JP2503572B2

JP2503572B2 - 露光装置及び露光方法

Info

Publication number: JP2503572B2
Application number: JP63054328A
Authority: JP
Inventors: 一明鈴木
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1988-03-08
Filing date: 1988-03-08
Publication date: 1996-06-05
Anticipated expiration: 2011-06-05
Also published as: US4982227A; JPH01227432A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は半導体素子の製造工程中のフォトリソグラフ
ィ工程の露光方法に関し、特に半導体ウェハに作り込む
回路パターン領域を複数の部分領域に分割し、各部分領
域毎に対応する新たな回路パターン部分を重ね合わせ露
光する方法、所謂画面合成（あるいは画面継ぎ）方式の
露光方法に関する。

〔従来の技術〕

近年、フォトリソグラフィ工程ではレチクルのパター
ンをウェハに露光する装置として縮小（又は等倍）投影
型露光装置が多用されるようになってきた。この種の装
置はレチクルのパターンを投影レンズを介してレジスト
の塗布されたウェハ上に露光するものである。ただし１
回の露光で投影できる領域はウェハ全面よりも小さいた
め、通常ウェハを一定ピッチづつ歩進（ステッピング）
させては露光することを繰り返すステップアンドリピー
ト方式を採用している。

ところで、このような装置における投影レンズは露光
のための照明光の波長、投影レンズの開口数（N.A.）等
によって解像し得る最小線幅が決まってしまう。照明光
の波長は短かければ短かいほど解像力が向上し、開口数
は大きければ大きいほど解像力が向上する。しかし実用
的にはそのいずれにも限度がある。そこで１つの考え方
として、投影露光できる領域を小さくして投影倍率（縮
小率）を大きくすることによって解像力をかせぐ方法が
ある。これは大きな投影領域を確保しつつより大きなN.
A.の投影レンズを設計、製造することが難しいことに起
因している。

例えば1/10縮小で投影領域が10mm×10mm、N.A.が0.35
の投影レンズによって投影領域の全面で解像力１μｍが
達成できている場合、このレンズをN.A.のみを大きくし
て高解像力にする設計、製造は極めて難しい。しかし、
投影領域を絞って例えば5mm×5mm（イメージフィールド
にして約7.1mmφ）にしてN.A.を大きくすることは比較
的容易に設計、製造できる。この場合、N.A.を0.5にす
ることも可能であり、こうした投影レンズによれば投影
領域内の全面（5mm×5mm）で安定してサブミクロンの解
像力が得られる。実験によれば全面で0.8μｍ程度の解
像力が容易に得られ、ベストな条件では0.6μｍにも及
ぶ解像力が得られている。もちろん照明波長は従来と同
じｇ線（436nm）である。このようにサブミクロンの解
像力が安定して得られることは、縮小投影露光装置、所
謂ステッパーが生産ラインで本格的に使用され始めた頃
には予想もされていなかったことである。

さて、このように高解像力の投影レンズが得られたと
しても、その小さな投影領域のために、ウェハ上に作り
込む回路パターン（製品として１チップ分に相当するパ
ターン）の大きさに制限が生じてしまう。そこでこの制
限をなくすため画面合成、又は画面継ぎとよばれる手法
が考えられている。第２図（ａ）は画面合成による露光
方法の一例を示す斜視図であり、ここでは４つの回路パ
ターン部分Ａ′、Ｂ′、Ｃ′、Ｄ′の夫々が形成された
４枚のレチクルR₁、R₂、R₃、R₄を使うものとする。露光
されるウェハＷ上には１つのチップとして切り出される
回路パターン領域（以下チップ領域とする）DCがスクラ
イブラインを挟んでマトリックス状に形成されるものと
する。１つのチップ領域DCは第２図（ｂ）に示すように
４つに分割され、各部分領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの夫々はレ
チクルR₁〜R₄の各パターン領域Ａ′、Ｂ′、Ｃ′、Ｄ′
の夫々と対応している。チップ領域DC内の領域Ａ、Ｂ、
Ｃ、Ｄの夫々は相互に継ぎ部CLで電気的に接続されるよ
うにパターニングされている。この継ぎ部CLは例えばア
ルミニウムによる配線層を作る場合に形成される。

さて、第２図（ａ）に示すように、例えばレチクルR₂
のパターン領域Ｂ′を投影レンズPLの視野内の所定位置
にセットし、ステップアンドリピート方式でウェハＷを
矢印e₂のようにＸ、Ｙ方向に移動させて、各チップ領域
DC内の領域Ｂに関して順次レチクルR₂（パターンＢ′）
と位置合わせて露光していく。ウェハＷの全面にパター
ンＢ′を露光したら、矢印e₁のようにしてレチクルR₂を
R₃（パターンＣ′）に交換する。そして同様にステップ
アンドリピート方式によりウェハＷの各チップ領域DC内
の領域Ｃに関して順次レチクルR₃（パターンＣ′）と位
置合わせして露光を行なう。以下同様にレチクルR₁（パ
ターンＡ′）、レチクルR₄（パターンＤ′）の露光を行
ない、１枚のウェハＷに対する露光工程が終了する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記画面合成（又は画面継ぎ）による露光は従来のス
テップアンドリピート法の特徴をそのまま応用したもの
であるが、従来と異なるのは、ウェハ上に１回の露光で
焼き付けられるパターン像と、その隣りに１回で焼き付
けられるパターン像とのＸ、Ｙ方向の合わせを極めて厳
密に管理しなければならないことである。それは継ぎ部
CLにおいて合わせ誤差が生じると、結果的に配線等の断
線といった欠陥が継ぎ部CL内のすべてで発生することに
なり、そのチップ領域DCを救済することが不可能に近く
なるからである。

すなわち、より微細化されたパターンの層間の重ね合
わせ精度を維持するとともに、同時にチップ領域DC内の
２次元的な継ぎ合わせ精度をも維持しなければならない
のである。この重ね合わせ精度と継ぎ合わせ精度の両方
を考慮することは、ウェハ上に作り込まれる半導体チッ
プの３次元的な位置合わせを考えることに相当し、これ
はウェハのプロセスによる変形、ステッパーの装置間の
誤差（各種アライメント精度のばらつき、ウェハステー
ジの走行特性のばらつき等）の存在を考えると極めて難
しい問題である。

この問題に対する１つの解決策は、重ね合わせ露光す
べき１枚のレチクルＲとウェハ上の被露光領域（Ａ、
Ｂ、Ｃ、Ｄ）とを露光直前にアライメントセンサーによ
って毎回位置合わせすることである。すなわち、第２図
（ａ）において、例えばレチクルR₁を用いるときは、レ
チクルR₁のパターンＡ′とウェハ上の全てのチップ領域
DC内の領域Ａとの位置ずれをステッピングの後ダイ・バ
イ・ダイ方式、又はサイト・バイ・サイト方式で毎回検
出して、位置補正するのである。この解決策では確かに
良好な位置合わせが可能であるが、さらに以下の問題が
残ってしまう。すなわちウェハ上の１つの領域（Ａ、
Ｂ、Ｃ、Ｄ）に対して露光を行なう（１ショットとも呼
ぶ）たびに、位置合わせ動作が必要なため、スループッ
トが悪いことである。

