JP2785142B2 - アライメント装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、露光装置内に用いられてマスク等の原版
と半導体ウエハ等の被露光基板との相対位置検出および
位置合わせを高精度に行なうアライメント装置に関し、
特に露光装置におけるスループットの向上を可能にした
アライメント装置に関する。

［従来の技術］ 半導体集積回路を製造するための露光装置において
は、集積回路のパターンが形成されたマスクとこのパタ
ーンを転写しようとする半導体ウエハとを露光前に高精
度に重ね合わせする必要がある。例えば、100メガビッ
トDRAMクラスの集積回路の場合、パターンの線幅は0.25
ミクロン程度であり、重ね合わせ精度は誤差0.06ミクロ
ン以下が要求される。

アライメント装置においては、マスク上に形成された
アライメントマークと半導体ウエハ上に形成されたアラ
イメントマークとのX,Y座標軸に平行な方向の直線ずれ
量を計測し、複数対のマスク上およびウエハ上マークか
ら得られる複数の直線ずれ量データΔX_m,ΔY_nを基にマ
スクとウエハとのショット全体での直線ずれ量（ΔX,Δ
Ｙ）および回転ずれ量（Δθ）を算出する。これらの算
出結果に基づいてマスクとウエハを相対的に補正駆動す
ることによりマスクとウエハとを位置合わせしている。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、このようなアライメント装置においては、
マークずれ量の計測精度を上げるために計測光学系の倍
率を上げる必要があり、計測精度と計測領域（計測光学
系の視野）の大きさは反比例する。このため、重ね合わ
せ精度を上げようとすると、マークが計測領域外にある
確率が高くなり、マーク模索や追い込みの回数が増え
て、露光装置のスループットが低下するという不都合が
あった。

また、従来のアライメント装置においては、予め装置
にプリセットされた算式に基いて、Ｘ方向またはＹ方向
のいずれか一方の直線ずれ量データを用いて回転ずれ量
（Δθ）を算出するか、あるいはX,Y各方向の直線ずれ
量からそれぞれ求めた２つの回転ずれ量を単純に平均し
てΔθを算出していた。このため、ウエハ上のショット
に歪み易い方向があったり、長さ等の要因により２つの
回転ずれ量の信頼性が方向により異なる場合等、必ずし
も回転ずれ量（Δθ）の精度が充分でなく、追い込みの
回数が増えて、この面からも露光装置のスループットが
低下するという不都合があった。

この発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてな
されたもので、露光装置のスループット向上を図ったア
ライメント装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するためこの発明では、ウエハとマス
クとのずれ量を計算するためのマーク数に、ウエハとマ
スクとの回転ずれ量を算出する上で、冗長度を持たせ、
これらのマークの異なる組み合わせに基づいて複数の回
転ずれ量値を算出し、これらの各回転ずれ量値を重み付
け演算することによって回転ずれ量を算出するようにし
ている。この発明の一態様によると、ウエハ上の各ショ
ットごとに位置合せを行なういわゆるダイバイダ方式の
露光装置（ステッパ）において、各マーク対からの信号
出力がマスク・ウエハ間相対ずれ量に対して非線形とな
る領域まで用い、計測データの期待精度に応じて１つの
回転ずれ量値を選択しあるいは同精度ならば平均して、
回転ずれ量（補正駆動量）とする。

また、この発明の別の態様によると、前記ダイバイダ
イ方式のステッパにおいて、ショット形状や長さの信頼
性に応じて各回転ずれ量値に重み付けし、前記補正駆動
量を求める。

［作用］ この発明においては、マーク計測手段で得られる計測
情報の複数種の組み合わせに基づいて複数個の回転ずれ
量値を算出することができる。したがって、これらの回
転ずれ量値を前記計測情報の精度に応じて重み付け演算
し、あるいは選択することにより、基板と原版とを重ね
合せるための補正駆動量をより高精度で得ることが可能
になる。また、回転ずれ量を計測情報の精度に応じて選
択するようにしたため、いずれかのマークが非線形領域
に入ったとしても線形領域内の計測情報に基づく充分高
度な回転ずれ量値を得ることができる。

