JP3042529B2 - 回路パタ―ン形成方法、及び露光装置 - Google Patents
回路パタ―ン形成方法、及び露光装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体製造装置用の露光
装置、特にステップアンドリピート方式で基板上のショ
ット領域を露光する装置、及び該露光装置に好適な回路
パターン形成方法に関し、特に露光用の原版となるマス
クやレチクルと露光対象となる半導体ウェハ等との位置
合わせに関する。 【０００２】 【従来の技術】近年、ＩＣやＬＳＩ等の半導体装置は急
速に微細化、高密度化が進み、これを製造する装置、特
にマスクやレチクルの回路パターンを半導体ウェハに形
成された回路パターン上に重ね合わせて転写する露光装
置にも増々、高精度なものが要求されてきている。マス
クの回路パターンとウェハ上の回路パターンとは例えば
０．１μｍ以内の精度で重ね合わせることが要求され、
このため現在、その種の露光装置はマスクの回路パター
ンをウェハ上の局所領域（例えば１チップ分）に露光し
たら、ウェハを一定距離だけ歩進（ステッピング）させ
ては再びマスクの回路パターンを露光することを繰り返
す、所謂ステップアンドリピート方式の装置、特に縮小
投影型の露光装置（ステッパー）が主流になっている。
このステップアンドリピート方式では、ウェハを２次元
移動するステージに載置してマスクの回路パターンの投
影像に対して位置決めするため、その投影像とウェハ上
の各チップとを精密に重ね合わせることができる。ま
た、縮小型露光装置の場合、マスクやレチクルに設けら
れた位置合わせ用のマークと、ウェハ上のチップに付随
したマークとを投影レンズを介して直接観察又は検出し
て位置合わせするスルーザレンズ方式のアライメント方
法と、投影レンズから一定距離だけ離して設けた位置合
わせ用の顕微鏡を使ってウェハ全体の位置合わせを行っ
た後、そのウェハを投影レンズの直下に送り込むオフア
クシス方式のアライメント方法との２つの方法がある。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】一般にスルーザレンズ
方式はウェハ上の各チップ毎に位置合わせすることか
ら、重ね合わせ精度は高くなるものの１枚のウェハの露
光処理時間が長くなるという問題がある。オスアクシス
方式の場合は、一度ウェハ全体の位置合わせが完了した
ら、チップの配列に従ってウェハをステッピングさせる
だけなので、露光処理時間は短縮される。しかしなが
ら、各チップ毎の位置合わせを行わないため、ウェハの
伸縮、ウェハのステージ上の回転誤差、ステージ自体の
移動の直交度等の影響で必ずしも満足な重ね合わせ精度
が得られなかった。 【０００４】一方、スルーザレンズ方式のアライメント
系を持つ投影露光装置を用いた位置合わせ方法として、
例えば特開昭５９−５４２２５号公報には、ウエハ上の
複数のチップ領域のうち代表的ないくつかのチップ領域
に対して予めマスクとのアライメントを行い、そのアラ
イメント結果（チップ領域に設けられたマークの検出結
果）に基づいてウエハ上のチップ領域の配列の特性（傾
向）を求めてからステップアンドリピート方式でウエハ
を移動させる位置合わせ方法も提案されている。この方
法であれば、露光時にウエハ上の各チップ毎のアライメ
ントを行わなくてもよいため、１枚のウエハの処理時間
もそれ程長くならない。 【０００５】しかしながら、上記公報に開示されたよう
に、ウエハ上の代表的なチップ領域のみに対してアライ
メント（マーク位置の検出）を行う場合、そのチップ領
域に付設されたマーク検出の精度が劣化すると、それ以
降に決定されたチップ領域の配列特性は極めて信頼性の
ないものとなってしまう。そのようなマーク検出の精度
劣化は、ウエハの加工プロセスにより生じたマークの変
形やマークへのゴミの付着等によって偶発的に起こるも
のである。 【０００６】本発明は、ウェハ等の基板上に形成された
複数のチップ（ショット領域）の全てについてアライメ
ントのためのマークを計測せずとも、代表的なショット
領域に対してのみのマーク検出の結果に基づいて、正確
に回路パターンを形成する回路パターン形成方法、及び
露光装置を提供することを目的とする。 【０００７】 【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明で
は、回路素子を形成すべき基板（ＷＡ）上に設計位置情
報に従って予め規則的な配列で形成された複数のショッ
ト領域（Ｃｎ）の各々と、重ね合わせ露光すべき回路パ
ターンの像とを相対的にアライメントし、該回路パター
ン像（Ｐｒ）を該ショット領域の各々に順次転写するこ
とによって該ショット領域内に回路パターンを形成する
方法において、（ａ）該基板上の複数のショット領域の
うち互いに隣り合わない３以上のｎ個のショット領域を
アライメントショット領域として設定し、該ｎ個のアラ
イメントショット領域の各々に付随したアライメントマ
ーク（ＳＸｎ、ＳＹｎ）を順次検出することによって、
該ｎ個のアライメントショット領域の各々のＸ、Ｙ方向
の実測位置情（Ｈｎ）を計測し、（ｂ）該基板上の複数
のショット領域の位置に関する情報であり且つ該回路パ
ターン像の露光時に用いられる情報（Ｆｎ）と、該複数
のショット領域の設計位置情報（Ｄｎ）との関係がＸ方
向とＹ方向とに関して２次元の誤差パラメータ行列
（Ａ）で規定されるものとしたとき、該誤差パラメータ
行列内の各要素の値（ａ１１、ａ１２、ａ２１、ａ２
２）、を、該ｎ個のアライメントショット領域の各々の
設計位置情報と実測位置情報とを演算因子として同時に
用いた近似演算処理によって算出し、（ｃ）該算出され
た誤差パラメータ行列の各要素の値に基づいて前記基板
上の複数のショット領域の各々と該回路パターン像との
相対的なアライメント位置（Ｆｎ）を該設計位置情報に
対する補正演算により算出し、該補正されたアライメン
ト位置において前記重ね合わせ露光を行うこととした。 【０００８】また請求項２に記載の発明では、基板（Ｗ
Ａ）上に設計位置情報に従って予め規則的な配列で形成
された複数のショット領域（Ｃｎ）の各々に回路パター
ンの像（Ｐｒ）を順次転写することによって前記ショッ
ト領域内に回路パターンを形成する方法において、
（ａ）該複数のショット領域のうち互いに隣り合わない
３以上のｎ個のショット領域をアライメントショット領
域とし、該ｎ個のアライメントショット領域の各々に付
随したアライメントマーク（ＳＸｎ、ＳＹｎ）を順次検
出して、該ｎ個のアライメントショット領域の各実測位
置情報（Ｈｎ）を計測し、（ｂ）該基板上の複数のショ
ット領域の位置に関する情報であり且つ該回路パターン
像の露光時に用いられる情報（Ｆｎ）と、該複数のショ
ット領域の設計位置情報（Ｄｎ）との関係を規定する誤
差パラメータ行内（Ａ）の各要素の値（ａ１１、ａ１
２、ａ２１、ａ２２）を、該ｎ個のアライメントショッ
ト領域の各々の設計位置情報と実測位置情報とを演算因
子として同時に用いた近似演算処理によって算出し、
（ｃ）該算出された誤差パラメータ行列の各要素の値に
基づいて該ショット領域と該回路パターン像との相対的
なアライメント位置（Ｆｎ）を該設計位置情報に対する
補正演算により算出することとした。 【０００９】また請求項３に記載の発明によれば、回路
素子を形成すべき基板（ＷＡ）上に設計位置情報に従っ
て予め規則的な配列で形成された複数のショット領域
（Ｃｎ）の各々と、重ね合わせ露光すべき回路パターン
の像（Ｐｒ）とを相対的にアライメントし、該回路パタ
ーン像を該ショット領域の各々に順次転写することによ
って該ショット領域内に回路パターンを形成する露光装
置に、該基板上の複数のショット領域のうち互いに隣り
合わない３以上のｎ個のショット領域をアライメントシ
ョット領域として設定し、該ｎ個のアライメントショッ
ト領域の各々に付随したアライメントマーク（ＳＸｎ、
ＳＹｎ）を順次検出することによって、該ｎ個のアライ
メントショット領域の各々のＸ、Ｙ方向の実測位置情報
（Ｈｎ）を計測する計測手段（９、１０、２０、２１、
３０〜３８、４１〜４８）と、該基板上の複数のショッ
ト領域の位置に関する情報であり且つ該回路パターン像
の露光時に用いられる情報（Ｆｎ）と、該複数のショッ
ト領域の設計位置情報（Ｄｎ）との関係がＸ方向とＹ方
向とに関して２次元の誤差パラメータ行列（Ａ）で規定
されるものとしたとき、該誤差パラメータ行列内の各要
素の値（ａ１１、ａ１２、ａ２１、ａ２２）を、該ｎ個
のアライメントショット領域の各々の設計位置情報と実
測位置情報とを演算因子として同時に用いた近似演算処
理によって算出する算出手段（５０）と、該算出された
誤差パラメータ行列の各要素の値に基づいて該基板上の
複数のショット領域の各々と該回路パターン像との相対
的なアライメント位置（Ｆｎ）を該設計位置情報に対す
る補正演算により算出し、該補正されたアライメント位
置において該重ね合わせ露光を行う制御手段（５０）と
を構成した。 【００１０】また請求項４に記載の発明によれば、基板
（ＷＡ）上に設計位置情報に従って予め規則的な配列で
形成された複数のショット領域（Ｃｎ）の各々に回路パ
ターンの像（Ｐｒ）を順次転写することによって該ショ
ット領域内に回路パターンを形成する露光装置に、該複
数のショット領域のうち互いに隣り合わない３以上のｎ
個のショット領域をアライメントショット領域とし、該
ｎ個のアライメントショット領域の各々に付随したアラ
イメントマーク（ＳＸｎ、ＳＹｎ）を順次検出して、該
ｎ個のアライメントショット領域の各実測位置情報（Ｈ
ｎ）を計測する計測手段（９、１０、２０、２１、３０
〜３８、４１〜４８）と、該基板上の複数のショット領
域の位置に関する情報であり且つ前記回路パターン像の
露光時に用いられる情報（Ｆｎ）と、該複数のショット
領域の設計位置情報（Ｄｎ）との関係を規定する誤差パ
ラメータ行列（Ａ）内の各要素の値（ａ１１、ａ１２、
ａ２１、ａ２２）を、該ｎ個のアライメントショット領
域の各々の設計位置情報と実測位置情報とを演算因子と
して同時に用いた近似演算処理によって算出する算出手
段（５０）と、該算出された誤差パラメータ行列の各要
素の値に基づいて該ショット領域と該回路パターン像と
の相対的なアライメント位置（Ｆｎ）を該設計位置情報
に対する補正演算により算出する制御手段（５０）とを
構成した。 【００１１】 【作用】本発明においては、ウェハ等の基板上に形成さ
れた複数のチップ（ショット）領域のうちの代表的なｎ
個のアライメントショット領域の各々に付随したアライ
メントマークの位置情報を検出してそのｎ個のアライメ
ントショット領域の各々の実測位置情報を決定するとと
もに、基板上の複数のショット領域の配列特性を規定す
る誤差パラメータＡをｎ個のアライメントショット領域
の各々の設計位置情報と実測位置情報とを用いて算出
し、この誤差パラメータに基づいて基板上の複数のショ
ット領域の各々と回路パターン像との相対的なアライメ
ント位置を決定しているので、基板上に形成されたすべ
てのショット領域に対して位置合わせ誤差が平均的に小
さくなり、基板上の各ショット領域に正確に回路パター
ンを形成することが可能となる。 【００１２】また本願では、誤差パラメータを算出する
際に、設計位置情報と実測位置情報とを演算因子として
同時に用いているので、誤差パラメータを一発で求める
ことができ、誤差パラメータの演算過程において誤差が
のる可能性は、例えば該誤差パラメータを段階的な演算
処理により求めるものに比して遙かに小さい。そしてそ
の処理速度（パラメータの算出速度）も速くすることが
できる。 【００１３】 【実施例】図１は本発明の方法を実施するのに好適な縮
小投影型露光装置の概略的な構成を示す斜視図である。
投影原版となるレチクルＲは、その投影中心が投影レン
ズ１の光軸を通るように位置決めされて、装置に装着さ
れる。投影レンズ１はレチクルＲに描かれた回路パター
ン像を１／５、又は１／１０に縮小して、ウェハＷＡ上
に投影する。ウェハホルダー２はウェハＷＡを真空吸着
するとともにｘ方向とｙ方向に２次元移動するステージ
３に対して微小回転可能に設けられている。駆動モータ
４はステージ３上に固定され、ウェハホルダー２を回転
させる。また、ステージ３のｘ方向の移動はモータ５の
駆動によって行われ、ｙ方向の移動はモータ６の駆動に
よって行われる。ステージ３の直交する２辺には、反射
平面がｙ方向に伸びた反射ミラー７と、反射平面がｘ方
向に伸びた反射ミラー８とが各々固設されている。レー
ザ光波干渉測長器（以下単にレーザ干渉計と呼ぶ）９は
反射ミラー８にレーザ光を投射して、ステージ３のｙ方
