JP3624920B2

JP3624920B2 - Exposure method

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Publication number: JP3624920B2
Application number: JP20327695A
Authority: JP
Inventors: 亮一金子
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-08-09
Filing date: 1995-08-09
Publication date: 2005-03-02
Anticipated expiration: 2015-08-09
Also published as: JPH0950953A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッド等を製造するためのリソグラフィ工程でマスクパターンを感光基板上に転写するための露光方法に関し、特に１つの感光基板上に異なる複数の露光装置を用いて所謂ミックス・アンド・マッチ方式で重ね合わせ露光を行う場合に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体素子等を製造するための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）等の露光装置が使用されている。一般に、例えば超ＬＳＩ等の半導体素子は、ウエハ上に多数層の回路パターンを積み重ねて形成される。そして、最近の超ＬＳＩ等の製造工場では、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等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。このように、同一のウエハ上で第１の露光装置によって露光された層の上に、別の第２の露光装置を用いてアライメントを行って重ね合わせ露光を行う方式は、ミックス・アンド・マッチ方式と呼ばれている。
【０００３】
図８は、露光フィールドの大きさが同一の２台の露光装置を用いてミックス・アンド・マッチ方式で露光を行う場合の従来例の説明図であり、先ず第１の露光装置によって図８（ａ）に示すように、ウエハＷ上の点線で示す第１層目のショット領域２９Ａ，２９Ｂ，…，２９Ｉに対して、それぞれ図８（ｂ）のレチクルＲＡのパターン像が転写される。この場合、第１の露光装置のウエハステージの移動位置を規定する座標系（ステージ座標系）をＸ１軸、Ｙ１軸として、Ｙ１軸はＸ１軸に垂直な理想的なＹ１^＊軸から時計回りに角度ωだけ傾斜しているものとする。また、レチクルＲＡのパターン領域２Ａ内には同一の２個の回路パターン１２Ａ，１２Ｂが形成され（所謂２個取り）、露光時には回路パターン１２Ａ，１２ＢがＸ１軸に垂直な方向に沿って配列されるようにレチクルＲＡの回転角が設定されている。
【０００４】
この結果、第１層目のショット領域２９Ａ〜２９Ｉは、Ｘ１軸及びＹ１軸に沿って所定ピッチで配列され、そのショット配列には直交度誤差ωが生じている。また、各ショット領域２９Ａ〜２９Ｉには、それぞれＸ１軸に垂直な方向に２個の同一の回路パターン像が転写される。
次に、第２の露光装置によって、ウエハＷ上の第２層目のショット領域にそれぞれ図８（ｃ）のレチクルＲＣのパターン像を転写する。この場合、第２の露光装置のステージ座標系をＸ２軸、Ｙ２軸として、第２の露光装置でのプリアライメントによって、ウエハＷ上の第１層目のＸ１軸に対応する方向がＸ２軸に平行に設定されているものとする。なお、説明の便宜上、図８（ａ）における座標系（Ｘ１，Ｙ１）、及び座標系（Ｘ２，Ｙ２）の原点はそれぞれウエハＷの中心に設定されているが、原点の位置は任意である。また、レチクルＲＣのパターン領域２Ｃ内にも同一の２個の回路パターン２７Ａ，２７Ｂが形成され、レチクルＲＡのパターン領域２Ａのウエハ上での投影像（露光フィールド）と、レチクルＲＣのパターン領域２Ｃのウエハ上での投影像（露光フィールド）とは同じ大きさである。
【０００５】
この場合、第２の露光装置では、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）方式でアライメントを行う。即ち、ウエハＷ上の第１層目から選択された所定個数のショット領域（サンプルショット）に付設されたウエハマーク（不図示）の配列座標を計測することにより、全ショット領域のステージ座標系（Ｘ２，Ｙ２）での配列座標を算出する。これによって、第２の露光装置では第１層目のショット配列に直交度誤差ωが存在することを認識できる。
【０００６】
そこで、第２の露光装置では、図８（ｃ）に示すように２個の回路パターン２７Ａ，２７ＢがＸ２軸に垂直な方向に沿って配列されるようにレチクルＲＣの回転角を設定した後、直交度誤差ωを考慮して第２層目のショット配列を設定して露光を行う。この結果、図８（ａ）に示すように、ウエハＷ上の実線で示す第２層目のショット領域３０Ａ，３０Ｂ，…，３０Ｉに対して、それぞれレチクルＲＣの回路パターン像が転写され、第１層目のショット配列と第２層目のショット配列とは正確に重なっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、２台の露光装置の露光フィールド（ショット領域）の大きさが同一である場合には、第１層目のショット配列に直交度誤差が生じていても、例えばＥＧＡ方式でアライメントを行うことによって、２層間の重ね合わせ精度を高精度に維持できる。
【０００８】
しかしながら、２台の露光装置の露光フィールドの大きさが異なる場合に、第１層目のショット配列に直交度誤差が生じていると、従来の露光方法では２層間の重ね合わせ精度を或る程度以上に改善できないという不都合があった。
図９は、露光フィールドの大きさが異なる２台の露光装置を用いてミックス・アンド・マッチ方式で露光を行う従来例の説明図であり、先ず第１の露光装置によって図９（ｂ）に示すように、２個取りのレチクルＲＡのパターン像がウエハ上の第１層目の各ショット領域に露光され、次に第２の露光装置によって図９（ｃ）に示すように、３個取りのレチクルＲＢのパターン像がウエハ上の第２層目の各ショット領域に露光される。この場合、レチクルＲＢのパターン領域２Ｂには、３個の同一の回路パターン１３Ａ〜１３Ｃが描画されており、レチクルＲＢのウエハ上への投影像は、レチクルＲＡの投影像に対して横方向の幅が同じで、縦方向の幅が３／２倍となっている。
【０００９】
この場合も、第１の露光装置のステージ座標系を（Ｘ１，Ｙ１）、第２の露光装置のステージ座標系を（Ｘ２，Ｙ２）として、Ｘ１軸に対してＸ２軸を合わせてアライメント及び露光を行うものとする。また、第１の露光装置でレチクルＲＡを２個の回路パターンがＸ１軸に垂直な方向に沿って配列されるように設定して露光を行うと、図９（ａ）に示すように、ウエハＷ上の点線で示す第１層目のショット領域２９Ａ，２９Ｂ，…，２９Ｉに対して露光が行われ、図８の例と同様にショット領域２９Ａ〜２９Ｉの配列には直交度誤差が生じる。
【００１０】
その後、第２の露光装置によってウエハＷをＥＧＡ方式でアライメントした後、レチクルＲＢを３個の回路パターンがＸ２軸に垂直な方向に沿って配列されるようにして露光を行うと、図９（ａ）に実線で示すように、ウエハＷ上の第２層目のショット領域３１Ａ〜３１Ｆに対して露光が行われる。ところが、第１層目のショット領域は２個取りで、第２層目のショット領域は３個取りであるため、第１層目のショット配列と第２層目のショット配列とはＸ１軸にほぼ垂直な方向での行数が異なってしまう。その結果、ショット配列の行、又は列の間で発生する誤差である直交度誤差の影響を除去しきれないという不都合が生ずる。例えば図９（ａ）では、ショット領域２９Ａとショット領域３１ＡとをＸ１方向（Ｘ２方向）で合わせると、ショット領域２９Ｂとショット領域３１Ａとの間にＸ１方向への大きな重ね合わせ誤差が生ずる。
【００１１】
本発明は斯かる点に鑑み、感光基板上での露光フィールド（ショット領域）の大きさの異なる複数の露光装置を用いてミックス・アンド・マッチ方式で露光を行う場合に、第１層目のショット配列に直交度誤差が残存している際の重ね合わせ誤差を低減できる露光方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【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に示すように、所定形状の第１の露光フィールド（４Ａ）を有し、基準となる第１方向の座標軸（Ｘ１）とこの第１方向の座標軸に対して実質的に直交度誤差を生じている第２方向の座標軸（Ｙ１）とを持つ第１の露光装置（１Ａ）を用いて感光基板（Ｗ）上に第１のマスクパターンを所定配列で露光し、第１の露光フィールド（４Ａ）に比べて所定方向（Ｙ２）に長さの異なる第２の露光フィールド（４Ｂ）を有する第２の露光装置（１Ｂ）を用いて、感光基板（Ｗ）上に第２のマスクパターンを重ねて露光する露光方法において、その第１のマスクパターン（２Ａ）は互いに同一の複数の第１の部分パターンを第３方向に配列したパターンであり、その第２のマスクパターン（２Ｂ）は互いに同一の複数の第２の部分パターンを第４方向に配列したパターンであり、第１の露光装置（１Ａ）を用いてその第１のマスクパターンを感光基板（Ｗ）上に露光する際に、例えば図２に示すように、その第１のマスクパターンの前記第３方向がその第１方向に対応する方向に平行になるようにその第１のマスクパターンの回転角を設定して露光を行い、第２の露光装置（１Ｂ）を用いてその第２のマスクパターンを感光基板（Ｗ）上に露光する際に、その第２のマスクパターンのその第４方向がその所定方向に平行になるようにその第２のマスクパターンの回転角を設定して露光を行うものである。
【００１３】
斯かる本発明によれば、例えば図２に示すように、その第１のマスクパターンが露光される複数のショット領域（２１Ａ〜２１Ｉ）の配列は、その第２の露光フィールドと長さが異なる方向に対応する方向をＸ１方向とすると、Ｘ１方向に隣接するショット領域（２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ）の中心を通る直線（図２ではＸ１軸に平行な直線）がＸ１方向に平行になる。その結果、例えば図２の感光基板（Ｗ）を９０°回転させた図４（ａ）に示すように、第１層目のショット領域（２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ）上に第２の露光装置（１Ｂ）による第２層目のショット領域（２６Ａ，２６Ｂ）を配列することにより、その第１層目のショット配列に直交度誤差（ω）が存在する場合でも重ね合わせ誤差が最小になる。
【００１４】
本発明において、その第２の露光装置のその所定方向（Ｙ２）は、その第２の露光装置の基準となる座標軸（Ｘ２）に対して実質的に９０°で交差していてもよい。
この場合、その図２に示す方法は、第１の露光装置（１Ａ）を用いてその第１のマスクパターンを感光基板（Ｗ）上に露光する際に、感光基板（Ｗ）及びその第１のマスクパターンをそれぞれ通常の状態（その第１の部分パターンの配列方向である第３方向をその基準となる第１方向の座標軸に直交させるようにした状態）から９０°回転しておくものである。これにより、その第１層目のショット配列に直交度誤差（ω）が存在しても、その第１層目のショット配列を第２の露光フィールド（４Ｂ）と長さが異なる方向に対応する方向（Ｘ１方向）に沿って直線状に配列できる。
