JPH1055949A

JPH1055949A - 位置合わせ方法

Info

Publication number: JPH1055949A
Application number: JP8212434A
Authority: JP
Inventors: Seiji Miyazaki; 聖二宮崎
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-08-12
Filing date: 1996-08-12
Publication date: 1998-02-24

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、複数枚のウェハを連続して位置合わ
せする際の位置合わせ方法に関し、各ウェハ内のパター
ン毎に高い位置合わせ精度を保ちつつ、スループットを
向上させた位置合わせ方法を提供することを目的とす
る。【解決手段】ｍ（ｍ＜Ｎ）枚目までの各基板に対して
は、Ｍｍａｘ個のパターン領域の位置を計測して得られ
た第１の実測値に基づいて複数の第１の誤差パラメータ
を推定して現実に露光すべきショット位置を決定し、ｍ
＋１枚目以降の各基板に対しては、計測点数がＭｍｉｎ
（＜Ｍｍａｘ）個のパターン領域の位置を計測して得ら
れた第２の実測値に基づいて推定した複数の第２の誤差
パラメータが所定の範囲内にあれば第１の誤差パラメー
タを用いて現実に露光すべきショット位置を決定し、所
定の範囲内になければ所定の範囲内に入るまで計測点数
を追加して再計測し、所定の追加計測点数で計測しても
所定の範囲内に入らなければ新たな誤差パラメータを用
いて現実に露光すべきショット位置を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置、液晶
表示装置、或いは薄膜磁気ヘッドの製造に用いられる投
影露光装置に好適な位置合わせ方法に関し、特に多数枚
の基板を連続して処理する際の位置合わせ方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置の集積度は飛躍的に高
まり、６４Ｍビットや２５６Ｍビットのメモリの開発、
製造が進められている。また、液晶表示装置にあって
は、表示領域の大型化高精細化に伴い、表示画素の微細
化が進んできている。これら半導体装置或いは液晶表示
装置を製造する露光装置として、ステップ・アンド・リ
ピート方式の投影型露光装置（以下ステッパーと言う）
が用いられている。ステッパーは、半導体ウェハやガラ
ス基板（以下ウェハと総称する）上の局所領域毎にフォ
トマスク或いはレチクル（以下レチクルと総称する）上
の回路パターンの投影像を位置合わせして露光を行な
う。この位置合わせを高精度で行う方法として、以下の
４種類が知られている。

【０００３】まず第１の位置合わせ方法として、露光毎
に投影像とショット領域との重ね合わせ状態を最良にす
るいわゆるダイ・バイ・ダイアライメント方法がある。
位置合わせのための観察光学系には、ウェハ上の露光パ
ターンが形成されるショット領域に付随した位置合わせ
マークとレチクル上の位置合わせマークとを同時に観察
するオンアクシス方式や、レチクル上のマークの投影点
から一定距離だけ離れた位置に検出中心を有するマーク
検出系によってウェハ上のマークを検出し、その検出位
置から一定距離分だけウェハを送り込むオフアクシス方
式がある。

【０００４】ウェハ上の各局所領域毎にダイ・バイ・ダ
イアライメントを実施すると、各露光ショットの位置合
わせ精度は高くなるものの、計測回数が多いため１枚の
ウェハの処理時間が長くなるといった欠点、あるいは各
ショット領域に付随して形成されたマークが何らかの原
因で変形してしまった場合、そのショットの露光が重ね
合わせ不良となるといった欠点があった。

【０００５】第２の位置合わせ方法として、レチクルに
対するウェハ全体の位置合わせを露光の前に一度だけ行
い、後はウェハ上のショット配列の設計値に従ってステ
ップ・アンド・リピート方式で機械的に位置決めする、
いわゆるグローバル・アライメント方法がある。グロー
バル・アライメント方法では、ウェハ上の１点のマーク
座標（Ｘ，Ｙ）で位置を計測し、他の１点におけるＸま
たはＹ座標値でウェハの回転を計測し、レチクルとウェ
ハの合わせ誤差に基づいてウェハ上のショット配列を決
定する。この方法は、単純な加算平均によりウェハステ
ージのＸ方向とＹ方向との２方向についてだけの誤差量
を誤差パラメータ（オフセット）として認識するに過ぎ
ず、ウェハ自体の伸縮を含む倍率誤差（スケーリン
グ）、ウェハのステージ上での回転誤差（ローテーショ
ン）、ウェハステージの走りの直交度等の影響による誤
差を考慮していない。従って、グローバル・アライメン
ト方法では計測に要する時間が短いのでスループット
（単位時間当たりのウェハ処理枚数）を向上させること
はできるが、高い重ね合わせを得ることは困難である。

【０００６】第３の位置合わせ方法として、特開昭６１
−４４４２９号公報において開示されている位置合わせ
方法を説明する。まず、予め指定したウェハ上の複数
（例えば５〜１０点）のショット領域（サンプルショッ
ト領域）のアライメントマークの位置計測を行い、アラ
イメントマーク位置の実測値に基づいて、スケーリン
グ、ローテーション、オフセット量及びウェハステージ
の直交度を線形最小二乗法を用いて求める。これら４つ
の誤差成分を誤差パラメータとしてショット配列の規則
性の式を決定し、その式に基づいてウェハ上のショット
位置を推定して、ステップ・アンド・リピート方式でウ
ェハステージを位置決めする。このアライメント方式を
エンハンスト・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）方
法と呼ぶことにする。

