JP3313543B2 - Alignment apparatus and alignment method for exposure apparatus - Google Patents

Alignment apparatus and alignment method for exposure apparatus

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JP3313543B2
JP3313543B2 JP17286895A JP17286895A JP3313543B2 JP 3313543 B2 JP3313543 B2 JP 3313543B2 JP 17286895 A JP17286895 A JP 17286895A JP 17286895 A JP17286895 A JP 17286895A JP 3313543 B2 JP3313543 B2 JP 3313543B2
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  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、とくにIC、LSI等
の半導体装置の製造工程で使用される露光装置用位置決
め装置の検出精度向上に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement in detection accuracy of a positioning device for an exposure apparatus used in a process of manufacturing a semiconductor device such as an IC and an LSI.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、LSI等の回路パターンの微細化
に伴い、パターン転写手段として、高解像性能を有する
光学式縮小露光装置が広く使用されている。このような
露光装置でフォトレジストのデバイスパターンを露光す
る場合、露光に先だってウェーハを高精度に位置合わせ
(アライメント)する必要がある。図8は、光露光装置
の斜視図、図9は、光露光装置のアライメント装置の構
成とアライメント信号処理系を示す概略ブロック図であ
る。この図に示すようにアライメント装置3は、投影レ
ンズ1に近接して配置され、HeNeレーザのようなア
ライメント光を半導体ウェーハ(以下、ウェーハとい
う)2上のアライメントマーク6に照射する。アライメ
ントマーク6で反射回折したアライメント光はアライメ
ント装置3内の受光器で電気信号に変換され、アライメ
ント信号処理回路7でアライメント出力信号として位置
情報に変換される。一方、ウェーハ2を搭載したウェー
ハステージ11は、ステージ駆動機構9によってx方向
/y方向に移動できる。レーザ干渉計8は、レーザ光5
をウェーハステージ11上のミラー4で反射した光を検
出することでステージ11の位置を計測する。レーザ干
渉計8で得られた位置情報とアライメント装置3で得ら
れた位置情報を演算部10で処理し、ウェーハステージ
11の位置を制御する。
2. Description of the Related Art In recent years, with the miniaturization of circuit patterns such as LSIs, optical reduction exposure apparatuses having high resolution performance have been widely used as pattern transfer means. When exposing a device pattern of a photoresist using such an exposure apparatus, it is necessary to align the wafer with high accuracy prior to exposure. FIG. 8 is a perspective view of a light exposure apparatus, and FIG. 9 is a schematic block diagram showing a configuration of an alignment apparatus of the light exposure apparatus and an alignment signal processing system. As shown in this figure, an alignment device 3 is arranged close to a projection lens 1 and irradiates an alignment mark 6 on a semiconductor wafer (hereinafter, referred to as a wafer) 2 with an alignment light such as a HeNe laser. The alignment light reflected and diffracted by the alignment mark 6 is converted into an electric signal by a light receiver in the alignment device 3 and converted into position information as an alignment output signal by an alignment signal processing circuit 7. On the other hand, the wafer stage 11 on which the wafer 2 is mounted can be moved in the x direction / y direction by the stage driving mechanism 9. The laser interferometer 8 outputs the laser light 5
The position of the stage 11 is measured by detecting the light reflected by the mirror 4 on the wafer stage 11. The position information obtained by the laser interferometer 8 and the position information obtained by the alignment device 3 are processed by the calculation unit 10 to control the position of the wafer stage 11.

【0003】図10は、ウェーハ2に予め形成したアラ
イメントマーク6の配置例を示す。このウェーハ2を光
露光装置で露光するのに先立ち、ウェーハステージ11
上にウェーハ2を搭載した状態でアライメントマーク6
の位置をアライメント光学系3で測定する。LSIの高
集積化によって露光装置は、パターンの解像性とアライ
メント精度の向上が増々求められている。アライメント
誤差は、アライメントマークがアルミスパッタむらによ
って非対称になる場合やアライメントマーク上に塗布さ
れるレジストむらによって発生する。また近年では平坦
化技術が導入され凹凸で表現されるアライメントマーク
の段差が小さくなり、アライメントが不可能になるなど
の問題が発生している。従来のアライメント検出器とし
ては、例えば、K.Ota,N.Magome,and K.Nishi:New Align
ment Sensor for wafer Stepper,SPIE Vol.1463 Optic
al/Laser Microlithography 4,pp.343-314(1991)が知ら
れている。
FIG. 10 shows an example of the arrangement of alignment marks 6 formed on the wafer 2 in advance. Prior to exposing the wafer 2 with an optical exposure apparatus, the wafer stage 11
Alignment mark 6 with wafer 2 mounted on top
Is measured by the alignment optical system 3. Exposure apparatuses are increasingly required to have improved pattern resolution and alignment accuracy due to the higher integration of LSIs. The alignment error occurs when the alignment mark is asymmetric due to uneven aluminum spatter or uneven resist applied on the alignment mark. In recent years, a flattening technique has been introduced, and a step of an alignment mark expressed by unevenness has been reduced, thereby causing a problem that alignment becomes impossible. As a conventional alignment detector, for example, K. Ota, N. Magome, and K. Nishi: New Align
ment Sensor for wafer Stepper, SPIE Vol.1463 Optic
al / Laser Microlithography 4, pp. 343-314 (1991) is known.

【0004】ウェーハは、素子が形成されてから素子毎
に切断されて複数の半導体素子(チップ)に分離され
る。図4に示すように、ウェーハ2にはチップ形成領域
20が配置形成されている。このチップ形成領域20に
はそれぞれ凹凸のある任意の形状のマーク21が形成さ
れている。図5は、このウェーハに配置されたチップ形
成領域20の1つを拡大した平面図である。アライメン
ト処理においては、このチップ形成領域20を幾つか選
択しそこに形成されたマーク21を通常アライメント処
理を行うためのアライメントマーク6とする。図11
は、アライメント光にHeNeレーザからのレーザ光を
用い、アライメントマークからの回折光強度を検出する
装置のアライメント原理を示すシステムブロック図であ
る。任意のプロセスマークでもある程度アライメント可
能であり汎用性の広いアライメントであるが、低段差マ
ークでアライメントができない場合やアライメント精度
がアルミスパッタむらによるマークの非対称性の影響を
受け易い欠点がある。図12は、アライメント光にHe
Neレーザを用い、アライメントマークからの回折光の
位相を検出する装置のアライメント原理を示すシステム
ブロック図である。アライメント光の位相を検出するた
め検出感度が高く、低段差マークにおいてもアライメン
トが可能である。しかし、位相検出は検出感度が高い反
面、レジスト内の多重反射の影響などを受け易い傾向に
ある。
[0004] After the devices are formed, the wafer is cut for each device and separated into a plurality of semiconductor devices (chips). As shown in FIG. 4, a chip formation region 20 is arranged and formed on the wafer 2. In the chip formation region 20, marks 21 having an arbitrary shape with irregularities are formed. FIG. 5 is an enlarged plan view of one of the chip forming regions 20 arranged on the wafer. In the alignment process, some of the chip forming regions 20 are selected, and the marks 21 formed therein are used as the alignment marks 6 for performing the normal alignment process. FIG.
FIG. 2 is a system block diagram showing an alignment principle of an apparatus for detecting a diffraction light intensity from an alignment mark using laser light from a HeNe laser as alignment light. Although any process mark can be aligned to some extent and is widely used, it has a wide versatility. However, there are drawbacks in that alignment cannot be performed with a low step mark or alignment accuracy is easily affected by mark asymmetry due to uneven aluminum spatter. FIG. 12 shows that the alignment light is He.
FIG. 3 is a system block diagram illustrating an alignment principle of an apparatus that detects a phase of diffracted light from an alignment mark using a Ne laser. Since the phase of the alignment light is detected, the detection sensitivity is high, and alignment is possible even with a low step mark. However, although phase detection has high detection sensitivity, it tends to be easily affected by multiple reflections in the resist.

