JPH0669017B2

JPH0669017B2 - 位置合わせ方法

Info

Publication number: JPH0669017B2
Application number: JP60224163A
Authority: JP
Inventors: 博之鈴木
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1985-10-08
Filing date: 1985-10-08
Publication date: 1994-08-31
Anticipated expiration: 2009-08-31
Also published as: JPS6284516A

Description

【発明の詳細な説明】（発明の技術分野）本発明は、半導体素子製造用のステップ・アンド・リピ
ート方式の露光装置、又はステップ・アンド・リピート
方式で順次検査を行なう装置、又は半導体ウェハ上の素
子の一部にレーザ光を照射して欠陥素子のリペアを行な
う装置等に好適な位置合わせ方法に関し、特に多数枚の
被処理基板を連続して処理する場合の位置合わせ方法に
関する。

（発明の背景）近年、半導体素子の集積度は飛躍的に高まり、１Ｍビッ
トや４Ｍビットのメモリの開発が進められている。この
ような超ＬＳＩを製造する露光装置として、ステップ・
アンド・リピート方式の縮小投影型露光装置（以下ステ
ッパーと呼ぶ）はなくてはならないものである。この種
のステッパーにおいては、感光基板としてのウェハ上の
局所領域毎にレチクル（マスクと同義）上の回路パター
ンの投影像を位置合せして露光を行なう。この位置合わ
せを高精度に行なう方法として、位置合わせのたびに、
ウェハ上の露光すべき局所領域（所定のパターンが形成
されたショット領域）に付随したマークと、レチクル上
のマークとを同時に観察しつつ、投影像とショット領域
との重ね合わせ状態を最良にする方法（所謂ダイ・バイ
・ダイアライメント）や、レチクル上のマークの投影点
から一定距離だけ離れた位置に検出中心を有するマーク
検出系によってウェハ上のマークを検出し、その検出位
置から一定距離分だけウェハを送り込むことによって投
影像とショット領域との重ね合わせを行なう方法（所謂
サイト・バイ・サイトアライメント）等が知られてい
る。

このようにウェハ上の各局所領域毎にダイ・バイ・ダイ
アライメント、又はサイト・バイ・サイトアライメント
を実施すると、各露光ショットの位置合わせ精度は高く
なるものの、１枚のウェハの処理時間が長くなるといっ
た欠点、あるいは各ショット領域に付随して形成された
マークが何らかの原因で変形してしまった場合、そのシ
ョットの露光が重ね合わせ不良となるといった欠点があ
った。

また、処理時間の短い位置合わせ方法として、ウェハ全
体のレチクルに対する位置合わせを露光の前に一度だけ
行ない、後はウェハ上のショット配列の設計値に従って
ステップ・アンド・リピート方式で機械的に位置決めす
る、所謂グローバル・アライメント方法も知られてい
る。

グローバル・アライメント方法においては、ウェハ上の
２〜３個程度の代表的なショット領域のみについて、ダ
イ・バイ・ダイアライメント、又はサイト・バイ・サイ
トアライメントを行ない、そのときの合わせ誤差に基づ
いてウェハ上のショット配列をより精密に認識すること
が行なわれていた。この場合、代表的なショット領域で
の合わせ誤差は、単純な加算平均により、ウェハステー
ジのｘ方向とｙ方向との２方向についてのみの誤差量
（オフセット）として認識されていたに過ぎず、ウェハ
自体の伸縮（スケーリング）、ウェハのステージ上での
回転誤差（ローテーション）、ウェハ上のショット配列
の直交度等の影響による誤差を考慮したものではなかっ
た。このためあらゆるウェハに対して必らずしも満足な
位置合わせを行なうことができなかった。そこで本願出
願人は、先に出願した特願昭５９−１６７０２０号にお
いて、ウェハ上の複数のショット領域でサイト・バイ・
サイトアライメント（又はダイ・バイ・ダイアライメン
ト）を行ない、その位置合わせ誤差の実測値に基づい
て、ウェハの線形伸縮量、回転量、オフセット量及びシ
ョット配列の直交度を求め、これら４つの誤差分をパラ
メータとした写像関係式、すなわちショット配列の規則
性を決定し、その関係式に基づいてウェハ上のショット
位置を算出して、ステップ・アンド・リピート方式でウ
ェハステージを位置決めする方法を提案している。この
アライメント方式はウェハのグローバルアライメントに
他ならないが、従来の方式よりもショット配列の規則性
を特定する能力が高いので、以後本方式をエンハンスメ
ント・グローバルアライメント（Ｅ．Ｇ．Ａ）と呼ぶこ
とにする。Ｅ．Ｇ．Ａ方式では先の４つのパラメータを
精度よく求めることが必要とされ、このため１枚のウェ
ハ上でなるべく多くのショット領域についてサイト・バ
イ・サイトアライメント（以後S/Sアライメントとす
る）、又はダイ・バイ・ダイアライメント（以後D/Dア
ライメントとする）を行ない、ショット位置の実測値を
多数得ることが必要であった。通常ステッパーにおいて
は多数枚のウェハを連続して露光処理するため、Ｅ．
Ｇ．Ａ方式によって１枚毎のアライメント精度を上げよ
うとすると、そのウェハ内の複数のショット領域毎のア
ライメント回数が増え、この結果スループットが制限さ
れてしまうといった問題が生じた。尚、Ｅ．Ｇ．Ａ方式
を用いて、検査装置やリペア装置等にウェハをアライメ
ントする場合も全く同様の問題が生じることは言うまで
もない。