【０００７】ＥＧＡ方法では先の４つの誤差パラメータ
を精度よく求めることが必要とされ、このため１枚のウ
ェハ上でなるべく多くのサンプルショット領域について
アライメントマーク位置計測を行い、サンプルショット
位置の実測値を多数得ることが必要である。通常ステッ
パーにおいては多数枚のウェハをロット単位で連続して
露光処理するため、ＥＧＡ方式によって１枚毎のアライ
メント精度を上げようとすると、そのロット内でのウェ
ハ内のサンプルショット領域の数が増え、従って、１枚
のウェハ内でのアライメント回数が増えることとなり、
この結果スループットが制限されてしまうといった問題
が生じる。

【０００８】第４の位置合わせ方法は、特開昭６２−８
４５１６号公報に開示されている位置合わせ方法であ
り、上記ＥＧＡ方法をロット単位の処理において改良し
たものである。ロット内のＮ枚のウェハに対し、処理が
開始されてからｍ（但し、ｍ＜Ｎ）枚目までの各ウェハ
についてはショット配列の規則性を決定するための複数
の誤差パラメータ（スケーリング、直交度、ローテーシ
ョン、及びシフト）の全てを各ウェハ毎の所定数の実測
値に基づいて推定する。（ｍ＋１）枚目以降の各ウェハ
については、計測点数を減らして複数の誤差パラメータ
のうちウェハ毎に値が変化し得る誤差パラメータ（ロー
テーションとシフト）のみを各ウェハ毎の所定数（ｍ枚
目の数より小さい所定数）の実測値に基づいて推定する
と共に、他の誤差パラメータ（スケーリングと直交度）
については１枚目からｍ枚目までのウェハで既に推定し
た誤差パラメータを適用するようにして、推定された複
数の誤差パラメータに基づいて配列の規則性の式を決定
するようにする。このようにして１枚目からＮ枚目まで
の各基板について順次位置合わせを行う。以上のように
特開昭６２−８４５１６号公報では、計測点数を適切に
設定して、安定したロット条件のウェハを処理すること
により高い位置合わせ精度を維持しながらスループット
を向上させることができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら第４の位
置合わせ方法は、ロット内条件が安定であることを前提
としているので、ロット内条件が何らかの理由で不安定
になると誤差パラメータが正確に求められなくなり、位
置合わせ精度が低下してしまう可能性を有している。位
置合わせ精度を一定に維持するために、ロット内条件の
変動を見越してウェハ１枚当たりの計測点数や誤差パラ
メータ推定のための計測ウェハ枚数に冗長性を与えた
り、定期的なウェハの検査或いは全数検査を実施したり
すると、スループットを向上させることができなくなっ
てしまう。

【００１０】図８に示すように縦軸に誤差パラメータの
ばらつきと処理時間をとり、横軸にウェハの計測点数を
とれば、計測点数が増加すれば処理時間はそれにつれて
破線に示すように直線的に増加する。一方、誤差パラメ
ータのばらつき（実線）は計測点数が減少すると加速度
的に増大する。このように、位置合わせ精度の向上とス
ループットの向上とは相反する関係にあるので、投影露
光に際しての環境や形成する半導体素子に対する要求性
能等の種々の条件に応じて最適な位置合わせができる位
置合わせ方法が望まれている。

【００１１】本発明は、複数枚のウェハを連続して位置
合わせ処理する際、各ウェハ内のパターン（ショット領
域）毎に高い位置合わせ精度を保ちつつ、スループット
を向上させた位置合わせ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】上記目的は、複数のパタ
ーン領域が形成されたＮ枚の基板の各々について、パタ
ーン領域の位置に関する設計値と複数の誤差パラメータ
とに基づいて、パターン領域の各々に対して現実に露光
すべきショット位置を決定して位置合わせする位置合わ
せ方法において、１枚目からｍ（ｍ＜Ｎ）枚目までの各
基板に対しては、Ｍｍａｘ個のパターン領域の位置を計
測して得られた第１の実測値に基づいて複数の誤差パラ
メータの全てを推定し、現実に露光すべきショット位置
を決定する第１のステップと、推定された複数の誤差パ
ラメータのうち、１又は２以上の所定の誤差パラメータ
を選択し、ｍ枚の基板の各々から求められた選択された
誤差パラメータの各値をそれぞれ平均化処理して、登録
された第１の「判定基準」内の各判定基準項目に格納す
る第２のステップと、ｍ＋１枚目以降の基板の各々に対
しては、計測点数がＭｍｉｎ（＜Ｍｍａｘ）個のパター
ン領域の位置を計測して得られた第２の実測値に基づい
て推定した複数の誤差パラメータの全てのうち選択され
た誤差パラメータの値が第１の「判定基準」に対して所
定の範囲内にあれば、第１の「判定基準」内の各判定基
準項目に格納されている誤差パラメータと当該実測値で
得られたその他の誤差パラメータとに基づいて、現実に
露光すべきショット位置を決定する第３のステップと、
第２の実測値に基づいて推定した複数の誤差パラメータ
のうち選択された誤差パラメータの値が所定の範囲内に
なければ、選択された誤差パラメータの値が所定の範囲
内に入るまで計測点数を追加して再計測を行う第４のス
テップとを備えたことを特徴とする位置合わせ方法によ
って達成される。

【００１３】また、上記目的は、上記位置合わせ方法に
おいて、第４のステップ中に推定された選択された誤差
パラメータの値が第１の「判定基準」とは異なる傾向を
示し、且つ追加する計測点数を増加させても選択された
誤差パラメータの値の変化が減少して所定の収束傾向を
示したら、第１の「判定基準」の各判定基準項目に選択
された誤差パラメータの値を更新した新たな第２の「判
定基準」を創設し、追加登録する第５のステップと、第
２の「判定基準」内の各判定基準項目に格納されている
誤差パラメータと第５のステップ中で計測された第２の
実測値及び追加した計測点数による実測値から得られた
その他の誤差パラメータとに基づいて、現実に露光すべ
きショット位置を決定する第６のステップとを備えたこ
とを特徴とする位置合わせ方法によって達成される。

