JPH08339951A - 基板の位置合わせ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アライメント系の位置合わせ精度を向上させ
る。 【構成】 本発明によれば、まず、対象となる基板にお
いて、全点または多数ショットのアライメントマーク計
測を行う。そして、計測した結果をＥＧＡ処理し、計測
誤差のランダム成分（σＲ）を求める。さらに、計測値
のバラツキ（σＴ）の関数として表される計測誤差の線
形成分（σＬ）とランダム成分（σＲ）とから計測再現
性（σＴＭ）を推定する。そして、このようにして求め
た計測再現性（σＴＭ）に応じて、計測された複数のシ
ョット領域中の飛びショット領域を判定し、その飛びシ
ョット領域を異常値としてはね、異常値を含まない残り
のショットに対してＥＧＡ処理をするので、高精度のア
ライメントを行うことができる。。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は位置合わせ方法に係り、
特に半導体製造用の露光装置、リペア装置や検査装置な
どにおいて被処理基板を位置合わせする場合に適用可能
な位置合わせ方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子等をフォトリソグラフィ技術
を用いて製造する際に、処理対象である半導体基板を二
次元移動が可能なステージ上に載置し、このステージに
よりウェハをステッピングさせる工程と、マスクまたは
レチクル（以下、レチクルと称する。）上の回路パター
ンをウェハ上に順次露光する工程とを繰り返す、いわゆ
る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）が近年多用されている。こ
の種の露光装置においては、レチクルとウェハとの位置
合わせ（アライメント）を高い精度で正確に行う必要が
ある。

【０００３】従来のステッパ等における半導体基板の位
置合わせ方法として、例えば特開昭６１−４４４２９号
公報や特開昭６２−８４５１６号公報に開示されている
ような、最小二乗近似法を用いて座標を求める、いわゆ
るＥＧＡ（ＥｎｈａｎｃｅｄＧｌｏｂａｌ Ａｌｉｇｎ
ｍｅｎｔ）法が知られている。その概略は、次のような
ものである。

【０００４】半導体基板上には、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含む複数のチップパタ
ーンが形成されており、このチップパターンは、予め定
められた配列座標（設計上の配列座標）に基づいて規則
的に配列されている。しかしながら、設計上の配列座標
に基づいて半導体基板をステッピングさせても、以下に
示すような誤差要因のために、半導体基板が配列座標に
従って精密に位置合わせされるとは限らない。 （１）半導体基板の残存回転（ローテーション）誤差
（θ） （２）ステージ座標系（またはショット配列）の直交度
誤差（ｗ） （３）半導体基板の線形伸縮（またはスケーリング）
（γｘ、γｙ） （４）半導体基板（中心位置）のオフセット（平行移
動）（Ｏｘ、Ｏｙ） この際、これら４つの誤差量（以下、これらの６つのパ
ラメータをＥＧＡパラメータと総称することにする。）
に基づく半導体基板の座標変換は一次変換式で記述でき
る。

【０００５】そこでアライメントマークを含む複数のチ
ップパターンが規則的に配置された半導体基板に対し、
この基板上の座標系（Ｘ，Ｙ）を静止座標系としてのス
テージの座標系（ｘ，ｙ）に変換する一次変換モデルを
次式のように与える。

【０００６】

【数１】

【０００７】このモデル式における変換パラメータａ〜
ｆを求める方法としては、以下に示す最小二乗近似法が
ある。この場合、基板上の複数のチップパターン（ショ
ット領域）の中から幾つか選び出したショット領域の各
々を所定の基準位置に位置合わせ（アライメント）し
て、そのときの座標系（α1，β1），（α2，β2），
…，（αn，βn）を実測する。また、選び出されたショ
ット領域（即ち、それに付設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）を上述の式（１）に代入して得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（α
i，βi）との差（Δｘ，Δｙ）をアライメントの誤差と
考える。このアライメント誤差Δｘ，Δｙは次式で定義
される。

【０００８】

【数２】

【０００９】この式（２）をａ〜ｆの各パラメータで偏
微分し、その値が０となるような方程式を立てて、次式
（３）で示す連立方程式を解けばパラメータａ〜ｆが求
められる。

【００１０】

【数３】

【００１１】これ以降は、式（１）を用いて計算した新
配列座標に基づいて半導体基板の各ショットの位置合わ
せを行えばよい。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、次式のような高次式を用いて半導
体基板の位置合わせを行うようにしてもよい。

【００１２】

【数４】

【００１３】この際、式（４）においてｋ＝１とおけ
ば、式（１）と等しくなるということは言うまでもな
い。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ステッ
パ等により処理される半導体基板は、それ以前の工程に
おいて熱処理されていることが多く、このため、本来所
定の配列座標に基づいて規則正しく配列されているはず
のチップパターンが、熱処理に伴う伸縮および変形を受
けて一次変換式で近似できない程歪んでいたり、アライ
メントマークの崩れ等が生じることがある。このような
場合には、計測結果に異常値が発生し、その計測結果を
統計演算処理すると、各ＥＧＡパラメータ（ローテーシ
ョン、スケーリング、直交度、オフセット）は、異常値
の影響を受け、従ってＥＧＡ法によるアライメント精度
は劣化する。

