JPH1154407A

JPH1154407A - 位置合わせ方法

Info

Publication number: JPH1154407A
Application number: JP9210315A
Authority: JP
Inventors: Takechika Nishi; 健爾西
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-08-05
Filing date: 1997-08-05
Publication date: 1999-02-26
Also published as: US6411386B1; US6587201B2; US20020171833A1

Abstract

(57)【要約】【課題】ウエハ上の所定個数のショット領域の位置を
統計処理して各ショット領域の位置合わせを行う場合
に、計測精度を低下させることなく計測対象のマーク数
を減少できると共に、処理時間を短縮できる位置合わせ
方法を提供する。【解決手段】ウエハＷ上の全部のショット領域から２
個の予備サンプルショットＡ１，Ａ２を選択し、更に８
個のサンプルショットＢ１〜Ｂ８を選択する。予備サン
プルショットＡ１（のウエハマーク）の位置の計測結果
に基づいてオフセットを補正し、予備サンプルショット
Ａ１の位置を再計測する。更に、予備サンプルショット
Ａ２の位置の計測結果に基づいて回転角を補正して、予
備サンプルショットＡ２の位置を再計測する。残りのサ
ンプルショットＢ１〜Ｂ８の計測結果、及び予備サンプ
ルショットＡ１，Ａ２の再計測結果に基づいてＥＧＡ方
式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、例えば統計的手法
を用いて予測した配列座標に基づいて転写対象の基板上
の各被加工領域とマスクパターンとの位置合わせを行う
位置合わせ（アライメント）方法に関し、特にいわゆる
エンハンスト・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）方
式でアライメントを行う場合に使用して好適なものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子又は液晶表示素子等を製造す
るためのリソグラフィ工程中で、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（又はガラスプレート等）上の各ショッ
ト領域に転写するために使用される投影露光装置（ステ
ッパー等）においては、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これから露光するレチ
クルのパターンとの位置合わせ（ウエハアライメント）
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高精
度な位置合わせ方法として、例えば特開昭６１−４４４
２９号公報で開示されているように、ウエハ上から選択
された所定個数のショット領域（サンプルショット）に
付設されたアライメントマーク（ウエハマーク）の座標
位置を計測し、この計測結果を統計処理してウエハ上の
各ショット領域の配列座標を算出するエンハンスト・グ
ローバル・アライメント（ＥＧＡ）方式のアライメント
方法が知られている。このＥＧＡ方式のアライメント
は、最終的なアライメントであるファインアライメント
の一例であり、このようなファインアライメントを行う
ために、従来は予めサンプルショット内のウエハマーク
がアライメントセンサの検出領域内に確実に収まるよう
に、サーチアライメントを行っておく必要があった。

【０００４】図９は、従来のＥＧＡ方式でアライメント
が行われるウエハ５１を示し、この図９において、ウエ
ハ５１の表面には直交する２方向（Ｘ方向、Ｙ方向とす
る）に所定ピッチで多数のショット領域が配列されると
共に、それらのショット領域内の例えば３個のショット
領域内にＸ方向、Ｙ方向、及び回転方向の位置を大まか
に定めるためのサーチアライメントマークＷＸ，ＷＹ，
Ｗθが形成され、各ショット領域にはそれぞれＸ軸のウ
エハマーク５４Ｘ、及びＹ軸のウエハマーク５４Ｙより
なる２次元のウエハマーク５５が形成されている。な
お、サーチアライメントマーク、及びウエハマークは実
際には、例えば隣接するショット領域間の境界領域（ス
トリートライン領域）に形成されている。そして、それ
らのショット領域中から、ほぼ円周方向に均等に分布す
る１０個のショット領域Ｃ１〜Ｃ１０がサンプルショッ
トとして選択される。

【０００５】そして、先ず、サーチアライメント用のセ
ンサによってＹ軸のサーチアライメントマークＷＹのＹ
座標、θ軸のサーチアライメントマークＷθのＹ座標、
及びＸ軸のサーチアライメントマークＷＸのＸ座標が順
次計測され、これらの計測結果に基づいてウエハ５１上
の座標系（試料座標系）をウエハステージの座標系（静
止座標系）に変換するための回転角、及びオフセットよ
りなる変換パラメータが決定される。そして、これらの
変換パラメータより、ウエハ５１上の各サンプルショッ
トの静止座標系上での配列座標が算出される。これがサ
ーチアライメントであり、その後は、サーチアライメン
トの結果によってサンプルショットＣ１〜Ｃ１０内のウ
エハマーク５５が、順次ファインアライメント用のセン
サの検出領域内に移動して、静止座標系での座標が計測
される。この計測結果を統計処理して求められる各ショ
ット領域の静止座標系での配列座標に基づいて、各ショ
ット領域の位置合わせを行って露光を行うことによって
ＥＧＡ方式のアライメントが行われ、高い重ね合わせ精
度が得られる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の如く従来のＥＧ
Ａ方式のアライメントにおいては、ファインアライメン
ト用のセンサの検出領域内にサンプルショットのウエハ
マークが確実に収まるように、予めサーチアライメント
を行っていた。しかしながら、この従来のアライメント
方法において、例えば図９の例では、ウエハを移動しな
がら順次３箇所でサーチアライメントマークＷＸ，Ｗ
Ｘ，Ｗθの位置を計測すると共に、更にウエハを移動し
ながら順次１０箇所でサンプルショットのウエハマーク
５５の位置を計測する必要があるため、アライメントに
要する時間が長くなり、結果として露光工程のスループ
ットが低下していた。

【０００７】更に、サーチアライメントマークとファイ
ンアライメント用のウエハマークとが共に必要であるた
め、ウエハ上の各ショット領域、又はこれらの境界部の
ストリートライン領域にそれらのマークを形成するため
の広い領域が必要となり、本来の回路パターン等を形成
する領域が狭くなるという不都合があった。更に、従来
は、ＥＧＡ方式のアライメントの結果に基づいてウエハ
ステージ側で各ショット領域の位置補正を行っていたた
め、ウエハステージ側の位置決め制御が複雑化すると共
に、補正の自由度もあまりないという不都合があった。

【０００８】本発明は斯かる点に鑑み、ウエハ上の所定
個数のショット領域（被加工領域）の位置を統計処理し
てウエハ上の各ショット領域の位置合わせを行う場合
に、計測精度を低下させることなく計測対象のマーク数
を減少できると共に、処理時間を短縮できる位置合わせ
方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による第１の位置
合わせ方法は、基板（Ｗ）上に設計上の配列座標に沿っ
て配列されると共に、それぞれマスクパターンが転写さ
れるべき複数の被加工領域（２３₁〜２３_M)の各々を、
順次所定の基準位置に位置合わせするに際して、それら
複数の被加工領域の内、予め選択されているｍ個（ｍは
３以上の整数）の計測対象領域を順次所定の計測領域に
移動することによって座標位置を計測し、この計測され
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それぞれの実際の配列座標の
その設計上の配列座標に対する線形誤差を算出し、この
ように算出された線形誤差に応じてその基板の移動位置
を相対的に補正する位置合わせ方法である。

【００１０】そして、本発明では、それらのｍ個の計測
対象領域よりｋ個（ｋは１〜３の整数）の予備計測対象
領域（Ａ１，Ａ２）を選択しておき、それらの複数の被
加工領域の配列座標をその基板の外形基準で大まかに求
める第１工程（ステップ１０１，１０２）と、この第１
工程で求められた配列座標に基づいてそれらｋ個の予備
計測対象領域を順次その所定の計測領域に移動してそれ
ぞれ座標位置を計測する第２工程（ステップ１０３，１
０６）と、この第２工程の計測結果を処理してそれら複
数の被加工領域の実際の配列座標のその設計上の配列座
標に対する線形誤差の一部（例えばオフセット、及び回
転角の一部）を算出し、この算出結果に応じてその第２
工程で計測された座標位置を更新する第３工程（ステッ
プ１０４，１０５，１０７，１０８）と、この第３工程
で算出された線形誤差に応じて補正された配列座標に基
づいて（ｍ−ｋ）個のそれら計測対象領域（Ｂ１〜Ｂ
８）を順次その所定の計測領域に移動してそれぞれ座標
位置を計測する第４工程（ステップ１０９）と、その第
３工程で更新された座標位置、及びその第４工程で計測
された座標位置を統計計算することによって、それら複
数の被加工領域のそれぞれの実際の配列座標のその設計
上の配列座標に対する線形誤差を算出する第５工程（ス
テップ１１０）と、を有するものである。