そこで画面合成の露光シーケンスにおいても、レチク
ルのパターン像とウェハ上の被露光領域とを正確にアラ
イメント（位置合わせ）するために、例えば特開昭61−
44429号公報、又は特開昭62−84516号公報に開示されて
いるように、拡張されたウェハグローバルアライメント
（以下、エンハンスト・グローバル・アライメント＝Ｅ
・Ｇ・Ａと呼ぶ）方式を採用することが有望視されてい
る。ここでＥ・Ｇ・Ａ方式とは、１枚のウェハを露光す
るのに、まず始めに、ウェハ上の複数のショット領域に
付随したマークの位置を計測（サンプル・アライメン
ト）した後、ウェハ中心位置のオフセット（ｘ、ｙ方
向）、ウェハの伸縮度（ｘ、ｙ方向）、ウェハの残存回
転量、及びウェハステージの直交度（あるいはショット
領域の配列の直交度）の計６つのパラメータを、マーク
の設計位置とマークの計測位置との差に基づいて統計的
な手法で決定する。そして決定されたパラメータの値に
基づいて、重ね合わせ露光すべきセカンド（2nd）ショ
ットの位置を設計位置から補正して順次ウェハをステッ
ピングさせていく方式である。この方法の利点は、ウェ
ハ露光に先立ってウェハ上の全ショット数と比べてわず
かな数（３〜16ショット分）のマークの位置計測を実行
した後は最早マークの検出及び位置計測を必要としない
ために、スループットの向上が望めること、及び十分な
数のマークをサンプル・アライメントすると、個々のマ
ーク検出誤差が統計的な演算のもとで平均化されること
になり、１ショット毎のアライメント（ダイ・バイ・ダ
イ、又はサイ・トバイ・サイト方式）と同等、もしくは
それ以上のアライメント精度が、ウェハ全面の全てのシ
ョット領域に対して望めることである。

さて、このようなＥ・Ｇ・Ａ方式を画面合成の露光シ
ーケンスに導入して、2nd層の重ね合わせ露光を行なう
場合を考えてみると、そのままではレチクルR₁（パター
ンＡ′）、レチクルR₂（パターンＢ′）、レチクルR
₃（パターンＣ′）、及びレチクルR₄（パターンＤ′）
の夫々と、ウェハＷ上のチップ領域DC内の各領域Ａ、
Ｂ、Ｃ、Ｄの夫々とは独立して最良の重ね合わせ精度で
アライメントされるものの、領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの相互
間での継ぎ合わせ精度を考慮すると、必ずしも最適なア
ライメント方法でないといった問題がある。

〔問題点を解決する為の手段〕

そこで本発明は、以上のような画面合成（又は画面継
ぎ）による露光方式において、Ｅ・Ｇ・Ａ方式等のよう
に、サンプルアライメント（間引きによるウェハ上のシ
ョット領域のアライメント）によってウェハ上の全ショ
ット領域の実際の位置を露光前に特定するアライメント
方式を導入するのに好適な露光装置を提供する。本発明
において、ウェハ等の基板上には被転写領域（DC）の複
数が規則的に形成され、各被転写領域は少なくとも２つ
の第１部分領域（Ａ）と第２部分領域（Ｂ）とに分割さ
れ、領域（Ａ）と（Ｂ）の夫々に対して異なるパターン
（もしくは同一パターンも可）を別々にステップアンド
リピート、もしくはステップアンドスキャン方式で重ね
合わせ露光する場合の装置を前提としている。

そして、第１部分領域（Ａ）に形成されたアライメン
トマーク（S_xa、S_ya）、もしくは第２部分領域（Ｂ）に
形成されたアライメントマーク（S_xb、S_yb）を検出し
て、領域（Ａ）、領域（Ｂ）のマスク（レチクルR₁′、
R₂′）対する相対位置を検出する位置検出手段を設け
る。この位置検出手段は、実施例によれば、TTLウェハ
アライメント系14、ウェハアライメント系16あるいはTT
Rアライメント系12のいずれか一方と干渉計４との組み
合わせ、あるいはTTRアライメント系12、及びアライメ
ントデータ取込部23によって構成される。

これらアライメント系12、14、16が実際に検出するも
のはアライメントマークに限られるが、このマークを検
出した位置は、すなわち、ウェハ（Ｗ）上のある１つの
部分領域（Ａ又はＢ）のレチクルR₁′、R₂′に対する相
対位置を検出したことにほかならない。さらに本発明で
は、ウェハ上の分割された各領域（Ａ）、（Ｂ）をサン
プルアライメントするにあたって、３通りのアライメン
トモードのいずれか１つを設定するためのモード入力手
段（モードセレクター21）が設けられる。この３通りの
アライメントモードは、上記位置検出手段によって、分
割された第１部分領域（Ａ）のみのｍ個の各位置を求め
る第１アライメントモードと、同様に第２部分領域
（Ｂ）のみのｎ個の各位置を求める第２アライメントモ
ードと、第１部分領域（Ａ）と第２部分領域（Ｂ）との
それぞれ１個以上の各位置を求める第３アライメントモ
ードである。そしてこれら３通りのアライメントモード
のいずれか１つに基づいて、座標演算部24で決定された
ショット（第１部分領域、又は第２部分領域）の配列に
応じてウェハ等の基板をステッピングさせる制御手段
（ステージコントローラ５）を設けた。

上記本発明の構成をブロック化してわかりやすく図示
したものを第８図に表わす。第８図でウェハＷ上には予
め指定された代表的な６つのチップ領域DC₁〜DC₆が配置
され、各チップ領域DC₁〜DC₆は、例えば２分割されて部
分領域Ａ、Ｂで構成される。もちろん、それ以上の分割
数でも同じである。位置検出手段は３つのアライメント
モードのうちの１つのモードで動作し、第１のモードは
チップ領域DC₁〜DC₆のうちのｎ個（３個以上が好まし
い）に含まれる領域Ａのみ（DC_n（Ａ））に設けられた
マーク位置を計測するものであり、第２のモードはチッ
プ領域DC₁〜DC₆のうちのｎ個に含まれる領域Ｂのみ（DC
_n（Ｂ））に設けられたマーク位置を計測するものであ
り、第３のモードはｍ個（１以上）の領域Ａとｍ′個
（１以上）の領域Ｂとの夫々に設けられたマーク位置を
計測するものである。演算手段が各マークの計測する位
置情報の入力数としてｎ（３以上）個を指定している場
合、第３のモードにおいてはｍ＋ｍ′≧ｎとなるように
定めるとともに、ｍ≒ｍ′となるように定めると、重ね
合わせ精度と継ぎ合わせ精度とを両立させた効果が最大
に得られる。

尚、本発明では３つのアライメントモードに分けた
が、重ね合わせ露光により製造されるデバイスの種類や
チップ領域の分割数等によっては２つのアライメントモ
ード、すなわち第１のモードと第２のモードのいずれか
一方と第３のモードとの２モードのみを備えただけでも
よい。

従って、複数のチップ領域の夫々について同一（共
通）配置の部分領域のいくつかをサンプルアライメント
するモードと、チップ領域内で異なる配置の部分領域の
それぞれをおりまぜていくつかサンプルアライメントす
るモードとの２つに分けられる。

〔作用〕

本発明においては、ウェハ上の１つの被転写領域（チ
ップ領域DC）を複数（２以上）の部分領域に分割し、各
部分領域に対応した新たなパターン（レチクル）による
重ね合わせ露光の際、１つのチップ領域内の個々の部分
領域でそれぞれ最良の重ね合わせ精度を得る場合と、１
つのチップ領域内の各部分領域に対する新たなパターン
同志を最良の継ぎ合わせ精度で重ね合わせ露光する場合
と、上記重ね合わせ精度と継ぎ合わせ精度との両精度を
適宜バランスさせる場合とを任意に選択することができ
る。