【００１４】さらに上記目的は、上記位置合わせ方法に
おいて、第２の「判定基準」と新たな実測値で得られた
その他の誤差パラメータとに基づいて、現実に露光すべ
きショット位置を決定する第７のステップとを備えたこ
とを特徴とする位置合わせ方法によって達成される。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態による位置合
わせ方法を図１乃至図７を用いて説明する。図１乃至図
４は本実施の形態による位置合わせ方法の処理の流れを
説明する図である。図５は、本実施の形態による位置合
わせ方法を実施するためのステッパーの概略的な構成を
示す図であり、図６は図５のステッパーによって処理さ
れるウェハ上のパターン（ショット領域）配置を示す平
面図である。

【００１６】まず、図５を用いて本実施の形態における
ステッパーの概略の構成を説明する。所定のパターン領
域（アライメント用のマークも含む）ＰＡが形成された
レチクルＲが投影レンズ１の光軸ＡＸに対して正確に位
置決めされている。パターンＰＡの投影像は、ＸＹ方向
に２次元移動するステージ２上に載置されたウェハＷに
転写される。ｌ１はパターン領域ＰＡの最外縁を通る主
光線を表す。本実施の形態では投影レンズ１の物体（レ
チクルＲ）側は非テレセントリック系であるものとす
る。ステージ２はモータ３により駆動され、その２次元
的な位置（座標値）はレーザ光波干渉計４により計測さ
れる。

【００１７】ウェハＷ上に予め形成されたアライメント
用のマーク（特に回折格子マーク）を検出するために、
Ｈｅ‐Ｎｅ等のようにウェハ上のフォトレジストを感光
させにくいレーザ光を出力するレーザ光源５、ハーフミ
ラー６、ミラー７、８が設けられ、レーザ光源５からの
レーザ光は投影レンズ１を介してウェハＷ上にスポット
光ＳＰとして結像する。スポット光ＳＰはウェハＷ上で
パターン領域ＰＡの投影像の外側で、光軸ＡＸから一定
距離に位置するように配置される。スポット光ＳＰがマ
ークを照射すると回折光、散乱光、及び正反射光を生
じ、これらの光は投影レンズ１を通して再びミラー８、
７及びハーフミラー６を介して空間フィルター９に至
る。空間フィルター９は投影レンズ１の入射瞳と共役に
配置され、０次光（正反射光）をカットして回折光（又
は散乱光）を光電検出器１０に導くように形成されてい
る。ウェハＷ上のマークの位置検出は、スポット光ＳＰ
が投影レンズ１の投影視野内で固定されているので、ス
テージ２の移動位置を検出する干渉計４からの座標値
と、光電検出器１０からの光電信号を入力する主制御回
路１１とにより実行される。主制御回路１１は、さらに
モータ３の駆動を制御すると共に、ＥＧＡ方法によるス
テップ・アンド・リピートの露光動作や、ウェハＷ上の
ショット領域の配列の規則性の決定動作（ＥＧＡ方法の
主要演算動作）を行う。また、主制御回路１１はショッ
ト配列の設計値も予め記憶している。

【００１８】なお、レーザ光源５、ハーフミラー６、ミ
ラー７、８、空間フィルタ９及び光電検出器１０からな
るアライメント系を以後レーザ・ステップ・アライメン
ト系（ＬＳＡ系）と呼ぶことにする。このＬＳＡ系の検
出中心はスポット光ＳＰの中心とする。また図５に示し
たＬＳＡ系は例えばウェハＷのＹ方向の位置のみを検出
するためのもので、実際にはＸ方向の位置を検出するた
めのＬＳＡ系も同様に配置される。図５ではＹ方向検出
用のＬＳＡ系の第１ミラー８に対応したＸ方向検出用の
ＬＳＡ系の第１ミラー８’のみを示してある。

【００１９】さて、ステージ２上に載置されるウェハＷ
上には、図６に示すように複数の矩形のパターン領域Ｃ
Ｐが配列座標系ａβに沿ってマトリクス状に形成されて
いる。各パターン領域ＣＰの夫々は、レチクルＲのパタ
ーン領域ＰＡの投影像と重なり合うように定められ、各
パターン領域ＣＰにはＸ方向のアライメント用のマーク
ＳＸと、Ｙ方向のアライメント用のマークＳＹとが付随
して形成されている。配列座標系αβの原点をウェハＷ
上の中央付近に位置するパターン領域ＣＰ０の中心点と
一致するように定めるものとすると、パターン領域ＣＰ
０に付随したマークＳＹ０はα軸上に位置し、マークＳ
Ｘ０はβ軸上に位置するように形成されている。他のパ
ターン領域ＣＰに付随したマークＳＹ、ＳＸについても
同様の規則で形成されている。配列座標系αβにおける
各パターン領域ＣＰの設計上の座標値（又はＸ方向とＹ
方向のステッピング・ピッチ）は、図５中の主制御回路
１１内に予め記憶されている。

【００２０】図７はＬＳＡ系によってパターン領域ＣＰ
の位置を検出する場合のスポット光ＳＰとウェハＷとの
配置関係を示す平面図である。直交座標系Ｘ、ＹのＸ
軸、Ｙ軸はステージ２の移動方向（又は干渉計４による
座標測定方向）を表し、ここでは座標系Ｘ、Ｙの原点を
投影レンズ１の投影視野ＩＦの中心（光軸ＡＸ）と一致
するように定めてある。Ｙ方向のアライメント用のＬＳ
Ａ系（以下Ｙ‐ＬＳＡ系とする）によるスポット光ＳＰ
ＹはＸ軸上に細長く伸びた帯伏に形成され、Ｘ方向のア
ライメント用のＬＳＡ系（以下Ｘ‐ＬＳＡ系とする）に
よるスポット光ＳＰＸはＹ軸上に細長く伸びた帯状に形
成される。

