JP2829649B2 - Alignment device - Google Patents
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- JP2829649B2 JP2829649B2 JP1290021A JP29002189A JP2829649B2 JP 2829649 B2 JP2829649 B2 JP 2829649B2 JP 1290021 A JP1290021 A JP 1290021A JP 29002189 A JP29002189 A JP 29002189A JP 2829649 B2 JP2829649 B2 JP 2829649B2
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- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
- G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
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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】 [産業上の利用分野] この発明は、露光装置内に用いられてマスク等の原版
と半導体ウエハ等の被露光基板との相対位置合わせを高
精度に行なうアライメント装置に関する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an alignment apparatus used in an exposure apparatus for performing high-accuracy relative alignment between an original such as a mask and a substrate to be exposed such as a semiconductor wafer. .
[従来の技術] 半導体集積回路を製造するための露光装置において
は、集積回路のパターンが形成されたマスクとこのパタ
ーンを転写しようとする半導体ウエハとを露光前に高精
度に重ね合わせする必要がある。例えば、256メガビッ
トDRAMクラスの集積回路の場合、パターンの線幅は0.25
ミクロン程度であり、重ね合わせ精度は誤差0.06ミクロ
ン以下が要求される。2. Description of the Related Art In an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor integrated circuit, a mask on which a pattern of an integrated circuit is formed and a semiconductor wafer to which the pattern is to be transferred need to be overlapped with high accuracy before exposure. is there. For example, in the case of a 256 megabit DRAM class integrated circuit, the pattern line width is 0.25
It is on the order of microns, and the overlay accuracy is required to be 0.06 microns or less.
しかしながら、従来のアライメント装置を用いては、
このような高精度の位置合わせは困難であった。However, using a conventional alignment device,
Such high-precision positioning has been difficult.
[発明が解決しようとする課題] この発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてな
されたもので、より高精度の位置合せが可能なアライメ
ント装置を提供することを目的とする。[Problems to be Solved by the Invention] The present invention has been made in view of such problems of the related art, and an object of the present invention is to provide an alignment apparatus capable of performing more accurate alignment.
[課題を解決するための手段] 上記目的を達成するためこの発明では、被露光基板と
原版との相対位置ずれ量を検出する計測手段と、前記相
対位置ずれを補正すべく前記基板および原版の少なくと
も一方を補正駆動する補正駆動手段と、前記相対位置ず
れ量が所定のトレランス内に入っているか否かを判定し
て前記補正駆動手段の動作を制御する制御手段と具備す
るアライメント装置において、前記相対位置ずれ量が前
記トレランス内に入っていても、少なくとも1回の前記
補正駆動を行なうようにしたことを特徴としている。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a measuring means for detecting a relative displacement amount between a substrate to be exposed and an original, and a measuring means for correcting the relative displacement between the substrate and the original. An alignment apparatus comprising: a correction driving unit that corrects and drives at least one of them; and a control unit that determines whether the relative positional deviation amount is within a predetermined tolerance and controls an operation of the correction driving unit. The apparatus is characterized in that at least one correction drive is performed even if the relative displacement is within the tolerance.
この発明の一態様においては、前記相対位置ずれ量が
前記トレランス内に入ってから、最後に1回は前記補正
駆動を行なうようにしている。In one embodiment of the present invention, the correction driving is performed once at the end after the relative displacement has entered the tolerance.
この動作は、例えば、先ず、前記計測手段で計測され
た相対位置ずれ量に基づいて前記補正駆動を行ない、そ
の後、直前の補正駆動で補正された相対位置ずれ量に対
して前記判定処理を実行することにより実現される。In this operation, for example, first, the correction drive is performed based on the relative position shift amount measured by the measuring unit, and then the determination process is performed on the relative position shift amount corrected by the immediately preceding correction drive. It is realized by doing.
[作用] 従来のアライメント装置においては、原版、例えばマ
スク上に形成されたアライメントマークと被露光基板、
例えば半導体ウエハ上に形成されたアライメントマーク
とのX,Y座標軸に平行な方向の直線ずれ量を計測し、複
数対のマスク上およびウエハ上マイクから得られる複数
の直線ずれ量データΔXm,ΔYnを基にマスクとウエハと
のショット全体での直線ずれ量(ΔX,ΔY)および回転
ずれ量(Δθ)を算出する。そして、これらのずれ量
(ΔX,ΔY,Δθ)が所定のトレランス内にあるか否かを
判定し、トレランス内にあればそこで位置合わせ処理を
終了し、トレランス外であれば前記算出結果に基づいて
マスクとウエハを相対的に補正駆動することによりマス
クとウエハとを位置合わせしている。[Operation] In a conventional alignment apparatus, an alignment mark formed on an original, for example, a mask and a substrate to be exposed,
For example, a linear deviation amount in a direction parallel to the X, Y coordinate axes with an alignment mark formed on a semiconductor wafer is measured, and a plurality of linear deviation amount data ΔX m , ΔY obtained from a plurality of pairs of masks and on-wafer microphones. Based on n , a linear shift amount (ΔX, ΔY) and a rotational shift amount (Δθ) of the entire shot between the mask and the wafer are calculated. Then, it is determined whether or not these deviation amounts (ΔX, ΔY, Δθ) are within a predetermined tolerance. If the deviation amounts are within the tolerance, the positioning process is terminated. The mask and the wafer are positioned relative to each other by correcting and driving the mask and the wafer relatively.
