JP2005203386A - 位置合わせ方法、位置合わせ装置及び露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 不完全単位領域の位置合わせ精度の低下を抑制することが可能な位置合わせ方法を提供する。
【解決手段】 全域が被処理基板の被処理面内に含まれる複数の完全単位領域と、被処理基板の外周に掛かり一部が欠落した少なくとも１つの不完全単位領域とが画定されたウエハを準備する。完全単位領域の少なくとも１つにおいて、ダイバイダイアライメントにより位置合わせを行うとともに、位置情報を記憶する。記憶された位置情報による推定演算に基づき、不完全単位領域の位置合わせを行う。位置合わせの行われた不完全単位領域内に形成されている一部のアライメントマークを検出することにより、不完全単位領域の位置情報を得る。得られた位置情報に基づいて、不完全単位領域の位置補正を行う。
【選択図】 図１（Ａ）

Description

本発明は、位置合わせ技術に関し、特にステップアンドリピート式近接露光への適用に適した位置合わせ技術に関する。

ステップアンドリピート式露光に採用される位置合わせ方法として、ダイバイダイアライメント方法とグローバルアライメント方法とが知られている。ダイバイダイアライメント方法は、ステップ毎にアライメントマークを検出して、ウエハとマスク（レチクル）との位置合わせを行う方法である。グローバルアライメント方法は、ウエハ上の数箇所のアライメントマークから求めた位置情報に基づいて推定演算を行い、演算結果に基づいて、ウエハの露光すべき領域を露光位置に移動させる方法である。

図７を参照して、特許文献１に記載されたグローバルアライメント方法について説明する。図７は、ウエハの平面図を示す。ウエハ１００の被露光面に複数の単位領域（ダイ）１０１が画定されている。単位領域１０１は、行列状に配置されている。１つの単位領域１０１を露光位置に移動させ、露光位置に配置された１つの単位領域１０１を露光する。ウエハ１００の周縁部には、単位領域１０１が配置されておらず、複数のアライメントマーク１０２が配置されている。

アライメントマーク１０２を検出することにより、ウエハ１００の位置情報を得る。この位置情報から、グローバルアライメントを行う。

特開平１１−１６８０５３号公報

通常、単位領域の形状は、正方形または長方形であり、複数の単位領域が、ウエハの被露光面内に行列状に配置されている。ウエハは円形であるから、ウエハの縁に掛かる単位領域においては、一部分が欠落することになる。一部分が欠落した単位領域を不完全単位領域と呼ぶこととする。１つの単位領域内に複数のチップが含まれる場合には、不完全単位領域内にも、使用可能なチップが形成される場合がある。不完全単位領域にもパターンを転写することにより、使用可能なチップを形成することができ、１枚のウエハから取り出すチップ数を多くすることが可能になる。

グローバルアライメントを用いる場合には、不完全単位領域の位置合わせを行うことが可能である。ところが、単位領域ごとの位置検出を行わないため、高精度かつ高安定な移動機構が必要とされる。一方、ダイバイダイアライメントにおいては、単位領域ごとに位置検出を行って位置ずれが補正されるため、移動機構に、グローバルアライメントに要求されるほどの高い精度は要求されない。不完全単位領域においては、ダイバイダイアライメントに必要なアライメントマークが欠落してしまう場合がある。この場合には、ダイバイダイアライメントを行うことができない。

完全な単位領域は、ダイバイダイアライメントにより位置合わせが行われ、不完全単位領域は、グローバルアライメントにより位置合わせを行わなければならない。このため、完全な単位領域に比べて、不完全単位領域の位置合わせ精度が低下してしまう。

本発明の目的は、不完全単位領域の位置合わせ精度の低下を抑制することが可能な位置合わせ方法、及びその位置合わせ方法に用いられる位置合わせ装置及び露光装置を提供することである。

本発明の一観点によると、（ａ）全域が被処理基板の被処理面内に含まれる複数の完全単位領域と、被処理基板の外周に掛かり一部が欠落した少なくとも１つの不完全単位領域とが画定されたウエハを準備する工程と、（ｂ）少なくとも一部の完全単位領域について、ダイバイダイアライメントにより完全単位領域を処理位置に配置して、当該完全単位領域をダイバイダイアライメントした後のウエハの位置を検出した結果に基づいて、単位領域の配置情報を取得する工程と、（ｃ）前記工程ｂで取得された配置情報に基づき、不完全単位領域が処理位置に配置されるように被処理基板の位置合わせを行う工程と、（ｄ）前記工程ｃで処理位置に配置された不完全単位領域内に形成されている一部のアライメントマークを検出することにより、該ウエハの位置ずれ情報を得る工程と、（ｅ）前記工程ｄで得られた位置ずれ情報に基づいて位置補正を行う工程とを有する位置合わせ方法が提供される。

