JPH097919A

JPH097919A - 露光方法

Info

Publication number: JPH097919A
Application number: JP7152856A
Authority: JP
Inventors: Shoji Kawakubo; 昌治川久保
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-06-20
Filing date: 1995-06-20
Publication date: 1997-01-10

Abstract

(57)【要約】【目的】異なる大きさの露光フィールドを有する露光
装置でミックス・アンド・マッチ方式で露光を行う場合
に、前層のショット領域のショット配列の直交度誤差、
又はショット回転が生じているときの重ね合わせ誤差を
低減する。【構成】前層のそれぞれ一辺の長さがＬのショット領
域ＳＡ₁₁，ＳＡ₁₂，ＳＡ ₁₃，ＳＡ₁₄に第１の露光装置等
により回路パターンが形成され、且つそのショット配列
に直交度誤差Ｗが生じている。その上のショット領域Ｓ
Ｂ₁に４倍の露光フィールドを有する第２の露光装置で
露光を行う前に、４個のショット領域ＳＡ ₁₁〜ＳＡ₁₄の
中心２５にショット領域ＳＢ₁の中心を合わせ、ショッ
ト領域ＳＢ ₁を回転角δだけ回転する。その回転角δを
Ｗ／４に設定する。ショット回転が生じているときも同
様である。

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、液晶表示
素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、又は薄膜磁気ヘッド等を
製造するためのフォト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所謂ミックス・アンド・マッチ
方式で順番に露光を行う場合等に適用して好適なもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子、又は液晶表示素
子等を製造するためのフォトリソグラフィ工程におい
て、ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影型露光
装置（ステッパー）等の露光装置が使用されている。一
般に、超ＬＳＩ等の半導体素子は、ウエハ上に多数層の
パターンを位置合わせ（アライメント）しながら積み重
ねて形成されるが、それらの層の内、最も高い解像度が
必要な層はクリティカルレイヤと呼ばれている。これに
対して、例えば半導体メモリ等を製造する際に使用され
るイオン注入層のように、高い解像度を必要としない層
はミドルレイヤと呼ばれている。言い換えると、クリテ
ィカルレイヤで露光されるパターンの線幅に比べて、ミ
ドルレイヤで露光されるパターンの線幅は広くなってい
る。

【０００３】また、例えば最近の超ＬＳＩの製造工場で
は、製造工程のスループット（単位時間当りのウエハの
処理枚数）を高めるため、１種類の超ＬＳＩの製造プロ
セス中で異なる層間の露光を別々の露光装置を使い分け
て行うことが多くなって来ている。そこで、例えばクリ
ティカルレイヤへの露光は、縮小倍率１／５倍で一括露
光する高解像度の第１のステッパーを使用し、ミドルレ
イヤへの露光は縮小倍率１／２．５倍で一括露光する中
解像度の第２のステッパーを使用するというような所謂
ミックス・アンド・マッチ方式の露光が行われるように
なって来た。この場合、第１のステッパーの露光フィー
ルドに比べて第２のステッパーの露光フィールドの大き
さは縦横共に２倍となっており、露光工程のスループッ
トがほぼ４倍となっている。

【０００４】従って、図１１に示すように、ウエハ上の
第１のステッパーでの露光単位をそれぞれ直交するＸ軸
及びＹ軸に対して平行な辺で囲まれた正方形のショット
領域ＳＡ₁₁，ＳＡ₁₂，ＳＡ₁₃，ＳＡ₁₄，…とすると、第
２のステッパーでの露光単位はほぼそれら４個のショッ
ト領域ＳＡ₁₁〜ＳＡ₁₄を含む大きさのショット領域ＳＢ
₁となる。そして、その第１のステッパーで露光された
４個のショット領域ＳＡ₁₁，ＳＡ₁₂，ＳＡ₁₃，ＳＡ₁₄上
にその第２のステッパーを用いて露光を行う際には、そ
れらのショット領域ＳＡ₁₁〜ＳＡ₁₄に付設されたアライ
メントマーク（ウエハマーク）に基づいて、その第２の
ステッパーによる露光フィールドに対応するショット領
域ＳＢ₁の位置合わせが行われる。

【０００５】また、それらの第１のステッパー又は第２
のステッパーに対して、例えば縮小倍率１／４倍のステ
ップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置を組み合
わせる方法もある。ステップ・アンド・スキャン方式と
は、ウエハ上の露光対象のショット領域を走査開始位置
にステッピング移動した後、マスクとしてのレチクルと
ウエハとを投影光学系に対して同期走査することによ
り、レチクル上のパターンを当該ショット領域に逐次転
写する露光方式である。この走査型露光装置の露光フィ
ールドは、第１のステッパーの露光フィールドに比べて
例えば非走査方向の幅が同じで、走査方向の幅が１．５
倍となっている。なお、ミックス・アンド・マッチ方式
で使用される複数の露光装置の露光フィールドの大きさ
の組み合わせとしては、上述の組み合わせ以外に種々の
組み合わせがある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のようにウエハ上
の各層で必要な解像度に応じて異なる露光装置を組み合
わせてミックス・アンド・マッチ方式で露光を行うこと
により、露光工程のスループットを高めることができ
る。しかしながら、その際に露光フィールドの大きさの
異なる露光装置を組み合わせて使用すると、前層のショ
ット領域の配列（ショット配列）の直交度が９０°から
ずれている場合に、所定の重ね合わせ誤差が発生すると
いう不都合があった。

【０００７】例えば図１１において、前層の４個のショ
ット領域の内のショット領域ＳＡ₁₃，ＳＡ₁₄の中心を通
る直線２３ＡをＸ軸に平行であるとすると、直交度が９
０°から角度（直交度誤差）Ｗだけずれている場合に
は、ショット領域ＳＡ₁₁，ＳＡ ₁₃を通る直線２４がＹ軸
に対してその直交度誤差Ｗ［ｒａｄ］だけ傾斜してい
る。この場合、単にそれら４個のショット領域ＳＡ₁₁，
ＳＡ₁₂，ＳＡ₁₃，ＳＡ₁₄の中心２５に対して、次のショ
ット領域ＳＢ₁の中心を合わせて露光すると、このショ
ット領域ＳＢ₁内のパターンと、前層のショット領域Ｓ
Ａ₁₁〜ＳＡ₁₄内のパターンとの間にはＸ方向に対して一
様の重ね合わせ誤差Δｘが生じている。ショット領域Ｓ
Ａ₁₁の一辺の長さをＬとすると、その重ね合わせ誤差Δ
ｘはほぼＬ・Ｗ／２となる。

