WO1997001184A1

WO1997001184A1 - Procede de positionnement

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Publication number: WO1997001184A1
Application number: PCT/JP1996/001715
Authority: WO
Inventors: Yosuke Shirata
Original assignee: Nikon Corporation
Priority date: 1995-06-20
Filing date: 1996-06-20
Publication date: 1997-01-09
Also published as: KR970705830A; JPH097921A; US6002487A; JP3991165B2

Description

明細書

位置合わせ方法技術分野

本発明は、例えば統計的手法を用いて予測した配列座標に基づいてウェハ上の各ショット領域とマスクのパターンとの位置合わせを行う位置合わせ（ァライメント）方法に関し、ステッパー型の露光装置で位置合わせを行う場合にも適用できるが、特にステップ ·アンド 'スキャン方式の露光装置において、マスクとゥェハ上の各ショット領域との位置合わせを行う場合に好適なものである。背景技術

千.導体素子又は液晶表示素子等をフォトリソグラフイエ程で製造する際に、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フォトレジス卜が塗布されたウェハ（又はガラスプレート等）上の各ショット領域に転写する投影露光装置（ステッパー等）が使用されている。投影露光装置としては、ステッパー型の他に最近は、投影光学系に対する負担を重くすることなく露光面積を拡大するために、投影光学系に対してレチクルとウェハとを同期して走査するステップ .ァンド ·スキャン方式も使用されつつある。

例えば半導体素子は、ウェハ上に多数層の回路パターンを重ねて形成されるので、 2層目以降の回路パターンをウェハ上に投影露光する際には、ウェハ上の既に回路パターンが形成された各ショット領域とこれから露光するレチクルのパ夕 —ンとの位置合わせ、即ちウェハの位置合わせ（ウェハァライメント）を高精度に行う必要がある。従来の投影露光装置におけるウェハの高精度な位置合わせ方法として、例えば特閧昭 6 1— 4 4 4 2 9号公報で開示されているように、ゥェ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）に付設されたァライメントマーク（ウェハマーク）の座標位置を計測し、この計測結果を統計処理してウェハ上の各ショット領域の配列座標を算出するェンハンスト ·グロ一ノヽ -ル .ァライメント（以下、「E G A」と略称する）方式のァライメント方法が知られている。発明の開示

しかしながら、この E G A方式によるァライメント方法では、ウェハ上のショット領域の配列座標を線形的に求め、それに基づき位置合わせをしているため、ウェハがさまざまなプロセスを受けることにより生じるショット領域内の非線形な歪みやウェハそのものの非線形な歪みはァライメント誤差（重ね合わせ誤差）として残留していた。そのため、特に非線形な歪みが大きい場合には、高精度な位置合わせが困難であるという不都合があつた。

本発明は斯かる点に鑑み、ウェハ上の各ショット領域内、又はウェハ自体に非線形な歪みがある場合でもそれら各ショット領域とレチクルの露光パターンとを高精度に位置合わせできる位置合わせ方法を提供することを目的とする。

本発明による位置合わせ方法は、マスク（R ) に形成されたパターンを基板 (W) 上の各ショット領域に転写する露光装置で、その基板（W) の各ショット領域とそのマスク（R ) のパターンとの位置合わせを行うための位置合わせ方法において、その基板（W) 上の全部のショット領域のうち所定の複数のショット領域（2 1 a〜2 1 h ) に属する所定の基準点（2 2 a〜2 2 h) の配列座標をそれそれ計測する第 1工程（ステップ 1 0 1〜1 0 7 ) と、この第 1工程で計測された実測配列座標、及びその基板（W) 上の所定の複数個のショット領域（2 1 a〜2 1 h ) に属するその所定の基準点（ 2 2 a〜2 2 h ) の設計上の配列座標を統計処理して、その所定の基準点の実測配列座標の線形成分を算出する第 2 工程（ステップ 1 0 8， 1 0 9 ) と、その実測配列座標からその線形成分を差し引いて非線形成分を求める第 3工程（ステップ 1 1 0 ) と、この第 3工程で求められた非線形成分に基づきその基板上の各ショッ卜領域（21 a〜2 lh) の歪みを求める第 4工程（ステップ 111) と、を有するものである。

この場合、その第 4工程で検出された各ショット領域（21 a〜 21 h) の歪みに合わせてその基板（W) 上におけるそのマスクパターンの投影像を歪ませることが好ましい。

また、その第 4工程において、その第 1工程で計測された実測配列座標に基づきその所定の基準点（22a〜22h) を通る複数の曲線を近似し、この近似により得られる複数の曲線に基づいてその基板（W) 上の各ショット領域（21 a 〜2 lh) の輪郭を求めることが好ましい。