【0005】図13は、白色光などの広帯域の周波数成
分を含むアライメント光を用い、アライメントマークを
CCDなどの検出器面に結像する装置のアライメント原
理を示す。このアライメント原理を用いると、アライメ
ントマークの非対称性やレジスト内の多重反射によるア
ライメント誤差が低減される反面、低段差のアライメン
トマークはアライメントし難い傾向にある。以上のよう
に、アライメントマークは、低段差のもの、アルミスパ
ッタむらなどによる非対称性のもの、多重反射の影響を
受け易いものなど様々な形状があり、とても1種類のパ
ターン位置検出機能を有する装置では、どのようなマー
クにでも対応できるものではなく、これの問題を解決す
るためには、露光装置にマークの検出原理が互いに異な
る複数のアライメント装置を搭載するようになってき
た。また、アライメントマークがプロセスによって影響
を受けるアライメント誤差は、アライメントマークの形
状を変えることで低減できる。図14(a)は、アライ
メント処理に用いられるアライメントマークの1例を示
す平面図である。このアライメントマーク6は、短冊形
状であり、これを検出することによって得られたアライ
メント波形信号は、図14(b)の特性図に示される。
図14(b)は、縦軸に光強度をとり、横軸にウェーハ
ステージ位置を示す。
FIG. 13 shows the alignment principle of an apparatus that forms an alignment mark on a detector surface such as a CCD using alignment light containing a wideband frequency component such as white light. When this alignment principle is used, alignment errors due to asymmetry of the alignment marks and multiple reflections within the resist are reduced, but alignment marks with low steps tend to be difficult to align. As described above, the alignment mark has various shapes such as a low step mark, an asymmetric mark due to uneven aluminum spatter, and a mark susceptible to multiple reflection. However, it is not possible to cope with any kind of mark, and in order to solve this problem, a plurality of alignment devices having different mark detection principles have been mounted on an exposure apparatus. Further, an alignment error that affects the alignment mark due to the process can be reduced by changing the shape of the alignment mark. FIG. 14A is a plan view showing an example of an alignment mark used for the alignment processing. The alignment mark 6 has a strip shape, and an alignment waveform signal obtained by detecting the alignment mark 6 is shown in a characteristic diagram of FIG.
FIG. 14B shows the light intensity on the vertical axis and the wafer stage position on the horizontal axis.

【0006】図に示すように、ウェーハ上に形成された
アライメントマーク6の位置に光強度のピークが存在す
る。図15(a)は、図14(a)のアライメントマー
クを周期的に複数配置した平面図である。このアライメ
ントマーク6から得られる波形信号は、図15(b)の
特性図に示される。図15(b)は、縦軸に光強度をと
り、横軸にウェーハステージ位置を示す。図に示すよう
に、ウェーハ上に形成されたアライメントマーク6の位
置に光強度のピークが存在する。この図のアライメント
マーク6は、図14(a)のアライメントマーク6を複
数個並べたもので、その光強度曲線は波形になってい
る。これらの波形を平均化することでアライメント精度
が向上する。以上示したように、アライメント検出器の
選択とアライメントマークの形状を任意に選択すること
でアライメント精度を向上させることができる。
As shown in the figure, a light intensity peak exists at a position of an alignment mark 6 formed on a wafer. FIG. 15A is a plan view in which a plurality of the alignment marks of FIG. 14A are periodically arranged. The waveform signal obtained from the alignment mark 6 is shown in the characteristic diagram of FIG. FIG. 15B shows the light intensity on the vertical axis and the wafer stage position on the horizontal axis. As shown in the figure, a light intensity peak exists at the position of the alignment mark 6 formed on the wafer. The alignment mark 6 in this figure is obtained by arranging a plurality of alignment marks 6 in FIG. 14A, and the light intensity curve has a waveform. By averaging these waveforms, alignment accuracy is improved. As described above, the alignment accuracy can be improved by selecting the alignment detector and arbitrarily selecting the shape of the alignment mark.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】以上、所定のプロセス
工程を経たウェーハに対してアライメント検出器の選択
とアライメントマークの形状を選択することでアライメ
ント精度が向上することを示したが、従来次のような問
題があった。アライメントマークがプロセスの影響を受
けていることを確認する手段としては、(1) アライ
メント信号を検出して信号の再現性を測定する方法と、
(2) 実際に露光を行って重ね合わせ精度を測定する
方法がある。アライメント信号を検出して信号の再現性
を測定する方法(1)では、アライメントマークが非対
称性である場合のアライメント波形が、非対称性でない
場合と比較して波形信号の形状に変化がない場合があ
る。例えば、図16及び図17は、アライメントマーク
が塗付されたレジストの非対称性などの原因によってア
ライメント検出位置が変化した例を示す。図16は、凸
状アライメントマークを示す断面図とこのアライメント
マークを検出することによって得られたアライメント波
形信号を示す特性図である。このアライメントマーク6
は、ウェーハ2の表面の凸状部にフォトレジスト12を
形成して構成されているが、フォトレジスト12は、こ
の凸状部に沿って均一に形成されている。
As described above, it has been shown that the alignment accuracy can be improved by selecting an alignment detector and selecting the shape of an alignment mark for a wafer having undergone a predetermined process step. There was such a problem. Means for confirming that the alignment mark is affected by the process include: (1) a method of detecting an alignment signal and measuring the reproducibility of the signal;
(2) There is a method of actually performing exposure and measuring overlay accuracy. In the method (1) of detecting the alignment signal and measuring the reproducibility of the signal, the alignment waveform when the alignment mark is asymmetric has no change in the shape of the waveform signal as compared with the case where the alignment mark is not asymmetric. is there. For example, FIGS. 16 and 17 show examples in which the alignment detection position has changed due to asymmetry of the resist on which the alignment mark is applied. FIG. 16 is a sectional view showing a convex alignment mark and a characteristic diagram showing an alignment waveform signal obtained by detecting the alignment mark. This alignment mark 6
Is formed by forming a photoresist 12 on a convex portion on the surface of the wafer 2, and the photoresist 12 is formed uniformly along the convex portion.

