JPS6284516A - 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】 （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りペアを行な
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。

ＩＭビ、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、パーにおいては、感光基板としてのつ
、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１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Ｊｔｃ）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・パイ・ダイアライメント）や、レチクル上のマ
ークの投彩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〜りを検出し
。

その検出位置から一定距離分だけウェハな送り込むこと
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・パイ・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・パイ・ダイ
アライメント、又はサイト・パイ・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
ロ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な露光の前に
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・パイ・ダイアライメント、又はサイト・パイ・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（オフ七、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彰響による誤差を
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な行なうことができ
なかった。そこで本願出願人は、先に出願した特願昭５
９−１６７０２０号において、ウェハ上の複数のショッ
ト領域でサイト・パイ・サイトアライメント（又はダイ
・パイ・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１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、ステップ禰アンド・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１１本方式ヲ工ンハ
ンスメント・グローバルアライメント（Ｅ、Ｇ、入）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
のウェハ上でなルヘ＜多くノシ、ット領域についてサイ
ト・パイ・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−パイ・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、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、検査装置やりベ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＠（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
ペア製型のレーザ加工点）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（ｘｔ、ｙ＋　）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。

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１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（
Ｂ、Ｇ、Ａ方式においてはローテーシ、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（位置合わせずべきショット
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
な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菌
、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Ｃショット領ｖＣ）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ｌの光軸ＡＸに対して正確に位ｌ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。ｔ、はパターン領域ＰＳの穀外縁を通る主
光線を表わす。

本実施例では投影レンズｌの物体（レチクルＲ〕側は非
テレ七ノド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。セし
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−Ｎ
ｅ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−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ＳＦはウェハＷ上でパ
ターン領域ＰＡの投影像の外側で、光軸■から一定距離
に位置するように配置される。スポット光ＳＰ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ｌを通り、再びミラー８．７及び
ハーフミラ−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１４１０に導びくように形成されてい
る。セしてウェハ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１１は。

さらにモータ３の駆動を制御するとともに。

Ｂ、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、、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−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（ＬＥＡ
系）と呼ぶことにする。このＬＥＡ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ＬＥＡ
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ＬＥＡ　系も同
様に配置される。第２図ではｙ方向検出用のＬＥＡ系の
第１ミラー８に対応したＸ方向検出用のＬ８に系の第１
ミラー８′のみを示しである。

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ＣＰｏ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ＣＰｏに付随したマーク８Ｙｏ
はβ軸上に位置し、マークＳＸｏはα軸上に位置するよ
うに形成されている。他のノーターン領域ＣＰ　Ｋ　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ｌｌ内に予め記憶
されている。

第４図はＬＥＡ系によってパターン領域ＣＰの位置を検
出（Ｓ／８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ｘｆ！Ｉｌｌ、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ＩＰの中心（
光軸ＡＸ）と一致するように定めである。Ｘ方向のアラ
イメント用のＬＳＡ系（以下Ｙ−ＩＳＡ系とする）によ
るスボ。

ト光ｓｐｙ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糸
とする）によるスポット光８Ｐｘ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Ｘ方向にスポット光８Ｐｙを横切るよ５
にウェハＷ（ステージ２）を移動させて、マーク８Ｙか
ら発生した回折光のＸ方向の位置ＹＹｉを干渉計４から
読み取り、さらにマーク８ＸｔＪＸｘ方向にスポット光
ＳＰｘ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Ｘ
Ｘｉ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（ＸＸｉ、ＹＹｉ）が得られる。

従って干渉計４の読み値が実測値（ＸＸｉ　、ＹＹｉ　
）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と投影傍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１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ｇ、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） ［ｙ・・・・・・ウェハのＸ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
璽ン） ω　・・・・・・座標系αβの傾き量（直交度）Ｏｘ・
・・・・・ウェハのＸ方向の平行移動量（シフトＸ） Ｏｙ・・・・・・ウェハのＸ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（Ｘｉ、ｙ
ｌ）に位置するシ璽ットは次の（１〕式により、座標値
（Ｘｉ、Ｙｌ　）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（
ｘｉ、ｙｌ　）に対する実際のショット位置（Ｘｉ、Ｙ
ｉ　）を−意に定めることができる。

ここでローテーシ、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
うに書きあらためうれる。

１＝ｒｚ＊Ｃ□＠θ中ｒ！ Ｂ　＝−ｒｘ（ｃｏ＊ａｔａｎｏａ　−１−ｓｉｎθ）
中−ｒｘ（ω十〇）Ｃ＝ｒｙ−ｓｉｎθ中ｒｙ−θ Ｄ＝ｒｙ（−ｓｉｎθｔａｎω＋　ｃｏｓθ）中ｒ。

