JP2868548B2 - Alignment device - Google Patents

Alignment device

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JP2868548B2
JP2868548B2 JP1290020A JP29002089A JP2868548B2 JP 2868548 B2 JP2868548 B2 JP 2868548B2 JP 1290020 A JP1290020 A JP 1290020A JP 29002089 A JP29002089 A JP 29002089A JP 2868548 B2 JP2868548 B2 JP 2868548B2
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、いわゆるステップアンドリピート露光装
置におい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 for performing high-accuracy relative positioning between an original such as a mask and a substrate to be exposed such as a semiconductor wafer in a so-called step-and-repeat exposure apparatus. .

[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メカビッ
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 an integrated circuit of 256 mechabit DRAM class, the line width of the pattern is 0.25
It is on the order of microns, and the overlay accuracy is required to be 0.06 microns or less.

このような高精度を達成するためは、通商、ウエハ上
の各露光位置(ショット)ごとにウエハ上の露光済パタ
ーンとマスクの転写用パターンとを位置合わせして露光
するいわゆるダイバイダイアライメント方式が採用され
る。
In order to achieve such high precision, a so-called die-by-die alignment method is commercially available, in which the exposed pattern on the wafer and the transfer pattern of the mask are aligned and exposed at each exposure position (shot) on the wafer. Adopted.

アライメント装置においては、マスク上に形成された
アライメントマークと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ークか
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,Δ
Y)および回転ずれ量(Δθ)を算出する。この算出結
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。
The alignment apparatus measures the amount of linear displacement between the alignment mark formed on the mask and the alignment mark formed on the semiconductor wafer in a direction parallel to the X and Y coordinate axes, and performs multiple pairs of marks on the mask and on the wafer. From the plurality of linear deviation amount data ΔX m and ΔY n obtained from the mask, and the linear deviation amount (ΔX, Δ
Y) and the amount of rotation deviation (Δθ) are calculated. The mask and the wafer are positioned relative to each other by relatively driving the mask and the wafer based on the calculation result.

[発明が解決しようとする課題] ところで、このようなアライメント装置においては、
アライメントマークとして1つのマークで1方向のずれ
量が検出できるマークを用い、このようなマークを、第
12図(a)および(b)に示されるように、各ショット
の各辺の端部近くに配置した場合、位置合わせ精度が必
ずしも充分ではないという不都合があった。これは、こ
のアライメント装置が、直線ずれ量計測値ΔXm,ΔYn
けでは、第12図(a)に示すようなショットの伸びまた
は歪と第12図(b)に示すような回転ずれΔθとを弁別
することができないためである。第12図(a)および
(b)において、ΔXU,ΔXD,ΔXL,ΔXRはそれぞれの
アライメントマークにより計測される直線ずれ量を示
し、実線はマスクのショットパターンを、破線はウエハ
のショットパターンを示す。
[Problems to be Solved by the Invention] By the way, in such an alignment apparatus,
A mark that can detect the amount of displacement in one direction with one mark is used as an alignment mark.
As shown in FIGS. 12 (a) and 12 (b), when they are arranged near the end of each side of each shot, there is a disadvantage that the positioning accuracy is not always sufficient. This is because the alignment apparatus uses only the linear deviation measurement values ΔX m and ΔY n to elongate or distort the shot as shown in FIG. 12 (a) and the rotational deviation Δθ as shown in FIG. 12 (b). This is because it is not possible to distinguish between In FIGS. 12 (a) and (b), ΔX U , ΔX D , ΔX L , and ΔX R indicate linear deviation amounts measured by respective alignment marks, a solid line indicates a mask shot pattern, and a broken line indicates a wafer shot. 3 shows a shot pattern.

この発明は、このような従来技術における問題点に鑑
みてなけれたもので、より高精度の位置合わせを可能に
するアライメント装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems in the related art, and has as its object to provide an alignment apparatus that enables 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のアライメント装置
は、ダイバイダイアライメントにおいて、基板上の各シ
ョットごとに設けられている基板上マークと各基板上マ
ークに対応する原版上マークとの、XY平面内の直線方向
の相対ずれ量を計測するマーク計測手段と、基板の伸縮
に伴う前記XY平面内での各ショットごとのショット歪み
を検出するショット歪み検出手段と、該ショット歪み検
出手段で検出されるショット歪みに基づいて、マーク計
測手段から出力される相対ずれ量を補正する補正手段
と、該補正手段の出力に基づいて前記基板と原版とを位
置合わせするための補正駆動量を算出する演算手段と、
を備えたことを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, an alignment apparatus according to the present invention provides a die-by-die alignment, in which an on-substrate mark provided for each shot on a substrate and an original corresponding to each on-substrate mark are provided. A mark measuring means for measuring a relative displacement amount in a linear direction in the XY plane with the upper mark; a shot distortion detecting means for detecting a shot distortion for each shot in the XY plane due to expansion and contraction of the substrate; Correction means for correcting the relative displacement output from the mark measurement means based on the shot distortion detected by the shot distortion detection means, and positioning the substrate and the original based on the output of the correction means. Calculating means for calculating the correction drive amount;
It is characterized by having.

