JPH0616479B2

JPH0616479B2 - 露光装置の位置合せ装置

Info

Publication number: JPH0616479B2
Application number: JP59042472A
Authority: JP
Inventors: 恭一諏訪; 敏男松浦; 昭一谷元
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1984-03-06
Filing date: 1984-03-06
Publication date: 1994-03-02
Anticipated expiration: 2009-03-02
Also published as: JPS60186845A

Description

【発明の詳細な説明】（発明の技術分野）本発明はＩＣやＬＳＩ等の半導体素子を製造するための
露光装置に関し、特に１枚の被露光基板（半導体ウエ
ハ）上に形成された複数の半導体素子の回転パターンに
マスクの回転パターンをステップアンドリピート方式で
重ね合せて露光するステップアンドリピート露光装置に
関する。

（発明の背景）近年、半導体素子製造のために、半導体ウエハ（以下ウ
エハとする）上にマスクの回路パターンを繰り返し露光
する装置、所謂ステップアンドリビート露光装置が生産
現場で多数使用され、多大な効果を得ている。特にマス
クの回路パターンを縮小投影レンズを介してウエハ上に
転写する縮小投影型露光装置は、マスクの回路パターン
を縮小投影するため、マスク上に付着した微小な異物が
縮小投影レンズの解像力によって転写されにくいという
利点があり、さらにウエハ上に形成された複数の回路パ
ターンの各々に、マスクの回路パターンを重ね合せて露
光するため、ウエハの各種処理による伸縮に対しても常
に正確な重ね合せができるという利点もあり、極めて生
産性の高い露光装置といえる。この種の露光装置はウエ
ハを裁置する２次元移動ステージを有し、このステージ
をマスクの回路パターン像に対して所定の座標系に従っ
て一定ピッチで歩進させては露光することを繰り返す。
このため、ウエハ上にはマトリックス状に回路パターン
が配列される。

このウエハ上の回路パターンの配列座標は露光中はステ
ージの座標系に従っているが、ウエハを交換すると、そ
のウエハ上の配列座標とステージの座標系とは回転ずれ
が生じる。

この回転ずれはウエハを回転させることで補正できる
が、それでも微小角度の回転ずれは残存する。このウエ
ハ上の配列座標とステージの座標系との微小な回転ずれ
は、所謂ウエハローテーションと呼ばれるものである。
より高精度な重ね合せ露光を達成するために、本出願人
は先に出願した特開昭５６−１０２８２３号公報にウエ
ハローテーションの補正方法を開示した。この公報に開
示された微小投影型露光装置では、ウエハ上の回路パタ
ーンの10倍の拡大パターンが描かれたレチクル（マスク
に相当する）を使ってステップアンドリピート方式で露
光するが、その際レチクルはステージの座標系に対して
回転ずれなく装着されるとした。ところがウエハ上に転
写すべき回路パターンのサイズが大きくなり、線幅が１
μｍ程度になると、レチクルの微小な回転ずれが無視で
きなくなる。レチクルが微小回転していると、ウエハ上
の各回路パターンとの重ね合せ精度が低下するばかりで
なく、ウエハ上に第１層目の回路パターンを転写したと
き、ウエハ上の配列座標に対して転写された回路パター
ンが微小回転することになり、第２層目以降の重ね合せ
が不十分なものとなり、所期の特性を満足する半導体素
子を高い生産性で得ることができないという欠点があっ
た。

（発明の目的）本発明は上記欠点を解決し、マスク（レチクル）の回路
パターンと被露光基板（ウエハ）上の各回路パターンと
の回転ずれを極小にし、高精度な重ね合せ露光を実現す
るステップアンドリピート露光装置を得ることを目的と
する。

（発明の概要）本発明は、複数のチップ領域（Ｃｎ）が規則的に２次元
配列された感光基板（Ｗ）を保持して直交座標系ｘｙ内
で２次元移動する基板ステージ（６、８、９、１０）
と、複数のチップ領域（Ｃｎ）の配列によって決まる配
列座標系αβが直交座標系ｘｙに対してほぼ回転誤差な
く設定されるとともに、直交座標系ｘｙと対応付けられ
るように、感光基板（Ｗ）をアライメントする手段（Ｗ
−ＭＩＣ２１、２２、ＬＳＡ系１８、ＷＡＣ６５、ＬＳ
ＡＣ６２）と、チップ領域（Ｃｎ）と重ね合わせ露光す
べきパターン領域（Ｐｒ）を有するマスク（Ｒ）を保持
するマスクステージ（２）と、基板ステージ（６、８、
９、１０）を直交座標系ｘｙに従って順次移動させるこ
とによって、マスクのパターン領域（Ｐｒ）をチップ領
域（Ｃｎ）の夫々に順次重ね合わせ露光する露光制御手
段（５、７、１２、１４、６０）とを備える露光装置に
関するものである。

そして本発明においては、マスクステージ（２）に保持
されたマスク（Ｒ）の直交座標系ｘｙに対する残留回転
誤差量θ_Ｒを検出するマスクローテーション検出手段
（１４、２０、６０）と、感光基板（Ｗ）上のチップ領域（Ｃｎ）の直交座標系ｘ
ｙに対する平均的な回転誤差量θ_ｃを検出するチップロ
ーテーション検出手段（１４、１９、６０）と、検出さ
れたマスクローテーション（θ_Ｒ）とチップローテーシ
ョン（θ_ｃ）との偏差が零になるように、マスク（Ｒ）
に対して感光基板（Ｗ）を回転させる手段（１０）と、
その相対回転によって変化した配列座標系αβと直交座
標系ｘｙとの相対位置関係を、感光基板の回転の量と方
向とに基づいて演算より求めることによって、配列座標
系αβ上で設定されているチップ領域（Ｃｎ）の位置を
直交座標系ｘｙ上での露光位置に変換する演算手段（６
０、式９〜１２）とを設けるようにし、チップ領域の露
光時には、この演算手段で決まる露光位置に基づいて基
板ステージを位置決めするようにした。

さらに本発明の第２発明では、基板ステージ（６、８、
９、１０）に保持され、アライメント手段（Ｗ−ＭＩＣ
２１、２２、ＬＳＡ系１８、ＷＡＣ６５、ＬＳＡＣ６
２）によってアライメントされた状態の１番目の感光基
板について、その感光基板上のチップ領域（Ｃｎ）とマ
スクのパターン領域（Ｐｒ）との相対的な残留回転誤差
量（Δθ）を、チップ領域のいくつかに付設されたマー
クを検知することによって測定するローテーション測定
手段（レーザ干渉計１４、ＬＳＡ系１９、ダイ・バイ・
ダイアライメント系２０、プロセッサー６０）と、その
測定された残留回転誤差量（Δθ）がほぼ零になるよう
にマスク（Ｒ）に対して１番目の感光基板を回転させる
回転手段（ホルダー１０、駆動部１１）と、その回転に
よって変化した１番目の感光基板の配列座標系αβと直
交座標系ｘｙとの相対位置関係を、回転の量と方向とに
基づいて求め、配列座標系αβ上で設定されているチッ
プ領域（Ｃｎ）の夫々の位置を直交座標系ｘｙ上での露
光位置に変換する演算手段（６０、式９〜１２、ステッ
プ２１２）と、この演算手段によって算出された露光位
置に従って基板ステージを移動させることで、１番目の
感光基板に対する露光を実行する第１のシーケンス制御
手段（ステップ２０４、２０５、２０７、２１０〜２１
３）と、アライメント手段が、１番目の感光基板から測
定された残留回転誤差量（Δθ）に対応した回転方向の
オフセットを伴って２番目以降の感光基板をアライメン
トするように調整する手段（Ｗ−ＭＩＣ２２のハービン
グガラス２２ｂ）と、この調整手段によって調整された
後に、２番目以降の感光基板をアライメント手段でアラ
イメントし、その結果に基づいて基板ステージを移動さ
せることで、２番目以降の感光基板に対する露光を実行
する第２のシーケンス制御手段（ステップ２０４、２０
７、２１３）とを備えたことを特徴とする露光装置の位
置合せ装置。

（実施例）次に本発明の実施例が適用される縮小投影型露光装置の
概略的な構成を第１図、第２図に基づいて説明する。

透明部と遮光部による所定のパターンが描かれたレチク
ル（マスク）Ｒは、感光剤を感光させる波長の光によっ
て均一の強度で照明される。これによって、レチクルＲ
のパターン領域Ｐｒの光像は縮小投影レンズ（以下、単
に投影レンズと呼ぶ）１によってウエハＷ上に投影され
る。レチクルＲは第１図に示すように、レチクルステー
ジ２に裁置される。レチクルステージ２にはレチクルＲ
のパターン領域Ｐｒを通過した光を投影レンズ１に入射
させるための開口部２ａが設けられ、さらにレチクルＲ
の周辺部を真空吸着するための保持部２ｂが設けられて
いる。また駆動部３はレチクルステージ２をＸ方向に微
動し、駆動部４はレチクルステージ２をＸ方向と直交す
るＹ方向に微動し、レチクルＲの回転を含めた２次元的
な位置合せを行なう。

一方、駆動部５によってＹ方向に移動するＹセテージ６
と、このＹステージ６上を駆動部７によってＸ方向に移
動するＸステージ８と、このＸステージ８に対してＺ方
向に上下動可能なＺステージ９と、このＺステージ９上
に設けられて、ウエハＷを真空吸着するとともに駆動部
11によって微小回転するウエハホルダー10とによって２
次元移動ステージ（以下、ウエハステージと呼ぶ）が構
成される。Ｚステージ９はＸステージ８上に設けられた
不図示の駆動部により上下動する。ウエハステージの位
置を検出するために、レーザ光を用いた光波干渉計（以
下、レーザ干渉計と呼ぶ）12、14が設けられている。ミ
ラー13は、その反射平面をＹ方向に伸ばしてＺステージ
９の一辺に設けられている。またミラー15は、その反射
平面をＸ方向に伸ばしてＺステージ９の一辺に設けられ
ている。

そこでレーザ干渉計12は、ミラー13に座標軸Ｘと平行な
光軸を有するレーザ光束Ｂｘを照射するとともに、レー
ザ干渉計12の内部に設けられた固定ミラーにもレーザ光
束を照射し、ミラー13からの反射光束と固定ミラーから
の反射光束とを干渉させ、発生する干渉縞の変化を光電
検出することによって、ウエハステージのＸ方向の位置
を検出する。レーザ干渉計14も同様にミラー15に座標軸
Ｙと平行な光軸を有するレーザ光束Ｂｙを照射し、内部
の固定ミラーからの反射光束とミラー15からの反射光束
との干渉によって、ウエハステージのｙ方向の位置を検
出する。尚、投影レンズ１とレーザ干渉計12，14はレー
ザ光束Ｂｘとレーザ光束Ｂｙが同一平面内で直交し、か
つ光軸ＡＸがその交点を通るように配置されている。

