JP3348918B2 - Alignment method, exposure method using the method, and device manufacturing method - Google Patents
Alignment method, exposure method using the method, and device manufacturing methodInfo
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- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、例えば統計的手法を用
いて予測した配列座標に基づいてウエハ上の各ショット
領域に順次レチクルのパターン像を転写する投影露光装
置において、レチクルとウエハ上の各ショット領域とを
順次位置合わせする場合に適用して好適な位置合わせ方
法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a projection exposure apparatus for sequentially transferring a reticle pattern image to each shot area on a wafer based on array coordinates predicted using, for example, a statistical method. The present invention relates to a suitable alignment method applied to a case where each shot area is sequentially aligned.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体素子又は液晶表示素子等をフォト
リソグラフィ工程で製造する際に、フォトマスク又はレ
チクル(以下「レチクル」と総称する)のパターン像を
投影光学系を介して感光基板上の各ショット領域に投影
する投影露光装置が使用されている。この種の投影露光
装置として近年は、感光基板を2次元的に移動自在なス
テージ上に載置し、このステージにより感光基板を歩進
(ステッピング)させて、レチクルのパターン像を感光
基板上の各ショット領域に順次露光する動作を繰り返
す、所謂ステップ・アンド・リピート方式の露光装置、
例えば縮小投影型の露光装置(ステッパー)が多用され
ている。2. Description of the Related Art When a semiconductor device or a liquid crystal display device is manufactured by a photolithography process, a pattern image of a photomask or a reticle (hereinafter collectively referred to as a "reticle") is formed on a photosensitive substrate through a projection optical system. A projection exposure apparatus that projects onto a shot area is used. In recent years, as a projection exposure apparatus of this type, a photosensitive substrate is placed on a two-dimensionally movable stage, and the stage is moved (stepped) by the stage, so that a reticle pattern image is formed on the photosensitive substrate. A so-called step-and-repeat type exposure apparatus that repeats an operation of sequentially exposing each shot area,
For example, a reduction projection type exposure apparatus (stepper) is frequently used.
【0003】例えば半導体素子は、感光基板としての感
光材が塗布されたウエハ上に多数層の回路パターンを重
ねて形成されるので、2層目以降の回路パターンをウエ
ハ上に投影露光する際には、ウエハ上の既に回路パター
ンが形成された各ショット領域とこれから露光するレチ
クルのパターン像との位置合わせ、即ちウエハとレチク
ルとの位置合わせ(アライメント)を精確に行う必要が
ある。従来のステッパー等におけるウエハの位置合わせ
方法は、概略次のようなものである(例えば特開昭61
−44429号公報参照)。[0003] For example, a semiconductor element is formed by laminating a large number of circuit patterns on a wafer coated with a photosensitive material as a photosensitive substrate. In such a method, it is necessary to accurately align each shot area on the wafer on which a circuit pattern has already been formed with a pattern image of a reticle to be exposed, that is, the alignment (alignment) between the wafer and the reticle. A conventional method of aligning a wafer in a stepper or the like is roughly as follows (for example, see Japanese Unexamined Patent Publication No.
-44429).
【0004】即ち、被処理基板となるウエハ上の予め設
定された配列座標に基づいて規則的に配列された多数の
ショット領域上には、それぞれ位置合わせ用のマーク
(アライメントマーク)を含むチップパターンが形成さ
れている。しかしながら、形成されたパターン上に別の
パターンを重ねる際、設定された配列座標に基づいてウ
エハをステッピングさせても、以下のような要因により
必ずしも満足な重ね合わせ精度が得られるとは限らな
い。That is, a chip pattern including alignment marks (alignment marks) is provided on a number of shot areas regularly arranged based on predetermined arrangement coordinates on a wafer to be processed. Are formed. However, when another pattern is superimposed on the formed pattern, even if the wafer is stepped based on the set arrangement coordinates, satisfactory overlay accuracy is not always obtained due to the following factors.
【0005】(1) ウエハの残存回転誤差Θ (2) ステージ座標系(又はショット配列)の直交度誤差
W (3) ウエハの線形伸縮Rx,Ry (4) ウエハ(中心位置)のオフセット(平行移動)OX,
OY (1) Remaining rotational error of wafer Θ (2) Orthogonality error W of stage coordinate system (or shot arrangement) (3) Linear expansion / contraction Rx, Ry of wafer (4) Offset of wafer (center position) (parallel) Move) O X ,
O Y
【0006】これら4個の誤差量は6個のパラメータで
表すことができるので、その内の4個のパラメータで表
される要素からなる2行×2列の変換行列Aと、オフセ
ット(平行移動)OX,OY を要素とする2行×1列の変
換行列Oとを考える。そして、ウエハ上の各ショット領
域の設計上の配列座標値(DXn,DYn)(n=0,1,
2,‥‥)と、ステップ・アンド・リピート方式で位置
合わせすべき実際の配列座標値(FXn,FYn)とが、そ
れら変換行列A,Oを用いて次のように表されるものと
する。Since these four error amounts can be represented by six parameters, a two-row × two-column transformation matrix A composed of elements represented by the four parameters and an offset (parallel movement ) Consider a transformation matrix O of 2 rows × 1 column having O X and O Y as elements. Then, the designed array coordinate values (D Xn , D Yn ) (n = 0, 1, 1) of each shot area on the wafer
2, ‥‥) and the actual array coordinate values (F Xn , F Yn ) to be aligned by the step-and-repeat method are expressed as follows using these transformation matrices A, O: And
【0007】[0007]
【数1】 (Equation 1)
【0008】このとき、ウエハ上から選択された複数の
ショット領域について実測して得られた配列座標値(F
MXn,FMYn)と、対応するショット領域について(数
1)に基づいて求めた計算上の配列座標値(FXn,
FYn)との平均的な偏差が最小になるように、最小自乗
法を用いてそれら変換行列A,Oを決定する。そして従
来は、その決定された変換行列A,Oと設計上の配列座
標値(DXn,DYn)とに基づいて、上記の(数1)から
実際に位置合わせすべき位置の計算上の配列座標値(F
Xn,FYn)を算出し、その算出された座標値をもとにウ
エハの各ショット領域を位置決めしていた。At this time, array coordinate values (F) obtained by actually measuring a plurality of shot areas selected from the wafer.
M Xn , FM Yn ) and the calculated array coordinate values (F Xn , F Xn ,
The transformation matrices A and O are determined using the least squares method so that the average deviation from F Yn ) is minimized. Conventionally, on the basis of the determined transformation matrices A and O and the designed array coordinate values (D xn , D yn ), the above formula (1) is used to calculate the position to be actually aligned. Array coordinate value (F
Xn , F Yn ) were calculated, and each shot area of the wafer was positioned based on the calculated coordinate values.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように算出された計算上の配列座標値(FXn,FYn)に
応じてウエハの位置合わせを行ったとしても、以下のよ
うな要因により必ずしも満足な重ね合わせ精度が得られ
るとは限らないという不都合があった。 (1) ウエハの各ショット領域上の回路パターン(チップ
パターン)の残存回転誤差θ、(2) ウエハ上の座標系
(チップパターン)の直交度誤差w、(3) チップパター
ンの直交する2方向への線形伸縮rx,ry これらは、ウエハ上の各ショット領域に最初に(第一層
目に)チップパターンを焼きつけた際の、レチクルの所
定の位置からのずれや回転、投影光学系の投影倍率の誤
差、又は投影光学系のディストーション(歪曲収差)な
どによって生じるものである。更にそれらの要因は、ウ
エハが加工プロセス等により受ける歪みによって変化す
るものである。However, even if the wafers are aligned in accordance with the calculated array coordinate values (F Xn , F Yn ) calculated as described above, due to the following factors, There has been a disadvantage that satisfactory overlay accuracy is not always obtained. (1) residual rotation error θ of the circuit pattern (chip pattern) on each shot area of the wafer, (2) orthogonality error w of the coordinate system (chip pattern) on the wafer, (3) two orthogonal directions of the chip pattern These are the displacement and rotation of the reticle from a predetermined position and the projection of the projection optical system when the chip pattern is first printed (first layer) on each shot area on the wafer. This is caused by a magnification error or distortion (distortion) of the projection optical system. Further, these factors change depending on the strain applied to the wafer by a processing process or the like.
【0010】本発明は斯かる点に鑑み、統計的手法を用
いて予測した配列座標に基づいて感光基板上の各ショッ
ト領域とレチクルとの位置合わせを行う際に、各ショッ
ト領域に転写されるチップパターン自体の伸縮や回転な
どの影響を小さく抑え、感光基板上の各ショット領域の
チップパターンとレチクルのパターンの投影像とをより
高精度に重ね合わせることができるようにすることを目
的とする。[0010] The present invention has been made in view of the points mow斯, when performing alignment between each shot area and the reticle on the photosensitive substrate based on array coordinates predicted using a statistical method, is transferred to each shot area An object of the present invention is to suppress the influence of the expansion and contraction and rotation of the chip pattern itself, and to superimpose the projection image of the pattern of the reticle and the chip pattern of each shot area on the photosensitive substrate with higher precision. .
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明による位置合わせ
方法は、マスク(2)上のパターンを基板(8)上に転
写するにあたって、前記基板上に二次元的に配列され、
それぞれマークが付随して設けられた複数のショット領
域(27−n)の各々を、基板の移動位置を規定する静
止座標系(X,Y)内の所定の転写位置に対して位置合
わせする方法において、基板上の前記複数のショット領
域のうちの少なくとも3つのサンプルショット領域(S
A)にそれぞれ付随したマーク(29−n,30−n,
34−n,35−n)の、静止座標系上における位置情
報を計測する第1工程(ステップ103)と、複数のシ
ョット領域の前記基板上での配列に関する第1の変換パ
ラメータ(A,O)と、ショット領域内におけるパター
ンとの相対的な結像関係の誤差に関する変換パラメータ
であって、且つ少なくともショット領域に対してマスク
のパターンが投影された時の基板上の複数のショット領
域の二次元配列方向のそれぞれの方向における線形伸縮
誤差(rx,ry)を個別に含む第2の変換パラメータ
(B)とを、第1工程で計測された複数のマークの位置
情報を第1、第2の変換パラメータを含む1つの座標変
換式(数10)を用いて統計演算することによって同時
に求めると共に、複数のショット領域の各々の静止座標
系上における配列位置情報(Gxn,Gyn)を算出する第
2工程(ステップ104,107)と、第2工程で算出
された配列位置情報に基づいて、基板上の複数のショッ
ト領域の各々を転写位置に対して位置合わせする第3工
程(ステップ108)と、を設けることとした。Alignment method according to the invention According to an aspect of the order to transfer the pattern on the mask (2) on a substrate (8), it is two-dimensionally arranged on the substrate,
A method of aligning each of a plurality of shot areas (27-n) provided with respective marks with respect to a predetermined transfer position in a stationary coordinate system (X, Y) that defines a movement position of a substrate. in at least three sample shot area of the plurality of shot areas on a substrate (S
A), marks (29-n, 30-n,
Of 34-n, 35-n) , a first step of measuring the position information in the stationary coordinate system (step 103), the first transformation parameters relating to sequences on the substrate of multiple shot areas (A, O) and a conversion parameter relating to an error in the relative imaging relationship between the pattern and the pattern in the shot area.
And at least mask the shot area
Multiple shot areas on the substrate when the pattern is projected
Linear expansion and contraction in each of two-dimensional array directions
The second conversion parameter (B) individually including the error (rx, ry) is used as the position of the plurality of marks measured in the first step.
The information is converted into one coordinate transformation including the first and second transformation parameters.
Simultaneous calculation by statistical calculation using the equation (Equation 10)
And a second step (steps 104 and 107) of calculating array position information (G xn , G yn ) of each of the plurality of shot areas on the stationary coordinate system, and array position information calculated in the second step And a third step (step 108) of aligning each of the plurality of shot areas on the substrate with respect to the transfer position.
【0012】[0012]
【0013】この場合、比較的簡単なマーク配置で、且
つチップパターンの形状誤差を2個のパラメータ(例え
ばチップローテーションの回転誤差θ、及び等方的なチ
ップスケーリングM)で表した場合には、各ショット領
域(27−n)内の基準位置(28−n)に対してそれ
ぞれ設計上一定の相対位置関係で2個以上のそれぞれ2
次元座標を示す位置合わせ用のマークを配置し、その第
1工程において、それら2次元座標を示す位置合わせ用
のマーク(29−n,30−n)の内、予め選択された
少なくとも4個の位置合わせ用のマークの静止座標系
(X,Y)上における座標位置を計測することが望まし
い。次に、本発明による露光方法は、本発明の位置合わ
せ方法を用いて位置合わせされた前記複数のショット領
域上に、そのマスクのパターンを投影光学系を介して順
次投影して、そのパターンをその基板上に順次転写する
工程を含むものである。 また、本発明によるデバイス製
造方法は、本発明の露光方法を用いてデバイスパターン
をその基板上に転写する工程を含むものである。 In this case, when the mark arrangement is relatively simple and the chip pattern shape error is represented by two parameters (for example, the rotation error θ of the chip rotation and the isotropic chip scaling M), Two or more each of the reference positions (28-n) in each shot area (27-n) are designed to have a fixed relative positional relationship with each other.
Positioning marks indicating dimensional coordinates are arranged, and in the first step, at least four of the positioning marks (29-n, 30-n) indicating the two-dimensional coordinates are selected in advance. It is desirable to measure the coordinate position of the alignment mark on the stationary coordinate system (X, Y). Next, the exposure method according to the present invention uses the alignment method of the present invention.
The plurality of shot areas aligned using a
Over the area, the pattern of the mask is sequentially projected through the projection optical system.
Next projection, the pattern is sequentially transferred onto the substrate
It includes steps. Also, the device according to the present invention
The fabrication method uses the exposure method of the present invention to form a device pattern.
Is transferred onto the substrate.
【0014】[0014]
【作用】本発明によれば、複数のショット領域の基板上
での配列に関する第1の変換パラメータ(A,O)ばか
りでなく、ショット領域内におけるパターンとの相対的
な結像関係の誤差に関する第2の変換パラメータ(B)
をも求めているので、これらの算出結果を利用すること
により、基板上の複数のショット領域の基準位置全てに
対して、位置合わせの誤差を平均的に小さくすることが
できると同時に、それらのショット領域上のチップパタ
ーン全てに対してマスクのパターン像との重ね合わせ誤
差を平均的に小さくすることができる。 更に本発明によ
れば、基板(8)上の各々のショット領域(27−n)
に設けた基準位置(28−n)の配列に関する変換パラ
メータ(変換行列A,O内のパラメータ)と、その基準
位置(28−n)に対するチップパターン(投影パター
ン)の倍率誤差及び回転誤差等に関する変換パラメータ
(変換行列B内のパラメータ)とが算出される。そし
て、回転に関する変換パラメータ等に基づいてチップパ
ターンの倍率誤差及び回転誤差等の少なくとも1つの誤
差を補正した後、変換パラメータ(変換行列A,O内の
パラメータ)に基づいて各ショット領域(27−n)の
位置決めを行うようにしているので、基板(8)上の各
ショット領域(27−n)の基準位置(28−n)が正
しく位置合わせされると共に、チップパターンとマスク
の投影像とが正確に重なり合う。 According to the present invention, a plurality of shot areas on a substrate
First conversion parameter (A, O) fool for array at
Relative to the pattern in the shot area
Second conversion parameter (B) relating to an error in a proper imaging relationship
Use the results of these calculations.
To all the reference positions of multiple shot areas on the substrate
On the other hand, it is important to reduce the alignment error on average.
At the same time, chip patterns on those shot areas
Overlay error with the mask pattern image
The difference can be reduced on average. Further according to the invention, each shot area (27-n) on the substrate (8)
The conversion parameters (parameters in the conversion matrices A and O) relating to the arrangement of the reference positions (28-n) provided in, and the magnification error and rotation error of the chip pattern (projection pattern) with respect to the reference position (28-n) Conversion parameters (parameters in the conversion matrix B) are calculated. Then, after correcting at least one error such as a magnification error and a rotation error of the chip pattern based on a conversion parameter related to rotation and the like, each shot area (27-27) is corrected based on a conversion parameter (parameters in the conversion matrices A and O). n), the reference position (28-n) of each shot area (27-n) on the substrate (8) is correctly aligned, and the chip pattern and the projected image of the mask are aligned. Overlap exactly.
【0015】この場合、1次元座標を示すマークに換算
した場合で、少なくとも7個の位置合わせ用のマークの
位置を計測しているため、従来の6個のパラメータ
(Θ、W,Rx,Ry,OX,OY)の他に、チップパター
ンに関する少なくとも1個のパラメータ(例えばチップ
ローテーションの回転誤差θ、チップパターンの直交度
誤差w、x方向のチップスケーリングrx、又はy方向
のチップスケーリングryの内の少なくとも1個)が決
定される。また、例えば2次元座標を示す位置合わせ用
のマークが使用されている場合には、計測すべき位置合
わせ用のマークの個数は、少なくとも4個となるが、そ
の内の1個の位置合わせ用のマークに関しては2次元座
標の内の1方向の座標を計測するだけで良いことにな
る。In this case, since the positions of at least seven alignment marks are measured when converted into marks indicating one-dimensional coordinates, the conventional six parameters (Θ, W, Rx, Ry) are used. , O X , O Y ), at least one parameter relating to the chip pattern (for example, a rotation error θ of the chip rotation, an orthogonality error w of the chip pattern, a chip scaling rx in the x direction, or a chip scaling ry in the y direction. Are determined. Further, for example, when alignment marks indicating two-dimensional coordinates are used, the number of alignment marks to be measured is at least four, but one of the alignment marks is used. For the mark, it is only necessary to measure the coordinates in one direction among the two-dimensional coordinates.
