JP3336357B2 - Alignment device and alignment method - Google Patents

Alignment device and alignment method

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JP3336357B2
JP3336357B2 JP09446391A JP9446391A JP3336357B2 JP 3336357 B2 JP3336357 B2 JP 3336357B2 JP 09446391 A JP09446391 A JP 09446391A JP 9446391 A JP9446391 A JP 9446391A JP 3336357 B2 JP3336357 B2 JP 3336357B2
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  • 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、複数の領域を備える所
定面と基準位置との相対的な位置合わせを行う装置及び
方法に関し、特に半導体素子や液晶表示素子製造用の露
光装置に好適なマスクまたはレチクルと感光性基板(半
導体ウエハ、液晶用プレート等)との位置合わせ装置及
び方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus and a method for performing relative alignment between a predetermined surface having a plurality of regions and a reference position, and more particularly to an exposure apparatus suitable for manufacturing semiconductor elements and liquid crystal display elements. The present invention relates to an apparatus and a method for aligning a mask or a reticle with a photosensitive substrate (a semiconductor wafer, a liquid crystal plate, etc.).

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体素子製造のリソグラフィ工
程では、レチクルパターンを高分解能でウエハ上に転写
する装置として、ステップ・アンド・リピート方式の縮
小投影型露光装置(ステッパー)が多用されるようにな
っている。この種のステッパーでは半導体素子の高集積
化に伴って、露光光の短波長化や高開口数(N.A.)
の投影レンズの開発が行われ、最近ではウエハ上での解
像線幅がサブ・ミクロン(0.5μm程度)に達してい
る。このような高解像パターンを転写するには、その解
像力に見合ったアライメント(重ね合わせ)精度が必要
となっている。
2. Description of the Related Art In recent years, in a lithography process for manufacturing a semiconductor device, a step-and-repeat type reduction projection exposure apparatus (stepper) has been frequently used as an apparatus for transferring a reticle pattern onto a wafer with high resolution. Has become. In a stepper of this type, a shorter wavelength of exposure light and a higher numerical aperture (NA) are required as the integration of semiconductor elements becomes higher.
Has recently been developed, and the resolution line width on a wafer has recently reached sub-micron (about 0.5 μm). In order to transfer such a high-resolution pattern, alignment (overlay) accuracy corresponding to the resolution is required.

【0003】現在、ステッパーのアライメント方式は、
例えば特開昭61−44429号公報、または特開昭6
2−84516号公報に開示されているように、拡張さ
れたウエハ・グローバル・アライメント(以下、エンハ
ンスメント・グローバル・アライメント:EGAと呼
ぶ)が主流となっている。EGA方式とは、1枚のウエ
ハに対して重ね合わせ露光を行うのに先立ち、ウエハ上
に形成された複数のショット領域のうち、例えばウエハ
の中心及びその外周付近に位置する7つのショット領域
を指定し、各ショット領域に付随した2組(X、Y方
向)の位置合わせ用のマークの位置をアライメントセン
サーにて計測(サンプルアライメント)する。しかる
後、これらマークの位置計測値と設計値とに基づいて、
ウエハ上のショット領域の配列特性に関する誤差パラメ
ータ、すなわちウエハ中心位置のオフセット(X、Y方
向)、ウエハの伸縮度(X、Y方向)、ウエハの残存回
転量、及びウエハステージの直交度(またはショット配
列の直交度)の計6つのパラメータを統計的手法(最小
二乗法等)により決定する。そして、この決定されたパ
ラメータの値に基づいて、ウエハ上の全てのショット領
域に対してその設計上の座標値を補正し、この補正され
た座標値にウエハが位置するように、順次ウエハステー
ジをステッピングさせていく方式である。
At present, the alignment method of the stepper is as follows.
For example, JP-A-61-44429 or JP-A-6-44429
As disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2-84516, extended wafer global alignment (hereinafter referred to as enhancement global alignment: EGA) has become mainstream. The EGA method refers to, for example, seven shot areas located near the center of the wafer and its outer periphery among a plurality of shot areas formed on the wafer before performing the overlay exposure on one wafer. The positions of two sets (X, Y directions) of alignment marks associated with each designated shot area are measured (sample alignment) by the alignment sensor. Thereafter, based on the position measurement values and design values of these marks,
Error parameters relating to the arrangement characteristics of the shot areas on the wafer, namely, the offset of the wafer center position (X, Y directions), the expansion / contraction degree of the wafer (X, Y directions), the remaining rotation amount of the wafer, and the orthogonality of the wafer stage (or A total of six parameters (orthogonality of shot arrays) are determined by a statistical method (least square method or the like). Then, based on the determined parameter values, the design coordinate values of all shot areas on the wafer are corrected, and the wafer stage is sequentially positioned so that the wafer is positioned at the corrected coordinate values. Is a method of stepping.

【0004】このEGA方式の利点は、ウエハ露光に
先立ってウエハ上の全ショット数と比べてわずかな数
(3〜16個程度)のマークの位置を計測した後はマー
ク位置計測を必要としないため、スループットの向上が
望めること、従来のグローバルアライメント法と異な
り、ショット領域の配列特性を高精度に認識するため、
サンプルアライメントを行わなかった他のショット領域
に対しても極めてアライメント精度が良く、さらに十分
な数のショット領域に対してサンプルアライメントを行
うと、個々のマーク検出誤差が統計的な演算のもとで平
均化されることになり、1ショット毎のアライメント
(ダイ・バイ・ダイまたはサイト・バイ・サイト方式)
と同等、もしくはそれ以上のアライメント精度が、ウエ
ハ全面の全てのショット領域に対して望めることであ
る。
The advantage of this EGA method is that it is not necessary to measure the mark position after measuring a small number (about 3 to 16) of mark positions compared to the total number of shots on the wafer prior to wafer exposure. Therefore, unlike the conventional global alignment method, an improvement in throughput can be expected.
Alignment accuracy is extremely good for other shot areas where sample alignment was not performed, and if sample alignment is performed for a sufficient number of shot areas, individual mark detection errors can be statistically calculated. Averaging means alignment for each shot (die-by-die or site-by-site method)
The same or higher alignment accuracy can be expected for all shot regions on the entire surface of the wafer.

【0005】ここで、図17を参照してEGA方式によ
る重ね合わせ露光の動作を簡単に説明する。図17にお
いて、点Dはウエハ上に形成すべきショット領域の設計
上のファースト(1st)露光位置、点MALは実際にウエ
ハ上に形成されたショット領域SA1st の1st露光位置
(計測値)、点DEGはEGA演算によって算出された計
算上のセカンド(2nd)露光位置を表している。ショッ
ト領域SA1st に対する重ね合わせ露光を行うにあたっ
ては、まずEGA演算(上記変換行列)によって設計上
の2nd露光位置(すなわち1st露光位置D)を変換(補
正)して2nd露光位置DEGを求める(図中ではベクトル
egaにて表している)。しかる後、ウエハステージを
2nd露光位置DEGまでステッピングさせて露光を行う
と、レチクルパターンの投影像がショット領域SA1st
に重ね合わされて転写され、ウエハ上にショット領域S
2nd として形成されることになる。尚、図17中では
アライメントセンサーによって計測されたショット領域
SA1st の1st露光位置MALと、実際にウエハ上に形成
されたショット領域SA2nd の2nd露光位置DEG(計算
値)とのずれ(すなわち重ね合わせ誤差)をベクトルV
eで誇張して表している。通常、この重ね合わせ誤差
(ベクトルVe)は零ないし所定の許容値(例えば、最
小解像線幅の1/5程度)以内となっており、ショット
領域SA1st とSA2nd とはほぼ重なり合ってウエハ上
に形成されている。
Here, the operation of the overlay exposure by the EGA method will be briefly described with reference to FIG. In FIG. 17, a point D is a design first (1st) exposure position of a shot area to be formed on a wafer, and a point MAL is a first exposure position (measured value) of a shot area SA 1st actually formed on the wafer. , And the point D EG represents the second (2nd) exposure position on the calculation calculated by the EGA calculation. In performing the overlay exposure for the shot area SA 1st , first, the 2nd exposure position (ie, the 1st exposure position D) in design is converted (corrected) by the EGA calculation (the above conversion matrix) to obtain the 2nd exposure position DEG ( In the figure, it is represented by a vector ega). Thereafter, when the wafer stage is stepped to the second exposure position DG for exposure, the projected image of the reticle pattern is changed to the shot area SA 1st.
Is transferred to the shot area S on the wafer.
A 2nd will be formed. In FIG. 17, the difference between the first exposure position MAL of the shot area SA 1st measured by the alignment sensor and the second exposure position D EG (calculated value) of the shot area SA 2nd actually formed on the wafer is shown. That is, the overlay error) is
e is exaggerated. Normally, the overlay error (vector Ve) is zero or within a predetermined allowable value (for example, about 1/5 of the minimum resolution line width), and the shot areas SA 1st and SA 2nd substantially overlap each other, and Is formed on.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
如き従来技術においては、EGA方式を使ってウエハ上
の各ショット領域に対してレチクルパターンの重ね合わ
せ露光を行っても、全てのショット領域においてその重
ね合わせ誤差(図17中のベクトルVeに相当)が所定
の許容値以内となり得ないという問題がある。これは、
ウエハ上に形成された実際のショット領域の各位置座
標には、プロセス(現像処理等)の影響等により設計上
の位置座標に対してランダムな位置誤差が含まれるこ
と、ショット領域のアライメントマークを検出する場
合、マーク自体の形状歪みや測定系に含まれるノイズ等
に起因する計測誤差が存在すること等によって生じるも
のと考えられている。しかしながら、実際には重ね合わ
せ誤差が何を原因として発生しているのかがはっきり解
析、分類されないまま、ステッパーでは上記誤差量に対
する評価が行われている。
However, in the prior art as described above, even when the reticle pattern is superposed and exposed on each shot area on the wafer by using the EGA method, the reticle pattern is not applied to all shot areas. There is a problem that the overlay error (corresponding to the vector Ve in FIG. 17) cannot fall within a predetermined allowable value. this is,
Each position coordinate of the actual shot area formed on the wafer includes a random position error with respect to the design position coordinate due to the influence of a process (development processing or the like). It is considered that the detection is caused by the presence of a measurement error due to the shape distortion of the mark itself or noise included in the measurement system. However, the stepper evaluates the error amount without actually analyzing and classifying what caused the overlay error.

【0007】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、重ね合わせ誤差の発生要因を解析でき、さらには重
ね合わせ精度を向上させることができる位置合わせ装置
を得ることを目的としている。
The present invention has been made in consideration of the above points, and has as its object to provide a positioning apparatus capable of analyzing a cause of an overlay error and further improving overlay accuracy.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】かかる問題点を解決する
ため、請求項1に記載の発明においては、基板上に予め
形成された複数の露光領域(ショット領域SAn)のう
ち、少なくとも2つの露光領域に関する位置合せ用マー
クの位置を検出するマーク検出手段(X、Y−LSA
系)と、前記マーク検出手段で検出された少なくとも2
つの前記位置合せ用マークの位置に基づいて、前記複数
の露光領域に関するそれぞれの露光位置を算出する露光
位置算出手段(EGA演算ユニット502)とを備える
位置合わせ装置において、前記複数の露光領域のうち、
少なくとも一つの評価用の露光領域(SA1st)に対し
て、前記露光位置算出手段で算出される前記評価用の露
光領域に関する計算上の露光位置にしたがって重ね合せ
露光される露光領域(SA2nd)の位置ずれ量(ΔV)
を、前記評価用の露光領域に関する計算上の露光位置
(DEG)に加算することによって、前記評価用の真の露
光位置(MVE)を算出する第1計算手段と、前記真の露
光位置(MVE)と、前記評価用の露光領域に関する位置
合せ用マークの位置を前記マーク検出手段で検出するこ
とによって求められる前記評価用の露光領域に関する計
測上の露光位置(MAL)とに基づいて、前記マーク検出
手段が前記位置合せ用マークの位置を検出する際のマー
ク検出条件に応じて発生する第1の誤差成分(e)を求
めると共に、前記計測上の露光位置(MAL)と前記計算
上の露光位置(DEG)とに基づいて、前記露光位置算出
手段で前記計算上の露光位置を算出する際の露光位置算
出条件に応じて発生する第2の誤差成分(a)を求める
第2計算手段(演算部505)と、前記第2計算手段で
求められた前記第1の誤差成分が小さくなるように、前
記マーク検出条件を最適な検出条件に設定する第1の設
定手段と、前記第2計算手段で求められた前記第2の誤
差成分が小さくなるように、前記露光位置算出条件を最
適な算出条件に設定する第2の設定手段(LSA演算部
60、もしくはEGA演算ユニット502)とを備える
こととした。また、請求項9に記載された発明によれ
ば、基板上に予め形成された複数の露光領域のうち、少
なくとも2つの露光領域の位置合せ用マークの位置を検
出し、検出された前記位置合せ用マークの位置に基づい
て、前記少なくとも2つの露光領域に関するそれぞれの
計測上の露光位置を求める第1工程と、前記第1工程で
求められた前記計測上の露光位置に基づいて、前記複数
の露光領域に関するそれぞれの計算上の露光位置を算出
する第2工程と、前記複数の露光領域のうち、少なくと
も一つの評価用の露光領域に対して、前記第2工程で算
出される前記評価用の露光領域に関する計算上の露光位
置にしたがって重ね合せ露光される露光領域の位置ずれ
量を、前記評価用の露光領域に関する前記計算上の露光
位置に加算することによって、前記評価用の露光領域の
真の露光位置を算出する第3工程と、前記真の露光位置
と、前記第1工程で求められる前記評価用の露光領域に
関する計測上の露光位置とに基づいて、前記第1工程で
前記位置合せマークを検出する際のマーク検出条件に応
じて発生する第1の誤差成分を求める共に、前記計測上
の露光位置と前記計算上の露光位置とに基づいて、前記
第2工程で前記計算上の露光位置を算出する際の露光位
置算出条件に応じて発生する第2の誤差成分とを演算す
る第4工程と、前記第1の誤差成分が小さくなるよう
に、前記マーク検出条件を最適な検出条件に設定すると
共に、前記第2の誤差成分が小さくなるように、前記露
光位置算出条件を最適な検出条件に設定する第5工程と
を有することとした。
In order to solve such a problem, according to the first aspect of the present invention, at least two of a plurality of exposure regions (shot regions SAn) formed in advance on a substrate. Mark detection means (X, Y-LSA) for detecting the position of the alignment mark with respect to the area
System) and at least 2 detected by the mark detecting means.
An exposure position calculating means (EGA operation unit 502) for calculating respective exposure positions for the plurality of exposure regions based on the positions of the two alignment marks, wherein ,
An exposure area (SA 2nd ) to be overlap-exposed to at least one evaluation exposure area (SA 1st ) in accordance with a calculated exposure position of the evaluation exposure area calculated by the exposure position calculating means. Displacement (ΔV)
Is added to a calculated exposure position (D EG ) related to the evaluation exposure area to calculate the true exposure position (M VE ) for evaluation, and the true exposure position (M VE ) and a measurement exposure position (M AL ) of the evaluation exposure area obtained by detecting the position of the alignment mark with respect to the evaluation exposure area by the mark detection means. The first error component (e) generated according to the mark detection condition when the mark detection means detects the position of the alignment mark is obtained, and the measured exposure position (M AL ) is determined. Based on the calculated exposure position (D EG ), a second error component (a) generated according to an exposure position calculation condition when the calculated exposure position is calculated by the exposure position calculation means is calculated. Second calculation means ( Calculation unit 505); first setting means for setting the mark detection condition to an optimal detection condition so that the first error component obtained by the second calculation means is small; and A second setting unit (LSA calculation unit 60 or EGA calculation unit 502) for setting the exposure position calculation condition to an optimum calculation condition so as to reduce the second error component obtained by the unit. I decided that. According to the ninth aspect of the present invention, the position of the alignment mark of at least two of the plurality of exposure regions formed in advance on the substrate is detected, and the detected alignment is detected. A first step of obtaining a measurement exposure position for each of the at least two exposure regions based on the position of the mark for use; and a plurality of the plurality of measurement exposure positions based on the measurement exposure positions obtained in the first step. A second step of calculating a calculated exposure position for each of the exposure areas; and at least one of the plurality of exposure areas, for the evaluation exposure area, for the evaluation calculated in the second step. By adding the amount of displacement of the exposure region to be overlaid and exposed according to the calculated exposure position for the exposure region to the calculated exposure position for the evaluation exposure region, A third step of calculating a true exposure position of the evaluation exposure area, based on the true exposure position and a measurement exposure position related to the evaluation exposure area determined in the first step, In the first step, a first error component generated according to a mark detection condition when detecting the alignment mark is determined, and the first error component is determined based on the measured exposure position and the calculated exposure position. A fourth step of calculating a second error component generated in accordance with an exposure position calculation condition when calculating the calculated exposure position in the two steps, and a step of calculating the first error component so as to reduce the first error component. A fifth step of setting the mark detection condition to the optimum detection condition and setting the exposure position calculation condition to the optimum detection condition so that the second error component is reduced.

【0009】[0009]

【作用】本発明では、複数の露光領域が形成された基板
上において、評価用の露光領域の真の露光位置
(MVE)と、マーク検出手段によって求められるマーク
の位置情報(MAL)とが必ずしも一致しないこと、マ
ークの位置情報(MAL)と、計算上の露光位置(DEG
との関係(換言すれば、露光位置算出手段の演算パラメ
ータ)が、複数の露光領域の中から選択した評価用の露
光領域の基板上での位置に応じて変動し得ることに着目
し、露光領域の真の露光位置(MVE)に対する計算上の
露光位置(DEG)のずれを算出するようにした。そし
て、このずれに基づいて、マークの位置情報を検出する
際に生じる誤差と、露光位置を算出する際に生じる誤差
とに分けて解析し、この解析結果に応じて、前記マーク
の位置情報を検出する際のマーク検出条件、もしくは露
光位置算出手段が露光位置を算出する際の露光位置算出
条件を設定するようにした。
According to the present invention, on the substrate on which a plurality of exposure regions are formed, the true exposure position (M VE ) of the evaluation exposure region and the mark position information (M AL ) obtained by the mark detection means are obtained. Do not necessarily match, the mark position information (M AL ) and the calculated exposure position (D EG )
(In other words, the calculation parameters of the exposure position calculation means) can vary depending on the position on the substrate of the exposure region for evaluation selected from the plurality of exposure regions. The deviation of the calculated exposure position (D EG ) from the true exposure position (M VE ) of the region was calculated. Then, based on the shift, an error generated when detecting the position information of the mark and an error generated when calculating the exposure position are analyzed separately, and according to the analysis result, the position information of the mark is obtained. A mark detection condition for the detection or an exposure position calculation condition for the exposure position calculation means to calculate the exposure position is set.

【0010】このため、アライメント精度の評価ととも
に、マーク位置検出における信号処理条件(例えばスラ
イスレベル)や統計演算におけるショット配置(例え
ば、評価用の露光領域の位置、または数)を変更(修
正)するので、各条件がアライメント精度上でどのよう
な向上をもたらすかを解析することができる。
For this reason, along with the evaluation of the alignment accuracy, the signal processing conditions (for example, the slice level) for detecting the mark position and the shot arrangement (for example, the position or the number of the exposure area for evaluation) in the statistical calculation are changed (corrected). Therefore, it is possible to analyze how each condition improves the alignment accuracy.

