JP2002110507A - アライメント方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウェハプロセスの影響を受け難く、使用する
露光装置の搭載する位置検出方式に応じて位置検出用マ
ークを定量的に最適化でき、且つウェハプロセスや装置
起因のアライメント誤差を最小限にして高い位置合わせ
精度を実現する。 【解決手段】 被露光基板上に配列された複数のチップ
に対して露光装置でグローバルアライメントを行うため
のアライメント方法であって、同一チップ内にＮ個の位
置検出用マークを形成しておき、露光装置に搭載された
位置検出機構を用いて、複数のチップ配列の中から基準
となるチップ内のＮ個のマークの位置検出を行い、この
検出データに基づき最適なマークを選択し、選択された
最適マークを用いて基板全面の配列座標位置を算出し、
全チップをアライメントする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスを
製造するためのリソグラフィ工程で使用される露光装置
において、回路パターンの搭載されたマスクパターンを
被露光基板へアライメントする方法に係わり、特に統計
処理により算出した配列座標に基づいて各チップを最適
位置に位置合わせするグローバルアライメント方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体デバイスのデザインルール
が微細化，高精度化の一途を辿るなかで、リソグラフィ
技術に対する寸法精度，重ね合わせ精度，スループット
及びコストに対する要求は厳しくなる一方である。特
に、デバイス性能向上とコスト低減を進めるために、同
一デバイスに対して数度に渡りチップのシュリンクを行
う必要があり、このためにリソグラフィ技術に代表され
るように、寸法の微細化やプロセスマージンの向上はも
とより、重ね合せ精度の向上が積極的に進められてい
る。中でも位置合わせの改善として、露光装置のアライ
メント技術や位置検出技術が最も重要な課題の一つにな
っている。

【０００３】一般に、半導体デバイスの作製工程では数
々のプロセスを経てレイヤが構成されているが、各レイ
ヤにおけるウェハ表面には、工程に応じて成膜やエッチ
ング，ポリシング等の加工が施されている。当然、リソ
グラフィ工程では、これらのウェハ上には感光性レジス
ト，反射防止膜等が形成されている。

【０００４】また、ウェハの位置を検出し、露光用マス
クに形成された上層の回路パターンをウェハに形成され
た下層の回路パターンに対して正確に重ね合わせて露光
する必要があるために、通常は、デバイス回路に関係の
ない領域として、各チップのダイシングライン上に位置
検出用のアライメントマークが形成されている。このマ
ークは、エッチング等によって作られた段差からなるの
が一般的であるが、前述したように各ウェハプロセスを
経ているために、各レイヤの位置検出用マークの構造は
種々異なっている。また、ウェハプロセスにより、マー
クの寸法や形状，段差，色むらがウェハ面内で不均一に
生じるために、これらが位置検出の際に精度低下の原因
になることが多い。

【０００５】このようなウェハプロセス起因の位置検出
誤差は、通常、ＷＩＳ（Wafer Induced Shift）と呼ば
れ、後述する装置起因の誤差要因との相互作用によっ
て、更に検出精度を劣化させる要因になっている。従っ
て、使用する装置の位置検出方式（及び検出センサ）の
種類によって、ウェハプロセスの影響の度合いが異なる
のが一般的である。即ち、いわゆる検出騙されの程度が
異なることになる。近年、リソグラフィ工程における焦
点深度を確保することも一つの理由として導入された平
坦化プロセス、特に化学機械研磨（ＣＭＰ）プロセス工
程においては、位置検出用マークが極めて低段差になる
ばかりか、研磨による非対称性が検出精度を著しく劣化
させる。このために、ＣＭＰが施されたレイヤにおいて
は、更に位置合わせ精度を得にくい問題が起きている。

【０００６】一方、装置起因の位置検出誤差には、位置
検出光学系や信号処理に起因して生じるＴＩＳ（Tool-I
nduced-Shift）があり、先のＷＩＳとの相互作用が問題
となる。特に、このＴＩＳには、位置検出光学系の非対
称性（メカ的，光学的な非対称性）や光学部品の光収差
等が関係しているために、露光装置の機種間でＴＩＳが
異なることが殆どである。このために、レイヤ毎の精度
要求に見合う精度で位置合わせを行うために、各位置検
出センサは、まずＴＩＳを小さくするように装置調整を
行い、且つＷＩＳが小さくなる検出条件での適用が行わ
れている。従って、露光装置毎に、位置検出方式の使い
分け（検出センサの使い分け）や、位置検出用マークの
プロセス構造を修正（ウェハプロセスの改善や調整）す
る等を行うことで、精度改善を進め運用されているのが
一般的である。

【０００７】位置検出方式は、検出センサと含めて多種
に渡るが、その主たるところは、明視野検出系と暗視野
検出系に大別される。レーザ光を照射し、ウェハ上の回
折格子マークからの回折光をフォトマル等の受光素子で
検出するものや、白色光を照射した際のマークエッジか
らの散乱や反射光のマークの画像をＣＣＤ等で捕らえて
画像処理により位置を検出するものが主流に使用されて
いる。照明光には、いずれも、感光性レジストを感光さ
せない波長帯の照明光源として、５００〜８００ｎｍ程
度の波長帯が選ばれ、レーザやＬＥＤの単色光や準単色
光，白色光が使用されている。

【０００８】アライメント信号となる検出光の処理に
は、信号の強度や位相を利用するものが多い。これらの
方法には、ウェハ上のマークにレーザ光をスキャン照明
して反射、或いは散乱光を検出するものや、回折格子状
のマークを２光束のレーザ光で照明し、その回折光同士
の干渉による振幅変化や位相変化を利用して検出するも
の、白色光をケーラー照明して反射像を画像処理により
検出するものが代表的なものとしてある。また、マスク
とウェハを直接、或いは間接的に合わせる方式や、縮小
投影方式の露光装置の場合などでは投影レンズ内をアラ
イメント光を通して位置検出するなど、多くの種類の方
式が実用化されている。

【０００９】これらの位置検出方式（或いはセンサ）
は、ウェハプロセスの影響の受け方が異なるためにＷＩ
Ｓが異なることが知られている。従って、どのセンサを
露光対象とするプロセスレイヤに使い分けて適用し要求
精度を達成するかについては、概略的な規則はあるにも
拘わらず多分にノウハウ的であり、実際にはケースバイ
ケースで対応が取られているのが実情である。また、先
述したように検出センサに起因するＴＩＳが異なること
から、露光装置の個体差によりプロセスの影響度合いが
異なる場合も多い。これらの事情は、更に位置検出セン
サの適用に関する高度なノウハウが必要とされ、従来の
実績から対応する傾向が強くなることを示唆している。

【００１０】このように、位置検出方式（或いはセン
サ）の適用に際しては、最適な適用条件を定量的且つ効
率的に判断する明確な手段がない。このために、時とし
て工程管理する上でも煩雑になりやすく、作業効率の低
下が問題になることがある。また、ウェハプロセスの若
干の変更や変動が発生した場合などには、事前に決定し
た最適条件では予測通りの精度を達成できない問題が出
てくる。この場合には、その都度リワークをかけて対応
することが強いられ、一層のコスト上昇や歩留まり低下
を招く。

【００１１】なお、位置検出方法については先に概説し
たが、以下、位置検出用マークに回折格子を採用し、回
折格子状のマークを２光束のレーザ光で照明し、その回
折光同士の干渉による振幅変化や位相変化を利用して検
出する方式について、若干の説明を行う。この方式に
は、ホモダイン方式やヘテロダイン方式が知られている
が、特にヘテロダイン方式に関しては、将来の位置検出
方式として有望視されているものである。その理由とし
て、この方式では、位置検出光を露光光が通過する投影
レンズ或いはマスク内を通して位置検出できるために、
ベースラインの変動が極めて小さく、僅かな気圧変動や
温度変動があった場合においても、露光パターンを精度
良く下地回路パターンに位置合わせして露光できる特長
を有するためである。

【００１２】また、この方式にはその他、検出原理から
も、ｎｍオーダーの位置検出分解能を持ち合わせている
点や、低段差のマークや表面が粗れたマークについても
Ｓ／Ｎ良く信号検出できる特長がある。従って、近年の
最新鋭の投影露光装置に採用されることが多くなってき
ている傾向がある。

【００１３】しかしながら、回折格子マークに、ウェハ
プロセスによる非対称性や段差のばらつきが顕著にある
場合には、マークからの回折光にも強度や位相に非対称
性が生じるために、結果として位置検出精度が劣化する
問題がある。このために、従来の回折光の干渉を利用し
た位置検出方式は、極めて高精度かつ安定な検出能力を
有しながらも、製造ラインにおける各プロセスレイヤの
位置検出には殆ど適用されていないのが実情である。

【００１４】アライメントモードに関しては、いわゆる
グローバルアライメント方式とダイバイダイ（Die-by-d
ie）方式がある。グローバルアライメント方式は、通常
の場合、ＥＧＡ（Enhanced Global Alignment）と称さ
れることが多い。この方式では、ウェハのチップ配列に
おける周辺部の複数チップの位置検出用マークから位置
ずれを計測し、その検出位置データからアライメント誤
差として、シフト，スケーリング，直交度，回転の各誤
差を統計処理によって算出し、全配列チップに対して誤
差配分を行いチップ毎の座標位置を補正する。この補正
された位置座標に対して、レーザ測長機で位置決め制御
されるステージ機構によってステージを逐次移動して露
光を行う。これに対しダイバイダイ方式では、チップ毎
に位置を検出し、その都度位置ずれを補正してステージ
を位置合わせして露光を行う。

【００１５】ＥＧＡ方式の特長は、複数のチップを参照
チップとして位置計測した結果を統計処理するために、
位置検出時の種々のノイズや位置誤差のばらつきが平均
化作用により低減され、結果として重ね合せ精度が良好
となり、更に安定した精度が確保される点にある。ま
た、参照チップは、通常４〜１０数個のチップとするの
で、全チップを計測するダイバイダイ方式に比べて圧倒
的に処理時間が短く高いスループットを実現できる利点
がある。このため、一般的にはＥＧＡ方式のアライメン
トが採用されている。

【００１６】しかしながら、この方式においても、ウェ
ハ内の配列チップの中で、どのチップを参照チップとし
て選択するかにより、重ね合せ精度が異なる問題があ
る。特に、この傾向はプロセスウェハに適用した場合に
強く現れ、参照チップの選び方によっては要求精度を達
成できない問題がある。このため、参照チップの選び方
についても最適化が必要になっている。

【００１７】この最適化を行うにあたっては、条件出し
として先行ウェハでの露光作業と評価が伴うために、生
産ラインでの露光装置の実質的な稼動時間が少なくな
り、その結果、露光工程におけるコストが上昇しＣｏＯ
（Cost of Ownership）を達成できないことが問題にな
る。最適化の手法もノウハウ的な要素が強く、極端には
オペレータの成熟度に依存する場合があり、必ずしも各
プロセスレイヤの要求精度に見合う精度を達成できてい
るわけではない。また、ウェハのロット内、ロット間に
おけるプロセス変動の影響を受けて、先行ウェハで設定
した条件が最適条件でなくなり、定期的に条件出し、或
いは条件確認を行う作業の必要があるために、コスト上
昇を招く問題となっている。

