JP3259341B2

JP3259341B2 - 位置合わせ方法、及びその位置合わせ方法を用いた露光方法、及びその露光方法を用いたデバイス製造方法

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Publication number: JP3259341B2
Application number: JP19972592A
Authority: JP
Inventors: 恵愛岩本; 博貴立野; 伸貴馬込; 洋基岡本
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1992-07-27
Filing date: 1992-07-27
Publication date: 2002-02-25
Anticipated expiration: 2017-02-25
Also published as: JPH0645225A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子や液晶デバ
イス製造のリソグラフィ工程で使用される露光装置に好
適なマスクと感光基板との位置合わせ方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体素子製造のリソグラフィ工
程では、マスクまたはレチクルに形成されたパターンを
高分解能で感光基板（ウエハ、ガラスプレート等）に転
写する装置として、ステップアンドリピート方式の縮小
投影型露光装置（ステッパー）が多用されるようになっ
ている。この種のステッパーには、レチクルパターンの
投影像とウエハ上にマトリックス状に形成された回路パ
ターンとを正確に重ね合わせるアライメントセンサーと
して、例えば特開平２−２７２３０５号公報に開示され
たようなＴＴＬ(Through The Lens)方式のアライメント
センサーが設けられている。このアライメントセンサー
は、細長い帯状スポット光をウエハ上のアライメントマ
ーク（回折格子マーク）に照射し、当該マークから発生
する回折光を光電検出するレーザ・ステップ・アライメ
ント（ＬＳＡ）系と、回折格子マークに対して互いに異
なる２方向から２本のレーザビームを照射して１次元の
干渉縞を形成し、当該マークからほぼ同一方向に発生す
る回折光同志の干渉光を光電検出するアライメント（La
ser Interferometric Alignment;ＬＩＡ）系とを、光学
部材を最大限共有させるように組み合わせたものであ
る。

【０００３】現在、ステッパーのアライメント方式は、
例えば特開昭６１−４４４２９号公報、特開昭６２−８
４５１６号公報等に開示されたようなエンハンスド・グ
ローバル・アライメント（ＥＧＡ）が主流となってい
る。ＥＧＡ方式とは、１枚のウエハに対して重ね合わせ
露光を行うのに先立ち、ウエハ上に形成された複数の露
光領域（ショット領域）のうちの少なくとも３つ、例え
ばウエハの中心及びその外周付近に位置する７つのショ
ット領域を指定し、各ショット領域に付随した２組
（Ｘ、Ｙ方向）のアライメントマーク（ウエハマーク）
の座標位置をアライメントセンサーにて計測（サンプル
アライメント）する。しかる後、これらのマーク位置
（計測値）と設計値とに基づいて、ウエハ上のショット
領域の配列特性に関する誤差パラメータ、すなわちウエ
ハ中心位置のオフセット（Ｘ、Ｙ方向）、ウエハの伸縮
度（Ｘ、Ｙ方向）、ウエハの残存回転量、及びウエハス
テージの直交度（またはショット配列の直交度）の計６
つのパラメータを統計演算（最小二乗法等）により決定
する。そして、この決定されたパラメータの値に基づい
て、ウエハ上の全てのショット領域に対してその設計上
の座標値を補正し、この補正された座標値（計算値）に
従ってウエハステージをステッピングさせていく方式で
ある。この結果、レチクルパターンの投影像とウエハ上
の複数のショット領域の各々とが正確に重ね合わされて
露光が行われる。

【０００４】ところで、レチクルパターンをウエハ上の
ショット領域に重ね合わせて露光する際、レチクル位置
やベースラインの変動、投影光学系の投影倍率やディス
トーションの変動等に起因してレチクルパターンの投影
像とショット領域とがＸ、Ｙ方向に位置ずれし、十分な
重ね合わせ（アライメント）精度を得ることができない
という問題があった。そこで、従来ではショット領域が
形成されたウエハに対する重ね合わせ露光（本露光）に
先立ち、パイロットウエハに対してレチクルパターン
（バーニアパターン等）の重ね合わせ露光（試し焼き）
を行い、現像処理によりウエハ上に形成された２つ（主
尺パターンと副尺パターン）のレジスト像のずれ量をア
ライメントセンサー、または専用の検査装置にて検出す
る。実際に重ね合わせ露光を行う際には、アライメント
センサーの計測結果に上記ずれ量をオフセットとして与
えることで、レチクルパターンの投影像とショット領域
とを正確に重ね合わせることが可能となる。

【０００５】しかしながら、上記方法は計測専用のパイ
ロットウエハが必要であり、しかも現像処理により計測
時間が長くなるという問題がある。このため、例えば特
開昭６１−２０１４２７号公報に開示されたように、露
光光をレチクルマークに照射することによりレジスト層
に形成される潜像を利用する方法も提案されている。上
記公報に開示された方法は、アライメントセンサーを用
いてレチクルパターンとウエハ上の１つのショット領域
との位置合わせを行った後、本露光に先立って露光光を
レチクルマークに照射してレジスト層にその潜像を形成
する。そして、ショット領域に付随して既に形成されて
いるウエハマーク（下地マーク）と、当該マークの近傍
に形成されたレチクルマークの潜像とを、同一のアライ
メントセンサーを用いて同時に検出してその位置ずれ量
を求める。さらに、この位置ずれ量に応じてレチクルと
ウエハとを相対移動する、すなわち再アライメントを実
行する。しかる後、本露光を開始することにより、レチ
クルパターンの投影像とウエハ上のショット領域とを正
確に重ね合わせて露光することができる。

【０００６】上記方法ではパイロットウエハが不要で、
しかも現像処理を行うことなく短時間で位置ずれ（オフ
セット）を計測できるといった利点がある。また、ウエ
ハ上のショット領域毎に上記の如き潜像を利用した位置
ずれ量の計測を行うと、１枚のウエハの処理時間が長く
なり、装置のスループットが低下するという問題が生じ
得る。このため、例えばウエハ上の先頭（第１番目）の
ショット領域に対してのみ上記計測を実行することと
し、第２番目以降のショット領域では先に計測した位置
ずれ量を用いてレチクルパターンとショット領域との位
置合わせ（アライメント）を行うようにすれば良い。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
如き従来技術において、先頭のショット領域で計測した
位置ずれ量を用いてウエハ上の全てのショット領域のア
ライメントを行う場合、ウエハの伸縮（スケーリング）
等によりショット領域が位置ずれしていると、上記位置
ずれ量をオフセットとして与えても正確な重ね合わせを
行うことができないという問題がある。また、アライメ
ントセンサーの計測精度（再現性）によっては、上記位
置ずれ量によるオフセット補正を行っても正確な重ね合
わせを行うことは難しい。さらに、露光光とほぼ同一波
長域の照明光を用いるアライメントセンサーで潜像を検
出する場合には、当該照明光の照射により潜像の光学特
性が変化してその計測精度に悪影響を与えるという問題
がある。また、レチクルマークの潜像は常にウエハマー
ク（下地マーク）の近傍に形成されることになり、その
形成位置の制約が大きく、しかも次層ではウエハマーク
の近傍に潜像が下地マークとして形成され得るので、こ
の潜像による下地マーク（疑似的なアライメントマー
ク）により次層でのアライメント精度が低下し得るとい
った問題も生じる。

【０００８】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
であり、レチクルマークの潜像を感光基板上の任意の位
置に形成でき、スループットを低下させることなく高精
度にマスクパターンとショット領域とのアライメントが
可能な位置合わせ方法を提供することを目的としてい
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】かかる問題点を解決する
ために本発明においては、基板（Ｗ）上に配列された複
数の露光領域（ＳＡ）の各々を、基板の移動位置を規定
する静止座標系内の所定の露光位置に対して位置合わせ
する方法に、該複数の露光領域（ＳＡ）のうちの少なく
とも３つのサンプル領域（サンプルショット）の、該静
止座標系内における位置情報を計測し、該計測された複
数の該サンプル領域の位置情報を統計演算することによ
り算出される、前記複数の露光領域の配列の規則性に関
する複数の第１パラメータ（Ａｇ、Ｏｇ）を用いて、少
なくとも複数の所望の露光領域（仮想ショット）の該静
止座標系内における位置情報を求める第１工程と、該第
１工程で求めた該所望の露光領域（仮想ショット）の位
置情報に基づき該露光位置に位置決めされた該複数の所
望の露光領域（仮想ショット）の各々に、特定マーク
（ＲＭ）を露光する第２工程と、該複数の特定マークの
うち少なくとも３つの特定マークの、該静止座標系内に
おける位置情報を計測し、該計測された複数の特定マー
クの位置情報を統計演算することにより、該複数の特定
マークそれぞれの該静止座標系内における位置情報を算
出するために用いられる、前記特定マークの配列の規則
性に関する複数の第２パラメータ（Ａｔ、Ｏｔ）を算出
する第３工程と、第１パラメータと第２パラメータとに
基づいて、該複数の露光領域（ＳＡ）の各々を該露光位
置に位置合わせするための位置情報を決定する第４工程
と、設けることとした。

【００１０】

【作用】本発明においては、基板上の複数の露光領域の
うちの少なくとも３つのサンプル領域の、静止座標系内
における位置情報を統計演算することにより算出される
複数の第１パラメータを用いて、少なくとも複数の所望
の露光領域の静止座標系内における位置情報を求め、こ
の計算上の位置情報に従って基板上の複数の位置に特定
マークを露光する。そして、複数の特定マークの像（潜
像）のうち、少なくとも３つの特定マークの潜像の静止
座標系上における位置を統計演算することによって、複
数の特定マーク（潜像）の各々の静止座標系上におけ
る’位置を求めるために用いられる複数の第２パラメー
タを算出する。そして第１パラメータと第２パラメータ
とに基づいて、基板の複数の露光領域の各々を露光位置
に対して位置合わせすることとしている。このため、ア
ライメントセンサーの計測再現性によらず、重ね合わせ
露光時の位置ずれ量を精度良く計測でき、常に高精度な
アライメントが可能となる。

【００１１】また本実施例によれば、特定マークを基板
上の任意の位置に露光でき、その潜像の形成位置に関す
る制約が全くない。特に特定マークの潜像を、基板の外
周付近の未露光領域内に形成するようにすれば、露光領
域に付随したアライメントマーク（下地マーク）の近傍
に潜像が形成されることがなく、潜像形成による次層で
のアライメント精度の低下も防止できる。

【００１２】

【実施例】図１は本発明の第１実施例による位置合わせ
方法を適用するのに好適な投影露光装置の概略的な構成
を示す図、図２は図１中に示したＴＴＬ方式のアライメ
ントセンサーの具体的な構成を示す図、図３は図１に示
した装置の制御系のブロック図である。以下、本実施例
の位置合わせ方法を説明する前に、投影露光装置の概略
構成について説明する。

【００１３】図１において、超高圧水銀ランプ１から発
生した照明光ＩＬは楕円鏡２で反射してその第２焦点で
一度集光した後、コリメータレンズ、干渉フィルター、
オプチカルインテグレータ（フライアイレンズ）、及び
開口絞り（σ絞り）等を含む照明光学系３に入射する。
図示していないが、フライアイレンズはそのレチクル側
焦点面がレチクルパターンのフーリエ変換面（瞳共役
面）とほぼ一致するように光軸ＡＸと垂直な面内方向に
配置される。また、第２焦点の近傍にはモータ３８によ
って照明光ＩＬの光路の閉鎖、開放を行うシャッター
（例えば４枚羽根のロータリーシャッター）３７が配置
される。尚、露光用照明光源１としては水銀ランプ等の
輝線の他、ＫｒＦ、ＡｒＦエキシマレーザ等のレーザ光
源、あるいは金属蒸気レーザやＹＡＧレーザの高調波等
を用いても構わない。

【００１４】照明光学系３を射出したレジスト層を感光
させる波長域の照明光（ｉ線等）ＩＬは、その大部分が
ビームスプリッター４で反射してリレーレンズ５、７、
及び可変視野絞り（レチクルブラインド）６を通過して
ミラー８に至り、ここでほぼ垂直に下方に反射された
後、メインコンデンサーレンズ９を介してレチクルＲの
パターン領域ＰＡをほぼ均一な照度で照明する。レチク
ルブラインド６の面はレチクルＲと共役関係（結像関
係）にあるので、駆動系３６によりレチクルブラインド
６を構成する複数枚の可動ブレードを開閉させて開口部
の大きさ、形状を変えることによって、レチクルＲの照
明視野を任意に設定することができる。

【００１５】図４（ａ）はレチクルＲの具体的な構成を
示す図であり、本実施例では遮光帯ＬＳＢに囲まれたパ
ターン領域ＰＡの４辺の各々のほぼ中央部に４つのレチ
クルマークＲＭx₁、ＲＭx₂、ＲＭy₁、ＲＭy₂が形成され
ている。これらレチクルマークはレジスト層に潜像とし
て形成されるものであり、本実施例ではショット領域と
の位置合わせにもアライメントマークとして共用される
ものとする。また、４つのレチクルマークは同一構成で
あるので、ここではマークＲＭx₁についてのみ説明す
る。図４（ｂ）に示すようにアライメントマークＲＭx₁
は、Ｙ方向に配置された７個のドットマークから成る回
折格子マークを、Ｘ方向に所定間隔離して５本配列した
もの（マルチマーク）で、遮光帯ＬＳＢに設けられた透
明窓ＲＷ内にクロム等の遮光部により形成したものであ
る。さらに、レチクルＲにはその外周付近に２組のアラ
イメントマークＲＡＭ₁、ＲＡＭ₂が対向して形成され
ている。アライメントマークＲＡＭ₁、ＲＡＭ₂は共に
十字状の遮光マークであり、レチクルＲのアライメント
（光軸ＡＸに対する位置合わせ）に用いられる。