また、その露光装置の一例は、そのマスク（R) とその基板（W) とを相対的に走査してそのマスク（R) のパターンを逐次その基板（W) の各ショッ卜領域 (2 Id) に転写する走査露光型の露光装置であり、この場合、その基板（W) 上におけるそのマスク（R) のパターンの投影像を歪ませるために、そのマスク (R) とその基板（W) との相対走査中に、相対走査方向、走査方向での位置ずれ、及びその基板（W) の高さの少なくとも 1つを変化させることが好ましい。斯かる本発明の位置合わせ方法によれば、所定のショット領域の所定の基準点の配列座標の非線形成分を求めることにより、従来の技術では検出できなかった基板（W) の持つ非線形な^みを検出することができる。

また、第 4工程で検出された各ショヅト領域（21 a〜21 h) の歪みに合わせて基板（W) 上におけるマスクパターンの投影像を歪ませる場合には、非線形な誤差も補正可能になり、より高精度な位置合わせを行うことができる。

また、第 4工程において、第 1工程で計測された実測配列座標に基づき所定の基準点（22a〜22h) を通る複数の曲線を近似し、この近似により得られる複数の曲線に基づいて基板（W) 上の各ショット領域（21 a〜21 h) の輪郭を求める場合には、各ショット領域（21 a〜21 h) が非線形に歪んでいてもそれらの実際の輪郭に近い形の輪郭を求めることができる。また、露光装置が、マスク（R ) と基板（W) とを相対的に走査してマスク ( R ) のパターンを逐次基板（W) の各ショット領域に転写する走査露光型の露光装置であり、基板（W) 上におけるマスク（R ) のパターンの投影像を歪ませるために、マスク（R ) と基板（W) との相対走査中に、相対走査方向、走査方向での位置ずれ、及び基板（W) の高さの少なくとも 1つを変化させる場合には、ショヅト領域を走査しながらそのショヅト領域の歪みに合わせて相対走査方向、走査方向の位置ずれ、又は基板（W) の高さを変化させることにより基板上でのパターンの投影像と歪んだショット領域とが重なるようにすることができる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明による位置合わせ方法の一実施例を示すフローチャートである。図 2は、本発明の実施例で使用される投影露光装置の全体の概略構成を示す斜視図である。

図 3は、図 2中のウェハ Wのショット配列の一部を試料座標系で示す平面図でめる。

図 4は、図 3のショット配列の線形成分からのずれを示す平面図である。

図 5は、図 3のショット配列の非線形成分を考慮した配列曲線を, す平面図でめ。

図 6は、図 5の配列曲線に基づいて求めた各ショッ卜領域の輪郭曲線を示す平向—図である。

図 7 A〜図 7 Fは、図 6に示す各ショット領域の歪みとレチクルステージ及びウェハステージの走査方向との対応関係の例を示す図である。

図 8 A、図 8 Bは、図 6に示す各ショット領域の歪みをウェハステージの高さを変化させることにより補正する例を説明するための |¾1である。

なお、図面中における記号は、以下のことを示す。

R レチクル W ウェハ

3 レチクルステージ

5 投影光学系

7 ウェハステージ

7X Xステージ

7 Y Yステージ

7 Z Zステージ

9 レーザ干渉計（レチクル用）

15 レーザ干渉計（ウェハ用）

11 F I A方式のァライメントセンサ

12 ステージ制御系

13 中央制御系

14 ァライメント制御系

21 a〜21h ショット領域

22 a〜22 h 中心点

48 A, 48B， 49 A, 49 B ウェハマーク

23 配列曲線

24 T ₃ 24 B, 24R, 24 L 輪郭曲線発明を実施するための最良の形態

以下、本発明による投影露光装置の一実施例について図面を参照して説明する _c 本例は、走査露光型（ステップ 'アンド 'スキャン方式等）の投影露光装置に本発明を適用したものである。

図 2は、本例の投影露光装置の概略構成の斜視図を示し、この図 2において、超高圧水銀ランプ等からなる露光光源から射出された照明光 I Lは、フライアイインテグレー夕、コリメ一夕レンズ、リレーレンズ、及び視野絞り等からなる光学系 A Lを絰て照度分布が均一化される。そして、照度分布が均一化された照明光 I Lは、ダイクロイヅクミラー 1により反射され、コンデンサーレンズ 2を絰て回路パターン等が描かれたレチクルのド面（パターン形成面）のスリッ卜状の照明領域 I ARを照明し、その照明領域 I A R内のパターンを投影光学系 5を介して縮小倍率/? (例えば 1 / 5あるいは 1 /4 ) で縮小した投影像が、その表面にフォトレジスト（感光材）が塗布されたウェハ W上のスリット状の露光領域 I Aに投影される。ここで図 2において、投影光学系 P Lの光軸 I Xに平行に Z 蚰を取り、その光軸 I Xに垂直な平面内の直交座標系を X軸、 Y軸とする。なお、露光光源としては、超高圧水銀ランプ等の輝線ランプの他、例えば K r Fエキシマレ一ザや A r Fエキシマレーザ等のエキシマレーザ光源、銅蒸気レーザや Y A Gレーザの高波波発生装置等が使用される。