【０００８】更に、前層のショット領域にそれぞれショ
ット回転（チップローテーション）が生じている場合に
も、ショット配列の直交度が９０°からずれている場合
と同様の重ね合わせ誤差が生ずるという不都合があっ
た。図１２は、４個のショット領域ＳＡ₁₁〜ＳＡ₁₄のシ
ョット配列の直交度誤差が０であるが、ショット回転が
θ［ｒａｄ］である場合を示し、このショット回転θを
図１１の直交度誤差Ｗと同じ大きさであるとする。この
図１２において、次のショット領域ＳＢ₁を単にそのシ
ョット回転θ分だけ回転して露光しても、このショット
領域ＳＢ₁内のパターンと、前層のショット領域ＳＡ₁₁
〜ＳＡ₁₄内のパターンとの間には回転した方向に対して
図１１の場合と同じ大きさの一様の重ね合わせ誤差Δｘ
が生じている。

【０００９】即ち、異なる大きさの露光フィールドの露
光装置で順次露光を行う場合に、前層のショット領域の
ショット配列の直交度誤差、又はショット回転が生じて
いると、単純に次のショット領域を位置合わせするだけ
では所定の一様の重ね合わせ誤差が発生することとな
る。本発明は斯かる点に鑑み、異なる大きさの露光フィ
ールドを有する露光装置でミックス・アンド・マッチ方
式で露光を行う場合に、前層のショット領域のショット
配列の直交度誤差、又はショット回転が生じているとき
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。

【００１０】

【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、例えば図１〜図５に示すように、互いに異なる
大きさの露光フィールド（４Ａ，４Ｂ）を有する第１及
び第２の露光装置（１Ａ，１Ｂ）を用いて、露光対象と
する基板（２０）上にマスクパターン（ＲＡ，ＲＢ）を
重ねて露光する露光方法において、第１の露光装置（１
Ａ）を用いて第１のマスクパターンを基板（２０）上に
所定の大きさのショット領域（ＳＡ₁₁，ＳＡ₁₂，…）を
単位として第１の配列で順次露光した後、第２の露光装
置（１Ｂ）を用いて第２のマスクパターンを基板（２
０）上にその所定のショット領域と異なる大きさのショ
ット領域（ＳＢ₁,ＳＢ₂,…）を単位として第２の配列で
順次重ねて露光する際に、その第１の配列（ＳＡ₁₁，Ｓ
Ａ₁₂，…）の直交度の設計値からのずれ、及びその第１
の配列の各ショット領域の回転角の平均値の少なくとも
一方を検出し、この検出結果に応じた角度だけその第２
のマスクパターンと基板（２０）とを相対的に回転した
後、この第２のマスクパターンを基板（２０）上に順次
露光するものである。

【００１１】また、本発明の第２の露光方法は、所定の
大きさの第１の露光フィールドを有する第１の露光装置
と、マスクと基板とを同期して走査することによりその
マスクのパターンを逐次その基板上に転写すると共にそ
の第１の露光フィールドと異なる大きさの第２の露光フ
ィールドを有する走査型の第２の露光装置とを用いて、
露光対象とする基板上にマスクパターンを重ねて露光す
る露光方法において、例えば図６、図７に示すように、
その第１の露光装置を用いて第１のマスクパターンをそ
の基板上に所定の大きさのショット領域（ＳＡ₁,ＳＡ₂,
…）を単位として第１の配列で順次露光した後、その第
２の露光装置を用いて第２のマスクパターンをその基板
上にその所定のショット領域と異なる大きさのショット
領域（ＳＣ₁,ＳＣ₂,…）を単位として第２の配列で順次
重ねて露光する際に、その第１の配列（ＳＡ₁,ＳＡ₂,
…）の直交度の設計値からのずれ、及びその第１の配列
の各ショット領域の回転角の平均値の少なくとも一方を
検出し、この検出結果に応じた間隔（ｄ）だけその第２
のマスクパターンとその基板とをその第２の露光装置の
走査方向（Ｙ方向）に直交する方向に相対的にずらした
後、その第２のマスクパターンを走査露光方式でその基
板上に順次露光するものである。

【００１２】この場合、その第１の配列（ＳＡ₁,ＳＡ₂,
…）の直交度の設計値からのずれ、及びその第１の配列
の各ショット領域の回転角の平均値の少なくとも一方の
検出結果に応じた角度だけ、更にその第２のマスクパタ
ーンとその基板とを相対的に回転することが望ましい。

【００１３】

【作用】斯かる本発明の第１の露光方法において、例え
ば図４に示すように、第１のマスクパターンが転写され
る各ショット領域（ＳＡ₁₁，ＳＡ₁₂，…）の配列である
第１の配列の直交度が、設計値（通常は９０°）に対し
て角度Ｗだけずれているものとする。また、それら各シ
ョット領域（ＳＡ₁₁，ＳＡ₁₂，…）の外形は正方形であ
り、それらの内の４個のショット領域（ＳＡ₁₁〜Ｓ
Ａ₁₄）上に第２のマスクパターンが転写される１つのシ
ョット領域（ＳＢ₁)が配置されるものとする。この場
合、本発明ではその第２のマスクパターンとその基板と
を相対的に回転することにより、その４個のショット領
域（ＳＡ₁₁〜ＳＡ₁₄）の中心（２５）の回りのショット
領域（ＳＢ₁)の回転角δをＷ／４とする。これにより、
基板上での第１のマスクパターンの像と第２のマスクパ
ターンの像との重ね合わせ誤差が平均として最も小さく
なる。

【００１４】一方、その第１の配列の直交度誤差が０
で、且つ４個のショット領域（ＳＡ₁₁〜ＳＡ₁₄）のショ
ット回転がＷの場合でも、その上のショット領域（ＳＢ
₁)の回転角δをＷ／４とすることより、基板上での第１
のマスクパターンの像と第２のマスクパターンの像との
重ね合わせ誤差が平均として最も小さくなる。次に、本
発明の第２の露光方法では、第２の露光装置としてステ
ップ・アンド・スキャン方式のような走査型の露光装置
が使用される。この場合、例えば図６に示すように、第
１の配列のショット領域（ＳＡ₁,ＳＡ₂,ＳＡ₃)の一方向
（Ｙ方向）の幅をＬとして、その第１の配列が直交度誤
差Ｗを有するものとする。また、その第２の露光装置に
よる第２の配列上のショット領域（ＳＣ₁,ＳＣ₂)のＹ方
向の幅を（３／２）Ｌとすると、単に第１の配列の中心
線（２７）上に第２の配列のショット領域（ＳＣ₁,ＳＣ
₂)の中心を合わせたのみでは、第１のマスクパターンの
像と第２のマスクパターンの像との間に最大で幅ｂの重
ね合わせ誤差が生ずる。

【００１５】そこで、本発明では図７に示すように、第
１の配列の中心線（２７）に対して第２の配列のショッ
ト領域（ＳＣ₁,ＳＣ₂)の中心をＹ方向に直交する方向に
幅ｄ（≒Ｌ・Ｗ／４）だけずらして露光する。これによ
り、基板上での第１のマスクパターンの像と第２のマス
クパターンの像との重ね合わせ誤差が平均として最も小
さくなる。同様に、ショット回転が生じている場合で
も、第２の配列のショット領域の位置をずらすことによ
り、重ね合わせ誤差が小さくなる。