【0008】特性図は、縦軸に光強度をとり、横軸にウ
ェーハステージ位置を示す。図に示すように、ウェーハ
上に形成されたアライメントマーク6の位置に光強度の
ピークが存在し、凸状部中心と光強度のピークが一致し
ている。図17は、凸状アライメントマークを示す断面
図とこのアライメントマークを検出することによって得
られたアライメント波形信号を示す特性図であるが、ウ
ェーハ2の表面の凸状部にフォトレジスト12が形成さ
れているが、この凸状部に沿って均一に形成されておら
ず、フォトレジストの山は幾分ウェーハの凸状部中心よ
りずれている。特性図は、縦軸に光強度をとり、横軸に
ウェーハステージ位置を示す。図に示すように、ウェー
ハ上に形成されたアライメントマーク6の位置に光強度
のピークは、ウェーハの凸状部の中心とは一致していな
い。すなわち、図16は、マークに非対称性がない場合
であり、図17は、マークに非対称性がある場合を示
す。図17のアライメント検出信号は、図16の信号波
形が平行シフトして出力されることが多い。この場合ア
ライメント検出位置の検出再現性は図16と図17とで
は同等であり、マーク形状の非対称性によるアライメン
ト精度の判定はできない。
In the characteristic diagram, the light intensity is plotted on the vertical axis, and the wafer stage position is plotted on the horizontal axis. As shown in the figure, a light intensity peak exists at the position of the alignment mark 6 formed on the wafer, and the center of the convex portion coincides with the light intensity peak. FIG. 17 is a cross-sectional view showing a convex alignment mark and a characteristic diagram showing an alignment waveform signal obtained by detecting the alignment mark. The photoresist 12 is formed on the convex portion on the surface of the wafer 2. However, the photoresist is not formed uniformly along the convex portion, and the peak of the photoresist is slightly shifted from the center of the convex portion of the wafer. In the characteristic diagram, the vertical axis indicates light intensity, and the horizontal axis indicates a wafer stage position. As shown in the figure, the peak of the light intensity at the position of the alignment mark 6 formed on the wafer does not coincide with the center of the convex portion of the wafer. That is, FIG. 16 shows a case where the mark has no asymmetry, and FIG. 17 shows a case where the mark has asymmetry. The alignment detection signal of FIG. 17 is often output with the signal waveform of FIG. 16 shifted in parallel. In this case, the detection reproducibility of the alignment detection position is the same between FIG. 16 and FIG. 17, and it is not possible to determine the alignment accuracy based on the asymmetry of the mark shape.

【0009】また、実際に露光を行って重ね合わせ精度
を測定する方法(2)は、アライメントマーク形状の異
なるウェーハを用意して実際の露光を行い、任意のウェ
ーハプロセスに対して最適なアライメント検出方法と最
適なアライメントマークを選択するものである。しか
し、この方法では、アライメントマークを用いてそれぞ
れ各プロセスウェーハ、各アライメント検出器、各アラ
イメントマーク形状に対して露光を行わねばならず煩雑
であった。例えば、アライメントを行う工程が1ウェー
ハで20回程度あるが、アライメント検出器は、上記の
ように3種類ありアライメントマークの凹凸やパータン
形状が10通り有るとすると、1つのウェーハに対し
て、例えば、600回も露光処理を行わなければ露光精
度が判定できない。本発明は、このような事情によりな
されたものであり、実際に露光処理を行うことなく任意
のプロセスウェーハに対して最適なアライメント検出器
を選択し、アライメントマークから容易に位置決めを行
うことができる方法を提供することを目的にしている。
The method (2) of actually performing exposure and measuring overlay accuracy is to prepare wafers having different alignment mark shapes, perform actual exposure, and detect an optimal alignment for an arbitrary wafer process. The method and the optimal alignment mark are selected. However, in this method, exposure must be performed on each process wafer, each alignment detector, and each alignment mark shape using the alignment mark, which is complicated. For example, the alignment process is performed about 20 times for one wafer, and if there are three types of alignment detectors and ten types of alignment mark irregularities or patterns as described above, for one wafer, for example, , 600 times, the exposure accuracy cannot be determined. The present invention has been made under such circumstances, and it is possible to easily select an optimal alignment detector for an arbitrary process wafer without actually performing exposure processing, and to easily perform positioning from an alignment mark. It is intended to provide a way.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は、任意のウェー
ハプロセス工程において形成されるウェーハ上のアライ
メントマークを位置合わせするアライメント検出器を具
備する露光装置において、検出されたアライメントマー
ク位置の位置誤差から系統誤差を求め、アライメントマ
ーク位置の位置誤差から系統誤差を除いた残差量によっ
てアライメント精度を求めることを特徴とする。又、位
置検出原理が異なる複数のアライメント検出器を用いて
残差量を求め、最も少ない残差量のアライメント検出器
をそのウェーハの最適な装置として選択することを特徴
とする。
According to the present invention, there is provided an exposure apparatus having an alignment detector for aligning an alignment mark on a wafer formed in an arbitrary wafer processing step. And a systematic error is calculated from the position error of the alignment mark position, and the alignment accuracy is obtained by a residual amount obtained by removing the systematic error from the position error of the alignment mark position. In addition, a residual amount is obtained by using a plurality of alignment detectors having different position detection principles, and an alignment detector having the smallest residual amount is selected as an optimal device for the wafer.

【0011】すなわち、本発明の露光装置用位置合わせ
装置は、半導体ウェーハ上のアライメントマーク位置を
所定の位置に位置合わせするアライメント検出器と、前
記アライメント検出器から出力されたアライメント出力
信号を処理するアライメント信号処理部と、前記半導体
ウェーハが搭載され、ステージ駆動部によって駆動され
るウェーハステージと、前記ウェーハステージの位置を
計測するステージ位置計測部と、前記アライメント信号
処理部から得られた出力信号と前記ステージ位置計測部
から得られた出力信号とを比較して前記ウェーハステー
ジの位置を制御する演算を行う演算部と、前記半導体ウ
ェーハ上の複数のアライメントマーク位置を検出してそ
の位置誤差を求め、前記検出されたアライメントマーク
位置の位置誤差から系統誤差を求め、前記位置誤差から
系統誤差を除いた残差量によってアライメント精度を求
める手段とを備えていることを第1の特徴とする。ま
た、半導体ウェーハ上のアライメントマーク位置を所望
の位置に位置合わせするそれぞれ位置検出原理の異なる
複数のアライメント検出器と、前記アライメント検出器
から出力されたアライメント出力信号を処理するアライ
メント信号処理部と、前記半導体ウェーハが搭載され、
ステージ駆動部によって駆動されるウェーハステージ
と、前記ウェーハステージの位置を計測するステージ位
置計測部と、前記アライメント信号処理部から得られた
出力信号と前記ステージ位置計測部から得られた出力信
号とを比較して前記ウェーハステージの位置を制御する
演算を行う演算部と、前記各アライメント検出器を用い
て、前記半導体ウェーハ上の複数のアライメントマーク
位置を検出してその位置誤差を求め、前記検出されたア
ライメントマーク位置の位置誤差から系統誤差を求め、
前記位置誤差から系統誤差を除いた残差量によってアラ
イメント精度を求める手段と、前記複数のアライメント
検出器の中から前記残差量が最も少ないアライメント検
出器を選択する手段とを備え、この選択されたアライメ
ント検出器を用いて位置合わせを行うことを第2の特徴
とする。
That is, an alignment apparatus for an exposure apparatus according to the present invention processes an alignment detector for aligning an alignment mark position on a semiconductor wafer to a predetermined position, and processes an alignment output signal output from the alignment detector. An alignment signal processing unit, the semiconductor wafer is mounted, a wafer stage driven by a stage driving unit, a stage position measurement unit that measures the position of the wafer stage, and an output signal obtained from the alignment signal processing unit An arithmetic unit for performing an arithmetic operation for controlling the position of the wafer stage by comparing an output signal obtained from the stage position measuring unit, and detecting a plurality of alignment mark positions on the semiconductor wafer to obtain a position error thereof; The position error of the detected alignment mark position Calculated systematic errors, the first characterized in that it comprises means for determining the alignment accuracy by the residual amount excluding systematic error from the position error. Further, a plurality of alignment detectors each having a different position detection principle for aligning the alignment mark position on the semiconductor wafer to a desired position, and an alignment signal processing unit for processing an alignment output signal output from the alignment detector, The semiconductor wafer is mounted,
A wafer stage driven by a stage driving unit, a stage position measuring unit that measures the position of the wafer stage, and an output signal obtained from the alignment signal processing unit and an output signal obtained from the stage position measuring unit. An arithmetic unit that performs an arithmetic operation to control the position of the wafer stage by comparison, and using each of the alignment detectors, detects a plurality of alignment mark positions on the semiconductor wafer and obtains position errors thereof. System error from the position error of the alignment mark position
A means for obtaining alignment accuracy by a residual amount obtained by removing a system error from the position error; anda means for selecting an alignment detector having the smallest residual amount from the plurality of alignment detectors. The second feature is that the alignment is performed using the alignment detector.