［効果］ したがって、この発明においては、基板と原版とを高
精度に位置合わせする際に、計測領域を狭くすることな
く追い込み回数を減らし、スループットを向上させるこ
とができる。

［実施例］ 第１図は、この発明の一実施例に係るステップアンド
リピート露光装置（ステッパ）のマスクウエハアライメ
ントおよび露光ステージ部分の構成を示す。同図におい
て、１は露光光、例えばSORから放射されるＸ線であ
る。２は転写すべきパターンを形成されたマスクであ
る。３はマスクのパターンを転写されるウエハ、４はマ
スク２をその面内で回転させるためのマスクθステー
ジ、５はウエハ３をその面内で回転させるためのθ粗動
ステージ、６はウエハ３をマスク２と所定のプロキシミ
テイギャップを介して対向させる際ウエハ３をＺ（露光
光へ向かう方向に移動），ω_Ｘ（Ｘ軸回りに回転），ω
_Ｙ（Ｙ軸回りに回転）駆動するためのＺチルトステー
ジ、７はウエハ３をその面内で微小回転させるためのθ
微動ステージ、８はウエハをＸ方向に微小駆動するため
のＸ微動ステージ、９はウエハをＹ方向に微小駆動する
ためのＹ微動ステージ、10はＸ粗動ステージ、11はＹ粗
動ステージである。θ粗動ステージ５、Ｚチルトステー
ジ６、θ微動ステージ７、Ｘ微動ステージ８、Ｙ微動ス
テージ９、Ｘ粗動ステージ10、およびＹ粗動ステージ11
はウエハステージ24を構成している。

12はマスク２上およびウエハ３上に形成されているア
ライメントマークに光を照射し、これらのマークからの
散乱光を検出するピックアップである。この実施例にお
いて、アライメントマークはウエハ３上の各ショットの
スクライブライン上にそのショットの各辺の近傍に優先
マーク１個と予備マークを１個ずつ計８個が形成されて
いる。１個のアライメントマークとしては、そのマーク
が配置されている辺に平行な方向のマスク−ウエハ重ね
合わせ誤差を検出するために、第２図に示すようにAAマ
ーク201およびマスク２とウエハ３の間隔を検出するた
めのAFマーク202となる回折格子が先行プロセスにおい
て半導体回路パターンとともに形成されている。マスク
２上にもこれらのウエハ３上アライメントマークと対と
なる８個のアライメントマーク203,204が転写しようと
する半導体回路パターンとともに金等で形成されてい
る。

第２図において、205は発光素子である半導体レー
ザ、206は半導体レーザ205から出力される光束を平行光
にするコリメータレンズ、207は半導体レーザ205から出
力されコリメータレンズ206で平行光とされた投光ビー
ム、208はウエハ上AAマーク201とマスク上AAマーク203
により構成される光学系によって位置ずれ情報（AA情
報）を与えられたAA受光ビーム、209はウエハ上AFマー
ク202とマスク上AFマーク204により構成される光学系に
よってギャップ情報（AF情報）を与えられたAF受光ビー
ム、210はAA受光ビーム208により形成されるAA受光スポ
ット211の位置をAA情報として電気信号に変換する例え
ばCCD等のラインセンサであるAAセンサ、212はAF受光ビ
ーム209により形成されるAF受光スポット213の位置をAF
情報として電気信号に変換する例えばCCD等のラインセ
ンサであるAFセンサである。

第３図は、第１図の露光装置の制御系の構成を示す。
第１図の装置は、SORから水平方向のシートビーム状に
放射されるＸ線を鉛直方向に拡大して面状ビーム化する
ミラーユニット、マスクとウエハをアライメントするア
ライメントユニットとアライメントされたマスクとウエ
ハに前記面状Ｘ線で露光する露光ユニットとを含む本体
ユニット、ミラーユニットおよび本体ユニットの姿勢を
それぞれ制御する姿勢制御ユニット、ならびにミラーユ
ニットおよび本体ユニットの雰囲気を制御するためのチ
ャンバーおよび空調ユニット等を備えている。

