JPH11329950A

JPH11329950A - 位置検出方法、露光方法及び露光装置

Info

Publication number: JPH11329950A
Application number: JP10148390A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Okamoto; 洋基岡本; Shoji Kawakubo; 昌治川久保
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-05-13
Filing date: 1998-05-13
Publication date: 1999-11-30

Abstract

(57)【要約】【課題】基板の回転量が大きい場合であっても基板上
の複数のショット領域の位置を確実に検出する。【解決手段】基板の回転による位置ずれ量が小さい基
板の中心付近にある第１パターンの位置を検出し（Ｓ１
０２）、この検出結果に基づいて、第１パターンとの位
置関係が既知の基板の外周付近に位置する複数の第２パ
ターンの位置を算出（予測）し（Ｓ１０６）、この算出
結果に基づいてこれを検出する（Ｓ１０８）。そして、
この第２パターンの検出結果に基づいて、基板の回転量
と中心位置とを算出する（Ｓ１１０）。そして、基板中
心との位置関係が既知の各ショット領域の位置を検出す
る（Ｓ１１２〜Ｓ１１８）。これにより、基板に大きな
回転があっても、検出範囲を広げることなく、第１パタ
ーンは勿論、第２パターンも確実に検出でき、結果的に
基板上の複数のショット領域を確実に検出できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、位置検出方法、露
光方法及び露光装置に係り、更に詳しくは、半導体素
子、液晶表示素子等を製造する際に、リソグラフィ工程
で用いられる露光方法及び露光装置、並びに露光に先立
って行われるアライメント工程に適用して好適な位置検
出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子又は液晶表示素子
等を製造するためのリソグラフィ工程では、種々の露光
装置が使用されている。

【０００３】例えば、半導体素子を製造するには複数の
層、例えば十数層に及ぶ回路パターンを正確に重ね合わ
せて形成する必要があるため、製造工程においては、既
にウエハ上に形成されているパターンに対し、これから
形成しようとするレチクル上のパターンの相対位置を確
保したのちに露光する必要がある。このため、露光装置
によるレチクルパターンの投影露光に際しては、先に形
成されている層のパターンとの位置合わせを正確に行う
必要がある。

【０００４】ウエハの位置を検出する位置検出工程（以
下、適宜「アライメント工程」という）は、通常、ウ
エハの外形基準で行われるプリアライメント工程（ラフ
アライメント工程とも呼ばれる）、ウエハ上の２〜３
個の比較的大きなサーチ・アライメント・マークの位置
を検出することにより、ウエハの回転及び中心位置をラ
フに求めるサーチ・アライメント工程、サーチ・アラ
イメントの結果に基づいてウエハ上の複数のショット領
域に付設されたファイン・アライメント・マークの位置
を検出するファイン・アライメント工程の３つの工程が
順次行われる。

【０００５】ファイン・アライメント工程としては、ウ
エハ上の各ショット領域に付設されたファイン・アライ
メント・マークの位置を各ショットの露光に先立って検
出するダイ・バイ・ダイと呼ばれる方法もあるが、現在
では、、ウエハ上のファイン・アライメント・マークの
内の幾つか（通例数個から１０数個程度）の位置を検出
し、この検出結果を用いて例えば特開昭６１−４４４２
９号公報に開示される最小自乗法を用いた統計処理によ
りウエハ上の各ショット領域の配列座標を決定する、い
わゆるエンハンスト・グローバル・アライメント（以
下、適宜「ＥＧＡ」という）が主として用いられてい
る。これは、ＥＧＡによれば、ダイ・バイ・ダイとほぼ
同様の精度で各ショット位置を検出できる上、スループ
ットが著しく向上するからである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、ファイン
・アライメント工程に先立って、ウエハ上の２〜３個の
サーチ・アライメント・マークを検出するに際し、ウエ
ハ自体が大きく回転した状態でウエハステージ上のウエ
ハホルダの上にローディングされた場合には、サーチ・
アライメント・マークの位置も大きくずれてしまうた
め、そのマークを検出するアライメント顕微鏡の検出範
囲から外れてマーク検出が出来なくなる可能性があっ
た。

【０００７】本発明は、かかる従来技術の有する不都合
に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、基板の回
転量が大きい場合であっても基板上の複数のショット領
域の位置を確実に検出することができる位置検出方法を
提供することにある。

【０００８】本発明の第２の目的は、マスクのパターン
を所定枚数の基板に順次転写するに際し、基板の回転量
が大きい場合であっても各基板上の複数のショット領域
の位置を迅速・かつ確実に検出することによりスループ
ットの向上を図ることができる露光方法及び露光装置を
提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、基板（Ｗ）上の複数のショット領域の位置を検出す
る位置検出方法であって、基板の中心付近にある第１パ
ターン（６０，６２）の位置を検出する第１工程と；前
記第１工程の結果に基づいて前記基板（Ｗ）上の周辺部
に位置する複数の第２パターン（５０，５２）の位置を
算出する第２工程と；前記第２工程の算出結果を利用し
て前記第２パターンを検出し、この検出結果に基づいて
前記基板の回転量及び基板中心位置を算出する第３工程
とを含む。

【００１０】これによれば、基板の回転量及びその中心
位置を正確に算出するための外周付近の複数の第２パタ
ーンの位置を検出するのに先立って、基板の回転による
位置ずれ量が小さい基板の中心付近にある第１パターン
の位置を検出するようにしたことから、基板に大きな回
転があっても、第１パターンを確実に検出することがで
きる。そして、第１パターンと第２パターンとの既知の
位置関係を用い、第１パターンの位置の検出結果に基づ
いて基板の外周付近に位置する複数の第２パターンの位
置を算出（予測）し、これを検出するので、第２パター
ンも確実に検出することが可能になる。そして、この第
２パターンの検出結果に基づいて、基板の回転量と中心
位置とを算出するので、これらを正確に算出することが
できる。