【００１５】このような測定上の異常値の影響を軽減す
るために、例えば、異常値の許容値を予め設定しておい
て、統計演算処理にあたっては、許容値以上の計測結果
を無視するように構成することが考えられる。しかしな
がら、実際には、アライメント層を露光したときのステ
ージ精度やウェハの表面荒れ、センサの計測再現性など
によって、計測結果のバラツキが変化するため、計測の
飛び値が計測バラツキにより生じたものなのか、あるい
は本当の異常値なのかを判断するのは困難である。その
結果、許容値を大きく設定すると、小さめの異常値を撥
ねることができず、逆に、許容値を小さく設定すると、
計測バラツキによる計測値も撥ねてしまうという問題を
有していた。

【００１６】本発明は、上記のような従来の位置合わせ
方法の問題点に鑑みて成されたものであり、計測再現性
に応じて異常値の判定を行うことにより、位置合わせ精
度を向上させることを目的としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、基板上に形成された複数のショット領域
の各々を、基板の移動位置を規定する静止座標系内の所
定の基準位置に対して位置合わせするにあたって、複数
のショット領域のうちから複数のショット領域を選択
し、この選択された複数のショット領域の静止座標系に
おける座標位置を計測し、この計測上の座標位置とそれ
に対応する設計上の座標位置との平均偏差が最小となる
ように、計測上の座標位置を統計演算処理することによ
って、基板上の複数のショット領域の各々の静止座標系
上における座標位置を計算し、この計算上の座標位置に
従って基板の移動位置を制御することによって、複数の
ショット領域の各々を基準位置に対して順次位置合わせ
する方法に適用される。そして、本発明は、上記位置合
わせ方法において、計測値のバラツキ（σＴ）の関数と
して表される計測誤差の線形成分（σＬ）と計測誤差の
ランダム成分（σＲ）とから計測再現性（σＴＭ）を推
定し、推定された計測再現性（σＴＭ）に応じて、統計
演算処理での使用に対する前記複数の計測上の座標位置
の適否を判定することとしている。

【００１８】また、複数枚の基板を処理する場合には、
Ｎ枚の基板毎に１または２以上の基板を選択し、選択さ
れた基板について計測再現性を推定し、Ｎ枚の基板のそ
れぞれについて、推定された１または２以上の計測再現
性に応じて、計測上の座標位置の適否を判定するように
構成することができる。さらに、本発明は、上記統計演
算処理を行うにあたり、選択されたショット領域毎に、
計測上の座標位置とそれに対応する設計上の座標位置と
の偏差の２乗値に対して推定された計測再現性（σＴ
Ｍ）に応じた重み付けを行い、計測上の座標位置を統計
演算処理することによって、基板上の複数のショット領
域の各々の静止座標系上における座標位置を計算するよ
うに構成することもできる。

【００１９】

【作用】まず、対象となる基板において、全点または多
数ショットのアライメントマーク計測を行う。そして、
計測した結果をＥＧＡ処理し、計測誤差のランダム成分
（σＲ）を求める。さらに、計測値のバラツキ（σＴ）
の関数として表される計測誤差の線形成分（σＬ）とラ
ンダム成分（σＲ）とから計測再現性（σＴＭ）を推定
する。この計測再現性（σＴＭ）には、アライメント層
を露光したときのステージ精度、プロセスによるウェハ
の表面荒れ、あるいはアライメントセンサの計測再現性
などが含まれている。このようにして求めた計測再現性
（σＴＭ）に応じて、計測された複数のショット領域中
の飛びショット領域を判定し、その飛びショット領域を
異常値としてはねる。そして、異常値を含まない残りの
ショットに対してＥＧＡ処理することにより、高精度の
アライメントを行うことができる。

【００２０】なお、通常は複数枚のロットを単位として
処理が行われ、同一ロット内に含まれる基板の状態はほ
ぼ同じであると考えられるので、各ロットの先頭または
先頭から数枚の基板について、上記の方法により計測再
現性（σＴＭ）を求め、求めた計測再現性（σＴＭ）に
応じて、そのロット内の他の基板について飛びショット
領域を判定することにより、処理のスループットを向上
させることができる。

【００２１】また求めた計測再現性（σＴＭ）に応じて
計測値に対して重み付けを行うことができる。例えば、
計測再現性（σＴＭ）に照らして、異常値または異常値
に近い計測値に対してはより軽い重み付けを行い、正常
範囲にある計測値に対してはより重い重み付けを行うこ
とができる。このようにして、重み付けられた計測値に
基づいてＥＧＡ処理を行うことによっても、高精度のア
ライメントを達成することができる。

