JPH06181168A

JPH06181168A - 位置合わせ方法

Info

Publication number: JPH06181168A
Application number: JP4332744A
Authority: JP
Inventors: Takashi Masuyuki; 崇舛行; Yuji Imai; 裕二今井
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1992-12-14
Filing date: 1992-12-14
Publication date: 1994-06-28

Abstract

(57)【要約】【目的】露光光により感光基板が熱変形しても、位置
合わせ誤差を小さく抑える。【構成】光源１からの露光光をフライアイレンズ４、
可変レチクルブラインド１１及び主コンデンサーレンズ
１３等を介してレチクルＲ上に照射し、レチクルＲのパ
ターン像を投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に投影す
る。可変レチクルブラインド１１の形状を変えてウエハ
Ｗへの露光エネルギーを変えて、ウエハＷ上の３個以上
のショット領域の配列をアライメント光学系２４を用い
て計測して、露光エネルギーとウエハＷの熱変形量との
関係を求める。その後、ウエハＷ上の３個以上のショッ
ト領域の座標の測定結果より、ウエハＷ上の設計座標か
ら静止座標系上への変換パラメータを求める際に、その
熱変形量の補正を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば統計的手法を用
いて予測した配列座標に基づいてウエハの各ショット領
域に順次レチクルのパターン像を転写する投影露光装置
において、ウエハの各ショット領域を順次位置合わせす
る場合に適用して好適な位置合わせ方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子又は液晶表示素子等をフォト
リソグラフィ工程で製造する際に、フォトマスク又はレ
チクル（以下「レチクル」と総称する）のパターン像を
投影光学系を介して感光材が塗布されたウエハ上の各シ
ョット領域に投影する投影露光装置が使用されている。
この種の投影露光装置として近年は、ウエハを２次元的
に移動自在なステージ上に載置し、このステージにより
ウエハを歩進（ステッピング）させて、レチクルのパタ
ーン像をウエハ上の各ショット領域に順次露光する動作
を繰り返す、所謂ステップ・アンド・リピート方式の露
光装置、特に、縮小投影型の露光装置（ステッパー）が
多用されている。

【０００３】例えば半導体素子はウエハ上に多数層の回
路パターンを重ねて形成されるので、２層目以降の回路
パターンをウエハ上に投影露光する際には、ウエハ上の
既に回路パターンが形成された各ショット領域とレチク
ルのパターン像との位置合わせ、即ちウエハとレチクル
との位置合わせ（アライメント）を精確に行う必要があ
る。従来のステッパー等におけるウエハの位置合わせ方
法は、概略次のようなものである（例えば特開昭６１−
４４４２９号公報参照）。

【０００４】即ち、ウエハ上には、アライメントマーク
と呼ばれる位置合わせ用のマークをそれぞれ含む複数の
ショット領域（チップパターン）が形成されており、こ
れらショット領域は、予めウエハ上に設定された配列座
標に基づいて規則的に配列されている。しかしながら、
ウエハ上の複数のショット領域の設計上の配列座標値に
基づいてウエハをステッピングさせても、以下のような
要因により、ウエハが精確に位置合わせされるとは限ら
ない。

【０００５】(1) ウエハの残存回転誤差θ (2) ステージ座標系（又はショット配列）の直交度誤差
ｗ (3) ウエハの線形伸縮Ｒｘ，Ｒｙ (4) ウエハ（中心位置）のオフセット（平行移動）Ｏ
ｘ，Ｏｙ

【０００６】この際、これら４個の誤差量（６個のパラ
メータ）に基づくウエハの座標変換は一次変換式で記述
できる。そこで、アライメントマークを含む複数のショ
ット領域が規則的に配列されたウエハに対し、このウエ
ハ上の座標系（ｘ，ｙ）を静止座標系としてのステージ
上の座標系（Ｘ，Ｙ）に変換する一次変換モデルを、６
個の変換パラメータａ〜ｆを用いて次のように表現する
ことができる。

【０００７】

【数１】Ｘ＝ａｘ＋ｂｙ＋ｃＹ＝ｄｘ＋ｅｙ＋ｆこの変換式における６個の変換パラメータａ〜ｆは、例
えば最小自乗近似法により求めることができる。この場
合、ウエハ上の複数のショット領域（チップパターン）
の中から幾つか選び出されたショット領域の各々に付随
した座標系（ｘ，ｙ）上の設計上の座標がそれぞれ（ｘ
１，ｙ１）、（ｘ２，ｙ２）、‥‥、（ｘｎ，ｙｎ）で
あるアライメントマークに対して所定の基準位置への位
置合わせ（アライメント）を行う。そして、そのときの
ステージの座標系（Ｘ，Ｙ）上での座標値（ｘＭ１，ｙ
Ｍ１）、（ｘＭ２，ｙＭ２）、‥‥、（ｘＭｎ，ｙＭ
ｎ）を実測する。

