JPH0715878B2

JPH0715878B2 - 露光方法及びフォトリソグラフィ装置

Info

Publication number: JPH0715878B2
Application number: JP60163489A
Authority: JP
Inventors: 一明鈴木; 恭一諏訪; 敏男松浦; 宏一松本
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1985-07-24
Filing date: 1985-07-24
Publication date: 1995-02-22
Anticipated expiration: 2010-02-22
Also published as: JPS6224624A

Description

【発明の詳細な説明】（発明の技術分野）本発明は、フオトリソグラフイ用の基板（半導体ウエハ
等）上の異なる層間での重ね合わせ露光時に、複数台の
異なる露光装置（そのうち１台はステツプ・アンド・リ
ピート方式の露光装置、所謂ステツパー）を併用する際
の露光方法及びフオトリソグラフイ装置に関する。

（発明の背景）近年、超LSIの製造に縮小投影型露光装置が使われ、生
産性の向上に多大な功績を収めている。この種の投影露
光装置は、投影露光すべきレチクル上のパターンの線幅
の微細化や、パターン自体の高集積化に伴ない、半導体
ウエハ上の異なる層間での重ね合わせ露光時の重ね合わ
せ精度を向上させることが要求される。このことは特に
異なる装置間について顕著である。最近では開口数、倍
率、又は露光領域（投影視野）の異なる多種の投影露光
装置が出現し、超LSIの製造工場では、要求される解像
力、スループツトを考慮して１つの超LSI製造のプロセ
ス中で、異なる層間の露光を別々の装置で使いわけるこ
とが多くなつてきた。異なる投影倍率、投影視野の露光
装置同志、あるいは屈折系又は反射系のように露光方式
の異なる装置同志を、半導体製造のフオトリソグラフイ
のプロセス中で混用すること、所謂ミツクス・アンド・
マツチ（Mix and Match）においては、重ね合わせ精度
が特に重要になつてくる。重ね合わせ精度を左右する要
因として投影光学系のデイストーシヨン（像歪み）があ
げられる。一般に、同一構造の投影光学系であつても、
デイストーシヨン特性（収差曲線）は一本ごとに微妙に
異なるのが現状であり、ましてや異なる倍率や視野の投
影光学系同志では、デイストーシヨン特性が大幅に異な
ることがある。従つてこのような装置同志を用いてミツ
クス・アンド・マツチを行なつたとしても、必ずしも十
分な重ね合わせ精度が得られるとは限らない。このため
重ね合わせ不良による生産性の低下といつた重大な問題
が生じる。

（発明の目的）本発明は、上記問題を解決し、異なる露光装置間でのデ
イストーシヨンによる重ね合わせ精度の低下を軽減した
露光方法及びフオトリソグラフイ装置を提供することを
目的とする。

（発明の概要）本発明は、フオトリソグラフイ用の基板（例えばウエ
ハ）上の多数の層を重ね合わせ露光する際、少なくとも
異なる２つの露光装置（１つはステツパー）をミツクス
・アンド・マツチする場合の方法及びシステムであつ
て、一方の露光装置によつてウエハ上に形成されて、重ね合
わせ露光時に被露光部分となる領域の２次元的なデイス
トーシヨン（一方の露光装置の光学系のデイストーシヨ
ンも含む）と、重ね合わせ露光するときの他方の露光装
置による露光像の２次元的なデイストーシヨンとを比較
し、両デイストーシヨンの差に起因した重ね合わせ誤差
が最小となるように、ウエハ上の被露光領域と露光像と
の重ね合わせ位置を、設計上の位置から相対的にずらす
如く、ステツパーによりステツプ・アンド・リピート方
式の露光を行なうことを技術的要件としている。

（実施例）第１図は本発明の露光方法を実施するのに好適なフオト
リソグラフイ工程上の特定な製造ラインの一部に使われ
る２台の縮小投影型露光装置（以下、ステツパーと呼
ぶ）の概略的な構成を示す斜視図である。本実施例では
ステツパーＡによつて露光された半導体ウエハ（以下、
単にウエハと呼ぶ）Ｗを、現像処理を含むプロセスＥで
処理した後、新たにフオトレジストを塗布して、ステツ
パーＢにより重ね合わせ露光を行なう場合について説明
する。ステツパーＡには、例えば縮小倍率が1/2.5で最
大投影視野がウエハＷ上で30×30mm角（直径が約42mmの
円形フイールド）の投影レンズPL₁が設けられる。そし
て本実施例では投影レンズPL₁の光軸AX₁が、パターン領
域PA₁の中心を通るようにレチクルR₁が装着される。レ
チクルR₁のパターン領域PA₁は、その中心を原点にして
４分割され、各象限には同一の回路パターンが形成され
ている。そして、各象限のウエハＷ上での投影像の大き
さは、ステツパーＢのウエハＷ上での露光像の大きさと
一致するように定められている。さて、ステツパーＡに
装着されるウエハＷは、２次元的に移動するステージST
₁上に真空吸着され、ステツプ・アンド・リピート方式
により露光される。ステージST₁は駆動用のモータMX₁に
よりｘ方向に直進移動し、駆動用のモータMY₁によりｘ
方向と直交するｙ方向に直進移動する。これらモータMX
₁、MY₁は主制御装置CNT₁によつて制御され、ステージST
₁を所望の位置まで移動させたり、停止させたりする。
尚、不図示ではあるが、ステージST₁の座標位置はレー
ザ干渉式測長器によつて逐次検出されており、主制御装
置CNT₁はその検出された位置情報と、設計上で予め定め
た位置情報とを比較して、ステージST₁が設計上の位置
にくるように、モータMX₁、MY₁をフイードバツク制御す
る。また投影レンズPL₁には、その投影倍率を微小量だ
け調整（補正）するための圧力調整器BC₁が設けられて
いる。圧力調整器BC₁は、投影レンズPL₁を構成する複数
のレンズ間の空気室の圧力を調整し、気体の圧力変化に
依存した屈折率の変化から、投影レンズPL₁自体の投影
倍率を微調するものであり、圧力調整器BC₁の具体的な
構成、作用及び使用方法等については、例えば特開昭60
−28613号公報、特開昭60−78454号公報等に詳しく開示
されているので、ここではその説明を省略する。この圧
力調整器BC₁も主制御装置CNT₁によつて統括制御され
る。