第３図において、301はこの装置全体の動作を制御す
るためのメインプロセッサユニット、302はメインプロ
セッサユニット301と本体ユニットとを接続する通信回
路、303は本体側通信インターフェイス、304は本体コン
トロールユニット、305はピックアップステージ制御
部、307および306,308は本体ユニット内で本体コントロ
ールユニット304とファインアライメント用のθ,X,Y微
動ステージおよびマスクθステージを駆動するためのフ
ァインAA/AF制御部309a,309b,309c,309dとを接続する通
信回線および通信インターフェイス、311および310,312
は本体ユニット内で本体コントロールユニット304とウ
エハのプリアライメントおよびステップ移動を制御する
ためのステージ制御部313とを接続する通信回線および
通信インターフェイスである。

第４図は、ステップアンドリピートの露光方式を示し
た図である。説明を簡潔にするために、第１図に対し、
マスク２の駆動手段であるマスクθステージ４、ウエハ
３の駆動手段であるウエハステージ24、ピックアップ12
の駆動手段であるピックアップステージ13は省略してい
る。

同図において、12（12a〜12d）はマスク２とウエハ３
のアライメント用のピックアップ、418はマスク上に描
かれている転写パターン、419は先行プロセスによって
ウエハ上に形成されている転写済パターン、420はマス
クをウエハステージに対して合わせるためのマスクアラ
イメント用マーク、421は転写パターン418と転写済パタ
ーン419を合わせるためのマスク上アライメントマー
ク、422は同目的のウエハ上アライメントマーク、423は
同目的でピックアップ12から投射される投光ビーム、40
1はショット間のスクライブラインであり、このスクラ
イブライン上にマスク上アライメントマーク421および
ウエハ上アライメントマーク422が描かれている。

マスク２とウエハ３とを位置合わせするには、先ず、
マスク２とウエハ３が対向して支持された状態で、ピッ
クアップ12a〜12dから投光ビーム423を投射して各々対
応するマスク上アライメントマーク421とウエハ上アラ
イメントマーク422を通してマスクとウエハ間のギャッ
プを測定する。４つのピックアップから得られた情報を
もとに、ギャップ補正駆動量を計算し、ウエハステージ
24（不図示）を駆動することによってマスクとウエハ間
のギャップを露光ギャップに設定する。

次に、ピックアップ12a〜12dから投光ビーム423を投
射して、各々対応するマスク上アライメントマーク421
とウエハ上アライメントマーク422とのマスクおよびウ
エハの平面方向のずれ量を計測する。４つのピックアッ
プから得られた情報をもとに、ショット全体の補正駆動
量を計算し、マスクθステージ４（不図示）およびウエ
ハステージ24（不図示）を駆動することによってマスク
上に描かれている転写パターン418とウエハ上の転写済
パターン419とのアライメントをとる。アライメントが
とれたら、露光して転写パターン418をウエハ３の上に
転写する。そしてウエハステージ24（不図示）を駆動し
て次の露光ショットがマスクの下に来るようにする。同
様にしてアライメントおよび露光を繰り返して、全ての
ショットを露光する。

第５図は、ステップアンドリピート露光シーケンスの
１パッチ分のフローチャートである。１パッチとは１ウ
エハにマスクを途中で交換しないで焼き付けられる単位
である。開始状態では、マスク２およびウエハ３はそれ
ぞれマスクθステージ４およびウエハステージ24にチャ
ッキングされ、ピックアップ12はAF（オートフォーカ
ス）/AA（オートアライメント）計測のために投光ビー
ム423をマスク上アライメントマーク421のそれぞれに照
射している。

まず、ステップ501では、マスクの交換の要否を判断
する。現在チャッキングされているマスクで露光する場
合はステップ504に、マスクを交換して露光する場合は
ステップ502に進む。ステップ502では、現在チャッキン
グされているマスクをマスクトラバーサ（不図示）を用
いてマスクステージ４からはずしてマスクカセット（不
図示）に収納し、露光に用いるマスクをマスクトラバー
サを用いてマスクカセットから取りだしてマスクステー
ジ４にチャッキングする。そして、ステップ503でピッ
クアップ12を用いて、マスク２に描かれているマスクア
ライメント用マーク420とウエハステージ上に設けられ
ている基準マーク（不図示）とのアライメントをとる。

