JPH03110818A - アライメント装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、いわゆるステップアンドリピート露光装置
内においてマスク等の原版と半導体つエバ等の被露光基
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する。

［従来の技術］ 従来のステップアンドリピート露光装置におけるアライ
メントおよび露光方式としては、ウェハ中の１つのショ
ットについてのみアライメントマークによる位置合わせ
を行ない、後はウェハステージを格子間距１１ｔ（ショ
ット中心間距離）ずつ移動して露光を行なうグローバル
アライメント、各ショットごとに順次アライメントマー
クによる位置合わせを行ないながら露光を行なうダイバ
イダイアライメント、および複数ショットについて１回
のアライメントを行なうゾーンアライメント等が知られ
ている。

ところで、１００メガビツトＤＲＡＭクラスの集積回路
を製造するためには線幅０．２５ミクロンのパターン焼
付を可能にする露光装置が必要となる。この場合、重ね
合わせ誤差０．０６ミクロン以下の高精度が要求される
。このような高精度を実現するには、個々のショットに
ついてアライメントを行なう必要がある。

従来のダイバイダイアライメント方式においては、ウェ
ハ上アライメントマーク不良等により、ウェハとマスク
のアライメントマークから相対位置計測情報が１つでも
検出されないショットにおいては、そのショットの露光
をあきらめるか、前ショットから格子間距離だけ６勤し
た状態のままで露光するか、または前ショットから現シ
ョットの格子点（設計上のショット中心）へ送った後、
隣接するアライメント済ショットのアライメント補正量
に基づいて補正駆動を行なっていた。いずれにしても現
ショットのアライメントマークを用いての位置合わせは
行なわないためその精度は線幅０．２５ミクロンの実現
には不充分であった。

［発明が解決しようとする課題］ 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、一部のアライメントマークについての計測
情報が得られないショットにおしても得られた計測情報
を活用して被露光基板と用板とのアライメントを高精度
に行なうことが可負１なアライメント装置を提供するこ
とを目的と１［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、いわけるダイバ
イダイアライメント方式のアライメント装置において、
複数種の補正（量計算）処理シーケンスを設け、そのシ
ョットで得られたマーク（測情報の数に応じて自動的に
１つの補正処理シーケンスを選択するようにしている。

この発明において「アライメント」とは、初露光基板上
および原版上に設けられたマーク仝用いて基板上と原版
との相対位置関係を調整４ることを意味し、その調整の
方向は問わない。

以下においては、基板および原版の面と平行な角（Ｘ−
Ｙ平面）方向の位置合わせをｒＡＡＪとしい、Ｘ−Ｙ平
面に垂直な方向（Ｚ軸方向）の位置合わせ（例えは基板
と原版とのプロキシミティギャップ設定または焦点合わ
せ等）をｒＡ　ＦＪという。

この発明の１態様においては、ダイバイダイＡＦまたは
ダイバイダイＡＡにおいて少なくともレイアウト情報、
さらに計測エラーの発生（ＡＡの場合は同一または近接
マークのＡＰ計測エラーも含む）に応じて補正処理シー
ケンスを選択する。

この発明の別の態様においては、予め各ショットに予備
マークを設けておき、計測された情報の数がその補正量
計算に不充分な場合、マーク計測手段を予備マーク上に
移動することによってそのショットの補正量計算に充分
な計測情報が得られるようにしている。

［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
報の数が補正量計算上冗長であれば、その冗長性を生か
してより高信頼度または高速の演算を実行する。また、
計測情報の数が補正量計算に必要充分であればその計測
情報に基づく補正量計算を実行する。さらに計測情報の
数が補正量計算に不充分であれば不足の計測情報の代替
情報を補充して補正量計算を行なう。この代替情報は前
記冗長性を持たせるために補充することもできる。

具体例を挙げれば、４対のウェハ上およびマスク上マー
クを計測する４眼のマーク計測手段で１対のマーク対に
つき１つの計測情報を発生する場合、４つの計測情報を
用いて４眼アライメントを行なうとともに、計測情報が
３つしか得られないときは３つの計測情報を用いる３眼
アライメントへ自動的に遷移する。さらに計測情報が２
つしか得られないときは１つまたは２つの予備マークを
自動計測して３眼または４眼アライメントを行なう。