【００１１】従って、基板の回転量と中心位置を正確に
検出することができ、例えば、第２パターンとしてサー
チ・アライメント・マークを用いた場合に、サーチ・ア
ライメントエラー、異なるパターンからの信号の誤検出
等の発生を防止することが可能になる。これにより、基
板中心との位置関係が既知の各ショット領域の位置を確
実に検出することが可能になる。

【００１２】この場合において、請求項２に記載の発明
の如く、請求項１に記載の位置検出方法において、前記
第３工程の算出結果に基づいて、前記基板（Ｗ）上の複
数のショット領域の位置を決定するための複数の位置合
わせ用マークの位置を順次検出する第４工程を更に含ん
でいても良い。かかる場合には、基板の熱変形等により
各ショット領域の位置が所期の位置からずれていても、
位置合わせ用マークの位置検出結果からＥＧＡ等により
基板上の複数のショット領域の位置を正確かつ迅速に求
めることができる。

【００１３】請求項１に記載の位置検出方法において、
第１パターンの検出方法は種々考えられるが、例えば請
求項３に記載の発明の如く、前記第１工程における第１
パターン（６０，６２）の位置検出は、画像認識により
行っても良い。かかる場合には、認識可能な第１パター
ンとして、マークだけでなく、例えばショットのコー
ナ、スクライブ・ライン（又はストリートライン）、あ
るいはパターンそのもののように特定の形状を持ったも
のであれば全て計測が可能となる。第１パターンを画像
認識する場合、基板の回転量が大きくなると対象となる
パターンが視野から外れる可能性があるため、できるだ
け基板の中心に近いパターンを選択するようにすれば良
い。

【００１４】上記請求項１又は２に記載の位置検出方法
において、請求項４に記載の発明の如く、前記第１工程
は、前記第１パターンの位置検出結果に基づいて前記基
板（Ｗ）の回転量を少なくとも求める工程を含んでいて
も良い。かかる場合には、第１工程において、基板の回
転量が求められるため、この回転量に基づいて基板上の
周辺部に位置する複数の第２パターンの位置をより正確
に算出（予測）することが可能になる。

【００１５】請求項５に記載の発明は、マスク（Ｒ）の
パターンを所定枚数の基板（Ｗ）に順次転写する露光方
法において、前記各基板に対し前記マスクのパターンを
転写するに先立って、前記マスクのパターンと前記基板
上のショット領域とを重ね合わせるために前記基板上の
ショット領域の位置を、請求項１〜４のいずれか一項に
記載の位置検出方法により検出することを特徴とする。

【００１６】これによれば、マスクのパターンを所定枚
数の各基板に対して順次転写するのに先立って、マスク
のパターンと基板上のショット領域とを重ね合わせるた
めに基板上のショット領域の位置を、請求項１〜４のい
ずれかの位置検出方法を用いて検出するようにしたこと
から、基板に大きな回転があっても、その基板の回転量
と中心位置、又はその基板の回転量、中心位置及び各シ
ョット領域の位置を決定するための複数の位置合わせ用
マークの位置を求めることができ、これらに基づいて基
板上の複数のショット領域の位置を確実に求めることが
できる。従って、位置検出のやり直しや基板の外形基準
によるアライメント精度の調整等が不要になるので、結
果的にスループットの向上を図ることができる。

【００１７】請求項６に記載の発明は、マスク（Ｒ）の
パターンを所定枚数の基板（Ｗ）に順次転写する露光方
法において、第１枚目の基板に対するマスクパターンの
転写に先立って、前記第１枚目の基板の中心付近にある
第１パターン（６０，６２）の位置を検出する第１工程
と；前記第１工程で求めた結果に基づいて前記基板
（Ｗ）上の周辺部に位置する複数の第２パターン（５
０，５２）の位置を算出する第２工程と；前記第２工程
の算出結果を利用して前記第２パターンを検出し、この
検出結果に基づいて前記基板の回転量及び基板中心位置
を算出する第３工程とを含み、第２枚目以降の各基板に
対するマスクパターンの転写に先立って、前記第１、第
２工程の結果を利用して前記第２パターンを検出し、こ
の検出結果に基づいて前記基板の回転量及び基板中心位
置を算出することを特徴とする。

【００１８】すなわち、本発明は、同一の処理工程にお
いて複数枚の基板を処理する場合、第１枚目と第２枚目
以降とでは基板上の各パターン、従って第２パターンの
位置はそれ程ばらつきがないと考えられるので、第１枚
目の基板の第２パターンの算出位置を２枚目以降にもそ
のまま使い、第２パターンを検出することとしたもので
ある。これにより、位置検出処理の一部を省略して位置
検出精度を殆ど低下させることなく、一層スループット
を向上させることが可能になる。

【００１９】請求項７に記載の発明は、マスク（Ｒ）の
パターンを所定枚数の基板（Ｗ）上に順次転写する露光
装置であって、前記基板（Ｗ）を２次元方向に駆動する
基板駆動装置（２４）と；前記基板（Ｗ）上のパターン
を検出する検出系（２８）と；前記基板駆動装置を介し
て前記基板の前記検出系に対する位置を制御しつつ、前
記基板の中心付近にある少なくとも２箇所の第１パター
ン（６０，６２）の位置を検出する第１の制御装置（３
２）と；前記第１の制御装置の検出結果に基づいて少な
くとも前記基板の第１の回転量（θ_pre）を算出する第
１の演算装置（３２）と；前記第１の演算装置の演算結
果と設計値とに基づいて前記基板上の周辺部に位置する
複数の第２パターン（５０，５２）の位置を算出する第
２の演算装置（３２）と；前記第１、第２の演算装置の
演算結果を記憶する記憶手段（４６）と；前記第２パタ
ーンの位置算出結果に基づいて、前記基板駆動装置を介
して前記基板の前記検出系に対する位置を制御しつつ、
前記第２パターンを検出する第２の制御装置（３２）
と；前記第２の制御装置の検出結果に基づいて前記基板
の第２の回転量（θs ）及び基板中心位置を算出する第
３の演算装置（３２）とを備える。