ここで、第10図を用いて説明すると、前記トレランス
の値Tは、一般に、直線ずれ量計測系の誤差(AA計測誤
差)a、温度やプロセス等に起因するマスク上アライメ
ントマークとウエハ上アライメントマークの位置誤差
(M−W誤差)b、ならびにマスクおよびウエハを所望
位置に位置決めするためのサーボによるステージの微小
振動やステージ位置検出系(例えばレーザ干渉計)の計
測誤差等に起因する位置誤差(ステージ安定性)cの総
和(a+b+c)に多少の余裕を持たせた値が設定され
る。このトレランス値Tが露光装置における重ね合わせ
(位置合わせ)精度を充分に満たす範囲のものでなけれ
ばならないことは勿論であり、各計測系、アライメント
マーク、およびステージ安定性等は極めて高精度である
ことが前提となる。Here, with reference to FIG. 10, the value T of the tolerance generally indicates an error (AA measurement error) a in the linear deviation amount measurement system, an alignment mark on the mask caused by a temperature or a process, and an alignment mark on the wafer. Position error (MW error) b of the mark, position error caused by minute vibration of the stage by a servo for positioning the mask and the wafer at a desired position, measurement error of a stage position detection system (for example, a laser interferometer), and the like. (Stage stability) A value is set by giving a margin to the sum (a + b + c) of c. It is needless to say that the tolerance value T must be in a range that sufficiently satisfies the overlay (alignment) accuracy in the exposure apparatus, and each measurement system, alignment mark, stage stability, and the like are extremely high in accuracy. It is assumed that
このようなアライメント装置においては、例えばウエ
ハをアライメント位置に送り込んだ際に計測および算出
されたずれ量(ΔX,ΔY,Δθ)が偶々前記トレランスT
内に入っているとそのままの状態で位置合わせ処理を終
了する。しかしながら、この算出ずれ量(ΔX,ΔY,Δ
θ)は、前記各誤差a,b,cを含んでいるので、算出ずれ
量がトレランスT内であっても真のずれ量は目標値0に
対して±(T+a+b+c)の範囲にあることになる。
つまり、従来のアライメント装置では、トレランス値を
Tとすると、実際の位置合わせ誤差は、±(T+a+b
+c)となり、前記各誤差の総和(a+b+c)の2倍
以上となる。In such an alignment apparatus, for example, the deviation amount (ΔX, ΔY, Δθ) measured and calculated when the wafer is sent to the alignment position is accidentally set to the tolerance T.
If it is within the position, the positioning process is terminated as it is. However, the calculated shift amounts (ΔX, ΔY, Δ
θ) includes the respective errors a, b, and c, so that the true deviation is within ± (T + a + b + c) with respect to the target value 0 even if the calculated deviation is within the tolerance T. Become.
That is, in the conventional alignment apparatus, when the tolerance value is T, the actual alignment error is ± (T + a + b
+ C), which is more than twice the sum (a + b + c) of the respective errors.
なお、前記トレランス値Tを前記総和(a+b+c)
より小さくすることは、このトレランス内に位置合わせ
されることを偶発的な要素に負うこととなり、位置合わ
せに長時間を要したり、位置合わせが困難になるので得
策ではない。Note that the tolerance value T is calculated by the sum (a + b + c).
Making it smaller is not advisable, as it entails an accidental factor that alignment within this tolerance can take a long time or make alignment difficult.
一方、この発明では、前記算出ずれ量がトレランス内
に入っているか否かにかかわらず必ず1回は補正駆動を
実行する。この場合、真のずれ量がAである点の算出ず
れ量はA±(a+b+c)となるから、少なくとも1回
補正駆動した後の真のずれ量はA−{A±(a+b+
c)}=±(a+b+c)となる。トレランス値Tは前
述のように各誤差の総和(a+b+c)より大きく設定
されるため、この最低1回の補正駆動によって、位置合
わせ誤差は必ずトレランス内に入る。したがって、この
発明によれば、位置合わせ誤差は、必ずトレランス値T
よりも小さくなり、計測系やステージ系等の精度が同等
の従来装置より精度を向上させることができる。On the other hand, in the present invention, the correction drive is always performed at least once regardless of whether the calculated deviation amount is within the tolerance. In this case, since the calculated shift amount at the point where the true shift amount is A is A ± (a + b + c), the true shift amount after at least one correction drive is A−AA ± (a + b +
c)} = ± (a + b + c). Since the tolerance value T is set to be larger than the sum of the errors (a + b + c) as described above, the alignment error always falls within the tolerance by at least one correction drive. Therefore, according to the present invention, the alignment error always becomes the tolerance value T
And the accuracy of the measurement system, the stage system, and the like can be improved as compared with the conventional device having the same accuracy.
[効果] 以上のように、この発明によれば、アライメント精度
を向上させることができる。[Effects] As described above, according to the present invention, alignment accuracy can be improved.