向の位置（又は移動量）を検出し、レーザ干渉計１０は
反射ミラー７にレーザ光を投射して、ステージ３のｘ方
向の位置（又は移動量）を検出する。投影レンズ１の側
方には、ウェハＷＡ上の位置合わせ用のマークを検出
（又は観察）するために、オフアクシス方式のウェハア
ライメント顕微鏡（以下、ＷＡＭと呼ぶ）２０、２１が
設けられている。尚、ＷＡＭ２１は図１では投影レンズ
１の後にあり、図示されていない。ＷＡＭ２０、２１は
それぞれ投影レンズ１の光軸ＡＸと平行な光軸を有し、
ｘ方向に細長く伸びた帯状のレーザスポット光ＹＳＰ、
θＳＰをウェハＷＡ上に結像する。（スポット光ＹＳ
Ｐ、θＳＰは図１では図示せず。）これらスポット光Ｙ
ＳＰ、θＳＰはウェハＷＡ上の感光剤（フォトレジス
ト）を感光させない波長の光であり、本実施例では微小
な振幅でｙ方向に振動している。そしてＷＡＭ２０、２
１はマークからの散乱光や回折光を受光する光電素子
と、その光電信号をスポット光の振動周期で同期整流す
る回路とを有し、スポット光θＳＰ（ＹＳＰ）のｙ方向
の振動中心に対するマークのｙ方向のずれ量に応じたア
ライメント信号を出力する。従ってＷＡＭ２０、２１は
所謂スポット光振動走査型の光電顕微鏡と同等の構成の
ものである。 【００１４】さて、本装置には投影レンズ１を介してウ
ェハＷＡ上のマークを検出するレーザステップアライメ
ント（以下ＬＳＡと呼ぶ）光学系が設けられている。不
図示のレーザ光源から発生して、不図示のエクスパンダ
ー、シリンドリカルレンズ等を通ってきたレーザ光束Ｌ
Ｂはフォトレジスト感光させない波長の光で、ビームス
プリッター３０に入射して２つの光束に分割される。そ
の一方のレーザ光束はミラー３１で反射され、ビームス
プリッター３２を通過して、結像レンズ群３３で、横断
面が帯状のスポット光になるように収束された後、レチ
クルＲと投影レンズ１との間に回路パターンの投影光路
を遮光しないように配置された第１折り返しミラー３４
に入射する。第１折り返しミラー３４はレーザ光束をレ
チクルＲに向けて上方反射する。そのレーザ光束はレチ
クルＲの下側に設けられて、レチクルＲの表面と平行な
反射平面を有するミラー３５に入射して、投影レンズ１
の入射瞳の中心に向けて反射される。ミラー３５からの
レーザ光束は投影レンズ１によって収束され、ウェハＷ
Ａ上にｘ方向に細長く伸びた帯状のスポット光ＬＹＳと
して結像される。スポット光ＬＹＳはウェハＷＡ上でｘ
方向に伸びた回折格子状のマークを相対的にｙ方向に走
査して、そのマークの位置を検出するために使われる。
スポット光ＬＹＳがマークを照射すると、マークから回
折光が生じる。それら光情報は再び投影レンズ１、ミラ
ー３５、ミラー３４、結像レンズ群３３、及びビームス
プリッター３２に戻り、ビームスプリッタ３２で反射さ
れて、集光レンズと空間フィルターから成る光学素子３
６に入射する。この光学素子３６はマークからの回折光
（１次回折光や２次回折光）を透過させ、正反射光（０
次回折光）を遮断して、その回折光をミラー３７を介し
て光電素子３８の受光面に集光する。光電素子３８は集
光した回折光の光量に応じた光電信号を出力する。以
上、ミラー３１、ビームスプリッタ３２、結像レンズ群
３３、ミラー３４，３５、光学素子３６、ミラー３７、
及び光電素子３８は、ウェハＷＡ上のマークのｙ方向の
位置を検出するスルーザレンズ方式のアライメント光学
系（以下Ｙ−ＬＳＡ系と呼ぶ）を構成する。 【００１５】一方、ビームスプリッター３０で分割され
た別のレーザ光束は、ウェハＷＡ上のマークのｘ方向の
位置を検出するスルーザレンズ方式のアライメント光学
系（以下Ｘ−ＬＳＡ系と呼ぶ）に入射する。Ｘ−ＬＳＡ
系はＹ−ＬＳＡ系と全く同様に、ミラー４１、ビームス
プリッター４２、結像レンズ群４３、ミラー４４，４
５、光学素子４６、ミラー４７、及び光電素子４８から
構成され、ウェハＷＡ上にｙ方向に細長く伸びた帯状の
スポット光ＬＸＳを結像する。 【００１６】主制御装置５０は光電素子３８、４８から
の光電信号、ＷＡＭ２０、２１からのアライメント信
号、及びレーザ干渉計９、１０からの位置情報とを入力
して、位置合わせのための各種演算処理を行うととも
に、モータ４、５、６を駆動するための指令を出力す
る。この主制御装置５０はマイクロコンピュータやミニ
コンピュータ等の演算処理部を備えており、その演算処
理部にはウェハＷＡに形成された複数のチップＣＰの設
計位置情報（ウェハＷＡ上のチップ配列座標値等）が記
憶されている。 【００１７】図２は上記ＷＡＭ２０、２１とＹ−ＬＳＡ
系、Ｘ−ＬＳＡ系によるスポット光θＳＰ、ＹＳＰ、Ｌ
ＹＳ、ＬＸＳの投影レンズ１の結像面（ウェハＷＡの表
面と同一）における配置関係を示す平面図である。図２
において、光軸ＡＸを原点とする座標系ｘｙを定めたと
き、ｘ軸とｙ軸はそれぞれステージ３の移動方向を表
す。図２中、光軸ＡＸを中心とする円形の領域はイメー
ジフィールドｉｆであり、その内側の矩形の領域はレチ
クルＲの有効パターン領域の投影像Ｐｒである。スポッ
ト光ＬＹＳはイメージフィールドｉｆ内で投影像Ｐｒの
外側の位置で、かつｘ軸上に一致するように形成され、
スポット光ＬＸＳもイメージフィールドｉｆ内で投影像
Ｐｒの外側の位置で、かつｙ軸上に一致するように形成
される。一方、２つのスポット光θＳＰ、ＹＳＰの振動
中心はｘ軸からｙ方向に距離Ｙ0 だけ離れた線分（ｘ軸
と平行）ＬＬ上に一致するように、かつそのｘ方向の間
隔ＤｘがウェハＷＡの直径よりも小さな値になるように
定められている。本装置では、スポット光θＳＰ、ＹＳ
Ｐはｙ軸に対して左右対称に配置されており、主制御装
置５０は光軸ＡＸの投影点に対するスポット光θＳＰ、
ＹＳＰの位置に関する情報を記憶している。また、主制
御装置５０は、光軸ＡＸの投影点に対するスポット光Ｌ
ＹＳのｘ方向の中心位置（距離Ｘｌ）とスポット光ＬＸ
Ｓのｙ方向の中心位置（距離Ｙｌ）に関する情報も記憶
している。 【００１８】次に、この装置を使った本発明による位置
合わせ方法を装置の動作とともに図３のフローチャート
図を使って説明する。尚、この位置合わせはウェハＷＡ
の第２層目以降について行われるものであり、ウェハＷ
Ａ上にはチップと位置合わせ用のマークとがすでに形成
されている。まず、ウェハＷＡはステップ１００で不図
示のプリアライメント装置を使って、ウェハＷＡの直線
的な切欠き（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。ウェハＷＡのフラットは図１に示した
ように、ｘ軸と平行になるように位置決めされる。 【００１９】次にステップ１０１ではウェハＷＡはステ
ージ３のウェハホルダー２上に搬送され、フラットがｘ
軸と平行を保つようにウェハホルダー２上に載置され、
真空吸着される。そのウェハＷＡには例えば図４に示す
ように複数のチップＣｎがウェハＷＡ上の直交する配列
座標αβに沿ってマトリックス状に形成されている。配
列座標αβのα軸はウェハＷＡのフラットとほぼ平行で
ある。図４では複数のチップＣｎのうち、代表して配列
座標αβのウェハＷＡのほぼ中心を通るα軸上に一列に
並んだチップＣ0 〜Ｃ6 のみを表してある。各チップＣ
0 〜Ｃ6 にはそれぞれ４つの位置合わせ用のマークＧ
Ｙ、Ｇθ、ＳＸ、ＳＹが付随して設けられている。 【００２０】今、チップＣ0 〜Ｃ6 の中央のチップＣ3
の中心を配列座標αβの原点としたとき、α軸上にはα
方向に線状に伸びた回折格子状のマークＳＹ0 〜ＳＹ6
が、夫々チップＣ0 〜Ｃ6 の右脇に設けられている。ま
た、チップＣ3 の中心を通るβ軸上にはβ方向に線状に
伸びた回折格子状のマークＳＸ3 がチップＣ3 の下方に
設けられ、他のチップＣ0 、Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ4 、Ｃ5 、
Ｃ6 についても同様にチップの中心を通りβ軸と平行な
線分上にマークＳＸ0 〜ＳＸ2 、ＳＸ4 〜ＳＸ6 が設け
られている。これらマークＳＹn 、ＳＸn はそれぞれス
ポット光ＬＹＳ、ＬＸＳによって検出されるものであ
る。 【００２１】また各チップＣ0 〜Ｃ6 の下方にはウェハ
ＷＡの全体の位置合わせ（グローバルアライメント）を
行うために使われるマークＧＹ0 〜ＧＹ6 、Ｇθ0 〜Ｇ
θ6が設けられている。これらマークＧＹn 、Ｇθn は
α軸と平行な線分上にα方向に線状に伸びた回折格子上
のパターンで形成されている。さらにα方向に一列に並
んだチップＣ0 〜Ｃ6 のうち、例えば左端のチップＣ0
のマークＧＹ0 と右端のチップＣ6 のマークＧθ6 との
α方向の間隔が、ＷＡＭ２０、２１によるスポット光θ
ＳＰ、ＹＳＰの間隔ＤＸと一致するように定められてい
る。 【００２２】すなわち本実施例では離れた２ヶ所のマー
クＧＹ0 とマークＧθ6 を使ってオフアクシス方式でウ
ェハＷＡのグローバルアライメントを行う。このためそ
の他のマークＧＹ1 〜ＧＹ6 、マークＧθ0 〜Ｇθ5 は
本来不要であり、なくてもよい。要はウェハＷＡのα軸
と平行な（又は一致した）線分上にα方向に細長く伸び
た２つのマークが間隔ＤＸだけ離れて存在すればよい。 【００２３】さて、主制御装置５０はプリアライメント
装置からウェハＷＡを受けるときのステージ３の位置情
報、その位置から、マークＧＹ0 、Ｇθ6 がそれぞれＷ
ＡＭ２１、２０の検出（観察）視野内に位置するまでの
ステージ３の移動方向と移動量等の情報を装置固有の定
数として予め記憶している。そこで次のステップ１０２
において、主制御装置５０は、まずモータ５、６を駆動
して、マークＧＹ0 がＷＡＭ２１の検出視野内に位置す
るように、ステージ３を位置決めする。その後、スポッ
ト光ＹＳＰの振動中心がマークＧＹ0 のｙ方向の中心と
一致するように、主制御装置５０はＷＡＭ２１からのア
ライメント信号とレーザ干渉計９からの位置情報とに基
づいてステージ３をｙ方向に精密に位置決めする。スポ
ット光ＹＳＰの振動中心とマークＧＹ0 の中心とが一致
したら、その状態が維持されるように主制御装置５０は
モータ６をＷＡＭ２１からのアライメント信号でサーボ
（フィードバック）制御したまま、マークＧθ6 がＷＡ
Ｍ２０のスポット光θＳＰによって検出されるようにモ
ータ４を駆動してウェハホルダー２を回転させる。さら
に主制御装置５０はスポット光θＳＰの振動中心とマー
クＧθ6 のｙ方向の中心とが一致するように、ＷＡＭ２
０からのアライメント信号でモータ４をサーボ制御す
る。 【００２４】以上の一連の動作により、スポット光ＹＳ
ＰとマークＧＹ0が一致し、スポット光θＳＰとマーク
Ｇθ6が一致し、ステージ３の移動座標系、すなわち座
標系ｘｙに対するウェハＷＡの配列座標αβの回転ずれ
が補正されるとともに、座標系ｘｙと配列座標αβのｙ
方向（β方向）の位置に関する対応付け（規定）が完了
する。 【００２５】次にウェハＷＡ上の中心部分に位置するチ
ップＣ3のマークＳＸ3がＸ−ＬＳＡ系のスポット光ＬＸ
Ｓによって走査されるように、ステージ３を位置決めし
た後、ｘ方向に移動させる。この際主制御装置５０は光
電素子４８からの時系列的な光電信号とレーザ干渉計１
０からの位置情報とに基づいて、マークＳＸ3がスポッ
ト光ＬＸＳと一致したときのウェハＷＡのｘ方向の位置
を検出して記憶する。これによって、座標系ｘｙと配列
座標αβのｘ方向（α方向）の位置に関する対応付けが
完了する。尚、このｘ方向の対応付けは、露光動作の直
前にＸ−ＬＳＡ系を使う場合は不要である。 【００２６】以上の動作により、オフアクシス方式のア
ライメントを主としたウェハＷＡのグローバルアライメ
ント（配列座標αβの座標系ｘｙへの対応付け）が終了
する。そして従来の方法であればウェハＷＡ上の各チッ
プの配列設計値（配列座標αβにおけるチップの中心座
標値）に基づいて、主制御装置５０はレーザ干渉計９、
１０からの位置情報を読み取ってレチクルＲの投影像Ｐ
ｒがチップに重なり合うようにステージ３のステップア
ンドリピート方式による位置決め（アドレッシング）を
行った後そのチップに対して露光（プリント）行う。 【００２７】ところが、グローバルアライメントの完了
までに、アライメント検出系の精度、各スポット光の設
定精度、あるいはウェハＷＡ上の各マークの光学的、形
状的な状態（プロセスの影響）による位置検出精度のば
らつき等によって誤差を生じ、ウェハＷＡのチップは座
標系ｘｙに従って精密に位置合わせ（アドレッシング）
されるとは限らない。そこで本発明の実施例においては
その誤差（以下ショット・アドレス誤差と呼ぶ）を次の
４つの要因から生じたものとする。 【００２８】（１）ウェハの回転；これは例えばウェハ
ＷＡを回転補正する際、位置合わせの基準となる２つの
