JPH0282510A - 位置合わせ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、位置合わせ技術、特に、位置合わせ対象物が
ステップ・アンド・リピートをもって移動される場合の
位置合わせ技術に関し、例えば、半導体装置の製造工程
において、ウェハ上に回路パターンを重ね合わせ露光す
る縮小投影露光装置における位置合わせ（以下、アライ
メントということがある。）技術に利用してを効な技術
に関する。

〔従来の技術〕

半導体製品の集積度向上によって、回路パターンは−Ｎ
微細化が図られている。そして、ＩＣパターンの最小線
幅は３μｍ、２μｍを経て１μｍ以下になろうとしてい
る。このような状況下における露光技術において、縮小
投影露光技術が登場して来ている。この縮小投影露光技
術は、露光すべきウェハがＸＹステージ上に固定的に保
持さ九このＸＹステージがＸＹ力方向順次送られて、ス
テップ・アンド・リピートを繰り返しながら、レチクル
のパターンをレンズによって縮小し、直接ウェハ（半導
体薄板）の一部に順次投影して、ウェハの全体にパター
ンを転写して行く技術である。

縮小投影露光技術については、例えば、工業調査会発行
「電子材料Ｊ　１９８３年３月号、昭和５８年３月１日
発行、Ｐ７２〜Ｐ７Ｂに記載されている。この文献には
、ウェハ主面のホトレジストを所定位置に正確に露光す
るためには１．１／チクルに対する相対的な位置を正確
に合わせる必要があり、このための位置合わせ（アライ
メント）としては、ウェハの周縁の直接的なオリエンテ
ーションフラット等を利用する第１段階の粗合わせ、ウ
ェハの主面の一部に設けられたプリアライメント。

マークを利用してウェハ全体の位置を合わせる第２段階
の粗合わせ（ウェハアライメント：グローバルアライメ
ント）、１シ１ツトの感光６Ｊ！域（フィールド）の周
縁に設けられたフィールドアライメントマークを利用し
ての高精度位置合わせ（フィールドアライメント：ダイ
バイダイアライメント）がある旨記載され２ている。

また、日立評論社発行「日立評論Ｊ　１９８３年第７号
、昭和５８年７月２５日発行、Ｐ９＝Ｐ１２には、１／
１０縮小投影露光装置が紹介されている。この文献には
、位置合わせ用の“７−りを検出する方法として、オフ
アキシス（ＯＦＦ−ＡＸＩｓ）方式と呼ばれる専用の光
学系によって検出する方法と、スルーザレンズ（Ｔｈｒ
ｏｕｇｈＴｈｅ　　Ｌｅｎｓ）方式と呼ばれる縮小１ノ
ンズを通して位置検出系でマークをそれぞれ検出する方
法がある旨が記載されている。

縮小投影露光装置におけるアライメント技術として、例
えば、特開昭６１−４４４２９号公報に記載されている
技術がある。

すなわち、このアライメント技術においては、ウェハの
複数箇所にそれぞれ形成されたマークの置方が測定され
、この実測データ群と、マーク群の設計データとがそれ
ぞれ照合されて、実測データと設計データとの誤差の値
が求められ、この誤差値に基づき補正係数が求められる
ことによって、アライメント精度が向上されるようにな
っている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、このような実測データと設計データとが照合さ
れて実測データの異常が判定されるアライメント技術に
おいては、実測データ自体に含まれているＸＹステージ
の慣性や、送りねじ機構のバックラッシュ等によって発
生ずる機械的な変形による誤差については配慮されてい
ないため、アライメント精度の向上に限界がある。

本発明の目的は、位置合わせ機構自体の変形による誤差
についても補正することができる位置合わせ技術を捉供
することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

〔課題を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を説明すれば、次の通りである。

すなわち、位置合わせ対象物がＸ、　Ｙステージに固定
的に保持され、このＸＹステージがＸＹ力方向順次送ら
れることにより、位１合わせ対象物上にそれぞれ設定さ
れた各目標位置についての位置合わせが順次実行される
位置合わせ方法において、前記ＸＹステージをＸ方向お
よびＹ方向について常に一方の向きから目標位置に向け
てそれぞれ移動させるようにしたものである。