【００１１】斯かる本発明は、最近のアライメントセン
サの検出可能領域が広くなり、且つ露光装置のウエハロ
ーダ系における外形基準の大まかな位置合わせ（プリア
ライメント）精度が向上していることに鑑みてなされた
ものである。即ち、本発明の第１工程はプリアライメン
ト工程に対応し、その第１工程において、その第２工程
以下で使用されるアライメントセンサの検出可能領域
に、計測対象の被加工領域に付設された位置合わせ用マ
ークが収まる程度の精度で、各被加工領域の配列座標が
決定される。従って、そのアライメントセンサの検出可
能領域に計測対象の位置合わせ用マークを収めるための
サーチアライメント工程を別途設ける必要がなくなり、
結果としてサーチアライメントマークが不要となるた
め、計測対象のマーク数が減少できる。

【００１２】但し、例えばアライメントセンサが画像処
理方式である場合、検出可能領域の周辺部では結像光学
系のディストーション等によって検出位置の誤差が生ず
る恐れがある。また、他の方式のアライメントセンサを
使用する場合であっても、位置合わせ用マークが検出可
能領域の周辺部にあると、検出時間が長くなったり、又
は検出誤差が或る程度大きくなってしまう恐れがある。
そこで、本発明では、その第２工程において、ｋ個の予
備計測対象領域（Ａ１，Ａ２）の位置を順次計測し、オ
フセットや回転角（ローテーション）等の線形誤差の一
部を計測し、その第４工程では残りの計測対象領域（Ｂ
１〜Ｂ８）の位置計測を行う際に、その第２工程で計測
された線形誤差の補正を行っておく。これによって、残
りの計測対象領域（Ｂ１〜Ｂ８）の位置合わせ用マーク
は、アライメントセンサの検出可能領域の中心付近に位
置合わせされるため、検出誤差が小さくなり、画面内の
マーク検出範囲も小さくなるため、検出時間も短縮され
る。また、その第３工程で誤差補正して得られるｋ個の
予備計測対象領域（Ａ１，Ａ２）の位置計測結果を最終
的な線形誤差の計算時に使用することによって、計測対
象の位置合わせ用マークの個数は、従来のファインアラ
イメント用のマークの個数と同程度になるため、計測す
べきマーク数が減少して計測時間を含む処理時間も短縮
される。

【００１３】この場合、その第３工程において、その算
出された線形誤差に応じて補正された配列座標に基づい
て、それらｋ個の予備計測対象領域（Ａ１，Ａ２）を再
び順次その所定の計測領域に移動してそれぞれ座標位置
を計測して、座標位置を更新することが望ましい。これ
によって、ｋ個の予備計測対象領域（Ａ１，Ａ２）に付
設された位置合わせ用マークはアライメントセンサの検
出可能領域の中心付近で再計測されるため、計測精度が
向上する。

【００１４】また、本発明の第２の位置合わせ方法は、
その第１の位置合わせ方法において、それらのｋ個の予
備計測対象領域は第１及び第２の２個の領域（Ａ１，Ａ
２）よりなり、その第２工程、及び第３工程において、
その第１工程で求められた配列座標に基づいて第１の予
備計測対象領域（Ａ１）をその所定の計測領域に移動し
て座標位置を計測し、この計測結果を処理してそれら複
数の被加工領域の実際の配列座標の線形誤差の一部であ
るオフセットを算出し、この算出結果に応じて補正され
た配列座標に基づいて第１の予備計測対象領域（Ａ１）
の座標位置を再計測し、次に、その第１工程で求められ
た配列座標に基づいて第２の予備計測対象領域（Ａ２）
をその所定の計測領域に移動して座標位置を計測し、こ
の計測結果を処理してそれら複数の被加工領域の実際の
配列座標の線形誤差の一部である回転角を算出し、この
算出結果に応じて補正された配列座標に基づいて第２の
予備計測対象領域（Ａ２）の座標位置を再計測するもの
である。

【００１５】これは、２箇所の予備計測対象領域（Ａ
１，Ａ２）の位置計測を行うことによって、オフセッ
ト、及び回転角（ローテーション）の補正を或る程度行
うことを意味する。これによって、残りの計測対象領域
（Ｂ１〜Ｂ８）の計測精度が向上する。また、本発明に
おいて、その第４工程で算出される線形誤差を補正する
ために、マスクパターン側の位置を補正するようにして
もよい。露光装置は、通常１／４又は１／５等の縮小投
影で使用されるため、仮にマスク側及び基板側で同じ検
出精度のレーザ干渉計が使用されるものとすると、レー
ザ干渉計のマスク側の検出誤差は基板上ではその縮小倍
率に比例して小さくなる。従って、縮小投影される場合
には、マスクパターン側の位置を補正することによっ
て、重ね合わせ誤差をより低減することができる。ま
た、マスクパターンの位置を補正することによって、単
に基板側の位置を補正する場合に比べて、位置合わせを
高速に行うことができると共に、非線形誤差も投影倍率
分だけ精度良く補正できることとなる。

【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１〜図８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において露光時には、水銀ランプ、又はエキシ
マレーザ光源等の露光光源、この露光光源からの露光光
の照度分布を均一化するためのフライアイレンズ、照明
領域を規定する視野絞り（レチクルブラインド）、及び
コンデンサレンズ系等からなる照明光学系８より、レチ
クルＲに対して均一な照度分布で露光光ＩＬが照射され
る。そして、露光光ＩＬのもとで、レチクルＲに形成さ
れているパターンの像が、両側テレセントリックな投影
光学系ＰＬを介して投影倍率β（βは１／５，１／４
等）で、ウエハＷ上の各ショット領域に投影される。ウ
エハＷにはレジストが塗布されており、照明光学系８内
にはレジストに対する露光量を間接的にモニタする計測
系が備えられている。この計測系の計測結果、及び装置
全体の動作を制御するコンピュータよりなる主制御系５
の制御に基づいて、露光量制御系１１が露光光源の発光
時間等を制御してレジストに対する露光量を適正化す
る。

【００１７】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軸を取り、図１の紙面に垂直にＹ軸を取って説明す
る。このとき、レチクルＲはレチクルステージ７上に吸
着保持され、レチクルステージ７は、レチクルベース６
上にエアベアリングを介して浮上するように支持される
と共に、リニアモータ等の駆動機構（不図示）によりＸ
方向、Ｙ方向、θ方向に位置決めされる。レチクルステ
ージ７の側面はＸ軸の鏡面７ｘ、及びＹ軸の鏡面に加工
され、これらの鏡面にレチクル用のレーザ干渉計９より
例えば３軸のレーザビームが照射され、レーザ干渉計９
はレチクルステージ７のＸ座標、Ｙ座標、及び回転角を
計測し、この計測値をレチクルステージ駆動系１０、及
び主制御系５に供給する。レチクルステージ駆動系１０
は、その計測値、及び主制御系５からの制御情報に基づ
いてレチクルステージ７の動作を制御する。

