JPH097929A - 露光装置用位置合せ装置及び位置合わせ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 実際に露光処理を行うことなく任意のプロセ
スウェーハに対して最適なアライメント検出器を選択
し、アライメントマークから容易に位置決めを行うこと
ができる方法を提供する。 【構成】 任意のウェーハプロセス工程において形成さ
れるウェーハ上のアライメントマークを位置合わせする
アライメント検出器を具備する露光装置を用いて検出さ
れたアライメントマーク位置から系統誤差を求める
（ｃ）。次に、アライメントマーク位置から系統誤差を
除いた残差量によってアライメント精度を求める
（ｄ）。アライメントマーク位置から系統誤差を除いた
残差量から実際に露光を行わないで任意のプロセスウェ
ーハに対して容易にアライメント精度を求めることがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、とくにＩＣ、ＬＳＩ等
の半導体装置の製造工程で使用される露光装置用位置決
め装置の検出精度向上に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＬＳＩ等の回路パターンの微細化
に伴い、パターン転写手段として、高解像性能を有する
光学式縮小露光装置が広く使用されている。このような
露光装置でフォトレジストのデバイスパターンを露光す
る場合、露光に先だってウェーハを高精度に位置合わせ
（アライメント）する必要がある。図８は、光露光装置
の斜視図、図９は、光露光装置のアライメント装置の構
成とアライメント信号処理系を示す概略ブロック図であ
る。この図に示すようにアライメント装置３は、投影レ
ンズ１に近接して配置され、ＨｅＮｅレーザのようなア
ライメント光を半導体ウェーハ（以下、ウェーハとい
う）２上のアライメントマーク６に照射する。アライメ
ントマーク６で反射回折したアライメント光はアライメ
ント装置３内の受光器で電気信号に変換され、アライメ
ント信号処理回路７でアライメント出力信号として位置
情報に変換される。一方、ウェーハ２を搭載したウェー
ハステージ１１は、ステージ駆動機構９によってｘ方向
／ｙ方向に移動できる。レーザ干渉計８は、レーザ光５
をウェーハステージ１１上のミラー４で反射した光を検
出することでステージ１１の位置を計測する。レーザ干
渉計８で得られた位置情報とアライメント装置３で得ら
れた位置情報を演算部１０で処理し、ウェーハステージ
１１の位置を制御する。

【０００３】図１０は、ウェーハ２に予め形成したアラ
イメントマーク６の配置例を示す。このウェーハ２を光
露光装置で露光するのに先立ち、ウェーハステージ１１
上にウェーハ２を搭載した状態でアライメントマーク６
の位置をアライメント光学系３で測定する。ＬＳＩの高
集積化によって露光装置は、パターンの解像性とアライ
メント精度の向上が増々求められている。アライメント
誤差は、アライメントマークがアルミスパッタむらによ
って非対称になる場合やアライメントマーク上に塗布さ
れるレジストむらによって発生する。また近年では平坦
化技術が導入され凹凸で表現されるアライメントマーク
の段差が小さくなり、アライメントが不可能になるなど
の問題が発生している。従来のアライメント検出器とし
ては、例えば、K.Ota,N.Magome,and K.Nishi:New Align
ment Sensor for wafer Stepper,SPIE Vol.1463 Optic
al/Laser Microlithography 4,pp.343-314(1991)が知ら
れている。

【０００４】ウェーハは、素子が形成されてから素子毎
に切断されて複数の半導体素子（チップ）に分離され
る。図４に示すように、ウェーハ２にはチップ形成領域
２０が配置形成されている。このチップ形成領域２０に
はそれぞれ凹凸のある任意の形状のマーク２１が形成さ
れている。図５は、このウェーハに配置されたチップ形
成領域２０の１つを拡大した平面図である。アライメン
ト処理においては、このチップ形成領域２０を幾つか選
択しそこに形成されたマーク２１を通常アライメント処
理を行うためのアライメントマーク６とする。図１１
は、アライメント光にＨｅＮｅレーザからのレーザ光を
用い、アライメントマークからの回折光強度を検出する
装置のアライメント原理を示すシステムブロック図であ
る。任意のプロセスマークでもある程度アライメント可
能であり汎用性の広いアライメントであるが、低段差マ
ークでアライメントができない場合やアライメント精度
がアルミスパッタむらによるマークの非対称性の影響を
受け易い欠点がある。図１２は、アライメント光にＨｅ
Ｎｅレーザを用い、アライメントマークからの回折光の
位相を検出する装置のアライメント原理を示すシステム
ブロック図である。アライメント光の位相を検出するた
め検出感度が高く、低段差マークにおいてもアライメン
トが可能である。しかし、位相検出は検出感度が高い反
面、レジスト内の多重反射の影響などを受け易い傾向に
ある。

