JPH088175A - 位置合せ装置及び位置合せ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アライメント時間の短縮を行うことのできる
等の種々の特徴を有した新規な位置合わせ装置及び位置
合わせ方法を得る。 【構成】 座標位置を検出すべきｎ（２≦ｎ≦Ｎ）個の
被処理領域のうち、ｍ（２≦ｍ≦ｎ）番目の被処理領域
の静止座標系上での座標位置を検出するために、該ｍ番
目の被処理領域の予め定められた目標座標位置に従って
基板ステージの移動を制御手段で制御する際に、補正手
段によって、（ｍ−１）番目までの被処理領域の少なく
とも１つにおける位置検出手段によって検出された座標
位置と目標座標位置との偏差に応じて、前記ｍ番目の被
処理領域の目標座標位置を補正するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体ウエハ（以下、ウ
エハと記す）上にマスクの回路パターンを繰り返し露光
する露光装置の位置合せ装置に関し、特にアライメント
動作における粗位置決めと精密位置決めの工夫に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体素子製造のために、半導体
ウエハ（以下、ウエハと記す）上にマスクの回路パター
ンを繰り返し露光する装置、所謂ステップアンドリピー
ト方式の露光装置が使用されてている。この露光装置で
は、露光装置の光学系の転写位置に露光の対象である半
導体ウエハに設けられた被処理領域を精密に位置合わせ
する必要がある。これは、半導体ウエハの局所領域に転
写される回路パターンが複数の組によって構成され、こ
れら複数のパターンをパターン毎に、対応する基板上の
被処理領域に精密に位置合わせして、繰り返し露光させ
るためである。

【０００３】このステップアンドリピート方式の露光装
置の位置合わせの合わせ誤差は、Ｘ，Ｙ方向のオフセッ
トずれ，ウエハ回転，ピッチずれ，直交度，チップ回
転，トラペゾイドなど大小様々な誤差に区分される。

【０００４】このため、露光装置の位置合わせの合わせ
誤差を解消する幾つかの提案がなされている。例えば、
この回転誤差（Δθ）を検出する回転誤差検出手段と、
検出された回転誤差を解消するため、マスクとウエハと
を相対的に回転させる回転手段を備えた露光装置が提案
されている（特開昭６０−１８６８４５号公報）。

【０００５】このようなステップアンドリピート方式の
露光装置では、個々の被処理領域を目標とする座標位置
に正確に位置合わせする必要がある。従って、また、一
枚のウエハに整列されたチップパターンのような被処理
領域全てに対して、これらチップパターンの誤差を統計
的な処理で抑えることも提案されている。

【０００６】例えば、被処理基板に設計上の配列座標に
沿って規則的に整列した複数のチップパターンの各々
を、所定の基準位置に対してステップアンドリピート方
式で順次位置合せする場合に、このステップアンドリピ
ート方式の位置合せに先立って、チップパターンの設計
上の配列座標値に基づいて前記被処理基板を移動させ、
前記複数のチップパターンのいくつかを前記基準位置に
合せたときの各位置を実測した後、設計上の配列座標値
と前記ステップアンドリピート方式で位置合せすべき実
際の配列座標値とが所定の誤差パラメータを含んで一義
的な関係にあると仮定して、前記複数の実測値と前記実
際の配列座標値との平均的な偏差が最小となるように前
記誤差パラメータを決定し、この決定された誤差パラメ
ータと前記設計上の配列座標値とに基づいて前記実際の
配列座標値を算出し、ステップアンドリピート方式の位
置合せ時に、該算出された実際の配列座標値に応じて前
記被処理基板を位置決めする方法（特開昭６１−４４４
２９号公報）がある。

【０００７】これを具体的に説明する。図５は従来の露
光装置の位置決め操作の各ステップを示す工程図であ
る。図６は従来の位置決め操作におけるウエハ上の計測
ショットの配置を示す説明図である。従来の露光装置に
おいては、図５に示すように、工程 401,402で、ウエハ
がウエハローダ上でラフに位置決めが終了した後にウエ
ハステージ上に載置される。

【０００８】次に、場合によってはウエハステージ上で
もう一度ラフな位置決めが行われる。その後、精密位置
決め（ファインアライメント）に入るための粗位置決め
（サーチアライメント）動作に入る。尚、最近はサーチ
アライメント用マーク領域の低減のため、１つのアライ
メントセンサを用いてウエハ上の任意の位置の２つのＹ
方向のマークを検出することが多い。

【０００９】工程 403,404,405,406で、ウエハステージ
を指定された距離Ｘ方向に移動させて、Ｙ₁ ，Ｙ₂ の位
置を検出して、同じセンサで２つのマークの検出値の差
を求めることで載置された状態でのウエハのＹ方向のズ
レ量と回転量が求まる。ここでＹ方向のズレはステップ
アンドリピートの際のウエハステージの目標位置に補正
を行うことで解決できる。

【００１０】回転誤差に関してはそれが許容値以下であ
ればそのままで露光するが、許容値を越えていた場合に
はいくつかの補正方法が考えられる。一つはウエハ自身
を回転させることであり実際にはウエハステージ内のθ
テーブルと呼ばれる回転テーブルを回転させることによ
り実現される。即ち、工程 407,408,409で、θテーブル
回転後に再度同一マークで残留回転量を確認し、許容値
以内かどうかを判断し再回転するかどうかを決定する。
この残留回転量のチェックは次に述べるファインアライ
メントの最初の２ショットを使用することも可能であ
る。別な方法としては、原板（レクチル）側を回転させ
ることも可能である。この方法においてはレチクルステ
ージ側に正確な計測機構が備わる必要がある。

【００１１】次に、工程 410で、Ｘ方向のサーチアライ
メントを行う。この場合、回転方向の計測はすでに終わ
っているため、Ｘ方向検出用の１つのマークを検出すれ
ばよい。

