JP2003188071A

JP2003188071A - 露光方法及びデバイス製造方法

Info

Publication number: JP2003188071A
Application number: JP2001382982A
Authority: JP
Inventors: Shoji Kawakubo; 昌治川久保
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2001-12-17
Filing date: 2001-12-17
Publication date: 2003-07-04

Abstract

(57)【要約】【課題】重ね合わせ精度を低下させることなく、スル
ープットを向上させることができる露光方法を提供す
る。【解決手段】先ず、基板上に形成された複数の区画領
域に関する転写誤差の情報を得る（ステップ４０９）。
そして、その転写誤差の情報に基づいて、複数の区画領
域のうち、１回の露光でパターンを同時に転写すべき区
画領域の目標数と、目標数の区画領域に重ねて転写すべ
きパターンの領域を決定する（ステップ４１４、４３
４）。例えば、転写誤差が所定の閾値以下であれば、複
数の区画領域に同時にパターンの転写が行なわれるよう
に決定し、転写誤差が所定の閾値を超えていれば、１つ
の区画領域毎にパターンの転写が行なわれるように決定
する。さらに、その決定に従ってパターンの転写を行な
う（ステップ４１７、４３７）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、露光方法及びデバ
イス製造方法に係り、さらに詳しくは、半導体素子、液
晶表示素子等を製造するに際してリソグラフィ工程で用
いられる露光方法、及び該露光方法を利用したデバイス
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子、液晶表示素子等
を製造するためのリソグラフィ工程では、マスク又はレ
チクル（以下、「レチクル」と総称する）に形成された
パターンを投影光学系を介してレジスト等が塗布された
ウエハ又はガラスプレート等の基板（以下、適宜「ウエ
ハ」ともいう）上に転写する露光装置が用いられてい
る。この種の装置としては、近年では、スループットを
重視する観点から、ステップ・アンド・リピート方式の
縮小投影露光装置（いわゆるステッパ）や、これを改良
したステップ・アンド・スキャン方式の走査型投影露光
装置（いわゆるスキャニング・ステッパ）などが、比較
的多く用いられている。

【０００３】半導体素子等を製造する際の露光工程で
は、通常、レジスト等が塗布されたウエハ上に多層の回
路パターン（チップパターン）を重ね合わせて転写する
が、この際、生産性の点から層毎に異なる露光装置を用
いる場合がある。しかも、チップパターンがあまり大き
くない場合には、ステッパとスキャニング・ステッパと
が混在して用いられることも多々ある。

【０００４】例えば、ウエハ上に形成された層のうち
で、ステッパを用いて転写された層を重ね合わせの対象
層とし、該対象層のパターンが転写されたウエハ上の複
数のショット領域にスキャニング・ステッパを用いてチ
ップパターンを重ね合わせて転写する場合がある。この
場合に、スキャニング・ステッパでは、ステッパに比べ
て露光エリアを大きくとることができるため、露光エリ
アの有効利用及び生産性の向上を目的として、レチクル
に同一のチップパターンを複数配置し、１回の露光でウ
エハ上の複数のショット領域にチップパターンを同時に
転写することが行なわれている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、重ね合
わせの対象層のパターンが形成されている各ショット領
域に転写誤差があると、上述したような１回の露光でウ
エハ上の複数のショット領域にチップパターンを同時に
転写するに際して、ショット領域の転写誤差を厳密に補
正することは容易でないため、１回の露光で１つのショ
ット領域に転写する場合に比べて、重ね合わせの誤差が
大きくなるおそれがある。例えば、図１４（Ａ）に示さ
れるように、各ショット領域に転写誤差として回転誤差
があり、１回の露光でウエハ上の２つのショット領域に
チップパターンを同時に転写する場合には、転写の際
に、回転誤差を考慮してウエハを回転させたとしても、
図１４（Ｂ）に示されるように、両方のショット領域に
チップパターンを同時に精度良く重ね合わせて転写する
ことは困難であり、重ね合わせの誤差を生じる。そし
て、重ね合わせの誤差が許容範囲を超えると、半導体素
子等は所定の回路特性を満足することができず、不良品
となり製品歩留まりの低下を招くおそれがある。

【０００６】また、将来的に、半導体素子はさらに高集
積化し、これに伴い、露光装置に要求される重ね合わせ
精度はますます厳しくなることは確実である。さらに、
露光装置の有効利用や生産性の向上のため、異なる方式
の露光装置を用いて基板上の異なる層の露光を行なう可
能性は高く、将来の許容されるトータルオーバーレイ誤
差を考慮すれば、上記重ね合わせの誤差も無視できなく
なってきている。

【０００７】本発明は、かかる事情の下になされたもの
で、その第１の目的は、重ね合わせ精度を低下させるこ
となく、スループットの向上が可能な露光方法を提供す
ることにある。

【０００８】また、本発明の第２の目的は、高集積度の
デバイスの生産性を向上させることができるデバイス製
造方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

【００１０】請求項１に記載の発明は、所定のパターン
を基板上に転写する露光方法であって、前記基板上に形
成された複数の区画領域に関する転写誤差の情報を得る
工程と；前記転写誤差の情報に基づいて、前記複数の区
画領域のうち、１回の露光で前記パターンを同時に転写
すべき区画領域の目標数と、前記パターンのうち、前記
目標数の区画領域に重ねて転写すべきパターンの領域を
決定する工程と；前記決定に従って転写を行なう工程
と；を含む露光方法である。

【００１１】本明細書において、「目標数」は、整数に
限らず、分数をも含む。

【００１２】これによれば、基板上に形成された複数の
区画領域に関する転写誤差の情報を得ると、その転写誤
差の情報に基づいて、複数の区画領域のうち１回の露光
で所定のパターンを同時に転写すべき区画領域の目標数
と、パターンのうち目標数の区画領域に重ねて転写すべ
きパターンの領域を決定し、その決定内容に従って転写
を行なう。例えば、パターンが複数の同一チップパター
ンから構成されており、各区画領域にそのうち１つのチ
ップパターンを重ねて転写する場合に、例えば区画領域
に関する転写誤差が無視できる程度であれば、１回の露
光で複数の区画領域に同時にチップパターンを転写する
ことにより、スループットを向上させることが可能とな
る。一方、例えば区画領域に関する転写誤差が無視でき
なければ、１回の露光で１つの区画領域のみにチップパ
ターンを転写することにより、重ね合わせ誤差を許容範
囲内に抑えることが可能となる。

【００１３】従って、請求項１に記載の発明によれば、
重ね合わせ精度を低下させることなく、スループットを
向上させることが可能となる。

【００１４】この場合において、請求項２に記載の露光
方法の如く、前記転写誤差の情報は、前記複数の区画領
域のうち、特定の複数の区画領域に形成されたマークの
位置情報に基づいて得ることとしても良い。

【００１５】この場合において、請求項３に記載の露光
方法の如く、前記転写誤差の情報は、前記マークの位置
情報を用いて統計演算処理により求めることとしても良
い。

【００１６】上記請求項１〜３に記載の各露光方法にお
いて、前記転写誤差としては、種々のものが考えられる
が、請求項４に記載の露光方法の如く、前記転写誤差
は、前記基板の座標軸の直交度誤差、前記区画領域の座
標軸の直交度誤差、前記区画領域の倍率誤差及び回転誤
差の少なくとも一つを含むこととすることができる。

【００１７】上記請求項１〜４に記載の各露光方法にお
いて、請求項５に記載の露光方法の如く、前記目標数及
び前記パターンの領域は、前記転写誤差と所定の閾値と
を比較して決定することとしても良い。

【００１８】この場合において、請求項６に記載の露光
方法の如く、前記転写誤差が前記閾値以下では、前記目
標数をｎ（ｎ＞１）と決定するとともに、前記パターン
のうち、１回の露光でｎ個の前記区画領域に同時に転写
すべきパターンが含まれる領域を前記パターンの領域と
して決定することとすることができる。

【００１９】この場合において、請求項７に記載の露光
方法の如く、前記転写誤差が前記閾値を超えると、前記
目標数をｍ（１≦ｍ＜ｎ）と決定するとともに、前記パ
ターンのうち、１回の露光でｍ個の前記区画領域に同時
に転写すべきパターンが含まれる領域を前記パターンの
領域として決定することとしても良い。

【００２０】この場合において、前記ｎ、ｍ及びパター
ンの領域としては、種々の組み合わせが考えられるが、
例えば、前記パターンが２つのチップパターンから構成
されており、前記区画領域にそのうち１つのチップパタ
ーンを重ねて転写する場合に、請求項８に記載の露光方
法の如く、前記転写誤差が前記閾値以下では、前記ｎを
２と決定するとともに、前記パターンのすべてが含まれ
る領域を前記パターンの領域として決定し、前記転写誤
差が前記閾値を超えると、前記ｍを１と決定するととも
に、前記パターンの１／２が含まれる領域を前記パター
ンの領域として決定することができる。

【００２１】上記請求項５〜８に記載の各露光方法にお
いて、請求項９に記載の露光方法の如く、前記転写誤差
が前記閾値を超えると、前記パターンの転写に際して、
前記転写誤差の情報に基づいて前記転写誤差を補正する
こととしても良い。