（発明の目的）そこで本発明は上記問題点を解決し、複数枚の基板（ウ
ェハ）を連続して位置合わせ処理する際、各基板内のパ
ターン（ショット領域）毎に高い位置合わせ精度を保ち
つつ、スループットを高めた位置合わせ方法、特に改良
されたウェハのグローバルアライメント方法を提供する
ことを目的とする。

（発明の概要）本発明は、設計上の配列座標（αβ）に従って規則的に
複数のパターン（アライメント用のマークも含む）が形
成されたＮ（ただしＮ＞１）枚の基板（ウェハＷ）の夫
々について、パターンの各々を所定の基準位置（レチク
ルやマスクの転写像位置、検査装置の検査位置、又はリ
ペア装置のレーザ加工点）に順次位置合わせする方法に
おいて、パターンの位置の設計値（xⁱ,yⁱ）と実測値（X
Xⁱ,YYⁱ）とに基づいて、前記パターンの基板上での配列
の規則性（ショット配列の設計値に対する写像関係）を
各基板毎に決定する際、Ｎ枚の基板のうち、処理が開始
されてからｍ（ただしｍ＜Ｎ）枚目までの各基板につい
ては、規則性を決定するための複数のパラメータ（Ｅ．
Ｇ．Ａ方式におけるスケーリング、直交度、ローテーシ
ョン、及びシフト）の全てを各基板毎の実測値（複数の
ショット位置でのサンプルアライメント値）に基づいて
算出し、（ｍ＋１）枚目以降の各基板については、複数
のパラメータのうち基板毎に値が変化し得るパラメータ
（Ｅ．Ｇ．Ａ方式においてはローテーションとシフト）
のみを各基板毎の実測値（複数のショット位置でのサン
プルアライメント値、又はグローバルアライメント値）
に基づいて算出するとともに、他のパラメータ（Ｅ．
Ｇ．Ａ方式においてはスケーリングと直交度）について
は１枚目からｍ枚目までの基板においてすでに算出され
たパラメータを適用するようにし、算出された複数のパ
ラメータに基づいて配列の規則性（位置合わせすべきシ
ョット位置と設計値との写像関係式）を決定することに
より、１枚目からＮ枚目までの各基板について順次位置
合わせを行なうことを技術的要点としている。

（実施例）第１図は本発明をステッパーに適用した場合の処理工程
を示すフローチャート図であり、第２図は、その処理工
程を実施するためのステッパーの概略的な構成を示す
図、第３図は第２図のステッパーによって処理されるウ
ェハ上のパターン（ショット領域）配置を示す平面図で
ある。第２図に示したステッパーの構成は詳しくは特開
昭６０−１３０７４２号公報に開示されているので、こ
こでは簡単に説明する。所定のパターン領域（アライメ
ント用のマークも含む）ＰＳが形成されたレチクルＲは
投影レンズ１の光軸ＡＸに対して正確に位置決めされて
いるものとする。パターンＰＳの投影像は、ｘｙ方向に
２次元移動するステージ２上に載置されたウェハＷに転
写される。ｌ_１はパターン領域ＰＳの最外縁を通る主光
線を表わす。本実施例では投影レンズ１の物体（レチク
ルＲ）側は非テレセントリック系であるものとする。さ
てステージ２はモータ３によって駆動され、その２次元
的な位置（座標値）はレーザ光波干渉計４によって計測
される。そしてウェハＷ上に予め形成されたアライメン
ト用のマーク（特に回折格子マーク）を検出するため
に、He-Ne等のようにウェハ上のフォトレジストを感光
させにくいレーザ光を出力するレーザ光源５、ハーフミ
ラー６、ミラー７，８が設けられ、レーザ光源５からの
レーザ光は投影レンズ１を介してウェハＷ上にスポット
光ＳＰとして結像される。このスポット光ＳＰはウェハ
Ｗ上でパターン領域ＰＡの投影像の外側で、光軸ＡＸか
ら一定距離に位置するように配置される。スポット光Ｓ
Ｐがマークを照射すると回折光、散乱光、及び正反射光
が生じ、これらの光は投影レンズ１を通り、再びミラー
８，７及びハーフミラー６を介して空間フィルター９に
至る。空間フィルター９は投影レンズ１の入射瞳と共役
に配置され、０次光（正反射光）をカットして回折光
（又は散乱光）を光電検出器１０に導びくように形成さ
れている。そしてウェハＷ上のマークの位置検出は、ス
ポット光ＳＰが投影レンズ１の投影視野内で固定してい
るため、ステージ２の移動位置を検出する干渉計４から
の座標値と、光電検出器１０からの光電信号を入力する
主制御回路１１によって実行される。この主制御回路１
１は、さらにモータ３の駆動を制御するとともに、Ｅ．
Ｇ．Ａ（エンハンスメント・グローバル・アライメン
ト）方式によるステップ・アンド・リピートの露光動作
や、ウェハＷ上のショット領域の配列の規則性の決定動
作（Ｅ．Ｇ．Ａ方式の主要演算動作）を行なう。もちろ
んショット配列の設計値も予め記憶している。