【００１５】
また、第２の露光装置（１Ｂ）の一例は走査露光型の露光装置であり、この場合、その所定方向が走査方向であることが望ましい。走査露光型では、容易に走査方向に対して露光フィールドを長くできるためである。
また、本発明による別の露光方法は、所定形状の第１の露光フィールドを有し、基準となる第１方向の座標軸（Ｘ１）とこの第１方向の座標軸に対して実質的に直交度誤差を生じている第２方向の座標軸（Ｙ１）とを持つ第１の露光装置（１Ａ）を用いて感光基板（Ｗ）上に第１のマスクパターンを所定配列で露光し、その後に、その第１の露光フィールドに比べて所定方向（Ｙ２）に長さの異なる第２の露光フィールドを有する第２の露光装置（１Ｂ）を用いて、その感光基板上に第２のマスクパターンを重ねて露光する露光方法において、その感光基板上の複数のショット領域のエッジを結んで得られる直線がその第１方向と平行となるように、その複数のショット領域のそれぞれにその第１のマスクパターンを露光し、その第１の露光装置で露光された複数のショット領域のエッジを結んで得られる直線をその第２の露光装置のその所定方向と平行にして、その第２のマスクパターンをその感光基板上に重ねて露光するものである。
また、本発明による更に別の露光方法は、所定形状の第１の露光フィールドを有する第１の露光装置（１Ａ）を用いて第１のマスクパターンが露光された感光基板（Ｗ）上に、その第１の露光フィールドに比べて走査方向（Ｙ２）に長さの異なる第２の露光フィールドを有する走査型の第２の露光装置（１Ｂ）を用いて第２のマスクパターンを重ねて露光する露光方法において、その第１の露光装置は、基準となる第１方向の座標軸（Ｘ１）とこの第１方向の座標軸に対して実質的に直交度誤差を生じている第２方向の座標軸（Ｙ１）とを有し、その第１の露光装置を用いてその第１のマスクパターンが露光されたその感光基板上の複数のショット領域は、それぞれ同一パターン像が露光される部分ショット領域を有し、その部分ショット領域の配列方向はその複数のショット領域のエッジを結んで得られる直線と平行で、かつその複数のショット領域のエッジを結んで得られる直線はその第１のマスクパターンの露光時にその第１方向と平行であり、その複数のショット領域のエッジを結んで得られる直線をその走査方向と平行にして、その第１の露光装置を用いてその第１のマスクパターンが露光されたその感光基板上にその第２の露光装置を用いてその第２のマスクパターンを重ねて露光するものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による露光方法の実施の形態の第１の例につき図１〜図４を参照して説明する。この例では、２台の露光装置として、縮小倍率が１／５倍の一括露光方式の投影露光装置（ステッパー）と、縮小倍率が１／４倍のステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置とを使用する。また、本例では前者の投影露光装置で露光される各ショット領域からはそれぞれ２個のチップパターンが切り出され（２個取り）、後者の投影露光装置で走査露光される各ショット領域からはそれぞれ３個のチップパターンが切り出される（３個取り）場合を扱う。
【００１７】
図１は、本例の露光システムを示し、この図１において、一括露光方式の投影露光装置であるステッパー１Ａと、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置（以下、「走査型露光装置」と呼ぶ）１Ｂとが設置されている。本例では、ステッパー１Ａは高解像度、走査型露光装置１Ｂは低解像度であり、ステッパー１Ａを用いて、ウエハ上で高い解像度が必要なクリティカルレイヤへの露光を行い、走査型露光装置１Ｂを用いて、ウエハ上で比較的低解像度でもよい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、ステッパー１Ａを低解像度用としたり、又は走査型露光装置１Ｂを高解像度用とする場合も有り得る。
【００１８】
先ず、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内の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。その投影光学系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は、所定方向（図１ではＹ１方向）に同一の大きさの部分パターン領域１２Ａ及び１２Ｂに分かれ、部分パターン領域１２Ａ及び１２Ｂには同一の配列で回路パターン、及びアライメントマークの原画パターンが描画されている。
【００１９】
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，９Ａ及び移動鏡６Ａ，８Ａによりウエハステージ５ＡのＸ１方向、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。また、本例のステッパー１Ａのウエハステージ５Ａの移動位置を規定する座標系（ステージ座標系）（Ｘ１，Ｙ１）には所定の直交度誤差ωが残存しているものとする。
【００２０】
更に、本例のステッパー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上のアライメントマーク（ウエハマーク）を撮像し、得られる撮像信号を処理してそのウエハマークの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。
【００２１】
なお、アライメント系としては、ＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）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（ＬＩＡ方式）等を使用してもよい。
【００２２】
次に、本例の走査型露光装置１Ｂにおいて、レチクルＲＢのパターン領域２Ｂの一部が不図示の照明光学系からの露光光で照明され、その一部のパターン像は、投影光学系３Ｂを介して１／４倍に縮小されて、ウエハステージ５Ｂ上に保持されるウエハＷ上のスリット状の露光領域１４に投影露光される。ここで、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。この状態でレチクルＲＢを−Ｙ２方向（又は＋Ｙ２方向）に走査するのと同期して、ウエハＷを＋Ｙ２方向（又は−Ｙ２方向）に走査することにより、ウエハＷ上の露光フィールド４ＢにレチクルＲＢのパターン領域２Ｂ内のパターン像が逐次投影される。
【００２３】
この場合、レチクルＲＢのパターン領域２Ｂは走査方向であるＹ２方向に同一の大きさの３個の部分パターン領域１３Ａ〜１３Ｃに分割され、露光フィールド４Ｂの大きさは走査方向にステッパー１Ａの露光フィールド４Ａに対して３／２倍で、非走査方向に等しく（１倍に）なっている。即ち、露光フィールド４Ｂは露光フィールド４Ａに対してＹ２方向に長くなっている。
【００２４】
走査型露光装置１ＢのレチクルＲＢを走査する不図示のレチクルステージの位置は不図示のレーザ干渉計により計測され、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、これらの計測結果が制御装置１０Ｂに供給されている。本例ではＸ２軸とＹ２軸とは直交しているものとする。制御装置１０Ｂが不図示のレチクルステージ、及びウエハステージ５Ｂの同期駆動を制御する。また、ウエハステージ５Ｂの走査露光は、ウエハＷの露光面に設定された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。
【００２５】
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、ステッパー１Ａに備えられた制御装置１０Ａ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、他方の制御装置１０Ｂ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に供給される。
【００２６】
また、走査型露光装置１Ｂにも、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上のウエハマークのＸ２座標及びＹ２座標が検出される。
次に、本例においてステッパー１Ａで第１層目のパターンの露光を行った後、走査型露光装置１Ｂで第２層目のパターンの露光を行う際の露光動作の一例につき第１工程、及び第２工程に分けて説明する。
【００２７】
［第１工程］
この第１工程では、図２（ａ）に示すように、図１のステッパー１Ａの不図示のレチクルステージ上にレチクルＲＡを通常の状態から９０°回転させて固定する。その結果、レチクルＲＡのパターン領域２Ａ内の２個の部分パターン領域１２Ａ及び１２ＢがＸ１方向に沿って配列されるようになる。次に、図１のステッパー１Ａのウエハステージ５Ａ上に、図２（ｂ）に示すようにフォトレジストが塗布されたウエハＷを通常の状態から９０°回転させて固定する。この結果、ウエハＷの外周部の切り欠き部（オリエンテーションフラット部）が＋Ｘ１方向に向くように配列される。なお、説明の便宜上、図２（ｂ）ではＸ１軸、及びＹ１軸の原点をウエハＷの中心に設定しているが、図２（ａ）ではそれら２軸の原点をレチクルの外部に設定している。また、図２（ａ）のレチクルＲＡの大きさはウエハＷ上に投影された大きさで示されている。本例では、図２（ｂ）に示すように、Ｘ１軸に直交する仮想的な軸Ｙ１^＊に対してＹ１軸は時計回りに角度ωだけ回転し、その角度ωが直交度誤差となっている。
【００２８】
次に、ステッパー１Ａを用いて、ウエハＷ上の第１層目の露光領域をＸ１方向、及びＹ１方向にそれぞれ所定ピッチで分割して得られるショット領域２１Ａ，２１Ｂ，…，２１Ｉに、順次ステップ・アンド・リピート方式でレチクルＲＡのパターン像を投影露光する。一例として、その第１層目のショット領域２１Ａ〜２１Ｉは、Ｘ１方向に３列、Ｙ１方向に３行配列されている。この際に、Ｘ１軸とＹ１軸との間には直交度誤差ωが存在しているため、ショット領域２１Ａ〜２１Ｉの配列にも直交度誤差ωが生じている。
【００２９】
但し、本例ではレチクルＲＡ及びウエハＷをそれぞれ９０°回転させて露光したため、図２（ｂ）において、ウエハＷ上の第１番目のショット領域２１Ａは、Ｘ１方向に沿って２個の部分ショット領域２２Ａ，２２Ｂに分かれ、これらの部分ショット領域２２Ａ，２２Ｂに互いに同一のパターン像が露光されている。他のショット領域２１Ｂ〜２１Ｉも同様であり、それらの部分ショット領域２２Ａ，２２Ｂの配列方向に平行な第１行目のショット領域２１Ａ〜２１Ｃのエッジを結ぶことにより、段差の無い直線２５が得られる。
【００３０】
その後、そのウエハＷの現像を行って、各ショット領域内の回路パターン像、及びアライメントマークの像をそれぞれ凹凸の回路パターン、及びウエハマークとして現出させる。本例では第１番目のショット領域２１Ａの第１番目の部分ショット領域２２Ａ内にそれぞれライン・アンド・スペースパターンよりなるＸ軸のウエハマーク２３Ｘ、及びＹ軸のウエハマーク２３Ｙが形成され、第２番目の部分ショット領域２２Ｂ内にもＸ軸のウエハマーク２４Ｘ、及びＹ軸のウエハマーク２４Ｙが形成される。これらのウエハマーク２３Ｘ，２３Ｙ，２４Ｘ，２４Ｙは、何れも撮像方式のアライメントセンサで検出されるマークである。なお、ウエハマークの配列は図２（ｂ）の例に限定されず、例えば各ショット領域２１Ａ〜２１Ｉ内に１対のウエハマークを配置してもよく、各ショット領域２１Ａ〜２１Ｉ内に１対を超えるウエハマークを配置してもよい。また、ウエハマークとして２次元のマークを使用してもよい。