【００２０】これによれば、所定枚数の基板上にマスク
のパターンを順次転写するに際し、基板の回転による位
置ずれ量が小さい基板の中心付近にある少なくとも２箇
所の第１パターンの位置が第１の制御装置により検出さ
れ、その検出結果に基づいて第１の演算装置により基板
の第１の回転量が算出されるので、基板に大きな回転が
あっても、第１パターンを確実に検出することができる
とともに、基板の第１の回転量を求めることができる。
そして、第２の演算装置により、その求められた基板の
第１の回転量と設計値とに基づいて基板上の周辺部に位
置する複数の第２パターンの位置が算出され、第１、第
２の演算装置の演算結果が記憶手段に記憶される。そし
て、第２の制御装置により、第２パターンの位置算出結
果に基づいて第２パターンが検出されるので、第２パタ
ーンも確実に検出することが可能になる。そして、第３
の演算装置によって、第２の制御装置の検出結果に基づ
いて基板の第２の回転量及び基板中心位置が算出される
ので、これらを正確に算出することができる。

【００２１】これにより、基板に大きな回転があって
も、基板の回転量と中心位置を正確に検出することがで
き、基板中心との位置関係が既知の各ショット領域の位
置を確実に検出することが可能になる。従って、位置検
出のやり直しや基板の外形基準によるアライメント精度
の調整等が不要になり、結果的にスループットの向上を
図ることができる。ここで、例えば第２パターンとして
サーチ・アライメント・マークを用いた場合に、サーチ
・アライメントエラー、異なるパターンからの信号の誤
検出等の発生を防止することが可能になる。

【００２２】上記請求項７に記載の露光装置において、
請求項８に記載の発明の如く、前記第２の制御装置（３
２）は、前記所定枚数の基板（Ｗ）の内の第２枚目以降
の基板について、前記記憶手段（４６）に記憶された演
算結果に基づいて、前記基板駆動装置（２４）を介して
前記基板の前記検出系（２８）に対する位置を制御しつ
つ、前記第２パターン（５０，５２）を検出するもので
あっても良い。かかる場合には、請求項６に記載の発明
と同様に、位置検出精度を低下させることなく、スルー
プットを向上させることが可能になる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て、図１ないし図４に基づいて説明する。図１には、一
実施形態に係る露光装置１０の概略構成が示されてい
る。この露光装置１０は、ステップ・アンド・スキャン
方式の走査型露光装置である。

【００２４】この露光装置１０は、光源を含み露光用照
明光ＩＬによりマスクとしてのレチクルＲを照明する照
明系１２、レチクルＲを保持するレチクルステージ１
４、レチクルステージ１４の駆動装置１６、レチクルＲ
に形成されたパターンをウエハＷ上に投影する投影光学
系ＰＬ、ウエハＷを保持してＸＹ２次元平面内を移動す
るウエハステージ２２、ウエハステージ２２を駆動する
基板駆動装置としてのウエハ駆動装置２４、検出系とし
てのオフアクシス（off-axis）方式のアライメント顕微
鏡２８及び装置全体を統括的に制御する主制御系３２等
を備えている。

【００２５】照明系１２は、光源、シャッタ、オプチカ
ルインテグレータ（フライアイレンズ）等を含む照度均
一化光学系、照明系開口絞り、照明光の照明フィールド
を制限する視野絞り（レチクルブラインド）等（いずれ
も図示せず）を含んで構成されている。この照明系１２
では、光源から射出される露光用照明光ＩＬの一様化や
スペックルの低減等を行い、次に述べるレチクルステー
ジ１４上に保持されたレチクルＲの上記視野絞りで規定
された矩形あるいは円弧状の所定の照明領域を露光用照
明光により均一かつ所定の照明条件にて照明する。

【００２６】ここで、露光用照明光ＩＬとしては、例え
ば超高圧水銀ランプの紫外域の輝線（ｉ線、ｇ線）や、
ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキ
シマレーザ（波長１９３ｎｍ）あるいはＦ₂エキシマレ
ーザ（波長１５７ｎｍ）等のエキシマレーザ光等が用い
られる。

【００２７】レチクルステージ１４上には、所定のパタ
ーンが形成されたレチクルＲが載置され、このレチクル
Ｒは不図示のレチクルホルダにより保持されている。こ
のレチクルステージ１４は、リニアモータを駆動源とす
る駆動装置１６によってレチクルベース３４上を所定の
走査方向（ここではＹ方向とする）に所定ストロークで
駆動されるようになっている。また、このレチクルステ
ージ１４は、駆動装置１６によって走査方向に直交する
非走査方向（Ｘ方向）及びＸＹ面に直交するＺ軸回りの
回転方向（θ方向）にも微小駆動されるようになってい
る。駆動装置１６は、主制御系３２によって制御され
る。なお、駆動装置１６は、前記の如くリニアモータを
駆動源とする機構であるが、図１では図示の便宜上から
単なるブロックとして示されている。

【００２８】レチクルステージ１４のＸＹ面内の位置
は、レーザ干渉計システム１５によって所定の分解能、
例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時計測されてお
り、このレーザ干渉計システムの計測値が主制御系３２
に供給されている。

【００２９】前記投影光学系ＰＬとしては、ここでは、
Ｚ軸方向の共通の光軸を有する複数枚のレンズエレメン
トから成り、両側テレセントリックで所定の縮小倍率、
例えば１／４又は１／５を有する屈折光学系が使用され
ている。このため、後述する走査露光時には、レチクル
Ｒ上のパターンがウエハＷ上に縮小投影される。

【００３０】前記ウエハステージ２２は、平面モータ等
によって投影光学系ＰＬの図１における下方で不図示の
ベース上を走査方向であるＹ方向（図１における紙面直
交方向）及び非走査方向であるＸ方向（図１における紙
面内左右方向）に２次元移動する。このウエハステージ
２２上にウエハホルダ３６が載置され、このウエハホル
ダ３６によってその表面にレジストが塗布されたウエハ
Ｗが真空吸着等によって固定されている。