レチクル Rはレチクル微動ステージ 3 a上に真空吸着され、このレチクル微動ステージ 3 aは光軸 I Xに垂直な平面（X Y平面）内で 2次元的（回転も含む）に微動してレチクル Rを位置決めする。また、レチクル微動ステージ 3 aはリニァモータ等で構成されたレチクル駆動部（不図示）により走査方向に駆動されるレチクル走査用ステージ 3 b上に載置されており、 Y方向（走査方向）に所定の走査速度で移動可能となっている。レチクルステージ 3はレチクル微動ステージ 3 a及びレチクル走査用ステージ 3 bから構成され、レチクルべ一ス 3 c上で Y 方向に対してレチクル Rの全面が少なくとも照明光学系の光軸 I Xを横切ることができるだけの移動ストロークを有している。レチクル微動ステージ 3 aの端部には外部の X方向のレーザ干渉計 9からのレーザビームを反射する X方向の移動鏡 4 X及び Y方向の 2個のレーザ千渉計（不図示）からのレーザビームを反射する Y方向の移動鏡 4 Yが固定されており、レチクルステージ 3の走査方向（Y方向）及び X方向の位置は 2個のレーザ干渉計の計測値の平均値及び X方向のレーザ干渉計の計測値として、例えば 0 . 0 l〃m程度の分解能で常時検出されている。また、 Y軸用の 2個のレーザ千涉計の計測値の差分よりレチクルステージ 3 の回転角も検出されている。

それらのレーザ干渉計からのレチクルステージ 3の位置及び回転情報はステージ制御系 1 2に送られ、ステージ制御系 1 2はレチクルステージ 3の位置及び回転情報に基づき、レチクル駆動部（不図示）を介して、レチクルステージ 3を駆動する。不図示のレチクルァライメント系により所定の基準位置にレチクル Rが精度良く位置決めされるように、レチクルステージ 3の初期位置が決定されるため、移動鏡 4 X， 4 Yの位置をレーザ干渉計で測定するだけで、レチクル Rの位置が十分高精度に測定される。また、それらのレーザ干渉計の測定値はステージ制御系 1 2を介してァライメント制御系 1 4及び中央制御系 1 3に供給されており、中央制御系はこのレーザ干渉計の測定値に基づいてステージ制御系 1 2を制御する。

本実施例の投影露光装置においては、図 2に示すようにレチクル Rの走査方向 ( Y方向）に対して垂直な方向（X方向）に長手方向を有する長方形（スリツト状）の照明領域 I A Rでレチクル Rが照明され、レチクル Rは露光時に一 Y方向 (又は + Y方向）に速度 V _Rでスキャンされる。照明領域 I A R (中心は光軸 I Xとほぼ一致）内のパターンは、投影光学系 5を介してウェハ W上に投影され、スリツト状の露光領域 I Aが形成される。

ウェハ Wはレチクル Rとは倒立結像関係にあるため、ウェハ Wは + Y方向（又は一 Y方向）に、レチクル Rに同期して、速度 V_wでスキャンされ、ウェハ W上のショット領域の全面にレチクル Rのパターンが逐次露光される。走査速度の比 ( Vw/V_R) は投影光学系 P Lの縮小倍率/?に--致したものになっており、レチクル Rのパターンがウェハ W上のショッ卜領域上に正確に縮小転写される。ウェハ Wはウェハホルダ 6上に真空吸着され、ウェハホルダ 6はウェハステージ 7上に保持されている。ウェハステージ 7は、不図示の駆動部により、投影光学系 P Lの最良結像面に対し、任意方向に傾斜可能で、 g.つ光軸 I X方向（Z方向）に微動可能で、また光軸 I Xの回りの回転動作も可能な Zステージ 7 Z、 Z ステージ 7 Zを載置し且つ X方向に移動自在な Xステージ 7 X、及び Xステージを載置し Y方向に移動自在な Yステージ 7 Yから構成されている。ウェハステ一ジ 7はモータ等のウェハステージ駆動部（不図示）によりウェハ W上の各ショット領域へスキャン露光する動作と、次のショット領域の露光開始位置まで移動する動作とを繰り返すステップ 'アンド 'スキャン動作を行う。

