JP2020140070A - 露光装置および露光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】投影露光装置において、位置合わせ誤差量を抑えながらパターンを重ねて転写させる。【解決手段】測定装置にとって得られるチップの位置情報、すなわち各パターン形成領域のアライメントマークの位置情報と、露光装置によって得られるＧＡ用アライメントマークの位置情報とに基づき、露光工程時、すなわち基板Ｗをステージ搭載したときの各パターン形成領域のアライメントマークの位置を算出する。そして、所定の露光方式に従って定められるレチクルフィールドあるいはワンショット露光領域で行うアライメント露光をシミュレーションし、そのときの（残っている）各チップに位置合わせ残差量を、ワンショット露光領域ごとに求める。位置合わせ残差量が閾値以下である場合、そのワンショット露光領域で露光することに決定し、そうでない場合、次のレチクルフィールドを選択してシミュレーションするか、あるいはダイ・バイ・ダイ露光を行う。【選択図】図６

Description

本発明は、レチクルなどに形成されたパターンを基板に形成する投影露光装置に関し、特に、基板にパターンを重ねて転写する場合のアライメント（位置合わせ）に関する。

投影露光装置を用いて製造される半導体素子、液晶表示素子、パッケージ基板などのデバイスの多くは、多層構造であり、基板にパターンを重ねて転写する。基板に所定ピッチで同じパターンを配列させる場合、スループット向上のため、フォトマスクに複数の同一パターンを配列し、ワンショットで同時にパターンを露光する。

パターンを重ねて転写する時、許容される重ね合わせ誤差の範囲に収めるようにアライメントを行う必要がある。そのため、露光工程を繰り返す度に、ワンショットの露光領域を選択し、重ね合わせ誤差を抑える。

例えば、露光工程の度に、パターン配列数の異なる複数のフィールドが形成されたレチクルの中から、所定のアライメント精度を満たす範囲で１ショット当たり最大露光領域となるフィールドを選択し、パターニングを行う（特許文献１参照）。また、露光領域の形状が異なる複数のフィールドが形成されたレチクルの中から、基板の変形に応じたフィールドを選択し、パターニングを行う（特許文献２参照）。

また、パターンを重ねるごとに、基板のアライメントマークの位置を設計上の位置へ徐々に移動するように、基板全体のアライメント補正を行うことによって、最上層レイヤーにおけるショット領域を設計上の位置に合わせる（特許文献３参照）。

特開２０１７−４４７２１号公報 特開２０１６−５１７１２号公報 国際公開２０１２／１２４５１７号公報

多数のチップ、パッケージなどが２次元配列した基板（例えば、キャリアにシリコンチップを搭載するＦＯ−ＷＬＰ（ファンアウト−ウェハレベルパッケージ）基板）の場合、そのチップ数は膨大な数となる。そこでは、チップマウント精度に起因してランダムなチップ配列誤差が生じるため、チップ毎に設けられたアライメントマークの位置を検出してアライメントを行う必要がある。これは多大な時間を要し、スループットが低下する。そのため、露光装置とは独立した計測装置によってアライメントマークの位置を事前計測する必要がある。

一方、基板の伸縮、変形は、工程を経るごとに生じ、その伸縮、変形度合いも異なる。そのため、露光装置に先立って測定されたアライメントマークの位置は、後の露光装置によるアライメント計測のときには異なっている場合が生じ、ワンショットの露光領域の選択、アライメント補正が誤って行われる可能性がある。

したがって、適切な露光領域を選択することで、位置合わせ誤差量を抑えながらパターンを重ねて転写することが求められる。

本発明の露光装置は、基板上の複数のユニットに対し露光可能であって、ユニット毎に形成されたアライメントマークの位置を測定する測定装置と通信可能な露光装置であって、基板に設けられたＧＡ（グローバルアライメント）用アライメントマークの位置を測定する測定部と、測定装置から送られてくるアライメントマーク情報に基づいて得られる各ユニットの位置情報と、測定部によって得られるＧＡ用アライメントマークの位置情報とに基づいて、基板に形成される露光パターンと各ユニットとの位置合わせ残差を予測する残差予測部とを備える。そして露光装置は、位置合わせ残差に基づいて、複数のレチクルフィールドが設けられたレチクルに対するレチクルフィールドの切り替え、もしくはレチクルの交換を行う。ユニットは、例えばチップなどであり、露光対象領域となる。