〔作用〕

ＸＹステージがＸＹ力方向順次送られる際に、Ｘまたは
Ｙ方向について正逆両向きから各目標位置に向け”Ｃ移
動される場合、ＸＹステージの移動および停止時におけ
る慣性力や、送り機構のバックラッシュ等により発生す
る機械的な変形ないしは歪みによる避は得ない装置自体
の誤差は、各目標位置において誤差のベクトルが送り方
向の正逆両向きに従って、正逆向きで、しかも、量的に
も大小不規則に現出することになる。この誤差群は相互
に不規則であるため、予め経験的に誤差群を実測したと
しても、補正係数を求めて、次回以降の位置合わせ作業
についての補正を確保することはできない。

しかし、前記した手段によれば、ＸＹステージがＸＹ力
方向順次送られる際に、Ｘ方向およびＹ方向について一
方の向きから目標位置に向けて移動されるため、装置自
体の誤差は、各目標位置において誤差のベクトルが送り
方向の一方向の向きに従って一方の向きで、しかも、量
的にも小さく現出する。したがって、この場合の誤差群
は殆ど規則的になるため、各目標位置における誤差を予
め経験的に実測し、このデータに基づき補正係数を求め
ることにより、次回以降の位置合わせ作業についての補
正を確保することができ、その結羨アライメント精度を
高めることができる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例である縮小投影露光装置に使
用される位置合わせ方法を示す模式的平面、第２図はそ
の縮小投影露光装置を示す斜視Ａ第３図〜第１３図はそ
の作用を説明するための各説明図である。

この実施例では、本発明を半導体装置の製造工程におけ
る縮小投影露光装置の位置合わせ、すなわち、レチクル
とウェハとの位置合わせに適用した例について説明する
。

本発明の位置決め方法を説明する前に、縮小投影露光装
置について簡単に説明する。

第２図は縮小投影露光装置の概要を示す斜視図である。

同図において、半導体素子パターンの原画がレチクル６
に描かれており、この像が縮小投影レンズ７を介してウ
ェハ１に投影される。ウェハ１はカセット８からローデ
ィングテーブル９上に自動搬送され、プリアライナ１０
により粗位置決めが行われた後、移送アーム１１によっ
てＸＹステージ１２上のチャック１３に真空吸着される
。

一方、前記レチクル６は、レチクルアライメント光学系
２０により縮小投影レンズ７の中心にその中心が一致す
るように位置合わせが行われる０本実施例に係る縮小投
影露光装置の場合、レチクル６とウェハ１の位置決めの
ために、スルーヂレンズ方式の位置検出Ｘ系２１と位置
検出Ｙ系２２が備えられている。この検出系は、ウェハ
１上に形成された位置合わせマークにレジストが感光し
ない波長の光を照射し、このマークからの正反射像を、
スリットを走査し光電子増倍管で検出するとともに、レ
チクル６の窓パターンを検出するように構成されている
。また、ウェハ１はレーザ干渉測長計３０により位置測
定されるように構成されている。そして、これらの測定
データから、ウェハパターンの設計格子位置からのずれ
が求まる。

レーザ干渉測長針３０から発光されたレーザ光３１は、
分光器３２で分けられる。一方のレーザ光３１は、前記
ＸＹステージ１２に取り付けられたＸ軸周ミラー３３に
照射される。この照射光はＸ軸周ミラー３３で反射され
てレーザ干渉測長針３０に戻り、ＸＹステージ１２のＸ
座標が検出される。また、他方のレーザ光３１は、それ
ぞれミラー３４．３５を介してＸＹステージ１２に取り
付けられたＹ軸周ミラー３６に照射される。このＹ軸周
ミラー３６に照射され、かつ、反射したレーザ光３１は
、前記ミラー３４．３５および分光器３２を通ってレー
ザ干渉測長計３０に至り、ＸＹステージ１２のＹ座標が
検出されるようになっている。ｆＬお、前記ＸＹステー
ジ１２はＸ軸周モータ３７によってＸ軸方向に高精度に
移動制御されるとともに、Ｙ軸周モータ３８によってＹ
軸方向に高精度に移動制御されるように構成されている
。