尚、レーザ光源５、ハーフミラー６、ミラー７，８、空
間フィルター９及び光電検出器１０から成るアライメン
ト系を以後レーザ・ステップ・アライメント系（LSA
系）と呼ぶことにする。このLSA系の検出中心はスポッ
ト光ＳＰの中心とする。また第２図に示したLSA系は例
えばウェハＷのｙ方向の位置のみを検出するためのもの
で、実際にはｘ方向の位置を検出するためのLSA系も同
様に配置される。第２図ではｙ方向検出用のLSA系の第
１ミラー８に対応したｘ方向検出用のLSA系の第１ミラ
ー８′のみを示してある。

さて、ステージ２上に載置されるウェハＷ上には、第３
図に示すように複数の矩形のパターン領域ＣＰが配列座
標系αβに沿ってマトリックス状に形成されている。各
パターン領域ＣＰの夫々は、レチクルＲのパターン領域
ＰＡの投影像と重なり合うように定められ、各パターン
領域ＣＰにはｘ方向のアライメント用のマークＳＸと、
ｙ方向のアライメント用のマークＳＹとが付随して形成
されている。ここで配列座標系αβの原点を、ウェハＷ
上の中央付近に位置するパターン領域CP₀の中心点と一
致するように定めるものとすると、パターン領域CP₀に
付随したマークSY₀はβ軸上に位置し、マークSX₀はα軸
上に位置するように形成されている。他のパターン領域
ＣＰに付随したマークＳＹ，ＳＸについても同様の規則
で形成されている。配列座標系αβにおける各パターン
領域ＣＰの設計上の座標値（又はｘ方向とｙ方向のステ
ッピング・ピッチ）は、第２図中の主制御回路１１内に
予め記憶されている。

第４図はLSA系によってパターン領域ＣＰの位置を検出
（S/Sアライメント）する場合のスポット光ＳＰとウェ
ハＷとの配置関係を示す平面図である。直交座標系ｘｙ
のｘ軸、ｙ軸はステージ２の移動方向（又は干渉計４に
よる座標測定方向）を表わし、ここでは座標系ｘｙの原
点を投影レンズ１の投影視野ＩＦの中心（光軸ＡＸ）と
一致するように定めてある。ｙ方向のアライメント用の
LSA系（以下Ｙ−LSA系とする）によるスポット光SP_yは
Ｘ軸上に細長く伸びた帯状に形成され、ｘ方向のアライ
メント用のLSA系（以下Ｘ−LSA系とする）によるスポッ
ト光SP_xはｙ軸上に細長く伸びた帯状に形成される。

第４図中、破線で示した矩形領域は、レチクルＲのパタ
ーン領域ＰＡの投影像ＰＡ′であり、投影像ＰＡ′の中
心（ショット中心）は座標系ｘｙの原点に一致している
ものとする。ウェハＷ上のパターン領域ＣＰに付随した
マークＳＹ，ＳＸは回折格子状のパターンである。そこ
でマークＳＹがｙ方向にスポット光SP_yを横切るように
ウェハＷ（ステージ２）を移動させて、マークＳＹから
発生した回折光のｙ方向の位置YY_iを干渉計４から読み
取り、さらにマークＳＸがｘ方向にスポット光SP_Xを横
切るようにウェハＷ（ステージ２）を移動させて、マー
クＳＸから発生した回折光のｘ方向の位置XX_iを干渉計
４から読み取ることによって、パターン領域ＣＰの位置
の実測値（XX_i,YY_i）が得られる。従って干渉計４の読
み値が実測値（XX_i,YY_i）と一致するようにステージ２
を位置決めすることによって、パターン領域ＣＰの中心
ＣＣと投影像ＰＡ′の中心（原点）とが正確に一致する
ことになり、パターン領域ＣＰと投影像ＰＡ′とは精密
に重ね合わされることになる。尚、本実施例においては
LSA系によって１つのパターン領域ＣＰ毎にS/Sアライメ
ントを行なって露光するのではなく、あくまでもＥ．
Ｇ．Ａ方式を前提とするため、マークＳＸ，ＳＹの位置
の実測値を求めるまでの動作、所謂サンプルアライメン
トが実行されればよい。

次に本発明の実施例によるアライメントシーケンスを説
明するが、その前にＥ．Ｇ．Ａ方式の原理について説明
する。詳細については特願昭５９−１６７０２０号に記
載されているので、ここでは簡単に説明する。一枚のウ
ェハ上でのショット（パターン領域ＣＰ）の配列の規則
性については、平面上での線形な歪みを想定し、以下の
６つの変数要素を導入する。

rx……ウェハのｘ方向の線形伸縮量（スケーリングｘ） ry……ウェハのｙ方向の線形伸縮量（スケーリングｙ） θ……配列座標系αβの回転量（ローテーション） ω……座標系αβの傾き量（直交度）ｘ……ウェハのｘ方向の平行移動量（シフトｘ）ｙ……ウェハのｙ方向の平行移動量（シフトｙ）以上のような変数を想定すると、設計座標値（x_i,y_i）
に位置するショットは次の(1)式により、座標値（X_i,
Y_i）に写像される。