[実施例] 第1図は、この発明の一実施例に係るステップアンド
リピート露光装置(ステッパ)のマスクウエハアライメ
ントおよび露光ステージ部分の構成を示す。同図におい
て、1は露光光、例えばSORから放射されるX線であ
る。2は転写すべきパターンを形成されたマスクであ
る。3はマスクのパターンを転写されるウエハ、4はマ
スク2をその面内で回転させるためのマスクθステー
ジ、5はウエハ3をその面内で回転させるためのθ粗動
ステージ、6はウエハ3をマスク2と所定のプロキシミ
テイギャップを介して対向させる際ウエハ3をZ(露光
光へ向かう方向に移動),ωX(X軸回りに回転),ω
Y(Y軸回りに回転)駆動するためのZチルトステー
ジ、7はウエハ3をその面内で微小回転させるためのθ
微動ステージ、8はウエハをX方向に微小駆動するため
のX微動ステージ、9はウエハをY方向に微小駆動する
ためのY微動ステージ、10はX粗動ステージ、11はY粗
動ステージである。θ粗動ステージ5、Zチルトステー
ジ6、θ微動ステージ7、X微動ステージ8、Y微動ス
テージ9、X粗動ステージ10、およびY粗動ステージ11
はウエハステージ24を構成している。Embodiment FIG. 1 shows a configuration of a mask wafer alignment and an exposure stage portion of a step and repeat exposure apparatus (stepper) according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes exposure light, for example, X-rays emitted from SOR. Reference numeral 2 denotes a mask on which a pattern to be transferred is formed. Reference numeral 3 denotes a wafer to which a pattern of a mask is transferred, 4 denotes a mask θ stage for rotating the mask 2 in its plane, 5 denotes a coarse movement stage for rotating the wafer 3 in its plane, and 6 denotes a wafer 3 (Moves in the direction toward the exposure light), ω X (rotates around the X axis), ω
A Z tilt stage 7 for driving Y (rotating around the Y axis); and 7 for rotating the wafer 3 minutely in its plane.
A fine movement stage, 8 is an X fine movement stage for finely driving the wafer in the X direction, 9 is a Y fine movement stage for finely driving the wafer in the Y direction, 10 is an X coarse movement stage, and 11 is a Y coarse movement stage. . θ coarse movement stage 5, Z tilt stage 6, θ fine movement stage 7, X fine movement stage 8, Y fine movement stage 9, X coarse movement stage 10, and Y coarse movement stage 11.
Constitutes a wafer stage 24.
12はマスク2上およびウエハ3上に形成されているア
ライメントマークに光を照射し、これらのマークからの
散乱光を検出するピックアップである。この実施例にお
いて、アライメントマークはウエハ3上の各ショットの
スクライブライン上にそのショットの各辺の近傍に優先
マーク1個と予備マークを1個ずつ計8個が形成されて
いる。1個のアライメントマークとしては、第2図に示
すように、そのマークが配置されている辺に平行な方向
のマスク−ウエハ重ね合わせ誤差を検出するためのAAマ
ーク201およびマスク2とウエハ3の間隔を検出するた
めのAFマーク202となる回折格子が先行プロセスにおい
て半導体回路パターンとともに形成されている。マスク
2上にもこれらのウエハ3上アライメントマークと対と
なる8個のアライメントマーク203,204が転写しようと
する半導体回路パターンとともに金等で形成されてい
る。Reference numeral 12 denotes a pickup that irradiates light to alignment marks formed on the mask 2 and the wafer 3 and detects scattered light from these marks. In this embodiment, a total of eight alignment marks are formed on the scribe line of each shot on the wafer 3 in the vicinity of each side of the shot, one priority mark and one spare mark. As shown in FIG. 2, one alignment mark includes an AA mark 201 for detecting a mask-wafer overlay error in a direction parallel to a side where the mark is arranged, and an AA mark 201 for detecting a mask 2 and a wafer 3. A diffraction grating serving as an AF mark 202 for detecting an interval is formed together with a semiconductor circuit pattern in a preceding process. Eight alignment marks 203 and 204 that are paired with the alignment marks on the wafer 3 are also formed on the mask 2 with gold or the like together with the semiconductor circuit pattern to be transferred.
第2図において、205は発光素子である半導体レー
ザ、206は半導体レーザ205から出力される光束を平行光
にするコリメータレンズ、207は半導体例レーザ205から
出力されコリメータレンズ206で平行光とされた投光ビ
ーム、208はウエハ上AAマーク201とマスク上AAマーク20
3により構成される光学系によって位置ずれ情報(AA情
報)を与えられたAA受光ビーム、209はウエハ上AFマー
ク202とマスク上AFマーク204により構成される光学系に
よってギャップ情報(AF情報)を与えられたAF受光ビー
ム、210はAA受光ビーム208により形成されるAA受光スポ
ット211の位置をAA情報として電気信号に変換する例え
ばCCD等のラインセンサであるAAセンサ、212はAF受光ビ
ーム209により形成されるAF受光スポット213の位置をAF
情報として電気信号に変換する例えばCCD等のラインセ
ンサであるAFセンサである。In FIG. 2, reference numeral 205 denotes a semiconductor laser which is a light emitting element, reference numeral 206 denotes a collimator lens that converts a light beam output from the semiconductor laser 205 into parallel light, and reference numeral 207 denotes output from the semiconductor example laser 205 and is converted into parallel light by the collimator lens 206. Projection beam 208, AA mark 201 on wafer and AA mark 20 on mask
An AA light receiving beam to which positional shift information (AA information) is given by an optical system composed of 3; 209 is a gap information (AF information) by an optical system composed of an AF mark 202 on a wafer and an AF mark 204 on a mask. A given AF light receiving beam, 210 is an AA sensor which is a line sensor such as a CCD for converting the position of the AA light receiving spot 211 formed by the AA light receiving beam 208 into an electric signal as AA information, and 212 is an AF light receiving beam 209. AF position of the AF spot 213 to be formed
It is an AF sensor that is a line sensor such as a CCD that converts the information into an electric signal.
