JP3624920B2 - 露光方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッド等を製造するための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するための露光方法に関し、特に１つの感光基板上に異なる複数の露光装置を用いて所謂ミックス・アンド・マッチ方式で重ね合わせ露光を行う場合に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体素子等を製造するための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）等の露光装置が使用されている。一般に、例えば超ＬＳＩ等の半導体素子は、ウエハ上に多数層の回路パターンを積み重ねて形成される。そして、最近の超ＬＳＩ等の製造工場では、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等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。このように、同一のウエハ上で第１の露光装置によって露光された層の上に、別の第２の露光装置を用いてアライメントを行って重ね合わせ露光を行う方式は、ミックス・アンド・マッチ方式と呼ばれている。
【０００３】
図８は、露光フィールドの大きさが同一の２台の露光装置を用いてミックス・アンド・マッチ方式で露光を行う場合の従来例の説明図であり、先ず第１の露光装置によって図８（ａ）に示すように、ウエハＷ上の点線で示す第１層目のショット領域２９Ａ，２９Ｂ，…，２９Ｉに対して、それぞれ図８（ｂ）のレチクルＲＡのパターン像が転写される。この場合、第１の露光装置のウエハステージの移動位置を規定する座標系（ステージ座標系）をＸ１軸、Ｙ１軸として、Ｙ１軸はＸ１軸に垂直な理想的なＹ１＊ 軸から時計回りに角度ωだけ傾斜しているものとする。また、レチクルＲＡのパターン領域２Ａ内には同一の２個の回路パターン１２Ａ，１２Ｂが形成され（所謂２個取り）、露光時には回路パターン１２Ａ，１２ＢがＸ１軸に垂直な方向に沿って配列されるようにレチクルＲＡの回転角が設定されている。
【０００４】
この結果、第１層目のショット領域２９Ａ〜２９Ｉは、Ｘ１軸及びＹ１軸に沿って所定ピッチで配列され、そのショット配列には直交度誤差ωが生じている。また、各ショット領域２９Ａ〜２９Ｉには、それぞれＸ１軸に垂直な方向に２個の同一の回路パターン像が転写される。
次に、第２の露光装置によって、ウエハＷ上の第２層目のショット領域にそれぞれ図８（ｃ）のレチクルＲＣのパターン像を転写する。この場合、第２の露光装置のステージ座標系をＸ２軸、Ｙ２軸として、第２の露光装置でのプリアライメントによって、ウエハＷ上の第１層目のＸ１軸に対応する方向がＸ２軸に平行に設定されているものとする。なお、説明の便宜上、図８（ａ）における座標系（Ｘ１，Ｙ１）、及び座標系（Ｘ２，Ｙ２）の原点はそれぞれウエハＷの中心に設定されているが、原点の位置は任意である。また、レチクルＲＣのパターン領域２Ｃ内にも同一の２個の回路パターン２７Ａ，２７Ｂが形成され、レチクルＲＡのパターン領域２Ａのウエハ上での投影像（露光フィールド）と、レチクルＲＣのパターン領域２Ｃのウエハ上での投影像（露光フィールド）とは同じ大きさである。
【０００５】
この場合、第２の露光装置では、例えば特開昭６１−４４４２９号公報で開示されているエンハンスト・グローバル・アライメント（以下、「ＥＧＡ」という）方式でアライメントを行う。即ち、ウエハＷ上の第１層目から選択された所定個数のショット領域（サンプルショット）に付設されたウエハマーク（不図示）の配列座標を計測することにより、全ショット領域のステージ座標系（Ｘ２，Ｙ２）での配列座標を算出する。これによって、第２の露光装置では第１層目のショット配列に直交度誤差ωが存在することを認識できる。
【０００６】
そこで、第２の露光装置では、図８（ｃ）に示すように２個の回路パターン２７Ａ，２７ＢがＸ２軸に垂直な方向に沿って配列されるようにレチクルＲＣの回転角を設定した後、直交度誤差ωを考慮して第２層目のショット配列を設定して露光を行う。この結果、図８（ａ）に示すように、ウエハＷ上の実線で示す第２層目のショット領域３０Ａ，３０Ｂ，…，３０Ｉに対して、それぞれレチクルＲＣの回路パターン像が転写され、第１層目のショット配列と第２層目のショット配列とは正確に重なっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、２台の露光装置の露光フィールド（ショット領域）の大きさが同一である場合には、第１層目のショット配列に直交度誤差が生じていても、例えばＥＧＡ方式でアライメントを行うことによって、２層間の重ね合わせ精度を高精度に維持できる。
【０００８】
しかしながら、２台の露光装置の露光フィールドの大きさが異なる場合に、第１層目のショット配列に直交度誤差が生じていると、従来の露光方法では２層間の重ね合わせ精度を或る程度以上に改善できないという不都合があった。
図９は、露光フィールドの大きさが異なる２台の露光装置を用いてミックス・アンド・マッチ方式で露光を行う従来例の説明図であり、先ず第１の露光装置によって図９（ｂ）に示すように、２個取りのレチクルＲＡのパターン像がウエハ上の第１層目の各ショット領域に露光され、次に第２の露光装置によって図９（ｃ）に示すように、３個取りのレチクルＲＢのパターン像がウエハ上の第２層目の各ショット領域に露光される。この場合、レチクルＲＢのパターン領域２Ｂには、３個の同一の回路パターン１３Ａ〜１３Ｃが描画されており、レチクルＲＢのウエハ上への投影像は、レチクルＲＡの投影像に対して横方向の幅が同じで、縦方向の幅が３／２倍となっている。
【０００９】
この場合も、第１の露光装置のステージ座標系を（Ｘ１，Ｙ１）、第２の露光装置のステージ座標系を（Ｘ２，Ｙ２）として、Ｘ１軸に対してＸ２軸を合わせてアライメント及び露光を行うものとする。また、第１の露光装置でレチクルＲＡを２個の回路パターンがＸ１軸に垂直な方向に沿って配列されるように設定して露光を行うと、図９（ａ）に示すように、ウエハＷ上の点線で示す第１層目のショット領域２９Ａ，２９Ｂ，…，２９Ｉに対して露光が行われ、図８の例と同様にショット領域２９Ａ〜２９Ｉの配列には直交度誤差が生じる。
【００１０】
その後、第２の露光装置によってウエハＷをＥＧＡ方式でアライメントした後、レチクルＲＢを３個の回路パターンがＸ２軸に垂直な方向に沿って配列されるようにして露光を行うと、図９（ａ）に実線で示すように、ウエハＷ上の第２層目のショット領域３１Ａ〜３１Ｆに対して露光が行われる。ところが、第１層目のショット領域は２個取りで、第２層目のショット領域は３個取りであるため、第１層目のショット配列と第２層目のショット配列とはＸ１軸にほぼ垂直な方向での行数が異なってしまう。その結果、ショット配列の行、又は列の間で発生する誤差である直交度誤差の影響を除去しきれないという不都合が生ずる。例えば図９（ａ）では、ショット領域２９Ａとショット領域３１ＡとをＸ１方向（Ｘ２方向）で合わせると、ショット領域２９Ｂとショット領域３１Ａとの間にＸ１方向への大きな重ね合わせ誤差が生ずる。
【００１１】
本発明は斯かる点に鑑み、感光基板上での露光フィールド（ショット領域）の大きさの異なる複数の露光装置を用いてミックス・アンド・マッチ方式で露光を行う場合に、第１層目のショット配列に直交度誤差が残存している際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。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明による露光方法は、例えば図１に示すように、所定形状の第１の露光フィールド（４Ａ）を有し、基準となる第１方向の座標軸（Ｘ１）とこの第１方向の座標軸に対して実質的に直交度誤差を生じている第２方向の座標軸（Ｙ１）とを持つ第１の露光装置（１Ａ）を用いて感光基板（Ｗ）上に第１のマスクパターンを所定配列で露光し、第１の露光フィールド（４Ａ）に比べて所定方向（Ｙ２）に長さの異なる第２の露光フィールド（４Ｂ）を有する第２の露光装置（１Ｂ）を用いて、感光基板（Ｗ）上に第２のマスクパターンを重ねて露光する露光方法において、その第１のマスクパターン（２Ａ）は互いに同一の複数の第１の部分パターンを第３方向に配列したパターンであり、その第２のマスクパターン（２Ｂ）は互いに同一の複数の第２の部分パターンを第４方向に配列したパターンであり、第１の露光装置（１Ａ）を用いてその第１のマスクパターンを感光基板（Ｗ）上に露光する際に、例えば図２に示すように、その第１のマスクパターンの前記第３方向がその第１方向に対応する方向に平行になるようにその第１のマスクパターンの回転角を設定して露光を行い、第２の露光装置（１Ｂ）を用いてその第２のマスクパターンを感光基板（Ｗ）上に露光する際に、その第２のマスクパターンのその第４方向がその所定方向に平行になるようにその第２のマスクパターンの回転角を設定して露光を行うものである。
【００１３】
斯かる本発明によれば、例えば図２に示すように、その第１のマスクパターンが露光される複数のショット領域（２１Ａ〜２１Ｉ）の配列は、その第２の露光フィールドと長さが異なる方向に対応する方向をＸ１方向とすると、Ｘ１方向に隣接するショット領域（２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ）の中心を通る直線（図２ではＸ１軸に平行な直線）がＸ１方向に平行になる。その結果、例えば図２の感光基板（Ｗ）を９０°回転させた図４（ａ）に示すように、第１層目のショット領域（２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ）上に第２の露光装置（１Ｂ）による第２層目のショット領域（２６Ａ，２６Ｂ）を配列することにより、その第１層目のショット配列に直交度誤差（ω）が存在する場合でも重ね合わせ誤差が最小になる。
【００１４】
本発明において、その第２の露光装置のその所定方向（Ｙ２）は、その第２の露光装置の基準となる座標軸（Ｘ２）に対して実質的に９０°で交差していてもよい。
この場合、その図２に示す方法は、第１の露光装置（１Ａ）を用いてその第１のマスクパターンを感光基板（Ｗ）上に露光する際に、感光基板（Ｗ）及びその第１のマスクパターンをそれぞれ通常の状態（その第１の部分パターンの配列方向である第３方向をその基準となる第１方向の座標軸に直交させるようにした状態）から９０°回転しておくものである。これにより、その第１層目のショット配列に直交度誤差（ω）が存在しても、その第１層目のショット配列を第２の露光フィールド（４Ｂ）と長さが異なる方向に対応する方向（Ｘ１方向）に沿って直線状に配列できる。