よって６つの変数が求まれば、各ショットの設計位置
（x_i,y_i）に対する実際のショット位置（X_i,Y_i）を一意
に定めることができる。

ここでローテーションθ、直交度ωが微小量であるもの
とし、以下のような６つの変数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ
にまとめると、(1)式は(2)式のように書きあらためられ
る。

Ａ＝ｒｘ・ｃｏｓθ≒ｒｘＢ＝−ｒｘ（ｃｏｓθｔａｎω＋ｓｉｎθ）≒−ｒｘ（ω＋θ）Ｃ＝ｒｙ・ｓｉｎθ≒ｒｙ・θ Ｄ＝ｒｙ（−ｓｉｎθｔａｎω＋ｃｏｓθ）≒ｒｙＥ＝ｘＦ＝ｙ (2)式において未知数はＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの６つ
あるため、式が６個、すなわち最低３ショット（１ショ
ットにつきｘ方向とｙ方向の２ケ所）の位置についてサ
ンプルアライメントを行なえば、(2)式の解は一意に定
まる。

しかし実際のウェハ上でのモデルは設計値（x_i,y_i）、
実測値（XX_i,YY_i）に対し残差項（εx_i,εy_i）が存在
し、次の(3)式のような写像関係が成り立つ。

そこで残差の二乗和Σεx_i ²とΣεy_i ²を最小とするよう
にＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆを決定してやればよい。

ここで最小二乗法を用いるものとして、(3)式における
ｘ成分は(4)式のようになる。

ＸＸｉ＝Ａ・ｘｉ＋Ｂ・ｙｉ＋Ｅ＋εｘｉ……(4) サンプルアライメントを行なうショット数をｋとする
と、二乗和Σεx_i ²は(5)式のように表わされる。

この(5)式を最小とするＡ，Ｂ，Ｅを求めるために、(5)
式を未知数Ａ，Ｂ，Ｅでそれぞれ偏微分し、各偏微分式
を零とおく。こうして得られた３つの式を行列の形に書
き直すと、(6)式のように表わされる。

(3)式におけるｙ成分についても同様に(7)式のように書
き表わされる。

すなわち、１ショットのサンプルアライメントが終了す
るたびに、Σx_i，Σy_i，Σx_i ²，Σy_i ²，Σx_i・y_iΣXX_i・x
_i，ΣXX_i・y_i，ΣXX_i，ΣYY_i・x_i，ΣYY_i・y_i，ΣYY_i等の
各々を加算してゆき、ｋショット目のサンプルアライメ
ントが終了したところで(6)式と(7)式を解けば、未知数
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの全てが求まる。Ａ，Ｂ，Ｃ，
Ｄ，Ｅ，Ｆが求まれば、以下の関係に基づいて、６つの
変数rx,ry,θ，ω，ｘ，ｙが求まる。

尚、(6)式、(7)式が解けるためには、次の行列式が零とならないことが必要である。

以上のようにして、スケーリング、ローテーション、直
交度、及びシフトの４つの誤差パラメータが求まる。も
ちろんこの４つの誤差パラメータを求める一つ前の段階
で、未知数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆが決定されるから、
実際のステップ・アンド・リピート露光時には、これら
未知数を(2)式に代入し、設計値（x_i,y_i）に対するショ
ット位置（X_i,Y_i）を算出し、このショット位置（X_i,
Y_i）にステージ２が位置決めされるようにステッピング
を行なっては露光することを繰り返せばよい。

ところで、誤差パラメータ（又は未知数Ａ〜Ｆ）を精度
よく求めるためには、なるべく多くのショット数につい
てサンプルアライメントを行なう必要がある。実験的な
数値として、一枚のウェハ上のサンプルアライメントの
ショット数は１０前後がよいことがわかった。しかしな
がら多数枚のウェハに連続して露光処理を行なうことを
考えると、スループットの点で必らずしも最良の数とは
言えないことがわかってきた。

ここで実際のウェハプロセスを考えてみると、通常ウェ
ハは２５枚程度のロット単位で同一工程をへてくるた
め、同一ロット内のウェハ同志では受ける影響が極めて
類似している。もちろんロットが異なっても、それが連
続して処理されたものであれば、ロット間のウェハ同志
のバラつきは極めて小さい。このため４つの誤差パラメ
ータのうち、スケーリング量と直交度については、連続
処理を行なうウェハ間においてほぼ同一量とみなさせ
る。また位置合わせ系の誤差パラメータもドリフトを無
視すれば一定である。ところが、ウェハは１枚ずつステ
ージ上に載置され、ステージのｘ方向の走りと、ウェハ
上のショット配列のβ軸とが平行になるように、ウェハ
アライメント顕微鏡を用いてステージ上のθテーブルを
回転させて調整（θアライメント）した後、ステージと
θテーブルとを真空吸着などによって固定している。こ
のためウェハ上の原点と、位置合わせ系（ウェハアライ
メント顕微鏡、又はLSA系）の基準点とは、ウェハがス
テージに固定されるたびにわずかではあるが相対的にズ
レを生じるので、誤差パラメータのシフト量はウェハ毎
に変化する要素である。

