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JPH0738376B2 - Projection exposure device - Google Patents
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JPH0738376B2 - Projection exposure device - Google Patents

Projection exposure device

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Publication number
JPH0738376B2
JPH0738376B2 JP5201725A JP20172593A JPH0738376B2 JP H0738376 B2 JPH0738376 B2 JP H0738376B2 JP 5201725 A JP5201725 A JP 5201725A JP 20172593 A JP20172593 A JP 20172593A JP H0738376 B2 JPH0738376 B2 JP H0738376B2
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JP
Japan
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shot
mark
alignment
wafer
coordinate system
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稔和 馬立
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Nikon Corp
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70691Handling of masks or workpieces

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、レチクルに形成された
回路パターン等を感光基板上に予め形成されているショ
ット領域に重ね合わせ露光する投影露光装置に関し、特
に感光基板上の任意のショット領域とレチクルのパター
ン投影像との精密なアライメントを可能とする投影露光
装置に関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention is formed on a reticle.
A circuit pattern etc. is pre-formed on the photosensitive substrate.
The projection exposure apparatus that performs overlay exposure on the
Any shot area and reticle pattern on the photosensitive substrate
Projection exposure that enables precise alignment with the projected image
Regarding the device .

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、ICやLSI等の半導体装置は急
速に微細化、高密度化が進み、これを製造する装置、特
にマスクやレチクルの回路パターンを半導体ウェハに形
成された回路パターン上に重ね合わせて転写する露光装
置にも増々、高精度なものが要求されてきている。マス
クの回路パターンとウェハ上の回路パターンとは例えば
0.1μm以内の精度で重ね合わせることが要求され、
このため現在、その種の露光装置はマスクの回路パター
ンをウェハ上の局所領域(例えば1チップ分)に露光し
たら、ウェハを一定距離だけ歩進(ステッピング)させ
ては再びマスクの回路パターンを露光することを繰り返
す、所謂ステップアンドリピート方式の装置、特に縮小
投影型の露光装置(ステッパー)が主流になっている。
このステップアンドリピート方式では、ウェハを2次元
移動するステージに載置してマスクの回路パターンの投
影像に対して位置決めするため、その投影像とウェハ上
の各チップとを精密に重ね合わせることができる。ま
た、縮小型露光装置の場合、マスクやレチクルに設けら
れた位置合わせ用のマークと、ウェハ上のチップに付随
したマークとを投影レンズを介して直接観察又は検出し
て位置合わせするスルーザレンズ方式のアライメント方
法と、投影レンズから一定距離だけ離して設けた位置合
わせ用の顕微鏡を使ってウェハ全体の位置合わせを行っ
た後、そのウェハを投影レンズの直下に送り込むオフア
クシス方式のアライメント方法との2つの方法がある。
2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor devices such as ICs and LSIs have been rapidly miniaturized and highly densified, and devices for manufacturing such devices, particularly masks and reticles, have a circuit pattern formed on a circuit pattern formed on a semiconductor wafer. Highly accurate exposure apparatuses are also required to be transferred in superposition. The circuit pattern on the mask and the circuit pattern on the wafer are required to be superimposed with an accuracy of, for example, 0.1 μm or less,
Therefore, at present, such an exposure apparatus exposes a mask circuit pattern to a local region (for example, one chip) on the wafer, and then advances the wafer a certain distance (stepping) to expose the mask circuit pattern again. A so-called step-and-repeat type apparatus, which repeats the above-mentioned steps, in particular, a reduction projection type exposure apparatus (stepper) has become the mainstream.
In this step-and-repeat method, the wafer is placed on a stage that moves two-dimensionally and positioned with respect to the projected image of the circuit pattern of the mask, so that the projected image and each chip on the wafer can be precisely overlapped. it can. Further, in the case of a reduction type exposure apparatus, a through-the-lens that directly observes or detects a mark for alignment provided on a mask or reticle and a mark attached to a chip on a wafer by directly observing or detecting the mark. System alignment method and the off-axis alignment method that sends the wafer directly below the projection lens after aligning the entire wafer using a positioning microscope provided at a fixed distance from the projection lens. There are two methods.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】一般にスルーザレンズ
方式はウェハ上の各チップ毎に位置合わせすることか
ら、重ね合わせ精度は高くなるものの1枚のウェハの露
光処理時間が長くなるという問題がある。オスアクシス
方式の場合は、一度ウェハ全体の位置合わせが完了した
ら、チップの配列に従ってウェハをステッピングさせる
だけなので、露光処理時間は短縮される。しかしなが
ら、各チップ毎の位置合わせを行わないため、ウェハの
伸縮、ウェハのステージ上の回転誤差、ステージ自体の
移動の直交度等の影響で必ずしも満足な重ね合わせ精度
が得られなかった。
Generally, in the through-the-lens method, since alignment is performed for each chip on a wafer, overlay accuracy is high, but there is a problem that the exposure processing time for one wafer becomes long. . In the case of the male axis method, once the alignment of the entire wafer is completed, the wafer is simply stepped according to the arrangement of chips, so the exposure processing time is shortened. However, since alignment is not performed for each chip, satisfactory overlay accuracy cannot always be obtained due to the effects of expansion and contraction of the wafer, rotation error of the wafer on the stage, and orthogonality of movement of the stage itself.

【0004】そこで本発明は、ウェハ等の感光基板上に
配列された複数のチップ(ショット領域)の全てに対し
てマーク検出を行なうことなく、代表的なショット領域
についてのみマーク検出を行なうだけで、レチクルのパ
ターン投影像と感光基板上の各ショット領域とを精密に
アライメント可能な投影露光装置を提供することを目的
とする。
[0004] The present invention is, against the all of the plurality of chips arranged on a photosensitive substrate such as a wafer (shot area)
Typical shot area without performing mark detection
Mark detection only on the reticle
Precisely the turn projection image and each shot area on the photosensitive substrate
An object of the present invention is to provide a projection exposure apparatus capable of alignment .

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、複数のショッ
ト領域(Cn)とアライメント用のマーク(SXn、S
Yn)とを有する感光基板(WA)を保持して、直交座
標系(x、y)内で2次元移動する基板ステージ(2、
3)と、直交座標系内の所定位置に光軸(AX)が通る
ように配置された投影光学系(1)と、直交座標系内の
所定位置に検出中心点(LXS、LYS)を有し、感光
基板上のマーク位置を検出するマーク検出手段(9、1
0、30〜38、41〜48)と、検出されたマーク位
置に基づいて、感光基板上の任意のショット領域が投影
光学系の光軸に対してアライメントされるように、基板
ステージの移動位置を制御する制御手段(5、6、5
0)とを備えた投影露光装置に適用される。さらに本発
明においては、ショット指定手段(例えばキーボード装
置)、ショット位置実測手段(50、103、10
4)、第1演算手段(108)、及び第2演算手段(1
07)の各手段を設けるようにした。 ここで、ショット
指定手段は感光基板のほぼ中央を原点としたショット配
列座標系(αβ)の4つの象限の夫々に位置するショッ
ト領域を含む4個以上をアライメントショットとして指
定するものであり、ショット位置実測手段はそれらアラ
イメントショットの各マークがマーク検出手段によって
検出されるように基板ステージを移動させ、アライメン
トショットの各々の実際の座標位置に対応した実測値
(Hxn、Hyn)を計測するものである。そして第1演算
手段は、感光基板上の各ショット領域の設計上の座標値
を(Dxn、Dyn)、所定の誤差パラメータを(a11、a
12、a21、a22、Ox、Oy)としたとき、感光基板上
の任意の1つのショット領域が投影光学系の光軸に対し
てアライメントされるような基板ステージの移動座標値
(Fxn、Fyn)を、 Fxn=a11・Dxn+a12・Dyn+Ox Fyn=a21・Dxn+a22・Dyn+Oy の演算式に基づいて算出するものであり、第2演算手段
は実測値(Hxn、Hyn)とそれに対応した設計上座標値
(Dxn、Dyn)とに基づいて、第1演算手段の実行前に
パラメータのうち少なくともa11、a12、a21、a22の
各値を算出するも のである。さらに第2の発明では、上
述の構成の他に、計測された実測値が標準となる値(例
えばグローバルアライメントの精度の2倍)から大きく
ずれているときは、その実測値を得たアライメントショ
ットに隣接した別のショット領域から実測値を取得する
ように指示する構成を付加した。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a plurality of shock absorbers.
Area (Cn) and alignment marks (SXn, S
Yn) and a photosensitive substrate (WA) having
A substrate stage (2, 2 that moves two-dimensionally within the standard (x, y)
3) and the optical axis (AX) passes at a predetermined position in the Cartesian coordinate system.
And the projection optical system (1)
It has a detection center point (LXS, LYS) at a predetermined position
Mark detecting means (9, 1) for detecting the mark position on the substrate
0, 30-38, 41-48) and the detected mark position
Any shot area on the photosensitive substrate is projected based on
Substrate so that it is aligned with the optical axis of the optical system
Control means (5, 6, 5) for controlling the moving position of the stage
0) and the projection exposure apparatus. Further departure
In the clear, shot designation means (for example, keyboard
Position), shot position measuring means (50, 103, 10
4), the first calculation means (108), and the second calculation means (1)
Each means of 07) is provided. Where the shot
The designating means is a shot arrangement with the center of the photosensitive substrate as the origin.
Shots located in each of the four quadrants of the column coordinate system (αβ)
Finger as an alignment shot
Shot position measurement means
Each mark of the element shot is detected by the mark detection means.
Move the substrate stage to detect and align
Measurement value corresponding to each actual coordinate position of the shot
(Hxn, Hyn) is measured. And the first operation
The means is the design coordinate value of each shot area on the photosensitive substrate.
(Dxn, Dyn), and a predetermined error parameter is (a11, ayn
12, a21, a22, Ox, Oy) on the photosensitive substrate
Any one shot area of is relative to the optical axis of the projection optical system
Coordinate values of the substrate stage that are aligned
(Fxn, Fyn) is calculated based on an arithmetic expression of Fxn = a11.Dxn + a12.Dyn + Ox Fyn = a21.Dxn + a22.Dyn + Oy.
Is the measured value (Hxn, Hyn) and the corresponding design coordinate value
(Dxn, Dyn) and before the execution of the first calculation means
Of the parameters at least a11, a12, a21, a22
Calculating each value is also of a. Further, in the second invention,
In addition to the configuration described above, the measured actual value becomes a standard value (example
For example, twice the accuracy of global alignment)
If they are not aligned, the alignment show
The actual measurement value from another shot area adjacent to
The configuration to instruct is added.

