JPH0922866A - 位置合せ装置および方法 - Google Patents

位置合せ装置および方法

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JPH0922866A
JPH0922866A JP19405295A JP19405295A JPH0922866A JP H0922866 A JPH0922866 A JP H0922866A JP 19405295 A JP19405295 A JP 19405295A JP 19405295 A JP19405295 A JP 19405295A JP H0922866 A JPH0922866 A JP H0922866A
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Kuniyasu Haginiwa
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 位置合せの対象となる全体の領域数が少なく
ても常に高精度なアライメントができるようにする。 【構成】 各領域にはその領域と一定の位置関係にあり
かつその領域の複数の位置合せ方向にそれぞれ対応する
複数のマークが非対称的に付随した複数の領域420,
430が、それらの配列位置を規定する所定の配列位置
データに従って形成された基板410上の前記複数領域
のうちのいくつかを選択し、選択した各領域を前記配列
位置データに従って順次所定位置に位置決めしてその前
記マーク460の位置を検出することにより前記配列位
置データに対する前記各位置合せ方向の補正位置データ
を得、そしてこの補正位置データおよび前記配列位置デ
ータに基づいて前記複数領域を順次所望の位置に位置合
せする際に、各位置合せ方向ごとに別個独立に前記領域
を選択(斜線部)して前記補正位置データを得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、所望の位置に基板上の
複数の領域を順にアライメントする位置合せ装置および
方法に関し、特には、半導体製造用のステップアンドリ
ピートタイプの露光装置において、半導体ウエハ上のい
くつかのショット領域に関連する位置もしくは位置エラ
ーを計測し、これらからウエハ上の各ショット領域のシ
ョット配列を決定し、この決定されたショット配列を用
いてレチクルに関連する位置にウエハ上の各ショット領
域を順にアライメントする位置合せ装置および方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】半導体製造用のステップアンドリピート
タイプの露光装置、いわゆるステッパにおいて、半導体
ウエハ上のいくつかのショット領域に関連する位置もし
くは位置エラーを計測し、これらからウエハ上の各ショ
ット領域のショット配列を決定し、この決定されたショ
ット配列を用いてレチクルに関連する位置にウエハ上の
各ショット領域を順にアライメントする技術は、例えば
特開昭63−232321号公報に開示されている。
【0003】かかるアライメント技術においては、従
来、基板のサイズに対して、1度に露光できる露光サイ
ズが小さいため、1枚の基板に配置できるショットの数
を十分に確保することができる。よって一定の精度を保
つために、計測するショットを一定数だけ確保すること
が容易であり、また、計測領域を偏りなく選択すること
も可能であった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし近年、スループ
ットを上げる目的で、露光サイズを大きくし、ショット
数を減らすことが検討されてきており、必然的に基板上
のショット数が少なくなってきている。このため、アラ
イメント計測に必要な計測領域数を確保することが困難
になり、また、計測領域に偏りも生じてきている。
【0005】本発明の目的は、このような従来技術の問
題点に鑑み、位置合せ装置または方法において、位置合
せの対象となる全体の領域数が少なくても常に高精度な
アライメントができるようにすることにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明では上記の目的を
達成するため、各領域にはその領域と一定の位置関係に
ありかつその領域の複数の位置合せ方向にそれぞれ対応
する複数のマークが非対称的に付随した複数の領域が、
それらの配列位置を規定する所定の配列位置データに従
って形成された基板上の前記複数領域のうちのいくつか
を選択し、選択した各領域を前記配列位置データに従っ
て順次所定位置に位置決めしてその前記マークの位置を
検出することにより前記配列位置データに対する前記各
位置合せ方向の補正位置データを得、そしてこの補正位
置データおよび前記配列位置データに基づいて前記複数
領域を順次所望の位置に位置合せする装置または方法に
おいて、前記各位置合せ方向ごとに別個独立に前記領域
を選択して前記補正位置データを得るようにしている。
【0007】
【作用】従来、選択される領域は1通りであり、位置が
検出されるマークは各選択領域に付随した各位置合せ方
向のマークが使用され、そして各選択領域のマークが非
対称的に付随しているため、位置合せの対象となる領域
が少ない場合は、一方の位置合せ方向に対して適した位
置のマークを検出できるように領域を選択すると、他方
の位置合せ方向に対しては全体として偏った不適切な位
置のマークしか使用することができなかったり、また領