スポット光ＹＳＰとθＳＰとの位置関係が正確でなかっ
たために生じるものであり、座標系ｘｙに対する配列座
標αβの残存回転誤差量θで表される。 （２）座標系ｘｙの直交度；これはステージ３のモータ
５、６による送り方向が正確に直交していないこととに
より生じ、直交度誤差量ｗで表される。 【００２９】（３）ウェハのｘ（α）方向とｙ（β）方
向の線形伸縮；これはウェハＷＡの加工プロセスによっ
てウェハＷＡが全体的に伸縮することがある。このた
め、チップの設計上の配列座標値に対して実際のチップ
位置がα、β方向に微小量だけずれることになり、特に
ウェハＷＡの周辺部で顕著になる。このウェハ全体の伸
縮量はα（ｘ）方向とβ（ｙ）方向とについてそれぞれ
Ｒｘ、Ｒｙで表される。ただし、ＲｘはウェハＷＡ上の
ｘ方向（α方向）の２点間の距離の実測値と設計値の
比、ＲｙはウェハＷＡ上のｙ方向（β方向）の２点間の
距離の実測値と設計値の比で表すものとする。従って、
Ｒｘ、Ｒｙがともに１のときは伸縮なしである。 【００３０】（４）ｘ（α）方向、ｙ（β）方向のオフ
セット；これは、アライメント系の検出精度ウェハホル
ダー２の位置決め精度等により、ウェハＷＡが全体的に
ｘ方向とｙ方向に微小量だけずれることにより生じ、オ
フセット量Ｏｘ、Ｏｙで表される。さて、図４にはウェ
ハＷＡの残存回転誤差量θと、ステージ３の直交度誤差
量ｗを誇張して表してある。 【００３１】この場合、直交座標系ｘｙは実際は微小量
ｗだけ傾いた斜交座標系ｘｙ’になり、ウェハＷＡは直
交座標系ｘｙに対してθだけ回転したものになる。上記
（１）〜（４）の誤差要因が加わった場合、設計位置情
報となる設計上で座標位置（Ｄｘｎ、Ｄｙｎ）のショッ
ト（チップ）について、回路パターン像の露光時に実際
に用いられる情報となる実際に位置決めすべきショット
位置（Ｆｘｎ、Ｆｙｎ）は、以下のように表される。た
だしｎは整数でショット（チップ）番号を表す。 【００３２】 【数１】 【００３３】ここでｗはもともと微小量であり、θもグ
ローバルアライメントにより微小量に追い込まれている
から、一次近似を行うと式（１）は式（２）で表され
る。 【００３４】 【数２】 【００３５】この式（２）より、各ショット位置におけ
る設計値からの位置ずれ（εｘｎ、εｙｎ）は式（３）
で表される。 【００３６】 【数３】 【００３７】さて、式（２）を行列の演算式に書き直す
と、以下のようになる。 【００３８】 【数４】Ｆｎ＝Ａ・Ｄｎ＋Ｏ ・・（４） ただし、 【００３９】 【数５】 【００４０】 【数６】【００４１】 【数７】 【００４２】 【数８】 【００４３】そこで実際のショット（チップ）位置がマ
ークの検出により測定され、その実測値がＨｎとして検
出されたとき、位置決めすべきショット位置Ｆｎとの位
置ずれ、すなわちアドレス誤差Ｅｎ（＝Ｈｎ−Ｆｎ）を
最小にするように誤差パラメータＡ（変換行列）、Ｏ
（オフセット）を決定する。そこで評価関数として最小
二乗誤差をとるものとすると、アドレス誤差Ｅは式
（９）で表わされる。 【００４４】 【数９】 【００４５】そこで、アドレス誤差Ｅを最小にするよう
に誤差パラメータＡ，Ｏを決定する。ただし式（９）で
ｍはウエハＷＡの複数のチップのうち実測したチップの
数を表わす。さて誤差パラメータＡ，Ｏを求める際に、
最小二乗法を用いるものとすると、このままでは演算量
が多いため、誤差パラメータＯ（Ｏｘ，Ｏｙ）は別に前
もって決めておくものとする。オフセット量（Ｏｘ，Ｏ
ｙ）はウエハＷＡのグローバルなオフセット値であるの
で、ウエハＷＡ上の実測したチップ位置Ｈｎの数ｍで設
計値（Ｄｘｎ，Ｄｙｎ）に対するアドレス誤差を平均化
した値にするとよい。 【００４６】 【数１０】 【００４７】 【数１１】 【００４８】ところで位置決めすべきショット位置Ｆｎ
と実測値Ｈｎとの誤差Ｅｎのうち、ｘ方向の成分Ｅｘｎ
は、式（４）〜式（８）から、 【００４９】 【数１２】 Ｅｘｎ＝Ｈｘｎ−Ｆｘｎ ＝Ｈｘｎ−ａ11Ｄｘｎ−ａ12Ｄｙｎ−Ｏｘ・・（１２） となり、誤差Ｅｎのｙ方向の成分Ｅｙｎは同様に、 【００５０】 【数１３】 Ｅｙｎ＝Ｈｙｎ−Ｆｙｎ ＝Ｈｙｎ−ａ21Ｄｘｎ−ａ22Ｄｙｎ−Ｏｙ・・（１３） となる。そこで式（９）の誤差Ｅを最小にするように誤
差パラメータＡを決定すると、要素ａ11，ａ12，ａ21，
ａ22は以下のようになる。 【００５１】 【数１４】 【００５２】 【数１５】【００５３】 【数１６】 【００５４】 【数１７】 【００５５】要素ａ11，ａ12，ａ21，ａ22が求まれば、
式（６）より線形伸縮量Ｒｘ，Ｒｙ，残存回転誤差量
θ、直交度誤差量ｗはただちに求められる。 Ｒｘ＝ａ11 ・・・（１８） Ｒｙ＝ａ22 ・・・（１９） θ＝ａ21／Ｒｙ＝ａ21／ａ22 ・・・（２０） 従って誤差パラメータＡ，Ｏを決定するためには、グロ
ーバルアライメント終了後ウエハＷＡ上のいくつか（４
つ以上）のチップについて、Ｘ−ＬＳＡ、Ｙ−ＬＳＡ系
を用いてマークＳＸｎ，ＳＹｎの位置を実測して実測値
（Ｈｘｎ、Ｈｙｎ）を求めるとともに、実測したチップ
の設計値（Ｄｘｎ，Ｄｙｎ）を使って、式（１０），
（１１），（１４）〜（１７）の演算を行えばよい。 【００５６】そこで、図３のフローチャート図に戻って
動作の説明を続ける。主制御装置５０はグローバルアラ
イメントが終了した後、ウエハＷＡの複数のチップの位
置を計測する。まずステップ１０３で主制御装置５０は
Ｘ−ＬＳＡ系のスポット光ＬＸＳが図４中の左端のチッ
プＣ0 に付随したマークＳＸ0と平行に並ぶように、配
列設計値に基づいてステージ３を位置決めした後、マー
クＳＸ0がスポット光ＬＸＳを横切るようにステージ３
をｘ方向に一定量だけ移動（走査）する。 【００５７】この移動の間、主制御装置５０は光電素子
４８の時系列的な光電信号の波形をレーザ干渉計１０か
らのｘ方向の位置情報に対応付けて記憶し、波形状態か
らマークＳＸ0とスポット光ＬＸＳとがｘ方向に関して
一致した時点の位置ｘ0 を検出する。次に主制御装置５
０はステップ１０４でＹ−ＬＳＡ系のスポット光ＬＹＳ
がチップＣ0に付随したマークＳＹ0 と平行に並ぶよう
に配列設計値に基づいてステージ３を位置決めする。そ
の後、マークＳＹ0 がスポット光ＬＹＳを横切るように
ステージ３をｙ方向に一定量だけ移動する。 【００５８】このとき主制御装置５０は光電素子３８の
時系列的な光電信号の波形をレーザ干渉計９からのｙ方
向の位置情報と対応付けて記憶し、波形状態からマーク
ＳＹ0とスポット光ＬＹＳとがｙ方向に関して一致した
時点の位置ｙ0 を検出する。そして主制御装置５０はス
テップ１０５でｍ個のチップについて同様の位置検出を
行なったか否かを判断して、否のときはステップ１０６
に進み、ウエハＷＡ上の別のチップまで配列設計値に基
づいてステージ３を移動させ、ステップ１０３から再び
同様の位置検出動作を繰り返す。 【００５９】本実施例では、例えば図５に示すように配
列座標αβの各軸上に沿ってウエハＷＡの中心からほぼ
等距離に位置する４つのチップＣ0 ，Ｃ6 ，Ｃ7 ，Ｃ8
と中央のチップＣ3 の計５つのチップの各々についてス
テップ１０３、１０４の位置検出が行われるものとす
る。従ってステップ１０５でｍ＝５と判断された時点で
主制御装置５０には、５つの実測値（Ｈｘｎ，Ｈｙｎ）
が記憶されることになる。すなわち、 （Ｈｘ1 ，Ｈｙ1 ）＝（ｘ0 ，ｙ0 ）・・・チップＣ0 （Ｈｘ2 ，Ｈｙ2 ）＝（ｘ3 ，ｙ3 ）・・・チップＣ3 （Ｈｘ3 ，Ｈｙ3 ）＝（ｘ6 ，ｙ6 ）・・・チップＣ6 （Ｈｘ4 ，Ｈｙ4 ）＝（ｘ7 ，ｙ7 ）・・・チップＣ7 （Ｈｘ5 ，Ｈｙ5 ）＝（ｘ8 ，ｙ8 ）・・・チップＣ8 の５つの実測値が順次検出される。 【００６０】さらにこの５つの実測値を検出するとき、
あるチップの実測値がそのチップの設計値（Ｄｘｎ，Ｄ
ｙｎ）にくらべて大きく異なっていた場合、例えばグロ
ーバルアライメントによって決まる位置決め精度の２倍
以上、異なっていた場合には、そのチップでの実測値を
無視し、例えばそのチップの隣のチップについてマーク
位置の実測を行う。これは実測しようとしたチップのマ
ークが加工プロセスによってたまたま変形した場合、そ
のマークにゴミが付着していた場合、そのマークの光学
像のコントラスト（回折光の発生強度）が弱く、光電信
号のＳ／Ｎ比が低い場合等に生じる位置計測の精度劣化
を補うためであり、このような追加的な実測が本発明の
特徴的な手順として実行される。 【００６１】尚、位置計測の精度劣化を補う方法として
は、あらかじめ６つ以上のチップ、例えば図５中で配列
座標のαβの４つの象現の各々に位置するチップに加え
て、計９つのチップについて位置計測を行ない、その９
つの実測値の中から各チップの設計値（Ｄｘｎ，Ｄｙ
ｎ）に最も近い順に５つの実測値を選びだす方法、又
は、単に設計値（Ｄｘｎ，Ｄｙｎ）と大きく異なる実測
値（Ｈｘｎ，Ｈｙｎ）を以降の演算処理に使わないよう
にする方法等がある。 【００６２】次に主制御装置５０はステップ１０７にお
いて先の式（１０），（１１）、及び式（１４）〜（１
７）に基づいて誤差パラメータＡ，Ｏを決定する。この
決定にあたって、主制御装置５０は上記５つの実測値を
検出した各チップの５つの設計値を予め選出しており、
その設計値（Ｄｘｎ，Ｄｙｎ）を以下のように記憶して
いるものとする。 【００６３】 （Ｄｘ1 ，Ｄｙ1 ）＝（ｘ0'，ｙ0'）・・・チップＣ0 （Ｄｘ2 ，Ｄｙ2 ）＝（ｘ3'，ｙ3'）・・・チップＣ3 （Ｄｘ3 ，Ｄｙ3 ）＝（ｘ6'，ｙ6'）・・・チップＣ6 （Ｄｘ4 ，Ｄｙ4 ）＝（ｘ7'，ｙ7'）・・・チップＣ7 （Ｄｘ5 ，Ｄｙ5 ）＝（ｘ8'，ｙ8'）・・・チップＣ8 また実際の誤差パラメータＡ，Ｏの決定に先立って、５
つのチップの各位置計測（所謂、ステップアライメン
ト）が終る毎に、例えば図３のステップ１０６でステー
ジ３を移動している間に、式（１０），（１１），（１
４）〜（１７）の一部の演算を同時に実行していくこと
ができる。すなわち、式（１０），（１１），（１４）
〜（１７）の中で各チップ毎のデータ（実測値、設計
値）の代数和を表わす演算要素については、１つのチッ
プの実測（ステップアライメント）が終了する毎に順次
加算する。その演算要素は以下の通りである。 【００６４】 【数２２】 【００６５】さらにこれら演算要素のうち、ウエハＷＡ
上の実測すべきチップが予め決まっていて、変更がない
場合は、設計値（Ｄｘｎ，Ｄｙｎ）のみを含む演算要素
について図３中のステップ１０３，１０４，１０５，１
０６の実行前に算出しておくこともできる。このように
実測値の計測動作と平行して、一部の演算を行っていけ
ば、総合的なアライメント時間はそれほど長くはならな
い。そして、５つの実測値が得られた段階で主制御装置
５０は上記演算要素の結果を使って、式（１０），（１
１）でオフセット量（Ｏｘ，Ｏｙ）を算出した後、その
オフセット値と上記演算要素の結果を使ってさらに式
（１４）〜（１７）で配列の要素ａ11，ａ12，ａ21，ａ
22を算出する。 【００６６】以上の演算動作により、誤差パラメータ
Ａ，Ｏが決定されるので、主制御装置５０の次のステッ
プ１０８で先の式（４）を使って、ウエハＷＡの各チッ
プについて位置決めすべき位置、すなわち誤差パラメー
タによって補正されたショットアドレス（Ｆｘｎ，Ｆｙ
ｎ）を算出し、記憶手段（半導体メモリ）上に、設計値
（Ｄｘｎ，Ｄｙｎ）に対して補正されたチップの配列マ
ップ（ショットアドレス表）を作成する。この配列マッ
プは例えばチップＣ0 に対しては位置（Ｆｘ0 ，Ｆｙ0
）、チップＣ1 に対しては位置（Ｆｘ1 ，Ｆｙ1 ）、
・・・・・という具合に、チップの番号に対応して、各
位置データを記憶している。 【００６７】次に主制御装置５０は図３のステップ１０
９において、記憶された配列マップに従ってステップア
ンドリピート方式でステージ３を位置決め（アドレッシ
ング）する。これによってウエハＷＡ上のチップとレチ
クルＲの投影像Ｐｒとが正確に重なり合い、次のステッ
プ１１０でそのチップに投影像Ｐｒを露光（プリント）
する。 【００６８】そしてステップ１１１でウエハＷＡ上の全
チップの露光が完了していないときは、再びステップ１
０９から同様にステップアンドリピート動作を繰り返
す。このステップ１１１でウエハＷＡ上の全チップの露
光が終了したと判断されたら、次のステップ１１２でウ
エハＷＡのアンロードを行ない、一枚のウエハの露光処
理がすべて終了する。 【００６９】以上、本発明の実施例からも明らかなよう
に、ウエハＷＡ上でステップアライメントするチップの
数が多い程、計測精度は向上するが、それだけ計測時間