【００１６】更に、この第２の露光方法において、第１
の露光方法で使用される回転を使用することによって重
ね合わせ誤差がより小さくなる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明による露光方法の第１実施例に
つき図１〜図５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、それぞれ縮小倍率が１／５倍の
ステッパー型（一括露光型）の第１の露光装置と、縮小
倍率が１／２．５倍のステッパー型の第２の露光装置と
を使用する。この場合、第１の露光装置による４個のシ
ョット領域に対して第２の露光装置の１個のショット領
域が対応する。

【００１８】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
型の第１の露光装置１Ａと、露光フィールドの大きなス
テッパー型の第２の露光装置１Ｂとが設置されている。
本実施例では、露光装置１Ａは高解像度、露光装置１Ｂ
は低解像度であり、高解像度の露光装置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
度の露光装置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、露光装置１Ａを低解像度としたり、又は露光装置
１Ｂを高解像度とする場合も有り得る。

【００１９】先ず露光装置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２
０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。

【００２０】ウエハ２０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２０
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２０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８
Ａが固定され、外部に設置されたレーザ干渉計７Ａ及び
移動鏡６Ａによりウエハステージ５ＡのＸ１方向の座標
が計測され、外部に設置されたレーザ干渉計９Ａ及び移
動鏡８Ａによりウエハステージ５ＡのＹ１方向の座標が
計測されている。レーザ干渉計７Ａ及び９Ａにより計測
された座標は、装置全体の動作を統轄制御する制御装置
１０Ａに供給され、制御装置１０Ａは、不図示の駆動部
を介してウエハステージ５ＡをＸ１方向及びＹ１方向に
ステッピング駆動することにより、ウエハ２０の位置決
めを行う。この場合、ウエハ２０のステッピング駆動
は、ウエハ２０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。

【００２１】本実施例の露光装置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１３
Ａとして集光される。

【００２２】図２（ａ）は、露光対象とするウエハ２０
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２（ａ）において、ウエハマーク
ＭＸ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点列パターンである。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。

【００２３】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、そのウエハマークＭＸのＸ１軸
方向の位置を検出する。

【００２４】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２０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
１４Ａ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
２０上のＹ１軸用のウエハマークのＹ１軸方向の位置が
検出される。

【００２５】なお、アライメント系としては、ＴＴＬ
（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２（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。

【００２６】次に、本例の第２の露光装置１Ｂは、上述
の第１の露光装置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２０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〜１８Ｄに
分割され、これら部分パターン領域１８Ａ〜１８Ｄ内に
はそれぞれ同一の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１９Ｘ、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６Ｂ及び
レーザ干渉計７Ｂにより計測され、ウエハステージ５Ｂ
のＹ２座標は、移動鏡８Ｂ及びレーザ干渉計９Ｂにより
計測され、それら計測された座標が制御装置１０Ｂに供
給されている。制御装置１０Ｂがウエハステージ５Ｂの
ステッピング駆動を制御する。

【００２７】ウエハステージ５Ｂのステッピング駆動
は、ウエハ２０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、露光装置１Ａの制御装置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１
０Ｂ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。

【００２８】また、露光装置１Ｂにおいても、ＴＴＬ方
式で且つＬＳＡ方式のＸ２軸のアライメント系１１Ｂ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２０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２０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２０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。

【００２９】次に、本実施例における露光動作につき図
３〜図５を参照して説明する。本実施例では、ウエハ２
０上で第１の露光装置１Ａを用いて露光が行われたクリ
ティカルレイヤ上に、第２の露光装置１Ｂを用いてミド
ルレイヤのレチクルのパターン像を露光する場合を扱
う。図３は、ウエハ２０上のクリティカルレイヤのショ
ット配列を示し、この図３において、ウエハ２０の表面
は第１の方向、及び第２の方向に、それぞれ所定ピッチ
で一辺の長さがＬの正方形のショット領域ＳＡ₁₁，ＳＡ
₁₂，…，ＳＡ₉₄に分割されている。これらのショット領
域ＳＡ₁₁〜ＳＡ₉₄は、図１の第１の露光装置１Ａの露光
フィールド４Ａとほぼ同じ大きさであり、これらのショ
ット領域ＳＡ ₁₁〜ＳＡ₉₄には、図１の露光装置１Ａを使
用して、それぞれレチクルＲＡのパターン領域２Ａ内の
回路パターン像が投影露光され、且つその後の現像等の
工程によってそれら回路パターン像が実際の回路パター
ンとして現出している。更に、これらのショット領域Ｓ
Ａ_ij（ｉ＝１〜９；ｊ＝１〜４）には、それぞれ図１の
レチクルＲＡ内のアライメントマーク１７Ｘ，１７Ｙ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として形成されている。

【００３０】次にそのウエハ２０上にフォトレジストを
塗布し、フォトレジスト塗布後のウエハ２０を図１の第
２の露光装置１Ｂのウエハステージ５Ｂ上にロードし、
ウエハ２０のクリティカルレイヤ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３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。例えば左上隅
の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ＳＢ₁に相当する。このようなミド
ルレイヤのショットマップを作成するために、露光装置
１Ｂでは先ず所謂エンハンスト・グローバル・アライメ
ント（以下、「ＥＧＡ」と言う）方式のアライメントを
行う。ＥＧＡ方式のアライメント方法は、例えば特開平
４−２７７６１２号公報に開示されている。

【００３１】ここで、図１の第２の露光装置１Ｂのウエ
ハステージ５Ｂの移動位置を規定する座標系であるＸ２
軸及びＹ２軸をそれぞれ図３のＸ軸及びＹ軸として、こ
れらＸ軸及びＹ軸より規定される座標系をステージ座標
系（Ｘ，Ｙ）と呼ぶ。そして、図３のウエハ２０上のク
リティカルレイヤのショット領域ＳＡ₁₁〜ＳＡ₉₄から、
斜線を施して示すように所定のＮ個（Ｎは３以上の整
数）のショット領域をサンプルショットＳ₁〜Ｓ₉(この
場合、Ｎ＝９）として選択し、図１のアライメント系１
１Ｂ，１４Ｂを用いてそれらサンプルショットＳ₁〜Ｓ
₉に付設されたウエハマークのステージ座標系（Ｘ，
Ｙ）での座標値を計測する。簡単のため、以下ではショ
ット領域ＳＡ_ijに付設されたＸ軸用のウエハマークＭＸ
_ijのＸ座標、及びＹ軸用のウエハマークＭＹ_ijのＹ座標
は、それぞれ当該ショット領域ＳＡ_ijの中心のＸ座標及
びＹ座標を表すものとする。