【0012】前記半導体ウェーハ面上に形状が異なるア
ライメントマークを配置し、前記アライメント検出器に
よって半導体ウェーハ上の複数のアライメントマーク位
置を検出してその位置誤差を求め、前記検出されたアラ
イメントマーク位置の位置誤差から系統誤差を求め、前
記位置誤差から系統誤差を除いた残差量が最も少ない形
状のアライメントマークを選択する手段を有するように
しても良い。また、本発明の位置合わせ方法は、アライ
メント検出器を用いて半導体ウェーハ上のアライメント
マーク位置を所定の位置に位置合わせするステップと、
前記アライメント検出器から出力されたアライメント出
力信号をアライメント信号処理部で処理するステップ
と、前記半導体ウェーハが搭載されたウェーハステージ
をステージ駆動部によって駆動するステップと、ステー
ジ位置計測部を用いてウェーハステージの位置を計測す
るステップと、前記アライメント信号処理部から得られ
た出力信号と前記ステージ位置計測部から得られた出力
信号とを演算部において比較処理して前記ステージの位
置を制御するステップと、前記半導体ウェーハ上の複数
のアライメントマーク位置を検出してその位置誤差を求
め、前記検出されたアライメントマーク位置の位置誤差
から系統誤差を求め、前記位置誤差から系統誤差を除い
た残差量によってアライメント精度を求めるステップと
を備えていることを特徴とする。
An alignment mark having a different shape is arranged on the surface of the semiconductor wafer, a plurality of alignment mark positions on the semiconductor wafer are detected by the alignment detector, and positional errors thereof are obtained. Means may be provided for obtaining a systematic error from the position error and selecting an alignment mark having a shape with the smallest residual amount obtained by removing the systematic error from the position error. Further, the alignment method of the present invention is a step of aligning the alignment mark position on the semiconductor wafer to a predetermined position using an alignment detector,
Processing an alignment output signal output from the alignment detector by an alignment signal processing unit; driving a wafer stage on which the semiconductor wafer is mounted by a stage driving unit; and Measuring the position of, and controlling the position of the stage by comparing the output signal obtained from the alignment signal processing unit and the output signal obtained from the stage position measurement unit in a calculation unit, Detecting a plurality of alignment mark positions on the semiconductor wafer to determine their position errors, obtaining a systematic error from the detected position errors of the alignment mark positions, and performing alignment by a residual amount obtained by removing the systematic errors from the position errors. And the step of seeking accuracy And butterflies.

【0013】[0013]

【作用】アライメントマーク位置の位置誤差から系統誤
差を除いた残差量から実際に露光を行わないで任意のプ
ロセスウェーハに対して容易にアライメント精度を求め
ることができる。又、最も少ない残差量のアライメント
装置を選択することにより最適なアライメント検出器を
簡単に選択できる。
According to the present invention, the alignment accuracy can be easily obtained for an arbitrary process wafer without actually performing exposure from the residual amount obtained by removing the systematic error from the position error of the alignment mark position. Further, by selecting an alignment apparatus having the smallest residual amount, an optimum alignment detector can be easily selected.

【0014】[0014]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図1は、本発明の露光装置用位置決め装置のプロ
セスを説明するフローチャート図である。半導体装置の
製造において、フォトレジストを必要とし、これをパタ
ーニングする工程は1つのウェーハで20回を越える。
このウェーハ上のフォトレジストを露光し、現像すると
ウェーハに位置誤差が生ずる。図8及び図9はアライメ
ント検出器を有する露光装置の斜視図及び模式断面図で
ある。そして、図11乃至図13は、本発明に使用され
るアライメント検出器を備えた露光装置の例であり、そ
れぞれのアライメント検出器は、互いに位置検出原理が
異なる。図11の露光装置は、任意のプロセスマークで
もある程度アライメント可能であり、汎用性の広いアラ
イメントが可能であるが、低段差マークでアライメント
ができない場合やアライメント精度がアルミスパッタむ
らによるマークの非対称性の影響を受け易い欠点があ
る。図12の露光装置は、凹部又は凸部を有する低段差
マークにおいてもアライメントが可能である。しかし、
位相検出は検出感度が高い反面、レジスト内の多重反射
の影響などを受け易い傾向にある。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a flowchart illustrating a process of the positioning apparatus for an exposure apparatus according to the present invention. 2. Description of the Related Art In the manufacture of semiconductor devices, a photoresist is required, and the step of patterning the photoresist is more than 20 times on one wafer.
When the photoresist on the wafer is exposed and developed, a positional error occurs on the wafer. 8 and 9 are a perspective view and a schematic cross-sectional view of an exposure apparatus having an alignment detector. FIGS. 11 to 13 show an example of an exposure apparatus provided with an alignment detector used in the present invention. The alignment detectors have different principle of position detection. The exposure apparatus shown in FIG. 11 can perform alignment to some extent even with an arbitrary process mark, and can perform alignment with wide versatility. However, in the case where alignment cannot be performed with a low step mark or alignment accuracy is low due to unevenness of mark due to uneven aluminum spatter. There are drawbacks that are easily affected. The exposure apparatus in FIG. 12 can perform alignment even on a low step mark having a concave portion or a convex portion. But,
Although phase detection has high detection sensitivity, it tends to be easily affected by multiple reflections in the resist.

【0015】図13は、アライメントマークの非対称性
やレジスト内の多重反射によるアライメント誤差が低減
される反面、低段差のアライメントマークはアライメン
トし難い傾向にある。このような複数のアライメント検
出器では、どのようなマークにでも対応できるものでは
なく、露光装置にマークの検出原理が互いに異なる複数
のアライメント装置を搭載することが必要である。ウェ
ーハの位置誤差は図2及び図3に示すように様々な原因
が考えられる。図2及び図3は、アライメントマークの
誤差の原因を示したウェーハの平面図である。図2は線
形誤差を示し、図3はランダム誤差を示している。図2
(a)は、ウェーハ2の上でアライメントマーク6が平
行にシフトした線形誤差であり、ウェーハ上のマーク検
出誤差は、(αx ,αy )で表わされる。図2(b)
は、ウェーハ2の上でアライメントマーク6が回転して
形成された線形誤差であり、ウェーハ上のマーク検出誤
差は、(θc )で表わされる。図2(c)は、ウェーハ
2の上でアライメントマーク6がウェーハ2内の位置に
よりことなる倍率変化によって形成された線形誤差であ
り、ウェーハ上のマーク検出誤差は、(Mx ,My )で
表わされる。
FIG. 13 shows that alignment errors due to asymmetry of the alignment marks and multiple reflections in the resist are reduced, but alignment marks with low steps tend to be difficult to align. Such a plurality of alignment detectors cannot deal with any kind of mark, and it is necessary to mount a plurality of alignment devices having different mark detection principles on an exposure apparatus. Various causes can be considered for the position error of the wafer as shown in FIGS. 2 and 3 are plan views of the wafer showing the causes of errors in the alignment marks. FIG. 2 shows a linear error, and FIG. 3 shows a random error. FIG.
(A) is a linear error in which the alignment mark 6 is shifted in parallel on the wafer 2, and a mark detection error on the wafer is represented by (αx, αy). FIG. 2 (b)
Is a linear error formed by rotating the alignment mark 6 on the wafer 2, and a mark detection error on the wafer is represented by (θc). FIG. 2C shows a linear error in which the alignment mark 6 is formed on the wafer 2 due to a change in magnification depending on the position in the wafer 2. The mark detection error on the wafer is represented by (Mx, My). It is.