【００２２】

【実施例】以下に添付図面を参照しながら、本発明に係
る位置合わせ方法を、ステップアンドリピート方式でレ
チクル上のパターンをウェハ上に転写する縮小投影型露
光装置（ステッパ）に適用した一実施例について説明す
る。まず、図１を参照しながら、本発明に係る位置合わ
せ方法を適用可能なステッパの概略について説明する。

【００２３】図中、ＩＬは露光用の照明光（例えば、水
銀ランプからのｇ線、ｉ線、ｊ線、あるいはエキシマレ
ーザ光源からの紫外線パルス光）であり、この照明光Ｉ
Ｌは、コンデンサレンズ１０２を介してレチクルＲのパ
ターン領域ＰＲをほぼ均一な照度分布で照射する。パタ
ーン領域ＰＲを通過した照明光ＩＬは、例えば両側（あ
るいは片側）テレセントリックな投影レンズＰＬに入射
し、この投影レンズＰＬを通過してウェハ（半導体基
板）Ｗに達する。

【００２４】投影レンズＰＬは、照明光の波長に関して
色収差補正がなされており、レチクルＲとウェハＷとは
互いに共役な位置にある。また、照明光ＩＬは、ケーラ
ー照明であり、投影レンズＰＬの瞳面ＥＰ内に、フライ
アイレンズ群（不図示）の射出端面近傍の２次光源像が
形成される。レチクルＲは、２次元平面（図中、紙面に
略直交する平面）上を微動可能なレチクルステージ１０
４上に保持され、レチクルＲの周辺に形成されたレチク
ルアライメントマーク（不図示）がミラー１０６、対物
レンズ１０８、マーク検出系１１０からなるレチクルア
ライメント系で検出されることにより、投影レンズＰＬ
の光軸ＡＸに対して位置決めされる。

【００２５】ウェハＷは、駆動系（不図示）によって２
次元平面（図中、紙面に略直交する平面）上を移動可能
なウェハステージ１１２上に載置されている。このウェ
ハステージ１１２の座標値は、レーザ干渉計１１４によ
り逐次計測される。１１６はステージ制御器であり、こ
のステージ制御器１１６は干渉計１１４の計測結果であ
るウェハステージ１１２の実測座標値に基づいて駆動系
を制御し、ウェハステージ１１２の移動及び位置決めを
行う。

【００２６】図１に示す実施例のステッパには、ＴＴＬ
（Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｔｈｅ Ｌｅｎｓ）方式のアライメ
ント光学系２００と、オフアクシス（Ｏｆｆ Ａｘｉ
ｓ）方式のアライメント光学系３００とが設けられてい
る。まず、ＴＴＬ方式のアライメント光学系２００につ
いて説明すると、図１において、２０２はＨｅ−Ｎｅレ
ーザ等のレーザ光源であり、このレーザ光源２０２から
は、ウェハＷ上のレジスト層に対して非感光性である赤
色色のビーム２０４が出力される。このビーム２０４
は、シリンドリカルレンズ等からなるビーム整形光学系
２０６を透過し、ミラー２０８、レンズ系２１０、ミラ
ー２１２およびビームスプリッタ２１４を介して対物レ
ンズ２１６に入射する。対物レンズ２１６を透過して出
射したビーム２０４は、レチクルＲの下方に４５゜の角
度をもって設けられたミラー２１８により下方に向けて
反射され、投影レンズＰＬの視野の周辺部において、そ
の光軸ＡＸと平行に入射する。そして、投影レンズＰＬ
に入射したビーム２０４は、投影レンズＰＬの瞳ＥＰの
中心を通って、このレンズＰＬから出射し、ウェハＷを
垂直に照射する。この際、ビーム２０４は、ビーム整形
光学系２０６によりスリット状に整形され、投影レンズ
ＰＬを介してウェハＷ上にｘ方向に延びるスポット光が
結像される。

【００２７】一方、ウェハＷ上には、アライメントマー
ク（不図示）が形成されている。このアライメントマー
クは、複数個のドットパターンがｘ方向に延在されて成
る回折格子状のマークがｙ方向（図中、紙面に略直交す
る方向）に所定ピッチで複数本配列された構成になって
いる。従って、ウェハステージ１１２をスポット光に対
して水平移動させて、このスポット光によりアライメン
トマークをｙ方向に相対的に走査すると、このマークか
ら正反射光、散乱光、回折光等が生じ、マークとスポッ
ト光との相対的に位置関係に応じてその光量が変化す
る。

【００２８】アライメントマークからの反射光等は、上
述のビーム２０４の光路に沿って逆進し、投影レンズＰ
Ｌ、ミラー２１８、対物レンズ２１６を経て、ビームス
プリッタ２１４で反射されて受光素子２２０へと導かれ
る。この受光素子２２０の受光面は、投影レンズＰＬの
瞳面ＥＰとほぼ共役な面に配置されている。受光素子２
２０は、マークからの散乱光や回折光に対して感応し、
対応する電気信号を出力する。受光素子２２０からの出
力信号は、干渉計１１４からの位置計測信号とともに、
制御器４００に入力される。制御器４００は、スポット
光に対してアライメントマークを相対的に走査した際の
受光素子２２０からの信号波形を、干渉計１１４により
位置計測信号とともにサンプリングして記憶部４０２に
記憶し、その波形を演算部４０４にて解析することによ
り、マーク中心がスポット光中心と一致したときのウェ
ハステージ１１２の座標位置信号を得ることができる。