【００１８】このような問題の一部を解決するものとし
て、「位置合わせ方法」（特開平９−９７７５８号公
報）が提案されている。この方法は、所定のアライメン
トセンサを用いて、このセンサの複数種類の処理モード
で位置計測して、その求められた位置ばらつきが最も小
さい処理モードで配列座標を算出してＥＧＡにより位置
合わせを行うものである。

【００１９】しかしながら、この方法においては、計測
結果のばらつき量を定量的に評価してはいるものの、計
測再現性の高い処理モードを使用するようにしているだ
けであるので、プロセス変動のあるウェハを所望の精度
で位置合わせできているわけではない。例えば、参照チ
ップがウェハプロセスの影響を受け易いウェハ面内に位
置している場合には、アライメントセンサの計測再現性
だけでは先述したＷＩＳとＴＩＳによるアライメントセ
ンサの検出騙されの問題を解決できない。つまり、相対
的な計測位置のばらつきが最小であっても、オフセット
を伴う位置ずれであるＷＩＳやＴＩＳを最小にしない限
り所定の位置合わせ精度が得られないためである。この
ために、先の提案方法によっても依然として十分な改善
がみられていない問題がある。

【００２０】このような背景から、各ウェハプロセスに
対してアライメントの最適化を定量的且つ効率的な手段
で行うことが可能であり、更にウェハプロセスによる位
置検出方式（センサ）の検出騙されとなるＷＩＳやＴＩ
Ｓによる位置検出誤差の影響の極めて少ない高精度のア
ライメント方法の実現が要求されていた。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】このように従来、各ウ
ェハプロセスに適した検出方式の選択や、位置検出用マ
ークとの組合わせ、更にグローバルアライメントにおけ
る最適な参照チップの選択等に関する手法については、
定量的且つ効率的な手段が明確でなく、露光工程におけ
る精度不良やコスト上昇が依然として残された問題があ
った。これらを解決するために特開平９−９７７５８号
公報の方法を用いても、採用するアライメントセンサと
ウェハプロセスの影響によって検出騙されが解決でき
ず、十分な改善ができていなかった。

【００２２】本発明は、上記事情を考慮して成されたも
ので、その目的とするところは、リソグラフィ工程のア
ライメントにおいて、ウェハプロセスの影響を受け難
く、使用する露光装置の搭載する位置検出方式に応じて
位置検出用マークを定量的に最適化でき、且つウェハプ
ロセスや装置起因のアライメント誤差を最小限にして高
い位置合わせ精度を実現できる定量的且つ効率的なグロ
ーバルアライメント方法を提供することにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】（構成）上記課題を解決
するために本発明は、次のような構成を採用している。

【００２４】即ち本発明は、被露光基板上に配列された
複数のチップに対して露光装置でアライメントを行うた
めのアライメント方法であって、同一チップ内にＮ個の
位置検出用マークを形成しておき、露光装置に搭載され
た位置検出機構を用いて、複数のチップ配列の中から基
準となるチップ内のＮ個のマークに対する位置検出信号
を計測するステップと、計測されたＮ個の位置検出信号
から最適なマークを選択するステップと、選択された最
適マークを用いて基板面内の所定数の参照チップの配列
座標位置を計測するステップと、計測された配列座標位
置と該参照チップの設計上の配列座標位置との位置誤差
が最小になるように誤差配分して、全チップに対する配
列座標位置を補正算出するステップと、補正算出された
配列座標位置に基づき全チップに対するアライメントを
行うステップとを含むことを特徴とする。

【００２５】また本発明は、被露光基板上に配列された
複数のチップに対して露光装置でアライメントを行うた
めのアライメント方法であって、同一チップ内に位置検
出用マークを形成しておき、露光装置に搭載されたＭ個
の位置検出機構を用いて、複数のチップ配列の中から基
準となるチップ内のマークに対する位置検出信号を計測
するステップと、計測されたＭ個の位置検出信号からマ
ークを検出するのに最適な位置検出機構を選択するステ
ップと、選択された最適な位置検出機構を用いて基板面
内の所定数の参照チップの配列座標位置を計測するステ
ップと、計測された配列座標位置と該参照チップの設計
上の配列座標位置との位置誤差が最小になるように誤差
配分して、全チップに対する配列座標位置を補正算出す
るステップと、補正算出された配列座標位置に基づき全
チップに対するアライメントを行うステップとを含むこ
とを特徴とする。

【００２６】また本発明は、被露光基板上に配列された
複数のチップに対して露光装置でアライメントを行うた
めのアライメント方法であって、同一チップ内にＮ個の
位置検出用マークを形成しておき、露光装置に搭載され
たＭ個の位置検出機構を用いて、複数のチップ配列の中
から基準となるチップ内のＮ個のマークに対する位置検
出信号を計測するステップと、計測されたＭ×Ｎ個の位
置検出信号からマークと位置検出機構の最適な組合せを
選択するステップと、選択された最適なマークと位置検
出機構を用いて基板面内の所定数の参照チップの配列座
標位置を計測するステップと、計測された配列座標位置
と該参照チップの設計上の配列座標位置との位置誤差が
最小になるように誤差配分して、全チップに対する配列
座標位置を補正算出するステップと、補正算出された配
列座標位置に基づき全チップに対するアライメントを行
うステップとを含むことを特徴とする。

【００２７】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は次のものが挙げられる。

【００２８】(a) グローバルアライメントを行うための
所定数の参照チップの全てについて各々Ｎ個のマーク検
出を行い、その検出結果から全ての参照チップに共通し
た最適なマークを選択して、これらの最適マークの位置
情報を基に配列座標位置を補正算出すること。

【００２９】(b) グローバルアライメントを行うための
参照チップの全てについて各々Ｎ個のマーク検出を行
い、その検出結果から各々の参照チップ毎に最適なマー
クを個別に選択して、これらの最適マークの位置情報を
基に配列座標位置を補正算出すること。

【００３０】(c) 基準チップ或いは参照チップ内のＮ個
のマークについて、相対位置ずれ，信号波形，信号強
度，位相，Ｓ／Ｎ比の少なくとも一つの情報を比較する
ことにより、最適なマークを選択するための演算処理を
行うこと。

【００３１】(d) 基準チップ或いは参照チップ内のＭ個
の位置検出信号について、相対位置ずれ，信号波形，信
号強度，位相，Ｓ／Ｎ比の少なくとも一つの情報を比較
することにより、最適な位置検出信号を選択するための
演算処理を行うこと。

【００３２】(e) 基準チップ或いは参照チップ内のＭ×
Ｎ個の位置検出信号について、相対位置ずれ，信号波
形，信号強度，位相，Ｓ／Ｎ比の少なくとも一つの情報
を比較することにより、最適な位置検出信号を選択する
ための演算処理を行うこと。

【００３３】(f) 基準チップ或いは参照チップ内のＮ個
のマークについて、計測されたＮ個の位置検出信号と、
被露光基板以外に形成された基準マークを用いて計測さ
れた基準位置信号とを比較することによって、Ｎ個のマ
ークから最適なマークを選択すること。

【００３４】(g) 基準チップ或いは参照チップ内のＭ個
の位置検出信号について、計測されたＭ個の位置検出信
号と、被露光基板以外に形成された基準マークを用いて
計測された基準位置信号とを比較することによって、Ｍ
個の位置検出信号から最適な位置検出信号を選択するこ
と。

【００３５】(h) 基準チップ或いは参照チップ内のＭ×
Ｎ個の位置検出信号について、計測されたＭ×Ｎ個の位
置検出信号と、被露光基板以外に形成された基準マーク
を用いて計測された基準位置信号とを比較することによ
って、Ｍ×Ｎ個の位置検出信号から最適な位置検出信号
を選択すること。

【００３６】(i) 基準チップ或いは参照チップ内のマー
クの位置を検出する際に、計測方向に対して正逆方向に
位置検出機構をスキャン駆動、或いは被露光基板を移動
してマークをスキャンして位置検出信号を取得、又は位
置検出機構の構成要素の一部を入れ替えて対称性を変更
して位置検出信号を取得、又は取り込んだ信号の処理工
程において左右、或いは上下の入替えによりマークの２
方向からの位置検出信号を取得すること。

【００３７】(j) 計測された参照チップの各Ｎ個のマー
クの座標位置で張られる配列座標について、設計上の配
列座標に比べて位置誤差が最小になる条件を満たすか、
或いは線形誤差を補正した後の残留誤差成分が最小にな
る条件を満たすことを、最適マークの判定条件として採
用すること。

【００３８】(k) 位置検出用マークは、露光装置の搭載
する複数の位置検出機構の数に応じたデザインを有する
ものであり、特に対象とする露光基板が複数レイヤの基
板構造である場合には、各レイヤのプロセス工程で形成
されたマークであること。

【００３９】(l) 位置検出用マークは、露光基板が複数
レイヤの基板構造である場合には、総数のレイヤ数をＬ
（自然数、Ｌ≦Ｎ、１以上）として、Ｌ個の各レイヤの
プロセス工程で形成されたマークであること。

【００４０】(m) 位置検出用マークは、互いに線幅，ピ
ッチの何れか一方或いは両方が異なるデザインで形成さ
れているか、位置検出方向に対して少なくとも平行或い
は垂直な方向に分割された微少図形のパターンから構成
されていること。

【００４１】(n) 位置検出用マークは、チップ内に、同
一デザインのマークを複数、随所に配置して、その配置
位置の異なるＮ個のマークで形成されていること。

【００４２】また、本発明の更に望ましい実施態様とし
ては次のものが挙げられる。以下の実施態様は、ウェハ
プロセスや装置起因のアライメント誤差を最小限にして
高い位置合わせ精度を実現する際に、ウェハプロセスや
装置起因のアライメント誤差を最小化する光学次数の検
出信号を採用することを特徴とするものであり、上述し
た構成を以下の態様を採用することで好適に実現される
ものである。

【００４３】(1) 位置検出用マークに回折格子を用い、
半導体基板上に形成する位置検出用マークが、第１の回
折格子のピッチをＰとした場合に、第２の回折格子のピ
ッチをＰ／２とし、第３の回折格子のピッチをＰ／３、
…第Ｎの回折格子のピッチをＰ／ＮとなるＮ個の回折格
子から形成されていること。

【００４４】(2) 位置検出機構は、回折格子の法線とな
す角度が該回折格子の±１次回折角になる左右方向から
２つの光束を入射する光学系を通じて、該２光束を該回
折格子に照射して反射，回折された光のうち、該回折格
子の概略法線方向に反射，回折された光を受光計を含む
受光光学系により検出することにより、該回折格子の水
平方向の位置を検出するものであること。

【００４５】(3) 位置検出機構は、第１の回折格子の法
線となす角度が該回折格子の±１次回折角になる左右方
向から２つの光束を入射する光学系を有し、該入射光学
系から回折格子へ２光束を入射して法線方向に反射，回
折された各々の光を検出することにより、水平方向の位
置を検出するものであること。

【００４６】(4) 位置検出機構は、第１の回折格子の法
線となす角度が該回折格子の±１次回折角になる左右方
向から２つの光束を入射する光学系を有し、該入射光学
系から回折格子へ、周波数が僅かに異なり相互に干渉可
能であり、第１の光束を周波数ｆ1 とし第２の光束の周
波数をｆ2 として、２光束を入射して、法線方向に反
射，回折された各々の光を検出することにより、該２光
束を合成，干渉させて生じたヘテロダインビート信号の
位相を用いて回折格子の位置を水平方向の位置を検出す
るものであること。

