JPS60186845A - 露光装置の位置合せ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野ン 本発明はＩＣやＬＳＩ等の半導体素子を製造するための
露光装置に関し、特に１枚の被μＮ光基板（半導体ウニ
ハラ上に形成された複数の半導体素子の回路パターンに
マスクの回路パターンをステップアンドリピート方式で
重ね合せて露光するステップアンドリピート露光装置に
関する。

（発明の背景） 近年、半導体素子製造のために、半導体ウェハ（以下ウ
ェハとする）上にマスクの回路パターンを繰り返し露光
する装置、所謂ステップアンドリピート露光装置が生妓
現場で多数使用され、多大な効果を得ている。特にマス
クの回路パターンを縮小投影レンズを介してウェハ上に
転写する縮小投影型露光装置は、マスクの回路パターン
を縮小投影するため、マスク上に付着した微小な異物が
縮小投影レンズの′ｐｌＩｊ＆力によって転写されにく
いという利点があり、さらにウェハ上に形成された複数
の回路パターンの各々に、マスクの回路パターンを重ね
合せて露光するため、ウェハの各種処理による伸縮に対
しても常に正確な亀ね合せができるという利点もあり、
極めて生産性の高い露光装置といえる。この種の露光装
置はウエノ・を載置する２次元移動ステージを令し、こ
のステージをマスクの回路パターン像に対してＨ「定の
座標系に従って一定ピッチで歩進させては露光すること
を繰り返す。このため、ウェハ上にはマトリックス状に
回路パターンが配列される。

このウェハ上の回路パターンの配列座標は露光中はステ
ージの座標系に従っているが、ウェハを交換すると、そ
のウェハ上の配列座標とステージの座標系とは回転ずれ
が生じる。

この回転ずれはウェハを回転させることで補正できるが
、それでも微小角度の回転ずれは残存する。

このウェハ上の配列座標とステージの座標系との微小な
回転ずれは、所謂ウエノ・ローテーションと呼ばれるも
のである。より高精度な繊ね合せ露光を達成するために
、本出願人は先に出願した特開昭５６−１０２８２３号
公報にウェハローテーションの補正方法を開示した。こ
の公報に開示された罹小投影型露光装置度では、ウエノ
・上の回路パターンの［０倍の拡大パターンが描かれた
レチクル（マスクに４刊当する〕を１史ってステップア
ンドリピート方式で露光するが、その際レチクルはステ
ージの座標系に対して回転ずれなく装着されるとした。

ところがウェハ上に転写すべき回路パターンのサイズが
犬さくなり、線幅が１μｍ程度になると、レチクルの微
小な回転ずれが無視できなくなる。レチクルが微小回転
していると、ウェハ上の各回路パターンとの爪ね合せ精
度が低下するばかりでなく、ウェハ上に第１層目の回路
パターンを転写したとき、ウェハ上の配列座標に対して
転写期の特性を満足する半導体素子を高い生産性で得る
ことかで＠ないという欠点があった。

（発明の目的） 本発明は上記欠点を解決し、マスク（レチクル）の回路
パターンと被露光基板（ウェハ）上の各回路パターンと
の回転ずれを極小にし、高’！１４　ｌ１ｌｘ重ね合せ
露光を実現するステップアンドリピート露光装置を得る
ことを目的とする。

（発明の概要う 本発明は、第１パターン（回路パターンやアシイメント
マーク）を備えたマスク（レチクルＲ）を保持するため
のマスク保持手段（レチクルステージ２）と、そのｆ、
ｘパターンと整合し得る第２パターン（チップ内の回路
パターンやアライメンもに、該ウェハを２次元的に移動
するための基板移動手段（ウニハスデージ）と、第１パ
ターンと、第２パターンの相対的な回転誤差（Δθ）を
検出する回転誤差検出手段（ＬＳＡ系１９、ＤＤＡ系２
０．２０′）と、その回転誤差が補正されるようにレチ
クルＲとウェハＷのいずれか一方を回転させる回転手段
（ウェハホルダー１０）と、その回転補正された第１パ
ターンと複数の、８ｇ２　パターンの各々とを順次位置
合せするようにウェハステージを制御する制御手段（グ
ロモノサー６０ンとを設けることを技術的要点としてい
る。さらに本発明は、レチクルＲを保持して所定の直交
座標ＸＹに沿って移動するためのレチクルステージ２と
、ＩＩＪ記の第２パターンが配列座標αβに沿ってθ［
定間隔（ピンチ）で複数形成されたウエノ・Ｗを保持し
、このウェハＷを直交座標ＸＹに沿って２次元移動する
ためのウェハステージと、ＫｒＪ記回転誤差検出手段（
ＬＳＡ系１９、ＤＤＡ系加、２０’）と、前記回転手段
（ウェハホルダーｌＯ）と、ウェハＷ上の第２パターン
の配列ピンチに応じてウェハステージを位置決めしたと
きに、前記回転誤差（Δθ）の補正に起因して生じた第
１パターンと第２パターンの直交座標ＸＹに沿った位置
ずれを検出する位置ずれ検出子７９（ＬＳＡ系１８　、
１９又はＤＤＡ系２０）と、該位置ずれを補正するよう
にウェハステージとレチクルステージ２のいずれか一方
を移動させる制御手段（グロモノサー６０）とを設ける
ことを技術的斐点としている。

（実施例） 次に本発明の実施例が適用される縮小投影型露光装置の
概略的な構成を第１図、第２図に基づいて説明する。

透明部と遮光部によるＨ「定のパターンが描かれたレチ
クル（マスク）Ｒば、感光剤を感光させる波長の光によ
って均一の強反で照明される。これによって、レチクル
Ｒのパターン領域Ｐ　ｒの光像は縮小投影レンズ（以下
、単に投影レンズと呼ぶ）１によってウェハＷ上に投影
される。レチクルＲは第１図に示すように、レチクルス
テージ２に載置される。レチクルステージ２にはレチク
ルＲのパターン領域に’ｒを通過した光を投影レンズ１
に入射させるための開口部２ａが設けられ、さらにレチ
クルＲの周辺部を真空吸着するための保持部２ｂが設け
られている。捷た駆動部３はレチクルステージ２をＸ方
向に微動し、駆動部４はレチクルステージ２をＸ方向と
直交するＹ方向に微動し、レチクルＲの回転を含めた２
次元的な位置合せを行なう。

一方、駆動部５によってＹ方向に移動するＹステージ６
と、このＹステージ６上を駆動部７によってＸ方向に移
動するＸステージ８と、このＸステーズ８に対して２方
向に上下動可能な２ステージ９と、この２ステージ９上
に設けられて、ウェハＷを真空吸着するとともに駆動部
１１によって微小回転するウェハホルダー１０とによっ
て２次元移動ステージ（以下、ウェハステージと呼ぶ）
が構成される。２ステージ９はＸステージ８上に設けら
れた不図示の駆動部によリーヒ下動する。ウェハステー
ジの位置を検出するために、レーザ光を用いた光波干渉
計（以下、レーザ干渉計と呼ぶ）　１２．１４が設けら
れている。ミラー１３は、その反射平面をＹ方向に伸ば
して２ステージ９の一辺に設けられている。またミラー
１５は、その反射平面をＸ方向に伸ばして２ステージ９
の一辺に設けられている。

そこでレーザ干渉計１２は、ミラー１３に座標軸Ｘと平
行な光軸を有するレーザ光束Ｂｘを照射するとともに、
レーザ干渉計１２の内部に設けられた固定ミラーにもレ
ーザ光束を照射し、ミラー１３からの反射光束と固定ミ
ラーからの反射光束とを干渉させ、発生する干渉縞の変
化を光′亀検出することによって、ウェハステージのＸ
方向の位置を検出する。レーザ干渉計１４も同様にミラ
ー１５に座標軸Ｙと平行な光軸をＭするレーザ光束ＢＹ
を照射し、内部の固定ミラーからの反射光束とミラー１
５かもの反射光束との干渉によって、ウェハステージの
Ｘ方向の位置を検出する。尚、投影レンズ１とレーザ干
渉計１２　、１４はレーザ光束Ｂｘとレーザ光束Ｂｙが
同一平面内で直交し、かつ光軸ＡＸがその交点を通るよ
うに配置されている。

さて、この露光装置には基本的に４つの位置合せ（アラ
イメント）用の光学系及び検出系が設けられている。そ
の１つは第１図に示すように、レチクルＲを装楢本体（
例えば投影レンズ１の光軸ＡＸ）に対してアライメント
するための２つのレチクルアライメント顕微鏡（以下、
Ｒ−ＭＩＣと呼ぶ）　１６　、１７である。Ｒ−ＭＩＣ
１６はレチクルＲ上の所定のパターンが描かれた領域（
以下パターン領域とする）Ｐｒの周辺に設けられたレチ
クルマークＲｘｙ　を観察し、Ｒ＊Ｍ　Ｉ　Ｃ１７はパ
ターン領域ｐｒの周辺でレチクルマークＲｘｙとは異な
るレチクルマークＲＸｙをＲ−ＭＩＣ１６中の指標に合
わせるように駆動部３，４を作動させることによってレ
チクルＲのＸ方向とＹ方向の位置決めが達成され、レチ
クルマークＲθをＲ−ＭＩＣ１？中の指標に合わせるよ
うに駆動部３，４を作動させることによってレチクルＲ
の回転方向の位置決めが達成される。これらＲ−Ｍ　Ｉ
　Ｃ１６、１７は目視による位置合せ（目合せ）として
使ってもよいが、レチクルマークＲｘｙ、Ｒθの観察像
を光電的に検出して自動位１ｇ合せとして使ってもよい
。