【００２９】次に、オフアクシス方式のアライメント光
学系３００について説明する。図中、３０２はハロゲン
ランプであり、このハロゲンランプ３０２で発生した光
は、コンデンサレンズ３０４を介して光ファイバ３０６
の一端面に収束される。光ファイバ３０６により伝送さ
れた光は、レジスト層の感光波長（短波長）域と赤外波
長域とを遮断するフィルタ３０８を透過し、対物レンズ
３１０を介してハーフミラー３１２へと導かれる。ハー
フミラー３１２により反射された光は、ミラー３１４に
より反射されてウェハＷに略水平に進行して対物レンズ
３１６に入射し、さらに投影レンズＰＬの視野を遮光し
ないように、この投影レンズＰＬの下部周辺に固定され
たプリズム（ミラー）３１８で反射され、ウェハＷ上の
アライメントマークを垂直に照射する。

【００３０】このアライメントマークからの反射光は、
上述の光路に沿って逆進し、プリズム３１８、対物レン
ズ３１６、ミラー３１４を透過し、ハーフミラー３１２
を透過してレンズ系３２０によって指標板３２２に結像
される。この指標板３２２は、対物レンズ３１６、レン
ズ系３２０を挟んでウェハＷと共役の位置に配置されて
おり、ウェハＷのマークの像は、指標板３２２の透明窓
内に結像される。この指標板３２２には、ｘ方向および
紙面に略直交するｙ方向のそれぞれに沿って延在する直
線状の指標マークが透明窓内に形成されている。このマ
ーク像と指標マークとは、リレー系３２４、３２６およ
びミラー３２８を介してＣＣＤカメラ等の撮像素子３３
０に導かれ、その受光面上に結像する。

【００３１】撮像素子３３０からの出力ビデオ信号は、
干渉計１１４からの位置計測信号とともに、制御器４０
０に送られる。制御器４００は、その演算部４０４にお
いて、指標マークに対するマーク像のずれを、撮像素子
３３０からのビデオ信号の波形に基づいて求め、マーク
像が指標マークの中心に正確に位置したときのウェハス
テージ１１２の座標位置信号を得ることができる。

【００３２】次に、図２および図３に示すフローチャー
トを参照して、本実施例に係る位置合わせ方法を図１に
示す装置の動作とともに説明する。なお、この位置合わ
せはウェハＷの第２層以降の重ね合わせ露光に先立って
行われるものであり、ウェハＷ上にはチップパターン
（ショット領域に相当）とアライメントマークとが既に
形成されている。ここでは、特にウェハＷに対して第２
層目の重ね合わせ露光を行うものとして説明する。

【００３３】まず、ステップＳ５０２では、主制御器の
制御によりウェハステージ１１２上にロット内の先頭
（１枚目）のウェハＷがローディングされ、ウェハＷは
粗く（例えば、±２μｍ程度の精度で）アライメントさ
れて載置される。次いで、ステップＳ５０４では、ショ
ットマップとして制御器４００の記憶部４０６に予め格
納された設計上の配列座標に従ってウェハＷを移動する
ことにより、ＴＴＬアライメント系２００のマーク位置
検出位置に対する全ショット領域への移動が順次行われ
る。具体的には、ステージ制御器によりウェハステージ
１１２を移動させ、ＴＴＬ方式のアライメント光学系２
００によるスポット光によりウェハＷ上のアライメント
マークが照射される位置までウェハＷを移動させる。

【００３４】次いで、ステップＳ５０６では、上述した
手順によりＴＴＬ方式のアライメント光学系２００を用
いたアライメント動作が行われ、そのときの干渉計１１
４からの位置情報が座標位置信号として取得される。次
いで、ステップＳ５０８で、各ロットの先頭ウェハにつ
いて、全ショットのアライメントが終了したら、全アラ
イメント結果から、１次近似のパラメータ値ａ〜ｆを求
める。

【００３５】具体的には、計測したショットの設計上の
配列座標（Ｘｉ，Ｙｉ）および対応する計測された配列
座標（αｉ，βｉ）が与えられている。そして、既に説
明したように、１次近似の場合には、式（１）の右辺の
座標（Ｘ，Ｙ）として設計値（Ｘｉ，Ｙｉ）を代入し、
左辺の座標（ｘ，ｙ）として計測値（αｉ，βｉ）を代
入した場合に、式（２）で表される誤差が最小になるよ
うに最小二乗法により、それら６個のパラメータａ〜ｆ
が決定される。