が増大する。そのため計測時間の短縮化と計測精度の向
上との兼ね合いから、ステップアライメントするチップ
は図５に示したような配置の５つに選ぶことが望まし
い。しかしながら、重ね合わせ露光する回路パターンの
最小線幅がそれほど細くなく（例えば２〜５μｍ）、あ
まり計測精度をあげる必要がない場合等には、ウエハＷ
Ａ上の互いに離れた３つのチップ（例えばＣ0 ，Ｃ6 ，
Ｃ7 ）についてステップアライメント（チップの位置計
測）を行えば十分であり、計測時間はより短縮される。 【００７０】また、ステップアライメントの際、各チッ
プのｘ方向とｙ方向の位置をともに検出するのではな
く、ステップアライメントする複数のチップに付随した
マークＳＸｎの夫々を、Ｘ−ＬＳＡ系のスポット光ＬＸ
Ｓで一括に相対走査（ステージスキャン）して、各チッ
プのｘ方向の位置のみを検出した後、各チップのマーク
ＳＹｎの夫々をＹ−ＬＳＡ系のスポット光ＬＹＳで一括
走査して各チップのｙ方向の位置を検出するようにして
もよい。このようにすると、チップの配列上の同一列又
は同一行に実測すべきチップが複数個存在するときに
は、個々のチップ毎にｘ方向とｙ方向の位置検出をとも
に行うよりも高速な位置計測が期待できる。 【００７１】また主制御装置５０は不図示のキーボード
装置から、ウエハＷＡ上のどのチップについてステップ
アライメントするかを任意に選択するようなデータを入
力するようにすれば、ウエハＷＡの処理条件により変化
する表面状態（特にマーク形状）に対して、よりフレキ
シブルに対応でき、位置計測の精度向上が期待できる。 【００７２】また式（１０），（１１）を使ったオフセ
ット量（Ｏｘ，Ｏｙ）の決定にあたっては、例えばウエ
ハＷＡの中心から指定範囲内にあるチップの位置計測結
果だけを用いるようにしてもよい。その指定範囲として
は例えばウエハＷＡの直径の半分の直径を有する円内に
定めたり、その範囲の大きさをウエハＷＡにチップやマ
ークを形成したときの露光装置（縮小投影型、等倍プロ
ジェクション、プロキシミテイ等のステッパー）の精度
特性に応じて任意に可変したりするとよい。 【００７３】また本実施例では、ウエハＷＡの全チップ
について式（４）を適用して、ステップアンドリピート
方式のアドレッシングを行うようにしたが、ウエハＷＡ
の表面をいくつかの領域（ブロック）に分割し、個々の
ブロック毎に最適なアライメントを行なう、所謂ブロッ
クアライメントにおいても全く同様に式（４）を適用す
ることができる。 【００７４】例えば図５において、配列座標αβの各象
現内に位置する４つのチップと、図示の５つのチップＣ
0，Ｃ3，Ｃ6，Ｃ7，Ｃ8との計９つのチップについてス
テップアライメントを行なって、各チップの位置の実測
値を検出した後、配列座標αβの各象現毎に式（１
０），（１１），（１４）〜（１７）を使って誤差パラ
メータＡ，Ｏを決定し、さらに式（４）を使って、位置
（Ｆｘｎ，Ｆｙｎ）を算出するようにする。 【００７５】例えば配列座標のαβの第１象現のブロッ
クについては、第１象現内の１つのチップと、チップＣ
3，Ｃ6，Ｃ7との４つのチップの実測値を使って式
（４）を決定し、第２象現内のブロックについては第２
象現内の１つのチップとチップＣ0，Ｃ3，Ｃ7との４つ
のチップの実測値を使って式（４）を決定する。そし
て、実際の露光のときは、各ブロック毎に決定された式
（４）からのショット位置（Ｆｘｎ，Ｆｙｎ）に基づい
て、ウエハＷＡ上のチップを投影像Ｐｒと位置合せす
る。 【００７６】このようにすると、ウエハ上での非線形要
素による位置検出、位置合せの不良が低減するととも
に、従来のブロックアライメントとは異なり、平均化要
素を残したままブロック化できるので、各ブロック内で
の重ね合せ精度がどのチップでもほぼ平均しているとい
う利点がある。そればかりでなく、ステッパー以外の露
光装置、特にミラー投影露光装置との混用の際にも大き
な利点を得ることができる。 【００７７】一般にミラー投影露光装置で焼かれたウエ
ハのチップ配列は、湾曲していることが多い。そこでス
テッパーにより、そのウエハに重ね合せ露光を行なう場
合（混用；ミックス・アンド・マッチ）、上記のような
ブロックアライメントを行なえば、各ブロック内ではチ
ップ配列の湾曲が無視できる程、小さくなるため、ウエ
ハ全面に渡って極めて重ね合せ精度の高い焼き付けが可
能となる。 【００７８】以上、本発明の実施例に好適な露光装置に
おいては、レーザのスポット光をウエハＷＡ上のマーク
に照射して、マーク（チップ）の位置を検出したが、ス
ポット光をウエハＷＡ上で単振動させたり、等速直線走
査させたりするアライメント系、又はレチクルＲ上のマ
ークとウエハＷＡ上のマークとを、レチクルＲの上方に
配置した顕微鏡対物レンズを介して観察（検出）して位
置合せを行なう、所謂ダイ・バイ・ダイアライメント光
学系を使った露光装置でも全く同様に実施できる。 【００７９】この場合、ダイ・バイ・ダイアライメント
時にレチクルＲを位置合せのためにｘ，ｙ方向に微動さ
せないものとすれば、レチクルＲ上のマークの投影像
が、本実施例のスポット光ＬＸＳ，ＬＹＳに相当するこ
とになる。またレチクルＲを微動させる方式のもので
は、まずレチクルＲを原点位置に正確に合せて設定す
る。そして複数のチップのステップアライメント（実
測）の際、配列設計値にしたがってステージをステッピ
ングさせた後、レチクルＲのマークと実測すべきチップ
のマークとが所定の位置関係になるようにレチクルＲを
微動し、レチクルＲの原点からのｘ，ｙ方向への移動量
を検出することによって、そのチップの位置の実測値
（Ｈｘｎ，Ｈｙｎ）を算出することができる。 【００８０】また本実施例ではオフセット量（Ｏｘ，Ｏ
ｙ）を別に単独に求めるようにして演算処理の簡素化を
計ったが、式（９）のアドレス誤差Ｅを最小にするよう
な誤差パラメータＡ，Ｏを厳密な演算処理によって算出
してもよいことは言うまでもない。尚、本発明は縮小投
影型の露光装置に限らず、ステップアンドリピート方式
の露光装置、例えば等倍の投影型ステッパーやプロキシ
ミテイタイプのステッパー（Ｘ線露光装置）等に広く応
用できるものである。また露光装置以外でも半導体ウエ
ハや複数のチップパターンを有するフォトマスク等を検
査する装置（欠陥検査、プローバ等）でチップ毎にステ
ップアンドリピート方式で検査視野やプローブ針等の基
準位置に位置合せするものにおいても、同様に本発明を
実施することができる。 【００８１】 【発明の効果】以上本発明によれば、ウエハ等の基板上
の複数のチップパターン（ショット領域）のすべてに対
して、位置合せの誤差が平均的に小さくなり、１枚の感
光基板から取れる良品チップの数が多くなり、半導体素
子の生産性を向上させることができる。 【００８２】また基板上の複数のショット領域のそれぞ
れを回路パターン像に対して位置合わせする際は、幾つ
かのショット領域の実測位置情報を使って算出されたア
ライメント位置に基づいて基板の位置合わせを行うの
で、基板上の各領域毎に位置情報を実測して位置合わせ
を行う方法よりもスループットが高くなるといった特徴
がある。 【００８３】また幾つかのショット領域の実測位置情報
と設計位置情報とを用いた演算を行って、各ショット領
域の実際の露光位置（アライメント位置）と設計位置情
報との関係を定める誤差パラメータＡを決定している
が、実測のときに発生する機械的、又は電気的なランダ
ムな誤差が演算によって平均化されることになるため、
誤差パラメータＡはそのようなランダム成分の影響を受
けにくいといった利点もある。 【００８４】更に、本願では誤差パラメータを算出する
際に、設計位置情報と実測位置情報とを演算因子として
同時に用いているので、誤差パラメータを一発で求める
ことができ、誤差パラメータの演算過程において誤差が
のる可能性は、例えば該誤差パラメータを段階的な演算
処理により求めるものに比して遙かに小さい。そしてそ
の処理速度も速くすることができる。
装置、特にステップアンドリピート方式で基板上のショ
ット領域を露光する装置、及び該露光装置に好適な回路
パターン形成方法に関し、特に露光用の原版となるマス
クやレチクルと露光対象となる半導体ウェハ等との位置
合わせに関する。 【０００２】 【従来の技術】近年、ＩＣやＬＳＩ等の半導体装置は急
速に微細化、高密度化が進み、これを製造する装置、特
にマスクやレチクルの回路パターンを半導体ウェハに形
成された回路パターン上に重ね合わせて転写する露光装
置にも増々、高精度なものが要求されてきている。マス
クの回路パターンとウェハ上の回路パターンとは例えば
０．１μｍ以内の精度で重ね合わせることが要求され、
このため現在、その種の露光装置はマスクの回路パター
ンをウェハ上の局所領域（例えば１チップ分）に露光し
たら、ウェハを一定距離だけ歩進（ステッピング）させ
ては再びマスクの回路パターンを露光することを繰り返
す、所謂ステップアンドリピート方式の装置、特に縮小
投影型の露光装置（ステッパー）が主流になっている。
このステップアンドリピート方式では、ウェハを２次元
移動するステージに載置してマスクの回路パターンの投
影像に対して位置決めするため、その投影像とウェハ上
の各チップとを精密に重ね合わせることができる。ま
た、縮小型露光装置の場合、マスクやレチクルに設けら
れた位置合わせ用のマークと、ウェハ上のチップに付随
したマークとを投影レンズを介して直接観察又は検出し
て位置合わせするスルーザレンズ方式のアライメント方
法と、投影レンズから一定距離だけ離して設けた位置合
わせ用の顕微鏡を使ってウェハ全体の位置合わせを行っ
た後、そのウェハを投影レンズの直下に送り込むオフア
クシス方式のアライメント方法との２つの方法がある。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】一般にスルーザレンズ
方式はウェハ上の各チップ毎に位置合わせすることか
ら、重ね合わせ精度は高くなるものの１枚のウェハの露
光処理時間が長くなるという問題がある。オスアクシス
方式の場合は、一度ウェハ全体の位置合わせが完了した
ら、チップの配列に従ってウェハをステッピングさせる
だけなので、露光処理時間は短縮される。しかしなが
ら、各チップ毎の位置合わせを行わないため、ウェハの
伸縮、ウェハのステージ上の回転誤差、ステージ自体の
移動の直交度等の影響で必ずしも満足な重ね合わせ精度
が得られなかった。 【０００４】一方、スルーザレンズ方式のアライメント
系を持つ投影露光装置を用いた位置合わせ方法として、
例えば特開昭５９−５４２２５号公報には、ウエハ上の
複数のチップ領域のうち代表的ないくつかのチップ領域
に対して予めマスクとのアライメントを行い、そのアラ
イメント結果（チップ領域に設けられたマークの検出結
果）に基づいてウエハ上のチップ領域の配列の特性（傾
向）を求めてからステップアンドリピート方式でウエハ
を移動させる位置合わせ方法も提案されている。この方
法であれば、露光時にウエハ上の各チップ毎のアライメ
ントを行わなくてもよいため、１枚のウエハの処理時間
もそれ程長くならない。 【０００５】しかしながら、上記公報に開示されたよう
に、ウエハ上の代表的なチップ領域のみに対してアライ
メント（マーク位置の検出）を行う場合、そのチップ領
域に付設されたマーク検出の精度が劣化すると、それ以
降に決定されたチップ領域の配列特性は極めて信頼性の
ないものとなってしまう。そのようなマーク検出の精度
劣化は、ウエハの加工プロセスにより生じたマークの変
形やマークへのゴミの付着等によって偶発的に起こるも
のである。 【０００６】本発明は、ウェハ等の基板上に形成された
複数のチップ（ショット領域）の全てについてアライメ
ントのためのマークを計測せずとも、代表的なショット
領域に対してのみのマーク検出の結果に基づいて、正確
に回路パターンを形成する回路パターン形成方法、及び
露光装置を提供することを目的とする。 【０００７】 【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明で
は、回路素子を形成すべき基板（ＷＡ）上に設計位置情
報に従って予め規則的な配列で形成された複数のショッ
ト領域（Ｃｎ）の各々と、重ね合わせ露光すべき回路パ
ターンの像とを相対的にアライメントし、該回路パター
ン像（Ｐｒ）を該ショット領域の各々に順次転写するこ
とによって該ショット領域内に回路パターンを形成する
方法において、（ａ）該基板上の複数のショット領域の
うち互いに隣り合わない３以上のｎ個のショット領域を
アライメントショット領域として設定し、該ｎ個のアラ
イメントショット領域の各々に付随したアライメントマ
ーク（ＳＸｎ、ＳＹｎ）を順次検出することによって、