【0016】また、各ショット領域(27−n)内のチ
ップパターンとマスクの投影像との間の線形の重ね合わ
せ誤差は、オフセット誤差を除いて一例として4個のパ
ラメータ(チップローテーションの回転誤差θ、チップ
パターンの直交度誤差w、チップスケーリングのx方向
のパラメータrx、及びチップスケーリングのy方向の
パラメータry)で表される。これら4個のパラメータ
の内で、チップパターンの直交度誤差wは無視するよう
にしても良く(w=0)、且つチップスケーリングは等
方的(rx=ry=M)としても良い場合がある。この
場合には、チップパターンに関して求めるべきパラメー
タの個数は2個であるため、オフセット分を考慮して、
各ショット領域の基板(8)上の2次元座標を示す1個
の2次元の位置合わせ用のマークの他に、1個の2次元
座標を示す位置合わせ用のマークがあれば良い。この場
合、従来の6個のパラメータ及び上述のチップパターン
に関する2個のパラメータの値を決定するためには、2
次元座標を示すマークの場合では、基板(8)上で少な
くとも4個の位置合わせ用のマークの座標を計測すれば
良いことになる。但し、1個の2次元座標を示す位置合
わせ用のマークは、それぞれ2個の1次元座標を示す位
置合わせ用のマークで代用できることは勿論である。The linear superposition error between the chip pattern in each shot area (27-n) and the projected image of the mask is, for example, four parameters (rotation error of the chip rotation) excluding the offset error. θ, the orthogonality error w of the chip pattern, the parameter rx in the x direction of chip scaling, and the parameter ry in the y direction of chip scaling. Of these four parameters, the orthogonality error w of the chip pattern may be ignored (w = 0), and the chip scaling may be isotropic (rx = ry = M) in some cases. . In this case, since the number of parameters to be obtained for the chip pattern is two, taking into account the offset,
It is sufficient that there is a positioning mark indicating one two-dimensional coordinate in addition to one two-dimensional positioning mark indicating two-dimensional coordinates on the substrate (8) in each shot area. In this case, in order to determine the values of the conventional six parameters and the two parameters related to the above-described chip pattern, two values are required.
In the case of a mark indicating dimensional coordinates, it is sufficient to measure the coordinates of at least four alignment marks on the substrate (8). However, it is needless to say that a positioning mark indicating one two-dimensional coordinate can be replaced with a positioning mark indicating two one-dimensional coordinates.
【0017】[0017]
【実施例】以下、本発明による位置合わせ方法の一実施
例につき図面を参照して説明する。本例はステップ・ア
ンド・リピート方式で感光基板としてのウエハ上の各シ
ョット領域にレチクルのパターンを露光する露光装置
(ステッパー)のアライメント工程に本発明を適用した
ものである。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of an alignment method according to the present invention. In this example, the present invention is applied to an alignment process of an exposure apparatus (stepper) that exposes a reticle pattern to each shot area on a wafer as a photosensitive substrate by a step-and-repeat method.
【0018】図2は本例の露光装置を示し、この図2に
おいて、照明光学系1から射出された露光光ILが、ほ
ぼ均一な照度でレチクル2を照明する。レチクル2はレ
チクルステージ3上に保持され、レチクルステージ3は
ベース4上の2次元平面内で移動及び微小回転ができる
ように支持されている。装置全体の動作を制御する主制
御系6が、ベース4上の駆動装置5を介してレチクルス
テージ3の動作を制御する。FIG. 2 shows the exposure apparatus of the present embodiment. In FIG. 2, the exposure light IL emitted from the illumination optical system 1 illuminates the reticle 2 with substantially uniform illuminance. The reticle 2 is held on a reticle stage 3, and the reticle stage 3 is supported so as to be able to move and minutely rotate in a two-dimensional plane on a base 4. A main control system 6 that controls the operation of the entire apparatus controls the operation of the reticle stage 3 via the drive device 5 on the base 4.
【0019】露光光ILのもとで、レチクル2のパター
ン像が投影光学系7を介してウエハ8上の各ショット領
域に投影される。ウエハ8はウエハホルダー9を介して
ウエハステージ10上に載置されている。ウエハステー
ジ10は、投影光学系7の光軸に垂直な面内でウエハ8
を2次元的に位置決めするXYステージ、投影光学系7
の光軸に平行な方向(Z方向)にウエハ8を位置決めす
るZステージ、及びウエハ8を微小回転させるステージ
等より構成されている。Under the exposure light IL, the pattern image of the reticle 2 is projected onto each shot area on the wafer 8 via the projection optical system 7. The wafer 8 is placed on a wafer stage 10 via a wafer holder 9. The wafer stage 10 holds the wafer 8 in a plane perpendicular to the optical axis of the projection optical system 7.
XY stage for two-dimensionally positioning the projection optical system 7
A Z stage for positioning the wafer 8 in a direction parallel to the optical axis (Z direction), a stage for slightly rotating the wafer 8, and the like.
【0020】ウエハステージ10の上面に移動ミラー1
1が固定され、移動ミラー11に対向するようにレーザ
ー干渉計12が配置されている。図2では簡略化して表
示しているが、投影光学系7の光軸に垂直な面内の直交
座標系をX軸及びY軸として、移動鏡11はX軸に垂直
な反射面を有する平面鏡及びY軸に垂直な反射面を有す
る平面鏡より構成されている。また、レーザー干渉計1
2は、X軸に沿って移動鏡11にレーザービームを照射
する2個のX軸用のレーザー干渉計及びY軸に沿って移
動鏡11にレーザービームを照射するY軸用のレーザー
干渉計より構成され、X軸用の1個のレーザー干渉計及
びY軸用の1個のレーザー干渉計により、ウエハステー
ジ10のX座標及びY座標が計測される。このように計
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又は静止座標系と呼ぶ。The movable mirror 1 is provided on the upper surface of the wafer stage 10.
1 is fixed, and a laser interferometer 12 is arranged so as to face the movable mirror 11. Although shown in a simplified manner in FIG. 2, the movable mirror 11 is a plane mirror having a reflecting surface perpendicular to the X axis, with an orthogonal coordinate system in a plane perpendicular to the optical axis of the projection optical system 7 as the X axis and the Y axis. And a plane mirror having a reflecting surface perpendicular to the Y axis. In addition, laser interferometer 1
Reference numeral 2 denotes two X-axis laser interferometers that irradiate the movable mirror 11 with a laser beam along the X-axis and a Y-axis laser interferometer that irradiates the movable mirror 11 with a laser beam along the Y-axis. The X coordinate and the Y coordinate of the wafer stage 10 are measured by one laser interferometer for the X axis and one laser interferometer for the Y axis. Coordinate system (X, Y) composed of X coordinate and Y coordinate measured in this way
Is hereinafter referred to as a stage coordinate system or a stationary coordinate system.
【0021】また、X軸用の2個のレーザー干渉計の計
測値の差により、ウエハステージ10の回転角が計測さ
れる。レーザー干渉計12により計測されたX座標、Y
座標及び回転角の情報が座標計測回路12a及び主制御
系6に供給され、主制御系6は、供給された座標をモニ
ターしつつ駆動装置13を介して、ウエハステージ10
の位置決め動作を制御する。尚、図2には示していない
が、レチクル側にもウエハ側と全く同じ干渉計システム
が設けられている。The rotation angle of the wafer stage 10 is measured based on the difference between the values measured by the two X-axis laser interferometers. X coordinate, Y measured by laser interferometer 12
Information on the coordinates and the rotation angle is supplied to the coordinate measuring circuit 12a and the main control system 6, and the main control system 6 monitors the supplied coordinates and drives the wafer stage 10 via the driving device 13.
Control the positioning operation. Although not shown in FIG. 2, the same interferometer system as the wafer side is provided on the reticle side.
【0022】本例の投影光学系7には結像特性制御装置
14が装着されている。結像特性制御装置14は、例え
ば投影光学系7を構成するレンズ群の内の所定のレンズ
群の間隔を調整するか、又は所定のレンズ群の間のレン
ズ室内の気体の圧力を調整することにより、投影光学系
7の投影倍率、歪曲収差の調整を行う。結像特性制御装
置14の動作も主制御系6により制御されている。The projection optical system 7 of this embodiment is provided with an imaging characteristic control device 14. The imaging characteristic control device 14 adjusts, for example, the distance between predetermined lens groups of the lens groups constituting the projection optical system 7 or the pressure of gas in the lens chamber between the predetermined lens groups. Thus, the projection magnification and distortion of the projection optical system 7 are adjusted. The operation of the imaging characteristic control device 14 is also controlled by the main control system 6.
【0023】本例では、投影光学系7の側面にオフ・ア
クシスのアライメント系15が配置され、このアライメ
ント系15において、光源16からの照明光がコリメー
タレンズ17、ビームスプリッター18、ミラー19及
び対物レンズ20を介してウエハ8上のアライメントマ
ーク29の近傍に照射される。この場合、対物レンズ2
0の光軸20aと投影光学系7の光軸7aとの間隔であ
るベースライン量が予め計測されている。そして、アラ
イメントマーク29からの反射光が、対物レンズ20、
ミラー19、ビームスプリッター18及び集光レンズ2
1を介して指標板22上に照射され、指標板22上にア
ライメントマーク29の像が結像される。In this embodiment, an off-axis alignment system 15 is arranged on the side surface of the projection optical system 7, and in this alignment system 15, illumination light from a light source 16 is collimated by a collimator lens 17, a beam splitter 18, a mirror 19 and an objective. The light is irradiated to the vicinity of the alignment mark 29 on the wafer 8 via the lens 20. In this case, the objective lens 2
The baseline amount, which is the distance between the 0 optical axis 20a and the optical axis 7a of the projection optical system 7, is measured in advance. Then, the reflected light from the alignment mark 29 is
Mirror 19, beam splitter 18, and condenser lens 2
The light is radiated onto the index plate 22 via 1, and an image of the alignment mark 29 is formed on the index plate 22.
【0024】指標板22を透過した光が、第1リレーレ
ンズ23を経てビームスプリッター24に向かい、ビー
ムスプリッター24を透過した光が、X軸用第2リレー
レンズ25Xにより2次元CCDよりなるX軸用撮像素
子26Xの撮像面上に集束され、ビームスプリッター2
4で反射された光が、Y軸用第2リレーレンズ25Yに
より2次元CCDよりなるY軸用撮像素子26Yの撮像
面上に集束される。撮像素子26X及び26Yの撮像面
上にはそれぞれアライメントマーク19の像及び指標板
22上の指標マークの像が重ねて結像される。撮像素子
26X及び26Yの撮像信号は共に座標位置計測回路1
2aに供給される。The light transmitted through the index plate 22 is directed to the beam splitter 24 via the first relay lens 23, and the light transmitted through the beam splitter 24 is converted by the second X-axis relay lens 25X into the X-axis of a two-dimensional CCD. Focused on the imaging surface of the imaging element 26X for the beam splitter 2
The light reflected by 4 is focused by the second relay lens 25Y for Y-axis on the imaging surface of the imaging element 26Y for Y-axis formed of a two-dimensional CCD. On the imaging surfaces of the imaging elements 26X and 26Y, an image of the alignment mark 19 and an image of the index mark on the index plate 22 are formed so as to overlap each other. The imaging signals of the imaging devices 26X and 26Y are both coordinate position measurement circuits 1
2a.
【0025】図3は図2の指標板22上のパターンを示
し、この図3において、中央部に十字形のアライメント
マーク29の像29Pが結像され、この像29Pの直交
する直線パターン像29XP及び29YPに垂直なXP
方向及びYP方向が、それぞれ図2のウエハステージ1
0のステージ座標系のX方向及びY方向と共役になって
いる。そして、アライメントマーク像29PをXP方向
に挟むように2個の指標マーク31A及び31Bが形成
され、アライメントマーク像29PをYP方向に挟むよ
うに2個の指標マーク32A及び32Bが形成されてい
る。FIG. 3 shows a pattern on the index plate 22 shown in FIG. 2. In FIG. 3, an image 29P of a cross-shaped alignment mark 29 is formed at the center, and an orthogonal linear pattern image 29XP of this image 29P is formed. And XP perpendicular to 29YP
Direction and YP direction are respectively the wafer stage 1 of FIG.
0 is conjugate to the X and Y directions of the stage coordinate system. Then, two index marks 31A and 31B are formed so as to sandwich the alignment mark image 29P in the XP direction, and two index marks 32A and 32B are formed so as to sandwich the alignment mark image 29P in the YP direction.
【0026】この場合、XP方向で指標マーク31A,
31B及び直線パターン像29XPを囲む検出領域33
X内の像が図2のX軸用撮像素子26Xで撮像され、Y
P方向で指標マーク32A,32B及び直線パターン像
29YPを囲む検出領域33Y内の像が図2のY軸用撮
像素子26Yで撮像される。更に、撮像素子26X及び
26Yの各画素から光電変換信号を読み取る際の走査方
向はそれぞれXP方向及びYP方向に設定され、撮像素
子26X及び26Yの撮像信号を処理することにより、
アライメントマーク像29Pと指標マーク31A,31
B及び32A,32BとのXP方向及びYP方向の位置
ずれ量を求めることができる。従って、図2において、
座標計測回路12aは、ウエハ8上のアライメントマー
ク29の像と指標板22上の指標マークとの位置関係及
びそのときのレーザー干渉計12の計測結果より、その
アライメントマーク29のステージ座標系(X,Y)上
での座標を求め、このように計測された座標値を主制御
系6に供給する。In this case, in the XP direction, the index marks 31A,
Detection area 33 surrounding 31B and linear pattern image 29XP
The image in X is picked up by the X-axis image sensor 26X in FIG.
An image in the detection area 33Y surrounding the index marks 32A and 32B and the linear pattern image 29YP in the P direction is picked up by the Y-axis image sensor 26Y in FIG. Furthermore, the scanning direction when reading the photoelectric conversion signal from each pixel of the imaging devices 26X and 26Y is set to the XP direction and the YP direction, respectively, and by processing the imaging signals of the imaging devices 26X and 26Y,
Alignment mark image 29P and index marks 31A, 31
It is possible to determine the amount of positional deviation between B and 32A, 32B in the XP direction and the YP direction. Therefore, in FIG.
The coordinate measuring circuit 12a determines the stage coordinate system (X) of the alignment mark 29 from the positional relationship between the image of the alignment mark 29 on the wafer 8 and the index mark on the index plate 22 and the measurement result of the laser interferometer 12 at that time. , Y), and supplies the measured coordinate values to the main control system 6.
【0027】次に、本実施例でウエハ8上の各ショット
領域とレチクル2のパターン像との位置合わせを行っ
て、各ショット領域への露光を行う際の動作につき説明
する。図4(a)は本実施例のウエハ8を示し、この図
4(a)において、ウエハ8上の直交する座標系(α,
β)に沿って複数のショット領域27−n(n=0,
1,2,‥‥)がマトリックス状に配列され、各ショッ
ト領域27−nには前工程での露光及び現像等によりそ
れぞれチップパターンが形成されている。図4では、複
数のショット領域の内の5つのショット領域27−1〜
27−5のみを代表して表している。Next, a description will be given of the operation of the present embodiment in which each shot area on the wafer 8 is aligned with the pattern image of the reticle 2 to expose each shot area. FIG. 4A shows a wafer 8 of the present embodiment. In FIG. 4A, an orthogonal coordinate system (α,
along a plurality of shot areas 27-n (n = 0,
1, 2,...) Are arranged in a matrix, and a chip pattern is formed in each shot region 27-n by exposure and development in the previous process. In FIG. 4, five shot areas 27-1 to 27 out of a plurality of shot areas are illustrated.
Only 27-5 is shown as a representative.
【0028】各ショット領域27−nにはそれぞれ基準
位置が定められている。例えば基準位置を各ショット領
域27−nの中心の基準点28−nとすると、この基準
点28−nの、ウエハ8上の座標系(α,β)における
設計上の座標値は、それぞれ(CXn,CYn)で表される
ものとする。また、各ショット領域27−nには、それ
ぞれ4個の位置合わせ用のアライメントマーク29−
n,30−n,34−n,35−nが付随して設けられ
ている。この場合、図4(a)のウエハ上の座標系
(α,β)に平行に、各ショット領域27−nに図4
(b)に示すようにショット領域上の座標系(x,y)
を設定すると、アライメントマーク29−n,30−
n,34−n,35−nの座標系(x,y)上における
設計上の座標はそれぞれ(S1Xn,S1Yn),(S2Xn,S
2Yn),(S3Xn,S3Yn)及び(S4Xn,S4Yn)で表される。A reference position is defined for each shot area 27-n. For example, assuming that the reference position is a reference point 28-n at the center of each shot area 27-n, the design coordinate values of the reference point 28-n in the coordinate system (α, β) on the wafer 8 are respectively ( C Xn , C Yn ). Each shot area 27-n has four alignment marks 29-
n, 30-n, 34-n, 35-n are additionally provided. In this case, each shot area 27-n is placed in parallel with the coordinate system (α, β) on the wafer shown in FIG.
