(57)【要約】【課題】  位置合わせに必要な時間を短縮することができる位置合わせ方法を提供する。【解決手段】  単位領域ごとに位置合わせ用のアライメントマークが形成されている被処理基板を保持台に載置する。処理すべき単位領域が処理位置に配置されるように、処理すべき単位領域の設計座標に基づいて、被処理基板を移動させる。処理位置において、処理すべき単位領域内のアライメントマークを検出して位置ずれ量を求め、求められた位置ずれ量に基づいて被処理基板の位置合わせを行い、単位領域に処理を施す。アライメントマークを検出することにより得られた位置ずれ量を加味した被処理基板の位置情報と単位領域の設計座標との対応関係を得る。処理すべき単位領域の設計座標に、この対応関係を適用して、被処理基板を移動させるべき位置情報を求める。この位置情報に基づいて、被処理基板を移動させる。処理位置に配置された単位領域に処理を施す。【選択図】  図５
2005197338.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）表面上に複数の単位領域が画定された被処理基板であって、該単位領域の各々は、設計時に決定された設計座標により被処理基板内の位置が規定され、該単位領域の少なくとも一部の複数の単位領域に位置合わせ用のアライメントマークが形成されている被処理基板を保持台に載置する工程と、
（ｂ）アライメントマークの形成された処理すべき単位領域が処理位置に配置されるように、処理すべき単位領域の設計座標に基づいて、被処理基板を移動させる工程と、
（ｃ）前記処理位置において、処理すべき単位領域内のアライメントマークを検出して位置ずれ量を求め、求められた位置ずれ量に基づいて該被処理基板の位置合わせを行い、該単位領域に処理を施す工程と、
（ｄ）前記工程ｃでアライメントマークを検出することにより得られた位置ずれ量を加味した前記被処理基板の位置情報と該単位領域の設計座標との第１の対応関係を得る工程と
を有する位置合わせ方法。
【請求項２】
前記工程ｄの後に、さらに、
（ｅ）次に処理すべき単位領域の設計座標に、前記第１の対応関係を適用して、前記被処理基板を移動させるべき位置情報を求める工程と、
（ｆ）前記工程ｅで求められた位置情報に基づいて、前記被処理基板を移動させる工程と、
（ｇ）前記工程ｆで処理位置に配置された単位領域に処理を施す工程と
を有する請求項１に記載の位置合わせ方法。
【請求項３】
前記工程ａと工程ｂとの間に、前記保持台の位置座標と前記単位領域の設計座標とを関連付ける工程を含み、
前記工程ｂにおいて、処理すべき単位領域の設計座標から前記保持台の移動先の位置座標を求め、移動先の位置座標まで前記保持台を移動させ、
前記工程ｄにおいて得られる前記第１の対応関係は、被処理基板の位置を示す座標に前記位置ずれ量を加えた位置情報と、前記設計座標との対応関係を示し、
前記工程ｅで求められる位置情報は、処理すべき単位領域を処理位置に配置するための被処理基板の位置情報であり、
前記工程ｆにおいて、前記工程ｅで得られた被処理基板の位置情報に基づいて該被処理基板を移動させる請求項２に記載の位置合わせ方法。
【請求項４】
前記工程ｆと工程ｇとの間に、さらに、
（ｈ）処理位置に配置された単位領域内のアライメントマークを検出して、前記被処理基板の位置合わせを行う工程を含む請求項２または３に記載の位置合わせ方法。
【請求項５】
さらに、前記工程ｈでアライメントマークを検出することにより得られた位置ずれ量と該単位領域の設計座標とに基づいて、前記第１の対応関係を修正する工程を含む請求項４に記載の位置合わせ方法。
【請求項６】
前記保持台に載置された被処理基板の表面上に、プロキシミティギャップを隔てて、転写すべきパターン及び位置合わせ用のアライメントマークが形成されたマスクが配置されており、前記工程ｃが、処理位置に配置された単位領域内のアライメントマークと、前記マスクに形成されたアライメントマークとを検出して、両者の位置合わせを行う工程と、処理位置に配置された単位領域を、前記マスクを通して露光する工程とを含み、前記工程ｇが、処理位置に配置された単位領域を、前記マスクを通して露光する工程を含む請求項２〜５のいずれかに記載の位置合わせ方法。
【請求項７】
前記保持台に載置された被処理基板の表面上に、プロキシミティギャップを隔てて、転写すべきパターン及び位置合わせ用のアライメントマークが形成されたマスクが配置されており、前記工程ｃ及びｇが、前記処理位置に配置された単位領域に、前記マスクを通して電子ビームを照射する工程を含み、前記工程ｇが、処理位置に配置された単位領域内のアライメントマークを検出して位置ずれ量を求め、得られた位置ずれ量に基づいて、位置ずれが補償されるように、照射する電子ビームを偏向させる工程を含む請求項２に記載の位置合わせ方法。
