JP2003086484A - 位置合わせ方法、ベースライン計測方法、および位置合わせ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 露光時のステージの位置ずれの影響を排除で
き、より正確に重ね合わせを行うことが可能な位置合わ
せ方法、ベースライン計測方法、および位置合わせ装置
を提供する。 【解決手段】 露光時の目標値に対するステージのずれ
量を計測するオフアクシススコープ１２１等と、露光時
のステージの目標値に対するずれ量を記憶し、アライメ
ントに使用するアライメントマークが露光された工程を
特定し、アライメントマーク計測時にアライメントマー
ク露光時の前記記憶したステージのずれ量を計測位置ま
たは計測量に反映させる制御ユニット１０６、コンソー
ル１０７等を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子や液晶
素子等のデバイスを製造するための装置および方法に関
し、特に位置合わせ方法、ベースライン計測方法、およ
び位置合わせ装置に関する。また、本発明は、半導体製
造装置、特にウエハ等の基板上に回路パターンを焼き付
ける半導体露光装置に好適に適用されるものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の露光装置では、アライメントマー
クを計測するとき、計測値とその時の目標値からのステ
ージの位置ずれを使ってアライメントし、露光してい
る。このように位置合わせしても、実際の露光では、色
々な要因により本体の変形等の影響で誤差が出てしま
う。そこで、アライメントマーク計測用スコープや投影
レンズの位置を計測するなどして、位置の補正をして、
誤差を除く方法が試みられ、また誤差自体を小さくする
方法も試みられてきた。これからも、この誤差を少なく
して行くと考えられる。

【０００３】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
記従来例では、露光時のステージ自体の振動による位置
ずれは除くことができない。将来、さらに微細化が進
み、上記誤差が取り除かれた時、露光時のステージ自体
の位置ずれが次工程のアライメント等に影響してくるよ
うになると考えられる。

【０００４】本発明は、上記問題に鑑みてなされたもの
であり、露光時のステージの位置ずれの影響を排除で
き、より正確に重ね合わせを行うことが可能な位置合わ
せ方法、ベースライン計測方法、および位置合わせ装置
を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するために、本発明の位置合わせ方法は、露光時の目
標値に対するステージのずれ量を計測するステップと、
露光時のステージの目標値に対するずれ量を記憶するス
テップと、アライメントに使用するアライメントマーク
が露光された工程を特定するステップと、アライメント
マーク計測時にアライメントマーク露光時の前記記憶し
たステージのずれ量を計測位置または計測量に反映させ
るステップと、を有することを特徴とする。

【０００６】また、上記目的を達成するために、本発明
のベースライン計測方法は、投影レンズの露光位置とパ
ターンマークを計測する顕微鏡計測位置の位置関係を計
測し算出するベースライン計測方法において、マークパ
ターン露光時の目標値に対するステージのずれ量を計測
するステップと、マークパターン計測時に前記マークパ
ターン露光時のステージのずれ量を計測位置または計測
量に反映させるステップと、を有することを特徴とす
る。

【０００７】さらに、上記目的を達成するために、本発
明の位置合わせ装置は、露光時の目標値に対するステー
ジのずれ量を計測する手段と、露光時のステージの目標
値に対するずれ量を記憶する手段と、アライメントに使
用するアライメントマークが露光された工程を特定する
手段と、アライメントマーク計測時にアライメントマー
ク露光時の前記記憶したステージのずれ量を計測位置ま
たは計測量に反映させる手段と、を有することを特徴と
する。

【０００８】上記構成により、本発明の位置合わせ方
法、ベースライン計測方法、または位置合わせ装置は、
将来において１ショットの露光にかかる時間もステージ
の振動に比べて短くなることも考慮し、露光時のステー
ジの位置ずれによる次工程のアライメント等に与える影
響を少なくして、より正確な重ね合わせが可能となる。
また、本発明の位置合わせ方法、ベースライン計測方
法、または位置合わせ装置を用いることにより、より微
細なパターンを露光することが可能な露光装置が提供で
きる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施の形態にお
ける位置合わせ方法は、前記露光時のステージの目標値
に対するずれ量を記憶するステップにより記憶したステ
ージのずれ量をショット露光位置に反映させるステップ
を有する。また、露光方法がスキャン式の場合は、ショ
ット内に複数のエリア単位に露光時の目標位置に対する
ステージのずれ量を記憶するステップと、アライメント
マーク計測時にアライメントマーク露光時の前記記憶し
たステージのずれ量を計測位置または計測量に反映させ
るステップとを有する。

【００１０】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。図１は、本発明の一実施例に係るステップ・アンド
・リピートタイプの半導体製造用露光装置、所謂ステッ
パの外観を示す斜視図である。図１において、１０１は
半導体素子製造用のパターン（ＰＴ）１０２が形成され
ているレチクル（ＲＴ）、１０３はレチクル（ＲＴ）１
０１上のパターン（ＰＴ）１０２をＸＹθステージ（Ｘ
ＹＳ）１０４上のウエハ（Ｗ）１０５に縮小投影する投
影レンズ（ＬＮ）、１０６はステッパ全体を制御する制
御ユニット（ＣＵ）、１０７は位置合わせデータや露光
データ等の必要な情報を制御ユニット１０６に入力した
り、内蔵されたハードディスク等の記憶装置に記憶して
おくためのコンソール（ＣＳ）である。なお、制御ユニ
ット１０６には、複数のコンピュータ、メモリ、画像処
理装置、およびＸＹθステージ制御装置等が設けられて
いる。

