JP2626637B2 - 位置合わせ方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子製造用
のステップ・アンド・リピート方式の露光装置、又はス
テップ・アンド・リピート方式で順次検査を行なう装
置、又は半導体ウェハ上の素子の一部にレーザ光を照射
して欠陥素子のリペアを行なう装置等に好適な位置合わ
せ方法に関し、特に多数枚の被処理基板を連続して処理
する場合の位置合わせ方法に関する。

【０００２】

【発明の背景】近年、半導体素子の集積度は飛躍的に高
まり、１Ｍビットや４Ｍビットのメモリの開発が進めら
れている。このような超ＬＳＩを製造する露光装置とし
て、ステップ・アッド・リピード方式の縮小投影型露光
装置（以下ステッパーと呼ぶ）はなくてはならないもの
である。この種のステッパーにおいては、感光基板とし
てのウェハ上の局所領域毎にレチクル（マスクと同義）
上の回路パターンの投影像を位置合わせして露光を行な
う。この位置合わせを高精度に行なう方法として、位置
合わせのたびに、ウェハ上の露光すべき局所領域（所定
のパターンが形成されたショット領域）に付随したマー
クと、レチクル上のマークとを同時に観察しつつ、投影
像とショット領域との重ね合わせ状態を最良にする方法
（所謂ダイ・バイ・ダイアライメント）や、レチクル上
のマークの投影点から一定距離だけ離れた位置に検出中
心を有するマーク検出系によってウェハ上のマークを検
出し、その検出位置から一定距離分だけウェハを送り込
むことによって投影像とショット領域との重ね合わせを
行う方法（所謂サイト・バイ・サイトアライメント）等
が知られている。

【０００３】このようにウェハ上の各局所領域毎にダイ
・バイ・ダイアライメント、又はサイト・バイ・サイト
アライメントを実施すると、各露光ショットの位置合わ
せ精度は高くなるものの、１枚のウェハの処理時間が長
くなるといった欠点、あるいは各ショット領域に付随し
て形成されたマークが何らかの原因で変形してしまった
場合、そのショットの露光が重ね合わせ不良となるとい
った欠点があった。