【００１６】レチクルＲは、モータ１２によって投影光
学系１３の光軸方向に微動可能で、かつ水平面内で２次
元移動及び微小回転可能なレチクルステージＲＳに載置
されている。レチクルステージＲＳの端部にはレーザ光
波干渉測長器（干渉計）１１からのレーザビームを反射
する移動鏡１１ｍが固定されており、レチクルステージ
ＲＳの２次元的な位置は干渉計１１によって、例えば
０．０１μｍ程度の分解能で常時検出される。レチクル
アライメント（ＲＡ）系１０Ａ、１０Ｂは、レチクルＲ
の外周付近に形成された２組のアライメントマーク（図
４（ａ）中の十字状マークＲＡＭ₁、ＲＡＭ₂)を検出す
るものである。ＲＡ系１０Ａ、１０Ｂからの検出信号に
基づいてレチクルステージＲＳを微動させることで、レ
チクルＲはパターン領域ＰＡの中心点が光軸ＡＸと一致
するように位置決めされる。

【００１７】さて、パターン領域ＰＡを通過した照明光
ＩＬは、両側テレセントリックな投影光学系１３に入射
し、投影光学系１３はレチクルＲの回路パターンの投影
像を１／５に縮小して、表面にレジスト層が形成され、
その表面が最良結像面とほぼ一致するように保持された
ウエハＷ上の１つのショット領域に重ね合わせて投影
（結像）する。図５（ａ）はウエハＷ上の１つのショッ
ト領域ＳＡ、及びウエハマークＭＸ、ＭＹの配置関係を
示す図、図５（ｂ）はウエハマークＭＸの構成を示す図
である。図５（ａ）において、ショット領域ＳＡの４辺
はストリートラインＳＴで囲まれており、互いに直交す
る２辺のストリートラインＳＴの各々のほぼ中央部には
アライメントマークＭＸ、ＭＹが形成されている。アラ
イメントマークＭＸ、ＭＹは共に１次元の回折格子マー
クであり、下地に凹部、または凸部として形成したもの
である。図５（ｂ）に示すようにウエハマークＭＸは、
Ｙ方向に延びた５本のバーマークを、Ｘ方向（計測方
向）に所定ピッチで配列したものである。

【００１８】ウエハＷは、微小回転可能なウエハホルダ
（不図示）に真空吸着され、このホルダを介してウエハ
ステージＷＳ上に保持されている。ウエハステージＷＳ
は、モータ１６によりステップアンドリピート方式で２
次元移動可能に構成されており、ウエハＷ上の１つのシ
ョット領域に対するレチクルＲの転写露光が終了する
と、次のショット位置までステッピングされる。ウエハ
ステージＷＳの端部には干渉計１５からのレーザビーム
を反射する移動鏡１５ｍが固定され、ウエハステージＷ
Ｓの２次元的な位置は干渉計１５によって、例えば０．
０１μｍ程度の分解能で常時検出される。

【００１９】また、ウエハステージＷＳ上にはベースラ
イン計測時等で用いられるフィデュシャルマークを備え
た基準部材（ガラス基板）１４が、ウエハＷの表面位置
とほぼ一致するように設けられている。基準部材１４に
はフィデュシャルマークとして、図６に示すような光透
過性の５組のＬ字状パターンから成るスリットパターン
ＦＭａと、光反射性のクロムで形成された２組の基準パ
ターン（デューティは１：１）ＦＭｘ、ＦＭｙとが設け
られている。基準パターンＦＭｘは、７個のドットマー
クをＹ方向に配列した３本の回折格子マークとＹ方向に
延びた１２本のバーマークとを、３本の回折格子マーク
を中心としてＸ方向に配列したものである。尚、基準パ
ターンＦＭｙもパターンＦＭｘと同一構成なので、ここ
では説明を省略する。

【００２０】さて、スリットパターンＦＭａは光ファイ
バー（不図示）等を用いて基準部材１４の下へ伝送され
た照明光（露光光）によって、下方（ウエハステージ内
部）から照明されるように構成されている。スリットパ
ターンＦＭａを透過した照明光は、投影光学系１３を介
してレチクルＲの裏面（パターン面）にスリットパター
ンＦＭａの投影像を結像する。さらにレチクルマークＲ
Ｍx₁、ＲＭx₂、ＲＭy₁、ＲＭy₂のいずれかを通過した照
明光は、コンデンサーレンズ９、リレーレンズ５、７等
を通ってビームスプリッター４を透過した後、投影光学
系１３の瞳共役面近傍に配置された光電検出器３５によ
り受光され、光電検出器３５は照明光の強度に応じた光
電信号ＳＳを主制御系１８に出力する。以下では、光フ
ァイバー、基準部材１４、及び光電検出器３５をまとめ
てＩＳＳ（Imaging Slit Sensor)系と呼ぶことにする。

【００２１】また、図１中には投影光学系１３の結像特
性を調整可能な結像特性補正部１９も設けられている。
本実施例における補正部１９は、投影光学系１３を構成
する一部のレンズエレメント、特にレチクルＲに近い複
数のレンズエレメントの各々を、ピエゾ素子等の圧電素
子を用いて独立に駆動（光軸ＡＸに対して平行移動、ま
たは傾斜）することで、投影光学系１３の結像特性、例
えば投影倍率やディストーションを補正するものであ
る。

【００２２】次に、上記構成の装置に設けられた２組の
アライメントセンサーについて説明する。オフアクシス
方式のアライメントセンサー(Field Image Alignment；
ＦＩＡ系）は、ハロゲンランプ２０で発生した光をコン
デンサーレンズ２１、及び光ファイバー２２を介して干
渉フィルター２３に導き、ここでレジスト層の感光波長
域と赤外波長域との光をカットする。干渉フィルター２
３を透過した光は、レンズ系２４、ビームスプリッター
２５、ミラー２６、及び視野絞りＢＲを介してテレセン
トリックな対物レンズ２７に入射する。さらに、投影光
学系１３の照明視野を遮光しないように鏡筒下部周辺に
固定されたプリズム（ミラー）２８で反射され、ウエハ
Ｗをほぼ垂直に照射する。

【００２３】対物レンズ２７からの光はウエハマーク
（下地マーク）ＭＸを含む部分領域に照射され、当該領
域から反射した光はプリズム２８、対物レンズ２７、視
野絞りＢＲ、ミラー２６、ビームスプリッター２５、及
びレンズ系２９を介して指標板３０に導かれる。ここ
で、指標板３０は対物レンズ２８、及びレンズ系２９に
よってウエハＷと共役な面内に配置されており、ウエハ
Ｗ上のアライメントマークＭＸの像は指標板３０の透明
窓内に結像される。さらに指標板３０には、その透明窓
内に指標マークとして、Ｙ方向に延びた２本の直線状マ
ークをＸ方向に所定間隔だけ離して配置したものが形成
されている。指標板３０を通過した光は、リレーレンズ
系３１、３３、及びミラー３２を介して撮像素子（ＣＣ
Ｄカメラ等）３４へ導かれ、その受光面上にはアライメ
ントマークＭＸの像と指標マークの像とが結像される。
撮像素子３４からの画像信号ＳＶは主制御系１８に送ら
れ、ここでアライメントマークＭＸのＸ方向の位置（座
標値）が算出される。尚、図１中には示していないが、
上記構成のＦＩＡ系（Ｘ−ＦＩＡ系）の他に、Ｙ方向の
マーク位置を検出するためのもう１組のＦＩＡ系（Ｙ−
ＦＩＡ系）も設けられているものとする。

【００２４】次に、図２を参照してＴＴＬ方式のアライ
メントセンサー１７について説明する。アライメントセ
ンサー１７はＬＩＡ系とＬＳＡ系とをその光学部材を最
大限共有させて組み合わせたものであり、その具体的な
構成は特開平２−２７２３０５号公報に開示されている
ので、ここでは簡単に説明する。図２において、光源
（Ｈｅ−Ｎｅレーザ等）４０から射出したレーザビーム
はビームスプリッター４１で分割され、ここで反射した
ビームはシャッター４２を介して第１ビーム成形光学系
（ＬＩＡ光学系）４５に入射する。一方、ビームスプリ
ッター４１を透過したビームは、シャッター４３、及び
ミラー４４を介して第２ビーム成形光学系（ＬＳＡ光学
系）４６に入射する。従って、シャッター４２、４３を
適宜駆動することにより、ＬＩＡ系とＬＳＡ系とを切り
換えて使用することが可能となっている。

【００２５】さて、ＬＩＡ光学系４５は２組の音響光学
変調器等を含み、所定の周波数差Δｆを与えた２本のビ
ームを、その光軸を挟んでほぼ対称となるように射出す
る。さらに、ＬＩＡ光学系４５を射出した２本のビーム
はミラー４７、及びビームスプリッター４８を介してビ
ームスプリッター４９に入射し、ここを透過した２本の
ビームはレンズ系（逆フーリエ変換レンズ）５３、及び
ミラー５４を介して、装置上で固定されている参照用回
折格子５５に、互いに異なる２方向から所定の交差角で
入射し結像（交差）する。光電検出器５６は、参照用回
折格子５５を透過してほぼ同一方向に発生する回折光同
志の干渉光を受光し、回折光強度に応じた正弦波状の光
電信号ＳＲを主制御系１８、すなわちＬＩＡ演算ユニッ
ト５８に出力する。

【００２６】一方、ビームスプリッター４９で反射した
２本のビームは、対物レンズ５０によって視野絞り５１
で一度交差した後、ミラーＭ₂(図１中のミラーＭ₁は図
示省略）を介して投影光学系１３に入射する。さらに、
投影光学系１３の瞳面で光軸ＡＸに関してほぼ対称とな
って一度スポット状に集光した後、ウエハＷ上のアライ
メントマークＭＹのピッチ方向（Ｙ方向）に関して光軸
ＡＸを挟んで互いに対称的な角度で傾いた平行光束とな
って、ウエハマークＭＹ上に異なる２方向から所定の交
差角で入射する。ウエハマークＭＹ上には周波数差Δｆ
に対応した速度で移動する１次元の干渉縞が形成され、
当該マークから同一方向、ここでは光軸方向に発生した
±１次回折光（干渉光）は投影光学系１３、対物レンズ
５０等を介して光電検出器５２で受光され、光電検出器
５２は干渉縞の明暗変化の周期に応じた正弦波状の光電
信号ＳＤｗをＬＩＡ演算ユニット５８に出力する。ＬＩ
Ａ演算ユニット５８は、２つの光電信号ＳＲ、ＳＤｗの
波形上の位相差からウエハマークＭＹの位置ずれ量を算
出するとともに、干渉計１５からの位置信号ＰＤｓを用
いて、当該位置ずれ量が零となるときのウエハステージ
ＷＳの座標位置を求め、この情報をアライメントデータ
記憶部６１（図３）に出力する。

【００２７】また、ＬＳＡ光学系４６はビームエクスパ
ンダー、シリンドリカルレンズ等を含み、ここを射出し
たビームはミラー４８、及びビームスプリッター４９を
介して対物レンズ５０に入射する。さらに、対物レンズ
５０によって視野絞り５１で一度スリット状に収束し、
ミラーＭ₂を介して投影光学系１３に入射してその瞳面
のほぼ中央を通った後、イメージフィールド内でＸ方向
に伸び、かつ光軸ＡＸに向かうような細長い帯状スポッ
ト光としてウエハＷ上に形成される。スポット光とウエ
ハマーク（回折格子マーク）とをＹ方向に相対移動した
とき、当該マークから発生する光は投影光学系１３、対
物レンズ５０等を介して光電検出器５２で受光される。
光電検出器５２は、ウエハマークからの光のうち±１〜
３次回折光のみを光電検出し、この光強度に応じた光電
信号ＳＤｉを主制御系１８、すなわちＬＳＡ演算ユニッ
ト５７に出力する。ＬＳＡ演算ユニット５７は干渉計１
５からの位置信号ＰＤｓも入力し、ウエハステージＷＳ
の単位移動量毎に発生するアップダウンパルスに同期し
て光電信号ＳＤｉをサンプリングする。さらに各サンプ
リング値をデジタル値に変換してメモリに番地順に記憶
させた後、所定の演算処理によってウエハマークのＹ方
向の位置を算出し、この情報をアライメントデータ記憶
部６１に出力する。