また、アライメント用の光学系、検出糸のもう１つは＠
１図に示すように、スルーザレンズ（ＴＴＬ）方式でウ
ェハＷ上の所定のマーク（ウニノ・マーク）をレーザ光
で検出して、ウニノーＷと装置本体とのアライメントを
行なうための２つのレーザステンプアライメント系（以
下、ＬＳＡ系とする）　１８　、１９である。ＬＳＡ系
１８は感光剤（フォトレジスト）を感光させる波長の光
、すなわち露光光とは異なる波長でフォトレジストを感
光させないレーザ光束（例えばヘリウムネオンレーザ）
ＬＡＸを投影レンズｌの光軸ＡＸと垂直にミラー１８ａ
に向けて投射する。ミラー］、８ａはそのレーザ光束Ｌ
ＡＸを上方、すなわちレチクルＲの下面（投影レンズ１
と対向する面）に向けて反射する。、ミラー１８ｂはレ
チクルＲの下面と平行な反射面を有し、レチクルＲの下
面から所定距離だけ離して配置され、ミラー１８ａから
のレーザ光束を投影レンズ１．２の入射瞳の中心に向け
て反射する。本実施例では投影レンズ１は物体側（レチ
クルＲ側）で非テレセンドリンクな光学系となり、像側
（ウェハＷ側）ではテレセンドリンクな光学系となって
いるものとする。このためレーザ光束ＬＡｘの光軸は、
ミラー１８ｂをレチクルＲの周辺、すなわち投影レンズ
ｌの光軸ＡＸから離れた位置に設けることによって、光
軸ＡＸと所定の角度だけ傾いたものとなる。ただし投影
レンズｌのウニ／’Ｗ側ではレーザ光束ＬＡＸの光軸は
光軸ＡＸと平行になる。ＬＳＡ系１９、ミラー１９ａ、
１９ｂはＬＳＡ糸１８、ミラー１８ａ、１８ｂに対して
光軸ＡＸを中心に空間的に９０゜回転させた位置に同様
に設けられて、レーザー光束ＬＡｙが投影レンズ１に入
射する。そして、この２つのＬＳＡ系１８　、１９によ
って、ウニＩＳＷ上に設けられたＸ方向のアライメント
用のマークとＹ方向のアライメント用のマークとがレチ
クルＲを介することなく検出され、ウニノ・Ｗ上の局所
領域のアライメントが行なわれる。

さて、アライメント用の光学系、検出系のもう一つはレ
チクルＲ上のマークＲ３とウニノ１Ｗ上のマークとを投
影レンズ１を介して重ね合せて観察するダイ・パイ・ダ
イ（１）ｉｅ　ｂｙ　Ｄｉｅ）アライメント系（以下、
ＤＤＡ系と呼ぶ）２０である。１）　Ｄ　Ａ系２ｏはレ
チクルＨのパターン領域Ｐｒの周辺に設けられたマーク
Ｒｓに、露光光と同一波長の照明光をミラー２０ａで直
角に折り曲けて照射する。ミラー２０　ａからの照明光
はマークＲｓを照明するとともに投影レンズｌを通って
ウニノ・Ｗ上のマークを含む微小領域も照明する。そし
て投影レンズ１で逆投影されたウニノ・Ｗ上のマークの
像とレチクルＲのマークＲ８の像とがミラー２０ａで反
射してＤＤＡ系２０によって形成され、レチクルＲのパ
ターン領域ＰｒとウェハＷ上の露光すべき１つの局所領
域との位置合せ状態が検出されるヶこのＤＤＡ系２０も
目合せたけてなく、スリット走査型の光電顕微鏡や撮像
管（素子）を使ってマーク像を光電検出して自動位置合
せできるように構成される。

尚、ダイΦバイ・ダイのアライメント方式では、レチク
ルＲのパターン領域Ｐｒの投影像とウェハＷ上の１つの
局所領域とが正確に重ね合わされたとき、ウェハＷ上の
マークとレチクルＲのマークＲＳとが所定の位置関係で
整列してＤＤＡ系加によって観察される。このためＤＤ
Ａ系でアライメントされるようにウェハステージやレチ
クルステージ２を微動させた後は、ただちに露光動作に
移れる。水装置のＤＤＡ系加はここでは観察したレチク
ルＲ１ウェハＷのマーク像のＸ方向の位置ずれを検出す
るものとする。

そしてアライメント用の光学系、検出系の最後の１つは
第２図に示すように、投影レンズ１と所定間隔で別設さ
れたオフ−アクシス方式の２つのウェハアライメント顕
倣鏡（以下、Ｗ−ＭＩＣと呼ぶ）２１．２２テある。こ
（０２つ）Ｗ−Ｍ　Ｉ　Ｃ２１。

２２は予め所定の間隔に定められ、ウェハＷ土の代表的
な２ケ所に設けられた。マークを検出して、ウェハＷの
装置に対する全体的な位置合せ（グローバルアライメン
ト）を行なうためのものである。

−“　、　。

ところで第１図において、上記レチクルＲのアライメン
ト、ウェハＷのグローバルアライメント、及びウェハＷ
−ヒの局所領域毎のアライメント（以下ステップアラ・
イメントと呼ぶ）の際に使用されたり、各光学系や検出
系の調整に使用される基準マーク板３０がウェハボルダ
−１９に設けられている。

この基準マーク板３（）はガラス基板の表面に光反射性
のクロム層を設け、このクロムｊ−に必要なマークをエ
ツチングしたものである。

第２図はレーザスデソグアライメント系とＷ−Ｍ　Ｉ　
Ｃ２１、２２の具体的な構成を示す光学配置図である。

ここではＬＳＡ糸１８のみについて示すが、ＬＳＡ系１
９についても全く同様である。ヘリウムネオンレーザ等
のレーザ光源４０から射出したレーザ光束は、ビームエ
クスパンダ４１で光束断面が所定の大きさに拡大され、
シリンドリカルレンズ４２によって断面が矩形の光束に
整形される。その整形されたレーザ光束はミラー４３で
反射されて、レンズ４４、ビームスグリツタ４５、及び
レンズ４６ヲ介してミラー１８ａに至る。ミラー１８ａ
で反射されたレーザ光束は視野絞り１８ｃを通ってミラ
ー１８ｂに至り、さらにミラー１８ｂで反射されて、投
影レンズ１の入射１（ｉＪｉｌａの中心に向けて進む。

視野絞り１８ｃはミラー１８ａで反射されたレーザ光束
の結像位置°に配置されている。この結像位置でレーザ
光束は第２図中−紙面と垂直な方向に伸びた帯状スポッ
ト光に収れんされる。すなわち、シリンドリカルレンズ
４２の働きで、レンズ４６からミラー１８ａ。

１８ｂを介して投影レンズ１に入射するまでのレーザ光
束は、第２図中紙面内では一度視野絞？）　１８　ｃで
収束（結像）してから発散するような光束となり、紙面
と垂直な面内では平行な光束となっている。そして、こ
のレーザ光束は投影レンズ１の入射−１ａの中心を通り
、投影レンズｌの結像面ＦＰに帯状の細長いスポット光
として結像される。

このスポット光の光強度分布は第２図の紙面内で左右方
向には細長く、紙面と垂直な方向には短くなる。

さて、ミラー１８ｂはレチクルＲの下面に所定間隔で設
けられているが、その位置はレチクル只の最大投影領域
、すなわち本実施例では第１図に示したように投影レン
ズ１の光軸ＡＸから最も離れた位置のレチクルマークＲ
ｘｙ、Ｒθの投影光路（第２図で光線ＥＬｍとした）を
遮光しないように定められている。また露光光でレチク
ルＲを照明すると、レチクルＲのパターン領域Ｐｒの像
は光束ＥＬのように投影レンズ１の結像面ＦＰに縮小し
て結像する。第２図では、基準マーク板３０の表面と結
像面ＦＰとが一致し、さらにこの基準マーク板３０がＬ
ＳＡ系１８からのレーザ光束の照射を受けるような配置
を示しである。この基準マーク板間上には第３図に示す
ようにレーザ光束ＬＡＸのスポット光ＳＰにより照射さ
れ、回折光を発生する格子状のマークＦＭが形成されて
いる。第３図（ａ）はマークＦＭとスポット光ＳＰの平
面的な位置関係を示す平面図で、第３図（ｂ）はこのマ
ークＦＭの断面を示す図である。マークＦＭは微小な線
状要素Ｓｅｇを規則的に一列に配列したものであり、そ
の配列方向はスポット光ｓＰの長手方向（伸長方向）と
一致するように定められている。スポット光ｓＰがマー
クＦＭと重なると、線状要素Ｓｅｇの配列ピッチとレー
ザ光束の波長とに応じて第３図（ａ）に示すようＫ、正
反射光（０次回折光）Ｄｏの他に１次回折光±Ｄい２次
・回折光±Ｄｔ等の高次回折光が生じる。これら回折光
り。、Ｄ、、Ｄ、は投影レンズＩＫ逆入射し、レーザう
゛０東ＬＡｘの送光光路を逆進し、ミラー１８ｂ、視野
絞り１８ｃ、ミラー１８ａ、及びレンズ４６を通ってビ
ームスプリンタ４５に至る。

ビームスプリンタ４５はマークＦＭからの回折光１）。

＋Ｉ）＋　ＩＤ２を反射し、その回折光を空間フィルタ
ー４７、集光レンズ４８、及び光電検出器４９がら成る
検出系へ指向する。空間フィルター４７は投影レンズ１
の入射ｐｉ　１　ａと共役な位置に配置され、回折光Ｄ
ｏ　１１）ｌ　ｔＤｔ　のうち０次回折光り。、すなわ
ち正反射光は遮ＩＥ）ｉＬ、他の１次回折光Ｄ１と２次
回折光り、を透過する。集光レンズ４８は空間フィルタ
ー４７を透過したこれら高次回折光を光電検出器４９に
集光する。

ところで、レーザースデノグアライメント系は第１図に
示したようにもう１組がＬＳＡ系１９として設けられて
いる。そこで投影レーンズｌの結像面ＦＰにおける投影
像とスポット光ＳＰとの位置関係を第４図により説明す
る。第４図において円形の領域ｉｆは投影レンズ１が最
大限投影できるイメージフィールドであり、領域ｉｆ内
の矩形領域Ｐｒ’は第１図のレチクルＲのパターン領域
Ｐｒ。

投影領域である。投影レンズ１の光軸ＡＸは円形領域百
の中心を通り、矩形領域Ｐｒ’の中心と光軸ＡＸとが一
致するものとする。そしてこの中心を原点とするように
ウェハステージの移動座標系、すなわちＸＹ座標系のｘ
、ｙ軸を設定したとさ、ＬＳＡ系１８によって形成され
たスポット光ＳＰｘはＹ軸上で細長く伸びたスポットに
ナリ、ＬＳＡ系１９で形成されたスポット光ＳＰｙはＸ
軸上で細長く伸びたスポットになる。

スポット光ＳＰｘ　ＯＸ軸からのＹ方向における距離Ｌ
ｙと、スポット光ＳＰｙのＹ１紬からのＸ方向における
距離Ｌｘとは装置の製造時に予め定められている。しか
も距離Ｌｙ、Ｌｘはスポット光ＳＰｘ、ｓｐｙが円形領
域ｉｆに内接する矩形（長方形又は正方形）の領域Ａｒ
の外側で領域ｉｆの内側に位置するように定められる。