【０００４】また、処理時間の短い位置合わせ方法とし
て、ウェハ全体のレチクルに対する位置合わせを露光の
前に一度だけ行ない、後はウェハ上のショット配列の設
計値に従ってステップ・アンド・リピート方式で機械的
に位置決めする、所謂グローバル・アライメント方法も
知られている。グローバル・アライメント方法において
は、ウェハ上の２〜３個程度の代表的なショット領域の
みについて、ダイ・バイ・ダイアライメント、又はサイ
ト・バイ・サイトアライメントを行ない、そのときの合
わせ誤差に基づいてウェハ上のショット配列をより精密
に認識することが行なわれていた。この場合、代表的な
ショット領域での合わせ誤差は、単純な加算平均によ
り、ウェハステージのｘ方向とｙ方向との２方向につい
てのみの誤差量（オフセット）として認識されていたに
過ぎず、ウェハ自体の伸縮（スケーリング）、ウェハの
ステージ上での回転誤差（ローテーション）、ウェハ上
のショット配列の直交度等の影響による誤差を考慮した
ものではなかった。このためあらゆるウェハに対して必
ずしも満足な位置合わせを行なうことができなかった。
そこで本願出願人は、先に出願した特願昭５９−１６７
０２０号において、ウェハ上の複数のショット領域でサ
イト・バイ・サイトアライメント（又はダイ・バイ・ダ
イアライメント）を行ない、その位置合わせ誤差の実測
値に基づいて、ウェハの線形伸縮量、回転量、オフセッ
ト量及びショット配列の直交度を求め、これら４つの誤
差分をパラメータとした写像関係式、すなわちショット
配列の規則性を決定し、その関係式に基づいてウェハ上
のショット位置を算出して、ステップ・アンド・リピー
ト方式でウェハステージを位置決めする方法を提案して
いる。このアライメント方式はウェハのグローバルアラ
イメントに他ならないが、従来の方式よりもショット配
列の規則性を特定する能力が高いので、以後本方式をエ
ンハンスメント・グローバルアライメント（Ｅ．Ｇ．
Ａ）と呼ぶことにする。Ｅ．Ｇ．Ａ方式では先の４つの
パラメータを精度よく求めることが必要とされ、このた
め一枚のウェハ上でなるべく多くのショット領域につい
てサイト・バイ・サイトアライメント（以後Ｓ／Ｓアラ
イメントとする）、又はダイ・バイ・ダイアライメント
（以後Ｄ／Ｄアライメントとする）を行ない、ショット
位置の実測値を多数得ることが必要であった。通常ステ
ッパーにおいては多数枚のウェハを連続して露光処理す
るため、Ｅ．Ｇ．Ａ方式によって１枚毎のアライメント
精度を上げようとすると、そのウェハ内の複数のショッ
ト領域毎のアライメント回数が増え、この結果スループ
ットが制限されてしまうといった問題が生じた。尚、
Ｅ．Ｇ．Ａ方式を用いて、検査装置やリペア装置等にウ
ェハをアライメントする場合も全く同様の問題が生じる
ことは言うまでもない。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決の為に
本発明では、設計上の配列座標に従って規則的に整列し
た複数のショットが形成されたＮ（ただしＮ＞１）枚の
基板の夫々について、ショットの各々を所定の基準位置
に順次位置合わせする方法において、複数のショットの
内、所定のサンプルショットの設計上の座標値と実測値
とに基づいて、基板上での複数のショットの配列の規則
性を各基板毎に決定する際、Ｎ枚の基板の内、（ｍ＋
１）枚目からＮ枚目までの各基板についての第２サンプ
ルショットの数を、１枚目からｍ（ただしｍ＜Ｎ）枚目
までの各基板についての第１サンプルショットの数より
小さくなるようにした。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、設計上の配列座標に従って規則的に整列し
た複数のショットが形成されたＮ（ただしＮ＞１）枚の
基板の夫々について、ショットの各々を所定の基準位置
に順次位置合わせする方法において、複数のショットの
内、所定のサンプルショットの設計上の座標値と実測値
とに基づいて、前記基板上での前記複数のショットの配
列の規則性を各基板毎に決定する際、Ｎ枚の基板の内、
１枚目からｍ（ただしｍ＜Ｎ）枚目までの各基板につい
ての第１サンプルショットの数と、（ｍ＋１）枚目から
Ｎ枚目までの各基板についての第２サンプルショットの
数とを異ならせることとした。また、設計上の配列座標
に従って規則的に整列した複数のショットが形成された
Ｎ（ただしＮ＞１）枚の基板の夫々について、ショット
の各々を所定の基準位置に順次位置合わせする方法にお
いて、複数のショットの内、所定のサンプルショットの
設計上の座標値と実測値とに基づいて、基板上での複数
のショットの配列の規則性を各基板毎に決定する際、Ｎ
枚の基板の内、１枚目からｍ（ただしｍ＜Ｎ）枚目まで
の各基板についての第１サンプルショットの数及び位置
と、（ｍ＋１）枚目からＮ枚目までの各基板についての
第２サンプルショットの数及び位置とを任意に指定可能
とした。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１は本発明をステッパーに適用
した場合の処理工程をフローチャート図であり、図２
は、その処理工程を実施するためのステッパーの概略的
な構成を示す図、図３は図２のステッパーによって処理
されるウェハ上のパターン（ショット領域）配置を示す
平面図である。図２に示したステッパーの構成は詳しく
は特開昭６０−１３０７４２号公報に開示されているの
で、ここでは簡単に説明する。所定のパターン領域（ア
ライメント用のマークも含む）ＰＳが形成されたレチク
ルＲは投影レンズ１の光軸ＡＸに対して正確に位置決め
されているものとする。パターンＰＳの投影像、ｘｙ方
向に２次元移動するステージ２上に載置されたウェハＷ
に転写される。ｌ₁ はパターン領域ＰＳの最外縁を通る
主光線を表わす。本実施例では投影レンズ１の物体（レ
チクルＲ）側は非テレセントリック系であるものとす
る。さてステージ２はモータ３によって駆動され、その
２次元的な位置（座標値）はレーザ光波干渉計４によっ
て計測される。そしてウェハＷ上に予め形成されたアラ
イメント用のマーク（特に回折格子マーク）を検出する
ためＨｅ−Ｎｅ等のようにウェハ上のフォトレジストを
感光させにくいレーザ光を出力するレーザ光源５、ハー
フミラー６、ミラー７、８が設けられ、レーザ光源５か
らのレーザ光は投影レンズ１を介してウェハＷ上にスポ
ット光ＳＰとして結像される。このスポット光ＳＰはウ
ェハＷ上でパターン領域ＰＡの投影像の外側で、光軸Ａ
Ｘから一定距離に位置するように配置される。スポット
光ＳＰがマークを照射すると回折光、散乱光、及び正反
射光が生じ、これらの光は投影レンズ１を通り、再びミ
ラー８、７及びハーフミラー６を介して空間フィルター
９に至る。空間フィルター９は投影レンズ１の入射瞳と
共役に配置され、０次光（正反射光）をカットして回折
光（又は散乱光）を光電検出器１０に導びくように形成
されている。そしてウェハＷ上のマークの位置検出は、
スポット光ＳＰが投影レンズ１の投影視野内で固定して
いるため、ステージ２の移動位置を検出する干渉計４か
らの座標値と、光電検出器１０からの光電信号を入力す
る主制御回路１１によって実行される。この主制御回路
１１は、さらにモータ３の駆動を制御するとともに、
Ｅ．Ｇ．Ａ．（エンハンスメント・グローバル・アライ
メント）方式によるステップ・アンド・リピートの露光
動作や、ウェハＷ上のショット領域の配列の規則性の決
定動作（Ｅ．Ｇ．Ａ方式の主要演算動作）を行なう。も
ちろんショット配列の設計値も予め記憶している。

【０００８】尚、レーザ光源５、ハーフミラー６、ミラ
ー７、８、空間フィルター９及び光電検出器１０から成
るアライメント系を以後レーザ・ステップ・アライメン
ト系（ＬＳＡ系）と呼ぶことにする。このＬＳＡ系の検
出中心はスポット光ＳＰの中心とする。また図２に示し
たＬＳＡ系は例えばウェハＷのｙ方向の位置のみを検出
するためのもので、実際にはｘ方向の位置を検出するた
めのＬＳＡ系も同様に配置される。図２ではｙ方向検出
用のＬＳＡ系の第１ミラー８に対応したｘ方向検出用の
ＬＳＡ系の第１ミラー８’のみを示してある。

