JPH03110819A - 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、露光装置内に用いられてマスク等の原版と
半導体ウェ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ブツ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ェ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メガビツト
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ェ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ェハ上マークか
ら得られる複数の直線ずれ量データΔＸ１．ΔＹ、を基
にマスクとウェハとのショット全体での直線ずれ量（Δ
Ｘ。

ΔＹ）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ェハを相対的に補正駆動
することによりマスクとウェ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）の大きさとは反比例する。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（
八〇）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、ウェハ上のショット
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、露光装置のスルーブツ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、ウェハとマスク
とのずれ量を計算するためのマーク数に、ウェハとマス
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は
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、ウェハ上の各ショッ
トごとに位置合せを行なういわゆるダイバイダイ方式の
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・ウニへ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、前記ダイハ０ バイダイ方式のステン羞ヨおいて、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は演算し
、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精度な回
転ずれ量値を得ることができる。

［効果］ したがりて、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、スルーブツトを向上させること
ができる。

［実施例コ 第１図は、この発明の一実施例に係るステラフアンドリ
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（露光光へ向
かう方向に容勤）。

ωＸ　　（Ｘ軸回りに回転）、ωＹ　　（Ｙ軸回りに回
転）駆動するためのＺチルトステージ、７はウニ３　　
・ 八番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１０、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）を与えられた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ＣＯＤ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、マスクとウェ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とウェハのプリアライ
メントおよびステップ８勅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１
２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を通してマスクとウニへ
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
クおよびウェ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ェハ間
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。ＡＰ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ウェハ間の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。

３１〜Ｓ３はショットである。１シヨツトのアライメン
トマーク配置を第８図に示す。ａ　ｙ　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、ｄ。

ｄ′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　ｗ　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ＡＡＩＡ埋を終了し
、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ｔｌｌｌｌ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６０
９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６
０３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ェハのずれ置針測データ
ΔＸ８．ΔＹＬ、ΔＹＲか得られたとすると、ショット
全体のずれ量ΔＸ。

ΔＹ、Δθ、は ΔＸ＝ΔＸＤ＋Δθ・Ｌｘ／２ ΔＹ＝（ΔＹＬ＋ΔＹＲ）／２ Δθ＝（ΔＹＬ−ΔＹＲ）／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。Ｌ×およびＬ７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Ｘ３勤させ、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。クエへ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てきていれば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間距離り
、、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
線は膨張した１シミ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
ΔＸＵ＋　ΔｘＵ′とするとＸ方向の伸び率ρＸＵはρ
ＸＩＪ”　（ΔＸＬＩ’−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、 １１）ＸＤ＝（ＡＸＬ　　ＡＸＬ’）／（ＸＬ　　ＸＬ
’）ｐ　ＹＬ＝　　（Δ　Ｙ　し　−Δ　ＹＬ　　）　
　／（ＹＬ’−ＹＬ　　）ρＹＲ＝（ΔＹＲ−ΔｙＲ’
）　／（ＹＲ−ｙｔ＋’）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、
ρ８＝（ρＸＬＩ＋ρｘｏ）　／　２ ρ　Ｙ＝Ｃρ　Ｙし＋　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開
路ＩＩ！ｔＬｘ、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Ｌ　Ｘ　＊　Ｌ　Ｙ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←Ｌ×　（１＋ρＸ） Ｌ７　←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　　Ｊ）ｘ’Ｘｕ ΔＸＤ←ΔＸＯ−ρ８　・ＸＯ ΔＹＬ−ΔＹＬ−ρ、・ＹＬ ΔＹＲ−ΔＹＲ−ρ７　・ＹＲ となる。このような補正を行なうことにより、第１２図
（ａ）に示すようなり工へ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、
Δθ８．Δθ、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。

Ａ　Ｘ　＝　（Ａ　Ｘｕ　＋　Ａ　Ｘｏ　）　／　２Δ
Ｙ＝（ΔＹＬ＋ΔＹＲ）／２ Δθ、＝（ΔｘＵ−Δｘｏ）／Ｌｘ Δθ７＝（ΔＹＬ−ΔＹＲ）／ＬＹ ここでΔθ８およびΔθ７はそれぞれＸ方向、Ｘ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Ｘ方向の計測精度を比
較する。ステップ１００８で求めたΔθつとΔθ７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
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クエへのずれ量に
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Ｉ＋　）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、ΔＸＤ、ΔＹＬ。

ΔＹＲはゾーン■に入っているが、ΔｘＵがゾーン■！
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ΔθＹの方が信頼性が
高く、θ回転ずれ量ΔθとしてはΔθＹを用いた方が追
い込みの回数が少なくて済む。従って、Ｘ方向の計測値
が２つともゾーン■でＸ方向の計測値のうち少なくとも
一方がゾーン！■だったときにはステップ１０１０でθ
回転ずれ量ΔθをΔθ７とし、Ｘ方向の計測値が２つと
もゾーン■でＸ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Δθ８とする。Ｘ。

Ｘ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Ｘ方向の計測精度が等し
い時にθ回転ずれ量ΔθをΔθ８とΔθＹ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。Δθ×とΔθ７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、重み付は係数ｎを ｎ　＝　Ｌｘ　／　（Ｌｘ　＋　Ｌｙ　）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、＋（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ＬＸおよびＬＹ
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。この方法はウ
ェハ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つている場合に利用できる
。ウェハのＸ方向の長さの不確定率（不備定長／基本長
）をα８．Ｙ方向のそれをα工とすると、 ＬＸ−ＬＸ　・　（１−αＸ） ＬＹ−ＬＹ　・　（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重み付は係数
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ＩＴ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
ｏ０９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クシ−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ラフアンドリ
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
バ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８０４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、ウェ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：ピック
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、ΔＸｏ、ΔＹＬ、ΔＹＲ：アライメントマーク
のずれ量計測値 第 ５ 図 １３ 第 図 第 ７ 図 ■−８ 第 図 ソープｌ 線形値域 第 図 （０） （ｂ） 第 ２ 図 第 ３ 図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （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. （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. （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. （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. （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. （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. （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回転のう
   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。