【００１５】
また、第２の露光装置（１Ｂ）の一例は走査露光型の露光装置であり、この場合、その所定方向が走査方向であることが望ましい。走査露光型では、容易に走査方向に対して露光フィールドを長くできるためである。
また、本発明による別の露光方法は、所定形状の第１の露光フィールドを有し、基準となる第１方向の座標軸（Ｘ１）とこの第１方向の座標軸に対して実質的に直交度誤差を生じている第２方向の座標軸（Ｙ１）とを持つ第１の露光装置（１Ａ）を用いて感光基板（Ｗ）上に第１のマスクパターンを所定配列で露光し、その後に、その第１の露光フィールドに比べて所定方向（Ｙ２）に長さの異なる第２の露光フィールドを有する第２の露光装置（１Ｂ）を用いて、その感光基板上に第２のマスクパターンを重ねて露光する露光方法において、その感光基板上の複数のショット領域のエッジを結んで得られる直線がその第１方向と平行となるように、その複数のショット領域のそれぞれにその第１のマスクパターンを露光し、その第１の露光装置で露光された複数のショット領域のエッジを結んで得られる直線をその第２の露光装置のその所定方向と平行にして、その第２のマスクパターンをその感光基板上に重ねて露光するものである。
また、本発明による更に別の露光方法は、所定形状の第１の露光フィールドを有する第１の露光装置（１Ａ）を用いて第１のマスクパターンが露光された感光基板（Ｗ）上に、その第１の露光フィールドに比べて走査方向（Ｙ２）に長さの異なる第２の露光フィールドを有する走査型の第２の露光装置（１Ｂ）を用いて第２のマスクパターンを重ねて露光する露光方法において、その第１の露光装置は、基準となる第１方向の座標軸（Ｘ１）とこの第１方向の座標軸に対して実質的に直交度誤差を生じている第２方向の座標軸（Ｙ１）とを有し、その第１の露光装置を用いてその第１のマスクパターンが露光されたその感光基板上の複数のショット領域は、それぞれ同一パターン像が露光される部分ショット領域を有し、その部分ショット領域の配列方向はその複数のショット領域のエッジを結んで得られる直線と平行で、かつその複数のショット領域のエッジを結んで得られる直線はその第１のマスクパターンの露光時にその第１方向と平行であり、その複数のショット領域のエッジを結んで得られる直線をその走査方向と平行にして、その第１の露光装置を用いてその第１のマスクパターンが露光されたその感光基板上にその第２の露光装置を用いてその第２のマスクパターンを重ねて露光するものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による露光方法の実施の形態の第１の例につき図１〜図４を参照して説明する。この例では、２台の露光装置として、縮小倍率が１／５倍の一括露光方式の投影露光装置（ステッパー）と、縮小倍率が１／４倍のステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置とを使用する。また、本例では前者の投影露光装置で露光される各ショット領域からはそれぞれ２個のチップパターンが切り出され（２個取り）、後者の投影露光装置で走査露光される各ショット領域からはそれぞれ３個のチップパターンが切り出される（３個取り）場合を扱う。
【００１７】
図１は、本例の露光システムを示し、この図１において、一括露光方式の投影露光装置であるステッパー１Ａと、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置（以下、「走査型露光装置」と呼ぶ）１Ｂとが設置されている。本例では、ステッパー１Ａは高解像度、走査型露光装置１Ｂは低解像度であり、ステッパー１Ａを用いて、ウエハ上で高い解像度が必要なクリティカルレイヤへの露光を行い、走査型露光装置１Ｂを用いて、ウエハ上で比較的低解像度でもよい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、ステッパー１Ａを低解像度用としたり、又は走査型露光装置１Ｂを高解像度用とする場合も有り得る。
【００１８】
先ず、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上の矩形の露光フィールド４Ａに投影露光される。その投影光学系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は、所定方向（図１ではＹ１方向）に同一の大きさの部分パターン領域１２Ａ及び１２Ｂに分かれ、部分パターン領域１２Ａ及び１２Ｂには同一の配列で回路パターン、及びアライメントマークの原画パターンが描画されている。
【００１９】
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８Ａが固定され、外部に設置されたレーザ干渉計７Ａ，９Ａ及び移動鏡６Ａ，８Ａによりウエハステージ５ＡのＸ１方向、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。また、本例のステッパー１Ａのウエハステージ５Ａの移動位置を規定する座標系（ステージ座標系）（Ｘ１，Ｙ１）には所定の直交度誤差ωが残存しているものとする。
【００２０】
更に、本例のステッパー１Ａには、オフ・アクシス方式で且つ撮像方式（ＦＩＡ方式）のアライメント系１１Ａが備えられている。アライメント系１１Ａでは、ウエハＷ上のアライメントマーク（ウエハマーク）を撮像し、得られる撮像信号を処理してそのウエハマークのＸ１座標、及びＹ１座標を検出する。検出された座標は制御装置１０Ａに供給される。
【００２１】
なお、アライメント系としては、ＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）方式のアライメント系、又は投影光学系３Ａを介してマークの位置を検出するＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式のアライメント系等を使用してもよく、マークの検出方式としては、スリット状のレーザビームとマークとを相対走査するレーザ・ステップ・アライメント方式（ＬＳＡ方式）、又は２光束を回折格子状の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（ＬＩＡ方式）等を使用してもよい。
【００２２】
次に、本例の走査型露光装置１Ｂにおいて、レチクルＲＢのパターン領域２Ｂの一部が不図示の照明光学系からの露光光で照明され、その一部のパターン像は、投影光学系３Ｂを介して１／４倍に縮小されて、ウエハステージ５Ｂ上に保持されるウエハＷ上のスリット状の露光領域１４に投影露光される。ここで、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系をＸ２軸及びＹ２軸とする。この状態でレチクルＲＢを−Ｙ２方向（又は＋Ｙ２方向）に走査するのと同期して、ウエハＷを＋Ｙ２方向（又は−Ｙ２方向）に走査することにより、ウエハＷ上の露光フィールド４ＢにレチクルＲＢのパターン領域２Ｂ内のパターン像が逐次投影される。
【００２３】
この場合、レチクルＲＢのパターン領域２Ｂは走査方向であるＹ２方向に同一の大きさの３個の部分パターン領域１３Ａ〜１３Ｃに分割され、露光フィールド４Ｂの大きさは走査方向にステッパー１Ａの露光フィールド４Ａに対して３／２倍で、非走査方向に等しく（１倍に）なっている。即ち、露光フィールド４Ｂは露光フィールド４Ａに対してＹ２方向に長くなっている。
【００２４】
走査型露光装置１ＢのレチクルＲＢを走査する不図示のレチクルステージの位置は不図示のレーザ干渉計により計測され、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、これらの計測結果が制御装置１０Ｂに供給されている。本例ではＸ２軸とＹ２軸とは直交しているものとする。制御装置１０Ｂが不図示のレチクルステージ、及びウエハステージ５Ｂの同期駆動を制御する。また、ウエハステージ５Ｂの走査露光は、ウエハＷの露光面に設定された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。
【００２５】
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、ステッパー１Ａに備えられた制御装置１０Ａ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、他方の制御装置１０Ｂ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に供給される。
【００２６】
また、走査型露光装置１Ｂにも、オフ・アクシス方式で且つ撮像方式（ＦＩＡ方式）のアライメント系１１Ｂが投影光学系３Ｂの側面に設けられ、このアライメント系１１ＢによりウエハＷ上のウエハマークのＸ２座標及びＹ２座標が検出される。
次に、本例においてステッパー１Ａで第１層目のパターンの露光を行った後、走査型露光装置１Ｂで第２層目のパターンの露光を行う際の露光動作の一例につき第１工程、及び第２工程に分けて説明する。
【００２７】
［第１工程］
この第１工程では、図２（ａ）に示すように、図１のステッパー１Ａの不図示のレチクルステージ上にレチクルＲＡを通常の状態から９０°回転させて固定する。その結果、レチクルＲＡのパターン領域２Ａ内の２個の部分パターン領域１２Ａ及び１２ＢがＸ１方向に沿って配列されるようになる。次に、図１のステッパー１Ａのウエハステージ５Ａ上に、図２（ｂ）に示すようにフォトレジストが塗布されたウエハＷを通常の状態から９０°回転させて固定する。この結果、ウエハＷの外周部の切り欠き部（オリエンテーションフラット部）が＋Ｘ１方向に向くように配列される。なお、説明の便宜上、図２（ｂ）ではＸ１軸、及びＹ１軸の原点をウエハＷの中心に設定しているが、図２（ａ）ではそれら２軸の原点をレチクルの外部に設定している。また、図２（ａ）のレチクルＲＡの大きさはウエハＷ上に投影された大きさで示されている。本例では、図２（ｂ）に示すように、Ｘ１軸に直交する仮想的な軸Ｙ１＊ に対してＹ１軸は時計回りに角度ωだけ回転し、その角度ωが直交度誤差となっている。
【００２８】