【００３２】また、ウエハ２０上の座標系（試料座標
系）を構成する座標軸をｘ軸、及びｙ軸として、その試
料座標系（ｘ，ｙ）でのクリティカルレイヤの各ショッ
ト領域ＳＡ₁₁〜ＳＡ₉₄の中心の設計上の座標値は、クリ
ティカルレイヤのショットマップデータの一部として第
２の露光装置１Ｂの制御装置１０Ｂに供給されているも
のとする。そこで、先ずウエハ２０上の任意の点の試料
座標系（ｘ，ｙ）上の配列座標からステージ座標系
（Ｘ，Ｙ）上の配列座標への変換式を、近似的に次の
（数１）で表す。

【００３３】

【数１】

【００３４】この（数１）の変換行列はウエハのスケー
リングＲｘ，Ｒｙ、ショット配列のローテーションΘ
［ｒａｄ］、ショット配列の直交度誤差Ｗ［ｒａｄ］、
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はウエハ
の線形伸縮、ローテーションΘは試料座標系のｘ軸のＸ
軸に対する回転角、直交度誤差Ｗは、試料座標系のｘ軸
とｙ軸との交差角の９０°からの誤差、オフセットＯ
ｘ，ＯｙはＸ方向、Ｙ方向へのシフト量を表している。

【００３５】（数１）を使用してもよいが、本例では更
に演算を容易にするために、スケーリングＲｘ，Ｒｙを
それぞれ１＋Γｘ，１＋Γｙとおき、新たなパラメータ
Γｘ，Γｙの値が小さいとみなして（数１）を次のよう
に近似する。

【００３６】

【数２】

【００３７】この（数２）の６個の変換パラメータ（Γ
ｘ，Γｙ，Θ，Ｗ，Ｏｘ，Ｏｙ）の値を定めるため、制
御装置１０Ｂではｉ番目（ｉ＝１〜Ｎ）に計測されたサ
ンプルショットＳ_iの中心（ウエハマーク）の配列座標
値を（ＸＭ_i，ＹＭ_i)とする。次に、それらサンプルシ
ョットＳ_iの中心の設計上の配列座標（ｘ_i，ｙ_i)を、
（数２）の右辺の座標（ｘ，ｙ）として代入して得られ
る計算上の配列座標値を（Ｘ_i，Ｙ_i)として、この配列
座標値（Ｘ_i，Ｙ_i)と実測値（ＸＭ_i，ＹＭ_i)との誤差
の自乗和を次のように残留誤差成分とする。

【００３８】

【数３】

【００３９】そして、制御装置１０Ｂではこの残留誤差
成分が最小となるように、それら６個の変換パラメータ
の値を決定する。一例として、その（数３）の右辺をそ
れら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。本例では、その結果
求められた変換パラメータの内で、ショット配列のロー
テーションΘ［ｒａｄ］を０とみなせる程度として、シ
ョット配列の直交度誤差Ｗ［ｒａｄ］の値は所定の有限
の値であるとする。これはクリティカルレイヤのショッ
ト配列に直交度誤差Ｗが存在することを意味する。ま
た、その他のスケーリングのパラメータΓｘ，Γｙ、及
びオフセットＯｘ，Ｏｙの値はそれぞれ任意でよい。こ
の場合、図３に示すように、クリティカルレイヤのショ
ット領域ＳＡ₁₁〜ＳＡ₉₄の配列は、Ｘ方向に隣接するシ
ョット領域の中心を結ぶ直線２３はＸ軸に平行となり、
例えば１番目のショット領域ＳＡ₁₁の中心Ｃ₁₁を通り、
そのショット領域ＳＡ₁₁に順次Ｙ方向に隣接するショッ
ト領域の中心を結ぶ直線２４はＹ軸に対して時計方向に
直交度誤差Ｗだけ回転している状態となる。

【００４０】次に、本実施例では、その直交度誤差Ｗに
起因するクリティカルレイヤとミドルレイヤとの重ね合
わせ誤差を低減するために、図１の露光装置１Ｂにおい
て、レチクルＲＢを所定の角度δ［ｒａｄ］だけ回転す
ることにより、ミドルレイヤの各ショット領域をそれぞ
れ角度δだけ回転する。図４は、クリティカルレイヤの
４個のショット領域ＳＡ₁₁〜ＳＡ₁₄上のミドルレイヤの
１つのショット領域ＳＢ₁の位置関係を示し、この図４
において、ショット領域ＳＢ₁は隣接する辺がＸ軸及び
Ｙ軸に平行な状態から時計方向に角度δだけ回転してい
る。また、制御装置１０Ｂではそれら４個のショット領
域ＳＡ₁₁〜ＳＡ₁₄の設計上の配列座標、及び上記のよう
に決定された変換パラメータを順次（数２）の右辺に代
入することにより、ステージ座標系（Ｘ，Ｙ）でのそれ
ら４個のショット領域ＳＡ₁₁〜ＳＡ₁₄の中心座標を求
め、更にこれら４個の中心座標の中心２５の座標を求め
る。そして、その中心２５を露光フィールド４Ｂの中心
に合わせてショット領域ＳＢ₁上にレチクルＲＢ内の回
路パターン像を投影露光する。この結果、４個のショッ
ト領域ＳＡ₁₁〜ＳＡ₁₄の配列の中心２５と、ショット領
域ＳＢ₁の中心とが合致し、且つショット領域ＳＢ₁が
角度δだけ回転した状態で露光が行われる。

【００４１】同様にして、図５に示すように、ウエハ２
０のクリティカルレイヤ上に展開されたミドルレイヤの
ショット領域ＳＢ₂,ＳＢ₃,…，ＳＢ₉上に順次レチクル
ＲＢ内の回路パターン像が投影露光される。図４に戻
り、本例の重ね合わせ誤差の評価を行う。本例ではそれ
ぞれ一辺の長さがＬの正方形の４個のショット領域ＳＡ
₁₁〜ＳＡ₁₄の内の、Ｘ方向に隣接するショット領域の中
心を結ぶ直線２３ＡはＸ軸に平行であり、Ｙ方向に隣接
するショット領域の中心を結ぶ直線２４はＹ軸に角度
（直交度誤差）Ｗで交差している。従って、クリティカ
ルレイヤのショット領域ＳＡ₁₁〜ＳＡ₁₄と対応するミド
ルレイヤのショット領域ＳＢ₁との重ね合わせ誤差をΔ
とすると、直交度誤差Ｗ、及び回転角δが小さいという
近似のもとで、ショット領域ＳＡ₁₁に関する重ね合わせ
誤差ΔのＸ成分Δ_X、及びＹ成分Δ_Yの範囲はほぼ次の
ようになる。