次にステップ504で、ウエハステージ24を駆動して、
今露光しようとするウエハ上の位置（ショット位置、す
なわち転写済パターン419）と、マスク上の転写パター
ン418とを対向させる。そして、ステップ505で、マスク
上アライメントマーク421およびウエハ上アライメント
マーク422とを用いてマスクとウエハ間のギャップを計
測してｚ方向とチルトの補正駆動を行なう。AFが終了す
ると、ステップ506で、マスク上アライメントマーク421
およびウエハアライメントマーク422とを用いてマスク
とウエハ間のX,Y方向のずれを計測して補正駆動を行な
い、AAを行なう。AA（ステップ506）の詳細な処理内容
は後述する。

AAが終了すると、ステップ507で１ショット露光を行
ない、ステップ508で次の露光ショットの有無を判断
し、あればステップ504に戻り、なければ終了する。

第６図は、第５図ステップ506のAA処理の内容を記し
たフローチャートである。１ショットについてのAA計
測、X,Y,θのずれ量計算、補正駆動を表している。

まず、ステップ601で今露光するショット（現ショッ
ト）のウエハ上におけるレイアウトチェックを行う。１
ウエハのショット・レイアウトの一例を第７図に示す。
S1〜S3はショットである。１ショットのアライメントマ
ーク配置を第８図に示す。ａ〜ｄはマスクとウエハのず
れを計測するための優先マーク、ａ′〜ｄ′は予備マー
クであり、マスクとウエハの双方に設けられている。そ
れぞれのマークはその位置でのＸまたはＹ方向どちらか
一方のずれを検出することができ、a,a′,b,b′ではＸ
方向、c,c′,d,d′ではＹ方向のずれを検出できる。従
って、１ショットのX,Y,θずれを知るためには、最低３
つの辺上にあるマークの計測が必要である。

今、ショットS1を露光しようとする場合には、ショッ
ト全体がウエハ上にあるので、全マークａ〜ｄが計測可
能である。故に、ステップ602に進んで各ピックアップ1
2からAA用の投光ビーム423を投射することにより、４点
での計測を行ない、ステップ603で計測結果のチェック
を行なう。ここでは、マークの欠損やつぶれによる計測
不能やマスク２とウエハ３とのずれが大きいために発生
する計測エラーをはじく。

ウエハとマスクとのX,Y方向のずれ量に対するピック
アップ12からの出力信号の特性を示すグラフを第９図に
示す。ゾーンＩ、IIについてはステップ604の内部で述
べるが、この範囲がAA計測レンジであり、ゾーンIIIが
計測エラーをなってステップ603ではじかれる領域であ
る。４マークとも計測できた時には４点OKとしてステッ
プ604でX,Y,θずれ量計算を行ない、ステップ605でX,Y,
θの補正駆動を行なう。そして、ステップ606で補正駆
動量のチェックを行なう。この補正量、すなわちステッ
プ604におけるずれ量計算値がトレランス内ならばこのA
A処理を終了し、トレランス外ならばステップ601に戻
る。ステップ604での具体的なX,Y,θずれ量計算方法に
ついては、第10図以降を用いて後に説明する。ステップ
603で３マークのみ計測できた場合は３点OKとして、上
述した４点計測のシーケンス（ステップ602〜604）から
ステップ601で分岐した３点計測のシーケンス（ステッ
プ607〜609）のステップ609に合流する。また、２マー
ク以下しか計測できなかった場合には、NGとして２点以
下の計測のシーケンス（ステップ610〜613）のステップ
612に進んでNGだったマークに対応する予備マークの計
測を行なう。