該ｎ個のアライメントショット領域の各々のＸ、Ｙ方向
の実測位置情（Ｈｎ）を計測し、（ｂ）該基板上の複数
のショット領域の位置に関する情報であり且つ該回路パ
ターン像の露光時に用いられる情報（Ｆｎ）と、該複数
のショット領域の設計位置情報（Ｄｎ）との関係がＸ方
向とＹ方向とに関して２次元の誤差パラメータ行列
（Ａ）で規定されるものとしたとき、該誤差パラメータ
行列内の各要素の値（ａ１１、ａ１２、ａ２１、ａ２
２）、を、該ｎ個のアライメントショット領域の各々の
設計位置情報と実測位置情報とを演算因子として同時に
用いた近似演算処理によって算出し、（ｃ）該算出され
た誤差パラメータ行列の各要素の値に基づいて前記基板
上の複数のショット領域の各々と該回路パターン像との
相対的なアライメント位置（Ｆｎ）を該設計位置情報に
対する補正演算により算出し、該補正されたアライメン
ト位置において前記重ね合わせ露光を行うこととした。 【０００８】また請求項２に記載の発明では、基板（Ｗ
Ａ）上に設計位置情報に従って予め規則的な配列で形成
された複数のショット領域（Ｃｎ）の各々に回路パター
ンの像（Ｐｒ）を順次転写することによって前記ショッ
ト領域内に回路パターンを形成する方法において、
（ａ）該複数のショット領域のうち互いに隣り合わない
３以上のｎ個のショット領域をアライメントショット領
域とし、該ｎ個のアライメントショット領域の各々に付
随したアライメントマーク（ＳＸｎ、ＳＹｎ）を順次検
出して、該ｎ個のアライメントショット領域の各実測位
置情報（Ｈｎ）を計測し、（ｂ）該基板上の複数のショ
ット領域の位置に関する情報であり且つ該回路パターン
像の露光時に用いられる情報（Ｆｎ）と、該複数のショ
ット領域の設計位置情報（Ｄｎ）との関係を規定する誤
差パラメータ行内（Ａ）の各要素の値（ａ１１、ａ１
２、ａ２１、ａ２２）を、該ｎ個のアライメントショッ
ト領域の各々の設計位置情報と実測位置情報とを演算因
子として同時に用いた近似演算処理によって算出し、
（ｃ）該算出された誤差パラメータ行列の各要素の値に
基づいて該ショット領域と該回路パターン像との相対的
なアライメント位置（Ｆｎ）を該設計位置情報に対する
補正演算により算出することとした。 【０００９】また請求項３に記載の発明によれば、回路
素子を形成すべき基板（ＷＡ）上に設計位置情報に従っ
て予め規則的な配列で形成された複数のショット領域
（Ｃｎ）の各々と、重ね合わせ露光すべき回路パターン
の像（Ｐｒ）とを相対的にアライメントし、該回路パタ
ーン像を該ショット領域の各々に順次転写することによ
って該ショット領域内に回路パターンを形成する露光装
置に、該基板上の複数のショット領域のうち互いに隣り
合わない３以上のｎ個のショット領域をアライメントシ
ョット領域として設定し、該ｎ個のアライメントショッ
ト領域の各々に付随したアライメントマーク（ＳＸｎ、
ＳＹｎ）を順次検出することによって、該ｎ個のアライ
メントショット領域の各々のＸ、Ｙ方向の実測位置情報
（Ｈｎ）を計測する計測手段（９、１０、２０、２１、
３０〜３８、４１〜４８）と、該基板上の複数のショッ
ト領域の位置に関する情報であり且つ該回路パターン像
の露光時に用いられる情報（Ｆｎ）と、該複数のショッ
ト領域の設計位置情報（Ｄｎ）との関係がＸ方向とＹ方
向とに関して２次元の誤差パラメータ行列（Ａ）で規定
されるものとしたとき、該誤差パラメータ行列内の各要
素の値（ａ１１、ａ１２、ａ２１、ａ２２）を、該ｎ個
のアライメントショット領域の各々の設計位置情報と実
測位置情報とを演算因子として同時に用いた近似演算処
理によって算出する算出手段（５０）と、該算出された
誤差パラメータ行列の各要素の値に基づいて該基板上の
複数のショット領域の各々と該回路パターン像との相対
的なアライメント位置（Ｆｎ）を該設計位置情報に対す
る補正演算により算出し、該補正されたアライメント位
置において該重ね合わせ露光を行う制御手段（５０）と
を構成した。 【００１０】また請求項４に記載の発明によれば、基板
（ＷＡ）上に設計位置情報に従って予め規則的な配列で
形成された複数のショット領域（Ｃｎ）の各々に回路パ
ターンの像（Ｐｒ）を順次転写することによって該ショ
ット領域内に回路パターンを形成する露光装置に、該複
数のショット領域のうち互いに隣り合わない３以上のｎ
個のショット領域をアライメントショット領域とし、該
ｎ個のアライメントショット領域の各々に付随したアラ
イメントマーク（ＳＸｎ、ＳＹｎ）を順次検出して、該
ｎ個のアライメントショット領域の各実測位置情報（Ｈ
ｎ）を計測する計測手段（９、１０、２０、２１、３０
〜３８、４１〜４８）と、該基板上の複数のショット領
域の位置に関する情報であり且つ前記回路パターン像の
露光時に用いられる情報（Ｆｎ）と、該複数のショット
領域の設計位置情報（Ｄｎ）との関係を規定する誤差パ
ラメータ行列（Ａ）内の各要素の値（ａ１１、ａ１２、
ａ２１、ａ２２）を、該ｎ個のアライメントショット領
域の各々の設計位置情報と実測位置情報とを演算因子と
して同時に用いた近似演算処理によって算出する算出手
段（５０）と、該算出された誤差パラメータ行列の各要
素の値に基づいて該ショット領域と該回路パターン像と
の相対的なアライメント位置（Ｆｎ）を該設計位置情報
に対する補正演算により算出する制御手段（５０）とを
構成した。 【００１１】 【作用】本発明においては、ウェハ等の基板上に形成さ
れた複数のチップ（ショット）領域のうちの代表的なｎ
個のアライメントショット領域の各々に付随したアライ
メントマークの位置情報を検出してそのｎ個のアライメ
ントショット領域の各々の実測位置情報を決定するとと
もに、基板上の複数のショット領域の配列特性を規定す
る誤差パラメータＡをｎ個のアライメントショット領域
の各々の設計位置情報と実測位置情報とを用いて算出
し、この誤差パラメータに基づいて基板上の複数のショ
ット領域の各々と回路パターン像との相対的なアライメ
ント位置を決定しているので、基板上に形成されたすべ
てのショット領域に対して位置合わせ誤差が平均的に小
さくなり、基板上の各ショット領域に正確に回路パター
ンを形成することが可能となる。 【００１２】また本願では、誤差パラメータを算出する
際に、設計位置情報と実測位置情報とを演算因子として
同時に用いているので、誤差パラメータを一発で求める
ことができ、誤差パラメータの演算過程において誤差が
のる可能性は、例えば該誤差パラメータを段階的な演算
処理により求めるものに比して遙かに小さい。そしてそ
の処理速度（パラメータの算出速度）も速くすることが
できる。 【００１３】 【実施例】図１は本発明の方法を実施するのに好適な縮
小投影型露光装置の概略的な構成を示す斜視図である。
投影原版となるレチクルＲは、その投影中心が投影レン
ズ１の光軸を通るように位置決めされて、装置に装着さ
れる。投影レンズ１はレチクルＲに描かれた回路パター
ン像を１／５、又は１／１０に縮小して、ウェハＷＡ上
に投影する。ウェハホルダー２はウェハＷＡを真空吸着
するとともにｘ方向とｙ方向に２次元移動するステージ
３に対して微小回転可能に設けられている。駆動モータ
４はステージ３上に固定され、ウェハホルダー２を回転
させる。また、ステージ３のｘ方向の移動はモータ５の
駆動によって行われ、ｙ方向の移動はモータ６の駆動に
よって行われる。ステージ３の直交する２辺には、反射
平面がｙ方向に伸びた反射ミラー７と、反射平面がｘ方
向に伸びた反射ミラー８とが各々固設されている。レー
ザ光波干渉測長器（以下単にレーザ干渉計と呼ぶ）９は
反射ミラー８にレーザ光を投射して、ステージ３のｙ方
向の位置（又は移動量）を検出し、レーザ干渉計１０は
反射ミラー７にレーザ光を投射して、ステージ３のｘ方
向の位置（又は移動量）を検出する。投影レンズ１の側
方には、ウェハＷＡ上の位置合わせ用のマークを検出
（又は観察）するために、オフアクシス方式のウェハア
ライメント顕微鏡（以下、ＷＡＭと呼ぶ）２０、２１が
設けられている。尚、ＷＡＭ２１は図１では投影レンズ
１の後にあり、図示されていない。ＷＡＭ２０、２１は
それぞれ投影レンズ１の光軸ＡＸと平行な光軸を有し、
ｘ方向に細長く伸びた帯状のレーザスポット光ＹＳＰ、
θＳＰをウェハＷＡ上に結像する。（スポット光ＹＳ
Ｐ、θＳＰは図１では図示せず。）これらスポット光Ｙ
ＳＰ、θＳＰはウェハＷＡ上の感光剤（フォトレジス
ト）を感光させない波長の光であり、本実施例では微小
な振幅でｙ方向に振動している。そしてＷＡＭ２０、２
１はマークからの散乱光や回折光を受光する光電素子
と、その光電信号をスポット光の振動周期で同期整流す
る回路とを有し、スポット光θＳＰ（ＹＳＰ）のｙ方向
の振動中心に対するマークのｙ方向のずれ量に応じたア
ライメント信号を出力する。従ってＷＡＭ２０、２１は
所謂スポット光振動走査型の光電顕微鏡と同等の構成の
ものである。 【００１４】さて、本装置には投影レンズ１を介してウ
ェハＷＡ上のマークを検出するレーザステップアライメ
ント（以下ＬＳＡと呼ぶ）光学系が設けられている。不
図示のレーザ光源から発生して、不図示のエクスパンダ
ー、シリンドリカルレンズ等を通ってきたレーザ光束Ｌ
Ｂはフォトレジスト感光させない波長の光で、ビームス
プリッター３０に入射して２つの光束に分割される。そ
の一方のレーザ光束はミラー３１で反射され、ビームス
プリッター３２を通過して、結像レンズ群３３で、横断
面が帯状のスポット光になるように収束された後、レチ
クルＲと投影レンズ１との間に回路パターンの投影光路
を遮光しないように配置された第１折り返しミラー３４
に入射する。第１折り返しミラー３４はレーザ光束をレ
チクルＲに向けて上方反射する。そのレーザ光束はレチ
クルＲの下側に設けられて、レチクルＲの表面と平行な
反射平面を有するミラー３５に入射して、投影レンズ１
の入射瞳の中心に向けて反射される。ミラー３５からの
レーザ光束は投影レンズ１によって収束され、ウェハＷ
Ａ上にｘ方向に細長く伸びた帯状のスポット光ＬＹＳと
して結像される。スポット光ＬＹＳはウェハＷＡ上でｘ
方向に伸びた回折格子状のマークを相対的にｙ方向に走
査して、そのマークの位置を検出するために使われる。
スポット光ＬＹＳがマークを照射すると、マークから回
折光が生じる。それら光情報は再び投影レンズ１、ミラ
ー３５、ミラー３４、結像レンズ群３３、及びビームス
プリッター３２に戻り、ビームスプリッタ３２で反射さ
れて、集光レンズと空間フィルターから成る光学素子３
６に入射する。この光学素子３６はマークからの回折光
（１次回折光や２次回折光）を透過させ、正反射光（０
次回折光）を遮断して、その回折光をミラー３７を介し
て光電素子３８の受光面に集光する。光電素子３８は集
光した回折光の光量に応じた光電信号を出力する。以
上、ミラー３１、ビームスプリッタ３２、結像レンズ群
３３、ミラー３４，３５、光学素子３６、ミラー３７、
及び光電素子３８は、ウェハＷＡ上のマークのｙ方向の
位置を検出するスルーザレンズ方式のアライメント光学
系（以下Ｙ−ＬＳＡ系と呼ぶ）を構成する。 【００１５】一方、ビームスプリッター３０で分割され
た別のレーザ光束は、ウェハＷＡ上のマークのｘ方向の
位置を検出するスルーザレンズ方式のアライメント光学
系（以下Ｘ−ＬＳＡ系と呼ぶ）に入射する。Ｘ−ＬＳＡ
系はＹ−ＬＳＡ系と全く同様に、ミラー４１、ビームス
プリッター４２、結像レンズ群４３、ミラー４４，４
５、光学素子４６、ミラー４７、及び光電素子４８から
構成され、ウェハＷＡ上にｙ方向に細長く伸びた帯状の
スポット光ＬＸＳを結像する。 【００１６】主制御装置５０は光電素子３８、４８から
の光電信号、ＷＡＭ２０、２１からのアライメント信
号、及びレーザ干渉計９、１０からの位置情報とを入力
して、位置合わせのための各種演算処理を行うととも
に、モータ４、５、６を駆動するための指令を出力す
る。この主制御装置５０はマイクロコンピュータやミニ
コンピュータ等の演算処理部を備えており、その演算処
理部にはウェハＷＡに形成された複数のチップＣＰの設
計位置情報（ウェハＷＡ上のチップ配列座標値等）が記
憶されている。 【００１７】図２は上記ＷＡＭ２０、２１とＹ−ＬＳＡ
系、Ｘ−ＬＳＡ系によるスポット光θＳＰ、ＹＳＰ、Ｌ
ＹＳ、ＬＸＳの投影レンズ１の結像面（ウェハＷＡの表
面と同一）における配置関係を示す平面図である。図２
において、光軸ＡＸを原点とする座標系ｘｙを定めたと
き、ｘ軸とｙ軸はそれぞれステージ３の移動方向を表
す。図２中、光軸ＡＸを中心とする円形の領域はイメー
ジフィールドｉｆであり、その内側の矩形の領域はレチ
クルＲの有効パターン領域の投影像Ｐｒである。スポッ
ト光ＬＹＳはイメージフィールドｉｆ内で投影像Ｐｒの
