JP3617046B2 - 露光方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体素子等を製造する際にマスクパターンを感光基板上に露光するための露光方法に関し、特に例えば半導体メモリ等を製造する際に使用されるイオン注入層のように、高い解像度を必要としないミドルレイヤと呼ばれる層と、高い解像度を必要とするクリティカルレイヤと呼ばれる層とに順番に露光を行うフォトリソグラフィ工程に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体素子、又は液晶表示素子等を製造するためのフォトリソグラフィ工程において、縮小投影型露光装置（ステッパー等）が使用されている。一般に、超ＬＳＩ等の半導体素子は、ウエハ上に多数層のパターンが重ねて形成されるが、それらの層の内、最も高い解像度が必要な層はクリティカルレイヤと呼ばれている。これに対して、例えば半導体メモリ等を製造する際に使用されるイオン注入層のように、高い解像度を必要としない層はミドルレイヤと呼ばれている。言い換えると、クリティカルレイヤで露光されるパターンの線幅に比べて、ミドルレイヤで露光されるパターンの線幅は広くなっている。
【０００３】
また、例えば最近の超ＬＳＩの製造工場では、製造工程のスループット（単位時間当りのウエハの処理枚数）を高めるため、１種類の超ＬＳＩの製造プロセス中で異なる層間の露光を別々の露光装置を使い分けて行うことが多くなって来ている。そこで、クリティカルレイヤとミドルレイヤとの両方を有する超ＬＳＩを製造する場合、クリティカルレイヤへの露光は例えば縮小倍率が１／５倍程度の高い解像度を有する投影露光装置で行い、ミドルレイヤへの露光は例えば縮小倍率が１／２．５倍程度の比較的粗い解像度の投影露光装置で行うという所謂ミックス・アンド・マッチ方式での露光が行われることがある。
【０００４】
このようにミックス・アンド・マッチ方式で露光を行う場合でも、それまでに形成された各ショット領域内のチップパターンと、これから露光するレチクルのパターン像とを高精度に重ね合わせるためのアライメントが実行される。従来のアライメント方法の内で、スループットが高く、且つ高い重ね合わせ精度の得られる方法として、例えば特開昭６１−４４４２９号公報で開示されているエンハンスト・グローバル・アライメント（以下、「ＥＧＡ」という）方式が知られている。このＥＧＡ方式では、ウエハ上から予め選択された所定個数のショット領域（サンプルショット）の配列座標を計測することにより、全ショット領域の設計上の配列座標からウエハステージが位置決めされるステージ座標系での配列座標を算出するための、例えば６個の座標変換パラメータを求めている。
【０００５】
しかしながら、例えばクリティカルレイヤ上にミックス・アンド・マッチ方式でミドルレイヤのパターンを露光する際には、使用する投影露光装置が異なるため、ＥＧＡ方式で求めた座標変換パラメータ（以下、「ＥＧＡパラメータ」とも呼ぶ）をそのまま使用すると、所定の重ね合わせ誤差が残存していることがある。これは、ＥＧＡパラメータに残留誤差が残っていることを意味する。このような残留誤差の補正を行うため、従来は次のように重ね合わせ精度計測用マーク（以下、「バーニアマーク」と呼ぶ）を用いてテストプリントによって重ね合わせ誤差の計測を行っていた。
【０００６】
即ち、図１２（ａ）は、クリティカルレイヤ露光用の投影露光装置によってバーニアマークの形成されたウエハＷを示し、この図１２（ａ）において、ウエハＷ上で直交座標系（Ｘ，Ｙ）のＸ軸及びＹ軸に沿ってそれぞれ所定ピッチでショット領域ＳＡ１，ＳＡ２，…，ＳＡＭ（Ｍは例えば１２以上の整数）が配列され、各ショット領域ＳＡｍ（ｉ＝１〜Ｍ）内にそれぞれ位置合わせ用マーク（ウエハマーク）、及び重ね合わせ精度計測用のバーニアマークが形成されている。
【０００７】
図１２（ｂ）はそのショット領域ＳＡｍ内のマーク配置を示す拡大図であり、この図１２（ｂ）において、ショット領域ＳＡｍの＋Ｙ方向の端部にＸ方向に所定ピッチのライン・アンド・スペースパターンよりなるＸ軸用のウエハマーク２１Ｘが形成され、ショット領域ＳＡｍの＋Ｘ方向の端部にＹ方向に所定ピッチのライン・アンド・スペースパターンよりなるＹ軸用のウエハマーク２１Ｙが形成されている。これらウエハマーク２１Ｘ，２１Ｙはそれぞれ撮像方式（ＦＩＡ方式）で検出されるマークである。また、ショット領域ＳＡｍ内には十字型に分布する位置にバーニアマーク２２Ａ〜２２Ｅが形成されている。バーニアマーク２２Ａ〜２２Ｅとしては、一例として撮像方式（画像処理方式）で検出されるボックス・イン・ボックスマークを使用している。
【０００８】
次に、その図１２（ａ）のウエハＷ上にミドルレイヤ用の投影露光装置を使用して所定のバーニアマークを露光する。このためには、ウエハＷ上の各ショット領域ＳＡｍのミドルレイヤの投影露光装置のステージ座標系での配列座標を求める必要がある。そこで、各ウエハマーク２１Ｘ，２１Ｙはそれぞれ対応するショット領域ＳＡｍの中心の座標を示すものとして、ショット領域ＳＡｍ（ｍ＝１〜Ｍ）の中心のウエハＷ上の座標系（試料座標系）での設計上の配列座標を（Ｄｘｎ，Ｄｙｎ）として、ショット領域ＳＡｍのミドルレイヤの投影露光装置のステージ座標系での計算上の配列座標を（Ｆｘｎ，Ｆｙｎ）とする。この場合、ショット領域ＳＡｍの中心の設計上の配列座標のＸ成分Ｄｘｎ、及びＹ成分Ｄｙｎは、それぞれ対応するウエハマーク２１ＸのＸ座標、及びウエハマーク２１ＹのＹ座標であり、近似的に次のように表すことができる。
【０００９】
【数１】
【００１０】
この（数１）の変換行列はスケーリングＲｘ，Ｒｙ、ローテーションθ、直交度ｗ、及びオフセットＯｘ，Ｏｙよりなる６個の座標変換パラメータ（ＥＧＡパラメータ）を要素としており、スケーリングＲｘ，ＲｙはＸ方向及びＹ方向への線形伸縮、ローテーションθは回転、直交度ｗはＸ軸とＹ軸との交差角の９０°からの誤差、オフセットＯｘ，ＯｙはＸ方向、及びＹ方向へのシフト量を表している。次に、それら６個の座標変換パラメータの値を定めるために、ミドルレイヤ用の投影露光装置では、図１２（ａ）のウエハＷ上から選択された例えば１０個のショット領域（サンプルショット）ＳＡａ，ＳＡｂ，ＳＡｃ，…，ＳＡｊに付設されたウエハマーク２１Ｘ，２１Ｙのステージ座標系での配列座標をそれぞれ計測する。それらサンプルショットＳＡａ〜ＳＡｊは、ウエハＷの表面でほぼ正多角形の頂点位置、又は一様にばらつきを持たせたランダムな位置に配置されている。
【００１１】
この際に、ｎ番目（ｎ＝１〜１０）に計測されたウエハマーク２１Ｘ，２１Ｙのステージ座標系での配列座標の計測値、即ちｎ番目のサンプルショットの中心の配列座標の計測値を（Ｍｘｎ，Ｍｙｎ）とする。次に、それらウエハマーク２１Ｘ，２１Ｙの設計上の配列座標（Ｄｘｎ，Ｄｙｎ）を（数１）の右辺に代入して得られる計算上の配列座標値を（Ｆｘｎ，Ｆｙｎ）として、この配列座標値（Ｆｘｎ，Ｆｙｎ）と実測値（Ｍｘｎ，Ｍｙｎ）との誤差、即ちアライメント誤差（Ｅｘｎ，Ｅｙｎ）（＝（Ｍｘｎ−Ｆｘｎ，Ｍｙｎ−Ｆｙｎ））を求める。その後、全てのサンプルショットについて求めたアライメント誤差の自乗和、即ち残留誤差成分が最小となるように、６個のＥＧＡパラメータの値を決定する。
【００１２】
計測されたサンプルショットの個数をＫ個（図１２（ａ）ではＫ＝１０）とすると、その残留誤差成分は次の（数２）で表される。一例として、その（数２）を６個のＥＧＡパラメータで偏微分した結果をそれぞれ０とおいた連立方程式を解くことにより、それら６個のＥＧＡパラメータ（スケーリングＲｘ，Ｒｙ、ローテーションθ、直交度ｗ、オフセットＯｘ，Ｏｙ）の値が求められる。
【００１３】
【数２】
【００１４】
次に、そのようにして求められた６個のＥＧＡパラメータと、ショット領域ＳＡｍ（ｍ＝１〜Ｍ）の設計上の配列座標値（Ｄｘｍ，Ｄｙｍ）とを順次（数１）の右辺に代入することにより、ウエハＷ上のクリティカルレイヤの各ショット領域ＳＡｍのステージ座標系での配列座標値が求められる。ここで、クリティカルレイヤでの縮小倍率を１／５倍、ミドルレイヤでの縮小倍率を１／２．５倍とする、即ちミドルレイヤの投影露光装置の露光フィールドは、クリティカルレイヤの投影露光装置の露光フィールドに対してＸ方向に２倍、且つＹ方向に２倍の大きさを有しているものとすると、ミドルレイヤの１つのショット領域内にそれぞれクリティカルレイヤの４つのショット領域が含まれることとなる。
【００１５】
そのため、ミドルレイヤの投影露光装置で露光を行う際に、図１２（ａ）のクリティカルレイヤのショット領域ＳＡｍ（ｍ＝１〜Ｍ）をＸ方向及びＹ方向に２×２個ずつの複数のブロックに分け、各ブロック内の４個のショット領域の計算上の配列座標より各ブロックの中心のステージ座標系での配列座標を求める。その後、ウエハＷ上の各ブロックの中心の配列座標を順次ミドルレイヤの投影露光装置の露光フィールドの中心に合わせて、それぞれバーニアマークを含むミドルレイヤのレチクルのパターン像を露光した後、そのウエハＷの現像を行う。
【００１６】
図１３（ａ）は、ミドルレイヤ用の投影露光装置によって重ねてバーニアマークが形成されたウエハＷを示し、この図１３（ａ）において、ウエハＷのＸ軸及びＹ軸に沿ってそれぞれ所定ピッチでミドルレイヤのショット領域ＳＢ１，ＳＢ２，…，ＳＢＮ（Ｎは例えば３以上の整数）が配列され、各ショット領域ＳＢｎ（ｎ＝１〜Ｎ）内にそれぞれ４個のクリティカルレイヤのショット領域が含まれている。また、各ショット領域ＳＢｎの中心６１は、対応する４個のクリティカルレイヤのショット領域の中心にほぼ合致し、各ショット領域ＳＢｎ内には、それぞれクリティカルレイヤの５個のバーニアマーク２２Ａ〜２２Ｅ（図１２（ｂ）参照）に対応して２０個（＝４×５個）のバーニアマークが形成されている。
【００１７】
ここで、斜線を施した４個のショット領域ＳＢａ〜ＳＢｄを計測対象として、ショット領域ＳＢａ〜ＳＢｄ内で例えばランダムに選択された計測点６２〜６５で、それぞれクリティカルレイヤのバーニアマークとミドルレイヤのバーニアマークとの位置ずれ量を計測する。図１３（ｂ）は、それらの内のショット領域ＳＢａを示し、この図１３（ｂ）において、ミドルレイヤのショット領域ＳＢａの下の４個のクリティカルレイヤのショット領域ＳＡｐ，ＳＡ（ｐ＋１） ，ＳＡｑ，ＳＡ（ｑ＋１） に属するバーニアマークを囲むようにそれぞれ、ミドルレイヤのバーニアマーク２４Ａ〜２４Ｅ，２６Ａ〜２６Ｅ，２８Ａ〜２８Ｅ，３０Ａ〜３０Ｅが形成されている。従って、ショット領域ＳＢａ内の計測点６２では、ショット領域ＳＡ（ｐ＋１） のバーニアマーク２２Ｃとミドルレイヤのバーニアマーク２６ＣとのＸ方向、又はＹ方向への位置ずれ量が計測される。同様に、各計測点６３〜６５での２つのバーニアマークの位置ずれ量が計測される。
【００１８】
その結果、図１３（ａ）の全部の計測点６２〜６５において、例えばクリティカルレイヤのバーニアマークが全てミドルレイヤのバーニアマークに対してＸ方向に所定量δＸだけずれているときには、ＥＧＡパラメータの内のＸ軸のオフセットＯｘに残留誤差δＸのあることが分かる。従って、この残留誤差を予め装置定数としてミドルレイヤの投影露光装置の制御系に記憶しておき、アライメント結果の補正を行うことにより、クリティカルレイヤ上に高い重ね合わせ精度でミドルレイヤのパターンを露光できるようになる。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、クリティカルレイヤのバーニアマークとミドルレイヤのバーニアマークとの位置ずれ量を計測することにより、ＥＧＡパラメータの残留誤差を補正することができる。しかしながら、従来は図１３（ａ）の計測点６２〜６５で示すように、特にクリティカルレイヤのバーニアマークとミドルレイヤのバーニアマークとの位置ずれ量を計測するための計測点の配列についての考慮はなされていなかった。そのため、例えばミドルレイヤの投影像に倍率誤差がある場合、又はミドルレイヤの投影像に回転誤差がある場合等には、誤ってその倍率誤差又は回転誤差等をＥＧＡパラメータの残留誤差と判断する恐れがあった。
【００２０】
これについて具体的に説明すると、先ず図１４（ａ）は、ミドルレイヤのショット領域ＳＢａが、倍率誤差のない場合の投影像６６に対して拡大気味となっている状態を示し、この図１４（ａ）において、ショット領域ＳＢａの第１象限（クリティカルレイヤのショット領域ＳＡ（ｐ＋１））の右端中央部では、クリティカルレイヤのバーニアマーク２２Ｃに対してミドルレイヤのバーニアマーク２６ＣがＸ方向、及びＹ方向にそれぞれΔｘ１及びΔｙ１だけずれている。一方、第２象限（ショット領域ＳＡｐ）の右端中央部では、クリティカルレイヤのバーニアマーク２２Ｃに対してミドルレイヤのバーニアマーク２４Ｃは、Ｙ方向にはほぼΔｙ１程度ずれているが、Ｘ方向へのずれ量は無視できる程度である。同様に、第３象限（ショット領域ＳＡｑ）、及び第４象限（ショット領域ＳＡ（ｑ＋１））では２つのバーニアマークがそれぞれ第２象限、及び第１象限と対称に位置ずれしている。
【００２１】
このような倍率誤差が生じている場合、図１３（ａ）において、ショット領域ＳＢｄの第１象限の計測点６５とショット領域ＳＢｂの第２象限の計測点６３とで２つのバーニアマークのＸ方向への位置ずれ量を計測すると、それぞれΔｘ１及び０となる。従って、単純にこられの位置ずれ量を処理して（数１）のＥＧＡパラメータの残留誤差を求めると、Ｘ方向へのスケーリングＲｘとオフセットＯｘとにそれぞれ所定の誤差が残ることになる。
【００２２】
また、図１３（ａ）において、ショット領域ＳＢａの第１象限の計測点６２とショット領域ＳＢｃの第２象限の計測点６４とで２つのバーニアマークのＸ方向への位置ずれ量を計測すると、それぞれΔｘ１及び０となる。従って、単純にこられの位置ずれ量を処理して（数１）のＥＧＡパラメータの残留誤差を求めると、直交度ｗとＸ方向へのオフセットＯｘとにそれぞれ所定の誤差が残ることになる。即ち、ミドルレイヤの計測対象とするショット領域で異なる列のクリティカルレイヤ上の計測点でバーニアマークのＸ方向への位置ずれ量を計測すると、ミドルレイヤの倍率誤差をＥＧＡパラメータの残留誤差（線形誤差）と誤認することとなる。これは２つのバーニアマークのＹ方向への位置ずれ量を計測する場合にも生ずる。
【００２３】
一方、図１４（ｂ）は、ミドルレイヤのショット領域ＳＢａが、誤差のない場合の投影像６６に対して反時計回りに回転している（ショット回転誤差のある）状態を示し、この図１４（ｂ）において、ショット領域ＳＢａの第１象限の右端中央部では、バーニアマーク２２Ｃに対してバーニアマーク２６Ｃが、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれ−Δｘ２及びΔｙ２だけずれている。また、第２象限の右端中央部では、バーニアマーク２２Ｃに対してバーニアマーク２４Ｃは、Ｘ方向にはほぼ−Δｘ３程度ずれているが、Ｙ方向へのずれ量は無視できる程度である。同様に、第３象限及び第４象限でも２つのバーニアマークがそれぞれ第２象限、及び第１象限と対称に位置ずれしている。
【００２４】
このようなミドルレイヤの回転誤差が生じている場合、図１３（ａ）において、ショット領域ＳＢｄの第１象限の計測点６５とショット領域ＳＢｂの第２象限の計測点６３とで２つのバーニアマークのＸ方向への位置ずれ量を計測すると、それぞれ−Δｘ２及び−Δｘ３となる。従って、単純にこられの位置ずれ量を処理すると、（数１）のＥＧＡパラメータ内でオフセットＯｘ以外のパラメータにも残留誤差が残る。同様に計測点６５と計測点６３とで２つのバーニアマークについてＹ方向への位置ずれ量を計測しても、オフセットＯｙ以外のパラメータにも残留誤差が残る。従って、クリティカルレイヤのバーニアマークとミドルレイヤのバーニアマークとの位置ずれ量を計測する場合に、計測対象とするミドルレイヤ内の計測点の位置の選択によって、ミドルレイヤのショット領域の単なる倍率誤差、又は回転誤差をＥＧＡパラメータ内のオフセット以外のパラメータの残留誤差と誤認する恐れのあることが分かる。
【００２５】
また、例えばクリティカルレイヤのショット領域（チップパターン）に倍率誤差、又は回転誤差（チップローテーション）等が存在する場合にも、バーニアマークの位置ずれ量を計測する計測点の選択方法によっては、ＥＧＡパラメータ内のオフセット以外のパラメータの残留誤差と誤認する恐れがある。