このようにこの発明では、一部のマークの計測ができな
かったりまたは計測エラーが発生したショットにおいて
もそのシミツトの残りの計測情報を用いたより確実な補
正量の算出が可能となり、このようなショットにおいて
は従来よりも高精度のアライメントが可能となる。

［効果］ 以上のように、この発明においては、被露光基板周辺部
の一部のマークが不完全であったり、欠如しているショ
ットや、プロセス不良によりマークがつぶれているショ
ットについてもアライメントすることができ、歩留りが
向上する。

［実施例コ 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）のマスクウェハアライメン
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ェハ、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
はウェハ３をその面内で回転させるためのθ粗動ステー
ジ、６はウェハ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ェハ３をｚ（ＴＥ先光光
向かう方向に移動）。

ωＸ　　（Ｘ軸回りに回転）、ωｙ　　（ｙ軸回りに回
転）駆動するための２チルトステージ、７はウェハ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
ウェハをＸ方向に微小駆動するためのＸ微動ステージ、
９はウェハを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
動ステージ制御部およびＹ粗動ステージ１１はウェハス
テージ２４を構成している。

１２はマスク２上およびウェハ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ェハ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ターウニへ重ね合わせ
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とウェハ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上にもこれらのウェハ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２
０５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はウェハ上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）を与えらねたＡＡ受光ビ
ーム、２０９はウェハ上ＡＦマーク２０２とマスク上Ａ
Ｆ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、２１
０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、２
１２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、マスクとクエへ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ェ
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
信回線、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３
０９ａ、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とウニへのプリアライ
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、ウェハ３
の駆動手段であるウェハステージ２４、ピックアップ１
２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
ウェハ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
セスによってウェハ上に形成されている転写済パターン
、４２０はマスクをウェ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は同目的のウェハ上ア
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、４０１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およびウェハ上アライメン
トマーク４２２が描かれている。

マスク２とウェハ３とを位置合わせするには、先ず、マ
スク２とウェハ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とウェ
ハ上アライメントマーク４２２を通してマスクとクエへ
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、ウェ
ハステージ２４（不図示）を駆動することによってマス
クとウニへ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４２
３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とウェハ上アライメントマーク４２２とのマス
クおよびクエへ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）
およびウェハステージ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
ェ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４１
８をウェハ３の上に転写する。そしてウェハステージ２
４（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
パツチ分のフローチャートである。１パツチとは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およびウェハ３はそれぞ
れマスクθステージ４およびウェハステージ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とウェ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、ウェハステージ２４を駆動して
、今露光しようとするウェハ上の位置（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およびウェハ上
アライメントマーク４２２とを用いてマスクとウニへ間
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およびウェハアライメントマー
ク４２２とを用いてマスクとクエへ間の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５０フで１シヨツト露光を
行ない、ステップ５０８で次の露光ショットの有無を判
断し、あれはステップ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シヨツトについての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）のウェハ上におけるレイアウトチエツクを行う。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はショク］・である。１シヨツトのアライメ
ントマーク記音を第８図に示す。ａ　％　ｄはマスクと
ウェ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、マスクとウェ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　　、ｄｄ′ではＹ
方向のずれを検出できる。従って、１シヨツトの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
ト全体がウェハ上にあるので、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１２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
結果のチエツクを行なう。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とウェハ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。

ウェハとマスクとの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Ｉ１１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Ｏ
Ｋ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で補正駆動量のチエツクを行な
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ＡＡ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６
０４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６０
３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６
１０〜６１３）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のマークはウェ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
エツクを行ない、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か泪測不能で、ｂ、ｃ、ｄか
らそれぞれマスクとウェハのずれ量計測データΔＸＤ、
ΔＹＬ、ΔＹＲが得られたとすると、ショット全体のず
れ二ΔＸ。

ΔＹ、Δθ、は ΔＸ＝ΔＸ。　＋Δθ　・　ＬＸ　／２ΔＹ＝（ΔＹＬ
　　＋Δｙ　Ｒ）　　／　２Δθ＝　（ΔＹＬ　　−Δ
ＹＲ）／ＬＹ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。ＬＸおよびＬＹ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しか計測でとない。