さて、この露光装置には基本的に４つの位置合せ（アラ
イメント）用の光学系及び検出系が設けられている。そ
の１つは第１図に示すように、レチクルＲを装置本体
（例えば投影レンズ１の光軸ＡＸ）に対してアライメン
トするための２つのレチクルアライメント顕微鏡（以
下、Ｒ−ＭＩＣと呼ぶ）16，17である。Ｒ−ＭＩＣ16は
レチクルＲ上の所定のパターンが描かれた領域（以下パ
ターン領域とする）Ｐｒの周辺に設けられたレチクルマ
ークＲｘｙを観察し、Ｒ−ＭＩＣ17はパターン領域Ｐｒ
の周辺でレチクルマークＲｘｙとは異なる位置に設けら
れたレチクルΘークＲθを観察する。レチクルマークＲ
ｘｙをＲ−ＭＩＣ16中の指標に合わせるように駆動部
３，４を作動させることによってレチクルＲのＸ方向と
Ｙ方向の位置決めが達成され、レチクルマークＲΘをＲ
−ＭＩＣ17中の指標に合わせるように駆動部３，４を作
動させることによってレチクルＲの回転方向の位置決め
が達成される。これらＲ−ＭＩＣ16，17は目視による位
置合せ（目合せ）として使ってもよいが、レチクルマー
クＲｘｙ,ＲΘの観察像を光電的に検出して自動位置合
せとして使ってもよい。

また、アライメント用の光学系、検出系のもう１つは第
１図に示すように、スルーザレンズ（ＴＴＬ）方式でウ
エハＷ上の所定のマーク（ウエハマーク）をレーザ光で
検出して、ウエハＷと装置本体とのアライメントを行な
うための２つのレーザステップアライメント系（以下、
ＬＳＡ系とする）18，19である。ＬＳＡ系18は感光剤
（フオトレジスト）を感光させる波長の光、すなわち露
光とは異なる波長でフオトレジストを感光させないレー
ザ光束（例えばヘリウムネオンレーザ）ＬＡＸを投影レ
ンズ１の光軸ＡＸと垂直にミラー18ａに向けて投射す
る。ミラー18ａはそのレーザ光束ＬＡｘを上方、すなわ
ちレチクルＲの下面（投影レンズ１と対向する面）に向
けて反射する。ミラー18ｂはレチクルＲの下面と平行な
反射面を有し、レチクルＲの下面から所定距離だけ離し
て配置され、ミラー18ａからのレーザ光束を投影レンズ
１の入射瞳の中心に向けて反射する。本実施例では投影
レンズ１は物体側（レチクルＲ側）で非テレセントリッ
クな光学系となり、像側（ウエハＷ側）ではテレセント
リックな光学系となっているものとする。このためレー
ザ光束ＬＡｘの光軸は、ミラー18ｂをレチクルＲの周
辺、すなわち投影レンズ１の光軸ＡＸから離れた位置に
設けることによって、光軸ＡＸと所定の角度だけ傾いた
ものとなる。ただし投影レンズ１のウエハＷ側ではレー
ザ光束ＬＡｘの光軸は光軸ＡＸと平行になる。ＬＳＡ系
19、ミラー19ａ，19ｂはＬＳＡ系18、ミラー18ａ，18ｂ
に対して光軸ＡＸを中心に空間的に90゜回転させた位置
に同様に設けられて、レーザー光束ＬＡｙが投影レンズ
１に入射する。そして、この２つのＬＳＡ系18，19によ
って、ウエハＷ上に設けられたＸ方向のアライメント用
のマークとＹ方向のアライメント用のマークとがレチク
ルＲを介することなく検出され、ウエハＷ上の局所領域
のアライメントが行なわれる。

さて、アライメント用の光学系、検出系のもう一つはレ
チクルＲ上のマークＲｓとウエハＷ上のマークとを投影
レンズ１を介して重ね合せて観察するダイ・バイ・ダイ
(Die by Die)アライメント系（以下、ＤＤＡ系と呼ぶ）
20である。ＤＤＡ系20はレチクルＲのパターン領域Ｐｒ
の周辺に設けられたマークＲｓに、露光光と同一波長の
照明光をミラー20ａで直角に折り曲げて照射する。ミラ
ー20ａからの照明光はマークＲｓを照明するとともに投
影レンズ１を通ってウエハＷ上のマークを含む微小領域
も照明する。そして投影レンズ１で逆投影されたウエハ
Ｗ上のマークの像とレチクルＲのマークＲｓの像とがミ
ラー20ａで反射してＤＤＡ系20によって形成され、レチ
クルＲのパターン領域ＰｒとウエハＷ上の露光すべき１
つの局所領域との位置合せ状態が検出される。このＤＤ
Ａ系20も目合せだけでなく、スリット走査型の光電顕微
鏡や撮像管（素子）を使ってマーク像を光電検出して自
動位置合せできるように構成される。尚、ダイ・バイ・
ダイのアライメント方式では、レチクルＲのパターン領
域Ｐｒの投影像とウエハＷ上の１つの局所領域とが正確
に重ね合わされたとき、ウエハＷ上のマークとレチクル
ＲのマークＲＳとが所定の位置関係で整列してＤＤＡ系
20によって観察される。このためＤＤＡ系でアライメン
トされるようにウエハステージやレチクルステージ２を
微動させた後は、ただちに露光動作に移れる。本装置の
ＤＤＡ系20はここでは観察したレチクルＲ、ウエハＷの
マーク像のｙ方向の位置ずれを検出するものとする。

そしてアライメント用の光学系、検出系の最後の１つは
第２図に示すように、投影レンズ１と所定間隔で別設さ
れたオフ・アクシス方式の２つのウエハアライメント顕
微鏡（以下、Ｗ−ＭＩＣと呼ぶ）21，22である。この２
つのＷ−ＭＩＣ21，22は予め所定の間隔に定められ、ウ
エハＷ上の代表的な２ケ所に設けられた。マークを検出
して、ウエハＷの装置に対する全体的な位置合せ（グロ
ーバルアライメント）を行なうためのものである。

ところで第１図において、上記レチクルＲのアライメン
ト、ウエハＷのグローバルアライメント、及びウエハＷ
上の局所領域毎のアライメント（以下ステップアライメ
ントと呼ぶ）の際に使用されたり、各光学系や検出系の
調整に使用される基準マーク板30がウエハホルダー19に
設けられている。この基準マーク板30はガラス基板の表
面に光反射性のクロム層を設け、このクロム層に必要な
マークをエッチングしたものである。

第２図はレーザステップアライメント系とＷ−ＭＩＣ2
1，22の具体的な構成を示す光学配置図である。ここで
はＬＳＡ系18のみについて示すが、ＬＳＡ系19について
も全く同様である。ヘリウムネオンレーザ等のレーザ光
源40から射出したレーザ光束は、ビームエクスパンダ41
で光束断面が所定の大きさに拡大され、シリンドリカル
レンズ42によって断面が矩形の光束に整形される。その
整形されたレーザ光束はミラー43で反射されて、レンズ
44、ビームスプリッタ45、及びレンズ46を介してミラー
18ａに至る。ミラー18ａで反射されたレーザ光束は視野
絞り18ｃを通ってミラー18ｂに至り、さらにミラー18ｂ
で反射されて、投影レンズ１の入射瞳１ａの中心に向け
て進む。視野絞り18ｃはミラー18ａで反射されたレーザ
光束の結像位置に配置されている。この結像位置でレー
ザ光束は第２図中、紙面と垂直な方向に伸びた帯状スポ
ット光に収れんされる。すなわち、シリンドリカルレン
ズ42の働きで、レンズ46からミラー18ａ，18ｂを介して
投影レンズ１に入射するまでのレーザ光束は、第２図中
紙面内では一度視野絞り18ｃで収束（結像）してから発
散するような光束となり、紙面と垂直な面内では平行な
光束となっている。そして、このレーザ光束は投影レン
ズ１の入射瞳１ａの中心を通り、投影レンズ１の結像面
ＦＰに帯状の細長いスポット光として結像される。この
スポット光の光強度分布は第２図の紙面内で左右方向に
は細長く、紙面と垂直な方向には短くなる。

さて、ミラー18ｂはレチクルＲの下面に所定間隔で設け
られているが、その位置はレチクルＲの最大投影領域、
すなわち本実施例では第１図に示したように投影レンズ
１の光軸ＡＸから最も離れた位置のレチクルマークＲｘ
ｙ、ＲΘの投影光路（第２図で光源ＥＬｍとした）を遮
光しないように定められている。また露光光でレチクル
Ｒを照明すると、レチクルＲのパターン領域Ｐｒの像は
光束ＥＬのように投影レンズ１の結像面ＦＰに縮小して
結像する。第２図では、基準マーク板30の表面と結像面
ＦＰとが一致し、さらにこの基準マーク板30がＬＳＡ系
18からのレーザ光束の照射を受けるような配置を示して
ある。この基準マーク板30上には第３図に示すようにレ
ーザ光束ＬＡｘのスポツト光ＳＰにより照射され、回折
光を発生する格子状のマークＦＭが形成されている。第
３図(a)はマークＦＭとスポット光ＳＰの平面的な位置
関係を示す平面図で、第３図(b)はこのモークＦＭの断
面を示す図である。マークＦＭは微小な線状要素Segを
規則的に一列に配列したものであり、その配列方向はス
ポット光ＳＰの長手方向（伸長方向）と一致するように
定められている。スポット光ＳＰがマークＦＭと重なる
と、線状要素Segの配列ピッチとレーザ光束の波長とに
応じて第３図(a)に示すように、正反射光（０次回折
光）Ｄ₀の他に１次回折光±Ｄ₁、２次回折光±Ｄ₂等の
高次回折光が生じる。これら回折光Ｄ₀，Ｄ₁，Ｄ₂は投
影レンズ１に逆入射し、レーザ光束ＬＡｘの送光光路を
逆進し、ミラー18ｂ、視野絞り18ｃ、ミラー18ａ、及び
レンズ46を通ってビームスプリッタ45に至る。ビームス
プリッタ45はマークＦＭからの回折光Ｄ₀，Ｄ₁，Ｄ₂を
反射し、その回折光を空間フィルター47、集光レンズ4
8、及び光電検出器49から成る検出系へ指向する。空間
フィルター47は投影レンズ１の入射瞳１ａと共役な位置
に配置され、回折光Ｄ₀，Ｄ₁，Ｄ₂のうち０次回折光
Ｄ₀、すなわち正反射光は遮断し、他の１次回折光Ｄ₁と
２次回折光Ｄ₂を透過する。集光レンズ48は空間フィル
ター47を透過したこれら高次回折光を光電検出器49に集
光する。