この発明の一つの態様において、アライメントマーク
は、1つのマークで1方向のずれ量を検出できるもの
を、それぞれ本来の位置ずれ計測用の優先マークと、こ
の優先マークが使えないときこの優先マークに代えて用
いるための予備マークとして設けてあり、前記ショット
歪検出手段は、これらの優先マークおよび予備マークの
双方の位置ずれ計測値に基づいてショットの歪を検出す
る。
In one embodiment of the present invention, the alignment marks, which can detect the amount of displacement in one direction with one mark, are respectively assigned to the original priority mark for position shift measurement and the priority mark when the priority mark cannot be used. The shot distortion detection means is provided as a spare mark to be used instead, and detects the shot distortion based on the positional deviation measurement values of both the priority mark and the preliminary mark.

これらの優先マークおよび予備マークは、例えば、各
ショットの各辺に設けられる。また、前記ショット歪検
出手段における優先マークおよび予備マークの位置ずれ
を計測する手段としては、専用の計測手段を設けてもよ
いが、位置合わせ用に元々設けられているマーク計測手
段を共用することがきる。
These priority marks and spare marks are provided, for example, on each side of each shot. As a means for measuring the displacement of the priority mark and the preliminary mark in the shot distortion detecting means, a dedicated measuring means may be provided, but the mark measuring means originally provided for alignment may be shared. Cut off.

また、この発明の別の態様においては、基板内の幾つ
かのショットを計測することによって基板全体の歪を検
出する。この場合、各ショットの歪としては基板全体と
しての1つの歪検出値を用いるか、あるいは基板上の歪
分布を多項式やテーブル等で記憶しショット位置座標に
応じて求めるようにする。
In another aspect of the present invention, the distortion of the entire substrate is detected by measuring several shots in the substrate. In this case, as the distortion of each shot, one distortion detection value for the entire substrate is used, or the distortion distribution on the substrate is stored in a polynomial, a table, or the like, and is determined according to the shot position coordinates.

[作用および効果] この発明においては、各ショットの歪を検出し、この
検出した歪情報に基づいて位置合わせ用の相対位置ずれ
計測値を補正する。これにより、被露光基板の伸縮また
は歪と基板および原版間のローテーション(回転ずれ)
とを区別することができ、被露光基板に伸縮または歪が
ある場合であっても、第12図(a)に示すように、基板
上の露光済パターンと原版の転写用パターンとを最もず
れが少なくなる状態で重ね合わせることができる。
[Operation and Effect] In the present invention, the distortion of each shot is detected, and the measured value of the relative displacement for alignment is corrected based on the detected distortion information. Due to this, the expansion or contraction or distortion of the substrate to be exposed and the rotation (rotational deviation) between the substrate and the original plate
Even if the substrate to be exposed has expansion or contraction or distortion, as shown in FIG. 12 (a), the exposed pattern on the substrate and the transfer pattern of the original are most shifted. Can be superimposed in a state where the number is small.

アライメント(位置合わせ)の本来の目的は、アライ
メントマークを合わせることではなく、チップを合わせ
ることである。
The original purpose of alignment (alignment) is not to align the alignment marks, but to align the chips.