【００２２】上記請求項１〜９に記載の各露光方法にお
いて、請求項１０に記載の露光方法の如く、前記複数の
区画領域は一括露光装置を用いて形成され、前記パター
ンはスキャン露光装置を用いて転写されることとするこ
とができる。

【００２３】請求項１１に記載の発明は、リソグラフィ
工程を含むデバイス製造方法であって、前記リソグラフ
ィ工程では、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の露
光方法を用いることを特徴とするデバイス製造方法であ
る。

【００２４】これによれば、リソグラフィ工程で、請求
項１〜１０に記載の各露光方法により、高いスループッ
トで高精度の露光が行われ、高集積度のデバイスの生産
性（歩留まりを含む）を向上させることが可能となる。

【００２５】

【発明の実施の形態】《第１の実施形態》以下、本発明
の第１の実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。

【００２６】図１には、本発明に係る露光方法の実施に
好適な露光装置１００が示されている。この露光装置１
００は、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型投影
露光装置、すなわち、いわゆるスキャニング・ステッパ
である。

【００２７】この露光装置１００は、照明系ＩＯＰ、レ
チクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、レチクル
ステージＲＳＴを駆動するレチクルステージ駆動系２
９、レチクルＲに形成されたパターンの像を基板として
のウエハＷ上に投影する投影光学系ＰＬ、ウエハＷを保
持して２次元平面（ＸＹ平面内）を移動するＸＹステー
ジ２０、このＸＹステージ２０を駆動するウエハステー
ジ駆動系２２、及びこれらの制御系等を備えている。こ
の制御系は、装置全体を統括制御する主制御装置２８を
中心として構成されている。

【００２８】前記照明系ＩＯＰは、例えば、ＫｒＦエキ
シマレーザやＡｒＦエキシマレーザなどから成る光源
と、オプティカルインテグレータ（フライアイレンズ、
内面反射型インテグレータ、又は回折光学素子など）を
含む照度均一化光学系、照明視野絞りとしてのレチクル
ブラインド、リレーレンズ系及びコンデンサレンズ系等
（いずれも図示省略）を含む照明光学系とから構成され
ている。

【００２９】照明系ＩＯＰによると、光源で発生した露
光光としての照明光（以下、「照明光ＩＬ」と呼ぶ）
は、照度均一化光学系により照度分布がほぼ均一な光束
に変換される。照度均一化光学系から射出された照明光
ＩＬは、リレーレンズ系を介してレチクルブラインドに
達する。このレチクルブラインドの開口を通過した光束
は、リレーレンズ系、コンデンサレンズ系を通過してレ
チクルステージＲＳＴ上に保持されたレチクルＲ上の矩
形スリット状の照明領域を均一な照度分布で照明する。

【００３０】前記レチクルステージＲＳＴは、照明系Ｉ
ＯＰの図１における下方に配置されている。このレチク
ルステージＲＳＴ上には不図示のバキュームチャック等
を介してレチクルＲが吸着保持されている。レチクルス
テージＲＳＴは、Ｙ軸方向（図１における紙面左右方
向）、Ｘ軸方向（図１における紙面直交方向）及びθｚ
方向（ＸＹ面に直交するＺ軸回りの回転方向）に微小駆
動可能であるとともに、所定の走査方向（ここではＹ軸
方向とする）に指定された走査速度で駆動可能となって
いる。

【００３１】レチクルステージＲＳＴ上にはレチクルレ
ーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）２１か
らのレーザビームを反射する移動鏡１５が固定されてお
り、レチクルステージＲＳＴの移動面内の位置はレチク
ル干渉計２１によって、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分
解能で常時検出される。ここで、実際には、レチクルス
テージＲＳＴ上にはＹ軸方向に直交する反射面を有する
移動鏡とＸ軸方向に直交する反射面を有する移動鏡とが
設けられ、これらの移動鏡に対応してレチクルＹ干渉計
とレチクルＸ干渉計とが設けられているが、図１ではこ
れらが代表的に移動鏡１５、レチクル干渉計２１として
示されている。なお、例えば、レチクルステージＲＳＴ
の端面を鏡面加工して反射面（移動鏡１５の反射面に相
当）を形成しても良い。ここで、レチクルＹ干渉計とレ
チクルＸ干渉計の一方、例えばレチクルＹ干渉計は、測
長軸を２軸有する２軸干渉計であり、このレチクルＹ干
渉計の計測値に基づきレチクルステージＲＳＴのＹ位置
に加え、θｚ方向の回転も計測できるようになってい
る。

【００３２】前記レチクル干渉計２１からのレチクルス
テージＲＳＴの位置情報は主制御装置２８に送られ、主
制御装置２８はこのレチクルステージＲＳＴの位置情報
に基づいてレチクルステージ駆動系２９を介してレチク
ルステージＲＳＴを駆動する。

【００３３】前記レチクルＲは、一例として、図２
（Ａ）に示されるように、長方形のマスク基板としての
ガラス基板４２の中央部にＹ軸方向を長辺とする長方形
のパターン領域ＰＡが形成され、パターン領域ＰＡのＸ
軸方向の両側には、少なくとも１対のレチクルアライメ
ントマーク（図示省略）が形成されている。

【００３４】図１に戻り、前記投影光学系ＰＬは、レチ
クルステージＲＳＴの図１における下方に、その光軸Ａ
Ｘｐの方向がＸＹ面に直交するＺ軸方向となるように配
置されている。この投影光学系ＰＬとしては、ここでは
両側テレセントリックな縮小系であって、Ｚ軸方向の共
通の光軸ＡＸｐを有する複数枚のレンズエレメントから
成る屈折光学系が用いられている。また、前記レンズエ
レメントのうちの特定の複数枚は、主制御装置２８から
の指令に基づいて、図示しない結像特性補正コントロー
ラによって制御され、投影光学系ＰＬの結像特性（光学
特性の一部）、例えば倍率、歪曲収差（ディストーショ
ン）、コマ収差、及び像面湾曲などを調整できるように
なっている。

【００３５】前記ＸＹステージ２０は、実際には不図示
のベース上をＹ軸方向に移動するＹステージと、このＹ
ステージ上をＸ軸方向に移動するＸステージとで構成さ
れているが、図１ではこれらをＸＹステージ２０として
示している。このＸＹステージ２０上にウエハテーブル
１８が搭載され、このウエハテーブル１８上に不図示の
ウエハホルダを介してウエハＷが真空吸着等によって保
持されている。

【００３６】前記ＸＹステージ２０は、走査方向（Ｙ軸
方向）の移動のみならず、ウエハＷ上の複数のショット
領域を前記照明領域と共役な投影光学系ＰＬの視野内の
投影領域に位置させることができるように、走査方向に
直交する非走査方向（Ｘ軸方向）にも移動可能に構成さ
れている。そして、ウエハＷ上の各ショット領域を走査
（スキャン）露光する動作と、次ショットの露光のため
の加速開始位置まで移動する動作とを繰り返すステップ
・アンド・スキャン動作を行う。

【００３７】前記ウエハテーブル１８は、ウエハＷを保
持するウエハホルダをＺ軸方向及びＸＹ面に対する傾斜
方向に微小駆動するものである。このウエハテーブル１
８の上面には、移動鏡２４が設けられており、この移動
鏡２４にレーザビームを投射して、その反射光を受光す
ることにより、ウエハテーブル１８のＸＹ面内の位置を
計測するレーザ干渉計２６が移動鏡２４の反射面に対向
して設けられている。なお、実際には、移動鏡はＸ軸に
直交する反射面を有するＸ移動鏡と、Ｙ軸に直交する反
射面を有するＹ移動鏡とが設けられ、これに対応してレ
ーザ干渉計もＸ方向位置計測用のＸレーザ干渉計とＹ方
向位置計測用のＹレーザ干渉計とが設けられているが、
図１ではこれらが代表して移動鏡２４、レーザ干渉計２
６として図示されている。なお、例えば、ウエハテーブ
ル１８の端面を鏡面加工して反射面（移動鏡２４の反射
面に相当）を形成しても良い。さらに、例えばボイスコ
イルモータなどを用いて、ウエハテーブル１８をＸ、Ｙ
方向に微動可能、かつＸＹ平面内で微小回転可能に構成
しても良い。また、Ｘレーザ干渉計及びＹレーザ干渉計
は測長軸を複数有する多軸干渉計であり、ウエハテーブ
ル１８のＸ、Ｙ位置の他、回転（ヨーイング（Ｚ軸回り
の回転であるθｚ回転）、ピッチング（Ｘ軸回りの回転
であるθｘ回転）、ローリング（Ｙ軸回りの回転である
θｙ回転））も計測可能となっている。従って、以下の
説明ではレーザ干渉計２６によって、ウエハテーブル１
８のＸ、Ｙ、θｚ、θｙ、θｘの５自由度方向の位置が
計測されるものとする。なお、このようにして計測され
るＸ座標及びＹ座標よりなる座標系（Ｘ，Ｙ）を、以下
では「ステージ座標系」とも呼ぶ。

