JPH11214289A

JPH11214289A - 位置計測方法、及び該方法を用いる露光方法

Info

Publication number: JPH11214289A
Application number: JP10017223A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Nakajima; 伸一中島; Koji Yoshida; 幸司吉田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-01-29
Filing date: 1998-01-29
Publication date: 1999-08-06

Abstract

(57)【要約】【課題】種々のノイズの影響を受けにくく、検出対象
物から得られる計測信号に基づいて、その検出対象物の
位置を高精度に計測できる位置計測方法を提供する。【解決手段】検出対象のウエハマークを撮像して得ら
れる計測信号のパターンＡ’の内で、先頭からｐ番目よ
りＩ個までのデータを切り出して被検パターンＡとす
る。ＤＰ（Dynamic Programming)マッチング法を適用し
て、被検パターンＡと標準パターンＢとの間の各データ
対の距離の和が最小、又は最大になるときのその和を、
両パターンＡ，Ｂ間の距離とする。被検パターンＡを切
り出すときのシフト量（ｐ）を次第に変化させてそれぞ
れ両パターンＡ，Ｂ間の距離を求め、この距離が最小
値、又は最大値を取るときのシフト量（ｐ）を、その計
測信号のパターンＡ’の位置ずれ量とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、計測信号のパター
ンを所定の標準パターンと比較することによって位置計
測を行う位置計測方法に関し、例えば、半導体素子、液
晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッド等をリソグラフィ技術
を用いて製造する際に、マスクのパターンを感光性の基
板上に転写するために使用される露光装置において、そ
の基板とそのマスクとのアライメントを行う場合等に使
用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子等を製造する際
に、マスクとしてのレチクルに形成された微細パターン
の像を投影光学系を介して、基板としてのフォトレジス
ト等の感光材料が塗布された半導体ウエハ（又はガラス
プレート等）上に露光するステッパー等の露光装置が使
用されている。例えば半導体素子は半導体ウエハ（以
下、単に「ウエハ」と言う）上に多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、ウエハ上
の２層目以降に重ね合わせ露光する際には、レチクルの
パターン像とウエハ上の各ショット領域に既に形成され
ている回路パターンとの位置合わせ（アライメント）を
高精度に行う必要がある。この際に要求されるアライメ
ント精度がパターンの微細化と共に厳しくなってきてい
るのに応えるため、種々のアライメント方式が提案され
ている。

【０００３】まず、レチクルのアライメント方式として
は露光光を用いる方式が一般的である。その方式の一例
として、露光光をレチクル上に描画されたアライメント
マーク（レチクルマーク）に照射し、ＣＣＤカメラなど
でそのレチクルマークを撮像して得られる画像データを
画像処理してそのマーク位置を計測するＶＲＡ（Visual
Reticle Alignment）方式がある。

【０００４】ウエハのアライメント方式としては、レー
ザ光とウエハ上のドット列状のアライメントマーク（ウ
エハマーク）とを相対走査し、そのマークにより回折又
は散乱された光を用いてマーク位置を検出するＬＳＡ
（Laser Step Alignment）方式がある。更に、ハロゲン
ランプ等を光源とする波長帯域幅の広い光でウエハマー
クを照明し、ＣＣＤカメラなどでウエハマークを撮像し
て得られる画像データを画像処理してマーク位置を計測
するＦＩＡ（Field Image Alignment)方式、或いは回折
格子状のウエハマークに周波数を僅かに変えたレーザ光
を２方向から照射し、発生した２つの回折光を干渉さ
せ、その干渉光の位相からそのウエハマークの位置を計
測するＬＩＡ（Laser Interferometric Alignment)方式
等がある。これらのアライメント方式においては、予め
求められているレチクルのパターン像の投影位置に、ウ
エハマークの位置計測結果に基づいてウエハステージを
駆動して、ウエハ上の露光対象のショット領域を重ね合
わせた状態で、露光光を照射することによってレチクル
のパターン像が投影露光される。

【０００５】また、露光光によるウエハのアライメント
方式として、例えばレチクル上から露光光によってレチ
クルマークとウエハ上のウエハマークとを同時に計測す
るＴＴＲ（Through The Reticle)方式がある。このＴＴ
Ｒ方式では、露光光を使用していることから投影光学系
の収差もレチクルのパターンの投影像と全く同じ影響を
受けるため、オフセットの全くないアライメントが可能
である。但し、アライメント時にウエハ上のフォトマス
クが或る程度は感光されてしまうため、アライメント時
間を短縮するか、又はアライメント用の露光光の強度を
小さくする必要がある。

【０００６】ところで、ウエハマークは、ウエハ上に主
に段差を有する凹凸のマークとして形成される。その段
差は、一般に２０〜３００ｎｍ程度である。ウエハマー
クはエッチングなどの加工処理によって形成されるが、
その加工処理は、デバイス用の回路形成のために最適な
方法であり、ウエハマークの形状等は前工程までのプロ
セスに大きく依存する。また、ウエハマーク上には通常
レジストが塗布されており、通常のＦＩＡ方式の場合、
マークの凹凸を信号強度の変化として検出することは困
難であるが、凹凸の境界領域であるエッジ部分で散乱さ
れた検出光を受光することによって、マークの凹部と凸
部とに反射率差がなくとも、そのエッジ部分が検出でき
る。また、光学系に位相差顕微鏡を用いた位相差ＦＩＡ
方式では、その凹部と凸部との位相差を信号強度の変化
に変換することで、低段差マークのコントラストを上げ
ることができる。

【０００７】これらの各種のアライメント方式において
は、それぞれアライメントセンサより撮像信号等の計測
信号が得られる。これらの計測信号より、例えば対応す
るマークの位置を決定するために、従来は一例としてそ
の計測信号を所定の閾値レベルでスライス処理してエッ
ジ位置を検出する方法（以下、「エッジ検出法」と呼
ぶ）が使用されていた。また、高周波ノイズの影響を軽
減できる信号処理方式として、「正規化相互相関法」も
使用されていた。この処理方法は、計測信号の形状が予
め分かっているときに用いられる方法であり、マークか
ら得られるであろう信号波形が標準パターンＢ１として
予め保持されている。そして、アライメントセンサによ
って検出された計測信号Ａ１に対し、次のように正規化
された畳み込み積分によって正規化相互相関関数Ｔ
（ｘ）が計算される。

【０００８】

【数１】Ｔ（ｘ）＝｛∫Ａ1(ｘ’−ｘ）Ｂ1(ｘ’）ｄ
ｘ’}／(Ｌ・|Ａ１｜・|Ｂ１|) ここで、ｘ，ｘ’は計測方向の位置、Ｌは積分範囲の長
さ（標準パターンＢ１の長さ）であり、｜Ａ１｜及び｜
Ｂ１｜は、それぞれ次式で定義される。

【０００９】

【数２】｜Ａ１｜²＝∫Ａ１（ｘ’−ｘ）Ａ１（ｘ’）ｄｘ’

【００１０】

【数３】｜Ｂ１｜²＝∫Ｂ１（ｘ’−ｘ）Ｂ１（ｘ’）ｄｘ’ そして、その正規化相互相関関数Ｔ（ｘ）が、最大値を
とる位置ｘの値ｘ₀を求めれば、その位置ｘ₀が、信号
Ａ１とパターンＢ１とのｘ方向の位置ずれに相当すると
考える。関数Ｔ（ｘ）は計測パターンが持つ高周波ノイ
ズに鈍感であるため、エッジ検出法と比較して高周波ノ
イズに強い。

【００１１】また、半導体素子にとって、ウエハの或る
層に露光して現像処理した後、次のプロセス処理を行う
前に、工程間で露光が正確に行われたかどうかを確認す
るために行われる位置ずれ計測（レジストレーション計
測）も重要な工程の一つである。その位置ずれ計測は、
例えばウエハ上の２層のマーク間の位置ずれ量を計測す
ることによって行われる。その位置ずれ計測によって、
例えば前工程の回路パターンと今の工程で形成されたレ
ジストパターンとの重ね合わせ精度が悪いことが判明し
た場合、レジストを剥離して、再度フォトレジストの塗
布、及び露光（リワーク）を行うことになる。また、半
導体製造工場において、露光装置が正常に作動している
かを確認したり、あるいは露光装置の組立調整段階にお
いて、露光装置の各種精度を確認するためにも位置ずれ
計測は重要である。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記の如く従来より種
々のアライメント方式が提案されているが、各アライメ
ント方式でセンサを介して検出される計測信号には、プ
ロセス処理、及び検出方法による光学的なノイズや、電
気的なノイズが常に含まれている。また、これらのノイ
ズには、ランダムな成分と系統的な成分とが含まれてい
る。例えば、ＬＳＡ方式のように、ウエハステージを駆
動してレーザビームに対してドット列状のウエハマーク
を相対走査する場合、ウエハステージを駆動している最
中に、レーザ干渉計によって検出されるステージ座標
が、空気揺らぎなどの影響によって誤差を持つと、ウエ
ハマークの本来の形状と比較して、計測信号の波形がラ
ンダムに歪むことになる。