レチクルフィールドを切り替える構成としては、例えばレチクルは、互いにサイズの異なるワンショット領域を規定する複数のレチクルフィールドを有するレチクルであって、露光装置は位置合わせ残差に基づいてレチクルフィールドを選択し、ワンショットで露光するユニット数を調整する。あるいは、レチクルは、互いに異なるスケーリング量により描画された複数のレチクルフィールド有するレチクルであって、露光装置は、位置合わせ残差に基づいて、レチクルフィールドを選択し、スケーリング補正する。

残差予測部は、さらに、あらかじめ定められた各ユニットの設計位置情報を用いて、位置合わせ残差を予測することが可能である。この場合、露光装置は、各ユニットの位置合わせ残差が最小となる位置に対し、各ユニットの設計位置に近づく方向へ所定量だけオフセットしたターゲット座標位置を求め、基板上のターゲット座標位置とレチクルとを相対的にアライメントすればよい。

このようなアライメントは、複数のユニットを有するマルチチップパッケージ基板領域が多面取り配置されている基板である場合に有効である。例えば残差予測部は、マルチチップパッケージ基板領域毎に、各ユニットの位置合わせ残差を予測し、位置合わせ残差が閾値以内となるようにターゲット座標を設定する。露光装置は、各ユニットの位置合わせ残差が閾値以内となる場合、マルチチップパッケージ基板領域を一括露光すればよい。

一方、各ユニットの位置合わせ残差が閾値より大きくなる場合、レチクルの交換によって、ユニット毎に異なるパターンを露光すればよい。あるいは、レチクルフィールドの切換えによって、ユニット毎に異なるパターンを露光してもよい。

本発明の他の態様である露光方法は、アライメントマークの位置を測定する、露光装置とは独立した測定装置によって、ユニット毎に形成されたアライメントマークから基板上に配置された各ユニットの位置を測定し、露光装置に設けられた測定部によって、基板に設けられたＧＡ（グローバルアライメント）用アライメントマークの位置を測定し、測定装置により得られる各ユニットの位置情報と、測定部によって得られるＧＡ用アライメントマークの位置情報とに基づいて、基板に形成される露光パターンと各ユニットとの位置合わせ残差を予測し、位置合わせ残差に基づいて、複数のレチクルフィールドが設けられたレチクルに対するレチクルフィールドの切り替え、もしくはレチクル交換を行う。

本発明によれば、投影露光装置において、位置合わせ誤差量を抑えながらパターンを重ねて転写させることができる。

本実施形態である投影露光装置の概略的ブロック図である。 基板Ｗに形成されたショット配列を示した図である。 ショット配列誤差を成分に分けて示した図である。 測定装置１５で実行されるチップ固有配列誤差算出処理のフローチャートを示した図である。 投影露光装置１０において実行されるアライメントを含めた露光処理を示した図である。 第２の実施形態におけるアライメントを含めた露光処理のフローチャートを示した図である。 レチクルＲを示した平面図である。 図６のステップＳ３０５のサブルーチンを示した図である。 露光時に使用するレチクルフィールドＦ１〜Ｆ４の選択手順を示した図である。 ワンショット露光領域の変形具合を示した図である。 複数のマスクパターンが形成されたレチクルを示した図である。 マルチチップパッケージを示した図である。

以下では、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態である投影露光装置の概略的ブロック図である。ここでは、複数のレイヤーにパターンを重ねて形成する露光プロセスを行う。

投影露光装置１０は、フォトマスクとしてのレチクルＲに形成されたマスクパターンを、ステップ＆リピート方式に従って基板（ワーク基板）Ｗに転写する露光装置であり、放電ランプなどの光源２０、投影光学系３４を備えている。レチクルＲは石英材などから構成されており、遮光領域をもつマスクパターンが形成されている。基板Ｗは、ここではシリコン、セラミックス、ガラスあるいは樹脂製の基板（例えば、インターポーザ基板）などが適用される。

光源２０から放射された照明光は、ミラー２２を介してインテグレータ２４に入射し、照明光量が均一になる。均一となった照明光は、ミラー２６を介してコリメータレンズ２８に入射する。これにより、平行光がレチクルＲに入射する。光源２０は、ランプ駆動部２１によって駆動制御される。

レチクルＲは、マスクパターンが投影光学系３４の光源側焦点位置となるようにレチクル用ステージ３０に搭載されている。レチクルＲを搭載したステージ３０、基板Ｗを搭載したステージ４０には、互いに直交するＸ−Ｙ―Ｚの３軸座標系が規定されている。ステージ３０は、レチクルＲを焦点面に沿って移動させるようにＸ−Ｙ方向に移動可能であり、ステージ駆動部３２によって駆動される。またステージ３０は、Ｘ−Ｙ座標平面において回転も可能である。ステージ３０の位置座標は、ここではレーザ干渉計もしくはリニアエンコーダ（図示せず）によって測定される。

