JPH0140492B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ステツプアンドリピート方式で複数
のパターンが形成されたウエハ等の物体を処理装
置に対して位置合わせする方法に関し、特にステ
ツプアンドリピート方式の露光装置に好適なアラ
イメント方法に関する。

一般に、LSI等を製造する露光装置を用いてウ
エハ上にレチクルの回路パターンを転写する場
合、ウエハ上にそれまで転写された回路パターン
と、新たに転写する回路パターンの位置合わせが
必要となる。特に縮小投影型露光装置で、ウエハ
の位置合わせをするための装置、いわゆるアライ
メント装置には、従来より以下のようなものが知
られている。２本のアライメント光学系を縮小投
影レンズ系とは別に設けておく。この２本のアラ
イメント光学系の光軸の距離に対応して、ウエハ
上に２つのアライメントマークXYマークとθマ
ークとを設定するようにする。

そして、２本のアライメント光学系がそれぞれ
XYマーク、θマークを検出するように、構成さ
れている。尚、XYマークは十字型で、ウエハの
Ｘ方向とＹ方向のアライメントに用いる。この
XYマーク、θマークはウエハ上左右に最も離れ
るように配置されている。一般にステツプアンド
リピート方式ではXYマークとθマークの両方
が、転写される全てのチツプ領域の各々存在す
る。この様子を第１図に示す。ウエハW₁には第
１回目の露光で、転写されたチツプパターン１と
XYマーク２及びθマーク４が形成される。そし
てアライメントは、例えばウエハW₁上の最も左
側のチツプのXYマーク２と、最も右側のチツプ
のθマーク４を、それぞれ前述の２本のアライメ
ント光学系によつて検出して行なう。

アライメントにおいて、第１には、これら各チ
ツプパターンのXYマーク２又はθマーク４を結
ぶ線分方向と、例えばウエハW₁を載せる干渉計
付ステージの移動方向を平行にするために、ウエ
ハW₁の回転補正が行なわれる。こうして、ウエ
ハ上の特定のチツプパターンから順次、２回目以
降の露光をしていけばよいが、実際には、干渉計
による測定用ビームの位置がアライメント光学系
の光軸からずれているための誤差や、ステージの
ヨーイング等によつて、アツベ誤差を生じる。ま
た、光軸の傾きによつて、回転量は完全には補正
されない。

この様子を、第２図に示す。図中、実線は第１
回目の露光によつて転写されたチツプパターン領
域を表わし、破線は第２回目の露光によるチツプ
パターン領域ａ，ｂ，ｃを表わす。前述のよう
に、アライメント時にアツベ誤差が生じ、ウエハ
を載せたステージを送つて、図中（右）の方向
へ、順次露光していくと、第２回目のチツプパタ
ーン領域ａは第１回目の領域とほぼ一致して、ア
ライメント誤差が最小になるが、その領域から離
れると離れた距離に比例して、アライメント誤差
が大きくなつていく。

このように、アツベ誤差が生じると、ウエハ上
のチツプパターンの配列座標系と、干渉計により
計測されたステージの送り方向の位置座標系が一
致せずに、座標系の回転ずれ、いわゆるウエハロ
ーテーシヨンを生じてしまう欠点があつた。

そこで、まず以下の構成の位置合わせ装置が考
えられる。

即ち、ウエハ上のアライメントマークを検出す
る位置検出手段、すなわち２つのアライメント光
学系が、ステージの送り方向の位置座標を求め
る、直交座標測定手段、すなわち干渉計の測定用
ビームによる直交する２つの測定軸のそれぞれに
対して、２次元移動手段、すなわちステージのヨ
ーイングに対してアツベの条件を満たすように配
置され、原理的には、その２つのアライメント光
学系によつて、２つの測定軸のそれぞれに対応し
て、ウエハ上に設けられたアライメントマークを
検出して、ウエハのアライメントを行なうように
している。さらに、前述のウエハ回転を補正する
ために必要な、別のアライメント光学系、及びそ
のアライメント光学系によつて検出される他のア
ライメントマーク、すなわちθマークが検出され
て、ウエハローテーシヨンの補正を行なう。

