JPH08236433A

JPH08236433A - 露光方法

Info

Publication number: JPH08236433A
Application number: JP7133093A
Authority: JP
Inventors: Yuji Imai; 裕二今井
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-12-28
Filing date: 1995-05-31
Publication date: 1996-09-13

Abstract

(57)【要約】【目的】クリティカルレイヤとミドルレイヤとが混在
するような基板をフォトリソグラフィ工程で製造する際
に、基板各層にそれぞれ必要な解像度で、且つ高いスル
ープット、及び高い重ね合わせ精度でマスクパターンの
露光を行う。【構成】ウエハＷ上のミドルレイヤのショット領域Ｓ
Ｂ₁,ＳＢ₂,…，ＳＢ₉に対してそれぞれ露光フィールド
が大きく低い解像度を有するステッパーでレチクルのパ
ターンを露光する。ショット領域ＳＢ₁上の４個のクリ
ティカルレイヤのショット領域ＳＡ₁₁〜ＳＡ₁₄に、露光
フィールドが小さく高い解像度を有するステッパーで露
光を行う際に、ショット領域ＳＡ₁₁〜ＳＡ₁₄の何れかに
付設されたウエハマークを用いて位置合わせを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子等を製造す
る際にマスクパターンを感光基板上に露光するための露
光方法に関し、特に半導体メモリ等を製造する際に使用
されるイオン注入層のように、高い解像度を必要としな
いミドルレイヤと呼ばれる層と、高い解像度を必要とす
るクリティカルレイヤと呼ばれる層とに順番に露光を行
うフォトリソグラフィ工程に適用して好適なものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、超ＬＳＩ等の半導体素子、又
は液晶表示素子等を製造するためのフォトリソグラフィ
工程において、縮小投影型露光装置（ステッパー等）が
使用されている。一般に、超ＬＳＩ等の半導体素子は、
ウエハ上に多数層のパターンが重ねて形成されるが、そ
れらの層の内、最も高い解像度が必要な層はクリティカ
ルレイヤと呼ばれている。これに対して、例えば半導体
メモリ等を製造する際に使用されるイオン注入層のよう
に、高い解像度を必要としない層はミドルレイヤと呼ば
れている。言い換えると、クリティカルレイヤで露光さ
れるパターンの線幅に比べて、ミドルレイヤで露光され
るパターンの線幅は広くなっている。

【０００３】また、例えば最近の超ＬＳＩの製造工場で
は、製造工程のスループット（単位時間当りのウエハの
処理枚数）を高めるため、１種類の超ＬＳＩの製造プロ
セス中で異なる層間の露光を別々の露光装置を使い分け
て行うことが多くなって来ている。但し、別々の露光装
置を使用する場合でも、使用される露光装置の解像度は
最も狭い線幅に合わせてあった。そのため、例えばクリ
ティカルレイヤとミドルレイヤとの両方を有する超ＬＳ
Ｉを製造する場合、従来はミドルレイヤへの露光につい
てもクリティカルレイヤ用の別の高い解像度の投影露光
装置を用いていた。

【０００４】また、ステッパーのような投影露光装置で
はなく、等倍のミラープロジェクション方式のアライナ
ーを用いるシステムも使用されていた。この場合、アラ
イナーは低解像度であるため、ミドルレイヤに露光する
際にアライナーを用いて１枚のウエハに一括露光を行っ
ていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の技術
において、ミドルレイヤへの露光をクリティカルレイヤ
用の投影露光装置で行った場合、クリティカルレイヤ用
の投影露光装置は、高解像度に対応しているため、投影
光学系での縮小率が大きくフィールドサイズが狭くな
り、スループットを高められないという不都合があっ
た。即ち、フィールドサイズが狭い場合には、１枚のウ
エハ上で露光すべきショット領域の数が多くなり、その
ショット領域の数に比例して露光時間が長くなってしま
う。また、高解像度の投影光学系は高価であるため、１
種類の超ＬＳＩ等を製造するのに使用される複数の露光
装置が全体として高価になるという不都合もあった。

【０００６】一方、ミドルレイヤへの露光をアライナー
で行う場合には、ウエハのサイズが大型化すると、十分
な解像度が得られないという不都合があった。また、超
ＬＳＩ等となるウエハ上の異なる層に重ねて露光を行う
際には、ウエハ上の各ショット領域と露光すべきレチク
ルとの重ね合わせ精度を高精度に維持する必要がある。
このように重ね合わせ精度を高めるために、ウエハ上に
は所定の配列でアライメントマーク（ウエハマーク）が
形成され、これらウエハマークの位置に基づいてウエハ
のアライメントが行われる。そこで、例えばミドルレイ
アとクリティカルレイアとに連続して露光を行う場合の
高精度なアライメント方法の開発も望まれていた。

【０００７】本発明は斯かる点に鑑み、クリティカルレ
イヤとミドルレイヤとが混在するような基板をフォトリ
ソグラフィ工程で製造する際に、その基板の各層にそれ
ぞれ必要な解像度で、且つ高い重ね合わせ精度でマスク
パターンの露光を行えると共に、廉価な露光装置を用い
て高いスループットで露光を行うことができる露光方法
を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による第１の露光
方法は、露光対象とする感光基板（Ｗ）上でそれぞれ同
一のパターンが露光される最小単位としてのショット領
域（ＳＡ_ij）のＮ個分（Ｎは２以上の整数）の大きさの
大面積の露光フィールド（４Ｂ）を有する第１の露光装
置（１Ｂ）と、そのショット領域と同じ大きさの小面積
の露光フィールド（４Ａ）を有する第２の露光装置（１
Ａ）とを用いて、その感光基板上に複数のマスクパター
ンを重ねて露光する露光方法において、第１の露光装置
（１Ｂ）を用いて、互いに同一のＮ個の転写用のパター
ンよりなりそれら転写用のパターンのそれぞれに転写用
のアライメントマークが付設された第１のマスクパター
ンをその感光基板上に露光する際に、感光基板（Ｗ）上
で大面積の露光フィールド（４Ｂ）に対応するＮ個のシ
ョット領域を露光単位（ＳＢ₁,ＳＢ₂,ＳＢ₃,…）として
その第１のマスクパターンを露光する。

【０００９】そして、その第１のマスクパターンが露光
された感光基板（Ｗ）上で、その第１のマスクパターン
を露光する際に露光単位とされたそれらＮ個のショット
領域のそれぞれ（ＳＢ₁,ＳＢ₂,ＳＢ₃,…）に、第２の露
光装置（１Ａ）を用いてショット領域（ＳＡ_ij）を露光
単位として第２のマスクパターンを露光する際に、それ
らＮ個のショット領域（ＳＡ₁₁〜ＳＡ₁₄）の内の所定の
１つのショット領域（ＳＡ₁₁）に付設されたアライメン
トマーク（ＭＸ₁₁，ＭＹ₁₁）を用いて感光基板（Ｗ）と
その第２のマスクパターンとの位置合わせを行うもので
ある。

【００１０】また、本発明の第２の露光方法は、第１の
露光方法と同じ前提部において、第２の露光装置（１
Ａ）を用いて、転写用のアライメントマークが付設され
た第１のマスクパターンを感光基板（Ｗ）上に露光する
際に、その感光基板上でその小面積の露光フィールド
（４Ａ）に対応する各ショット領域（ＳＡ_ij）を露光単
位としてその第１のマスクパターンを露光し、その第１
のマスクパターンが露光された感光基板（Ｗ）上で、第
１の露光装置（１Ｂ）を用いてＮ個のショット領域を露
光単位（ＳＢ₁,ＳＢ₂,ＳＢ₃,…）として、互いに同一の
Ｎ個の転写用のパターンよりなる第２のマスクパターン
を露光する際に、露光単位としてのそれらＮ個のショッ
ト領域内のＮ組のアライメントマーク（ＭＸ₁₁，ＭＹ₁₁
〜ＭＸ₁₄，ＭＹ₁₄）から選択されたアライメントマーク
の位置に基づいて感光基板（Ｗ）とその第２のマスクパ
ターンとの位置合わせを行うものである。

【００１１】この場合、感光基板（Ｗ）上に第１の露光
装置（１Ｂ）を用いてその第２のマスクパターンを露光
する際に、露光単位としてのＮ個のショット領域内のＮ
組のアライメントマークから選択されたアライメントマ
ークの位置に基づいて、感光基板（Ｗ）とその第２のマ
スクパターンとの位置ずれ量の内で、オフセット、スケ
ーリング、ローテーション、及び直交度よりなるパラメ
ータ群から選択された１つ以上のパラメータで表される
位置ずれ量の補正を行うことが望ましい。