【００４７】(5) 回折格子に入射する２光束の周波数が
僅かに異なり相互に干渉可能であり、第１の光束を周波
数ｆ1 とし第２の光束の周波数をｆ2 として、選択され
た回折格子の法線方向で該２光束を合成，干渉させて生
じたヘテロダインビート信号の位相と、第１の光束の周
波数をｆ2 とし第２の光束の周波数をｆ1 として生じた
ヘテロダインビート信号の位相を用いて回折格子の位置
をそれぞれ検出すること。

【００４８】(6) 第１の光束の周波数ｆ1 と第２の光束
の周波数ｆ2 の関係が、ｆ2 ＝ｆ1＋ｆ（ｆ＞０）とし
て計測したヘテロダインビート信号の位相と、第２の光
束の周波数ｆ2 をｆ2 ＝ｆ1 −ｆとして計測したヘテロ
ダインビート信号の位相と、第１の光束の周波数を、ｆ
2 ＝ｆ1 ＋ｆなるｆ2 とし第２の光束の周波数をｆ1と
して計測したヘテロダインビート信号の位相と、第１の
光束の周波数を、ｆ2＝ｆ1 −ｆなるｆ2 とし第２の光
束の周波数をｆ1 として計測したヘテロダインビート信
号の位相を用いて、回折格子の位置を検出すること。

【００４９】要約すると、半導体基板上に形成する回折
格子を、第１の回折格子のピッチをＰとした場合に、第
２の回折格子のピッチをＰ／２とし、第３の回折格子の
ピッチをＰ／３、…第Ｎの回折格子のピッチをＰ／Ｎと
なるＮ個の回折格子として形成し、第１の回折格子の法
線となす角度が該回折格子の±１次回折角になる左右方
向から２つの光束を入射する光学系を有し、該入射光学
系からの２光束を入射して法線方向に反射、回折された
各々の光を検出することにより、水平方向の位置を検出
することが適例となる。

【００５０】（作用）本発明によれば、ウェハプロセス
の影響を受け難い位置検出用マークを、使用する露光装
置の位置検出機構に応じて最適に選択するために、プロ
セスや装置起因のアライメント誤差を最小限にでき、高
いアライメント精度が得られる。特に、グローバルアラ
イメントにおける参照チップ間でプロセスの影響が顕著
な場合に効果があり、露光シーケンスの一つのステップ
としてグローバルアライメント条件の最適化を行うこと
が可能であり、その結果、高いアライメント精度を実現
することができる。

【００５１】

【発明の実施の形態】まず、発明の実施形態を説明する
前に、本発明のアライメント方法の概念を説明する。

【００５２】図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の方法にお
ける主要な手順を説明するためのフローチャートであ
る。図１（ａ）は、基準チップの計測結果を基に適切な
位置検出用マークを選択し、ＥＧＡ参照チップの配列座
標を計測して、このデータを基にＥＧＡアライメント露
光する手順である。この場合には、基準チップのＮ個の
マークの検出と最適マークの選択の工程のみで済むこと
から、計測時間が短くスループットを大幅に低下させな
い利点がある。基準チップで予め計測した結果からＥＧ
Ａ参照チップを計測するマークとして適切と予測される
マークを用いているので、参照チップのマーク検出に関
してもプロセスの影響を受けにくく、従ってＷＩＳによ
る精度劣化を防止でき高精度のアライメントが実現され
る。基準チップは、ＥＧＡの参照チップの一部としても
良い。

【００５３】図１（ｂ）は、初めから複数のＥＧＡ参照
チップ全てについてＮ個のマークを計測し、参照チップ
に共通して適切なマークを選択して、ＥＧＡアライメン
トを行う手順である。図１（ｃ）は、図１（ｂ）を更に
高精度にした手順であり、各参照チップに個別に最適な
マークを選択してＥＧＡアライメントを行うものであ
る。

【００５４】図１（ｂ）（ｃ）は、ＥＧＡ参照チップを
全て計測するために、基準チップを用いる図１（ａ）の
場合に比べて処理時間を要するが、対象とする被露光基
板のウェハプロセスの面内不均一性が比較的大きく、ま
たプロセス変動を受けて形成されている場合には、特に
有効な手段であり、精度を達成しやすくなる。その理由
は、個々のＥＧＡ参照チップにおける計測マークが、面
内のプロセス不均一性に応じて最適にされているため
に、つまりプロセスの影響を受けないマークで計測され
た結果を基にＥＧＡアライメントを行うので、高いアラ
イメント精度が得られることによる。

【００５５】次に、本発明におけるＮ個のマーク検出結
果から最適なマークを選択するステップにおいて、使用
する信号情報とその計測手法を説明する。信号情報は、
相対位置ずれ，信号波形，信号強度，位相，Ｓ／Ｎ比で
あり、本発明の一例では、被露光基板に形成されたチッ
プ内Ｎ個のマーク同士のこれらの情報を比較し、最適条
件を求める。

【００５６】別例では、被露光基板以外に形成された基
準マークを用いて計測された信号情報と被露光基板の位
置検出用マークの信号情報を演算処理によって比較する
ことにより、最適なマークを選択するものである。ここ
で、基準マークはほぼ波長によらずに一定の反射率特性
を持つＣｒパターンが石英ガラス上に形成されたものを
使用する。この基準マークは、ウェハステージの所定の
位置に形成されており、理想的な信号強度とＳ／Ｎ比，
信号波形を示し、標準マークとしての機能を持つもので
ある。基準マークと被露光基板の位置検出用マークの信
号情報として特に信号波形の比較を行うことにより、位
置検出用マークがプロセスの影響を受けて信号波形に非
対称性が発生していないか、Ｓ／Ｎ比が極端に劣化して
いないかを、基準マークの計測結果を絶対基準として比
較することで判別する。

【００５７】また、マークが検出手段に対して非対称性
を有している場合には、ＷＩＳが顕著に発生し、精度劣
化を引き起こす。このために、演算処理手段により、信
号波形に非対称性や歪みが生じていないか、特定のオフ
セットを伴っていないかを評価し、その結果によって、
非対称性が大きく特定のオフセットのみられたマークは
位置検出に用いないように判別される（或いは、このマ
ークでの計測位置データを用いないようにする）。この
ような判別処理は、精度を得る上では極めて重要な工程
となる。

【００５８】マークに非対称性や歪みが生じる原因に
は、例えばウェハプロセスを経た際に、成膜工程での片
寄りやＣＭＰ工程での削れ方の不均一性による。そこで
本発明では、マークの２方向からの位置と信号情報を取
得し、それぞれの検出手段に即したマークの光学的な対
称性に着目して適正なマークを選択できるようにしてい
る。この計測は、検出手段によって実施の仕方が異なる
が、例えばウェハステージを正逆方向にスキャン駆動し
て、それぞれの駆動の際に発生するマークからの回折光
を取込み、信号処理することで行う。取得した情報は、
信号演算手段を通じて、相対位置ずれ，信号波形，信号
強度，位相，Ｓ／Ｎ比の少なくとも一つが処理され、比
較される。位置計測の方向を通常の方向で行い、Ｎ個の
相対位置ずれの計測結果を比較して最適化を行う場合に
は、その位置ずれが極小になる条件のマークを最適なマ
ークとして採用する。

【００５９】また、Ｎ個の検出結果の傾向が極小点を有
さない場合には、変極点にあるマークを最適マークとし
て採用する。この変極点を最適条件とする理由は、ウェ
ハプロセス起因のＷＩＳは、プロセスの方向性に依存し
て特定方向へのオフセットを発生させることがあるため
であり、このようなＷＩＳには極小点が存在しないから
である。このような位置ずれ特性を示した場合には、Ｗ
ＩＳの方向性を無視して、位置ずれの絶対量を比較して
最小な位置ずれを示す条件を最適マークとして採用する
ことでも対応可能である。

【００６０】同様に、信号波形については、波形の非対
称性の度合いを、所定範囲での強度プロファイルの傾き
（強度の１０％と９０％のスライス位置での傾き）に関
して左側と右側の傾き、若しくは上側と下側の傾きを比
較し、両者の傾きの差が最小なものを最適マークとす
る。信号強度については、基本的に最大値を示すマーク
を最適条件とし、Ｓ／Ｎ比も最も大きい条件を最適条件
とする。位相に関しては、相対位置ずれと同様に、極小
点或いは変極点を最適条件とする。

【００６１】本発明に適用される代表的な位置検出機構
には、ウェハ上のマークにレーザ光をスキャン照明して
回折光を検出するもの（スキャン法）、回折格子状のマ
ークを２光束のレーザ光で照明し、その回折光同士の干
渉による振幅変化や位相変化を利用して検出するもの
（２光束干渉法）、白色光を照明した際の反射像や、レ
ーザ光の回折光のスポット位置を画像処理により検出す
るもの（画像処理法）がある。これらを用いて信号情報
を取得する方法ついて、順次、図２〜５を用いて説明す
る。

【００６２】図２（ａ）（ｂ）は、スキャン法としてア
ライメント照明光をスキャンするものと、ウェハステー
ジをスキャンする方式を例として、これらの概略構成図
をそれぞれ示したものである。ここでは、位置検出方向
の一つ（ｘ方向）を例示しているが、他方（ｙ方向）の
位置を計測する際にも同様の構成で実現できる。

【００６３】図２（ａ）では、検出光学系の中にある振
動ミラー４をメカ的に一方向へ発信器（不示図）で制御
して駆動し、レーザ光をマーク上でスキャンする機構に
なっている。半導体レーザ１から出射されたレーザ光
は、コリメータレンズ２で概略平行光に成形され、反射
ミラー３と振動ミラー４によりミラー５へと導かれる。
ミラー３は、光学系の大きさを抑えるために用いられ
る。前述のように、振動ミラー４でレーザ光を、被露光
基板１１に形成された位置検出用マーク１２の上をスキ
ャン照明し、マーク１２から発生した特定方向へ反射す
る回折光をミラー５で受けて選別し、リニアＣＣＤイメ
ージセンサ検出器６において信号が検出される。

【００６４】信号演算処理系７において、検出信号がマ
ーク１２の中央部で最大強度になることを利用してマー
ク１２の中心位置を求めることになる。また、信号演算
処理系７は、単に検出器６の信号検出位置を算出するだ
けでなく、本発明におけるマークの最適化を判断するた
めの演算処理を行うデバイスとしての機能を有し、中央
制御系（不示図）と接続している。さらに、検出信号
は、ウェハステージ駆動制御装置８，レーザ測長器９を
通じ、ウェハステージ１０の位置を制御或いは読み取り
のための信号として使用される。

【００６５】なお、ウェハステージ１０はマーク１２を
検出可能なキャプチャーレンジに位置決めしてサーボを
かけて静止させた状態にあり、そのステージ座標位置と
マーク１２の検出位置から、実際のマーク位置座標がウ
ェハステージの座標系を基準にして求められる。マーク
１２の２方向の信号を得るには、振動ミラー４の駆動方
向を正逆にして計測することで行われる。なお、本例で
は、レーザ光のスキャンを振動ミラーを用いた、いわゆ
るガルバノメータで実現したが、回転多面鏡やホログラ
ムディスクを用いて構成することも可能である。

【００６６】一方、図２（ｂ）では、ミラーを振動せず
に、レーザ出射光に対してウェハステージを駆動するこ
とによりウェハマークをスキャンし、同様にマークから
の回折光を位置情報として検出する構成になっている。
ステージ駆動開始時のステージの座標位置と最大強度の
信号が検出された時のステージの位置座標からマークの
位置が計測される。