【0011】[0011]

【実施例】図2は本発明の位置合わせ装置を備えた縮小
投影型露光装置(ステッパー)の概略的な構成を示す斜
視図、図3は図2に示すステッパーの照明光学系の概略
的な構成を示す斜視図である。図3に示すように、超高
圧水銀灯11から発生する所定波長域の照明光(g線、
i線等)は楕円鏡12で反射された後、コールドミラー
13で反射されて楕円鏡12の第2焦点上に集光され
る。さらに、コリメータレンズ等を含む集光光学系1
4、及びオプチカルインテグレータ(フライアイレンズ
群)15を通過し、光束の一様化等が行われた照明光
は、リレーレンズ系16を介してミラー17に至り、こ
こでほぼ垂直に下方に反射された後、コンデンサーレン
ズ18を介してレチクルRをほぼ均一な照度で照明す
る。尚、露光用照明光源としてKrFエキシマレーザ光
源等を用いても構わない。
FIG. 2 is a perspective view showing a schematic configuration of a reduction projection type exposure apparatus (stepper) provided with an alignment apparatus of the present invention, and FIG. 3 is a schematic view of an illumination optical system of the stepper shown in FIG. It is a perspective view which shows a structure. As shown in FIG. 3, illumination light (g-line,
The i-line and the like) are reflected by the elliptical mirror 12, then reflected by the cold mirror 13 and focused on the second focal point of the elliptical mirror 12. Further, a condensing optical system 1 including a collimator lens and the like.
The illumination light that has passed through the optical integrator 4 and the optical integrator (fly-eye lens group) 15 and has undergone uniformization of the luminous flux reaches a mirror 17 via a relay lens system 16 and is reflected substantially vertically downward here. After that, the reticle R is illuminated with almost uniform illuminance via the condenser lens 18. Note that a KrF excimer laser light source or the like may be used as an exposure illumination light source.

【0012】投影原版となるレチクルRには、回路パタ
ーン領域PAの外側(レチクル周辺側)に、レチクルR
の位置決めを行うためのレチクルアライメントマークR
X、RY1 、RY2 が形成されている。レチクルRはレ
チクルステージ19上に載置され、パターン領域PAの
中心点RCが投影光学系1の光軸AXとほぼ一致するよ
うに位置決めが行われる。レチクルステージ19は駆動
モータ21、22により水平面内で2次元移動可能に構
成され、その端部にはレーザ光波干渉式測長器(以下、
干渉計とする)25、26からのレーザビームを反射す
る移動鏡23、24が固定されている。干渉計25、2
6はレチクルRの2次元的な位置を、例えば0.01μ
m程度の分解能で常時検出する。レチクルRの初期設定
は、レチクル周辺のアライメントマークRX、RY1
RY2 を光電検出するレチクルアライメント系(不図
示)からのマーク検出信号に基づいて、レチクルステー
ジ19を微動することにより行われる。
A reticle R serving as a projection master has a reticle R outside the circuit pattern area PA (around the reticle).
Alignment mark R for positioning
X, RY 1 and RY 2 are formed. The reticle R is mounted on the reticle stage 19, and is positioned such that the center point RC of the pattern area PA substantially coincides with the optical axis AX of the projection optical system 1. The reticle stage 19 is configured to be two-dimensionally movable in a horizontal plane by drive motors 21 and 22, and has a laser light wave interference type length measuring device (hereinafter, referred to as an end) at its end.
Moving mirrors 23 and 24 for reflecting the laser beams from 25 and 26 are fixed. Interferometer 25, 2
Reference numeral 6 denotes a two-dimensional position of the reticle R, for example, 0.01 μm.
It is always detected with a resolution of about m. The initial setting of the reticle R is performed using alignment marks RX, RY 1 ,
Based on the mark detection signal from the reticle alignment system (not shown) for detecting photoelectrically RY 2, it is performed by fine movement of the reticle stage 19.

【0013】ところで、本実施例では図4に示すような
2組のパターン群(主尺パターンRP1 と副尺パターン
RP2 )が、例えばレチクルRの中心点RCの近傍に、
Y方向に所定間隔ΔYだけ離れて形成されている。尚、
図4に示す如き2組のパターン群の構成等については、
例えば特公昭63−38697号公報に開示されてい
る。図4において、格子パターン70xはX方向に一定
ピッチで設けられ、格子パターン70yはY方向にパタ
ーン70xと同一ピッチで設けられている。格子パター
ン70x、70yの各々には、パターンの中央を0とし
て正、負方向に2、4、6、8と目安となる数字が打た
れている。格子パターン71x、71yは格子パターン
70x、70yの補助として設けられたもので、ここで
は荒いバーニアとして働く。以上、4つの格子パターン
によって主尺パターンRP1 が構成されるが、格子パタ
ーン71x、71yは特に設けずとも良い。また、副尺
パターンRP2 を成す格子パターン80x、80yは、
そのピッチが格子パターン70x、70yのピッチより
もわずかに大きいピッチに定められるとともに、各バー
マークは主尺パターンRP1 と副尺パターンRP2 とを
重ね合わせた時に格子パターン70x、70yの各バー
マークの間に挟まるように形状決めされている。荒いバ
ーニアとして働く格子パターン81x、81yについて
も同様に、格子パターン71x、71yのピッチよりも
わずかに大きいピッチに定められるとともに、各バーマ
ークは格子パターン71x、71yの各バーマークの間
に挟まるように形状決めされている。
In this embodiment, two sets of patterns (a main scale pattern RP 1 and a sub scale pattern RP 2 ) as shown in FIG. 4 are placed near the center point RC of the reticle R, for example.
It is formed at a predetermined interval ΔY in the Y direction. still,
Regarding the configuration of two sets of pattern groups as shown in FIG.
For example, it is disclosed in JP-B-63-38697. In FIG. 4, the lattice patterns 70x are provided at a constant pitch in the X direction, and the lattice patterns 70y are provided at the same pitch as the pattern 70x in the Y direction. Each of the lattice patterns 70x and 70y has a reference number of 2, 4, 6, 8 in the positive and negative directions with the center of the pattern being 0. The lattice patterns 71x and 71y are provided as an auxiliary to the lattice patterns 70x and 70y, and function as rough verniers here. Above, the main scale pattern RP 1 is constituted by four grid pattern, grid pattern 71x, 71y may without particularly providing. The lattice pattern 80x to form a vernier pattern RP 2, 80 y is
Its pitch grating pattern 70x, with defined slightly larger pitch than the pitch of 70y, grid pattern 70x, each bar 70y when the bar mark superimposed a main scale pattern RP 1 and vernier pattern RP 2 The shape is determined so as to be sandwiched between the marks. Similarly, the pitches of the grid patterns 81x and 81y acting as rough verniers are set to be slightly larger than the pitches of the grid patterns 71x and 71y, and each bar mark is sandwiched between the bar marks of the grid patterns 71x and 71y. The shape is determined.

【0014】さて、図2に示すようにパターン領域PA
を通過した照明光は、片側(または両側)テレセントリ
ックな投影光学系1に入射し、投影光学系1はレチクル
Rの回路パターンの投影像を1/5、または1/10に
縮小して、表面にレジスト層が形成されたウエハW上の
1つのショット領域SAに重ね合わせて結像投影する。
ウエハホルダ2はウエハWを真空吸着するとともに、
X、Y方向に2次元移動するウエハステージ3に対して
微小回転可能に設けられる。駆動モータ4はウエハステ
ージ3上に固定され、ウエハホルダ2を回転させる。ま
た、ウエハステージ3は駆動モータ5、6によりステッ
プ・アンド・リピート方式で2次元移動され、ウエハW
上の1つのショット領域SAに対するレチクルRの転写
露光が終了すると、次のショット位置までステッピング
する。ウエハステージ3の端部の直交する2辺には、反
射平面がY方向に伸びた移動鏡7と、反射平面がX方向
に伸びた移動鏡8とが各々固設されている。干渉計9は
移動鏡8にレーザビームを投射して、ウエハステージ3
のY方向の位置(または移動量)を、例えば0.01μ
mの分解能で常時検出し、干渉計10は移動鏡7にレー
ザビームを投射して、ウエハステージ3のX方向の位置
(または移動量)を同様の分解能で検出する。尚、投影
光学系1の光軸AXは干渉計9、10の測長軸(レーザ
光束の中心線)の交点を通るように構成されている。ま
た、図2中には示していないが、ステージコントローラ
27(図1参照)は干渉計9、10からの位置計測信号
等に基づいて、ウエハホルダ2及びウエハステージ3の
移動や位置決めを制御するように構成されている。
Now, as shown in FIG.
Is incident on the one-sided (or both-sided) telecentric projection optical system 1, and the projection optical system 1 reduces the projected image of the circuit pattern of the reticle R to 1/5 or 1/10, and Is imaged and projected onto one shot area SA on the wafer W on which a resist layer is formed.
The wafer holder 2 vacuum-adsorbs the wafer W,
The wafer stage 3 is provided to be slightly rotatable with respect to the wafer stage 3 that moves two-dimensionally in the X and Y directions. The drive motor 4 is fixed on the wafer stage 3 and rotates the wafer holder 2. The wafer stage 3 is two-dimensionally moved by the drive motors 5 and 6 in a step-and-repeat manner.
When the transfer exposure of the reticle R to the upper one shot area SA is completed, stepping is performed to the next shot position. A moving mirror 7 having a reflecting plane extending in the Y direction and a moving mirror 8 having a reflecting plane extending in the X direction are fixed to two orthogonal sides of the end of the wafer stage 3. The interferometer 9 projects a laser beam onto the movable mirror 8 to
The position (or the amount of movement) in the Y direction
m, and the interferometer 10 projects a laser beam onto the movable mirror 7 to detect the position (or the amount of movement) of the wafer stage 3 in the X direction with the same resolution. Note that the optical axis AX of the projection optical system 1 is configured to pass through the intersection of the length measurement axes (center lines of the laser beam) of the interferometers 9 and 10. Although not shown in FIG. 2, the stage controller 27 (see FIG. 1) controls the movement and positioning of the wafer holder 2 and the wafer stage 3 based on position measurement signals and the like from the interferometers 9 and 10. Is configured.

【0015】また、図2中には投影光学系1から一定間
隔で固定され、ウエハW上のアライメントマークを拡大
観察するオフ・アクシス方式のアライメント光学系(Fi
eldImage Alignment;FIA系)20も示されている。
FIA系20の構成等については、例えば特開平2−5
4103号公報に開示されているので、ここでは簡単に
説明する。FIA系20は、所定の波長幅を有する照明
光をウエハWに照射することにより、ウエハ上のアライ
メントマークの像と、対物レンズ等によってウエハと共
役に配置された指標板上の指標マークとを、ITV、C
CDカメラ等の撮像素子の受光面上に結像する。撮像素
子からのビデオ信号VSは、干渉計9、10からの位置
計測信号とともに後述のFIA演算ユニット61(図1
参照)に入力する。FIA演算ユニット61はビデオ信
号VSの波形に基づいて指標マークに対するマーク像の
ずれを求め、マーク像が指標マークの中心に位置した時
のマーク位置に関する情報を主制御装置50に対して出
力する。
In FIG. 2, an off-axis type alignment optical system (Fi-Fi) fixed at a fixed interval from the projection optical system 1 and observing an alignment mark on the wafer W in an enlarged manner.
eldImage Alignment (FIA system) 20 is also shown.
Regarding the configuration and the like of the FIA system 20, see, for example,
Since it is disclosed in Japanese Patent No. 4103, a brief description will be given here. By irradiating the wafer W with illumination light having a predetermined wavelength width, the FIA system 20 forms an image of an alignment mark on the wafer and an index mark on an index plate conjugated with the wafer by an objective lens or the like. , ITV, C
An image is formed on the light receiving surface of an image sensor such as a CD camera. The video signal VS from the image pickup device is combined with a position measurement signal from the interferometers 9 and 10 and a FIA operation unit 61 (see FIG.
Reference). The FIA operation unit 61 calculates the shift of the mark image with respect to the index mark based on the waveform of the video signal VS, and outputs to the main controller 50 information on the mark position when the mark image is located at the center of the index mark.

【0016】さらに、ステッパーにはマーク検出可能範
囲(サーチ範囲)が広く、高速アライメント計測が可能
なTTL(Through The Lens)方式のレーザ・ステップ・
アライメント(LSA)系が設けられている。尚、LS
A系の構成等については、例えば特開昭60−1307
42号、または先に述べた特開平2−54103号公報
に開示されているので、ここでは簡単に説明する。
Further, the stepper has a wide mark detectable range (search range) and a TTL (Through The Lens) type laser step device capable of high-speed alignment measurement.
An alignment (LSA) system is provided. LS
Regarding the configuration and the like of the A system, see, for example, JP-A-60-1307.
No. 42 or the aforementioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-54103.

【0017】図示していないが、He−Ne、Arイオ
ン等のレーザ光源から発生するレーザビームは、ビーム
エクスパンダーで所定のビーム径に拡大され、シリンド
リカルレンズにより細長い楕円ビームに整形された後、
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。ビームスプリッター30を通過したレーザ光束は
ミラー31で反射され、ビームスプリッター32を通過
して、結像レンズ群33によって横断面が帯状のスポッ
ト光になるように収束された後、レチクルRと投影光学
系1との間に、回路パターン像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
けて上方に反射する。そのレーザ光束はレチクルRの下
側に設けられ、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、投影光学系1の入射瞳Ep
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、投影光学系1の軸外部分から主光線がウエハWと
ほぼ垂直になるように収束され、ウエハW上では光軸A
Xに向かってX方向に細長く伸びた帯状のスポット光L
YSとして結像される。
Although not shown, a laser beam generated from a laser light source such as He-Ne or Ar ions is expanded to a predetermined beam diameter by a beam expander and shaped into an elongated elliptical beam by a cylindrical lens.
The light enters the beam splitter 30 and is split into two light beams. The laser beam that has passed through the beam splitter 30 is reflected by a mirror 31, passes through a beam splitter 32, and is converged by an imaging lens group 33 so that the cross section becomes a band-shaped spot light. The light enters a first folding mirror 34 disposed between the system 1 and the system 1 so as not to shield the projection optical path of the circuit pattern image.
The first turning mirror 34 reflects the laser beam upward toward the reticle R. The laser beam is provided below the reticle R, enters a mirror 35 having a reflection plane parallel to the surface of the reticle R, and enters the entrance pupil Ep of the projection optical system 1.
It is reflected towards the center of. The laser beam from the mirror 35 is converged from the off-axis portion of the projection optical system 1 so that the principal ray is substantially perpendicular to the wafer W.
A belt-like spot light L elongated in the X direction toward X
The image is formed as YS.

【0018】さて、スポット光LYSはウエハW上でX
方向に伸びた回折格子状のアライメントマークを相対的
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LYSがマークを照射すると、
マークからは正反射光(0次光)とともに回折光(1次
光以上)や散乱光が生じる。これら光情報は、再び投影
光学系1、ミラー35、ミラー34、及び結像レンズ群
33を通ってビームスプリッター34に戻り、ここで反
射されて、投影光学系1の瞳Epと共役な空間フィルタ
ーと集光レンズとから成る光学素子36に入射する。光
学素子36は、これら光情報のうち高次回折光(例えば
±1〜3次回折光)、または散乱光を透過させ、正反射
光(0次光)を遮断し、回折光、または散乱光をミラー
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、または散乱光の光量に応じた
光電信号を出力する。以上、ミラー31、ビームスプリ
ッター32、結像レンズ群33、ミラー34,35、光
学素子36、ミラー37、及び光電素子38は、ウエハ
W上のマークのY方向の位置を検出するアライメント光
学系(以下、Y−LSA系と呼ぶ)を構成している。
Now, the spot light LYS is projected on the wafer W by X
It is used to scan the alignment mark of a diffraction grating extending in the direction relatively in the Y direction to detect the position of the mark. When the spot light LYS irradiates the mark,
From the mark, diffracted light (first-order light or more) and scattered light are generated together with specularly reflected light (zero-order light). The optical information returns to the beam splitter 34 through the projection optical system 1, the mirror 35, the mirror 34, and the imaging lens group 33 again, is reflected there, and is spatially conjugated with the pupil Ep of the projection optical system 1. And a condensing lens. The optical element 36 transmits high-order diffracted light (for example, ± 1st to 3rd-order diffracted light) or scattered light, blocks specularly reflected light (0th-order light), and mirrors the diffracted light or scattered light. The light is condensed on the light receiving surface of the photoelectric element 38 via 37. The photoelectric element 38 outputs a photoelectric signal corresponding to the amount of condensed diffracted light or scattered 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, and the photoelectric element 38 include an alignment optical system that detects the position of the mark on the wafer W in the Y direction ( Hereinafter, referred to as a Y-LSA system).

【0019】一方、ビームスプリッター30で反射され
た別のレーザ光束は、ウエハW上のアライメントマーク
のX方向の位置を検出するアライメント光学系(以下、
X−LSAと呼ぶ)に入射する。X−LSA系はY−L
SA系と全く同様にミラー41、ビームスプリッター4
2、結像レンズ群43、ミラー44,45、光学素子4
6、ミラー47、及び光電素子48から構成され、ウエ
ハW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 reflected by the beam splitter 30 is used as an alignment optical system (hereinafter, referred to as an alignment optical system) for detecting the position of the alignment mark on the wafer W in the X direction.
X-LSA). X-LSA system is YL
Mirror 41, beam splitter 4 just like SA system
2, imaging lens group 43, mirrors 44 and 45, optical element 4
6, a mirror 47, and a photoelectric element 48, and a strip-shaped spot light LXS elongated on the wafer W in the Y direction.
Is imaged.

【0020】ところで、光電素子38,48からの光電
信号LSは、干渉計9、10からの位置計測信号ととも
に後述のLSA演算ユニット60(図1参照)に入力
し、LSA演算ユニット60はウエハステージ3の単位
移動量(0.01μm)毎に発生するアップ・ダウンパ
ルス信号に同期して光電信号LSをサンプリングする。
そして、各サンプリング値をデジタル値に変換してメモ
リに番地順に記憶させた後、所定の演算処理によってア
ライメントマークの位置を検出し、この位置情報を主制
御装置50に対して出力する。尚、LSA演算ユニット
60は回折光及び散乱光の各強度に応じた光電信号の波
形処理を並行して行い、両方の検出結果からアライメン
トマークの位置を決定しても構わない。
The photoelectric signals LS from the photoelectric elements 38 and 48 are input to an LSA operation unit 60 (see FIG. 1) described later together with the position measurement signals from the interferometers 9 and 10, and the LSA operation unit 60 The photoelectric signal LS is sampled in synchronization with an up / down pulse signal generated for every unit movement amount of 3 (0.01 μm).
Then, after converting each sampling value into a digital value and storing the digital value in the memory in the order of addresses, the position of the alignment mark is detected by predetermined arithmetic processing, and this position information is output to the main controller 50. Note that the LSA calculation unit 60 may perform the waveform processing of the photoelectric signal according to the respective intensities of the diffracted light and the scattered light in parallel, and determine the position of the alignment mark from both the detection results.

【0021】次に、図1を参照して上記構成の装置全体
を統括制御する主制御装置50について説明する。図1
は本実施例による装置の制御系の概略的な構成を示すブ
ロック図であって、主制御装置50は干渉計9、10か
らの位置計測信号PDSを常時入力しているものとす
る。図1において、信号データ記憶部62はX、Y−L
SA系(光電素子38、48)からの光電信号LS、例
えばLSA演算ユニット60にてデジタル値に変換され
た波形データを記憶することができる。図1ではFIA
系20(撮像素子)からのビデオ信号VSも記憶するこ
とが可能となっている。アライメント(ALG)データ
記憶部501は、LSA演算ユニット60、FIA演算
ユニット61の両方からのマーク位置情報(すなわちシ
ョット領域の配列座標値MALn )を入力可能となってい
る。EGA演算ユニット502は、ALGデータ記憶部
501に記憶されたマーク位置情報に基づいて、統計的
な演算手法によりウエハW上のショット領域の配列座標
値DEGn を算出するもので、その算出結果はシーケンス
コントローラ504と記憶部506とに送られる。EG
A演算ユニット502では、配列座標値DEGn に先立っ
て演算パラメータ、すなわちウエハ中心位置のオフセッ
ト(X、Y方向)、ウエハの伸縮度(X、Y方向)、ウ
エハの残存回転量、及びウエハステージの直交度、また
はショット配列の直交度(後述の変換行列A、O)も算
出され、これらパラメータも記憶部506に格納され
る。
Next, referring to FIG. 1, a description will be given of a main control unit 50 for integrally controlling the entire apparatus having the above configuration. FIG.
Is a block diagram showing a schematic configuration of a control system of the apparatus according to the present embodiment, and it is assumed that the main control apparatus 50 constantly receives a position measurement signal PDS from the interferometers 9 and 10. In FIG. 1, the signal data storage unit 62 stores X, YL
The photoelectric signal LS from the SA system (the photoelectric elements 38 and 48), for example, the waveform data converted into a digital value by the LSA operation unit 60 can be stored. In FIG. 1, FIA
The video signal VS from the system 20 (imaging element) can also be stored. The alignment (ALG) data storage unit 501 can input mark position information (that is, array coordinate values M AL n of shot areas) from both the LSA operation unit 60 and the FIA operation unit 61. The EGA operation unit 502 calculates an array coordinate value D EG n of the shot area on the wafer W based on the mark position information stored in the ALG data storage unit 501 by a statistical operation method. Is sent to the sequence controller 504 and the storage unit 506. EG
The A operation unit 502 calculates operation parameters prior to the array coordinate values D EG n, namely, the offset of the wafer center position (X and Y directions), the expansion and contraction degree of the wafer (X and Y directions), the remaining rotation amount of the wafer, and the wafer. The orthogonality of the stage or the orthogonality of the shot array (transformation matrices A and O described later) is also calculated, and these parameters are also stored in the storage unit 506.

