JPH0897123A

JPH0897123A - 位置合わせ方法

Info

Publication number: JPH0897123A
Application number: JP23125194A
Authority: JP
Inventors: Takechika Nishi; 健爾西
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-09-27
Filing date: 1994-09-27
Publication date: 1996-04-12

Abstract

(57)【要約】【目的】ＥＧＡ方式を適用してアライメントを行う際
に、跳びショットの影響を少なくする。【構成】ｎ個（ｎの初期値はＮ）のサンプルショット
の配列座標を計測し、計測結果を処理して非線形誤差成
分の標準偏差の３倍を求め、これを所定の関数で除算し
て評価値Ａ_nを算出する。そのサンプルショット中から
非線形誤差成分の最も大きなサンプルショットを除去し
た（ｎ−１）個のサンプルショットについて、非線形誤
差成分の標準偏差の３倍より評価値Ａ_n-1を求め、以下
順次非線形誤差成分の大きなサンプルショットを除去し
て評価値Ａ_n-2,Ａ_n-3,…を算出する。それら評価値の平
均値〈Ａ_n〉より評価値Ａ_nが大きい範囲で非線形誤差
成分の最も大きなサンプルショットを跳びショットとし
て除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体素子又は
液晶表示素子等をフォトリソグラフィ工程で製造する際
に使用され、レチクル（又はフォトマスク等）のパター
ンを感光材料が塗布されたウエハ（又はガラスプレート
等）上の各ショット領域に転写露光するステッパー等の
露光装置において、統計処理により算出した配列座標に
基づいてウエハ上の各ショット領域を順次露光位置にア
ライメントする場合に適用して好適な位置合わせ方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば半導体素子はウエハ上に多数層の
回路パターンを重ねて露光することにより形成されるの
で、２層目以降の回路パターンをウエハ上に投影露光す
る際には、ウエハ上で既に回路パターンが形成されてい
る各ショット領域とレチクルのパターンとの位置合わ
せ、即ちウエハとレチクルとの位置合わせ（アライメン
ト）を精確に行う必要がある。従来のステッパー等の露
光装置におけるウエハの位置合わせは、次のようなエン
ハンスト・グローバル・アライメント（以下、「ＥＧ
Ａ」という）方式で行われていた（例えば特開昭６１−
４４４２９号公報参照）。

【０００３】即ち、ウエハ上には、ウエハマークと呼ば
れる位置合わせ用のマークがそれぞれ付設された複数の
ショット領域（チップパターン）が形成されており、こ
れらショット領域は、予めウエハ上に設定された配列座
標に基づいて規則的に配列されている。しかしながら、
ウエハ上の複数のショット領域の設計上の配列座標値
（ショット配列）に基づいてウエハをステッピングさせ
ても、以下のような要因により、ウエハが精確に位置合
わせされるとは限らない。

【０００４】(1) ウエハの残存回転誤差（ローテーショ
ンθ） (2) ステージ座標系（又はショット配列）の直交度誤差
ｗ (3) ウエハの線形伸縮（スケーリングＲｘ，Ｒｙ） (4) ウエハ（中心位置）のオフセット（平行移動）Ｏ
ｘ，Ｏｙ

【０００５】この際、これら４個の誤差量（６個のパラ
メータ）に基づくウエハの座標変換は一次変換式で記述
できる。そこで、ウエハマークが付設された複数のショ
ット領域が規則的に配列されたウエハに対し、このウエ
ハ上の座標系（ｘ，ｙ）を静止座標系としてのステージ
上の座標系（Ｘ，Ｙ）に変換する一次変換モデルを、そ
れら６個のパラメータを用いて次のように表現すること
ができる。但し、角度θ及びｗの絶対値が小さいとした
近似を行っている。

【０００６】

【数１】

【０００７】この変換式における６個のパラメータＲ
ｘ，Ｒｙ，θ，ｗ，Ｏｘ，Ｏｙは、以下のようにＥＧＡ
方式により求めることができる。この場合、ウエハ上の
複数の露光対象とするショット領域（チップパターン）
の中から幾つか選び出されたショット領域（以下、「サ
ンプルショット」という）の各々に付随した座標系
（ｘ，ｙ）上の設計上の座標がそれぞれ（ｘ₁，
ｙ₁）、（ｘ₂，ｙ₂）、‥‥、（ｘ_N，ｙ_N）である
ウエハマークに対して所定の基準位置への位置合わせ
（アライメント）を行う。そして、そのときのウエハマ
ークのステージ上の座標系（Ｘ，Ｙ）での実際の座標値
（ＸＭ₁，ＹＭ₁）、（ＸＭ₂，ＹＭ₂）、‥‥、（Ｘ
Ｍ_N，ＹＭ_N）を計測する。

【０００８】また、選び出されたウエハマークの設計上
の配列座標（ｘ_i，ｙ_i）（ｉ＝１，‥‥，Ｎ）を上述
の１次変換モデルに代入して得られる計算上の配列座標
（Ｘ _i，Ｙ_i）とアライメント時に計測された座標（Ｘ
Ｍ_i，ＹＭ_i）との差分（△ｘ_i，△ｙ_i）をアライメ
ント誤差と考える。そして、次式のようにアライメント
誤差の自乗和を残留誤差成分とみなし、この残留誤差成
分を最小にするようにそれら６個のパラメータの値を定
める。

【０００９】

【数２】

【００１０】具体的には、その残留誤差成分を６個のパ
ラメータで順次偏微分し、その値が０となるような方程
式をたて、それら６個の連立方程式を解けば６個のパラ
メータの値が求められる。このように最小自乗法によ
り、（数１）の６個の変換パラメータを求める計算を
「ＥＧＡ計算」と呼ぶ。これ以降は、それらのパラメー
タを係数とした（数１）の一次変換式を用いて計算した
配列座標に基づいて、ウエハの各ショット領域の位置合
わせを行うことができる。

【００１１】例えば図１１（ａ）はウエハ上の８個のサ
ンプルショットＳＡ₁〜ＳＡ₈、及びこれらサンプルシ
ョットにおけるアライメント誤差のベクトルＶ₁〜Ｖ₈
の一例を示し、各ベクトルＶ₁〜Ｖ₈は、それぞれ計測
された座標から設計上の座標を差し引いて得られるベク
トルである。また、図１１（ｂ）は、サンプルショット
の計測数、アライメント誤差のＸ成分、及びＹ成分の平
均値、そのＸ成分及びＹ成分の標準偏差の３倍（３
σ）、線形誤差を表すスケーリングＲｘ，Ｒｙの１から
の誤差、並びに直交度誤差ｗ、及びローテーションθの
値を示す。

【００１２】また、図１１（ｃ）はそれらパラメータＲ
ｘ，Ｒｙ，ｗ，θ，Ｏｘ，Ｏｙより各サンプルショット
について求められるＸ方向及びＹ方向への線形誤差の標
準偏差の３倍（３σ）の値を示し、図１１（ｄ）は各サ
ンプルショットについて求められるＸ方向及びＹ方向へ
の非線形誤差成分の標準偏差の３倍（３σ）の値を示
す。図１１（ｃ）の線形誤差とは、（数１）より算出さ
れる計算上の座標（Ｘ_i，Ｙ_i）から設計上の座標（ｘ
_i，ｙ_i）を差し引いて得られる誤差ベクトルであり、
図１１（ｄ）の非線形誤差とは、実際にステージ座標系
上で計測された座標（ＸＭ_i，ＹＭ_i）から（数１）よ
り算出される計算上の座標（Ｘ_i，Ｙ_i）を差し引いて
得られる誤差ベクトル、即ちアライメント誤差から線形
誤差を差し引いて得られる誤差のベクトルである。