As shown in (b), the coordinate system (x, y) on the shot area
Is set, the alignment marks 29-n, 30-
n, 34-n, 35- n coordinate system (x, y) on each coordinates of the design in the (S 1Xn, S 1Yn), (S 2Xn, S
2Yn ), ( S3Xn , S3Yn ) and ( S4Xn , S4Yn ).
【0029】図4(a)に戻り、ウエハ8を図2のウエ
ハステージ10上に載置し、ステップ・アンド・リピー
ト方式で既にチップパターンが形成された複数のショッ
ト領域の各々にレチクルの投影像を順次重ね合わせて露
光が行われる。このとき、ウエハステージ10の移動位
置を規定するステージ座標系(X,Y)とウエハの座標
系(α,β)との対応関係が必ずしも前工程における関
係と同じには限らない。このため、座標系(α,β)に
関する各ショット領域27−nの基準点28−nの設計
上の座標値(CXn,CYn)からステージ座標系(X,
Y)上の座標を求めて、この座標に基づいてウエハを移
動させても、各ショット領域27−nが精密に位置合わ
せされないことがある。そこで、本実施例では、先ず従
来例と同様にその位置合わせの誤差が次の4つの要因か
ら生じたものとする。Referring back to FIG. 4A, the wafer 8 is placed on the wafer stage 10 shown in FIG. 2, and a reticle is projected onto each of a plurality of shot areas where a chip pattern has already been formed by the step-and-repeat method. Exposure is performed by superimposing images sequentially. At this time, the correspondence between the stage coordinate system (X, Y) defining the movement position of the wafer stage 10 and the coordinate system (α, β) of the wafer is not always the same as the relationship in the previous process. Therefore, the stage coordinate system (X, C Yn ) is calculated from the design coordinate values (C Xn , C Yn ) of the reference point 28-n of each shot area 27-n with respect to the coordinate system (α, β).
Y) Even if the coordinates on the upper side are obtained and the wafer is moved based on the coordinates, the shot areas 27-n may not be precisely aligned. Therefore, in the present embodiment, it is assumed that the positioning error is caused by the following four factors as in the conventional example.
【0030】ウエハの回転:これはステージ座標系
(X,Y)に対するウエハの座標系(α,β)の残留回
転誤差Θで表される。 ステージ座標系(X,Y)の直交度:これはX軸方向
及びY軸方向のウエハステージ10の送りが正確に直交
していないことにより生じ、直交度誤差Wで表される。Wafer rotation: This is represented by a residual rotation error の in the wafer coordinate system (α, β) with respect to the stage coordinate system (X, Y). The orthogonality of the stage coordinate system (X, Y): This is caused by the fact that the feed of the wafer stage 10 in the X-axis direction and the Y-axis direction is not exactly orthogonal, and is represented by an orthogonality error W.
【0031】ウエハの座標系(α,β)におけるα方
向及びβ方向の線形伸縮(ウエハスケーリング):これ
はウエハ8が加工プロセス等によって全体的に伸縮する
ことである。この伸縮量はα方向及びβ方向についてそ
れぞれウエハスケーリングRx及びRyで表される。た
だし、α方向のウエハスケーリングRxはウエハ8上の
α方向の2点間の距離の実測値と設計値との比、β方向
のウエハスケーリングRyはβ方向の2点間の実測値と
設計値との比で表すものとする。 ウエハ上の座標系(α,β)のステージ座標系(X,
Y)に対するオフセット:これはウエハ8がウエハステ
ージ10に対して全体的に微小量だけずれることにより
生じ、オフセット量OX,OY で表される。Linear expansion and contraction (wafer scaling) in the α and β directions in the coordinate system (α, β) of the wafer: This means that the entire wafer 8 expands and contracts due to a processing process or the like. This amount of expansion and contraction is represented by wafer scaling Rx and Ry in the α and β directions, respectively. Here, the wafer scaling Rx in the α direction is the ratio between the measured value of the distance between two points in the α direction on the wafer 8 and the design value, and the wafer scaling Ry in the β direction is the measured value between the two points in the β direction and the design value. Shall be expressed as the ratio of The stage coordinate system (X, β) of the coordinate system (α, β) on the wafer
Offset with respect to Y): This is caused by the entire shift of the wafer 8 with respect to the wafer stage 10 by a small amount, and is represented by offset amounts O X and O Y.
【0032】上記の〜の誤差要因が加わった場合、
基準点の設計上の座標値が(CXn,CYn)のショット領
域について、実際に露光するにあたって位置決めすべき
ステージ座標系(X,Y)上の座標(C′Xn,C′Yn)
は以下のように表される。When the above error factors are added,
With respect to the shot area whose design coordinate value of the reference point is (C Xn , C Yn ), coordinates (C ′ Xn , C ′ Yn ) on the stage coordinate system (X, Y) to be positioned for actual exposure.
Is expressed as follows.
【0033】[0033]
【数2】 (Equation 2)
【0034】ここで、直交度誤差W及び残留回転誤差Θ
が微小量であるとして一次近似を行うと、(数2)は次
のようになる。Here, the orthogonality error W and the residual rotation error Θ
Is a very small amount and the first approximation is performed, (Equation 2) becomes as follows.
【0035】[0035]
【数3】 (Equation 3)
【0036】ここまでは、各ショット領域27−n上の
基準位置(本例では各ショット領域の中心の基準点)を
正確に位置合わせすることについて説明してきた。しか
し、各ショット領域の基準点がそれぞれ正確に位置合わ
せされたからといって、必ずしも各ショット領域内のチ
ップパターン全体とレチクルの投影像とが隅々まで正確
に重なり合うとは限らない。Up to this point, it has been described that the reference position on each shot area 27-n (in this example, the reference point at the center of each shot area) is accurately aligned. However, just because the reference points of each shot area are correctly aligned, the entire chip pattern in each shot area and the projected image of the reticle do not always overlap exactly.
【0037】次にこの各ショット領域内の重ね合わせ誤
差について説明する。既に説明したように、図4(b)
において、任意のショット領域27−n上の座標系
(x,y)上の設計上の座標値が(S1Xn,S1Yn)〜(S
4Xn,S4Yn)である位置にそれぞれアライメントマーク2
9−n,30−n,34−n,35−nが形成されてい
る。本例では、その各ショット領域内の重ね合わせ誤差
が以下の要因から生じたものとする。Next, the overlay error in each shot area will be described. As described above, FIG.
In any of the shot area 27-n on the coordinate system (x, y) coordinate values of the design on the (S 1Xn, S 1Yn) ~ (S
4Xn , S 4Yn )
9-n, 30-n, 34-n and 35-n are formed. In this example, it is assumed that the overlay error in each shot area is caused by the following factors.
【0038】チップパターンの回転(チップローテー
ション):これは、例えばウエハ8上にレチクル2の投
影像の露光を行う際、レチクル2がステージ座標系
(X,Y)に対して回転していたり、あるいはウエハス
テージ10の動きにヨーイングが混入していたりすると
きに生じるものであり、ショット領域の座標系(x,
y)に対する回転誤差θで表される。 チップの直交度誤差:これは、例えばウエハ8上にレ
チクル2の投影像を露光する際に、レチクル2上のパタ
ーン自体の歪みや投影光学系7のディストーション(歪
曲収差)等によって生じるチップパターンの直交度の誤
差であり、角度誤差wで表される。Rotation of chip pattern (chip rotation): This is, for example, when the projection image of the reticle 2 is exposed on the wafer 8, the reticle 2 is rotated with respect to the stage coordinate system (X, Y). Alternatively, this occurs when yawing is mixed in the movement of the wafer stage 10, and the coordinate system (x,
It is represented by a rotation error θ with respect to y). Chip orthogonality error: This is, for example, when a projection image of the reticle 2 is exposed on the wafer 8, this is caused by distortion of the pattern itself on the reticle 2 or distortion (distortion) of the projection optical system 7. This is an error of the orthogonality, and is represented by an angle error w.
【0039】チップの線形伸縮(チップスケーリン
グ):これは、例えばウエハ8にレチクル2の投影像の
露光を行う際の投影倍率の誤差、あるいはウエハ8の加
工プロセスによってウエハ8が全体的又は部分的に伸縮
することによって生じるものである。ここでは、ショッ
ト領域の座標系(x,y)のx方向の2点間の距離の実
測値と設計値との比であるx方向のチップスケーリング
rx、及びy方向の2点間の距離の実測値と設計値との
比であるy方向のチップスケーリングryで2方向の線
形伸縮を表すものとする。Linear expansion and contraction of the chip (chip scaling): This is caused, for example, by an error in the projection magnification when the projection image of the reticle 2 is exposed on the wafer 8 or by the wafer 8 processing process. This is caused by expansion and contraction. Here, the chip scaling rx in the x direction, which is the ratio of the measured value of the distance between two points in the x direction of the coordinate system (x, y) of the shot area to the design value, and the distance between the two points in the y direction It is assumed that linear scaling in two directions is represented by chip scaling ry in the y direction, which is the ratio between the measured value and the design value.
【0040】例えば、図5(a)は前工程で形成された
各ショット領域27−nのチップパターンに回転誤差及
び倍率誤差が生じているウエハ8Aを示し、この図5
(a)において、回転誤差及び倍率誤差が無い場合のシ
ョット領域の例を破線で囲んだショット領域36−6〜
36−10で表す。それに対して、ウエハ8A上に実際
に形成されているショット領域27−6〜27−10は
回転角及び倍率が異なっている。これらの誤差は、図5
(b)に示すように、ショット領域27−nが本来のシ
ョット領域36−nに対して傾斜しているチップローテ
ーション誤差と、図5(c)に示すように、ショット領
域27−nの倍率が本来のショット領域36−nの倍率
と異なっているチップスケーリング誤差とに分離でき
る。For example, FIG. 5A shows a wafer 8A in which a rotation error and a magnification error have occurred in the chip pattern of each shot area 27-n formed in the previous step.
In (a), an example of a shot area in the case where there is no rotation error and magnification error is surrounded by a shot area 36-6 to a dotted line.
Expressed as 36-10. On the other hand, the shot areas 27-6 to 27-10 actually formed on the wafer 8A have different rotation angles and magnifications. These errors are shown in FIG.
As shown in FIG. 5B, the chip rotation error in which the shot area 27-n is inclined with respect to the original shot area 36-n, and the magnification of the shot area 27-n as shown in FIG. Can be separated into a chip scaling error different from the original magnification of the shot area 36-n.
【0041】但し、図5の例ではチップパターンの直交
度誤差wが無く、且つx方向のチップスケーリングrx
とy方向のチップスケーリングryとが等しい場合を示
している。上記の〜の誤差要因が加わった場合、シ
ョット領域27−n上の設計上の座標値が(SNXn,S
NYn)(N=1〜4)のアライメントマーク29−n,3
0−n,34−n,35−nについて、実際に位置合わ
せすべきショット領域の座標系(x,y)上での座標値
(S′NXn ,S′NYn )は以下のように表される。However, in the example of FIG. 5, there is no orthogonality error w of the chip pattern and the chip scaling rx in the x direction.
And the chip scaling ry in the y-direction are equal. When the above error factors are added, the design coordinate values on the shot area 27-n become (S NXn , S
NYn ) (N = 1 to 4) alignment marks 29-n, 3
With respect to 0-n, 34-n, and 35-n, the coordinate values (S ′ NXn , S ′ NYn ) of the shot area to be actually aligned on the coordinate system (x, y) are expressed as follows. You.
【0042】[0042]
【数4】 (Equation 4)
【0043】ここで、直交度誤差w及び回転誤差θが微
小量であるとして一次近似を行うと、(数4)は次式で
表される。Here, when the first-order approximation is performed on the assumption that the orthogonality error w and the rotation error θ are minute amounts, (Equation 4) is expressed by the following equation.
【0044】[0044]
【数5】 (Equation 5)
【0045】さて、図4(b)において、任意のショッ
ト領域27−nの基準点28−nのステージ座標系
(X,Y)上での配列座標値は(CXn,CYn)であるた
め、その任意のショット領域上の任意のアライメントマ
ーク(29−n又は30−n)のステージ座標系(X,
Y)上の設計上の座標値(DNXn ,DNYn )は、次のよ
うに表される。但し、上述のようにNの値(1〜4)に
よってアライメントマーク29−n〜35−nの区別を
行っている。In FIG. 4B, the array coordinate value of the reference point 28-n of an arbitrary shot area 27-n on the stage coordinate system (X, Y) is (C Xn , C Yn ). Therefore, the stage coordinate system (X, X) of any alignment mark (29-n or 30-n) on that arbitrary shot area
The design coordinate values (D NXn , D NYn ) on Y) are expressed as follows. However, as described above, the alignment marks 29-n to 35-n are distinguished by the value of N (1 to 4).
【0046】[0046]
【数6】 (Equation 6)
【0047】上述の〜の3個の誤差は、ウエハ8上
の各ショット領域のアライメントマークを焼き付けた層
にチップパターンを焼き付けた際に生じる。実際には更
に、ウエハ8の加工プロセスによって生じる上述のや
の誤差の影響を受けるため、アライメントマーク29
−n,30−n,34−n,35−nがステージ座標系
(X,Y)上で実際にあるべき位置の座標を(FNXn,F
NYn)(N=1〜4)とすると、この座標値(FNXn,F
NYn)は(数3)及び(数5)から次のように表される。The above three errors (1) to (4) occur when a chip pattern is printed on a layer on which alignment marks of each shot area on the wafer 8 are printed. In practice, the alignment mark 29 is further affected by the above-mentioned error caused by the processing process of the wafer 8.
-N, 30-n, 34-n, and 35-n are coordinates (F NXn , F NXn , F
NYn ) (N = 1 to 4), this coordinate value (F NXn , F
NYn ) is expressed as follows from ( Equation 3) and ( Equation 5).
【0048】[0048]
【数7】 (Equation 7)
【0049】次に、本実施例では最小自乗法の適用を容
易にするため、その(数7)中のα方向のウエハスケー
リングRx、及びβ方向のウエハスケーリングRyをそ
れぞれ新たなパラメータΓx、及びΓyを用いて次の
(数8)のように表す。同様に、その(数7)中のx方
向のチップスケーリングrx、及びy方向のチップスケ
ーリングryをそれぞれ新たなパラメータγx、及びγ
yを用いて次の(数8)のように表す。Next, in this embodiment, in order to facilitate the application of the least squares method, the wafer scaling Rx in the α direction and the wafer scaling Ry in the β direction in (Equation 7) are respectively set to new parameters Γx and It is represented as the following (Equation 8) using Γy. Similarly, the chip scaling rx in the x direction and the chip scaling ry in the y direction in (Equation 7) are set to new parameters γx and γ, respectively.
It is expressed as the following (Equation 8) using y.
【0050】[0050]
【数8】 (Equation 8)
【0051】これら新たなそれぞれ線形伸縮の変化分を
示す4個のパラメータΓx、Γy、γx、及びγyを用
いてその(数7)を書き換えると、(数7)は近似的に
次のようになる。By rewriting (Expression 7) using these new four parameters Γx, Γy, γx, and γy indicating the changes in the linear expansion and contraction, (Expression 7) becomes approximately as follows: Become.
【0052】[0052]
【数9】 (Equation 9)
【0053】この(数9)において、2次元ベクトルを
2行×1列の行列とみなすと、この(数9)を以下のよ
うな変換行列を用いた座標変換式に書き直すことができ
る。In Equation (9), when the two-dimensional vector is regarded as a matrix of 2 rows × 1 column, Equation (9) can be rewritten into a coordinate conversion equation using the following conversion matrix.
【0054】[0054]
【数10】 (Equation 10)
【0055】但し、(数10)の各変換行列は次のよう
に定義される。However, each transformation matrix of (Equation 10) is defined as follows.
【0056】[0056]
【数11】 [Equation 11]
【0057】即ち、(数10)では、2行×1列の行列
FNnが、行列ACn と、行列BSNnと、行列Oとの加算
で表されている。(数10)の座標変換式における変換
行列A,B,Oに含まれる10個の誤差パラメータ
(Θ,W,Γx(=Rx−1),Γy,OX,OY,θ,
w,γx(=rx−1),γy)は例えば最小自乗法に
より求めることができる。本例では、(数10)の座標
変換式に基づいてウエハ8の各ショット領域のステージ
座標系(X,Y)上での計算上の座標、及びチップの各
誤差を求める。そして、それをもとに、チップローテー
ション誤差及びチップ倍率誤差等の補正を行った上で、
ウエハ8の各ショット領域とレチクルとの位置合わせを
行う。なお、必ずしも最小自乗法を(数10)に適用す
る必要はなく、例えば(数7)の段階で10個の誤差パ
ラメータを求めても良い。That is, in (Equation 10), the matrix F Nn of 2 rows × 1 column is represented by the addition of the matrix AC n , the matrix BS Nn and the matrix O. Ten error parameters (Θ, W, Γx (= Rx−1), Γy, O X , O Y , θ, θ) included in the transformation matrices A, B, and O in the coordinate transformation formula of (Equation 10)
w, γx (= rx−1), γy) can be obtained by, for example, the least square method. In this example, the coordinates of each shot area of the wafer 8 on the stage coordinate system (X, Y) and the error of each chip are obtained based on the coordinate transformation formula of (Equation 10). Then, after correcting the chip rotation error and the chip magnification error based on that,
Each shot area of the wafer 8 is aligned with the reticle. Note that it is not always necessary to apply the least squares method to (Equation 10). For example, ten error parameters may be obtained at the stage of (Equation 7).
