JPH0562879A

JPH0562879A - アライメント方法

Info

Publication number: JPH0562879A
Application number: JP24851791A
Authority: JP
Inventors: Akiya Nakai; 晶也中井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-09-03
Filing date: 1991-09-03
Publication date: 1993-03-12

Abstract

(57)【要約】【目的】順次送り込まれて処理される複数枚のウエハ
のうちある１枚のウエハのずれ量計測に突発的に大きな
誤差がのった場合でも、回路パターンをずれて焼き付け
てしまうことがないようにする。【構成】現在処理中のウエハである現ウエハのずれ量
を計測してその特徴量を求め、最近処理を終えた複数枚
のウエハで計測された特徴量と前記現ウエハにおける同
種の特徴量を比較し、現ウエハのずれ量計測が妥当であ
ったかを確認してから焼き付けを実行する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ステッパ等の半導体
製造装置におけるアライメント方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体製造装置におけるアライメ
ントでは、１ウエハのアライメント情報（ウエハの伸び
率やシフトずれ量など）はそのウエハをアライメントし
て焼き付けるためだけに使用していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来例で
は、ある１枚のウエハのずれ量計測に突発的に大きな誤
差がのった場合、これをチェックする機能がなかったた
め、異常を検知できず、回路パターンをずれて焼き付け
てしまうという欠点があった。

【０００４】本発明は、上記従来例における問題点に鑑
みてなされたもので、ある１枚のウエハのずれ量計測に
突発的に大きな誤差がのった場合でも、回路パターンを
ずれて焼き付けてしまうことのないアライメント方法を
提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明では、現在処理中のウエハである現ウエハの
ずれ量を計測してその特徴量を求め、最近処理を終えた
複数枚のウエハで計測された特徴量と前記現ウエハにお
ける同種の特徴量を比較し、現ウエハのずれ量計測が妥
当であったかを確認してから焼き付けを実行するように
している。

【０００６】

【作用】通常、半導体製造装置には同一条件で作成され
たウエハが連続して送られてくる。そこで本発明は、半
導体製造装置に対して順次送られてくる複数のウエハの
特徴量を記録していき、新たなウエハ（現ウエハ）が送
り込まれてきたとき、記録された以前のウエハと特徴量
を比較することで、現ウエハに対する突発的なずれ量計
測の誤差を検知し、適当な対処（計測のやり直しやオペ
レータコール）をするようにしたものである。

【０００７】したがって、本発明によれば、順次送り込
まれてくるウエハの突発的なずれ量計測の誤差による焼
き付け不良を防止することができる。

【０００８】ウエハの特徴量としては、ウエハ直交度、
ウエハ倍率、平均のチップローラーション、平均のチッ
プ倍率などが例示される。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を図に示した実施例に基づいて
詳細に説明する。

【００１０】図１は、本発明に係わるステップアンドリ
ピートタイプの半導体製造用露光装置、所謂ステッパの
一実施例を示すものである。図１において、ＲＴは半導
体素子製造用のパターンＰＴが形成されているレチク
ル、ＷＦは多数のショットＳＨを有する半導体ウエハ、
ＬＮはレチクルＲＴ上のパターンＰＴをウエハＷＦの一
つのショットＳＨに縮小投影する投影レンズ、ＣＵはス
テッパ全体を制御する制御ユニット、ＣＳは位置合わせ
データや露光データ等の必要な情報を制御ユニットＣＵ
に入力するためのコンソールである。

【００１１】制御ユニットＣＵは複数のコンピュータ、
メモリ、画像処理装置およびＸＹステージ制御装置等を
有している。また、撮像装置ＣＭの画像出力から、撮像
しているマークの位置ずれ量および特徴量（信頼度）を
検出するために、図２に示す如く、撮像装置ＣＭからの
各画素信号を量子化するＡ／Ｄ変換装置２１、Ａ／Ｄ変
換装置２１からの量子化された画素信号を所定方向に積
算する積算装置２２、積算装置２２で積算された信号か
らマークの位置ずれ量を検出する位置検出装置２３、こ
の位置検出装置２３で検出された位置ずれ量の特徴量
（信頼度）を抽出する特徴量抽出装置２４を有してい
る。

【００１２】図１において、レチクルＲＴは、制御ユニ
ットＣＵからの指令に従いＸ，Ｙ，θ方向に移動するレ
チクルステージＲＳに吸着保持されている。レチクルＲ
Ｔは、レチクルＲＴを投影レンズＬＮに対して所定の位
置関係にアライメントする際に使用されるレチクルアラ
イメントマークＲＡＭＲ，ＲＡＭＬと、レチクルＲＴと
ウエハＷＦ上のショットＳＨの位置関係を検出する際に
使用されるレチクルマークＲＭＲ，ＲＭＬを有してい
る。

【００１３】レチクルセットマークＲＳＭＲ，ＲＳＭＬ
は、投影レンズＬＮに対して所定の位置関係となるよう
に、投影レンズＬＮの鏡筒に固定された部材上に形成さ
れている。投影レンズＬＮに対するレチクルＲＴのアラ
イメントは、マークＲＡＭＲとマークＲＳＭＲの組と、
マークＲＡＭＬとマークＲＳＭＬの組を撮像装置ＣＭで
重ねて撮像し、この時の画像出力から検出される両者の
位置ずれ量が所定の許容値内となるように、レチクルス
テージＲＳを制御ユニットＣＵが移動させて行なわれ
る。