【0022】また、露光(EXP)ショットマップデー
タ部503はウエハ上に露光すべきショット領域の設計
上の露光位置(配列座標値Dn )を格納し、この設計値
はEGA演算ユニット502とシーケンスコントローラ
504とに送られる。シーケンスコントローラ504
は、上記各データに基づいてアライメント時やステップ
アンドリピート方式の露光時のウエハステージ3の移動
を制御するための一連の手順を決定する。ここで、図1
中にはオペレータからのコマンドや各種計測データ(後
述のバーニア計測値ΔV等)を入力する装置(キーボー
ド等)63と、演算部505にて算出される重ね合わせ
誤差の解析結果(後述)を表示する装置(CRT等)6
4とが示されている。
An exposure (EXP) shot map data section 503 stores a designed exposure position (array coordinate value Dn) of a shot area to be exposed on the wafer, and the design value is stored in the EGA arithmetic unit 502 and the sequence controller. 504. Sequence controller 504
Determines a series of procedures for controlling the movement of the wafer stage 3 during alignment or step-and-repeat exposure based on the above data. Here, FIG.
Inside, a device (keyboard or the like) 63 for inputting commands from the operator or various measurement data (vernier measurement value ΔV or the like described later) and an analysis result (described later) of the overlay error calculated by the arithmetic unit 505 are displayed. Equipment (CRT, etc.) 6
4 is shown.

【0023】さて、記憶部506はEGA演算ユニット
502からの演算パラメータ、及びショット領域の計算
上の配列座標値DEGn と、入力装置63からの入力デー
タ等を記憶する。また、演算部505は記憶部506に
記憶されたデータ(ショット領域の計算上の配列座標値
EGn 、バーニア計測値ΔV)と、ALGデータ記憶部
501に記憶されたショット領域の計測上の配列座標値
ALn とに基づき、ウエハ上のショット領域毎にその重
ね合わせ誤差(ベクトルv)を解析、すなわちマーク位
置検出時に生じる誤差(ベクトルe)と、サンプルアラ
イメントすべきショット領域のウエハ上での位置(また
はその数)に対応して統計演算時に生じる誤差(ベクト
ルa)とに分けて解析するとともに、その解析結果(す
なわち、後述の位置ずれベクトルv、e、aの線図)を
表示装置64に表示する。さらに演算部505は、重ね
合わせ誤差の解析結果に応じて、LSA演算ユニット6
0(またはFIA演算ユニット61)における信号処理
条件(例えば、波形解析アルゴリズム、アルゴリズム・
スライスレベル等)と、EGA演算ユニット502にお
けるEGAショット配置(すなわちサンプルアライメン
トすべきショット領域の位置、数)とを計算上で変更
(修正)し、シミュレーションにより各条件のもとでの
ベクトル(v)、(e)、(a)を算出する(詳細後
述)。また、演算部505におけるシミュレーション結
果(3つの位置ずれベクトルv、e、aの線図)は、信
号処理条件またはEGAショット配置に関する条件が変
更されるたびに表示装置64に表示される。従って、オ
ペレータは表示装置64に表示される線図から、上記条
件がアライメント精度上でどのような向上をもたらすか
を知ることができる。また、オペレータは上記結果から
信号処理条件とEGAショット配置の各々の最適な条件
を求め、この条件を入力装置63からステッパー(演算
部505)に入力することによって、LSA演算ユニッ
ト60とEGA演算ユニット502に対して最適な処理
条件を設定することが可能となっている。尚、上記条件
の変更は、演算部505からの指令に基づいて、LSA
演算ユニット60とEGA演算ユニット502とがそれ
ぞれ行っている。
The storage unit 506 stores calculation parameters from the EGA calculation unit 502, array coordinate values D EG n for calculating shot areas, input data from the input device 63, and the like. The calculation unit 505 also stores data (array coordinate values D EG n and vernier measurement values ΔV calculated in the shot area) stored in the storage unit 506 and measurement data of the shot area stored in the ALG data storage unit 501. The overlay error (vector v) is analyzed for each shot area on the wafer based on the array coordinate values M AL n, that is, the error (vector e) generated at the time of detecting the mark position and the error of the shot area to be sample-aligned on the wafer. And the error (vector a) generated at the time of the statistical operation in accordance with the position (or the number thereof) in (1), and the analysis is performed, and the analysis result (that is, the diagram of the displacement vectors v, e, and a described later) is It is displayed on the display device 64. Further, the arithmetic unit 505 determines the LSA arithmetic unit 6 according to the analysis result of the overlay error.
0 (or FIA operation unit 61) (for example, waveform analysis algorithm, algorithm
The slice level, etc.) and the EGA shot arrangement (that is, the position and number of shot areas to be sample-aligned) in the EGA arithmetic unit 502 are changed (corrected) in calculation, and the vectors (v ), (E) and (a) are calculated (details will be described later). The simulation result (the diagram of the three displacement vectors v, e, and a) in the calculation unit 505 is displayed on the display device 64 each time the signal processing condition or the condition related to the EGA shot arrangement is changed. Therefore, from the diagram displayed on the display device 64, the operator can know how the above-mentioned conditions improve the alignment accuracy. Further, the operator obtains the signal processing condition and the optimum condition of the EGA shot arrangement from the above result, and inputs these conditions from the input device 63 to the stepper (calculation unit 505), thereby obtaining the LSA calculation unit 60 and the EGA calculation unit. It is possible to set optimum processing conditions for 502. It should be noted that the above conditions are changed based on a command from the arithmetic unit 505 based on the LSA
The arithmetic unit 60 and the EGA arithmetic unit 502 perform each.

【0024】次に、図5を参照して本実施例における重
ね合わせ誤差の解析方法について説明する。図5は本実
施例の動作の一例を示す概略的なフローチャート図であ
る。尚、本実施例ではX、Y−LSA系を用いてEGA
方式のアライメントを行う場合に生じる重ね合わせ誤差
を解析するものとする。さて、図2に示したステッパー
において、シーケンスコントローラ504はEXPショ
ットマップデータ部503に格納された情報、すなわち
ショット領域SAn の設計上の配列座標値(Dxn、Dy
n)に従ってウエハステージ3をステッピングさせ、レ
チクルRのパターン(図4中に示した主尺パターンRP
1 )をウエハW上に順次転写していく(ステップ10
0)。
Next, a method of analyzing the overlay error in this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic flowchart illustrating an example of the operation of the present embodiment. In this embodiment, EGA is performed using the X, Y-LSA system.
It is assumed that the overlay error generated when performing the alignment of the system is analyzed. In the stepper shown in FIG. 2, the sequence controller 504 uses the information stored in the EXP shot map data section 503, that is, the designed array coordinate values (Dxn, Dy) of the shot area SAn.
n), the wafer stage 3 is stepped, and the pattern of the reticle R (the main scale pattern RP shown in FIG. 4)
1 ) is sequentially transferred onto the wafer W (step 10).
0).

【0025】1st露光が終了したウエハWはステッパー
から搬出された後、不図示のコータディベロッパーにお
いて現像処理等が施される。この結果、図6に示すよう
にウエハW上には、複数の回路パターン(ショット領域
SAn )とアライメントマークMx、Myとがマトリッ
クス状に形成される。さらに、表面にレジスト層が形成
されたウエハWはステッパーに搬入され、ウエハステー
ジ3上にローディングされる。この際、ステッパーの内
部ではショット領域SAn に対する重ね合わせ(2nd)
露光に備え、上記ウエハ処理と並行して、レチクルRを
Y方向にΔYだけシフトさせる。レチクルRは、干渉計
21、22からの位置計測信号に応じてレチクルステー
ジ19をサーボ制御することにより移動される。この結
果、レチクルRは正確にΔYだけシフトし、副尺パター
ンRP2 (図4)が1st露光時の主尺パターンRP1
座標位置に位置決めされることになる(ステップ10
1)。
After the 1st exposure is completed, the wafer W is carried out of the stepper and then subjected to a developing process or the like by a coater developer (not shown). As a result, a plurality of circuit patterns (shot areas SAn) and alignment marks Mx and My are formed on the wafer W in a matrix as shown in FIG. Further, the wafer W having the resist layer formed on the surface is carried into a stepper and loaded on the wafer stage 3. At this time, in the inside of the stepper, the overlapping with the shot area SAn (2nd)
In preparation for exposure, the reticle R is shifted by ΔY in the Y direction in parallel with the wafer processing. The reticle R is moved by servo-controlling the reticle stage 19 according to position measurement signals from the interferometers 21 and 22. As a result, the reticle R is accurately shifted by ΔY, and the vernier scale pattern RP 2 (FIG. 4) is positioned at the coordinate position of the main scale pattern RP 1 at the time of the first exposure (step 10).
1).

【0026】さて、ウエハステージ3上にローディング
されたウエハWは、まず機械的なプリアライメント装置
(不図示)によって数十μm以下の精度で載置される。
次に、シーケンスコントローラ504はFIA系20及
びX−LSA系を用い、ウエハWのプリアライメントを
実行する。まず、FIA系20はウエハWの外周付近
に、かつウエハ中心に関してほぼ左右(Y軸)対称な位
置に形成された2つのショット領域(例えば、図6中の
ショット領域SA11、SA12)のY方向の位置を検出す
る。一方、X−LSA系はウエハWの外周付近に、かつ
上記2つのショット領域SA11、SA12からほぼ等距離
にあるショット領域(例えば、図6中のショット領域S
13)のX方向の位置を検出する。さらにシーケンスコ
ントローラ504は、ALGデータ記憶部501に格納
された3つのショット領域のマーク位置情報に基づい
て、干渉計9、10により規定される直交座標系XYに
対するウエハWの位置ずれ量(回転誤差を含む)を算出
する。しかる後、この位置ずれ量に応じてウエハホルダ
2及びウエハステージ3を駆動することにより、ウエハ
Wのプリアライメントが終了する。この結果、レチクル
RとウエハW(ショット領域SAn)との相対的な位置
ずれが1μm以下の精度で補正されることになる(ステ
ップ102)。
The wafer W loaded on the wafer stage 3 is first placed with an accuracy of several tens μm or less by a mechanical pre-alignment device (not shown).
Next, the sequence controller 504 performs pre-alignment of the wafer W using the FIA system 20 and the X-LSA system. First, the FIA system 20 includes two shot areas (for example, shot areas SA 11 and SA 12 in FIG. 6) formed near the outer periphery of the wafer W and substantially symmetrically with respect to the center of the wafer (Y axis). The position in the Y direction is detected. On the other hand, in the X-LSA system, a shot area near the outer periphery of the wafer W and substantially equidistant from the two shot areas SA 11 and SA 12 (for example, the shot area S in FIG. 6)
A 13 ) The position in the X direction is detected. Further, based on the mark position information of the three shot areas stored in the ALG data storage unit 501, the sequence controller 504 determines the amount of displacement (rotation error) of the wafer W with respect to the rectangular coordinate system XY defined by the interferometers 9 and 10. Is calculated). Thereafter, by driving the wafer holder 2 and the wafer stage 3 in accordance with the amount of the positional shift, the pre-alignment of the wafer W is completed. As a result, the relative displacement between the reticle R and the wafer W (shot area SAn) is corrected with an accuracy of 1 μm or less (Step 102).

【0027】ところで、ステップ102(プリアライメ
ント)終了後も、例えば図7に誇張して示しているよう
に、ウエハステージ3の移動座標系(直交座標系XY)
に対するショット領域SAn の配列座標系αβの回転誤
差θ(プリアライメントにて補正しきれなかったローテ
ーション)が残存している。尚、図7ではα軸及びβ軸
上に配列されたショット領域のみを示してある。
By the way, even after the completion of step 102 (pre-alignment), for example, as shown in an exaggerated manner in FIG. 7, the moving coordinate system (orthogonal coordinate system XY) of the wafer stage 3 is used.
, The rotation error θ of the arrangement coordinate system αβ of the shot area SAn (rotation that could not be corrected by pre-alignment) remains. Note that FIG. 7 shows only the shot areas arranged on the α axis and the β axis.

【0028】そこで、次のステップ103ではEGA演
算に先立ち、X、Y−LSA系を用いてウエハW上の全
てのショット領域SAn のマーク位置計測を実行する。
シーケンスコントローラ504は、EXPショットマッ
プデータ部503に格納されたショット領域の設計上の
配列座標値(Dxn、Dyn)に従ってウエハステージ3を
ステッピングさせていき、ショット領域毎にウエハステ
ージ3を微動してX、Y−LSA系のスポット光LX
S、LYSとアライメントマークMx、Myとを相対走
査させる。これより、LSA演算ユニット60では所定
の信号処理条件のもとでマーク位置が算出され、これら
位置情報は配列座標値(MALxn、MALyn)としてALG
データ記憶部501に記憶される。この際、全てのショ
ット領域SAn のマーク毎に光電素子38、48から出
力される光電信号LSの波形データも、信号データ記憶
部62に記憶させておく。
Therefore, in the next step 103, before the EGA calculation, the mark positions of all the shot areas SAn on the wafer W are measured using the X, Y-LSA system.
The sequence controller 504 causes the wafer stage 3 to step according to the designed array coordinate values (Dxn, Dyn) of the shot area stored in the EXP shot map data unit 503, and finely moves the wafer stage 3 for each shot area. X, Y-LSA system spot light LX
S and LYS are relatively scanned with the alignment marks Mx and My. ALG than this, the original mark the position of the LSA computing unit 60 in a predetermined signal processing conditions are calculated, these position information array coordinate values (M AL xn, M AL yn ) as
The data is stored in the data storage unit 501. At this time, the signal data storage unit 62 also stores the waveform data of the photoelectric signal LS output from the photoelectric elements 38 and 48 for each mark of all the shot areas SAn.

【0029】ここで、図8を参照してLSA系の計測動
作を簡単に説明する。図8は、マークMxとスポット光
LXSとの相対走査の様子と光電信号LSの波形の様子
との一例を示している。図8(A)に示すように、マー
クMxは相対走査方向(X方向)と直交したY方向に一
定のピッチを有する回折格子状であり、マークMxはウ
エハステージ3の微動によりスポット光LXSをほぼ平
行に横切るように走査される。この時、光電素子48か
らの信号LSは、図8(B)に示すような波形となる。
LSA演算ユニット60において、上記の如き信号波形
は所定のスライスレベルVrと比較され、信号波形の立
ち上がりと立ち下がりのスライスレベルVrとの各交点
の中心点が、マークMxのX方向の中心位置として決定
される。尚、図8(B)に示した信号波形は対称性が保
存されているが、マーク形状歪み等によって、図8
(A)と同一のピッチ構成のマークであっても、図8
(C)のように非対称な波形となったり、図8(D)の
ように明確なピークが得られなかったり、あるいは図8
(E)のように本来1つのピークであるものが山割れを
起こしたりする。図8(D)のような波形の場合、波形
解析アルゴリズムによってマーク位置検出に不適当と判
断され、予めリジェクトされ得る。山割れ波形の場合は
その程度にもよるが、山割れによって生じた隣接する2
つのピークがマーク幅で決まる一定間隔内にある時は1
つのマーク波形とみなし、スライスレベルの設定でマー
ク中心位置を計測することができる。
Here, the measuring operation of the LSA system will be briefly described with reference to FIG. FIG. 8 shows an example of the relative scanning between the mark Mx and the spot light LXS and the waveform of the photoelectric signal LS. As shown in FIG. 8A, the mark Mx is in the form of a diffraction grating having a constant pitch in the Y direction orthogonal to the relative scanning direction (X direction), and the mark Mx emits the spot light LXS by fine movement of the wafer stage 3. Scanning is performed so as to traverse substantially parallel. At this time, the signal LS from the photoelectric element 48 has a waveform as shown in FIG.
In the LSA operation unit 60, the signal waveform as described above is compared with a predetermined slice level Vr, and the center point of each intersection between the rising and falling slice levels Vr of the signal waveform is defined as the center position of the mark Mx in the X direction. It is determined. Although the signal waveforms shown in FIG. 8B maintain the symmetry, the signal waveforms shown in FIG.
Even if the mark has the same pitch configuration as that of FIG.
8C, an asymmetric waveform is not obtained, a clear peak is not obtained as shown in FIG.
As shown in (E), a peak which is originally one peak may cause a mountain crack. In the case of the waveform as shown in FIG. 8D, it is determined that the mark is not suitable for detecting the mark position by the waveform analysis algorithm, and may be rejected in advance. In the case of a peak cracking waveform, depending on the degree, adjacent two
1 when one peak is within a certain interval determined by the mark width
Considering one mark waveform, the mark center position can be measured by setting the slice level.

【0030】次に、先に述べた特開昭61−44429
号公報に開示された手法に従って、ウエハW上の全ての
ショット領域SAn の配列座標値(DEGxn、DEGyn)を
算出する。まず、EGA演算ユニット502はステップ
103でALGデータ記憶部501に記憶された全ての
ショット領域SAn の配列座標値(MALxn、MALyn)の
うち、ウエハWの外周付近に位置する複数個のショット
領域(例えば、図6中のショット領域SA1 〜SA7
の配列座標値を読み出す。そして、この読み出したショ
ット領域SA1 〜SA7 の計測上の配列座標値(MALx
n、MALyn)と、ALGショットマップデータ部504
に格納された設計上の配列座標値(Dxn、Dyn)とに基
づいて、ステップアンドリピート方式で位置合わせすべ
きウエハW上でのショット配列の規則性、すなわち以下
の数式1に示す写像関係式(行列式MALn =A・Dn +
O)における変換行列A、Oを決定する。但し、上記関
係式における変換行列A、Oは、残存回転誤差θ、直交
度ω及びスケーリング誤差Rx、Ryと、オフセット誤
差Ox、Oyとの夫々をパラメータとして含み、変換行
列Aは2行2列、Oは2行1列の行列である。
Next, the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-44429 is described.
According to the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H10-209, array coordinate values (D EG xn, D EG yn) of all the shot areas SAn on the wafer W are calculated. First, EGA calculation unit 502 is the array coordinate values of all the shot areas SAn stored in ALG data storage unit 501 in step 103 (M AL xn, M AL yn) among the plurality of positions in the vicinity of the outer periphery of the wafer W Shot area (for example, shot areas SA 1 to SA 7 in FIG. 6)
The array coordinate value of is read out. Then, the measurement on the array coordinate values of shot areas SA 1 -SA 7 thus read out (M AL x
n, and M AL yn), ALG shot map data portion 504
, The regularity of the shot arrangement on the wafer W to be aligned by the step-and-repeat method based on the design arrangement coordinate values (Dxn, Dyn), that is, the mapping relational expression shown in the following equation 1. (Determinant M AL n = A · D n +
The transformation matrices A and O in O) are determined. However, the transformation matrices A and O in the above relational expression include, as parameters, the remaining rotation error θ, the orthogonality ω, the scaling errors Rx and Ry, and the offset errors Ox and Oy, respectively. , O is a matrix with two rows and one column.

