JPH09190972A

JPH09190972A - 回路パターンの形成方法

Info

Publication number: JPH09190972A
Application number: JP8327417A
Authority: JP
Inventors: Toshikazu Umadate; 稔和馬立
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-12-09
Filing date: 1996-12-09
Publication date: 1997-07-22
Anticipated expiration: 2014-10-25
Also published as: JP2967974B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ウェハ上の複数のショットの各々を露光位置に
精度良く位置合わせする。【構成】ウエハ上の複数のショットのうちの幾つかのシ
ョットに付設されたマークの位置に応じた検出情報を取
得し、該マークの検出情報で決まる特定ショットの各実
測位置情報とそれら実測された各ショット領域の設計位
置情報とに基づいてウエハ上のショット配列の誤差特性
を求め、該誤差特性に基づいてウエハ上の各ショットを
露光位置に順次位置合わせする。

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感応基板上の
ショット領域を露光する装置に好適な位置合わせ方法に
関し、さらには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精密な相対位置合わ
せを行う方法に関する。

【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、４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】そこで本発明は、ウェハ等の感応基板上に
配列された複数のチップ（ショット領域）の全てについ
て、マスク等のパターン像の露光位置でのアライメント
のためのマーク検出をすることなく、代表的なショット
領域に対してのみマーク検出を行いつつ、プロセスの影
響によるマーク変形等で生じる精度劣化を防止した位置
合わせ方法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】この目的を達成するため
に、本発明は所定の配列座標系（αβ）に従って２次元
に配列される複数のショット領域（Ｃｎ）と該複数のシ
ョット領域の各々に付設されるアライメント用のマーク
（ＳＸｎ、ＳＹｎ）とが形成された感応基板（ＷＡ）を
２次元的に移動可能なステージ（３）上に載置し、該ス
テージを露光手段（Ｒ、１）の所定の露光中心（ＡＸ）
に対して移動させて露光手段からのパターン像（Ｐｒ）
が感応基板のショット領域に重ね合わせ露光されるよう
に位置合わせする方法に適用される。

【０００８】そして本発明では感応基板上の複数のショ
ット領域のうち互いに隣接しない４つ以上のｍ個のショ
ット領域を、アライメント用の特定ショット領域として
指定する段階と、露光手段の露光中心から所定距離だけ
離れた位置に検出領域（ＬＸＳ、ＬＹＳ）を有し、マー
クの位置情報を光電的に計測するマーク位置計測手段
（９、１０、３０〜３８、４１〜４８）を使って、ｍ個
の特定ショット領域の各々に付設されたマークが所定の
順番で次々に検出領域に導かれて光電的に計測されるよ
うに、ステージの移動を指示する段階とが実行される。

【０００９】さらに本発明では、マーク位置計測手段に
よるマークの位置計測に精度劣化が生じた場合は、その
精度劣化が生じたマークの付設された特定ショット領域
の隣に位置するショット領域のマークの位置情報をステ
ージの移動とマーク位置計測手段とにより追加実測する
段階を設け、追加実測が行われたときは、精度劣化した
マーク位置情報を無視して、計ｍ個のマーク位置情報を
使って感応基板上の露光すべきショット領域の各々が露
光手段の露光中心に対してアライメントされるようなス
テージの移動位置を決定する段階と、その決定された移
動位置に従ってステージを順次移動させて重ね合わせ露
光を行う段階とを実行するようにした。

【００１０】

【作用】本発明においては、ウエハ等の感応基板上に形
成された複数のチップパターン（ショット）領域のうち
代表的なｍ個を予め指定し、指定されたショット領域の
各々に付設されたマークの位置を計測する際、その計測
精度が劣化するようなショット領域については、その近
傍に隣接した代わりのショット領域に対してマーク位置
計測の実測を行うようにした。このため、予め指定され
た代表的なショット領域のマークが加工プロセスの影響
によってたまたま変形していたり、またはそのマークに
たまたまゴミが付着していたりして、本来の計測精度が
得られないままショット配列の特性（線形伸縮誤差、残
存回転誤差、直交度誤差、オフセット誤差）を決定する
ことが防止され、より高い信頼性をもつマーク位置情報
を使ってショット配列の特性を決定することが可能とな
る。

【００１１】

【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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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〜ＳＸ ₆が設け
られている。これらマークＳＹ_n、ＳＸ_n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。

【００１９】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ＧＹ_n、Ｇθ_n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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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Ｌ
ＸＳ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
１０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。

【００２４】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）を行う。

【００２５】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。

【００２６】（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。

【００２７】（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。

【００２８】（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。

【００２９】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、設計上で座
標位置（Ｄｘｎ、Ｄｙｎ）のショット（チップ）につい
て実際に位置決めすべきショット位置（Ｆｘｎ、Ｆｙ
ｎ）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。