【００１４】ウエハＷＦはウエハステージＷＳに吸着保
持されている。ウエハステージＷＳはＸＹステージＸＹ
Ｓに対してウエハＷＦをＺおよびθ方向に移動する。Ｍ
Ｘ，ＭＹはＸＹステージＸＹＳをＸ，Ｙ方向に移動する
モータ、ＭＲＸ，ＭＲＹはＸＹステージＸＹＳに固定さ
れているミラー、ＩＦＸ，ＩＦＹはレーザ干渉計で、ウ
エハＷＦをＸ，Ｙ方向に移動するためのＸＹステージＸ
ＹＳは、レーザ干渉計ＩＦＸ，ＩＦＹとミラーＭＲＸ，
ＭＲＹによってＸＹ座標上の位置が常に監視されると共
に、モータＭＸ，ＭＹによって制御ユニットＣＵから指
令された位置に移動する。制御ユニットＣＵは移動終了
後もレーザ干渉計ＩＦＸ，ＩＦＹの出力に基づいてＸＹ
ステージＸＹＳを指定位置に保持する。

【００１５】図３にウエハＷＦを詳細に示す。ウエハＷ
Ｆ上には、既に前の露光工程により、多数のパターン
（ショットＳＨ）が概略Ｘ，Ｙ方向に並んで形成されて
いると共に、ウエハアライメントマークＷＡＭＬ，ＷＡ
ＭＲが形成されている。また、各ショットＳＨにはウエ
ハマークＷＭＬ，ＷＭＲがマーク間距離ＭＳで設けられ
ている。なお、ウエハＷＦがウエハステージＷＳ上に図
１の如く吸着保持された際のウエハアライメントマーク
ＷＡＭＬ，ＷＡＭＲのＸＹ座標における設計上の位置、
各ショットＳＨのＸＹ座標における設計上の位置、各シ
ョットＳＨのウエハマークＷＭＬ，ＷＭＲのＸＹ座標に
おける設計上の位置、およびマーク間距離ＭＳの設計値
は、それぞれ、予めコンソールＣＳから制御ユニットＣ
Ｕに入力されている。

【００１６】また、この図３において、斜線または塗り
つぶしを施したショットは、後に述べるように、レチク
ルＲＴとウエハＷＦの各ショットＳＨの位置合わせのた
めの位置ずれ量の計測対象となるサンプルショットを示
す。以下の説明では、斜線を施したショットＳＨを予備
サンプルショットＳＳ１，ＳＳ３，ＳＳ５，ＳＳ７と呼
び、斜線または塗りつぶしを施したショットＳＨをサン
プルショットＳＳ１〜ＳＳ８と呼んで、他のショットと
区別する。また、各サンプルショットＳＳ１〜ＳＳ８の
位置は、前述のマークの場合と同様にコンソールＣＳか
ら制御ユニットＣＵに入力されている。

【００１７】図１に戻って、ＯＳはウエハＷＦの上のウ
エハアライメントマークＷＡＭＬ，ＷＡＭＲのＸＹ座標
上の位置を検出するために、ウエハアライメントマーク
ＷＡＭＬ，ＷＡＭＲを撮像するオフアクシススコープ
で、オフアクシススコープＯＳは投影レンズに対して所
定の位置関係を維持するように強固に固定されている。
ＩＬは投影レンズを介してレチクルＲＴのパターンＰＴ
をウエハＷＦのショットＳＨを焼き付ける際に、焼付波
長の光でレチクルＲＴを照明するための照明装置、ＳＨ
Ｔは焼付時の露光量を制御するためのシャッタで、これ
らも制御ユニットＣＵからの指令に従って動作する。

【００１８】ＬＳは焼付波長と略同じ波長のレーザ光を
発生するレーザ光源で、投影レンズを介したレチクルＲ
ＴのパターンＰＴとウエハＷＦのショットＳＨの位置ず
れ量を検出するために、撮像装置ＣＭがレチクルマーク
ＲＭＬとウエハマークＷＭＬの組と、レチクルマークＲ
ＭＲとウエハマークＷＭＲの組で各マークを重ねて撮像
する際、各マークを照明するために利用される。レーザ
光源ＬＳからのレーザ光は拡散板ＤＰで拡散、平均化さ
れた後、各マークの照明光として利用される。ＬＳＨは
レーザ光が不要なとき、例えばＸＹステージＸＹＳをス
テップ移動しているとき、レーザ光源ＬＳからのレーザ
光がウエハＷＦに到達しないようにレーザ光を遮断する
ためのシャッタである。

【００１９】このような構成による位置ずれ量の検出動
作は以下のようになる。なお、以下の説明では、図１に
矢印で示す正面方向に関して、右手方向を右方向、左手
方向を左方向と呼ぶ。

