JPH0674966B2

JPH0674966B2 - 位置合せ装置

Info

Publication number: JPH0674966B2
Application number: JP61120259A
Authority: JP
Inventors: 雄三加藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1986-05-27
Filing date: 1986-05-27
Publication date: 1994-09-21
Anticipated expiration: 2009-09-21
Also published as: JPS62277504A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の属する分野］本発明は、物体上に直接情報を記録または表示する装
置、物体上から直接情報を読み取る装置、あるいは第１
の物体上の情報を第２の物体へ転写または表示する装置
等における２次元もしくは３次元空間での位置合せを行
なう装置に関し、特にステップアンドリピートタイプの
Ｘ線アライナ等の半導体製造装置に適用する位置合せ装
置に関する。

［従来の技術］従来、この種の位置合せ装置は、位置合せすべき物体の
位置やその物体の所望の位置までのずれ量等を測定する
検出手段および物体の駆動手段を備え、検出手段による
測定結果に従い駆動手段で物体を移動して位置合せを行
なっていた。

この場合、物体の位置は、それを測定する検出手段の座
標系で表わされ、一方駆動量は駆動手段の座標系で表わ
される。そして、この検出手段の座標系と駆動手段の座
標系とが所定の関係となるように、検出手段および駆動
手段が配設される。従って、物体の位置合せは、予め明
らかなこれらの座標系の間の関係を用いて検出手段によ
り測定したずれ量から駆動手段の駆動量を算出し、その
量駆動することにより物体を移動して行なっていた。

ところが、実際には、装置を組み立てるときの検出手段
と駆動手段の配設の際に、これらの手段の位置決めの誤
差があることや、振動、熱等の外部環境の変動により、
検出手段と駆動手段の配設位置がずれること等の理由に
より、検出手段および駆動手段の間の所定の関係が変わ
る。このとき、検出手段で測定した値に従い駆動量を算
出し駆動手段を駆動したのでは、予め前提としていた検
出手段の座標系と駆動手段の座標系との間の所定の関係
が変わっているので、物体の位置合せが不良となるとい
う欠点があった。これは、特に高い位置合せ精度の要求
されるＸ線アライナ等においては、大きな問題点とな
る。

さらに、ステップアンドリピートタイプの半導体製造用
露光装置いわゆるステッパでは、ウエハを露光（パター
ンの転写）する際に複数の領域（ショット）に分割し、
各ショット毎に露光していく。このとき、ショット間の
位置決め精度として、パターンを備えたマスク（レチク
ル）を基準として0.1μｍが要求される。このような高
い位置決め精度を保持するため、ステップ移動の際には
ウエハの位置をモニタしながら移動している。しかし、
このような場合であってもマスクあるいは位置合わせ用
の位置検出装置とモニタ用の位置検出装置の間に、上述
したような所定の位置関係からの変動があるならば高い
位置決め精度の保持は実現不可能である。

［発明の目的］本発明の目的は、上述の従来形の問題点に鑑み、ステッ
プアンドリピートタイプのＸ線アライナ等の半導体製造
装置等に適用しウエハ等の物体を所定の位置に合せる装
置において、環境等の変動を受けずかつ高精度で効率良
い位置合せを可能とすることにある。さらに本発明は、
独立に構成された位置合せ装置の各部分間に位置合せの
際相互の関係付けを行なうことを可能とし、装置の製造
の際の部品の取り付け精度も高精度とすることが不要で
ある位置合せ装置を提供することを目的とする。

［実施例の説明］以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る位置合せ装置の構成
を示す。同図の装置は、ステップアンドリピートタイプ
のプロキシミティＸ線アライナ等に適用される位置合せ
装置である。

同図において、１は固定された物体であり光を透過する
ガラス等からなるマスク、２は光を反射するものからな
りマスク１に対して所定の位置関係となるように位置合
せされるウエハ、３および４はマスク１とウエハ２の相
対的な位置ずれを検出する第１の検出装置である。この
第１の検出装置は、例えば特開昭59-99721号に開示され
たようなアライメント誤差（X,Y,θ）検出装置のような
ものである。また、テレビ（TV）を用いた検出装置とし
て特開昭59-100527号に開示されたような装置も用いる
ことができる。５および６はウエハ２を面内（XY平面
内）の異なる２方向に移動する駆動装置、７はウエハ２
を面内で回転させる駆動装置、８は演算装置であり位置
合せの動作全体の制御を行なうCPU、９はRAM,ROM等のメ
モリ、10はキーボード、11は演算装置８と検出装置３お
よび４とのインターフェイス回路、12は演算装置８と駆
動装置5,6および７とのインターフェイス回路、13はウ
エハ２を保持しXY平面で移動するウエハホルダである。
また、20,21,22はウエハ２の位置を検出する第２の検出
装置、23は演算装置（CPU）８と検出装置20,21,22のイ
ンターフェイス回路である。