領域Ａｒ’　は投影レンズ１が矩形として投影し得る最
大の領域を表わす。さて、スボソ）　ＳＰｘは基準マー
ク板３０のＹ方向に伸びたマークＦＭ又はウェハＷ上で
Ｙ方向に伸びたマークを検出して、基準マーク板３０や
ウェハＷのＸ方向の位ＩＫずれを検出し、スポット光Ｓ
Ｐｙは基準マーク板３０やウェハＷ上のＸ方向に伸びた
マークを検出して基準マーク板３０やウェハＷのＹ方向
の位置ずれを検出する。

また第２図に示したオフ・アクシス方式のＷ−ＭＩＣ２
１，２２は例えば特開昭５７−１９７２６号公報に開示
されたように、ウェハＷ上に形成された格子状のマーク
にレーザ光の細長い帯状スポットを照射し、そのマーク
からの回折光を光′亀検出し、ウェハＷのＷ−Ｍ　Ｉ　
Ｃ２１、２２に関する位置ずれを検出するものである。

このＷ−Ｍ　Ｉ　Ｃ２１、２２の帯状スポット光は投影
レンズ１の結像面ＦＰ上に結像するように予め調整され
ている。

さて、第５図はそのオフ・アクシス方式のＷ−Ｍ　Ｉ　
Ｃ２１、２２の帯状スポット光と、投影レンズ１のイメ
ージフィールドｉｆとの配置を示す平面図である。２次
元移動ステージの移動座標系ＸＹの原点を投影レンズｌ
の光軸ＡＸと一致させたとき、Ｗ−ＭＩＣ２１はＹ軸上
で光軸ＡＸから所定距離だけ間隔をあけて配置され、Ｗ
−ＭＩＣ２１の帯状のスポット光ＷＹＳはＸ方向にに（
口長く形成される。

スポット光ｗｙｓのＸ方向の中心とが間隔りだけ離れる
ように配置される。そしてスポット光ＷＹＳとＷＯ３と
を結ぶ線分がＸ　１１＋１１と平行、又はｙ軸と所定角
度を成すように、スポット光ＷθＳのＹ方向の照射位置
が調整可能になっている。具体的には第６図に示すよう
に、Ｗ−ＭＩＣ２２は平行なレーザ光束ｌ。を入射して
、その光束ｌｏを対物レンズ２２　ａで収束してスポッ
ト光ＷθＳに整形する。

このとき対物レンズ２２ａに入射するレーザ光束ｌ。

を平行平板ガラス（以下、）・−ピングガラスと呼ぶ）
２２ｂによって所定角度範囲内でシフトする。

これによって光束ｌ。は光束４．４　のように偏向され
、スポット光ＷθＳはＹ方向にΔＹの範囲で変位する。

さて、第５図において、スポット光ＷＹＳとＷＯ３の間
隔りはウェハＷ上の代表的な２ケ所に設けられたマーク
が同時に検出できるように定められている。換言すれば
、Ｗ−１ｖｉｌＣ２１゜２２によってウェハＷ上のマー
クが同時に検出できるように、ウェハＷ上に間隔りだけ
離れた２つのマークを設けるようにする。この２つのマ
ークは各々Ｘ方向に伸びた格子状のパターンを有し、そ
のマークはスポット光ｗｙｓ、ｗθＳに対するウニ２、
ＷΩ℃方向の位置ずれ検出に使われる。

さて、第７図はウェハホルダー１０に設けられた基準マ
ーク板３０のマークパターンを示す平面図である。基準
マーク板３０には座標系ＸＹの各Ｘ軸とＹ軸とに平行に
格子状のマークＦＭＭとＦＭｘとが設けられるとともに
、ｘｌｌｌｌ、ｙ！Ｉ＋ｈに平行な線状のマーク３０Ｙ
、３０Ｘがクロスして設けられている。

マークＦＭＸ、ＦＭＹはＩ、ＳＡＡｌＯ２４９のスポッ
ト光ＳＰｘ、ＳＰｙやＷ−Ｍ　Ｉ　Ｃ２１、２２のスポ
ット光ｗｙｓ、ｗθＳの照射により回折光を発生するも
のであり、ＬＳＡ系１．８　、１９やＷ−ＭＩＣ２１゜
２２の調整、較正、及び各種測定に使われる。またマー
ク３０Ｘ、：３０ＹはＲ−ＭＩＣ１６，１７やＤＤＡ系
印等の調整、較正及び各神測定に使われる。

一方、第８図は本実施例に好適なレチクルＲのマーク配
置を示す平面図である。第８図（ａ）において、レチク
ルＲのパターン領域Ｐｒの中心をＲＣ（レチクルセンタ
ー）とし、中心ＲＣが原点となるように座標系ＸＹを定
める。この座標系ＸＹに関してレチクルＲは回転してい
ないものとすると、マークＲｘｙは第８図（ｂ）のよう
に線状のクロスパターンとしてＸ　ＱＭＩＩ上に位置し
、マークＲθはＹ　Ｎ１＋上にＸ方向に伸びる線状パタ
ーンとして位ＩＫする。

もちろんＲｘｙ、Ｒθの中心ＲＣからの距離はレチクル
Ｒの設計上予め決められた値である。そして、マークＲ
ｘｙ　の中心ＲＣと対向する側には、マークＲ８７１１
″−Ｘ軸上に設けられている。マークＲ８は遮光部に単
に矩形状の光透過性の窓を設けたもので、第８図（Ｑに
示すようにＸ軸と平行な２本の明暗のエツジＲ８Ｉ、Ｒ
８２がＤＤＡ系かによるアライメント時や位置ずれ検出
時に使われる。第８図（Ｃ）ではＤＤＡ系加でマークＲ
８と基準マーク板３０のマーク３０Ｙとを重ね合せて観
、察した様子を示し、エツジＲ８Ｉとマーク３０Ｙとの
間隔がエツジＲ８２とマーク３０Ｙとの間隔と等しくな
ったとき、基準マーク板３０、すなわちウニノ・ステー
ジとレチクルＲとの位置合せが達成されたことになる。

尚、マークＲＳのアンプＲ８ＩとアンプＲ８２との中心
線がＸ軸に一致するように定められている。

第９図は本装置の制御系の回路ブロック図である。マイ
クロコンピュータ、ミニコンピユータ等のプロセッサー
（以下ＣＰＵと呼ぶ）６０はインターフェイス回路（以
下、ＩＦＣとする）６１を介して装置全体の動作を統括
制御する。レーザステンプアライメント系処理回路（以
下、ＬＳＡＣと呼ぶ）６２は第２図に示したＬＳＡ系の
光′亀検出器４９の光電信号と、レーザ干渉計１２　、
１４からの位置情報、例えば２次元移動ステージの単位
移動量（０゜０２μｍ）毎に発生するアンプパルス、ダ
ウンパルスとに基づいて、ウェハＷ上のマーク等からの
回折光の強度分布を位置に応じて抽出し、そのマークの
スポット光ＳＰｘ、ＳＰＹに対する位置を検出するもの
である。ただし、スポット光ＳＰｘの照射によりマーク
から生じる回折光に応じた光電信号はレーザ干渉ｉｌ　
＋２のアンプダウンパルスに応答してサンプリングされ
、スポット光ＳＰｙの照射によりマークから生じる回折
光に応じた光電信号はレーザ干渉計１４のアップダウン
パルスに応答してサンプリングされる。

レチクルアライメント系処理回路（以下、Ｒ−ＡＬＧと
呼ぶ）６３は第１図に示したＲ−ＭＩＣ１６゜１７と共
働して、マークＲｘｙ、Ｒθを光電検出して、Ｒ−ＭＩ
Ｃ１６，１７中の指標に対するマークＲｘｙ。

１七〇の位１行ずれ量を算出し、その胸、出した量が零
になるように、レチクルステージ２の駆動部３゜４をフ
ィード・バック制御する。甘たＲ−ＭＩＣ１６、１７は
投影レンズ１を介して基準マーク板３０上のマーク３０
Ｘ、３０Ｙ（場合によってはマークＦＭｘ、ＦＭｙ）も
検出可能であり、このときＲ−ＡＬＧ６３はＲ−ＭＩＣ
１６，１７中の指標に対するマーク３０Ｘ、３０Ｙの位
置ずれ計をめ、その結果をＩＦＣ６１を介してＣＰＵ６
０に送出する。ダイ・パイ・↓ ダイアライメント系処理回路（以下ＤＤＡと呼ぶ）６４
は第１図中のＤＤＡ系２０と共可動して、ウェハＷ上の
マーク、又は基準マーク板３０のマーク３０Ｙと、レチ
クルＲのマークＲ８とを共に観察し、その両方のマーク
像を光ｔｑ検出し、両マークのＹ方向に関する相対的な
位置ずれ駿を検出するものである。

ウェハアライメント系処理回路（以下、ＷＡＣと呼ぶ）
６５は第２図に示したＷ−Ｍ　Ｉ　Ｃ２１、２２からの
光′屯信号に基づいて、スボント光ｗｙｓ、ｗθＳに対
するウェハＷ上のマークのＹ方向の位ｉｆｆれを検出す
るものである。尚、Ｗ　Ａ　Ｃ６５にはＣＰＵ６０から
の指令で第６図に示したノ・−ピングガラス２２ｂを回
転させる俄能も含捷れている。

さて、ＣＰ　Ｕ　ｆｉＯはＩＦＣ６１を介して、ウェハ
ステージのＸ方向の駆動部７（以下、Ｘ−ＡＣＴ７とす
る）、Ｙ方向の駆動部５（以下、Ｙ−ＡＣＴ５とする）
、及びウェハホルダー１９の回転用の駆動部１１（以下
、θ−Ａ　ＣＴ　１１とする）に、それぞれノヅｒ定の
駆動指令を出力する。その駆動数もｃＰＵ６０の演算や
、各種アライメント系処理回路で検出された位置ずれ量
に応じて決定される。またオペレータが指示を与えたり
、装置の動作進行を表示したりするために端末装置＃６
６が設けられ、この端末装置６６はＣＰ　Ｕ　６０との
間でマン・マシンのインターフェイスとして１動く。尚
、ＩＦ６１にはレーザ干渉計１２からのアンプダウンパ
ルスを可逆計数する不図示のＸカウンタと、レーザ干渉
計１４からのアンプダウンパルスを可逆計数するＹカウ
ンタとが設けられ、ＣＰＵ６０はＸカウンタＹカウンタ
の両針数値を読み取ることによって、ウニノ・ステージ
の座標系ＸＹにおける２′次元的な位１度（座標値ンを
検出する。このためＣＰ　Ｕ　６０はあくまでも座標系
ＸＹを基準にウニノ・ステージの位１べ検出や位置決め
を行なう。