第3図は、第1図の露光装置の制御系の構成を示す。
第1図の装置は、SORから水平方向のシートビーム状に
放射されるX線を鉛直方向に拡大して面状ビーム化する
ミラーユニット、マスクとウエハをアライメントするア
ライメントユニットとアライメントされたマスクとウエ
ハに前記面状X線で露光する露光ユニットとを含む本体
ユニット、ミラーユニットおよび本体ユニットの姿勢を
それぞれ制御する姿勢制御ユニット、ならびにミラーユ
ニットおよび本体ユニットの雰囲気を制御するためのチ
ャンバーおよび空調ユニット等を備えている。FIG. 3 shows a configuration of a control system of the exposure apparatus shown in FIG.
The apparatus shown in FIG. 1 includes a mirror unit that expands an X-ray radiated from an SOR into a sheet beam in a horizontal direction in the vertical direction to form a planar beam, an alignment unit that aligns a mask and a wafer, and an aligned mask. A body unit including an exposure unit for exposing the wafer with the planar X-ray, a posture control unit for controlling the postures of the mirror unit and the body unit, and a chamber and an air conditioning unit for controlling the atmosphere of the mirror unit and the body unit Etc. are provided.
第3図において、301はこの装置全体の動作を制御す
るためのメインプロセッサユニット、302はメインプロ
セッサユニット301と本体ユニットとを接続する通信回
線、303は本体側通信インターフェイス、304は本体コン
トロールユニット、305はピックアップステージ制御
部、307および306,308は本体ユニット内で本体コントロ
ールユニット304とファインアライメント用のθ,X,Y微
動ステージおよびマスクθステージを駆動するためのフ
ァインAA/AF制御部309a,309b,309c,309dとを接続する通
信回線および通信インターフェイス、311および310,312
は本体ユニット内で本体コントロールユニット304とウ
エハのプリアライメントおよびステップ移動を制御する
ためのステージ制御部313とを接続する通信回線および
通信インターフェイスである。In FIG. 3, reference numeral 301 denotes a main processor unit for controlling the operation of the entire apparatus, 302 denotes a communication line connecting the main processor unit 301 and the main unit, 303 denotes a main body side communication interface, 304 denotes a main unit control unit, 305 is a pickup stage control unit, and 307 and 306, 308 are fine AA / AF control units 309a, 309b, for driving the θ, X, Y fine movement stage and the mask θ stage for fine alignment with the main unit control unit 304 and the main unit in the main unit. Communication line and communication interface connecting to 309c, 309d, 311 and 310,312
Reference numeral denotes a communication line and a communication interface for connecting the main body control unit 304 and the stage control unit 313 for controlling pre-alignment and step movement of the wafer in the main body unit.
第4図は、ステップアンドリピートの露光方式を示し
た図である。説明を簡潔にするために、第1図に対し、
マスク2の駆動手段であるマスクθステージ4、ウエハ
3の駆動手段であるウエハステージ24、ピックアップ12
の駆動手段であるピックアップステージ13は省略してい
る。FIG. 4 is a diagram showing a step-and-repeat exposure method. For simplicity, for FIG. 1,
The mask θ stage 4 as a driving unit of the mask 2, the wafer stage 24 as a driving unit of the wafer 3, and the pickup 12
The pickup stage 13 which is a driving means of the above is omitted.
同図において、12(12a〜12d)はマスク2とウエハ3
のアライメント用のピックアップ、418はマスク上に描
かれている転写パターン、419は先行プロセスによって
ウエハ上に形成されている転写済パターン、420はマス
クをウエハステージに対して合わせるためのマスクアラ
イメント用マーク、421転写パターン418と転写済パター
ン419を合わせるためのマスク上アライメントマーク、4
22は同目的のウエハ上アライメントマーク、423は同目
的でピックアップ12から投射される投光ビーム、401は
ショット間のスクライブラインであり、このスクライブ
ライン上にマスク上アライメントマーク421およびウエ
ハ上アライメントマーク422が描かれている。In the figure, reference numeral 12 (12a to 12d) denotes a mask 2 and a wafer 3
418 is a transfer pattern drawn on the mask, 419 is a transferred pattern formed on the wafer by the preceding process, and 420 is a mask alignment mark for aligning the mask with the wafer stage , 421 alignment marks on the mask to align the transferred pattern 418 with the transferred pattern 419, 4
22 is an alignment mark on the wafer for the same purpose, 423 is a light beam projected from the pickup 12 for the same purpose, 401 is a scribe line between shots, and an alignment mark 421 on the mask and an alignment mark on the wafer are provided on the scribe line. 422 is drawn.
マスク2とウエハ3とを位置合わせするには、先ず、
マスク2とウエハ3が対向して支持された状態で、ピッ
クアップ12a〜12dから投光ビーム423を投射して各々対
応するマスク上アライメントマーク421とウエハ上アラ
イメントマーク422を通してマスクとウエハ間のギャッ
プを測定する。4つのピックアップから得られた情報を
もとに、ギャップ補正駆動量を計算し、ウエハステージ
24(不図示)を駆動することによってマスクとウエハ間
のギャップを露光ギャップに設定する。To align the mask 2 and the wafer 3, first,
In a state where the mask 2 and the wafer 3 are supported to face each other, light beams 423 are projected from the pickups 12a to 12d, and a gap between the mask and the wafer is formed through the corresponding alignment mark 421 on the mask and alignment mark 422 on the wafer. Measure. Based on information obtained from the four pickups, a gap correction driving amount is calculated, and the wafer stage is driven.
