JP2551391B2

JP2551391B2 - 露光装置及び露光方法

Info

Publication number: JP2551391B2
Application number: JP6253603A
Authority: JP
Inventors: 一明鈴木; 博之鈴木; 進小沢
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-10-19
Filing date: 1994-10-19
Publication date: 1996-11-06
Anticipated expiration: 2011-11-06
Also published as: JPH07263332A

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の製造工程中
のフォトリソグラフィ工程の露光方法に関し、特に半導
体ウェハ上に作り込む回路パターン領域を複数の部分領
域に分割し、各部分領域毎に対応する新たな回路パター
ン部分を重ね合わせ露光する方法、所謂画面合成（ある
いは画面継ぎ）方式の露光方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、フォトリソグラフィ工程ではレチ
クルのパターンをウェハに露光する装置として縮小（又
は等倍）投影型露光装置が多用されるようになってき
た。この種の装置はレチクルのパターンを投影レンズを
介してレジストの塗布されたウェハ上に露光するもので
ある。ただし１回の露光で投影できる領域はウェハ全面
よりも小さいため、通常ウェハを一定ピッチづつ歩進
（ステッピング）させては露光することを繰り返すステ
ップアンドリピート方式を採用している。

【０００３】ところで、このような装置における投影レ
ンズは露光のための照明光の波長、投影レンズの開口数
（Ｎ．Ａ．）等によって解像し得る最小線幅が決まって
しまう。照明光の波長は短ければ短いほど解像力が向上
し、開口数は大きければ大きいほど解像力が向上する。
しかし実用的にはそのいずれにも限度がある。そこで１
つの考え方として、投影露光できる領域を小さくして投
影倍率（縮小率）を大きくすることによって解像力をか
せぐ方法がある。これは大きな投影領域を確保しつつよ
り大きなＮ．Ａ．の投影レンズを設計、製造することが
難しいことに起因している。

【０００４】例えば１／１０縮小で投影領域が１０mm×
１０mm、Ｎ．Ａ．が0.３５の投影レンズによって投影領
域の全面で解像力１μｍが達成できている場合、このレ
ンズをＮ．Ａ．のみを大きくして高解像力にする設計、
製造は極めて難しい。しかし、投影領域を絞って例えば
５mm×５mmにしてＮ．Ａ．を大きくすることは比較的容
易に設計、製造できる。この場合、Ｎ．Ａ．を0.５にす
ることも可能であり、こうした投影レンズによれば投影
領域内の全面（５mm×５mm）で安定してサブミクロンの
解像力が得られる。実験によれば全面で0.８μｍ程度の
解像力が得られ、ベストな条件では0.６μｍにも及ぶ解
像力が得られている。もちろん照明波長は従来と同じｇ
線（４３６nm）である。このようにサブミクロンの解像
力が安定して得られることは、縮小投影露光装置、所謂
ステッパーが生産ラインで本格的に使用され始めた頃に
は予想もされていなかったことである。

【０００５】さて、このように高解像力の投影レンズが
得られたとしても、その小さな投影領域のために、ウェ
ハ上に作り込む回路パターン（製品として１チップ分に
相当するパターン）の大きさに制限が生じてしまう。そ
こでこの制限をなくすため画面合成、又は画面継ぎとよ
ばれる手法が考えられている。図２（ａ）は画面合成に
よる露光方法の一例を示す斜視図であり、ここでは４つ
の回路パターン部分Ａ′，Ｂ′，Ｃ′，Ｄ′の夫々が形
成された４枚のレチクルＲ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ ₄を使う
ものとする。露光されるウェハＷ上には１つのチップと
して切り出される回路パターン領域（以下チップ領域と
する）ＤＣがスクライブラインを挟んでマトリックス状
に形成されるものとする。１つのチップ領域ＤＣは図２
（ｂ）に示すように４つに分割され、各部分領域Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄの夫々はレチクルＲ₁〜Ｒ₄の各パターン領
域Ａ′，Ｂ′，Ｃ′，Ｄ′の夫々と対応している。チッ
プ領域ＤＣ内の領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの夫々は相互に継ぎ
部ＣＬで電気的に接続されるようにパターニングされて
いる。この継ぎ部ＣＬは例えばアルミニウムによる配線
層を作る場合に形成される。

【０００６】さて、図２（ａ）に示すように、例えばレ
チクルＲ₂のパターン領域Ｂ′を投影レンズＰＬの視野
内の所定位置にセットし、ステップアンドリピート方式
でウェハＷを矢印ｅ₂のようにＸ、Ｙ方向に移動させ
て、各チップ領域ＤＣ内の領域Ｂに関して順次レチクル
Ｒ₂（パターンＢ′）と位置合わせして露光していく。
ウェハＷの全面にパターンＢ′を露光したら、矢印ｅ₁
のようにしてレチクルＲ ₂をＲ₃（パターンＣ′）に交
換する。そして同様にステップアンドリピート方式によ
りウェハＷの各チップ領域ＤＣ内の領域Ｃに関して順次
レチクルＲ₃（パターンＣ′）と位置合わせして露光を
行う。以下同様にレチクルＲ₁（パターンＡ′）、レチ
クルＲ₄（パターンＤ′）の露光を行い、１枚のウェハ
Ｗに対する露光工程が終了する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記画面合成（又は画
面継ぎ）による露光は従来のステップアンドリピート法
の特徴をそのまま応用したものであるが、従来と異なる
のは、ウェハ上に１回の露光で焼き付けられるパターン
像と、その隣に１回で焼き付けられるパターン像との
Ｘ、Ｙ方向の合わせを極めて厳密に管理しなければなら
ないことである。それは継ぎ部ＣＬにおいて合わせ誤差
が生じると、結果的に配線等の断線といった欠陥が継ぎ
部ＣＬ内のすべてで発生することになり、そのチップ領
域ＤＣを救済することが不可能に近くなるからである。

【０００８】そこでレチクルのパターン像とウェハ上の
被露光領域とを正確にアライメント（位置合わせ）する
ため、従来より知られたアライメント方法のうち、レチ
クルとウェハの各々に形成されたアライメントマークを
直接検出して、その両マークの位置ずれがなくなるよう
にレチクル又はウェハの一方を微動させるＴＴＲ（スル
ーザレチクル）又はＴＴＬ（スルーザレンズ）方式のダ
イ・バイ・ダイ（以下Ｄ／Ｄと呼ぶ）アライメント法を
採用することが考えられる。このＴＴＲ・Ｄ／Ｄアライ
メント法とはレチクルの回路パターン領域の周辺（スク
ライブライン上等）に設けられたマークとウェハ上の対
応する領域の周辺（スクライブライン上等）に設けられ
たマークの投影レンズによるレチクル側への逆投影像と
の重ね合わせを観察又は自動検出し、所望の重ね合わせ
状態が達成された時点で直ちに露光を行う方式のことで
ある。この方式の利点はアライメントが達成されたとき
のレチクルとウェハとの相対的な位置そのものが露光位
置になっている点である。このようなアライメント方式
が可能な露光装置では、上記アライメントのためのアラ
イメント顕微鏡、ないしはアライメント光学系がレチク
ルの上方に配置されている。通常その配置はレチクルの
回路パターン領域の周辺の２、３ヶ所に定められ、２ヶ
所のものにおいてはパターン領域を挟んだその２ヶ所を
同時に検出してＴＴＲ・Ｄ／Ｄアライメントを行うこと
になる。