【００１１】レチクル１０１は、制御ユニット１０６か
らの指令にしたがいＸ，Ｙ，θ方向に移動するレチクル
ステージ（ＲＳ）１０８に吸着保持される。レチクル１
０１は、レチクル１０１を投影レンズ１０３に対して所
定の位置関係にアライメントする際に使用されるレチク
ルアライメントマーク（ＲＡＭＲ，ＲＡＭＬ）１０９
Ｒ，１０９Ｌと、フォトクロミックプレート（ＰＨＣ）
１１０に転写するためのレチクルマーク（ＲＭＲ，ＲＭ
Ｌ）１１１Ｒ，１１１Ｌを有している。本実施例では、
レチクルマーク１１１Ｒ，１１１Ｌは、レチクル１０１
上で同一のＹ座標位置に配置されている。

【００１２】レチクルセットマーク（ＲＳＭＲ，ＲＳＭ
Ｌ）１１２Ｒ，１１２Ｌは、投影レンズ１０３に対して
所定の位置関係となるように、投影レンズ１０３の鏡筒
に固定された部材上に形成されている。投影レンズ１０
３に対するレチクル１０１のアライメントは、レチクル
アライメントマーク１０９Ｒとレチクルセットマーク１
１２Ｒの組と、レチクルアライメントマーク１０９Ｌと
レチクルセットマーク１１２Ｌの組をマーク観察ミラー
（ＡＭＲ，ＡＭＬ）１１３Ｒ，１１３Ｌを介して撮像装
置（ＣＭ）１１４で重ねて撮像し、この時の画像出力か
ら検出される両者の位置ずれ量が所定の許容値内となる
ようにレチクルステージ１０８を移動させて行なわれ
る。マーク観察ミラー１１３Ｒ，１１３Ｌは制御ユニッ
ト１０６からの指令によりＸＹ方向に移動可能である。

【００１３】１１５Ｘ，１１５ＹはＸＹθステージＸＹ
ＳをＸＹ方向に移動するモータ（ＭＸ，ＭＹ）、不図示
のＭθはＸＹθステージ１０４をθ方向に回転するモー
タ、１１６Ｘ，１１６ＹはＸＹθステージＸＹＳに固定
されているミラー（ＭＲＸ，ＭＲＹ）である。１１７
Ｘ，１１７Ｙ，１１７θはレーザ干渉計（ＩＦＸ，ＩＦ
Ｙ，ＩＦθ）であり、ＸＹθステージ１０４はレーザ干
渉計１１７Ｘ，１１７Ｙ，１１７θとミラー１１６Ｘ，
１１６ＹによってＸＹθ座標上の位置が常に監視される
とともに、モータ（ＭＸ，ＭＹ，Ｍθ）１１５Ｘ，１１
５Ｙによって制御ユニット１０６から指令された位置に
移動する。制御ユニット１０６は、移動終了後もレーザ
干渉計１１７Ｘ，１１７Ｙ，１１７θの出力に基づいて
ＸＹθステージ１０４を指定位置に保持する。

【００１４】１１８はＸＹθステージ１０４に対してＺ
方向に移動するウエハ保持用のウエハステージ（ＷＳ）
である。ウエハ１０５は、このウエハステージ１１８上
に吸着保持される。また、フォトクロミックプレート１
１０は、ＸＹθステージ１０４上、あるいはウエハステ
ージ１１８に固定された感光剤（例えばスピロピラン系
やスピロナフトオキサジン系のフォトクロミック材）を
塗付した平面板で、投影レンズ１０３の結像面の高さ近
傍にとり付けられている。

【００１５】上述の感光剤は、露光光源（ＩＬ）１１９
からの露光波長の光に対して透過率が一時的に変化し、
時間と共にまたもとの透過率に戻る。従って、レチクル
１０１上のマークを転写することができ、さらに一定時
間後には転写されたパターンが消え、再びマーク転写が
できるようになる。

【００１６】露光光源１１９は、レチクル１０１上のパ
ターン１０２を投影レンズ１０３を介してウエハステー
ジ１１８上のウエハ１０５に投影露光するための光源で
ある。また、マーク露光シャッタ（ＳＨＲ，ＳＨＬ）１
２０Ｒ，１２０Ｌを開くことにより、マーク観察ミラー
（ＡＭＲ，ＡＭＬ）１１３Ｒ，１１３Ｌと投影レンズ１
０３を介してフォトクロミックプレート１１０にレチク
ルマーク１１１Ｒ，１１１Ｌを投影露光する際の光源と
しても使用される。