第７図におけるショットS2を露光しようとした時、第
８図のａのマークはウエハからはずれてしまうので、３
点の計測となり、ステップ601から分岐してステップ607
でマークａを除く３点のAA計測を行なう。そしてステッ
プ608でステップ603と同様に計測結果チェックを行な
い、３点OKならばステップ609に進み、NGならば前記ス
テップ612に合流する。ステップ609では、４点計測シー
ケンスのステップ603で分岐してきたものも含め、３点
データによるX,Y,θ補正量計算を行なう。今、ａが計測
不能で、b,c,dからそれぞれマスクとウエハのずれ量計
測データΔX_D,ΔY_L,ΔY_Rが得られたとすると、ショット
全体のずれ量ΔX,ΔY,Δθ，は ΔＸ＝ΔX_D＋Δθ・L_X/2 ΔＹ＝（ΔY_L＋ΔY_R）/2 Δθ＝（ΔY_L−ΔY_R）/L_Y で求められる。それぞれのずれ量の符号を反転させたも
のが補正量となる。L_XおよびL_Yは、それぞれ同方向のず
れを検出するマーク間の距離であり、後述するステップ
1006で得られる値または設計値が用いられる。ａ以外の
マークが計測不能であった時も計測不能マーク以外の３
点の計測データから３つの未知数ΔX,ΔY,Δθを求める
ことができる。そして、ステップ605でX,Y,θの補正駆
動を行なう。

第７図におけるショットS3を露光しようとした時に
は、第８図のｂとｃしか計測できない。ｄ′の計測は可
能であるが、ピックアップの形状とマーク配置によって
ピックアップ同士が干渉するので本実施例では、ｄ′の
計測は後で行なう。

まず、ステップ601からステップ610に分岐し、ｂとｃ
の２マークのAA計測を行なう。そしてステップ611で計
測結果チェックを行ない、ステップ612で不足分データ
を補足する。このステップ612に４点計測や３点計測か
らエラー分岐してきたものが合流する。ショットS3のよ
うに２点以下の計測しかできていない場合には前述のよ
うにｄ′が計測可能なのでｄに対応するピックアップ12
dをピックアップステージ13dを用いて駆動して予備マー
クｄ′の上に移動させ、ｄ′計測を行なう。４点計測や
３点計測からNGで合流してきた場合には、NGだったマー
クに対応する予備マークの計測を行なう。ここでピック
アップ12を移動したら、計測終了後、次のショットの計
測のためにピックアップ位置を元に戻しておく必要があ
る。そしてステップ613で有効データ数の総数を調べ、
４点ならばステップ604に、３点ならばステップ609に進
んでX,Y,θずれ量計算を行なう。それでも２点以下しか
得られなかった場合には、エラー終了となり、マニュア
ルアライメントを行なうか、そのショットを飛ばして次
のショットに移る。あるいは、周囲のショットの情報か
ら推定してアライメントを行ない、露光することもでき
る。

なお、実施例では、ステップ602で４点計測をしてス
テップ603で３点OKとなった場合には、その３点のデー
タからショットのずれ量を求めたが、その場合にもステ
ップ609ではなくステップ612に進んでNGマークに対応す
る予備マークの計測を行なうようにしてもよい。３点よ
りも４点の方が計測誤差の影響を小さくできるが、３点
でアライメント可能なものをピックアップ移動してもう
１点の計測データを得ていることになり、スループット
が落ちるので、いずれを選択するかは時間と精度との兼
ね合いとなる。

第10図は、第６図のステップ604の処理内容を記した
フローチャートである。４点の計測データから１ショッ
トのX,Y,θずれ量の計算シーケンスを示している。ま
ず、ステップ1001で、このショットの伸び率計算の要否
を判断する。ウエハの伸び縮みがプロセスによってウエ
ハ全体でほぼ均一に起きるなら、この伸び率計算は第１
ショットでのみ必要であり、第２ショット以降は第１シ
ョットで算出された伸び率に基づいて補正計算すれば良
いのでステップ1007に飛ぶ。

伸び率計算が必要なものに対しては、ステップ1002で
伸び率計算の可否を判断する。伸び率計算のためには、
X,Y方向それぞれ少なくとも１つの予備マークを計測し
なければならないので、４点の計測データを得るために
ＸあるいはＹ方向の予備マークを２つとも使ってしまっ
ているような時には伸び率計算ができない。このように
伸び率計算が不可能ならばステップ1008に、可能ならば
ステップ1003に進む。

ステップ1003では、ピックアップ12を予備マーク上に
移動し、ステップ1004で予備マークを用いてマスクとウ
エハのずれを計測する。ステップ1005で第６図のステッ
プ603と同様に計測結果のチェックを行ない、X,Y方向そ
れぞれ少なくとも１つの予備マークが計測できていれば
OKとしてステップ1006に、できていなければ伸び率計算
ができないのでステップ1008に移る。