【００１２】以上のようにしてサーチアライメントが終
了した後、精密位置決め（ファインアライメント）モー
ドに入る。最近のファインアライメントの趨勢として
は、工程 411,412,413,414で、ＥＧＡ(Enhanced Global
Alignment) と呼ばれる、複数のショットの計測結果を
基に統計計算を行い各ショットの露光位置を計算する方
法が行われている。例えば、８インチウエハの場合、露
光装置の露光可能領域20ｍｍ×20ｍｍとすると70ショッ
ト程度の露光が可能であるが、全ショットを測らずにそ
のうちの10ショット程度をサンプリングショットとする
ことで計測時間の短縮を図っている。

【００１３】ＥＧＡ計測が終了後、工程 415,416で、ス
テップアンドリピートによる露光動作が行われる。尚、
ＥＧＡの他にも、サーチアライメント動作後に、各ショ
ット毎にアライメントマーク検出を行い、その結果に基
づいて露光位置に移動し、露光動作を行うダイ・バイ・
ダイ(Die by Die)方式のアライメントがある。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】以上のようなＥＧＡ方
式の場合、工程 403,404,405,406で行われるサーチアラ
イメントでは、図Ｆに示すように、サーチアライメント
用のショットがウエハ（500 ）上に２ショット必要とな
る（501,502 ）。このショットはファインアライメント
用のショットと共通化が可能だが、いずれにしてもウエ
ハ上にサーチアライメントが可能な大きなサーチマーク
が２つ必要になる。

【００１５】ところで、上述の従来の技術においては、
サーチアライメントで２ショットのアライメントを行っ
た後にファインアライメントの動作に移っていたが、回
転方向の計測精度を考えると、２ショットの間隔はなる
べく広く取った方がよい。

【００１６】しかしながら、スループットの面から見る
と２ショットの間隔が広がることによるサーチアライメ
ントの時間が無視できないようになってきており、例え
ば、２つのショットの移動に必要な時間は１秒程度であ
るが、一つのウエハに対して、各々１秒の時間が必要と
なり、処理枚数が多くなればなるほど、アライメント時
間が大きくなり、これが無視できない程度になってき
た。また、回転方向の位置決め精度を上げるためには、
計測と駆動を何度か繰り返す必要があり、２ショット間
の移動時間が大きな問題となる。

【００１７】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたもので、アライメント時間の短縮を行うこと
のできる等の種々の特徴を有した新規な位置合わせ装置
及び位置合わせ方法を得ることを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本請求項１に記載された
発明に係る位置合せ装置では、Ｎ個の被処理領域が配列
された基板を保持して２次元移動する基板ステージと；
該基板ステージの移動位置を規定する静止座標系上の所
定位置に検出中心を有し、該検出中心と前記基板上の被
処理領域に付随した基板マークとが一致するときの前記
静止座標系上での座標位置を検出する位置検出手段と；
前記静止座標系内の所定点に前記Ｎ個の被処理領域の各
々を位置合わせするために、前記検出された座標位置を
用いて前記基板ステージの移動を制御する制御手段とを
備えた位置合わせ装置において、前記座標位置を検出す
べきｎ（２≦ｎ≦Ｎ）個の被処理領域のうち、ｍ（２≦
ｍ≦ｎ）番目の被処理領域の前記静止座標系上での座標
位置を検出するために、該ｍ番目の被処理領域の予め定
められた目標座標位置に従って前記基板ステージを移動
する際に、（ｍ−１）番目までの被処理領域の少なくと
も１つにおける、前記位置検出手段によって検出された
座標位置と目標座標位置との偏差に応じて、前記ｍ番目
の被処理領域の目標座標位置を補正する補正手段を備
え、前記制御手段は、前記位置検出手段が前記ｍ番目の
被処理領域の基板マークを検出するように、前記補正さ
れた目標座標位置に基づいて前記基板ステージの移動を
制御するものである。

【００１９】本請求項２に記載された発明に係る位置合
せ方法では、請求項１に記載の位置合せ装置を用いた位
置合せ方法において、前記ｎ個の被処理領域の各々の前
記静止座標系上での座標位置を検出するとともに、該検
出された複数の座標位置を統計演算することにより前記
Ｎ個の被処理領域の各々の前記静止座標系上での座標位
置を算出し、該算出した座標位置に基づいて前記Ｎ個の
被処理領域の各々を前記所定点に位置合わせする方法で
ある。

【００２０】本請求項３に記載された発明に係る位置合
わせ方法では、請求項２に記載のｍ番目の被処理領域と
して、前記座標位置が検出された（ｍ−１）番目までの
被処理領域以外の（ｎ−（ｍ−１））個の被処理領域の
うち、（ｍ−１）番目の被処理領域に最も近い被処理領
域が選択されている方法である。

【００２１】本請求項４に記載された発明に係る位置合
わせ方法では、請求項１に記載の位置合せ装置を用いた
位置合せ方法において、前記基板上の被処理領域毎に前
記静止座標系上での座標位置を検出して所定点に位置合
わせする動作を繰り返す方法である。

【００２２】本請求項５に記載された発明に係る位置合
わせ装置では、請求項１に記載されたｎ個の被処理領域
のうち、少なくとも１番目の被処理領域は、前記基板マ
ークよりも大きな面積のグローバルアライメント用のマ
ークを有するものである。

【００２３】

【作用】本発明においては、座標位置を検出すべきｎ
（２≦ｎ≦Ｎ）個の被処理領域のうち、ｍ（２≦ｍ≦
ｎ）番目の被処理領域の静止座標系上での座標位置を検
出するために、該ｍ番目の被処理領域の予め定められた
目標座標位置に従って基板ステージの移動を制御手段で
制御する際に、補正手段によって、（ｍ−１）番目まで
の被処理領域の少なくとも１つにおける位置検出手段に
よって検出された座標位置と目標座標位置との偏差に応
じて、前記ｍ番目の被処理領域の目標座標位置を補正す
るものである。このため、基板ステージを移動してｍ番
目の被処理領域の基板マークを検出する際に、良好に基
板マークを検出することができる。