次に本実施例の動作を第１０図の概略的なフローチャー
ト図に基づいて説明する。第１０図はレチクルＲ１ウェ
ハＷの位置合せ（アライメント）から露光壕での基本的
な動作を示しである。以下、その工程をステップ２００
〜２１３により説明するが、まず始めに、ウニノ・Ｗ上
に第１層目（ファーストレイヤー）の回路パターンを転
写する場合について述べる。

ステップ２００ レチクルＲを第１図のようにレチクルステージ２に載置
するＮｉＪに、座標系ＸＹにおけるＲ−ＭＩＣ１６の検
出中心（指標）の投影位置を測定（チェフク）する。こ
の様子を第１１図に基づいて説明する。

第１１図は投影レンズ１のイメージフィールドｉｆ中に
投影されたＲ−ＭＩＣ１６，１７の指標の像１６ａ。

１７ａの配置と、基準マーク板３０の配置を示す。

尚、イメージフィールトロ内にはレチクルＲが回転誤差
を含めて位置ずれなくアライメントされたときに投影さ
れるパターン領域Ｐｒの投影像Ｐｒ′と、マークＲＳの
投影像Ｒｓ　／とを示した。Ｒ−Ｍ　Ｉ　Ｃ１６の指標
像１６ａは基準マーク板３０のクロス状のマーク３０Ｘ
、３０Ｙ又はレチクルＲのクロス状のマークＲＸｙを挾
み込むように相補的な形状であり、Ｒ−ＭＩＣ１７の指
標像１７ａはレチクルＲのマークＲθ、又は基準マーク
板３０のマーク３０Ｙを挾み込むような形状である。さ
て、このステップ２００ではＲ−ＭＩＣ１６の指標像１
６ａのＹ方向の位置をレーザ干渉計１４で計測する。尚
、以後の説明を簡単にするために、レーザ干渉計１２　
、１４で位置計測されるウニハス方−ジは基準マーク板
３０のマーク３０Ｘ、３０Ｙの交点が投影レンズ１の光
軸ＡＸを通るように位置決めてれたとき、座標糸ＸＹの
原点になったものとする。すなわち、その状態のとき、
ＩＦＣ６１内に設けられたレーザ干渉計１２用のＸカウ
ンタの計数値と、レーザ干渉計１４用のＹカウンタの泪
数値とが共に零になるように予めセントされている。指
標像１６ａの中心は長期的なドリフトや設定精度によっ
て、第１１図のように常にＸ軸上に位置するとは限らな
い。そこでＣＰＵ６０はウェハステージを原点位置（マ
ーク３０Ｘ、３０Ｙの交点と光軸ＡＸとが一致する位＋
ｆｆＯからＸ方向に移動した後、Ｒ−Ａ　Ｌ　Ｇ　６３
によってマーク３０Ｘ。

３０Ｙと指標像１６ａとが位置合せされるように、Ｘ−
ＡＣＴ７、Ｙ−ＡＣＴ５を駆動する。そして位置合せ達
成後、ＣＰＵ６０はそのときのウニノ・ステージのＹ座
標値、すなわちレーザ干渉計１４用のＹカウンタの値を
読み込み記憶する。そのＹ座標値をＹ、とする。

ステップ２０１ 次にＣＰＵ６０はレチクルＲをレチクルステージ２上に
ローディングし、真空吸着した後、レチクルステージ２
を微動させてレチクルＲのアライメントを行なう。これ
は指標像１６ａとレチク／ｌ／ＲのマークＲｘｙとが重
なり、指標像１７ａとレチクルＲのマークＲθとが重な
るように、Ｒ−ＡＬＧ６３を介して駆動部３，４により
レチクルステージ２を移動することにより達成される。

このレチクルアライメントの達成後、レチクルステージ
２は不図示の基台に真空吸着される。また、第１Ｉｌ！
目のレチクルＲには第１２図に示すように、第２層目以
降の電ね合せ蕗光時にウェハアライメントやレーザステ
ップアライメント等に用いるマークＷｙ、Ｗθ、マーク
Ｓｘ、　Ｓｙ、　Ｓｙ’か設けられている。

マークＷｙ、Ｗθは格子状のパターンであり、巨視的に
はＸ方向に伸びた線状マークであり、レチクルＲの２ケ
Ｊう［にＸ軸と平行に設けられる。マークＳＸはＹ　１
ｌｌｌｌ上に伸びた格子パターンであり、マークｓｙ、
ｓｙ’はともにＸ軸上に伸びた格子パターンである。マ
ークＳｙ％　Ｓｙ′はＸ軸上で中心ＲＣを挾んで両側に
設けられている。

ステップ２０２ 次にｃ　Ｐ　ｕ　６０はレチクルＲの座標系ＸＹに対す
る残存回転誤差、すなわちレチクルローテーション（以
下、ＲＲと呼ぶ）を測定する。まずウェハステージを指
標像１６ａとマーク３０Ｘ、３０Ｙとが本ね合された位
置に移動する。このとき少なくともＹ方向の位置が先に
記憶したＹ座標値Ｙ、になるようにウェハステージを位
置決めする。その後ｃ　ＰＵ６０は、マーク３０Ｘ、３
０ＹがレチクルＲのマークＲ８の投影像Ｒｓ　／と重な
るようにウニノ・ステージをＹ座標値Ｙ１が変化しない
ようＸ方向に移動させる。マークＲ８の像Ｒｓ’はマー
ク３０Ｙと重なり、ＤＤＡ系加によって第８図（Ｑに示
したように観察される。このときマーク３０Ｙが第８図
＜Ｃ＞のようにエツジＲ８ＩとＲ８２の中央に正確に挾
み込壕れていれば、レチクルローテーションの量は零で
ある。ところが一般には微小角度ではあるが回転誤差が
存在する。従ってマークＲ８とマーク３０Ｙは相対的Ｋ
Ｙ方向に変位して観察される。そこでＤｌ）Ａ系加、Ｄ
　Ｄ　Ａ　Ｃ６４によってマークＲ８とマーク３０Ｙの
Ｙ方向の位置ずれを検出し、その位置すれかなくなるよ
うにウニノ・ステージをＹ方向に微動する。そしてＣＰ
Ｕ６０は位置ずれがなくなったときのＹ座標値Ｙ、を記
憶する。そこで指標像１６ａの中心からマークＲ８の投
影像Ｒ５／、Ｅでウェハステージを移動させた距離をＬ
Ｘとすると、ＣＰＵ６０は座標系ＸＹに対するレチクル
Ｒの回転量ＯＲを式（りによって演算する。

ｅＲ＝ｔａｎ−’　（ＸＪ二ニーＸＬ）　−・・・・・
・・・　（すＬＸ ただし、回転ｈｔθＲは極めて小さいため、式（２）に
より近似演算する。

θＨ＝ｓｉｎ　”（−航二１−戸山二五・・・・・・（
２）ＬＸ　ＬＸ この回転角θＢは座標系ＸＹのＸ軸に対して、レチクル
ＲのマークＲｘｙ　の中心とマークＲ８の中心を結ぶ線
分がどれ位置いているかを表わす。以上でＲＲ測測定完
了する。

ステップ２０３ 次にＣＰ、　Ｕ　６０は不図示の搬送装置を制御してウ
ェハＷをウェハホルダーｌＯ上に載置する。このときウ
ェハＷは、その周辺に設けられた直線的な切欠き（以下
フラットと呼ぶ）を便ってフラットと座標系ＸＹのＸ軸
とが平行になるようにプリアライメントされる。

次にＣＰ　Ｕ　６０は、露光すべきウェハＷがロソ＋・
の一番初めのウェハか否かを判断する。通常、半導体素
子の製造では同一の処理を受ける複数のウェハをロット
（ｔ、ｏＴ）と称して管理している。

このためｌロット内のウェハは互いに製造時のバラつき
が少ない。

ここではロットの一脣初めのウェハを露光するものとし
て、Ｃｆ’Ｕ６ｏは次のステップ２０５を実行する。

ステップ２０５ 次にＣＰＵ６０は露光すべきパターンが第１層目（１ｓ
ｔ）か古かを判断する。ここでは第１２図に示した第１
層目用のレチクルＲを装着したので、ＣＰＵ６０は次の
ステップ２０６を実行する。

ステップ２０６ さて、この座標決定ＡでＣＰＵ６０はステップアンドリ
ピート方式によるウェハステージのステッピング座標を
、座標糸ＸＹに対してレチクル凡の回転量、θＲだけ傾
けるような補正演着−を行なう。

この様子を第１３図により説明する。第１３図において
レチクルＲのパターン領域Ｐｒの投影像Ｐｒ’は座標糸
ＸＹに対して回転量ＯＲだけ傾いている。

従って投影像１）　ｒ　ｌの回転誤差がないものと仮定
して、ウェハステージを単純にＸ方向、Ｙ方向に一定ピ
ッチだけ歩′ＪＩ！ｉさせては露光することを繰返すと
、例えばウェハＷ上でＸ方向に配列した投影像Ｐｒ’ｌ
の中心０１は正確にＸ１ＲＩＩ上に一致するものの、座
標系ＸＹに関して各投影像Ｐｒ’　、Ｐｒ’　１は回転
誤差を含んだま１である。そこで、座標系ＸＹに対して
投影像Ｐｒ’（レチクルＲ）の回転量θＲだけ傾いた直
交座標系αβを定め、この座標系αβに沿ってウェハス
テージをステッピングさせる。

このようにして露光した投影像Ｐｒ２’は投影像Ｐｒ’
も含めて、座標系αβに関しては回転誤差が除去された
ものとなる。

ここで座標系αβはウェハＷ上に同一の回路パターンが
マトリックス状の配置で転写された複数の局所領域、す
なわちチップの配列を表わすので、以後配列座標と呼ぶ
ことにする。さて、ウニノ・Ｗ上に配列すべき複数のチ
ップのＸ方向のピンチを第１３図のようにＳＰとすると
、Ｘ方向に繰返し露光する際、ウニノ・ステージを次の
ステッピングで現在位置からΔＸ、ΔＹだけ移動させた
位置に停止させればよい。その移動１ΔＸ、ΔＹはＸ方
向のステッピング時には式（３）　＋　（４）で決定さ
れ、Ｙ方向のステッピング時にはＹ方向のピンチをＳＰ
として式（５）　＋　（６）で決定される。

