JPH07254558A - Positioning method - Google Patents

Positioning method

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JPH07254558A
JPH07254558A JP6314725A JP31472594A JPH07254558A JP H07254558 A JPH07254558 A JP H07254558A JP 6314725 A JP6314725 A JP 6314725A JP 31472594 A JP31472594 A JP 31472594A JP H07254558 A JPH07254558 A JP H07254558A
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Abstract

PURPOSE:To prevent a drop in individual reliability of mark positioning information measured by turning an adjacent shot region into an alternative alignment shot when the mark position measuring accuracy for predetermined shot region has been deteriorated. CONSTITUTION:When accuracy deterioration has occurred in the mark position measurement by laser interferometers 9 and 10, the positional information of the mark for a shot region positioned in the neighborhood of a specific short region where the mark is provided is additionally measured by the movement of a stage 3 and laser interferometers 9 and 10. In this case, mark position information with deteriorated accuracy is ignored, and the moving position of the stage 3 is so determined that each of respective shot regions to be exposed on a photosensitive substrate will be aligned relative to the center of exposure of laser light by using m-number of mark positioning data in total. And the stage 3 is sequentially moved in accordance with the movement positions thus determined and then superimposed together and exposed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体製造装置用の露光
装置、特にステップアンドリピート方式で感応基板上の
ショット領域を露光する装置に好適な位置合わせ方法に
関し、さらには露光用の原版となるマスクやレチクルと
露光対象となる半導体ウェハ等との精密な相対位置合わ
せを行う方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exposure apparatus for a semiconductor manufacturing apparatus, and more particularly to an alignment method suitable for an apparatus for exposing a shot area on a sensitive substrate by a step-and-repeat method, and a master for exposure. The present invention relates to a method for performing precise relative alignment between a mask or reticle and a semiconductor wafer to be exposed.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、ICやLSI等の半導体装置は急
速に微細化、高密度化が進み、これを製造する装置、特
にマスクやレチクルの回路パターンを半導体ウェハに形
成された回路パターン上に重ね合わせて転写する露光装
置にも増々、高精度なものが要求されてきている。マス
クの回路パターンとウェハ上の回路パターンとは例えば
0.1μm以内の精度で重ね合わせることが要求され、
このため現在、その種の露光装置はマスクの回路パター
ンをウェハ上の局所領域(例えば1チップ分)に露光し
たら、ウェハを一定距離だけ歩進(ステッピング)させ
ては再びマスクの回路パターンを露光することを繰り返
す、所謂ステップアンドリピート方式の装置、特に縮小
投影型の露光装置(ステッパー)が主流になっている。
このステップアンドリピート方式では、ウェハを2次元
移動するステージに載置してマスクの回路パターンの投
影像に対して位置決めするため、その投影像とウェハ上
の各チップとを精密に重ね合わせることができる。ま
た、縮小型露光装置の場合、マスクやレチクルに設けら
れた位置合わせ用のマークと、ウェハ上のチップに付随
したマークとを投影レンズを介して直接観察又は検出し
て位置合わせするスルーザレンズ方式のアライメント方
法と、投影レンズから一定距離だけ離して設けた位置合
わせ用の顕微鏡を使ってウェハ全体の位置合わせを行っ
た後、そのウェハを投影レンズの直下に送り込むオフア
クシス方式のアライメント方法との2つの方法がある。
2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor devices such as ICs and LSIs have been rapidly miniaturized and highly densified, and devices for manufacturing such devices, particularly masks and reticles, have a circuit pattern formed on a circuit pattern formed on a semiconductor wafer. Highly accurate exposure apparatuses are also required to be transferred in superposition. The circuit pattern on the mask and the circuit pattern on the wafer are required to be superimposed with an accuracy of, for example, 0.1 μm or less,
Therefore, at present, such an exposure apparatus exposes a mask circuit pattern to a local region (for example, one chip) on the wafer, and then advances the wafer a certain distance (stepping) to expose the mask circuit pattern again. A so-called step-and-repeat type apparatus, which repeats the above-mentioned steps, in particular, a reduction projection type exposure apparatus (stepper) has become the mainstream.
In this step-and-repeat method, the wafer is placed on a stage that moves two-dimensionally and positioned with respect to the projected image of the circuit pattern of the mask, so that the projected image and each chip on the wafer can be precisely overlapped. it can. Further, in the case of a reduction type exposure apparatus, a through-the-lens that directly observes or detects a mark for alignment provided on a mask or reticle and a mark attached to a chip on a wafer by directly observing or detecting the mark. System alignment method and the off-axis alignment method that sends the wafer directly below the projection lens after aligning the entire wafer using a positioning microscope provided at a fixed distance from the projection lens. There are two methods.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】一般にスルーザレンズ
方式はウェハ上の各チップ毎に位置合わせすることか
ら、重ね合わせ精度は高くなるものの1枚のウェハの露
光処理時間が長くなるという問題がある。オフアクシス
方式の場合は、一度ウェハ全体の位置合わせが完了した
ら、チップの配列に従ってウェハをステッピングさせる
だけなので、露光処理時間は短縮される。しかしなが
ら、各チップ毎の位置合わせを行わないため、ウェハの
伸縮、ウェハのステージ上の回転誤差、ステージ自体の
移動の直交度等の影響で必ずしも満足な重ね合わせ精度
が得られなかった。
Generally, in the through-the-lens method, since alignment is performed for each chip on a wafer, overlay accuracy is high, but there is a problem that the exposure processing time for one wafer becomes long. . In the case of the off-axis method, once the alignment of the entire wafer is completed, the wafer is simply stepped according to the chip arrangement, so the exposure processing time is shortened. However, since alignment is not performed for each chip, satisfactory overlay accuracy cannot always be obtained due to the effects of expansion and contraction of the wafer, rotation error of the wafer on the stage, and orthogonality of movement of the stage itself.

【0004】一方、スルーザレンズ方式のアライメント
系を持つ投影露光装置を用いた位置合わせ方法として、
例えば特開昭59−54225号公報には、ウエハ上の
複数のチップ領域のうち代表的ないくつかのチップ領域
に対して予めマスクとのアライメントを行い、そのアラ
イメント結果(チップ領域に設けられたマークの検出結
果)に基づいてウエハ上のチップ領域の配列の特性(傾
向)を求めてからステップアンドリピート方式でウエハ
を移動させる位置合わせ方法も提案されている。この方
法であれば、露光時にウエハ上の各チップ毎のアライメ
ントを行わなくてもよいため、1枚のウエハの処理時間
もそれ程長くならない。
On the other hand, as a positioning method using a projection exposure apparatus having a through-the-lens type alignment system,
For example, in Japanese Unexamined Patent Publication No. 59-54225, some typical chip areas of a plurality of chip areas on a wafer are aligned with a mask in advance, and the alignment result (provided in the chip area is provided. A positioning method has also been proposed in which the characteristics (trends) of the array of chip areas on the wafer are obtained based on the mark detection results) and then the wafer is moved by the step-and-repeat method. With this method, it is not necessary to perform alignment for each chip on the wafer at the time of exposure, and therefore the processing time for one wafer does not become so long.

【0005】しかしながら、上記公報に開示されたよう
に、ウエハ上の代表的なチップ領域のみに対してアライ
メント(マーク位置の検出)を行う場合、そのチップ領
域に付設されたマーク検出の精度が劣化すると、それ以
降に決定されたチップ領域の配列特性は極めて信頼性の
ないものとなってしまう。そのようなマーク検出の精度
劣化は、ウエハの加工プロセスにより生じたマークの変
形やマークへのゴミの付着等によって偶発的に起こるも
のである。
However, as disclosed in the above publication, when the alignment (mark position detection) is performed only on a typical chip area on the wafer, the accuracy of the mark detection attached to the chip area deteriorates. Then, the array characteristics of the chip area determined thereafter become extremely unreliable. Such deterioration in the accuracy of mark detection occurs accidentally due to the deformation of the mark caused by the wafer processing process, the adhesion of dust to the mark, or the like.

【0006】そこで本発明は、ウェハ等の感応基板上に
配列された複数のチップ(ショット領域)の全てについ
て、マスク等のパターン像の露光位置でのアライメント
のためのマーク検出をすることなく、代表的なショット
領域に対してのみマーク検出を行いつつ、プロセスの影
響によるマーク変形等で生じる精度劣化を防止した位置
合わせ方法を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention does not perform mark detection for alignment at the exposure position of a pattern image of a mask or the like for all of a plurality of chips (shot areas) arranged on a sensitive substrate such as a wafer, An object of the present invention is to provide a positioning method which detects a mark only in a typical shot area and prevents the accuracy deterioration caused by the mark deformation due to the influence of the process.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は所定の配列座標系(αβ)に従って2次元
に配列される複数のショット領域(Cn)と該複数のシ
ョット領域の各々に付設されるアライメント用のマーク
(SXn、SYn)とが形成された感応基板(WA)を
2次元的に移動可能なステージ(3)上に載置し、該ス
テージを露光手段(R、1)の所定の露光中心(AX)
に対して移動させて露光手段からのパターン像(Pr)
が感応基板のショット領域に重ね合わせ露光されるよう
に位置合わせする方法に適用される。
To achieve this object, the present invention provides a plurality of shot areas (Cn) arranged two-dimensionally according to a predetermined arrangement coordinate system (αβ) and each of the plurality of shot areas. A sensitive substrate (WA) having alignment marks (SXn, SYN) attached thereto is placed on a stage (3) which is two-dimensionally movable, and the stage is exposed by exposure means (R, 1). ) Predetermined exposure center (AX)
The pattern image (Pr) from the exposure means
Is applied to the shot area of the sensitive substrate so as to be overlaid and exposed.