【0006】[0006]

【作用】本発明によれば、ウェハ等の基板上の複数のシ
ョット領域のうち、少なくとも配列座標系内の4つの象
限の夫々に位置するショット領域を含む4個以上を、ア
ライメントショットとして実測値を得るようにしたの
で、第2演算手段によって決定される誤差パラメータA
(a11、a12、a21、a22)は、基板上のショット配列
の直交度、伸縮、回転の誤差が正確に反映されたものと
なる。そのため本発明によれば、基板上に形成された複
数のチップパターン(ショット領域)の全てに対して位
置合わせ誤差が平均的に小さくなり、1枚の基板から得
られる良品チップの数が多くなるといった効果が得られ
る。また、基板上の複数の領域の夫々を、露光中心点に
対して順次アライメントする際は実測したいくつかの領
域の座標位置からの推定値に基づいてステージを移動さ
せるだけなので、基板上の各領域毎に座標位置を実測し
ては位置合わせを行なうという方法よりもスループット
が高くなるといった特徴がある。さらに実測したいくつ
かの領域の座標位置を演算して、一義的な関係式(Fn
=A・Dn+O)の誤差パラメータAを決定している
が、実測のときに順次ステージで移動させるときに発生
する機械的、又は電気的なランダムな誤差が演算によっ
て平均化されることになり、パラメータAはそのような
ランダムな成分の影響を受けにくいといった利点もあ
る。
According to the present invention, a plurality of substrates on a substrate such as a wafer are
At least four elephants in the array coordinate system out of the range
4 or more including the shot areas located in each of the
I tried to get the actual value as a liment shot
And the error parameter A determined by the second calculation means
(A11, a12, a21, a22) are shot arrays on the substrate
The orthogonality, expansion and contraction, and rotation error of
Become. Therefore, according to the present invention, the alignment error is small on average for all of the plurality of chip patterns (shot areas) formed on the substrate, and the number of non-defective chips obtained from one substrate increases. Such an effect can be obtained. Also, set each of the multiple areas on the substrate to the exposure center point.
On the other hand, when performing sequential alignment, the stage is simply moved based on the estimated values from the measured coordinate positions of several areas. Therefore, the coordinate position is measured for each area on the substrate and then the alignment is performed. It has a feature that the throughput is higher than that. Furthermore, the coordinate positions of several measured areas are calculated, and a unique relational expression
= A · Dn + O) error parameter A is determined, but mechanical or electrical random errors that occur when moving sequentially on the stage during actual measurement are averaged by calculation, The parameter A also has the advantage that it is unlikely to be affected by such random components.

【0007】[0007]

【実施例】図1は本発明の方法を実施するのに好適な縮
小投影型露光装置の概略的な構成を示す斜視図である。
投影原版となるレチクルRは、その投影中心が投影レン
ズ1の光軸を通るように位置決めされて、装置に装着さ
れる。投影レンズ1はレチクルRに描かれた回路パター
ン像を1/5、又は1/10に縮小して、ウェハWA上
に投影する。ウェハホルダー2はウェハWAを真空吸着
するとともにx方向とy方向に2次元移動するステージ
3に対して微小回転可能に設けられている。駆動モータ
4はステージ3上に固定され、ウェハホルダー2を回転
させる。また、ステージ3のx方向の移動はモータ5の
駆動によって行われ、y方向の移動はモータ6の駆動に
よって行われる。ステージ3の直交する2辺には、反射
平面がy方向に伸びた反射ミラー7と、反射平面がx方
向に伸びた反射ミラー8とが各々固設されている。レー
ザ光波干渉測長器(以下単にレーザ干渉計と呼ぶ)9は
反射ミラー8にレーザ光を投射して、ステージ3のy方
向の位置(又は移動量)を検出し、レーザ干渉計10は
反射ミラー7にレーザ光を投射して、ステージ3のx方
向の位置(又は移動量)を検出する。投影レンズ1の側
方には、ウェハWA上の位置合わせ用のマークを検出
(又は観察)するために、オフアクシス方式のウェハア
ライメント顕微鏡(以下、WAMと呼ぶ)20、21が
設けられている。尚、WAM21は図1では投影レンズ
1の後にあり、図示されていない。WAM20、21は
それぞれ投影レンズ1の光軸AXと平行な光軸を有し、
x方向に細長く伸びた帯状のレーザスポット光YSP、
θSPをウェハWA上に結像する。(スポット光YS
P、θSPは図1では図示せず。)これらスポット光Y
SP、θSPはウェハWA上の感光剤(フォトレジス
ト)を感光させない波長の光であり、本実施例では微小
な振幅でy方向に振動している。そしてWAM20、2
1はマークからの散乱光や回折光を受光する光電素子
と、その光電信号をスポット光の振動周期で同期整流す
る回路とを有し、スポット光θSP(YSP)のy方向
の振動中心に対するマークのy方向のずれ量に応じたア
ライメント信号を出力する。従ってWAM20、21は
所謂スポット光振動走査型の光電顕微鏡と同等の構成の
ものである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a perspective view showing the schematic construction of a reduction projection type exposure apparatus suitable for carrying out the method of the present invention.
The reticle R, which is the projection original plate, is positioned in such a manner that its projection center passes through the optical axis of the projection lens 1 and is mounted on the apparatus. The projection lens 1 reduces the circuit pattern image drawn on the reticle R to 1/5 or 1/10 and projects it onto the wafer WA. The wafer holder 2 is provided so as to vacuum-suck the wafer WA and to be finely rotatable with respect to the stage 3 which is two-dimensionally moved in the x direction and the y direction. The drive motor 4 is fixed on the stage 3 and rotates the wafer holder 2. The movement of the stage 3 in the x direction is performed by driving the motor 5, and the movement of the stage 3 in the y direction is performed by driving the motor 6. A reflection mirror 7 having a reflection plane extending in the y direction and a reflection mirror 8 having a reflection plane extending in the x direction are fixedly provided on two sides of the stage 3 which are orthogonal to each other. A laser light wave interferometer (hereinafter simply referred to as a laser interferometer) 9 projects laser light onto a reflection mirror 8 to detect the position (or movement amount) of the stage 3 in the y direction, and the laser interferometer 10 reflects the laser light. Laser light is projected onto the mirror 7 to detect the position (or movement amount) of the stage 3 in the x direction. Off-axis type wafer alignment microscopes (hereinafter referred to as WAMs) 20 and 21 are provided on the side of the projection lens 1 in order to detect (or observe) alignment marks on the wafer WA. . The WAM 21 is located after the projection lens 1 in FIG. 1 and is not shown. The WAMs 20 and 21 each have an optical axis parallel to the optical axis AX of the projection lens 1,
A band-shaped laser spot light YSP elongated in the x direction,
The image of θSP is formed on the wafer WA. (Spot light YS
P and θSP are not shown in FIG. ) These spot lights Y
SP and θSP are light having a wavelength that does not expose the photosensitive agent (photoresist) on the wafer WA to light, and in the present embodiment, they vibrate in the y direction with a minute amplitude. And WAM 20, 2
Reference numeral 1 denotes a mark having a photoelectric element that receives scattered light or diffracted light from the mark and a circuit that synchronously rectifies the photoelectric signal at the oscillation cycle of the spot light, and is a mark with respect to the vibration center of the spot light θSP (YSP) in the y direction. An alignment signal corresponding to the amount of shift in the y direction is output. Therefore, the WAMs 20 and 21 have the same structure as a so-called spot light vibration scanning type photoelectric microscope.

【0008】さて、本装置には投影レンズ1を介してウ
ェハWA上のマークを検出するレーザステップアライメ
ント(以下LSAと呼ぶ)光学系が設けられている。不
図示のレーザ光源から発生して、不図示のエクスパンダ
ー、シリンドリカルレンズ等を通ってきたレーザ光束L
Bはフォトレジスト感光させない波長の光で、ビームス
プリッター30に入射して2つの光束に分割される。そ
の一方のレーザ光束はミラー31で反射され、ビームス
プリッター32を通過して、結像レンズ郡33で、横断
面が帯状のスポット光になるように収束された後、レー
ザRと投影レンズ1との間に回路パターンの投影光路を
遮光しないように配置された第1折り返しミラー34に
入射する。第1折り返しミラー34はレーザ光束をレチ
クルRに向けて上方反射する。そのレーザ光束はレチク
ルRの下側に設けられて、レチクルRの表面と平行な反
射平面を有するミラー35に入射して、投影レンズ1の
入射瞳の中心に向けて反射される。ミラー35からのレ
ーザ光束は投影レンズ1によって収束され、ウェハWA
上にx方向に細長く伸びた帯状のスポット光LYSとし
て結像される。スポット光LYSはウェハWA上でx方
向に伸びた回折格子状のマークを相対的にy方向に走査
して、そのマークの位置を検出するために使われる。ス
ポット光LYSWがマークを照射すると、マークから回
折光が生じる。それら光情報は再び投影レンズ1、ミラ
ー35、ミラー34、結像レンズ郡33、及びビームス
プリッター32に戻り、ビームスプリッタ32で反射さ
れて、集光レンズと空間フィルターから成る光学素子3
6に入射する。この光学素子36はマークからの回折光
(1次回折光や2次回折光)を透過させ、正反射光(0
次回折光)を遮断して、その回折光をミラー37を介し
て光電素子38の受光面に集光する。光電素子38は集
光した回折光の光量に応じた光電信号を出力する。以
上、ミラー31、ビームスプリッタ32、結像レンズ郡
33、ミラー34,35、光学素子36、ミラー37、
及び光電素子38は、ウェハWA上のマークのy方向の
位置を検出するスルーザレンズ方式のアライメント光学
系(以下Y−LSA系と呼ぶ)を構成する。
The present apparatus is provided with a laser step alignment (hereinafter referred to as LSA) optical system for detecting a mark on the wafer WA via the projection lens 1. A laser light flux L generated from a laser light source (not shown) and passed through an expander (not shown), a cylindrical lens, etc.
B is light having a wavelength that does not expose the photoresist, and is incident on the beam splitter 30 to be split into two light beams. One of the laser light fluxes is reflected by the mirror 31, passes through the beam splitter 32, and is converged by the imaging lens group 33 so as to be a spot light having a belt-shaped cross section. The light is incident on the first folding mirror 34 arranged so as not to block the projection optical path of the circuit pattern. The first folding mirror 34 reflects the laser light beam upward toward the reticle R. The laser light flux is provided below the reticle R, enters a mirror 35 having a reflection plane parallel to the surface of the reticle R, and is reflected toward the center of the entrance pupil of the projection lens 1. The laser light flux from the mirror 35 is converged by the projection lens 1, and the wafer WA
An image is formed as a strip-shaped spot light LYS elongated in the x direction on the upper side. The spot light LYS is used to relatively scan the diffraction grating mark extending in the x direction on the wafer WA in the y direction and detect the position of the mark. When the spot light LYSW illuminates the mark, diffracted light is generated from the mark. The optical information returns to the projection lens 1, the mirror 35, the mirror 34, the imaging lens group 33, and the beam splitter 32 again, is reflected by the beam splitter 32, and is an optical element 3 including a condenser lens and a spatial filter.
It is incident on 6. This optical element 36 transmits the diffracted light (first-order diffracted light or second-order diffracted light) from the mark, and specularly reflected light (0
The secondary diffracted light is blocked, and the diffracted light is condensed on the light receiving surface of the photoelectric element 38 via the mirror 37. The photoelectric element 38 outputs a photoelectric signal according to the amount of condensed diffracted light. As described above, the mirror 31, the beam splitter 32, the imaging lens group 33, the mirrors 34 and 35, the optical element 36, the mirror 37,
The photoelectric element 38 constitutes a through-the-lens alignment optical system (hereinafter referred to as a Y-LSA system) that detects the position of the mark on the wafer WA in the y direction.