ところで、レーザーステップアライメント系は第１図に
示したようにもう１組がＬＳＡ系19として設けられてい
る。そこで投影レンズ１の結像面ＦＰにおける投影像と
スポット光ＳＰとの位置関係を第４図により説明する。
第４図において円形の領域ｉｆは投影レンズ１が最大限
投影できるイメージフィールドであり、領域ｉｆ内の矩
形領域Ｐｒ′は第１図のレチクルＲのパターン領域Ｐｒ
の投影領域である。投影レンズ１の光軸ＡＸは円形領域
ｉｆの中心を通り、矩形領域Ｐｒ′の中心と光軸ＡＸと
が一致するものとする。そしてこの中心を原点とするよ
うにウエハステージの移動座標系、すなわちＸＹ座標系
のＸ，Ｙ軸を設定したとき、ＬＳＡ系18によって形成さ
れたスポット光ＳＰｘはＹ軸上で細長く伸びたスポット
になり、ＬＳＡ系19で形成されたスポット光ＳＰｙはＸ
軸上で細長く伸びたスポットになる。

スポット光ＳＰｘのＸ軸からのＹ方向における距離Ｌ_ｙ
と、スポット光ＳＰｙのＹ軸からのＸ方向における距離
Ｌｘとは装置の製造時に予め定められている。しかも距
離Ｌｙ．Ｌｘはスポット光ＳＰｘ，ＳＰｙが円形領域ｉ
ｆに内接する矩形（長方形又は正方形）の領域Ａｒの外
側で領域ｉｆの内側に位置するように定められる。領域
Ａｒ′は投影レンズ１が矩形として投影し得る最大の領
域を表わす。さて、スポットＳＰｘは基準マーク板30の
Ｙ方向に伸びたマークＦＭ又はウエハＷ上でＹ方向に伸
びたマークを検出して、基準マーク板30やウエハＷのＸ
方向の位置ずれを検出し、スポット光ＳＰｙは基準マー
ク板30やウエハＷ上のＸ方向に伸びたマークを検出して
基準マーク板30やウエハＷのＹ方向の位置ずれを検出す
る。

また第２図に示したオフ・アクシス方式のＷ−ＭＩＣ2
1，22は例えば特開昭５７−１９７２６号公報に開示さ
れたように、ウエハＷ上に形成された格子状のマークに
レーザ光の細長い帯状スポットを照射し、そのマークか
らの回折光を光電検出し、ウエハＷのＷ−ＭＩＣ21，22
に関する位置ずれを検出するものである。このＷ−ＭＩ
Ｃ21，22の帯状スポット光は投影レンズ１の結像面ＦＰ
上に結像するように予め調整されている。

さて、第５図はそのオフ・アクシス方式のＷ−ＭＩＣ2
1，22の帯状スポット光と、投影レンズ１のイメージフ
ィールドｉｆとの配置を示す平面図である。２次元移動
ステージの移動座標系ＸＹの原点を投影レンズ１の光軸
ＡＸと一致させたとき、Ｗ−ＭＩＣ21はＹ軸上で光軸Ａ
Ｘから所定距離だけ間隔をあけて配置され、Ｗ−ＭＩＣ
21の帯状のスポット光ＷＹＳはＸ方向に細長く形成され
る。またＷ−ＭＩＣ22はＸ方向に細長いスポット光ＷΘ
Ｓを形成し、スポット光ＷΘＳのＸ方向の中心とスポッ
ト光ＷＹＳのＸ方向の中心とが間隔Ｌだけ離れるように
配置される。そしてスポット光ＷＹＳとＷθΘとを結ぶ
線分がＸ軸と平行、又はＸ軸と所定角度を成すように、
スポット光ＷΘＳのＹ方向の照射位置が調整可能になっ
ている。具体的には第６図に示すように、Ｗ−ＭＩＣ22
は平行なレーザ光束ｌ_０を入射して、その光束ｌ₀を対
物レンズ22ａで収束してスポット光ＷΘＳに整形する。
このとき対物レンズ22ａに入射するレーザ光束ｌ₀を平
行平板ガラス（以下、ハービングガラスと呼ぶ）22ｂに
よって所定角度範囲内でシフトする。これによって光束
ｌ₀は光束ｌ₁，ｌ₂のように偏向され、スポット光ＷΘ
ＳはＹ方向にΔＹの範囲で変位する。さて、第５図にお
いて、スポット光ＷＹＳとＷΘＳの間隔ＬはウエハＷ上
の代表的な２ケ所に設けられたマークが同時に検出でき
るように定められている。換言すれば、Ｗ−ＭＩＣ21，
22によってウエハＷ上のマークが同時に検出できるよう
に、ウエハＷ上に間隔Ｌだけ離れた２つのマークを設け
るようにする。この２つのマークは、各々Ｘ方向に伸び
た格子状のパターンを有し、そのマークはスポット光Ｗ
ＹＳ、ＷΘＳに対するウエハＷのＹ方向の位置ずれ検出
に使われる。

さて、第７図はウエハホルダー10に設けられた基準マー
ク板30のマークパターンを示す平面図である。基準マー
ク板30には座標系ＸＹの各Ｘ軸とＹ軸とに平行に格子状
のマークＦＭｙとＦＭｘとが設けられるとともに、Ｘ
軸、Ｙ軸に平行な線状のマーク30Ｙ、30Ｘがクロスして
設けられている。マークＦＭｘ、ＦＭｙはＬＳＡ系18，
19のスポット光ＳＰｘ、ＳＰｙやＷ−ＭＩＣ21，22のス
ポット光ＷＹＳ、ＷΘＳの照射により回折光を発生する
ものであり、ＬＳＡ系18，19やＷ−ＭＩＣ21，22の調
整、較正、及び各種測定に使われる。またマーク30Ｘ、
30ＹはＲ−ＭＩＣ16，17や、ＤＤＡ系20等の調整、較正
及び各種測定に使われる。

一方、第８図は本実施例に好適なレチクルＲのマーク配
置を示す平面図である。第８図(a)において、レチクル
Ｒのパターン領域Ｐｒの中心をＲＣ（レチクルセンタ
ー）とし、中心ＲＣが原点となるように座標系ＸＹを定
める。この座標系ＸＹに関してレチクルＲは回転してい
ないものとすると、マークＲｘｙは第８図(b)のように
線状のクロスパターンとしてＸ軸上に位置し、マークＲ
ΘはＹ軸状にＸ方向に伸びる線状アターンとして位置す
る。もちろんＲｘｙ、ＲΘの中心ＲＣからの距離はレチ
クルＲの設計上予め決められた値である。そして、マー
クＲｘｙの中心ＲＣと対向する側には、マークＲＳがＸ
軸上に設けられている。マークＲＳは遮光部に単に矩形
状の光透過性の窓を設けたもので、第８図(C)に示すよ
うにＸ軸と平行な２本の明暗のエッジＲＳ１、ＲＳ２が
ＤＤＡ系20によるアライメント時や位置ずれ検出時に使
われる。第８図(C)ではＤＤＡ系20でマークＲＳと基準
マーク板30のマーク30Ｙとを重ね合せて観察した様子を
示し、エッジＲＳ１とマーク30Ｙとの間隔がエッジＲＳ
２とマーク30Ｙとの間隔と等しくなったとき、基準マー
ク板30、すなわちウエハステージとレチクルＲとの位置
合せが達成されたことになる。尚、マークＲＳのエッジ
ＲＳ１とエッジＲＳ２との中心線がＸ軸に一致するよう
に定められている。

第９図は本装置の制御系の回路ブロック図である。マイ
クロコンピュータ、ミニコンピュータ等のプロセッサー
（以下ＣＰＵと呼ぶ）60はインターフエイス回路（以
下、ＩＦＣとする）61を介して装置全体の動作を統括制
御する。レーザステップアライメント系処理回路（以
下、ＬＳＡＣと呼ぶ）62は第２図に示したＬＳＡ系の光
電検出器49の光電信号と、レーザ干渉計12，14からの位
置情報、例えば２次元移動ステージの単位移動量（０．
０２μｍ）毎に発生するアップパルス、ダウンパルスと
に基づいて、ウエハＷ上のマーク等からの回折光の強度
分布を位置に応じて抽出し、そのマークのスポット光Ｓ
Ｐｘ，ＳＰｙに対する位置を検出するものである。ただ
し、スポット光ＳＰｘの照明によりマークから生じる回
折光に応じた光電信号はレーザ干渉計12のアップダウン
パルスに応答してサンプリングされ、スポット光ＳＰｙ
の照射によりマークから生じる回折光に応じた光電信号
はレーザ干渉計14のアップダウンパルスに応答してサン
プリングされる。

レチクルアライメント系処理回路（以下、Ｒ−ＡＬＧと
呼ぶ）63は第１図に示したＲ−ＭＩＣ16，17と共働し
て、マークＲｘｙ，ＲΘを光電検出して、Ｒ−ＭＩＣ1
6，17中の指標に対するマークＲｘｙ、ＲΘの位置ずれ
量を算出し、その算出した量が零になるように、レチク
ルステージ２の駆動部３，４をフィード・バック制御す
る。またＲ−ＭＩＣ16，17は投影レンズ１を介して基準
マーク板30上のマーク30Ｘ、30Ｙ（場合によってはマー
クＦＭｘ、ＦＭｙ）も検出可能であり、このときＲ−Ａ
ＬＧ63はＲ−ＭＩＣ16，17中の指標に対するマーク30
X，30Ｙの位置ずれ量を求め、その結果をＩＦＣ61を介
してＣＰＵ60に送出する。ダイ・バイ・ダイアライメン
ト系処理回路（以下ＤＤＡＣと呼ぶ）64は第１図中のＤ
ＤＡ系20と共働して、ウエハＷ上のマーク、又は基準マ
ーク板30のマーク30Ｙと、レチクルＲのマークＲＳとを
共に観察し、その両方のマーク像を光電検出し、両マー
クのＹ方向に関する相対的な位置ずれ長を検出するもの
である。