【０００９】さて、ステージ２上に載置されるウェハＷ
上には、図３に示すように複数の矩形のパターン領域Ｃ
Ｐが配列座標系αβに沿ってマトリックス状に形成され
ている。各パターン領域ＣＰの夫々は、レチクルＲのパ
ターン領域ＰＡの投影像と重なり合うように定められ、
各パターン領域ＣＰにはｘ方向のアライメント用のマー
クＳＸと、ｙ方向のアライメント用のマークＳＹとが付
随して形成されている。ここで配列座標系αβの原点
を、ウェハＷ上の中央付近に位置するパターン領域ＣＰ
₀ の中心点と一致するように定めるものとすると、パタ
ーン領域ＣＰ₀ に付随したマークＳＹ₀ はβ軸上に位置
し、マークＳＸ₀ はα軸上に位置するように形成されて
いる。他のパターン領域ＣＰに付随したマークＳＹ，Ｓ
Ｘについても同様の規則で形成されている。配列座標系
αβにおける各パターン領域ＣＰの設計上の座標値（又
はｘ方向とｙ方向のステッピング・ピッチ）は、図２中
の主制御回路１１内に予め記憶されている。

【００１０】図４はＬＳＡ系によってパターン領域ＣＰ
の位置を検出（Ｓ／Ｓアライメント）する場合のスポッ
ト光ＳＰとウェハＷとの配置関係を示す平面図である。
直交座標系ｘｙのｘ軸、ｙ軸はステージ２の移動方向
（又は干渉計４による座標測定方向）を表わし、ここで
は座標系ｘｙの原点を投影レンズ１の投影視野ＩＦの中
心（光軸ＡＸ）と一致するように定めてある。ｙ方向の
アライメント用のＬＳＡ系（以下Ｙ−ＬＳＡ系とする）
によるスポット光ＳＰｙはｘ軸上に細長く伸びた帯状に
形成され、ｘ方向のアライメント用のＬＳＡ系（以下Ｘ
−ＬＳＡ系とする）によるスポット光ＳＰｘはｙ軸上に
細長く伸びた帯状に形成される。

【００１１】図４中、破線で示した矩形領域は、レチク
ルＲのパターン領域ＰＡの投影像ＰＡ’であり、投影像
ＰＡ’の中心（ショット中心）は座標系ｘｙの原点に一
致しているものとする。ウェハＷ上のパターン領域ＣＰ
に付随したマークＳＹ，ＳＸは回折格子状のパターンで
ある。そこでマークＳＹがｙ方向にスポット光ＳＰｙを
横切るようにウェハＷ（ステージ２）を移動させて、マ
ークＳＹから発生した回折光のｙ方向の位置ＹＹｉを干
渉計４から読み取り、さらにマークＳＸがｘ方向にスポ
ット光ＳＰｘを横切るようにウェハＷ（ステージ２）を
移動させて、マークＳＸから発生した回折光のｘ方向の
位置ＸＸｉを干渉計４から読み取ることによって、パタ
ーン領域ＣＰの位置の実測値（ＸＸｉ，ＹＹｉ）が得ら
れる。従って干渉計４の読み値が実測値（ＸＸｉ，ＹＹ
ｉ）と一致するようにステージ２を位置決めすることに
よって、パターン領域ＣＰの中心ＣＣと投影像ＰＡ’の
中心（原点）とが正確に一致することになり、パターン
領域ＣＰと投影像ＰＡ’とは精密に重ね合わされること
になる。尚、本実施例においてはＬＳＡ系によって１つ
のパターン領域ＣＰ毎にＳ／Ｓアライメントを行なって
露光するのではなく、あくまでもＥ．Ｇ．Ａ方式を前提
とするため、マークＳＸ，ＳＹの位置の実測値を求める
までの動作、所謂サンプルアライメントが実行されれば
よい。

【００１２】次に本発明の実施例によるアライメントシ
ーケンスを説明するが、その前にＥ．Ｇ．Ａ方式の原理
について説明する。詳細については特願昭５９−１６７
０２０号に記載されているので、ここでは簡単に説明す
る。一枚のウェハ上でのショット（パターン領域ＣＰ）
の配列の規則性については、平面上での線形な歪みを想
定し、以下の６つの変数要素を導入する。

【００１３】ｒｘ……ウェハのｘ方向の線形伸縮量（ス
ケーリングｘ） ｒｙ……ウェハの方向の線形伸縮量（スケーリングｙ） θ ……配列座標系αβの回転量（ローテーション） ω ……座標系αβの傾き量（直交度） ０ａｘ……ウェハのｘ方向の平行移動量（シフトｘ） ０ａｙ……ウェハのｙ方向の平行移動量（シフトｙ） 以上のような変数を想定すると、設計座標値（ｘｉ，ｙ
ｉ）に位置するショットは次の（１）式により、座標値
（Ｘｉ，Ｙｉ）に写像される。

【００１４】

【数１】

【００１５】よって６つの変数が求まれば、各ショット
の設計位置（ｘｉ，ｙｉ）に対する実際のショット位置
（Ｘｉ，Ｙｉ）を一意に定めることができる。ここでロ
ーテーションθ、直交度ωが微小量であるものとし、以
下のような６つの変数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆにまとめ
ると、（１）式は（２）式のように書きあらためられ
る。