【００１７】オフアクシススコープ（ＯＳ）１２１は、
投影レンズ１０３とほぼ等しいΖ位置に焦点面を持つマ
ーク観察用の顕微鏡である。この顕微鏡（ＯＳ）１２１
で、ウエハステージ１１８上のウエハ１０５やフォトク
ロミックプレート１１０上に転写されたマークの画像を
撮像し、この時の画像出力から撮像されたマークがオフ
アクシススコープ１２１の中心からＸＹ方向にどれだけ
ずれているかを制御ユニット１０６により計算すること
ができる。これをベースライン計測と呼ぶ。また、この
オフアクシススコープ１２１は倍率を変えることがで
き、後に説明するプリアライメントマーク計測時には低
倍率に切替えて、広い範囲の視野でマークを検知するこ
とができる。

【００１８】図２は、図１のＸＹθステージＸＹＳを説
明する図であり、ステージを上方向（Ｚ方向）から見た
平面図である。ＸＹθステージＸＹＳのＸＹ方向の位置
は干渉計ＩＦＸ，ＩＦＹによって計測される長さＬｘ，
Ｌｙによって制御される。θ方向の位置は干渉計ＩＦ
Ｙ，ＩＦθによって計測される長さＬｙとＬθの差分
と、干渉計ＩＦＹ，ＩＦθのレーザビーム間の距離ｄか
ら、下記の数式１として計算され、制御される。

【００１９】

【数１】

【００２０】数式１において、θはレチクルセットマー
クＲＳＭＲ，ＲＳＭＬを結ぶ線によって決められる装置
全体のＸ軸方向とＸＹθステージＸＹＳのＸ方向が一致
する場合に０となるよう予め補正されているものとす
る。この補正量の求め方は、特願平０４−３５１４８７
号に示されている。

【００２１】図３は、露光するショットを投影レンズＬ
Ｎ下の露光位置に持ってきた場合のＸＹθステージＸＹ
Ｓの振動を表したグラフである。同図において、３０１
は位置軸であり、ＰＯは目標位置であり、３０２は時間
軸であり、３０３はＸＹθステージＸＹＳの位置が時間
によって、どのような振舞をするかを示す波形である。
また、３０４は将来、露光時間がＸＹθステージＸＹＺ
の振動に対して、短くなって来た時に、このショットを
露光するのにかかる期間を示している。

【００２２】図３から分かるように、ＸＹθステージＸ
ＹＳを目標位置ＰＯに移動したとき、振動していてぴっ
たり目標位置で静止しているわけではない。

【００２３】図４は、図３の目標ショット露光位置４０
１に対して、ＸＹθステージＸＹＺの振動のために、実
際に露光されたショット位置４０２を示した図であり、
４０３は露光中に干渉計ＩＦＸ、ＩＦＹ、ＩＦθに測定
されたずれ量のうち、ＸＹずれ量を表し、４０４は回転
ずれ量を表す。そのときのｉ番目のショットのＸＹ方向
のずれ量はΔＸｉ、ΔＹｉであり、回転ずれ量はΔθｉ
である。

【００２４】図５は、本実施例に係る複数の同じ種類の
露光装置が工場に設置されていることを示すブロック図
ある。同図において、５０１は装置Ａ、５０２は装置
Ｂ、５０３は装置Ｃの露光装置であり、５０４はルータ
であり、５０５はＬＡＮの配線を、５０６は工程を管理
するコンピュータをそれぞれ示している。工程を管理す
るコンピュータ５０６は、ジョブパラメータ、装置の状
態、露光結果等色々な情報を保存管理している。その管
理情報中に、全てのウエハの全ての工程のショット単位
の露光時の位置ずれ量ΔＸｉ、ΔＹｉ、Δθｉがある。

【００２５】本実施例では、露光時の位置ずれ量のう
ち、ΔＸｉ、ΔＹｉはアライメントマーク計測位置を算
出するときに使い、Δθｉはアライメントマークを計測
して算出したチップローテーション量を補正するのに使
い、実際にショットが焼かれている位置からのずれ量を
ショット単位に算出している。そして、選ばれた複数シ
ョットに対して、このような計測をして、ウエハ全体の
ずれ量が算出される。この量は、同じ装置で重ね焼きす
る場合であるが、異なる装置で重ね焼きする場合でも、
同様に使用する。

【００２６】例えば、装置Ａ５０１でショット単位の露
光時の位置ずれ量ΔＸｉ、ΔＹｉ、Δθｉを工程を管理
するコンピュータ５０６に保存しながら露光したウエハ
Ｗを後の工程で、装置Ｂ５０２や装置Ｃ５０３が工程を
管理するコンピュータ５０６からショット単位の露光時
の位置ずれ量ΔＸｉ、ΔＹｉ、Δθｉを読み込んで、こ
のずれ量を使ってアライメントマーク計測位置を補正
し、アライメントマークを計測し、その計測ずれ量を補
正して、ウエハに焼かれているレイアウトにアライメン
トして、重ね焼きする。ルータ５０４は、露光装置５０
１、５０２、５０３と工程を管理するコンピュータ５０
６間の通信等、外部に関係のないパケットを出さないよ
うにすると共に、外部の目的の装置との通信ができるよ
うにしている。