【０００８】また、選び出されたアライメントマークの
設計上の配列座標（ｘｉ，ｙｉ）（ｉ＝１，‥‥，ｎ）
を上述の１次変換モデルに代入してえられる計算上の座
標（Ｘｉ，Ｙｉ）とアライメント時の計測された座標
（ｘＭｉ，ｙＭｉ）との差（△ｘ，△ｙ）をアライメン
ト誤差と考える。この一方のアライメント誤差△ｘは例
えば（Ｘｉ−ｘＭｉ）² のｉに関する和で表され、他方
のアライメント誤差△ｙは例えば（Ｙｉ−ｙＭｉ）² の
ｉに関する和で表される。

【０００９】そして、それらアライメント誤差△ｘ及び
△ｙを６個の変換パラメータａ〜ｆで順次偏微分し、そ
の値が０となるような方程式をたてて、それら６個の連
立方程式を解けば６個の変換パラメータａ〜ｆが求めら
れる。これ以降は、変換パラメータａ〜ｆを係数とした
一次変換式を用いて計算した配列座標に基づいて、ウエ
ハの各ショット領域の位置合わせを行うことができる。
あるいは、一次変換式では近似精度が良好でない場合に
は、例えば２次以上の高次式を用いてウエハの位置合わ
せを行うようにしてもよい。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
図５に示すように、時間ｔが０の時点から露光を開始す
るとして、露光開始点でのウエハの温度をＴ１とする
と、露光光の照射エネルギーによりウエハの温度Ｔｗは
次第に上昇し、ある飽和温度Ｔ２に近づいていく。最初
の温度Ｔ１及び飽和温度Ｔ２はそれぞれ露光光の照射エ
ネルギーのみならず、雰囲気温度及びウエハホルダーの
温度等により定まる温度である。そのような温度上昇が
あると膨張熱によりウエハは変形し、予め実測により変
換パラメータを定めた後に所定の変換式により求めた配
列座標に基づいて露光を行うと、既にウエハに転写して
あるパターンと新たに転写されるパターン像との間に位
置ずれが生ずる不都合がある。

【００１１】なお、このようなウエハの熱膨張による位
置合わせのずれは従来から存在していたものと考えられ
るが、従来は転写されるパターンの線幅等が比較的広い
と共に、露光光の照射エネルギーが比較的小さいことか
ら、最終的な半導体素子等の性能には大きな影響がなか
った。しかしながら、最近、超ＬＳＩ等の回路パターン
が益々微細化し、且つスループット向上のために露光光
の照射エネルギーが増大しているために、膨張熱による
ウエハの寸法変化が良好に位置合わせを行う上で無視で
きなくなってきている。

【００１２】本発明は斯かる点に鑑み、露光光により感
光基板が熱変形しても、位置合わせ誤差を小さく抑える
ことができる位置合わせ方法を提供することを目的とす
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明による位置合わせ
方法は、例えば図１及び図２に示す如く、基板（Ｗ）上
に配列され所定のエネルギー線により加工される複数の
被加工領域の各々を、基板（Ｗ）の移動位置を規定する
静止座標系（Ｘ，Ｙ）内の所定の加工位置に対して位置
合わせするに当たって、それら複数の被加工領域の内、
予め選択された少なくとも３つの被加工領域の静止座標
系（Ｘ，Ｙ）上における座標位置を計測し、この計測さ
れた複数の座標位置を統計計算することによって、基板
（Ｗ）上の複数の被加工領域の各々の静止座標系（Ｘ，
Ｙ）上における座標位置を算出し、この算出された複数
の被加工領域の各々の座標位置に従って基板（Ｗ）の移
動位置を制御することによって、それら複数の被加工領
域の各々をその加工位置に対して位置合わせする方法に
関するものである。

【００１４】そして、本発明では、その位置合わせに先
立って、その所定のエネルギー線を用いて基板（Ｗ）上
の複数の被加工領域の各々への加工を行うと共に（ステ
ップ１０２）、この加工後のそれら複数の被加工領域の
配列の伸縮量を求めることとし（ステップ１０４）、基
板（Ｗ）上の複数の被加工領域の各々をその加工位置に
位置合わせするに際しては、それら複数の被加工領域の
配列の伸縮量に基づいて、その統計演算によって算出さ
れる変換パラメータを補正すると共に（ステップ１１
１，１１２）、この補正後の変換パラメータを用いて基
板（Ｗ）上の複数の被加工領域のそれぞれの静止座標系
（Ｘ，Ｙ）上での座標位置を算出するものである（ステ
ップ１１３）。