【０００５】図１３は、白色光などの広帯域の周波数成
分を含むアライメント光を用い、アライメントマークを
ＣＣＤなどの検出器面に結像する装置のアライメント原
理を示す。このアライメント原理を用いると、アライメ
ントマークの非対称性やレジスト内の多重反射によるア
ライメント誤差が低減される反面、低段差のアライメン
トマークはアライメントし難い傾向にある。以上のよう
に、アライメントマークは、低段差のもの、アルミスパ
ッタむらなどによる非対称性のもの、多重反射の影響を
受け易いものなど様々な形状があり、とても１種類のパ
ターン位置検出機能を有する装置では、どのようなマー
クにでも対応できるものではなく、これの問題を解決す
るためには、露光装置にマークの検出原理が互いに異な
る複数のアライメント装置を搭載するようになってき
た。また、アライメントマークがプロセスによって影響
を受けるアライメント誤差は、アライメントマークの形
状を変えることで低減できる。図１４（ａ）は、アライ
メント処理に用いられるアライメントマークの１例を示
す平面図である。このアライメントマーク６は、短冊形
状であり、これを検出することによって得られたアライ
メント波形信号は、図１４（ｂ）の特性図に示される。
図１４（ｂ）は、縦軸に光強度をとり、横軸にウェーハ
ステージ位置を示す。

【０００６】図に示すように、ウェーハ上に形成された
アライメントマーク６の位置に光強度のピークが存在す
る。図１５（ａ）は、図１４（ａ）のアライメントマー
クを周期的に複数配置した平面図である。このアライメ
ントマーク６から得られる波形信号は、図１５（ｂ）の
特性図に示される。図１５（ｂ）は、縦軸に光強度をと
り、横軸にウェーハステージ位置を示す。図に示すよう
に、ウェーハ上に形成されたアライメントマーク６の位
置に光強度のピークが存在する。この図のアライメント
マーク６は、図１４（ａ）のアライメントマーク６を複
数個並べたもので、その光強度曲線は波形になってい
る。これらの波形を平均化することでアライメント精度
が向上する。以上示したように、アライメント検出器の
選択とアライメントマークの形状を任意に選択すること
でアライメント精度を向上させることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上、所定のプロセス
工程を経たウェーハに対してアライメント検出器の選択
とアライメントマークの形状を選択することでアライメ
ント精度が向上することを示したが、従来次のような問
題があった。アライメントマークがプロセスの影響を受
けていることを確認する手段としては、（１） アライ
メント信号を検出して信号の再現性を測定する方法と、
（２） 実際に露光を行って重ね合わせ精度を測定する
方法がある。アライメント信号を検出して信号の再現性
を測定する方法（１）では、アライメントマークが非対
称性である場合のアライメント波形が、非対称性でない
場合と比較して波形信号の形状に変化がない場合があ
る。例えば、図１６及び図１７は、アライメントマーク
が塗付されたレジストの非対称性などの原因によってア
ライメント検出位置が変化した例を示す。図１６は、凸
状アライメントマークを示す断面図とこのアライメント
マークを検出することによって得られたアライメント波
形信号を示す特性図である。このアライメントマーク６
は、ウェーハ２の表面の凸状部にフォトレジスト１２を
形成して構成されているが、フォトレジスト１２は、こ
の凸状部に沿って均一に形成されている。