一方ステツパーＢについても基本的な構成ステツパーＡ
と同様であり、投影レンズPL₂、ステージST₂、モータMX
₂、MY₂、圧力調整器BC₂及び主制御装置CNT₂が設けられ
ている。ただし投影レンズPL₂は、縮小倍率が1/10で、
最大投影視野が10×10mm角（直径が約14mmの円形フイー
ルド）であるものとする。そのため、レチクルR₂内のパ
ターン領域PA₂の最大寸法は100×100mm角に定められて
いる。ここでレチクルR₂とレチクルR₁の寸法関係を詳述
すると、ステツパーＢによる１シヨツトはステツパーＡ
による１シヨツトを４分割したものの１つと重ね合わさ
れることから、ステツパーＢによる１シヨツトの寸法を
最大の10×10mm角とすると、ステツパーＡによる１シヨ
ツトの寸法を２倍の20×20mm角となり、本実施例では投
影レンズPL₁の最大投影領域の寸法よりも小さい。この
ため、レチクルR₁のパターン領域PA₁の寸法は投影レン
ズPL₁の倍率から、50×50mm角になる。そして、この50
×50mm角の中に約25×25mm角のパターン領域が４つ存在
する。さて、主制御装置CNT₁とCNT₂との間では、投影レ
ンズPL₁、PL₂のデイストーシヨン（像歪み）特性等に関
するデータDSDが相互にやり取りされる。これは主制御
装置CNT₁とCNT₂との間でオンラインで行なつてもよい
し、磁気デイスク等を介してオフラインで行なつてもよ
い。また各主制御装置CNT₁、CNT₂の夫々は、ステージST
₁、ST₂のステツプ・アンド・リピート方式による位置決
め情報、すなわちウエハＷ上でのシヨツト配列の設計上
のデータも記憶している。この主制御装置CNT₁、CNT₂に
はコンピユータ等が含まれ、２つの露光装置による重ね
合わせ（マツチング）精度が最良となるように、設計上
のショツト配列に対して、実際のステツピング位置を微
小量だけ補正したり、あるいは投影倍率を微小量だけ補
正したりするための演算を行なう。

本実施例では以後の説明を簡単にするため、ステツパー
ＡによりウエハＷ上の第１層を露光し、ステツパーＢに
より第２層の重ね合わせ露光を行なうものとし、ステツ
パーＢの投影レンズPL₂のデイストーシヨンは理想的に
零であるものと仮定する。

まずウエハＷをステツパーＡのステージST₁に載置し
て、設計上のシヨツト配列データに基づいてステツプ・
アンド・リピート方式によつて第１層の露光を行なう。
この様子を第２図に示す。第２図は主制御装置CNT₁内に
記憶されたシヨツト配列データに基づいてウエハＷ上に
形成されるシヨツトの配列を示す平面図である。第２図
において、ステツパーＡによる１つのシヨツトは実線の
正方形領域で表わし、各々S₁、S₂、S₃……、S₆……S₁₅
の符号をつけてある。各シヨツトの中心はC₁、C₂……で
表わす。各シヨツト内は４つの同一回路パターン領域で
区画され、これは破線で表わしてある。ステージST₁は
第２図中に示した矢印と正反対の方向にステツピング
し、各シヨツトの露光を行なう。主制御装置CNT₁は各シ
ヨツトの中心C₁、C₂……の位置情報をシヨツト配列デー
タとして記憶している。尚、投影レンズL₁の最大投影視
野はウエハＷ上で30×30mm角あるため、レチクルR₁の露
光にあたつては、不図示のレチクルブラインド（照明視
野絞り）によつて、レチクルR₁のパターン領域PA₁のみ
を照明するようにブラインド開口の大きさを調整して、
ウエハＷ上で20×20mm角のシヨツトサイズとなるように
する。

さて、第３図は以上のようにしてウエハＷ上に形成され
た１つのシヨツトのデイストーシヨン特性の一例を、誇
張して表わした理想格子点の投影チヤート図である。同
図において、直交座標系xyのｘ軸とｙ軸とに平行な破線
で示した等間隔の各直線の交点は、それぞれ理想格子点
であり、実線で示した曲線の各交点は理想格子点の投影
点を表わす。このチヤートは投影レンズPL₁の最大投影
視野の全域について表わしてある。ここで座標系xyの原
点P_oは投影レンズPL₁の光軸AX₁が通るように定められ、
各シヨツトの中心C₁、C₂……でもある。例えば座標系xy
の第１象限に着目してみると、原点P_oから斜め45°の放
射方向に並ぶ理想格子点Pb₁、Pb₂、Pb₃、Pb₄に対して、
各点の投影点Pa₁、Pa₂、Pa₃、Pa₄はほぼ放射方向にずれ
ている。ここで実際の投影点が理想格子点よりも原点P_o
側に位置する場合、その位置（像高点）でのデイストー
シヨン量は負とし、逆の場合は正とする。一般的な投影
レンズの場合、理想的には光軸（原点P_o）を中心とする
点対称な形でデイストーシヨン量が生じる。

さて、以上のようなデイストーシヨンを伴なつて露光さ
れたウエハＷはプロセスＥの後、ステツパーＢのステー
ジST₂に載置される。ステツパーＢの主制御装置CNT₂に
は、第２図中で破線で示した１つの正方形領域を１シヨ
ツトとするようなシヨツト配列データが記憶されてい
る。このため設計上は、そのシヨツト配列データに従つ
てステージST₂をステツピングさせることにより、第１
層の上に第２層用のパターン像を重ね合わせ露光するこ
とができる。ところが単に設計値に基づいてステツプ・
アンド・リピート方式で重ね合わせを行なつただけだ
と、ステツパーＡのデイストーシヨンのために、たとえ
ステツパーＢのデイストーシヨンが零だとしても最良の
マツチング精度が得られないこともある。

第４図はステツパーＢによつて設計値通りにステツプ・
アンド・リピート露光した場合の重ね合わせの様子を誇
張して示すチヤート図である。ステツパーＡによる理想
格子点の投影点を実線で表わし、ステツパーＢによる理
想格子点の投影点は破線で表わしてある。座標系xyの取
り方は第３図と同じであり、ステツパーＢによる10×10
mm角の４つのシヨツトが夫々、C₁₁、C₁₂、C₂₁、C₂₂を中
心にして打ち込まれている様子を示す。ステッパーＢの
デイストーシヨンは零と仮定したので、ステツパーＢに
よる破線の４つのシヨツトはともに理想格子点を表わす
ことになる。そこで第４図において、座標系xyの第１象
限のシヨツトについて着目すると、ステツパーＡによつ
て露光されたパターン領域に対して、ステツパーＢによ
る投影露光像が全体的に斜め45°の放射方向で原点P_oか
ら遠ざかる向きに微小量だけずれていることがわかる。
このずれは相対的なものであるが、本実施例ではステツ
パーＡを先に使つて大きな領域を露光したため、ウエハ
Ｗ上にすでに形成されたパターンを基準に、ステツパー
Ｂによる投影露光像がずれているものとして考える。こ
のずれ量は２つの投影レンズ間のデイストーシヨン特性
上の差によるものであり、現実的には極めて小さな値
（例えば0.2μｍ以下）である。ところが、デイストー
シヨン特性上で最も差が大きい点では必然的にずれも大
きくなり、露光領域内の一部でマツチング不良を生じる
可能性がある。

そこで、ステツパーＢによる投影露光像と、ウエハＷ上
の被露光領域とのデイストーシヨンによるマツチング誤
差を最小にするように、主制御装置CNT₂は主制御装置CN
T₁から投影レンズPL₁のデイストーシヨンに関するデー
タDSDを入力して、設計上のステツピング位置からのず
らし量、あるいは倍率補正量等の最適な解を求める。投
影レンズPL₁のデイストーシヨン特性DS₁は、例えば第５
図に示すように、像高位置に対するデイストーシヨン量
DSを、多数の像高点についてプロツトして曲線として主
制御装置CNT₁に記憶されている。この特性DS₁は第３図
に示したチヤート図に対応しており、装置製造時に投影
レンズPL₁はデイストーシヨン検査とともに調べられ
る。あるいは、特開昭59−94032号公報に開示されてい
るように、デイストーシヨン検査のために複数の十字状
マークを設けた基準レチクルの像を投影し、十字状マー
クの像の位置をステージ上に設けたスリツト付の光電素
子で検出することによつても、デイストーシヨン特性を
求めることができる。この場合はステツパー稼動中の任
意の時点で、デイストーシヨン特性が計測できるので、
デイストーシヨン特性の経時的な変化に対応できるとい
つた利点がある。