ウエハアライメント系処理回路（以下、ＷＡＣと呼ぶ）
65は第２図に示したＷ−ＭＩＣ21，22からの光電信号に
基づいて、スポット光ＷＹＳ、ＷΘＳに対するウエハ上
のマークのＹ方向の位置ずれを検出するものである。
尚、ＷＡＣ65にはＣＰＵ60からの指令で第６図に示した
ハービングガラス22ｂを回転させる機能も含まれてい
る。

さて、ＣＰＵ60はＩＦＣ61を介して、ウエハステージの
Ｘ方向の駆動部７（以下、Ｘ−ＡＣＴ７とする）、Ｙ方
向の駆動部５（以下、Ｙ−ＡＣＴ５とする）、及びウエ
ハホルダー19の回転用の駆動部11（以下、Θ−ＡＣＴ11
とする）に、それぞれ所定の駆動指令を出力する。その
駆動量もＣＰＵ60の演算や、各種アライメント系処理回
路で検出された位置ずれ量に応じて決定される。またオ
ペレータが指示を与えたり、装置の動作進行を表示した
りするために端末装置66が設けられ、この端末装置66は
ＣＰＵ60との間でマン・マシンのインターフエイスとし
て働く。尚、ＩＦ61にはレーザ干渉系12からのアップダ
ウンパルスを可逆計数する不図示のＸカウンタと、レー
ザ干渉計14からのアップダウンパルスを可逆計数するｙ
カウンタとが設けられ、ＣＰＵ60はＸカウンタＹカウン
タの両計数値を読み取ることによって、ウエハステージ
の座標系ＸＹにおける２次元的な位置（座標値）を検出
する。このためＣＰＵ60はあくまでも座標系ＸＹを基準
にウエハステージの位置検出や位置決めを行なう。

次に本実施例の動作を第10図の概略的なフローチャート
図に基づいて説明する。第10図はレチクルＲ、ウエハＷ
の位置合せ（アライメント）から露光までの基本的な動
作を示してある。以下、その工程をステップ２００〜２
１３により説明するが、まず始めに、ウエハＷ上に第１
層目（フアーストレイヤー）の回路パターンを転写する
場合について述べる。

ステップ２００レチクルＲを第１図のようにレチクルステージ２に裁置
する前に、座標系ＸＹにおけるＲ−ＭＩＣ16の検出中心
（指標）の投影位置を測定（チェック）する。この様子
を第11図に基づいて説明する。第11図は投影レンズ１の
イメージフィールドｉｆ中に投影されたＲ−ＭＩＣ16，
17の指標の像16ａ、17ａの配置と、基準マーク板30の配
置を示す。

尚、イメージフィールドｉｆ内にはレチクルＲが回転誤
差を含めて位置ずれなくアライメントされたときに投影
されるパターン領域Ｐｒの投影像Ｐｒ′と、マークＲＳ
の投影像Ｒｓ′とを示した。Ｒ−ＭＩＣ16の指標像16ａ
は基準マーク板30のクロス状のマーク30Ｘ，30Ｙ又はレ
チクルＲのクロス状のマークＲｘｙを挟み込むように相
捕的な形状であり、Ｒ−ＭＩＣ17の指標像17ａはレチク
ルＲのマークＲΘ、又は基準マーク板30のマーク30Ｙを
挟み込むような形状である。さて、このステップ２００
ではＲ−ＭＩＣ16の指標像16ａのＹ方向の位置をレーザ
干渉計14で計測する。尚、以後の説明を簡単にするため
に、レーザ干渉計12，14で位置計測されるウエハステー
ジは基準マーク板30のマーク30Ｘ、30Ｙの交点が投影レ
ンズ１の光軸ＡＸを通るように位置決めされたとき、座
標系ＸＹの原点になったものとする。すなわち、その状
態のとき、ＩＦＣ61内に設けられたレーザ干渉計12用の
Ｘカウンタの計数値と、レーザ干渉計14用のＹカウンタ
の計数値とが共に零になるように予めセットされてい
る。指標像16ａの中心は長期的なドリフトや設定精度に
よって、第11図のように常にＸ軸上に位置するとは限ら
ない。そこでＣＰＵ60はウエハステージを原点位置（マ
ーク30Ｘ、30Ｙの交点と光軸ＡＸとが一致する位置）か
らＸ方向に移動した後、Ｒ−ＡＬＧ63によってマーク30
Ｘ、30Ｙと指標像16ａとが位置合せされるように、Ｘ−
ＡＣＴ７、Ｙ−ＡＣＴ５を駆動する。そして位置合せ達
成後、ＣＰＵ60はそのときのウエハステージのＹ座標
値、すなわちレーザ干渉計14用のＹカウンタの値を読み
込み記憶する。そのＹ座標値をＹ₁とする。

ステップ２０１次にＣＰＵ60はレチクルＲをレチクルステージ２上にロ
ーディングし、真空吸着した後、レチクルステージ２を
微動させてレチクルＲのアライメントを行なう。これは
指標像16ａとレチクルＲのマークＲｘｙとが重なり、指
標像17ａとレチクルＲのマークＲΘとが重なるように、
Ｒ−ＡＬＧ63を介して駆動部３，４によりレチクルステ
ージ２を移動することにより達成される。このレチクル
アライメントの達成後、レチクルステージ２は不図示の
基台に真空吸着される。また、第１層目のレチクルＲに
は第12図に示すように、第２層目以降の重ね合せ露光時
にウエハアライメントやレーザステップアライメント等
に用いるマークＷｙＷΘ、マークＳｘ、Ｓｙ、Ｓｙ′が
設けられている。

マークＷｙ、ＷΘは格子状のパターンであり、巨視的に
はＸ方向に伸びた線状マークであり、レチクルＲの２ケ
所にＸ軸と平行に設けられる。マークＳｘはＹ軸上に伸
びた格子パターンであり、マークＳｙ、Ｓｙ′はともに
Ｘ軸上に延びた格子パターンである。マークテｙ、Ｓ
ｙ′はＸ軸上で中心ＲＣを挟んで両側に設けられてい
る。

ステップ２０２次にＣＰＵ60はレチクルＲの座標系ＸＹに対する残存回
転誤差、すなわちレチクルローテーシヨン（以下、ＲＲ
と呼ぶ）を測定する。まずウエハステージを指標像16ａ
とマーク30Ｘ、30Ｙとが重ね合された位置に移動する。
このとき少なくともＹ方向の位置が先に記憶したＹ座標
値Ｙ₁になるようにウエハステージを位置決めする。そ
の後ＣＰＵ60は、マーク30Ｘ、30ＹがレチクルＲのマー
クＲＳの投影像Ｒｓ′と重なるようにウエハステージを
Ｙ座標値Ｙ₁が変化しないようＸ方向に移動させる。マ
ークＲＳの像Ｒｓ′はマーク30Ｙと重なり、ＤＤＡ系20
によって第８図(C)に示したように観察される。このと
きマーク30Ｙが第８図(C)のようにエッジＲＳ１とＲＳ
２の中央に正確に挾み込まれていれば、レチクルローテ
ーションの量は零である。ところが一般には微小角度で
はあるが回転誤差が存在する。従ってマークＲＳとマー
ク30Ｙは相対的にＹ方向に変位して観察される。そこで
ＤＤＡ系20、ＤＤＡＣ64によってマークＲＳとマーク30
ＹのＹ方向の位置ずれを検出し、その位置ずれがなくな
るようにウエハステージをＹ方向に微動する。そしてＣ
ＰＵ60は位置ずれがなくなったときのＹ座標値Ｙ₂を記
憶する。そこで指標像16ａの中心からマークＲＳの投影
像Ｒｓ′までウエハステージを移動させた距離をＬＸと
すると、ＣＰＵ60は座標系ＸＹに対するレチクルＲの回
転量ΘＲを式(1)によって演算する。

ただし、回転量ΘＲは極めて小さいため、式(2)により
近似演算する。

この回転角ΘＲは座標系ＸＹのＸ軸に対して、レチクル
ＲのマークＲｘｙの中心とマークＲＳの中心を結ぶ線分
がどれ位傾いているかを表わす。以上でＲＲ測定が完了
する。

ステップ２０３次にＣＰＵ60は不図示の搬送装置を制御してウエハＷを
ウエハホルダー10上に裁置する。このときウエハＷは、
その周辺に設けられた直線的な切欠き（以下フラットと
呼ぶ）を使ってフラットと座標系ＸＹのＸ軸とが平行に
なるようにプリアライメントされる。

ステップ２０４次にＣＰＵ60は、露光すべきウエハＷがロットの一番初
めのウエハか否かを判断する。通常、半導体素子の製造
では同一の処理を受ける複数のウエハをロット（ＬＯ
Ｔ）と称して管理している。このため１ロット内のウエ
ハは互いに製造時のバラつきが少ない。

ここではロットの一番初めのウエハを露光するものとし
て、ＣＰＵ60は次のステップ２０５を実行する。

ステップ２０５次にＣＰＵ60は露光すべきパターンが第１層目（１ｓ
ｔ）か否かを判断する。ここでは第12図に示した第１層
目用のレチクルＲを装着したので、ＣＰＵ60は次のステ
ップ２０６を実行する。

ステップ２０６さて、この座標決定ＡでＣＰＵ60はステップアンドリピ
ート方式によるウエハステージのステッピング座標を、
座標系ＸＹに対してレクチルＲの回転量ΘＲだけ傾ける
ような補正演算を行なう。この様子を第13図により説明
する。第13図においてレチクルＲのパターン領域Ｐｒの
投影像Ｐｒ′は座標系ＸＹに対して回転量ΘＲだけ傾い
ている。従って投影像Ｐｒ′の回転誤差がないものと仮
定して、ウエハステージを単純にＸ方向、Ｙ方向に一定
ピッチだけ歩進させては露光することを繰返すと、例え
ばウエハＷ上でＸ方向に配列した投影像Ｐｒ′１の中心
Ｏ₁は正確にＸ軸上に一致するものの、座標系ＸＹに関
して各投影像Ｐｒ′、Ｐｒ′１は回転誤差を含んだまま
である。そこで、座標系ＸＹに対して投影像Ｐｒ′（レ
チクルＲ）の回転量ΘＲだけ傾いた直交座標系αβを定
め、この座標系αβに沿ってウエハステージをステッピ
ングさせる。このようにして露光した投影像Ｐｒ２′は
投影像Ｐｒ′も含めて、座標系αβに関しては回転誤差
が除去されたものとなる。