【００１３】また、ＬＳＡ方式やＬＩＡ方式では、検出
光としてレーザビームを用いているが、レーザビームは
ウエハマーク上のレジストによる多重干渉の影響を受け
る。そのため、前工程までの処理に起因するウエハ表面
の荒れやレジストの膜厚むら、及びマークの微小な非対
称性の影響などを受けて、計測信号にランダムなノイズ
あるいは系統的なノイズが重畳される。また、レジスト
は通常スピンコートによって塗布されるため、上記のプ
ロセス処理に起因する表面荒れ、及び非対称性がなくと
も、ウエハマークの段差自体のために、レジスト膜厚む
らがマーク付近で生じるため、これが系統的なノイズの
原因となる。更に、微小な欠陥、及び異物などもランダ
ムなノイズの原因となる。

【００１４】また、ＦＩＡ方式では、検出光の波長帯域
が広いため、レジストによる多重干渉の影響は受けにく
いが、ウエハ表面の荒れやレジストの膜厚むら、マーク
の微小な非対称性、及び微小な欠陥や異物などにより計
測信号にノイズが重畳される。更に、ウエハマークの段
差が低い場合には、コントラストを高めるために位相差
ＦＩＡ方式が使用されるが、この方式では段差が強度信
号の変化として検出されるため、更に上記の影響を受け
やすくなる。

【００１５】このようにランダムな或いは系統的なノイ
ズが重畳された計測信号に対して、所定の閾値レベルで
スライス処理を行うエッジ検出法を適用すると、エッジ
位置がずれてしまうため、ウエハマークの位置の検出精
度が低下するという不都合があった。これを避けるた
め、スライス処理の前に平滑化処理（スムージング）を
行う等によって、高周波ノイズの影響を低減することも
可能であるが、低周波ノイズには対応できない。

【００１６】一方、正規化相互相関法では、エッジ検出
法と比較して高周波ノイズには強いが、相対的に低周波
のノイズや、系統的なノイズに対しては弱いという不都
合がある。これに関して、ウエハマークの非対称性など
に起因する信号波形の歪みは、低周波のノイズによる誤
差、及び系統的なノイズによる誤差（系統誤差）が支配
的である。また、正規化相互相関法の場合、マークが対
称に形成されていたとしても、マーク線幅が、標準パタ
ーンの線幅と異なったり、マーク間隔がばらついていた
りすると、正規化相互相関関数Ｔ（ｘ）は敏感に感度が
悪化するため、位置検出精度が低下するという不都合が
ある。従って、エッジ検出法、及び正規化相互相関法で
は、これ以上検出精度を向上させることは困難である。

【００１７】また、位置ずれ計測（レジストレーション
計測）についても、位置合わせの場合と同様に、計測信
号に含まれるノイズが問題となる。一般に、重ね合わせ
精度を確認するための位置ずれ計測は、検出対象が、レ
ジストパターンよりなるマークとプロセス処理されたマ
ーク、あるいはレジストパターンよりなるマーク同士で
あり、プロセス処理されたマーク上にはレジストがない
ため、比較的検出は容易である。しかし、位置ずれ計測
は、１回の計測につき、数ｎｍ程度の計測精度が要求さ
れるようになっているため、従来法では、ノイズの影響
によって目標とする精度を得るのが困難になりつつあ
る。

【００１８】本発明は斯かる点に鑑み、種々のノイズの
影響を受けにくく、検出対象物から得られる計測信号に
基づいて、その検出対象物の位置を高精度に計測できる
位置計測方法を提供することを目的とする。更に本発明
は、そのような位置計測方法を使用して、高精度にウエ
ハ等の基板の位置合わせ（アライメント）を行うことが
できる露光方法を提供することをも目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明による第１の位置
計測方法は、所定の標準パターン（Ｂ）と、検出対象物
（２２Ｘ，２４Ｘ）から得られる計測信号のパターン
（Ａ’）とを比較することによって、その検出対象物の
位置を計測する位置計測方法において、その標準パター
ンを構成するデータの個数をＪ個（Ｊは２以上の整数）
として、その計測信号のパターン（Ａ’）中のｐ番目
（ｐは１以上の整数）のデータから連続するＩ個（Ｉは
２以上の整数）のデータ（ａ_i)を抽出し、その標準パタ
ーンを構成するＪ個のデータ（ｂ_j)に対してその計測信
号のパターンから抽出されたＩ個のデータ（ａ_i)を対応
付けて、このように対応付けられた１対のデータ毎にそ
れぞれ所定の距離（一種の相関度）を求め、そのように
対応付けられたＪ対、又はＩ対のデータについてのその
距離の和（Ｅ（Ｆ））を求め、この距離の和が極値を取
るようにそのＪ個のデータとそのＩ個のデータとの対応
付けを行ったときのその距離の和（Ｄ（Ａ，Ｂ））を、
そのｐ番目のデータからのその標準パターンとその計測
信号のパターンとのマッチング度とみなし、そのマッチ
ング度が最大値、又は最小値を取るときのそのｐの値
（シフト量）よりその検出対象物の位置を求めるもので
ある。

【００２０】斯かる本発明は、その計測信号の一部のパ
ターンをその標準パターンと比較するために、音声認識
において用いられているＤＰマッチング法（Dynamic Pr
ogramming Matching Method)、即ち時間正規化マッチン
グ法を適用したものである。このＤＰマッチング法で
は、標準パターン（Ｂ）と計測信号のパターン（Ａ’）
から選択された計測信号との距離の和が極値を取るよう
にそれらの間の対応付けを行っているため、低周波ノイ
ズや系統的なノイズの影響も低減される。そして、その
マッチング度が最大値、又は最小値を取るときのデータ
のシフト量（ｐ）を例えばその計測信号の位置とみなし
ているため、その計測信号中でその標準パターン（Ｂ）
と合致する部分、ひいてはその検出対象物の位置を正確
に検出できる。

【００２１】この場合、露光時にはレチクル、及びウエ
ハが位置決め対象物であり、これらの位置決め対象物上
のレチクルマークやウエハマーク等が検出対象物とな
り、これらのレチクルマークやウエハマークの位置が検
出される。一方、位置ずれ計測（レジストレーション計
測）時には、ウエハ等が計測対象物となり、この計測対
象物上の例えば２層のマークが検出対象物となり、これ
らの２つのマークの位置をそれぞれ検出した後、これら
の位置の差分を求めることで、これらの２つのマーク間
の位置ずれ量が検出される。

【００２２】この場合、そのように対応付けられた１対
のデータの値をｂ，ａとしたとき、その１対のデータの
距離の一例は、ａ・ｂ、又は或る整数ｎ（ｎは例えば１
以上の整数）を用いて｜ｂ−ａ｜ⁿの何れかである。そ
の距離をａ・ｂとしたときには、そのマッチング度が最
大値を取るときのシフト量からその検出対象物の位置が
求められる。逆に、その距離を−ａ・ｂとしたときに
は、そのマッチング度が最小値を取るときのシフト量か
らその検出対象物の位置が求められる。同様に、その距
離を｜ｂ−ａ｜ⁿとしたときにも、そのマッチング度が
最小値を取るときのシフト量からその検出対象物の位置
が求められる。

【００２３】また、そのＪ個のデータとそのＩ個のデー
タとを対応付ける際に、常に所定の位置のデータが固定
的に対応付けられるようにしてもよい。これによって、
２組のデータの対応付けが大きくずれ過ぎることがなく
なる。また、そのＪ個のデータとそのＩ個のデータとを
対応付ける際に、所定の柔軟度を持たせるようにしても
よい。これは、例えば図５において、２組のデータを対
応付ける経路（２８）が所定の直線（ｊ＝ｉ）等に対し
て近付くように係数（α（ｃ（ｋ）））を設けることを
意味する。この方法でも、２組のデータの対応付けが大
きくずれ過ぎることがなくなる。

