JPH0997758A

JPH0997758A - 位置合わせ方法

Info

Publication number: JPH0997758A
Application number: JP7252807A
Authority: JP
Inventors: Shoji Kawakubo; 昌治川久保
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-09-29
Filing date: 1995-09-29
Publication date: 1997-04-08
Anticipated expiration: 2015-09-29
Also published as: JP3600882B2; US5760411A

Abstract

(57)【要約】【課題】複数種類の処理モードで検出できるアライメ
ントセンサを使用して位置合わせを行う際に、実際の使
用条件下で最も高精度な処理モードが選択でき、結果と
して高い位置合わせ精度が得られる位置合わせ方法を提
供する。【解決手段】ＬＩＡ系１０から投影光学系ＰＬを介し
てウエハＷ上のウエハマークに２つの周波数差のあるレ
ーザビームＬＢ１，ＬＢ２を照射し、そのウエハマーク
から発生する回折光をＬＩＡ系１０内の受光素子２１Ａ
〜２１Ｃで受光する。受光素子２１Ａでは、±１次回折
光よりなる第１干渉光を受光し（第１処理モード）、受
光素子２１Ｂ，２１Ｃでは０次光及び２次回折光よりな
る第２、第３干渉光を受光する（第２処理モード）。２
つの処理モードの内で計測結果の再現性の良好なモード
でアライメントを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体素
子、撮像素子（ＣＣＤ等）、液晶表示素子、又は薄膜磁
気ヘッド等を製造するためのフォトリソグラフィ工程で
マスクパターンを感光基板上に転写するために使用され
る露光装置において、感光基板上の各ショット領域を露
光位置に位置決めするための位置合わせ方法に関し、更
に詳しくは統計処理により算出した配列座標に基づいて
各ショット領域を位置合わせする位置合わせ方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】例えば超ＬＳＩ等の半導体素子を製造す
る際に、マスクとしてのレチクルのパターンを投影光学
系を介してフォトレジスト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（ステッパー等）が
使用されている。一般に、半導体素子はウエハ上に多数
層の回路パターンを所定の位置関係で積み重ねて形成さ
れるため、２層目以降の回路パターンをウエハ上の各シ
ョット領域に転写する際には、各ショット領域とレチク
ルのパターンの投影位置（露光位置）との位置合わせ、
言い換えると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。

【０００３】従来の投影露光装置におけるウエハの位置
合わせ方法の内で、スループット（単位時間当たりのウ
エハの処理枚数）が高く、且つ高い位置合わせ精度が得
られる方法として、例えば特開昭６１−４４４２９号公
報に開示されているエンハンスト・グローバル・アライ
メント（以下、「ＥＧＡ」と言う）方式が知られてい
る。このＥＧＡ方式は、ウエハ上の全部のショット領域
から予め選択された所定個数のショット領域（サンプル
ショット）に付設された位置合わせ用のウエハマークの
座標位置を所定のアライメントセンサを介して検出し、
検出された座標等を統計処理することによりそれら全部
のショット領域の配列座標を算出し、算出された配列座
標に基づいて各ショット領域の位置合わせを行うもので
ある。

【０００４】その際に使用されるアライメントセンサと
して、例えば特開平２−２２７６０２号公報で開示され
ているように、回折格子状のウエハマークに対して可干
渉で僅かに周波数の異なる１対の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発生する１対の回
折光からなる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に基づいて、そのウエハマークの位
置を検出するＬＩＡ（Laser Interferometric Alignmen
t)方式のセンサが知られている。なお、ＬＩＡ方式の内
でも、上述のように僅かに周波数の異なる１対のレーザ
ビームを照射する方式は２光束ヘテロダイン干渉方式と
も呼ばれている。ＬＩＡ方式としては、それ以外に、あ
まり使用はされていないが、同じ周波数のレーザビーム
を照射するホモダイン干渉方式もある。

【０００５】そのＬＩＡ方式では、光源としてＨｅ−Ｎ
ｅレーザ光源のような１個の単色レーザ光源、又は複数
個の単色レーザ光源が使用されている。また、通常は回
折格子状のウエハマークに対して上方から対称に２本の
レーザビームが照射され、そのウエハマークからほぼ垂
直上方に発生する±１次回折光からなる干渉光が検出さ
れていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来のＬＩ
Ａ方式のアライメントセンサで、１個の単色レーザ光源
を使用する場合には、ウエハ上のフォトレジスト層での
薄膜干渉等の影響を受け易いという不都合がある。その
ため、上記のように±１次回折光のみを受光する方式で
は、フォトレジスト層の厚さ、及びウエハマークの凹凸
の段差等によっては回折光の強度が弱くなり、結果とし
て最終的に得られる光電変換信号（ビート信号）の振幅
が小さくなって、位置合わせ精度が低下する恐れがあっ
た。