本発明は斯かる点に鑑み、ミックス・アンド・マッチ方式でクリティカルレイヤとミドルレイヤとが混在するような基板に露光を行う場合に、そのクリティカルレイヤのパターンとミドルレイヤのパターンとの重ね合わせ精度を高めることができる露光方法を提供することを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
本発明による露光方法は、例えば図１〜図３に示すように、露光対象とする感光基板（Ｗ）上で所定の大きさの第１の露光フィールド（４Ａ）を有する第１の露光装置（１Ａ）と、その第１の露光フィールドに対して直交する第１、及び第２の方向に対してそれぞれＭ１／Ｎ１ 倍（Ｍ１，Ｎ１ はＭ１ ＞Ｎ１ なる整数）、及びＭ２／Ｎ２ 倍（Ｍ２，Ｎ２ はＭ２ ≧Ｎ２ なる整数）の大きさの第２の露光フィールド（４Ｂ）を有する第２の露光装置（１Ｂ）とを用いて、感光基板（Ｗ）上にマスクパターンを重ねて露光する露光方法において、第１の露光装置（１Ａ）を用いて、位置合わせ用マーク及び第１の重ね合わせ精度計測用マークの形成された第１のマスクパターン（２Ａ）を、第１の露光フィールド（４Ａ）を単位として感光基板（Ｗ）上でその第１の方向（Ｘ方向）及び第２の方向（Ｙ方向）に並べて順次露光する第１工程を有する。
【００２７】
更に本発明は、第２の露光装置（１Ｂ）を用いて、第２の重ね合わせ精度計測用マークの形成された第２のマスクパターン（２Ｂ）を、その第１工程で感光基板（Ｗ）上に露光された複数の第１のマスクパターン（２Ａ）の像（ＳＡ１，ＳＡ２，…，ＳＡＭ）の上に、その位置合わせ用マークの像（２１Ｘ，２１Ｙ）の位置を基準として第２の露光フィールド（４Ｂ）を単位として感光基板（Ｗ）上でその第１の方向及び第２の方向に並べて露光する第２工程と、感光基板（Ｗ）上でその第１の方向に第２の露光フィールド（４Ｂ）の幅のＮ１ 倍、且つその第２の方向に第２の露光フィールド（４Ｂ）の幅のＮ２ 倍の大きさの領域を単位として、感光基板（Ｗ）上の露光領域を複数の基準計測領域（ＳＢ１，ＳＢ２，…，ＳＢＮ）に分割し、これら複数の基準計測領域から選択された所定個数の基準計測領域（ＳＢａ，ＳＢｂ，ＳＢｃ，ＳＢｄ）内で互いに同じ位置にあるその第１の重ね合わせ精度計測用マークの像（２２Ｃ）とその第２の重ね合わせ精度計測用マークの像（２６Ｃ）との位置ずれ量を計測し、このように計測された位置ずれ量に基づいて第２の露光装置（１Ｂ）で第１の露光装置（１Ａ）により露光されたその位置合わせ用マークの像（２１Ｘ，２１Ｙ）の位置を検出する際の補正値を求める第３工程とを有し、その後第１の露光装置（１Ａ）で露光された感光基板（Ｗ）上に第２の露光装置（１Ｂ）を用いて重ね合わせ露光する際に、その第３工程で求めた補正値を用いて露光位置の補正を行うものである。
【００２８】
この場合、第２の露光装置（１Ｂ）はその位置合わせ用マークの像（２１Ｘ，２１Ｙ）に基づいて所定の座標変換用のパラメータ（ＥＧＡパラメータ）を用いて露光位置を算出し、その第３工程において、その座標変換用のパラメータの補正値を求めることが望ましい。
また、本発明による別の露光方法は、露光対象とする感光基板上で所定の大きさの第１の露光フィールド（４Ａ）を露光単位としてマスクのパターンが露光された感光基板（Ｗ）に対して、その第１の露光フィールドに対して直交する第１及び第２の方向に対してそれぞれＭ1/Ｎ1 倍（Ｍ1,Ｎ1 はＭ1 ＞Ｎ1 なる整数）、及びＭ2/Ｎ2 倍（Ｍ2,Ｎ2 はＭ2 ＞Ｎ2 なる整数）の大きさの第２の露光フィールド（４Ｂ）を露光単位としてマスクのパターンを露光する露光方法であって、予め位置合わせ用マーク及び第１の重ね合わせ精度計測用マークの形成された第１のマスクパターンをその第１の露光フィールドを単位としてその第１の方向及びその第２の方向に並べて順次露光した後、第２の重ね合わせ精度計測用マークの形成されたマスクパターンを、複数のその第１のマスクパターンの像が露光された感光基板上にその位置合わせ用のマークの像の位置を基準としてその第２の露光フィールドを単位としてその第１の方向及びその第２の方向に並べて露光し、その感光基板上でその第１の方向にその第２の露光フィールドの幅のＮ1 倍、且つその第２の方向にその第２の露光フィールドの幅のＮ2 倍の大きさの領域を単位として、その感光基板上の露光領域を複数の基準計測領域に分割し、該複数の基準計測領域から選択された第１及び第２の基準計測領域内のそれぞれで同じ計測位置（例えば図３における基準計測領域（ＳＢａ）の計測位置（３２Ａ）及び基準計測領域（ＳＢｂ）の計測位置（３２Ｂ））を選択するか、又はその第１及び第２の基準計測領域内で互いに異なる位置であってそれらの基準計測領域の中心に関して互いに対称な位置となるようにその第１の基準計測領域内の計測位置とその第２の基準計測領域内の計測位置と（例えば図７における基準計測領域（ＳＢａ）の計測位置（３５Ａ）及び基準計測領域（ＳＢｂ）における計測位置（３６Ｂ））を選択し、該選択された計測位置のそれぞれでその第１の重ね合わせ精度計測用マークの像とその第２の重ね合わせ精度計測用マークの像との位置ずれ量を計測し、該計測された位置ずれ量を補正するための補正値を求めておき、その第１の露光フィールドを露光単位として感光基板上に露光されたパターンに対して、その第２の露光フィールドを露光単位として重ね合わせ露光する際に、その補正値を用いて露光位置の補正を行うものである。
この場合、一例として、その第１の露光フィールドを露光単位として感光基板上に露光されたパターンに対して、その第２の露光フィールドを露光単位として重ね合わせ露光する際、そのマスクとその感光基板とは同期して走査される。
【００２９】
【作用】
斯かる本発明によれば、第１の露光フィールド（４Ａ）より第２の露光フィールド（４Ｂ）の方が大きいため、第１の露光装置（１Ａ）は例えばクリティカルレイヤの露光に使用され、第２の露光装置（１Ｂ）は例えばミドルレイヤの露光に使用される。そして、第１の露光フィールド（４Ａ）に対して第２の露光フィールド（４Ｂ）が第１及び第２の方向にそれぞれＭ１／Ｎ１ 倍、及びＭ２／Ｎ２ 倍であるため、図２（ａ）に示すように、第１の露光装置で露光された第１のマスクパターンの像（ＳＡｍ）の第１及び第２の方向への幅をそれぞれｄ及びｃとすると、図３（ａ）に示すように、第２の露光装置で露光される第２のマスクパターンの像（ＳＢｎ）の第１及び第２の方向への幅はそれぞれｄＭ１／Ｎ１ 、及びｃＭ２／Ｎ２ となる。
【００３０】
ここで、整数Ｍ１ と整数Ｎ１ との間には１以外の公約数がなく、且つ整数Ｍ２ と整数Ｎ２ との間にも１以外の公約数がないものとすると、感光基板（Ｗ）上で第１のマスクパターンの像と第２のマスクパターンの像との最小公倍数的な大きさの領域は、第１の方向への幅がｄＭ１ で、且つ第２の方向への幅がｃＭ２ の領域、即ち第１及び第２の方向に対して第２の露光フィールド（４Ｂ）の幅のそれぞれＮ１ 倍及びＮ２ 倍の大きさの基準計測領域となる。このような基準計測領域内には、それぞれ第１のマスクパターンの像（ＳＡｍ）及び第２のマスクパターンの像（ＳＢｎ）が第１及び第２の方向に整数個含まれる。
【００３１】
例えば、図３（ａ）の場合には、具体的にＭ１＝２，Ｎ１＝１，Ｍ２＝２，Ｎ２＝１であるため、第２のマスクパターンの像（ＳＢｎ）そのものがその基準計測領域となる。この場合、本発明では第１の基準計測領域（ＳＢａ）で右上部の計測点（３２Ａ）で２つの位置合わせ用マークの像（バーニアマーク）の位置ずれ量を計測するものとすると、第２〜第４の基準計測領域（ＳＢｂ〜ＳＢｄ）でも右上部の計測点（３２Ｂ〜３２Ｄ）でそれぞれ２つの位置合わせ用マークの像（バーニアマーク）の位置ずれ量を計測する。これにより、第２の露光フィールド（４Ｂ）の倍率誤差、又は回転誤差は、計測される全ての位置ずれ量に対してほぼ等しく混入する。従って、第２の露光フィールド（４Ｂ）の倍率誤差、又は回転誤差を第１のマスクパターンの像（ＳＡｍ）と第２のマスクパターンの像（ＳＢｎ）との位置ずれ量の内のオフセット成分以外の誤差成分であると誤認することがなくなるため、重ね合わせ精度が向上する。
【００３２】
この場合、第２の露光装置（１Ｂ）で露光を行う際のアライメント方法として、例えばＥＧＡ方式のような座標変換用のパラメータを用いる方法を使用した場合、本発明によれば第２の露光フィールド（４Ｂ）の倍率誤差、又は回転誤差をオフセット以外の座標変換パラメータと誤認することがなくなる。
【００３３】
【実施例】
以下、本発明による露光方法の一実施例につき図１〜図６を参照して説明する。この実施例では、２台の露光装置として、それぞれステップ・アンド・リピート方式でウエハ上の各ショット領域にそれぞれレチクルのパターンの縮小像を投影する投影露光装置（ステッパー）を使用する。
【００３４】
図１は、本実施例の露光システムを示し、この図１において、露光フィールドの小さなステッパー（以下、「ファインステッパー」と呼ぶ）１Ａと、露光フィールドの大きなステッパー（以下、「ミドルステッパー」と呼ぶ）１Ｂとが設置されている。本実施例では、ファインステッパー１Ａは高解像度、ミドルステッパー１Ｂは低解像度であり、ファインステッパー１Ａを用いて、ウエハ上のクリティカルレイヤへの露光を行い、ミドルステッパー１Ｂを用いて、ウエハ上のミドルレイヤへの露光を行う。但し、製造する半導体素子の種類等に応じて、ファインステッパー１Ａを低解像度としたり、又はミドルステッパー１Ｂを高解像度とする場合も有り得る。
【００３５】
先ずファインステッパー１Ａにおいて、レチクルＲＡ上のパターン領域２Ａが不図示の照明光学系からの露光光により照明され、パターン領域２Ａ内に所定の配列で描画された重ね合わせ精度計測用のマーク（バーニアマーク）の原画パターンが投影光学系３Ａにより１／５倍に縮小されて、ウエハＷ上の矩形の露光フィールド４Ａに投影露光される。投影光学系３Ａの光軸に平行にＺ１軸を取り、Ｚ１軸に垂直な平面の直交座標をＸ１軸及びＹ１軸とする。レチクルＲＡ上のパターン領域２ＡのＹ１方向の端部（例えば遮光帯の中）、及びＸ１方向の端部にはそれぞれＸ１軸用のアライメントマーク１７Ｘ、及びＹ１軸用のアライメントマーク１７Ｙが形成されている。
【００３６】
ウエハＷはウエハステージ５Ａ上に保持され、ウエハステージ５Ａは、Ｚ１軸方向にウエハＷの露光面をベストフォーカス位置に設定するＺステージ、並びにＸ１軸及びＹ１軸方向にウエハＷを位置決めするＸＹステージ等から構成されている。ウエハステージ５Ａ上には直交するように２枚の移動鏡６Ａ及び８Ａが固定され、外部に設置されたレーザ干渉計７Ａ及び移動鏡６Ａによりウエハステージ５ＡのＸ１方向の座標が計測され、外部に設置されたレーザ干渉計９Ａ及び移動鏡８Ａによりウエハステージ５ＡのＹ１方向の座標が計測されている。レーザ干渉計７Ａ及び９Ａにより計測された座標は、装置全体の動作を統轄制御する制御装置１０Ａに供給され、制御装置１０Ａは、不図示の駆動部を介してウエハステージ５ＡをＸ１方向及びＹ１方向にステッピング駆動することにより、ウエハＷの位置決めを行う。この場合、ウエハＷのステッピング駆動は、ウエハＷの露光面に設定されたショット領域（パターン領域２Ａのパターン像が投影露光される単位となる領域）の配列、即ちクリティカルレイヤ用のショットマップに従って行われ、このショットマップは制御装置１０Ａ内のコンピュータよりなるマップ作成部により作成される。
【００３７】
本実施例のファインステッパー１Ａには、オフ・アクシス方式で且つ撮像方式（ＦＩＡ方式）のアライメント系１１Ａが備えられている。アライメント系１１Ａでは、ウエハＷ上の位置合わせ用のマーク（ウエハマーク）、又は重ね合わせ精度計測用のバーニアマークを撮像し、得られる撮像信号を処理してそのマークのＸ１座標、及びＹ１座標を検出する。検出された座標は制御装置１０Ａに供給される。
【００３８】
なお、アライメント系としては、ＴＴＲ（スルー・ザ・レンズ）方式のアライメント系、又は投影光学系３Ａを介してマークの位置を検出するＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式のアライメント系等を使用してもよく、マークの検出方式としては、スリット状のレーザビームとマークとを相対走査するレーザ・ステップ・アライメント方式（ＬＳＡ方式）、又は２光束を回折格子状のマークに照射して平行に発生する１対の回折光の干渉信号から位置検出を行う所謂２光束干渉方式等を使用してもよい。
【００３９】
次に、本例のミドルステッパー１Ｂは、上述のファインステッパー１Ａとほぼ同様な構成であるが、レチクルＲＢのパターン領域２Ｂのパターン像は、投影光学系３Ｂを介して１／２．５倍に縮小されて、ウエハステージ５Ｂ上に保持されたウエハＷ上の矩形の露光フィールド４Ｂに投影露光される。従って、露光フィールド４Ｂの大きさは、ファインステッパー１Ａの露光フィールド４Ａに対して縦横方向にそれぞれ２倍となっている。投影光学系３Ｂの光軸に平行にＺ２軸を取り、Ｚ２軸に垂直な平面の直交座標系をＸ２軸及びＹ２軸とする。レチクルＲＢはＸ２方向に２列、及びＹ２方向に２行の部分パターン領域１８Ａ〜１８Ｄに分割され、これら部分パターン領域１８Ａ〜１８Ｄ内にはそれぞれ同一の配置でバーニアマークの原画パターンが形成されている。
【００４０】
ミドルステッパー１Ｂのウエハステージ５ＢのＸ２座標は、移動鏡６Ｂ及びレーザ干渉計７Ｂにより計測され、ウエハステージ５ＢのＹ２座標は、移動鏡８Ｂ及びレーザ干渉計９Ｂにより計測され、それら計測された座標が制御装置１０Ｂに供給されている。制御装置１０Ｂがウエハステージ５Ｂのステッピング駆動を制御する。ウエハステージ５Ｂのステッピング駆動は、ウエハＷの露光面に設定されたショット領域（パターン領域２Ｂのパターン像がそれぞれ投影露光される領域）の配列、即ちミドルレイヤ用のショットマップに従って行われ、このショットマップは制御装置１０Ｂ内のコンピュータよりなるマップ作成部により作成される。
【００４１】
この場合、制御装置１０Ａ内のマップ作成部と、制御装置１０Ｂ内のマップ作成部とは互いに作成したショットマップ情報を供給する機能を有している。そして、例えばクリティカルレイヤ上にミドルレイヤの露光を行うときには、ファインステッパー１Ａに備えられた制御装置１０Ａ内のマップ作成部で作成されたクリティカルレイヤ用のショットマップ情報が、制御装置１０Ａ内の通信部から制御装置１０Ｂ内の通信部に送信され、制御装置１０Ｂ内のマップ作成部は、供給されたショットマップ情報に基づいてミドルレイヤ用のショットマップを作成する。逆に、ミドルレイヤ上にクリティカルレイヤの露光を行う際には、制御装置１０Ｂ内のマップ作成部で作成されたミドルレイヤのショットマップ情報が制御装置１０Ａ内のマップ作成部に供給される。
【００４２】
また、ミドルステッパー１Ｂにおいて、オフ・アクシス方式で且つ撮像方式（ＦＩＡ方式）のアライメント系１１Ｂが投影光学系３Ｂの側面に設けられ、このアライメント系１１ＢによりウエハＷ上のウエハマーク又はバーニアマークのＸ２座標及びＹ２座標が検出される。
次に、本実施例においてファインステッパー１Ａでクリティカルレイヤのパターンの露光を行った後、ミドルステッパー１Ｂでミドルレイヤのパターンの露光を行う際の、アライメント用の座標変換パラメータの補正動作の一例につき第１工程から第３工程に分けて説明する。これに関して、本実施例でもアライメント方法として、（数１）の６個の座標変換パラメータ（スケーリングＲｘ，Ｒｙ、ローテーションθ、直交度ｗ、及びオフセットＯｘ，Ｏｙ）の値を決定して、これらの座標変換パラメータと設計上の配列座標とから各ショット領域の配列座標を算出するＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アライメント）方式のアライメント方法を使用する。
【００４３】
［第１工程］