レチクルＲのマスクパターンが形成されたエリアを透過した光は、投影光学系３４によって基板Ｗにパターン光として投影される。基板Ｗは、その露光面が投影光学系３４の像側焦点位置と一致するように、基板用ステージ４０に搭載されている。

ステージ４０は、基板Ｗを焦点面に沿って移動させるようにＸ−Ｙ方向に移動可能であり、ステージ駆動部４２によって駆動される。また、ステージ４０は、焦点面（Ｘ−Ｙ方向）に垂直なＺ軸方向（投影光学系３４の光軸方向）へ移動可能であり、さらに、Ｘ−Ｙ座標平面において回転も可能である。ステージ４０の位置座標は、図示しないレーザ干渉計もしくはリニアエンコーダによって測定される。

制御部５０は、ステージ駆動部３２、４２を制御してレチクルＲ、基板Ｗを位置決めするとともに、ランプ駆動部２１を制御する。そして、ステップ＆リピート方式に基づく露光動作を実行する。制御部５０に設けられたメモリ（図示せず）には、レチクルＲのマスクパターン位置座標、基板Ｗに形成されたショット領域の設計上の位置座標、ステップ移動量などが記憶されている。

アライメントマーク撮像部３６は、基板Ｗに形成されたアライメントマークを撮像するカメラあるいは顕微鏡であり、露光前において、ステージ駆動部４２を駆動してステージ４０を移動させることによって基板Ｗに設けられたアライメントマークを撮像する。画像処理部３８は、アライメントマーク撮像部３６から送られてくる画像信号に基づいて、アライメントマークの位置座標を検出する。ここでは、基板Ｗの四隅などに設けられたＧＡ（グローバルアライメント）用アライメントマークの位置を検出する。

制御部５０は、ステップ＆リピート方式に従い、基板Ｗに形成された各ショット領域にレチクルＲのマスクパターンを順次転写していく。すなわち、制御部５０は、ショット領域間隔に従ってステージ４０を間欠的に移動させ、マスクパターンの投影位置に露光対象となるショット領域が位置決めされると、光源２０を駆動してパターン光をショット領域に投影させる。

測定装置１５は、基板Ｗに設けられたアライメントマークを測定する装置であって、投影露光装置１０と相互にデータ通信可能に接続されている。基板Ｗは、ここではＦＯ−ＷＬＰ基板で構成され、キャリア基板上にシリコンチップがマトリクス状に多数（例えば１万個）配列している。なお、基板はＦＯ−ＷＬＰ基板に限定するものではなく、通常のウエハ基板やプリント配線板等であってもよい。チップは同一種類でなくてもよく、複数種類のチップが配列されていてもよい。また、基板に比して小さい領域の回路パターン（ユニットと称する）がマトリクス状に多数配置された基板であって、ユニットを基準にアライメントして露光するものであってもよい。ユニットの内側に一つまたは複数のチップがあってもよい。測定装置１５は、露光装置１０によるパターニング前の段階で、各チップに設けられたアライメントマークの位置を測定する。

測定装置１５は、基板Ｗを載置する基板ステージと、アライメントマークを撮像するカメラと、カメラに対して基板を相対移動させる走査機構と、基板の相対移動量を測定する計測部と、カメラによる撮像によって得られた画像からアライメントマークの位置を計測する画像処理部と、計測したアライメントマークの位置情報をファイルにして記録するデータ管理部と、それらを制御するコントローラとを備える（ここでは、いずれも図示せず）。

測定装置１５は、各チップのアライメントマークの位置情報に関するファイルをデータサーバ６０に送信する。データサーバ６０は、測定対象となった基板ＷのＩＤと紐付けてファイルを記録、管理する。

投影露光装置１０は、各レイヤーに対してマスクパターンを転写（露光）するとき、アライメントを行う。すなわち、ショット領域の配列誤差である位置合わせ誤差を検出し、基板Ｗのショット領域とマスクパターンの投影エリアとの位置合わせを事前に行う。

本実施形態では、投影露光装置１０が、測定装置１５によって測定された各チップのアライメントマークの位置から、各チップ固有の位置ずれ量を算出し、この位置ずれ量と、アライメントマーク撮像部３６によって測定されるＧＡ用アライメントマークの位置とを用いて、露光工程時における各チップの露光位置を求める。投影露光装置１０は、求められた各チップの露光位置に応じて、ダイ・バイ・ダイ（以下、Ｄ／Ｄ）方式によるアライメント露光を行う。以下、これについて詳述する。