【0008】そして本発明では感応基板上の複数のショ
ット領域のうち互いに隣接しない4つ以上のm個のショ
ット領域を、アライメント用の特定ショット領域として
指定する段階と、露光手段の露光中心から所定距離だけ
離れた位置に検出領域(LXS、LYS)を有し、マー
クの位置情報を光電的に計測するマーク位置計測手段
(9、10、30〜38、41〜48)を使って、m個
の特定ショット領域の各々に付設されたマークが所定の
順番で次々に検出領域に導かれて光電的に計測されるよ
うに、ステージの移動を指示する段階とが実行される。
In the present invention, a step of designating four or more m shot areas which are not adjacent to each other among a plurality of shot areas on the sensitive substrate as specific shot areas for alignment, and a predetermined distance from the exposure center of the exposure means. Using mark position measuring means (9, 10, 30 to 38, 41 to 48) that has detection areas (LXS, LYS) at positions separated by a distance and photoelectrically measures the position information of the mark, m The step of instructing the movement of the stage is executed so that the marks attached to each of the specific shot areas are guided to the detection areas one after another in a predetermined order and photoelectrically measured.

【0009】さらに本発明では、マーク位置計測手段に
よるマークの位置計測に精度劣化が生じた場合は、その
精度劣化が生じたマークの付設された特定ショット領域
の隣に位置するショット領域のマークの位置情報をステ
ージの移動とマーク位置計測手段とにより追加実測する
段階を設け、追加実測が行われたときは、精度劣化した
マーク位置情報を無視して、計m個のマーク位置情報を
使って感応基板上の露光すべきショット領域の各々が露
光手段の露光中心に対してアライメントされるようなス
テージの移動位置を決定する段階と、その決定された移
動位置に従ってステージを順次移動させて重ね合わせ露
光を行う段階とを実行するようにした。
Further, according to the present invention, when the accuracy of the mark position measurement by the mark position measuring means deteriorates, the mark of the shot area located next to the specific shot area to which the mark having the accuracy deterioration is attached is detected. There is a step of additionally measuring the position information by the movement of the stage and the mark position measuring means, and when the additional measurement is performed, the mark position information whose accuracy is deteriorated is ignored and a total of m mark position information is used. Determining the movement position of the stage such that each shot area to be exposed on the sensitive substrate is aligned with the exposure center of the exposure means, and the stages are sequentially moved in accordance with the determined movement position to superimpose them. And the step of performing exposure.

【0010】[0010]

【作用】本発明においては、ウエハ等の感応基板上に形
成された複数のチップパターン(ショット)領域のうち
代表的なm個を予め指定し、指定されたショット領域の
各々に付設されたマークの位置を計測する際、その計測
精度が劣化するようなショット領域については、その近
傍に隣接した代わりのショット領域に対してマーク位置
計測の実測を行うようにした。このため、予め指定され
た代表的なショット領域のマークが加工プロセスの影響
によってたまたま変形していたり、またはそのマークに
たまたまゴミが付着していたりして、本来の計測精度が
得られないままショット配列の特性(線形伸縮誤差、残
存回転誤差、直交度誤差、オフセット誤差)を決定する
ことが防止され、より高い信頼性をもつマーク位置情報
を使ってショット配列の特性を決定することが可能とな
る。
In the present invention, typical m pieces of a plurality of chip pattern (shot) areas formed on a sensitive substrate such as a wafer are designated in advance, and marks provided in each of the designated shot areas. For the shot area whose measurement accuracy deteriorates when measuring the position of, the mark position measurement is actually performed on the alternative shot area adjacent to the vicinity of the shot area. For this reason, the mark of a typical shot area specified in advance is accidentally deformed due to the influence of the processing process, or dust is accidentally attached to the mark, and the shot cannot be shot with the original measurement accuracy. The characteristics of the array (linear expansion / contraction error, residual rotation error, orthogonality error, offset error) are prevented from being determined, and the characteristic of the shot array can be determined using the mark position information with higher reliability. Become.

【0011】[0011]

【実施例】図1は本発明の方法を実施するのに好適な縮
小投影型露光装置の概略的な構成を示す斜視図である。
投影原版となるレチクルRは、その投影中心が投影レン
ズ1の光軸を通るように位置決めされて、装置に装着さ
れる。投影レンズ1はレチクルRに描かれた回路パター
ン像を1/5、又は1/10に縮小して、ウェハWA上
に投影する。ウェハホルダー2はウェハWAを真空吸着
するとともにx方向とy方向に2次元移動するステージ
3に対して微小回転可能に設けられている。駆動モータ
4はステージ3上に固定され、ウェハホルダー2を回転
させる。また、ステージ3のx方向の移動はモータ5の
駆動によって行われ、y方向の移動はモータ6の駆動に
よって行われる。ステージ3の直交する2辺には、反射
平面がy方向に伸びた反射ミラー7と、反射平面がx方
向に伸びた反射ミラー8とが各々固設されている。レー
ザ光波干渉測長器(以下単にレーザ干渉計と呼ぶ)9は
反射ミラー8にレーザ光を投射して、ステージ3のy方
向の位置(又は移動量)を検出し、レーザ干渉計10は
反射ミラー7にレーザ光を投射して、ステージ3のx方
向の位置(又は移動量)を検出する。投影レンズ1の側
方には、ウェハWA上の位置合わせ用のマークを検出
(又は観察)するために、オフアクシス方式のウェハア
ライメント顕微鏡(以下、WAMと呼ぶ)20、21が
設けられている。尚、WAM21は図1では投影レンズ
1の後にあり、図示されていない。WAM20、21は
それぞれ投影レンズ1の光軸AXと平行な光軸を有し、
x方向に細長く伸びた帯状のレーザスポット光YSP、
θSPをウェハWA上に結像する。(スポット光YS
P、θSPは図1では図示せず。)これらスポット光Y
SP、θSPはウェハWA上の感光剤(フォトレジス
ト)を感光させない波長の光であり、本実施例では微小
な振幅でy方向に振動している。そしてWAM20、2
1はマークからの散乱光や回折光を受光する光電素子
と、その光電信号をスポット光の振動周期で同期整流す
る回路とを有し、スポット光θSP(YSP)のy方向
の振動中心に対するマークのy方向のずれ量に応じたア
ライメント信号を出力する。従ってWAM20、21は
所謂スポット光振動走査型の光電顕微鏡と同等の構成の
ものである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a perspective view showing the schematic construction of a reduction projection type exposure apparatus suitable for carrying out the method of the present invention.
The reticle R, which is the projection original plate, is positioned in such a manner that its projection center passes through the optical axis of the projection lens 1 and is mounted on the apparatus. The projection lens 1 reduces the circuit pattern image drawn on the reticle R to 1/5 or 1/10 and projects it onto the wafer WA. The wafer holder 2 is provided so as to vacuum-suck the wafer WA and to be finely rotatable with respect to the stage 3 which is two-dimensionally moved in the x direction and the y direction. The drive motor 4 is fixed on the stage 3 and rotates the wafer holder 2. The movement of the stage 3 in the x direction is performed by driving the motor 5, and the movement of the stage 3 in the y direction is performed by driving the motor 6. A reflection mirror 7 having a reflection plane extending in the y direction and a reflection mirror 8 having a reflection plane extending in the x direction are fixedly provided on two sides of the stage 3 which are orthogonal to each other. A laser light wave interferometer (hereinafter simply referred to as a laser interferometer) 9 projects laser light onto a reflection mirror 8 to detect the position (or movement amount) of the stage 3 in the y direction, and the laser interferometer 10 reflects the laser light. Laser light is projected onto the mirror 7 to detect the position (or movement amount) of the stage 3 in the x direction. Off-axis type wafer alignment microscopes (hereinafter referred to as WAMs) 20 and 21 are provided on the side of the projection lens 1 in order to detect (or observe) alignment marks on the wafer WA. . The WAM 21 is located after the projection lens 1 in FIG. 1 and is not shown. The WAMs 20 and 21 each have an optical axis parallel to the optical axis AX of the projection lens 1,
A band-shaped laser spot light YSP elongated in the x direction,
The image of θSP is formed on the wafer WA. (Spot light YS
P and θSP are not shown in FIG. ) These spot lights Y
SP and θSP are light having a wavelength that does not expose the photosensitive agent (photoresist) on the wafer WA to light, and in the present embodiment, they vibrate in the y direction with a minute amplitude. And WAM 20, 2
Reference numeral 1 denotes a mark having a photoelectric element that receives scattered light or diffracted light from the mark and a circuit that synchronously rectifies the photoelectric signal at the oscillation cycle of the spot light, and is a mark with respect to the vibration center of the spot light θSP (YSP) in the y direction. An alignment signal corresponding to the amount of shift in the y direction is output. Therefore, the WAMs 20 and 21 have the same structure as a so-called spot light vibration scanning type photoelectric microscope.