【００１８】一方、ウエハＷ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ており、このウエハホルダ
がＺチルトステージ３上に固定され、Ｚチルトステージ
３は、定盤１上にエアベアリングを介して浮上するよう
に支持されているＸＹステージ２上に固定されている。
Ｚチルトステージ３は、ウエハＷのＺ方向の位置（フォ
ーカス位置）、及び傾斜角を制御してオートフォーカス
方式でウエハＷの表面を投影光学系ＰＬの像面に合わせ
込み、ＸＹステージ２は、リニアモータ等の駆動機構
（不図示）によりＸ方向、Ｙ方向にＺチルトステージ３
（ウエハＷ）を移動する。Ｚチルトステージ３、及びＸ
Ｙステージ２よりウエハステージが構成されている。そ
して、Ｚチルトステージ３の側面はＸ軸の鏡面３ｘ、及
びＹ軸の鏡面に加工され、これらの鏡面にウエハ側のレ
ーザ干渉計１２より例えば３軸のレーザビームが照射さ
れ、レーザ干渉計１２はＺチルトステージ３のＸ座標、
Ｙ座標、及び回転角を計測し、この計測値をウエハステ
ージ駆動系１３、及び主制御系５に供給する。ウエハ側
のレーザ干渉計１２によって計測されるＺチルトステー
ジ３（ウエハＷ）のＸ座標、及びＹ座標よりなる座標系
（Ｘ，Ｙ）を、ウエハステージの座標系、又は静止座標
系と呼ぶ。ウエハステージ駆動系１３は、その計測値、
及び主制御系５からの制御情報に基づいてＸＹステージ
２の動作を制御する。

【００１９】そして、ウエハＷに対する露光時には、ウ
エハＷ上の一つのショット領域への露光が終了した後
に、ＸＹステージ２を駆動することによって、ウエハＷ
上の次のショット領域を投影光学系ＰＬの露光領域に移
動してレチクルＲのパターン像を露光するという動作
が、ステップ・アンド・リピート方式で繰り返されて、
ウエハＷ上の各ショット領域への露光が行われる。ま
た、本例では重ね合わせ露光を行う場合に、アライメン
トの結果から算出されるウエハＷ上の各ショット領域の
線形配列誤差の一部を補正するために、レチクルステー
ジ７を介してレチクルＲも駆動される。

【００２０】さて、このように露光を行う前には、予め
レチクルＲのアライメント、及びウエハＷのアライメン
トを行っておく必要がある。そのため、レチクルＲ用の
１対の基準マーク、及びウエハ用の基準マークが形成さ
れた基準マーク部材（不図示）がＺチルトステージ３上
に固定されており、投影光学系ＰＬの側面にオフ・アク
シス方式で画像処理方式のアライメントセンサ４が配置
されている。アライメントセンサ４は、白色光で被検マ
ークを照明する照明系と、その被検マークの拡大像を形
成する拡大結像系と、その像を撮像するＣＣＤ型の２次
元撮像素子と、を備えている。アライメントセンサ４か
らの画像信号より、アライメント信号処理系１４は検出
対象のマークの検出中心からの位置ずれ量を求めて主制
御系５に供給する。主制御系５は、ウエハ側のレーザ干
渉計１２を介して検出されるＺチルトステージ３（ウエ
ハＷ）のＸ座標、Ｙ座標にその位置ずれ量を加算するこ
とによって、その検出対象のマークのウエハステージの
座標系（静止座標系）（Ｘ，Ｙ）での配列座標を求める
ことができる。

【００２１】そして、その基準マーク部材を所定位置に
移動した状態で、その１対の基準マークに対してレチク
ルＲのアライメントが行われる。この際に、アライメン
トセンサ４を介してウエハ用の基準マークの位置を検出
することによって、レチクルＲのパターン像の中心とア
ライメントセンサ４の検出中心との間隔であるベースラ
イン量ＢＬが求められて、主制御系５の記憶部に記憶さ
れる。これ以後は、アライメントセンサ４の検出結果を
統計処理して得られるウエハＷ上の各ショット領域の配
列座標をそのベースライン量ＢＬ分だけずらすことによ
って、各ショット領域とレチクルＲのパターン像との間
に高い重ね合わせ精度が得られる。

【００２２】また、本例の投影露光装置のウエハステー
ジの側面には、ウエハローダ系が配置されている。この
ウエハローダ系は、不図示のウエハ搬送ラインとの間で
ウエハの受け渡しを行うスライダ系１６と、このスライ
ダ系１６からウエハ（ウエハＷ１とする）を受け取って
ウエハステージ側に渡すためのウエハ搬送アーム１７
と、このウエハ搬送アーム１７を回転軸１８を中心とし
て回転するアーム駆動部１９と、を備えている。更にウ
エハローダ系には、プリアライメント用にウエハ搬送ア
ーム１７からウエハを受け取るターンテーブル（不図
示）と、このターンテーブル上のウエハの位置や回転角
を画像処理方式で検出するためのプリアライメント検出
系２０と、プリアライメント検出系２０の検出結果に基
づいて、スライダ系１６、ウエハ搬送アーム１７、及び
ターンテーブルの動作を制御するプリアライメント制御
系２１と、が備えられている。プリアライメント制御系
２１は、ウエハＷ１の受け渡し情報を主制御系５に供給
する。また、不図示であるが、ウエハステージ上のウエ
ハをアンロードするためのウエハ搬送アームも備えられ
ている。

【００２３】以下では、そのプリアライメントを行った
後、オフ・アクシス方式のアライメントセンサ４の検出
結果を統計処理してエンハンスト・グローバル・アライ
メント（ＥＧＡ）方式でウエハＷの各ショット領域のア
ライメントを行って、各ショット領域にレチクルＲのパ
ターン像を重ね合わせ露光する場合の動作の一例につき
図８のフローチャートを参照して説明する。

【００２４】先ず、図８のステップ１０１において、露
光対象のウエハ（ウエハＷとする）を図１のウエハロー
ダ系中のスライダ系１６からウエハ搬送アーム１７に受
け渡す。このようにスライダ系１６からウエハ搬送アー
ム１７にウエハを受け渡す際に、例えば位置関係を一定
の関係に定めておくことによって、ウエハＷ１は位置精
度が数ｍｍ、回転精度が数ｍｒａｄ程度でウエハ搬送ア
ーム１７に対して大まかに位置決めされる。但し、この
精度ではウエハステージにウエハをロードする際の精度
としては不十分であるため、次のようにプリアライメン
トが行われる。

【００２５】即ち、ウエハＷを受け渡されたウエハ搬送
アーム１７は、アーム駆動機構１９及び回転軸１８によ
り駆動されてウエハＷを搬送して不図示のターンテーブ
ル上にウエハＷを載置する。この際に、プリアライメン
ト検出系２０を介してウエハＷの外周エッジ上の３箇所
（その内の１箇所はノッチ、又はオリエンテーションフ
ラットを含む）の画像を撮像し、得られる画像信号を処
理することによってウエハＷの中心位置、及び回転角を
検出する。そして、プリアライメント制御系２１の制御
のもとで、ウエハ搬送アーム１７に対してウエハＷの中
心及び回転角が所定の関係になるようにターンテーブル
の位置及び回転角を微調整することで、プリアライメン
トが行われる。このプリアライメントによって、ウエハ
Ｗはウエハ搬送アーム１７に対して位置精度（オフセッ
ト）が数十μｍ、回転精度（ローテーション）が数十μ
ｒａｄ程度で位置決めされる。

【００２６】その状態で、再びウエハＷをウエハ搬送ア
ーム１７に載置して、ウエハ搬送アーム１７からウエハ
ステージのＺチルトステージ３上のウエハホルダ（不図
示）上にウエハＷをロードする。この直前に露光済みの
ウエハがアンロードされている。また、ウエハ搬送アー
ム１７からウエハＷを受け渡される際のＺチルトステー
ジ３の位置は所定のローディングポジションにあるた
め、ウエハＷをＺチルトステージ３（ウエハホルダ）に
ロードする際のウエハ搬送アーム１７の位置を予め定め
た状態にしておくことによって、ウエハＷはＺチルトス
テージ３に対して所定の位置関係でロードされる。この
場合、ウエハＷ上の各ショットの配列座標（ショットマ
ップ）は、例えばウエハＷの中心を原点とする座標系
（試料座標系）上の設計座標として設定され、この設計
座標は露光データファイルとして主制御系５に供給され
ている。また、上記のプリアライメントによって、試料
座標系と、ウエハステージの座標系（静止座標系）
（Ｘ，Ｙ）との各軸はほぼ平行になると共に、オフセッ
トの大まかな値も決定されて、主制御系５の記憶部に格
納されている。