【００６７】半導体レーザ１３から出射されたレーザ光
は、コリメータレンズ１４で平行光に成形され、ビーム
スプリッタ１５を通じて対物レンズ１６によりミラー１
７に導かれる。ミラー１７によりレーザ光を被露光基板
２４に形成された位置検出用マーク２５の上を照明す
る。このレーザ光の照明に対して、レーザ測長器２２で
ウェハステージ２３の位置座標をモニターしながら、ウ
ェハステージ２３をウェハステージ駆動制御装置２１に
より駆動制御することにより、ウェハマーク２５をスキ
ャンする。

【００６８】マーク２５から発生した特定方向へ反射す
る回折光をミラー１７で受けて対物レンズ１６、ビーム
スプリッタ１５、収束レンズ１８を通じてリニアＣＣＤ
イメージセンサ検出器１９において信号が検出される。
次に信号演算処理系２０において、検出信号がマーク２
５の中央部で最大強度になることを利用してマーク２５
の中心位置が求められる。また、信号演算処理系２０
は、単に検出器１９の信号検出位置を算出するだけでな
く、本発明におけるマークの最適化を判断するための演
算処理を行うデバイスとしての機能を有し、中央制御系
（不示図）と接続している。

【００６９】さらに、検出信号は、ウェハステージ駆動
制御装置２１，レーザ測長器２２を通じてウェハステー
ジ２３の位置座標と連動しており、ステージ駆動開始時
のステージ２３の座標位置と最大強度の信号が検出され
た時のステージの位置座標がレーザ測長器２２で読み取
られることにより、マーク２５の位置座標がウェハステ
ージの座標系を基準にして求められる。本例において
は、マーク２５の２方向の信号を得るには、ウェハステ
ージ２３の駆動方向を正逆にして計測することで行われ
る。なお、図２（ａ）（ｂ）は、スキャン法の位置検出
機構の概略構成を説明するための構成図であるために、
レーザ光の偏光状態等の記述は省略している。

【００７０】図３は、２光束干渉法としてホモダイン方
式を用いた場合の検出方法を説明するためのものであ
り、（ａ）は検出光学系の概略構成図、（ｂ）は位置検
出光のウェハ表面の回折格子に対する状態を示してい
る。両図において、ウェハ表面に形成された位置検出用
の回折格子に対して、可干渉な２光束のレーザ光Ｌ1 ，
Ｌ2 が左右対称な位置から入射光学系を通じて照射さ
れ、回折格子から垂直方向に反射、回折する光Ｌ3 ，Ｌ
4 を図示してある。ここでは、図２（ａ）（ｂ）と同様
に、位置検出機構の概略構成を説明するために、レーザ
光の偏光状態等の記述は省略しているが、レーザ光は、
強度，偏光，形状など可干渉に必要な用件を満たすよう
に構成されている。

【００７１】図３（ｂ）に示すように、回折格子のグレ
ーティングのピッチ（凹凸の繰り返し間隔）をＰＧと
し、レーザ光Ｌ1 とＬ2 の波長をλ1 とすると、レーザ
光Ｌ1とＬ2 の入射角度θ1 ，−θ1 は、sin（θ1）＝
λ1 ／ＰＧの関係にある（入射方向からみて、右回りに
出射する方向を＋としている）。よって、Ｌ3 はＬ1 の
＋１次回折光、Ｌ4 はＬ2 の−１次回折光となる。

【００７２】このように、回折光同士の干渉による振幅
の変化を利用したホモダイン方式の位置検出方法では、
回折格子に対して±１次方向から入射したレーザ光Ｌ1
，Ｌ2 は、回折格子面上に干渉縞を形成し、反射，回
折される。反射，回折された光のうち垂直方向に向かう
次数の回折光を検出光としてフォトディテクタで検出す
ると、干渉縞と回折格子のグレーティングの相対位置に
より、信号強度が正弦波的に変化するので、この強度か
ら入射光学系に対する回折格子の位置を検出することが
可能になる。

【００７３】図３（ａ）において、半導体レーザ２６か
ら出射されたレーザ光は、コリメータレンズ２７で概略
平行光に成形され、ビームスプリッタ２８で２光束に分
割され、反射ミラー２９，３０により被露光基板３６に
形成された位置検出用マーク３７の上へと導かれる。マ
ーク３７から発生したほぼ垂直方向へ回折する光を空間
フィルタ（不示図）で分離集光して反射ミラー３８で受
け、収束レンズ３９を通じてフォトディテクタ検出器３
１において信号が検出される。

【００７４】信号演算処理系３２において、検出信号の
振幅変化を利用してマーク３７の位置を求めることにな
る。また、信号演算処理系３２は、単に検出器３１の信
号検出位置を算出するだけでなく、本発明におけるマー
クの最適化を判断するための演算処理を行うデバイスと
しての機能を有し、中央制御系（不示図）と接続してい
る。

【００７５】さらに、検出信号は、ウェハステージ駆動
制御装置３３，レーザ測長器３４を通じ、ウェハステー
ジ３５の位置を制御、或いは読み取りのための信号とし
て使用される。なお、ウェハステージ３５はマーク３７
を検出可能なキャプチャーレンジに位置決めしてサーボ
をかけて静止させた状態にあり、そのステージ座標位置
とマーク３７の検出位置から、実際のマーク位置座標が
ウェハステージ３５の座標系を基準にして求められる。
この検出手段を用いて最適マークを選択する際には、相
対位置ずれと信号強度、Ｓ／Ｎ比の比較を行う。マーク
３７の２方向からの信号を取得するには、Ｌ1 とＬ2 を
ビームスプリッタ２８の入替えで実施する。

【００７６】なお、ここでは、レーザ光Ｌ1 とＬ2 を反
射ミラー２９，３０を用いて入射角度θ1 ，−θ1 で左
右対称な方向からマーク３７へ入射したが、レーザ光の
光路を逆にした光学系を用いても位置検出が可能であ
る。この際には、レーザ光Ｌ1，Ｌ2 を反射ミラー３８
で反射させてマーク３７に垂直入射し、左右に出射する
レーザ光を反射ミラー２９，３０で集光，合成して干渉
光を生成し、この干渉光の検出信号の振幅強度変化を利
用することになる。

【００７７】図４は、２光束干渉法としてヘテロダイン
方式を用いた場合の検出方法を説明するためのものであ
り、（ａ）は検出光学系の概略構成図を示し、（ｂ）は
位置検出光のウェハ表面の回折格子に対する状態を示し
ている。従来技術で記述したように、ヘテロダイン方式
は、極めて高精度かつ安定な検出能力を有し、近年特に
有望視されている方法である。ヘテロダイン方式でも、
図３（ｂ）と同様に図４（ｂ）に示されるように、ウェ
ハ表面に形成された位置検出用の回折格子に対して、可
干渉な２光束のレーザ光Ｌ1 ，Ｌ2 が左右対称な位置か
ら入射光学系を通じて照射され、回折格子から垂直方向
に反射，回折する光Ｌ3 ，Ｌ4 を検出光としてフォトデ
ィテクタで検出することになる。

【００７８】ここでは、図３（ａ）（ｂ）と同様に、位
置検出機構の概略構成を説明するために、レーザ光の偏
光状態等の記述は省略しているが、レーザ光は、強度，
偏光，形状など可干渉に必要な用件を満たし、ヘテロダ
インビート信号が生成されるように構成されている。

【００７９】回折格子のグレーティングのピッチ（凹凸
の繰り返し間隔）をＰＧとし、レーザ光Ｌ1 とＬ2 の波
長をλ1 とすると、レーザ光Ｌ1 とＬ2 の入射角度θ1
，−θ1 は、sin（θ1）＝λ1 ／ＰＧの関係にある
（入射方向からみて、右回りに出射する方向を＋として
いる）。よって、Ｌ3 はＬ1 の＋１次回折光、Ｌ4 はＬ
2の−１次回折光となり、これらの干渉光が形成され
る。また、Ｌ1 ，Ｌ2 のレーザ光は、例えば超音波光変
調器（ＡＯＭ）により、それぞれｆ1 ，ｆ2 の周波数で
周波数変調が施されており、ｆ1 で周波数変調されたＬ
1 と、ｆ2 で変調されたＬ2 をそれぞれ左右方向から回
折格子マークの１次回折方向から入射させることによ
り、Ｌ1 の１次回折光Ｌ3 とＬ2 の−１次回折光Ｌ4 が
干渉し、ｆ1 −ｆ2 の周波数を持つ干渉光としてのビー
ト信号が形成される。

【００８０】回折格子面上に形成される干渉縞は、ｆ1
−ｆ2 なる周波数で回折格子上を点滅し流れているイメ
ージにある。この場合、Ｌ3 とＬ4 の回折光のそれぞれ
の位相は、回折格子の位置に応じて変化するために、ビ
ート信号の位相も回折格子の位置に応じて変化し、この
ビート信号をフォトディテクタで検出する。一方で、同
じｆ1 とｆ2 の周波数からなる基準ビート信号を参照ビ
ート信号として生成しておき、回折格子からのビート信
号と参照信号とを比較することにより回折格子の相対位
置を検出することが可能になる。この際に、ｆ1 −ｆ2
の周波数成分を抽出して位相検波，比較をすることによ
り、周波数領域での検出が可能になるので、Ｓ／Ｎが高
く分解能の高い位置検出が実現される。

【００８１】図４（ａ）において、半導体レーザ４０か
ら出射されたレーザ光は、コリメータレンズ４１で概略
平行光に成形され、ハーフミラー４２と反射ミラー４３
により、２光束に分割される。ハーフミラー４２で反射
されたレーザ光と反射ミラー４３で反射されたレーザ光
は、それぞれＡＯＭ４４，４５により周波数変調がかけ
られる。ＡＯＭ４４，４５は、それぞれ別のｆ1 ，ｆ2
の周波数でＡＯＭ駆動器４６により超音波駆動され、ま
たレーザ光のＡＯＭへの入射角がブラッグ回折の条件を
満たすようにＡＯＭの取り付け軸が調整されて配置され
ている。

【００８２】ＡＯＭ４４，４５で変調を受けた２つのレ
ーザ光は、それぞれハーフミラー４７，４８を通じ、反
射ミラー５０と対物レンズ５１を介して反射ミラー５
２，５３により被露光基板６１に形成された位置検出用
マーク６２の上へと導かれる。次に、マーク６２から発
生したほぼ垂直方向へ回折する光を空間フィルタ（不示
図）で分離集光して反射ミラー５４で受け、収束レンズ
５５を通じてフォトディテクタ検出器５６においてビー
ト信号が検出される。

【００８３】一方、ハーフミラー４７，４８で一部分割
されたレーザ光は、参照ビート信号発生器４９に取り込
まれてｆ1 −ｆ2 なる参照ビート信号として、位相検波
する際の基準信号として使用される。検出器５６で検出
されたビート信号は、信号演算処理系５７において、参
照ビート信号発生器４９の基準参照ビート信号と共に、
ｆ1 −ｆ2 の周波数成分を抽出して位相検波される。こ
れら抽出された両者の信号が比較されることにより、基
準ビート信号に対してのマーク６２からのビート信号の
相対ずれが検出される。