【0012】さて、本装置には投影レンズ1を介してウ
ェハWA上のマークを検出するレーザステップアライメ
ント(以下LSAと呼ぶ)光学系が設けられている。不
図示のレーザ光源から発生して、不図示のエクスパンダ
ー、シリンドリカルレンズ等を通ってきたレーザ光束L
Bはフォトレジスト感光させない波長の光で、ビームス
プリッター30に入射して2つの光束に分割される。そ
の一方のレーザ光束はミラー31で反射され、ビームス
プリッター32を通過して、結像レンズ群33で、横断
面が帯状のスポット光になるように収束された後、レチ
クルRと投影レンズ1との間に回路パターンの投影光路
を遮光しないように配置された第1折り返しミラー34
に入射する。第1折り返しミラー34はレーザ光束をレ
チクルRに向けて上方反射する。そのレーザ光束はレチ
クルRの下側に設けられて、レチクルRの表面と平行な
反射平面を有するミラー35に入射して、投影レンズ1
の入射瞳の中心に向けて反射される。ミラー35からの
レーザ光束は投影レンズ1によって収束され、ウェハW
A上にx方向に細長く伸びた帯状のスポット光LYSと
して結像される。スポット光LYSはウェハWA上でx
方向に伸びた回折格子状のマークを相対的にy方向に走
査して、そのマークの位置を検出するために使われる。
スポット光LYSがマークを照射すると、マークから回
折光が生じる。それら光情報は再び投影レンズ1、ミラ
ー35、ミラー34、結像レンズ群33、及びビームス
プリッター32に戻り、ビームスプリッタ32で反射さ
れて、集光レンズと空間フィルターから成る光学素子3
6に入射する。この光学素子36はマークからの回折光
(1次回折光や2次回折光)を透過させ、正反射光(0
次回折光)を遮断して、その回折光をミラー37を介し
て光電素子38の受光面に集光する。光電素子38は集
光した回折光の光量に応じた光電信号を出力する。以
上、ミラー31、ビームスプリッタ32、結像レンズ群
33、ミラー34,35、光学素子36、ミラー37、
及び光電素子38は、ウェハWA上のマークのy方向の
位置を検出するスルーザレンズ方式のアライメント光学
系(以下Y−LSA系と呼ぶ)を構成する。
The apparatus is provided with a laser step alignment (hereinafter referred to as LSA) optical system for detecting a mark on the wafer WA via the projection lens 1. A laser light flux L generated from a laser light source (not shown) and passed through an expander (not shown), a cylindrical lens, etc.
B is light having a wavelength that does not expose the photoresist, and is incident on the beam splitter 30 to be split into two light beams. One of the laser light fluxes is reflected by the mirror 31, passes through the beam splitter 32, and is converged by the imaging lens group 33 so as to be a spot light having a belt-shaped cross section. Then, the reticle R and the projection lens 1 are combined. Between the first folding mirror 34 arranged so as not to block the projection optical path of the circuit pattern.
Incident on. The first folding mirror 34 reflects the laser light beam upward toward the reticle R. The laser light flux is provided below the reticle R and is incident on a mirror 35 having a reflection plane parallel to the surface of the reticle R, and the projection lens 1
Is reflected toward the center of the entrance pupil of. The laser light flux from the mirror 35 is converged by the projection lens 1 and the wafer W
An image is formed on A as strip-shaped spot light LYS elongated in the x direction. The spot light LYS is x on the wafer WA.
It is used to relatively scan a diffraction grating mark extending in the direction in the y direction and detect the position of the mark.
When the spot light LYS illuminates the mark, diffracted light is generated from the mark. The optical information again returns to the projection lens 1, the mirror 35, the mirror 34, the imaging lens group 33, and the beam splitter 32, is reflected by the beam splitter 32, and is an optical element 3 including a condenser lens and a spatial filter.
It is incident on 6. This optical element 36 transmits the diffracted light (first-order diffracted light or second-order diffracted light) from the mark, and specularly reflected light (0
The secondary diffracted light is blocked, and the diffracted light is condensed on the light receiving surface of the photoelectric element 38 via the mirror 37. The photoelectric element 38 outputs a photoelectric signal according to the amount of condensed diffracted light. As described above, the mirror 31, the beam splitter 32, the imaging lens group 33, the mirrors 34 and 35, the optical element 36, the mirror 37,
The photoelectric element 38 constitutes a through-the-lens alignment optical system (hereinafter referred to as a Y-LSA system) that detects the position of the mark on the wafer WA in the y direction.

【0013】一方、ビームスプリッター30で分割され
た別のレーザ光束は、ウェハWA上のマークのx方向の
位置を検出するスルーザレンズ方式のアライメント光学
系(以下X−LSA系と呼ぶ)に入射する。X−LSA
系はY−LSA系と全く同様に、ミラー41、ビームス
プリッター42、結像レンズ群43、ミラー44,4
5、光学素子46、ミラー47、及び光電素子48から
構成され、ウェハWA上にy方向に細長く伸びた帯状の
スポット光LXSを結像する。
On the other hand, another laser beam split by the beam splitter 30 is incident on a through-the-lens type alignment optical system (hereinafter referred to as an X-LSA system) for detecting the position of the mark on the wafer WA in the x direction. To do. X-LSA
The system is exactly the same as the Y-LSA system, including a mirror 41, a beam splitter 42, an imaging lens group 43, and mirrors 44, 4.
5, an optical element 46, a mirror 47, and a photoelectric element 48, and forms an image of a strip-shaped spot light LXS elongated in the y direction on the wafer WA.

【0014】主制御装置50は光電素子38、48から
の光電信号、WAM20、21からのアライメント信
号、及びレーザ干渉計9、10からの位置情報とを入力
して、位置合わせのための各種演算処理を行うととも
に、モータ4、5、6を駆動するための指令を出力す
る。この主制御装置50はマイクロコンピュータやミニ
コンピュータ等の演算処理部を備えており、その演算処
理部にはウェハWAに形成された複数のチップCPの設
計位置情報(ウェハWA上のチップ配列座標値等)が記
憶されている。
The main controller 50 inputs the photoelectric signals from the photoelectric elements 38 and 48, the alignment signals from the WAMs 20 and 21, and the position information from the laser interferometers 9 and 10, and performs various calculations for alignment. In addition to performing the processing, it outputs a command for driving the motors 4, 5, and 6. The main controller 50 includes an arithmetic processing unit such as a microcomputer or a minicomputer, and the arithmetic processing unit includes design position information (chip array coordinate values on the wafer WA) of a plurality of chips CP formed on the wafer WA. Etc.) are stored.

【0015】図2は上記WAM20、21とY−LSA
系、X−LSA系によるスポット光θSP、YSP、L
YS、LXSの投影レンズ1の結像面(ウェハWAの表
面と同一)における配置関係を示す平面図である。図2
において、光軸AXを原点とする座標系xyを定めたと
き、x軸とy軸はそれぞれステージ3の移動方向を表
す。図2中、光軸AXを中心とする円形の領域はイメー
ジフィールドifであり、その内側の矩形の領域はレチ
クルRの有効パターン領域の投影像Prである。スポッ
ト光LYSはイメージフィールドif内で投影像Prの
外側の位置で、かつx軸上に一致するように形成され、
スポット光LXSもイメージフィールドif内で投影像
Prの外側の位置で、かつy軸上に一致するように形成
される。一方、2つのスポット光θSP、YSPの振動
中心はx軸からy方向に距離Y0 だけ離れた線分(x軸
と平行)LL上に一致するように、かつそのx方向の間
隔DxがウェハWAの直径よりも小さな値になるように
定められている。本装置では、スポット光θSP、YS
Pはy軸に対して左右対称に配置されており、主制御装
置50は光軸AXの投影点に対するスポット光θSP、
YSPの位置に関する情報を記憶している。また、主制
御装置50は、光軸AXの投影点に対するスポット光L
YSのx方向の中心位置(距離Xl)とスポット光LX
Sのy方向の中心位置(距離Yl)に関する情報も記憶
している。
FIG. 2 shows the WAMs 20 and 21 and the Y-LSA.
System, spot light θSP, YSP, L by X-LSA system
FIG. 6 is a plan view showing the arrangement relationship on the image plane (the same as the surface of the wafer WA) of the projection lens 1 of YS and LXS. Figure 2
In, when the coordinate system xy with the optical axis AX as the origin is defined, the x-axis and the y-axis represent the moving direction of the stage 3, respectively. In FIG. 2, a circular area centered on the optical axis AX is an image field if, and a rectangular area inside thereof is a projected image Pr of the effective pattern area of the reticle R. The spot light LYS is formed at a position outside the projection image Pr in the image field if and coincides with the x-axis,
The spot light LXS is also formed at a position outside the projection image Pr in the image field if and coincides with the y-axis. On the other hand, the vibration centers of the two spot lights θSP and YSP are aligned on a line segment (parallel to the x-axis) LL separated from the x-axis by the distance Y 0 in the y-direction, and the distance Dx in the x-direction is equal to the wafer. It is defined to be a value smaller than the diameter of WA. In this device, spot light θSP, YS
P is arranged symmetrically with respect to the y-axis, and the main controller 50 controls the spot light θSP with respect to the projection point of the optical axis AX,
It stores information about the position of the YSP. Further, main controller 50 controls spot light L with respect to the projection point on optical axis AX.
Center position (distance X1) of YS in the x direction and spot light LX
Information on the center position of S in the y direction (distance Yl) is also stored.