この第１工程では、図１のファインステッパー１Ａのウエハステージ５Ａ上にフォトレジストが塗布された未露光のウエハＷを載置して、ウエハＷ上で露光フィールド４Ａを単位として配列された多数のショット領域に、順次ステップ・アンド・リピート方式でレチクルＲＡのパターンの縮小像を露光する。レチクルＲＡには、１対のアライメントマークの他に所定配列の複数のバーニアマークの原画パターンが形成されている。その後、そのウエハＷの現像を行ってその１対のアライメントマークを凹凸のウエハマークとして現出させ、且つそれら複数のバーニアマークの原画パターンを凹凸のバーニアマークとして現出させる。この現像後のパターンをウエハＷ上のクリティカルレイヤのパターンとみなすことができる。但し、現像を行うことなく、ウエハＷ上の潜像のままで以後のアライメントや、２つのバーニアマークの位置ずれ量の計測等を行うようにしてもよい。
【００４４】
［第２工程］
第１工程でウエハマーク及びバーニアマークの形成されたウエハＷ上にフォトレジストを塗布し、このウエハＷを図１のミドルステッパー１Ｂのウエハステージ５Ｂ上に載置する。この際に、ファインステッパー１Ａの制御装置１０Ａから、第１工程で使用されたクリティカルレイヤのショットマップの情報がミドルステッパー１Ｂの制御装置１０Ｂに供給されている。これにより制御装置１０Ｂでは、クリティカルレイヤのウエハマークのウエハＷ上での設計上の配列座標を求めることができる。
【００４５】
図２（ａ）は、そのウエハステージ５Ｂ上に載置されたウエハＷを示し、この図２（ａ）において、ミドルステッパー１ＢのＸ２軸、及びＹ２軸を改めてそれぞれＸ軸、及びＹ軸として表してある。この場合、ウエハＷは不図示のプリアライメント機構により大まかな位置合わせがしてあり、ウエハＷの表面はほぼＸ方向、及びＹ方向に沿ってＭ個（Ｍは１２以上の整数）のクリティカルレイヤのショット領域ＳＡ１，ＳＡ２，…，ＳＡＭに分割されている。実際には各ショット領域ＳＡｍ（ｍ＝１〜Ｍ）間には所定幅のスクライブライン領域があるが、それは図示省略してある。また、そのスクライブライン領域を含めて各ショット領域ＳＡｍのＸ方向の幅（ピッチ）はｄ、Ｙ方向の幅（ピッチ）はｃであり、本例では各ショット領域ＳＡｍはほぼ正方形（ｄ≒ｃ）である。
【００４６】
図２（ｂ）はショット領域ＳＡｍを代表的に示し、この図２（ｂ）において、ショット領域ＳＡｍの端部にはそれぞれＸ軸用のウエハマーク２１Ｘ、及びＹ軸用のウエハマーク２１Ｙが形成され、ショット領域ＳＡｍの内部には十字型に分布する５個のバーニアマーク２２Ａ〜２２Ｅ、及びそのショット領域の４隅付近に分布する４個のバーニアマーク２３Ａ〜２３Ｄが形成されている。図２（ｂ）のように分布するマークの原画パターンが、図１のファインステッパー１ＡのレチクルＲＡのパターン領域に形成されている。
【００４７】
なお、本例で使用されるバーニアマーク２２Ａ〜２２Ｅ，２３Ａ〜２３Ｄはそれぞれ、図１のアライメント系１１Ｂにより撮像方式で検出される２次元のボックス・イン・ボックスマークであるが、バーニアマークとして例えば１次元のライン・アンド・スペースパターンを２つ直交するように組み合わせたマーク、又はウエハマーク２１Ｘ，２１Ｙそのものを使用してもよい。また、バーニアマークとして例えばレーザ・ステップ・アライメント（ＬＳＡ）方式で検出されるマーク等を使用してもよく、更にバーニアマークの分布は、図２（ｂ）以外の分布でもよい。
【００４８】
次に、図１のミドルステッパー１Ｂの制御装置１０ＢはＥＧＡ方式でアライメントを行う。そのため、制御装置１０Ｂは、クリティカルレイヤのショットマップに従ってウエハステージ５Ｂを駆動して、アライメント系１１Ｂの観察視野を順次移動させることにより、図２（ａ）において、ウエハＷ上から選択された例えば１０個のショット領域（サンプルショット）ＳＡａ，ＳＡｂ，ＳＡｃ，…，ＳＡｊに付設されたウエハマーク２１Ｘ，２１Ｙの、ステージ座標系（ミドルステッパー１Ｂのレーザ干渉計７Ｂ，９Ｂの計測値により定まる座標系）での配列座標（Ｍｘｎ，Ｍｙｎ）をそれぞれ計測する。そして、各サンプルショットのウエハマーク２１Ｘ，２１Ｙの設計上の配列座標（Ｄｘｎ，Ｄｙｎ）から計算される配列座標値と実測値（Ｍｘｎ，Ｍｙｎ）とのアライメント誤差の（数２）で表される残留誤差成分が最小となるように、（数１）の６個のＥＧＡパラメータ（スケーリングＲｘ，Ｒｙ、ローテーションθ、直交度ｗ、オフセットＯｘ，Ｏｙ）の値を決定する。
【００４９】
次に、制御装置１０Ｂは、それら６個のＥＧＡパラメータと、ショット領域ＳＡｍ（ｍ＝１〜Ｍ）の設計上の配列座標値（Ｄｘｍ，Ｄｙｍ）とを順次（数１）の右辺に代入することにより、ウエハＷ上のクリティカルレイヤの各ショット領域ＳＡｍのステージ座標系での配列座標値を求める。ここで、ミドルステッパー１Ｂの露光フィールド４Ｂは、ファインステッパー１Ａの露光フィールド４Ａに対してＸ方向に２倍、且つＹ方向に２倍の大きさであるため、制御装置１０Ｂは、図２（ａ）のショット領域ＳＡｍ（ｍ＝１〜Ｍ）をＸ方向及びＹ方向にそれぞれ２個ずつの複数のブロックに分け、各ブロック内の４個のショット領域の計算上の配列座標より各ブロックの中心のステージ座標系での配列座標を求める。その後、制御装置１０Ｂは、ウエハＷ上の各ブロックの中心の配列座標を順次露光フィールド４Ｂの中心に合わせて、それぞれレチクルＲＢに形成されたバーニアマークの原画パターン像を露光する。その後、現像を行うことにより、ウエハＷ上のクリティカルレイヤのバーニアマーク上にミドルレイヤのバーニアマークが現出する。なお、既に説明したように潜像のままで以下の計測を行ってもよい。
【００５０】
［第３工程］
この第３工程では、クリティカルレイヤのバーニアマークとミドルレイヤのバーニアマークとの位置ずれ量を計測する。そのため、第２工程で現像が行われたウエハＷを例えば図１のミドルステッパー１Ｂのウエハステージ５Ｂ上に載置して、アライメント系１１Ｂにより２層のバーニアマークの位置ずれ量を計測する。但し、２層のバーニアマークの位置ずれ量は、別の高精度な計測装置で計測してもよい。
【００５１】
図３（ａ）は、第２工程によって重ねてバーニアマークが形成されたウエハＷを示し、この図３（ａ）において、Ｘ軸及びＹ軸に沿ってウエハＷ上にそれぞれピッチ２ｄ、及びピッチ２ｃでミドルレイヤのショット領域ＳＢ１，ＳＢ２，…，ＳＢＮ（Ｎは４以上の整数）が配列され、各ショット領域ＳＢｎ（ｎ＝１〜Ｎ）内にそれぞれ４個の図２（ａ）のクリティカルレイヤのショット領域ＳＡｍが含まれている。なお、ミドルレイヤの各ショット領域ＳＢｎに倍率誤差が存在する場合には、各ショット領域ＳＢｎのＸ方向及びＹ方向の幅はそれぞれ２ｄ及び２ｃから僅かにずれている。また、各ショット領域ＳＢｎの中心６１は、対応する４個のクリティカルレイヤのショット領域の中心にほぼ合致し、各ショット領域ＳＢｎ内には、それぞれクリティカルレイヤのショット領域ＳＡｍ内の９個のバーニアマーク２２Ａ〜２２Ｅ，２３Ａ〜２３Ｄ（図２（ｂ）参照）に対応して３６個（＝４×９個）のバーニアマークが形成されている。
【００５２】
ここで、クリティカルレイヤのショット領域ＳＡｍに対してミドルレイヤのショット領域ＳＢｎの大きさが、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれＭ１／Ｎ１ 倍、及びＭ２／Ｎ２ 倍とすると、本例ではＭ１／Ｎ１ ＝２／１、Ｍ２／Ｎ２ ＝２／１となっている。従って、本例の基準計測領域は、ミドルレイヤのショット領域ＳＢｎをＸ方向に１倍、且つＹ方向に１倍した領域、即ちショット領域ＳＢｎそのものである。従って、斜線を施して示すようにウエハＷ上でほぼ均等に分布するミドルレイヤの４個のショット領域（基準計測領域）ＳＢａ〜ＳＢｄを計測対象とする。
【００５３】
図３（ｂ）は、それらの内のショット領域ＳＢａを示し、この図３（ｂ）において、ミドルレイヤのショット領域ＳＢａの下の４個のクリティカルレイヤのショット領域の内の第２象限のショット領域ＳＡｐに属するバーニアマークを囲むようにそれぞれ、ミドルレイヤの９個のバーニアマーク２４Ａ〜２４Ｅ，２５Ａ〜２５Ｄが形成されている。同様に、ショット領域ＳＢａの下の他のショット領域ＳＡ（ｐ＋１） ，ＳＡｑ，ＳＡ（ｑ＋１） に属するバーニアマークを囲むように、それぞれミドルレイヤの９個のバーニアマーク（不図示）が形成されている。但し、図３（ｂ）ではそれらの内の第１象限（ショット領域ＳＡ（ｐ＋１））の右中間部のバーニアマーク２２Ｃに対応するミドルレイヤのバーニアマーク２６Ｃが図示されている。
【００５４】
次に、本例ではウエハＷ上の計測対象とするショット領域（基準計測領域）ＳＢａ〜ＳＢｄ内で互いに相対的に同一の位置にある計測点３２Ａ〜３２Ｄで、それぞれクリティカルレイヤのバーニアマーク２２Ｃとミドルレイヤのバーニアマーク２６Ｃとの位置ずれ量を計測する。一例として計測点３２Ａ〜３２Ｄは、それぞれショット領域ＳＢａ〜ＳＢｄ内の第１象限（図３（ｂ）のショット領域ＳＡ（ｐ＋１） に対応する領域）の右中間部に位置している。従って、計測点３２Ａでは、バーニアマーク２２Ｃに対するバーニアマーク２６ＣのＸ方向及びＹ方向への位置ずれ量（Δｘａ，Δｙａ）が計測され、同様に他の計測点３２Ｂ〜３２Ｄで計測される位置ずれ量を（Δｘｂ，Δｙｂ）〜（Δｘｄ，Δｙｄ）とする。
【００５５】
その後、例えば図３（ａ）の２つの計測点３２Ｄ及び３２ＢでＸ方向への位置ずれ量の差（Δｘｂ−Δｘｄ）があると、この差（Δｘｂ−Δｘｄ）を２つの計測点３２Ｄ，３２ＢのＸ方向への間隔で除算することにより、ＥＧＡパラメータ内のＸ方向へのスケーリングＲｘの補正値（誤差）ΔＲｘが求められる。また、計測点３２Ｄ及び３２ＢでＹ方向への位置ずれ量の差（Δｙｂ−Δｙｄ）があると、この差（Δｙｂ−Δｙｄ）を２つの計測点のＸ方向への間隔で除算することにより、ＥＧＡパラメータの内のローテーションθの補正値Δθが求められる。また、４つの位置ずれ量の平均値が、ＥＧＡパラメータの内のオフセットＯｘ，Ｏｙの補正値ΔＯｘ，ΔＯｙとなる。同様にして、他のスケーリングＲｙ、及び直交度ｗの補正値ΔＲｙ，Δｗも求められる。これらの補正値は、ミドルステッパー１Ｂの制御装置１０Ｂ内の記憶部に記憶される。なお、バーニアマークの位置ずれ量が別の計測装置で計測され、別のコンピュータ等によってそれらの補正値が求められたときには、オペレータが入力装置を介して制御装置１０Ｂにそれらの補正値を入力することになる。これによって第３工程が終了する。
【００５６】
その後、図１のファインステッパー１Ａ、及びミドルステッパー１Ｂを用いてミックス・アンド・マッチ方式で露光を行う場合、ウエハ上にファインステッパー１Ａでクリティカルレイヤのパターンを形成した後、ミドルステッパー１Ｂでミドルレイヤのパターンを露光する前に、先ず所定のサンプルショットのステージ座標系での座標値を計測し、その結果より（数１）の６個のＥＧＡパラメータの値を求める。その後、制御装置１０Ｂでは、求められたＥＧＡパラメータ（Ｒｘ，Ｒｙ，θ，ｗ，Ｏｘ，Ｏｙ）に対して上述の第３工程で記憶されたＥＧＡパラメータの補正値（ΔＲｘ，ΔＲｙ，Δθ，Δｗ，ΔＯｘ，ΔＯｙ）を加算して補正後のＥＧＡパラメータを求める。そして、制御装置１０Ｂは、補正後のＥＧＡパラメータを用いてクリティカルレイヤの各ショット領域の座標位置を算出し、この座標位置に基づいてミドルレイヤの各ショット領域の露光位置を算出し、この露光位置に基づいて順次ミドルレイヤのレチクルのパターンを露光する。
【００５７】
この場合、本例では、上述の第３工程において、図３（ａ）に示すように、複数の計測点は各ショット領域（基準計測領域）ＳＢａ〜ＳＢｄ内で相対的に同じ位置にある。従って、ミドルレイヤのショット領域ＳＢｎに倍率誤差、又は回転誤差がある場合でも、各計測点では同じオフセット値が重畳されて、その倍率誤差、又は回転誤差はＥＧＡパラメータの内のオフセットＯｘ，Ｏｙのみに影響を与えるのみである。従って、他の影響の大きな線形パラメータ（Ｒｘ，Ｒｙ，θ，ｗ）の値は正確であるため、クリティカルレイヤとミドルレイヤとの重ね合わせ精度が高精度になる。
【００５８】
なお、上述実施例ではミドルレイヤのショット領域の倍率誤差、又は回転誤差がＥＧＡパラメータ内のオフセットＯｘ，Ｏｙに影響を与えるため、その影響を平均化により取り除く方法につき図４〜図６を参照して説明する。図４〜図６において図３と対応する部分には同一符号を付している。
先ず、図４（ａ）はオフセット誤差を除去するための計測点の第１の配列方法を示し、この図４（ａ）において、図３（ａ）と同様にウエハＷ上の基準計測領域としてミドルレイヤの４つのショット領域ＳＢａ〜ＳＢｄを選択する。そして、ショット領域ＳＢａ内で第１象限の左下の計測点３３Ａ、第２象限の右下の計測点３５Ａ、第３象限の右上の計測点３４Ａ、第４象限の左上の計測点３６Ａでそれぞれ２つのバーニアマークの位置ずれ量を計測し、これら４個の位置ずれ量の平均値を（Δｘａ’，Δｙａ’）とする。
【００５９】
具体的に、図４（ｂ）はそのショット領域ＳＢａの拡大図であり、この図４（ｂ）に示すように、図４（ａ）の計測点３３Ａではショット領域ＳＡ（ｐ＋１） のバーニアマーク２２Ｄとミドルレイヤのバーニアマーク２７Ｄとの位置ずれ量を計測し、計測点３５Ａではショット領域ＳＡｐのバーニアマーク２３Ｃとミドルレイヤのバーニアマーク２５Ｃとの位置ずれ量を計測し、同様に計測点３４Ａ（又は３６Ａ）ではバーニアマーク２３Ｂ（又は２３Ａ）とバーニアマーク２９Ｂ（又は３１Ａ）との位置ずれ量を計測する。
【００６０】
更に、図４（ａ）に戻り、他のショット領域ＳＢｂ〜ＳＢｄでもそれぞれショット領域ＳＢａ内の計測点３３Ａ〜３６Ａと相対的に同一の位置にある４個の計測点で２つのバーニアマークの位置ずれ量を計測し、これら４個の位置ずれ量の平均値をそれぞれ（Δｘｂ’，Δｙｂ’）〜（Δｘｄ’，Δｙｄ’）とする。その後、４個のショット領域ＳＢａ〜ＳＢｄで求められた位置ずれ量からＥＧＡパラメータの補正値を求める。この場合、例えばショット領域ＳＢａに倍率誤差、又は回転誤差（ショット回転誤差）が生じていても、その影響は４個の計測点３３Ａ〜３６Ａで対称に現れるため、４個の計測点での位置ずれ量を平均化することによりそれら倍率誤差、又は回転誤差の影響が除去される。従って、倍率誤差、又は回転誤差が存在しても、ＥＧＡパラメータ中のオフセットＯｘ，Ｏｙに誤差が混入することがない。
【００６１】
また、計測点３３Ａ〜３６Ａはショット領域ＳＢａの中央部にあるため、計測点３３Ａ〜３６Ａではミドルステッパー１Ｂの投影光学系３Ｂのディストーションが小さく、計測結果に対するミドルレイヤのショット領域のディストーションの影響が小さいという利点もある。更に、例えばショット領域ＳＢａ内ではクリティカルレイヤの４個のショット領域の異なる４隅で計測が行われるため、クリティカルレイヤのショット領域の倍率誤差、又は回転誤差の影響も平均化により相殺される。同様に、クリティカルレイヤのショット領域のディストーションの影響も平均化により軽減される利点がある。
【００６２】
なお、要は基準計測領域としてのミドルレイヤのショット領域内で計測点を対称に配置できればよいため、図４（ａ）において、例えば各ショット領域ＳＢａ〜ＳＢｄ内から黒丸で示す２個の計測点（ショット領域ＳＢａ内では計測点３３Ａ，３４Ａ）を選択してもよい。又は、各ショット領域ＳＢａ〜ＳＢｄ内から白丸で示す２個の計測点（ショット領域ＳＢａ内では計測点３５Ａ，３６Ａ）を選択してもよい。
【００６３】
次に、上述のように各計測点をミドルレイヤのショット領域の中央部に集めることなく、図５（ａ）に示すように例えばショット領域ＳＢａ内でクリティカルレイヤの４個のショット領域の中央部の計測点３７Ａ〜４０Ａ、それらの内の黒丸で示す２個の計測点３７Ａ，３８Ａ、又はそれらの内の白丸で示す２個の計測点３９Ａ，４０Ａを選択してもよい。この場合、クリティカルレイヤのショット領域のディストーションが小さくなり、ミドルレイヤのショット領域のディストーションの影響は平均化により軽減される。
【００６４】
但し、クリティカルレイヤ及びミドルレイヤのショット領域のディストーションが小さいことが予め分かっているような場合には、図５（ｂ）に示すように例えばショット領域ＳＢａ内で４隅の計測点４１Ａ〜４４Ａ、それらの内の黒丸で示す２個の計測点４１Ａ，４２Ａ、又はそれらの内の白丸で示す２個の計測点４３Ａ，４４Ａを選択してもよい。
【００６５】