ウェハステージ 7の Zステージ 7 Zの端部には外部の X方向のレ一ザ干渉計 1 5からのレーザビームを反射する X方向の移動鏡 1 0 X及び不図示の Y方向の 2 個のレ一ザ干渉計からのレーザビームを反射する Y方向の移動鏡 1 0 Yが固定され、ウェハステージ 7の X Y平面内での位置はレーザ干渉計 1 5及び Y方向のレ —ザ干渉計（以下、「レーザ干渉計 1 5」で代表させる）によって、例えば 0 . 0 1〃m程度の分解能で常時検出されている。レーザ干渉計 1 5で計測されるゥェハステージ 7の X座標及び Y座標によって定まる座標系をステージ座標系 ( X， Y) という。また、ウェハステージ 7の回転角も常時検出され、ウェハステージ 7の位置情報（又は速度情報）及び回転情報はステージ制御系 1 2に送られ、ステージ制御系 1 2はこの位置情報（又は速度情報）に基づいてウェハステージ駆動部を制御する。また、レーザ干渉計 1 5の測定値はステージ制御系 1 2を介してァライメント制御系 1 4及び中央制御系 1 3に供給されており、中央制御系 1 3はこのレーザ干渉計 1 5の測定値に基づいてステージ制御系 1 2を制御する構成となっている。

また、図 2の装置にはウェハ Wの露光面に向けてビンホール像、あるいはスリット像を形成するための結像光束を光軸 I Xに対して斜め方向に照射する照射光学系と、その結像光束のウェハ Wの露光表面での反射光束をスリツトを介して受光する受光光学系とからなる斜入射方式のウェハ位置検出系（焦点位置検出系）が、投影光学系 5を支える支持部（不図示）に固定されている。このウェハ位置検出系のより詳細な構成については、例えば特開昭 6 0 - 1 6 8 1 1 2号公報に開示されている。ウェハ位置検出系はウェハの露光面の投影光学系 5の最良結像面に対する Z方向の位置偏差を検出し、ウェハ Wと投影光学系 5とが所定の間隔を保つようにウェハホルダ 6を Z方向に駆動するために用いられる。ウェハ位置検出系からのウェハ位置情報は、ステージ制御系 1 2を介して中央制御系 1 3に送られる。中央制御系 1 3はこのウェハ位置情報に基づいてウェハホルダ 6を Z 方向に駆動する。

また、本例の投影露光装置にはレチクル Rとウェハ Wとの位置合わせを行うためのオフ ·ァクシス方式で F I A (Field Image Alignment)方式（撮像方式）のァライメントセンサ 1 1が投影光学系 5の近傍に備えられている。この F I A方式のァライメントセンサ 1 1からウェハ W上の後述するウェハマークに計測光が照射され、ウェハマークからの反射光がァライメントセンサ 1 1内に設けた指標板上にウェハマーク像を結像し、この像をリレーした像が 2次元 C C D等の撮像素子で撮像される構成となっている。そして、ァライメント制御系 1 4でその撮像信号を画像処理することによりその指標板上の指標マークを基準としたウェハマークの位置が検出され、更にそのときのウェハステージ 7の座標を加算することでウェハマークのステージ座標系（X , γ) での座標が検出される。

また、不図示であるが本例の投影露光装置にはその他、 L S A (Laser Step A ligiiment) 方式及び L I A (Laser Interferometric Ali nment ) 方式のァライメントセンサが備えられており、ウェハ Wの表面状態により、ァライメントセンザの種類を選択して使用する。これらのァライメントセンサからの検出信号はァライメン卜制御系 1 4によって処理され、ァライメント制御系 1 4は中央制御系 1 3により統括的に制御される構成となっている。なお、それそれのァライメントセンサは後述するウェハマークに合わせてそれそれ X方向の位置ずれを検出するァライメントセンサが 1軸及び Y方向の位置ずれを検出するァライメントセンザが 1軸、計 2軸備えられている。

次に、本例の位置合わせ方法につき図 1のフローチヤ一トを参照して説明する。先ず、ステップ 1 0 1でウェハ Wをローディング 'ポィントで粗く位置決めする。即ち、ウェハ Wを不図示のブリアライメント装置により、ウェハ W上のフラット部又はノッチ部が一定の方向を向.くように粗く位置決めする。そして、ステヅプ 1 0 2においてウェハ Wをステージ上のウェハホルダ 6上に搬送し、先に位置決めされた方向を保つように設置してウェハ Wをウェハホルダ 6上に真空吸着する。

次に、ステップ 1 0 3に移行して図 2に示すァライメントセンサ 1 1を用いて、ウェハ Wの各ショヅト領域に形成されたウェハマークの位置を計測することにより精密な位置合わせを行う。なお、この位置合わせはウェハ Wの第 2層目以降について行われるものであり、ウェハ W上の各ショット領域毎にそれぞれウェハマークがすでに形成されている。

