JPH07120621B2 - 位置合せ方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、所望の位置に基板上の複数の領域を順にアラ
イメント（位置合せ）する位置合せ方法、特には、半導
体製造用のステツプアンドリピートタイプの露光装置に
おいて、半導体ウエハ上のいくつかのシヨツト領域に関
連する位置もしくは位置エラーを計測し、これらからウ
エハ上の各シヨツト領域のシヨツト配列を決定し、この
決定されたシヨツト配列を用いてレチクルに関連する位
置にウエハ上の各シヨツト領域を順にアライメントする
位置合せ方法に関する。

〔従来の技術〕

半導体製造用のステツプアンドリピートタイプの露光装
置、所謂ステツパにおいて、半導体ウエハ上のいくつか
のシヨツト領域に関連する位置もしくは位置エラーを計
測し、これらからウエハ上の各シヨツト領域のシヨツト
配列を決定し、この決定されたシヨツト配列を用いてレ
チクルに関連する位置にウエハ上の各シヨツト領域を順
にアライメントする位置合せ方法は、例えば本件出願人
の先の出願に係わる特開昭63−232321号公報により提案
されている。

この位置合せ方法は、ウエハ上のいくつかのシヨツト領
域に関連する位置もしくは位置エラーを計測するだけ
で、レチクルに関連する位置にウエハ上の全てのシヨツ
ト領域を、高精度にアライメントすることができ、極め
て優れたものである。

〔発明が解決しようとしている問題点〕

しかしながら、先に本件出願人が提案した位置合せ方法
では、計測したいくつかのシヨツト領域の計測位置デー
タから例えば統計的な手法を採用してウエハ上の全ての
シヨツト領域のシヨツト配列位置を決定する際、その位
置の決定に対する各計測位置データの信頼度は全て等し
いとして処理していた。従って、先の位置合せ方法で
は、シヨツト配列の位置の決定に際して信頼度が高いと
思われるの計測位置データも、信頼度が低いと思われる
計測位置データも決定されたシヨツト配列位置には同程
度の影響を与えていた。

従来では、このような影響は無視できるものであった
が、しかし、今後更にステツパの解像度が向上し、これ
につれてより高いアライメント精度がステツパに要求さ
れるようになると、このような影響は無視できない。シ
ヨツト配列の位置の決定に際する各計測位置データの信
頼度は、例えばウエハ上のレジストの塗布の状況、ウエ
ハに形成されているアライメントマークの形状等によっ
ても変化する。

本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、その目
的は、被処理基板上の複数の領域のそれぞれを処理する
際、前記基板上の各領域を順に基板ステージのステツプ
移動によって処理位置に送り込むことによりアライメン
トする位置合せ方法を改良し、アライメント精度を更に
向上することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上述の目的を達成するために、本発明は、被処理基板上
の複数の領域のそれぞれを処理する際、前記基板上の各
領域を順に基板ステージのステツプ移動によって処理位
置に送り込むことによりアライメントする位置合せ方法
において、前記基板（ウエハWF）上の各領域（シヨツト
SH）の中から選ばれた複数のサンプル領域（サンプルシ
ヨツトSS）の設計上の位置を示す設計位置データ（設計
位置P_iまたは計測位置q_i）を利用して前記基板ステージ
（XYステージXYS）により前記基板を移動させ、前記基
板上のサンプル領域のそれぞれに設けられているアライ
メントマークをアライメントマーク検出器（撮像装置C
M、またはオフアクシススコープOS、またはフオトデイ
テクター）で各サンプル領域ごとに検出し、この検出に
より前記基板ステージで前記基板を前記設計位置データ
を利用して移動させた際の前記基板上のサンプル領域の
それぞれの位置または位置誤差を計測位置データ（計測
位置t_i）として計測し、前記基板上のサンプル領域ごと
に求められた前記計測位置データの重み付け値（確から
しさW_i）を前記計測位置データの信頼度に応じてサンプ
ル領域ごとに決定し、サンプル領域ごとの前記重み付け
値で重み付けられるサンプル領域ごとの前記計測位置デ
ータのそれぞれを用いて統計演算を行い、この統計演算
の結果を利用して前記基板上のサンプル領域も含む前記
基板上の各領域の少なくとも一つに対する補正位置デー
タ（補正位置_ｉ）をこの補正位置データを利用して前
記基板を前記基板ステージにより移動させた際に前記基
板上の前記少なくとも一つの領域が前記処理位置に対し
てアライメントされるように決定し、前記基板上の各領
域を順に処理するために前記基板を前記基板ステージに
よりステツプ移動する際に前記基板ステージの移動を前
記補正位置データを少なくとも利用して制御することを
特徴としている。

本発明では、前記信頼度は前記アライメントマークの検
出出力を利用して決定されたり、前記信頼度はフアジイ
推論を利用して決定されると好ましい。また、前記統計
演算は最小自乗法と最小絶対値法の一方に基づくもので
あり、前記重み付け値は前記計測位置データの信頼度が
設定値より低いとき零とされても良い。

更に本発明では、前記アライメントマーク検出器はアラ
イメントマーク画像を撮像により得るものであり、前記
アライメントマーク画像に対しては複数のウインドウが
設定され、前記重み付け値は前記ウインドウごとの画像
信号に基づいて求められるマーク位置の分散を利用して
決定されたり、前記アライメントマーク画像はテンプレ
ートマッチングにより処理され、前記重み付け値はテン
プレートマッチングを行なった際のピークマッチ度を利
用して決定されたり、前記アライメントマーク画像に基
づいて前記アライメントマークの形状が判断され、前記
重み付け値は前記アライメントマーク形状の判断結果を
利用して決定されたり、前記アライメントマーク画像に
基づいて前記サンプル領域の回転誤差が求められ、前記
重み付け値は前記回転誤差を利用して決定されたり、前
記器板には原板に形成されているパターンが所定の倍率
で投影され、前記アライメントマーク画像に基づいて投
影倍率誤差が求められ、前記重み付け値は前記投影倍率
誤差を利用して決定されるようにしても良い。

更に本発明では、ｉ番目のサンプル領域の前記計測位置
データと前記補正位置データの残差をX,Y方向のそれぞ
れに関してR_ix,R_iyとし、ｉ番目のサンプル領域の前記
計測位置データに対する重み付け値をX,Y方向のそれぞ
れに関してW_ix,W_iyとする際、｛W_ix×（R_ix）^２＋W_iy×
（R_iy）^２｝の総和が最小になるように前記補正位置デ
ータを算出するための関数を決定したり、ｉ番目のサン
プル領域の前記計測位置データと前記補正位置データの
残差をX,Y方向のそれぞれに関してR_ix,R_iyとし、ｉ番目
のサンプル領域の前記計測位置データに対する重み付け
値をX,Y方向のそれぞれに関してW_ix,W_iyとする際、｛W
_ix×|R_ix|＋W_iy×|R_iy|｝の総和が最小になるように前
記補正位置データを算出するための関数を決定するよう
にしても良い。

〔作用〕

本発明では、このような特徴により、被処理基板上の複
数の領域のそれぞれを処理する際、前記基板上の各領域
を順に基板ステージのステツプ移動によって処理位置に
送り込むことによりアライメントする位置合せ方法にお
いて、前記基板上の各領域を順に処理するために前記基
板を前記基板ステージによりステツプ移動する際に前記
基板ステージの移動を制御するために少なくとも利用さ
れる補正位置データを、信頼度が高いと思われる計測位
置データがより強い影響を与えるようにして決定するこ
とになる。このため本発明では、このような位置合せ方
法において、基板上の各領域をより高精度にアライメン
トすることが可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明を図に示した実施例に基づいて詳細に説明
する。

第１図は、本発明に係わるステツプアンドリピートタイ
プの半導体製造用露光装置、所謂ステツパの一実施例を
示すものである。この図において、RTは半導体素子製造
用のパターンPTが形成されているレチクル、WFは多数の
シヨツトSHを有する半導体ウエハ、LNはレチクルRT上の
パターンPTをウエハWFの一つのシヨツトSHに縮小投影す
る投影レンズ、CUはステツパ全体を制御する制御ユニッ
ト、CSは位置合せデータや、露光データ等の必要な情報
を制御ユニットCUに入力するためのコンソールである。

制御ユニットCUは複数のコンピユータ、メモリー、画像
処理装置、XYステージ制御装置等を有している。また、
撮像装置CMの画像出力から、撮像しているマークの位置
ずれ量、及び特徴量（信頼度）を検出するために、第２
図に示す如く、撮像装置CMからの各画素信号を量子化す
るA/D変換装置21、A/D変換装置21からの量子化された画
層信号を所定方向に積算する積算装置22、積算装置22で
積算された信号からマークの位置ずれ量を検出する位置
検出装置23、この位置検出装置23で検出された位置ずれ
量の特徴量（信頼度）を抽出する特徴量抽出装置24を有
している。この構成については後程詳細に説明する。

レチクルRTは制御ユニットCUからの指令に従い、X,Y,θ
方向に移動するレチクルステージRSに吸着保持されてい
る。レチクルRTはレチクルRTを投影レンズLNに対して所
定の位置関係にアライメントする際に使用されるレチク
ルアライメントマークRAMR,RAMLと、レチクルRTとウエ
ハWF上のシヨツトSHの位置関係を検出する際に使用され
るレチクルマークRMR,RMLを有している。

レチクルセツトマークRSMR,RSMLは投影レンズLNに対し
て所定の位置関係となるように、投影レンズLNの鏡筒に
固定された部材上に形成されている。投影レンズLNに対
するレチクルRTのアライメントは、マークRAMRとマーク
RSMRの組と、マークRAMLとマークRSMLの組を撮像装置CM
で重ねて撮像し、この時の画像出力から検出される両者
の位置ずれ量が所定の許容値内となるように、レチクル
ステージRSを制御ユニットCUが指導させて行われる。

ウエハWFはウエハステージWSに吸着保持されている。ウ
エハステージWSはXYステージXYSに対してウエハWFをZ,
θ方向に移動する。MX,MYはXYステージXYSをX,Y方向に
移動するモータ、MRX,MRYはXYステージXYSに固定されて
いるミラー、IFX,IFYはレーザー干渉計で、ウエハWFを
X,Y方向に移動するためのXYステージXYSは、レーザー干
渉計IFX,IFYとミラーMRX,MRYによってXY座標上の位置が
常に監視されると共に、モータMX,MYによって制御ユニ
ツトCUから指令された位置に移動する。制御ユニツトCU
は移動終了後もレーザー干渉計IFX,IFYの出力に基づい
てXYステージXYSを指定位置に保持する。