【００４２】

【数４】（1/2)Ｌ・Ｗ−Ｌ・δ≦Δ_X≦（1/2)Ｌ・Ｗ０≦Δ_Y≦Ｌ・δ この場合、図１１に示す従来例のように回転角δを０と
すると、重ね合わせ誤差ΔのＸ成分Δ_Xは一様に(1/2）
Ｌ・Ｗとなり、Ｙ成分Δ_Yは一様に０となる。そこで、
従来例よりも全体として重ね合わせ誤差を低減するため
には、回転角δを次の範囲に設定すればよい。

【００４３】

【数５】０＜δ＜（1/2)Ｗまた、この範囲内で最も重ね合わせ誤差が全体として小
さくなるときの回転角δの値は（1/4)Ｗである。即ち、
この場合（数４）より、（1/4)Ｌ・Ｗ≦Δ_X≦（1/2)Ｌ
・Ｗ、且つ０≦Δ_Y≦（1/4)Ｌ・Ｗとなり、全体とし
て重ね合わせ誤差が最小とみなせるようになる。

【００４４】次に、上述実施例では、第２の露光装置１
Ｂでレチクル側を回転角δだけ回転していたが、逆にウ
エハ２０側を−δだけ回転してもよい。但し、このよう
にウエハ２０側を回転すると、クリティカルレイヤのシ
ョット領域の配列も変化するため、その配列の補正を行
う必要がある。即ち、レチクル側を回転する方が補正演
算を省くことができる利点がある。

【００４５】なお、この実施例ではショット配列の直交
度誤差Ｗが０でない場合を扱ったが、図１２の従来例と
同様に、直交度誤差Ｗが０で、且つ図３のクリティカル
レイヤの各ショット領域ＳＡ₁₁〜ＳＡ₉₄のショット回転
θが０でない場合も、上述実施例と同様のアライメント
方法を適用できる。即ち、例えば第２の露光装置１Ｂで
レチクル側を回転することにより、クリティカルレイヤ
の４個のショット領域に対してそれぞれミドルレイヤの
ショット領域を、０＜δ’＜（1/2)θの範囲内の角度
δ’を用いて角度（θ＋δ’）だけ回転することによ
り、全体として重ね合わせ誤差が低減される。そして、
特に角度δ’を（1/4)θに設定すると、重ね合わせ誤差
が全体として最小になる。ここで、そのショット回転θ
の検出方法については、第３実施例で説明する。

【００４６】次に、本発明の第２実施例につき図６〜図
８を参照して説明する。本実施例は、第１の露光装置と
して図１のステッパー型の露光装置１Ａを使用し、第２
の露光装置としてステップ・アンド・スキャン方式で縮
小倍率１／４倍の走査型露光装置を使用し、第１の露光
装置では各ショット領域当たり２個の同一の回路パター
ン（チップパターン）像を転写し、第２の露光装置では
各ショット領域当たり３個の同一の回路パターン像を転
写するものである。

【００４７】図６（ａ）は、本例の走査型の第２の露光
装置のウエハステージ（不図示）上にロードされたウエ
ハ上のショット配列の一部を示し、この図６（ａ）にお
いて、それぞれ一辺の長さがＬの正方形のショット領域
ＳＡ₁,ＳＡ₂,ＳＡ₃が順次Ｙ方向に隣接して配列され、
これらのショット領域ＳＡ₁,ＳＡ₂,ＳＡ₃内には第１の
露光装置及び現像装置等によってそれぞれ２個の同一の
回路パターン２６Ａ，２６ＢがＹ方向に並んで形成され
ている。また、図６（ａ）においてＸ軸及びＹ軸は第２
の露光装置のステージ座標系を示し、１層目の各ショッ
ト領域ＳＡ₁,ＳＡ₂,ＳＡ₃の中心を通る直線２７はＹ軸
に対して時計方向に角度Ｗだけ傾斜して、その角度Ｗが
ショット配列の直交度誤差となっている。

【００４８】図６（ｂ）は、本例の第２の露光装置によ
り露光が行われるウエハ上のＸ方向の幅がＬでＹ方向の
幅が（３／２）Ｌのショット領域ＳＣを示し、この図６
（ｂ）において±Ｙ方向が走査方向となっている。即
ち、ショット領域ＳＣをスリット状の照明視野（照野）
フィールド２８に対して例えば＋Ｙ方向に走査するのと
同期して、投影光学系を介して配置されているレチクル
を−Ｙ方向に走査することにより、ショット領域ＳＣ上
に３個の同一の回路パターン像２９Ａ〜２９ＣがＹ方向
に並んで露光される。本例では図６（ａ）のショット領
域ＳＡ₁,ＳＡ₂,ＳＡ₃上に、第２の露光装置を用いて図
６（ｂ）のショット領域ＳＣと同じ大きさの２個のショ
ット領域ＳＣ₁,ＳＣ₂分の回路パターン像を重ね合わせ
露光するものとする。

【００４９】この場合、先ず図６（ａ）に２点鎖線で示
すように、１層目のショット領域ＳＡ₁,ＳＡ₂,ＳＡ₃の
中心を通る直線２７上で、Ｙ方向に配列される３個の回
路パターンの中心となる基準点２７ａ及び２７ｂがそれ
ぞれ２層目のショット領域ＳＣ₁,ＳＣ₂の中心となるよ
うにアライメントを行うことが考えられる。しかしなが
ら、このアライメント方法では、１層目のショット領域
ＳＡ₁及びＳＡ₂と２層目のショット領域ＳＣ₁との間
にそれぞれＸ方向の重ね合わせ誤差ａ及びｂが生ずる。
同様に、１層目のショット領域ＳＡ₂及びＳＡ₃と２層
目のショット領域ＳＣ₂との間にそれぞれＸ方向の重ね
合わせ誤差ｂ及びａが生ずる。こられの重ね合わせ誤差
ａ及びｂは次のように表される。

【００５０】

【数６】ａ＝（1/4)Ｌ・Ｗ，ｂ＝（3/4)Ｌ・Ｗ従って、図６（ａ）のようなアライメント方法では、特
に２番目のショット領域ＳＡ₂において大きさ重ね合わ
せ誤差ｂが生ずることが分かる。その重ね合わせ誤差を
低減するために本例では、２層目のショット領域ＳＣ₁,
ＳＣ₂の中心の位置をそれぞれ基準点２７ａ，２７ｂか
らＸ方向に所定間隔だけずらすようにする。

【００５１】図７は、本例でのアライメント方法を示
し、この図７において、２層目のショット領域ＳＣ₁及
びＳＣ₂の中心の位置は、１層目のショット領域ＳＡ₁
〜ＳＡ ₃の中心を通る直線２７上の基準点２７ａ及び２
７ｂに対してそれぞれ−Ｘ方向にｄ、及び＋Ｘ方向に間
隔ｄだけずれている。この結果、１層目のショット領域
ＳＡ₁〜ＳＡ₃と２層目のショット領域ＳＣ₁,ＳＣ₂と
の間には一様にＸ方向の重ね合わせ誤差ｃが生じてい
る。また、間隔ｄ及び重ね合わせ誤差ｃは次のようにな
っている。