この発明によれば、特に、チップを合わせるという意
味でのアライメント精度を向上させることができる。
According to the present invention, particularly, alignment accuracy in the sense of aligning chips 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),ωY
(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 θ coarse movement stage for rotating the wafer 3 in its plane, and 6 denotes a wafer 3 When the wafer 3 is made to face the mask 2 via a predetermined proximity gap, the wafer 3 is moved in the direction toward the exposure light, ω X (rotated around the X axis), ω Y
(Rotating around Y axis) Z tilt stage for driving,
Reference numeral 7 denotes a θ fine movement stage for minutely rotating the wafer 3 in the plane thereof, and reference numeral 8 denotes an X axis for minutely driving the wafer in the X direction.
A fine movement stage, 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. The θ coarse movement stage 5, the Z tilt stage 6, the θ fine movement stage 7, the X fine movement stage 8, the Y fine movement stage 9, the X coarse movement stage 10, and the Y coarse movement stage 11 constitute 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210とマスク上AAマーク203
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 as a light emitting element; 206, a collimator lens for converting a light beam output from the semiconductor laser 205 into parallel light; and 207, a projection light output from the semiconductor laser 205 and converted to parallel light by a collimator lens 206. Light beam 208, AA mark 210 on wafer and AA mark 203 on mask
AA light-receiving beam to which positional deviation information (AA information) is given by an optical system constituted by 209. Gap information (AF information) is given to 209 by an optical system constituted by an AF mark 202 on a wafer and an AF mark 204 on a mask. AA sensor 210 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 formed by the AF light receiving beam 209. The position of the received AF spot 213
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、302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, 302 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、412は転写パターン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、422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、40
1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 Reference numeral 412 denotes an alignment mark on a mask for aligning the transfer pattern 418 with the transferred pattern 419, reference numeral 422 denotes an alignment mark on the wafer for the same purpose, reference numeral 423 denotes a light beam projected from the pickup 12 for the same purpose, reference numeral 40 denotes
Reference numeral 1 denotes a scribe line between shots, on which an alignment mark 421 on a mask and an alignment mark 422 on a wafer are 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、マスク上アライメントマーク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 alignment mark 421 on the mask is set.
AA is performed by performing a correction drive by measuring a displacement in the X and Y directions between the mask and the wafer using the wafer alignment mark 422 and the wafer alignment mark 422. 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方向どららか
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 either a shift in 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。ゾーンI、IIについてはステップ604の内部で述
べるが、この範囲が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ずれ量計算を行ない、ステップ605でX,Y,
θの補正駆動を行なう。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におけるずれ量計算値がトレランス内ならばこのA
A処理を終了し、トレランス外ならばステップ601に戻
る。ステップ604での具体的なX,Y,θずれ量計算方法に
ついては、第10図以降を用いて後に説明する。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610〜613)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. Zones I and II will be described in step 604, but this range is the AA measurement range, and zone III is a region in which a measurement error occurs and is rejected 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.
The correction drive of θ is performed. Then, at step 606, the correction drive amount is checked. If this correction amount, that is, the deviation amount calculation value in step 604 is within the tolerance, this A
The process A is terminated, and if the tolerance is out of tolerance, the process returns to step 601. A specific X, Y, θ shift amount calculation method in step 604 will be described later with reference to FIG. 10 and subsequent figures. Steps
If only three marks can be measured in 603, it is determined that three points are OK, and merges with 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. I do. In addition, when only two marks or less can be measured, the step of the measurement sequence (steps 610 to 613) of two points or less is determined as NG.
Proceeding to 612, a preliminary mark corresponding to the NG mark is measured.

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=(ΔXL+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 measurement 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 = (ΔX L + ΔY R / 2 Δθ = (ΔY L −ΔY R / L Y. The sign of each shift amount is inverted to be 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が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の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.
d is driven 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, check the total number of valid data in step 613,
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.

なと、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 the present 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. The process may proceed to step 612 instead of 609 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10図は、第6図のステップ604の処理内容を記した
フローチャートである。4点の計測データから1ショッ
トのX,Y,θずれ量を算出する計算シーケンスを示してい
る。まず、ステップ1001で、このショットの伸び率計算
の要否を判断する。ウエハの伸び縮みがプロセスによっ
てウエハ全体でほぼ均一に起きるなら、この伸び率計算
は第1ショットでのみ必要であり、第2ショット以降は
第1ショットで算出された伸び率に基づいて補正計算す
れば良いのでステップ1007に飛ぶ。
FIG. 10 is a flowchart showing the processing content of step 604 in FIG. 4 shows a calculation sequence for calculating X, Y, and θ shift amounts for one shot from four measurement data. First, in step 1001, it is determined whether or not the calculation of the elongation percentage of this shot is necessary. If the expansion / contraction of the wafer occurs almost uniformly over the entire wafer due to the process, this elongation ratio calculation is necessary only for the first shot, and correction calculation based on the elongation ratio calculated for the first shot after the second shot. So go to step 1007.