第３図にウエハWFを詳細に示す。ウエハWF上には、既に
前の露光工程により、多数のパターン（シヨツトSH）が
概略X,Y方向に並んで形成されていると共に、ウエハア
ライメントマークWAML,WAMRが形成されている。また、
各シヨツトSHにはウエハマークWML,WMRがマーク間距離M
Sで設けられている。なお、ウエハWFがウエハステージW
S上に第１図の如く吸着保持された際のウエハアライメ
ントマークWAML,WAMRのXY座標における設計上の位置、
各シヨツトSHのXY座標における設計上の位置、及び各シ
ヨツトSHのウエハマークWML,WMRのXY座標における設計
上の位置と、マーク間距離MSの設計値は、それぞれ、予
めコンソールCSから制御ユニツトCUに入力されている。

また、この第３図において、斜線または塗りつぶしを施
したシヨツトは、後に述べるように、レクチルRTとウエ
ハWFの各シヨツトSHの位置合せのための位置ずれ量の計
測対象となるサンプルシヨツトを示す。以下の説明で
は、斜線を施したシヨツトSHを予備サンプルシヨツトSS
1,SS3,SS5,SS7と呼び、斜線または塗りつぶしを施した
シヨツトSHをサンプルシヨツトSS1〜SS8と呼び、他のシ
ヨツトと区別する。また、各サンプルシヨツトSS1〜SS8
の位置は、前述のマークの場合と同様にコンソールCSか
ら制御ユニツトCUに入力されている。

第１図に戻って、OSはウエハWF上のウエハアライメント
マークWAML,WAMRのXY座標上の位置を検出するために、
ウエハアライメントマークWAML,WAMRを撮像するオフア
クシススコープで、オフアクシススコープOSは投影レン
ズLNに対して所定の位置関係を維持するように強固に固
定されている。ILは投影レンズを介してレクチルRTのパ
ターンPTをウエハWFのシヨツトSHに焼付ける際に、焼付
波長の光でレクチルRTを照明するための照明装置、SHT
は焼付時の露光量を制御するためのシヤツターで、これ
らも制御ユニツトCUからの指令に従って動作する。

LSは焼付波長と略同じ波長のレーザー光を発生するレー
ザ光源で、投影レンズを介したレチクルRTのパターンPT
とウエハWFのシヨツトSHの位置ずれ量を検出するため
に、撮像装置CMがレチクルマークRMLとウエハマークWML
の組と、レチクルマークRMRとウエハマークWMRの組で各
マークを重ねて撮像する際、各マークを照明するために
利用される。レーザ光源LSからのレーザー光は拡散板DP
で拡散、平均化された後、各マークの照明光として利用
される。LSHはレーザー光が不要なとき、例えばXYステ
ージXYSをステツプ移動しているとき、レーザ光源LSら
のレーザー光がウエハWFに到達しないようにレーザー光
を遮断するためのシヤツターである。

このような構成による位置ずれ量の検出は以下のように
なる。なお、以下の説明では、第１図に矢印で示す正面
方向に関して、右手方向を右方向、左手方向を左方向と
呼ぶ。

レーザ光源LSから射出されたレーザー光は、拡散板DPに
よって拡散された後、ポリゴンミラーPMによって走査さ
れる。この後、ｆθレンズθにより等速走査に変換さ
れ、ビームスプリツタBSを通り、ダハプリズムDAPによ
り左右に分割される。左方向に分割されたレーザー光は
右対物ミラーAMRによってレチクルRT上方からレチクル
マークRMRを含む領域に照射される。レチクルRTを透過
したレーザー光は、縮小投影レンズLNから、シヨツト右
側のウエハマークWMRを含む領域に照射される。ウエハ
マークWMRを含む領域からの反射光は、前記と逆の光路
をたどって投影レンズLN、レチクルマークRNRを含む領
域を経た後、ダハプリズムDAPに達する。同様に、ダハ
プリズムDAPによって右方向に分割されたレーザー光も
左対物ミラーAMLからレチクルマークRMLを含む領域に照
射された後、同様の光路を通りウエハマークWMLを含む
領域からの反射光がダハプリズムDAPに戻る。ダハプリ
ズムDAPにて左右のレーザー光がそろえられた後、ビー
ムスプリツタBSを通過し、エレクタELで拡大されて、第
４図に示す画像として撮像装置CMの撮像面に結像され
る。撮像装置に結像されるウエハマークWML,WMRの像は
その撮像面で65倍となるようにエレクタEL等で拡散され
ている。また、撮像装置CMは、例えばITVカメラや２次
元イメージセンサ等の光電変換装置であり、撮像したレ
チクルマークRSL,RSRとウエハマークWML,WMRの像を２次
元の電気信号に変換する。

第４図は撮像装置CMに結像したレチクルマークRSL,RSR
とウエハマークWSL,WSRを含む領域の説明図である。こ
の図では、以降の説明のために、先に説明したレチクル
マークRML,RMRとウエハマークWML,WMRのそれぞれを更に
詳細に規定している。この図において、レチクルマーク
RMLはRML_X,RML_Yと示され、レチクルマークRMRはRMR_X,RM
R_Yと示され、ウエハマークWMLはWML_X,WML_Yと示され、ウ
エハマークWMRはWMR_X,WMR_Yと示されている。第４図の左
半分は、シヨツトSHの左側のマークWML_X,WML_Yとレチク
ルRTの右側のマークRML_X,RML_Yの像を示し、右半分はシ
ヨツトSHの右側のマークWMR_X,WMR_YとレチクルRTの左側
のマークRMR_X,RMR_Yの像を示す。第４図でレチクルマー
クRML_X,RML_Y,RMR_X,RMR_Yの像が黒く見えるのは、ウエハW
Fからの反射光によりレチクルRTを裏面から照射し、そ
の透過光を撮像装置CMが撮像しているためである。

撮像装置によって２次元の電気信号に変換された画像
は、第２図に示すA/D変換装置21によってデジタル化、
例えば２値化され、撮像面の各画素の位置に対応したxy
アドレスを持つ画像メモリに格納される。画像メモリに
格納された画像の内容は第４図の横方向にＸアドレス
（座標）を、縦方向にＹアドレス（座標）をふったもの
に相当する。

ずれ量計算は第４図の４組のマーク画像について各々独
立に行われる。即ち、レチクルマークRML_Xとウエハマー
クWML_X画面内位置の差から対物ミラーAMLを介した左視
野Ｘ方向のずれ量D_lxを、レチクルマークRML_Yウエハマ
ークWML_Yから同様に左視野Ｙ方向のずれ量D_lyを、レチ
クルマークRMR_XとウエハマークWMR_Xから対物ミラーAMR
を介した右視野Ｘ方向のずれ量D_rxを、レチクルマークR
MR_YとウエハマークWMR_Yから右視野Ｙ方向ずれ量D_ryをそ
れぞれ求めている。各々のずれ量計測は、XY座標での計
測値の差こそあれ、それ以外は同様であるため、以後左
視野Ｘ方向の計測を例にとって説明する。

第５図（ａ）は第４図の左側上部の１組のマークRML_X,W
ML_Xを表わす。シヨツトSH内のパターンとレチクルRTの
パターンPTの重ね合せにおいて、前述の各組のマーク
は、正確にパターンの重ね合せが行われたときに、相対
ずれ量が０となるように設計されている。即ち、第５図
（ａ）において、レチクルマークRML_Xの左マーク分の撮
像面内位置をPRL、右マーク成分の際像面内位置をPRR、
ウエハマークWML_Xの撮像面内位置をPWMとすれば、ずれ
量D_1xは、 となる。

次に、この各位置PRL,PRR,PWMの算出方法について述べ
る。第５図（ａ）のW_k（ｋ＝１〜ｎ）は撮像面上で設定
される２次元のウインドウを表わす。第２図に示す積算
装置22は、この２次元のウインドウW_kのそれぞれで、ず
れ量を検出する方向（この場合はＸ方向）に直角な方向
（この場合はＹ方向）にA/D変換装置21からの各画素値
を積算し、１次元の積算波形S_k（ｘ）を得る。画面メモ
リ上の画素データの値をＰ（X,Y）とし、ウインドウW_k
のＹ方向の範囲をY_k1≦Ｙ≦Y_k2とすれば、S_k（ｘ）は と表される。実際には第５図（ａ）に示すようにｎ個の
ウインドウW_kを設定し、各々のウインドウW_kに関して第
５図（ｂ）に示すような投影積算波形を得ている。撮像
した画像においては、レチクルマークRML_X及びウエハマ
ークWML_Xのエツジ信号部分は、他の部分に比べてコント
ラストが急激に変化するため、積算波形S_k（ｘ）は、積
算方向に直角な方向（Ｘ方向）のコントラストが強調さ
れ、S/Nが高められるので、該信号部分には急峻なピー
クや落込みが観測される。

第２図に示す位置検出装置23は、上述の積算波形S
_k（ｘ）から各々のマーク位置PRL,PRR,PWMを検出してい
る。位置検出装置23においては、第５図（ｂ）の各積算
波形S₁（ｘ）〜S_n（ｘ）について同一の処理が行われ
る。以下の説明では、任意の積算波形Ｓ（ｘ）を例にと
っている。マーク位置検出は、レクチルマーク位置PRL,
PRRの検出処理と、ウエハマーク位置PWMの検出処理とに
分けられる。また、その各マーク位置の検出処理は、粗
位置を求める処理と精密位置を求める処理とに分けられ
ている。

粗位置を求める処理は、ウエハマーク位置検出、レチク
ルマーク位置検出とも、テンプレートマツチング法を用
いている。先ず、ウエハマークWML_Xの位置PWMの検出を
説明する。積算して得られた理想波形を第６図（ａ）に
示すＳ（ｘ）とし、テンプレートを第６図（ｂ）に示す
Ｐ（ｘ）とすると、下式で示すマツチング評価式によ
り、任意の点x_kにおけるマツチ度Ｅ（X_k）が得られる。