第５図において横軸は像高（単位はmm）を表わし、縦軸
はデイストーシヨン量（理想格子点からのずれ量）を表
わす。このような特性曲線は一般的に投影レンズではほ
ぼ同じような傾向となる。ただしデイストーシヨン量の
正負の最大値は投影レンズ毎に異なり、場合によつては
像高軸に対して上下反転している（線対称になる）こと
もある。この特性DS₁を第４図中で座標系xyの第１象限
上で原点P_o、中心C₁₁、投影点Pb₃を通る斜め45°の直線
を像高軸とするようにあてはめてみると、投影点Pb₃ま
での範囲内の各点でデイストーシヨン量は負となる。こ
こで、像高をｒ、デイストーシヨン曲線をｆ（ｒ）、倍
率調整係数をＣとすると、理想格子点（理想像高点）か
らの投影点のずれΔ（ｒ）は（１）式のように表わされ
る。

Δ（ｒ）＝ｆ（ｒ）＋Ｃ・ｒ……（１）今、ステツパーＢによる投影露光領域が第６図のような
関係にあるものとする。第６図において、座標系xyの原
点P_o（0,0）はステツパーＡの光軸位置とし、破線の正
方形領域はステツパーＢが設計値通りにステツピングし
た場合の露光領域であり、その中心C₁₁はシヨツト配列
データ上で座標値（X_c，Y_c）に定められている。また一
点鎖線の正方形領域は設計値からx,y方向に夫々−Δ
X_c、−ΔY_cだけウエハＷをずらした場合の露光領域であ
り、その中心C₁₁′は座標値（X_c＋ΔX_c，Y_c＋ΔY_c）で
表わされる。ずらし量ΔX_c、ΔY_cが最良のマツチング精
度を得るためのウエハ位置補正量である。

先の（１）式に対応して、ステツパーＡ、Ｂの夫々によ
る露光像の理想位置からのずれを、ベクトル（ΔA_x，Δ
A_y）、（ΔB_x，ΔB_y）で表現すると、ステツパーＡにつ
いては（２）式、ステツパーＢについては（３）式で表
わされる。ここでX_c′＝X_c＋ΔX_c、Y_c′＝Y_c＋ΔY_cとす
る。

ただし、関数f_aはステツパーＡのデイストーシヨン曲
線、関数f_bはステツパーＢのデイストーシヨン曲線、
C_a、C_bはは夫々ステツパーＡ、Ｂの倍率調整係数であ
る。尚、先に仮定したようにステツパーＢのデイストー
シヨンを零として考える場合は、（３）中の関数f_bの項
は零となる。

さて、（２）、（３）式より最終的な重ね合わせ像のデ
イストーシヨンの差（Δｘ、Δｙ）は（４）式のように
表わされる。

（Δｘ、Δｙ）＝（ΔAx、ΔAy）−（ΔBx、ΔBy）……
（４）さらに（４）式より、重ね合わせ露光領域における差Δ
ｘの絶対値の最大値をDx、差Δｙの絶対値の最大値をD
y、そしてベクトル（Δｘ、Δｙ）のスカラ量の最大値
をとすると、（５）、（６）、（７）式のように表わ
される。

Dx＝MAX（｜Δx|）……（５） Dy＝MAX（｜Δy|）……（６）そこで主制御装置CNT₂内のコンピュータは、ステツパー
Ｂによる投影露光領域内の多数点について、ずらし量Δ
X_c、ΔY_cを少しずつ変えては、差Δｘ、Δｙを演算して
最大値Dx、Dy、を求めることを繰り返し、Dx、Dy、
のいずれか１つを最小にするか、又はDxとDyのうち大き
い方を最小にするか、あるいはDxとDyを共になるべく小
さくするようなずらし量ΔX_c、ΔY_cを決定する。このと
き倍率調整係数C_a、C_bの最適解を同時に求めることも可
能であるが、本実施例ではC_a、C_bをともに初期値（零）
に固定して、上記演算を行ない、ずらし量のみを求めて
から、C_a、C_bを決定するものとする。

この演算によつて本実施例では、第５図に示した特性DS
₁から、ステツパーＡによつて露光された１シヨツト内
で、ステツパーＢによつて露光する４シヨツトについて
は、第４図からも明らかなように、原点P_oの方に向けて
微小量だけずらすことが最良となるような解が得られ
る。そこで、このずらしによつて重ね合わせ露光を行な
つた場合の様子を第７図に示す。第７図は第４図と同一
のチヤート図であり、ここでは座標系xyの第１象限にお
けるステツパーＢの露光像についてのみ示す。同図中、
C₁₁、C₁₁′は第６図に示した各中心と同一である。第４
図の状態とくらべると、ステツパーＢの露光像とウエハ
Ｗ上のステツパーＡによつて形成された被露光領域とは
全体的にマツチング精度が向上していることがわかる。
尚、ステツパーＢによる露光領域が隣接する第２、第４
象限にはみ出しているが、ウエハＷ上では通常ｘ、ｙ軸
上に20〜100μｍ程度の幅でストリート（スクライブ）
ラインが形成され、しかもずらし量は１μｍ以下になる
ため、隣接する象限内のパターン領域に実際のパターン
領域がはみ出すことはない。

第８図は、第７図のような状態をデイストーシヨン特性
上で表わした図であり、縦軸、横軸は第５図のものと同
一である。デイストーシヨン特性DS₂はステツパーＢの
投影レンズPL₂のものを表わし、本実施例ではデイスト
ーシヨンが理想的に零と仮定したので特性DS₂は像高軸
と平行な直線で表わされる。この図において、特性DS₂
と像高軸とのずれが、先に述べたずらし量に相当するも
のである。第８図からも明らかなように、原点P_oから点
Pb₃までの露光範囲内でほぼ中心C₁₁′においては、デイ
ストーシヨン特性DS₁とDS₂とのデイストーシヨン量の差
が零になり、中心C₁₁′の前後では相対的なデイストー
シヨン量の差が、デイストーシヨンDS₂を基準にして上
下にほぼ均等に振り分けたようになる。すなわち、第８
図のような場合、中心C₁₁′よりも左側における両特性
上の差ΔD_aは原点P_oで最大となり、また中心C₁₁′より
も右側における差ΔD_bは像高P_x付近で最大となり得る。
先の（２）〜（７）式の演算によつて、本実施例の場合
差ΔD_aの絶対値と差ΔD_bの絶対値とが等しくなるように
特性DS₂のずらし量が決定される。例えば特性DS₂をもう
少し下に定めると、｜ΔD_a｜＞｜ΔD_b｜となり、逆にも
う少し上に定めると、｜ΔD_a｜＜｜ΔD_b｜となり、結局
２つの特性の差の絶対値が最大となるところを最小にな
るようにするには、｜ΔD_a｜＝｜ΔD_b｜とすればよい。