【０００９】ところが図２（ｂ）に示すような画面合成
を考えると、ＴＴＲ・Ｄ／Ｄアライメント方式のためア
ライメントマークの配置、又はアライメント光学系の配
置に問題が生じる。すなわち図２（ａ）のようなレチク
ルＲ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₄において、アライメントマー
クの配置できない部分が互いに異なってくることであ
る。例えばチップ領域ＤＣ中の領域Ａについては図中左
辺と下辺とにマークを設けることはできず、領域Ｃにつ
いては図中右辺と上辺とにマークを設けることはできな
い。このことはアライメント光学系の配置が予め定めら
れている同一の露光装置で、パターンＡ′をもつレチク
ルＲ₁とパターンＣ′をもつレチクルＲ₂とを共通に使
用できない、すなわちＤ／Ｄアライメントできないこと
になってしまう。そこで従来技術ではないが、本来２つ
でよいアライメント光学系を複数組各辺に配置して必要
に応じて切り替えて利用することが考えられる。しかし
これではアライメント光学系の数が多くなり過ぎて装置
構成、特にアライメント光学系の光路の組み方が複雑に
なり、系としての安定性が問題になろう。さらにチップ
領域ＤＣ内の領域に応じてマーク配置もちがうので、マ
ーク形成時のマークの相対的な位置誤差がそのまま各領
域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの継ぎ精度を左右することになろう。

【００１０】また継ぎ部ＣＬ内に配線パターンの禁止領
域を設定し、そこにアライメントマークを形成するなら
ば、上記問題点は解決し得るが、通常その禁止領域はマ
ーク形状によるが５０μｍ×１００μｍ以上を必要と
し、マークの移し替えを行うとすれば、さらにその回数
倍だけ面積は増大することになる。このことは継ぎ部Ｃ
Ｌ、しいては回路パターン内部の設計に大きな制限を加
えることになり好ましいことではない。

【００１１】また従来のように重ね合わせ精度を重視し
たアライメントによる露光シーケンスにおいては、チッ
プ領域ＤＣ内の領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの各々において、全
く独立にアライメント（例えばＴＴＬ・Ｄ／Ｄアライメ
ント）が行われるために、継ぎ精度を考慮すると必ずし
も最適なアライメント及び露光シーケンスとは言えなか
った。

【００１２】

【課題を解決するための手段】そこで本発明では、複数
のマスク（Ｒ₁〜Ｒ₄）のパターン（Ａ′〜Ｄ′）の夫
々を投影光学系（ＰＬ）を介して感光基板（Ｗ）上で互
いに継ぎ合わせるとともに重ね合わせて露光する露光装
置において、複数のマスクのうち少なくとも１つを載置
し、投影光学系に対して選択的に位置決めするマスクス
テージ（ＲＳ）と、位置決めされたマスクの位置を検出
する第１の位置検出手段（１２）と、感光基板を載置し
て感光基板上の所定の領域（ＳＡ₁〜ＳＤ₁，ＳＡ₂〜
ＳＤ₂）を投影光学系に対して位置決めする基板ステー
ジ（２）と、所定の領域の位置を検出する第２の位置検
出手段（１４，１６）と、所定の領域の感光基板上にお
ける位置に応じて検出する位置（ＡＭａ，ＡＭｂ）を決
定する制御手段（２０）と、制御手段の決定に基づき、
継ぎ合わせる精度を重視するか重ね合わせる精度を重視
するかに応じて、第１及び第２の位置検出手段によるマ
スクの位置及び所定の領域の位置の検出のシーケンスを
選択する選択手段（２１）とを備え、選択手段の選択に
応じて検出したマスクの位置及び所定の領域の位置に基
づいてマスクステージ及び基板ステージを位置決めする
こととした。

【００１３】また、複数のマスク（Ｒ₁〜Ｒ₄）のうち
の第１のマスク（Ｒ₁）を位置決めして第１のマスクの
パターンの像（Ａ）を感光基板上の第１の領域（Ｓ
Ａ₁）に形成し、第１のマスクに代えて複数のマスクの
うちの第２のマスク（Ｒ₂）を位置決めし、第２のマス
クのパターンの像（Ｂ）を感光基板（Ｗ）上の第１の領
域に対して所定の位置関係となる第２の領域（ＳＢ₁）
に形成することにより複数のマスク上のパターンの夫々
を感光基板上で所定の位置関係で互いに継ぎ合わせると
ともに、第１及び第２の領域の夫々にパターンの像をさ
らに重ね合わせて形成する露光方法において、継ぎ合わ
せる精度を重視するか重ね合わせる精度を重視するかの
少なくとも一方を選択する工程と、選択の結果に応じ
て、継ぎ合わせるパターンの像または重ね合わせるパタ
ーンの像を第１及び第２の領域のうちの１つに対して位
置決めする工程とを含むこととした。

【００１４】さらに、上記選択は、位置決めのシーケン
スを選択するものである。また、この位置決めのシーケ
ンスは、継ぎ合わせる精度を重視する際は、第１の領域
の中心点（Ｃａ₁）の位置を求め、中心点の位置を第１
の領域に重ね合わせるパターンの像の位置（ＳＡ₂）と
して決定し、中心点に対して第１の領域と第２の領域と
の設計上の間隔だけ離れた位置（Ｃｂ₂）を第２の領域
に重ね合わせるパターンの像の位置（ＳＢ₂）として決
定するものであり、重ね合わせを重視する際は、第１の
領域の位置（Ｃａ₁）を求めてこの第１の領域の位置を
第１の領域に重ね合わせるパターンの像の位置（Ｓ
Ａ₂）として決定し、第２の領域の位置（Ｃｂ₁）を求
めてこの第２の領域の位置を第２の領域に重ね合わせる
パターンの像の位置（ＳＢ₂）として決定するものであ
る。

【００１５】また、上記露光方法は、所定の基準に対す
る第１及び第２のマスクの位置（（ＸＲ₁，ＹＲ₁），
（ＸＲ₂，ＹＲ₂））を夫々計測する工程と、所定の基
準に対する位置どうしの差（ＸＲ₁−ＸＲ₂，ＹＲ₁−
ＹＲ₂）を求める工程と、この差に基づいて第２の領域
（ＳＢ₁）の位置を補正する工程とをさらに含むことと
した。

【００１６】

【作用】本発明によれば１つのチップ領域を構成する複
数の分割領域の夫々について、継ぎ合わせる精度を重視
するか重ね合わせる精度を重視するかを選択し、この選
択の結果に応じて感光基板上に形成された領域の位置を
求め、求めた位置に基づいて、形成された領域に対して
新たにパターンを継ぎ合わせて若しくは重ね合わせて形
成することにより、継ぎ精度の向上した画面合成露光が
達成でき、チップの生産歩留りを向上させることができ
る。

【００１７】

【実施例】次に本発明の実施例による露光方法を説明す
るが、その前にこの方法を実施するのに好適な投影型露
光装置の概略的な構成を図１に基づいて説明する。図１
に示すように、本実施例の装置は例えば図２（ａ）と同
様の４枚のレチクルＲ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₄を用いるも
のとする。図１においてレチクルＲ₁は露光装置のレチ
クルステージＲＳに真空吸着され、他のレチクルは所定
のレチクル収納部（以下ライブラリーと呼ぶ）に納めら
れている。レチクルの交換はレチクルオートローダ部１
によって自動的に行われる。レチクルステージＲＳはレ
チクルを保持して水平面内で２次元（回転も含む）的に
微動可能であり、レチクルを装置の基準、例えば投影レ
ンズＰＬの光軸ＡＸに対して位置決めするために使われ
る。さて投影レンズＰＬの下にはウェハＷを載置して２
次元的に移動するウェハステージ２が設けられ、モータ
３によって駆動される。このウェハステージ２は後述す
るアライメントのための微動とステップアンドリピート
方式の露光の際のステッピング移動とに兼用して使われ
る。ウェハステージ２の端部にはレーザ光波干渉式測長
器（以下単に干渉計とする）４からのレーザ光束を垂直
に反射する移動鏡が設けられ、干渉計４はウェハステー
ジ２の位置を計測する。尚、図１ではモータ３、干渉計
４とも１組しか図示していないが、他方の軸方向のため
にさらにもう１組が設けられていることは言うまでもな
い。このウェハステージ２の移動自体はステージコント
ローラ５によって制御される。ステージコントローラ５
は干渉計４からの位置情報（現在位置）と目標位置の情
報とに基づいてモータ３を最適駆動する。