【００２８】ところで、本実施例では重ね合わせ露光
（本露光）に先立ち、露光光の照射によりレチクルマー
ク（回折格子マーク）をウエハＷに露光してレジスト層
にその潜像を形成するが、この潜像を検出するためのセ
ンサーとしては主にＬＳＡ系を用いる。従って、ＬＳＡ
系、及びＬＳＡ演算ユニット５７はウエハマーク（下地
マーク）と全く同様の動作でレチクルマークの潜像を検
出し、その位置情報をアライメントデータ記憶部６１に
出力する。尚、図１中には示していないが、上記構成の
アライメントセンサー（Ｙ−ＬＩＡ系、Ｙ−ＬＳＡ系）
の他に、Ｘ方向のマーク位置を検出するためのもう１組
のＴＴＬ方式のアライメントセンサー（Ｘ−ＬＩＡ系、
Ｘ−ＬＳＡ系）も設けられているものとする。

【００２９】次に、図３を参照して上記装置を統括制御
する主制御系１８について説明する。本実施例では、Ｌ
ＳＡ演算ユニット５７から符号順にシステムコントロー
ラ６５までが主制御系１８を構成する。図３において、
ＦＩＡ演算ユニット５９は撮像素子３４からの画像信号
ＳＶの波形に基づき、所定の演算処理により指標マーク
に対するウエハマークの像の位置ずれ量を算出する。さ
らに、干渉計１５からの位置信号ＰＤｓも入力して、ウ
エハマークの像が指標マークの中心に正確に位置した
（位置ずれ量が零となる）ときのウエハステージＷＳの
座標位置を求め、この情報をアライメントデータ記憶部
６１に出力する。また、ＩＳＳ演算ユニット６０は基準
部材１４（スリットパターンＦＭａ）とレチクルＲとを
相対移動させたときに光電検出器３５から出力される光
電信号ＳＳとともに、干渉計１５からの位置信号ＰＤｓ
も入力する。そして、ウエハステージＷＳの単位移動量
毎に発生するアップダウンパルスに同期して光電信号Ｓ
Ｓをサンプリングし、各サンプリング値をデジタル値に
変換してメモリに番地順に記憶させた後、所定の演算処
理によってレチクルマークのＸ、またはＹ方向の位置
（干渉計１５によって規定される直交座標系ＸＹ上での
座標位置）を算出し、この情報をアライメントデータ記
憶部６１に出力する。

【００３０】また、アライメントデータ記憶部６１は４
つの演算ユニット５７〜６０の各々からのマーク位置情
報（潜像の位置も含む）を入力可能となっている。ＥＧ
Ａ演算ユニット６２は、４つの演算ユニット５７〜６０
からの位置情報を用いて各種演算を行うものであり、そ
の演算結果は記憶部６３とシステムコントローラ６５と
に送られる。一例としては、アライメントデータ記憶部
６１に記憶されたマーク位置情報に基づいて、統計的な
演算手法によりウエハＷ上のショット領域の配列座標値
を算出する。ＥＧＡ演算ユニット６２では、上記の如き
配列座標値の算出に先立って演算パラメータ、すなわち
ウエハ中心位置のオフセット（Ｘ、Ｙ方向）、ウエハの
伸縮度（Ｘ、Ｙ方向）、ウエハの残留回転誤差、及びウ
エハステージの直交度、またはショット配列の直交度
（後述の変換行列Ａ、Ｏ）も算出され、この情報も記憶
部６３に格納される。

【００３１】さらに、ショットマップデータ部６４はウ
エハ上に露光すべきショット領域の設計上の露光位置
（配列座標値Ｄn)、サンプルアライメントすべきショッ
ト領域（以下、サンプルショットと称す）の位置や数、
及びレチクルマークの潜像を形成すべき位置やその数を
格納し、これらのデータはＥＧＡ演算ユニット６２とシ
ステムコントローラ６５とに送られる。また、システム
コントローラ６５は、上記各データに基づいてアライメ
ント時、潜像形成時、ステップアンドリピート方式の露
光時等のウエハステージＷＳの移動を制御するための一
連の手順を決定する。さらに、図３中にはウエハステー
ジコントローラ６６、及びレチクルステージコントロー
ラ６７も示されている。

【００３２】尚、サンプルショットの位置及び数と、潜
像形成位置及び数とは、アライメント精度や後述の配列
オフセット（ΔＯｘ、ΔＯｙ）の算出精度とスループッ
トとの双方を満足するように予め定められており、これ
らのデータはオペレータが予め入力装置（不図示のキー
ボード等）を用いてショットマップデータ部６４に設定
しておく、あるいはシステムコントローラ６５が所定の
プログラムに従って自動的に選択、設定するようにして
おけば良い。さらに上記データは、例えばウエハ、下
地、レジストの種類（さらにはその膜厚）、ウエハ処理
プロセスでの処理条件（加熱温度、時間等）、もしくは
下地マークや潜像の検出に使用するアライメントセンサ
ーの種類等に基づいて、経験的に、あるいは実験やシミ
ュレーション等によって決定すれば良く、単位枚数のウ
エハ毎、またはロット毎に異ならせるようにしても構わ
ない。

【００３３】次に、本実施例による位置合わせ方法につ
いて説明する。本実施例では、重ね合わせ露光（本露
光）時にＦＩＡ系を用いてＥＧＡ方式のアライメントを
行い、潜像検出にはＬＳＡ系を用いるものとする。ま
た、図７に示すようにウエハＷ上には、既に複数の回路
パターン（ショット領域ＳＡij）とウエハマーク（ＭＸ
ij、ＭＹij）とがマトリックス状に形成されており、さ
らにその表面にはほぼ一定の厚さ（０．５〜２μｍ程
度）でレジストが塗布されているものとする。図７にお
いて、ｉ行（紙面内上からｉ番目のＸ方向に配列された
ショット列）、ｊ列（紙面内左からｊ番目のＹ方向に配
列されたショット列）のショット領域、及びそのウエハ
マークを、ショット領域ＳＡij、ウエハマークＭＸij、
ＭＹijと表す。

【００３４】さて、図１〜図３に示したステッパーで
は、レチクルＲ（図４）がレチクルステージＲＳにロー
ディングされ、その中心が光軸ＡＸと一致するように２
組のＲＡ系１０Ａ、１０Ｂによりラフアライメントが行
われた後、レチクルステージＲＳに真空吸着される。さ
らに、主制御系１８は基準部材１４を用いてレチクルＲ
のファインアライメントを行う。すなわち、スリットパ
ターンＦＭａを用いて４つのレチクルマークＲＭx₁、Ｒ
Ｍx₂、ＲＭy₁、ＲＭy₂の各々を検出する。ＥＧＡ演算ユ
ニット６２は、ＩＳＳ演算ユニット６０で算出された４
つの座標値から、干渉計１５によって規定される直交座
標系ＸＹに対するレチクルＲのＸ、Ｙ、及び回転方向の
位置ずれ量を算出する。そして、システムコントローラ
６５はこの位置ずれ量がほぼ零となるように、ステージ
コントローラ６７により干渉計１１の出力をモニターし
ながらレチクルステージＲＳを駆動する。この結果、レ
チクルＲが光軸ＡＸに対して正確に位置決めされ、レチ
クルアライメントが終了する。

【００３５】次に、主制御系１８は基準部材１４を用い
てＸ−ＦＩＡ系２０〜３４のベースライン計測を実行す
る。まず、スリットパターンＦＭａを用いてレチクルマ
ークＲＭx₁を検出し、ＩＳＳ演算ユニット６０はその座
標値をアライメントデータ記憶部６１に出力する。しか
る後、Ｘ−ＦＩＡ系を用いて基準パターンＦＭｘを検出
し、ＦＩＡ演算ユニット５９はその座標値を記憶部６１
に出力する。ＥＧＡ演算ユニット６２は記憶部６１に格
納された２つの座標値からＸ方向のベースラインΔＢｘ
を求め、記憶部６３に格納する。尚、Ｙ−ＦＩＡ系（不
図示）でもベースライン計測を行い、その値ΔＢｙを記
憶部６３に格納しておく。

【００３６】さらに上記の如きベースライン計測終了
後、ロット内の１枚目のウエハＷ（図７）がウエハステ
ージＷＳ上にローディングされ、システムコントローラ
６５は２組のＦＩＡ系を用いてウエハＷのプリアライメ
ントを実行する。まず、Ｙ−ＦＩＡ系はウエハＷの外周
付近で、ウエハ中心（領域ＳＡ₅₆のショット中心）に関
してほぼ左右対称な位置に形成された２つのショット領
域、例えば図７中のショット領域ＳＡ₇₂、ＳＡ₇₈のウエ
ハマークＭＹ₇₂、ＭＹ₇₈を検出し、ＦＩＡ演算ユニット
５９はそのＹ方向の位置（座標値）を算出する。一方、
Ｘ−ＦＩＡ系はウエハＷの外周付近で、上記２つのショ
ット領域ＳＡ₇₂、ＳＡ₇₈からほぼ等距離にあるショット
領域、例えば図７中のショット領域ＳＡ₂₄のウエハマー
クＭＸ₂₄を検出し、ＦＩＡ演算ユニット５９にてそのＸ
方向の位置が算出される。

【００３７】ＥＧＡ演算ユニット６２は、アライメント
データ記憶部６１に格納された３つのショット領域のマ
ーク位置情報に基づいて、直交座標系ＸＹに対するウエ
ハＷの位置ずれ量（回転誤差を含む）を算出する。しか
る後、システムコントローラ６５はこの位置ずれ量がほ
ぼ零となるように、ステージコントローラ６６によりウ
エハステージＷＳを駆動することで、ウエハＷのプリア
ライメントが終了する。この結果、レチクルＲとウエハ
Ｗ（ショット領域ＳＡij）との相対的な位置ずれが１μ
ｍ以下の精度で補正されることになる。

【００３８】次に、先に述べた特開昭６１−４４４２９
号公報に開示された手法に従って、ウエハＷ上の全ての
ショット領域ＳＡijの配列座標値（Ｆgx、Ｆgy）を算出
する。まず、システムコントローラ６５は２組のＦＩＡ
系を用いてサンプルアライメントを実行する。そこで、
ショットマップデータ部６４からサンプルショットに関
するデータ（位置、数）を読み出し、このデータ、すな
わちサンプルショットの設計上の配列座標値（Ｄｘ、Ｄ
ｙ）と、記憶部６３に格納されたベースラインΔＢｘ、
ΔＢｙとに従ってウエハステージＷＳをステッピングさ
せていく。これにより、Ｘ−ＦＩＡ系とＹ−ＦＩＡ系と
の各々に対して、サンプルショットのウエハマークＭＸ
ij、ＭＹijの各々が順次位置決めされる。ここで、本実
施例でのサンプルショットは、ウエハＷ上の複数のショ
ット領域ijのうち、その外周付近に位置するｍ個（ｍ≧
３）のショット領域、例えば図７中の７つのショット領
域ＳＡ₁₃、ＳＡ₂₆、ＳＡ₃₂、ＳＡ₅₉、ＳＡ₆₂、ＳＡ₇₇、
ＳＡ₈₂が設定されているものとする。この結果、ＦＩＡ
演算ユニット５９では所定の波形処理によりマーク位置
が算出され、これら位置情報は配列座標値（Ｍgx、、Ｍ
gy）としてアライメントデータ記憶部６１に送られる。

【００３９】ここで、本実施例では７つのショット領域
ＳＡijの各々の２組（Ｘ、Ｙ方向）のウエハマークＭＸ
ij、ＭＹijの位置を計測しているが、計測不能なマー
ク、あるいはその計測値が極端に設計値と異なるマーク
（以下、不良マークと称す）についてはリジェクトし、
残りのマーク位置のみを用いるようにしても良い。この
とき、不良マークを有するショット領域そのものをリジ
ェクトしても良い。また、リジェクトされるショット領
域近傍のショット領域を代替ショットとして選択し、そ
のマーク位置を計測して用いるようにしても良い。さら
に代替ショットでは、不良マークに対応したウエハマー
クＭＸijとＭＹijとのいずれか一方のみを計測するだけ
でも良い。例えば、ショット領域ＳＡ₈₂のウエハマーク
ＭＸ₈₂が不良であるときは、ショット領域ＳＡ₇₃を代替
ショットとして選択し、そのウエハマークＭＸ₇₃、ＭＹ
₇₃の両方、またはマークＭＸ₇₃のみの位置を計測すれば
良い。また、ウエハマークＭＸijとＭＹijとの両方の位
置が計測されたショット領域を１つのサンプルショット
と見做し、本実施例では少なくとも３つのサンプルショ
ットについてマーク計測を行う必要がある。尚、１つの
ショット領域では一方（例えばＸ方向）のマークのみが
計測され、その代替ショットで他方（Ｙ方向）のマーク
が計測された場合、これらを１つのサンプルショットと
見做してカウントするようにしても良い。

【００４０】さて、ＥＧＡ演算ユニット６２はアライメ
ントデータ記憶部６１に記憶された７つのサンプルショ
ットの計測上の配列座標値（Ｍgx、、Ｍgy）と、ショッ
トマップデータ部６４に格納された設計上の配列座標値
（Ｄｘ、Ｄｙ）とに基づいて、ステップアンドリピート
方式で位置合わせすべきウエハＷ上でのショット配列の
規則性を決定する。すなわち、以下の数式１に示す写像
関係式（行列式Ｍｇ＝Ａｇ・Ｄ＋Ｏｇ）における変換行
列Ａｇ、Ｏｇを決定する。但し、上記関係式における変
換行列Ａｇ、Ｏｇは、残存回転誤差θ_g、直交度ω_g及
びスケーリング誤差Ｒgx、Ｒgyと、オフセット誤差Ｏg
x、Ｏgyとの夫々をパラメータとして含み、変換行列Ａ
ｇは２行２列、Ｏｇは２行１列の行列である。

