JP2820081B2 - Alignment method - Google Patents

Alignment method

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JP2820081B2
JP2820081B2 JP7282937A JP28293795A JP2820081B2 JP 2820081 B2 JP2820081 B2 JP 2820081B2 JP 7282937 A JP7282937 A JP 7282937A JP 28293795 A JP28293795 A JP 28293795A JP 2820081 B2 JP2820081 B2 JP 2820081B2
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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]

【発明の属する技術分野】本発明はアライメント方法に
関し、特に投影露光装置によりマスクパターンをウェー
ハ(半導体基板)に高精度に位置合わせする方法に関す
る。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to an alignment method, and more particularly to a method of aligning a mask pattern on a wafer (semiconductor substrate) with high accuracy by a projection exposure apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在半導体装置製造工程におけるリソグ
ラフィー工程ではステッパと呼ばれる縮小投影露光装置
が最も一般的に使用されている。ステッパはウェーハの
処理能力が略30乃至60枚/時間と比較的低いので、
数台乃至数十台のステッパが製造ライン内に配置され
る。半導体装置製造の際は後述するように、1台のステ
ッパで処理することがアライメント精度の確保上望まし
いが、特定号機のみの処理は生産性の著しい低下を招い
ていた。
2. Description of the Related Art At present, a reduction projection exposure apparatus called a stepper is most commonly used in a lithography process in a semiconductor device manufacturing process. Since the stepper has a relatively low wafer processing capacity of about 30 to 60 wafers / hour,
Several to dozens of steppers are arranged in the production line. In manufacturing a semiconductor device, as described later, it is desirable to perform processing with a single stepper in order to ensure alignment accuracy, but processing of a specific device alone has caused a significant decrease in productivity.

【0003】従来半導体装置製造工程におけるマスクパ
ターンの下地との位置合わせの代表的な方法としてチッ
プ毎にアライメントを行うダイバイダイ(dye by
dye)アライメント、ウェーハ内の座標系を決定す
る為に2、乃至3点のアライメントマークのみを計測す
るグローバルアライメントがあり、その折衷的な方法と
してウェーハ内の数乃至十数チップのアライメントマー
クをサンプリングして計測する統計的処理方法があっ
た。
[0003] Conventionally, as a typical method of aligning a mask pattern with a base in a semiconductor device manufacturing process, a die-by-die (die by die) for performing alignment for each chip.
dye) There is a global alignment that measures only two or three alignment marks to determine the alignment and the coordinate system in the wafer. As an eclectic method, the alignment marks of several to several tens of chips in the wafer are sampled. There was a statistical processing method to measure the data.

【0004】次に図を用いこれらのアライメント方法に
ついて説明する。図10(a)及び(b)は1つの露光
フィールドとその内部のアライメントマークを示す平面
図である。1つの露光フィールド内部には通常x方向ア
ライメントマーク3とy方向アライメントマーク4の少
なくとも2つが含まれている。これは1つの露光フィー
ルド内に単一のチップが含まれる図10(a)の場合だ
けでなく複数のチップが含まれる図10(b)の場合で
も同様である。アライメントマークが形成される位置は
露光フィールド中心か、その位置にスクライブ領域が無
い場合は露光フィールド中心を通るx,y座標上のスク
ライブ領域内に置かれることが多い。これは露光フィー
ルド中心部がディストーションによる理想格子からの位
置ずれが小さい、及び対称性のある位置にアライメント
マークを置くことが望ましいといった理由による。また
アライメントマークとしては図10(c)に示したよう
な一定のピッチをもつパターンの回折格子が用いられる
ことが多い。
Next, these alignment methods will be described with reference to the drawings. FIGS. 10A and 10B are plan views showing one exposure field and an alignment mark therein. Usually, at least two of the x-direction alignment mark 3 and the y-direction alignment mark 4 are included in one exposure field. This is the same not only in the case of FIG. 10A in which a single chip is included in one exposure field, but also in the case of FIG. 10B in which a plurality of chips are included. The alignment mark is often formed at the center of the exposure field or, if there is no scribe area at that position, in the scribe area on the x, y coordinates passing through the center of the exposure field. This is because the central portion of the exposure field is less likely to be displaced from the ideal grating due to distortion, and it is desirable to place the alignment mark at a symmetrical position. In addition, a diffraction grating having a pattern having a constant pitch as shown in FIG. 10C is often used as the alignment mark.

【0005】図10(a)に示したマスクパターンをウ
ェーハ全面に繰り返し露光すると、図11に示した様な
チップの配列となる。ダイバイダイアライメントは各露
光フィールド毎にアライメントマークの計測を行い、マ
スクとの位置合わせを行った後露光を行う方法である。
アライメントマークの測定点数が非常に多くなるのでス
ループットが極めて低くなる、個々のアライメントマー
クが持つ非対称性などのばらつき成分を全く補正できな
いのでアライメント精度が充分上げられないといった問
題点があった。
When the mask pattern shown in FIG. 10A is repeatedly exposed on the entire surface of the wafer, a chip arrangement as shown in FIG. 11 is obtained. Die-by-die alignment is a method in which an alignment mark is measured for each exposure field, alignment is performed with a mask, and then exposure is performed.
There are problems that the throughput is extremely low because the number of measurement points of the alignment marks is very large, and that the dispersion accuracy such as asymmetry of each alignment mark cannot be corrected at all, so that the alignment accuracy cannot be sufficiently increased.