【００１３】この場合、図１１のサンプルショットにお
ける線形誤差のベクトルＶＬ₁〜ＶＬ₈は図１２に示す
ようになっている。即ち、図１１のようにアライメント
誤差ベクトルの中に特に他の誤差ベクトルより絶対値の
大きいものが含まれていない場合には、正確な線形誤差
ベクトルが得られる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来のＥＧ
Ａ方式のアライメント方法においては、複数のサンプル
ショットの中に、アライメント誤差が他のサンプルショ
ットに比べて特に大きい所謂「跳びショット」が含まれ
ている場合がある。このような跳びショットは、ウエハ
上のそのサンプルショットに付設されたウエハマークの
崩れ等に起因する計測エラー、又はウエハ裏面の異物等
に起因する局所的な非線形歪みにより発生するものであ
るため、他のショット領域の配列座標を算出する場合に
はそのような跳びショットは除外することが望ましい。

【００１５】例えば、図１３（ａ）は、ウエハ上の跳び
ショットを含む８個のサンプルショットＳＡ₁〜Ｓ
Ａ₈、及びこれらサンプルショットにおけるアライメン
ト誤差のベクトルＶ₁〜Ｖ₈の他の例を示し、図１３
（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ図１２（ａ）〜（ｄ）に対応
している。また、図１３（ａ）において、サンプルショ
ットＳＡ₃が跳びショットであり、この跳びショットで
のアライメント誤差のベクトルＶ₃は絶対値が特に大き
くなっている。この場合に、（数１）より算出される計
算上の座標（Ｘ_i，Ｙ_i）から設計上の座標（ｘ_i，ｙ
_i）を差し引いて求めた線形誤差のベクトルは、図１４
のベクトルＶＬ₁〜ＶＬ₈のようになり、図１３の誤差
ベクトルＶ₃が２つの線形誤差ベクトルＶＬ₃及びＶＬ
₆にすり変わっているように見える。これは、跳びショ
ットを含めたままでＥＧＡ計算を行うと、跳びショット
以外のショット領域の位置の線形誤差が増加してしまう
ことを意味している。

【００１６】また、実際にアライメントを行う際には、
処理対象とするウエハの種類によって、オペレータがサ
ンプルショットの個数及び位置をアライメント系の制御
部に入力する必要がある。この場合、サンプルショット
の個数が少ないと平均化効果が小さくなるが、逆にサン
プルショットの個数が多いと計測時間が長くなり、結果
として露光工程のスループット（生産性）が低下するた
め、どの程度の個数のサンプルショットを設定するかが
問題となる。

【００１７】本発明は斯かる点に鑑み、ＥＧＡ方式を適
用してアライメントを行う際に、跳びショットに影響さ
れずに高精度にウエハ（基板）の各ショット領域（被加
工領域）をそれぞれ所定の露光位置に設定できる位置合
わせ方法を提供することを目的とする。本発明は更に、
跳びショットを除去するための評価基準を自動的に定め
ることのできる位置合わせ方法を提供することを目的と
する。

【００１８】

【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（４）上に設定された複数の被加工
領域（ＥＳ₁,ＥＳ₂,…，ＥＳ_M）の各々を、その基板の
移動位置を規定する座標系（Ｘ，Ｙ）内の所定の加工位
置に対して位置合わせするに際して、それら複数の被加
工領域の内、所定個数以上の予め選択されたサンプル領
域（ＳＡ₁,ＳＡ ₂,…）の座標系（Ｘ，Ｙ）上における座
標位置を計測し、このように計測された複数の座標位置
を統計計算することによって、その基板上の複数の被加
工領域の各々の座標系（Ｘ，Ｙ）上における配列座標を
算出し、このように算出された配列座標に従って基板
（４）の移動位置を制御することによって、それら複数
の被加工領域の各々をその加工位置に対して位置合わせ
する方法に関する。

【００１９】そして、本発明は、それら複数の被加工領
域の内、予め選択されたＮ個（Ｎは４以上の整数）のサ
ンプル領域（ＳＡ₁〜ＳＡ_N）の座標系（Ｘ，Ｙ）上で
の座標位置を計測する第１工程と、それらＮ個のサンプ
ル領域について、それぞれその第１工程で計測された座
標位置の設計上の位置からの非線形誤差成分を求め、こ
れら複数の非線形誤差成分のばらつき（図７のＮＬＥ
（３σ））をそのＮの関数（Ｆ_n及びＧ_n）で除した評
価値（図１０のＡ_n）を求める第２工程と；順次そのサ
ンプル領域の個数が所定個数になるまで、その第２工程
で最も非線形誤差成分の大きかったサンプル領域を除外
してその第２工程を繰り返すことにより、残されたサン
プル領域の個数に対応した評価値（Ａ_n)を求める第３工
程と、それら第２工程及び第３工程で求められた個々の
評価値がそれら複数の評価値に基づいた所定の閾値より
大きい範囲で、その第２工程で最も非線形誤差成分の大
きいサンプル領域を取り除く第４工程と、この第４工程
で残されたサンプル領域についてその第１工程で計測さ
れた座標位置を統計処理して基板（４）上のそれら複数
の被加工領域の各々の座標系（Ｘ，Ｙ）上における配列
座標を算出する第５工程と、を有するものである。

【００２０】この場合、その所定の閾値の一例は、それ
ら複数の評価値の平均値（図１０の〈Ａ_n〉）、又はそ
れら複数の評価値の平均値〈Ａ_n〉にその評価値のばら
つきを加算した値である。また、本発明による第２の位
置合わせ方法は、その第１の位置合わせ方法と同じ前提
部において、それら複数の被加工領域の内、予め選択さ
れたＮ個（Ｎは４以上の整数）のサンプル領域（ＳＡ₁
〜ＳＡ_N）の座標系（Ｘ，Ｙ）上での座標位置を計測す
る第１工程と、それらＮ個のサンプル領域について、そ
れぞれその第１工程で計測された座標位置の設計上の位
置からの非線形誤差成分を求め、これら複数の非線形誤
差成分のばらつき（図７のＮＬＥ（３σ））を求める第
２工程と、順次、そのサンプル領域の個数が所定個数に
なるまで、その第２工程で最も非線形誤差成分の大きか
ったサンプル領域を除外してその第２工程を繰り返すこ
とにより、残されたサンプル領域の個数に対応した非線
形誤差成分のばらつき（ＮＬＥ（３σ））を求める第３
工程と、それら第２工程及び第３工程で求められた個々
の非線形誤差成分のばらつきが、計算対象とされるサン
プル領域の個数に応じて単調に増加する所定の関数（図
７のＣ_n）より大きい範囲で、その第２工程で最も非線
形誤差成分の大きいサンプル領域を取り除く第４工程
と、この第４工程で残されたサンプル領域についてその
第１工程で計測された座標位置を統計処理してその基板
上の複数の被加工領域の各々の座標系（Ｘ，Ｙ）上にお
ける配列座標を算出する第５工程と、を有するものであ
る。