【００１２】次に、本発明の第３の露光方法は、例えば
図１、図８〜図１１に示すように、露光対象とする感光
基板（Ｗ）上でそれぞれ同一のパターンが露光される単
位としてのショット領域（ＳＡ_i1，ＳＡ_i2，…）のＮ個
分（Ｎは２以上の整数）の大きさの露光フィールド（４
Ｂ）を有する露光装置（１Ｂ）を用いて、感光基板
（Ｗ）上にマスクパターンを重ね合わせて露光する露光
方法において、感光基板（Ｗ）上でそれらのショット領
域を露光単位として、且つそれらのショット領域毎にそ
れぞれアライメントマーク（ＭＸ_i1，ＭＹ_i1，…）が付
設された状態で第１のマスクパターンが規則的に転写さ
れている層上に、露光装置（１Ｂ）を用いてＮ個のショ
ット領域（ＳＡ_i1，ＳＡ_i2，…）を露光単位として、互
いに同一のＮ個の転写用のパターンよりなる第２のマス
クパターン（ＲＢ）を露光する際に、ショット領域（Ｓ
Ａ_i1，ＳＡ_i2，…）をそれぞれ独立のショット領域とし
て、これら複数の独立のショット領域より位置合わせ用
の計測を行うための所定個数の計測ショット（Ｓ₁,Ｓ₂,
…，Ｓ₁₁）を選択し、これらの計測ショットに付設され
たアライメントマークの位置を計測し、この計測結果よ
り感光基板（Ｗ）上の所定のショット領域（ＳＡ₁₄，Ｓ
Ａ₂₄，…，ＳＡ₂₁₂)の配列座標を求める（ステップ１０
１，１０２，１０４）。

【００１３】そして、感光基板（Ｗ）上のそれらのショ
ット領域をＮ個のショット領域毎に複数の露光ユニット
（ＳＣ₁,ＳＣ₂,…，ＳＣ₂₁）に分割し、これら複数の露
光ユニット内の複数のショット領域のそれぞれに当該露
光ユニット（ＳＣ_i)の露光中心（２６_i)に対するオフセ
ットを付与し、それら複数の露光ユニットからそれぞれ
１つ選択されたショット領域を露光対象のショット領域
（ＳＡ₁₄，ＳＡ₂₄，…，ＳＡ₂₁₂)として指定し（ステッ
プ１０３）、これら露光対象として指定されたショット
領域を位置決めの基準としてそれぞれ露光装置（１Ｂ）
を用いて第２のマスクパターン（ＲＢ）を露光するもの
である（ステップ１０５）。

【００１４】

【作用】斯かる本発明において、例えば図２に示すよう
に、感光基板（Ｗ）上のミドルレイヤの大きなショット
領域（ＳＢ₁)上にクリティカルレイヤのＮ個（図２では
Ｎ＝４）のショット領域（ＳＡ₁₁〜ＳＡ₁₄）のパターン
を露光する際には、上述の第１の露光方法を適用して、
先ずミドルレイヤのショット領域（ＳＢ₁)上に第１の露
光装置（１Ｂ）を用いて第１のマスクパターンを露光す
る。その後、感光基板（Ｗ）に現像等の処理を施すと、
ショット領域（ＳＢ₁)上のＮ個のショット領域（ＳＡ₁₁
〜ＳＡ₁₄）のそれぞれにアライメントマーク（ＭＸ₁₁，
ＭＹ₁₁〜ＭＸ₁₄，ＭＹ₁₄）が形成されるが、これらのア
ライメントマークは同時に露光されるため、原則として
どれを使用しても同じ位置決め精度が得られる。

【００１５】そこで、クリティカルレイヤのＮ個のショ
ット領域（ＳＡ₁₁〜ＳＡ₁₄）にそれぞれ第２の露光装置
（１Ａ）を用いて第２のマスクパターンを露光する際に
は、それらＮ組の内の何れか１組のアライメントマーク
（ＭＸ₁₁，ＭＹ₁₁）を用いて位置合わせを行う。次に、
例えば図６に示すように、感光基板上のクリティカルレ
イヤのＮ個のショット領域（ＳＡ₁₁〜ＳＡ₁₄）上にミド
ルレイヤの大きなショット領域（ＳＢ₁)のパターンを露
光する際には、上述の第２の露光方法を適用して、先ず
クリティカルレイヤのＮ個のショット領域（ＳＡ₁₁〜Ｓ
Ａ₁₄）上にそれぞれ第２の露光装置（１Ａ）を用いて第
１のマスクパターンを露光する。

【００１６】その後、感光基板に現像等の処理を施す
と、Ｎ個のショット領域（ＳＡ₁₁〜ＳＡ₁₄）のそれぞれ
にアライメントマーク（ＭＸ₁₁，ＭＹ₁₁〜ＭＸ₁₄，ＭＹ
₁₄）が形成されるが、これらのアライメントマークは互
いに独立に露光される。そこで、その上にミドルレイヤ
のショット領域（ＳＢ₁)のパターンを露光する際には、
第１の露光装置（１Ｂ）を用いて、それらＮ組のアライ
メントマークから選択された１組分より多い複数のアラ
イメントマークの位置を計測し、この計測結果を例えば
平均化して得られる位置に基づいてそのショット領域
（ＳＢ₁)と第２のマスクパターンとの位置合わせを行
う。これにより位置合わせ精度が向上する。

【００１７】また、計測対象とするアライメントマーク
の個数を１次元マークに換算して６個以上とすることに
より、ミドルレイヤのショット領域（ＳＢ₁)の２方向へ
のオフセット（シフト）Ｏｘ，Ｏｙ、２方向への線形伸
縮（スケーリング）Ｒｘ，Ｒｙ、回転（ローテーショ
ン）θ、及び直交度ｗのパラメータを求めることができ
る。従って、これらの少なくとも１つを補正することに
より、位置合わせ精度が向上する。

【００１８】次に、例えば図９（ａ）に示すように、感
光基板（Ｗ）上のミドルレイヤの大きなショット領域
（ＳＣ₁,ＳＣ₂,…，ＳＣ₂₁）に対して、ミドルレイヤ用
の露光装置（１Ｂ）を用いてそれぞれ第２のマスクパタ
ーン（ＲＢ）を露光する際に、例えば所定個数のショッ
ト領域の配列座標を計測し、計測結果を統計処理して全
部のショット領域の配列座標を算出するというＥＧＡ方
式のアライメント方法（例えば特開昭６１−４４４２９
号公報参照）を適用することを考える。なお、その前の
層はクリティカルレイヤ用の露光装置（１Ａ）、又はミ
ドルレイヤ用の露光装置（１Ｂ）の何れで露光されてい
てもよいが、大きなショット領域（ＳＣ₁,ＳＣ₂,…，Ｓ
Ｃ₂₁）を構成するＮ個のパターンに対応する最小単位の
ショット領域（ＳＡ_i1，ＳＡ_i2，…）にはそれぞれアラ
イメントマークが付設されている必要がある。

【００１９】この場合、大きなショット領域（ＳＣ₁,Ｓ
Ｃ₂,…，ＳＣ₂₁）から計測対象のショット領域を選択す
るのでは、選択するショット領域の個数が少な過ぎた
り、又は適切な位置に選択できないことがある。そこ
で、このような場合には本発明の第３の露光方法を適用
して、先ず大きなショット領域（ＳＣ₁,ＳＣ₂,…，ＳＣ
₂₁）をそれぞれ露光ユニットとみなし、これらの露光ユ
ニットを構成するそれぞれＮ個の最小単位のショット領
域（ＳＡ_i1，ＳＡ_i2，…）を独立のショット領域とみな
し、これら独立のショット領域から所定個数の計測ショ
ット（Ｓ₁,Ｓ₂,…，Ｓ₁₁）を選択する。そして、これら
の計測ショットに付設されたアライメントマークの位置
を計測し、計測結果を統計処理して感光基板（Ｗ）上の
全部のショット領域（ＳＡ_i1，ＳＡ_i2，…）の配列座標
を求める。その後、各露光ユニット（ＳＣ₁,ＳＣ₂,…，
ＳＣ₂₁）からそれぞれ１つのショット領域を露光対象の
ショット領域（露光ユニットの露光中心に対するオフセ
ットが付与されている）として選択し、これら露光対象
のショット領域を用いて位置合わせを行うことにより、
各露光ユニット、即ち大きなショット領域（ＳＣ₁,ＳＣ
₂,…，ＳＣ₂₁）に対してそれぞれ正確に位置合わせが行
われる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明による露光方法の一実施例につ
き図面を参照して説明する。この実施例では、２台の露
光装置として、それぞれステップ・アンド・リピート方
式でウエハ上の各ショット領域にそれぞれレチクルのパ
ターンの縮小像を投影する投影露光装置（ステッパー）
を使用する。