【００２７】次に、オフ・アクシス方式のアライメント
センサ４を用いてウエハＷ上の所定のショット領域に付
設されたウエハマークの座標を検出することによって、
ＥＧＡ方式でファインアライメントを行う。本例ではプ
リアライメント精度が向上していると共に、アライメン
トセンサ４の観察視野（検出可能領域）が広いため、別
途特に検出可能範囲の大きなサーチアライメント用のセ
ンサを用いて、ウエハマークの位置を追い込むためのサ
ーチアライメントを行う必要はない。ところが、アライ
メントセンサ４は、観察視野の中心（検出中心）から外
れるほど結像光学系のディストーション等によって位置
検出精度が低下する恐れがあるため、検出するウエハマ
ークはできるだけその検出中心に近い方が望ましい。そ
こで、本例では以下のように次第に座標系を変換して、
ウエハマークの位置を検出中心に追い込んでいる。

【００２８】先ず、図２（ａ）は本例のウエハＷのショ
ット配列を示し、この図２（ａ）において、ウエハＷ上
にはほぼＸ方向、Ｙ方向に所定ピッチでＭ個（Ｍは数１
０のオーダの整数）のショット領域２３₁,２３₂,…，２
３_Mが配列され、各ショット領域にそれぞれ同一形状の
ウエハマークが付設されている。本例ではそれらのショ
ット領域内で、円周方向にほぼ均等に分布する１０個の
ショット領域Ａ１，Ａ２，Ｂ１〜Ｂ８を位置計測の対象
であるサンプルショットとして選択する。更に、ウエハ
マークの位置をできるだけ検出中心に近付けるために、
２個のショット領域Ａ１，Ａ２を予備サンプルショット
として、これらの位置を最初に計測することとする。予
備サンプルショットＡ１，Ａ２、及びサンプルショット
Ｂ１〜Ｂ８にはそれぞれウエハマークＷＭ１，ＷＭ２，
ＷＭ３〜ＷＭｍ（ここではｍ＝１０）が付設されてお
り、アライメントセンサ４を用いてそれらのマークの位
置を矢印で示す順序で計測する。なお、本例では２個の
予備サンプルショットＡ１，Ａ２はＸ方向に離れたショ
ット領域であり、それらに付設されたウエハマークＷＭ
１，ＷＭ２のＹ座標は設計上は同一である。従って、ウ
エハマークＷＭ１，ＷＭ２のＹ座標の差分が、ウエハＷ
の静止座標系（Ｘ，Ｙ）に対する回転誤差（ローテーシ
ョン）に対応する。

【００２９】図２（ｂ）は、代表的なウエハマークＷＭ
ｎ（ｎ＝１〜ｍ）を示し、この図２（ｂ）において、ウ
エハマークＷＭｎは、ほぼＹ方向に所定ピッチで配列さ
れた凹凸のＹ軸のライン・アンド・スペースパターン２
４Ｙと、これをＸ方向に挟むようにほぼＸ方向に所定ピ
ッチで配列された凹凸のＸ軸のライン・アンド・スペー
スパターン２４Ｘ１，２４Ｘ２とより構成された２次元
マークである。そして、Ｙ軸のライン・アンド・スペー
スパターン２４Ｙの中心と、Ｘ軸のライン・アンド・ス
ペースパターン２４Ｘ１，２４Ｘ２の中心とは合致して
おり、この中心のＸ座標、及びＹ座標がウエハマークＷ
Ｍｎの座標となる。なお、ウエハマークＷＭｎは、実際
には隣接するショット領域間の境界領域（ストリートラ
イン領域）に形成されている。本例では、別にサーチア
ライメント用のマークを形成する必要がないため、スト
リートライン領域を狭くできるか、又は他の用途に利用
できる利点がある。

【００３０】図２（ａ）に戻り、各ウエハマークの配列
座標と対応するショット領域の中心とのオフセットは予
め求められているため、以下では各ウエハマークの配列
座標を対応するショット領域（サンプルショットを含
む）の配列座標とみなす。この場合、ウエハＷ上の各シ
ョット領域の配列座標は、ウエハＷ上の座標系（試料座
標系）での設計上の配列座標として主制御系５に供給さ
れている。

【００３１】そこで、図８のステップ１０２において、
主制御系５は、プリアライメントの結果に基づいて、試
料座標系をウエハステージ上の第１の座標系（ｘ，ｙ）
に変換する。これは、図１のＺチルトステージ３がロー
ディングポジションにあるときのウエハステージの座標
系（静止座標系）（Ｘ，Ｙ）の原点に対して、その試料
座標系の原点が計算上で合致するように試料座標系のオ
フセットを調整することを意味する。そして、主制御系
５は、オフセットを調整して得られた第１の座標系
（ｘ，ｙ）上での予備サンプルショットＡ１，Ａ２、及
びサンプルショットＢ１〜Ｂ８の設計上の配列座標（Ｄ
ｘｎ，Ｄｙｎ）を算出する。また、ローディングポジシ
ョンとアライメントセンサ４の検出中心とのずれ量は既
知である。

【００３２】次に、ステップ１０３において、その第１
の座標系（ｘ，ｙ）での設計上の配列座標に基づいてＸ
Ｙステージ２を駆動して、図２の第１の予備サンプルシ
ョットＡ１に付設されたウエハマークＷＭ１をアライメ
ントセンサ４の観察視野内に移動し、アライメントセン
サ４を介してウエハマークＷＭ１の静止座標系（Ｘ，
Ｙ）での位置を検出する。

【００３３】図３（ａ）はアライメントセンサ４の観察
視野２５を示し、この図３（ａ）において、観察視野２
５の中心（検出中心）２６からＸ方向、Ｙ方向にΔＸ
１，ΔＹ１外れた位置に検出対象のウエハマークＷＭｎ
（ここではｎ＝１）の中心２７がある。アライメントセ
ンサ４は、観察視野２５内の拡大像をＸ方向、Ｙ方向に
読み出して得られる画像信号を図１のアライメント信号
処理系１４に供給し、アライメント信号処理系１４で
は、検出中心２６からのＸ方向及びＹ方向への位置ずれ
量ＩＸ，ＩＹよりなる相対座標系（ＩＸ，ＩＹ）におい
て、ウエハマークＷＭｎの中心２７の座標（ここでは
（ΔＸ１，ΔＹ１））を検出し、検出結果を主制御系５
に供給する。

【００３４】図４（ａ）は、アライメントセンサ４から
アライメント信号処理系１４に供給されるＸ軸の画像信
号ＳＸを示し、画像信号ＳＸは相対座標ＩＸに対してプ
ロットされている。実際には、相対座標ＩＸに結像系の
拡大倍率を乗じた座標に対応させて画像信号ＳＸが取り
込まれる。図４（ａ）において、一例として所定の閾値
ＳＸ_thで画像信号ＳＸを２値化し、得られる矩形波信号
の中点を求めることによってウエハマークＷＭｎのＸ方
向の中心の相対座標（ここではΔＸ１）が求められる。
Ｙ方向の中心の相対座標も、同様に拡大像をＹ方向に読
み出して得られる画像信号から求めることができる。主
制御系５では、供給された座標にウエハ側のレーザ干渉
計１２によって計測される静止座標系（Ｘ，Ｙ）の座標
を加算することによって、ウエハマークＷＭｎの静止座
標系（Ｘ，Ｙ）での位置を検出する。

【００３５】但し、図３（ａ）の状態では、検出中心２
６に対してウエハマークＷＭｎの中心２７の位置が比較
的大きくずれているが、これは、プリアライメント後の
位置決め誤差がオフセットで数十μｍ程度、ローテーシ
ョンで数十μｒａｄ程度残存していることによる。アラ
イメントセンサ４の結像系にはディストーション誤差や
他の収差があり、撮像素子の画素の配列にも誤差がある
ため、観察視野２５の周辺部では検出中心２６付近と比
べて数十ｎｍのオーダの位置ずれが生じる可能性があ
る。そこで、より検出精度を向上するため、ステップ１
０４に移行して、第１の座標系（ｘ，ｙ）からオフセッ
ト（ΔＸ１，ΔＹ１）を補正した第２の座標系（Ａｘ，
Ａｙ）を想定し、主制御系５は、次式より第２の座標系
（Ａｘ，Ａｙ）での２個の予備サンプルショットＡ１，
Ａ２の配列座標（ＦＡｘｎ，ＦＡｙｎ）（ｎ＝１，２）
を求める。