【００１８】さて、本実施例の装置では４つのアライメ
ント系が設けられている。１つはレチクルのみを装置に
対してアライメントするためのレチクルアライメント系
１０、１つはレチクルマークとウェハ上の被露光領域に
付随したマークとを同時に検出して、レチクルとウェハ
Ｗとを直接アライメントするためのＴＴＲアライメント
系１２、１つはレチクルを介することなく投影レンズＰ
Ｌを介してウェハＷ上のマークを検出してウェハＷを装
置（特に光軸ＡＸ）に対してアライメントするためのＴ
ＴＬウェハアライメント系１４、そしてもう１つは投影
レンズＰＬとは無関係にウェハＷ上のマークを検出し
て、ウェハＷを装置に対してアライメントするためのオ
フ・アクシス（Off-Axis）方式のウェハアライメント系
１６である。この４つのうち、特に本実施例で利用する
のはウェハアライメント系１４，１６及びＴＴＲアライ
メント系１２の３つである。

【００１９】シーケンスコントローラ２０は所定のレチ
クルが装置にセットされるようにレチクル交換の指示を
レチクルオートローダ部１に出力するとともに、モード
セレクタ２１には画面合成上のどの分割領域に関して露
光を行うかの指示を出力する。モードセレクタ２１はそ
の指示に基づいて予め定められた複数のアライメントモ
ードのうちの１つを選択し、そのアライメントモードで
必要とするウェハＷ上のアライメントマークの設計上の
座標位置情報がアライメントマーク設計座標部（記憶装
置）２２から選び出されるような指示を出力する。また
モードセレクタ２１はアライメントデータ取込部２３に
も所定の指示を出力して、どのアライメント系（ここで
は特にウェハアライメント系１４，１６のいずれか一方
とする）を使ってマーク位置情報（これをアライメント
データとも呼ぶ）を取り込むかを選択する。データ取込
部２３は選ばれたアライメント系からのマーク検出情報
と干渉計４からのウェハＷの位置情報とに基づいてアラ
イメントデータを作成していく。座標演算部２４はデー
タ取込部２３で作成されたアライメントデータに基づい
て露光すべきウェハＷ上の分割領域がレチクルのパター
ン投影像と重なり合うようなウェハステージ２（ウェハ
Ｗ）の位置、すなわち露光位置を算出する。この座標演
算部２４にはウェハＷ上の露光すべき分割領域の全ての
ショット配列マップ（ウェハ上のチップ配列を基準とし
たマップ）が予め記憶されており、そのマップも必要に
応じて参照される。

【００２０】またアライメントのシーケンス（露光位置
の決定のためのアライメント動作、及び演算アルゴリズ
ム等）はモードセレクタ２１からの指示に従って決定さ
れる。切替スイッチ部２５はマーク設計座標部２２から
のマーク位置情報と座標演算部２４からの露光位置情報
とのいずれか一方をステージコントローラ５に送り出す
ように切り替えるものである。切換スイッチ部２５は図
１に示した状態でデータ取込部２３がアライメントデー
タを作成し、切り替えた状態ではステップアンドリピー
ト方式の画面合成による露光方法が行われる。

【００２１】尚、図１に示した各種アライメント系のう
ちウェハアライメント系１４，１６はウェハＷ上にアラ
イメントマーク程度のレーザスポット光を照射し、その
マークの段差エッジからの散乱光や回折光を光電検出す
る方式が望ましい。さらにそのレーザスポット光をウェ
ハＷ上のレジストを感光させない（又は感光させにくく
い）波長にすることも望ましい。

【００２２】またＴＴＲアライメント系１２もレーザス
ポット光をレチクル及びウェハ上に形成するとともに、
そのスポット光がアライメントマークを横切るように走
査し、同様に各マークからの散乱光、回折光を光電検出
する方式がよい。このＴＴＲアライメント系１２はレチ
クルのマークとウェハのマークとの位置ずれを直接検出
するもの（あくまでレチクルとウェハの相対的ずれ検
出）であるため、ウェハＷ上のマーク位置のみを知るに
はレチクルのマークに対してＴＴＲアライメント系１２
で検出し得る所定の範囲内にウェハＷのマークを位置さ
せ、そのウェハＷの位置を干渉計４で検出しておき、レ
チクルマークとウェハマークとの相対的なずれ量をＴＴ
Ｒアライメント系１２で求めれば、ウェハＷのマークの
位置を特定することができる。

【００２３】次に本発明の第１の実施例としての露光方
法について説明する。この第１実施例では２つの異なる
パターンを画面合成により継ぎ合わせて１つのチップ領
域を重ね合わせ露光していくものとする。従って図１に
示したレチクルのうちレチクルＲ₁，Ｒ₂が使われる。
図３は第１実施例によるウェハＷへのファーストプリン
ト（第１層の焼き付け）時の動作を示すフローチャート
図である。尚、レチクルＲ₁，Ｒ₂の夫々に形成される
回路パターン部分と各種アライメントマークとの配置は
特に図示しないが、以後説明するようなウェハＷ上に形
成されるパターンやマークの配置と相似と考えてよい。
ただしレチクルアライメント系１０によって検出される
レチクルアライメント用のマークは各レチクルとも共通
の位置に設けておいた方がよい。以下図３の各ステップ
について説明する。

【００２４】まずレジストの塗布されたウェハをローデ
ィングしてウェハステージ２４上に所定のプリアライメ
ント（機械的）精度で載置する（ステップ１００）。そ
してレチクルＲ₁（パターンＡ′を有する）をシーケン
スコントローラ２０の指令に応答したレチクルオートロ
ーダ部１の動作により、レチクルステージＲＳにローデ
ィングして保持する（ステップ１０２）。次にレチクル
アライメント系１０を用いて、レチクルＲ₁を装置の基
準位置（例えば光軸ＡＸ）に対して精密に位置決めする
（ステップ１０４）。このレチクルのアライメントは２
次元の各方向（ｘ，ｙ）の位置決め以外に回転（ローテ
ーション）についても厳密に修正する。このレチクルロ
ーテーションの修正、すなわちウェハステージ２のｘ方
向、ｙ方向の各移動軸に関してレチクルを回転すること
なくアライメントする方法としては、例えば特開昭５６
−１０２８２３号公報に開示されている技術がそのまつ
利用できる。