【００２１】図１は、本実施例の露光システムを示し、
この図１において、露光フィールドの小さなステッパー
（以下、「ファインステッパー」と呼ぶ）１Ａと、露光
フィールドの大きなステッパー（以下、「ミドルステッ
パー」と呼ぶ）１Ｂとが設置されている。本実施例で
は、ファインステッパー１Ａは高解像度、ミドルステッ
パー１Ｂは低解像度であり、高解像度のファインステッ
パー１Ａを用いて、ウエハ上のクリティカルレイヤへの
露光を行い、低解像度のミドルステッパー１Ｂを用い
て、ウエハ上のミドルレイヤへの露光を行う。但し、製
造する半導体素子の種類等に応じて、ファインステッパ
ー１Ａを低解像度としたり、又はミドルステッパー１Ｂ
を高解像度とする場合も有り得る。

【００２２】先ずファインステッパー１Ａにおいて、レ
チクルＲＡ上のパターン領域２Ａが不図示の照明光学系
からの露光光により照明され、パターン領域２Ａ内のパ
ターン像が投影光学系３Ａにより１／５倍に縮小され
て、ウエハＷ上の露光フィールド４Ａに投影露光され
る。投影光学系３Ａの光軸に平行にＺ１軸を取り、Ｚ１
軸に垂直な平面の直交座標をＸ１軸及びＹ１軸とする。
レチクルＲＡ上のパターン領域２ＡのＹ１方向の端部
（例えば遮光帯の中）、及びＸ１方向の端部にはそれぞ
れＸ１軸用のアライメントマーク１７Ｘ、及びＹ１軸用
のアライメントマーク１７Ｙが形成されている。

【００２３】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Ｘ
Ｙステージ等から構成されている。ウエハステージ５Ａ
上には直交するように２枚の移動鏡６Ａ及び８Ａが固定
され、外部に設置されたレーザ干渉計７Ａ及び移動鏡６
Ａによりウエハステージ５ＡのＸ１方向の座標が計測さ
れ、外部に設置されたレーザ干渉計９Ａ及び移動鏡８Ａ
によりウエハステージ５ＡのＹ１方向の座標が計測され
ている。レーザ干渉計７Ａ及び９Ａにより計測された座
標は、装置全体の動作を統轄制御する制御装置１０Ａに
供給され、制御装置１０Ａは、不図示の駆動部を介して
ウエハステージ５ＡをＸ１方向及びＹ１方向にステッピ
ング駆動することにより、ウエハＷの位置決めを行う。
この場合、ウエハＷのステッピング駆動は、ウエハＷの
露光面に設定されたショット領域（パターン領域２Ａの
パターン像が投影露光される単位となる領域）の配列、
即ちクリティカルレイヤ用のショットマップに従って行
われ、このショットマップは制御装置１０Ａ内のコンピ
ュータよりなるマップ作成部により作成される。

【００２４】本実施例のファインステッパー１Ａには、
ＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式で、且つレーザ・ス
テップ・アライメント方式（以下、「ＬＳＡ方式」とい
う）のアライメント系１１Ａ及び１４Ａが備えられてい
る。ＬＳＡ方式のアライメント系については、例えば特
開昭６０−１３０７４２号公報に詳細に開示されている
ため、以下ではその概略を説明する。即ち、Ｘ１軸用の
アライメント系１１Ａから射出されたレーザビームは、
投影光学系３ＡとレチクルＲＡとの間に配されたミラー
１２Ａにより反射されて投影光学系３Ａに入射し、投影
光学系３Ａから射出されたレーザビームが、露光フィー
ルド４Ａの近傍の領域にＹ１方向に長いスリット状スポ
ット光１３Ａとして集光される。

【００２５】図４（ａ）は、計測対象とするウエハＷ上
のアライメントマークとしてのＸ１軸用のウエハマーク
ＭＸを示し、この図４（ａ）において、ウエハマークＭ
Ｘはスリット状スポット光１３Ａにほぼ平行な方向に所
定ピッチで配列された凹凸のドット列パターンである。
図１のウエハステージ５Ａを駆動して、そのスリット状
スポット光１３Ａに対してウエハマークＭＸをＸ１方向
に走査すると、このウエハマークＭＸがスリット状スポ
ット光１３Ａと合致したときに所定の方向に回折光が射
出される。

【００２６】図１に戻り、その回折光が、投影光学系３
Ａ、ミラー１２Ａを介してアライメント系１１Ａに戻
り、アライメント系１１Ａ内の受光素子で光電変換して
得られたアライメント信号が制御装置１０Ａに供給され
る。制御装置１０Ａでは、アライメント信号が例えば最
大になるときのウエハステージ５ＡのＸ１座標をサンプ
リングすることにより、そのＸ１軸用のウエハマークの
位置を検出する。

【００２７】同様に、ＬＳＡ方式のＹ１軸用のアライメ
ント系１４Ａから射出されたレーザビームは、ミラー１
５Ａ及び投影光学系３Ａを経て、ウエハＷ上にＸ１軸方
向に長いスリット状スポット光１６Ａとして集光され、
このスリット状スポット光１６Ａからの回折光が、投影
光学系３Ａ、ミラー１５Ａを介してアライメント系１４
Ａに戻される。このアライメント系１４Ａから制御装置
１０Ａに供給されるアライメント信号より、ウエハＷ上
のＹ１軸用のウエハマークの位置が検出される。

【００２８】なお、アライメント系としては、ＴＴＲ
（スルー・ザ・レンズ）方式のアライメント系、又は投
影光学系３Ａを介さずにウエハマークの位置を検出する
オフ・アクシス方式のアライメント系等を使用してもよ
く、ウエハマークの検出方式としては、画像処理方式、
又は２光束を回折格子状のウエハマークに照射して平行
に発生する１対の回折光の干渉信号から位置検出を行う
所謂２光束干渉方式等を使用してもよい。このような画
像処理方式、又は２光束干渉方式のアライメント系を使
用するときには、ウエハマークとしては図４（ｂ）に示
すように、例えば計測方向に所定ピッチで配列された凹
凸のライン・アンド・スペースパターン２２Ｘが使用さ
れる。

【００２９】次に、本例のミドルステッパー１Ｂは、上
述のファインステッパー１Ａとほぼ同様な構成である
が、レチクルＲＢのパターン領域２Ｂのパターン像は、
投影光学系３Ｂを介して１／２．５倍に縮小されて、ウ
エハステージ５Ｂ上に保持されたウエハＷ上の露光フィ
ールド４Ｂに投影露光される。投影光学系３Ｂの光軸に
平行にＺ２軸を取り、Ｚ２軸に垂直な平面の直交座標を
Ｘ２軸及びＹ２軸とする。レチクルＲＢはＸ２方向に２
列、及びＹ２方向に２行の部分パターン領域１８Ａ〜１
８Ｄに分割され、これら部分パターン領域１８Ａ〜１８
Ｄ内にはそれぞれ同一の回路パターンが形成されてい
る。更に、これら部分パターン領域１８Ａ〜１８Ｄ内に
はそれぞれ同一のＸ２軸用のアライメントマーク１９
Ｘ、及びＹ２軸用のアライメントマーク１９Ｙが形成さ
れている。ウエハステージ５ＢのＸ２座標は、移動鏡６
Ｂ及びレーザ干渉計７Ｂにより計測され、ウエハステー
ジ５ＢのＹ２座標は、移動鏡８Ｂ及びレーザ干渉計９Ｂ
により計測され、それら計測された座標が制御装置１０
Ｂに供給されている。制御装置１０Ｂがウエハステージ
５Ｂのステッピング駆動を制御する。

【００３０】ウエハステージ５Ｂのステッピング駆動
は、ウエハＷの露光面に設定されたショット領域（パタ
ーン領域２Ｂのパターン像がそれぞれ投影露光される領
域）の配列、即ちミドルレイヤ用のショットマップに従
って行われ、このショットマップは制御装置１０Ｂ内の
コンピュータよりなるマップ作成部により作成される。
この場合、制御装置１０Ａ内のマップ作成部と、制御装
置１０Ｂ内のマップ作成部とは互いに作成したショット
マップ情報を供給する機能を有している。そして、例え
ばクリティカルレイヤ上にミドルレイヤの露光を行うと
きには、ファインステッパー１Ａに備えられた制御装置
１０Ａ内のマップ作成部で作成されたクリティカルレイ
ヤ用のショットマップ情報が、制御装置１０Ａ内の通信
部から制御装置１０Ｂ内の通信部に送信され、制御装置
１０Ｂ内のマップ作成部は、供給されたショットマップ
情報に基づいてミドルレイヤ用のショットマップを作成
する。逆に、ミドルレイヤ上にクリティカルレイヤの露
光を行う際には、制御装置１０Ｂ内のマップ作成部で作
成されたミドルレイヤのショットマップ情報が制御装置
１０Ａ内のマップ作成部に供給される。