【００２１】この場合、計算対象とするサンプル領域の
個数をｎとして、その所定の関数の一例は、所定の定数
に｛ｎ（ｎ−３）｝^1/2を乗じて得た関数である。ま
た、本発明の第３の位置合わせ方法は、上述の第１の位
置合わせ方法と同じ前提部において、それら複数の被加
工領域の内、予め選択されたＮ個（Ｎは４以上の整数）
のサンプル領域での基板（４）の表面の状態を検出し、
この検出結果に基づいて表面状態が比較的悪いと判定さ
れるサンプル領域を除外する第１工程と、この第１工程
で残されたサンプル領域の座標系（Ｘ，Ｙ）上での座標
位置を計測する第２工程と、その第１工程で残されたサ
ンプル領域についてその第２工程で計測された座標位置
を統計処理して基板（４）上の複数の被加工領域の各々
の座標系（Ｘ，Ｙ）上における配列座標を算出する第３
工程と、を有するものである。

【００２２】

【作用】斯かる本発明の第１の位置合わせ方法によれ
ば、Ｎ個のサンプル領域の座標位置を計測した後、先ず
Ｎ個のサンプル領域について、座標位置のアライメント
誤差の非線形誤差成分を求める。そして、これらＮ個の
非線形誤差成分のばらつきとして例えば標準偏差の３倍
（図７のＮＬＥ（３σ））を求める。なお、その標準偏
差の３倍の代わりに、それら非線形成分の最大値等を使
用してもよい。

【００２３】この場合、計測するサンプル領域の個数を
一般にｎ個とすると、ｎの値が小さくなると非線形誤差
が線形誤差とみなされる確率が高くなるため、線形誤差
の信頼性は図８の関数Ｆ_n（ガウス分布ではＦ₀・（ｎ−
３）^1/2）で表されるように、ｎの値が小さくなると小
さくなる。言い換えると、ｎの値が小さくなると、計測
される非線形誤差成分の値が小さくなる。また、サンプ
ル領域の個数ｎが大きくなると、平均化効果が高くなる
ため、線形誤差の精度は図１０の関数Ｇ_n（ガウス分布
ではｎ^1/2）で表されるようにｎの値が大きくなると単
調に増加する。そこで、非線形誤差成分の標準偏差の３
倍（図７のＮＬＥ（３σ））を関数Ｆ_n及びＧ_nの積で
除算して評価値Ａ_nを求めると、この評価値Ａ_nは図１
０に示すようにほぼ一定値となる。

【００２４】次に、それらＮ個の非線形誤差成分の内で
最も非線形誤差成分の大きいサンプル領域を除外した
（Ｎ−１）個のサンプル領域について、アライメント誤
差の非線形誤差成分の標準偏差の３倍を求め、更に評価
値Ａ_N-1を求める。その後、同様にして順次最も非線形
誤差成分の大きいサンプル領域を除外して残された（Ｎ
−２）個、（Ｎ−３）個、…のサンプル領域について評
価値Ａ_N-2，Ａ_N-3，…を求め、一例としてこれら一連
の評価値Ａ_N-1，Ａ_N-2，…の平均値〈Ａ_n〉を閾値と
する。そして、評価値Ａ_N-iが閾値〈Ａ_n〉以下になっ
た時点で残されているサンプル領域を用いて、ＥＧＡ方
式で位置合わせを行う。また、その平均値〈Ａ_n〉の代
わりに、例えば最大値と最小値との中央値等を使用して
もよい。

【００２５】なお、各非線形誤差量も個数ｎが小さいと
きはばらつきが大きいため、その平均値〈Ａ_n〉以下に
なるまでサンプル領域を除外すると、精度が悪化するこ
とがある。そこで、非線形誤差成分の標準偏差の３倍か
ら求めた評価値の平均値〈Ａ _n〉のばらつきとして、サ
ンプル領域の個数ｎに対する標準偏差の３倍、即ちガウ
ス分布では〈Ａ_n〉／（ｎ−３）^1/2を求める。そし
て、評価値Ａ_N-iが閾値（〈Ａ_n〉＋〈Ａ_n〉／（ｎ−
３）^1/2）以下となったときに、残されているサンプル
領域を用いてＥＧＡ計算を行えばよい。

【００２６】次に、第２の位置合わせ方法によれば、非
線形誤差成分の標準偏差の３倍（図７のＮＬＥ（３
σ））そのものを、図７に示すようにサンプル領域の個
数ｎに関して単調に増加する閾値Ｃ_nと比較し、そのＮ
ＬＥ（３σ）が閾値Ｃ_nより大きいときには、サンプル
領域の除外を行うようにする。これにより第１の位置合
わせ方法と同等の結果が得られる。また、ガウス分布で
は、その閾値Ｃ_nは所定の定数Ｋ₁を用いて、Ｋ₁｛ｎ
（ｎ−３）｝^1/2で表される。

【００２７】次に、本発明の第３の位置合わせ方法によ
れば、跳びショットを見つけるために、基板（４）の表
面状態、例えば凹凸の状態を検出する。そして、例えば
凹凸の段差が所定の許容値を超えるサンプル領域につい
ては、跳びショットとみなして排除する。これにより、
サンプル領域の座標値を計測することなく、跳びショッ
トを除外できる。

【００２８】更に、投影露光を実施する際のロットの先
頭の基板（ウエハ）において全部の被加工領域（ショッ
ト領域）の位置計測を実施し、上述の第１〜第３の位置
合わせ方法で跳びショットを除外してもよい。この場
合、第２基板以降の基板のアライメントを行う際のサン
プル領域は、先頭の基板において残された被加工領域内
から自動的に適当な個数、且つ分布で選択できる。

【００２９】

【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１は、本実施例の
位置合わせ方法が使用される投影露光装置を示し、この
図１において、照明光学系１からの露光用の照明光ＩＬ
はレチクル２上のパターンを均一な照度分布で照明し、
そのパターンの投影光学系３を介した縮小像は、フォト
レジストが塗布されたウエハ４上の各ショット領域に露
光される。ここでは、投影光学系３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軸を取り、図１の紙面に垂直にＹ軸を取る。

【００３０】ウエハ４はウエハホルダ５を介してウエハ
ステージ６上に保持され、ウエハステージ６は、Ｘ方向
及びＹ方向にウエハ４の位置決めを行うＸＹステージ、
Ｚ方向にウエハ４を移動させるＺステージ、回転を行う
θステージ、並びにウエハ４の傾斜角の補正を行うレベ
リングステージ等から構成されている。また、ウエハス
テージ６の上面に固定された２軸用の移動鏡７（図１で
はＸ軸用のみが示されている）により外部の２軸レーザ
干渉計８からのレーザビームが反射され、レーザ干渉計
８によりウエハステージ６のＸ座標、及びＹ座標が常時
計測されている。このようにレーザ干渉計８により計測
される座標（Ｘ，Ｙ）に基づいて定まる座標系を、ステ
ージ座標系、又は静止座標系と呼ぶ。計測された座標
（Ｘ，Ｙ）は装置全体の動作を統括する主制御系９に供
給され、その計測された座標に基づいて主制御系９は、
ウエハステージ駆動系１０を介してウエハステージ６の
位置決め動作を制御する。