【0016】次に、この装置を使った本発明による位置
合わせ方法を装置の動作とともに図3のフローチャート
図を使って説明する。尚、この位置合わせはウェハWA
の第2層目以降について行われるものであり、ウェハW
A上にはチップと位置合わせ用のマークとがすでに形成
されている。まず、ウェハWAはステップ100で不図
示のプリアライメント装置を使って、ウェハWAの直線
的な切欠き(フラット)が一定の方向に向くように粗く
位置決めされる。ウェハWAのフラットは図1に示した
ように、x軸と平行になるように位置決めされる。
Next, the alignment method according to the present invention using this device will be described with reference to the flowchart of FIG. 3 together with the operation of the device. Note that this alignment is performed on the wafer WA.
Of the wafer W
The chip and the alignment mark are already formed on A. First, in step 100, the wafer WA is roughly positioned by using a pre-alignment device (not shown) so that the linear notch (flat) of the wafer WA faces in a certain direction. The flat of the wafer WA is positioned so as to be parallel to the x-axis as shown in FIG.

【0017】次にステップ101ではウェハWAはステ
ージ3のウェハホルダー2上に搬送され、フラットがx
軸と平行を保つようにウェハホルダー2上に載置され、
真空吸着される。そのウェハWAには例えば図4に示す
ように複数のチップCnがウェハWA上の直交する配列
座標αβに沿ってマトリックス状に形成されている。配
列座標αβのα軸はウェハWAのフラットとほぼ平行で
ある。図4では複数のチップCnのうち、代表して配列
座標αβのウェハWAのほぼ中心を通るα軸上に一列に
並んだチップC0 〜C6 のみを表してある。各チップC
0 〜C6 にはそれぞれ4つの位置合わせ用のマークG
Y、Gθ、SX、SYが付随して設けられている。
Next, in step 101, the wafer WA is transferred onto the wafer holder 2 on the stage 3 and the flat wafer is moved to x.
It is placed on the wafer holder 2 so as to be parallel to the axis,
Vacuum adsorption. On the wafer WA, for example, as shown in FIG. 4, a plurality of chips Cn are formed in a matrix along the orthogonal array coordinates αβ on the wafer WA. The α axis of the array coordinate αβ is substantially parallel to the flat of the wafer WA. In FIG. 4, among the plurality of chips Cn, only the chips C 0 to C 6 that are lined up in a line on the α axis that passes through substantially the center of the wafer WA having the array coordinate αβ are shown as a representative. Each chip C
0 -C marks for each of the 6 four alignment G
Y, Gθ, SX, and SY are provided together.

【0018】今、チップC0 〜C6 の中央のチップC3
の中心を配列座標αβの原点としたとき、α軸上にはα
方向に線状に伸びた回折格子状のマークSY0 〜SY6
が、夫々チップC0 〜C6 の右脇に設けられている。ま
た、チップC3 の中心を通るβ軸上にはβ方向に線状に
伸びた回折格子状のマークSX3 がチップC3 の下方に
設けられ、他のチップC0 、C1 、C2 、C4 、C5
6 についても同様にチップの中心を通りβ軸と平行な
線分上にマークSX0 〜SX2 、SX4 〜SX 6 が設け
られている。これらマークSYn 、SXn はそれぞれス
ポット光LYS、LXSによって検出されるものであ
る。
Now, chip C0~ C6Chip C in the center of3
When the center of is the origin of array coordinate αβ, α is on the α-axis.
Diffraction grating mark SY extending linearly in the direction0~ SY6
But each chip C0~ C6It is provided on the right side of. Well
Chip C3Linearly in the β direction on the β axis passing through the center of
Extended diffraction grating mark SX3Is chip C3Below
Other chip C provided0, C1, C2, CFour, CFive,
C6Also goes through the center of the chip and is parallel to the β axis.
Mark SX on the line0~ SX2, SXFour~ SX 6Is provided
Has been. These marks SYn, SXnAre each
It is detected by the pot lights LYS and LXS.
It

【0019】また各チップC0 〜C6 の下方にはウェハ
WAの全体の位置合わせ(グローバルアライメント)を
行うために使われるマークGY0 〜GY6 、Gθ0 〜G
θ6が設けられている。これらマークGYn 、Gθn
α軸と平行な線分上にα方向に線状に伸びた回折格子上
のパターンで形成されている。さらにα方向に一列に並
んだチップC0 〜C6 のうち、例えば左端のチップC0
のマークGY0 と右端のチップC6 のマークGθ6 との
α方向の間隔が、WAM20、21によるスポット光θ
SP、YSPの間隔DXと一致するように定められてい
る。
Below the chips C 0 to C 6 , marks GY 0 to GY 6 and Gθ 0 to G used to align the entire wafer WA (global alignment).
θ 6 is provided. These marks GY n and Gθ n are formed in a pattern on a diffraction grating linearly extending in the α direction on a line segment parallel to the α axis. Further, of the chips C 0 to C 6 arranged in a line in the α direction, for example, the leftmost chip C 0.
Mark GY 0 and the mark Gθ 6 of the rightmost chip C 6 in the α direction are the spot light θ by the WAMs 20 and 21.
It is set so as to match the interval DX between SP and YSP.

【0020】すなわち本実施例では離れた2ヶ所のマー
クGY0 とマークGθ6 を使ってオフアクシス方式でウ
ェハWAのグローバルアライメントを行う。このためそ
の他のマークGY1 〜GY6 、マークGθ0 〜Gθ5
本来不要であり、なくてもよい。要はウェハWAのα軸
と平行な(又は一致した)線分上にα方向に細長く伸び
た2つのマークが間隔DXだけ離れて存在すればよい。
In other words, in this embodiment, the global alignment of the wafer WA is performed by the off-axis method using the marks GY 0 and the marks Gθ 6 which are separated from each other. Therefore, the other marks GY 1 to GY 6 and the marks Gθ 0 to5 are originally unnecessary and may be omitted. In short, it is sufficient that two marks elongated in the α direction are present on the line segment parallel to (or coincident with) the α-axis of the wafer WA and separated by the distance DX.

【0021】さて、主制御装置50はプリアライメント
装置からウェハWAを受けるときのステージ3の位置情
報、その位置から、マークGY0 、Gθ6 がそれぞれW
AM21、20の検出(観察)視野内に位置するまでの
ステージ3の移動方向と移動量等の情報を装置固有の定
数として予め記憶している。そこで次のステップ102
において、主制御装置50は、まずモータ5、6を駆動
して、マークGY0 がWAM21の検出視野内に位置す
るように、ステージ3を位置決めする。その後、スポッ
ト光YSPの振動中心がマークGY0 のy方向の中心と
一致するように、主制御装置50はWAM21からのア
ライメント信号とレーザ干渉計9からの位置情報とに基
づいてステージ3をy方向に精密に位置決めする。スポ
ット光YSPの振動中心とマークGY0 の中心とが一致
したら、その状態が維持されるように主制御装置50は
モータ6をWAM21からのアライメント信号でサーボ
(フィードバック)制御したまま、マークGθ6 がWA
M20のスポット光θSPによって検出されるようにモ
ータ4を駆動してウェハホルダー2を回転させる。さら
に主制御装置50はスポット光θSPの振動中心とマー
クGθ6 のy方向の中心とが一致するように、WAM2
0からのアライメント信号でモータ4をサーボ制御す
る。
Now, the main control unit 50 determines the position information of the stage 3 when the wafer WA is received from the pre-alignment unit, and the marks GY 0 and Gθ 6 are W based on the position information.
Information such as the moving direction and the moving amount of the stage 3 until it is positioned within the detection (observation) field of view of the AMs 21 and 20 is stored in advance as constants unique to the apparatus. Then, the next step 102
In, the main controller 50 first drives the motors 5 and 6 to position the stage 3 so that the mark GY 0 is located within the detection field of view of the WAM 21. After that, main controller 50 controls stage 3 based on the alignment signal from WAM 21 and the position information from laser interferometer 9 so that the center of vibration of spot light YSP coincides with the center of mark GY 0 in the y direction. Precise positioning in the direction. When the vibration center of the spot light YSP and the center of the mark GY 0 coincide with each other, the main controller 50 keeps the state so that the motor 6 is servo (feedback) controlled by the alignment signal from the WAM 21 and the mark Gθ 6 is maintained. Is WA
The motor 4 is driven to rotate the wafer holder 2 as detected by the spot light θSP of M20. Furthermore the main control unit 50 so that the center of the y direction of the vibration center of the mark Jishita 6 spotlight θSP match, WAM2
The motor 4 is servo-controlled by the alignment signal from 0.

