JPH11195591A

JPH11195591A - アライメント方法

Info

Publication number: JPH11195591A
Application number: JP10000623A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Okumura; 正彦奥村
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-01-06
Filing date: 1998-01-06
Publication date: 1999-07-21

Abstract

(57)【要約】【課題】ウエハ上の全部のショット領域中で部分的に
位置ずれ量の傾向が異なるような場合にも、統計的処理
を用いて高精度に各ショット領域の位置合わせを行う。【解決手段】露光対象のウエハＷ上に複数の行３１Ａ
〜３１Ｄに亘ってショット領域ＳＡ（ｉ，ｊ）が配列さ
れ、これらのショット領域にそれぞれ回路パターン及び
ウエハマークＷＭが形成されている。設計上の配列座標
を変換するためのパラメータとして、ウエハＷの全面で
共通に各行の配列方向へのスケーリングＭｘ、及び各行
のローテーションθを設定し、各行毎に独立にオフセッ
ト（ΔＸ１，ΔＹ１）〜（ΔＸ４，ΔＹ４）を設定す
る。各行３１Ａ〜３１Ｄからそれぞれ２個選択されたシ
ョット領域のウエハマークの座標を計測し、この計測結
果を用いて最小自乗法によってそれらのパラメータの値
を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体素
子、液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッド等のマイクロデ
バイスをリソグラフィ技術を用いて製造する際に、マス
クパターンを基板上の各被加工領域に重ね合わせ露光す
る工程で、統計的手法を用いて予測した配列座標に基づ
いてその各被加工領域とマスクパターンとの位置合わせ
を行うためのアライメント方法に関し、特にいわゆるエ
ンハンスト・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）方式
でアライメントを行う場合に使用して好適なものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子等を製造する際に、マスクと
してのレチクルのパターンを投影光学系を介して、レジ
ストが塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上の
各ショット領域に転写するために使用される投影露光装
置（ステッパー等）においては、ウエハ上の各ショット
領域に既に形成されている回路パターンとこれから露光
するレチクルのパターンとの位置合わせ（ウエハのアラ
イメント）を高精度に行う必要がある。

【０００３】従来の投影露光装置におけるウエハの高精
度なアライメント方法として、例えば特開昭６１−４４
４２９号公報で開示されているように、ウエハ上から選
択された所定個数のショット領域（サンプルショット）
に付設されたアライメントマーク（ウエハマーク）の座
標位置を計測し、この計測結果を統計処理してウエハ上
の各ショット領域の配列座標を算出するエンハンスト・
グローバル・アライメント（ＥＧＡ）方式のアライメン
ト方法が知られている。図５を参照して、従来のＥＧＡ
方式のアライメント方法につき説明する。

【０００４】図５は、露光対象のウエハＷ２のショット
配列の一例を示し、この図５において、ウエハＷ２は直
交する２方向（Ｘ方向、Ｙ方向とする）の座標によって
規定されるステージ座標系（Ｘ，Ｙ）に沿って位置決め
される。また、ウエハＷ２上にはほぼ直交する２方向に
所定ピッチでショット領域ＳＢ１，ＳＢ２，…，ＳＢＮ
（図５ではＮ＝１６）が形成されており、各ショット領
域ＳＢｉ（ｉ＝１〜Ｎ）にはそれぞれそれまでの工程に
おいて回路パターンが形成されると共に、ウエハマーク
５３（ここでは、２次元マークとする）が付設されてい
る。この場合、各ショット領域ＳＢｉのウエハＷ２上で
の設計上の配列座標を（ＸＤｉ，ＹＤｉ）とすると、こ
の設計上の配列座標（ＸＤｉ，ＹＤｉ）に対応するステ
ージ座標系（Ｘ，Ｙ）でのショット配列は、点線で示す
ような理想格子状の配列５２となる。

【０００５】ところが、それまでの熱処理等によって、
ウエハＷ２上のショット配列には、Ｘ方向、Ｙ方向への
スケーリング（線形伸縮）Ｍｘ，Ｍｙ、Ｙ軸に沿ったシ
ョット配列の方向のずれを表す回転θｘ、Ｘ軸に沿った
ショット配列の方向のずれを表す回転θｙ、及びＸ方
向、Ｙ方向へのオフセットΔＸ，ΔＹが生じている。こ
の場合、スケーリングＭｘによって、設計上のショット
配列のＸ方向の長さＬｘはＬｘ・Ｍｘになり、スケーリ
ングＭｙによって、設計上のショット配列のＹ方向の長
さＬｙはＬｙ・Ｍｙになる。そのため、各ショット領域
ＳＢｉのステージ座標系（Ｘ，Ｙ）での実際の配列座標
（Ｘｉ，Ｙｉ）は、次のように上記のスケーリング等を
変換パラメータとした変換行列を用いて、設計上の配列
座標（ＸＤｉ，ＹＤｉ）の１次関数として近似的に表す
ことができる。