この装置は、具体的には、第３図のように構成
されている。

第３図は、上述の装置における、転写用の投影
用レンズL₂、ステージS₂、及びアライメント光
学系W_X，W_Y，W〓の配置をしたものである。尚、
図中座標系Ｘ−ＹのＸ軸、Ｙ軸は干渉計による、
２つの直交する測定用ビームの中心線と一致する
ものとする。そして、２つのアライメント光学系
（例えば光電顕微鏡）W_X，W_Yは、座標系Ｘ−Ｙ
の各軸上にその光軸が直交するように配置され
る。すなわち、従来のような、XYマークを検出
するアライメント光学系を、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向
に分離して、それぞれ配置してある。さらに、ウ
エハ回転を検出するための、他のアライメント光
学系W〓が配置されている。このアライメント光
学系W〓は、Ｘ−Ｙ座標系におけるＹ座標が、ア
ライメント光学系W_YのＹ座標とできるだけ一致
するように配置される。そして、投影レンズL₂、
アライメント光学系W_X，W_Y，W〓は、図のよう
な関係に位置したまま、ウエハを載せたステージ
S₂が座標系Ｘ−ＹのＸ軸、及びＹ軸方向に移動す
る。尚、ステージS₂には、ウエハを回転させるた
めの、回転機構が設けられているが、このことは
従来の装置と同様である。

さて、第３図に示した装置でウエハをアライメ
ントするためには、ウエハ上に予めアライメント
マークを形成しておく必要がある。そこで以下
に、本発明の基礎技術となるアライメント方法に
ついて各工程順に説明する。

(A) マーク検出形成工程 第４図は、第３図で示した装置のステージS₂
に載せるウエハW₂の様子を表わしたものであ
る。このウエハW₂には、第１回目の転写によ
りチツプパターン及びアライメントマークが形
成される。尚、直交座標系ξ−ηは、前述のチ
ツプパターンの配列座標を表わす。そして、座
標系ξ−ηの中心Ｐは、チツプパターン全域に
対する中心点を表わす。

また、第３図で示したアライメント光学系
W_X，W_Y，W〓によつて検出されるアライメン
トマーク３，４，６が、各チツプパターン毎に
付随して印されるが、ここで、アライメントマ
ーク３，４，６をそれぞれＹマーク３、θマー
ク４及びＸマーク６と呼ぶことにする。そし
て、Ｙマーク３とθマーク４を結ぶ線分が前述
の座標系ξ−ηのξ軸と一致し、さらに座標系
ξ−ηのη軸方向に配列したチツプパターンの
Ｘマーク６を結ぶ線分が、η軸と一致する。す
なわち、このようにウエハW₂上の配列座標系
ξ−ηを定めておく。従つて、ウエハW₂のほ
ぼ中央に位置するチツプパターンの、Ｘマーク
６の延長線分と、Ｙマーク３とθマーク４を結
ぶ延長線分の交点が座標系ξ−ηの中心Ｐと一
致する。第４図では、チツプパターンは、ξ軸
上の左右の２つしか示していないが、このよう
なチツプパターンは、ウエハW₂上にマトリツ
クス状に配列されている。

(B) ウエハプリセツト工程 次に、上述のようなウエハW₂を、第３図に
示したステージS₂に載せて、ウエハW₂のオリ
エンテーシヨンフラツトによつてウエハW₂の
ステージS₂に対する粗いアライメントを行なつ
た後、ウエハW₂をステージS₂に固定する。

こうして、第３図に示したアライメント光学
系W_Y，W〓によつて、Ｙマーク３、θマーク４
が同時に検出可能であるが、アライメント光学
系W_Y，W〓のＸ軸方向の間隔は一定であり、所
定の距離を有するので、アライメント光学系
W_Yは、ウエハW₂上のξ軸上、左側に位置する
チツプパターンのＹマーク３を検出し、アライ
メント光学系W〓は、右側に位置するチツプパ
ターンのθマーク４を検出することになる。