【0022】以上の一連の動作により、スポット光YS
PとマークGY0 が一致し、スポット光θSPとマーク
Gθ6 が一致し、ステージ3の移動座標系、すなわち座
標系xyに対するウェハWAの配列座標αβの回転ずれ
が補正されるとともに、座標系xyと配列座標αβのy
方向(β方向)の位置に関する対応付け(規定)が完了
する。
With the above series of operations, the spot light YS
P and the mark GY 0 match, the spot light θSP and the mark Gθ 6 match, the rotational displacement of the array coordinate αβ of the wafer WA with respect to the moving coordinate system of the stage 3, that is, the coordinate system xy is corrected, and the coordinate system xy is corrected. And y of array coordinate αβ
The association (definition) regarding the position in the direction (β direction) is completed.

【0023】次にウェハWA上の中心部分に位置するチ
ップC3 のマークSX3 がX−LSA系のスポット光L
XSによって走査されるように、ステージ3を位置決め
した後、x方向に移動させる。この際主制御装置50は
光電素子48からの時系列的な光電信号とレーザ干渉計
10からの位置情報とに基づいて、マークSX3 がスポ
ット光LXSと一致したときのウェハWAのx方向の位
置を検出して記憶する。これによって、座標系xyと配
列座標αβのx方向(α方向)の位置に関する対応付け
が完了する。尚、このx方向の対応付けは、露光動作の
直前にX−LSA系を使う場合は不要である。
Next, the mark SX 3 of the chip C 3 located at the center of the wafer WA is the spot light L of the X-LSA system.
After the stage 3 is positioned so as to be scanned by XS, it is moved in the x direction. At this time, the main controller 50 moves the x direction of the wafer WA when the mark SX 3 coincides with the spot light LXS based on the time-series photoelectric signal from the photoelectric element 48 and the position information from the laser interferometer 10. The position is detected and stored. This completes the association of the coordinate system xy and the position of the array coordinate αβ in the x direction (α direction). Note that this association in the x direction is not necessary when the X-LSA system is used immediately before the exposure operation.

【0024】以上の動作により、オフアクシス方式のア
ライメントを主としたウェハWAのグローバルアライメ
ント(配列座標αβの座標系xyへの対応付け)が終了
する。そして従来の方法であればウェハWA上の各チッ
プの配列設計値(配列座標αβにおけるチップの中心座
標値)に基づいて、主制御装置50はレーザ干渉計9、
10からの位置情報を読み取ってレチクルRの投影像P
rがチップに重なり合うようにステージ3のステップア
ンドリピート方式による位置決め(アドレッシング)を
行った後そのチップに対して露光(プリント)を行う。
By the above operation, the global alignment of the wafer WA (corresponding the array coordinates αβ to the coordinate system xy) mainly for off-axis alignment is completed. Then, according to the conventional method, the main controller 50 causes the laser interferometer 9 to execute the laser beam based on the array design value of each chip on the wafer WA (the central coordinate value of the chip at the array coordinates αβ).
The projected image P of the reticle R is read by reading the position information from
The stage 3 is positioned (addressing) by the step-and-repeat method so that r overlaps the chip, and then the chip is exposed (printed).

【0025】ところが、グローバルアライメントの完了
までに、アライメント検出系の精度、各スポット光の設
定精度、あるいはウェハWA上の各マークの光学的、形
状的な状態(プロセスの影響)による位置検出精度のば
らつき等によって誤差を生じ、ウェハWAのチップは座
標系xyに従って精密に位置合わせ(アドレッシング)
されるとは限らない。そこで本発明の実施例においては
その誤差(以下ショット・アドレス誤差と呼ぶ)を次の
4つの要因から生じたものとする。
However, by the time the global alignment is completed, the accuracy of the alignment detection system, the setting accuracy of each spot light, or the position detection accuracy due to the optical or geometrical state (influence of the process) of each mark on the wafer WA. Errors occur due to variations, etc., and the wafer WA chips are precisely aligned (addressing) according to the coordinate system xy.
It is not always done. Therefore, in the embodiment of the present invention, it is assumed that the error (hereinafter referred to as shot address error) is caused by the following four factors.

【0026】(1)ウェハの回転;これは例えばウェハ
WAを回転補正する際、位置合わせの基準となる2つの
スポット光YSPとθSPとの位置関係が正確でなかっ
たために生じるものであり、座標系xyに対する配列座
標αβの残存回転誤差量θで表される。 (2)座標系xyの直交度;これはステージ3のモータ
5、6による送り方向が正確に直交していないこととに
より生じ、直交度誤差量wで表される。
(1) Rotation of wafer: This occurs because the positional relationship between the two spot lights YSP and θSP, which serve as a reference for alignment, is not accurate when the wafer WA is rotationally corrected, for example. It is represented by the residual rotation error amount θ of the array coordinate αβ with respect to the system xy. (2) Orthogonality of the coordinate system xy; this occurs because the feed directions of the motors 5 and 6 of the stage 3 are not exactly orthogonal, and is represented by the orthogonality error amount w.

【0027】(3)ウェハのx(α)方向とy(β)方
向の線形伸縮;これはウェハWAの加工プロセスによっ
てウェハWAが全体的に伸縮することがある。このた
め、チップの設計上の配列座標値に対して実際のチップ
位置がα、β方向に微小量だけずれることになり、特に
ウェハWAの周辺部で顕著になる。このウェハ全体の伸
縮量はα(x)方向とβ(y)方向とについてそれぞれ
Rx、Ryで表される。ただし、RxはウェハWA上の
x方向(α方向)の2点間の距離の実測値と設計値の
比、RyはウェハWA上のy方向(β方向)の2点間の
距離の実測値と設計値の比で表すものとする。従って、
Rx、Ryがともに1のときは伸縮なしである。
(3) Linear expansion / contraction of the wafer in the x (α) direction and the y (β) direction; this may cause the entire expansion / contraction of the wafer WA due to the processing process of the wafer WA. For this reason, the actual chip position deviates from the designed array coordinate value of the chip in the α and β directions by a small amount, which is particularly remarkable in the peripheral portion of the wafer WA. The amount of expansion and contraction of the entire wafer is represented by Rx and Ry in the α (x) direction and the β (y) direction, respectively. Where Rx is the ratio of the measured value between the two points in the x direction (α direction) on the wafer WA and the design value, and Ry is the measured value of the distance between the two points in the y direction (β direction) on the wafer WA. And the design value. Therefore,
When both Rx and Ry are 1, there is no expansion / contraction.

【0028】(4)x(α)方向、y(β)方向のオフ
セット;これは、アライメント系の検出精度ウェハホル
ダー2の位置決め精度等により、ウェハWAが全体的に
x方向とy方向に微小量だけずれることにより生じ、オ
フセット量Ox、Oyで表される。さて、図4にはウェ
ハWAの残存回転誤差量θと、ステージ3の直交度誤差
量wを誇張して表してある。
(4) Offsets in the x (α) direction and the y (β) direction; this is due to the detection accuracy of the alignment system and the positioning accuracy of the wafer holder 2, etc., so that the wafer WA as a whole is minute in the x and y directions. It is caused by a shift in the amount, and is represented by offset amounts Ox and Oy. In FIG. 4, the residual rotation error amount θ of the wafer WA and the orthogonality error amount w of the stage 3 are exaggerated.

【0029】この場合、直交座標系xyは実際は微小量
wだけ傾いた斜交座標系xy’になり、ウェハWAは直
交座標系xyに対してθだけ回転したものになる。上記
(1)〜(4)の誤差要因が加わった場合、設計上で座
標位置(Dxn、Dyn)のショット(チップ)につい
て実際に位置決めすべきショット位置(Fxn、Fy
n)は以下のように表される。ただしnは整数でショッ
ト(チップ)番号を表す。
In this case, the Cartesian coordinate system xy is actually an oblique coordinate system xy 'inclined by a small amount w, and the wafer WA is rotated by θ with respect to the Cartesian coordinate system xy. When the error factors (1) to (4) are added, the shot position (Fxn, Fy) to be actually positioned for the shot (chip) at the coordinate position (Dxn, Dyn) in design.
n) is expressed as follows. However, n is an integer and represents a shot (chip) number.

【0030】[0030]

【数1】 [Equation 1]

【0031】ここでwはもともと微小量であり、θもグ
ローバルアライメントにより微小量に追い込まれている
から、一次近似を行うと式(1)は式(2)で表され
る。
Here, w is originally a minute amount, and θ is also driven to a minute amount by global alignment. Therefore, when the first-order approximation is performed, formula (1) is expressed by formula (2).

【0032】[0032]

【数2】 [Equation 2]

【0033】この式(2)より、各ショット位置におけ
る設計値からの位置ずれ(εxn、εyn)は式(3)
で表される。
From this equation (2), the positional deviation (εxn, εyn) from the design value at each shot position can be calculated by the equation (3).
It is represented by.

【0034】[0034]

【数3】 [Equation 3]

【0035】さて、式(2)を行列の演算式に書き直す
と、以下のようになる。
By rewriting the equation (2) into a matrix arithmetic expression, the following is obtained.