上式中のパラメータa,bは、テンプレータの有効範囲を
意味し、Ｓ（ｘ）の特徴に対応して、テンプレートの特
徴を調整するためのものである。任意の点x_kに対するマ
ツチ度Ｅ（x_k）の値は、第６図（ｃ）に示すようにウエ
ハマークWMLの粗位置にピークを持つこととなる。マツ
チ度Ｅ（x_k）がピークとなるx_k座標値をx_p、その時のピ
ーク値をピークマツチ度Ｅ（x_p）とする。実際には、半
導体製造工程あるいはレジスト膜厚等の関係で、積算波
形がＳ（ｘ）のようになるとは限らない。このため、現
実には数種類のテンプレートを用いて、同様の処理を行
い、各々のマツチ度を計算して最大のものを採用してい
る。第６図（ｂ）以外の代表的なテンプレートを第６図
（ｄ）〜（ｆ）に示す。精密なマーク位置検出は、採用
したマツチ度関数Ｅ（x_k）について、位置x_pまわりの数
点の重心計算により決定している。あるいは、Ｅ（x_k）
を曲線近似し、近似曲線のピーク値から決定してもよ
い。

レチクルマークRML_Xの各マーク成分の位置PRL,PRRの粗
検出処理も同様なテンプレートマツチング処理である
が、特に２本のレチクルマーク成分（第４図参照）の間
隔が概略一定値をとることを利用して、一定の間隔でテ
ンプレートパラメータ−ｂ〜−ａとａ〜ｂを定めてい
る。位置PRL,PRRの精密検出は、テンプレートマツチン
グで求まった２本のレチクルマーク成分の中心位置から
各々のレチクルマーク位置を算出した後、左右各々のレ
チクルマーク成分の算出された粗位置のまわりに積算波
形Ｓ（ｘ）の重心計算を行う。

位置検出装置23は、このようにして各ウインドウW_kごと
に第５図（ｂ）に示すレチクルマーク位置PRL_k,PRR_kと
ウエハマーク位置PWM_kを求めた後、各ウインドウW_kごと
にレチクルマークRML_XとウエハマークWML_Xの位置ずれ量
D_1xkを前述の演算式を用いた演算により求め、各ウイン
ドウW_kごとの位置ずれ量D_1xkの平均値を、以下の式で示
すように、レチクルマークRML_XとウエハマークWML_Xの位
置ずれ量D_1xとして求める。また、同様な処理により、
レチクルマークRML_YとウエハマークWML_Yの各ウインドウ
W_kごとの位置ずれ量D_1ykから位置ずれ量D_1yを、レチク
ルマークRMR_XとウエハマークWMR_Xの各ウインドウW_kごと
の位置ずれ量D_rxkから位置ずれ量D_rxを、レチクルマー
クRMR_YとウエハマークWMR_Yの各ウインドウW_kごとの位置
ずれ量D_rykから位置ずれ量D_ryを求める。

第２図に示す特徴量抽出装置24は、マーク検出位置の確
からしさ、即ち、位置検出装置23で求められた位置ずれ
量D_lx,D_ly,D_rx,D_ryの確からしさ（信頼度）の評価量と
して、各位置ずれ量D_lx,D_ly,D_rx,D_ryに対応して、
（１）各ウインドウW_kごとのピークマツチ度E
_lxk（X_p）,E_lyk（X_p）,E_lxk（X_p）,E_ryk（X_p）の平均値
P_lx,P_ly,P_rx,P_ryを、 で求め、（２）各ウインドウW_kごとの位置ずれ量D_lxk,D
_lyk,D_rxk,D_rykの分散σ_lx,σ_ly,σ_rx,σ_ryを、 で求め、（３）各ウインドウW_kごとのレチクルマーク成
分の間隔RS_lxk,RS_lyk,RS_ryk,RS_rykの平均値RS_lx,RS_ly,R
S_rx,RS_ry（第４図参照）の各サンプルシヨツトSS_i（第
３図参照）間の偏差ΔRS_ilx,ΔRS_ily,ΔRS_irx,ΔRS_iry
を、ｉ＝１〜ｎ、ｎを計測対象となったサンプルシヨツ
ト数として、 で求めている。なお、間隔RS_lxk,RS_lyk,RS_rxk,RS_rykは
先に説明した各ウインドウW_kごとのレチクルマーク成分
の位置PRL_k,PRR_kの差によって求められる。

また、特徴量抽出装置24は、評価量として、（４）各サ
ンプルシヨツトSS_i間のシヨツト（チツプ）倍率偏差ΔM
ag_iを、ｉ番目のサンプルシヨツトのシヨツト倍率Mag_i
をそのシヨツトに関して求められた位置ずれ量D_lx,D_rx
の差と定義して、同様に で求め、（５）各サンプルシヨツトSS_i間のシヨツト
（チツプ）回転角偏差Δθ_ｉを,i番目のサンプルシヨツ
トのシヨツト回転角θ_ｉをそのシヨツトに関して求めら
れた位置ずれ量D_ly,D_ryの差と定義して、 で求める。

次に、特徴量抽出装置24は、上述の（１）〜（５）で設
定した評価量を用いて、位置検出装置23が検出した各サ
ンプルシヨツトSSiにおける位置ずれ量D_ilx,D_ily,D_irx,
D_iryの確からしさを評価するが、この説明の前に、上述
の（１）〜（５）で設定した評価量の意味合いを簡単に
説明する。

先ず、上述の（１）について、マーク上にノイズがある
場合（第７図）と、ウエハマーク上にレジスト塗布ムラ
がある場合（第８図）と、ウエハマークのエツジのテー
パ角が非対称な場合（第９図）を例にして説明する。

第７図（ａ）は撮像装置CMの撮像面上に結像されたウエ
ハマークWML_xを示す図で、この図においては、DAはウエ
ハマークWML_X上のゴミによるノイズ、NOは前段のウエハ
プロセスによって生じている粗面ノイズ、Ｓは光源LSか
らのレーザ光の干渉によって生じている干渉縞ノイズを
それぞれ示している。また、第７図（ｂ）はこの時の積
算波形Ｓ（ｘ）を、第７図（ｃ）はこの時のピークマツ
チ度Ｅ（x_k）を示している。これらの図から明らかなよ
うに、第７図（ａ）のような場合には、第７図（ｃ）に
示す位置X_pは第６図（ｃ）に示す理想的な条件の時の位
置XEIに対してずれる。また、そのときのピークマツチ
度Ｅ（x_k）は２つのピークを待つと共に、そのピーク度
Ｅ（x_p）は第６図（ｃ）に示す理想的な条件の時のピー
クマツチ度EIに比して低くなる。従って、第７図（ａ）
のような場合には、求められたマーク検出位置の確から
しさは低く、その確からしさはピークマツチ度に関連し
て変化する。

第８図（ａ）はウエハマークWML_x上でレジストＲの塗布
ムラがある場合のウエハWFの断面を示している。この図
のような場合、ウエハマークWML_xに対する積算波形Ｓ
（ｘ）は第８図（ｂ）に示すような歪のある形状とな
る。このような歪のある波形Ｓ（ｘ）と第６図（ｂ）に
示すテンプレートＰ（ｘ）のマツチング度Ｅ（x_k）に
は、第８図（ｃ）に示すような歪が発生する。また、こ
の時のピークマツチング度Ｅ（x_p）は、第６図（ｃ）に
示す理想的な条件の時のピークマツチング度EIに比して
低く、これから求められる第８図（ｃ）の位置x_pの確か
らしさは低い。第８図（ｃ）の位置x_pは、マツチング度
Ｅ（x_k）の歪により、第６図（ｃ）に示す理想的な条件
の時の位置XEIよりずれている。

積算波形Ｓ（ｘ）の歪の原因は、レジストＲの各部分
r₁,r₂での厚みの差である。この差のために、光源LSか
らのレーザ光（アライメント光）のレジストＲ表面から
の反射光とウエハWF表面からの反射光による干渉現象で
発生する明暗の周期が、部分r₁,r₂で異なるので、波形
Ｓ（ｘ）が非対称となる。このような塗布ムラは、ウエ
ハWFを回転させながらその表面にレジストＲを滴下する
ことにより、遠心力によってレジストＲをウエハWFの全
面に塗布する所謂スピンコータを使用してレジスト塗布
を行った場合に発生しやすく、特にウエハWFの周辺部の
マーク上で多く見られる。

第９図（ａ）はウエハマークWML_aのエツジe₁,e₂のテー
パ角が非対称な場合のウエハWFの断面を示している。こ
の図の場合にも、ウエハマークWML_xの積算波形Ｓ（ｘ）
は、第９図（ｂ）に示すように、歪とノイズにより劣化
した形状となる。このため、第６図（ｂ）に示すテンプ
レートＰ（ｘ）とのマツチング度Ｅ（x_k）も、第９図
（ｃ）に示すように、歪及び２つのピークを持つ形状と
なり、位置x_pは第６図（ｃ）に示す位置XEIよりずれて
検出される。又、このときのピークマツチング度Ｅ
（x_p）も第６図（ｃ）に示すピークマツチング度EIより
低く、その位置x_pの確からしさは低い。波形Ｓ（ｘ）の
劣化の原因は、ウエハWFのエツジe₁,e₂のテーパ角（傾
き）が異なるため、レジストＲの塗布ムラが発生した
り、エツジe₁,e₂におけるアライメント光の散乱角が異
なって、反射光の強度に差が生じるからである。

以上説明した場合から明らかなように、ｉをサンプルシ
ヨツトSSi（第３図参照）の番号として、上述の（１）
のようにピークマツチ度P_ilx,P_ily,P_irx,P_iryを求めれ
ば、対応する位置ずれ量D_ilx,D_ily,D_irx,D_iryの確から
しさを評価することができる。

次に、上述の（２）について説明する。ｉ番目のサンプ
ルシヨツトSS_iの位置ずれ量D_l1x,D_l1y,D_irx,D_iryに対す
る分散σ_i1x,σ_i1y,σ_irx,σ_iryは、計測されたあるマ
ークの組に対するずれ量のウインドウW_kごとの計測バラ
ツキの程度を表す量であり、自明のように、これはずれ
量の平均値、つまり該マークの組から求められる位置ず
れ量の確からしさを表わす量と言ってよい。例えば、第
10図（ａ）に示すように、ウエハマークWML_xの一部が変
形していたり、局所的なノイズNOが乗っている場合、各
ウインドウW_kの積算波形S_k（ｘ）は、第10図（ｂ）のご
とく一部が変形し、それによりマーク検出位置Ｄの真の
位置Ｏからの差が大となる。このような場合の各ウイン
ドウW_kのずれ量のヒストグラムは、第12図（ｂ）に示す
ように、第12図（ａ）に示す理想的な条件の時のマーク
の組から得られるずれ量のヒストグラムと比べて、分布
が広がりその分散値が大となり、検出位置Ｄの真の位置
Ｏからの誤差が大になっていることがわかる。