【０００６】

【数１】

【０００７】そして、ウエハＷ２上の各ショット領域Ｓ
Ｂｉに対して重ね合わせ露光を行う際に、従来は、まず
予めウエハＷ２上の全部のショット領域中から３個以上
のショット領域をサンプルショットとして選択し、これ
らのサンプルショットに付設されたウエハマーク５３の
座標（Ｘｒｉ，Ｙｒｉ）を計測していた。その後、例え
ば最小自乗法を用いて、各サンプルショットのウエハマ
ークの設計上の配列座標（ＸＤｉ，ＹＤｉ）を（数１）
の右辺に代入して得られる計算上の配列座標（Ｘｉ，Ｙ
ｉ）と、計測値（Ｘｒｉ，Ｙｒｉ）との誤差の自乗和が
最小になるように、（数１）の６個の変換パラメータ
（Ｍｘ，Ｍｙ，θｘ，θｙ，ΔＸ，ΔＹ）の値を定めて
いた。図５の場合には、斜線を施した８個のショット領
域ＳＢ２，ＳＢ３，…ＳＢ１５がサンプルショットとし
て選択されている。

【０００８】その後、決定された６個の変換パラメー
タ、及び各ショット領域ＳＢｉの例えば中心の設計上の
配列座標を（数１）に代入して得られる配列座標に基づ
いて、各ショット領域ＳＢｉを位置決めして、それぞれ
レチクルのパターン像の重ね合わせ露光を行っていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記の如く従来のＥＧ
Ａ方式のアライメント方法では、ウエハの全面で１組の
変換パラメータを定めていた。ところで、一般に、ステ
ップ・アンド・リピート方式の露光装置では、露光工程
のスループットを向上するために、ウエハ上の全部のシ
ョット領域への露光順序は、蛇行するように設定されて
いる。そのため、図５のウエハＷ２においても、ショッ
ト領域ＳＢ１〜ＳＢＮのウエハマークを含むレイヤへの
露光は、例えば点線の軌跡５１で示すように、隣接する
行に移行する毎に逆方向にステッピングする順序で行わ
れているものとする。

【００１０】この場合、ウエハをステッピングするため
のウエハステージの露光目標位置の制御は、例えばレー
ザ干渉計によって計測されるウエハステージの位置に基
づいて高精度に行われる。ところが、レチクルのパター
ン像の実際の露光位置は、露光時に与えられる照射エネ
ルギーによるウエハの膨張や、ウエハステージのステッ
ピング時の加速度等によって、露光装置本体やウエハス
テージに機械的な変形などが発生することで、目標位置
に対して微妙にずれていることがある。この種の位置ず
れは、ウエハステージのステッピング方向に依存した誤
差となって現れることが多いため、図５の軌跡５１に沿
って配列されたショット領域では、ステッピング方向が
異なる行毎に異なる傾向の配列誤差が含まれていること
がある。この状態で、ウエハＷ２の全面で同一の変換パ
ラメータを用いて（数１）に基づいて各ショット領域の
計算上の配列座標を求めると、ステッピング方向毎の位
置ずれ量が平均化されてしまい、各ショット領域でそれ
ぞれ重ね合わせ誤差が生ずる恐れがある。

【００１１】本発明は斯かる点に鑑み、ウエハ上の全部
のショット領域の中で部分的に位置ずれ量の傾向が異な
るような場合にも、統計的処理を用いて高精度に各ショ
ット領域の位置合わせを行うことができるアライメント
方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明によるアライメン
ト方法は、基板上の複数の被加工領域（ＳＡ（ｉ，
ｊ））の設計上の配列座標、及びそれら複数の被加工領
域から選択された所定の複数の計測領域の計測された配
列座標を統計処理して、それら複数の被加工領域の設計
上の配列座標から実際の配列座標を計算するための変換
パラメータを算出し、この算出された変換パラメータを
用いて算出された配列座標に基づいてそれら複数の被加
工領域を順次所定の基準位置に位置決めするアライメン
ト方法において、その基板上の複数の被加工領域中のそ
れぞれ１個、又は複数個の被加工領域よりなる部分領域
毎にその変換パラメータの少なくとも一部の値を算出す
るものである。

【００１３】斯かる本発明によれば、その基板上の前の
レイヤでの露光時の露光方法等によって、その基板の表
面で部分的に位置ずれ量の傾向が異なることが予測され
る場合に、その位置ずれ量の傾向がほぼ同じと予測され
る部分領域毎にその変換パラメータの例えばオフセット
を独立に設定する。これによって、その位置ずれ量の傾
向が反映されるため、位置合わせ精度、ひいては重ね合
わせ精度が向上する。