【0031】[0031]

【数1】 (Equation 1)

【0032】尚、変換行列A、Oは以下の数式2、3で
表される。
The transformation matrices A and O are represented by the following equations (2) and (3).

【0033】[0033]

【数2】 (Equation 2)

【0034】[0034]

【数3】 (Equation 3)

【0035】ここで、ウエハ上のショット領域は、計測
上の配列座標値(MALxn、MALyn)及び設計上の配列座
標値(Dxn、Dyn)に対して残差項(εXn 、εYn )
が存在し、上記数式1は以下の数式4のように書き換え
られる。
[0035] Here, the shot area on the wafer, the array coordinate values (M AL xn, M AL yn ) on the measurement and arrangement coordinate value of the design (Dxn, Dyn) residuals against (εXn, εYn )
Exists, and the above equation 1 can be rewritten as the following equation 4.

【0036】[0036]

【数4】 (Equation 4)

【0037】従って、EGA演算ユニット502は上記
残差項が最小となるように、変換行列A、Oの各パラメ
ータの値を演算(最小二乗法)により決定する。尚、上
記の如く算出された変換行列A、Oは記憶部506に格
納される(ステップ104)。しかる後、EGA演算ユ
ニット502は上記数式1によって、ウエハW上の全て
のショット領域SAn の配列座標値(DEGxn、DEGyn)
を算出する(ステップ105)。従って、上記座標値
(DEGxn、DEGyn)に従ってウエハステージ3をステッ
ピングさせれば、全てのショット領域SAn に対してレ
チクルパターンの投影像が正確に重ね合わされて露光さ
れることになる。ここで、EGA演算ユニット502で
算出されるショット領域の配列座標値(DEGxn、DEGy
n)は、シーケンスコントローラ504と記憶部506
とに送られる。尚、EGA演算で算出される配列座標値
を(DEGxn、DEGyn)としたのは、EGA演算で最小二
乗法を用いるために、計算上の配列座標値(DEGxn、D
EGyn)と計測上の配列座標値(MALxn、MALyn)とがウ
エハ上の全てのショット領域において必ずしも一致しな
いからである(詳細後述)。
Therefore, the EGA calculation unit 502 determines the values of the parameters of the transformation matrices A and O by calculation (least square method) so that the above-mentioned residual terms are minimized. The conversion matrices A and O calculated as described above are stored in the storage unit 506 (step 104). Thereafter, the EGA operation unit 502 calculates the array coordinate values (D EG xn, D EG yn) of all the shot areas SAn on the wafer W according to the above equation (1).
Is calculated (step 105). Therefore, if the wafer stage 3 is stepped according to the coordinate values (D EG xn, D EG yn), the projected images of the reticle pattern are accurately superimposed and exposed on all the shot areas SAn. Here, the array coordinate values (D EG xn, D EG y) of the shot area calculated by the EGA calculation unit 502
n) is the sequence controller 504 and the storage unit 506
And sent to. Incidentally, the reason the array coordinate values calculated by the EGA calculation and (D EG xn, D EG yn ) , in order to use the least squares method in EGA calculation, array coordinate values in the calculation (D EG xn, D
This is because EG yn) does not always coincide with the measured array coordinate values ( MAL xn, MAL yn) in all shot areas on the wafer (details will be described later).

【0038】次に、シーケンスコントローラ504は先
の配列座標値(DEGxn、DEGyn)に従ってウエハステー
ジ3をステッピングさせていき、ウエハW上のショット
領域SAn 毎にレチクルパターンの投影像を重ね合わせ
て露光を行う(2nd露光)。この結果、1st露光で形成
された主尺パターンに対して副尺パターンが重ね合わさ
れて転写されることになる(ステップ106)。
Next, the sequence controller 504 overlapping previous array coordinate values (D EG xn, D EG yn ) gradually the wafer stage 3 is stepped in accordance with the projected image of the reticle pattern for each shot area SAn on wafer W Exposure is performed together (2nd exposure). As a result, the sub-scale pattern is superimposed on the main scale pattern formed by the first exposure and transferred (step 106).

【0039】2nd露光が終了したウエハWはステッパー
から搬出されて、現像処理等が施されると、各ショット
領域SAn の中心付近には主尺パターンRP1 と副尺パ
ターンRP2 とが重なったバーニアが形成される。しか
る後、ウエハWは別設の観察装置(不図示)に搬入さ
れ、ここでショット領域毎に主尺パターンRP1 と副尺
パターンRP2 とのX、Y方向の位置ずれ量ΔVx、Δ
Vyを計測する(ステップ107)。このように計測さ
れたショット領域毎のずれ量ΔVx、ΔVyは、オペレ
ータにより入力装置63を介して記憶部506に入力さ
れる(ステップ108)。尚、バーニア計測は光学的に
行っても、目視により行っても良く、その装置構成、測
定方法はいかなるものであっても構わない。また、本実
施例ではオペレータがバーニア計測値(ΔVx、ΔV
y)を主制御装置50に入力するものとしたが、例えば
FIA系20を用いてバーニアの観察、計測を行うよう
に構成しても良く、この場合にはオペレータがデータを
入力する手間が省けるといった利点がある。
The wafer W 2nd exposure is completed is unloaded from the stepper, the development or the like is performed, is near the center of each shot area SAn overlapped and main scale pattern RP 1 and vernier pattern RP 2 A vernier is formed. Thereafter, the wafer W is carried into another set of observation apparatus (not shown), where X and main scale pattern RP 1 and vernier pattern RP 2 for each shot region, Y-direction position deviation amount .DELTA.Vx, delta
Vy is measured (step 107). The deviation amounts ΔVx and ΔVy measured for each shot area are input to the storage unit 506 via the input device 63 by the operator (step 108). The vernier measurement may be performed optically or visually, and the device configuration and measurement method may be any. In this embodiment, the operator vernier measurement values (ΔVx, ΔVx
Although y) is input to the main controller 50, the vernier may be observed and measured using, for example, the FIA system 20, and in this case, the operator does not need to input data. There are advantages.

【0040】次に、演算部505は記憶部506からの
バーニア計測値ΔVx、ΔVyと、2nd露光で形成され
たショット領域の配列座標値、すなわちEGA演算ユニ
ット502で算出された配列座標値(DEGxn、DEGyn)
とに基づいて、1st露光で形成されたショット領域の真
の配列座標値(MVExn、MVEyn)を算出する。ここで、
バーニア計測値ΔVx、ΔVyは計算上の配列座標値
(DEGxn、DEGyn)に従って転写された2ndショット領
域(副尺パターンRP2 )に対する1stショット領域
(主尺パターンRP1)の位置ずれ量を表している。従
って、計算上の配列座標値(DEGxn、DEGyn)に対して
バーニア計測値ΔVx、ΔVyをオフセットとして加え
ることにより、1stショット領域の真の配列座標値(M
VExn、MVEyn)を算出する。この算出された配列座標値
(MVExn、MVEyn)は記憶部506に記憶される(ステ
ップ109)。
Next, the arithmetic unit 505 stores the vernier measured values ΔVx and ΔVy from the storage unit 506 and the array coordinate values of the shot area formed by the second exposure, that is, the array coordinate values (D EG xn, D EG yn)
, The true array coordinate values (M VE xn, M VE yn) of the shot area formed by the first exposure are calculated. here,
The vernier measurement values ΔVx and ΔVy are misalignment of the first shot area (main scale pattern RP 1 ) with respect to the second shot area (sub scale pattern RP 2 ) transferred according to the calculated array coordinate values (D EG xn, D EG yn). It represents the quantity. Therefore, by adding the vernier measured values ΔVx and ΔVy as offsets to the calculated array coordinate values (D EG xn and D EG yn), the true array coordinate values (M
VE xn, M VE yn). The calculated array coordinate values (M VE xn, M VE yn) are stored in the storage unit 506 (Step 109).

【0041】さらに演算部508は、記憶部509に格
納された2ndショット領域の実際の配列座標値(DEGx
n、DEGyn)、及び1stショット領域の真の配列座標値
(MVExn、MVEyn)と、ALGデータ記憶部501に格
納された1stショット領域の計測上の配列座標値(MAL
xn、MALyn)とに基づいて、1stショット領域SA1st
と2ndショット領域SA2nd との重ね合わせ誤差(ベク
トルv)をショット領域毎に解析し、この解析結果を表
示装置64に表示する(ステップ110)。この様子を
図9を参照して簡単に説明する。図9において、点Dは
1stショット領域の設計上の露光位置(座標値Dxn、D
yn)、点Maは1stショット領域(点線)の計測上の露
光位置(座標値MALxn、MALyn)、点DEGは2ndショッ
ト領域SA 2nd の実際の露光位置(座標値DEGxn、DEG
yn)、点Mvは1stショット領域SA1st の真の露光位
置(座標値MVExn、MVEyn)を表している。
Further, the arithmetic unit 508 stores a case in the storage unit 509.
Actual array coordinate values (DEGx
n, DEGyn), and true array coordinate values of the first shot area
(MVExn, MVEyn) and the ALG data storage unit 501
Arrangement coordinate value (MAL
xn, MALyn), the first shot area SA1st
And 2nd shot area SA2ndAnd the overlay error (vector
Is analyzed for each shot area, and this analysis result is displayed.
It is displayed on the display device 64 (step 110). This state
This will be briefly described with reference to FIG. In FIG. 9, point D is
Exposure positions in the design of the first shot area (coordinate values Dxn, Dxn
yn), the point Ma is the measurement exposure in the 1st shot area (dotted line).
Light position (coordinate value MALxn, MALyn), point DEGIs the 2nd show
Area SA 2ndActual exposure position (coordinate value DEGxn, DEG
yn), point Mv is the first shot area SA1stTrue exposure position
(Coordinate value MVExn, MVEyn).

【0042】図9から明らかなように、点Mvから点D
EGへのベクトルvは重ね合わせ誤差を表し、ベクトルv
は点Maから点Mvへのベクトルeと点Maから点DEG
へのベクトルaとに分けることができる。ここで、ベク
トルeは1stショット領域SA1st の真の露光位置と計
測値とのずれ、すわなちLSA演算ユニット60での信
号処理条件等に対応してマーク位置検出時に生じ得る誤
差(以下、LSA誤差と呼ぶ)を表している。尚、LS
A誤差の発生要因の1つとしては、例えば図8(C)に
示したような信号波形に対して最適な信号処理条件がL
SA演算ユニット60に設定されていないために生じる
と考えられる。また、ベクトルaは1stショット領域S
1st の計測値と2ndショット領域SA2nd の露光位置
とのずれ、すなわちEGA演算において選択された1st
ショット領域のウエハW上での位置、またはその数(E
GAショット配置)等に対応して生じる誤差(以下、E
GA誤差と呼ぶ)を表している。従って、重ね合わせ誤
差(ベクトルv)は信号処理条件を主因とするLSA誤
差(ベクトルe)とEGAショット配置を主因とするE
GA誤差(ベクトルa)とに分類され、演算部505は
3つのベクトルv、e、aの線図をショット領域毎に表
示装置64に表示するとともに、この解析結果を記憶部
506に格納する。この結果、オペレータはウエハ上の
全てのショット領域における重ね合わせ誤差、さらには
当該誤差の発生要因(LSA誤差、EGA誤差)までも
知ることができる。尚、表示装置64での表示方法は任
意で良く、例えば全てのショット領域のベクトルvのみ
を画面上に表示しておき、ベクトルvが大きいショット
領域については、オペレータの指示により当該領域を拡
大表示、すなわち3つのベクトルv、e、aを同一画面
上に表示するようにしても良い。
As is apparent from FIG. 9, the point Mv is shifted from the point D to the point D.
The vector v to the EG represents the overlay error and the vector v
Is a vector e from the point Ma to the point Mv and a point D EG from the point Ma.
To the vector a. Here, the vector e is a difference between the true exposure position of the 1st shot area SA 1st and the measurement value, that is, an error that may occur at the time of detecting a mark position (hereinafter, referred to as a signal processing condition in the LSA operation unit 60). LSA error). LS
As one of the causes of the A error, for example, the optimum signal processing condition for the signal waveform as shown in FIG.
It is considered that this is caused by not being set in the SA operation unit 60. The vector a is the first shot area S
A difference between the measured value of A 1st and the exposure position of the second shot area SA 2nd , that is, the 1st selected in the EGA calculation
The position of the shot area on the wafer W or the number thereof (E
Error (hereinafter referred to as E
GA error). Therefore, the overlay error (vector v) is mainly due to the LSA error (vector e) mainly due to the signal processing conditions and ESA mainly due to the EGA shot arrangement.
The arithmetic unit 505 displays the diagram of the three vectors v, e, and a for each shot area on the display device 64, and stores the analysis result in the storage unit 506. As a result, the operator can know the overlay error in all the shot areas on the wafer, and also the causes of the error (LSA error, EGA error). The display method on the display device 64 may be arbitrary. For example, only the vectors v of all the shot areas are displayed on the screen, and for a shot area having a large vector v, the area is enlarged and displayed according to an instruction of the operator. That is, three vectors v, e, and a may be displayed on the same screen.

【0043】次に、図10を参照して重ね合わせ誤差
(ベクトルv)を最小とするための動作(シミュレーシ
ョン)について説明する。尚、ここではステップ100
〜109までの動作が既に終了し、ウエハ上の全てのシ
ョット領域の各マーク毎の波形データが信号データ記憶
部62に格納されるとともに、1stショット領域の真の
配列座標値(MVExn、MVEyn)も記憶部506に格納さ
れているものとする。
Next, an operation (simulation) for minimizing the overlay error (vector v) will be described with reference to FIG. Here, step 100
To 109 have already been completed, the waveform data for each mark in all shot areas on the wafer is stored in the signal data storage unit 62, and the true array coordinate values (M VE xn, M VE xn, M VE yn) is also stored in the storage unit 506.

【0044】ここで、図9に示す如く本実施例では、重
ね合わせ誤差(ベクトルv)をLSA誤差(ベクトル
e)とEGA誤差(ベクトルa)とに分類できる。従っ
て、重ね合わせ誤差(ベクトルv)を最小にするには、
LSA誤差(ベクトルe)とEGA誤差(ベクトルa)
の各々を最小にする、換言すればLSA演算ユニット6
0での信号処理条件(例えば、アルゴリズム・スライス
レベルの電圧値等)とEGA演算ユニット502でのE
GAショット配置(ここで、EGAショット配置とは変
換行列A、Oを決定するのに必要な複数のショット領域
のウエハ上での位置や数を指す)の各々を最適化すれば
良いことがわかる。そこで、本実施例では信号処理条件
とEGAショット配置の各々についてその条件を変更し
ながら、各条件でのLSA誤差やEGA誤差をシミュレ
ーションにより求めることによって、信号処理条件とE
GAショット配置の最適化を行うものとする。これに伴
い、本実施例では予めオペレータによって指定された複
数の信号処理条件、及びEGAショット配置の条件が記
憶部506に格納されているものとする。
In this embodiment, as shown in FIG. 9, the overlay error (vector v) can be classified into an LSA error (vector e) and an EGA error (vector a). Therefore, to minimize the overlay error (vector v):
LSA error (vector e) and EGA error (vector a)
Are minimized, in other words, the LSA operation unit 6
0 (for example, algorithm slice level voltage value, etc.) and EGA
It can be seen that it is only necessary to optimize each of the GA shot arrangements (here, the EGA shot arrangement indicates the positions and numbers of a plurality of shot areas on the wafer necessary for determining the conversion matrices A and O). . Therefore, in the present embodiment, the signal processing condition and the EGA shot arrangement are changed, and the LSA error and the EGA error under each condition are obtained by simulation.
It is assumed that the GA shot arrangement is optimized. Accordingly, in the present embodiment, it is assumed that a plurality of signal processing conditions and EGA shot arrangement conditions specified in advance by the operator are stored in the storage unit 506.

【0045】さて、LSA演算ユニット60においてマ
ーク位置が正確に検出されるようになっていれば、当然
ながら図9に示した点Maと点Mvとは近づき、LSA
誤差(ベクトルe)は小さくなるはずである。すなわ
ち、LSA誤差(ベクトルe)を評価することはLSA
演算ユニット60の信号処理条件を評価することにな
り、LSA誤差が十分に小さければ、適正な条件で波形
処理が行われていると言える。逆にLSA誤差が大きけ
れば、適正な条件で波形処理が行われているとは言え
ず、信号処理条件を見直す必要がある。そこで、まずL
SA誤差(ベクトルe)を最小とするための信号処理条
件の最適化について説明する。
If the mark position is accurately detected in the LSA calculation unit 60, the points Ma and Mv shown in FIG.
The error (vector e) should be small. That is, evaluating the LSA error (vector e) is
The signal processing conditions of the arithmetic unit 60 are evaluated. If the LSA error is sufficiently small, it can be said that the waveform processing has been performed under appropriate conditions. Conversely, if the LSA error is large, it cannot be said that the waveform processing has been performed under appropriate conditions, and it is necessary to review the signal processing conditions. So first, L
Optimization of signal processing conditions for minimizing the SA error (vector e) will be described.

【0046】ここで、本実施例においてLSA演算ユニ
ット60での信号処理条件とは、波形解析アルゴリズ
ム、アルゴリズム・スライスレベル、及び処理ゲート幅
等を指している。尚、処理ゲート幅とは設計上のマーク
位置を中心として定められるものである。また、波形解
析アルゴリズムとしては、例えば以下に述べる3つのア
ルゴリズムがある。さて、第1のアルゴリズムは所定の
処理ゲート幅から決まる区間で信号波形のスムージング
を行った後、この信号波形をアルゴリズム・スライスレ
ベルで設定されたレベルでスライスし、図8(B)に示
したように信号波形の左右に交点があると、その交点の
中心点をマーク位置として検出するものである。第2の
アルゴリズムは、所定のレベルL1 (電圧値)以上の区
間で信号波形のスムージングを行った後、ピーク値に近
いレベルL2 との間で複数のスライスレベルを一定間隔
で設定し、各スライスレベルでの交点とその長さを求め
る。そして、各スライスレベルでの長さに基づいて、ア
ルゴリズム・スライスレベルで設定されたレベル以下の
部分において信号波形の傾斜が最大となるスライスレベ
ルを選び出し、当該レベルでの交点の中心点をマーク位
置として検出するものである。第3のアルゴリズムは、
アルゴリズム・スライスレベルで設定されたレベルで信
号波形をスライスし、その中心点を基準位置として求め
ておく。次に、所定のレベルL1 (電圧値)以上の区間
で信号波形のスムージングを行った後、ピーク値に近い
レベルL2 との間で複数のスライスレベルを一定間隔で
設定し、各スライスレベルでの交点の中心点、さらに中
点差分(すなわち、隣り合うスライスレベルでの中心点
との差)を求める。そして、各スライスレベルでの中心
点が先に求めた基準位置と大きく離れておらず、各中心
点が安定している領域(すなわち中点差分が微小で、そ
のスライスレベルが一番長く連続している領域)を選
び、当該領域での中心点をマーク位置として検出するも
のである。
Here, the signal processing conditions in the LSA arithmetic unit 60 in this embodiment indicate a waveform analysis algorithm, an algorithm slice level, a processing gate width, and the like. Note that the processing gate width is determined around a design mark position. As the waveform analysis algorithm, for example, there are three algorithms described below. Now, in the first algorithm, after smoothing the signal waveform in the section determined by the predetermined processing gate width, this signal waveform is sliced at the level set by the algorithm slice level, and shown in FIG. 8B. As described above, when there are intersections on the left and right of the signal waveform, the center point of the intersection is detected as a mark position. In the second algorithm, after performing a smoothing of the signal waveform in a section equal to or higher than a predetermined level L 1 (voltage value), a plurality of slice levels are set at regular intervals with a level L 2 close to a peak value, Find the intersection at each slice level and its length. Then, based on the length at each slice level, a slice level at which the slope of the signal waveform is maximum in a portion below the level set by the algorithm slice level is selected, and the center point of the intersection at that level is selected as the mark position. Is detected. The third algorithm is
The signal waveform is sliced at the level set by the algorithm slice level, and its center point is determined as a reference position. Next, after performing smoothing of the signal waveform in a section equal to or higher than a predetermined level L 1 (voltage value), a plurality of slice levels are set at regular intervals with a level L 2 close to the peak value, and each slice level is set. , And the midpoint difference (that is, the difference from the center point at the adjacent slice level). Then, the region where the center point at each slice level is not far away from the previously obtained reference position and each center point is stable (that is, the midpoint difference is small and the slice level is the longest continuous Area), and a center point in the area is detected as a mark position.