また、第11図（ａ）に示す良好なマークの組でも、光源
LSからのアライメント光の光量不足などの影響により、
十分なS/Nが得られないような場合には、その積算波形S
_k（ｘ）は、第11図（ｂ）に示すようにランダムなノイ
ズの影響を受け、該積算波形S_k（ｘ）から検出されるマ
ーク位置も、第12図（ｃ）に示すように計測バラツキが
大きくなり、それによりずれ量の分散値も大きくなる傾
向がある。また、ウインドウW_kのサンプル数ｎを十分多
く取れないために、この場合の検出位置の平均値の誤差
は、良好なマークの検出位置の平均値の誤差よりも大き
くなることがわかる。このことより、この様な場合に
は、該マークの検出位置Ｄの真の位置Ｏからの誤差は大
きくなり、ずれ量の確からしさは小さくなる傾向にあ
る。

シヨツトSHとレチクルRTの回転角θが大きく、第13図
（ａ）に示すようにウエハマークWML_xがレチクルマーク
RML_xに対して大きく傾いている場合には、ずれ量は第13
図（ｂ）に示すようにウインドウW_kの位置に依存したも
のになり、その分散は良好なマークの場合でも大きくな
る。なお、この場合には、分散の代りにウインドウW_kを
等間隔に配置し、ウインドウW_kの位置に対するずれ量を
直線近似した際の最小２乗誤差を求めるようにしてもよ
い。この場合、最小２乗誤差min（Se）は、公知の回帰
分析の手法、例えば、日本規格協会『統計解析』（田口
玄一，横山巽子著）の『第３章,3.4回帰分析の公式とそ
の誘導』に説明されている手法により、ウインドウ位置
をx,ずれ量をｙとして、 で示される残差２乗和Seを最小にするようにm,bを決定
した後に、 とあらわされる。

次に、上述の（３）について説明する。レチクルマーク
成分の間隔はレチクルマークの設定値より決定される量
であり、その計測値RS_lx,RS_ly,RS_rx,RS_ryのサンプルシ
ヨツト毎の変動は、計測の変動かまたは光学的な倍率の
変動等の計測の確からしさを低下させるような要素の影
響を受けていることは明らかである。このため、計測対
象となった全サンプルシヨツトのレチクルマークの間隔
の平均値からの各サンプルシヨツトSS_iのレチクルマー
クの間隔の偏差ΔRS_ilx,ΔRS_ily,RS_irx,RS_iryもまた計
測の確からしさを反映したものとなっている。

上述の（４），（５）については、あえて説明するまで
もなく、計測対象となったサンプルシヨツトSS_iのシヨ
ツト倍率偏差ΔMag_i、シヨツト回転角偏差Δθ_ｉが、そ
のシヨツトのマーク検出位置の確からしさに関係するこ
とは自明である。シヨツト倍率偏差ΔMag_i,シヨツト回
転角偏差Δθ_ｉが大きければ、そのシヨツトのマーク検
出位置の確からしさは低い。

ここで、再び特徴量抽出装置24の説明に戻る。特徴量抽
出装置24は上述の（１）〜（５）で示した評価量を算出
した後、これらの評価量から各サンプルシヨツトSS_iご
とに、検出された位置ずれ量D_ix,D_iyの確からしさ（特
徴量）W_ix,W_iyを（FUZZY）推論によって決定する。ただ
し、ここで である。また、フアジイ推論とは、1965年にカルフオル
ニア大学バークレイ校のL.A.Zadeh教授によって提唱さ
れたフアジイ集合論に端を発したもので、例えば『行動
計量学13巻２号（通巻25号）、1986年PP64〜PP89』に
『フアジイ理論とその応用』として発表されているよう
なものである。フアジイ推論は前述したような経験則を
利用して確からしさW_ix,W_iyを容易に決定することがで
き、本発明においては最も好ましい。

特徴量抽出装置24には上述の（１）〜（５）に示された
各評価量の検出位置ずれ量（マーク検出位置）に対する
意味合いから、P_jを前提命題、Q_jを結論命題として、以
下に示す14種類の条件命題（P_j→Q_j）がフアジイ推論の
形で設定されている。

条件命題（P₁→Q₁）〜条件命題（P₄→Q₄）はそれぞれ上
述の（１）で示したピークマツチ度の平均値（以下これ
をピークマツチ度と呼ぶ）P_ix,P_iy,P_rx,P_ryに関するも
ので、 1.条件命題（P₁→Q₁）は、ｉ番目のサンプルシヨツトに
おいて、（P₁）ピークマツチ度P_ilxが低いとき、（Q₁）
検出した位置ずれ量D_ilxの確からしさW_i1は低い、 2.条件命題（P₂→Q₂）は、ｉ番目のサンプルシヨツトに
おいて、（P₂）ピークマツチ度P_ily低いとき、（Q₂）検
出した位置ずれ量D_ilyの確からしさW_i2は低い、 3.条件命題（P₃→Q₃）は、ｉ番目のサンプルシヨツトに
おいて、（P₃）ピークマツチ度P_irxが低いとき、（Q₃）
検出した位置ずれ量D_irxの確からしさW_i3は低い、 4.条件命題（P₄→Q₄）は、ｉ番目のサンプルシヨツトに
おいて、（P₄）ピークマツチ度P_iryが低いとき、（Q₄）
検出した位置ずれ量D_Iryの確からしさW_i4は低い、 である。

条件命題（P₅→Q₅）〜条件命題（P₈→Q₈）は、それぞれ
上述の（２）で示した分散σ_1x,σ_1y,σ_rx,σ_ryに関す
るもので、 5.条件命題（P₅→Q₅）は、ｉ番目のサンプルシヨツトに
おいて、（P₅）分散_ilxが大きいとき、（Q₅）検出した
位置ずれ量D_ilxの確からしさW_i5は低い、 6.条件命題（P₆→Q₆）は、ｉ番目のサンプルシヨツトに
おいて、（P₆）分散σ_ilyが大きいとき、（Q₆）検出し
た位置ずれ量D_ilyの確からしさW_i6は低い、 7.条件命題（P₇→Q₇）は、ｉ番目のサンプルシヨツトに
おいて、（P₇）分散σ_irxが大きいとき、（Q₇）検出し
た位置ずれ量D_irxの確からしさW_i7は低い、 8.条件命題（P₈→Q₈）は、ｉ番目のサンプルシヨツトに
おいて、（P₈）分散σ_iryが大きいとき、（Q₈）検出し
た位置ずれ量D_iryの確からしさW_i8は低い、 条件命題（P₉→Q₉）〜条件命題（P₁₂→Q₁₂）はそれぞ
れ、上述の（３）で示したレチクルマーク偏差ΔRS_ilx,
ΔRS_ily,ΔRS_irx,ΔRS_iryに関するもので、 9.条件命題（P₉→Q₉）はｉ番目のサンプルシヨツトにお
いて、（P₉）レチクルマーク偏差ΔRS_ilxがゼロ（＝
０）でないとき、（Q₉）検出した位置ずれ量D_ilxの確か
らしさW_i9は低い、 10.条件命題（P₁₀→Q₁₀）はｉ番目のサンプルシヨツト
において、（P₁₀）レチクルマーク偏差ΔRS_ilyがゼロ
（＝０）でないとき、（Q₁₀）検出した位置ずれ量D_ily
の確からしさW_i10は低い、 11.条件命題（P₁₁→Q₁₁）はｉ番目のサンプルシヨツト
において、（P₁₁）レチクルマーク偏差ΔRS_irxがゼロ
（＝０）でないとき、（Q₁₁）検出した位置ずれ量D_irx
の確からしさW_i11は低い、 12.条件命題（P₁₂→Q₁₂）はｉ番目のサンプルシヨツト
において、（P₁₂）レチクルマーク偏差ΔRS_iryがゼロ
（＝０）でないとき、（Q₁₂）検出した位置ずれ量D_iry
の確からしさW_i12は低い、 条件命題（P₁₃→Q₁₃）と条件命題（P₁₄→Q₁₄）は、それ
ぞれ上述の（４），（５）で示したシヨツト倍率偏差Δ
Mag_iと、シヨツト回転角偏差Δθ_ｉに関するもので、 13.条件命題（P₁₃→Q₁₃）はｉ番目のサンプルシヨツト
において、（P₁₃）シヨツト倍率偏差ΔMag_iがゼロ（＝
０）でないとき、（Q₁₃）検出した位置ずれ量D_ix,D_iyの
確からしさW_i13は低い、 14.条件命題（P₁₄→Q₁₄）はｉ番目のサンプルシヨツト
において、（P₁₄）シヨツト回転角偏差Δθ_ｉがゼロ
（＝０）でないとき、（Q₁₄）検出した位置ずれ量D_ix,D
_iyの確からしさW_i14は低い、 である。

上述した各種類の条件命題（P_j→Q_j）の内、例えば条件
命題（P₁→Q₁）は、フアジイ推論に関する言語的真理値
を用いると、以下のように書き表わせる。

（Ａ）if P_ilx is BG then W_i1 is GD. （Ｂ）if P_ilx is MD then W_i1 is UK. （Ｃ）if P_ilx is SM then W_i1 is NG. ここで、BG,MD,SMは、それぞれ前提命題の言語的真理値
で、それぞれ『大きい』、『中位』、『小さい』を意味
するフアジイ集合であり、またGD,UK,NGは、それぞれ結
論命題の言語的真理値で、それぞれ『良い』、『判断で
きない』、『悪い』を意味するフアジイ集合である。な
お、詳述はしないが、条件命題（P₂→Q₂），（P₃→
Q₃），（P₄→Q₄）も言語的真理値を用いて同様に示すこ
とができる。

また条件命題（P₅→Q₅）は、フアジイ推論に関連する言
語的真理値を用いると、以下のように書き表わせる。

（Ａ）if σ_ilx is SM then W_i5 is GD. （Ｂ）if σ_ilx is MD then W_i5 is UK. （Ｃ）if σ_ilx is BG then W_i5 is NG. ここで、SM,MD,BGは、それぞれ前提命題の言語的真理値
で、それぞれ『小さい』、『中位』、『大きい』を意味
するフアジイ集合であり、また、GD,UK,NGは、それぞれ
結論命題の言語的真理値で、それぞれ『良い』、『判断
できない』、『悪い』を意味するフアジイ集合である。
なお、詳述はしないが、条件命題（P₆→Q₆），（P₇→
Q₇），（P₈→Q₈）も言語的真理値を用いて同様に示すこ
とができる。