【0058】また、本例では以下で説明するように、ウ
エハ上のショット領域から予め選択されたショット領域
(サンプルショット)内で、更に選択されたアライメン
トマークの座標位置を計測し、この計測結果を(数1
0)に適用して最小自乗法により10個のパラメータを
求め、このパラメータに基づいて各ショット領域の配列
座標を算出している。このように予め選択されたアライ
メントマーク(サンプルショット)の計測結果から所定
(10個以下でも可)の誤差パラメータを求める演算
を、エンハンスト・グローバル・アライメント(以下、
「EGA」という)演算と呼び、この結果に基づいて位
置合わせを行う方式をEGA方式のアライメントと呼
ぶ。In this example, as will be described below, the coordinate position of the selected alignment mark is further measured in a shot area (sample shot) previously selected from the shot areas on the wafer. To (Equation 1
0), ten parameters are obtained by the least squares method, and the array coordinates of each shot area are calculated based on these parameters. The calculation for obtaining a predetermined (10 or less) error parameter from the measurement result of the alignment mark (sample shot) selected in advance in this manner is performed by an enhanced global alignment (hereinafter, referred to as an enhanced global alignment).
A method of performing positioning based on the result is called an EGA type alignment.
【0059】次に、図1のフローチャートを参照して、
(数10)の座標変換式に基づいた本例のアライメント
動作及び露光動作の一例につき説明する。先ず図1のス
テップ101において、図2のウエハホルダー9上に今
回の露光対象であるウエハ8のロードが行われる。ウエ
ハ8の各ショット領域にはそれぞれ、前工程において既
にチップパターンが形成されている。更に、図4(b)
に示すように、ウエハ8上の各ショット領域27−nに
はそれぞれ4個の十字型のアライメントマーク29−
n,30−n,34−n及び35−nが形成されてい
る。また、レチクル2のアライメントが終了しており、
不図示の干渉計によって規定される直交座標に対するレ
チクル2のX,Y,回転方向のずれ量はほぼ零となって
いる。Next, referring to the flowchart of FIG.
An example of the alignment operation and the exposure operation of this example based on the coordinate conversion formula of (Equation 10) will be described. First, in step 101 of FIG. 1, the wafer 8 to be exposed this time is loaded onto the wafer holder 9 of FIG. A chip pattern has already been formed in each shot area of the wafer 8 in the previous step. Further, FIG.
As shown in FIG. 3, four cross-shaped alignment marks 29-n are provided in each shot area 27-n on the wafer 8.
n, 30-n, 34-n and 35-n are formed. Also, alignment of reticle 2 has been completed,
The amounts of displacement of the reticle 2 in the X, Y, and rotational directions with respect to the rectangular coordinates defined by an interferometer (not shown) are substantially zero.
【0060】次に、図1のステップ102において、ウ
エハ8の原点設定(プリアライメント)を行う。その後
ステップ103において、図2のオフ・アクシスのアラ
イメント系15を用いて、ウエハ8上の5個以上のアラ
イメントマーク(29−n,30−n,34−n又は3
5−n)のステージ座標系(X,Y)上での座標値(F
MNXn,FMNYn)を実測する。1個のアライメントマーク
にはX方向及びY方向の2つの成分があるため、5個以
上のアライメントマークの座標値を実測することによ
り、10個以上のパラメータの値を決定することができ
る。Next, in step 102 of FIG. 1, the origin of the wafer 8 is set (pre-alignment). Thereafter, in step 103, five or more alignment marks (29-n, 30-n, 34-n or 3-n) are formed on the wafer 8 using the off-axis alignment system 15 shown in FIG.
5-n) on the stage coordinate system (X, Y).
M NXn , FM NYn ). Since one alignment mark has two components in the X and Y directions, the values of ten or more parameters can be determined by actually measuring the coordinate values of five or more alignment marks.
【0061】本例で実測するアライメントマークは、3
個以上のショット領域27−nから選択する必要がある
が、必ずしも1個のショット領域27−nから4個のア
ライメントマーク29−n〜35−nを選択する必要は
なく、1個のショット領域27−nからそれぞれ1個の
アライメントマーク(29−n,30−n,34−n又
は35−n)を選択するようにしてよい。The alignment marks actually measured in this example are 3
It is necessary to select one or more shot areas 27-n, but it is not necessary to select four alignment marks 29-n to 35-n from one shot area 27-n. One alignment mark (29-n, 30-n, 34-n or 35-n) may be selected from each of 27-n.
【0062】この場合、ウエハ8上で選択された複数の
ショット領域27−nの基準点28−nの、ウエハ8上
の座標系(α,β)上での設計上の配列座標値(CXn,
CYn)と、測定されたアライメントマークの各ショット
領域27−n上の座標系(x,y)での設計上の座標値
(相対座標値)(SNXn,SNYn )とが予め分かってい
る。そこで、ステップ104において、(数10)の右
辺に、測定されたアライメントマークが属するショット
領域の基準点の設計上の配列座標値(CXn,CYn)、及
びそのアライメントマークの基準点に関する設計上の相
対座標値(SNXn,SNYn)を代入することにより、そのア
ライメントマークがステージ座標系(X,Y)上である
べき計算上の座標値(FNXn,FNYn)を求める。In this case, the design coordinate values (C) of the reference points 28-n of the plurality of shot areas 27-n selected on the wafer 8 on the coordinate system (α, β) on the wafer 8 are set. Xn ,
C Yn ) and the design coordinate values (relative coordinate values) (S NXn , S NYn ) of the measured alignment mark in the coordinate system (x, y) on each shot area 27-n are known in advance. I have. Therefore, in step 104, on the right side of (Equation 10 ), the design array coordinate values (C Xn , C Yn ) of the reference point of the shot area to which the measured alignment mark belongs, and the design related to the reference point of the alignment mark By substituting the above relative coordinate values (S NXn , S NYn ), calculated coordinate values (F NXn , F NYn ) whose alignment marks should be on the stage coordinate system (X, Y) are obtained .
【0063】そして、最小自乗法により(数10)を満
足する10個の誤差パラメータ(Θ,W,Γx,Γy,
OX,OY,θ,w,γx,γy)を求める。具体的には、
実際に計測された座標値(FMNXn,FMNYn)とその計算
上の座標値(FNXn,FNYn)との差(ENXn,ENYn)をアラ
イメント誤差と考える。従って、ENXn =FMNXn −F
NXn 、ENYn =FMNYn −FNYn が成立している。そし
て、5組以上のアライメント誤差(ENXn,ENYn)、即ち
10個以上のアライメント誤差の自乗和をそれら10個
の誤差パラメータで順次偏微分し、その値がそれぞれ0
になるような方程式をたてて、それら10個の連立方程
式を解けば10個の誤差パラメータを求めることができ
る。これが本例のEGA演算である。Then, ten error parameters (Θ, W, Γx, Γy,
O X, O Y, θ, w, γx, γy) Request. In particular,
The difference (E NXn , E NYn ) between the actually measured coordinate value (FM NXn , FM NYn ) and its calculated coordinate value (F NXn , F NYn ) is considered as an alignment error. Therefore, E NXn = FM NXn -F
NXn , E NYn = FM NYn -F NYn . Then, five or more sets of alignment errors (E NXn , E NYn ), that is, the sum of the squares of the ten or more alignment errors, are sequentially partially differentiated with these ten error parameters, and the values are each 0.
By setting an equation as follows and solving these ten simultaneous equations, ten error parameters can be obtained. This is the EGA calculation of the present example.
【0064】その後ステップ105において、(数1
0)の変換行列B中のチップローテーションの回転誤差
θを補正するように、図2のレチクルステージ3を介し
てレチクル2に適当な回転を施すか、又はウエハ8を回
転させることにより、ステージ座標系(X,Y)に対す
るチップパターンの回転を補正する。これは(数10)
で示す変換行列Bの要素を構成する回転誤差θに合わせ
て、レチクル2又はウエハ8を回転することを意味す
る。Thereafter, in step 105, (Equation 1)
In order to correct the rotation error θ of the chip rotation in the conversion matrix B of (0), the reticle 2 is appropriately rotated through the reticle stage 3 in FIG. The rotation of the chip pattern with respect to the system (X, Y) is corrected. This is (Equation 10 )
Means that the reticle 2 or the wafer 8 is rotated in accordance with the rotation error θ constituting the element of the transformation matrix B shown by.
【0065】但し、ウエハ8を回転した場合には、ウエ
ハ8のオフセット誤差(OX,OY)が変化する虞があるた
め、再びアライメントマークの座標値の計測を行った
後、従来の通常のEGA演算を行って誤差パラメータを
求め直す必要がある。そこで、例えばウエハ8を角度θ
だけ回転した場合には、従来のチップパターン内の誤差
を考慮しない場合と同様に、ウエハ8上の少なくとも3
個のショット領域のアライメントマークのステージ座標
系(X,Y)での座標値を計測し直す。そして、その結
果から6個の誤差パラメータ(Θ,W,Rx,Ry,O
X,OY)の値を決定し、この結果から算出した配列座標に
基づいて各ショット領域の位置合わせを行って露光を行
う。However, when the wafer 8 is rotated, the offset error (O X , O Y ) of the wafer 8 may be changed. It is necessary to calculate the error parameter again by performing the EGA calculation of Therefore, for example, the wafer 8 is set at the angle θ.
When the wafer 8 is rotated only by at least three times, at least 3
The coordinate values of the alignment marks of the shot areas in the stage coordinate system (X, Y) are measured again. Then, from the result, six error parameters (W, W, Rx, Ry, O
X , O Y ) are determined, and each shot area is aligned based on the array coordinates calculated from the result to perform exposure.
【0066】次に、チップの直交度誤差wは、厳密な意
味では補正できないが適度にレチクル2を回転させるこ
とで、その誤差を小さく抑えることができる。そこで、
回転誤差Θ、回転誤差θ及び直交度誤差wのそれぞれの
絶対値の和が最小になるように、レチクル2又はウエハ
8の回転量を最適化することも可能である。Next, the orthogonality error w of the chip cannot be corrected in a strict sense, but by rotating the reticle 2 appropriately, the error can be reduced. Therefore,
It is also possible to optimize the rotation amount of the reticle 2 or the wafer 8 so that the sum of the absolute values of the rotation error 誤差, the rotation error θ, and the orthogonality error w is minimized.
【0067】次に、ステップ106において、(数1
0)の変換行列B中のチップスケーリング誤差を補正す
るように、図2の結像特性制御装置14を介して投影光
学系7の投影倍率を調整する。これは(数9)で示す変
換行列Bの要素を構成するチップスケーリングrx及び
ryに合わせて、投影光学系7の投影倍率を調整するこ
とを意味する。Next, in step 106, (Equation 1)
The projection magnification of the projection optical system 7 is adjusted via the imaging characteristic control device 14 of FIG. 2 so as to correct the chip scaling error in the conversion matrix B of 0). This means that the projection magnification of the projection optical system 7 is adjusted in accordance with the chip scalings rx and ry constituting the elements of the transformation matrix B shown in (Equation 9).
【0068】その後、図1のステップ107において、
ステップ104で求めた誤差パラメータよりなる要素を
含む変換行列A及びOを用いて、次式にウエハ8上の各
ショット領域27−nの基準点28−nの設計上の配列
座標値(CXn,CYn)を代入することにより、その基準
点28−nのステージ座標系(X,Y)上での計算上の
配列座標値(GXn,GYn)を求める。但し、上述したよ
うに、ステップ105でローテーション誤差を補正する
ためにウエハ8側を回転した場合には、再び計測したア
ライメントマークの座標に基づいて、各基準点28−n
のステージ座標系(X,Y)上での計算上の配列座標値
(GXn,GYn)を求める。Thereafter, in step 107 of FIG.
Using the conversion matrices A and O including the elements consisting of the error parameters obtained in step 104, the design array coordinate value (C Xn) of the reference point 28-n of each shot area 27-n on the wafer 8 is calculated by the following equation. , C Yn ), a calculated array coordinate value (G Xn , G Yn ) of the reference point 28-n on the stage coordinate system (X, Y) is obtained. However, as described above, when the wafer 8 is rotated to correct the rotation error in step 105, each of the reference points 28-n is determined based on the coordinates of the alignment mark measured again.
Of the array coordinates (G Xn , G Yn ) on the stage coordinate system (X, Y).
【0069】[0069]
【数12】 (Equation 12)
【0070】そして、ステップ108において、計算に
より得られた配列座標(GXn,GYn)及び予め求めてあ
るベースライン量に基づいて、ウエハ8上の各ショット
領域27−nの基準点28−nを順次図2の投影光学系
7の露光フィールド内の所定の位置に位置合わせして、
当該ショット領域27−nに対してレチクル2のパター
ン像を投影露光する。そして、ウエハ8上の全てのショ
ット領域への露光が終了した後に、ウエハ8の現像等の
処理が行われる。Then, in step 108, based on the array coordinates (G Xn , G Yn ) obtained by the calculation and the previously obtained baseline amount, the reference point 28-n of each shot area 27-n on the wafer 8 is determined. n is sequentially aligned with a predetermined position in the exposure field of the projection optical system 7 in FIG.
The pattern image of the reticle 2 is projected and exposed on the shot area 27-n. After the exposure of all shot areas on the wafer 8 is completed, processing such as development of the wafer 8 is performed.
【0071】この場合、本例では(数10)に示すよう
に、変換行列A及びOのみならず、チップローテーショ
ン、チップの直交度誤差及びチップスケーリングのパラ
メータよりなる変換行列Bをも考慮しているので、各シ
ョット領域に転写されるチップパターン自体の伸縮や回
転などの影響を小さく抑え、ウエハ上の各ショット領域
のチップパターンとレチクルのパターンの投影像とをよ
り高精度に重ね合わせることができる。In this case, as shown in (Equation 10) in this example, not only the transformation matrices A and O but also the transformation matrix B composed of chip rotation, chip orthogonality error, and chip scaling parameters are considered. Therefore, the effects of the expansion and contraction and rotation of the chip pattern itself transferred to each shot area can be minimized, and the chip pattern of each shot area on the wafer and the projected image of the reticle pattern can be superimposed with higher accuracy. it can.
【0072】なお、上述実施例では図4(b)に示した
ように、ステージ座標系上のX方向及びY方向に同時に
位置合わせできる十字型のアライメントマーク29−n
〜35−nをショット領域の座標系上のx軸上に2個、
及びy軸上に2個設けている。しかしながら、例えば1
直線上に4個のアライメントマークが配列されないよう
にすれば、必ずしもそのような配置でなくとも良い。一
例として例えば各ショット領域の4隅にアライメントマ
ークを配置すると良い。また、各アライメントマークは
各ショット領域間のストリートライン領域上に形成して
も良い。また、X方向用の1次元のアライメントマーク
とY方向用の1次元のアライメントマークとをそれぞれ
別に設けても、その配置に注意すれば上述実施例と全く
同様に(数10)の変換行列A,B,Oを求めることが
できる。In the above embodiment, as shown in FIG. 4B, a cross-shaped alignment mark 29-n that can be simultaneously positioned in the X and Y directions on the stage coordinate system.
~ 35-n on the x-axis on the coordinate system of the shot area,
And two on the y-axis. However, for example, 1
If four alignment marks are not arranged on a straight line, such an arrangement is not necessarily required. For example, alignment marks may be arranged at four corners of each shot area. Further, each alignment mark may be formed on a street line area between each shot area. Even if a one-dimensional alignment mark for the X direction and a one-dimensional alignment mark for the Y direction are separately provided, the conversion matrix A , B and O can be obtained.
【0073】但し、本例のような2次元の位置を特定で
きる十字マークの代わりに、X方向又はY方向の位置だ
けを検出できる1次元のアライメントマーク(回折格子
マーク等)を使用する場合には、10個のパラメータの
値を決定するために、10個以上の1次元のアライメン
トマークの座標値を実測する必要がある。なお、上述実
施例では、チップローテーションの回転誤差θ、チップ
の直交度誤差w及びチップスケーリングrx,ryを求
めるために、ウエハ8の各ショット領域27−n内に4
個の2次元のアライメントマーク29−n〜35−nを
設けている。しかしながら、各ショット領域27−nの
基準点のオフセット(x方向及びy方向)を考慮して
も、求めるべきパラメータは6個であるため、各ショッ
ト領域27−nには3個の2次元のアライメントマーク
(例えば29−n,30−n及び34−n)を設けるだ
けでも良い。このように2次元のアライメントマークを
使用する際には、常に2つのアライメントマークが選択
されることになる。但し、1次元のアライメントマーク
であれば、各ショット領域27−nにそれぞれ6個のア
ライメントマークを形成する必要がある。However, when a one-dimensional alignment mark (diffraction grating mark or the like) that can detect only the position in the X or Y direction is used instead of the cross mark that can specify the two-dimensional position as in this example. In order to determine the values of ten parameters, it is necessary to actually measure the coordinate values of ten or more one-dimensional alignment marks. In the above embodiment, in order to obtain the rotation error θ of the chip rotation, the orthogonality error w of the chip, and the chip scaling rx, ry, 4 shots are set in each shot area 27-n of the wafer 8.