【００２４】即ち、ｍ番目の被処理領域の目標座標位置
に移動させる場合に、（ｍ−１）番目までの被処理領域
の少なくとも１つにおける位置検出手段によって検出さ
れた座標位置と目標座標位置との偏差を用いて、ｍ番目
の被処理領域の目標座標位置を補正することにより、ｍ
番目の被処理領域の目標座標位置と座標位置とのずれを
最小とすることができ、基板ステージを移動してｍ番目
の被処理領域の基板マークを検出する際に、良好に基板
マークを検出することができるものである。

【００２５】尚、本発明における好ましい位置合わせ装
置としては、例えば、パターンを基板上の複数の被処理
領域の各々に投影して転写する露光操作の際に、前記パ
ターンの転写位置に歩進された前記被処理領域の位置を
合わせる位置合わせ動作を行う露光装置の位置合わせ装
置がある。

【００２６】具体的には、基板ステージとして、Ｎ個の
被処理領域が配列された基板を保持して２次元移動させ
て、マスクの原画パターンが該基板上に投影される転写
位置に複数の被処理領域の各々に順次歩進させるものを
備え、位置検出手段として、該基板ステージの移動位置
を規定する静止座標系上の所定位置に検出中心を有した
検出光学系と、この検出中心と前記基板上の被処理領域
に付随した基板マークとが一致するときの前記静止座標
系上での座標位置を検知する検知手段とからなる位置検
出系を備え、制御手段として、基板ステージを所望のＸ
座標値，Ｙ座標値，回転（θ）量値になるように駆動す
る駆動系を備え、前記パターンを基板上の複数の被処理
領域の各々に投影して転写する露光操作の際に、前記パ
ターンの転写位置に歩進された前記被処理領域の位置を
合わせる位置合わせ動作を行う露光装置の位置合わせ装
置がある。

【００２７】尚、前述の基板に配列された被処理領域の
数Ｎと、座標位置を検出すべき数ｎと、実際に座標位置
を検出する数ｍとの関係は、２≦ｍ≦ｎ≦Ｎとなってい
る。即ち、全被処理領域Ｎ個の内から、最大Ｎ個を含む
ｎ個を選択し、これを順番にｍ番目まで座標位置を検出
するものである。

【００２８】即ち、具体的に説明すると、基板ステージ
上に保持された基板上のＮ個の被処理領域のうちからｎ
個の被処理領域の目標座標位置と検出座標位置とを比較
検討する。先ず第１に一つの被処理領域の座標位置を検
出する。この検出は、例えばこの被処理領域に付随した
基板マークを検出する。これは、通常のサーチアライメ
ントショットで行うことができる。

【００２９】次に、この第１の被処理領域を基準とし
て、第２の被処理領域の座標位置を検出して、第１の被
処理領域から得られる目標座標位置と比較される。この
第１の被処理領域の座標位置と、第２の被処理領域の座
標位置及び目標座標位置から、基板の回転量が求まる。

【００３０】従って、これに引続くｍ番目の被処理領域
の座標位置の検出には、（ｍ−１）番目までの被処理領
域の少なくとも１つにおける位置検出手段によって検出
された座標位置と目標座標位置との偏差に応じて、この
ｍ番目の被処理領域の目標座標位置を補正して基板を移
動させればよい。

【００３１】これによれば、従来では、２つのサーチア
ライメントを行って、Ｘ，Ｙ座標値のずれと、基板の回
転量のずれを計測していたが、１つのサーチアライメン
トとこれに引続くファインアライメントで、良好に誤差
検知ができるため、アライメント時間が短縮される。

【００３２】具体的な座標位置と目標座標位置との偏差
を用いる位置合わせ方法としては、請求項２の本発明に
示すように、基板に配列されたＮ個の内のｎ個の被処理
領域の各々の静止座標系上での座標位置を検出するとと
もに、この検出された複数の座標位置を統計演算するこ
とにより、前記Ｎ個の被処理領域の各々の前記静止座標
系上での座標位置を算出し、該算出した座標位置に基づ
いて前記Ｎ個の被処理領域の各々を所定点に位置合わせ
するもの、所謂「エンハンスト・グローバルアライメン
ト（ＥＧＡ）方式」が取られる。

【００３３】即ち、基板に配列されたＮ個の内から選ば
れたｎ個の被処理領域の座標位置と目標座標位置との偏
差を統計演算して、全体のＮ個の各々の偏差を算出し、
その後、この算出した座標位置に基づいてＮ個の被処理
領域の各々を所定点に位置合わせすることにより、Ｎ個
の被処理領域の個々の所定点への位置合わせを行う。従
って、例えば、制御手段によって基板上のＮ個の被処理
領域の内から選ばれたｎ個の被処理領域の各々に順次歩
進させ、それらの位置を検出した後、該検出結果に基づ
いてＮ個の被処理領域の分布を推定して、基板上のＮ個
の被処理領域の各々を前記転写位置に順次歩進させて露
光操作を行うことができる。

【００３４】また、この発明の「エンハンスト・グロー
バルアライメント（ＥＧＡ）方式」の場合には、請求項
３に示すように、ｍ番目の被処理領域として、座標位置
が検出された（ｍ−１）番目までの被処理領域以外の
（ｎ−（ｍ−１））個の被処理領域のうち、（ｍ−１）
番目の被処理領域に最も近い被処理領域が選択されてい
る場合には、所定点の誤差は最も少ない。