【0006】これらの問題を解決する為に、先に述べた
統計的処理方法が考案されている。この方法は図12に
示した様にウェーハ内の各フィールドから数乃至十数チ
ップ(x印をアライメントマークに付して表示)を選択
し、露光フィールド内のアライメントマーク座標を計測
し本来あるべき座標からの複数の位置誤差を統計的に処
理し、露光する各フィールドの位置を決定し露光するも
のである。本方法は計測するアライメントマーク数をダ
イバイダイ方式に比べ少なくしてあるのでスループット
が向上している。また個々のアライメントマークが持つ
プロセス的なバラツキを低減する為に、複数点での平均
化を行っているためダイバイダイアライメントと比較し
てアライメント精度も若干高くなっている。
In order to solve these problems, the above-described statistical processing method has been devised. In this method, as shown in FIG. 12, several to dozens of chips (marked with an x mark attached to an alignment mark) are selected from each field in the wafer, and the coordinates of the alignment mark in the exposure field are measured and should be originally present. A plurality of position errors from coordinates are statistically processed to determine the position of each field to be exposed and to perform exposure. In this method, the number of alignment marks to be measured is reduced as compared with the die-by-die method, so that the throughput is improved. In addition, in order to reduce the process variation of each alignment mark, averaging is performed at a plurality of points, so that the alignment accuracy is slightly higher than in die-by-die alignment.

【0007】最も簡潔なアライメント方法はグローバル
アライメントである。本方法には大別して2つの方法が
ある。第1の方法は図12の第1のアライメントマーク
(第1のx方向アライメントマーク25−3と第1のy
方向アライメントマーク25−4の組)と第2のアライ
メントマーク(第2のx方向アライメントマーク26−
3,第2のy方向アライメントアーク26−の組)から
x座標を決定し、次いで第3のアライメントマーク(第
3のx方向アライメントマーク27−3,第3のy方向
アライメントマーク27−4の組)から回転を補正しy
座標を決定する。計測するのは3点のみで、決定された
座標をもとに露光フィールドのピッチだけウェーハを移
動し露光を行う。第2の方法は図13に示したようにア
ライメントマーク(グローバルアライメントマーク2
8)を露光フィールドの外に2、乃至3個形成してお
き、このアライメントマークを計測してx及びy座標を
決定し露光するものである。
[0007] The simplest alignment method is global alignment. This method is roughly classified into two methods. The first method is to use the first alignment mark (the first x-direction alignment mark 25-3 and the first y
A set of directional alignment marks 25-4) and a second alignment mark (a second x-direction alignment mark 26-).
3, the x coordinate is determined from the set of the second y-direction alignment arcs 26-, and then the third alignment mark (the third x-direction alignment mark 27-3 and the third y-direction alignment mark 27-4) is determined. Set) and correct the rotation from y
Determine the coordinates. Only three points are measured, and exposure is performed by moving the wafer by the pitch of the exposure field based on the determined coordinates. The second method uses an alignment mark (global alignment mark 2) as shown in FIG.
8 or 8 are formed outside the exposure field, and the alignment marks are measured to determine the x and y coordinates for exposure.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】以上の従来のアライメ
ント方法では、最も計測点数の多いダイバイダイアライ
メントにおいても1つの露光フィールド内にはx,yそ
れぞれ1つのアライメントマークしか無かった。従って
位置合わせする点は1露光フィールドにつき1点であ
り、後述する投影露光装置のレンズディストーションや
レチクルの位置精度を考慮すると露光フィールド全体で
必ずしも重ね合わせ誤差を最小にできていないという問
題点があった。
In the conventional alignment method described above, even in the die-by-die alignment having the largest number of measurement points, there is only one alignment mark for each of x and y in one exposure field. Therefore, the number of points to be aligned is one for each exposure field, and there is a problem that the overlay error cannot always be minimized over the entire exposure field in consideration of the lens distortion of the projection exposure apparatus described below and the positional accuracy of the reticle. Was.

【0009】レンズディストーションはザイデルの5収
差のうちの1つであり、投影像形状がマスクと相似にな
らない収差である。レンズディストーションを示す模式
図を図14に示した。本来理想格子として投影露光され
るべき格子がレンズディストーションにより図14に示
すが如く変形する。レンズディストーションの大きさは
レンズの設計と製造精度により変わるが、リソグラフィ
ー工程で使用される縮小投影レンズにおいては50乃至
80nm程度である。ところでレンズディストーション
は同様な使用で設計されたレンズであっても箇々のレン
ズで異なっている。そのため前リソグラフィー工程と現
リソグラフィー工程で用いる露光装置の号機が異なって
いる場合、レンズディストーションも異なっているため
露光フィールド全面にわたって位置誤差零で位置合わせ
することは不可能となる。
Lens distortion is one of Seidel's five aberrations, and is an aberration whose projected image shape is not similar to that of a mask. FIG. 14 is a schematic diagram showing lens distortion. The grating that should be projected and exposed as the ideal grating is deformed by the lens distortion as shown in FIG. The size of the lens distortion varies depending on the design and manufacturing accuracy of the lens, but is about 50 to 80 nm in a reduction projection lens used in a lithography process. By the way, the lens distortion is different for each lens even if the lens is designed for similar use. Therefore, when the number of the exposure apparatus used in the previous lithography process is different from that in the current lithography process, it is impossible to perform alignment with zero positional error over the entire exposure field due to different lens distortion.