次に、ステッパー１Ａを用いて、ウエハＷ上の第１層目の露光領域をＸ１方向、及びＹ１方向にそれぞれ所定ピッチで分割して得られるショット領域２１Ａ，２１Ｂ，…，２１Ｉに、順次ステップ・アンド・リピート方式でレチクルＲＡのパターン像を投影露光する。一例として、その第１層目のショット領域２１Ａ〜２１Ｉは、Ｘ１方向に３列、Ｙ１方向に３行配列されている。この際に、Ｘ１軸とＹ１軸との間には直交度誤差ωが存在しているため、ショット領域２１Ａ〜２１Ｉの配列にも直交度誤差ωが生じている。
【００２９】
但し、本例ではレチクルＲＡ及びウエハＷをそれぞれ９０°回転させて露光したため、図２（ｂ）において、ウエハＷ上の第１番目のショット領域２１Ａは、Ｘ１方向に沿って２個の部分ショット領域２２Ａ，２２Ｂに分かれ、これらの部分ショット領域２２Ａ，２２Ｂに互いに同一のパターン像が露光されている。他のショット領域２１Ｂ〜２１Ｉも同様であり、それらの部分ショット領域２２Ａ，２２Ｂの配列方向に平行な第１行目のショット領域２１Ａ〜２１Ｃのエッジを結ぶことにより、段差の無い直線２５が得られる。
【００３０】
その後、そのウエハＷの現像を行って、各ショット領域内の回路パターン像、及びアライメントマークの像をそれぞれ凹凸の回路パターン、及びウエハマークとして現出させる。本例では第１番目のショット領域２１Ａの第１番目の部分ショット領域２２Ａ内にそれぞれライン・アンド・スペースパターンよりなるＸ軸のウエハマーク２３Ｘ、及びＹ軸のウエハマーク２３Ｙが形成され、第２番目の部分ショット領域２２Ｂ内にもＸ軸のウエハマーク２４Ｘ、及びＹ軸のウエハマーク２４Ｙが形成される。これらのウエハマーク２３Ｘ，２３Ｙ，２４Ｘ，２４Ｙは、何れも撮像方式のアライメントセンサで検出されるマークである。なお、ウエハマークの配列は図２（ｂ）の例に限定されず、例えば各ショット領域２１Ａ〜２１Ｉ内に１対のウエハマークを配置してもよく、各ショット領域２１Ａ〜２１Ｉ内に１対を超えるウエハマークを配置してもよい。また、ウエハマークとして２次元のマークを使用してもよい。
【００３１】
［第２工程］
第１工程で回路パターン及びウエハマークの形成されたウエハＷ上にフォトレジストを塗布し、このウエハＷを図１の走査型露光装置１Ｂのウエハステージ５Ｂ上に通常の回転角で固定する。これにより、図３に示すように、ウエハＷは切り欠き部が−Ｙ２方向に向くように配置される。同様に、図１に示すように、第２層目用のレチクルＲＢの回転角も通常の回転角、即ち部分パターン領域１３Ａ〜１３ＣがＹ２方向に沿って配列される角度に設定する。
【００３２】
この際に、ステッパー１Ａの制御装置１０Ａから、走査型露光装置１Ｂの制御装置１０Ｂに第１層目のショット配列のデータを供給し、制御装置１０Ｂではそのショット配列のデータ、及び後述のアライメントデータに基づいて第２層目のショット配列を決定する。
その後、走査型露光装置１Ｂにおいて、露光対象のウエハＷに対してＥＧＡ方式でアライメントが行われる。
【００３３】
図３は、露光対象のウエハＷを示し、この図３において、走査型露光装置１Ｂのステージ座標系（Ｘ２，Ｙ２）の原点を便宜上ウエハＷの中心に取ってある。また、第１層目に露光を行った際のステッパー１Ａのステージ座標系（Ｘ１，Ｙ１）も原点を同じにして示してある。この場合、ウエハＷの回転角は通常であるため、例えばショット領域２１Ａ内の２個の部分ショット領域２２Ａ，２２ＢはＹ２方向に沿って配列され、他のショット領域２１Ｂ〜２１Ｉでも内部の２つの部分ショット領域の配列方向はＹ２方向である。そして、ＥＧＡ方式のアライメントを行うために、ウエハＷ上の９個のショット領域２１Ａ〜２１Ｉ中より３個以上のショット領域をサンプルショットとして選択し、図１のアライメント系１１Ｂを用いてそれらサンプルショット内のウエハマークのステージ座標系（Ｘ２，Ｙ２）での座標を計測する。例えばショット領域２１Ａがサンプルショットとして選択されたときには、ショット領域２１Ａ内の第１の部分ショット領域２２Ａ内のウエハマーク２３Ｘ，２３Ｙの座標が計測され、他のサンプルショットでもそれぞれ１対のウエハマークの座標が計測される。
【００３４】
次に、それらサンプルショット内のウエハマークの座標の計測値と、それらウエハマークの設計上の配列座標とを統計処理することにより、第１層目のショット配列のローテーション（ウエハ・ローテーション）θ１ 、そのショット配列の直交度誤差ω１ 、及びＸ２方向、Ｙ２方向のオフセットＯｘ１ ，Ｏｙ１ よりなるＥＧＡパラメータの値を求める。この場合、本例のウエハＷは第１層目の露光の際に９０°回転されていたと共に、第２層目のＸ２軸とＹ２軸とは直交していると仮定されているため、ローテーションθ１ は第１層目のショット配列のＹ１軸と、第２層目のステージ座標系のＸ２軸とがなす角度であり、直交度誤差ω１ は、Ｙ１軸とＸ１軸を反転した軸（−Ｘ１軸）とがなす角度からπ／２（９０°）を差し引いて得られる角度、即ち図２（ｂ）における直交度誤差ωと等しい。
【００３５】
そのようにＥＧＡパラメータを求めた後、図１の走査型露光装置１ＢではウエハＷの回転角を、Ｘ２軸に対して第１層目のショット配列のＹ１軸が時計回りに直交度誤差ω１（即ち、ω）と同じ角度だけ回転した状態となるように設定する。これはショット配列のローテーション（ウエハ・ローテーション）の目標値に、直交度誤差ω１ と同じ角度のオフセットを加えることを意味する。その結果、例えばショット領域２１Ａの部分ショット領域２２Ａ，２２Ｂの配列方向に平行な第１列目のショット領域２１Ａ〜２１Ｃの右端のエッジを結んで得られる直線２５が、走査型露光装置１Ｂの走査方向であるＹ２方向に平行となる。その状態で、ＥＧＡパラメータ中のオフセットＯｘ１ ，Ｏｙ１ を考慮して第２層目のショット配列を決定する。
【００３６】
図４（ａ）はそのようにして第１層目上に設定された第２層目のショット配列を示し、この図４（ａ）において、例えば第１層目のショット領域２１Ａ〜２１Ｃ上に第２層目のショット領域２６Ａ，２６Ｂが設定され、同様に第２層目の他のショット領域２６Ｃ〜２６Ｆが設定されている。この場合、例えばショット領域２６Ａは、Ｙ２方向に沿って３個の部分ショット領域２７Ａ〜２７Ｃに分割され、これらの部分ショット領域２７Ａ〜２７Ｃにそれぞれ図４（ｂ）に示すレチクルＲＢの部分パターン領域１３Ｃ〜１３Ａ内のパターン像が露光される。また、第２層目のショット領域２６Ａ内の部分ショット領域２７Ａ〜２７Ｃの大きさは、それぞれ図４（ｃ）に示す第１層目のショット領域２１Ａ内の部分ショット領域２２Ａ，２２Ｂの大きさと同じであり、第２層目の他のショット領域２６Ｂ〜２６Ｆも同じ形状である。そのようにして定めたショット領域２６Ａ〜２６Ｆに対して、それぞれ走査露光方式でレチクルＲＢのパターン像が露光され、その後に現像等の処理を施すことにより第２層目の各ショット領域のパターンが現出する。
【００３７】
この場合、本例では図４（ａ）に示すように、第１層目のショット領域２１Ａ〜２１Ｃの右端のエッジを結ぶ直線２５は、第２層目の走査方向であるＹ２方向に平行であるため、第１層目のショット領域２１Ａ〜２１Ｃと第２層目のショット領域２６Ａ，２６ＢとはＸ２方向、及びＹ２方向にほぼ完全に重なっており、第１層目のショット配列の直交度誤差の影響は除去されている。
【００３８】
なお、上述の例では図３に示すように、走査型露光装置１Ｂのステージ座標系におけるＸ２軸とＹ２軸とは直交しているものとしたが、Ｘ２軸とＹ２軸とは必ずしも直交している必要はない。Ｘ２軸とＹ２軸とが直交していない場合には、走査方向であるＹ２方向に対して第１層目のショット配列のＸ１軸が平行になるようにウエハＷを回転すればよい。
【００３９】
次に、本発明による実施の形態の第２の例につき図５及び図６を参照して説明する。
本例でも図１に示す２台の投影露光装置（ステッパー１Ａ、及び走査型露光装置１Ｂ）を使用し、先ず図２に示すように、ステッパー１ＡにおいてレチクルＲＡ及びウエハＷをそれぞれ通常の状態に対して９０°回転させた状態で、ウエハＷに露光を行い、図３に示すように、走査型露光装置１ＢにおいてウエハＷを通常の回転角に戻してアライメント用の計測を行うまでは、第１の例とほぼ同じである。但し、本例ではサンプルショット内のウエハマークの座標計測を行う際に、各サンプルショットの回転角の計測も行う。即ち、例えばショット領域２１Ａがサンプルショットである場合には、一例として１対のウエハマーク２３Ｘ，２３Ｙの座標の他に、別のＸ軸用のウエハマーク２４ＸのＸ２座標を計測し、ウエハマーク２３ＸのＸ２座標とウエハマーク２４ＸのＸ２座標との差分をそれら２個のウエハマーク２３Ｘ，２４ＸのＹ２方向への間隔の概算値で除してショット領域２１Ａの回転角を求める。同様に他のサンプルショットについても回転角を求め、得られた回転角の平均値をショット回転θＳ とする。このように、各サンプルショット内で１対（２次元マークでは１個）を超える個数のウエハマークの座標を計測するアライメント方法は、ショット内多点ＥＧＡ方式のアライメント方法と呼ばれている。
【００４０】
次に、本例ではショット配列のローテーション（ウエハ・ローテーション）の目標値にオフセットを加算することなく、ウエハＷの回転角を設定する。
図５は、図１の走査型露光装置１Ｂのウエハステージ５Ｂ上でそのように回転角が設定されたウエハＷを示し、この図５において、走査型露光装置１Ｂのステージ座標系のＸ２軸に対して第１層目のショット配列の１つの配列方向を示すＹ１軸が平行に設定されている。この結果、例えば第１層目のショット領域２１Ａ内の２個の部分ショット領域の配列方向に平行なショット領域２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃの右端のエッジは、走査方向であるＹ２方向に対して直交度誤差ωと同じ角度だけ傾斜している。また、その直交度誤差ωは、図３の状態で求めたショット配列のローテーションθ１ からショット内多点ＥＧＡ方式で求めたショット回転θＳ を差し引くことにより求められる値である。そして、単に図５の状態で走査露光方式で露光を行うとすると、第２層目のショット領域は２点鎖線で示すように、Ｘ２方向及びＹ２方向に平行なエッジを有するショット領域２６Ａ〜２６Ｆとなり、第１層目のショット領域との間に重ね合わせ誤差が生ずる。
【００４１】