【０００８】特性図は、縦軸に光強度をとり、横軸にウ
ェーハステージ位置を示す。図に示すように、ウェーハ
上に形成されたアライメントマーク６の位置に光強度の
ピークが存在し、凸状部中心と光強度のピークが一致し
ている。図１７は、凸状アライメントマークを示す断面
図とこのアライメントマークを検出することによって得
られたアライメント波形信号を示す特性図であるが、ウ
ェーハ２の表面の凸状部にフォトレジスト１２が形成さ
れているが、この凸状部に沿って均一に形成されておら
ず、フォトレジストの山は幾分ウェーハの凸状部中心よ
りずれている。特性図は、縦軸に光強度をとり、横軸に
ウェーハステージ位置を示す。図に示すように、ウェー
ハ上に形成されたアライメントマーク６の位置に光強度
のピークは、ウェーハの凸状部の中心とは一致していな
い。すなわち、図１６は、マークに非対称性がない場合
であり、図１７は、マークに非対称性がある場合を示
す。図１７のアライメント検出信号は、図１６の信号波
形が平行シフトして出力されることが多い。この場合ア
ライメント検出位置の検出再現性は図１６と図１７とで
は同等であり、マーク形状の非対称性によるアライメン
ト精度の判定はできない。

【０００９】また、実際に露光を行って重ね合わせ精度
を測定する方法（２）は、アライメントマーク形状の異
なるウェーハを用意して実際の露光を行い、任意のウェ
ーハプロセスに対して最適なアライメント検出方法と最
適なアライメントマークを選択するものである。しか
し、この方法では、アライメントマークを用いてそれぞ
れ各プロセスウェーハ、各アライメント検出器、各アラ
イメントマーク形状に対して露光を行わねばならず煩雑
であった。例えば、アライメントを行う工程が１ウェー
ハで２０回程度あるが、アライメント検出器は、上記の
ように３種類ありアライメントマークの凹凸やパータン
形状が１０通り有るとすると、１つのウェーハに対し
て、例えば、６００回も露光処理を行わなければ露光精
度が判定できない。本発明は、このような事情によりな
されたものであり、実際に露光処理を行うことなく任意
のプロセスウェーハに対して最適なアライメント検出器
を選択し、アライメントマークから容易に位置決めを行
うことができる方法を提供することを目的にしている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、任意のウェー
ハプロセス工程において形成されるウェーハ上のアライ
メントマークを位置合わせするアライメント検出器を具
備する露光装置において、検出されたアライメントマー
ク位置から系統誤差を求め、アライメントマーク位置か
ら系統誤差を除いた残差量によってアライメント精度を
求めることを特徴とする。又、位置検出原理が異なる複
数のアライメント検出器を用いて残差量を求め、最も少
ない残差量のアライメント検出器をそのウェーハの最適
な装置として選択することを特徴とする。

【００１１】すなわち、本発明の露光装置用位置合わせ
装置は、半導体ウェーハ上のアライメントマーク位置を
所定の位置に位置合わせするアライメント検出器と、前
記アライメント検出器から出力されたアライメント出力
信号を処理するアライメント信号処理部と、前記半導体
ウェーハが搭載され、ステージ駆動部によって駆動され
るウェーハステージと、前記ウェーハステージの位置を
計測するステージ位置計測部と、前記アライメント信号
処理部から得られた出力信号と前記ステージ位置計測部
から得られた出力信号とを比較して前記ウェーハステー
ジの位置を制御する演算を行う演算部と、前記半導体ウ
ェーハ上の複数のアライメントマーク位置を検出し、前
記検出されたアライメントマーク位置から系統誤差を求
め、前記アライメントマーク位置から系統誤差を除いた
残差量によってアライメント精度を求める手段とを備え
ていることを第１の特徴とする。また、半導体ウェーハ
上のアライメントマーク位置を所望の位置に位置合わせ
するそれぞれ位置検出原理の異なる複数のアライメント
検出器と、前記アライメント検出器から出力されたアラ
イメント出力信号を処理するアライメント信号処理部
と、前記半導体ウェーハが搭載され、ステージ駆動部に
よって駆動されるウェーハステージと、前記ウェーハス
テージの位置を計測するステージ位置計測部と、前記ア
ライメント信号処理部から得られた出力信号と前記ステ
ージ位置計測部から得られた出力信号とを比較して前記
ウェーハステージの位置を制御する演算を行う演算部
と、前記各アライメント検出器を用いて、前記半導体ウ
ェーハ上の複数のアライメントマーク位置を検出し、前
記検出されたアライメントマーク位置から系統誤差を求
め、前記アライメントマーク位置から系統誤差を除いた
残差量によってアライメント精度を求める手段と、前記
複数のアライメント検出器の中から前記残差量が最も少
ないアライメント検出器を選択する手段とを備え、この
選択されたアライメント検出器を用いて位置合わせを行
うことを第２の特徴とする。