【０００７】この対策として、ウエハマークからの±１
次回折光を受光する第１モードの他に、ウエハマークか
らの一方のレーザビームの０次光と他方のレーザビーム
の２次回折光とからなる干渉光を受光する第２モードを
設け、これら２種類のモードを使い分ける方式も従来か
ら使用されている。実際のプロセス中のウエハでは、ウ
エハマークのエッジのだれ、ウエハマークの崩れ、フォ
トレジスト層の厚さむら等があるために、前者の第１干
渉光、及び後者の第２干渉光の強度が共に小さくなるこ
とはなく、その第１干渉光の強度が弱い場合にはその第
２干渉光の強度が強くなり、あるいはその逆となる。即
ち、それら第１モード又は第２モードの何れかを使用す
ることにより、どのような場合でも強度が所定の許容値
以上となる干渉光が得られる。

【０００８】また、それら第１干渉光、及び第２干渉光
の両方の強度が共に所定の許容値以上となる場合には、
それら第１モード若しくは第２モードの何れかを選択す
るか、又はその第１モードで求めた値とその第２モード
で求めた値との平均値を使用する等の処理方法が考えら
れる。しかしながら、それら２つのモードの何れかを選
択する方法に関して、従来はそれら第１モード又は第２
モードの何れを選択するのが良いかについて定量的な判
断手法が確立されていなかった。

【０００９】また、ＬＩＡ方式で薄膜干渉等の影響を軽
減するために、２波長のレーザビームを使用する方式も
提案されている。この方式でも、２波長のレーザビーム
による干渉光を１つの受光素子で受光する方式と、第１
波長及び第２波長のレーザビームによる干渉光をそれぞ
れ異なる受光素子で受光して、何れかのビート信号を選
択する方式とが考えられる。しかしながら、第１波長及
び第２波長のレーザビームの何れかを選択する方式に関
しては、どちらの波長を選択するのが良いかについての
定量的な判断手法が確立されていなかった。

【００１０】本発明は斯かる点に鑑み、複数種類の処理
モードで検出できるアライメントセンサを使用して位置
合わせを行う際に、実際の使用条件下で最も高精度な処
理モードを選択でき、結果として高い位置合わせ精度が
得られ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】本発明による位置合わせ
方法は、基板（Ｗ）上の複数のショット領域（ＥＳ１〜
ＥＳＮ）の設計上の配列座標、及びそれら複数のショッ
ト領域から選択された所定の複数の計測ショット（ＳＡ
１〜ＳＡ９）の計測された配列座標を統計処理して、そ
れら複数のショット領域の実際の配列座標を算出し、こ
のように算出された配列座標に基づいてそれら複数のシ
ョット領域を順次対応する基準位置（露光位置等）に位
置決めする位置合わせ方法において、それら複数の計測
ショットの配列座標を所定のアライメントセンサ（１
０）を用いて複数種類の処理モードで計測し、これら複
数種類の処理モードでの計測結果のばらつきをそれぞれ
求め、このように求められたばらつきが最も小さい処理
モードで得られた計測結果を統計処理してそれら複数の
ショット領域の実際の配列座標を算出するものである。

【００１２】斯かる本発明によれば、計測結果のばらつ
きに基づいて定量的に実際の使用条件に適した処理モー
ドが選択される。この場合、その統計処理の一例は、複
数の計測ショット（ＳＡ１〜ＳＡ９）の設計上の配列座
標からアライメントセンサ（１０）によって計測された
配列座標を算出するための線形パラメータを求め、この
線形パラメータ、及び複数のショット領域（ＥＳ１〜Ｅ
ＳＮ）の設計上の配列座標よりこれら複数のショット領
域の実際の配列座標を算出する処理であり、この際には
それら複数種類の処理モードでの計測結果の非線形成分
の分散が最も小さくなる処理モードを選択することが望
ましい。これは、その統計処理がＥＧＡ方式であること
を意味し、アライメントセンサ（１０）による計測値か
ら、ＥＧＡ方式で計算される線形成分を差し引いて得ら
れる非線形成分のばらつき（分散等）が最も小さい処理
モードが選択される。