【００３１】また、投影光学系３の側面部に投射光学系
１１、及び受光光学系１３よりなる斜入射方式のフォー
カス位置検出系が配置されている。投射光学系１１から
は、投影光学系３の光軸ＡＸに斜めに、且つ例えば光軸
ＡＸの近傍のウエハ４上の複数（３個以上）の計測点に
それぞれスリット像１２（又はドットパターン像等も
可）が投影され、複数のスリット像１２からの反射光が
受光光学系１３内の例えば光電顕微鏡上にそのスリット
像を再結像する。この場合、ウエハ４の表面の位置がＺ
方向に変位すると、再結像されるスリット像が横ずれす
ることを利用して、受光光学系１３内で、ウエハ４上の
複数の計測点のＺ座標（フォーカス位置）に対応する複
数のフォーカス信号が生成され、これらフォーカス信号
はフォーカス信号処理系１４に供給される。

【００３２】フォーカス信号処理系１４は、ウエハ４上
の複数の計測点を含む表面に近似される平面のＺ座標、
及び傾斜角を算出してウエハステージ駆動系１０に供給
すると共に、各計測点のＺ座標を主制御系９に供給す
る。ウエハステージ駆動系１０は、実際の露光時には供
給されたＺ座標、及び傾斜角が投影光学系３の結像面に
合致するようにウエハステージ６の制御を行う。一方、
アライメント時で、且つウエハ４の表面の凹凸分布を計
測する際には、後述のように主制御系６は、ウエハステ
ージ６を介してウエハ４をＸＹ平面内で移動させなが
ら、フォーカス信号処理系１４からのフォーカス信号を
処理して、ウエハ４上の各サンプルショットの凹凸状態
を調べる。

【００３３】一般に、半導体デバイス等は、レチクルの
パターンをウエハ上の各ショット領域に投影露光して現
像等を行うという工程を、１０回〜２０回繰り返すこと
で製造されるため、これから露光するレチクルのパター
ンとそれまでの工程でウエハ４の各ショット領域に形成
されている回路パターンとの位置合わせを正確に行う必
要がある。このため、図１の投影露光装置には、ウエハ
４上の各ショット領域に付設されたウエハマークの座標
を検出するためのＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式
で、且つレーザ・ステップ・アライメント方式（ＬＳＡ
方式）のアライメント光学系１５が設けられている。な
お、アライメント光学系１５としては、撮像方式、又は
所謂２光束干渉方式等も使用できるが、本実施例では一
例としてＬＳＡ方式を用いている。

【００３４】この場合、アライメント光学系１５から射
出される検出用のレーザビームは、光路折り曲げ用のミ
ラー１６を経て投影光学系３に入射し、投影光学系３を
通過したレーザビームは、図２（ｂ）に示すように、Ｙ
方向に長いスリット状の光スポット１７としてウエハ４
上に集光される。図１のウエハステージ６を駆動して、
光スポット１７に対してウエハ４上の検出対象のＸ軸用
のウエハマークＭｘ_iをＸ方向に横切るように移動させ
る。ウエハマークＭｘ_iは、それぞれＹ方向に所定ピッ
チで配列されたドット列よりなるパターンをＸ方向に複
数列連ねたものであり、ウエハマークＭｘ_iが光スポッ
ト１７を横切るときに所定の方向に回折光が射出される
ことから、ウエハマークＭｘ_iのＸ座標が検出される。

【００３５】図１に戻り、ウエハ４上の光スポット１７
のウエハマークによる回折光は、投影光学系３及びミラ
ー１６を経てアライメント光学系１５に戻り、アライメ
ント光学系１５からアライメント信号処理系１８に対し
て、その回折光を光電変換して得られるアライメント信
号が供給される。アライメント信号処理系１８にはレー
ザ干渉計８で計測される座標（Ｘ，Ｙ）も供給されてお
り、アライメント信号処理系１８は、光スポット１７が
Ｘ軸用のウエハマークの中心位置にあるときのＸ座標を
検出して主制御系８に供給する。また、Ｙ軸用のアライ
メント光学系（不図示）も設けられており、そのアライ
メント光学系、及びアライメント信号処理系１８により
Ｙ軸用のウエハマークに対応するＹ座標が検出され、こ
のＹ座標も主制御系８に供給されている。

【００３６】基本的な動作としては、先ずウエハ４がウ
エハホルダ５上にロードされると、主制御系９はウエハ
ステージ駆動系１０、及びウエハステージ６を介してウ
エハ４をＸＹ平面内で移動させることにより、ウエハ４
上のサンプルショットに付設されたウエハマークをアラ
イメント光学系１５（又はＹ軸用のアライメント光学
系）から光スポットが照射される位置の近傍に設定す
る。この場合のウエハ４の位置決め（粗いアライメン
ト）は、例えばウエハ４上の座標系上で規定されている
各ショット領域の座標に基づいて行われる。その後、ウ
エハ４をＸ方向、又はＹ方向に移動させることにより、
アライメント信号処理系１８により当該ウエハマークの
座標が高精度に計測される。主制御系９では、そのよう
に計測された各サンプルショットのウエハマークの座標
を用いて後述のようにウエハ４上の全てのショット領域
のステージ座標系（Ｘ，Ｙ）での配列座標を算出し、こ
の算出結果に基づいてステップ・アンド・リピート方式
で各ショット領域にレチクル２のパターン像を露光させ
る。

【００３７】次に、本実施例におけるアライメント方法
（位置合わせ方法）の種々の例につき詳細に説明する。（Ａ）基本的なアライメント方法図２（ａ）は本例のウエハ４のショット配列の一例を示
し、この図２（ａ）において、ウエハ４上にＭ個（図２
（ａ）ではＭ＝６８）のショット領域ＥＳ₁〜ＥＳ_Mが
配列され、各ショット領域ＥＳ_j(ｊ＝１〜Ｍ）にはそれ
ぞれ回路パターンが形成され、且つＸ軸用のウエハマー
クＭｘ_j、及びＹ軸用のウエハマークＭｙ_jが付設され
ている。この場合、ウエハ４上に設定された試料座標系
（ｘ，ｙ）上で各ウエハマークＭｘ_jの中心のｘ座標ｘ
_j、及びＹ軸用の各ウエハマークＭｙ_jのｙ座標ｙ
_jが、設計座標として予め図１の主制御系９の記憶装置
に記憶されている。以下では、ウエハマークＭｘ_jの中
心のｘ座標、及びウエハマークＭｙｊの中心のｙ座標
をショット領域ＥＳ_jの中心の試料座標系でのｘ座標、
及びｙ座標とみなし、ウエハマークの座標をショット領
域の座標とみなす。なお、実際にはウエハマークの中心
座標と対応するショット領域の中心座標との間には一般
にオフセットが存在するが、ここでは簡単のためそのオ
フセットは無視する。