【００３１】また、ミドルステッパー１Ｂにおいて、Ｔ
ＴＬ方式で且つＬＳＡ方式のＸ２軸のアライメント系１
１Ｂからのレーザビームが、ミラー１２Ｂ及び投影光学
系３Ｂを介してウエハＷ上にＹ２方向に伸びたスリット
状スポット光１３Ｂとして集光され、Ｙ２軸のアライメ
ント系１４Ｂからのレーザビームが、ミラー１５Ｂ及び
投影光学系３Ｂを介してウエハＷ上にＸ２方向に伸びた
スリット状スポット光１６Ｂとして集光される。スリッ
ト状スポット光１３Ｂ及び１６Ｂからの回折光をそれぞ
れ対応するアライメント系１１Ｂ及び１４Ｂで受光する
ことにより、ウエハＷ上のＹ２軸用のウエハマークの位
置、及びＸ２軸用のウエハマークの位置が検出される。

【００３２】次に、本実施例における露光動作の一例に
つき図２、及び図３を参照して説明する。本実施例にお
いては、ミドルステッパー１Ｂを用いてウエハＷ上のミ
ドルレイヤに露光を行った後、ファインステッパー１Ａ
を用いてそのミドルレイヤ上のクリティカルレイヤに露
光を行うものとする。図２は、ウエハＷ上のミドルレイ
ヤのショットマップを示し、この図２において、ウエハ
Ｗのフォトレジストが塗布された露光面は互いに直交す
るＸ方向及びＹ方向に、それぞれ所定ピッチで矩形のシ
ョット領域ＳＢ₁，ＳＢ₂，…，ＳＢ ₉に分割されてい
る。これらのショット領域ＳＢ₁〜ＳＢ₉は、図１のミ
ドルステッパー１Ｂの露光フィールド４Ｂとほぼ同じ大
きさであり、且つ各ショット領域ＳＢ₁〜ＳＢ₉はそれ
ぞれクリティカルレイヤ用のショット領域が４個含まれ
ている。即ち、ショット領域ＳＢ₁は、４個のクリティ
カルレイヤ用のショット領域ＳＡ₁₁〜ＳＡ₁₄より構成さ
れ、以下同様にショット領域ＳＢ₂，ＳＢ₃，…ＳＡ₉
は、それぞれ４個のＳＡ₂₁〜ＳＡ₂₄，ＳＡ₃₁〜ＳＡ₃₄，
…，ＳＡ₉₁〜ＳＡ ₉₄より構成されている。

【００３３】本例では、図１のミドルステッパー１Ｂを
使用して、図２のＸ方向及びＹ方向をそれぞれ図１のＸ
２方向及びＹ２方向に合わせ、ミドルレイヤの各ショッ
ト領域ＳＢ_i(ｉ＝１〜９）にそれぞれレチクルＲＢのパ
ターン領域２Ｂ内の４個の同一の回路パターン像を投影
露光する。露光後のウエハＷに対して現像等のプロセス
を施すことにより、各ショット領域ＳＢ_iにそれぞれ４
個の回路パターンが形成される。これらの回路パターン
と共に、例えばショット領域ＳＢ₁では、図１のレチク
ルＲＢ内の４個の部分パターン領域１８Ａ〜１８Ｄ内の
２つのアライメントマーク１９Ｘ，１９Ｙの像が、Ｘ軸
用のウエハマークＭＸ₁₁〜ＭＸ₁₄、及びＹ軸用のウエハ
マークＭＹ₁₁〜ＭＹ₁₄として形成される。

【００３４】これらのウエハマークＭＸ₁₁〜ＭＸ₁₄、及
びＭＹ₁₁〜ＭＹ₁₄はそれぞれクリティカルレイヤのショ
ット領域ＳＡ₁₁〜ＳＡ₁₄のＸ方向用のウエハマーク、及
びＹ方向用のウエハマークとなっている。また、ウエハ
マークＭＸ₁₁〜ＭＸ₁₄は図４（ａ）のウエハマークＭＸ
と同様のドット列パターンであり、ウエハマークＭＹ ₁₁
〜ＭＹ₁₄はそのウエハマークＭＸを９０°回転したドッ
ト列パターンである。同様に、図２の他のミドルレイヤ
のショット領域ＳＢ₂〜ＳＢ₉にもそれぞれクリティカ
ルレイヤのショット領域に対応して４対のウエハマーク
が形成される。

【００３５】次にそのウエハＷ上にフォトレジストを塗
布し、図１のファインステッパー１Ａを使用して、ウエ
ハＷ上のクリティカルレイヤのショット領域ＳＡ₁₁〜Ｓ
Ａ₁₄，ＳＡ₂₁〜ＳＡ₂₄，…，ＳＡ₉₁〜ＳＡ₉₄にそれぞれ
レチクルＲＡの回路パターン像を投影露光する。この露
光の前にそれぞれ各ショット領域とレチクルＲＡとの位
置合わせ（アライメント）が行われる。この場合、最も
簡単なアライメント方法は、例えばショット領域ＳＢ₁
内の４個のショット領域ＳＡ₁₁〜ＳＡ₁₄に関しては、例
えばその中の１つのショット領域ＳＡ₁₁に付設された１
組のウエハマークＭＸ₁₁及びＭＹ₁₁の位置に基づいてア
ライメントを行う方法である。即ち、４組のウエハマー
クＭＸ₁₁，ＭＹ₁₁〜ＭＸ₁₄，ＭＹ₁₄は同一条件で同時に
形成されたものであるため、ミドルステッパー１Ｂの倍
率誤差や、ウエハＷの線形伸縮等が無いものとすれば、
それらのどの組のウエハマークの位置を用いても、４個
のショット領域ＳＡ₁₁〜ＳＡ₁₄とレチクルＲＡとを同じ
重ね合わせ精度でアライメントできる。

【００３６】この方法では、４個のショット領域につい
て１組のウエハマークの位置を計測すればよいだけであ
るため、高いスループットで且つ高精度にアライメント
及び露光を行うことができる。しかしながら、実際には
ミドルステッパー１Ｂに所定の倍率誤差のある場合があ
り、種々のプロセスを経ることにより、ウエハＷ（又は
ウエハＷ上の被膜等）にも線形伸縮等の生ずる場合があ
る。そこで、以下では図３を参照してそれらの影響を考
慮した、より高精度なアライメント方法につき説明す
る。

【００３７】図３は図２のミドルレイヤのショット領域
ＳＢ₁上の４個のクリティカルレイヤのショット領域Ｓ
Ａ₁₁〜ＳＡ₁₄を示し、この図３において、４個のショッ
ト領域ＳＡ₁₁〜ＳＡ₁₄の中心点を原点２１としてウエハ
上に直交するようにｘ軸、及びｙ軸を取る。そして、ウ
エハマークＭＸ_1n（ｎ＝１〜４）の原点２１に関する設
計上のｘ座標をＤｘｎ、ウエハマークＭＹ_1nの原点２１
に関する設計上のｙ座標をＤｙｎとする。これらの設計
上の座標値は予め定められている。

【００３８】次に、図１のファインステッパー１Ａのレ
ーザ干渉計７Ａ，９Ａで計測されるＸ１座標、及びＹ１
座標よりなる座標系を、図３上のステージ座標系（Ｘ
１，Ｙ１）として、そのステージ座標系（Ｘ１，Ｙ１）
でのウエハマークＭＸ_1nのＸ１座標をＦｘｎ、ウエハマ
ークＭＹ_1nのＹ１座標をＦｙｎとすると、近似的に次の
（数１）の関係がある。

【００３９】

【数１】

【００４０】この（数１）の変換行列はスケーリングＲ
ｘ，Ｒｙ、ローテーションθ、直交度ｗ、及びオフセッ
トＯｘ，Ｏｙよりなる６個の変換パラメータを要素とし
ており、スケーリングＲｘ，Ｒｙは線形伸縮、ローテー
ションθは回転、直交度ｗはｘ軸とｙ軸との交差角の９
０°からの誤差、オフセットＯｘ，ＯｙはＸ１方向、Ｙ
１方向へのシフト量を表している。