伸び率計算が必要なものに対しては、ステップ1002で
伸び率計算の可否を判断する。伸び率計算のためには、
X,Y方向それぞれ少なくとも1つの予備マークを計測し
なければならないので、4点の計測データを得るために
XあるいはY方向の予備マークを2つとも使ってしまっ
ているような時には伸び率計算ができない。このように
伸び率計算が不可能ならばステップ1008に、可能ならば
ステップ1003に進。
If the elongation percentage needs to be calculated, it is determined in step 1002 whether the elongation percentage can be calculated. For elongation calculation,
Since at least one preliminary mark in each of the X and Y directions must be measured, the elongation rate calculation is performed when both preliminary marks in the X or Y direction are used to obtain four points of measurement data. Can not. If the elongation cannot be calculated in this way, the process proceeds to step 1008, and if possible, the process proceeds to step 1003.

ステップ1003では、ピックアップ12を予備マーク上に
移動し、ステップ1004で予備マークを用いてマスクとウ
エハのずれを計測する。ステップ1005で第6図のステッ
プ603と同様に計測結果のチェックを行ない、X,Y方向そ
れぞれ少なくとも1つの予備マークが計測できていれば
OKとしてステップ1006に、できていなければ伸び率計算
ができないのでステップ1008に移る。
In step 1003, the pickup 12 is moved above the preliminary mark, and in step 1004, the deviation between the mask and the wafer is measured using the preliminary mark. In step 1005, the measurement result is checked in the same manner as in step 603 in FIG. 6, and if at least one preliminary mark has been measured in each of the X and Y directions,
If it is not, the process proceeds to step 1006. If the process is not completed, the elongation cannot be calculated, and the process proceeds to step 1008.

ステップ1006では、第6図のステップ602,607,610で
計測された優先マークの計測値とステップ1004で計測さ
れた予備マークの計測値とからウエハの伸び率計算を行
ない、それにともなうマーク間距離LX,LYの補正を行な
う。具体的な計算方法は第11図を用いて説明する。
In step 1006, the elongation percentage of the wafer is calculated from the measured values of the priority marks measured in steps 602, 607, and 610 of FIG. 6 and the measured values of the preliminary marks measured in step 1004, and the distances L X and L between the marks are calculated accordingly. Perform Y correction. A specific calculation method will be described with reference to FIG.

第11図において、実線は1ショットの設計サイズ、破
線は膨張した1ショットのサイズであり、実線をマスク
上のショット形状、破線をウエハ上のショット形状と考
えることができる。マスクaとa′を用いてx方向の伸
び率を求めるには、ショット中心から見たマークaおよ
びマークa′の設計X座標をそれぞれXU,XU′として、
マークaおよびマークa′による計測値をそれぞれΔ
XU,ΔXU′とするとx方向の伸び率ρxuは ρxu=(ΔXU′−ΔXU)/(XU′−XU) となる。同様に、マークbとb′、マークcとc′、マ
ークdとd′を用いてそれぞれの伸び率を求めると、 ρXD=(ΔXL−ΔXL′)/(XL−XL′) ρYL=(ΔYL′−ΔYL)/(YL′−YL) ρYR=(ΔYR−ΔYR′)/(YR−YR′) となる。X,Y方向ともそれぞれ1つの予備マークしか計
測できなかった場合には、求められた伸び率をそのま
ま、ρX,ρYとすれば良く、2つとも求められた場合に
はそれらの平均を計算し、 ρX=(ρXU+ρXD)/2 ρY=(ρYL+ρYR)/2 とすれば良い。
In FIG. 11, the solid line is the design size of one shot, the broken line is the size of one expanded shot, and the solid line can be considered as the shot shape on the mask and the broken line is the shot shape on the wafer. 'To determine the growth rate of the x-direction using a mark a, and mark a as seen from the shot center' mask a and a respectively designed X-coordinate of the X U, as X U ',
The measured values of the mark a and the mark a ′ are Δ
X U, 'elongation [rho xu in the x direction when A ρ xu = (ΔX U' ΔX U becomes -ΔX U) / (X U ' -X U). Similarly, marks b and b ', marks c and c', 'when seeking respective elongation using, ρ XD = (ΔX L -ΔX L' mark d and d) / (X L -X L ' ) Ρ YL = (ΔY L ′ −ΔY L ) / (Y L ′ −Y L ) ρ YR = (ΔY R −ΔY R ′) / (Y R −Y R ′). When only one preliminary mark can be measured in each of the X and Y directions, the obtained elongation percentages may be used as they are, and ρ X and ρ Y may be used as they are. It is sufficient to calculate and set ρ X = (ρ XU + ρ XD ) / 2 ρ Y = (ρ YL + ρ YR ) / 2.