【００１４】この場合、その基板（Ｗ）上の複数の被加
工領域が複数列（３１Ａ〜３１Ｄ）に亘って配列されて
いる場合に、これら複数列の一列、又は所定の複数列毎
にその変換パラメータの少なくとも一部の値を算出する
ことが望ましい。なお、その複数列とは、複数行であっ
てもよい。また、所定の複数列毎にその変換パラメータ
の少なくとも一部の値を算出する場合には、その基板上
での被加工領域の列数は３列以上である。

【００１５】斯かる本発明によれば、例えばその基板の
ステッピング方向は通常列毎に同じ方向であることに鑑
みて、そのステッピング方向によって異なる変換パラメ
ータ（例えばオフセット）の値を列毎に所定の統計処理
を行って求める。これによって、そのステッピング方向
によって部分的に（列毎に）位置ずれ量の傾向が異なる
場合にも、各部分毎に正確な変換パラメータを用いて高
精度に位置合わせを行うことができる。

【００１６】この場合、それらの変換パラメータの一例
は、線形伸縮に対応するスケーリング、回転に対応する
ローテーション、及びオフセットを含み、それらの変換
パラメータ中のスケーリング（Ｍｘ）、及びローテーシ
ョン（θ）の値がその基板上で共通に算出され、そのオ
フセット（ΔＸｊ，ΔＹｊ）の値がその部分領域毎に算
出されるものである。即ち、その部分領域毎を１列毎で
あるとして、各列の被加工領域（ＳＡ（ｉ，ｊ））の配
列方向をＸ方向、これに直交する方向をＹ方向として、
被加工領域（ＳＡ（ｉ，ｊ））のＸ方向、Ｙ方向に対応
する方向の設計上の配列座標を（ＸＤｉｊ，ＹＤｉ
ｊ）、被加工領域（ＳＡ（ｉ，ｊ））のＸ方向、Ｙ方向
の実際の配列座標を（Ｘｉｊ，Ｙｉｊ）とすると、それ
らの変換パラメータを用いて線形近似で次のように表す
ことができる。

【００１７】

【数２】

【００１８】このとき、その基板上から所定個数の被加
工領域が計測領域（サンプルショット）として選択さ
れ、これらの計測領域に付設された位置合わせ用マーク
の配列座標の実測値を用いて例えば最小自乗法によっ
て、それらの変換パラメータの値が決定される。特に、
オフセット（ΔＸｊ，ΔＹｊ）の値は列毎に算出され
る。この後は、算出された変換パラメータを（数２）に
代入して、各被加工領域の配列座標を計算し、計算され
た配列座標に基づいてその基板の位置合わせを行えばよ
い。

【００１９】このとき、その計測領域をその１列、又は
複数列毎にそれぞれ複数個選択することが望ましい。複
数個の計測領域の計測結果を用いることによって、各列
毎にスケーリング（線形伸縮）とオフセットとを分離で
きるようになる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明によるアライメント
方法の実施の形態の一例につき図１〜図３を参照して説
明する。図１は、本例で使用される投影露光装置を示
し、この図１において露光時には、水銀ランプ、又はエ
キシマレーザ光源等の露光光源、この露光光源からの露
光光の照度分布を均一化するためのオプティカル・イン
テグレータ、照明領域を規定する視野絞り（レチクルブ
ラインド）、及びコンデンサレンズ系等からなる照明光
学系８より、レチクルＲに対して均一な照度分布で露光
光ＩＬが照射される。そして、露光光ＩＬのもとで、レ
チクルＲに形成されているパターンの像が、両側テレセ
ントリックな投影光学系ＰＬを介して投影倍率β（βは
１／５，１／４等）で、ウエハＷ上の各ショット領域に
投影される。ウエハＷの表面にはフォトレジストが塗布
されており、照明光学系８内にはフォトレジストに対す
る露光量を間接的にモニタする計測系が備えられてい
る。この計測系の計測結果、及び装置全体の動作を制御
するコンピュータよりなる主制御系５の制御情報に基づ
いて、露光量制御系１１が露光光源の発光時間等を制御
してフォトレジストに対する露光量を適正化する。

【００２１】以下、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行に
Ｚ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図１の紙面に平行に
Ｘ軸を取り、図１の紙面に垂直にＹ軸を取って説明す
る。このとき、レチクルＲはレチクルステージ７上に吸
着保持され、レチクルステージ７は、レチクルベース６
上にエアーベアリングを介して浮上するように支持され
ると共に、リニアモータ等の駆動機構（不図示）により
Ｘ方向、Ｙ方向、回転方向に位置決めされる。レチクル
ステージ７の側面はＸ軸の鏡面７ｘ、及びＹ軸の鏡面に
加工され、これらの鏡面にレチクル用のレーザ干渉計９
より例えば３軸のレーザビームが照射され、レーザ干渉
計９はレチクルステージ７のＸ座標、Ｙ座標、及び回転
角を計測し、この計測値をレチクルステージ駆動系１
０、及び主制御系５に供給する。レチクルステージ駆動
系１０は、その計測値、及び主制御系５からの制御情報
に基づいてレチクルステージ７の位置決め動作を制御す
る。