【００２１】図７中破線で示した矩形領域は、レチクル
Ｒのパターン領域ＰＡの投影像ＰＡ’であり、投影像Ｐ
Ａ’の中心（ショット中心）は座標系ＸＹの原点に一致
しているものとする。ウェハＷ上のパターン領域ＣＰに
付随したマークＳＹ、ＳＸは回折格子状のパターンであ
る。そこでマークＳＹがＹ方向にスポット光ＳＰＹを横
切るようにウェハＷ（ステージ２）を移動させて、マー
クＳＹから発生した回折光のＹ方向の位置ＹＹｉを干渉
計４から読み取り、さらにマークＳＸがＸ方向にスポッ
ト光ＳＰＸを横切るようにウェハＷ（ステージ２）を移
動させて、マークＳＸから発生した回折光のＸ方向の位
置ＸＸｉを干渉計４から読み取ることによって、パター
ン領域ＣＰの位置の実測値（ＸＸｉ，ＹＹｉ）が得られ
る。従って、干渉計４の読み値が実測値（ＸＸｉ，ＹＹ
ｉ）と一致するようにステージ２を位置決めすることに
よって、パターン領域ＣＰの中心ＣＣと投影像ＰＡ’の
中心（原点）とが正確に一致することになり、パターン
領域ＣＰと投影像ＰＡ’とは精密に重ね合わされること
になる。なお、本実施の形態においてはＬＳＡ系によっ
て１つのパターン領域ＣＰ毎に位置合わせを行って露光
するのではなく、あくまでもＥＧＡ方法を前提とするた
め、マークＳＸ、ＳＹの位置の実測値を求めるまでの動
作、いわゆるサンプルアライメントが実行されればよ
い。

【００２２】本実施の形態による位置合わせ方法を説明
する前に、特開昭６１−４４４２９号公報に記載されて
いるＥＧＡ方法を簡単に説明しておくことにする。一枚
のウェハ上でのショット（パターン領域ＣＰ）の配列の
規則牲については、平面上での線形な歪みを想定し、以
下の６つの誤差パラメータの変数を導入する。Ｍｘ：ウェハのＸ方向の倍率誤差（スケーリングＸ）Ｍｙ：ウェハのＹ方向の倍率誤差（スケーリングＹ） Θ ：配列座標系αβの回転誤差（ローテーション） ω ：座標系ＸＹの直交度Ｓｘ：ウェハのＸ方向の平行移動量（シフトＸ）Ｓｙ：ウェハのＹ方向の平行移動量（シフトＹ）以上のような変数を想定すると、設計座標値（Ｘｏｎ，
Ｙｏｎ）に位置するショットの実際に位置決めすべきシ
ョット位置の座標値（Ｘｒｎ，Ｙｒｎ）は以下のように
表される。但し、ｎはショット番号を示している。

【００２３】

【数１】

【００２４】実際の位置合わせにおける計測値が（Ｘｒ
ｎ’，Ｙｒｎ’）と計測されたとすれば、そのＸ方向の
誤差成分Ｅｘｎは、Ｅｘｎ＝Ｘｒｎ’−Ｘｒｎであ
り、Ｙ方向の誤差成分Ｅｙｎは、Ｅｙｎ＝Ｙｒｎ’
−Ｙｒｎであり、これらの二乗和は以下のようになる。

【００２５】

【数２】

【００２６】この誤差Ｅを最小にする上記６つの誤差パ
ラメータを最小二乗法を用いて求めることにより、各シ
ョットの設計座標値（Ｘｏｎ，Ｙｏｎ）に対する実際の
ショット位置の座標値（Ｘｒｎ，Ｙｒｎ）を一意に定め
ることができる。

【００２７】さて、図１乃至図４を用いて本実施の形態
による位置合わせ方法の処理の流れを説明する。まず、
ロット単位としてＮ枚（例えばＮ＝２０とする）の露光
処理すべきウェハＷの１枚を、ウェハＷのオリエンテー
ションフラット等を利用してプリアライメントしてステ
ッパー内に搬入し、ステッパーのウェハステージ２上に
載置する（ステップＳ１０）。次にウェハＷの回転補正
を行った後、Ｘ−ＬＳＡ系及びＹ−ＬＳＡ系により所定
のウェハＷ上のパターン領域ＣＰに付随したマークＳ
Ｙ、ＳＸの位置を検出する。ステージ２を順次移動させ
て、予め設定してある最大計測点数（Ｍｍａｘ）分の所
定パターン領域ＣＰのマーク検出を行う（ステップＳ１
１）。最大計測点数Ｍｍａｘとしては１０ショット分前
後が望ましいが、スループットを考慮してより少ないシ
ョット数にすることも可能である。

【００２８】次に、ステップＳ１１のマーク検出で得ら
れたＭｍａｘ個の実測座標値（Ｘr1',Ｙr1'）〜（ＸrMm
ax',ＹrMmax'）と予め記憶している設計座標値（Ｘo1,
Ｙo1）〜（ＸoMmax,ＹoMmax）とから最小二乗法を用い
て上述の６つの誤差パラメータを推定する（ステップＳ
１２）。そして、得られた誤差パラメータと設計座標値
とから上記式を用いて現実に露光すべきショット位置
（Ｘｒｎ、Ｙｒｎ）を計算し、当該ウェハＷに対して露
光処理を行う（ステップＳ１３）。