【0016】図2(d)は、ウェーハ2の上でアライメ
ントマーク6が互い直交して形成された線形誤差であ
り、ウェーハ上のマーク検出誤差は、(θo )で表わさ
れる。また、図3は、ウェーハ2上に形成されたアライ
メントマーク6のランダムに発生したランダム誤差を示
している。このように露光装置におけるアライメント装
置で検出されたアライメントマークの位置誤差は線形誤
差(平行シフト誤差、回転、倍率、直交度)とランダム
誤差に分離できる。この線形誤差は、露光装置を移動す
ること(図10に示すようにウェーハステージ11の移
動による)によって補正することができる。また、設計
上のマーク位置(x,y)と測定によって得られたマー
ク位置との差を(dx,dy)とすると、ウェーハ上の
マーク検出位置誤差は次式で表せる。 dx=αx −(θc +θo )・y+Mx ・x+Sx dy=αy +θc ・x+My ・y+Sy (1) ここで(αx ,αy )は、x、y方向の平行シフト誤差
係数、(Mx ,My )は倍率誤差係数、θc は、回転方
向の誤差係数、θo は、直交度誤差係数、(Sx ,Sy
)は、残りのランダム誤差を表わす。
FIG. 2D shows a linear error in which the alignment marks 6 are formed orthogonal to each other on the wafer 2, and the mark detection error on the wafer is represented by (θo). FIG. 3 shows randomly generated random errors of the alignment marks 6 formed on the wafer 2. As described above, the position error of the alignment mark detected by the alignment apparatus in the exposure apparatus can be separated into a linear error (parallel shift error, rotation, magnification, orthogonality) and a random error. This linear error can be corrected by moving the exposure apparatus (by moving the wafer stage 11 as shown in FIG. 10). If the difference between the designed mark position (x, y) and the mark position obtained by the measurement is (dx, dy), the mark detection position error on the wafer can be expressed by the following equation. dx = αx− (θc + θo) · y + Mx · x + Sx dy = αy + θc · x + My · y + Sy (1) where (αx, αy) is a parallel shift error coefficient in the x and y directions, and (Mx, My) is a magnification error. Coefficient, θc is an error coefficient in the rotation direction, θo is an orthogonality error coefficient, (Sx, Sy
) Represents the remaining random error.

【0017】これらの線形誤差係数(αx ,αy ,Mx
,My ,θc ,θo )は、上記のように演算部10で
最小二乗法を用いて求める。ここで線形誤差係数は系統
誤差であり、マーク位置からこの系統誤差を除いた残差
量がランダム誤差である。本発明では、この誤差からア
ライメント精度が求められる。一般に、設計上のマーク
位置(x,y)と、測定によって得られるマーク位置と
の差dxを最小二乗法で求めると、 dx=a0 +a1 x+a2 y+a3 x2 +a4 y2 +a5 xy+a6 x3 + a7 y3 +a8 x2 y+a9 xy2 +・・・ (2) のn次式に表わされる。この(2)式に示すn次式にお
いて、上記実施例では、1次係数までを系統誤差とし、
2次係数以下を残差としたが、2次、3次以上の高次成
分まで系統誤差とすることも可能である。
These linear error coefficients (αx, αy, Mx
, My, θc, θo) are obtained by the arithmetic unit 10 using the least squares method as described above. Here, the linear error coefficient is a systematic error, and the residual amount obtained by removing the systematic error from the mark position is a random error. In the present invention, the alignment accuracy is obtained from this error. In general, the mark position on the design (x, y) and, when the difference dx between the mark position obtained by the measurement obtained by the least squares method, dx = a0 + a1 x + a2 y + a3 x 2 + a4 y 2 + a5 xy + a6 x 3 + a7 y n is represented by the following equation of 3 + a8 x 2 y + a9 xy 2 + ··· (2). In the n-th order equation shown in the equation (2), in the above embodiment, up to the first order coefficient is regarded as a systematic error,
Although the residual equal to or smaller than the second-order coefficient is used as the residual, it is also possible to use the systematic error up to the second-order, third-order and higher-order components.

【0018】この時の残差は前記高次よりさらに高次の
成分となる。例えば、(n−1)次までの係数を系統誤
差とすると、残差はn次係数となる。系統誤差が高次の
成分まで含めるとそれだけアライメント精度は高くなる
が、マーク位置誤差が(2)式に示すn次式であると、
そのアライメント精度は、n-1/2に比例するので、nが
大きくなるにしたがってアライメント精度の変化は小さ
くなる。したがって、nは最適に設定するのが効率的で
ある。次に、図1、図4及び図5を参照して本発明によ
るアライメント検出器及びアライメントマークを選択す
る方法を説明する。図1は、本発明を実施するフローチ
ャート図、図4は、露光処理を行うウェーハの平面図、
図5は、このウェーハに形成されたチップ形成領域の拡
大平面図である。
The residual at this time is a higher-order component than the higher-order component. For example, if coefficients up to the (n-1) th order are systematic errors, the residual is an nth order coefficient. If the systematic error includes even higher-order components, the alignment accuracy will increase accordingly. However, if the mark position error is the n-th order expression shown in the expression (2),
Since the alignment accuracy is proportional to n −1/2 , the change in the alignment accuracy decreases as n increases. Therefore, it is efficient to set n optimally. Next, a method for selecting an alignment detector and an alignment mark according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a flowchart for implementing the present invention, FIG. 4 is a plan view of a wafer to be subjected to an exposure process,
FIG. 5 is an enlarged plan view of a chip formation region formed on the wafer.

【0019】本発明では、半導体製造に用いる露光装置
において、ウェーハ上の複数のアライメントマーク位置
を検出し、この検出されたアライメントマーク位置から
系統誤差を求め、前記アライメントマーク位置から系統
誤差を除いた残差量によってアライメント精度を求める
ことを特徴としている。この実施例では、ウェーハに複
数のアライメントマークを選定している。図4に示すウ
ェーハ2は、複数のチップ形成領域20を有しており、
この図5に示すチップ形成領域20には、どの領域にも
一様なパターンのマーク21が形成されており、チップ
形成領域を適宜選んでそのマーク21をアライメントマ
ーク6として用いる。選択するチップ形成領域20の数
及びウェーハ内での配置は、最適値が選択される。この
複数種のアライメントマークを備えたウェーハに対して
位置検出原理の異なる複数のアライメント検出器を用い
て、以下に示す手順によってこのウェーハに最適なアラ
イメント検出器及び最適なアライメントマークを選択
し、この後、このウェーハ及びこれ以降のウェーハに対
して露光装置を適用し、その際に前記選択したアライメ
ント検出器及びアライメントマークをアライメント処理
に使用する。
According to the present invention, in an exposure apparatus used for semiconductor manufacturing, a plurality of alignment mark positions on a wafer are detected, a systematic error is determined from the detected alignment mark positions, and a systematic error is removed from the alignment mark positions. It is characterized in that the alignment accuracy is obtained from the residual amount. In this embodiment, a plurality of alignment marks are selected for a wafer. The wafer 2 shown in FIG. 4 has a plurality of chip forming regions 20.
In the chip formation region 20 shown in FIG. 5, a mark 21 having a uniform pattern is formed in any region, and the mark formation region is appropriately selected and the mark 21 is used as the alignment mark 6. Optimum values are selected for the number of chip forming regions 20 to be selected and the arrangement in the wafer. Using a plurality of alignment detectors having different position detection principles for the wafer having the plurality of types of alignment marks, an optimal alignment detector and an optimal alignment mark for the wafer are selected by the following procedure. Thereafter, an exposure apparatus is applied to this wafer and subsequent wafers, and at this time, the selected alignment detector and alignment mark are used for alignment processing.