【００２５】次にシーケンスコントローラ２０からの指
令に応答して、このレチクルＲ₁を用いた露光がパター
ンＡ′のファーストプリントであることがモードセレク
タ２１に設定され、モードセレクタ２１は座標演算部２
４にパターンＡ′が配列マップに従ってウェハ全面に露
光されるようなウェハステージ２の位置、すなわちショ
ット位置を出力するように働きかける（ステップ１０
６）。この際切替スイッチ部２５は図１中の位置から切
り替えられて、露光動作に備える。そしてステージコン
トローラ５は座標演算部２４からの各ショット位置を目
標位置として次々に入力して、ステップアンドリピート
方式でレチクルＲ₁のパターンＡ′をウェハ上に焼き付
けていく（ステップ１０８）。こうしてウェハ上には図
４に示すようにチップ領域のうちの領域Ａのみがマトリ
ックス状に整列して露光される。この際、本実施例では
レチクルＲ₁には領域Ａに接するスクライブライン上の
２ヶ所にｙ方向用のアライメントマークＳｙとｘ方向用
のアライメントマークＳｘとが形成されるように、マー
クパターンが設けられているものとする。１枚のウェハ
に対するパターンＡ′の露光が終了すると、レチクル交
換を行うか否かが判断される（ステップ１１０）。ここ
では次のレチクルＲ₂のパターンＢ′を露光しなければ
ならないので、レチクルＲ₁がアンロードされ、レチク
ルＲ₂がローディングされる（ステップ１１２）。そし
て以後同様にパターンＢ′の露光がステップアンドリピ
ート方式により実行される。ただしこの２枚目のレチク
ルに対してはステップ１０６のモードセレクトにより、
パターンＢ′のファーストプリントであると設定され、
パターンＢ′のショット位置（設計値）はパターンＡ′
のショット位置（設計値）に対して一定ピッチ分だけオ
フセットしている。また本実施例では２枚目のレチクル
Ｒ₂にはウェハ上に焼き込むべきアライメントマークが
ないものとする。以上のようにしてウェハ全面にパター
ンＢ′が露光されると、図４に示すようにチップ領域の
うちの領域Ｂが先に露光された領域Ａと所定の位置関係
（第１層で画面継ぎを行う場合は継ぎ精度を保証する範
囲の位置誤差）で形成される。

【００２６】次にステップ１１０でレチクル交換が必要
か否かが判断される。ここでは２枚のレチクルをすでに
使用しているため、新たなウェハに対する露光を行うか
否かが判断される（ステップ１１４）。新たなウェハを
露光する場合はステップ１００〜１１０が同様に繰り返
し実行される。さて、これによってウェハ上にはファー
ストプリントされたチップ領域（領域Ａ，Ｂ）が形成さ
れるが、この第１層から配線の継ぎを行う場合、領域
Ａ，Ｂの継ぎ部ＣＬは例えば図５に示すように形成され
る。領域Ａ内のパターンと関連した配線パターンＬａと
領域Ｂ内のパターンと関連した配線パターンＬｂとは互
いにｙ方向について精密に位置合わせされ、ｘ方向につ
いてはわずかに重なり合う部分Ｄａｂが生じるように位
置決めして露光される。配線パターンＬａはレチクルＲ
₁に、配線パターンＬｂはレチクルＲ₂に各々形成され
たものである。

【００２７】次にファーストプリントの施されたウェハ
に対して第２層以降の重ね焼き（以後セカンドプリント
と呼ぶ）を行うシーケンスについて説明する。このセカ
ンドプリントにおいては、ウェハ上の各領域Ａ，Ｂの各
々に対して新たな回路パターン部分を精密に位置合わせ
（重ね合わせ）して露光することもさることながら、領
域Ａに対する新たなショットと領域Ｂに対する新たなシ
ョットとの相互の配置関係、すなわち継ぎ精度も重視し
なければならない。それは多くの場合、セカンドプリン
トのいずれかの層において図５に示すような継ぎ部ＣＬ
の形成（露光）が行われるからである。そこでまず継ぎ
精度を重視した場合とそうでない場合について図６を参
照して説明する。

【００２８】図６は１つのチップ領域における領域Ａ，
Ｂの設計上のショット配列ＰＡ₀，ＰＢ₀と例えばファ
ーストプリントで実際に形成されたショット配列Ｓ
Ａ₁，ＳＢ₁との位置関係を示すものであり、Ｃａ₀，
Ｃｂ₀は設計ショット配列ＰＡ₀，ＰＢ₀の各中心点、
Ｃａ₁，Ｃｂ₁は実ショット配列ＳＡ₁，ＳＢ₁（破
線）の各中心点である。図６において実ショット配列Ｓ
Ａ₁，ＳＢ₁は夫々設計ショット配列ＰＡ₀，ＰＢ₀に
対して最もずれた最悪ケースを想定し、誇張して図示し
てある。実際の設計位置からのずれ量は例えば±0.０５
μｍ以下である。これはウェハステージ２の位置決め
（ステッピング）精度にも依存するが、例えば0.０１μ
ｍの計測分解能を有する干渉計４を用いれば、総合的に
は容易に±0.０５μｍ以上の精度を保証し得るものであ
る。ただし、図６からも明らかなように、実ショット配
列ＳＡ₁（第１層のパターン領域）と実ショット配列Ｓ
Ｂ₁（第１層のパターン領域）との相互の配置について
みてみると、相対的なずれが大きいことがわかる。本実
施例では、このようなファーストプリント（ウェハ上に
何らパターン、マークがない状態でのプリント）時に画
面合成露光を行った場合の画面間の継ぎ誤差を解決する
ことを主目的としてはいないので、この問題の解決につ
いては詳述しないが、その継ぎ誤差の要因の多くは、レ
チクル交換時のレチクルアライメント誤差（特に再現
性）、レンズディストーション、及びステッピング精度
である。なぜなら、ウェハ自体（すなわちウェハステー
ジ２）の位置は画面合成による露光動作中は同一の座標
系（座標値）によって例えば0.０１μｍの精度で管理さ
れているからである。従って、例えばレチクルＲ₁によ
る露光時に、レチクルＲ₁のレチクルアライメントマー
クの投影位置（ＸＲ₁，ＹＲ₁）をウェハステージ２上
に設けられた基準マークを用いて計測して記憶してお
き、レチクルＲ₂に交換したときは同様にレチクルＲ₂
のレチクルアライメントマークの投影位置（ＸＲ₂，Ｙ
Ｒ₂）を計測し、レチクルＲ₂の露光時には（ＸＲ₁−
ＸＲ₂，ＹＲ₁−ＹＲ₂）だけウェハのステッピング位
置を補正すれば容易に実ショット配列ＳＡ₁，ＳＢ₁相
互の位置を正確に揃えることができる。その他、本件発
明と同一の出願人による先の出願、特願昭６０−２０７
２７６号に示した方法、又は特開昭５９−７４６２５号
に開示された方法等も同様に利用することができる。さ
らにレチクルアライメントマークとウェハステージ２の
基準マークとを積極的にＴＴＲアライメント系１２で同
時検出するようにし、基準マークは常に所定位置に固定
したまま、それにレチクルアライメントマークが位置合
わせされるようにＴＴＲアライメント系１２からのマー
ク検出信号に基づいてレチクルステージＲＳを駆動させ
るようなレチクルアライメントシーケンス（図３中のス
テップ１０４）を実行しても同様である。

【００２９】さて、図６の説明に戻るが、実ショット配
列ＳＡ₁，ＳＢ₁が形成されたウェハに対して、画面合
成により重ね合わせ露光を行う場合、本実施例では実シ
ョット配列ＳＡ₁（領域Ａ）に付随してアライメントマ
ークＳｘ，Ｓｙが形成されているため、領域Ａに対して
重ね合わせる新たなパターンＡ₂′の像は、ウェハアラ
イメント系１４，１６等によるアライメントによりほぼ
正確に実ショット配列ＳＡ₁と重ね合わせて露光でき
る。同様にもし実ショット配列ＳＢ₁にもアライメント
マークが付随して形成され、このマークを検出してウェ
ハアライメントするとすれば、新たなパターンＢ₂′の
像も実ショット配列ＳＢ₁と重ね合わせ露光できる。こ
れは従来の重ね合わせ重視の考え方であるが、そうする
と必然的に継ぎ誤差が大きくなることは図６からも明ら
かであろう。