【００３６】

【数１】

【００３７】この式において、座標（Ｄｘｎ，Ｄｙｎ）
（ｎ＝１，２）は、予備サンプルショットＡ１，Ａ２の
第１の座標系（ｘ，ｙ）での設計上の配列座標である。
そして、ステップ１０５において、その第１の座標系
（Ａｘ，Ａｙ）での配列座標（ＦＡｘｎ，ＦＡｙｎ）に
従ってＸＹステージ２を駆動することによって、図３
（ｂ）に示すように、第１の予備サンプルショットＡ１
のウエハマークＷＭ１（ＷＭｎ）の中心２７をアライメ
ントセンサ４の検出中心２６に移動して、ウエハマーク
ＷＭ１の位置を再計測する。この際のＸＹステージ２の
移動量は、数十μｍ以下であるため、この再計測に要す
る時間は各サンプルショットの位置検出を行うための移
動、及び検出に要する時間に比べて極めて短い時間であ
る。

【００３８】図３（ｂ）の観察視野２５において、ウエ
ハマークＷＭｎ（ここではｎ＝１）の中心２７は、ほぼ
検出中心２６に合致している。また、図３（ｂ）に対応
するＸ軸の画像信号ＳＸは、図４（ｂ）に示すようにな
る。但し、図３（ａ）の状態でディストーション等によ
る検出誤差がある場合には、図３（ｂ）の状態でもその
検出誤差分だけウエハマークＷＭｎの中心２７は検出中
心２６から位置ずれしており、アライメント信号処理系
１４で図４（ｂ）の画像信号を処理することによって、
その位置ずれ量が検出される。この位置ずれ量は、予備
サンプルショットＡ１のアライメント誤差（ΔＡ１ｘ，
ΔＡ１ｙ）、即ち実測値に対する計算上の配列座標の位
置ずれ量であり、このアライメント誤差はＥＧＡ方式で
アライメントを行う際の１つのアライメントデータとし
て主制御系５に供給される。主制御系５では、そのとき
のＺチルトステージ３のＸ座標、Ｙ座標も対応させて記
憶する。

【００３９】次に、ステップ１０６において、ステップ
１０４で求めた第２の座標系（Ａｘ，Ａｙ）での第２の
予備サンプルショットＡ２の配列座標（ＦＡｘ２，ＦＡ
ｙ２）に基づいてＸＹステージ２を駆動することによっ
て、アライメントセンサ４の観察視野内に予備サンプル
ショットＡ２に付設されたウエハマークＷＭ２を移動す
る。そして、アライメント信号処理系１４は、アライメ
ントセンサ４の検出中心に対するウエハマークＷＭ２の
位置ずれ量（ΔＸ２，ΔＹ２）を検出し、この位置ずれ
量を主制御系５に供給する。このステップ１０６では、
ステップ１０３で検出された位置ずれ量（ΔＸ１，ΔＹ
１）のような大きなオフセットは既に補正されており、
図２（ａ）の予備サンプルショットＡ１のウエハマーク
ＷＭ１を中心としたプリアライメント時の数十μｒａｄ
程度の回転誤差が残存しているのみである。従って、そ
の回転誤差に応じて第２の予備サンプルショットＡ２の
ウエハマークＷＭ２が検出中心に対してＹ方向にずれて
いる可能性があり、このままでは結像系のディストーシ
ョン等の影響を受ける恐れがある。

【００４０】そこで、ステップ１０７に移行して、静止
座標系（Ｘ，Ｙ）に対するウエハＷの残存している回転
誤差を求めるために、先ずウエハマークＷＭ２の位置ず
れ量のＹ座標ΔＹ２から、ステップ１０５で求めたウエ
ハマークＷＭ１のアライメント誤差のＹ座標ΔＡ１ｙを
差し引いた差分（＝ΔＹ２−ΔＡ１ｙ）を計算する。更
に、この差分をウエハマークＷＭ１とウエハマークＷＭ
２とのＸ方向の間隔Ｌ（近似的にＸＹステージ２のＸ方
向へのステッピング量を使用できる）で除算することに
よって回転角（＝（ΔＹ２−ΔＡ１ｙ）／Ｌ）を算出す
る。そして、第２の座標系（Ａｘ，Ａｙ）に対して更に
その回転角を補正した第３の座標系（Ｂｘ，Ｂｙ）を想
定し、主制御系５は、予備サンプルショットＡ２、及び
サンプルショットＢ１〜Ｂ８のその第３の座標系（Ｂ
ｘ，Ｂｙ）での配列座標（ＦＢｘｎ，ＦＢｙｎ）（ｎ＝
１〜１０）を次式より算出する。但し、回転角の中心で
ある第１のウエハマークＷＭ１の第１の座標系（ｘ，
ｙ）での設計上の配列座標（Ｄｘ１，Ｄｙ１）を用いて
いる。

【００４１】

【数２】

【００４２】なお、この式の右辺の第２項では、回転誤
差の影響を表すためにＸ成分とＹ成分とが入れ替えられ
ている。また、第１の予備サンプルショットＡ１では、
その第２項の値が０になって、配列座標の値は（数１）
と同じになるため、再計算を行う必要は無い。次に、ス
テップ１０８に移行して、ステップ１０７で計算された
第２の予備サンプルショットＡ２の配列座標（ＦＢｘ
２，ＦＢｙ２）に基づいてＸＹステージ２を微動するこ
とによって、その予備サンプルショットＡ２のウエハマ
ークＷＭ２をアライメントセンサ４の検出中心側に移動
する。この際には、プリアライメント後に残存していた
オフセット、及び回転角の誤差の大部分が補正されてい
るため、ウエハマークＷＭ２の中心はほぼ検出中心付近
にあり、極めて高精度に位置検出が行われる。即ち、ア
ライメント信号処理系１４でその検出中心に対するウエ
ハマークＷＭ２の位置ずれ量が再計測され、この位置ず
れ量は予備サンプルショットＡ２のアライメント誤差
（ΔＡ２ｘ，ΔＡ２ｙ）として主制御系５に供給され
る。そのアライメント誤差（ΔＡ２ｘ，ΔＡ２ｙ）、及
びこのときのＺチルトステージ３のＸ座標、Ｙ座標もＥ
ＧＡ方式でアライメントを行う際のアライメントデータ
の一つとして使用される。

【００４３】このように第３の座標系（Ｂｘ，Ｂｙ）で
の配列座標を使用することによって、プリアライメント
後も残存していたオフセット、及び回転角の誤差の大部
分が補正されて、従来のサーチアライメントを行ったの
と等価になる。但し、本例では既に２個のアライメント
誤差が求められている。次のステップ１０９において、
その第３の座標系（Ｂｘ，Ｂｙ）でのサンプルショット
Ｂ１〜Ｂ８の配列座標（ＦＢｘｎ，ＦＢｙｎ）（ｎ＝３
〜８）に基づいてＸＹステージ２を駆動することによっ
て、図２（ａ）の矢印で示すように、アライメントセン
サ４の観察視野内に順次８個のサンプルショットＢ１〜
Ｂ８に付設されたウエハマークＷＭｎ（ｎ＝３〜１０）
を移動して、各ウエハマークＷＭｎの位置を検出する。
この場合、アライメントセンサ４の検出中心に対する各
ウエハマークＷＭｎの位置ずれ量（ΔＡｎｘ，ΔＡｎ
ｙ）がアライメント誤差として求められて、主制御系５
に供給される。更にこのときのＺチルトステージ３のＸ
座標、Ｙ座標も対応して記憶される。