また、θアライメントにおいても、ウェハ毎に誤差量が
異なる可能性があるので、ローテーション量もウェハ毎
に変化する要素である。そこで本発明の実施例では、連
続して処理する複数枚のウェハのすべてについて、シフ
ト量とローテーション量を測定（算出）する工程APと、
処理開始から数枚については、さらにスケーリング量と
直交度も測定（算出）する工程BPとに分け、工程BPを行
なわないウェハについては、工程BPを行なったウェハに
ついてのスケーリング量と直交度の測定結果を利用して
処理を行なうようにする。

実施例として次のように条件を設定する。

工程APを実施するウェハ数（全ウェハ数）……Ｎ枚工程BPを実施するウェハ数……ｍ（ｍ＜Ｎ）枚工程APを実施するためのショット数……ａ個／枚工程BPを実施するためのショット数……ｂ個／枚工程APを実施するためのショット番号……Ａ_１〜Ａ_ａ工程BPを実施するためのショット番号……Ｂ_１〜Ｂ_ｂ以下、第１図のフローチャート図、及び第５図のチャー
ト図に基づいて、全体的な動作を説明する。ここで説明
を簡単にするため、ショット数ａを３、ショット数ｂを
７とし、ショット番号A₁,A₂,A₃,B₁,B₂,B₃,B₄,B₅,B₆,B₇
とし、A₁〜A₃,B₁〜B₇で予め指定されたショットのウェ
ハＷ上での位置は、一例として第６図のように定められ
ているものとする。ショットA₁〜A₃はウェハＷの中心に
対してほぼ等方的に離れた３ケ所に定められ、ショット
B₁〜B₇のうちショットB₄はウェハＷの中心付近に位置
し、ショットB₁,B₂,B₃,B₅,B₆,B₇はショットB₄からほぼ
等方的に離れた６ケ所に定められている。そしてここで
はショットA₁〜A₃,B₁〜B₇に重複がないものとする。以
下、第１図のステップ１００〜１１５を順に説明する。

ステップ１００まず連続して処理すべきＮ枚のウェハの一枚を、不図示
の粗アライメント装置によってオリエンテーションフラ
ット（ＯＦ）、又はノッチを基準に機械的にプリアライ
メントを行なう。そして、そのプリアライメント精度を
保ったまま、ステッパーのステージ２上にローディング
し、ウェハホルダ上に載置して真空吸着する。

ステップ１０１次にウェハ上の離れた３ケ所の所定位置に形成されたマ
ークを、不図示のウェハアライメント顕微鏡等を用い
て、検出することによって、ｘ方向とｙ方向のアライメ
ント（装置に対するウェハの位置規定）を行なうととも
に、前述のθアライメントを行ない、従来通りのグロー
バルアライメントを完了する。

この段階で、ウェハ上のショット配列座標系αβと、ス
テージ２の移動座標系ｘｙとの両原点の対応付けが例え
ば１μｍ以下の精度で取られることになる。

ステップ１０２次に工程ＡＰとして、ショットA₁〜A₃（ａ＝３）の各々
に付随したマークＳＸ，ＳＹの位置を、Ｘ−LSA系、Ｙ
−LSA系を用い、ステージ２を走らせて検出する。これ
によってショットA₁,A₂,A₃についてのサンプル・アライ
メントが終了する。ここで先の(6)式、(7)式に着目する
と、ショットA₁,A₂,A₃のウェハ上での位置が予め定めら
れているものとすれば、(6)式、(7)式の左辺のΣx_i ²，
Σy_i ²，Σx_i・y_i，Σx_i，Σy_i，の各値は設計値から予め
演算して求めておくことができる。

従ってショットA₁〜A₃のサンプルアライメントを行なう
たびに、(6),(7)式の右辺のXX_i・x_i,XX_i・y_i,XX_i,YY_i・x_i,
YY_i・y_i,YY_iの各値を求め、夫々を加算していけばよい。

ステップ１０３ここで(6)式，(7)式を解いて、６つの未知数Ａ〜Ｆの夫
々を求め、処理中のウェハにおけるローテーションとシフトを求める。ここでサフィックスｊはウェハの処理枚数を
表わす。ローテーションはC/Dであり、シフトは（ｘ，ｙ）＝（Ｅ，Ｆ）である。

ステップ１０４次にそのウェハが工程ＢＰを必要とするか否かを判断す
る。すなわち、現在処理しているウェハが予め定めた処
理枚数ｊがｊ≦ｍか否かを判断し、ｊ≦ｍであるとき
は、次のステップ１０５に進んで工程ＢＰを実施し、ｊ
＞ｍのときは先のステップ１０７に進む。