また条件命題（P₉→Q₉）は、フアジイ推論に関連する言
語的真理値を用いると、以下のように書き表わせる。

（Ａ）if ΔRS_ilx is NB then W_i9 is NG. （Ｂ）if ΔRS_ilx is NS then W_i9 is UK. （Ｃ）if ΔRS_ilx is ZE then W_i9 is GD. （Ｄ）if ΔRS_ilx is PS then W_i9 is UK. （Ｅ）if ΔRS_ilx is PB then W_i9 is NG. ここで、NB,NS,ZE,PS,PBは、それぞれ前提命題の言語的
真理値で、それぞれ『負で大きい』、『負で小さい』、
『ゼロ』、『正で小さい』、『正で大きい』を意味する
フアジイ集合であり、また、GD,UK,NGは、それぞれ結論
命題の言語的真理値で、それぞれ『良い』、『判断でき
ない』、『悪い』を意味するフアジイ集合である。な
お、詳述はしないが、条件命題（P₁₀→Q₁₀），（P₁₁→Q
₁₁），（P₁₂→Q₁₂），（P₁₃→Q₁₃），（P₁₄→Q₁₄）も言
語的真理値を用いて同様に示すことができる。

これら各条件命題（P_j→Q_j）の各言語的真理値（SM,MD,
BG）、（NB,NS,ZE,PS,PB）、（GD,UK,NG）のフアジイ集
合は、各条件命題（P_j→Q_j）ごとの経験則に応じてそれ
ぞれ異なった集合として決定され、コンソールCS（第１
図参照）を介して、オペレータにより特徴量抽出装置24
のメモリにメンバーシツプ関数の形で設定される。

また、コンソールCSからのオペレータの指令により、特
徴量抽出装置24は、検出されたｉ番目のサンプルシヨツ
トSS_iの位置ずれ量D_ix,D_iyの確からしさW_ix,W_iyを、ど
の条件命題（P_j→Q_j）を用いて決定するかを選択する。
例えば、確からしさW_ix,W_iyを条件命題（P_j→Q_j）の全
てを用いて決定するか、それともその一部の条件命題を
用いて決定するかを選択する。これらの選択は、事前に
オペレータによって行われるが、それらの選択は、ウエ
ハWF上のサンプルシヨツトSS_iの位置、マーク形状、塗
布されているレジストの種類及び状態等に応じて、サン
プルシヨツトSS_iごと、ウエハWFごと、もしくは、同一
処理されるウエハWFのロツトごとに異ならせても良い。

次に、特徴量抽出装置24の確からしさW_ix,W_iyの決定方
法を、上述の各条件命題（P_j→Q_j）を全て用いる場合を
例にとって説明する。ここで、検出されたｉ番目のサン
プルシヨツトSS_iの位置ずれ量D_ix,D_iyの確からしさW_ix,
W_iy（確定値：フアジイ数でないクリスプ値）の結論命
題を、それぞれQ_ix,Q_iy（フアジイ集合）とすると、特
徴量抽出装置24は、サンプルシヨツトSS_iごとに、 （P₁ VP₂ VP₅ VP₆ VP₉ VP₁₀ VP₁₃ VP₁₄）→Q_ix （P₃ VP₄ VP₇ VP₈ VP₁₁ VP₁₂ VP₁₃ VP₁₄）→Q_iy 即ち、 Q_ix＝（Q₁ VQ₂ VQ₅ VQ₆ VQ₉ VQ₁₀ VQ₁₃ VQ₁₄） Q_iy＝（Q₃ VQ₄ VQ₇ VQ₈ VQ₁₁ VQ₁₂ VQ₁₃ VQ₁₄） とするようなＶ演算に基づいたフアジイ推論を行う。フ
アジイ集合におけるＶ演算は、MAX演算（２数a,bの内、
ａ＞ｂならMAX｛a,b｝＝ａ）を示すから、上述の式は、 Q_ix＝MAX（Q₁ Q₂ Q₅ Q₆ Q₉ Q₁₀ Q₁₃ Q₁₄） Q_iy＝MAX（Q₃ Q₄ Q₇ Q₈ Q₁₁ Q₁₂ Q₁₃ Q₁₄） と書き直される。この後、特徴量抽出装置24は、フアジ
イ集合Q_ix,Q_iyを確からしさW_ix,W_iyの確定値に定量化す
る、定量化は、フアジイ集合Q_ix,Q_iyのメンバーシツプ
関数の重心を計算することによって求める。

即ち、Q_ixを座標qx上の値とし、メンバーシツプ関数
を、 Q_ix＝ｆ（qx） として で求め、同様に、Q_iyを座標qy上の値とし、メンバーシ
ツプ関数を、 Q_iy＝ｆ（qy） として、 で求める。そして、特徴量抽出装置24は、確からしさW
_ix,W_iyの確定値を特徴量として出力する。

尚、特徴量抽出装置24は、確からしさW_ix,W_iyの確定値
が所定の設定値に対して極めて小さく、有意ではない時
には、その値の代わりにゼロを出力し、その確からしさ
に対応する位置ずれ量D_ix,D_iyが、後述する補正格子の
作成に影響を全く与えないようにする。即ち、補正格子
を決定する際の演算において、所謂異常値ハネの処置を
可能にするように、確からしさW_ix,W_iyを決定する。し
かし、これも、事前のオペレータによるコンソールCSか
らの指令により、そうしないように変更することもでき
る。また、該設定値を変更することもできる。

次に、このような本実施の位置合せの手順を第４図に示
すフローチヤートを用いて説明する。

ステツプS01:レチクルRTを不図示の搬送ハンド機構によ
ってレチクルステージRS上に送り込み、真空吸着によっ
てレチクルステージRS上に固定する、この後、対物ミラ
ーAML,AMRを投影レンズLNに対して位置関係が予め定め
られているレチクルセツテイングマークRSML,RSMRの真
上に移動させ、レチクルセツテイングマークRSML,RSMR
とレチクルRTに形成されているレチクルアライメントマ
ークRAML,RAMRの重ね合せ像を撮像装置CMで撮像する。
コントロールユニツトCUは撮像装置CMからの画像データ
を処理して、両者の位置ずれ量、即ち投影レンズLNに対
するレチクルRTの位置ずれ量を算出し、この位置ずれ量
がゼロ（＝０）となるようにレチクルステージRSのX,Y,
θ方向の移動を制御する。これにより、レチクルRTは投
影レンズLNに対して所定の位置関係にアライメントされ
る。

ステツプS02:ウエハWFを不図示の搬送ハンド機構によっ
てウエハステージWS上に送り込み、真空吸着によりウエ
ハステージWS上に固定する。ウエハは事前にプリアライ
メントされているので、ウエハステージWSに送り込まれ
た際、その表面のシヨツトSHの配列は概略XY座標上のX,
Y方向と平行になっていると共に、その中心は概略ウエ
ハステージWSの中心と一致している。また各シヨツトSH
の設計上の配列データや、ウエハアライメントマークWA
ML,WAMRの位置データは予めコンソールCSからコントロ
ールユニツトCUのメモリに設定されている。このため、
コントロールユニツトCUがレーザ干渉形IFX,IFYを介し
て計測されるXYステージXYSのX,Y方向の位置データに基
づいてXYステージXYSのX,Y方向の移動を制御することに
より、ウエハWF上の各シヨツトSHを投影レンズLNの下方
に、また、ウエハアライメントマークWAML,WAMRをオフ
アクシススコープOSの下方に、それぞれ概略的に位置さ
せることが可能となっている。

次に述べるステツプS03,S04は、ウエハWF全体の比較的
低い精度の位置合せである。これは、後述するステツプ
S05〜ステツプS12の高精度な位置合せ計測のための予備
的なものであり、上述のプリアライメントで充分な精度
がでているのであれば、特に行う必要はない。しかし、
一般的には必要である。

ステツプS03:先ず、ウエハWF上のウエハアライメントマ
ークWAMLがオフアクシススコープOSの真下に来るよう
に、コントロールユニツトCUは干渉計IFX,IFYによるXY
ステージXYSの計測位置データとウエハアライメントマ
ークWAMLの設計上の位置データに基づいて、XYステージ
XYSのX,Y方向の移動を制御する。この後、オフアクシス
スコープOSを介してウエハアライメントマークWAMLを撮
像する。この撮像されたウエハアライメントマークWAML
の位置は、ウエハステージWSに対するウエハWFの置き方
が不正確な分だけ、オフアクシススコープOSの撮像画面
の中心からずれる。このずれ量をコントロールユニツト
CUはオフアクシススコープOSからの画像データから算出
し、そのメモリに記録する。

もう一方のウエハアライメントマークWAMRも同様に、XY
ステージXYSの移動によりオフアクシススコープOSの真
下に位置された後、オフアクシススコープOSを介して撮
像され、その際の位置ずれ量がコントロールユニツトCU
で算出され、記録される。

ステツプS04:ステツプS03で計測したウエハアライメン
トマークWAML,WAMRの各位置ずれ量からウエハWFの設計
上の位置からのX,Y,θ各方向のずれ量を計算し、θ方向
のずれ量はウエハステージWSをθ方向に回転して補正す
る。Ｘ方向のずれ量はシフト成分変数S_x、Ｙ方向のずれ
量はシフト成分変数S_yとして記録しておく。また、この
時点で、X,Y各方向の倍率成分変数β_x,β_ｙと回転成分
変数θ_x,θ_ｙを全てゼロ（＝０）に初期化する。

これら変数S_x,S_y,β_x,β_y,θ_x,θ_ｙは、後述するステツ
プS07,S09で、各シヨツトSHの設計上の配列データに対
する補正値（補正格子）を決定するために使用され、以
降では、ベクトルA,Sの各成分として、 と、まとめた形でも使用できる。

ステツプS05〜ステツプS08,ステツプS09〜ステツプS12
は、本発明の中心となる位置合せ方法を示す部分であ
る。ステツプS05〜ステツプS08とステツプS09〜ステツ
プS12は、ほとんど同等の処理であるが、ステツプS05〜
ステツプS08は、計測対象とするサンプルシヨツトの数
を少なくし、例えば第３図の予備サンプルシヨツトSS1,
SS3,SS5,SS7の４つとし、あまり時間をかけずに中程度
の位置合せ精度を得るものである。またステツプS09〜
ステツプS12は、計測対象とするサンプルシヨツトの数
を増やし、例えば第３図の主サンプルシヨツトSS1〜SS8
の８つとし、高い位置合せ精度を得るものである。この
ように、位置合せ動作を段階的に繰り返すのは、ずれ量
計測の精度は、ずれ量が大きい場合に、あまり良くない
傾向があるので、ずれ量を段階的にゼロ（＝０）近辺に
追い込んだ方が精度が高くなると考えられるからであ
る。