【請求項８】
前記工程ａ〜工程ｃを、相互に隣接しない複数の単位領域に対して実施し、前記工程ｄにおいて、前記工程ａ〜ｃの処理が行われた複数の単位領域に関する情報から前記第１の対応関係を得る請求項１〜７のいずれかに記載の位置合わせ方法。
【請求項９】
前記工程ｄの後、未処理の単位領域のうち一部のものについては、前記工程ｅ、工程ｆ、該工程ｆで処理位置に配置された単位領域内のアライメントマークを検出して位置ずれを補償する工程、及び工程ｇを実行し、残りの単位領域については、前記工程ｅ、工程ｆ、及び工程ｇを実行し、該工程ｆと工程ｇとの間に位置ずれを補償する工程を実行しない請求項２または３に記載の位置合わせ方法。
【請求項１０】
被処理面を有する被処理基板を保持し、被処理面に平行な２次元方向に該被処理基板を移動させる保持台と、
前記保持台に保持された被処理基板上のアライメントマークを観測する観測装置と、
前記観測装置からの観測結果が入力され、前記ウエハ保持台を制御する制御装置と
を有し、前記制御装置は、
（ａ）表面上に複数の単位領域が画定された被処理基板であって、該単位領域の各々は、設計時に決定された設計座標により被処理基板内の位置が規定され、該単位領域の少なくとも一部の複数の単位領域に位置合わせ用のアライメントマークが形成されており、保持台に載置された被処理基板の処理すべき単位領域が処理位置に配置されるように、処理すべき単位領域の設計座標に基づいて、被処理基板を移動させる工程と、
（ｂ）前記処理位置において、処理すべき単位領域内のアライメントマークを検出して位置ずれ量を求め、求められた位置ずれ量に基づいて該被処理基板の位置合わせを行い、該単位領域に処理を施す工程と、
（ｃ）前記工程ｂでアライメントマークを検出することにより得られた位置ずれ量を加味した前記被処理基板の位置情報と該単位領域の設計座標との第１の対応関係を得る工程と
が順番に実行されるように、前記保持台を制御する処理装置。
【請求項１１】
前記制御装置は、前記工程ｃの後に、さらに、
（ｄ）次に処理すべき単位領域の設計座標に、前記第１の対応関係を適用して、前記被処理基板を移動させるべき位置情報を求める工程と、
（ｅ）前記工程ｄで求められた位置情報に基づいて、前記被処理基板を移動させる工程と、
（ｆ）前記工程ｅで処理位置に配置された単位領域に処理を施す工程と
が順番に実行されるように、前記保持台を制御する請求項１０に記載の処理装置。
【請求項１２】
さらに、前記処理位置に配置された単位領域にエネルギビームを照射するビーム源を有し、
前記制御装置は、前記工程ｂ及び工程ｆにおいて、前記処理位置に配置された単位領域にエネルギビームが照射されるように前記ビーム源を制御する請求項１１に記載の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置合わせ方法及び露光装置に関し、特にステップアンドリピート方式で被処理基板を移動させ、処理を行う方法に適用される位置合わせ方法、及びその位置合わせ方法を適用した露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１に、ステップアンドリピート方式に適用される位置合わせ方法が開示されている。以下、特許文献１に開示された方法について簡単に説明する。
【０００３】
ウエハ上に、複数の単位領域（チップ）が画定されている。特定の複数の単位領域内のアライメントマークの位置を検出する。位置が検出されたアライメントマークの設計上の位置と、実際に検出された実測位置とから誤差パラメータを決定する。誤差パラメータと、各単位領域の設計上の位置とから、単位領域の配列マップを作成する。この配列マップに従って、ステップアンドリピート方式で位置決めを行いながら、露光を行う。
【０００４】
【特許文献１】特公平４−４７９６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に開示された方法では、露光すべき単位領域を露光位置まで移動させた状態で単位領域の位置検出を行わない。このため、配列マップを決定した後にウエハの位置ずれや変形等が生じると、位置合わせ精度が低下してしまう。また、高い位置合わせ精度を確保するために、ウエハを移動させるステージに極めて高い位置決め精度が要求される。
【０００６】