図２は、基板Ｗに形成されたショット配列を示した図である。図３は、基板Ｗの変形等に起因するショット配列の歪みを示した図である。

図２に示すように、基板Ｗには、Ｘ−Ｙ座標系によって規定されるグリッドに合わせてチップＣＰをマトリクス状に一定間隔で配列させた下層パターンが形成されている。ここでは、各チップＣＰはショット領域に相当し、レチクルＲに形成されているマスクパターンをチップＣＰ（以下、ショット領域ともいう）上に重ねて形成する。また、ショット領域ＣＰの配列に沿って、位置合わせ用のアライメントマークＡＭが任意の位置（図２においては左右端中央位置）に形成されている。位置合わせ用のアライメントマークＡＭは、ショット領域ＣＰの近傍位置（例えばスクライブライン上）に設けても良い。また、位置合わせ用のアライメントマークＡＭの内のいくつかを、ＧＡ用アライメントマークとして兼用するようにしてもよい。

図３には、基板Ｗの変形によってショット領域ＣＰの並びが崩れている状態を示している。基板Ｗがウエハである場合、その変形量はさほど大きくないが、下層パターンとの重ね合せで許容される誤差範囲と比較すると無視できない大きさとなる。また、基板Ｗがプリント基板やインターポーザー基板である場合、基板Ｗの変形は更に大きくなる。そのため、各チップＣＰの位置は、設計上の位置からずれる。

基板ＷがＦＯ−ＷＬＰ基板の場合、チップマウント精度に起因するランダムなチップ配列誤差（ダイシフトと呼ばれる）が発生する。一方、基板Ｗは、工程を経る度に伸縮、変形（これらを合わせて基板変形と呼ぶ）が生じる。そのため、露光時の各チップＣＰのアライメントマークＡＭの位置は、測定装置１５で測定した時のアライメントマークＡＭの位置とは異なる。

特に、複数のレイヤーに対してパターニングを行う場合、露光を含む工程（露光、エッチング、熱処理等）を繰り返すたびに、基板Ｗの伸縮、変形度合いが変化し、測定装置１５によって測定されたアライメントマークＡＭとの位置ずれが大きくなる。

図３は、ショット配列誤差を成分に分けて示した図である。ダイシフトによるチップ配列誤差成分（ダイシフト量と定義する）は、チップＣＰ間でその誤差量に法則性がない。この法則性のない配列誤差を固有位置ずれ量と定義する。固有位置ずれ量は、基板Ｗ全体の変形、伸縮とは関係なく線形性のない（非線形の）誤差成分とみなすことができる。一方、基板Ｗの変形、伸縮などによるチップ配列誤差成分は、基板Ｗの全体に対する変形度合いに応じてチップＣＰ間で共通の法則性をもって生じる配列誤差であるため、線形性のある誤差成分とみなすことができる。

そこで、最初に測定装置１５によって測定された各チップＣＰのアライメントマークＡＭの位置と設計上の位置とのチップ配列誤差量の中から、線形性のある配列誤差量を取り除き、各チップの固有位置ずれ量を抽出する。そして、露光装置１０では、ＧＡ用アライメントマークから求められる線形性のチップ配列誤差量を求め、各チップの固有位置ずれ量を組み合わせて露光工程時における各チップの露光位置を推定する。

図４は、測定装置１５で実行されるチップ固有配列誤差算出処理のフローチャートを示した図である。

基板Ｗの各チップに設けられたアライメントマークの位置を測定すると（Ｓ１０１）、各チップにおけるアライメントマークの位置情報と設計上の位置情報との差分（Ｘ、Ｙ、θ）
を算出する（Ｓ１０２）。そして、求められたチップ配列誤差量から、最小二乗法などを用いて線形成分を抽出し（Ｓ１０３）、これを取り除くことによって、各チップの固有位置ずれ量となるＸ、Ｙ、θ成分を求める（Ｓ１０４）。

図５は、投影露光装置１０において実行されるアライメントを含めた露光処理を示した図である。

基板Ｗに設けられたＧＡ用アライメントマークの位置（例えば、基板四隅に設けられたアライメントマークの位置）を測定し、設計上の位置との差分を、Ｘ成分、Ｙ成分、θ成分に分けて算出する（Ｓ２０１）。一方、測定装置１５によって求められた各チップの固有位置ずれ量のデータをデータサーバ６０から読み出す（Ｓ２０２）。