【００２２】一方、ウエハＷは不図示のウエハホルダ上
に真空吸着によって保持されており、このウエハホルダ
がＺチルトステージ３上に固定され、Ｚチルトステージ
３は、定盤１上にエアーベアリングを介して浮上するよ
うに支持されているＸＹステージ２上に固定されてい
る。Ｚチルトステージ３は、ウエハＷのＺ方向の位置
（フォーカス位置）、及び傾斜角を制御してオートフォ
ーカス方式でウエハＷの表面を投影光学系ＰＬの像面に
合わせ込み、ＸＹステージ２は、リニアモータ等の駆動
機構（不図示）によりＸ方向、Ｙ方向にＺチルトステー
ジ３（ウエハＷ）を移動する。Ｚチルトステージ３、及
びＸＹステージ２よりウエハステージが構成されてい
る。そして、Ｚチルトステージ３の側面はＸ軸の鏡面３
ｘ、及びＹ軸の鏡面に加工され、これらの鏡面にウエハ
側のレーザ干渉計１２より例えば３軸のレーザビームが
照射され、レーザ干渉計１２はＺチルトステージ３のＸ
座標、Ｙ座標、及び回転角を計測し、この計測値をウエ
ハステージ駆動系１３、及び主制御系５に供給する。ウ
エハ側のレーザ干渉計１２によって計測されるＺチルト
ステージ３（ウエハＷ）のＸ座標、及びＹ座標よりなる
座標系（Ｘ，Ｙ）を、ウエハステージの座標系、又は静
止座標系と呼ぶ。ウエハステージ駆動系１３は、その計
測値、及び主制御系５からの制御情報に基づいてＸＹス
テージ２の動作を制御する。

【００２３】そして、ウエハＷに対する露光時には、ウ
エハＷ上の一つのショット領域への露光が終了した後
に、ＸＹステージ２を駆動することによって、ウエハＷ
上の次のショット領域を投影光学系ＰＬの露光領域に移
動してレチクルＲのパターン像を露光するという動作
が、ステップ・アンド・リピート方式で繰り返されて、
ウエハＷ上の各ショット領域への露光が行われる。さ
て、この露光が重ね合わせ露光であるとすると、その露
光前に予めレチクルＲのアライメント、及びウエハＷの
アライメントを行っておく必要がある。そのため、レチ
クルＲの上方には、レチクルアライメント顕微鏡（不図
示）が配置され、このレチクルアライメント顕微鏡によ
ってレチクルＲ上の所定のアライメントマークと、Ｚチ
ルトステージ３上の所定の基準マークとの位置ずれ量を
検出し、この位置ずれ量が所定の許容範囲内に収まるよ
うにＸＹステージ２、又はレチクルステージ７を位置決
めすることで、レチクルＲがステージ座標系（静止座標
系）（Ｘ，Ｙ）に対してアライメントされる。

【００２４】また、ウエハＷ上の各ショット領域にはそ
れぞれアライメント用のウエハマークが付設されてお
り、そのウエハマークの位置を検出するために、投影光
学系ＰＬの側面にオフ・アクシス方式で画像処理方式の
アライメントセンサ４が配置されている。アライメント
センサ４は、白色光で被検マークを照明する照明系と、
その被検マークの拡大像を形成する拡大結像系と、その
像を撮像するＣＣＤ型の２次元撮像素子と、を備えてい
る。アライメントセンサ４からの画像信号より、アライ
メント信号処理系１４は検出対象のマークの検出中心か
らの位置ずれ量を求めて主制御系５に供給する。主制御
系５は、ウエハ側のレーザ干渉計１２を介して検出され
るＺチルトステージ３（ウエハＷ）のＸ座標、Ｙ座標に
その位置ずれ量を加算することによって、その検出対象
のマークのステージ座標系（Ｘ，Ｙ）での配列座標を求
めることができる。

【００２５】また、レチクルＲのアライメント時に、Ｚ
チルトステージ３上の別の基準マークの位置をアライメ
ントセンサ４を介して検出することによって、レチクル
Ｒのパターン像の中心とアライメントセンサ４の検出中
心との間隔であるベースライン量ＢＬが求められて、主
制御系５の記憶部に記憶される。これ以後は、アライメ
ントセンサ４の検出結果を後述のように統計処理して得
られるウエハＷ上の各ショット領域の配列座標を、その
ベースライン量ＢＬ分だけずらすことによって、各ショ
ット領域に既に形成されている回路パターンと、レチク
ルＲのパターン像とを高精度に重ね合わせて露光するこ
とができる。