【００１６】

【数２】

【００１７】（２）式において未知数はＡ，Ｂ，Ｃ，
Ｄ，Ｅ，Ｆの６つあるため、式が６個、すなわち最低３
ショット（１ショットにつきｘ方向とｙ方向の２ケ所）
の位置についてサンプルアライメントを行なえば、
（２）式の解は一意に定まる。しかし実際のウェハ上で
のモデルは設計値（ｘｉ，ｙｉ）、実測値（ＸＸｉ，Ｙ
Ｙｉ）に対し残差額（εｘｉ，εｙｉ）が存在し、次の
（３）式のような写像関係が成り立つ。

【００１８】

【数３】

【００１９】そこで残差の二乗和Σεｘｉ² とΣεｙｉ
² を最小とするようにＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆを決定し
てやればよい。ここで最小二乗法を用いるものとして、
（３）式におけるｘ成分は（４）式のようになる。 ＸＸｉ＝Ａ・ｘｉ＋Ｂ・ｙｉ＋Ｅ＋εｘｉ ……（４） サンプルアライメントを行なうショット数をｋとする
と、二乗和Σεｘｉ² は（５）式のように表わされる。

【００２０】

【数４】

【００２１】この（５）式を最小とするＡ，Ｂ，Ｅを求
めるために、（５）式を未知数Ａ，Ｂ，Ｅでそれぞれ偏
微分し、各偏微分式を零とおく。こうして得られた３つ
の式を行列の形に書き直すと、（６）式のように表わさ
れる。

【００２２】

【数５】

【００２３】（３）式におけるｙ成分についても同様に
（７）式のように書き表わされる。

【００２４】

【数６】

【００２５】すなわち、１ショットのサンプルアライメ
ントが終了するたびに、Σｘｉ，Σｙｉ，Σｘｉ² ，Σ
ｙｉ² ，Σｘｉ・ｙｉ，ΣＸＸｉ・ｘｉ，ΣＸＸｉ・ｙ
ｉ，ΣＸＸｉ，ΣＹＹｉ・ｘｉ，ΣＹＹｉ・ｙｉ，ΣＹ
Ｙｉ等の各々を加算してゆき、ｋショット目のサンプル
アライメンが終了したところで（６）式と（７）式を解
けば、未知数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの全てが求める。
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆが求まれば、以下の関係に基づ
いて、６つの変数ｒｘ，ｙｙ，θ，ω．０ａｘ，０ａ
ｙ，が求まる。

【００２６】ｒｘ ＝ Ａ ｒｙ ＝ Ｄ θ ＝ Ｃ／Ｄ ω ＝ −（Ｂ／Ａ）−（Ｃ／Ｄ） ０ａｘ ＝ Ｅ ０ａｙ ＝ Ｆ 尚、（６）式、（７）式が解けるためには、次の行列式
Ｄｄが零とならないことが必要である。

【００２７】

【数７】

【００２８】以上のようにして、スケーリング、ローテ
ーション、直交度、及びシフトの４つの誤差パラメータ
が求まる。もちろんこの４つの誤差パラメータを求める
一つ前の段階で、未知数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆが決定
されるから、実際のステップ・アンド・リピート露光時
には、これら未知数を（２）式に代入し、設計値（ｘ
ｉ，ｙｉ）に対するショット位置（Ｘｉ，Ｙｉ）を算出
し、このショット位置（Ｘｉ，Ｙｉ）にステージ２が位
置決めされるようにステッピングを行っては露光するこ
とを繰り返せばよい。

【００２９】ところで、誤差パラメータ（又は未知数Ａ
〜Ｆ）を精度よく求めるためには、なるべく多くのショ
ット数についてサンプルアライメントを行う必要があ
る。実験的な数値として、一枚のウェハ上のサンプルア
ライメントのショット数は１０前後がよいことがわかっ
た。しかしながら多数枚のウェハに連続して露光処理を
行なうことを考えると、スループットの点で必らずしも
最良の数とは言えないことがわかってきた。

【００３０】ここで実際のウェハプロセスを考えてみる
と、通常ウェハは２５枚程度のロット単位で同一工程を
へてくるため、同一ロット内のウェハ同志では受ける影
響が極めて類似している。もちろんロットが異なって
も、それが連続して処理されたものであれば、ロット間
のウェハ同志のバラつきは極めて小さい。このため４つ
の誤差パラメータのうち、スケーリング量と直交度につ
いては、連続処理を行なうウェハ間においてほぼ同一量
とみなさせる。また位置合わせ系の誤差パラメータもド
リフトを無視すれば一定である。ころが、ウェハは一枚
ずつステージ上に載置され、ステージのｘ方向の走り
と、ウェハ上のショット配列のβ軸とが平行になるよう
に、ウェハアライメント顕微鏡を用いてステージ上のθ
テーブルを回転させて調整（θアライメント）した後、
ステージとθテーブルとを真空吸着などによって固定し
ている。このためウェハ上の原点と、位置合わせ系（ウ
ェハアライメント顕微鏡、又はＬＳＡ系）の基準点と
は、ウェハがステージに固定されるたびにわずかではあ
るが相対的にズレを生じるので、誤差パラメータのシフ
ト量はウェハ毎に変化する要素である。