【００１３】また、そのアライメントセンサの一例は、
その基板上の計測ショット（ＳＡ１〜ＳＡ９）に付設さ
れた回折格子状の位置合わせ用マークに対して可干渉な
２光束を照射し、その位置合わせ用マークから互いに異
なる複数の方向にそれぞれ射出される１対の回折光を受
光するセンサ（ＬＩＡ方式のアライメントセンサ）であ
り、この場合にそれら複数種類の処理モードは、そのよ
うに異なる複数の方向にそれぞれ射出される１対の回折
光の光電変換信号よりその位置合わせ用マークの位置を
検出する処理モードである。

【００１４】また、そのアライメントセンサの他の例
は、その基板上の計測ショット（ＳＡ１〜ＳＡ９）に付
設された回折格子状の位置合わせ用マークに対して複数
対の互いに波長の異なる可干渉な光束を照射し、その位
置合わせ用マークからそれぞれ同一方向に射出される互
いに波長の異なる複数対の回折光を受光するセンサ（複
数波長のＬＩＡ方式のアライメントセンサ）であり、こ
の場合にそれら複数種類の処理モードは、そのように互
いに波長の異なる複数対の回折光の光電変換信号よりそ
の位置合わせ用マークの位置を検出する処理モードであ
る。

【００１５】これらの場合に、処理対象とする１組の複
数の基板の中で、先頭から所定枚数の基板についてそれ
ら複数種類の処理モードで計測を行い、それ以降の基板
についてはそれまでの計測によって最も計測結果のばら
つきが小さいと判定された処理モードで計測を行うよう
にしてもよい。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明による位置合わせ方
法の実施の形態の一例につき図面を参照して説明する。
図１は本例の位置合わせ方法を適用するのに好適なステ
ッパー型の投影露光装置の概略的な構成を示し、この図
１において、露光時には不図示の照明光学系本体部で発
生し、照明光学系のコンデンサーレンズ１を通過した照
明光ＩＬが、レチクルＲのパターン領域ＰＡをほぼ均一
な照度分布で照明する。本例の露光用の照明光ＩＬは超
高圧水銀ランプの輝線（ｇ線、ｉ線等）であるが、その
他に、他のランプの輝線、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
いることができる。

【００１７】本例のレチクル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。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ＰＬの光軸
ＡＸに対する位置合わせ）に用いられる。

【００１８】レチクルＲは、不図示の駆動部によって光
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自在なレチクルステ
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）２から
のレーザビームを反射する移動鏡２ｍ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２に
よって、例えば０．０１μｍ程度の分解能で常時検出さ
れ、検出結果は装置全体を統轄制御する主制御系３に供
給されている。主制御系３が、レチクルＲの上方の不図
示のレチクルアライメント系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の中心点が光軸ＡＸと一致するよう
に位置決めされる。

【００１９】さて、露光時にはレチクルＲのパターン領
域ＰＡを通過した照明光ＩＬは、両側（又はウエハ側に
片側）テレセントリックな投影光学系ＰＬに入射し、投
影光学系ＰＬ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、表面にフォトレジスト層が形成
され、その表面が投影光学系ＰＬ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。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１の紙面に平行にＸ軸を、図１の紙面に垂
直にＹ軸を取って説明する。

【００２０】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、駆動部５によりステップ・アンド・リピート
方式で２次元移動自在に構成され、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４からのレーザビームを反射する移動鏡４ｍが固定
され、ウエハステージＷＳのＸ方向、及びＹ方向の座標
は、レーザ干渉計４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。このようにレーザ干渉計
４によって計測される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。レーザ干渉計４の計測値は主
制御系３、及び後述のＬＩＡ信号処理系１７に供給さ
れ、主制御系３は供給された計測値等に基づいて駆動部
５を介してウエハステージＷＳの位置を制御する。

【００２１】また、ウエハステージＷＳ上にはベースラ
イン量等の計測で使用される所定の基準マークを備えた
基準部材ＦＭが、ウエハＷの表面とほぼ同じ高さになる
ように設けられている。ベースライン量とは、各アライ
メントセンサの検出中心と、露光中心（投影光学系ＰＬ
の光軸ＡＸ）との間隔であり、基準部材ＦＭを介して後
述の各アライメントセンサのベースライン量が計測され
ているものとする。