一方、作業が終了した前記チャック１３上のウェハ１は
、移送アーム１１によってアンローディングテーブル４
０上に移送される。このアンローディングテーブル４０
上に移送されたウェハ１は、例えば、アンローディング
テーブル４０に構成されたエアーベアリング機構によっ
て回収用カセット４１に１頭次収容される。

次に、この露光装置が使用された場合におけるアライメ
ント方法を説明する。

既にパターンが形成されたウェハ１は、プリアライナ１
０によりウェハ１内の２点のパターンを用いられて、Ｘ
Ｙ力方向よび回転方向の粗位置合わせを実施される。こ
の際、第２図に示されている縮小投影露光装置の場合、
ＸＹステージ１２上に回転機構がないために、ローディ
ングテーブル９上に回転誤差が最小になるように位置決
めされることになる。

チャック１３上に搬送吸着されたウェハ１．は、さらに
ウェハ１内の２つのショット２を用いられてグローバル
アライメントが行われる。ショット２内には、全てＸマ
ークＡ、とＹマークＡ、が配置されている。例えば、第
３図に示されているように、最初にウェハ１内のＡなる
ショット２が、縮小投影レンズ７の下にＸＹステージ１
２により位置決めされる。そして、位置検出Ｙ系２２に
よってＹ方向の設計値に対する誤差値が検出され、位置
検出Ｘ系２１によってＸ方向の同様の誤差量が検出され
る０次に、同様にして、ウェハＬ内のＢなるショット２
においてもＸＹの位置検出がなされ、設計値（設計上シ
ョット）に対する誤差が求められる。

そこで、以上の結果から、ウェハ１の回転−ＸＹ力方向
オフセット（ｏｆｆ）、およびＸＹ力方向ウェハ１の伸
縮が算出され、露光格子が決定される。

従来のグローバルアライメントによる露光の場合、この
露光格子を基にＸＹステージ１２が、ステップ・アンド
・リピートによりウェハ１を位置決めし、その後、ウェ
ハ１にレチクル像が転写されζいた。

さらに、高精度化が要求される現在、グローバルアライ
メントの後、ショット毎にさらにＸマークＡ、およびＹ
マークＡ、の検出が実行され、その検出座標において誤
差が最小となるよ・うに、ＸＹステージ１２が精密制御
されたり、または、第２図に示されているように、レチ
クル６を支持するレチクル微動系４２により誤差補正が
実施さ板その後、露光が行われる。

このような“その基箱光方式”のチップアライメントの
場合、ショット内に配置したＸマーク、Ｙマークの位置
制約が必要となる。

これに対し、ＸマークＡ、、ＹマークＡ、の位置のショ
ット内配置に制約を設けない本実施例に係る縮小投影露
光装置の場合、ショット毎にＸマークＡ、、ＹマークＡ
、の位置検出をウェハ１の位置検出可能な範囲で行い、
その後、検出結果を基！、７．ｎ光格子を決定し、ステ
ップ・アンド・リピ−）によりウェハ１の位置決め、引
き続いて露光を行う。このとき、本実施例においてＸＹ
ステージ１２は第１図に示されているように、Ｙ方向の
列についても送り方向の向きが同一になるように送られ
る。その作用については後述する。

すなわち、本実施例において、位置合わせ対象物として
のウェハ上に設計データを基に配置された複数のマーク
の位置はチップアライメントにより計測されるやこの計
測された結果と設計データとの差で表される誤差ΔＸ、
ΔＹは、下式に示す誤差要因で表される。

ΔＸ　＝　Ｘ　ＯＦ　Ｆ　＋　Ｐ　＝ｔ＋θ、　＋ＳＱ
＋Ｓ１４　＋Ｓｔ＋＋ε　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　・・・（１）ΔＹ＝Ｙｏｒｒ＋Ｐ、＋θ、　
＋Ｓ６　＋ＳＮ　＋ＳＥｌ十ε　　　　　　　　　　　
　　　　　・・・（２）＝こで、Ｘ０ＦＦ　、ＹＯＦＦ
は、第４図に示されているように、ＸＹ軸方向の設計上
ショット４３に対するショット２のオフセットである。