それを避けるため本例では、第２層目のショット領域２６Ａ〜２６ＦをそれぞれウエハＷに対してその直交度誤差ωと等しい角度だけ反時計方向に回転して露光を行うこととした。具体的に、走査型露光装置１Ｂにおいて走査露光時の走査方向を微調整できる場合には、図１でレチクルＲＢを直交度誤差ωと等しい角度だけ反時計方向に回転した後、レチクルＲＢをＹ２方向から直交度誤差ωだけ回転した方向に沿って走査するのと同期して、図５のウエハＷをレチクルＲＢの走査方向に平行に走査する。そのようにレチクルＲＢの走査方向を微調整するには、例えばレチクルＲＢの位置を微調整する機構を用いて、走査位置に応じて次第にレチクルＲＢをＸ２方向にシフトさせればよい。この結果、図６に実線で示すように、第２層目のショット領域２６Ａ〜２６Ｆはそれぞれ直交度誤差ωだけ反時計方向に回転し、第１層目のショット領域と第２層目のショット領域との間の重ね合わせ誤差が最小になる。
【００４２】
なお、第２層目に露光を行う露光装置が一括露光方式の投影露光装置（ステッパー等）である場合には、図６に示すように各ショット領域２６Ａ〜２６Ｆの回転角（ショット回転）を補正するためには、単にレチクルを回転させるのみでよい。
次に、本発明による実施の形態の第３の例につき図７を参照して説明する。
【００４３】
本例でも図１に示す２台の投影露光装置（ステッパー１Ａ、及び走査型露光装置１Ｂ）を使用し、先ず図２に示すように、ステッパー１ＡにおいてレチクルＲＡ及びウエハＷをそれぞれ通常の状態に対して９０°回転させた状態で、ウエハＷに露光を行うまでは第１の例と同じである。但し、本例ではその後に第２層目の露光を行う際にも、図１の走査型露光装置１ＢでレチクルＲＢ及びウエハＷを通常の状態から９０°回転させた状態にしておく。また、本例の走査型露光装置１Ｂでは走査露光時の走査方向をＸ２方向に沿った方向とする。このためには、走査型露光装置１Ｂとして走査方向がＸ２方向である露光装置を使用するか、又は走査方向をＸ２方向、又はＹ２方向の何れかに任意に切り換えできる露光装置を使用すればよい。以下、本例での第２層目の露光方法につき説明する。
【００４４】
図７（ａ）は、第１層目への露光及び現像が終わり、図１の走査型露光装置１Ｂのウエハステージ５Ｂ上に載置されたウエハＷを示し、この図７（ａ）において、走査型露光装置１Ｂのステージ座標系のＸ２軸に対して第１層目のショット領域２１Ａ，２１Ｂ，…，２１Ｉの１つの配列方向を示すＸ１軸がほぼ平行に設定されている。この場合、第１層目への露光に際しては、図７（ｃ）に示すようにレチクルＲＡは２つの部分パターン領域１２Ａ，１２ＢがＸ１方向に沿って配列されるように設定されている。また、第１層目のショット配列には直交度誤差ωが生じている。
【００４５】
本例でも図７（ａ）のウエハＷに対してＥＧＡ方式でアライメントを行うことにより、ショット配列のローテーション（ウエハ・ローテーション）θ２ 、そのショット配列の直交度誤差ω２ 、及びＸ２方向、Ｙ２方向のオフセットＯｘ２ ，Ｏｙ２ よりなるＥＧＡパラメータの値を求める。その後、ローテーションθ２ に基づいて、Ｘ２軸に対してＸ１軸が正確に平行になるようにウエハＷの回転角を設定した後、図７（ｂ）に示すように、レチクルＲＢの回転角を部分パターン領域１３Ａ〜１３Ｃの配列方向がＸ２方向となるように設定する。そして、走査型露光装置１ＢによりレチクルＲＢを＋Ｘ２方向（又は−Ｘ２方向）に走査するのと同期して、ウエハＷを−Ｘ２方向（又は＋Ｘ２方向）に走査することにより、図７（ａ）の第２層目のショット領域２６Ａ，２６Ｂ，…，２６Ｆに対して走査露光方式で順次レチクルＲＢのパターン像を露光する。その結果、第１層目のショット領域２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃに対して第１層目のショット領域２６Ａ，２６Ｂはほぼ完全に重なり、第１層目の直交度誤差ωの影響は除去される。
【００４６】
なお、上述の実施の形態では最初に小さな露光フィールドのステッパー１Ａで露光を行った後に、大きな露光フィールドの走査型露光装置１Ｂで露光を行っているが、逆に大きな露光フィールドの走査型露光装置１Ｂで露光を行った後に、小さな露光フィールドのステッパー１Ａで露光を行う場合にも本発明を適用することにより、第１層目の直交度誤差の影響を軽減できる。また、上述の実施の形態では２台の露光装置の組み合わせとしてステッパー１Ａと走査型露光装置１Ｂとが使用されているが、２台ともステッパーとしてもよく、又は２台とも走査型露光装置としてもよい。
【００４７】
このように、本発明は上述の実施の形態に限定されず、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。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、第１の露光装置を用いて第１のマスクパターンを感光基板上に露光する際に、その第１のマスクパターンの部分パターンの配列方向（又は複数のショット領域のエッジを結んで得られる直線の方向）を基準となる第１方向に平行にして、第２の露光装置を用いて第２のマスクパターンをその感光基板上に露光する際に、その第２のマスクパターンの部分パターンの配列方向（又はその第１のマスクパターンの露光時に複数のショット領域のエッジを結んで得られる直線の方向）を露光フィールドの長さの異なる所定方向（又は走査方向）に平行にしているため、第１層目の複数のショット領域をその長さが異なる方向に対して直線状に配列できる。従って、第１層目のショット配列に直交度誤差が生じていても、その長さが異なる方向に沿って第２層目のショット領域を重ねて配置することにより、２層間の重ね合わせ誤差を低減できる利点がある。これにより、感光基板上で所定方向の長さが異なることにより、互いに大きさの異なる露光フィールド（ショット領域）を有する複数の露光装置を用いてミックス・アンド・マッチ方式で露光を行う場合に、異なる層間での重ね合わせ誤差を低減できる。
【００４９】
また、その第１の露光装置を用いてその第１のマスクパターンをその感光基板上に露光する際に、その感光基板及びその第１のマスクパターンをそれぞれ通常の状態から９０°回転しておく場合には、特に第１の露光装置が一括露光方式の露光装置（ステッパー等）である場合に、２つの露光装置に特別な機構を設けることなく容易に第１層目のショット配列の直交度誤差の影響を除去できる利点がある。
【００５０】
また、第２の露光装置が走査露光型の露光装置であり、その所定方向（露光フィールドの長さが異なる方向）が走査方向である場合には、特にその所定方向に対してその第２の露光装置の露光フィールド（第２の露光フィールド）の長さが長くなり易い。従って、本発明が特に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による露光方法の実施の形態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）はその実施の形態の第１の例において、ウエハ上の第１層目への露光を行う際のレチクルの配置を示す平面図、（ｂ）はその第１層目への露光を行う際のウエハの配置を示す平面図である。
【図３】その実施の形態の第１の例において、ウエハ上の第２層目に露光を行う前のアライメント方法の説明に供給する平面図である。
【図４】（ａ）はその実施の形態の第１の例において、ウエハ上の第２層目に露光を行う際のショット配列を示す平面図、（ｂ）はその第２層目に露光を行う際のレチクルの配置を示す平面図、（ｃ）はウエハ上の第１層目のショット領域を示す平面図である。
【図５】本発明の実施の形態の第２の例において、第１層目への露光が終わったウエハを走査型露光装置のウエハステージ上に載置した状態を示す平面図である。
【図６】その実施の形態の第２の例において、ウエハ上の第２層目のショット配列を示すを示す平面図である。
【図７】（ａ）は本発明の実施の形態の第３の例において、ウエハ上の第１層目及び第２層目のショット配列を示す平面図、（ｂ）はその第２層目に露光を行う際のレチクルの配置を示す平面図、（ｃ）はその第１層目に露光を行う際のレチクルの配置を示す平面図である。
【図８】従来のミックス・アンド・マッチ方式で露光を行う場合の一例の説明図である。
【図９】従来のミックス・アンド・マッチ方式で露光を行う場合で重ね合わせ誤差が生ずる場合を示す説明図である。
【符号の説明】
１Ａ ステッパー
１Ｂ 走査型露光装置
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 アライメント系
ＲＡ，ＲＢ レチクル
Ｗ ウエハ
２１Ａ，２１Ｂ，…，２１Ｉ 第１層目のショット領域
２３Ｘ，２４Ｘ Ｘ軸のウエハマーク
２３Ｙ，２４Ｙ Ｙ軸のウエハマーク
２６Ａ，２６Ｂ，…，２６Ｆ 第２層目のショット領域
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッド等を製造するための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するための露光方法に関し、特に１つの感光基板上に異なる複数の露光装置を用いて所謂ミックス・アンド・マッチ方式で重ね合わせ露光を行う場合に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体素子等を製造するための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）等の露光装置が使用されている。一般に、例えば超ＬＳＩ等の半導体素子は、ウエハ上に多数層の回路パターンを積み重ねて形成される。そして、最近の超ＬＳＩ等の製造工場では、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等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。このように、同一のウエハ上で第１の露光装置によって露光された層の上に、別の第２の露光装置を用いてアライメントを行って重ね合わせ露光を行う方式は、ミックス・アンド・マッチ方式と呼ばれている。
【０００３】
図８は、露光フィールドの大きさが同一の２台の露光装置を用いてミックス・アンド・マッチ方式で露光を行う場合の従来例の説明図であり、先ず第１の露光装置によって図８（ａ）に示すように、ウエハＷ上の点線で示す第１層目のショット領域２９Ａ，２９Ｂ，…，２９Ｉに対して、それぞれ図８（ｂ）のレチクルＲＡのパターン像が転写される。この場合、第１の露光装置のウエハステージの移動位置を規定する座標系（ステージ座標系）をＸ１軸、Ｙ１軸として、Ｙ１軸はＸ１軸に垂直な理想的なＹ１＊ 軸から時計回りに角度ωだけ傾斜しているものとする。また、レチクルＲＡのパターン領域２Ａ内には同一の２個の回路パターン１２Ａ，１２Ｂが形成され（所謂２個取り）、露光時には回路パターン１２Ａ，１２ＢがＸ１軸に垂直な方向に沿って配列されるようにレチクルＲＡの回転角が設定されている。