【００１５】この場合、その位置合わせに先立って、そ
の所定のエネルギー線の照射量を変えて加工を行い（ス
テップ１０６，１０２）、それぞれこの加工後のそれら
複数の被加工領域の配列の伸縮量を求めることにより、
その所定のエネルギー線の照射量とそれら複数の被加工
領域の配列の伸縮量との比例係数を求め（ステップ１０
７）、基板（Ｗ）上の複数の被加工領域の各々をその加
工位置に位置合わせするに際しては、基板（Ｗ）に対す
るその所定のエネルギー線の予想照射量及びその比例係
数から求められたそれら複数の被加工領域の配列の伸縮
量に基づいて、その統計演算によって算出される変換パ
ラメータを補正するようにしてもよい（ステップ１１
２）。

【００１６】また、基板（Ｗ）上の複数の被加工領域の
各々をその加工位置に位置合わせするに際して、基板
（Ｗ）が載置される基板ホルダー（１６）の温度を計測
し、基板ホルダー（１６）の温度及びそれら複数の被加
工領域の配列の伸縮量に基づいて、その統計演算によっ
て算出される変換パラメータを補正するようにしてもよ
い。

【００１７】

【作用】斯かる本発明によれば、所定のエネルギー線を
用いて基板（Ｗ）の複数の被加工領域にそれぞれ加工を
施す前段階として、それら複数の被加工領域の中からサ
ンプル的に選んだ少なくとも３つの被加工領域の設計上
の座標と静止座標系上の座標とより座標変換用の例えば
６個の変換パラメータが求められる。そして、実際の加
工工程に移行すると、仮に基板（Ｗ）が伸縮しない場合
には、その変換パラメータを用いて設計上の座標（ｘ，
ｙ）を変換して得られた静止座標系（Ｘ，Ｙ）上の座標
を目標位置座標としてその基板（Ｗ）の各被加工領域の
位置決めが行われる。

【００１８】しかしながら、実際にはその所定のエネル
ギー線の照射により基板（Ｗ）は熱変形を起こす。そこ
で、本発明では基板（Ｗ）に照射されるエネルギー線の
照射量に基づいて、基板（Ｗ）の熱変形による伸縮量を
検出する。そして、この伸縮量を用いて、その目標位置
座標を補正して得られた座標位置に基づいて基板（Ｗ）
の位置決めを行った後に、そのエネルギー線による加工
を行うことにより、基板（Ｗ）の熱変形があっても正確
に位置合わせを行うことができる。

【００１９】また、プロセスによっては基板（Ｗ）に対
するその所定のエネルギー線の照射量（又は積算照射
量）が異なる場合があるが、照射量が異なると熱変形に
よる伸縮量も変化する。そこで、このような場合には、
その所定のエネルギー線の照射量とそれら複数の被加工
領域の配列の伸縮量との比例係数を求め（ステップ１０
７）、基板（Ｗ）に対するその所定のエネルギー線の予
想照射量及びその比例係数からそれら複数の被加工領域
の配列の伸縮量を予測すればよい。

【００２０】また、基板（Ｗ）が載置された基板ホルダ
ー（１６）の温度が変化する場合にも、基板（Ｗ）の温
度が変化して伸縮量が変化するものと考えられる。そこ
で、基板（Ｗ）が載置される基板ホルダー（１６）の温
度を計測し、基板ホルダー（１６）の温度及びそれら複
数の被加工領域の配列の伸縮量に基づいて、その統計演
算によって算出される変換パラメータを補正することに
より、より正確に位置合わせが行われる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明による位置合わせ方法の一実施
例につき図１〜図４を参照して説明する。本実施例は、
ステッパーにおいてウエハのアライメントを行う場合に
本発明を適用したものである。図１は本例のステッパー
の全体の構成を示し、この図１において、水銀ランプ１
からの露光光ＩＬは楕円鏡２で集光された後に、インプ
ットレンズ３でほぼ平行光束に変換される。楕円鏡２と
インプツトレンズ３との間にシャッター５が配置され、
駆動モーター６によりそのシヤッター５を閉じることに
より、露光光ＩＬのインプットレンズ３に対する供給を
停止することができる。装置全体の動作を制御する主制
御系７が、その駆動モーター６の動作を制御する。な
お、水銀ランプ１の他に、ＫｒＦエキシマレーザー等の
パルスレーザー光源又はその他の光源を使用できる。