不完全単位領域内の一部のアライメントマークを観測し、観測結果に基づいて位置の修正を行うことにより、アライメントマークを観測しない場合に比べて、位置精度を高めることができる。

電子ビーム近接露光を例にとって、実施例による位置合わせ方法について説明する。

図１（Ａ）に、実施例による位置合わせ方法の対象物となる半導体ウエハ１１の平面図を示す。ウエハ１１の被露光面に、行列状に配置された複数の単位領域５０が画定されている。行方向をＸ軸、列方向をＹ軸、被露光面の法線方向をＺ軸とするＸＹＺ直交座標系を定義する。ウエハ１１の被露光面内に含まれる単位領域５０ａの形状は、例えば正方形または長方形である。このような単位領域５０ａを「完全単位領域」と呼ぶこととする。ウエハ１１の外周線に掛かる単位領域５０ｂは、正方形または長方形の一部を切り取った形状を有する。このような単位領域５０ｂを「不完全単位領域」と呼ぶこととする。単位領域５０は、露光が行われる単位であり、１つの単位領域５０を露光装置の露光位置に移動させ、露光が行なわれる。単位領域５０は、通常「ダイ」と呼ばれる。

設計時に各単位領域５０の、ウエハ１１内における位置、すなわちＸＹ面内の座標が決定される。設計時に決定された座標を単位領域５０の「設計座標」と呼ぶこととする。設計座標は、ウエハ１１の表面上に定義されたＸＹ座標系における座標である。

各単位領域５０内に、複数のチップ領域５１が画定されている。１つのチップ領域５１内に１つの集積回路素子が形成される。図１（Ａ）では、１つの完全単位領域５０ａ内に４つのチップ領域５１が画定されている場合を示している。不完全単位領域５０ｂ内には、その大きさ及び形状によって、０〜３個のチップ領域５１が含まれる。

図１（Ｂ）に、１つの単位領域５０ａと、ウエハに近接配置されたマスクの転写領域１２ａとを重ねた状態の平面図、及び位置合わせ用の観測光学系の概略図を示す。完全単位領域５０ａ内に、２つのＸ用アライメントマークＷＸ１、ＷＸ２、及び２つのＹ用アライメントマークＷＹ１、ＷＹ２が配置されている。Ｘ用アライメントマークＷＸ１とＷＸ２とは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に関して通常は異なる位置に配置されている。Ｙ用アライメントマークＷＹ１及びＷＹ２も、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に関して通常は異なる位置に配置されている。

マスクの転写領域１２ａ内に、ウエハ上のアライメントマークＷＸ１、ＷＸ２、ＷＹ１、ＷＹ２に対応するアライメントマークＭＸ１、ＭＸ２、ＭＹ１、ＭＹ２が形成されている。これらのアライメントマークの位置は、ウエハ上のアライメントマークとマスク上のアライメントマークとの位置ずれから算出されるウエハとマスクとのＸ軸方向、Ｙ軸方向、ＸＹ面内の回転方向、及びマスクに対するウエハの相対伸縮量の誤差が小さくなるように配置することが好ましい。

観測光学系２０Ｘ１が、アライメントマークＷＸ１及びＭＸ１を観測する。同様に、観測光学系２０Ｘ２が、アライメントマークＷＸ２及びＭＸ２を観測し、観測光学系２０Ｙ１が、アライメントマークＷＹ１及びＭＹ１を観測し、観測光学系２０Ｙ２が、アライメントマークＷＹ２及びＭＹ２を観測する。観測光学系２０Ｘ１及び２０Ｘ２の光軸は、被露光面の法線方向からＹ軸方向に傾いている。観測光学系２０Ｙ１及び２０Ｙ２の光軸は、被露光面の法線方向からＸ軸方向に傾いている。

図２に、実施例による位置合わせ装置の概略図を示す。実施例による位置合わせ装置はウエハ／マスク保持部１０、観測光学系２０、及び制御装置３０を含んで構成されている。

ウエハ／マスク保持部１０は、ウエハ保持台１５、マスク保持台１６、移動機構１７及び１８を含んで構成されている。位置合わせ時には、ウエハ保持台１５の上面にウエハ１１を保持し、マスク保持台１６の下面にマスク１２を保持する。ウエハ１１とマスク１２とは、ウエハ１１の被露光面とマスク１２のウエハ側の面との間に一定の間隙（プロキシミティギャップ）が形成されるようにほぼ平行に配置される。電子ビーム近接露光を行う場合には、マスク１２としてステンシルタイプのものが用いられる。マスクメンブレンに設けられた開口部により、転写パターン及びアライメントマークが形成されている。