【０００４】
この結果、第１層目のショット領域２９Ａ〜２９Ｉは、Ｘ１軸及びＹ１軸に沿って所定ピッチで配列され、そのショット配列には直交度誤差ωが生じている。また、各ショット領域２９Ａ〜２９Ｉには、それぞれＸ１軸に垂直な方向に２個の同一の回路パターン像が転写される。
次に、第２の露光装置によって、ウエハＷ上の第２層目のショット領域にそれぞれ図８（ｃ）のレチクルＲＣのパターン像を転写する。この場合、第２の露光装置のステージ座標系をＸ２軸、Ｙ２軸として、第２の露光装置でのプリアライメントによって、ウエハＷ上の第１層目のＸ１軸に対応する方向がＸ２軸に平行に設定されているものとする。なお、説明の便宜上、図８（ａ）における座標系（Ｘ１，Ｙ１）、及び座標系（Ｘ２，Ｙ２）の原点はそれぞれウエハＷの中心に設定されているが、原点の位置は任意である。また、レチクルＲＣのパターン領域２Ｃ内にも同一の２個の回路パターン２７Ａ，２７Ｂが形成され、レチクルＲＡのパターン領域２Ａのウエハ上での投影像（露光フィールド）と、レチクルＲＣのパターン領域２Ｃのウエハ上での投影像（露光フィールド）とは同じ大きさである。
【０００５】
この場合、第２の露光装置では、例えば特開昭６１−４４４２９号公報で開示されているエンハンスト・グローバル・アライメント（以下、「ＥＧＡ」という）方式でアライメントを行う。即ち、ウエハＷ上の第１層目から選択された所定個数のショット領域（サンプルショット）に付設されたウエハマーク（不図示）の配列座標を計測することにより、全ショット領域のステージ座標系（Ｘ２，Ｙ２）での配列座標を算出する。これによって、第２の露光装置では第１層目のショット配列に直交度誤差ωが存在することを認識できる。
【０００６】
そこで、第２の露光装置では、図８（ｃ）に示すように２個の回路パターン２７Ａ，２７ＢがＸ２軸に垂直な方向に沿って配列されるようにレチクルＲＣの回転角を設定した後、直交度誤差ωを考慮して第２層目のショット配列を設定して露光を行う。この結果、図８（ａ）に示すように、ウエハＷ上の実線で示す第２層目のショット領域３０Ａ，３０Ｂ，…，３０Ｉに対して、それぞれレチクルＲＣの回路パターン像が転写され、第１層目のショット配列と第２層目のショット配列とは正確に重なっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、２台の露光装置の露光フィールド（ショット領域）の大きさが同一である場合には、第１層目のショット配列に直交度誤差が生じていても、例えばＥＧＡ方式でアライメントを行うことによって、２層間の重ね合わせ精度を高精度に維持できる。
【０００８】
しかしながら、２台の露光装置の露光フィールドの大きさが異なる場合に、第１層目のショット配列に直交度誤差が生じていると、従来の露光方法では２層間の重ね合わせ精度を或る程度以上に改善できないという不都合があった。
図９は、露光フィールドの大きさが異なる２台の露光装置を用いてミックス・アンド・マッチ方式で露光を行う従来例の説明図であり、先ず第１の露光装置によって図９（ｂ）に示すように、２個取りのレチクルＲＡのパターン像がウエハ上の第１層目の各ショット領域に露光され、次に第２の露光装置によって図９（ｃ）に示すように、３個取りのレチクルＲＢのパターン像がウエハ上の第２層目の各ショット領域に露光される。この場合、レチクルＲＢのパターン領域２Ｂには、３個の同一の回路パターン１３Ａ〜１３Ｃが描画されており、レチクルＲＢのウエハ上への投影像は、レチクルＲＡの投影像に対して横方向の幅が同じで、縦方向の幅が３／２倍となっている。
【０００９】
この場合も、第１の露光装置のステージ座標系を（Ｘ１，Ｙ１）、第２の露光装置のステージ座標系を（Ｘ２，Ｙ２）として、Ｘ１軸に対してＸ２軸を合わせてアライメント及び露光を行うものとする。また、第１の露光装置でレチクルＲＡを２個の回路パターンがＸ１軸に垂直な方向に沿って配列されるように設定して露光を行うと、図９（ａ）に示すように、ウエハＷ上の点線で示す第１層目のショット領域２９Ａ，２９Ｂ，…，２９Ｉに対して露光が行われ、図８の例と同様にショット領域２９Ａ〜２９Ｉの配列には直交度誤差が生じる。
【００１０】
その後、第２の露光装置によってウエハＷをＥＧＡ方式でアライメントした後、レチクルＲＢを３個の回路パターンがＸ２軸に垂直な方向に沿って配列されるようにして露光を行うと、図９（ａ）に実線で示すように、ウエハＷ上の第２層目のショット領域３１Ａ〜３１Ｆに対して露光が行われる。ところが、第１層目のショット領域は２個取りで、第２層目のショット領域は３個取りであるため、第１層目のショット配列と第２層目のショット配列とはＸ１軸にほぼ垂直な方向での行数が異なってしまう。その結果、ショット配列の行、又は列の間で発生する誤差である直交度誤差の影響を除去しきれないという不都合が生ずる。例えば図９（ａ）では、ショット領域２９Ａとショット領域３１ＡとをＸ１方向（Ｘ２方向）で合わせると、ショット領域２９Ｂとショット領域３１Ａとの間にＸ１方向への大きな重ね合わせ誤差が生ずる。
【００１１】
本発明は斯かる点に鑑み、感光基板上での露光フィールド（ショット領域）の大きさの異なる複数の露光装置を用いてミックス・アンド・マッチ方式で露光を行う場合に、第１層目のショット配列に直交度誤差が残存している際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。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明による露光方法は、例えば図１に示すように、所定形状の第１の露光フィールド（４Ａ）を有し、基準となる第１方向の座標軸（Ｘ１）とこの第１方向の座標軸に対して実質的に直交度誤差を生じている第２方向の座標軸（Ｙ１）とを持つ第１の露光装置（１Ａ）を用いて感光基板（Ｗ）上に第１のマスクパターンを所定配列で露光し、第１の露光フィールド（４Ａ）に比べて所定方向（Ｙ２）に長さの異なる第２の露光フィールド（４Ｂ）を有する第２の露光装置（１Ｂ）を用いて、感光基板（Ｗ）上に第２のマスクパターンを重ねて露光する露光方法において、その第１のマスクパターン（２Ａ）は互いに同一の複数の第１の部分パターンを第３方向に配列したパターンであり、その第２のマスクパターン（２Ｂ）は互いに同一の複数の第２の部分パターンを第４方向に配列したパターンであり、第１の露光装置（１Ａ）を用いてその第１のマスクパターンを感光基板（Ｗ）上に露光する際に、例えば図２に示すように、その第１のマスクパターンの前記第３方向がその第１方向に対応する方向に平行になるようにその第１のマスクパターンの回転角を設定して露光を行い、第２の露光装置（１Ｂ）を用いてその第２のマスクパターンを感光基板（Ｗ）上に露光する際に、その第２のマスクパターンのその第４方向がその所定方向に平行になるようにその第２のマスクパターンの回転角を設定して露光を行うものである。
【００１３】
斯かる本発明によれば、例えば図２に示すように、その第１のマスクパターンが露光される複数のショット領域（２１Ａ〜２１Ｉ）の配列は、その第２の露光フィールドと長さが異なる方向に対応する方向をＸ１方向とすると、Ｘ１方向に隣接するショット領域（２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ）の中心を通る直線（図２ではＸ１軸に平行な直線）がＸ１方向に平行になる。その結果、例えば図２の感光基板（Ｗ）を９０°回転させた図４（ａ）に示すように、第１層目のショット領域（２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ）上に第２の露光装置（１Ｂ）による第２層目のショット領域（２６Ａ，２６Ｂ）を配列することにより、その第１層目のショット配列に直交度誤差（ω）が存在する場合でも重ね合わせ誤差が最小になる。
【００１４】
本発明において、その第２の露光装置のその所定方向（Ｙ２）は、その第２の露光装置の基準となる座標軸（Ｘ２）に対して実質的に９０°で交差していてもよい。
この場合、その図２に示す方法は、第１の露光装置（１Ａ）を用いてその第１のマスクパターンを感光基板（Ｗ）上に露光する際に、感光基板（Ｗ）及びその第１のマスクパターンをそれぞれ通常の状態（その第１の部分パターンの配列方向である第３方向をその基準となる第１方向の座標軸に直交させるようにした状態）から９０°回転しておくものである。これにより、その第１層目のショット配列に直交度誤差（ω）が存在しても、その第１層目のショット配列を第２の露光フィールド（４Ｂ）と長さが異なる方向に対応する方向（Ｘ１方向）に沿って直線状に配列できる。
【００１５】
また、第２の露光装置（１Ｂ）の一例は走査露光型の露光装置であり、この場合、その所定方向が走査方向であることが望ましい。走査露光型では、容易に走査方向に対して露光フィールドを長くできるためである。
また、本発明による別の露光方法は、所定形状の第１の露光フィールドを有し、基準となる第１方向の座標軸（Ｘ１）とこの第１方向の座標軸に対して実質的に直交度誤差を生じている第２方向の座標軸（Ｙ１）とを持つ第１の露光装置（１Ａ）を用いて感光基板（Ｗ）上に第１のマスクパターンを所定配列で露光し、その後に、その第１の露光フィールドに比べて所定方向（Ｙ２）に長さの異なる第２の露光フィールドを有する第２の露光装置（１Ｂ）を用いて、その感光基板上に第２のマスクパターンを重ねて露光する露光方法において、その感光基板上の複数のショット領域のエッジを結んで得られる直線がその第１方向と平行となるように、その複数のショット領域のそれぞれにその第１のマスクパターンを露光し、その第１の露光装置で露光された複数のショット領域のエッジを結んで得られる直線をその第２の露光装置のその所定方向と平行にして、その第２のマスクパターンをその感光基板上に重ねて露光するものである。