単位領域ごとに位置検出を行うダイバイダイアライメント方式を採用することにより、上記課題が解消される。ダイバイダイアライメント方式では、まず単位領域の設計上の位置座標に基づいて、露光すべき単位領域の粗い位置決めを行う。その後、露光すべき単位領域内のアライメントマークを検出して、位置ずれ量を測定する。測定された位置ずれ量が許容値を超えている場合には、ウエハの高精度の位置合わせを行う。
【０００７】
ダイバイダイアライメント方式では、粗い位置決め後の位置ずれ量が大きいと、高精度の位置合わせ時におけるステージの移動距離が長くなる。このため、位置合わせに必要な時間が長くなる。
【０００８】
本発明の目的は、位置合わせに必要な時間を短縮することができる位置合わせ方法を提供することである。本発明の他の目的は、この位置合わせ方法を適用した露光装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一観点によると、（ａ）表面上に複数の単位領域が画定された被処理基板であって、該単位領域の各々は、設計時に決定された設計座標により被処理基板内の位置が規定され、該単位領域の少なくとも一部の複数の単位領域に位置合わせ用のアライメントマークが形成されている被処理基板を保持台に載置する工程と、（ｂ）アライメントマークの形成された処理すべき単位領域が処理位置に配置されるように、処理すべき単位領域の設計座標に基づいて、被処理基板を移動させる工程と、（ｃ）前記処理位置において、処理すべき単位領域内のアライメントマークを検出して位置ずれ量を求め、求められた位置ずれ量に基づいて該被処理基板の位置合わせを行い、該単位領域に処理を施す工程と、（ｄ）前記工程ｃでアライメントマークを検出することにより得られた位置ずれ量を加味した前記被処理基板の位置情報と該単位領域の設計座標との第１の対応関係を得る工程とを有する位置合わせ方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
処理の行われていない単位領域の設計座標に、工程ｄで得られた第１の対応関係を適用することにより、当該単位領域を処理位置に配置するための被処理基板の位置情報を求めることができる。この位置情報は、既に処理された単位領域の位置決めを行ったときの位置ずれ量が加味されたものになっているため、より正確な位置合わせを行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
電子ビーム近接露光を例にとって、実施例による位置合わせ方法について説明する。
【００１２】
図１（Ａ）に、実施例による位置合わせ方法の対象物となる半導体ウエハ１１の平面図を示す。ウエハ１１の被露光面に、行列状に配置された複数の単位領域５０が画定されている。行方向をＸ軸、列方向をＹ軸、被露光面の法線方向をＺ軸とするＸＹＺ直交座標系を定義する。ウエハ１１の被露光面内に含まれる単位領域５０ａの形状は、例えば正方形または長方形である。このような単位領域５０ａを「完全単位領域」と呼ぶこととする。ウエハ１１の外周線に掛かる単位領域５０ｂは、正方形または長方形の一部を切り取った形状を有する。このような単位領域５０ｂを「不完全単位領域」と呼ぶこととする。単位領域５０は、露光が行われる単位であり、１つの単位領域５０を露光装置の露光位置に移動させ、露光が行なわれる。単位領域５０は、通常「ダイ」と呼ばれる。
【００１３】
設計時に各単位領域５０の、ウエハ１１内における位置、すなわちＸＹ面内の座標が決定される。設計時に決定された座標を単位領域５０の「設計座標」と呼ぶこととする。設計座標は、ウエハ１１の表面上に定義されたＸＹ座標系における座標である。
【００１４】
各単位領域５０内に、複数のチップ領域５１が画定されている。１つのチップ領域５１内に１つの集積回路素子が形成される。図１（Ａ）では、１つの完全単位領域５０ａ内に４つのチップ領域５１が画定されている場合を示している。不完全単位領域５０ｂ内には、その大きさ及び形状によって、０〜３個のチップ領域５１が含まれる。
【００１５】
図１（Ｂ）に、１つの単位領域５０ａと、ウエハに近接配置されたマスクの転写領域１２ａとを重ねた状態の平面図、及び位置合わせ用の観測光学系の概略図を示す。完全単位領域５０ａ内に、２つのＸ用アライメントマークＷＸ１、ＷＸ２、及び２つのＹ用アライメントマークＷＹ１、ＷＹ２が配置されている。Ｘ用アライメントマークＷＸ１とＷＸ２とは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に関して通常は異なる位置に配置されている。Ｙ用アライメントマークＷＹ１及びＷＹ２も、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に関して通常は異なる位置に配置されている。