【0009】一方、ビームスプリッター30で分割され
た別のレーザ光束は、ウェハWA上のマークのx方向の
位置を検出するスルーザレンズ方式のアライメント光学
系(以下X−LSA系と呼ぶ)に入射する。X−LSA
系はY−LSA系と全く同様に、ミラー41、ビームス
プリッター42、結像レンズ郡43、ミラー44,4
5、光学素子46、ミラー47、及び光電素子48から
構成され、ウェハWA上にy方向に細長く伸びた帯状の
スポット光LXSを結像する。
On the other hand, another laser beam split by the beam splitter 30 is incident on a through-the-lens type alignment optical system (hereinafter referred to as X-LSA system) for detecting the position of the mark on the wafer WA in the x direction. To do. X-LSA
The system is exactly the same as the Y-LSA system, including a mirror 41, a beam splitter 42, an imaging lens group 43, and mirrors 44, 4.
5, an optical element 46, a mirror 47, and a photoelectric element 48, and forms an image of a strip-shaped spot light LXS elongated in the y direction on the wafer WA.

【0010】主制御装置50は光電素子38、48から
の光電信号、WAM20、21からのアライメント信
号、及びレーザ干渉計9、10からの位置情報とを入力
して、位置合わせのための各種演算処理を行うととも
に、モータ4、5、6を駆動するための指令を出力す
る。この主制御装置50はマイクロコンピュータやミニ
コンピュータ等の演算処理部を備えており、その演算処
理部にはウェハWAに形成された複数のチップCPの設
計位置情報(ウェハWA上のチップ配列座標値等)が記
憶されている。
The main controller 50 inputs the photoelectric signals from the photoelectric elements 38 and 48, the alignment signals from the WAMs 20 and 21, and the position information from the laser interferometers 9 and 10, and performs various calculations for alignment. In addition to performing the processing, it outputs a command for driving the motors 4, 5, and 6. The main controller 50 includes an arithmetic processing unit such as a microcomputer or a minicomputer, and the arithmetic processing unit includes design position information (chip array coordinate values on the wafer WA) of a plurality of chips CP formed on the wafer WA. Etc.) are stored.

【0011】図2は上記WAM20、21とY−LSA
系、X−LSA系によるスポット光θSP、YSP、L
YS、LXSの投影レンズ1の結像面(ウェハWAの表
面と同一)における配置関係を示す平面図である。図2
において、光軸AXを原点とする座標系xyを定めたと
き、x軸とy軸はそれぞれステージ3の移動方向を表
す。図2中、光軸AXを中心とする円形の領域はイメー
ジフィールドifであり、その内側の矩形の領域はレチ
クルRの有効パターン領域の投影像Prである。スポッ
ト光LYSはイメージフィールドif内で投影像Prの
外側の位置で、かつx軸上に一致するように形成され、
スポット光LXSもイメージフィールドif内で投影像
Prの外側の位置で、かつy軸上に一致するように形成
される。一方、2つのスポット光θSP、YSPの振動
中心はx軸からy方向に距離Y0 だけ離れた線分(x軸
と平行)l上に一致するように、かつそのx方向の間隔
DxがウェハWAの直径よりも小さな値になるように定
められている。本装置では、スポット光θSP、YSP
はy軸に対して左右対称に配置されており、主制御装置
50は光軸AXの投影点に対するスポット光θSP、Y
SPの位置に関する情報を記憶している。また、主制御
装置50は、光軸AXの投影点に対するスポット光LY
Sのx方向の中心位置(距離Xl)とスポット光LXS
のy方向の中心位置(距離Yl)に関する情報も記憶し
ている。
FIG. 2 shows the WAMs 20 and 21 and the Y-LSA.
System, spot light θSP, YSP, L by X-LSA system
FIG. 6 is a plan view showing the arrangement relationship on the image plane (the same as the surface of the wafer WA) of the projection lens 1 of YS and LXS. Figure 2
In, when the coordinate system xy with the optical axis AX as the origin is defined, the x-axis and the y-axis represent the moving direction of the stage 3, respectively. In FIG. 2, a circular area centered on the optical axis AX is an image field if, and a rectangular area inside thereof is a projected image Pr of the effective pattern area of the reticle R. The spot light LYS is formed at a position outside the projection image Pr in the image field if and coincides with the x-axis,
The spot light LXS is also formed at a position outside the projection image Pr in the image field if and coincides with the y-axis. On the other hand, the vibration centers of the two spot lights θSP and YSP are aligned on a line segment (parallel to the x-axis) 1 separated from the x-axis by the distance Y 0 in the y-direction, and the distance Dx in the x-direction is equal to the wafer. It is defined to be a value smaller than the diameter of WA. In this device, spot light θSP, YSP
Are arranged symmetrically with respect to the y-axis, and the main controller 50 controls the spot light θSP, Y for the projection point of the optical axis AX.
It stores information about the position of the SP. Further, main controller 50 causes spot light LY with respect to the projection point on optical axis AX.
Center position (distance Xl) of S in the x direction and spot light LXS
It also stores information about the center position (distance Yl) in the y direction.

【0012】次に、この装置を使った本発明による位置
合わせ方法を装置の動作とともに図3のフローチャート
図を使って説明する。尚、この位置合わせはウェハWA
の第2層目以降について行われるものであり、ウェハW
A上にはチップと位置合わせ用のマークとがすでに形成
されている。まず、ウェハWAはステップ100で不図
示のプリアライメント装置を使って、ウェハWAの直線
的な切欠き(フラット)が一定の方向に向くように粗く
位置決めされる。ウェハWAのフラットは図1に示した
ように、x軸と平行になるように位置決めされる。次に
ステップ101ではウェハWAはステージ3のウェハホ
ルダー2上に搬送され、フラットがx軸と平行を保つよ
うにウェハホルダー2上に載置され、真空吸着される。
そのウェハWAには例えば図4に示すように複数のチッ
プCnがウェハWA上の直交する配列座標αβに沿って
マトリックス状に形成されている。配列座標αβのα軸
はウェハWAのフラットとほぼ平行である。図4では複
数のチップCnのうち、代表して配列座標αβのウェハ
WAのほぼ中心を通るα軸上に一列に並んだチップC0
〜C6 のみを表してある。各チップC0 〜C6 にはそれ
ぞれ4つの位置合わせ用のマークGY、Gθ、SX、S
Yが付随して設けられている。今、チップC0 〜C6
中央のチップC3 の中心を配列座標αβの原点としたと
き、α軸上にはα方向に線状に伸びた回折格子状のマー
クSY0 〜SY6 が、夫々チップC0 〜C6 の右脇に設
けられている。また、チップC3 の中心を通るβ軸上に
はβ方向に線状に伸びた回折格子状のマークSX3 がチ
ップC3 の下方に設けられ、他のチップC0 、C1 、C
2 、C4 、C 5 、C6 についても同様にチップの中心を
通りβ軸と平行な線分上にマークSX 0 〜SX2 、SX
4 〜SX6 が設けられている。これらマークSYn 、S
n はそれぞれスポット光LYS、LXSによって検出
されるものである。また各チップC0 〜C6 の下方には
ウェハWAの全体の位置合わせ(グローバルアライメン
ト)を行うために使われるマークGY0 〜GY6 、Gθ
0 〜Gθ6 が設けられている。これらマークGYn 、G
θn はα軸と平行な線分上にα方向に線状に伸びた回折
格子上のパターンで形成されている。さらにα方向に一
列に並んだチップC0 〜C6 のうち、例えば左端のチッ
プC0 のマークGY0 と右端のチップC6のマークGθ
6 とのα方向の間隔が、WAM20、21によるスポッ
ト光θSP、YSPの間隔DXと一致するように定めら
れている。すなわち本実施例では離れた2ヶ所のマーク
GY0 とマークGθ6 を使ってオフアクシス方式でウェ
ハWAのグローバルアライメントを行う。このためその
他のマークGY1 〜GY6 、マークGθ0 〜Gθ5 は本
来不要であり、なくてもよい。要はウェハWAのα軸と
平行な(又は一致した)線分上にα方向に細長く伸びた
2つのマークが間隔DXだけ離れて存在すればよい。
Next, the position according to the present invention using this device
FIG. 3 is a flowchart showing the matching method together with the operation of the apparatus.
This will be explained using the figure. Note that this alignment is performed on the wafer WA.
Of the wafer W
Chip and alignment mark already formed on A
Has been done. First, the wafer WA is not shown in step 100.
Using the shown pre-alignment equipment, straight line of wafer WA
Rough so that the notch (flat) is oriented in a certain direction
Positioned. The flat of the wafer WA is shown in FIG.
Thus, it is positioned so as to be parallel to the x-axis. next
In step 101, the wafer WA is the wafer wafer of stage 3.
It will be transported onto the ruder 2 and the flat will remain parallel to the x-axis.
Is placed on the wafer holder 2 and is vacuum-adsorbed.
The wafer WA has a plurality of chips as shown in FIG.
Along the orthogonal array coordinate αβ on the wafer WA.
It is formed in a matrix. Α axis of array coordinate αβ
Is almost parallel to the flat of the wafer WA. In FIG.
Wafer with array coordinate αβ representative of the number of chips Cn
Chips C lined up in a line on the α axis that passes through the center of the WA0
~ C6It represents only. Each chip C0~ C6To it
Four alignment marks GY, Gθ, SX, S respectively
Y is additionally provided. Now chip C0~ C6of
Center chip C3When the center of is the origin of array coordinate αβ
On the α-axis, a diffraction grating-shaped mark extending linearly in the α-direction.
SY0~ SY6But each chip C0~ C6Installed on the right side of
It has been burned. Also, chip C3On the β axis passing through the center of
Is a diffraction grating mark SX linearly extending in the β direction3Is
Up C3Other chip C provided below0, C1, C
2, CFour, C Five, C6Similarly for the center of the chip
Mark SX on the line parallel to the β-axis 0~ SX2, SX
Four~ SX6Is provided. These marks SYn, S
XnDetected by spot lights LYS and LXS respectively
It is what is done. In addition, each chip C0~ C6Below
Overall alignment of wafer WA (Global Alignment
GY used to do0~ GY6, Gθ
0~ Gθ6Is provided. These marks GYn, G
θnIs a diffraction that extends linearly in the α direction on a line segment parallel to the α axis.
It is formed in a pattern on a lattice. Further in the α direction
Chips C lined up in a row0~ C6Of these, for example, the leftmost
C0Mark GY0And the right tip C6Mark Gθ
6The spacing in the α direction between
It is set so as to match the distance DX between the light .theta.SP and YSP.
Has been. That is, in this embodiment, two marks are separated from each other.
GY0And mark Gθ6With off-axis method
Perform global alignment of HA. Because of this
Other marks GY1~ GY6, Mark Gθ0~ GθFiveIs a book
It is unnecessary and may not be required. In short, the α axis of the wafer WA
Elongated in the α direction on parallel (or coincident) line segments
It is only necessary that the two marks are separated by the distance DX.