【0020】ウェーハは、通常1ロット(24〜25枚
程度)毎に同じ処理を行う。そして先頭の一枚目で前記
アライメント検出器及びアライメントマークを選択し、
2枚目以降は、1枚目で判定されて選択されたアライメ
ント検出器とアライメントマークを使用する。図は、ア
ライメント検出器及びアライメントマークを選択するま
でのフローチャート図である。まず複数のアライメント
検出器から所定のアライメント検出器を指定し、1枚目
のウェーハに形成された複数のアライメントマークから
所定のアライメントマークを指定する(a)。指定され
たアライメント検出器を用いてアライメントを実行しア
ライメントマーク位置X(x,y)を測定する(b)。
次に、演算部10(図9参照)で前記(1)式を用いて
線形誤差係数A(αx ,αy ,Mx ,My ,θc ,θo
)を求める(c)。次に、実際に測定されたアライメ
ントマーク位置Xから前記(1)式を用いてランダム成
分S(Sx ,Sy )を求める(d)。
Usually, the same processing is performed for each lot (about 24 to 25 wafers). Then, select the alignment detector and the alignment mark at the first sheet,
For the second and subsequent sheets, the alignment detector and the alignment mark determined and selected on the first sheet are used. The figure is a flow chart until an alignment detector and an alignment mark are selected. First, a predetermined alignment detector is specified from a plurality of alignment detectors, and a predetermined alignment mark is specified from a plurality of alignment marks formed on the first wafer (a). The alignment is executed using the specified alignment detector, and the alignment mark position X (x, y) is measured (b).
Next, the arithmetic unit 10 (see FIG. 9) uses the equation (1) to calculate the linear error coefficient A (αx, αy, Mx, My, θc, θo).
) Is obtained (c). Next, a random component S (Sx, Sy) is obtained from the actually measured alignment mark position X by using the above equation (1) (d).

【0021】ついで、他のアライメント検出器及びウェ
ーハに形成された他のアライメントマークでアライメン
トするか否か判断し(e)、他のアライメント検出器及
び他のアライメントマークでアライメントするために
(a)へ戻る。最後に用意したすべてのアライメント検
出器及びアライメントマークを用いてアライメントが終
わったら、ランダム成分Sの最も小さいアライメント検
出器及びアライメントマークを選択して、以降のウェー
ハの露光工程に使用する(f)。実際の露光において
は、露光工程に入る際に、予め1枚ないし複数のウェー
ハを用いて本発明を適用し、最適なアライメント検出器
及びアライメントマークを選択する。次に、図6を参照
して本発明の露光装置によりウェーハに形成配置された
形状の異なるアライメントマークからアライメント検出
器に最適な形状のアライメンマークを選択する。本発明
は、ウェーハを露光する際に、ウェーハ上の複数のアラ
イメントマーク位置を検出し、この検出されたアライメ
ントマーク位置から系統誤差を求め、前記アライメント
マーク位置から系統誤差を除いた残差量によってアライ
メント精度を求めるようにしている。
Next, it is determined whether or not alignment is to be performed with another alignment detector and another alignment mark formed on the wafer (e), and alignment is performed with another alignment detector and another alignment mark (a). Return to When the alignment is completed using all the alignment detectors and alignment marks prepared at the end, the alignment detector and the alignment mark having the smallest random component S are selected and used in the subsequent wafer exposure process (f). In the actual exposure, when entering the exposure step, the present invention is applied using one or more wafers in advance, and an optimal alignment detector and alignment mark are selected. Next, referring to FIG. 6, an alignment mark having an optimum shape for the alignment detector is selected from alignment marks having different shapes formed and arranged on the wafer by the exposure apparatus of the present invention. The present invention, when exposing a wafer, detects a plurality of alignment mark positions on the wafer, obtains a systematic error from the detected alignment mark position, by the residual amount excluding the systematic error from the alignment mark position It seeks alignment accuracy.

【0022】図4に示すウェーハ2は、複数のチップ形
成領域20を有しており、図6に示すチップ形成領域2
0には、どの領域にも一様なパターンのマーク21が形
成されている。そして、チップ形成領域を適宜選んでそ
のマーク21をアライメントマーク6として用いる。選
択するチップ形成領域20の数及びウェーハ内での配置
は、最適値が選択される。ここでは、形状の異なる複数
のアライメントマークを備えたウェーハに対し、位置検
出原理の異なる複数のアライメント検出器を使用して図
1に示すフローチャートに従ってウェーハに最適なアラ
イメントマークを選択する。図では、第1のマーク61
及び第2のマーク62を備えている。この場合、所定の
アライメント検出器を用いてアライメントマーク位置を
検出し、アライメントマークの形状ごとにアライメント
マーク位置から系統誤差を除いた残差量を求め、残差量
が最も少ない形状のアライメントマークを最適なものと
して選択する。この後、このウェーハ及び次以降のウェ
ーハに対して露光装置を適用し、その際に前記所定のア
ライメント検出器及び選択した形状のアライメントマー
クをアライメント処理に使用する。
The wafer 2 shown in FIG. 4 has a plurality of chip forming regions 20 and is provided with a plurality of chip forming regions 20 shown in FIG.
In 0, a mark 21 having a uniform pattern is formed in any region. Then, a chip formation region is appropriately selected, and the mark 21 is used as the alignment mark 6. Optimum values are selected for the number of chip forming regions 20 to be selected and the arrangement in the wafer. Here, for a wafer provided with a plurality of alignment marks having different shapes, a plurality of alignment detectors having different position detection principles are used to select an optimal alignment mark for the wafer according to the flowchart shown in FIG. In the figure, the first mark 61
And a second mark 62. In this case, the position of the alignment mark is detected using a predetermined alignment detector, the residual amount obtained by removing the systematic error from the alignment mark position is obtained for each alignment mark shape, and the alignment mark having the smallest residual amount is determined. Choose the best one. Thereafter, an exposure apparatus is applied to this wafer and subsequent wafers, and at this time, the predetermined alignment detector and the alignment mark having the selected shape are used for alignment processing.