以上をまとめると、平均化効果が得られると共に、計測点の個数を少なくして測定時間を短縮できる効率的な計測点の配置は、例えば図６（ａ）又は図６（ｂ）のような配置となる。図６（ａ）の配置は、ウエハＷ上の４個のショット領域（基準計測領域）ＳＢａ〜ＳＢｄ内でそれぞれ中央部の右上の計測点３３Ａ〜３３Ｄ、及び中央部の左下の計測点３４Ａ〜３４Ｃを選択する配置である。一方、図６（ｂ）の配置は、それら４個のショット領域内で対向する２個のショット領域ＳＢａ，ＳＢｃではそれぞれ中央部の左上の計測点３５Ａ，３５Ｃ、及び中央部の右下の計測点３６Ａ，３６Ｃを選択し、残りの対向する２個のショット領域ＳＢｂ，ＳＢｄではそれぞれ中央部の右上の計測点３３Ｂ，３３Ｄ、及び中央部の左下の計測点３４Ｂ，３４Ｄを選択する配置である。
【００６６】
また、図７に示す例のように、１つの基準計測領域から中心に関して対称な位置にある計測点を１つずつ選択してもよい。即ち、図７（ａ）は、ウエハＷ上でクリティカルレイヤの上に露光されたミドルレイヤのショット領域を示し、これらのショット領域の内からほぼ均等に分布する８個のショット領域ＳＢａ〜ＳＢｈを基準計測領域として選択する。各ショット領域ＳＢａ〜ＳＢｈ内にはそれぞれ４個のクリティカルレイヤのショット領域が含まれている。
【００６７】
そして、２個のショット領域ＳＢｃ，ＳＢｇから中央部の右上の計測点３３Ｃ，３３Ｇを選択し、２個のショット領域ＳＢａ，ＳＢｅから中央部の左上の計測点３５Ａ，３５Ｅを選択し、２個のショット領域ＳＢｄ，ＳＢｈから中央部の左下の計測点３４Ｃ，３４Ｈを選択し、残りのショット領域ＳＢｂ，ＳＢｆから中央部の右下の計測点３６Ｂ，３６Ｆを選択し、これらの各計測点でそれぞれクリティカルレイヤのバーニアマークとミドルレイヤのバーニアマークとの位置ずれ量を計測する。そして、本例では例えばミドルレイヤのショット領域内で対称な位置にある２つの計測点（例えば計測点３５Ａ及び３６Ｂ）での位置ずれ量は平均化することにより、ミドルレイヤの倍率誤差、又は回転誤差の影響は軽減される。更に、ミドルレイヤのディストーション、及びレチクルの描画誤差の影響等も平均化により軽減される。
【００６８】
また、本例では図７（ｂ）に示すように、１つのクリティカルレイヤのショット領域ＳＡに換算して考えると、このショット領域ＳＡ内の４隅の計測点４５Ａ〜４５Ｄでそれぞれ２回の計測が行われることとなる。従って、クリティカルレイヤのショット領域の倍率誤差、又は回転誤差がウエハ上でほぼ同様であるとすると、そのショット領域ＳＡ内の４隅の計測点４５Ａ〜４５Ｄの内の例えば対向する２つの計測点（計測点４５Ａ及び４５Ｃ等）での位置ずれ量を平均化することにより、そのクリティカルレイヤのショット領域の倍率誤差、回転誤差、ディストーション、又はレチクルの描画誤差等の影響を軽減できる利点がある。
【００６９】
次に、上述実施例では、クリティカルレイヤのショット領域に対してミドルレイヤのショット領域の大きさがＸ方向及びＹ方向にそれぞれ２倍で、且つクリティカルレイヤの１つのショット領域に例えば１つのチップパターンが形成されるような場合に適用できる計測点の配置を示した。しかしながら、実際にはクリティカルレイヤの１つのショット領域に２つ以上のチップパターンが含まれることもあり、クリティカルレイヤのショット領域に対するミドルレイヤのショット領域の大きさの割合も様々である。また、投影露光装置としては、ステッパーのような一括露光方式の投影露光装置のみならず、レチクル及びウエハを投影光学系に対して同期して走査することによりレチクルのパターンをウエハの各ショット領域に逐次露光するステップ・アンド・スキャン方式等の走査露光方式の投影露光装置が使用されることもある。そこで、以下では図８〜図１０を参照して本発明の他の種々の実施例につき説明する。
【００７０】
先ず、図８の実施例は、図８（ａ）に示すクリティカルレイヤのショット領域ＳＡ内でＹ方向に２つの同一のチップパターン４６Ａ及び４６Ｂが配列され、図８（ｂ）に示すミドルレイヤのショット領域ＳＢ内ではＸ方向に２行、且つＹ方向に４行で同一のチップパターンが配列されている場合である。このとき、１つのチップパターンをＸ方向の幅ｂでＹ方向の幅ａの矩形パターンとすると、クリティカルレイヤのショット領域ＳＡのＸ方向の幅はｂ、Ｙ方向の幅は２ａとなり、ミドルレイヤのショット領域ＳＢのＸ方向の幅は２ｂ、Ｙ方向の幅は４ａとなる。従って、ショット領域ＳＡに対してショット領域ＳＢはＸ方向に２／１倍、且つＹ方向に２／１倍である。従って、ショット領域ＳＡとショット領域ＳＢとの最小公倍数的な大きさの基準計測領域ＳＣは、図８（ｃ）に示すようにＸ方向の幅が２ｂ、且つＹ方向の幅が４ａの領域、即ちミドルレイヤのショット領域ＳＢと同じ大きさの領域となる。従って、例えば或る基準計測領域ＳＣで計測点４７を選択した場合、他の基準計測領域でも相対的に計測点４７と同じ位置にある計測点を選択することで、正確にＥＧＡパラメータの補正値を求めることができる。
【００７１】
但し、ミドルレイヤのショット領域の倍率誤差、又は回転誤差等の影響を軽減するためには、上述実施例と同様に、例えば基準計測領域内で中央の位置に関して計測点４７と対称な計測点等を選択することが望ましい。これは以下の実施例でも同様である。
次に、図９の実施例は、図９（ａ）に示すクリティカルレイヤのショット領域ＳＡ内でＹ方向に２つの同一のチップパターンが配列され、図９（ｂ）に示すミドルレイヤのショット領域ＳＤ内ではＹ方向に３つの同一のチップパターンが配列されている場合である。更に、ミドルレイヤの投影露光装置は走査露光方式であり、スリット状の露光領域４８に対してウエハを走査することによりショット領域ＳＤへの露光が行われる。
【００７２】
このとき、クリティカルレイヤのショット領域ＳＡのＸ方向の幅をｂ、Ｙ方向の幅は２ａとすると、ミドルレイヤのショット領域ＳＤのＸ方向の幅はｂ、Ｙ方向の幅は３ａとなる。従って、ショット領域ＳＡに対してショット領域ＳＤはＸ方向に１／１倍、且つＹ方向に３／２倍である。従って、ショット領域ＳＡとショット領域ＳＤとの最小公倍数的な大きさの基準計測領域ＳＥは、図９（ｃ）に示すようにＸ方向の幅がｂ、且つＹ方向の幅が６ａの領域となる。本例でも例えば或る基準計測領域ＳＥで計測点４９を選択した場合、他の基準計測領域でも相対的に計測点４９と同じ位置にある計測点を選択することで、正確にＥＧＡパラメータの補正値を求めることができる。
【００７３】
これに関して、図１０（ａ）は、図９（ｃ）の基準計測領域ＳＥの一例の拡大図を示し、この図１０（ａ）において、隣接する２つの走査露光方式で露光されるショット領域ＳＤ１及びＳＤ２内に３つのクリティカルレイヤのショット領域ＳＡ１，ＳＡ２，ＳＡ３が含まれている。また、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のショット領域ＳＤ１及びＳＤ２内の長手方向（Ｙ方向）での倍率誤差に基づく伸縮量ΔＹを示し、Ｙ方向での伸縮量ΔＹはショット領域ＳＤ１，ＳＤ２の長さを周期として変化している。従って、例えばクリティカルレイヤのショット領域ＳＡ１〜ＳＡ３のそれぞれの中心を計測点５０Ａ〜５０Ｃとすると、これらの計測点５０Ａ〜５０Ｃでのミドルレイヤのショット領域の伸縮量は、図１０（ｂ）の位置５１Ａ〜５１Ｃで示すように異なった値を示す。従って、図９（ｃ）において或る基準計測領域ＳＥで所定の計測点４９を選択したときには、他の基準計測領域での相対的に同じ位置の計測点を選択しないと、ミドルレイヤのショット領域の倍率誤差の影響を受けることとなる。
【００７４】
次に、図１１の実施例は、図１１（ａ）に示すクリティカルレイヤのショット領域ＳＢ内でＹ方向に３行且つＸ方向に２列の同一のチップパターンが配列され、図１１（ｂ）に示すミドルレイヤの走査露光方式で露光されるショット領域ＳＤ内ではＹ方向に３つの同一のチップパターンが配列されている場合である。このとき、クリティカルレイヤのショット領域ＳＢのＸ方向の幅を２ｂ、Ｙ方向の幅は３ａとすると、ミドルレイヤのショット領域ＳＤのＸ方向の幅はｂ、Ｙ方向の幅は３ａとなる。従って、ショット領域ＳＢとショット領域ＳＤとの最小公倍数的な大きさの基準計測領域ＳＦは、図１１（ｃ）に示すようにＸ方向の幅が２ｂ、且つＹ方向の幅が３ａの領域、即ちクリティカルレイヤのショット領域ＳＢと同じ大きさの領域となる。本例でも例えば或る基準計測領域ＳＦで計測点５２を選択した場合、他の基準計測領域でも相対的に計測点５２と同じ位置にある計測点を選択することで、正確にＥＧＡパラメータの補正値を求めることができる。
【００７５】
なお、上述実施例では、２台のステッパー、又はステッパーとステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置との組合せを使用しているが、例えば露光フィールドの小さな露光装置、及び露光フィールドの大きな露光装置としてそれぞれ別のステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置を使用してもよい。
このように本発明は上述実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。
【００７６】
【発明の効果】
本発明の露光方法によれば、第１の露光フィールド、及び第２の露光フィールドがそれぞれ２方向に整数個ずつ収まる大きさの領域（いわば最小公倍数的な大きさの領域）を基準計測領域として、各基準計測領域内で互いに同じ位置にある２つの重ね合わせ精度計測用マーク（バーニアマーク）の位置ずれ量を計測している。従って、例えば第２のマスクパターンの倍率誤差や回転誤差の影響が、第２のマスクパターンを露光する際のアライメント誤差の内の線形伸縮誤差や回転誤差として現れることがない。従って、ミックス・アンド・マッチ方式でクリティカルレイヤとミドルレイヤとが混在するような基板に露光を行う場合に、そのクリティカルレイヤのパターンとミドルレイヤのパターンとの重ね合わせ精度を高めることができる利点がある。
【００７７】
また、第２の露光装置が座標変換用のパラメータを用いて露光位置を算出し、各基準計測領域内での計測結果よりそのパラメータの補正値を求めるときには、そのパラメータの内で、線形伸縮を示すパラメータ、回転を示すパラメータ、及び直交度を示すパラメータには第２のマスクパターンの倍率誤差や回転誤差の影響が現れないため、重ね合わせ精度を高めることができる。
【００７８】
更に、オフセットパラメータについては、例えば各基準計測領域内で中央の点に関して対称に配置された計測点での計測結果の平均値を使用することで、第２のマスクパターンの倍率誤差や回転誤差の影響を軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による露光方法の一実施例で使用される露光システムの概略を示す斜視図である。
【図２】（ａ）は実施例のウエハＷ上でのクリティカルレイヤのショット配列を示す平面図、（ｂ）はそのクリティカルレイヤのショット領域内でのバーニアマークの配列を示す拡大平面図である。
【図３】（ａ）は図２（ａ）のクリティカルレイヤ上に露光されるミドルレイヤのショット配列及び計測点の配列を示す平面図、（ｂ）はそのミドルレイヤのショット領域内でのバーニアマークの配列の一部を示す拡大平面図である。
【図４】ウエハ上での計測点の配列の他の例を示す図である。
【図５】（ａ）はミドルレイヤのショット領域ＳＢａ内での計測点の配列の別の例を示す拡大図、（ｂ）はミドルレイヤのショット領域ＳＢａ内での計測点の配列の更に別の例を示す拡大図である。
【図６】ウエハ上での計測点の望ましい配列の２つの例を示す平面図である。
【図７】ウエハ上の複数の基準計測領域内で別の位置にある計測点を選択する場合の計測点の配列の一例を示す図である。
【図８】クリティカルレイヤのショット領域内に複数のチップパターンが収まる場合の基準計測領域の例を示す図である。
【図９】ミドルレイヤのショット領域が走査露光方式で露光される場合の基準計測領域の例を示す図である。
【図１０】図９の実施例で、計測点によってミドルレイヤのショット領域の伸縮量が異なることの説明図である。
【図１１】ミドルレイヤのショット領域が走査露光方式で露光され、且つクリティカルレイヤのショット領域がミドルレイヤのショット領域より広い場合の基準計測領域の例を示す図である。
【図１２】（ａ）は従来のウエハＷ上でのクリティカルレイヤのショット配列を示す平面図、（ｂ）はそのクリティカルレイヤのショット領域内でのバーニアマークの配列を示す拡大平面図である。
【図１３】（ａ）は図１２（ａ）のクリティカルレイヤ上に露光されるミドルレイヤのショット配列及び計測点の配列を示す平面図、（ｂ）はそのミドルレイヤのショット領域内でのバーニアマークの配列を示す拡大平面図である。
【図１４】（ａ）はミドルレイヤのショット領域で倍率誤差が発生した場合の説明図、（ｂ）はミドルレイヤのショット領域で回転誤差が発生した場合の説明図である。
【符号の説明】
１Ａ ファインステッパー
１Ｂ ミドルステッパー
３Ａ，３Ｂ 投影光学系
４Ａ，４Ｂ 露光フィールド
５Ａ，５Ｂ ウエハステージ
１１Ａ，１１Ｂ アライメント系
Ｗ ウエハ
ＳＡ１〜ＳＡＭ，ＳＡｍ クリティカルレイヤのショット領域
ＳＢ１〜ＳＢＮ，ＳＢａ〜ＳＢｄ，ＳＢｎ ミドルレイヤのショット領域
２１Ｘ Ｘ軸用のウエハマーク
２１Ｙ Ｙ軸用のウエハマーク
２２Ａ〜２２Ｅ，２３Ａ〜２３Ｄ クリティカルレイヤのバーニアマーク
２４Ａ〜２４Ｅ，２５Ａ〜２５Ｄ ミドルレイヤのバーニアマーク
２６Ｃ，２７Ｄ，２９Ｂ，３１Ａ ミドルレイヤのバーニアマーク
３２Ａ〜３２Ｄ 計測点
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体素子等を製造する際にマスクパターンを感光基板上に露光するための露光方法に関し、特に例えば半導体メモリ等を製造する際に使用されるイオン注入層のように、高い解像度を必要としないミドルレイヤと呼ばれる層と、高い解像度を必要とするクリティカルレイヤと呼ばれる層とに順番に露光を行うフォトリソグラフィ工程に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体素子、又は液晶表示素子等を製造するためのフォトリソグラフィ工程において、縮小投影型露光装置（ステッパー等）が使用されている。一般に、超ＬＳＩ等の半導体素子は、ウエハ上に多数層のパターンが重ねて形成されるが、それらの層の内、最も高い解像度が必要な層はクリティカルレイヤと呼ばれている。これに対して、例えば半導体メモリ等を製造する際に使用されるイオン注入層のように、高い解像度を必要としない層はミドルレイヤと呼ばれている。言い換えると、クリティカルレイヤで露光されるパターンの線幅に比べて、ミドルレイヤで露光されるパターンの線幅は広くなっている。
【０００３】
また、例えば最近の超ＬＳＩの製造工場では、製造工程のスループット（単位時間当りのウエハの処理枚数）を高めるため、１種類の超ＬＳＩの製造プロセス中で異なる層間の露光を別々の露光装置を使い分けて行うことが多くなって来ている。そこで、クリティカルレイヤとミドルレイヤとの両方を有する超ＬＳＩを製造する場合、クリティカルレイヤへの露光は例えば縮小倍率が１／５倍程度の高い解像度を有する投影露光装置で行い、ミドルレイヤへの露光は例えば縮小倍率が１／２．５倍程度の比較的粗い解像度の投影露光装置で行うという所謂ミックス・アンド・マッチ方式での露光が行われることがある。
【０００４】
このようにミックス・アンド・マッチ方式で露光を行う場合でも、それまでに形成された各ショット領域内のチップパターンと、これから露光するレチクルのパターン像とを高精度に重ね合わせるためのアライメントが実行される。従来のアライメント方法の内で、スループットが高く、且つ高い重ね合わせ精度の得られる方法として、例えば特開昭６１−４４４２９号公報で開示されているエンハンスト・グローバル・アライメント（以下、「ＥＧＡ」という）方式が知られている。このＥＧＡ方式では、ウエハ上から予め選択された所定個数のショット領域（サンプルショット）の配列座標を計測することにより、全ショット領域の設計上の配列座標からウエハステージが位置決めされるステージ座標系での配列座標を算出するための、例えば６個の座標変換パラメータを求めている。
【０００５】