【００２４】次に、本発明の第２の位置計測方法は、所
定の基準パターン（Ｂ）と、検出対象物（２２Ｘ，２４
Ｘ）から得られる計測信号のパターン（Ａ’）とを比較
することによって、その検出対象物の位置を計測する位
置計測方法において、その標準パターンを構成するデー
タの個数をＪ個（Ｊは２以上の整数）として、その計測
信号のパターン（Ａ’）中のｐ番目（ｐは１以上の整
数）のデータから連続するＩ個（Ｉは２以上の整数）の
データを抽出し、その標準パターンを構成するＪ個の各
データとその計測信号のＩ個のデータとの所定の距離
（一種の相関度）の和（Ｅ（Ｆ））が極値を取るよう
に、その標準パターンを構成するＪ個の各データとその
計測信号のＩ個のデータとを対応付け、その標準パター
ンを構成するＪ個の各データとその計測信号のＩ個のデ
ータとの前記対応付けに基づいてその検出対象物の位置
を求めるものである。

【００２５】本発明によっても、実質的にＤＰマッチン
グ法が適用されて、低周波ノイズや系統的なノイズの影
響も低減されて、高精度に位置計測が行われる。また、
その距離の一例は、第１の位置計測方法の場合と同様で
ある。この第２の位置計測方法においては、一例とし
て、その対応付けを行った後に、その標準パターン
（Ｂ）を構成するＪ個の各データ（ｂ_j)とその計測信号
のＩ個のデータ（ａ_i)とを走査して、その対応付けに基
づいたその標準パターンのＪ個の各データとその計測信
号のＩ個のデータとの所定の距離の和が極値を取る位置
を計測する。そのように標準パターンのデータと計測信
号のデータとを走査（相対走査）することによって、そ
の計測信号中でその標準パターンと最も良く合致する部
分、ひいてはその検出対象物の位置が容易に特定でき
る。

【００２６】また、別の例として、その対応付けを行う
際にその標準パターンを構成するＪ個の各データ（ｂ_j)
とその計測信号のＩ個のデータ（ａ_i)とを走査して、そ
の標準パターンのＪ個の各データとその計測信号のＩ個
のデータとの所定の距離の和が極値を取る位置を算出し
てその検出対象物の位置を求めるようにしてもよい。そ
の対応付けを行う際にＤＰマッチング法を適用すること
でも、高精度に位置検出を行うことができる。

【００２７】また、更に別の例として、その対応付けを
２次元平面上の関数とみなし、この関数に基づいてその
検出対象物の位置を求めるようにしてもよい。このよう
な関数を用いることによって、より少ない計算量で位置
検出を行うことができる。この場合、その２次元平面上
の関数を所定の関数にフィッティングしてその検出対象
物の位置を求めることが望ましい。予め所定の形に設定
された関数を使用することによって、より計算量を少な
くできる。

【００２８】次に、本発明による露光装置は、マスク
（１０）のパターンを基板（１２）上に露光する露光方
法において、その基板を検出対象物として、上記の本発
明による位置計測方法を用いてその基板の位置を計測
し、この計測結果に基づいてその基板とそのマスクとの
位置合わせを行うものである。これによって、高い重ね
合わせ精度が得られる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明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、本例で使用さ
れる投影露光装置を示し、この図１において、超高圧水
銀ランプや、エキシマレーザ光源などの露光光源１から
射出された照明光は、ミラー３で反射されて波長選択フ
ィルタ４に入射する。波長選択フィルタ４を通過した露
光に必要な波長域の照明光（露光光）は、照度分布均一
化用のフライアイ・インテグレータ５に入射する。な
お、装置全体の動作を統轄制御する主制御系３７が、電
源装置２を介して露光光源１の発光タイミング、及び出
力等を制御している。

【００３０】フライアイ・インテグレータ５の射出面に
形成される多数の光源像からの露光光ＩＬは、不図示の
開口絞りを通過して、第１リレーレンズ６Ａを経てレチ
クルブラインド７（可変視野絞り）に到達する。レチク
ルブラインド７は、駆動装置１８によって開口の大きさ
が切り換えられ、これによって露光光ＩＬによるレチク
ル１０上の照明領域が制御される。レチクルブラインド
７の開口を通過した露光光ＩＬは、第２リレーレンズ６
Ｂを経て、ミラー８で反射された後、コンデンサレンズ
系９を介してレチクル１０のパターン面の照明領域を照
明する。レチクル１０の照明領域内のパターンの像は、
投影光学系ＰＬを介して投影倍率β（βは１／４，１／
５等）で、レジストが塗布されたウエハ１２の表面の各
ショット領域に投影される。以下、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。

【００３１】まず、レチクル１０は、このレチクル１０
をＸＹ平面内で位置決めするレチクルステージ１１上に
吸着保持されている。レチクルステージ１１の位置は不
図示のレーザ干渉計によって計測され、この計測値、及
び主制御系３７からの制御情報によってレチクルステー
ジ１１の動作が制御されている。一方、ウエハ１２は、
不図示のウエハホルダ上に真空吸着によって保持され、
このウエハホルダはウエハステージ１３上に固定されて
いる。ウエハステージ１３は、例えばリニアモータ方式
によってＸ方向、Ｙ方向にウエハ１２をステップ移動す
ると共に、オートフォーカス方式でウエハ１２のフォー
カス位置（光軸ＡＸ方向の位置）、及び傾斜角を制御す
ることによって、ウエハ１２の表面を投影光学系ＰＬの
像面に合わせ込む。

【００３２】ウエハステージ１３の上部に固定された移
動鏡１４、及び対向して配置されたレーザ干渉計１５に
よってウエハステージ１３のＸ座標、Ｙ座標、及び回転
角が計測され、この計測値がステージ制御系３６、及び
主制御系３７に供給されている。ステージ制御系３６
は、その計測値、及び主制御系３７からの制御情報に基
づいて、ウエハステージ駆動部１６を介してウエハステ
ージ１３の動作を制御する。露光時には、ウエハ１２上
の１つのショット領域への露光が終了すると、ウエハス
テージ１３のステップ移動によってウエハ１２上の次の
ショット領域が投影光学系ＰＬの露光領域に移動し、以
下ステップ・アンド・リピート方式でウエハ１２上の各
ショット領域へのレチクル１０のパターン像の露光が行
われる。

【００３３】さて、このような露光が重ね合わせ露光で
あるとすると、予めウエハ１２の各ショット領域とレチ
クル１０とのアライメントを高精度に行っておく必要が
ある。そのため、図３（ａ）に示すように、ウエハ１２
上の各ショット領域２１にはそれぞれ、Ｘ方向に配列さ
れた凹凸のライン・アンド・スペースパターンよりなる
Ｘ軸のウエハマーク２２Ｘ、及びＹ方向に配列された凹
凸のライン・アンド・スペースパターンよりなるＹ軸の
ウエハマーク２２Ｙが付設されている。ウエハマーク２
２ＸのＸ方向の中心座標、及びウエハマーク２２ＹのＹ
方向の中心座標と、対応するショット領域２１の中心座
標とのオフセットは、露光データとして図１の主制御系
３７に供給されている。

【００３４】また、図３（ｂ）に示すように、レチクル
１０のパターン領域２３の＋Ｘ方向側に窓部２５Ｙを挟
んでＹ方向に所定ピッチでＹ軸のレチクルマーク２４Ｙ
が形成され、パターン領域２３の＋Ｙ方向側に窓部２５
Ｘを挟んでＸ方向に所定ピッチでＸ軸のレチクルマーク
２４Ｘが形成されている。本例では、レチクル１０のパ
ターン領域２３の投影像の中心にウエハ１２のショット
領域２１の中心をほぼ合わせた状態で、ウエハマーク２
２Ｘ及び２２Ｙの共役像がそれぞれ窓部２５Ｘ及び２５
Ｙに形成されるようになっている。更に、不図示である
が、レチクル１０のパターン面にはパターン領域２３を
Ｘ方向に挟むように、レチクルアライメント用の２つの
アライメントマークが形成されている。

【００３５】図１に戻り、本例の投影露光装置には、レ
チクル１０のレチクルマーク２４Ｘ，２４Ｙ（図３参
照）と、対応するウエハ１２上の各ショット領域のウエ
ハマーク２２Ｘ，２２Ｙとの位置ずれ量を投影光学系Ｐ
Ｌを介して検出する、ＴＴＲ（Through The Reticle)方
式のアライメントセンサ３１が備えられ、アライメント
センサ３１の計測信号がアライメント信号処理系３５に
供給されている。アライメントセンサ３１は、実際には
２つのレチクルマーク２４Ｘ，２４Ｙの上方に２軸配置
されている。