【００２０】レーザ光源ＬＳから射出されたレーザ光
は、拡散板ＤＰによって拡散された後、ポリゴンミラー
ＰＭによって走査される。この後、ｆθレンズＦθによ
り等速走査に変換され、ビームスプリッタＢＳを通り、
ダハプリズムＤＡＰにより左右に分割される。左方向に
分割されたレーザ光は右対物ミラーＡＭＲによってレチ
クルＲＴ上方からレチクルマークＲＭＲを含む領域に照
射される。レチクルＲＴを透過したレーザ光は、縮小投
影レンズＬＮから、ショット右側のウエハマークＷＭＲ
を含む領域に照射される。ウエハマークＷＭＲを含む領
域からの反射光は、前記と逆の光路をたどって投影レン
ズＬＮおよびレチクルマークＲＮＲを含む領域を経た
後、ダハプリズムＤＡＰに達する。同様に、ダハプリズ
ムＤＡＰによって右方向に分割されたレーザ光も左対物
ミラーＡＭＬからレチクルマークＲＭＬを含む領域に照
射された後、同様の光路を通りウエハマークＷＭＬを含
む領域からの反射光がダハプリズムＤＡＰに戻る。ダハ
プリズムＤＡＰにて左右のレーザ光がそろえられた後、
ビームスプリッタＢＳを通過し、エレクタＥＬで拡大さ
れて、図４に示す画像として撮像装置ＣＭの撮像面に結
像される。撮像装置に結像されるウエハマークＷＭＬ，
ＷＭＲの像はその撮像面で６５倍となるようにエレクタ
ＥＬ等で拡散されている。また、撮像装置ＣＭは、例え
ばＩＴＶカメラや２次元イメージセンサ等の光電変換装
置であり、撮像したレチクルマークＲＳＬ，ＲＳＲとウ
エハマークＷＭＬ，ＷＭＲの像を２次元の電気信号に変
換する。

【００２１】図４は撮像装置ＣＭに結像したレチクルマ
ークＲＳＬ，ＲＳＲとウエハマークＷＳＬ，ＷＳＲを含
む領域の説明である。この図では、以降の説明のため
に、先に説明したレチクルマークＲＭＬ，ＲＭＲとウエ
ハマークＷＭＬ，ＷＭＲのそれぞれを更に詳細に規定し
ている。この図において、レチクルマークＲＭＬは、Ｒ
ＭＬ_X ，ＲＭＬ_Y と示され、レチクルマークＲＭＲはＲ
ＭＲ_X ，ＲＭＲ_Y と示され、ウエハマークＷＭＬはＷ
ＭＬ_X ，ＷＭＬ_Y と示され、ウエハマークＷＭＲはＷＭ
Ｒ_X ，ＷＭＲ_Y と示されている。図４の左半分は、ショ
ットＳＨの左側のマークＷＭＬ_X ，ＷＭＬ_Y とレチクル
ＲＴの右側のマークＲＭＬ_X ，ＲＭＬ_Y の像を示し、右
半分はショットＳＨの右側のマークＷＭＲ_X ，ＷＭＲ_Y
とレチクルＲＴの左側のマークＲＭＲ_X ，ＲＭＲ_Y の像
を示す。図４でレチクルマークＲＭＬ_X ，ＲＭＬ_Y ，Ｒ
ＭＲ_X ，ＲＭＲ_Y の像が黒く見えるのは、ウエハＷＦか
らの反射光によりレチクルＲＴを裏面から照明し、その
透過光を撮像装置ＣＭが撮像しているためである。

【００２２】撮像装置によって２次元の電気信号に変換
された画像は、図２に示すＡ／Ｄ変換装置２１によって
デジタル化、例えば２値化され、撮像面の各画素の位置
に対応したｘｙアドレスを持つ画像メモリに格納され
る。画像メモリに格納された画像の内容は図４の横方向
にＸアドレス（座標）を縦方向にＹアドレス（座標）を
ふったものに相当する。

【００２３】ずれ量計測は図４の４組のマーク画像につ
いて各々独立に行われる。即ち、レチクルマークＲＭＬ
_X とウエハマークＷＭＬ_X の画面内位置の差から対物ミ
ラーＡＭＬを介した左視野Ｘ方向のずれ量Ｄ_lx を、レ
チクルマークＲＭＬ_Y とウエハマークＷＭＬ_Yから同様
に左視野Ｙ方向のずれ量Ｄ_ly を、レチクルマークＲＭ
Ｒ_X とウエハマークＷＭＲ_X から対物ミラーＡＭＲを介
した右視野Ｘ方向のずれ量Ｄ_rx を、そしてレチクルマ
ークＲＭＲ_Y とウエハマークＷＭＲ_Y から右視野Ｙ方向
ずれ量Ｄ_ryを、それぞれ前記のマーク画像よりテンプレ
ートマッチング手法より図２に示す位置検出装置２３で
求めている。

【００２４】また、図２に示す特徴量抽出装置２４は、
各マーク毎に、レチクルマーク間隔ＲＳ_lx，ＲＳ_ly，Ｒ
Ｓ_rx，ＲＳ_ryおよびテンプレートマッチング度のピーク
マッチ度Ｐ_lx，Ｐ_ly，Ｐ_rx，Ｐ_ryを求めている。