しかしながら、例えばクリティカルレイヤ上にミックス・アンド・マッチ方式でミドルレイヤのパターンを露光する際には、使用する投影露光装置が異なるため、ＥＧＡ方式で求めた座標変換パラメータ（以下、「ＥＧＡパラメータ」とも呼ぶ）をそのまま使用すると、所定の重ね合わせ誤差が残存していることがある。これは、ＥＧＡパラメータに残留誤差が残っていることを意味する。このような残留誤差の補正を行うため、従来は次のように重ね合わせ精度計測用マーク（以下、「バーニアマーク」と呼ぶ）を用いてテストプリントによって重ね合わせ誤差の計測を行っていた。
【０００６】
即ち、図１２（ａ）は、クリティカルレイヤ露光用の投影露光装置によってバーニアマークの形成されたウエハＷを示し、この図１２（ａ）において、ウエハＷ上で直交座標系（Ｘ，Ｙ）のＸ軸及びＹ軸に沿ってそれぞれ所定ピッチでショット領域ＳＡ１，ＳＡ２，…，ＳＡＭ（Ｍは例えば１２以上の整数）が配列され、各ショット領域ＳＡｍ（ｉ＝１〜Ｍ）内にそれぞれ位置合わせ用マーク（ウエハマーク）、及び重ね合わせ精度計測用のバーニアマークが形成されている。
【０００７】
図１２（ｂ）はそのショット領域ＳＡｍ内のマーク配置を示す拡大図であり、この図１２（ｂ）において、ショット領域ＳＡｍの＋Ｙ方向の端部にＸ方向に所定ピッチのライン・アンド・スペースパターンよりなるＸ軸用のウエハマーク２１Ｘが形成され、ショット領域ＳＡｍの＋Ｘ方向の端部にＹ方向に所定ピッチのライン・アンド・スペースパターンよりなるＹ軸用のウエハマーク２１Ｙが形成されている。これらウエハマーク２１Ｘ，２１Ｙはそれぞれ撮像方式（ＦＩＡ方式）で検出されるマークである。また、ショット領域ＳＡｍ内には十字型に分布する位置にバーニアマーク２２Ａ〜２２Ｅが形成されている。バーニアマーク２２Ａ〜２２Ｅとしては、一例として撮像方式（画像処理方式）で検出されるボックス・イン・ボックスマークを使用している。
【０００８】
次に、その図１２（ａ）のウエハＷ上にミドルレイヤ用の投影露光装置を使用して所定のバーニアマークを露光する。このためには、ウエハＷ上の各ショット領域ＳＡｍのミドルレイヤの投影露光装置のステージ座標系での配列座標を求める必要がある。そこで、各ウエハマーク２１Ｘ，２１Ｙはそれぞれ対応するショット領域ＳＡｍの中心の座標を示すものとして、ショット領域ＳＡｍ（ｍ＝１〜Ｍ）の中心のウエハＷ上の座標系（試料座標系）での設計上の配列座標を（Ｄｘｎ，Ｄｙｎ）として、ショット領域ＳＡｍのミドルレイヤの投影露光装置のステージ座標系での計算上の配列座標を（Ｆｘｎ，Ｆｙｎ）とする。この場合、ショット領域ＳＡｍの中心の設計上の配列座標のＸ成分Ｄｘｎ、及びＹ成分Ｄｙｎは、それぞれ対応するウエハマーク２１ＸのＸ座標、及びウエハマーク２１ＹのＹ座標であり、近似的に次のように表すことができる。
【０００９】
【数１】
この（数１）の変換行列はスケーリングＲｘ，Ｒｙ、ローテーションθ、直交度ｗ、及びオフセットＯｘ，Ｏｙよりなる６個の座標変換パラメータ（ＥＧＡパラメータ）を要素としており、スケーリングＲｘ，ＲｙはＸ方向及びＹ方向への線形伸縮、ローテーションθは回転、直交度ｗはＸ軸とＹ軸との交差角の９０°からの誤差、オフセットＯｘ，ＯｙはＸ方向、及びＹ方向へのシフト量を表している。次に、それら６個の座標変換パラメータの値を定めるために、ミドルレイヤ用の投影露光装置では、図１２（ａ）のウエハＷ上から選択された例えば１０個のショット領域（サンプルショット）ＳＡａ，ＳＡｂ，ＳＡｃ，…，ＳＡｊに付設されたウエハマーク２１Ｘ，２１Ｙのステージ座標系での配列座標をそれぞれ計測する。それらサンプルショットＳＡａ〜ＳＡｊは、ウエハＷの表面でほぼ正多角形の頂点位置、又は一様にばらつきを持たせたランダムな位置に配置されている。
【００１１】
この際に、ｎ番目（ｎ＝１〜１０）に計測されたウエハマーク２１Ｘ，２１Ｙのステージ座標系での配列座標の計測値、即ちｎ番目のサンプルショットの中心の配列座標の計測値を（Ｍｘｎ，Ｍｙｎ）とする。次に、それらウエハマーク２１Ｘ，２１Ｙの設計上の配列座標（Ｄｘｎ，Ｄｙｎ）を（数１）の右辺に代入して得られる計算上の配列座標値を（Ｆｘｎ，Ｆｙｎ）として、この配列座標値（Ｆｘｎ，Ｆｙｎ）と実測値（Ｍｘｎ，Ｍｙｎ）との誤差、即ちアライメント誤差（Ｅｘｎ，Ｅｙｎ）（＝（Ｍｘｎ−Ｆｘｎ，Ｍｙｎ−Ｆｙｎ））を求める。その後、全てのサンプルショットについて求めたアライメント誤差の自乗和、即ち残留誤差成分が最小となるように、６個のＥＧＡパラメータの値を決定する。
【００１２】
計測されたサンプルショットの個数をＫ個（図１２（ａ）ではＫ＝１０）とすると、その残留誤差成分は次の（数２）で表される。一例として、その（数２）を６個のＥＧＡパラメータで偏微分した結果をそれぞれ０とおいた連立方程式を解くことにより、それら６個のＥＧＡパラメータ（スケーリングＲｘ，Ｒｙ、ローテーションθ、直交度ｗ、オフセットＯｘ，Ｏｙ）の値が求められる。
【００１３】
【数２】
次に、そのようにして求められた６個のＥＧＡパラメータと、ショット領域ＳＡｍ（ｍ＝１〜Ｍ）の設計上の配列座標値（Ｄｘｍ，Ｄｙｍ）とを順次（数１）の右辺に代入することにより、ウエハＷ上のクリティカルレイヤの各ショット領域ＳＡｍのステージ座標系での配列座標値が求められる。ここで、クリティカルレイヤでの縮小倍率を１／５倍、ミドルレイヤでの縮小倍率を１／２．５倍とする、即ちミドルレイヤの投影露光装置の露光フィールドは、クリティカルレイヤの投影露光装置の露光フィールドに対してＸ方向に２倍、且つＹ方向に２倍の大きさを有しているものとすると、ミドルレイヤの１つのショット領域内にそれぞれクリティカルレイヤの４つのショット領域が含まれることとなる。
【００１５】
そのため、ミドルレイヤの投影露光装置で露光を行う際に、図１２（ａ）のクリティカルレイヤのショット領域ＳＡｍ（ｍ＝１〜Ｍ）をＸ方向及びＹ方向に２×２個ずつの複数のブロックに分け、各ブロック内の４個のショット領域の計算上の配列座標より各ブロックの中心のステージ座標系での配列座標を求める。その後、ウエハＷ上の各ブロックの中心の配列座標を順次ミドルレイヤの投影露光装置の露光フィールドの中心に合わせて、それぞれバーニアマークを含むミドルレイヤのレチクルのパターン像を露光した後、そのウエハＷの現像を行う。
【００１６】
図１３（ａ）は、ミドルレイヤ用の投影露光装置によって重ねてバーニアマークが形成されたウエハＷを示し、この図１３（ａ）において、ウエハＷのＸ軸及びＹ軸に沿ってそれぞれ所定ピッチでミドルレイヤのショット領域ＳＢ１，ＳＢ２，…，ＳＢＮ（Ｎは例えば３以上の整数）が配列され、各ショット領域ＳＢｎ（ｎ＝１〜Ｎ）内にそれぞれ４個のクリティカルレイヤのショット領域が含まれている。また、各ショット領域ＳＢｎの中心６１は、対応する４個のクリティカルレイヤのショット領域の中心にほぼ合致し、各ショット領域ＳＢｎ内には、それぞれクリティカルレイヤの５個のバーニアマーク２２Ａ〜２２Ｅ（図１２（ｂ）参照）に対応して２０個（＝４×５個）のバーニアマークが形成されている。
【００１７】
ここで、斜線を施した４個のショット領域ＳＢａ〜ＳＢｄを計測対象として、ショット領域ＳＢａ〜ＳＢｄ内で例えばランダムに選択された計測点６２〜６５で、それぞれクリティカルレイヤのバーニアマークとミドルレイヤのバーニアマークとの位置ずれ量を計測する。図１３（ｂ）は、それらの内のショット領域ＳＢａを示し、この図１３（ｂ）において、ミドルレイヤのショット領域ＳＢａの下の４個のクリティカルレイヤのショット領域ＳＡｐ，ＳＡ（ｐ＋１） ，ＳＡｑ，ＳＡ（ｑ＋１） に属するバーニアマークを囲むようにそれぞれ、ミドルレイヤのバーニアマーク２４Ａ〜２４Ｅ，２６Ａ〜２６Ｅ，２８Ａ〜２８Ｅ，３０Ａ〜３０Ｅが形成されている。従って、ショット領域ＳＢａ内の計測点６２では、ショット領域ＳＡ（ｐ＋１） のバーニアマーク２２Ｃとミドルレイヤのバーニアマーク２６ＣとのＸ方向、又はＹ方向への位置ずれ量が計測される。同様に、各計測点６３〜６５での２つのバーニアマークの位置ずれ量が計測される。
【００１８】
その結果、図１３（ａ）の全部の計測点６２〜６５において、例えばクリティカルレイヤのバーニアマークが全てミドルレイヤのバーニアマークに対してＸ方向に所定量δＸだけずれているときには、ＥＧＡパラメータの内のＸ軸のオフセットＯｘに残留誤差δＸのあることが分かる。従って、この残留誤差を予め装置定数としてミドルレイヤの投影露光装置の制御系に記憶しておき、アライメント結果の補正を行うことにより、クリティカルレイヤ上に高い重ね合わせ精度でミドルレイヤのパターンを露光できるようになる。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、クリティカルレイヤのバーニアマークとミドルレイヤのバーニアマークとの位置ずれ量を計測することにより、ＥＧＡパラメータの残留誤差を補正することができる。しかしながら、従来は図１３（ａ）の計測点６２〜６５で示すように、特にクリティカルレイヤのバーニアマークとミドルレイヤのバーニアマークとの位置ずれ量を計測するための計測点の配列についての考慮はなされていなかった。そのため、例えばミドルレイヤの投影像に倍率誤差がある場合、又はミドルレイヤの投影像に回転誤差がある場合等には、誤ってその倍率誤差又は回転誤差等をＥＧＡパラメータの残留誤差と判断する恐れがあった。
【００２０】
これについて具体的に説明すると、先ず図１４（ａ）は、ミドルレイヤのショット領域ＳＢａが、倍率誤差のない場合の投影像６６に対して拡大気味となっている状態を示し、この図１４（ａ）において、ショット領域ＳＢａの第１象限（クリティカルレイヤのショット領域ＳＡ（ｐ＋１））の右端中央部では、クリティカルレイヤのバーニアマーク２２Ｃに対してミドルレイヤのバーニアマーク２６ＣがＸ方向、及びＹ方向にそれぞれΔｘ１及びΔｙ１だけずれている。一方、第２象限（ショット領域ＳＡｐ）の右端中央部では、クリティカルレイヤのバーニアマーク２２Ｃに対してミドルレイヤのバーニアマーク２４Ｃは、Ｙ方向にはほぼΔｙ１程度ずれているが、Ｘ方向へのずれ量は無視できる程度である。同様に、第３象限（ショット領域ＳＡｑ）、及び第４象限（ショット領域ＳＡ（ｑ＋１））では２つのバーニアマークがそれぞれ第２象限、及び第１象限と対称に位置ずれしている。
【００２１】
このような倍率誤差が生じている場合、図１３（ａ）において、ショット領域ＳＢｄの第１象限の計測点６５とショット領域ＳＢｂの第２象限の計測点６３とで２つのバーニアマークのＸ方向への位置ずれ量を計測すると、それぞれΔｘ１及び０となる。従って、単純にこられの位置ずれ量を処理して（数１）のＥＧＡパラメータの残留誤差を求めると、Ｘ方向へのスケーリングＲｘとオフセットＯｘとにそれぞれ所定の誤差が残ることになる。
【００２２】
また、図１３（ａ）において、ショット領域ＳＢａの第１象限の計測点６２とショット領域ＳＢｃの第２象限の計測点６４とで２つのバーニアマークのＸ方向への位置ずれ量を計測すると、それぞれΔｘ１及び０となる。従って、単純にこられの位置ずれ量を処理して（数１）のＥＧＡパラメータの残留誤差を求めると、直交度ｗとＸ方向へのオフセットＯｘとにそれぞれ所定の誤差が残ることになる。即ち、ミドルレイヤの計測対象とするショット領域で異なる列のクリティカルレイヤ上の計測点でバーニアマークのＸ方向への位置ずれ量を計測すると、ミドルレイヤの倍率誤差をＥＧＡパラメータの残留誤差（線形誤差）と誤認することとなる。これは２つのバーニアマークのＹ方向への位置ずれ量を計測する場合にも生ずる。
【００２３】
一方、図１４（ｂ）は、ミドルレイヤのショット領域ＳＢａが、誤差のない場合の投影像６６に対して反時計回りに回転している（ショット回転誤差のある）状態を示し、この図１４（ｂ）において、ショット領域ＳＢａの第１象限の右端中央部では、バーニアマーク２２Ｃに対してバーニアマーク２６Ｃが、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれ−Δｘ２及びΔｙ２だけずれている。また、第２象限の右端中央部では、バーニアマーク２２Ｃに対してバーニアマーク２４Ｃは、Ｘ方向にはほぼ−Δｘ３程度ずれているが、Ｙ方向へのずれ量は無視できる程度である。同様に、第３象限及び第４象限でも２つのバーニアマークがそれぞれ第２象限、及び第１象限と対称に位置ずれしている。
【００２４】
このようなミドルレイヤの回転誤差が生じている場合、図１３（ａ）において、ショット領域ＳＢｄの第１象限の計測点６５とショット領域ＳＢｂの第２象限の計測点６３とで２つのバーニアマークのＸ方向への位置ずれ量を計測すると、それぞれ−Δｘ２及び−Δｘ３となる。従って、単純にこられの位置ずれ量を処理すると、（数１）のＥＧＡパラメータ内でオフセットＯｘ以外のパラメータにも残留誤差が残る。同様に計測点６５と計測点６３とで２つのバーニアマークについてＹ方向への位置ずれ量を計測しても、オフセットＯｙ以外のパラメータにも残留誤差が残る。従って、クリティカルレイヤのバーニアマークとミドルレイヤのバーニアマークとの位置ずれ量を計測する場合に、計測対象とするミドルレイヤ内の計測点の位置の選択によって、ミドルレイヤのショット領域の単なる倍率誤差、又は回転誤差をＥＧＡパラメータ内のオフセット以外のパラメータの残留誤差と誤認する恐れのあることが分かる。
【００２５】
また、例えばクリティカルレイヤのショット領域（チップパターン）に倍率誤差、又は回転誤差（チップローテーション）等が存在する場合にも、バーニアマークの位置ずれ量を計測する計測点の選択方法によっては、ＥＧＡパラメータ内のオフセット以外のパラメータの残留誤差と誤認する恐れがある。
本発明は斯かる点に鑑み、ミックス・アンド・マッチ方式でクリティカルレイヤとミドルレイヤとが混在するような基板に露光を行う場合に、そのクリティカルレイヤのパターンとミドルレイヤのパターンとの重ね合わせ精度を高めることができる露光方法を提供することを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
本発明による露光方法は、例えば図１〜図３に示すように、露光対象とする感光基板（Ｗ）上で所定の大きさの第１の露光フィールド（４Ａ）を有する第１の露光装置（１Ａ）と、その第１の露光フィールドに対して直交する第１、及び第２の方向に対してそれぞれＭ１／Ｎ１ 倍（Ｍ１，Ｎ１ はＭ１ ＞Ｎ１ なる整数）、及びＭ２／Ｎ２ 倍（Ｍ２，Ｎ２ はＭ２ ≧Ｎ２ なる整数）の大きさの第２の露光フィールド（４Ｂ）を有する第２の露光装置（１Ｂ）とを用いて、感光基板（Ｗ）上にマスクパターンを重ねて露光する露光方法において、第１の露光装置（１Ａ）を用いて、位置合わせ用マーク及び第１の重ね合わせ精度計測用マークの形成された第１のマスクパターン（２Ａ）を、第１の露光フィールド（４Ａ）を単位として感光基板（Ｗ）上でその第１の方向（Ｘ方向）及び第２の方向（Ｙ方向）に並べて順次露光する第１工程を有する。
【００２７】
更に本発明は、第２の露光装置（１Ｂ）を用いて、第２の重ね合わせ精度計測用マークの形成された第２のマスクパターン（２Ｂ）を、その第１工程で感光基板（Ｗ）上に露光された複数の第１のマスクパターン（２Ａ）の像（ＳＡ１，ＳＡ２，…，ＳＡＭ）の上に、その位置合わせ用マークの像（２１Ｘ，２１Ｙ）の位置を基準として第２の露光フィールド（４Ｂ）を単位として感光基板（Ｗ）上でその第１の方向及び第２の方向に並べて露光する第２工程と、感光基板（Ｗ）上でその第１の方向に第２の露光フィールド（４Ｂ）の幅のＮ１ 倍、且つその第２の方向に第２の露光フィールド（４Ｂ）の幅のＮ２ 倍の大きさの領域を単位として、感光基板（Ｗ）上の露光領域を複数の基準計測領域（ＳＢ１，ＳＢ２，…，ＳＢＮ）に分割し、これら複数の基準計測領域から選択された所定個数の基準計測領域（ＳＢａ，ＳＢｂ，ＳＢｃ，ＳＢｄ）内で互いに同じ位置にあるその第１の重ね合わせ精度計測用マークの像（２２Ｃ）とその第２の重ね合わせ精度計測用マークの像（２６Ｃ）との位置ずれ量を計測し、このように計測された位置ずれ量に基づいて第２の露光装置（１Ｂ）で第１の露光装置（１Ａ）により露光されたその位置合わせ用マークの像（２１Ｘ，２１Ｙ）の位置を検出する際の補正値を求める第３工程とを有し、その後第１の露光装置（１Ａ）で露光された感光基板（Ｗ）上に第２の露光装置（１Ｂ）を用いて重ね合わせ露光する際に、その第３工程で求めた補正値を用いて露光位置の補正を行うものである。
【００２８】
この場合、第２の露光装置（１Ｂ）はその位置合わせ用マークの像（２１Ｘ，２１Ｙ）に基づいて所定の座標変換用のパラメータ（ＥＧＡパラメータ）を用いて露光位置を算出し、その第３工程において、その座標変換用のパラメータの補正値を求めることが望ましい。