【００２７】図６は、本実施例に係る露光装置における
既にパターンが形成されているウエハＷに新たなパター
ンを重ねて転写する手順を示すフローチャートであり、
以下にそのシーケンスを説明する。

【００２８】シーケンスを開始すると、先ずステップＳ
１０１において、レチクルＲＴをレチクルステージＲＳ
上に搬入し、吸着保持する。次に、ステップＳ１０２に
おいて、レチクルセットマークＲＳＭＲ，ＲＳＭＬとレ
チクルアライメントマークＲＡＭＲ，ＲＡＭＬとを使用
して、投影レンズＬＮに対するレチクルＲＴのアライメ
ントを行なう。即ち、レチクルアライメントマークＲＡ
ＭＲとレチクルセットマークＲＳＭＲの組と、レチクル
アライメントマークＲＡＭＬとレチクルセットマークＲ
ＳＭＬの組をそれぞれマーク観察ミラーＡＭＲ，ＡＭＬ
を介して撮像装置ＣＭで重ねて撮像し、この時の画像出
力から検出される両者の位置ずれ量が所定の許容値内と
なるように、レチクルステージＲＳを制御ユニットＣＵ
が移動させて両者のアライメントを行なう。

【００２９】アライメントが終了した時点で、所定の許
容値内におさまった両者の位置ずれ量の最終結果から、
レチクルＲＴのＸ軸方向と、装置全体のＸ軸方向との差
を求めることができ、その値を残差θｒとして記憶して
おく。また、同じ最終結果から、レチクルＲＴの中心の
位置を求めることができ、その値を下記の数式２のよう
にべクトルＲとして記憶しておく。但し、ベクトルＲ
は、実際のレチクルＲＴ中心の位置に投影レンズＬＮの
縮小倍率を乗算し、さらに倒立像の位置を表わすように
符号を反転したものである。

【００３０】

【数２】

【００３１】次に、ステップＳ１０３において、ウエハ
Ｗを不図示の搬送ハンド機構によってウエハステージＷ
Ｓ上に送り込み、ウエハステージＷＳ上に吸着固定す
る。

【００３２】ステップＳ１０４では、ウエハＷ上に既に
形成されているパターンのマークを使用してやや荒い精
度でウエハＷのプリアライメントを行なう。図７は、本
発明の一実施例に係るウエハ上のアライメントマークと
サンプルショットを説明する図である。即ち、図７に示
すように、ウエハＷ上の２箇所に形成されたプリアライ
メントマーク（ＷＡＭＬ，ＷＡＭＲ）７０１，７０２を
それぞれ順にオフアクシススコープＯＳの下に移動さ
せ、撮像された画像から検出されたマークの位置と、そ
の時のＸＹθステージＸＹＳの位置座標からそれぞれの
マークの位置を計測し、ウエハ全体のずれ量を計測す
る。ウエハのずれ量は、下記に示される数式３として、
ウエハ伸びや回転量を行列Ａで、ウエハシフト量をべク
トルＳで記憶しておく。

【００３３】

【数３】

【００３４】ここで、βｘ，βｙはウエハのＸおよびＹ
方向の伸び率を表わし、θｘ，θｙはウエハのＸおよび
Ｙ方向の回転方向のずれ量を表わし、Ｓｘ，ＳｙはＸお
よびＹ方向のシフトずれ量を表わす。これらは後のステ
ップで参照する。ここでは、θの値が十分小さいため、
ｓｉｎ（θ）≒θ，ｃｏｓ（θ）≒１と表現している。
以降の数式でも同様な近似を行なっている。

【００３５】但し、このステップＳ１０４での計測では
ウエハ上の２マークの計測しかしないため、ウエハの回
転方向のずれ量は、Ｘ方向とＹ方向を独立に求められな
いので、ウエハ全体の回転誤差θを、下記に示す数式４
として記憶しておく。

【００３６】

【数４】

【００３７】この計測では、オフアクシススコープＯＳ
の倍率を低倍率に切替え、広い範囲の視野でマークを検
知する。

【００３８】ステップＳ１０５では、今回使うアライメ
ントマークが露光された工程のそのショットを露光した
ときの位置ずれ量ΔＸｉ，ΔＹｉ，Δθｉを、工程を管
理するコンピュータ５０６（図５）から読み込む。

【００３９】ステップＳ１０６では、サンプルショット
毎にウエハＷ上のショット配列および、チップローテー
ションを計測する。ウエハ上に形成された各ショットパ
ターンには、図７に示すように、ショットの左右にアラ
イメントマーク（ＷＭＬ，ＷＭＲ）７０３，７０４があ
る。これらのマークのうち、サンプルショットとして予
め指定されたショットのアライメントマークを順々にオ
フアクシススコープＯＳの下に移動させ、撮像された画
像から検出されたマークの位置と、その時のＸＹθステ
ージＸＹＳの位置座標からそれぞれのマークの位置を計
測し、ウエハ全体のずれ量を計測する。なお、この時の
オフアクシススコープＯＳの倍率は、高倍率に切替えて
おいて、より精密な計測ができるようにしておく。