域の一部が欠ける場合があるときはそのような領域のマ
ークを使用できないといった不都合がある。しかしなが
ら、本発明では、各位置合せ方向ごとに別個独立に領域
を選択するため、前記他方の位置合せ方向については、
その方向の位置合せに適した分布のマークが使用できる
ように領域が選択される。
【0008】
【実施例】図1は本発明の一実施例に係る位置合せ装置
を適用した露光装置の要部概略を示すブロック図であ
る。同図において、1はレチクR上のパターンをウエハ
W上に投影する投影光学系である。2はレチクルRおよ
び投影光学系1を介してウエハW上の位置合せ用のマー
クMを照明する位置合せ用照明器具、3は照明器具2と
レチクルRとの間に配置されたビームビームスプリッ
タ、4はビームスプリッタ3によって反射されるマーク
Mからの光を受光してマークMの像を結像する結像光学
系であり、これらにより位置合せ光学系Sを構成してい
る。5は結像光学系4によって結像される像を撮像する
撮像装置、6は撮像装置5からの画像信号をA/D変換
するA/D変換装置、7はA/D変換装置6からの2次
元画像信号を積算して1次元のディジタル信号に変換す
る積算装置、8は積算装置7からの1次元ディジタル信
号と予め記憶しておいたテンプレートパターンとのパタ
ーンマッチングによりマークMの位置を検出する位置検
出装置、11はウエハWが保持されるXYステージ、1
0はXYステージを駆動するステージ駆動装置、13は
特徴量抽出装置、9はステージ駆動装置10、位置検出
装置8、特徴量抽出装置13等を制御するCPU、12
はCPU9に接続された記憶装置である。
【0009】ウエハW上には、図2に示すように、各シ
ョット位置にはそのショット位置と一定の位置関係にあ
りかつその領域の位置合せ方向X,Yにそれぞれ対応す
る複数のマーク(M1x,M1y等)が非対称的に付随
した複数のショット領域S1,S2,S3・・・ が、それ
らの配列位置を規定する所定の配列位置データに従って
予め本露光装置により形成されている。
【0010】この構成において、不図示のウエハ搬送装
置により、ウエハWがXYステージ11に置かれると、
CPU9は図2で示す1番目の計測ショットS1に形成
されている位置合せ用マークM1xが、位置合せ光学系
Sの視野範囲内に位置するようにステージ駆動装置10
に対してコマンドを送り、XYステージ11を駆動す
る。ここで、非露光光を照射する位置合せ用照明手段2
より照射された光束は、ビームスプリッタ3、レチクル
Rおよび投影光学系1を介して、位置合せ用マークM1
xを照明する。ウエハマークM1xから反射した光束
は、再度、投影光学系1、およびレチクルRを介してビ
ームスプリッタ3に到達し、ここで反射して結像光学系
4を介して撮像装置5の撮像面上にウエハマークM1x
の像WMを形成する。
【0011】マークM1xの像は撮像装置5において光
電変換され、A/D変換装置6において2次元のディジ
タル信号列に変換される。積算装置7はA/D変換装置
6によりディジタル信号化されたウエハマーク像WMに
対して処理ウインドウWpを設定し、該ウインドウ内に
おいて、y方向に移動平均処理を行ない、2次元画像信
号を1次元のディジタル信号列S(x)に変換する。
【0012】積算装置7から出力される1次元のディジ
タル信号列S(x)に対し、位置検出装置8は、パター
ンマッチングを行ない、テンプレートパターンとのマッ
チ度が最も高いS(x)のアドレス位置をCPU9に対
して出力する。この出力信号は撮像装置5の撮像面を基
準としたマーク位置であるため、CPU9は、予め不図
示の方法により求められている撮像装置5とレチクルR
との相対的な位置からウエハマークM1xのレチクルR
に対する位置ax1を計算により求める。これにより1
番目の計測ショットのx方向の位置ずれ量が計測された
ことになる。
【0013】次にCPU9は、1番目の計測ショットの
y方向計測用マークM1yが、y方向用位置合せ光学系
の視野範囲に入るようXYステージ11を駆動する。こ
こでx方向と同様な手順でy方向の位置ずれ量を計測す
る。
【0014】以上で、1番目の計測ショットS1での計
測が終了したことになる。次にCPU9は、2番目の計
測ショットS2のx方向計測用マークM2xが、位置合
せ光学系の視野範囲に入るようXYステージ11を移動
し、1番目と同様な手順でx,y方向の位置ずれ量を計
測する。
【0015】以下、S1と同様に、S2,S3,S4,
・・・・・・S24というように、ウエハW上に形成されてい
る計測ショットについて、そのx方向ずれとy方向ずれ
量を計測する。ここで示すショットは、ウエハW1上の
全ショットであっても、予め指定したショットのみで行
なっても構わない。
【0016】図2に示すように、ウエハ上に数多くのシ
ョットが存在する場合には、ほとんどの計測ショットで
X,Yの各マークを計測することが可能なため、ウエハ
上に均一に分布した計測ショットを、アライメントに十
分な数だけ確保することができる。
【0017】しかし画角が大きくなり、ウエハ上に形成
されるショット数が少なくなると、必然的にX、Y両マ
ークを計測できるショットが少なくなり、かつそのショ
ットはウエハ上に均一に配置されなくなるため、アライ
メント精度の点で不利になってしまう。
【0018】そこで、従来はX,Y両方向のマークの計
測ができることが必須であった計測ショットを、Xマー
クを計測するショットとYマークを計測するショットと
に分離し、独立に選択できるような機能を設けることに
すれば、上記のような問題点を解消することができる。