外側の位置で、かつｘ軸上に一致するように形成され、
スポット光ＬＸＳもイメージフィールドｉｆ内で投影像
Ｐｒの外側の位置で、かつｙ軸上に一致するように形成
される。一方、２つのスポット光θＳＰ、ＹＳＰの振動
中心はｘ軸からｙ方向に距離Ｙ0 だけ離れた線分（ｘ軸
と平行）ＬＬ上に一致するように、かつそのｘ方向の間
隔ＤｘがウェハＷＡの直径よりも小さな値になるように
定められている。本装置では、スポット光θＳＰ、ＹＳ
Ｐはｙ軸に対して左右対称に配置されており、主制御装
置５０は光軸ＡＸの投影点に対するスポット光θＳＰ、
ＹＳＰの位置に関する情報を記憶している。また、主制
御装置５０は、光軸ＡＸの投影点に対するスポット光Ｌ
ＹＳのｘ方向の中心位置（距離Ｘｌ）とスポット光ＬＸ
Ｓのｙ方向の中心位置（距離Ｙｌ）に関する情報も記憶
している。 【００１８】次に、この装置を使った本発明による位置
合わせ方法を装置の動作とともに図３のフローチャート
図を使って説明する。尚、この位置合わせはウェハＷＡ
の第２層目以降について行われるものであり、ウェハＷ
Ａ上にはチップと位置合わせ用のマークとがすでに形成
されている。まず、ウェハＷＡはステップ１００で不図
示のプリアライメント装置を使って、ウェハＷＡの直線
的な切欠き（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。ウェハＷＡのフラットは図１に示した
ように、ｘ軸と平行になるように位置決めされる。 【００１９】次にステップ１０１ではウェハＷＡはステ
ージ３のウェハホルダー２上に搬送され、フラットがｘ
軸と平行を保つようにウェハホルダー２上に載置され、
真空吸着される。そのウェハＷＡには例えば図４に示す
ように複数のチップＣｎがウェハＷＡ上の直交する配列
座標αβに沿ってマトリックス状に形成されている。配
列座標αβのα軸はウェハＷＡのフラットとほぼ平行で
ある。図４では複数のチップＣｎのうち、代表して配列
座標αβのウェハＷＡのほぼ中心を通るα軸上に一列に
並んだチップＣ0 〜Ｃ6 のみを表してある。各チップＣ
0 〜Ｃ6 にはそれぞれ４つの位置合わせ用のマークＧ
Ｙ、Ｇθ、ＳＸ、ＳＹが付随して設けられている。 【００２０】今、チップＣ0 〜Ｃ6 の中央のチップＣ3
の中心を配列座標αβの原点としたとき、α軸上にはα
方向に線状に伸びた回折格子状のマークＳＹ0 〜ＳＹ6
が、夫々チップＣ0 〜Ｃ6 の右脇に設けられている。ま
た、チップＣ3 の中心を通るβ軸上にはβ方向に線状に
伸びた回折格子状のマークＳＸ3 がチップＣ3 の下方に
設けられ、他のチップＣ0 、Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ4 、Ｃ5 、
Ｃ6 についても同様にチップの中心を通りβ軸と平行な
線分上にマークＳＸ0 〜ＳＸ2 、ＳＸ4 〜ＳＸ6 が設け
られている。これらマークＳＹn 、ＳＸn はそれぞれス
ポット光ＬＹＳ、ＬＸＳによって検出されるものであ
る。 【００２１】また各チップＣ0 〜Ｃ6 の下方にはウェハ
ＷＡの全体の位置合わせ（グローバルアライメント）を
行うために使われるマークＧＹ0 〜ＧＹ6 、Ｇθ0 〜Ｇ
θ6が設けられている。これらマークＧＹn 、Ｇθn は
α軸と平行な線分上にα方向に線状に伸びた回折格子上
のパターンで形成されている。さらにα方向に一列に並
んだチップＣ0 〜Ｃ6 のうち、例えば左端のチップＣ0
のマークＧＹ0 と右端のチップＣ6 のマークＧθ6 との
α方向の間隔が、ＷＡＭ２０、２１によるスポット光θ
ＳＰ、ＹＳＰの間隔ＤＸと一致するように定められてい
る。 【００２２】すなわち本実施例では離れた２ヶ所のマー
クＧＹ0 とマークＧθ6 を使ってオフアクシス方式でウ
ェハＷＡのグローバルアライメントを行う。このためそ
の他のマークＧＹ1 〜ＧＹ6 、マークＧθ0 〜Ｇθ5 は
本来不要であり、なくてもよい。要はウェハＷＡのα軸
と平行な（又は一致した）線分上にα方向に細長く伸び
た２つのマークが間隔ＤＸだけ離れて存在すればよい。 【００２３】さて、主制御装置５０はプリアライメント
装置からウェハＷＡを受けるときのステージ３の位置情
報、その位置から、マークＧＹ0 、Ｇθ6 がそれぞれＷ
ＡＭ２１、２０の検出（観察）視野内に位置するまでの
ステージ３の移動方向と移動量等の情報を装置固有の定
数として予め記憶している。そこで次のステップ１０２
において、主制御装置５０は、まずモータ５、６を駆動
して、マークＧＹ0 がＷＡＭ２１の検出視野内に位置す
るように、ステージ３を位置決めする。その後、スポッ
ト光ＹＳＰの振動中心がマークＧＹ0 のｙ方向の中心と
一致するように、主制御装置５０はＷＡＭ２１からのア
ライメント信号とレーザ干渉計９からの位置情報とに基
づいてステージ３をｙ方向に精密に位置決めする。スポ
ット光ＹＳＰの振動中心とマークＧＹ0 の中心とが一致
したら、その状態が維持されるように主制御装置５０は
モータ６をＷＡＭ２１からのアライメント信号でサーボ
（フィードバック）制御したまま、マークＧθ6 がＷＡ
Ｍ２０のスポット光θＳＰによって検出されるようにモ
ータ４を駆動してウェハホルダー２を回転させる。さら
に主制御装置５０はスポット光θＳＰの振動中心とマー
クＧθ6 のｙ方向の中心とが一致するように、ＷＡＭ２
０からのアライメント信号でモータ４をサーボ制御す
る。 【００２４】以上の一連の動作により、スポット光ＹＳ
ＰとマークＧＹ0が一致し、スポット光θＳＰとマーク
Ｇθ6が一致し、ステージ３の移動座標系、すなわち座
標系ｘｙに対するウェハＷＡの配列座標αβの回転ずれ
が補正されるとともに、座標系ｘｙと配列座標αβのｙ
方向（β方向）の位置に関する対応付け（規定）が完了
する。 【００２５】次にウェハＷＡ上の中心部分に位置するチ
ップＣ3のマークＳＸ3がＸ−ＬＳＡ系のスポット光ＬＸ
Ｓによって走査されるように、ステージ３を位置決めし
た後、ｘ方向に移動させる。この際主制御装置５０は光
電素子４８からの時系列的な光電信号とレーザ干渉計１
０からの位置情報とに基づいて、マークＳＸ3がスポッ
ト光ＬＸＳと一致したときのウェハＷＡのｘ方向の位置
を検出して記憶する。これによって、座標系ｘｙと配列
座標αβのｘ方向（α方向）の位置に関する対応付けが
完了する。尚、このｘ方向の対応付けは、露光動作の直
前にＸ−ＬＳＡ系を使う場合は不要である。 【００２６】以上の動作により、オフアクシス方式のア
ライメントを主としたウェハＷＡのグローバルアライメ
ント（配列座標αβの座標系ｘｙへの対応付け）が終了
する。そして従来の方法であればウェハＷＡ上の各チッ
プの配列設計値（配列座標αβにおけるチップの中心座
標値）に基づいて、主制御装置５０はレーザ干渉計９、
１０からの位置情報を読み取ってレチクルＲの投影像Ｐ
ｒがチップに重なり合うようにステージ３のステップア
ンドリピート方式による位置決め（アドレッシング）を
行った後そのチップに対して露光（プリント）行う。 【００２７】ところが、グローバルアライメントの完了
までに、アライメント検出系の精度、各スポット光の設
定精度、あるいはウェハＷＡ上の各マークの光学的、形
状的な状態（プロセスの影響）による位置検出精度のば
らつき等によって誤差を生じ、ウェハＷＡのチップは座
標系ｘｙに従って精密に位置合わせ（アドレッシング）
されるとは限らない。そこで本発明の実施例においては
その誤差（以下ショット・アドレス誤差と呼ぶ）を次の
４つの要因から生じたものとする。 【００２８】（１）ウェハの回転；これは例えばウェハ
ＷＡを回転補正する際、位置合わせの基準となる２つの
スポット光ＹＳＰとθＳＰとの位置関係が正確でなかっ
たために生じるものであり、座標系ｘｙに対する配列座
標αβの残存回転誤差量θで表される。 （２）座標系ｘｙの直交度；これはステージ３のモータ
５、６による送り方向が正確に直交していないこととに
より生じ、直交度誤差量ｗで表される。 【００２９】（３）ウェハのｘ（α）方向とｙ（β）方
向の線形伸縮；これはウェハＷＡの加工プロセスによっ
てウェハＷＡが全体的に伸縮することがある。このた
め、チップの設計上の配列座標値に対して実際のチップ
位置がα、β方向に微小量だけずれることになり、特に
ウェハＷＡの周辺部で顕著になる。このウェハ全体の伸
縮量はα（ｘ）方向とβ（ｙ）方向とについてそれぞれ
Ｒｘ、Ｒｙで表される。ただし、ＲｘはウェハＷＡ上の
ｘ方向（α方向）の２点間の距離の実測値と設計値の
比、ＲｙはウェハＷＡ上のｙ方向（β方向）の２点間の
距離の実測値と設計値の比で表すものとする。従って、
Ｒｘ、Ｒｙがともに１のときは伸縮なしである。 【００３０】（４）ｘ（α）方向、ｙ（β）方向のオフ
セット；これは、アライメント系の検出精度ウェハホル
ダー２の位置決め精度等により、ウェハＷＡが全体的に
ｘ方向とｙ方向に微小量だけずれることにより生じ、オ
フセット量Ｏｘ、Ｏｙで表される。さて、図４にはウェ
ハＷＡの残存回転誤差量θと、ステージ３の直交度誤差
量ｗを誇張して表してある。 【００３１】この場合、直交座標系ｘｙは実際は微小量
ｗだけ傾いた斜交座標系ｘｙ’になり、ウェハＷＡは直
交座標系ｘｙに対してθだけ回転したものになる。上記
（１）〜（４）の誤差要因が加わった場合、設計位置情
報となる設計上で座標位置（Ｄｘｎ、Ｄｙｎ）のショッ
ト（チップ）について、回路パターン像の露光時に実際
に用いられる情報となる実際に位置決めすべきショット
位置（Ｆｘｎ、Ｆｙｎ）は、以下のように表される。た
だしｎは整数でショット（チップ）番号を表す。 【００３２】 【数１】 【００３３】ここでｗはもともと微小量であり、θもグ
ローバルアライメントにより微小量に追い込まれている
から、一次近似を行うと式（１）は式（２）で表され
る。 【００３４】 【数２】 【００３５】この式（２）より、各ショット位置におけ
る設計値からの位置ずれ（εｘｎ、εｙｎ）は式（３）
で表される。 【００３６】 【数３】 【００３７】さて、式（２）を行列の演算式に書き直す
と、以下のようになる。 【００３８】 【数４】Ｆｎ＝Ａ・Ｄｎ＋Ｏ ・・（４） ただし、 【００３９】 【数５】 【００４０】 【数６】【００４１】 【数７】 【００４２】 【数８】 【００４３】そこで実際のショット（チップ）位置がマ
ークの検出により測定され、その実測値がＨｎとして検
出されたとき、位置決めすべきショット位置Ｆｎとの位
置ずれ、すなわちアドレス誤差Ｅｎ（＝Ｈｎ−Ｆｎ）を
最小にするように誤差パラメータＡ（変換行列）、Ｏ
（オフセット）を決定する。そこで評価関数として最小
二乗誤差をとるものとすると、アドレス誤差Ｅは式
（９）で表わされる。 【００４４】 【数９】 【００４５】そこで、アドレス誤差Ｅを最小にするよう
に誤差パラメータＡ，Ｏを決定する。ただし式（９）で
ｍはウエハＷＡの複数のチップのうち実測したチップの
数を表わす。さて誤差パラメータＡ，Ｏを求める際に、
最小二乗法を用いるものとすると、このままでは演算量
が多いため、誤差パラメータＯ（Ｏｘ，Ｏｙ）は別に前
もって決めておくものとする。オフセット量（Ｏｘ，Ｏ
ｙ）はウエハＷＡのグローバルなオフセット値であるの
で、ウエハＷＡ上の実測したチップ位置Ｈｎの数ｍで設
計値（Ｄｘｎ，Ｄｙｎ）に対するアドレス誤差を平均化
した値にするとよい。 【００４６】 【数１０】 【００４７】 【数１１】 【００４８】ところで位置決めすべきショット位置Ｆｎ
と実測値Ｈｎとの誤差Ｅｎのうち、ｘ方向の成分Ｅｘｎ
は、式（４）〜式（８）から、 【００４９】 【数１２】 Ｅｘｎ＝Ｈｘｎ−Ｆｘｎ ＝Ｈｘｎ−ａ11Ｄｘｎ−ａ12Ｄｙｎ−Ｏｘ・・（１２） となり、誤差Ｅｎのｙ方向の成分Ｅｙｎは同様に、 【００５０】 【数１３】 Ｅｙｎ＝Ｈｙｎ−Ｆｙｎ ＝Ｈｙｎ−ａ21Ｄｘｎ−ａ22Ｄｙｎ−Ｏｙ・・（１３） となる。そこで式（９）の誤差Ｅを最小にするように誤
差パラメータＡを決定すると、要素ａ11，ａ12，ａ21，
ａ22は以下のようになる。 【００５１】 【数１４】 【００５２】 【数１５】【００５３】 【数１６】 【００５４】 【数１７】 【００５５】要素ａ11，ａ12，ａ21，ａ22が求まれば、
式（６）より線形伸縮量Ｒｘ，Ｒｙ，残存回転誤差量
θ、直交度誤差量ｗはただちに求められる。 Ｒｘ＝ａ11 ・・・（１８） Ｒｙ＝ａ22 ・・・（１９） θ＝ａ21／Ｒｙ＝ａ21／ａ22 ・・・（２０） 従って誤差パラメータＡ，Ｏを決定するためには、グロ
ーバルアライメント終了後ウエハＷＡ上のいくつか（４
つ以上）のチップについて、Ｘ−ＬＳＡ、Ｙ−ＬＳＡ系
を用いてマークＳＸｎ，ＳＹｎの位置を実測して実測値
（Ｈｘｎ、Ｈｙｎ）を求めるとともに、実測したチップ