Ｐ、Ｌ、Ｐヶは、第５図に示されているように二股計上
シ３、、＝　ト４３に対するショット２のＸＹ軸方向の
伸び縮み誤差である。θ８、θ、は、第６図および第７
図に示されているように、設計上ショット４３に対する
ショット２のＸＹ軸方向の回転である。

Ｓｏは第８図に示されているように、設計上ショット４
３に対するショット２の回転誤差、Ｓ１４は第９図に示
すように、設計上ショット４３に対するショット２の倍
率誤差である。また、Ｓｏは、ショット内の非線型歪誤
差であり、εはステップ・アンド・リピート時に発生す
る非線型の位置誤差である。

この誤差要因の中で、前述Ｓ０とεを除く他の成分は、
そのウェハのもつ線型の誤差として先にチップアライメ
ントで測定した結果を基に統計的な手段により算出でき
る。この方法を使用し、ウェハ内のチップアライメント
により求めた座標データからＳｏ、εを除く各誤差要因
を平均化処凰回帰計算により一次式として表す。

以下、順次各誤差を求める式について説明する。

本実施例の場合１．ショット内の２点のＸマーク、Ｙマ
ークの検出のみである。第５図に示されているように、
任意のシ式ットの位置計測誤差は、ΔＸ４．Ｊ、ΔＹ！
　、　Ｊで表される。

オフセットに関しては、測定データ全ての平均として次
式によって算出する。

より求まる。

ｊ＝１ ｉ＝１ Ｎｊ　　、 Ｎ五 は各行列の測定データ数である。

ここで、Ｎは測定データ数、Ｍ、、Ｍ、はマトリックス
である。

この際、各軸の伸び縮みＰ、、Ｐ、および各軸の回転θ
８、θ、をオフセット計算前に算出する。

すなわち、ウェハの伸縮および軸回転を計算した後、オ
フセットを計算する。

各軸の伸び縮みＰ、、Ｐ、および各軸の回転θ８、θ、
は、次式の各列毎に平均化した’５ＣＬ、各行毎に平均
化したＹｊを用い回帰計算することに・Ｓ、）ｔ） ここで、Ｓ、、Ｓ、は露光ピッチである。

・・・（８） 以上の結果から、ウェハに露光すべきショット中心の座
標Ｘえ８、ＹＥｘは、ウェハセンタを原点として、次式
のようになる。

Ｘｔｘ＝Ｘｏｔｔ　＋ｐＨ−Ｌ　Ｘ＋θｙ−Ｌｙ　　−
０３）Ｙｔｘ＝Ｙ０ｔｔ　＋ｐ　）ｌ　ＨＬ　Ｙ＋θＸ
−ＬＸ　　−０４）ここでＬｘ、Ｌｙは、各ショットセ
ンタのウェハセンタからのＸ、Ｙ成分の距離を示す。

本実施例に係る露光装置の場合、ウェハの回転誤差を精
密に補正しきっていないため、グローバルアライメント
終了時、ウェハの回転量を算出した結果に基づきレチク
ルの回転補正を行い、そして、ウェハの回転があたかも
Ｏとなるように露光装置の持つＸＹステージの送りを補
正しであることは言うまでもない、また、ショット計測
のデータにより求まったθＸ、θｙを用い、その平均を
ウェハの回転として再度Ｘ−Ｙステージの補正を行い、
同時に変化するＸ、ｆｆ、Ｙｏｔｆの値を補正すること
によりウェハ回転誤差に対する高精度化が計られる。

また、スルーザレン久方式アライメント、その基箱光方
式の縮小投影露光装置の場合、位置計測可能がショット
毎に繰り返し行われるため、位置計測可能なウェハ内の
ショットについて計測露光を終了させ、そのデータを用
いて、前述した計算により、位置計測できなかったショ
ットの露光格子を決定することから、従来のグローバル
アライメントによって決定してした露光格子よりも高精
度化が計れ、ウェハ全面に亘って位置合わせおよび露光
精度が向上する。