【００３５】更に、別の座標位置と目標座標位置との偏
差を用いる位置合わせ方法としては、請求項４に示すよ
うに、基板上の被処理領域毎に前記静止座標系上での座
標位置を検出して所定点に位置合わせする動作を繰り返
す方法、所謂「ダイ・バイ・ダイ方式」がある。

【００３６】即ち、基板上のＮ個の全被処理領域の各々
を順次歩進させ、この歩進された被処理領域の位置を検
出して、該検出結果に基づいて前記パターンの転写位置
と前記被処理領域の位置との位置を一致させた後、該位
置で露光操作を行う動作を行い、次の被処理領域に進
み、これを順次繰り返すものである。

【００３７】また、本発明に記載されたｎ個の被処理領
域のうち、少なくとも１番目の被処理領域は、前記基板
マークよりも大きな面積のグローバルアライメント用の
マークを有するものであるため、最初の被処理領域の位
置決めが容易になる。

【００３８】

【実施例】図１は本発明を適用するのに好適な投影露光
装置の概略構成を示す図である。図１において、照明系
（不図示）からの照明光（ｉ線、ＫｒＦ又はＡｒＦエキ
シマレーザ等）ＥＬはコンデンサーレンズＣＬを介し
て、レチクルステージＲＳＴ上に載置されたレチクルＲ
のパターン領域ＰＡをほぼ均一な照度で照明する。パタ
ーン領域ＰＡを通過した照明光ＥＬは少なくとも像側が
テレセントリックな投影光学系ＰＬに入射し、投影光学
系ＰＬはパターン領域ＰＡ内に形成された回路パターン
の像をウエハＷ上に結像投影する。

【００３９】ウエハＷは、モータ１３によって投影光学
系ＰＬの光軸ＡＸと垂直な面内で２次元移動可能なウエ
ハステージＷＳＴ上に載置されている。ウエハステージ
ＷＳＴのＸ、Ｙ方向の位置はレーザ干渉計１２によっ
て、例えば０．０１μｍ程度の分解能で常時検出され
る。ウエハステージＷＳＴの端部には、干渉計１２から
のレーザビームを反射する移動鏡ＭＲが固定されてい
る。

【００４０】また、図１にはＴＴＲ(Through The Retic
le) 方式のアライメント系１０と、オフアクシス方式の
ＦＩＡ(Field Image Alignment) 系１１とが設けられて
いる。ＴＴＲアライメント系１０は、レチクルＲ上のア
ライメントマーク（レチクルマーク）とウエハＷ上のシ
ョット領域に付設されたアライメントマーク（ウエハマ
ーク）とを検出してその相対的な位置ずれ量を検出する
ものであり、本実施例ではパターン領域ＰＡを挟んで２
組配置されている。

【００４１】ＴＴＲアライメント系１０は対物光学系Ｏ
Ｊ₁ によって、例えばレチクルマークの像とウエハマー
クの像とを撮像素子（ＣＣＤカメラ等）の受光面上に結
像するものである。ＴＴＲアライメント系１０は、レチ
クルマークとウエハマークとのＸ，Ｙ，及び回転（θ）
方向に位置ずれ量を検出してその情報を演算ユニット１
５に出力する。ＦＩＡ系１１は、所定の波長幅の照明光
（広帯域光）をウエハＷ上に照射すると共に、対物光学
系ＯＪ₂ によってウエハマークの像を、ウエハと共役な
面内に配置された指標板上に結像し、さらにウエハマー
クの像と指標マークの像とを撮像素子（ＣＣＤカメラ
等）の受光面上に結像するものである。ＦＩＡ系１１
は、ウエハマークと指標マークとのＸ，Ｙ方向の位置ず
れ量を検出してその情報を演算ユニット１５に出力す
る。

【００４２】尚、干渉計１２によって規定される直交座
標系ＸＹの座標原点は光軸ＡＸと一致しているものと
し、ＴＴＲアライメント系１０、ＦＩＡ系１１の各検出
中心点は、この直交座標ＸＹ上の所定位置に設定され、
ＴＴＲアライメント系１０、又はＦＩＡ系１１からの上
方を用いてウエハＷ上のショット領域を、直交座標系Ｘ
Ｙ内の所定点、即ちレチクルＲのパターンの投影装置
（例えば、座標原点）に位置合わせする。

【００４３】さて、演算ユニット１５はＴＴＲアライメ
ント系１０、又はＦＩＡ系１１からの位置ずれ量に基づ
いて、次に座標計測すべきショット領域の目標座標位置
に与えるオフセットを決定するとともに、さらに干渉計
１２からの位置信号も入力して両マークの位置ずれ量が
零となるときのウエハステージＷＳＴの座標位置を求め
る。尚、ＴＴＲ系１０、又はＦＩＡ系１１からの位置ず
れ量、前述のオフセット、及び座標位置は記憶部１７に
格納される。

【００４４】さらに演算ユニット１５は、先に求めた座
標位置を用いてＥＧＡ演算（統計演算）を行い、その演
算結果（計算パラメータ、配列座標値等）を記憶部１７
及びシステムコントローラ１６に出力する。すなわちＥ
ＧＡ方式が採用されるときには、記憶部１７に格納され
た複数個（３個以上で、通常１０〜１５個程度）のショ
ット領域（サンプルショット）の各座標位置、及びショ
ット位置データ部１８から入力されるサンプルショット
の設計上の配列座標値に基づいて、統計演算によりウエ
ハＷ上の全てのショット領域の配列座標値を算出する。