【００３０】

【数１】

【００３１】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。

【００３２】

【数２】

【００３３】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。

【００３４】

【数３】

【００３５】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。

【００３６】

【数４】Ｆｎ＝Ａ・Ｄｎ＋Ｏ・・（４）ただし、

【００３７】

【数５】

【００３８】

【数６】

【００３９】

【数７】

【００４０】

【数８】

【００４１】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。

【００４２】

【数９】

【００４３】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。

【００４４】

【数１０】

【００４５】

【数１１】

【００４６】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、

【００４７】

【数１２】

【００４８】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、

【００４９】

【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。

【００５０】

【数１４】

【００５１】

【数１５】

【００５２】

【数１６】

【００５３】

【数１７】

【００５４】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）ｗ＝−（ａ₂₁／Ｒｙ）−（ａ₁₂／Ｒｘ）＝−（ａ₂₁／ａ₂₂）−（ａ₁₂／ａ₁₁）・・・（２１）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。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。

【００５５】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。

【００５６】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
ＳＹ ₀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。

【００５７】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。

【００５８】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。

【００５９】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。

【００６０】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。

【００６１】（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。

【００６２】

【数２２】

【００６３】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。

【００６４】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，Ｆ
ｙ₀）、チップＣ₁に対しては位置（Ｆｘ₁，Ｆ
ｙ₁）、・・・・・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。

【００６５】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。

【００６６】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。

【００６７】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。

【００６８】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。

【００６９】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。

【００７０】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。

【００７１】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。

【００７２】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。

【００７３】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。

【００７４】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。

【００７５】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。

【００７６】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。

【００７７】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。

【００７８】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。

【００７９】

【発明の効果】以上本発明によれば、ウエハ等の感応基
板上の複数のチップパターンのすべてに対して、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。また、プロセスの影響やゴミ
の影響によって精度劣化するようなアライメントショッ
トでの実測をさけて、感応基板上の３つ以上ｍ個のチッ
プ（ショット領域）の各々の位置を必ず実測（ステップ
アライメント）しているので、ショット領域の配列の決
定の信頼性が向上する。また同形状のマークを使った位
置計測が複数回繰り返されるので、検出系の機械的、電
気的なランダム誤差が低減されるとともに、位置検出用
のアライメントセンサー（顕微鏡）の感度のバラつきを
統計的な処理で押さえることになり、総合的なアライメ
ント精度が向上する。

【００８０】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。

【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

【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

【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

【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

【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。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成９年１月８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】発明の名称

【補正方法】変更

【補正内容】

【発明の名称】回路パターンの形成方法

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００１

【補正方法】変更

【補正内容】

【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に好適な回路パターンの形成方
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。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００５

【補正方法】削除

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００６

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００６】本発明は、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、マスクのパターンの
投影位置等と位置合わせすることなく、ステップアンド
リピート方式で正確に回路パターンを形成することがで
きる方法を提供することを目的とする。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は、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、その
回路パターン像をショット領域の各々に順次転写するこ
とによりショット領域内に回路パターンを形成する方法
に適用される。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００８】そして本発明では、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、それ
ら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順次検出することによっ
て、それら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Ｈｎを決定する段階と、その基板上の複数の
ショット領域の配列特性が残存回転誤差、直交度誤差、
伸縮誤差の各成分を含む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Ａ内の各要
素の値を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Ｄｎと実測位置情報Ｈｎとを用いた近似演算処
理によって算出する段階とを実行される。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】さらに本発明では、算出された誤差パラメ
ータ行列Ａの各要素の値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Ｆｎを設計位置情報Ｄｎに基づいた補正演算に
より算出し、該補正されたアライメント位置において重
ね合わせ露光を行う段階を実行するようにした。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】

【作用】本発明においては、ウェハなどの基板上に形成
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（残存
回転誤差、直交度誤差、伸縮誤差を含む）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
々と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。