【００３６】アライメントセンサ３１の方式としては、
アライメント光としてＨｅ−Ｎｅレーザ等を使用してド
ット列状のマークからの回折光を受光するＬＳＡ方式、
Ｈｅ−Ｎｅレーザ光等を使用して回折格子状のマークか
らの回折光よりなる干渉光を受光するＬＩＡ方式、又は
露光光と同じ波長域の照明光を使用して被検マークの像
を撮像する露光光アライメント方式等が使用できる。特
に、露光光ＩＬとして、ＫｒＦ（波長２４８ｎｍ）、Ａ
ｒＦ（波長１９３ｎｍ）等のエキシマレーザ光を使用し
た場合には、アライメント光としてＨｅ−Ｎｅレーザ光
を使用すると、露光光ＩＬとの波長差が大きくなって投
影光学系ＰＬにおける色収差の補正が複雑になるため、
露光光アライメント方式が好ましい。また、露光光アラ
イメント方式を使うとオフセットを考慮する必要がな
く、いわゆるベースライン量（アライメントセンサの検
出中心と露光中心との間隔）を管理する必要もない。

【００３７】そこで、本例ではアライメントセンサ３１
としては、露光光ＩＬと同じ波長域の照明光でレチクル
マーク及びウエハマークを照明し、両マークの像をＣＣ
Ｄカメラ等の撮像素子で撮像する画像処理方式で、かつ
露光光アライメント方式のセンサを使用する。また、レ
チクルのアライメント用として、ウエハステージ１３上
に所定の基準マークが形成された基準マーク部材３３が
固定されている。そして、例えばレチクル１０をレチク
ルステージ１１上に載置した際には、基準マーク部材３
３を投影光学系ＰＬの露光領域に移動して、アライメン
トセンサ３１によって投影光学系ＰＬを介して、レチク
ル１０上のアライメントマークと対応する基準マーク部
材３３上の基準マークとの位置ずれ量を計測する。この
位置ずれ量は、アライメント信号処理系３５によって求
められて主制御系３７に供給され、主制御系３７ではそ
の位置ずれ量が所定範囲内に収まるようにレチクルステ
ージ１１を制御する。

【００３８】また、投影光学系ＰＬの側面に、ウエハ１
２上のウエハマークの位置検出を行うために、オフ・ア
クシス方式のアライメントセンサ３２も備えられてい
る。アライメントセンサ３２のアライメント方式として
は、画像処理方式（ＦＩＡ方式）、ＬＳＡ方式、又はＬ
ＩＡ方式等が使用できるが、オフ・アクシス方式のアラ
イメントセンサは、ウエハ１２の大まかな位置合わせ
（サーチアライメント）にも使用されることが多いた
め、画像処理方式が便利である。そこで、本例のアライ
メントセンサ３２も、広帯域の照明光で被検マークを照
明し、被検マークの像をＣＣＤカメラ等の撮像素子で撮
像する画像処理方式とする。アライメントセンサ３２か
らの撮像信号よりなる計測信号もアライメント信号処理
系３５に供給されている。なお、アライメントセンサ３
２の検出中心とレチクル１０のパターンの投影像の中心
（露光中心）との間隔（ベースライン量）は、基準マー
ク部材３３上の所定の基準マークを用いて予め求められ
て、主制御系３７内に記憶されている。

【００３９】露光時にＴＴＲ方式のアライメントセンサ
３１を使用する場合には、アライメントセンサ３１を用
いて、レチクル１０上のレチクルマーク２４Ｘ，２４Ｙ
と、ウエハ１２上の露光対象のショット領域のウエハマ
ーク２２Ｘ，２２Ｙの像とを同時に撮像し、アライメン
ト信号処理系３５でそれらのマーク間の位置ずれ量を検
出し、検出結果を主制御系３７に供給する。主制御系３
７では、それらの位置ずれ量が所定の許容範囲に収まる
ようにウエハステージ１３を駆動した後、当該ショット
領域にレチクル１０のパターン像を露光する。

【００４０】一方、露光時にオフ・アクシス方式のアラ
イメントセンサ３２を使用する場合には、例えばウエハ
１２上から選択された所定個数のショット領域（サンプ
ルショット）のウエハマーク２２Ｘ，２２Ｙをアライメ
ントセンサ３２で撮像する。そして、アライメント信号
処理系３５では、計測信号を処理することによって各ウ
エハマーク２２Ｘ，２２Ｙのアライメントセンサ３２内
の検出中心からのＸ方向、Ｙ方向への位置ずれ量を検出
し、検出結果を主制御系３７に供給する。主制御系３７
は、各ウエハマークの位置ずれ量を各ウエハマークの位
置を検出したときにレーザ干渉計１５によって計測され
ている座標に加算することによって、各ウエハマークの
Ｘ座標、又はＹ座標を算出し、更に各サンプルショット
の配列座標を求める。

【００４１】そして、主制御系３７は、例えばエンハン
スト・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）方式でそれ
らの配列座標を処理することによって、ウエハ１２上の
全部のショット領域の配列座標を求める。その後、主制
御系３７は、得られた配列座標をアライメントセンサ３
２のベースライン量等で補正した値に基づいて、ウエハ
ステージ１３を駆動してウエハ１２上の各ショット領域
を露光位置に位置決めして、レチクル１０のパターン像
を露光する。

【００４２】次に、アライメント信号処理系３５におい
て、オフ・アクシス方式のアライメントセンサ３２から
の計測信号より、図３（ａ）のＸ軸のウエハマーク２２
Ｘの検出中心からＸ方向への位置ずれ量を求める方法の
一例につき説明する。なお、ＴＴＲ方式のアライメント
センサ３１からの計測信号も同様に処理できる。図２
は、アライメント信号処理系３５の構成を示すブロック
図であり、この図２において、アライメントセンサ３１
及び３２からの撮像信号よりなる計測信号は、それぞれ
アライメント信号処理系３５内の信号処理部３８Ａ及び
３８Ｂに供給される。信号処理部３８Ａ及び３８Ｂは、
それぞれ対応する計測信号を例えば画素毎にデジタル信
号に変換した後、非計測方向に加算して平均化し、この
ように平均化された計測信号のパターンＡ’をＲＡＭ等
の第１メモリ３９に格納する。計測信号のパターンＡ’
は、被検マークの像の強度分布を非計測方向に平均化し
て、アライメントセンサ３１，３２内の撮像素子の画素
毎にサンプリングしたデータの集合ともみなすことがで
きる。第１メモリ３９に格納された計測信号のパターン
Ａ’は、制御部４０に読み出されて演算判定部４２に供
給される。なお、制御部４０、及び演算判定部４２は、
例えばマイクロプロセッサより構成されている。

【００４３】図４（ｂ）のデータ列２７は、アライメン
トセンサ３２を介して検出されるウエハマーク２２Ｘの
像に対応する計測信号のパターンＡ’を構成する一連の
データａ’_q(ｑ＝１〜Ｑ：Ｑは３以上の整数）を示し、
図４（ｂ）の横軸は、その像の検出中心（本例では最も
左側の画素）に対するＸ方向への相対位置を、ウエハ１
２上での長さに換算した位置を示している。また、デー
タのサンプリング点１，２，…，Ｑの間隔ΔＸは、撮像
素子の画素のピッチをウエハ１２上での長さに換算した
長さである。

【００４４】図２に戻り、ＲＡＭ等の第２メモリ４１に
は、予め主制御系３７から制御部４０を介して、ウエハ
マーク２２Ｘの像の計測信号のパターンＡ’の比較の基
準となる標準パターンＢのデータが格納されている。制
御部４０は、アライメント時には第２メモリ４１から読
み出した標準パターンＢのデータを演算判定部４２に供
給する。演算判定部４２では、計測信号のパターンＡ’
から次第にシフト量を変えながら切り出した所定幅のデ
ータと、その標準パターンＢのデータとを後述のように
比較して、所定のマッチング度が最小値、又は最大値を
取るときのシフト量を求める。

【００４５】図４（ａ）のデータ列２６は、ウエハマー
ク２２Ｘの像に対応する標準パターンＢを構成する一連
のデータｂ_j(ｊ＝１〜Ｊ：Ｊは２以上でＱより小さい整
数）を示し、図４（ａ）の横軸は、その標準パターンＢ
の各データの１番目のデータｂ₁からのＸ方向への相対
位置を、ウエハ１２上での長さに換算した位置を示して
いる。また、データのサンプリング点１，２，…，Ｊの
間隔ΔＸは、計測信号のパターンＡ’のサンプリング点
の間隔と同じである。ただし、標準パターンＢのサンプ
リング点の間隔は、計測信号のパターンＡ’のサンプリ
ング点の間隔と異なっていても差し支えない。なお、図
２の第２メモリ４１には、レチクルマーク２４Ｘ等の像
に対応する標準パターンのデータも格納されている。