【００３１】
［第２工程］
第１工程で回路パターン及びウエハ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の走査型露光装置１Ｂのウエハステージ５Ｂ上に通常の回転角で固定する。これにより、図３に示すように、ウエハＷは切り欠き部が−Ｙ２方向に向くように配置される。同様に、図１に示すように、第２層目用のレチクルＲＢの回転角も通常の回転角、即ち部分パターン領域１３Ａ〜１３ＣがＹ２方向に沿って配列される角度に設定する。
【００３２】
この際に、ステッパー１Ａの制御装置１０Ａから、走査型露光装置１Ｂの制御装置１０Ｂに第１層目のショット配列のデータを供給し、制御装置１０Ｂではそのショット配列のデータ、及び後述のアライメントデータに基づいて第２層目のショット配列を決定する。
その後、走査型露光装置１Ｂにおいて、露光対象のウエハＷに対してＥＧＡ方式でアライメントが行われる。
【００３３】
図３は、露光対象のウエハＷを示し、この図３において、走査型露光装置１Ｂのステージ座標系（Ｘ２，Ｙ２）の原点を便宜上ウエハＷの中心に取ってある。また、第１層目に露光を行った際のステッパー１Ａのステージ座標系（Ｘ１，Ｙ１）も原点を同じにして示してある。この場合、ウエハＷの回転角は通常であるため、例えばショット領域２１Ａ内の２個の部分ショット領域２２Ａ，２２ＢはＹ２方向に沿って配列され、他のショット領域２１Ｂ〜２１Ｉでも内部の２つの部分ショット領域の配列方向はＹ２方向である。そして、ＥＧＡ方式のアライメントを行うために、ウエハＷ上の９個のショット領域２１Ａ〜２１Ｉ中より３個以上のショット領域をサンプルショットとして選択し、図１のアライメント系１１Ｂを用いてそれらサンプルショット内のウエハマークのステージ座標系（Ｘ２，Ｙ２）での座標を計測する。例えばショット領域２１Ａがサンプルショットとして選択されたときには、ショット領域２１Ａ内の第１の部分ショット領域２２Ａ内のウエハマーク２３Ｘ，２３Ｙの座標が計測され、他のサンプルショットでもそれぞれ１対のウエハマークの座標が計測される。
【００３４】
次に、それらサンプルショット内のウエハマークの座標の計測値と、それらウエハマークの設計上の配列座標とを統計処理することにより、第１層目のショット配列のローテーション（ウエハ・ローテーション）θ_１、そのショット配列の直交度誤差ω_１、及びＸ２方向、Ｙ２方向のオフセットＯｘ_１，Ｏｙ_１よりなるＥＧＡパラメータの値を求める。この場合、本例のウエハＷは第１層目の露光の際に９０°回転されていたと共に、第２層目のＸ２軸とＹ２軸とは直交していると仮定されているため、ローテーションθ_１は第１層目のショット配列のＹ１軸と、第２層目のステージ座標系のＸ２軸とがなす角度であり、直交度誤差ω_１は、Ｙ１軸とＸ１軸を反転した軸（−Ｘ１軸）とがなす角度からπ／２（９０°）を差し引いて得られる角度、即ち図２（ｂ）における直交度誤差ωと等しい。
【００３５】
そのようにＥＧＡパラメータを求めた後、図１の走査型露光装置１ＢではウエハＷの回転角を、Ｘ２軸に対して第１層目のショット配列のＹ１軸が時計回りに直交度誤差ω_１（即ち、ω）と同じ角度だけ回転した状態となるように設定する。これはショット配列のローテーション（ウエハ・ローテーション）の目標値に、直交度誤差ω_１と同じ角度のオフセットを加えることを意味する。その結果、例えばショット領域２１Ａの部分ショット領域２２Ａ，２２Ｂの配列方向に平行な第１列目のショット領域２１Ａ〜２１Ｃの右端のエッジを結んで得られる直線２５が、走査型露光装置１Ｂの走査方向であるＹ２方向に平行となる。その状態で、ＥＧＡパラメータ中のオフセットＯｘ_１，Ｏｙ_１を考慮して第２層目のショット配列を決定する。
【００３６】
図４（ａ）はそのようにして第１層目上に設定された第２層目のショット配列を示し、この図４（ａ）において、例えば第１層目のショット領域２１Ａ〜２１Ｃ上に第２層目のショット領域２６Ａ，２６Ｂが設定され、同様に第２層目の他のショット領域２６Ｃ〜２６Ｆが設定されている。この場合、例えばショット領域２６Ａは、Ｙ２方向に沿って３個の部分ショット領域２７Ａ〜２７Ｃに分割され、これらの部分ショット領域２７Ａ〜２７Ｃにそれぞれ図４（ｂ）に示すレチクルＲＢの部分パターン領域１３Ｃ〜１３Ａ内のパターン像が露光される。また、第２層目のショット領域２６Ａ内の部分ショット領域２７Ａ〜２７Ｃの大きさは、それぞれ図４（ｃ）に示す第１層目のショット領域２１Ａ内の部分ショット領域２２Ａ，２２Ｂの大きさと同じであり、第２層目の他のショット領域２６Ｂ〜２６Ｆも同じ形状である。そのようにして定めたショット領域２６Ａ〜２６Ｆに対して、それぞれ走査露光方式でレチクルＲＢのパターン像が露光され、その後に現像等の処理を施すことにより第２層目の各ショット領域のパターンが現出する。
【００３７】
この場合、本例では図４（ａ）に示すように、第１層目のショット領域２１Ａ〜２１Ｃの右端のエッジを結ぶ直線２５は、第２層目の走査方向であるＹ２方向に平行であるため、第１層目のショット領域２１Ａ〜２１Ｃと第２層目のショット領域２６Ａ，２６ＢとはＸ２方向、及びＹ２方向にほぼ完全に重なっており、第１層目のショット配列の直交度誤差の影響は除去されている。
【００３８】
なお、上述の例では図３に示すように、走査型露光装置１Ｂのステージ座標系におけるＸ２軸とＹ２軸とは直交しているものとしたが、Ｘ２軸とＹ２軸とは必ずしも直交している必要はない。Ｘ２軸とＹ２軸とが直交していない場合には、走査方向であるＹ２方向に対して第１層目のショット配列のＸ１軸が平行になるようにウエハＷを回転すればよい。
【００３９】
次に、本発明による実施の形態の第２の例につき図５及び図６を参照して説明する。
本例でも図１に示す２台の投影露光装置（ステッパー１Ａ、及び走査型露光装置１Ｂ）を使用し、先ず図２に示すように、ステッパー１ＡにおいてレチクルＲＡ及びウエハＷをそれぞれ通常の状態に対して９０°回転させた状態で、ウエハＷに露光を行い、図３に示すように、走査型露光装置１ＢにおいてウエハＷを通常の回転角に戻してアライメント用の計測を行うまでは、第１の例とほぼ同じである。但し、本例ではサンプルショット内のウエハマークの座標計測を行う際に、各サンプルショットの回転角の計測も行う。即ち、例えばショット領域２１Ａがサンプルショットである場合には、一例として１対のウエハマーク２３Ｘ，２３Ｙの座標の他に、別のＸ軸用のウエハマーク２４ＸのＸ２座標を計測し、ウエハマーク２３ＸのＸ２座標とウエハマーク２４ＸのＸ２座標との差分をそれら２個のウエハマーク２３Ｘ，２４ＸのＹ２方向への間隔の概算値で除してショット領域２１Ａの回転角を求める。同様に他のサンプルショットについても回転角を求め、得られた回転角の平均値をショット回転θ_Ｓとする。このように、各サンプルショット内で１対（２次元マークでは１個）を超える個数のウエハマークの座標を計測するアライメント方法は、ショット内多点ＥＧＡ方式のアライメント方法と呼ばれている。
【００４０】
次に、本例ではショット配列のローテーション（ウエハ・ローテーション）の目標値にオフセットを加算することなく、ウエハＷの回転角を設定する。
図５は、図１の走査型露光装置１Ｂのウエハステージ５Ｂ上でそのように回転角が設定されたウエハＷを示し、この図５において、走査型露光装置１Ｂのステージ座標系のＸ２軸に対して第１層目のショット配列の１つの配列方向を示すＹ１軸が平行に設定されている。この結果、例えば第１層目のショット領域２１Ａ内の２個の部分ショット領域の配列方向に平行なショット領域２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃの右端のエッジは、走査方向であるＹ２方向に対して直交度誤差ωと同じ角度だけ傾斜している。また、その直交度誤差ωは、図３の状態で求めたショット配列のローテーションθ_１からショット内多点ＥＧＡ方式で求めたショット回転θ_Ｓを差し引くことにより求められる値である。そして、単に図５の状態で走査露光方式で露光を行うとすると、第２層目のショット領域は２点鎖線で示すように、Ｘ２方向及びＹ２方向に平行なエッジを有するショット領域２６Ａ〜２６Ｆとなり、第１層目のショット領域との間に重ね合わせ誤差が生ずる。
【００４１】
それを避けるため本例では、第２層目のショット領域２６Ａ〜２６ＦをそれぞれウエハＷに対してその直交度誤差ωと等しい角度だけ反時計方向に回転して露光を行うこととした。具体的に、走査型露光装置１Ｂにおいて走査露光時の走査方向を微調整できる場合には、図１でレチクルＲＢを直交度誤差ωと等しい角度だけ反時計方向に回転した後、レチクルＲＢをＹ２方向から直交度誤差ωだけ回転した方向に沿って走査するのと同期して、図５のウエハＷをレチクルＲＢの走査方向に平行に走査する。そのようにレチクルＲＢの走査方向を微調整するには、例えばレチクルＲＢの位置を微調整する機構を用いて、走査位置に応じて次第にレチクルＲＢをＸ２方向にシフトさせればよい。この結果、図６に実線で示すように、第２層目のショット領域２６Ａ〜２６Ｆはそれぞれ直交度誤差ωだけ反時計方向に回転し、第１層目のショット領域と第２層目のショット領域との間の重ね合わせ誤差が最小になる。
【００４２】
なお、第２層目に露光を行う露光装置が一括露光方式の投影露光装置（ステッパー等）である場合には、図６に示すように各ショット領域２６Ａ〜２６Ｆの回転角（ショット回転）を補正するためには、単にレチクルを回転させるのみでよい。
次に、本発明による実施の形態の第３の例につき図７を参照して説明する。
【００４３】
本例でも図１に示す２台の投影露光装置（ステッパー１Ａ、及び走査型露光装置１Ｂ）を使用し、先ず図２に示すように、ステッパー１ＡにおいてレチクルＲＡ及びウエハＷをそれぞれ通常の状態に対して９０°回転させた状態で、ウエハＷに露光を行うまでは第１の例と同じである。但し、本例ではその後に第２層目の露光を行う際にも、図１の走査型露光装置１ＢでレチクルＲＢ及びウエハＷを通常の状態から９０°回転させた状態にしておく。また、本例の走査型露光装置１Ｂでは走査露光時の走査方向をＸ２方向に沿った方向とする。このためには、走査型露光装置１Ｂとして走査方向がＸ２方向である露光装置を使用するか、又は走査方向をＸ２方向、又はＹ２方向の何れかに任意に切り換えできる露光装置を使用すればよい。以下、本例での第２層目の露光方法につき説明する。
【００４４】
図７（ａ）は、第１層目への露光及び現像が終わり、図１の走査型露光装置１Ｂ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７（ａ）において、走査型露光装置１Ｂのステージ座標系のＸ２軸に対して第１層目のショット領域２１Ａ，２１Ｂ，…，２１Ｉの１つの配列方向を示すＸ１軸がほぼ平行に設定されている。この場合、第１層目への露光に際しては、図７（ｃ）に示すようにレチクルＲＡは２つの部分パターン領域１２Ａ，１２ＢがＸ１方向に沿って配列されるように設定されている。また、第１層目のショット配列には直交度誤差ωが生じている。
【００４５】