【００１６】
マスクの転写領域１２ａ内に、ウエハ上のアライメントマークＷＸ１、ＷＸ２、ＷＹ１、ＷＹ２に対応するアライメントマークＭＸ１、ＭＸ２、ＭＹ１、ＭＹ２が形成されている。これらのアライメントマークの位置は、ウエハ上のアライメントマークとマスク上のアライメントマークとの位置ずれから算出されるウエハとマスクとのＸ軸方向、Ｙ軸方向、ＸＹ面内の回転方向、及びマスクに対するウエハの相対伸縮量の誤差が小さくなるように配置することが好ましい。
【００１７】
観測光学系２０Ｘ１が、アライメントマークＷＸ１及びＭＸ１を観測する。同様に、観測光学系２０Ｘ２が、アライメントマークＷＸ２及びＭＸ２を観測し、観測光学系２０Ｙ１が、アライメントマークＷＹ１及びＭＹ１を観測し、観測光学系２０Ｙ２が、アライメントマークＷＹ２及びＭＹ２を観測する。観測光学系２０Ｘ１及び２０Ｘ２の光軸は、被露光面の法線方向からＹ軸方向に傾いている。観測光学系２０Ｙ１及び２０Ｙ２の光軸は、被露光面の法線方向からＸ軸方向に傾いている。
【００１８】
図２に、実施例による位置合わせ装置の概略図を示す。実施例による位置合わせ装置はウエハ／マスク保持部１０、観測光学系２０、及び制御装置３０を含んで構成されている。
【００１９】
ウエハ／マスク保持部１０は、ウエハ保持台１５、マスク保持台１６、移動機構１７及び１８を含んで構成されている。位置合わせ時には、ウエハ保持台１５の上面にウエハ１１を保持し、マスク保持台１６の下面にマスク１２を保持する。ウエハ１１とマスク１２とは、ウエハ１１の被露光面とマスク１２のウエハ側の面との間に一定の間隙（プロキシミティギャップ）が形成されるようにほぼ平行に配置される。電子ビーム近接露光を行う場合には、マスク１２としてステンシルタイプのものが用いられる。マスクメンブレンに設けられた開口部により、転写パターン及びアライメントマークが形成されている。
【００２０】
移動機構１７は、基準ベース１に固定され、ウエハ１１とマスク１２との被露光面内に関する相対位置が変化するように、ウエハ保持台１５を移動させることができる。移動機構１８は、ウエハ１１の被露光面とマスク１２のマスク面との間隔が変化するように、ウエハ保持台１５を移動させることができる。図の左から右にＸ軸、紙面に垂直な方向に表面から裏面に向かってＹ軸、被露光面の法線方向にＺ軸をとると、移動機構１７は、ウエハ１１とマスク１２の、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸の回りの回転方向（θＺ方向）に関する相対位置を調整し、移動機構１８は、Ｚ軸方向、Ｘ軸及びＹ軸の回りの回転（あおり）方向（θＸ及びθＹ方向）の相対位置を調整する。
【００２１】
移動機構１７は、粗動ステージ及びその上に配置された微動ステージで構成されている。粗動ステージの位置はリニアエンコーダで検出され、その位置精度は１μｍ程度である。粗動ステージに対する微動ステージの位置は、例えば静電容量センサで検出され、その位置精度は数ｎｍである。なお、基準ベース１に対する微動ステージの位置が、レーザ干渉計で検出される。
【００２２】
露光用ビーム源４３から電子ビーム４２が出射される。電子ビーム４２は、マスク１２を介してウエハ１１に照射される。
【００２３】
観測光学系２０は、像検出装置２１、レンズ２２、ビームスプリッタ２３、光ファイバ２４を含んで構成される。なお、図２では、図１（Ｂ）に示した観測光学系２０Ｙ２を代表して示している。他の観測光学系２０Ｘ１、２０Ｘ２及び２０Ｙ１も、観測光学系２０Ｙ２と同様の構成を有する。観測光学系２０の光軸２５はＸＺ面に平行であり、かつ被露光面に対して斜めになるように配置されている。
【００２４】
光ファイバ２４から放射された照明光がビームスプリッタ２３で反射して光軸２５に沿った光線束とされ、レンズ２２を通して被露光面に斜めから入射する。
【００２５】
ウエハ１１及びマスク１２に設けられたアライメントマークがエッジまたは頂点等の散乱箇所を有する場合には、これらの散乱箇所で照明光が散乱される。散乱光のうちレンズ２２に入射する光が、レンズ２２で収束され、その一部がビームスプリッタ２３を透過して像検出装置２１の受光面２９上に結像する。受光面２９上への結像倍率は、例えば６０〜１００倍である。
【００２６】