【００２５】次に、このような本実施例の位置合わせの
手順を図５に示すフローチャートを用いて説明する。

【００２６】ステップＳ０１：レチクルＲＴを不図示の
搬送ハンド機構によってレチクルステージＲＳ上に送り
込み、真空吸着によってレチクルステージＲＳ上に固定
する。この後、対物ミラーＡＭＬ，ＡＭＲを投影レンズ
ＬＮに対して位置関係が予め定められているレチクルセ
ッティングマークＲＳＭＬ，ＲＳＭＲの真上に移動さ
せ、レチクルセッティングマークＲＳＭＬ，ＲＳＭＲと
レチクルＲＴに形成されているレチクルアライメントマ
ークＲＡＭＬ，ＲＡＭＲの重ね合わせ像を撮像装置ＣＭ
で撮像する。コントロールユニットＣＵは撮像装置ＣＭ
からの画像データを処理して、両者の位置ずれ量、即ち
投影レンズＬＮに対するレチクルＲＴの位置ずれ量を算
出し、この位置ずれ量がゼロ（＝０）となるようにレチ
クルステージＲＳのＸ，Ｙ，θ方向の移動を制御する。
これにより、レチクルＲＴは投影レンズＬＮに対して所
定の位置関係にアライメントされる。

【００２７】ステップＳ０２：ウエハＷＦを不図示の搬
送ハンド機構によってウエハステージＷＳ上に送り込
み、真空吸着によりウエハステージＷＳ上に固定する。
ウエハは事前にプリアライメントされているので、ウエ
ハステージＷＳに送り込まれた際、その表面のショット
ＳＨの配列は概略ＸＹ座標上のＸ，Ｙ方向と平行になっ
ていると共に、その中心は概略ウエハステージＷＳの中
心と一致している。また、各ショットＳＨの設計上の配
列データやウエハアライメントマークＷＡＭＬ，ＷＡＭ
Ｒの位置データは、予めコンソールＣＳからコントロー
ルユニットＣＵのメモリに設定されている。このため、
コントロールユニットＣＵがレーザ干渉計ＩＦＸ，ＩＦ
Ｙを介して計測されるＸＹステージＸＹＳのＸ，Ｙ方向
の位置データに基づいてＸＹステージＸＹＳのＸ，Ｙ方
向の移動を制御することにより、ウエハＷＦ上の各ショ
ットＳＨを投影レンズＬＮの下方に、また、ウエハアラ
イメントマークＷＡＭＬ，ＷＡＭＲをオフアクシススコ
ープＯＳの下方に、それぞれ概略的に位置させることが
可能となっている。

【００２８】次に述べるステップＳ０３，Ｓ０４は、ウ
エハＷＦ全体の比較的低い精度の位置合わせである。こ
れは、後述するステップＳ０５〜ステップＳ１４の高精
度な位置合わせ計測のための予備的なものであり、上述
のプリアライメントで充分な精度がでているのであれ
ば、特に行なう必要はない。しかし、一般的には必要で
ある。

【００２９】ステップＳ０３：先ず、コントロールユニ
ットＣＵは、干渉計ＩＦＸ，ＩＦＹによるＸＹステージ
ＸＹＳの計測位置データとウエハアライメントマークＷ
ＡＭＬの設計上の位置データに基づいて、ウエハＷＦ上
のウエハアライメントマークＷＡＭＬがオフアクシスス
コープＯＳの真下に来るように、ＸＹステージＸＹＳの
Ｘ，Ｙ方向の移動を制御する。この後、オフアクシスス
コープＯＳを介してウエハアライメントマークＷＡＭＬ
を撮像する。この撮像されたウエハアライメントマーク
ＷＡＭＬの位置は、ウエハステージＷＳに対するウエハ
ＷＦの置き方が不正確な分だけ、オフアクシススコープ
ＯＳの撮像画面の中心からずれる。このずれ量をコント
ロールユニットＣＵはオフアクシススコープＯＳからの
画像データから算出し、そのメモリに記録する。

【００３０】もう一方のウエハアライメントマークＷＡ
ＭＲも同様に、ＸＹステージＸＹＳの移動によりオフア
クシススコープＯＳの真下に位置された後、オフアクシ
ススコープＯＳを介して撮像され、その際の位置ずれ量
がコントロールユニットＣＵで算出され、記録される。

【００３１】ステップＳ０４：ステップＳ０３で計測し
たウエハアライメントマークＷＡＭＬ，ＷＡＭＲの各ず
れ量からウエハＷＦの設計上の位置からのＸ，Ｙ，θ各
方向のずれ量を計算し、θ方向のずれ量はウエハステー
ジＷＳをθ方向に回転して補正する。Ｘ方向のずれ量は
シフト成分辺数Ｓ_x、Ｙ方向のずれ量はシフト成分変数
Ｓ_y として記録しておく。また、この時点で、Ｘ，Ｙ各
方向の倍率成分変数β_x，β_y と回転成分変数θ_x，θ
_y を全てゼロ（＝０）に初期化する。

【００３２】これら変数Ｓ_x，Ｓ_y ，β_x，β_y ，
θ_x，θ_y は、後述するステップＳ０５，Ｓ０８，Ｓ１
５で、各ショットＳＨの設計上の配列データに対する補
正値（補正格子）を決定するために使用され、以降で
は、ベクトルＡ，Ｓの各成分として、