ステツプS05:第15図に示すフローチヤートに基づいて、
第３図の予備サンプルシヨツトSS1,SS3,SS5,SS7の位置
ずれ量を計測する。以下、この動作を第15図を用いて説
明する。

ステツプS101:変数ｉ（ｉ＝１〜n:nは予備サンプルシヨ
ツト数）を１にする。ｉは何番目のサンプルシヨツトで
あるかを表わす変数で、以下の説明でも、各サンプルシ
ヨツトごとに異なるデータを表わす場合のサフイクスと
して使用される。

ステツプS102:XY座標において、ｉ番目のサンプルシヨ
ツトの設計上の位置を示すベクトルP_i（第16図参照）
を、 とし、前述のステツプS04で求めたベクトルA,Sにより、
計測位置を示すベクトルq_i（第16図参照）を、 q_i＝P_i＋AP_i＋Ｓ で求め、計測位置q_iに基づいてXYステージXYSのX,Y方向
の移動を制御する。即ち、投影レンズLNの光軸位置を原
点ＯとするXY座標においてq_iで示される位置が投影レン
ズLNの光軸位置となるようにXYステージXYSを移動す
る。この移動によりｉ番目のサンプルシヨツトが、設計
位置P_iに移動した場合よりもより小さい誤差で、ずれ量
計測位置にくる。なお、設計位置P_iは、前述したよう
に、予めコンソールCSからコントロールユニツトCUに入
力されている。

ステツプS103:ウエハWF上のｉ番目のサンプルシヨツト
のウエハマークWML_x,WML_y,WMR_x,WMR_yとレチクルRT上の
レチクルマークRML_x,RML_y,RMR_x,RMR_yのそれぞれの重ね
合せ像（第４図参照）を撮像装置CMで撮像し、この際の
撮像装置CMからの画像データをコントロールユニツトCU
で処理することにより、ｉ番目のサンプルシヨツトの各
種データを算出する。即ち、前述したように、第２図に
示す位置検出装置23が位置ずれ量D_ilx,D_ily,D_irx,D_iry
を算出し、特徴量抽出装置24がピークマツチ度P_ilx,P
_ily,P_irx,P_iryと、計測値の分散のσ_ilx,σ_ily,σ_irx,
σ_iryと、レチクルマーク偏差ΔRS_ilx,ΔRS_ily,ΔR
S_irx,ΔRS_iryと、シヨツト倍率偏差ΔMag_iと、シヨツト
回転角偏差Δθ_ｉを算出する。

本来、ウエハWF上のシヨツトSHの位置が設計値P_i通りで
あり、ステツプS03,S04で示されるウエハアライメント
が理想的に正確であれば、この時点で計測対象となった
サンプルシヨツトのウエハマークWML_x,WML_y,WMR_x,WMR_y
とレチクルマークRML_x,RML_y,RMR_x,RMR_yは正確に所定の
位置関係で、それぞれ重なるはずだが、実際にはウエハ
WFの変形や、ウエハアライメントの残差等によりずれが
生じる。

ステツプS104:ステツプS103で求めたｉ番目のサンプル
シヨツトに関する各種のデータを、後述のステツプS06,
S07（または、ステツプS10,S11）で参照するため、以下
のような変数に記録する。

位置ずれ量： D_ilx＝D_lx,D_ily＝D_ly, D_irx＝D_rx,D_iry＝D_ry レチクルマーク間隔： RS_ilx＝RS_lx,RS_ily＝RS_ly, RS_irx＝RS_rx,RS_iry＝RS_ry ピークマツチ度： P_ilx＝P_lx,P_ily＝P_ly, P_irx＝P_rx,P_iry＝P_ry 計測値の分散： σ_ilx＝σ_lx,σ_ily＝σ_ly, σ_irx＝σ_rx,σ_iry＝σ_ry シヨツト倍率偏差： ΔMag_i＝ΔMag シヨツト回転角偏差： Δθ_ｉ＝Δθ また、ｉ番目のサンプルシヨツトの中心位置ずれ量をベ
クトルm_i（第16図参照）、計測されたシヨツト位置をベ
クトルt_i（第16図参照）として、 中心ずれ量： 計測されたシヨツト位置： t_i＝q_i＋m_i ステツプS105:次のサンプルシヨツト計測のためｉを１
増やす。

ステツプS106:全サンプルシヨツト（ステツプS05では、
第３図に示す予備サンプルシヨツト数:n＝４）SSiの計
測が終了するまで、ステツプS102〜ステツプS105を、XY
ステージXYSを前述の計測位置q_iに基づいて、X,Y方向に
移動しながら繰り返す。ステツプS05では、この計測を
４回繰り返した後、第14図のステツプS06に進む。

ステツプS06:ここで、特徴量抽出装置24は、ステツプS0
5で求められた各種のデータを用いて、各サンプルシヨ
ツトの中心位置ずれ量D_ix,D_iyのそれぞれの確からしさW
_ix,W_iyをフアジイ推論によって決定する。この決定方法
は前述した通りであるので、ここではその説明を繰り返
さない。

ステツプS07:コントロールユニツトCUは、このように確
からしさW_ix,W_iyが求まった後、第16図に示す補正位置
_ｉを決定するために、即ち、レチクルRT上のパターン
PTをウエハWF上の各シヨツトSHにステツプアンドリピー
トで焼付ける際にXYステージXYSの移動を制御する位置
を決定するために、計測された各サンプルシヨツトの位
置t_i,設計上のサンプルシヨツト位置P_iを用いて、新た
に、 を求める。この補正値A,Sを求める方法としては種々の
方法が考えられるが、本実施例では、補正位置_ｉを線
形関数で近似することを前提として、 q_i＝P_i＋AP_i＋Ｓ とし、補正位置_ｉで補正した場合の計測位置t_iに対す
る残差r_i（第16図参照）を、 として、確からしさW_ix,W_iyでそれぞれ重み付けされた
残差r_ix,r_iyの２乗の総和が最小となるように、補正値
A,Sを決定している。確からしさW_ix,W_iyの意味合いは、
前述した通りであり、補正位置（補正格子）_ｉに信頼
度の高い計測位置t_iほど強い影響を与えられるようにす
るためである。、前述した如く、計測位置（位置ずれ
量）t_iの中には、マーク形状、レジストの塗布状況、ウ
エハWFの伸縮等の理由により、計測誤差が必ず含まれて
いる。また、その誤差も各サンプルシヨツトごとに異な
っている。従って、単に残差r_iの２乗の総和を最小とす
るように補正位置_ｉ、即ち補正値A,Sを決定したので
は、各計測位置t_i内に含まれるランダムな計測誤差の分
だけ、ある程度の計測誤差は最小２乗法によって打消さ
れるにしても、補正位置_ｉの確からしさは低下する。

このため、コントロールユニットCUは、評価値Ｖを、確
からしさW_ix,W_iyを重み付けして、 と定義し、この値Ｖが最小となるように補正値A,Sを決
定する。即ち、 ∇Ｖ＝Ｏ となる。β_x,β_y,θ_x,θ_y,S_x,S_yを求める。

ここで、サンプルシヨツトの設計位置P_iからのずれを、 とすると、 r_i＝AP_i＋Ｓ−d_i （各ベクトルの関係は第16図を参照） となるので、前述の評価値Ｖは、 と書き直される。ただし、 である。

従って、∇Ｖ＝Ｏは、 となり、これを解いて β_ｘ＝{D_xxx(C_xyyC_ｘ−C_xy ²)＋D_xxy(C_xyC_xx−C_xxyC_ｘ) ＋D_xx(C_xxyC_xy−C_xyyC_xx)}/det_ｘ β_ｙ＝{D_yyy(C_yxxC_ｙ−C_yx ²)＋D_yyx(C_yxC_yy−C_yyxC_ｙ) ＋D_yy(C_yyxC_yx−C_yxxC_yy)}/det_ｙ θ_ｘ＝{D_yyx(C_yyyC_ｙ−C_yy ²)＋D_yyy(C_yxC_yy−C_yyxC_ｙ) ＋D_yy(C_yyxC_yy−C_yyyC_yx)}/det_ｙ θ_ｙ＝{D_xxy(C_xxxC_ｘ−C_xx ²)＋D_xxx(C_xyC_xx−C_xxyC_ｘ) ＋D_xx(C_xxyC_xx−C_xxxC_xy)}/det_ｘ S_x＝｛D_xx−C_xxβ_ｘ−C_xyθ_ｙ｝/C_x S_y＝｛D_yy−C_yyβ_ｙ−C_yxθ_ｘ｝/C_y となる。ただし、 det_x＝C_xxxC_xyyC_x＋2C_xxyC_xxC_xy−C_xxxC_xy ² −C_xyyC_xx ²−C_xC_xxy ² det_y＝C_yyyC_yxxC_y＋2C_yyxC_yyC_yx−C_yyyC_yx ² −C_yxxC_yy ²−C_yC_yyx ² である。以上で補正値A,Sが求まり、後にステツプS09で
サンプルシヨツト計測位置q_iを再度計算するときは、こ
のA,Sを使用する。

次に、コントロールユニツトCUはチツプローテイシヨン
を補正するためのレクチルステージRSの回転駆動量θ_ｃ
を求める。これはチツプローテイシヨン量θ_ｉをウエハ
マークスパンMS（第３図参照）を用いて、 θ_ｉ＝（D_iry−D_ily）/MS で表わし、Ｙ方向の確からしさW_iyを考慮することによ
って、 と求める。

ステツプS08:ステツプS07で求めた回転駆動量θ_ｃだけ
レクチルステージRSをθ方向に回転させ、チツプローテ
イシヨンを合わせる。

次にサンプルシヨツトを第３図に示す主サンプルシヨツ
トSS1〜SS8の８つに増やし、ステツプS05〜ステツプS08
と同様なステツプS09〜ステツプS12を行う。ステツプS0
9〜ステツプS12は、サンプルシヨツト数ｎが増えただけ
で、基本的にはステツプS05〜ステツプS08の対応するも
のと全く同じなので、以下簡単に説明する。

ステツプS09:XYステージXYSを計測位置q_iを用いて移動
することにより、主サンプルシヨツトSSi（ｉ＝１〜
８）の位置ずれ量を計測する。この時の計測位置q_iは、
前述のステツプS07で求められた補正値A,Sと設計位置P_i
を用いて決定される。尚、このステツプにおいては、計
測対象となっているサンプルシヨツトSSi（ｉ＝１〜
８）のうち、サンプルシヨツトSS1,SS3,SS5,SS7は先の
ステツプS05で一度その位置ずれ量が計測されているの
で、新たな計測を行うことなく、先に計測した位置ずれ
量をそのまま使用する様にしても良い。