【００３８】レーザ干渉計２６の計測値は主制御装置２
８に供給され、主制御装置２８はこのレーザ干渉計２６
の計測値をモニタしつつ、ウエハステージ駆動系２２を
介してＸＹステージ２０を駆動することにより、ウエハ
テーブル１８の位置制御が行われる。

【００３９】ウエハテーブル１８上には、その表面がウ
エハＷの表面と同じ高さになるような基準板ＦＰが固定
されている。この基準板ＦＰの表面には、後述するアラ
イメント検出系のいわゆるベースライン計測等に用いら
れる基準マークを含む各種の基準マークが形成されてい
る。

【００４０】投影光学系ＰＬの鏡筒の側面には、オフ・
アクシス方式のアライメント検出系ＡＳが取り付けられ
ている。このアライメント検出系ＡＳとしては、例えば
ハロゲンランプ等を光源とする波長帯域幅の広い光で照
明し、ＣＣＤカメラなどで撮像したウエハＷ上のアライ
メントマーク（又は基準板ＦＰ上の基準マーク）の画像
データを画像処理してマーク位置を計測するＦＩＡ（Fi
eld Image Alignment）系のオフアクシス・アライメン
トセンサが用いられている。

【００４１】アライメント制御装置１６は、アライメン
ト検出系ＡＳからの情報をＡ／Ｄ変換するとともに、レ
ーザ干渉計２６の計測値を参照してマーク位置を検出す
る。この検出結果は、アライメント制御装置１６から主
制御装置２８に供給される。

【００４２】さらに、本実施形態の露光装置１００で
は、図示は省略されているが、レチクルＲの上方に、例
えば特開平７−１７６４６８号公報等に開示される、投
影光学系ＰＬを介してレチクルＲ上のレチクルマーク
（図示省略）と基準板ＦＰ上のマークとを同時に観察す
るための露光波長を用いたＴＴＲ（Through The Reticl
e）アライメント系から成る一対のレチクルアライメン
ト顕微鏡が設けられている。これらのレチクルアライメ
ント顕微鏡の検出信号は、アライメント制御装置１６を
介して主制御装置２８に供給される。

【００４３】主制御装置２８は、ＣＰＵ（中央演算処理
装置）、メモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ）、各種インターフェ
ース等からなるいわゆるマイクロコンピュータ（又はワ
ークステーション）を含んで構成され、露光動作が的確
に行われるように、例えば、レチクルＲとウエハＷの同
期走査、ウエハＷのステッピング、露光タイミング等を
統括して制御する。また、主制御装置２８は、記憶装置
２７と接続されており、記憶装置２７に対して各種デー
タの記憶や読み出しができるようになっている。

【００４４】ここで、本第１の実施形態において、レチ
クルＲのパターン領域ＰＡ内に配置されるパターンにつ
いて説明する。一例として図２（Ａ）に示されるよう
に、レチクルＲのパターン領域ＰＡ内には、同一のパタ
ーンからなる２つのチップパターンＣＰ１、ＣＰ２が配
置されている。ここで、チップパターンＣＰ２は、チッ
プパターンＣＰ１の図２（Ａ）における右側（＋Ｙ側）
に中心間距離ＤＰだけ離れて配置されている。なお、チ
ップパターンＣＰ１、ＣＰ２のパターン形状について
は、特定のパターンに限定されるものではない。従っ
て、ここでは特に明示はしないが、何らかのパターンが
配置されているものとする。

【００４５】次に、前述のようにして構成された露光装
置１００による露光処理動作の流れについて、図３のフ
ローチャートを用いて説明する。図３のフローチャート
は、主制御装置２８のＣＰＵによって実行される一連の
処理アルゴリズムに対応している。

【００４６】前提条件として、ウエハＷ上には、例え
ば、前層までの層のうちの重ね合わせの対象となる層
（以下、「対象層」という）のパターンがアライメント
マークとともに、一括露光装置（ステッパ）を用いて転
写された複数（例えばＮ個）の領域（ショット領域）が
すでに形成されているものとする。なお、一例として、
各ショット領域は、走査方向（Ｙ軸方向）及び非走査方
向（Ｘ軸方向）をそれぞれ行方向及び列方向とするマト
リックス状に配置されており、行方向には偶数個のショ
ット領域が配置されているものとする。また、各ショッ
ト領域には、対象層のパターンとして１つのチップパタ
ーンがそれぞれ転写されているものとする。

【００４７】さらに、前述したレチクルＲにおけるチッ
プパターンＣＰ１とチップパターンＣＰ２との中心間距
離ＤＰは、ウエハＷ上における行方向に隣り合うショッ
ト領域のＹ軸方向に関する中心間距離ＤＳ（図２（Ｂ）
参照）と次の（１）式で示されるような関係にある。

【００４８】DS=DP・β ……（１）

【００４９】ここで、βは投影光学系ＰＬの投影倍率で
ある。

【００５０】図３のステップ４０１では、不図示のレチ
クルローダを用いてレチクルステージＲＳＴ上にレチク
ルＲをロードする。

【００５１】ステップ４０３では、不図示のウエハロー
ダを用いてウエハＷをウエハテーブル１８上にロードす
る。

【００５２】ステップ４０５では、例えば、前述のレチ
クルアライメント顕微鏡により投影光学系ＰＬを介して
少なくとも一対のレチクルアライメントマークとこれに
対応して基準板ＦＰの表面に形成されている少なくとも
一対の基準マークとの相対位置を検出する。そして、そ
のときのレチクル干渉計２１及びレーザ干渉計２６の測
定値とから、レチクル干渉計２１の測長軸によって規定
されるレチクルステージ座標系と、レーザ干渉計２６の
測長軸によって規定されるウエハステージ座標系との関
係を求める。すなわち、このようにして、レチクルアラ
イメントを行なう。

【００５３】ステップ４０７では、ウエハＷ上の各ショ
ット領域の設計上の配列座標に基づいて、ウエハＷ上の
予め選択した３つ以上のショット領域（「サンプルショ
ット領域」又は「アライメントショット領域」とも呼ば
れる）をアライメント検出系ＡＳの直下に順次位置決め
しつつ、サンプルショット領域に付設されたアライメン
トマークの位置をアライメント検出系ＡＳの検出中心を
基準として検出し、アライメントマークの位置情報を求
める。

【００５４】ステップ４０９では、このアライメントマ
ークの位置情報に基づいて、例えば特開昭６１−４４４
２９号公報などに開示されるような最小自乗法を用いた
統計演算を行い、ショット領域の配列座標を算出する、
いわゆるＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アライメ
ント）演算を行う。

【００５５】ここで、上記ＥＧＡ演算で行われている統
計演算について簡単に説明する。

【００５６】先ず、ウエハ上のｐ（ｐ≧３なる整数）個
のサンプルショット領域の設計上の配列座標を（Ｘ_ｋ、
Ｙ_ｋ）（ｋ＝１、２、……、ｐ）とし、設計上の配列座
標からのずれ（ΔＸ_ｋ、ΔＹ_ｋ）について次の（２）式
で示されるような線形モデルを仮定する。

【００５７】

【数１】

【００５８】さらに、各サンプルショット領域に付設さ
れたアライメントマークの位置情報に基づいて、各サン
プルショット領域の実際の配列座標を算出する。そし
て、設計上の配列座標からのずれ（Δｘ_k 、Δｙ_k ）を
求める。このずれと上記線形モデルで仮定される設計上
の配列座標からのずれとの残差の二乗和Ｅは、次の
（３）式で表される。

【００５９】

【数２】

【００６０】そこで、この二乗和Ｅを最小にするような
パラメータａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆを求める。次に、上
記の如くして求められたパラメータａ〜ｆと設計上の配
列座標とに基づいて、ウエハ上の全てのショット領域の
配列座標を算出する。

【００６１】ところで、上述の説明では、説明の簡略化
のため、パラメータａ〜ｆを用いて説明したが、これら
のパラメータのそれぞれは、次の６つのウエハに関する
誤差パラメータ（以下、「ウエハパラメータ」と呼
ぶ）、すなわちウエハ上の各ショット領域の配列に関す
るローテーション（ウエハの回転誤差）、Ｘ，Ｙ方向の
スケーリング（ウエハの線形伸縮）、Ｘ，Ｙ方向のオフ
セット、ステージ座標系の直交度誤差、の所定の組み合
わせ、あるいは置き換えに相当するものである。すなわ
ち、パラメータａ〜ｆを求めることにより、上記６つの
ウエハパラメータを得ることができる。

【００６２】ステップ４１１では、上述したＥＧＡ演算
にて得られた６つのウエハパラメータのうち、ステージ
座標系の直交度誤差が予め設定されている閾値ＳＶ１以
下であるか否かを判断する。そして、ステージ座標系の
直交度誤差が閾値ＳＶ１以下の場合には、ステップ４１
１での判断は肯定され、ステップ４１３に移行する。