【００４１】次に、（数１）の６個の変換パラメータの
値を定めるため、図１のアライメント系１１Ａ，１４Ａ
を用いて、ステージ座標系（Ｘ１，Ｙ１）上で図３の４
対のウエハマーク中の少なくとも３対のウエハマークの
座標値を計測する。但し、実際には６個のウエハマーク
の座標値を計測するだけでもよい。この場合、ｎ番目
（ｎ＝１，２，…）に計測されたウエハマークＭＸ_1n，
ＭＹ_1nの配列座標値を（Ｍｘｎ，Ｍｙｎ）とする。次
に、それらウエハマークＭＸ_1n，ＭＹ_1nの設計上の配列
座標（Ｄｘｎ，Ｄｙｎ）を（数１）に代入して得られる
計算上の配列座標値を（Ｆｘｎ，Ｆｙｎ）として、この
配列座標値（Ｆｘｎ，Ｆｙｎ）と実測値（Ｍｘｎ，Ｍｙ
ｎ）との誤差、即ちアライメント誤差（Ｅｘｎ，Ｅｙ
ｎ）（＝（Ｍｘｎ−Ｆｘｎ，Ｍｙｎ−Ｆｙｎ））を求め
る。その後、全ての計測されたウエハマークについて求
めたアライメント誤差の自乗和、即ち残留誤差成分が最
小となるように、６個の変換パラメータの値を決定す
る。

【００４２】計測されたウエハマークをＭ対とすると、
その残留誤差成分は次の（数２）で表される。一例とし
て、その（数２）を６個の変換パラメータで偏微分した
結果をそれぞれ０とおいた連立方程式を解くことによ
り、それら６個の変換パラメータの値が求められる。

【００４３】

【数２】

【００４４】こうして変換パラメータが決まると、先ず
スケーリングＲｘ，Ｒｙに応じて、図１のファインステ
ッパー１Ａの投影光学系３Ａの投影倍率を調整する。こ
のためには、例えば投影光学系３Ａを構成するレンズ群
の所定の間隔を調整するか、又は所定のレンズ群の間の
密封空間内の気体の圧力を制御すればよい。更には、レ
チクルＲＡを投影光学系３Ａの光軸方向に移動させる
か、又はその光軸に垂直な面に対して傾斜させて投影倍
率を調整してもよい。次に、ローテーションθに応じ
て、レチクルＲＡ又はウエハＷの回転角を調整する。直
交度ｗについては、直接の補正方法はないが、例えばロ
ーテーションθの一部として間接的に補正する方法があ
る。

【００４５】最後のオフセットを補正するため、図３の
４対のウエハマークＭＸ₁₁，ＭＹ₁₁〜ＭＸ₁₄，ＭＹ₁₄の
設計上の配列座標（Ｄｘｎ，Ｄｙｎ）を（数１）に代入
して、順次配列座標（Ｆｘｎ，Ｆｙｎ）を求め、これに
基づいてウエハステージ５Ａを介して各ショット領域Ｓ
Ａ₁₁〜ＳＡ₁₄を位置決めすればよい。このように位置決
めが行われた後に露光を行うことにより、ミドルレイヤ
とクリティカルレイヤとの間で高い重ね合わせ精度が得
られる。

【００４６】なお、（数１）の６個の変換パラメータの
全ての補正を行う必要はなく、オフセットＯｘ，Ｏｙの
他に、例えばスケーリングＲｘ，Ｒｙ、又はローテーシ
ョンθの補正を行うだけでもよい。このように補正対象
の変換パラメータの個数が減少したときには、計測する
ウエハマークの個数をそのように補正対象の変換パラメ
ータの個数まで減少させることができ、スループットが
向上する。

【００４７】次に、本実施例でファインステッパー１Ａ
を用いてウエハ上のクリティカルレイヤに露光を行った
後、その上のミドルレイヤにミドルステッパー１Ｂを用
いて露光を行う場合の動作の一例につき図５及び図６を
参照して説明する。図５は、ウエハＷ上のクリティカル
レイヤのショットマップを示し、この図５において、ウ
エハＷのフォトレジストが塗布された露光面は互いに直
交するＸ方向及びＹ方向に、それぞれ所定ピッチで矩形
のショット領域ＳＡ₁₁，ＳＡ₁₂，…，ＳＡ₉₄に分割され
ている。これらのショット領域ＳＡ₁₁〜ＳＡ₉₄は、図１
のファインステッパー１Ａの露光フィールド４Ａとほぼ
同じ大きさである。

【００４８】本例では、図１のファインステッパー１Ａ
を使用して、図５のＸ方向及びＹ方向をそれぞれ図１の
Ｘ１方向及びＹ１方向に合わせ、クリティカルレイヤの
各ショット領域ＳＡ_ij（ｉ＝１〜９；ｊ＝１〜４）にそ
れぞれレチクルＲＡのパターン領域２Ａ内の回路パター
ン像を投影露光する。露光後のウエハＷに対して現像等
のプロセスを施すことにより、各ショット領域ＳＡ_ijに
それぞれ回路パターンと共に、図１のレチクルＲＡ内の
アライメントマーク１９Ｘ，１９Ｙの像が、Ｘ軸用のウ
エハマークＭＸ_ij、及びＹ軸用のウエハマークＭＹ_ijと
して形成される。

【００４９】次にそのウエハＷ上にフォトレジストを塗
布し、図１のミドルステッパー１Ｂを使用して、ウエハ
Ｗ上のミドルレイヤのショット領域にそれぞれレチクル
ＲＢの回路パターン像を投影露光する。この場合、図５
において、クリティカルレイヤの２行×２列のショット
領域がそれぞれミドルレイヤの１個のショット領域とな
っている。例えば４個のショット領域ＳＡ₁₁〜ＳＡ₁₄が
１個のミドルレイヤのショット領域を構成するため、そ
の上に露光する場合につき説明する。

【００５０】図６はそれらクリティカルレイヤの４個の
ショット領域ＳＡ₁₁〜ＳＡ₁₄を示し、この図６におい
て、４個のショット領域ＳＡ₁₁〜ＳＡ₁₄上より１個のミ
ドルレイヤのショット領域にＳＢ₁が構成され、このシ
ョット領域ＳＢ₁上に図１のレチクルＲＢの回路パター
ン像が露光される。この露光の前にショット領域ＳＢ₁
とレチクルＲＢとの位置合わせ（アライメント）が行わ
れる。この場合、最も簡単なアライメント方法は、例え
ば４個のショット領域ＳＡ₁₁〜ＳＡ₁₄に付設された全て
のウエハマークＭＸ₁₁〜ＭＸ₁₄及びＭＹ₁₁〜ＭＹ₁₄の位
置を図１のミドルステッパー１Ｂのステージ座標系（Ｘ
２，Ｙ２）上で計測し、これらの平均値（ＭＸ₁₀，ＭＹ
₁₀）を求める方法である。この平均値（ＭＸ₁₀，Ｍ
Ｙ₁₀）に基づいてアライメントを行うことにより、ショ
ット領域ＳＢ₁とレチクルＲＢのパターンとの重ね合わ
せ、ひいてはクリティカルレイヤとミドルレイヤとの重
ね合わせが高精度に行われる。

【００５１】但し、実際にはウエハＷに線形伸縮等の生
ずる場合がある。そこで、以下では図６を参照してそれ
らの影響を考慮した、より高精度なアライメント方法に
つき説明する。図６に示すように、図３と同様に４個の
ショット領域ＳＡ₁₁〜ＳＡ₁₄の中心点を原点２３として
ウエハ上に直交するようにｘ軸、及びｙ軸を取る。そし
て、ウエハマークＭＸ_1n（ｎ＝１〜４）の原点２３に関
する設計上のｘ座標、及びウエハマークＭＹ_1nの原点２
３に関する設計上のｙ座標と、少なくとも６個のウエハ
マークの座標の計測値とを用いて、設計上の座標からス
テージ座標系（Ｘ２，Ｙ２）上の座標への６個の変換パ
ラメータ（（数１）中の変換パラメータ）を求める。こ
れらの変換パラメータもスケーリングＲｘ，Ｒｙ、ロー
テーションθ、直交度ｗ、及びオフセットＯｘ，Ｏｙよ
り構成されている。

【００５２】こうして変換パラメータが決まると、先ず
スケーリングＲｘ，Ｒｙに応じて、図１のミドルステッ
パー１Ｂの投影光学系３Ｂの投影倍率を調整する。この
ためには、投影光学系３Ｂ内の所定のレンズ間の密閉空
間の気体の圧力の制御、又はレチクルＲＢの光軸方向へ
の移動等が行われる。その後、ローテーションθ、及び
直交度ｗに応じて、レチクルＲＢ又はウエハＷの回転角
を調整する。