【００１２】前記半導体ウェーハ面上に形状が異なるア
ライメントマークを配置し、前記アライメント検出器に
よって半導体ウェーハ上の複数のアライメントマーク位
置を検出し、前記検出されたアライメントマーク位置か
ら系統誤差を求め、前記アライメントマーク位置から系
統誤差を除いた残差量が最も少ない形状のアライメント
マークを選択する手段を有するようにしても良い。ま
た、本発明の位置合わせ方法は、アライメント検出器を
用いて半導体ウェーハ上のアライメントマーク位置を所
定の位置に位置合わせするステップと、前記アライメン
ト検出器から出力されたアライメント出力信号をアライ
メント信号処理部で処理するステップと、前記半導体ウ
ェーハが搭載されたウェーハステージをステージ駆動部
によって駆動するステップと、ステージ位置計測部を用
いてウェーハステージの位置を計測するステップと、前
記アライメント信号処理部から得られた出力信号と前記
ステージ位置計測部から得られた出力信号とを演算部に
おいて比較処理して前記ステージの位置を制御するステ
ップと、前記半導体ウェーハ上の複数のアライメントマ
ーク位置を検出し、前記検出されたアライメントマーク
位置から系統誤差を求め、前記アライメントマーク位置
から系統誤差を除いた残差量によってアライメント精度
を求めるステップとを備えていることを特徴とする。

【００１３】

【作用】アライメントマーク位置から系統誤差を除いた
残差量から実際に露光を行わないで任意のプロセスウェ
ーハに対して容易にアライメント精度を求めることがで
きる。又、最も少ない残差量のアライメント装置を選択
することにより最適なアライメント検出器を簡単に選択
できる。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１は、本発明の露光装置用位置決め装置のプロ
セスを説明するフローチャート図である。半導体装置の
製造において、フォトレジストを必要とし、これをパタ
ーニングする工程は１つのウェーハで２０回を越える。
このウェーハ上のフォトレジストを露光し、現像すると
ウェーハに位置誤差が生ずる。図８及び図９はアライメ
ント検出器を有する露光装置の斜視図及び模式断面図で
ある。そして、図１１乃至図１３は、本発明に使用され
るアライメント検出器を備えた露光装置の例であり、そ
れぞれのアライメント検出器は、互いに位置検出原理が
異なる。図１１の露光装置は、任意のプロセスマークで
もある程度アライメント可能であり、汎用性の広いアラ
イメントが可能であるが、低段差マークでアライメント
ができない場合やアライメント精度がアルミスパッタむ
らによるマークの非対称性の影響を受け易い欠点があ
る。図１２の露光装置は、凹部又は凸部を有する低段差
マークにおいてもアライメントが可能である。しかし、
位相検出は検出感度が高い反面、レジスト内の多重反射
の影響などを受け易い傾向にある。

【００１５】図１３は、アライメントマークの非対称性
やレジスト内の多重反射によるアライメント誤差が低減
される反面、低段差のアライメントマークはアライメン
トし難い傾向にある。このような複数のアライメント検
出器では、どのようなマークにでも対応できるものでは
なく、露光装置にマークの検出原理が互いに異なる複数
のアライメント装置を搭載することが必要である。ウェ
ーハの位置誤差は図２及び図３に示すように様々な原因
が考えられる。図２及び図３は、アライメントマークの
誤差の原因を示したウェーハの平面図である。図２は線
形誤差を示し、図３はランダム誤差を示している。図２
（ａ）は、ウェーハ２の上でアライメントマーク６が平
行にシフトした線形誤差であり、ウェーハ上のマーク検
出誤差は、（αx ，αy ）で表わされる。図２（ｂ）
は、ウェーハ２の上でアライメントマーク６が回転して
形成された線形誤差であり、ウェーハ上のマーク検出誤
差は、（θc ）で表わされる。図２（ｃ）は、ウェーハ
２の上でアライメントマーク６がウェーハ２内の位置に
よりことなる倍率変化によって形成された線形誤差であ
り、ウェーハ上のマーク検出誤差は、（Ｍx ，Ｍy ）で
表わされる。