の設計値（Ｄｘｎ，Ｄｙｎ）を使って、式（１０），
（１１），（１４）〜（１７）の演算を行えばよい。 【００５６】そこで、図３のフローチャート図に戻って
動作の説明を続ける。主制御装置５０はグローバルアラ
イメントが終了した後、ウエハＷＡの複数のチップの位
置を計測する。まずステップ１０３で主制御装置５０は
Ｘ−ＬＳＡ系のスポット光ＬＸＳが図４中の左端のチッ
プＣ0 に付随したマークＳＸ0と平行に並ぶように、配
列設計値に基づいてステージ３を位置決めした後、マー
クＳＸ0がスポット光ＬＸＳを横切るようにステージ３
をｘ方向に一定量だけ移動（走査）する。 【００５７】この移動の間、主制御装置５０は光電素子
４８の時系列的な光電信号の波形をレーザ干渉計１０か
らのｘ方向の位置情報に対応付けて記憶し、波形状態か
らマークＳＸ0とスポット光ＬＸＳとがｘ方向に関して
一致した時点の位置ｘ0 を検出する。次に主制御装置５
０はステップ１０４でＹ−ＬＳＡ系のスポット光ＬＹＳ
がチップＣ0に付随したマークＳＹ0 と平行に並ぶよう
に配列設計値に基づいてステージ３を位置決めする。そ
の後、マークＳＹ0 がスポット光ＬＹＳを横切るように
ステージ３をｙ方向に一定量だけ移動する。 【００５８】このとき主制御装置５０は光電素子３８の
時系列的な光電信号の波形をレーザ干渉計９からのｙ方
向の位置情報と対応付けて記憶し、波形状態からマーク
ＳＹ0とスポット光ＬＹＳとがｙ方向に関して一致した
時点の位置ｙ0 を検出する。そして主制御装置５０はス
テップ１０５でｍ個のチップについて同様の位置検出を
行なったか否かを判断して、否のときはステップ１０６
に進み、ウエハＷＡ上の別のチップまで配列設計値に基
づいてステージ３を移動させ、ステップ１０３から再び
同様の位置検出動作を繰り返す。 【００５９】本実施例では、例えば図５に示すように配
列座標αβの各軸上に沿ってウエハＷＡの中心からほぼ
等距離に位置する４つのチップＣ0 ，Ｃ6 ，Ｃ7 ，Ｃ8
と中央のチップＣ3 の計５つのチップの各々についてス
テップ１０３、１０４の位置検出が行われるものとす
る。従ってステップ１０５でｍ＝５と判断された時点で
主制御装置５０には、５つの実測値（Ｈｘｎ，Ｈｙｎ）
が記憶されることになる。すなわち、 （Ｈｘ1 ，Ｈｙ1 ）＝（ｘ0 ，ｙ0 ）・・・チップＣ0 （Ｈｘ2 ，Ｈｙ2 ）＝（ｘ3 ，ｙ3 ）・・・チップＣ3 （Ｈｘ3 ，Ｈｙ3 ）＝（ｘ6 ，ｙ6 ）・・・チップＣ6 （Ｈｘ4 ，Ｈｙ4 ）＝（ｘ7 ，ｙ7 ）・・・チップＣ7 （Ｈｘ5 ，Ｈｙ5 ）＝（ｘ8 ，ｙ8 ）・・・チップＣ8 の５つの実測値が順次検出される。 【００６０】さらにこの５つの実測値を検出するとき、
あるチップの実測値がそのチップの設計値（Ｄｘｎ，Ｄ
ｙｎ）にくらべて大きく異なっていた場合、例えばグロ
ーバルアライメントによって決まる位置決め精度の２倍
以上、異なっていた場合には、そのチップでの実測値を
無視し、例えばそのチップの隣のチップについてマーク
位置の実測を行う。これは実測しようとしたチップのマ
ークが加工プロセスによってたまたま変形した場合、そ
のマークにゴミが付着していた場合、そのマークの光学
像のコントラスト（回折光の発生強度）が弱く、光電信
号のＳ／Ｎ比が低い場合等に生じる位置計測の精度劣化
を補うためであり、このような追加的な実測が本発明の
特徴的な手順として実行される。 【００６１】尚、位置計測の精度劣化を補う方法として
は、あらかじめ６つ以上のチップ、例えば図５中で配列
座標のαβの４つの象現の各々に位置するチップに加え
て、計９つのチップについて位置計測を行ない、その９
つの実測値の中から各チップの設計値（Ｄｘｎ，Ｄｙ
ｎ）に最も近い順に５つの実測値を選びだす方法、又
は、単に設計値（Ｄｘｎ，Ｄｙｎ）と大きく異なる実測
値（Ｈｘｎ，Ｈｙｎ）を以降の演算処理に使わないよう
にする方法等がある。 【００６２】次に主制御装置５０はステップ１０７にお
いて先の式（１０），（１１）、及び式（１４）〜（１
７）に基づいて誤差パラメータＡ，Ｏを決定する。この
決定にあたって、主制御装置５０は上記５つの実測値を
検出した各チップの５つの設計値を予め選出しており、
その設計値（Ｄｘｎ，Ｄｙｎ）を以下のように記憶して
いるものとする。 【００６３】 （Ｄｘ1 ，Ｄｙ1 ）＝（ｘ0'，ｙ0'）・・・チップＣ0 （Ｄｘ2 ，Ｄｙ2 ）＝（ｘ3'，ｙ3'）・・・チップＣ3 （Ｄｘ3 ，Ｄｙ3 ）＝（ｘ6'，ｙ6'）・・・チップＣ6 （Ｄｘ4 ，Ｄｙ4 ）＝（ｘ7'，ｙ7'）・・・チップＣ7 （Ｄｘ5 ，Ｄｙ5 ）＝（ｘ8'，ｙ8'）・・・チップＣ8 また実際の誤差パラメータＡ，Ｏの決定に先立って、５
つのチップの各位置計測（所謂、ステップアライメン
ト）が終る毎に、例えば図３のステップ１０６でステー
ジ３を移動している間に、式（１０），（１１），（１
４）〜（１７）の一部の演算を同時に実行していくこと
ができる。すなわち、式（１０），（１１），（１４）
〜（１７）の中で各チップ毎のデータ（実測値、設計
値）の代数和を表わす演算要素については、１つのチッ
プの実測（ステップアライメント）が終了する毎に順次
加算する。その演算要素は以下の通りである。 【００６４】 【数２２】 【００６５】さらにこれら演算要素のうち、ウエハＷＡ
上の実測すべきチップが予め決まっていて、変更がない
場合は、設計値（Ｄｘｎ，Ｄｙｎ）のみを含む演算要素
について図３中のステップ１０３，１０４，１０５，１
０６の実行前に算出しておくこともできる。このように
実測値の計測動作と平行して、一部の演算を行っていけ
ば、総合的なアライメント時間はそれほど長くはならな
い。そして、５つの実測値が得られた段階で主制御装置
５０は上記演算要素の結果を使って、式（１０），（１
１）でオフセット量（Ｏｘ，Ｏｙ）を算出した後、その
オフセット値と上記演算要素の結果を使ってさらに式
（１４）〜（１７）で配列の要素ａ11，ａ12，ａ21，ａ
22を算出する。 【００６６】以上の演算動作により、誤差パラメータ
Ａ，Ｏが決定されるので、主制御装置５０の次のステッ
プ１０８で先の式（４）を使って、ウエハＷＡの各チッ
プについて位置決めすべき位置、すなわち誤差パラメー
タによって補正されたショットアドレス（Ｆｘｎ，Ｆｙ
ｎ）を算出し、記憶手段（半導体メモリ）上に、設計値
（Ｄｘｎ，Ｄｙｎ）に対して補正されたチップの配列マ
ップ（ショットアドレス表）を作成する。この配列マッ
プは例えばチップＣ0 に対しては位置（Ｆｘ0 ，Ｆｙ0
）、チップＣ1 に対しては位置（Ｆｘ1 ，Ｆｙ1 ）、
・・・・・という具合に、チップの番号に対応して、各
位置データを記憶している。 【００６７】次に主制御装置５０は図３のステップ１０
９において、記憶された配列マップに従ってステップア
ンドリピート方式でステージ３を位置決め（アドレッシ
ング）する。これによってウエハＷＡ上のチップとレチ
クルＲの投影像Ｐｒとが正確に重なり合い、次のステッ
プ１１０でそのチップに投影像Ｐｒを露光（プリント）
する。 【００６８】そしてステップ１１１でウエハＷＡ上の全
チップの露光が完了していないときは、再びステップ１
０９から同様にステップアンドリピート動作を繰り返
す。このステップ１１１でウエハＷＡ上の全チップの露
光が終了したと判断されたら、次のステップ１１２でウ
エハＷＡのアンロードを行ない、一枚のウエハの露光処
理がすべて終了する。 【００６９】以上、本発明の実施例からも明らかなよう
に、ウエハＷＡ上でステップアライメントするチップの
数が多い程、計測精度は向上するが、それだけ計測時間
が増大する。そのため計測時間の短縮化と計測精度の向
上との兼ね合いから、ステップアライメントするチップ
は図５に示したような配置の５つに選ぶことが望まし
い。しかしながら、重ね合わせ露光する回路パターンの
最小線幅がそれほど細くなく（例えば２〜５μｍ）、あ
まり計測精度をあげる必要がない場合等には、ウエハＷ
Ａ上の互いに離れた３つのチップ（例えばＣ0 ，Ｃ6 ，
Ｃ7 ）についてステップアライメント（チップの位置計
測）を行えば十分であり、計測時間はより短縮される。 【００７０】また、ステップアライメントの際、各チッ
プのｘ方向とｙ方向の位置をともに検出するのではな
く、ステップアライメントする複数のチップに付随した
マークＳＸｎの夫々を、Ｘ−ＬＳＡ系のスポット光ＬＸ
Ｓで一括に相対走査（ステージスキャン）して、各チッ
プのｘ方向の位置のみを検出した後、各チップのマーク
ＳＹｎの夫々をＹ−ＬＳＡ系のスポット光ＬＹＳで一括
走査して各チップのｙ方向の位置を検出するようにして
もよい。このようにすると、チップの配列上の同一列又
は同一行に実測すべきチップが複数個存在するときに
は、個々のチップ毎にｘ方向とｙ方向の位置検出をとも
に行うよりも高速な位置計測が期待できる。 【００７１】また主制御装置５０は不図示のキーボード
装置から、ウエハＷＡ上のどのチップについてステップ
アライメントするかを任意に選択するようなデータを入
力するようにすれば、ウエハＷＡの処理条件により変化
する表面状態（特にマーク形状）に対して、よりフレキ
シブルに対応でき、位置計測の精度向上が期待できる。 【００７２】また式（１０），（１１）を使ったオフセ
ット量（Ｏｘ，Ｏｙ）の決定にあたっては、例えばウエ
ハＷＡの中心から指定範囲内にあるチップの位置計測結
果だけを用いるようにしてもよい。その指定範囲として
は例えばウエハＷＡの直径の半分の直径を有する円内に
定めたり、その範囲の大きさをウエハＷＡにチップやマ
ークを形成したときの露光装置（縮小投影型、等倍プロ
ジェクション、プロキシミテイ等のステッパー）の精度
特性に応じて任意に可変したりするとよい。 【００７３】また本実施例では、ウエハＷＡの全チップ
について式（４）を適用して、ステップアンドリピート
方式のアドレッシングを行うようにしたが、ウエハＷＡ
の表面をいくつかの領域（ブロック）に分割し、個々の
ブロック毎に最適なアライメントを行なう、所謂ブロッ
クアライメントにおいても全く同様に式（４）を適用す
ることができる。 【００７４】例えば図５において、配列座標αβの各象
現内に位置する４つのチップと、図示の５つのチップＣ
0，Ｃ3，Ｃ6，Ｃ7，Ｃ8との計９つのチップについてス
テップアライメントを行なって、各チップの位置の実測
値を検出した後、配列座標αβの各象現毎に式（１
０），（１１），（１４）〜（１７）を使って誤差パラ
メータＡ，Ｏを決定し、さらに式（４）を使って、位置
（Ｆｘｎ，Ｆｙｎ）を算出するようにする。 【００７５】例えば配列座標のαβの第１象現のブロッ
クについては、第１象現内の１つのチップと、チップＣ
3，Ｃ6，Ｃ7との４つのチップの実測値を使って式
（４）を決定し、第２象現内のブロックについては第２
象現内の１つのチップとチップＣ0，Ｃ3，Ｃ7との４つ
のチップの実測値を使って式（４）を決定する。そし
て、実際の露光のときは、各ブロック毎に決定された式
（４）からのショット位置（Ｆｘｎ，Ｆｙｎ）に基づい
て、ウエハＷＡ上のチップを投影像Ｐｒと位置合せす
る。 【００７６】このようにすると、ウエハ上での非線形要
素による位置検出、位置合せの不良が低減するととも
に、従来のブロックアライメントとは異なり、平均化要
素を残したままブロック化できるので、各ブロック内で
の重ね合せ精度がどのチップでもほぼ平均しているとい
う利点がある。そればかりでなく、ステッパー以外の露
光装置、特にミラー投影露光装置との混用の際にも大き
な利点を得ることができる。 【００７７】一般にミラー投影露光装置で焼かれたウエ
ハのチップ配列は、湾曲していることが多い。そこでス
テッパーにより、そのウエハに重ね合せ露光を行なう場
合（混用；ミックス・アンド・マッチ）、上記のような
ブロックアライメントを行なえば、各ブロック内ではチ
ップ配列の湾曲が無視できる程、小さくなるため、ウエ
ハ全面に渡って極めて重ね合せ精度の高い焼き付けが可
能となる。 【００７８】以上、本発明の実施例に好適な露光装置に
おいては、レーザのスポット光をウエハＷＡ上のマーク
に照射して、マーク（チップ）の位置を検出したが、ス
ポット光をウエハＷＡ上で単振動させたり、等速直線走
査させたりするアライメント系、又はレチクルＲ上のマ
ークとウエハＷＡ上のマークとを、レチクルＲの上方に
配置した顕微鏡対物レンズを介して観察（検出）して位
置合せを行なう、所謂ダイ・バイ・ダイアライメント光
学系を使った露光装置でも全く同様に実施できる。 【００７９】この場合、ダイ・バイ・ダイアライメント
時にレチクルＲを位置合せのためにｘ，ｙ方向に微動さ
せないものとすれば、レチクルＲ上のマークの投影像