また、本発明による別の露光方法は、露光対象とする感光基板上で所定の大きさの第１の露光フィールド（４Ａ）を露光単位としてマスクのパターンが露光された感光基板（Ｗ）に対して、その第１の露光フィールドに対して直交する第１及び第２の方向に対してそれぞれＭ1/Ｎ1 倍（Ｍ1,Ｎ1 はＭ1 ＞Ｎ1 なる整数）、及びＭ2/Ｎ2 倍（Ｍ2,Ｎ2 はＭ2 ＞Ｎ2 なる整数）の大きさの第２の露光フィールド（４Ｂ）を露光単位としてマスクのパターンを露光する露光方法であって、予め位置合わせ用マーク及び第１の重ね合わせ精度計測用マークの形成された第１のマスクパターンをその第１の露光フィールドを単位としてその第１の方向及びその第２の方向に並べて順次露光した後、第２の重ね合わせ精度計測用マークの形成されたマスクパターンを、複数のその第１のマスクパターンの像が露光された感光基板上にその位置合わせ用のマークの像の位置を基準としてその第２の露光フィールドを単位としてその第１の方向及びその第２の方向に並べて露光し、その感光基板上でその第１の方向にその第２の露光フィールドの幅のＮ1 倍、且つその第２の方向にその第２の露光フィールドの幅のＮ2 倍の大きさの領域を単位として、その感光基板上の露光領域を複数の基準計測領域に分割し、該複数の基準計測領域から選択された第１及び第２の基準計測領域内のそれぞれで同じ計測位置（例えば図３における基準計測領域（ＳＢａ）の計測位置（３２Ａ）及び基準計測領域（ＳＢｂ）の計測位置（３２Ｂ））を選択するか、又はその第１及び第２の基準計測領域内で互いに異なる位置であってそれらの基準計測領域の中心に関して互いに対称な位置となるようにその第１の基準計測領域内の計測位置とその第２の基準計測領域内の計測位置と（例えば図７における基準計測領域（ＳＢａ）の計測位置（３５Ａ）及び基準計測領域（ＳＢｂ）における計測位置（３６Ｂ））を選択し、該選択された計測位置のそれぞれでその第１の重ね合わせ精度計測用マークの像とその第２の重ね合わせ精度計測用マークの像との位置ずれ量を計測し、該計測された位置ずれ量を補正するための補正値を求めておき、その第１の露光フィールドを露光単位として感光基板上に露光されたパターンに対して、その第２の露光フィールドを露光単位として重ね合わせ露光する際に、その補正値を用いて露光位置の補正を行うものである。
この場合、一例として、その第１の露光フィールドを露光単位として感光基板上に露光されたパターンに対して、その第２の露光フィールドを露光単位として重ね合わせ露光する際、そのマスクとその感光基板とは同期して走査される。
【００２９】
【作用】
斯かる本発明によれば、第１の露光フィールド（４Ａ）より第２の露光フィールド（４Ｂ）の方が大きいため、第１の露光装置（１Ａ）は例えばクリティカルレイヤの露光に使用され、第２の露光装置（１Ｂ）は例えばミドルレイヤの露光に使用される。そして、第１の露光フィールド（４Ａ）に対して第２の露光フィールド（４Ｂ）が第１及び第２の方向にそれぞれＭ１／Ｎ１ 倍、及びＭ２／Ｎ２ 倍であるため、図２（ａ）に示すように、第１の露光装置で露光された第１のマスクパターンの像（ＳＡｍ）の第１及び第２の方向への幅をそれぞれｄ及びｃとすると、図３（ａ）に示すように、第２の露光装置で露光される第２のマスクパターンの像（ＳＢｎ）の第１及び第２の方向への幅はそれぞれｄＭ１／Ｎ１ 、及びｃＭ２／Ｎ２ となる。
【００３０】
ここで、整数Ｍ１ と整数Ｎ１ との間には１以外の公約数がなく、且つ整数Ｍ２ と整数Ｎ２ との間にも１以外の公約数がないものとすると、感光基板（Ｗ）上で第１のマスクパターンの像と第２のマスクパターンの像との最小公倍数的な大きさの領域は、第１の方向への幅がｄＭ１ で、且つ第２の方向への幅がｃＭ２ の領域、即ち第１及び第２の方向に対して第２の露光フィールド（４Ｂ）の幅のそれぞれＮ１ 倍及びＮ２ 倍の大きさの基準計測領域となる。このような基準計測領域内には、それぞれ第１のマスクパターンの像（ＳＡｍ）及び第２のマスクパターンの像（ＳＢｎ）が第１及び第２の方向に整数個含まれる。
【００３１】
例えば、図３（ａ）の場合には、具体的にＭ１＝２，Ｎ１＝１，Ｍ２＝２，Ｎ２＝１であるため、第２のマスクパターンの像（ＳＢｎ）そのものがその基準計測領域となる。この場合、本発明では第１の基準計測領域（ＳＢａ）で右上部の計測点（３２Ａ）で２つの位置合わせ用マークの像（バーニアマーク）の位置ずれ量を計測するものとすると、第２〜第４の基準計測領域（ＳＢｂ〜ＳＢｄ）でも右上部の計測点（３２Ｂ〜３２Ｄ）でそれぞれ２つの位置合わせ用マークの像（バーニアマーク）の位置ずれ量を計測する。これにより、第２の露光フィールド（４Ｂ）の倍率誤差、又は回転誤差は、計測される全ての位置ずれ量に対してほぼ等しく混入する。従って、第２の露光フィールド（４Ｂ）の倍率誤差、又は回転誤差を第１のマスクパターンの像（ＳＡｍ）と第２のマスクパターンの像（ＳＢｎ）との位置ずれ量の内のオフセット成分以外の誤差成分であると誤認することがなくなるため、重ね合わせ精度が向上する。
【００３２】
この場合、第２の露光装置（１Ｂ）で露光を行う際のアライメント方法として、例えばＥＧＡ方式のような座標変換用のパラメータを用いる方法を使用した場合、本発明によれば第２の露光フィールド（４Ｂ）の倍率誤差、又は回転誤差をオフセット以外の座標変換パラメータと誤認することがなくなる。
【００３３】
【実施例】
以下、本発明による露光方法の一実施例につき図１〜図６を参照して説明する。この実施例では、２台の露光装置として、それぞれステップ・アンド・リピート方式でウエハ上の各ショット領域にそれぞれレチクルのパターンの縮小像を投影する投影露光装置（ステッパー）を使用する。
【００３４】
図１は、本実施例の露光システムを示し、この図１において、露光フィールドの小さなステッパー（以下、「ファインステッパー」と呼ぶ）１Ａと、露光フィールドの大きなステッパー（以下、「ミドルステッパー」と呼ぶ）１Ｂとが設置されている。本実施例では、ファインステッパー１Ａは高解像度、ミドルステッパー１Ｂは低解像度であり、ファインステッパー１Ａを用いて、ウエハ上のクリティカルレイヤへの露光を行い、ミドルステッパー１Ｂを用いて、ウエハ上のミドルレイヤへの露光を行う。但し、製造する半導体素子の種類等に応じて、ファインステッパー１Ａを低解像度としたり、又はミドルステッパー１Ｂを高解像度とする場合も有り得る。
【００３５】
先ずファインステッパー１Ａにおいて、レチクルＲＡ上のパターン領域２Ａが不図示の照明光学系からの露光光により照明され、パターン領域２Ａ内に所定の配列で描画された重ね合わせ精度計測用のマーク（バーニアマーク）の原画パターンが投影光学系３Ａにより１／５倍に縮小されて、ウエハＷ上の矩形の露光フィールド４Ａに投影露光される。投影光学系３Ａの光軸に平行にＺ１軸を取り、Ｚ１軸に垂直な平面の直交座標をＸ１軸及びＹ１軸とする。レチクルＲＡ上のパターン領域２ＡのＹ１方向の端部（例えば遮光帯の中）、及びＸ１方向の端部にはそれぞれＸ１軸用のアライメントマーク１７Ｘ、及びＹ１軸用のアライメントマーク１７Ｙが形成されている。
【００３６】
ウエハＷはウエハステージ５Ａ上に保持され、ウエハステージ５Ａは、Ｚ１軸方向にウエハＷの露光面をベストフォーカス位置に設定するＺステージ、並びにＸ１軸及びＹ１軸方向にウエハＷを位置決めするＸＹステージ等から構成されている。ウエハステージ５Ａ上には直交するように２枚の移動鏡６Ａ及び８Ａが固定され、外部に設置されたレーザ干渉計７Ａ及び移動鏡６Ａによりウエハステージ５ＡのＸ１方向の座標が計測され、外部に設置されたレーザ干渉計９Ａ及び移動鏡８Ａによりウエハステージ５ＡのＹ１方向の座標が計測されている。レーザ干渉計７Ａ及び９Ａにより計測された座標は、装置全体の動作を統轄制御する制御装置１０Ａに供給され、制御装置１０Ａは、不図示の駆動部を介してウエハステージ５ＡをＸ１方向及びＹ１方向にステッピング駆動することにより、ウエハＷの位置決めを行う。この場合、ウエハＷのステッピング駆動は、ウエハＷの露光面に設定されたショット領域（パターン領域２Ａのパターン像が投影露光される単位となる領域）の配列、即ちクリティカルレイヤ用のショットマップに従って行われ、このショットマップは制御装置１０Ａ内のコンピュータよりなるマップ作成部により作成される。
【００３７】
本実施例のファインステッパー１Ａには、オフ・アクシス方式で且つ撮像方式（ＦＩＡ方式）のアライメント系１１Ａが備えられている。アライメント系１１Ａでは、ウエハＷ上の位置合わせ用のマーク（ウエハマーク）、又は重ね合わせ精度計測用のバーニアマークを撮像し、得られる撮像信号を処理してそのマークのＸ１座標、及びＹ１座標を検出する。検出された座標は制御装置１０Ａに供給される。
【００３８】
なお、アライメント系としては、ＴＴＲ（スルー・ザ・レンズ）方式のアライメント系、又は投影光学系３Ａを介してマークの位置を検出するＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式のアライメント系等を使用してもよく、マークの検出方式としては、スリット状のレーザビームとマークとを相対走査するレーザ・ステップ・アライメント方式（ＬＳＡ方式）、又は２光束を回折格子状のマークに照射して平行に発生する１対の回折光の干渉信号から位置検出を行う所謂２光束干渉方式等を使用してもよい。
【００３９】
次に、本例のミドルステッパー１Ｂは、上述のファインステッパー１Ａとほぼ同様な構成であるが、レチクルＲＢのパターン領域２Ｂのパターン像は、投影光学系３Ｂを介して１／２．５倍に縮小されて、ウエハステージ５Ｂ上に保持されたウエハＷ上の矩形の露光フィールド４Ｂに投影露光される。従って、露光フィールド４Ｂの大きさは、ファインステッパー１Ａの露光フィールド４Ａに対して縦横方向にそれぞれ２倍となっている。投影光学系３Ｂの光軸に平行にＺ２軸を取り、Ｚ２軸に垂直な平面の直交座標系をＸ２軸及びＹ２軸とする。レチクルＲＢはＸ２方向に２列、及びＹ２方向に２行の部分パターン領域１８Ａ〜１８Ｄに分割され、これら部分パターン領域１８Ａ〜１８Ｄ内にはそれぞれ同一の配置でバーニアマークの原画パターンが形成されている。
【００４０】
ミドルステッパー１Ｂのウエハステージ５ＢのＸ２座標は、移動鏡６Ｂ及びレーザ干渉計７Ｂにより計測され、ウエハステージ５ＢのＹ２座標は、移動鏡８Ｂ及びレーザ干渉計９Ｂにより計測され、それら計測された座標が制御装置１０Ｂに供給されている。制御装置１０Ｂがウエハステージ５Ｂのステッピング駆動を制御する。ウエハステージ５Ｂのステッピング駆動は、ウエハＷの露光面に設定されたショット領域（パターン領域２Ｂのパターン像がそれぞれ投影露光される領域）の配列、即ちミドルレイヤ用のショットマップに従って行われ、このショットマップは制御装置１０Ｂ内のコンピュータよりなるマップ作成部により作成される。
【００４１】
この場合、制御装置１０Ａ内のマップ作成部と、制御装置１０Ｂ内のマップ作成部とは互いに作成したショットマップ情報を供給する機能を有している。そして、例えばクリティカルレイヤ上にミドルレイヤの露光を行うときには、ファインステッパー１Ａに備えられた制御装置１０Ａ内のマップ作成部で作成されたクリティカルレイヤ用のショットマップ情報が、制御装置１０Ａ内の通信部から制御装置１０Ｂ内の通信部に送信され、制御装置１０Ｂ内のマップ作成部は、供給されたショットマップ情報に基づいてミドルレイヤ用のショットマップを作成する。逆に、ミドルレイヤ上にクリティカルレイヤの露光を行う際には、制御装置１０Ｂ内のマップ作成部で作成されたミドルレイヤのショットマップ情報が制御装置１０Ａ内のマップ作成部に供給される。
【００４２】
また、ミドルステッパー１Ｂにおいて、オフ・アクシス方式で且つ撮像方式（ＦＩＡ方式）のアライメント系１１Ｂが投影光学系３Ｂの側面に設けられ、このアライメント系１１ＢによりウエハＷ上のウエハマーク又はバーニアマークのＸ２座標及びＹ２座標が検出される。
次に、本実施例においてファインステッパー１Ａでクリティカルレイヤのパターンの露光を行った後、ミドルステッパー１Ｂでミドルレイヤのパターンの露光を行う際の、アライメント用の座標変換パラメータの補正動作の一例につき第１工程から第３工程に分けて説明する。これに関して、本実施例でもアライメント方法として、（数１）の６個の座標変換パラメータ（スケーリングＲｘ，Ｒｙ、ローテーションθ、直交度ｗ、及びオフセットＯｘ，Ｏｙ）の値を決定して、これらの座標変換パラメータと設計上の配列座標とから各ショット領域の配列座標を算出するＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アライメント）方式のアライメント方法を使用する。
【００４３】
［第１工程］
この第１工程では、図１のファインステッパー１Ａのウエハステージ５Ａ上にフォトレジストが塗布された未露光のウエハＷを載置して、ウエハＷ上で露光フィールド４Ａを単位として配列された多数のショット領域に、順次ステップ・アンド・リピート方式でレチクルＲＡのパターンの縮小像を露光する。レチクルＲＡには、１対のアライメントマークの他に所定配列の複数のバーニアマークの原画パターンが形成されている。その後、そのウエハＷの現像を行ってその１対のアライメントマークを凹凸のウエハマークとして現出させ、且つそれら複数のバーニアマークの原画パターンを凹凸のバーニアマークとして現出させる。この現像後のパターンをウエハＷ上のクリティカルレイヤのパターンとみなすことができる。但し、現像を行うことなく、ウエハＷ上の潜像のままで以後のアライメントや、２つのバーニアマークの位置ずれ量の計測等を行うようにしてもよい。
【００４４】
［第２工程］
第１工程でウエハマーク及びバーニアマークの形成されたウエハＷ上にフォトレジストを塗布し、このウエハＷを図１のミドルステッパー１Ｂのウエハステージ５Ｂ上に載置する。この際に、ファインステッパー１Ａの制御装置１０Ａから、第１工程で使用されたクリティカルレイヤのショットマップの情報がミドルステッパー１Ｂの制御装置１０Ｂに供給されている。これにより制御装置１０Ｂでは、クリティカルレイヤのウエハマークのウエハＷ上での設計上の配列座標を求めることができる。
【００４５】
図２（ａ）は、そのウエハステージ５Ｂ上に載置されたウエハＷを示し、この図２（ａ）において、ミドルステッパー１ＢのＸ２軸、及びＹ２軸を改めてそれぞれＸ軸、及びＹ軸として表してある。この場合、ウエハＷは不図示のプリアライメント機構により大まかな位置合わせがしてあり、ウエハＷの表面はほぼＸ方向、及びＹ方向に沿ってＭ個（Ｍは１２以上の整数）のクリティカルレイヤのショット領域ＳＡ１，ＳＡ２，…，ＳＡＭに分割されている。実際には各ショット領域ＳＡｍ（ｍ＝１〜Ｍ）間には所定幅のスクライブライン領域があるが、それは図示省略してある。また、そのスクライブライン領域を含めて各ショット領域ＳＡｍのＸ方向の幅（ピッチ）はｄ、Ｙ方向の幅（ピッチ）はｃであり、本例では各ショット領域ＳＡｍはほぼ正方形（ｄ≒ｃ）である。
【００４６】
図２（ｂ）はショット領域ＳＡｍを代表的に示し、この図２（ｂ）において、ショット領域ＳＡｍの端部にはそれぞれＸ軸用のウエハマーク２１Ｘ、及びＹ軸用のウエハマーク２１Ｙが形成され、ショット領域ＳＡｍの内部には十字型に分布する５個のバーニアマーク２２Ａ〜２２Ｅ、及びそのショット領域の４隅付近に分布する４個のバーニアマーク２３Ａ〜２３Ｄが形成されている。図２（ｂ）のように分布するマークの原画パターンが、図１のファインステッパー１ＡのレチクルＲＡのパターン領域に形成されている。
【００４７】
なお、本例で使用されるバーニアマーク２２Ａ〜２２Ｅ，２３Ａ〜２３Ｄはそれぞれ、図１のアライメント系１１Ｂにより撮像方式で検出される２次元のボックス・イン・ボックスマークであるが、バーニアマークとして例えば１次元のライン・アンド・スペースパターンを２つ直交するように組み合わせたマーク、又はウエハマーク２１Ｘ，２１Ｙそのものを使用してもよい。また、バーニアマークとして例えばレーザ・ステップ・アライメント（ＬＳＡ）方式で検出されるマーク等を使用してもよく、更にバーニアマークの分布は、図２（ｂ）以外の分布でもよい。
【００４８】