露光装置１０によって測定されたＧＡ用アライメントマークの位置ずれ量は、線形性をもつ位置ずれ量（すなわち、露光装置に基板を載置した際のＸ、Ｙ、θのずれ量や、基板伸縮や直交度の変化等の変形量の総和）とみなすことができるため、これから露光工程における基板Ｗ全体の変形量を算出することができる。そして、ＧＡアライメントの手法によって、基板Ｗ全体の変形量から求めた各チップの露光位置に置けるＸ、Ｙ、θ成分の位置ずれ量を算出することができる（この基板Ｗ全体の変形量から求めた各チップの露光位置における位置ずれ量を、線形位置ずれ量ともいう定義する）。ただし、基板Ｗの変形、伸縮が、基板全体に渡って、あるいは露光対象領域に関して略均一に生じているものとする。

そして、各チップの線形位置ずれ量と、固有位置ずれ量とに基づいて、各チップの露光位置を算出する（Ｓ２０３）。すなわち、設計上の露光位置に対して、線形位置ずれ量と、固有位置ずれ量とを加味することにより、露光工程時の各チップの露光位置（露光マップ）を算出する。投影露光装置１０では、各チップのアライメントマークを測定していないが、この演算によって各チップの露光位置を推定してき、ダイ・バイ・ダイ方式による露光が行われる（Ｓ２０４）。

このように本実施形態によれば、投影露光装置１０とは独立した測定装置１５によって、基板Ｗにマトリクス配置されたチップのアライメントマークの位置を事前に測定し、各チップ固有の固有位置ずれ量を求める。そして、投影露光装置１０は、ＧＡ用アライメントマークを測定し、線形性のある各チップの位置ずれ量を算出する。そして、固有位置ずれ量と線形性のある位置ずれ量とに基づき、露光装置１０に基板Ｗ搭載されている状況で各チップの露光位置を算出し露光を行う。

このように工程とともに変化する線形性のある位置ずれ量を露光工程時に算出する一方、最初のチップ搭載時に生じ、工程を経ても変化しない固有位置ずれ量とを露光装置使用前に算出することにより、適切なアライメントを行うことができる。特に、基板Ｗに対して繰り返しパターンを重ねる場合においても、適切なアライメントを実行することができる。これは、チップ以外の要素を２次元配列した基板に対して適用することも可能である。

測定装置１５がチップ固有の位置ずれ量を算出し投影露光装置１０に出力する代わりに、データサーバ６０あるいは投影露光装置１０によってチップ固有の位置ずれ量を算出するようにしてもよい。また、ＧＡ用アライメントマークは、基板Ｗに対して特定の箇所に形成されたものに限定されず、所定のアライメントマークを選んで線形性のある位置ずれ量を求めてもよい。また、投影露光装置の代わりにマスクレス露光装置に適用することも可能である。この場合、求められた各チップのアライメントマーク固有位置ずれ量の位置に基づいて、露光データを補正すればよい。

また、基板Ｗの所定のレイヤーの露光においては、測定装置１５がチップ固有の位置ずれ量を算出して投影露光装置１０に出力するようにし、そのレイヤーより上層のレイヤーの露光の際には、すでに算出したチップ固有の位置ずれ量を用いてアライメントを行うようにしてもよい。

次に、図６〜図１２を用いて、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態では、パターニングしたときに位置合わせ誤差量がどの程度生じるかを事前にシミュレーションして確認を行う。

図６は、第２の実施形態におけるアライメントを含めた露光処理のフローチャートを示した図である。ただし、所定の露光工程時におけるアライメント調整および露光処理を示す。また、あらかじめ定められた露光方式に従った露光を行う。

第１の実施形態と同様、測定装置１５によって基板Ｗの各チップに設けられたアライメントマークの位置を測定し、各チップの固有位置ずれ量を求めて、データサーバ６０に保存する（Ｓ１０１〜Ｓ１０４）。露光装置１０のステージ４０に基板Ｗを搬送して、データサーバ６０から各チップの固有位置ずれ量を読みだすとともに、ＧＡ用アライメントマークの位置を測定する（Ｓ３０１、Ｓ３０２）。そして、各チップ露光位置におけるＸ、Ｙ、θ成分の位置ずれ量（線形位置ずれ量）を求める（Ｓ３０３）。

そして、各チップの線形位置ずれ量と、測定装置１５で測定された各チップの固有位置ずれ量とに基づいて、露光工程時における各チップの露光位置を算出する（Ｓ３０４）。

求められた露光工程時における各チップの露光位置をあらかじめ定められた露光方式に従って露光した場合、どの程度位置ずれ量が残るのか知るためにシミュレーションを行う（Ｓ３０５）。ここでは、露光方式として、互いにパターン配列数の異なる複数のレチクルフィールドの中から適切なレチクルフィールドを選択してパターニングを行う露光方式が採用されている。図７〜９を用いてこの露光方式について説明する。