【００３０】そこで本実施例では、実ショット配列ＳＡ
₁のアライメントマークＳｘ，Ｓｙを検出して、その中
心点Ｃａ₁を特定し、この中心点Ｃａ₁に対して設計上
のピッチだけずらした点Ｃｂ₂を求め、これが重ね合わ
せるべき新たなパターンＢ₂′の像の中心点となるよう
にパターンＢ₂′のショット配列ＳＢ₂を位置決めして
露光するようにした。仮に実ショット領域ＳＡ₁に対し
て重ね合わせる新たなパターンＡ₂′のショット配列Ｓ
Ａ₂が正確に重ね合わされているものとすると。ショッ
ト配列ＳＢ₂とＳＡ₂との継ぎ精度は最もよくなり、こ
れが継ぎ精度重視の考え方である。この方法を実行する
ためのシーケンスを図７のフローチャート図を参照して
説明する。基本的なシーケンスは図３に示したものと何
ら変わることはなく、ステップ１０６，１０８のみが図
７に示すように変更される。またレチクルＲ₁には新た
なパターンＡ₂′が形成され、レチクルＲ₂には新たな
パターンＢ₂′が形成されているものとする。

【００３１】図７において、先のステップ１０６はステ
ップ１１６に変更され、モードセレクタ２１はシーケン
スコントローラ２０からセカンドプリントの画面合成露
光である旨の指令を受ける。モードセレクタ２１はアラ
イメントデータ取込部２３にどのアライメント系を使用
するかを宣言し、データ取込部２３はそれに応答して所
定の状態に設定される。さらにモードセレクタ２１はア
ライメントマーク設計座標部２２、座標演算部２４にも
ウェハアライメントを行うことを宣言する。同時にモー
ドセレクタ２１は２枚のレチクルＲ₁，Ｒ₂を使って画
面合成露光するためのシーケンス（すなわち図３と図７
とを組み合わせたもの）を選択する。

【００３２】さて、図３のシーケンスと同様にレチクル
アライメント、及びウェハ上の特定位置にあるマークを
使ったウェハグローバルアライメント等が終了し、ステ
ップ１１６が実行された後、図３中のステップ１０８の
代わりに以下のステップ１２０〜１２５が実行される。
まずレチクルアライメントされたレチクルがＲ₁とＲ ₂
（パターンＡ₂′とパターンＢ₂′）のいずれであるか
が判断される（ステップ１２０）。ここでレチクルＲ₁
と判断されると、ウェハアライメント系１４，１６又は
ＴＴＲアライメント系１２を用いて重ね合わせ露光する
１つのチップ領域中の領域Ａに付随したマークＳｘ，Ｓ
ｙの位置を計測し、その座標値を記憶する（ステップ１
２１）。本実施例ではＴＴＬウェハアライメント系１４
によりマーク位置検出を行うものとする。このため、ま
ず切替スイッチ部２５は図１中の位置にセットされ、ア
ライメントマーク設計座標部２２からは重ね合わせ露光
する１つの領域ＡのマークＳｘ，Ｓｙがウェハアライメ
ント系１４で検出されるような設計上のマーク位置情報
がステージコントローラ５に出力される。これによりウ
ェハステージ２が移動して、ＴＴＬウェハアライメント
系１４を介してデータ取込部２３にはマークＳｘ，Ｓｙ
の各位置（Ｘ方向とＹ方向）が取り込まれる。これによ
り図６に示したような下層（実ショット配列ＳＡ₁）の
パターン領域Ａの中心点Ｃａ₁が座標演算部２４を介し
て座標値（ＸＡ，ＹＡ）として特定され、この座標値
（又はマーク位置そのもの）が装置内の所定の記憶装置
にチップの配列マップと対応して記憶される。

【００３３】次に切替スイッチ部２５が座標演算部２４
側に切り替わり、検出された座標値（ＸＡ，ＹＡ）と新
たなパターンＡ₂′の像中心、すなわちショットの中心
点とが正確に一致するようにウェハステージ２の位置決
め、すなわちショットの位置決めが行われる（ステップ
１２２）。そしてそのチップ内の領域Ａに対して露光が
行われ（ステップ１２３）、次のチップに向けてステッ
ピングするか否かが判断される（ステップ１２４）。以
上のステップ１２０〜１２４の動作は、パターンＡ₂′
のウェハ全面への重ね合わせ露光が終了するまで同様に
繰り返される。

【００３４】尚、上記ステップ１２１においては、ウェ
ハのグローバルアライメントが完了した時点で、設計上
存在すべきマークＳｘ，Ｓｙの位置がチップの配列設計
マップより求めることができるので、計測したマークＳ
ｘ，Ｓｙの位置と設計上の位置との差分、すなわち図６
中の中心点Ｃａ₀とＣａ₁のずれ量のみを記憶するよう
にしてもよい。

【００３５】次に、チップ領域の領域Ｂについて新たな
パターンＢ₂′を重ね合わせ露光する場合は、図７に示
すようにステップ１２０でレチクルＲ₁でないと判断さ
れるので、先のレチクルＲ₁の露光動作中に順次記憶さ
れた座標値（ＸＡ，ＹＡ）又は中心点Ｃａ₀，Ｃａ₁の
ずれ量が、パターンＢ₂′を露光すべきチップの配列マ
ップに基づいて記憶装置から読み出され、パターン
Ｂ₂′の像の露光すべき位置、すなわちショット位置が
座標演算部２４で算出される（ステップ１２５）。その
後、先の場合と同様にステップ１２２，１２３，１２４
が実行され、ウェハ上のすべてのチップ領域の領域Ｂ
（実ショット配列ＳＢ₁）に対して重ね合わせ露光が行
われる。このステップ１２５は領域Ａ，Ｂの設計上の間
隔、すなわち各中心点のｘ，ｙ方向の差（ＸＣａ₀−Ｘ
Ｃｂ₀，ＹＣａ₀−ＹＣｂ₀）と座標値（ＸＡ，ＹＡ）
との和、又は差を演算することになる。

【００３６】以上本発明の第１の実施例においては、２
つのショット間の継ぎ合わせを重視するため、チップ内
で分割された各領域内についての重ね合わせ精度はそれ
程厳しくないが、継ぎ部分の合わせ精度が逆に厳しい場
合、例えばボンディングパッド部や内部配線、及び継ぎ
用の配線を作り込む配線層の工程では極めて効率的に、
高精度の露光が達成される。また画面合成する最初のシ
ョット（領域Ａに対する露光パターン）のみに関してウ
ェハ上の対応する位置とのアライメントを行い、他のシ
ョット（領域Ｂに対する露光パターン）に関してはアラ
イメント（マーク検出）動作が不要であるため、スルー
プットの低下もさけられる。

【００３７】また第１の実施例では図５に示すような継
ぎ合わせを行うので、継ぎ精度はｘ方向よりもｙ方向に
関して厳しくなる。例えば配線パターンＬａ，Ｌｂがと
もに同じ太さであるとすると、ｙ方向の継ぎ誤差はすべ
て継ぎ部分Ｄａｂのｙ方向の幅を小さくする方向に影響
してしまう。そこで図７のステップ１２１では、チップ
領域の領域Ａに付随したマークＳｘ，Ｓｙのうち、マー
クＳｙのみの位置計測を行い、領域Ｂに対する重ね合わ
せ露光の際は、パターンＢ₂′のショット位置を、ｙ方
向に関しては計測したマークＳｙの位置に基づいて決定
し、ｘ方向に関してはチップの設計上の配列マップに基
づく設計値で規定する方式にしてもよい。この場合、ｘ
方向に関しては継ぎ精度が悪化するが、マーク位置計測
の時間が半分になってスループットが向上し、記憶装置
の容量も半分で済むことになる。