【００８４】また、信号演算処理系５７は、単に検出器
５６の信号検出位置を算出するだけでなく、本発明にお
けるマークの最適化を判断するための演算処理を行うデ
バイスとしての機能を有し、中央制御系（不示図）と接
続している。さらに、検出信号は、ウェハステージ駆動
制御装置５８，レーザ測長器５９を通じ、ウェハステー
ジ６０の位置を制御、或いは読み取りのための信号とし
て使用される。なお、ウェハステージ６０はマーク６２
を検出可能なキャプチャーレンジに位置決めしてサーボ
をかけて静止させた状態にあり、そのステージ座標位置
と検出位置から、実際のマーク位置座標がウェハステー
ジの座標系を基準にして求められる。

【００８５】この検出手段を用いて最適マークを選択す
る際には、相対位置ずれ或いは位相を比較することで行
う。マーク６２の２方向からの信号を取得するには、レ
ーザ光Ｌ1 とＬ2 を対物レンズ５１の後段にリレーレン
ズ群を挿入することによりＬ1 とＬ2 の光路が反転する
ようにして実施することが可能であるが、他の手法とし
て変調周波数ｆ1 とｆ2 を入替えることも有効な手段と
なる。

【００８６】ヘテロダイン方式では、ウェハプロセスを
経た回折格子状のグレーティングマークが、深さ方向に
微少に変化している場合やグレーティングの左右のテー
パーが微妙に違っている場合には、光学的な非対称性と
して位相が大きく変化することが精度劣化要因の一つと
なる。さらに、この位相変化は、位置検出光学系に非対
称性がある場合には、より発生し易く精度劣化を加速す
ることになる。このような問題は、Ａｌのように高反射
率基板の位置検出時に顕著に見られる傾向があり、配線
工程での位置合わせ精度を得にくい理由の一つでもあ
る。マーク位置を計測するためには、このような位相誤
差が大きいか否かを判別することが必要であり、更に位
置検出光学系の非対称性の影響も含めて、使用するマー
ク条件を最適にする必要がある。

【００８７】そこで、これを実現する手段の一つとし
て、先に述べたように周波数変調の仕方を左右のレーザ
光で入替えることで行う。この入替えは、本例ではＡＯ
Ｍのトランデューサに印加する超音波の周波数を変更す
ることにより実現する。ここで、光学系の非対称は、回
折格子に対して±１次方向から入射するレーザ光の左右
の入射角が微妙にずれていることに起因する場合が殆ど
である。しかしながら、機械的に左右の入射角を厳密に
一致させることは実際上不可能に近く、位相検出の精度
が極めて高分解能であるがために、微妙な角度ずれであ
っても位相誤差が生じることになる。さらに、左右の光
学系で使用される光学部品や信号処理系に、位相誤差を
発生させる場合があり、トータル的な対称性を実現する
ことは困難である。

【００８８】そこで、本例のように現実的な系において
でも、このｆ1 とｆ2 の入替えにより、マークと光学系
の非対称性の影響を定量的に評価でき（但し、相対的で
ある）、最適なマーク条件を見出すことが可能になる。

【００８９】なお、ここでは、周波数ｆ1 なるレーザ光
Ｌ1 と周波数ｆ2 なるレーザ光Ｌ2を反射ミラー５２，
５３を用いて入射角度θ1 ，−θ1 で左右対称な方向か
らマーク６２へ入射したが、レーザ光の光路を逆にした
光学系を用いても位置検出が可能である。この際には、
レーザ光Ｌ1 ，Ｌ2 を反射ミラー５４で反射させて、マ
ーク６２に垂直入射し、左右に出射するレーザ光を反射
ミラー５２，５３で集光して、その後段でこれらの２光
束を合成して干渉光を生成し、この干渉光のビート信号
の位相を利用して位置検出することになる。

【００９０】図５は、画像処理法の場合として、白色光
をケーラー照明した際の反射像を画像処理するもの（明
視野画像処理法）の概略構成図である。白色光源６３よ
り出射された白色光は、フィールドを制限するための開
口絞り６４で所定の形状になった後、リレーレンズ群６
５を通じて平行光に成形される。リレーレンズ群６５
は、フィールドレンズを介して照度が一様な像面を生成
する。この照明光は、ハーフプリズム６６，対物レンズ
６７を通じてプリズム６８に導かれる。このプリズム６
８で反射された白色光は、被露光基板７５に形成された
位置検出用マーク７６の上を照明する。

【００９１】この照明によるマーク７６からの反射光
は、プリズム６８，対物レンズ６７を通じ、ハーフプリ
ズム６６で反射されてレンズ群６９へ導かれる。レンズ
群６９は、対物レンズ，リレーレンズとして作用しマー
ク反射光の結像を正立像に形成し、２次元ＣＣＤイメー
ジセンサの検出器７０において結像画像が検出される。
次に信号演算処理系７１において、画像処理を行いマー
ク７６の中心位置が求められる。

【００９２】また、信号演算処理系７１では、本発明に
おけるマークの最適化を判断するための演算処理を行う
デバイスとしての機能を有し、中央制御系（不示図）と
接続している。さらに、信号演算処理系７１で処理され
た検出信号は、ウェハステージ駆動制御装置７２，レー
ザ測長器７３を通じてウェハステージ７４の位置座標と
連動しており、信号検出時のウェハステージ７４の座標
位置とマーク７６の検出器での位置とからマーク７６の
位置座標がウェハステージ７４の座標系を基準にして求
められる。

【００９３】信号演算処理系７１におけるマーク７６の
最適化は、先例と同様に、相対位置ずれと信号強度、Ｓ
／Ｎ比の比較により行われ、更に画像処理の際に認識さ
れた信号波形の非対称性を比較することで行われる。特
に、波形の非対称性の度合いを、左側（上側）のプロフ
ァイルの所定の範囲での傾きと右側（下側）の傾きの差
分をＮ個の計測結果で比較し、両者の傾きの差が最小な
ものを最適マークとすることが有効である。

【００９４】マークの２方向からの信号を取得するに
は、画像面上での波形データを左右、上下反転して、反
転前後の波形形状の差分を求めて比較することで行われ
る。或いは、反転前後の波形プロファイルの一致度を指
標にして、一致度の高いマーク条件を最適マークとして
採用される。

【００９５】なお、本画像処理として示した概略構成要
素に、照明光の開口数を小さくして暗視野画像検出を実
現することも可能である。この際には開口絞り６４より
も小さな絞りを有する、例えばピンホール形状や輪帯形
状の開口絞りを挿入して小さくすることで実現される。
さらに、例えばレンズ群６９とハーフプリズム６６の間
や、レンズ群６９内の所定の光路上に位相板を追加する
ことにより、位相差顕微鏡の原理を利用した検出が実現
できる。

【００９６】以上、これらの検出手段により検出した信
号を処理する際に、最適なマークを選択する上では、相
対位置ずれの他に、信号波形，信号強度，位相，Ｓ／Ｎ
比に関する情報を、適宜、検出手段に応じて取得するこ
とを述べた。これらを整理したものが図６の一覧表であ
る。

【００９７】また、図７（ａ）に、実例として層間膜の
ＣＭＰウェハ基板の２種類のマークと基準マークについ
て、ウェハステージをスキャンして計測した信号波形を
示す。マーク１と２の強度の比較から、マーク１の方が
適切なマークであると判断される。但し、基準マークに
比べるとＳ／Ｎ比が５倍程度低下しており、強度も１／
５に減少している。使用したマークに関して、図７
（ｂ）に上面模式図を、図７（ｃ）に断面模式図を示す
が、寸法は、マーク１は６μｍ幅の３本のラインマーク
（１０μｍ，５μｍの間隔で並べたマーク）であり、マ
ーク２はマーク１を計測方向に平行な方向に３μｍ間隔
で分割したものである。マーク１，２は層間膜にＴＥＯ
Ｓ、プラグにＷを用いて形成されたものである。基準マ
ークは、マーク１と同じ寸法でＣｒパターンから成りＱ
ｚ（石英ガラス）上に形成されたものである。

【００９８】次に、本発明を適用して更に２方向からの
位置情報と信号情報を取得し、これらの比較が施される
概略を図８（ａ）（ｂ）を用いて説明する。ここでは、
代表例として、相対位置ずれと波形信号に関して説明す
る。これらの情報は、演算処理手段により比較実施され
る。図８（ａ）のフローチャートに示すように、２方向
で別々に計測された相対位置ずれについては、正方向と
逆方向の位置ずれの絶対量の差分を比較し、図８（ｂ）
のフローチャートに示すように、信号波形については、
正方向で検出された信号波形と逆方向の信号波形の対称
性と重心位置の差分を求め比較する。

【００９９】これらの差分が所定値以上に大きい場合に
は、このマークを計測に使用しないように判別する。或
いは、このマークでの計測位置データを用いないように
する。このように、計測したＮ個のマークに関してそれ
ぞれ反対向きの２方向のデータを比較し、その中で差が
一番小さいマークを最適条件として採用する。

【０１００】このように、計測対象とするマークに対し
て、位置検出機構を正逆方向にして位置検出信号を取得
し、これらの差し引きをすることにより、位置検出機構
に内存する現実的な非対称性によって発生するオフセッ
トをキャンセルアウトできるので、マーク本来からの検
出信号を基に最適マークの絞り込みが可能になる。この
場合にキャンセルされるオフセットには、装置起因のＴ
ＩＳだけでなく、プロセスに起因したＷＩＳとＴＩＳと
の相互作用がある場合には、これにより生じるオフセッ
トも対象となる。

【０１０１】図９は、実例としてウェハスキャン方式に
より取得した層間膜のＣＭＰウェハのマーク信号波形で
あり、マークの断面構造は図７（ｃ）で示したものと同
じである。図９（ａ）は正方向にスキャンした場合、図
９（ｂ）は逆方向からスキャンしたものである。図９
（ｃ）は使用したマークの寸法を示したもので、６μｍ
幅の３本のラインマーク（１０μｍ，５μｍの間隔で並
べたマーク）で計測方向に平行な方向に３μｍ間隔で分
割したものである。図７（ｂ）（ｃ）のマーク２として
使用したものと同じである。正逆方向にスキャンした波
形や強度には大きな違いがなく、このマークの場合に
は、非対称は生じていないと判断される。但し、前述し
た図７（ａ）の結果も併せて判断すると、このウェハの
場合にはマーク１の方が適切なマークとして採用され
る。

【０１０２】以上のように、図２〜図９において、最適
マークを選択する上での判断項目と手法の例を説明し
た。特に、マークの２方向からの計測結果を基に最適マ
ークを選択する方法では、マークの非対称性を考慮して
判断できるために、ＷＩＳやＴＩＳが極めて小さく、よ
り真値のマーク位置を計測可能である。この２方向の計
測手法では、上記の他にウェハ自身を位置検出光学系に
対して１８０度回転して計測して信号情報を比較評価す
ることでも実現可能である。

【０１０３】以下、本発明の各実施形態について説明す
る。

【０１０４】（第１の実施形態）図１〜図９において記
述した本発明のアライメント方法の手法を露光装置に適
用した実施形態を、図１０〜図１３を用いて説明する。
ここでは、前記図４（ａ）に示されたヘテロダイン方式
の位置検出機構を搭載した露光装置として、Ｘ線近接露
光装置を使用した。

【０１０５】図１０に、本露光装置の概略構成図を示
す。この装置における位置検出機構は、以下に述べるよ
うに図４（ａ）に示された構成と多少異なる。本露光装
置では、図４（ａ）において参照ビート信号発生器４９
へ導かれる周波数変調された２光束のレーザ光は、マス
クに形成されたマスク用の位置検出マークを照射し、そ
のマーク位置を検出するために使用するように構成され
ている。この場合には、マスクマークからのビート信号
と被露光基板のマークからのビート信号が信号演算処理
系で比較されて、マスク位置を基準にした位置ずれが検
出される。