さて、第８図までは、倍率調整係数C_a、C_bを初期値
（零）に固定したまま、（２）〜（７）式を演算するこ
とによつて求めることができる。次に、第８図のように
定められた２つの特性DS₁とDS₂から、ステツパーＢの投
影レンズPL₂の投影倍率を調整することによつて、さら
に最良のマツチング精度が得られるような解を求める。
ここでは、先の（２）〜（７）式に決定されたずらし量
ΔX_c、ΔY_cを代入し、さらにC_a＝Ｏとして、C_bを少しず
つ変えては絶対値の最大値Dx、Dy、を演算して、それ
らのいずれか１つ、又はDx、Dyの両方が最小となるか、
又はDx、Dyが共になるべく小さくなるようなC_bを決定す
る。ここで倍率調整係数C_bを変えると、デイストーシヨ
ン特性DS₁を基準として、特性DS₂は第９図に示すように
C₁₁′を中心として傾けた特性DS₂′になる。そしてその
傾き量が倍率調整係数C_bに相当する。第９図において横
軸は像高（mm）を表わし、縦軸はデイストーシヨン量を
表わす。また同図中、直線ｌは倍率調整係数C_bが零のと
きの特性DS₂を表わす。従つて主制御装置CNT₂は係数C_b
を変えつつ、特性DS₁とDS₂′との差を、像高軸上で微小
間隔（例えば0.5mm）毎に求め、その各差の絶対値のう
ち、最大値となるものを見つけ出す。

そして、露光範囲Pb₃までの複数像高点で、最大値が最
小となるような係数C_bを求める。その後主制御装置CNT₂
は決定された係数C_bに基づいて圧力調整器BC₂を制御し
て、第９図に示したような特性DS₂′を得る。ここでは
特性DS₂′が右さがりに調整されるので、投影レンズPL₂
は設計上の値よりも微小量だけ縮小率が大きくなり、投
影されたパターン領域PA₂の像は、設計上の寸法に対し
てわずかに縮んだものとなる。

こうしてステツパーＢの倍率調整を行つて重ね合わせ露
光を行なうと、そのマツチング精度を第10図に示すよう
な格段に向上する。第10図は第７図と同様の理想格子点
の投影チヤート図であり、第７図と対応させて第１象限
についてのみ示してある。一般にこの種の投影レンズの
デイストーシヨン特性は、理想的には光軸に対して点対
称になるので、ステツパーＡで形成された被露光領域内
において、第10図のような第１象限以外の第２、第３、
第４象限についても同じ量だけステツパーＢの倍率を調
整すればよい。ただしステツパーＢによるステツピング
の際のずらし方向は各象限毎に異なるため、主制御装置
CNT₂は、各象限毎のずらし方向とずらし量とを演算して
記憶している。各象限のずらし方向とその量をベクトル
Δ_１、Δ_２、Δ_３、Δ_４で表わすものとすると、主制御
装置CNT₂は実際のステツプ・アンド・リピート方式の露
光時に、設計上のシヨツト配列データで決まるシヨツト
位置をベクトルΔ_１、Δ_２、Δ_３、Δ_４のいずれかによ
つて補正する。その様子を第11図に示す。第11図中、ス
テツパーＡによるシヨツト領域はS₁、S₂、S₃、S₄であ
り、ステツパーＢによるシヨツト領域はS₁については、
S_1a、S_1b、S_1c、S_1dの４つである。今、ステツパーＢが
シヨツト領域S₁、S₂、S₃、S₄の上段列を左から右へ順次
露光していくものとすると、シヨツトS_1aについてはベ
クトルΔ_２、シヨツトS_1bについてはベクトルΔ_１、…
…そしてシヨツトS_4aについてはベクトルΔ_２、シヨツ
トS_4bについてはベクトルΔ_１の各位置補正を伴なつて
ステツピングが行なわれる。もちろん投影倍率は、決定
された係数C_bに基づいて露光動作に入る前に調整されて
いる。

以上本実施零においては、ステツパーＢのデイストーシ
ヨンが理想的に零の場合を仮定して説明したが、実際の
投影レンズにおいて、デイストーシヨンが零ということ
はあり得えず、多かれ少なかれ何らかの形でデイストー
シヨン曲線が存在する。このため、第４図、第７図、第
10図に段階的に示したように、一見してマツチング精度
が向上したとわかるような顕著な効果を期待できるもの
ではないが、ずらしによるマツチング精度の向上は期待
できる。また本実施例では倍率調整も合わせて行なうよ
うにしたが、本発明では必らずしも必要なことではな
い。さらに本実施例とは逆にステツパーＢによる露光を
行なつてから、ステツパーＡによる露光を行なうことも
考えられる。その場合は、予めステツパーＢの倍率を調
整して、第10図のようにシヨツト位置を設計上の位置か
ら補正して露光しておくだけで、同様の効果が得られ
る。尚、投影倍率を調整する方法としては、投影レンズ
の物体（レチクル）側が非テレセントリツクな光学系で
ある場合は、レチクルと投影レンズとの光学的な間隔
（光路長）を可変にしてもよい。

次に本発明の第２の実施例による露光方法を第12図、第
13図を参照して説明する。第12図は本方法を実施するの
に好適なステツパーの概略的な構成を示す図である。こ
のステツパーは予めウエハＷ上に形成されたパターンに
重ね合わせ露光を行なうために使われるものであり、先
の実施例とは異なりウエハＷ上の被露光領域と投影像と
の相対的なずらしを、レチクルＲを微動させて達成する
ものである。第12図において、レチクルＲは少なくとも
ｘ方向とｙ方向とに微動可能なレチクルステージRST上
に保持される。レチクルＲのパターン領域PAの周辺には
ウエハＷとのアライメント（位置合わせ）のために、マ
ークRM₁、RM₂が形成されている。一方、ステージST上に
保持されるウエハＷには、マークRM₁、RM₂と重ね合わせ
ることができるようなマークWM₁、WM₂が形成されてい
る。そして、マークWM₁の投影レンズPLによる逆投影像
とマークRM₁との重なり具合は、ミラー10a、対物レンズ
11a、及び光電変換器を含む位置ずれ検出部12aとから成
るアライメントセンサによつて検出される。同様にマー
クWM₂とマークRM₂との重なり具合は、ミラー10b、対物
レンズ11b、位置ずれ検出部12bから成るアライメントセ
ンサによつて検出される。主制御装置CNTは両アライメ
ントセンサによつて検出されたマークRM、WMとの相対的
な位置ずれ量に応じた情報を入力して、その位置ずれが
零になるようにステージSTのステツプ・アンド・リピー
ト用の駆動モータＭを制御する。もちろん主制御装置CN
Tは、マツチング精度を向上させるために露光前に必要
に応じてレチクルＲをずらすようにレチクルステージRS
Tも制御する。ここでウエハＷ上には予め第13図に示す
ように、先の露光行程で４つの被露光領域s_a、S_b、S_c、
S_dが一括にシヨツトＳとして複数形成されている。この
シヨツトＳ内の４つの領域S_a、S_b、S_c、S_dの夫々には、
レチクルＲのマークRM₁、RM₂とのアライメントのため
に、マークWM₁、WM₂が所定位置に形成される。