【００４６】図２において、演算判定部４２ではそのよ
うにして求めた計測信号のパターンＡ’のシフト量を、
ウエハマーク２２Ｘの位置ずれ量として制御部４０に供
給し、制御部４０はその位置ずれ量を主制御系３７に供
給する。次に、演算制御部４２で、所定のマッチング度
が最小値、又は最大値を取るときの、計測信号のパター
ンＡ’のシフト量を決定する方法につき説明する。本例
では、そのためにＤＰマッチング法を適用しているの
で、まずＤＰマッチング法につき簡単に説明する。

【００４７】Ａ．ＤＰマッチング法（Dynamic Programm
ing Matching Method)の説明ＤＰマッチング法とは、時間正規化マッチング法とも呼
ばれており、通常は人間の話す声を聞き分けるための音
声認識技術の１つとして使用されている。音声には、同
じ１つの単語でも、発声されるたびに継続時間が異な
り、その時間構造も線形ではないという特徴がある。発
声速度が速くなるに従って、母音の定常部分は短くなる
のに対し、子音部やわたりの部分は比較的固有の長さを
保っている。２つの音声パターンを比較する際に、この
ような性質を考慮して時間長の違いによって生じる本質
的でない差を極力排除する距離尺度を用いて、２つの音
声パターン間の差を定量化する方法がＤＰマッチング法
である。アライメント信号処理に適用する場合、音声認
識における時間方向が、被検マークの位置計測方向に対
応する。以下に、ＤＰマッチング法を適用した具体的な
計測方法の例をいくつか挙げる。

【００４８】Ｂ．ＤＰマッチング法によるマッチング度
の計算方法ここでは、図３（ａ）のウエハマーク２２Ｘの像に対応
する、図４（ｂ）の計測信号のパターンＡ’のデータ列
２７中から切り出したパターンと、図４（ａ）の標準パ
ターンＢのデータ列２６とのマッチング度を計算する方
法について説明する。この場合、標準パターンＢは、Ｘ
方向に配列されたＪ個のデータｂ_j(ｊ＝１〜Ｊ）より構
成され、計測信号のパターンＡ’は、Ｊ個より多いＱ個
のＸ方向に配列されたデータａ’_q(ｑ＝１〜Ｑ）より構
成されている。そこで、図４（ｂ）において、計測信号
のパターンＡ’内のｐ番目（ｐは１以上で（Ｑ−Ｊ）以
下の整数）よりＩ個（Ｉは１以上でＱ以下の整数）のデ
ータまでのデータ列２７ａを切り出し、この切り出した
データ列を被検パターンＡとする。被検パターンＡのデ
ータをａ_i(ｉ＝１〜Ｉ）とすると、被検パターンＡの先
頭のデータａ₁はパターンＡ’のｐ番目のデータａ’_p
と同じデータである。従って、被検パターンＡ、及び標
準パターンＢは次のように表される。

【００４９】Ａ＝（ａ₁，ａ₂，ａ₃，…，ａ_I）Ｂ＝（ｂ₁，ｂ₂，ｂ₃，…，ｂ_J）被検パターンＡ及び標準パターンＢの長さは、一般に異
なっていることを許すこともできるが、簡単のため、以
下では等長（Ｉ＝Ｊ）であるとする。まず、被検パター
ンＡの各データａ_iと、標準パターンＢの各データｂ_j
との間の距離をｄ（ｉ，ｊ）と定義する。そして、被検
パターンＡと標準パターンＢとの間の距離の評価値ｄ
（Ａ，Ｂ）の最も簡単な定義は次のようになる。この評
価値ｄ（Ａ，Ｂ）が両パターンＡ，Ｂのマッチング度に
相当する。

【００５０】

【数４】そして、例えば被検パターンＡ、標準パターンＢのそれ
ぞれを規格化した後、データａ_iとデータｂ_jとの間の
距離ｄ（ｉ，ｊ）を一例として次のように定義する。

【００５１】

【数５】ｄ（ｉ，ｊ）＝−ａ_i×ｂ_j このように定義すると、（数４）の評価値ｄ（Ａ，Ｂ）
は正規化相互相関に相当する。（数５）のマイナス符号
は、（数４）の評価値ｄ（Ａ，Ｂ）の最小値を両パター
ンＡ，Ｂの距離とするためである。逆に、評価値ｄ
（Ａ，Ｂ）の最大値を両パターンＡ，Ｂの距離とする場
合には、ｄ（ｉ，ｊ）＝ａ_i×ｂ_jとすればよい。ま
た、距離ｄ（ｉ，ｊ）としては｜ｂ_j−ａ_j｜ⁿ(ｎは例
えば１以上の整数）を用いてもよく、この場合にも、
（数４）の評価値ｄ（Ａ，Ｂ）の最小値を両パターン
Ａ，Ｂの距離とすればよい。

【００５２】次に、図４（ａ），（ｂ）のＸ軸方向に局
所的な補正を加えるために、Ｘ軸変換関数として（ｉ，
ｊ）平面上で（１，１）〜（Ｉ，Ｊ）を結ぶ任意の経路
を取る点列Ｆを考える。図５は、横軸をｊ、縦軸をｉと
する（ｉ，ｊ）平面を示し、この図５において、（１，
１）〜（Ｉ，Ｊ）を結ぶ任意の経路２８上の点列がＦで
あり、点列Ｆのｋ番目の点をｃ（ｋ）とする（ｋは１〜
Ｉまでの整数）。そして、各点ｃ（ｋ）での１対のデー
タａ_i及びデータｂ_jの間の距離をｄ（ｃ（ｋ））とし
て、点列Ｆを用いた場合の両パターンＡ，Ｂのマッチン
グ度、即ち被検パターンＡと標準パターンＢとの間の距
離の評価値Ｅ（Ｆ）を次のように定義する。

【００５３】

【数６】この式において、ｗ（ｋ）は、（ｉ，ｊ）平面上の各点
ｃ（ｋ）に対する重みであり、分母の重みｗ（ｋ）の和
は評価値Ｅ（Ｆ）を規格化するために入っている。（数
４）の距離の評価値ｄ（Ａ，Ｂ）は、（数６）におい
て、重みｗ（ｋ）を一定とした場合、即ち図５の点列Ｆ
を直線（ｊ＝ｉ）上に配列した場合に相当する。

【００５４】そして、本例では（数６）の評価値Ｅ
（Ｆ）が最小値ｍｉｎ｛Ｅ（Ｆ）｝を取るときの点列Ｆ
の経路を決定し、次式で示すように、その最小値をもっ
て被検パターンＡと標準パターンＢとの間の距離Ｄ
（Ａ，Ｂ）とみなす。

【００５５】

【数７】Ｄ（Ａ，Ｂ）＝ｍｉｎ｛Ｅ（Ｆ）｝つまり、図５の点列Ｆに対応する経路２８を種々に変更
して、最も評価値Ｅ（Ｆ）を小さくするときの経路を採
用し、そのときの評価値Ｅ（Ｆ）の値を両パターンＡ，
Ｂ間の距離Ｄ（Ａ，Ｂ）とするのである。

【００５６】但し、点列Ｆには、単調性と連続性とか
ら、点列Ｆの順序が（ｋ−１）番目の点からｋ番目の点
に移行したときに、被検パターンＡのデータの順序ｉ、
及び標準パターンＢのデータの順序ｊはそれぞれ逆戻り
しないと共に、２以上増加しないという条件１を課すの
が妥当である。この条件１は、ｋ番目の点での順序ｉ、
及びｊの値をそれぞれｉ（ｋ）、及びｊ（ｋ）とする
と、次のようになる。

【００５７】条件１：０≦ｉ（ｋ）−ｉ（ｋ−１）≦１，且つ０≦ｊ（ｋ）−ｊ（ｋ−１）≦１また、音声認識においては、Ｘ軸方向に極端な変形をし
てしまうことによる誤検出を防ぐため、点列Ｆに例えば
次のような条件（制限）２、又は条件（制限）２’を課
すことが行われる。

【００５８】条件２：図５の点列Ｆの経路２８は、直線
（ｊ＝ｉ）から、或る距離以上離れない。これは、経路
２８は、直線（ｊ＝ｉ）から前後に同じ距離だけ離れた
直線２９Ａ及び２９Ｂの間に収まっていることを意味す
る。条件２’：図５の点列Ｆの経路２８の傾きは、或る範囲
内に入っていなければならない。

【００５９】そこで、本例においても、条件２を満足す
るものとする。更に本例は、「パターン認識方法」では
なく、「位置決め方法」に関するものであるため、点列
Ｆの扱いには注意が必要である。なぜなら、Ｘ軸変換関
数（点列Ｆ）がパターン全体の位置ずれをも吸収してし
まうと、位置計測ができないからである。そこで、本例
では１つの方法として、標準パターン及び被検パターン
中に、固定点を設ける。この固定点は複数であってもよ
いが、エッジなどの信号の微分係数の高い位置が望まし
い。固定点の位置をｉ₀とすると、点列Ｆが点（ｉ₀，
ｉ ₀）を必ず通ることを条件にすれば良い。具体的に本
例では次の条件３を課すものとする。