【００１６】図２（ｄ）は、ウェーハ２の上でアライメ
ントマーク６が互い直交して形成された線形誤差であ
り、ウェーハ上のマーク検出誤差は、（θo ）で表わさ
れる。また、図３は、ウェーハ２上に形成されたアライ
メントマーク６のランダムに発生したランダム誤差を示
している。このように露光装置におけるアライメント装
置で検出されたアライメントマークの位置誤差は線形誤
差（平行シフト誤差、回転、倍率、直交度）とランダム
誤差に分離できる。この線形誤差は、露光装置を移動す
ること（図１０に示すようにウェーハステージ１１の移
動による）によって補正することができる。また、設計
上のマーク位置（ｘ，ｙ）と測定によって得られたマー
ク位置との差を（ｄｘ，ｄｙ）とすると、ウェーハ上の
マーク検出位置誤差は次式で表せる。 ｄｘ＝αx −（θc ＋θo ）・ｙ＋Ｍx ・ｘ＋Ｓx ｄｙ＝αy ＋θc ・ｘ＋Ｍy ・ｙ＋Ｓy （１） ここで（αx ，αy ）は、ｘ、ｙ方向の平行シフト誤差
係数、（Ｍx ，Ｍy ）は倍率誤差係数、θc は、回転方
向の誤差係数、θo は、直交度誤差係数、（Ｓx ，Ｓy
）は、残りのランダム誤差を表わす。

【００１７】これらの線形誤差係数（αx ，αy ，Ｍx
，Ｍy ，θc ，θo ）は、上記のように演算部１０で
最小二乗法を用いて求める。ここで線形誤差係数は系統
誤差であり、マーク位置からこの系統誤差を除いた残差
量がランダム誤差である。本発明では、この誤差からア
ライメント精度が求められる。一般に、設計上のマーク
位置（ｘ，ｙ）と、測定によって得られるマーク位置と
の差ｄｘを最小二乗法で求めると、 ｄｘ＝ａ0 ＋ａ1 ｘ＋ａ2 ｙ＋ａ3 ｘ² ＋ａ4 ｙ² ＋ａ5 ｘｙ＋ａ6 ｘ³ ＋ ａ7 ｙ³ ＋ａ8 ｘ² ｙ＋ａ9 ｘｙ² ＋・・・ （２） のｎ次式に表わされる。この（２）式に示すｎ次式にお
いて、上記実施例では、１次係数までを系統誤差とし、
２次係数以下を残差としたが、２次、３次以上の高次成
分まで系統誤差とすることも可能である。

【００１８】この時の残差は前記高次よりさらに高次の
成分となる。例えば、（ｎ−１）次までの係数を系統誤
差とすると、残差はｎ次係数となる。系統誤差が高次の
成分まで含めるとそれだけアライメント精度は高くなる
が、マーク位置誤差が（２）式に示すｎ次式であると、
そのアライメント精度は、ｎ^-1/2に比例するので、ｎが
大きくなるにしたがってアライメント精度の変化は小さ
くなる。したがって、ｎは最適に設定するのが効率的で
ある。次に、図１、図４及び図５を参照して本発明によ
るアライメント検出器及びアライメントマークを選択す
る方法を説明する。図１は、本発明を実施するフローチ
ャート図、図４は、露光処理を行うウェーハの平面図、
図５は、このウェーハに形成されたチップ形成領域の拡
大平面図である。