【0036】[0036]

【数4】Fn=A・Dn+O ・・(4) ただし、[Formula 4] Fn = A · Dn + O ··· (4)

【0037】[0037]

【数5】 [Equation 5]

【0038】[0038]

【数6】 [Equation 6]

【0039】[0039]

【数7】 [Equation 7]

【0040】[0040]

【数8】 [Equation 8]

【0041】そこで実際のショット(チップ)位置がマ
ークの検出により測定され、その実測値がHnとして検
出されたとき、位置決めすべきショット位置Fnとの位
置ずれ、すなわちアドレス誤差En(=Hn−Fn)を
最小にするように誤差パラメータA(変換行列)、O
(オフセット)を決定する。そこで評価関数として最小
二乗誤差をとるものとすると、アドレス誤差Eは式
(9)で表わされる。
Therefore, when the actual shot (chip) position is measured by detecting the mark and the measured value is detected as Hn, the positional deviation from the shot position Fn to be positioned, that is, the address error En (= Hn-Fn). ) To minimize the error parameter A (transform matrix), O
Determine the (offset). If the least squares error is taken as the evaluation function, the address error E is expressed by the equation (9).

【0042】[0042]

【数9】 [Equation 9]

【0043】そこで、アドレス誤差Eを最小にするよう
に誤差パラメータA,Oを決定する。ただし式(9)で
mはウエハWAの複数のチップのうち実測したチップの
数を表わす。さて誤差パラメータA,Oを求める際に、
最小二乗法を用いるものとすると、このままでは演算量
が多いため、誤差パラメータO(Ox,Oy)は別に前
もって決めておくものとする。オフセット量(Ox,O
y)はウエハWAのグローバルなオフセット値であるの
で、ウエハWA上の実測したチップ位置Hnの数mで設
計値(Dxn,Dyn)に対するアドレス誤差を平均化
した値にするとよい。
Therefore, the error parameters A and O are determined so as to minimize the address error E. However, in Expression (9), m represents the number of actually measured chips among the plurality of chips on the wafer WA. Now, when obtaining the error parameters A and O,
If the least squares method is used, the amount of calculation is large as it is, so the error parameter O (Ox, Oy) is separately determined in advance. Offset amount (Ox, O
Since y) is a global offset value of the wafer WA, it is advisable to use a value obtained by averaging the address error with respect to the design value (Dxn, Dyn) by the number m of the actually measured chip positions Hn on the wafer WA.

【0044】[0044]

【数10】 [Equation 10]

【0045】[0045]

【数11】 [Equation 11]

【0046】ところで位置決めすべきショット位置Fn
と実測値Hnとの誤差Enのうち、x方向の成分Exn
は、式(4)〜式(8)から、
By the way, the shot position Fn to be positioned
Of the error En between the measured value Hn and the measured value Hn, the component Exn in the x direction
Is from equation (4) to equation (8),

【0047】[0047]

【数12】Exn=Hxn−Fxn =Hxn−a11Dxn−a12Dyn−Ox・・(12) となり、誤差Enのy方向の成分Eynは同様に、Equation 12] Exn = Hxn-Fxn = Hxn- a 11 Dxn-a 12 Dyn-Ox ·· (12) becomes, y direction component Eyn error En is likewise

【0048】[0048]

【数13】Eyn=Hyn−Fyn =Hyn−a21Dxn−a22Dyn−Oy・・(13) となる。そこで式(9)の誤差Eを最小にするように誤
差パラメータAを決定すると、要素a11,a12,a21
22は以下のようになる。
[Equation 13] Eyn = Hyn-Fyn = Hyn-a 21 Dxn-a 22 Dyn-Oy (13) Therefore, when the error parameter A is determined so as to minimize the error E in the equation (9), the elements a 11 , a 12 , a 21 ,
a 22 is as follows.

【0049】[0049]

【数14】 [Equation 14]

【0050】[0050]

【数15】 [Equation 15]

【0051】[0051]

【数16】 [Equation 16]

【0052】[0052]

【数17】 [Equation 17]

【0053】要素a11,a12,a21,a22が求まれば、
式(6)より線形伸縮量Rx,Ry,残存回転誤差量
θ、直交度誤差量wはただちに求められる。 Rx=a11 ・・・(18) Ry=a22 ・・・(19) θ=a21/Ry=a21/a22 ・・・(20) w=−(a21/Ry)−(a12/Rx) =−(a21/a22)−(a12/a11)・・・(21) 従って誤差パラメータA,Oを決定するためには、グロ
ーバルアライメント終了後ウエハWA上のいくつか(4
つ以上)のチップについて、X−LSA、Y−LSA系
を用いてマークSXn,SYnの位置を実測して実測値
(Hxn、Hyn)を求めるとともに、実測したチップ
の設計値(Dxn,Dyn)を使って、式(10),
(11),(14)〜(17)の演算を行えばよい。そ
こで、図3のフローチャート図に戻って動作の説明を続
ける。主制御装置50はグローバルアライメントが終了
した後、ウエハWAの複数のチップの位置を計測する。
まずステップ103で主制御装置50はX−LSA系の
スポット光LXSが図4中の左端のチップC0 に付随し
たマークSX0 と平行に並ぶように、配列設計値に基づ
いてステージ3を位置決めした後、マークSX0 がスポ
ット光LXSを横切るようにステージ3をx方向に一定
量だけ移動(走査)する。
When the elements a 11 , a 12 , a 21 and a 22 are obtained,
From the equation (6), the linear expansion / contraction amounts Rx, Ry, the residual rotation error amount θ, and the orthogonality error amount w can be immediately obtained. Rx = a 11 (18) Ry = a 22 (19) θ = a 21 / Ry = a 21 / a 22 (20) w =-(a 21 / Ry)-(a 12 / Rx) = − (a 21 / a 22 ) − (a 12 / a 11 ) ... (21) Therefore, in order to determine the error parameters A and O, some on the wafer WA after the global alignment is completed. (4
Three or more) chips, the positions of the marks SXn, SYN are measured by using the X-LSA, Y-LSA system to obtain the measured values (Hxn, Hyn), and the measured design values (Dxn, Dyn) of the chips. Using equation (10),
The operations (11), (14) to (17) may be performed. Therefore, returning to the flowchart of FIG. 3, the description of the operation is continued. Main controller 50 measures the positions of a plurality of chips on wafer WA after the global alignment is completed.
First, in step 103, main controller 50 positions stage 3 based on the array design value so that X-LSA spot light LXS is aligned in parallel with mark SX 0 associated with chip C 0 at the left end in FIG. After that, the stage 3 is moved (scanned) in the x direction by a certain amount so that the mark SX 0 crosses the spot light LXS.

【0054】この移動の間、主制御装置50は光電素子
48の時系列的な光電信号の波形をレーザ干渉計10か
らのx方向の位置情報に対応付けて記憶し、波形状態か
らマークSX0 とスポット光LXSとがx方向に関して
一致した時点の位置x0 を検出する。次に主制御装置5
0はステップ104でY−LSA系のスポット光LYS
がチップC0 に付随したマークSY0 と平行に並ぶよう
に配列設計値に基づいてステージ3を位置決めする。そ
の後、マークSY0 がスポット光LYSを横切るように
ステージ3をy方向に一定量だけ移動する。
During this movement, main controller 50 stores the waveform of the time-series photoelectric signal of photoelectric element 48 in association with the position information in the x direction from laser interferometer 10, and stores it from the waveform state to mark SX 0. The position x 0 at which the spot light LXS and the spot light LXS match in the x direction is detected. Next, main controller 5
0 is the step 104, and the spot light LYS of the Y-LSA system.
The stage 3 is positioned on the basis of the array design value so that are aligned in parallel with the mark SY 0 attached to the chip C 0 . After that, the stage 3 is moved in the y direction by a certain amount so that the mark SY 0 crosses the spot light LYS.

【0055】このとき主制御装置50は光電素子38の
時系列的な光電信号の波形をレーザ干渉計9からのy方
向の位置情報と対応付けて記憶し、波形状態からマーク
SY 0 とスポット光LYSとがy方向に関して一致した
時点の位置y0 を検出する。そして主制御装置50はス
テップ105でm個のチップについて同様の位置検出を
行なったか否かを判断して、否のときはステップ106
に進み、ウエハWA上の別のチップまで配列設計値に基
づいてステージ3を移動させ、ステップ103から再び
同様の位置検出動作を繰り返す。
At this time, the main controller 50 controls the photoelectric element 38
The time-sequential photoelectric signal waveform is displayed in the y direction from the laser interferometer 9.
Stored in association with the position information of the
SY 0And spot light LYS coincided with each other in the y direction.
Time position y0To detect. And the main controller 50 is
The same position detection for m chips with step 105
It is judged whether or not it has been performed, and if it is not, step 106
To the other chips on the wafer WA based on the array design value.
Then, move the stage 3 and start again from step 103.
The same position detection operation is repeated.