【００３３】

【数１】とまとめた形でも使用できる。

【００３４】ステップＳ０５〜Ｓ０７とステップＳ０８
〜Ｓ０９，Ｓ１４は、ほとんど同等の処理であるが、ス
テップＳ０５〜Ｓ０７は、計測対象とするサンプルショ
ットの数を少なくし、例えば図３の予備サンプルショッ
トＳＳ１，ＳＳ３，ＳＳ５，ＳＳ７の４つとし、あまり
時間をかけずに中程度の位置合わせ精度を得るものであ
る。またステップＳ０８〜Ｓ０９，Ｓ１４は、計測対象
とするサンプルショットの数を増やし、例えば図３の主
サンプルショットＳＳ１〜ＳＳ８の８つとし、高い位置
合わせ精度を得るものである。このように、位置合わせ
動作を段階的に繰り返すのは、ずれ量計測の精度は、ず
れ量が大きい場合に、あまり良くない傾向があるので、
ずれ量を段階的にゼロ（＝０）近辺に追い込んだ方が精
度が高くなると考えられるからである。

【００３５】ステップＳ０５：図６に示すフローチャー
トに基づいて、図３の予備サンプルショットＳＳ１，Ｓ
Ｓ３，ＳＳ５，ＳＳ７の位置ずれ量を計測する。以下、
この動作を図６を用いて説明する。

【００３６】ステップＳ６０１：変数ｉ（ｉ＝１〜ｎ：
ｎは予備サンプルショット数）を１にする。ｉは何番目
のサンプルショットであるかを表す変数で、以下の説明
でも、各サンプルショットごとに異なるデータを表す場
合のサフィックスとして使用される。

【００３７】ステップＳ６０２：ＸＹ座標において、ｉ
番目のサンプルショットの設計上の位置を示すベクトル
Ｐ_i （図７参照）を、

【００３８】

【数２】とし、前述のステップＳ０４で求めたベクトルＡ，Ｓに
より計測位置を示すベクトルｑ_i （図７参照）を、

【００３９】

【数３】で求め、計測位置ｑ_i を基づいてＸＹステージＸＹＳの
Ｘ，Ｙ方向の移動を制御する。即ち、投影レンズＬＮの
光軸位置を原点ＯとするＸＹ座標においてｑ_i で示され
る位置が投影レンズＬＮの光軸位置となるようにＸＹス
テージＸＹＳを移動する。この移動によりｉ番目のサン
プルショットが、設計位置Ｐ_i に移動した場合よりもよ
り小さい誤差で、ずれ量計測位置にくる。なお、設計位
置Ｐ_i は、前述したように、予めコンソールＣＳからコ
ントロールユニットＣＵに入力されている。

【００４０】ステップＳ６０３：ウエハＷＦ上のｉ番目
のサンプルショットのウエハマークＷＭＬ_x，ＷＭＬ
_y ，ＷＭＲ_x，ＷＭＲ_y とレチクルＲＴ上のレチクルマ
ークＲＭＬ_x，ＲＭＬ_y ，ＲＭＲ_x，ＲＭＲ_y のそれぞ
れの重ね合わせ像（図４参照）を撮像装置ＣＭで撮像
し、この際の撮像装置ＣＭからの画像データをコントロ
ールユニットＣＵで処理することにより、ｉ番目のサン
プルショットの各種データを算出する。即ち、前述した
ように、図２に示す位置検出装置２３が位置ずれ量
Ｄ_lx，Ｄ_ly，Ｄ_rx，Ｄ_ryを算出し、特徴量抽出装置２４
がピークマッチ度Ｐ_ilx，Ｐ_ily ，Ｐ_irx ，Ｐ_iry と、
レチクルマーク偏差ΔＲＳ_ilx ，ΔＲＳ_ily ，ΔＲＳ
_irx ，ΔＲＳ_iry を算出する。

【００４１】本来、ウエハＷＦ上のショットＳＨの位置
が設計値Ｐ_i 通りであり、ステップＳ０３，Ｓ０４で示
されるウエハアライメントが理想的に正確であれば、こ
の時点で、計測対象となったサンプルショットのウエハ
マークＷＭＬ_x，ＷＭＬ_y ，ＷＭＲ_x，ＷＭＲ_y とレチ
クルマークＲＭＬ_x，ＲＭＬ_y ，ＲＭＲ_x，ＲＭＲ_yは
正確に所定の位置関係で、それぞれ重なるはずだが、実
際にはウエハＷＦの変形やウエハアライメントの残差等
によりずれが生じる。

【００４２】ステップＳ６０４：ステップＳ６０３で求
めたｉ番目のサンプルショットに関する各種のデータを
後述のステップＳ０６（または、ステップＳ０９）で参
照するため、以下のような変数に記録する。