【0013】さて、主制御装置50はプリアライメント
装置からウェハWAを受けるときのステージ3の位置情
報、その位置から、マークGY0 、Gθ6 がそれぞれW
AM21、20の検出(観察)視野内に位置するまでの
ステージ3の移動方向と移動量等の情報を装置固有の定
数として予め記憶している。そこで次のステップ102
において、主制御装置50は、まずモータ5、6を駆動
して、マークGY0 がWAM21の検出視野内に位置す
るように、ステージ3を位置決めする。その後、スポッ
ト光YSPの振動中心がマークGY0 のy方向の中心と
一致するように、主制御装置50はWAM21からのア
ライメント信号とレーザ干渉計9からの位置情報とに基
づいてステージ3をy方向に精密に位置決めする。スポ
ット光YSPの振動中心とマークGY0 の中心とが一致
したら、その状態が維持されるように主制御装置50は
モータ6をWAM21からのアライメント信号でサーボ
(フィードバック)制御したまま、マークGθ6 がWA
M20のスポット光θSPによって検出されるようにモ
ータ4を駆動してウェハホルダー2を回転させる。さら
に主制御装置50はスポット光θSPの振動中心とマー
クGθ6 のy方向の中心とが一致するように、WAM2
0からのアライメント信号でモータ4をサーボ制御す
る。以上の一連の動作により、スポット光YSPとマー
クGY0 が一致し、スポット光θSPとマークGθ6
一致し、ステージ3の移動座標系、すなわち座標系xy
に対するウェハWAの配列座標αβの回転ずれが補正さ
れるとともに、座標系xyと配列座標αβのy方向(β
方向)の位置に関する対応付け(規定)が完了する。次
にウェハWA上の中心部分に位置するチップC3 のマー
クSX3 がX−LSA系のスポット光LXSによって走
査されるように、ステージ3を位置決めした後、x方向
に移動させる。この際主制御装置50は光電素子48か
らの時系列的な光電信号とレーザ干渉計10からの位置
情報とに基づいて、マークSX3 がスポット光LXSと
一致したときのウェハWAのx方向の位置を検出して記
憶する。これによって、座標系xyと配列座標αβのx
方向(α方向)の位置に関する対応付けが完了する。
尚、このx方向の対応付けは、露光動作の直前にX−L
SA系を使う場合は不要である。以上の動作により、オ
フアクシス方式のアライメントを主としたウェハWAの
グローバルアライメント(配列座標αβの座標系xyへ
の対応付け)が終了する。そして従来の方法であればウ
ェハWA上の各チップの配列設計値(配列座標αβにお
けるチップの中心座標値)に基づいて、主制御装置50
はレーザ干渉計9、10からの位置情報を読み取ってレ
チクルRの投影像Prがチップに重なり合うようにステ
ージ3のステップアンドリピート方式による位置決め
(アドレッシング)を行った後そのチップに対して露光
(プリント)を行う。
Now, the main control unit 50 determines the position information of the stage 3 when the wafer WA is received from the pre-alignment unit, and the marks GY 0 and Gθ 6 are W based on the position information.
Information such as the moving direction and the moving amount of the stage 3 until it is positioned within the detection (observation) field of view of the AMs 21 and 20 is stored in advance as constants unique to the apparatus. Then, the next step 102
In, the main controller 50 first drives the motors 5 and 6 to position the stage 3 so that the mark GY 0 is located within the detection field of view of the WAM 21. After that, main controller 50 controls stage 3 based on the alignment signal from WAM 21 and the position information from laser interferometer 9 so that the center of vibration of spot light YSP coincides with the center of mark GY 0 in the y direction. Precise positioning in the direction. When the vibration center of the spot light YSP and the center of the mark GY 0 coincide with each other, the main controller 50 keeps the state so that the motor 6 is servo (feedback) controlled by the alignment signal from the WAM 21 and the mark Gθ 6 is maintained. Is WA
The motor 4 is driven to rotate the wafer holder 2 as detected by the spot light θSP of M20. Furthermore the main control unit 50 so that the center of the y direction of the vibration center of the mark Jishita 6 spotlight θSP match, WAM2
The motor 4 is servo-controlled by the alignment signal from 0. Through the above series of operations, the spot light YSP and the mark GY 0 match, the spot light θSP and the mark Gθ 6 match, and the moving coordinate system of the stage 3, that is, the coordinate system xy.
The rotation deviation of the array coordinate αβ of the wafer WA with respect to is corrected, and the coordinate system xy and the array coordinate αβ in the y direction (β
The association (prescription) regarding the position of the (direction) is completed. Next, as the mark SX 3 chips C 3 in the center portion on the wafer WA is scanned by the X-LSA system of the spot light LXS, after positioning the stage 3 is moved in the x direction. At this time, the main controller 50 moves the x direction of the wafer WA when the mark SX 3 coincides with the spot light LXS based on the time-series photoelectric signal from the photoelectric element 48 and the position information from the laser interferometer 10. The position is detected and stored. As a result, the coordinate system xy and the array coordinate αβ x
The association regarding the position in the direction (α direction) is completed.
It should be noted that this association in the x direction is based on XL
It is not necessary when using SA system. Through the above operation, the global alignment of the wafer WA (corresponding the array coordinates αβ to the coordinate system xy) mainly for the off-axis type alignment is completed. In the conventional method, the main controller 50 is based on the array design value of each chip on the wafer WA (the central coordinate value of the chip at the array coordinate αβ).
Reads the position information from the laser interferometers 9 and 10, positions the stage 3 by the step-and-repeat method (addressing) so that the projection image Pr of the reticle R overlaps the chip, and then exposes (prints) the chip. )I do.

【0014】ところが、グローバルアライメントの完了
までに、アライメント検出系の精度、各スポット光の設
定精度、あるいはウェハWA上の各マークの光学的、形
状的な状態(プロセスの影響)による位置検出精度のば
らつき等によって誤差を生じ、ウェハWAのチップは座
標系xyに従って精密に位置合わせ(アドレッシング)
されるとは限らない。そこで本発明の実施例においては
その誤差(以下ショット・アドレス誤差と呼ぶ)を次の
4つの要因から生じたものとする。
However, by the time the global alignment is completed, the accuracy of the alignment detection system, the setting accuracy of each spot light, or the position detection accuracy due to the optical or geometrical state of each mark on the wafer WA (influence of the process). Errors occur due to variations, etc., and the wafer WA chips are precisely aligned (addressing) according to the coordinate system xy.
It is not always done. Therefore, in the embodiment of the present invention, it is assumed that the error (hereinafter referred to as shot address error) is caused by the following four factors.

【0015】(1)ウェハの回転;これは例えばウェハ
WAを回転補正する際、位置合わせの基準となる2つの
スポット光YSPとθSPとの位置関係が正確でなかっ
たために生じるものであり、座標系xyに対する配列座
標αβの残存回転誤差量θで表される。 (2)座標系xyの直交度;これはステージ3のモータ
5、6により送り方向が正確に直交していないこととに
より生じ、直交度誤差量wで表される。
(1) Rotation of wafer: This occurs because the positional relationship between the two spot lights YSP and θSP, which serve as a reference for alignment, is not correct when the wafer WA is rotationally corrected, for example. It is represented by the residual rotation error amount θ of the array coordinate αβ with respect to the system xy. (2) Orthogonality of the coordinate system xy; this is caused by the fact that the feed directions are not exactly orthogonal by the motors 5 and 6 of the stage 3, and is represented by the orthogonality error amount w.

【0016】(3)ウェハのx(α)方向とy(β)方
向の線形伸縮;これはウェハWAの加工プロセスによっ
てウェハWAが全体的に伸縮することがある。このた
め、チップの設計上の配列座標値に対して実際のチップ
位置がα、β方向に微小量だけずれることになり、特に
ウェハWAの周辺部で顕著になる。このウェハ全体の伸
縮量はα(x)方向とβ(y)方向とについてそれぞれ
Rx、Ryで表される。ただし、RxはウェハWA上の
x方向(α方向)の2点間の距離の実測値と設計値の
比、RyはウェハWA上のy方向(β方向)の2点間の
距離の実測値と設計値の比で表すものとする。従って、
Rx、Ryがともに1のときは伸縮なしである。
(3) Linear expansion / contraction of the wafer in the x (α) direction and the y (β) direction; this may cause the entire expansion / contraction of the wafer WA due to the processing process of the wafer WA. For this reason, the actual chip position deviates from the designed array coordinate value of the chip in the α and β directions by a small amount, which is particularly remarkable in the peripheral portion of the wafer WA. The amount of expansion and contraction of the entire wafer is represented by Rx and Ry in the α (x) direction and the β (y) direction, respectively. Where Rx is the ratio of the measured value between the two points in the x direction (α direction) on the wafer WA and the design value, and Ry is the measured value of the distance between the two points in the y direction (β direction) on the wafer WA. And the design value. Therefore,
When both Rx and Ry are 1, there is no expansion / contraction.

【0017】(4)x(α)方向、y(β)方向のオフ
セット;これは、アライメント系の検出精度ウェハホル
ダー2の位置決め精度等により、ウェハWAが全体的に
x方向とy方向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。 さて、図4にはウェハWAの残存回転誤差量θと、ステ
ージ3の直交度誤差量wを誇張して表してある。
(4) Offsets in the x (α) direction and the y (β) direction; this is due to the detection accuracy of the alignment system, the positioning accuracy of the wafer holder 2, etc., so that the wafer WA as a whole is minute in the x and y directions. It is caused by a shift in the amount, and is represented by offset amounts Ox and Oy. In FIG. 4, the residual rotation error amount θ of the wafer WA and the orthogonality error amount w of the stage 3 are exaggerated.

【0018】この場合、直交座標系xyは実際は微小量
wだけ傾いた斜交座標系xy’になり、ウェハWAは直
交座標系xyに対してθだけ回転したものになる。上記
(1)〜(4)の誤差要因が加わった場合、設計上で座
標位置(Dxn、Dyn)のショット(チップ)につい
て実際に位置決めすべきショット位置(Fxn、Fy
n)は以下のように表されるただしnは整数でショット
(チップ)番号を表す。
In this case, the Cartesian coordinate system xy is actually an oblique coordinate system xy 'inclined by a minute amount w, and the wafer WA is rotated by θ with respect to the Cartesian coordinate system xy. When the error factors (1) to (4) are added, the shot position (Fxn, Fy) to be actually positioned for the shot (chip) at the coordinate position (Dxn, Dyn) in design.
n) is represented as follows, where n is an integer and represents a shot (chip) number.