ｄ′の計測は可能であるが、ピックアップの形状とマー
ク配置によフ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６
１１で計測結果チエツクを行ない、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１２ｄ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晋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（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、
スルーブツトが落ちるので、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シヨ
ツトの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。ウェハの伸び縮みがプロセスによ
ってウェハ全体でほぼ均一に起きるなら、この伸び率計
算は第１シヨツトでのみ必要であり、第２シヨツト以降
は第１シヨツ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
スクとウェ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
測結果のチエツクを行ない、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かでき
ないのでステップ１００８に穆る。

ステップ１００６では、第６図のステップ６０２．６０
７，６１０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ェハ
の伸び率計算を行ない、それにともなうマーク量比１１
ｆｉＬｘ　、　　Ｌｙ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シヨツトの設計サイズ、破
線は膨弓長した１シヨツトのサイズであり、実線をマス
ク上のショット形状、破線をウェハ上のショット形状と
考えることができる。マークａとｄ′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Ｘｕ、Ｘｕ’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ΔＸυ、ΔＸｕ’とするとＸ方向の伸び率ρ×ｕはρ
ｘｕ＝　（ΔＸｕ’−ΔＸｕ　）　／　（Ｘｕ’　　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、 ρｘｏ＝（ΔＸＬ−ΔＸＬ’）　／（ｘｔ、　−ｘｔ、
’）ρ　Ｙし＝　（Δ　ＹＬ’−Δ　ＹＬ　　）　　／
（ｙｔ、’−ｙｔ、　　）ρＹＲ＝（ΔＹＲ−ΔｙＲ’
）　／（ＹＲ−ＹＲ’）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、ρ８．ρ７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、ｐ
ｘ　＝　（ｐＸＵ＋ρｘｏ）　／　２ρ７＝（ｐＹＬ＋
ρＹＲ）／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量
比１１１Ｌｘ　、Ｌｙの補正を行なう。マーク間距離の
設計値を第１１図に示すＬｘ、Ｌｙとすると、ウェハが
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 Ｌｘ”Ｌｘ（１＋ρ×） Ｌｙ　”−Ｌｙ　　（１＋ｐｙ　） 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１０
０１で伸び率計算不要と判断したショットでは第１シヨ
ツ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ェ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、 ΔＸｕ←ΔＸｕ−ρｘ　−Ｘｕ ΔＸＤ−ΔＸｏ　　／）ｘ　　・Ｘ。

Δ　Ｙ　し　　←　Δ　Ｙ　Ｌ　　−ρ　７　　・　　
Ｙ　ＬΔＹＲ←ΔＹＩｌ−ρＹ’ＹＲ となる、このような補正を行なうことにより、第１２図
（ａ）に示すようなウェ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×、Δθアを計算する。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＝（ΔＸＵ＋ΔＸＤ）／２ ΔＹ＝（ΔＹＬ＋ΔＹＲ）／２ Δθ８＝（ΔＸｕ−ΔＸＤ）／ＬＸ Δθ、＝（ΔＹＬ−ΔＹＲ）／ＬＹ ここでΔθ８およびΔθ７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籾るマー
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Δθ８とΔθアは木
来同−な値を持つはずであるが、実際には計測精度やウ
ェハ、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ェハのずれ量に
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
狭くなフてしまう。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（ゾーンりの両側にある
非線形領域（ゾーン１１　）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！■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！内でもう一度計測するという追い込みが不可欠
である。

マスクとウェハが第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、Δｘｏ、ΔＹＬ。

ΔＹＲはゾーンＩに入っているが、ΔＸｕがゾーンＩ＋
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Δθ８よりもΔθアの方が信頼性が
高く、θ回転ずれ量ΔθとしてはΔθ７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ソとし、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Ｉ＋だったときには、ステップ１０１１で回転ずれ
量ΔθをΔθ×とする。Ｘ。