【０１０６】図１０において、Ｘ線マスク８０は、マス
クステージ８２により所定の位置に設置され、また被露
光基板９１はウェハステージ９０により保持され、これ
らの間隙と平行度が所望の値になるように保持されてい
る。本実験では、間隙１５μｍ、平行度１０μrad 以内
に各ステージを制御して位置決めされている。Ｘ線マス
ク８０は、ＳｉＣの２μｍの薄膜と、その薄膜上にＴａ
（非晶質膜）で形成された回路パターンとマスク用の位
置検出用マークとしてグレーティングパターン８１が形
成されている。

【０１０７】また、露光光としてＸ線発生装置８４から
のＸ線が、マスク８０を通じて被露光基板９１に照射さ
れる。被露光基板９１には、Ｘ線にも感光するレジスト
（不示図）が０.５μｍ塗布され、また基板上には、前
ウェハプロセス工程により予め形成された回路パターン
を有したチップが複数配列されており、各チップに所定
の位置検出用マークが複数個形成されている。

【０１０８】被露光基板９１の位置検出用マーク９２
は、これら各チップに形成されたマークの一部を図示し
たものであり、実際には配列された全チップに全て位置
検出用マークが形成されている。従って、ここでは、被
露光基板９１の位置検出用マークと記述しているもの
は、厳密には被露光基板の各チップの位置を検出するた
めの位置検出用マークである。マスク用位置検出マーク
８１と被露光基板の位置検出用マーク９２は、それぞれ
位置検出照明光学系８５で生成された周波数変調を受け
た可干渉レーザ光がそれぞれのパスで照明される。これ
らのレーザ光は、強度，偏光，形状など可干渉に必要な
用件を満たすように照明光学系８５内で生成される。

【０１０９】マスク８０の位置検出マーク８１へは、レ
ーザ光ＬＭ１（周波数ｆ1）とＬＭ２（f2）が照射さ
れ、被露光基板９１の位置検出用マーク９２へは、レー
ザ光ＬＷ１（f1）とＬＷ２（f2）が照射される。被露光
基板９１への照射は、マスク８０を通じて行われる。マ
スクマーク８１からの回折光ＬＭ３とＬＭ４の干渉光ビ
ート信号と、同様に被露光基板マーク９２からのＬＷ３
とＬＷ４からなるビート信号は、それぞれのパスを通じ
て位置検出受光光学系８６へ導かれる。

【０１１０】受光光学系８６では、マスク，被露光基板
からのビート信号がフォトディテクタで別々に検出さ
れ、それぞれ信号演算処理系８７を通じてマークの位置
が算出される。信号演算処理系８７では、最適なマーク
を判定するための演算処理を行い、本例では、検出した
マーク位置の相対位置ずれ、位相，信号強度，Ｓ／Ｎを
比較処理する機能を有し、中央制御系（不示図）と接続
している。

【０１１１】また、信号演算処理系８７は、マスクステ
ージ駆動制御装置８３，ウェハステージ駆動制御装置８
８との信号伝達を行い、ステージ駆動制御の際に指令を
出すと共に、レーザ測長器８９によるステージ位置座標
情報を共有する。位置検出受光光学系を通じて取得した
マーク検出位置と、レーザ測長器８９よりモニタされる
マスク８０，被露光基板９１の各ステージ位置情報を基
にした演算処理が可能である。算出された被露光基板の
チップのマーク位置情報を基に、マスク８０と被露光基
板９１上に形成された各チップの位置が、逐次アライメ
ントされて、マスク８０上の回路パターンが、各チップ
に全工程で形成された回路パターンに所定の位置精度で
露光されることになる。

【０１１２】図１１は、使用した位置検出用マークを説
明するためのもので、（ａ）はチップ内のマークの配
置、（ｂ）は被露光基板上に形成された下地チップの配
列、（ｃ）はマークの上面模式図、（ｄ）はマークの断
面模式図を示している。

【０１１３】位置検出用のマークには回折格子を用い、
第１の回折格子のピッチをＰとして、第２の回折格子の
ピッチをＰ／２とし、以下Ｐ／３，Ｐ／４，Ｐ／５のピ
ッチを有する回折格子を、５種類を使用した。ここでＰ
は５μｍであり、設計上は１／１０００μｍまでの精度
でデータを作成し、回路パターンの周辺部にこれらのマ
ークを含めてＥＢ描画機で描画を行い、原版となるマス
クを作製した。この原版マスクの回路パターンを、１シ
ョットとして、基板全面に所定の配列関係で全ショット
露光を行い、次の工程において被露光基板となる下地基
板のパターン加工を行った。下地基板の各チップには、
この５個のマークを、それぞれｘ方向とｙ方向の位置検
出用マークとして配置した。

【０１１４】また、上述したように位置検出方法にはヘ
テロダイン方法を使用し、この光学系における２光束の
マークへの入射角は、第１の回折格子のピッチに対し
て、±１次回折方向からとなるものに一致している。言
い換えると、この露光装置のヘテロダイン位置検出機構
の２光束の入射角に整合するように、第１の回折格子の
マークピッチを決定している。従って、ピッチＰのマー
クからは検出信号として、１次回折光、ピッチＰ／２の
マークからは２次回折光、… Ｐ／５ピッチのマークか
らは５次の回折光が検出されるように、マークが設計さ
れていることに等しい。

【０１１５】下地基板にはＷ−ＣＭＰ基板を使用し、こ
の下地基板のチップに合せるマスクパターン（上層の回
路パターン）は、メタル配線を形成するためのものであ
る。下地基板のチップ配列の中央右上に位置するチップ
を基準チップとして、これら５個のマークの信号検出を
ｘ方向で行い最適マークの選択を行った。その結果得ら
れた例として、相対位置ずれとマークの関係を図１２
（ａ）に示す。エラーバーは、ウェハ５枚を計測した際
の３σ値である。本例の場合には、相対位置ずれが最小
になる条件は、マーク５のピッチＰ／５のマークとなる
が、ばらつきを考慮すると必ずしもマーク５が最適であ
るとは断定できないことが分かった。そこで、マークの
最適化を行う上で、相対位置ずれの他に、取得した信号
情報からＳ／Ｎ比を同時に比較することを行った。

【０１１６】Ｓ／Ｎ比とマークの関係をマーク１のＳ／
Ｎ比を規格化した値としてプロットした結果を図１２
（ｂ）に示す。この関係から、マーク１から４について
は、Ｓ／Ｎ比は、マーク４の場合でも２０％程度の低下
であるが、マーク５では７０％程度低下していることが
分かり、マーク４に変極点がみられる。従って、相対位
置ずれとＳ／Ｎ比の比較結果を合せて、Ｐ／４ピッチの
マーク４を最適マークとした。

【０１１７】なお、一般的に、回折光の振幅強度は、回
折次数が高次になるほど指数的に低下するために、Ｓ／
Ｎ比もこれに応じて低下する恐れがあり、回折次数の高
いマークを用いて精度の良い検出をすることは困難であ
る場合が多い。これに対してヘテロダイン方式では、周
波数領域での計測と位相検波を行うので、このような影
響が顕在化しにくく４次回折光であっても、十分なＳ／
Ｎが得られていると考えられる。マーク５では更に高次
の微弱な回折光となるために、Ｓ／Ｎ比が低下し位置ず
れのばらつきも比較的大きくなっていると推定される。

【０１１８】次にこの最適条件を採用して、ＥＧＡアラ
イメントを行い重ね合せ精度を評価した。ここでは、基
準チップのｘ方向のマーク計測結果からマーク４を最適
マークとして採用し、ｙ方向のマークとしても同じマー
ク４を採用して、ＥＧＡの参照ショットの位置計測を行
った。

【０１１９】ＥＧＡの参照ショットは、図１１（ｂ）に
示した周辺部の８ショットとした。この８ショットの
ｘ，ｙ方向の位置データから、設計座標を基準として、
位置誤差が最小になるように、シフト，スケーリング，
直交度，回転誤差の補正係数を最小二乗フィッティング
で算出し、全配列チップに対して誤差配分を行いチップ
毎の座標位置を補正しつつレーザ測長機で位置決め制御
しながら、逐次ステージを移動してアライメント露光を
実施した。次に、露光後の現像処理によりレジストパタ
ーンを形成し、下地基板のパターン（前工程で加工され
たパターン）との相対位置ずれを、重ね合わせ計測装置
で検査した。

【０１２０】また、比較のために、マーク１を用いてＥ
ＧＡ計測した結果からアライメント露光した場合、同様
にマーク２を用いた場合についても評価した。図１３
に、これらの検査から得られた重ね合せエラーベクトル
をウェハイメージで示す。（ａ）はマーク１、（ｂ）は
マーク２、（ｃ）はマーク４の場合である。この図から
分かるように、先に採用したマーク４の結果の精度が良
く、最適条件としての正当性が確認された。

【０１２１】また、本例のように、最適マークの条件を
決定する際に、単に１つの位置検出情報だけでなく、複
数の情報の組み合わせで判定することも可能であり、よ
り的確な最適マークを抽出する必要がある場合に効果が
あるために、より精度の高いアライメントを実現しやす
く、歩留まり向上が期待できる。

【０１２２】（第２の実施形態）位置検出法に前記図５
の画像処理方式を使用し、本発明のアライメント方法の
手法を光露光装置に適用した実施形態を、図１４〜図１
８を用いて説明する。ここでは、位置検出用マークの寸
法を条件としてマークの最適化を行い、グローバルアラ
イメントを行った例を示す。

【０１２３】図１４に、本例で使用した露光装置の概略
構成図を示す。光マスク９４は、マスクステージ９３に
保持され、被露光基板９５はウェハステージ９７により
保持され、被露光基板の表面高さが所望の値になるよう
に調整されている。光マスク９４は、通常のＣｒレチク
ルである。露光光は、エキシマレーザ発生装置９８から
発生した波長２４８ｎｍのエキシマ光であり、所定の雰
囲気制御された光路（不示図）を経て光マスク９４へ導
かれ、光マスク９４を照明した後、縮小投影レンズ群９
９を経て被露光基板９５に照射される。

【０１２４】被露光基板９５には、感光性レジストと反
射防止膜（不示図）がそれぞれ所定の値で塗布され、ま
た基板９５上には前ウェハプロセス工程により予め形成
された回路パターンを有したチップが複数配列されてお
り、各チップに所定の位置検出用マークが複数個形成さ
れている。被露光基板９５の位置検出用マーク９６は、
これら各チップに形成されたマークの一部を図示したも
のであり、各チップの位置を検出するためのものであ
る。

【０１２５】一方、光マスク９４は、レーザ測長器１０
３によりそのステージ位置座標が常時モニタされ、一定
の位置に保持されるようにマスクステージ駆動制御装置
１０２でサーボ制御されている。同様に、被露光基板９
５も、レーザ測長器１０５によりそのステージ位置座標
が常時モニタされ、ステージ移動は、ウェハステージ駆
動制御装置１０４により駆動，位置決めされる。被露光
基板９５上の位置検出用マーク９６は、図１４に示した
画像処理位置検出系１００からの検出照明光で照明さ
れ、また画像処理位置検出系１００内の２次元ＣＣＤイ
メージセンサの検出器において結像画像が検出される。