【００６３】ステップ４１３では、ショット領域の配列
番号を示すカウンタｉに１をセットする。

【００６４】ステップ４１４では、同時に転写すべきシ
ョット領域の目標数（以下、便宜上「ショット目標数」
という）を２とし、図４（Ａ）に示されるように、最初
のショット領域と２番目のショット領域とを露光対象領
域とする。ここで、２番目のショット領域は、図４
（Ａ）に示されるように、Ｙ軸方向において最初のショ
ット領域に隣接するショット領域である。

【００６５】さらに、レチクルＲにおいて、図４（Ｂ）
に示されるように、チップパターンＣＰ１とチップパタ
ーンＣＰ２とが含まれる領域、すなわち、レチクルＲの
パターン領域ＰＡの全領域を転写すべきパターンの領域
（以下、便宜上「転写パターン領域」という）とする。

【００６６】図３のステップ４１５では、ウエハＷの位
置がウエハＷ上の露光対象領域を露光するための加速開
始位置（走査開始位置）となるようにＸＹステージ２０
を移動するとともに、レチクルＲの位置が転写パターン
領域を照明するための加速開始位置（走査開始位置）と
なるようにレチクルステージＲＳＴを移動する。

【００６７】ステップ４１７では、レチクルステージＲ
ＳＴとＸＹステージ２０の相対走査を開始する。そして
両ステージがそれぞれの目標走査速度に達し、等速同期
状態に達すると、照明系ＩＯＰからの照明光ＩＬによっ
てレチクルＲの転写パターン領域が照明され始め、走査
露光が開始される。上記の相対走査は、レーザ干渉計２
６及びレチクル干渉計２１の計測値をモニタしつつ、ウ
エハステージ駆動系２２及びレチクルステージ駆動系２
９を制御することにより行われる。

【００６８】上記の走査露光時には、レチクルステージ
ＲＳＴのＹ軸方向の移動速度ＶｒとＸＹステージ２０の
Ｙ軸方向の移動速度Ｖｗとが、投影光学系ＰＬの投影倍
率βに応じた速度比に維持されるように同期制御を行
う。

【００６９】そして、転写パターン領域の異なる領域が
照明光ＩＬで逐次照明され、転写パターン領域に対する
照明が完了することにより走査露光が終了する。

【００７０】これにより、チップパターンＣＰ１及びチ
ップパターンＣＰ２が投影光学系ＰＬを介してウエハＷ
上の露光対象領域に縮小転写される。すなわち、図４
（Ｃ）に示されるように、ｉ番目のショット領域（ここ
では、最初のショット領域）にチップパターンＣＰ１が
転写され、ｉ＋１番目のショット領域（ここでは、２番
目のショット領域）にチップパターンＣＰ２が転写され
る。

【００７１】図３のステップ４１９では、カウンタｉの
値にショット目標数、すなわち２を加算する。

【００７２】ステップ４２１では、カウンタｉを参照
し、すべてのショット領域にチップパターンの転写を行
ったか否かを判断する。カウンタｉの値がＮ以下の場合
は、ステップ４２１での判断は否定され、ｉ番目のショ
ット領域とｉ＋１番目のショット領域を次の露光対象領
域とし、ステップ４１５に戻る。

【００７３】以下、ステップ４２１での判断が肯定され
るまで、ステップ４１５→４１７→４１９→４２１の処
理・判断を繰り返す。

【００７４】全てのショット領域へのチップパターンの
転写が終了すると、カウンタｉの値はＮ＋１となり、ス
テップ４２１での判断が肯定され、処理を終了する。

【００７５】一方、ステップ４１１において、ステージ
座標系の直交度誤差が閾値ＳＶ１を超えていると、ステ
ップ４１１での判断は否定され、ステップ４３３に移行
する。

【００７６】ステップ４３３では、ショット領域の配列
番号を示すカウンタｉに１をセットする。

【００７７】ステップ４３４では、ショット目標数を１
とし、図５（Ａ）に示されるように、最初のショット領
域を露光対象領域とする。さらに、レチクルＲにおい
て、図５（Ｂ）に示されるように、チップパターンＣＰ
１が配置されている領域、すなわち、レチクルＲのパタ
ーン領域ＰＡの１／２を転写パターン領域とする。

【００７８】図３のステップ４３５では、ステップ４１
５と同様に、ＸＹステージ２０及びレチクルステージＲ
ＳＴをそれぞれの加速開始位置に移動する。

【００７９】ステップ４３７では、ステップ４１７と同
様にして走査露光を行なう。これにより、チップパター
ンＣＰ１が投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上の露光対
象領域に縮小転写される。すなわち、図５（Ｃ）に示さ
れるように、ｉ番目のショット領域（ここでは、最初の
ショット領域）にチップパターンＣＰ１が転写される。

【００８０】図３のステップ４３９では、カウンタｉを
参照し、すべてのショット領域にチップパターンＣＰ１
の転写を行ったか否かを判断する。ここでは、ｉ＝１、
すなわち、最初のショット領域に転写を行ったのみであ
るため、ステップ４３９での判断は否定され、ステップ
４４１に移行する。

【００８１】ステップ４４１では、カウンタｉの値にシ
ョット目標数、すなわち１を加算して、次のショット領
域を次の露光対象領域とし、ステップ４３５に戻る。

【００８２】以下、ステップ４３９での判断が肯定され
るまで、ステップ４３５→４３７→４３９→４４１の処
理・判断を繰り返す。

【００８３】全てのショット領域へのチップパターンＣ
Ｐ１の転写が終了すると、カウンタｉの値はＮとなり、
ステップ４３９での判断が肯定され、処理を終了する。

【００８４】以上説明したように、本第１の実施形態に
よると、ウエハＷにおけるステージ座標系の直交度誤差
が所定の閾値ＳＶ１以下であれば、２つのショット領域
に同時にチップパターンを転写した際の重ね合わせ誤差
は許容範囲内であると判断し、ショット目標数を２、転
写パターン領域をパターン領域ＰＡの全領域と決定し
て、１回の露光で同時に２つのショット領域にチップパ
ターンを転写しているため、スループットを向上させる
ことができる。

【００８５】一方、ステージ座標系の直交度誤差が所定
の閾値ＳＶ１を超えていれば、２つのショット領域に同
時にチップパターンを転写した際の重ね合わせ誤差は許
容範囲を超えると判断し、ショット目標数を１、転写パ
ターン領域をパターン領域ＰＡの１／２と決定して、１
回の露光で１つのショット領域のみにチップパターンを
転写しているため、重ね合わせ誤差を許容範囲内に維持
することができる。

【００８６】すなわち、本第１の実施形態によると、重
ね合わせ精度を低下させることなく、スループットを向
上させることが可能である。

【００８７】また、本第１の実施形態によると、ウエハ
Ｗ上のいくつかのサンプルショット領域のみのアライメ
ントマークの位置情報を用いて統計演算処理によりステ
ージ座標系の直交度誤差を求めているために、高いスル
ープットで精度良くステージ座標系の直交度誤差を得る
ことができる。これにより、ショット目標数及び転写パ
ターン領域を信頼性良く決定することが可能となり、結
果的に重ね合わせ精度を低下させることなく、スループ
ットを向上させることができる。なお、図３のステップ
４１４では走査露光に先立ち、ステップ４０９でのＥＧ
Ａ演算結果（パラメータａ〜ｆ）に基づき、ウエハＷ上
の２つのショット領域を仮想的に１つのショット領域と
見なしてその座標位置を算出しても良いし、あるいは従
来のＥＧＡ方式にて各ショット領域の座標位置を算出
し、１回の走査露光でパターンが転写される２つのショ
ット領域の各座標位置から１つの座標位置を決定しても
良く、ステップ４１５ではこの座標位置に従ってＸＹス
テージ２０の移動が制御される。また、ステップ４３４
では従来のＥＧＡ方式にてウエハＷ上の各ショット領域
の座標位置が算出され、ステップ４３５ではこの座標位
置に従ってＸＹステージ２０の移動が制御される。

【００８８】《第２の実施形態》以下、本発明の第２の
実施形態を図６に基づいて説明する。

【００８９】本第２の実施形態は、前述の露光装置１０
０を用いて、第１の実施形態と同様の前提条件下で、レ
チクルＲのパターン領域ＰＡ内に配置された２つのチッ
プパターンＣＰ１、ＣＰ２のいずれか一方をウエハＷ上
の各ショット領域に重ね合わせて転写するものである。
但し、本第２の実施形態では、アライメントマークとし
て、Ｘ軸方向とＹ軸方向の位置がそれぞれ同時に検出で
きる２次元マークが、ショット領域毎に４個ずつ形成さ
れているものとする。

【００９０】図６は主制御装置２８のＣＰＵによって実
行される一連の処理アルゴリズムに対応するフローチャ
ートであり、第１の実施形態との相違点を中心に、この
フローチャートを用いて本第２の実施形態を以下に説明
する。

【００９１】図６のステップ５０１〜ステップ５０５で
は、第１の実施形態におけるステップ４０１〜ステップ
４０５と同様の処理を行なう。

【００９２】ステップ５０７では、ウエハＷ上の各ショ
ット領域の設計上の配列座標に基づいて、ウエハＷ上の
予め選択した３個以上のサンプルショット領域をアライ
メント検出系ＡＳの直下に順次位置決めしつつ、３個以
上のサンプルショット領域から選択された５個以上のア
ライメントマークの位置をアライメント検出系ＡＳの検
出中心を基準として検出し、アライメントマークの位置
情報を求める。