例えばウェハ上にある層を形成するとき、その層では
継ぎ合わせ精度が厳しいものとすると、各部分領域に対
応した新たなパターンの転写においては、Ｅ・Ｇ・Ａ方
式によるマーク位置計測の際、チップ領域内で共通の部
分領域に付随したアライメントマークを選ぶようにす
る。このようにすると、１枚のウェハをステージに載置
したまま、レチクルを順次交換して露光する場合（露光
シーケス上のモード１）は、ウェハをステージ上にロー
ドした直後に１回だけマーク位置計測（サンプルアライ
メントとも呼ぶ）を実行するのみで、１つのチップ領域
内の各部分領域の全てのアライメントを終了でき、計測
したマーク位置情報から継ぎ合わせ精度に影響を与える
のは、Ｅ・Ｇ・Ａ方式で定義されているパラメータのう
ち、ウェハ伸縮量（S_x、R_y）、ウェハ全体の回転量
（θ）、及び直交度（ｗ）のみとなる。もちろんレチク
ル交換時のレチクルアライメント精度も影響するが、通
常この精度は十分小さなものにできるため、総合精度を
見積る際は無視してもよい。また、１枚のレチクルに対
し順次ウェハを交換して露光する場合（露光シーケンス
上のモード２）は、スループットが向上するとともに、
異なるレチクルに対して、ウェハ上の同一のアライメン
トマークを共通に計測することになるので、計測するマ
ークが異なることによる誤差に伴う継ぎ合わせ精度の低
下がない、といった利点がある。特に、上記露光シーケ
ンスのモード１、２のいずれの場合も、位置計測すべき
マークをウェハ上の各チップ領域内で同一（共通）位置
に配置された部分領域のうちのいくつかから選べば、各
部分領域のもつ配列オフセットの影響がなくなり、画面
継ぎの精度向上が最も期待できる。

一方、位置計測すべきマークを、全ての種類の部分領
域から適宜の数の比率で選べば、重ね合わせ精度と継ぎ
合わせ精度の両立が期待できる。

さらに重ね合わせ精度が厳しい場合には、上記露光シ
ーケンスのモード１、２のいずれの場合でも、重ね合わ
せが行なわれる部分領域から選ばれたマークを計測して
Ｅ・Ｇ・Ａ方式を実行するため、スループットは低下す
るものの、重ね合わせ精度の悪化はない。

〔実施例〕

次に本発明の実施例による露光方法を説明するが、そ
の前にこの方法を実施するのに好適な投影型露光装置の
概略的な構成を第１図に基づいて説明する。

第１図に示すように、本実施例の装置は例えば第２図
（ａ）と同様の４枚のレチクルR₁、R₂、R₃、R₄を用いる
ものとする。第１図においてレチクルR₁は露光装置のレ
チクルステージRSに真空吸着され、他のレチクルは所定
のレチクル収納部（以下ライブラリーと呼ぶ）に収めら
れている。レチクルの交換はレチクルオートローダ部１
によって自動的に行なわれる。レチクルステージRSはレ
チクルを保持して水平面内で２次元（回転も含む）的に
微動可能であり、レチクルを装置の基準、例えば投影レ
ンズPLの光軸AXに対して位置決めするために使われる。
さて投影レンズPLの下にはウェハＷを載置して２次元的
に移動するウェハステージ２が設けられ、モータ３によ
って駆動される。このウェハステージ２は後述するアラ
イメントのための微動とステップアンドリピート方式の
露光の際のステージ移動と兼用して使われる。ウェハス
テージ２の端部にはレーザ光波干渉式測長器（以下単に
干渉計とする）４からのレーザ光束を垂直に反射する移
動鏡が設けられ、干渉計４はウェハステージ２の位置を
計測する。尚、第１図ではモータ３、干渉計４とも１組
しか図示していないが、他方の軸方向のためにさらにも
う１組が設けられていることは言うまでもない。このウ
ェハステージ２の移動自体はステージコントーラ５によ
って制御される。ステージコントローラ５は干渉計４か
らの位置情報（現在位置）と目標位置の情報とに基づい
てモータ３を最適駆動する。

さて、本実施例の装置では４つのアライメント系が設
けられている。１つはレチクルのみを装置に対してアラ
イメントするためのレチクルアライメント系10、１つは
レチクルマークとウェハ上の被露光領域に付随したマー
クとを同時に検出して、レチクルとウェハＷとを直接ア
ライメントするためのTTRアライメント系12、１つはレ
チクルを介することなく投影レンズPLを介してウェハＷ
上のマークを検出してウェハＷを装置（特に光軸AX）に
対してアライメントするためのTTLウェハアライメント
系14、そしてもう１つは投影レンズPLとは無関係にウェ
ハＷ上のマークを検出して、ウェハＷを装置に対してア
ライメントするためのオフ・アクシス（OFF−Axis）方
式のウェハアライメント系16である。この４つのうち、
特に本実施例で利用するのはウェハアライメント系14、
16及びTTRアライメント系12の３つである。

シーケンスコントローラ20は所定のレチクルが装置に
セットされるようにレチクル交換の指示をレチクルオー
トローダ部１に出力するとともに、モードセレクタ21に
は画面合成上のどの分割領域に関して露光を行なうかの
指示を出力する。

モードセレクタ21はその指示に基づいて予め定められ
た複数のアライメントモードのうちの１つを選択し、そ
のアライメントモードで必要とするウェハＷ上のアライ
メントマークの設計上の座標位置情報がアライメントマ
ーク設計座標部（記憶装置）22から選び出されるような
指示を出力する。またモードセレクタ21はアライメント
データ取込部23にも所定の指示を出力して、どのアライ
メント系（ここでは特にウェハアライメント系14、16の
いずれか一方とする）を使ってマーク位置情報（これを
アライメントデータとも呼ぶ）を取り込むかを選択す
る。データ取込部23は選ばれたアライメント系からのマ
ーク検出情報と干渉計４からのウェハＷの位置情報とに
基づいてアライメントデータを作成していく。座標演算
部24はデータ取込部23で作成されたアライメントデータ
と、アライメントマーク設計座標部22からの設計値とに
基づいて露光すべきウェハＷ上の分割領域がレチクルの
パターン投影像と重なり合うようなウェハステージ２
（ウェハＷ）の位置、すなわち露光位置（ショット位
置）を算出する。

その露光位置の計算原理は、特開昭61−44429号公
報、特開昭62−84516号公報に開示されているものと同
等である。この座標演算部24には、さらにウェハＷ上の
露光すべき分割領域の全てのショット配列マップ（ウェ
ハ上のチップ配列を基準としたマップ）が予め設計値と
して記憶されており、そのマップも必要に応じて参照さ
れる。

またアライメントのシーケンス（露光位置の決定のた
めのアライメント動作、及び演算アルゴリズム等）はモ
ードセレクタ21からの指示に従って決定される。本実施
例では、このモードセレクタ21には予め３通りのアライ
メントモードがオペレータによって設定される。

切替スイッチ部25はマーク設計座標部22からのマーク
位置情報と座標演算部24からの露光位置情報とのいずれ
か一方をステージコントローラ５に送り出すように切替
えるものである。切替スイッチ部25は第１図に示した状
態でデータ取込部23がアライメントデータを作成し、切
り替えた状態ではステップアンドリピート方式の画面合
成による露光が行なわれる。

尚、第１図に示した各種アライメント系のうちウェハ
アライメント系14、16はウェハＷ上にアライメントマー
ク程度のレーザスポット光を照射し、そのマークの段差
エッジからの散乱光や回折光を光電検出する方式が望ま
しい。さらにそのレーザスポット光をウェハＷ上のレジ
ストを感光させない（又は感光させにくい）波長にする
ことも望ましい。またウェハアライメント系16の場合
は、投影レンズPLの制約を受けないので、非感光性の波
長域で広い波長分布をもつ白色光にして、マークの像を
テレビカメラで検出する方式にしてもよい。