本実施例の装置は、マスク１上のパターンをウエハ２上
へ転写あるいは表示する装置であり、マスク１とウエハ
２の各２箇所に設けた位置合せ用マークを用いて第１の
検出装置3,4により各々の箇所での２次元方向のずれ量
（X₁,Y₁）と（X₂,Y₂）を測定し、これより、Ｘ方向のずれ量Ｘ＝（X₁＋X₂）/2 ……（１）Ｙ方向のずれ量Ｙ＝（Y₁＋Y₂）/2 ……（２） θ方向のずれ量 θ＝（Y₁−Y₂）/D Ｄは定数 ……（３）を求め、各値をもとに駆動装置5,6および７を駆動して
ウエハ２を移動させる位置合せ装置である。そして、こ
の位置合せの後、転写または表示を行ない、さらに第２
の検出装置20,21,22でウエハ２の位置をモニタしながら
ウエハ２を駆動装置5,6および７でステップ移動させ、
場所を変えながら繰返し転写あるいは表示していく装置
である。

今、検出装置3,4で測定される箇所および駆動装置5,6お
よび７で駆動するときの箇所が所定の位置あるいは所定
の位置関係にあるとき、すなわち検出装置における座標
系（X,Y,θ）と駆動装置における座標系（Ｘ′,Y′，
θ′）とが所定の関係にあるときは、以下の関係が成り
立つ。

ここで、x,y,θはウエハ２の所望の位置からのずれ量を
第１の検出装置3,4における座標系で表したものであ
る。k₁₁〜k₃₃は検出装置3,4と駆動装置5,6,7を関係付け
る値、すなわち検出装置における座標系（X,Y,θ）と駆
動装置における座標系（Ｘ′,Y′，θ′）との関係を示
し、両者が所定の位置あるいは所定の位置関係にあると
きk₁₁〜k₃₃の値が一義的に定まる。また、a,b,cはそれ
ぞれウエハ２の位置合せのために駆動装置5,6および７
を駆動する量を駆動装置における座標系で表わしたもの
である。

この関係式（４）より、検出装置3,4で測定し計算され
た量から、ウエハ２を所定の位置まで移動させる際の駆
動装置5,6,7の駆動量が求まり、ウエハ２の位置合せが
可能となる。

しかし、実際には、ステップアンドピートタイプの半導体製造装置等で
はウエハ２を移動すること装置を組み立てる際の検出装置３、検出装置４、駆
動装置５および駆動装置６の位置決め誤差があること振動、熱等の外部環境の変動により、検出装置３と
検出装置４、駆動装置５および駆動装置６の位置がずれ
ること等の理由により、検出装置3,4および駆動装置5,6間の所
定の位置関係が変わる。すなわち、このとき検出装置に
おける座標系と駆動装置における座標系との所定の関係
が変わるので、検出装置3,4で測定したずれ量と駆動装
置5,6で駆動する量との関係を示す（４）式中のk₁₁〜k
₃₃の値が変わり、（４）式が成立しなくなる。このた
め、（４）式に従ってウエハ２を移動させたのでは位置
合せは不良となるという問題がある。

一方、本発明の適用対象であるステップアンドリピート
タイプの半導体製造用露光装置いわゆるステッパでは、
前記したようにショット間の位置決め精度として、パタ
ーンを備えたマスク１を基準として0.1μｍが要求され
る。このような高い位置決め精度は、マスク１あるいは
検出装置3,4と検出装置20,21,22の間に所定の位置関係
からの変動があるならば実現不可能である。

本発明の位置合せ装置は、上記のような問題を解決する
ものである。

上記実施例により、本発明の位置合せの原理を説明す
る。

本実施例は、位置合せをする前にまず第１の検出手段の
座標系と駆動手段の座標系との関係を求め、その関係式
を用いることにより高精度の位置合せを可能としてい
る。すなわち、上記関係式（４）中のk₁₁〜k₃₃を位置合
せをする前に求めておき、この値を用いて位置合せをす
る。