像検出装置２１の受光面に、受光画素が行列状に配置されている。各画素は、当該画素に照射された光の強度に応じて画素対応の画像信号を生成する。この画像信号は制御装置３０に入力される。なお、他の観測光学系２０Ｘ１、２０Ｘ２及び２０Ｙ１からの画像信号も制御装置３０に入力される。
【００２７】
制御装置３０は、画像処理を行い、マスク１２のアライメントマークとウエハ１１のアライメントマークとのＹ軸方向に関する相対位置情報を得る。
【００２８】
図３（Ａ）は、ウエハ上のアライメントマーク及びマスク上のアライメントマークの相対位置関係を示す平面図である。長方形パターンをＹ軸方向に３個、Ｘ軸方向に１４個、行列状に配列して各ウエハ上のアライメントマーク１３Ａ及び１３Ｂが構成されている。アライメントマーク１３Ａ及び１３Ｂで、図１（Ｂ）に示した１つのアライメントマークＷＹ２が構成される。同様の長方形パターンをＹ軸方向に３個、Ｘ軸方向に５個、行列状に配置してマスク上の１つのアライメントマーク１４が構成されている。アライメントマーク１４が、図１（Ｂ）に示したアライメントマークＭＹ２に相当する。位置合わせが完了した状態では、マスク上のアライメントマーク１４は、Ｙ軸方向に関してウエハ上のアライメントマーク１３Ａと１３Ｂとのほぼ中央に配置される。
【００２９】
図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の一点鎖線Ｂ３−Ｂ３における断面図を示す。ウエハ上のアライメントマーク１３Ａ及び１３Ｂは、例えば被露光面上に形成したＳｉＮ膜、ポリシリコン膜等をパターニングして形成される。ウエハ１１の被露光面上にレジスト膜１１Ｒが形成されている。マスク上のアライメントマーク１４は、例えばＳｉＣ等からなるマスクメンブレンに形成された開口により構成される
図４は、エッジからの散乱光による受光面２９Ａまたは２９Ｂ上の像のスケッチである。図４の横方向（ｖ軸方向）が図３（Ａ）のＹ軸方向に相当し、縦方向（ｕ軸方向）が図３（Ａ）のＸ軸方向に相当する。ウエハ上のアライメントマーク１３Ａ及び１３Ｂからの散乱光による像４０Ａ及び４０Ｂがｖ軸方向に離れて現れ、その間にマスク上のアライメントマーク１４からの散乱光による像４１が現れる。像４０Ａ及び４０Ｂと、像４１とは、ｕ軸方向に関して相互に異なる位置に現れる。像４０Ａ、４０Ｂ及び４１のｖ軸方向の位置を検出することにより、図３（Ａ）に示したウエハ上のアライメントマーク１３Ａ、１３Ｂと、マスク上のアライメントマーク１４とのＹ軸方向の位置情報を得ることができる。
【００３０】
図１（Ｂ）に示した４組のアライメントマークにより、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びθＺ方向の位置情報、及びマスクに対するウエハの相対伸縮情報を得ることができる。以下、これらの情報について説明する。
【００３１】
アライメントマークＷＸ１の座標を（Ｘ１ｘ，Ｘ１ｙ）、アライメントマークＷＸ２の座標を（Ｘ２ｘ，Ｘ２ｙ）、アライメントマークＷＹ１の座標を（Ｙ１ｘ，Ｙ１ｙ）、アライメントマークＷＹ２の座標を（Ｙ２ｘ，Ｙ２ｙ）とする。アライメントマークＷＸ１とＭＸ１とのＸ軸方向のずれ量をｄｘ１、アライメントマークＷＸ２とＭＸ２とのＸ軸方向のずれ量をｄｘ２、アライメントマークＷＹ１とＭＹ１とのＹ軸方向のずれ量をｄｙ１、アライメントマークＷＹ２とＭＹ２とのＹ軸方向のずれ量をｄｙ２とする。ｄｘ１、ｄｘ２、ｄｙ１、ｄｙ２を検出することによって、ウエハのＸ軸方向のずれ量ｄｘ、Ｙ軸方向のずれ量ｄｙ、θｚ方向のずれ量ｄθ、相対伸縮量ｄｍを求めることができる。
【００３２】
図５を参照して、実施例による位置合わせ方法について説明する。本実施例では、図１（Ａ）に示した完全単位領域５０ａのみを露光する場合について説明する。ウエハの載置されるウエハ保持台１５の位置をレーザ干渉計で測定して得られた座標をレーザ座標（ｌｘ，ｌｙ，ｌθ）とする。ここで、ｌｘ及びｌｙは、それぞれＸ座標及びＹ座標を示し、ｌθは、θＺ座標を示す。ウエハ上に画定された各単位領域５０の設計座標を（ｗｘ，ｗｙ）とする。また、移動機構１７の粗動ステージのリニアエンコーダと微動ステージの静電容量センサとで得られたウエハ保持台１５の座標をエンコーダ座標（ｅｘ，ｅｙ）とする。
【００３３】
エンコーダ座標は、ウエハ保持台１５の制御に直接利用されるものであるため、「ウエハ保持台の位置座標」と考えることができる。また、レーザ座標は、実際にはウエハ保持台１５の位置を検出して得られたものであるが、ウエハ保持台１５とその上に保持されているウエハ１１との相対位置は固定されているため、「ウエハの位置を示す座標」と考えることもできる。