【００４５】図１には示していないが、ＴＴＲアライメ
ント系１０，ＦＩＡ系１１からの各情報は切替スイッチ
を解して演算ユニット１５に入力するように構成され、
かつ切替スイッチによって上記情報を演算ユニット１５
とシステムコントローラ１６とに切り替えて入力可能と
なっている。システムコントローラ１６は、入力装置
（キーボード、又はバーコードリーダ等）１９から入力
されたアライメントモード（ＥＧＡモード、又はダイバ
イダイ（Ｄ／Ｄ）モード）に従ってスイッチの切替を行
う。すなわち、ＥＧＡモードが指定された場合には上記
情報が演算ユニット１５に入力し、Ｄ／Ｄモードが指定
された場合には上記情報がシステムコントローラ１６に
入力するように、システムコントローラ１６はスイッチ
の切替を行うことになる。

【００４６】また、ショット位置データ部１８はウエハ
Ｗ上の全てショット領域の設計上の配列座標値を格納
し、この座標値は演算ユニット１５、及びシステムコン
トローラ１６に出力される。さらにデータ部１８には、
ＥＧＡ演算に使用するサンプルショットの配置（個数、
位置）も入力されている。システムコントローラ１６
は、上記各種データに基づいてアライメント時やステッ
プアンドリピート方式の露光時のウエハステージＷＳＴ
の移動を制御するための一連の手順を決定すると共に、
装置全体を総括制御する。ステージコントローラ１４
は、システムコントローラ１６から入力される座標値と
干渉計１２からの座標値との差が零となるようにモータ
１３を駆動して、ウエハステージＷＳＴの位置決めを行
う。

【００４７】さて、図１の投影露光装置ではＤ／Ｄモー
ドが設定されると、システムコントローラ１６は、グロ
ーバルアライメント用マークが付設されたショット領域
の設計上の座標位置をデータ部１８から読み出し、ＦＩ
Ａ系１１によってグローバルアライメント用マークが検
出されるように、この座標位置に従ってウエハステージ
ＷＳＴを移動する。しかる後、ＦＩＡ系１１はグローバ
ルアライメント用マークのＸ，Ｙ方向の位置ずれ量を検
出する。

【００４８】システムコントローラ１６は、ステップア
ンドリピート方式の露光を開始するために、ウエハＷ上
の１番目のショット領域の設計上の配列座標値（目標座
標位置）をデータ部１８から読み出すとともに、先に検
出されたグローバルアライメント用マークの位置ずれ量
をオフセットとしてその目標座標位置に加えて補正し、
ステージコントローラ１４はこの補正された目標座標位
置に従ってウエハステージＷＳＴを移動する。

【００４９】次に、ＴＴＲアライメント系１０はレチク
ルマークと１番目のショット領域のファインアライメン
ト用マーク（ウエハマーク）とのＸ，Ｙ，θ方向の位置
ずれ量を検出する。さらにシステムコントローラ１６
は、ＴＴＲアライメント系１０からの位置ずれ量がほぼ
零となるようにウエハステージＷＳＴを微動して、レチ
クルＲのパターン領域ＰＡと１番目のショット領域とを
正確にアライメントした上で重ね合わせ露光を開始す
る。このとき、θ方向の位置ずれ量を零とするために、
レチクルＲを微小回転させてもよい。

【００５０】次に、システムコントローラ１６は２番目
のショット領域の目標座標位置をデータ部１８から読み
出し、記憶部１７に格納されるグローバルアライメント
用マークと１番目のショット領域のファインアライメン
ト用マークの少なくとも一方の位置ずれ量を用いてその
目標座標位置を補正し、この補正した目標座標位置に従
ってウエハステージＷＳＴを移動する。さらに、ＴＴＲ
アライメント系１０からの位置ずれ量が零となるように
ウエハステージＷＳＴを微動して重ね合わせ露光を開始
する。

【００５１】以下、前述の動作を繰り返し実行してウエ
ハＷ上の全て（Ｎ個）のショット領域を重ね合わせ露光
する。尚、前述のＤ／Ｄモードでは重ね合わせ露光を行
ったショット領域に最も近い、すなわち隣接のショット
領域を選択して重ね合わせ露光を行うとよい。また、Ｄ
／Ｄモードでは座標計測すべきショット数ｎはｎ＝Ｎと
なり、ｎこのショット領域のうちｍ（２≦ｍ≦ｎ）番目
のショット領域では１〜（ｍ−１）番目のショット領域
の各々で検出された位置ずれ量の少なくとも１つを用い
ればよい。このとき、複数の位置ずれ量を平均化処理、
加重平均化処理、又は最小事情近似処理して１つの位置
ずれ量を求め、この求めた位置ずれ量に従って目標座標
位置を補正するようにしてもよい。

【００５２】さらに、前述の説明ではＴＴＲアライメン
ト系１０からの位置ずれ量をそのままオフセットとして
目標座標位置に与えるものとしたが、前述の如く干渉計
１２からの位置信号も用いてレチクルマークに対するシ
ョット領域のファインアライメント用マークの位置ずれ
量が零となるときのウエハステージＷＳＴの座標位置を
求め、この求めた座標位置と目標座標位置との偏差に従
って次の目標座標位置を補正してもよく、前述の方法と
全く同じである。

【００５３】また、図１の投影露光装置ではＥＧＡモー
ドが設定されると、システムコントローラ１６は、グロ
ーバルアライメント用マークが付設されたショット領域
の設計上の座標位置をデータ部１８から読み出し、ＦＩ
Ａ系１１によってグローバルアライメント用マークが検
出されるように、この座標位置に従ってウエハステージ
ＷＳＴを移動する。しかる後、ＦＩＡ系１１はグローバ
ルアライメント用マークのＸ，Ｙ方向の位置ずれ量を検
出する。