【００３６】次いで、ステップＳ５１０において、この
ようにして決定された６個のパラメータ及び各ショット
の設計上の配列座標（Ｘｉ，Ｙｉ）（ｉ＝０，１，…）
を順次式（１）の右辺に代入することにより、各ショッ
トの計算上の配列座標（ｘｉ，ｙｉ）が求められる。こ
の計算上の配列座標（ｘｉ，ｙｉ）が新配列座標である
（ステップＳ５１２）。そして、各ショットのアライメ
ント結果（計測された配列座標（αｉ，βｉ））と新配
列座標（ｘｉ，ｙｉ）との差が、１次近似では取り除け
ない非線形誤差、すなわち計測値のバラツキのランダム
成分である（ステップＳ５１４）。

【００３７】次いで、ステップＳ５１６において、以上
説明したＥＧＡ処理により得られた計測値のバラツキの
ランダム成分から、演算ユニットにおいて、計測再現性
を推定する。以下、その手順を説明する。なお、本実施
例では計測値のバラツキの仕方は正規分布を示すものと
仮定している。まず、計測値のバラツキの標準偏差（σ
Ｔ）は、次式（５）に示すように、線形成分（σＬ）と
ランダム成分（σＲ）とから成ると考えられる。 σＴ²＝σＬ²＋σＲ² …（５） このうち、実際のウェハＷでは、既に説明したようにプ
ロセス工程やアライメント検出系の精度等によって、ス
ケーリング、回転誤差、直交度誤差が生じているため、
線形成分（σＬ）は大きな値を取りうる。

【００３８】さらに、この線形成分（σＬ）は、次式
（６）に示すように、処理されるウェハＷのもつ本来の
線形誤差（σＬＰ）と計測バラツキによって生じる線形
誤差（σＬＭ）とから成ると考えられる。 σＬ²＝σＬＰ²＋σＬＭ² …（６） ここで、アライメント検出系に線形的プロセスだまされ
（例えば、非対称Ａｌに対するスケーリングなど）がな
いと仮定すれば、ウェハＷは、理想格子状態（つまりσ
ＬＰ＝０）であると考えても問題ない。従って、式
（５）は次式（７）のように変形できる。 σＴ²＝σＬ²＋σＲ² ＝σＬＰ²＋σＬＭ²＋σＲ² …（７） 以下、処理されるウェハＷのもつ本来の線形誤差（σＬ
Ｐ）を無視した場合の計測値のバラツキを計測再現性
（σＴＭ）とすると、計測再現性（σＴＭ）は、次式
（８）で表すことができる。 σＴＭ²＝σＬＭ²＋σＲ² …（８） 本実施例における計測バラツキの原因としては、 １）アライメント層を露光したときのステッピング誤
差、 ２）その後のプロセス処理に起因して増加する配列から
のズレやアライメントマークの荒れ等 ３）空気ゆらぎや静電ノイズなどに起因するアライメン
トを行うときのセンサの計測再現性、真値性などが考え
られる。

【００３９】本実施例において、ウェハの回転誤差θと
は、ウェハ全体がθの回転をしていることをさす。ま
た、直交度ωとは、Ｘ軸とＹ軸の９０゜からのずれをさ
す。つまり、設計上の配列に対して、回転θ、直交度ω
である場合、Ｘ軸はθ、Ｙ軸はθ＋ωだけ傾いているこ
とになる。ＥＧＡでは、Ｘ軸側とＹ軸側をそれぞれ独立
に計算する。そして、Ｘ軸側については、Ｘのシフト、
Ｘのスケーリング、Ｙ軸の回転を求め、Ｙ軸側について
は、Ｙのシフト、Ｙのスケーリング、Ｘ軸の回転を求め
ており、Ｘ軸の回転をウェハローテーション、Ｙ軸の回
転からＸ軸の回転をひいた量を直交度としている。よっ
て、以下の実施例では、Ｘ軸側についてのみ考えていく
が、Ｙ軸側についても同様の方法が適用できる。

【００４０】ここで、スケーリングをγ−１、Ｙ軸の回
転をθ、オフセットをＯとすると、式（１）に示すＥＧ
Ａ式は、次式（９）で表せる。

【００４１】

【数５】

【００４２】なお、式（９）において、（Ｘｉ，Ｙｉ）
はＸ軸側に関するアライメントマーク（以下、Ｘマーク
と称する。）の設計上の座標位置であり、（αｉ）はＸ
マークの計測上の座標位置のＸ成分であり、ｎはＥＧＡ
法において選択されたショット数である。さらに、式
（９）に関して、計算によって求めることが可能な定数
Ａ〜Ｆによって、次式（１０）で示される逆行列式を得
ることができる。

【００４３】

【数６】

【００４４】ここで、計測上の座標値αｉの計測再現性
（σα）がｉ＝１〜ｎにおいて同じであると仮定する
と、次式（１１）が成立する。 σα²＝σＴＭ² …（１１） 以下、式（９）（１０）を用いて、ＥＧＡ式の各パラメ
ータ、すなわちオフセット（Ｏ）、スケーリング（γ−
１）、回転誤差（θ）について、それぞれ解いていく。