次に、上記のようにして求めた伸び率に従ってマーク
間距離LX,LYの補正を行なう。マーク間距離の設計値を
第11図に示すLX,LYとすると、ウエハが膨張したことに
よってショットのθ回転量を計算するための実際のマー
ク間距離は変化している。そこで、あらためて LX←LX(1+ρX) LY←LY(1+ρY) とすることによって補正できる。
Next, the distances L X and L Y between marks are corrected in accordance with the elongation percentage obtained as described above. Assuming that the design value of the distance between marks is L X and L Y shown in FIG. 11, the actual distance between marks for calculating the θ rotation amount of the shot changes due to the expansion of the wafer. Therefore, the correction can be made again by setting L X ← L X (1 + ρ X ) L Y ← L Y (1 + ρ Y ).

ステップ1007では、ステップ1006で求めた伸び率に基
づき、計測データの補正を行なう。ステップ1001で伸び
率計算不要と判断したショットでは第1ショットなどで
既に計算されている伸び率を使う。計測データはマーク
位置でのマスクとウエハのずれ量になるが、ショット中
心を合わせると言う意味でのずれ分は、伸び分を除いた
ものになるので、 ΔXU←ΔXU−ρX・XU ΔXD←ΔXD−ρX・XD ΔYL←ΔYL−ρY・YL ΔYR←ΔYR−ρY・YR となる。このような補正を行なうことにより、第12図
(a)に示すようなウエハの膨張によるずれを除去する
ことができ、第12図(b)に示すローテーションのずれ
との識別が可能となる。
In step 1007, the measurement data is corrected based on the elongation percentage obtained in step 1006. For the shots for which it is determined in step 1001 that the elongation rate calculation is unnecessary, the elongation rates already calculated for the first shot and the like are used. The measurement data is the displacement between the mask and the wafer at the mark position, but the displacement in the sense of aligning the shot center excludes the elongation, so that ΔX U ← ΔX U −ρ X・ X U ΔX D ← ΔX D −ρ X・ X D ΔY L ← ΔY L −ρ Y・ Y L ΔY R ← ΔY R −ρ Y・ Y R By performing such a correction, it is possible to remove the displacement due to the expansion of the wafer as shown in FIG. 12 (a), and it is possible to identify the displacement from the rotation shown in FIG. 12 (b).

次にステップ1008でショットのずれ量ΔX,ΔY,Δ
θX,ΔθYを計算する。ここで用いるマーク間距離と計
測データは、伸び率計算をしたものに関しては補正後の
値を用いる。計算式は以下に示す。
Next, in step 1008, the shot shift amounts ΔX, ΔY, Δ
Calculate θ X and Δθ Y. As the inter-mark distance and measurement data used here, the values after correction are used for those for which the elongation rate has been calculated. The calculation formula is shown below.

ΔX=(ΔXU+ΔXD)/2 ΔY=(ΔYL+ΔYR)/2 ΔθX=(ΔXU+ΔXD)/LX ΔθY=(ΔYL+ΔYR)/LY ここでΔθXおよびΔθYはそれぞれX方向、Y方向の計
測データから求めたθ回転ずれ量である。
ΔX = (ΔX U + ΔX D ) / 2 ΔY = (ΔY L + ΔY R ) / 2 Δθ X = (ΔX U + ΔX D ) / L X Δθ Y = (ΔY L + ΔY R ) / L Y where Δθ X and Δθ Y is the θ rotation shift amount obtained from the measurement data in the X and Y directions, respectively.

なお、本実施例では1方向のずれのみが計測できるマ
ークを用いているが、X,Y双方向が計測できるマークを
用いれば、予備マークを用いずに同様の補正ができる。
例えば、第11図において、マークa,b,c,dとしてX,Y双方
向が計測できるマークを用いた場合、マークaとdから
ショットの上辺のX方向の伸び率を、マークcとbから
ショットの下辺のX方向の伸び率を、マークaとcから
ショットの左辺のY方向の伸び率を、そしてマークdと
bからショットの右辺のY方向の伸び率を求めることが
できる。
In the present embodiment, a mark that can measure only one direction of displacement is used. However, if a mark that can be measured in both X and Y directions is used, the same correction can be performed without using a spare mark.
For example, in FIG. 11, when a mark that can be measured in both X and Y directions is used as the marks a, b, c, and d, the elongation of the upper side of the shot in the X direction from the marks a and d is represented by the marks c and b. , The extension rate in the X direction of the lower side of the shot, the marks a and c, the extension rate in the Y direction of the left side of the shot, and the marks d and b, the extension rate in the Y direction of the right side of the shot.