【００２２】インプットレンズ３から射出された露光光
ＩＬは、オプティカルインテグレータとしてのフライア
イレンズ４に入射し、フライアイレンズ４の射出側（レ
チクルＲ側）の焦点面に多数の２次光源が形成される。
また、この２次光源の形成面には開口絞り８が配置され
ている。その開口絞り８の開口内の２次光源より射出さ
れた露光光ＩＬは、透過率が高く反射率の低いビームス
プリッター９、第１リレーレンズ１０、可変レチクルブ
ラインド１１及び第２リレーレンズ１２を経て主コンデ
ンサーレンズ１３に入射する。主コンデンサーレンズ１
３により適度に集光された露光光ＩＬが、ミラー１４で
ほぼ垂直下方に反射されて、ほぼ均一な照度でレチクル
Ｒを照明する。この場合、可変レチクルブラインド１１
はレチクルＲと共役な面に配置され、レチクルＲに対す
る露光光ＩＬの照明視野絞りとして機能しており、主制
御系７は、駆動装置１５を介して可変レチクルブライン
ド１１の開口部の形状を所定の状態に設定する。

【００２３】レチクルＲのパターン領域を通過した露光
光ＩＬは、投影光学系ＰＬによりウエハＷ上のショット
領域に集束され、これによりレチクルＲのパターンがウ
エハＷのそのショット領域に所定の縮小倍率で転写され
る。投影光学系ＰＬのフーリエ変換面（瞳面）はフライ
アイレンズ４の２次光源形成面と共役である。また、ウ
エハＷはウエハホルダー１６上に保持され、ウエハホル
ダー１６はウエハステージ１７上に載置されている。ウ
エハステージ１７は、投影光学系ＰＬの光軸に垂直な面
内でウエハＷを２次元的に位置決めするＸＹステージ及
び投影光学系ＰＬの光軸に平行な方向にウエハＷを位置
決めするＺステージ等より構成されている。

【００２４】ウエハステージ１７上のウエハホルダー１
６の近傍には、光電変換素子よりなる照射量モニター１
９を配置し、ウエハステージ１７の上面に移動ミラー２
０を固定する。ウエハステージ１７を駆動して照射量モ
ニター１９を投影光学系ＰＬの露光領域に設定すること
により、投影光学系ＰＬを介して実際にウエハＷに照射
される露光光ＩＬのパワーを計測することができ、その
照射量モニター１９の検出信号が主制御系７に供給され
る。移動ミラー２０に対向するようにレーザー干渉計２
１が配置され、このレーザー干渉計２１からのレーザー
ビームを移動ミラー２０で反射することにより、ウエハ
ステージ１７の投影光学系ＰＬの光軸に垂直な面内での
座標を検出することができる。

【００２５】移動ミラー２０及びレーザー干渉計２１
は、投影光学系ＰＬの光軸に垂直なＸ方向及びＹ方向
（Ｘ方向に垂直な方向）に各１組配置され、レーザー干
渉計２１によりウエハステージ１７のＸ座標及びＹ座標
が計測される。このように計測されるＸ座標及びＹ座標
よりなる座標系が、本例の静止座標系（Ｘ，Ｙ）であ
る。この静止座標系（Ｘ，Ｙ）上で計測された座標情報
が主制御系７及び後述の座標計測回路２６に供給され
る。主制御系７は、供給された座標をモニターしつつ駆
動部２２を介して、ウエハステージ１７の位置決めを制
御する。

【００２６】また、ウエハホルダー１６の内部には温度
センサー１８を埋め込み、この温度センサー１８で計測
したウエハホルダー１６の温度を示す信号を主制御系７
に供給する。更に、必要に応じてウエハＷ等の温度を計
測するための１組の温度センサー２７を主制御系７に接
続し、メモリ２８をも主制御系７に接続する。メモリ２
８は、主制御系７が座標変換用のパラメータ等を記憶す
るのに使用される。

【００２７】次に、ウエハＷから反射された露光光は、
投影光学系ＰＬ、レチクルＲ、ミラー１４、コンデンサ
ーレンズ１３、第２リレーレンズ１２、可変レチクルブ
ラインド１１及び第１リレーレンズ１０を経てビームス
プリッター９に戻る。このビームスプリッター９で反射
された露光光ＩＬは、光電変換素子よりなる反射率モニ
ター２３の受光面に入射する。反射率モニター２３によ
る検出信号が主制御系７に供給されている。主制御系７
は、駆動部２２を介してウエハステージ１７を移動させ
て、順次ウエハＷ及び図示省略した基準反射板を投影光
学系ＰＬの露光領域内に設定することにより、ウエハＷ
及び基準反射板に対応する反射率モニター２３の検出信
号を得る。そして、予め基準反射板の反射率を記憶して
おくことにより、例えば比例関係からそのウエハＷの反
射率を求めることができる。