次に、図１のミドルステッパー１Ｂの制御装置１０ＢはＥＧＡ方式でアライメントを行う。そのため、制御装置１０Ｂは、クリティカルレイヤのショットマップに従ってウエハステージ５Ｂを駆動して、アライメント系１１Ｂの観察視野を順次移動させることにより、図２（ａ）において、ウエハＷ上から選択された例えば１０個のショット領域（サンプルショット）ＳＡａ，ＳＡｂ，ＳＡｃ，…，ＳＡｊに付設されたウエハマーク２１Ｘ，２１Ｙの、ステージ座標系（ミドルステッパー１Ｂのレーザ干渉計７Ｂ，９Ｂの計測値により定まる座標系）での配列座標（Ｍｘｎ，Ｍｙｎ）をそれぞれ計測する。そして、各サンプルショットのウエハマーク２１Ｘ，２１Ｙの設計上の配列座標（Ｄｘｎ，Ｄｙｎ）から計算される配列座標値と実測値（Ｍｘｎ，Ｍｙｎ）とのアライメント誤差の（数２）で表される残留誤差成分が最小となるように、（数１）の６個のＥＧＡパラメータ（スケーリングＲｘ，Ｒｙ、ローテーションθ、直交度ｗ、オフセットＯｘ，Ｏｙ）の値を決定する。
【００４９】
次に、制御装置１０Ｂは、それら６個のＥＧＡパラメータと、ショット領域ＳＡｍ（ｍ＝１〜Ｍ）の設計上の配列座標値（Ｄｘｍ，Ｄｙｍ）とを順次（数１）の右辺に代入することにより、ウエハＷ上のクリティカルレイヤの各ショット領域ＳＡｍのステージ座標系での配列座標値を求める。ここで、ミドルステッパー１Ｂの露光フィールド４Ｂは、ファインステッパー１Ａの露光フィールド４Ａに対してＸ方向に２倍、且つＹ方向に２倍の大きさであるため、制御装置１０Ｂは、図２（ａ）のショット領域ＳＡｍ（ｍ＝１〜Ｍ）をＸ方向及びＹ方向にそれぞれ２個ずつの複数のブロックに分け、各ブロック内の４個のショット領域の計算上の配列座標より各ブロックの中心のステージ座標系での配列座標を求める。その後、制御装置１０Ｂは、ウエハＷ上の各ブロックの中心の配列座標を順次露光フィールド４Ｂの中心に合わせて、それぞれレチクルＲＢに形成されたバーニアマークの原画パターン像を露光する。その後、現像を行うことにより、ウエハＷ上のクリティカルレイヤのバーニアマーク上にミドルレイヤのバーニアマークが現出する。なお、既に説明したように潜像のままで以下の計測を行ってもよい。
【００５０】
［第３工程］
この第３工程では、クリティカルレイヤのバーニアマークとミドルレイヤのバーニアマークとの位置ずれ量を計測する。そのため、第２工程で現像が行われたウエハＷを例えば図１のミドルステッパー１Ｂのウエハステージ５Ｂ上に載置して、アライメント系１１Ｂにより２層のバーニアマークの位置ずれ量を計測する。但し、２層のバーニアマークの位置ずれ量は、別の高精度な計測装置で計測してもよい。
【００５１】
図３（ａ）は、第２工程によって重ねてバーニアマークが形成されたウエハＷを示し、この図３（ａ）において、Ｘ軸及びＹ軸に沿ってウエハＷ上にそれぞれピッチ２ｄ、及びピッチ２ｃでミドルレイヤのショット領域ＳＢ１，ＳＢ２，…，ＳＢＮ（Ｎは４以上の整数）が配列され、各ショット領域ＳＢｎ（ｎ＝１〜Ｎ）内にそれぞれ４個の図２（ａ）のクリティカルレイヤのショット領域ＳＡｍが含まれている。なお、ミドルレイヤの各ショット領域ＳＢｎに倍率誤差が存在する場合には、各ショット領域ＳＢｎのＸ方向及びＹ方向の幅はそれぞれ２ｄ及び２ｃから僅かにずれている。また、各ショット領域ＳＢｎの中心６１は、対応する４個のクリティカルレイヤのショット領域の中心にほぼ合致し、各ショット領域ＳＢｎ内には、それぞれクリティカルレイヤのショット領域ＳＡｍ内の９個のバーニアマーク２２Ａ〜２２Ｅ，２３Ａ〜２３Ｄ（図２（ｂ）参照）に対応して３６個（＝４×９個）のバーニアマークが形成されている。
【００５２】
ここで、クリティカルレイヤのショット領域ＳＡｍに対してミドルレイヤのショット領域ＳＢｎの大きさが、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれＭ１／Ｎ１ 倍、及びＭ２／Ｎ２ 倍とすると、本例ではＭ１／Ｎ１ ＝２／１、Ｍ２／Ｎ２ ＝２／１となっている。従って、本例の基準計測領域は、ミドルレイヤのショット領域ＳＢｎをＸ方向に１倍、且つＹ方向に１倍した領域、即ちショット領域ＳＢｎそのものである。従って、斜線を施して示すようにウエハＷ上でほぼ均等に分布するミドルレイヤの４個のショット領域（基準計測領域）ＳＢａ〜ＳＢｄを計測対象とする。
【００５３】
図３（ｂ）は、それらの内のショット領域ＳＢａを示し、この図３（ｂ）において、ミドルレイヤのショット領域ＳＢａの下の４個のクリティカルレイヤのショット領域の内の第２象限のショット領域ＳＡｐに属するバーニアマークを囲むようにそれぞれ、ミドルレイヤの９個のバーニアマーク２４Ａ〜２４Ｅ，２５Ａ〜２５Ｄが形成されている。同様に、ショット領域ＳＢａの下の他のショット領域ＳＡ（ｐ＋１） ，ＳＡｑ，ＳＡ（ｑ＋１） に属するバーニアマークを囲むように、それぞれミドルレイヤの９個のバーニアマーク（不図示）が形成されている。但し、図３（ｂ）ではそれらの内の第１象限（ショット領域ＳＡ（ｐ＋１））の右中間部のバーニアマーク２２Ｃに対応するミドルレイヤのバーニアマーク２６Ｃが図示されている。
【００５４】
次に、本例ではウエハＷ上の計測対象とするショット領域（基準計測領域）ＳＢａ〜ＳＢｄ内で互いに相対的に同一の位置にある計測点３２Ａ〜３２Ｄで、それぞれクリティカルレイヤのバーニアマーク２２Ｃとミドルレイヤのバーニアマーク２６Ｃとの位置ずれ量を計測する。一例として計測点３２Ａ〜３２Ｄは、それぞれショット領域ＳＢａ〜ＳＢｄ内の第１象限（図３（ｂ）のショット領域ＳＡ（ｐ＋１） に対応する領域）の右中間部に位置している。従って、計測点３２Ａでは、バーニアマーク２２Ｃに対するバーニアマーク２６ＣのＸ方向及びＹ方向への位置ずれ量（Δｘａ，Δｙａ）が計測され、同様に他の計測点３２Ｂ〜３２Ｄで計測される位置ずれ量を（Δｘｂ，Δｙｂ）〜（Δｘｄ，Δｙｄ）とする。
【００５５】
その後、例えば図３（ａ）の２つの計測点３２Ｄ及び３２ＢでＸ方向への位置ずれ量の差（Δｘｂ−Δｘｄ）があると、この差（Δｘｂ−Δｘｄ）を２つの計測点３２Ｄ，３２ＢのＸ方向への間隔で除算することにより、ＥＧＡパラメータ内のＸ方向へのスケーリングＲｘの補正値（誤差）ΔＲｘが求められる。また、計測点３２Ｄ及び３２ＢでＹ方向への位置ずれ量の差（Δｙｂ−Δｙｄ）があると、この差（Δｙｂ−Δｙｄ）を２つの計測点のＸ方向への間隔で除算することにより、ＥＧＡパラメータの内のローテーションθの補正値Δθが求められる。また、４つの位置ずれ量の平均値が、ＥＧＡパラメータの内のオフセットＯｘ，Ｏｙの補正値ΔＯｘ，ΔＯｙとなる。同様にして、他のスケーリングＲｙ、及び直交度ｗの補正値ΔＲｙ，Δｗも求められる。これらの補正値は、ミドルステッパー１Ｂの制御装置１０Ｂ内の記憶部に記憶される。なお、バーニアマークの位置ずれ量が別の計測装置で計測され、別のコンピュータ等によってそれらの補正値が求められたときには、オペレータが入力装置を介して制御装置１０Ｂにそれらの補正値を入力することになる。これによって第３工程が終了する。
【００５６】
その後、図１のファインステッパー１Ａ、及びミドルステッパー１Ｂを用いてミックス・アンド・マッチ方式で露光を行う場合、ウエハ上にファインステッパー１Ａでクリティカルレイヤのパターンを形成した後、ミドルステッパー１Ｂでミドルレイヤのパターンを露光する前に、先ず所定のサンプルショットのステージ座標系での座標値を計測し、その結果より（数１）の６個のＥＧＡパラメータの値を求める。その後、制御装置１０Ｂでは、求められたＥＧＡパラメータ（Ｒｘ，Ｒｙ，θ，ｗ，Ｏｘ，Ｏｙ）に対して上述の第３工程で記憶されたＥＧＡパラメータの補正値（ΔＲｘ，ΔＲｙ，Δθ，Δｗ，ΔＯｘ，ΔＯｙ）を加算して補正後のＥＧＡパラメータを求める。そして、制御装置１０Ｂは、補正後のＥＧＡパラメータを用いてクリティカルレイヤの各ショット領域の座標位置を算出し、この座標位置に基づいてミドルレイヤの各ショット領域の露光位置を算出し、この露光位置に基づいて順次ミドルレイヤのレチクルのパターンを露光する。
【００５７】
この場合、本例では、上述の第３工程において、図３（ａ）に示すように、複数の計測点は各ショット領域（基準計測領域）ＳＢａ〜ＳＢｄ内で相対的に同じ位置にある。従って、ミドルレイヤのショット領域ＳＢｎに倍率誤差、又は回転誤差がある場合でも、各計測点では同じオフセット値が重畳されて、その倍率誤差、又は回転誤差はＥＧＡパラメータの内のオフセットＯｘ，Ｏｙのみに影響を与えるのみである。従って、他の影響の大きな線形パラメータ（Ｒｘ，Ｒｙ，θ，ｗ）の値は正確であるため、クリティカルレイヤとミドルレイヤとの重ね合わせ精度が高精度になる。
【００５８】
なお、上述実施例ではミドルレイヤのショット領域の倍率誤差、又は回転誤差がＥＧＡパラメータ内のオフセットＯｘ，Ｏｙに影響を与えるため、その影響を平均化により取り除く方法につき図４〜図６を参照して説明する。図４〜図６において図３と対応する部分には同一符号を付している。
先ず、図４（ａ）はオフセット誤差を除去するための計測点の第１の配列方法を示し、この図４（ａ）において、図３（ａ）と同様にウエハＷ上の基準計測領域としてミドルレイヤの４つのショット領域ＳＢａ〜ＳＢｄを選択する。そして、ショット領域ＳＢａ内で第１象限の左下の計測点３３Ａ、第２象限の右下の計測点３５Ａ、第３象限の右上の計測点３４Ａ、第４象限の左上の計測点３６Ａでそれぞれ２つのバーニアマークの位置ずれ量を計測し、これら４個の位置ずれ量の平均値を（Δｘａ’，Δｙａ’）とする。
【００５９】
具体的に、図４（ｂ）はそのショット領域ＳＢａの拡大図であり、この図４（ｂ）に示すように、図４（ａ）の計測点３３Ａではショット領域ＳＡ（ｐ＋１） のバーニアマーク２２Ｄとミドルレイヤのバーニアマーク２７Ｄとの位置ずれ量を計測し、計測点３５Ａではショット領域ＳＡｐのバーニアマーク２３Ｃとミドルレイヤのバーニアマーク２５Ｃとの位置ずれ量を計測し、同様に計測点３４Ａ（又は３６Ａ）ではバーニアマーク２３Ｂ（又は２３Ａ）とバーニアマーク２９Ｂ（又は３１Ａ）との位置ずれ量を計測する。
【００６０】
更に、図４（ａ）に戻り、他のショット領域ＳＢｂ〜ＳＢｄでもそれぞれショット領域ＳＢａ内の計測点３３Ａ〜３６Ａと相対的に同一の位置にある４個の計測点で２つのバーニアマークの位置ずれ量を計測し、これら４個の位置ずれ量の平均値をそれぞれ（Δｘｂ’，Δｙｂ’）〜（Δｘｄ’，Δｙｄ’）とする。その後、４個のショット領域ＳＢａ〜ＳＢｄで求められた位置ずれ量からＥＧＡパラメータの補正値を求める。この場合、例えばショット領域ＳＢａに倍率誤差、又は回転誤差（ショット回転誤差）が生じていても、その影響は４個の計測点３３Ａ〜３６Ａで対称に現れるため、４個の計測点での位置ずれ量を平均化することによりそれら倍率誤差、又は回転誤差の影響が除去される。従って、倍率誤差、又は回転誤差が存在しても、ＥＧＡパラメータ中のオフセットＯｘ，Ｏｙに誤差が混入することがない。
【００６１】
また、計測点３３Ａ〜３６Ａはショット領域ＳＢａの中央部にあるため、計測点３３Ａ〜３６Ａではミドルステッパー１Ｂの投影光学系３Ｂのディストーションが小さく、計測結果に対するミドルレイヤのショット領域のディストーションの影響が小さいという利点もある。更に、例えばショット領域ＳＢａ内ではクリティカルレイヤの４個のショット領域の異なる４隅で計測が行われるため、クリティカルレイヤのショット領域の倍率誤差、又は回転誤差の影響も平均化により相殺される。同様に、クリティカルレイヤのショット領域のディストーションの影響も平均化により軽減される利点がある。
【００６２】
なお、要は基準計測領域としてのミドルレイヤのショット領域内で計測点を対称に配置できればよいため、図４（ａ）において、例えば各ショット領域ＳＢａ〜ＳＢｄ内から黒丸で示す２個の計測点（ショット領域ＳＢａ内では計測点３３Ａ，３４Ａ）を選択してもよい。又は、各ショット領域ＳＢａ〜ＳＢｄ内から白丸で示す２個の計測点（ショット領域ＳＢａ内では計測点３５Ａ，３６Ａ）を選択してもよい。
【００６３】
次に、上述のように各計測点をミドルレイヤのショット領域の中央部に集めることなく、図５（ａ）に示すように例えばショット領域ＳＢａ内でクリティカルレイヤの４個のショット領域の中央部の計測点３７Ａ〜４０Ａ、それらの内の黒丸で示す２個の計測点３７Ａ，３８Ａ、又はそれらの内の白丸で示す２個の計測点３９Ａ，４０Ａを選択してもよい。この場合、クリティカルレイヤのショット領域のディストーションが小さくなり、ミドルレイヤのショット領域のディストーションの影響は平均化により軽減される。
【００６４】
但し、クリティカルレイヤ及びミドルレイヤのショット領域のディストーションが小さいことが予め分かっているような場合には、図５（ｂ）に示すように例えばショット領域ＳＢａ内で４隅の計測点４１Ａ〜４４Ａ、それらの内の黒丸で示す２個の計測点４１Ａ，４２Ａ、又はそれらの内の白丸で示す２個の計測点４３Ａ，４４Ａを選択してもよい。
【００６５】
以上をまとめると、平均化効果が得られると共に、計測点の個数を少なくして測定時間を短縮できる効率的な計測点の配置は、例えば図６（ａ）又は図６（ｂ）のような配置となる。図６（ａ）の配置は、ウエハＷ上の４個のショット領域（基準計測領域）ＳＢａ〜ＳＢｄ内でそれぞれ中央部の右上の計測点３３Ａ〜３３Ｄ、及び中央部の左下の計測点３４Ａ〜３４Ｃを選択する配置である。一方、図６（ｂ）の配置は、それら４個のショット領域内で対向する２個のショット領域ＳＢａ，ＳＢｃではそれぞれ中央部の左上の計測点３５Ａ，３５Ｃ、及び中央部の右下の計測点３６Ａ，３６Ｃを選択し、残りの対向する２個のショット領域ＳＢｂ，ＳＢｄではそれぞれ中央部の右上の計測点３３Ｂ，３３Ｄ、及び中央部の左下の計測点３４Ｂ，３４Ｄを選択する配置である。
【００６６】
また、図７に示す例のように、１つの基準計測領域から中心に関して対称な位置にある計測点を１つずつ選択してもよい。即ち、図７（ａ）は、ウエハＷ上でクリティカルレイヤの上に露光されたミドルレイヤのショット領域を示し、これらのショット領域の内からほぼ均等に分布する８個のショット領域ＳＢａ〜ＳＢｈを基準計測領域として選択する。各ショット領域ＳＢａ〜ＳＢｈ内にはそれぞれ４個のクリティカルレイヤのショット領域が含まれている。
【００６７】
そして、２個のショット領域ＳＢｃ，ＳＢｇから中央部の右上の計測点３３Ｃ，３３Ｇを選択し、２個のショット領域ＳＢａ，ＳＢｅから中央部の左上の計測点３５Ａ，３５Ｅを選択し、２個のショット領域ＳＢｄ，ＳＢｈから中央部の左下の計測点３４Ｃ，３４Ｈを選択し、残りのショット領域ＳＢｂ，ＳＢｆから中央部の右下の計測点３６Ｂ，３６Ｆを選択し、これらの各計測点でそれぞれクリティカルレイヤのバーニアマークとミドルレイヤのバーニアマークとの位置ずれ量を計測する。そして、本例では例えばミドルレイヤのショット領域内で対称な位置にある２つの計測点（例えば計測点３５Ａ及び３６Ｂ）での位置ずれ量は平均化することにより、ミドルレイヤの倍率誤差、又は回転誤差の影響は軽減される。更に、ミドルレイヤのディストーション、及びレチクルの描画誤差の影響等も平均化により軽減される。
【００６８】
また、本例では図７（ｂ）に示すように、１つのクリティカルレイヤのショット領域ＳＡに換算して考えると、このショット領域ＳＡ内の４隅の計測点４５Ａ〜４５Ｄでそれぞれ２回の計測が行われることとなる。従って、クリティカルレイヤのショット領域の倍率誤差、又は回転誤差がウエハ上でほぼ同様であるとすると、そのショット領域ＳＡ内の４隅の計測点４５Ａ〜４５Ｄの内の例えば対向する２つの計測点（計測点４５Ａ及び４５Ｃ等）での位置ずれ量を平均化することにより、そのクリティカルレイヤのショット領域の倍率誤差、回転誤差、ディストーション、又はレチクルの描画誤差等の影響を軽減できる利点がある。
【００６９】
次に、上述実施例では、クリティカルレイヤのショット領域に対してミドルレイヤのショット領域の大きさがＸ方向及びＹ方向にそれぞれ２倍で、且つクリティカルレイヤの１つのショット領域に例えば１つのチップパターンが形成されるような場合に適用できる計測点の配置を示した。しかしながら、実際にはクリティカルレイヤの１つのショット領域に２つ以上のチップパターンが含まれることもあり、クリティカルレイヤのショット領域に対するミドルレイヤのショット領域の大きさの割合も様々である。また、投影露光装置としては、ステッパーのような一括露光方式の投影露光装置のみならず、レチクル及びウエハを投影光学系に対して同期して走査することによりレチクルのパターンをウエハの各ショット領域に逐次露光するステップ・アンド・スキャン方式等の走査露光方式の投影露光装置が使用されることもある。そこで、以下では図８〜図１０を参照して本発明の他の種々の実施例につき説明する。