【００９３】ステップ５０９では、このアライメントマ
ークの位置情報に基づいて、例えば特開平６−３４９７
０５号公報などに開示されるように、ウエハ上のショッ
ト領域の配列の規則性を統計的手法によって精密に特定
する、いわゆるショット内多点ＥＧＡ演算を行う。

【００９４】ここで、上記ショット内多点ＥＧＡ演算で
行われている統計的手法について簡単に説明する。な
お、各ショット領域には、各アライメントマークに対す
る基準点（例えば、ショット領域の中心）が、あらかじ
め設定されているものとする。

【００９５】先ず、ウエハ上の選択されたアライメント
マークＡＭ_Ｔ（Ｔ＝１、２、……、ｓ）（ｓ≧５なる整
数）が属するショット領域ＳＡ_ｔ（ｔ＝１、２、……）
の基準点の設計上の座標値を（Ｃｘ_Ｔ，ｔ、Ｃ
ｙ_Ｔ，ｔ）、そのアライメントマークＡＭ_Ｔの基準点に
関する設計上の相対座標値を（Ｓｘ_Ｔ，ｔ、Ｓ
ｙ_Ｔ，ｔ）とし、そのアライメントマークＡＭ_Ｔのステ
ージ座標系上での計算上の座標値（Ｆｘ _Ｔ，ｔ、Ｆｙ
_Ｔ，ｔ）について次の（４）式で示されるような線形モ
デルを仮定する。

【００９６】

【数３】

【００９７】さらに、次の（５）式を用いて、各アライ
メントマークＡＭ_Ｔの実際に計測された座標値（ＦＭｘ
_Ｔ，ｔ、ＦＭｙ_Ｔ，ｔ）とその計算上の座標値（Ｆｘ
_Ｔ， _ｔ、Ｆｙ_Ｔ，ｔ）との差の二乗和Ｅ_１を求める。

【００９８】

【数４】

【００９９】そして、この二乗和Ｅ_１を最小にするよう
なパラメータａ_１、ｂ_１、ｃ_１、ｄ _１、ｅ_１、ｆ_１、ｇ
_１、ｈ_１、ｉ_１、ｊ_１を算出する。ここで算出されたパ
ラメータａ_１〜ｊ_１と、各ショット領域内の基準点の設
計上の位置情報及び基準点に対するアライメントマーク
の設計上の相対位置情報とから、各ショット領域の位置
情報を算出する。

【０１００】ところで、上述の説明では、説明の簡略化
のため、パラメータａ_１〜ｊ_１を用いて説明したが、こ
れらのパラメータのそれぞれは、前述した６個のウエハ
パラメータと、４個のショット領域に関する誤差パラメ
ータ（以下、適宜「ショットパラメータ」と呼ぶ）、す
なわち、ショット領域の回転誤差、ショット領域の直交
度誤差、ショット領域のＸ，Ｙ方向のスケーリング（シ
ョット領域の線形伸縮、いわゆる倍率誤差）、の所定の
組み合わせ、あるいは置き換えに相当するものである。
すなわち、パラメータａ_１〜ｊ_１を求めることにより、
上記４個のショットパラメータと６個のウエハパラメー
タとを得ることができる。

【０１０１】ステップ５１１では、上述したショット内
多点ＥＧＡ演算にて得られた４つのショットパラメータ
のうち、ショット領域の直交度誤差が予め設定されてい
る閾値ＳＶ２以下であるか否かを判断する。そして、閾
値ＳＶ２以下の場合には、ステップ５１１での判断は肯
定され、ステップ５１３に移行する。

【０１０２】ステップ５１３では、上述した各ショット
パラメータのうち、ショット領域の回転誤差が予め設定
されている閾値ＳＶ３以下であるか否かを判断する。そ
して、閾値ＳＶ３以下の場合には、ステップ５１３での
判断は肯定され、ステップ５１５に移行する。

【０１０３】ステップ５１５では、上述した各ショット
パラメータのうち、ショット領域の倍率誤差が予め設定
されている閾値ＳＶ４以下であるか否かを判断する。そ
して、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のいずれにおいても倍率誤
差が閾値ＳＶ４以下の場合には、ステップ５１５での判
断は肯定され、ステップ５１７に移行する。

【０１０４】ステップ５１７〜ステップ５２５では、第
１の実施形態におけるステップ４１３〜ステップ４２１
と同様の処理を行なう。これにより、１回の露光で２つ
のショット領域にチップパターンがそれぞれ転写され
る。

【０１０５】一方、ステップ５１１において、ショット
領域の直交度誤差が閾値ＳＶ２を超えていると、ステッ
プ５１１での判断は否定され、ステップ５２９に移行す
る。

【０１０６】ステップ５２９では、ショット領域の回転
誤差の補正が必要であるか否かをチェックする。例え
ば、ショット領域の回転誤差が閾値ＳＶ３以下であれば
補正は不要と判断し、一方閾値ＳＶ３を超えていれば補
正は必要であると判断する。なお、ここでの判断基準と
しては、閾値ＳＶ３に限定されるものではなく、他の判
断基準を用いても良い。

【０１０７】ステップ５３１では、ショット領域の倍率
誤差の補正が必要であるか否かをチェックする。例え
ば、ショット領域の倍率誤差が閾値ＳＶ４以下であれば
補正は不要と判断し、一方閾値ＳＶ４を超えていれば補
正は必要であると判断する。なお、ここでは、Ｘ軸方向
の倍率誤差と、Ｙ軸方向の倍率誤差とについて、それぞ
れ判断する。また、ここでの判断基準としては、閾値Ｓ
Ｖ４に限定されるものではなく、他の判断基準を用いて
も良い。

【０１０８】ステップ５３３及びステップ５３４では、
第１の実施形態のステップ４３３及びステップ４３４と
同様の処理を行なう。

【０１０９】ステップ５３５では、Ｘ軸方向におけるシ
ョット領域の倍率誤差の補正が必要な場合には、Ｘ軸方
向におけるショット領域の倍率誤差を考慮して投影光学
系ＰＬの図示しない結像特性補正コントローラを制御
し、投影光学系ＰＬの投影倍率を調整する。そして、Ｘ
Ｙステージ２０及びレチクルステージＲＳＴをそれぞれ
の加速開始位置に移動する。

【０１１０】ステップ５３７では、第１の実施形態のス
テップ４１７と同様にして走査露光を行なう。但し、こ
こでは、ショット領域の直交度誤差を考慮して、レチク
ルＲとウエハＷとの相対的な走査軸方向を調整するとと
もに、Ｙ軸方向におけるショット領域の倍率誤差の補正
が必要な場合にはＹ軸方向におけるショット領域の倍率
誤差を考慮して、レチクルステージＲＳＴの走査速度と
ＸＹステージ２０の走査速度との相対速度を調整し、さ
らに、ショット領域の回転誤差の補正が必要な場合には
ショット領域の回転誤差を考慮して、レチクルステージ
ＲＳＴに対してＸＹステージ２０を予め回転させて相対
走査を行なう。

【０１１１】これにより、ショット領域の直交度誤差
と、ショット領域の回転誤差及び倍率誤差のうちで補正
が必要と判断された誤差とが補正されて、チップパター
ンＣＰ１が投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上の露光対
象領域に縮小転写される。

【０１１２】ステップ５３９では、カウンタｉを参照
し、すべてのショット領域にチップパターンＣＰ１の転
写を行ったか否かを判断する。ここでは、ｉ＝１、すな
わち、最初のショット領域に転写を行ったのみであるた
め、ステップ５３９での判断は否定され、ステップ５４
１に移行する。

【０１１３】ステップ５４１では、カウンタｉの値にシ
ョット目標数、すなわち１を加算して、次のショット領
域を次の露光対象領域とし、ステップ５３５に戻る。

【０１１４】以下、ステップ５３９での判断が肯定され
るまで、ステップ５３５→５３７→５３９→５４１の処
理・判断を繰り返す。

【０１１５】全てのショット領域へのチップパターンＣ
Ｐ１の転写が終了すると、カウンタｉの値はＮとなり、
ステップ５３９での判断が肯定され、処理を終了する。

【０１１６】また、ステップ５１３において、ショット
領域の回転誤差が閾値ＳＶ３を超えていると、ステップ
５１３での判断は否定され、ステップ５３１に移行す
る。そして、ステップ５３１にて、前述の如く、ショッ
ト領域の倍率誤差の補正が必要であるか否かをチェック
した後、ステップ５３３の処理を行ない、さらに、ステ
ップ５３９での判断が肯定されるまで、ステップ５３５
→５３７→５３９→５４１の処理・判断を繰り返す。但
し、この場合は、ショット領域の直交度誤差が閾値ＳＶ
２以下であるため、ステップ５３７では、ショット領域
の直交度誤差の補正は行なわない。