【００３８】このとき、６個のパラメータ（Ｘ方向のス
ケーリングＲｘ、Ｙ方向のスケーリングＲｙ、ローテー
ションθ、直交度誤差ｗ、Ｘ方向のオフセットＯｘ、及
びＹ方向のオフセットＯｙ）を用いて、（数１）の変換
式により試料座標系（ｘ，ｙ）からステージ座標系
（Ｘ，Ｙ）への変換関係を定義する。そして、それら６
個のパラメータの値を決定するために、それらＭ個のシ
ョット領域の中から選ばれたＮ個（４≦Ｎ≦Ｍ）のショ
ット領域、即ちＮ個のサンプルショットＳＡ₁〜ＳＡ_N
について、図１のアライメント光学系１５を用いてそれ
ぞれに付設されたＸ軸用のウエハマークのＸ座標Ｘ
Ｍ_i、及びＹ軸用のウエハマークのＹ座標ＹＭ_i(ｉ＝１
〜Ｎ）を計測する。このように計測された座標（Ｘ
Ｍ_i，ＹＭ_i)から設計上の配列座標（ｘ_i，ｙ_i)を差し
引いて得られるベクトル（Δｘ_i，Δｘ_i)がアライメン
ト誤差のベクトルである。

【００３９】次に、各サンプルショットＳＡ_iの設計上
の配列座標（ｘ_i，ｙ_i)を（数１）の座標（ｘ，ｙ）と
して代入することにより、各サンプルショットのステー
ジ座標系（Ｘ，Ｙ）での計算上の配列座標（Ｘ_i，Ｙ_i)
を６個のパラメータ、及び設計上の配列座標の関数とし
て表す。そして、（数２）で表されている、Ｎ個のサン
プルショットのアライメント誤差の自乗和、即ち残留誤
差成分が最小になるように、ＥＧＡ計算により６個のパ
ラメータの値を決定する。

【００４０】その後、決定された６個のパラメータ（Ｒ
ｘ，Ｒｙ，θ，ｗ，Ｏｘ，Ｏｙ）、及び各サンプルショ
ットＳＡ_iの設計上の配列座標（ｘ_i，ｙ_i)を（数１）
に代入することにより、各サンプルショットＳＡ_iの最
終的な計算上の配列座標（Ｘ _i，Ｙ_i)を求める。このと
きの、計算上の配列座標（Ｘ_i，Ｙ_i)から設計上の配列
座標（ｘ_i，ｙ_i)を差し引いて得られるベクトルが線形
誤差成分のベクトルであり、計測された座標（ＸＭ_i，
ＹＭ_i)からその計算上の配列座標（Ｘ_i，Ｙ_i)を差し引
いて得られるベクトルが非線形誤差成分のベクトルであ
る。そして、本例では、非線形誤差成分のベクトルの絶
対値が大きいサンプルショットについては、跳びショッ
トとみなして除外し、残されたサンプルショットについ
て計測された配列座標に基づいてＥＧＡ計算により６個
のパラメータを定める。その後、（数１）を用いてウエ
ハ上の全ショット領域の配列座標を算出し、この配列座
標に従ってウエハの各ショット領域を順次露光位置に位
置決めして露光を行う。以下でその跳びショットの除外
方法の具体例について説明する。

【００４１】（Ｂ）跳びショットの第１の除外方法ここでは、或るロットの先頭のウエハについて、全ショ
ット領域をサンプルショットとみなして計測を行って、
その中から跳びショットを特定する方法につき説明す
る。但し、この方法はサンプルショットの個数が全ショ
ット領域の個数より少ない場合でも同様に適用できる。

【００４２】図３（ａ）は、一例としてウエハ上の３２
個のショット領域を全てサンプルショットＳＡ₁〜ＳＡ
₃₂とみなした場合を示し、図３（ａ）においてサンプル
ショットＳＡ₁〜ＳＡ₃₂でのアライメント誤差（計測座
標から設計上の座標を差し引いた残り）がベクトルＶ₁
〜Ｖ₃₂で表されている。また、図３（ｂ）は、サンプル
ショットの計測数、アライメント誤差のＸ成分の平均
値、及びアライメント誤差のＹ成分の平均値、それらＸ
成分及びＹ成分の標準偏差の３倍（３σ）、スケーリン
グＲｘ及びＲｙの１からの誤差、並びに直交度誤差ｗ、
及びローテーションθの値を示す。更に、図３（ｃ）は
それらのパラメータＲｘ，Ｒｙ，ｗ，θ，Ｏｘ，Ｏｙよ
り各サンプルショットについて求められるＸ方向及びＹ
方向への線形誤差成分の標準偏差の３倍（３σ）の値を
示し、図３（ｄ）は各サンプルショットについて求めら
れるＸ方向及びＹ方向への非線形誤差成分の標準偏差の
３倍（３σ）の値を示す。

【００４３】図４（ａ）は、図３（ａ）中のアライメン
ト誤差の内の線形誤差成分のベクトルＶＬ₁〜ＶＬ₃₂を
示し、図４（ｂ）は、図３（ａ）のアライメント誤差か
ら図４（ａ）の線形誤差成分を差し引いて得られる非線
形誤差成分のベクトルＶＮ₁〜ＶＮ₃₂を示す。この場
合、図４（ｂ）より分かるように、サンプルショットＳ
Ａ₈の非線形誤差ベクトルＶＮ₈の絶対値が特に大きい
ことから、サンプルショットＳＡ₈が跳びショットであ
ると考えられる。また、図３（ａ）のアライメント誤差
の段階でもサンプルショットＳＡ₈における誤差を示す
ベクトルＶ₈の絶対値は最大であるため、この跳びショ
ットＳＡ₈により図４（ａ）に示す線形誤差成分のベク
トルも影響を受けている可能性が高い。

【００４４】そこで、図３（ａ）から跳びショットＳＡ
₈を除去した残りの３１個のサンプルショットを用い
て、線形誤差成分、及び非線形誤差成分を求めた結果を
図５及び図６に示す。図５（ａ）は、サンプルショット
ＳＡ₈を除く３１個のサンプルショットＳＡ₁〜ＳＡ₇,
ＳＡ₉〜ＳＡ₃₂のアライメント誤差のベクトルＶ₁〜Ｖ
₇,Ｖ₉〜Ｖ₃₂を示し、図５（ｂ）〜（ｄ）は３１個のサ
ンプルショットについて図３（ｂ）〜（ｄ）と同様の値
を求めた結果を示す。また、図６（ａ）は、図５（ａ）
中のアライメント誤差の内の線形誤差成分のベクトルＶ
Ｌ₁〜ＶＬ₃₂を示し、図６（ｂ）は、図５（ａ）のアラ
イメント誤差から図６（ａ）の線形誤差成分を差し引い
て得られる非線形誤差成分のベクトルＶＮ₁〜ＶＮ₃₂を
示す。

【００４５】図３（ｂ）〜（ｄ）と図５（ｂ）〜（ｄ）
とを比較することにより、図３（ａ）の場合の非線形誤
差成分よりも、図５（ａ）の場合の非線形誤差成分の方
が小さくなっているのが分かる。続いて、残っているサ
ンプルショットの中から最も非線形誤差成分の大きなサ
ンプルショットを除外するという作業を繰り返し実行
し、非線形誤差成分のベクトルの絶対値の標準偏差の３
倍をＮＬＥ（３σ）とすると、ＮＬＥ（３σ）は残され
たサンプルショットの個数ｎの関数として図７の折れ線
２３で表される。但し、図７の横軸は最初のサンプルシ
ョットの個数がＮ個の場合の残されたサンプルショット
の個数ｎを示し、縦軸はＮＬＥ（３σ）を示す。図７で
示すように、ＮＬＥ（３σ）は残されたサンプルショッ
トの個数ｎが小さくなるにつれて単調に小さくなり、残
されたサンプルショットが３個になった時点で０とな
る。