【００２２】更に、投影光学系ＰＬの側方にはオフ・ア
クシス方式で撮像方式（Field Image Alignment(ＦＩ
Ａ）方式）のアライメントセンサ（以下、「ＦＩＡ系」
と呼ぶ）６が設けられている。このＦＩＡ系６内で発生
したフォトレジスト層に対して非感光性の比較的広い波
長域の照明光が、対物レンズ７、及びプリズム８を経
て、ウエハＷ上の検出対象のマークをほぼ垂直に照明す
る。そのマークからの反射光はプリズム８、対物レンズ
７を経てＦＩＡ系６に戻り、ＦＩＡ系６内の指標板上に
そのマークの像が結像され、この像が更に２次元ＣＣＤ
等の撮像素子上にリレーされる。そのＦＩＡ系６の内部
の撮像素子からの撮像信号ＦＳは主制御系３に供給さ
れ、そのマークのＸ方向、又はＹ方向の位置（座標値）
が算出される。

【００２３】次に、本例のＬＩＡ方式のアライメントセ
ンサにつき説明する。即ち、投影光学系ＰＬの上部側方
にＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式で、且つＹ軸のＬ
ＩＡ方式のアライメントセンサ（以下、「ＬＩＡ系」と
呼ぶ）１０が配置されている。ここでは簡単に説明する
が、より具体的なＬＩＡ系の構成は例えば特開平２−２
７２３０５号公報に開示されている。ＬＩＡ系１０にお
いて、光源（Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源等）１１から射出さ
れたレーザビームＬＢはヘテロダインビーム生成光学系
１２に入射する。ヘテロダインビーム生成光学系１２は
２組の音響光学変調器等を含み、レーザビームＬＢを取
り込んで所定の周波数差△ｆを与えた２本のレーザビー
ムＬＢ１，ＬＢ２を、その光軸を挟んでほぼ対称に射出
する。レーザビームＬＢ１，ＬＢ２は図１の紙面に垂直
な方向に分離している。

【００２４】ヘテロダインビーム生成光学系１２から射
出された２本のレーザビームは、ビームスプリッタ１３
に達し、ここで反射された２本のレーザビームはレンズ
系（逆フーリエ変換レンズ）１４を経て、装置上で固定
されている参照用回折格子１５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。フォト
ダイオード等からなる受光素子１６は、参照用回折格子
１５を透過してほぼ同一方向に発生する回折光同士の干
渉光を受光して光電変換することにより、回折光強度に
応じた周波数Δｆの正弦波状の参照ビート信号ＬＳＲを
ＬＩＡ信号処理系１７に供給する。

【００２５】一方、ビームスプリッタ１３を透過した２
本のレーザビームＬＢ１，ＬＢ２は、ビームスプリッタ
１８を透過した後、対物レンズ１９によって一度交差し
て、ミラー２０及びミラー９で反射されて投影光学系Ｐ
Ｌに入射する。更に、投影光学系ＰＬに入射した２本の
レーザビームＬＢ１，ＬＢ２は、投影光学系ＰＬ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Ｙ軸の回折格子状のウエハマ
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。

【００２６】図２は、そのウエハＷ上でのレーザビーム
ＬＢ１，ＬＢ２の交差の状態を示し、この図２におい
て、Ｙ軸のウエハマークＭｙはＹ方向にピッチｐで形成
された凹凸の回折格子状マークであり、ウエハマークＭ
ｙ上に入射角φで対称にレーザビームＬＢ１，ＬＢ２が
入射している。この際に、レーザビームＬＢ１，ＬＢ２
の波長λ、ピッチｐ、及び入射角φの関係は、ウエハマ
ークＭｙからのレーザビームＬＢ１の−１次回折光ＬＢ
１(-1)、及びレーザビームＬＢ２の＋１次回折光ＬＢ２
(+1)が垂直上方に射出されるように定められている。こ
の場合、ウエハマークＭｙからのレーザビームＬＢ１の
０次光（正反射光）ＬＢ１(0) 、及びレーザビームＬＢ
２の＋２次回折光ＬＢ２(+2)は、レーザビームＬＢ２の
入射方向に平行に干渉光として射出され、ウエハマーク
ＭｙからのレーザビームＬＢ２の０次光（正反射光）Ｌ
Ｂ２(0) 、及びレーザビームＬＢ１の−２次回折光ＬＢ
１(-2)は、レーザビームＬＢ１の入射方向に平行に干渉
光として射出される。そこで、本例では±１次回折光Ｌ
Ｂ１(-1)，ＬＢ２(+1)よりなる干渉光（ヘテロダインビ
ーム）よりウエハマークＭｙの位置検出を行う第１処理
モードと、０次光ＬＢ１(0) と＋２次回折光ＬＢ２(+2)
との干渉光、及び０次光ＬＢ２(0) と−２次回折光ＬＢ
１(-2)との干渉光より位置検出を行う第２処理モードと
が設けられ、プロセスに応じて最適な処理モードで位置
検出を行うようになっている。