【００３１】また、θアライメントにおいても、ウェハ
毎に誤差量が異なる可能性があるので、ローテーション
量もウェハ毎に変化する要素である。そこで本発明の実
施例では、連続して処理する複数枚のウェハのすべてに
ついて、シフト量とローテション量を測定（算出）する
工程ＡＰと、処理開始から数枚については、さらにスケ
ーリング量と直交度も測定（算出）する工程ＢＰとに分
け、工程ＢＰを行なわないウェハについては、工程ＢＰ
を行ったウェハについてのスケーリング量と直交度の測
定結果を利用して処理を行なうようにする。

【００３２】実施例として次のように条件を設定する。 工程ＡＰを実施するウェハ数（全ウェハ数） …… Ｎ枚 工程ＢＰを実施するウェハ数 …… ｍ（ｍ＜Ｎ）枚 工程ＡＰを実施するためのショット数 …… ａ個／枚 工程ＢＰを実施するためのショット数 …… ｂ個／枚 工程ＡＰを実施するためのショット番号 Ａ₁ 〜Ａ_a 工程ＢＰを実施するためのショット番号 Ｂ₁ 〜Ｂ_b 以下、図１のフローチャート図、及び図５のチャート図
に基づいて、全体的な動作を説明する。ここで説明を簡
単にするため、ショット数ａを３、ショット数ｂを７と
し、ショット番号Ａ₁ ，Ａ₂ ，Ａ₃ ，Ｂ₁ ，Ｂ₂ ，
Ｂ₃ ，Ｂ₄ ，Ｂ₅ ，Ｂ₆ ，Ｂ₇ ，とし、Ａ₁ 〜Ａ₃ ，Ｂ
₁ 〜Ｂ₇ で予め指定されたショットのウェハＷ上での位
置は、一例として図６のように定められているものとす
る。ショットＡ₁ 〜Ａ₃ はウェハＷの中心に対してほぼ
等方的に離れた３ケ所に定められ、ショットＢ₁ 〜Ｂ₇
のうちショットＢ₄ はウェハＷの中心付近に位置し、シ
ョットＢ₁ ，Ｂ₂ ，Ｂ₃ ，Ｂ₅ ，Ｂ₆ ，Ｂ₇ はショット
Ｂ₄ からほぼ等方的に離れた６ケ所に定められている。
そしてここではショットＡ₁ 〜Ａ₃ ，Ｂ₁ 〜Ｂ₇ 重複が
ないものとする。以下、図１のステップ１００〜１１５
を順に説明する。ステップ１００ まず連続して処理すべきＮ枚のウェハの一枚を、不図示
の粗アライメント装置によってオリエンテーションフラ
ット（ＯＦ）、又はノッチを基準に機械的にプリアライ
メントを行なう。そして、そのプリアライメント精度を
保ったまま、ステッパーのステージ２上にローディング
し、ウェハホルダ上に載置して真空吸着する。ステップ１０１ 次にウェハ上の離れた３ケ所の所定位置に形成されたマ
ークを、不図示のウェハアライメント顕微鏡等を用い
て、検出することによって、ｘ方向とｙ方向のアライメ
ント（装置に対するウェハの位置規定）を行うととも
に、前述のθアライメントを行ない、従来通りのグロー
バルアライメントを完了する。

【００３３】この段階で、ウェハ上のショット配列座標
系αβと、ステージ２の移動座標系ｘｙとの両原点の対
応付けが例えば１μｍ以下の精度で取られることにな
る。ステップ１０２ 次に工程ＡＰとして、ショットＡ₁ 〜Ａ₃ （ａ＝３）の
各々に付随したマークＳＸ，ＳＹの位置を、Ｘ−ＬＳＡ
系、Ｙ−ＬＳＡ系を用い、ステージ２を走らせて検出す
る。これによってショットＡ₁ ，Ａ₂ ，Ａ₃ についての
サンプル・アライメントが終了する。ここで先の（６）
式、（７）式に着目すると、ショットＡ ₁ ，Ａ₂ ，Ａ₃
のウェハ上での位置が予め定められているものとすれ
ば、（６）式、（７）式の左辺のΣｘｉ² ，Σｙｉ² ，
Σｘｉ・ｙｉ，Σｘｉ，Σｙｉ，の各値は設計値から予
め演算して求めておくことができる。