【００４６】このように非線形誤差成分の値が小さくな
るのは、ランダムな非線形誤差成分が線形誤差成分とみ
なされてしまう確率が大きくなることを意味する。言い
換えると、残されたサンプルショットの個数ｎが少ない
場合、ランダムな非線形誤差成分が線形誤差成分に混入
する確率が高く、線形誤差成分の信頼性が低くなるが、
残されたサンプルショットの個数が多くなれば、平均化
効果によって線形誤差成分の信頼性が上がる。

【００４７】図８は、その線形誤差成分の信頼性に対応
する関数Ｆ_nを示す。この場合、残されているサンプル
ショットの個数をｎ個として、それらのサンプルショッ
トに付設されているウエハマークの設計上の座標を（ｘ
₁，ｙ₁)，（ｘ₂，ｙ₂)，…，（ｘ_n，ｙ_n)、アライメ
ント系によるウエハマークの計測精度をσ_aとすると、
この関数Ｆ_nは、それらの値（ｘ₁，ｙ₁，ｘ₂，
ｙ₂，…，ｘ_n，ｙ_n，σ _a)の関数である。

【００４８】具体的に関数Ｆ_nの値を求めるには、ｎ個
のサンプルショットの配列座標の線形誤差成分がそれぞ
れ０の状態で、各サンプルショットの配列座標の計測値
（アライメント誤差）にランダムな誤差を与え、このデ
ータに基づいて最小自乗近似を行って６個のパラメータ
を求める。そして、これらのパラメータを用いてｎ個の
サンプルショットの配列座標の線形誤差成分の標準偏差
の３倍（３σ）を求めて個数ｎに対してプロットすれば
よい。また、所定の定数Ｆ₀を用いて、通常のガウス分
布のランダム誤差に対しては、関数Ｆ_nは次のようにな
る。

【００４９】

【数３】Ｆ_n＝Ｆ₀・（ｎ−３）^1/2 また、その関数Ｆ_nとは別に、そのようにランダムな誤
差を与えてサンプルショットの配列座標の非線形誤差成
分を求めると、その平均化効果はサンプルショットの個
数ｎに応じて高くなる。これに応じて線形誤差成分の精
度も高くなるはずである。

【００５０】図９は、その線形誤差成分の精度をサンプ
ルショットの個数ｎの関数Ｇ_n として表したものであ
り、関数Ｇ_n はその個数ｎが大きくなると単調に増加す
る関数である。通常のガウス分布のランダム誤差に関し
ては、関数Ｇ_n は次のようになる。

【００５１】

【数４】Ｇ_n ＝ｎ^1/2 以上において、図８の関数Ｆ_nは、非線形誤差成分の信
頼性の程度をも表し、図９の関数Ｇ_n は、非線形誤差成
分に対する平均化効果をも表すため、図７に示す非線形
誤差成分の標準偏差の３倍の値ＮＬＥ（３σ）を、関数
Ｆ_n及びＧ_nの積で除算して評価値Ａ_nを求める。即
ち、次の関係がある。

【００５２】

【数５】Ａ_n＝ＮＬＥ（３σ）／（Ｆ_n・Ｇ_n) この評価値Ａ_nは、図１０に示すようにサンプルショッ
トの個数ｎに関してほぼ一定の値になるが、跳びショッ
トが混入していると大きな値となる。そこで、サンプル
ショットの個数ｎが最大値Ｎから最小値である４個にな
るまで、それぞれ評価値Ａ_nを求めた後、それら評価値
Ａ_nの平均値〈Ａ_n〉を算出する。この結果、評価値Ａ
_nが平均値〈Ａ_n〉より大きいときのｎ個のサンプルシ
ョットの中に、非線形誤差成分の大きな跳びショットが
含まれていると考えることができる。そこで、一例とし
て、評価値Ａ_nが最初に平均値〈Ａ_n〉以下になったと
きに残されているサンプルショット以外のサンプルショ
ットを跳びショットとして除外することとする。

【００５３】具体的に図１０の例では、サンプルショッ
トの個数が（Ｎ−３）から（Ｎ−４９）になった所で評
価値Ａ_nが平均値〈Ａ_n〉以下になっているため、サン
プルショットが（Ｎ−４）になった所で、即ち４個の跳
びショットを除去した所で跳びショットの除去を停止す
る。但し、非線形誤差が非常に大きい場合、評価値Ａ_n
が平均値〈Ａ_n〉以下になるまでサンプルショットを少
なくすると、却ってアライメント精度を悪化させる可能
性がある。そこで、サンプルショットの個数ｎにおける
平均値〈Ａ_n〉の標準偏差の３倍Ａ（３σ）を求め、評
価値Ａ_nが（〈Ａ_n〉＋Ａ（３σ））よりなる閾値Ｂ_n
以下であれば、サンプルショットの除去を行うことな
く、評価値Ａ_nが閾値Ｂ_nを超えた範囲で跳びショット
の除去を行うようにしてもよい。ガウス分布を仮定する
と、所定の係数ｋを用いて閾値Ｂ_nは次のように表すこ
とができる。なお、係数ｋは通常１であり、必要に応じ
て１から増減される。

【００５４】

【数６】Ｂ_n＝〈Ａ_n〉＋Ａ（３σ）＝〈Ａ_n〉＋ｋ・〈Ａ_n〉／（ｎ−３）^1/2 この（数６）の閾値Ｂ_nは、図１０の曲線２２で表され
るようにサンプルショットの個数ｎに関して単調に減少
する関数となる。また、図１０の例では、サンプルショ
ットの個数が（Ｎ−１）になると、評価値Ａ_nの値が閾
値Ｂ_n以下となっているため、跳びショットとして除去
するサンプルショットは１つのみである。以上の方法に
より跳びショットの除去が行われる。

【００５５】なお、上述実施例では、非線形誤差成分の
ばらつきとしてその非線形誤差成分の標準偏差の３倍Ｎ
ＬＥ（３σ）が使用されているが、その代わりに、例え
ば残されたサンプルショット中での非線形誤差成分の最
悪値を使用しても同様の結果が得られる。また、上述の
例ではウエハ上の全ショット領域をサンプルショットと
みなしているため、跳びショットを除外してもほとんど
の場合にまだサンプルショットの個数が多すぎると考え
られる。そこで、残されたサンプルショット中から例え
ばウエハの外周に近いサンプルショットのみを必要な個
数だけ選ぶこととする。そのロットの残りのウエハにつ
いては、先頭のウエハで最終的に選ばれたサンプルショ
ットのみについてステージ座標系での計測を行い、この
計測結果を用いてＥＧＡ方式でアライメントを行うよう
にする。これにより、同一ロット中で跳びショットが生
ずる位置がほぼ同じ場合には、跳びショットに影響され
ずに高精度にアライメントを行うことができる。