ｇ＝Ｑｚ Ｐ　＝　０７ （２）式において未知数はＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｅ、Ｆの６
つあるため１式が６個、すなわち最低３シヨツト（１シ
ヨツ）Ｋ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）式の解は一章に定まる。

しかし実際のウェハ上でのモデルはｅ　ｉｔ　ｍ　（ｘ
　ｔ　。

ｙｔ）、実測値（ＸＸｉ　、ＹＹｉ　）に対し残差項（
ａｘｔ　。

ａｙｉ　）が存在し、次の（３）式のような写像関係が
成り立つ。

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−別＋８・戸＋Ｅ　＋ｇｘｉ　　・・・・・
・（４）サンプルアライメントを行なうショツト数なｋ
とすると、二乗和ΣｇＸｉ　　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
形に書き亘丁ど、（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
うに膏き表わされる。

すなわち、１シヨツトのサンプルアライメントが終了す
るたびに、ＸＸｉ　　、ΣｙＩ、Σ旧　、ΣｙＩ２、　
Σｘ＋−ｙ＋　ＸＸＸ１−ｘｔ　　、　ＸＸＸ１−ｙｔ
　　、　Ｘ）αｉ　　。

Σｙｙｉ−ｘ＋　　、ΣＹＹｉ−ｙ＋　　、ΣＹＹｉ等
の各々を加算してゆき、ｋショ、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、へ、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”　＋　ｙ７　＊θ、ω、　Ｏｘ　、　
Ｏｙが求まる。

ｒｚ＝Ａ ｒ、＝Ｄ θ　　＝　− 迅＝Ｅ ｉア＝Ｆ 尚、（６）式、（力式が解けるためには１次の行列式り
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、Ｂ、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（ｘｔ、ｙｔ）に対
するショット位置（Ｘｉ、Ｙｉ）を算出し、このショッ
ト位置（Ｘｉ　Ｙｌ　）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−Ｐ）を精度
よく求めるためには、なるべく多くのショツト数につい
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、一枚のウェノ１上のサンプルアライメント
のショツト数は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方向の定りと、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１位置合わせ系（ウェハア
ライメント顕微鍾、又はＬＥＡ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Ｂ
Ｐ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　（ｒｒ
ｙ４Ｎ）枚工程ＡＰを実施するためのシヨ 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ー 、ト番号　　　　　　　　　・・・・・・Ａ１〜Ａａ工
ｉＢＰを実施するためのショ ト書号　　　　　　　　　　　　　　・・・・・・８１
〜Ｂｂ以下、第１図のフローチオート図、及び第５ＦＡ
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ｌａを３．ショッ
トｉｂを７とし、ショット番号Ａ＋。

Ａ２．Ａ３．８＋　、８２　、Ｂａ　、Ｂ４　、Ｂｅ　
、８８　、Ｂｙとし、Ａｔ−４ａ　。

８１〜８１で予め指定されたショットのウェ／ＮＷ上で
の位置は、−例として第６図のように定められているも
のとする。ショット人１〜Ａ３はウエノ′ＳＷの中心に
対してほぼ等方的Ｋｔｉれた３ケ所に定められ、ショッ
ト８１〜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Ｂ＋　、８２　。

ａｓ　、Ｂａ　、Ｂａ　、Ｂｙ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〜Ａａ、Ｂ＋〜Ｂ１に重液がないもの
とする。以下、第１図のステップ１００〜１１５を１１
［に説明する。

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）、又はノツチをＪｌ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
精度な深ったまま、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。

次にウェハ上の離れた３ケ所の所定位置に形成ｙ方向の
アライメント（装置に対するウェハノ位置規定）を行な
うとともに、＃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、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１寸けが
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、ットＡ言〜Ａａ　（３ｗ３）
の各々に付随したマーク８Ｘ　、　８Ｙの位置を。

Ｘ−Ｌ８人系、Ｙ　−ＬＳ絣を用い、ステージ２を走ら
せて検出する。これによってシ、ッ）Ａ＋、Ａｇ。

Ａｓ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）Ａ１．　Ａ２　、　Ａｓ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ΣＸＩ　　、ΣＹ’　　＋ΣＸｌ”ｙｌ　、Σ
ｘｉ　。

ΣｙＩ、の６値は設計値から予め演算して求めておくこ
とができる。

従りてシ、ットＡ１〜入３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℃０−ｘｓ
　　、ＸＸ１−ｙｔ　　、ＸＸ１−、ＹＹｉ−ｘｓ　　
、ＹＹｔ−ｙｌ　　。

ＹＹｉの６値を求め、夫女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つの未知数人〜
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ＲｊとシフトＺｊ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、　ンＲＪはＣ
／Ｄであり、シフト３ｊは（Ｔａｘ、τｙ　）　”’　
（”　＊　Ｆ）である。