【００２９】露光処理の終了したウェハＷをステージ２
から搬出し（ステップＳ１４）、所定のサンプリングウ
ェハ枚数（Ｓｎｏ）の処理が行われたか否かが判断され
る（ステップＳ１５）。このＳｎｏは、ロットの先頭の
ウェハＷからの枚数を予め設定したものであり、Ｓｎｏ
枚のウェハの処理を終了するまでは各ウェハＷに対して
従来のＥＧＡ方法で最大計測点数Ｍｍａｘの計測が行わ
れる。Ｓｎｏはウェハ（ロット条件）の安定性を勘案し
て設定する。

【００３０】ウェハ処理枚数が所定のＳｎｏ枚に達する
とステップＳ１６に移行して、Ｓｎｏ＋１枚目以降のウ
ェハの露光処理での計測点数を減らすために利用される
「判定基準」を作成する。判定基準は、１又は２以上の
判定基準項目から構成される。一の判定基準項目には６
つの誤差パラメータのうち何れか１つが選択される。判
定基準項目に選択された誤差パラメータの値には、既に
露光処理されたＳｎｏ枚のウェハＷの各々から求めた当
該誤差パラメータを平均化処理した値が格納される。

【００３１】「判定基準」の判定基準項目の数は、６つ
の誤差パラメータのいくつを選択するかにより１〜６の
範囲内で任意であるが、ロット内のウェハ毎の誤差のば
らつきが少ない誤差パラメータが判定基準項目として選
択されるべきである。例えば連続処理を行うロット内の
ウェハ間における倍率誤差（スケーリングＸ、スケーリ
ングＹ）や直交度の誤差パラメータはばらつきが極めて
小さいので、１枚目からＳｎｏ枚目の各ウェハＷで計測
して得られたそれら３つの誤差パラメータのそれぞれの
平均値をそれぞれ判定基準項目として選択してもよい。

【００３２】これらスケーリングＸ、Ｙや直交度のばら
つきが小さいのは、ロット内のウェハ同士が種々の工程
中で受ける影響はほぼ同一であること、またステッパー
の投影光学系のディストーションやステージの直交度
は、ロット処理中に大きく変化することは少ないこと等
による。一方、ステッパー内に搬入してステージに載置
する際の各ウェハに与えられる機械的動作はウェハ毎に
わずかに異なることからウェハＷの吸着ずれ等を発生さ
せ易く、シフトＸ、Ｙやローテーションの誤差はばらつ
きが小さくならない。

【００３３】以上の理由から、本実施の形態では判定基
準項目として、スケーリングＸ、スケーリングＹ及び直
交度の３つを用いることにする。

【００３４】また「判定基準」は、以降の処理で新たに
別個に作成されることがあるので、それらを区別するた
めに番号を付して表すことにする。ここでは第１番目に
作成された判定基準であるので以降、判定基準（１）と
表すことにする。

【００３５】判定基準（１）が設定されると、次に残り
のＳｎｏ＋１枚目以降のウェハＷの露光処理に移る。ス
テップＳ２０でＳｎｏ＋１枚目以降の新たなウェハＷが
ステッパー内に搬入され、プリアライメントされてステ
ッパーのウェハステージ上に載置される。次に、ウェハ
Ｗの回転補正を行った後、Ｘ−ＬＳＡ系及びＹ−ＬＳＡ
系により所定のウェハＷ上のパターン領域ＣＰに付随し
たマークＳＹ、ＳＸの位置を検出する。ステージを順次
移動させて、予め設定してある最少計測点数（Ｍｍｉ
ｎ）分の所定パターン領域ＣＰのマーク検出を行う（ス
テップＳ２１）。最少計測点数Ｍｍｉｎは、６つの誤差
パラメータを得るために最低３ショット分（各ショット
でマークＳＸ、ＳＹが検出できる）あればよいので、本
実施の形態においてはＭｍｉｎ＝３としている。

【００３６】次に、ステップＳ２１のマーク検出で得ら
れた実測座標値（Ｘｒ１，Ｙｒ１）〜（Ｘｒ３，Ｙｒ
３）と予め記憶している設計座標値とから最小二乗法を
用いて誤差パラメータを推定する（ステップＳ２２）。

【００３７】判定基準（１）の３つの判定基準項目のそ
れぞれに格納されている誤差パラメータ（スケーリング
Ｘ、Ｙ及び直交度）の値と、ステップＳ２２で得られた
スケーリングＸ、Ｙ及び直交度の誤差パラメータの値
が、近似判定値（Ｊｌｅｖｅｌ）の範囲内に入っている
か否かを判断する（ステップＳ２３）。近似判定値は、
各判定基準項目に対応してそれぞれ設けられ、計測した
倍率誤差Ｘ、Ｙ及び直交度の誤差パラメータの値が、そ
れぞれの判定基準項目の所定の許容範囲内に入っている
か否かのしきい値（Ｍｌｘ（単位ｐｐｍ）：スケーリン
グＸ、Ｍｌｙ（単位ｐｐｍ）：スケーリングＹ、及びＯ
ｌ（単位μｒａｄ）：直交度）がそれぞれ設定されてい
る。これら近似判定値は、計測センサとウェハ（ロット
条件）の安定性を勘案して設定される。

【００３８】ステップＳ２２で得られた誤差パラメータ
の判定基準項目に対応する値が近似判定値内に入ってい
れば、ステップＳ４２に移行して、判定基準（１）の誤
差パラメータ（スケーリングＸ、Ｙ及び直交度）と当該
ウェハＷの実測から得られたその他の誤差パラメータ
（シフトＸ、Ｙ及びローテーション）とを用い、それら
と設計座標値とから上記式により現実に露光すべきショ
ット位置を計算し、計算結果に基づいてステージ２を所
定量移動させて当該ウェハＷに対して露光処理を行う
（ステップＳ４２）。露光処理の終了したウェハＷをス
テージ２から搬出し（ステップＳ４３）、ロット内のウ
ェハＷ全ての露光処理が終了したかを判断し、未処理の
ウェハＷがあればステップＳ２０に戻って未処理のウェ
ハＷの露光処理を行う（ステップＳ４４）。