ステップ１０５次に工程ＢＰとして、ショットB₁〜B₇（ｂ＝７）の各々
に付随したマークＳＸ，ＳＹの位置を、LSA系を用いて
ステージ２を走らせて検出する。この動作はステップ１
０２と基本的には何ら変わるところはない。

ステップ１０６次にショットB₁〜B₇の各実測値に基づいて、ステップ１
０３と同様に(6),(7)式を用いて未知数Ａ〜Ｆを算出
し、４つのパラメータの全て、すなわちローテーションシフトスケーリング及び直交度を求める。

ステップ１０７次にウェハの処理枚数がｍ枚になったか否かを判断し、
ｊ＝ｍのときのみ、ステップ１０８を実行し、それ以外
のときはステップ１０９に進む。

ステップ１０８さて、処理枚数がｍ枚になったときは、ステッパーの主
制御回路１１内に、第５図に示したように１枚目からｍ
枚目までの各ウェハ毎の工程ＡＰ及びＢＰによるパラメ
ータが記憶されている。そこで工程ＢＰによって求めた
ｍ枚目までのスケーリングと直交度の両値を、ｍ＋１枚
目以降の処理に適用するために、１枚目からｍ枚目まで
の各パラメータ値を平均した平均パラメータ、すなわち
ローテーションＲ、シフトＺ、スケーリングＳ、及び直
交度Ｏを、以下の(9),(10),(11),(12)式に基づいて算出
する。

ステップ１０９次にウェハの処理枚数ｊがｊ＞ｍか否かを判断し、ｊ＞
ｍのときはステップ１１１へ、ｊ≦ｍのときはステップ
１１０に進む。

ステップ１１０１枚目からｍ枚目までのウェハについては、工程ＢＰを
実施しているので、第５図に示すように実際の露光の際
のショット位置の算出に用いるパラメータとしてを用いる。

ステップ１１１ｍ＋１枚目からＮ枚目までのウェハについては、ステッ
プ１０４によって工程ＢＰ（ステップ１０５，１０６）
が省略されるため、第５図にも示すようにパラメータと
してを用いる。ここでｍ＋１枚目以降について、ローテーシ
ョンとシフトにおいても、ｍ枚目までの値Ｒ，Ｚを加味
するようにしてある。これは工程ＢＰのようにサンプル
アライメントのショット数の多い測定により決定された
パラメータによるウェイトを持たせて精度を高めるためである。

ステップ１１２露光用の４つのパラメータが決定されたら、先の(1)
式、又は(2)式に代入し、ウェハ上の各ショットの座標
位置（X_i,Y_i）を設計値（x_i,y_i）に基づいて算出し、シ
ョットアドレスマップを作成する。

ステップ１１３こうして算出されたショットアドレスマップに従って、
ウェハを順次位置決めしては露光することを繰り返し、
一枚のウェハに対してステップ・アンド・リピート方式
の露光を実施する。

ステップ１１４一枚のウェハの露光処理が終了したところで、そのウェ
ハがＮ枚目か否かを判断し、Ｎ枚目であれば全ての露光
処理が終了したことになり、Ｎ枚目でないときは、ステ
ップ１１５に進む。

ステップ１１５ここでウェハをステージ２上からアンロード（搬出）
し、処理枚数の変数ｊをインクリメント（＋１）し、再
びステップ１００から同様の動作が繰り返し実行され
る。

以上本実施例において、第１図に示した各ステップでは
工程ＡＰとＢＰを明確に分けて説明したが、１枚目から
ｍ枚目までのウェハについては予め工程ＢＰを実施する
ことがわかっているので、１枚目からｍ枚目までの各ウ
ェハについてはステップ１０２とステップ１０５を連続
して行ない、ショットA₁〜A_a,B₁〜B_bの各ショット位置
の実測値を順次求めてしまった方が効率的である。

また、サンプルアライメントのショットA₁〜A_aとショッ
トB₁〜B_bについては夫々重複することのないように定め
たが、必らずしもその必要はなく、ショットB₁〜B_b内に
ショットA₁〜A_aの全て（又は一部）が重複しているよう
に定めても同様の効果が得られる。

さらにサンプル・アライメントの手法は実施例のように
S/Sアライメントに限られず、D/Dアライメント方式であ
っても全く同様の効果が得られ、その他ショット毎のア
ライメント（位置検出）が可能であれば、どのような方
式であってもかまわない。

また工程ＡＰ、工程ＢＰそれぞれのパラメータ算算部の
演算には本実施例ではEGA方式を使用しているが、必ず
しもこの方式を用いる必要はない。工程ＡＰにおいては
少なくとも基板毎に値が変化し得るパラメータ（本実施
例ではローテーション量とシフト量）、また工程ＢＰに
おいては他のパラメータ（本実施例ではスケーリング量
と、直交度量）が求まればよいので、この演算方法は、
どのような方法を用いてもよい。例えば計算を簡単にす
るために、シフト量は実測値と設計値との差を加算平均
したものを用いることなども考えられる。