本例でも図７（ａ）のウエハＷに対してＥＧＡ方式でアライメントを行うことにより、ショット配列のローテーション（ウエハ・ローテーション）θ_２、そのショット配列の直交度誤差ω_２、及びＸ２方向、Ｙ２方向のオフセットＯｘ_２，Ｏｙ_２よりなるＥＧＡパラメータの値を求める。その後、ローテーションθ_２に基づいて、Ｘ２軸に対してＸ１軸が正確に平行になるようにウエハＷの回転角を設定した後、図７（ｂ）に示すように、レチクルＲＢの回転角を部分パターン領域１３Ａ〜１３Ｃの配列方向がＸ２方向となるように設定する。そして、走査型露光装置１ＢによりレチクルＲＢを＋Ｘ２方向（又は−Ｘ２方向）に走査するのと同期して、ウエハＷを−Ｘ２方向（又は＋Ｘ２方向）に走査することにより、図７（ａ）の第２層目のショット領域２６Ａ，２６Ｂ，…，２６Ｆに対して走査露光方式で順次レチクルＲＢのパターン像を露光する。その結果、第１層目のショット領域２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃに対して第１層目のショット領域２６Ａ，２６Ｂはほぼ完全に重なり、第１層目の直交度誤差ωの影響は除去される。
【００４６】
なお、上述の実施の形態では最初に小さな露光フィールドのステッパー１Ａで露光を行った後に、大きな露光フィールドの走査型露光装置１Ｂで露光を行っているが、逆に大きな露光フィールドの走査型露光装置１Ｂで露光を行った後に、小さな露光フィールドのステッパー１Ａで露光を行う場合にも本発明を適用することにより、第１層目の直交度誤差の影響を軽減できる。また、上述の実施の形態では２台の露光装置の組み合わせとしてステッパー１Ａと走査型露光装置１Ｂとが使用されているが、２台ともステッパーとしてもよく、又は２台とも走査型露光装置としてもよい。
【００４７】
このように、本発明は上述の実施の形態に限定されず、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。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、第１の露光装置を用いて第１のマスクパターンを感光基板上に露光する際に、その第１のマスクパターンの部分パターンの配列方向（又は複数のショット領域のエッジを結んで得られる直線の方向）を基準となる第１方向に平行にして、第２の露光装置を用いて第２のマスクパターンをその感光基板上に露光する際に、その第２のマスクパターンの部分パターンの配列方向（又はその第１のマスクパターンの露光時に複数のショット領域のエッジを結んで得られる直線の方向）を露光フィールドの長さの異なる所定方向（又は走査方向）に平行にしているため、第１層目の複数のショット領域をその長さが異なる方向に対して直線状に配列できる。従って、第１層目のショット配列に直交度誤差が生じていても、その長さが異なる方向に沿って第２層目のショット領域を重ねて配置することにより、２層間の重ね合わせ誤差を低減できる利点がある。これにより、感光基板上で所定方向の長さが異なることにより、互いに大きさの異なる露光フィールド（ショット領域）を有する複数の露光装置を用いてミックス・アンド・マッチ方式で露光を行う場合に、異なる層間での重ね合わせ誤差を低減できる。
【００４９】
また、その第１の露光装置を用いてその第１のマスクパターンをその感光基板上に露光する際に、その感光基板及びその第１のマスクパターンをそれぞれ通常の状態から９０°回転しておく場合には、特に第１の露光装置が一括露光方式の露光装置（ステッパー等）である場合に、２つの露光装置に特別な機構を設けることなく容易に第１層目のショット配列の直交度誤差の影響を除去できる利点がある。
【００５０】
また、第２の露光装置が走査露光型の露光装置であり、その所定方向（露光フィールドの長さが異なる方向）が走査方向である場合には、特にその所定方向に対してその第２の露光装置の露光フィールド（第２の露光フィールド）の長さが長くなり易い。従って、本発明が特に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による露光方法の実施の形態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）はその実施の形態の第１の例において、ウエハ上の第１層目への露光を行う際のレチクルの配置を示す平面図、（ｂ）はその第１層目への露光を行う際のウエハの配置を示す平面図である。
【図３】その実施の形態の第１の例において、ウエハ上の第２層目に露光を行う前のアライメント方法の説明に供給する平面図である。
【図４】（ａ）はその実施の形態の第１の例において、ウエハ上の第２層目に露光を行う際のショット配列を示す平面図、（ｂ）はその第２層目に露光を行う際のレチクルの配置を示す平面図、（ｃ）はウエハ上の第１層目のショット領域を示す平面図である。
【図５】本発明の実施の形態の第２の例において、第１層目への露光が終わったウエハを走査型露光装置のウエハステージ上に載置した状態を示す平面図である。
【図６】その実施の形態の第２の例において、ウエハ上の第２層目のショット配列を示すを示す平面図である。
【図７】（ａ）は本発明の実施の形態の第３の例において、ウエハ上の第１層目及び第２層目のショット配列を示す平面図、（ｂ）はその第２層目に露光を行う際のレチクルの配置を示す平面図、（ｃ）はその第１層目に露光を行う際のレチクルの配置を示す平面図である。
【図８】従来のミックス・アンド・マッチ方式で露光を行う場合の一例の説明図である。
【図９】従来のミックス・アンド・マッチ方式で露光を行う場合で重ね合わせ誤差が生ずる場合を示す説明図である。
【符号の説明】
１Ａステッパー
１Ｂ走査型露光装置
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
ＲＡ，ＲＢレチクル
Ｗウエハ
２１Ａ，２１Ｂ，…，２１Ｉ第１層目のショット領域
２３Ｘ，２４ＸＸ軸のウエハマーク
２３Ｙ，２４ＹＹ軸のウエハマーク
２６Ａ，２６Ｂ，…，２６Ｆ第２層目のショット領域[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exposure method for transferring a mask pattern onto a photosensitive substrate in a lithography process for manufacturing, for example, a semiconductor element, an imaging element (CCD, etc.), a liquid crystal display element, or a thin film magnetic head. The present invention is suitable for the case where overlay exposure is performed by a so-called mix-and-match method using a plurality of different exposure apparatuses on a photosensitive substrate.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an exposure apparatus such as a reduction projection type exposure apparatus (stepper or the like) is used in a lithography process for manufacturing a semiconductor element or the like. In general, for example, a semiconductor element such as a VLSI is formed by stacking multiple layers of circuit patterns on a wafer. In recent VLSI manufacturing plants, in order to increase the throughput of the manufacturing process (the number of wafers processed per unit time), different exposures can be performed between different layers in a single VLSI manufacturing process. There are a lot of things to do separately. As described above, a method of performing overlay exposure by performing alignment using another second exposure apparatus on a layer exposed by the first exposure apparatus on the same wafer is a mix-and-match method. It is called a method.
[0003]
FIG. 8 is an explanatory diagram of a conventional example when exposure is performed by a mix-and-match method using two exposure apparatuses having the same exposure field size. First, FIG. 8 ( As shown in a), the pattern image of the reticle RA in FIG. 8B is transferred to the first-layer shot areas 29A, 29B,..., 29I indicated by dotted lines on the wafer W, respectively. In this case, the coordinate system (stage coordinate system) that defines the movement position of the wafer stage of the first exposure apparatus is defined as an X1 axis and a Y1 axis, and the Y1 axis is an ideal Y1 perpendicular to the X1 axis.^*It is assumed that it is inclined clockwise from the axis by an angle ω. In addition, two identical circuit patterns 12A and 12B are formed in the pattern area 2A of the reticle RA (so-called two patterning). During exposure, the circuit patterns 12A and 12B are arranged along a direction perpendicular to the X1 axis. Thus, the rotation angle of reticle RA is set.