【０１２６】次に、検出された画像データは信号演算処
理系１０１に入力され、この信号演算処理系１０１にお
いて画像処理演算されマークの位置が算出される。信号
演算処理系１０１では、最適なマークを判定するための
演算処理を行い、本例では、検出したマークの相対位置
ずれ，信号強度，Ｓ／Ｎ，信号波形を比較処理する機能
を有し、中央制御系（不示図）と接続している。

【０１２７】また、信号演算処理系１０１は、マスクス
テージ駆動制御装置１０２とウェハステージ駆動制御装
置１０４との信号伝達を行い、ステージ駆動制御の際に
指令を出すと共に、レーザ測長器１０３，１０５により
モニタされるステージ位置座標情報を共有する。従っ
て、マーク検出位置と、レーザ測長器１０３，１０５よ
りモニタされたマスクステージ９３，ウェハステージ９
７の各位置情報と、を基にした演算処理が可能である。
算出された被露光基板のチップのマーク位置情報を基
に、マスクと被露光基板上に形成された各チップの位置
が、逐次アライメントされて、マスク上の回路パターン
が、各チップに全工程で形成された回路パターンに所定
の位置精度で露光されることになる。

【０１２８】被露光基板９５には、層間膜をＣＭＰした
基板を使用した。マークの断面構造は、図７（ｃ）と同
等で、上層にレジストが塗布されている。使用したチッ
プ内のマークは、ｘ，ｙ方向にそれぞれ４個とし、マー
クは６μｍのＬ＆Ｓパターンを標準条件とした。ここで
は、Ｌ＆Ｓパターンの線幅方向を分割して、その分割の
仕方で４種類のマークを形成した。

【０１２９】図１５に、マークの一部を拡大して観察し
たＳＥＭ像を示す。マークＡは、分割を３μｍ間隔で行
い、マークＢは１.８μｍ、マークＣは１.２μｍ、マー
クＤは０.７μｍで分割したものである。また、ＥＧＡ
参照チップは、図１６に示す４チップとして設定した。
なお、ここで使用した基板は、外周方向に向かってＣＭ
Ｐむらが若干大きくなっている特性を有していた。

【０１３０】図１７に、ＥＧＡ参照チップ４箇所の、各
４種類のマークの相対位置ずれの計測結果を示す。この
結果から、参照チップのとではマークＢ、とで
はマークＣが最適マークと予測される。そこで、次のス
テップとして、これらのマークの計測データを使用して
配列座標を算出し、アライメント誤差が最小になるよう
にＥＧＡアライメントを行った。その際、参照チップの
位置計測データに全てマークＢを用いた場合、マークＣ
を用いた場合についても、比較のために露光を行い、重
ね精度を評価した。その結果を、図１８に示す。（ａ）
はマークＢのみ、（ｂ）はマークＣのみ、（ｃ）はマー
クＢとＣを用いた場合である。

【０１３１】この図から、最適化による有効性が確認さ
れた。特に、ＥＧＡの参照チップ毎に最適と予測される
マークを用いて計測された位置ずれデータを基に、ＥＧ
Ａアライメントを行っているので、プロセス変動がウェ
ハ面内でみられる場合でも、高い重ね合せ精度が達成で
きた。

【０１３２】（第３の実施形態）上述した２つの実施形
態では、被露光基板のチップ配列の中でＥＧＡ参照ショ
ットを予め決めて、一つの位置検出機構について最適な
マークを選択してグローバルアライメントを行った場合
を説明した。ここでは、本発明の別の実施形態として、
複数の位置検出機構に対して、それぞれ複数のマークを
用意し、検出手段とマークの組み合わせの中で最適化を
行い、グローバルアライメントを行う方法について記述
する。

【０１３３】またここでは、位置検出機構に図２（ｂ）
のレーザスキャン方式と図４（ａ）のヘテロダイン方式
と図５の画像処理方式による検出手段を搭載した光露光
装置に適用した実施形態を示す。さらに、本発明を用い
ることにより、ＥＧＡ参照ショットをチップ配列の中か
ら最適に選択する方法についても説明を行う。この参照
ショットの設定方法を用いることによって、対象とする
被露光基板に、より最適な参照ショットの設定が可能に
なり、任意性が排除されるためにグローバルアライメン
トの精度向上が実現される。

【０１３４】図１９に、本例で使用した露光装置の概略
構成図を示す。図１４に示した構成と主要部は同様であ
り、図５に示した画像処理方式による位置検出系１００
の他に、図２（ｂ）のレーザスキャン方式の位置検出系
１０６と図４（ａ）のヘテロダイン方式の検出検出系１
０７が搭載される。被露光基板９５上には、前ウェハプ
ロセス工程により予め形成された回路パターンを有した
チップが複数配列されており、各チップには、位置検出
系１００，１０６，１０７に対応した所定の位置検出用
マークが複数個形成されている。図１９に示した位置検
出用マーク９６，１０８，１０９は、これら各チップに
形成されたマークの一部であり、それぞれの検出系との
組合わせから各チップの位置を検出するために使用され
る。

【０１３５】位置検出系１００，１０６，１０７から検
出照明光で照明され、各位置検出系内の検出器において
検出された位置信号は、信号演算処理系１０１において
画像処理演算されマークの位置が算出される。信号演算
処理系１０１では、各位置検出系に応じて最適なマーク
を判定するための演算処理を行う機能を有している。

【０１３６】被露光基板９５には、素子分離工程を経て
ゲート電極の回路パターンを転写するための基板を使用
した。使用したマークについて、図２０（ａ）に断面構
造を示し、図２０（ｂ）に上面の模式図を示す。この図
に示すように、使用したマークは、各検出系に対してそ
れぞれ４種類とし、標準的な寸法のマークと分割したマ
ークでトーンの異なるものを採用した。図にはｘ方向の
位置を検出するためのマークを示してあるが、以下の説
明では、図中に示した記号を用いてそれぞれのマーク種
類を指定して記述することにする。

【０１３７】例えば、図２０（ｂ）中のＭＡ１は、検出
系１００用の凹マークを示す。また、ＭＡ１（ＭＡ２）
は、設計寸法６μｍのＬ＆Ｓパターンであり、ＭＡ３
（ＭＡ４）は、６μｍのＬ＆Ｓをライン方向と垂直なる
方向に３μｍ間隔でハッチングを入れて、３μｍ□の凹
或いは凸のドット形状を有するものである。ＭＢ１（Ｍ
Ｂ２）は、図７（ｂ）（ｃ）に示したマークと同じ寸法
を有し、６μｍ幅の３本のラインマーク（１０μｍ、５
μｍの間隔で並べたマーク）であり、ＭＢ３（ＭＢ４）
は、計測方向に平行な方向に３μｍ間隔で分割したもの
である。また、ＭＣ１（ＭＣ２）は、４μｍのＬ＆Ｓで
あり、ＭＣ３（ＭＣ４）は、計測方向に平行な方向に３
μｍ間隔で分割したものである。

【０１３８】これらのマークを、各チップ内にｘ方向と
ｙ方向にそれぞれ複数箇所に配置してある。このチップ
内の配置レイアウトを図２１に示す。なお、ここではｘ
方向の位置を検出するためのマークをチップの右上方に
縦に配置し、Ｌ＆Ｓの方向も縦にして計測方向は横
（ｘ）としている。同様に、ｙ方向の計測マークは左下
方に横に並べて、マークのＬ＆Ｓも横に配置してある。
もう少し、説明を加えると、同一検出系で使用するマー
クについては、そのマークのＬ＆Ｓなる周期が凹凸を除
いて一致するように形成しておき、例えばｘ方向の検出
マークであれば、各マークの示すｘ座標位置は設計上で
一致しているようにするためである。Ｙマークであれ
ば、マークのｙ座標は全てのマークで一致するようにし
てある。

【０１３９】このような配置にしておくことにより、マ
ーク間で相対位置誤差を比較する場合には、ウェハステ
ージを長距離移動することなく、またベースラインが極
端に変化することがないので、マークを加工する際の描
画や転写精度と局所的なステージのうねり誤差程度と見
積られる最小限の誤差で、位置を検出することが可能に
なる。

【０１４０】初めに、ＥＧＡ参照ショットをチップ配列
の中から最適に選択する方法について説明を行う。図２
２（ａ）に示すような下地基板におけるチップ配列につ
いて、図２２（ｂ）に、ＥＧＡ参照ショットとして候補
となる周辺部の１２個のチップをから(12)で表示して
ある。これら全１２チップについて、上述した３つの位
置検出系を用いて、検出系に対応した位置検出用マーク
全て（ＭＡ１−ＭＣ４）の位置を検出し、信号演算処理
系により相対位置ずれを算出した。この算出結果を同図
のグラフに示す。

【０１４１】このグラフは、各チップ番号に対するＭＡ
１からＭＣ４のマークの相対位置ずれであり、各チップ
において最小の位置ずれを示すマークの種類と最小の位
置ずれを示すチップの番号が判別可能である。ここで
は、演算処理系において、相対位置ずれが所定以下とな
るマーク種類とチップ箇所を、最適なＥＧＡ参照ショッ
トとして選択するように処理条件を付加することによ
り、判定を実施した。またＥＧＡ参照ショットの数は、
上位５チップとしてある。

【０１４２】本結果においては、参照ショットとして候
補となる１２個のチップの内、チップ番号，，，
，(11)が、ＥＧＡ参照ショットとして採用されること
と判定された。なお、ここでは、１２チップを対象に参
照ショットの選択を行ったが、全チップについて計測を
行った結果から判定することも可能である。

【０１４３】次に、このようにして設定されたＥＧＡ参
照ショットとマークの条件が、実際に最適な位置合わせ
精度を示すか、この条件を用いてアライメント露光を実
施し評価した。検査は、第１及び第２の実施形態と同様
にレジストパターンを形成し、下地基板のパターンとの
相対位置ずれを重ね合わせ計測装置で計測することで行
った。比較のために、同一のＥＧＡ参照ショットの条件
で他のマークを採用してアライメント露光した場合につ
いても評価した。図２３にその結果を示す。この図のグ
ラフでは、検査結果から線形成分を差し引き、非線型成
分の位置誤差としてのこる残留誤差成分を、各マークに
ついて比較したものである。先に採用したＭＡ３マーク
の残留誤差が最小であり、最適条件であることが確認で
きる。

【０１４４】本例のように、複数の位置検出機構とマー
クの組合わせの観点で最適化が可能であり、更にＥＧＡ
参照ショットの最適化も定量的及び効率的に実現でき
る。従って、ウェハプロセスや露光装置により的確な条
件で、より精度の高いアライメントが実現される。

【０１４５】なお、本発明は上述した各実施形態で示し
た内容に限定されるものではない。実施形態では半導体
レーザを光源に使用したが、この代わりにガスレーザを
用いることもできる。ヘテロダイン方式においては、ゼ
ーマンレーザの使用も可能である。また、最適マークの
条件を求めるには、第２の実施形態にあるように、相対
位置ずれだけでなく、位置検出信号に係わる波形信号や
Ｓ／Ｎ比、信号強度等の計測された情報を基に最適化で
き、更に複数の情報の組み合わせで最適化を行っても良
い。