【0019】[0019]

【数1】 [Equation 1]

【0020】ここでwはもともと微小量であり、θもグ
ローバルアライメントにより微小量に追い込まれている
から、一次近似を行うと式(1)は式(2)で表され
る。
Since w is originally a minute amount and θ is also driven to a minute amount by global alignment, equation (1) is expressed by equation (2) when the first-order approximation is performed.

【0021】[0021]

【数2】 [Equation 2]

【0022】この式(2)より、各ショット位置におけ
る設計値からの位置ずれ(εxn、εyn)は式(3)
で表される。
From this equation (2), the positional deviation (εxn, εyn) from the design value at each shot position is given by the equation (3).
It is represented by.

【0023】[0023]

【数3】 [Equation 3]

【0024】さて、式(2)を行列の演算式に書き直す
と、以下のようになる。
Now, when the equation (2) is rewritten as a matrix arithmetic expression, it becomes as follows.

【0025】[0025]

【数4】 Fn=A・Dn+O ただし、[Formula 4] Fn = A · Dn + O

【0026】[0026]

【数5】 [Equation 5]

【0027】[0027]

【数6】 [Equation 6]

【0028】[0028]

【数7】 [Equation 7]

【0029】[0029]

【数8】 [Equation 8]

【0030】そこで実際のショット(チップ)位置がマ
ークの検出により測定され、その実測値がHnとして検
出されたとき、位置決めすべきショット位置Fnとの位
置ずれ、すなわちアドレス誤差En(=Hn−Fn)を
最小にするように誤差パラメータA(変換行列)、O
(オフセット)を決定する。そこで評価関数として最小
二乗誤差をとるものとすると、アドレス誤差Eは式
(9)で表わされる。
Therefore, when the actual shot (chip) position is measured by detecting the mark and the measured value is detected as Hn, the positional deviation from the shot position Fn to be positioned, that is, the address error En (= Hn-Fn). ) To minimize the error parameter A (transform matrix), O
Determine the (offset). If the least squares error is taken as the evaluation function, the address error E is expressed by the equation (9).

【0031】[0031]

【数9】 [Equation 9]

【0032】そこで、アドレス誤差Eを最小にするよう
に誤差パラメータA,Oを決定する。ただし式(9)で
mはウエハWAの複数のチップのうち実測したチップの
数を表わす。さて誤差パラメータA,Oを求める際に、
最小二乗法を用いるものとすると、このままでは演算量
が多いため、誤差パラメータO(Ox,Oy)は別に前
もって決めておくものとする。オフセット量(Ox,O
y)はウエハWAのグローバルなオフセット値であるの
で、ウエハWA上の実測したチップ位置Hnの数mで設
計値(Dxn,Dyn)に対するアドレス誤差を平均化
した値にするとよい。
Therefore, the error parameters A and O are determined so as to minimize the address error E. However, in Expression (9), m represents the number of actually measured chips among the plurality of chips on the wafer WA. Now, when obtaining the error parameters A and O,
If the least squares method is used, the amount of calculation is large as it is, so the error parameter O (Ox, Oy) is separately determined in advance. Offset amount (Ox, O
Since y) is a global offset value of the wafer WA, it is advisable to use a value obtained by averaging the address error with respect to the design value (Dxn, Dyn) by the number m of the actually measured chip positions Hn on the wafer WA.

【0033】[0033]

【数10】 [Equation 10]

【0034】[0034]

【数11】 [Equation 11]

【0035】ところで位置決めすべきショット位置Fn
と実測値Hnとの誤差Enのうち、x方向の成分Exn
は、式(4)〜式(8)から、
By the way, the shot position Fn to be positioned
Of the error En between the measured value Hn and the measured value Hn, the component Exn in the x direction
Is from equation (4) to equation (8),

【0036】[0036]

【数12】 Exn=Hxn−Fxn =Hxn−a11Dxn−a12Dyn−Ox となり、誤差Enのy方向の成分Eynは同様に、Exn = Hxn−Fxn = Hxn−a 11 Dxn−a 12 Dyn−Ox, and the y direction component Eyn of the error En is similarly

【0037】[0037]

【数13】 Eyn=Hyn−Fyn =Hyn−a21Dxn−a22Dyn−Oy となる。そこで式(9)の誤差Eを最小にするように誤
差パラメータAを決定すと、要素a11,a12,a2
1,a22は以下のようになる。
[Equation 13] Eyn = Hyn-Fyn = Hyn-a 21 Dxn-a 22 Dyn-Oy. Therefore, when the error parameter A is determined so as to minimize the error E of the equation (9), the elements a11, a12, a2
1 and a22 are as follows.

【0038】[0038]

【数14】 [Equation 14]

【0039】[0039]

【数15】 [Equation 15]

【0040】[0040]

【数16】 [Equation 16]

【0041】[0041]

【数17】 [Equation 17]

【0042】要素a11,a12,a21,a22が求
まれば、式(6)より線形伸縮量Rx,Ry,残存回転
誤差量θ、直交度誤差量wはただちに求められる。
When the elements a11, a12, a21, a22 are obtained, the linear expansion / contraction amounts Rx, Ry, the residual rotation error amount θ, and the orthogonality error amount w can be immediately obtained from the equation (6).

【0043】[0043]

【数18】 Rx=a11(18) Rx = a11

【0044】[0044]

【数19】 Ry=a22Ry = a22

【0045】[0045]

【数20】 θ=a21/Ry=a21/a
22
[Equation 20] θ = a21 / Ry = a21 / a
22

【0046】[0046]

【数21】 w=−(a21/Ry)−(a
12/Rx)=−(a21/a22)−(a12/a1
1) 従って誤差パラメータA,Oを決定するためには、グロ
ーバルアライメント終了後ウエハWA上のいくつかの
(4つ以上)のチップについて、X−LSA、Y−LS
A系を用いてマークSXn,SYnの位置を実測したチ
ップの設計値(Dxn,Dyn)を使って、式(1
0),(11),(14)〜(17)の演算を行えばよ
い。
[Equation 21] w = − (a21 / Ry) − (a
12 / Rx) =-(a21 / a22)-(a12 / a1)
1) Therefore, in order to determine the error parameters A and O, X-LSA and Y-LS are applied to some (four or more) chips on the wafer WA after the completion of global alignment.
Using the chip design values (Dxn, Dyn) in which the positions of the marks SXn, SYN are measured using the A system, the formula (1
The operations of 0), (11), (14) to (17) may be performed.

【0047】そこで、図3のフローチャート図に戻って
動作の説明を続ける。主制御装置50はグローバルアラ
イメントが終了した後、ウエハWAの複数のチップの位
置を計測する。まずステップ103で主制御装置50は
X−LSA系のスポット光LXSが図4中の左端のチッ
プC0に付随したマークSX0と平行に並ぶように、配
列設計値に基づいてステージ3を位置決めした後、マー
クSX0がスポット光LXSを横切るようにステージ3
をx方向に一定量だけ移動(走査)する。この移動の
間、主制御装置50は光電素子48の時系列的な光電信
号の波形をレーザ干渉計10からのx方向の位置情報に
対応付けて記憶し、波形状態からマークSX0とスポッ
ト光LXSとがx方向に関して一致した時点の位置x0
を検出する。次に主制御装置50はステップ104でY
−LSA系のスポット光LYSがチップC0に付随した
マークSY0と平行に並ぶように配列設計値に基づいて
ステージ3を位置決めする。その後、マークSY0がス
ポット光LYSを横切るようにステージ3をy方向に一
定量だけ移動する。このとき主制御装置50は光電素子
38の時系列的な光電信号の波形をレーザ干渉計9から
のy方向の位置情報と対応付けて記憶し、波形状態から
マークSY0とスポット光LYSとがy方向に関して一
致した時点の位置y0を検出する。そして主制御装置5
0はステップ105でm個のチップについて同様の位置
検出を行なったか否かを判断して、否のときはステップ
106に進み、ウエハWA上の別のチップまで配列設計
値に基づいてステージ3を移動させ、ステップ103か
ら再び同様の位置検出動作を繰り返す。本実施例では例
えば図5に示すように配列座標αβの各軸上に沿ってウ
エハWAの中心からほぼ等距離に位置する4つのチップ
C0,C6,C7,C8と中央のチップC3の計5つの
チップの各々についてステップ103、104の位置検
出が行われるものとする。従ってステップ105でm=
5と判断された時点で主制御装置50には、5つの実測
値(Hxn,Hyn)が記憶されることになる。すなわ
ち、 (Hx1,Hy1)=(x0,y0)・・・チップC0 (Hx2,Hy2)=(x3,y3)・・・チップC3 (Hx3,Hy3)=(x6,y6)・・・チップC6 (Hx4,Hy4)=(x7,y7)・・・チップC7 (Hx5,Hy5)=(x8,y8)・・・チップC8 の5つの実測値が順次検出される。尚、この5つの実測
値を検出するとき、あるチップの実測値がそのチップの
設計値(Dxn,Dyn)にくらべて大きく異なってい
た場合、例えばグローバルアライメントによって決まる
位置決め精度の2倍以上、異なっていた場合には、その
チップでの実測値を無視し、例えばそのチップの隣のチ
ップについてマーク位置の実測を行うようにしてもよ
い。これは実測しようとしたチップのマークが加工プロ
セスによってたまたま変形した場合、そのマークにゴミ
が付着していた場合、そのマークの光学像のコントラス
ト(回折光の発生強度)が弱く、光電信号のS/N比が
低い場合等に生じる位置計測の精度劣化を補う方法とし
ては、あらかじめ6つ以上のチップ、例えば図5中で配
列座標のαβの4つの象現の各々に位置するチップに加
えて、計9つのチップについて位置計測を行ない、その
9つの実測値の中から各チップの設計値(Dxn,Dy
n)に最も近い順に5つの実測値を選びだす方法、又
は、単に設計値(Dxn,Dyn)と大きく異なる実測
値(Hxn,Hyn)を以降の演算処理に使わないよう
にする方法等がある。
Therefore, returning to the flowchart of FIG. 3, the description of the operation will be continued. Main controller 50 measures the positions of a plurality of chips on wafer WA after the global alignment is completed. First, in step 103, main controller 50 positions stage 3 based on the array design value so that X-LSA spot light LXS is aligned in parallel with mark SX0 attached to chip C0 at the left end in FIG. , Stage 3 so that the mark SX0 crosses the spot light LXS.
Is moved (scanned) in the x direction by a fixed amount. During this movement, main controller 50 stores the time-series photoelectric signal waveform of photoelectric element 48 in association with position information in the x direction from laser interferometer 10, and stores mark SX0 and spot light LXS from the waveform state. Position x0 when and match in the x direction
To detect. Next, the main controller 50 returns Y in step 104.
The stage 3 is positioned based on the array design value so that the LSA spot light LYS is aligned in parallel with the mark SY0 attached to the chip C0. After that, the stage 3 is moved in the y direction by a certain amount so that the mark SY0 crosses the spot light LYS. At this time, main controller 50 stores the time-series photoelectric signal waveform of photoelectric element 38 in association with the position information in the y direction from laser interferometer 9, and stores mark SY0 and spot light LYS from the waveform state. The position y0 at the time when the directions match is detected. And the main controller 5
In step 0, it is determined in step 105 whether or not similar positions have been detected for m chips, and if not, the process proceeds to step 106 to move the stage 3 to another chip on the wafer WA based on the array design value. Then, the same position detecting operation is repeated from step 103. In the present embodiment, for example, as shown in FIG. 5, four chips C0, C6, C7, C8 and a central chip C3 located at substantially equal distances from the center of the wafer WA along the respective axes of the array coordinate αβ, a total of five chips are provided. It is assumed that the position detection in steps 103 and 104 is performed for each of the two chips. Therefore, in step 105, m =
When it is determined to be 5, the main controller 50 stores five measured values (Hxn, Hyn). That is, (Hx1, Hy1) = (x0, y0) ... Chip C0 (Hx2, Hy2) = (x3, y3) ... Chip C3 (Hx3, Hy3) = (x6, y6) ... Chip C6 (Hx4, Hy4) = (x7, y7) ... Chip C7 (Hx5, Hy5) = (x8, y8) ... Five actually measured values of chip C8 are sequentially detected. When the five actual measurement values are detected, if the actual measurement value of a certain chip is significantly different from the design value (Dxn, Dyn) of that chip, for example, it is different by more than twice the positioning accuracy determined by global alignment. In such a case, the measured value of the chip may be ignored and the mark position of the chip adjacent to the chip may be measured, for example. This is because when the mark of the chip to be actually measured happens to be deformed by the processing process, if dust is attached to the mark, the contrast of the optical image of the mark (the generated intensity of diffracted light) is weak, and the S of the photoelectric signal is reduced. As a method of compensating the accuracy deterioration of the position measurement that occurs when the / N ratio is low, etc., in addition to 6 chips or more in advance, for example, chips located in each of the four quadrants of αβ in the array coordinates in FIG. The position measurement is performed on a total of nine chips, and the design value (Dxn, Dy of each chip is selected from the nine measured values.
There is a method of selecting five measured values in the order closest to n), or a method of not using the measured values (Hxn, Hyn) that are greatly different from the design values (Dxn, Dyn) for the subsequent arithmetic processing. .