【００２６】次に、本例の投影露光装置を用いて、ウエ
ハＷのアライメントを行って、ウエハ上の各ショット領
域に重ね合わせ露光する際の動作の一例につき、図３の
フローチャート等を参照して詳細に説明する。図２
（ａ）は、ウエハＷ上のショット配列を示し、この図２
（ａ）において、ウエハＷ上にはほぼＸ方向に沿って複
数行（ここでは４行）３１Ａ〜３１Ｄのショット領域Ｓ
Ａ（ｉ，ｊ）が形成されている。この場合、第１行３１
Ａには４個のショット領域ＳＡ（１，１）〜ＳＡ（４，
１）が配列され、以下、第ｊ行（ｊ＝１〜４）のｉ番目
（ｉ列）のショット領域をＳＡ（ｉ，ｊ）（ｉ＝１〜
４）としている。そして、各ショット領域ＳＡ（ｉ，
ｊ）の前のレイヤにはそれまでの製造工程によって、そ
れぞれ所定の回路パターン、及び２次元のウエハマーク
ＷＭが形成されている。また、そのウエハマークＷＭを
形成する工程においては、点線の軌跡３２で示すよう
に、ウエハＷは各行３１Ａ〜３１Ｄ毎に順次＋Ｘ方向、
又は−Ｘ方向に反転する方向にステッピングすることに
よって、順次各ショット領域への露光が行われていたも
のとする。

【００２７】図２（ｂ）は、本例のウエハマークＷＭの
一例を示し、この図２（ｂ）において、ウエハマークＷ
Ｍは、ほぼＸ方向に所定ピッチで形成された凹凸のライ
ン・アンド・スペースパターン２４Ｘ１，２４Ｘ２の間
に、ほぼＹ方向に所定ピッチで形成された凹凸のライン
・アンド・スペースパターン２４Ｙを配置して構成され
ている。この場合一例として、ライン・アンド・スペー
スパターン２４Ｘ１，２４Ｘ２のＸ方向の中心座標、及
びライン・アンド・スペースパターン２４ＹのＹ方向の
中心座標をウエハマークＷＭのＸ方向、Ｙ方向の座標と
みなす。なお、このような２次元マークの代わりに、Ｘ
方向、及びＹ方向の１次元マークを異なる位置に形成し
ておいてもよい。

【００２８】これらの前提のもとで、図３のステップ１
０１において、図２（ａ）のウエハマークＷ上の全部の
ショット領域ＳＡ（ｉ，ｊ）から選択された所定個数の
サンプルショットのウエハマークＷＭについて、図１の
アライメントセンサ４を介してステージ座標系（Ｘ，
Ｙ）での座標を計測する。この際に、各行３１Ａ〜３１
Ｄの中からそれぞれ２個以上のサンプルショットを選択
する。２ショット以上を選択するのは、後述のように各
行３１Ａ〜３１Ｄのオフセットとスケーリングとを分離
するためである。本例では、一例として、各行３１Ａ〜
３１Ｄにおいて、それぞれ斜線を施して示すように１番
目のショット領域ＳＡ（１，ｊ）、及び４番目のショッ
ト領域ＳＡ（４，ｊ）（ｊ＝１〜４）がサンプルショッ
トとして選択され、全部で８個のサンプルショットのウ
エハマークＷＭの座標がアライメントセンサ４を介して
計測される。

【００２９】次に、図３のステップ１０２において、そ
れらのサンプルショットの計測値を統計処理して、ＥＧ
Ａ（エンハンスト・グローバル・アライメント）方式と
同様の変換パラメータの値を決定する。ただし、本例の
変換パラメータは、一部のパラメータの値がウエハＷ上
の各行３１Ａ〜３１Ｄ毎に独立に設定される点が異なっ
ている。本例では、図２（ａ）において、各行３１Ａ〜
３１Ｄのショット配列のＸ方向への平均的な線形伸縮を
表すスケーリングＭｘ、及び各行３１Ａ〜３１Ｄのショ
ット配列のＸ軸に対する平均的な回転角を表すローテー
ションθを、ウエハＷ上の共通の変換パラメータとす
る。設計上のショット配列を点線で示すショット配列３
３とすると、このショット配列３３のＸ方向の幅Ｌｘに
対して、実際のショット配列のＸ方向の幅はＬｘ・Ｍｘ
に変化している。

【００３０】また、本例ではｊ行目のショット配列の位
置のＸ方向、Ｙ方向のオフセットΔＸ１ｊ，ΔＹ１ｊ
（ｊ＝１〜４）を、各行３１Ａ〜３１Ｄ毎に独立な変換
パラメータとする。本例ではこのように各行３１Ａ〜３
１Ｄ毎にオフセット（ΔＸ１ｊ，ΔＹ１ｊ）を設定して
いるため、ショット配列のＹ方向のスケーリング、及び
Ｙ軸に対する回転角は考慮する必要が無い。