これら式（３）〜（６）に基づいて、ＣＰ　ｕ　６０は
ウェハステージがウェハＷ上での配列座標αβに従って
ステッピングするように、各チップの座標系ＸＹにおけ
る位置を予め演算する。

ステップ２０７ 次にＣＰ　Ｕ　６０はウェハステージを先の演算結果に
基づいてステッピングさせて、ウニノ・Ｗ上にレチクル
Ｒのパターンを繰り返し鯖光（プリント）する。このｖ
Ａ！ｌｌ返し露光によってウニノ・Ｗ上には例えば第１
４図のようにチップが配列される。第１４図ではウェハ
Ｗのフラン）ＦＬと座標系ＸＹＯＸ軸とが平行であった
ものとし、Ｘ方向に配夕ｌルた複数のチップのうち特定
の一列のみを示す。各チップＣ１〜Ｃ０の中心０．〜Ｏ
ｇは全てα軸上に位置し、しかも各チップとも配列座標
αβにおいてヲマ回転していない。

ステップ２０８ 以上のようにして露光された第１層目のウニノ・Ｗは、
ウニノ・ボルダ−ＩＯから取り出され、現像等の工程に
送られる。次のウニノ・Ｗｌすなわちロットの２番目の
ウニノ・を露光する場合、ＣＰ　Ｕ　６０はウェハの交
換（Ｗ交換）を行ない、再びステノア。

？０３から同様の動作を繰り返し実行する。

以上のようにして再びステップ２０３でウニノ・Ｗのプ
リアライメントが実行され、ＣＰＵ６０はステップ２０
４を実行する。ステップ２０４ではロットの２番目のウ
ニノ・を露光することが判断されて、ＣＰＵ６０はステ
ップ２０７を実行する。

２番目のウニノ・については、すでに回転量ＯＲに弔ル 応じた配列座標αβが決定されているので、その座標系
αβに従って第１４図のように各チップの露光が繰り返
し実行される。

以上の通り、第１層目のパターンの露光のときは重ね合
せの動作が不要であり、第１層目用のレチクルＲを交換
しない限り、ステップ２０３，２０４．２０７，２０８
が連続して繰り返される。こうしてｉ８光されたウェハ
は第１層目のプロセスを処されて第１５図のようにマト
リックス状のチップＣｎが形成される。チップＣｎの各
々は第１層目のレチクルＲのパターン領域Ｐｒが転写さ
れたものであり、谷チッグにはレーザステンプアライメ
ント用のマークＳｘｎ、Ｓ’／ｎと、ウェハアライメン
ト用のマークＷｙｎ、Ｗｅｎとが付随して形成される。

ただしマークＷｙｎ、Ｗθｎは、図面を簡略にするため
、ウェハＷ上の左右に離れた２つのチップＣ７、Ｃｊ２
に付随したマークＷｙ７．Ｗθ７とマークＷＹ］２．Ｗ
ｅ１２　のみについて図示した。また第１５図では１つ
のチップについて２つのマーク５ｘｎｒｓＹ”のみが直
焚する方向に伸びて設けられてい−るが、第１２図のレ
チクルＲのパターンからも明ら・かなように、実際には
第１６図に示すようにチップ中のマークＳｙｎ　と対向
する位置にマークｓ　ｙ　ｎｌも形成される。第１６図
はウェハＷ中の中央付近で配列座標系αβの原点のチッ
プＣ・、９の拡大図であり、マークＳｙ９　とマークＳ
ｙ９′とはα軸上に一致して形成される。尚、マークＷ
ｙｎ、Ｗθ口はマークＷＹ７とＷθ１２との間隔、ある
いはマークｗｅ７゜とＷ）’１２との間隔のいずれか一
方の間隔が、オフ・アクシス方式のＷ−Ｍ　Ｉ　０２１
　、２２のスポット光ＷＹＳ、ＷθＳの間隔りと等しく
なるように形成される。

上記第１層目の露光の際、レチクルローテーションに応
じてウェハステージを座標系ＸＹに対して１頃けてステ
ッピングさせることは、重ね合せ露光を必要としないフ
ォトリピータ、すなわち原図となるレチクルを用いて、
グロキゾミティ方式、又はコンタクト方式の一括露光装
置に使用するワーキングマスクを作るための露光装置に
も極めて有効である。

続いて、第１層目のパターンが転写されたウェハＷＫ第
２層目以降のパターンを重ね合せて露光する動作を、先
に示した第１０図のフローチャート図を用いて説明する
。第１層目の露光で、レチク／ｌ／　ａ−チージョン−
６Ｑ−に応じてウェハステージのステッピング位置を補
正することで、ウェハ上の配列座標糸αβに対する各チ
ップの回転（以下、チップローテーションＣＲと呼ぶ）
が除去されて、転写されるとしたが、必らずしも回転量
が零になるとは限らない。その原因としては、装置のド
リフトによるアライメント精度やステッピング精度の低
下、あるいはレチクルアライメントの完了後に、レチク
ルステージ２を基台に真壁吸着するときに生じる位置ず
れ等が考えられる。また第１１ｔｌ目を他の露光装置で
転写した場合は、必らずしもレチクルローテーションを
補正するように、すなわちチンプローチ−ジョンを除去
して各チップを配列したとは限らない。このチンプロー
デージョンは例えば第１７図に示すように、各チップの
中心は配列座標系αβに沿って正確に位置するが、各チ
ップ自体は回転量θＣだけ傾いたものとなる。

従って第２層目以降の重ね合せ露光ではレチクルローテ
ーション以外ニチップローテーションモ測定し、補正す
る必豊かある。

さて、第２層目を露光するｔ４ｉＪに、第２層目用のレ
チクルＲ（Ｎ（８図に示したレチクルＲ）を露光装置に
装着し、第１０図のステップ２００〜２０５までを前述
の動作と全く同様に実行する。ここではロヅトの１番目
のウェハの第２層目のパターンを露光するので、次のス
テップ２１３を実行する。

ステップ２１３ ここでＣＰ　Ｕ　６０はＷ−Ｍ　Ｉ　Ｃ２１、２２の較
正（いわゆる平行出し）を行なう。１ず、ＣＰＵ６０は
ＷＡ　Ｃ６５と共働して基準マーク板３０のマークＦＭ
ｙがＷ−ＭＩＣ２１のスポット光ＷＹＳと一致するよう
に、ウェハステージを位置決めする。そしてＣＰＵ６０
はそのときのウェハステージのＹ座標イ直を記憶した後
、そのＹ座標値が変化しないようにウェハステージをＸ
方向に間隔りだけ移動させる。

これＫよって基準マーク板３０のマークＦＭＶがＷ−Ｍ
ＩＣ２２の観察視野内に位置する。次にＣＰＵ６０はマ
ークＦＭｙとスポット光ＷθＳとが一致するように、第
６図に示したようなバーピングガラス２２ｂをＷＡＣ６
５を介して調整する。

以上の動作によって、スポット光ＷＹＳとＷＯ３とを結
ぶ線分は座標系ＸＹのＸ軸と正確に平行になる。

さてＷ−Ｍ　Ｉ　Ｃ２１、２２の平行出しが終わると、
ＣＰ　Ｕ　６０は第１５図に示したウェハＷのマークＷ
ｙ７がＷ−ＭＩＣ２１の視野内に位置し、マークＷθ１
２゜がｗ−ＭＩＣ２２の視野内圧位置するように、ウェ
ハステージを位置決めする。そしてスポット光ＷＹＳと
マークＷｙ７　とが一致するようにウェハステージをＸ
方向に位置決めした後、ＣＰＵ６０はスポット光ＷＹＳ
とマークＷｙ７とが一致した状態を保った箇ま、スポッ
ト光ＷθＳとマークＷθ１２とが一致するようにウェハ
ホルダー１０を回転させる。これによってウェハの座標
系ＸＹに対する回転誤差が除去され、配列座標系αβも
座標系ＸＹに対して回転ずれなく設定される。

そしてＣＰＵ６０はスポット光ｗｙｓとマークＷｙ７と
が一致した状態のとき、レーザ干渉計１４のＹカウンタ
の値をＹ座標値Ｙｇｏとして記憶する。次にＣＰ　Ｕ　
６０はＬＳＡ系１８によるスポット光ＳＰｘ　（第４図
参照）がウニノ・Ｗの中央伺近のチップＣ９（第１５図
診照）のマークＳｘ９と致するようにウェハステージを
移動する。マークＳｘ９　の位置はＬＳＡＣ６２によっ
て検出される。具体的にはマークＳｘ９　とスポット光
ＳＰｘ　とを平行に位置させた後、マークＳｘ９　とス
ポット光Ｓ　Ｐ　ｘとが相対的に走査するようにウェハ
ステージをＸ方向に所定量だけ移動させ、その時マーク
３ｘ９から生じる回折光の強度分布を抽出する。そして
例えばその強度分布のピーク位置、強度分布をＸ方向に
２等分する位置、又は強度分布の重心位置をめる。

そのめた位置にウェハステージを戻すことによってスポ
ット光Ｓ　Ｐ　ｘとマークＳｘ９　とは精密に一致する
。

こうしてマークＳｘ９とスポット光ＳＰｘ　とが一致し
た時、ＣＰ　Ｕ　６０はレーザ干渉計１２のＸカウンタ
をＸ座標値Ｘｇｏ　として記憶する。以上の動作により
ウェハＷの配列座標系αβと座標系ＸＹの対応付けが完
了する。ただし、この場合、座標系αβのα軸は第１５
図とは異なυ、マークＷｙ７．Ｗθ７、ＷＹＩ２　、Ｗ
Ｏ１２ヲ通ルコトに７”、Ｃ７，、が、Ｗ−ＭＩＣ２１
、２２を使ったアライメント時に、Ｙカウンタから読み
取ったＹ座標値Ｙｇｏを、マークＳｙｎ　（Ｓｙｎ’）
とマークＷｙｎ（Ｗθｎ）とのβ方向の間隔分だけ小さ
くすることによって、α軸は第１５図と同様に規定され
る。