図７は、レチクルＲを示した平面図である。レチクルＲには、遮光部となるレチクル本体ＲＢに４つのレチクルフィールドＦ１〜Ｆ４が設けられており、同一のマスクパターンＭＰが、パターン配列数がそれぞれ異なるように形成されている。レチクルフィールドＦ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４のパターン配列数は、それぞれ１（＝２⁰）、４（＝２²）、８（＝２³）、１６（＝２⁴）となっている。

基板Ｗが変形やダイシフトのない場合、ショット領域の配列誤差がないことから、最もパターン配列数の多いレチクルフィールドＦ４によってパターン転写すれば、基板Ｗ全体に対するショット回数を最小に抑えることができる。しかしながら、基板Ｗが大きく変形し、あるいはダイシフトが大きい場合、最もパターン配列数の多いレチクルフィールドＦ４を用いて露光を行うと、許容されるオーバーレイ精度を超えてマスクパターンを重ね合わせる恐れがある。

そこで、基板Ｗの露光対象領域全体を複数の領域（以下では、演算領域という）に分割し、この演算領域をワンショット露光領域として定め、シミュレーションを行う。そして、複数のレチクルフィールドＦ１〜Ｆ４の中で、各チップ（パターン形成領域）に対して推定される（計算される）位置ずれ残差量が閾値以下となってパターン数が最大となるレチクルフィールドを選択する。

図８は、図６のステップＳ３０５のサブルーチンを示した図である。

まず、露光方式に従って定められた所定のワンショット露光領域内に配置されるチップが抽出される（Ｓ４０１）。そして、ワンショット露光領域のショット中心に対する設計上のチップ中心位置を算出するとともに、抽出された各チップ（パターン形成領域）のアライメントマークの位置情報に基づいて、ワンショット露光領域のアライメント補正値がＸ、Ｙ、θ成分として算出される。

このアライメント補正値を、各ワンショット露光領域について算出する（Ｓ４０２）。そして、アライメント補正値によってアライメント露光した場合の各チップの中心位置と設計上の中心位置との位置ずれ量（以下、位置合わせ残差量という）を算出する（Ｓ４０３）。

ステップＳ４０４では、位置合わせ残差量が閾値以下であるか否かが判断される。ここでの閾値は、パターニングを重ねるときに配線のずれなどが影響しない範囲で最大の許容量を表す。位置合わせ残差量が閾値以下の場合、先に定められたワンショット領域で露光することに決定される（Ｓ４０５）。一方、位置合わせ残差量が閾値以下ではない場合、次のレチクルフィールド、すなわちワンショット露光領域を選択し（Ｓ４０６）、ステップＳ４０１〜Ｓ４０３を実行して位置合わせ残差量を求める。

図９は、露光時に使用するレチクルフィールドＦ１〜Ｆ４の選択手順を示した図である。初めに、レチクルフィールドＦ４のパターン配列数に合わせたワンショット露光領域ＯＡ１を定める。４つのワンショット露光領域ＯＡ１に対し、アライメントマークの位置合わせ残差量がそれぞれ算出される。

位置合わせ残差量が閾値以下であるエリアに対しては、レチクルフィールドＦ４を選択する。一方、位置合わせ残差量が閾値を超える場合、新たにワンショット露光領域となるレチクルフィールドＦ３を選択し、シミュレーションによって位置合わせ残差量を算出する。位置合わせ残差量が閾値を超えるエリアに対して、レチクルフィールドＦ２を選択する。さらに、位置合わせ残差量が閾値を超えるエリアに対しては、レチクルフィールドＦ１を選択する。

このようにサイズの大きいレチクルフィールドの順でレチクルフィールドおよびそのレチクルフィールドで露光する場合のシミュレーションを行い、位置合わせ残差量を求める。そして、位置合わせ残差量が閾値以下であることを確認して、ワンショット露光領域を設定していく。

ワンショット露光領域のレチクルフィールドが基板全体に対して選択されると、それに基づいたアライメント露光が行われる（図６のステップＳ３０６）。ステップＳ３０１〜Ｓ３０６を各レイヤーに対して繰り返すことで、基板Ｗに対してパターンを重ねて転写させていく。

ここでは、ワンショット露光領域に含まれるパターン形成領域の数が異なる複数のレチクルフィールドを用意する露光方式を採用しているが、基板変形に合わせて形状の異なる複数のレチクルフィールドを設けたレチクルで露光することも可能である。以下、この露光方式について詳述する。