【００５３】最後のオフセットを補正するため、オフセ
ット（Ｏｘ，Ｏｙ）に基づいてウエハステージ５Ｂを介
してショット領域ＳＢ₁を位置決めすればよい。このよ
うに位置決めが行われた後に露光を行うことにより、ク
リティカルレイヤとミドルレイヤとの間で高い重ね合わ
せ精度が得られる。この場合も、（数１）の６個の変換
パラメータの全ての補正を行う必要はなく、オフセット
Ｏｘ，Ｏｙの他に、例えばスケーリングＲｘ，Ｒｙ、又
はローテーションθの補正を行うだけでもよい。

【００５４】次に、本発明の他の実施例につき図７を参
照して説明する。この実施例では、露光フィールドの小
さな露光装置として、高解像度の図１のファインステッ
パー１Ａを使用し、露光フィールドの大きな（ファイン
ステッパー１Ａのほぼ４倍）露光装置として、ステップ
・アンド・スキャン方式の投影露光装置を使用する。ス
テップ・アンド・スキャン方式とは、ウエハの各ショッ
ト領域を走査開始位置にステッピング移動させた後、そ
れぞれ投影光学系に対してレチクル及びウエハを同期し
て走査することにより、ウエハの各ショット領域に対し
てレチクルのパターンの縮小像を走査露光する方式であ
る。

【００５５】そして、本実施例では先ずファインステッ
パー１ＡによりウエハＷ上のクリティカルレイヤへの露
光を行った後、その上のミドルレイヤにステップ・アン
ド・スキャン方式の投影露光装置により露光を行うもの
とする。従って、後者の投影露光装置は低解像度でもよ
いが、ステップ・アンド・スキャン方式は露光フィール
ドが広くとも結像特性を高精度に維持できる方式である
ため、ミドルレイヤで比較的高い解像度が要求される場
合でも本例は適用される。

【００５６】この場合、先ず図５と同様にファインステ
ッパー１ＡによりウエハＷ上のクリティカルレイヤのシ
ョット領域ＳＡ₁₁〜ＳＡ₉₄にそれぞれレチクルＲＡのパ
ターンの縮小像が投影され、現像等の処理を施すことに
より、ウエハマークが形成される。その後、図７に示す
ように、ウエハＷ上でステップ・アンド・スキャン方式
の投影露光装置のスリット状の露光フィールド２４Ｂが
相対的に軌跡２５Ａ〜２５Ｉに示すように交互に−Ｙ方
向、又は＋Ｙ方向に移動することにより、ウエハＷ上の
ミドルレイヤのショット領域ＳＢ₁〜ＳＢ₉に対して、
それぞれ走査露光方式で露光が行われる。即ち、走査方
向は−Ｙ方向、又は＋Ｙ方向である。

【００５７】また、例えばショット領域ＳＢ₁のアライ
メント方法としては、先ず図６と同様にショット領域Ｓ
Ｂ₁を構成する４個のクリティカルレイヤのショット領
域ＳＡ₁₁〜ＳＡ₁₄に付設されたウエハマークの設計上の
配列座標、及び計測された座標値より、（数１）の６個
の変換パラメータが求められる。その後、スケーリング
中で、走査方向であるＹ方向のスケーリングＲｙについ
ては、Ｙ方向でのレチクルとウエハＷとの相対的な走査
速度を調整することにより補正を行う。一方、走査方向
に直交するＸ方向のスケーリングＲｘについては、ステ
ッパーと同様に投影光学系の調整、又はレチクルの移動
等により投影倍率自体を調整することにより補正を行
う。更に、ローテーションθ、及び直交度ｗについては
レチクル、又はウエハの回転により補正する。これによ
り、高い重ね合わせ精度が得られる。

【００５８】なお、上述実施例では、２台のステッパ
ー、又はステッパーとステップ・アンド・スキャン方式
の投影露光装置との組合せを使用しているが、例えば露
光フィールドの小さな露光装置、及び露光フィールドの
大きな露光装置としてそれぞれ別のステップ・アンド・
スキャン方式の投影露光装置を使用してもよい。次に、
本発明の更に別の実施例につき図８〜図１１を参照して
説明する。本実施例は、ファインステッパーを用いてウ
エハ上のクリティカルレイヤに露光を行った後、又はミ
ドルステッパーを用いてウエハ上のミドルレイヤに露光
を行った後、その上の新たなミドルレイヤにミドルステ
ッパー１Ｂを用いて露光を行う場合に本発明を適用した
ものである。

【００５９】図９（ａ）は、ウエハＷ上のこれから露光
すべきミドルレイヤのショットマップを示し、ウエハＷ
は図１のミドルステッパー１Ｂのウエハステージ５Ｂ上
に保持されている。ここで、図１のミドルステッパー１
Ｂのウエハステージ５Ｂの移動座標を規定するステージ
座標系（Ｘ２，Ｙ２）を、説明の便宜上図９（ａ）では
ステージ座標系（Ｘ，Ｙ）とする。即ち、図１のミドル
ステッパー１ＢにおけるＸ２方向、及びＹ２方向をそれ
ぞれ図９（ａ）ではＸ方向及びＹ方向とする。

【００６０】この場合、図９（ａ）において、ウエハＷ
の露光面がほぼＸ方向及びＹ方向に、それぞれ所定ピッ
チでミドルレイヤの矩形のショット領域ＳＣ₁,ＳＣ₂,
…，ＳＣ₂₁に分割されている。これらのショット領域Ｓ
Ｃ₁〜ＳＣ₂₁は、図１のミドルステッパー１Ｂの露光フ
ィールド４Ｂとほぼ同じ大きさである。また、それらの
ミドルレイヤの各ショット領域ＳＣ_i(ｉ＝１〜２１）
は、図９（ｂ）に示すようにそれぞれほぼＸ方向に２
列、Ｙ方向に２行の計４個のショット領域ＳＡ_i1，ＳＡ
_i2，ＳＡ_i3，ＳＡ_i4に分割され、これらのショット領域
ＳＡ_i1〜ＳＡ_i4にはそれまでの露光工程等によってそれ
ぞれ回路パターン、及びＸ軸用のウエハマークＭＸ_i1〜
ＭＸ_i4、Ｙ軸用のウエハマークＭＹ_i1〜ＭＹ_i4が形成さ
れている。なお、それらのショット領域ＳＡ_i1〜ＳＡ_i4
は、クリティカルレイヤのショット領域と同じ大きさで
あるが、この実施例では前層への露光はファインステッ
パー又はミドルステッパーの何れで行われていてもよ
い。

【００６１】そして本実施例では、図１のミドルステッ
パー１Ｂを使用して、図９（ａ）のウエハＷ上のショッ
ト領域ＳＣ₁〜ＳＣ₂₁に対してそれぞれレチクルＲＢの
パターン領域２Ｂ内の４個の回路パターン像を投影露光
する。また、この際のアライメント方法として、例えば
特開昭６１−４４４２９号公報で開示されているＥＧＡ
（エンハンスト・グローバル・アライメント）方式のア
ライメント方法を使用する。

【００６２】このＥＧＡ方式では、ウエハＷ上に設定さ
れた座標系を試料座標系（ｘ，ｙ）とすると、この試料
座標系（ｘ，ｙ）上で各ウエハマークＭＸ_ij（ｉ＝１〜
２１；ｊ＝１〜４）の中心のｘ座標ｘ_ij及びｙ座標、並
びにＹ軸用の各ウエハマークＭＹ_ijのｘ座標及びｙ座標
ｙ_ijが、設計座標として予め図１の制御装置１０Ｂ内の
記憶部に記憶されている。

【００６３】このとき、６個の変換パラメータ（Ｘ方向
のスケーリング（線形伸縮）Ｒｘ、Ｙ方向のスケーリン
グＲｙ、ローテーションθ、直交度ｗ、Ｘ方向のオフセ
ットＯｘ、及びＹ方向のオフセットＯｙ）を用い、ロー
テーションθ、及び直交度ｗが小さいとしたときの次の
近似変換式により試料座標系（ｘ，ｙ）からステージ座
標系（Ｘ，Ｙ）への変換関係を定義する。