【００１９】本発明では、半導体製造に用いる露光装置
において、ウェーハ上の複数のアライメントマーク位置
を検出し、この検出されたアライメントマーク位置から
系統誤差を求め、前記アライメントマーク位置から系統
誤差を除いた残差量によってアライメント精度を求める
ことを特徴としている。この実施例では、ウェーハに複
数のアライメントマークを選定している。図４に示すウ
ェーハ２は、複数のチップ形成領域２０を有しており、
この図５に示すチップ形成領域２０には、どの領域にも
一様なパターンのマーク２１が形成されており、チップ
形成領域を適宜選んでそのマーク２１をアライメントマ
ーク６として用いる。選択するチップ形成領域２０の数
及びウェーハ内での配置は、最適値が選択される。この
複数種のアライメントマークを備えたウェーハに対して
位置検出原理の異なる複数のアライメント検出器を用い
て、以下に示す手順によってこのウェーハに最適なアラ
イメント検出器及び最適なアライメントマークを選択
し、この後、このウェーハ及びこれ以降のウェーハに対
して露光装置を適用し、その際に前記選択したアライメ
ント検出器及びアライメントマークをアライメント処理
に使用する。

【００２０】ウェーハは、通常１ロット（２４〜２５枚
程度）毎に同じ処理を行う。そして先頭の一枚目で前記
アライメント検出器及びアライメントマークを選択し、
２枚目以降は、１枚目で判定されて選択されたアライメ
ント検出器とアライメントマークを使用する。図は、ア
ライメント検出器及びアライメントマークを選択するま
でのフローチャート図である。まず複数のアライメント
検出器から所定のアライメント検出器を指定し、１枚目
のウェーハに形成された複数のアライメントマークから
所定のアライメントマークを指定する（ａ）。指定され
たアライメント検出器を用いてアライメントを実行しア
ライメントマーク位置Ｘ（ｘ，ｙ）を測定する（ｂ）。
次に、演算部１０（図９参照）で前記（１）式を用いて
線形誤差係数Ａ（αx ，αy ，Ｍx ，Ｍy ，θc ，θo
）を求める（ｃ）。次に、実際に測定されたアライメ
ントマーク位置Ｘから前記（１）式を用いてランダム成
分Ｓ（Ｓx ，Ｓy ）を求める（ｄ）。

【００２１】ついで、他のアライメント検出器及びウェ
ーハに形成された他のアライメントマークでアライメン
トするか否か判断し（ｅ）、他のアライメント検出器及
び他のアライメントマークでアライメントするために
（ａ）へ戻る。最後に用意したすべてのアライメント検
出器及びアライメントマークを用いてアライメントが終
わったら、ランダム成分Ｓの最も小さいアライメント検
出器及びアライメントマークを選択して、以降のウェー
ハの露光工程に使用する（ｆ）。実際の露光において
は、露光工程に入る際に、予め１枚ないし複数のウェー
ハを用いて本発明を適用し、最適なアライメント検出器
及びアライメントマークを選択する。次に、図６を参照
して本発明の露光装置によりウェーハに形成配置された
形状の異なるアライメントマークからアライメント検出
器に最適な形状のアライメンマークを選択する。本発明
は、ウェーハを露光する際に、ウェーハ上の複数のアラ
イメントマーク位置を検出し、この検出されたアライメ
ントマーク位置から系統誤差を求め、前記アライメント
マーク位置から系統誤差を除いた残差量によってアライ
メント精度を求めるようにしている。

【００２２】図４に示すウェーハ２は、複数のチップ形
成領域２０を有しており、図６に示すチップ形成領域２
０には、どの領域にも一様なパターンのマーク２１が形
成されている。そして、チップ形成領域を適宜選んでそ
のマーク２１をアライメントマーク６として用いる。選
択するチップ形成領域２０の数及びウェーハ内での配置
は、最適値が選択される。ここでは、形状の異なる複数
のアライメントマークを備えたウェーハに対し、位置検
出原理の異なる複数のアライメント検出器を使用して図
１に示すフローチャートに従ってウェーハに最適なアラ
イメントマークを選択する。図では、第１のマーク６１
及び第２のマーク６２を備えている。この場合、所定の
アライメント検出器を用いてアライメントマーク位置を
検出し、アライメントマークの形状ごとにアライメント
マーク位置から系統誤差を除いた残差量を求め、残差量
が最も少ない形状のアライメントマークを最適なものと
して選択する。この後、このウェーハ及び次以降のウェ
ーハに対して露光装置を適用し、その際に前記所定のア
ライメント検出器及び選択した形状のアライメントマー
クをアライメント処理に使用する。