また、今述べたように工程ＡＰにおいては少なくとも基
板毎に値が変化し得るパラメータ（本実施例ではローテ
ーション量とシフト量）が求まればよいので、第１図に
示したステップ１０１におけるグローバルアライメント
においてウェハの中心位置とローテーション量を計測す
ることができれば、この値を使用することにより、工程
ＡＰの計測（ステップ１０２）は省略することもでき
る。

次に本発明の他の実施例について、第７図，第８図を参
照して説明する。第１図に示した先の実施例において
は、LSA系のように精度の高いアライメントを自動的
に、かつ高速に行なう機能を有するステッパーを例にあ
げた。ところがLSA系のような機能を持たない装置で
も、同様の効果を得ることができる。例えば第７図に示
すように、レチクルＲに設けられたマークＲＭとウェハ
Ｗ上のショット領域に付随したマークＷＭとを、投影レ
ンズ１を介して、ミラー２０、拡大光学系２１、工業用
テレビカメラ（ITV）２２及びブラウン管（CRT）２３に
よって同時に観察し、ブラウン管２３に表示されたマー
クＲＭの像ＲＭ′と、マークＷＭの像ＷＭ′とが所定の
位置関係になるように、ジョイスティック２４を操作し
て、ステージ２を微動させる、所謂目合わせ（手動アラ
イメント）を行ない、露光すべき１つのショット領域と
レチクルＲのパターン像とを合わせ込む方式（マニュア
ル・D/Dアライメント方式等）の装置も知られている。
このような装置を用いる場合は、まずステージ２上に載
置されたウェハＷに対して、ウェハアライメント顕微鏡
３０を使ってグローバルアライメントを行なう。このウ
ェハアライメント顕微鏡３０は、その検出中心となる光
軸AX₂が投影レンズ１の光軸AX₁から機械的に一定の距離
に位置するように固設されている。そして露光処理され
るウェハの全てには、第８図に示すようにグローバルア
ライメント用のマークGM_y,GM_θ，GM_xが予め形成されて
いる。ここでマークGM_yとGM_θは配列座標系αβのβ軸
と平行な線上に、所定の間隔だけ離れて設けられてお
り、マークGM_yとGM_θの夫々はウェハのｙ方向（α方
向）のアライメントに使われ、マークGM_xはｘ方向（β
方向）のアライメントに使われる。

さて、上記構成のステッパーを使う場合は、例えばロッ
トの最初の１枚目からｍ枚目までのウェハについては、
まずマークGM_y,GM_θ，GM_xを複数本のウェハアライメン
ト顕微鏡３０（検出視野30Y,30θ等）で検出し、グロー
バルアライメント（θアライメントも含む）を実行し
て、配列座標系αβとステージ２の走りの座標系ｘｙと
の対応付けを行なう。その後、ウェハ上の複数のショッ
ト領域について、マークＲＭとマークＷＭとを用いたマ
ニュアル・D/Dアライメント（サンプルアライメント）
を行ない、各ショット領域について正確な位置合わせが
達成された時点のステージ２（ウェハＷ）の座標位置
を、実測値として順次記憶していく。そしてこれら実測
値と設計値に基づいて、前述の複数（４つ）のパラメー
タ（シフト、ローテーション、スケーリング、直交度）
の夫々を求め、このパラメータによって決定される実際
のショット配列の規則性に従って、ステップ・アンド・
リピート方式の露光を実行する。さらに（ｍ＋１）枚目
からＮ枚目までのウェハについては、グローバルアライ
メント時に求めたウェハ中心値（座標系αβの原点の座
標系ｘｙ上での位置）をシフト量として扱い、さらにθ
アライメント後にウェハアライメント顕微鏡３０によっ
て求めたウェハのローテーション量を使用することによ
り、（ｍ＋１）枚目以降の各ウェハについては、D/Dア
ライメントを省略することができる。すなわち本実施例
では、先の第１の実施例における工程ＡＰのようなサン
プル・アライメントは行なわずに、ウェハ毎に変化し得
るパラメータについては、グローバルアライメントによ
り検出した複数のパターン領域の全体的な位置ずれを実
測値として算出するようにした。もちろん（ｍ＋１）枚
目以降の各ウェハにおけるスケーリングと直交度につい
ては、１〜ｍ枚目までに求めた値を適用する。尚、グロ
ーバルアライメント用のウェハアライメント顕微鏡３０
を用いて、θアライメント後のウェハのローテーション
を計測することは、例えば特開昭６０−１３０７４２号
公報に開示されている通りであり、これは自動的に実行
することができる。このため、（ｍ＋１）枚目以降の各
ウェハについては、その露光処理をローディング、アン
ローディングも含み、自動化することができるととも
に、各ショット毎の重ね合わせ精度も、マニュアル・D/
Dアライメント並みに向上するといった効果が得られ
る。

また、本発明はステッパー以外に、ウェハ等のように複
数のパターン領域がマトリックス状に形成されている基
板をグローバルアライメントする必要のある装置におい
ては、ほとんどそのまま応用できるものである。例えば
ウェハ上のチップの良，不良を検査するウェハプローバ
のアライメント、チップ内の不良メモリ等を予備のメモ
リにつなぎ代えるリペア装置のアライメント、又は電子
線露光装置のウェハアライメント、あるいは投影レンズ
を用いないプロキシミティ方式でステップ・アンド・リ
ピート型式のＸ線露光装置のアライメント等において
も、上記各実施例のように、誤差パラメータを用いて写
像関係を決定する場合は全く同様に実施できる。