以上のように粗くアライメントされてステー
ジS₂に固定されたウエハW₂に対して、第２回
目以降の露光（重ね合わせ露光）を行なう場
合、ステージ送り方向の座標系Ｘ−Ｙと、ウエ
ハW₂のチツプパターンの配列座標系ξ−ηと
の相対的な回転ずれが生じないように、ウエハ
W₂の回転補正を行なう。すなわち、ステージ
送りのＸ軸と配列方向のξ軸を平行に、同時に
Ｙ軸とη軸も平行にする必要があるわけだが、
上述の粗いアライメントの時点でその状態を達
成することは実際には難しい。そこで、ウエハ
W₂の回転補正は、以下のように行なう。

(C) ウエハ回転補正工程 まず、第１のアライメント光学系W_Yでウエ
ハW₂上、左に位置するチツプパターンのＹマ
ーク３を検出（顕微鏡の観察中心に設定）しつ
つ、右に位置するチツプパターンのθマーク４
がアライメント光学系W〓で検出（（顕微鏡の観
察に中心に設定）できるように、ウエハW₂を
回転させる。そして、アライメント光学系W_Y，
W〓の夫々がＹマーク３、θマーク４を中心で
とらえたとき、Ｙマーク３の座標系Ｘ−Ｙにお
けるＹ座標を、干渉計からY₁として計測する。

以上によつてウエハW₂の回転誤差は補正さ
れるが、それでも極微小量の回転誤差分が残存
する。そこで以下のようにして残存する回転誤
差量を計測する。

(D) 回転ずれ計測工程 次にステージS₂を、先に計測したＹ座標値
Y₁の状態でＸ軸方向に移動させて、アライメ
ント光学系W_Yによつてθマーク４を検出する。
θマーク４の座標系Ｘ−ＹにおけるＹ座標を干
渉計によつて、Y₂として計測する。

このようにしてＹマーク３とθマーク４の位
置は、アツベ誤差のないアライメント光学系
W_Yによつて検出されるので、きわめて正確に
計測される。そこでウエハW₂上に設定したチ
ツプパターン配合の座標系ξ−ηと、ステージ
送り方向の座標系Ｘ−Ｙの回転ずれ（残存回転
誤差量）δは次式で表わされる。

δ＝Y₂−Y₁／YL₂ ここでYL₂は、ウエハ上の左側のチツプに付
随したＹマーク３の中心点と右側のチツプに付
随したθマーク４の中心点とのｘ（ξ）方向の
間隔、すなわち、ステージの送り量である。

さらに、Ｘマーク６の位置検出はステージS₂
を移動して、アライメント光学系W_Xによつて
行なう。以上の動作により、ウエハW₂の回転
ずれδは、正確に計測される。この回転ずれδ
は本来極めて小さな値であるが、ウエハW₂上
の複数のチツプパターンをステツプアンドリピ
ート方式で順次露光する際、ステージS₂をその
ままＸ軸方向、Ｙ軸方向にステツプ移動させた
だけでは許容できない重ね合わせのずれが生じ
る。

そこで特定のチツプパターンから、第２回目
以降のパターンを、順次重ね焼きしていく時
に、この回転ずれδに応じて、ステージS₂の送
り位置を補正するようにすればよいことにな
る。

以下、重ね焼きの際に実行されるステージS₂
の送り位置の補正について説明する。

(E) 回転ずれ計測工程 ステージS₂の送り位置の補正とは、座標系Ｘ
−Ｙを座標系ξ−ηに変換するように、ステー
ジを送ることに他ならない。このような座標系
の変換を露光座標軸の回転と呼ぶ。

一般に、直交座標系の変化は以下の式によつ
て行なわれる。

X₀＝ξ₀cosδ−η₀sinδ Y₀＝ξ₀sinδ＋η₀cosδ この様子を第５図に示す。上式は、原点０を
変えずに、直交座標系ξ−ηから直交座標系Ｘ
−Ｙに移る場合の変換式である。

ここで、η₀とξ₀は、座標系ξ−ηにおける特
定のチツプの配列座標（ξ₀、η₀）を表わし、
X₀とY₀は座標系におけるステージによる送り
の位置座標（X₀、Y₀）を表わす。従つて、ス
テージに対してウエハの回転ずれδが残つてい
る場合、ステージは、配列座標（ξ₀、η₀）に対
して、原点０からは上記式で演算される位置座
標（X₀、Y₀）に移動させればよいことになる。