ステップ1009では、X方向とY方向の計測精度を比較
する。ステップ1008で求めたΔθXとΔθYは本来同一な
値を持つはずであるが、実際には計測精度やウエハ、マ
スクの歪みなどによって異なる値を持つ。そこで、補正
駆動には精度の良い方を採用しようとする。
In step 1009, the measurement accuracy in the X direction and the measurement accuracy in the Y direction are compared. Although Δθ X and Δθ Y obtained in step 1008 should originally have the same value, they actually have different values depending on measurement accuracy, distortion of the wafer and mask, and the like. Therefore, an attempt is made to use the one with higher accuracy for the correction drive.

さらに、現在、精密なアライメントを行なうために計
測光学系の分解能を高くするとマスクとウエハのずれ量
に対する計測系の信号出力が線形に得られる計測レンジ
が狭くなってしまう。そこで、第9図に示すような特性
を持つ光学系に対して、線形領域(ゾーンI)の両側に
ある非線形領域(ゾーンII)までも計測レンジに含める
ことになる。当然のことながら、ゾーンIIにおける計測
精度はゾーンIと比較すれば悪いので、補正駆動してゾ
ーンI内でもう一度計測するという追い込みが不可欠で
ある。
Further, at present, if the resolution of the measurement optical system is increased in order to perform precise alignment, the measurement range in which the signal output of the measurement system with respect to the amount of displacement between the mask and the wafer is linearly reduced. Therefore, for the optical system having the characteristics shown in FIG. 9, even the non-linear regions (Zone II) on both sides of the linear region (Zone I) are included in the measurement range. As a matter of course, since the measurement accuracy in the zone II is lower than that in the zone I, it is indispensable to perform the correction drive and perform the measurement again in the zone I.

マスクとウエハが第13図に示すようにずれていた場
合、X方向へのドリフト分が大きく、θ回転成分も持っ
ているため、ΔXD,ΔYL,ΔYRはゾーンIに入っている
が、ΔXUがゾーンIIにあるということが生じる。する
と、第10図のステップ1008で求めたΔθXよりもΔθY
方が信頼性が高く、θ回転ずれ量ΔθとしてはΔθY
用いた方が追い込みの回転が少なくて済む。従って、Y
方向の計測値が2つともゾーンIでX方向の計測値のう
ち少なくとも一方がゾーンIIだったときにはステップ10
10でθ回転ずれ量ΔθをΔθYとし、X方向の計測値が
2つともゾーンIでY方向の計測値のうち少なくとも一
方がゾーンIIだったときには、ステップ1011で回転ずれ
量ΔθをΔθXとする。X,Y方向とも同じゾーンだった場
合にはステップ1012に進む。
When the mask and the wafer are displaced as shown in FIG. 13, since the drift amount in the X direction is large and also has a θ rotation component, ΔX D , ΔY L , and ΔY R fall within zone I. , ΔX U are in zone II. Then, it is reliable for [Delta] [theta] Y than [Delta] [theta] X obtained in step 1008 of FIG. 10, the θ rotation shift amount [Delta] [theta] requires only a little rotation of the thrust towards using [Delta] [theta] Y. Therefore, Y
If the two measured values in the direction are both zone I and at least one of the measured values in the X direction is zone II, step 10
If the θ rotational deviation Δθ is set to Δθ Y at 10 and at least one of the two measured values in the X direction is Zone II in Zone I, the rotational deviation Δθ is set to Δθ X in Step 1011. And If both zones are the same, the process proceeds to step 1012.

ステップ1012ではX方向とY方向の計測精度が等しい
時にθ回転ずれ量ΔθをΔθXとΔθYとの一時結合で求
めるための重み付け係数n(0≦n≦1)を計算する。
ΔθXとΔθYとは計算式から明らかなように、マーク計
測精度が等しければ分母の大きい方が精度が高い。従っ
て、重み付け係数nを n=LX/(LX+LY) と表現し、θ回転ずれ量Δθをステップ1013に示すよう
に Δθ=n・ΔθX+(1−n)ΔθY とすることで精度に応じた重み付けが可能となる。
In step 1012, when the measurement accuracy in the X direction and the Y direction is equal, a weighting coefficient n (0 ≦ n ≦ 1) for calculating the θ rotation shift amount Δθ by temporarily combining Δθ X and Δθ Y is calculated.
As is clear from the calculation formulas, Δθ X and Δθ Y have higher accuracy if the denominator is larger if the mark measurement accuracy is equal. Therefore, the weighting coefficient n is expressed as n = L x / (L x + L y ), and the θ rotation deviation Δθ is set to Δθ = n · Δθ x + (1−n) Δθ Y as shown in step 1013. Enables weighting according to the accuracy.