The two-dimensional alignment marks 29-n to 35-n are provided. However, even if the offset (x-direction and y-direction) of the reference point of each shot area 27-n is taken into consideration, there are six parameters to be obtained, so each shot area 27-n has three two-dimensional Only alignment marks (for example, 29-n, 30-n, and 34-n) may be provided. Thus, when using a two-dimensional alignment mark, two alignment marks are always selected. However, in the case of a one-dimensional alignment mark, it is necessary to form six alignment marks in each shot area 27-n.
【0074】なお、上述実施例ではチップパターンに関
する4個のパラメータ(チップローテーションの回転誤
差θ、直交度誤差w、チップスケーリングrx、チップ
スケーリングry)を用いて、レチクル(又はウエハ)
の回転及び投影光学系の倍率の補正を行っていた。しか
しながら、必ずしもレチクル(又はウエハ)の回転及び
投影光学系の倍率の補正を行う必要はなく、上述実施例
で求めた配列座標値に従って各ショット領域を位置合わ
せするだけでも良い。このとき、例えばウエハに関する
スケーリングのパラメータRx及びRy(又はΓx及び
Γy)を用いた倍率補正は行っても良いし、行わなくと
も良い。In the above embodiment, the reticle (or wafer) is formed by using four parameters relating to the chip pattern (rotation error θ of chip rotation, orthogonality error w, chip scaling rx, chip scaling ry).
And correction of the magnification of the projection optical system. However, it is not always necessary to correct the rotation of the reticle (or wafer) and the magnification of the projection optical system, and it is only necessary to align each shot area in accordance with the array coordinate values obtained in the above embodiment. At this time, magnification correction using, for example, scaling parameters Rx and Ry (or Δx and Δy) for the wafer may or may not be performed.
【0075】また、上述実施例ではチップパターンに関
する4個のパラメータ(チップローテーションの回転誤
差θ、直交度誤差w、チップスケーリングrx(=1+
γx)、チップスケーリングry(=1+γy))の全
てを求めているが、これら4個の何れか1つのパラメー
タのみに着目して(数7)(又は(数9))を用いても
良い。具体的に、回転誤差θのみに着目する場合には、
直交度誤差wは0とみなし、チップスケーリングrx及
びryはそれぞれ1とみなして(数7)を用いることに
なる。これに関して、チップスケーリングrx及びry
に着目する場合には、rx=ryであるとして、即ち線
形伸縮が等方的であるとして、(数7)を用いハの種類
(特徴)に応じて選択すれば良い。Further, in the above embodiment, four parameters relating to the chip pattern (rotation error θ of chip rotation, orthogonality error w, chip scaling rx (= 1 +
γx) and chip scaling ry (= 1 + γy)) are all obtained, but (Equation 7) (or (Equation 9)) may be used focusing on only one of these four parameters. Specifically, when focusing only on the rotation error θ,
The orthogonality error w is assumed to be 0, and the chip scalings rx and ry are each assumed to be 1 and (Equation 7) is used. In this regard, chip scaling rx and ry
When attention is focused on, it is sufficient to select rx = ry, that is, assume that the linear expansion and contraction is isotropic, and use (Equation 7) to select according to the type (characteristic) of C.
【0076】また、チップパターンに関する4個のパラ
メータ(チップローテーションの回転誤差θ、直交度誤
差w、チップスケーリングrx、チップスケーリングr
y)の内で、直交度誤差wを0とみなし、チップスケー
リングが等方的であるとみなす(即ち、rx=ry=
M)と、(数7)は次のように単純化される。Further, four parameters relating to the chip pattern (rotation error θ of chip rotation, orthogonality error w, chip scaling rx, chip scaling r
y), the orthogonality error w is regarded as 0, and the chip scaling is regarded as isotropic (that is, rx = ry =
M) and (Equation 7) are simplified as follows.
【0077】[0077]
【数13】 (Equation 13)
【0078】また、等方的なチップスケーリングMを
(1+δM)として(数8)を用いて、2次の微小量を
無視すると、その(数13)は次のように近似できる。If the isotropic chip scaling M is (1 + δM) and (Equation 8) is used and the second-order minute amount is ignored, (Equation 13) can be approximated as follows.
【0079】[0079]
【数14】 [Equation 14]
【0080】この(数14)ではチップパターンに関す
るパラメータは2個であるため、オフセット分を考慮し
て、ウエハ8の各ショット領域27−nには、それぞれ
図4(b)の2個の2次元のアライメントマーク29−
n及び30−nを設けるだけで良い。また、誤差パラメ
ータは全部で8個であるため、最小自乗法を(数14)
に適用してそれら誤差パラメータの値を決定するために
は、計測する2次元のアライメントマークの個数は少な
くとも4個で良いことになる。In this (Equation 14), since there are two parameters relating to the chip pattern, each shot area 27-n of the wafer 8 has two parameters shown in FIG. Dimensional alignment mark 29-
It is only necessary to provide n and 30-n. Since the error parameters are eight in total, the least squares method is
In order to determine the values of these error parameters by applying the method described above, the number of two-dimensional alignment marks to be measured should be at least four.
【0081】次に、実際に使用できるアライメントマー
クの例につき図6を参照して説明する。先ず、2次元座
標を示すアライメントマーク(2次元マーク)として
は、上述実施例で使用している十字型のアライメントマ
ーク29(これを図6(a)にも示す)の他に、L字
状、T字状、又はハの字状のマークがある。更に、所謂
2光束干渉方式のアライメント系又はレーザステップア
ライメント方式のアライメント系を用いる場合には、図
6(b)に示すような、2次元の格子パターン41も2
次元マークとなる。また、レーザステップアライメント
方式のアライメント系又は上述実施例のように撮像方式
のアライメント系を用いた場合には、図6(c)に示す
ように、X方向へのライン・アンド・スペースパターン
42X及びY方向へのライン・アンド・スペースパター
ン42Yを並列に並べたアライメントマーク43も2次
元マークとなる。Next, an example of an alignment mark that can be actually used will be described with reference to FIG. First, as an alignment mark (two-dimensional mark) indicating two-dimensional coordinates, in addition to the cross-shaped alignment mark 29 used in the above-described embodiment (this is also shown in FIG. , T-shaped, or C-shaped marks. Further, when an alignment system of a so-called two-beam interference system or an alignment system of a laser step alignment system is used, the two-dimensional grating pattern 41 as shown in FIG.
It becomes a dimension mark. When an alignment system of a laser step alignment system or an alignment system of an imaging system as in the above embodiment is used, as shown in FIG. The alignment mark 43 in which the line and space patterns 42Y in the Y direction are arranged in parallel is also a two-dimensional mark.
【0082】斯かる2次元マークを1つ選択すること
は、(数10)内の10個(又はそれ以下の個数でも
可)のパラメータを最小自乗法で求める際のデータとし
て、X座標分とY座標分との2つのデータが得られる。
従って、上述実施例で1つの十字型のアライメントマー
ク(例えば29−1)を選択するときには、2つの1次
元座標を示すアライメントマーク(1次元マーク)を選
択するのと等価である。但し、2次元マークを選択する
場合でも、X座標又はY座標の何れか1つの座標データ
のみを利用するようにしても良い。The selection of one such two-dimensional mark is based on the fact that 10 (or less) parameters in (Equation 10) can be obtained by using the X-coordinate and Two data for the Y coordinate are obtained.
Therefore, selecting one cross-shaped alignment mark (for example, 29-1) in the above embodiment is equivalent to selecting an alignment mark (one-dimensional mark) indicating two one-dimensional coordinates. However, even when a two-dimensional mark is selected, only one coordinate data of the X coordinate or the Y coordinate may be used.
【0083】また、1次元マークの内のX方向の座標を
示すマークとしては、図7(a)に示すように、X方向
へ所定ピッチで配列されたライン・アンド・スペースパ
ターン(又は回折格子マーク)42Xがあり、Y方向の
座標を示すマークとしては、図7(b)に示すように、
Y方向へ所定ピッチで配列されたライン・アンド・スペ
ースパターン(又は回折格子マーク)42Yがある。更
に、図6(b)の2次元の格子パターン41は、X方向
への1次元マークとみなすこともでき、Y方向への1次
元マークとみなすこともできる。As one of the one-dimensional marks indicating the coordinates in the X direction, as shown in FIG. 7A, a line and space pattern (or diffraction grating) arranged at a predetermined pitch in the X direction is used. Mark) 42X, and as a mark indicating the coordinate in the Y direction, as shown in FIG.
There is a line and space pattern (or diffraction grating mark) 42Y arranged at a predetermined pitch in the Y direction. Further, the two-dimensional grid pattern 41 in FIG. 6B can be regarded as a one-dimensional mark in the X direction or a one-dimensional mark in the Y direction.
【0084】次に、サンプルショット及び計測するアラ
イメントマークの選択方法の他の例について詳細に説明
する。この場合、前提として露光装置では、前層の露光
工程で形成されたアライメントマークの計測結果を用い
て、EGA演算を実行する。そのため、ウエハ上の各シ
ョット領域に付設されたアライメントマークの設計上の
位置及び数は、全てのショット領域で同一である。Next, another example of a method of selecting a sample shot and an alignment mark to be measured will be described in detail. In this case, it is premised that the exposure apparatus performs the EGA calculation using the measurement result of the alignment mark formed in the exposure step of the previous layer. Therefore, the design position and the number of alignment marks attached to each shot area on the wafer are the same in all shot areas.
【0085】先ず、従来のチップパターン内の誤差を考
慮しない通常のEGA方式のアライメント方法では、6
個の誤差パラメータ(Θ,W,Rx,Ry,OX,OY)が
あるため、1次元マークに換算した場合で少なくとも6
個のアライメントマークの座標を計測する必要がある。
即ち、ウエハ上で同一直線上にない少なくとも3つの計
測点の各々でのX座標及びY座標を計測すれば良い。こ
の際、1つの計測点のX座標及びY座標は同一ショット
内のX方向の1次元マーク42及びY方向の1次元マー
クをそれぞれ計測する必要はなく、異なる2つのショッ
ト領域の一方に付設されたX方向の1次元マークと、他
方のショット領域に付設されたY方向の1次元マークと
を個別に計測し、この計測結果を用いても良い。First, in a conventional alignment method of the EGA system which does not consider an error in a chip pattern,
There are at least 6 error parameters (Θ, W, Rx, Ry, O X , O Y ), so that at least 6
It is necessary to measure the coordinates of each alignment mark.
That is, the X coordinate and the Y coordinate at each of at least three measurement points that are not on the same straight line on the wafer may be measured. At this time, the X coordinate and the Y coordinate of one measurement point do not need to measure the one-dimensional mark 42 in the X direction and the one-dimensional mark in the Y direction in the same shot, respectively, and are attached to one of two different shot areas. The one-dimensional mark in the X direction and the one-dimensional mark in the Y direction attached to the other shot area may be individually measured, and the measurement results may be used.
【0086】図8はそのようなアライメントマークの選
択方法を示し、この図8において、ウエハ8上の各ショ
ット領域44A,44B,…にはそれぞれX方向の座標
を示す1次元マーク(以下、「Xマーク」という)42
XA,42XB,…及びY方向の座標を示す1次元マー
ク(以下、「Yマーク」という)42YA,42YB,
…が付設されている。そこで、例えば6個のアライメン
トマークの座標を計測する場合には、先ず図8(a)に
示すように、3個のショット領域44A,44B及び4
4Cに付設されたYマーク42YA,42YB及び42
YCのY座標を計測し、この計測結果から3個のパラメ
ータ(Θ,Ry,OY)を求める。その後、図8(b)に
示すように、3個のショット領域44A,44B及び4
4Dに付設されたXマーク42XA,42XB及び42
XDのY座標を計測し、この結果から3個のパラメータ
(W,Rx,OX)を算出するようにしても良い。この場
合、図8(b)で使用されるショット領域44Dは、図
8(a)で使用されるショット領域44Cと異なってい
るが、差し支えは無い。FIG. 8 shows a method for selecting such an alignment mark. In FIG. 8, each of the shot areas 44A, 44B,... On the wafer 8 has a one-dimensional mark (hereinafter, referred to as "X" coordinate). X mark) 42
XA, 42XB,... And one-dimensional marks (hereinafter referred to as “Y marks”) 42YA, 42YB,
… Is attached. Therefore, when measuring the coordinates of, for example, six alignment marks, first, as shown in FIG. 8A, three shot areas 44A, 44B and
Y marks 42YA, 42YB and 42 attached to 4C
The Y coordinate of YC is measured, and three parameters (Θ, Ry, O Y ) are obtained from the measurement result. Thereafter, as shown in FIG. 8B, the three shot areas 44A, 44B and 4
X marks 42XA, 42XB and 42 attached to 4D
The Y coordinate of the XD may be measured, and three parameters (W, Rx, O X ) may be calculated from the result. In this case, the shot area 44D used in FIG. 8B is different from the shot area 44C used in FIG. 8A, but there is no problem.
【0087】なお、異なるショット領域のXマークとY
マークとを計測して、計算上で所定の計測点でのX座標
及びY座標を算出し、この座標を用いてEGA演算を行
っても良い。次に、従来の6個の誤差パラメータの他
に、上述実施例で導入された4個の誤差パラメータ(チ
ップローテーションの回転誤差θ、直交度誤差w、チッ
プスケーリングrx、チップスケーリングry)の内か
ら選択された所定の誤差パラメータの値を求める場合の
アライメントマークの選択方法につき、図9を参照し
て、以下の場合に分けて説明する。It should be noted that the X mark and Y
By measuring the mark, the X coordinate and the Y coordinate at a predetermined measurement point may be calculated in the calculation, and the EGA operation may be performed using the coordinates. Next, from among the four error parameters (rotation error θ of chip rotation, orthogonality error w, chip scaling rx, chip scaling ry) introduced in the above-described embodiment, in addition to the conventional six error parameters, A method of selecting an alignment mark when obtaining the value of the selected predetermined error parameter will be described for the following cases with reference to FIG.
【0088】(1) y方向のチップスケーリングry(又
はγy)のみを算出する場合:この場合、求めるべき誤
差パラメータは7個であるため、最低で3個のXマーク
及び4個のYマークの座標を計測する必要がある。この
際、図9(a)に示すように、ショット領域44には1
個のXマーク42X及び1個のYマーク42Yの他に、
Yマーク42YとはY座標が異なる1個のYマーク46
Yが付設されている必要がある。そして、EGA計算に
使用するYマークの選択条件は、選択された1個のYマ
ーク42Yを通りX軸と平行な直線45上には無い1個
のYマーク(例えば46Y)を選択することである。但
し、その条件を満足する2個のYマークは同一ショット
領域上に存在する必要はない。(1) When only chip scaling ry (or γy) in the y direction is calculated: In this case, since seven error parameters need to be obtained, at least three X marks and four Y marks must be obtained. Coordinates need to be measured. At this time, as shown in FIG.
X mark 42X and one Y mark 42Y,
One Y mark 46 having a different Y coordinate from the Y mark 42Y
Y must be attached. The selection condition of the Y mark used for the EGA calculation is to select one Y mark (for example, 46Y) that is not on the straight line 45 that passes through the selected one Y mark 42Y and is parallel to the X axis. is there. However, the two Y marks that satisfy the condition need not exist on the same shot area.
【0089】また、通常は図9(a)のようなマーク配
置は採用されず、図9(b)に示すように、各ショット
領域44に隣接するストリートライン領域にそれぞれ2
個の2次元マーク47及び48が付設されることがあ
る。この場合には、4つのYマークを第1のショット領
域の2次元マーク47のY座標と、同一又は他のショッ
ト領域の2次元マーク48のY座標とに振り分けて選択
する。Also, the mark arrangement as shown in FIG. 9A is not usually employed, and as shown in FIG.
The two-dimensional marks 47 and 48 may be provided. In this case, the four Y marks are sorted and selected as the Y coordinate of the two-dimensional mark 47 in the first shot area and the Y coordinate of the two-dimensional mark 48 in the same or another shot area.
【0090】(2) チップローテーションの回転誤差θの
みを算出するとき:この場合は、最低でも3つのXマー
ク及び3つのYマークの他に、少なくとも1つのXマー
ク又はYマークの位置を計測する必要がある。最後のX
マークの選択条件は、図9(c)に示すように、既に選
択されたXマーク42Xを通りX軸に平行な直線50上
にないXマーク51Xを選択することである。また、X
マークの代わりにYマークを選択する場合には、既に選
択されたYマーク42Yを通りY軸に平行な直線49上
にないYマーク51Yを選択する必要がある。この場合
でも、上記条件を満足する2個のXマーク(又はYマー
ク)は、同一ショット領域44内に存在する必要はな
い。(2) When calculating only the rotation error θ of the chip rotation: In this case, in addition to at least three X marks and three Y marks, the position of at least one X mark or Y mark is measured. There is a need. Last X
As shown in FIG. 9C, the mark selection condition is to select an X mark 51X that is not on a straight line 50 that passes through the already selected X mark 42X and is parallel to the X axis. Also, X
When selecting a Y mark instead of a mark, it is necessary to select a Y mark 51Y that is not on the straight line 49 that passes through the already selected Y mark 42Y and is parallel to the Y axis. Even in this case, two X marks (or Y marks) satisfying the above conditions need not be present in the same shot area 44.