移動機構１７は、基準ベース１に固定され、ウエハ１１とマスク１２との被露光面内に関する相対位置が変化するように、ウエハ保持台１５を移動させることができる。移動機構１８は、ウエハ１１の被露光面とマスク１２のマスク面との間隔が変化するように、ウエハ保持台１５を移動させることができる。図の左から右にＸ軸、紙面に垂直な方向に表面から裏面に向かってＹ軸、被露光面の法線方向にＺ軸をとると、移動機構１７は、ウエハ１１とマスク１２の、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸の回りの回転方向（θ_Ｚ方向）に関する相対位置を調整し、移動機構１８は、Ｚ軸方向、Ｘ軸及びＹ軸の回りの回転（あおり）方向（θ_Ｘ及びθ_Ｙ方向）の相対位置を調整する。

移動機構１７は、粗動ステージ及びその上に配置された微動ステージで構成されている。粗動ステージの位置はリニアエンコーダで検出され、その位置精度は１μｍ程度である。粗動ステージに対する微動ステージの位置は、例えば静電容量センサで検出され、その位置精度は数ｎｍである。なお、基準ベース１に対する微動ステージの位置が、レーザ干渉計で検出される。

露光用ビーム源４３から電子ビーム４２が出射される。電子ビーム４２は、マスク１２を介してウエハ１１に照射される。

観測光学系２０は、像検出装置２１、レンズ２２、ビームスプリッタ２３、光ファイバ２４を含んで構成される。なお、図２では、図１（Ｂ）に示した観測光学系２０Ｙ２を代表して示している。他の観測光学系２０Ｘ１、２０Ｘ２及び２０Ｙ１も、観測光学系２０Ｙ２と同様の構成を有する。観測光学系２０の光軸２５はＸＺ面に平行であり、かつ被露光面に対して斜めになるように配置されている。

光ファイバ２４から放射された照明光がビームスプリッタ２３で反射して光軸２５に沿った光線束とされ、レンズ２２を通して被露光面に斜めから入射する。

ウエハ１１及びマスク１２に設けられたアライメントマークがエッジまたは頂点等の散乱箇所を有する場合には、これらの散乱箇所で照明光が散乱される。散乱光のうちレンズ２２に入射する光が、レンズ２２で収束され、その一部がビームスプリッタ２３を透過して像検出装置２１の受光面２９上に結像する。受光面２９上への結像倍率は、例えば６０〜１００倍である。

像検出装置２１の受光面に、受光画素が行列状に配置されている。各画素は、当該画素に照射された光の強度に応じて画素対応の画像信号を生成する。この画像信号は制御装置３０に入力される。なお、他の観測光学系２０Ｘ１、２０Ｘ２及び２０Ｙ１からの画像信号も制御装置３０に入力される。

制御装置３０は、画像処理を行い、マスク１２のアライメントマークとウエハ１１のアライメントマークとのＹ軸方向に関する相対位置情報を得る。

図３（Ａ）は、ウエハ上のアライメントマーク及びマスク上のアライメントマークの相対位置関係を示す平面図である。長方形パターンをＹ軸方向に３個、Ｘ軸方向に１４個、行列状に配列して各ウエハ上のアライメントマーク１３Ａ及び１３Ｂが構成されている。アライメントマーク１３Ａ及び１３Ｂで、図１（Ｂ）に示した１つのアライメントマークＷＹ２が構成される。同様の長方形パターンをＹ軸方向に３個、Ｘ軸方向に５個、行列状に配置してマスク上の１つのアライメントマーク１４が構成されている。アライメントマーク１４が、図１（Ｂ）に示したアライメントマークＭＹ２に相当する。位置合わせが完了した状態では、マスク上のアライメントマーク１４は、Ｙ軸方向に関してウエハ上のアライメントマーク１３Ａと１３Ｂとのほぼ中央に配置される。

図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の一点鎖線Ｂ３−Ｂ３における断面図を示す。ウエハ上のアライメントマーク１３Ａ及び１３Ｂは、例えば被露光面上に形成したＳｉＮ膜、ポリシリコン膜等をパターニングして形成される。ウエハ１１の被露光面上にレジスト膜１１Ｒが形成されている。マスク上のアライメントマーク１４は、例えばＳｉＣ等からなるマスクメンブレンに形成された開口により構成される
図４は、エッジからの散乱光による受光面２９上の像のスケッチである。図４の横方向（ｖ軸方向）が図３（Ａ）のＹ軸方向に相当し、縦方向（ｕ軸方向）が図３（Ａ）のＸ軸方向に相当する。ウエハ上のアライメントマーク１３Ａ及び１３Ｂからの散乱光による像４０Ａ及び４０Ｂがｖ軸方向に離れて現れ、その間にマスク上のアライメントマーク１４からの散乱光による像４１が現れる。像４０Ａ及び４０Ｂと、像４１とは、ｕ軸方向に関して相互に異なる位置に現れる。像４０Ａ、４０Ｂ及び４１のｖ軸方向の位置を検出することにより、図３（Ａ）に示したウエハ上のアライメントマーク１３Ａ、１３Ｂと、マスク上のアライメントマーク１４とのＹ軸方向の位置情報を得ることができる。