【0047】さて、まず演算部505は記憶部506か
ら所定の信号処理条件、例えばスライスレベルVrのレ
ベル値を選び出し、LSA演算ユニット60の信号処理
条件を変更する(ステップ200)。次に、LSA演算
ユニット60は信号データ記憶部62から波形データを
順次読み出し、新たに設定された条件(スライスレベ
ル)のもとで、全てのショット領域のマーク位置(座標
値MALxn、MALyn)を算出する。しかる後、これらマー
ク位置情報はALGデータ記憶部501に格納される
(ステップ201)。
First, the arithmetic unit 505 selects a predetermined signal processing condition, for example, a level value of the slice level Vr, from the storage unit 506, and changes the signal processing condition of the LSA arithmetic unit 60 (step 200). Next, the LSA operation unit 60 sequentially reads out the waveform data from the signal data storage unit 62, and under the newly set conditions (slice level), the mark positions (coordinate values M AL xn, M AL yn). Thereafter, the mark position information is stored in the ALG data storage unit 501 (Step 201).

【0048】次に、演算部505はステップ201で求
めた配列座標値(MALxn、MALyn)と、記憶部506か
ら読み出した真の配列座標値(MVExn、MVEyn)とに基
づいて、ショット領域毎にLSA誤差(ベクトルe)を
算出するとともに、各ショット領域のベクトルeを表示
装置64に表示する。このように算出されたLSA誤差
は、LSA演算ユニット60に設定された信号処理条件
に対応付けられて記憶部506に格納される(ステップ
202)。しかる後、演算部505は予めオペレータに
よって記憶部506に設定された全ての信号処理条件に
ついてシミュレーションが行われたか否かを判断する
(ステップ203)。ここでは、全ての条件についての
シミュレーションが終了していないので、ステップ20
0に戻る。演算部505は、シミュレーションが終了す
るまでステップ200〜202を繰り返し実行し、全て
の条件でシミュレーションが終了した時点で次のステッ
プ204に進む。 尚、記憶部506に予め設定してお
く信号処理条件としては、アルゴリズム・スライスレベ
ルのみを変更するように設定しておくだけでも、または
波形解析アルゴリズム(もしくは処理ゲート幅)を変更
のみを変更するように設定しておくだけでも良く、さら
にはこれらを組み合わせた条件を設定するようにしても
良い。
Next, the arithmetic unit 505 array coordinate values obtained in step 201 (M AL xn, M AL yn) and the true array coordinate values read from the storage unit 506 (M VE xn, M VE yn) and , The LSA error (vector e) is calculated for each shot area, and the vector e of each shot area is displayed on the display device 64. The LSA error calculated in this way is stored in the storage unit 506 in association with the signal processing conditions set in the LSA operation unit 60 (Step 202). Thereafter, the arithmetic unit 505 determines whether or not simulation has been performed for all the signal processing conditions previously set in the storage unit 506 by the operator (step 203). Here, since the simulations for all the conditions have not been completed, step 20 is executed.
Return to 0. The calculation unit 505 repeatedly executes steps 200 to 202 until the simulation ends, and proceeds to the next step 204 when the simulation ends under all conditions. As the signal processing conditions set in advance in the storage unit 506, only the algorithm slice level is changed or only the waveform analysis algorithm (or processing gate width) is changed. May be set as described above, or a condition combining these may be set.

【0049】さて、全ての信号処理条件についてシミュ
レーションが終了した時点で、演算部505は記憶部5
06に格納された各条件でのLSA誤差に基づいて、各
ショット領域でのLSA誤差が最小となる信号処理条件
を選択し、この条件を最適条件としてLSA演算ユニッ
ト60に設定する(ステップ204)。この結果、LS
A演算ユニット60における信号処理条件が最適化さ
れ、LSA系でのマーク位置の検出精度が向上する、換
言すれば上記の如く設定された信号処理条件のもとで、
図9中に示した点Maが点Mvに最も近づく、もしくは
一致することになる。
When the simulation has been completed for all the signal processing conditions, the arithmetic unit 505 stores in the storage unit 5
Based on the LSA error under each condition stored in 06, a signal processing condition that minimizes the LSA error in each shot area is selected, and this condition is set as the optimum condition in the LSA calculation unit 60 (step 204). . As a result, LS
The signal processing conditions in the A operation unit 60 are optimized, and the detection accuracy of the mark position in the LSA system is improved. In other words, under the signal processing conditions set as described above,
The point Ma shown in FIG. 9 is closest to or coincides with the point Mv.

【0050】ところで、ステップ200〜203を繰り
返し実行し、全ての信号処理条件でシミュレーションを
行っても、LSA誤差が小さくならないことがある。ま
たは、上記の如く最適条件として設定された処理条件の
もとでも、LSA誤差がわずかしか小さくならならいこ
とがある。そこで、演算部505は最適条件のもとで算
出された各ショット領域でのLSA誤差(記憶部506
に格納されている)に基づいて、さらに詳しくLSA誤
差を解析する必要があるか否かを判断し(ステップ20
5)、シミュレーションを繰り返してもLSA誤差が小
さくならない場合には、LSA誤差の解析が必要と判断
して、次のステップ206に進む。一方、上記の如き信
号処理条件の最適化によって各ショット領域でのLSA
誤差が十分小さくなっている場合には、直ちにステップ
208へ進む。ここで演算部505は、例えば全てのシ
ョット領域でのLSA誤差から標準偏差(または平均
値)を求め、この値が所定値を超えているか否かによっ
て判断するようにして構わない。尚、本実施例ではLS
A誤差が小さくならなかったものとして、次のステップ
206に進むものとする。従って、LSA演算ユニット
60における信号処理条件は任意の条件、例えば初期条
件(ステップ103での条件)、またはステップ200
〜202において最後に行われたシミュレーションでの
処理条件に設定されていることになる。また、ここでは
演算部505がLSA誤差の解析の要否を判断していた
が、オペレータが表示装置64に表示される各条件での
LSA誤差を観察してその解析の要否を判断するように
しても良い。
By the way, even if steps 200 to 203 are repeatedly executed and simulation is performed under all signal processing conditions, the LSA error may not be reduced. Alternatively, even under the processing conditions set as the optimum conditions as described above, the LSA error may not be slightly small. Therefore, the calculation unit 505 calculates the LSA error in each shot area calculated under the optimal condition (the storage unit 506).
It is determined whether or not it is necessary to analyze the LSA error in more detail based on the stored (step 20).
5) If the LSA error does not become small even after repeating the simulation, it is determined that the analysis of the LSA error is necessary, and the process proceeds to the next step 206. On the other hand, the LSA in each shot area is optimized by optimizing the signal processing conditions as described above.
If the error is sufficiently small, the process immediately proceeds to step 208. Here, the calculation unit 505 may calculate a standard deviation (or an average value) from the LSA errors in all shot areas, for example, and determine whether or not this value exceeds a predetermined value. In this embodiment, LS
It is assumed that the A error has not become small, and the process proceeds to the next step 206. Therefore, the signal processing conditions in the LSA operation unit 60 are arbitrary conditions, for example, initial conditions (the conditions in step 103), or step 200.
This means that the processing conditions in the simulation performed last in steps 202 to 202 are set. Here, the calculation unit 505 determines whether analysis of the LSA error is necessary. However, the operator observes the LSA error under each condition displayed on the display device 64 and determines whether the analysis is necessary. You may do it.

【0051】次に、演算部505は線形最小二乗法を用
いて、LSA誤差(ベクトルe)の解析を実行する(ス
テップ206)。尚、線形最小二乗法とは先に述べたE
GA演算と全く同一の手法であり、この演算処理によっ
てLSA誤差(ベクトルe)を線形成分(以下、LSA
残留誤差と呼ぶ)と残りの成分(以下、ランダム誤差と
呼ぶ)とに分けることが可能となる。
Next, the calculation unit 505 analyzes the LSA error (vector e) using the linear least squares method (step 206). It should be noted that the linear least squares method is the aforementioned E
This is exactly the same method as the GA operation, and the LSA error (vector e) is converted to a linear component (hereinafter, LSA) by this operation.
This can be divided into a residual error) and a remaining component (hereinafter, referred to as a random error).

【0052】そこで、演算部505はショット領域の真
の配列座標値(MVExn、MVEyn)を記憶部506から読
み出すとともに、ステップ204が終了した時点でLS
A演算ユニット60に設定された信号処理条件のもとで
検出されたショット領域の計測上の配列座標値(MALx
n、MALyn)をALGデータ記憶部501から読み出
す。この際、演算部505はウエハ上のショット領域S
An の中から複数のショット領域、例えばショット領域
SA1 〜SA7 (図6)を指定し、これらの配列座標値
をALGデータ記憶部501及び記憶部506の各々か
ら読み出す。しかる後、演算部505はこの読み出した
配列座標値を用いて、以下の数式5に示す行列における
変換行列B、Cを、EGA演算(ステップ104)と同
一の手法により決定し、この値を記憶部506に格納す
る。尚、変換行列Bは2行2列、Cは2行1列の行列で
ある。また、変換行列B、Cの決定に用いるショット領
域の数は2つ以上であれば良く、例えば全てのショット
領域の配列座標値を用いて決定するようにしても構わな
い。
Therefore, the arithmetic unit 505 reads the true array coordinate values (M VE xn, M VE yn) of the shot area from the storage unit 506, and sets LS
A measured array coordinate value of the shot area detected under the signal processing conditions set in the A operation unit 60 ( MAL x
n, M AL yn) is read from the ALG data storage unit 501. At this time, the calculation unit 505 sets the shot area S on the wafer.
A plurality of shot areas, for example, shot areas SA 1 to SA 7 (FIG. 6) are designated from An, and their coordinate values are read from each of the ALG data storage unit 501 and the storage unit 506. Thereafter, using the read array coordinate values, the calculation unit 505 determines the conversion matrices B and C in the matrix shown in the following Expression 5 by the same method as the EGA calculation (step 104), and stores the values. Stored in the section 506. Note that the transformation matrix B is a matrix of 2 rows and 2 columns, and C is a matrix of 2 rows and 1 column. The number of shot areas used for determining the conversion matrices B and C may be two or more. For example, the number of shot areas may be determined using array coordinate values of all shot areas.

【0053】[0053]

【数5】 (Equation 5)

【0054】さらに演算部505は、この決定された変
換行列B、Cと数式5とを用いて、ショット領域の計測
上の配列座標値(MALxn、MALyn)の変換を行い、この
変換された座標値を(Merxn、Meryn)として記憶部5
06に格納する。しかる後、演算部505は記憶部50
6に格納された3つの配列座標値(MALxn、MALyn)、
(MVExn、MVEyn)及び(Merxn、Meryn)に基づいて
ショット領域毎にLSA誤差(ベクトルe)を解析し、
この解析結果を表示装置64に表示する(ステップ20
7)。この様子を図11を参照して説明するが、ここで
は図9と異なる点のみについて述べる。尚、図11中の
点Merは数式5によって変換されたショット位置(座標
値Merxn、Meryn)を表している。
[0054] In addition, the calculating unit 505, the determined transformation matrix B, and using C and equation 5, performs the conversion of measurement on the array coordinate values of the shot area (M AL xn, M AL yn ), the storage unit the converted coordinates as (M er xn, M er yn ) 5
06. Thereafter, the arithmetic unit 505 stores the data in the storage unit 50.
Stored three arrays coordinate values 6 (M AL xn, M AL yn),
Analyze the LSA error (vector e) for each shot area based on (M VE xn, M VE yn) and (M er xn, M er yn)
This analysis result is displayed on the display device 64 (step 20).
7). This situation will be described with reference to FIG. 11, but here, only the differences from FIG. 9 will be described. Incidentally, the point M er in FIG. 11 represents a shot position converted by Equation 5 (coordinates M er xn, M er yn) .

【0055】図11から明らかなようにLSA誤差(ベ
クトルe)は、点Maから点MerへのベクトルeR と、
点Merから点Mvへのベクトルrとに分けられる。ここ
で、ベクトルeR は線形最小二乗法によって算出される
ので、LSA誤差(ベクトルe)の線形成分(LSA残
留誤差)を表しており、ベクトルrはLSA誤差の線形
成分を除く残りの成分(すなわち、非線形な成分を含む
ランダム誤差)を表していることになる。この結果、L
SA誤差(ベクトルe)をLSA残留誤差(ベクトルe
R )と、ランダム誤差(ベクトルr)とに分けることが
できる。演算部505は、3つのベクトルe、eR 、r
の線図をショット領域毎に表示装置64に表示し、さら
にこの解析結果を記憶部506に格納する。この際、各
ショット領域のベクトルeR (またはr)、もしくは変
換行列B、C(または各パラメータの値)のみ、あるい
はこれらを組み合わせたものをを表示装置64に表示す
るようにしても良い。
As is apparent from FIG. 11, the LSA error (vector e) is obtained by calculating the vector e R from the point Ma to the point Mer ,
It is divided from the point M er to the vector r to the point Mv. Here, since the vector e R is calculated by the linear least squares method, it represents the linear component (LSA residual error) of the LSA error (vector e), and the vector r is the remaining component (excluding the linear component of the LSA error) That is, a random error including a non-linear component) is represented. As a result, L
The SA error (vector e) is replaced by the LSA residual error (vector e).
R ) and a random error (vector r). The operation unit 505 includes three vectors e, e R , and r
Is displayed on the display device 64 for each shot area, and the analysis result is stored in the storage unit 506. At this time, the vector e R (or r) of each shot area, only the transformation matrices B and C (or the values of each parameter), or a combination thereof may be displayed on the display device 64.

【0056】尚、LSA残留誤差(ベクトルeR )は上
述の如く常にある傾向を持っているので、実際のプロセ
スウエハでのLSA系及びLSA演算ユニット60の計
測結果に対してLSA残留誤差をそのまま加える、換言
すればEGA演算結果(変換行列A、O)をLSA残留
誤差(変換行列B、C)で更新することによって、LS
A系及びLSA演算ユニット60の位置検出精度を結果
的に向上させることになる(詳細後述)。
Since the LSA residual error (vector e R ) always has a certain tendency as described above, the LSA residual error is used as it is for the measurement results of the LSA system and the LSA operation unit 60 on the actual process wafer. In other words, by updating the EGA operation result (transformation matrices A and O) with the LSA residual error (transformation matrices B and C), LS
As a result, the position detection accuracy of the A system and the LSA operation unit 60 is improved (details will be described later).

【0057】以上の動作により、LSA演算ユニット6
0での信号処理条件の最適化(及びLSA誤差の解析)
が終了することになる。ところで、上記の如き信号処理
条件の最適化が行われて、マーク位置が正確に検出され
るようになっていれば、当然ながら図9に示した点Ma
と点DEGとは近づき、EGA誤差(ベクトルa)は小さ
くなるはずである。すなわち、EGA誤差(ベクトル
a)を評価することはEGA演算の精度を評価すること
になり、EGA誤差が十分に小さければ、EGAショッ
ト配置が適正な条件に設定されていると言える。逆にE
GA誤差が大きければ、EGAショット配置が適正な条
件に設定されているとは言えず、EGAショット配置を
見直す必要がある。そこで、次にEGA誤差(ベクトル
a)を最小とするためのEGAショット配置の最適化に
ついて説明する。
With the above operation, the LSA operation unit 6
Optimization of signal processing conditions at 0 (and analysis of LSA error)
Will end. By the way, if the signal processing conditions are optimized as described above so that the mark position can be accurately detected, the point Ma shown in FIG.
And the point D EG approach, and the EGA error (vector a) should be small. That is, evaluating the EGA error (vector a) evaluates the accuracy of the EGA calculation. If the EGA error is sufficiently small, it can be said that the EGA shot arrangement is set to an appropriate condition. Conversely, E
If the GA error is large, it cannot be said that the EGA shot arrangement is set to an appropriate condition, and it is necessary to review the EGA shot arrangement. Therefore, next, optimization of the EGA shot arrangement for minimizing the EGA error (vector a) will be described.

【0058】さて、演算部505は記憶部506から所
定のEGAショット配置(ショット数、及びその位置)
を選び出して、EGA演算ユニット502でのEGAシ
ョット配置を変更する(ステップ208)。次に、EG
A演算ユニット502はこの新たに設定されたEGAシ
ョット配置に対応した各ショット領域の計測上の配列座
標値(MALxn、MALyn)をALGデータ記憶部501か
ら読み出し、さらに設計上の配列座標値(Dxn、Dyn)
をEXPショットマップデータ部503から読み出す。
尚、ALGデータ記憶部501から読み出す配列座標値
(MALxn、MALyn)は、先のステップ204で設定され
た信号処理条件のもとで検出された値である。しかる
後、EGA演算ユニット502は各ショット領域の配列
座標値(M ALxn、MALyn)及び(Dxn、Dyn)を用い
て、先のステップ104と全く同様に変換行列A、Oを
決定する。尚、この算出された変換行列A、Oは記憶部
506に格納される。さらに、EGA演算ユニット50
2はこの算出された変換行列A、Oと上記数式1と用い
て、ウエハW上の全てのショット領域SAn の配列座標
値(DEGxn、DEGyn)を算出し、この演算結果を記憶部
506に格納する(ステップ209)。
The operation unit 505 stores the data from the storage unit 506.
Fixed EGA shot arrangement (number of shots and their positions)
And the EGA calculation unit 502
The layout is changed (step 208). Next, EG
The A operation unit 502 sets the newly set EGA series.
Arrangement for measurement of each shot area corresponding to the boat arrangement
Standard value (MALxn, MALyn) is the ALG data storage unit 501
From the array, and the array coordinates in design (Dxn, Dyn)
From the EXP shot map data section 503.
The array coordinate values read from the ALG data storage unit 501
(MALxn, MALyn) is set in the previous step 204
It is a value detected under the signal processing conditions. Scold
After that, the EGA operation unit 502 arranges each shot area
Coordinate value (M ALxn, MALyn) and (Dxn, Dyn)
Then, the transformation matrices A and O are
decide. The calculated transformation matrices A and O are stored in a storage unit.
506 is stored. Further, the EGA operation unit 50
2 is obtained by using the calculated transformation matrices A and O and the above equation 1.
And the array coordinates of all shot areas SAn on the wafer W
Value (DEGxn, DEGyn), and stores the calculation result in the storage unit.
506 (step 209).

【0059】次に、演算部505は上記の如く算出され
た配列座標値(DEGxn、DEGyn)と、ALGデータ記憶
部501から読み出した配列座標値(MALxn、MALyn)
とに基づいて、ショット領域毎にEGA誤差(ベクトル
a)を算出し、さらに各ショット領域のベクトルaを表
示装置64に表示する。このように算出されたEGA誤
差は、EGA演算ユニット502に設定されたEGAシ
ョット配置に対応付けられて記憶部506に格納される
(ステップ210)。しかる後、演算部505は予めオ
ペレータによって記憶部506に設定された全てのEG
Aショット配置についてシミュレーション(ショット領
域毎のEGA誤差の算出)が行われたか否かを判断し
(ステップ211)、このシミュレーションが終了する
までステップ208〜210を繰り返し実行する。
Next, the arithmetic unit 505 is calculated array coordinate values as described above (D EG xn, D EG yn ) and, ALG array coordinate values read out from the data storage unit 501 (M AL xn, M AL yn)
Then, the EGA error (vector a) is calculated for each shot area, and the vector a of each shot area is displayed on the display device 64. The EGA error calculated in this way is stored in the storage unit 506 in association with the EGA shot arrangement set in the EGA calculation unit 502 (Step 210). Thereafter, the arithmetic unit 505 executes all EGs set in the storage unit 506 by the operator in advance.
It is determined whether a simulation (calculation of an EGA error for each shot area) has been performed for the A shot arrangement (step 211), and steps 208 to 210 are repeatedly executed until the simulation is completed.