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ｍよりも小さいか否かを判断し１ｍよりも小さい
ときは１次のステ、１１０５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Ｂ１〜１３ｙ（ｂ＝７）
の各々に付随したマークｓｘ、ｓｙの位置を、ＬａＡ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１０２と基本的には何ら変わるところはない。

次にショッ）Ｂ＋−Ｂｙの各実測値に基づいて。

ステップ１０３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風ｊ’　（Ｃ／Ｄ　）　、シフ
ト７１ｊ／（Ｅ、Ｆ）、ｘグーリング３ｊ’　（（ｒｘ
、ｒｙ）＝（Ａ　。

Ｄ）〕、及び直交度Φｊ’　（−Ｂ／Ａ−Ｃ／Ｄ　）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に進む口さて、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Ｋ１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ＯＰ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、ｆｆｊ＋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２．スケーリングＳ。

及び直交度０を、以下の（９）　＋　（１０）　、　（
１１）　ｊ（１２）式に基づいて算出する。

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、１５ｍのときはステ、プ
１１０に進む。

ステップ１１０ １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Ｒｊｌ
　、　ｆｆｊ／　、　８ｊ／　、Φｊ′を用いる。

ｍ＋１枚目からＮ枚目までのウェハついては。

ステ、プ１０４によって工程ＢＰ（ステ、プ１０５．１
０６）が省略されるため、第５図にも示すようにパラメ
ータとして月＋Ｒ，１Ｊ−）Ｚ、８．０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１ｍ枚目までの値Ｒ９２を加味するようにしで
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組’
、ＷｊＱｉｃよるウェイトを持たせて精度を高めるため
である。

ステ、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（Ｘｉ、Ｙｉ）を設計値（ｘｓ。

ｙＩ）に基づいて算出し、シヨ、トアドレスマ。

プな作成する。

ステ、プ１１３ こうして算出されたシ、、トアドレスマ、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、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）Ｌ、再び
ステ、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、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、ショット入１〜Ａａ　、　Ｂ＋〜Ｂｂ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〜Ａａとシ
、ッ）Ｂ＋〜Ｂｂについては夫々重複することのｔ【い
ように定めたが、必らずしもその必要はなく、ショット
８１〜８ｂの内にシ、、）Ａｚ〜Ａａ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
。　　　・ サラにサンプル・アライメントの手法は実施例のように
Ｓ７８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、その他シヨ、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。

（実施例） また工程ＡＰ、工程ＢＰそれぞれのパラメータ算ｎ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。

工程入Ｐにおいては少なくとも基板毎（’Ｃ値が変化し
得るパラメータＣ本実施例ではローテーション愈とシフ
ト量）、また工程ＢＰにおいては他のパラメータＣ本実
施例ではスケーリング量と、亘交う喫 関童）が求まればよいので、この樹算方法は、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Ｃ本実施例ではローテ
ーション短とシフト量）が求まればよいので、第１図に
示したステ、プｌｏｔ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、この値な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
、ＬａＡ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な有するステ、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及びプラウ槽（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、イスティ、り２４を操作して、ステージ２を微動さ
せる。所謂回合わせ（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ＡＸｔが投影レンズ
１の光軸ＡＸＩ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）Ｆ　、ＧＭｏ。

ＧＭｘが予め形成されている。ここでマークＧＭＹとＧ
Ｍｏ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）ｒ
とＧＭｏ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ＧＭｘ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、パーを使う場合は１例えば口、
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）Ｆ　、ＧＭｏ、ＧＭｘを複数本のウェ
ハアライメント顕微鏡３０（検出視野３０Ｙ、３００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ａβ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Ｃサン
プルアライメント〕を行ない、各シ、、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璽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枚目までのウェノ１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ｌ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−１−１）枚目以降の各
ウェノ１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１本発明はステ、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、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、は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ｘｍｒｔ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、
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、
トという相反する条件を、高い次元でマツチングさせら
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】

第一１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）図、第２図は本発明な
設計型露光装置（ステッパー）に適用した場合に好適な
ステ、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。 、ト）の配列を示す平面図、第４図は第２図に示した装
置における設計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、及び必要な工程な一欄にし
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、　、　トノ配［１７）−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、バ
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 (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）設計上の配列座標に従って規則的に複数のパター
   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、 前記パターンの位置に関する設計値と実測 値とに基づいて、前記パターンの基板上での配列の規則
   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
   を各基板毎の前記実測値に基づいて算出し、（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パターン位置に関する実測値に基づ
   い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、該算出された複数のパラメ
   ータに基づいて前記配列の規則性を決定することにより
   、前記１枚目からＮ枚目までの各基板について順次位置
   合わせ処理を行なうことを特徴とする位置合わせ方法。
2. （２）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。
3. （３）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
   、前記基板自体の線形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。
4. （４）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・アンド・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３項記載
   の方法。