図１（Ｂ）に示した４組のアライメントマークにより、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びθ_Ｚ方向の位置情報、及びマスクに対するウエハの相対伸縮情報を得ることができる。 以下、これらの情報について説明する。アライメントマークＷＸ１の座標を（Ｘ１ｘ，Ｘ１ｙ）、アライメントマークＷＸ２の座標を（Ｘ２ｘ，Ｘ２ｙ）、アライメントマークＷＹ１の座標を（Ｙ１ｘ，Ｙ１ｙ）、アライメントマークＷＹ２の座標を（Ｙ２ｘ，Ｙ２ｙ）とする。アライメントマークＷＸ１とＭＸ１とのＸ軸方向のずれ量をｄｘ１、アライメントマークＷＸ２とＭＸ２とのＸ軸方向のずれ量をｄｘ２、アライメントマークＷＹ１とＭＹ１とのＹ軸方向のずれ量をｄｙ１、アライメントマークＷＹ２とＭＹ２とのＹ軸方向のずれ量をｄｙ２とする。ｄｘ１、ｄｘ２、ｄｙ１、ｄｙ２を検出することによって、ウエハのＸ軸方向のずれ量ｄｘ、Ｙ軸方向のずれ量ｄｙ、θｚ方向のずれ量ｄθ、相対伸縮量ｄｍを求めることができる。

図５及び図６を参照して、実施例による位置合わせ方法について説明する。ウエハの載置されるウエハ保持台１５の位置をレーザ干渉計で測定して得られた座標をレーザ座標（ｌｘ，ｌｙ，ｌθ）とする。ここで、ｌｘ及びｌｙは、それぞれＸ座標及びＹ座標を示し、ｌθは、θ_Ｚ座標を示す。ウエハ上に画定された各単位領域５０の設計座標を（ｗｘ，ｗｙ）とする。また、移動機構１７の粗動ステージのリニアエンコーダと微動ステージの静電容量センサとで得られたウエハ保持台１５の座標をエンコーダ座標（ｅｘ，ｅｙ）とする。

ステップＭＳ１において、完全単位領域５０ａの処理を行うとともに、単位領域５０の設計座標から換算座標を求めるための換算行列を取得する。以下、図６を参照して、ステップＭＳ１の詳細な処理について説明する。

ステップＳ１において、露光すべきウエハをウエハ保持台１５に載置する。観測光学系を用いてウエハの位置検出及びレベリングを行う。これにより、ウエハ上に画定されている単位領域の設計座標（ｗｘ，ｗｙ）と、エンコーダ座標（ｅｘ，ｅｙ）とが対応付けられる。すなわち、ある単位領域の設計座標を指定すれば、移動機構１７を駆動して、当該単位領域を露光位置まで移動させることができるようになる。ウエハ１１をウエハ保持台１５に載置してレベリングを行った後は、ウエハ１１、ウエハ保持台１５、及び移動機構１７の微動ステージの相対位置は変動しない。このため、微動ステージの位置をレーザ干渉計で検出することは、ウエハ１１の位置、またはウエハ保持台１５の位置を検出することと実質的に同一である。

ステップＳ２において、単位領域の設計座標（ｗｘ，ｗｙ）に基づいて、露光すべき単位領域５０をマスク１２の直下（露光位置）まで移動させる。より具体的には、設計座標（ｗｘ，ｗｙ）から、エンコーダ座標を求めこのエンコーダ座標（ｅｘ，ｅｙ）までウエハ保持台１５を移動させる。この状態で、ウエハ保持台１５の位置を検出するレーザ干渉計を初期設定する。このウエハ保持台１５の移動を、「設計座標に基づくアライメント」と呼ぶ。

ステップＳ３に進み、図１（Ｂ）に示した４つの観測光学系２０Ｘ１、２０Ｘ２、２０Ｙ１、２０Ｙ２を用いて、それぞれに対応するウエハ及びマスクのアライメントマークの相対位置を観測する。位置ずれが許容値を超える場合には、移動機構１７の微動ステージを制御することにより、高精度の位置合わせ（ダイバイダイアライメント）を行う。ステップＳ４に進み、露光位置に配置された単位領域５０を、マスクを通して露光する。