【００４５】１．オフセット（Ｏ）

【００４６】

【数７】

【００４７】オフセット（Ｏ）は式（１２）で表せるか
ら、オフセットのばらつき（σＯ）は、次式（１３）で
表せる。

【００４８】

【数８】

【００４９】２．スケーリング（γ−１）

【００５０】

【数９】

【００５１】スケーリング（γ−１）は式（１４）で表
せるから、スケーリングのバラツキσ（γ−１）は次式
（１５）で表すことができる。

【００５２】

【数１０】

【００５３】３．回転（θ） ここでｆ（γ，θ）＝γθとおくと、次式（１６）が与
えられる。

【００５４】

【数１１】

【００５５】ここで、計測バラツキを求めているのであ
るから、式（１６）において、

【００５６】

【数１２】

【００５７】とおくことができる。従って、式（１６）
より式（１７）を得ることができる。

【００５８】

【数１３】

【００５９】また、

【００６０】

【数１４】

【００６１】とおくことができるので、式（１７）（１
８）より、回転のバラツキ（σθ）は、次式（１９）で
表すことができる。

【００６２】

【数１５】

【００６３】以上より、ＥＧＡ計測によるオフセット
（Ｏ）、スケーリング（γ−１）および回転（θ）のバ
ラツキは、計測再現性（σＴＭ）の関数として式（１
３）、（１５）、（１９）により求めることができるこ
とが判明した。ここで、ＥＧＡ計測によって求めること
ができたＥＧＡショットの新配列座標（ステップＳ５１
２）のＸ成分（ｘk）は、次式（２０）のモデル式で与
えられる。 ｘk＝（γ−１）Ｘk−γθＹk＋Ｏ …（２０） なお、このモデル式については、特開昭６１−４４４２
９号公報などに詳細に記載されているので、詳細説明は
省略する。

【００６４】従って、計測バラツキによって生じるＥＧ
Ａショットの線形誤差σＬＭは、次式（２１）で与えら
れる。

【００６５】

【数１６】

【００６６】ここで、ＥＧＡショットは、ほぼ中心対称
に設定されるので、下記の式（２２）、（２３）で示す
関係が成り立つから、式（２１）は式（２４）に変形す
ることができる。

【００６７】

【数１７】

【００６８】さらに、式（１５）（１９）（２４）よ
り、線形誤差（σＴＭ）は、次式（２５）のように表す
ことができる。

【００６９】

【数１８】

【００７０】さらに式（２５）を式（８）に代入する
と、式（２６）が得られ、式（２６）を整理することに
より、計測再現性（σＴＭ）は式（２７）により与えら
れる。

【００７１】

【数１９】

【００７２】ここで、計測誤差のランダム成分（σＲ）
については、設計上の配列座標と計測上の配列座標との
偏差として計算により求めることが可能であり（ステッ
プＳ５１４）、従って、ステップＳ５１６において、式
（２７）により計測再現性（σＴＭ）を演算により求め
ることができる。さらに、式（２７）により求めた計測
再現性（σＴＭ）を、式（１３）（１５）（１９）にそ
れぞれ代入することにより、各ＥＧＡパラメータであ
る、オフセット（Ｏ）、スケーリング（γ−１）、回転
（θ）に関する再現性についても求めることができる。

【００７３】さて、再び、図２に示す処理フローに戻
り、ステップＳ５１６において、以上のような手順で推
定された計測再現性（σＴＭ）を記憶部に格納し、この
計測再現性の３σＴＭを、異常値の許容値として設定し
ておく。そして、ステップＳ５１８において、新配列座
標または計測値に基づいて１枚目のウェハの露光を行
う。なお、全点ではなく多数点計測を行って、計測再現
性（σＴＭ）を求めた場合には、図３に示す処理フロー
に関連して後述する２枚目以降のウェハＷと同様の処理
を行い、有効なショット領域についてのみ、新配列座標
に従って露光を行うことになる。また飛びショット領域
と判定されたものについては、新配列座標を用いずに、
例えば計測値に基づいて露光を行うことができる。これ
らの露光動作により、１枚目のウェハの露光が終了し
（ステップＳ５２０）、ウェハの交換が行われ（ステッ
プＳ５２２）、次いで、２枚目のウェハがウェハステー
ジに載置される。