ここで座標系αβはウエハＷ上に同一の回路パターンが
マトリックス状の配置で転写された複数の局所領域、す
なわちチップの配列を表わすので、以後配列座標と呼ぶ
ことにする。さて、ウエハＷ上に配列すべき複数のチッ
プのＸ方向のピッチを第13図のようにＳＰとすると、Ｘ
方向に繰返し露光する際、ウエハステージを次のステッ
ピングで現在位置からΔＸ、ΔＹだけ移動させた位置に
停止させればよい。その移動量ΔＸ、ΔＹはＸ方向のス
テッピング時には式(3)，(4)で決定され、Ｙ方向のステ
ッピング時にはＹ方向のピッチをＳＰ／として式(5)，
(6)で決定される。

これら式(3)〜(6)に基づいて、ＣＰＵ60はウエハステー
ジがウエハＷ上での配列座標αβに従ってステッピング
するように、各チップの座標系ＸＹにおける位置を予め
演算する。

ステップ２０７次にＣＰＵ60はウエハステージを先の演算結果に基づい
てステッピングさせて、ウエハＷ上にレチクルＲのパタ
ーンを繰り返し露光（プリント）する。この繰り返し露
光によってウエハＷ上には例えば第14図のようにチップ
が配列される。第14図ではウエハＷのフラットＦＬと座
標系ＸＹのＸ軸とが平行であったものとし、Ｘ方向に配
列した複数のチップのうち一列のみを示す。各チップＣ
₁〜Ｃ₉の中心Ｏ₁〜Ｏ₉は全てα軸上に位置し、しかも各
チップとも配列座標αβにおいては回転していない。

ステップ２０８以上のようにして露光された第１層目のウエハＷは、ウ
エハホルダー10から取り出され、現像等の工程に送られ
る。次のウエハＷ、すなわちロットの２番目のウエハを
露光する場合、ＣＰＵ60はウエハの交換（Ｗ交換）を行
ない、再びステップ２０３から同様の動作を繰り返し実
行する。

以上のようにして再びステップ２０３でウエハＷのプリ
アライメントが実行され、ＣＰＵ60はステップ２０４を
実行する。ステップ２０４ではロットの２番目のウエハ
を露光することが判断されて、ＣＰＵ60はステップ２０
７を実行する。

２番目のウエハについては、すでに回転量ΘＲに応じた
配列座標系αβが決定されているので、その座標系αβ
に従って第14図のように各チップの露光が繰り返し実行
される。

以上の通り、第１層目のパターンの露光のときは重ね合
せの動作が不要であり、第１層目用のレチクルＲを交換
しない限り、ステップ２０３，２０４，２０７，２０８
が連続して練り返される。こうして露光されたウエハは
第１層目のプロセスを処されて第15図のようにマトリッ
クス状のチップＣｎが形成される。チップＣｎの各々は
第１層目のレチクルＲのパターン領域Ｐｒが転写された
ものであり、各チップにはレーザステップアライメント
用のＳｘｎ、Ｓｙｎと、ウエハアライメント用のマーク
Ｗｙｎ、ＷΘｎとが付随して形成される。ただしマーク
Ｗｙｎ、ＷΘｎは、図面を簡略にするため、ウエハＷ上
の左右に離れた２つのチップＣ７，Ｃ12に付随したマー
クＷｙ７,ＷΘ７とマークＷｙ12,ＷΘ12のみについて図
示した。また第15図では１つのチップについて２つのマ
ークＳｘｎ,Ｓｙｎのみが直交する方向に伸びて設けら
れているが、第12図のレチクルＲのパターンからも明ら
かなように、実際には第16図に示すようにチップ中のマ
ークＳｙｎと対向する位置にマークＳｙｎ′も形成され
る。第16図はウエハＷ中の中央付近で配列座標系αβの
原点のチップＣ₉の拡大図であり、マークＳｙ９とマー
クＳｙ９′とはα軸上に一致して形成される。尚、マー
クＷｙｎ,ＷΘｎはマークＷｙ７とＷΘ12との間隔、あ
るいはマークＷΘ７とＷｙ12との間隔のいずれか一方の
間隔が、オフ・アクシス方式のＷ−ＭＩＣ21，22のスポ
ット光ＷＹＳ、ＷΘＳの間隔Ｌと等しくなるように形成
される。

上記第１層目の露光の際、レチクルローテーシヨンに応
じてウエハステージを座標系ＸＹに対して傾けてステッ
ピングさせることは、重ね合せ露光を必要としないフオ
トリピータ、すなわち原図となるレチクルを用いて、プ
ロキシミティ方式、又はコンタクト方式の一括露光装置
に使用するワーキングマスクを作るための露光装置にも
極めて有効である。

続いて、第１層目のパターンが転写されたウエハＷに第
２層目以降のパターンを重ね合せて露光する動作を、先
に示した第10図のフローチャート図を用いて説明する。
第１層目の露光で、レチクルローテーシヨン量に応じて
ウエハステージのステッピング位置を補正することで、
ウエハ上の配列座標系αβに対する各チップの回転（以
下、チップローテーシヨンＣＲと呼ぶ）が除去されて、
転写されるとしたが、必らずしも回転量が零になるとは
限らない。その原因としては、装置のドリフトによるア
ライメント精度やステッピング精度の低下、あるいはレ
チクルアライメントの完了後に、レチクルステージ２を
基台に真空吸着するときに生じる位置ずれ等が考えられ
る。また第１層目を他の露光装置で転写した場合は、必
らずしもレチクルローテーシヨンを補正するように、す
なわちチップローテーシヨンを除去して各チップを配列
したとは限らない。このチップローテーシヨンは例えば
第17図に示すように、各チップの中心は配列座標系αβ
に沿って正確に位置するが、各チップ自体は回転量ΘＣ
だけ傾いたものとなる。従って第２層目以降の重ね合せ
露光ではレチクルローテーシヨン以外にチップローテー
シヨンも測定し、補正する必要がある。

さて、第２層目を露光する前に、第２層目用のレチクル
Ｒ（第８図に示したレチクルＲ）を露光装置に装着し、
第10図のステップ２００〜２０５までを前述の動作と全
く同様に実行する。ここではロツトの１番目のウエハの
第２層目のパターンを露光するので、次のステップ２１
３を実行する。

ステップ２１３ここでＣＰＵ60はＷ−ＭＩＣ21，22の較正（いわゆる平
行出し）を行なう。まず、ＣＰＵ60はＷＡＣ65と共働し
て基準マーク板30のマークＦＭｙがＷ−ＭＩＣ21のスポ
ット光ＷＹＳと一致するように、ウエハステージを位置
決めする。そしてＣＰＵ60はそのときのウエハステージ
のＹ座標値を記憶した後、そのＹ座標値が変化しないよ
うにウエハステージをＸ方向に間隔Ｌだけ移動させる。
これによって基準マーク板30のマークＦＭｙがＷ−ＭＩ
Ｃ22の観察視野内に位置する。次にＣＰＵ60はマークＦ
Ｍｙとスポット光ＷΘＳとが一致するように、第６図に
示したようなハービングガラス22ｂをＷＡＣ65を介して
調整する。

以上の動作によって、スポット光ＷＹＳとＷΘＳとを結
ぶ線分は座標系ＸＹのＸ軸と正確に平行になる。

さてＷ−ＭＩＣ21，22の平行出しが終わると、ＣＰＵ60
は第15図に示したウエハＷのマークＷｙ７がＷ−ＭＩＣ
21の視野内に位置し、マークＷΘ12がＷ−ＭＩＣ22の視
野内に位置するように、ウエハステージを位置決めす
る。そしてスポット光ＷＹＳとマークＷｙ７とが一致す
るようにウエハステージをｙ方向に位置決めした後、Ｃ
ＰＵ60はスポット光ＷＹＳとマークＷｙ７とが一致した
状態を保ったまま、スポット光ＷΘＳとマークＷΘ12と
が一致するようにウエハホルダー10を回転させる。これ
によってウエハの座標系ＸＹに対する回転誤差が除去さ
れ、配列座標系αβも座標系ＸＹに対して回転ずれなく
設定される。

そしてＣＰＵ60はスポット光ＷＹＳとマークＷｙ７とが
一致した状態のとき、レーザ干渉計14のＹカウンタの値
をＹ座標値Ｙｇｏとして記憶する。次にＣＰＵ60はＬＳ
Ａ系18によるスポット光ＳＰｘ（第４図参照）がウエハ
Ｗの中央付近のチップＣ９（第15図参照）のマークＳｘ
９と一致するようにウエハステージを移動する。マーク
Ｓｘ９の位置はＬＳＡＣ62によって検出される。具体的
にはマークＳｘ９とスポット光ＳＰｘとを平行に位置さ
せた後、マークＳｘ９とスポット光ＳＰｘとが相対的に
走査するようにウエハステージをＸ方向に所定量だけ移
動させ、その時マークＳｘ９から生じる回折光の強度分
布を抽出する。そして例えばその強度分布のピーク位
置、強度分布をＸ方向に２等分する位置、又は強度分布
の重心位置を求める。その求めた位置にウエハステージ
を戻すことによってスポット光ＳＰｘとマークＳｘ９と
は精密に一致する。

こうしてマークＳｘ９とスポット光ＳＰｘとが一致した
時、ＣＰＵ60はレーザ干渉計12のＸカウンタをＸ座標値
Ｘｇｏとして記憶する。以上の動作によりウエハＷの配
列座標系αβと座標系ＸＹの対応付けが完了する。ただ
し、この場合、座標系αβのα軸は第15図とは異なり、
マークＷｙ７，ＷΘ７，Ｗｙ12,ＷΘ12を通ることにな
るが、Ｗ−ＭＩＣ21，22を使ったアライメント時に、Ｙ
カウンタから読み取ったＹ座標値Ｙｇｏを、マークＳｙ
ｎ（Ｓｙｎ′）とマークＷｙｎ(ＷΘｎ)とのβ方向の間
隔分だけ小さくすることによって、α軸は第15図と同様
に規定される。

このためＸ、Ｙカウンタの計数値が記憶したＸＹ座標値
Ｘｇｏ，Ｙｇｏの各々等しくなるようにウエハステージ
を位置決めすると、投影レンズ１の光軸ＡＸ、すなわち
レチクルＲの中心ＲＣの投影点とチップＣ９の中心Ｏ９
（座標系αβの原点）とを一致させることができる。以
上でウエハグローバルアライメントとが終了する。