ここで、重み付け係数nの計算に用いるLXおよびLY
ステップ1006で伸び率によって補正した値であるが、ス
テップ1002あるいは1005で伸び率計算ができず、LX,LY
が設計値のままの場合には、以下に述べる重み付け係数
nの計算方法がある。この方法はウエハの結晶成長方向
等により、X方向とY方向とでウエハの伸び縮みのし易
さが分かっている場合に利用できる。ウエハのX方向の
長さの不確定率(不確定長/基本長)をαX,Y方向のそ
れをαYとすると、 LX←LX・(1−αX) LY←LY・(1−αY) とすれば、上記例と同様の式で重み付け係数nを求める
ことができる。また、他の諸条件によって重み付け係数
nを決定しても良い。
Here, L X and L Y used in the calculation of the weighting coefficient n are the values corrected by the elongation in Step 1006, but the elongation cannot be calculated in Step 1002 or 1005, and L X and L Y
Is the design value, there is a method for calculating the weighting coefficient n described below. This method can be used when it is known that the wafer easily expands and contracts in the X direction and the Y direction depending on the crystal growth direction of the wafer. Assuming that the uncertainty rate (uncertain length / basic length) of the length of the wafer in the X direction is α X , and that in the Y direction is α Y , L X ← L X · (1−α X ) L Y ← L Y If (1−α Y ), the weighting coefficient n can be obtained by the same equation as in the above example. Further, the weighting coefficient n may be determined according to other conditions.

また、第10図では、伸び率による計測値の補正をして
からΔx,Δy,Δθを求めたが、計測値の少なくとも1つ
がゾーンIIにあるときに、伸びによる精度劣化よりも非
線形による精度劣化の方が大きければステップ1009の判
断による分岐をステップ1008よりも先に行なって、ステ
ップ1010や1011に対する伸びの補正を行なわないという
シーケンスもとれる。
Further, in FIG. 10, Δx, Δy, and Δθ were obtained after correcting the measured values based on the elongation rate. However, when at least one of the measured values was in zone II, the accuracy was more nonlinear than the accuracy degradation due to elongation. If the deterioration is greater, a branch is made before the step 1008 by branching at the step 1009, and the extension is not corrected for the steps 1010 and 1011.

また、上述の実施例においては、4点の計測データが
得られた場合のステップ604内でのみ第10図ステップ100
6の伸び率計算およびLX,LY補正処理を実行するように
しているが、ステップ609の3点データによるX,Y,θず
れ量算出の際、さらには2点または1点の計測データし
か得られない場合にも同様の伸び率計算処理を行なうこ
とが可能である。この場合には、第10図のステップ1005
で同じ辺の優先マークと予備マークとが揃って計測され
たか否かを判定して揃って計測された場合のみステップ
1006の伸び率計算処理に進むようにすればよい。なお、
2点または1点の計測データしか得られない場合には、
現ショットにおけるX,Y,θずれ量の算出(第10図ステッ
プ1008)は行なえないが、この2点または1点の計測デ
ータしか得られない場合の伸び率データは、ウエハの伸
縮がウエハ全体でほぼ均一な場合などのように伸び率計
算を1つのショットでのみ行なう場合、または幾つかの
ショットの伸び率を算出してウエハ全体の平均伸び率ま
たは歪分布を求める場合等に有効である。また、隣接シ
ョットにおいて予備マークまで含めて3点以上の計測デ
ータが得られたが予備マークを使い切って伸び率計算が
できない場合の補充用データとしても有効である。
Further, in the above-described embodiment, only the step 604 in FIG.
The elongation rate calculation and the L X , L Y correction processing of step 6 are executed. However, when calculating the X, Y, θ shift amount based on the three-point data in step 609, two or one point measurement data The same elongation rate calculation processing can be performed even when only the values are obtained. In this case, step 1005 in FIG.
It is determined whether the priority mark and the preliminary mark on the same side have been measured together, and the step is performed only when the measurement has been performed.
What is necessary is just to go to 1006 elongation rate calculation processing. In addition,
If only two or one measurement data is available,
Although the X, Y, and θ shift amounts in the current shot cannot be calculated (step 1008 in FIG. 10), the elongation data when only two or one measurement data is obtained is based on the fact that the expansion and contraction of the wafer is This is effective when elongation ratio calculation is performed with only one shot as in the case of almost uniform, or when elongation ratios of several shots are calculated to obtain the average elongation ratio or strain distribution of the entire wafer. . In addition, three or more points of measurement data including the preliminary mark are obtained in the adjacent shot, but this is also effective as supplementary data when the elongation rate cannot be calculated by using up the preliminary mark.