以上の実施例においては、位置計測可能な全ショットの
位置計測データを基本として取り扱ってきた。しかし、
さらに位置計測の時間を短くし、スループットを良くす
るために、次に、述べる式によりウェハ内の位置測定シ
ョツト数を減らすことも可能である。

Ｙ＝Ｓ　Ｌ　ｎ　（θ）Ｘ　　　　　　　　　　　・・
・（ト）ここで、θは０．３０°　６０°　９０゜Ｘ”
　　＋Ｙ”　　＝ｒ”　　　　　　　　　　　　　　　
　　　−＝ＱｆＡここで、ｒは２／３Ｒ（Ｒ：ウェハ径
）。

第５図において０９．０６）式の成り立つ交点座標のシ
ョットとウェハ原点（中心）を加えた（×印）ものの１
３シタツト（第３図参照）を選び位置計測を行い、先の
実施例に従い露光格子を決定する。

偶数マトリックスの場合０４）、０５１式の中心をｌ／
２ショット分ウェハセンタからずらすことが必要となる
。このように、計測ショットをウェハ中心に対し対象な
位置に配慮することは、任意に測定ショットを選定した
場合に比べ、ウェハ内全面の特長を露光格子決定に反映
する必要があるためである。また、１３点と点数が多い
のは、本計算方式の特長であるデータの平均化により精
度を高めるためである。

本実施例においては、（１）、（２）式の誤差項Ｓ８、
Ｓθを省略した。しかし、縮小レンズの倍率制御機構を
持つ装置においては、Ｓ１４の補正が可能でありショッ
ト内に３点以上の位置検出マークを設け、ショット内に
ついてウェハ内を同様に（７）〜（支）式を用いてＰ、
、Ｐ、、θ８、θ、を求め、Ｓ。

としては、ＰｘとＰ、の平均値、Ｓθとしてはθ、とθ
、の平均値を補正することで、さらに高精度化を計るこ
とができる。

本実施例においては、以上のようなチップアライメント
およびその基箱光方式が採用されることにより、高精度
なアライメント並びに露光が確保されている。そして、
このときのＸＹステージ１２によるステップ・アンド・
リピートの送り作動は、第１図に示されているように実
施される。

ところが、このような高精度のアライメント方法が実施
された場合にあっても、例えば、第１１図に示されてい
るように、ＸＹステージエ２がＹ方向の隣合う列相互に
ついて正逆反対向きの送りが交互に実施されている従来
例の場合、第１２図に示されているように、各目標位置
としての各ショット２毎の位置決め位置における誤差の
Ｙ方向ベクトル成分は、その向きが交互に反対向きにな
るとともに、大きさがまちまちになるという問題点があ
ることが、本発明者によって明らかにされた。

すなわち、従来から、縮小投影露光装置においてはスル
ーブツトを高める等の目的のため、ＸＹステージ１２は
第１１図に示されているように、送られている。

このステージの移動は、２０００ｍｍ／Ｓ”の加速度を
もって、１００ｍｍ／Ｓまで加速され、また、−２００
０ｍｍ／Ｓ”の・加速度をもって減速されて、１００ｍ
５ｅｃ以内に位置決めが完了する。この加減速の隙に生
じるＸＹステージの慣性力により、ＸＹステージ自体が
撓んだり、または、ＸＹステージ自体の構造物について
の弾性変形が発生する。そして、この変形が発生した状
態でＸＹステージ上面にある位置検出用ミラーが目標位
置に達したと認識されると、ＸＹステージについての移
動コントロールが完了する。この後に露光が実行される
が、この際には、ＸＹステージの弾性変形が回復する等
により、ＸＹステージ自体に微小な変位が発生し、露光
転写パターンのずれとして表れる。また、露光中、ＸＹ
ステージがコントロールされていた場合でも、０．０５
μｍ以下の誤差は充分コントロールしきれないと考えら
れる。

第１２図は、ＸＹステージ１２が第１１図に示されてい
るように移動された場合において、転写したパターンの
位置精度を測定した結果を示すベクトル図であり、第１
２図（ａ）中、各矢印の方向が各位置における誤差の方
向を示し矢印の長さが各位置における誤差の大きさを示
している。第１２図（ｂ）は第１２図（ａ）のデータか
らさらにＹ方向の成分を列毎に平均化した状態を示す分
布図である。