以上のように、工程(A)、(B)、(C)、(D)、(E)を含む
本発明の基礎となる位置合わせ方法によれば、ウ
エハの回転ずれは、アツベ誤差なしに計測された
回転ずれδによつて補正されるので、きわめて正
確な位置合わせが可能となる。しかしながら、こ
のようにウエハローテーシヨンの補正を行なつて
も、投影されるチツプパターン毎の、回転ずれ
（チツプローテーシヨンと呼ぶ。）が生じることも
ある。このことを第６図に示す。

第６図で、座標系Ｘ−Ｙは、ステージの送りに
よる位置を表わし、座標系ξ−ηは、チツプパタ
ーンの配列座標を表わす。尚、図中、チツプパタ
ーンはウエハW₂上の特定の２つだけを示す。前
述のように、ウエハW₂上の左側のチツプパター
ンのＹマーク３と、右側のチツプパターンのθマ
ーク４を検出して、座標系Ｘ−ＹのＸ軸に対する
座標系ξ−ηのξ軸の傾き（回転ずれ）をδを計
測するわけであるが、転写パターンを描画したレ
チクル上においては、このＹマーク３、θマーク
４は、同一のものとは限定されない。そこで、レ
チクルに回転ずれ、すなわちレチクルローテーシ
ヨンがあると、ウエハW₂上には、ローテーシヨ
ンを伴つてチツプパターンが転写される。また、
投影レンズに倍率及びデイストーシヨン誤差が存
在すると、Ｙマーク、θマークは、互いに誤差を
持つて投影され、ウエハW₂の回転補正における
誤差にもなつた。第６図において、レチクルロー
テーシヨン等が存在すると、ウエハW₂の回転ず
れδ以外に、チツプローテーシヨンによる誤差
Δδが存在する。このことを、第７図に示す。第
７図は、ウエハW₂上のチツプローテーシヨンの
みを表わしている。左側のチツプパターン上のＹ
マーク３の中心から右側のチツプパターン上のθ
マーク４の中心までの距離をＬとすると、Ｙマー
ク３とθマーク４の誤差Δδによつて、左側チツ
プパターンから右側チツプパターンまでのウエハ
の回転量検出誤差Ｅは、Ｅ＝Δδ／Ｌとなる。

そこで、左側チツプパターンの位置を基準にし
て、ウエハW₂面上の任意のチツプパターンの位
置を、前述のウエハローテーシヨンによる露光座
標軸の回転補正（送り補正工程）をして露光を行
なつていつても、基準としたチツプパターンから
距離Ｌだけ離れたチツプパターンにおいては、誤
差Δδ＝Ｅ・Ｌがそのまま残ることになる。この
ことは、高精度の位置決めを要求される縮小投影
型の露光装置においては、欠点となる。また、ア
ライメント光学系で、Ｙマーク、θマークを別々
に見る場合、ウエハ凹凸が存在すると、アライメ
ント光学系の傾斜等による横ずれ誤差（サイン誤
差）によつて、精度劣下の原因ともなつていた。

そこで本発明は、露光装置等の２次元移動ステ
ージを有する処理装置を用いた位置合わせ方法に
おいて、ウエハ回転補正を迅速に、かつ精密に行
なうとともに、ウエハ上のチツプローテーシヨン
による誤差等を除去した位置合わせ方法を得るこ
とを目的とする。

この目的を達成するために、本発明では上述の
基礎技術を前提として、基本的に２段階の回転補
正を行なうようにした。その第１段は、複数のチ
ツプパターンを有する基板（ウエハ）上の２ケ所
に設けられたＹマークとθマークとが、それぞれ
専用のマーク検出手段（アライメント光学系W_Y，
W〓）によつて検出されるようにウエハを実際に
回転させること（本発明の第３工程であつて、基
礎技術のウエハ回転補正工程に相当する）であ
る。そして第２段は、この回転補正によつて残存
した回転誤差量を、２つのマーク検出手段のうち
の一方（アライメント光学系W_Y）を用いてウエ
ハ上の２ケ所に形成されたＹマークの各位置を計
測することによつて求め（第４工程）、ウエハを
２次元移動させるステージのＸ及びＹ方向の送り
位置を、残存回転誤差量に応じて補正する（本発
明の第５工程であつて、基礎技術の送り補正工程
に相当する）ことである。