【００４４】これによって、予備サンプルショットＡ
１，Ａ２の計測を含めて、合計で１０点のＥＧＡ方式に
よるサンプルショットの位置計測が行われたことにな
る。なお、予備サンプルショットＡ１，Ａ２での再計測
を含めると、実質的に計測は１２回行っているが、それ
らの再計測ではＸＹステージ２は微動しているのみであ
るため、従来のサーチアライメントを行う場合のように
長いステッピング距離を移動する必要はなく、計測時間
は従来の１０点計測の場合とほぼ同じであり、スループ
ットは高く維持されている。

【００４５】次に、ステップ１１０に移行して、２個の
予備サンプルショットＡ１，Ａ２でのアライメント誤
差、及び８個のサンプルショットＢ１〜Ｂ８のアライメ
ント誤差（ΔＡｎｘ，ΔＡｎｙ）を用いて、最小２乗法
によって第３の座標系（Ｂｘ，Ｂｙ）を静止座標系
（Ｘ，Ｙ）に変換するための変換パラメータの値を決定
する。以下では、予備サンプルショットＡ１，Ａ２を１
番目及び２番目のサンプルショットとして扱い、サンプ
ルショットＢ１〜Ｂ８を３番目からｍ番目のサンプルシ
ョットとして扱うものとする。本例の変換パラメータ
は、Ｘ軸のスケーリングＳｘ、Ｙ軸のスケーリングＳ
ｙ、ローテーションθ、直交度ω、Ｘ軸のオフセットＯ
ｘ、及びＹ軸のオフセットＯｙよりなる６個の線形パラ
メータよりなり、（数２）による第３の座標系（Ｂｘ，
Ｂｙ）上でのｎ番目のサンプルショットの配列座標（Ｆ
Ｂｘｎ，ＦＢｙｎ）は、次式によって静止座標系（Ｘ，
Ｙ）上での計算上の配列座標（ＦＸｎ，Ｆｙｎ）に変換
される。

【００４６】

【数３】

【００４７】なお、スケーリングＳｘ，Ｓｙは、例えば
ウエハの長さが１％伸びた場合に１．０１となるように
定めてあり、実際の計算を行う場合には、１からの変化
分ΔＳｘ，ΔＳｙを使うようにして、２次以上の微小量
を無視するようにしてもよい。これによって計算が容易
になる。そして、ｎ番目のサンプルショットの静止座標
系（Ｘ，Ｙ）上での実測された配列座標を（ＦＸｎ’，
Ｆｙｎ’）とすると、主制御系５では、次の残留誤差成
分Ｅが最小になるように、６個の変換パラメータの値を
決定する。

【００４８】

【数４】

【００４９】この式において、ｎ番目のサンプルショッ
トの実測された配列座標（ＦＸｎ’，Ｆｙｎ’）は、ア
ライメント誤差（ΔＡｎｘ，ΔＡｎｙ）、及びそのとき
のＺチルトステージ３の静止座標系（Ｘ，Ｙ）上での座
標（Ｘｎ，Ｙｎ）の和として表される。従って、（数
４）内の計算上の座標Ｆｘｎ，Ｆｙｎとして（数３）の
右辺の線形パラメータを含む成分を代入して最小２乗法
を適用することによって、６個の変換パラメータＳｘ，
Ｓｙ，θ，ω，Ｏｘ，Ｏｙの値が決定される。これがＥ
ＧＡ計算である。ＥＧＡ計算の詳細については特開昭６
１−４４４２９号公報に開示されている。

【００５０】次に、ステップ１１１において、主制御系
５は、先ず図２（ａ）のウエハＷ上の全部のショット領
域２３_n(ここでは、ｎ＝１〜Ｍ）の第１の座標系（ｘ，
ｙ）での設計上の配列座標（これも（Ｄｘｎ，Ｄｙｎ）
とする）を、（数２）に基づいて第３の座標系（Ｂｘ，
Ｂｙ）上での配列座標（ＦＢｘｎ，ＦＢｙｎ）に変換す
る。

【００５１】また、本例では各ショット領域２３_nの露
光に際して、ウエハステージ側のＸＹステージ２を、第
３の座標系（Ｂｘ，Ｂｙ）上での配列座標（ＦＢｘｎ，
ＦＢｙｎ）に基づいて駆動して位置決めを行い、（数
３）との差分の線形配列誤差はレチクルＲを駆動するこ
とによって相殺する。この場合、各ショット領域２３
_n(ここではｎ＝１〜Ｍ）について、ステップ１１０で計
算された６個の変換パラメータを（数３）に代入して計
算される配列座標（Ｆｘｎ，Ｆｙｎ）と、第３の座標系
（Ｂｘ，Ｂｙ）上での配列座標（ＦＢｘｎ，ＦＢｙｎ）
との差分の線形配列誤差を相殺するためのレチクルＲの
移動量（ΔＲｘｎ，ΔＲｙｎ）は、投影倍率βを用いて
次のようになる。

【００５２】

【数５】

【００５３】この式において、レチクルＲの移動量（Δ
Ｒｘｎ，ΔＲｙｎ）は、静止座標系（Ｘ，Ｙ）のＸ方
向、Ｙ方向への移動量を表している。また、投影光学系
ＰＬが反転投影を行うため、（数５）の移動量の符号が
正であっても線形配列誤差が相殺される。そして、ステ
ップ１１２において主制御系５は、ウエハステージ側の
ＸＹステージ２を第３の座標系（Ｂｘ，Ｂｙ）上での配
列座標（ＦＢｘｎ，ＦＢｙｎ）を既知のベースライン量
ＢＬで補正した値に基づいて駆動して位置決めを行い、
同時にレチクルステージ７をベースライン量を計測した
ときの位置（基準位置）に対して（数５）の移動量（Δ
Ｒｘｎ，ΔＲｙｎ）分だけ駆動して位置決めを行った状
態で、順次ウエハＷ上の各ショット領域２３_n（ｎ＝１
〜Ｍ）に対してレチクルＲのパターン像を投影光学系Ｐ
Ｌを介して転写する。これによって、１枚のウエハＷに
対する露光が終了する。

【００５４】このように本例では、ファインアライメン
ト工程とは独立したサーチアライメント工程を設けてお
らず、ウエハステージをステッピング移動して計測する
ウエハマークの個数が従来のようにサーチアライメント
も行う場合に比べて少なくなるため、アライメントに要
する時間が短縮され露光工程のスループットが向上して
いる。

【００５５】また、最初の２つの予備サンプルショット
Ａ１，Ａ２の位置の計測結果に応じてその後のサンプル
ショットＢ１〜Ｂ８の位置を補正していると共に、予備
サンプルショットＡ１，Ａ２も再計測を行っているた
め、予備サンプルショットＡ１，Ａ２、及びサンプルシ
ョットＢ１〜Ｂ８はそれぞれアライメントセンサ４の観
察視野の検出中心付近で検出されている。そのため、結
像系のディストーション等の影響が少なくなり、計測精
度も向上している。更に、予備サンプルショットＡ１，
Ａ２は再計測を行っているが、この再計測時にはウエハ
ステージは微動するのみでステッピング移動は行う必要
がないため、計測時間の増加は少ない。

【００５６】次に、本例では線形配列誤差を補正するた
めに、（数５）の移動量（ΔＲｘｎ，ΔＲｙｎ）分だけ
レチクルＲ側を駆動しているが、これによる利点につき
図５を参照して説明する。図５は、図１のレチクルステ
ージ系、及びウエハステージ系を簡略化して示し、この
図５において、投影光学系ＰＬのレチクルＲからウエハ
Ｗへの投影倍率βは縮小倍率であり（β＜１）、βは一
例として１／４倍であるとする。このとき、Ｚチルトス
テージ３（ウエハＷ）がδだけ−Ｘ方向に移動した場合
に、レチクルＲとウエハＷとの共役関係を維持するため
には、レチクルステージ７（レチクルＲ）をδ／β（こ
こでは４・β）だけ＋Ｘ方向に移動する必要がある。但
し、本例ではレチクルステージ７の座標を計測するレー
ザ干渉計９の計測精度、及びＺチルトステージ３の座標
を計測するレーザ干渉計１２の計測精度は互いに等しく
設定されている。従って、線形配列誤差をレチクルＲ側
で精度ΔＸＲ，ΔＹＲで補正することは、その線形配列
誤差をウエハＷ側で精度ΔＸＲ・β（ここではΔＸＲ／
４），ΔＹＲ・βで補正するのと等価になるため、ウエ
ハＷ側でその線形配列誤差を補正する場合よりも投影倍
率β倍だけ細かい精度で（高精度に）ウエハＷのアライ
メントを行うことができる。