【００３１】なお、ウエハステージ２２は、実際には、
投影光学系ＰＬの光軸に直交するＸＹ面内でウエハＷを
２次元的に位置決めするＸＹステージ、投影光学系ＰＬ
の光軸方向（Ｚ方向）にウエハＷを位置決めするＺステ
ージ、及びウエハＷをＺ軸回りに微小回転させるθステ
ージ等より構成されているが、図１ではこれらが代表的
にウエハステージ２２として示されている。また、ウエ
ハ駆動装置２４は、ＸＹステージを駆動する上記平面モ
ータ、Ｚステージ、θステージの駆動系を代表的に示す
ものである。

【００３２】また、ウエハステージ２２の上面には移動
鏡３８が固定され、この移動鏡３８に対向してウエハス
テージ２２の位置を所定の分解能、例えば０．５〜１ｎ
ｍ程度の分解能で計測する干渉計システム４０が配置さ
れている。なお、実際には、ウエハステージ２２上に
は、Ｘ軸に垂直な反射面を有するＸ移動鏡及びＹ軸に垂
直な反射面を有するＹ移動鏡とが設けられ、これに対応
して、レーザー干渉計も２つのＸ軸用のレーザー干渉計
と、２つのＹ軸用のレーザー干渉計とが設けられている
が、図１ではこれらが代表的に移動鏡３８、干渉計シス
テム４０として示されている。干渉計システム４０の計
測値は、主制御系３２に供給されており、主制御系３２
は、前記４つの干渉計の計測値をモニタしつつウエハ駆
動装置２４を介して、ウエハステージ２２を制御する。

【００３３】また、ウエハステージ２２の上面には、後
述するアライメント顕微鏡２８の検出中心とレチクルパ
ターン像の投影中心である投影光学系ＰＬの光軸中心と
の距離であるベースライン距離を計測するための基準マ
ーク等の各種の基準マークが形成された基準板ＦＰも載
置されている。この基準板ＦＰの表面はウエハＷ表面と
ほぼ同一高さとされている。

【００３４】前記オフアクシス方式のアライメント顕微
鏡２８は、投影光学系ＰＬ下部の側方に配置されてい
る。このアライメント顕微鏡２８としては、本実施形態
では、ハロゲンランプ等を光源とし、ウエハＷ上のフォ
トレジストを感光させない非感光性の光であって、ある
帯域幅（例えば２００ｎｍ程度）を持つブロードバンド
（広帯域）光でウエハＷ上のマーク（又はパターン）を
照明し、このマークを撮像素子により撮像してその撮像
信号を出力する画像処理方式の結像式アライメント顕微
鏡が用いられている。

【００３５】このアライメント顕微鏡２８は、その検出
中心である不図示の指標中心とウエハＷ上に形成された
位置合わせ用マークとしてのアライメントマーク（又は
基準板ＦＰ上の基準マーク）との相対位置に応じた信号
を出力する。このアライメント顕微鏡２８からの信号
は、装置全体を統括制御するマイクロコンピュータ（又
はワークステーション）から成る主制御系３２に供給さ
れるようになっている。

【００３６】主制御系３２は、アライメント顕微鏡２８
からの検出信号に基づいて所定の演算処理を行い、マー
ク位置を求めるようになっている。この主制御系３２に
は、演算により求めたマーク位置の検出結果等を記憶す
るための記憶手段としてのメモリ４６が併設されてい
る。この主制御系３２によるアライメント処理について
は、後に詳述する。

【００３７】本実施形態では、上記のアライメント顕微
鏡２８が、ウエハＷの概略位置計測のためのサーチ・ア
ライメント時のウエハＷ上の複数の１次元マークの位置
検出や、ウエハＷ上の各ショット領域の正確な位置計測
のためのファイン・アライメント時のファイン・アライ
メント・マークの位置検出等に用いられる。

【００３８】次に、上述のようにして構成された本実施
形態の露光装置１０により、所定枚数、ここでは１ロッ
ト（２５枚）のウエハＷに対して第２層目（セカンドレ
イヤ）以降の層の露光処理を行う際の動作について、図
２〜図４を参照しつつ説明する。

【００３９】まず、不図示のレチクルローダにより、レ
チクルステージ１４上にレチクルＲがロードされ、主制
御系３２では、レチクルアライメント及びベースライン
計測を行う。具体的には、主制御系３２では、ウエハ駆
動装置２４を介してウエハステージ２２上の基準板ＦＰ
を投影光学系ＰＬの直下に位置決めし、不図示のレチク
ルアライメント顕微鏡を用いてレチクルＲ上のレチクル
アライメントマークと基準板上の第１基準マークとの相
対位置を検出した後、ウエハステージＷＳＴを所定量、
例えばベースライン量の設計値だけＸＹ面内で移動し
て、アライメント顕微鏡２８を用いて基準板ＦＰ上の第
２基準マークを検出する。このとき、主制御系３２で
は、このとき得られるアライメント顕微鏡２８の検出中
心と第２基準マークの相対位置関係及び先に計測したレ
チクルアライメントマークと基準板ＦＰ上の第１基準マ
ークとの相対位置と、それぞれに対応する干渉計システ
ム４０の計測値とに基づいて、ベースライン量を計測す
る。

【００４０】このような準備作業の終了後、図２のフロ
ーチャートに示される動作が開始される。

【００４１】まず、ステップＳ１００において、主制御
系３２では不図示のウエハローダの制御系に１ロット内
の第１枚目のウエハＷのロードを指示する。これによ
り、ウエハローダによって、ウエハＷがウエハステージ
２２上のウエハホルダ３６上にロードされる。このウエ
ハＷのロードが行われるローディングポジションは、こ
こでは、アライメント顕微鏡２８の真下にウエハステー
ジ２２上の基準板ＦＰの第２基準マークが位置する上記
のベースライン計測の終了時の位置であるものとする。

【００４２】次に、ステップＳ１０２において、第１枚
目のウエハＷに対して本実施形態の特徴的動作であるプ
リサーチ・アライメントを実行する。ここで、このウエ
ハＷのプリサーチ・アライメントについて詳述する。