【0056】本実施例では、例えば図5に示すように配
列座標αβの各軸上に沿ってウエハWAの中心からほぼ
等距離に位置する4つのチップC0 ,C6 ,C7 ,C8
と中央のチップC3 の計5つのチップの各々についてス
テップ103、104の位置検出が行われるものとす
る。従ってステップ105でm=5と判断された時点で
主制御装置50には、5つの実測値(Hxn,Hyn)
が記憶されることになる。すなわち、 (Hx1 ,Hy1 )=(x0 ,y0 )・・・チップC0 (Hx2 ,Hy2 )=(x3 ,y3 )・・・チップC3 (Hx3 ,Hy3 )=(x6 ,y6 )・・・チップC6 (Hx4 ,Hy4 )=(x7 ,y7 )・・・チップC7 (Hx5 ,Hy5 )=(x8 ,y8 )・・・チップC8 の5つの実測値が順次検出される。
In this embodiment, for example, as shown in FIG. 5, four chips C 0 , C 6 , C 7 and C 8 are arranged at substantially equal distances from the center of the wafer WA along the respective axes of the array coordinate αβ.
And for each of the central five single chip chips C 3 assumed that the position detecting step 103 is performed. Therefore, when it is determined in step 105 that m = 5, the main controller 50 has five measured values (Hxn, Hyn).
Will be remembered. That is, (Hx 1 , Hy 1 ) = (x 0 , y 0 ) ... Chip C 0 (Hx 2 , Hy 2 ) = (x 3 , y 3 ) ... Chip C 3 (Hx 3 , Hy 3). ) = (X 6 , y 6 ) ... Chip C 6 (Hx 4 , Hy 4 ) = (x 7 , y 7 ) ... Chip C 7 (Hx 5 , Hy 5 ) = (x 8 , y 8) ) ... Five measured values of the chip C 8 are sequentially detected.

【0057】さらにこの5つの実測値を検出するとき、
あるチップの実測値がそのチップの設計値(Dxn,D
yn)にくらべて大きく異なっていた場合、例えばグロ
ーバルアライメントによって決まる位置決め精度の2倍
以上、異なっていた場合には、そのチップでの実測値を
無視し、例えばそのチップの隣のチップについてマーク
位置の実測を行う。これは実測しようとしたチップのマ
ークが加工プロセスによってたまたま変形した場合、そ
のマークにゴミが付着していた場合、そのマークの光学
像のコントラスト(回折光の発生強度)が弱く、光電信
号のS/N比が低い場合等に生じる位置計測の精度劣化
を補うためであり、このような追加的な実測が本発明の
特徴的な手順として実行される。
Furthermore, when detecting these five measured values,
The measured value of a certain chip is the design value of that chip (Dxn, D
yn), if the difference is more than twice the positioning accuracy determined by global alignment, the measured value at that chip is ignored, and the mark position on the chip next to that chip is ignored. Is measured. This is because when the mark of the chip to be actually measured happens to be deformed by the processing process, if dust is attached to the mark, the contrast of the optical image of the mark (the generated intensity of diffracted light) is weak, and the S of the photoelectric signal is reduced. This is to compensate for the accuracy deterioration of the position measurement that occurs when the / N ratio is low, and such additional measurement is executed as a characteristic procedure of the present invention.

【0058】尚、位置計測の精度劣化を補う方法として
は、あらかじめ6つ以上のチップ、例えば図5中で配列
座標のαβの4つの象現の各々に位置するチップに加え
て、計9つのチップについて位置計測を行ない、その9
つの実測値の中から各チップの設計値(Dxn,Dy
n)に最も近い順に5つの実測値を選びだす方法、又
は、単に設計値(Dxn,Dyn)と大きく異なる実測
値(Hxn,Hyn)を以降の演算処理に使わないよう
にする方法等がある。
As a method of compensating for the accuracy deterioration of the position measurement, a total of 9 chips in addition to 6 chips or more, for example, chips located in each of the four quadrants of αβ in the array coordinates in FIG. Position measurement on the chip, part 9
The design value (Dxn, Dy
There is a method of selecting five measured values in the order closest to n), or a method of not using the measured values (Hxn, Hyn) that are greatly different from the design values (Dxn, Dyn) for the subsequent arithmetic processing. .

【0059】次に主制御装置50はステップ107にお
いて先の式(10),(11)、及び式(14)〜(1
7)に基づいて誤差パラメータA,Oを決定する。この
決定にあたって、主制御装置50は上記5つの実測値を
検出した各チップの5つの設計値を予め選出しており、
その設計値(Dxn,Dyn)を以下のように記憶して
いるものとする。
Next, in step 107, the main control device 50 causes the above equations (10), (11) and equations (14) to (1) to be calculated.
The error parameters A and O are determined based on 7). In making this determination, main controller 50 has preselected five design values for each chip from which the above-mentioned five measured values have been detected.
The design value (Dxn, Dyn) is stored as follows.

【0060】 (Dx1 ,Dy1 )=(x0',y0')・・・チップC0 (Dx2 ,Dy2 )=(x3',y3')・・・チップC3 (Dx3 ,Dy3 )=(x6',y6')・・・チップC6 (Dx4 ,Dy4 )=(x7',y7')・・・チップC7 (Dx5 ,Dy5 )=(x8',y8')・・・チップC8 また実際の誤差パラメータA,Oの決定に先立って、5
つのチップの各位置計測(所謂、ステップアライメン
ト)が終る毎に、例えば図3のステップ106でステー
ジ3を移動している間に、式(10),(11),(1
4)〜(17)の一部の演算を同時に実行していくこと
ができる。すなわち、式(10),(11),(14)
〜(17)の中で各チップ毎のデータ(実測値、設計
値)の代数和を表わす演算要素については、1つのチッ
プの実測(ステップアライメント)が終了する毎に順次
加算する。その演算要素は以下の通りである。
(Dx 1 , Dy 1 ) = (x 0 ′, y 0 ′) chip C 0 (Dx 2 , Dy 2 ) = (x 3 ′, y 3 ′) chip C 3 ( Dx 3 , Dy 3 ) = (x 6 ′, y 6 ′) chip C 6 (Dx 4 , Dy 4 ) = (x 7 ′, y 7 ′) chip C 7 (Dx 5 , Dy). 5 ) = (x 8 ', y 8 ') ... Chip C 8 or 5 prior to the determination of the actual error parameters A, O
Each time position measurement (so-called step alignment) of one chip is completed, for example, while moving the stage 3 in step 106 of FIG. 3, equations (10), (11), (1
It is possible to execute some of the operations 4) to 17) at the same time. That is, equations (10), (11), (14)
In (17), the arithmetic element representing the algebraic sum of the data (measured value, design value) for each chip is sequentially added every time the measurement (step alignment) of one chip is completed. The calculation elements are as follows.

【0061】[0061]

【数22】 [Equation 22]

【0062】さらにこれら演算要素のうち、ウエハWA
上の実測すべきチップが予め決まっていて、変更がない
場合は、設計値(Dxn,Dyn)のみを含む演算要素
について図3中のステップ103,104,105,1
06の実行前に算出しておくこともできる。このように
実測値の計測動作と平行して、一部の演算を行っていけ
ば、総合的なアライメント時間はそれほど長くはならな
い。そして、5つの実測値が得られた段階で主制御装置
50は上記演算要素の結果を使って、式(10),(1
1)でオフセット量(Ox,Oy)を算出した後、その
オフセット値と上記演算要素の結果を使ってさらに式
(14)〜(17)で配列の要素a11,a12,a21,a
22を算出する。
Further, among these calculation elements, the wafer WA
If the chip to be actually measured is determined in advance and there is no change, steps 103, 104, 105, 1 in FIG. 3 for the calculation element including only the design value (Dxn, Dyn).
It is also possible to calculate it before executing 06. In this way, if some calculations are performed in parallel with the measurement operation of the actual measurement value, the total alignment time will not be so long. Then, at the stage where the five measured values are obtained, the main controller 50 uses the results of the above-described calculation elements to calculate equations (10), (1
After calculating the offset amount (Ox, Oy) in 1), using the offset value and the result of the above-mentioned arithmetic element, the elements a 11 , a 12 , a 21 , a of the array are further expressed by the equations (14) to (17).
Calculate 22 .

【0063】以上の演算動作により、誤差パラメータ
A,Oが決定されるので、主制御装置50の次のステッ
プ108で先の式(4)を使って、ウエハWAの各チッ
プについて位置決めすべき位置、すなわち誤差パラメー
タによって補正されたショットアドレス(Fxn,Fy
n)を算出し、記憶手段(半導体メモリ)上に、設計値
(Dxn,Dyn)に対して補正されたチップの配列マ
ップ(ショットアドレス表)を作成する。この配列マッ
プは例えばチップC0 に対しては位置(Fx0 ,F
0 )、チップC1 に対しては位置(Fx1 ,F
1 )、・・・・・という具合に、チップの番号に対応
して、各位置データを記憶している。
Since the error parameters A and O are determined by the above arithmetic operation, the position to be positioned for each chip of the wafer WA is calculated by using the above equation (4) in the next step 108 of the main controller 50. , That is, the shot address (Fxn, Fy corrected by the error parameter
n) is calculated, and a chip array map (shot address table) corrected with respect to the design value (Dxn, Dyn) is created on the storage means (semiconductor memory). This array map is, for example, for the chip C 0 , the position (Fx 0 , F
y 0), the position is relative to the chip C 1 (Fx 1, F
y 1 ), ..., Each position data is stored corresponding to the chip number.

【0064】次に主制御装置50は図3のステップ10
9において、記憶された配列マップに従ってステップア
ンドリピート方式でステージ3を位置決め(アドレッシ
ング)する。これによってウエハWA上のチップとレチ
クルRの投影像Prとが正確に重なり合い、次のステッ
プ110でそのチップに投影像Prを露光(プリント)
する。
Next, the main controller 50 uses the step 10 of FIG.
At 9, the stage 3 is positioned (addressing) by the step-and-repeat method according to the stored array map. As a result, the chip on the wafer WA and the projection image Pr of the reticle R are accurately overlapped with each other, and in the next step 110, the projection image Pr is exposed (printed) on the chip.
To do.