【0010】またレチクル上のパターンの位置誤差によ
る重ね合わせ誤差に関してもレンズディストーションに
よる誤差と同様のことが言える。
The same can be said for the overlay error due to the positional error of the pattern on the reticle as the error due to the lens distortion.

【0011】従来のアライメント方法においてはダイバ
イダイアライメント、統計的アライメント、及びグロー
バルアライメントのいずれも図14に示す如くアライメ
ントマーク(x方向アライメントマーク3,y方向アラ
イメントマーク4の組)から計測されるx,y座標によ
って決定される1点の重ね合わせ誤差を零に追い込むと
いう方式が取られていた。この方式では前工程露光装置
の結像位置16と現工程露光装置の結像位置12の差が
重ね合わせ誤差としてそのまま残ってしまう。図14で
ベクトル17で示される量(その絶対値をaとする)の
重ね合せ誤差が生じる。
In the conventional alignment method, any of die-by-die alignment, statistical alignment, and global alignment is measured from an alignment mark (a set of x-direction alignment marks 3 and y-direction alignment marks 4) as shown in FIG. , Y coordinate is driven to zero. In this method, the difference between the image forming position 16 of the previous-step exposure apparatus and the image forming position 12 of the current-step exposure apparatus remains as an overlay error. An overlay error of the amount indicated by the vector 17 in FIG. 14 (its absolute value is represented by a) occurs.

【0012】このような重ね合せ誤差は、半導体装置の
製造工程で必要な何回かの露光を全て同一の露光装置で
行なうことによって少なくすることは可能であり、現状
ではそのようにしている。しかし、それでも十分なアラ
イメント精度が得られるとはいえない。更には、同一の
露光装置を使用しなければならないので生産性が低下し
てしまう。
Such an overlay error can be reduced by performing several exposures required in the manufacturing process of the semiconductor device, all with the same exposure apparatus, and this is currently the case. However, it cannot be said that sufficient alignment accuracy is still obtained. In addition, the same exposure apparatus must be used, which lowers productivity.

【0013】従って本発明の目的は、露光装置のディス
トーション及び又はマスク歪に基く位置合せ誤差を低減
できるアライメント方法を提供することにある。
Accordingly, it is an object of the present invention to provide an alignment method capable of reducing an alignment error due to a distortion and / or mask distortion of an exposure apparatus.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明のアライメント方
法は、露光フィールドの中心位置及び周辺位置にそれぞ
れ対応する第1のアライメントマーク及び第2のアライ
メントマークを有する複数のマスクを使用してウェーハ
上にパターンを順次に形成して半導体装置を製造する際
に、前記ウェーハ上に形成済の第1のアライメントマー
クを使用して前記ウェーハの露光領域と投影すべきパタ
ーンの位置合せを行なう工程と、前記ウェーハ上に形成
済の第2のアライメントマークの位置を測定し、露光装
置のディストーション又はマスク歪から与えられるマス
ク上の第2のアライメントマークが前記ウェーハ上に投
影される位置と比較し、両者の差が最小となるように投
影すべきパターンの中心と前記露光領域の中心の相対位
置を修正するというものである。
An alignment method according to the present invention uses a plurality of masks having a first alignment mark and a second alignment mark respectively corresponding to a center position and a peripheral position of an exposure field. When a semiconductor device is manufactured by sequentially forming patterns on the wafer, aligning a pattern to be projected with an exposure region of the wafer using the first alignment mark formed on the wafer; Measuring the position of the second alignment mark formed on the wafer, comparing the position of the second alignment mark on the mask given from the distortion or mask distortion of the exposure apparatus onto the wafer, Is to correct the relative position between the center of the pattern to be projected and the center of the exposure area so that the difference between them is minimized. It is intended.

【0015】この場合、第2のアライメントマークを複
数箇所に設け、各箇所毎に求めた差の最大値が最小とな
るように相対位置を修正することができる。
In this case, the second alignment mark can be provided at a plurality of locations, and the relative position can be corrected so that the maximum value of the difference obtained for each location is minimized.

【0016】相対位置の修正は平行移動又は回転で行う
ことができる。
The correction of the relative position can be performed by translation or rotation.

【0017】第2のアライメントマークを使用すること
によりディストーション又はマスク歪にもとづく位置合
せ誤差を求め、それを低減するように位置修正できる。
By using the second alignment mark, an alignment error based on distortion or mask distortion can be obtained, and the position can be corrected so as to reduce it.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】次に本発明の第1の実施の形態に
ついて説明する。
Next, a first embodiment of the present invention will be described.