【００２７】図１に戻り、ウエハＷ上のＹ軸のウエハマ
ークから発生した３個の干渉光は、投影光学系ＰＬ、ミ
ラー９、ミラー２０、対物レンズ１９、及びビームスプ
リッタ１８を介して受光素子２１Ａ〜２１Ｃで受光さ
れ、受光素子２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃはそれぞれ入射す
る干渉光を光電変換して得られる周波数Δｆの正弦波状
のウエハビート信号ＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ３をＬＩＡ信
号処理系１７に出力する。この場合、中央の受光素子２
１Ａでは、±１次回折光ＬＢ１(-1)，ＬＢ２(+1)よりな
る第１干渉光を受光し、一方の側面側の受光素子２１Ｂ
では、０次光ＬＢ１(0) 及び＋２次回折光ＬＢ２(+2)よ
りなる第２干渉光を受光し、受光素子２１Ｃでは、０次
光ＬＢ２(0) 及び−２次回折光ＬＢ１(-2)よりなる第３
干渉光を受光するようになっている。従って、ＬＩＡ信
号処理系１７において、その第１処理モードでは、ウエ
ハビート信号ＬＳ１と参照ビート信号ＬＳＲとの位相
差、及びレーザ干渉計４の計測値より計測対象のウエハ
マークのＹ座標が検出され、その第２処理モードでは、
例えばウエハビート信号ＬＳ２，ＬＳ３のそれぞれと参
照ビート信号ＬＳＲとの位相差の平均値、及びレーザ干
渉計４の計測値よりそのウエハマークのＹ座標が検出さ
れる。そして、検出されたＹ座標は主制御系３に供給さ
れる。

【００２８】また、図１の投影露光装置には、不図示で
あるがＸ軸のＬＩＡ系も備えられ、このＸ軸のＬＩＡ系
によってＸ軸のウエハマークの位置が検出されるように
なっている。次に、本例においてＥＧＡ方式で露光対象
とするウエハの各ショット領域のアライメントを行っ
て、各ショット領域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説明する。先ず露光対象
とするウエハＷを図１のウエハステージＷＳ上にロード
する。

【００２９】図３はウエハＷ上のショット領域の配列を
示し、この図３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）に沿って規則的にショット
領域ＥＳ１，ＥＳ２，‥‥，ＥＳＮが形成され、各ショ
ット領域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、各ショット領域Ｅ
Ｓｉ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軸のウエハマークＭｘｉが形成され、各
ショット領域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軸のウエハマークＭｙｉが形成さ
れている。Ｘ軸用のウエハマークＭｘｉ及びＹ軸用のウ
エハマークＭｙｉはそれぞれｘ方向及びｙ方向にピッチ
ｐ（図２参照）で形成された凹凸の回折格子状のマーク
である。

【００３０】そして、例えば図１のＦＩＡ系６を用いて
ウエハＷの大まかな位置合わせであるサーチアライメン
トを行った後、図３に示すように、ウエハＷの全部のシ
ョット領域から予め選択された９個のサンプルショット
ＳＡ１〜ＳＡ９について、図１のＸ軸のＬＩＡ系１０、
及びＹ軸のＬＩＡ系を用いて各サンプルショットに付設
されたウエハマークのステージ座標系（Ｘ，Ｙ）上での
座標を計測する。具体的に例えばサンプルショットＳＡ
１については、ウエハマークＭｘａのＸ座標、及びウエ
ハマークＭｙａのＹ座標が計測される。また、本例では
ＬＩＡ系について、２つの処理モードが設けてあるが、
この段階では第１処理モード、及び第２処理モードの両
方でウエハマークの座標を計測する。計測された各ウエ
ハマークの座標は主制御系３に供給される。以下では、
各サンプルショットに付設されたウエハマークの座標を
各サンプルショットの座標とみなす。

【００３１】次に、主制御系３では、第１処理モード
（±１次回折光を検出するモード）、及び第２処理モー
ド（０次光と２次回折光とを検出するモード）のそれぞ
れでの計測結果のばらつきの大きさを定量的に求める。
そのため、先ず前者の第１処理モードで計測されたｎ番
目（ｎ＝１〜９）のサンプルショットの座標値を（ＸＭ
_n，ＹＭ_n）とする。そして、ウエハＷ上の座標系
（ｘ，ｙ）での座標値（ｘ，ｙ）からステージ座標系
（Ｘ，Ｙ）上の座標値（Ｘ，Ｙ）を算出する一次変換モ
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。以下の変換パラメータａ〜ｆは、ウエハの
残存回転誤差θ、ショット配列の直交度誤差ｗ、ウエハ
の線形伸縮（スケーリング）Ｒｘ，Ｒｙ、及びウエハの
オフセット（平行移動）Ｏｘ，Ｏｙの関数である。