このためＸ、Ｙカウンタの計数値が記憶したＸＹ座標値
Ｘｇｏ、ｙｇｏと各々等し、くなるようにウェハステー
ジを位置決めすると、投影レンズ五の光軸ＡＸ、すなわ
ちレチクルＨの中心ＲＣの投影点とチップＣ９の中心０
９（座標系αβの原点ンとを一致させることができる。

以上でウェハグローバルアライメントとが終了する。

ステップ２１０ ここでＣＰＵ６０は先に説明したテングローチージョン
（ＣＲ）を画定する。ＣＲ測測定はＬＳＡ系１９による
スポット光ＳＰｙを用い、ウェハ上の各チップの両側に
形成されたマークＳｙｎとｓ　ｙ　ｎ／のＹ方向の位置
ずれを検出することによって回転量θＣをめる。まずＣ
Ｐ　Ｕ　６０はスポット光ＳＰｙがウェハ中央付近のチ
ップＣ９のマークＳｙ９　をＹ方向に走査するようにウ
ェハステージを移動させ、スポット光ＳＰｙとマークＳ
ｙ９　とが一致したときのＹ座標値Ｙ３をＹカウンタか
ら読み込み記憶する。次にスポット光ＳＰｙがマークｓ
　ｙ　９１と平行に並ぶように、ウェハステージをＸ方
向に移動する。その移動量はマークＳｙ９とＳｙ９′の
間隔分であるが、レーザ干渉計１２のＸカウンタから正
確に読み取るものとして、Ｐｘとする。次にＣＰＵ６０
は同様にマークＳｙ９’をスポット光ＳＰｙでＹ方向に
走査し、スポット光ＳＰｙとマークＳ　Ｖ　９’とが一
致したときのＹ座標値Ｙ４をＹカウンタから読み込み記
憶する。以上の計測値に基づいて、ＣＰ　Ｕ　６０は式
（７）によりチップローテーションの回転量θＣを演算
する。ただしθＣは極めて小さいので近似しである。

ｆ）ｃ−４５ｉｎ　”卵）　＝　Ｙ３　Ｙ４　、、、、
、、　（７）Ｐｘ 以上、チップローテーションの計測は、ｆｉｔ　）Ｘ　
向上の点でウェハＷの中央付近に位置する複数のチップ
について同様に行ない、その各チップでめた回転ｈ１θ
Ｃを平均化した方がよい。

以上によりＣＰＵ６０はＣＲ測測定終了し、次のステッ
プ２１１を実行する。

ステップ２１１ ここでＣＰ　Ｕ　６０はウェハＷを、第２層目用のレチ
クルＲの回転量θＲとチップローテーションの回転量θ
Ｃの差Δθだけ座標系ＸＹに対して傾けて位置決めする
ようにウェハのグローバルアライメントを再度実行する
。この再アライメントの手順は２辿りある。１つはウェ
ハＷ上のマークｗｙ。

Ｗθを使う方法であり、もう１つは基準マーク板３０の
マークＦＭｙを使う方法である。ウェハＷ上のマークＷ
ｙ、Ｗθを使う場合、ＣＰ　Ｕ　６０は先のステップ２
０３と同様に、ＷＡＣ６５と共働してＷ−ＭＩＣ２１０
スポット光ｗｙｓがマークＷＹ７と一致し、Ｗ−ＭＩＣ
２２のスポット光ＷθＳがマークＷθ１２と一致するよ
うに２次元移動ステージを位置決めする。

次にｃ　Ｐ　Ｕ　６０はスポット光ｗＹｓとＷＯ３の間
隔りと、回転量Δθとに基づいて、ウェハＷを座標系Ｘ
Ｙに対してΔθだけ傾けたときに生じるマークＷｙ７　
とマークＷθ１２のＹ方向の偏差量ΔＹＣを、式（８）
により演算する。ただし回転量θＣが極めて小さいので
近似しである。

ΔＹＣ：Ｌ　−５ｉｎ（θＣ−θＲ）＝Ｌ・（θＣ−θ
Ｒ＞−＜８）尚、レチクルローテーションの回転方向は
座標系罫において反時計回りを正とし、チンプローチ−
ジョンの回転方向は配列座標系αβにおいて反時計回り
を正とする。そしてＣＰｕ６ｏはこの偏差量ΔＹＣだけ
ウェハステージをＹ方向に＃動させる。

Ｙ方向の正負のどちらに移動するかは（θＣ−０Ｒ）の
演算結果が正になるが負になるかによって決まる。ここ
では（θＣ−０Ｒ）が正のときはウェハステージをＹ方
向の負に偏差量ΔＹＣだけ移動させるものとする。次に
ＣＰ　Ｕ　６０はＷＡＣ６５を制御して、Ｗ−ＭＩＣ２
２内のバーピングガラス２２ｂ（第６図参照）を回転さ
せ、２次元移動ステージを偏差量ΔＹＣだけ移動させた
方向にスポット光ＷθＳを変位させる。そしてＷＡＣ６
５によってスポット光ＷθＳとマークＷθ１２との一致
が検出された時点でバーピングガラス２２ｂの回転を停
止する。

一方、ウェハの再アライメントでマークＦＭｙを便う場
合は、まずマークＦＭｙとスポット光ＷＹＳとが一致す
るようにウェハステージを位置決めする。そしてウェハ
ステージをＸ方向に平行に距離りだけ移動させるととも
に、先の式（８）で決まった偏差量ΔＹＣだけＹ方向に
移動させた位置に停止させる。その後、スポット光Ｗθ
ＳとマークＦＭＹとが一致するようにバーピングガラス
２２ｂを回転させればよい。

以上までの動作でスポット光ｗｙ　ｓ　トｗθＳとを結
ぶ線分は座標系Ｘ　Ｙ　（１）　Ｘ軸に対して回転Ｍｉ
Δθだけ傾いたものに調整される。次にＣＰＵ６０は先
のステップ２０３と同様にマークＷＹ７がスポット光Ｗ
ＹＳと一致し、マークＷθ工２がスポット光ＷθＳと一
致するように、２次元移動ステージをＹ方向に微動させ
ると共にウェハホルダー１０を微小回転させる。これＫ
よってウェハＷの配列座標系αβは座標系ＸＹに対して
回転量Δθだけ傾いてアライメントされる。しかもレチ
クルＲの投影像Ｐｒ’とウェハＷ上の重ね合せるべきチ
ップとの相対的な回転誤差は除去されたものとなる。

以上の様子を図示すれば第１８図、第１９図の通りであ
る。第１８図はウェハＷの配列座標系αβと座標系ＸＹ
とを一致させて、チップＣ９に第２層目のパターンの投
影像Ｐｒ’を重ね合せた場合を示す。

レチクルＲのローテーションによる投影像Ｐｒ’は座標
系ＸＹＫ対して負方向にθＲだけ回転し、ウェハＷ上の
各チッ７”Ｃｎはチングローチージョンのために座標系
ｘｙ（αβンに対して正方向にθＣだけ回転している。

そこで先に説明した通り、回転量θＲ１θＣに応じてウ
ェハＷを再アライメントすることによって、第１９図に
示すように配列座標系αβは座標系ＸＹＫ対してΔθだ
け傾き、投影像Ｐｒ’とチップＣ９は相対的な回転すれ
かなく一致する。そこでステップアンドリピート方式で
露光する際、ウェハステージを座標系ＸＹに従ってステ
ッピングさせるのではなく、座標系ＸＹに対してΔθだ
け傾いた座標系ｘ’ｙ’（第１９図では配列座標系αβ
と一致している。ンに従ってステッピングさせれば、各
チップとも回転誤差なく重ね合せ露光が行なわれる。以
上によってステップ２１１のウェハ再アシイメントが完
了する。

ステップ２１２ 次にＣＰＵ６０はウェハステージのステッピングにおけ
る補正量を、先の式（３）〜（６）と同様に演算する。

すなわち、ウェハＷ上でα（Ｘ′）軸に沿って一列に並
んだチップを順次露光する場合は式（９）、（１０によ
って次に露光する隣りのチップまでのステッピング距離
ΔＸ、ΔＹをめ、β（Ｙ′）軸に沿って一列に並んだチ
ップを順次路光する場合は、式Ｑｌｌ、　（Ｊ’Ｊによ
ってβ方向の隣りのチップまでのステッピング距離ΔＸ
、ΔＹをめる。

■ΔＸ＝　Ｓ　Ｐ　−ｃｏｓ（ΔθＪ＝ＳＰ　・・・・
−（９）１ΔＹ＝Ｓ　Ｐ　−５ｉｎ（Δθン＝ｓＰ・Δ
θ　・・・・・・・・・　ぐＱただしＳＰは配列座標系
αβにおけるチップのα方向の配列ピッチであり、ＳＰ
′はβ方向の配列ピッチである。また回転量Δθは極め
て小さいので近似式としである。

ステップ２０７ 次にＣＰ　ｕ　６０はステップ２１２で演算されたステ
ッピング量（ΔＸ、ΔＹ）に応じて　ウェハステージを
歩進させ、第２層目のレチクルＲの投影像Ｐｒ’をウェ
ハＷ上の各チップと重ね合せて順次露光する。以上によ
りウェハＷ上の各チップは、レチクルローテーションと
チンプローチ−ジョンとが実質的に除去されて、より精
密な重ね合せが達成される。

ステップ２０８ こうして露光されたウェハＷは装置のウェハホルダーｌ
Ｏから搬出され、次のウェハすなわちロットの２番目の
ウェハの露光を行なう場合は、ｃＰＵ６０はステップ２
０３から同様の動作を繰り返す。

ただし、ステップ２０４から点線で示したようにステッ
プ２１３のウェハ・アライメントは、ウェハのプリアラ
イメント後、ステップ２１１で調整されたＷ−Ｍ　Ｉ　
Ｃ２１，２２のスポット光ｗｙｓ、ｗθＳにマークＷｙ
　ｎ　、Ｗ＆ｎを一致させ、ＬＳＡ系１８ノスポット光
ＳＰｘにマーク３ｘｎを一致させるグローバルアライメ
ントをただちに実行する。これは四−ロット内の各ウェ
ハにはバラつきが少なく、チップローテーション量も変
化しないためである。