【0060】尚、記憶部506に設定しておくEGAシ
ョット配置の条件としては、ショット位置については予
め定めておき、ショット数を変更するだけでも、あるい
はショット数は一定としてショット位置の指定のみを変
更するだけでも良く、さらにはこれらを組み合わせた条
件を設定するようにしても良い。さて、全てのEGAシ
ョット配置についてシミュレーションが終了した時点
で、演算部505は記憶部506に格納された各条件で
のEGA誤差に基づいて、各ショット領域でのEGA誤
差が最小となるEGAショット配置を選択し、この配置
を最適条件としてEGA演算ユニット502に設定する
(ステップ212)。この結果、EGA演算ユニット5
02における演算精度が向上する、換言すれば上記の如
く設定されたショット配置のもとで、図9中に示した点
EGが点Maに最も近づく、もしくは一致することにな
り、EGAショット配置の最適化が終了する。
As the EGA shot arrangement conditions set in the storage unit 506, the shot positions are determined in advance, and only by changing the number of shots or by specifying the shot position while keeping the number of shots constant. It may be simply changed, or a condition combining these may be set. By the way, when the simulation is completed for all the EGA shot arrangements, the arithmetic unit 505 determines, based on the EGA errors under each condition stored in the storage unit 506, the EGA shot arrangement in which the EGA error in each shot area is minimized. Is selected, and this arrangement is set in the EGA calculation unit 502 as an optimal condition (step 212). As a result, the EGA operation unit 5
02, in other words, under the shot arrangement set as described above, the point DEG shown in FIG. 9 comes closest to or coincides with the point Ma, and the EGA shot arrangement Optimization is completed.

【0061】ここで、信号処理条件及びEGAショット
配置の最適化が行われた後の重ね合わせ誤差(ベクトル
v)の様子を図12、図13に示す。図12は信号処理
条件の最適化によってLSA誤差(ベクトルe)が十分
小さくなっている場合、図13は信号処理条件の最適化
を行ってもLSA誤差(ベクトルe)が小さくならない
場合を示している。図12から明らかなように、信号処
理条件及びEGAショット配置の最適化が行われると、
LSA誤差(ベクトルe)とEGA誤差(ベクトルa)
とがともに十分に小さくなり、これに伴って重ね合わせ
誤差(ベクトルv)も十分に小さく(またはほぼ零に)
なる。従って、上記解析に用いたウエハと同一の条件
(例えば、ウエハの種類、レジストや下地の種類・厚さ
等であり、ウエハ処理条件も同一であることが望まし
い)のプロセスウエハを使用する限り、上記の如く設定
された条件のもとでマーク位置検出やEGA演算を行え
ば、EGA方式における重ね合わせ誤差を常に最小、な
いしほぼ零にすることができ、高精度なアライメントを
実現することが可能となる。また、以上のことから上記
条件が異なるプロセスウエハ毎に、最適な信号処理条
件、及びEGAショット配置(さらには変換行列B、
C)を求め、これらの値を上記条件に対応付けて記憶部
506に格納しておくことが望ましい。
FIGS. 12 and 13 show the state of the overlay error (vector v) after the optimization of the signal processing conditions and the EGA shot arrangement. FIG. 12 shows a case where the LSA error (vector e) is sufficiently reduced by optimizing the signal processing conditions, and FIG. 13 shows a case where the LSA error (vector e) is not reduced even if the signal processing conditions are optimized. I have. As is clear from FIG. 12, when the signal processing conditions and the EGA shot arrangement are optimized,
LSA error (vector e) and EGA error (vector a)
Are sufficiently small, and accordingly, the overlay error (vector v) is also sufficiently small (or almost zero).
Become. Therefore, as long as a process wafer under the same conditions as the wafer used in the above analysis (for example, the type of wafer, the type and thickness of resist and base, and the wafer processing conditions are desirably the same) is used, By performing the mark position detection and the EGA calculation under the conditions set as described above, the overlay error in the EGA method can always be minimized or almost zero, and high-precision alignment can be realized. Becomes From the above, the optimum signal processing conditions and the EGA shot arrangement (further, the conversion matrix B,
C), and it is desirable to store these values in the storage unit 506 in association with the above conditions.

【0062】一方、図13ではLSA誤差(ベクトル
e)が小さくなっていないため、実際のプロセスウエハ
において上記条件のもとでマーク位置検出やEGA演算
を行っても、所定の許容値以上の重ね合わせ誤差が残存
し得る。そこで、LSA誤差が小さくならず、しかもL
SA残留誤差(ベクトルeR )が常にある傾向を持って
いる場合には、プロセスウエハでのLSA系及びLSA
演算ユニット60による計測結果に対してLSA残留誤
差をそのまま加える。換言すれば、上記条件のもとで算
出されるEGA演算式(数式1)を、LSA残留誤差を
算出する際に決定される変換行列B、C(ステップ20
6)を用いて更新する。つまり、上記数式1、5から以
下に示す数式6を求める。
On the other hand, in FIG. 13, since the LSA error (vector e) is not small, even if the mark position is detected or the EGA calculation is performed on the actual process wafer under the above conditions, the overlap is larger than a predetermined allowable value. Alignment errors may remain. Therefore, the LSA error is not reduced, and LSA
If the SA residual error (vector e R ) always has a certain tendency, the LSA system and the LSA
The LSA residual error is added to the measurement result by the arithmetic unit 60 as it is. In other words, the EGA calculation equation (Equation 1) calculated under the above conditions is converted into the conversion matrices B and C (step 20) determined when calculating the LSA residual error.
Update using 6). That is, the following Expression 6 is obtained from Expressions 1 and 5.

【0063】[0063]

【数6】 (Equation 6)

【0064】この結果、EGA演算(数式6)によっ
て、見掛け上ショット領域の設計上の配列座標値(点
D)が点DEG' に変換される、すなわちEGA演算精度
を向上させることになり、重ね合わせ誤差(点MVEと点
EG' との距離)を小さくすることができる。尚、数式
6はショット領域の真の配列座標値(MVExn、MVEyn)
と設計上の配列座標値(Dxn、Dyn)とを用いて、EG
A演算式における変換行列を算出する場合と全く同じで
あることは言うまでもない。
As a result, by the EGA calculation (Equation 6), the apparent array coordinate value (point D) of the shot area is converted into the point D EG ′, that is, the EGA calculation accuracy is improved. The overlay error (the distance between the point M VE and the point D EG ′) can be reduced. Expression 6 is a true array coordinate value of the shot area (M VE xn, M VE yn).
And the array coordinate values (Dxn, Dyn) on the design,
It goes without saying that this is exactly the same as the case of calculating the transformation matrix in the A operation expression.

【0065】以上の通り本実施例においては、LSA誤
差(ベクトルe)やEGA誤差(ベクトルa)のシミュ
レーションを行うため、予めオペレータが指定した複数
の信号処理条件やEGAショット配置を記憶部506に
格納しておくこととしたが、例えばオペレータ(または
演算部505)がLSA誤差やEGA誤差のシミュレー
ションが行われるたびに、そのシミュレーション結果に
基づいて次の信号処理条件やEGAショット配置を決定
するようにし、この決定された条件をLSA演算ユニッ
ト60やEGA演算ユニット502に対して設定するよ
うにしても構わない。この場合には、LSA誤差やEG
A誤差のシミュレーションの回数が、上記実施例に比べ
て少なくなり得るといった利点がある。
As described above, in this embodiment, in order to simulate the LSA error (vector e) and the EGA error (vector a), a plurality of signal processing conditions and EGA shot arrangements specified in advance by the operator are stored in the storage unit 506. Although it is stored, for example, every time the operator (or the arithmetic unit 505) simulates the LSA error or the EGA error, the next signal processing condition or the EGA shot arrangement is determined based on the simulation result. The determined conditions may be set for the LSA operation unit 60 and the EGA operation unit 502. In this case, the LSA error or EG
There is an advantage that the number of simulations of the A error can be reduced as compared with the above embodiment.

【0066】また、LSA誤差(ベクトルe)のシミュ
レーション、特に信号処理条件の変更(ステップ20
0)を行う際、ウエハ上の複数のショット領域の中か
ら、いくつかのショット領域(例えば、ウエハの中心及
び外周付近に位置するショット領域)を選択し、この選
択したショット領域のマーク毎の信号波形(例えば、図
8(C))を表示装置64に表示させるようにしても良
い。このように信号波形を表示することは、LSA誤差
のシミュレーションにおいて次の信号処理条件を決定す
るのに役立ち、シミュレーションの回数をより減らすこ
とが可能になるといった効果が得られる。尚、信号波形
を表示させるショット領域は1つであっても構わない。
Further, simulation of the LSA error (vector e), in particular, changing the signal processing conditions (step 20)
When performing 0), several shot areas (for example, shot areas located near the center and the outer periphery of the wafer) are selected from a plurality of shot areas on the wafer, and each shot mark of the selected shot area is selected. A signal waveform (for example, FIG. 8C) may be displayed on the display device 64. Displaying the signal waveform in this manner is useful for determining the next signal processing condition in the simulation of the LSA error, and has an effect that the number of simulations can be further reduced. Note that the number of shot areas for displaying the signal waveform may be one.

【0067】同様に、EGA誤差(ベクトルa)のシミ
ュレーション、特にEGAショット配置の変更(ステッ
プ208)を行う際、次にシミュレーションを行うべき
EGAショット配置に対応した複数のショット領域(ま
たはウエハ上の全てのショット領域)の中から、いくつ
かのショット領域(または全てのショット領域でも良
い)を選択し、この選択したショット領域でのLSA誤
差(ベクトルe)、LSA残留誤差(ベクトルeR )、
及びランダム誤差(ベクトルr)のうちの少なくとも1
つを表示装置64に表示するようにしても良い。このよ
うな表示を行うと、EGA誤差のシミュレーションにお
いて次のEGAショット配置を決定するのに役立ち、シ
ミュレーションの回数をより減らすことが可能になると
いった効果が得られる。
Similarly, when simulating the EGA error (vector a), particularly when changing the EGA shot arrangement (step 208), a plurality of shot areas (or on the wafer) corresponding to the EGA shot arrangement to be simulated next. From among all the shot areas, several shot areas (or all shot areas may be selected) are selected, and the LSA error (vector e), the LSA residual error (vector e R ),
And at least one of a random error (vector r)
May be displayed on the display device 64. Such a display is useful for determining the next EGA shot arrangement in the simulation of the EGA error, and has an effect that the number of simulations can be further reduced.

【0068】また、変換行列B、Cを算出するにあたっ
て、ウエハ上の全てのショット領域(または予め指定さ
れている複数のショット領域SA1 〜SA7 のみでも良
い)でのLSA誤差(ベクトルe)を表示装置64に表
示させるようにする。そして、例えばウエハ全体での傾
向と比較してベクトルeの傾向(方向や大きさ)が極端
に異なる(換言すればランダム誤差rが極端に大きい)
ショット領域を、予め変換行列B、Cを算出するのに用
いる指定ショットから除くするようにすれば、より一層
精度良く変換行列B、Cを算出することが可能となる。
尚、ここで除去したショット領域については、EGAシ
ョット配置の最適化(シミュレーション)を行う際にも
EGAショットとして指定しないようにすれば、EGA
ショット配置のシミュレーション回数を減らすことが可
能になり、結果的にプロセスウエハでのEGA演算精度
が向上する、すなわち全てのショット領域においてEG
A誤差(ベクトルa)が最小になる。
In calculating the transformation matrices B and C, the LSA error (vector e) in all shot areas on the wafer (or only a plurality of shot areas SA 1 to SA 7 specified in advance) may be used. Is displayed on the display device 64. Then, for example, the tendency (direction and magnitude) of the vector e is extremely different from the tendency of the entire wafer (in other words, the random error r is extremely large).
If the shot areas are excluded from the designated shots used to calculate the conversion matrices B and C in advance, the conversion matrices B and C can be calculated with higher accuracy.
If the shot area removed here is not designated as an EGA shot even when optimizing (simulating) the EGA shot arrangement, the EGA shot can be obtained.
It is possible to reduce the number of shot placement simulations, and as a result, the EGA calculation accuracy on the process wafer is improved.
The A error (vector a) is minimized.

【0069】さらに、EGAショット配置のシミュレー
ションを行ってもEGA誤差(ベクトルa)が小さくな
らない場合には、例えばウエハ上のショット領域をいく
つかのブロックに分け、各ブロック毎にEGA演算(変
換行列A、Oの算出)を行うこととし、ブロック単位で
EGAショット配置の最適化を行うようにしても構わな
い。また、例えばウエハの外周付近でのスケーリング誤
差が極端に大きい場合には、ウエハ上の全てのショット
領域を、ウエハセンタを中心とした円形状の第1領域と
当該領域の外側の円環状の第2領域(例えば、最外周に
位置するショット領域のみを含む領域)とに分け、EG
Aショット配置の最適化は第1領域内のショット領域の
みを用いて行うようにしても良い。尚、このような条件
のもとで決定されたEGAショット配置に従って実際の
プロセスウエハでEGA演算を行うと、第2領域内のシ
ョット領域での重ね合わせ誤差は大きくなり得るので、
実際のプロセスウエハでは第2領域内のショット領域に
ついて、別にEGA演算を実行する、またはダイ・バイ
・ダイ、もしくはサイト・バイ・サイト方式でアライメ
ントを行うようにすることが望ましい。
Further, if the EGA error (vector a) does not become small even when the simulation of the EGA shot arrangement is performed, for example, the shot area on the wafer is divided into several blocks, and the EGA calculation (conversion matrix) is performed for each block. A and O), and the EGA shot arrangement may be optimized in block units. Further, for example, when the scaling error near the outer periphery of the wafer is extremely large, all the shot areas on the wafer are divided into a circular first area centered on the wafer center and an annular second area outside the area. Area (for example, an area including only the shot area located at the outermost periphery)
The optimization of the A shot arrangement may be performed using only the shot area in the first area. When an EGA calculation is performed on an actual process wafer in accordance with the EGA shot arrangement determined under such conditions, an overlay error in a shot area in the second area may increase.
In an actual process wafer, it is desirable to separately execute an EGA operation or perform alignment by a die-by-die or site-by-site method for a shot region in the second region.

【0070】さらに、上記実施例では予め記憶部506
に設定された全ての信号処理条件やEGAショット配置
についてシミュレーションが終了した時点で、演算部5
05(またはオペレータ)が各条件に対応付けられて記
憶部506に格納されたシミュレーション結果に基づい
て最適な条件を選択し、この選択した条件をLSA演算
ユニット60やEGA演算ユニット502に対して設定
していた(ステップ204、212)。しかしながら、
例えばオペレータ(または演算部505)がLSA誤差
やEGA誤差のシミュレーションが行われるたびに、そ
のシミュレーション結果と既に記憶部506に格納され
ているシミュレーション結果とを比較し、シミュレーシ
ョン結果が良くなっている、すなわちLSA誤差やEG
A誤差が小さくなっている場合のみ、記憶部506の格
納データ(上記条件に対応付けられたシミュレーション
結果)の書換(更新)を行うようにしても構わない。こ
の場合には、記憶部506に設定された全ての信号処理
条件やEGAショット配置についてシミュレーションが
終了した時点で最適な条件の選択を行わずとも、記憶部
506の格納データに従って直ちにLSA演算ユニット
60やEGA演算ユニット502に最適条件を設定でき
る。また、記憶部506に設定された全ての信号処理条
件やEGAショット配置でのシミュレーション結果を記
憶部506に格納しておく必要がないので、その記憶容
量が小さくて済むといった利点が得られる。尚、全ての
条件についてシミュレーションを行ってもLSA誤差や
EGA誤差が小さくならない場合、LSA演算ユニット
60やEGA演算ユニット502には最後に行われたシ
ミュレーションでの条件が設定されていることになる。
この際、演算部505はこの最後の条件でのシミュレー
ション結果を記憶部506に格納しておくことが望まし
い。
Further, in the above embodiment, the storage unit 506 is used in advance.
When the simulation is completed for all the signal processing conditions and EGA shot arrangements set in
05 (or the operator) selects the optimum condition based on the simulation result stored in the storage unit 506 in association with each condition, and sets the selected condition in the LSA operation unit 60 and the EGA operation unit 502. (Steps 204 and 212). However,
For example, every time the operator (or the arithmetic unit 505) simulates the LSA error or the EGA error, the simulation result is compared with the simulation result already stored in the storage unit 506, and the simulation result is improved. That is, LSA error or EG
Only when the A error is small, the data stored in the storage unit 506 (the simulation result associated with the above condition) may be rewritten (updated). In this case, the LSA operation unit 60 is immediately operated in accordance with the data stored in the storage unit 506 without selecting the optimum conditions when all the signal processing conditions and EGA shot arrangements set in the storage unit 506 are completed. Optimum conditions can be set for the EGA calculation unit 502 and the EGA calculation unit 502. Further, since it is not necessary to store all the signal processing conditions set in the storage unit 506 and the simulation results of the EGA shot arrangement in the storage unit 506, there is an advantage that the storage capacity can be reduced. If the LSA error and the EGA error do not become small even when the simulation is performed for all the conditions, the conditions in the last simulation performed are set in the LSA operation unit 60 and the EGA operation unit 502.
At this time, it is preferable that the calculation unit 505 stores the simulation result under the last condition in the storage unit 506.

【0071】また、図5に示したフローチャートにおい
ては、ステップ102の終了後にウエハ上の全てのショ
ット領域のマーク位置を検出するようにしていたが、ス
テップ103では変換行列A、Oの決定に必要なショッ
ト領域のみについて、マーク位置計測(及び波形データ
の格納)を行っておき、残りのショット領域については
ステップ106における2nd露光と並行してマーク計測
等を行うようにしても構わない。
In the flowchart shown in FIG. 5, the mark positions of all the shot areas on the wafer are detected after the end of step 102. However, in step 103, it is necessary to determine the conversion matrices A and O. The mark position measurement (and storage of waveform data) may be performed only for the short shot areas, and the mark measurement and the like may be performed for the remaining shot areas in parallel with the second exposure in step 106.

【0072】さらに、例えば特開平1−179317号
公報に開示されているように、ステッパー本体とコータ
ディベロッパー(さらには別設の検査装置等)をインラ
イン化すれば、上記実施例での動作を全て自動化でき、
オペレータが介在する必要がなくなることは言うまでも
ない。また、このようなシステムを構築することによっ
て、ウエハに対する処理条件(現像、エッチング条件
等)までも含めた(考慮した)重ね合わせ誤差の解析、
及び信号処理条件やEGAショット配置の最適化を行う
ことが可能となる。
Further, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-179317, if the stepper body and the coater developer (and a separate inspection device or the like) are inlined, all the operations in the above embodiment can be performed. Can be automated,
It goes without saying that the operator does not need to intervene. Also, by constructing such a system, it is possible to analyze overlay errors including (considered) processing conditions (development, etching conditions, etc.) for wafers,
In addition, optimization of signal processing conditions and EGA shot arrangement can be performed.