【００５６】また、最終的に残されるサンプルショット
の個数に関して、例えば図１０に示す評価値Ａ_nの平均
値〈Ａ_n〉の値に応じて自動的にそのサンプルショット
の個数を変えてもよい。例えば平均値〈Ａ_n〉が大きい
ときにはサンプルショットの個数を多くすることによ
り、ショット配列精度の悪いデバイスは多くのサンプル
ショットを用いてＥＧＡ方式でアライメントを行い、シ
ョット配列精度の良いデバイスは少ないサンプルショッ
トを用いてＥＧＡ方式でアライメントを行うことができ
る。

【００５７】更に、上述実施例では、図７に示す非線形
誤差成分の標準偏差の３倍ＮＬＥ（３σ）を、関数Ｆ_n
及びＧ_nの積で除算して評価値Ａ_nを求めているが、そ
の標準偏差の３倍ＮＬＥ（３σ）をそのまま使用しても
よい。この場合には、関数Ｆ _n及びＧ_nの積と、所定の
係数Ｃ₀との積を関数Ｃ_nとして、この関数Ｃ_nとＮＬ
Ｅ（３σ）とを比較することになる。（数３）、及び
（数４）よりガウス分布では関数Ｃ_nは次のようにな
る。

【００５８】

【数７】Ｃ_n＝Ｃ₀・Ｆ₀・（ｎ−３）^1/2・ｎ^1/2 ＝Ｋ₁・｛ｎ（ｎ−３）｝^1/2 ここで、係数Ｋ₁はＣ₀・Ｆ₀であり、（数７）の関数Ｃ
_nは図７の曲線２４で示されるような関数となる。ま
た、その係数Ｋ₁は、ｎの値がＮから４まで変化する範
囲で、ＮＬＥ（３σ）を｛ｎ（ｎ−３）｝^1/2で除算し
て得られた結果を平均化することにより決定される。そ
して、図７において、折れ線２３のＮＬＥ（３σ）が曲
線２３の関数Ｃ_n以下になるまで跳びショットの除去が
行われる。

【００５９】また、上述実施例では、ロットの先頭のウ
エハについて全ショット領域をサンプルショットとみな
して２枚目以降のウエハでの跳びショットを定めている
が、先頭のウエハにおいても計測するサンプルショット
を全部のショット領域から選ばれたショット領域として
もよい。更に、全てのウエハについて、それぞれ所定個
数のサンプルショットのアライメント誤差を計測し、こ
の計測結果に基づいてそれぞれ跳びショットを決定し、
個々のウエハ毎に残されたサンプルショットを用いてＥ
ＧＡ方式でアライメントを行ってもよい。また、本例で
は（数４）にて関数Ｇ_n ＝ｎ^1/2としているが、計測結
果がガウス分布でない場合は、関数Ｇ_n はその分布に応
じたｎの所定の関数とすればよい。

【００６０】（Ｃ）跳びショットの第２の除外方法次に、図１の投射光学系１１及び受光光学系１３よりな
るフォーカス位置検出系を用いて跳びショットの除去を
行う方法につき説明する。この例で露光対象とするウエ
ハを図２（ａ）に示すウエハ４として、Ｎ個のサンプル
ショットＳＡ₁〜ＳＡ_N中から跳びショットを除去する
ものとする。先ず、ウエハステージ６でＺ方向への動作
をロックし、各サンプルショットＳＡ_iの試料座標系
（ｘ，ｙ）上の配列座標に基づいて、ウエハステージ６
を駆動して、各サンプルショットＳＡ_iに付設されたウ
エハマークＭｘ_i及びＭｙ_iの形成領域が、そのフォー
カス位置検出系によるスリット像の投影位置（計測点）
を横切るようにする。このときフォーカス信号処理系１
４では、受光光学系１３からのフォーカス信号を用いて
それらウエハマークＭｘ_i及びＭｙ_iの形成領域の凹凸
分布を求め、この凹凸分布の情報を主制御系９に供給す
る。

【００６１】主制御系９は、その凹凸分布より当該ウエ
ハマークの計測方向へのピッチ、及び凹凸の段差等を求
め、例えばその凹凸の段差が所定の許容値に達しないウ
エハマークが属するサンプルショットを跳びショットと
して除外する。即ち、形成状態の悪いウエハマークの位
置をアライメント系で計測しても、非線形誤差成分であ
る計測エラーが生ずる確率が高いため、予め跳びショッ
トとみなして除去することになる。これにより、アライ
メント系での計測を行うことなく、跳びショットの蓋然
性の高いサンプルショットを除去できる。

【００６２】なお、上述実施例では、アライメント系と
してＴＴＬ方式のアライメント系が使用されているが、
オフ・アクシス方式のアライメント系や、ＴＴＲ（スル
ー・ザ・レチクル）方式のアライメント系を使用しても
よいことは言うまでもない。また、上述実施例では、各
サンプルショットにＸ軸及びＹ軸のウエハマークが各１
個ずつ付設されているが、各サンプルショットに３個以
上のウエハマークが付設されていてもよい。また、必ず
しも各サンプルショット中の全部のウエハマークの座標
をそれぞれ計測する必要はない。

【００６３】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。

【００６４】

【発明の効果】本発明の第１の位置合わせ方法によれ
ば、順次非線形成分の最も大きな１つのサンプル領域
（サンプルショット）を除去し、残されたサンプル領域
についてそれぞれ非線形誤差成分のばらつきから評価値
を求め、この評価値が例えばその評価値の平均値に応じ
た閾値以下になるまで非線形誤差成分の大きなサンプル
ショット（跳びショット）の除去を行うようにしている
ため、確実に跳びショットを除去して正確に位置合わせ
を行うことができる利点がある。

【００６５】また、サンプル領域の個数に応じた複数の
評価値からその閾値を求めているため、跳びショットを
検出するための基準を自動的に設定できる利点もある。
更に、例えばその閾値の大きさに応じて、実際に計測す
るサンプル領域の個数を調整することにより、基板（ウ
エハ）の状態に応じたサンプル領域の配置を決定でき
る。

【００６６】この場合、その閾値をそれら複数の評価値
の平均値とすると、計算が容易である。また、その閾値
が、複数の評価値の平均値にその評価値のばらつきを加
算した値である場合には、跳びショットでないサンプル
領域を誤って跳びショットとして除去する確率が小さく
なる。また、本発明の第２の位置合わせ方法によれば、
残されたサンプル領域についてそれぞれ求めた非線形誤
差成分のばらつき自体を所定の関数と比較して跳びショ
ットの除去を行うようにしているため、第１の位置合わ
せ方法と同様に確実に跳びショットを除去して正確に位
置合わせを行うことができる利点がある。

【００６７】このとき、その所定の関数が｛ｎ（ｎ−
３）｝^1/2 に比例する場合は、誤差がガウス分布である
ときに有効である。更に、本発明の第２の位置合わせ方
法によれば、基板の表面の状態を検出することにより、
実際に被加工領域（サンプルショット）の配列座標を計
測することなく迅速に跳びショットを除去できる利点が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による位置合わせ方法の実施例が実行さ
れる投影露光装置を示す構成図である。