このような２段階の回転補正を行なうことによ
り、第１段階では迅速な回転補正が可能となり、
第２段階では２ケ所のＹマークで計測した回転誤
差量に基づいて、実際の位置合わせの時に等価的
に回転補正が行なわれるようにステージのＸ、Ｙ
座標値を補正するため、レチクル等の回転誤差、
投影レンズの倍率誤差、あるいはウエハ等の第１
物体上のチツプパターンのローテーシヨン誤差等
の影響がなく、より精密な位置合わせが達成され
る。

次に、これを実施例で説明する。

第８図は、ウエハW₂上の２ケ所のチツプパタ
ーンと、それに付随したアライメントマークのう
ちのＹマーク、θマークを代表して示したもので
ある。前述の基礎技術で説明したように、一般に
縮小投影型露光装置において、ウエハアライメン
トマークは、レチクル上に作られ、第１回目の露
光によつてウエハ上に転写される。

従つて、本実施例でも基礎技術で説明したマー
ク形成工程を、本発明の第１工程として実施し、
同様のＹマーク、θマークをウエハ上に形成す
る。次にそのウエハを基礎技術と同様のウエハプ
リセツト工程、すなわち本発明の第２工程によつ
てステージS₂上に粗くアライメントして載置す
る。次に、基礎技術で説明したウエハ回転補正工
程を、本発明の第３工程として全く同様に実行す
る。

先にも説明したように、投影レンズ外で、ウエ
ハ上のアライメントマークを検出して位置合わせ
するアライメント装置、所謂Off−Axis方式のア
ライメント装置では、アライメント光学系の各距
離が固定されている。従つて、前述のウエハロー
テーシヨンに対する補正を行なうために、第１回
目の露光用のレチクル内には、Ｙマークの延長線
分と平行、若しくは一致する方向に延びたθマー
クが入れられる。そこで第８図において、ウエハ
W₂上の左側チツプパターンのＹマーク３は、例
えばこの様な位置合わせ装置におけるアライメン
ト光学系W_Yで、右側チツプパターンのθマーク
４は、同様にアライメント光学系W〓で同時に観
察して、それぞれの観察中心にＹマーク３、θマ
ーク４がくるように、ウエハW₂を回転機構によ
り回転して、ステージに固定する。その後、前述
のようにアライメント光学系W_Yを用いて、ウエ
ハW₂上の左側のチツプパターンに位置するＹマ
ーク３の座標位置Y₁が計測される。

以上の動作が、本発明の第３工程であるが、そ
の後引き続き、基礎技術で説明したような回転ず
れ計測工程と類似した残存回転誤差の計測を本発
明の第４工程として実行する。その際本発明にお
いては、基礎技術で説明したのと異なり、干渉計
付ステージを、その左側チツプパターンとウエハ
W₂上の右側に位置するチツプパターンとの間で
平行に走らせて、アライメント光学系W_Yが右側
チツプパターンのθマーク４ではなくＹマーク５
を観察するようにする。そこで、Ｙマーク３の中
心からＹマーク５までの距離（ステージの送り
量）をD₁として、前述のように、アライメント
光学系W_Yで検出したＹマーク３の位置をY₁、Ｙ
マーク５の位置をY₂とすると、ステージの送り
位置座標系Ｘ−Ｙと、ウエハW₂上のチツプパタ
ーンの配列座標系ξ−ηとの回転ずれδは、δ＝
（Y₂−Y₁）／D₁と表わせる。

このように、レチクル上では同一のＹマーク
を、ウエハW₂上のＹマーク３、Ｙマーク５とし
て検出しているので、レチクル製造時、レチクル
アライメント時に生じる誤差、及び投影レンズの
影響により誤差は存在しない。

次に第９図により、以上のようにして計測され
たウエハW₂の回転ずれδを用いて、ウエハロー
テーシヨン補正した露光動作すなわち本発明の第
５工程（基礎技術で説明した送り補正工程）を説
明する。

図中、ｘ−ｙ座標系は、便宜上定めたものであ
り、実際には、例えば投影レンズ８の光軸中心
（処理中心位置）LAを原点とした前述の如き、ス
テージ送りの位置座標系Ｘ−Ｙと一致させてもよ
い。