【００３９】一方、得られた誤差パラメータの判定基準
項目に対応する値が近似判定値内から外れているとステ
ップＳ２３で判断されたら、Ｘ−ＬＳＡ系及びＹ−ＬＳ
Ａ系を用いてウェハＷ上のさらに別の所定のパターン領
域ＣＰに付随したマークＳＹ、ＳＸの位置を検出する
（ステップＳ３０）。そして、ステップ３０で新たに求
めた実測座標値（Ｘｒ４，Ｙｒ４）とステップＳ２１の
マーク検出で既に得られた実測座標値（Ｘｒ１，Ｙｒ
１）〜（Ｘｒ３，Ｙｒ３）との４個のデータを用いて改
めて最小二乗法により誤差パラメータの推定を行う（ス
テップＳ３１）。

【００４０】そして再度、判定基準（１）の判定基準項
目の誤差パラメータ（スケーリングＸ、Ｙ及び直交度）
と、ステップＳ３１で得られた誤差パラメータのそれら
の値が、近似判定値（Ｊｌｅｖｅｌ）の範囲内にあるか
否かを判断する（ステップＳ３２）。ステップＳ３１で
得られた誤差パラメータの判定基準項目に対応する値
が、近似判定値内に入っていれば、ステップＳ４２に移
行して、判定基準（１）の各判定基準項目に格納された
誤差パラメータ（スケーリングＸ、Ｙ及び直交度）と当
該ウェハの実測で得られたその他の誤差パラメータ（シ
フトＸ、Ｙ及びローテーション）とを用いて誤差パラメ
ータとし、それと設計座標値とから上記式を用いて現実
に露光すべきショット位置を計算し、当該ウェハＷに対
して露光処理を行う。露光処理の終了したウェハＷをス
テージから搬出し（ステップＳ４３）、ロット内のウェ
ハ全ての露光処理が終了したかを判断し、未処理のウェ
ハがあればステップＳ２０に戻ってウェハの露光処理を
行う（ステップＳ４４）。

【００４１】一方、計測点を１個増加させてもステップ
Ｓ３１で得られた誤差パラメータ（スケーリングＸ、Ｙ
及び直交度）の各値がそれぞれの近似判定値内に入って
いなければ（ステップＳ３２）、ステップ３３に移行し
てステップＳ３１で得られた誤差パラメータの変化量が
収束判定値の範囲内にあるか否かを判断する。収束判定
値は、判定基準項目毎に設定され、計測点数の増加に対
する誤差パラメータの変化（収束）をみるしきい値（Ｍ
ｗｘ（単位ｐｐｍ）：スケーリングＸ、Ｍｗｙ（単位ｐ
ｐｍ）：スケーリングＹ、及びＯｗ（単位μｒａｄ）：
直交度）がそれぞれ設定されている。これら収束判定値
は、計測センサの安定性を勘案して設定される。

【００４２】ステップＳ３１で得られた誤差パラメータ
（スケーリングＸ、Ｙ及び直交度）の各値が収束判定値
の範囲内になければ、ステップＳ３４で計測点数がＭｍ
ａｘを越えたか否かを判断し、越えていなければステッ
プＳ３０に戻ってさらに新たに別のパターン領域ＣＰの
マークＳＸ、ＳＹを選択してその位置を計測し、計測点
をさらに１つ増やした座標データに基づいて誤差パラメ
ータの推定を行う（ステップＳ３１）。ステップＳ３４
で全計測点数がＭｍａｘを越えたと判断されたら、計測
センサ若しくは当該ウェハに何らかの異常があるものと
判断し、ステップＳ４３に移行して露光動作を終了し当
該ウェハを装置外へ搬出する。

【００４３】また、誤差パラメータの変化量が収束判定
値の範囲内になったら、ステップＳ４０で、当該ウェハ
から得られた誤差パラメータが、それまでの判定基準
（１）に対して判定基準設定値（Ｊｄｅｌｔａ）を越え
て変化しているか否かを判断する。判定基準設定値は、
計測結果から得られた誤差パラメータを新しい「判定基
準」として定義する際のしきい値（Ｍｄｘ（単位ｐｐ
ｍ）：スケーリングＸ、Ｍｄｙ（単位ｐｐｍ）：スケー
リングＹ、及びＯｄ（単位μｒａｄ）：直交度）がそれ
ぞれ設定されている。これら判定基準設定値は、計測セ
ンサの安定性を勘案して個々の判定基準項目毎に設定さ
れる。

【００４４】当該ウェハから得られた誤差パラメータ
が、判定基準（１）に対して判定基準設定値（Ｊｄｅｌ
ｔａ）を越えていれば、新たな「判定基準」を創設して
判定基準（ｎ）とする。ここで、（ｎ）は第ｎ番目に判
定基準として設定されたことを表している。判定基準
（ｎ）の３つの判定基準項目には、ステップＳ３１で推
定された６つの誤差パラメータのうちのスケーリング
Ｘ、Ｙ及び直交度が選択され、それぞれの誤差パラメー
タの値が格納される（ステップＳ４１）。

【００４５】この判定基準（ｎ）の各判定基準項目に格
納された誤差パラメータ（スケーリングＸ、Ｙ及び直交
度）と当該ウェハの実測で得られたその他の誤差パラメ
ータ（シフトＸ、Ｙ及びローテーション）とを用いて、
設計座標値から上記式により現実に露光すべきショット
位置を計算し、当該ウェハＷに対して露光処理を行う
（ステップＳ４２）。露光処理の終了したウェハＷをス
テージから搬出し（ステップＳ４３）、ロット内のウェ
ハ全ての露光処理が終了したかを判断し、未処理のウェ
ハがあればステップＳ２０に戻ってウェハの露光処理を
続ける（ステップＳ４４）。