そして次のステップ２０４でＣＰ　Ｕ３Ｏはロットの２
番目のウェハであると判断し、ただちにステップ２０７
のプリント（露光）動作を開始する。このように同一ロ
ットの２番目以降のウェハについてはステップ２０３．
２０４，２１３，２０７，２０８の順に露光処理される
。またロットが終了し１次のロットの露光する際レチク
ルＲを交換する場合、ＣＰＵ６０はステップ２０９の判
断により、レチクルＲを搬出してステップ２００からの
動作を繰秒返す。

さて上記動作の説明において、ステップ２０７ではウェ
ハステージを歩進させるだけで、特にウェハ上のマーク
を使って位置合せすることはしなかった。しかしながら
ウニノ・の伸縮（ランアウト）が起ると、ウニノ・上の
チップの配列ピンチが設計上のものと異なってくるため
、東ね合せ精度の低下を招くことになる。そこでウニノ
・ステージをステッピングさせて投影像Ｐ　ｒｒとチッ
プＣｎとを合致させる際、レーザステップアライメント
系によるスポット光ＳＰｘ、ＳＰｙを便って、チップ周
辺のマークＳｘｎ、３ｙｎをそれぞれ走存し、投影像Ｐ
ｒ′の投影位置に対するチップのずれ量をめ、そのずれ
量が零になるようにウェハステージを微動させてから、
そのチップの霧光を行なうとよい。

この１チツプについてのアライメントはウェハステージ
のステッピングのたびに行１．Ｃ，つてもよいしくステ
ップアライメント）、またウニノ・上の特定のチップの
みについて行ない、他のチップはウェハステージのステ
ッピングだけで位置決めして露光する（ブロックアライ
ノントラようにしてもよい。’Ｅ　ｆＣウェハ上の各チ
ップ毎にレチクルＲのマ−りＲ８と重なるような線状マ
ークを設ければ、Δθの座標補正によるステッピング後
、この線状マークとマークＲ８との合致状態をＤＤＡ系
２０とＤＤＡＣ６４により検出することによってダイ・
パイ・ダイ方式のステップアライメント、又はブロック
アライメントを行ない、微小な位置ずれ量を補正するこ
とができる。このようなダイ・パイ・ダイ方式のアライ
メントを主にする蕗光装隨では、レチクルローテーショ
ンとチンプローチ−ジョンとを補正した段階、例えば第
１９図のようにレチクルＲとウェハＷとを配置した後、
露光時にウェハステージは単に座標系ＸＹのＸ軸、Ｙ軸
と平行にステッピングさせるだけでもよい。第１９図で
ウェハＷをＸ軸の負方向にピッチＳＰだけステッピング
させてパターン領域Ｐｒの投影像Ｐｒ’とチップ０１０
とを重ね合せる場合、投影（象Ｐｒ’とチップＣＩＯと
の相対的な回転ずれは除去され、単にＸ方向とＹ方向の
位置ずれのみが残存する。とのＸＹ方向の位置ずれはダ
イ・パイ・ダイ方式のアライメントでウェハステージを
微動させるだけで容易に除去できる。

以上本発明の第１の実施例を説明したが、第１０図のス
テップ２００のＲ−ＭＩＣチェック、ステップ２０１の
レチクルアライメント、及びステップ２０２のＲＲ測測
定組み合せて複数回行なうことで、レチクルローテーシ
ョン量を零に追い込むことも可能である。そのためには
第１図に示したＲ−ＭＩＣ１７の光学系中に第６図に示
したようなバーピングガラスを設け、第１１図に示した
Ｒ−ＭＩＣ１７の指標像１．７　ａがＹ方向に微小量だ
け変位するように構成する。そして、ステップ２００　
、２０１．２０２を実行して、レチクルローテーション
の回転量θＲをめた後、Ｒ−ＭＩＣ１７のバーピングガ
ラスを回転させて、その回転量θＲに応じた量だけ指標
像１７ａをＹ方向に微小量シフトする。この動作は具体
的には基準マーク板３００基準マーク３０ＹをＲ−Ｍ、
ＩＣ１６の指標像Ｌ６ａの投影位置から指標像１７ａの
投影位置まで移動させた後、更に基準マーク３０ＹをＹ
方向に回転量θＲに応じた童だけ微動させ、そのときの
基準マーク３０Ｙに指標像１７ａが合致するように）・
−ピングガラスを振ることによって達成される。そして
再度、この調整されたＲ−ＭＩＣ１７の指標像１７ａと
、Ｒ−ＭＩＣ１６の指標像１６ａを基準にレチクルアラ
イメントを実行する。このアライメント後、再びレチク
ルローテーションを計測し、回転量θＲが検出系の精度
や機械系の精度に依存して予め指定した精度内に入った
ときは次のステップ２０３を実行し、そうでないとさは
再びＲ−ＭＩＣ１７のノ１−ピングガラスを調整し直す
。以上のことをｌブ「定の精度が得られる葦で繰り返し
実行することによって、レチクルローテーションの回転
量θＲは極めて小さなものに追い込葦れる。ただし、こ
のような方法はランダムに発生する位置ずれに対しては
偶然を持つことになり、総合的なレチクルアライメント
時間を長くすることになる。

このため、本実施例のように１度だけＲＲ測測定実行し
、その後はウエパの回転補正やステッピング座標の回転
等によって回転ずれを補正した方が時間的には尚速にな
る。もちろん、上記レチクルアライメントの方法はレチ
クルをほとんど交換しないようなときは、有効な方法で
ある。

次に本発明の第２の実施例を説明する。先の実施例でチ
ングローチージョンはレーザステップアライメント基の
スボント光ＳＰｙを使ってチップ両側のマークＳｙｎ、
Ｓｙ口′のＹ方向の変位を計測することによって検出し
た。第２の実施例ではＤＤＡ系加とＤＤＡＣ６４を使い
、レチクルＲのマークＲ８を基準窓としてチップ両側の
マークをウェハステージの移動により検出することによ
ってチップローテーションを測定する。その測定手順を
第加図を用いて説明する。まずＷ−Ｍ　Ｉ　Ｃ２１、２
２によってウェハＷをグローバルアライメントし、座標
系ＸＹと配列座標系αβとを一致させる。次にグローバ
ルアライメントのｆ青度とウニノーステージのステッピ
ンク精度に頼って、ウニノ・の中央付近のチップＣを投
影レンズ１の直下に位置決めする。次にＤＤＡ系２０に
よってレチクルＲのマークＲ８を観察すると、チップＣ
の右側に、Ｘ方向に伸び友勝状マークＤＭＩがマークＲ
８とともに検出される。そして、Ｄ　Ｄ　Ａ　Ｃ６４に
よってマークＲｓのエツジＲｓｌ　、Ｒｓ２に対するマ
ークｌ）ＭｌのＹ方向の位置ずれ竜ΔＹＭＩを検出する
。次にウェハステージのＹ座標値を変化させることなく
Ｘ方向に移動し、チンプＣの左側にＸ方向に伸びて形成
された線状マークＤＭ２を、マークＲ８を介してＤＤＡ
系かで観察し、ＤＤＡＣ６４によってマークＲ８に対す
るマークＤＭ２のＹ方向の位置ずれ童ΔＹＭ２を検出す
る。マークＤＭＩとＤＭ２の間隔ＬＤは設計上予め決め
られているから、チンプローチ−ジョンの回転量θＣは
近似的に弐ａ→によってめられる。

尚、ＤＤＡ系２）が鑵光光と同一波長の照明光をレチク
ルＲのマークＲ８Ｋ照射するように構成されているとき
は、ウェハステージがＸ方向に移動する間、その照明光
を遮断する必要がある。

次に本発明の第３の実施例を第２１図、第２２図に基づ
いて説明する。今１での各実施例においては、レチクル
ローテーションの回転−３ｌｌ：ＲＣの測定と、チング
ローチージョンの回転量θＣの測定とを個別に行ない、
演算によりその偏差の回転量Δθをめていた。第３の実
施例はその演算を行なうことなく直接回転量Δθを検出
するようにしたものである。第２１図は第１図に示した
縮小投影型間光装置のレチクルステージ２付近を部分的
に示す斜視図であり、第１図と同一の部材には同一の符
号を付けである。本実施例ではＤＤＡ系か、ミラー２（
ｌａと同一構成のダイ・パイ・ダイアライメント系、す
なわちＤＤＡ系が、ミラー２０ａ’を投影レンズ１の光
軸ＡＸを中心に回転対称の位置に設ける。

これに対応してレチクルＲにはパターン領域Ｐｒを挾ん
でマークＲ８の反対側に、同様の窓状のマークＲｓｌを
形成しておく。ＤＤＡ系Ｗはミラー加ａ′で折り返され
たマークＲｓ’の像を観察するとともに、投影レシズ１
を介してウェハ上のマークも観察する。

さて、第２１図に示した２つのＤＤＡ系加、２０′を用
いると、第２層目以降のレチクルに対しては第１０図の
ステップ２０２（ＲＲ測定〕が省略でき、さらにステッ
プ２１０（ＣＲ測測定では直接回転量Δθを測定するこ
とになる。その回転量Δθの測定手順を第２２図を使っ
て説明する。まずＷ−ＭＩＣ２１，２２の平行出しを基
準マーク板３０を使って行なった後、ウェハ上のマーク
Ｗｙ７．Ｗθ１２を各々スボント光ｗｙｓ、ｗθＳに合
わせるウニノ・アライメントを実行する。これによって
ウニノ・上のチンプＣの配列座標系αβとウニノ・ステ
ージの座標系ＸＹとの回転誤差が除去される。第２２図
はその配列座標系αβと座標系ＸＹとが一致した場合を
示し、座標系ＸＹにおいてチッグＣは回転量θＣだけ正
方向に回転し、レチクルＲのパターン領域Ｐｒは回転量
θＲだけ負方向に回転して重なっているものとする。そ
して、チンプＣの右側のマークＤＭＩがレチクルＲのマ
ークＲ８のエツジＲ５１とＲｓ２　の中心すなわち線１
１ｒ上に位置合せされるようにウェハステージをＸ座標
値を変えることｒ、（（Ｙ方向に位置決めする。

このときｃｉ’Ｕ６０はウェハステージのＹ座標値Ｙ。

を読み込む。次にチッグＣの左側のマークＤＭ２がマー
クＲＳ　／の中心（線１ｒ）と一致するようにウェハス
テージをＸ座標値を変えることなくＹ方向に位置決めし
、ＣＰＵ６０はそのときのＹ座標値Ｙ。