ステツプS10:特徴量抽出装置24が計測した各サンプルシ
ヨツトの位置ずれ量に対する確からしさW_ix,W_iyを求め
る。

ステツプS11:計測された８つのサンプルシヨツトの位置
ずれ量と確からしさから、補正位置（補正格子）_ｉを
決定するための補正値A,Sを決定すると共に、レチクル
ステージRSの回転駆動量θ_ｃを求める。

ステツプS12:ステツプS11で求めた回転駆動量θ_ｃだけ
レクチルステージRSをθ方向に回転する。

以上で、ウエハFW上の各シヨツトSHの補正位置（補正格
子）_ｉの決定が終了し、以降この補正格子（補正座
標）に基づいてXYステージXYSをステツプ移動しなが
ら、各シヨツトSHにレチクルRTに形成されているパター
ンPTを焼付ける。

ステツプS13:補正位置_ｉを、ステツプS11で求めた補
正値A,Sと設計位置P_iから_ｉ ＝P_i＋AP_i＋Ｓ と決定し、この位置_ｉに基づいてXYステージXYSの移
動を制御して、ｉ番目のシヨツトSHを投影レンズLNの真
下に位置させる。次に、シヤツターSHTを開けて、露光
光源ILからの焼付光による露光を開始し、撮影レンズLN
を介してレチクルRT上のパターンをｉ番目のシヨツトSH
に焼付ける、露光量が一定値（この値は予めコンソール
CSからコントロールユニツトに入力されている）に達し
たら、シヤツターSHTを閉じて、ｉ番目のシヨツトSHの
露光を終了させる。ウエハWF上の全シヨツトの露光が終
了するまで、補正位置_ｉに基づいたXYステージXYSの
移動と露光を繰り返す。

ステツプS14:露光が終了したウエハWFをウエハステージ
WSから不図示の搬送ハンド機構によって取り出し、不図
示のウエハキヤリアへ収納する。

ステツプS15:処理すべき全ウエハの露光が終了するま
で、ステツプS02〜ステツプS15を繰り返す。

以上で、本発明の位置合せ動作が終了する。

〔他の実施例〕

前述した実施例では、レチクルRT上に形成されているレ
チクルマークRML,RMRと、ウエハWF上に形成されている
ウエハマークWML,WMRを用いて、レチクルRTに対する各
シヨツトSHの位置ずれ量を検出することを前提として本
発明を説明したが、本発明は各シヨツトの位置を他の方
法により計測する場合にも適用できる。

第17図はウエハWF上の各シヨツトの位置を計測する他の
システムを有するステツプアンドリピートタイプの露光
装置を示す図で、この図において、光源LSからのレーザ
光はビームスプリツタBSで２つの光路に分割された後、
レチクルステージRSと投影レンズLNの間に配置されてい
る対物ミラーM_x,M_yのそれぞれから投影レンズLNに入射
され、ウエハWF上のウエハマークWM_x,WM_yを照明してい
る。また、撮像装置CM_xはウエハマークWM_xの像を投影レ
ンズLN、対物ミラーM_x、ハーフミラーHM_xを介して撮像
し、撮像装置CM_yはウエハマークWM_yの像を投影レンズL
N、対物ミラーM_y、ハーフミラーHM_yを介して撮像してい
る。この例では、ウエハマークWM_x,WM_yの位置ずれ量
は、撮像装置CM_x,CM_yに関連して設定される基準位置、
例えば撮像装置CM_x,CM_yの撮像画面の中心に対して検出
される。

この例でも、上述の基準位置とレチクルステージRSに保
持されているレチクルRTの位置関係を、充分な精度で既
知の値に保持しておけば、本発明を同様に適用できる。
また、前述の実施例では、各シヨツトの位置ずれ量を検
出し、この値と各シヨツトの設計上の位置P_iから各シヨ
ツトの計測位置t_iを決定しているが、これは、例えばレ
ーザ干渉計IFX,IFYの計測値から直接決定するようにし
ても良い。この場合には、撮像装置CMの画像出力からレ
チクルマークとウエハマークが所定の位置関係になった
と検出された時のレーザ干渉計IFX,IFYの計測値から、
各シヨツトSHの計測位置を決定するようにすれば良い。
また、第17図の例では、撮像装置CM_x,CM_yの画像出力か
らウエハマークが上述の基準位置に一致したと検出され
た時のレーザ干渉計IFX,IFYの計測値から決定すれば良
い。

また、前述の実施例では、各マークを撮像装置を用いて
検出する例を示したが、本発明は例えば前述の特開昭63
−232321号公報に示されるようなフオトデイテクターを
用いたシステムにも適用できる。この場合には、フオト
デイテクターから出力されるマーク信号の波形を評価量
として、確からしさW_ix,W_iyを求めれば良い。更に、ウ
エハマークを用いた各シヨツトSHの位置の計測は、投影
レンズLNを介することなく、投影レンズLNに対して充分
な精度で位置関係が保持されている他の顕微鏡、例えば
オフアクシススコープOSを用いて行うようにしても良
い。この場合には、例えば特開昭61−114529号公報に示
されるような所謂潜像アライメントにも本発明を適用で
きる。

また、前述の実施例では、確からしさW_ix,W_iyの決定を
フアジイ推論によって行っているが、これは他のより一
般的な方法により決定してもよい。例えば、条件命題
（P_i→Q_i）を、 Q_i＝f_i（P_i） ただしｉ＝１〜ｎ と定義し、ｎ個の各条件命題の係数がそれぞれa₁〜a_nで
あると多変量解析等の手法によって求めれば、線形加法
結合または線形乗法結合等により、前述の各種データか
ら確からしさW_ix,W_iyを決定することができる。

線形加法結合の場合には、確からしさW_ixを決定するた
めの条件命題（P_i→Q_i）の係数をa_i（ｉ＝１〜ｎ）、条
件命題（P_i→Q_i）は、 Q_i＝f_i（P_i） で示されるとして、確からしさW_ixを、 W_ix＝a₁・f₁＋a₂・f₂＋…＋a_i・f_i ＋…＋a_n・f_n で求め、確からしさW_iyを決定するための条件命題（P_i
→Q_i）の係数をb_i（ｉ＝１〜ｍ）、条件命題（P_i→Q_i）
は、 Q_i＝g_i（P_i） で示されるとして、確からしさW_iyを、 W_iy＝b₁・g₁＋b₂・g₂＋…＋b_i・g_i ＋…＋b_m・g_m で求めれば良い。

線形乗法結合の場合には、同様に、 W_ix＝a₁・f₁・a₂・f₂・…・a_i・f_i ・…・a_n・f_n W_iy＝b₁・g₁・b₂・g₂・…・b_i・g_i ・…・b_m・g_m として求めれば良い。また確からしさW_ix,W_iyを決定す
るための条件命題（P_i→Q_i）がそれぞれ１つで良い場合
には、もっと単純に確からしさW_ix,W_iyを決定できる。
即ち、 W_ix＝ｆ（P_i） W_iy＝ｆ（P_i） で決定すれば良い。

また、前述の実施例では、各シヨツトの補正位置_ｉ、
即ち補正座標（補正格子）を決定するための補正値A,S
の算出を、確からしさW_ix,W_iyで重み付けした残差r_ix,r
_iyの２乗の総和が最小となるように決定しているが、こ
れは確からしさW_ix,W_iyで重み付けした残差r_ix,r_iyの絶
対値の総和が最小となるように決定しても良い。即ち、
評価量E_absを、 と定義し、このE_absを最小とするような を求めるようにしても良い。

ところで関数E_absは、特異点を持つ為、微分が不可能で
ある。その為、前述の実施例のステツプS07で説明した
ような解析的手法はうまく定義できない。従ってこの場
合には、E_absを６次元パラメータ空間（β_x,β_y,θ_x,θ
_y,S_x,S_y）上に定義された関数と見て、６次元空間上の
ベクトルΦ≡（β_x,β_y,θ_x,θ_y,S_x,S_y）を試行錯誤的
に振り、E_absを最小とするようなΦ_solvを決定する。

このΦ_solvの決定方法の基本的な考え方を以下に示す。
議論を簡単にする為に前出のΦを Φ≡（φ₁,φ₂,φ₃,φ₄,φ₅,φ_６） ≡（β_x,β_y,θ_x,θ_y,S_x,S_y） と定義し、評価関数E_abs＝E_abs（Φ）とする。更に、Φ
ではられる空間の単位ベクトルをε_μ（μ＝1,2,3,4,5,
6）とする。ここで例えば、β_ｘε_１≡（β_x,0,0,0,0,
0）である。

まず、初期値としてΦ₀ ⁰を与える。ベクトルΦ₀ ⁰をφ_１
軸方向（β_ｘ方向）に だけ変化させ、 が最小となる をδ₁ ⁰とし、ベクトル値Φ₀ ⁰をベクトル値Φ₁ ⁰とする。
ただし、Φ₁ ⁰＝Φ₀ ⁰＋δ₁ ⁰ε_１である。次に について を変化させ、最小とするベクトル値を同様にΦ₂ ⁰とす
る。このように、各φ_ｕについて順に関数E_absを最小と
するΦ_u ⁰を決定し、φ_６軸方向について決定したΦ₆ ⁰を
Φ₁ ⁰（≡Φ₁ ⁰）と再定義する。ここで再びφ_１軸を振
り、 を最小とするベクトル値をΦ₁ ¹とする。このようにして を最小とするベクトル値Φ_u ¹（μ＝１〜6,1＝0,1,2,
…）を順に決定する。但し、Φ₀ ¹≡Φ_6-1 ¹である。

実際の計算では、 の精度を充分粗くして置き、又、 はサフイツクス１を上げる程、精度を高くするようにす
る。最終的に、 の精度が必要以上となったところで求まるΦ₆ ¹解Φ_solV
とする。

次に、この決定方法を第18図のフローチヤートに沿って
説明する。ステツプS201では、上記１を増やす際上げる
精度の度合を示し、かつ６次元ベクトルΦを振る度合も
示すパラメータｍと の粗さをしめすδ_ｕの初期値を与える。ステツプS202で
は、６次元ベクトルΦの初期値を決定する。初期値は、
計算を合理的に行う為、解近傍であることが望ましい。
その為、初期値の決定は、例えばステツプS202内に示す
式を用いて行われる。式内の変数は、ステツプS202内の
図によって定義されている。その後、上記１の変化に相
当するループ内で、より精度の高いΦ₆ ¹を求め、精度が
十分であればステツプS204の判定で外へ出、ステツプS2
10へ進む。このループのうちステツプS205〜ステツプS2
08のループは、上記μについてのループである。上記Φ
₆ ¹が求まったところで、精度を上げ、Φ₀ ¹⁺¹＝Φ₆ ¹とす
るところがステツプS209である。このようにして求めた
Φ_solVの各成分を補正値A,Sとする。