【００４３】

【数４】また、ｉ番目のサンプルショットの中心位置ずれ量をベ
クトルｍ_i （図７参照）、計測されたショット位置をベ
クトルｔ_i （図７参照）として、

【００４４】

【数５】を求める。

【００４５】ステップＳ６０５：次のサンプルショット
計測のためｉを１増やす。

【００４６】ステップＳ６０６：全サンプルショット
（ステップＳ０５では、図３に示す予備サンプルショッ
ト数：ｎ＝４）ＳＳｉの計測が終了するまで、ステップ
Ｓ６０２〜Ｓ６０５を、ＸＹステージＸＹＳを前述の計
測位置ｑ_i に基づいてＸ，Ｙ方向に移動しながら繰り返
す。図５のステップＳ０５では、この計測を４回繰り返
した後、図５のステップＳ０６に進む。

【００４７】ステップＳ０６：図６のステップＳ６０３
で計測された位置ずれ量Ｄ_ilx ，Ｄ_ily ，Ｄ_irx ，Ｄ
_iry には、画像信号にのったノイズやウエハ表面に塗布
されたレジストの影響などによる誤差が含まれている。
そこで、計測された位置ずれ量がどれだけ正確なずれ量
を表わしていそうかの評価を行ない、これを評価情報Ｗ
_ix，Ｗ_iyとして、数値化する。Ｗ_ixはｉ番目のサンプル
ショットで計測されたＸ方向のずれ量の信頼性が大きい
ほど、大きな値をとる正の数値である。これは、各サン
プルショットのピークマッチ度Ｐ_ilx ，Ｐ_irx の大きさ
と、レチクルマーク間隔の平均値からの偏差

【００４８】

【数６】の大きさと、ショット左右マークずれ量差の平均値から
の偏差

【００４９】

【数７】の大きさと、中心ずれ量ｍ_i の大きさと向きから総合的
に求める。

【００５０】Ｗ_iyはｉ番目のサンプルショットで計測さ
れたＹ方向のずれ量で、Ｗ_{i x} と同様にＹ方向について
求める。

【００５１】コントロールユニットＣＵはこのように確
からしさＷ_ix，Ｗ_iyが求まった後、図７に示す補正位置
ｑ_i'を決定するために、即ち、レチクルＲＴ上のパター
ンＰＴをウエハＷＦ上の各ショットＳＨにステップアン
ドリピートで焼き付ける際にＸＹステージＸＹＳの移動
を制御する位置を決定するために、計測された各サンプ
ルショットの位置ｔ_i 、設計上のサンプルショット位置
Ｐ_i を用いて、新たに、

【００５２】

【数８】を求める。この補正値Ａ，Ｓを求める方法としては種々
の方法が考えられるが、本実施例では、補正位置ｑ_i'を
線形関数で近似することを前提として、

【００５３】

【数９】とし、補正位置ｑ_i'で補正した場合の計測位置ｔ_i に対
する残差ｒ_i （図７参照）を、

【００５４】

【数１０】として、確からしさＷ_ix，Ｗ_iyでそれぞれ重み付けされ
た残差ｒ_ix，ｒ_iyの２乗の総和が最小となるように、補
正値Ａ，Ｓを決定している。確からしさＷ_ix，Ｗ_iyの意
味合いは、前述した通りであり、信頼度の高い計測位置
ｔ_i ほど補正位置（補正格子）ｑ_i'に強い影響を与えら
れるようにするためである。前述した如く、計測位置
（位置ずれ量）ｔ_i の中には、マーク形状、レジストの
塗布状況、ウエハＷＦの伸縮などの理由により、計測誤
差が必ず含まれている。また、その誤差も各サンプルシ
ョットごとに異なっている。従って、単に残差ｒ_i の２
乗の総和を最小とするように補正位置ｑ_i'、即ち補正値
Ａ，Ｓを決定したのでは、ある程度の計測誤差は最小２
乗法よって打ち消されるにしても、補正位置ｑ_i'の確か
らしさは各計測位置ｔ_i 内に含まれるランダムな計測誤
差の分だけ低下する。

【００５５】このためコントロールユニットＣＵは、確
からしさＷ_ix，Ｗ_iyを重み付けして、評価Ｖを

【００５６】

【数１１】と定義し、この値Ｖが最小となるように補正値Ａ，Ｓを
決定する。即ち、

【００５７】

【数１２】となる。β_x，β_y ，θ_x，θ_y ，Ｓ_x，Ｓ_y を求め
る。

【００５８】ここでサンプルショットの設計位置Ｐ_i か
らのずれを、

【００５９】

【数１３】とすると、

【００６０】

【数１４】（各ベクトルの関係は図７を参照）となるので、前述の
評価値Ｖは、

【００６１】

【数１５】と書き直される。ただし、

【００６２】

【数１６】である。

【００６３】従って、∇Ｖ＝０は、

【００６４】

【数１７】となり、これを解いて、

【００６５】

【数１８】となる。ただし、

【００６６】

【数１９】である。以上で補正値Ａ，Ｓが求まり、後にステップＳ
０８（図５）でサンプルショット計測位置ｑ_i を再度計
算するときは、このＡ，Ｓを使用する。

【００６７】次に、コントロールユニットＣＵはチップ
ローティションを補正するためのレチクルステージＲＳ
の回転駆動量θ_C1を求める。これはチップローティショ
ン量θ_i をウエハマークスパンＭＳ（図３参照）を用い
て、