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７９】

【発明の効果】以上本発明によれば、ウェハ等の基板上
の複数のチップパターン（ショット領域）の全てに対し
て位置合わせ誤差が平均的に小さくなり、１枚の基板か
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。また、基板上の複数のシ
ョット領域の夫々を回路パターン像に対して位置合わせ
する際は、いく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。また、いく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。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の配列座標系に従って２次元に配列さ
れる複数のショット領域と該複数のショット領域の各々
に付設されるアライメント用のマークとが形成された感
応基板を２次元的に移動可能なステージ上に載置し、該
ステージを露光手段の所定の露光中心に対して移動させ
て該露光手段からのパターン像が前記感応基板のショッ
ト領域に重ね合わせ露光されるように位置合わせする方
法において、 (a) 前記感応基板上の複数のショット領域のうち互いに
隣接しない４つ以上のｍ個のショット領域をアライメン
ト用の特定ショット領域として指定する段階と； (b) 前記露光手段の露光中心から所定距離だけ離れた位
置に検出領域を有し、前記マークの位置情報を光電的に
計測するマーク位置計測手段を使って、前記ｍ個の特定
ショット領域の各々に付設されたマークが所定の順番で
次々に前記検出領域に導かれて光電的に計測されるよう
に前記ステージの移動を指示する段階と； (c) 前記マーク位置計測手段によるマークの位置計測に
精度劣化が生じた場合は、その精度劣化が生じたマーク
の付設された特定ショット領域の隣に位置するショット
領域のマークの位置情報を前記ステージの移動と前記マ
ーク位置計測手段とにより追加実測する段階と； (d) 該追加実測が行われたときは、精度劣化したマーク
位置情報を無視して計ｍ個のマーク位置情報を使って前
記感応基板上の露光すべきショット領域の各々が前記露
光手段の露光中心に対してアライメントされるような前
記ステージの移動位置を決定する段階と； (e) 該決定された移動位置に従って前記ステージを順次
移動させて前記重ね合わせ露光を実行する段階とを含む
ことを特徴とする位置合わせ方法。
【請求項２】複数のショット領域が規則的に配列された
感光基板を保持して２次元移動可能なステージと、前記
ショット領域の各々にマスクのパターン像を投影する投
影光学系と、該投影光学系を通して前記感光基板上のシ
ョット領域に付随したアライメント用のマークを光電検
出し、その光電信号に基づいて該マークの位置情報を検
出するマーク検出手段と、該検出されたマーク位置情報
に基づいて決まる座標位置、又は設計上で予め定められ
ている座標位置に基づいて前記ステージの移動位置を制
御する移動制御手段とを備えた投影露光装置を使って、
前記感光基板を前記マスクのパターン像に対して位置合
わせする方法において、 (a) 前記感光基板上の複数のショット領域のうち互いに
隣合わない３つ以上のｍ個の特定ショット領域をアライ
メントショットとして予め指定する段階と； (b) 該ｍ個の特定ショット領域の各々に付随したマーク
が前記マーク検出手段によって順次検出されるような前
記ステージの移動位置を前記位置制御手段に指示する段
階と； (c) 前記マーク検出手段が前記特定ショット領域のマー
クを光電検出したときの光電信号が精度劣化して前記マ
ーク位置情報が正しく取得できないときは、該精度劣化
を起こす特定ショット領域の隣に位置した隣接ショット
領域のマークが前記マーク検出手段によって追加検出さ
れるような前記ステージの移動位置を前記移動制御手段
に指示する段階と； (d) 前記特定パターン領域または前記隣接パターン領域
の各々から正しく取得された各マーク位置情報に基づい
て、前記感光基板上の投影露光すべきパターン領域が前
記マスクのパターン像と位置合わせされるような前記ス
テージの移動位置を算出する段階とを含むことを特徴と
する位置合わせ方法。
【請求項３】回路パターン像を投影露光する投影光学系
の下で２次元移動するステージ上に、複数のショット領
域が規則的に形成された感光基板を保持し、前記感光基
板上のいくつかのショット領域に付随した各マークを光
電検出するマーク検出手段からの光電信号に基づいて各
マークの位置情報を検出し、該マーク位置情報に基づい
て前記ステージが露光時に位置すべき露光座標位置を決
定することによって、前記感光基板上の各ショット領域
を前記回路パターン像に位置合わせする方法において、 (a) 前記感光基板上の複数のショット領域の中から、前
記露光座標位置を決定するのに必要な数ｍよりも多い数
の前記マーク位置情報が得られるように互いに隣合わな
い複数の特定ショット領域をアライメントショットとし
て指定する段階と； (b) 該指定された複数の特定ショット領域の各々に付随
したマークが前記マーク検出手段によって所定の順番で
順次検出されるような前記ステージの移動位置を指示す
る段階と； (c) 前記マーク検出手段からの光電信号に基づいて前記
特定ショット領域の各々に付随したマークの各位置情報
を検出し、該検出された各マーク位置情報の中から、前
記感光基板の加工プロセスで生じるマークの変形に起因
した精度劣化が大きいものを除いて少なくともｍ個のマ
ーク位置情報を選択する段階と； (d) 該選択された少なくともｍ個のマーク位置情報の全
てを使って、前記感光基板上の各ショット領域が前記回
路パターン像と重ね合わされるような前記ステージの露
光座標位置を算出する段階とを含むことを特徴とする位
置合わせ方法。