【０１１７】さらに、ステップ５１５において、ショッ
ト領域の倍率誤差が閾値ＳＶ４を超えていると、ステッ
プ５１５での判断は否定され、ステップ５３３に移行す
る。そして、ステップ５３３の処理を行ない、さらに、
ステップ５３９での判断が肯定されるまで、ステップ５
３５→５３７→５３９→５４１の処理・判断を繰り返
す。但し、この場合は、ショット領域の直交度誤差及び
回転誤差がそれぞれ閾値ＳＶ２及びＳＶ３以下であるた
め、ステップ５３７では、ショット領域の直交度誤差及
び回転誤差の補正は行なわない。

【０１１８】以上説明したように、本第２の実施形態に
よると、ショット領域の直交度誤差、回転誤差及び倍率
誤差のすべてが所定の閾値以下であれば、２つのショッ
ト領域に同時にチップパターンを転写した際の重ね合わ
せ誤差は許容範囲内であると判断し、ショット目標数を
２、転写パターン領域をパターン領域ＰＡの全領域と決
定して、１回の露光で同時に２つのショット領域にチッ
プパターンを転写しているため、スループットを向上さ
せることができる。

【０１１９】一方、ショット領域の直交度誤差、回転誤
差及び倍率誤差のうち少なくとも一つが所定の閾値を超
えていれば、２つのショット領域に同時にチップパター
ンを転写した際の重ね合わせ誤差は許容範囲を超えると
判断し、ショット目標数を１、転写パターン領域をパタ
ーン領域ＰＡの１／２と決定して、ショット領域に関す
る転写誤差を補正しつつ、１回の露光で１つのショット
領域のみにチップパターンを転写しているため、精度良
く重ね合わせ転写を行うことができる。

【０１２０】従って、本第２の実施形態によると、重ね
合わせ精度を低下させることなく、スループットを向上
させることが可能である。

【０１２１】また、本第２の実施形態によると、ウエハ
Ｗ上のいくつかのサンプルショット領域のみのアライメ
ントマークの位置情報を用いて統計演算処理によりショ
ットパラメータを求めているために、高いスループット
で精度良くショット領域の直交度誤差、回転誤差及び倍
率誤差を得ることができる。これにより、ショット目標
数及び転写パターン領域を信頼性良く決定することが可
能となり、結果として重ね合わせ精度を低下させること
なく、スループットを向上させることが可能となる。

【０１２２】なお、上記第２の実施形態では、ショット
内多点ＥＧＡ演算により求めたショットパラメータを用
いているが、これに限定されるものではなく、例えば、
オペレータにより図示しない入力装置を介して入力され
るショット領域の直交度誤差、回転誤差及び倍率誤差の
補正値を用いても良い。

【０１２３】さらに、上記第２の実施形態では、ショッ
ト領域の倍率誤差については、Ｘ軸方向とＹ軸方向とで
同一の閾値ＳＶ４を用いているが、それぞれ異なる閾値
を用いても良い。なお、上記第２の実施形態における図
６のステップ５１８及びステップ５３４では、それぞれ
上記第１の実施形態における図３のステップ４１４及び
ステップ４３４と全く同様にしてショット領域の座標位
置が算出される。そして、図６のステップ５１９及びス
テップ５３５では、その座標位置に従ってＸＹステージ
２０の移動が制御される。

【０１２４】また、上記第１及び第２の実施形態では、
ショット目標数が１の場合に、チップパターンＣＰ１の
みを使用しているが、これに限定されるものではなく、
チップパターンＣＰ２を用いても良く、また、チップパ
ターンＣＰ１とチップパターンＣＰ２とを交互に用いて
も良い。どちらも同じパターンであるからである。

【０１２５】なお、上記第１及び第２の実施形態では、
走査方向には偶数個のショット領域が配置されている場
合について説明しているが、これに限定されるものでは
ない。走査方向に配置されているショット領域の数が奇
数の場合には、最後の１行については、転写誤差の大き
さに関係なく、１つのショット領域毎にチップパターン
を転写すれば良い。この場合に、例えば特開平１０−３
０３１２６号公報に開示されているように、探索手法
（線形計画法、Ｌｉｎ＆Ｋｅｒｎｉｇｈａｎの解法、ｋ
−ＯＰＴ法、又は遺伝的アルゴリズムなど）を用いて、
走査露光すべきウエハ上の全てのショット領域の訪問順
序、及び各ショット領域での走査方向の組み合わせの中
から最適な移動シーケンスを決定しても良い。これによ
り、スループットの低下を最小限に抑えることが可能と
なる。

【０１２６】また、上記第１及び第２の実施形態では、
レチクルＲに同一パターンからなる２つのチップパター
ンＣＰ１、ＣＰ２を配置した場合について説明している
が、本発明がこれに限定されないのは勿論である。例え
ば、レチクルＲに４つのチップパターンが配置されてい
る場合は、上記第１及び第２の実施形態において、ショ
ット領域の転写誤差が所定の閾値以下であれば、ショッ
ト目標数を４、転写パターン領域をパターン領域ＰＡの
全領域と決定し、一方ショット領域の転写誤差が所定の
閾値を超えれば、ショット目標数を１、転写パターン領
域をパターン領域ＰＡの１／４と決定すれば良い。

【０１２７】《第３の実施形態》以下、本発明の第３の
実施形態を図７〜図１１に基づいて説明する。

【０１２８】本第３の実施形態では、前述の露光装置１
００を用いて、レチクルＲのパターン領域ＰＡ内に配置
されたチップパターンをウエハＷ上に転写するものであ
る。

【０１２９】ここでは、レチクルＲのパターン領域ＰＡ
内には、例えば図７（Ａ）に示されるように、同一パタ
ーンからなる３つのチップパターンＣＰ３、ＣＰ４、Ｃ
Ｐ５が配置されている。そして、チップパターンＣＰ４
は、チップパターンＣＰ３の図７（Ａ）における紙面右
側（＋Ｙ側）に中心間距離ＤＰ１だけ離れて配置されて
おり、さらにチップパターンＣＰ５は、チップパターン
ＣＰ４の図７（Ａ）における紙面右側（＋Ｙ側）に中心
間距離ＤＰ１だけ離れて配置されている。なお、各チッ
プパターンのパターン形状については、特定のパターン
に限定されるものではない。従って、ここでは特に明示
はしないが、何らかのパターンが形成されているものと
する。

【０１３０】また、前提条件として、ウエハＷ上には、
例えば、アライメントマークを含む対象層のパターン
が、一括露光装置を用いて転写された複数（例えばＮ
個）の領域（ショット領域）がすでに形成されているも
のとする。なお、一例として、各ショット領域は、走査
方向（Ｙ軸方向）及び非走査方向（Ｘ軸方向）をそれぞ
れ行方向及び列方向とするマトリックス状に配置されて
おり、行方向には３の整数倍の数のショット領域が配置
されているものとする。また、本第３の実施形態では、
対象層のパターンは、１回の露光で２つのチップパター
ンを転写する、いわゆる１ショット２チップ取りのパタ
ーンであり、各ショット領域には、図７（Ｂ）に示され
るように、チップパターンが転写された領域ＴＰが２つ
ずつ形成されているものとする。

【０１３１】さらに、前述したレチクルＲにおける各チ
ップパターンの中心間距離ＤＰ１は、ウエハＷ上におけ
る対象層のチップパターンが転写されている領域ＴＰの
Ｙ軸方向に関する中心間距離ＤＳ１（図７（Ｂ）参照）
と次の（６）式で示されるような関係にある。

【０１３２】DS1=DP1・β ……（６）

【０１３３】図８は主制御装置２８のＣＰＵによって実
行される一連の処理アルゴリズムに対応するフローチャ
ートであり、第１の実施形態との相違点を中心に、この
フローチャートを用いて本第３の実施形態を以下に説明
する。

【０１３４】図８のステップ６０１〜ステップ６０９で
は、第１の実施形態におけるステップ４０１〜ステップ
４０９と同様の処理を行なう。

【０１３５】ステップ６１１では、ステップ６０９で得
られた６つのウエハパラメータのうち、ステージ座標系
の直交度誤差が予め設定されている閾値ＳＶ１以下であ
るか否かを判断する。そして、ステージ座標系の直交度
誤差が閾値ＳＶ１以下の場合には、ステップ６１１での
判断は肯定され、ステップ６１３に移行する。

【０１３６】ステップ６１３では、ショット領域の配列
番号を示すカウンタｉに１をセットするとともに、チッ
プパターンＣＰ３とチップパターンＣＰ４を同じショッ
ト領域に転写するか否かを判断するための判定値ｚに１
をセットする。

【０１３７】ステップ６１４では、ショット目標数を３
／２（＝１．５）とし、図９（Ａ）に示されるように、
最初のショット領域と２番目のショット領域の半分とを
露光対象領域とする。すなわち、１．５個分のショット
領域を露光対象領域とする。さらに、図９（Ｂ）に示さ
れるように、３つのチップパターンＣＰ３、ＣＰ４、Ｃ
Ｐ５が含まれる領域、すなわち、レチクルＲのパターン
領域ＰＡの全領域を転写パターン領域とする。