さて、実際の重ね合わせ露光の時は、主制御装置CNT内
に記憶されたシヨツト配列データに従つてステージSTを
ステツピングさせて、投影レンズPLの光軸AXが例えば領
域Saの中心CCaとほぼ一致するように位置決めする。次
に２つのアライメントセンサによつて、マークRM₁、WM₁
の２次元的なずれ、及びマークRM₂とWM₂の２次元的なず
れを検出するアライメント（所謂ダイ・バイ・ダイ・ア
ライメント）動作に移る。通常のダイ・バイ・ダイ・ア
ライメントにおいては、マークRM₁とWM₁及びマークRM₂
とWM₂とが設計上定められた所定の位置関係になるよう
に、ウエハＷを２次元的に微動させることだけで終了す
る。ところが本実施例においては、第７図に示したずら
しと同じ作用を得るために、さらにレチクルＲの位置を
真にアライメントしたときの位置（レチクルのパターン
領域の中心と光軸とが一致するような位置）からずらす
ように、駆動部13を制御する。このようにレチクルＲを
動かすと、先の実施例のようにウエハＷを動かすよりも
位置決めの精度が向上する可能性がある。例えば投影レ
ンズPLの縮小率を1/10とすると、パターン領域PAの投影
像とウエハＷ上の領域Saとを0.1μｍだけ相対的にずら
す際、レチクルＲはその10倍の１μｍを移動させればよ
いからである。このような動作を行なうためには、例え
ばダイ・バイ・ダイのアライメントが完了した時でアラ
イメントセンサで検出したレチクルのマークRM₁、RM₂の
位置情報に、１μｍだけレチクルＲのアライメント位置
がずれるようなオフセツト情報をレチクルステージRST
に与えるだけで、極めて容易に実現できる。もちろんそ
の他の領域S_b、S_c、S₄を露光する場合も同様であるが、
各領域の中心CC_b、CC_c、CC_dに対するパターン領域PAの
中心点のずらし方向は第11図に示したように夫々異な
る。

以上本実施例ではダイ・バイ・ダイ・アライメントを行
なう際にレチクルの微動を行ない、デイストーシヨンの
差を小さくするためのずらし量を加味するようにしたの
で、スループツトを低下させることなくマツチング精度
を向上させることができる。尚、本実施例のようにレチ
クルを微動させる場合、必ずしもアライメントセンサを
用いてダイ・バイ・ダイ・アライメントを行なう必要は
ない。例えばステージSTの位置をレーザ干渉式測長器で
計測している場合は、投影レンズPLの光軸AXと各領域
S_a、S_b、S_c、S_dの中心CCとは、ずらし量よりも十分小さ
な範囲内で位置決め可能である。従つてレチクルステー
ジRSTの所定の初期位置（設計上の位置）からの移動量
を精密に読み取るエンコーダやレーザ干渉測長器等を設
け、これらの計測値のみによつて、レチクルステージRS
Tの移動をサーボ制御するようにしてもよい。もちろん
本実施例においても投影倍率を微調する補正を同時に加
えてもよいことは言うまでもない。

本実施例のようにレチクルをずらす場合、投影されたパ
ターン像そのものは非対称な歪み形状になることもある
が、前述の（２）〜（７）式をずらし方向、及び量を少
し変えては演算することを繰り返すことによつて、その
非対称性も含めて最良なマツチング精度が得られるよう
なずらし方向と量とを求めることができる。尚、第12
図、第13図に示した本実施例のように、１シヨツトのダ
イ・バイ・ダイ・アライメント時にウエハ上のマークと
レチクル上のマークとが位置合わせされるように、ウエ
ハを微動させることは、第１の実施例で説明したウエハ
のずらしに相当するものである。

次に本発明の第３の実施例を説明する。本実施例におい
ては、ミツクス・アンド・マツチに使用する２つのステ
ツパーの投影露光領域（シヨツト）同志の一辺（あるい
は対角線）の寸法が整数倍の関係でない場合について説
明する。また本実施例でもウエハのずらしとレチクルの
ずらしとのいずれか一方、又はその両方を行なうことが
できるが、ここでは説明を簡単にするためウエハのずら
しのみを述べる。さて、ステツパーＡの投影レンズPL₁
は1/2.5の縮小率で最大投影領域が30×30mm角であり、
ステツパーＢの投影レンズPL₂は1/5の縮小率で最大投影
領域が20×20mm角であるものとする。そして一例とし
て、ステツパーＡによるレチクルR₁の投影パターン像は
24×24mm角に絞つて使われ、ステツパーＢによるレチク
ルR₂の投影パターン像は16×16mm角に絞つて使われるも
のとする。このようなシヨツトサイズ（画面サイズ）で
混用が行なわれる現実的な使用状態は、例えば第14図に
示したように、レチクルR₁で同一チツプパターンを９個
設け、レチクルR₂で、それらチツプパターンと重ね合わ
される同一のチツプパターンを４個設ける場合である。
第14図（ａ）はレチクルR₁のチツプ配列を示す平面図で
あり、一辺の寸法がd₀で正方形の９個のチツプパターン
CP₁〜CP₉がマトリツクス状に配列される。このためレチ
クルR₁上での露光領域（パターン領域）は一辺の寸法d₁
の正方形領域である。そしてレチクルR₁は、パターンの
領域の中心（座標系xyの原点）に投影レンズPL₁の光軸A
X₁が通るように位置決めされる。従つてウエハ上での１
シヨツトの露光像の寸法はd₁/2.5（＝24mm）の正方形と
なる。一方、第14図（ｂ）はレチクルR₂のチツプ配列を
示す平面図であり、一辺の寸法がd₂で正方形の４個のチ
ツプパターンCP_a、CP_b、CP_c、CP_dが座標系xyの各象限に
配列される。このためレチクルR₂上でのパターン領域
は、一辺の寸法d₃の正方形領域である。従つてウエハ上
での１シヨツトの露光像の寸法はd₃/5（＝16mm）の正方
形てなる。さらにウエハ上では、チツプパターンCP₁〜C
P₉の夫々の露光像の寸法は、チツプパターンCP_a〜CP_dの
夫々の露光像の寸法とが一致するように定められてい
る。

さて、このような２種類のレチクルR₁、R₂のうち、まず
ステツパーＡによつてレチクルR₁のパターンをウエハ上
に転写し、その後ステツパーＢによつてレチクルR₂のパ
ターンをウエハ上に重ね合わせて転写する場合、ウエハ
上での２つのステツパー同志のシヨツト配列は第15図の
ように定められる。ステツパーＡによるシヨツト中心
（光軸の投影点）はSC₁、SC₂、SC₃、SC₄であり、そのシ
ヨツト領域は実線で表わされ、ステツパーＢによるシヨ
ツト中心（光軸の投影点）はSC_a、SC_b、SC_c、SC_d、S
C_e、SC_f、SC_g、SC_h、SC_iであり、そのシヨツト領域は破
線で表わされる。このように、ステツパーＡとＢとで１
シヨツトのサイズが整数倍の関係になつていないと、第
15図からも明らかなように、ステツパーＡとＢとでシヨ
ツトにより重ね合わせの状態が異なる。本実施例の場
合、ステツパーＢによるSC_a、SC_c、SC_g、SC_iを中心とす
る４つのシヨツトの夫々は、ともにステツパーＡによる
SC₁、SC₂、SC₃、SC₄を中心とするシヨツト内に包含され
ている。