【００３４】従ってショットＡ₁ 〜Ａ₃ のサンプルアラ
イメントをおこなうたびに、（６）、（７）式の右辺の
ＸＸｉ・ｘｉ，ＸＸｉ・ｙｉ，ＸＸｉ，ＸＸｉ・ｘｉ，
ＹＹｉ・ｙｉ，ＹＹｉの各種を求め、夫々を加算してい
けばよい。ステップ１０３ ここで（６）式、（７）式を解いて、６つの未知数Ａ〜
Ｆの夫々を求め、処理中のウェハにおけるローテーショ
ンＲｄｊとシフトＺｄｊを求める。ここでサフィックス
ｊはウェハの処理枚数を表わす。ローテーションＲｄｊ
はＣ／Ｄであり、シフトＺｄｊは（０ａｘ，０ａｙ）＝
（Ｅ，Ｆ）である。ステップ１０４ 次にそのウェハが工程ＢＰを必要とするか否かを判断す
る。すなわち、現在処理しているウェハが予め定めた処
理枚数ｍよりも小さいか否かを判断し、ｍよりも小さい
ときは、つぎのステップ１０５に進んで工程ＢＰを実施
し、ｊ＞ｍのときは先のステップ１０７に進む。ステップ１０５ 次に工程ＢＰとして、ショットＢ₁ 〜Ｂ₇ （ｂ＝７）の
各々に付随したマークＳＸ，ＳＹの位置を、ＬＳＡ系を
用いてステージ２を走らせ検出する。この動作はステッ
プ１０２と基本的には何ら変わるところはない。ステップ１０６ 次にショットＢ₁ 〜Ｂ₇ の各実測値に基づいて、ステッ
プ１０３と同様に（６），（７）式を用いて未知数Ａ〜
Ｆを算出し、４つのパラメータの全て、すなわちローテ
ーションＲｄｊ’（Ｃ／Ｄ）、シフトＺｄｊ’（Ｅ，
Ｆ）、スケーリングＳｄｊ’〔（ｒｘ，ｒｙ）＝（Ａ，
Ｄ）〕、及び直交度Ｏｄｊ’（−Ｂ／Ａ−Ｃ／Ｄ）を求
める。ステップ１０７ 次にウェハの処理枚数がｍ枚になったか否かを判断し、
ｊ＝ｍのときのみ、ステップ１０８を実行し、それ以外
のときはステップ１０９に進む。ステップ１０８ さて、処理枚数がｍ枚になったときは、ステッパーの主
制御回路１１内に、図５に示したように１枚目からｍ枚
目までの各ウェハ毎の工程ＡＰ及びＢＰによるパラメー
タが記憶されている。そこで工程ＢＰによって求めたｍ
枚目までのスケーリングと直交度の両値を、ｍ＋１枚目
以降の処理に適用するために、１枚目からｍ枚目までの
各パラメータ値を平均した平均パラメータ、すなわちロ
ーテーションＲ，シフトＺ，スケーリングＳ、及び直交
度Ｏを、以下の（９），（１０），（１１），（１２）
式に基づいて算出する。

【００３５】

【数８】

【００３６】

【数９】

【００３７】

【数１０】

【００３８】

【数１１】

【００３９】ステップ１０９ 次にウェハの処理枚数ｊがｊ＞ｍか否かを判断し、ｊ＞
ｍのときはステップ１１１へ、ｊ≦ｍのときはステップ
１１０に進む。ステップ１１０ 一枚目からｍ枚目までのウェハについては、工程ＢＰを
実施しているので、図５に示すように実際の露光の際の
ショット位置の算出に用いるパラメータとしてＲｄ
ｊ’，Ｚｄｊ’，Ｓｄｊ’，Ｏｄｊ’を用いる。ステップ１１１ ｍ＋１枚からＮ枚目までのウェハついては、ステップ１
０４によって工程ＢＰ（ステップ１０５，１０６）が省
略されるため、図５にも示すようにパラメータとしてＲ
ｄｊ＋Ｒ，Ｚｄｊ＋Ｚ，Ｓ，Ｏを用いる。ここでｍ＋１
枚目以降について、ローテションとシフトにおいても、
ｍ枚目までの値Ｒ，Ｚを加味するようにしてある。これ
は工程ＢＰのようにサンプルアライメントのショット数
の多い測定により決定されたパラメータＲｄｊ’，Ｚｄ
ｊ’によるウエイトを持たせて精度を高めるためであ
る。ステップ１１２ 露光用の４つのパラメータが決定されたら、先の（１）
式、又は（２）式に代入し、ウェハ上の各ショットの座
標位置（Ｘｉ，Ｙｉ）を設計値（ｘｉ，ｙｉ）に基づい
て算出し、ショットアドレスマップを作成する。ステップ１１３ こうして算出されたショットアドレスマップに従って、
ウェハ順次位置決めしては露光することを繰り返し、一
枚のウェハに対してステップ・アンド・リピート方式の
露光を実施する。ステップ１１４ 一枚のウェハの露光処理が終了したところで、そのウェ
ハＮ枚目か否かを判断し、Ｎ枚目であれば全ての露光処
理が終了したことになり、Ｎ枚目でないときは、ステッ
プ１１５に進む。ステップ１１５ ここでウェハをステージ２上からアンロード（搬出）
し、処理枚数の変数ｊをインクリメント（＋１）し、再
びステップ１００から同様の動作が繰り返し実行され
る。

【００４０】以上本実施例において、図１に示した各ス
テップでは工程ＡＰとＢＰを明確に分けて説明したが、
１枚目からｍ枚目までのウェハについては予め工程ＢＰ
を実施することがわかっているので、１枚目からｍ枚目
までの各ウェハについてはステップ１０２とステップ１
０５を連続して行ない、ショットＡ₁ 〜Ａ_a ，Ｂ₁ 〜Ｂ
_b の各ショット位置の実測値を順次求めてしまった方が
効率的である。

【００４１】また、サンプルアライメンのショットＡ₁
〜Ａ_a とショットＢ₁ 〜Ｂ_b については夫々重複するこ
とのないように定めたが、必らずしもその必要はなく、
ショットＢ₁ 〜Ｂ_b の内にショットＡ₁ 〜Ａ_a の全て
（又は一部）が重複しているように定めても同様の効果
が得られる。さらにサンプル・アライメントの手法は実
施例のようにＳ／Ｓアライメントに限られず、Ｄ／Ｄア
ライメント方式であっても全く同様の効果が得られ、そ
の他ショット毎のアライメント（位置検出）が可能であ
れば、どのような方式であってもかまわない。