（４）式より、これを変形すれば、ただし、の逆マトリックスをとする。

すなわち、である。これより、l₁₁〜l₃₃は、a,b,cの中の１つを１
とし他を０とする、例えばａ＝１、ｂ＝ｃ＝０、とした
ときのx,y,θの値より求まる。上記例の場合、l₁₁＝x,l
₂₁＝y,l₃₁＝θである。下記の処理においては、このよ
うな原理に基づきl₁₁〜l₃₃を求める。

なお、第１図に示す実施例では、２個の第１の検出装置
で３方向（XYθ方向）のずれを測定し、また駆動装置は
XYθ方向用に３個備えた場合を示したが、一般的にはｎ
個の検出装置とｎ個の駆動装置からなる場合、（１）式
に対応するものは、となり、先に説明したと同様な方法でk₁₁〜knnを求める
ことができて、位置合せが可能となる。ただし、（x₁,x
₂‥‥,xn）はｎ個の検出装置で測定したｎ次元座標系に
おける物体のずれ量、（a₁,a₂‥‥‥,an）はｎ個の駆動
装置のｎ次元座標系における駆動量である。

一方、駆動量a,b,cと第２の検出装置20,21,22で測定し
計算したウエハ２の移動量すなわちウエハ２の所望の位
置からのずれ量Δx,Δy,Δθとの間にはが成り立つ。ここで、L₁₁〜L₃₃は検出装置20,21,22と駆
動装置5,6,7を関係付ける値であり、第２の検出装置に
おける座標系と駆動装置における座標系との関係を示し
ている。

（４）式と（８）式によりここで、とすれば、となり、検出装置3,4の測定値と検出装置20,21,22の測
定値を結び付ける関係が求められる。実際、L₁₁〜L₃₃と
k₁₁〜k₃₃より（10）式を用いてこの関係を示すM₁₁〜M₃₃
の値は求まる。

検出装置20,21および22でモニタしながらウエハ２を移
動させるときには、以下のようにする。例えば、ウエハ
２をx₁,y₁,θ_１移動させたいときは、検出装置20,21お
よび22で検出される量Δx₁,Δy₁,Δz₁がとなるように、ウエハ２を移動させればよい。このよう
にすれば、駆動装置5,6および７で長い距離を移動させ
る場合にも、そのとき生じる誤差をなくすることができ
る。

以下、第２図のフローチャートを参照して、第１図の装
置の動作を説明する。

同図において、ステップS21は（５）式中のl₁₁〜l₃₃お
よび（８）式中のL₁₁〜L₃₃を求める処理、ステップS22
はマスク１とウエハ２を位置合せする処理、ステップS2
3はウエハ２を移動させるときに検出装置20,21,22で検
出した移動量を求める処理、ステップS24はウエハ２を
所定の位置へ移動させる処理である。

なお、以下で説明する位置合せ動作はCPU（演算装置）
８によってすべて制御され計算される。以下、これらの
処理の詳細な説明をする。

第２図において、ステップS21では、まず検出装置3,4で
測定された所定のアライメントマークのずれ量（X₁,
Y₁）および（X₂,Y₂）を取り込み、CPU8で（１）式〜
（３）式を用いて各ずれ量を計算し、これらの値をx₁,y
₁,θ_１としてメモリ９に記憶する。アライメントマーク
は予めマスク１およびウエハ２へ付しておく。また、検
出装置20,21および22で測定した値Δx₁₁,Δy₁₁,Δz₁₁を
取り込みインターフェイス回路23を通して、メモリ９に
記憶する。

次に、駆動装置６と７を停止したまま、駆動装置５を単
位量駆動する。なお、ここで単位量というのは予め定め
た所定量でよく、この量を基準として駆動手段に駆動量
を与えることができる量であればよい。

このとき検出装置3,4で測定したアライメントマークの
ずれ量（X₁,Y₁）および（X₂,Y₂）より、ウエハ２のマス
ク１に対するずれ量x₂,y₂,θ_２を計算で求め、メモリ９
に記憶する。さらに、メモリ９中のx₁,y₁,θ_１とx₂,y₂,
θ_２の差をCPU8を用いて、 l₁₁＝x₂−x₁,l₂₁＝y₂−y₁,l₃₁＝θ_２−θ_１ ‥‥‥（1
3）と計算し、メモリ９に記憶する。また、検出装置20,21
および22で測定した値Δx₁₂,Δy₁₂,Δz₁₂を取り込み、
メモリ９に記憶する。そして先に測定したΔx₁₁,Δy₁₁,
Δz₁₁との差をCPU8で計算することにより、 L₁₁＝Δx₁₂−Δx₁₁,L₂₁＝Δy₁₂−Δy₁₁,L₃₁ ＝ΔZ₁₂−ΔZ₁₁ ‥‥‥（14）を求め、メモリ９に記憶する。