【0091】(3) y方向のチップスケーリングry及び
チップローテーションの回転誤差θを算出するとき:こ
の場合には、最低でも3つのXマーク及び3つのYマー
クの他に、2つのYマーク(内1つはXマークでも可)
を選択する必要がある。また、上記の(1) 及び(2) の条
件を満たす他に、同一直線上にない3つのマークを選ぶ
必要がある。 (4) x方向のチップスケーリングrx(又はγx)のみ
を算出する場合:この場合、最低でも4個のXマーク及
び3個のYマークの座標を計測する必要がある。上記の
(1) の場合と同様に、4つのXマークの選択条件は、Y
軸と平行にならない2点を選ぶことである。(3) When calculating the chip scaling ry in the y direction and the rotation error θ of the chip rotation: In this case, in addition to at least three X marks and three Y marks, two Y marks (of which (One can be X mark)
You need to choose. Further, in addition to satisfying the above conditions (1) and (2), it is necessary to select three marks that are not on the same straight line. (4) When calculating only the chip scaling rx (or γx) in the x direction: In this case, it is necessary to measure the coordinates of at least four X marks and three Y marks. above
As in the case of (1), the selection condition of the four X marks is Y
Choosing two points that are not parallel to the axis.
【0092】(5) 直交度誤差wのみを算出するとき:こ
の場合には、最低でも3個のXマーク及び3このYマー
クの他に、1つの例えばXマークを選択する。4つのX
マークの選択条件は、上記の(2) の場合と同様に、X軸
と平行にならない2点を選ぶことである。 (6) x方向のチップスケーリングrx及び直交度誤差w
を算出するとき:この場合、最低でも3個のXマーク及
び3個のYマークの他に、2個のXマークを選択する。
4個のXマークの選択条件は、上記の(3) 及び(4) の場
合と同様に、同一直線上にない3点を選ぶことである。(5) When calculating only the orthogonality error w: In this case, one X mark, for example, is selected in addition to at least three X marks and three Y marks. Four X
The condition for selecting a mark is to select two points that are not parallel to the X axis, as in the case of (2) above. (6) Chip scaling rx and orthogonality error w in x direction
Is calculated: In this case, in addition to at least three X marks and three Y marks, two X marks are selected.
The selection condition of the four X marks is to select three points that are not on the same straight line, as in the above cases (3) and (4).
【0093】以上の説明において、チップローテーショ
ンの回転誤差θは、YマークとXマークとの何れの座標
を用いて算出してもよく、直交度誤差wも、Xマークと
Yマークとの何れの座標を用いて算出してもよい。但
し、直交度誤差wについて、上述実施例の(数7)(又
は(数9))では、Xマークを用いる形式で表現されて
いるため、上述実施例ではXマークを用いている。ま
た、以上のアライメントマークの選択条件は、同一のシ
ョット領域内での選択には限定されない。In the above description, the rotation error θ of the chip rotation may be calculated by using any coordinates of the Y mark and the X mark, and the orthogonality error w may be calculated by using any of the X mark and the Y mark. It may be calculated using coordinates. However, since the orthogonality error w is expressed in (Formula 7) (or (Formula 9)) of the above-described embodiment using the X mark, the above-described embodiment uses the X mark. Further, the above conditions for selecting an alignment mark are not limited to selection within the same shot area.
【0094】更に、例えばチップの直交度誤差wを0で
あるとみなした場合には、(数10)で決定すべき誤差
パラメータの個数は9個になる。従って、図1のステッ
プ104で決定するパラメータの個数は9個となり、図
1のステップ103においては、それぞれX方向又はY
方向の位置を規定する9個以上の1次元のアライメント
マークの座標値を計測するだけで良い。Further, for example, when it is assumed that the orthogonality error w of the chip is 0, the number of error parameters to be determined by (Equation 10) becomes nine. Therefore, the number of parameters determined in step 104 of FIG. 1 is nine, and in step 103 of FIG.
It is only necessary to measure the coordinate values of nine or more one-dimensional alignment marks that define the position in the direction.
【0095】更に、チップの直交度誤差wを0であると
みなすと共に、チップの線形伸縮が等方性である(rx
=ry)とすると、各ショット領域27−n内には2個
のアライメントマーク(例えば29−n及び30−n)
を設けるだけでも良い。この場合、決定すべきパラメー
タは8個であるため、図1のステップ103において
は、4個以上の2次元のアライメントマークの座標値
(又は8個以上の1次元のアライメントマークの座標
値)を計測するだけで良い。Further, the orthogonality error w of the chip is regarded as 0, and the linear expansion and contraction of the chip is isotropic (rx
= Ry), two alignment marks (eg, 29-n and 30-n) are included in each shot area 27-n.
May be provided. In this case, since there are eight parameters to be determined, in step 103 of FIG. 1, the coordinate values of four or more two-dimensional alignment marks (or the coordinate values of eight or more one-dimensional alignment marks) are changed. Just measure it.
【0096】逆に、各ショット領域27−n内に4個を
超える個数のアライメントマークを設けてもよい。この
場合、アライメントマークの座標値を実測する際の計測
誤差が平均化され、また、最初にウエハ上にチップパタ
ーンを焼き付けたとき(第一層目)の、投影光学系のデ
ィストーションによるアライメントマークの設計位置か
らのずれの影響が平均化されるという利点がある。Conversely, more than four alignment marks may be provided in each shot area 27-n. In this case, the measurement error when the coordinate values of the alignment mark are actually measured is averaged, and when the chip pattern is first printed on the wafer (first layer), the alignment mark is distorted by the projection optical system. There is an advantage that the influence of the deviation from the design position is averaged.
【0097】特に、上述実施例のようにオフ・アクシス
方式のアライメント系を使用する場合と異なり、投影光
学系を介してアライメントマークを直接観察又は検出し
て位置合わせするTTL(スルー・ザ・レンズ)方式の
アライメント系を使用する場合には、アライメントマー
クの個数を多くすることにより、投影光学系のディスト
ーションによる座標値の計測誤差を軽減することができ
る。また、各ショット領域のアライメントマークの個数
をその配置を考慮して増やすことにより、チップパター
ンの回転と線形伸縮だけでなく、チップパターン内の非
線形な歪み等をも求めたりすることができる。In particular, unlike the case where an off-axis type alignment system is used as in the above-described embodiment, a TTL (through-the-lens) for directly observing or detecting an alignment mark via a projection optical system to perform alignment. In the case of using an alignment system of the type), by increasing the number of alignment marks, it is possible to reduce a measurement error of coordinate values due to distortion of the projection optical system. In addition, by increasing the number of alignment marks in each shot area in consideration of the arrangement, not only rotation and linear expansion and contraction of the chip pattern but also nonlinear distortion in the chip pattern can be obtained.
【0098】例えばX軸に沿って各ショット領域に3個
のアライメントマークを付設することにより、X方向の
非線形な歪みをも求めることができる。このようにアラ
イメントマークの個数を増やすことにより、チップパタ
ーンの所謂ディストーション成分(チップパターンの平
行移動、回転、倍率、直交度、台形歪、樽型歪、糸巻型
歪など)を総合的に検出することも可能である。即ち、
アライメントマークの個数を増やすことにより、誤差パ
ラメータの数を増やすことができ、誤差の発生状況をよ
り正確に把握することが可能となる。For example, by providing three alignment marks in each shot area along the X axis, nonlinear distortion in the X direction can be obtained. By increasing the number of alignment marks in this manner, so-called distortion components of the chip pattern (translation, rotation, magnification, orthogonality, trapezoidal distortion, barrel distortion, pincushion distortion, and the like of the chip pattern) are comprehensively detected. It is also possible. That is,
By increasing the number of alignment marks, the number of error parameters can be increased, and it is possible to more accurately grasp the state of error occurrence.
【0099】なお、上述実施例のように、ウエハ内のシ
ョット配列誤差が線形であるものとしたアライメント方
式は、EGA方式に属するものである。更に、上述実施
例のEGA方式では、ショット領域毎のチップローテー
ションやチップ倍率(ディストーションを含む)の誤差
が同一ウエハ内では一定であるものとして、チップロー
テーションやチップ倍率誤差を求めていた。このため、
ウエハ上の局所的な配列誤差やディストーション成分の
変動(非線形性)が大きいと、上述実施例では重ね合わ
せ精度を向上させることが難しくなる。そこで、非線形
な歪みを持つウエハであっても、それらチップローテー
ションやチップ倍率誤差を良好に補正して、高精度に位
置合わせができるアライメント方式が望まれる。以下で
は、上述のEGA方式を改良してより高精度に位置合わ
せができる実施例につき説明する。このアライメント方
式は、上述実施例に特願平4−297121号で提案さ
れているアライメント方式を適用したものである。The alignment method in which the shot arrangement error in the wafer is linear as in the above-described embodiment belongs to the EGA method. Further, in the EGA method of the above-described embodiment, the chip rotation and the chip magnification error are determined assuming that the error of the chip rotation and the chip magnification (including distortion) for each shot area is constant within the same wafer. For this reason,
If the local arrangement error on the wafer or the fluctuation (non-linearity) of the distortion component is large, it is difficult to improve the overlay accuracy in the above embodiment. Therefore, there is a demand for an alignment method capable of satisfactorily correcting the chip rotation and the chip magnification error even for a wafer having non-linear distortion and performing highly accurate alignment. In the following, an embodiment will be described in which the above-described EGA method is improved to enable more accurate positioning. This alignment method is obtained by applying the alignment method proposed in Japanese Patent Application No. 4-297121 to the above embodiment.
【0100】そのような本発明の他の実施例につき図1
0を参照して説明する。本例でも図2に示す投影露光装
置を使用するが、本例では第1実施例で使用されたEG
A方式のアライメントを更に改良した、第1の重み付き
のエンハンスト・グローバル・アライメント方式(以
下、「W1−EGA方式」という)のアライメントを行
う。このW1−EGA方式のアライメントは、「規則的
な非線形歪み」に対して有効なもので、「規則的な非線
形歪みを持つ基板であっても、当該基板上の局所領域内
での配列誤差はほぼ等しい」ことに着目したものであ
る。そして、このW1−EGA方式のアライメントで
は、後述のようにサンプルショットとの距離に応じて重
み付けが行われる。FIG. 1 shows another embodiment of the present invention.
0 will be described. In this embodiment, the projection exposure apparatus shown in FIG. 2 is used. In this embodiment, the EG used in the first embodiment is used.
A first weighted enhanced global alignment method (hereinafter, referred to as a “W1-EGA method”) in which the alignment in the A method is further improved is performed. This W1-EGA type alignment is effective for “regular non-linear distortion”, and even if the substrate has “regular non-linear distortion”, the alignment error in a local region on the substrate is small. Almost the same. " In the W1-EGA alignment, weighting is performed according to the distance from the sample shot as described later.
【0101】図10は本例で露光対象とするウエハ8を
示し、この図10において、ウエハ8上のi番目のショ
ット領域ESiの計算上の座標位置を決定する際、この
ショット領域ESiとm個(図10ではm=9)のサン
プルショットSA1〜SA9との間の距離LK1〜LK
9に応じて、それら9個のサンプルショット内のアライ
メントマークの計測された座標位置(アライメントデー
タ)のそれぞれに重みWinが与えられる。具体的にサン
プルショットSA1の2個のアライメントマークMA
1,MB1の計測された座標位置には、距離LK1に応
じた重みWi1が与えられる。なお、より厳密には、ショ
ット領域ESiの基準点から各サンプルショット内の各
アライメントマークまでの距離に応じて、それぞれ重み
を付すことが望ましい。また、各サンプルショットにお
いて、必ずしも2個のアライメントマークの座標を計測
する必要はない。FIG. 10 shows the wafer 8 to be exposed in this example. In FIG. 10, when determining the calculated coordinate position of the i-th shot area ESi on the wafer 8, the shot areas ESi and m Distances LK1 to LK between the sample shots (m = 9 in FIG. 10) SA1 to SA9
Depending on the 9, the weight W in is given to each of the measured coordinate positions of the alignment marks in the nine sample shots (alignment data). Specifically, two alignment marks MA of sample shot SA1
1, the measured coordinate positions of the MB1 is the weight W i1 corresponding to the distance LK1 is given. Note that, more strictly, it is desirable to assign weights according to the distance from the reference point of the shot area ESi to each alignment mark in each sample shot. In each sample shot, it is not always necessary to measure the coordinates of two alignment marks.
【0102】このW1−EGA方式では、EGA方式に
おける単なる自乗和の残留誤差成分の代わりに、次の
(数15)よりなる残留誤差成分Eiを定義する。この
(数15)において、座標値(FMNXn ,FMNYn )
は、n番目のサンプルショット内のN番目のアライメン
トマークの実際に計測された座標値、座標値(FNXn ,
F NYn )はその計算上の座標値である。In this W1-EGA system, the EGA system
Instead of a mere sum of squares residual error component in
A residual error component Ei represented by (Equation 15) is defined. this
In (Equation 15), the coordinate value (FMNXn , FMNYn )
Is the Nth alignment in the nth sample shot
Coordinate value, coordinate value (FNXn ,
F NYn ) Are the calculated coordinate values.
【0103】[0103]
【数15】 (Equation 15)
【0104】そして、このように定義される残留誤差成
分Eiが最小になるように(数10)を満足する10個
の誤差パラメータ(Θ,W,Γx,Γy,OX,OY,θ,
w,γx,γy)を求める。なお、ここでは各ショット
領域ESi毎に使用するサンプルショットSA1〜SA
9は同一であるが、当然に各ショット領域ESi毎に各
サンプルショットSAnまでの距離は異なる。従って、
サンプルショットSAnの座標位置(アライメントデー
タ)に与える重みWinはショット領域ESi毎に変化す
る。そして、ショット領域ESi毎に誤差パラメータ
(Θ,W,Rx,Ry,OX,OY,θ,w,rx,ry)
を決定して、先ず(数10)の変換行列A中のウエハロ
ーテーション誤差Θ、及び変換行列B中のチップローテ
ーション誤差θを補正すると共に、(数10)の変換行
列B中のチップ倍率誤差(チップスケーリングγx,γ
y)を補正する。Then, ten error parameters (Θ, W, Γx, Γy, O X , O Y , θ, θ) satisfying (Equation 10) so that the residual error component Ei defined as described above is minimized.
w, γx, γy). Here, the sample shots SA1 to SA used for each shot area ESi are used.
9 is the same, but naturally the distance to each sample shot SAn differs for each shot area ESi. Therefore,
Weight W in giving to the coordinate position (alignment data) of sample shot SAn varies for each shot area ESi. The error parameter for each shot area ESi (Θ, W, Rx, Ry, O X, O Y, θ, w, rx, ry)
Is determined, first, the wafer rotation error Θ in the conversion matrix A in (Equation 10) and the chip rotation error θ in the conversion matrix B are corrected, and the chip magnification error ( Chip scaling γx, γ
Correct y).
【0105】その後、誤差パラメータ(Θ,W,Γx,
Γy,OX,OY)よりなる要素を含む変換行列A及びOを
用いて、(数12)にウエハ8上の当該ショット領域E
Siの設計上の配列座標値を代入することにより、その
ショット領域ESiの基準点のステージ座標系(X,
Y)上での計算上の配列座標値を求める。なお、既に説
明したように、ウエハ側を回転させた場合には、改めて
計測したアライメントマークの座標に基づいて、通常の
EGA演算により配列座標値を求める。Thereafter, the error parameters (Θ, W, Γx,
Γy, O X, O Y) using the transformation matrix A and O containing more composed elements (number 12) to the shot area E on the wafer 8
By substituting the designed array coordinate values of the Si, the stage coordinate system (X,
Y) Obtain the calculated array coordinate value in the above. As described above, when the wafer is rotated, an array coordinate value is obtained by a normal EGA calculation based on the coordinates of the alignment mark measured anew.
【0106】このようにW1−EGA方式ではウエハ8
上の各ショット領域ESi毎に、各サンプルショットS
Anの座標データに対する重みWinが変化する。一例と
してその重みWinを、i番目のショット領域ESiとn
番目のサンプルショットSAnとの距離LKnの関数と
して次のように表す。但し、パラメータSは重み付けの
度合いを変更するためのパラメータである。As described above, in the W1-EGA method, the wafer 8
For each shot area ESi above, each sample shot S
The weight W in changes to the An of the coordinate data. The weight W in an example, i-th shot area ESi and n
It is expressed as follows as a function of the distance LKn from the sample shot SAn. However, the parameter S is a parameter for changing the degree of weighting.
【0107】[0107]
【数16】 (Equation 16)
【0108】この(数16)から明かなように、i番目
のショット領域ESiまでの距離LKnが短いサンプル
ショットSAn程、そのアライメントデータに与える重
みW inが大きくなるようになっている。また、(数1
6)において、パラメータSの値が十分大きい場合、統
計演算処理の結果は上述実施例のEGA方式で得られる
結果とほぼ等しくなる。一方、ウエハ上の露光すべきシ
ョット領域ESiを全てサンプルショットSAnとし、
パラメータSの値を十分零に近づけると、各ショット領
域毎にウエハマークの位置を計測して位置合わせを行う
所謂ダイ・バイ・ダイ方式で得られる結果とほぼ等しく
なる。即ち、W1−EGA方式では、パラメータSを適
当な値に設定することにより、EGA方式とダイ・バイ
・ダイ方式との中間の効果を得ることができる。例え
ば、非線形成分が大きなウエハに対しては、パラメータ
Sの値を小さく設定することで、ダイ・バイ・ダイ方式
とほぼ同等の効果(アライメント精度)を得ることがで
き、非線形成分によるアライメント誤差を良好に除去す
ることができる。また、アライメントセンサーの計測再
現性が悪い場合には、パラメータSの値を大きく設定す
ることで、EGA方式とほぼ同等の効果を得ることがで
き、平均化効果によりアライメント誤差を低減すること
ができる。As is apparent from this (Equation 16), the i-th
Sample in which the distance LKn to the shot area ESi is short
The weight given to the alignment data as the shot SAn
Only W inIs becoming larger. Also, (Equation 1)
In 6), if the value of the parameter S is sufficiently large,
The result of the calculation operation is obtained by the EGA method of the above embodiment.