【００２８】投影光学系ＰＬの側面にＴＴＬ（スルー・
ザ・レンズ）方式のアライメント光学系２４が配置さ
れ、このアライメント光学系２４からのアライメントビ
ームを投影光学系ＰＬに導くためのミラー２５が、レチ
クルＲと投影光学系ＰＬとの間に配置されている。ま
た、ウエハＷの各ショット領域の近傍にはそれぞれＸ軸
用のアライメントマーク（ウエハマーク）及びＹ軸用の
ウエハマークが形成されている。そして、ウエハＷの所
定のショット領域の座標を計測する場合には、アライメ
ント光学系２４からのアライメントビームをミラー２５
及び投影光学系ＰＬを介してそのショット領域のＸ軸用
のウエハマークに照射し、このウエハマークから反射
（または回折）されるビームを投影光学系ＰＬ及びミラ
ー２を介してアライメント光学系２４で受光する。

【００２９】アライメント光学系２４では、そのウエハ
マークからのビームを用いてそのウエハマークのＸ座標
に対応する位置信号を検出して座標信号を検出して座標
計測回路２６に供給する。座標計測回路２６にはレーザ
ー干渉系２１で計測された現在のウエハステージ１７の
Ｘ座標及びＹ座標が常時供給されている。従って、座標
計測回路２６は、ウエハＷのそのショット領域のＸ軸用
のウエハマークのウエハステージ１７上でのＸ座標を求
めることができる。同様に、アライメント光学系２４は
ウエハＷのＹ軸用のウエハマークに対するアライメント
ビームも発生しており、座標計測回路２６はウエハＷの
そのショット領域のＹ軸用のウエハマークのウエハステ
ージ１７上でのＹ座標を求めることができる。これらＸ
軸用のウエハマークの座標及びＹ軸用のウエハマークの
座標により、そのショット領域の２次元的な静止座標系
（Ｘ，Ｙ）上の座標が特定される。

【００３０】次に、本例のステッパーでウエハＷの各シ
ョット領域のアライメント及び露光を行う場合の動作の
一例につき説明する。ここでは、ウエハＷの各ショット
領域を表すＸ座標及びＹ座標として、Ｘ軸用のウエハマ
ークのＸ座標及びＹ軸用のウエハマークのＹ座標を用い
る。ウエハＷの各ショット領域のアライメントを行う際
には、図３（ａ）に示すように、ウエハＷの各ショット
領域のウエハＷ上の座標系（ｘ，ｙ）での座標（設計座
標）から、例えば６個の変換パラメータを用いた（数
１）の一次変換によりウエハステージ１７を上の静止座
標系（Ｘ，Ｙ）での座標（計算座標）が求められた。そ
の後、ウエハステージ１７を動作させて、その静止座標
系（Ｘ，Ｙ）上の計算座標で示されるウエハＷ上の各シ
ョット領域を順次投影光学系ＰＬの露光フィールド内に
位置決めする。

【００３１】この場合、（数１）のように６個の変換パ
ラメータａ〜ｆを使用するものとすると、図３（ａ）に
おいて、例えば３個のショット領域２９〜３１を含む３
個以上のショット領域の静止座標系（Ｘ，Ｙ）上での座
標を実測することにより、それら６個の変換パラメータ
ａ〜ｆを決定する必要がある。そこで、図２において、
予め露光を行う前にウエハＷをウエハホルダー１６上に
保持して、原点設定（プリアライメント）を行った後
に、主制御系７はウエハステージ１７及びアライメント
光学系２４を介して、例えば図３（ａ）のウエハＷの３
個のショット領域２９〜３１を含む３個以上のショット
領域について静止座標系（Ｘ，Ｙ）上での座標を実測
し、それら６個の変換パラメータａ〜ｆを求める。従来
は露光光ＩＬが照射されてもウエハＷの熱変形は無視で
きるものとして、以後はその６個の変換パラメータａ〜
ｆにより求めた計算座標に基づいてウエハＷの各ショッ
ト領域を位置決めしてそれぞれ露光が行われていた。