【００３４】
ステップＳ１において、露光すべきウエハをウエハ保持台１５に載置する。観測光学系を用いてウエハの位置検出及びレベリングを行う。これにより、ウエハ上に画定されている単位領域の設計座標（ｗｘ，ｗｙ）と、エンコーダ座標（ｅｘ，ｅｙ）とが対応付けられる。すなわち、ある単位領域の設計座標を指定すれば、移動機構１７を駆動して、当該単位領域を露光位置まで移動させることができるようになる。ウエハ１１をウエハ保持台１５に載置してレベリングを行った後は、ウエハ１１、ウエハ保持台１５、及び移動機構１７の微動ステージの相対位置は変動しない。このため、微動ステージの位置をレーザ干渉計で検出することは、ウエハ１１の位置、またはウエハ保持台１５の位置を検出することと実質的に同一である。
【００３５】
ステップＳ２において、単位領域の設計座標（ｗｘ，ｗｙ）に基づいて、露光すべき単位領域５０をマスク１２の直下（露光位置）まで移動させる。より具体的には、設計座標（ｗｘ，ｗｙ）から、エンコーダ座標を求めこのエンコーダ座標（ｅｘ，ｅｙ）までウエハ保持台１５を移動させる。この状態で、ウエハ保持台１５の位置を検出するレーザ干渉計を初期設定する。このウエハ保持台１５の移動を、「設計座標に基づくアライメント」と呼ぶ。
【００３６】
ステップＳ３に進み、図１（Ｂ）に示した４つの観測光学系２０Ｘ１、２０Ｘ２、２０Ｙ１、２０Ｙ２を用いて、それぞれに対応するウエハ及びマスクのアライメントマークの相対位置を観測する。位置ずれが許容値を超える場合には、移動機構１７の微動ステージを制御することにより、高精度の位置合わせ（ダイバイダイアライメント）を行う。ステップＳ４に進み、露光位置に配置された単位領域５０を、マスクを通して露光する。
【００３７】
ステップＳ５に進む。以下、ステップＳ５の処理について説明する。ステップＳ２の設計座標に基づくアライメント後のウエハ保持台１５のレーザ座標（ｌｘ，ｌｙ，ｌθ）、エンコーダ座標（ｅｘ，ｅｙ）、露光時におけるウエハとマスクとのアライメントマークの位置ずれ量（ｄｘ，ｄｙ，ｄθ）、及び露光位置に配置されている単位領域５０の設計座標（ｗｘ，ｗｙ）を、制御装置３０に記憶する。なお、露光中にも、アライメントマークの位置が一定周期、例えば３０ｍｓ周期で検出されている。この場合、実際に記憶される位置ずれ量（ｄｘ，ｄｙ，ｄθ）として、露光直前の位置ずれ量、露光直前のある期間内に得られた位置ずれ量の平均値、露光中のある時点の位置ずれ量、露光中に得られた位置ずれ量の平均値、露光直前及び露光中に得られた位置ずれ量の平均値等のいずれかを採用することができる。
【００３８】
ここで、添え字ｘ、ｙ、θは、それぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びθｚ方向に関する座標であることを意味する。これらの座標を関連付ける換算行列Ｍを下記のように定義する。
【００３９】
【数１】
2005197338.tif 000003
上記換算行列Ｍの第１行目の要素を求めるためには、
【００４０】
【数２】
2005197338.tif 000004
を、最小二乗法を用いて解けばよい。その一例として、下記の正規方程式を解く方法が挙げられる。
【００４１】
【数３】
2005197338.tif 000005
ここで、ｎは、得られた座標データの数であり、１つの単位領域のダイバイダイアライメントが完了すると、１つの座標データが得られる。
【００４２】
ステップＳ６に進み、得られている座標データの数から、換算行列Ｍを求めることができるか否か判断する。換算行列Ｍを求めることができない場合、ステップＳ２に戻り、次に露光すべき未露光の単位領域の設計座標に基づくアライメントを行う。得られている座標データの数から換算行列Ｍを求めることができる場合には、ステップＳ７に進み、換算行列Ｍを取得する。
【００４３】
この判定方法の一例について説明する。得られた座標データの数が、求めるべき未知数の数（数式（３）では３個）よりも少ない場合は、正規方程式を解くことができないので、判定結果は「計算不可」となる。得られている座標データ数が未知数の数以上の場合は、数式（３）の連立方程式を、例えば特異値分解法を用いて解く。演算中にエラーが発生した場合には、判定結果は「計算不可」となる。エラーが発生しなかった場合には、換算行列が求められたことになる。ステップＳ７において、この換算行列を取得（記憶）する。
【００４４】