【００４６】一方、ステップＳ４０で当該ウェハから得
られた誤差パラメータが判定基準（１）に対して判定基
準設定値（Ｊｄｅｌｔａ）を越えていなければ、新たな
「判定基準」は創設しない。この場合は、既にある「判
定基準」の各判定基準項目に格納された誤差パラメータ
（スケーリングＸ、Ｙ及び直交度）と当該ウェハの実測
で得られたその他の誤差パラメータ（シフトＸ、Ｙ及び
ローテーション）とを用いて、設計座標値から上記式に
より現実に露光すべきショット位置を計算し、当該ウェ
ハＷに対して露光処理を行う（ステップＳ４２）。

【００４７】こうすることにより、ロット内のウェハＷ
全てが適切な位置合わせ精度とウェハ処理時間で露光処
理される。以上の処理をまとめると以下のようになる。
ロット処理における１枚目からＳｎｏ枚目までの各ウェ
ハＷに対しては、予め設定した位置にあるＭｍａｘ個の
パターン領域ＣＰに対してマーク検出を行って６種類の
誤差パラメータを推定し、現実に露光すべきショット位
置を決定する。

【００４８】推定された６種類の誤差パラメータのう
ち、所定の１又は２以上の誤差パラメータを選択し、Ｓ
ｎｏ枚のウェハの各々から求めた当該誤差パラメータの
値を平均化処理して、登録された「判定基準」内の各判
定基準項目に格納する。この「判定基準」は、Ｓｎｏ＋
１枚目以降のウェハ処理における誤差パラメータ推定に
利用され、Ｓｎｏ＋１枚目以降のウェハのパターン領域
ＣＰの計測点数を減少させる作用を有している。

【００４９】Ｓｎｏ＋１枚目以降のウェハに対して、計
測点数を少なくしたＭｍｉｎ（＜Ｍｍａｘ）個のパター
ン領域ＣＰのマーク検出を行って推定した誤差パラメー
タの値が「判定基準」に対して所定の範囲内にあれば、
「判定基準」内の各判定基準項目に格納されている誤差
パラメータの値と当該ウェハの実測で得られたその他の
誤差パラメータとを用いて現実に露光すべきショット位
置を決定する。

【００５０】計測点数を少なくして推定した誤差パラメ
ータの値が「判定基準」に対して所定の範囲内になけれ
ば、推定された誤差パラメータの値が「判定基準」に対
して所定の範囲内に入るまで計測点数を追加して計測を
行う。このとき、推定された誤差パラメータの値が「判
定基準」とは異なる傾向を示し、且つ追加する計測点数
を増加させても誤差パラメータの値の変化が少なく、所
定の収束傾向を示したら、当該誤差パラメータの該当す
る値を各判定基準項目に格納して新たな「判定基準」を
創設し、追加登録する。

【００５１】新たな「判定基準」内の各判定基準項目に
格納されている誤差パラメータの値と当該ウェハの実測
で得られたその他の誤差パラメータとを用いて現実に露
光すべきショット位置を決定する。

【００５２】以降のウェハに対する計測では、登録され
た１又は２以上の「判定基準」のいずれか、或いは当該
計測で新たに登録した「判定基準」と当該ウェハの実測
で得られたその他の誤差パラメータとを用いて現実に露
光すべきショット位置を決定する。

【００５３】このように本実施の形態による位置合わせ
方法によれば、従来のＥＧＡ方法を発展させ、ウェハ内
及びウェハ間の誤差パラメータの変動状態に着目して、
誤差パラメータの推定のための実測値の計測点数を所定
の誤差パラメータの値の変動に基づいて動的に変化させ
るようにしたので、安定したロットの処理では所望の位
置合わせ精度で高いスループットが得られ、不安定なロ
ット処理ではスループットの低下を抑えつつ安定した位
置合わせ精度が得られるステッパーを実現することがで
きるようになる。

【００５４】次に、本実施の形態における位置合わせ方
法を実施する制御環境の概要を説明する。本実施の形態
における位置合わせ方法は、図１に示したステッパーを
制御する主制御回路１１で使用されるソフトウエアシス
テムの一部として存在する。ステッパーを動作させる操
作者側からは、ステッパーに付属する情報入力処理装置
としてのエンジニアリング・ワーク・ステーション或い
はミニ・コンピュータの入力表示装置（キーボード、マ
ウス、ディスプレイ）により対話形式で、ロット処理に
関する様々な処理条件パラメータを自由に設定、編集で
きるようになっている。処理条件パラメータには、ＥＧ
Ａ方法を実行するためのマーク座標（点数）を含めて、
露光レイアウト、レチクルレイアウト等、露光処理全般
に関する情報が含まれている。これら情報は、ロット毎
に定義（管理）でき、ロット固有の要求性能に応じて設
定することができるようになっている。また、これら情
報はファイル化されて記憶装置に格納され、必要に応じ
て参照できるようになっている。

【００５５】このように、位置合わせ方法に用いる種々
のパラメータを操作者自身で設定できるようにしている
ので、ロット処理毎に異なる要求性能に柔軟に対応し
て、ロット毎に最適なスループットと位置合わせ精度を
得ることができるようになる。