【００５４】さらにシステムコントローラ１６は、ウエ
ハＷ上のＮこのショット領域のうち複数ｎ個（２≦ｎ≦
Ｎ）のサンプルショットの各目標座標位置をデータ部１
８から読み出し、１番目のサンプルショットの目標座標
位置に前述の位置ずれ量をオフセットとして加えて補正
し、ステージコントローラ１４はＦＩＡ系１１によって
１番目のサンプルショットのファインアライメント用マ
ークが検出されるように、この補正された目標座標位置
に従ってウエハステージＷＳＴを移動する。次に、ＦＩ
Ａ系１１は指標マークに対する１番目のサンプルショッ
トのファインアライメント用マークのＸ，Ｙ，θ方向の
位置ずれ量を検出する。

【００５５】さらに演算ユニット１５は、干渉計１２か
らの位置信号も用いて指標マークに対する１番目のサン
プルショットのファインアライメント用マークの位置ず
れ量が零となるときのウエハステージＷＳＴの座標位置
を求め、この求めた座標位置と１番目のサンプルショッ
トの位置ずれ量とを記憶部１７に格納する。さらにシス
テムコントローラ１６は、記憶部１７に格納されるグロ
ーバルアライメント用マークと１番目のサンプルショッ
トのファインアライメント用マークの少なくとも一方の
位置ずれ量を用いて、２番目のサンプルショットの目標
座標位置を補正し、この補正した目標座標位置に従って
ウエハステージＷＳＴを移動する。

【００５６】次に、ＦＩＡ系１１を用いて２番目のサン
プルショットのファインアライメント用マークを検出
し、ＦＩＡ系１１からの位置ずれ量が零となるときのウ
エハステージＷＳＴの座標位置を求める。以下、前述の
動作を繰り返し実行してウエハＷ上の全て（Ｎ個）のサ
ンプルショットの座標位置を求め、さらに演算ユニット
１５は記憶部１７に格納された複数の座標位置を統計演
算（最小二乗演算）してウエハＷ上の全て（Ｎ個）のシ
ョット領域の座標位置を算出する。

【００５７】さらにシステムコントローラ１６は、演算
ユニット１５で演算された座標位置に従ってウエハステ
ージＷＳＴを順次位置決めして、ウエハＷ上の各ショッ
ト領域にレチクルＲのパターンを重ね合わせ露光する。
尚、前述のＥＧＡモードでは複数のサンプルショットの
座標位置を逐次計測するとき、前のサンプルショットに
最も近いサンプルショットを選択してその座標位置を計
測する。また、Ｄ／Ｄモードと同様にｍ番目（２≦ｍ≦
ｎ）のサンプルショットでは１〜（ｍ−１）番目のサン
プルショットの各々で検出された位置ずれ量の少なくと
も１つを用いればよい。このとき、複数の位置ずれ量を
平均化処理、加重平均化処理、又は最小二乗近似処理し
て１つの位置ずれ量を求め、この求めた位置ずれ量に従
って目標座標位置を補正するようにしてもよい。

【００５８】更に、演算ユニット１５で求めた座標位置
と目標座標位置との偏差に従って次の目標座標位置を補
正するようにしてもよい。また、プリアライメント精度
が充分に高く、グローバルアライメント用マークを検出
する必要がない場合には、ＥＧＡモード、Ｄ／Ｄモード
の何れでも、ウエハＷ上の最初のショット領域（Ｄ／Ｄ
モードでは１番目に重ね合わせ露光するショット領域、
ＥＧＡモードでは１番目のサンプルショット）の目標座
標位置に従ってウエハステージＷＳＴを移動し、この時
ＴＴＲアライメント系１０、又はＦＩＡ系１１から得ら
れる位置ずれ量を用いて次ショットの目標座標位置を補
正するようにすればよい。

【００５９】本発明のＥＧＡモードでの位置合わせ方法
を更に詳しく述べる。図２は本発明の位置合わせ方法の
一実施例のアライメントシーケンスを示す工程図であ
る。図３は図２に示したウエハに予め指示されたサーチ
アライメントショットの位置を示す説明図である。図２
の工程図に基づいて、個々の工程を説明する。

【００６０】工程１０１では、先ずウエハローダ上のプ
リアライメントステーションにおいて外形基準によるプ
リアライメントが行われる。即ち、ウエハの直線的な切
欠（フラット）が一定の方向に向くように粗く位置決め
される。次の工程１０２で、ウエハＷはロードアームに
よってウエハステージＷＳＴ上のウエハホルダに載置さ
れる。即ち、ウエハＷのフラットをＸ軸と平行になるよ
うにウエハホルダ上に載置され、その位置に真空吸着さ
れて固定される。

【００６１】次の工程１０３では、予め指示されたサー
チアライメントショットが、設計値に基づいて、アライ
メントセンサの下に来るように、ウエハステージが移動
する。この時点ではプリアライメント精度の分、非計測
方向に長いサーチアライメントマークが必要である。ス
テージが移動した後、工程１０４では、サーチアライメ
ントショットにおいてＹとＸの両方の計測を行う。

【００６２】次に、工程１０５で、ファインアライメン
トサンプルショットに指定されたショットに移動され
る。上述のようにＥＧＡ方式の場合、一般にはウエハ内
10ショット程度が指示される。そしてそのＥＧＡショッ
トは最外周より少し内側のプロセスダメージを受けてい
ない部分の同心円状に並ぶものを選ぶことが多い。

【００６３】このＥＧＡショットでは、例えば図３に示
されるようなサンプルショットの場合、サーチショット
２０１の次にその近くのショット２０２を最初のＥＧＡ
ショットとして選択して、工程１０６で、ＸとＹとのフ
ァインアライメントを行う。ところで、サーチショット
２０１とＥＧＡショット２０２は充分に近いため、工程
１０４でサーチショット２０１でＸおよびＹの計測が終
了していれば、工程１０１のプリアライメントでのプリ
アライメント精度を鑑みてもファインアライメント用の
小さいマークを用いてもアライメントが可能である。