【００３２】しかしながら、実際には露光光ＩＬの照射
によりウエハＷが熱膨張（熱変形）して、図３（ｂ）に
示すように、図３（ａ）のショット領域２９〜３１はシ
ョット領域２９Ａ〜３１Ａで示される位置に移動する。
従って、より正確にウエハＷのアライメントを行うため
には、その静止座標系（Ｘ，Ｙ）上の計算座標にオフセ
ット補正を行う必要がある。そこで、露光を行う前に実
験的に図４に示すような積算露光エネルギーＱとｘ方向
の伸縮率Ｒｘ及びｙ方向の伸縮率Ｒｙとの関係を求め
る。それら伸縮率には、各種プロセスを経たことによる
ウエハＷの伸縮も含まれている。本例では、簡単のため
積算露光エネルギーＱと伸縮率Ｒｘ，Ｒｙとはそれぞれ
線形であるとしているが、伸縮率Ｒｘ，Ｒｙは容易に積
算露光エネルギーＱの２次以上の関数としても求めるこ
とができる。以下では、伸縮率Ｒｘ，Ｒｙをそれぞれ
「線形伸縮率」と呼ぶ。

【００３３】積算露光エネルギーＱが０のときには、線
形伸縮率Ｒｘ及びＲｙは、それぞれ（数１）の６個の変
換パラメータａ〜ｆの内のパラメータａ及びｄと等し
い。また、線形伸縮率Ｒｘ及びＲｙがそれぞれ図４の直
線３２及び３３で表されるものとして、直線３２及び３
３の傾斜角をそれぞれθｘ及びθｙとする。そして、積
算露光エネルギーＱに対する線形伸縮率Ｒｘ及びＲｙの
変化量をそれぞれ線形誤差量ΔＲｘ及びΔＲｙとする。
この場合、ｔａｎθｘを係数αｘ、ｔａｎθｙを係数α
ｙとすると、線形伸縮率Ｒｘ及びＲｙは次のように積算
露光エネルギーＱの関数として表される。

【００３４】

【数２】Ｒｘ＝ａ＋ΔＲｘ＝ａ＋αｘ・ＱＲｙ＝ｄ＋ΔＲｙ＝ｄ＋αｙ・Ｑ次に、図１を参照して、それら係数αｘ及びαｙを求め
る方法につき説明する。先ず図１のステップ１０１にお
いて、ウエハＷへの露光光ＩＬの露光エネルギーを所定
の初期値に設定する。これは図２の可変レチクルブライ
ンド１１の開口の形状及び大きさにより設定される。こ
の際の露光エネルギーは、例えば図２の照射量モニター
１９により計測することができる。この状態でウエハＷ
の各ショット領域へレチクルＲのパターンを露光する
（ステップ１０２）。次に、そのウエハＷ上の３個以上
のショット領域の静止座標系（Ｘ，Ｙ）上での座標を計
測し（ステップ１０３）、この計測結果及び設計座標よ
り（数１）の６個の変換パラメータａ〜ｆ中の線形伸縮
率Ｒｘ及びＲｙに対応するパラメータ、即ち変換パラメ
ータａ及びｄを求める（ステップ１０４）。

【００３５】次に、ステップ１０５からステップ１０６
に移行して、図２の可変レチクルブラインド１１の開口
の形状及び大きさを変えることにより、ウエハＷへの露
光光ＩＬの露光エネルギーを変更する。このときにウエ
ハＷを別のウエハに交換してもよい。その後、ステップ
１０２〜１０４を実行して、（数１）の６個の変換パラ
メータａ〜ｆ中の線形伸縮率Ｒｘ及びＲｙに対応するパ
ラメータを求める。このようにステップ１０６〜ステッ
プ１０５までを所定回数繰り返した後に、ステップ１０
７に移行して、図４に示すように、それら線形伸縮率Ｒ
ｘ及びＲｙをそれぞれ露光エネルギーＱに対してプロッ
トする。そして、（数２）における線形誤差量ΔＲｘ及
びΔＲｙと露光エネルギーＱとの比例係数であるαｘ及
びαｙを求めて、図２のメモリ２８に記憶させる。

【００３６】この場合、比例係数αｘ，αｙはウエハ、
下地、レジストの材質、ウエハの直径、露光順序等によ
り異なるが、或る一定の露光条件に応じた比例係数α
ｘ，αｙはほぼ等しいと考えられる。そこで、同じ種類
又は同じロットのウエハを連続して露光するような場合
には、例えばそのロットの先頭のウエハについてのみ比
例係数αｘ及びαｙを求めればよい。尚、露光条件（ウ
エハ、下地、レジストの種類等）毎に比例係数αｘ及び
αｙを求めておくようにしても良い。また、ステップ１
０３では既にウエハ上に形成されているショット領域
（チップパターン）ではなく、ステップ１０２で露光さ
れたパターンの座標値を計測するが、このときウエハを
現像処理した後にそのレジスト像を計測しても、あるい
は現像処理は行わず、レジスト中に形成された潜像を計
測するようにしても良い。