【００４１】

【数１】

【００４２】尚、変換行列Ａｇ、Ｏｇは以下の数式２、
３で表される。

【００４３】

【数２】

【００４４】

【数３】

【００４５】ここで、ウエハ上のショット領域は、計測
上の配列座標値（Ｍgx、Ｍgy）及び設計上の配列座標値
（Ｄｘ、Ｄｙ）に対して残差項（εＸｇ、εＹｇ）が存
在し、上記数式１は以下の数式４のように書き換えられ
る。

【００４６】

【数４】

【００４７】従って、ＥＧＡ演算ユニット６２は上記残
差項（すなわち残差の二乗和）が最小となるように、変
換行列Ａｇ、Ｏｇの各パラメータａ_g〜ｆ_gの値を演算
（最小二乗法）により決定する。尚、上記の如く算出さ
れた変換行列Ａｇ、Ｏｇは記憶部６３に格納される。さ
らにＥＧＡ演算ユニット６２は、上記数式１からウエハ
Ｗ上の全てのショット領域ＳＡijの配列座標値（Ｆgx、
Ｆgy）を算出し、この演算結果を記憶部６３とシステム
コントローラ６５とに送る。

【００４８】ここで、後述するように本実施例ではウエ
ハＷの外周付近で、かつ下地に回路パターンやアライメ
ントマークが形成されていない領域（ショット領域及び
ストリートラインを除く未露光領域）、例えば図７中の
領域ＮＤ₁〜ＮＤ₅にレチクルマークの潜像を形成す
る。これらの未露光領域は、図８中に点線で示すように
ウエハＷ上でショット領域の一部が欠けるため、レチク
ルパターンが転写されなかったものである。このため、
本実施例では上記座標値の算出に際して、未露光領域Ｎ
Ｄ₂〜ＮＤ₅の各々に仮想的に設定されるｎ個（ｎ≧
３）のショット領域、例えば図８に示す８個の仮想的な
ショット領域（以下、仮想ショットと称す）ＳＡ_L1〜Ｓ
Ａ_L8の各々についても、予め設計上の配列座標値は分か
っている（データ部６４に格納されている）から、上記
演算でその配列座標値（Ｆgx、Ｆgy）を算出しておき、
この演算結果も記憶部６３とシステムコントローラ６５
とに送る。尚、図８に示したウエハＷは図７のウエハと
同一のものである。

【００４９】尚、上記の如くサンプルアライメントを実
行して、最小二乗法により変換行列Ａｇ、Ｏｇ（パラメ
ータａ_g〜ｆ_g）を求めてから配列座標値（Ｆgx、Ｆg
y）を算出するまでの一連の動作を、以下では単にｇ−
ＥＧＡと呼ぶことにする。また、ｇ−ＥＧＡでは変換行
列Ａｇ、Ｏｇ（パラメータａ_g〜ｆ_g）と８つの仮想シ
ョットの配列座標値のみを算出するだけでも良い。とこ
ろで、ｇ−ＥＧＡで算出される配列座標値を（Ｆgx、Ｆ
gy）としたのは、最小二乗法の適用により計算上の配列
座標値（Ｆgx、Ｆgy）と計測上の配列座標値（Ｍgx、Ｍ
gy）とがウエハ上の全てのショット領域において必ずし
も一致しないからである。

【００５０】次に、システムコントローラ６５は先の配
列座標値（Ｆgx、Ｆgy）、特に仮想ショットの配列座標
値に従ってウエハステージＷＳをステッピングさせてい
き、ウエハＷ上の未露光領域ＮＤ₂〜ＮＤ₅の各々にレ
チクルパターン（図４（ａ))を露光する。このとき、シ
ステムコントローラ６５はレチクルマークＲＭx₁、ＲＭ
y₁のみに露光光ＩＬが照射されるように、予めレチクル
ブラインド６を駆動して照明視野を調整しておく。この
結果、レチクルマークＲＭx₁、ＲＭy₁の像、すなわち潜
像がレジスト層に形成されることになる。上記の如き潜
像の形成に際しては、使用するレジストの飽和エネルギ
ーの２〜３倍程度の露光量をレジスト層に与える。以下
では、仮想ショットＳＡ_L1に付随したレチクルマークＲ
Ｍx₁、ＲＭy₁の各潜像を潜像マークＬＸ_L1、ＬＹ_L1と呼
ぶ。図８には示していないが、他の仮想ショットについ
ても同様である。

【００５１】ここで、レチクルマークＲＭx₁、ＲＭy₁は
レチクルＲとショット領域ＳＡijとを正確に重ね合わせ
たとき、その投影像がウエハマークＭＸij、ＭＹijと一
致する（重なる）ものである。尚、レチクルマークＲＭ
x₁、ＲＭy₁の投影像とウエハマークＭＸij、ＭＹijとが
予め定められた間隔だけ離れて形成されるように、レチ
クルマークＲＭx₁、ＲＭy₁を配置するようにしても良
い。また、レチクルブラインド６を用いてレチクルマー
クＲＭx₁、ＲＭy₁以外の領域を遮光することは難しいの
で、例えば補助遮光板を配置してパターン領域ＰＡを遮
光し、レチクルマークＲＭx₂、ＲＭy₂はレチクルブライ
ンド６で遮光するようにしても良い。但し、本実施例で
は未露光領域ＮＤ₂〜ＮＤ₅の各々の仮想的なショット
領域に付随して潜像を形成することとしたので、レチク
ルマークＲＭx₁、ＲＭy₁以外の領域を遮光せずとも、レ
チクル全面に露光光ＩＬを照射するようにしても構わな
い。この際、仮想ショットと隣接したショット領域のウ
エハマークに対してレチクルマークＲＭx₂、またはＲＭ
y₂が投影され得る。例えば、仮想ショットＳＡ_L2で潜像
を形成する際、ショット領域ＳＡ₂₇のウエハマークＭＹ
₂₇に対してレチクルマークＲＭy₂が重なって露光され
る。このため、レチクルマークＲＭx₂、ＲＭy₂はレチク
ルブラインド６で遮光することが望ましい。

【００５２】さて、上記の如くレチクルマークＲＭx₁、
ＲＭy₁の潜像が形成されると、システムコントローラ６
５は潜像検出に最適なアライメントセンサー、特に本実
施例ではＬＳＡ系を選択し、２組のＬＳＡ系を用いて潜
像マークを検出する。まず、システムコントローラ６５
は記憶部６３から仮想ショットに関するデータ（位置、
数）を読み出し、各仮想ショットの計算上の配列座標値
（Ｆgx、Ｆgy）に従ってウエハステージＷＳをステッピ
ングさせていき、仮想ショット毎にＸ−ＬＳＡ系とＹ−
ＬＳＡ系の各スポット光と２組の潜像マーク（ＬＸ_L1、
ＬＹ_L1等）の各々とを相対移動させる。この結果、ＬＳ
Ａ演算ユニット５７では所定の波形処理によりマーク位
置が算出され、これら位置情報は配列座標値（Ｍtx、、
Ｍty）としてアライメントデータ記憶部６１に送られ
る。

【００５３】ここで、本実施例では潜像検出に際して
も、計測不能なマーク、あるいはその計測値が極端に設
計値と異なるマークについてはリジェクトし、残りのマ
ーク位置のみを用いるようにする。このとき、不良な潜
像マークを有する仮想ショットそのものをリジェクトし
ても良い。また、図８に示したウエハＷ上の複数の仮想
ショットのうち、本実施例ではレチクルマークＲＭx₁と
ＲＭy₁との潜像を共に形成可能な８つの仮想ショットを
選択したが、いずれか一方の潜像のみ形成可能な仮想シ
ョットを選択しても良い。さらに上記の如きリジェクト
に備え、先に選択した８つの仮想ショット以外に、例え
ば選択ショット近傍の少なくとも１つの仮想ショットを
代替ショットとして指定して潜像を形成しておき、その
マーク位置を代用できるようにしても良い。また、２組
の潜像マークの位置が共に計測された仮想ショットを１
つと見做すと、本実施例では少なくとも３つの仮想ショ
ットについて潜像検出を行う必要がある。尚、１つの仮
想ショットでは一方（例えばＸ方向）の潜像マークのみ
が計測され、その代替ショットで他方（Ｙ方向）の潜像
マークが計測された場合、これらを１つの仮想ショット
と見做してカウントしても良い。

【００５４】次に、ＥＧＡ演算ユニット６２はアライメ
ントデータ記憶部６１に記憶された８つの仮想ショット
の計測上の配列座標値（Ｍtx、、Ｍty）と、ｇ−ＥＧＡ
で記憶部６３に格納された計算上の配列座標値（Ｆg
x、、Ｆgy）とに基づいて、ウエハＷ上での潜像の配列
の規則性、すなわち以下の数式５に示す写像関係式（行
列式Ｍｔ＝Ａｔ・Ｆｇ＋Ｏｔ）における変換行列Ａｔ、
Ｏｔを算出する。ここで、潜像の配列の規則性は、実際
に重ね合わせ露光を行ったときのそのパターン像の配列
に規則性に対応するものである。但し、上記関係式にお
ける変換行列Ａｔ、Ｏｔは、残存回転誤差θ_t、直交度
ω_t及びスケーリング誤差Ｒtx、Ｒtyと、オフセット誤
差Ｏtx、Ｏtyとの夫々をパラメータとして含み、変換行
列Ａｔは２行２列、Ｏｔは２行１列の行列である。

【００５５】

【数５】

【００５６】尚、変換行列Ａｔ、Ｏｔは以下の数式６、
７で表される。

【００５７】

【数６】

【００５８】

【数７】

【００５９】ここで、ウエハ上のショット領域は、計測
上の配列座標値（Ｍtx、Ｍty）及び計算上の配列座標値
（Ｆgx、Ｆgy）に対して残差項（εＸｔ、εＹｔ）が存
在し、上記数式５は以下の数式８のように書き換えられ
る。

【００６０】

【数８】

【００６１】従って、ＥＧＡ演算ユニット６２は上記残
差項が最小となるように、変換行列Ａｔ、Ｏｔの各パラ
メータａ_t〜ｆ_tの値を演算（最小二乗法）により決定
する。上記の如く算出された変換行列Ａｔ、Ｏｔは記憶
部６３に格納される。尚、ここでは上記数式５を用いて
ウエハＷ上の全ての仮想ショットの配列座標値を算出す
る必要はない。また、潜像検出から最小二乗法により変
換行列Ａｔ、Ｏｔ（パラメータａ_t〜ｆ_t）を算出する
までの一連の動作を、以下では単にｔ−ＥＧＡと呼ぶこ
とにする。

【００６２】さて、ＥＧＡ演算ユニット６２はｇ−ＥＧ
Ａとｔ−ＥＧＡとの各々で算出され、記憶部６３に格納
された２組のパラメータａ_g〜ｆ_g、ａ_t〜ｆ_tを読み
出す。ここで、残存回転誤差θ_g、θ_t、及び直交度ω
_g、ω_tは微小量であるから、ｇ−ＥＧＡとｔ−ＥＧＡ
との各々での６つの誤差パラメータは、以下の数式９、
１０で表される。

【００６３】

【数９】

【００６４】

【数１０】

【００６５】次に、ＥＧＡ演算ユニット６２はウエハ上
のショット領域の位置と、潜像の位置（すなわち重ね合
わせ露光されるレチクルパターンの実際の露光位置）と
の差、換言すればｇ−ＥＧＡとｔ−ＥＧＡとでのオフセ
ット誤差の差（Ｏgx−Ｏtx）、（Ｏgy−Ｏty）を求め、
この差をシステムオフセットとして記憶部６３に格納す
る。さらに、ＥＧＡ演算ユニット６２はスケーリング誤
差（Ｒgx、Ｒgy）、または（Ｒtx、Ｒty）に基づいて、
ウエハＷ上のショット領域の倍率誤差（大きさの変化
量）を算出し、この情報をシステムコントローラ６５に
送る。システムコントローラ６５は、スケーリングによ
るショット領域の倍率変化を相殺するように、結像特性
補正部１９を用いて投影光学系１３の投影倍率を調整
し、ショット領域とレチクルパターンの投影像との倍率
誤差をほぼ零とする。

【００６６】以上により、本露光前のオフセット計測が
終了し、システムコントローラ６５はウエハＷに対する
重ね合わせ露光を開始する。本実施例では、ＦＩＡ系に
よるＥＧＡ方式を採用して重ね合わせ露光を実行する
が、サンプルアライメント等は既にｇ−ＥＧＡで行って
いるので、ここでは以下の数式１１を用いてウエハＷ上
の全てのショット領域の配列座標値（Ｆｘ、Ｆｙ）を算
出する。但し、数式１１中の変換行列Ａｇ（パラメータ
ａ_g〜ｄ_g）はｇ−ＥＧＡで算出したものをそのまま使
用する。従って、数式１１から算出される配列座標（Ｆ
ｘ、Ｆｙ）はｇ−ＥＧＡ（数式１）で求めた配列座標
（Ｆgx、Ｆgy）を、ｔ−ＥＧＡで求めたオフセット誤差
（Ｏtx、Ｏty）で補正したものである。