ステップ２１０ここでＣＰＵ60は先に説明したチップローテーシヨン
（ＣＲ）を測定する。ＣＲ測定にはＬＳＡ系19によるス
ポット光ＳＰｙを用い、ウエハ上の各チップの両側に形
成されたマークＳｙｎとＳｙｎ′のＹ方向の位置ずれを
検出することによって回転量ΘＣを求める。まずＣＰＵ
60はスポット光ＳＰｙがウエハ中央付近のチップＣ９の
マークＳｙ９をＹ方向に走査するようにウエハステージ
を移動させ、スポット光ＳＰｙとマークＳｙ９とが一致
したときのＹ座標値Ｙ３をＹカウンタから読み込み記憶
する。次にスポット光ＳＰｙがマークＳｙ９′と平行に
並ぶように、ウエハステージをＸ方向に移動する。その
移動量はマークＳｙ９とＳｙ９′の間隔分であるが、レ
ーザ干渉計12のＸカウンタから正確に読み取るものとし
て、ＰＸとする。次にＣＰＵ60は同様にマークＳｙ９′
をスポット光ＳＰｙでＹ方向に走査し、スポット光ＳＰ
ｙとマークＳｙ９′とが一致したときのＹ座標値Ｙ４を
Ｙカウンタから読み込み記憶する。以上の計測値に基づ
いて、ＣＰＵ60は式(7)によりチップローテーシヨンの
回転量ΘＣを演算する。ただしΘＣは極めて小さいので
近似してある。

以上、チップローテーションの計測は、精度向上の点で
ウエハＷの中央付近に位置する複数のチップについて同
様に行ない、その各チップで求めた回転量ΘＣを平均化
した方がよい。

以上によりＣＰＵ60はＣＲ測定を終了し、次のステップ
２１１を実行する。

ステップ２１１ここでＣＰＵ60はウエハＷを、第２層目用のレチクルＲ
の回転量ΘＲとチップローテーションの回転量ΘＣの差
ΔΘだけ座標系ＸＹに対して傾けて位置決めするように
ウエハのグローバルアライメントを再度実行する。この
再アライメントの手順は２通りある。１つはウエハＷ上
のマークＷｙ、ＷΘを使う方法であり、もう１つは基準
マーク板30のマークＦＭｙを使う方法である。ウエハＷ
上のマークＷｙ、ＷΘを使う場合、ＣＰＵ60は先のステ
ップ２０３と同様に、ＷＡＣ65の共働してＷ−ＭＩＣ21
のスポット光ＷＹＳがマークＷｙ７と一致し、Ｗ−ＭＩ
Ｃ22のスポット光ＷΘＳがマークＷΘ12と一致するよう
に２次元移動ステージを位置決めする。

次にＣＰＵ60はスポット光ＷＹＳとＷΘＳの間隔Ｌと、
回転量ΔΘとに基づいて、ウエハＷを座標系ＸＹに対し
てΔΘだけ傾いたときに生じるマークＷｙ７とマークＷ
Θ12のＹ方向の偏差量ΔＹＣを、式(8)により演算す
る。ただし回転量ΘＣが極めて小さいので近似してあ
る。

ΔＹＣ≒Ｌ・ｓｉｎ(ΘＣ−ΘＲ) ＝Ｌ・(ΘＣ−ΘR)…(8) 尚、レチクルローテーシヨンの回転方向は座標系ＸＹに
おいて反時計回りを正とし、チップローテーシヨンの回
転方向は配列座標系αβにおいて反時計回りを正とす
る。そしてＣＰＵ60はこの偏差量ΔＹＣだけウエハステ
ージをＹ方向に移動させる。Ｙ方向の正負のどちらに移
動するかは（ΘＣ−ΘＲ）の演算結果が正になるか負に
なるかによって決まる。ここでは（ΘＣ−ΘＲ）が正の
ときはウエハステージをＹ方向の負に偏差量ΔＹＣだけ
移動させたものとする。次にＣＰＵ60はＷＡＣ65を制御
して、Ｗ−ＭＩＣ22内のハービングガラス22ｂ（第６図
参照）を回転させ、２次元移動ステージを偏差量ΔＹＣ
だけ移動させた方向にスポット光ＷΘＳを変位させる。
そしてＷＡＣ65によってスポット光ＷΘＳとＲΘ12との
一致が検出された時点でハービングガラス22ｂの回転を
停止する。

一方、ウエハの再アライメントでマークＦＭｙを使う場
合は、まずマークＦＭｙとスポット光ＷＹＳとが一致す
るようにウエハステージを位置決めする。そしてウエハ
ステージをＸ方向に平行に距離Ｌだけ移動させるととも
に、先の式(8)で決まった偏差量ΔＹＣだけＹ方向に移
動させた位置に停止させる。その後、スポット光ＷΘＳ
とマークＦＭＹとが一致するようにハービングガラス22
ｂを回転させればよい。

以上までの動作でスポット光ＷＹＳとＷΘＳとを結ぶ線
分は座標系ＸＹのＸ軸に対して回転量ΔΘだけ傾いたも
のに調整される。次にＣＰＵ60は先のステップ２０３と
同様にマークＷｙ７がスポット光ＷＹＳと一致し、マー
クＷΘＳ12がスポット光ＷΘＳと一致するように、２次
元移動ステージをＹ方向に微動させると共にウエハホル
ダー10を微小回転させる。これによってウエハＷの配列
座標系αβは座標系ＸＹに対して回転量ΔΘだけ傾いて
アライメントされる。しかもレチクルＲの投影像Ｐｒ′
とウエハＷ上の重ね合せるべきチップとの相対的な回転
誤差は除去されたものとなる。

以上の様子を図示すれば第18図、第19図の通りである。
第18図はウエハＷの配列座標系βと座標系ＸＹとを一致
させて、チップＣ９に第２層目のパターンの投影像Ｐ
ｒ′を重ね合せた場合を示す。レチクルＲのローテーシ
ヨンによる投影像Ｐｒ′は座標系ＸＹに対して負方向に
ΘＲだけ回転し、ウエハＷ上の各チップＣｎはチップロ
ーテーシヨンのために座標系ＸＹ（αβ）に対して正方
向にΘＣだけ回転している。そこで先に説明した通り、
回転量ΘＲ、ΘＣに応じてウエハＷを再アライメントす
ることによって、第19図に示すように配列座標系αβは
座標系ＸＹに対してΔΘだけ傾き、投影像Ｐｒ′とチッ
プＣ９は相対的な回転ずれがなく一致する。そこでステ
ップアンドリピート方式で露光する際、ウエハステージ
を座標系ＸＹに従ってステッピングさせるのではなく、
座標系ＸＹに対してΔΘだけ傾いた座標系Ｘ′Ｙ′（第
19図では配列座標系αβと一致している。）に従ってス
テッピングさせれば、各チップとも回転誤差なく重ね合
せ露光が行なわれる。以上によってステップ２１１のウ
エハ再アライメントが完了する。

ステップ２１２次にＣＰＵ60はウエハステージのステッピングにおける
補正量を、先の式(3)〜(6)と同様に演算する。すなわ
ち、ウエハＷ上でα（Ｘ′）軸に沿って一列に並んだチ
ップを順次露光する場合は式(9)、(10)によって次に露
光する隣りのチップまでのステッピング距離ΔＸ、ΔＹ
を求め、β（Ｙ′）軸に沿って一列に並んだチップを順
次露光する場合は、式(11)、(12)によってβ方向の隣り
のチップまでのステッピング距離ΔＸ、ΔＹを求める。

ただしＳＰは配列座標系αβにおけるチップのα方向の
配列ピッチであり、ＳＰ′はβ方向の配列ピッチであ
る。また回転量ΔΘは極のて小さいので近似式としてあ
る。

ステップ２０７次にＣＰＵ60はステップ２１２で演算されたステッピン
グ量（ΔＸ、ΔＹ）に応じてウエハステージを歩進さ
せ、第２層目のレチクルＲの投影像Ｐｒ′をウエハＷ上
の各チップと重ね合せて順次露光する。以上によりウエ
ハＷ上の各チップは、レチクルローテーシヨンとチップ
ローテーシヨンとが実質的に除去されて、より精密な重
ね合合せが達成される。

ステップ２０８こうして露光されたウエハＷは装置のウエハホルダー10
から搬出され、次のウエハすなわちロットの２番目のウ
エハの露光を行なう場合は、ＣＰＵ60はステップ203か
ら同様の動作を繰り返す。ただし、ステップ204から点
線で示したようにステップ213のウエハ・アライメント
は、ウエハのプリアライメント後、ステップ211で調整
されたＷ−ＭＩＣ21，22のスポット光ＷＹＳ、ＷΘＳに
マークＷｙｎ，ＷΘｎを一致させ、ＬＳＡ系18のスポッ
ト光ＳＰｘにマークＳｘｎを一致させるグラーバルフラ
イメントをただちに実行する。これは同一ロット内の各
ウエハにはバラつきが少なく、チップローテーション量
も変化しないためである。そして次のステップ204でＣ
ＰＵ60はロットの２番目のウエハであると判断し、ただ
ちにステップ207のプリント（露光）動作を開始する。
このように同一ロットの２番目以降のウエハについては
ステップ203、204、213、207、208の順に露光処理され
る。またロットが終了し、次のロットの露光する際レチ
クルＲを交換する場合、ＣＰＵ60はステップ209の判断
により、レチクルＲを搬出してステップ200からの動作
を繰り返す。