【００６０】条件３：図４（ａ）の標準パターンＢの中
央の山型の信号部の両側でデータが大きく変化するｕ
１、及びｕ２番目のサンプリング点を固定点とする。こ
の場合、図４（ｂ）の被検パターンＡのｕ１、及びｕ２
番目のサンプリング点のデータが、必ず標準パターンＢ
のｕ１、及びｕ２番目のサンプリング点のデータに対応
付けられる。これは、図５の経路２８を必ず（ｕ１，ｕ
１）及び（ｕ２，ｕ２）を通過するように定めることを
意味する。

【００６１】他の方法として、マッチング度としての
（数６）の距離の評価値Ｅ（Ｆ）に、点列Ｆ内の各点で
の距離ｄ（ｃ（ｋ））とは独立に、点ｃ（ｋ）の位置に
依存する項を付加することが考えられる。この場合、
（数６）の代わりに次の評価値Ｅ（Ｆ）を使用すること
になる。

【００６２】

【数８】ここで、α（ｃ（ｋ））が付加された項である。α（ｃ
（ｋ））を、図５の経路２８の例えば直線（ｊ＝ｉ）か
らのずれ量に応じた量に取ると、α（ｃ（ｋ））は被検
パターンＡの標準パターンＢに対するＸ軸方向のずれ量
の硬さに相当する。即ち、（数８）の評価値Ｅ（Ｆ）が
最小値を取る経路２８を定める場合、直線（ｊ＝ｉ）か
らのずれ量が大きい程、α（ｃ（ｋ））の値を大きくす
ることによって、経路２８が直線（ｊ＝ｉ）に近づくよ
うにバイアスをかけることが可能である。即ち、α（ｃ
（ｋ））は経路２８の直線（ｊ＝ｉ）に対する「柔軟
度」とも考えることができ、α（ｃ（ｋ））の値を小さ
くする程、経路２８は柔軟になる。このように柔軟度を
設けることで、条件３のように予め固定点を設ける必要
がなく、より自然な考え方で位置決めを行えることがあ
る。

【００６３】次に、両パターンＡ，Ｂのマッチング度に
対応する（数６）、又は（数８）の評価値Ｅ（Ｆ）を用
いて、図３（ａ）のウエハマーク２２Ｘの検出中心から
の位置ずれ量を決定する種々の方法につき説明する。Ｃ．ＤＰマッチング法を適用して位置ずれ量を決定する
第１の方法この方法では、図４（ａ）の標準パターンＢとしては、
例えば複数のウエハマークについて実際に計測を行って
得られた撮像信号を平均化したデータを用いる。そし
て、図４（ｂ）に示すように、計測信号のパターンＡ’
の先頭からｐ番目のデータより標準パターンＢと同じ長
さＩの部分のデータａ₁〜ａ_Iを切り出して被検パター
ンＡとする。そのｐの値において、例えば（数６）の被
検パターンＡと標準パターンＢとの間の距離の評価値Ｅ
（Ｆ）が最小値ｍｉｎ｛Ｅ（Ｆ）｝を取るように、図５
の経路２８を設定し、その最小値ｍｉｎ｛Ｅ（Ｆ）｝を
そのｐの値における両パターンＡ，Ｂの距離Ｄ（Ａ，
Ｂ）とする。そして、ｐの値を１から次第に（Ｑ−Ｉ）
まで変えていき、各ｐの値に対して距離Ｄ（Ａ，Ｂ）を
決定する。

【００６４】図６は、そのようにして決定されたｐの値
と距離Ｄ（Ａ，Ｂ）との関係の一例を示し、この図６に
おいて、距離Ｄ（Ａ，Ｂ）はｐがｐ₀のときに最小値を
取っている。そこで、図４（ｂ）において、計測信号の
パターンＡ’中で標準パターンＢと最も合致する部分
は、先頭（検出中心）からｐ₀だけシフトした部分とな
り、アライメントセンサ３２で撮像されたウエハマーク
２２Ｘの位置ずれ量は、ΔＸ・ｐ₀となる。この位置ず
れ量は、図２の演算判定部４２で求められる。また、図
６において、ｐについて補間を行うことによって、距離
Ｄ（Ａ，Ｂ）が最小値を取るときのｐの値ｐ₀を小数点
以下まで求めてもよい。なお、距離Ｄ（Ａ，Ｂ）は、正
規化相互相関法における畳み込み積分に相当する。

【００６５】Ｄ．ＤＰマッチング法を適用して位置ずれ
量を決定する第２の方法この方法では、図４（ａ）の標準パターンＢを、図４
（ｂ）の計測信号のパターンＡ’の中の、標準パターン
Ｂに対応すべき位置の被検パターンＡとの距離が最小と
なるよう変形して、修正標準パターンＢ’とする。その
後、修正標準パターンＢ’と計測信号のパターンＡ’と
の間で、例えば従来技術で説明した（数１）を用いて正
規化相互相関関数Ｔ（ｘ）を求め、この関数Ｔ（ｘ）が
最大値を取るときのｘの値を決定すればよい。

【００６６】Ｅ．ＤＰマッチング法を適用して位置ずれ
量を決定する第３の方法この方法では、予め計測信号のパターンＡ’中で標準パ
ターンＢに近い領域を大まかに選択しておく。その後、
その領域内で第１の方法と同様に先頭からｐ番目よりＩ
番目までのデータを切り出して被検パターンＡとして、
被検パターンＡと標準パターンＢとの間の（数６）の距
離の評価値Ｅ（Ｆ）が最小値（距離Ｄ（Ａ，Ｂ））を取
るように、図５の点列Ｆを決定して記憶する。そして、
その領域内でｐの値を１から次第に増加させてそれぞれ
評価値Ｅ（Ｆ）、即ち距離Ｄ（Ａ，Ｂ）を計算するが、
その際にＤＰマッチングの経路探索は行わず、最初に得
られた点列Ｆを用いることとする。最後に、最も距離Ｄ
（Ａ，Ｂ）が小さくなるときのシフト量を求めればよ
い。この方法では、ＤＰマッチングによる最短経路計算
が１回で済むので、処理時間に関して有利である。但
し、標準パターンＢが対応すべき被検パターンＡが、パ
ターンＡ’上でどの位置にあるかを知るための、大まか
な位置決めが必要である。

【００６７】Ｆ．ＤＰマッチング法を適用して位置ずれ
量を決定する第４の方法（数７）の距離Ｄ（Ａ，Ｂ）を求めるために得られた図
５の点列Ｆには、被検パターンＡと標準パターンＢとの
間の距離をどのような変形のもとで縮めたかという情報
が全て含まれているため、この点列Ｆを用いて両パター
ンＡ，Ｂ間のＸ軸方向の位置ずれを評価することもでき
る。例えば、図５の点列Ｆの経路２８と、直線（ｊ＝
ｉ）とのずれ量を新たに定義して、両パターンＡ，Ｂ間
のＸ軸方向のずれ量を評価することにより、位置決定を
行うことができる。

【００６８】即ち、図５の点列Ｆを最小自乗法等を用い
て直線に回帰（フィッティング）する。最小自乗法を用
いる場合には、係数ａ，ｂを用いて回帰直線をｉ＝ａ・
ｊ＋ｂとし、この回帰直線へのフィッティング関数Ｈを
次のように定義する。

【００６９】

【数９】ここで、ｉ’，ｊ’は点列Ｆの測定点である。そして、
フィッティング関数Ｈに点列Ｆの測定点を順次代入し
て、フィッティング関数Ｈが最小値となるときの係数ａ
を回帰直線の傾きとし、係数ｂを回帰直線のｉ切片とす
る。そして、ａ＝１のときには、ｉ切片におけるｉの値
と点列Ｆとのずれ量に基づいて被検パターンＡと標準パ
ターンＢとのずれ量を評価することができる。

【００７０】また、ａ≠１のときには、Ｊを奇数に設定
し（計測に用いる被検パターンは通常奇数）、その中心
（ｊ＝０〜５のときは２）でのｉの値に基づいて被検パ
ターンＡと標準パターンＢとのずれ量を評価することが
できる。また、被検パターンＡの持つ位置情報を効果的
に用いるためフィッティング関数Ｈを以下のようにして
もよい。