【図２】（ａ）は実施例で露光対象とされるウエハ上の
サンプルショットの配列例を示す平面図、（ｂ）はウエ
ハマークの検出方法の説明図である。

【図３】実施例で跳びショットを含むサンプルショット
の配列の一例、及びそのショット配列におけるアライメ
ント誤差等を示す図である。

【図４】（ａ）は図３のショット配列における線形誤差
成分のベクトルを示す図、（ｂ）は図３のショット配列
における非線形誤差成分のベクトルを示す図である。

【図５】図３のショット配列から跳びショットを除去し
たショット配列におけるアライメント誤差等を示す図で
ある。

【図６】（ａ）は図５のショット配列における線形誤差
成分のベクトルを示す図、（ｂ）は図５のショット配列
における非線形誤差成分のベクトルを示す図である。

【図７】サンプルショットの個数ｎに対する非線形誤差
成分の標準偏差の３倍ＮＬＥ（３σ）の関係を示す図で
ある。

【図８】サンプルショットの個数ｎに対する線形誤差成
分の信頼性の関数Ｆ_nの関係を示す図である。

【図９】サンプルショットの個数ｎに対する平均化効果
の関数Ｇ_nの関係を示す図である。

【図１０】図７の非線形誤差成分の標準偏差の３倍ＮＬ
Ｅ（３σ）を関数Ｆ_n・Ｇ_nで除算して得られる評価値Ａ
_nの、サンプルショットの個数ｎに対する関係を示す図
である。

【図１１】従来例において、跳びショットが無い場合の
サンプルショットの配列、及びその配列におけるアライ
メント誤差等を示す図である。

【図１２】図１１のサンプルショットの配列における線
形誤差成分のベクトルを示す図である。

【図１３】従来例において、跳びショットを含む場合の
サンプルショットの配列、及びその配列におけるアライ
メント誤差等を示す図である。

【図１４】図１３のサンプルショットの配列における線
形誤差成分のベクトルを示す図である。

【符号の説明】

２レチクル３投影光学系４ウエハ６ウエハステージ８レーザ干渉計９主制御系１１フォーカス位置検出系の投射光学系１３フォーカス位置検出系の受光光学系１４フォーカス信号処理系１５アライメント光学系１８アライメント信号処理系ＥＳ₁〜ＥＳ_M ショット領域ＳＡ₁〜ＳＡ_N サンプルショットＭｘ_i，Ｍｙ_i ウエハマーク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に設定された複数の被加工領域の
各々を、前記基板の移動位置を規定する座標系内の所定
の加工位置に対して位置合わせするに際して、前記複数
の被加工領域の内、所定個数以上の予め選択されたサン
プル領域の前記座標系上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計算することによっ
て、前記基板上の前記複数の被加工領域の各々の前記座
標系上における配列座標を算出し、該算出された配列座
標に従って前記基板の移動位置を制御することによっ
て、前記複数の被加工領域の各々を前記加工位置に対し
て位置合わせする方法において、前記複数の被加工領域の内、予め選択されたＮ個（Ｎは
４以上の整数）のサンプル領域の前記座標系上での座標
位置を計測する第１工程と；前記Ｎ個のサンプル領域に
ついて、それぞれ前記第１工程で計測された座標位置の
設計上の位置からの非線形誤差成分を求め、該複数の非
線形誤差成分のばらつきを前記Ｎの関数で除した評価値
を求める第２工程と；順次前記サンプル領域の個数が所
定個数になるまで、前記第２工程で最も非線形誤差成分
の大きかったサンプル領域を除外して前記第２工程を繰
り返すことにより、残されたサンプル領域の個数に対応
した評価値を求める第３工程と；前記第２工程及び第３
工程で求められた個々の評価値が前記複数の評価値に基
づいた所定の閾値より大きい範囲で、前記第２工程で最
も非線形誤差成分の大きいサンプル領域を取り除く第４
工程と；該第４工程で残されたサンプル領域について前
記第１工程で計測された座標位置を統計処理して前記基
板上の前記複数の被加工領域の各々の前記座標系上にお
ける配列座標を算出する第５工程と；を有することを特
徴とする位置合わせ方法。
【請求項２】前記所定の閾値は、前記複数の評価値の
平均値であることを特徴とする請求項１記載の位置合わ
せ方法。
【請求項３】前記所定の閾値は、前記複数の評価値の
平均値に前記評価値のばらつきを加算した値であること
を特徴とする請求項１記載の位置合わせ方法。
【請求項４】基板上に設定された複数の被加工領域の
各々を、前記基板の移動位置を規定する座標系内の所定
の加工位置に対して位置合わせするに際して、前記複数
の被加工領域の内、所定個数以上の予め選択されたサン
プル領域の前記座標系上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計算することによっ
て、前記基板上の前記複数の被加工領域の各々の前記座
標系上における配列座標を算出し、該算出された配列座
標に従って前記基板の移動位置を制御することによっ
て、前記複数の被加工領域の各々を前記加工位置に対し
て位置合わせする方法において、前記複数の被加工領域の内、予め選択されたＮ個（Ｎは
４以上の整数）のサンプル領域の前記座標系上での座標
位置を計測する第１工程と；前記Ｎ個のサンプル領域に
ついて、それぞれ前記第１工程で計測された座標位置の
設計上の位置からの非線形誤差成分を求め、該複数の非
線形誤差成分のばらつきを求める第２工程と；順次前記
サンプル領域の個数が所定個数になるまで、前記第２工
程で最も非線形誤差成分の大きかったサンプル領域を除
外して前記第２工程を繰り返すことにより、残されたサ
ンプル領域の個数に対応した非線形誤差成分のばらつき
を求める第３工程と；前記第２工程及び第３工程で求め
られた個々の非線形誤差成分のばらつきが、計算対象と
される前記サンプル領域の個数に応じて単調に増加する
所定の関数より大きい範囲で、前記第２工程で最も非線
形誤差成分の大きいサンプル領域を取り除く第４工程
と；該第４工程で残されたサンプル領域について前記第
１工程で計測された座標位置を統計処理して、前記基板
上の前記複数の被加工領域の各々の前記座標系上におけ
る配列座標を算出する第５工程と；を有することを特徴
とする位置合わせ方法。
【請求項５】計算対象とするサンプル領域の個数をｎ
として、前記所定の関数は、所定の定数に｛ｎ（ｎ−
３）｝^1/2を乗じて得た関数であることを特徴とする請
求項４記載の位置合わせ装置。
【請求項６】基板上に設定された複数の被加工領域の
各々を、前記基板の移動位置を規定する座標系内の所定
の加工位置に対して位置合わせするに際して、前記複数
の被加工領域の内、所定個数以上の予め選択されたサン
プル領域の前記座標系上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計算することによっ
て、前記基板上の前記複数の被加工領域の各々の前記座
標系上における配列座標を算出し、該算出された配列座
標に従って前記基板の移動位置を制御することによっ
て、前記複数の被加工領域の各々を前記加工位置に対し
て位置合わせする方法において、前記複数の被加工領域の内、予め選択されたＮ個（Ｎは
４以上の整数）のサンプル領域での前記基板の表面の状
態を検出し、該検出結果に基づいて表面状態が所定の許
容値より悪いと判定されるサンプル領域を除外する第１
工程と；該第１工程で残されたサンプル領域の前記座標
系上での座標位置を計測する第２工程と；前記第１工程
で残されたサンプル領域について前記第２工程で計測さ
れた座標位置を統計処理して前記基板上の前記複数の被
加工領域の各々の前記座標系上における配列座標を算出
する第３工程と；を有することを特徴とする位置合わせ
方法。