ステップ1006では、第６図のステップ602,607,610で
計測された優先マークの計測値とステップ1004で計測さ
れた予備マークの計測値とからウエハの伸び率計算を行
ない、それにともなうマーク間距離L_X,L_Yの補正を行な
う。具体的な計算方法は第11図を用いて説明する。

第11図において、実線は１ショットの設計サイズ、破
線は膨張した１ショットのサイズであり、実線をマスク
上のショット形状、破線をウエハ上のショット形状と考
えることができる。マークａとａ′を用いてｘ方向の伸
び率を求めるには、ショット中心から見たマークａおよ
びマークａ′の設計Ｘ座標をそれぞれX_U,X_U′として、
マークａおよびマークａ′による計測値をそれぞれΔ
X_U,ΔX_U′とするとｘ方向の伸び率ρxuは ρ_XU＝（ΔX_U′−ΔX_U）／（X_U′−X_U） となる。同様に、マークｂとｂ′、マークｃとｃ′、マ
ークｄとｄ′を用いてそれぞれの伸び率を求めると、 ρ_XD＝（ΔX_L−ΔX_L′）／（X_L−X_L′） ρ_YL＝（ΔY_L′−ΔY_L）／（Y_L′−Y_L） ρ_YR＝（ΔY_R−ΔY_R′）／（Y_R−Y_R′） となる。X,Y方向ともそれぞれ１つの予備マークしか計
測できなかった場合には、求められた伸び率をそのま
ま、ρ_X,ρ_Ｙとすれば良く、２つとも求められた場合に
はそれらの平均を計算し、 ρ_Ｘ＝（ρ_XU＋ρ_XD）/2 ρ_Ｙ＝（ρ_YL＋ρ_YR）/2 とすれば良い。

次に、上記のようにして求めた伸び率に従ってマーク
間距離L_X,L_Yの補正を行なう。マーク間距離の設定値を
第11図に示すL_X,L_Yとすると、ウエハが膨張したことに
よってショットのθ回転量を計算するための実際のマー
ク間距離は変化している。そこで、あらためて L_X←L_X（１＋ρ_Ｘ） L_Y←L_Y（１＋ρ_Ｙ） とすることによって補正できる。

ステップ1007では、ステップ1006で求めた伸び率に基
づき、計測データの補正を行なう。ステップ1001で伸び
率計算不要と判断したショットでは第１ショットなどで
既に計算されている伸び率を使う。計測データはマーク
位置でのマスクとウエハのずれ量になるが、ショット中
心を合わせると言う意味でのずれ分は、伸び分を除いた
ものになるので、 ΔX_U←ΔX_U−ρ_Ｘ・X_U ΔX_D←ΔX_D−ρ_Ｘ・X_D ΔY_L←ΔY_L−ρ_Ｙ・Y_L ΔY_R←ΔY_R−ρ_Ｙ・Y_R となる。このような補正を行なうことにより、第12図
（ａ）に示すようなウエハの膨張によるずれを除去する
ことができ、第12図（ｂ）に示すローテーションのずれ
との識別が可能となる。

次にステップ1008でショットのずれ量ΔX,ΔY,Δθ_X,
Δθ_Ｙを計算する。ここで用いるマーク間距離と計測デ
ータは、伸び率計算をしたものに関しては補正後の値を
用いる。計算式は以下に示す。

ΔＸ＝（ΔX_U＋ΔX_D）/2 ΔＹ＝（ΔY_L＋ΔY_R）/2 Δθ_Ｘ＝（ΔX_U−ΔX_D）/L_X Δθ_Ｙ＝（ΔY_L−ΔY_R）/L_Y ここでΔθ_ＸおよびΔθ_ＹはそれぞれＸ方向、Ｙ方向
の計測データから求めたθ回転ずれ量である。

なお、本実施例では１方向のずれのみが計測できるマ
ークを用いているが、X,Y双方向が計測できるマークを
用いれば、予備マークを用いずに同様の補正ができる。

ステップ1009では、Ｘ方向とＹ方向の計測精度を比較
する。ステップ1008で求めたΔθ_ＸとΔθ_Ｙは本来同一
な値を持つはずであるが、実際には計測精度やウエハ、
マスクの歪みなどによって異なる値を持つ。そこで、補
正駆動には精度の良い方を採用しようとする。