【００６４】従って、もしプリアライメント精度が悪
く、工程１０７で、ファインアライメント用マークが検
出されなかったとしても、工程１０８で、その残留回転
成分によってずれる方向に対してウエハを再度移動させ
た後に、再計測を行うシーケンスを繰り返すことによっ
てファインアライメント用マークの検出が可能となる
（工程１０５〜１０８）。

【００６５】従って、ここで、工程１０４のサーチアラ
イメントと工程１０６のファインアライメントとの２つ
のショットの計測結果からウエハの回転量を求めること
ができ、その量によってθテーブルを回転させることも
可能となる。また、第２のファインアライメントショッ
トへの移動については、サーチショット２０１およびフ
ァインアライメントショット２０２の結果を両方用いる
ことで、さらに正確な計測が可能となる。

【００６６】即ち、工程１０９では、工程１０８までの
サーチショット２０１およびファインアライメントショ
ット２０２のそれぞれのＸ及びＹの検出座標値の計測結
果からウエハ上の各ショットの座標系のＸ方向とＹ方向
のオフセット成分と回転成分とが求まる。このため、ウ
エハ自身のスケーリングや配列の直交度の誤差がない場
合には一意的に解が求まる。

【００６７】そのため、工程１１０でウエハの回転をシ
フト量を計算し、工程１１１の第２のファインアライメ
ントショット２０３に移動する際に、Ｘ座標値及びＹ座
標値のズレと、ウエハの回転誤差量とを加味して、第２
のファインアライメントショット２０３に移動させる。
このおけるアライメントの成功率は確実に向上すること
になる。

【００６８】移動させた後に工程１１２で第２のファイ
ンアライメントショット２０３の検出座標と、目標座標
とのズレを測定する。更に工程１１３で、目標とするフ
ァインアライメントショットが終了するまで（ＥＧＡの
計測が終了するまで）、工程１０９に戻り、回転誤差量
を計算して次のファインアライメントショットの移動に
加味させる。即ち、測定されたファインアライメントシ
ョットで検出された座標位置と目標座標位置との偏差を
用いて、次のファインアライメントショットの目標座標
位置と座標位置とのずれを最小とするように移動させ
る。これによって、ファインアライメントの最終ショッ
トまで同一の方法で確度を上げていくことが可能であ
る。

【００６９】以上のようにして第ｎショットまでファイ
ンアライメントが終了すると、その結果として、ウエハ
上のショットのＸ，Ｙオフセット、Ｘ，Ｙスケーリン
グ、直交度、ローテーションのすべてのパラメータが求
まる。その結果から、レチクルを高速、高精度の移動さ
せる手段をもった露光装置の場合には、工程１１４で、
上記ウエハの残留ローテーション量に応じてレチクルを
回転させる。これにより、焼付け結果において、ショッ
ト毎の残留ローテーションを小さくする効果が得られ
る。

【００７０】以上のようにして露光準備が終了し、工程
１１５及び工程１１６で、引続いて行われるステップア
ンドリピート動作により、正確な重ね合わせ露光が実行
されることになる。

【００７１】尚、本実施例では、サーチアライメント及
びファインアライメントに引続くファインアライメント
は隣接するサーチショットを用いて、各ショットに対応
するアライメントマークの検出を確実なものとしていた
が、アライメントマークの検出が可能であれば、隣接す
るサーチショットに限るものではない。

【００７２】また、本実施例では、全てのＥＧＡファイ
ンアライメントショットの終了後に工程１１４でウエハ
の残留ローテーション量に応じてレチクルを回転させた
が、例えばウエハ上のファインアライメントショット毎
のローテションを計測する場合には、各ファインアライ
メントショットの終了毎に行うようにしてもよい。

【００７３】更に、本実施例では、引続く次のファイン
アライメントショットの移動に際して、現状までのアラ
イメントショットの目標座標位置と検出座標位置とのず
れを加味したが、少なくとも現状までのアライメントシ
ョットのうちの一つのショットの目標座標位置と検出座
標位置とのずれを加味すればよい。

【００７４】図４は図２に示したウエハに予め指示され
た別のサーチアライメントショットの位置を示す説明図
である。前述の図３では、サーチアライメント用のショ
ット２０１とファインアライメント用のショット２０２
を別に配置したが、図４に示すように、１つのショット
３０１においてサーチアライメントとファインアライメ
ントを行うことも可能であり、マーク領域の低減を実現
することができる。

【００７５】また、プリアライメント精度によってはサ
ーチアライメントのシーケンスを省略しウエハ交換後に
直接ファインアライメントシーケンスに入ることも考え
られる。その場合にも、上記シーケンスと同様に計測シ
ョット数に応じて、ＥＧＡ計算を繰り返しアライメント
成功率を順次上げていくことが可能である。

【００７６】以上のように本発明によれば、サーチショ
ットが１つでも充分な重ね合わせ精度が得られるため、
従来の２ショットを用いたサーチアライメントによる方
式よりも、高いスループットを得ることができる。

【００７７】また、サーチアライメントを１ショット以
下で行うため、サーチアライメントのマークがウエハ内
に１つ以下でよいことになり、露光装置の持つ露光領域
を有効に使うことができるようになりかつ、１ウエハ上
に露光できるショット数が増えるため、生産性が増すこ
とになる。

【００７８】尚、本実施例では、ＥＧＡのアライメント
を示したが、実施例における各ファインアライメントシ
ョット毎に、Δｘ，Δｙ，θのズレを微調整して精密位
置合わせを行い、露光するＤ／Ｄ方式の露光を行っても
よい。

【００７９】また、本発明の位置合わせ装置及び位置合
わせ方法は、ステップアンドリピート方式で被処理領域
を目標位置に位置合わせするものであればよく、縮小投
影露光装置以外にも、種々のリソグラフィ装置や、フォ
トマスク等の検査を行う装置、レーザリペア装置などに
ついて、応用が可能である。