【0019】図1は露光フィールドにおけるアライメン
トマークの配置を示す平面図で、露光フィールド内に2
つのチップ2が含まれる場合の図である。第1のアライ
メントマーク(第1のx方向アライメントマーク3−
1,第1のy方向アライメントアーク4−1の組)は図
10(b)と同様に露光フィールドの中心位置に対応し
ている。露光フィールドの4隅にそれぞれ第2のアライ
メントマーク(第2のx方向アライメントマーク3−
2、第2のy方向アライメントマーク4−2の組)が配
置されている。露光装置のディストーションによる位置
ずれ量は通常レンズ中心からの距離の大きい点で最大と
なることが多く、露光フィールドの4隅に第2のアライ
メントマークを配置したのはディストーションの最大値
を検出するためである。この露光フィールドを含むウェ
ーハの平面図を図2に示した。
FIG. 1 is a plan view showing the arrangement of alignment marks in an exposure field.
FIG. 3 is a diagram in a case where one chip 2 is included. First alignment mark (first x-direction alignment mark 3-
1, the first set of y-direction alignment arcs 4-1) corresponds to the center position of the exposure field as in FIG. 10B. At each of the four corners of the exposure field, a second alignment mark (a second x-direction alignment mark 3-
2, a set of second y-direction alignment marks 4-2). Usually, the amount of displacement due to the distortion of the exposure apparatus usually becomes maximum at a point at a large distance from the center of the lens, and the second alignment marks are arranged at the four corners of the exposure field because the maximum value of the distortion is detected. It is. FIG. 2 shows a plan view of the wafer including the exposure field.

【0020】次いで図3に示すように、ステップ41で
縮小投影露光装置にウェーハを搬送し装置のアライメン
ト光学系を通してウェーハ上の第1のアライメントマー
クの位置が計測される。次に、ステップ42で、まず従
来の方法、即ちダイバイダイ、グローバル、及び統計的
処理方法のいずれかでアライメントが行われ、露光フィ
ールド中心の位置合わせが終了する。例えば、ダイバイ
ダイアライメントならば、既にウェーハ上に形成されて
いる第1のアライメントマーク(図1の第1のx方向ア
ライメントマーク3−1,第1のy方向アライメントマ
ーク4−1)を使用して露光フィールド中心の位置合せ
を行なう。ここまでは従来通りである。
Next, as shown in FIG. 3, in step 41, the wafer is transferred to the reduction projection exposure apparatus, and the position of the first alignment mark on the wafer is measured through the alignment optical system of the apparatus. Next, in step 42, alignment is first performed by any of the conventional methods, ie, die-by-die, global, and statistical processing methods, and the alignment of the center of the exposure field is completed. For example, in the case of die-by-die alignment, the first alignment marks (the first x-direction alignment marks 3-1 and the first y-direction alignment marks 4-1 in FIG. 1) already formed on the wafer are used. To align the center of the exposure field. This is the same as before.

【0021】次に、ステップ43でウェーハ内の一箇所
の露光フィールド(選択された露光フィールド)、例え
ば図2に示めした露光フィールド6について図1に示し
た4隅の第2のアライメントマークの位置が計測され理
想格子からのずれが求められる。ディストーションの値
は箇々の投影光学系に固有であり、短期間に変動するこ
とはない。使用する縮小投影露光装置にはその装置自信
がもつディストーションを予め記憶させておく。次に、
ステップ44で、露光フィールド内のウェーハ上に形成
された4隅の第2のアライメントマークの計測値とレン
ズディストーションのデータを比較する。尚、4隅の第
2のアライメントマークを使ったアライメントは前工程
の縮小投影露光装置と現工程の縮小投影露光装置のディ
ストーションの重ね合わせになるので、基本的にウェー
ハ面内の露光フィールドの位置には依存しない。従って
図2に示した如く1露光フィールドの計測で問題は無い
が、より精度を高めるためには複数の露光フィールドを
選択しそれらを統計的に処理しても良い。
Next, in step 43, for one exposure field (selected exposure field) in the wafer, for example, the exposure field 6 shown in FIG. 2, the second alignment mark at the four corners shown in FIG. The position is measured and the deviation from the ideal lattice is determined. The distortion value is specific to each projection optical system and does not fluctuate in a short time. The reduction projection exposure apparatus to be used is stored in advance with the distortion of the apparatus itself. next,
In step 44, the measured values of the second alignment marks at the four corners formed on the wafer in the exposure field are compared with the lens distortion data. The alignment using the second alignment marks at the four corners is a superposition of the distortions of the reduced projection exposure apparatus in the previous step and the reduced projection exposure apparatus in the current step. Does not depend on Therefore, although there is no problem in measuring one exposure field as shown in FIG. 2, a plurality of exposure fields may be selected and statistically processed in order to further improve the accuracy.