さらに、現在、精密なアライメントを行なうために計
測光学系の分解能を高くするとマスクとウエハのずれ量
に対する計測系の信号出力が線形に得られる計測レンジ
が狭くなってしまう。そこで、第９図に示すような特性
を持つ光学系に対して、線形領域（ゾーンＩ）の両側に
ある非線形領域（ゾーンII）までも計測レンジに含める
ことにする。当然のことながら、ゾーンIIにおける計測
精度はゾーンＩと比較すれば悪いので、補正駆動してゾ
ーンＩ内でもう一度計測するという追い込みが不可欠で
ある。

マスクとウエハが第13図に示すようにずれていた場
合、Ｘ方向へのドリフト分が大きく、θ回転成分も持っ
ているため、ΔX_D,ΔY_L,ΔY_RはゾーンＩに入っている
が、ΔX_UがゾーンIIにあるということが生じる。する
と、第10図のステップ1008で求めたΔθ_ＸよりもΔθ_Ｙ
の方が信頼性が高く、θ回転ずれ量ΔθとしてはΔθ_Ｙ
を用いた方が追い込みの回数が少なくて済む。従って、
Ｙ方向の計測値が２つともゾーンＩでＸ方向の計測値の
うち少なくとも一方がゾーンIIだったときにはステップ
1010でθ回転ずれ量ΔθをΔθ_Ｙとし、Ｘ方向の計測値
が２つともゾーンＩでＹ方向の計測値のうち少なくとも
一方がゾーンIIだったときには、ステップ1011で回転ず
れ量ΔθをΔθ_Ｘとする。X,Y方向とも同じゾーンだっ
た場合にはステップ1012に進む。

ステップ1012ではＸ方向とＹ方向の計測精度が等しい
時にθ回転ずれ量ΔθをΔθ_ＸとΔθ_Ｙとの一時結合で
求めるための重み付け係数ｎ（０≦ｎ≦１）を計算す
る。Δθ_ＸとΔθ_Ｙとは計算式から明らかなように、マ
ーク計測精度が等しければ分母の大きい方が精度が高
い。従って、重み付け係数ｎを ｎ＝L_X/（L_X＋L_Y） と表現し、θ回転ずれ量Δθをステップ1013に示すよう
に Δθ＝ｎ・Δθ_Ｘ＋（１−ｎ）Δθ_Ｙ とすることで精度に応じた重み付けが可能となる。

ここで、重み付け係数ｎの計算に用いるL_XおよびL_Yは
ステップ1006で伸び率によって補正した値であるが、ス
テップ1002あるいは1005で伸び率計算ができず、L_X,L_Y
が設計値のままの場合には、以下に述べる重み付け係数
ｎの計算方法がある。この方法はウエハの結晶成長方向
等により、Ｘ方向とＹ方向とでウエハの伸び縮みのし易
さが分かっている場合に利用できる。ウエハのＸ方向の
長さの不確定率（不確定長／基本長）をα_X,Y方向のそ
れをα_Ｙとすると、 L_X←L_X・（１−α_Ｘ） L_Y←L_Y・（１−α_Ｙ） とすれば、上記例と同様の式で重み付け係数ｎを求める
ことができる。また、他の諸条件によって重み付け係数
ｎを決定しても良い。

また、第10図では、伸び率による計測値の補正をして
からΔx,Δy,Δθを求めたが、計測値の少なくとも１つ
がゾーンIIにあるときに、伸びによる精度劣化よりも非
線形による精度劣化の方が大きければステップ1009の判
断による分岐をステップ1008よりも先に行なって、ステ
ップ1010や1011に対する伸びの補正を行なわないという
シーケンスもとれる。