【００４３】ウエハＷ上の各ショット領域には、前層ま
での露光の際に、レチクルパターンと共にサーチ・アラ
イメントマークが転写形成されている。

【００４４】そこで、主制御系３２では、アライメント
顕微鏡２８の倍率を低倍率に設定し、この状態で干渉計
システム４０の計測値をモニタしつつウエハ駆動装置２
４を介してウエハステージ２２を移動させ、図３に示さ
れるウエハＷ上の第１パターンとしてのプリサーチ・ア
ライメント・マーク、すなわちＹ’マーク６０、θ’マ
ーク６２の基準位置（設計値）からの位置ずれ量を順次
計測する。ここで、Ｙ’マーク６０、θ’マーク６２
は、図３に示されるように、ウエハＷ上の各ショット領
域に形成されたサーチ・アライメント・マークの内、ウ
エハＷの中心付近に位置する予め選択されたショット領
域（プリサーチ・アライメント・ショットと呼ぶ）内に
位置するサーチ・アライメント・マークである。

【００４５】ここで、上記のプリサーチ・アライメント
・ショット（Ｙ’マーク６０、θ’マーク６２）の選択
の仕方について、図４に基づいて説明する。この図４
は、ウエハＷが、その中心点Ｏを中心として破線で示す
基準線（θ方向の位置ずれ（回転ずれ）零の線）から角
度θだけ回転した場合に、ウエハＷ面上に形成された
Ｙ’マーク６０、θ’マーク６２が計測方向にずれた状
態を示している。ここで、この図４において、Ｙ’マー
ク６０、θ’マーク６２の中心点Ｏからの距離は設計上
ともにＬ’であるものとする。

【００４６】ここで、角θは実際には、不図示のプリア
ライメント装置で中心出し及び回転調整が行われた後、
ウエハローダからウエハホルダ３６に渡される際に生じ
たウエハＷの回転ずれであり、実際には微小角であるか
ら、次の近似式が成立する。

【００４７】 ΔＹ’＝Ｌ’ｓｉｎθ≒Ｌ’θ ……（１）従って、θ＝ΔＹ’／Ｌ’ ……（２）

【００４８】ここで、ΔＹ’は、Ｙ方向のオフセットが
ないものとした場合のＹ’マーク６０、θ’マーク６２
の計測方向であるＹ方向の位置ずれの絶対値である。な
お、図３から明らかなように、Ｙ’マーク６０、θ’マ
ーク６２は、ウエハ中心Ｏを通るＸ軸上にはなく、該Ｘ
軸に対して所定角度の方向にあるが、ウエハＷの回転の
みによってＹ’マーク６０、θ’マーク６２に生じる位
置ずれ量をΔＬ’＝（ΔＸ’，ΔＹ’）とすると、θが
微小角であることより、ΔＬ’≒ΔＹ’が成立するの
で、ΔＬ’に代えてΔＹ’を用いた上記（２）式により
ウエハ回転角θが求められると考えて何ら問題はない。

【００４９】上記の位置ずれの絶対値ΔＹ’は、上記式
（１）より明らかなように、ウエハＷの回転角、ウエハ
中心からのマークまでの距離が大きい程大きくなる。従
って、定められた信号取り込み範囲（検出範囲）を一定
とした場合、ウエハの周辺に行く程、検出エラーが発生
し易くなる。

【００５０】そこで、信号の取り込み範囲をＷ、予想さ
れるウエハＷの回転量の最大値をθ_max、マーク設計値
のマージンをＭとして、次式（３）を満たすようなＬ’
をウエハ中心Ｏからの距離とするサーチ・アライメント
・マークをプリサーチ・アライメント・マーク（Ｙ’マ
ーク６０，θ’マーク６２）として選択するのである。Ｗ≧Ｌ’｜ｓｉｎθ_max｜＋Ｍ ……（３）

【００５１】ここでは、図３のＹ’マーク６０、θ’マ
ーク６２が上記（３）式を満たすものとする。

【００５２】図２に戻り、次のステップＳ１０４におい
て、主制御系３２では、上記のＹ’マーク６０、θ’マ
ーク６２の位置の計測結果に基づいて、Ｙ方向のオフセ
ット量δＹを算出するとともに、それを用いてウエハＷ
の第１の回転量であるウエハ・ローテーションθ_preを
算出し、それらの算出結果をメモリ４６に記憶する。

【００５３】ここで、Ｙオフセット量を算出するのは、
次のような理由による。すなわち、ウエハＷは回転のみ
でなくＸ方向、Ｙ方向オフセットも存在すると考えられ
るがＸ方向のオフセットはウエハ・ローテーションθ
_preの算出のためには、考慮する必要がないので無視で
きる。しかし、Ｙ方向オフセットが存在すると、上記式
（２）をθ_preを求めるためにそのまま適用できないか
らである。

【００５４】すなわち、主制御系３２では、Ｙ’マーク
６０、θ’マーク６２の計測方向の位置ずれ（ここでは
便宜上ΔＹ’₁、ΔＹ’₂と呼ぶ）に基づいて、次式
（４）により、Ｙ方向オフセット量δＹを算出する。

【００５５】 δＹ＝（ΔＹ’₁＋ΔＹ’₂）／２ ……（４）ここで、ΔＹ’₁、ΔＹ’₂は、マーク位置が基準位置
（設計値）より大きい場合、正の値をとり、その反対の
場合は負の値になるものとする。

【００５６】次に、主制御系３２では上記δＹだけ例え
ばθ’マーク６２の計測方向の位置ずれΔＹ’₂を補正
し、その補正後の値をΔＹ’として、上記（２）式を用
いて、ウエハ・ローテーションθ_preを算出する。

【００５７】次のステップＳ１０６で、主制御系３２
は、上記ステップＳ１０４で算出したＹオフセットδＹ
及びウエハ・ローテーションθ_preに基づいて、ウエハ
Ｗの周辺部に位置する予め選択されたサーチ・アライメ
ント・マーク（Ｙマーク５０，θマーク５２）の位置を
演算によって予測し、その予測結果をメモリ４６に記憶
する。