ステップＳ５で、ウエハ保持台１５のレーザ座標（ｌｘ，ｌｙ，ｌθ）とエンコーダ座標（ｅｘ，ｅｙ）とが記憶されているため、同様の方法により、レーザ座標（ｌｘ，ｌｙ，ｌθ）をエンコーダ座標（ｅｘ，ｅｙ）に変換するための換算行列も取得される。
【００４５】
ステップＳ８に進み、次に露光すべき単位領域の設計座標（ｗｘ，ｗｙ）に換算行列Ｍを作用させて、ウエハ保持台１５を移動させるべき換算座標（ｒｘ，ｒｙ，ｒθ）を求める。具体的には、以下の式により、換算座標を計算する。
【００４６】
【数４】
2005197338.tif 000006
【００４７】
換算行列Ｍは、数式（１）に示したように、位置ずれ量（ｄｘ，ｄｙ，ｄθ）を加味して求められている。このため、数式（４）で求められる換算座標（ｒｘ，ｒｙ，ｒθ）は、過去に位置合わせされた単位領域の位置ずれ量に相当するずれが既に補正された精度の高い位置情報と考えられる。
【００４８】
ステップＳ９に進み、換算座標（ｒｘ，ｒｙ，ｒθ）をエンコーダ座標（ｅｘ，ｅｙ）に変換し、移動機構１７を駆動して、ウエハ保持台１５を、このエンコーダ座標まで移動させる。
【００４９】
実際の単位領域の位置は、種々の要因により、設計座標で示された位置からずれている。例えば、すでに転写されているパターンの転写時における位置ずれ、ウエハの熱膨張等の要因が挙げられる。本実施例では、ステップＳ９で、単位領域の設計座標ではなく、設計座標に換算行列を作用させて計算された換算後の座標に基づいて、ウエハ保持台１５を移動させる。この換算行列Ｍは、ウエハの相対伸縮量や、設計座標とレーザ座標との座標軸のずれに関する情報を含んでいる。
【００５０】
なお、ウエハ保持台１５の位置をレーザ干渉計で検出し、レーザ座標（ｌｘ，ｌｙ，ｌθ）が換算座標（ｒｘ，ｒｙ，ｒθ）に一致するように、ウエハ保持台１５を移動させてもよい。エンコーダ座標（ｅｘ，ｅｙ）のみを用いてウエハ保持台１５を移動させる場合に比べて、より精度の高い位置合わせを行うことができる。
【００５１】
エンコーダ座標を用いる場合、及びレーザ座標を用いる場合のいずれも、換算座標に基づいて位置合わせが行われることになる。この位置合わせを、「換算座標に基づくアライメント」と呼ぶ。
【００５２】
ステップＳ１０に進み、ダイバイダイアライメントを行う。ステップＳ９で、換算後の座標に基づいたアライメントが行われているため、設計座標に基づいてアライメントを行う場合に比べて、高い位置精度が望める。このため、ダイバイダイアライメント時におけるステージの移動量を短くすることができる。これにより、位置合わせ時間の短縮化を図ることが可能になる。
【００５３】
ステップＳ１１に進み、露光を行う。ステップＳ１２に進み、すべての単位領域の露光が完了したか否かを判定する。未露光の単位領域がある場合には、ステップＳ８に戻り、次に露光すべき単位領域の設計座標から換算座標を計算する。引き続き、ステップＳ９からステップＳ１２までを実行する。
【００５４】
すべての単位領域の露光が完了した場合は、ウエハをウエハ保持台１５から搬出する。
【００５５】
上述のように、実施例による方法を採用することにより、ステップＳ１０においてウエハ保持台１５を移動する距離を短くし、位置合わせに必要な時間を短縮することができる。これにより、スループットの向上を図ることができる。
【００５６】
ステップＳ１０でダイバイダイアライメントを行うと、ウエハ保持台１５の位置座標、位置ずれ情報、及び単位領域の設計座標からなる位置データが得られる。この位置データに基づいて、ステップＳ７で取得された換算行列Ｍを修正してもよい。より多くの位置データから換算行列Ｍを作成することにより、換算座標の位置精度をより高めることができるであろう。
【００５７】
また、上記実施例では、ステップＳ２からＳ５までの、換算行列Ｍを求めるための位置データを収集する工程が、実際の露光工程と共有される。このため、位置データを収集することによるスループットの低下はほとんどない。
【００５８】
電子ビーム露光（例えば、特許第２９５１９４７号公報に開示されている電子ビーム近接露光）を行う場合、マスクとウエハとの位置ずれ量が小さければ、電子ビームを偏向させることにより、位置ずれを補償することができる。上記実施例では、ステップＳ９における換算座標に基づくアライメント後の位置合わせ精度が高いため、ステップＳ１０のダイバイダイアライメントの代わりに、電子ビームを偏向させることにより位置ずれを補償してもよい。
【００５９】