また、本発明による更に別の露光方法は、所定形状の第１の露光フィールドを有する第１の露光装置（１Ａ）を用いて第１のマスクパターンが露光された感光基板（Ｗ）上に、その第１の露光フィールドに比べて走査方向（Ｙ２）に長さの異なる第２の露光フィールドを有する走査型の第２の露光装置（１Ｂ）を用いて第２のマスクパターンを重ねて露光する露光方法において、その第１の露光装置は、基準となる第１方向の座標軸（Ｘ１）とこの第１方向の座標軸に対して実質的に直交度誤差を生じている第２方向の座標軸（Ｙ１）とを有し、その第１の露光装置を用いてその第１のマスクパターンが露光されたその感光基板上の複数のショット領域は、それぞれ同一パターン像が露光される部分ショット領域を有し、その部分ショット領域の配列方向はその複数のショット領域のエッジを結んで得られる直線と平行で、かつその複数のショット領域のエッジを結んで得られる直線はその第１のマスクパターンの露光時にその第１方向と平行であり、その複数のショット領域のエッジを結んで得られる直線をその走査方向と平行にして、その第１の露光装置を用いてその第１のマスクパターンが露光されたその感光基板上にその第２の露光装置を用いてその第２のマスクパターンを重ねて露光するものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による露光方法の実施の形態の第１の例につき図１〜図４を参照して説明する。この例では、２台の露光装置として、縮小倍率が１／５倍の一括露光方式の投影露光装置（ステッパー）と、縮小倍率が１／４倍のステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置とを使用する。また、本例では前者の投影露光装置で露光される各ショット領域からはそれぞれ２個のチップパターンが切り出され（２個取り）、後者の投影露光装置で走査露光される各ショット領域からはそれぞれ３個のチップパターンが切り出される（３個取り）場合を扱う。
【００１７】
図１は、本例の露光システムを示し、この図１において、一括露光方式の投影露光装置であるステッパー１Ａと、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置（以下、「走査型露光装置」と呼ぶ）１Ｂとが設置されている。本例では、ステッパー１Ａは高解像度、走査型露光装置１Ｂは低解像度であり、ステッパー１Ａを用いて、ウエハ上で高い解像度が必要なクリティカルレイヤへの露光を行い、走査型露光装置１Ｂを用いて、ウエハ上で比較的低解像度でもよい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、ステッパー１Ａを低解像度用としたり、又は走査型露光装置１Ｂを高解像度用とする場合も有り得る。
【００１８】
先ず、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上の矩形の露光フィールド４Ａに投影露光される。その投影光学系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は、所定方向（図１ではＹ１方向）に同一の大きさの部分パターン領域１２Ａ及び１２Ｂに分かれ、部分パターン領域１２Ａ及び１２Ｂには同一の配列で回路パターン、及びアライメントマークの原画パターンが描画されている。
【００１９】
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８Ａが固定され、外部に設置されたレーザ干渉計７Ａ，９Ａ及び移動鏡６Ａ，８Ａによりウエハステージ５ＡのＸ１方向、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。また、本例のステッパー１Ａのウエハステージ５Ａの移動位置を規定する座標系（ステージ座標系）（Ｘ１，Ｙ１）には所定の直交度誤差ωが残存しているものとする。
【００２０】
更に、本例のステッパー１Ａには、オフ・アクシス方式で且つ撮像方式（ＦＩＡ方式）のアライメント系１１Ａが備えられている。アライメント系１１Ａでは、ウエハＷ上のアライメントマーク（ウエハマーク）を撮像し、得られる撮像信号を処理してそのウエハマークのＸ１座標、及びＹ１座標を検出する。検出された座標は制御装置１０Ａに供給される。
【００２１】
なお、アライメント系としては、ＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）方式のアライメント系、又は投影光学系３Ａを介してマークの位置を検出するＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式のアライメント系等を使用してもよく、マークの検出方式としては、スリット状のレーザビームとマークとを相対走査するレーザ・ステップ・アライメント方式（ＬＳＡ方式）、又は２光束を回折格子状の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（ＬＩＡ方式）等を使用してもよい。
【００２２】
次に、本例の走査型露光装置１Ｂにおいて、レチクルＲＢのパターン領域２Ｂの一部が不図示の照明光学系からの露光光で照明され、その一部のパターン像は、投影光学系３Ｂを介して１／４倍に縮小されて、ウエハステージ５Ｂ上に保持されるウエハＷ上のスリット状の露光領域１４に投影露光される。ここで、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系をＸ２軸及びＹ２軸とする。この状態でレチクルＲＢを−Ｙ２方向（又は＋Ｙ２方向）に走査するのと同期して、ウエハＷを＋Ｙ２方向（又は−Ｙ２方向）に走査することにより、ウエハＷ上の露光フィールド４ＢにレチクルＲＢのパターン領域２Ｂ内のパターン像が逐次投影される。
【００２３】
この場合、レチクルＲＢのパターン領域２Ｂは走査方向であるＹ２方向に同一の大きさの３個の部分パターン領域１３Ａ〜１３Ｃに分割され、露光フィールド４Ｂの大きさは走査方向にステッパー１Ａの露光フィールド４Ａに対して３／２倍で、非走査方向に等しく（１倍に）なっている。即ち、露光フィールド４Ｂは露光フィールド４Ａに対してＹ２方向に長くなっている。
【００２４】
走査型露光装置１ＢのレチクルＲＢを走査する不図示のレチクルステージの位置は不図示のレーザ干渉計により計測され、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、これらの計測結果が制御装置１０Ｂに供給されている。本例ではＸ２軸とＹ２軸とは直交しているものとする。制御装置１０Ｂが不図示のレチクルステージ、及びウエハステージ５Ｂの同期駆動を制御する。また、ウエハステージ５Ｂの走査露光は、ウエハＷの露光面に設定された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。
【００２５】
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、ステッパー１Ａに備えられた制御装置１０Ａ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、他方の制御装置１０Ｂ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に供給される。
【００２６】
また、走査型露光装置１Ｂにも、オフ・アクシス方式で且つ撮像方式（ＦＩＡ方式）のアライメント系１１Ｂが投影光学系３Ｂの側面に設けられ、このアライメント系１１ＢによりウエハＷ上のウエハマークのＸ２座標及びＹ２座標が検出される。
次に、本例においてステッパー１Ａで第１層目のパターンの露光を行った後、走査型露光装置１Ｂで第２層目のパターンの露光を行う際の露光動作の一例につき第１工程、及び第２工程に分けて説明する。
【００２７】
［第１工程］
この第１工程では、図２（ａ）に示すように、図１のステッパー１Ａの不図示のレチクルステージ上にレチクルＲＡを通常の状態から９０°回転させて固定する。その結果、レチクルＲＡのパターン領域２Ａ内の２個の部分パターン領域１２Ａ及び１２ＢがＸ１方向に沿って配列されるようになる。次に、図１のステッパー１Ａのウエハステージ５Ａ上に、図２（ｂ）に示すようにフォトレジストが塗布されたウエハＷを通常の状態から９０°回転させて固定する。この結果、ウエハＷの外周部の切り欠き部（オリエンテーションフラット部）が＋Ｘ１方向に向くように配列される。なお、説明の便宜上、図２（ｂ）ではＸ１軸、及びＹ１軸の原点をウエハＷの中心に設定しているが、図２（ａ）ではそれら２軸の原点をレチクルの外部に設定している。また、図２（ａ）のレチクルＲＡの大きさはウエハＷ上に投影された大きさで示されている。本例では、図２（ｂ）に示すように、Ｘ１軸に直交する仮想的な軸Ｙ１＊ に対してＹ１軸は時計回りに角度ωだけ回転し、その角度ωが直交度誤差となっている。
【００２８】
次に、ステッパー１Ａを用いて、ウエハＷ上の第１層目の露光領域をＸ１方向、及びＹ１方向にそれぞれ所定ピッチで分割して得られるショット領域２１Ａ，２１Ｂ，…，２１Ｉに、順次ステップ・アンド・リピート方式でレチクルＲＡのパターン像を投影露光する。一例として、その第１層目のショット領域２１Ａ〜２１Ｉは、Ｘ１方向に３列、Ｙ１方向に３行配列されている。この際に、Ｘ１軸とＹ１軸との間には直交度誤差ωが存在しているため、ショット領域２１Ａ〜２１Ｉの配列にも直交度誤差ωが生じている。
【００２９】
但し、本例ではレチクルＲＡ及びウエハＷをそれぞれ９０°回転させて露光したため、図２（ｂ）において、ウエハＷ上の第１番目のショット領域２１Ａは、Ｘ１方向に沿って２個の部分ショット領域２２Ａ，２２Ｂに分かれ、これらの部分ショット領域２２Ａ，２２Ｂに互いに同一のパターン像が露光されている。他のショット領域２１Ｂ〜２１Ｉも同様であり、それらの部分ショット領域２２Ａ，２２Ｂの配列方向に平行な第１行目のショット領域２１Ａ〜２１Ｃのエッジを結ぶことにより、段差の無い直線２５が得られる。
【００３０】
その後、そのウエハＷの現像を行って、各ショット領域内の回路パターン像、及びアライメントマークの像をそれぞれ凹凸の回路パターン、及びウエハマークとして現出させる。本例では第１番目のショット領域２１Ａの第１番目の部分ショット領域２２Ａ内にそれぞれライン・アンド・スペースパターンよりなるＸ軸のウエハマーク２３Ｘ、及びＹ軸のウエハマーク２３Ｙが形成され、第２番目の部分ショット領域２２Ｂ内にもＸ軸のウエハマーク２４Ｘ、及びＹ軸のウエハマーク２４Ｙが形成される。これらのウエハマーク２３Ｘ，２３Ｙ，２４Ｘ，２４Ｙは、何れも撮像方式のアライメントセンサで検出されるマークである。なお、ウエハマークの配列は図２（ｂ）の例に限定されず、例えば各ショット領域２１Ａ〜２１Ｉ内に１対のウエハマークを配置してもよく、各ショット領域２１Ａ〜２１Ｉ内に１対を超えるウエハマークを配置してもよい。また、ウエハマークとして２次元のマークを使用してもよい。
【００３１】
［第２工程］
第１工程で回路パターン及びウエハマークの形成されたウエハＷ上にフォトレジストを塗布し、このウエハＷを図１の走査型露光装置１Ｂのウエハステージ５Ｂ上に通常の回転角で固定する。これにより、図３に示すように、ウエハＷは切り欠き部が−Ｙ２方向に向くように配置される。同様に、図１に示すように、第２層目用のレチクルＲＢの回転角も通常の回転角、即ち部分パターン領域１３Ａ〜１３ＣがＹ２方向に沿って配列される角度に設定する。