図１０は、ワンショット露光領域の変形具合を示した図である。ワンショット露光領域ＶＰ１は、基板変形のない状態で矩形形状が維持されており、基準となるワンショット露光領域形状である。基板Ｗに線形伸縮が生じた場合、基準のワンショット露光領域ＶＰ１は矩形形状を維持し、寸法のみ変化する。ワンショット露光領域ＶＰ２、ＶＰ３は、線形変形の形状を示している。

一方、Ｘ方向／Ｙ方向に関して＋／−方向に向けて対向する辺に対して同程度の直交度のずれが生じると、ワンショット露光領域は平行四辺形状に変化する。ワンショット露光領域ＶＰ４は、−Ｘ方向に向けて直交度のずれが生じた平行四辺形（菱形）形状であり、ワンショット露光領域ＶＰ６は、−Ｙ方向に向けて直交度のずれが生じている。また、ワンショット露光領域ＶＰ５、ＶＰ７は、直交度のずれがより大きい非矩形状を示している。

さらに、基準ワンショット露光領域ＶＰ１は、相対する辺が近づくように直交度のずれが生じ、台形形状のワンショット露光領域ＶＰ’のように変形する場合もある。このように、基板Ｗの歪みに起因するショット領域の矩形状から非矩形状への変形は様々である。

図１１は、複数のマスクパターンが形成されたレチクルを示した図である。ここでは、様々な非矩形状へ変形したワンショット露光領域に合わせて、複数のマスクパターン（変形マスクパターン）がレチクルＲに形成されている。図３に示すように、８つのマスクパターンがここではレチクルＲに形成されており、各マスクパターンのフィールド形状は、ワンショット露光領域の変形形状に対応している（ただし、変形が微小であるため、図１０では変形を目視できるように図示していない。）。

このような露光方式に対しても、レチクルフィールドを順次選択しながらシミュレーションを実行し、位置合わせ残差量が閾値以下かそうでないかを判断し、各エリアに対してレチクルフィールドを選択してアライメント露光を行うことができる。なお、複数のレチクルの中からレチクルを選択して露光を行うようにしてもよい。

さらに、露光方式として、アレイコントロールアライメント露光方式を適用することも可能である。アレイコントロールアライメント露光方式では、算出された各パターン形成領域のアライメントマークの位置を設計上の位置へ所定距離（例えば、中間地点）だけ移動させたターゲット座標位置を算出し、これに基づいたアライメントを行う、すなわちアライメント補正値を修正する。

この場合、ターゲット座標位置に基づいて露光した場合のシミュレーションを行い、各パターン形成領域（チップ）の位置合わせ残差量を算出する。アレイコントロールアライメント露光方式では、一般的に露光工程を各レイヤーに繰り返し行う度に、各チップの配列が設計値に近づいていく。シミュレーションの結果、位置合わせ残差量が閾値以下でない場合、チップごとにアレイコントロールアライメントをして露光位置を求め、ダイ・バイ・ダイ露光を行う。一方、位置合わせ残差量が閾値以下になった場合、チップ位置が設計上の位置となっていると見做し、ワンショット露光領域を拡張して複数のチップを一括で露光（フルショット露光）する。

このように本実施形態によれば、測定装置１５にとって得られるチップの位置情報、すなわち各パターン形成領域のアライメントマークの位置情報と、露光装置１０によって得られるＧＡ用アライメントマークの位置情報とに基づき、露光工程時、すなわち基板Ｗをステージ搭載したときの各パターン形成領域の露光位置を算出する。

そして、所定の露光方式に従って定められるレチクルフィールドあるいはワンショット露光領域で行うアライメント露光をシミュレーションし、そのときの（残っている）各チップに位置合わせ残差量を、ワンショット露光領域ごとに求める。位置合わせ残差量が閾値以下である場合、そのワンショット露光領域で露光することに決定し、そうでない場合、次のレチクルフィールドを選択してシミュレーションするか、あるいはダイ・バイ・ダイ露光を行う。

別々のタイミングで測定装置１５と露光装置１０によって得られたアライメントマークの位置情報に基づいて事前にシミュレーションを行うことにより、位置合わせ誤差量が所望する範囲に収まっているか否かを露光前に確認することができ、予想範囲を超えた位置合わせ誤差が生じるのを抑えることができる。

上述した露光方式以外の露光方式に従ってシミュレーションを行ってもよい。あるいは、アレイコントロールアライメント露光方式において、ダイ・バイ・ダイ露光の代わりに上述したレチクルフィールドの切り替えによる露光を行ってもよい。基板に関しては、チップ配列の基板だけでなく、パッケージ基板など様々なパターン形成領域を２次元配列させた基板に対して適用することができる。