[0004]
As a result, the first-layer shot regions 29A to 29I are arranged at a predetermined pitch along the X1 axis and the Y1 axis, and an orthogonality error ω is generated in the shot arrangement. Further, two identical circuit pattern images are transferred to each of the shot areas 29A to 29I in a direction perpendicular to the X1 axis.
Next, the pattern image of the reticle RC in FIG. 8C is transferred to the second layer shot area on the wafer W by the second exposure apparatus. In this case, the stage coordinate system of the second exposure apparatus is set to the X2 axis and the Y2 axis, and the direction corresponding to the X1 axis of the first layer on the wafer W is set to the X2 axis by prealignment in the second exposure apparatus. It is assumed that they are set in parallel. For convenience of explanation, the origins of the coordinate system (X1, Y1) and coordinate system (X2, Y2) in FIG. 8A are set at the center of the wafer W, respectively, but the position of the origin is arbitrary. . Also, the same two circuit patterns 27A and 27B are formed in the pattern area 2C of the reticle RC, and the projection image (exposure field) of the pattern area 2A of the reticle RA on the wafer and the pattern area 2C of the reticle RC. The projected image (exposure field) on the wafer is the same size.
[0005]
In this case, the second exposure apparatus performs alignment by the enhanced global alignment (hereinafter referred to as “EGA”) method disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-44429. That is, by measuring the arrangement coordinates of wafer marks (not shown) attached to a predetermined number of shot areas (sample shots) selected from the first layer on the wafer W, the stage coordinate system ( The array coordinates at X2, Y2) are calculated. As a result, the second exposure apparatus can recognize that the orthogonality error ω exists in the shot arrangement of the first layer.
[0006]
Therefore, in the second exposure apparatus, after setting the rotation angle of the reticle RC so that the two circuit patterns 27A and 27B are arranged along the direction perpendicular to the X2 axis as shown in FIG. In consideration of the orthogonality error ω, exposure is performed by setting the shot arrangement of the second layer. As a result, as shown in FIG. 8A, the circuit pattern image of the reticle RC is transferred to the second-layer shot areas 30A, 30B,. The first layer shot arrangement and the second layer shot arrangement accurately overlap.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, when the exposure fields (shot areas) of the two exposure apparatuses have the same size, even if an orthogonality error occurs in the shot arrangement of the first layer, for example, alignment is performed by the EGA method. By performing the above, the overlay accuracy between the two layers can be maintained with high accuracy.
[0008]
However, when the exposure field sizes of the two exposure apparatuses are different, if the orthogonality error occurs in the shot arrangement of the first layer, the conventional exposure method provides a certain degree of overlay accuracy between the two layers. There was an inconvenience that it could not be improved.
FIG. 9 is an explanatory diagram of a conventional example in which exposure is performed by a mix-and-match method using two exposure apparatuses having different exposure field sizes. First, FIG. 9B shows the first exposure apparatus. As shown in the drawing, a pattern image of the two-piece reticle RA is exposed on each shot area of the first layer on the wafer, and then, three pieces are taken by the second exposure apparatus as shown in FIG. 9C. The pattern image of the reticle RB is exposed to each shot area of the second layer on the wafer. In this case, three identical circuit patterns 13A to 13C are drawn in the pattern area 2B of the reticle RB, and the projected image of the reticle RB on the wafer is in the lateral direction with respect to the projected image of the reticle RA. The width is the same, and the vertical width is 3/2 times.
[0009]
Also in this case, assuming that the stage coordinate system of the first exposure apparatus is (X1, Y1) and the stage coordinate system of the second exposure apparatus is (X2, Y2), alignment and exposure are performed with the X2 axis aligned with the X1 axis. Shall be performed. When exposure is performed with the first exposure apparatus such that the reticle RA is set so that two circuit patterns are arranged along the direction perpendicular to the X1 axis, as shown in FIG. The first-layer shot areas 29A, 29B,..., 29I indicated by dotted lines on W are exposed, and orthogonality errors occur in the arrangement of the shot areas 29A to 29I as in the example of FIG.
[0010]
Thereafter, after the wafer W is aligned by the EGA method by the second exposure apparatus, the exposure is performed with the reticle RB arranged so that the three circuit patterns are arranged along the direction perpendicular to the X2 axis. As shown by a solid line in a), the second layer shot areas 31A to 31F on the wafer W are exposed. However, since the first layer shot area is two and the second layer shot area is three, the first layer shot arrangement and the second layer shot arrangement are on the X1 axis. The number of lines in the almost vertical direction will be different. As a result, there arises a disadvantage that the influence of the orthogonality error, which is an error occurring between the rows or columns of the shot array, cannot be completely removed. For example, in FIG. 9A, when the shot area 29A and the shot area 31A are aligned in the X1 direction (X2 direction), a large overlay error in the X1 direction occurs between the shot area 29B and the shot area 31A.
[0011]
In view of this point, the present invention provides a first layer when exposure is performed by a mix-and-match method using a plurality of exposure apparatuses having different exposure field (shot area) sizes on a photosensitive substrate. An object of the present invention is to provide an exposure method capable of reducing an overlay error when an orthogonality error remains in a shot arrangement.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The exposure method according to the present invention has a first exposure field (4A) having a predetermined shape, for example, as shown in FIG., Having a reference coordinate axis (X1) in the first direction and a coordinate axis (Y1) in the second direction that substantially causes an orthogonality error with respect to the coordinate axis in the first direction.The first mask pattern is exposed in a predetermined arrangement on the photosensitive substrate (W) using the first exposure apparatus (1A), and in a predetermined direction compared to the first exposure field (4A).(Y2)In the exposure method in which the second mask pattern is overlaid on the photosensitive substrate (W) using the second exposure apparatus (1B) having the second exposure field (4B) having different lengths in the exposure method,The first mask pattern (2A) is a pattern in which a plurality of identical first partial patterns are arranged in the third direction, and the second mask pattern (2B) is a plurality of identical second parts. A pattern in which the patterns are arranged in the fourth direction,When exposing the first mask pattern on the photosensitive substrate (W) using the first exposure apparatus (1A), for example, as shown in FIG.Exposure is performed by setting the rotation angle of the first mask pattern so that the third direction of the first mask pattern is parallel to the direction corresponding to the first direction, and the second exposure apparatus (1B ) To expose the second mask pattern on the photosensitive substrate (W) so that the fourth direction of the second mask pattern is parallel to the predetermined direction. Set the rotation angle for exposureIs.
[0013]
According to the present invention, as shown in FIG. 2, for example, the arrangement of the plurality of shot regions (21A to 21I) to which the first mask pattern is exposed is different in length from the second exposure field. Assuming that the direction corresponding to the direction is the X1 direction, a straight line (straight line parallel to the X1 axis in FIG. 2) passing through the centers of the shot regions (21A, 21B, 21C) adjacent to the X1 direction is parallel to the X1 direction. As a result, for example, as shown in FIG. 4A obtained by rotating the photosensitive substrate (W) of FIG. 2 by 90 °, the second exposure apparatus (21A, 21B, 21C) is exposed on the first layer shot area (21A, 21B, 21C). By arranging the shot areas (26A, 26B) of the second layer according to 1B), even when the orthogonality error (ω) exists in the shot arrangement of the first layer, the overlay error is minimized.
[0014]
In the present invention, the predetermined direction (Y2) of the second exposure apparatus may substantially intersect with the coordinate axis (X2) serving as a reference of the second exposure apparatus at 90 °.
In this case, when the first mask pattern is exposed on the photosensitive substrate (W) using the first exposure apparatus (1A), the method shown in FIG. Each mask pattern is in normal state(A state in which the third direction, which is the arrangement direction of the first partial patterns, is orthogonal to the coordinate axis of the first direction serving as the reference)It is rotated 90 ° from the angle. Thus, even if the orthogonality error (ω) exists in the first layer shot arrangement, the first layer shot arrangement corresponds to a direction in which the length is different from that of the second exposure field (4B). It can be arranged linearly along the direction (X1 direction).
[0015]
An example of the second exposure apparatus (1B) is a scanning exposure type exposure apparatus. In this case, it is desirable that the predetermined direction is the scanning direction. This is because in the scanning exposure type, the exposure field can be easily elongated in the scanning direction.
Another exposure method according to the present invention includes a first exposure field having a predetermined shape., Having a reference coordinate axis (X1) in the first direction and a coordinate axis (Y1) in the second direction that substantially causes an orthogonality error with respect to the coordinate axis in the first direction.A first mask pattern is exposed in a predetermined arrangement on a photosensitive substrate (W) using a first exposure apparatus (1A).Thereafter, a second exposure apparatus (1B) having a second exposure field having a length different from that of the first exposure field in a predetermined direction (Y2) is used to form a second on the photosensitive substrate. Overlay the mask patternIn the exposure method toThe first mask pattern is exposed to each of the plurality of shot areas so that the straight line obtained by connecting the edges of the plurality of shot areas on the photosensitive substrate is parallel to the first direction, and the first mask pattern is exposed. A straight line obtained by connecting the edges of a plurality of shot areas exposed by the exposure apparatus is parallel to the predetermined direction of the second exposure apparatus, and the second mask pattern is overlaid on the photosensitive substrate for exposure. DoIs.
According to still another exposure method of the present invention, a first mask pattern is exposed on a photosensitive substrate (W) using a first exposure apparatus (1A) having a first exposure field having a predetermined shape. The scanning direction compared to the first exposure field(Y2)In the exposure method in which the second mask pattern is overlaid and exposed using the scanning type second exposure apparatus (1B) having the second exposure fields having different lengths, the first exposure apparatus comprises:A reference coordinate axis (X1) in the first direction and a coordinate axis (Y1) in the second direction that substantially causes an orthogonality error with respect to the coordinate axis in the first direction;The plurality of shot regions on the photosensitive substrate on which the first mask pattern is exposed using the first exposure apparatus have partial shot regions on which the same pattern image is exposed, and the partial shot regions The arrangement direction is parallel to the straight line obtained by connecting the edges of the multiple shot areas.The straight line obtained by connecting the edges of the plurality of shot areas is parallel to the first direction when the first mask pattern is exposed.A straight line obtained by connecting the edges of the plurality of shot areas is parallel to the scanning direction, and the first mask pattern is exposed on the photosensitive substrate using the first exposure apparatus.Using the second exposure deviceThe second mask pattern is overlaid and exposed.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A first example of the embodiment of the exposure method according to the present invention will be described below with reference to FIGS. In this example, as two exposure apparatuses, a batch exposure type projection exposure apparatus (stepper) with a reduction ratio of 1/5 and a step-and-scan type projection exposure apparatus with a reduction ratio of 1/4 Is used. In this example, two chip patterns are cut out from each shot area exposed by the former projection exposure apparatus (two pieces are taken), and from each shot area scanned and exposed by the latter projection exposure apparatus. A case where three chip patterns are cut out (three chips) is handled.