By driving 24 (not shown), the gap between the mask and the wafer is set to the exposure gap.
次に、ピックアップ12a〜12dから投光ビーム423を投
射して、各々対応するマスク上アライメントマーク421
とウエハ上アライメントマーク422とのマスクおよびウ
エハの平面方向のずれ量を計測する。4つのピックアッ
プから得られた情報をもとに、ショット全体の補正駆動
量を計算し、マスクθステージ4(不図示)およびウエ
ハステージ24(不図示)を駆動することによってマスク
上に描かれている転写パターン418とウエハ上の転写済
パターン419とのアライメントをとる。アライメントが
とれたら、露光して転写パターン418をウエハ3の上に
転写する。そしてウエハステージ24(不図示)を駆動し
て次の露光ショットがマスクの下に来るようにする。同
様にしてアライメントおよび露光を繰り返して、全ての
ショットを露光する。Next, light beams 423 are projected from the pickups 12a to 12d, and the corresponding alignment marks 421 on the mask are respectively projected.
Of the mask and the alignment mark 422 on the wafer in the plane direction of the mask and the wafer are measured. Based on the information obtained from the four pickups, the correction drive amount of the entire shot is calculated, and the mask is moved on the mask by driving the mask θ stage 4 (not shown) and the wafer stage 24 (not shown). The transferred pattern 418 is aligned with the transferred pattern 419 on the wafer. When the alignment is achieved, exposure is performed to transfer the transfer pattern 418 onto the wafer 3. Then, the wafer stage 24 (not shown) is driven so that the next exposure shot comes under the mask. Similarly, the alignment and the exposure are repeated to expose all the shots.
第5図は、ステップアンドリピート露光シーケンスの
1バッチ分のフローチャートである。1バッチとは1ウ
エハにマスクを途中で交換しないで焼き付けられる単位
である。開始状態では、マスク2およびウエハ3はそれ
ぞれマスクθステージ4およびウエハステージ24にチャ
ッキングされ、ピックアップ12はAF(オートフォーカ
ス)/AA(オートアライメント)計測のために投光ビー
ム423をマスク上アライメントマーク421のそれぞれに照
射している。FIG. 5 is a flowchart for one batch of the step-and-repeat exposure sequence. One batch is a unit that can be printed on one wafer without replacing the mask in the middle. In the start state, the mask 2 and the wafer 3 are chucked by the mask θ stage 4 and the wafer stage 24, respectively, and the pickup 12 aligns the projection beam 423 on the mask for AF (auto focus) / AA (auto alignment) measurement. Each of the marks 421 is irradiated.
まず、ステップ501では、マスクの交換の要否を判断
する。現在チャッキングされているマスクで露光する場
合はステップ504に、マスクを交換して露光する場合は
ステップ502に進む。ステップ502では、現在チャッキン
グされているマスクをマスクトラバーサ(不図示)を用
いてマスクステージ4からはずしてマスクカセット(不
図示)に収納し、露光に用いるマスクをマスクトラバー
サを用いてマスクカセットから取りだしてマスクステー
ジ4にチャッキングする。そして、ステップ503でピッ
クアップ12を用いて、マスク2に描かれているマスクア
ライメント用マーク420とウエハステージ上に設けられ
ている基準マーク(不図示)とのアライメントをとる。First, in step 501, it is determined whether or not the mask needs to be replaced. The process proceeds to step 504 when exposing with the currently chucked mask, and proceeds to step 502 when exposing with the mask replaced. In step 502, the currently chucked mask is detached from the mask stage 4 using a mask traverser (not shown) and stored in a mask cassette (not shown), and the mask used for exposure is removed from the mask cassette using a mask traverser. Take it out and chuck it on the mask stage 4. In step 503, the pickup 12 is used to align the mask alignment mark 420 drawn on the mask 2 with a reference mark (not shown) provided on the wafer stage.
次にステップ504で、ウエハステージ24を駆動して、
今露光しようとするウエハ上の位置(ショット位置、す
なわち転写済パターン419)と、マスク上の転写パター
ン418とを対向させる。そして、ステップ505で、マスク
上アライメントマーク421およびウエハ上アライメント
マーク422とを用いてマスクとウエハ間のギャップを計
測してz方向とチルトの補正駆動を行なう。AFが終了す
ると、ステップ506で、マスク上アライメトマーク421お
よびウエハアライメントマーク422とを用いてマスクと
ウエハ間のX,Y方向のずれを計測して補正駆動を行な
い、AAを行なう。AA(ステップ506)の詳細な処理内容
は後述する。Next, in step 504, the wafer stage 24 is driven,
The position (shot position, that is, the transferred pattern 419) on the wafer to be exposed now is opposed to the transfer pattern 418 on the mask. In step 505, the gap between the mask and the wafer is measured using the on-mask alignment mark 421 and the on-wafer alignment mark 422, and the z-direction and tilt correction driving is performed. When the AF is completed, in step 506, the displacement in the X and Y directions between the mask and the wafer is measured using the alignment mark 421 on the mask and the wafer alignment mark 422 to perform the correction drive, and AA is performed. Detailed processing contents of AA (step 506) will be described later.
AAが終了すると、ステップ507で1ショット露光を行
ない、ステップ508で次の露光ショットの有無を判断
し、あればステップ504に戻り、なければ終了する。When AA is completed, one-shot exposure is performed in step 507, and the presence or absence of the next exposure shot is determined in step 508. If there is, the process returns to step 504;
第6図は、第5図ステップ506のAA処理の内容を記し
たフローチャートである。1ショットについてのAA計
測、X,Y,θのずれ量計算、補正駆動を表わしている。FIG. 6 is a flowchart showing the contents of the AA process in step 506 in FIG. It shows AA measurement for one shot, X, Y, θ deviation amount calculation, and correction driving.