【００５６】本発明は、上記実施の形態に限らず種々の
変形が可能である。例えば、上記実施の形態において
は、「判定基準」の判定基準項目の数を３とし、ロット
内のウェハ間におけるばらつきが少ないスケーリング
Ｘ、スケーリングＹ、及び直交度の誤差パラメータをそ
れぞれ判定基準項目としたが、他の誤差パラメータのシ
フトＸ、Ｙやローテーションも、ステッパーの性能向上
によりロット内のウェハ毎の誤差のばらつきが少なくな
れば判定基準項目として選択することができ、この場合
にはさらにスループットの向上を図ることができるよう
になる。

【００５７】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、誤差パラ
メータのウェハ内、及びウェハ間での変動について監視
して計測点数を動的に変更するので、ロット条件の安定
したロットの処理においては、計測点数は最少に抑えら
れ、高いスループットを維持したまま安定した位置合わ
せ精度を得ることができる。また、ロット条件が不安定
なロットの処理においては、ウェハ内の誤差パラメータ
が安定するまで計測点数を増加させるようにするので、
スループットは僅かながら低下するものの安定した位置
合わせ精度を維持して露光処理をすることができるよう
になる。スループットの僅かの低下についても、従来の
ような抜取り検査或いは全数検査の実施、さらにロット
の再処理にかかる時間が減少することを勘案すれば、全
体としての処理能力は向上することになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による位置合わせ方法を説
明する図である。

【図２】本発明の実施の形態による位置合わせ方法を説
明する図である。

【図３】本発明の実施の形態による位置合わせ方法を説
明する図である。

【図４】本発明の実施の形態による位置合わせ方法を説
明する図である。

【図５】本発明の実施の形態による位置合わせ方法で使
用するステッパーの構成を説明する図である。

【図６】図５のステッパーによって処理されるウェハ上
のパターン配置を示す平面図である。

【図７】ＬＳＡ系によってパターン領域ＣＰの位置を検
出する場合のスポット光ＳＰとウェハＷとの配置関係を
示す平面図である。

【図８】ウェハ内の測定点数と、位置合わせ精度及びウ
ェハ処理時間との関係を示す図である。

【符号の説明】

１投影レンズ２ステージ３モータ４レーザ光波干渉計５レーザ光源６ハーフミラー７、８ミラー９空間フィルタ１０光電検出器１１主制御回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のパターン領域が形成されたＮ枚の基
板の各々について、前記パターン領域の位置に関する設
計値と複数の誤差パラメータとに基づいて、前記パター
ン領域の各々に対して現実に露光すべきショット位置を
決定して位置合わせする位置合わせ方法において、１枚目からｍ（ｍ＜Ｎ）枚目までの前記各基板に対して
は、Ｍｍａｘ個の前記パターン領域の位置を計測して得
られた第１の実測値に基づいて前記複数の誤差パラメー
タの全てを推定し、現実に露光すべきショット位置を決
定する第１のステップと、推定された前記複数の誤差パラメータのうち、１又は２
以上の所定の誤差パラメータを選択し、前記ｍ枚の基板
の各々から求められた前記選択された誤差パラメータの
各値をそれぞれ平均化処理して、登録された第１の「判
定基準」内の各判定基準項目に格納する第２のステップ
と、ｍ＋１枚目以降の前記基板の各々に対しては、計測点数
がＭｍｉｎ（＜Ｍｍａｘ）個のパターン領域の位置を計
測して得られた第２の実測値に基づいて推定した複数の
誤差パラメータの全てのうち前記選択された誤差パラメ
ータの値が前記第１の「判定基準」に対して所定の範囲
内にあれば、前記第１の「判定基準」内の各判定基準項
目に格納されている誤差パラメータと当該実測値で得ら
れたその他の誤差パラメータとに基づいて、現実に露光
すべきショット位置を決定する第３のステップと、前記第２の実測値に基づいて推定した複数の誤差パラメ
ータのうち前記選択された誤差パラメータの値が前記所
定の範囲内になければ、前記選択された誤差パラメータ
の値が前記所定の範囲内に入るまで計測点数を追加して
再計測を行う第４のステップとを備えたことを特徴とす
る位置合わせ方法。
【請求項２】請求項１記載の位置合わせ方法において、前記第４のステップ中に推定された前記選択された誤差
パラメータの値が前記第１の「判定基準」とは異なる傾
向を示し、且つ追加する計測点数を増加させても前記選
択された誤差パラメータの値の変化が減少して所定の収
束傾向を示したら、前記第１の「判定基準」の各判定基
準項目に選択された誤差パラメータの値を更新した新た
な第２の「判定基準」を創設し、追加登録する第５のス
テップと、前記第２の「判定基準」内の各判定基準項目に格納され
ている誤差パラメータと前記第５のステップ中で計測さ
れた前記第２の実測値及び前記追加した計測点数による
実測値から得られたその他の誤差パラメータとに基づい
て、現実に露光すべきショット位置を決定する第６のス
テップとを備えたことを特徴とする位置合わせ方法。
【請求項３】請求項２記載の位置合わせ方法において、前記第２の「判定基準」と新たな実測値で得られたその
他の誤差パラメータとに基づいて、現実に露光すべきシ
ョット位置を決定する第７のステップとを備えたことを
特徴とする位置合わせ方法。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれかに記載の位置合
わせ方法において、前記Ｍｍａｘの値は、４乃至１０であることを特徴とす
る位置合わせ方法。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれかに記載の位置合
わせ方法において、前記Ｍｍｉｎの値は、３であることを特徴とする位置合
わせ方法。
【請求項６】請求項１乃至５のいずれかに記載の位置合
わせ方法において、前記複数の誤差パラメータは、前記基板の倍率誤差Ｍ及
び、前記基板のシフト量Ｓ、前記パターン領域の配列座
標系の回転誤差Θ、前記パターン領域の配列の直交度ω
であり、前記判定基準項目には、前記倍率誤差Ｍ及び直交度ωが
選択されていることを特徴とする位置合わせ方法。