【0073】ところで、以上の実施例においてはEGA
方式のファインアライメントにおける重ね合わせ誤差の
解析について述べたが、本発明に好適なアライメント方
式はEGA方式(さらには最小二乗法)に限られるもの
ではなく、重ね合わせ露光に先立ってウエハステージの
ステッピング位置を補正する方式であれば良く、さらに
最小二乗法以外のいかなる演算手法を用いても構わな
い。尚、露光前にウエハ全体のX、Y及び回転方向の位
置ずれを一括して補正するグローバルアライメント方式
であっても、その重ね合わせ誤差を上記実施例と全く同
様の動作で解析することができる。また、1ショット毎
にアライメントを行う方式(ダイ・バイ・ダイまたはサ
イト・バイ・サイト方式)であっても、上記実施例と同
様の動作を行うことによってその重ね合わせ誤差を解析
することができる。但し、ダイ・バイ・ダイまたはサイ
ト・バイ・サイト方式では、上記実施例における点DEG
と点MALとが一致することになるため、アライメントセ
ンサーによるマーク位置検出時に生じ得る誤差(LSA
誤差に相当)のみについて、当該誤差を線形成分と残り
の成分とに分けて解析することができる。
In the above embodiment, the EGA
Although the analysis of the overlay error in the fine alignment of the method has been described, the alignment method suitable for the present invention is not limited to the EGA method (further, the least square method), and the stepping position of the wafer stage prior to the overlay exposure. Any method other than the least squares method may be used. Even in the case of the global alignment method in which the displacements of the entire wafer in the X, Y and rotational directions are corrected collectively before exposure, the overlay error can be analyzed by the same operation as in the above embodiment. . Further, even in the method of performing alignment for each shot (die-by-die or site-by-site method), the overlay error can be analyzed by performing the same operation as in the above embodiment. . However, in the die-by-die or site-by-site method, the point D EG in the above embodiment is used.
And the point MAL coincide with each other, so that an error (LSA) that may occur when the mark position is detected by the alignment sensor is detected.
(Corresponding to an error), the error can be analyzed separately for the linear component and the remaining component.

【0074】また、上記実施例ではアライメントセンサ
ーとしてLSA系を用いる場合について述べたが、本発
明はいかなる方式のアライメントセンサーに対しても適
用することができる。すなわちTTR方式、TTL方
式、またはオフオクシス方式のいずれの方式であって
も、さらにその検出方式が上記の如きLSA方式であっ
ても、FIA系20の如き画像処理方式であっても構わ
ない。また、例えばウエハ上に形成された1次元の回折
格子に対して2方向からコヒーレントな平行ビームを照
射して回折格子上に1次元の干渉縞を作り、この干渉縞
の照射により回折格子から発生する回折光(干渉光)の
強度を光電検出する方式のアライメントセンサー(以
下、Laser Interferometric Alignment;LIA系と呼
ぶ)を用いても構わない。この方式には、2方向からの
平行ビームに一定の周波数差を与えるヘテロダイン方式
と、周波数差のないホモダイン方式とがある。特にヘテ
ロダイン方式のLIA系は、ウエハ上の回折格子からの
干渉光の光電信号(光ビート信号)と、2本の送光ビー
ムから別途作成された参照用干渉光の光ビート信号との
位相差(±180°以内)を求めることにより、格子ピ
ッチ(2P)の±(2P)/4以内の位置ずれを検出す
るものである。尚、この詳細な構成については、例えば
特開平2−227602号、または特開平2−2723
05号公報等に開示されている。また、以上のようなア
ライメントセンサーを用いる場合の上記実施例との差異
は、その最適化に際して変更可能な信号処理条件だけで
ある。以下、図14、図15を参照してFIA系、LI
A系の各々での信号処理条件について簡単に説明する。
In the above embodiment, the case where the LSA system is used as the alignment sensor has been described. However, the present invention can be applied to any type of alignment sensor. That is, the detection method may be any of the TTR method, the TTL method, and the off-axis method, and the detection method may be the LSA method as described above or the image processing method such as the FIA system 20. In addition, for example, a one-dimensional diffraction grating formed on a wafer is irradiated with a coherent parallel beam from two directions to form one-dimensional interference fringes on the diffraction grating. An alignment sensor of a type that photoelectrically detects the intensity of the diffracted light (interference light) (hereinafter, referred to as a laser interferometric alignment; LIA system) may be used. This system includes a heterodyne system in which a constant frequency difference is given to parallel beams from two directions, and a homodyne system without a frequency difference. In particular, the heterodyne type LIA system has a phase difference between a photoelectric signal (optical beat signal) of interference light from a diffraction grating on a wafer and an optical beat signal of reference interference light separately created from two transmitted light beams. By calculating (within ± 180 °), a positional deviation within ± (2P) / 4 of the grating pitch (2P) is detected. The detailed configuration is described in, for example, JP-A-2-227602 or JP-A-2-2723.
No. 05 and the like. The difference from the above-described embodiment when the above-described alignment sensor is used is only the signal processing conditions that can be changed at the time of optimization. Hereinafter, referring to FIG. 14 and FIG.
The signal processing conditions in each of the A systems will be briefly described.

【0075】図14(A)はFIA系20によって検出
されるウエハマークWM1 の様子を示し、図14(B)
はそのとき得られる画像信号の波形を示す。図14
(A)に示すようにFIA系20(不図示の撮像素子)
は、ウエハマークWM1 の3本のバーマークと指標マー
クFM1 、FM2 との像を走査線VLに沿って電気的に
走査する。この際、1本の走査線だけではS/N比の点
で不利なので、ビデオサンプリング領域VSA(一点鎖
線)に入る複数の水平走査線によって得られる画像信号
のレベルを、水平方向の各画素毎に加算平均すると良
い。図14(B)に示すように画像信号には、両側に指
標マークFM1 、FM2 の各々に対応した波形部分があ
り、FIA演算ユニット61はこの波形部分をスライス
レベルSL2により処理することで各マークの中心位置
(画素上の位置)を求め、その中心位置x0 を求めてい
る。尚、指標マークFM1 、FM2 の各中心位置を求め
る代わりに、指標マークFM1 の右エッジと指標マーク
FM2 の左エッジの各位置を求めることで、中心位置x
0 を求めるようにしても構わない。一方、ここでは図1
4(B)に示すように画像信号上の波形が、各バーマー
クの左エッジ、右エッジに対応した位置でボトムとなっ
ており、FIA演算ユニット61はスライスレベルSL
1 により波形処理を行って各バーマークの中心位置を求
めた後、各位置を加算平均してウエハマークWM1 の中
心位置xC を算出する。さらに、先に求めた位置x0
マーク計測位置xC との差Δx(=x0 −xC )を算出
し、FIA系20の観察領域内にウエハマークWM1
位置決めされたときのウエハステージ3の位置と先の差
Δxとを加えた値をマーク位置情報として出力してい
る。
FIG. 14A shows a state of wafer mark WM 1 detected by FIA system 20, and FIG.
Indicates the waveform of the image signal obtained at that time. FIG.
As shown in (A), FIA system 20 (imaging element not shown)
Is electrically scanned along an image of the bar mark and index mark FM 1, FM 2 of the three wafer marks WM 1 to scan line VL. At this time, since only one scanning line is disadvantageous in terms of the S / N ratio, the level of the image signal obtained by a plurality of horizontal scanning lines entering the video sampling area VSA (dashed line) is determined for each pixel in the horizontal direction. It is better to add and average As shown in FIG. 14B, the image signal has a waveform portion corresponding to each of the index marks FM 1 and FM 2 on both sides, and the FIA operation unit 61 processes this waveform portion at the slice level SL 2. in search of the center position of each mark (position on pixels), seeking the center position x 0. Instead of obtaining the respective center positions of the index mark FM 1, FM 2, by obtaining the respective positions of the right edge and the left edge of the index mark FM 2 of the index mark FM 1, the center position x
You may ask for 0 . On the other hand, here, FIG.
As shown in FIG. 4B, the waveform on the image signal has a bottom at a position corresponding to the left edge and the right edge of each bar mark, and the FIA operation unit 61 determines the slice level SL.
After determining the center position of each bar marks performs waveform processing by 1, it calculates the center position x C of the wafer mark WM 1 by averaging the positions. Further, the difference Δx (= x 0 −x C ) between the previously obtained position x 0 and the mark measurement position x C is calculated, and the wafer when the wafer mark WM 1 is positioned in the observation area of the FIA system 20 is calculated. A value obtained by adding the position of the stage 3 and the difference Δx is output as mark position information.

【0076】従って、上記の如きFIA系20において
変更可能な信号処理条件としては、波形解析アルゴリズ
ム、スライスレベルSL1 (電圧値)、コントラストリ
ミット値、及び処理ゲート幅Gx(画素上での幅Gxの
中心位置、及びその幅)等がある。さらに波形解析アル
ゴリズムとしては、各バーマークの中心位置を求めるに
際して、バーマークの左エッジ、右エッジに対応した波
形部分BS1L、BS1RとBS2L、BS2Rとのうち、外
スロープBS1L、BS2Rのみを用いるモード、内スロ
ープBS1R、BS2Lのみを用いるモード、外スロープ
BS1L、BS2R、及び内スロープBS1R、BS2Lを用い
るモードがある。
Therefore, the signal processing conditions that can be changed in the FIA system 20 as described above include a waveform analysis algorithm, a slice level SL 1 (voltage value), a contrast limit value, and a processing gate width Gx (width Gx on a pixel) Center position and its width). Further, as a waveform analysis algorithm, when obtaining the center position of each bar mark, of the outer slope BS 1L , BS 1L , BS 1R and BS 2L , BS 2R corresponding to the left edge and the right edge of the bar mark, There is a mode using only BS 2R , a mode using only inner slopes BS 1R and BS 2L , a mode using outer slopes BS 1L and BS 2R , and a mode using inner slopes BS 1R and BS 2L .

【0077】次に、図15を参照してLIA系(特にヘ
テロダイン方式)での信号処理条件について説明する。
図15に示すように、ウエハ上の1次元の回折格子WM
2 に対して、周波数差Δfの2本のコヒーレントビーム
(平行光束)BM1 、BM2 が交差角(2ψ0 )で入射
すると、回折格子WM2 上にはピッチP(但し、格子ピ
ッチ2P)の1次元の干渉縞IFが作られる。この干渉
縞IFは、回折格子WM2 のピッチ方向に周波数差Δf
に対応して移動することになり、その速度VはV=Δf
・Pなる関係式で表される。この結果、回折格子WM2
からは図15に示すような回折光B1 (-1)、B2 (+1)、
・・・が発生する。尚、添字1、2は入射ビームB
1 、BM2との対応を表し、カッコ内の数字は回折次
数を表している。通常、LIA系では光軸AXに沿って
進行する±1次回折光B1 (-1)、B2(+1)の干渉光の光
電信号と、2本の送光ビームから別途作成された参照用
干渉光の光電信号との位相差を求めることにより位置ず
れを検出している。または、0次回折光B2 (0) と−2
次回折光B1 (-2)との干渉光の光電信号と参照用の光電
信号との位相差から検出した位置ずれ量と、0次回折光
1 (0) と−2次回折光B2 (+2)との干渉光の光電信号
と参照用の光電信号との位相差から検出した位置ずれ量
とを加算平均して位置ずれ量を求めるようにしても良
い。
Next, signal processing conditions in the LIA system (particularly, the heterodyne system) will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 15, the one-dimensional diffraction grating WM on the wafer
For two, the two coherent beams (parallel light flux) BM 1, BM 2 frequency difference Δf is incident at an intersection angle (2ψ 0), is on the diffraction grating WM 2 pitch P (However, the grating pitch 2P) Is produced. This interference fringe IF has a frequency difference Δf in the pitch direction of the diffraction grating WM 2.
And the speed V is V = Δf
Is represented by the relational expression P. As a result, the diffraction grating WM 2
From FIG. 15, diffracted light B 1 (-1), B 2 (+1),
.. Occur. The suffixes 1 and 2 indicate the incident beam B
M 1 and BM 2 are indicated, and the number in parentheses indicates the diffraction order. Normally, in the LIA system, a reference signal separately generated from the photoelectric signal of the interference light of ± 1st-order diffracted light B 1 (-1) and B 2 (+1) traveling along the optical axis AX, and two transmitted light beams The position shift is detected by obtaining the phase difference between the interference signal and the photoelectric signal. Or 0-order diffracted light B 2 (0) and −2
The amount of displacement detected from the phase difference between the photoelectric signal of the interference light with the second-order diffracted light B 1 (-2) and the reference photoelectric signal, the zero-order diffracted light B 1 (0) and the second-order diffracted light B 2 (+ The position shift amount may be obtained by adding and averaging the position shift amount detected from the phase difference between the photoelectric signal of the interference light with 2) and the reference photoelectric signal.

【0078】従って、上記の如きLIA系で変更可能な
信号処理条件は、光電検出すべき干渉光(回折光の次
数)の選択のみである。すなわち、LIA系では±1次
回折光B1 (-1)、B2 (+1)を用いる第1モード、0次回
折光B2 (0) と−2次回折光B 1 (-2)、及び0次回折光
1 (0) と−2次回折光B2 (+2)を用いる第2モード、
さらには第1モードと第2モードとでの干渉光の強度を
比較して、その強度値が大きい方を選択して使用する第
3モードとがあり、LIA系の最適化に際してはこの3
つのモードを変更してシミュレーションを行うことにな
る。
Therefore, it can be changed in the LIA system as described above.
The signal processing conditions are the interference light to be photoelectrically detected (the next
Number). That is, ± 1 order in LIA system
Diffracted light B1(-1), BTwo1st mode using (+1), 0 next time
Origami BTwo(0) and the second-order diffracted light B 1(-2), and zero-order diffracted light
B1(0) and the second-order diffracted light BTwoThe second mode using (+2),
Further, the intensity of the interference light in the first mode and the second mode is reduced.
Compare and use the one with the larger intensity value.
There are three modes. When optimizing the LIA system, these three modes are used.
Change the two modes to perform the simulation.
You.

【0079】また、本実施例では真の配列座標値(MVE
xn、MVEyn)を求めるために、目視用のバーニア(図
4)を用いていたが、例えば図16に示すような2組の
パターン群、すなわち主尺パターン(RX1a、RX1b
及び(RY1a、RY1b)と副尺パターン(RX2a、RX
2b)及び(RY2a、RY2b)を用いれば、目視によらず
別設の検査装置(さらにはステッパーのアライメントセ
ンサー)において両者の位置ずれ量(ΔVx、ΔVy)
を自動計測でき、しかも計測精度も向上させることがで
きる。この種のパターンを用いた計測技術に関しては、
例えば特開平2−31142号公報に開示されているの
で、ここでは説明を省略する。尚、図16中では主尺パ
ターンに対して副尺パターンを重ね合わせた様子を点線
にて示しており、例えばX方向の位置ずれ量ΔVxは、
交差した部分(斜線部)の距離Lyを計測することによ
って、ΔVx=(LY−Ly)/2・tan(α/2)なる
関係式から算出される。ここで、LYは主尺パターンと
副尺パターンとがX方向に位置ずれすることなく正確に
重ね合わせが行われたときの距離(設計値)である。ま
た、図16に示したパターン群を用いずとも、例えば主
尺パターン及び副尺パターンとしてともに図8(A)中
に示したような回折格子マークMxを用い、両者を所定
間隔(設計値)だけ離してウエハ上に転写すれば、両者
の間隔を計測して設計値との差を求めることにより、上
記と同様に位置ずれ量を自動計測することが可能とな
る。
In this embodiment, the true array coordinate values (M VE
xn, M VE yn), a vernier for visual observation (FIG. 4) was used. For example, two sets of patterns as shown in FIG. 16, that is, main scale patterns (RX 1a , RX 1b )
And (RY 1a , RY 1b ) and the vernier pattern (RX 2a , RX
2b ) and (RY 2a , RY 2b ), the positional deviation amounts (ΔVx, ΔVy) of the two can be inspected independently of each other in a separate inspection device (and an alignment sensor of a stepper).
Can be automatically measured, and the measurement accuracy can be improved. Regarding measurement technology using this type of pattern,
For example, since it is disclosed in JP-A-2-31142, the description is omitted here. In FIG. 16, a state in which the sub-scale pattern is superimposed on the main scale pattern is indicated by a dotted line. For example, the positional deviation amount ΔVx in the X direction is
By measuring the distance Ly of the intersecting portion (hatched portion), it is calculated from the relational expression of ΔVx = (LY−Ly) / 2 · tan (α / 2). Here, LY is a distance (design value) when the main scale pattern and the sub scale pattern are accurately overlapped without being displaced in the X direction. Also, without using the pattern group shown in FIG. 16, for example, a diffraction grating mark Mx as shown in FIG. 8A is used for both the main scale pattern and the sub scale pattern, and the two are separated by a predetermined distance (design value). When the image is transferred onto the wafer at a distance only, the distance between the two is measured and the difference from the design value is obtained, whereby the amount of positional deviation can be automatically measured in the same manner as described above.

【0080】また、上記実施例ではLSA系での信号処
理条件の最適化についてのみ説明したが、例えば同一の
プロセスウエハについてFIA系やLIA系でもその信
号処理条件の最適化を行っておき、上記実施例における
ベクトルeに相当する誤差が最も小さくなるアライメン
トセンサーを選択し、このアライメントセンサーをプロ
セスウエハの種類に対応付けて記憶部506に格納して
おけば、より一層重ね合わせ精度を向上させることが可
能となる。また、上記実施例では主尺パターンRP1
副尺パターンRP2 とを同一レチクル上に形成し、レチ
クルを所定距離だけ移動させることによって重ね合わせ
露光を行うこととしたが、当然ながら上記2つのパター
ンを別々のレチクルに形成し、レチクル交換を行ってか
ら重ね合わせ露光を行うようにしても良い。さらに、主
尺パターンRP1 と副尺パターンRP2 とはテストレチ
クルに形成しても、あるいはデバイスレチクルの一部
(例えばマルチ・ダイ・レチクルにあってはストリート
ライン相当領域内)に形成するようにしても構わない。
In the above embodiment, only the optimization of the signal processing conditions in the LSA system has been described. However, for the same process wafer, the optimization of the signal processing conditions is also performed in the FIA system or the LIA system. By selecting an alignment sensor that minimizes the error corresponding to the vector e in the embodiment and storing this alignment sensor in the storage unit 506 in association with the type of the process wafer, it is possible to further improve the overlay accuracy. Becomes possible. In the above embodiment to form a main scale pattern RP 1 and vernier pattern RP 2 in the same reticle, but it was decided to perform overlay exposure by moving the reticle by a predetermined distance, of course the two Patterns may be formed on separate reticles, and reticle exchange may be performed before overlapping exposure. Further, even when forming the main scale pattern RP 1 and vernier pattern RP 2 in the test reticle, or to form a portion of the device reticle (e.g. multi-die In the reticle street line corresponding region) It does not matter.

【0081】さらに、上記実施例では露光が終了した時
点でウエハの現像、エッチング処理を行い、ウエハ上の
下地層に形成されたパターンを使って各種計測(例えば
バーニア計測、マーク位置計測等)を行うこととした
が、例えばレジスト層に対して2重露光を行うことによ
り形成されたマークやバーニアの像(潜像)、またはそ
のウエハに対して現像処理のみを施すことにより形成さ
れるマークやバーニアのレジスト像を使って各種計測を
行うようにしても構わない。ここで潜像を用いる場合に
は、1st露光により形成されたマーク像(潜像)をアラ
イメントセンサーで検出した後に2nd露光が行われるの
に対して、レジスト像を用いる場合には、1st露光及び
2nd露光が終了した時点で現像処理が施され、その結果
形成されるレジスト像を使って各種形成が行われること
になる。つまり、レジスト像を用いる場合には、1st露
光でレジスト層に形成されたマーク像が2nd露光におい
ても露光され、現像処理を施してもマークのレジスト像
が形成されないことが起こり得る。そこで、このような
場合には2nd露光を行うにあたって、予め1st露光で形
成されたマーク像に対応するレチクルの部分領域に遮光
層(クロム等)を形成しておく、もしくは照明光学系中
のレチクルとほぼ共役な面内に配置される可変ブライン
ドを駆動して、レジスト層のマーク像が露光されないよ
うにレチクルの当該領域を遮光しておく必要がある。
Further, in the above embodiment, when the exposure is completed, the wafer is developed and etched, and various measurements (for example, vernier measurement, mark position measurement, etc.) are performed using the pattern formed on the underlayer on the wafer. For example, a mark or vernier image (latent image) formed by performing double exposure on the resist layer, or a mark or a mark formed by performing only development processing on the wafer. Various measurements may be performed using the vernier resist image. Here, when a latent image is used, the second exposure is performed after a mark image (latent image) formed by the first exposure is detected by the alignment sensor, whereas when a resist image is used, the first exposure and the second exposure are performed. When the second exposure is completed, development processing is performed, and various types of formation are performed using the resulting resist images. In other words, when a resist image is used, the mark image formed on the resist layer by the first exposure is also exposed by the second exposure, and a resist image of the mark may not be formed even if the development process is performed. Therefore, in such a case, when performing the second exposure, a light-shielding layer (chrome or the like) is formed in advance in a partial area of the reticle corresponding to the mark image formed by the first exposure, or a reticle in the illumination optical system. It is necessary to drive a variable blind disposed in a plane substantially conjugate with the reticle to shield the area of the reticle from light so that the mark image of the resist layer is not exposed.