まず、ステップ601で今露光するショット(現ショッ
ト)のウエハ上におけるレイアウトチェックを行う。1
ウエハのショット・レイアウトの一例を第7図に示す。
S1〜S3はショットである。1ショットのアライメントマ
ーク配置を第8図に示す。a〜dはマスクとウエハのず
れを計測するための優先マーク、a′〜d′は予備マー
クであり、マスクとウエハの双方に設けられている。そ
れぞれのマークはその位置でのXまたはY方向どちらか
一方のずれを検出することができ、a,a′,b,b′ではX
方向、c,c′,d,d′ではY方向のずれを検出できる。従
って、1ショットのX,Y,θずれを知るためには、最低3
つの辺上にあるマークの計測が必要である。First, in step 601, a layout check on the wafer of the shot to be exposed (current shot) is performed. 1
FIG. 7 shows an example of a shot layout of a wafer.
S1 to S3 are shots. FIG. 8 shows the alignment mark arrangement for one shot. a to d are priority marks for measuring the displacement between the mask and the wafer, and a 'to d' are preliminary marks, which are provided on both the mask and the wafer. Each mark can detect a displacement in either the X or Y direction at that position, and a, a ', b, b'
In the directions c, c ', d, d', a shift in the Y direction can be detected. Therefore, in order to know the X, Y, θ shift of one shot, at least 3
Measurement of marks on two sides is required.
今、ショットS1を露光しようとする場合には、ショッ
ト全体がウエハ上にあるので、全マークa〜dが計測可
能である。故に、ステップ602に進んで各ピックアップ1
2からAA用の投光ビーム423を投射することにより、4点
での計測を行ない、ステップ603で計測結果のチェック
を行なう。ここでは、マークの欠損やつぶれによる計測
不能やマスク2とウエハ3とのずれが大きいために発生
する計測エラーをはじく。When the shot S1 is to be exposed, all marks a to d can be measured because the entire shot is on the wafer. Therefore, proceed to step 602 to select each pickup 1
By projecting the light projecting beam 423 for AA from 2, measurement is performed at four points, and the measurement result is checked in step 603. Here, a measurement error caused by a measurement failure due to a missing or crushed mark or a large shift between the mask 2 and the wafer 3 is repelled.
ウエハとマスクとのX,Y方向のずれ量に対するピック
アップ12からの出力信号の特性を示すグラフを第9図に
示す。同図のずれ量対出力特性が線形な領域(ゾーン
I)と非線形であるが線形領域に引き続き単調変化を示
す領域(ゾーンII)がAA計測レンジであり、ゾーンIII
が計測エラーとなってステップ603ではじかれる領域で
ある。4マークとも計測できた時には4点OKとしてステ
ップ604でX,Y,θずれ量計算を行なった後、ステップ605
へ進む。ステップ603で3マークのみ計測できた場合は
3点OKとして、上述した4点計測のシーケンス(ステッ
プ602〜604)からステップ601で分岐した3点計測のシ
ーケンス(ステップ607〜609)のステップ609に合流す
る。また、2マーク以下しか計測できなかった場合に
は、NGとして2点以下の計測のシーケンス(ステップ61
0〜613)のステップ612に進んでNGだったマークに対応
する予備マークの計測を行なう。FIG. 9 is a graph showing the characteristics of the output signal from the pickup 12 with respect to the amount of displacement between the wafer and the mask in the X and Y directions. In the figure, the AA measurement range is the AA measurement range, and the area (Zone II) where the shift amount vs. output characteristic is non-linear and monotonous following the linear area is nonlinear.
Is an area where a measurement error occurs and is repelled in step 603. When all four marks can be measured, four points are determined to be OK, and the X, Y, and θ shift amounts are calculated in step 604.
Proceed to. If only three marks can be measured in step 603, it is determined that three points are OK, and the process proceeds from the above-described four-point measurement sequence (steps 602 to 604) to step 609 of the three-point measurement sequence (steps 607 to 609) branched in step 601. Join. If only two marks or less can be measured, the measurement sequence for two or less points is determined as NG (step 61).
The process proceeds to step 612 of (0 to 613) to measure a preliminary mark corresponding to the mark that was NG.
第7図におけるショットS2を露光しようとした時、第
8図のaのマークはウエハからはずれてしまうので、3
点の計測となり、ステップ601から分岐してステップ607
でマークaを除く3点のAA計測を行なう。そしてステッ
プ608でステップ603と同様に計測結果チェックを行な
い、3点OKならばステップ609に進み、NGならば前記ス
テップ612に合流する。ステップ609では、4点計測シー
ケンスのステップ603で分岐してきたものも含め、3点
データによるX,Y,θ補正量計算を行なう。今、aが計測
不能で、b,c,dからそれぞれマスクとウエハのずれ量計
測データΔXD,ΔYL,ΔYRが得られたとすると、ショット
全体のずれ量ΔX,ΔY,Δθ,は ΔX=ΔXD+Δθ・LX/2 ΔY=(ΔYL+ΔYR)/2 Δθ=(ΔYL−ΔYR)/LY で求められる。それぞれのずれ量の符号を反転させたも
のが補正量となる。LXおよびLYは、それぞれ同方向のず
れを検出するマーク間の距離であり、後述するステップ
1006で得られる値または設計値が用いられる。a以外の
マークが計測不能であった時も計測不能マーク以外の3
点の計測データから3つの未知数ΔX,ΔY,Δθを求める
ことができる。そして、ステップ605でX,Y,θの補正駆
動を行なう。When the shot S2 in FIG. 7 is to be exposed, the mark a in FIG.