この第１２図（ロ）から、列毎にＹ方向の誤差が反転し
、この方向がＸＹステージの送り方向と、反対方向であ
ることが理解される。

しかし、本実施例においては、ウェハｌを移動させるた
めのＸＹステージ１２は第１図に示されているように送
られるため、第１３図に示されているように、各ショッ
ト２毎の位置決め位置における誤差のＹ方向ベクトル成
分は、その向きが隣合う列同士において互いに同じ向き
になるとともに、大きさが小さくなる。

すなわち、第１図に示されているように、Ｙ方向の一列
についての転写が終了し、次の列に移行する際、ＸＹス
テージ１２は当該列の先頭まで一度戻される。続いて、
当該先頭のショット２から転写が再開され、当該列の各
ショット２について後尾に向けて転写が順次実施されて
行く。そして、当該列の末尾のショットについての転写
が終了すると、ＸＹステージ１２は次の列の先頭まで再
び戻される。以降、この送り作動が操り返されることに
より、全ショット２についての転写が順次実施されて行
く。

このようにＸＹステージが各ショットへの移行時に、常
に、一方の向きから移動されると、各ショット毎の誤差
は第１３図に示されているような状態になることが、実
験により究明された。第１３図において、各ショット毎
の位置決め位１における誤差のＹ方向ベクトル成分は、
その向きが隣合う列同士において互いに同じ向きになる
とともに、列毎に特徴的な位置誤差は無視可能な程１度
に小さくなる。第１３図（ａ）に示されているように、
誤差の最大値は本実施例の場合−０，０２μｍである。

これに対し、第１２図（ａ）に示されているように、従
来例の場合、誤差の最大値は、０．０９μｍである。そ
して、誤差のＹ方向ベクトル成分の各列毎における平均
は、第１４図さ）に示されている通りになり、殆ど無視
可能な程度になる。

このようにＸＹステージを常に一方の向きから移動させ
ると、誤差の向きが同一になり、かつ、誤差の大きさが
小さくなるのは、次のような理由になると考察される。

ＸＹステージの移動に伴う慣性力によりＸＹステージ自
体が撓んだり、弾性変形したりする。また、ＸＹステー
ジの送り機構におけるバックラッシュや、摩擦抵抗を軽
減するために固体潤滑材料から形成されてＸＹステージ
の荷重を支える摺動部材の摺動方向への弾性変形が発生
する。このような各部の弾性変形はＸＹステージの停止
、方向転換等に対応して回復して、再び相対的に回復変
形する。そして、この弾性変形、および回復変形は、第
１１図に示・されているように、方向転換が頻繁に行わ
れる場合には、交互に、しかも不規則に起こるため、各
位置における誤差は第１２図に示されているように向き
が相異し、かつ、大きさが大きくなる。

しかし、ＸＹステージが常に一方の向きに送られている
場合には、前回の弾性変形が充分に回復される以前に、
ＸＹステージが当該弾性変形が起きた向きに再び移動さ
れるため、弾性変形は略−定の状態を維持することにな
る。したがって、当該弾性変形による誤差は向きが同一
になるとともに、大きさが小さくなる。しかも、この誤
差は、前記した従来例の場合のように誤差が弾性変形お
よびその回復変形に依存する場合に比べて規則的になる
。

ここで、本実施例において弾性変形により発生する列毎
の誤差は、同一の露光装置においては再現性がある。そ
こで、前述のようにして経験的に測定された誤差平均値
により、回帰計算法等の手法を用いて補正係数を求め、
この補正係数によりグロバルアライメントおよびチップ
アライメントを補正するように構成することにより、ア
ライメントおよびステップ・アンド・リピートによる縮
小投影露光精度を予め高めるように構成することもでき
る。

これに対して、従来例のように誤差が不規則的な弾性変
形およびその回復変形により発生する場合、誤差が一定
しないため、再現性がない、したがって、誤差の平均値
を求めたとしても、補正係数を求めて、アライメントお
よびステップ・アンド・リピートによる露光精度を予め
高めるように構成することはできない。