【００５８】ここでは、図３に示されるＹマーク５０、
θマーク５２がそれぞれ選択されているものとする。こ
れらのマークは、図４に示されるように、設計上ウエハ
Ｗの中心ＯからＹ’マーク６０、θ’マーク６２のそれ
ぞれと同一方向に距離Ｌの位置にあるものとする。

【００５９】図４から明らかなように、Ｙオフセットδ
Ｙが無い状態ではＹマーク５０、θマーク５２は、計測
方向に−Ｌｓｉｎθ_pre、Ｌｓｉｎθ_preだけ設計上の
座標位置からずれた位置にあると予測できることがわか
る。そこで、主制御系３２では、Ｙ方向オフセットδＹ
を考慮し、次式（５）、（６）の演算を行って、設計値
からのＹマーク５０、θマーク５２の計測方向の位置ず
れ量ΔＹ₁、ΔＹ₂を算出する。

【００６０】 ΔＹ₁＝−Ｌｓｉｎθ_pre＋δＹ ……（５） ΔＹ₂＝Ｌｓｉｎθ_pre＋δＹ ……（６）

【００６１】次のステップＳ１０８において、主制御系
３２では、上記式（５）、（６）の演算結果を基に、Ｙ
マーク５０、θマーク５２の設計上の座標位置からＹ方
向にΔＹ₁、ΔＹ₂だけずれた位置を中心に所定の信号
取り込み範囲内でアライメント顕微鏡２８の信号を取り
込み、Ｙマーク５０、θマーク５２の位置を検出するサ
ーチ・アライメントを行う。

【００６２】そして、次のステップＳ１１０において、
主制御系３２では、上記のウエハＷ周辺部のサーチ・ア
ライメント・マーク（Ｙマーク５０，θマーク５２）の
検出結果に基づいて、再度第２の回転量としてのウエハ
・ローテーションθs を算出するとともに、ウエハＷの
中心位置を算出する。

【００６３】ここで、ウエハ・ローテーションθs を再
度算出するのは、ウエハＷの回転量は、ウエハ中心から
の距離が遠いマークを用いるほど、より正確に求めるこ
とができるからである。すなわち、計測値である位置ず
れ量ΔＹ₁’，ΔＹ₂’、及びΔＹ₁，ΔＹ₂には、同
一量の計測誤差が含まれると考えられるので、先に求め
たウエハ・ローテーションθ_preより、例えば次式
（７）により求まるウエハ・ローテーションθs を求め
る方が、より正確に求められる。

【００６４】 θs ＝（ΔＹ₂ーδＹ）／Ｌ ……（７）なお、ウエハ・ローテーションθs は、Ｙマーク５０、
θマーク５２のステージ座標系上の位置座標（Ｙ座標）
の差と、両者間の距離間隔とを用いて求めることは勿論
可能である。この点は、前述したθ_preを求める場合も
同様である。

【００６５】また、Ｘ方向オフセットは無視できる程度
に小さいものと考えて、設計値、例えば０をそのまま用
い、Ｙ方向については、上記Ｙオフセットをそのまま用
いて、ウエハ中心位置として、Ｏ’（０、δＹ）を算出
する。

【００６６】上記のウエハ・ローテーションθs 及びウ
エハ中心位置の算出が終了すると、次のステップＳ１１
２において、ＥＧＡ計測の対象となるウエハ上の複数シ
ョット（ＥＧＡサンプリングショット）に付設されたフ
ァイン・アライメント・マーク（以下、便宜上「サンプ
リング・マーク」と呼ぶ）の位置を、それぞれの設計値
と上で求めたウエハ・ローテーションθs とウエハ中心
位置Ｏ’とに基づいて算出する。

【００６７】そして、ステップＳ１１４において、主制
御系３２では、アライメント顕微鏡２８の倍率を高倍率
に設定し、この状態で、上記ステップＳ１１２で求めた
各サンプリング・マークがアライメント顕微鏡２８の真
下になる位置に、干渉計システム４０の計測値をモニタ
しつつウエハ駆動装置２４を介してウエハステージ２２
を順次位置決めしつつ、アライメント顕微鏡２８を用い
て各サンプリングマークを検出する。この際、主制御系
３２では、各サンプリング・マークの検出時のアライメ
ント顕微鏡２８の計測値とそのときの干渉計システム４
０の計測値とに基づいて、各サンプリング・マークの座
標位置を検出する。

【００６８】次のステップＳ１１６で、主制御系３２で
は、例えば特開昭６１ー４４４２９号公報に開示される
ような最小自乗法を用いた統計演算を行い、ウエハＷ上
の各ショット領域の配列に関するローテーションθ、
Ｘ，Ｙ方向のスケーリングＳｘ，Ｓｙ、直交度Ｏ_rt、
Ｘ，Ｙ方向のオフセットＯｘ、Ｏｙの６つのパラメータ
を算出する。

【００６９】次いで、主制御系３２では、ステップＳ１
１８において上記６つのパラメータを所定の演算式に代
入して、ウエハＷ上の各ショット領域の配列座標、すな
わち重ね合せ補正位置を算出する。

【００７０】なお、上記のステップＳ１１４、Ｓ１１
６、Ｓ１１８の処理の具体的内容は、例えば上記特開昭
６１ー４４４２９号公報等に詳細に開示されており、公
知であるから、詳細な説明については省略する。

【００７１】その後、主制御系３２では、上で求めた各
ショット領域の配列座標と予め計測したベースライン距
離とに基づき、ウエハＷ上の各ショット領域の露光のた
めの走査開始位置にウエハＷを順次ステッピングさせる
動作と、レチクルステージ１４とウエハステージ２２と
を走査方向に同期移動させつつレチクルパターンをウエ
ハ上に転写する動作とを、繰り返して、ステップ・アン
ド・スキャン方式による露光動作を行う。これにより、
ロットの第１枚目のウエハに対する露光処理が終了す
る。