またTTRアライメント系12もレーザスポット光をレチ
クル及びウェハ上に形成するとともに、そのスポット光
がアライメントマークを横切るように走査し、同様に各
マークからの散乱光、回折光を光電検出する方式がよ
い。このTTRアライメント系12をレチクルのマークとウ
ェハのマークとの位置ずれを直接検出するもの（あくま
でレチクルとウェハの相対的ずれ検出）であるため、ウ
ェハＷ上のマーク位置のみを知るにはレチクルのマーク
に対してTTRアライメント系12で検出し得る所定の範囲
内にウェハＷのマークを位置させ、そのウェハＷの位置
を干渉計４で検出しておき、レチクルマークとウェハマ
ークとの相対的なずれ量をTTRアライメント系12で求め
れば、ウェハＷのマークの位置を特定することができ
る。

次に第１図の装置を用いた露光方法について説明す
る。本実施例では２つの異なるパターンを画面合成によ
り継ぎ合わせ１つのチップ領域を重ね合わせ露光してい
くものとする。従って第１図に示したレチクルのうちレ
チクルR₁、R₂が使われる。第３図は第１実施例によるウ
ェハＷへのファーストプリント（第１層の焼き付け）時
の動作を示すフローチャート図である。尚、レチクル
R₁、R₂の夫々の形成される回路パターン部分と各種アラ
イメントマークとの配置は特に図示しないが、以後説明
するようなウェハＷ上に形成されるパターンやマークの
配置と相似と考えてよい。だたしレチクルアライメント
系10によって検出されるレチクルアライメント用のマー
クは各レチクルとも共通の位置に設けておいた方がよ
い。以下第３図の各ステップについて説明する。

まずレジストの塗布されたウェハをローディングして
ウェハステージ２上に所定のプリアライメント（機械
的）精度で載置する（ステップ100）。そしてレチクルR
₁（パターンＡ′を有する）をシーケンスコントローラ2
0の指令に応答したレチクルオートローダ部１の動作に
より、レチクルステージRSにローディングして保持する
（ステップ102）。次にレチクルアライメント系10を用
いて、レチクルR₁を装置の基準位置（例えば光軸AX）に
対して精密に位置決めする（ステップ104）。このレチ
クルのアライメントは２次元の各方向（ｘ、ｙ）の位置
決め以外に回転（ローテーション）についても厳密に修
正する。このレチクルローテーションの修正、すなわち
ウェハステージのｘ方向、ｙ方向の各移動軸に関してレ
チクルを回転することなくアライメントする方法として
は、例えば特開昭56−102823号公報に開示されている技
術がそのまま利用できる。

次にシーケンスコントローラ20からの指令に応答し
て、こにレチクルR₁を用いた露光がパターンＡ′のファ
ーストプリントであることがモードセレクタ21に設定さ
れ、モードセレクタ21は座標演算部24にパターンＡ′が
配列マップに従ってウェハ全面に露光されるようなウェ
ハステージ２の位置、すなわちショット位置を出力する
ように働きかける（ステップ106）。この際切替スイッ
チ部25は第１図中の位置から切り替えられて、露光動作
に備える。そしてステージコントローラ５は座標演算部
24からの各ショット位置を目標位置として次々に入力し
て、ステップアンドリピート方式でレチクルR₁のパター
ンＡ′をウェハ上に焼き付けていく（ステップ108）。
こうしてウェハ上には第４図に示すようにチップ領域の
うちの領域Ａのみがマトリックス状に整列して露光され
る。この際、本実施例ではレチクルR₁には領域Ａに直交
して接するｘ、ｙ方向の２本のスクライブライン上の夫
々にｙ方向用のアライメントマークS_yaとｘ方向用のア
ライメントマークS_xaとが形成されるように、マークパ
ターンが設けられているものとする。１枚のウェハに対
するパターンＡ′の露光が終了すると、レチクル交換を
行なうか否かが判断される（ステップ110）。ここでは
次のレチクルR₂のパターンＢ′を露光しなければならな
いので、レチクルR₁がアンロードされ、レチクルR₂がロ
ーディングされる。（ステップ112）。そして以後同様
にパターンＢ′の露光がステップアンドリピート方式に
より実行される。ただしこの２枚目のレチクルに対して
はステップ106のモードセレクトにより、パターンＢ′
のファーストプリントであると設定され、パターンＢ′
のショット位置（設計値）はパターンＡ′のショット位
置（設計値）に対して一定ピッチ分だけオフセットして
いる。また本実施例では２枚目のレチクルR₂にも、領域
Ｂに直交して接するｘ、ｙ方向の２本のスクライブライ
ン上の夫々に、ｙ方向用のアライメントマークS_ybとｘ
方向用のアライメントマークS_xbとが形成されるように
マークパターンが設けられているものとする。

以上のようにしてウェハ全面にパターンＢ′が露光さ
れると、第４図に示すようにチップ領域の中の領域Ｂ
が、先に露光された領域Ａと所定の位置関係（第１層で
画面継ぎを行なう場合は継ぎ精度を保証する範囲の位置
誤差）で形成される。

次にステップ110でレチクル交換が必要か否かが判断
される。ここでは２枚のレチクルをすでに使用している
ため、新たなウェハに対する露光を行なうか否かが判断
される（ステップ114）。新たなウェハを露光する場合
はステップ100〜110が同様に繰り返し実行される。

さて、これによってウェハ上にはファーストプリント
されたチップ領域（領域Ａ、Ｂ）が形成されるが、この
第１層から配線の継ぎを行なう場合、領域Ａ、Ｂの継ぎ
部CLは例えば第５図に示すように形成される。領域Ａ内
のパターンと関連した配線パターンLaと領域Ｂ内のパタ
ーンと関連した配線パターンLbとは互いにｙ方向につい
て精密に位置合わせされ、ｘ方向についてはわずかに重
なり合う部分Dabが生じるように位置決めして露光され
る。配線パターンLaはレチクルR₁に、配線パターンLbは
レチクルR₂に各々形成されたものである。

次にファーストプリントの処されたウェハに対して第
２層以降の重ね焼き（以後セカンドプリントと呼ぶ）を
行なうシーケンスについて説明する。

このセカンドプリントにおいては、ウェハ上の各領域
Ａ、Ｂの各々に対して新たな回路パターン部分を精密に
位置合わせ（重ね合わせ）して露光することもさること
ながら、領域Ａに対する新たなショットと領域Ｂに対す
る新たなショットとの相互の配置関係、すなわち継ぎ精
度も重視しなければならない。それは多くの場合、セカ
ンドプリントのいずれかの層において第５図に示すよう
な継ぎ部CLの形成（露光）が行なわれるからである。

さて、セカンドプリントにおいてＥ・Ｇ・Ａ方式を適
用する場合、２つの考え方がある。１つはチップ領域内
の分割された領域Ａ、Ｂの夫々に対する新たなパターン
の重ね合わせ精度を重視する考えであり、もう１つは領
域Ａ、Ｂの夫々に重ね合わせ露光される新たなパターン
同志の継ぎ合わせ精度を重視する考えである。ここで領
域ＡをセカンドプリントするレチクルをR₁′、そのパタ
ーンをＡ″とし、領域Ｂをセカンドプリントするレチク
ルをR₂′、そのパターンをＢ″とする。

ところでＥ・Ｇ・Ａ方式を適用する際に重要なのは、
上記精度に関する２つの考え方に沿って、ウェハＷ上の
サンプル・アライメント（マーク検出）すべきショット
を選ぶとともに、レチクルR₁′、R₂′及びウェハＷの交
換シーケンスを適当に定めることである。