更に、他の実施例の説明を続ける。

前述の実施例では、補正位置_ｉを線形関数で近似して
いるが、これは非線形関数で近似するようにしても良
い。例えば、ある種のミラープロジエクシヨンアライナ
ーで露光したウエハ上の各シヨツト配列は、例えば特開
昭59−27525号公報に示されるように、一定の非線形な
関数で近似することができることが知られている。従っ
て、このようなウエハに対して、本発明の位置合せ方法
を行う場合には、前述した線形関数の代りに該公報に示
されるよな非線形関数を用いれば、より位置合せ精度の
向上が期待できる。なお、シヨツト配列が非線形な場合
には、このような非線形関数での近似の外に、ウエハ上
を複数のゾーンに分け、各ゾーンごとに前述の実施例の
位置合せ法を適用しても良い。

また。前述の実施例では、ステツプS05〜S08とステツプ
S09〜S12で、サンプルシヨツトの数を変えて、補正位置
_ｉを決定するループを２度繰り返しているが、これは
例えばサンプルシヨツトの数を最小から大くして１回の
ループで、ステツプS13のための補正位置_ｉを決定す
るようにしても良いし、又は、更にサンプルシヨツト数
を変えて該ループを３度以上繰り返すようにしても良
い。また、サンプルシヨツト数も、ステツプS05では４
つ、ステツプS09では８つとしたが、これもこの数に限
定されるものではなく任意である。当然、サンプルシヨ
ツトのウエハ上の位置も、第３図に示す位置に限定され
るものではなく任意である。これらは、コンソールCSか
らの入力によって任意に設定される。

更に、前述の実施例では、本発明のステツプアンドリピ
ートタイプの半導体露光装置に適用した例を示したが、
本発明はこれ以外の装置にも適用できる。例えば、半導
体ウエハ等の基板に電子ビーム、レーザービーム等で直
接パターンをシヨツトごとに描画する装置や、半導体ウ
エハ上の各チツプパターンの特性をチツプごとに検査す
るために用いられる所謂ウエハプローバ等にも適用でき
る。更に、また、本発明は半導体製造分野以外の装置に
も適用できる。要するに、ステツプアンドリピートで物
体を移動することにより、物体上の複数の領域を処理す
る装置であれば、どのような種類の装置にも適用でき
る。

〔発明の効果〕

上述した如く、本発明によれば、被処理基板上の複数の
領域のそれぞれを処理する際、前記基板上の各領域を順
に基板ステージのステツプ移動によって処理位置に送り
込むことによりアライメントする位置合せ方法におい
て、前記基板上の各領域を順に処理するために前記基板
を前記基板ステージによりステツプ移動する際に前記基
板ステージの移動を制御するために少なくとも利用され
る補正位置データを、信頼度が高いと思われる計測位置
データがより強い影響を与えるようにして決定すること
ができる。このため本発明によれば、このような位置合
せ方法において、基板上の各領域をより高精度にアライ
メントすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わるステツプアンドリピートタイプ
の半導体製造用露光装置の一実施例を示す図、第２図は
本実施例のコントロールユニツトを詳細に示す図、第３
図は本実施例に適用されるウエハを示す図、第４図は撮
像装置の画面上に結像された各マークの状態を示す図、
第５図は理想的なマークの画像に関連するマーク信号を
示す図、第６図はマーク信号に対するテンプレートとそ
の際のテンプレートマツチ度を示す図、第７図はマーク
にノイズがある場合のマーク信号とその際のテンプレー
トマツチ度を示す図、第８図はマーク上でレジストの塗
布ムラがある場合のマーク信号とその際のテンプレート
マツチ度を示す図、第９図はエツジのテーパ角が非対称
な場合のマーク信号とその際のテンプレートマツチ度を
示す図、第10図はマークが変形している場合のマーク信
号を示す図、第11図はマーク照明光の強度が弱い場合の
マーク信号を示す図、第12図は理想的なマーク計測と、
第10図、第11図のそれぞれの場合の計測値の分散を示す
図、第13図はマークが回転している場合の計測位置ずれ
量の変化の状態を示す図、第14図は本実施例の位置合せ
手順を示すフローチヤート、第15図は第13図のフローチ
ヤートの要部を詳細に示す図、第16図は本実施例の説明
で使用される位置ベクトルの関係を示す図、第17図はス
テツプアンドリピートタイプの半導体製造用露光装置の
他の実施例を示す図、第18図は位置合せ手順の他の例を
示すフローチヤートである。 〔図面の主要な部分の符号の説明〕 XYS……XYステージ WS……ウエハステージ WF……ウエハ LN……縮小投影レンズ RS……レクチルステージ RT……レクチル SHT……シヤツター IL……露光光源 CU……コントロールユニツト CS……コンソール LS……レーザ光源 CM……カメラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 浩 神奈川県川崎市中原区今井上町53番地 キ ヤノン株式会社小杉事業所内 (72)発明者 高倉 伸 神奈川県川崎市中原区今井上町53番地 キ ヤノン株式会社小杉事業所内 (72)発明者 金子 芳雄 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−133566（ＪＰ，Ａ)

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被処理基板上の複数の領域のそれぞれを処
   理する際、前記基板上の各領域を順に基板ステージのス
   テツプ移動によって処理位置に送り込むことによりアラ
   イメントする位置合せ方法において、 （ａ）前記基板上の各領域の中から選ばれた複数のサン
   プル領域の設計上の位置を示す設計位置データを利用し
   て前記基板ステージにより前記基板を移動させ、前記基
   板上のサンプル領域のそれぞれに設けられているアライ
   メントマークをアライメントマーク検出器で各サンプル
   領域ごとに検出し、この検出により前記基板ステージで
   前記基板を前記設計位置データを利用して移動させた際
   の前記基板上のサンプル領域のそれぞれの位置または位
   置誤差を計測位置データとして計測し、 （ｂ）前記基板上のサンプル領域ごとに求められた前記
   計測位置データに対する重み付け値を前記計測位置デー
   タの信頼度に応じてサンプル領域ごとに決定し、 （ｃ）サンプル領域ごとの前記重み付け値で重み付けら
   れるサンプル領域ごとの前記計測位置データのそれぞれ
   を用いて統計演算を行い、この統計演算の結果を利用し
   て前記基板上のサンプル領域も含む前記基板上の各領域
   の少なくとも一つに対する補正位置データをこの補正位
   置データを利用して前記基板を前記基板ステージにより
   移動させた際に前記基板上の前記少なくとも一つの領域
   が前記処理位置に対してアライメントされるように決定
   し、 （ｄ）前記基板上の各領域を順に処理するために前記基
   板を前記基板ステージによりステツプ移動する際に前記
   基板ステージの移動を前記補正位置データを少なくとも
   利用して制御することを特徴とする位置合せ方法。
2. 【請求項２】前記信頼度は前記アライメントマークの検
   出出力を利用して決定されることを特徴とする請求項１
   に記載の位置合せ方法。
3. 【請求項３】前記信頼度はフアジイ推論を利用して決定
   されることを特徴とする請求項１に記載の位置合せ方
   法。
4. 【請求項４】前記統計演算は最小自乗法と最小絶対値法
   の一方に基づくものであることを特徴とする請求項１に
   記載の位置合せ方法。
5. 【請求項５】前記重み付け値は前記計測位置データの信
   頼度が設定値より低いとき零とされることを特徴とする
   請求項１記載の位置合せ方法。
6. 【請求項６】前記アライメントマーク検出器はアライメ
   ントマーク画像を撮像により得るものであることを特徴
   とする請求項１に記載の位置合せ方法。
7. 【請求項７】前記アライメントマーク画像に対しては複
   数のウインドウが設定され、前記重み付け値は前記ウイ
   ンドウごとの画像信号を利用して求められるマーク位置
   の分散を利用して決定されることを特徴とする請求項６
   に記載の位置合せ方法。
8. 【請求項８】前記アライメントマーク画像はテンプレー
   トマッチングにより処理され、前記重み付け値はテンプ
   レートマッチングを行なった際のピークマッチ度を利用
   して決定されることを特徴とする請求項６に記載の位置
   合せ方法。
9. 【請求項９】前記アライメントマーク画像を利用して前
   記アライメントマークの形状が判断され、前記重み付け
   値は前記アライメントマーク形状の判断結果を利用して
   決定されることを特徴とする請求項６に記載の位置合せ
   方法。
10. 【請求項１０】前記アライメントマーク画像を利用して
    前記サンプル領域の回転誤差が求められ、前記重み付け
    値は前記回転誤差を利用して決定されることを特徴とす
    る請求項６に記載の位置合せ方法。
11. 【請求項１１】前記基板には原板に形成されているパタ
    ーンが所定の倍率で投影され、前記アライメントマーク
    画像を利用して投影倍率誤差が求められ、前記重み付け
    値は前記投影倍率誤差を利用して決定されることを特徴
    とする請求項６に記載の位置合せ方法。
12. 【請求項１２】ｉ番目のサンプル領域の前記計測位置デ
    ータと前記補正位置データの残差をX,Y方向のそれぞれ
    に関してR_ix,R_iyとし、ｉ番目のサンプル領域の前記計
    測位置データに対する重み付け値をX,Y方向のそれぞれ
    に関してW_ix,W_iyとする際、｛W_ix×（R_ix）^２＋W_iy×
    （R_iy）^２｝の総和が最小になるように前記補正位置デ
    ータを算出するための関数を決定することを特徴とする
    請求項１に記載の位置合せ方法。
13. 【請求項１３】ｉ番目のサンプル領域の前記計測位置デ
    ータと前記補正位置データの残差をX,Y方向のそれぞれ
    に関してR_ix,R_iyとし、ｉ番目のサンプル領域の前記計
    測位置データに対する重み付け値をX,Y方向のそれぞれ
    に関してW_ix,W_iyとする際、｛W_ix×|R_ix|＋W_iy×|R
    _iy|｝の総和が最小になるように前記補正位置データを
    算出するための関数を決定することを特徴とする請求項
    １に記載の位置合せ方法。