【００３１】この場合、ウエハＷ上に設定されている座
標系（試料座標系）を（ｘ，ｙ）として、ショット領域
ＳＡ（ｉ，ｊ）の中心の試料座標系（ｘ，ｙ）上での設
計上の配列座標を（ＸＤｉｊ，ＹＤｉｊ）とする。更
に、本例では各ショット領域ＳＡ（ｉ，ｊ）の設計上の
配列座標（ＸＤｉｊ，ＹＤｉｊ）は、このショット領域
に属するウエハマークＷＭの設計上の配列座標と同じで
あるとする。ただし、ウエハマークＷＭの配列座標とシ
ョット領域の例えば中心の配列座標とが異なっている場
合には、それらの差分を考慮すればよい。また、ショッ
ト領域ＳＡ（ｉ，ｊ）のステージ座標系（Ｘ，Ｙ）での
実際の配列座標を（Ｘｉｊ，Ｙｉｊ）とすると、ｊ行目
のショット領域ＳＡ（ｉ，ｊ）の実際の配列座標（Ｘｉ
ｊ，Ｙｉｊ）は、上記の変換パラメータ（Ｍｘ，θ，Δ
Ｘ１ｊ，ΔＹ１ｊ）を用いて、次のように表すことがで
きる（ｊ＝１〜４）。

【００３２】

【数３】

【００３３】この場合、変換パラメータの個数は全体で
１０個になるため、少なくとも２次元の５個のウエハマ
ークＷＭの位置を計測することによって、それらの変換
パラメータの値を決定できる。そこで、ステップ１０１
で計測されたサンプルショットをショット領域ＳＡ
（ｉ，ｊ）であるとして、このショット領域ＳＡ（ｉ，
ｊ）のウエハマークの座標の計測値を（Ｘｒｉｊ，Ｙｒ
ｉｊ）、この計測値の（数３）に基づいた計算上の配列
座標（Ｘｉｊ，Ｙｉｊ）からの誤差ベクトルを（εＸｉ
ｊ，εＹｉｊ）とすると、次の関係が成立する。

【００３４】

【数４】

【００３５】そして、この誤差ベクトルの自乗（εＸｉ
ｊ²＋εＹｉｊ²)の全部のサンプルショットについての
和、即ち残留誤差成分が最小値を取るように変換パラメ
ータ（Ｍｘ，θ，ΔＸ１ｊ，ΔＹ１ｊ）（ｊ＝１〜４）
の値を決定する。これらの演算は図１の主制御系５で実
行される。次に、図３のステップ１０３において、露光
時に露光光の照射によるウエハの変形や、ウエハステー
ジの機械的な変形などで発生が予想される位置ずれ量を
考慮して、上記の変換パラメータの補正を行う。このた
め、図２（ａ）のウエハＷの各ショット領域に対する露
光順序も、点線の軌跡３２で示すように、各行３１Ａ〜
３１Ｄ毎にステッピング方向を反転していく順序とす
る。この場合、露光順序の遅いショット領域ほどウエハ
Ｗの膨張による位置ずれ量が大きいと共に、ウエハステ
ージの機械的な変形等による位置ずれ量は、ほぼステッ
ピング方向に応じて定まる量である。

【００３６】より具体的に、露光光の照射によるウエハ
の膨張量は、レチクルＲの透過率、ウエハＷのフォトレ
ジストを含めた反射率、及び各ショット領域の露光時間
などに依存する関数として、予め試験的な露光やシミュ
レーション等で求めておいたデータを使用すればよい。
本例では、そのウエハの膨張量は、ほぼウエハＷ上の行
３１Ａ〜３１Ｄ毎に一定の量とみなしている。

【００３７】同様に、そのステッピング方向に応じて定
まる位置ずれ量は、ステッピング時のＸＹステージ２の
加速度、ショット配列のＸ方向のピッチなどの関数とし
て、予め実験等で求めたものを使用すればよい。この位
置ずれ量は、ステッピング方向が＋Ｘ方向の行３１Ａ，
３１Ｃでは同じ量となり、ステッピング方向が−Ｘ方向
の行３１Ｂ，３１Ｄでも同じ量となる。この位置ずれ量
に、ウエハＷの膨張量による位置ずれ量を加算して得ら
れるｊ番目（ｊ＝１〜４）の行のショット領域のＸ方
向、Ｙ方向の位置ずれ量を（ΔＸ２ｊ，ΔＹ２ｊ）とす
る。そして、この位置ずれ量をステップ１０２で求めた
オフセット（ΔＸ１ｊ，ΔＹ１ｊ）に補正項として加算
して、次のようにｊ番目の行の最終的なオフセット（Δ
Ｘｊ，ΔＹｊ）を算出する（ｊ＝１〜４）。この各行毎
のオフセット（ΔＸ１，ΔＹ１）〜（ΔＸ４，ΔＹ４）
は、図２（ａ）に示されている。