基板は、図１２に示すように、複数のユニット（Ｆ１〜Ｆ３）によって１つのパッケージＦを構成するマルチチップパッケージ領域が多面取り配置されている基板であってもよい。その場合、マルチチップパッケージ基板領域毎に、各ユニットの位置合わせ残差をシミュレーションによって予測し、位置合わせ残差が閾値以内となるようにターゲット座標を設定する。各ユニットの位置合わせ残差が残閾値以内となる場合、マルチチップパッケージ領域を一括露光することで、アライメントと露光に要する時間を短縮することが可能となる。

マルチチップパッケージではパッケージ内に配置されるチップが異なる種類であることがあり、チップに合わせてユニットも異なるパターンを露光する場合がある。レチクルのレチクルフィールドごとに異なるパターンを用意して、レチクルフィールドを切換えることによって異なるユニットのパターンを露光することが可能である。別の方法として、レチクル毎に異なるパターンを設け、レチクル自体を交換することによって異なるユニットのパターンを露光することも可能である。

１０ 投影露光装置
１５ 測定装置
４０ ステージ
４２ ステージ駆動部
５０ 制御部
Ｗ 基板
ＡＭ アライメントマーク
Ｒ レチクル

Claims (11)

1. 基板上の複数のユニットに対し露光可能であって、ユニット毎に形成されたアライメントマークの位置を測定する測定装置と通信可能な露光装置であって、
   前記基板に設けられたＧＡ（グローバルアライメント）用アライメントマークの位置を測定する測定部と、
   前記測定装置から送られてくるアライメントマーク情報に基づいて得られる各ユニットの位置情報と、前記測定部によって得られる前記ＧＡ用アライメントマークの位置情報とに基づいて、前記基板に形成される露光パターンと各ユニットとの位置合わせ残差を予測する残差予測部とを備え、
   位置合わせ残差に基づいて、複数のレチクルフィールドが設けられたレチクルに対するレチクルフィールドの切り替え、もしくはレチクルの交換を行うことを特徴とする露光装置。
2. 前記レチクルは、互いにサイズの異なるワンショット領域を規定する複数のレチクルフィールドを有するレチクルであって、
   前記露光装置は、位置合わせ残差に基づいて前記レチクルフィールドを選択し、ワンショットで露光するユニット数を調整することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記レチクルは、互いに異なるスケーリング量により描画された複数のレチクルフィールドを有するレチクルであって、
   前記露光装置は、前記位置合わせ残差に基づいて前記レチクルフィールドを選択し、スケーリング補正することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
4. 前記残差予測部が、さらに、あらかじめ定められた各ユニットの設計位置情報を用いて、位置合わせ残差を予測することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
5. 各ユニットの位置合わせ残差が最小となる位置に対し、各ユニットの設計位置に近づく方向へ所定量だけオフセットしたターゲット座標位置を求め、前記基板上のターゲット座標位置とレチクルとを相対的にアライメントすることを特徴とする請求項４に記載の露光装置。
6. 前記基板は、複数のユニットを有するマルチチップパッケージ基板領域が多面取り配置されている基板であることを特徴とする請求項４または５に記載の露光装置。
7. 前記残差予測部が、前記マルチチップパッケージ基板領域毎に、前記各ユニットの位置合わせ残差を予測し、前記位置合わせ残差が閾値以内となるようにターゲット座標を設定することを特徴とする請求項６に記載の露光装置。
8. 各ユニットの位置合わせ残差が閾値以内となる場合、前記マルチチップパッケージ基板領域を一括露光することを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
9. 各ユニットの位置合わせ残差が閾値より大きくなる場合、前記レチクルの交換によって、ユニット毎に異なるパターンを露光することを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
10. 各ユニットの位置合わせ残差が閾値より大きくなる場合、レチクルフィールドの切換えによって、ユニット毎に異なるパターンを露光することを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
11. アライメントマークの位置を測定する、露光装置とは独立した測定装置によって、ユニット毎に形成されたアライメントマークから前記基板上に配置された各ユニットの位置を測定し、
    前記露光装置に設けられた測定部によって、前記基板に設けられたＧＡ（グローバルアライメント）用アライメントマークの位置を測定し、
    前記測定装置により得られる各ユニットの位置情報と、前記測定部によって得られるＧＡ用アライメントマークの位置情報とに基づいて、前記基板に形成される露光パターンと各ユニットとの位置合わせ残差を予測し、
    位置合わせ残差に基づいて、複数のレチクルフィールドが設けられたレチクルに対するレチクルフィールドの切り替え、もしくはレチクル交換を行うことを特徴とする露光方法。
    
    

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