【0022】図4に4隅の第2のアライメントマークの
計測値から求めた前工程露光装置結像位置16と現工程
露光装置結像位置12の関係を示した。理想格子7はデ
ィストーションの影響が全く無い場合の結像位置を示し
ている。4隅のうち第2の位置9、第3の位置10、及
び第4の位置11は前及び現工程の露光装置で露光した
際の結像位置が全く同じ位置であるとする。第1の位置
8はウェーハ上では前工程の露光装置のディストーショ
ンにより第2のベクトル18だけ外側へ移動しており、
第1の位置8の座標を(−a,b)とすると(−a−
c,b+c)で表されるものとする。一方現工程の露光
装置においては同じくディストーションにより第1の位
置8の座標が内側へ移動しその座標(−a+c,b−
c)とする。すなわち、前述した予め記憶させておいた
露光装置自信がもつディストーションは、第2〜第4の
位置では0、第1の位置8では第2のベクトル18(大
きさcの2の平方根倍)とする。
FIG. 4 shows the relationship between the image forming position 16 of the pre-process exposure apparatus and the image forming position 12 of the current process exposure apparatus obtained from the measured values of the second alignment marks at the four corners. The ideal grating 7 shows an image forming position when there is no influence of distortion. It is assumed that the second position 9, the third position 10, and the fourth position 11 of the four corners have exactly the same image forming position when exposed by the previous and current exposure apparatuses. The first position 8 has moved outward on the wafer by the second vector 18 due to the distortion of the exposure apparatus in the previous process,
Assuming that the coordinates of the first position 8 are (−a, b), (−a−
c, b + c). On the other hand, in the exposure apparatus of the present process, the coordinates of the first position 8 are similarly moved inward by the distortion, and the coordinates (-a + c, b-
c). That is, the previously stored distortion of the exposure apparatus itself is 0 at the second to fourth positions, and the second vector 18 (the square root of 2 times the size c) at the first position 8. I do.

【0023】このとき第1の露光フィールド中心14
(ステップ42で合せたときの中心)において位置誤差
が零であるとしても、第1の位置8においてはベクトル
(−2c,2c)、長さがcに2の平方根の2倍をかけ
た値(第1のベクトル17)だけの重ね合わせ誤差が発
生する。半導体装置製造工程におけるアライメントマー
ジンはチップ内で同一量であるため、重ね合わせ誤差の
最大値を抑える必要がある。
At this time, the first exposure field center 14
Even if the position error is zero at (the center when adjusted in step 42), the vector at the first position 8 is (-2c, 2c), and the length c is twice the square root of 2 An overlay error of only (first vector 17) occurs. Since the alignment margin in the semiconductor device manufacturing process is the same in the chip, it is necessary to suppress the maximum value of the overlay error.

【0024】露光フィールド中心同志の重ね合わせ誤差
を零とした場合の第1〜第4の位置8,9,10及び1
1における重ね合わせ誤差のベクトルはそれぞれ(−2
c,2c)、(0,0)、(0,0)、(0,0)とな
っている。従って、重ね合せ誤差の最大値が最小となる
位置は、第1の露光フィールド中心14に第2のベクト
ル18を加えた第2の露光フィールド中心15で与えら
れる。
The first to fourth positions 8, 9, 10 and 1 when the overlay error between the exposure field centers is zero.
1 are (−2)
c, 2c), (0, 0), (0, 0), (0, 0). Therefore, the position where the maximum value of the overlay error is minimum is given by the second exposure field center 15 obtained by adding the second vector 18 to the first exposure field center 14.

【0025】次に、ステップ45でウェーハステージを
(c,−c)だけ移動させる、言い換えれば現工程露光
装置第1の結像位置12を(−c,c)だけ移動させて
第2の結像位置13とすることにより第1〜第4の位置
における重ね合わせ誤差はそれぞれ(−c,c)、
(c,−c)、(c,−c)、(c,−c)となる。露
光フィールド中心を含めた重ね合わせ誤差の最大値はc
に2の平方根の2倍をかけた値からcに2の平方根をか
けた値へ1/2に低減する。次に、ステップ46で露光
を開始する。以下のステップは従来通りである。
Next, in step 45, the wafer stage is moved by (c, -c), in other words, the first image forming position 12 in the current exposure apparatus is moved by (-c, c), and the second stage is moved. By setting the image position 13, the overlay error at the first to fourth positions is (-c, c), respectively.
(C, -c), (c, -c), and (c, -c). The maximum value of the overlay error including the center of the exposure field is c
From the value obtained by multiplying the square root of 2 by 2 times to the value obtained by multiplying the square root of 2 by c. Next, in step 46, exposure is started. The following steps are conventional.