【００３２】
この際に、ステッパー１Ａの制御装置１０Ａから、走査型露光装置１Ｂの制御装置１０Ｂに第１層目のショット配列のデータを供給し、制御装置１０Ｂではそのショット配列のデータ、及び後述のアライメントデータに基づいて第２層目のショット配列を決定する。
その後、走査型露光装置１Ｂにおいて、露光対象のウエハＷに対してＥＧＡ方式でアライメントが行われる。
【００３３】
図３は、露光対象のウエハＷを示し、この図３において、走査型露光装置１Ｂのステージ座標系（Ｘ２，Ｙ２）の原点を便宜上ウエハＷの中心に取ってある。また、第１層目に露光を行った際のステッパー１Ａのステージ座標系（Ｘ１，Ｙ１）も原点を同じにして示してある。この場合、ウエハＷの回転角は通常であるため、例えばショット領域２１Ａ内の２個の部分ショット領域２２Ａ，２２ＢはＹ２方向に沿って配列され、他のショット領域２１Ｂ〜２１Ｉでも内部の２つの部分ショット領域の配列方向はＹ２方向である。そして、ＥＧＡ方式のアライメントを行うために、ウエハＷ上の９個のショット領域２１Ａ〜２１Ｉ中より３個以上のショット領域をサンプルショットとして選択し、図１のアライメント系１１Ｂを用いてそれらサンプルショット内のウエハマークのステージ座標系（Ｘ２，Ｙ２）での座標を計測する。例えばショット領域２１Ａがサンプルショットとして選択されたときには、ショット領域２１Ａ内の第１の部分ショット領域２２Ａ内のウエハマーク２３Ｘ，２３Ｙの座標が計測され、他のサンプルショットでもそれぞれ１対のウエハマークの座標が計測される。
【００３４】
次に、それらサンプルショット内のウエハマークの座標の計測値と、それらウエハマークの設計上の配列座標とを統計処理することにより、第１層目のショット配列のローテーション（ウエハ・ローテーション）θ１ 、そのショット配列の直交度誤差ω１ 、及びＸ２方向、Ｙ２方向のオフセットＯｘ１ ，Ｏｙ１ よりなるＥＧＡパラメータの値を求める。この場合、本例のウエハＷは第１層目の露光の際に９０°回転されていたと共に、第２層目のＸ２軸とＹ２軸とは直交していると仮定されているため、ローテーションθ１ は第１層目のショット配列のＹ１軸と、第２層目のステージ座標系のＸ２軸とがなす角度であり、直交度誤差ω１ は、Ｙ１軸とＸ１軸を反転した軸（−Ｘ１軸）とがなす角度からπ／２（９０°）を差し引いて得られる角度、即ち図２（ｂ）における直交度誤差ωと等しい。
【００３５】
そのようにＥＧＡパラメータを求めた後、図１の走査型露光装置１ＢではウエハＷの回転角を、Ｘ２軸に対して第１層目のショット配列のＹ１軸が時計回りに直交度誤差ω１（即ち、ω）と同じ角度だけ回転した状態となるように設定する。これはショット配列のローテーション（ウエハ・ローテーション）の目標値に、直交度誤差ω１ と同じ角度のオフセットを加えることを意味する。その結果、例えばショット領域２１Ａの部分ショット領域２２Ａ，２２Ｂの配列方向に平行な第１列目のショット領域２１Ａ〜２１Ｃの右端のエッジを結んで得られる直線２５が、走査型露光装置１Ｂの走査方向であるＹ２方向に平行となる。その状態で、ＥＧＡパラメータ中のオフセットＯｘ１ ，Ｏｙ１ を考慮して第２層目のショット配列を決定する。
【００３６】
図４（ａ）はそのようにして第１層目上に設定された第２層目のショット配列を示し、この図４（ａ）において、例えば第１層目のショット領域２１Ａ〜２１Ｃ上に第２層目のショット領域２６Ａ，２６Ｂが設定され、同様に第２層目の他のショット領域２６Ｃ〜２６Ｆが設定されている。この場合、例えばショット領域２６Ａは、Ｙ２方向に沿って３個の部分ショット領域２７Ａ〜２７Ｃに分割され、これらの部分ショット領域２７Ａ〜２７Ｃにそれぞれ図４（ｂ）に示すレチクルＲＢの部分パターン領域１３Ｃ〜１３Ａ内のパターン像が露光される。また、第２層目のショット領域２６Ａ内の部分ショット領域２７Ａ〜２７Ｃの大きさは、それぞれ図４（ｃ）に示す第１層目のショット領域２１Ａ内の部分ショット領域２２Ａ，２２Ｂの大きさと同じであり、第２層目の他のショット領域２６Ｂ〜２６Ｆも同じ形状である。そのようにして定めたショット領域２６Ａ〜２６Ｆに対して、それぞれ走査露光方式でレチクルＲＢのパターン像が露光され、その後に現像等の処理を施すことにより第２層目の各ショット領域のパターンが現出する。
【００３７】
この場合、本例では図４（ａ）に示すように、第１層目のショット領域２１Ａ〜２１Ｃの右端のエッジを結ぶ直線２５は、第２層目の走査方向であるＹ２方向に平行であるため、第１層目のショット領域２１Ａ〜２１Ｃと第２層目のショット領域２６Ａ，２６ＢとはＸ２方向、及びＹ２方向にほぼ完全に重なっており、第１層目のショット配列の直交度誤差の影響は除去されている。
【００３８】
なお、上述の例では図３に示すように、走査型露光装置１Ｂのステージ座標系におけるＸ２軸とＹ２軸とは直交しているものとしたが、Ｘ２軸とＹ２軸とは必ずしも直交している必要はない。Ｘ２軸とＹ２軸とが直交していない場合には、走査方向であるＹ２方向に対して第１層目のショット配列のＸ１軸が平行になるようにウエハＷを回転すればよい。
【００３９】
次に、本発明による実施の形態の第２の例につき図５及び図６を参照して説明する。
本例でも図１に示す２台の投影露光装置（ステッパー１Ａ、及び走査型露光装置１Ｂ）を使用し、先ず図２に示すように、ステッパー１ＡにおいてレチクルＲＡ及びウエハＷをそれぞれ通常の状態に対して９０°回転させた状態で、ウエハＷに露光を行い、図３に示すように、走査型露光装置１ＢにおいてウエハＷを通常の回転角に戻してアライメント用の計測を行うまでは、第１の例とほぼ同じである。但し、本例ではサンプルショット内のウエハマークの座標計測を行う際に、各サンプルショットの回転角の計測も行う。即ち、例えばショット領域２１Ａがサンプルショットである場合には、一例として１対のウエハマーク２３Ｘ，２３Ｙの座標の他に、別のＸ軸用のウエハマーク２４ＸのＸ２座標を計測し、ウエハマーク２３ＸのＸ２座標とウエハマーク２４ＸのＸ２座標との差分をそれら２個のウエハマーク２３Ｘ，２４ＸのＹ２方向への間隔の概算値で除してショット領域２１Ａの回転角を求める。同様に他のサンプルショットについても回転角を求め、得られた回転角の平均値をショット回転θＳ とする。このように、各サンプルショット内で１対（２次元マークでは１個）を超える個数のウエハマークの座標を計測するアライメント方法は、ショット内多点ＥＧＡ方式のアライメント方法と呼ばれている。
【００４０】
次に、本例ではショット配列のローテーション（ウエハ・ローテーション）の目標値にオフセットを加算することなく、ウエハＷの回転角を設定する。
図５は、図１の走査型露光装置１Ｂのウエハステージ５Ｂ上でそのように回転角が設定されたウエハＷを示し、この図５において、走査型露光装置１Ｂのステージ座標系のＸ２軸に対して第１層目のショット配列の１つの配列方向を示すＹ１軸が平行に設定されている。この結果、例えば第１層目のショット領域２１Ａ内の２個の部分ショット領域の配列方向に平行なショット領域２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃの右端のエッジは、走査方向であるＹ２方向に対して直交度誤差ωと同じ角度だけ傾斜している。また、その直交度誤差ωは、図３の状態で求めたショット配列のローテーションθ１ からショット内多点ＥＧＡ方式で求めたショット回転θＳ を差し引くことにより求められる値である。そして、単に図５の状態で走査露光方式で露光を行うとすると、第２層目のショット領域は２点鎖線で示すように、Ｘ２方向及びＹ２方向に平行なエッジを有するショット領域２６Ａ〜２６Ｆとなり、第１層目のショット領域との間に重ね合わせ誤差が生ずる。
【００４１】
それを避けるため本例では、第２層目のショット領域２６Ａ〜２６ＦをそれぞれウエハＷに対してその直交度誤差ωと等しい角度だけ反時計方向に回転して露光を行うこととした。具体的に、走査型露光装置１Ｂにおいて走査露光時の走査方向を微調整できる場合には、図１でレチクルＲＢを直交度誤差ωと等しい角度だけ反時計方向に回転した後、レチクルＲＢをＹ２方向から直交度誤差ωだけ回転した方向に沿って走査するのと同期して、図５のウエハＷをレチクルＲＢの走査方向に平行に走査する。そのようにレチクルＲＢの走査方向を微調整するには、例えばレチクルＲＢの位置を微調整する機構を用いて、走査位置に応じて次第にレチクルＲＢをＸ２方向にシフトさせればよい。この結果、図６に実線で示すように、第２層目のショット領域２６Ａ〜２６Ｆはそれぞれ直交度誤差ωだけ反時計方向に回転し、第１層目のショット領域と第２層目のショット領域との間の重ね合わせ誤差が最小になる。
【００４２】
なお、第２層目に露光を行う露光装置が一括露光方式の投影露光装置（ステッパー等）である場合には、図６に示すように各ショット領域２６Ａ〜２６Ｆの回転角（ショット回転）を補正するためには、単にレチクルを回転させるのみでよい。
次に、本発明による実施の形態の第３の例につき図７を参照して説明する。
【００４３】
本例でも図１に示す２台の投影露光装置（ステッパー１Ａ、及び走査型露光装置１Ｂ）を使用し、先ず図２に示すように、ステッパー１ＡにおいてレチクルＲＡ及びウエハＷをそれぞれ通常の状態に対して９０°回転させた状態で、ウエハＷに露光を行うまでは第１の例と同じである。但し、本例ではその後に第２層目の露光を行う際にも、図１の走査型露光装置１ＢでレチクルＲＢ及びウエハＷを通常の状態から９０°回転させた状態にしておく。また、本例の走査型露光装置１Ｂでは走査露光時の走査方向をＸ２方向に沿った方向とする。このためには、走査型露光装置１Ｂとして走査方向がＸ２方向である露光装置を使用するか、又は走査方向をＸ２方向、又はＹ２方向の何れかに任意に切り換えできる露光装置を使用すればよい。以下、本例での第２層目の露光方法につき説明する。
【００４４】
図７（ａ）は、第１層目への露光及び現像が終わり、図１の走査型露光装置１Ｂのウエハステージ５Ｂ上に載置されたウエハＷを示し、この図７（ａ）において、走査型露光装置１Ｂのステージ座標系のＸ２軸に対して第１層目のショット領域２１Ａ，２１Ｂ，…，２１Ｉの１つの配列方向を示すＸ１軸がほぼ平行に設定されている。この場合、第１層目への露光に際しては、図７（ｃ）に示すようにレチクルＲＡは２つの部分パターン領域１２Ａ，１２ＢがＸ１方向に沿って配列されるように設定されている。また、第１層目のショット配列には直交度誤差ωが生じている。