【００２３】次に、図７（ａ）を参照して本発明の露光
装置を用いてウェーハに形成配置された複数のマークの
中からアライメント検出器に最適な数のアライメンマー
クを選択する。本発明は、ウェーハを露光する際に、ウ
ェーハ上の複数のアライメントマーク位置を検出し、こ
の検出されたアライメントマーク位置から系統誤差を求
め、前記アライメントマーク位置から系統誤差を除いた
残差量によってアライメント精度を求めるようにしてい
る。アライメントマーク位置の検出からアライメント精
度を求める場合に、ウェーハに形成されたすべてのチッ
プ形成領域のマークをアライメントマークとして位置検
出を行うこともできるが、すべてのウェーハに形成され
たすべてのマークからアライメント精度を求めることは
手数が掛かり、効率的ではない。また、マーク数が少な
いとアライメント精度が低下する。一般に、アライメン
トマークが少ないとアライメント精度は低く、マークア
ライメントマークの数が多いほどその精度は向上する
が、その数が多くなるにしたがって精度向上度は小さく
なる。

【００２４】従って、この場合、所定のアライメント検
出器を用いてアライメントマーク位置を検出し、アライ
メントマークの数を変えてアライメントマーク位置から
の系統誤差を除いた残差量を求め、残差量が所定の値よ
り小さいアライメントマークの数を最適なものとして選
択する。この実施例では、例えば、８〜９個のアライメ
ントマークを選択している。次に、図７（ｂ）を参照し
て本発明の露光装置を用いてウェーハに形成配置された
複数のマークの中からアライメント検出器に最適なウェ
ーハ位置のアライメンマークを選択する。例えば、プロ
セス歪みによって中央付近でアライメントマークを選択
した方が良い場合がある。したがってアライメントマー
ク位置の検出からアライメント精度を求める場合に、ウ
ェーハを幾つかの領域６３、６４に分け、所定のアライ
メント検出器を用いて各領域のアライメントマーク位置
を検出し、各領域のアライメントマーク位置からの系統
誤差を除いた残差量を求め、残差量が最も小さい領域の
アライメントマークを最適なものとして選択する。本発
明は、光露光装置を用いて説明したが、電子ビーム露光
装置、Ｘ線露光装置、あらゆる位置測定装置にも適用で
きる。さらに、本発明では、アライメント検出原理はと
くに限定せず、アライメントマーク及びパターン位置を
測定して半導体ウェーハの位置を計測するあらゆるアラ
イメント装置に適用できる。

【００２５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、任意の
ウェーハプロセスに最適なアライメント検出器、アライ
メントマーク及びアライメントマークの形状の選択は、
わざわざ露光して重ね合わせ精度を評価する必要がな
く、測定されたアライメントマーク位置を演算処理する
だけで可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示したフローチャート図。