【0048】次に主制御装置50にステップ107にお
いて先の式(10),(11)、及び式(14)〜(1
7)に基づいて誤差パラメータA,Oを決定する。この
決定にあたって、主制御装置50は上記5つの実測値を
検出した各チップの5つの設計値を予め選出しており、
その設計値(Dxn,Dyn)を以下のように記憶して
いるものとする。
Next, in step 107, the main controller 50 calculates the equations (10), (11) and (14) to (1).
The error parameters A and O are determined based on 7). In making this determination, main controller 50 has preselected five design values for each chip from which the above-mentioned five measured values have been detected.
The design value (Dxn, Dyn) is stored as follows.

【0049】 (Dx1,Dy1)=(x0’,y0’)・・・チップ
C0 (Dx2,Dy2)=(x3’,y3’)・・・チップ
C3 (Dx3,Dy3)=(x6’,y6’)・・・チップ
C6 (Dx4,Dy4)=(x7’,y7’)・・・チップ
C7 (Dx5,Dy5)=(x8’,y8’)・・・チップ
C8 また実際の誤差パラメータA,Oの決定に先立って、5
つのチップの各位置計測(所謂、ステップアライメン
ト)が終る毎に、例えば図3のステップ106でステー
ジ3を移動している間に、式(10),(11),(1
4)〜(17)の一部の演算を同時に実行していくこと
ができる。すなわち、式(10),(11),(14)
〜(17)の中で各チップ毎のデータ(実測値、設計
値)の代数和を表わす演算要素については、1つのチッ
プの実測(ステップアライメント)が終了する毎に順次
加算する。その演算要素は以下の通りである。
(Dx1, Dy1) = (x0 ′, y0 ′) ... Chip C0 (Dx2, Dy2) = (x3 ′, y3 ′) ... Chip C3 (Dx3, Dy3) = (x6 ′, y6) ') ... chip C6 (Dx4, Dy4) = (x7', y7 ') ... chip C7 (Dx5, Dy5) = (x8', y8 ') ... chip C8 Also, the actual error parameter A, 5 before O's decision
Each time position measurement (so-called step alignment) of one chip is completed, for example, while moving the stage 3 in step 106 of FIG. 3, equations (10), (11), (1
It is possible to execute some of the operations 4) to 17) at the same time. That is, equations (10), (11), (14)
In (17), the arithmetic element representing the algebraic sum of the data (measured value, design value) for each chip is sequentially added every time the measurement (step alignment) of one chip is completed. The calculation elements are as follows.

【0050】[0050]

【数22】 [Equation 22]

【0051】さらにこれら演算要素のうち、ウエハWA
上の実測すべきチップが予め決まっていて、変更がない
場合は、設計値(Dxn,Dyn)のみを含む演算要素
について図3中のステップ103,104,105,1
06の実行前に算出しておくこともできる。このように
実測値の計測動作と平行して、一部の演算を行っていけ
ば、総合的なアライメント時間はそれほど長くはならな
い。そして、5つの実測値が得られた段階で主制御装置
50は上記演算要素の結果を使って、式(10),(1
1)でオフセット量(Ox,Oy)を算出した後、その
オフセット値と上記演算要素の結果を使ってさらに式
(14)〜(17)で配列の要素a11,a12,a2
1,a22を算出する。以上の演算動作により、誤差パ
ラメータA,Oが決定されるので、主制御装置50の次
のステップ108で先の式(4)を使って、ウエハWA
の各チップについて位置決めすべき位置、すなわち誤差
パラメータのよって補正されたショットアドレス(Fx
n,Fyn)を算出し、記憶手段(半導体メモリ)上
に、設計値(Dxn,Dyn)に対して補正されたチッ
プの配列マップ(ショットアドレス表)を作成する。こ
の配列マップは例えばチップC0に対しては位置(Fx
0,Fy0)、チップC1に対しては位置(Fx1,F
y1)、・・・・・という具合に、チップの番号に対応
して、各位置データを記憶している。
Further, among these arithmetic elements, the wafer WA
If the chip to be actually measured is determined in advance and there is no change, steps 103, 104, 105, 1 in FIG. 3 for the calculation element including only the design value (Dxn, Dyn).
It is also possible to calculate it before executing 06. In this way, if some calculations are performed in parallel with the measurement operation of the actual measurement value, the total alignment time will not be so long. Then, at the stage where the five measured values are obtained, the main controller 50 uses the results of the above-described calculation elements to calculate equations (10), (1
After calculating the offset amount (Ox, Oy) in 1), using the offset value and the result of the above calculation element, the elements a11, a12, a2 of the array are further expressed by the equations (14) to (17).
1, a22 is calculated. Since the error parameters A and O are determined by the above arithmetic operation, the wafer WA is calculated by using the above equation (4) in the next step 108 of the main controller 50.
The position to be positioned for each chip of, ie, the shot address (Fx corrected by the error parameter
n, Fyn) is calculated, and a chip array map (shot address table) corrected with respect to the design value (Dxn, Dyn) is created on the storage means (semiconductor memory). This array map is, for example, the position (Fx
0, Fy0) and the position (Fx1, Fx1 with respect to the chip C1.
y1), ..., Each position data is stored corresponding to the chip number.

【0052】次に主制御装置50は図3のステップ10
9において、記憶された配列マップに従ってステップア
ンドリピート方式でステージ3を位置決め(アドレッシ
ング)する。これによってウエハWA上のチップとレチ
クルRの投影像Prとが正確に重なり合い、次のステッ
プ110でそのチップに投影像Prを露光(プリント)
する。そしてステップ111でウエハWA上の全チップ
の露光が完了していないときは、再びステップ109か
ら同様にステップアンドリピート動作を繰り返す。この
ステップ111でウエハWA上の全チップの露光が終了
したと判断されたら、次のステップ112でウエハWA
のアンロードを行ない、一枚のウエハの露光処理がすべ
て終了する。
Next, the main controller 50 uses the step 10 of FIG.
At 9, the stage 3 is positioned (addressing) by the step-and-repeat method according to the stored array map. As a result, the chip on the wafer WA and the projection image Pr of the reticle R are accurately overlapped with each other, and in the next step 110, the projection image Pr is exposed (printed) on the chip.
To do. When the exposure of all the chips on the wafer WA is not completed in step 111, the step and repeat operation is repeated from step 109 again. If it is determined in step 111 that the exposure of all the chips on the wafer WA has been completed, the next step 112 is the wafer WA.
Is unloaded, and the exposure process for one wafer is completed.

【0053】以上、本発明の実施例からも明らかなよう
に、ウエハWA上でステップアライメントするチップの
数が多い程、計測精度は向上するが、それだけ計測時間
が増大する。そのため計測時間の短縮化と計測精度の向
上との兼ね合いから、ステップアライメントするチップ
は図5に示したような配置の5つに選ぶことが望まし
い。しかしながら、重ね合わせ露光する回路パターンの
最小線幅がそれほど細くなく(例えば2〜5μm)、あ
まり計測精度をあげる必要がない場合等には、ウエハW
A上の互いに離れた3つのチップ(例えばC0,C6,
C7)についてステップアライメント(チップの位置計
測)を行えば十分であり、計測時間はより短縮される。
また、ステップアライメントの際、各チップのx方向と
y方向の位置をともに検出するのではなく、ステップア
ライメントする複数のチップに付随したマークSXnの
夫々を、X−LSA系のスポット光LXSで一括に相対
走査(ステージスキャン)して、各チップのx方向の位
置のみを検出した後、各チップのマークSYnの夫々を
Y−LSA系のスポット光LYSで一括走査して各チッ
プのy方向の位置を検出するようにしてもよい。このよ
うにすると、チップの配列上の同一列又は同一行に実測
すべきチップが複数個存在するときには、個々のチップ
毎にx方向とy方向の位置検出をともに行うよりも高速
な位置計測が期待できる。
As is clear from the embodiments of the present invention described above, the larger the number of chips to be step-aligned on the wafer WA, the higher the measurement accuracy, but the longer the measurement time. Therefore, it is desirable to select five chips for step alignment as shown in FIG. 5, in order to reduce the measurement time and improve the measurement accuracy. However, when the minimum line width of the circuit pattern for overlay exposure is not so thin (for example, 2 to 5 μm) and it is not necessary to increase the measurement accuracy, the wafer W
Three chips on A that are separated from each other (eg C0, C6,
It is sufficient to perform step alignment (chip position measurement) for C7), and the measurement time is further shortened.
Further, at the time of step alignment, instead of detecting both the x-direction position and the y-direction position of each chip, the marks SXn associated with the plurality of chips to be step-aligned are collectively detected by the X-LSA spot light LXS. Relative scanning (stage scanning) to detect only the position of each chip in the x direction, and then each mark SYn of each chip is collectively scanned with the spot light LYS of the Y-LSA system to move in the y direction of each chip. You may make it detect a position. With this configuration, when there are a plurality of chips to be measured in the same column or row on the chip array, the position measurement can be performed at a higher speed than the position detection in the x direction and the y direction for each chip. Can be expected.