【００３２】

【数１】

【００３３】この変換式における６個の変換パラメータ
ａ〜ｆを、以下のように最小自乗近似法で決定する。即
ち、ｎ番目のサンプルショットＳＡｎの既知の設計上の
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、残留誤差成分を次式で表す。但し、
図３の例では、ｍの値は９である。

【００３４】

【数２】

【００３５】そして、この残留誤差成分が最小になるよ
うに、（数１）の変換パラメータａ〜ｆの値を定める。
これがＥＧＡ計算である。次に、ｎ番目のサンプルショ
ットの計測された座標値（ＸＭ_n，ＹＭ_n）から、その
ようにして求めた変換パラメータａ〜ｆを用いて計算し
た計算上の配列座標値（Ｘ_n，Ｙ_n）を差し引いて、全
サンプルショットＳＡｉ（ｉ＝１〜９）の配列誤差の内
の非線形誤差量（δＸｉ，δＹｉ）を求める。この非線
形誤差量は計測値の内のランダム成分とみなすことがで
きる。

【００３６】図４は、図３のウエハＷのサンプルショッ
トＳＡ１〜ＳＡ９の非線形誤差量の一例を誇張して示
し、この図４において、サンプルショットＳＡ１におけ
る非線形誤差量は非線形誤差ベクトル〈Ｄ１〉で表さ
れ、この非線形誤差ベクトル〈Ｄ１〉の始点Ｐ１は、サ
ンプルショットＳＡ１の計算上の座標値（線形誤差量を
含む座標値）、そのベクトル〈Ｄ１〉の終点Ｐ２は、サ
ンプルショットＳＡ１の計測された座標値を表す。その
ベクトル〈Ｄ１〉のＸ成分がδＸｉ、Ｙ成分がδＹｉと
なっている。同様に、他のサンプルショットＳＡ２〜Ｓ
Ａ９における非線形誤差量も矢印のベクトル〈Ｄ２〉〜
〈Ｄ９〉で表されている。

【００３７】その後、本例では、サンプルショットＳＡ
１〜ＳＡ９の各非線形誤差量を示すベクトル〈Ｄ１〉〜
〈Ｄ９〉のＸ成分及びＹ成分よりなる１８個の成分の標
準偏差の自乗、即ち分散Ｖ１を求める。この分散Ｖ１を
ＬＩＡ系の第１処理モードの計測結果のばらつきとみな
す。次に、同様に、ＬＩＡ系の第２処理モードで計測さ
れたサンプルショットＳＡ１〜ＳＡ９の座標値について
もＥＧＡ計算を行って（数１）の変換パラメータａ〜ｆ
の値を決定する。その後、この変換パラメータａ〜ｆの
値を用いて、サンプルショットＳＡ１〜ＳＡ９の計測結
果の非線形誤差量の分散Ｖ２を求め、この分散Ｖ１をそ
の第２処理モードでの計測結果のばらつきとみなす。そ
して、２つの分散Ｖ１と分散Ｖ２とを比較し、分散が小
さい方の処理モードに従ってアライメントを行うことと
する。これは、非線形誤差量（ランダム成分）の分散が
小さい処理モードとは、ＬＩＡ方式のアライメントセン
サの計測再現性が良いモードを示すからである。なぜな
ら、この計測方法では同一のウエハマークを同一状態で
計測しているため、アライメントセンサの計測再現性を
示すランダム成分以外の要因が両モードで同じになるか
らである。言い換えると、ランダム成分の分散の大小は
ＬＩＡ方式のアライメントセンサの各処理モードの計測
再現性で決まるからである。

【００３８】例えば、Ｖ１＜Ｖ２が成立すれば、第１
処理モードが選択され、第１処理モードで求めた上述の
変換パラメータａ〜ｆの値と、図３のウエハＷ上の各シ
ョット領域ＥＳｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の設計上の配列座標と
を用いて、（数１）から各ショット領域ＥＳｉの計算上
の配列座標が求められる。その後、主制御系３は、この
ようにして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、ウエハス
テージＷＳを介して順次各ショット領域ＥＳｉの位置決
めを行って、それぞれレチクルＲのパターン像を露光す
る。