【0023】次に、図7(a)を参照して本発明の露光
装置を用いてウェーハに形成配置された複数のマークの
中からアライメント検出器に最適な数のアライメンマー
クを選択する。本発明は、ウェーハを露光する際に、ウ
ェーハ上の複数のアライメントマーク位置を検出し、こ
の検出されたアライメントマーク位置から系統誤差を求
め、前記アライメントマーク位置から系統誤差を除いた
残差量によってアライメント精度を求めるようにしてい
る。アライメントマーク位置の検出からアライメント精
度を求める場合に、ウェーハに形成されたすべてのチッ
プ形成領域のマークをアライメントマークとして位置検
出を行うこともできるが、すべてのウェーハに形成され
たすべてのマークからアライメント精度を求めることは
手数が掛かり、効率的ではない。また、マーク数が少な
いとアライメント精度が低下する。一般に、アライメン
トマークが少ないとアライメント精度は低く、マークア
ライメントマークの数が多いほどその精度は向上する
が、その数が多くなるにしたがって精度向上度は小さく
なる。
Next, referring to FIG. 7A, an optimal number of alignment marks for an alignment detector is selected from a plurality of marks formed on a wafer using the exposure apparatus of the present invention. The present invention, when exposing a wafer, detects a plurality of alignment mark positions on the wafer, obtains a systematic error from the detected alignment mark position, by the residual amount excluding the systematic error from the alignment mark position It seeks alignment accuracy. When determining the alignment accuracy from the detection of the alignment mark position, the position can be detected using the marks of all chip formation areas formed on the wafer as alignment marks, but alignment is performed from all the marks formed on all wafers. Finding accuracy is time-consuming and inefficient. In addition, when the number of marks is small, the alignment accuracy is reduced. In general, when the number of alignment marks is small, the alignment accuracy is low. As the number of mark alignment marks increases, the accuracy improves, but as the number increases, the degree of improvement in accuracy decreases.

【0024】従って、この場合、所定のアライメント検
出器を用いてアライメントマーク位置を検出し、アライ
メントマークの数を変えてアライメントマーク位置から
の系統誤差を除いた残差量を求め、残差量が所定の値よ
り小さいアライメントマークの数を最適なものとして選
択する。この実施例では、例えば、8〜9個のアライメ
ントマークを選択している。次に、図7(b)を参照し
て本発明の露光装置を用いてウェーハに形成配置された
複数のマークの中からアライメント検出器に最適なウェ
ーハ位置のアライメンマークを選択する。例えば、プロ
セス歪みによって中央付近でアライメントマークを選択
した方が良い場合がある。したがってアライメントマー
ク位置の検出からアライメント精度を求める場合に、ウ
ェーハを幾つかの領域63、64に分け、所定のアライ
メント検出器を用いて各領域のアライメントマーク位置
を検出し、各領域のアライメントマーク位置からの系統
誤差を除いた残差量を求め、残差量が最も小さい領域の
アライメントマークを最適なものとして選択する。本発
明は、光露光装置を用いて説明したが、電子ビーム露光
装置、X線露光装置、あらゆる位置測定装置にも適用で
きる。さらに、本発明では、アライメント検出原理はと
くに限定せず、アライメントマーク及びパターン位置を
測定して半導体ウェーハの位置を計測するあらゆるアラ
イメント装置に適用できる。
Accordingly, in this case, the position of the alignment mark is detected using a predetermined alignment detector, and the number of alignment marks is changed to obtain the residual amount excluding the systematic error from the alignment mark position. The number of alignment marks smaller than a predetermined value is selected as the optimum one. In this embodiment, for example, 8 to 9 alignment marks are selected. Next, referring to FIG. 7B, an alignment mark at a wafer position optimal for an alignment detector is selected from a plurality of marks formed on a wafer by using the exposure apparatus of the present invention. For example, it may be better to select an alignment mark near the center due to process distortion. Therefore, when obtaining the alignment accuracy from the detection of the alignment mark position, the wafer is divided into several regions 63 and 64, the alignment mark position of each region is detected using a predetermined alignment detector, and the alignment mark position of each region is detected. The residual amount excluding the systematic error from is obtained, and the alignment mark in the region where the residual amount is the smallest is selected as the optimal one. Although the present invention has been described using a light exposure apparatus, the present invention can be applied to an electron beam exposure apparatus, an X-ray exposure apparatus, and any position measuring apparatus. Further, in the present invention, the principle of alignment detection is not particularly limited, and the present invention can be applied to any alignment apparatus that measures the position of a semiconductor wafer by measuring the position of an alignment mark and a pattern.

【0025】[0025]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、任意の
ウェーハプロセスに最適なアライメント検出器、アライ
メントマーク及びアライメントマークの形状の選択は、
わざわざ露光して重ね合わせ精度を評価する必要がな
く、測定されたアライメントマーク位置を演算処理する
だけで可能となる。
As described above, according to the present invention, it is possible to select an alignment detector, an alignment mark, and a shape of an alignment mark which are optimal for an arbitrary wafer process.
It is not necessary to perform the exposure to evaluate the overlay accuracy, and it becomes possible only by calculating the measured alignment mark position.

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

【図1】本発明の実施例を示したフローチャート図。FIG. 1 is a flowchart showing an embodiment of the present invention.

【図2】ウェーハ面の線形誤差を説明する平面図。FIG. 2 is a plan view illustrating a linear error on a wafer surface.

【図3】ウェーハ面のランダム誤差を説明する平面図。FIG. 3 is a plan view illustrating a random error on a wafer surface.

【図4】チップ形成領域を有するウェーハの平面図。FIG. 4 is a plan view of a wafer having a chip formation region.

【図5】ウェーハのチップ形成領域の拡大平面図。FIG. 5 is an enlarged plan view of a chip formation region of a wafer.

【図6】ウェーハのチップ形成領域の拡大平面図。FIG. 6 is an enlarged plan view of a chip formation region of a wafer.

【図7】ウェーハのアライメントマーク形成領域を示す
平面図。
FIG. 7 is a plan view showing an alignment mark forming region of the wafer.

【図8】本発明及び従来のアライメント検出器を備えた
露光装置の斜視図。
FIG. 8 is a perspective view of an exposure apparatus provided with the present invention and a conventional alignment detector.

【図9】図8の露光装置の信号処理系を説明する概略ブ
ロック図。
9 is a schematic block diagram illustrating a signal processing system of the exposure apparatus in FIG.

【図10】本発明及び従来のアライメントマークが配置
されたウェーハの平面図。
FIG. 10 is a plan view of a wafer on which alignment marks of the present invention and conventional alignment marks are arranged.

【図11】本発明及び従来のアライメント検出器の概略
ブロック図。
FIG. 11 is a schematic block diagram of the present invention and a conventional alignment detector.

【図12】本発明及び従来のアライメント検出器の概略
ブロック図。
FIG. 12 is a schematic block diagram of the present invention and a conventional alignment detector.

【図13】本発明及び従来のアライメント検出器の概略
ブロック図。
FIG. 13 is a schematic block diagram of the present invention and a conventional alignment detector.

【図14】本発明及び従来のアライメントマークの平面
図及びアライメントマークの出力信号波形を示す特性
図。
FIG. 14 is a plan view of an alignment mark of the present invention and a conventional alignment mark, and a characteristic diagram showing an output signal waveform of the alignment mark.

【図15】本発明及び従来のアライメントマークの平面
図及びアライメントマークの出力信号波形を示す特性
図。
FIG. 15 is a plan view of the alignment mark according to the present invention and the related art, and a characteristic diagram showing an output signal waveform of the alignment mark.

【図16】本発明及び従来のアライメントマークを有す
るウェーハの断面図及びアライメントマークの出力信号
波形を示す特性図。
FIG. 16 is a cross-sectional view of a wafer having an alignment mark according to the present invention and the related art, and a characteristic diagram showing an output signal waveform of the alignment mark.