ステップＳ５に進む。以下、ステップＳ５の処理について説明する。ステップＳ２の設計座標に基づくアライメント後のウエハ保持台１５のレーザ座標（ｌｘ，ｌｙ，ｌθ）、エンコーダ座標（ｅｘ，ｅｙ）、露光時におけるウエハとマスクとのアライメントマークの位置ずれ量（ｄｘ，ｄｙ，ｄθ）、及び露光位置に配置されている単位領域５０の設計座標（ｗｘ，ｗｙ）を、制御装置３０に記憶する。なお、露光中にも、アライメントマークの位置が一定周期、例えば３０ｍｓごとに検出されている。この場合、実際に記憶される位置ずれ量（ｄｘ，ｄｙ，ｄθ）として、露光直前の位置ずれ量、露光直前のある期間内に得られた位置ずれ量の平均値、露光中のある時点の位置ずれ量、露光中に得られた位置ずれ量の平均値、露光直前及び露光中に得られた位置ずれ量の平均値等のいずれかを採用することができる。

ここで、添え字ｘ、ｙ、θは、それぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びθｚ方向に関する座標であることを意味する。これらの座標を関連付ける換算行列Ｍを下記のように定義する。設計座標に換算行列Ｍを作用させることにより、実際のウエハ保持台の位置が得られるため、換算行列Ｍは、単位領域がウエハ保持台１５に対してどのように配置されているかを示す配置情報と考えることができる。

上記換算行列Ｍの第１行目の要素を求めるためには、

を、最小二乗法を用いて解けばよい。その一例として、下記の正規方程式を解く方法が挙げられる。

ここで、ｎは、得られた座標データの数であり、１つの単位領域のダイバイダイアライメントが完了すると、１つの座標データが得られる。

ステップＳ６に進み、得られている座標データの数から、換算行列Ｍを求めることができるか否か判断する。換算行列Ｍを求めることができない場合、ステップＳ２に戻り、次に露光すべき未露光の単位領域の設計座標に基づくアライメントを行う。得られている座標データの数から換算行列Ｍを求めることができる場合には、ステップＳ７に進み、換算行列Ｍを取得する。

この判定方法の一例について説明する。得られた座標データの数が、求めるべき未知数の数（数式（２）では３個）よりも少ない場合は、正規方程式を解くことができないので、判定結果は「計算不可」となる。得られている座標データ数が未知数の数以上の場合は、数式（３）の連立方程式を、例えば特異値分解法を用いて解く。演算中にエラーが発生した場合には、判定結果は「計算不可」となる。エラーが発生しなかった場合には、換算行列が求められたことになる。ステップＳ７において、この換算行列を取得（記憶）する。

ステップＳ５で、ウエハ保持台１５のレーザ座標（ｌｘ，ｌｙ，ｌθ）とエンコーダ座標（ｅｘ，ｅｙ）とが記憶されているため、同様の方法により、レーザ座標（ｌｘ，ｌｙ，ｌθ）をエンコーダ座標（ｅｘ，ｅｙ）に変換するための換算行列も取得される。

さらに、ステップＳ３のダイバイダイアライメント工程において、図１（Ｂ）で説明した相対伸縮量が測定されている。この相対伸縮量をｄｍとする。相対伸縮量ｄｍと単位領域の設計座標との間に、例えば以下の関係があると仮定する。

上記数式（３）と同様に、正規方程式を立てて解くことにより、係数Ａ，Ｂ，Ｃを求めることができる。係数Ａ，Ｂ，Ｃが決定されると、単位領域の設計座標（ｗｘ，ｗｙ）から、その位置の相対伸縮量ｄｍを予測することができる。この係数Ａ，Ｂ，Ｃを、相対伸縮量推定係数と呼ぶこととする。ステップＳ７では、この相対伸縮量推定係数も取得される。

ステップＳ８に進み、次に露光すべき単位領域の設計座標（ｗｘ，ｗｙ）に換算行列Ｍを作用させて、ウエハ保持台１５を移動させるべき換算座標（ｒｘ，ｒｙ，ｒθ）を求める。具体的には、以下の式により、換算座標を計算する。

ステップＳ９に進み、換算座標（ｒｘ，ｒｙ，ｒθ）をエンコーダ座標（ｅｘ，ｅｙ）に変換し、移動機構１７を駆動して、ウエハ保持台１５を、このエンコーダ座標まで移動させる。

実際の単位領域の位置は、種々の要因により、設計座標で示された位置からずれている。例えば、すでに転写されているパターンの転写時における位置ずれ、ウエハの熱膨張等の要因が挙げられる。本実施例では、ステップＳ９で、単位領域の設計座標ではなく、設計座標に換算行列を作用させて計算された換算後の座標に基づいて、ウエハ保持台１５を移動させる。

なお、ウエハ保持台１５の位置をレーザ干渉計で検出し、レーザ座標（ｌｘ，ｌｙ，ｌθ）が換算座標（ｒｘ，ｒｙ，ｒθ）に一致するように、ウエハ保持台１５を移動させてもよい。エンコーダ座標（ｅｘ，ｅｙ）のみを用いてウエハ保持台１５を移動させる場合に比べて、より精度の高い位置合わせを行うことができる。