第６図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はＥ・Ｇ・Ａ方式の際
のサンプル・アライメントのショットの違いを表わした
もので、本実施例では、ウェハＷ上の８ケ所のチップ領
域（領域Ａ、Ｂ）を選び、各チップ領域の夫々でｘ方向
とｙ方向のアライメントマークの位置をサンプル・アラ
イメントによって求めるものとする。

第６図（ａ）は予め定められた８つのチップ領域内の
領域Ａのみに付随したマークS_xa、S_yaをサンプル・アラ
イメントする場合を示し、同図中で領域Ａに丸印を付し
た位置である。

第６図（ｂ）は、８つのチップ領域内の領域Ｂのみに
付随したマークS_xb、S_ybをサンプル・アライメントする
場合を示し、同図中で領域Ｂに丸印を付した位置であ
る。

第６図（ｃ）は、８つのチップ領域内の領域ＡとＢの
夫々に付随したマークS_xa、S_ya、S_xb、S_ybを適当な比率
で混ぜてサンプル・アライメントする場合を示し、ここ
では同図中に丸印で示した４つの領域Ａと４つの領域Ｂ
とに定められているものとする。

ここで重ね合わせ精度重視の場合は、従来のＥ・Ｇ・
Ａ方式をそのまま適用して、レチクルR₁′（パターン
Ａ″）を重ね合わせ露光する際は、第６図（ａ）のサン
プルショットの配置を選び、レチクルR₂′（パターン
Ｂ″）を重ね合わせ露光する際は、第６図（ｂ）のサン
プルショットの配置を選べばよい。このとき、領域Ａと
パターンＡ″の投影像との重ね合わせ精度、及び領域Ｂ
とパターンＢ″の投影像との重ね合わせ精度はともに最
もよくなることが期待できる。しかしながらパターン
Ａ″の像とパターンＢ″の像との継ぎ合わせ精度は、領
域Ａと領域Ｂのファーストプリント時の配列ずれがその
まま反映されるため精度の向上は望めない。

逆に継ぎ合わせ精度重視の場合は、パターンＡ″の領
域Ａへの重ね合わせ露光とパターンＢ″の領域Ｂへの重
ね合わせ露光とのいずれのときも、第６図（ａ）のみの
サンプルショット位置を選ぶ。あるいはウェハＷをステ
ージ２に載置したままパターンＡ″、Ｂ″の露光をレチ
クル変換（R₁′→R₂′）によって連続して実行する場合
は、パターンＢ″の重ね合わせ露光時には、Ｅ・Ｇ・Ａ
方式のサンプル・アライメントを省略して、パターン
Ａ″の重ね合わせ露光時に行なったサンプル・アライメ
ントの結果を用いて、ウェハＷのステッピングのみを行
なってもよい。ただしこの方法の場合、レチクル変換の
ときにレチクルR₁′とR₂′が相互に高い精度で装置に対
してアライメントされることが必要である。

以上の方式によれば領域ＡとパターンＡ″の像との重
ね合わせ精度は悪化しないが、領域ＢとパターンＢ″の
像との重ね合わせ精度は保証されず、悪化することも予
想される。しかしながらパターンＡ″の像とパターン
Ｂ″の像との継ぎ合わせ精度は最もよくなる。

最後に、重ね合わせ精度と継ぎ合わせ精度とを適度に
両立させる場合は、パターンＡ″、パターンＢ″のいず
れの転写のときも、第６図（ｃ）に示したサンプルショ
ット配置を選ぶ。あるいはウェハＷをステージ２に載置
したままパターンＡ″、Ｂ″の順に連続して露光する場
合は、パターンＢ″の重ね合わせ露光時にはＥ・Ｇ・Ａ
方式のサンプルアライメントを省略して、パターンＡ″
の転写時に行なったサンプルアライメントの結果を用い
てウェハＷのステッピングのみを行なってもよい。

以上、２つの精度要因を両立させるときは、領域Ａと
パターンＡ″の像との重ね合わせ精度、及び領域Ｂとパ
ターンＢ″の像との重ね合わせ精度は若干低化するもの
の、大きな悪化ではなく、一方継ぎ合わせ精度は良好に
保たれる。

尚、第６図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の各アンプル・シ
ョット配置は、モードセレクタ21に設定された３通りの
アライメントモードの各々に対応して呼び出される。

次に第６図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の選び方に基づい
たＥ・Ｇ・Ａ方式の画面合成用セカンドプリントのシー
ケンスを第７図を参照して説明する。ここでウェハＷを
ステージ２に載置したまま、レチクルを順次交換して露
光するモードをセカンドモード１と呼び、レチクルを交
換せずに次々にウェハＷを露光していくモードをセカン
ドモード２と呼ぶことにする。

すなわちセカンドモード１の場合、ウェハＷ上の画面
合成されるチップ領域に対する露光は交換すべきレチク
ル（R₁′、R₂′）が１枚のウェハにつき一順することに
よって完了し、セカンドモード２の場合、例えば１枚の
レチクルR₁′に対して１ロット（25枚）分のウェハを流
し、その１ロット分のウェハをさらに次のレチクルR₂′
に対して流すことで完了する。まず第１図中に示したモ
ードセレクタ21により露光モードを選択する（ステップ
200）。そしてレチクルR₁′（パターンＡ″を有する）
をローディングしてレチクルアライメント系10によって
レチクルR₁′を装置の基準位置に対して精密に位置決め
する（ステップ202）。

次にレジストの塗布されたウェハＷをローディングし
てウェハステージ２上に所定のプリアライメント精度で
載置した後、オフ・アクシス方式のウェハアライメント
系16を用いてウェハＷの全体をある程度精密に（例えば
±１μｍ程度）に位置決めする（ステップ204）。この
位置決めによって、干渉計４により規定されるxy座標系
におけるウェハＷのショット位置が例えば±１μｍ程度
の精度で干渉計４の分解能（例えば0.01μｍ）をもって
規定される。

次に、これから露光すべき層を重ね合わせ精度重視で
処理するか、継ぎ合わせ精度重視で処理するか、それと
も両方の精度を両立させて処理するかの指示に従って第
６図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のようにサンプルショット
を決定し、Ｅ・Ｇ・Ａ方式のためのマーク位置計測をTT
Rアライメント系12又はTTLウェハアライメント系14を使
って実行する（ステップ206）。

ここでＥ・Ｇ・Ａ方式の概要を説明すると、あるショ
ットの設計座標値（X_p、Y_p）に対する実際のショット位
置（X_r、Y_r）は（１）式のような写像関係で定義され
る。

ここで変数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆはアライメント系
12、又は14による複数のマーク位置の計測（サンプル・
アライメント）によって演算により決定されるものであ
り、ステップアンドリピート方式で露光する際はすでに
定数として扱われる。変数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆはさ
らに以下のように近似される。

Ａ＝R_x・cosθ≒R_x Ｂ＝−R_x（cosθ・tanω＋sinθ） ≒−R_x（ω＋θ）Ｃ＝R_y・sinθ≒R_y・θ Ｄ＝R_y（−sinθ・tanω＋cosθ） ≒R_y Ｅ＝_x Ｆ＝_y 上記関係式において、R_x、R_yはウェハのｘ、ｙ方向の
伸縮量、θはウェハ内のショット配列座標のxy座標系に
対する回転量、ωはショット配列の直交度、そして
_x、_yはウェハのｘ、ｙ方向の平行シフト量を表わ
す。ところで実際のウェハ上では（１）式の関係に残差
項（αXp、βYp）が存在し、（２）式のように表わされ
る。

ここでサフィックスｉはショットの数（あるいは位
置）を表わし、残差の二乗和Σ｛（α_i X_pi）²＋β_i Y
_pi）²｝を最小とするように変数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、
Ｆを決定すれば、先の（１）式に従って算出されたショ
ット位置（X_r、Y_r）にウェハをステッピングするだけ
で、ウェハ上の各ショットに対して最良の重ね合わせ精
度が得られることになる。