図 3は、ウェハ W上のショット配列を示し、図 3ではそのショット配列のうちウェハ Wの屮央部を通る一列だけを取り出している。ウェハ W上の全部のショット領域から選択された所定個数のショット領域（以下「サンプルショット」と呼ぶ）のウェハマークのステージ座標系（X , Y) での座標位置を計測する。この図 5において、各ショヅト領域 2 1 a〜2 1 hをサンプルショットとする。各ショヅト領域間のストリートライン中には例えばシヨット領域 2 1 a , 2 1 bで示すように、 X方向の位置検出用のウェハマーク 4 8 A , 4 8 B、及び Y方向の位置検出用のウェハマーク 4 9 A， 4 9 Bが形成されている。以下では、 X方向及び Y方向のウェハマークがそれそれ各ショット領域の中心の配列座標を示すものとして、その中心の配列座標を各ショット領域の配列座標とみなす。ウェハ W上の各ショット領域のウェハ W上の座標系（試料座標系）（X , y ) 上での設計上の配列座標は予め記憶されている。

図 5に示すように、各ショット領域は設計時の：:形の形から変形し、各ショット領域 2 1 a〜2 1 hの中心点 2 2 a〜2 2 hは試料座標系（x， y ) に対して平行に配列せず、曲線的に配列している。本例はこのようなショット配列を有するウェハ Wのショット配列をまず E GA法により線形近似し、それに基づいて更に実測値に近い曲線近似することにより実際のショット配列に近い配列座標を算出するものである。

この場合、ショット領域 2 1 aを計測対象のサンプルショットとすると、 X軸用のウェハマーク 4 8 Aのステージ座標系（X， Y ) での X座標が図 2のァライメントセンサ 1 1により検出され、 Y軸用のウェハマーク 4 9 Aの Y座標が不図示の Y軸用のァライメントセンサにより検出され、それらのァライメントセンサの検出結果が図 2のァライメント制御系 1 4及び中央制御系 1 3に供給される。より詳しく説明すると、ウェハ W上の全部のショット領域から K個（Kは 3以ヒの整数）のショット領域をサンプルショットとして選択する。この際に、ゥェハ W上の全部のショット領域の中心、即ち各ウェハマークの試料座標系（X , y) での設計上の配列座標は、中央制御系 1 3内の記憶部に記憶されている。以下では n番目（n = l〜K ) のサンプルショットの中心の設計上の配列座標を（Χ_η， Υ π ) とする。

そして、中央制御系 1 3はステップ 1 0 3において、サンプルショットの順序を示す整数 ηを 1に初期化した後、ステップ 1 0 4に移行して、 η番目のサンプルショットの中心の設計卜.の配列座標（Χ_η, Υ_η) に基づきステージ制御系 1 2 を介してウェハステージ 7をステッピング駆動することにより、 η番目のサンプルショットのウェハマークがァライメントセンサ 1 1の計測位置にくるように設定する。但し、実際にはウェハ Wの伸縮、问転誤差等によってそのサンプルショットの中心は露光位置から外れている。この位置ずれ量がァライメント誤差であり、このァライメント誤差を含んだ実際の配列座標が計測される。

そのため、ステップ 1 0 5において、中央制御系 1 3は F I Α方式の 2個のァライメントセンサ及びァライメント制御系 1 4を作動させて、ウェハ W上の n番目のサンプルショットの 2個のウェハマークのステージ座標系（X , Y ) での位置を検出させる。その位置情報は中央制御系 1 3に供給される。

続くステップ 1 0 6で、整数 nの値を 1だけ増加させた後、ステップ 1 0 7に移行して K個のサンプルショッ卜について計測が終わったかどうかを判定する。従って、ステップ 104〜 106が Κ回繰り返されて、 Κ個のサンプルショットのそれぞれについて 2つのウェハマークの座標値、即ち中心の配列座標（ΧΜ_η, ΥΜ„) が求めて記憶される。このようにして Κ個のサンプルショットについて計測が行われると、動作はステップ 107からステップ 108に移行する。

そして、中央制御系 13は、各サンプルショットの中心の設計上の配列座標 (X_n， YJ 、及び実際に計測された配列座標（ΧΜ_η， ΥΜ_η) を用いて、試料座標系（x， y) からステージ座標系（X， Y)への座標変換パラメ一夕（以下、「EGAパラメ一夕」と呼ぶ）を算出する。なお、別置きのコンビユー夕でその EGAパラメ一夕を算出してもよい。この計算は、特開昭 61— 44429号公報で開示されているように、例えば最小自乗法を用いて行われる。また、その E G Aパラメ一タは線形伸縮（スケーリング） Rx, Ry, ローテーション 0, 直交度 W, 及びオフセット Ox, Oyよりなる線形パラメ一夕である。