（発明の効果）以上のように本発明によれば、連続して処理される多数
枚の基板の各々、順次位置合わせする際、処理の開始か
ら数枚に対しては精密にパターン配列の規則性を決定す
るように、１枚の基板上で多数点でパターンの位置計測
を行ない、それ以降の基板については最低限の計測回数
で済ませることができるので、スループットが向上す
る。同時に最低限の計測回数で済ませた基板に対して
は、それ以前に精密に計測した基板で得られた情報（パ
ラメータ）も適用するようにしたので、アライメント精
度も低下させることがないといった効果が得られる。す
なわち高精度なアライメントと高いスループットという
相反する条件を、高い次元でマッチングさせられるとい
った利点が得られる訳である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による全体的なアライメントシ
ーケンスを示すフローチャート図、第２図は本発明を投
影型露光装置（ステッパー）に適用した場合に好適なス
テッパーの構成を概略的に示す図、第３図はウェハ上の
パターン領域（ショット）の配列を示す平面図、第４図
は第２図に示した装置における投影視野とパターン領域
との関係を示す平面図、第５図はウェハの処理枚数と、
用いるパラメータとの関係、及び必要な工程を一欄にし
たチャート図、第６図はウェハ上のサンプル・アライメ
ントに指定されたショットの配置の一例を示す平面図、
第７図は本発明の他の実施例に好適なステッパーの構成
を示す図、第８図は第７図のステッパーによって処理さ
れるウェハ上のマーク配置の一例を示す平面図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】設計上の配列座標に沿って規則的に整列し
た複数のパターンが形成されたＮ（ただしＮ＞１）枚の
基板の夫々について、前記パターンの各々を所定の基準
位置に順次位置合わせする方法において、前記複数のパターンの設計上の座標値と前記複数のパタ
ーンの位置の実測値とに基づいて、前記基板上での前記
複数のパターンの配列の規則性を各基板毎に決定する
際、前記Ｎ枚の基板のうちの１枚目からｍ（ただしｍ＞Ｎ）
枚目までの各基板については、前記配列規則性を決定す
るための複数のパラメータの全てを各基板毎の前記複数
のパターンのいくつかの位置の実測値に応じて算出し、
該算出された複数のパラメータの全てと前記複数のパタ
ーンの設計上の座標値とに基づいて前記配列の規則性を
決定する第１工程と；（ｍ＋１）枚目からＮ枚目までの各基板については、前
記複数のパラメータのうち少なくとも基板毎に値が変化
し得るパラメータを各基板毎の前記複数のパターンのい
くつかの位置の実測値に応じて算出するとともに、他の
パラメータについては１枚目からｍ枚目までの基板にお
いてすでに算出されたパラメータを適用するようにし、
該算出されたパラメータと該適用されたパラメータと前
記複数のパターンの設計上の位置とに基づいて前記配列
の規則性を決定する第２工程とを有し、前記第１工程と前記第２工程で求められた配列の規則性
に基づいて前記基板を位置決めすることにより、前記１
枚目からＮ枚目までの各基板について前記パターンの各
々を順次位置合わせ処理を行うことを特徴とする位置合
わせ方法。
【請求項２】前記実測するパターン位置の実測値の各々
と前記配列規則性に応じた前記パターンの各々の座標値
との偏差を前記実測するパターンの各々で最も小さくな
るように前記の複数のパラメータを決定することを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の方法。
【請求項３】前記１枚目からｍ枚目までの各基板におけ
るパターン位置の実測値は、前記基板上の複数のパター
ンの夫々に付随して設けられたアライメント用のマーク
の前記基準位置に対する位置として検出され、前記基準
位置は前記基板の１つのパターンに重ね合わせ露光する
ためのマスクの転写像位置であることを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の方法。
【請求項４】前記複数のパラメータは、前記基板上の所
定の原点と前記基準位置とをアライメントしたときに残
存するｘ方向とｙ方向とのシフト量、前記基板をアライ
メントしたときに残存する回転誤差としてのローテーシ
ョン量、前記基板自体の線型伸縮によるスケーリング
量、及び前記基板上のパターンの配列の直交度の４つと
し、前記（ｍ＋１）枚目からＮ枚目までの基板を位置合
わせ処理するときは、前記各基板毎に変化し得るパラメ
ータとして前記シフト量と前記ローテーション量との２
つのパラメータを実測値に基づいて算出することを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の方法。
【請求項５】前記基板は前記基準位置を成すマスクの転
写像が前記複数のパターンの夫々にステップ・アント・
リピート方式で重ね合わせ露光される半導体ウェハであ
り、該ウェハ上の所定位置に設けられたアライメント用
のマークを検出して該ウェハをグローバルアライメント
した際、該マークの転写像に対する位置計測値を前記パ
ターン位置の実測値とし、前記シフト量とローテーショ
ン量とを算出することを特徴とする特許請求の範囲第４
項記載の方法。