さて上記動作の説明において、ステップ２０７ではウエ
ハステージを歩進させるだけで、特にウエハ上のマーク
を使って位置合せすることはしなかった。しかしながら
ウエハの伸縮（ランアウト）が起ると、ウエハ上のチッ
プの配列ピッチが設計上のものと異なってくるため、重
ね合せ精度の低下を招くことになる。そこでウエハステ
ージをステッピングさせて投影像Ｒｒ′とチップＣｎと
を合致させる際、レーザステップアライメント系による
スポット光ＳＰｘ，ＳＰｙを使って、チップ周辺のマー
クＳｘｎ、Ｓｙｎをそれぞれ走査し、投影像Ｐｒ′の投
影位置に対するチップのずれ量を求め、そのずれ量が零
になるようにウエハステージを微動させてから、そのチ
ップの露光を行なうとよい。この１チップについてのア
ライメントはウエハステージのステッピングのたびに行
なってもよいし（ステップアライメント）、またウエハ
上の特定のチップのみについて行ない、他のチップはウ
エハステージのステッピングだけで位置決めして露光す
る（ブロックアライメント）ようにしてもよい。またウ
エハ上の各チップ毎にレチクルＲのマークＲＳと重なる
ような線状マークを設ければ、ΔΘの座標補正によるス
テッピング後、この線状マークとマークＲＳとの合致状
態をＤＤＡ系20とＤＤＡＣ64により検出することによっ
てダイ・バイ・ダイ方式のステップアライメント、又は
ブロックアライメントを行ない、微小な位置ずれ量を補
正することができる。このようなダイ・バイ・ダイ方式
のアライメントを主にする露光装置では、レチクルロー
テーシヨンとチップローテーシヨンとを補正した段階、
例えば第19図のようにレチクルＲとウエハＷとを配置し
た後、露光時にウエハステージは単に座標系ＸＹのＸ
軸、Ｙ軸と平行にステッピングさせるだけでもよい。第
19図でウエハＷをＸ軸の負方向にピッチＳＰだけステッ
ピングさせてパターン領域Ｐｒの投影像Ｐｒ′とチップ
Ｃ10とを重ね合せる場合、投影像Ｐｒ′とチップＣ10と
の相対的な回転ずれは除去され、単にＸ方向とＹ方向の
位置ずれのみが残存する。このＸＹ方向の位置ずれはダ
イ・バイ・ダイ方式のアライメントでウエハステージを
微動させるだけで容易に除去できる。

以上本発明の第１の実施例を説明したが、第10図のステ
ップ２００のＲ−ＭＩＣチエック、ステップ２０１のレ
チクルアライメント、及びステップ２０２のＲＲ測定を
組み合せて複数回行なうことで、レチクルローテーシヨ
ン量を零に追い込むことも可能である。そのためには第
１図に示したＲ−ＭＩＣ17の光学系中に第６図に示した
ようなハービングガラスを設け、第11図に示したＲ−Ｍ
ＩＣ17の指標像17ａがＹ方向に微小量だけ変位するよう
に構成する。そして、ステップ２００，２０１，２０２
を実行して、レチクルローテーションの回転量ΘＲを求
めた後、Ｒ−ＭＩＣ17のハービングガラスを回転させ
て、その回転量ΘＲに応じた量だけ指標像17ａをＹ方向
に微小量シフトする。この動作は具体的には基準マーク
板30の基準マーク30ＹをＲ−ＭＩＣ16の指標像16ａの投
影位置から指標像17ａの投影位置まで移動させた後、更
に基準マーク30ＹをＹ方向に回転量ΘＲに応じた量だけ
微動させ、そのときの基準マーク30Ｙに指標像17ａが合
致するようにハービングガラスを振ることによって構成
される。そして再度、この調整されたＲ−ＭＩＣ17の指
標像17ａと、Ｒ−ＭＩＣ16の指標像16ａを基準にレチク
ルアライメントを実行する。このアライメント後、再び
レチクルローテーシヨンを計測し、回転量ΘＲが検出系
の精度や機械系の精度に依存して予め指定した精度内に
入ったときは次のステップ２０３を実行し、そうでない
ときは再びＲ−ＭＩＣ17のハービングガラスを調整し直
す。以上のことを所定の精度が得られるまで繰り返し実
行することによって、レチクルローテーションの回転量
ΘＲは極めて小さなものに追い込まれる。ただし、この
ような方法はランダムに発生する位置ずれに対しては偶
然を持つことになり、総合的なレチクルアライメント時
間を長くすることになる。

このため、本実施例のように１度だけＲＲ測定を実行
し、その後はウエハの回転補正やステッピング座標の回
転等によって回転ずれを補正した方が時間的には高速に
なる。もちろん、上記レチクルアライメントの方法はレ
チクルをほとんど交換しないようなときは、有効な方法
である。

次に本発明の第２の実施例を説明する。先の実施例でチ
ップローテーシヨンはレーザステップアライメント系の
スポット光ＳＰｙを使ってチップ両側のマークＳｙｎ，
Ｓｙｎ′のＹ方向の変位を計測することによって検出し
た。第２の実施例ではＤＤＡ系20とＤＤＹＣ64を使い、
レチクルＲのマークＲＳを基準窓としてチップ両側のマ
ークをウエハステージの移動により検出することによっ
てチップローテーシヨンを測定する。その測定手順を第
20図を用いて説明する。まずＷ−ＭＩＣ21，22によって
ウエハＷをグローバルアライメントし、座標系ＸＹと配
列座標系αβとを一致させる。次にグローバルアライメ
ントの精度とウエハステージのステッピング精度に頼っ
て、ウエハの中央付近のチップＣを投影レンズ１の直下
に位置決めする。次にＤＤＡ系20によってレチクルＲの
マークＲＳを観察すると、チップＣの右側にＸ方向に伸
びた線状マークＤＭ１がマークＲＳとともに検出され
る。そして、ＤＤＡＣ64によってマークＲｓのエッジＲ
ｓ１，Ｒｓ２に対するマークＤＭ１のＹ方向の位置ずれ
量ΔＹＭ１を検出する。次にウエハステージのＹ座標値
を変化させることなくＸ方向に移動し、チップＣの左側
にＸ方向に伸びて形成された線状マークＤＭ２を、マー
クＲＳを介してＤＤＹ系20で観察し、ＤＤＡＣ64によっ
てマークＲＳに対するマークＤＭ２のＹ方向の位置ずれ
量ΔＹＭ２を検出する。マークＤＭ１とＤＭ２の間隔Ｌ
Ｄは設計上予め決められているから、チップローテーシ
ヨンの回転量ΘＣは近似的に式(13)によって決められ
る。

尚、ＤＤＡ系20が露光光と同一波長の照明光をレチクル
ＲのマークＲＳに照射するように構成されているとき
は、ウエハステージがＸ方向に移動する間、その照射光
を遮断する必要がある。

次に本発明の第３の実施例を第21図、第22図に基づいて
説明する。今までの各実施例においては、レチクルロー
テーシヨンの回転量ＲＣの測定と、チップローテーシヨ
ンの回転量ΘＣの測定とを個別に行ない、演算によりそ
の偏差の回転量ΔΘを求めていた。第３の実施例はその
演算を行なうことなく直接回転量ΔΘを検出するように
したものである。第21図は第１図に示した縮小投影型露
光装置のレチクルステージ２付近を部分的に示す斜視図
であり、第１図と同一の部材には同一の符号を付けてあ
る。本実施例ではＤＤＡ系20、ミラー20ａと同一構成の
ダイ・バイ・ダイアライメント系、すなわちＤＤＡ系2
0′、ミラー20a′を投影レンズ１の光ＡＸを中心に回転
対称の位置に設ける。これに対応してレチクルＤにはパ
ターン領域Ｐｒを挾んでマークＲＳの反対側に、同様の
窓状のマークＲｓ′を形成しておく。ＤＤＡ系20′はミ
ラー20a′で折り返されたマークＲｓ′の像を観察する
とともに、投影レンズ１を介してウエハ上のマークも観
察する。

さて、第21図に示した２つのＤＤＡ系20，20′を用いる
と、第２層目以降のレチクルに対しては第10図のステッ
プ２０２（ＲＲ測定）が省略でき、さらにステップ２１
０（ＣＲ測定）では直接回転量ΔΘを測定することにな
る。その回転量ΔΘの測定手順を第22図を使って説明す
る。まずＷ−ＭＩＣ21，22の平行出しを基準マーク板30
を使って行なった後、ウエハ上のマークＷｙ７，ＷΘ12
を各々スポット光ＷＹＳ、ＷΘＳに合わせるウエハアラ
イメントを実行する。これによってウエハ上のチップＣ
の配列座標系αβとウエハステージの座標系ＸＹとの回
転誤差が除去される。第22図はその配列座標系αβと座
標系ＸＹとが一致した場合を示し、座標系ＸＹにおいて
チップＣは回転量ΘＣだけ正方向に回転し、レチクルＲ
のパターン領域Ｐｒは回転量ΘＲだけ負方向に回転して
重なっているものとする。そして、チップＣの右側のマ
ークＤＭ１がレチクルＲのマークＲＳのエッジＲｓ１と
Ｒｓ２の中心すなわち線ｌｒ上に位置合せされるように
ウエハステージをＸ座標値を変えることなくＹ方向に位
置決めする。

このときＣＰＵ60はウエハステージのＹ座標値Ｙ_１を読
み込む。次にチップＣの左側のマークＤＭ２がマークＲ
ｓ′の中心（線ｌｒ）と一致するようにウエハステージ
をＸ座標値を変えることなくＹ方向に位置決めし、ＣＰ
Ｕ60はそのときのＹ座標個Ｙ₂を読み込む。マークＲｓ
とＲｓ′のウエハ上での間隔は、マークＤＭ１とＤＭ２
の間隔と等しいものとして間隔ＬＤとすると、回転量Θ
Ｃ、ΘＲがともに極めて小さいので、ＣＰＵ60は近似式
(15)に基づいてΔΘを計算する。

回転量ΔΘを求めた後は、第１の実施例と同様にウエハ
を座標系ＸＹに対してΔΘだけ傾けて再アライメント
し、ΔΘだけ傾いた座標系αβに沿ってステップアンド
リピート方式の露光が行なわれる。

また、ＤＤＡＣ64にマークＲｓ（Ｒｓ′）とマークＤＭ
１（ＤＭ２）とのずれ量を検出する機能がある場合は、
マークＲｓ（Ｒｓ′）の中心（線ｌｒ）とマークＤＭ１
（ＤＭ２）とのＹ方向に関するずれ量ΔＹ_１（ΔＹ_２）
を線ｌｒを零として正負の極性を考慮して求めた後、式
(15)と同様に、の式によって回転量ΔΘを演算することができる。この
ようにＤＤＡＣ64の処理回路側にずれ量の検出機能があ
る場合は、チップローテーシヨンの計測のためにウエハ
ステージを微動させることなく、より高速な計測が可能
となる。

さらに本実施例のように２つマークＲｓ、Ｒｓ′をパタ
ーン領域Ｐｒの両側に設けると、レチクルアライメント
後であっても基準マーク板30を使ってレチクルローテー
シヨンの計測が可能である。この場合、まずレチクルＲ
のマークＲｓと基準マーク板30のマーク30Ｙとを位置合
せした後、マークＲｓ′とマーク30ＹがＤＤＡ系20′で
観察できるようにウエハステージをそのＹ座標値を変化
させることなくＸ方向に移動させ、マークＲｓ′とマー
ク30ＹとＹ方向の位置ずれ量を求めれば、回転量ΘＲを
計測したことになる。