【００５２】

【数７】ｄ＝（1/4)Ｌ・Ｗ，ｃ＝（1/2)Ｌ・Ｗこの結果、（数６）の重ね合わせ誤差ｂに対して（数
７）の重ね合わせ誤差ｃが（1/2)Ｌ・Ｗとなっている。
従って、本例のアライメント方法によれば、重ね合わせ
誤差の最大値が（1/2)Ｌ・Ｗとなり、全体として重ね合
わせ誤差が低減していることが分かる。なお、図７にお
いて、更に第１実施例を適用して、２層目のショット領
域ＳＣ₁,ＳＣ₂を１層目のショット領域ＳＡ₁〜ＳＡ₃
に対して所定角度回転してもよい。これによって、重ね
合わせ誤差が全体として更に低減される場合がある。

【００５３】次にこの第２実施例において、逆に走査型
の第２の露光装置で露光したショット領域上に、第１の
露光装置を用いて露光を行う場合の動作の一例につき図
８を参照して説明する。図８（ａ）は、ウエハ上の１層
目のショット領域ＳＣ₁,ＳＣ₂に走査型の第２の露光装
置を用いて回路パターンが形成された状態を示し、この
図８（ａ）において、各ショット領域ＳＣ₁,ＳＣ₂はそ
れぞれＹ方向に並んだ３個の同一の回路パターンを有
し、且つそのショット配列には所定の直交度誤差があ
る。そして、それらのショット領域ＳＣ₁,ＳＣ₂上に第
１の露光装置を用いて、それぞれＹ方向に２個の同一の
回路パターン像を含むショット領域ＳＡ₁,ＳＡ₂,ＳＡ₃
毎にレチクルのパターン像を露光する場合、１番目及び
３番目のショット領域ＳＡ₁,ＳＡ₃については、それぞ
れ１層目のショット領域ＳＣ₁,ＳＣ₂とＸ方向の位置を
合わせれば良い。また、２番目のショット領域ＳＡ₂に
ついては、Ｘ方向の位置を１層目のショット領域ＳＣ₁,
ＳＣ₂の中間に合わせれば良い。これによって、１層目
と２層目との重ね合わせ誤差はショット領域ＳＡ₂での
みｂとなる。

【００５４】但し、第１の露光装置でレチクルのパター
ン像の露光を行う場合に、例えばレチクルブラインド
（可変視野絞り）を用いて露光するパターン像の一部を
選択的に覆うことができるときには、重ね合わせ誤差を
殆ど０にすることができる。即ち、このためには図８
（ｂ）に示すように、２層目の２番目のショット領域Ｓ
Ａ ₂に露光を行う際に、先ずショット領域ＳＡ₂のＸ方
向の位置を１層目のショット領域ＳＣ₁に合わせる。そ
の後、レチクルブラインドを制御してショット領域ＳＡ
₂の下半分を遮光した状態で露光を行う。これにより、
上半分の回路パターン２６Ａに相当する部分にのみ露光
が行われる。

【００５５】次に、ショット領域ＳＡ₂のＸ方向の位置
を１層目のショット領域ＳＣ₂に合わせた後、レチクル
ブラインドを制御してショット領域ＳＡ₂の上半分を遮
光した状態で露光を行う。これにより、下半分の回路パ
ターン２６Ｂに相当する部分にのみ露光が行われる。ま
た、他のショット領域ＳＡ₁,ＳＡ₃には図８（ａ）の場
合と同様に露光が行われる。この結果、重ね合わせ誤差
は全面で０となる。

【００５６】次に、本発明の第３実施例につき図９、図
１０を参照して説明する。本実施例では第２実施例と同
様に、第１の露光装置として図１のステッパー型の露光
装置１Ａを使用し、第２の露光装置としてステップ・ア
ンド・スキャン方式で縮小倍率１／４倍の走査型露光装
置を使用する。このとき、第１の露光装置の露光単位の
ショット領域は一辺の長さがＬの正方形で同一の２個の
回路パターンを含み、第２の露光装置の露光単位のショ
ット領域は一辺の長さがＬ、他方の辺の長さが３Ｌ／２
の矩形で同一の３個の回路パターンを含むものである。

【００５７】図９（ａ）は、本例の走査型の第２の露光
装置のウエハステージ（不図示）上にロードされたウエ
ハ２０上のショット配列を示し、この図９（ａ）におい
て、それぞれ一辺の長さがＬの正方形のショット領域Ｓ
Ａ₁,ＳＡ₂,ＳＡ₃,…ＳＡ₆₆がＸ方向、及びＹ方向に所定
ピッチで配列され、これらのショット領域ＳＡ₁,ＳＡ ₂,
…内には第１の露光装置及び現像装置等によってそれぞ
れ２個の同一の回路パターン２６Ａ，２６ＢがほぼＹ方
向に並んで形成されている。また、図９（ａ）において
Ｘ軸及びＹ軸は第２の露光装置のステージ座標系を示
し、各ショット領域ＳＡ₁,ＳＡ₂,…内にはそれぞれＬＳ
Ａ方式で検出できる２個のＹ軸のウエハマークＭＹＡ_i,
ＭＹＢ_i、及び２個のＸ軸のウエハマークＭＸＡ_i,ＭＸ
Ｂ_iが形成されている。図９（ａ）では簡単のために、
ショット領域ＳＡ₁内の４個のウエハマークＭＹＡ₁,Ｍ
ＹＢ₁,ＭＸＡ₁,ＭＸＢ₁のみを示している。

【００５８】また、本例でも第１実施例と同様にＥＧＡ
方式でアライメントを行うが、本例では各ショット領域
内に１次元の４個のウエハマークがあるため、上述の６
個の変換パラメータ（スケーリングＲｘ，Ｒｙ、ショッ
ト配列のローテーションΘ、ショット配列の直交度誤差
Ｗ、オフセットＯｘ，Ｏｙ）の他に、２個のショット内
の変換パラメータを求めることができる。そこで、本例
ではショット内の変換パラメータとして、ショット回転
（チップローテーション）θ［ｒａｄ］、及びショット
直交度誤差ｗ［ｒａｄ］を求めることとする。なお、各
ショット領域内に更に２個の１次元のウエハマークを配
置することにより、ショット倍率ｒｘ，ｒｙも求めるこ
とができるが、本例では特に関係ないためそこまでは行
わない。このように各ショット領域内に３個以上の１次
元のウエハマーク、又は２個以上の２次元のウエハマー
クを配置してＥＧＡ方式でアライメントを行う方法は、
ショット内多点ＥＧＡ方式のアライメント方法とも呼ば
れている。