[0017]
FIG. 1 shows an exposure system of this example. In FIG. 1, a stepper 1A, which is a batch exposure type projection exposure apparatus, and a step-and-scan type projection exposure apparatus (hereinafter referred to as "scanning exposure apparatus") are shown. 1B) is installed. In this example, the stepper 1A has a high resolution and the scanning exposure apparatus 1B has a low resolution. The stepper 1A is used to perform exposure to a critical layer that requires high resolution on the wafer, and the scanning exposure apparatus 1B is used. Thus, exposure is performed on the middle layer, which may have a relatively low resolution, on the wafer. However, depending on the type of semiconductor element to be manufactured, the stepper 1A may be used for low resolution, or the scanning exposure apparatus 1B may be used for high resolution.
[0018]
First, in the stepper 1A, the pattern area 2A on the reticle RA is illuminated with exposure light from an illumination optical system (not shown), and the pattern in the pattern area 2A is reduced to 1/5 times by the projection optical system 3A. Projection exposure is performed on a rectangular exposure field 4A on W. The Z1 axis is taken in parallel to the optical axis of the projection optical system 3A, and the orthogonal coordinates of the plane perpendicular to the Z1 axis are taken as the X1 axis and the Y1 axis. The pattern area 2A on the reticle RA is divided into partial pattern areas 12A and 12B having the same size in a predetermined direction (Y1 direction in FIG. 1). The partial pattern areas 12A and 12B have the same arrangement of circuit patterns and alignment. The original pattern of the mark is drawn.
[0019]
The wafer W is held on the wafer stage 5A. The wafer stage 5A includes a Z stage that sets the exposure surface of the wafer W at the best focus position in the Z1 axis direction, and an XY stage that positions the wafer W in the X1 axis and Y1 axis directions. Etc. Two movable mirrors 6A and 8A are fixed on the wafer stage 5A so as to be orthogonal to each other, and the laser interferometers 7A and 9A and the movable mirrors 6A and 8A installed outside are arranged in the X1 direction and the Y1 direction of the wafer stage 5A. Coordinates are measured. The coordinates measured by the laser interferometers 7A and 9A are supplied to a control device 10A that controls the overall operation of the device, and the control device 10A moves the wafer stage 5A through the drive unit (not shown) in the X1 direction and the Y1 direction. The wafer W is positioned by stepping driving. In this case, the stepping drive of the wafer W is performed in accordance with an array of shot areas (areas where the pattern image of the pattern area 2A is projected and exposed) set on the exposure surface of the wafer W, that is, a critical layer shot map. This shot map is created by a map creation unit comprising a computer in the control device 10A. Further, it is assumed that a predetermined orthogonality error ω remains in the coordinate system (stage coordinate system) (X1, Y1) that defines the movement position of the wafer stage 5A of the stepper 1A of this example.
[0020]
Further, the stepper 1A of this example is provided with an alignment system 11A of an off-axis system and an imaging system (FIA system). In alignment system 11A, an alignment mark (wafer mark) on wafer W is imaged, and the obtained image signal is processed to detect the X1 coordinate and Y1 coordinate of the wafer mark. The detected coordinates are supplied to the control device 10A.
[0021]
As an alignment system, a TTR (through-the-reticle) type alignment system or a TTL (through-the-lens) type alignment system that detects the position of the mark via the projection optical system 3A is used. As a mark detection method, a laser step alignment method (LSA method) in which a slit-shaped laser beam and a mark are relatively scanned, or two beams are irradiated to a diffraction grating-shaped mark and generated in parallel. A so-called two-beam interference method (LIA method) that detects a position from an interference signal of a pair of diffracted lights may be used.
[0022]
Next, in the scanning exposure apparatus 1B of this example, a part of the pattern area 2B of the reticle RB is illuminated with exposure light from an illumination optical system (not shown), and a part of the pattern image is projected onto the projection optical system 3B. And is projected and exposed to the slit-shaped exposure region 14 on the wafer W held on the wafer stage 5B. Here, the Z2 axis is taken in parallel to the optical axis of the projection optical system 3B, and the orthogonal coordinate system of the plane perpendicular to the Z2 axis is taken as the X2 axis and the Y2 axis. In this state, the reticle RB is scanned onto the exposure field 4B on the wafer W by scanning the wafer W in the + Y2 direction (or -Y2 direction) in synchronization with the scanning of the reticle RB in the -Y2 direction (or + Y2 direction). The pattern images in the pattern area 2B are sequentially projected.
[0023]
In this case, the pattern area 2B of the reticle RB is divided into three partial pattern areas 13A to 13C having the same size in the Y2 direction which is the scanning direction, and the size of the exposure field 4B is the exposure field of the stepper 1A in the scanning direction. It is 3/2 times as large as 4A, and is equal (1 time) in the non-scanning direction. That is, the exposure field 4B is longer in the Y2 direction than the exposure field 4A.
[0024]
The position of a reticle stage (not shown) that scans the reticle RB of the scanning exposure apparatus 1B is measured by a laser interferometer (not shown), and the X2 coordinate of the wafer stage 5B is measured by a movable mirror 6B and a laser interferometer 7B. The Y2 coordinate of the stage 5B is measured by the movable mirror 8B and the laser interferometer 9B, and these measurement results are supplied to the control device 10B. In this example, it is assumed that the X2 axis and the Y2 axis are orthogonal. The control device 10B controls synchronous driving of the reticle stage (not shown) and the wafer stage 5B. Further, the scanning exposure of the wafer stage 5B is performed according to a middle layer shot map set on the exposure surface of the wafer W, and this shot map is created by a map creation unit including a computer in the control device 10B.
[0025]
In this case, the map creation unit in the control device 10A and the map creation unit in the control device 10B have a function of supplying shot map information created with each other. For example, when the middle layer is exposed on the critical layer, the shot map information for the critical layer created by the control device 10A provided in the stepper 1A is transmitted to the other control device 10B, and the inside of the control device 10B. The map creation unit creates a shot map for the middle layer based on the supplied shot map information. On the contrary, when the critical layer is exposed on the middle layer, the shot map information of the middle layer created by the control device 10B is supplied to the control device 10A.
[0026]
Further, the scanning exposure apparatus 1B is also provided with an off-axis type and imaging type (FIA type) alignment system 11B on the side surface of the projection optical system 3B. Coordinates and Y2 coordinates are detected.
Next, in this example, after the exposure of the pattern of the first layer by the stepper 1A, the first step for an example of the exposure operation when the pattern of the second layer is exposed by the scanning exposure apparatus 1B, and The description will be divided into the second step.
[0027]
[First step]
In this first step, as shown in FIG. 2 (a), the reticle RA is rotated by 90 ° from the normal state and fixed on the reticle stage (not shown) of the stepper 1A in FIG. As a result, the two partial pattern areas 12A and 12B in the pattern area 2A of the reticle RA are arranged along the X1 direction. Next, as shown in FIG. 2B, the wafer W coated with the photoresist is rotated by 90 ° from the normal state and fixed on the wafer stage 5A of the stepper 1A of FIG. As a result, the cutout portions (orientation flat portions) on the outer peripheral portion of the wafer W are arranged so as to face the + X1 direction. For convenience of explanation, the origins of the X1 axis and the Y1 axis are set at the center of the wafer W in FIG. 2B, but in FIG. 2A, the origins of these two axes are set outside the reticle. ing. Further, the size of the reticle RA in FIG. 2A is shown by the size projected on the wafer W. In this example, as shown in FIG. 2B, a virtual axis Y1 orthogonal to the X1 axis.^*On the other hand, the Y1 axis rotates clockwise by an angle ω, which is an orthogonality error.
[0028]
Next, the stepper 1A is used to sequentially step into the shot areas 21A, 21B,..., 21I obtained by dividing the exposure area of the first layer on the wafer W in the X1 direction and the Y1 direction, respectively, at a predetermined pitch. Projection exposure of the pattern image of the reticle RA is performed by the & repeat method. As an example, the first-layer shot regions 21A to 21I are arranged in three columns in the X1 direction and three rows in the Y1 direction. At this time, since the orthogonality error ω exists between the X1 axis and the Y1 axis, the orthogonality error ω is also generated in the arrangement of the shot areas 21A to 21I.
[0029]
However, in this example, since the reticle RA and the wafer W are each rotated 90 ° for exposure, in FIG. 2B, the first shot area 21A on the wafer W has two partial shots along the X1 direction. Divided into areas 22A and 22B, the same pattern images are exposed to these partial shot areas 22A and 22B. The same applies to the other shot areas 21B to 21I. By connecting the edges of the shot areas 21A to 21C in the first row parallel to the arrangement direction of the partial shot areas 22A and 22B, a straight line 25 without a step is obtained. It is done.
[0030]
Thereafter, development of the wafer W is performed so that the circuit pattern image and the alignment mark image in each shot area appear as an uneven circuit pattern and a wafer mark, respectively. In this example, an X-axis wafer mark 23X and a Y-axis wafer mark 23Y each having a line-and-space pattern are formed in the first partial shot area 22A of the first shot area 21A. An X-axis wafer mark 24X and a Y-axis wafer mark 24Y are also formed in the second partial shot region 22B. These wafer marks 23X, 23Y, 24X, and 24Y are all marks detected by an imaging type alignment sensor. The arrangement of the wafer marks is not limited to the example shown in FIG. 2B. For example, a pair of wafer marks may be arranged in each of the shot areas 21A to 21I, and one pair in each of the shot areas 21A to 21I. More than one wafer mark may be arranged. A two-dimensional mark may be used as the wafer mark.