エンコーダ座標を用いる場合、及びレーザ座標を用いる場合のいずれも、換算座標に基づいて位置合わせが行われることになる。この位置合わせを、「換算座標に基づくアライメント」と呼ぶ。

ステップＳ１０に進み、ダイバイダイアライメントを行う。ステップＳ９で、換算後の座標に基づいたアライメントが行われているため、設計座標に基づいてアライメントを行う場合に比べて、高い位置精度が望める。このため、ダイバイダイアライメント時におけるステージの移動量を短くすることができる。これにより、位置合わせ時間の短縮化を図ることが可能になる。

ステップＳ１１に進み、露光を行う。ステップＳ１２に進み、すべての完全単位領域の露光が完了したか否かを判定する。未露光の完全単位領域がある場合には、ステップＳ８に戻り、次に露光すべき完全単位領域の設計座標から換算座標を計算する。引き続き、ステップＳ９からステップＳ１２までを実行する。

すべての完全単位領域の露光が完了した場合は、図５のステップＭＳ２に進む。

ステップＭＳ２において、次に露光すべき不完全単位領域５０ｂの設計座標に、換算行列Ｍを作用させて換算座標（ｒｘ，ｒｙ，ｒθ）を求める。ステップＭＳ３に進み、換算座標に基づいてウエハ保持台１５を移動させる。これにより、露光すべき不完全単位領域５０ｂが露光位置に配置される。

ステップＭＳ４に進み、検出可能なアライメントマークから位置ずれを検出する。以下、位置ずれの検出方法の一例について説明する。

図１（Ｂ）に示したアライメントマークＷＹ２が欠落しており、残りの３つのアライメントマークＷＸ１、ＷＸ２、ＷＹ１が観測可能である場合、アライメントマークの位置ずれｄｘ１、ｄｘ２、ｄｙ１を決定することができる。数式（４）から、不完全単位領域５０ｂの相対伸縮量の推定値ｄｍを求める。アライメントマークのずれ量ｄｘ１、ｄｘ２、ｄｙ１、及び相対伸縮量の推定値ｄｍから、位置ずれ量ｄｘ、ｄｙ、ｄθを求めることができる。

アライメントマークＷＸ２及びＷＹ１が欠落しており、アライメントマークＷＸ１及びＷＹ２が観測可能である場合、アライメントマークの位置ずれ量ｄｘ１及びｄｙ２を決定することができる。数式（４）から不完全単位領域５０ｂの相対伸縮量ｄｍを求める。θｚ方向の位置ずれ量ｄθが０であると仮定すれば、これらの情報から位置ずれ量ｄｘ及びｄｙを求めることができる。

アライメントマークＷＸ１のみを観測可能な場合、アライメントマークの位置ずれ量ｄｘ１のみを決定することができる。Ｙ方向の位置ずれ量ｄｙ及びθｚ方向の位置ずれ量ｄθが０であると仮定し、相対伸縮量ｄｍを数式（４）から求まる推定値と仮定すると、位置ずれ量ｄｘを求めることができる。

求めることができた位置ずれ量に基づいて、位置ずれ量が小さくなるようにウエハ保持台１５を移動させ、ウエハの位置を修正する。

ステップＭＳ５に進み、露光を行う。ステップＭＳ６に進み、処理すべきすべての不完全単位領域の処理が完了したか否かを判定する。未処理の不完全単位領域がある場合には、ステップＭＳ２に戻り、未処理の不完全単位領域について処理を繰り返す。すべての不完全単位領域の処理が完了した場合には、ウエハ保持台１５からウエハを搬出する。

上述のように、実施例による方法では、不完全単位領域に残っている検出可能なアライメントマークから得られる位置ずれ情報を利用して、ウエハの位置の修正を行っている。このため、位置合わせ精度を高めることができる。なお、ステップＭＳ３での換算座標に基づいたアライメントの位置精度が十分高い場合には、ステップＭＳ４の位置ずれ検出及び位置修正工程を省略してもよい。

また、上述のように、実施例による方法を採用することにより、ステップＳ１２においてウエハ保持台１５を移動する距離を短くし、位置合わせに必要な時間を短縮することができる。これにより、スループットの向上を図ることができる。

ステップＳ１０でダイバイダイアライメントを行うと、ウエハ保持台１５の位置座標、位置ずれ情報、及び単位領域の設計座標からなる位置データが得られる。この位置データを加味して、ステップＳ７で取得された換算行列Ｍを修正してもよい。より多くの位置データから換算行列Ｍを作成することにより、換算座標の位置精度をより高めることができるであろう。

また、上記実施例では、ステップＳ２からＳ５までの、換算行列Ｍを求めるための位置データを収集する工程が、実際の露光工程と共有される。このため、位置データを収集することによるスループットの低下はほとんどない。