【００４５】
本例でも図７（ａ）のウエハＷに対してＥＧＡ方式でアライメントを行うことにより、ショット配列のローテーション（ウエハ・ローテーション）θ２ 、そのショット配列の直交度誤差ω２ 、及びＸ２方向、Ｙ２方向のオフセットＯｘ２ ，Ｏｙ２ よりなるＥＧＡパラメータの値を求める。その後、ローテーションθ２ に基づいて、Ｘ２軸に対してＸ１軸が正確に平行になるようにウエハＷの回転角を設定した後、図７（ｂ）に示すように、レチクルＲＢの回転角を部分パターン領域１３Ａ〜１３Ｃの配列方向がＸ２方向となるように設定する。そして、走査型露光装置１ＢによりレチクルＲＢを＋Ｘ２方向（又は−Ｘ２方向）に走査するのと同期して、ウエハＷを−Ｘ２方向（又は＋Ｘ２方向）に走査することにより、図７（ａ）の第２層目のショット領域２６Ａ，２６Ｂ，…，２６Ｆに対して走査露光方式で順次レチクルＲＢのパターン像を露光する。その結果、第１層目のショット領域２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃに対して第１層目のショット領域２６Ａ，２６Ｂはほぼ完全に重なり、第１層目の直交度誤差ωの影響は除去される。
【００４６】
なお、上述の実施の形態では最初に小さな露光フィールドのステッパー１Ａで露光を行った後に、大きな露光フィールドの走査型露光装置１Ｂで露光を行っているが、逆に大きな露光フィールドの走査型露光装置１Ｂで露光を行った後に、小さな露光フィールドのステッパー１Ａで露光を行う場合にも本発明を適用することにより、第１層目の直交度誤差の影響を軽減できる。また、上述の実施の形態では２台の露光装置の組み合わせとしてステッパー１Ａと走査型露光装置１Ｂとが使用されているが、２台ともステッパーとしてもよく、又は２台とも走査型露光装置としてもよい。
【００４７】
このように、本発明は上述の実施の形態に限定されず、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。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、第１の露光装置を用いて第１のマスクパターンを感光基板上に露光する際に、その第１のマスクパターンの部分パターンの配列方向（又は複数のショット領域のエッジを結んで得られる直線の方向）を基準となる第１方向に平行にして、第２の露光装置を用いて第２のマスクパターンをその感光基板上に露光する際に、その第２のマスクパターンの部分パターンの配列方向（又はその第１のマスクパターンの露光時に複数のショット領域のエッジを結んで得られる直線の方向）を露光フィールドの長さの異なる所定方向（又は走査方向）に平行にしているため、第１層目の複数のショット領域をその長さが異なる方向に対して直線状に配列できる。従って、第１層目のショット配列に直交度誤差が生じていても、その長さが異なる方向に沿って第２層目のショット領域を重ねて配置することにより、２層間の重ね合わせ誤差を低減できる利点がある。これにより、感光基板上で所定方向の長さが異なることにより、互いに大きさの異なる露光フィールド（ショット領域）を有する複数の露光装置を用いてミックス・アンド・マッチ方式で露光を行う場合に、異なる層間での重ね合わせ誤差を低減できる。
【００４９】
また、その第１の露光装置を用いてその第１のマスクパターンをその感光基板上に露光する際に、その感光基板及びその第１のマスクパターンをそれぞれ通常の状態から９０°回転しておく場合には、特に第１の露光装置が一括露光方式の露光装置（ステッパー等）である場合に、２つの露光装置に特別な機構を設けることなく容易に第１層目のショット配列の直交度誤差の影響を除去できる利点がある。
【００５０】
また、第２の露光装置が走査露光型の露光装置であり、その所定方向（露光フィールドの長さが異なる方向）が走査方向である場合には、特にその所定方向に対してその第２の露光装置の露光フィールド（第２の露光フィールド）の長さが長くなり易い。従って、本発明が特に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による露光方法の実施の形態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）はその実施の形態の第１の例において、ウエハ上の第１層目への露光を行う際のレチクルの配置を示す平面図、（ｂ）はその第１層目への露光を行う際のウエハの配置を示す平面図である。
【図３】その実施の形態の第１の例において、ウエハ上の第２層目に露光を行う前のアライメント方法の説明に供給する平面図である。
【図４】（ａ）はその実施の形態の第１の例において、ウエハ上の第２層目に露光を行う際のショット配列を示す平面図、（ｂ）はその第２層目に露光を行う際のレチクルの配置を示す平面図、（ｃ）はウエハ上の第１層目のショット領域を示す平面図である。
【図５】本発明の実施の形態の第２の例において、第１層目への露光が終わったウエハを走査型露光装置のウエハステージ上に載置した状態を示す平面図である。
【図６】その実施の形態の第２の例において、ウエハ上の第２層目のショット配列を示すを示す平面図である。
【図７】（ａ）は本発明の実施の形態の第３の例において、ウエハ上の第１層目及び第２層目のショット配列を示す平面図、（ｂ）はその第２層目に露光を行う際のレチクルの配置を示す平面図、（ｃ）はその第１層目に露光を行う際のレチクルの配置を示す平面図である。
【図８】従来のミックス・アンド・マッチ方式で露光を行う場合の一例の説明図である。
【図９】従来のミックス・アンド・マッチ方式で露光を行う場合で重ね合わせ誤差が生ずる場合を示す説明図である。
【符号の説明】
１Ａ ステッパー
１Ｂ 走査型露光装置
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 アライメント系
ＲＡ，ＲＢ レチクル
Ｗ ウエハ
２１Ａ，２１Ｂ，…，２１Ｉ 第１層目のショット領域
２３Ｘ，２４Ｘ Ｘ軸のウエハマーク
２３Ｙ，２４Ｙ Ｙ軸のウエハマーク
２６Ａ，２６Ｂ，…，２６Ｆ 第２層目のショット領域
Claims (7)
- 所定形状の第１の露光フィールドを有し、基準となる第１方向の座標軸と該第１方向の座標軸に対して実質的に直交度誤差を生じている第２方向の座標軸とを持つ第１の露光装置を用いて感光基板上に第１のマスクパターンを所定配列で露光し、前記第１の露光フィールドに比べて所定方向に長さの異なる第２の露光フィールドを有する第２の露光装置を用いて、前記感光基板上に第２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のマスクパターンは互いに同一の複数の第１の部分パターンを第３方向に配列したパターンであり、前記第２のマスクパターンは互いに同一の複数の第２の部分パターンを第４方向に配列したパターンであり、
前記第１の露光装置を用いて前記第１のマスクパターンを前記感光基板上に露光する際に、前記第１のマスクパターンの前記第３方向が前記第１方向に対応する方向に平行になるように前記第１のマスクパターンの回転角を設定して露光を行い、
前記第２の露光装置を用いて前記第２のマスクパターンを前記感光基板上に露光する際に、前記第２のマスクパターンの前記第４方向が前記所定方向に平行になるように前記第２のマスクパターンの回転角を設定して露光を行うことを特徴とする露光方法。 - 前記第２の露光装置の前記所定方向は、前記第２の露光装置の基準となる座標軸に対して実質的に９０°で交差していることを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
- 前記第２の露光装置は走査露光型の露光装置であり、前記所定方向が走査方向であることを特徴とする請求項１又は２に記載の露光方法。
- 所定形状の第１の露光フィールドを有し、基準となる第１方向の座標軸と該第１方向の座標軸に対して実質的に直交度誤差を生じている第２方向の座標軸とを持つ第１の露光装置を用いて感光基板上に第１のマスクパターンを所定配列で露光し、その後に、前記第１の露光フィールドに比べて所定方向に長さの異なる第２の露光フィールドを有する第２の露光装置を用いて、前記感光基板上に第２のマスクパターンを重ねて露光する露光方法において、
前記感光基板上の複数のショット領域のエッジを結んで得られる直線が前記第１方向と平行となるように、前記複数のショット領域のそれぞれに前記第１のマスクパターンを露光し、
前記第１の露光装置で露光された複数のショット領域のエッジを結んで得られる直線を前記第２の露光装置の前記所定方向と平行にして、前記第２のマスクパターンを前記感光基板上に重ねて露光することを特徴とする露光方法。 - 前記複数のショット領域は、それぞれ同一パターン像が露光される部分ショット領域を有し、その部分ショット領域の配列方向は、前記複数のショット領域のエッジを結んで得られる直線と平行であることを特徴とする請求項４に記載の露光方法。
- 前記第２露光装置は走査型露光装置であって、前記複数のショット領域のエッジを結んで得られる直線は、前記走査型露光装置の走査方向と平行になることを特徴とする請求項５に記載の露光方法。
- 所定形状の第１の露光フィールドを有する第１の露光装置を用いて第１のマスクパターンが露光された感光基板上に、前記第１の露光フィールドに比べて走査方向に長さの異なる第２の露光フィールドを有する走査型の第２の露光装置を用いて第２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の露光装置は、基準となる第１方向の座標軸と該第１方向の座標軸に対して実質的に直交度誤差を生じている第２方向の座標軸とを有し、
前記第１の露光装置を用いて前記第１のマスクパターンが露光された前記感光基板上の複数のショット領域は、それぞれ同一パターン像が露光される部分ショット領域を有し、その部分ショット領域の配列方向は前記複数のショット領域のエッジを結んで得られる直線と平行で、かつ前記複数のショット領域のエッジを結んで得られる直線は前記第１のマスクパターンの露光時に前記第１方向と平行であり、
前記複数のショット領域のエッジを結んで得られる直線を前記走査方向と平行にして、前記第１の露光装置を用いて前記第１のマスクパターンが露光された前記感光基板上に前記第２の露光装置を用いて前記第２のマスクパターンを重ねて露光することを特徴とする露光方法。
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