【００３８】次に本発明の第２の実施例を説明するが、
基本的には第１実施例と同じく２つのショットを合成し
て１つのチップパターンとする方式である。ただし第２
実施例では画面合成で重ね合わせ露光されるウェハ上の
２つの領域Ａ，Ｂ（例えば実ショット領域ＳＡ₁，ＳＢ
₁）の夫々にアライメントマークが所定の位置関係で形
成され、これに応じたアライメントシーケンス及び各種
演算を採用する点で第１実施例と異なる。

【００３９】図８は、例えばファーストプリントによっ
てウェハ上に形成された１つのチップ領域の配列を示
し、分割された２つの領域Ａ，Ｂの夫々には回路パター
ン部と付随してアライメントマークＳｘ，Ｓｙが形成さ
れる。領域Ａについては図４に示したのと同じ配置でマ
ークＳｘａ，Ｓｙａが設けられ、領域Ｂについてはスク
ライブライン上に位置するようにマークＳｘｂ，Ｓｙｂ
が設けられる。このようなチップ領域の配列で領域Ａに
対して新たなパターンＡ₂′を重ね合わせ露光する場
合、まずマークＳｘａ，ＳｙａとマークＳｘｂ，Ｓｙｂ
の両方の位置をウェハアライメント系１４，１６等で検
出し、領域Ａ，Ｂの夫々の実ショット配列ＳＡ₁，ＳＢ
₁の各中心点Ｃａ₁，Ｃｂ₁が座標系内でどのような相
対誤差をもって配置しているかを調べる。

【００４０】そして領域Ａに対するパターンＡ₂′のシ
ョット位置を、隣の実ショット配列ＳＢ₁内で要求され
る重ね合わせ精度、継ぎ精度、及び実ショット配列ＳＡ
₁自体で要求される重ね合わせ精度を考慮して、継ぎ精
度が低下しないように決定する。このためパターン
Ａ₂′のショット中心は必ずしも実ショット配列ＳＡ₁
の中心点Ｃａ₁と一致せず、配列ＳＡ₁とパターン
Ａ₂′との所望の重ね合わせ精度を満足する範囲内でず
れることがある。また領域Ｂに対するパターンＢ₂′の
ショット位置の決定についてもマークＳｘａ，Ｓｙａ，
Ｓｘｂ，Ｓｙｂの夫々を参照して同様に実行される。

【００４１】本実施例では各領域Ａ，Ｂの重ね合わせ露
光にあたってアライメントマークの計測時間、及び演算
処理時間が増えるものの、第１実施例にくらべてチップ
領域内の平均的な重ね合わせ精度を低下させることなく
継ぎ精度を向上させることができる。さらに本実施例で
は領域Ａ，Ｂのうち重ね合わせ精度の厳しい方がどちら
であっても、良好な精度を保って重ね合わせができると
ともに、第１実施例のように領域Ａ，Ｂへのセカンドプ
リントの順番には制限がない。また第１実施例のように
記憶装置の容量が大きくなくて済むという利点がある。
ただし、領域Ａ，Ｂのうち初めにセカンドプリントする
方のアライメントの際に、マークＳｘａ，Ｓｙａ，Ｓｘ
ｂ，Ｓｙｂの夫々の位置を検出し、次にセカンドプリン
トする方のショット位置までも予め演算により求めてお
く場合は、それなりの容量を持った記憶装置が必要とな
る。

【００４２】さて図９は本発明の第３の実施例によるマ
ーク配置を説明する平面図で、先の第１実施例、第２実
施例と同様に２つのショットを合成して１つのチップ領
域に対する重ね合わせ露光を行うものとする。この実施
例で領域Ａの左上隅には十字状のマークＡＭａが形成さ
れ、領域Ｂの左上隅には十字状のマークＡＭｂが形成さ
れる。これらマークは例えばファーストプリント時に実
ショット配列ＳＡ₁，ＳＢ₁を形成するときに同時に、
すなわちファーストプリント用の各レチクル内に付随し
て設けられたマークパターンを回路パターンと同時に露
光して形成される。このマークＡＭａ，ＡＭｂの間隔Ｍ
Ｄは設計上予め定められた値であり、各中心点Ｃａ₁，
Ｃｂ₁の間隔と一致したものである。そして本実施例で
はこれらマークＡＭａ，ＡＭｂを図１中のＴＴＲアライ
メント系１２で検出してレチクルと各実ショット配列Ｓ
Ａ₁，ＳＢ₁との直接的なアライメントを行うものとす
る。

【００４３】まず、領域Ａに対して新たなパターン
Ａ₂′を重ね合わせ露光する場合、そのパターンＡ₂′
を持つレチクルＲ₁′にはマークＡＭａと整列すべきマ
ークＲＡａが形成されているものとする。レチクル
Ｒ₁′が装置に対してアライメントされた後、チップの
設計上の配列マップに基づいて、レチクルＲ₁′のマー
クＲＡａと実ショット配列ＳＡ₁のマークＡＭａとがほ
ぼ位置合わせされるようにウェハ（ウェハステージ２）
を移動させる。そしてＴＴＲアライメント系１２によっ
てマークＲＡａとマークＡＭａとをアライメントし、レ
チクルＲ₁′のパターン中心と領域Ａの中心点Ｃａ₁と
が一致するようなウェハの座標値（本実施例では以後、
領域Ａへのショット位置とする）を求める。従来のＴＴ
Ｒ・Ｄ／Ｄアライメント法ではそのショット位置で直ち
に露光が行われるが、本実施例でも継ぎ精度の向上を計
るため、先の第２実施例と同様に隣接する実ショット配
列ＳＢ₁のマークＡＭｂを参照するものとする。この場
合、領域Ａに重ね合わせ露光されるレチクルＲ₁′のマ
ークＲＡａと実ショット配列ＳＢ₁のマークＡＭｂとが
ＴＴＲアライメント系１２によって同時検出されること
になる。この様子は、図１０に示すように、領域Ａへの
ショット位置に対してウェハをｘ方向に精密に間隔ＭＤ
だけ移動させて、マークＲＡａとマークＡＭｂとを整列
させればよい。図１０において、光軸ＡＸを中心とする
円Ｉｆは投影レンズＰＬのイメージフィールドであり、
新たなパターンＡ₂′（レチクルＲ₂′）の中心点は光
軸ＡＸと一致しているものとする。また本実施例でマー
クＲＡａはマークＡＭｂ，ＡＭａを囲む単純な正方形の
窓とし、この窓のエッジをマークとして扱う。さて、間
隔ＭＤだけ精密にウェハを移動させたとき、もし実ショ
ット配列ＳＡ₁とＳＢ₁との継ぎ精度が設計値通りであ
れば、マークＲＡａとマークＡＭｂとは正確に整列して
いることになる。そこでマークＲＡａとマークＡＭｂと
の位置ずれ（アライメント誤差）を求めて実ショット配
列ＳＡ₁とＳＢ₁の継ぎ合わせの状態を推定し、新たな
パターンＡ₂′を先に検出した領域へのショット位置で
そのまま露光するのか、それとも継ぎ精度、重ね合わせ
精度を考慮してショット位置をわずかにずらした位置で
露光するかを演算により求める。この演算は先の第２実
施例と同様に扱えるので、これ以上の説明は省略する。