を読み込む。マークＲｓとＲｓ’　のウニノ１上での間
隔は、マークＤＭＩとＤＭ２の間隔と等しいものと、し
て間隔ＬＤとすると、回転量θＣ１θＲがともに極めて
小さいので、ＣＰＵ６０は近似式１．ＩＱに基づいてΔ
θを計算する。

Δθ中エビー心・・・・・・・・・　αＯＤ 回転量Δθをめた後は、第１の実施例と同様にウェハを
座標系ＸＹに対してΔθだけ傾けて再アライメントし、
Δθだけ傾いた座標系αβに沿ってステップアンドリピ
ート方式の露光が行なわれる。

また、Ｄ　Ｄ　Ａ　Ｃ６４にマークＲ５（Ｒ５’）とマ
ークＤＭＩ（ＤＭ２）とのずれ量を検出する（幾能があ
る場合は、マークＲ５（Ｒ８’）の中心（線１１ｒ）と
マークＤＭＩ（ＤＭ２）とのＹ方向に関するずれ量ΔＹ
、　（ΔＹｔ）を線１ｒを零として正負の極性を考慮し
てめた後、式ａＱと同様に、 を演算することができる。このようにＤ　Ｄ　Ａ　Ｃ６
４の処理回路側にずれ量の検出機能がある場合は、テン
グローチージョンの計測のためにウェハステージを微動
させることもなく、より高速な計測が可能となる。

さらに本実施例のように２つマークＲｓ、　Ｒｓ’をパ
ターン領域Ｐｒの両側に設けると、レチクルアライメン
ト後であっても基準マーク板３０を便ってレチクルロー
テーションの計測が可能である。この場合、まずレチク
ルＲのマークＲｓ　と基準マーク板３０のマーク３０Ｙ
とを位１区合せした後、マークＲＳ　／とマーク３０Ｙ
がＤＤＡ系２０′で観゛察できるようにウェハステージ
をそのＹ座標値を変化させることなくＸ方向に移動させ
、マークＲＳ　／とマーク３０ＹとのＹ方向の位置ずれ
謳゛をめれば、回転量θＲを計則したことになる。

以上、本発明の３つの実施例を説明したが、特に第３の
実施例に示したようにチップローテーションとレチクル
ロープ−ジョンとの差Δθヲ、座標系ＸＹを介“ｒるこ
となく直接泪測する方法は、レーザ干渉側のような高精
度、高分解能の位置検出装置を持たない露光装置にも応
用できる。例えば位置検出精度の低いエンコーダ等によ
ってウェハステージの位置を計測する露光装置では、ウ
ェハのグローバルアライメントの終了後、ウェハ上の配
列座標に従うようにステップアンドリピート方式でウニ
ハスデージを正確に送ることは難しく、１チツプの露光
の１負０１ｊに、例えばダイ・パイ・ダイ方式でそのチ
ップとレチクルとのアライメントを行なうのが普通であ
る。そこで＠３の実施例のように、レチクルローテーシ
ョンとチンプローチ−ジョンとの差Δθを直接検出し、
ウニノ・ステージの座標系ＸＹに対してウェハをΔθだ
け傾けてグローバルアライメントすれば、ウェハ上のチ
ップとレチクルとの相対的な回転ずれは除去される。

このためダイ・パイ・ダイ方式で各チッグ毎にレチクル
とのアライメントをすれば、極めて高ｎｔＪＸな重ね合
せが達成されるとともに、アライメント時間を不必要に
長くすることがないという利点がある。このように、レ
ーザ干渉計による位置検出装置を持たない露光装置では
ウニノーステージは単にＸ方向とＹ方向にのみ粗動し、
レチクルステージ２はＸ方向とＹ方向に微動するような
構成にし、ウニノ・をＩΔ・０だけ回転補正した後、ダ
イ・ノ（イ・ダイアライメントすることによって同様の
効果が得られる。

また上記第１〜第３の各実施例で、チップローテーショ
ンの測定のだめのマーク３ｙｎ、Ｓｙｎ’、やマークＤ
ＭＩ、ＤＭ２は、それぞれチップの中心０を通る線上に
一致して設けたが、チップの両側のマークを結ぶ線は必
らずしも中心Ｏを通る必要はない。また一対のマークは
チップの対角線上に配置してもよい。チップの対角線は
チップの左右の辺の間隔よりも長いので、そのようにす
るとチンプローチ−ジョンの計ＩＩＩ　ｋｇ度が向上す
るという利点がある。さらに、ウニノ・ローテーション
を補正する場合は、特開昭５６−１０２８２３号公報に
開示されているようにウニ／％の残存回転誤差を計測し
、ウニノ・の再アライメント（ステップ２１１）時にレ
チクルローテーション、チングローチージョンとともに
ウニノーローテーションも含めてウェハの回転補正を行
なうとよい。

以上、本発明は縮小投影型系光装置にのみ適用されるも
のはなく、例えば軟Ｘ線を用いてプロキシミｆイ方式で
露光するＸ線露光装置であっても、ステップアンドリピ
ート方式であれば全く同様の効果が得られる。

（発明の効果） 以上説明した通り、本発明によれば、１枚の被露光基板
（ウニノ・）にマスク（レチクルンの）くターンを繰り
返し重ね合せ露光する際、レチクルローテーションとチ
ンプローチ−ジョンとがともに補正されるから露光方式
のちがい、又は−同露光方式であっても異なる露光装置
間での製造誤差等にかかわらず、被露光基板に転写され
たノ（ターンは常に極めて重ね合せ精度の高いものとな
る。この結果、製造された半導体素子の良品率が高まり
歩留りが著しく向上するという効果が得られる。

さらにレチクルやウェハの回転ずれに関する位置決め精
度を追求しなくとも、基板移動手段（ウェハステーシフ
やマスク保持手段（レチクルステージ９の直交座標（座
標系ｘｙ）に対する位置決め精度を上けるだけで位置合
せ精度、再現性精度の高い露光装置を容易に得ることが
でさる利点もある。

【図面の簡単な説明】

＄１図は本発明の実施例による縮小投影型露光装置の概
略的な構成を示す斜視図、第２図はレーザステンプアラ
イメント系の光学配置図、第３図は基準マーク板３０の
マークＦＭの形状を示す図、第４図は投影レンズのイメ
ージフィールドｉｆとスポット光ＳＦＸ、ｓＰｙの配置
を示す図、第５図はイメージフィールドｉｆとオフ・ア
クシス方式のスポット光ｗｙｓ、ｗθＳとの配置を示す
図、第６図はスポット光ＷθＳをシフトさせるノ・−ピ
ングガラスの配置図、第７図は基準マーク板３０の平面
図、第８図は第２層目のパターンを転写するためのレチ
クルの平面図、第９図は本実施例の露光装置における制
御系の回路ブロック図、第１０図は本実施例の動作を説
明するだめのフローチャート図、第１１図はイメージフ
ィールドｉｆとレチクルアライメント顕微鏡の配置を示
す平面図、第１２図は第１層目のパターンを転写するた
めのレチクルの平面図、第１３図はレチクルローテーシ
ョンを補正する動作を説明する図、第１４図は第１層目
のパターンが転写されたウェハの平面図、第１５図はウ
ェハ上の各チップとアライメント用のマークの配置を示
す平面図、第１６図はウェハ上の１つのチップの拡大図
、第１７図はチップローテーションを説明する図、第１
８図はチンプローチ−ジョンとレチクルローグージョン
との関係を説明する図、第１９図はチンプローチ−ジョ
ンとレチクルローテーションとを補正する様子を示す図
、第２０図は本発明の第２の実施例によるチップローテ
ーションの測定動作を説明する図、第２１図は本発明の
第３の実施例による露光装置のレチクル付近の構成を部
分的に示す斜視図、第２２図は第２１図の構成によるチ
ップローテーションの測定動作を説明する図である。 ５、主要部分の符号の説明 ｌ・・・投影レンズ、２・・・レチクルステージ、６・
・・Ｙスフ−’；、８・・・Ｘステージ、９・・・２ス
ｆ−ジ、１０・・・ウェハホルダー、　１６　、１７・
・・レチクルアライメント顕微鏡、１８　、１９・・・
レーザステクプアライメント系、２０．２１ｊ・・・ダ
イ・パイ・ダイアライメント系、２１　、２２・・・ウ
ェハアライメント顕微鏡、６０・・・プロセスサー（Ｃ
ＰＵ）、 Ｒ・・・レチクル、Ｗ・・・ウェハ。 出願人　日本光学工業株式会社 代理人　護送　隆男 ［ 第５図 第８図（ａ） 第６図 第７図 第８図（Ｃ） 均 第９図 第１０図 第１１図 第１２図 第１，３図 第１４図 第１５図 第１ｂ図　第１７図 第１８図 第１’？図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１パターンを備えたマスクを保持するためのマ
   スク保持手段と；ｍＪ記第１パターンと整合し得る第２
   パターンが所定の配列座標に沿って複数形成された被露
   光基板を保持するとともに、該被露光基板を２次元的に
   移動するための基板移動手段と；前記第１パターンと第
   ２パターンの相対的な回転誤差を検出する回転誤差検出
   手段と；該回転誤差が補正されるように前記マスクと被
   露光基板のいずれか一方を回転させる回転手段と；該回
   転補正された前記第１パターンと前記複数の第２パター
   ンの各々とを順次位置合せするように、前記基板移動手
   段を制御する制御手段とを設けたことを特徴とする露光
   装置の位１り合せ装置。
2. （２）第１パターンを備えたマスクを保持するとともに
   、該マスクを所定の直交座標に沿って移動するためのマ
   スク保持手段と；前記第１パターンと整合し得る第２パ
   ターンが所定の配列座標に沿ってＪａｒ定間隔で複数形
   成された被露光基板を保持するとともに、該被露光基板
   を前記直交座標に沿って２次元的に移動するための基板
   移動手段と；前記第１パターンと第２パターンの相対的
   な回転誤差を検出する回転誤差検出手段と；該回転誤差
   が補正されるように前記マスクと被露光基板のいずれか
   一方を回転させる回転手段と；前記第２パターンの配列
   間隔に応じて前記基板移動手段を位置決めしたときに、
   前記回転補正に起因して生じた前記第１パターンと第２
   パターンの前記直交座標に沿った位置ずれを検出する位
   置ずれ検出手段と：該位置ずれを補正するように前記基
   板移動手段とマスク保持手段のいずれか一方を移動させ
   る制御手段とを設けたことを特徴とする露光装置の位置
   合せ装置。