It is almost equal to the result. On the other hand, the system to be exposed on the wafer
All the shot areas ESi are used as sample shots SAn,
When the value of the parameter S is sufficiently close to zero, each shot area
Performs alignment by measuring the position of the wafer mark for each area
Almost equal to the result obtained by the so-called die-by-die method
Become. That is, in the W1-EGA method, the parameter S
By setting it to the appropriate value, the EGA method and die-by
-An intermediate effect from the die method can be obtained. example
For example, for a wafer with a large nonlinear component, the parameter
By setting the value of S small, the die-by-die method
The same effect (alignment accuracy) as that of
And eliminates alignment errors due to non-linear components.
Can be In addition, the measurement of the alignment sensor
If the actuality is poor, increase the value of the parameter S.
As a result, it is possible to obtain almost the same effect as the EGA method.
And reduce the alignment error by the averaging effect
Can be.
【0109】更に、(数16)の重み付け関数を、アラ
イメントマークのX座標及びY座標について別々に用意
し、X座標とY座標とで重みWinを独立に設定すること
ができるようにしてもよい。この場合には、ウエハの非
線形歪みの程度(大小)、規則性又はステップピッチ、
即ち隣接した2つのショット領域の中心間距離(ウエハ
上のストリートラインの幅にも依るが、ほぼショットサ
イズに対応した値)がX方向とY方向とで異なっていて
も、パラメータSの値を独立に設定することで、ウエハ
上のショット配列誤差を高精度に補正することができる
ようになっている。この際、パラメータSの値は上記の
如くX座標とY座標とで異ならせるようにしても良く、
更にX座標及びY座標のパラメータSの値が同一又は異
なる場合の何れであっても、パラメータSの値は、「規
則的な非線形歪み」の大小、規則性、ステップピッチ又
はアライメントセンサーの計測再現性等に応じて適宜変
更すれば良い。[0109] In addition, also be able to set the weighting function of equation (16), prepared separately for X and Y coordinates of the alignment mark, the weight W in independently by the X and Y coordinates Good. In this case, the degree (large or small) of the nonlinear distortion of the wafer, regularity or step pitch,
That is, even if the center-to-center distance between two adjacent shot areas (a value substantially corresponding to the shot size, depending on the width of the street line on the wafer) is different between the X direction and the Y direction, the value of the parameter S is not changed. By setting them independently, shot arrangement errors on the wafer can be corrected with high accuracy. At this time, the value of the parameter S may be different between the X coordinate and the Y coordinate as described above,
Further, regardless of whether the values of the parameter S of the X coordinate and the Y coordinate are the same or different, the value of the parameter S depends on the magnitude of the “regular non-linear distortion”, the regularity, the step pitch, or the measurement reproduction of the alignment sensor. What is necessary is just to change suitably according to sex etc.
【0110】以上のことから、パラメータSの値を適宜
変更することで、EGA方式からダイ・バイ・ダイ方式
までその効果を変えることができる。従って、各種レイ
ア、更には各成分(X方向及びY方向)に対し、例えば
非線形成分の特徴(例えば大小、規則性等)、ステップ
ピッチ、アライメントセンサーの計測再現性の良否等に
応じてアライメントを柔軟に変更させ、各レイア、各成
分に対して最適な条件でアライメントを行うことができ
る。As described above, the effect can be changed from the EGA system to the die-by-die system by appropriately changing the value of the parameter S. Therefore, alignment is performed for various layers and further for each component (X direction and Y direction) in accordance with, for example, characteristics of nonlinear components (for example, magnitude, regularity, etc.), step pitch, and the reproducibility of measurement of the alignment sensor. The alignment can be flexibly changed, and alignment can be performed under optimum conditions for each layer and each component.
【0111】次に、図11を参照して、第2の重み付き
のエンハンスト・グローバル・アライメント方式(以
下、「W2−EGA方式」という)のアライメント方法
につき説明する。ここでは説明を簡単にするため、ウエ
ハWに規則的に、特に点対称な非線形歪みが生じ、且つ
その点対称中心がウエハWの中心(ウエハセンター)と
一致しているものとする。Next, an alignment method of the second weighted enhanced global alignment method (hereinafter, referred to as “W2-EGA method”) will be described with reference to FIG. Here, for the sake of simplicity, it is assumed that non-linear distortion, particularly point-symmetric, occurs regularly in the wafer W, and the center of the point symmetry coincides with the center of the wafer W (wafer center).
【0112】図11は本例で露光対象とするウエハ8を
示し、この図11において、ウエハ8の変形中心点(非
線形歪みの点対称中心)、即ちウエハセンターWcと、
ウエハ8上のi番目のショット領域ESiとの間の距離
(半径)をLEiとして、ウエハセンターWcとm個
(図11ではm=9)のサンプルショットSA1〜SA
9のそれぞれとの間の距離(半径)をLW1〜LW9と
する。そして、このW2−EGA方式でも、W1−EG
A方式と同様に、距離LEi及び距離LW1〜LW9に
応じて、9個のサンプルショットSA1〜SA9中のア
ライメントマークの計測された座標位置(アライメント
データ)の各々に重みWin′を与える。このW2−EG
A方式では、サンプルショット毎に2個のアライメント
マーク(MAi,MBi)を検出した後、(数15)と
同様に、残留誤差成分Ei′を次の(数17)で定義
し、その(数17)が最小となるように(数10)の誤
差パラメータ(Θ,W,Γx,Γy,OX,OY,θ,w,
γx,γy)を決定する。FIG. 11 shows the wafer 8 to be exposed in this example. In FIG. 11, the deformation center point of the wafer 8 (the point symmetric center of the nonlinear distortion), that is, the wafer center Wc,
Let LEi be the distance (radius) between the i-th shot area ESi on the wafer 8 and the wafer center Wc and m (m = 9 in FIG. 11) sample shots SA1 to SA.
The distance (radius) between each of the light emitting elements 9 is LW1 to LW9. In this W2-EGA system, W1-EG
Like the A-system, in accordance with the distance LEi and distance LW1~LW9, giving a weight W in 'to each of the measured coordinate positions of the alignment marks in the nine sample shots SA1~SA9 (alignment data). This W2-EG
In the A method, after detecting two alignment marks (MAi, MBi) for each sample shot, the residual error component Ei 'is defined by the following (Equation 17), as in (Equation 15). 17) so that the minimum error parameters (number 10) (Θ, W, Γx , Γy, O X, O Y, θ, w,
γx, γy) are determined.
【0113】[0113]
【数17】 [Equation 17]
【0114】このW2−EGA方式でもW1−EGA方
式と同様に、アライメントデータに与える重みWin′は
ショット領域ESi毎に変化するため、ショット領域E
Si毎に統計演算を行って誤差パラメータ(Θ,W,Γ
x,Γy,OX,OY,θ,w,γx,γy)を決定して、
チップローテーション、チップ直交度、チップ倍率誤差
及び計算上の配列座標値を決定することになる。[0114] Similar to the W1-EGA method in this W2-EGA method, since the weight W in providing the alignment data 'is to be changed for each shot area ESi, shot area E
A statistical operation is performed for each Si to obtain error parameters (Θ, W, Γ
x, Γy, O X, O Y, θ, to determine w, γx, the γy),
The chip rotation, the chip orthogonality, the chip magnification error, and the calculated array coordinate value are determined.
【0115】そして、ウエハW上の各ショット領域ES
i毎に、各サンプルショットに対する重みWin′を変化
させるため、(数17)における重みWin′を、ウエハ
8上のi番目のショット領域ESiとウエハセンターW
cとの距離(半径)LEiの関数として次のように表
す。但し、パラメータSは重み付けの度合を変更するた
めのパラメータである。Then, each shot area ES on the wafer W
for each i, 'to change the weights W in the equation (17)' weight W in for each sample shots, i th shot area ESi and the wafer center W on the wafer 8
The distance (radius) to c is expressed as a function of LEi as follows. However, the parameter S is a parameter for changing the degree of weighting.
【0116】[0116]
【数18】 (Equation 18)
【0117】この(数18)から明かなように、サンプ
ルショットSAnからウエハセンターWcに対する距離
LWnが、ウエハセンターWcとウエハW上のi番目の
ショット領域ESiとの間の距離LEiに近いサンプル
ショット程、そのアライメントデータに与える重み
Win′が大きくなるようになっている。換言すれば、ウ
エハエンターWcを中心とした半径LEiの円上に位置
するサンプルショットのアライメントデータに対して最
も大きな重みWin′が与えられ、その円から半径方向に
離れるに従ってアライメントデータに対する重みWin′
が小さくなっている。As is apparent from (Expression 18), the distance LWn from the sample shot SAn to the wafer center Wc is close to the distance LEi between the wafer center Wc and the i-th shot area ESi on the wafer W. degree, so that the weight W in 'to be given to the alignment data becomes large. In other words, the largest weight W in 'is given to the sample shots alignment data located on a circle of radius LEi around the wafer enter Wc, the weight W for alignment data with distance radially from the circle in ′
Is getting smaller.
【0118】また、(数18)におけるパラメータSの
値は、W1−EGA方式と同様に要求されるアライメン
ト精度、非線形歪みの特徴(例えば大小、規則性等)、
ステップピッチ、アライメントセンサーの計測再現性の
良否等に応じて適宜定めれば良い。即ち、非線形成分が
比較的大きいときには、パラメータSの値をより小さく
設定することで、ウエハセンターWcからの距離LWn
が大きく異なるサンプルショットの影響を小さくするこ
とができる。一方、非線形成分が比較的小さいときに
は、パラメータSの値をより大きく設定することで、計
測再現性が悪いアライメントセンサー(又はレイア)に
おけるアライメント精度の低下を防止することができ
る。The value of the parameter S in (Equation 18) is determined by the alignment accuracy and the characteristics of nonlinear distortion (for example, large and small, regularity, etc.) required similarly to the W1-EGA method.
What is necessary is just to determine suitably according to step pitch, the quality of measurement reproducibility of an alignment sensor, etc. That is, when the nonlinear component is relatively large, the value of the parameter S is set to be smaller, so that the distance LWn from the wafer center Wc is set.
Can significantly reduce the effect of sample shots. On the other hand, when the nonlinear component is relatively small, by setting the value of the parameter S to be larger, it is possible to prevent a decrease in alignment accuracy in an alignment sensor (or layer) having poor measurement reproducibility.
【0119】更に、W2−EGA方式では、ウエハW上
の点対称中心からほぼ等距離にある複数のショット領
域、即ちその点対称中心を中心とした同一の円上に位置
する複数のショット領域の各々では、当然ながらサンプ
ルショットのアライメントデータに与える重みWin′が
同一となる。このため、その点対称中心を中心とした同
一の円上に複数のショット領域が位置している場合、何
れか1つのショット領域のみにおいて上記の重み付け及
び統計演算を行って誤差パラメータ(Θ,W,Γx,Γ
y,OX,OY,θ,w,γx,γy)を算出すれば、残り
のショット領域については先に算出した誤差パラメータ
をそのまま用いてそのチップローテーション、チップ直
交度、チップ倍率誤差及び座標位置を決定することがで
きる。これにより、計算量が減少するという利点があ
る。Further, in the W2-EGA method, a plurality of shot areas which are substantially equidistant from the point symmetry center on the wafer W, that is, a plurality of shot areas located on the same circle centered on the point symmetry center. in each, the weight W in 'is the same given to the course of the sample shot alignment data. For this reason, when a plurality of shot areas are located on the same circle centered on the point symmetry center, the weighting and the statistical calculation are performed on only one of the shot areas to obtain the error parameters (Θ, W). , Γx,
y, O X , O Y , θ, w, γx, γy), the chip rotation, chip orthogonality, chip magnification error, and coordinates of the remaining shot areas are directly used using the error parameters calculated previously. The position can be determined. This has the advantage that the amount of calculation is reduced.
【0120】ところで、W2−EGA方式に好適なサン
プルショットの配置は、非線形歪みの点対称中心、即ち
ウエハセンターWcに関して対称となるように指定する
ことが望ましく、例えばウエハセンターWcを基準とし
たX字型又は十字型等に指定すれば良い。それ以外に、
W1−EGA方式と同様の配置としても良い。また、非
線形歪みの点対称中心がウエハセンターWc以外の場合
には、その点対称中心を基準としたX字型又は十字型の
配置とすればよい。また、誤差パラメータの値を決定す
るに際しては、(数18)に示す重み付け関数をX方向
及びY方向の各々で独立に設定するようにしても良い。
また、アライメントマーク毎に重み付け関数を独立に設
定してもよいことは言うまでもない。By the way, it is desirable that the arrangement of sample shots suitable for the W2-EGA method be specified so as to be symmetric with respect to the point symmetric center of the nonlinear distortion, that is, the wafer center Wc. What is necessary is just to specify a character shape, a cross shape, etc. Besides that,
The arrangement may be the same as in the W1-EGA system. When the point of symmetry of the nonlinear distortion is other than the wafer center Wc, an X-shaped or cross-shaped arrangement based on the point of symmetry may be used. When determining the value of the error parameter, the weighting function shown in (Equation 18) may be set independently in each of the X direction and the Y direction.
It goes without saying that a weighting function may be set independently for each alignment mark.
【0121】なお、W1−EGA方式及びW2−EGA
方式では、チップパターンに関する4個の誤差パラメー
タ(θ,w,rx,ry)を基に回転誤差や倍率誤差を
補正するときには、各ショット領域毎に求められるそれ
らパラメータを用いて各ショット領域毎に補正を行って
も良い。又は、ショット領域毎に求められる1組のパラ
メータを平均化して1組のパラメータを求め、このパラ
メータに基づいてウエハ全体として1回だけ補正を行う
ようにしても良い。更に、ウエハを複数のブロックに分
け、各ブロック毎に補正を行うようにしても良い。ま
た、W2−EGA方式では、点対称の中心に対して同心
円上に位置するショット領域では、ショット領域毎にパ
ラメータを求める必要はなく、何れか1つのショット領
域について求めたパラメータを使用するようにしても良
い。The W1-EGA system and the W2-EGA
In the method, when correcting a rotation error or a magnification error based on four error parameters (θ, w, rx, ry) relating to a chip pattern, each of the shot areas is corrected using the parameters obtained for each shot area. Correction may be performed. Alternatively, one set of parameters obtained for each shot area may be averaged to obtain one set of parameters, and correction may be performed only once for the entire wafer based on these parameters. Further, the wafer may be divided into a plurality of blocks, and correction may be performed for each block. Further, in the W2-EGA method, in a shot area located on a concentric circle with respect to the center of point symmetry, it is not necessary to obtain a parameter for each shot area, and a parameter obtained for any one shot area is used. May be.
【0122】また、本発明はステップ・アンド・リピー
ト方式の露光装置(例えば縮小投影型のステッパーや等
倍投影型のステッパー)のみならず、所謂ステップ・ア
ンド・スキャン露光方式の露光装置、又はプロキシミテ
ィタイプのステッパー(X線露光装置等)等にも広く適
用できるものである。また、露光装置以外でも半導体ウ
エハや複数のチップパターンを有するレチクル等を検査
する装置(欠陥検査装置、プローバ等)で、各チップ毎
にステップ・アンド・リピート方式で検査視野やプロー
ブ針等の基準位置に対して位置合わせする装置において
も、本発明を同様に適用することができる。The present invention is applicable not only to a step-and-repeat type exposure apparatus (for example, a reduction projection type stepper or a 1: 1 projection type stepper), but also to a so-called step-and-scan exposure type exposure apparatus or proxy. It can be widely applied to a mitty type stepper (such as an X-ray exposure apparatus). In addition to the exposure device, this is a device (defect inspection device, prober, etc.) that inspects semiconductor wafers and reticles with multiple chip patterns. The present invention can be similarly applied to an apparatus for performing position alignment.
【0123】なお、ステップ・アンド・スキャン露光方
式の露光装置を始めとする走査型の露光装置で上述のア
ライメント方法を適用する場合には、上述の実施例で求
めた座標位置に所定のオフセット(パターンサイズ、レ
チクル及びウエハの助走区間等に応じて一義的に定まる
値)を加えた位置にウエハを位置決めしてから、走査露
光を行うことになる。When the above-described alignment method is applied to a scanning type exposure apparatus such as an exposure apparatus of the step-and-scan exposure type, a predetermined offset ( The scanning exposure is performed after the wafer is positioned at a position to which a value uniquely determined according to the pattern size, the reticle, the running section of the wafer, and the like are added.
【0124】このように、本発明は上述実施例に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取
り得る。As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can take various configurations without departing from the gist of the present invention.