次に、駆動装置５と７を停止したまま、駆動装置６を単
位量駆動し、先と同様な処理をしてずれ量x₃,y₃,θ_３と
l₁₂,l₂₂,l₃₂を求め、これらをメモリ９に記憶する。そ
して、検出装置20,21および22で測定した値および同様
な処理で求めたΔx₁₃,Δy₁₃,Δz₁₃,L₁₂,L₂₂,L₃₂をメモ
リ９に記憶する。

次に、駆動装置５と６を停止したまま、駆動装置７を単
位量駆動し、先と同様な処理をしてずれ量x₄,y₄,θ_４と
l₁₃,l₂₃,l₃₃を求め、これらをメモリ９に記憶する。そ
して、検出装置20,21および22で測定した値および同様
な処理で求めたΔx₁₄,Δy₁₄,Δz₁₄,L₁₃,L₂₃,L₃₃をメモ
リ９に記憶する。

以上の処理により、l₁₁〜l₃₃およびL₁₁〜L₃₃が求められ
た。

ステップS22では、マスク１とウエハ２とを位置合せす
る。これには、まずメモリ９に記憶されたl₁₁〜l₃₃を用
いて、演算装置（CPU）８により（６）式からk₁₁〜k₃₃
を求める。これをメモリ９に記憶する。次に、最後に測
定されたずれ量x₄,y₄,θ_４が現時点でのずれ量x,y,θで
あるから、この値とk₁₁〜k₃₃を用いて、（４）式よりウ
エハ２の位置合せのために駆動装置5,6,7を駆動する量
a,b,cを求める。さらに、CPU8の制御で駆動装置5,6,7を
a,b,c駆動し、ウエハ２を所定の位置まで移動する。こ
れにより位置合せが行なわれる。

ステップ23では、ステップS21で求めたL₁₁〜L₃₃、ステ
ップS22で求めたk₁₁〜k₃₃を用い、演算装置10により、を求める。ここで、x,y,θはマスク１からみたウエハ２
を移動させる量である。これにより検出装置20,21およ
び22からみたウエハ２を移動させる量Δx₁,Δy₁および
Δz₁が求まる。

ステップS24では、CPU8の制御で駆動装置5,6および７を
使い、検出装置20,21および22がΔx₁＋Δx₁₄,Δy₁＋Δy
₁₄,Δz₁＋Δz₁₄なる値を測定するようにウエハ２を移動
させる。これにより、ウエハ２が所定の位置に位置合せ
される。

第３図は、第１図の実施例を一部変形した位置合せ位置
の構成を示す。なお、第３図の装置において、第１図に
示した装置と同一または共通の部分は同一の符番で示
す。

同図の装置は、第１図の装置と異なり、マスク１がなく
ウエハ２に直接情報を記録または表示したりあるいはウ
エハ２上から情報を読み取る装置において、ウエハ２の
位置合せを行なうものである。そして、この場合、ウエ
ハ２は空間上の所定の位置あるいは検出装置３および４
に対して所定の相対的な位置関係に位置合せされる。こ
の装置は、電子ビーム露光等の露光装置等において適用
される位置合せ装置である。

本変形例では、検出装置３および４が直接ウエハ２の位
置を検出することを除き、上記の実施例と同様の動作に
より位置合せを行なうことができる。

これらの実施例および変形例は、ステップアンドリピー
トタイプの半導体製造装置等に適用して、各位置合せの
段階で座標系を関係付ける値を求めるようにできる。ま
た、１日の最初の位置合せ動作時、１ロットの最初の動
作時、あるいは環境等に大きな変化があった後の最初の
動作時に、外部からの指示に従って検出装置の測定値と
駆動装置で移動させる値とを関係付ける値を求めるよう
にすることもできる。