【0054】また主制御装置50は不図示のキーボード
装置から、ウエハWA上のどのチップについてステップ
アライメントするかを任意に選択するようなデータを入
力するようにすれば、ウエハWAの処理条件により変化
する表面状態(特にマーク形状)に対して、よりフレキ
シブルに対応でき、位置計測の精度向上が期待できる。
また式(10),(11)を使ったオフセット量(O
x,Oy)の決定にあたっては、例えばウエハWAの中
心から指定範囲内にあるチップの位置計測結果だけを用
いるようにしてもよい。その指定範囲としては例えばウ
エハWAの直径の半分の直径を有する円内に定めたり、
その範囲の大きさをウエハWAにチップやマークを形成
したときの露光装置(縮小投影型、等倍プロジェクショ
ン、プロキシミテイ等のステッパー)の精度特性に応じ
て任意に可変したりするとよい。
If the main controller 50 inputs data for arbitrarily selecting which chip on the wafer WA is to be step-aligned from a keyboard device (not shown), it changes depending on the processing conditions of the wafer WA. It is possible to more flexibly cope with the surface condition (particularly the mark shape) that is changed, and it is expected to improve the accuracy of position measurement.
In addition, the offset amount (O using equations (10) and (11)
In determining (x, Oy), for example, only the position measurement result of the chips within the specified range from the center of the wafer WA may be used. The designated range is, for example, set within a circle having a diameter half the diameter of the wafer WA,
It is advisable to arbitrarily change the size of the range according to the accuracy characteristics of the exposure apparatus (reduction projection type, unit magnification projection, stepper such as proximity) when the chips and marks are formed on the wafer WA.

【0055】また本実施例では、ウエハWAの全チップ
について式(4)を適用して、ステップアンドリピート
方式のアドレッシングを行うようにしたが、ウエハWA
の表面をいくつかの領域(ブロック)に分割し、個々の
ブロック毎に最適なアライメントを行なう、所謂ブロッ
クアライメントにおいても全く同様に式(4)を適用す
ることができる。例えば図5において、配列座標αβの
各象現内に位置する4つのチップと、図示の5つのチッ
プC0,C3,C6,C7,C8との計9つのチップに
ついてステップアライメントを行なって、各チップの位
置の実測値を検出した後、配列座標αβの各象現毎に式
(10),(11),(14)〜(17)を使って誤差
パラメータA,Oを決定し、さらに式(4)を使って、
位置(Fxn,Fyn)を算出するようにする。例えば
配列座標のαβの第1象現のブロックについては、第1
象現内の1つのチップと、チップC3,C6,C7との
4つのチップの実測値を使って式(4)を決定し、第2
象現内のブロックについては第2象現ないの1つのチッ
プとチップC0,C3,C7との4つのチップの実測値
を使って式(4)を決定する。そして、実際の露光のと
きは、各ブロック毎に決定された式(4)からのショッ
ト位置(Fxn,Eyn)に基づいて、ウエハWA上の
チップを投影像Prと位置合せする。このようにする
と、ウエハ上での非線形要素による位置検出、位置合せ
の不良が低減するとともに、従来のブロックアライメン
トとは異なり、平均化要素を残したままブロック化でき
るので、各ブロック内での重ね合せ精度がどのチップで
もほぼ平均しているという利点がある。そればかりでな
く、ステッパー以外の露光装置、特にミラー投影露光装
置との混用の際にも大きな利点を得ることができる。一
般にミラー投影露光装置で焼かれたウエハのチップ配列
は、湾曲していることが多い。そこでステッパーによ
り、そのウエハに重ね合せ露光を行なう場合(混用;ミ
ックス・アンド・マッチ)、上記のようなブロックアラ
イメントを行なえば、各ブロック内ではチップ配列の湾
曲が無視できる程、小さくなるため、ウエハ全面に渡っ
て極めて重ね合せ精度の高い焼き付けが可能となる。
In this embodiment, the equation (4) is applied to all the chips of the wafer WA to perform the step-and-repeat type addressing.
The expression (4) can be applied in the same manner to so-called block alignment in which the surface of is divided into several regions (blocks) and optimal alignment is performed for each individual block. For example, in FIG. 5, four chips located in each quadrant of the array coordinate αβ and five chips C0, C3, C6, C7, and C8 shown in FIG. After detecting the actual measurement value of the position of, the error parameters A and O are determined using the equations (10), (11), (14) to (17) for each quadrant of the array coordinate αβ, and the equation ( Using 4),
The position (Fxn, Fyn) is calculated. For example, for the block of the first quadrant of αβ in array coordinates, the first
Equation (4) is determined using the measured values of one chip in the quadrant and four chips C3, C6 and C7, and the second
For the block in the quadrant, the equation (4) is determined by using the measured values of one chip in the second quadrant and four chips C0, C3, and C7. Then, at the time of actual exposure, the chip on the wafer WA is aligned with the projection image Pr based on the shot position (Fxn, Eyn) from the equation (4) determined for each block. In this way, it is possible to reduce defects in position detection and alignment due to non-linear elements on the wafer, and unlike conventional block alignment, it is possible to form blocks while leaving the averaging element, so that overlapping in each block is possible. The advantage is that the alignment accuracy is almost the same for all chips. Not only that, but also when used in combination with an exposure apparatus other than the stepper, particularly a mirror projection exposure apparatus, a great advantage can be obtained. Generally, a chip array of a wafer baked by a mirror projection exposure apparatus is often curved. Therefore, when overlay exposure is performed on the wafer by the stepper (mixed use; mix and match), if the block alignment as described above is performed, the curvature of the chip array in each block becomes so small that it can be ignored. Printing with extremely high overlay accuracy can be performed over the entire surface of the wafer.

【0056】以上、本発明の実施例に好適な露光装置に
おいては、レーザのスポット光をウエハWA上のマーク
に照射して、マーク(チップ)の位置を検出したが、ス
ポット光をウエハWA上で単振動させたり、等速直線走
査させたりするアライメント系、又はレチクルR上のマ
ークとウエハWA上のマークとを、レチクルRの上方に
配置した顕微鏡対物レンズを会して観察(検出)して位
置合せを行なう、所謂ダイ・バイ・ダイアライメント光
学系を使った露光装置でも全く同様に実施できる。この
場合、ダイ・バイ・ダイアライメント時にレチクルRを
位置合せのためにx,y方向に微動させないものとすれ
ば、レチクルR上のマークの投影像が、本実施例のスポ
ット光LXS,LYSに相当することになる。またレチ
クルRを微動させる方式のものでは、まずレチクルRを
原点位置に正確に合せて設定する。そして複数のチップ
のステップアライメント(実測)の際、配列設計値にし
たがってステージをステッピングさせた後、レチクルR
のマークと実測すべきチップのマークとが所定の位置関
係になるようにレチクルRを微動し、レチクルRの原点
からのx,y方向への移動量を検出することによって、
そのチップの位置の実測値(Hxn,Hyn)を算出す
ることができる。
As described above, in the exposure apparatus suitable for the embodiment of the present invention, the spot light of the laser is applied to the mark on the wafer WA to detect the position of the mark (chip). To observe (detect) the alignment system for performing simple vibration or linear scanning at a constant speed, or the mark on the reticle R and the mark on the wafer WA by meeting with a microscope objective lens arranged above the reticle R. An exposure apparatus using a so-called die-by-die alignment optical system for performing alignment by using the same method can be performed in exactly the same manner. In this case, if the reticle R is not finely moved in the x and y directions for alignment during die-by-die alignment, the projected image of the mark on the reticle R becomes the spot lights LXS and LYS of this embodiment. It will be equivalent. In the case of the method of slightly moving the reticle R, first, the reticle R is accurately set to the origin position and set. Then, during step alignment (measurement) of a plurality of chips, after stepping the stage according to the array design value, the reticle R
By finely moving the reticle R so that the mark and the mark of the chip to be measured have a predetermined positional relationship, and detecting the amount of movement of the reticle R in the x and y directions from the origin,
The actual measurement value (Hxn, Hyn) of the position of the chip can be calculated.

【0057】また本実施例ではオフセット量(Ox,O
y)を別に単独に求めるようにして、演算処理の簡素化
を計ったが、式(9)のアドレス誤差Eを最小にするよ
うな誤差パラメータA,Oを厳密な、演算処理によって
算出してもよいことは言うまでもない。
In this embodiment, the offset amount (Ox, O
Although y) is separately obtained, the arithmetic processing is simplified. However, the error parameters A and O that minimize the address error E in Expression (9) are calculated by strict arithmetic processing. It goes without saying that it is good.

【0058】[0058]

【発明の効果】以上本発明によれば、ウエハ等の被処理
基板上の複数のチップパターンのすべてに対して、位置
合せの誤差が平均的に小さくなり、1枚の被露光基板か
ら取れる良品チップの数が多くなり、半導体素子の生産
性を向上させることができる。また、被露光基板上のい
くつかのチップについて、その位置を実測(ステップア
ライメント)しているので、すなわち同形状のマークを
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、電気的なランダム誤差が低減される利点もある。
また位置検出用のアライメントセンサー(顕微鏡)の感
度のバラつきを統計的な処理で押さえることになり、総
合的なアライメント精度が向上する。さらに本発明で
は、実測すべきアライメントショット領域を、基板中央
を原点としたショット配列座標系で4つの象限の夫々に
位置するものを含む4個以上としたため、ショット配列
を特定する際に算出される誤差パラメータa11、a12、
a21、a22は配列の直交度、伸縮、回転の各誤差分を正
確に反映したものとなる。さらに本発明では、予め指定
されたアライメントショット領域から得られた実測値が
大きく異なる場合、隣接した別のショット領域の実測値
を代わりに使うようにしたので、実測ショットの基板上
での配置が極端に片寄ることがなく、ショット配列の全
体的な傾向を誤差パラメータに反映させることができ
る。
As described above, according to the present invention, the alignment error is small on average for all of a plurality of chip patterns on a substrate to be processed such as a wafer, and a non-defective product that can be obtained from one substrate to be exposed. The number of chips is increased, and the productivity of semiconductor devices can be improved. In addition, the positions of several chips on the substrate to be exposed are measured (step alignment), that is, the position measurement using the mark of the same shape is repeated a plurality of times. It also has the advantage of reducing random errors.
Further, the variation in the sensitivity of the alignment sensor (microscope) for position detection is suppressed by statistical processing, and the overall alignment accuracy is improved. Further in the present invention
Is the alignment shot area to be measured
In each of the four quadrants in the shot array coordinate system with the origin as
Shot array because there are 4 or more including those located
Error parameters a11, a12, calculated when specifying
a21 and a22 are the orthogonality of the array, expansion / contraction, and rotation errors.
It will be reflected accurately. Furthermore, in the present invention, it is specified in advance.
The measured value obtained from the aligned shot area
If there is a large difference, the measured value of another adjacent shot area
Was used instead, so the actual shot on the substrate
The layout of the shot array does not become extremely biased,
The physical tendency can be reflected in the error parameter
It

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の実施例に好適な縮小投影型露光装
置の概略的な構成を示す斜視図
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a reduction projection type exposure apparatus suitable for an embodiment of the present invention.