【００７４】各ロットの２枚目以降のウェハについて
は、まずステップＳ５２４で、ステップＳ５０２と同様
に粗い位置決めを行った後に、予め設定されたＥＧＡシ
ョット領域（例えば１０個）についてのみアライメント
を行って（ステップＳ５２６、Ｓ５２８）、それらのＥ
ＧＡショット領域の計測上の配列座標（αｉ，βｉ）を
求める（ステップＳ５３０）。次に、ステップＳ５３２
において、ステップＳ５１６において求められた計測再
現性（σＴＭ）に応じて、飛びショット領域に関する計
測値をはじく。具体的には、計測再現性（σＴＭ）の３
σを求め、その３σからはずれる計測値を飛びショット
領域としてはじくことにより、より精度の高いＥＧＡ処
理を行うことができる。なお、同一ロット内において
は、ウェハの状態はほぼ同じであると考えられるので、
ステップＳ５１６において、先頭ウェハで求めた計測再
現性（σＴＭ）を２枚目以降のウェハに対しても適用す
ることが可能である。また計測再現性（σＴＭ）は、正
規分布を示す計測値のバラツキであるので、各ＥＧＡシ
ョット領域についての計測値の誤差のランダム成分（σ
Ｒ）が３σＴＭを超える確率は極めて小さい。つまり、
計測誤差のランダム成分（σＲ）が３σＴＭを超えてい
るショット領域の計測結果は、異常値である可能性が高
い。従って、この３σＴＭを異常値の許容値としておけ
ば、異常値のみを撥ねることができる確率は極めて高い
と言える。

【００７５】次いで、ステップＳ５３４において、計測
再現性（σＴＭ）により飛びショット領域の計測値がは
じかれたＥＧＡショット領域について、その設計上の配
列座標（Ｘｉ，Ｙｉ）および計測された配列座標（α
ｉ，βｉ）に基づいて、最小二乗法により、そのウェハ
に固有の６つのパラメータａ〜ｆの値を決定する。この
ように、本実施例によれば、予め異常値がはじかれたＥ
ＧＡショット領域に基づいてＥＧＡ処理を行うので、ア
ライメント精度をより高めることができる。

【００７６】次いで、ステップＳ５３６において、この
ようにして決定された６個のパラメータ及び各ショット
の設計上の配列座標（Ｘｉ，Ｙｉ）（ｉ＝０，１，…）
を順次式（１）の右辺に代入することにより、各ショッ
トの計算上の配列座標（ｘｉ，ｙｉ）が求められる。こ
の計算上の配列座標（ｘｉ，ｙｉ）が新配列座標であ
る。そして、ステップＳ５３８で、求めた新配列座標に
基づいて露光を実行することにより、２枚目のウェハの
処理が終了する。次いで、ステップＳ５４０において、
ロット内の全てのウェハに対して露光が行われたか否か
を判断する。ここでは、２枚目のウェハまでしか露光が
行われていないので、ステップＳ５２２に戻って、ウェ
ハの交換を行い、ステップＳ５２２〜Ｓ５３８に示した
ものと同様の手順により露光を行う。以下、ロット内の
全てのウェハに対する露光が終了するまで、ステップＳ
５２２〜Ｓ５３８を反復して実行することにより同一ロ
ットに対する露光工程終了する。

【００７７】このように本実施例によれば、同一ロット
の１枚目のウェハについては全ショットの計測を行っ
て、その計測結果から計測再現性（σＴＭ）を求めてい
る。そして、２枚目以降のウェハについては、計測再現
性（σＴＭ）によって飛びショット領域をはじいたＥＧ
Ａショット領域についてＥＧＡ処理を行い、アライメン
ト用の新座標を求めている。その結果、高い精度のアラ
イメントを行うことが可能となる。なお、本発明は、本
実施例に限定されず、全ショットの計測を行う代わり
に、推定される計測再現性（σＴＭ）の精度が落ちない
程度の多数ショット領域を選択し、その多数ショット領
域に基づいて計測再現性（σＴＭ）を求めるように構成
してもよい。

【００７８】また先頭ウェハにおいて、全ショット領域
の計測を行った際にも、計測結果の誤差のランダム成分
（σＲ）が３σＴＭを超えているショット領域が存在す
る場合には、そのショット領域の計測結果は異常値であ
ると判定し、そのショット領域の計測結果をはじいて、
再び計測再現性（σＴＭ）を求めることができる。この
ように、最終的に異常値がなくなった場合の計測再現性
（σＴＭ）を、そのロットの計測再現性（σＴＭ）とし
て採用することにより、アライメント精度をさらに高め
ることができる。

【００７９】また上記実施例では、１枚目のウェハの全
ショット領域の計測結果だけから、２枚目以降のウェハ
に適用される計測再現性（σＴＭ）を求めているが、本
発明は、かかる実施例に限定されない。例えば、１枚目
および２枚目のウェハ、１〜３枚目のウェハ、または４
枚以上のウェハについて、それぞれ全ショット（又は多
数ショット）の計測を行い、それらの平均値からそのロ
ットに関する計測再現性（σＴＭ）を決定するようにし
てもよい。また、先頭から数枚の全ての非線形誤差を一
緒に計算するように構成してもよい。さらに、このよう
にロットの先頭（または先頭から数枚）のウェハから計
測再現性（σＴＭ）を決定するのではなく、各ウェハご
とに行われる計測結果から各ウェハごとの計測再現性
（σＴＭ）を求め、各ウェハごとに異常値をはじくよう
に構成してもよい。