【００５７】また、レーザ干渉計９，１２にはレーザビ
ームが通過する光路上の空気媒体の温度変動による計測
値の揺らぎがあるが、レチクル側のレーザ干渉計９とウ
エハ側のレーザ干渉計１２とでその計測値の揺らぎが同
程度ΔＬＢであるとすると、線形配列誤差をレチクルＲ
側で補正した場合には同様に、ウエハＷ側での誤差はΔ
ＬＢ・βに軽減されるため、アライメント精度が向上す
る。

【００５８】なお、例えばウエハ側のレーザ干渉計１２
の計測精度が十分に高いような場合には、図８のステッ
プ１１１，１１２において、レチクルステージ７は静止
させておき、ウエハステージ側のＸＹステージ２のみを
駆動して線形配列誤差の補正も行うようにしてもよい。
このためには、ステップ１１１に対応する工程で、ステ
ップ１１０で計算された６個の変換パラメータＳｘ，Ｓ
ｙ，θ，ω，Ｏｘ，Ｏｙの値を（数３）に代入すること
によって、全部のショット領域２３_n(ここではｎ＝１〜
Ｍ）の第３の座標系（Ｂｘ，Ｂｙ）上での配列座標（Ｆ
Ｂｘｎ，ＦＢｙｎ）を、更に静止座標系（Ｘ，Ｙ）上で
の配列座標（Ｆｘｎ，Ｆｙｎ）に変換すればよい。そし
て、ステップ１１２に対応する工程では、その配列座標
（Ｆｘｎ，Ｆｙｎ）をベースライン量で補正した座標に
基づいてウエハステージ側のＸＹステージ２を駆動して
ウエハＷの各ショット領域のアライメントを行えばよ
い。

【００５９】次に、図２（ａ）の大きいショット領域２
３_nの配列に対して、１／３の大きさのショット領域を
重ね合わせ露光する場合につき説明する。図６（ａ）
は、図２（ａ）と同じショットマップを示し、この図６
（ａ）において、Ｙ方向に長いショット領域２３_n(ｎ＝
１，２〜Ｍ）がＸ方向、Ｙ方向に所定ピッチで配列され
ている。但し、図６（ａ）の各ショット領域２３_nのＹ
方向の中央部にはそれぞれＸ方向に所定間隔で１対の２
次元のウエハマーク３１_n,３２_nが付設されているもの
とする。ウエハマーク３１_n,３２_nは、それぞれ図２
（ｂ）のウエハマークＷＭｎと同様に直交するライン・
アンド・スペースパターンを組み合わせたマークであ
る。その各ショット領域２３_nに対して、図６（ｂ）に
示すように、それぞれＹ方向の幅が１／３の小さい３個
のショット領域３３ _n，３４_n，３５_n分のレチクルの
パターン像を重ねて露光するものとする。

【００６０】この場合にも、図６（ａ）において、２個
の予備サンプルショットＡ１，Ａ２、及び８個のサンプ
ルショットＢ１〜Ｂ８を選択する。更に、予備サンプル
ショットＡ１，Ａ２内、及びサンプルショットＢ１〜Ｂ
８内において、それぞれ中央の２個のウエハマーク３１
₁,３２₁〜３１_m,３２_mの位置計測を行うものとする。
これによって、図２（ａ）の場合の６個の変換パラメー
タの他に、各ショット領域の回転角（ショット回転）も
検出できるようになる。このショット回転に応じてレチ
クルステージ７を介してレチクルＲを回転することによ
って、より高い重ね合わせ精度が得られる。

【００６１】但し、図６（ａ）のような小さいショット
領域を重ね合わせ露光する場合には、単にレチクルＲを
回転するだけでは、横ずれ量が生じてしまうことがあ
る。即ち、図７（ａ）に示すように、ショット回転の無
い一列のショット領域２３ _p,２３_qの中心がＹ方向に平
行な直線３６に沿って配列されている際には、ショット
領域２３_pに３個のショット領域３３_p,３４_p,３５_pを
重ね合わせ露光するときには、ショット領域３３_p,３４
_p,３５_pの中心３７は直線３６に沿って移動させればよ
い。ところが、図７（ｂ）に示すように、一列のショッ
ト領域２３_p,２３_qがそれぞれ所定のショット回転を有
する際に、ショット領域２３_pに３個のショット領域３
３_p,３４_p,３５_pを重ね合わせ露光するときには、レチ
クルを回転させた状態で、ショット領域３３_p,３４_p,３
５_pの中心３７を直線３６に沿って移動させて露光する
とＸ方向への横ずれが生じてしまう。これを避けるため
には、ショット領域３３_p,３４_p,３５_pの中心３７を直
線３６に対してショット回転分だけ傾斜した直線３８に
沿って移動させることによって、ショット領域３３_p,３
４_p,３５_p毎に所定量ずつほぼＸ方向に横シフトさせれ
ばよい。ショット領域２３_qについても同様である。

【００６２】但し、このときにはレチクルステージ７に
てそのショット回転成分を補正し、そのショット回転に
依存する横シフト量（オフセット）はウエハステージ側
で補正することになる。この場合、ウエハステージ側で
はこの他にＺチルトステージ３の鏡面の直交度補正や曲
がり補正、更には図８のステップ１１０の第３の座標系
（Ｂｘ，Ｂｙ）での配列座標の補正も行う必要があり、
ウエハステージの制御は複雑化するが、線形配列誤差は
レチクルＲ側で補正されているため、その分だけウエハ
ステージ側の負担は軽くなっている。

【００６３】なお、以上の実施の形態では、オフ・アク
シス方式のアライメントセンサ４の光学系及び２次元の
撮像素子の画素の配列が実質的にディストーションや他
の収差を持っており、観察視野の中心付近以外の位置で
は計測誤差が大きくなることを前提として、予備サンプ
ルショットＡ１，Ａ２を設けていた。しかしながら、予
めその観察視野内の位置に応じてディストーションや他
の収差による像の位置ずれ量を実測して、その位置ずれ
量の分布を補正マップとして記憶しておき、計測される
位置をその補正マップを用いて補正するようにしてもよ
い。この補正マップを用いる方式では、検出中心から外
れたウエハマークでも高精度に計測できるため、特に予
備サンプルショットＡ１，Ａ２を設ける必要はなく、図
２（ａ）の第１の座標系（ｘ，ｙ）での設計上の配列座
標と実測される配列座標とから、６個の変換パラメータ
（スケーリングＳｘ，Ｓｙ、ローテーションθ、直交度
ω、オフセットＯｘ，Ｏｙ）を算出することが可能とな
る。

【００６４】また、本発明ではプリアライメント精度を
数十μｍ、数十μｒａｄとしたが、それ以上に誤差があ
る場合、計測画面からマークがはみ出す可能性がある。
その場合は２次元画像処理システム導入により、計測画
面に存在するマークの一部を認識して数十μｍレベルま
でマークをラフアライメントした後にサーチアライメン
トを実行すれば良い。