【００８０】

【発明の効果】本発明は以上説明したとおり、座標位置
を検出すべきｎ（２≦ｎ≦Ｎ）個の被処理領域のうち、
ｍ（２≦ｍ≦ｎ）番目の被処理領域の静止座標系上での
座標位置を検出するために、該ｍ番目の被処理領域の予
め定められた目標座標位置に従って基板ステージの移動
を制御手段で制御する際に、補正手段によって、（ｍ−
１）番目までの被処理領域の少なくとも１つにおける位
置検出手段によって検出された座標位置と目標座標位置
との偏差に応じて、前記ｍ番目の被処理領域の目標座標
位置を補正するものである。このため、基板ステージを
移動してｍ番目の被処理領域の基板マークを検出する際
に、良好に基板マークを検出することができる。また、
従来では、２つのサーチアライメントを行って、Ｘ，Ｙ
座標値のずれと、基板の回転量のずれを計測していた
が、１つのサーチアライメントとこれに引続くファイン
アライメントで、良好に誤差検知ができるため、アライ
メント時間が短縮される。

【００８１】更に、ｍ番目の被処理領域として、座標位
置が検出された（ｍ−１）番目までの被処理領域以外の
（ｎ−（ｍ−１））個の被処理領域のうち、（ｍ−１）
番目の被処理領域に最も近い被処理領域が選択されてい
る場合には、所定点の誤差は最も少ない、ため、計測の
成功率が向上することになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用するのに好適な投影露光装置の概
略構成を示す図である。

【図２】本発明の位置合わせ方法の一実施例のアライメ
ントシーケンスを示す工程図である。

【図３】図２に示したウエハに予め指示されたサーチア
ライメントショットの位置を示す説明図である。

【図４】図２に示したウエハに予め指示された別のサー
チアライメントショットの位置を示す説明図である。

【図５】従来の露光装置の位置決め操作の各ステップを
示す工程図である。

【図６】従来の位置決め操作におけるウエハ上の計測シ
ョットの配置を示す説明図である。

【符号の説明】

ＥＬ…照明光、 ＣＬ…コンデンサーレンズ、 ＲＳＴ…レチクルステージ、 Ｒ…レチクル、 ＰＡ…パターン領域、 ＰＬ…投影光学系、 Ｗ…ウエハ、 ＡＸ…光軸、 ＷＳＴ…ウエハステージ、 ＭＲ…移動鏡、 ＯＪ₁ …対物光学系、 １０…ＴＴＲ(Through The Reticle) 方式のアライメン
ト系、 １１…オフアクシス方式のＦＩＡ(Field Image Alignme
nt) 系、 １２…レーザ干渉計、 １３…モータ、 １４…ステージコントローラ、 １５…演算ユニット、 １６…システムコントローラ、 １７…記憶部、 １８…ショット位置データ部、 １０１〜１１６…各工程、 ２０１，３０１…サーチショット、 ２０２，２０３…ファインショット

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｎ個の被処理領域が配列された基板を保
   持して２次元移動する基板ステージと；該基板ステージ
   の移動位置を規定する静止座標系上の所定位置に検出中
   心を有し、該検出中心と前記基板上の被処理領域に付随
   した基板マークとが一致するときの前記静止座標系上で
   の座標位置を検出する位置検出手段と；前記静止座標系
   内の所定点に前記Ｎ個の被処理領域の各々を位置合わせ
   するために、前記検出された座標位置を用いて前記基板
   ステージの移動を制御する制御手段とを備えた位置合わ
   せ装置において、 前記座標位置を検出すべきｎ（２≦ｎ≦Ｎ）個の被処理
   領域のうち、ｍ（２≦ｍ≦ｎ）番目の被処理領域の前記
   静止座標系上での座標位置を検出するために、該ｍ番目
   の被処理領域の予め定められた目標座標位置に従って前
   記基板ステージを移動する際、（ｍ−１）番目までの被
   処理領域の少なくとも１つにおける、前記位置検出手段
   によって検出された座標位置と目標座標位置との偏差に
   応じて、前記ｍ番目の被処理領域の目標座標位置を補正
   する補正手段を備え、 前記制御手段は、前記位置検出手段が前記ｍ番目の被処
   理領域の基板マークを検出するように、前記補正された
   目標座標位置に基づいて前記基板ステージの移動を制御
   することを特徴とする位置合わせ装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の位置合せ装置を用いた
   位置合せ方法において、 前記ｎ個の被処理領域の各々の前記静止座標系上での座
   標位置を検出するとともに、該検出された複数の座標位
   置を統計演算することにより前記Ｎ個の被処理領域の各
   々の前記静止座標系上での座標位置を算出し、該算出し
   た座標位置に基づいて前記Ｎ個の被処理領域の各々を前
   記所定点に位置合わせすることを特徴とする位置合わせ
   方法。
3. 【請求項３】 前記ｍ番目の被処理領域として、前記座
   標位置が検出された（ｍ−１）番目までの被処理領域以
   外の（ｎ−（ｍ−１））個の被処理領域のうち、（ｍ−
   １）番目の被処理領域に最も近い被処理領域が選択され
   ていることを特徴とする請求項２に記載の位置合わせ方
   法。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の位置合せ装置を用いた
   位置合せ方法において、 前記基板上の被処理領域毎に前記静止座標系上での座標
   位置を検出して所定点に位置合わせする動作を繰り返す
   ことを特徴とする位置合わせ方法。
5. 【請求項５】 前記ｎ個の被処理領域のうち、少なくと
   も１番目の被処理領域は、前記基板マークよりも大きな
   面積のグローバルアライメント用のマークを有すること
   を特徴とする請求項１に記載の位置合わせ装置。