以上、本発明の３つの実施例を説明したが、特に第３の
実施例に示したようにチップローテーシヨンとレチクル
ローテーシヨンとの差ΔΘを、座標系ＸＹを介すること
なく直接計測する方法は、レーザ干渉計のような高精
度、高分解能の位置検出装置を持たない露光装置にも応
用できる。例えば位置検出精度の低いエンコーダ等によ
ってウエハステージの位置を計測する露光装置では、ウ
エハのグローバルアライメントの終了後、ウエハ上の配
列座標に従うようにステップアンドリピート方式でウエ
ハステージを正確に送ることは難しく、１チップの露光
の直前に、例えばダイ・バイ・ダイ方式でそのチップと
レチクルとのアライメントを行なうのが普通である。そ
こで第３の実施例のように、レチクルローテーシヨンと
チップローテーシヨンとの差ΔΘを直接検出し、ウエハ
ステージの座標系ＸＹに対してウエハをΔΘだけ傾けて
グローバルアライメントすれば、ウエハ上のチップとレ
チクルとの相対的な回転ずれは除去される。このためダ
イ・バイ・ダイ方式で各チップ毎にレチクルとのアライ
メントをすれば、極めて高精度な重ね合せが達成される
とともに、アライメント時間を不必要に長くすることが
ないという利点がある。このように、レーザ干渉計によ
る位置検出装置を持たない露光装置ではウエハステージ
は単にＸ方向とＹ方向にのみ粗動し、レチクルステージ
２はＸ方向とＹ方向に微動するような構成にし、ウエハ
をΔΘだけ回転補正した後、ダイ・バイ・ダイアライメ
ントすることによって同様の効果が得られる。

また上記第１〜第３の各実施例で、チップローテーシヨ
ンの測定のためのマークＳｙｎ，Ｓｙｎ′、やマークＤ
Ｍ１、ＤＭ２は、それぞれチップの中心Ｏを通る線上に
一致して設けたが、チップの両側のマークを結ぶ線は必
らずしも中心Ｏを通る必要はない。また一対のマークは
チップの対角線上に配置してもよい。チップの対角線は
チップの左右の辺の間隔よりも長いので、そのようにす
るとチップローテーシヨンの計測精度が向上するという
利点がある。さらに、ウエハローテーシヨンを補正する
場合は、特開昭５６−１０２８２３号公報に開示されて
いるようにウエハの残存回転誤差を計測し、ウエハの再
アライメント（ステップ２１１）時にレイクルローテー
シヨン、チップローテーシヨンとともにウエハローテー
シヨンも含めてウエハの回転補正を行なうとよい。

以上、本発明は縮小投影型露光装置にのみ適用されるも
のはなく、例えば軟Ｘ線を用いてプロキシミティ方式で
露光するＸ線露光装置であっても、ステップアンドリピ
ート方式であれば全く同様の効果が得られる。

（発明の効果）以上説明した通り、本発明によれば、１枚の被露光基板
（ウエハ）にマスク（レチクル）のパターンを繰り返し
重ね合せ露光する際、レチクルローテーシヨンとチップ
ローテーシヨンとがともに補正されるから露光方式のち
がい、又は一同露光方式であっても異なる露光装置間で
の製造誤差等にかかわらず、被露光基板に転写されたパ
ターンは常に極めて重ね合せ精度の高いものとなる。こ
の結果、製造された半導体素子の良品率が高まり歩留り
が著しく向上するという効果が得られる。さらにレチク
ルやウエハの回転ずれに関する位置決め精度を追求しな
くとも、基板移動手段（ウエハステージ）やマスク保持
手段（レチクルステージ）の直交座標（座標ＸＹ）に対
する位置決め精度を上げるだけで位置合せ精度、再現性
精度の高い露光装置を容易に得ることができる利点もあ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による縮小投影型露光装置の概
略的な構成を示す斜視図、第２図はレーザステップアラ
イメント系の光学配置図、第３図は基準マーク板30のマ
ークＦＭの形状を示す図、第４図は投影レンズのイメー
ジフィールドｉｆとスポット光ＳＰｘ，ＳＰｙの配置を
示す図、第５図はイメージフィールドｉｆとオフ・アク
シス方式のスポット光ＷＹＳ、ＷΘＳとの配置を示す
図、第６図はスポット光ＷΘＳをシフトさせるハービン
グガラスの配置図、第７図は基準マーク板30の平面図、
第８図は第２層目のパターンを転写するためのレチクル
の平面図、第９図は本実施例の露光装置における制御系
の回路ブロック図、第10図は本実施例の動作を説明する
ためのフローチャート図、第11図はイメージフィールド
ｉｆとレチクルアライメント顕微鏡の配置を示す平面
図、第12図は第１層目のパターンを転写するためのレチ
クルの平面図、第13図はレチクルローテーシヨンを補正
する動作を説明する図、第14図は第１層目のパターンが
転写されたウエハの平面図、第15図はウエハ上の各チッ
プとアライメント用のマークの配置を示す平面図、第17
図はチップローテーシヨンを説明する図、第18図はチッ
プローテーシヨンとレチクルローテーシヨンとの関係を
説明する図、第19図はチップローテーシヨンとレチクル
ローテーシヨンとを補正する様子を示す図、第20図は本
発明の第２の実施例によるチップローテーシヨンの測定
動作を説明する図、第21図は本発明の第３の実施例によ
る露光装置のレチクル付近の構成を部分的に示す斜視
図、第２２図は第２１図の構成によるチップローテーシ
ヨンの測定動作を説明する図である。 5. 主要部分の符号の説明１……投影レンズ、２……レチクルステージ、６……Ｙ
ステージ、８……Ｘステージ、９……Ｚステージ、10…
…ウエハホルダー、16，17……レチクルアライメント顕
微鏡、18，19……レーザステップアライメント系、20，
20′……ダイ・バイ・ダイアライメント系、21，22……
ウエハアライメント顕微鏡、60……プロセッサー（ＣＰ
Ｕ）、Ｒ……レチクル、Ｗ……ウエハ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のチップ領域が規則的に２次元配列さ
れた感光基板を保持するとともに、所定の直交座標系ｘ
ｙ内で２次元移動する基板ステージと、前記感光基板上
の複数のチップ領域の配列によって決まる配列座標系α
βが前記直交座標系ｘｙに対してほぼ回転誤差なく設定
されるとともに、前記直交座標系ｘｙと対応付けられる
ように、前記感光基板をアライメントする手段と、前記
直交座標系ｘｙ上の所定位置に設定され、前記チップ領
域と重ね合わせ露光すべきパターン領域を有するマスク
を保持するマスクステージと、前記基板ステージを前記
直交座標系ｘｙ内で順次移動させることによって、前記
マスクのパターン領域を前記感光基板上のチップ領域の
夫々に順次転写する露光制御手段とを備えた露光装置に
おいて、前記マスクを前記マスクステージに保持した状態で、前
記マスクの前記直交座標系ｘｙに対する残留回転誤差量
θ_Ｒを検出するマスクローテーション検出手段と；前記感光基板を前記基板ステージに保持した状態で、前
記チップ領域の前記直交座標系ｘｙに対する平均的な回
転誤差量θ_ｃを、前記チップ領域のいくつかに付設され
たマークを検知することによって検出するチップローテ
ーション検出手段と；前記検出されたマスクローテーションと前記チップロー
テーションとの偏差がほぼ零になるように、前記マスク
に対して前記感光基板を回転させる回転手段と；該回転によって変化した前記配列座標系αβと前記直交
座標系ｘｙとの相対位置関係を、前記回転の量と方向と
に基づいて演算によって求め、前記配列座標系αβ上で
設定されている前記チップ領域の位置を前記直交座標系
ｘｙ上での露光位置に変換する演算手段とを備え、前記露光制御手段は、該演算手段によって算出された露
光位置に基づいて、前記基板ステージを位置決めするこ
とを特徴とする露光装置の位置合せ装置。
【請求項２】複数のチップ領域が規則的に２次元配列さ
れた感光基板を保持するとともに、所定の直交座標系ｘ
ｙ内で２次元移動する基板ステージと、前記感光基板上
の複数のチップ領域の配列によって決まる配列座標系α
βが前記直交座標系ｘｙに対してほぼ回転誤差なく設定
されるとともに、前記直交座標系ｘｙと対応付けられる
ように、前記感光基板をアライメントする手段と、前記
直交座標系ｘｙ上の所定位置に設定され、前記チップ領
域と重ね合わせ露光すべきパターン領域を有するマスク
を保持するマスクステージと、前記基板ステージを前記
直交座標系ｘｙ内で順次移動させることによって、前記
マスクのパターン領域を前記感光基板上のチップ領域の
夫々に順次転写する露光制御手段とを備えた露光装置に
おいて、前記基板ステージに保持され、前記アライメント手段に
よってアライメントされた状態の１番目の感光基板につ
いて、その感光基板上のチップ領域と前記マスクのパタ
ーン領域との相対的な残留回転誤差量を、前記チップ領
域のいくつかに付設されたマークを検知することによっ
て測定するローテーション測定手段と；該測定された残留回転誤差量がほぼ零になるように前記
マスクに対して前記１番目の感光基板を回転させる回転
手段と；該回転によって変化した前記１番目の感光基板の配列座
標系αβと前記直交座標系ｘｙとの相対位置関係を、前
記回転の量と方向とに基づいて求め、前記配列座標系α
β上で設定されている前記チップ領域の夫々の位置を前
記直交座標系ｘｙ上での露光位置に変換する演算手段
と；該演算手段によって算出された露光位置に従って前記基
板ステージを移動させることで、前記１番目の感光基板
に対する露光を実行する第１のシーケンス制御手段と；前記アライメント手段が、前記１番目の感光基板から測
定された残留回転誤差量に対応した回転方向のオフセッ
トを伴って２番目以降の感光基板をアライメントするよ
うに調整する手段と；該調整手段によって調整された後に、前記２番目以降の
感光基板を前記アライメント手段でアライメントし、そ
の結果に基づいて前記基板ステージを移動させること
で、前記２番目以降の感光基板に対する露光を実行する
第２のシーケンス制御手段とを備えたことを特徴とする
露光装置の位置合せ装置。