【００５９】具体的に、本例ではウエハ２０上のショッ
ト領域ＳＡ₁〜ＳＡ₆₆から、斜線を施して示すように所
定のＮ個（Ｎは３以上の整数）のショット領域をサンプ
ルショットＳ₁〜Ｓ₉(この場合、Ｎ＝９）として選択
し、ＬＳＡ方式のアライメント系を用いてそれらサンプ
ルショットＳ₁〜Ｓ₉に付設された２対のウエハマーク
のステージ座標系（Ｘ，Ｙ）での座標値を計測する。そ
して、例えば、各サンプルショットの２個のＸ軸のウエ
ハマークのＸ座標の平均値、及び２個のＹ軸のウエハマ
ークのＹ座標の平均値を各サンプルショットの中心の配
列座標とみなして、第１実施例と同様に試料座標系
（ｘ，ｙ）からステージ座標系（Ｘ，Ｙ）への座標変換
パラメータ（スケーリングＲｘ，Ｒｙ、ローテーション
Θ、直交度誤差Ｗ、オフセットＯｘ，Ｏｙ）が求められ
る。

【００６０】更に本例では、例えば各サンプルショット
の２個のＹ軸のウエハマークのＹ座標の差分の平均値に
基づいて、ショット内のｘ軸の回転角であるショット回
転θが算出され、２個のＸ軸のウエハマークのＸ座標の
差分の平均値に基づいて、ショット内のｙ軸の回転角θ
_yが算出される。このｙ軸の回転角θ_yからそのショッ
ト回転θを差し引いて得られる角度ｗがショット直交度
誤差となる。

【００６１】そのアライメントの結果、本例では図９
（ａ）に示すように、ショット配列のローテーション
Θ、ショット配列の直交度誤差Ｗ、及びショット直交度
誤差ｗは０とみなせるが、ショット回転θが０以外の所
定の値になったものとする。このようなショット配列の
上に、図９（ｂ）に示すように、走査方向であるＹ方向
に対して３個分の回路パターンが入る大きさ（３Ｌ／
２）で、且つＸ方向の幅がＬのショット領域ＳＣを有す
る走査型の第２の露光装置で重ね合わせ露光を行う際の
アライメント方法につき説明する。

【００６２】図１０（ａ）は、図９（ａ）のウエハ２０
上のショット配列の一部を示し、この図１０（ａ）にお
いて、それぞれ一辺がＬの正方形のショット領域ＳＡ₁,
ＳＡ ₂,ＳＡ₃はそれぞれ反時計方向にショット回転θだ
け回転している。これらのショット領域上に、第２の露
光装置を用いて図９（ｂ）のショット領域ＳＣと同じ大
きさの２個のショット領域ＳＣ₁,ＳＣ₂分の回路パター
ン像を重ね合わせ露光するものとする。

【００６３】この場合、先ず図１０（ａ）に２点鎖線で
示すように、１層目のショット領域ＳＡ₁,ＳＡ₂,ＳＡ₃
の中心を通るＹ軸に平行な直線３１上で、３個の回路パ
ターンの中心となる基準点３１ａ及び３１ｂがそれぞれ
２層目のショット領域ＳＣ₁,ＳＣ₂の中心となるように
アライメントを行うことが考えられる。この際に、第２
の露光装置で走査方向が±Ｙ方向に限定されているとき
には、例えばウエハ及びレチクルを時計方向に角度θだ
け回転する必要がある。また、ウエハを回転したときに
は、１層目の各ショット領域の配列座標の補正を行う必
要がある。以下では、走査方向をＹ軸に対して角度θで
交差する方向として説明する。

【００６４】しかしながら、このアライメント方法で
は、１層目のショット領域ＳＡ₁及びＳＡ₂と２層目の
ショット領域ＳＣ₁との間にそれぞれＸ方向の重ね合わ
せ誤差ａ及びｂが生ずる。これは図６に示したショット
配列の直交度誤差がある場合と同じである。

【００６５】

【数８】ａ＝（1/4)Ｌ・θ，ｂ＝（3/4)Ｌ・θ 従って、図１０（ａ）のようなアライメント方法では、
特に２番目のショット領域ＳＡ₂において大きさ重ね合
わせ誤差ｂが生ずることが分かる。その重ね合わせ誤差
を低減するために本例では、２層目のショット領域ＳＣ
₁,ＳＣ₂の中心の位置をそれぞれ基準点３１ａ，３１ｂ
から走査方向に直交する方向に所定間隔だけずらすよう
にする。

【００６６】図１０（ｂ）は、本例でのアライメント方
法を示し、この図１０（ｂ）において、２層目のショッ
ト領域ＳＣ₁及びＳＣ₂の中心の位置は、基準点３１ａ
及び３１ｂに対してそれぞれＸ軸に時計方向に角度θで
交差する方向に−ｄ、及び＋ｄだけずれている。この結
果、１層目のショット領域ＳＡ₁〜ＳＡ₃と２層目のシ
ョット領域ＳＣ₁,ＳＣ₂との間には一様にＸ方向の重ね
合わせ誤差ｃが生じている。また、間隔ｄ及び重ね合わ
せ誤差ｃは次のようになっている。

【００６７】

【数９】ｄ＝（1/4)Ｌ・θ，ｃ＝（1/2)Ｌ・θ この結果、（数８）の重ね合わせ誤差ｂに対して（数
９）の重ね合わせ誤差ｃが（1/2)Ｌ・θとなっている。
従って、本例のアライメント方法によれば、重ね合わせ
誤差の最大値が（1/2)Ｌ・θとなり、全体として重ね合
わせ誤差が低減していることが分かる。

【００６８】次にこの第３実施例において、逆に走査型
の第２の露光装置で露光したショット領域上に、第１の
露光装置を用いて露光を行う場合の動作の一例につき図
１０（ｃ）を参照して説明する。図１０（ｃ）は、ウエ
ハ上の１層目のショット領域ＳＣ₁,ＳＣ₂に走査型の第
２の露光装置を用いて回路パターンが形成された状態を
示し、この図１０（ｃ）において、それらショット領域
ＳＣ₁,ＳＣ₂上に第１の露光装置を用いて、ショット領
域ＳＡ₁,ＳＡ₂,ＳＡ₃毎にレチクルのパターン像を露光
する場合、１番目及び３番目のショット領域ＳＡ₁,ＳＡ
₃については、それぞれ１層目のショット領域ＳＣ₁,Ｓ
Ｃ₂とＸ方向の位置を合わせれば良い。また、２番目の
ショット領域ＳＡ₂については、走査方向に直交する方
向の位置を１層目のショット領域ＳＣ₁,ＳＣ₂の中間に
合わせれば良い。これによって、１層目と２層目との重
ね合わせ誤差はショット領域ＳＡ₂でのみｂとなる。