ウエハW₂上の各チツプパターンには、Ｙマー
ク、Ｘマーク、θマークがそれぞれ存在する。こ
こで、前述のように、ウエハW₂のチツプパター
ンの配列を座標系ξ−ηで表わし、ξ軸とη軸の
交点Ｐは、ウエハW₂の中央に位置するチツプ１
１の、Ｙマークの延長線分とＸマーク６の延長線
分の交点に等しく定める。また、η軸は、Ｘマー
ク６の延長線分と一致するものとする。さらに座
標系ｘ−ｙと座標系ξ−ηが前述の計測より回転
ずれδだけ、回転しているものとする。尚、座標
系ｘ−ｙにおいて、投影レンズの中心LAの位置
を（XL、YL）、ξ軸上の左側のチツプ１０のＹ
マーク３の位置を（X₁、Y₁）、中央のチツプ１１
のＸマーク６の位置を（X₀、Y₀）、右側のチツプ
１２のＹマーク５の位置を（X₂、Y₂）とする。

そこで点Ｐから中心LAまでの距離（x₀、y₀）
を求めてみると、 x₀＝X₀−XL ただし、δ＝（Y₂−Y₁）／D₁ y₀＝Y₁＋δDy−YL 尚、Dyは、座標系ξ−ηのη軸からチツプ１
０のＹマーク３までの座標系ｘ−ｙにおける距離
である。（Dy＝X₀−X₁）こうして、点Ｐから投
影レンズ８の中心LAまでの距離（x₀、y₀）が求
まると、この値を用いて、中心LAからウエハW₂
上の各チツプまでの距離（x₁−y₁）が求められ
る。今、第９図のように、任意のチツプ１３まで
の距離、具体的には、チツプ１１の点Ｐと合同な
位置の点P′までの距離を求めるものとする。そこ
で点P′の座標系ξ−ηにおける位置を（ξ、η）
とする。

まず、この位置（ξ、η）を、点Ｐを基準した
座標系Ｘ−Ｙにおける距離に変換する。これは、
前述の座標系を変換する式によつて行なわれる。
さらに、点Ｐから中心LAまでの距離（x₀、y₀）
によつて、求める距離（x₁、y₁）は、 x₁＝x₀＋（ξcosδ−ηsinδ） y₁＝y₀＋（ξsinδ＋ηcosδ）となる。

ここで、実際には、δは極めて小さいため、
sinδ＝δ、cosδ＝１とできる。

そこで上式は以下のようになる。

x₁＝x₀＋（ξ−ηδ） y₁＝y₀＋（η＋ξδ） また、座標系ξ−ηにおいて、点Ｐを中心に、
チツプのアドレスを定める。すなわち、チツプ１
１を（０、０）として、このチツプ１１から何番
目に位置しているかを、アドレス（ｎ、ｍ）とし
て表わす。例えば第９図中、チツプ１１の右隣り
に位置するチツプはアドレス（１、０）、チツプ
１１の真下に位置するチツプはアドレス（０、−
１）となる。従つて、アドレス（ｎ、ｍ）は、
ｎ、ｍ＝０、±１、±２…と表わされる。また、チ
ツプの大きさを（ΔX、ΔY）とすれば、アドレ
ス（ｎ、ｍ）に対応して、配列座標（すなわち、
実際にステージを送つて露光する座標）は、（ξ、
η）＝（ｎ・ΔX、ｍ・ΔY）と表わされる。そこ
で、ステツプアンドリピート露光時に、（ξ、η）
ずつステージを送つて、上述の式で補正される位
置でチツプ毎の露光を行えばよい。前記の距離
（x₁、y₂）を求める式においてウエハの全体とし
ての回転ずれδを補正しても、それぞれの露光装
置位置においては、ΔX・δとΔY・δのオフセ
ツトが残る。