【0026】次に本発明の第2の実施の形態について説
明する。第1の実施の形態ではレチクル(マスク)また
はウェーハを平行移動することによりディストーション
補正を行ったが、回転による補正も可能である。図5は
第2の実施の形態における露光フィールド内のアライメ
ントマークの配置を示す平面図である。第2のアライメ
ントマークはチップの4隅ではなくチップ中心を通る
x、y軸上の最外周部に第2のx方向アライメントマー
ク3−2、2つの第2のy方向アライメントマーク4−
2として配置されている。第1のx方向アライメントマ
ーク3−1は、第1のy方向アライメントマーク4−1
と組になって第1のアライメントマークを構成するが同
時に第2のアライメントマークとして使用できる。露光
装置のディストーション(非直交性歪)を理想格子のx
軸,y軸からの傾斜角θ1〜θ4(図6)として表わす
ことにする。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment, the distortion correction is performed by moving the reticle (mask) or the wafer in parallel, but correction by rotation can also be performed. FIG. 5 is a plan view showing the arrangement of alignment marks in an exposure field according to the second embodiment. The second alignment mark is a second x-direction alignment mark 3-2 and two second y-direction alignment marks 4- at the outermost portion on the x and y axes passing through the center of the chip instead of the four corners of the chip.
2 are arranged. The first x-direction alignment mark 3-1 is the first y-direction alignment mark 4-1.
Constitutes a first alignment mark, but can be used as a second alignment mark at the same time. The distortion (non-orthogonal distortion) of the exposure apparatus is expressed as x
The angles are expressed as inclination angles θ1 to θ4 (FIG. 6) from the axis and the y-axis.

【0027】第1の実施の形態と全く同様にして、図7
のステップ71で縮小投影露光装置にウェーハをセット
し、次にステップ72で露光フィールド中心の位置合せ
を行なう。次に、ステップ73で回転方向の重ね合せ誤
差計測を行なう。すなわち、ウェーハ上に形成済の第1
のx方向アライメントアーク3−1,2つの第2のy方
向アライメントマーク4−2,第2のx方向アライメン
トマーク3−2の位置を測定し、理想格子7がらのずれ
を求めて傾斜角θ1〜θ4を求める。その測定値をθ1
0〜θ40とする。ただし、実際には、第1のアライメ
ントマーク(3−1,4−1)で定まる直線を基準にす
るのでθ30=0である。次に現露光工程における傾斜
角θ11〜θ41(予め記憶させてある)との差θ11
−θ10,θ21−θ20,θ31−θ30,θ41−
θ40を計算することによって重ね合せ誤差を得る。こ
れを改めてθ1,θ2,θ3,θ4とおく。次に、ステ
ップ74で重ね合せ誤差が最小となる回転量算出を行な
う。すなわち、例えば図8に示すフローに流い、ステッ
プ81でθ1〜θ4のうちの最大値及び最小値を抽出す
る。次に、ステップ82でΔθ=(最大値−最小値)/
2を求めθ1−Δθ,θ2−Δθ,θ3−Δθ,θ4−
Δθを求める。改めて、これらをθ1,θ2,θ3,θ
4とおき、ステップ83で最大値と最小値の絶対値を比
較し、等しければ補正量Δθが求まる。等しくなければ
ステップ81に戻って同様の手順を繰り返す。このよう
にしてステップ84で決定された補正量Δθだけレチク
ルステージを回転させる(ステップ75)。次に、ステ
ップ76で露光を開始する。
As in the first embodiment, FIG.
In step 71, the wafer is set in the reduction projection exposure apparatus, and in step 72, the center of the exposure field is aligned. Next, in step 73, the overlay error measurement in the rotation direction is performed. That is, the first formed on the wafer
Of the x-direction alignment arc 3-1, the second second y-direction alignment mark 4-2, and the position of the second x-direction alignment mark 3-2, and the deviation of the ideal lattice 7 is determined to obtain the inclination angle θ1. To θ4. The measured value is θ1
0 to θ40. However, in actuality, θ30 = 0 because the straight line determined by the first alignment mark (3-1, 4-1) is used as a reference. Next, the difference θ11 from the inclination angles θ11 to θ41 (previously stored) in the current exposure step.
−θ10, θ21−θ20, θ31−θ30, θ41−
The overlay error is obtained by calculating θ40. These are again referred to as θ1, θ2, θ3, θ4. Next, in step 74, the amount of rotation for minimizing the overlay error is calculated. That is, for example, the flow goes to the flow shown in FIG. 8, and the maximum value and the minimum value among θ1 to θ4 are extracted in step 81. Next, at step 82, Δθ = (maximum value−minimum value) /
2 is obtained and θ1-Δθ, θ2-Δθ, θ3-Δθ, θ4-
Find Δθ. Again, these are θ1, θ2, θ3, θ
In step 83, the absolute values of the maximum value and the minimum value are compared, and if they are equal, the correction amount Δθ is obtained. If not equal, the procedure returns to step 81 to repeat the same procedure. Thus, the reticle stage is rotated by the correction amount Δθ determined in step 84 (step 75). Next, in step 76, exposure is started.