【００４０】ここで、予め指定されたサンプルショット
とは、例えば図７のＳＳ１〜ＳＳ８で示すような複数の
ショットである。ショット中心の位置を（Ｄｘ，Ｄ
ｙ）、ショット内のアライメントマーク位置を（ｍｘ，
ｍｙ）とし、これらのショットのアライメントマークの
ウエハ上の設計上の位置に、ステップＳ１０５で読み込
んだこのショットのＸＹずれ量ΔＸｉ，ΔＹｉを加算し
てウエハ上のアライメントマークの位置を下記に示す数
式５のベクトルＭで表す。

【００４１】

【数５】

【００４２】このようにアライメントマークが露光され
たときのそのショット特有のＸＹθステージＸＹＳのＸ
Ｙ方向の位置ずれを読み込み、設計上の位置に加算する
ことによって、実際に露光されたアライメントマークの
位置を表わすことができる。また、オフアクシススコー
プＯＳの位置を下記に示す数式６のベクトルＣで表す。

【００４３】

【数６】

【００４４】オフアクシススコープＯＳの位置を数式６
で示されるベクトルＣで表わした場合は、そのマークを
計測するためにＸＹθステージＸＹＳを移動する目標位
置は下記に示す数式７で表される。

【００４５】

【数７】

【００４６】このベクトルの位置Ｐに移動した場合、ア
ライメントマークは、オフアクシススコープＯＳで計測
可能位置に見える。そこで撮像された画像から検出され
たマークの位置と、その時のＸＹθステージＸＹＳの位
置座標から各マークの位置が得られる。

【００４７】ステップＳ１０７では、それまで計測した
ショットが補正パラメータ算出に必要な２ショット以上
かどうかを調べ、２ショット以上計測していれば（Ｙｅ
ｓの場合）、ステップＳ１０８に進み、そうでなければ
（Ｎｏの場合）、ステップＳ１０９に進む。

【００４８】ステップＳ１０８では、各マークの検出さ
れたずれ量とその計測位置を用いてウエハ全体のずれ量
βｘ，βｙ，θｘ，θｙ，Ｓｘ，Ｓｙの値を新たに求め
直す。これは、先にステップＳ１０４で求めた行列Ａと
ベクトルＳをさらに精密に求めたことになる。これによ
り、次回の計測では、アライメントマークはオフアクシ
ススコープＯＳのほぼ中央に見えることになる。

【００４９】また、ｉ番目のサンプルショットの左右の
アライメントマークの計測値の差と、左右マークの距離
と、ステップＳ１０５で読み込んだこのショットの回転
ずれ量Δθｉから、ｉ番目のチップローテーションの量
を下記の数式８として求める。

【００５０】

【数８】

【００５１】このように、アライメントマークが露光さ
れたときのＸＹθステージＸＹＳのθ方向の位置ずれを
読み込み、計測したチップローテーション量から差し引
くことによって、露光時のそのショット特有のチップロ
ーテーションの影響を取り除くことができる。さらに、
これまで計測したサンプルショットの平均のチップロー
テーション量を下記に示す数式９として算出する。

【００５２】

【数９】

【００５３】下記の数式１０に示すように、ウエハロー
テーション部分を取り除き、レチクルＲＴの回転残差分
θｒを加算して、θｃをチップローテーション量として
記憶しておく。

【００５４】

【数１０】 同様に、チップ倍率も下記に示す数式１１として求め
る。

【００５５】

【数１１】

【００５６】さらに、これまで計測したサンプルショッ
トの平均のチップ倍率を下記に示す数式１２で算出す
る。

【００５７】

【数１２】

【００５８】下記の数式１３に示すように、ウエハ倍率
（β＝（βｘ＋βｙ）／２）部分を取り除き、βｃをチ
ップ倍率として記憶する。

【００５９】

【数１３】

【００６０】また、マークのチップ内の位置（ｍｘ，ｍ
ｙ）は、設計上の位置（計測基準位置）を（ｍＸ，ｍ
Ｙ）とし、チップローテーション、チップ倍率を考慮す
ると、下記の数式１４で示される。

【００６１】

【数１４】

【００６２】チップローテーション、チップ倍率を考慮
したアライメントマークのウエハ上の位置は下記の数式
１５で示される。

【００６３】

【数１５】

【００６４】アライメントマークのウエハ上の位置（Ｍ
ｘ，Ｍｙ）は、実際には、ステップＳ１０８では計算式
（１）の代わりに計算式（５）を使って算出される。マ
ークを計測するために、ＸＹθステージＸＹＳを移動す
る目標位置の計算式（２）にも計算式（５）の結果が使
われる。