【００７１】

【数１０】ここで、ｗｈ（ｊ）は重み関数であり、この重み関数ｗ
ｈ（ｊ）は上記のように和が１となるように規格化され
ている。重み関数ｗｈ（ｊ）を用いることにより、標準
パターンＢ上の重視する場所、及び軽視する場所を決定
することができる。例えば、信号のエッジ部分（信号の
変化率の大きい部分）は、Ｘ軸方向の移動に敏感である
ため、点列Ｆのｊが信号のエッジ部分に相当する箇所は
安定しており信頼性が高い。そこで、重み関数ｗｈ
（ｊ）を決定する方法として、次のように標準パターン
Ｂの微分（微分フィルタによるパターン）を用いること
ができる。

【００７２】

【数１１】ｗｈ（ｊ）＝｜（ｄＢ／ｄｊ）｜ⁿ （ｎ：整数）なお、フィッティング関数Ｈを用いて重み付けする場合
には、点列Ｆの両端の座標（１，１），（Ｉ，Ｊ）、又
は両端近傍の複数の座標を除いて行えばよい。もう１つ
の方法として、ウエハマーク２２Ｘを多数回計測してフ
ィッティングする方法がある。この場合は、回帰直線に
対する点列Ｆの各点の計測毎のばらつきを用いる。例え
ば、分散Ｖ（ｊ）を次のように定義する。

【００７３】

【数１２】更に、標準偏差σ（ｊ）＝（Ｖ（ｊ））^1/2を用いて、
重み関数ｗｈ（ｊ）を次のようにすればよい。

【００７４】

【数１３】ｗｈ（ｊ）＝（１／σ（ｊ））ⁿ なお、回帰分析を行う際には、直線のみならず２次以上
の高次関数を用いることもできる。同様に、回帰分析を
行う際に直線近似するか高次近似をするかを自動的に判
断するＡＩＣ(Akaike Information Criterion ）を用い
ることもできる。

【００７５】また、上述のフィッティングを行う際に、
標準パターンＢを複数の部分パターンに分割して、各部
分パターン毎にフィッティング関数を設定して部分被検
パターンＡと部分標準パターンＢとのずれ量を求めて、
その平均値から被検パターンＡの位置を求めてもよい。
この場合、点列Ｆに対する条件２、又は条件２’のよう
な条件や、（数８）の補正項α（ｃ（ｋ））は、得られ
る結果に歪みを生じさせる要因となるため無効にし、点
列Ｆが自由な値を取れるようにする必要がある。また、
この方法も、ＤＰマッチングによる最短経路計算が１回
で済み、距離Ｄ（Ａ，Ｂ）の計算も１回しか行わないた
め、処理時間に関して第２の方法より更に有利である。

【００７６】なお、第４の方法は、第１の方法、又は第
２の方法と組み合わせて補助的に用いることも可能であ
る。また、第１の方法においては、点列Ｆに対する制限
（条件２、条件２’）や（数８）の柔軟度の補正項α
（ｃ（ｋ））の取り方によっては、図４（ｂ）のシフト
量の値ｐを変化させたときに、両パターンＡ，Ｂ間の距
離Ｄ（Ａ，Ｂ）が最小値を取る近傍で、ピークが鈍る可
能性がある。このとき、最小値近傍での点列Ｆの形状に
より、位置決定をより正確にすることが可能である。

【００７７】また、上記の第２の方法では、標準パター
ンＢを計測軸方向に変形修正することになるため、この
修正の仕方によっては、修正標準パターンＢ’全体が元
の標準パターンＢに対して位置ずれを起こす可能性もあ
る。その場合に、両パターンＢ，Ｂ’間のＸ軸方向の位
置ずれを評価するために第４の方法が有効に利用でき
る。

【００７８】Ｇ．距離の評価値Ｅ（Ｆ）を最小値にする
ときの点列Ｆの決定方法上記のようにＤＰマッチング法
では、両パターンＡ，Ｂ間の（数６）、又は（数８）で
定義される距離の評価値Ｅ（Ｆ）を最小にするときの、
図５の経路２８に対応する点列Ｆを決定する必要があ
る。これは、全ての可能な経路について評価値Ｅ（Ｆ）
を計算することでも決定できるが、計算量が膨大になる
ため、ここではできるだけ計算量を少なくできる方法に
つき説明する。

【００７９】まず、距離の評価値Ｅ（Ｆ）としては、
（数６）を用いるものとするが、（数８）を用いても同
様である。一般に、（数６）を最小にする点列Ｆを求め
るためには、探索を行わなければならない。しかし、規
格化を工夫した動的計画法（Dynamic Programming Meth
od）の適用によって、点列Ｆを効率よく求めることがで
きる。ＤＰマッチング法という名称はその動的計画法の
言葉に由来している。以下に、その計算方法の一例を示
す。

【００８０】（数６）において、計算を複雑にするの
は、分母に点列Ｆに依存する重みの和Σｗ（ｋ）の項が
存在するためである。これは規格化因子であるが、Σｗ
（ｋ）が一定の定数Ｎとなるような重み付け関数ｗ
（ｋ）を取ることができれば、（数６）は次式のように
加法的になる。

【００８１】

【数１４】そのようにΣｗ（ｋ）を定数Ｎとするための方法はいろ
いろ考えられるが、次の２つの一般的なものを例として
挙げる。１）次のように対称型の重みｗ（ｋ）を用いる。ｗ（ｋ）＝（ｉ（ｋ）−ｉ（ｋ−１))＋（ｊ（ｋ）−ｊ
（ｋ−１)) 但し、ｉ（０）＝０，ｊ（０）＝０であり、Ｎ＝Ｉ＋Ｊ
となる。

【００８２】２）次のように非対称型の重みｗ（ｋ）を
用いる。ｗ（ｋ）＝ｉ（ｋ）−ｉ（ｋ−１）、又はｊ（ｋ）−ｊ
（ｋ−１）但し、ｉ（０）＝０，ｊ（０）＝０であり、Ｎ＝Ｉ、又
はＪとなる。そして、点列Ｆの内、部分点列を考え
る。図５において、点（１，１）〜（ｉ，ｊ）を、点列
Ｆに対する種々の制限（条件２、条件２’など）を破ら
ずに最小の経路を通った点列として、この点列での（数
９）に対応する部分和をｇ（ｃ（ｋ））とする。

【００８３】次に、Ｎが定数である場合、「最適性の原
理」から、最適政策の部分系列は最適政策である。従っ
て、以下の漸化式が成り立つ。なお、ｍｉｎ［ａ，ｂ，
ｃ］はａ，ｂ，ｃの中の最小値を意味する。

【００８４】

【数１５】ｇ（ｉ，ｊ）＝ｍｉｎ［ｇ（ｉ，ｊ−１）＋ｄ（ｉ，ｊ），ｇ（ｉ−１，ｊ−１）＋２・ｄ（ｉ，ｊ），ｇ（ｉ−１，ｊ）＋ｄ（ｉ，ｊ）］これを、点（１，１）から（ｉ，ｊ）の昇順に点ｃ
（ｋ）の取れる範囲全てにわたって計算することによ
り、最適経路ｇ（Ｉ，Ｊ）が得られる。

【００８５】上述のように本例によれば、ＤＰマッチン
グ法を適用することによって、図３（ａ）のウエハマー
ク２２Ｘの位置を各種ノイズに影響されることなく高精
度に検出できる。なお、図１のＴＴＲ方式のアライメン
トセンサ３１からの計測信号より、例えば図３のレチク
ルマーク２４Ｘとウエハマーク２２Ｘとの位置ずれ量を
求める場合には、各マークの位置ずれ量の差分を求めれ
ばよい。

【００８６】即ち、図７は、アライメントセンサ３１に
よって得られる両マークの像の撮像信号ＳＲＸの一例を
示し、この図７において横軸は計測方向であるＸ方向の
位置を示している。また、撮像信号ＳＲＸ中で中央の部
分２２ＸＳがウエハマーク２２Ｘの像に対応し、両側の
部分２４ＸＳがレチクルマーク２４Ｘに対応している。
この場合、ＤＰマッチング法を適用するためには、例え
ばレチクルマーク２４Ｘ、及びウエハマーク２２Ｘのそ
れぞれの像に対応する標準パターンを備えておき、中央
の部分２２ＸＳ、及び両側の部分２４ＸＳでそれぞれ標
準パターンとの距離の評価値（マッチング度）が最小
値、又は最大値を取る位置Ｘ１及びＸ２を決定すればよ
い。その後、両者の差分（Ｘ１−Ｘ２）を求めると、こ
れが両マークの位置ずれ量となる。