Ｙ方向とも同じゾーンだフ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Δθ８とΔθ７との一時結合
で求めるための重み付は係数ｎ（０≦ｎ≦１）を計算す
る。Δθ８とΔθア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か精度が高い
。従って、重み付は係数ｎを ｎ＝Ｌｘ／（ＬＸ＋ＬＹ） と表現し、θ回転ずれユΔθをステップ１０１３に示す
ように Δθ＝ｎ・Δθ、　＋　（１−ｎ）Δθ７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、重み付は係数ｎの計算に用いるし×およびＬア
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、Ｌｘ、Ｌｙが設計値のままの場合には、以下に
述べる重み付は係数ｎの計算方法がある。この方法はク
エへの結晶成長方向等により、Ｘ方向とＹ方向とでウェ
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
。クエへのＸ方向の長さの不確定率（不確定長／基本長
）をα×、Ｙ方向のそれをα７とすると、 Ｌｘ　　＝Ｌｘ　　・（１ａｘ　　） Ｌ　ｙ　　＝　Ｌ　ｙ　　・　（１−αＹ　）とすれば
、上記例と同様の式で重み付は係数ｎを求めることがで
きる。また、他の諸条件によって瓜み付は係数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１１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１
００９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、ウェハとマス
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％式％ 第３図は、第１図の露光装置の制御系のハードウェア構
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ＡＡＩＩＳ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、ウェハとマスクとの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、ウェハの伸び率計算の説明図、第１２図（
ａ）および（ｂ）は、ウニへ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、ウェ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：ウェハ（被露光基板） ４：マスクθステージ １２、１２ａ　〜１２ｄ　：ビックアップ１３：ビック
アップステージ ２４：ウェハステージ 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Ａ
Ａ／ＡＦ制御部 ４２１：ウェ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 ΔＸＵ、ΔＸＤ、ΔＹＬ、ΔＹＲ：アライメントマーク
のずれ置針測値

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. （１）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、そのショットについて設けられている複数個の
   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
   との相対位置関係を計測するマーク計測手段と、 このマーク計測手段から出力される計測情報の数を判定
   する判定手段と、 この判定手段の判定結果に応じ異なる算式を用いて前記
   計測情報より前記基板と原版とを位置合わせするための
   補正量を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。
2. （２）前記判定手段は、基板上ショットレイアウト情報
   に応じて前記計測情報の数を判定する請求項１のアライ
   メント装置。
3. （３）前記判定手段は、さらに前記マーク検出手段にお
   けるマーク検出エラーに応じて前記計測情報の数を判定
   する請求項２のアライメント装置。
4. （４）前記基板と原版とを平面方向に位置合わせする請
   求項１のアライメント装置。
5. （５）前記基板と原版との間隔を補正する請求項１のア
   ライメント装置。
6. （６）前記演算手段は、前記計測情報の数が第１の所定
   数以上であれば第１の算式により前記補正量を算出し、
   前記計測情報の数が第１の所定数未満第２の所定数以上
   であれば第２の算式により前記補正量を算出し、前記計
   測情報の数が前記第２の所定数未満であれば前記マーク
   計測手段で発生されなかった計測情報の代替情報を補充
   されこの代替情報を前記計測情報の数に含めた数に対応
   する前記第１または第２の算式により前記補正量を算出
   する請求項１のアライメント装置。
7. （７）前記代替情報は、周囲のショットにおいて検出さ
   れた計測情報に基づいて作成される請求項６のアライメ
   ント装置。
8. （８）前記代替情報は、前記マーク計測手段が前記基板
   および原版上に予め形成されている予備マーク上に移動
   され該マーク計測手段により該予備マークが計測されて
   発生される予備マーク計測情報である請求項６のアライ
   メント装置。
9. （９）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、そのショットについて設けられている複数個の
   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
   との相対位置関係を計測するマーク計測手段と、 このマーク計測手段から出力される計測情報の数を判定
   する判定手段と、 この計測情報の数が所定数に満たないとき不足する計測
   情報の代替情報を補充する情報補充手段と、 前記所定数の計測情報に基づいて前記基板と原版とを位
   置合わせするための補正量を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。
10. （１０）前記代替情報は、周囲のショットにおいて検出
    された計測情報に基づいて作成される請求項９のアライ
    メント装置。
11. （１１）前記代替情報は、前記マーク計測手段を前記基
    板および原版上に予め形成されている予備マーク上に移
    動することにより該マーク計測手段より発生される予備
    マークの計測情報である請求項９のアライメント装置。