【００６５】次に、ステップＳ１０９では、計測したシ
ョットが最後のサンプルショットかどうかを調べ、最後
でなかった場合（Ｎｏの場合）はステップＳ１０６から
繰り返す。最後のショットの場合（Ｙｅｓの場合）は、
ステップＳ１０８で算出したウエハ全体のずれ量βｘ，
βｙ，θｘ，θｙ，Ｓｘ，Ｓｙとチップ倍率βｃ、チッ
プローテーション量θｃはサンプルショット全ショット
の計測値から算出された値であり、ステップＳ１１０，
Ｓ１１１で使う補正パラメータである。

【００６６】次のステップＳ１１０では、ＸＹθステー
ジＸＹＳを下記の数式１６で示されるθｗだけθ方向に
回転させ、ショット配列の向きをレチクルＲＴの向きに
合わせる。

【００６７】

【数１６】

【００６８】図８は、本発明の一実施例に係るチップロ
ーテーション補正を説明する図である。この場合、図８
（ａ）のように置かれたウエハは、図８（ｂ）のように
回転することになり、既にウエハＷ上に形成されたパタ
ーンにチップローテーションがないと仮定できる場合に
は、レチクル投影像（ＲＴＩ）８０１とショットの向き
が正確に一致したことになる。あるいは、ＸＹθステー
ジＸＹＳを、下記の数式１７で示されるθｗだけ回転さ
せ、各ショットの平均の向きをレチクルの向きに合わせ
ても良い。

【００６９】

【数１７】

【００７０】この場合、ウエハＷは、図８（ｃ）のよう
に回転することになり、既にウエハ上に形成されたパタ
ーンにチップローテーションがある場合でもレチクル投
影像（ＲＴＩ）８０１とショットの向きが正確に一致し
たことになる。

【００７１】次に、ステップＳ１１１〜Ｓ１１４におい
ては、ステップ・アンド・リピート方式でウエハＷ上に
レチクルＲＴ上の回路パターンを露光転写していく。即
ち、ステップＳ１１１では、予めコンソールＣＳで決め
られていたショット配列の情報からｉ番目のショットの
ウエハ上の位置座標Ｄｉｘ，Ｄｉｙを得て、ステップＳ
１０８，Ｓ１１０で計測および補正された行列Ａ、ベク
トルＳの値からＸＹθステージＸＹＳの移動目標べクト
ルＥｉを、下記の数式１８で求め、その数式１８で求め
られた位置にＸＹθステージＸＹＳを移動する。

【００７２】

【数１８】

【００７３】即ち、ＸＹθステージＸＹＳは、そのＸＹ
方向の位置がウエハＷ上のショット配列のθ方向（Ｚ軸
回り）の回転誤差に基づいて、設計上のショット配列を
補正演算した位置となるようにステップ・アンド・リピ
ート方式で移動することになる。

【００７４】ステップＳ１１２では、露光シャッタ（Ｓ
ＨＴ）１２２（図１）を開閉してレチクルＲＴ上のパタ
ーンを投影レンズＬＮを介してウエハＷ上に露光転写す
る。このとき、露光光がレーザ光の場合は、ＸＹθステ
ージＸＹＳの位置を露光パルス毎に干渉計ＩＦＸ，ＩＦ
Ｙ，ＩＦθで計測して、目標位置からのずれ量を算出
し、各パルス毎のＸＹθステージＸＹＳの位置ずれ量を
１ショット露光分、この例では加重平均して、このショ
ット露光時のステージの位置ずれを算出する。

【００７５】露光光が連続光の場合は、１ショット露光
の開始時のステージ位置と終了時のステージ位置、また
は、１ショット露光開始から一定時間間隔で、ステージ
位置を計測する等して、目標位置からのステージのずれ
量を算出し、平均してこのショット露光時のステージの
位置ずれを算出する。

【００７６】ステップＳ１１３では、このステージの位
置ずれを工程を管理するコンピュータ５０６に送る。工
程を管理するコンピュータ５０６は、送られたずれ量を
工程単位、ウエハ単位、ショット単位に保存する。そし
て、以降の工程で重ね合わせ露光するときは、アライメ
ントに使用アライメントマークを露光した工程のショッ
トの位置ずれを、ステップＳ１０５で要求したときに、
送れるようにしておく。そして、ステップＳ１１４の判
定では、このウエハ上の最後のショットの露光が終了し
たと判定されるまで、ステップＳ１１１〜Ｓ１１４を繰
り返す。また、ステップＳ１１５では、露光転写の終了
したウエハＷを不図示の搬出ハンド機構によってウエハ
ステージＷＳ上から搬出し、ステップＳ１１６の判定で
処理すべき全てのウエハの露光転写が終了したと判定さ
れるまで、ステップＳ１０５〜Ｓ１１６を繰り返す。

【００７７】なお、ステップＳ１１６の判定では、まだ
処理すべきウエハがあると判定された場合、各ウエハ毎
あるいは何枚かのウエハ毎に確認のためステップＳｌ０
２に戻りレチクルＲＴの位置変動を確認、補正しても良
い。また、ステップＳ１０３に戻り、新たな露光対象ウ
エハを搬送ハンド機構によってウエハステージＷＳ上に
送り込み、ウエハステージＷＳ上に吸着固定しても良
い。以上のようにして、既にパターンが形成されている
ウエハにチップローテーションなく新たなパターンを重
ねて転写することができる。