【００７２】次いで、ウエハ交換が行われ、ロットの第
２枚目のウエハに対する露光処理動作が行われるが、本
実施形態では、第１枚目のウエハＷのプリサーチ・アラ
イメント（ステップＳ１０２）によって得られたウエハ
回転量θ_preに基づいて算出されたサーチ・アライメン
ト・マーク位置の予測結果がメモリ４６に記憶されてい
る（ステップＳ１０６）ので、ステップＳ１０２、Ｓ１
０４、及びステップＳ１０６の処理を省略し、メモリ４
６内の情報を用いてステップＳ１０８のサーチ・アライ
メント以降の処理を行うようになっている。

【００７３】なお、何らかの理由により、ロットの第１
枚目と第２枚目でサーチ・アライメントの対象とするＹ
マーク、θマークの選択を変更する場合には、ステップ
Ｓ１０４でメモリ４６内に記憶されたＹオフセット、ウ
エハ回転量θ_preを読み出し、それを用いてサーチ・ア
ライメント・マークの位置を算出した後、この算出結果
に基づいてステップＳ１０８のサーチ・アライメント以
降の処理を行っても良い。

【００７４】ロットの３枚目以降のウエハの露光処理に
あたっても２枚目と同様に、ウエハ交換後に、ステップ
Ｓ１０８又はＳ１０６から処理を開始すれば良い。

【００７５】このように、ロットの第２枚目以降でプリ
サーチ・アライメントを省略できるのは、同一ロット内
ではウエハＷの回転量がロットの先頭のウエハとほぼ同
じとみなしても通常は不都合が生じないからである。

【００７６】これまでの説明から明らかなように、本実
施形態では主制御系３２の機能によて、第１の制御装
置、第１の演算装置、第２の演算装置、第２の制御装置
及び第３の演算装置が実現されるが、これに限らず、そ
れぞれを個別のハードウェア（プロセッサ等）によって
実現しても良く、あるいはこれらの任意の組み合わせを
複数のハードウェア（プロセッサ等）によって実現して
も勿論構わない。

【００７７】以上説明したように、本実施形態による
と、ウエハＷの回転量（θs ）及びその中心位置を正確
に算出するための外周付近のサーチ・アライメント・マ
ーク５０、５２を検出する（ステップＳ１０８）のに先
立って、ウエハＷの回転による位置ずれ量が小さいウエ
ハＷの中心付近にあるプリサーチ・アライメント・マー
ク６０、６２を検出する（ステップＳ１０２）ことか
ら、ウエハＷに大きな回転があっても、アライメント顕
微鏡２８の信号取り込み範囲（検出範囲）を広げること
なく、プリサーチ・アライメント・マーク６０、６２を
確実に検出することができる。

【００７８】そして、プリサーチ・アライメント・マー
ク６０、６２とサーチ・アライメント・マーク５０、５
２の既知の位置関係を用い、プリサーチ・アライメント
・マーク６０、６２の位置の検出結果に基づいてサーチ
・アライメント・マーク５０、５２の位置を算出（予
測）し（ステップＳ１０６）、これを検出するので、サ
ーチ・アライメント・マーク５０、５２についても検出
範囲を広げることなく、確実に検出することができる。
そして、サーチ・アライメント・マーク５０、５２の位
置検出結果に基づいてウエハＷの回転量θs と中心位置
とを算出するので（ステップＳ１１０）、これらを正確
に算出することができる。

【００７９】従って、パターンの検出範囲を広げること
なく、ウエハＷの回転量θs と中心位置を正確に検出す
ることができ、サーチ・アライメントエラー、異なるパ
ターンからの信号の誤検出等の発生を防止することが可
能になる。

【００８０】また、上記のウエハＷの回転量θs と中心
位置の検出結果に基づいて、ウエハＷ上の複数のＥＧＡ
サンプリング・マークを順次検出するので（ステップＳ
１１２、Ｓ１１４）、ウエハＷの熱変形等により各ショ
ット領域の位置が所期の位置からずれていても、サンプ
リング・マークの位置検出結果からＥＧＡ演算によりウ
エハＷ上の複数のショット配列座標を正確かつ迅速に求
めることができる（ステップＳ１１６、Ｓ１１８）。

【００８１】また、本実施形態によると、同一の処理工
程において処理される１ロットのウエハを処理する場
合、ロットの第１枚目のウエハＷ上のサーチ・アライメ
ント・マーク位置の予測結果をメモリ４６に記憶し、そ
の予測結果を第２枚目以降にもそのまま使い、サーチ．
アライメントを実行することから、位置検出精度を殆ど
低下させることなく、一層スループットを向上させるこ
とが可能になる。

【００８２】さらに、本実施形態の露光装置及びその露
光方法並びにアライメント方法によると、ウエハの回転
にもかかわらずサーチ・アライメントが可能となるた
め、異なる装置との間で、ミックス・アンド・マッチを
行う場合であってもプリアライメントずれの調整が不要
である。

【００８３】なお、上記実施形態では、プリサーチ・ア
ライメントをロットの１枚目のウエハＷに対してのみ行
うようにしたが、２枚目以降のウエハＷに対してもプリ
サーチ・アライメントを行うか否かについて選択可能な
ように構成しておいても良い。

【００８４】また、上記実施形態では、プリサーチ・ア
ライメント・マーク６０、６２の位置の検出結果に基づ
いて、ウエハＷの回転量θ_preを求める（ステップＳ１
０４）場合について説明したが、これはサーチ・アライ
メント・マーク５０、５２の位置を正確に算出（予測）
するためにこのようにしたものである。しかしながら、
本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、上
記実施形態のようにアライメント顕微鏡として画像処理
方式（画像認識を用いる方式）の顕微鏡を用いる場合に
は、認識可能な第１パターンとしては、例えばショット
のコーナー、スクライブ・ライン（又はストリートライ
ン）、あるいはパターンそのもののように特定の形状を
持ったものであれば全て計測が可能となる。従って、上
記のプリサーチ・アライメント・マークに代えて、第１
パターンとしてＸ，Ｙ両方向の位置が計測可能なパター
ンを用いる場合には、この計測結果からウエハ回転を求
めることなく、第２パターン（サーチ・アライメント・
マーク５０、５２等）を求めることができる。

【００８５】但し、第１パターンを画像認識する場合、
ウエハの回転量が大きくなると対象となるパターンが視
野から外れる可能性がないとは言えないため、できるだ
けウエハＷの中心に近いパターンを選択することが望ま
しい。