また、ステツパーＢによるSC_b、SC_d、SC_f、SC_hを中心と
する４つのシヨツトの夫々は、ともにステツパーＡによ
る２つのシヨツトに等分にまたがつて配列される。さら
に、ステツパーＢによるSC_eを中心とする１つのシヨツ
トは、ステツパーＡによる４つのシヨツトに均等にまた
がつて配列される。尚、第15図中で斜線で示した正方形
の領域が、１つのチツプパターン（ここではCP₁、又はC
P_dの投影像）に相当する。このように、重ね合わせ露光
しようとする露光像が、前工程での複数のシヨツトにま
たがるような時は、そのまたがり方を考慮してウエハの
ずらし方向に何らかの制限を加える必要がある。

そこでまず、ステツパーＢによる１シヨツトがステツパ
ーＡによる１シヨツト内に包含される状態について、第
16図を参照して説明する。第16図中で破線で示したチヤ
ートはステツパーＡによる理想格子点の投影像（24mm
角）のデイストーシヨンを誇張して表わしたものであ
り、実線で示したチヤートはステツパーＢによる理想格
子点の投影像（16mm角）のデイストーシヨンを誇張して
表わしたものである。この重ね合わせ状態はステツパー
ＡとＢとを設計通りにステツピングさせた場合であり、
ステツパーＡのシヨツト中心SC₁を座標系xyの原点に一
致させてある。この状態では、ステツパーＢのシヨツト
中心SC_aが、ステツパーＡによる露光像内の中心SC_aに対
応すべき点SC_a′から大きくずれているとともに、全体
的に各格子点同志もずれている。

そこでステツパーＢのシヨツトとステツパーＡのシヨツ
トとが重なり合う領域について、前述の（２）〜（７）
式に基づいてマツチング精度が最良となるようなずらし
方向と量とを求める。この結果、第17図に示すように、
ステツパーＢによるシヨツト中心SC_aをステツパーＡに
よるシヨツト中心SC₁に近づける方向にわずかにずらす
とよいことがわかる。第17図は第16図と同様なチヤート
図であり、座標系の取り方も同一である。この第17図か
らも明らかなように、ステツパーＢによる設計上のシヨ
ツト位置SC_a″から実際のシヨツト中心SC_aがほぼ点S
C_a′と一致するようにずらすと、マツチング精度が最良
となる。

次にステツパーＡによる２つのシヨツトに、ステツパー
Ｂの１シヨツトがまたがる状態について考える。例えば
第15図においてSC_bを中心とするシヨツトに着目する
と、このシヨツトはウエハ上でｘ方向に並んだ前工程で
の２つのシヨツトに均等にまたがつているため、２つの
ステツパーのデイストーシヨン特性が像面内でともに点
対称になることからシヨツト中心SC_bを設計上の位置
（ウエハ上の２つのシヨツトの境界中心線上）からｘ方
向にずらすと、ずらす前にくらべてマツチング精度は必
ならず悪化する。従つてこのような場合は、シヨツト中
心SC_bをｙ方向のみにずらすことに限られ、最良のマツ
チング精度を得るためのずらし量も、先の（２）〜
（７）式に基づいてｙ方向のみについて、そのずらし量
を少しずつ変えては、２つのデイストーシヨン特性の偏
差の絶対値の最大値を求め、それら最大値のなかで最小
となつているときのずらし量を求めればよい。

次にステツパーＡによる４つのシヨツトに、ステツパー
Ｂの１シヨツトが均等にまたがる状態について考える。
この状態は本実施例では第15図に示したように、SC_eを
中心とする１シヨツトについて生じる。この場合はシヨ
ツト中心SC_eを設計上の位置からずらすと、例えば中心S
C_eからずらした方向にある重ね合わせ領域についてはマ
ツチング精度が向上したとしても、ずらした方向と逆方
向にある重ね合わせ領域については、マツチング精度は
低下する。このためシヨツト中心SC_eについては、設計
上の位置からずらす必要はない。

そこで以上のような各状態についてまとめてみると、第
18図に示すようなずらし方向のマツプを作ることができ
る。第18図において、第15図中のものと同一のものに
は、同じ符号を付してある。ステツパーＢによるシヨツ
ト中心SC_a、SC_c、SC_g、SC_iの夫々については、第17図に
示したように、xy軸に対してほぼ斜め45°の方向にΔ
A₁、ΔA₂、ΔA₄、ΔA₃、のようなずらしを行ない、シヨ
ツト中心SC_b、SC_d、SC_f、SC_hの夫々については、ｘ、ｙ
方向にΔB₁、ΔB₂、ΔB₃、ΔB₄のようなずらしを行な
う。ただしΔA₁、ΔA₂、ΔA₃、ΔA₄はかならずしも45°
方向とはかぎらないが、一般的な傾向として45°方向に
なることが多い。そしてシヨツト中心SC_eについては、
ずらしを行なわない。また第１の実施例において説明し
たように、ステツパーＡによるシヨツト中心SC₁、SC₂、
SC₃、SC₄の夫々を第18図中の矢印のように、ステツパー
Ａによる４つのシヨツトの交点（シヨツト中心SC_eと一
致する）の方向に微小量だけ設計上のシヨツト位置から
ずらして配列しておくようにすると、さらにマツチング
精度が向上する可能性がある。

本実施例の場合も、ステツパーＢ、あるいはステツパー
Ａの倍率を微調整することによつて、さらにマツチング
精度を向上させることができることは言うまでもない。
尚、第18図中に矢印で示した各ずらしには、第２の実施
例と同様に、レチクルを微小量だけずらすことも含まれ
ている。そこで第17図のような状態から、さらにレチク
ルをずらした場合の重ね合わせの様子を第19図に示す。
この場合、レチクルR₂の中心をステツパーＢの投影光軸
AX₂からわずかにずらすため、ステツパーＢによる投影
像は非対称に歪むことにするが、ウエハ上の重ね合わせ
露光すべき領域も同じように非対称な歪みを伴つている
ため、結果としてマツチング精度は向上する。第19図に
おいてSC_a″はステツパーＢによる設計上のシヨツト中
心の位置（ウエハ、レチクルのずらしがともに零の場
合）であり、SC_a（SC_a′）はウエハのみをずらしたとき
のシヨツト中心の位置（レチクルのずらしが零で光軸AX
₂と一致する点）である。そして、CCはさらにレチクルR
₂をずらしたときのパターン領域中心の位置であり、光
軸AX₂の通る点SC_a（又はSC_a′）から左斜め上方に微小
量だけずれている。この第19図を第17図と比較すると、
ステツパーＢによる重ね合わせ露光領域の周辺部におい
て、マツチング精度がさらに向上していることがわか
る。

次に本発明の第４の実施例を、第20図のフローチヤート
図に基づいて説明する。本実施例では、今までに述べて
きたウエハのずらし、レチクルのずらし、及び倍率調整
によるマツチング精度の向上方法を、組み合わせを変え
てシミユレートして、最良のマツチング精度が得られる
ものを選び出すようにした。