以上AAシーケンスについて述べたが、ショットレイア
ウト情報や計測エラーの発生に応じてシーケンスを選択
すること、予備マークを用いて計測データを補充するこ
とに関しては、AFシーケンスについても応用することが
できる。
Although the AA sequence has been described above, the AF sequence can be applied to selecting a sequence according to shot layout information or occurrence of a measurement error, and supplementing measurement data using a spare mark.

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

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、 第10図は、第6図のステップ604の処理内容を記したフ
ローチャート、 第11図は、ウエハの伸び率計算の説明図、 第12図(a)および(b)は、ウエハの伸びによるずれ
およびローテーションによるずれの説明図、 第13図は、ウエハ上アライメントマークの1つが高精度
計測ゾーンを外れた状態の説明図である。 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. FIG. 10 shows the processing contents of step 604 in FIG. FIG. 11 is an explanatory view of the calculation of the elongation rate of the wafer, FIGS. 12 (a) and (b) are explanatory views of the deviation due to the elongation of the wafer and the deviation due to the rotation, and FIG. 13 is the alignment on the wafer FIG. 4 is an explanatory diagram of a state where one of the marks has deviated from a high-precision measurement zone. 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 : Misalignment 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 平3−77310(JP,A) 特開 平1−283927(JP,A) 特開 平1−243419(JP,A) 特開 昭64−53545(JP,A) 特開 昭61−201427(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/027 Continued on the front page (72) Inventor Shunichi Uzawa 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Inside Canon Inc. (72) Inventor Satoshi Nose 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Inside Canon Inc. (56) References JP-A-3-77310 (JP, A) JP-A-1-283927 (JP, A) JP-A-1-243419 (JP, A) JP-A-64-53545 (JP, A) 1986-201427 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H01L 21/027

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ステップアンドリピート方式の露光装置に
おいて、基板上の各ショットごとに設けられている基板
上マークと各基板上マークに対応する原版上マークと
の、XY平面内の直線方向の相対ずれ量を計測するマーク
計測手段と、 前記基板の伸縮に伴う前記XY平面内での各ショットごと
のショット歪みを検出するショット歪み検出手段と、 該ショット歪み検出手段で検出される前記ショット歪み
に基づいて、前記マーク計測手段から出力される前記相
対ずれ量を補正する補正手段と、 該補正手段の出力に基づいて前記基板と原版とを位置合
わせするための補正駆動量を算出する演算手段と、 を備えたことを特徴とするアライメント装置。
In a step-and-repeat type exposure apparatus, a relative position of a mark on a substrate provided for each shot on a substrate and a mark on an original corresponding to the mark on the substrate in a linear direction in an XY plane. A mark measuring unit that measures a shift amount; a shot distortion detecting unit that detects shot distortion for each shot in the XY plane due to expansion and contraction of the substrate; and a shot distortion detected by the shot distortion detecting unit. Correction means for correcting the relative shift amount output from the mark measurement means based on the correction means; andcalculation means for calculating a correction drive amount for aligning the substrate and the original based on the output of the correction means. An alignment apparatus, comprising:
【請求項2】前記基板上および原版上マークは、1つの
基板上および原版上マーク対で1方向の相対位置ずれ量
を検出可能なマークであって、基板と原版との位置合わ
せ用に本来用いられる優先マークと、この優先マークが
位置合わせ用として不適切なときこの優先マークに代え
て用いるための予備マークが設けられており、前記ショ
ット歪検出手段は、前記優先マークと予備マークとの双
方のマークのずれ量に基づいて前記ショット歪を検出す
る前記請求項1記載のアライメント装置。
2. The mark on the substrate and the mark on the original are a mark capable of detecting a relative positional deviation amount in one direction with one mark on the substrate and the mark on the original, and is originally used for alignment between the substrate and the original. A priority mark to be used and a preliminary mark to be used in place of the priority mark when the priority mark is inappropriate for alignment are provided. 2. The alignment apparatus according to claim 1, wherein the shot distortion is detected based on a shift amount between both marks.
【請求項3】前記予備マークは、前記ショットの各辺に
設けられている前記請求項2記載のアライメント装置。
3. The alignment apparatus according to claim 2, wherein said preliminary mark is provided on each side of said shot.
【請求項4】前記ショット歪検出手段は、基板上の一部
のショットについて前記ショット歪を計測し前記基板全
体の歪を検出する前記請求項1記載のアライメント装
置。
4. The alignment apparatus according to claim 1, wherein said shot distortion detecting means measures the shot distortion for a part of shots on the substrate and detects distortion of the entire substrate.
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