【００６７】

【数１１】

【００６８】システムコントローラ６５は、ＥＧＡ演算
ユニット６２での演算結果（Ｆｘ、Ｆｙ）に従ってウエ
ハステージＷＳをステッピングさせていき、ショット領
域毎にレチクルパターンの重ね合わせ露光を行う。この
結果、アライメント誤差（オフセットによる横ずれ）、
及び倍率誤差をほぼ零にでき、高精度な重ね合わせ露光
が行われることになる。尚、数式１１から配列座標値
（Ｆｘ、Ｆｙ）を算出せずとも、ｇ−ＥＧＡで算出した
配列座標値（Ｆgx、Ｆgy）に従ってウエハステージＷＳ
をステッピングさせ、ショット領域毎にｔ−ＥＧＡで算
出したオフセット（Ｏtx、Ｏty）だけずらして位置決め
するようにしても良い。

【００６９】以上のように本実施例では、ＥＧＡ方式を
適用してシステムオフセットを算出するので、高速、高
精度なオフセット計測が可能で、しかもレチクルマーク
の潜像をウエハ上の任意の位置に形成でき、潜像形成に
際して場所上の制約が少ないといった利点がある。特に
未露光領域に潜像を形成すれば、ウエハマークの近傍に
潜像が配置されることがなく、潜像により下地に形成さ
れ得る疑似的なアライメントマークによる次層でのアラ
イメント精度の低下を防止できるという効果が得られ
る。さらに、ウエハマーク（下地マーク）と潜像マーク
とを別々のアライメントセンサーで検出できる、すなわ
ち各マークの検出に最適なアライメントセンサーを選択
して使用できるので、特にシステムオフセットの計測精
度を向上させることが可能となる。

【００７０】ところで、本実施例ではＦＩＡ系を用いて
ｇ−ＥＧＡを行い、ＬＳＡ系を用いてｔ−ＥＧＡを行っ
ていたが、ｔ−ＥＧＡでは下地やレジストの種類、潜像
マークの形状等に応じて潜像検出に最適なアライメント
センサーを選択すれば良く、例えばＬＩＡ系を使用して
も構わない。また、ｇ−ＥＧＡとｔ−ＥＧＡとで同一の
アライメントセンサーを用いるようにしても良いが、ｇ
−ＥＧＡでは本露光で使用するアライメントセンサーを
用いることが望ましい。特に本実施例では、本露光時に
ＥＧＡ方式のアライメントを行うことを前提とし、本露
光ではｇ−ＥＧＡで算出した変換行列Ａｇはそのまま用
いてシステムオフセットの補正のみを行っている。この
ため、ｇ−ＥＧＡでのサンプルショットの位置や数は、
通常の本露光時と同様にショット領域の配列座標、すな
わち変換行列Ａｇが十分な精度で算出されるように決定
しておく。換言すれば、ｇ−ＥＧＡは従来装置で重ね合
わせ露光に先立って行われるＥＧＡと全く同様に行うこ
とが望ましい。

【００７１】ここで、図９を参照してＬＩＡ系を用いた
潜像検出について簡単に説明する。図９（ａ）におい
て、ＬＩＡ系の２本のビームＢＭ₁、ＢＭ₂が互いに異
なる２方向から交差角２ψ₀で回折格子状のウエハマー
クＧＡ（ピッチは２Ｐ）に入射すると、当該マークＧＡ
上には２本のビームによる干渉縞ＩＦ（ピッチはＰ）が
形成される。ところで、上記装置（図１、図２）では投
影光学系１３の光軸ＡＸに沿って発生するビームＢＭ₁
の−１次回折光Ｂ₁(-1) と、ビームＢＭ₂の＋１次回折
光Ｂ₂(+1) との干渉光を光電検出器５２で受光する。光
電検出器５２には３つの受光面、すなわち上記干渉光を
受光する第１受光面と、この第１受光面を挟んで第２、
第３受光面が設けられている。特に第２、第３受光面
は、ＬＳＡ系のスポット光の照射によりウエハマークか
ら発生する＋１〜＋３次回折光と−１〜−３次回折光と
を独立に検出するためのものである。

【００７２】さらにウエハマークＧＡからは、±１次回
折光Ｂ₁(-1) 、Ｂ₂(+1) とともに、ビームＢＭ₁の０次
回折光Ｂ₁(0)とビームＢＭ₂の＋２次回折光Ｂ₂(+2) と
が同一方向に発生し、ビームＢＭ₁の−２次回折光Ｂ
₁(-2) とビームＢＭ₂の０次回折光Ｂ₂(0)とが同一方向
に発生する。この２つの干渉光は先の第２、第３受光面
で受光され、光電検出器５２は両者を加算して得た光電
信号も出力する。従って、ウエハマーク（下地マーク）
の計測に際しては、ＬＩＡ演算ユニット５８が光電検出
器５２からの２つの光電信号の少なくとも一方と、光電
検出器５６からの光電信号（参照信号）ＳＲとの波形上
の位相差からマーク位置を決定する。

【００７３】さて、上記構成のＬＩＡ系を用いる場合、
ウエハマークＧＡと同一ピッチの潜像マークを用いて±
１次回折光を光電検出するようにしても良いが、コント
ラストの点では０次回折光を受光した方が有利である。
このため、ＬＩＡ系では図９（ｂ）に示すようなピッチ
Ｐの潜像マークＧＢを用いることとし、位置計測に際し
ては当該マークから発生する回折光のうち、同一方向に
発生するビームＢＭ₁の０次回折光Ｂ₁(0)及びビームＢ
Ｍ₂の＋１次回折光Ｂ₂(+1) の干渉光と、ビームＢＭ₁
の−１次回折光Ｂ₁(-1) 及びビームＢＭ₂の０次回折光
Ｂ₂(0)の干渉光とを受光する。ここで、この２つの干渉
光は光電検出器５２の第２、第３受光面に入射すること
になる。つまり、潜像マークのピッチをウエハマークの
ピッチの半分に設定することで、ＬＩＡ系の構成を変更
することなく、潜像マークの計測精度を向上させること
が可能となる。従って、潜像マークの計測に際しては、
ＬＩＡ演算ユニット５８が光電検出器５２の第２、第３
受光面からの光電信号と参照信号ＳＲとの位相差からマ
ーク位置を決定することになる。

【００７４】また、上記実施例でのｔ−ＥＧＡでは８つ
の仮想ショット（図８）に対して潜像を形成することと
したが、その数や位置は変換行列Ａｔ、Ｏｔの算出精度
に応じて決定すれば良い。さらに未露光領域が狭く（面
積が小さい）、仮想ショットの数が少なくなり得る場合
には、ウエハＷ上の複数のショット領域の中から少なく
とも１つのショット領域を仮想ショットとして選択し、
当該ショットを計測用の捨てショット（未露光領域の一
部）として用いても良い。捨てショットを使用する場合
には、前層までの露光工程で当該ショットに対してパタ
ーン露光を行わないことが望ましい。また、捨てショッ
トとして指定するショット領域は、ウエハＷ上で最外周
に位置するものが望ましい。これは、最外周のショット
領域での不良発生率が比較的高いからである。

【００７５】さらに、上記実施例ではｔ−ＥＧＡを１回
だけ行うようにしていたが、２回以上ｔ−ＥＧＡを行う
ようにしても良く、この場合は各計測値の平均値をオフ
セット誤差として用いれば良い。このとき、潜像検出を
行う仮想ショットの位置や数を、例えば１回のｔ−ＥＧ
Ａ毎に異ならせても構わない。尚、ｔ−ＥＧＡでは変換
行列Ａｔまでも算出する必要はなく、変換行列Ｏｔ、す
なわちオフセット誤差（Ｏtx、Ｏty）を算出するだけで
も良い。また、ｔ−ＥＧＡで使用する仮想ショットの数
ｎを、ｇ−ＥＧＡで使用するサンプルショットの数ｍと
同数にする必要は全くなく、ぞれぞれ要求される算出精
度に見合う数や位置とすれば良い。

【００７６】また、上記実施例ではロット内の１枚目の
ウエハを用いてシステムオフセット（Ｏgx−Ｏtx）、
（Ｏgy−Ｏty）を計測したので、２枚目以降のウエハで
は特にオフセット計測を行う必要はなく、先の計測値を
そのまま使用してアライメントを行うようにすれば良
い。但し、同一ロット内のウエハであっても、下地やレ
ジストの種類、ウエハマークの種類（形状、段差等）が
異なる、あるいはアライメントセンサーの変更があった
場合には、その変更後の最初のウエハを用いて上記と全
く同様の動作でシステムオフセットを計測することが望
ましい。また、上記の如き条件変更がなくても、単位枚
数のウエハ毎、ロット毎、あるいは単位時間毎にシステ
ムオフセットを計測し、記憶部６３に格納されたデータ
を逐次更新していくようにしても良い。さらに、システ
ムオフセットが極端に大きい場合には、レチクルアライ
メント、ベースライン計測、あるいは投影光学系１３の
結像特性（倍率、ディストーション等）の計測等を再度
実行することが望ましい。または、ｇ−ＥＧＡ（すなわ
ち本露光）で使用するアライメントセンサーの信号処理
条件（アルゴリズム）の変更、アライメントセンサー自
体の変更、ｇ−ＥＧＡでのサンプルショットの数や位置
の変更、もしくはｔ−ＥＧＡで使用するアライメントセ
ンサーやその信号処理条件、潜像マークの形成条件（ピ
ッチ、形状等）の変更等を行うようにしても良い。逆
に、システムオフセットがアライメント精度に比べて十
分に小さい場合には、ｇ−ＥＧＡで算出した配列座標を
本露光でそのまま用いても構わない。

【００７７】さらに、上記実施例では本露光でもＥＧＡ
方式のアライメントを行うものとしたが、例えばＴＴＲ
(Through The Reticle) 方式のアライメントセンサーを
用いてダイ・バイ・ダイ・アライメント（ＤＤＡ）を行
う場合でも、このアライメントセンサーを用いて上記実
施例と全く同様の動作でシステムオフセットを算出し、
ＤＤＡを実行するに際してはショット領域毎にシステム
オフセットを用いる、すなわちレチクルパターンの投影
像に対してショット領域をそのオフセット分だけずらし
て位置決めすれば良く、アライメント精度の向上が期待
できる。これは、例えば特開平４−７８１４号公報に開
示されたように、特に非露光光を使用するアライメント
センサーにおいて有効である。

【００７８】また、上記実施例ではｇ−ＥＧＡ、ｔ−Ｅ
ＧＡで算出したパラメータのうち、スケーリング誤差と
オフセット誤差とを用いることとしたが、他の誤差、す
なわち残留回転誤差と直交度とは特に用いていなかっ
た。しかしながら、直交度ω_g、ω_tについては、少な
くとも一方をショット領域毎の配列座標値（Ｆｘ、Ｆ
ｙ）の補正に用いても良い。これは、数式１１中の変換
行列Ａｇ、すなわちパラメータａ_g〜ｄ_gの値を直交度
に応じて変更することにより行われる。一方、残留回転
誤差θ_g、θ_tについても、両者の差に応じてパラメー
タａ_g〜ｄ_gの値を変更してショット領域毎の配列座標
値（Ｆｘ、Ｆｙ）を補正するようにしても良い。これ
は、ウエハＷ上の回路パターン（下地パターン）を露光
したステッパーと、その回路パターンに次層のレチクル
パターンを重ね合わせ露光するためのステッパーとが異
なり、例えばウエハステージの走行特性（くせ）等が互
いに異なる場合に有効である。

【００７９】ここで、ｇ−ＥＧＡの６つのパラメータと
ｔ−ＥＧＡの６つのパラメータとのいずれか一方、ある
いは両者を、本露光で使用するパラメータ（数式１１）
として選択するか否かは、ＥＧＡ演算ユニット６２がパ
ラメータ毎に、予め定められたプログラムに従って決定
する、またはオペレータが入力装置を介して指定するよ
うになっている。上記実施例では、少なくとも２組のオ
フセット誤差（Ｏgx、Ｏgy）、（Ｏtx、Ｏty）を用いる
だけでも構わない。

【００８０】さらに、上記実施例でレチクルＲ（図４）
の重ね合わせ露光を行うとき、４つのレチクルマークの
うち、特にレチクルマークＲＭx₁とＲＭy₁とは、ショッ
ト領域毎にそのウエハマークＭＸとＭＹとに重なって露
光されることになる。また、レチクルマークＲＭx₂、Ｒ
Ｍy₂も、露光すべきショット領域に隣り合うショット領
域のウエハマークと重なって露光され得る。そこで、４
つのレチクルマークがウエハマークと重ならないよう
に、図１０に示す如くレチクルＲ上でのレチクルマーク
の形成位置を予めずらしておくと良い。これによって、
レチクルＲ上でウエハマークに対応した領域は遮光部と
なるため、特にポジ型レジストを用いる場合、重ね合わ
せ露光に伴ってウエハマーク上のレジスト層が感光する
ことがなくなり、エッチング処理等によるマークの破壊
が低減されることなる。尚、上記配置を採用すれば、例
えばＴＴＲ方式のアライメントセンサーのためのアライ
メントマークを、レチクルマークとは別にレチクルＲに
形成することができる。また、図４、図１０の４つのレ
チクルマークはレチクル中心に関して対称に配置するこ
とが良く、特にアッベ誤差を考慮すると、図４の如くレ
チクル中心に関して対称で、かつ各辺の中央に形成する
ことが望ましい。