例えば、第４図は、上述した実施例および変形例におけ
る位置合せ動作の一例を示すフローチャートである。

同図において、ステップS31では上記したような１日の
最初の位置合せ動作時、１ロットの最初の動作時、ある
いは環境等に大きな変化があった後の最初の動作時等、
所定の事象が発生した時点において関係付ける値を求め
るように、キーボード10あるいは環境変化等を監視する
センサからの指示をCPU8に与える。次に、ステップS32
でアライメントを開始すると、まずステップS33ではス
テップS31で指示された時点かどうか、すなわち関係付
ける値を求める必要があるかどうかを判別する。必要が
ある場合は、ステップS34で上述した第２図におけるス
テップS11およびS12と同様に関係付ける値を求める。次
に、ステップS35で求めた値をメモリ９中の所定の箇所
に記憶し、以降の処理で使用可能とする。先にメモリ９
中にこの値が記憶されている場合は、その記憶値を最新
の値に修正することとなる。

ステップS36ではメモリ９中から関係付ける値を読出
す。そして、ステップS37およびS38で、第２図における
ステップS13およびS14と同様に、移動させるための駆動
装置5,6の駆動量を求め、その量だけ駆動装置5,6を駆動
してウエハ２の位置合せを行なう。

ステップS33で関係付ける値を求める必要がないと判別
した場合は、ステップS36〜S38により位置合せを行な
う。

以上の処理はウエハ２が変わった場合等、必要に応じて
繰返し行なわれる。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、ステップアンド
リピートタイプのＸ線アライナ等の半導体製造装置等に
適用され、ウエハ等の物体を所定の位置に合せる位置合
せ装置において、駆動手段を所定量駆動して物体の移動
量を測定し、その測定結果より第１の検出手段における
座標系と駆動手段における座標系との関係および第１の
検出手段における座標系と第２の検出手段における座標
系との関係をそれぞれ算出し、それらの関係を用いて物
体を所望の位置に位置合せしかつステップ移動するよう
にしているので、以下のような効果がある。

検出手段と駆動手段との所定の位置関係に変動があ
っても、必要に応じてこの位置関係を求めるので、常に
高精度の位置合せが可能である。

ステップ移動する際に物体の位置をモニタする第２
の検出手段についても、必要に応じて第１の検出手段と
の間の位置関係を求めるので、ステップ移動時にも高い
位置決め精度が保持できる。

振動や熱等の外部環境等による変動の影響を受けな
い。

効率、特に時間に対する効率の良い位置合せを可能
とする。

装置の製造を容易にする。特に装置本体に各部分を
取り付ける際に高い配置位置（合せ）精度を要しない。

独立に構成された部分間に相互の関係付けを行なう
ことを可能とする。これにより独立に構成された装置に
対しても、上記〜の効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る位置合せ装置の構成
図、第２図は、第１図の装置の位置合せの処理の流れを説明
するためのフローチャート、第３図は、第１図の装置の変形例である位置合せ装置の
構成図、第４図は、位置合せ動作の一例を示すフローチャートで
ある。 1:マスク、2:ウエハ、 3,4:第１の検出装置、 5,6,7:駆動装置、 8:演算装置（CPU）、9:メモリ、 10:キーボード、 20,21,22:第２の検出装置。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体の位置を測定する第１の検出手段およ
び第２の検出手段と、該物体を移動する駆動手段と、位置合せの前に上記駆動手段を所定量駆動し、その際の
上記物体の移動量を上記第１の検出手段および第２の検
出手段により測定する制御手段と、その測定結果より上記第１の検出手段における座標系と
上記駆動手段における座標系との関係および上記第１の
検出手段における座標系と第２の検出手段における座標
系との関係をそれぞれ算出する演算手段と、上記第１の検出手段における座標系と上記駆動手段にお
ける座標系との関係を用いて上記物体を所望の位置に位
置合せする手段と、上記第１の検出手段における座標系と第２の検出手段に
おける座標系との関係を用いて上記物体を移動する移動
制御手段とを具備することを特徴とする位置合せ装置。
【請求項２】前記物体がマスクに描かれたパターンを投
影する半導体ウエハであり、前記第１の検出手段が該マ
スクと該半導体ウエハとの相対的な位置関係を測定する
ものである特許請求の範囲第１項記載の位置合せ装置。
【請求項３】前記物体が半導体ウエハであり、前記第１
の検出手段が所定の基準位置に対する該半導体ウエハの
相対的な位置を測定するものである特許請求の範囲第１
項記載の位置合せ装置。
【請求項４】ステップアンドリピートタイプの半導体製
造装置に適用され、前記移動制御手段によりステップ移
動が行なわれる特許請求の範囲第２または３項記載の位
置合せ装置。
【請求項５】前記演算手段における関係の算出が、予め
定められた所定の事象が発生した時点で行なわれる特許
請求の範囲第2,3または４項記載の位置合せ装置。