【0028】次に本発明の第3の実施の形態について説
明する。以上第1及び第2の実施の形態ではディストー
ションの補正を行ってきが、近年の微細化に伴いレチク
ル製造時の位置精度誤差のアライメント精度に与える影
響が無視できなくなってきている。レチクル製造時の位
置誤差の一つとして、図9に示したレチクル内の直交度
異常である”レチクルの傾き”が発生することがある。
これはレチクルアライメントマーク20を基準位置とし
て電子ビームによる描画が行われている為、それと直交
する両方ではパターンの位置精度がやや劣ることによる
ものである。このレチクル製造誤差を補正するために
は、事前にレチクルの直交性をチェックするためのチェ
ックパターン21の座標を、例えば(株)ニコン製の光
波5iの如きレチクル位置座標測定装置により測定し理
想位置からのズレ量を算出する。このズレ量からレチク
ル中心に対する回転量を算出しレチクル固有のデータと
して露光装置に記憶させる。その後のアライメント方法
は第2実施例の形態に示した方法と同様であるが、唯一
異なる点は計測されたθ1,θ2,θ3,θ4のうちθ
1とθ4が前記算出値に基づき修正されることである。
すなわち、図7のフローでは、ステップ73で現露光工
程における傾斜角θ11〜θ41のうち、本実施の形態
ではθ21=θ31=0となる以外は全く同じである。
Next, a third embodiment of the present invention will be described. As described above, the distortion is corrected in the first and second embodiments. However, with the recent miniaturization, the influence of the positional accuracy error at the time of manufacturing the reticle on the alignment accuracy cannot be ignored. As one of the positional errors at the time of manufacturing the reticle, there is a case where "reticle tilt", which is an orthogonality abnormality in the reticle shown in FIG. 9, occurs.
This is because pattern writing is performed with the reticle alignment mark 20 as a reference position using an electron beam, and the position accuracy of the pattern is slightly inferior in both directions. In order to correct the reticle manufacturing error, the coordinates of the check pattern 21 for checking the orthogonality of the reticle in advance are measured by a reticle position coordinate measuring device such as a light wave 5i manufactured by Nikon Corporation, and the ideal position is measured. Is calculated. The amount of rotation with respect to the center of the reticle is calculated from the amount of deviation, and stored in the exposure apparatus as reticle-specific data. The subsequent alignment method is the same as the method described in the second embodiment, except for the difference between the measured θ1, θ2, θ3, and θ4.
1 and θ4 are corrected based on the calculated value.
That is, in the flow of FIG. 7, the inclination angles θ11 to θ41 in the current exposure step in step 73 are exactly the same except that in the present embodiment, θ21 = θ31 = 0.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上説明した様に本発明は、従来のアラ
イメント方法では補正できなかった露光フィールド内の
ディストーション又はレチクル製造誤差等による重ね合
わせ誤差を露光フィールド内に複数のアライメントマー
クを設置し、ディストーション又はレチクル製造誤差デ
ータと比較し、露光フィールド内の重ね合わせ誤差の最
大値を最小とする位置で露光を行うことにより、アライ
メント精度を向上させることができる。その結果、製造
工程を通して全ての露光を同一の露光装置を使用しなく
てもよくなる場合も生じ、生産性を向上させることがで
きる。
As described above, according to the present invention, a plurality of alignment marks are set in an exposure field to correct an overlay error due to a distortion or a reticle manufacturing error in the exposure field, which cannot be corrected by the conventional alignment method. By performing the exposure at a position where the maximum value of the overlay error in the exposure field is minimized in comparison with the distortion or reticle manufacturing error data, the alignment accuracy can be improved. As a result, in some cases, it is not necessary to use the same exposure apparatus for all the exposures throughout the manufacturing process, and the productivity can be improved.

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

【図1】第1の実施の形態について説明するための露光
フィールドにおけるアライメントマークの配置を示す平
面図である。
FIG. 1 is a plan view showing the arrangement of alignment marks in an exposure field for explaining a first embodiment.

【図2】第1の実施の形態について説明するためのウェ
ーハの平面図である。
FIG. 2 is a plan view of a wafer for describing a first embodiment.

【図3】第1の実施の形態について説明するためのフロ
ーチャートである。
FIG. 3 is a flowchart for explaining a first embodiment.

【図4】第1の実施の形態について説明するための前工
程及び現工程の露光装置の結晶位置を示す平面図であ
る。
FIG. 4 is a plan view illustrating a crystal position of an exposure apparatus in a previous process and a current process for describing a first embodiment.

【図5】第2の実施の形態について説明するための露光
フィールドにおけるアライメントマークの配置を示す平
面図である。
FIG. 5 is a plan view showing the arrangement of alignment marks in an exposure field for describing a second embodiment.

【図6】第2の実施の形態について説明するための非直
交性歪を示す平面図である。
FIG. 6 is a plan view illustrating non-orthogonal distortion for describing a second embodiment.

【図7】第2の実施の形態について説明するためのフロ
ーチャートである。
FIG. 7 is a flowchart for explaining a second embodiment.

【図8】第2の実施の形態における最適回転量を決定す
るためのフローチャートである。
FIG. 8 is a flowchart for determining an optimal rotation amount in the second embodiment.

【図9】レチクル製造誤差の一例を示すレチクルの平面
図である。
FIG. 9 is a plan view of the reticle showing an example of a reticle manufacturing error.