【００４４】以上本実施例では画面合成すべきウェハ上
の実ショット配列ＳＡ₁，ＳＢ₁の各々共通位置（左上
隅）にマークが設けられているので、２つのショットに
対して共通のＴＴＲアライメント系１２によってアライ
メントできる。また継ぎ部分近傍にマークが形成される
ことになるが、それも継ぎ部分の端に位置するため、継
ぎ配線等のロケーション設計に対する制限も少ない。
尚、本実施例のような十字状のアライメントマーク及び
その配置は第１実施例にも同様に適用し得る。

【００４５】また上記第１実施例、第２実施例、第３実
施例はともに２つのショットの合成としたが、３つのシ
ョットによる合成、又は図２に示すような４つのショッ
トの合成の場合についても全く同様に応用できることは
言うまでもない。さらに上記各実施例の方法を適宜組み
合わせてもよいことは言うまでもない。次に、本発明の
第４の実施例を図１１を参照して説明するが、この実施
例は画面合成すべきショット（分割された領域）が２次
元的に配置する場合に、特に良好な継ぎ精度を得ること
を可能とするものである。

【００４６】図１１（ａ）は４つの分割された実ショッ
ト配列ＳＡ₁，ＳＢ₁，ＳＣ₁，ＳＤ₁の各々に新たな
パターンＡ₂′，Ｂ₂′，Ｃ₂′，Ｄ₂′を重ね合わせ
露光する際、第１実施例と同様の方法により実ショット
配列ＳＡ₁に付随したアライメントマークＡＭａのみを
参照して、パターンＡ₂′のショット位置はマークＡＭ
ａの位置を基準にし、パターンＢ₂′，Ｃ₂′，Ｄ₂′
の各ショットの位置は設計値（チップ配列マップ）で管
理していくものである。この場合、ウェハ上の１つのチ
ップ領域を形成するために、パターンＡ₂′，Ｂ₂′，
Ｃ₂′，Ｄ₂′の夫々を有する４枚のレチクルが用意さ
れる。この図１１（ａ）の場合、マークＡＭａは実ショ
ット配列ＳＡ₁のみの左上隅に形成されているため、各
実ショット配列ＳＡ₁，ＳＢ₁，ＳＣ₁，ＳＤ₁間の継
ぎ部分はマーク領域によって規制されることがない。ま
た図１１（ａ）の方式では実ショット配列ＳＡ₁につい
てのアライメント及びパターンＡ₂′の重ね合わせ露光
が完了した後は、他の実ショット配列ＳＢ₁，ＳＣ₁，
ＳＤ₁のうち、どれから露光を行ってもよく。また合成
する各ショット間はどこでも同一の継ぎ精度が得られ
る。

【００４７】またこの実施例においては、パターン
Ａ₂′を実ショット配列ＳＡ₁に重ね合わせ露光する際
は、当然マークＡＭａを検出してアライメントするが、
パターンＢ₂′の実ショット配列ＳＢ₁への重ね合わせ
露光、パターンＣ₂′の実ショット配列ＳＣ₁への重ね
合わせ露光、及びパターンＤ₂′の実ショット配列ＳＤ
₁への重ね合わせ露光の各々の動作時にも、マークＡＭ
ａを検出するアライメント動作を加えても同様の効果が
得られる。

【００４８】図１１（ｂ）は先の第２実施例を２次元に
拡張したものであり、画面合成されるウェハ上の４つの
実ショット配列ＳＡ₁，ＳＢ₁，ＳＣ₁，ＳＤ₁の夫々
には、左上隅に十字状のアライメントマークＡＭａ，Ａ
Ｍｂ，ＡＭｃ，ＡＭｄが形成されている。本実施例で
は、例えば実ショット配列ＳＡ₁に対して新たなパター
ンＡ₂′を重ね合わせ露光する際、実ショット配列ＳＡ
₁のｘ方向に隣接した実ショット配列ＳＢ₁のマークＡ
Ｍｂの位置と、ｙ方向に隣接した実ショット配列ＳＤ₁
のマークＡＭｄの位置との２つを参照して、パターンＡ
₂′の実ショット配列ＳＡ₁に対するショット位置を決
定するようにした。もちろんマークＡＭａの位置も参照
して、パターンＡ₂′のショット位置を決定すれば、実
ショット配列ＳＡ₁内での重ね合わせ精度と継ぎ精度と
を適当にバランスさせることもできる。他の実ショット
配列ＳＢ₁，ＳＣ₁，ＳＤ₁の夫々に対する露光時の位
置合わせについても、全く同様に図１１（ｂ）中に矢印
で示すように相互にアライメントマークが参照される。

【００４９】図１１（ｃ）は上記図１１（ａ），（ｂ）
に示した各方式を混用したものであり、ここでは実ショ
ット配列ＳＡ₁，ＳＢ₁，ＳＣ₁の３つの領域の夫々に
マークＡＭａ，ＡＭｂ，ＡＭｃが設けられ、実ショット
配列ＳＤ₁には特に参照すべきマークが形成されていな
いものとする。ここで、実ショット配列ＳＡ₁に対する
パターンＡ₂′の重ね合わせ、実ショット配列ＳＢ₁に
対するパターンＢ₂′の重ね合わせ、及び実ショット配
列ＳＣ₁に対するＣ₂′の重ね合わせはともに実ショッ
ト配列ＳＡ₁のマークＡＭａの位置のみを参照し、各シ
ョット位置が設計値で管理されて露光される。これは図
１１（ａ）の方式と同じである。次に実ショット配列Ｓ
Ｄ₁に対するパターンＤ₂′の重ね合わせにあたって
は、図１１（ｂ）と同様に、隣接した実ショット配列Ｓ
Ｂ₁，ＳＣ₁の各マークＡＭｂ，ＡＭｃの２つを参照し
て、パターンＤ₂′のショット位置を決定する。もちろ
んパターンＤ₂′のショット位置決定にあたって、マー
クＡＭａ（実ショット配列ＳＡ₁）からの設計上の距離
も参照するとよい。

【００５０】以上図１１（ａ），（ｂ），（ｃ）の各方
式においては、先の各実施例と同様にＴＴＲアライメン
ト系１２，ＴＴＬウェハアライメント系１４、及びオフ
・アクシス方式のウェハアライメント系１６のいずれか
１つ、又はそれらの組み合わせによって適宜アライメン
トマークの検出が行われる。この第４実施例によれば、
重ね合わせ露光しようとするウェハ上の１つの分割領域
に、ｘ方向，ｙ方向の夫々に関して隣接した２つの分割
領域の各マークを参照するため、特に下地のパターン
（実ショット配列ＳＡ₁，ＳＢ₁，ＳＣ₁，ＳＤ₁）の
設計位置からの配列誤差がランダムな場合に継ぎ精度の
向上、スループット確保の点で効果的である。

【００５１】次に本発明の第５の実施例について図１２
を参照して説明する。この実施例は、３×３でマトリッ
クス状に配列した９つの分割領域に対して画面合成の露
光を行うもので、ウェハ上には実ショット配列ＳＡ₁，
ＳＢ₁，ＳＣ₁，ＳＤ₁，ＳＥ₁，ＳＦ₁，ＳＧ₁，Ｓ
Ｈ₁，ＳＩ₁の夫々が形成されている。ここで例えば中
心の実ショット配列ＳＥ₁に対して新たなパターン
Ｅ₂′を重ね合わせ露光する場合を考えてみる。この場
合、パターンＥ₂′のショット位置を決定するために参
照される隣接領域のマークは最大４つの場合が考えられ
る。すなわち、実ショット配列ＳＥ₁のｙ方向に隣合う
ショット配列ＳＢ₁，ＳＨ₁の各マークＡＭｂ，ＡＭｈ
とｘ方向に隣合うショット配列ＳＤ₁，ＳＦ₁の各マー
クＡＭｄ，ＡＭｆとである。もちろんショット配列ＳＥ
₁自身のマークＡＭｅも参照するとすれば、合計５つの
マークを検出することになる。この図１２の場合、ｘ方
向に関するパターンＥ₂′のショット位置はマークＡＭ
ｄとＡＭｆとのｘ方向の検出位置に対する中間位置から
求め、ｙ方向に関するショット位置はマークＡＭｂとＡ
Ｍｈとのｙ方向の検出位置に対する中間位置から求める
ようにしてもよい。その他本実施例においても、先の第
１実施例、第２実施例、第３実施例を適宜組み合わせる
ことができるのは明らかである。