【００６８】

【数２０】で表わし、Ｙ方向の確からしさＷ_iyを考慮することによ
って、

【００６９】

【数２１】と求める。

【００７０】また同様にレチクルに対するショットの倍
率誤差を

【００７１】

【数２２】で表わし、Ｘ方向の確からしさＷ_ixを考慮することによ
って

【００７２】

【数２３】と求める。

【００７３】ステップＳ０７：ステップＳ０６で求めた
回転駆動量θ_C1だけレチクルステージＲＳをθ方向に回
転させ、チップローティションを合わせる。

【００７４】次にサンプルショットを図３に示す主サン
プルショットＳＳ１〜ＳＳ８の８つに増やし、ステップ
Ｓ０５〜ステップＳ０６と同様なステップＳ０８〜ステ
ップＳ０９を実行する。ステップＳ０９〜ステップＳ１
２は、サンプルショット数ｎが増えただけで、基本的に
はステップＳ０５〜ステップＳ０６の対応するものと全
く同じなので、以下簡単に説明する。

【００７５】ステップＳ０８：ＸＹステージＸＹＳを計
測位置ｑ_i を用いて移動することにより、主サンプルシ
ョットＳＳｉ（ｉ＝１〜８）の位置ずれ量を計測する。
この時の計測位置ｑ_i は、前述のステップＳ０６で求め
られた補正値Ａ，Ｓと設計位置Ｐ_i を用いて決定され
る。

【００７６】ステップＳ０９：特徴量抽出装置２４が計
測した各サンプルショットの位置ずれ量に対する確から
しさＷ_ix，Ｗ_iyを求める。

【００７７】計測された８つのサンプルショットの位置
ずれ量と確からしさから、補正位置（補正格子）ｑ_i'を
決定するための補正値Ａ，Ｓのを決定すると共に、レチ
クルステージＲＳの回転駆動量θ_C2およびレチクルに対
するショットの倍率誤差β_Cを求める。

【００７８】ステップＳ１０〜ステップＳ１３は本発明
の中心となるアライメント方法の説明である。

【００７９】ステップＳ１０：ステップＳ０９で求めた
補正値の信頼性を、最近のｍ枚のウエハ（ｍは予めコン
ソールＣＳで入力され、制御ユニットＣＵに記憶されて
いる値）の補正値と比較することによりチェックする。
このチェックの手順を図８に詳細に示してあるので、こ
の図を用いて説明する。

【００８０】ステップＳ８０１：まず今回のウエハが処
理開始から数えてｍ枚目以内であるかを調べる。ｍ枚目
以内であれば過去ｍ枚のデータがないのでステップＳ８
０２へ進む。ｍ枚目以降であれば最近ｍ枚とのデータと
比較するためステップＳ８０４へ進む。

【００８１】ステップＳ８０２：今回のウエハのウエハ
直交度、ウエハ倍率Ｘ，Ｙ、チップローティションおよ
びチップ倍率を制御ユニットのメモリに記録する。ここ
でウエハ直交度、ウエハ倍率Ｘ，Ｙ、チップローティシ
ョンおよびチップ倍率とは、

【００８２】

【数２４】のことである。

【００８３】ステップＳ８０３：ステップＳ８０１で過
去ｍ枚のデータがないと判断されたので、補正値の有効
なチェックができないため、エラーなしとする。

【００８４】ステップＳ８０４：制御ユニットＣＵに記
録されている最近ｍ枚のウエハのウエハ直交度、ウエハ
倍率Ｘ，Ｙ、チップローティションおよびチップ倍率の
平均を求め、それぞれＷθ’，Ｗβｘ’，Ｗβｙ’，Ｃ
θ’，Ｃβ’とする。

【００８５】ステップＳ８０５：ステップＳ８０４で求
めた平均値と今回のウエハのウエハ直交度、ウエハ倍率
Ｘ，Ｙ、チップローティションおよびチップ倍率との差
を以下のように求める。

【００８６】

【数２５】

【００８７】ステップＳ８０６：ステップＳ８０５で求
めたＷθ”，Ｗβ_ｘ ”，Ｗβ_ｙ”，Ｃθ”，Ｃβ”が
全てトレランス以下の値であるかどうかを調べる。トレ
ランスは予めコンソールＣＳで入力され、制御ユニット
ＣＵに記憶されている値である。トレランスはウエハ直
交度、ウエハ倍率Ｘ，Ｙ、チップローティションおよび
チップ倍率のそれぞれについて異なる値が設定できる。
全てトレランス以下の値であればステップＳ８０８へ進
む。そうでなければステップＳ８０７に進む。

【００８８】ステップＳ８０７：ステップＳ８０６にて
トレランス外と判断されたのでチェック結果はエラーで
終了する。

【００８９】ステップＳ８０８：ステップＳ８０６にて
トレランス内と判断されたので、今回のウエハ直交度Ｗ
θ、ウエハ倍率Ｗβｘ，Ｗβｙおよびチップローティシ
ョンＣθ、チップ倍率Ｃβを記録する。またｍ＋１回前
に記録された値はもはや必要なくなったので、記録から
消す。

【００９０】ステップＳ８０９：チェック結果はエラー
なしで終了する。

【００９１】ここで再び図５のステップＳ１０に戻る。
ステップＳ８０３、ステップＳ８０７またはステップＳ
８０９で判断された結果に基づき、チェック結果がエラ
ーであればステップＳ１１に進む。エラーなしであれば
ステップＳ１４へ進む。