従ってサンプル・アライメントは、上記変数Ａ、Ｂ、
Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆを決定するために、数学上は少なくとも
３つのショット領域の夫々に付随したｘ方向マークとｙ
方向マークとの計６個のマークについて、その位置を実
測する必要がある。詳しくは特開昭62−84516号公報に
開示されているので、ここでは説明を省略する。

尚、上記関係式で直交度ωと伸縮量R_x、R_yは同一のプ
ロセスを受けた多数枚のウェハ間ではほとんど差がな
く、しかもその数値自体、極めて小さなもの（ppmオー
ダ）になることもある。そのため、ωとR_x、R_yを計測結
果によらずに一定値に固定しておいてもよい。またサン
プル・ショットの数は３ショットから８又は９ショット
に増やすにつれて平均化効果による精度向上が顕著に現
われ、10ショット以上では、ゆるやかに精度向上が計ら
れる。

以上のようにして、第６図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）で
示した８つのチップ領域のうち３つ以上、又は全てにつ
いてＥ・Ｇ・Ａ方式のためのサンプルアライメント（マ
ーク位置検出）を実行する。そして第１図に示した座標
演算部24によって変数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆを決定す
るとともに、アライメントマーク設計座標部22から各シ
ョット位置の設計値（X_pi、Y_pi）を読み込んで、（１）
式に基づいて実際のショット位置（X_ri、Y_ri）を算出す
る。

こうしてパターンＡ″の各ショット位置（領域Ａ）が
定まると、ステップアンドリピート方式により、ウェハ
Ｗ上の各領域Ａに対してパターンＡ″を重ね合わせ露光
する（ステップ208）。

１枚のウェハに対するパターンＡ″の露光が終ると、
露光モードがセカンドモード１、２のいずれであるか判
断し（ステップ210）、モード１の時はレチクルR₁′を
レチクルR₂′（パターンＢ″を有する）に交換するか否
かを判断し（ステップ216）、さらにレチクル交換の場
合はレチクルR₂′のローディング及びアライメント（ス
テップ220）を実行した後、画面継ぎ合わせ精度重視
（又は重ね合わせ精度と継ぎ合わせ精度の両立）か否か
の判断（ステップ222）を行なう。

このステップ222の判断において、継ぎ合わせ精度重
視（又は継ぎ精度と重ね精度の両立）であるときは、先
にパターンＡ″を露光する前にＥ・Ｇ・Ａ方式によって
決定された各ショット位置の座標値に基づいてパターン
Ｂ″のショット位置を決定して、ただちにステップアン
ドリピート方式の露光（ステップ208）を実行する。こ
のときＥ・Ｇ・Ａ方式で決定されたパターンＡ″のショ
ット位置に対してパターンＢ″のショット位置はパター
ンＡ″の中心とＢ″の中心との設計上の間隔分だけｘ方
向にずらすように定められる。

一方、ステップ222で重ね合わせ精度重視と判断され
たときは、第６図（ｂ）に示したようなサンプルショッ
ト（全て領域Ｂ）に付随したマークS_xb、S_ybを選んで再
度、Ｅ・Ｇ・Ａ方式のためのサンプル・アライメント
（ステップ206）を実行する。そしてウェハＷ上の各領
域Ｂの配列を先の（１）式によって高精度に特定し、ス
テップアンドリピート方式の露光（ステップ208）を実
行する。

またステップ216の時点で、ウェハ上にパターンＡ″
とＢ″を焼き終っている場合には、次のウェハを焼くか
否か（ステップ218）を判断し、焼く場合はウェハをア
ンロードした後、再びステップ204に戻って同様に次の
ウェハの露光を行なう。ステップ218で次のウェハを焼
かない場合は一連の露光シーケンスを終了する。

さて、先のステップ210でセカンドモード２であると
判断されると、次のウェハに交換するか否か（ステップ
212）を判断し、交換する場合はステップ204に戻って、
次のウェハに対して同様のシーケンスを繰り返す。ステ
ップ212でウェハ交換の必要がないとき、例えばロット
の最後のウェハに対して、パターンＡ″の露光が終了し
たときは、次のレチクルR₂′に交換するか否か（ステッ
プ214）が判断され、交換する場合はウェハＷをステー
ジ２に固定したままステップ220に進み、その後のシー
ケンスは実質的にモード１の場合と同一になる。またス
テップ214の時点で、露光に使ったレチクルがR₂′の場
合は、最早次のレチクルがないので、一連の露光シーケ
ンスを終了する。

以上、本実施例では重ね合わせ精度重視か継ぎ合わせ
精度重視かによって、Ｅ・Ｇ・Ａ方式のサンプルアライ
メントで計測するマークを領域Ａ、Ｂのうちから任意に
選択するようにしたが、第６図（ａ）、（ｂ）、のよう
に領域Ａのみ、又は領域Ｂのみを指定する場合の８つの
チップ領域は、全て同じチップ領域に属するものにしな
くてもよい。すなわち領域ＡとＢを独立にサンプルアラ
イメントする場合、（重ね精度重視）に、サンプルアラ
イメントすべき複数の領域Ａのウェハ上の配置とサンプ
ルアライメントすべき複数の領域Ｂのウェハ上の配置と
は、チップ領域の単位でみた場合、全く異なった関係、
又は一部重複した関係にしてもよい。

また本実施例では画面合成すべきパターンを２つとし
たが、３種類以上の場合でも全く同様の効果が得られる
ことは言うまでもない。ただし３種以上のパターンの合
成の場合は、継ぎ精度と重ね合わせ精度とを両立させる
ためのサンプルアライメントショットの選び方及び組み
合わせの自由度が大きくなり、よりフレキシブルな重ね
合わせ露光が可能となる。

さらに本実施例では重ね精度と継ぎ精度の両立を計る
ために、第６図（ｃ）に示したように、４つの領域Ａと
４つの領域Ｂとをサンプルアライメントして、領域Ａと
Ｂとがあたかも同じレチクルから同時にウェハ上に焼き
付けられたものとみなすようにＥ・Ｇ・Ａを行なってい
るが、領域ＡとＢとでサンプルアライメントに使われる
数は任意の比率にすることができる。この比率を1:1か
ら変えることで、重ね精度と継ぎ精度とが両立するバラ
ンスがくずれ、領域ＡあるいはＢとの一方に対する重ね
精度重視の傾向が強くなってくる。オペレータは予めど
の適度重ね合わせ精度を重視するかによって、上記比率
を適宜指定することができる。

ところで本実施例のセカンドプリント時の露光シーケ
ンスにおいて、例えば重ね合わせ精度を重視した場合、
サンプル・アライメントによってウェハ上の各チップ領
域のうち領域Ａのみの実際の配列特性Ｍ（Ａ）と、領域
Ｂのみの実際の配列特性Ｍ（Ｂ）とが個別に求められ
る。しかしながら領域ＡとＢとの相対位置が設計値通り
正確に作り込まれているならば、モード１（ウェハ交換
せずにレチクルを交換するモード）の場合にあっては本
質的に配列特性Ｍ（Ａ）とＭ（Ｂ）とは等しいはずであ
る。すなわち配列特性Ｍ（Ａ）を決定する（１）式中の
変数（Ａ〜Ｆ）と、配列特性Ｍ（Ｂ）を決定する（１）
式中の変数（Ａ〜Ｆ）とはほぼ等しい定数となって算出
されるはずである。