以上AAシーケンスについて述べたが、ショットレイア
ウト情報や計測エラーの発生に応じてシーケンスを選択
すること、予備マークを用いて計測データを補充するこ
とに関しては、AFシーケンスについても応用することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例に係るステップアンドリ
ピート露光装置の要部構成図、 第２図は、ウエハとマスクの平面方向および垂直方向の
ずれを検出するファインAA/AF方式の説明概略図、 第３図は、第１図の露光装置の制御系のハードウエハ構
成図、 第４図は、ステップアンドリピート露光方式の説明図、 第５図は、ステップアンドリピート露光シーケンスの１
パッチ分のフローチャート、 第６図は、第５図ステップ506のAA処理の内容を記した
フローチャート、 第７図は、１ウエハのショット・レイアウトを示す説明
図、 第８図は、１つのショットのアライメントマーク配置
図、 第９図は、ウエハとマスクとのX,Y方向のずれ量に対す
るピックアップからの出力信号の特性を示すグラフ、 第10図は、第６図のステップ604の処理内容を記したフ
ローチャート、 第11図は、ウエハの伸び率計算の説明図、 第12図（ａ）および（ｂ）は、ウエハの伸びによるずれ
およびローテーションによるずれの説明図、 第13図は、ウエハ上アライメントマークの１つが高精度
計測ゾーンを外れた状態の説明図である。 1:X線（露光光） 2:マスク（原版） 3:ウエハ（被露光基板） 4:マスクθステージ 12,12a〜12d:ピックアップ 13:ピックアップステージ 24:ウエハステージ 304:本体コントロールユニット 305:ピックアップステージ制御部 309a,309b,309c,309d:ファインAA/AF制御部 421:ウエハ上アライメントマーク 422:マスク上アライメントマーク 423:投光ビーム ΔX_U,ΔX_D,ΔY_L,ΔY_R:アライメントマークのずれ量計測
値

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太田 裕久 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 野瀬 哲志 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−82516（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−133566（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−110818（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 21/027

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板と原版との重ね合わせの回転ずれ量を
   算出するのに冗長な数の基板上マークと各基板上マーク
   に対応する原版上マークとの位置ずれ量を計測するマー
   ク計測手段と、 このマーク計測手段からの計測情報の複数種の組み合わ
   せに基づいて複数の回転ずれ量値を算出する第１の演算
   手段と、 前記計測情報の精度に基づいて前記複数の回転ずれ量値
   に重み付けし前記基板と原版との回転補正量を算出する
   第２の演算手段と を具備することを特徴とするアライメント装置。
2. 【請求項２】ステップアンドリピート方式の露光装置に
   おいて被露光基板上の各ショットに原版の像を焼付転写
   するに先立ち、そのショットごとに前記基板と原版との
   重ね合わせの回転ずれ量を含むずれ量を計測および算出
   し前記基板および／または原版を補正駆動する請求項１
   のアライメント装置。
3. 【請求項３】前記計測手段は、基板上および原版上マー
   ク各対のずれ量に対する計測値が線形な領域と非線形な
   領域とを有し、前記情報の精度は、前記計測値がいずれ
   の領域において得られたものであるかに基いて判定され
   る請求項２のアライメント装置。
4. 【請求項４】前記重み付けは、計測精度が最も高いもの
   を１、他を０とするものである請求項３のアライメント
   装置。
5. 【請求項５】前記計測情報の精度は、ショットの形状、
   回転ずれ量算出用のマーク間の距離および先行プロセス
   の性質に基いて予め与えられるものである請求項２のア
   ライメント装置。
6. 【請求項６】前記重み付けは、マーク間の距離に比例し
   て行なわれる請求項５のアライメント装置。
7. 【請求項７】基板と原版との重ね合わせの回転ずれ量を
   算出するのに冗長な数の基板上マークと各基板上マーク
   に対応する原版上マークとの位置ずれ量を計測するとと
   もにこれら基板上および原版上マーク各対のずれ量に対
   する計測値が線形な領域と非線形な領域とを有するマー
   ク計測手段と、 このマーク計測手段からの計測情報値がいずれの領域に
   おいて得られたものであるかに基いてこの計測情報値の
   精度の高低を判定し、これらの計測情報値の複数種の組
   み合わせに基いて算出され得る複数の回転ずれ量値のう
   ちの１つを前記判定結果に基いて選択し前記基板と原版
   との回転補正量として算出する演算手段と を具備することを特徴とするアライメント装置。