その例を図3および図4に示す。
【0019】図3はXマークのみをアライメントに用い
るショットを選択した例を示し、図4はYマークのみを
アライメントに用いるショットを選択した例を示す。こ
れらの図において、410はウエハ、420は低倍率ス
テッパにより形成されたショット領域、430は高倍率
ステッパにより形成されたショット領域、450は仮想
円、460はX方向位置合せ用に使用するマーク、47
0はY方向位置合せ用に使用するマークである。図3、
図4共に、各マークはある程度均一にウエハ上に分布し
ているが、図3でYマークを、図4でXマークを同一シ
ョットで選択することを考えると、各々計測できないマ
ークができてしまうため計測数が減るばかりでなく、均
一にマークを分布させることもできなくなってしまう。
【0020】ここで、XまたはYマークをそれぞれ計測
するショットをXおよびYマークごとに独立して選択す
る際の考え方について述べる。あるショット配列におけ
る露光精度は通常、数1式で表せると考えられる。
【0021】
【数1】 しかしこれをX、Y方向で独立に考えることにすると、
数2式のように定義することができる。
【0022】
【数2】 したがって、露光精度3σ expは数3式で表すことがで
きる。
【0023】
【数3】 この式は、Xマークの計測ショットから求まるショット
配列評価値とXマークの補正値を求め、Yマークの計測
ショットから求まるショット配列評価値とYの計測値か
らYの補正値が求まることを示している。よって、X、
Yマークを独立に計測した場合でも、従来の補正方法を
X、Yそれぞれに適用すれば良いことがわかる。つま
り、Xマークのみ検出する計測ショット(図3の斜線
部)を従来と同じ方法で選択してX方向の補正値を決定
し、さらにYマークのみ検出する計測ショット(図4の
斜線部)を従来と同じ方法で選択してY方向の補正値を
決定すればよい。
【0024】またこの考え方を進めると、1つのショッ
ト内には複数のアライメントマークが存在するかまたは
設けることが可能であるため、ショットに依存しないで
アライメントマークの位置のみに着目し、ショットでな
くマークを選択することで、より均一な分布のアライメ
ントマークをX、Y独立に選択することも可能になる。
【0025】
【発明の効果】本発明によれば、位置合せ対称となる領
域数が少ない場合、例えばショット数の少ないウエハを
アライメントする場合でも、常に高精度なアライメント
を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例に係る位置合せ装置を適用
した露光装置の要部概略を示すブロック図である。
【図2】 図1の装置で計測するサンプル位置を示す平
面図である。
【図3】 図1の装置により、ショット数が少ない時の
X方向の位置合せ用マークを計測するサンプル位置を示
す平面図である。
【図4】 図1の装置により、ショット数が少ない時の
Y方向の位置合せ用マークを計測するサンプル位置を示
す平面図である。
【符号の説明】
1:投影光学系、2:位置合せ用照明器具、3:ビーム
スプリッタ、4:結像光学系、5:撮像装置、6:A/
D変換装置、7:積算装置、8:位置検出装置、9:C
PU、10:ステージ駆動装置、11:XYステージ、
12:記憶装置。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 各領域にはその領域と一定の位置関係に
    ありかつその領域の複数の位置合せ方向にそれぞれ対応
    する複数のマークが非対称的に付随した複数の領域が、
    それらの配列位置を規定する所定の配列位置データに従
    って形成された基板を駆動する手段と、前記マークの位
    置を検出する手段と、前記複数領域のうちのいくつかを
    選択し、選択した各領域を前記駆動手段により前記配列
    位置データに従って順次所定位置に位置決めしてその前
    記マークの位置を前記検出手段によって検出することに
    より前記配列位置データに対する前記各位置合せ方向の
    補正位置データを得、そしてこの補正位置データおよび
    前記配列位置データに基づいて前記駆動手段により前記
    複数領域を順次所望の位置に位置合せする制御手段とを
    備えた位置合せ装置において、前記制御手段は、前記各
    位置合せ方向ごとに別個独立に前記領域を選択して前記
    補正位置データを得るものであることを特徴とする位置
    合せ装置。
  2. 【請求項2】 各領域にはその領域と一定の位置関係に
    ありかつその領域の複数の位置合せ方向にそれぞれ対応
    する複数のマークが非対称的に付随した複数の領域が、
    それらの配列位置を規定する所定の配列位置データに従
    って形成された基板上の前記複数領域のうちのいくつか
    を選択し、選択した各領域を前記配列位置データに従っ
    て順次所定位置に位置決めしてその前記マークの位置を
    検出することにより前記配列位置データに対する前記各
    位置合せ方向の補正位置データを得、そしてこの補正位
    置データおよび前記配列位置データに基づいて前記複数
    領域を順次所望の位置に位置合せする方法において、前
    記各位置合せ方向ごとに別個独立に前記領域を選択して
    前記補正位置データを得ることを特徴とする位置合せ方
    法。
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