次に、ステップ 109に移行して、中央制御系 13はステップ 108で求めた EG Aパラメ一夕及びウェハ W上の全部のショット領域の中心点の設計上の配列座標値（C_Xn， C_Ytl) を用いて、それら各中心点のステージ座標系（X, Y)上での計算上の線形な配列座標値（G_Xn, G_Yn) を求める。図 4は、図 3に示すショット領域 21 a〜21 hのそれそれの中心点 22 a〜22 hのステージ座標系（X, Y) における状態を示し、この図 6において、ひ軸が中心点 22a〜2 2hに関して以上の EGA計算により求められた配列座標値（G_Xn, G_yn) を結んだ直線を示し、 ?軸は各ショット領域の中心を縦方向に連ねた直線を示している。このひ軸とステージ座標系（X, Y) の X軸との角度がローテーション 0である。この図 4に示すように E G A計算によりウェハ W上の線形近似によるショット配列は得られるが、ひ軸に対する各中心点 22a〜22 hの非線形な誤差が残留している。例えば中心点 22 c, 22 b等は軸からの誤差が大きい。

そこで、ステップ 110において、ステップ 109で算出された線形な配列座標（G_Xn, Gy_n) と実測値（XM YMn) との配列誤差（厶 G_XN, 厶 G_YN) を算出し、その配列誤差（厶 G_Xn，厶 G_Yn) に基づいて、ウェハ W上のショット配列を一例としてラグランジュの補間多項式により曲線補間し、非線形な曲線配列座標値を算出する。ここでウェハ Wの各ショット領域が X方向に p列、 Y方向に q行形成されているものとすると、この曲線配列座標値を p列、 q行に亘つて算出し、ウェハ Wの全部のショット領域の配列座標値を求める。これにより p列に関して（P_Xms, Pvu,,) q行に関して（Q_Xms Qy_ffiS) の曲線配列座標値が得られる。但し、 mは 1から pまでの整数であり、 sは 1から qまでの整数である。なお、本例では各ショット領域の曲線配列を求めるのにラグランジュの補間多項式を用いたが、他の補間式や近似式を用いてもよい。例えば座標に関して 2次関数や 3次関数等で近似してもよい。

図 5は、曲線近似により得られた曲線配列座標値の一部を示し、この図 5において、配列曲線 23はショット領域 21 a 21 hの中心点 22 a 22 hに関する近似曲線を示し、この配列曲線 23に示すように以上の方法により得られた曲線配列座標値は実測値に近い配列を示している。次に、ステップ 111で、ステップ 110で求めた曲線配列座標値より各ショット領域の輪郭曲線を補間式により求める。例えばショット領域 21 a 21 hの輪郭曲線を求める場合、ショッ卜領域 21 a 21 hがいま s行にあるとすると、ショット領域 21 a 2 1 hの + 方向の端部の輪郭を示す補間^標値（TH_Xms, TH_Yros) はショット領域 21 a 21 hの属する p個の列を表す補間式に（P +P_yms) /2 を代入することで算出される。また、同様に—/?方向の端部の輪郭を示す補間座標値（BH_XNIS, BH_YMS) は（PYC^S-D +P_YMS) /2を代入することで算出される。同様な方法によりショット領域 21 a 21 hのひ軸方向の左右の輪郭を示す輪郭座標値（RH_Xms RHv_ras) （LH_Xms, LH_Yms) を算出する。そしてウェハ W上の全部のショッ卜領域の輪郭を表す輪郭座標値を算出し、中央制御系 13で記憶する。なお、ここで求めた輪郭座標値は各ショット領域の辺の位置を示す座標値ではなく、隣り合うショット領域の中間の位置、即ちストリートラインの中央部の位置を示している。従って、各ショット領域の辺の位置座標が必要であれば、例えばストリートラインの幅を dとした場合、上記の補間座標値土 dZ2だけ加えれば算出することができる。同様に各ショット領域の/?軸方向の輪郭曲線も算出される。

図 6は、以上の方法により求められた補間座標値を示す曲線マップを示し、この図 6において、例えば破線で示す補間曲線 24Tはショット領域 21 a〜21 hの + ?方向の端部の輪郭を示す補間座標値（TH_Xins， THv»s) を表す曲線を示し、同様に破線で示す補間曲線 24 Bはショット領域 2 la〜2 lhの一/?方向の端部の輪郭を示す補間座標値（BH_Xns, BH_Yras) を表す曲線を示している。また、同じく破線で示す補間曲線 24Rはショット領域 21 gの一ひ方向の端部の輪郭を示す補間座標値（RH_Xms, RH_Yms) を表す曲線を示し、補間曲線 24 Lはショット領域 21 gの +ひ方向の端部の輪郭を示す補間座標値（LH_Xlus， LHy„,_s) を表す曲線を示している。