電子ビーム露光（例えば、特許第２９５１９４７号公報に開示されている電子ビーム近接露光）を行う場合、マスクとウエハとの位置ずれ量が小さければ、電子ビームを偏向させることにより、位置ずれを補償することができる。上記実施例では、ステップＳ１１における換算座標に基づくアライメント後の位置合わせ精度が高いため、ステップＳ１２のダイバイダイアライメントの代わりに、電子ビームを偏向させることにより位置ずれを補償してもよい。また、ステップＭＳ４においてウエハの位置を修正する代わりに、電子ビームを偏向させることにより位置ずれを補償してもよい。

換算行列Ｍを求めるためのステップＳ２からＳ５までの処理を、相互に隣接しない複数の単位領域に対して行ってもよい。この方法によると、ウエハ内の比較的広い領域から得られる位置データに基づいて、換算行列が求められる。このため、設計座標からのずれが、ウエハ内の一部分に特有の傾向を持つような場合に、この特有の傾向が換算行列に影響することを軽減することができる。

上記実施例では、単位領域の設計座標とウエハ保持台１５の座標との対応関係を１次式で近似したが、２次式で近似してもよい。２次式で近似する場合には、上述の数式（１）の代わりに、下記の関係式が用いられる。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

上記実施例では、電子ビーム近接露光を例にとって説明を行ったが、その他に、Ｘ線露光、紫外線露光、半導体ウエハの検査に、上記位置合わせ方法を適用することができる。

本発明の実施例による位置合わせ方法で対象となるウエハの平面図である。 ウエハの１つの単位領域の平面図及び観測光学系の概略図である。 実施例による位置合わせ装置の概略図である。 ウエハ及びマスクに形成されたアライメントマークの平面図である。 ウエハとマスクとの、アライメントマークが形成された位置における断面図である。 アライメントマークの像をスケッチした図である。 実施例による位置合わせ方法のフローチャートである。 実施例による位置合わせ方法のステップＭＳ１の詳細を示すフローチャートである。 従来の位置合わせ方法の対象となるウエハの平面図である。

符号の説明

１ 基準ベース
１０ ウエハ／マスク保持部
１１ 半導体ウエハ
１１Ｒ レジスト膜
１２ マスク
１３Ａ、１３Ｂ、１４ アライメントマーク
１５ ウエハ保持台
１６ マスク保持台
１７、１８ 移動機構
２０ 光学系
２０Ｘ１、２０Ｘ２、２０Ｙ１、２０Ｙ２ 観測光学系
２１Ａ、２１Ｂ 像検出装置
２２、２８ レンズ
２３、２６Ａ ハーフミラー
２４ 光ファイバ
２５ 光軸
２６Ｂ ミラー
２９ 受光面
３０ 制御装置
４０Ａ、４０Ｂ、４１ 像
４２ エネルギビーム
４３ 露光用ビーム源
５０ 単位領域（ダイ）
５０ａ 完全単位領域
５０ｂ 不完全単位領域
５１ チップ領域
６０ 主制御装置
ＭＸ１、ＭＸ２、ＭＹ１、ＭＹ２ アライメントマーク

Claims (8)