【0125】[0125]
【発明の効果】本発明によれば、被処理基板上の複数の
ショット領域の基準位置全てに対して、位置合わせの誤
差が平均的に小さくなると同時に、それらショット領域
上のチップパターン全てに対してマスクのパターン像と
の重ね合わせの誤差が平均的に小さくなる。従って、各
ショット領域に転写されるチップパターン自体の伸縮や
回転などの影響を小さく抑え、基板上の各ショット領域
のチップパターンとマスクのパターンの投影像とをより
高精度に重ね合わせることができる利点がある。これに
より、1枚の被処理基板から取れる良品チップの数が多
くなり、半導体素子等のチップの生産性を向上すること
ができる。According to the present invention, the alignment error is reduced on average with respect to all of the reference positions of the plurality of shot areas on the substrate to be processed, and at the same time, the chip pattern on all of the shot areas is reduced. As a result, the overlay error with the pattern image of the mask is reduced on average. Therefore, the influence of the expansion / contraction or rotation of the chip pattern itself transferred to each shot area can be suppressed to be small, and the chip pattern of each shot area on the substrate and the projection image of the mask pattern can be superimposed with higher accuracy. There are advantages. As a result, the number of non-defective chips obtained from one substrate to be processed increases, and the productivity of chips such as semiconductor elements can be improved.
【0126】また、被処理基板上の幾つかのショット領
域について、それに属する位置合わせ用のマークの位置
を実測している、即ち同じ形状の位置合わせ用のマーク
を使った位置計測が複数回繰り返されるので、検出系の
機械的又は電気的なランダムな誤差が低減される利点も
ある。また、各ショット領域に2個以上の2次元の位置
合わせ用のマークを設定し、予め選択された少なくとも
4個以上の位置合わせ用のマークの座標位置を計測する
ようにした場合には、各ショット領域の配列座標の他
に、各ショット領域内のチップパターンの2個の線形誤
差(チップローテーション及び等方的なチップスケーリ
ング等)を求めることができる。In some shot areas on the substrate to be processed, the positions of the alignment marks belonging to the shot areas are actually measured, that is, the position measurement using alignment marks of the same shape is repeated a plurality of times. Therefore, there is also an advantage that a mechanical or electrical random error of the detection system is reduced. If two or more two-dimensional alignment marks are set in each shot area and the coordinate positions of at least four or more pre-selected alignment marks are measured, In addition to the array coordinates of the shot areas, two linear errors (such as chip rotation and isotropic chip scaling) of the chip pattern in each shot area can be obtained.
【図1】本発明による位置合わせ方法の一実施例が適用
されたアライメント動作及び露光動作を示すフローチャ
ートである。FIG. 1 is a flowchart showing an alignment operation and an exposure operation to which an embodiment of a positioning method according to the present invention is applied.
【図2】その実施例のアライメント動作及び露光動作が
実施される投影露光装置の一例を示す構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram illustrating an example of a projection exposure apparatus in which an alignment operation and an exposure operation of the embodiment are performed.
【図3】図2の指標板上のアライメントマークの像を示
す拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view showing an image of an alignment mark on the index plate of FIG. 2;
【図4】(a)は実施例のウエハ上のショット領域の配
列の一例を示す平面図、(b)は図4(a)内のショッ
ト領域を示す拡大平面図である。FIG. 4A is a plan view showing an example of an arrangement of shot areas on a wafer according to the embodiment, and FIG. 4B is an enlarged plan view showing the shot areas in FIG. 4A.
【図5】(a)はチップパターンの回転誤差及びチップ
倍率の誤差を含んだウエハの一例を示す平面図、(b)
はチップローテーション誤差の説明図、(c)はチップ
倍率誤差の説明図である。FIG. 5A is a plan view showing an example of a wafer including a chip pattern rotation error and a chip magnification error, and FIG.
FIG. 7 is an explanatory diagram of a chip rotation error, and FIG. 7C is an explanatory diagram of a chip magnification error.
【図6】2次元座標を示すアライメントマークの例を示
す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an example of an alignment mark indicating two-dimensional coordinates.
【図7】1次元座標を示すアライメントマークの例を示
す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an example of an alignment mark indicating one-dimensional coordinates.
【図8】通常のEGA方式でアライメントを行う場合の
アライメントマークの選択例を示す説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram showing an example of selecting an alignment mark when performing alignment by a normal EGA method.
【図9】実施例の方式でアライメントを行う場合のアラ
イメントマークの選択例を示す説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram showing an example of selecting an alignment mark when performing alignment by the method of the embodiment.
【図10】本発明の他の実施例においてW1−EGA方
式のアライメントが行われるウエハ上のショット配列を
示す平面図である。FIG. 10 is a plan view showing a shot arrangement on a wafer on which W1-EGA alignment is performed in another embodiment of the present invention.
【図11】本発明の他の実施例においてW2−EGA方
式のアライメントが行われるウエハ上のショット配列を
示す平面図である。FIG. 11 is a plan view showing a shot array on a wafer on which W2-EGA alignment is performed in another embodiment of the present invention.
1 照明光学系 2 レチクル 6 主制御系 7 投影光学系 8 ウエハ 10 ウエハステージ 12 レーザー干渉計 14 結像特性制御装置 15 オフ・アクシスのアライメント系 27−1〜27−5,27−n ショット領域 28−1〜28−5,28−n 基準点 29−1〜29−3,29−n アライメントマーク 30−1〜30−3,30−n アライメントマーク 34−1〜34−3,34−n アライメントマーク 35−1〜35−3,35−n アライメントマーク Reference Signs List 1 illumination optical system 2 reticle 6 main control system 7 projection optical system 8 wafer 10 wafer stage 12 laser interferometer 14 imaging characteristic control device 15 off-axis alignment system 27-1 to 27-5, 27-n shot area 28 -1 to 28-5, 28-n Reference point 29-1 to 29-3, 29-n Alignment mark 30-1 to 30-3, 30-n Alignment mark 34-1 to 34-3, 34-n Alignment Mark 35-1 to 35-3, 35-n Alignment mark
Claims (18)
にあたって、前記基板上に二次元的に配列され、それぞ
れマークが付随して設けられた複数のショット領域の各
々を、前記基板の移動位置を規定する静止座標系内の所
定の転写位置に対して位置合わせする方法において、 前記基板上の前記複数のショット領域のうちの少なくと
も3つのサンプルショット領域にそれぞれ付随したマー
クの、前記静止座標系上における位置情報を計測する第
1工程と、前記 複数のショット領域の前記基板上での配列に関する
第1の変換パラメータと、前記ショット領域内における
前記パターンとの相対的な結像関係の誤差に関する変換
パラメータであって、且つ少なくとも前記ショット領域
に対して前記マスクのパターンが投影された時の前記基
板上の複数のショット領域の二次元配列方向のそれぞれ
の方向における線形伸縮誤差を個別に含む第2の変換パ
ラメータとを、前記第1工程で計測された前記複数のマ
ークの位置情報を前記第1、第2の変換パラメータを含
む1つの座標変換式を用いて統計演算することによって
同時に求めると共に、前記複数のショット領域の各々の
前記静止座標系上における配列位置情報を算出する第2
工程と、 前記第2工程で算出された配列位置情報に基づいて、前
記基板上の前記複数のショット領域の各々を前記転写位
置に対して位置合わせする第3工程と、を有することを
特徴とする位置合わせ方法。In transferring a pattern on a mask onto a substrate, each of a plurality of shot regions two-dimensionally arranged on the substrate and provided with respective marks is moved to a moving position of the substrate. A method of aligning with respect to a predetermined transfer position in a stationary coordinate system defining the static coordinate system of a mark respectively attached to at least three sample shot areas of the plurality of shot areas on the substrate. a first step of measuring the position information on a first conversion parameter relating to the sequences on the substrate of the plurality of shot areas, to the error of the relative imaging relationship between the pattern in the shot area conversion
Parameters and at least the shot area
The base when the mask pattern is projected onto
Each of two or more shot areas on the plate in the two-dimensional array direction
Second conversion parameters and a plurality of Ma measured in the first step includes a linear expansion errors separately in the direction of
Network information including the first and second conversion parameters.
Statistical calculation using one coordinate transformation formula
A second method of calculating the array position information of the plurality of shot areas on the stationary coordinate system at the same time .
And a third step of aligning each of the plurality of shot areas on the substrate with respect to the transfer position based on the array position information calculated in the second step. How to align.
前記静止座標系上の第1方向における位置情報を計測す
るための複数の第1マーク、及び前記第1方向と直交す
る第2方向における位置情報を計測するための複数の第
2マークが付随して設けられていることを特徴とする請
求項1記載の位置合わせ方法。2. Each of the plurality of shot areas includes:
A plurality of first marks for measuring position information in a first direction on the stationary coordinate system and a plurality of second marks for measuring position information in a second direction orthogonal to the first direction are attached. The positioning method according to claim 1, wherein the positioning method is provided.
第1方向における位置情報を計測するために所定のサン
プルショットに付随して設けられた第1マーク、及び前
記第1方向と直交する第2方向における位置情報を計測
するために特定のサンプルショットに付随して設けられ
た第2マークを計測し、 前記第1工程で計測される前記複数の第1又は第2マー
クのうちの少なくとも1つのマークの当該サンプルショ
ット領域に対する配置関係は、他の計測される第1又は
第2マークの当該サンプルショット領域に対する配置関
係とは異なることを特徴とする請求項1又は2記載の位
置合わせ方法。3. In the first step, a first mark provided along with a predetermined sample shot for measuring position information in a first direction on the stationary coordinate system, and a first mark orthogonal to the first direction. Measuring a second mark attached to a specific sample shot in order to measure position information in a second direction to perform the measurement, and among the plurality of first or second marks measured in the first step, 3. The alignment according to claim 1, wherein an arrangement relation of at least one mark to the sample shot area is different from an arrangement relation of another measured first or second mark to the sample shot area. Method.
ト領域毎に、各サンプルショット領域に付随した1つの
マークを計測することを特徴とする請求項1記載の位置
合わせ方法。4. The alignment method according to claim 1, wherein, in the first step, one mark attached to each sample shot area is measured for each of the sample shot areas.
ンプルショット領域に関して、前記第1方向に関する複
数の位置情報、又は前記第2方向に関する複数の位置情
報を計測することを特徴とする請求項2記載の位置合わ
せ方法。5. The method according to claim 2, wherein in the first step, a plurality of pieces of position information in the first direction or a plurality of pieces of position information in the second direction are measured for at least one sample shot area. The alignment method described.
う前に、前記第2の変換パラメータに基づいて前記ショ
ット領域内における前記パターンとの相対的な結像関係
の誤差を補正することを特徴とする請求項1〜5の何れ
か一項記載の位置合わせ方法。6. In the third step, before performing the positioning, correcting an error of a relative imaging relationship with the pattern in the shot area based on the second conversion parameter. The positioning method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that:
域内における前記マスクのパターンとの相対的な回転誤
差を含み、 前記第3工程では、前記マスクと前記基板とを相対的に
回転することにより、前記回転誤差を補正することを特
徴とする請求項6記載の位置合わせ方法。7. The error of the imaging relationship includes a relative rotation error with respect to a pattern of the mask in the shot area, and in the third step, the mask and the substrate are relatively rotated. 7. The positioning method according to claim 6, wherein the rotation error is corrected by the correction.
ることにより前記回転誤差を補正した場合には、前記第
1工程及び前記第2工程を再度実行して、前記第1の変
換パラメータ及び前記配列位置情報を新たに算出し、 その後の前記第3工程では、前記新たに算出された前記
配列位置情報に基づいて、前記複数のショット領域の各
々を前記転写位置に対して位置合わせすることを特徴と
する請求項7記載の位置合わせ方法。8. When the rotation error is corrected by rotating the substrate in the third step, the first step and the second step are executed again, and the first conversion parameter and the first Newly calculating array position information, and in the subsequent third step, aligning each of the plurality of shot regions with respect to the transfer position based on the newly calculated array position information. The method according to claim 7, wherein
域の直交度の誤差を含み、 前記第3工程では、前記マスクを前記基板に対して回転
することにより前記直交度の誤差を補正することを特徴
とする請求項6記載の位置合わせ方法。9. The image forming relation error includes an orthogonality error of the shot region, and in the third step, the mask is rotated with respect to the substrate to correct the orthogonality error. 7. The alignment method according to claim 6, wherein:
領域に対して前記マスクのパターンが投影されたときの
前記線形伸縮誤差を含み、 投影光学系の投影倍率を調整することにより、前記線形
伸縮誤差を補正することを特徴とする請求項6〜8の何
れか一項記載の位置合わせ方法。10. The error of the imaging relation is caused when the pattern of the mask is projected on the shot area.
Wherein the linear expansion error, by adjusting the projection magnification of the projection optical system, said linear
What claims 6-8, characterized in that to correct the expansion and contraction error
The alignment method according to any one of the preceding claims.
ョット領域の回転、直交度のうちの少なくとも1つに関
するパラメータを更に含むことを特徴とする請求項1〜
10の何れか一項記載の位置合わせ方法。Wherein said second conversion parameters according to claim 1, wherein the rotation of the shot area, which further comprises a parameter relating to at least one of the orthogonality
11. The alignment method according to claim 10.
板の回転、前記静止座標系の直交度、前記基板上の前記
複数のショット領域の配列座標系の線形伸縮、前記配列
座標系の前記静止座標系に対するオフセットのうちの少
なくとも1つに関するパラメータを含むことを特徴とす
る請求項1〜11の何れか一項記載の位置合わせ方法。12. The first conversion parameter includes a rotation of the substrate, an orthogonality of the stationary coordinate system, a linear expansion / contraction of an array coordinate system of the plurality of shot areas on the substrate, and a stationary state of the array coordinate system. The method according to claim 1, further comprising a parameter relating to at least one of offsets with respect to a coordinate system.
前記静止座標系の直交度、及び前記配列座標系における
線形伸縮に関する変換行列Aと、前記ショット領域内の
基準点の前記配列座標系上の設計上の座標情報Cn と、
前記オフセットに関する変換行列Oと、前記第2の変換
パラメータに関する変換行列Bと、前記マークの前記基
準点に関する前記配列座標系上の設計上の相対座標情報
SNnとを用いて、前記マークが前記静止座標系上で実際
にあるべき位置の座標情報FNnを、以下の関係式により
算出し、 FNn=A・Cn +B・SNn+O 前記第1工程で計測された被計測マークの計測値と、前
記関係式で算出された前記被計測マークの座標情報FNn
とに基づいて、前記第1及び第2の変換パラメータを算
出することを特徴とする請求項12記載の位置合わせ方
法。13. The method according to claim 12, wherein in the second step, rotation of the substrate is performed.
The orthogonality of the stationary coordinate system, and a conversion matrix A for linear expansion and contraction in the array coordinate system, and coordinate information C n on the array coordinate system of the reference point in the shot area on the array coordinate system,
Using the transformation matrix O relating to the offset, the transformation matrix B relating to the second transformation parameter, and the design relative coordinate information S Nn on the array coordinate system relating to the reference point of the mark, The coordinate information F Nn of the position that should actually be on the stationary coordinate system is calculated by the following relational expression, and F Nn = A · C n + B · S Nn + O Measurement of the measurement mark measured in the first step Value and coordinate information F Nn of the measured mark calculated by the relational expression .
The method according to claim 12, wherein the first and second conversion parameters are calculated based on the first and second parameters.
測された前記複数のマークの位置情報を、前記サンプル
ショット領域の配置に応じて重み付けし、且つ該重み付
けされた複数の前記位置情報を統計演算することによっ
て、前記第1及び第2の変換パラメータを求めることを
特徴とする請求項1〜13の何れか一項記載の位置合わ
せ方法。14. In the second step, the position information of the plurality of marks measured in the first step is weighted in accordance with the arrangement of the sample shot area, and the weighted plurality of position information is calculated. 14. The positioning method according to any one of claims 1 to 13, wherein the first and second conversion parameters are obtained by statistically calculating.
いて前記マークの2次元の位置を特定できる2次元マー
クであることを特徴とする請求項1〜14の何れか一項
記載の位置合わせ方法。15. The alignment method according to claim 1, wherein the mark is a two-dimensional mark that can specify a two-dimensional position of the mark on the stationary coordinate system. .
してそれぞれ設計上一定の相対位置関係で2個以上の前
記2次元マークが配置され、 前記第1工程では、前記2次元マークのうち、予め選択
された少なくとも4個のマークの位置情報を計測するこ
とを特徴とする請求項15記載の位置合わせ方法。16. Two or more two-dimensional marks are arranged in a fixed relative positional relationship with respect to a reference position in each of the shot areas in design, and in the first step, among the two-dimensional marks, 16. The positioning method according to claim 15, wherein position information of at least four marks selected in advance is measured.
置合わせ方法を用いて位置合わせされた前記複数のショ
ット領域上に、前記マスクのパターンを投影光学系を介
して順次投影して、前記パターンを前記基板上に順次転
写する工程を含むことを特徴とする露光方法。17. A method of projecting a pattern of the mask via a projection optical system onto the plurality of shot areas aligned by using the alignment method according to claim 1. And exposing the pattern onto the substrate sequentially.
デバイスパターンを前記基板上に転写する工程を含むこ
とを特徴とするデバイス製造方法。18. A device manufacturing method, comprising a step of transferring a device pattern onto the substrate by using the exposure method according to claim 17.
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1993
- 1993-06-11 JP JP14058093A patent/JP3348918B2/en not_active Expired - Fee Related
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