換算行列Ｍを求めるためのステップＳ２からＳ５までの処理を、相互に隣接しない複数の単位領域に対して行ってもよい。この方法によると、ウエハ内の比較的広い領域から得られる位置データに基づいて、換算行列が求められる。このため、設計座標からのずれが、ウエハ内の一部分に特有の傾向を持つような場合に、この特有の傾向が換算行列に影響することを軽減することができる。
【００６０】
上記実施例では、図１（Ａ）に示した完全単位領域５０ａのみを露光する場合について説明したが、次に、不完全単位領域５０ｂを露光する方法について説明する。不完全単位領域５０ｂ内にも完全なチップ領域が存在するため、不完全単位領域５０ｂを露光することにより、より多くのチップを切り出すことができる。図５に示したステップＳ２及びＳ３の設計座標によるアライメント及びダイバイダイアライメントにおいては、後のステップＳ５において位置ずれ情報が必要になるため、完全単位領域５０ａを露光の対象領域にする。
【００６１】
不完全単位領域５０ｂは、ステップＳ８〜Ｓ１３の処理で位置合わせ及び露光を行う。不完全単位領域５０ｂでは、図１（Ｂ）に示した４つのアライメントマークＷＸ１、ＷＸ２、ＷＹ１及びＷＹ２の一部が欠落している。このため、ステップＳ１２において、完全なダイバイダイアライメントを行うことができない。ただし、ステップＳ１１において、換算座標に基づいてウエハのアライメントが行われているため、設計座標に基づいてアライメントを行う場合に比べて位置ずれ量は小さい。従って、不完全単位領域５０ｂについては、ステップＳ１２のダイバイダイアライメント工程を省略してもよい。または、観測可能なアライメントマークのみを観測し、観測されたアライメントマークの位置ずれ量から検出できる位置ずれのみを修正してもよい。
【００６２】
なお、ステップＳ１１の換算座標に基づくアライメントにおける位置合わせ精度が十分高いと思われる場合には、完全単位領域５０ａを処理する場合にも、ステップＳ１２のダイバイダイアライメント工程を省略してもよい。
【００６３】
上記実施例では、単位領域の設計座標とウエハ保持台１５の座標との対応関係を１次式で近似したが、２次式で近似してもよい。２次式で近似する場合には、上述の数式（１）の代わりに、下記の関係式が用いられる。
【００６４】
【数５】
2005197338.tif 000007
【００６５】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
上記実施例では、電子ビーム近接露光を例にとって説明を行ったが、その他に、Ｘ線露光、紫外線露光、半導体ウエハの検査に、上記位置合わせ方法を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１（Ａ）】実施例による位置合わせ方法の対象となるウエハの平面図である。
【図１（Ｂ）】１つの単位領域、マスクｎ転写領域の平面図及び観測光学系の概略図である。
【図２】実施例による電子ビーム露光装置の概略図である。
【図３（Ａ）】ウエハ上お呼びマスク上に形成されたアライメントマークの平面図である。
【図３（Ｂ）】ウエハとマスクの断面図である。
【図４】アライメントマークの像をスケッチした図である。
【図５】実施例による位置合わせ方法を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００６８】
１０  ウエハ／マスク保持部
１１  半導体ウエハ
１１Ｒ  レジスト膜
１２  マスク
１３Ａ、１３Ｂ、１４  アライメントマーク
１５  ウエハ保持台
１６  マスク保持台
１７、１８  移動機構
２０  光学系
２０Ｘ１、２０Ｘ２、２０Ｙ１、２０Ｙ２  観測光学系
２１  像検出装置
２２  レンズ
２３  ビームスプリッタ
２４  光ファイバ
２５  光軸
２９  受光面
３０  制御装置
４０Ａ、４０Ｂ、４１  像
４２  電子ビーム
４３  露光用ビーム源
５０  単位領域（ダイ）
５０ａ  完全単位領域
５０ｂ  不完全単位領域
５１  チップ領域
ＷＸ１、ＷＸ２、ＷＹ１、ＷＹ２、ＭＸ１、ＭＸ２、ＭＹ１、ＭＹ２  アライメントマーク
【図１（Ａ）】
2005197338.tif 000008
【図１（Ｂ）】
2005197338.tif 000009
【図２】
2005197338.tif 000010
【図３（Ａ）】
2005197338.tif 000011
【図３（Ｂ）】
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【図４】
2005197338.tif 000013
【図５】
2005197338.tif 000014