前記手法によりウエハのアライメント精度は向
上するが、ウエハはテーパを持つているためウエ
ハステージ上では完全水平ではなく、またウエハ
は１回、２回と露光されるたびごとのエツチング
処理や熱処理等により変形が発生する。そのため
ウエハ全面で数μｍ以上の凹凸差を生じることが
ある。また、アライメント光学系、例えば顕微鏡
は焦点深度の方向に調整誤差による微小傾斜を伴
つて装置へ取付けられることが多い。このような
条件下で例えば前述のＹマーク３とθマーク４
（またはＹマーク５でも同様である）の位置Y₁、
Y₂を計測する場合、その値に誤差を含むことに
なる。従つて、前述の位置Y₁、Y₂を計測する際
にオートフオーカス機構を使用して、アライメン
ト光学系W_Yがアライメントマークを検出するた
びに、そのマークに合焦するように、例えばステ
ージを上下動させるようにする。このことによ
り、位置Y₁、Y₂は正確に計測される。このこと
を第１１図により説明する。第１１図で、ウエハ
の表面が、ステージの移動方向に対して、図のよ
うに傾斜していて、Ｙマーク３とθマーク４（又
は、Ｙマーク５でも同様である。）に高低差Δw
が存在するものとする。又、アライメント光学系
W_Yは、ステージの移動方向に直交する方向に、
αだけ傾いているものとする。尚、ここでＹマー
ク３とθマーク４の距離（ステージ送り量）は、
Ｌとする。そこで、前述のように、アライメント
光学系W_YでＹマーク３を検出した後、ステージ
を矢印の方向へ移動して、θマーク４（又はＹマ
ーク５）を検出する。このとき、アライメント光
学系W_Yは、θマーク４（又はＹマーク５）をＹ
マーク３と同一に検出するが、Δwによる誤差
ΔLを生じる。

ΔL＝Δw・αで表わされ、例えばΔw＝5μm、
α＝1/100とすると、ΔL＝5/100μｍとなる。こ
の誤差を除去するためにこの装置にオートフオー
カス機構、たとえば、ステージを上下動して、ア
ライメント光学系の焦点位置を常に一定に持つよ
うな機構を設ける。そして、上述と同様にＹマー
ク３とθマーク４（又はＹマーク５）の位置Y₁、
Y₂を計測する。今、アライメント光学系W_YがＹ
マーク３に合焦しているものとすると、次にステ
ージを送つて、アライメント光学系W_Yがθマー
ク４（又はＹマーク５）を検出する場合、ステー
ジはθマーク４（又はＹマーク５）に合焦するた
めに、Ｙマーク３の高さとθマーク４の高さの
差、すなわちステージΔwだけ降下する。すなわ
ち、アライメント光学系W_Yは、常に同じ高さの
マークを検出することになる。従つて、傾きαに
よる影響は理論的にはなくなる。

ここで、オートフオーカスの精度を±0.5μｍと
すれば、α＝1/100、Δw＝5μｍにおける従来の
誤差ΔL＝5/100μｍは±5/1000μｍになり、実用
上、十分無視できる量となる。