次に、ステップ 112において、 nを 1に初期化して各ショット領域の露光を開始する。先ず、ステップ 113において、ステップ 110で求めた各ショット領域の中心点の位置を示す曲線配列座標値に従ってウェハステージ 7を位置决めする。そして、ステップ 114において、ステップ 113で決定されたステージ位置から、ステップ 111で求めたショット領域間の補間曲線に沿うようにゥェハステージ 7又はレチクルステージ 3を走査しながら露光を行う。この場合、ゥェハ Wの走査方向は ?方向であるため、例えば図 2の Zステージ 7 Zを回転して、その 5方向がステージ座標系の Y軸と一致するようにウェハ Wを回転しておく。図 7 A〜7 Fは、ショット領域の輪郭に対応するレチクルステージ 3及びゥェハステージ 7の走査方向を説明するためのもので、図 7 A及び図 7 Dはそれぞれ歪み方の異なる 2つのショット領域を示している。また、図 7B, 図 7 Eはその場合のレチクルステージ 3の走査方向を示し、図 7C, 図 7 Fはウェハステージ 7の走査方向を示している。この図 7 Aに示すようにショット領域 2 5の上辺 2 5 Tに向けて下辺 2 5 Bから左右の両辺 2 5 R , 2 5 1^が+乂方向（ 5軸に直角な方向）に一様に曲がっている場合には、図 7 C , 図 7 Bに示すようにウェハステージ 7を + Y方向（軸方向）に直線的に走査すると共に、レチクルステージ 3の走査線 2 7のウェハ W上での投影像がショット領域 2 5の左右の辺 2 5 R , 2 5 Lとのほぼ同形になるようにレチクルステージ 3を一 Y方向に走査する。この場合、図 7 Aのショッ卜領域 2 5の上辺 2 5 Tと右辺 2 5 Lの交点から右辺 2 5 Lのある地点 P ₂までの Y方向の距離を uとし、交点 P から地点 P ₂までの X方向の距離を t ( u ) とすれば、図 7 Bのレチクルステージ 3の走査開始地点 P ₃と図 7 Aの地点 P ₂に対応する地点 P ₄との間の X方向及び Y方向の距離 w 及び R (w) との間に、 t ( ii ) = /3 r (w) がほぽ成立するようにレチクルステージ 3の走査方法を制御する。なお、 >5は投影光学系 5の投影倍率を示し、ショッ卜領域の距離 uとレチクルステージ 3の走査距離 wとの間には、 ii == 3 wの関係が成立している。

また、図 7 Dのようにショット領域 2 6の上辺 2 6 Tと下辺 2 6 Bとが平行な状態になく、左辺 2 6 Rの幅が右辺 2 6 Lの幅より大きく、且つ左右の両辺が + X方向に膨らむように曲がっている場合には、図 7 Eに示すように、レチクルステージ 3の中央部が図 7 Dのショット領域 2 6の中心点 2 6 aを通る曲線配列座標を示す配列曲線 3 0に対応する走査曲線 2 9 bに沿うように走査しながらレチクルステージ 3の左右の走査方向を図 7 Dのショヅト領域の両辺 2 6 R , 2 6 L に対応する走査曲線 2 9 a， 2 9 cに沿うように走査する。具体的にはレチクルステージ 3を反時計回りに回転させることによりレチクルステージ 3の左右の移動距離を調節する。

また、図 8 Aに示すショット領域 3 1 , 3 2のように全体的な大きさが異なつている場合や図 8 Bに示すショット領域 3 3の例えば上部と F部の非走査方向の幅が極端に異なる場合は、例えばテレセントリック性を崩した状態で図 7 A〜図 7 Fの方法に加えて更にレチクルステージ 3及びウェハステージ 7を X Y平面に垂直な Ζ方向に移動して、投影倍率/?を変化させることにより対応する。例えば図 8 Αの例では、ショット領域 3 2を露光する場合にはショット領域 3 1の場合より投影倍率/?を小さくするようにレチクルステージ 3及びウェハステージ 7を Z方向に移動する。また、図 8 Bの例では、ショット領域 3 3を露光する場合は走査中にレチクルステージ 3及びウェハステージ 7を Z方向に移動させながら投影倍率/?を徐々に小さくして露光を行う。

次に、ステップ 1 1 5で、整数 nの値を 1だけ増加させた後、ステップ 1 1 6 に移行して、全部のショッ卜領域の露光が終了したかどうかを確認する。終了していなければ再びステップ 1 1 3に戻り、次のショット領域を露光する。終了した場合は、ステップ 1 1 7で露光が終了したウェハ Wをウェハホルダ 6から取り出す（アンロード）ことによりウェハ Wに関する露光動作を終了する。