【図17】本発明及び従来のアライメントマークを有す
るウェーハの断面図及びアライメントマークの出力信号
波形を示す特性図。
FIG. 17 is a cross-sectional view of a wafer having an alignment mark according to the present invention and the related art, and a characteristic diagram showing an output signal waveform of the alignment mark.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・投影レンズ、 2・・・ウェーハ、3・・・
アライメント検出器、 4・・・レーザ・ミラー、5
・・・レーザ干渉計光路、 6・・・アライメントマ
ーク、7・・・アライメント信号処理回路、 8・・
・レーザ干渉計、9・・・ステージ駆動系、 10・
・・…演算器、11・・・ウェーハステージ、 12
・・・フォトレジスト、20・・・チップ形成領域、
21・・・マーク、61・・・第1のマーク、 6
2・・・第2のマーク、63、64・・・アライメント
マーク形成領域
1 Projection lens 2 Wafer 3
Alignment detector, 4 ... laser mirror, 5
... Laser interferometer optical path, 6 ... Alignment mark, 7 ... Alignment signal processing circuit, 8 ...
・ Laser interferometer, 9 ・ ・ ・ Stage drive system, 10 ・
..... Calculator, 11 ... Wafer stage, 12
... photoresist, 20 ... chip formation area,
21 ... mark, 61 ... first mark, 6
2 ... second mark, 63, 64 ... alignment mark formation area

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027 G03F 9/00 G05D 3/12 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/027 G03F 9/00 G05D 3/12

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体ウェーハ上のアライメントマーク
位置を所定の位置に位置合わせするアライメント検出器
と、 前記アライメント検出器から出力されたアライメント出
力信号を処理するアライメント信号処理部と、 前記半導体ウェーハが搭載され、ステージ駆動部によっ
て駆動されるウェーハステージと、 前記ウェーハステージの位置を計測するステージ位置計
測部と、 前記アライメント信号処理部から得られた出力信号と前
記ステージ位置計測部から得られた出力信号とを比較し
て前記ウェーハステージの位置を制御する演算を行う演
算部と、 前記半導体ウェーハ上の複数のアライメントマーク位置
を検出してその位置誤差を求め、前記検出されたアライ
メントマーク位置の位置誤差から系統誤差を求め、前記
位置誤差から系統誤差を除いた残差量によってアライメ
ント精度を求める手段とを備えていることを特徴とする
露光装置用位置合わせ装置。
1. An alignment detector for aligning an alignment mark position on a semiconductor wafer to a predetermined position; an alignment signal processing unit for processing an alignment output signal output from the alignment detector; A wafer stage driven by a stage driving unit, a stage position measuring unit that measures the position of the wafer stage, an output signal obtained from the alignment signal processing unit, and an output signal obtained from the stage position measuring unit. And an arithmetic unit for performing an arithmetic operation for controlling the position of the wafer stage by comparing the positions of the plurality of alignment marks on the semiconductor wafer to determine their position errors, and the position errors of the detected alignment mark positions . From the systematic error,
Means for obtaining an alignment accuracy by a residual amount obtained by removing a system error from a position error .
【請求項2】 半導体ウェーハ上のアライメントマーク
位置を所望の位置に位置合わせするそれぞれ位置検出原
理の異なる複数のアライメント検出器と、 前記アライメント検出器から出力されたアライメント出
力信号を処理するアライメント信号処理部と、 前記半導体ウェーハが搭載され、ステージ駆動部によっ
て駆動されるウェーハステージと、 前記ウェーハステージの位置を計測するステージ位置計
測部と、 前記アライメント信号処理部から得られた出力信号と前
記ステージ位置計測部から得られた出力信号とを比較し
て前記ウェーハステージの位置を制御する演算を行う演
算部と、 前記各アライメント検出器を用いて、前記半導体ウェー
ハ上の複数のアライメントマーク位置を検出してその位
置誤差を求め、前記検出されたアライメントマーク位置
の位置誤差から系統誤差を求め、前記位置誤差から系統
誤差を除いた残差量によってアライメント精度を求める
手段と、 前記複数のアライメント検出器の中から前記残差量が最
も少ないアライメント検出器を選択する手段とを備え、 この選択されたアライメント検出器を用いて位置合わせ
を行うことを特徴とする露光装置用位置合わせ装置。
2. A plurality of alignment detectors each having a different position detection principle for aligning an alignment mark position on a semiconductor wafer to a desired position, and an alignment signal processing for processing an alignment output signal output from the alignment detector. A wafer stage on which the semiconductor wafer is mounted and driven by a stage driving unit; a stage position measuring unit that measures the position of the wafer stage; an output signal obtained from the alignment signal processing unit; and the stage position. An arithmetic unit that performs an arithmetic operation to control the position of the wafer stage by comparing the output signal obtained from the measurement unit, and using each of the alignment detectors, detects a plurality of alignment mark positions on the semiconductor wafer. That much
The alignment error is determined and the detected alignment mark position is determined.
Means for obtaining a systematic error from the position error of the position error and obtaining alignment accuracy by a residual amount obtained by removing the systematic error from the position error; and selecting an alignment detector having the smallest residual amount from the plurality of alignment detectors. Means for performing alignment using the selected alignment detector.
【請求項3】 前記半導体ウェーハ面上に形状が異なる
アライメントマークを配置し、前記アライメント検出器
によって半導体ウェーハ上の複数のアライメントマーク
位置を検出して位置誤差を求め、前記検出されたアライ
メントマーク位置の位置誤差から系統誤差を求め、前記
位置誤差から系統誤差を除いた残差量が最も少ない形状
のアライメントマークを選択する手段を有することを特
徴とする請求項1又は請求項2に記載の露光装置用位置
合わせ装置。
3. An alignment mark having a different shape is arranged on the surface of the semiconductor wafer, a plurality of alignment mark positions on the semiconductor wafer are detected by the alignment detector to obtain a position error, and the detected alignment mark position is determined . Determine the systematic error from the position error of
3. The aligning apparatus for an exposure apparatus according to claim 1, further comprising means for selecting an alignment mark having a shape having the smallest residual amount obtained by removing a systematic error from a position error .
【請求項4】 アライメント検出器を用いて半導体ウェ
ーハ上のアライメントマーク位置を所定の位置に位置合
わせするステップと、 前記アライメント検出器から出力されたアライメント出
力信号をアライメント信号処理部で処理するステップ
と、 前記半導体ウェーハが搭載されたウェーハステージをス
テージ駆動部によって駆動するステップと、 ステージ位置計測部を用いてウェーハステージの位置を
計測するステップと、 前記アライメント信号処理部から得られた出力信号と前
記ステージ位置計測部から得られた出力信号とを演算部
において比較処理して前記ステージの位置を制御するス
テップと、 前記半導体ウェーハ上の複数のアライメントマーク位置
を検出して位置誤差を求め、前記検出されたアライメン
トマーク位置の位置誤差から系統誤差を求め、前記位置
誤差から系統誤差を除いた残差量によってアライメント
精度を求めるステップとを備えていることを特徴とする
位置合わせ方法。
4. A step of aligning an alignment mark position on a semiconductor wafer to a predetermined position using an alignment detector, and a step of processing an alignment output signal output from the alignment detector by an alignment signal processing unit. Driving a wafer stage on which the semiconductor wafer is mounted by a stage driving unit; measuring a position of the wafer stage using a stage position measuring unit; and an output signal obtained from the alignment signal processing unit and Controlling the position of the stage by comparing the output signal obtained from the stage position measurement unit with an operation unit, and detecting a plurality of alignment mark positions on the semiconductor wafer to obtain a position error; position error has been the alignment mark position Seeking Luo systematic error, the position
Obtaining an alignment accuracy by a residual amount obtained by removing a systematic error from the error.
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