以上のように、本発明によれば、ウエハ等の物
体上にステツプアンドリピート方式で復数の回路
パターン等が形成されたときに、ウエハ上の各パ
ターンが配列座標系に対して回転（チツプローテ
ーシヨン）していたとしても、その影響は受ける
ことなく高精度に、ウエハ全体の送り座標系に対
する残存回転（ウエハローテーシヨン）を計測す
ることができる。更にステツプアンドリピート方
式の投影型露光装置でウエハ上にパターンやアラ
イメントマークを形成する場合、レチクルの回転
等に起因に誤差、投影光学系のデイストーシヨ
ン、倍率エラー等による誤差を除去して高精度に
ウエハローテーシヨン量を計測することができ、
位置合わせ精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の位置合わせ方法でアライメン
トされるウエハ上のチツプパターンの配置図、第
２図は、従来の位置わせ方法による誤差を説明す
る図面、第３図は、本発明の実施例による位置合
わせ方法を実施するのに好適なアライメント光学
系の配置図、第４図は第３図に示した装置でアラ
イメントされるウエハの正面図、第５図は、直交
座標系の変換を説明する図面、第６図及び第７図
は、第４図で示したウエハによるウエハローテー
シヨン誤差を説明する図面、第８図、第９図は、
第４図に示したウエハによるアライメントを改良
したウエハローテーシヨン誤差の補正を説明する
図面、第１０図は、本発明の実施例において、オ
ートフオーカス機構によりアライメントする場合
の説明図である。 〔主要部分の説明〕、３，５……Ｙマーク、４
……θマーク、６……Ｘマーク、W₂……ウエハ、
１０，１１，１２……チツプパターン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ステツプアンドリピート方式により所定の配
   列座標系ξ−ηに従つて複数のほぼ同一寸法のパ
   ターンが形成された第１物体を処理装置の２次元
   移動ステージに保持し、該移動ステージの送り座
   標系Ｘ−Ｙと前記配列座標系ξ−ηとの相対的な
   回転ずれを補正し、前記配列座標系ξ−ηで規定
   された前記パターンの位置と前記送り座標系Ｘ−
   Ｙの位置とを対応付ける位置合わせ方法におい
   て、 前記第１物体上に前記複数のパターンを形成す
   る際、前記配列座標系ξ−ηの配列軸ξに沿つて
   並ぶ前記複数のパターンの夫々に付随して、前記
   配列軸ξ方向に所定間隔だけ離されたＹマークと
   θマークの２つを形成する第１工程と； 第２つのマークが形成された第１物体を、前記
   送り座標系Ｘ−Ｙと配列座標系ξ−ηとを粗くア
   ライメントして前記移動ステージ上に固定する第
   ２工程と； 前記送り座標系Ｘ−Ｙで規定された前記処理装
   置の処理中心位置に対して予め定められた２ケ所
   の夫々に検出中心を有し、該検出中心を前記送り
   座標系Ｘ−ＹのＸ軸方向に一定間隔YL₂だけ離し
   て固定された２つのマーク検出手段を使つて、前
   記第１物体上の配列軸ξに沿つて互いに離れた２
   ケ所の前記パターンのうちの一方のパターンに付
   随した前記Ｙマークを前記送り座標系Ｘ−ＹのＹ
   軸方向について前記一方のマーク検出手段の検出
   中心と合わせ、該２ケ所の前記パターンのうちの
   他方のパターンに付随した前記θマークを前記Ｙ
   軸方向について前記他方のマーク検出手段の検出
   中心と合わせるために前記移動ステージ上の第１
   物体を回転補正する第３工程と； 該回転補正の後、前記第１物体上の配列軸ξ方
   向に間隔D₁だけ離れた２ケ所に位置する前記パ
   ターンの夫々に付随した前記Ｙマークの前記Ｙ軸
   方向の各位置を前記２つのマーク検出手段の一方
   を使つて計測し、この計測結果に基づいて前記配
   列座標系ξ−ηの送り座標系Ｘ−Ｙに対する残存
   回転ずれ量を求める第４工程と； 前記移動ステージを移動させて前記第１物体の
   配列座標系ξ−ηで規定される任意のパターン位
   置を前記処理中心位置に合わせる際、前記送り座
   標系Ｘ−Ｙ上での合わせ位置を前記残存回転ずれ
   量に応じて前記Ｘ軸とＹ軸の方向に位置補正する
   第５工程、 とを含むことを特徴とする位置合わせ方法。 ２ 前記処理装置は前記第１物体上の各パターン
   に重ね合わせ露光するための新たなパターンを有
   するステツプアンドリピート方式の露光装置であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   の方法。 ３ 前記２つのマーク検出手段の各検出中心は、
   前記送り座標系Ｘ−ＹのＸ軸と平行な線上に間隔
   YL₂だけ離して設定されるとともに、一方のマー
   ク検出手段の検出中心は、前記処理中心位置を通
   り、前記Ｙ軸と平行な線上に設定されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項に
   記載の方法。 ４ 前記第４工程において前記２つのＹマークの
   各位置を計測する際、前記移動ステージの前記送
   り座標系Ｘ−Ｙの各軸とほぼ平行に定められた測
   定軸を有する座標測定手段を用いるとともに、前
   記２つのマーク検出手段の一方の検出中心を前記
   ２つの測定軸のうちのＹ軸方向の測定軸上に配置
   し、前記２つのＹマークのＹ軸方向の位置計測を
   アツベの条件を満たして行なうことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項又は第３項に記載の方法。