以上、本例の位置合わせ方法によれば、従来の技術では補正できなかった被処理基板の持つ非線形な歪みによる誤差も補正可能になり、より高精度な位置合わせを行うことができる。また、ショット領域各々の歪み成分も考慮して露光時にウェハステージ乂はレチクルステージを曲線状に走査することにより、ショット領域の中心部だけでなく外周部での重ね合わせの精度向上の効果があり、ウェハ 1枚当たりから取れるチップの歩留りも上がるという利点がある。更に本例によれば、ウェハ上のショット領域の輪郭曲線を求めることにより、各ショット領域の倍率変動も知ることができ、走査露光時にショット領域毎の倍率補正を行うことが可能になるという利点もある。

また、本発明の方法は走査型の投影露光装置に限らず、レチクル上のパターンをウェハ上のショット領域に一括露光するステツパ型の露光装置にも適用することができる。このように、本発明は上述実施例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。産業上の利用可能性

木発明の位置合わせ方法によれば、所定の複数のショット領域の配列座標の非線形成分を求めているため、従来検出されなかった基板（ウェハ）の非線形な歪みを検出することができる利点がある。また、第 4工程で検出された各ショット領域の歪みに合わせて基板上におけるマスクパターンの投影像を歪ませる場合には、基板の非線形な歪みまで考慮して位置合わせを行うため、より高精度な重ね合わせが j能になるという効果がある。

また、第 4工程において、第 1工程で計測された実測配列座標に基づき所定の中心点を通る複数の曲線を近似し、この近似により得られる複数の曲線に基づいて基板上の各ショット領域の輪郭を求める場合には、各ショット領域のほぼ実際の形に近い輪郭を求めることができる。更に、基板上の各ショット領域の正確な輪郭が求められることにより各ショット領域の倍率変動も知ることができる。従つて、例えば露光時にショット領域毎の倍率補正を行うことがでぎる利点もある。また、露光装置が、マスクと基板とを相対的に走査してマスクのパターンを逐次基板の各ショット領域に転写する走査露光型の露光装置であり、基板上におけるマスクのパターンの投影像を歪ませるために、マスクと基板との相対走査中に、相対走査方向、走査方向での位置ずれ、及び基板の高さの少なくとも 1つを変化させる場合には、ショット領域を走査しながらそのショット領域の歪みに合わせて相対走査方向、走査方向の位置ずれ、又は基板の高さを変化させることにより某板上でのパターンの投影像とショット領域の歪みとが重なるようにすることができる。従って、各ショット領域の中心部だけでなく外周部での重ね合わせの精度向上の効果があり、基板 1枚当たりから取れるチップの歩留りも上がるという利点がある。

Claims

1 . マスクに形成されたパターンを基板上の各ショット領域に転写する露光装置で、前記基板の各ショット領域と前記マスクのパターンとの位置合わせを行うための位置合わせ方法において、

前記基板上の全部のショット領域のうち所定の複数のショット領域に属する所定の基準点の配列座標をそれそれ計測する第 1工程と、

該第 1工程で計測された実測配列座標、及び前記基板上の所定の複数個のショット領域に属する前記所定の基準点の設計上の配列座標を統計処理して、前記所定の基準点の実測配列座標の線形成分を箅出する第 2工程と、

前記実測配列座標から前記線形成分を差し引いて非線形成分を求める第 3工程と、

該第 3工程で求められた非線形成分に基づき前記基板上の各ショット領域の歪みを求める第 4工程と、

を有することを特徴とする位置合わせ方法。

2 . 請求項 1記載の位置合わせ方法であって、

前記第 4工程で検出された各ショット領域の歪みに合わせて前記基板上における前記マスクパターンの投影像を歪ませることを特徴とする位置合わせ方法。

3 . 請求項 1、又は 2記載の位置合わせ方法であって、

前記第 4工程において、前記第 1工程で計測された実測配列座標に基づき前記所定の基準点を通る複数の曲線を近似し、該近似により得られる複数の曲線に基づいて前記基板上の各シヨット領域の輪郭を求めることを特徴とする位置合わせ方法。

4 . 請求項 2記載の位置合わせ方法であって、

前記露光装置は、前記マスクと前記基板とを相対的に走査して前記マスクのパターンを逐次前記基板の各ショット領域に転写する走査露光型の露光装置であり、前記基板上における前記マスクのパターンの投影像を歪ませるために、前記マスクと前記基板との相対走査中に、相対走査方向、走査方向での位置ずれ、及び前記基板の高さの少なくとも 1つを変化させることを特徴とする位置合わせ方法