【００７８】以上のようにすることによって、個々のシ
ョットの前の露光工程のステージの位置ずれをウエハ全
体のアライメントに影響を与えなくし、正確な位置合わ
せを行なうことができ、より微細なパターンの露光がで
きる。

【００７９】この本実施例は、露光時のステージのずれ
量のＸＹ成分をアライメントマーク計測位置を補正する
ために、θ成分を計測後の計測量を補正するために使っ
ているが、ＸＹθともアライメントマーク計測位置の補
正に使うことも、計測後の計測量を補正するために使う
こともできる。

【００８０】本実施例では、前のショット露光工程の位
置ずれをアライメント時に考慮して、実際にアライメン
トマークが露光されている位置を使ってアライメントし
ているが、実際のショット露光に関して位置ずれを考慮
しない目標位置を露光をするようになっている。これ
は、工程を重ねることによって、段々露光位置がずれて
いかないように、このようにしている。より正確な重ね
合わせが必要な工程については、ショット露光に関して
も、前のショット露光工程の位置ずれを考慮して、実際
にショットが露光されている位置を目標位置にして露光
することも必要である。この場合、ステップＳ１１０の
ＸＹθステージＸＹＳの目標θ回転量は、数式１９また
は数式２０で示される。

【００８１】

【数１９】

【００８２】

【数２０】 ステップＳ１１１のＸＹθステージＸＹＳの移動目標ベ
クトルＥｉは、数式２１で示される。

【００８３】

【数２１】

【００８４】露光方法がスキャン式の場合は、ショット
内に複数のエリア単位に露光時の目標位置に対するずれ
量を記憶し、アライメントマークの露光されているエリ
アのずれ量を使って、アライメント計測し、補正量を算
出しても良いし、また、ショット露光位置の算出に対し
てもエリア単位にずれ量を使用しても良い。

【００８５】この実施例では、ウエハにパターンを露光
する場合のことについて説明しているが、当然、投影レ
ンズＬＮの露光位置とアライメントマークを計測する顕
微鏡計測位置、この例では、オフアクシススコープＯＳ
の計測位置の位置関係を計測、算出するベースライン計
測にも、好適に適用できる。

【００８６】この場合、ウエハステージＷＳ上のウエハ
ＷやフォトクロミックプレータＰＨＣ上にマークパター
ンを露光する時に露光光がレーザ光の場合は、ＸＹθス
テージＸＹＳの位置を露光パルス毎に干渉計ＩＦＸ、Ｉ
ＦＹ、ＩＦθで計測して、目標位置からのずれ量を算出
し、各パルス毎のＸＹθステージＸＹＳの位置ずれ量を
１回露光分を平均して、このマークパターン露光時のＸ
ＹθステージＸＹＳの位置ずれ量ΔＸ、ΔＹ、Δθを算
出する。露光光が連続光の場合は、露光の開始時のステ
ージ位置と終了時のステージ位置、または、露光開始か
ら一定時間間隔で、ステージ位置を計測する等して、目
標位置からのステージのずれ量を算出して平均し、この
露光時のステージの位置ずれを算出する。そして、パタ
ーンマークをオフアクシススコープＯＳ位置に移動する
時には、このずれ量ΔＸ、ΔＹを目標位置に加算して移
動し、パターンマークを計測し、位置補正量を算出す
る。回転成分については、このずれ量Δθを減算する。

【００８７】本実施例のようにすることによって、露光
時のステージの位置ずれがアライメント等に与える影響
を少なくし、より正確に重ね合わせができるようにし
て、より微細なパターンを露光できる効果がある。

【００８８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の位置合わ
せ方法によれば、露光時の目標値に対するステージのず
れ量を計測するステップと、露光時のステージの目標値
に対するずれ量を記憶するステップと、アライメントに
使用するアライメントマークが露光された工程を特定す
るステップと、アライメントマーク計測時にアライメン
トマーク露光時の前記記憶したステージのずれ量を計測
位置または計測量に反映させるステップとを設けること
により、露光時のステージの位置ずれの影響を排除で
き、より正確に重ね合わせることが可能となる。

【００８９】さらに、本発明のベースライン計測方法、
並びに位置合わせ装置においても同様の効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係る半導体露光装置の外
観を示す斜視図である。