【００６４】

【数３】

【００６５】なお、この（数３）における６個の変換パ
ラメータ（Ｒｘ，Ｒｙ，θ，ｗ，Ｏｘ，Ｏｙ）はウエハ
Ｗ上での全体としての変換パラメータであり、（数１）
におけるショット領域内の６個の変換パラメータとは異
なるものである。更に、スケーリングＲｘ、及びＲｙの
１からの変化量をそれぞれパラメータΓｘ、及びΓｙと
おくと、Ｒｘ＝１＋Γｘ、Ｒｙ＝１＋Γｙが成立する。
そして、これらのパラメータΓｘ、及びΓｙの絶対値が
微小であるとすると、（数３）は次式で近似できる。

【００６６】

【数４】

【００６７】（数３）又は（数４）の何れを使用しても
よいが、ここでは一例として（数４）を使用するものと
する。そして、それら６個の変換パラメータ（パラメー
タΓｘ，Γｙ、ローテーションθ、直交度ｗ、オフセッ
トＯｘ，Ｏｙ）の値を決定するために、ウエハＷ上のシ
ョット領域から選ばれた所定個数のショット領域（以
下、「サンプルショット」と呼ぶ）のステージ座標系
（Ｘ，Ｙ）での配列座標を計測する。

【００６８】しかしながら、ミドルレイヤのショット領
域の個数はクリティカルレイヤのショット領域の個数に
比べて少ないため、そのままでは、適当な分布で必要な
個数のサンプルショットを指定できないことがある。そ
こで、本例では以下のようにする。即ち、先ず図８のス
テップ１０１において、図９（ａ）に示すウエハＷ上の
ミドルレイヤのＪ個（本例ではＪ＝２１）のショット領
域ＳＣ_i(ｉ＝１〜Ｊ）をそれぞれ露光ユニットとも呼
び、各露光ユニットＳＣ_i内の４個のショット領域ＳＡ
_i1〜ＳＡ_i4を独立のショット領域とみなしてショットマ
ップを作成する。

【００６９】図１０は、その結果ウエハＷ上に形成され
たショットマップを示し、この図１０において、ウエハ
Ｗ上に４×Ｊ個のショット領域ＳＡ₁₁〜ＳＡ₁₄，…，Ｓ
Ａ_J1〜ＳＡ_J4（図１０ではＪ＝２１）が形成されてい
る。これによって、ショット領域の個数は４倍となって
いる。そこで、次のステップ１０２において、図１０の
４×Ｊ個のショット領域から斜線を施して示すように、
Ｍ個のサンプルショットＳ₁,Ｓ₂,…，Ｓ_M(図１０ではＭ
＝１１）を選択する。一例として、サンプルショットＳ
₁はショット領域ＳＡ₆₂に相当し、各サンプルショット
はウエハＷ上で中心からほぼ等距離の位置に均等に分布
している。

【００７０】次に、ステップ１０３において、図１０の
４×Ｊ個のショット領域内で、図９（ａ）のＪ個の露光
ユニットＳＣ_iのそれぞれについて１つのショット領域
を露光ショットとして選択し、他のショット領域を非露
光ショットとする。図１１は、各露光ユニットＳＣ_iか
らそれぞれ１つ選択された合計でＪ個（図１１ではＪ＝
２１）露光ショットの配列の一例を示し、この図１１に
おいて、記号＊を付して示すショット領域ＳＡ₁₄，ＳＡ
₂₄，ＳＡ₃₄，…，ＳＡ₂₀₂が露光ショットである。この
場合、各露光ショットには、それぞれ所属する露光ユニ
ットの中心に対する露光オフセットが持たせてある。

【００７１】具体的に、例えば図９（ａ）のショット領
域ＳＣ_iを露光ユニットＳＣ_iとして、その内のショッ
ト領域ＳＡ_i2を露光ショットとすると、露光ユニットＳ
Ｃ_iの中心２６_iとその露光ショットＳＡ_i2の中心２７
_i2との試料座標系（ｘ，ｙ）での２次元的な位置ずれ量
を、そのその露光ショットＳＡ_i2に対する露光オフセッ
トとする。

【００７２】なお、ステップ１０１でショットマップを
作成したときに、図１０のウエハＷ上の全部のショット
領域に対してそれぞれ露光オフセットを持たせてもよ
い。また、ステップ１０２において、サンプルショット
を選択する際に、各露光ユニットＳＣ_iから選択するサ
ンプルショットの個数を最大で３個として、ステップ１
０３で選択する露光ショットは、サンプルショット以外
のショット領域から選択するようにしてもよい。

【００７３】次に、ステップ１０４に移行してＥＧＡ方
式でのアライメントを行う。即ち、ミドルステッパー１
Ｂのステージ座標系（Ｘ，Ｙ）上で、Ｍ個のサンプルシ
ョットＳＡ₁〜ＳＡ_M(図１０ではＭ＝１１）のＸ軸のウ
エハマークのＸ座標ＸＭ_i(ｉ＝１〜Ｍ）、及びサンプル
ショットＳＡ₁〜ＳＡ_MのＹ軸のウエハマークのＹ座標
ＹＭ_i(ｉ＝１〜Ｍ）が検出され、検出結果がミドルステ
ッパー１Ｂの制御装置１０Ｂに供給される。

【００７４】更に制御装置１０Ｂでは、各サンプルショ
ットＳＡ_i(ｉ＝１〜Ｍ）に付設されているＸ軸及びＹ軸
のウエハマークの試料座標系（ｘ，ｙ）での設計上の配
列座標（ｘ_i,ｙ_i)を（数４）の座標（ｘ，ｙ）として代
入することにより、各Ｘ軸及びＹ軸のウエハマークのス
テージ座標系（Ｘ，Ｙ）での計算上の配列座標（Ｘ_i,Ｙ
_i)を６個の変換パラメータ（Γｘ，Γｙ，θ，ｗ，Ｏ
ｘ，Ｏｙ）の関数として表す。そして、Ｍ個のサンプル
ショットＳＡ₁〜ＳＡ_Mについての、計算上の配列座標
（Ｘ_i,Ｙ_i)と計測された座標（ＸＭ_i,ＹＭ_i)との差分の
自乗和を次のように残留誤差成分とする。

【００７５】

【数５】

【００７６】そして、制御装置１０Ｂは、（数５）で表
されている残留誤差成分が最小になるように、（数４）
における６個の変換パラメータの値を決定する。具体的
に、例えば（数５）の右辺を６個の変換パラメータで順
次偏微分して得られる式をそれぞれ０とおいて得られる
連立方程式を解くことにより、それら６個の変換パラメ
ータの値が決定される。これが、ＥＧＡ計算である。

【００７７】その後、制御装置１０Ｂは、求められた６
個の変換パラメータと、図１１のウエハＷ上のＪ個の露
光ショットＳＡ₁₄〜ＳＡ₂₁₂に付設されたウエハマーク
の設計上の座標とを（数４）の右辺に代入することによ
り、それら露光ショットの中心のステージ座標系（Ｘ，
Ｙ）での配列座標を算出する。次のステップ１０５にお
いて、制御装置１０Ｂは、ステップ１０４で計算された
全部の露光ショットの中心の配列座標を、予め求めてあ
る露光オフセットで補正した座標に基づいてウエハステ
ージ５Ｂを駆動することにより、各露光ショットに対し
て順次レチクルＲＢのパターン像を重ね合わせて露光す
る。この場合、実際には露光中心はそれぞれ図９（ａ）
のミドルレイヤのショット領域ＳＣ₁〜ＳＣ_Jの露光中
心となっており、各ショット領域ＳＣ₁〜ＳＣ_Jにそれ
ぞれレチクルＲＢ内の４個の回路パターンの像が高い重
ね合わせ精度で投影露光される。

【００７８】上述のように本例によれば、ミドルレイヤ
のショット領域よりそれを構成するより小さいショット
領域よりなるショットマップを作成し、このショットマ
ップからサンプルショットを選択しているため、必要な
個数のサンプルショットを所望の分布で選択できる利点
がある。なお、図９〜図１１の実施例ではミドルレイヤ
のショット領域が４個のより小さいショット領域に分割
されているが、その分割数は任意であり、分割されたシ
ョット領域内に少なくとも１組のウエハマークが配置さ
れているように分割することができる。

【００７９】このように、本発明は上述実施例に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取
り得る。

【００８０】

【発明の効果】本発明の第１又は第２の露光方法によれ
ば、クリティカルレイヤへは小面積の第２の露光装置を
用いて露光を行い、ミドルレイヤへの露光は大面積の露
光フィールドを有する第１の露光装置を用いて行うこと
により、各層毎に必要な解像度を得ることができると共
に、全体として廉価な露光装置を用いて高いスループッ
トで露光を行うことができる。