[0031]
[Second step]
In the first step, a photoresist is applied on the wafer W on which the circuit pattern and the wafer mark are formed, and the wafer W is fixed on the wafer stage 5B of the scanning exposure apparatus 1B in FIG. 1 at a normal rotation angle. As a result, as shown in FIG. 3, the wafer W is arranged so that the cutout portion faces the -Y2 direction. Similarly, as shown in FIG. 1, the rotation angle of the reticle RB for the second layer is also set to a normal rotation angle, that is, an angle at which the partial pattern areas 13A to 13C are arranged along the Y2 direction.
[0032]
At this time, the control device 10A of the stepper 1A supplies the shot arrangement data of the first layer to the control device 10B of the scanning exposure apparatus 1B, and the control device 10B provides the shot arrangement data and alignment data described later. Based on the above, the shot arrangement of the second layer is determined.
Thereafter, in the scanning exposure apparatus 1B, alignment is performed on the wafer W to be exposed by the EGA method.
[0033]
3 shows a wafer W to be exposed. In FIG. 3, the origin of the stage coordinate system (X2, Y2) of the scanning exposure apparatus 1B is set at the center of the wafer W for convenience. The stage coordinate system (X1, Y1) of the stepper 1A when the first layer is exposed is also shown with the same origin. In this case, since the rotation angle of the wafer W is normal, for example, the two partial shot areas 22A and 22B in the shot area 21A are arranged along the Y2 direction, and the other two shot areas 21B to 21I have two internal shot areas. The arrangement direction of the partial shot areas is the Y2 direction. In order to perform the EGA alignment, three or more shot areas are selected as sample shots from the nine shot areas 21A to 21I on the wafer W, and these sample shots are selected using the alignment system 11B of FIG. The coordinates of the wafer mark in the stage coordinate system (X2, Y2) are measured. For example, when the shot area 21A is selected as the sample shot, the coordinates of the wafer marks 23X and 23Y in the first partial shot area 22A in the shot area 21A are measured, and each of the other sample shots includes a pair of wafer marks. Coordinates are measured.
[0034]
Next, by statistically processing the measurement values of the wafer mark coordinates in the sample shots and the design arrangement coordinates of the wafer marks, the rotation (wafer rotation) θ of the first layer shot arrangement is performed.₁, Orthogonality error ω of the shot arrangement₁, And offset Ox in the X2 and Y2 directions₁, Oy₁The value of the EGA parameter is calculated. In this case, since the wafer W in this example was rotated by 90 ° during the exposure of the first layer, and the X2 axis and the Y2 axis of the second layer are assumed to be orthogonal, the rotation is performed. θ₁Is the angle formed by the Y1 axis of the shot arrangement of the first layer and the X2 axis of the stage coordinate system of the second layer, and the orthogonality error ω₁Is equal to the angle obtained by subtracting π / 2 (90 °) from the angle formed by the Y1 axis and the axis obtained by inverting the X1 axis (−X1 axis), that is, the orthogonality error ω in FIG.
[0035]
After obtaining the EGA parameters in this way, in the scanning exposure apparatus 1B of FIG. 1, the rotation angle of the wafer W is set such that the Y1 axis of the first layer shot arrangement is clockwise with respect to the X2 axis.₁It is set so that it is rotated by the same angle as (ω). This is the target value for shot array rotation (wafer rotation) and the orthogonality error ω₁Means adding an offset of the same angle. As a result, for example, a straight line 25 obtained by connecting the right end edges of the shot areas 21A to 21C in the first row parallel to the arrangement direction of the partial shot areas 22A and 22B of the shot area 21A is scanned by the scanning exposure apparatus 1B. The direction is parallel to the Y2 direction. In that state, the offset Ox in the EGA parameter₁, Oy₁In consideration of the above, the shot arrangement of the second layer is determined.
[0036]
FIG. 4A shows the shot arrangement of the second layer thus set on the first layer. In FIG. 4A, for example, on the shot areas 21A to 21C of the first layer. The second layer shot areas 26A and 26B are set, and similarly, the other shot areas 26C to 26F of the second layer are set. In this case, for example, the shot region 26A is divided into three partial shot regions 27A to 27C along the Y2 direction, and the partial pattern regions of the reticle RB shown in FIG. The pattern image in 13C-13A is exposed. The sizes of the partial shot regions 27A to 27C in the second layer shot region 26A are the same as the sizes of the partial shot regions 22A and 22B in the first layer shot region 21A shown in FIG. The other shot regions 26B to 26F in the second layer have the same shape. A pattern image of reticle RB is exposed to each of shot areas 26A to 26F determined in this manner by a scanning exposure method, and then a process such as development is performed, whereby the pattern of each shot area of the second layer is changed. Appear.
[0037]
In this case, as shown in FIG. 4A in this example, the straight line 25 connecting the rightmost edges of the first layer shot regions 21A to 21C is parallel to the Y2 direction which is the scanning direction of the second layer. Therefore, the first-layer shot regions 21A to 21C and the second-layer shot regions 26A and 26B almost completely overlap in the X2 direction and the Y2 direction, and the orthogonality of the first-layer shot arrangement The effect of error has been eliminated.
[0038]
In the above example, as shown in FIG. 3, the X2 axis and the Y2 axis in the stage coordinate system of the scanning exposure apparatus 1B are orthogonal to each other, but the X2 axis and the Y2 axis are not necessarily orthogonal. There is no need to be. If the X2 axis and the Y2 axis are not orthogonal, the wafer W may be rotated so that the X1 axis of the first layer shot arrangement is parallel to the Y2 direction which is the scanning direction.
[0039]
Next, a second example of the embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS.
Also in this example, two projection exposure apparatuses (stepper 1A and scanning exposure apparatus 1B) shown in FIG. 1 are used. First, as shown in FIG. 2, the reticle RA and wafer W are respectively brought into normal states in the stepper 1A. The wafer W is exposed while being rotated by 90 °. As shown in FIG. 3, the scanning exposure apparatus 1B returns the wafer W to the normal rotation angle until the alignment measurement is performed. This is almost the same as the first example. However, in this example, when the coordinate measurement of the wafer mark in the sample shot is performed, the rotation angle of each sample shot is also measured. That is, for example, when the shot area 21A is a sample shot, as an example, in addition to the coordinates of a pair of wafer marks 23X and 23Y, the X2 coordinates of another X-axis wafer mark 24X are measured, and the wafer mark 23X The rotation angle of the shot area 21A is obtained by dividing the difference between the X2 coordinate of the wafer mark 24X and the X2 coordinate of the wafer mark 24X by the approximate value of the interval between the two wafer marks 23X, 24X in the Y2 direction. Similarly, the rotation angle is obtained for other sample shots, and the average value of the obtained rotation angles is determined as the shot rotation θ._SAnd As described above, the alignment method for measuring the coordinates of more than one pair of wafer marks in each sample shot (one for a two-dimensional mark) is called an in-shot multi-point EGA alignment method.
[0040]
Next, in this example, the rotation angle of the wafer W is set without adding an offset to the target value of rotation (wafer rotation) of shot arrangement.
FIG. 5 shows a wafer W having such a rotation angle set on the wafer stage 5B of the scanning exposure apparatus 1B of FIG. 1. In FIG. 5, the X2 axis of the stage coordinate system of the scanning exposure apparatus 1B is shown. On the other hand, the Y1 axis indicating one arrangement direction of the first layer shot arrangement is set in parallel. As a result, for example, the right edge of the shot areas 21A, 21B, and 21C parallel to the arrangement direction of the two partial shot areas in the first-layer shot area 21A is orthogonal to the Y2 direction that is the scanning direction. It is inclined by the same angle as the error ω. Further, the orthogonality error ω is the rotation θ of the shot arrangement obtained in the state of FIG.₁Shot rotation θ obtained by multi-point EGA method in shot_SIs a value obtained by subtracting. Then, if exposure is simply performed by the scanning exposure method in the state of FIG. 5, the shot areas 26A to 26F having the edges parallel to the X2 direction and the Y2 direction as shown by the two-dot chain line in the second layer shot area. Thus, an overlay error occurs between the shot region of the first layer.
[0041]
In order to avoid this, in this example, exposure is performed by rotating the second-layer shot areas 26A to 26F counterclockwise by an angle equal to the orthogonality error ω with respect to the wafer W. Specifically, when the scanning direction during scanning exposure can be finely adjusted in the scanning exposure apparatus 1B, the reticle RB is rotated counterclockwise by an angle equal to the orthogonality error ω in FIG. In synchronization with the scanning along the direction rotated by the orthogonality error ω from the direction, the wafer W in FIG. 5 is scanned in parallel with the scanning direction of the reticle RB. In order to finely adjust the scanning direction of the reticle RB in this way, for example, a mechanism for finely adjusting the position of the reticle RB may be used to gradually shift the reticle RB in the X2 direction according to the scanning position. As a result, as indicated by the solid line in FIG. 6, the second-layer shot regions 26A to 26F rotate counterclockwise by the orthogonality error ω, respectively, and the first-layer shot region and the second-layer shot The overlay error between the areas is minimized.
[0042]
When the exposure apparatus that performs exposure on the second layer is a batch exposure type projection exposure apparatus (stepper or the like), the rotation angle (shot rotation) of each of the shot areas 26A to 26F is set as shown in FIG. To correct it, it is only necessary to rotate the reticle.
Next, a third example of the embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG.
[0043]
Also in this example, two projection exposure apparatuses (stepper 1A and scanning exposure apparatus 1B) shown in FIG. 1 are used. First, as shown in FIG. 2, the reticle RA and wafer W are respectively brought into normal states in the stepper 1A. This is the same as in the first example until the wafer W is exposed while being rotated by 90 °. However, in this example, when the exposure of the second layer is performed thereafter, the reticle RB and the wafer W are rotated by 90 ° from the normal state by the scanning exposure apparatus 1B of FIG. In the scanning exposure apparatus 1B of this example, the scanning direction during scanning exposure is set to the direction along the X2 direction. For this purpose, an exposure apparatus whose scanning direction is the X2 direction is used as the scanning exposure apparatus 1B, or an exposure apparatus that can arbitrarily switch the scanning direction to either the X2 direction or the Y2 direction may be used. . Hereinafter, the exposure method for the second layer in this example will be described.