【００８１】また、上記実施例では２つのレチクルマー
クＲＭx₁、ＲＭy₁を用いて未露光領域にその潜像を形成
していた。ここで未露光領域が小さく、仮想ショットの
数が少なくなる場合には、先にも述べた通りウエハＷの
最外周に位置するショット領域を仮想ショットとして指
定し、当該ショットを計測用の捨てショットとすること
で、見掛け上仮想ショットの数を増やすことができる。
このとき、図１０に示したレチクルＲを用いれば、指定
したショット領域を捨てショットとしなくても済み、歩
留りの低下を防止できる。以下、図１１を参照して簡単
に説明する。

【００８２】図１１は、図８に示したウエハの部分拡大
図である。図１１において、ショット領域ＳＡ₃₁を計測
ショットとして指定した場合、ｇ−ＥＧＡで算出した配
列座標値（Ｆgx、Ｆgy）に従ってショット領域ＳＡ₃₁を
露光位置に位置決めした後、図１０に示したレチクルＲ
のレチクルマークＲＭx₁、ＲＭy₁のみに露光光を照射す
ると、ウエハＷ上にはその潜像マークＬＸ₃₁、ＬＹ₃₁が
形成されることになる。図１１から明らかなように、潜
像マークＬＸ₃₁、ＬＹ₃₁はウエハマークＭＸ₃₁、ＭＹ₃₁
に重なって形成されることがなく、この潜像マークをｔ
−ＥＧＡで使用できる上、ショット領域ＳＡ₃₁を捨てシ
ョットにしなくても済むことがわかる。

【００８３】ここで、レチクルＲ上でのレチクルマーク
ＲＭx₁、ＲＭy₁の形成位置を、各辺の中央部（ウエハマ
ークに対応した領域）から十分にずらしておけば、ウエ
ハＷ上でも潜像マークＬＸ₃₁、ＬＹ₃₁とウエハマークＭ
Ｘ₃₁、ＭＹ₃₁とが十分に離れて形成されることになる。
従って、アライメントセンサーによって潜像マークとウ
エハマークとを互いに分離して独立に検出でき、しかも
次層で潜像による疑似的なマークがウエハマークの近傍
に形成されることもない。また、レチクルマークＲＭ
x₂、ＲＭy₂を用いてショット領域ＳＡ₃₂にその潜像を形
成する場合にも、潜像マークＬＸ₃₂とＬＹ₃₂とが、ショ
ット領域ＳＡ₃₂に隣接したショット領域ＳＡ₂₁のウエハ
マークＭＸ₂₁とショット領域ＳＡ₃₁のウエハマークＭＹ
₃₁との各々に重なることはない。

【００８４】また、以上のことから明らかなように、ｔ
−ＥＧＡで使用する仮想ショットを未露光領域内には全
く設定せず、全ての仮想ショットをウエハＷ上の複数の
ショット領域の中から選択することもできる。このと
き、仮想ショットとして指定するショット領域の数や位
置は、ｇ−ＥＧＡで指定されるサンプルショットの数や
位置とは無関係に決定して構わない。これは、特にパタ
ーンサイズによってはウエハ上の未露光領域が小さく、
その中に仮想ショットを多く設定できない場合に有効で
ある。

【００８５】さらに、以上の説明では１つの未露光領域
内での仮想ショットを、ショット同志が重ならないよう
にそのショットサイズだけ離して設定するようにしてい
たので、未露光領域が小さい場合には上述の如く仮想シ
ョットの全て、または一部を複数のショット領域の中か
ら選択して使用することとした。しかしながら、未露光
領域内で仮想ショットの一部が重なっても、それに対応
した潜像マークが重なる、もくしは近接して形成されな
ければ、これらの潜像マークをｔ−ＥＧＡで使用するこ
とができ、仮想ショットの数が減少する、すなわちｔ−
ＥＧＡでの変換行列Ａｔ、Ｏｔの算出精度が低下するの
を防止できる。

【００８６】そこで、ウエハ上の未露光領域が小さい、
もしくは仮想ショットの数を増やす場合には、図１２に
示すように仮想ショットの一部が重なっても、その潜像
マーク同志が全て、または部分的に重なる、もしくは極
近接して形成されないように、同一の未露光領域内に複
数の仮想ショットを設定すれば良い。図１２では、仮想
ショットＳＡ_L6に対してＹ方向に所定距離（ショットサ
イズより小さい値）だけ離して仮想ショットＳＡ_L9を設
定しており、仮想ショットＳＡ_L6の潜像マークＬＸ_L6、
ＬＹ_L6の各々と仮想ショットＳＡ_L9の潜像マークＬ
Ｘ_L9、ＬＹ_L9の各々とが十分に離れ、いずれのマークも
ｔ−ＥＧＡで使用できるようになっている。同様に、仮
想ショットＳＡ_L10は仮想ショットＳＡ_L8に対してＸ、
Ｙ方向に所定量ずつずれて設定され、その潜像マークＬ
Ｘ_L10、ＬＹ_L10とＬＸ_L8、ＬＹ_L8とが極近接して形成
されることはない。

【００８７】また、上記実施例ではレチクルＲ（図４、
図１０）の２つのレチクルマークＲＭx₁、ＲＭy₁のみを
潜像マークとして形成していたが、３つ、または４つの
レチクルマークを用いるようにしても良い。この場合、
ｔ−ＥＧＡにおいて仮想ショット毎に３つ、または４つ
の潜像マークの位置を計測することで、レチクルＲ上で
対向して配置された２つのレチクルマークＲＭx₁、ＲＭ
x₂、またはＲＭy₁、ＲＭy₂の潜像マークの位置から、直
交座標系ＸＹに対するレチクルＲの残留回転誤差θ_Rを
求めることができる。残留回転誤差θ_Rはレチクルステ
ージＲＳの微動により補正するようにしても良いが、先
の数式１１を用いてショット領域の配列座標値（Ｆｘ、
Ｆｙ）を算出するとき、直交座標系ＸＹに対するウエハ
Ｗ（ショット領域の配列座標系）の残留回転誤差θ_g、
またはθ_tの目標値として使用することで補正する。す
なわち、数式１１においてウエハの残留回転誤差を（θ
_g＋θ_R）としてショット領域の配列座標値（Ｆｘ、Ｆ
ｙ）を算出するようにすれば良い。尚、残留回転誤差θ
_Rは複数の仮想ショットの各々での計測値を平均した値
を用いることが望ましい。また、仮想ショット毎に３つ
以上のレチクルマークを潜像として形成する場合、この
潜像マークとショット領域のウエハマークとが重なり得
るので、図１０に示したレチクルＲを用いる、または仮
想ショットの位置を外周に向けてＸ、Ｙ方向の少なくと
も一方に所定量だけずらすことが望ましい。

【００８８】ここで、上記実施例ではウエハ上の未露光
領域に仮想ショットを設定しているので、１つの仮想シ
ョットには１つ、または２つの潜像マークしか形成でき
ないことがある。このような場合には、仮想ショットの
全て、または一部を、ウエハＷ上の複数のショット領域
の中から選択する（図１１）と良い。このとき、残留回
転誤差θ_Rの算出に使用する仮想ショットのみを、複数
のショット領域の中から選択するようにしても良い。

【００８９】または、図１３に示すように仮想ショット
ＳＡ_L8において２つのレチクルマークＲＭx₁、ＲＭy₁の
潜像（マークＬＸ_L8、ＬＹ_L8）を形成した後、残りの２
つのレチクルマークＲＭx₂、ＲＭy₂の少なくとも一方が
ウエハＷ上に潜像として形成されるように、ウエハステ
ージＷＳをＸ、Ｙ方向の少なくとも一方（図中ではＹ方
向のみ）に所定量だけステッピングさせ、レチクルマー
クＲＭx₂、ＲＭy₂の少なくとも一方を潜像（マークＬＸ
_L11、ＬＹ_L11)として形成する。換言すれば、仮想ショ
ットＳＡ_L8に対してＸ、Ｙ方向の少なくとも一方に所定
距離だけ離れた仮想ショットＳＡ_L11を設定し、当該シ
ョットＳＡ_L11においてレチクルマークＲＭx₂、ＲＭy₂
の少なくとも一方を潜像（マークＬＸ_L11、ＬＹ_L11)と
して形成する。この結果、３つ以上のレチクルマークが
一度に潜像として形成できない仮想ショットであって
も、上記の如きずらし露光を適用することで、レチクル
Ｒの残留回転誤差θ_Rを算出することが可能となる。

【００９０】尚、上記の如きずらし露光では、ウエハＷ
上で潜像マークＬＸ_L11、ＬＹ_L11が潜像マークＬ
Ｘ_L8、ＬＹ_L8に近づく（その間隔がショットサイズより
も短くなる）ことになるので、レチクルＲの残留回転誤
差θ_Rの計測精度が低下し得る。ここで、潜像マークＬ
Ｘ_L11とＬＹ_L11とのいずれか一方のみをウエハに形成
すれば、レチクルＲの残留回転誤差θ_Rは算出できるの
で、上記間隔がなるべく短くならないようにウエハステ
ージＷＳのステッピング量を決定することが望ましい。
逆に未露光領域にスペースがあれば、上記間隔をショッ
トサイズよりも広げることで計測精度を向上させること
もできる。但し、いずれのずらし露光でも、ウエハステ
ージＷＳをステッピングさせるため、そのステッピング
誤差が計測値（マーク位置）の誤差要因となって上記計
測精度が低下することになる。そこで、未露光領域内で
の潜像形成領域を互いに異ならせながら、上記の如きず
らし露光を複数回繰り返して行うようにし、例えば平均
化処理により複数の計測値からレチクルＲの残留回転誤
差を決定することが望ましい。

【００９１】次に、本発明の第２実施例による位置合わ
せ方法について説明する。本実施例は、投影光学系１３
の投影倍率を潜像を利用して計測する点が第１実施例と
の差異であり、ここではその差異についてのみ説明す
る。図１４（ａ）は本実施例で使用するレチクルＲの概
略構成を示し、図１０との差異は遮光帯ＬＳＢ内の４つ
の透明窓の各々に２つのレチクルマークが形成される点
である。図１４（ｂ）は透明窓内に形成される２つのレ
チクルマークＲＭax、ＲＭayの一例を示しており、ここ
では図４（ｂ）に示したレチクルマークＲＭx₁を互いに
配列方向を直交させて２組形成したものとする。尚、２
つのレチクルマークＲＭax、ＲＭayを区別する必要がな
いときには、単にレチクルマークＲＭａと呼ぶことにす
る。

【００９２】さて、システムコントローラ６５は第１実
施例と全く同様に、まずレチクルＲ（図１４）のローデ
ィングからｇ−ＥＧＡまでを行う。本実施例のｇ−ＥＧ
Ａでは変換行列Ａｇ、Ｏｇと、図８中の仮想ショットＳ
Ａ_L1〜ＳＡ_L8、及び図１５中の仮想ショットＳＡ_L12の
配列座標値（Ｆgx、Ｆgy）とを算出する。図１５は、図
８に示したウエハＷの部分拡大図である。

【００９３】さらにシステムコントローラ６５は、２組
のレチクルマークＲＭａ、ＲＭｂのみに露光光ＩＬが照
射されるようにレチクルブラインド６を駆動した後、先
の配列座標値に従ってウエハステージＷＳをステッピン
グさせ、仮想ショット毎にレチクルマークＲＭａ、ＲＭ
ｂの潜像を形成していく。このとき、図１５に示すよう
に仮想ショットＳＡ_L7では、４組のレチクルマークＲＭ
ａ〜ＲＭｄの全てに露光光ＩＬを照射してその潜像（Ｌ
Ｍa₇〜ＬＭd₇）を形成する。さらに、３つの仮想ショッ
トＳＡ_L6、ＳＡ_L8、ＳＡ_L12の各々では、２組のレチク
ルマークＲＭａ、ＲＭｂを潜像として形成した後、レチ
クルマークＲＭｃ、ＲＭｄのみに露光光が照射されるよ
うにレチクルブラインド６を駆動し、図１２での説明と
同様のずらし露光を行う、すなわちウエハステージＷＳ
をＸ、Ｙ方向に所定量ずつステッピングさせてその潜像
を形成する。