【００３７】次に、図１のステップ１０８において、図
２のウエハホルダー１６上に露光対象とするウエハＷを
ロードする。そしてステップ１０９において、実際に露
光を行う前に、主制御系７は照射量モニター１９及び反
射率モニター２３を用いてウエハＷで吸収される露光光
ＩＬの露光エネルギーＱを予測する。そして、ステップ
１１０において、上記の比例係数αｘ，αｙと予測され
た露光エネルギーＱ１により、下記の（数３）を用いて
露光後のウエハＷの線形誤差量△Ｒｘ１，△Ｒｙ１を予
測する。

【００３８】

【数３】△Ｒｘ１＝αｘ・Ｑ１＋Δｉ △Ｒｙ１＝αｙ・Ｑ１＋Δｋここで、Δｉ及びΔｋは計測装置等のオフセットであ
り、予め求めてある量である。次に、ステップ１１１に
おいて、ウエハＷ上の３個以上のショット領域の静止座
標系（Ｘ，Ｙ）上での座標を計測し、これら計測座標と
設計座標とを用いて（数１）の６個の変換パラメータａ
〜ｆを求める。その後、ステップ１１２において、それ
ら６個の変換パラメータａ〜ｆの内の線形伸縮率Ｒｘ，
Ｒｙに対応する変換パラメータに、（数３）で求められ
た線形誤差量△Ｒｘ１，△Ｒｙ１を加算する。

【００３９】その後、ステップ１１３において、補正後
の６個の変換パラメータａ〜ｄを用いて（数１）の一次
変換式により、ウエハＷ上の各ショット領域の設計座標
を静止座標系（Ｘ，Ｙ）上の計算座標に変換して、この
計算座標に基づいてウエハＷ上の各ショット領域のアラ
イメントを行いつつ、各ショット領域にレチクルＲのパ
ターンを投影露光する。その後、同様に次のウエハへの
露光が行われる。

【００４０】この場合、本実施例では、予めウエハＷに
対する積算露光エネルギーが予測され、この積算露光エ
ネルギーに基づいて線形伸縮率Ｒｘ，Ｒｙの誤差量が求
められ、変換パラメータがその誤差量により補正されて
いる。従って、露光光ＩＬの照射によるウエハＷの伸縮
に起因する重ね合わせ誤差が減少する。また、ウエハＷ
上の露光面積を変えて露光するような場合には、ウエハ
Ｗへの積算露光エネルギー量の予測値によりウエハＷの
線形伸縮量を簡単に予測できる。この場合、ウエハＷの
線形伸縮率を常時計測する必要はないので、露光のスル
ープットが低下することがない。

【００４１】なお、図２のウエハホルダー１６には露光
光ＩＬによる露光エネルギーがウエハＷを介して蓄積さ
れるため、露光開始時のウエハホルダー１６の初期温度
が一定ではなく、ウエハホルダー１６の蓄熱の影響によ
りウエハＷの熱膨張による誤差が生じる。これを補正す
るためには、ウエハホルダー１６に温度センサー１８を
設置し、ウエハホルダー１６の温度をモニターする。そ
して、図４のような線形伸縮率Ｒｘ，Ｒｙの特性を、ウ
エハホルダー１６の温度に対する関数としても求めてお
く。その後、図１のステップ１１２において、線形伸縮
率Ｒｘ，Ｒｙの補正を行う際に、ウエハホルダー１６の
温度の計測結果をも考慮することにより、より正確に補
正を行うことができる。

【００４２】また、そのウエハホルダー１６の蓄熱の影
響を補正するために、照射量モニター１９及び反射率モ
ニター２３を用いて露光エネルギーを検出し、一定間隔
でその露光エネルギーをサンプリングすることにより
（照射時及び非照射時を通して）積算露光エネルギー量
を求め、この積算露光エネルギー量よりウエハホルダー
１６内の蓄積エネルギー量を求める方法もある。

【００４３】更に、上述実施例ではウエハＷ上の２層目
以降のレイアヘの露光を行う場合を扱っているが、ウエ
ハＷ上の１層目に露光する場合にもウエハＷの熱変形に
よる線形伸縮の補正を行ってもよい。

【００４４】また、以上の実施例では、可変レチクルブ
ラインド１１の開口形状や大きさを変更させることでウ
エハに与える露光エネルギーを変化させるものとした
が、単に露光時間（シャッター５の開時間）を変化させ
るだけでも良い。また、エキシマレーザー等のパルス光
源を用いる場合には、そのパルス数又は１パルス当たり
のエネルギー量を変化させるだけでも良い。このよう
に、本発明は上述実施例に限定されず本発明の要旨を逸
脱しない範囲で種々の構成を取り得る。