そこで領域ＡとＢにわずかな相対位置ずれが生じてい
るか否かを、配列特性Ｍ（Ｂ）の変数（Ａ〜Ｆ）を、先
に求められている配列特性Ｍ（Ａ）の変数（Ａ〜Ｆ）と
比較することで容易に知ることもできる。さらに２種の
変数Ａ〜Ｆの差分を求めることで、領域Ａ、Ｂのずれが
どのような原因で生じたものなのかを、ある程度予測す
ることもできる。例えば一方の変数Ｅ、Ｆと他方の変数
Ｅ、Ｆとに大きな差があれば、領域Ａ、Ｂをウェハ上に
作り込むときの、１枚目のレチクルR₁（パターンＡ′）
と２枚目のレチクルR₂（パターンＢ′）とでレチクルア
ライメント（第３図のステップ104）の精度に差が生じ
ていたことがわかる。また変数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ同志を比
較することによって、例えば変数Ｄは差が少ないのに変
数Ｃの差が多い場合等は、領域Ａをウェハ上に作り込ん
だときと領域Ｂを作り込んだときとで、２枚のレチクル
R₁、R₂の相互のレチクルアライメント（ローテーショ
ン）誤差が異なることが主原因として考えられ、その他
ウェハステージ２が全体に微小量回転してしまったか、
ヨーイングの傾向が変化してしまったか等が推測され
る。さらに配列の直交度ωは、先に述べた近似関係式か
ら変数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄによって表わすことができる。

すなわちＢ≒−R_x（ω＋θ）の関係から、ω＝−θ−
B/R_xとなり、これにR_x≒Ａ、R_y・θ≒Ｃ、及びR_y≒Ｄな
る関係を代入すれば、となる。

従って配列特性Ｍ（Ａ）とＭ（Ｂ）とで直交度ωが異
なった場合等は、領域Ａを露光したときと領域Ｂを露光
したときとで、干渉計４によって規定されるxy座標系の
直交度、すなわちウェハステージ２に固定された移動鏡
の反射面が成す直交度に何らかの変動が生じたものと推
測できる。

従って、変数（Ａ〜Ｆ、又はR_x、R_y、θ、ω等）を用
いた評価を露光シーケンスの間に適宜行なえば、これか
ら継ぎ合わせ精度重視で露光する層が、ウェハ上のチッ
プ領域内でどれぐらい重ね合わせ精度を悪化させるかを
予め知ることも可能である。

第７図に示した露光シーケンスでは、重ね合わせ精度
を重視する露光の場合、第６図（ａ）に示したサンプル
ショット配置と第６図（ｂ）に示したサンプルショット
配置との夫々に対して時間をあけて別々にサンプルアラ
イメント（Ｅ・Ｇ・Ａ）を行なうようしたが、モード１
の場合はウェハＷ上の８つのチップ領域の各々の領域
Ａ、Ｂの計16領域について初めに１回だけサンプルアラ
イメントのためのマーク位置検出動作を行うだけにし
て、後で適宜計測データ上でＥ・Ｇ・Ａの演算に必要な
ものを適宜組み合わせて使うようにしてもよい。

Ｅ・Ｇ・Ａ方式では、マーク位置計測の再現性と精度
が要求されるものはもちろんのこと、十分に早いマーク
位置計測動作も必要である。このため本実施例のように
TTRアライメント系12、もしくはTTLウェハアライメント
系14を用いるのが好適であるが、オフ・アキシス方式の
ウェハアライメント系16に検出分解能、及び検出精度の
高いセンサーを用いれば、同様に利用できる。この場
合、投影レンズPLとウェハアライメント系16とが空間的
に離れていることによるベースライン誤差の発生、及び
ウェハアライメント系16でウェハ上のほぼ全面のチップ
領域を観察するためにウェハステージ２のストロークが
長くなること等の問題はあるものの、投影レンズPLとは
無関係にウェハ表面を観察する構成なので、マーク位置
検出の精度向上のための制約条件（照明波長等）が少な
く、良好な検出精度が期待できる。

Ｅ・Ｇ・Ａ方式にTTLウェハアライメント系14、もし
くはウェハアライメント系16を用いる場合は、第７図に
示したシーケンスのうち、レチクルアライメントとＥ・
Ｇ・Ａとの順序を逆にしてもよい。すなわち第７図中の
ステップ206と208の間に、ステップ202又はステップ220
を入れても同様の効果が得られる。

更に本実施例では、Ｅ・Ｇ・Ａ方式で画面合成露光す
る場合について説明したが、重ね合わせ精度の重視、継
ぎ合わせ精度の重視、及び両精度の両立の２方式を選択
できる手段（ソフトウェア）を備えたステッパーであれ
ば、スループット的には不利ではあるが、１ショット毎
にダイ・バイ・ダイ、及びサイト・バイ・サイト方式で
アライメントを行なう場合にも同様に適用できる。

本実施例では、チップ領域DC内の分割された領域Ａ、
Ｂ（さらにＣ、Ｄ等）は、互いに回路パターンが異なる
ものとして、重ね合わせのために異なるパターンＡ″、
Ｂ″を有する２枚のレチクルR₁′、R₂′を使うものとし
たが、必らずしもその必要はない。例えば液晶表示板
（テレビ画面等）を作るためのステッパーでは、大型の
ガラスプレート（レジスト塗布）上に同一の微細なパタ
ーン構造の周期的な繰り返しが露光されるため、継ぎ部
分をうまく設定することで、ガラスプレート上の３つ以
上に分割された領域の２つ以上を共通のレチクルで露光
することができる。

また特開昭62−145730号公報に開示されているよう
に、パターンＡ″、Ｂ″、Ｃ″、Ｄ″等を一枚のレチク
ル上に形成し、レチクルステージを干渉計による位置計
測のもとに大きく移動させることで、ウェハＷ上へ転写
すべきパターンを交換するようにしてもよい。この場合
は、パターンの交換時間がいままでにくらべて大きく短
縮されるため、ウェハＷ上の１つのチップ領域内の分割
された部分領域の夫々に対してレチクルステージを動し
て順次パターンを切替えて重ね合わせ露光を行なった
後、次（隣り）のチップ領域に対してウェハステージ２
をステッピングさせて、同様に重ね合わせ露光を繰り返
していってもよい。