【００９４】例えば、図１６に示すように仮想ショット
ＳＡ_L6では、２組のレチクルマークＲＭax、ＲＭay、及
びＲＭbx、ＲＭbyの潜像マークＬＭax、ＬＭay（図１５
中の潜像ＬＭa₆に対応）、及びＬＭbx、ＬＭby（図１５
中の潜像ＬＭb₆に対応）を形成した後、レチクルマーク
ＲＭｃ、ＲＭｄのみに露光光ＩＬが照射されるようにレ
チクルブラインド６を駆動する。次に、仮想ショットＳ
Ａ_L6' が設定されるようにウエハステージＷＳをステッ
ピングさせた後、２組のレチクルマークＲＭcx、ＲＭc
y、及びＲＭdx、ＲＭdyの潜像マークＬＭcx、ＬＭcy
（図１５中の潜像ＬＭc₆に対応）、及びＬＭdx、ＬＭdy
（図１５中の潜像ＬＭd₆に対応）を形成する。尚、仮想
ショットＳＡ_L8、ＳＡ_L12の各々でも同様の動作で潜像
を形成する。

【００９５】次に、システムコントローラ６５は先の配
列座標値（Ｆgx、Ｆgy）に従ってウエハステージＷＳを
ステッピングさせていき、２組のＬＳＡ系を用いてウエ
ハＷ上に形成された全ての潜像マークの位置を計測す
る。ＥＧＡ演算ユニット６２は、４つの仮想ショットＳ
Ａ_L6〜ＳＡ_L8、ＳＡ_L12の各々での位置情報に基づい
て、投影光学系１３の投影倍率ＭとレチクルＲの残留回
転誤差θ_Rとを算出する。例えば仮想ショットＳＡ
_L6（図１６）では、潜像マークＬＭay、ＬＭcy、または
ＬＭby、ＬＭdyのＹ方向の位置から投影倍率を求め、潜
像マークＬＭax、ＬＭcx、またはＬＭbx、ＬＭdxのＸ方
向の位置から残留回転誤差を求める。残りの３つの仮想
ショットでも、同様に投影倍率、及び残留回転誤差を算
出する。ここで、残留回転誤差θ_Rにより投影倍率Ｍに
算出誤差が生じ得るため、残留回転誤差θ _Rに応じて投
影倍率Ｍを補正しておく。以上の複数の演算値から、例
えば平均化処理により投影倍率Ｍ、及び残留回転誤差θ
_Rを決定する。これは、潜像形成時のステッピング誤差
を平均化する上で有効である。しかる後、第１実施例と
全く同様に、仮想ショット毎の潜像マークの位置を用い
てｔ−ＥＧＡを行い、変換行列Ａｔ、Ｏｔを算出する。

【００９６】さらにＥＧＡ演算ユニット６２は、ｇ−Ｅ
ＧＡとｔ−ＥＧＡとでの演算結果を用いてシステムオフ
セット（Ｏgx−Ｏtx）、（Ｏgy−Ｏty）を決定し、先の
数式１１を用いてウエハＷ上の全てのショット領域の配
列座標値（Ｆｘ、Ｆｙ）を算出する。また、スケーリン
グ誤差（Ｒgx、Ｒgy）、または（Ｒtx、Ｒty）に基づい
てウエハＷ上のショット領域の倍率誤差（大きさの変化
量）を算出し、この情報と先の投影倍率Ｍとをシステム
コントローラ６５に送る。システムコントローラ６５
は、レチクルパターンの投影像とショット領域との倍率
誤差が零となるように、結像特性補正部１９を用いて投
影光学系１３の投影倍率を調整する。

【００９７】ところで、レチクルＲの残留回転誤差θ_R
については、レチクルＲとウエハＷとを相対回転（特に
ウエハＷを回転）させる、もくしは残留回転誤差θ_g、
θ_tの差に応じて数式１１中のパラメータａ_g〜ｄ_gの
値を変更してショット領域毎の配列座標値（Ｆｘ、Ｆ
ｙ）を補正することで、残留回転誤差θ_Rによるアライ
メント精度の低下を防止する。また、直交度ω_g、ω_t
についても、少なくとも一方を用いて数式１１中のパラ
メータａ_g〜ｄ_gの値を変更してショット領域毎の配列
座標値（Ｆｘ、Ｆｙ）を補正する。

【００９８】しかる後、システムコントローラ６５はＥ
ＧＡ演算ユニット６２での演算結果（Ｆｘ、Ｆｙ）に従
ってウエハステージＷＳをステッピングさせていき、シ
ョット領域毎にレチクルパターンの重ね合わせ露光を行
う。この結果、システムオフセット、レチクルＲの残留
回転誤差、及び投影光学系１３の倍率誤差（すなわちレ
チクルパターンの投影像とショット領域との倍率誤差）
によるアライメント精度の低下を防止でき、高精度な重
ね合わせ露光が行われることになる。

【００９９】以上のように本実施例では、ＥＧＡ方式を
適用してシステムオフセットとともに、レチクルＲの残
留回転誤差、及び投影光学系の投影倍率までも算出でき
るので、高速、高精度の重ね合わせ露光が可能となる。
ところで、本実施例では４つの仮想ショットＳＡ_L6〜Ｓ
Ａ_L8、ＳＡ_L12(図１５）の各々での潜像位置を用いて残
留回転誤差θ_R及び投影倍率Ｍを算出していたが、実際
には４組のレチクルマークＲＭａ〜ＲＭｄのうち、少な
くとも３組のレチクルマークの潜像が形成可能な１つの
仮想ショット（例えば図１５中の仮想ショットＳＡ_L7）
での計測値を用いるだけでも良い。但し、未露光領域が
小さいため、上記の如きずらし露光を採用しないと、少
なくとも３組のレチクルマークの潜像を形成できない場
合には、ステッピング誤差の影響を除去するため、複数
の仮想ショットでの計測値を用いることが望ましい。ま
た、本実施例では２組のレチクルマークのみに露光光を
照射しながらその潜像を形成していたが、上記の如きず
らし露光を行う仮想ショット以外では、４組のレチクル
マークの全てに露光光を照射して潜像を形成するように
しても良い。

【０１００】さて、上記実施例ではｇ−ＥＧＡを行って
から潜像を形成し、ｔ−ＥＧＡでシステムオフセット、
残留回転誤差、及び投影倍率を算出するようにしていた
が、ｇ−ＥＧＡに先立って残留回転誤差の算出、補正を
行うようにしても良い。例えば、４組のレチクルマーク
ＲＭａ〜ＲＭｄのうち、少なくとも３組のレチクルマー
クの潜像を形成可能な少なくとも１つの仮想ショットを
選択し、この選択した仮想ショットで潜像形成を行う。
ここで選択すべき仮想ショットは未露光領域内であって
も、ウエハＷ上の複数のショット領域の中から選択する
ようにしても良い。しかる後、先に形成した潜像マーク
の位置から残留回転誤差（さらには投影倍率）を算出
し、特に残留回転誤差についてはレチクルＲとウエハＷ
との相対回転誤差が零となるように、例えばウエハＷを
回転させることで補正する。以上の動作が終了した後、
第１実施例と全く同様にシステムオフセットを求めるた
め、ｇ−ＥＧＡ、潜像形成、及びｔ−ＥＧＡを実行し、
ウエハＷ上のショット領域の配列座標値（Ｆｘ、Ｆｙ）
を決定するようにすれば良い。

【０１０１】次に、本発明の第３実施例による位置合わ
せ方法について説明する。本実施例では、第１、第２実
施例で採用したＥＧＡ方式を改良したアライメント方式
（本願出願人が先に出願した特願平４−１００９１号に
開示され、以下ではＰ−ＥＧＡ方式と称す）を用いるこ
とを特徴としている。Ｐ−ＥＧＡ方式とは、所定の基準
位置に位置合わせすべきショット領域と、複数のサンプ
ルショットの各々との距離に応じて、サンプルショット
毎にそのデータ（座標位置）に重み付けを行い、この重
み付けしたデータを用いて統計演算（最小二乗法）を行
うことで変換行列を決定した後、この変換行列のもとで
ショット領域の配列座標値を算出するものである。そこ
で、本実施例の位置合わせ方法を説明する前に、図１７
を参照してＰ−ＥＧＡ方式について簡単に説明する。

【０１０２】図１７に示すようにＰ−ＥＧＡ方式では、
位置合わせすべきウエハＷ上のｉ番目のショット領域Ｅ
Ｓｉと、ｍ個（図中では９個）のサンプルショットＳＡ
₁〜ＳＡ₉の各々との間の距離Ｌ_K1〜Ｌ_K9に応じて、９
個のサンプルショットの座標位置の各々に重み付けＷ_is
を与える。さらに、従来のＥＧＡ方式と同様に残差の二
乗和Ｅｉを次式で評価し、次式が最小となるように変換
行列Ａ、Ｏ（パラメータａ〜ｆ）を決定することにな
る。尚、Ｐ−ＥＧＡ方式ではショット領域毎に使用する
サンプルショットの数、及び位置は同一であるが、その
アライメントデータ（座標位置）に与える重み付けはシ
ョット領域毎に変化する。従って、Ｐ−ＥＧＡ方式では
ショット領域毎にパラメータａ〜ｆを決定してその座標
位置を算出することになる。

【０１０３】

【数１２】

【０１０４】ここで、位置合わせすべきショット領域毎
に、各サンプルショットに対する重み付けＷ_isを変化さ
せるため、次式のように重み付けＷ_isを、位置合わせす
べきｉ番目のショット領域ＥＳｉとｓ番目のサンプルシ
ョットＳＡ_sとの距離Ｌ_ksの関数として表す。但し、Ｕ
は重み付けの度合いを変更するためのパラメータであ
る。

【０１０５】

【数１３】

【０１０６】尚、数式１３から明らかなように、位置合
わせすべきショット領域ＥＳｉとの距離Ｌ_ksが短いサン
プルショットほど、そのアライメントデータ（座標位
置）に与える重み付けＷ_isが大きくなる。ここで、数式
１３においてパラメータＵの値が無限大の場合、統計演
算処理の結果は従来のＥＧＡ方式で得られる結果と等し
くなる。一方、露光すべきショット領域を全てサンプル
ショットとし、パラメータＵの値を零とすると、Ｄ／Ｄ
方式で得られる結果と等しくなる。すなわち、本実施例
ではパラメータＵを適当な値に設定することにより、Ｅ
ＧＡ方式とＤ／Ｄ方式の中間の効果を得ることができ
る。特に非線形成分が大きなウエハに対しては、パラメ
ータＵの値を小さく設定することで、Ｄ／Ｄ方式とほぼ
同等の効果（アライメント精度）を得ることができ、非
線形成分によるアライメント誤差を良好に除去すること
が可能となる。また、アライメントセンサーの計測再現
性が悪い場合には、パラメータＵの値を大きく設定する
ことで、ＥＧＡ方式とほぼ同等の効果を得ることがで
き、平均化効果によりアライメント誤差を低減すること
が可能となる。すなわちパラメータＵの値を適宜変更す
ることで、ＥＧＡ方式からＤ／Ｄ方式までその効果を変
えることができ、各種レイアに対し、例えば非線形成分
の大小、アライメントセンサーの計測再現性の良否等に
応じてアライメントを柔軟に変更させ、各レイアに対し
て最適な条件でアライメントを行うことが可能となる。

【０１０７】次に、本実施例による位置合わせ方法につ
いて説明するが、ここでは第１実施例との差異のみにつ
いて述べる。さて、システムコントローラ６５は第１実
施例と全く同様に、まずレチクルＲ（図４）のローディ
ングからｇ−ＥＧＡまでを行う。本実施例のｇ−ＥＧＡ
では、ｍ個のサンプルショットの座標位置を計測した
後、潜像を形成すべき仮想ショット毎に変換行列（パラ
メータａ〜ｆ）を決定してその配列座標値を算出する。
さらに、システムコントローラ６５は複数の仮想ショッ
トの配列座標値に従ってウエハステージＷＳをステッピ
ングさせていき、仮想ショット毎に２組のレチクルマー
クＲＭx₁、ＲＭy₁の潜像を形成する。

【０１０８】しかる後、システムコントローラ６５は２
組のＬＳＡ系を用いてウエハＷ上に形成された全ての潜
像マークの位置を計測し、第１実施例と全く同様に仮想
ショット毎の潜像マークの位置を用いてｔ−ＥＧＡを行
い、変換行列Ａｔ、Ｏｔを算出する。本実施例のｔ−Ｅ
ＧＡは第１実施例と全く同様、すなわち従来のＥＧＡ演
算を用いて１組の変換行列Ａｔ、Ｏｔを算出することに
なる。次に、ＥＧＡ演算ユニット６２はｇ−ＥＧＡで計
測した全てのサンプルショットの座標位置と、ｔ−ＥＧ
Ａで算出した変換行列Ｏｔ、すなわちオフセット誤差
（Ｏtx、Ｏty）とを用いて、ウエハＷ上のショット領域
毎に変換行列Ａ、Ｏを決定してその配列座標値（Ｆｘ、
Ｆｙ）を算出する。すなわち、本実施例ではショット領
域毎に、上記の如き重み付けを行ったサンプルショット
の座標位置を用いて変換行列を決定した後、この決定し
た変換行列とオフセット誤差（Ｏtx、Ｏty）とに基づい
てその配列座標値が算出されることになる。この結果、
ＥＧＡ演算ユニット６２での演算結果（Ｆｘ、Ｆｙ）に
従ってウエハステージＷＳをステッピングさせていく
と、レチクルパターンの投影像とショット領域とが正確
に重ね合わされて露光されることになる。