【図２】 図１のＸＹθステージＸＹＳを上方向（Ｚ方
向）から見た平面図である。

【図３】 図１の露光装置における露光するショットを
投影レンズＬＮ下の露光位置に持ってきた場合のＸＹθ
ステージＸＹＳの振動を表したグラフである。

【図４】 図３の目標ショット露光位置に対して、ＸＹ
θステージＸＹＺの振動のために、実際に露光されたシ
ョット位置を示した図である。

【図５】 本発明の一実施例に係る複数の同じ種類の露
光装置が工場に設置されていることを示すブロック図あ
る。

【図６】 本発明の一実施例に係る露光装置における既
にパターンが形成されているウエハＷに新たなパターン
を重ねて転写する手順を示すフローチャートである。

【図７】 本発明の一実施例に係るウエハ上のアライメ
ントマークとサンプルショットを説明する図である。

【図８】 本発明の一実施例に係るチップローテーショ
ン補正を説明する図である。

【符号の説明】

１０１：レチクル（ＲＴ）、１０２：レチクルＲＴ上の
パターン（ＰＴ）、１０３：投影レンズ（ＬＮ）、１０
４：ＸＹθステージ（ＸＹＳ）、１０５：ウエハ
（Ｗ）、１０６：制御ユニット（ＣＵ）、１０７：コン
ソール（ＣＳ）、１０８：レチクルステージ（ＲＳ）、
１０９Ｒ，１０９Ｌ：レチクルアライメントマーク（Ｒ
ＡＭＲ，ＲＡＭＬ）、１１０：フォトクロミックプレー
ト（ＰＨＣ）、１１１Ｒ，１１１Ｌ：レチクルマーク
（ＲＭＲ，ＲＭＬ）、１１２Ｒ，１１２Ｌ：レチクルセ
ットマーク（ＲＳＭＲ，ＲＳＭＬ）、１１３Ｒ，１１３
Ｌ：マーク観察ミラー（ＡＭＲ，ＡＭＬ）、１１４：撮
像装置（ＣＭ）、１１５Ｘ，１１５Ｙ：モータ（ＭＸ，
ＭＹ）、１１６Ｘ，１１６Ｙ：ＸＹθステージに固定さ
れているミラー、１１７Ｘ，１１７Ｙ，１１７θ：レー
ザ干渉計（ＩＦＸ，ＩＦＹ，ＩＦθ）、１１８：ウエハ
ステージ（ＷＳ）、１１９：露光光源（ＩＬ）、１２０
Ｒ，１２０Ｌ：マーク露光シャッタ（ＳＨＲ，ＳＨ
Ｌ）、１２１：オフアクシススコープ（ＯＳ）、１２
２：露光シャッタ（ＳＨＴ）、３０１：位置軸、３０
２：時間軸、３０３：ＸＹθステージの位置が時間によ
ってどのような振幅をするかを示す波形、３０４：将来
露光時間がＸＹθステージの振動に対して短くなってき
た時にこのショットを露光するのにかかる期間、ＰＯ：
目標位置、４０１：目標ショット露光位置、４０２：実
際に露光されたショット位置、４０３：ＸＹずれ量（Δ
Ｘｉ，ΔＹｉ）、４０４：回転ずれ量（Δθｉ）、５０
１，５０２，５０３：露光装置（装置Ａ，装置Ｂ，装置
Ｃ）、５０４：ルータ、５０５：ＬＡＮ、５０６：工程
を管理するコンピュータ、７０１，７０２：プリアライ
メントマーク（ＷＡＭＲ，ＷＡＭＬ）、７０３，７０
４：アライメントマーク（ＷＭＲ，ＷＭＬ）、８０１：
レチクル投影像（ＲＴＩ）。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 露光時の目標値に対するステージのずれ
   量を計測するステップと、露光時のステージの目標値に
   対するずれ量を記憶するステップと、アライメントに使
   用するアライメントマークが露光された工程を特定する
   ステップと、アライメントマーク計測時にアライメント
   マーク露光時の前記記憶したステージのずれ量を計測位
   置または計測量に反映させるステップと、を有すること
   を特徴とする位置合わせ方法。
2. 【請求項２】 前記位置合わせ方法は、前記記憶したス
   テージのずれ量をショット露光位置に反映させるステッ
   プを有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。
3. 【請求項３】 露光方法がスキャン式の場合、ショット
   内に複数のエリア単位に露光時の目標位置に対するステ
   ージのずれ量を記憶するステップと、アライメントマー
   ク計測時にアライメントマーク露光時の前記記憶したス
   テージのずれ量を計測位置または計測量に反映させるス
   テップとを有することを特徴とする請求項１または２に
   記載の位置合わせ方法。
4. 【請求項４】 投影レンズの露光位置とパターンマーク
   を計測する顕微鏡計測位置の位置関係を計測し算出する
   ベースライン計測方法において、 マークパターン露光時の目標値に対するステージのずれ
   量を計測するステップと、マークパターン計測時に前記
   マークパターン露光時のステージのずれ量を計測位置ま
   たは計測量に反映させるステップと、を有することを特
   徴とするベースライン計測方法。
5. 【請求項５】 露光時の目標値に対するステージのずれ
   量を計測する手段と、露光時のステージの目標値に対す
   るずれ量を記憶する手段と、アライメントに使用するア
   ライメントマークが露光された工程を特定する手段と、
   アライメントマーク計測時にアライメントマーク露光時
   の前記記憶したステージのずれ量を計測位置または計測
   量に反映させる手段と、を有することを特徴とする位置
   合わせ装置。