【０１３８】図８のステップ６１５では、第１の実施形
態におけるステップ４１５と同様にして、ＸＹステージ
２０及びレチクルステージＲＳＴをそれぞれの加速開始
位置に移動する。

【０１３９】ステップ６１７では、第１の実施形態にお
けるステップ４１７と同様にして走査露光を行なう。

【０１４０】これにより、３つのチップパターンＣＰ
３、ＣＰ４、ＣＰ５が投影光学系ＰＬを介してウエハＷ
上の露光対象領域に縮小転写される。すなわち、図９
（Ｃ）に示されるように、ｉ番目のショット領域（ここ
では最初のショット領域）にチップパターンＣＰ３とチ
ップパターンＣＰ４が転写され、ｉ＋１番目のショット
領域（ここでは２番目のショット領域）の半分にチップ
パターンＣＰ５が転写される。

【０１４１】図８のステップ６１９では、判定値ｚの値
にショット目標数、すなわち１．５を加算する。

【０１４２】ステップ６２１では、判定値ｚの整数部分
の値を抽出し、カウンタｉにセットする。

【０１４３】ステップ６２７では、カウンタｉを参照
し、すべてのショット領域にチップパターンの転写を行
ったか否かを判断する。カウンタｉの値がＮ以下であれ
ば、ステップ６２７での判断は否定され、ステップ６２
９に移行する。

【０１４４】ステップ６２９では、次の１．５個分のシ
ョット領域を次の露光対象領域とする。ここでは、判定
値ｚの値が整数であれば、図１０（Ａ）に示されるよう
に、ｉ番目のショット領域とｉ＋１番目のショット領域
の半分とを次の露光対象領域とし、一方判定値ｚの値が
整数でなければ、図１０（Ｂ）に示されるように、ｉ番
目のショット領域の半分とｉ＋１番目のショット領域と
を次の露光対象領域とする。そして、図８のステップ６
１５に戻る。

【０１４５】以下、ステップ６２７での判断が肯定され
るまで、ステップ６１５〜ステップ６２９の処理・判断
を繰り返す。

【０１４６】全てのショット領域へのチップパターンの
転写が終了すると、図８のステップ６２７での判断が肯
定され、処理を終了する。

【０１４７】一方、ステップ６１１において、ステージ
座標系の直交度誤差が閾値ＳＶ１を超えていると、ステ
ップ６１１での判断は否定され、ステップ６３３に移行
する。

【０１４８】ステップ６３３では、ショット領域の配列
番号を示すカウンタｉに１をセットする。

【０１４９】ステップ６３４では、ショット目標数を１
とし、図１１（Ａ）に示されるように、最初のショット
領域を露光対象領域とする。さらに、図１１（Ｂ）に示
されるように、チップパターンＣＰ３とチップパターン
ＣＰ４とが含まれる領域、すなわち、レチクルＲのパタ
ーン領域ＰＡの２／３を転写パターン領域とする。

【０１５０】図８のステップ６３５では、第１の実施形
態におけるステップ４１５と同様にしてレチクルステー
ジＲＳＴ及びＸＹステージ２０をそれぞれの加速開始位
置に移動する。

【０１５１】ステップ６３７では、第１の実施形態にお
けるステップ４１７と同様にして走査露光を行なう。

【０１５２】これにより、チップパターンＣＰ３とチッ
プパターンＣＰ４とが投影光学系ＰＬを介してウエハＷ
上の露光対象領域に縮小転写される。ここでは、図１１
（Ｃ）に示されるように、ｉ番目のショット領域にチッ
プパターンＣＰ３とチップパターンＣＰ４が転写され
る。

【０１５３】図８のステップ６３９では、カウンタｉを
参照し、すべてのショット領域にチップパターンＣＰ
３、ＣＰ４の転写を行ったか否かを判断する。ここで
は、ｉ＝１、すなわち、最初のショット領域に転写を行
ったのみであるため、ステップ６３９での判断は否定さ
れ、ステップ６４１に移行する。

【０１５４】ステップ６４１では、カウンタｉの値にシ
ョット目標数、すなわち１を加算して、次のショット領
域を次の露光対象領域とし、ステップ６３５に戻る。

【０１５５】以下、ステップ６３９での判断が肯定され
るまで、ステップ６３５→６３７→６３９→６４１の処
理・判断を繰り返す。

【０１５６】全てのショット領域へのチップパターンＣ
Ｐ３、ＣＰ４の転写が終了すると、カウンタｉの値はＮ
となり、ステップ６３９での判断が肯定され、処理を終
了する。

【０１５７】以上説明したように、本第３の実施形態に
よると、ステージ座標系の直交度誤差が所定の閾値ＳＶ
１以下であれば、１．５個分のショット領域に同時にチ
ップパターンを転写した際の重ね合わせ誤差は許容範囲
内であると判断し、ショット目標数を１．５、転写パタ
ーン領域をパターン領域ＰＡの全領域と決定して、１回
の露光で１．５個分のショット領域にチップパターンを
転写しているため、スループットを向上させることがで
きる。

【０１５８】一方、ステージ座標系の直交度誤差が所定
の閾値ＳＶ１を超えていれば、１．５個分のショット領
域に同時にパターンを転写した際の重ね合わせ誤差は許
容範囲を超えると判断し、ショット目標数を１、転写パ
ターン領域をパターン領域ＰＡの２／３と決定して、１
回の露光で１つのショット領域のみにチップパターンを
転写しているため、重ね合わせ誤差を許容範囲内に維持
することができる。

【０１５９】従って、本第３の実施形態によると、重ね
合わせ精度を低下させることなく、スループットを向上
させることが可能である。

【０１６０】なお、上記第３の実施形態では、ショット
目標数が１の場合に、チップパターンＣＰ３とチップパ
ターンＣＰ４を使用しているが、これに限定されるもの
ではなく、チップパターンＣＰ４とチップパターンＣＰ
５を用いても良く、また、それらを交互に用いても良
い。

【０１６１】さらに、上記第３の実施形態では、レチク
ルＲのパターン領域ＰＡに３つのチップパターンが形成
され、ウエハＷ上の各ショット領域に対象層のチップパ
ターンが２つ転写されている場合について説明している
が、本発明がこれに限定されないのは勿論である。ま
た、上記第３の実施形態における図８のステップ６１４
及びステップ６３４では、上記第１の実施形態における
図３のステップ４１４及びステップ４３４と全く同様
に、それぞれ１．５個又は１個のショット領域の座標位
置が検出される。そして、図８のステップ６１５及びス
テップ６３５では、その座標位置に従ってＸＹステージ
２０の移動が制御される。

【０１６２】なお、上記第３の実施形態では、走査方向
には３の整数倍の数のショット領域が配置されている場
合について説明しているが、これに限定されるものでは
なく、走査方向に配置されているショット領域の数が３
の整数倍でない場合には、最後の１行については、ステ
ージ座標系の直交度誤差の大きさに関係なく、１個分あ
るいは１／２個分のショット領域にチップパターンを転
写すれば良い。この場合に、前述の探索手法を用いて最
適なウエハの移動シーケンスを決定しても良い。

【０１６３】また、上記各実施形態では、対象層のパタ
ーンが一括露光装置を用いて転写された場合について説
明しているが、これに限定されるものではない。例え
ば、露光エリアが一括露光装置（ステッパ）と同程度で
あるスキャン露光装置を用いて転写された場合でも良
い。さらに、上記各実施形態では、スキャン露光装置を
用いて対象層のパターンにレチクルのパターンを重ねて
転写するものとしたが、露光エリアがスキャン露光装置
と同程度の一括露光装置（ステッパ）を用いても良い。

【０１６４】また、上記各実施形態において、各閾値
は、あらかじめオペレータによって図示しない入力装置
を介して設定されており、許容精度等に応じて適宜変更
することが可能である。

【０１６５】また、上記各実施形態では、ショット目標
数が２種類の場合について説明しているが、これに限定
されず、例えば、３つのチップパターンがレチクルＲの
パターン領域ＰＡに配置されており、各ショット領域に
は１つの対象層のチップパターンが転写されている場合
に、転写誤差の大きさに応じてショット目標数を１、
２、３の３種類のいずれかに設定することも可能であ
る。

【０１６６】なお、上記各実施形態では、レチクルＲの
パターン領域ＰＡに配置されているチップパターンは、
同一パターンであるとして説明しているが、異なるパタ
ーンが含まれていても良い。

【０１６７】さらに、本発明が適用される露光装置の光
源は、ＫｒＦエキシマレーザやＡｒＦエキシマレーザに
限らず、Ｆ₂レーザ（波長１５７ｎｍ）、あるいは他の
真空紫外域のパルスレーザ光源であっても良い。この
他、露光用照明光として、例えば、ＤＦＢ半導体レーザ
又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視
域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（又はエル
ビウムとイッテルビウムの両方）がドープされたファイ
バーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に
波長変換した高調波を用いても良い。