【0082】以上の実施例では、バーニア計測(ステッ
プ107)を行うことによって1stショット領域の真の
座標位置MVEを求め、これによって重ね合わせ誤差(ベ
クトルv)をLSA誤差(ベクトルe)とEGA誤差
(ベクトルa)とに分けて解析していた。ここで、バー
ニア計測を行わない場合は、例えば図9中に示す点MVE
が点MALに一致することになる。しかしながら、このよ
うな場合でも上記の如き信号処理条件についてシミュレ
ーションを行えば、点MVEと点MALとは近づき、上記条
件に応じたLSA誤差(ベクトルe)の変化の傾向を知
ることができる。従って、本発明では必ずしもバーニア
を必要とせず、バーニア計測を行わなくとも、信号処理
条件の最適化を行うことが可能となっている。
In the above embodiment, the vernier measurement (step 107) is performed to determine the true coordinate position M VE of the first shot area, whereby the overlay error (vector v) and the LSA error (vector e) and the EGA are calculated. The analysis was performed separately for the error (vector a). Here, when the vernier measurement is not performed, for example, the point M VE shown in FIG.
Will match the point MAL . However, even in such a case, if a simulation is performed under the above signal processing conditions, the points M VE and M AL approach each other, and the tendency of the change of the LSA error (vector e) according to the above conditions can be known. . Therefore, in the present invention, the vernier is not necessarily required, and the signal processing conditions can be optimized without performing the vernier measurement.

【0083】また、本発明による位置合わせ装置をステ
ッパーに適用する場合について述べたが、ステッパー以
外の露光装置(X線露光装置、複数の分割マスクを備え
た電子ビーム露光装置等)、ステップ・アンド・リピー
ト方式で順次検査を行う装置、またはウエハ上の素子の
一部にレーザ光を照射して、欠陥素子のリペアを行う装
置等に適用しても、本実施例と同様の効果を得られる。
The case where the positioning apparatus according to the present invention is applied to a stepper has been described. However, an exposure apparatus other than the stepper (an X-ray exposure apparatus, an electron beam exposure apparatus having a plurality of divided masks, etc.), a step and The same effect as that of the present embodiment can be obtained by applying the present invention to an apparatus for sequentially inspecting in a repeat system or an apparatus for irradiating a part of the elements on a wafer with a laser beam to repair defective elements. .

【0084】[0084]

【発明の効果】以上のように本発明では、重ね合わせ
(アライメント)精度の解析(評価)を、マーク位置検
出時に生じる誤差と露光位置算出時に生じる誤差とに分
けて算出できるので、重ね合わせ誤差の発生要因をより
詳しく知ることが可能となる。さらに、マーク位置検出
時に生じる誤差と、露光位置算出時に生じる誤差とをそ
れぞれ独立して解析することができるので、より一層ア
ライメント精度を向上させることが可能となる。
As described above, according to the present invention, the analysis (evaluation) of the overlay (alignment) accuracy can be calculated separately for the error generated when detecting the mark position and the error generated when calculating the exposure position. It is possible to know the cause of the occurrence in more detail. Further, since the error generated when detecting the mark position and the error generated when calculating the exposure position can be analyzed independently, it is possible to further improve the alignment accuracy.

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

【図1】本発明の位置合わせ装置を備えた縮小投影型露
光装置の制御系の概略的な構成の一例を示すブロック
図。
FIG. 1 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of a control system of a reduction projection type exposure apparatus provided with an alignment apparatus of the present invention.

【図2】本発明の位置合わせ装置を備えた縮小投影型露
光装置の概略的な構成を示す斜視図。
FIG. 2 is a perspective view showing a schematic configuration of a reduction projection type exposure apparatus provided with an alignment apparatus of the present invention.

【図3】図2に示した縮小投影型露光装置の照明光学系
の概略的な構成を示す斜視図。
FIG. 3 is a perspective view showing a schematic configuration of an illumination optical system of the reduction projection type exposure apparatus shown in FIG.

【図4】レチクルに形成される主尺パターンと副尺パタ
ーンの構成の一例を示す平面図。
FIG. 4 is a plan view showing an example of a configuration of a main scale pattern and a sub scale pattern formed on a reticle.

【図5】本発明の実施例における重ね合わせ誤差の解析
動作の一例を示す概略的なフローチャート図。
FIG. 5 is a schematic flowchart illustrating an example of an operation of analyzing a registration error according to the embodiment of the present invention.

【図6】ウエハ上に形成される複数のショット領域の様
子を示す平面図。
FIG. 6 is a plan view showing a state of a plurality of shot regions formed on a wafer.

【図7】EGA演算の説明に供する図。FIG. 7 is a diagram provided for describing an EGA calculation.

【図8】LSA系によるマーク位置計測の様子を説明す
る図。
FIG. 8 is a view for explaining a state of mark position measurement by the LSA system.

【図9】本発明の実施例による重ね合わせ誤差の解析結
果の様子を説明する図。
FIG. 9 is a view for explaining a state of an analysis result of an overlay error according to the embodiment of the present invention.

【図10】本発明の実施例での重ね合わせ誤差を最小と
するための動作の一例を示す概略的なフローチャート
図。
FIG. 10 is a schematic flowchart showing an example of an operation for minimizing an overlay error in the embodiment of the present invention.

【図11】本発明の実施例によるLSA誤差の解析結果
の様子を説明する図。
FIG. 11 is a view for explaining an analysis result of an LSA error according to the embodiment of the present invention.

【図12】本発明の実施例においてマーク位置検出時の
信号処理条件、及び統計演算でのEGAショット配置を
最適化したときの重ね合わせ誤差の様子を説明する図。
FIG. 12 is a view for explaining signal processing conditions at the time of mark position detection and an overlay error when optimizing EGA shot arrangement in statistical calculation in the embodiment of the present invention.

【図13】本発明の実施例においてLSA誤差が大きく
残存するときの重ね合わせ誤差の様子を説明する図。
FIG. 13 is a view for explaining a state of an overlay error when a large LSA error remains in the embodiment of the present invention.

【図14】FIA系によるマーク位置計測の様子を説明
する図。
FIG. 14 is a view for explaining a state of mark position measurement by the FIA system.

【図15】LIA系によるマーク位置検出の様子を説明
する図。
FIG. 15 is a view for explaining how mark positions are detected by the LIA system.

【図16】レチクルに形成する主尺パターンと副尺パタ
ーンの別の例を示す図。
FIG. 16 is a diagram showing another example of a main scale pattern and a sub scale pattern formed on a reticle.

【図17】従来技術の説明に供する図。FIG. 17 is a diagram provided for explanation of a conventional technique.

【符号の説明】 3 …ウエハステージ 9、10…干渉計 60 …LSA演算ユニット 61 …FIA演算ユニット 62 …信号データ記憶部 63 …入力装置 64 …表示装置 501 …アライメントデータ記憶部 502 …EGA演算ユニット 503 …露光ショットマップデータ部 504 …シーケンスコントローラ 505 …演算部 506 …記憶部 W …ウエハ[Description of Signs] 3 wafer stage 9, 10 interferometer 60 LSA calculation unit 61 FIA calculation unit 62 signal data storage unit 63 input device 64 display device 501 alignment data storage unit 502 EGA calculation unit 503: Exposure shot map data section 504: Sequence controller 505: Calculation section 506: Storage section W: Wafer

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】基板上に予め形成された複数の露光領域の
うち、少なくとも2つの露光領域に関する位置合せ用マ
ークの位置を検出するマーク検出手段と、 前記マーク検出手段で検出された少なくとも2つの前記
位置合せ用マークの位置に基づいて、前記複数の露光領
域に関するそれぞれの露光位置を算出する露光位置算出
手段とを備える位置合わせ装置において、 前記複数の露光領域のうち、少なくとも一つの評価用の
露光領域に対して、前記露光位置算出手段で算出される
前記評価用の露光領域に関する計算上の露光位置にした
がって重ね合せ露光される露光領域の位置ずれ量を、前
記評価用の露光領域に関する計算上の露光位置に加算す
ることによって、前記評価用の露光領域の真の露光位置
を算出する第1計算手段と、 前記真の露光位置と、前記評価用の露光領域に関する位
置合せ用マークの位置を前記マーク検出手段で検出する
ことによって求められる前記評価用の露光領域に関する
計測上の露光位置とに基づいて、前記マーク検出手段が
前記位置合せ用マークの位置を検出する際のマーク検出
条件に応じて発生する第1の誤差成分を求めると共に、
前記計測上の露光位置と前記計算上の露光位置とに基づ
いて、前記露光位置算出手段で前記計算上の露光位置を
算出する際の露光位置算出条件に応じて発生する第2の
誤差成分を求める第2計算手段と、 前記第2計算手段で求められた前記第1の誤差成分が小
さくなるように、前記マーク検出条件を最適な検出条件
に設定する第1の設定手段と、 前記第2計算手段で求められた前記第2の誤差成分が小
さくなるように、前記露光位置算出条件を最適な算出条
件に設定する第2の設定手段とを備えることを特徴とす
る位置合わせ装置。
1. A mark detecting means for detecting a position of a registration mark for at least two exposure areas among a plurality of exposure areas formed in advance on a substrate; and at least two mark areas detected by the mark detecting means. An exposure position calculating unit configured to calculate respective exposure positions for the plurality of exposure regions based on the position of the alignment mark, wherein at least one of the plurality of exposure regions
The exposure area is calculated by the exposure position calculation means.
The calculated exposure position for the evaluation exposure area
The amount of misalignment of the exposure area
By adding to the computational exposure position to an exposure area for the serial evaluation, a first calculating means for calculating the true exposure position of the exposure region for the evaluation, and the true exposure position, exposure for the evaluation The mark detection unit determines the position of the alignment mark based on the measurement exposure position of the evaluation exposure region obtained by detecting the position of the alignment mark with respect to the area by the mark detection unit. A first error component generated according to a mark detection condition at the time of detection is obtained, and
On the basis of the measured exposure position and the calculated exposure position, a second error component generated according to an exposure position calculation condition when the calculated exposure position is calculated by the exposure position calculation means is calculated. A second calculating means for obtaining; a first setting means for setting the mark detecting condition to an optimum detecting condition so that the first error component obtained by the second calculating means is small; A second setting unit that sets the exposure position calculation condition to an optimum calculation condition so that the second error component obtained by the calculation unit is reduced.
【請求項2】前記位置ずれ量は、前記評価用の露光領域
に予め形成された第1パターンに対し、前記計算上の露
光位置に従って位置合わせされた状態で第2パターンを
投影することによって求められることを特徴とする請求
項1に記載の位置合わせ装置。
2. The method according to claim 1, wherein the positional shift amount is obtained by aligning the second pattern with the first pattern formed in advance in the exposure area for evaluation in accordance with the calculated exposure position.
The positioning device according to claim 1, wherein the positioning device is obtained by projecting .
【請求項3】前記第1計算手段及び前記第2計算手段で
算出された結果を表示する表示手段を有し、 前記第1の設定手段は、互いに異なる条件の前記マーク
検出条件に変更可能であり、 前記第2の設定手段は、互いに異なる条件の前記露光位
置算出条件に変更可能であり、 前記表示手段は、前記第1の設定手段で、前記マーク検
出条件が変更される毎に表示を更新すると共に、前記第
2の設定手段で、前記露光位置算出条件が変更される毎
に表示を更新することを特徴とする請求項2に記載の位
置合わせ装置。
3. A display device for displaying a result calculated by the first calculation device and the second calculation device, wherein the first setting device can change the mark detection condition to a condition different from each other. The second setting means can be changed to the exposure position calculation conditions of different conditions, and the display means displays a display each time the mark detection condition is changed by the first setting means. 3. The positioning apparatus according to claim 2, wherein the display is updated each time the exposure position calculation condition is changed by the second setting unit.
【請求項4】前記第1計算手段及び前記第2計算手段
は、前記真の露光位置と前記計算上の露光位置との第1
位置ずれベクトルと、前記真の露光位置と前記計測上の
露光位置との第2位置ずれベクトルと、前記計測上の露
光位置と前記計算上の露光位置との第3位置ずれベクト
ルとを算出し、 前記表示手段は、前記第1位置ずれベクトルと前記第2
位置ずれベクトルとの和が前記第3位置ずれベクトルと
なるように、前記第1、第2、第3位置ずれベクトルの
線図を表示することを特徴とする請求項3に記載の位置
合わせ装置。
4. The apparatus according to claim 1, wherein said first calculating means and said second calculating means determine a first exposure value between said true exposure position and said calculated exposure position.
Calculating a displacement vector, a second displacement vector between the true exposure position and the measured exposure position, and a third displacement vector between the measured exposure position and the calculated exposure position. The display means comprises: the first displacement vector and the second displacement vector;
4. The apparatus according to claim 3, wherein a diagram of the first, second, and third displacement vectors is displayed so that the sum of the displacement vector and the third displacement vector becomes the third displacement vector. 5. .
【請求項5】前記第1設定手段は、前記最適な検出条件
として、複数のマーク検出条件の中から、前記誤差成分
が最小となる検出条件を設定し、 前記第2設定手段は、前記最適な算出条件として、複数
の算出条件の中から、前記誤差成分が最小となる算出条
件を設定することを特徴とする請求項1から請求項4の
いずれか一項に記載の位置合せ装置。
5. The method according to claim 1, wherein the first setting unit sets a detection condition that minimizes the error component from a plurality of mark detection conditions as the optimum detection condition. The positioning apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein a calculation condition that minimizes the error component is set from among a plurality of calculation conditions as the calculation condition.
【請求項6】前記第1計算手段及び前記第2計算手段
は、前記真の露光位置と、前記計測上の露光位置とに基
づいて、前記第1の誤差成分をさらに解析することを特
徴とする請求項4又は請求項5に記載の位置合せ装置。
6. The apparatus according to claim 1, wherein said first calculation means and said second calculation means further analyze said first error component based on said true exposure position and said measured exposure position. The positioning device according to claim 4 or 5, wherein
【請求項7】前記マーク検出手段は、前記位置合わせ用
のマークを撮像し、該撮像して得られる画像信号に基づ
いて、前記位置合わせ用のマークの位置を検出し、 前記マーク検出条件は、前記画像信号の信号処理条件で
あることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか
一項に記載の位置合わせ装置。
7. The mark detection means captures an image of the alignment mark, detects a position of the alignment mark based on an image signal obtained by capturing the image, and the mark detection condition is: 7. The positioning apparatus according to claim 1, wherein the signal processing condition is a signal processing condition of the image signal.
【請求項8】前記露光位置算出条件は、前記複数の露光
領域の中から、前記少なくとも2つの露光領域を選択す
る際における前記露光領域の数又は前記露光領域の位置
であることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれ
か一項に記載の位置合わせ装置。
8. The exposure position calculation condition is a number of the exposure regions or a position of the exposure region when the at least two exposure regions are selected from the plurality of exposure regions. The positioning device according to any one of claims 1 to 6.
【請求項9】基板上に予め形成された複数の露光領域の
うち、少なくとも2つの露光領域の位置合せ用マークの
位置を検出し、検出された前記位置合せ用マークの位置
に基づいて、前記少なくとも2つの露光領域に関するそ
れぞれの計測上の露光位置を求める第1工程と、前記第1工程で求められた少なくとも2つの露光領域に
関する前記計測上の露光位置に基づいて、 前記複数の露
光領域に関するそれぞれの計算上の露光位置を算出する
第2工程と、 前記複数の露光領域のうち、少なくとも一つの評価用の
露光領域に対して、前記第2工程で算出される前記評価
用の露光領域に関する計算上の露光位置にしたがって重
ね合せ露光される露光領域の位置ずれ量を、前記評価用
の露光領域に関する前記計算上の露光位置に加算するこ
とによって、前記評価用の露光領域の真の露光位置を算
出する第3工程と、 前記真の露光位置と、前記第1工程で求められる前記評
価用の露光領域に関する計測上の露光位置とに基づい
て、前記第1工程で前記位置合せマークを検出する際の
マーク検出条件に応じて発生する第1の誤差成分を求め
る共に、前記計測上の露光位置と前記計算上の露光位置
とに基づいて、前記第2工程で前記計算上の露光位置を
算出する際の露光位置算出条件に応じて発生する第2の
誤差成分とを演算する第4工程と、 前記第1の誤差成分が小さくなるように、前記マーク検
出条件を最適な検出条件に設定すると共に、前記第2の
誤差成分が小さくなるように、前記露光位置算出条件を
最適な検出条件に設定する第5工程とを有することを特
徴とする位置合わせ方法。
9. A plurality of exposure areas formed in advance on a substrate, wherein the positions of the alignment marks of at least two exposure areas are detected, and the detected positions of the alignment marks are detected.
Based on, its for the at least two exposed areas
A first step of determining an exposure position on each measurement, and at least two exposure areas determined in the first step.
A second step of calculating a calculated exposure position for each of the plurality of exposure regions based on the measurement exposure position with respect to the plurality of exposure regions ;
The evaluation calculated in the second step for the exposure area
Weight according to the calculated exposure position for the exposure area for
The displacement amount of the exposure area to be subjected to the joint exposure is used for the evaluation
A third step of calculating a true exposure position of the exposure area for evaluation by adding the calculated exposure position to the calculated exposure position of the exposure area; and A first error component generated according to a mark detection condition at the time of detecting the alignment mark in the first step is obtained based on the measurement exposure position with respect to the exposure area for evaluation, Calculating a second error component generated according to an exposure position calculation condition when calculating the calculated exposure position in the second step, based on the exposure position and the calculated exposure position. Four steps: setting the mark detection condition to an optimal detection condition so that the first error component is reduced; and setting the exposure position calculation condition to an optimal detection condition so that the second error component is reduced. For detection conditions Alignment method characterized by having a fifth step of constant.
【請求項10】前記最適な検出条件として、複数のマー
ク検出条件の中から前記誤差成分が最小となる検出条件
を設定すると共に、前記最適な算出条件として、複数の
露光位置算出条件の中から前記誤差成分が最小となる算
出条件を設定することを特徴とする請求項に記載の位
置合わせ方法。
10. A detection condition for minimizing the error component among a plurality of mark detection conditions is set as the optimum detection condition, and a plurality of exposure position calculation conditions are set as the optimum calculation condition. The alignment method according to claim 9 , wherein a calculation condition that minimizes the error component is set.
【請求項11】前記マーク検出条件は、前記位置合わせ
用のマークの位置を検出する際に、前記位置合わせ用の
マークを撮像して得られる画像信号の信号処理条件であ
ることを特徴とする請求項又は請求項10に記載の位
置合わせ方法。
11. The mark detection condition is a signal processing condition of an image signal obtained by imaging the alignment mark when detecting the position of the alignment mark. The alignment method according to claim 9 or claim 10 .
【請求項12】前記露光位置算出条件は、前記複数の露
光領域の中から、前記少なくとも2つの露光領域を選択
する際における前記露光領域の数又は前記露光領域の位
置であることを特徴とする請求項又は請求項10に記
載の位置合わせ方法。
12. The exposure position calculation condition is a number of the exposure regions or a position of the exposure regions when selecting the at least two exposure regions from the plurality of exposure regions. The alignment method according to claim 9 or claim 10 .
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