【００３９】このように本例によれば、計測結果の非線
形誤差成分（ランダム成分）の分散の大小によって定量
的に第１処理モードと第２処理モードとの計測再現性が
比較され、計測再現性の良好な処理モードが選択され
る。従って、より高精度に位置合わせが行われる。ま
た、±１次回折光によるウエハビート信号と、０次光及
び２次回折光によるウエハビート信号とは同時に、又は
連続的に取り込まれて処理が行われるため、最初から何
れかの処理モードでアライメントを行う場合に比較して
スループット低下は極めて小さくてすむ。

【００４０】なお、上述の例では計測結果のばらつきと
して、非線形誤差成分の分散が使用されているが、その
ばらつきとしては、例えば非線形誤差成分の絶対値の標
準偏差の３倍（３σ）の値を使用してもよく、又は非線
形誤差成分のＸ成分のレンジ（最大値と最小値との差）
等を使用してもよい。また、上述の例では、各サンプル
ショットの非線形誤差量のＸ成分及びＹ成分を同等に扱
って分散を求めているが、各サンプルショットの非線形
誤差量のＸ成分の分散と、Ｙ成分の分散とを独立に求
め、Ｘ軸を計測方向とする場合に最適な処理モードと、
Ｙ軸を計測方向とする場合に最適な処理モードとを独立
に選択するようにしてもよい。

【００４１】更に、ウエハマークのエッジのだれ、ウエ
ハマークの崩れ、フォトレジストの厚さのむら等のプロ
セス処理工程に依存する量は同一ロット内でほぼ同じで
あることが多い。そこで、例えば１ロット内の先頭又は
先頭から数枚のウエハについては、上述の第１処理モー
ド、及び第２処理モードの両方でアライメントを行い、
それ以降のウエハはそれまでの結果で平均的に計測結果
のばらつきが小さく、計測再現性が良好であった処理モ
ードのみでアライメントするようにしてもよい。これに
よって、演算時間等を短縮できる。

【００４２】また、上述の例のＬＩＡ系１０では、単色
のレーザビームＬＢが使用されているが、例えば異なる
２つの単色のレーザビームを使用して、それぞれの単色
のレーザビームから１対のヘテロダインビームを生成
し、各対のヘテロダインビームについてウエハマークか
らの±１次回折光を検出するようにしてもよい。この場
合、２つの波長の内の第１の波長を使用するモードを第
１処理モード、第２の波長を使用するモードを第２処理
モードとした場合、どの処理モードを使用するかの基準
として、上述の例と同様に計測結果の非線形誤差成分の
ばらつきを使用することができる。

【００４３】また、ＬＩＡ方式のアライメントセンサに
限らず、複数の処理モードを有するアライメントセンサ
を使用する場合にどの処理モードを選択するかの基準と
して本発明は同様に適用できる。このように、本発明は
上述の実施の形態に限定されず、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。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、計測結果のばらつきか
ら複数の処理モードのそれぞれの計測再現性を定量的に
評価し、計測再現性の最も良好な処理モードを使用する
ようにしているため、実際の使用条件下で最も高精度な
処理モードを選択でき、結果として高い位置合わせ精度
が得られる利点がある。

【００４５】また、統計処理が、複数の計測ショットの
設計上の配列座標からアライメントセンサによって計測
された配列座標を算出するための線形パラメータを求
め、この線形パラメータ、及び複数のショット領域の設
計上の配列座標より複数のショット領域の実際の配列座
標を算出する処理であり、複数種類の処理モードでの計
測結果の非線形成分のばらつきが最も小さくなる処理モ
ードを選択する場合には、例えばＥＧＡ方式でのアライ
メントを最も高精度な処理モードで実行できる。

【００４６】また、アライメントセンサが、基板上の計
測ショットに付設された回折格子状の位置合わせ用マー
クに対して可干渉な２光束を照射し、その位置合わせ用
マークから互いに異なる複数の方向にそれぞれ射出され
る１対の回折光を受光するセンサであり、複数種類の処
理モードが、その異なる複数の方向にそれぞれ射出され
る１対の回折光の光電変換信号よりその位置合わせ用マ
ークの位置を検出する処理モードであるときには、ＬＩ
Ａ方式での処理モードを定量的に最適化できる利点があ
る。更に、複数種類の処理モードをほぼ並列に実行でき
るため、スループットは殆ど低下しない。