【００６９】更に、図８を参照して説明した方法と同様
に、２番目のショット領域ＳＡ₂については、上半分と
下半分とを別々に露光することにより、重ね合わせ誤差
を０にすることができることは言うまでもない。なお、
この第３実施例では、ショット回転θのみの補正を行っ
ていたが、ショット内多点ＥＧＡ方式で求められたショ
ット回転θと、ショット直交度誤差ｗとの平均値（θ＋
ｗ）／２を疑似的なショット回転とみなし、この疑似的
なショット回転に基づいてアライメントを行ってもよ
い。

【００７０】また、この第３実施例では、各サンプルシ
ョット内の３個以上のウエハマークの位置計測を行って
ショット回転を求めていたが、ショット回転θについて
は第１の露光装置で予めテストプリントによって求めて
おいた数値を使用してもよい。この場合、各サンプルシ
ョット内ではそれぞれ通常のように１対のウエハマーク
の位置計測を行って通常のＥＧＡ方式のアライメントを
行って、ショット回転θのみは入力された数値を使用す
ればよい。

【００７１】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
光フィールドの大きさの異なる２台の露光装置として異
なる２台のステップ・アンド・スキャン方式の投影露光
装置を使用してもよい。このように本発明は上述実施例
に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の
構成を取り得る。

【００７２】

【発明の効果】本発明の第１の露光方法によれば、異な
る大きさの露光フィールドを有する２台の露光装置でミ
ックス・アンド・マッチ方式で露光を行う場合に、前層
のショット領域の配列の直交度誤差、又は各ショット領
域の回転角の平均値が検出され、この検出結果に応じて
次層のショット領域の回転が行われている。従って、そ
れら２層間の重ね合わせ誤差が低減できる利点がある。

【００７３】また、本発明の第２の露光方法によれば、
異なる大きさの露光フィールドを有する２台の露光装置
でミックス・アンド・マッチ方式で露光を行う場合に、
前層のショット領域の配列の直交度誤差、又は各ショッ
ト領域の回転角の平均値が検出され、この検出結果に応
じて次層のショット領域を第２の露光装置の走査方向に
直交する方向にずらして露光が行われている。従って、
それら２層間の重ね合わせ誤差が低減できる利点があ
る。

【００７４】この場合、更に次層のショット領域の回転
を行うことにより、更に重ね合わせ誤差が低減できる場
合がある。

【図面の簡単な説明】

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

【図２】（ａ）はレーザ・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
示す拡大図である。

【図３】第１実施例のウエハ２０上でのクリティカルレ
イヤのショット配列を示す平面図である。

【図４】図３のショット配列の一部、及びこの上に露光
されるミドルレイヤのショット領域を示す拡大平面図で
ある。

【図５】第１実施例で図３のショット配列上に露光され
るミドルレイヤのショット配列を示す平面図である。

【図６】（ａ）は本発明の第２実施例で１層目に露光さ
れるショット領域の配列、及びその上に露光されるショ
ット領域の重ね合わせ誤差が大きい場合の配列の一例を
示す平面図、（ｂ）は走査型の第２の露光装置により露
光されるショット領域を示す平面図である。

【図７】第２実施例において、重ね合わせ誤差が小さく
なるショット領域の配列を示す平面図である。

【図８】その第２実施例において、長いショット領域の
配列上に短いショット領域で重ね合わせ露光を行う場合
のアライメント方法の説明に供給する図である。

【図９】（ａ）は本発明の第３実施例のウエハ２０上で
のショット配列を示す平面図、（ｂ）は第２の露光装置
で露光されるショット領域を示す平面図である。

【図１０】（ａ）は図９（ａ）のショット配列の一部、
及びその上に露光されるショット領域の重ね合わせ誤差
が大きい場合の配列の一例を示す平面図、（ｂ）は重ね
合わせ誤差が小さくなるショット領域の配列を示す平面
図、（ｃ）は長いショット領域の配列上に短いショット
領域で重ね合わせ露光を行う場合のアライメント方法の
説明図である。

【図１１】前層のショット配列に直交度誤差Ｗがある場
合の重ね合わせ誤差の説明図である。

【図１２】前層のショット配列にショット回転θがある
場合の重ね合わせ誤差の説明図である。

【符号の説明】

１Ａステッパー型の第１の露光装置１Ｂステッパー型の第２の露光装置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，１４Ａ，１４Ｂアライメント系２０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ＳＡ₁,ＳＡ₂,ＳＡ₃ 第１の露光装置によるショット領
域ＳＣ₁,ＳＣ₂ 走査型の第２の露光装置によるショット
領域ＭＸ₁₁ Ｘ軸用のウエハマークＭＹ₁₁ Ｙ軸用のウエハマーク

───────────────────────────────────────────────────── 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 ５２５Ｘ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに異なる大きさの露光フィールドを
有する第１及び第２の露光装置を用いて、露光対象とす
る基板上にマスクパターンを重ねて露光する露光方法に
おいて、前記第１の露光装置を用いて第１のマスクパターンを前
記基板上に所定の大きさのショット領域を単位として第
１の配列で順次露光した後、前記第２の露光装置を用い
て第２のマスクパターンを前記基板上に前記所定のショ
ット領域と異なる大きさのショット領域を単位として第
２の配列で順次重ねて露光する際に、前記第１の配列の直交度の設計値からのずれ、及び前記
第１の配列の各ショット領域の回転角の平均値の少なく
とも一方を検出し、該検出結果に応じた角度だけ前記第２のマスクパターン
と前記基板とを相対的に回転した後、該第２のマスクパ
ターンを前記基板上に順次露光することを特徴とする露
光方法。
【請求項２】所定の大きさの第１の露光フィールドを
有する第１の露光装置と、マスクと基板とを同期して走
査することにより前記マスクのパターンを逐次前記基板
上に転写すると共に前記第１の露光フィールドと異なる
大きさの第２の露光フィールドを有する走査型の第２の
露光装置とを用いて、露光対象とする基板上にマスクパ
ターンを重ねて露光する露光方法において、前記第１の露光装置を用いて第１のマスクパターンを前
記基板上に所定の大きさのショット領域を単位として第
１の配列で順次露光した後、前記第２の露光装置を用い
て第２のマスクパターンを前記基板上に前記所定のショ
ット領域と異なる大きさのショット領域を単位として第
２の配列で順次重ねて露光する際に、前記第１の配列の直交度の設計値からのずれ、及び前記
第１の配列の各ショット領域の回転角の平均値の少なく
とも一方を検出し、該検出結果に応じた間隔だけ前記第２のマスクパターン
と前記基板とを前記第２の露光装置の走査方向に直交す
る方向に相対的にずらした後、前記第２のマスクパター
ンを走査露光方式で前記基板上に順次露光することを特
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、前記第１の配列の直交度の設計値からのずれ、及び前記
第１の配列のショット領域の回転角の平均値の少なくと
も一方の検出結果に応じた角度だけ、更に前記第２のマ
スクパターンと前記基板とを相対的に回転することを特
徴とする露光方法。