【００５２】以上、本発明の各実施例を説明したが、上
記各実施例の継ぎ合わせ露光方法は、いずれも図１中の
シーケンスコントローラ２０及びモードセレクタ２１等
に予めプログラム等により記憶されており、画面合成す
るショットの数や１つのチップ領域内でのショット位置
に応じて適宜どのアライメントモードを使用するか等を
オペレータが指示するのみで、他は全て自動的に実行さ
れる。

【００５３】また各実施例ではファーストプリントによ
りウェハ上に形成された複数の実ショット配列は、図
３、図４に示したように画面合成により露光されるとし
たが、ウェハ上に形成される各チップ領域は他のイメー
ジフィールドの大きい露光装置で一括に通常のステップ
アンドリピート法で露光してしまっても同様である。ま
た露光すべき基板は半導体ウェハ以外に、液晶表示板等
の大きな面積に対するパターニングにおいても同様に画
面合成の方法が適用できる。

【００５４】

【発明の効果】以上本発明によれば、画面合成すべき複
数の露光ショット（新たなパターン像）間の継ぎ合わせ
が、大きなチップ領域内の部分的な重ね合わせ精度を大
きく低下させることなく、所望の継ぎ精度で達成され得
る。さらに本発明はマスクとウェハとを接近させた状態
で、ステップアンドリピート（ステップアンドスキャ
ン）方式によりマスクパターンをウェハ上に順次露光し
ていく露光装置、例えばＸ線露光装置等においても全く
同様に適用することができ、製造された半導体素子、又
は電子部品（大面積の液晶表示板等）等の生産歩留りを
低下させることがないといった利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による方法を適用するのに好適
な露光装置の構成を示す図

【図２】従来の画面合成露光法を説明する図

【図３】画面合成によるファーストプリント時のシーケ
ンスを表すフローチャート図

【図４】本発明の第１実施例が適用されるファーストプ
リント完了時のウェハ上のパターン配列を示す平面図

【図５】継ぎ合わせの一例を示す平面図

【図６】継ぎ合わせ重視とそうでない場合とを比較する
パターン配列を示す平面図

【図７】第１実施例による画面合成を重ね合わせ露光時
のシーケンスを表すフローチャート図

【図８】本発明の第２実施例による画面合成法に適用さ
れるマーク配置を示す平面図

【図９】第３実施例による画面合成法に適用されるマー
ク配置を示す平面図

【図１０】第３実施例におけるアライメント時の様子を
示す平面図

【図１１】第４実施例による画面合成の方法を説明する
平面図

【図１２】第５実施例による画面合成の方法を説明する
平面図

【符号の説明】

Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₄ レチクルＷウェハＳＡ₁，ＳＢ₁，ＳＣ₁，ＳＤ₁，ＳＥ₁，ＳＦ₁，Ｓ
Ｇ₁，ＳＨ₁，ＳＩ₁ウェハ上の画面合成すべき領域
（実ショット配列）Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｘａ，Ｓｘｂ，Ｓｙａ，Ｓｙｂ，ＡＭ
ａ，ＡＭｂ，ＡＭｃ，ＡＭｄ，ＡＭｅ，ＡＭｆ，ＡＭｈ
ウェハ上のアライメントマークＲＡａレチクル上のアライメントマークＣＬ継ぎ部分ＰＬ投影レンズ２ウェハステージ４干渉計１２ＴＴＲアライメント系１４ＴＴＬウェハアライメント系１６ウェハアライメント系２０シーケンスコントローラ２１モードセレクタ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のマスクのパターンの夫々を投影光
学系を介して感光基板上で互いに継ぎ合わせるとともに
重ね合わせて露光する露光装置において、前記複数のマスクのうち少なくとも１つを載置し、前記
投影光学系に対して選択的に位置決めするマスクステー
ジと、前記位置決めされたマスクの位置を検出する第１の位置
検出手段と、前記感光基板を載置して該感光基板上の所定の領域を前
記投影光学系に対して位置決めする基板ステージと、前記所定の領域の位置を検出する第２の位置検出手段
と、前記所定の領域の前記感光基板上における位置に応じて
前記検出する位置を決定する制御手段と、前記制御手段の決定に基づき、前記継ぎ合わせる精度を
重視するか前記重ね合わせる精度を重視するかに応じ
て、前記第１及び第２の位置検出手段による前記マスク
の位置及び所定の領域の位置の検出のシーケンスを選択
する選択手段とを備え、前記選択手段の選択に応じて検出した前記マスクの位置
及び所定の領域の位置に基づいて前記マスクステージ及
び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。
【請求項２】複数のマスクのうちの第１のマスクを位
置決めして該第１のマスクのパターンの像を感光基板上
の第１の領域に形成し、前記第１のマスクに代えて前記
複数のマスクのうちの第２のマスクを位置決めし、該第
２のマスクのパターンの像を前記感光基板上の前記第１
の領域に対して前記所定の位置関係となる第２の領域に
形成することにより前記複数のマスク上のパターンの夫
々を感光基板上で所定の位置関係で互いに継ぎ合わせる
とともに、前記第１及び第２の領域の夫々にパターンの
像をさらに重ね合わせて形成する露光方法において、前記継ぎ合わせる精度を重視するか前記重ね合わせる精
度を重視するかの少なくとも一方を選択する工程と、前記選択の結果に応じて、前記継ぎ合わせるパターンの
像または前記重ね合わせるパターンの像を前記第１及び
第２の領域のうちの１つに対して位置決めする工程とを
含むことを特徴とする露光方法。
【請求項３】前記選択は、前記位置決めのシーケンス
を選択するものであることを特徴とする請求項２に記載
の露光方法。
【請求項４】前記位置決めのシーケンスは、前記継ぎ
合わせる精度を重視する際は、前記第１の領域の中心点
の位置を求め、該中心点の位置を前記第１の領域に重ね
合わせる前記パターンの像の位置として決定し、前記中
心点に対して前記第１の領域と前記第２の領域との設計
上の間隔だけ離れた位置を前記第２の領域に重ね合わせ
る前記パターンの像の位置として決定するものであり、前記重ね合わせを重視する際は、前記第１の領域の位置
を求めて該第１の領域の位置を前記第１の領域に重ね合
わせるパターンの像の位置として決定し、前記第２の領
域の位置を求めて該第２の領域の位置を前記第２の領域
に重ね合わせるパターンの像の位置として決定するもの
であることを特徴とする請求項３に記載の露光方法。
【請求項５】所定の基準に対する前記第１及び第２の
マスクの位置を夫々計測する工程と、前記所定の基準に対する位置どうしの差を求める工程
と、前記差に基づいて前記第２の領域の位置を補正する工程
とを含むことを特徴とする請求項２に記載の露光方法。
【請求項６】前記マスクはレチクルであることを特徴
とする請求項２に記載の露光方法。