【００８１】また、第１の露光方法によれば、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、ミド
ルレイヤの１つのショット領域内にあるクリティカルレ
イヤのＮ個のショット領域内の、任意の１つのショット
領域に付設されたアライメントマークを使用してＮ個の
ショット領域の位置合わせを行うことにより、高いスル
ープットで、且つ高い重ね合わせ精度でマスクパターン
の露光を行える利点がある。

【００８２】また、第２の露光方法によれば、クリティ
カルレイヤ上にミドルレイヤの露光を行う際には、Ｎ個
のクリティカルレイヤのショット領域のアライメントマ
ークの位置を例えば平均化した位置に基づいて位置合わ
せを行うことにより、高い重ね合わせ精度でマスクパタ
ーンを露光できる。この場合、それらＮ組のアライメン
トマークから選ばれたアライメントマークの位置の計測
結果より、オフセット、スケーリング、ローテーショ
ン、又は直交度よりなるパラメータを求め、これらのパ
ターンで表される位置ずれ量の補正を行うときには、補
正が必要とされる位置ずれ量のみを効率的に補正でき
る。

【００８３】次に、本発明の第３の露光方法によれば、
アライメントマークが付設されたＮ個のショット領域を
それぞれ独立のショット領域として、これら複数の独立
のショット領域より位置合わせ用の計測を行うための所
定個数の計測ショットを選択している。従って、例えば
ミドルレイヤへの露光を行うためにＥＧＡ方式でアライ
メントを行う際に、計測ショット（サンプルショット）
をほぼ必要な個数だけ所望の配置で選択できるため、重
ね合わせ精度が向上する利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による露光方法の一実施例で使用される
露光システムの概略を示す斜視図である。

【図２】実施例のウエハＷ上でミドルレイヤ上にクリテ
ィカルレイヤの露光を行う際のの２つのショットマップ
の関係を示す平面図である。

【図３】図２のミドルレイヤ上に露光されるクリティカ
ルレイヤのショットマップの一部を示す拡大平面図であ
る。

【図４】（ａ）はレーザ・ステップ・アライメント方式
のアライメント系の検出原理の説明図、（ｂ）は他の方
式のアライメント系で使用されるウエハマークの一例を
示す図である。

【図５】実施例のウエハＷ上でクリティカルレイヤ上に
ミドルレイヤの露光を行う際のクリティカルレイヤのシ
ョットマップを示す平面図である。

【図６】図５のクリティカルレイヤ上に露光されるミド
ルレイヤのショットマップの一部を示す拡大平面図であ
る。

【図７】本発明の他の実施例でウエハＷ上にステップ・
アンド・スキャン方式で露光を行う際のショットマップ
の一例を示す平面図である。

【図８】本発明の更に別の実施例での露光動作を示すフ
ローチャートである。

【図９】（ａ）は図８の実施例で露光対象とされるウエ
ハＷ上のミドルレイヤのショット領域を示す平面図、
（ｂ）は図９（ａ）内の１つのショット領域ＳＣ_iを示
す拡大図である。

【図１０】図９（ａ）のミドルレイヤのショット領域を
分割して作成したショットマップ、及びこのショットマ
ップ内から選択されたサンプルショットを示す平面図で
ある。

【図１１】図１０のショットマップから選択した露光シ
ョットを示す平面図である。

【符号の説明】

１Ａファインステッパー１Ｂミドルステッパー３Ａ，３Ｂ投影光学系４Ａ，４Ｂ露光フィールド５Ａ，５Ｂウエハステージ１１Ａ，１１Ｂ，１４Ａ，１４Ｂアライメント系ＷウエハＳＡ₁₁〜ＳＡ₁₄，…，ＳＡ₉₁〜ＳＡ₉₄ クリティカルレ
イヤのショット領域ＳＢ₁，ＳＢ₂，…ＳＢ₈ ミドルレイヤのショット領
域ＭＸ₁₁〜ＭＸ₁₄ Ｘ軸用のウエハマークＭＹ₁₁〜ＭＹ₁₄ Ｙ軸用のウエハマークＳＣ₁〜ＳＣ₂₁ ミドルレイヤのショット領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/30 ５２５Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】露光対象とする感光基板上でそれぞれ同
一のパターンが露光される最小単位としてのショット領
域のＮ個分（Ｎは２以上の整数）の大きさの大面積の露
光フィールドを有する第１の露光装置と、前記ショット
領域と同じ大きさの小面積の露光フィールドを有する第
２の露光装置とを用いて、前記感光基板上に複数のマス
クパターンを重ねて露光する露光方法において、前記第１の露光装置を用いて、互いに同一のＮ個の転写
用のパターンよりなり前記転写用のパターンのそれぞれ
に転写用のアライメントマークが付設された第１のマス
クパターンを前記感光基板上に露光する際に、前記感光
基板上で前記大面積の露光フィールドに対応するＮ個の
ショット領域を露光単位として前記第１のマスクパター
ンを露光し、前記第１のマスクパターンが露光された前記感光基板上
で、前記第１のマスクパターンを露光する際に露光単位
とされた前記Ｎ個のショット領域のそれぞれに、前記第
２の露光装置を用いて前記ショット領域を露光単位とし
て第２のマスクパターンを露光する際に、前記Ｎ個のシ
ョット領域の内の所定の１つのショット領域に付設され
たアライメントマークを用いて前記感光基板と前記第２
のマスクパターンとの位置合わせを行うことを特徴とす
る露光方法。
【請求項２】露光対象とする感光基板上でそれぞれ同
一のパターンが露光される最小単位としてのショット領
域のＮ個分（Ｎは２以上の整数）の大きさの大面積の露
光フィールドを有する第１の露光装置と、前記ショット
領域と同じ大きさの小面積の露光フィールドを有する第
２の露光装置とを用いて、前記感光基板上に複数のマス
クパターンを重ねて露光する露光方法において、前記第２の露光装置を用いて、転写用のアライメントマ
ークが付設された第１のマスクパターンを前記感光基板
上に露光する際に、前記感光基板上で前記小面積の露光
フィールドに対応する各ショット領域を露光単位として
前記第１のマスクパターンを露光し、前記第１のマスクパターンが露光された前記感光基板上
で、前記第１の露光装置を用いてＮ個のショット領域を
露光単位として、互いに同一のＮ個の転写用のパターン
よりなる第２のマスクパターンを露光する際に、露光単
位としての前記Ｎ個のショット領域内のＮ組のアライメ
ントマークから選択されたアライメントマークの位置に
基づいて前記感光基板と前記第２のマスクパターンとの
位置合わせを行うことを特徴とする露光方法。
【請求項３】請求項２記載の露光方法であって、前記感光基板上に前記第１の露光装置を用いて前記第２
のマスクパターンを露光する際に、露光単位としての前
記Ｎ個のショット領域内のＮ組のアライメントマークか
ら選択されたアライメントマークの位置に基づいて、前
記感光基板と前記第２のマスクパターンとの位置ずれ量
の内で、オフセット、スケーリング、ローテーション、
及び直交度よりなるパラメータ群から選択された１つ以
上のパラメータで表される位置ずれ量の補正を行うこと
を特徴とする露光方法。
【請求項４】露光対象とする感光基板上でそれぞれ同
一のパターンが露光される単位としてのショット領域の
Ｎ個分（Ｎは２以上の整数）の大きさの露光フィールド
を有する露光装置を用いて、前記感光基板上にマスクパ
ターンを重ね合わせて露光する露光方法において、前記感光基板上で前記ショット領域を露光単位として、
且つ前記ショット領域毎にそれぞれアライメントマーク
が付設された状態で第１のマスクパターンが規則的に転
写されている層上に、前記露光装置を用いてＮ個の前記
ショット領域を露光単位として、互いに同一のＮ個の転
写用のパターンよりなる第２のマスクパターンを露光す
る際に、前記ショット領域をそれぞれ独立のショット領域とし
て、該複数の独立のショット領域より位置合わせ用の計
測を行うための所定個数の計測ショットを選択し、該所定個数の計測ショットに付設されたアライメントマ
ークの位置を計測し、該計測結果より前記感光基板上の
所定の前記ショット領域の配列座標を求め、前記感光基板上の前記ショット領域をＮ個の前記ショッ
ト領域毎に複数の露光ユニットに分割し、該複数の露光
ユニット内の複数のショット領域のそれぞれに当該露光
ユニットの露光中心に対するオフセットを付与し、前記
複数の露光ユニットからそれぞれ１つ選択されたショッ
ト領域を露光対象のショット領域として指定し、該露光
対象として指定されたショット領域を位置決めの基準と
してそれぞれ前記露光装置を用いて前記第２のマスクパ
ターンを露光することを特徴とする露光方法。