[0044]
FIG. 7A shows the wafer W placed on the wafer stage 5B of the scanning exposure apparatus 1B of FIG. 1 after the exposure and development of the first layer is completed. In FIG. The X1 axis indicating one arrangement direction of the first-layer shot areas 21A, 21B,..., 21I is set substantially parallel to the X2 axis of the stage coordinate system of the scanning exposure apparatus 1B. In this case, when the first layer is exposed, the reticle RA is set so that the two partial pattern regions 12A and 12B are arranged along the X1 direction as shown in FIG. 7C. Further, an orthogonality error ω is generated in the shot arrangement of the first layer.
[0045]
In this example as well, shot alignment rotation (wafer rotation) θ is performed by aligning the wafer W in FIG.₂, Orthogonality error ω of the shot arrangement₂, And offset Ox in the X2 and Y2 directions₂, Oy₂The value of the EGA parameter is calculated. Then rotate θ₂Based on the above, after setting the rotation angle of the wafer W so that the X1 axis is exactly parallel to the X2 axis, as shown in FIG. 7B, the rotation angle of the reticle RB is set to the partial pattern regions 13A to 13A. The arrangement direction of 13C is set to be the X2 direction. Then, in synchronization with the scanning exposure apparatus 1B scanning the reticle RB in the + X2 direction (or -X2 direction), the wafer W is scanned in the -X2 direction (or + X2 direction), thereby FIG. A pattern image of the reticle RB is sequentially exposed to the second-layer shot regions 26A, 26B,. As a result, the first-layer shot regions 26A and 26B almost completely overlap the first-layer shot regions 21A, 21B, and 21C, and the influence of the orthogonality error ω of the first layer is eliminated.
[0046]
In the above-described embodiment, the exposure is first performed by the stepper 1A having a small exposure field, and then the exposure is performed by the scanning exposure apparatus 1B having a large exposure field. By applying the present invention even when the exposure is performed by the stepper 1A having a small exposure field after performing the exposure at 1B, the influence of the orthogonality error of the first layer can be reduced. In the above-described embodiment, the stepper 1A and the scanning exposure apparatus 1B are used as a combination of two exposure apparatuses. However, both of them may be steppers, or both may be used as a scanning exposure apparatus. Good.
[0047]
As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can have various configurations without departing from the gist of the present invention.
[0048]
【The invention's effect】
According to the present invention, when the first mask pattern is exposed on the photosensitive substrate using the first exposure apparatus,Using the second exposure apparatus, the arrangement direction of the partial patterns of the first mask pattern (or the direction of the straight line obtained by connecting the edges of the plurality of shot areas) is parallel to the reference first direction. When the second mask pattern is exposed on the photosensitive substrate, the alignment direction of the partial pattern of the second mask pattern (or a straight line obtained by connecting the edges of a plurality of shot areas during the exposure of the first mask pattern) In parallel with the predetermined direction (or scanning direction) with different exposure field lengths.Therefore, the plurality of shot regions in the first layer can be arranged linearly with respect to the directions having different lengths. Therefore, even if an orthogonality error occurs in the shot arrangement of the first layer, the overlay error between the two layers can be reduced by arranging the shot areas of the second layer along the direction in which the lengths are different. There is an advantage that can be reduced. Thereby, when performing exposure by a mix-and-match method using a plurality of exposure apparatuses having exposure fields (shot areas) having different sizes due to different lengths in a predetermined direction on the photosensitive substrate, Overlay errors between different layers can be reduced.
[0049]
Further, when the first mask pattern is exposed on the photosensitive substrate using the first exposure apparatus, the photosensitive substrate and the first mask pattern are respectively rotated by 90 ° from the normal state. In this case, particularly when the first exposure apparatus is a batch exposure type exposure apparatus (stepper or the like), the orthogonality of the shot arrangement of the first layer can be easily provided without providing a special mechanism in the two exposure apparatuses. There is an advantage that the influence of error can be eliminated.
[0050]
In addition, when the second exposure apparatus is a scanning exposure type exposure apparatus and the predetermined direction (direction in which the length of the exposure field is different) is the scanning direction, the second exposure apparatus particularly in the predetermined direction. The length of the exposure field (second exposure field) of the exposure apparatus tends to be long. Therefore, the present invention is particularly effective.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view schematically showing an exposure system used in an embodiment of an exposure method according to the present invention.
2A is a plan view showing the arrangement of reticles when exposure is performed on a first layer on a wafer in the first example of the embodiment; FIG. 2B is a diagram showing the first layer; It is a top view which shows the arrangement | positioning of the wafer at the time of performing exposure to a.
FIG. 3 is a plan view supplied for explanation of an alignment method before performing exposure on the second layer on the wafer in the first example of the embodiment;
FIG. 4A is a plan view showing a shot arrangement when performing exposure on the second layer on the wafer in the first example of the embodiment, and FIG. 4B shows exposure on the second layer. FIG. 6C is a plan view showing the arrangement of reticles when performing the steps shown in FIG.
FIG. 5 is a plan view showing a state in which a wafer that has been exposed to a first layer is placed on a wafer stage of a scanning exposure apparatus in a second example of an embodiment of the present invention;
FIG. 6 is a plan view showing a shot arrangement of the second layer on the wafer in the second example of the embodiment;
7A is a plan view showing a shot arrangement of a first layer and a second layer on a wafer in a third example of the embodiment of the present invention, and FIG. 7B is a diagram showing the second layer. FIG. 6C is a plan view showing the arrangement of reticles when performing exposure, and FIG. 10C is a plan view showing the arrangement of reticles when performing exposure on the first layer.
FIG. 8 is an explanatory diagram of an example when exposure is performed by a conventional mix-and-match method.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a case where an overlay error occurs when exposure is performed by a conventional mix-and-match method.
[Explanation of symbols]
1A Stepper
1B Scanning exposure equipment
3A, 3B projection optical system
4A, 4B Exposure field
5A, 5B wafer stage
11A, 11B alignment system
RA, RB reticle
W wafer
21A, 21B,..., 21I First layer shot area
23X, 24X X-axis wafer mark
23Y, 24Y Y-axis wafer mark
26A, 26B,..., 26F Second layer shot area

Claims

A first exposure field having a first exposure field of a predetermined shape and having a reference coordinate axis in a first direction and a second coordinate axis in which an orthogonality error substantially occurs with respect to the coordinate axis in the first direction; A second exposure apparatus having a second exposure field in which a first mask pattern is exposed in a predetermined arrangement on the photosensitive substrate by using the exposure apparatus, and has a length different from that of the first exposure field in a predetermined direction. In an exposure method in which a second mask pattern is superimposed on the photosensitive substrate for exposure,
The first mask pattern is a pattern in which a plurality of identical first partial patterns are arranged in a third direction, and the second mask pattern is a plurality of identical second partial patterns in a fourth direction. An array of patterns,
When the first mask pattern is exposed on the photosensitive substrate using the first exposure apparatus, the third direction of the first mask pattern is parallel to a direction corresponding to the first direction. Exposure is performed by setting the rotation angle of the first mask pattern as follows:
When the second mask pattern is exposed onto the photosensitive substrate using the second exposure apparatus, the second direction so that the fourth direction of the second mask pattern is parallel to the predetermined direction. An exposure method characterized in that exposure is performed by setting a rotation angle of the mask pattern .

2. The exposure method according to claim 1 , wherein the predetermined direction of the second exposure apparatus intersects substantially 90 ° with a coordinate axis serving as a reference of the second exposure apparatus .

The exposure method according to claim 1, wherein the second exposure apparatus is a scanning exposure type exposure apparatus, and the predetermined direction is a scanning direction.

A first exposure field having a first exposure field of a predetermined shape and having a reference coordinate axis in a first direction and a second coordinate axis in which an orthogonality error substantially occurs with respect to the coordinate axis in the first direction; The first mask pattern is exposed on the photosensitive substrate in a predetermined arrangement using the exposure apparatus , and then a second exposure field having a second exposure field having a length different in a predetermined direction as compared with the first exposure field. In the exposure method in which the second mask pattern is superimposed on the photosensitive substrate and exposed using the exposure apparatus of
Exposing the first mask pattern to each of the plurality of shot areas such that a straight line obtained by connecting edges of the plurality of shot areas on the photosensitive substrate is parallel to the first direction;
A straight line obtained by connecting edges of a plurality of shot areas exposed by the first exposure apparatus is parallel to the predetermined direction of the second exposure apparatus, and the second mask pattern is formed on the photosensitive substrate. An exposure method characterized by overlapping exposure .

Each of the plurality of shot areas has a partial shot area where the same pattern image is exposed, and an arrangement direction of the partial shot areas is parallel to a straight line obtained by connecting edges of the plurality of shot areas. The exposure method according to claim 4, wherein the exposure method is characterized in that:

6. The scanning exposure apparatus according to claim 5, wherein the second exposure apparatus is a scanning exposure apparatus, and a straight line obtained by connecting edges of the plurality of shot areas is parallel to a scanning direction of the scanning exposure apparatus. The exposure method as described.

On the photosensitive substrate on which the first mask pattern is exposed using the first exposure apparatus having the first exposure field having a predetermined shape, the second is different in length in the scanning direction as compared with the first exposure field. In an exposure method in which a second mask pattern is overlapped and exposed using a scanning type second exposure apparatus having an exposure field of
The first exposure apparatus has a reference coordinate axis in a first direction and a coordinate axis in a second direction in which an orthogonality error is substantially generated with respect to the coordinate axis in the first direction,
The plurality of shot regions on the photosensitive substrate on which the first mask pattern has been exposed using the first exposure apparatus has partial shot regions on which the same pattern image is exposed, and the partial shot regions The arrangement direction is parallel to the straight line obtained by connecting the edges of the plurality of shot areas , and the straight line obtained by connecting the edges of the plurality of shot areas is parallel to the first direction when the first mask pattern is exposed. And
A straight line obtained by connecting edges of the plurality of shot areas is parallel to the scanning direction, and the second mask is exposed on the photosensitive substrate on which the first mask pattern is exposed using the first exposure apparatus . An exposure method comprising: exposing the second mask pattern by using an exposure apparatus .