【０１４６】位置検出機構についても、実施形態に限定
されるものではなく、暗視野画像処置方法、位相差顕微
鏡を原理とした方法、フレネルゾーンプレートを活用し
た方式等、その他の検出手段を運用する際においても本
発明を適用して、これを実現することが可能である。対
象とする検出マークについても、実施形態に限定される
ものではなく、例えばピッチが一定で寸法が変化してい
るようなマークでも使用できる。

【０１４７】また、実施形態では、マーク領域を均等に
分割したものを使用したが、マーク領域を部分的に分割
したものを用いても良く、分割された微少図形は必ずし
も矩形形状である必要はなく、斜め線が含まれていても
本発明を適用できる。また、実施形態では、露光対象と
する工程の直前のプロセス工程で形成された位置検出用
マークを使用したが、それよりも以前に形成された各レ
イヤに属するマークを用いることも可能である。

【０１４８】位置検出用マークをチップ内に配置する仕
方も、座標や方向についても、特に限定されるものでな
く、チップ内に配置するマークの数についても、一般的
な露光装置の仕様や、対象とする回路パターンや周辺パ
ターンとの関係から設定されるものである。チップ内
に、同一デザインのマークを複数、随所に配置して、そ
の配置位置の異なるマークの中から最適なマークを選択
することも可能である。

【０１４９】一方、本発明は、好適な例としてＸ線露光
装置，光露光装置等、いわゆるステッパに適用したが、
当然のごとく適用装置が限定されるものではなく、ＥＢ
描画装置、ＥＢやイオンなどの荷電粒子を用いて投影転
写するタイプの露光装置においてもアライメントを行う
際には適用できる。さらに、転写位置検出結果から最適
なマークを選択する方法は、電子線を利用したマーク検
出や、重ね合わせ検査装置におけるマーク検出の最適化
においても有効に適用できる。

【０１５０】また、通常、製造ラインにおける露光工程
では、プロセス基板を処理する際にはロット単位で行わ
れ、ロットの先行或いは途中でウェハを抜取り、更にロ
ット間においても、同様に抜取りウェハで、露光条件の
設定確認や修正が行われるが、本発明の適用形態は、こ
のような先行や抜取りウェハでの露光条件出しや確認に
おいて適用することは勿論、全数に適用することも可能
である。先行ウェハや抜取りウェハで最適マークや検出
手段、ＥＧＡ参照チップのアライメント条件を設定した
後には、この条件を用いて、以降のウェハを処理しアラ
イメントすることが可能であり、この場合にはスループ
ットの点で有利となる。改めて、最適条件を設定するた
めに必要なＮ個のマーク計測等のステップを実施しなく
ても、本発明を適用可能であることは勿論である。

【０１５１】その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々変形して実施することができる。

【０１５２】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、ウ
ェハプロセスの影響を受け難い位置検出用マークを、使
用する露光装置の位置検出機構に応じて最適に選択する
ために、プロセスや装置起因のアライメント誤差を最小
限にでき、高いアライメント精度が得られる。特に、グ
ローバルアライメントにおける参照チップ間でプロセス
の影響が顕著な場合に効果があり、更に露光シーケンス
の一つのステップとしてグローバルアライメント条件の
最適化を行うことにより、定量的及び効率的な運用が実
現でき、且つ高いアライメント精度を達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるアライメント方法を説明するため
のフローチャート。

【図２】本発明をスキャン方式の位置計測方法に適用し
た例を説明するための概略構成図。

【図３】本発明を2光束干渉法の位置計測としてホモダ
イン方式に適用した例を説明するための概略構成図。

【図４】本発明を２光束干渉法の位置計測としてヘテロ
ダイン方式に適用した例を説明するための概略構成図。

【図５】本発明を画像処理方式の位置計測方法に適用し
た例を説明するための概略構成図。

【図６】本発明による信号処理における最適マークの選
択方法を説明するための図。

【図７】本発明による信号処理における最適マークの選
択方法を説明するための実測結果の例を示す図。

【図８】本発明による信号処理における最適マークの選
択において計測手法を説明するためのフローチャート。

【図９】本発明による信号処理における最適マークの選
択において計測手法を説明するための実測結果の例を示
す図。

【図１０】第１の実施形態に係わる露光装置を示す概略
構成図。

【図１１】第１の実施形態で使用したマーク配置，チッ
プ配列，マーク種類，マーク断面を示す図。

【図１２】第１の実施形態における相対位置ずれとマー
クとの関係を示す図。

【図１３】第１の実施形態における重ね合わせエラーベ
クトルをウェハイメージで示す図。

【図１４】第２の実施形態に係わる露光装置を示す概略
構成図。

【図１５】第２の実施形態で使用したマーク種類を示す
図。

【図１６】第２の実施形態におけるマーク配置の例を示
す図。

【図１７】第２の実施形態におけるＥＧＡ参照チップ４
箇所の各４種類のマークの相対位置ずれの計測結果を示
す図。

【図１８】第２の実施形態における重ね合わせエラーベ
クトルをウェハイメージで示す図。

【図１９】第３の実施形態に係わる露光装置を示す概略
構成図。

【図２０】第３の実施形態に用いたマークの断面構造と
平面配置を示す図。

【図２１】第３の実施形態におけるチップ内のマーク配
置レイアウトを示す図。

【図２２】第３の実施形態におけるＥＧＡ参照ショット
の評価を示す図。

【図２３】図２２と同一のＥＧＡ参照ショットの条件で
他のマークを採用してアライメント露光した場合の評価
を示す図。

【符号の説明】

１，１３，２６，４０…半導体レーザ ２，１４，２７，４１…コリメータレンズ ３，５，１６，１７，１８，２９，３０…ミラー ３８，４３，５０，５２，５３，５４…ミラー ４…振動ミラー ６，１９，３１，５６，７０…検出器 ７，２０，３２，５７，７１，８７，１０１…信号演算
処理系 ８，２１，３３，５８，７２，８８，１０４…ウェハス
テージ駆動制御装置 ９，２２，３４，５９，７３，８９，１０３…レーザ測
長器 １０５…レーザ測長器 １０，２３，３５，６０，７４，９７…ウェハステージ １１，２４，３６，６１，７５，９１，９５…被露光基
板 １２，２５，３７，６２，７６，９２，９６…位置検出
用マーク １０８，１０９… 位置検出用マーク １５，２８…ビームスプリッタ ３９，５１，５５，６５，６７，６９…レンズ（又はレ
ンズ群） ４２，４７，４８…ハーフミラー ４４，４５…ＡＯＭ ４６…ＡＯＭ駆動器 ４９…参照ビート信号発生器 ６３…白色光源 ６４…開口絞り ６６，６８…プリズム ８０…Ｘ線マスク ８１…Ｘ線マスク位置検出用マーク ８２…マスクステージ ８３，１０２…マスクステージ駆動制御装置 ８４…Ｘ線発生装置 ８５…位置検出照明光学系 ８６…位置検出受光光学系 ９３…マスクステージ ９４…光マスク ９８…エキシマレーザ発生装置 ９９…縮小投影レンズ群 １００，１０６，１０７…位置検出系

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA03 AA06 AA17 AA20 BB28 BB29 CC20 DD00 EE00 FF48 FF52 FF61 GG04 GG06 GG13 HH03 HH12 HH13 JJ03 JJ09 JJ26 LL00 LL04 LL12 LL13 LL22 LL30 LL42 LL46 LL57 LL62 MM03 MM16 NN08 NN20 PP12 QQ25 QQ28 QQ29 QQ41 5F046 DB05 DB10 EB06 FC04 FC06

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被露光基板上に配列された複数のチップに
   対して露光装置でアライメントを行うためのアライメン
   ト方法であって、 同一チップ内にＮ個の位置検出用マークを形成してお
   き、露光装置に搭載された位置検出機構を用いて、複数
   のチップ配列の中から基準となるチップ内のＮ個のマー
   クに対する位置検出信号を計測するステップと、計測さ
   れたＮ個の位置検出信号から最適なマークを選択するス
   テップと、選択された最適マークを用いて基板面内の所
   定数の参照チップの配列座標位置を計測するステップ
   と、計測された配列座標位置と該参照チップの設計上の
   配列座標位置との位置誤差が最小になるように誤差配分
   して、全チップに対する配列座標位置を補正算出するス
   テップと、補正算出された配列座標位置に基づき全チッ
   プに対するアライメントを行うステップとを含むことを
   特徴とするアライメント方法。
2. 【請求項２】被露光基板上に配列された複数のチップに
   対して露光装置でアライメントを行うためのアライメン
   ト方法であって、 同一チップ内に位置検出用マークを形成しておき、露光
   装置に搭載されたＭ個の位置検出機構を用いて、複数の
   チップ配列の中から基準となるチップ内のマークに対す
   る位置検出信号を計測するステップと、計測されたＭ個
   の位置検出信号からマークを検出するのに最適な位置検
   出機構を選択するステップと、選択された最適な位置検
   出機構を用いて基板面内の所定数の参照チップの配列座
   標位置を計測するステップと、計測された配列座標位置
   と該参照チップの設計上の配列座標位置との位置誤差が
   最小になるように誤差配分して、全チップに対する配列
   座標位置を補正算出するステップと、補正算出された配
   列座標位置に基づき全チップに対するアライメントを行
   うステップとを含むことを特徴とするアライメント方
   法。
3. 【請求項３】被露光基板上に配列された複数のチップに
   対して露光装置でアライメントを行うためのアライメン
   ト方法であって、 同一チップ内にＮ個の位置検出用マークを形成してお
   き、露光装置に搭載されたＭ個の位置検出機構を用い
   て、複数のチップ配列の中から基準となるチップ内のＮ
   個のマークに対する位置検出信号を計測するステップ
   と、計測されたＭ×Ｎ個の位置検出信号からマークと位
   置検出機構の最適な組合せを選択するステップと、選択
   された最適なマークと位置検出機構を用いて基板面内の
   所定数の参照チップの配列座標位置を計測するステップ
   と、計測された配列座標位置と該参照チップの設計上の
   配列座標位置との位置誤差が最小になるように誤差配分
   して、全チップに対する配列座標位置を補正算出するス
   テップと、補正算出された配列座標位置に基づき全チッ
   プに対するアライメントを行うステップとを含むことを
   特徴とするアライメント方法。
4. 【請求項４】前記参照チップの全てについて各々Ｎ個の
   マーク検出を行い、全ての参照チップに共通した最適な
   マークを選択して、これらの最適マークの位置情報を基
   に配列座標位置を補正算出することを特徴とする請求項
   １又は３に記載のアライメント方法。
5. 【請求項５】前記参照チップの全てについて各々Ｎ個の
   マーク検出を行い、各々の参照チップ毎に最適なマーク
   を個別に選択して、これらの最適マークの位置情報を基
   に配列座標位置を補正算出することを特徴とする請求項
   １又は３に記載のアライメント方法。
6. 【請求項６】前記基準チップ或いは参照チップ内のＮ個
   のマークについて、相対位置ずれ，信号波形，信号強
   度，位相，Ｓ／Ｎ比の少なくとも一つの情報を比較する
   ことにより、最適なマークを選択するための演算処理を
   行うことを特徴とする請求項１又は３に記載のアライメ
   ント方法。
7. 【請求項７】前記基準チップ或いは参照チップ内のＮ個
   のマークについて、前記計測されたＮ個の位置検出信号
   と、前記被露光基板以外に形成された基準マークを用い
   て計測された基準位置信号とを比較することによって、
   Ｎ個のマークから最適なマークを選択することを特徴と
   する請求項１又は３に記載のアライメント方法。