まず、重ね合わせ露光すべきウエハ上の被露光領域のデ
イストーシヨンデータを、主制御装置CNT、あるいは上
位の集中管理用コンピユータに読み込む（ステツプ10
0）。このとき、ウエハに加えられた熱処理、又は化学
処理によるウエハの線形変形のデータもデイストーシヨ
ンデータとして読み込まれる。この線形変形は、ステツ
パーに設けられている公知のウエハアライメントセンサ
を使つて実測することができる。具体的には、ウエハの
アライメント用にウエハ上の設計上決められた複数の位
置に形成されたアライメントマークの位置を、ウエハア
ライメントセンサを用いて計測し、その測定値と設計値
とのずれを求めることによつて、線形変形（run out）
を検出する。この変形量はウエハ上のシヨツト位置に応
じて微妙に異なり、一般的にはウエハの中心部では変形
量が零であり、周辺にいくに従つて半径方向の変形量が
増大する。この線形変形によるデイストーシヨンデータ
は、投影レンズのデイストーシヨンを考慮したマツチン
グ精度向上のためのずらしと共に、ステツプ・アンド・
リピート露光時におけるステージSTのステツパング位置
のずらし量として使われる。

次に、ウエハ上の被露光領域（前工程で使われた露光装
置の投影光学系の投影視野）のデイストーシヨンデータ
と、重ね合わせ露光するステツパーの投影レンズのデイ
ストーシヨンデータとを用いて、第１の実施例と同様に
ウエハを設計上のステツピング位置から、いろいろな方
向に、微小量だけずらしながら、最良のマツチング精度
が得られるようなウエハのずらし方向とその量とをシミ
ユレーシヨンによつて求める（ステツプ101）。そして
このときの評価結果（Ａ）、例えばマツチング精度のσ
値（平均偏差）を記憶しておく。

次に第２の実施例と同様に、レチクルを設計上の位置
（パターン領域の中心に光軸が通る位置）からいろいろ
な方向に微小量だけずらしながら、最良のマツチング精
度が得られるようなレチクルのずらし方向と、その量と
をシミユレーシヨンによつて求める（ステツプ102）。
そして、その評価結果（Ｂ）を記憶する。

次にレチクルとウエハとはずらすことなく、倍率のみを
いろいろな値に微調したときに、最良のマツチング精度
が得られるような倍率調整係数をシミユレーシヨンによ
つて求め、そのときの評価結果（Ｃ）を記憶する（ステ
ツプ103）。

次に、ウエハのずらしと倍率調整とを併用する場合につ
いて、例えば第１の実施例と同様の手順でマツチング精
度が最良となるような、ずらし方向、及び量さらに倍率
調整係数とシミユレーシヨンによつて求め、そのときの
評価結果（Ｄ）を記憶する（ステツプ104）。

同様にレチクルのずらしと、倍率調整とを併用する場合
について、マツチング精度が最良となるようなずらし方
向と量、及び倍率調整係数とをシミユレーシヨンによつ
て求め、そのときの評価結果（Ｅ）を記憶する（ステツ
プ105）。

次に倍率調整は行なわずに、レチクルとウエハとの両方
を相対的にずらした場合について、マツチング精度が最
良となるようなレチクル及びウエハのずらし方向と量と
をシミユレーシヨンによつて求め、その評価結果（Ｆ）
を記憶する（ステツプ106）。

より厳密には、さらにレチクルとウエハの各ずらしと倍
率調整との３つを併用する場合についても、同様にシミ
ユレーシヨンを行なう必要がある。しかしながら、実用
的にはウエハのずらしと倍率調整によつて最適なシミユ
レーシヨン結果が得られた後、その状態でさらにレチク
ルのずらしを試みるか、又はレチクルのずらしと倍率調
整によつて最適なシミユレーシヨン結果が得られた後、
その状態でさらにウエハのずらしを試みるかのいずれか
を行なうことでほぼ十分である。このため本実施例で
は、特に３つを併用した場合のシミユレーシヨンによる
評価については図示を省略する。

次に上記各評価結果（Ａ）〜（Ｆ）のうち、σ値が最も
小さくなるものを選び（ステツプ107）、その評価結果
が得られるレチクル又はウエハのずらし方向、量及び倍
率調整係数を新たに記憶する（ステツプ108）。この場
合、例えばレチクルのずらしのみを行なうような結果が
出たとすると、レチクルのずらしベクトル（方向と量）
を記憶するメモリに所定の値が格納され、ウエハのずら
しベクトルは倍率調整係数とを記憶する各メモリには共
に零が格納される。

さて、ウエハのずらしが必要なときは、設計上のシヨツ
ト配列データをウエハのずらしベクトルに対応させて修
正する（ステツプ109）。このときレチクルをシヨツト
毎に異なる方向にずらすことも必要とされた場合は、各
シヨツトに対応した配列データ内にレチクルのずらしベ
クトルを表わすフラグを立てるようにする。

以上までの各演算処理は、多量のデータを高速に処理す
るコンピユータで行なわれるが、それでもかなりの時間
を要するので、露光装置の主制御装置CNTとは異なる別
のコンピユータを用いる方が望ましい。

次に、ウエハへの露光が先立つて、倍率調整が必要なと
きは、調整係数に応じて圧力調整器BCを制御し、所定の
投影倍率に補正しておく（ステツプ110）。

そして、修正されたシヨツト配列データに基づいてステ
ージSTをステツピングさせ、さらにそのデータ内にレチ
クルずらしのフラグが立つている場合は、レチクルをそ
のフラグの種類に応じた所定のずらしベクトルに対応さ
せて微動させ、その位置でレチクルのパターンをウエハ
上の被露光領域に重ね合わせ露光することを繰り返す
（ステツプ111）。

以上のようにして、ウエハ上の全ての被露光領域が最良
のマツチング精度で重ね合わせ露光されることになる。
以上本実施例のようにレチクルずらし、ウエハずらし又
は倍率調整のいずれか１つの手法、あるいは複数の手法
を適宜組み合わせたものを選ぶことによつて、ウエハ上
の被露光領域のデイストーシヨン（前工程の露光装置の
デイストーシヨンを含む）と、重ね合わせ用のステツパ
ーのデイストーシヨンとの相対的な誤差を最小にするこ
とができるとともに、露光装置の構成上、最も効率のよ
い手法を選べるといつた自由度が高まる。

以上本発明の各実施例は、いずれも２つのステツパー同
志の混用の場合であつたが、その他のいかなる露光装置
とステツパーとの混用の場合でも同様の効果が得られ
る。特にミラープロジエクシヨン等のアライナーとステ
ツパーとの混用においては、アライナーで露光されたウ
エハに、ステツパーで重ね合わせ露光する際、ウエハ全
面に生じたアライナー個有のデイストーシヨンをステツ
パーでの各シヨツト毎にむらなく加味して重ね合わせる
ことができるので、マツチング精度は飛躍的に向上す
る。いずれにしろミツクス・アンド・マツチに使われる
少なくとも２つの露光装置（うち１つはステツパー）の
デイストーシヨン特性さえわかれば、どのような形式の
露光装置を組み合わせたとしても同様の効果が得られ
る。