【００８７】なお、本発明は、重ね合わせ露光のための
アライメント時の位置計測だけでなく、位置ずれ計測
（レジストレーション計測）にも用いることができる。
位置ずれ計測は、ウエハを露光、現像した後にプロセス
処理を行う前に、露光が正確に行われたかどうかを確認
するために重要である。位置ずれ計測に、上記の実施の
形態のＤＰマッチング法を適用する場合の位置ずれ決定
方法として、例えば以下の２つを挙げる。

【００８８】Ｈ．ＤＰマッチング法で位置ずれ計測を行
う第１の方法この方法では、計測する際に標準パターン
を、位置ずれを計測したい複数のマークの数だけ用意す
る。次に、上記の実施の形態の位置計測方法のいずれか
により、独立にそれぞれのパターンに対して位置計測を
行う。その結果から、マーク間の距離を計算する。

【００８９】Ｉ．ＤＰマッチング法で位置ずれ計測を行
う第２の方法この方法は、上記の実施の形態の位置計測方法の内の第
４の方法に基づく。まず、標準パターンとして、複数の
マークが含まれる標準パターンを用意する。これには、
位置ずれ計測の対象となるマークを全て入れておく。こ
の標準パターンを用いて信号パターンとのＤＰマッチン
グを行い、最適な点列Ｆを得る。この点列Ｆの経路を調
べることにより、それぞれのマークについて、標準パタ
ーン上のマーク間相対距離と、信号パターン上のマーク
間相対距離のずれとを計測できる。その結果を位置ずれ
計測結果とする。

【００９０】なお、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
り得ることは勿論である。

【００９１】

【発明の効果】本発明の第１、又は第２の位置計測方法
によれば、実質的にＤＰマッチング法を適用して計測信
号のパターン中から標準パターンに最も合致する部分を
求めているため、低周波数から比較的高周波数までの種
々のノイズの影響を受けにくく、検出対象物から得られ
る計測信号に基づいて、その検出対象物の位置を高精度
に計測できる利点がある。

【００９２】また、系統的なノイズに対しても殆ど影響
されることなく位置検出を行うことができるため、重ね
合わせ露光時のアライメント計測に適用した場合には、
アライメントマークの非対称性、レジストの塗布むらな
どに起因して歪のある信号に対しても、高精度の位置検
出が可能となり、結果として、デバイスの歩留りが向上
する。更に、位置ずれ計測（レジストレーション計測）
に適用した場合には、計測精度が向上できるため、より
高精度な製造工程管理を行うことができる。

【００９３】また、対応付けられた１対のデータの値を
ｂ，ａとしたとき、その１対のデータの距離を、ａ・
ｂ、又は或る整数ｎを用いて｜ｂ−ａ｜ⁿの何れかに設
定した場合には、簡単な計算でその距離を求めることが
できる。また、Ｊ個のデータとＩ個のデータとを対応付
ける際に、常に所定の位置のデータが固定的に対応付け
られるようにしたとき、又は所定の柔軟度を持たせたと
きには、それぞれ計測信号のシフト量が大きくなり過ぎ
ることがない。

【００９４】次に、本発明の露光方法によれば、そのよ
うな位置計測方法を使用して、高精度にウエハ等の基板
の位置合わせ（アライメント）を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例で使用される投影露
光装置を示す概略構成図である。

【図２】図１中のアライメント信号処理系３５の構成を
示すブロック図である。

【図３】（ａ）はウエハマークの一例を示す拡大平面
図、（ｂ）はレチクルマークの一例を示す平面図であ
る。

【図４】（ａ）は標準パターンＢのデータ列の一例を示
す図、（ｂ）は計測信号のパターンＡ’のデータ列の一
例を示す図である。

【図５】標準パターンＢと、計測信号のパターンＡ’か
ら切り出された被検パターンＡとの対応付けの経路の一
例を示す図である。

【図６】被検パターンＡのシフト量（ｐ）と２つのパタ
ーン間の距離Ｄ（Ａ，Ｂ）との関係を示す図である。

【図７】図１のＴＴＲ方式のアライメントセンサ３１を
介して得られる撮像信号の一例を示す図である。

【符号の説明】

１露光光源５フライアイ・インテグレータ７レチクルブラインド１０レチクルＰＬ投影光学系１２ウエハ１３ウエハステージ１５レーザ干渉計２２Ｘ，２２Ｙウエハマーク２４Ｘ，２４Ｙレチクルマーク３１レチクル用のアライメントセンサ３２ウエハ用のアライメントセンサ３５アライメント信号処理系３６ステージ制御系３７主制御系

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の標準パターンと、検出対象物から
得られる計測信号のパターンとを比較することによっ
て、前記検出対象物の位置を計測する位置計測方法にお
いて、前記標準パターンを構成するデータの個数をＪ個（Ｊは
２以上の整数）として、前記計測信号のパターン中のｐ
番目（ｐは１以上の整数）のデータから連続するＩ個
（Ｉは２以上の整数）のデータを抽出し、前記標準パターンを構成するＪ個のデータに対して前記
計測信号のパターンから抽出されたＩ個のデータを対応
付けて、該対応付けられた１対のデータ毎にそれぞれ所
定の距離を求め、前記対応付けられたＪ対、又はＩ対のデータについての
前記距離の和を求め、該距離の和が極値を取るように前記Ｊ個のデータと前記
Ｉ個のデータとの対応付けを行ったときの前記距離の和
を、前記ｐ番目のデータからの前記標準パターンと前記
計測信号のパターンとのマッチング度とみなし、前記マッチング度が最大値、又は最小値を取るときの前
記ｐの値より前記検出対象物の位置を求めることを特徴
とする位置計測方法。
【請求項２】請求項１記載の位置計測方法であって、前記対応付けられた１対のデータの値をｂ，ａとしたと
き、前記１対のデータの距離とは、ａ・ｂ、又は或る整
数ｎを用いて｜ｂ−ａ｜ⁿの何れかであることを特徴と
する位置計測方法。
【請求項３】請求項１、又は２記載の位置計測方法で
あって、前記Ｊ個のデータと前記Ｉ個のデータとを対応付ける際
に、常に所定の位置のデータが固定的に対応付けられるよう
にすることを特徴とする位置計測方法。
【請求項４】請求項１、又は２記載の位置計測方法で
あって、前記Ｊ個のデータと前記Ｉ個のデータとを対応付ける際
に、所定の柔軟度を持たせることを特徴とする位置計測
方法。
【請求項５】所定の基準パターンと、検出対象物から
得られる計測信号のパターンとを比較することによっ
て、前記検出対象物の位置を計測する位置計測方法にお
いて、前記標準パターンを構成するデータの個数をＪ個（Ｊは
２以上の整数）として、前記計測信号のパターン中のｐ
番目（ｐは１以上の整数）のデータから連続するＩ個
（Ｉは２以上の整数）のデータを抽出し、前記標準パターンを構成するＪ個の各データと前記計測
信号のＩ個のデータとの所定の距離の和が極値をとるよ
うに、前記標準パターンを構成するＪ個の各データと前
記計測信号のＩ個のデータとを対応付け、前記標準パターンを構成するＪ個の各データと前記計測
信号のＩ個のデータとの前記対応付けに基づいて前記検
出対象物の位置を求めることを特徴とする位置計測方
法。
【請求項６】請求項５記載の位置計測方法であって、前記対応付けを行った後に、前記標準パターンを構成す
るＪ個の各データと前記計測信号のＩ個のデータとを走
査して、前記対応付けに基づいた前記標準パターンのＪ個の各デ
ータと前記計測信号のＩ個のデータとの所定の距離の和
が極値を取る位置を計測することを特徴とする位置計測
方法。
【請求項７】請求項５記載の位置計測方法であって、前記対応付けを行う際に前記標準パターンを構成するＪ
個の各データと前記計測信号のＩ個のデータとを走査し
て、前記標準パターンのＪ個の各データと前記計測信号のＩ
個のデータとの所定の距離の和が極値を取る位置を算出
して前記検出対象物の位置を求めることを特徴とする位
置計測方法。
【請求項８】請求項５記載の位置計測方法であって、前記対応付けを２次元平面上の関数とみなし、この関数
に基づいて前記検出対象物の位置を求めることを特徴と
する位置計測方法。
【請求項９】請求項８記載の位置計測方法であって、前記２次元平面上の関数を所定の関数にフィッティング
して前記検出対象物の位置を求めることを特徴とする位
置計測方法。
【請求項１０】マスクのパターンを基板上に露光する
露光方法において、前記基板を検出対象物として、請求項１〜９の何れか一
項記載の位置計測方法を用いて前記基板の位置を計測
し、該計測結果に基づいて前記基板と前記マスクとの位
置合わせを行うことを特徴とする露光方法。