【図2】 図1の装置におけるアライメント系の各検
出中心の位置関係を示す平面図
FIG. 2 is a plan view showing a positional relationship between respective detection centers of an alignment system in the apparatus shown in FIG.

【図3】 本発明の位置合せ方法を使った全体的な動
作手順を表わすフローチャート図
FIG. 3 is a flowchart showing an overall operation procedure using the alignment method of the present invention.

【図4】 図1の装置を使って、位置合せ、及び露光
するのに好適なウエハの平面図
FIG. 4 is a plan view of a wafer suitable for alignment and exposure using the apparatus of FIG.

【図5】 ステップアライメントするチップの位置を
示すウエハの平面図である。
FIG. 5 is a plan view of a wafer showing the positions of chips for step alignment.

【主要部分の符号の説明】[Explanation of symbols for main parts]

WA・・・ウエハ、CP,Cn・・・チップ、αβ・・
・配列座標、103,104・・・ステップアライメン
トによる実測工程、107・・・誤差パラメータを決定
する工程、108,109,110,111・・・補正
された実際のチップ配列座標に沿ってステップアンドリ
ピート方式での位置決めする工程。
WA ... Wafer, CP, Cn ... Chip, αβ ...
Array coordinates, 103, 104 ... Actual measurement process by step alignment, 107 ... process for determining error parameter, 108, 109, 110, 111 ... Step and step along corrected actual chip array coordinates Positioning process using repeat method.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 所定の配列座標系に従って2次元に配列
された複数のショット領域と、該複数のショット領域の
夫々に付設されたアライメント用のマークとを有する感
光基板を、前記配列座標系が所定の直交座標系とほぼ平
行になるように保持し、該直交座標系内で2次元移動す
る基板ステージと、前記直交座標系内の所定位置に光軸
が通るように配置され、レチクルのパターンを前記感光
基板のショット領域に投影する投影光学系と、前記直交
座標系内の所定位置に検出中心点を有し、前記感光基板
上のマーク位置を検出するマーク検出手段と、該検出さ
れたマーク位置に基づいて、前記感光基板上の任意のシ
ョット領域が前記投影光学系の光軸に対してアライメン
トされるように前記基板ステージの移動位置を制御する
制御手段とを備えた投影露光装置において、 (a) 前記感光基板上の複数のショット領域のうち、少な
くとも前記配列座標系の4つの象限の夫々に位置するシ
ョット領域を含む4個以上を、アライメントショットと
して指定するショット指定手段と; (b) 該指定された各アライメントショットに付設したマ
ークが前記マーク検出手段によって順次検出されるよう
に前記基板ステージを移動させ、前記アライメントショ
ットの各々の実際の座標位置に対応した実測値(Hxn、
Hyn)を計測するショット位置実測手段と; (c) 前記感光基板上の各ショット領域の設計上の座標値
を(Dxn、Dyn)、所定の誤差パラメータを(a11、a
12、a21、a22、Ox、Oy)としたとき、前記感光基
板上の任意のショット領域が前記投影光学系の光軸に対
してアライメントされるような前記基板ステージの移動
座標値(Fxn、Fyn)を、 Fxn=a11・Dxn+a12・Dyn+Ox Fyn=a21・Dxn+a22・Dyn+Oy の演算式に基づいて算出する第1演算手段と; (d)該第1演算手段の実行前に、前記実測値(Hxn、H
yn)とそれに対応した設計上の座標値(Dxn、Dyn)と
に基づいて、前記パラメータのうち少なくともa11、a
12、a21、a22の各値を算出する第2演算手段とを備え
たことを特徴とする投影露光装置。
1. A photosensitive substrate having a plurality of shot areas two-dimensionally arranged according to a predetermined arrangement coordinate system, and alignment marks attached to each of the plurality of shot areas, wherein the arrangement coordinate system A reticle pattern, which is arranged so that the optical axis passes at a predetermined position in the orthogonal coordinate system and a substrate stage that is held so as to be substantially parallel to the predetermined orthogonal coordinate system and moves two-dimensionally in the orthogonal coordinate system. A projection optical system for projecting a mark onto a shot area of the photosensitive substrate, and a mark detecting means for detecting a mark position on the photosensitive substrate, the mark detecting means having a detection center point at a predetermined position in the orthogonal coordinate system. Control means for controlling the moving position of the substrate stage so that an arbitrary shot area on the photosensitive substrate is aligned with the optical axis of the projection optical system based on the mark position. In the projection exposure apparatus, (a) shot designation for designating, as alignment shots, four or more shot regions on the photosensitive substrate, including at least shot regions located in respective four quadrants of the array coordinate system. And (b) the substrate stage is moved so that the marks attached to each of the designated alignment shots are sequentially detected by the mark detecting unit, and the actual measurement corresponding to the actual coordinate position of each of the alignment shots. Value (Hxn,
Hyn) for measuring the shot position; (c) Design coordinate values (Dxn, Dyn) of each shot area on the photosensitive substrate, and predetermined error parameters (a11, a).
12, a21, a22, Ox, Oy), movement coordinate values (Fxn, Fyn) of the substrate stage such that an arbitrary shot area on the photosensitive substrate is aligned with the optical axis of the projection optical system. ) Is calculated based on an arithmetic expression of Fxn = a11.Dxn + a12.Dyn + Ox Fyn = a21.Dxn + a22.Dyn + Oy; H
yn) and corresponding design coordinate values (Dxn, Dyn) corresponding to at least a11, a of the parameters.
A projection exposure apparatus comprising: a second calculation means for calculating each value of 12, a21, and a22.
【請求項2】 所定の配列座標系に従って2次元に配列
された複数のショット領域と、該複数のショット領域の
夫々に付設されたアライメント用のマークとを有する感
光基板を、前記配列座標系が所定の直交座標系とほぼ平
行になるように保持し、該直交座標系内で2次元移動す
る基板ステージと、前記直交座標系内の所定位置に光軸
が通るように配置され、レチクルのパターンを前記感光
基板のショット領域に投影する投影光学系と、前記直交
座標系内の所定位置に検出中心点を有し、前記感光基板
上のマーク位置を検出するマーク検出手段と、該検出さ
れたマーク位置に基づいて、前記感光基板上の任意のシ
ョット領域が前記投影光学系の光軸に対してアライメン
トされるように前記基板ステージの移動位置を制御する
制御手段とを備えた投影露光装置において、 (a) 前記感光基板上の複数のショット領域のうち、少な
くとも前記配列座標系の4つの象限の夫々に位置するシ
ョット領域を含む4個以上を、アライメントショットと
して指定するショット指定手段と; (b) 該指定された各アライメントショットに付設したマ
ークが前記マーク検出手段によって順次検出されるよう
に前記基板ステージを移動させ、前記アライメントショ
ットの各々の実際の座標位置に対応した実測値(Hxn、
Hyn)を計測するショット位置実測手段と; (c) 該計測された実測値が標準となる値から所定量以上
異なっているか否かを判断し、異なっているときは当該
実測値の得られたアライメントショットに隣接した別の
ショット領域に対して前記ショット位置実測手段による
計測を指示する手段と; (d) 前記感光基板上の各ショット領域の設計上の座標値
を(Dxn、Dyn)、所定の誤差パラメータを(a11、a
12、a21、a22、Ox、Oy)としたとき、前記感光基
板上の任意のショット領域が前記投影光学系の光軸に対
してアライメントされるような前記基板ステージの移動
座標値(Fxn、Fyn)を、 Fxn=a11・Dxn+a12・Dyn+Ox Fyn=a21・Dxn+a22・Dyn+Oy の演算式に基づいて算出する第1演算手段と; (d)該第1演算手段の実行前に、前記実測値(Hxn、H
yn)とそれに対応した設計上の座標値(Dxn、Dyn)と
に基づいて、前記パラメータのうち少なくともa11、a
12、a21、a22の各値を算出する第2演算手段とを備え
たことを特徴とする投影露光装置。
2. A photosensitive substrate having a plurality of shot areas two-dimensionally arranged according to a predetermined arrangement coordinate system, and alignment marks attached to each of the plurality of shot areas, wherein the arrangement coordinate system A reticle pattern, which is arranged so that the optical axis passes at a predetermined position in the orthogonal coordinate system and a substrate stage that is held so as to be substantially parallel to the predetermined orthogonal coordinate system and moves two-dimensionally in the orthogonal coordinate system. A projection optical system for projecting a mark onto a shot area of the photosensitive substrate, and a mark detecting means for detecting a mark position on the photosensitive substrate, the mark detecting means having a detection center point at a predetermined position in the orthogonal coordinate system. Control means for controlling the moving position of the substrate stage so that an arbitrary shot area on the photosensitive substrate is aligned with the optical axis of the projection optical system based on the mark position. In the projection exposure apparatus, (a) shot designation for designating, as alignment shots, four or more shot regions on the photosensitive substrate, including at least shot regions located in respective four quadrants of the array coordinate system. And (b) the substrate stage is moved so that the marks attached to each of the designated alignment shots are sequentially detected by the mark detecting unit, and the actual measurement corresponding to the actual coordinate position of each of the alignment shots. Value (Hxn,
Hyn) and a shot position measuring means for measuring (H)); (c) It is judged whether or not the measured value is different from a standard value by a predetermined amount or more, and if it is different, the measured value is obtained. Means for instructing another shot area adjacent to the alignment shot to perform measurement by the shot position measuring means; (d) design coordinate values of each shot area on the photosensitive substrate (Dxn, Dyn), predetermined The error parameter of (a11, a
12, a21, a22, Ox, Oy), movement coordinate values (Fxn, Fyn) of the substrate stage such that an arbitrary shot area on the photosensitive substrate is aligned with the optical axis of the projection optical system. ) Is calculated based on an arithmetic expression of Fxn = a11.Dxn + a12.Dyn + Ox Fyn = a21.Dxn + a22.Dyn + Oy; H
yn) and corresponding design coordinate values (Dxn, Dyn) corresponding to at least a11, a of the parameters.
A projection exposure apparatus comprising: a second calculation means for calculating each value of 12, a21, and a22.
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