（発明の効果）以上、本発明によれば少なくとも２つの露光装置を混用
する場合、どのようなフイールドサイズ（露光領域）で
重ね合わせ露光を行なつたとしても、常に最良のマツチ
ング精度が得られるため、従来のようにアライナーとス
テツパーとを混用する場合でも、ステツパーによる各シ
ヨツト毎にマツチング精度が格段に向上し、半導体素子
の生産性（歩留り）、良品率が高まるといつた効果が得
られる。

またフイールドサイズの異なるステツパー同志の混用を
行なう場合は、そのステツパーの製造段階から互いの投
影光学系のデイストーシヨン特性が激しく管理しておく
必要があつた。しかしながら本発明によれば、投影光学
系等のデイストーシヨン特性をそれ程激しく管理して製
造されたステツパー同志でなくてもマツチング精度が向
上する可能性がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例によるミツクス・アンド・マツ
チに使われる２つのステツパーの概略的な構成を示す斜
視図、第２図はステツプ・アンド・リピート方式による
シヨツト配列を示す平面図、第３図はステツパーによる
理想格子点の投影像の一例を誇張して示すチヤート図、
第４図は２つのステツパーによる重ね合わせの様子を理
想格子点を用いて誇張して示すチヤート図、第５図はデ
イストーシヨン特性の一例を示すグラフ、第６図はウエ
ハのずらしを説明する図、第７図はウエハをずらした後
の重ね合わせの様子を示すチャート図、第８図はウエハ
をずらした場合の２つのステツパー同志のデイストーシ
ヨン特性を比較するグラフ、第９図は、倍率調整を行な
つた場合の２つのデイストーシヨン特性を比較するグラ
フ、第10図はウエハのずらしと倍率調整を行なつた場合
の重ね合わせの様子を示すチヤート図、第11図はステツ
プ・アンド・リピート露光時の各シヨツト毎のずらしベ
クトルを示す図、第12図は本発明の第２の実施例に好適
なステツパーの構成を示す図、第13図は、第12図のステ
ツパーに載置されたウエハ上のシヨツト配列とアライメ
ント用のマークとを示す平面図、第14図は本発明の第３
の実施例として使われる２つのレチクルのチツプ配列を
示す平面図、第15図は第14図の２つのレチクルを使つた
場合のウエハ上のシヨツト配列を示す平面図、第16図は
第３の実施例において、設計上のシヨツト位置通りに重
ね合わせした場合のマツチングの様子を示すチヤート
図、第17図は第16図の状態からウエハをずらした場合の
マツチングの様子を示すチヤート図、第18図はシヨツト
位置に応じたずらし方向を模式的に示すマツプ、第19図
は第17図の状態からレチクルをずらした場合のマツチン
グの様子を示すチヤート図、第20図は本発明の第４の実
施例による各種ずらしを組み合わせたシステムの処理手
順を示すフローチヤート図である。〔主要部分の符号の説明〕Ａ、Ｂ……ステツパー（縮小投影型露光装置） R₁、R₂……レチクル PL₁、PL₂……投影レンズＷ……ウエハ ST₁、ST₂……ステージ CNT₁、CNT₂……主制御装置 BC₁、BC₂……圧力調整器 DSD、DS₁、DS₂、DS₂′……デイストーシヨン曲線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フォトリソグラフィ用の基板上の異なる層
間での重ね合わせ露光時に、少なくとも一方がステップ
・アンド・リピート方式の２つの露光装置を用いる露光
方法において、一方の露光装置によって前記基板上に形成されて、重ね
合わせ露光時に被露光部分となる領域の２次元的なディ
ストーション特性と、重ね合わせ露光するときの他方の
露光装置による露光像の２次元的なディストーション特
性とを計算上で比較し、両ディストーション特性の差に
起因した重ね合わせ誤差が最小となるように、前記被露
光領域と前記露光像との重ね合わせ位置を、設計上の位
置から相対的にずらす如く、前記ステップ・アンド・リ
ピート方式の露光装置を制御することを特徴とする露光
方法。
【請求項２】前記ステップ・アンド・リピート方式によ
り相対的にずらして露光する際、前記基板を載置する２
次元移動ステージを、前記設計上の位置からずらすこと
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。
【請求項３】前記ステップ・アンド・リピート方式によ
り相対的にずらして露光する際、前記ステップ・アンド
・リピート方式の露光装置に装着されたマスクを、前記
設計上の位置からずらすことを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の方法。
【請求項４】前記ステップ・アンド・リピート方式の露
光装置は、マスクのパターンを前記基板上に光学的に投
影する結像光学系を有し、前記相対的なずらしを行うと
ともに、投影倍率を微小量だけ調整することを特徴とす
る特許請求の範囲第１項乃至第３項記載の方法。
【請求項５】フォトリソグラフィ用の基板上に第１の露
光装置を使って所定の層を形成した後、該第１の露光装
置とは異なる第２の露光装置を使って前記所定の層の上
に新たな層を形成すべく重ね合わせ露光を行う際、前記
第１、第２の露光装置のうち、少なくとも一方をステッ
プ・アンド・リピート方式の露光装置としたフォトリソ
グラフィ装置において、一方の露光装置によって前記基板上に形成されて、重ね
合わせ露光時に被露光部分となる領域の２次元的なディ
ストーション特性と、重ね合わせ露光するときの他方の
露光装置による露光像の２次元的なディストーション特
性とを計算上で比較し、両ディストーション特性の差に
起因した重ね合わせ精度を推定する精度推定手段と；該精度推定手段を用いて、前記被露光領域と前記露光像
との重ね合わせ位置を、設計上の位置から相対的にずら
して、前記重ね合わせ精度が最良となる状態を決定する
手段と；最良の重ね合わせ精度が得られたときのずらし方向と量
とを、前記ステップ・アンド・リピート方式による設計
上の重ね合わせ露光位置に対する補正値として与える補
正手段とを備えたことを特徴とするフォトリソグラフィ
装置。
【請求項６】フォトリソグラフィ用の基板上に第１の露
光装置を使って所定の層を形成した後、該第１の露光装
置とは異なる第２の露光装置を使って前記所定の層の上
に新たな層を形成すべく重ね合わせ露光を行う際、前記
第１、第２の露光装置のうち、少なくとも一方をステッ
プ・アンド・リピート方式の露光装置としたフォトリソ
グラフィ装置において、一方の露光装置によって前記基板上に形成されて、重ね
合わせ露光時に被露光部分となる領域の２次元的なディ
ストーション特性と、重ね合わせ露光するときの他方の
露光装置による露光像の２次元的なディストーション特
性とを予め記憶する手段と；前記２つのディストーション特性の差を計算上で比較
し、両ディストーション特性の差に起因して生じる重ね
合わせ精度を推定する精度推定手段と；前記重ね合わせ露光するときの他方の露光装置に設けら
れ、前記基板上に形成されたマークを検知して前記基板
上の被露光領域と重ね合わせすべき前記露光像との相対
的な位置ずれを検出するアライメント手段と；前記精度推定手段によって計算される重ね合わせ精度が
最良となるように、前記被露光領域と前記露光像との重
ね合わせ位置を設計上の位置から相対的にずらしたとき
のずらし方向と量とを決定する手段と；該決定されたずらし方向と量、及び前記アライメント手
段で検出された位置ずれに基づいて、前記他方の露光装
置による重ね合わせ露光位置を補正する補正手段とを備
えたことを特徴とするフォトリソグラフィ装置。