【００３８】

【数５】

【００３９】次に、図３のステップ１０４において、主
制御系５は、図２（ａ）のウエハＷ上の各ショット領域
ＳＡ（ｉ，ｊ）（ｉ，ｊ＝１〜４）の設計上の配列座標
（ＸＤｉｊ，ＹＤｉｊ）を、スケーリングＭｘ、ローテ
ーションθ、及び（数５）の各行毎のオフセット（ΔＸ
ｊ，ΔＹｊ）を変換パラメータとする次式に代入するこ
とによって、各ショット領域ＳＡ（ｉ，ｊ）の実際の配
列座標（Ｘｉｊ，Ｙｉｊ）を算出する。

【００４０】

【数６】

【００４１】そして、主制御系５は、算出された配列座
標（Ｘｉｊ，Ｙｉｊ）をアライメントセンサ４のベース
ライン量ＢＬで補正した座標に基づいてＸＹステージ２
を駆動することによって、順次各ショット領域ＳＡ
（ｉ，ｊ）の位置合わせを行って、それぞれレチクルＲ
のパターン像を露光する。このように本例によれば、変
換パラメータ中のオフセット（ΔＸ１ｊ，ΔＹ１ｊ）
を、ウエハマークが露光された工程でのステッピング方
向に応じて各行毎に算出しているため、サンプルショッ
トのウエハマークの座標位置より、前のレイヤのショッ
ト配列をより正確に求めることができ、重ね合わせ精度
が向上する。更に、これから露光する露光装置で発生す
ると予想される位置ずれ量（ΔＸ２ｊ，ΔＹ２ｊ）を各
行毎に補正しているため、重ね合わせ精度がより向上し
ている。

【００４２】なお、上記の実施の形態では図２（ａ）に
示すように、各行３１Ａ〜３１Ｄ毎に複数のサンプルシ
ョットを選択しているが、必ずしも各行（又は各列）毎
に複数のサンプルショットを選択する必要は無い。図４
は、サンプルショットの選択方法の別の例を示し、この
図４において、露光対象のウエハＷ１上に５個の行３４
Ａ〜３４Ｅに亘ってショット領域ＳＡ（ｉ，ｊ）が形成
され（ｉ＝１〜６，ｊ＝１〜５）、各ショット領域ＳＡ
（ｉ，ｊ）にそれぞれウエハマークＷＭが付設されてい
る。この例でも、ウエハマークＷＭが形成されたレイヤ
での露光順序は、点線の軌跡３５で示すように各行３４
Ａ〜３４Ｅ毎に露光装置のウエハステージのステッピン
グ方向が反転して蛇行するような順序であるとする。こ
の場合、例えば行３４Ａ，３４Ｃではステッピング方向
が同じであるため、一方の行３４Ａのみから斜線で示す
ようにショット領域ＳＡ（１，１），ＳＡ（４，１）を
サンプルショットとして選択し、行３４Ｂ，３４Ｄもス
テッピング方向が同じであるため、一方の行３４Ｂのみ
から斜線で示すようにショット領域ＳＡ（１，２），Ｓ
Ａ（６，２）をサンプルショットとして選択する。ま
た、行３４Ｅは、行３４Ａから離れているため、新たに
ショット領域ＳＡ（１，５），ＳＡ（４，５）をサンプ
ルショットとして選択し、これらのサンプルショットに
ついてウエハマークＷＭの座標を計測する。

【００４３】また、この図４の例では、（数３）におけ
る行毎のオフセット（ΔＸ１ｊ，ΔＹ１ｊ）の代わり
に、例えばステッピング方向が同じ行３４Ａ，３４Ｃで
共通のオフセット（ΔＸ１１，ΔＹ１１）を使用し、ス
テッピング方向が同じ行３４Ｂ，３４Ｄでも共通のオフ
セット（ΔＸ１２，ΔＹ１２）を使用し、行３４Ｅでは
オフセット（ΔＸ１５，ΔＹ１５）を使用するようにし
てもよい。これによって、ショット配列の行数（又は列
数）が多い場合に、サンプルショットの数を減少させて
計算量を少なくできる。