【００７０】
先ず、図８の実施例は、図８（ａ）に示すクリティカルレイヤのショット領域ＳＡ内でＹ方向に２つの同一のチップパターン４６Ａ及び４６Ｂが配列され、図８（ｂ）に示すミドルレイヤのショット領域ＳＢ内ではＸ方向に２行、且つＹ方向に４行で同一のチップパターンが配列されている場合である。このとき、１つのチップパターンをＸ方向の幅ｂでＹ方向の幅ａの矩形パターンとすると、クリティカルレイヤのショット領域ＳＡのＸ方向の幅はｂ、Ｙ方向の幅は２ａとなり、ミドルレイヤのショット領域ＳＢのＸ方向の幅は２ｂ、Ｙ方向の幅は４ａとなる。従って、ショット領域ＳＡに対してショット領域ＳＢはＸ方向に２／１倍、且つＹ方向に２／１倍である。従って、ショット領域ＳＡとショット領域ＳＢとの最小公倍数的な大きさの基準計測領域ＳＣは、図８（ｃ）に示すようにＸ方向の幅が２ｂ、且つＹ方向の幅が４ａの領域、即ちミドルレイヤのショット領域ＳＢと同じ大きさの領域となる。従って、例えば或る基準計測領域ＳＣで計測点４７を選択した場合、他の基準計測領域でも相対的に計測点４７と同じ位置にある計測点を選択することで、正確にＥＧＡパラメータの補正値を求めることができる。
【００７１】
但し、ミドルレイヤのショット領域の倍率誤差、又は回転誤差等の影響を軽減するためには、上述実施例と同様に、例えば基準計測領域内で中央の位置に関して計測点４７と対称な計測点等を選択することが望ましい。これは以下の実施例でも同様である。
次に、図９の実施例は、図９（ａ）に示すクリティカルレイヤのショット領域ＳＡ内でＹ方向に２つの同一のチップパターンが配列され、図９（ｂ）に示すミドルレイヤのショット領域ＳＤ内ではＹ方向に３つの同一のチップパターンが配列されている場合である。更に、ミドルレイヤの投影露光装置は走査露光方式であり、スリット状の露光領域４８に対してウエハを走査することによりショット領域ＳＤへの露光が行われる。
【００７２】
このとき、クリティカルレイヤのショット領域ＳＡのＸ方向の幅をｂ、Ｙ方向の幅は２ａとすると、ミドルレイヤのショット領域ＳＤのＸ方向の幅はｂ、Ｙ方向の幅は３ａとなる。従って、ショット領域ＳＡに対してショット領域ＳＤはＸ方向に１／１倍、且つＹ方向に３／２倍である。従って、ショット領域ＳＡとショット領域ＳＤとの最小公倍数的な大きさの基準計測領域ＳＥは、図９（ｃ）に示すようにＸ方向の幅がｂ、且つＹ方向の幅が６ａの領域となる。本例でも例えば或る基準計測領域ＳＥで計測点４９を選択した場合、他の基準計測領域でも相対的に計測点４９と同じ位置にある計測点を選択することで、正確にＥＧＡパラメータの補正値を求めることができる。
【００７３】
これに関して、図１０（ａ）は、図９（ｃ）の基準計測領域ＳＥの一例の拡大図を示し、この図１０（ａ）において、隣接する２つの走査露光方式で露光されるショット領域ＳＤ１及びＳＤ２内に３つのクリティカルレイヤのショット領域ＳＡ１，ＳＡ２，ＳＡ３が含まれている。また、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のショット領域ＳＤ１及びＳＤ２内の長手方向（Ｙ方向）での倍率誤差に基づく伸縮量ΔＹを示し、Ｙ方向での伸縮量ΔＹはショット領域ＳＤ１，ＳＤ２の長さを周期として変化している。従って、例えばクリティカルレイヤのショット領域ＳＡ１〜ＳＡ３のそれぞれの中心を計測点５０Ａ〜５０Ｃとすると、これらの計測点５０Ａ〜５０Ｃでのミドルレイヤのショット領域の伸縮量は、図１０（ｂ）の位置５１Ａ〜５１Ｃで示すように異なった値を示す。従って、図９（ｃ）において或る基準計測領域ＳＥで所定の計測点４９を選択したときには、他の基準計測領域での相対的に同じ位置の計測点を選択しないと、ミドルレイヤのショット領域の倍率誤差の影響を受けることとなる。
【００７４】
次に、図１１の実施例は、図１１（ａ）に示すクリティカルレイヤのショット領域ＳＢ内でＹ方向に３行且つＸ方向に２列の同一のチップパターンが配列され、図１１（ｂ）に示すミドルレイヤの走査露光方式で露光されるショット領域ＳＤ内ではＹ方向に３つの同一のチップパターンが配列されている場合である。このとき、クリティカルレイヤのショット領域ＳＢのＸ方向の幅を２ｂ、Ｙ方向の幅は３ａとすると、ミドルレイヤのショット領域ＳＤのＸ方向の幅はｂ、Ｙ方向の幅は３ａとなる。従って、ショット領域ＳＢとショット領域ＳＤとの最小公倍数的な大きさの基準計測領域ＳＦは、図１１（ｃ）に示すようにＸ方向の幅が２ｂ、且つＹ方向の幅が３ａの領域、即ちクリティカルレイヤのショット領域ＳＢと同じ大きさの領域となる。本例でも例えば或る基準計測領域ＳＦで計測点５２を選択した場合、他の基準計測領域でも相対的に計測点５２と同じ位置にある計測点を選択することで、正確にＥＧＡパラメータの補正値を求めることができる。
【００７５】
なお、上述実施例では、２台のステッパー、又はステッパーとステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置との組合せを使用しているが、例えば露光フィールドの小さな露光装置、及び露光フィールドの大きな露光装置としてそれぞれ別のステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置を使用してもよい。
このように本発明は上述実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。
【００７６】
【発明の効果】
本発明の露光方法によれば、第１の露光フィールド、及び第２の露光フィールドがそれぞれ２方向に整数個ずつ収まる大きさの領域（いわば最小公倍数的な大きさの領域）を基準計測領域として、各基準計測領域内で互いに同じ位置にある２つの重ね合わせ精度計測用マーク（バーニアマーク）の位置ずれ量を計測している。従って、例えば第２のマスクパターンの倍率誤差や回転誤差の影響が、第２のマスクパターンを露光する際のアライメント誤差の内の線形伸縮誤差や回転誤差として現れることがない。従って、ミックス・アンド・マッチ方式でクリティカルレイヤとミドルレイヤとが混在するような基板に露光を行う場合に、そのクリティカルレイヤのパターンとミドルレイヤのパターンとの重ね合わせ精度を高めることができる利点がある。
【００７７】
また、第２の露光装置が座標変換用のパラメータを用いて露光位置を算出し、各基準計測領域内での計測結果よりそのパラメータの補正値を求めるときには、そのパラメータの内で、線形伸縮を示すパラメータ、回転を示すパラメータ、及び直交度を示すパラメータには第２のマスクパターンの倍率誤差や回転誤差の影響が現れないため、重ね合わせ精度を高めることができる。
【００７８】
更に、オフセットパラメータについては、例えば各基準計測領域内で中央の点に関して対称に配置された計測点での計測結果の平均値を使用することで、第２のマスクパターンの倍率誤差や回転誤差の影響を軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による露光方法の一実施例で使用される露光システムの概略を示す斜視図である。
【図２】（ａ）は実施例のウエハＷ上でのクリティカルレイヤのショット配列を示す平面図、（ｂ）はそのクリティカルレイヤのショット領域内でのバーニアマークの配列を示す拡大平面図である。
【図３】（ａ）は図２（ａ）のクリティカルレイヤ上に露光されるミドルレイヤのショット配列及び計測点の配列を示す平面図、（ｂ）はそのミドルレイヤのショット領域内でのバーニアマークの配列の一部を示す拡大平面図である。
【図４】ウエハ上での計測点の配列の他の例を示す図である。
【図５】（ａ）はミドルレイヤのショット領域ＳＢａ内での計測点の配列の別の例を示す拡大図、（ｂ）はミドルレイヤのショット領域ＳＢａ内での計測点の配列の更に別の例を示す拡大図である。
【図６】ウエハ上での計測点の望ましい配列の２つの例を示す平面図である。
【図７】ウエハ上の複数の基準計測領域内で別の位置にある計測点を選択する場合の計測点の配列の一例を示す図である。
【図８】クリティカルレイヤのショット領域内に複数のチップパターンが収まる場合の基準計測領域の例を示す図である。
【図９】ミドルレイヤのショット領域が走査露光方式で露光される場合の基準計測領域の例を示す図である。
【図１０】図９の実施例で、計測点によってミドルレイヤのショット領域の伸縮量が異なることの説明図である。
【図１１】ミドルレイヤのショット領域が走査露光方式で露光され、且つクリティカルレイヤのショット領域がミドルレイヤのショット領域より広い場合の基準計測領域の例を示す図である。
【図１２】（ａ）は従来のウエハＷ上でのクリティカルレイヤのショット配列を示す平面図、（ｂ）はそのクリティカルレイヤのショット領域内でのバーニアマークの配列を示す拡大平面図である。
【図１３】（ａ）は図１２（ａ）のクリティカルレイヤ上に露光されるミドルレイヤのショット配列及び計測点の配列を示す平面図、（ｂ）はそのミドルレイヤのショット領域内でのバーニアマークの配列を示す拡大平面図である。
【図１４】（ａ）はミドルレイヤのショット領域で倍率誤差が発生した場合の説明図、（ｂ）はミドルレイヤのショット領域で回転誤差が発生した場合の説明図である。
【符号の説明】
１Ａ ファインステッパー
１Ｂ ミドルステッパー
３Ａ，３Ｂ 投影光学系
４Ａ，４Ｂ 露光フィールド
５Ａ，５Ｂ ウエハステージ
１１Ａ，１１Ｂ アライメント系
Ｗ ウエハ
ＳＡ１〜ＳＡＭ，ＳＡｍ クリティカルレイヤのショット領域
ＳＢ１〜ＳＢＮ，ＳＢａ〜ＳＢｄ，ＳＢｎ ミドルレイヤのショット領域
２１Ｘ Ｘ軸用のウエハマーク
２１Ｙ Ｙ軸用のウエハマーク
２２Ａ〜２２Ｅ，２３Ａ〜２３Ｄ クリティカルレイヤのバーニアマーク
２４Ａ〜２４Ｅ，２５Ａ〜２５Ｄ ミドルレイヤのバーニアマーク
２６Ｃ，２７Ｄ，２９Ｂ，３１Ａ ミドルレイヤのバーニアマーク
３２Ａ〜３２Ｄ 計測点
Claims (7)
- 露光対象とする感光基板上で所定の大きさの第１の露光フィールドを有する第１の露光装置と、前記第１の露光フィールドに対して直交する第１、及び第２の方向に対してそれぞれＭ１／Ｎ１ 倍（Ｍ１，Ｎ１ はＭ１ ＞Ｎ１ なる整数）、及びＭ２／Ｎ２ 倍（Ｍ２，Ｎ２ はＭ２ ≧Ｎ２ なる整数）の大きさの第２の露光フィールドを有する第２の露光装置とを用いて、前記感光基板上にマスクパターンを重ねて露光する露光方法において、
前記第１の露光装置を用いて、位置合わせ用マーク及び第１の重ね合わせ精度計測用マークの形成された第１のマスクパターンを、前記第１の露光フィールドを単位として前記感光基板上で前記第１の方向及び第２の方向に並べて順次露光する第１工程と；
前記第２の露光装置を用いて、第２の重ね合わせ精度計測用マークの形成された第２のマスクパターンを、前記第１工程で前記感光基板上に露光された複数の前記第１のマスクパターンの像の上に、前記位置合わせ用マークの像の位置を基準として前記第２の露光フィールドを単位として前記感光基板上で前記第１の方向及び第２の方向に並べて露光する第２工程と；
前記感光基板上で前記第１の方向に前記第２の露光フィールドの幅のＮ１ 倍、且つ前記第２の方向に前記第２の露光フィールドの幅のＮ２ 倍の大きさの領域を単位として、前記感光基板上の露光領域を複数の基準計測領域に分割し、該複数の基準計測領域から選択された所定個数の基準計測領域内で互いに同じ位置にある前記第１の重ね合わせ精度計測用マークの像と前記第２の重ね合わせ精度計測用マークの像との位置ずれ量を計測し、該計測された位置ずれ量に基づいて前記第２の露光装置で前記第１の露光装置により露光された前記位置合わせ用マークの像の位置を検出する際の補正値を求める第３工程と；を有し、
その後第１の露光装置で露光された感光基板上に前記第２の露光装置を用いて重ね合わせ露光する際に、前記第３工程で求めた前記補正値を用いて露光位置の補正を行うことを特徴とする露光方法。 - 請求項１記載の露光方法であって、
前記第２工程において、前記第２の露光装置は前記位置合わせ用マークの像に基づいて所定の座標変換用のパラメータを用いて露光位置を算出し、
前記第３工程において、前記座標変換用のパラメータの補正値を求めることを特徴とする露光方法。 - 露光対象とする感光基板上で所定の大きさの第１の露光フィールドを露光単位としてマスクのパターンが露光された感光基板に対して、前記第１の露光フィールドに対して直交する第１及び第２の方向に対してそれぞれＭ1/Ｎ1 倍（Ｍ1,Ｎ1 はＭ1 ＞Ｎ1 なる整数）、及びＭ2/Ｎ2 倍（Ｍ2,Ｎ2 はＭ2 ＞Ｎ2 なる整数）の大きさの第２の露光フィールドを露光単位としてマスクのパターンを露光する露光方法であって、
予め位置合わせ用マーク及び第１の重ね合わせ精度計測用マークの形成された第１のマスクパターンを前記第１の露光フィールドを単位として前記第１の方向及び前記第２の方向に並べて順次露光した後、第２の重ね合わせ精度計測用マークの形成されたマスクパターンを、複数の前記第１のマスクパターンの像が露光された感光基板上に前記位置合わせ用マークの像の位置を基準として前記第２の露光フィールドを単位として前記第１の方向及び前記第２の方向に並べて露光し、前記感光基板上で前記第１の方向に前記第２の露光フィールドの幅のＮ1 倍、且つ前記第２の方向に前記第２の露光フィールドの幅のＮ2 倍の大きさの領域を単位として、前記感光基板上の露光領域を複数の基準計測領域に分割し、該複数の基準計測領域から選択された第１及び第２の基準計測領域内のそれぞれで同じ計測位置を選択するか、又は前記第１及び第２の基準計測領域内で互いに異なる位置であって前記基準計測領域の中心に関して互いに対称な位置となるように前記第１の基準計測領域内の計測位置と前記第２の基準計測領域内の計測位置とを選択し、該選択された計測位置のそれぞれで前記第１の重ね合わせ精度計測用マークの像と前記第２の重ね合わせ精度計測用マークの像との位置ずれ量を計測し、該計測された位置ずれ量を補正するための補正値を求めておき、
前記第１の露光フィールドを露光単位として感光基板上に露光されたパターンに対して、前記第２の露光フィールドを露光単位として重ね合わせ露光する際に、前記補正値を用いて露光位置の補正を行うことを特徴とする露光方法。 - 前記第２の露光フィールドを露光単位としてマスクのパターンを露光する露光装置の記憶部に、前記計測された位置ずれ量を補正するための補正値を記憶する工程を更に有することを特徴とする請求項３に記載の露光方法。
- 前記第１の露光フィールドを露光単位として感光基板上に露光されたパターンに対して、前記第２の露光フィールドを露光単位として重ね合わせ露光する際、前記マスクと前記感光基板とを同期して走査することを特徴とする請求項３又は４に記載の露光方法。
- 前記第１の基準計測領域内で第１の計測位置と第２の計測位置とが選択され、
前記第１の計測位置と前記第２の計測位置とは前記第１の基準計測領域の中心に関して互いに対称な複数の位置にあり、
前記第２の基準計測領域内で第３の計測位置と第４の計測位置とが選択され、
前記第３の計測位置と前記第４の計測位置とは前記第２の基準計測領域の中心に関して互いに対称な複数の位置にあることを特徴とする請求項３〜５の何れか一項に記載の露光方法。 - 前記第１の露光フィールドを露光単位として感光基板上に露光されたパターンに対して、前記第２の露光フィールドを露光単位として重ね合わせ露光する際、前記感光基板上に形成された複数のショット領域のうち所定のサンプルショットのステージ座標系での座標値を計測し、その結果により前記複数のショット領域の前記ステージ座標系上での配列座標を表すパラメータを求め、前記求めたパラメータに前記位置ずれ量を補正するための補正値を加算して補正後のパラメータを求め、前記補正後のパラメータを用いて前記重ね合わせ露光することを特徴とする請求項３〜６の何れか一項に記載の露光方法。
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