【００４２】また工程ＡＰ、工程ＢＰそれぞれのパラメ
ータ算出部の演算には本実施例ではＥＧＡ方式を使用し
ているが、必ずしもこの方式を用いる必要はない。工程
ＡＰにおいては少なくとも基板毎に値が変化し得るパラ
メータ（本実施例ではローテーション量とシフト量）、
また工程ＢＰにおいては他のパラメータ（本実施例では
スケーリング量と、直交度量）が求まればよいので、こ
の演算方法は、どのような方法を用いてもよい。例えば
計算を簡単にするために、シフト量は実測値と設計値と
の差を加算平均したものを用いることなども考えられ
る。

【００４３】また、今述べたように工程ＡＰにおいては
少なくとも基板毎に値が変化し得るパラメータ（本実施
例ではローテーション量とシフト量）が求まればよいの
で、図１に示したステップ１０１におけるグローバルア
ライメントにおいてウェハの中心位置とローテーション
量を計測することができれば、この値を使用することに
より、工程ＡＰの計測（ステップ１０２）は省略するこ
ともできる。

【００４４】次に本発明の他の実施例について、図７、
図８を参照して説明する。図１に示した先の実施例にお
いては、ＬＳＡ系のように精度の高いアライメントを自
動的に、かつ高速に行なう機能を有するステッパーを例
にあげた。ところがＬＳＡ系のような機能を持たない装
置でも、同様の効果を得ることができる。例えば図７に
示すように、レチクルＲに設けられたマークＲＭとウェ
ハＷ上のショット領域に付随したマークＷＭとを、投影
レンズ１を介して、ミラー２０、拡大光学系２１、工業
用テレビカメラ（ＩＴＶ）２２及びブラウン管（ＣＲ
Ｔ）２３によって同時に観察し、ブラウン管２３に表示
されたマークＲＭの像ＲＭ’と、マークＷＭの像ＷＭ’
とが所定の位置関係になるように、ジョイスティック２
４を操作して、ステージ２を微動させる、所謂目合わせ
（手動アライメント）を行ない、露光すべき１つの領域
とレチクルＲのパターン像とを合わせ込む方式（マニュ
アル・Ｄ／Ｄアライメント方式等）の装置も知られてい
る。このような装置を用いる場合は、まずステージ２上
に載置されたウェハＷに対して、ウェハアライメント顕
微鏡３０を使ってグローバルアライメントを行なう。こ
のウェハアライメント顕微鏡３０は、その検出中心とな
る光軸ＡＸ₂ が投影レンズ１の光軸ＡＸ₁ から機械的に
一定の距離に位置するように固設されている。そして露
光処理されるウェハの全てには、図８に示すようにグロ
ーバルアライメント用のマークＧＭｙ，ＧＭθ，ＧＭｘ
が予め形成されている。ここでマークＧＭｙとＧＭθは
配列座標系αβのβ軸と平行な線上に、所定の間隔だけ
離れて設けられており、マークＧＭｙとＧＭθの夫々は
ウェハのｙ方向（α方向）のアライメントに使われ、マ
ークＧＭｘはｘ方向（β方向）のアライメントに使われ
る。

【００４５】さて、上記構成のステッパーを使う場合
は、例えばロットの最初の１枚目からｍ枚目までのウェ
ハについては、まずマークＧＭｙ，ＧＭθ，ＧＭｘを複
数本のウェハアライメント顕微鏡３０（検出視野３０
Ｙ，３０θ等）で検出し、グローバルアライメント（θ
アライメントも含む）を実行して、配列座標系αβとス
テージ２の走りの座標系ｘｙとの対応付けを行う。その
後、ウェハ上の複数のショット領域について、マークＲ
ＭとマークＷＭとを用いたマニュアル・Ｄ／Ｄアライメ
ント（サンプルアライメント）を行ない、各ショット領
域について正確な位置合わせが達成された時点のステー
ジ２（ウェハＷ）の座標位置を、実測値として順次記憶
していく。そしてこれら実測値と設計値に基づいて、前
述の複数（４つ）のパラメータ（シフト、ローテーショ
ン、スケーリング、直交度）の夫々を求め、このパラメ
ータによって決定される実際のショット配列の規則性に
従って、ステップ・アンド・リピート方式の露光を実行
する。さらに（ｍ＋１）枚目からＮ枚目までのウェハに
ついては、グローバルアライメント時に求めたウェハ中
心値（座標系αβの原点の座標系ｘｙ上での位置）をシ
フト量として扱い、さらにθアライメント後にウェハア
ライメント顕微鏡３０によって求めたウェハのローテー
ション量を使用することにより、（ｍ＋１）枚目以降の
各ウェハについては、Ｄ／Ｄアライメントを省略するこ
とができる。すなわち本実施例では、先の第１の実施例
における工程ＡＰのようなサンプル・アライメントは行
なわずに、ウェハ毎に変化し得るパラメータについて
は、グローバルアライメントにより検出した複数のパタ
ーン領域の全体的な位置ずれを実測値として算出するよ
うにした。もちろん（ｍ＋１）枚目以降の各ウェハにお
けるスケーリングと直交度については、１〜ｍ枚目まで
に求めた値を適用する。尚、グローバルアライメント用
のウェハアライメント顕微鏡３０を用いて、θアライメ
ント後のウェハのローテーションを計測することは、例
えば特開昭６０−１３０７４２号公報に開示されている
通りであり、これは自動的に実行することができる。こ
のため、（ｍ＋１）枚目以降の各ウェハについては、そ
の露光処理をローディング、アンローディングも含み、
自動化することができるとともに、各ショット毎の重ね
合わせ精度も、マニュアル・Ｄ／Ｄアライメント並みに
向上するといった効果が得られる。