【００４４】また、図２（ａ）の例では各行３１Ａ〜３
１Ｄ毎にオフセットを求めているが、更に例えば各行３
１Ａ〜３１Ｄ毎にローテーションθをも求めるようにし
てもよい。なお、上記の実施の形態は、本発明をステッ
プ・アンド・リピート方式の露光装置（ステッパー等）
でアライメントを行う場合に適用したものであるが、本
発明はステップ・アンド・スキャン方式のように、各シ
ョット領域への露光時にレチクルとウエハとを同期して
所定の走査方向に移動する露光装置でアライメントを行
う場合にも適用できることは言うまでもない。このよう
にステップ・アンド・スキャン方式の露光装置に本発明
を適用する場合には、露光工程のスループットを高める
ために次のショット領域に移行する毎にウエハの走査方
向が反転するのが通常であるため、ウエハマークが形成
されたレイヤでの各ショット領域の走査方向に応じて、
（数３）の変換パラメータ中のオフセットの値を独立に
設定するようにしてもよい。このように走査方向に応じ
た２つの部分領域毎に独立の変換パラメータを使用する
場合には、走査方向による位置ずれ量が考慮されるた
め、重ね合わせ精度が向上する。

【００４５】なお、本発明は上述の実施の形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取
り得ることは勿論である。

【００４６】

【発明の効果】本発明のアライメント方法によれば、基
板（ウエハ）上の被加工領域（ショット領域）の部分領
域毎にその変換パラメータの少なくとも一部の値を算出
しているため、基板上で部分的に位置ずれ量の傾向が異
なるような場合にも、統計的処理を用いて高精度に各被
加工領域の位置合わせを行うことができる利点がある。

【００４７】また、その基板上の被加工領域が複数列
（又は複数行）に亘って配列されている際に、これら複
数列の一列、又は所定の複数列毎にその変換パラメータ
の少なくとも一部の値を算出する場合には、列毎にステ
ッピング方向を反転して露光が行われたときに、ステッ
ピング方向による位置ずれ量が考慮されるため、重ね合
わせ精度が向上する。

【００４８】また、変換パラメータは、伸縮に対応する
スケーリング、回転に対応するローテーション、及びオ
フセットを含み、その変換パラメータ中のスケーリン
グ、及びローテーションの値をその基板上で共通に算出
し、その変換パラメータ中のオフセットの値を部分領域
毎に算出する場合には、線形誤差が全て考慮されると共
に、少ない計算量で部分領域毎の位置ずれ量をほぼ正確
に求めることができる。

【００４９】また、計測領域を１列、又は所定の複数列
毎にそれぞれ複数個選択する場合には、各列内でスケー
リング（線形伸縮）とオフセットとを分離できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例で使用される投影露
光装置を示す概略構成図である。

【図２】（ａ）は、図１の投影露光装置で露光対象とな
るウエハＷのショット配列を示す平面図、（ｂ）は図２
（ａ）のウエハＷの各ショット領域に付設されているウ
エハマークを示す拡大平面図である。

【図３】その実施の形態におけるアライメント及び露光
動作の一例を示すフローチャートである。

【図４】本発明の実施の形態におけるサンプルショット
の選択方法の別の例を示すウエハの平面図である。

【図５】従来のＥＧＡ方式でアライメントが行われるウ
エハのショット配列を示す平面図である。

【符号の説明】

２ＸＹステージ３Ｚチルトステージ４オフ・アクシス方式のアライメントセンサ５主制御系ＲレチクルＰＬ投影光学系Ｗ，Ｗ１ウエハ７レチクルステージ１２ウエハ側のレーザ干渉計１４アライメント信号処理系３１Ａ〜３１Ｄショット領域の行ＳＡ（ｉ，ｊ）ｊ番目の行のｉ番目のショット領域ＷＭウエハマーク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上の複数の被加工領域の設計上の配
列座標、及び前記複数の被加工領域から選択された所定
の複数の計測領域の計測された配列座標を統計処理し
て、前記複数の被加工領域の設計上の配列座標から実際
の配列座標を計算するための変換パラメータを算出し、
該算出された変換パラメータを用いて算出された配列座
標に基づいて前記複数の被加工領域を順次所定の基準位
置に位置決めするアライメント方法において、前記基板上の複数の被加工領域中のそれぞれ１個、又は
複数個の被加工領域よりなる部分領域毎に前記変換パラ
メータの少なくとも一部の値を算出することを特徴とす
るアライメント方法。
【請求項２】請求項１記載のアライメント方法であっ
て、前記基板上の複数の被加工領域が複数列に亘って配列さ
れている際に、該複数列中の１列、又は所定の複数列毎
に前記変換パラメータの少なくとも一部の値を算出する
ことを特徴とするアライメント方法。
【請求項３】請求項１、又は２記載のアライメント方
法であって、前記変換パラメータは、伸縮に対応するスケーリング、
回転に対応するローテーション、及びオフセットを含
み、前記変換パラメータ中の前記スケーリング、及びローテ
ーションの値を前記基板上で共通に算出し、前記変換パラメータ中のオフセットの値を前記部分領域
毎に算出することを特徴とするアライメント方法。
【請求項４】請求項２記載のアライメント方法であっ
て、前記計測領域を前記１列、又は所定の複数列毎にそれぞ
れ複数個選択することを特徴とするアライメント方法。