータ中の所定のパ
ラメータの差分が記憶され、それ以降の基板の位置合わ
せを行うときには、例えばＦＩＡ方式の第１のアライメ
ントセンサのみを使ってＥＧＡ方式のアライメントを行
い、例えばオフセット等の所定のパラメータについては
記憶してある差分で補正して位置合わせが行われる。従
って、スループットを大きく低下させることなく、高精
度に位置合わせが行われる。

【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が適用
された露光動作を示すフローチャートである。

【図２】実施例で使用される投影露光装置の要部を示す
構成図である。

【図３】（ａ）はウエハ上のショット領域及びウエハマ
ークの一例を示す拡大平面図、（ｂ）はウエハマークを
示す拡大平面図、（ｃ）は図３（ｂ）の断面図である。

【図４】ＦＩＡ方式のアライメントセンサによる観察像
の一例を示す図である。

【図５】ＬＩＡ方式のアライメントセンサの検出原理の
説明図である。

【図６】実施例で露光対象とされるウエハＷ上のサンプ
ルショットの配列の一例を示す平面図である。

【符号の説明】

ＲレチクルＰＬ投影光学系ＷウエハＳＴウエハステージ８受光素子１０ＬＩＡ系３４Ｘ，３４Ｙ撮像素子３６ＦＩＡ系５０主制御系５０２ＥＧＡ演算ユニット５０５補正データ記憶部Ｓ₁〜Ｓ₈ サンプルショットＷＸ₁ Ｘ軸のウエハマークＷＹ₁ 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Ｈ０１Ｌ 21/30 ５２５Ｓ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に設計上の配列座標に従って２次
元的に配列された複数のショット領域中の所定の計測対
象とする複数のショット領域に付設された位置合わせ用
マークの位置を、前記基板の移動位置を規定する静止座
標系上で検出し、該検出結果に基づいて前記複数のショ
ット領域のそれぞれを前記静止座標系上で移動させて所
定の基準位置に位置合わせする方法において、前記所定の計測対象とする複数のショット領域中の少な
くとも１つのショット領域に付設された位置合わせ用マ
ークの位置を、撮像素子で計測対象のマークの像を撮像
して画像処理により前記計測対象のマークの位置を求め
る撮像方式の第１のアライメントセンサと、受光素子で
計測対象のマークからの光を光電変換して得られた信号
を処理して前記計測対象のマークの位置を求める第２の
アライメントセンサとを用いて計測する第１工程と、前記第１及び第２のアライメントセンサの計測結果の差
分より前記第１のアライメントセンサの計測結果のオフ
セット量を求める第２工程と、前記所定の計測対象とする複数のショット領域中の残さ
れたショット領域に付設された位置合わせ用マークの位
置を、前記第１のアライメントセンサを用いて計測した
後、前記第１のアライメントセンサの計測結果を前記第
２工程で求めたオフセット量で補正する第３工程と、を
有し、該第３工程で補正して得られた計測結果に基づいて前記
複数のショット領域のそれぞれを前記基準位置に位置合
わせすることを特徴とする位置合わせ方法。
【請求項２】基板上に設計上の配列座標に従って２次
元的に配列された複数のショット領域の内、予め選択さ
れた複数のショット領域に付設された位置合わせ用マー
クの前記基板の移動位置を規定する静止座標系上での位
置を検出し、該検出結果を統計処理して前記設計上の配
列座標から前記静止座標系上の座標への変換パラメータ
を算出し、該算出された変換パラメータ、及び前記設計
上の配列座標に基づいて算出した前記複数のショット領
域の座標位置に基づいて前記基板の移動位置を制御する
ことによって、前記複数のショット領域のそれぞれを所
定の基準位置に順次位置合わせする方法において、前記予め選択された複数のショット領域中の少なくとも
１つのショット領域に付設された位置合わせ用マークの
位置を、撮像素子で計測対象のマークの像を撮像して画
像処理により前記計測対象のマークの位置を求める撮像
方式の第１のアライメントセンサと、受光素子で計測対
象のマークからの光を光電変換して得られた信号を処理
して前記計測対象のマークの位置を求める第２のアライ
メントセンサとを用いて計測する第１工程と、前記第１及び第２のアライメントセンサの検出結果を個
別に統計処理してそれぞれ前記設計上の配列座標から前
記静止座標系上の座標への第１及び第２の変換パラメー
タを算出し、該２つの変換パラメータの差分より前記第
１の変換パラメータのオフセット量を求める第２工程
と、前記予め選択された複数のショット領域中の残されたシ
ョット領域に付設された位置合わせ用マークの位置を、
前記第１のアライメントセンサを用いて計測した後、前
記第１のアライメントセンサの計測結果を統計処理して
得られる前記設計上の配列座標から前記静止座標系上の
座標への変換パラメータを前記第２工程で求めたオフセ
ット量で補正する第３工程と、を有し、該第３工程で得られた前記変換パラメータ及び前記設計
上の配列座標より前記複数のショット領域のそれぞれの
前記静止座標系上での座標位置を算出することを特徴と
する位置合わせ方法。
【請求項３】Ｎ（Ｎは２以上の整数）枚の基板内の各
基板毎に、該基板上に設計上の配列座標に従って２次元
的に配列された複数のショット領域のそれぞれを、前記
基板の移動位置を規定する静止座標系内の所定の基準位
置に対して位置合わせするに際して、前記複数のショッ
ト領域の内、予め選択されたショット領域の前記静止座
標系における座標位置を計測し、該計測された複数の座
標位置を統計演算することによって、前記複数のショッ
ト領域のそれぞれの前記静止座標系上における座標位置
を算出し、該算出された座標位置に従って前記基板の移
動位置を制御することによって、前記複数のショット領
域のそれぞれを前記基準位置に対して順次位置合わせす
る方法において、前記統計演算によって算出された座標位置に従ってｋ
（ｋは２以上でＮ以下の整数）枚目以降の基板上の複数
のショット領域のそれぞれを前記基準位置に対して位置
合わせするのに先だって、（ｋ−１）枚目までの基板の
内少なくとも１枚については、２つのアライメントセン
サを用いて位置計測を行うと共に、それぞれのアライメ
ントセンサで計測された座標位置の統計演算結果の差
分、及びそれぞれのアライメントセンサで計測された座
標位置のショット領域内での統計演算結果を求めて記憶
し、ｋ枚目以降の位置合わせに際しては、前記２つのアライ
メントセンサの内の一方のアライメントセンサのみによ
り計測対象とするショット領域の位置計測を行い、該計
測結果を統計演算して得られた結果を、既に記憶した前
記２つのアライメントセンサで計測された座標位置の統
計演算結果の差分を用いて補正し、該補正結果に基づい
て位置合わせすることを特徴とする位置合わせ方法。