【００４６】また、本発明はステッパー以外に、ウェハ
等のように複数のパターン領域がマトリックス状に形成
されている基板をグローバルアライメントする必要のあ
る装置においては、ほとんどそのまま応用できるもので
ある。例えばウェハ上のチップの良、不良を検査するウ
ェハプローバのアライメント、チップ内の不良メモリ等
を予備のメモリにつなぎ代えるリペア装置のアライメン
ト、又は電子線露光装置のウェハアライメント、あるい
は投影レンズを用いないプロキシミティ方式でステップ
・アンド・リピート型式のＸ線露光装置のアライメント
等においても、上記各実施例のように、誤差パラメータ
を用いて写像関係を決定する場合は全く同様に実施でき
る。

【００４７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、連続して
処理される多数枚の基板の各々、順次位置合わせする
際、処理の開始から数枚に対しては精密にパターン配列
の規則性を決定するように、１枚の基板上で多数点でパ
ターンの位置計測を行ない、それ以降の基板については
最低限の計測回数で済ませることができるので、スルー
プットが向上する。同時に最低限の計測回数で済ませた
基板に対しては、それ以前に精密に計測した基板で得ら
れた情報（パラメータ）も適用するようにしたので、ア
ライメント精度も低下させることがないといった効果が
得られる。すなわち高精度なアライメントと高いスルー
プットという相反する条件を、高い次元でマッチングさ
せられるといった利点が得られる訳である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による全体的なアライメントシ
ーケンスを示すフローチャート図。

【図２】本発明を投影型露光装置（ステッパー）に適用
した場合に好適なステッパーの構成を概略的に示す図。

【図３】ウェハ上のパターン領域（ショット）の配列を
示す平面図。

【図４】図２に示した装置における投影視野とパターン
領域との関係を示す平面図。

【図５】ウェハの処理枚数と、用いるパラメータとの関
係、及び必要な工程を一欄にしたチャート図。

【図６】ウェハ上のサンプル・アライメントに指定され
たショットの配置の一例を示す平面図。

【図７】本発明の他の実施例に好適なステッパーの構成
を示す図。

【図８】図７のステッパーによって処理されるウェハ上
のマーク配置の一例を示す平面図。

【符号の説明】

１…投影レンズ ２…ステージ ５…レーザ光源 １１…主制御回路 Ｒ…レチクル Ｗ…ウエハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５２５Ｘ

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 設計上の配列座標に従って規則的に整列
   した複数のショットが形成されたＮ（ただしＮ＞１）枚
   の基板の夫々について、前記ショットの各々を所定の基
   準位置に順次位置合わせする方法において、 前記複数のショットの内、所定のサンプルショットの設
   計上の座標値と実測値とに基づいて、前記基板上での前
   記複数のショットの配列の規則性を各基板毎に決定する
   際、 前記Ｎ枚の基板の内、（ｍ＋１）枚目からＮ枚目までの
   各基板についての第２サンプルショットの数を、１枚目
   からｍ（ただしｍ＜Ｎ）枚目までの各基板についての第
   １サンプルショットの数より小さくしたことを特徴とす
   る位置合わせ方法。
2. 【請求項２】 前記Ｎ枚の基板のうち１枚目からｍ（た
   だしｍ＜Ｎ）枚目までの各基板については、前記規則性
   を決定するための複数のパラメータの全てを各基板毎の
   前記複数のパターンのいくつかの位置の実測値に基づい
   て算出し、（ｍ＋１）枚目からＮ枚目までの各基板につ
   いては、前記複数のパラメータのうち少なくとも基板毎
   に値が変化し得るパラメータを各基板毎の前記複数のパ
   ターンのいくつかの位置の実測値に応じて算出するとと
   もに、他のパラメータについては１枚目からｍ枚目まで
   の基板においてすでに算出されたパラメータを適用する
   ようにし、該算出された複数のパラメータに基づいて前
   記配列の規則性を決定することにより、前記１枚目から
   Ｎ枚目までの各基板について順次位置合わせ処理を行う
   ことを特徴とする請求項１記載の位置合わせ方法。
3. 【請求項３】 前記一部のパラメータは少なくとも基板
   毎に値が変化し得るパラメータであることを特徴とする
   請求項第２項に記載の位置合わせ方法。
4. 【請求項４】 前記他のパラメータは１枚目からｍ枚目
   までの基板においてすでに算出されたパラメータの平均
   的パラメータに基づいて決定されることを特徴とする請
   求項２記載の位置合わせ方法。
5. 【請求項５】 前記基板の中心からほぼ等距離の関係と
   なるように前記サンプルショットを複数指定可能である
   ことを特徴とする請求項第１項に記載の位置合わせ方
   法。
6. 【請求項６】 前記第２サンプルショットは前記第１サ
   ンプルショットの中から選択されることを特徴とする請
   求項第１項に記載の位置合わせ方法。
7. 【請求項７】 前記基板上での前記複数のショットの配
   置の規則性の決定は、所定のモデル式と前記所定のサン
   プルショットの設計上の座標値と実測値とを使った近似
   計算により行われることを特徴とする請求項第１項に記
   載の位置合わせ方法。