【０１０９】以上のように本実施例では、本露光におい
てＰ−ＥＧＡ方式を採用する場合でも、ＥＧＡ方式を適
用してシステムオフセットを算出でき、高速、高精度の
重ね合わせ露光が可能となる。ところで、本実施例では
システムオフセットの計測、補正のみについて述べた
が、例えば図１４に示したレチクルＲを用いることで、
第２実施例と全く同様にレチクルＲの残留回転誤差、及
び投影光学系の投影倍率までも計測でき、上記と同様の
手法で補正を行うようにしても良い。また、本実施例で
はｔ−ＥＧＡの後でショット領域の配列座標値を算出し
ていたが、ｇ−ＥＧＡにおいて複数の仮想ショットとと
もに、全てのショット領域の配列座標値を算出してお
き、この配列座標値に従ってウエハステージＷＳを位置
決めする際、ｔ−ＥＧＡで算出したオフセット誤差だけ
ずらして位置決めするようにしても良い。さらに、Ｐ−
ＥＧＡ方式ではショット領域と複数のサンプルショット
の各々との距離に応じてそのアライメントデータに重み
付けを行うようにしたが、例えばｉ番目のショット領域
とウエハセンタとの距離と、複数のサンプルショットの
各々とウエハセンタとの距離とに応じてそのアライメン
トデータに重み付けを行うようにしても良い。このと
き、上記２つの距離の差が零、もくしは最も小さくなる
サンプルショットに与える重み付けが最も大きくなる。

【０１１０】ところで、以上の各実施例ではショット領
域毎に２組のウエハマークを設けていたが、３組以上の
ウエハマークを設けるようにしても良く、例えば４組の
ウエハマークをショット領域の４隅に配置するようにし
ても良い。このとき、レチクルＲにおいても４組のレチ
クルマークをパターン領域の４隅に形成しておき、上記
実施例と同様の動作で４組のウエハマークを用いてｇ−
ＥＧＡを行う。ここで、ｇ−ＥＧＡでサンプルショット
毎にその座標位置を決定する際には、各ショットの４隅
に形成されたウエハマークの各位置を用いて（平均値を
もって）決定する。続いて、ｇ−ＥＧＡの結果に基づい
て複数の仮想ショット毎に４組のレチクルマークの潜像
を形成した後、ｔ−ＥＧＡにおいて仮想ショット毎にそ
の座標位置を、４隅に形成される４つの潜像の各位置を
用いて（例えば平均をとることで）決定し、さらに上記
の各実施例と同様にｇ−ＥＧＡとｔ−ＥＧＡとの各結果
に基づいてシステムオフセットを決定する。以上のよう
に、サンプルショットや仮想ショットの座標位置を、そ
の４隅に形成されたマークを用いて決定するようにすれ
ば、投影光学系の結像特性（ディストーション等）やウ
エハの伸縮（スケーリング）等に起因した各ショット内
の最大位置ずれ量を大幅に低減でき、システムオフセッ
トの算出精度、すなわちアライメント精度をより一層向
上させることが可能となる。さらに、ｇ−ＥＧＡとｔ−
ＥＧＡとの各々において４組のマーク位置から各ショッ
トの回転誤差や倍率（歪み量を含む）を求めることが望
ましく、これによりショット領域毎の回転誤差（チップ
ローテーション）や倍率誤差（歪み）、及び投影光学系
の結像特性（投影倍率、ディストーション等）やレチク
ルＲの製造誤差等までも補正することが可能となる。
尚、４組のウエハマークやレチクルマークの形成位置は
４隅でなくても良いが、最外周である４隅では位置ずれ
が最大になることから、実際には４隅に設けることが各
種誤差の計測精度の点で有利である。さらに、ショット
毎に５組以上のウエハマークやレチクルマークを設ける
ようにしても良く、より一層計測精度等を向上させるこ
とができる。また、ウエハマークやレチクルマークとし
ては図１４（ｂ）に示したマークを用いると良い。

【０１１１】尚、以上の各実施例において図１４に示し
たレチクルＲを使用すれば、システムオフセットの他に
レチクルＲの残留回転誤差や投影光学系１３の投影倍率
を計測することができる。このとき、１つの仮想ショッ
トで形成される潜像マークの数、すなわちレチクルマー
クの数を増やせば、投影光学系１３のディストーション
までも計測でき、これらも結像特性補正部１９により補
正可能である。また、結像特性補正部１９は投影光学系
１３を構成する複数のレンズエレメントのうちの少なく
とも１つを駆動するものであるが、それ以外、例えば２
つのレンズエレメントに挟まれた空間を密封し、その密
封空間の圧力を制御する方式であっても良く、さらに当
該方式で投影倍率を微調整し、レンズエレメント、また
はレチクルの駆動によりディストーションを微調整する
ようにしても構わない。

【０１１２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、潜像を利
用し、そしてＥＧＡ方式を適用してシステムオフセット
を算出するので、高速、高精度なオフセット計測が可能
となる、という効果が得られる。また潜像マークを基板
上の任意の位置に形成するようにすれば、潜像形成に際
して場所上の制約が少ないといった利点がある。特に基
板の外周付近の未露光領域内に潜像を形成するようにす
れば、露光領域に付随したアライメントマーク（下地マ
ーク）の近傍に潜像が配置されることがなく、潜像によ
り下地に形成されうる擬似的なアライメントマークによ
る次層でのアライメント精度の低下を防止できる。さら
に、ウェハマークと潜像マークとを別々のアライメント
センサーで検出することも可能となり、即ち各マークの
検出に最適なアライメントセンサーを選択して使用でき
るので、特にシステムオフセットの計測精度を向上させ
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による位置合わせ方法を適
用するのに好適な投影露光装置の概略的な構成を示す
図。

【図２】図１中のＴＴＬ方式のアライメントセンサーの
具体的な構成を示す図。

【図３】図１に示した装置の制御系のブロック図。

【図４】第１実施例で使用されるレチクルの具体的な構
成を示す図。

【図５】ウエハ上の１つのショット領域の様子を示す
図。

【図６】基準部材の具体的な構成の一例を示す図。

【図７】ウエハ上に配列されるショット領域の様子を示
す図。

【図８】第１実施例による位置合わせ方法の説明に供す
る図。

【図９】ＬＩＡ系を潜像検出に用いた様子を説明する
図。

【図１０】第１実施例で使用するレチクルの変形例を示
す図。

【図１１】図８に示したウエハの部分拡大図。

【図１２】図８に示したウエハの部分拡大図。

【図１３】図８に示したウエハの部分拡大図。

【図１４】本発明の第２実施例による位置合わせ方法に
好適なレチクルの具体的な構成を示す図。

【図１５】図８に示したウエハの部分拡大図。

【図１６】図１５中の１つの仮想ショットを表す図。

【図１７】本発明の第３実施例による位置合わせ方法の
原理説明に供する図。

【符号の説明】

６２ＥＧＡ演算ユニット６３記憶部６５システムコントローラ

フロントページの続き (56)参考文献特開平４−115518（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−291133（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−299122（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−160613（ＪＰ，Ａ) 特開平３−96219（ＪＰ，Ａ) 特開平３−154326（ＪＰ，Ａ) 米国特許5124927（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に配列された複数の露光領域の各
々を、前記基板の移動位置を規定する静止座標系内の所
定の露光位置に対して位置合わせする方法であって、前記複数の露光領域のうちの少なくとも３つのサンプル
領域の、前記静止座標系内における位置情報を計測し、
該計測された複数の該サンプル領域の位置情報を統計演
算することにより算出される、前記複数の露光領域の配
列の規則性に関する複数の第１パラメータを用いて、少
なくとも複数の所望の露光領域の前記静止座標系内にお
ける位置情報を求める第１工程と、前記第１工程で求めた前記所望の露光領域の位置情報に
基づき前記露光位置に位置決めされた前記複数の所望の
露光領域の各々に、特定マークを露光する第２工程と、前記複数の特定マークのうち少なくとも３つの特定マー
クの、前記静止座標系内における位置情報を計測し、該
計測された複数の特定マークの位置情報を統計演算する
ことにより、前記複数の特定マークそれぞれの前記静止
座標系内における位置情報を算出するために用いられ
る、前記特定マークの配列の規則性に関する複数の第２
パラメータを算出する第３工程と、前記第１パラメータと前記第２パラメータとに基づい
て、前記複数の露光領域の各々を前記露光位置に位置合
わせするための位置情報を決定する第４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】前記第４工程では、前記複数の第１パラ
メータのうちの配列オフセットを表すパラメータと、前
記複数の第２パラメータのうちの配列オフセットを表す
パラメータとの偏差を用いて、前記複数の露光領域の各
々の前記位置情報を決定することを特徴とする請求項１
に記載の位置合わせ方法。
【請求項３】前記第４工程では、複数の前記パラメー
タのうち、前記配列オフセットを表すパラメータ以外の
パラメータとして、前記第１パラメータを用いることを
特徴とする請求項２に記載の位置合わせ方法。
【請求項４】前記第４工程では、前記複数の第１パラ
メータのうちの残留回転誤差を表すパラメータと、前記
複数の第２パラメータのうちの残留回転誤差を表すパラ
メータとの偏差に基づいて、前記複数の露光領域の各々
の前記位置情報を決定することを特徴とする請求項３に
記載の位置合わせ方法。
【請求項５】前記所望の露光領域は、前記基板の外周
付近の未露光領域を含むことを特徴とする請求項１乃至
請求項４のいずれか１項に記載の位置合わせ方法。
【請求項６】前記所望の露光領域は、前記複数の露光
領域の中の、前層までの露光工程においてパターン露光
が行われていない特定の露光領域を含むことを特徴とす
る請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の位置合
わせ方法。
【請求項７】前記特定の露光領域は、前記基板上の前
記複数の露光領域のうち、最も外側に存在する露光領域
であることを特徴とする請求項６に記載の位置合わせ方
法。
【請求項８】前記第２工程では、前記特定マークを、
前記基板上の下地にパターン及びマークが形成されてい
ない領域に形成することを特徴とする請求項５乃至請求
項７のいずれか１項に記載の位置合わせ方法。
【請求項９】前記第１工程では、所定の計測手法を用
いて前記サンプル領域の位置情報を計測し、前記第３工
程では、前記所定の計測手法を用いて、前記特定マーク
の位置情報を計測することを特徴とする請求項１乃至請
求項８のいずれか１項に記載の位置合わせ方法。
【請求項１０】前記第１工程では、所定の計測手法を
用いて前記サンプル領域の位置情報を計測し、前記第３工程では、前記所定の計測手法とは異なる計測
手法を用いて、前記特定マークの位置情報を計測するこ
とを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に
記載の位置合わせ方法。
【請求項１１】前記第１工程では、前記基板上の前記
サンプル領域毎に形成された基板マークを撮像して得ら
れた画像信号に基づいて、前記サンプル領域の位置情報
を計測することを特徴とする請求項１乃至請求項１０の
いずれか１項に記載に位置合わせ方法。
【請求項１２】前記第１工程では、前記計測された複
数のサンプル領域の各々の位置情報を、前記露光位置に
位置合わせすべき露光領域と該複数のサンプル領域の各
々との距離に応じて重み付けし、該重み付けされた該複
数のサンプル領域の位置情報を統計演算することによ
り、該露光領域毎に複数の前記第１パラメータを算出す
ることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか
１項に記載の位置合わせ方法。
【請求項１３】前記基板上にはレジストが設けられて
おり。前記第２工程では、前記レジストの飽和エネルギ
ー以上の露光量を前記レジストに与えることにより、前
記特定マークの潜像を前記レジストに形成することを特
徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載
の位置合わせ方法。
【請求項１４】請求項１乃至請求項１３のいずれか１
項に記載の位置合わせ方法を用いて決定された前記複数
の露光領域の各々の位置情報に基づいて、該複数の露光
領域を前記露光位置に順次位置合わせし、前記露光位置に位置合わせされた露光領域上に、マスク
上に形成されたパターンを投影光学系を介して転写する
ことを特徴とする露光方法。
【請求項１５】前記複数の第１パラメータのうちのス
ケーリング誤差を表すパラメータと、前記複数の第２パ
ラメータのうちのスケーリング誤差を表すパラメータと
のうち、いずれか一方を用いて、前記投影光学系の投影
倍率を調整することを特徴とする請求項１４に記載の露
光方法。
【請求項１６】前記第１工程では、前記投影光学系を
介することなく前記サンプル領域の位置情報を計測する
ことを特徴とする請求項１４または請求項１５に記載の
露光方法。
【請求項１７】前記第３工程では、前記投影光学系を
介して前記特定マークの位置情報を計測することを特徴
とする請求項１４乃至請求項１６のいずれか１項に記載
の露光方法
【請求項１８】前記第３工程で計測された前記複数の
特定マークの位置情報に基づいて、前記投影光学系の投
影倍率と、前記マスクの残留回転誤差とのうちの少なく
とも一方を算出することを特徴とする請求項１４乃至請
求項１７のいずれか１項に記載の露光方法。
【請求項１９】請求項１４乃至請求項１８のいずれか
１項に記載の露光方法を用いて、前記基板を、前記デバ
イスパターンで露光する工程を含むことを特徴とするデ
バイス製造方法。