が、本実施例のスポット光ＬＸＳ，ＬＹＳに相当するこ
とになる。またレチクルＲを微動させる方式のもので
は、まずレチクルＲを原点位置に正確に合せて設定す
る。そして複数のチップのステップアライメント（実
測）の際、配列設計値にしたがってステージをステッピ
ングさせた後、レチクルＲのマークと実測すべきチップ
のマークとが所定の位置関係になるようにレチクルＲを
微動し、レチクルＲの原点からのｘ，ｙ方向への移動量
を検出することによって、そのチップの位置の実測値
（Ｈｘｎ，Ｈｙｎ）を算出することができる。 【００８０】また本実施例ではオフセット量（Ｏｘ，Ｏ
ｙ）を別に単独に求めるようにして演算処理の簡素化を
計ったが、式（９）のアドレス誤差Ｅを最小にするよう
な誤差パラメータＡ，Ｏを厳密な演算処理によって算出
してもよいことは言うまでもない。尚、本発明は縮小投
影型の露光装置に限らず、ステップアンドリピート方式
の露光装置、例えば等倍の投影型ステッパーやプロキシ
ミテイタイプのステッパー（Ｘ線露光装置）等に広く応
用できるものである。また露光装置以外でも半導体ウエ
ハや複数のチップパターンを有するフォトマスク等を検
査する装置（欠陥検査、プローバ等）でチップ毎にステ
ップアンドリピート方式で検査視野やプローブ針等の基
準位置に位置合せするものにおいても、同様に本発明を
実施することができる。 【００８１】 【発明の効果】以上本発明によれば、ウエハ等の基板上
の複数のチップパターン（ショット領域）のすべてに対
して、位置合せの誤差が平均的に小さくなり、１枚の感
光基板から取れる良品チップの数が多くなり、半導体素
子の生産性を向上させることができる。 【００８２】また基板上の複数のショット領域のそれぞ
れを回路パターン像に対して位置合わせする際は、幾つ
かのショット領域の実測位置情報を使って算出されたア
ライメント位置に基づいて基板の位置合わせを行うの
で、基板上の各領域毎に位置情報を実測して位置合わせ
を行う方法よりもスループットが高くなるといった特徴
がある。 【００８３】また幾つかのショット領域の実測位置情報
と設計位置情報とを用いた演算を行って、各ショット領
域の実際の露光位置（アライメント位置）と設計位置情
報との関係を定める誤差パラメータＡを決定している
が、実測のときに発生する機械的、又は電気的なランダ
ムな誤差が演算によって平均化されることになるため、
誤差パラメータＡはそのようなランダム成分の影響を受
けにくいといった利点もある。 【００８４】更に、本願では誤差パラメータを算出する
際に、設計位置情報と実測位置情報とを演算因子として
同時に用いているので、誤差パラメータを一発で求める
ことができ、誤差パラメータの演算過程において誤差が
のる可能性は、例えば該誤差パラメータを段階的な演算
処理により求めるものに比して遙かに小さい。そしてそ
の処理速度も速くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に好適な縮小投影型露光装置の
概略的な構成を示す斜視図である。 【図２】図１の装置におけるアライメント系の各検出中
心の位置関係を示す平面図である。 【図３】本発明の位置合せ方法を使った全体的な動作手
順を表わすフローチャート図である。 【図４】図１の装置を使って、位置合せ、及び露光する
のに好適なウエハの平面図である。 【図５】ステップアライメントするチップの位置を示す
ウエハの平面図である。 【主要部分の符号の説明】 ＷＡ・・・ウエハ、 ＣＰ，Ｃｎ・・・チップ、 αβ・・・配列座標、 １０３，１０４・・・ステップアライメントによる実測
工程 １０７・・・誤差パラメータを決定する工程、 １０８，１０９，１１０，１１１・・・補正された実際
のチップ配列座標に沿ってステップアンドリピート方式
で位置決めする工程。
概略的な構成を示す斜視図である。 【図２】図１の装置におけるアライメント系の各検出中
心の位置関係を示す平面図である。 【図３】本発明の位置合せ方法を使った全体的な動作手
順を表わすフローチャート図である。 【図４】図１の装置を使って、位置合せ、及び露光する
のに好適なウエハの平面図である。 【図５】ステップアライメントするチップの位置を示す
ウエハの平面図である。 【主要部分の符号の説明】 ＷＡ・・・ウエハ、 ＣＰ，Ｃｎ・・・チップ、 αβ・・・配列座標、 １０３，１０４・・・ステップアライメントによる実測
工程 １０７・・・誤差パラメータを決定する工程、 １０８，１０９，１１０，１１１・・・補正された実際
のチップ配列座標に沿ってステップアンドリピート方式
で位置決めする工程。
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/027
G03F 7/20
G03F 9/00
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．回路素子を形成すべき基板上に設計位置情報に従っ
て予め規則的な配列で形成された複数のショット領域の
各々と、重ね合わせ露光すべき回路パターンの像とを相
対的にアライメントし、前記回路パターン像を前記ショ
ット領域の各々に順次転写することによって前記ショッ
ト領域内に回路パターンを形成する方法において、 （ａ）前記基板上の複数のショット領域のうち互いに隣
り合わない３以上のｎ個のショット領域をアライメント
ショット領域として設定し、該ｎ個のアライメントショ
ット領域の各々に付随したアライメントマークを順次検
出することによって、前記ｎ個のアライメントショット
領域の各々のＸ、Ｙ方向の実測位置情報を計測する段階
と、 （ｂ）前記基板上の複数のショット領域の位置に関する
情報であり且つ前記回路パターン像の露光時に用いられ
る情報と、該複数のショット領域の設計位置情報との関
係がＸ方向とＹ方向とに関して２次元の誤差パラメータ
行列で規定されるものとしたとき、該誤差パラメータ行
列内の各要素の値を、前記ｎ個のアライメントショット
領域の各々の設計位置情報と実測位置情報とを演算因子
として同時に用いた近似演算処理によって算出する段階
と、 （ｃ）前記算出された誤差パラメータ行列の各要素の値
に基づいて前記基板上の複数のショット領域の各々と前
記回路パターン像との相対的なアライメント位置を前記
設計位置情報に対する補正演算により算出し、該補正さ
れたアライメント位置において前記重ね合わせ露光を行
う段階とを含むことを特徴とする回路パターンの形成方
法。 ２．基板上に設計位置情報に従って予め規則的な配列で
形成された複数のショット領域の各々に回路パターンの
像を順次転写することによって前記ショット領域内に回
路パターンを形成する方法において、 （ａ）前記複数のショット領域のうち互いに隣り合わな
い３以上のｎ個のショット領域をアライメントショット
領域とし、該ｎ個のアライメントショット領域の各々に
付随したアライメントマークを順次検出して、前記ｎ個
のアライメントショット領域の各実測位置情報を計測す
る段階と、 （ｂ）前記基板上の複数のショット領域の位置に関する
情報であり且つ前記回路パターン像の露光時に用いられ
る情報と、該複数のショット領域の設計位置情報との関
係を規定する誤差パラメータ行内の各要素の値を、前記
ｎ個のアライメントショット領域の各々の設計位置情報
と実測位置情報とを演算因子として同時に用いた近似演
算処理によって算出する段階と、 （ｃ）前記算出された誤差パラメータ行列の各要素の値
に基づいて前記ショット領域と前記回路パターン像との
相対的なアライメント位置を前記設計位置情報に対する
補正演算により算出する段階とを含むことを特徴とする
回路パターンの形成方法。 ３．回路素子を形成すべき基板上に設計位置情報に従っ
て予め規則的な配列で形成された複数のショット領域の
各々と、重ね合わせ露光すべき回路パターンの像とを相
対的にアライメントし、前記回路パターン像を前記ショ
ット領域の各々に順次転写することによって前記ショッ
ト領域内に回路パターンを形成する露光装置において、 （ａ）前記基板上の複数のショット領域のうち互いに隣
り合わない３以上のｎ個のショット領域をアライメント
ショット領域として設定し、該ｎ個のアライメントショ
ット領域の各々に付随したアライメントマークを順次検
出することによって、前記ｎ個のアライメントショット
領域の各々のＸ、Ｙ方向の実測位置情報を計測する計測
手段と、 （ｂ）前記基板上の複数のショット領域の位置に関する
情報であり且つ前記回路パターン像の露光時に用いられ
る情報と、該複数のショット領域の設計位置情報との関
係がＸ方向とＹ方向とに関して２次元の誤差パラメータ
行列で規定されるものとしたとき、該誤差パラメータ行
列内の各要素の値を、前記ｎ個のアライメントショット
領域の各々の設計位置情報と実測位置情報とを演算因子
として同時に用いた近似演算処理によって算出する算出
手段と、 （ｃ）前記算出された誤差パラメータ行列の各要素の値
に基づいて前記基板上の複数のショット領域の各々と前
記回路パターン像との相対的なアライメント位置を前記
設計位置情報に対する補正演算により算出し、該補正さ
れたアライメント位置において前記重ね合わせ露光を行
う制御手段とを有することを特徴とする露光装置。 ４．基板上に設計位置情報に従って予め規則的な配列で
形成された複数のショット領域の各々に回路パターンの
像を順次転写することによって前記ショット領域内に回
路パターンを形成する露光装置において、 （ａ）前記複数のショット領域のうち互いに隣り合わな
い３以上のｎ個のショット領域をアライメントショット
領域とし、該ｎ個のアライメントショット領域の各々に
付随したアライメントマークを順次検出して、前記ｎ個
のアライメントショット領域の各実測位置情報を計測す
る計測手段と、 （ｂ）前記基板上の複数のショット領域の位置に関する
情報であり且つ前記回路パターン像の露光時に用いられ
る情報と、該複数のショット領域の設計位置情報との関
係を規定する誤差パラメータ行列内の各要素の値を、前
記ｎ個のアライメントショット領域の各々の設計位置情
報と実測位置情報とを演算因子として同時に用いた近似
演算処理によって算出する算出手段と、 （ｃ）前記算出された誤差パラメータ行列の各要素の値
に基づいて前記ショット領域と前記回路パターン像との
相対的なアライメント位置を前記設計位置情報に対する
補正演算により算出する制御手段とを有することを特徴
とする露光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11179472A JP3042529B2 (ja) | 1999-06-25 | 1999-06-25 | 回路パタ―ン形成方法、及び露光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11179472A JP3042529B2 (ja) | 1999-06-25 | 1999-06-25 | 回路パタ―ン形成方法、及び露光装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8327417A Division JP2967974B2 (ja) | 1996-12-09 | 1996-12-09 | 回路パターンの形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000031051A JP2000031051A (ja) | 2000-01-28 |
| JP3042529B2 true JP3042529B2 (ja) | 2000-05-15 |
Family
ID=16066452
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11179472A Expired - Lifetime JP3042529B2 (ja) | 1999-06-25 | 1999-06-25 | 回路パタ―ン形成方法、及び露光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3042529B2 (ja) |
-
1999
- 1999-06-25 JP JP11179472A patent/JP3042529B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000031051A (ja) | 2000-01-28 |
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|---|---|---|---|
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