【００９２】ステップＳ１１：自動リトライの指定があ
るがどうかを調べ、指定あればステップＳ０５にもどり
計測をやり直す。自動リトライ指定は予めコンソールＣ
Ｓで入力され制御ユニットＣＵに記憶されてあるものと
する。自動リトライが指定されている場合でも同一のウ
エハについて２回目のリトライとなってしまう場合はリ
トライせずにステップＳ１２へ進む。自動リトライの指
定がない場合もステップＳ１２へ進む。

【００９３】ステップＳ１２：コンソールＣＳ上に補正
値に異常があるという表示を出し、ブザーを鳴らしてオ
ペレータの注意を促す。そしてオペレータにより、処理
の続行、中止、またはリトライをコンソールＣＳから入
力されるまで待つ。

【００９４】ステップＳ１３：ステップＳ１２でオペレ
ータが入力した指示が続行であればステップＳ１４へ進
む。指示が中止であればステップＳ１６へ進む。指示が
リトライであればステップＳ０５へ進む。

【００９５】ステップＳ１４：ステップＳ０９で求めた
回転駆動量θ_C2だけレチクルステージＲＳをθ方向に回
転する。

【００９６】以上で、ウエハＷＦ上の各ショットＳＨの
補正位置（補正格子）ｑ_i'の決定が終了し、以降この補
正格子（補正座標）に基づいてＸＹステージＸＹＳをス
テップ移動しながら、各ショットＳＨにレチクルＲＴに
形成されているパターンを焼き付ける。

【００９７】ステップＳ１５：補正位置ｑ_i'をステップ
Ｓ１１で求めた補正値Ａ，Ｓと設計位置Ｐ_i から

【００９８】

【数２６】と決定し、この位置ｑ_i'に基づいてＸＹステージＸＹＳ
の移動を制御して、ｉ番目のショットＳＨを投影レンズ
ＬＮの真下に位置させる。次に、シャッタＳＨＴを開け
て、露光光源ＩＬからの焼付光による露光を開始し、投
影レンズＬＮを介してレチクルＲＴ上のパターンをｉ番
面のショットＳＨに焼き付ける。露光量が一定値（この
値は予めコンソールＣＳからコントロールユニットに入
力されている）に達したら、シャッタＳＨＴを閉じて、
ｉ番目のショットＳＨの露光を終了させる。ウエハＷＦ
上の全ショットの露光が終了するまで、補正位置ｑ_i'に
基づいたＸＹステージＸＹＳの移動と露光を繰り返す。

【００９９】ステップＳ１６：露光が終了したウエハＷ
ＦをウエハステージＷＳから不図示の搬送ハンド機構に
よって取り出し、不図示のウエハキャリアへ収納する。

【０１００】ステップＳ１７：処理すべき全ウエハの露
光が終了するまで、ステップＳ０２〜ステップＳ１６を
繰り返す。

【０１０１】以上で位置合わせ動作が終了する。

【０１０２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
既に処理されたウエハの特徴量と現在焼き付けを行なお
うとしているウエハの特徴量を比較することにより、突
発的なアライメント誤差を検知し、ずれた焼き付けを防
止する効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る半導体製造装置の概
観図である。

【図２】図１におけるずれ量計測に関する部分のハー
ドウエア構成を示すブロック図である。

【図３】図１の装置におけるウエハとその上に配置さ
れた計測用マークおよびショットを示す説明図である。

【図４】図１の装置においてショットとレチクルのず
れ量を計測するために用いられる画像の一例を示す図で
ある。

【図５】図１の装置におけるアライメント方法を示す
フローチャートである。

【図６】図５中のステップＳ０５およびＳ０８の詳細
を示すフローチャートである。

【図７】図１の装置においてずれ量計測のために用い
られる各ベクトルの相関を示す図である。

【図８】図５中のステップＳ１０の詳細を示すフロー
チャートである。

【符号の説明】

ＲＴ：レチクル、ＷＦ：ウエハ、ＬＮ：縮小投影レン
ズ、ＣＵ：制御ユニット、ＣＳ：コンソール、ＸＹＳ：
ＸＹステージ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】現在処理中のウエハである現ウエハのず
れ量を計測してその特徴量を求め、最近処理を終えた複
数枚のウエハで計測された特徴量と現ウエハにおける同
種の特徴量を比較し、現ウエハのずれ量計測が妥当であ
ったかを確認してから焼き付けを実行することを特徴と
するアライメント方法。
【請求項２】前記現ウエハのずれ量計測が妥当でない
と判断された場合、前記の焼き付け前に再計測またはオ
ペレータによる次の処理の指示待ちを行なう請求項１記
載のアライメント方法。
【請求項３】前記特徴量の比較判断を予めオペレータ
が設定したトレランスを用いて行なう請求項１記載のア
ライメント方法。
【請求項４】前記特徴量が、ウエハ直交度、ウエハ倍
率、平均のチップローテーション、平均のチップ倍率お
よびウエハのシフトずれ量のなかから選ばれる１種また
は２種以上である請求項１記載のアライメント方法。