また、前述したように誤差が同一露光装置において同一
的に再現されると、同一の装置が使用されて同一のウェ
ハについて重ね合わせ露光が実施される場合、パターン
相互間の重ね合わせ誤差が発生することは防止されるこ
とになる。したがって、この場合には、アライメント精
度が飛躍的に高められることになる。

しかし、複数台の露光装置が使用されて同一のウェハに
ついて重ね合わせ露光が実施される場合には、各露光装
置における誤差が相異するため、重ね合わせ露光相互間
の重ね合わせ精度は相乗的に低下することになる。そこ
で、前述した補正係数を用いて各アライメントおよび露
光毎の精度を高めておけば、重ね合わせ精度の相乗的な
低下は防止することができる。

前記実施例によれば次の効果が得られる。

（１）各ショットへの移行時に、常に、ＸＹステージを
一方の向きから移動させることにより、ＸＹステージの
位置決め時に慣性力を常に一方の向きに作用させて、各
ショット毎の位置決め誤差をその向きが同一で、かつ、
大きさが小さくなるように規則的に制御することができ
るため、位置合わせ精度を大幅に高めることができる。

（２）ＸＹステージの位置決め誤差を規則的に制御する
ことにより、誤差を予め測定して補正係数を求め、この
補正係数によりＸＹステージの位置決め誤差を予め補正
することができるため、ＸＹステージの位置合わせ精度
を高めることができるばかりでなく、その位置合わせの
作業効率を高めることができる。

（３）ＸＹステージの位置合わせ精度を高めることによ
り、このＸＹステージが搭載されている縮小投影露光装
置を使用したウェハに対する重ね合わせ露光精度を高め
ることができるため、製品の品質および信頌性を高める
ことができるとともに、製造歩留りを高めることができ
る。

（４）　　ウェハ主面にステップ・アンド・リピート方
式で各ショットにパターンを露光する場合、各ショット
の位置合わせは、ショットの設計上ショットに対するｘ
Ｙ軸方向のオフセット誤差（Ｘ　ＯＦ　Ｆ、Ｙｏｙｙ　
）　・伸縮誤差（Ｐ、、Ｐ、）、ＸＹ軸のウェハ全体の
回転誤差（θ８、θＦ）％ショットの回転誤差（ＳＱ）
、倍率誤差なる誤差を、複数箇所のショットに対して求
め、その後この計測データを基に、平均化処理、回帰計
算によって各ショットの位置合わせを求め、また、オフ
セットを求める前に、ショットの伸縮（Ｐ、、Ｐ、）お
よび軸回転（θ８、θｙ）を先に演算し、これによりこ
れら誤差を排除して演算する結果、高精度な位置合わせ
が行なえるという効果が得られる。

（５）　　ウェハ主面の各ショットの位置合わせが高精
度に行なえることから、露光の歩留りが向上するという
効果が得られる。

（６）　　ウェハ主面の位置合わせマークがあるい（つ
かのショットを測定し、これらの計測データから他のシ
ョットの位置決めを高精度に行なえる結果、位置合わせ
マークが存在しない不完全ショットに対しても高精度な
位置合わせが行なえるという効果が得られる。すなわち
、従来、ウェハの周辺に位置し、かつ、一部が欠落し位
置合わせマークのない不完全ショットに対しては、グロ
ーバルアライメントによる計測データによって位置合わ
せが行われていた。この結果、従来は、例えば、ウェハ
の周辺部分のショットの位置合わせ精度は、３σ≦０．
２〜０．１μｍと良好であるが、ウェハ周辺の不完全シ
ョットが精度が低いため、不完全ショットを含むウェハ
全面においては、３σ≦Ｏ９３〜０．２μｍと精度が劣
化してしまう。しかし、本実施例によれば、ウェハ全体
の位置合わせ精度は、３σ≦０３２〜０．１μｍと高精
度となる。