【０１６８】なお、投影光学系ＰＬは、屈折系、反射屈
折系、及び反射系のいずれでもよいし、縮小系、等倍
系、及び拡大系のいずれでも良い。

【０１６９】また、本発明は、半導体素子の製造に用い
られる露光装置だけでなく、液晶表示素子、プラズマデ
ィスプレイなどを含むディスプレイの製造に用いられ
る、デバイスパターンをガラスプレート上に転写する露
光装置、薄膜磁気へッドの製造に用いられる、デバイス
パターンをセラミックウエハ上に転写する露光装置、撮
像素子（ＣＣＤなど）、マイクロマシン、及びＤＮＡチ
ップなどの製造に用いられる露光装置などにも適用する
ことができる。

【０１７０】《デバイス製造方法》次に、上で説明した
各露光方法を利用したデバイスの製造方法の実施形態を
説明する。

【０１７１】図１２には、デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の
半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、
ＤＮＡチップ、マイクロマシン等）の製造例のフローチ
ャートが示されている。図１２に示されるように、ま
ず、ステップ３０１（設計ステップ）において、デバイ
スの機能・性能設計（例えば、半導体デバイスの回路設
計等）を行い、その機能を実現するためのパターン設計
を行う。引き続き、ステップ３０２（マスク製作ステッ
プ）において、設計した回路パターンを形成したマスク
を製作する。一方、ステップ３０３（ウエハ製造ステッ
プ）において、シリコン等の材料を用いてウエハを製造
する。

【０１７２】次に、ステップ３０４（ウエハ処理ステッ
プ）において、ステップ３０１〜ステップ３０３で用意
したマスクとウエハを使用して、後述するように、リソ
グラフィ技術によってウエハ上に実際の回路等を形成す
る。次いで、ステップ３０５（デバイス組立ステップ）
において、ステップ３０４で処理されたウエハを用いて
デバイス組立を行う。このステップ３０５には、ダイシ
ング工程、ボンディング工程、及びパッケージング工程
（チップ封入）等の工程が必要に応じて含まれる。

【０１７３】最後に、ステップ３０６（検査ステップ）
において、ステップ３０５で作製されたデバイスの動作
確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工
程を経た後にデバイスが完成し、これが出荷される。

【０１７４】図１３には、半導体デバイスの場合におけ
る、上記ステップ３０４の詳細なフロー例が示されてい
る。ステップ３１１（酸化ステップ）においてはウエハ
の表面を酸化させる。ステップ３１２（ＣＶＤステッ
プ）においてはウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステッ
プ３１３（電極形成ステップ）においてはウエハ上に電
極を蒸着によって形成する。ステップ３１４（イオン打
込みステップ）においてはウエハにイオンを打ち込む。
以上のステップ３１１〜ステップ３１４それぞれは、ウ
エハ処理の各段階の前処理工程を構成しており、各段階
において必要な処理に応じて選択されて実行される。

【０１７５】ウエハプロセスの各段階において、上述の
前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程
が実行される。この後処理工程では、まず、ステップ３
１５（レジスト形成ステップ）において、ウエハに感光
剤を塗布する。引き続き、ステップ３１６（露光ステッ
プ）において、上記各実施形態の露光方法によってマス
クの回路パターンをウエハに転写する。次に、ステップ
３１７（現像ステップ）においては露光されたウエハを
現像し、ステップ３１８（エッチングステップ）におい
て、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材
をエッチングにより取り去る。そして、ステップ３１９
（レジスト除去ステップ）において、エッチングが済ん
で不要となったレジストを取り除く。

【０１７６】これらの前処理工程と後処理工程とを繰り
返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターン
が形成される。

【０１７７】以上のような、本実施形態のデバイス製造
方法を用いれば、露光ステップで、上記各実施形態の露
光方法が用いられるため、高いスループットで高精度な
重ね合わせ露光が行われ、高集積度のデバイスを生産性
良く製造することが可能となる。

【０１７８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
る露光方法によれば、重ね合わせ精度を低下させること
なく、スループットを向上させることができるという効
果がある。

【０１７９】また、本発明に係るデバイス製造方法によ
れば、高集積度のデバイスの生産性を向上させることが
できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に用いられる露光装置の構成を
概略的に示す図である。

【図２】図２（Ａ）は第１の実施形態に用いられるレチ
クルの一例を示す図であり、図２（Ｂ）は、ショット領
域の中心間距離ＤＳを説明するための図である。

【図３】本発明に係る露光方法の第１の実施形態を説明
するためのフローチャートである。

【図４】図４（Ａ）〜図４（Ｃ）はそれぞれ、転写誤差
が小さい場合における第１の実施形態による露光方法を
説明するための図である。

【図５】図５（Ａ）〜図５（Ｃ）はそれぞれ、転写誤差
が大きい場合における第１の実施形態による露光方法を
説明するための図である。

【図６】本発明に係る露光方法の第２の実施形態を説明
するためのフローチャートである。

【図７】図７（Ａ）は第３の実施形態に用いられるレチ
クルの一例を示す図であり、図７（Ｂ）はショット領域
における対象層のチップパターンが転写された領域を説
明するための図である。

【図８】本発明に係る露光方法の第３の実施形態を説明
するためのフローチャートである。

【図９】図９（Ａ）〜図９（Ｃ）はそれぞれ、転写誤差
が小さい場合における第３の実施形態による露光方法を
説明するための図である。

【図１０】図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）はそれぞれ、
第３の実施形態において転写誤差が小さい場合の露光対
象領域を説明するための図である。

【図１１】図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）はそれぞれ、転
写誤差が大きい場合における第３の実施形態による露光
方法を説明するための図である。

【図１２】本発明に係るデバイス製造方法の実施形態を
説明するためのフローチャートである。

【図１３】図１２のステップ３０４における処理のフロ
ーチャートである。

【図１４】図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）はそれぞれ、
ショット領域に回転誤差があり、１回の露光で２つのシ
ョット領域にチップパターンを転写する場合の一例を示
す図である。

【符号の説明】

１００…露光装置（スキャン露光装置）、ＣＰ１…チッ
プパターン（パターンの一部）、ＣＰ２…チップパター
ン（パターンの一部）、ＣＰ３…チップパターン（パタ
ーンの一部）、ＣＰ４…チップパターン（パターンの一
部）、ＣＰ５…チップパターン（パターンの一部）、Ｗ
…ウエハ（基板）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定のパターンを基板上に転写する露光
方法であって、前記基板上に形成された複数の区画領域に関する転写誤
差の情報を得る工程と；前記転写誤差の情報に基づい
て、前記複数の区画領域のうち、１回の露光で前記パタ
ーンを同時に転写すべき区画領域の目標数と、前記パタ
ーンのうち、前記目標数の区画領域に重ねて転写すべき
パターンの領域を決定する工程と；前記決定に従って転
写を行なう工程と；を含む露光方法。
【請求項２】前記転写誤差の情報は、前記複数の区画
領域のうち、特定の複数の区画領域に形成されたマーク
の位置情報に基づいて得ることを特徴とする請求項１に
記載の露光方法。
【請求項３】前記転写誤差の情報は、前記マークの位
置情報を用いて統計演算処理により求めることを特徴と
する請求項２に記載の露光方法。
【請求項４】前記転写誤差は、前記基板の座標軸の直
交度誤差、前記区画領域の座標軸の直交度誤差、前記区
画領域の倍率誤差及び回転誤差の少なくとも一つを含む
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の
露光方法。
【請求項５】前記目標数及び前記パターンの領域は、
前記転写誤差と所定の閾値とを比較して決定することを
特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の露光方
法。
【請求項６】前記転写誤差が前記閾値以下では、前記
目標数をｎ（ｎ＞１）と決定するとともに、前記パター
ンのうち、１回の露光でｎ個の前記区画領域に同時に転
写すべきパターンが含まれる領域を前記パターンの領域
として決定することを特徴とする請求項５に記載の露光
方法。
【請求項７】前記転写誤差が前記閾値を超えると、前
記目標数をｍ（１≦ｍ＜ｎ）と決定するとともに、前記
パターンのうち、１回の露光でｍ個の前記区画領域に同
時に転写すべきパターンが含まれる領域を前記パターン
の領域として決定することを特徴とする請求項６に記載
の露光方法。
【請求項８】前記転写誤差が前記閾値以下では、前記
ｎを２と決定するとともに、前記パターンのすべてが含
まれる領域を前記パターンの領域として決定し、前記転
写誤差が前記閾値を超えると、前記ｍを１と決定すると
ともに、前記パターンの１／２が含まれる領域を前記パ
ターンの領域として決定することを特徴とする請求項７
に記載の露光方法。
【請求項９】前記転写誤差が前記閾値を超えると、前
記パターンの転写に際して、前記転写誤差の情報に基づ
いて前記転写誤差を補正することを特徴とする請求項５
〜８のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項１０】前記複数の区画領域は一括露光装置を
用いて形成され、前記パターンはスキャン露光装置を用
いて転写されることを特徴とする請求項１〜９のいずれ
か一項に記載の露光方法。
【請求項１１】リソグラフィ工程を含むデバイス製造
方法であって、前記リソグラフィ工程では、請求項１〜１０のいずれか
一項に記載の露光方法を用いることを特徴とするデバイ
ス製造方法。