【００８０】さらに上記実施例においては、推定された
計測再現性（σＴＭ）に応じて、飛びショットの計測値
をはじく構成を示したが、本発明はかかる例に限定され
ない。例えば、求められた計測再現性（σＴＭ）に応じ
て計測値に重み付けを行い、重みづけられた計測値を用
いてＥＧＡ処理することも可能である。すなわち、計測
再現性（σＴＭ）に照らして、異常値または異常値に近
い計測値に対しては相対的に軽い重み付けを行い、正常
範囲にある計測値に対しては相対的に重い重み付けを行
うことによっても、異常値または異常値に近い計測値が
ＥＧＡ処理に与える影響を軽減できるので、高精度のア
ライメントを達成することができる。

【００８１】さらにまた上記実施例においては、図１に
示すＴＴＬ方式のアライメント系２００に対して本発明
にかかる位置決め方法を適用した場合を示したが、本発
明はかかる例に限定されず、図１に示すオフアクシス方
式のアライメント系３００に対しても当然適用できる。
さらに本発明は図示の例に限定されず、ＥＧＡ処理を適
用可能な各種アライメント系に対しても適用できること
は言うまでもない。

【００８２】以上のように、本発明は上記実施例に限定
されず、当業者であれば特許請求の範囲に記載された本
発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の修正および変更に
想到し得ることは明らかであり、それらについても本発
明の技術的範囲に含まれるものと了解される。

【００８３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
まず、対象となる基板において、全点または多数ショッ
トのアライメントマーク計測を行う。そして、計測した
結果をＥＧＡ処理し、計測誤差のランダム成分（σＲ）
を求める。さらに、計測値のバラツキ（σＴ）の関数と
して表される計測誤差の線形成分（σＬ）とランダム成
分（σＲ）とから計測再現性（σＴＭ）を推定する。そ
して、このようにして求めた計測再現性（σＴＭ）に応
じて、計測された複数のショット領域中の飛びショット
領域を判定し、その飛びショット領域を異常値としては
ね、異常値を含まない残りのショットに対してＥＧＡ処
理をするので、高精度のアライメントを行うことができ
る。

【００８４】また、各ロットの先頭または先頭から数枚
の基板について、上記の方法により計測再現性（σＴ
Ｍ）を求め、求めた計測再現性（σＴＭ）に応じて、そ
のロット内の他の基板について飛びショット領域を判定
することにより、処理のスループットを向上させること
ができる。さらにまた求めた計測再現性（σＴＭ）に応
じて、各計測値に対して異常値の影響が軽減されるよう
に重み付けを行い、このように重み付けられた計測値に
基づいてＥＧＡ処理を行うことによっても、高精度のア
ライメントを達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の位置合わせ方法が適用される
縮小投影型露光装置の概略構成を示す構成図である。

【図２】本発明の一実施例にかかる露光動作を示す流れ
図である。

【図３】本発明の一実施例にかかる露光動作を示す流れ
図である。

【符号の説明】

ＰＬ 投影レンズ Ｗ ウェハ Ｒ レチクル ２００ ＴＴＬ方式のアライメント系 ３００ オフアクシス方式のアライメント系 ４００ 制御器 ４０２ 制御部 ４０４ 演算部 ４１６ 記憶部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に形成された複数のショット領域
   の各々を、前記基板の移動位置を規定する静止座標系内
   の所定の基準位置に対して位置合わせするにあたって、
   前記複数のショット領域のうちから複数のショット領域
   を選択し、この選択された複数のショット領域の前記静
   止座標系における座標位置を計測し、この計測上の座標
   位置とそれに対応する設計上の座標位置との平均偏差が
   最小となるように、前記計測上の座標位置を統計演算処
   理することによって、前記基板上の複数のショット領域
   の各々の前記静止座標系上における座標位置を計算し、
   この計算上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、前記複数のショット領域の各々を
   前記基準位置に対して順次位置合わせする方法におい
   て、 計測値のバラツキ（σＴ）の関数として表される計測誤
   差の線形成分（σＬ）と計測誤差のランダム成分（σ
   Ｒ）とから計測再現性（σＴＭ）を推定し、推定された
   計測再現性（σＴＭ）に応じて、前記統計演算処理での
   使用に対する前記複数の計測上の座標位置の適否を判定
   することを特徴とする、基板の位置合わせ方法。
2. 【請求項２】 Ｎ枚の基板毎に１または２以上の基板を
   選択し、選択された基板について前記計測再現性を推定
   し、前記Ｎ枚の基板のそれぞれについて、該推定された
   １または２以上の計測再現性に応じて、前記計測上の座
   標位置の適否を判定することを特徴とする、請求項１に
   記載の基板の位置合わせ方法。
3. 【請求項３】 前記統計演算処理では、前記選択された
   ショット領域毎に、前記計測上の座標位置とそれに対応
   する前記設計上の座標位置との偏差の２乗値に対して前
   記推定された計測再現性（σＴＭ）に応じた重み付けを
   行い、前記計測上の座標位置を統計演算処理することに
   よって、前記基板上の複数のショット領域の各々の前記
   静止座標系上における座標位置を計算することを特徴と
   する、請求項１または２に記載の基板の位置合わせ方
   法。