【００４７】同様に、アライメントセンサが、基板上の
計測ショットに付設された回折格子状の位置合わせ用マ
ークに対して複数対の互いに波長の異なる可干渉な光束
を照射し、その位置合わせ用マークからそれぞれ同一方
向に射出される互いに波長の異なる複数対の回折光を受
光するセンサであり、複数種類の処理モードが、その互
いに波長の異なる複数対の回折光の光電変換信号よりそ
の位置合わせ用マークの位置を検出する処理モードであ
るときにも、ＬＩＡ方式での処理モードを定量的に最適
化できる利点がある。

【００４８】また、処理対象とする１組の複数の基板の
中で、先頭から所定枚数の基板についてそれら複数種類
の処理モードで計測を行い、それ以降の基板については
それまでの計測によって最も計測結果のばらつきが小さ
いと判定された処理モードで計測を行う場合には、スル
ープットを殆ど低下させることなく、その１組の基板を
全体として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】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２】ＬＩＡ系の検出原理の説明図である。

【図３】実施の形態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である。

【図４】図３のウエハのサンプルショットの非線形誤差
ベクトル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ＷＳウエハステージ３主制御系４レーザ干渉計６ＦＩＡ方式のアライメントセンサ（ＦＩＡ系）１０Ｙ軸のＬＩＡ方式のアライメントセンサ（ＬＩＡ
系）１２ヘテロダインビーム生成光学系１６，２１Ａ〜２１Ｃ受光素子１７ＬＩＡ信号処理系ＥＳ１〜ＥＳＮショット領域ＳＡ１〜ＳＡ９サンプルショットＭｘｉＸ軸のウエハマークＭｙｉＹ軸のウエハマーク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上の複数のショット領域の設計上の
配列座標、及び前記複数のショット領域から選択された
所定の複数の計測ショットの計測された配列座標を統計
処理して、前記複数のショット領域の実際の配列座標を
算出し、該算出された配列座標に基づいて前記複数のシ
ョット領域を順次対応する基準位置に位置決めする位置
合わせ方法において、前記複数の計測ショットの配列座標を所定のアライメン
トセンサを用いて複数種類の処理モードで計測し、該複
数種類の処理モードでの計測結果のばらつきをそれぞれ
求め、該求められたばらつきが最も小さい処理モードで
得られた計測結果を統計処理して前記複数のショット領
域の実際の配列座標を算出することを特徴とする位置合
わせ方法。
【請求項２】請求項１記載の位置合わせ方法であっ
て、前記統計処理は、前記複数の計測ショットの設計上の配
列座標から前記アライメントセンサによって計測された
配列座標を算出するための線形パラメータを求め、該線
形パラメータ、及び前記複数のショット領域の設計上の
配列座標より前記複数のショット領域の実際の配列座標
を算出する処理であり、前記複数種類の処理モードでの計測結果の非線形成分の
ばらつきが最も小さくなる処理モードを選択することを
特徴とする位置合わせ方法。
【請求項３】請求項１又は２記載の位置合わせ方法で
あって、前記アライメントセンサは、前記基板上の計測ショット
に付設された回折格子状の位置合わせ用マークに対して
可干渉な２光束を照射し、前記位置合わせ用マークから
互いに異なる複数の方向にそれぞれ射出される１対の回
折光を受光するセンサであり、前記複数種類の処理モードは、前記異なる複数の方向に
それぞれ射出される１対の回折光の光電変換信号より前
記位置合わせ用マークの位置を検出する処理モードであ
ることを特徴とする位置合わせ方法。
【請求項４】請求項１又は２記載の位置合わせ方法で
あって、前記アライメントセンサは、前記基板上の計測ショット
に付設された回折格子状の位置合わせ用マークに対して
複数対の互いに波長の異なる可干渉な光束を照射し、前
記位置合わせ用マークからそれぞれ同一方向に射出され
る互いに波長の異なる複数対の回折光を受光するセンサ
であり、前記複数種類の処理モードは、前記互いに波長の異なる
複数対の回折光の光電変換信号より前記位置合わせ用マ
ークの位置を検出する処理モードであることを特徴とす
る位置合わせ方法。
【請求項５】請求項１、２、３又は４記載の位置合わ
せ方法であって、処理対象とする１組の複数の基板の中で、先頭から所定
枚数の基板について前記複数種類の処理モードで計測を
行い、それ以降の基板についてはそれまでの計測によって最も
計測結果のばらつきが小さいと判定された処理モードで
計測を行うことを特徴とする位置合わせ方法。