【図２】ウェーハ面の線形誤差を説明する平面図。

【図３】ウェーハ面のランダム誤差を説明する平面図。

【図４】チップ形成領域を有するウェーハの平面図。

【図５】ウェーハのチップ形成領域の拡大平面図。

【図６】ウェーハのチップ形成領域の拡大平面図。

【図７】ウェーハのアライメントマーク形成領域を示す
平面図。

【図８】本発明及び従来のアライメント検出器を備えた
露光装置の斜視図。

【図９】図８の露光装置の信号処理系を説明する概略ブ
ロック図。

【図１０】本発明及び従来のアライメントマークが配置
されたウェーハの平面図。

【図１１】本発明及び従来のアライメント検出器の概略
ブロック図。

【図１２】本発明及び従来のアライメント検出器の概略
ブロック図。

【図１３】本発明及び従来のアライメント検出器の概略
ブロック図。

【図１４】本発明及び従来のアライメントマークの平面
図及びアライメントマークの出力信号波形を示す特性
図。

【図１５】本発明及び従来のアライメントマークの平面
図及びアライメントマークの出力信号波形を示す特性
図。

【図１６】本発明及び従来のアライメントマークを有す
るウェーハの断面図及びアライメントマークの出力信号
波形を示す特性図。

【図１７】本発明及び従来のアライメントマークを有す
るウェーハの断面図及びアライメントマークの出力信号
波形を示す特性図。

【符号の説明】

１・・・投影レンズ、 ２・・・ウェーハ、３・・・
アライメント検出器、 ４・・・レーザ・ミラー、５
・・・レーザ干渉計光路、 ６・・・アライメントマ
ーク、７・・・アライメント信号処理回路、 ８・・
・レーザ干渉計、９・・・ステージ駆動系、 １０・
・・…演算器、１１・・・ウェーハステージ、 １２
・・・フォトレジスト、２０・・・チップ形成領域、
２１・・・マーク、６１・・・第１のマーク、 ６
２・・・第２のマーク、６３、６４・・・アライメント
マーク形成領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５２５Ｗ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体ウェーハ上のアライメントマーク
   位置を所定の位置に位置合わせするアライメント検出器
   と、 前記アライメント検出器から出力されたアライメント出
   力信号を処理するアライメント信号処理部と、 前記半導体ウェーハが搭載され、ステージ駆動部によっ
   て駆動されるウェーハステージと、 前記ウェーハステージの位置を計測するステージ位置計
   測部と、 前記アライメント信号処理部から得られた出力信号と前
   記ステージ位置計測部から得られた出力信号とを比較し
   て前記ウェーハステージの位置を制御する演算を行う演
   算部と、 前記半導体ウェーハ上の複数のアライメントマーク位置
   を検出し、前記検出されたアライメントマーク位置から
   系統誤差を求め、前記アライメントマーク位置から系統
   誤差を除いた残差量によってアライメント精度を求める
   手段とを備えていることを特徴とする露光装置用位置合
   わせ装置。
2. 【請求項２】 半導体ウェーハ上のアライメントマーク
   位置を所望の位置に位置合わせするそれぞれ位置検出原
   理の異なる複数のアライメント検出器と、 前記アライメント検出器から出力されたアライメント出
   力信号を処理するアライメント信号処理部と、 前記半導体ウェーハが搭載され、ステージ駆動部によっ
   て駆動されるウェーハステージと、 前記ウェーハステージの位置を計測するステージ位置計
   測部と、 前記アライメント信号処理部から得られた出力信号と前
   記ステージ位置計測部から得られた出力信号とを比較し
   て前記ウェーハステージの位置を制御する演算を行う演
   算部と、 前記各アライメント検出器を用いて、前記半導体ウェー
   ハ上の複数のアライメントマーク位置を検出し、前記検
   出されたアライメントマーク位置から系統誤差を求め、
   前記アライメントマーク位置から系統誤差を除いた残差
   量によってアライメント精度を求める手段と、 前記複数のアライメント検出器の中から前記残差量が最
   も少ないアライメント検出器を選択する手段とを備え、 この選択されたアライメント検出器を用いて位置合わせ
   を行うことを特徴とする露光装置用位置合わせ装置。
3. 【請求項３】 前記半導体ウェーハ面上に形状が異なる
   アライメントマークを配置し、前記アライメント検出器
   によって半導体ウェーハ上の複数のアライメントマーク
   位置を検出し、前記検出されたアライメントマーク位置
   から系統誤差を求め、前記アライメントマーク位置から
   系統誤差を除いた残差量が最も少ない形状のアライメン
   トマークを選択する手段を有することを特徴とする請求
   項１又は請求項２に記載の露光装置用位置合わせ装置。
4. 【請求項４】 アライメント検出器を用いて半導体ウェ
   ーハ上のアライメントマーク位置を所定の位置に位置合
   わせするステップと、 前記アライメント検出器から出力されたアライメント出
   力信号をアライメント信号処理部で処理するステップ
   と、 前記半導体ウェーハが搭載されたウェーハステージをス
   テージ駆動部によって駆動するステップと、 ステージ位置計測部を用いてウェーハステージの位置を
   計測するステップと、前記アライメント信号処理部から
   得られた出力信号と前記ステージ位置計測部から得られ
   た出力信号とを演算部において比較処理して前記ステー
   ジの位置を制御するステップと、 前記半導体ウェーハ上の複数のアライメントマーク位置
   を検出し、前記検出されたアライメントマーク位置から
   系統誤差を求め、前記アライメントマーク位置から系統
   誤差を除いた残差量によってアライメント精度を求める
   ステップとを備えていることを特徴とする位置合わせ方
   法。