The point is measured, branching from step 601 and step 607
Performs AA measurement at three points excluding mark a. In step 608, the measurement result is checked in the same manner as in step 603. If three points are OK, the process proceeds to step 609; In step 609, X, Y, and θ correction amounts are calculated based on the three-point data, including those branched in step 603 of the four-point measurement sequence. Assuming that a cannot be measured and that displacement data ΔX D , ΔY L , and ΔY R of the mask and the wafer are obtained from b, c, and d, respectively, the displacements ΔX, ΔY, Δθ of the entire shot are represented by ΔX = ΔX D + Δθ · L X / 2 ΔY = (ΔY L + ΔY R ) / 2 Δθ = (ΔY L −ΔY R ) / L Y The value obtained by inverting the sign of each shift amount is the correction amount. L X and L Y are the distances between marks for detecting displacement in the same direction, respectively.
The value or design value obtained in 1006 is used. When marks other than a cannot be measured, 3
Three unknowns ΔX, ΔY, Δθ can be obtained from the measured data of the points. Then, in step 605, correction driving of X, Y, θ is performed.
第7図におけるショットS3を露光しようとした時に
は、第8図のbとcしか計測できない。d′の計測は可
能であるが、ピックアップの形状とマーク配置によって
ピックアップ同士が干渉するので本実施例では、d′の
計測は後で行なう。When shot S3 in FIG. 7 is to be exposed, only b and c in FIG. 8 can be measured. Although the measurement of d 'is possible, in the present embodiment, the measurement of d' is performed later because the pickups interfere with each other depending on the shape and mark arrangement of the pickup.
まず、ステップ601からステップ610に分岐し、bとc
の2マークのAA計測を行なう。そしてステップ611で計
測結果チェックを行ない、ステップ612で不足分データ
を補足する。このステップ612に4点計測や3点計測か
らエラー分岐してきたものが合流する。ショットS3のよ
うに2点以下の計測しかできていない場合には前述のよ
うにd′が計測可能なのでdに対応するピックアップ12
dをピックアップステージ13dを用いて駆動して予備マー
クd′の上に移動させ、d′計測を行なう。4点計測や
3点計測からNGで合流してきた場合には、NGだったマー
クに対応する予備マークの計測を行なう。ここでピック
アップ12を移動したら、計測終了後、次のショットの計
測のためにピックアップ位置を元に戻しておく必要があ
る。そしてステップ613で有効データ数の総数を調べ、
4点ならばステップ604に、3点ならばステップ609に進
んでX,Y,θずれ量計算を行なう。それでも2点以下しか
得られなかった場合には、エラー終了となり、マニュア
ルアライメントを行なうか、そのショットを飛ばして次
のショットに移る。あるいは、周囲のショットの情報か
ら推定してアライメントを行ない、露光することもでき
る。First, the process branches from step 601 to step 610.
AA measurement of 2 marks is performed. In step 611, the measurement result is checked, and in step 612, the missing data is supplemented. In step 612, the error branch from the four-point measurement or the three-point measurement merges. When only two points or less can be measured as in the shot S3, d 'can be measured as described above, so that the pickup 12 corresponding to d is measured.
The d is driven by using the pickup stage 13d to move over the preliminary mark d ', and d' is measured. When the NG is merged from the four-point measurement or the three-point measurement, the preliminary mark corresponding to the NG mark is measured. If the pickup 12 is moved here, after the measurement is completed, it is necessary to return the pickup position to the original position for the measurement of the next shot. Then, in step 613, the total number of valid data is checked.
If there are four points, the process proceeds to step 604, and if there are three points, the process proceeds to step 609 to calculate the X, Y, and θ shift amounts. If still less than two points are obtained, an error is terminated and manual alignment is performed or the shot is skipped and the next shot is started. Alternatively, it is also possible to perform alignment by estimating from information of surrounding shots and performing alignment.
前記のステップ604または609の処理を終了すると、ス
テップ605へ進む。When the processing in step 604 or 609 is completed, the process proceeds to step 605.
ステップ605ではステップ604または609で算出された
ずれ量計算値X,Y,θに基づく補正駆動を行なう。そし
て、ステップ606で補正駆動量のチェックを行なう。こ
の補正量、すなわちステップ604または609におけるずれ
量計算値がトレランス内ならばこのAA処理を終了し、ト
レランス外ならばステップ601に戻る。In step 605, a correction drive based on the calculated shift amounts X, Y, θ calculated in step 604 or 609 is performed. Then, at step 606, the correction drive amount is checked. If the correction amount, that is, the calculated value of the deviation amount in step 604 or 609 is within the tolerance, the AA processing is terminated.
なお、本実施例では、ステップ602で4点計測をして
ステップ603で3点OKとなった場合には、その3点のデ
ータからショットのずれ量を求めたが、その場合にもス
テップ609ではなくステップ612に進んでNGマークに対応
する予備マークの計測を行なうようにしてもよい。3点
よりも4点の方が計測誤差の影響を小さくできるが、3
点でアライメント可能なものをピックアップ移動しても
う1点の計測データを得ていることになり、スループッ
トが落ちるので、いずれを選択するかは時間と精度との
兼ね合いとなる。In this embodiment, when four points are measured in step 602 and three points are OK in step 603, the shot shift amount is obtained from the data of the three points. Instead, the process may proceed to step 612 to measure the preliminary mark corresponding to the NG mark. The effect of the measurement error can be reduced at four points than at three points.