【発明の効果】本発明によれば、予め所定のエネルギー
線を用いて基板上への加工を行って、複数の被加工領域
の配列の伸縮量を求めて、次に複数の被加工領域の位置
合わせを行うときにはその予め求められた配列の伸縮量
の補正を行うようにしているので、所定のエネルギー線
により加工対象とする基板が熱変形しても位置合わせ誤
差を小さく抑えることができる利点がある。

【００４５】また、基板上の複数の被加工領域の各々を
加工位置に位置合わせするに際して、その基板に対する
その所定のエネルギー線の予想照射量及び予め求めた比
例係数から求められたそれら複数の被加工領域の配列の
伸縮量に基づいて、統計演算によって算出される変換パ
ラメータを補正する場合には、基板に対する照射エネル
ギーに応じて基板の熱変形に基づく位置合わせ誤差をよ
り小さくできる。

【００４６】また、基板ホルダーの温度及び複数の被加
工領域の配列の伸縮量に基づいて、統計演算によって算
出される変換パラメータを補正する場合には、位置合わ
せ誤差をより小さくできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による位置合わせ方法の一実施例を示す
フローチャートである。

【図２】本発明の一実施例が適用されるステッパーの全
体を示す構成図である。

【図３】（ａ）は露光光による熱変形が無い場合のウエ
ハ上のショット領域の配列の一例を示す図、（ｂ）は露
光光による熱変形が生じた場合のウエハ上のショット領
域の配列の一例を示す図である。

【図４】ウエハに対する露光光の露光エネルギーとウエ
ハの線形伸縮率との関係を示す特性図である。

【図５】ウエハの温度変化の状態の一例を示す特性図で
ある。

【符号の説明】

７主制御系９ビームスプリッター１３主コンデンサーレンズＲレチクルＰＬ投影光学系Ｗウエハ１６ウエハホルダー１７ウエハステージ１９照射量モニター２１レーザー干渉計２３反射率モニター２４アライメント光学系

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所 7352−4ＭＨ０１Ｌ 21/30 ３１１Ｌ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に配列され所定のエネルギー線に
より加工される複数の被加工領域の各々を、前記基板の
移動位置を規定する静止座標系内の所定の加工位置に対
して位置合わせするに当たって、前記複数の被加工領域
の内、予め選択された少なくとも３つの被加工領域の前
記静止座標系上における座標位置を計測し、該計測され
た複数の座標位置を統計計算することによって、前記基
板上の複数の被加工領域の各々の前記静止座標系上にお
ける座標位置を算出し、該算出された複数の被加工領域
の各々の座標位置に従って前記基板の移動位置を制御す
ることによって、前記複数の被加工領域の各々を前記加
工位置に対して位置合わせする方法において、前記位置合わせに先立って、前記所定のエネルギー線を
用いて前記基板上の複数の被加工領域の各々への加工を
行うと共に、該加工後の前記複数の被加工領域の配列の
伸縮量を求めることとし、前記基板上の複数の被加工領域の各々を前記加工位置に
位置合わせするに際しては、前記複数の被加工領域の配
列の伸縮量に基づいて、前記統計演算によって算出され
る変換パラメータを補正すると共に、該補正後の変換パ
ラメータを用いて前記基板上の複数の被加工領域のそれ
ぞれの前記静止座標系上での座標位置を算出することを
特徴とする位置合わせ方法。
【請求項２】前記位置合わせに先立って、前記所定の
エネルギー線の照射量を変えて加工を行い、それぞれ該
加工後の前記複数の被加工領域の配列の伸縮量を求める
ことにより、前記所定のエネルギー線の照射量と前記複
数の被加工領域の配列の伸縮量との比例係数を求め、前記基板上の複数の被加工領域の各々を前記加工位置に
位置合わせするに際しては、前記基板に対する前記所定
のエネルギー線の予想照射量及び前記比例係数から求め
られた前記複数の被加工領域の配列の伸縮量に基づい
て、前記統計演算によって算出される変換パラメータを
補正することを特徴とする請求項１記載の位置合わせ方
法。
【請求項３】前記基板上の複数の被加工領域の各々を
前記加工位置に位置合わせするに際して、前記基板が載
置される基板ホルダーの温度を計測し、前記基板ホルダ
ーの温度及び前記複数の被加工領域の配列の伸縮量に基
づいて、前記統計演算によって算出される変換パラメー
タを補正することを特徴とする請求項１記載の位置合わ
せ方法。