（７）　　ウェハ露光における位置合わせがウェハ全体
で高精度となり、かつ、ウェハ周辺の不完全ショットも
使用できるため、チップの歩留り向上、生産量コストの
低減が達成できるという相乗効果が得られる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。

例えば、前記実施例では、Ｙ方向に移動する回数が多い
場合について述べたが、第１４図に示されているように
、Ｘ方向に移動する回数が多い場合においては、行毎に
戻りを入れて一方の向きに送ることにより同じ効果が得
られる。

また、露光時のみのＸＹステージの送りについて説明し
たが、ウェハとレチクルとの位置合わせを行う時のＸＹ
ステージ駆動に本発明に係る一方の向き送りを用いても
よい。

さらに、送り方向を常に同一の向きにすることで同じ効
果が得られるが、この点を守る範囲内で送りの順番をか
えても、同様の効果が得られる。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である半導体装置構造にお
ける露光技術に適用した場合について説明したが、それ
に限定されるものではない。

例えば、ステップ・アンド・リピート方式のχ線ステッ
パー、等倍の投影型ステッパー等、さらには、ステップ
・アンド・リピート方式で各チップについての電気的特
性を測定する測定技術ｃ：”Ｊ用できる。

本発明は少なくとも位置合わせ対象物に対と７でステッ
プ・アンド・リビー１−を繰り返し、位置合わせ対象物
の各単位領域に作業を行う技術に適用することができる
。

〔発明の効果〕

本願において開示される発ｉｌｌのうち代表的なものに
よって得られる効果を簡単に説明すれば、次の通りであ
る。

各ショットへの移行時に、常に、ＸＹステージを一方の
向きから移動させることにより、ＸＹステージの位置決
め時に慣性力を常に一方の向きに作用させて、各ショッ
ト毎の位置決め誤差をその向きが同一で、かつ、大きさ
が小さくなるように規則的に制御することができるため
、位置合わせ精度を大幅に高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である縮小投影露光装置に使
用される位置合わせ方法を示す模式的平面図、 第２図はその縮小投影露光装置を示す斜視図、第３図は
ウェハアライメントにおけるショットの座標系を示すウ
ェハの模式的平面図、第４図はウェハの誤差要因の一つ
であるショットのオフセットを示す模式図、 第５図は同じくショットの伸縮誤差を示す模式第６図は
同じくショットのＸ軸の回転を示す模式図、 第７図は同じくショットのＹ軸の回転を示す模式図、 第８図は同じ（ショットの回転誤差を示す模式第９図は
同じくショットの倍率誤差を示す模式図、 第１０図はウェハの平面図、 第１１図、第１２図（ａ）、（ｂ）および第１３図（ａ
）、ら）はその作用を説明するための各説明図である。 第１４図は変形例を示す模式的平面図である。 ■・・・移送アーム、１２・・・ＸＹステージ、１３・
・・チャック、２０・・・レチクルアライメント光学系
、２１・・・位置検出Ｘ系、２２・・・位置検出Ｙ系、
３０・・・レーザ干渉測長計、３１・・・レーザ光、３
２・・・分光器、３３・・・Ｘ軸用ミラー　３４．３５
・・・ミラー３６・・・Ｙ軸層ミラー　３７・・・Ｘ軸
層モータ、３８・・・Ｙ軸周モータ、４０・・・アンロ
ーディングテーブル、４１・・・回収用カセット、４２
・・・レチクル微動系、 ３・・・設計上ショ ト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、位置合わせ対象物がＸＹステージに固定的に保持さ
   れ、このＸＹステージがＸＹ方向に順次送られることに
   より、位置合わせ対象物上にそれぞれ設定された各目標
   位置についての位置合わせが順次実行される位置合わせ
   方法であって、前記ＸＹステージがＸ方向およびＹ方向
   について常に一方の向きから目標位置に向けてそれぞれ
   移動されることを特徴とする位置合わせ方法。 ２、前記ＸＹステージの一方の向きについての送り時に
   発生する実際的な誤差が経験的に予め測定され、この測
   定に基づいてこのＸＹステージ特有の補正係数を予め求
   められ、この補正係数により各目標位置のそれぞれに対
   する位置合わせについての誤差が補正されることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の位置合わせ方法。