尚、本実施例では投影型露光装置（ステッパー）に適
用した場合のみを示したが、マスクとウェハを10〜50μ
ｍ程度に近接させてステップアンドリピート方式でパタ
ーン転写を行なうＸ線露光装置にも全く同様に適用でき
るものである。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、パターンのデザイン
ルールに従って、重ね合わせ精度重視か継ぎ精度重視か
又は両方の両立かを適宜選んでアライメントをおこなう
ことができる露光装置が得られるから、画面合成の露光
シーケンスと通常の露光シーケンスとで別々の露光装置
を用意する必要がなく、フレキシブルな露光タスクを構
築することができる。更に、実施例によればエンハンス
トグローバルアライメント時の計測アライメントマーク
の位置を変えることで、上記アライメントモードの選択
が可能な露光方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による方法を適用するのに好適
な露光装置の構成を示す図、第２図（ａ）、（ｂ）は、
従来の画面合成法を説明する図、第３図は画面合成によ
るファーストプリント時のシーケンスを表わすフローチ
ャート図、第４図は本発明の実施例が適用されるファー
ストプリント完了時のウェハ上のパターン配列を示す平
面図、第５図は継ぎ合わせの一例を示す平面図、第６図
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はエンハンストグローバルアラ
イメント時の計測マーク位置を示す図、第７図は、画面
合成によるセカンドプリント時のシーケンスを表わすフ
ローチャート図、第８図は本発明の概略的な構成の１つ
をブロック化して表わした図である。〔主要部分の符号の説明〕 R₁、R₂、R₃、R₄……レティクル、Ｗ……ウェハ、S_x、S_y
……ウェハ上のアライメントマーク、CL……継ぎ部分、
PL……投影レンズ、２……ウェハステージ、４……干渉
計、12……TTRアライメント系、14……TTLウェハアライ
メント系、16……ウェハアライメント系、20……シーケ
ンスコントローラ、21……モードセレクタ。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の被転写領域がほぼ規則的に形成され
た基板を載置して２次元移動する基板ステージと、該被
転写領域の夫々を少なくとも２つの第１部分領域と第２
部分領域に分割したとき、少なくともその一方の部分領
域に重ね合わせ露光すべき新たなパターンを有するマス
クを保持するマスク保持手段と、該マスク保持手段に対
して前記基板ステージをステッピング移動させる手段と
を有し、前記基板上の各被転写領域を前記部分領域の単
位で前記新たなパターンによって重ね合わせ露光する装
置において、前記被転写領域内の前記第１部分領域と第２部分領域の
各々に個別に付随して形成されたアライメントマークを
検出して、前記第１部分領域もしくは第２部分領域の前
記マスクに対する相対位置に関連した情報を検出する位
置検出手段と；該位置検出手段によって、予め指定されたｍ個の前記第
１部分領域の各位置情報を求める第１アライメントモー
ドと、予め指定されたｎ個の前記第２部分領域の各位置
情報を求める第２アライメントモードと、予め指定され
たそれぞれ１つ以上の前記第１部分領域と第２部分領域
とを合わせてＰ個の部分領域の各位置情報を求める第３
アライメントモードのいずれか１つのアライメントモー
ドを設定するためのモード入力手段と；該設定されたア
ライメントモードによって求められる複数の位置情報に
基づいて、前記基板上の前記第１部分領域と第２部分領
域との少なくとも一方の配列に関する情報を算出する演
算手段と；該算出された配列に関する情報に基づいて前
記基板ステージをステッピング移動させる制御手段とを
備えたことを特徴とする露光装置。
【請求項２】前記選択されたアライメントモードに対応
する部分領域とは異なる部分領域の重ね合わせ露光を行
う際、前記演算手段は、前記マスクのパターンと前記被
転写領域との重ね合わせを優先すると判断した場合は、
前記異なる部分領域に対応する複数の位置情報に基づい
て、前記異なる部分領域の配列に関する情報を算出し、
前記第１部分領域と前記第２部分領域との位置関係を優
先すると判断した場合は、前記制御手段は前記設定され
たアライメントモードに対応する部分領域の配列に関す
る情報に基づいて前記異なる部分領域を前記マスクに対
して位置合わせするように前記基板ステージをステッピ
ング移動させることを特徴とする請求項１記載の露光装
置。
【請求項３】基板を載置する基板ステージを２次元移動
し、被転写領域を複数の第１部分領域と複数の第２部分
領域に分割したとき、少なくともその一方の部分領域に
重ね合わせ露光すべき新たなパターンを有するマクスを
保持するマスク保持手段に対して前記基板ステージを移
動させることにより、前記基板上の被転写領域を前記部
分領域の単位で前記新たなパターンによって重ね合わせ
露光する方法において、前記第１部分領域もしくは第２部分領域の前記マスクに
対する相対位置に関連した情報を検出する工程と；前記第１部分領域もしくは第２部分領域のいくつかの位
置情報を求める第１アライメントモードと、前記第１部
分領域及び第２部分領域の部分領域のいくつかの位置情
報を求める第２アライメントモードとのいずれか１つの
アライメントモードを設定する工程と；前記設定されたアライメントモードによって求められる
複数の位置情報に基づいて、前記基板上の前記第１部分
領域と第２部分領域との少なくとも一方の配列に関する
情報を算出する工程と；該算出された配列に関する情報に基づいて前記基板ステ
ージを移動させる工程とを備えたことを特徴とする露光
方法。
【請求項４】前記第２アライメントモードは、前記第１
部分領域の配列に関する情報と前記第２部分領域の配列
に関する情報を算出する際、各々の部分領域に対応する
前記求められた位置情報に基づいて各々の部分領域の配
列に関する情報を独立に算出するための第３アライメン
トモードと、予め指定されたそれぞれ１つ以上の前記第
１部分領域と第２部分領域とを合わせてＰ個の部分領域
の各位置情報に基づいて前記第１部分領域と第２部分領
域の少なくとも一方の配列に関する情報を算出するため
の第４アライメントモードとを含むことを特徴とする請
求項３記載の露光方法。
【請求項５】前記第３アライメントモードは予め指定さ
れたｍ個の前記第１部分領域の各位置情報を求めるとと
もに、予め指定されたｎ個の前記第２部分領域の各位置
情報を求めるためのものであり、前記第３アライメント
モードが設定された場合に前記ｍ個の前記第１部分領域
の位置情報に基づいて前記第１部分領域の配列情報が算
出され、前記ｎ個の前記第２部分領域の位置情報に基づ
いて前記第２部分領域の配列情報が算出されることを特
徴とする請求項４記載の投影露光方法。
【請求項６】複数の被転写領域がほぼ規則的に形成され
た基板を載置して２次元移動する基板ステージと、該被
転写領域の夫々を少なくとも２つの第１部分領域と第２
部分領域に分割したとき、少なくともその一方の部分領
域に重ね合わせ露光すべき新たなパターンを有するマス
クを保持するマスク保持手段と、該マスク保持手段に対
して前記基板ステージを移動させる手段とを有し、前記
基板上の各被転写領域を前記部分領域の単位で前記新た
なパターンによって重ね合わせ露光する装置において、前記第１部分領域もしくは第２部分領域の前記マスクに
対する相対位置に関連した情報を検出する位置検出手段
と；予め指定されたそれぞれ１つ以上の前記第１部分領域と
第２部分領域とを合わせてＰ個の部分領域の各位置情報
に基づいて、前記基板上の前記第１部分領域と第２部分
領域の少なくとも一方の配列に関する情報を算出する演
算手段と；該算出された配列に関する情報に基づいて前
記基板ステージを移動させる制御手段とを備えたことを
特徴とする露光装置。
【請求項７】基板を載置する基板ステージを２次元移動
し、被転写領域を複数の第１部分領域と複数の第２部分
領域に分割したとき、少なくともその一方の部分領域に
重ね合わせ露光すべき新たなパターンを有するマスクを
保持するマスク保持手段に対して前記基板ステージを移
動させることにより、前記基板上の被転写領域を前記部
分領域の単位で前記新たなパターンによって重ね合わせ
露光する方法において、予め指定されたそれぞれ１つ以上の前記第１部分領域と
第２部分領域とを合わせてＰ個の部分領域の各位置情報
に基づいて、前記基板上の前記第１部分領域と第２部分
領域の少なくとも一方の配列に関する情報を算出し、該算出された配列に関する情報に基づいて前記基板ステ
ージを移動させることを特徴とする露光方法。
【請求項８】前記Ｐ個は３個以上であることを特徴とす
る請求項７記載の露光方法。
【請求項９】前記Ｐ個の内、前記第１部分領域と前記第
２部分領域とはほぼ同数であることを特徴とする請求項
７記載の露光方法。
【請求項１０】前記Ｐ個の内、前記配列に関する情報の
算出に使用される前記第１部分領域の位置情報の数と前
記第２部分領域の位置情報の数との比率を任意に指定す
ることを特徴とする請求項７記載の露光方法。
【請求項１１】前記比率は前記パターンと前記被転写領
域との重ね合わせを重視するか、前記第１部分領域と前
記第２部分領域との位置関係を重視するか、前記重ね合
わせと前記位置関係との両立を重視するかに応じて定め
られることを特徴とする請求項10記載の露光方法。