【００８６】また、上記実施形態では、Ｙマーク５０、
θマーク５２の２つのサーチ・アライメント・マークを
検出するサーチ・アライメントを行う場合について説明
したが、これに限らず、これにＸマーク（計測方向がＸ
方向であるマーク）を加えた３つのマークを検出するよ
うにしても良い。かかる場合には、サーチ・アライメン
トの結果に基づいてウエハ中心位置を演算にてより正確
に求めることができる。

【００８７】なお、上記実施形態では、本発明がステッ
プ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置に適用され
た場合について説明したが、本発明の適用範囲がこれに
限定されるものではなく、本発明はステッパ等の静止型
露光装置等の他の装置にも好適に適用できる。

【００８８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る位置
検出方法によれば、基板の回転量が大きい場合であって
も基板上の複数のショット領域の位置を確実に検出する
ことができるという効果がある。

【００８９】また、本発明に係る露光方法及び露光装置
によれば、マスクのパターンを所定枚数の基板に順次転
写するに際し、基板の回転量が大きい場合であっても各
基板上の複数のショット領域の位置を迅速・かつ確実に
検出することによりスループットの向上を図ることがで
きるという従来にない優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図
である。

【図２】図１の露光装置におけるウエハ・アライメント
の手順を示すフローチャートである。

【図３】ウエハ・アライメントに際して、選択されるウ
エハ上のプリサーチ・アライメント・マーク及びサーチ
・アライメント・マークの配置を示す図である。

【図４】ウエハ中心Ｏからの距離がそれぞれ同一である
Ｙ’マーク５０、θ’マーク５２及びＹマーク６０、θ
マーク６２が同一直線上にあるものとしてウエハ・ロー
テーションの算出原理を説明するための図である。

【符号の説明】

１０…露光装置、２４…ウエハ駆動装置（基板駆動装
置）、２８…アライメント顕微鏡（検出系）、３２…主
制御系（第１の制御装置、第１の演算装置、第２の演算
装置、第２の制御装置、第３の演算装置）、４６…メモ
リ（記憶手段）、５０…Ｙマーク（第２パターン）、５
２…θマーク（第２パターン）、６０…Ｙ’マーク（第
１パターン）、６２…θ’マーク（第１パターン）、Ｒ
…レチクル（マスク）、Ｗ…ウエハ（基板）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 21/30 ５０２Ｍ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上の複数のショット領域の位置を検
出する位置検出方法であって、基板の中心付近にある第１パターンの位置を検出する第
１工程と；前記第１工程の結果に基づいて前記基板上の
周辺部に位置する複数の第２パターンの位置を算出する
第２工程と；前記第２工程の算出結果を利用して前記第
２パターンを検出し、この検出結果に基づいて前記基板
の回転量及び基板中心位置を算出する第３工程とを含む
位置検出方法。
【請求項２】前記第３工程の算出結果に基づいて、前
記基板上の複数のショット領域の位置を決定するための
複数の位置合わせ用マークの位置を順次検出する第４工
程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の位置検
出方法。
【請求項３】前記第１工程における第１パターンの位
置検出は、画像認識により行われることを特徴とする請
求項１に記載の位置検出方法。
【請求項４】前記第１工程は、前記第１パターンの位
置検出結果に基づいて少なくとも前記基板の回転量を求
める工程を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載
の位置検出方法。
【請求項５】マスクのパターンを所定枚数の基板に順
次転写する露光方法において、前記各基板に対し前記マスクのパターンを転写するに先
立って、前記マスクのパターンと前記基板上のショット領域とを
重ね合わせるために前記基板上のショット領域の位置
を、請求項１〜４のいずれか一項に記載の位置検出方法
を用いて検出することを特徴とする露光方法。
【請求項６】マスクのパターンを所定枚数の基板に順
次転写する露光方法において、第１枚目の基板に対するマスクパターンの転写に先立っ
て、前記第１枚目の基板の中心付近にある第１パターンの位
置を検出する第１工程と；前記第１工程の結果に基づい
て前記基板上の周辺部に位置する複数の第２パターンの
位置を算出する第２工程と；前記第２工程の算出結果を
利用して前記第２パターンを検出し、この検出結果に基
づいて前記基板の回転量及び基板中心位置を算出する第
３工程とを含み、第２枚目以降の各基板に対するマスクパターンの転写に
先立って、前記第１、第２工程の結果を利用して前記第２パターン
を検出し、この検出結果に基づいて前記基板の回転量及
び基板中心位置を算出することを特徴とする露光方法。
【請求項７】マスクのパターンを所定枚数の基板上に
順次転写する露光装置であって、前記基板を２次元方向に駆動する基板駆動装置と；前記
基板上のパターンを検出する検出系と；前記基板駆動装
置を介して前記基板の前記検出系に対する位置を制御し
つつ、前記基板の中心付近にある少なくとも２箇所の第
１パターンの位置を検出する第１の制御装置と；前記第
１の制御装置の検出結果に基づいて少なくとも前記基板
の第１の回転量を算出する第１の演算装置と；前記第１
の演算装置の演算結果と設計値とに基づいて前記基板上
の周辺部に位置する複数の第２パターンの位置を算出す
る第２の演算装置と；前記第１、第２の演算装置の演算
結果を記憶する記憶手段と；前記第２パターンの位置算
出結果に基づいて、前記基板駆動装置を介して前記基板
の前記検出系に対する位置を制御しつつ、前記第２パタ
ーンを検出する第２の制御装置と；前記第２の制御装置
の検出結果に基づいて前記基板の第２の回転量及び基板
中心位置を算出する第３の演算装置とを備える露光装
置。
【請求項８】前記第２の制御装置は、前記所定枚数の
基板の内の第２枚目以降の基板について、前記記憶手段
に記憶された演算結果に基づいて、前記基板駆動装置を
介して前記基板の前記検出系に対する位置を制御しつ
つ、前記第２パターンを検出することを特徴とする請求
項７に記載の露光装置。