1. （ａ）全域が被処理基板の被処理面内に含まれる複数の完全単位領域と、被処理基板の外周に掛かり一部が欠落した少なくとも１つの不完全単位領域とが画定された被処理基板を準備する工程と、
   （ｂ）少なくとも一部の完全単位領域について、ダイバイダイアライメントにより完全単位領域を処理位置に配置して、当該完全単位領域をダイバイダイアライメントした後の被処理基板の位置を検出した結果に基づいて、単位領域の配置情報を取得する工程と、
   （ｃ）前記工程ｂで取得された配置情報に基づき、不完全単位領域が処理位置に配置されるように被処理基板の位置合わせを行う工程と、
   （ｄ）前記工程ｃで処理位置に配置された不完全単位領域内に形成されている一部のアライメントマークを検出することにより、該被処理基板の位置ずれ情報を得る工程と、
   （ｅ）前記工程ｄで得られた位置ずれ情報に基づいて位置補正を行う工程と
   を有する位置合わせ方法。
2. 前記被処理基板の被処理面をＸＹ面とするＸＹＺ直交座標系を定義したとき、前記工程ｂにおいて、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ軸回りの回転方向に関するダイバイダイアライメントを行い、前記工程ｄにおいて、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ軸回りの回転方向の少なくとも一つの位置ずれ情報を得る請求項１に記載の位置合わせ方法。
3. 前記工程ｂにおいて、位置合わせすべき完全単位領域内のアライメントマークを検出することにより、該完全単位領域の伸縮量を取得し、得られた伸び情報を参酌してダイバイダイアライメントを行い、前記工程ｅにおいて、前記工程ｂで得られた伸び情報を参酌して位置ずれ情報を得る請求項１または２に記載の位置合わせ方法。
4. 前記工程ｂの前に、前記被処理基板の被処理面上にプロキシミティギャップを隔ててマスクを配置する工程を含み、
   前記工程ｂが、前記マスクに形成されたアライメントマークと、前記完全単位領域内に形成されたアライメントマークとを、該被処理基板の被処理面に対して傾いた光軸を有する観測光学系を用い、アライメントマークからの散乱光を観測する工程を含み、前記工程ｄが、前記マスクに形成されたアライメントマークと、前記不完全単位領域内に形成されたアライメントマークとを、前記観測光学系を用いて観測する工程を含む請求項1〜３のいずれかに記載の位置合わせ方法。
5. 前記完全単位領域及び不完全単位領域の被処理基板内の位置が、設計時に決定された被処理基板内の設計座標により規定され、前記工程ｂで取得される前記配置情報は、単位領域の設計座標と、該単位領域を処理位置に配置した時の被処理基板の位置情報との第１の対応関係を含み、前記工程ｃにおいて、不完全単位領域の設計座標に前記第１の対応関係を適用して被処理基板の位置情報を取得し、取得された位置情報に基づいて被処理基板の位置合わせを行う請求項１〜４のいずれかに記載の位置合わせ方法。
6. 前記工程ｂが、
   アライメントマークを検出することにより、処理位置に配置された完全単位領域の伸縮量を取得する工程と、
   単位領域の設計座標と伸縮量との第２の対応関係を取得する工程と
   を含み、
   前記工程ｃが、
   不完全単位領域の設計座標に前記第２の対応関係を適用して、当該不完全単位領域の伸縮量を推定する工程と、
   推定された伸縮量を加味して被処理基板の位置合わせを行う工程と
   を含む請求項５に記載の位置合わせ方法。
7. 露光用エネルギビームを出射するビーム源と、
   前記ビーム源から出射されたエネルギビームの照射される位置に被処理基板を保持する被処理基板保持台と、
   前記被処理基板保持台に保持された被処理基板の被処理面上に、プロキシミティギャップを隔ててマスクを保持するマスク保持台と、
   前記被処理基板保持台と前記マスク保持台との一方を他方に対して移動させる移動機構と、
   被処理基板に形成されたアライメントマークとマスクに形成されたアライメントマークとを観測する観測光学系と、
   前記観測光学系により観測された結果に基づいて前記移動機構を制御する制御装置と
   を有し、
   前記制御装置は、
   （ａ）全域が被処理基板の被処理面内に含まれる複数の完全単位領域と、被処理基板の外周に掛かり一部が欠落した少なくとも１つの不完全単位領域とが画定された被処理基板の、少なくとも一部の完全単位領域について、ダイバイダイアライメントにより完全単位領域を処理位置に配置して、当該完全単位領域をダイバイダイアライメントした後の被処理基板の位置を検出した結果に基づいて、単位領域の配置情報を取得する工程と、
   （ｂ）前記工程ａで取得された配置情報に基づき、不完全単位領域が処理位置に配置されるように被処理基板の位置合わせを行う工程と、
   （ｃ）前記工程ｂで処理位置に配置された不完全単位領域内に形成されている一部のアライメントマークを検出することにより、該被処理基板の位置ずれ情報を得る工程と、
   （ｄ）前記工程ｃで得られた位置ずれ情報に基づいて位置補正を行う工程と
   を順次実行するように、前記移動機構及び前記観測光学系を制御する露光装置。
8. 被処理基板を保持する被処理基板保持台と、
   前記被処理基板保持台を移動させる移動機構と、
   被処理基板に形成されたアライメントマークを観測する観測光学系と、
   前記観測光学系により観測された結果に基づいて前記移動機構を制御する制御装置と
   を有し、
   前記制御装置は、
   （ａ）全域が被処理基板の被処理面内に含まれる複数の完全単位領域と、被処理基板の外周に掛かり一部が欠落した少なくとも１つの不完全単位領域とが画定された被処理基板の、少なくとも一部の完全単位領域について、ダイバイダイアライメントにより完全単位領域を処理位置に配置して、当該完全単位領域をダイバイダイアライメントした後の被処理基板の位置を検出した結果に基づいて、単位領域の配置情報を取得する工程と、
   （ｂ）前記工程ａで取得された配置情報に基づき、不完全単位領域が処理位置に配置されるように被処理基板の位置合わせを行う工程と、
   （ｃ）前記工程ｂで処理位置に配置された不完全単位領域内に形成されている一部のアライメントマークを検出することにより、該被処理基板の位置ずれ情報を得る工程と、
   （ｄ）前記工程ｃで得られた位置ずれ情報に基づいて位置補正を行う工程と
   を順次実行するように、前記移動機構及び前記観測光学系を制御する位置合わせ装置。

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