Since the measurement data at another point is obtained by picking up an object that can be aligned at a point and the measurement data at the other point is obtained, the throughput is reduced. Therefore, which one to select is a trade-off between time and accuracy.
第1図は、この発明の一実施例に係るステップアンドリ
ピート露光装置の要部構成図、 第2図は、ウエハとマスクの平面方向および垂直方向の
ずれを検出するファインAA/AF方式の説明概略図、 第3図は、第1図の露光装置の制御系のハードウエア構
成図、 第4図は、ステップアンドリピート露光方式の説明図、 第5図は、ステップアンドリピート露光シーケンスの1
パッチ分のフローチャート、 第6図は、第5図ステップ506のAA処理の内容を記した
フローチャート、 第7図は、1ウエハのショット・レイアウトを示す説明
図、 第8図は、1つのショットのアライメントマーク配置
図、 第9図は、ウエハとマスクとのX,Y方向のずれ量に対す
るピックアップからの出力信号の特性を示すグラフ、そ
して 第10図は、従来例とこの発明の位置合わせ精度を比較す
るための説明図である。 1:X線(露光光) 2:マスク(原版) 3:ウエハ(被露光基板) 4:マスクθステージ 12,12a〜12d:ピックアップ 13:ピックアップステージ 24:ウエハステージ 304:本体コントロールユニット 305:ピックアップステージ制御部 309a,309b,309c,309d:ファインAA/AF制御部 421:ウエハ上アライメントマーク 422:マスク上アライメントマーク 423:投光ビーム ΔXU,ΔXD,ΔYL,ΔYR:アライメントマークのずれ量計測
値FIG. 1 is a block diagram of a main part of a step-and-repeat exposure apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an explanation of a fine AA / AF system for detecting a deviation between a wafer and a mask in a plane direction and a vertical direction. Schematic diagram, FIG. 3 is a hardware configuration diagram of a control system of the exposure apparatus of FIG. 1, FIG. 4 is an explanatory diagram of a step-and-repeat exposure method, and FIG.
FIG. 6 is a flowchart showing the contents of the AA process in step 506 of FIG. 5, FIG. 7 is an explanatory diagram showing a shot layout of one wafer, and FIG. 8 is a diagram of one shot. FIG. 9 is a graph showing the characteristics of the output signal from the pickup with respect to the amount of displacement between the wafer and the mask in the X and Y directions, and FIG. 10 is a graph showing the alignment accuracy between the conventional example and the present invention. It is explanatory drawing for a comparison. 1: X-ray (exposure light) 2: Mask (original plate) 3: Wafer (substrate to be exposed) 4: Mask θ stage 12, 12a to 12d: Pickup 13: Pickup stage 24: Wafer stage 304: Main unit control unit 305: Pickup Stage controller 309a, 309b, 309c, 309d: Fine AA / AF controller 421: Alignment mark on wafer 422: Alignment mark on mask 423: Projection beam ΔX U , ΔX D , ΔY L , ΔY R : Deviation of alignment mark Quantity measurement
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鵜澤 俊一 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 野瀬 哲志 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭64−71125(JP,A) 特開 昭61−271830(JP,A) 特開 昭61−87330(JP,A) 特開 昭58−176934(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/027──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Shunichi Uzawa 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Inside Canon Inc. (72) Inventor Tetsushi Nose 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon (56) References JP-A-64-71125 (JP, A) JP-A-61-271830 (JP, A) JP-A-61-87330 (JP, A) JP-A-58-176934 (JP, A) A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) H01L 21/027
Claims (3)
出する計測手段と、 前記相対位置ずれを補正すべく前記基板および原版の少
なくとも一方を補正駆動する補正駆動手段と、 前記相対位置ずれ量が所定のトレランス内に入っている
か否かを判定し、入っていれば少なくとも1回の前記補
正駆動が行なわれていることを条件として位置合わせの
完了を判定し前記補正駆動を終了させる制御手段と を具備することを特徴とするアライメント装置。1. A measuring means for detecting a relative displacement between a substrate to be exposed and an original, a correction driving means for correcting and driving at least one of the substrate and the original to correct the relative displacement, and the relative position. It is determined whether or not the amount of deviation is within a predetermined tolerance, and if it is, it is determined that the alignment has been completed on condition that at least one correction drive has been performed, and the correction drive is terminated. An alignment apparatus comprising: a control unit.
定のトレランス内に入った後に前記少なくとも1回の補
正駆動が行なわれたことを条件として前記位置合わせの
完了を判定する前記請求項1記載のアライメント装置。2. The apparatus according to claim 1, wherein said control means determines completion of said positioning on condition that said at least one correction drive has been performed after said relative displacement has entered a predetermined tolerance. 2. The alignment device according to 1.
補正駆動を少なくとも1回行なった後、直前の補正駆動
により補正された前記相対位置ずれ量に対して前記の判
定処理を実行する前記請求項2記載のアライメント装
置。3. The control unit executes the determination process on the relative position shift amount corrected by the immediately preceding correction drive after the correction drive unit performs the correction drive at least once. The alignment device according to claim 2.
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