【図10】露光フィールドにおけるアライメントマーク
の配置の第1の例を示す平面図(図10(a)),第2
の例を示す平面図(図10(b))及びアライメントマ
ークの1例を示す模式図(図10(c))である。
FIG. 10 is a plan view showing a first example of the arrangement of alignment marks in an exposure field (FIG. 10A);
10 (b) and a schematic diagram (FIG. 10 (c)) showing one example of an alignment mark.

【図11】ステッパで露光した状態を示すウェーハ平面
図である。
FIG. 11 is a plan view of a wafer showing a state exposed by a stepper.

【図12】グローバルアライメントの第1の方法につい
て説明するためのウェーハ平面図である。
FIG. 12 is a wafer plan view for describing a first method of global alignment.

【図13】グローバルアライメントの第2の方法につい
て説明するためのウェーハ平面図である。
FIG. 13 is a plan view of a wafer for describing a second method of global alignment.

【図14】従来技術における前工程及び現工程の露光装
置の結像位置を示す平面図である。
FIG. 14 is a plan view showing an image forming position of an exposure apparatus in a previous step and a current step in the related art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 露光フィールド 2 チップ 3 x方向 3,3−1,3−2 x方向アライメントマーク 4,4−1,4−2 y方向アライメントマーク 5 ウェーハ 6 選択された露光フィールド 7 理想格子 8 第1の位置 9 第2の位置 10 第3の位置 11 第4の位置 12 現工程露光装置第1の結像位置 13 現工程露光装置第2の結像位置 14 第1の露光フィールド中心 15 第2の露光フィールド中心 16 前工程露光装置結像位置 17 第1のベクトル 18 第2のベクトル 19 レチクル 20 レチクルアライメントマーク 21 チェックパターン(A) 22 レチクル傾き量 23 選択されたx方向アライメントマーク 24 選択されたy方向アライメントマーク 25−3 第1のx方向アライメントマーク 25−4 第1のy方向アライメントマーク 26−3 第2のx方向アライメントマーク 26−4 第2のy方向アライメントマーク 27−3 第3のx方向アライメントマーク 27−4 第3のy方向アライメントマーク 28 グローバルアライメントマーク Reference Signs List 1 exposure field 2 chip 3 x direction 3,3-1,3-2 x direction alignment mark 4,4-1,4-2 y direction alignment mark 5 wafer 6 selected exposure field 7 ideal grating 8 first position 9 2nd position 10 3rd position 11 4th position 12 Current process exposure apparatus 1st imaging position 13 Current process exposure apparatus 2nd imaging position 14 Center of 1st exposure field 15 2nd exposure field Center 16 Image forming position of pre-process exposure apparatus 17 First vector 18 Second vector 19 Reticle 20 Reticle alignment mark 21 Check pattern (A) 22 Reticle tilt amount 23 Selected x direction alignment mark 24 Selected y direction alignment Mark 25-3 First x-direction alignment mark 25-4 First y-direction alignment mark Click 26-3 second x-direction alignment mark 26-4 second y-direction alignment mark 27-3 third x-direction alignment mark 27-4 third y-direction alignment mark 28 global alignment mark

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 露光フィールドの中心位置及び周辺位置
にそれぞれ対応する第1のアライメントマーク及び第2
のアライメントマークを有する複数のマスクを使用して
ウェーハ上にパターンを順次に形成して半導体装置を製
造する際に、前記ウェーハ上に形成済の第1のアライメ
ントマークを使用して前記ウェーハの露光領域と投影す
べきパターンの位置合せを行なう工程と、前記ウェーハ
上に形成済の第2のアライメントマークの位置を測定
し、露光装置のディストーション又はマスク歪から与え
られるマスク上の第2のアライメントマークが前記ウェ
ーハ上に投影される位置と比較し、両者の差が最小とな
るように投影すべきパターンの中心と前記露光領域の中
心の相対位置を修正することを特徴とするアライメント
方法。
1. A first alignment mark and a second alignment mark respectively corresponding to a center position and a peripheral position of an exposure field.
When a semiconductor device is manufactured by sequentially forming patterns on a wafer using a plurality of masks having alignment marks, the wafer is exposed using the first alignment marks formed on the wafer. Aligning an area with a pattern to be projected, measuring the position of a second alignment mark formed on the wafer, and adjusting the position of the second alignment mark on the mask from distortion or mask distortion of the exposure apparatus Comparing the position of the pattern to be projected onto the wafer and correcting the relative position between the center of the pattern to be projected and the center of the exposure region so that the difference between the two is minimized.
【請求項2】 第2のアライメントマークを複数箇所に
設け、各箇所毎に求めた差の最大値が最小となるように
相対位置を修正する請求項1記載のアライメント方法。
2. The alignment method according to claim 1, wherein the second alignment mark is provided at a plurality of locations, and the relative position is corrected so that the maximum value of the difference obtained for each location is minimized.
【請求項3】 平行移動で相対位置の修正を行なう請求
項1又は2記載のアライメント方法。
3. The alignment method according to claim 1, wherein the relative position is corrected by translation.
【請求項4】 回転で相対値の修正を行なう請求項1又
は2記載のアライメント方法。
4. The alignment method according to claim 1, wherein the relative value is corrected by rotation.
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