【００６５】しかし、この場合、ローテーションθ、及
びオフセットＯｘ，Ｏｙの値が比較的大きな値となり、
線形配列誤差分をレチクルＲ側で補正しようとすると、
レチクルＲの移動量がレチクルの移動ストロークの上限
（リミット）を超える可能性がある。そこで、変換パラ
メータの所定のパラメータの値が大きくなることが予想
される場合には、大きな値のパラメータによる誤差をウ
エハステージ側で補正し、残りの小さな値のパラメータ
（ここでは、スケーリングＳｘ，Ｓｙ、直交度ω）の少
なくとも１つによる誤差をレチクル側で補正するように
してもよい。なお、スケーリングＳｘ，Ｓｙ、及び直交
度ωは、第１層への露光時の配列誤差、及び回路パター
ンの形成工程によるウエハの変形誤差であり、スケーリ
ングＳｘ，Ｓｙは通常（１＋数ｐｐｍ程度）、直交度ω
は、通常数μｒａｄ程度の小さい値である。これによっ
て、ウエハステージ側の制御の負担を軽くして、且つ重
ね合わせ精度を向上できる。

【００６６】また、図８の実施の形態では、ＥＧＡ計算
によって算出される６個の変換パラメータ（スケーリン
グ、ローテーション、直交度、オフセット）の全てをレ
チクル側で補正するとしているが、この場合にはレチク
ルの駆動許容値を超えて制御エラーが発生する恐れがあ
り、エラー回復動作（例えばレチクルの載せ換えや、ウ
エハ側で補正するように切り換える等）が複雑化する可
能性がある。それを避けるため、比較的誤差の小さいス
ケーリング誤差や直交度誤差等のみを選択的にレチクル
側で補正し、それ以外をウエハ側で補正する等の制御方
法を採用してもよい。これによって、エラー回復動作が
起こる確率が低減するため、アライメント時間が更に短
縮される場合がある。また、所定量以上の線形配列誤差
をウエハ側で補正し、残りの微小な線形配列誤差成分を
レチクル側で補正する制御方法を採用することによって
も、同様の効果が期待できる。

【００６７】また、本発明は、ステップ・アンド・リピ
ート方式（ステッパー方式）の投影露光装置で露光を行
う場合のみならず、レチクルＲ及びウエハＷを投影光学
系ＰＬに対して投影倍率βを速度比として同期走査する
ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置で露光
を行う場合にも同様に適用できる。また、本発明は、電
子線等の荷電粒子線、又は露光光としてＸ線等を用いた
露光装置で露光を行う場合にも同様に適用可能である。
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。

【００６８】

【発明の効果】本発明の第１の位置合わせ方法によれ
ば、基板（ウエハ）上の予備計測対象領域の計測結果に
応じて他の計測対象領域の座標位置を補正しているた
め、基板上の所定個数の被加工領域（ショット領域）の
位置を統計処理して各被加工領域の位置合わせを行う場
合に、計測精度を低下させることなく計測対象のマーク
数を減少できると共に、処理時間を短縮できる利点があ
る。

【００６９】また、第３工程において、算出された線形
誤差に応じて補正された配列座標に基づいて、ｍ個の予
備計測対象領域を再び順次所定の計測領域に移動してそ
れぞれ座標位置を計測して、座標位置を更新する場合に
は、予備計測対象領域の座標の計測精度が高まるため、
位置合わせ精度（重ね合わせ精度）が向上する。また、
本発明の第２の位置合わせ方法によれば、２個の予備計
測対象領域の計測によって比較的大きな値になることが
予想されるオフセット、及び回転角（ローテーション）
の大部分が補正されるため、その後の計測対象領域の配
列誤差が小さくなって、計測精度が向上する。

【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】（ａ）はその実施の形態の一例で露光対象とな
るウエハＷのショット配列を示す平面図、（ｂ）はその
ウエハＷ上のウエハマークを示す拡大平面図である。

【図３】（ａ）は、図１のアライメントセンサの観察視
野内のウエハマークを示す図、（ｂ）は、図３（ａ）の
状態に対してウエハマークの位置を検出中心に移動させ
た後の状態を示す図である。

【図４】図３に対応する画像信号の一例を示す図であ
る。

【図５】レチクルＲの位置ずれ量がウエハＷ上では縮小
されることを示す説明図である。

【図６】（ａ）は図２（ａ）のショット配列に対応する
大きなショット領域のショット配列を示す平面図、
（ｂ）は図６（ａ）のショット配列上に重ね合わせ露光
される小さなショット領域のショット配列を示す平面図
である。

【図７】（ａ）は第１層にショット回転が無い場合の重
ね合わせ露光を示す図、（ｂ）は第１層でショット回転
が有る場合の重ね合わせ露光を示す図である。

【図８】本発明の実施の形態におけるアライメント及び
露光動作の一例を示すフローチャートである。

【図９】従来のサーチアライメント、及びファインアラ
イメントを行う場合のウエハ上でのマークの計測順序を
示す平面図である。

【符号の説明】

１定盤２ＸＹステージ３Ｚチルトステージ４オフ・アクシス方式のアライメントセンサ５主制御系ＲレチクルＰＬ投影光学系Ｗウエハ７レチクルステージ８照明光学系９レチクル側のレーザ干渉計１２ウエハ側のレーザ干渉計１４アライメント信号処理系１６スライダ系１７ウエハ搬送アーム２０プリアライメント検出系２３₁,２３₂,…，２３_M ショット領域Ａ１，Ａ２予備サンプルショットＢ１〜Ｂ８サンプルショットＷＭｎウエハマーク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に設計上の配列座標に沿って配列
されると共に、それぞれマスクパターンが転写されるべ
き複数の被加工領域の各々を、順次所定の基準位置に位
置合わせするに際して、前記複数の被加工領域の内、予め選択されているｍ個
（ｍは３以上の整数）の計測対象領域を順次所定の計測
領域に移動することによって座標位置を計測し、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
記基板上の複数の被加工領域のそれぞれの実際の配列座
標の前記設計上の配列座標に対する線形誤差を算出し、
該算出された線形誤差に応じて前記基板の移動位置を相
対的に補正する位置合わせ方法であって、前記ｍ個の計測対象領域よりｋ個（ｋは１〜３の整数）
の予備計測対象領域を選択しておき、前記複数の被加工領域の配列座標を前記基板の外形基準
で大まかに求める第１工程と、該第１工程で求められた配列座標に基づいて前記ｋ個の
予備計測対象領域を順次前記所定の計測領域に移動して
それぞれ座標位置を計測する第２工程と、該第２工程の計測結果を処理して前記複数の被加工領域
の実際の配列座標の前記設計上の配列座標に対する線形
誤差の一部を算出し、該算出結果に応じて前記第２工程
で計測された座標位置を更新する第３工程と、該第３工程で算出された線形誤差に応じて補正された配
列座標に基づいて（ｍ−ｋ）個の前記計測対象領域を順
次前記所定の計測領域に移動してそれぞれ座標位置を計
測する第４工程と、前記第３工程で更新された座標位置、及び前記第４工程
で計測された座標位置を統計計算することによって、前
記複数の被加工領域のそれぞれの実際の配列座標の前記
設計上の配列座標に対する線形誤差を算出する第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】請求項１記載の位置合わせ方法であっ
て、前記第３工程において、前記算出された線形誤差に応じ
て補正された配列座標に基づいて、前記ｍ個の予備計測
対象領域を再び順次前記所定の計測領域に移動してそれ
ぞれ座標位置を計測して、座標位置を更新することを特
徴とする位置合わせ方法。
【請求項３】請求項１記載の位置合わせ方法であっ
て、前記ｍ個の予備計測対象領域は第１及び第２の２個の領
域よりなり、前記第２工程、及び第３工程において、前記第１工程で求められた配列座標に基づいて前記第１
の予備計測対象領域を前記所定の計測領域に移動して座
標位置を計測し、該計測結果を処理して前記複数の被加工領域の実際の配
列座標の線形誤差の一部であるオフセットを算出し、該
算出結果に応じて補正された配列座標に基づいて前記第１の予備計測対象領域の座標位置を再計測し、次に、前記第１工程で求められた配列座標に基づいて前
記第２の予備計測対象領域を前記所定の計測領域に移動
して座標位置を計測し、該計測結果を処理して前記複数の被加工領域の実際の配
列座標の線形誤差の一部である回転角を算出し、該算出
結果に応じて補正された配列座標に基づいて前記第２の
予備計測対象領域の座標位置を再計測することを特徴と
する位置合わせ方法。