【0065】そしてステップ111でウエハWA上の全
チップの露光が完了していないときは、再びステップ1
09から同様にステップアンドリピート動作を繰り返
す。このステップ111でウエハWA上の全チップの露
光が終了したと判断されたら、次のステップ112でウ
エハWAのアンロードを行ない、一枚のウエハの露光処
理がすべて終了する。
When the exposure of all the chips on the wafer WA is not completed in step 111, step 1 is executed again.
Similarly, the step and repeat operation is repeated from 09. If it is determined in step 111 that the exposure of all the chips on the wafer WA has been completed, the wafer WA is unloaded in the next step 112, and the exposure processing for one wafer is completed.

【0066】以上、本発明の実施例からも明らかなよう
に、ウエハWA上でステップアライメントするチップの
数が多い程、計測精度は向上するが、それだけ計測時間
が増大する。そのため計測時間の短縮化と計測精度の向
上との兼ね合いから、ステップアライメントするチップ
は図5に示したような配置の5つに選ぶことが望まし
い。しかしながら、重ね合わせ露光する回路パターンの
最小線幅がそれほど細くなく(例えば2〜5μm)、あ
まり計測精度をあげる必要がない場合等には、ウエハW
A上の互いに離れた3つのチップ(例えばC0 ,C6
7 )についてステップアライメント(チップの位置計
測)を行えば十分であり、計測時間はより短縮される。
As is clear from the embodiments of the present invention described above, the larger the number of chips to be step-aligned on the wafer WA, the higher the measurement accuracy, but the longer the measurement time. Therefore, it is desirable to select five chips for step alignment as shown in FIG. 5, in order to reduce the measurement time and improve the measurement accuracy. However, when the minimum line width of the circuit pattern for overlay exposure is not so thin (for example, 2 to 5 μm) and it is not necessary to increase the measurement accuracy, the wafer W
Three chips on A (eg C 0 , C 6 ,
It is sufficient to perform step alignment (chip position measurement) for C 7 ) and the measurement time is further shortened.

【0067】また、ステップアライメントの際、各チッ
プのx方向とy方向の位置をともに検出するのではな
く、ステップアライメントする複数のチップに付随した
マークSXnの夫々を、X−LSA系のスポット光LX
Sで一括に相対走査(ステージスキャン)して、各チッ
プのx方向の位置のみを検出した後、各チップのマーク
SYnの夫々をY−LSA系のスポット光LYSで一括
走査して各チップのy方向の位置を検出するようにして
もよい。このようにすると、チップの配列上の同一列又
は同一行に実測すべきチップが複数個存在するときに
は、個々のチップ毎にx方向とy方向の位置検出をとも
に行うよりも高速な位置計測が期待できる。
Further, during the step alignment, instead of detecting both the x-direction and y-direction positions of each chip, each of the marks SXn attached to the plurality of chips to be step-aligned is detected by an X-LSA spot light. LX
After performing relative scanning (stage scan) collectively with S to detect only the position of each chip in the x direction, the marks SYN of each chip are collectively scanned with the spot light LYS of the Y-LSA system to detect each chip. You may make it detect the position of ay direction. With this configuration, when there are a plurality of chips to be measured in the same column or row on the chip array, the position measurement can be performed at a higher speed than the position detection in the x direction and the y direction for each chip. Can be expected.

【0068】また主制御装置50は不図示のキーボード
装置から、ウエハWA上のどのチップについてステップ
アライメントするかを任意に選択するようなデータを入
力するようにすれば、ウエハWAの処理条件により変化
する表面状態(特にマーク形状)に対して、よりフレキ
シブルに対応でき、位置計測の精度向上が期待できる。
If the main controller 50 inputs data for arbitrarily selecting which chip on the wafer WA is to be step-aligned from a keyboard device (not shown), it changes depending on the processing conditions of the wafer WA. It is possible to more flexibly cope with the surface condition (particularly the mark shape) that is changed, and it is expected to improve the accuracy of position measurement.

【0069】また式(10),(11)を使ったオフセ
ット量(Ox,Oy)の決定にあたっては、例えばウエ
ハWAの中心から指定範囲内にあるチップの位置計測結
果だけを用いるようにしてもよい。その指定範囲として
は例えばウエハWAの直径の半分の直径を有する円内に
定めたり、その範囲の大きさをウエハWAにチップやマ
ークを形成したときの露光装置(縮小投影型、等倍プロ
ジェクション、プロキシミテイ等のステッパー)の精度
特性に応じて任意に可変したりするとよい。
In determining the offset amounts (Ox, Oy) using the equations (10) and (11), for example, only the position measurement result of the chips within the specified range from the center of the wafer WA may be used. Good. The specified range is defined, for example, within a circle having a diameter that is half the diameter of the wafer WA, or the size of the range is set to an exposure apparatus (reduction projection type, unit-size projection, when a chip or mark is formed on the wafer WA). It may be arbitrarily changed according to the accuracy characteristic of a stepper such as proximity.

【0070】また本実施例では、ウエハWAの全チップ
について式(4)を適用して、ステップアンドリピート
方式のアドレッシングを行うようにしたが、ウエハWA
の表面をいくつかの領域(ブロック)に分割し、個々の
ブロック毎に最適なアライメントを行なう、所謂ブロッ
クアライメントにおいても全く同様に式(4)を適用す
ることができる。
Further, in this embodiment, the equation (4) is applied to all the chips of the wafer WA to perform the step-and-repeat type addressing.
The expression (4) can be applied in the same manner to so-called block alignment in which the surface of is divided into several regions (blocks) and optimal alignment is performed for each individual block.

【0071】例えば図5において、配列座標αβの各象
現内に位置する4つのチップと、図示の5つのチップC
0 ,C3 ,C6 ,C7 ,C8 との計9つのチップについ
てステップアライメントを行なって、各チップの位置の
実測値を検出した後、配列座標αβの各象現毎に式(1
0),(11),(14)〜(17)を使って誤差パラ
メータA,Oを決定し、さらに式(4)を使って、位置
(Fxn,Fyn)を算出するようにする。
For example, in FIG. 5, four chips located in each quadrant of array coordinate αβ and five chips C shown in the figure.
0, C 3, C 6, C 7, perform the steps alignment for a total of nine chips with C 8, after detecting the actual value of the position of each chip, each quadrant every expression array coordinate .alpha..beta (1
The error parameters A and O are determined using 0), (11), (14) to (17), and the position (Fxn, Fyn) is calculated using equation (4).

【0072】例えば配列座標のαβの第1象現のブロッ
クについては、第1象現内の1つのチップと、チップC
3 ,C6 ,C7 との4つのチップの実測値を使って式
(4)を決定し、第2象現内のブロックについては第2
象現内の1つのチップとチップC0 ,C3 ,C7 との4
つのチップの実測値を使って式(4)を決定する。そし
て、実際の露光のときは、各ブロック毎に決定された式
(4)からのショット位置(Fxn,Fyn)に基づい
て、ウエハWA上のチップを投影像Prと位置合せす
る。
For example, for the block of the first quadrant of the array coordinates αβ, one chip in the first quadrant and chip C
Equation (4) is determined using the measured values of the four chips, 3 , C 6 and C 7, and the second block is determined for the block in the second quadrant.
One chip in the quadrant and four chips C 0 , C 3 , C 7
Equation (4) is determined using the measured values of the two chips. Then, during the actual exposure, the chips on the wafer WA are aligned with the projection image Pr based on the shot position (Fxn, Fyn) from the equation (4) determined for each block.

【0073】このようにすると、ウエハ上での非線形要
素による位置検出、位置合せの不良が低減するととも
に、従来のブロックアライメントとは異なり、平均化要
素を残したままブロック化できるので、各ブロック内で
の重ね合せ精度がどのチップでもほぼ平均しているとい
う利点がある。そればかりでなく、ステッパー以外の露
光装置、特にミラー投影露光装置との混用の際にも大き
な利点を得ることができる。
In this way, it is possible to reduce position detection and alignment defects due to non-linear elements on the wafer, and unlike the conventional block alignment, it is possible to form blocks while leaving the averaging elements. There is an advantage that the overlay accuracy in is almost averaged for all chips. Not only that, but also when used in combination with an exposure apparatus other than the stepper, particularly a mirror projection exposure apparatus, a great advantage can be obtained.

【0074】一般にミラー投影露光装置で焼かれたウエ
ハのチップ配列は、湾曲していることが多い。そこでス
テッパーにより、そのウエハに重ね合せ露光を行なう場
合(混用;ミックス・アンド・マッチ)、上記のような
ブロックアライメントを行なえば、各ブロック内ではチ
ップ配列の湾曲が無視できる程、小さくなるため、ウエ
ハ全面に渡って極めて重ね合せ精度の高い焼き付けが可
能となる。
Generally, a chip array of a wafer baked by a mirror projection exposure apparatus is often curved. Therefore, when overlay exposure is performed on the wafer by the stepper (mixed use; mix and match), if the block alignment as described above is performed, the curvature of the chip array in each block becomes so small that it can be ignored. Printing with extremely high overlay accuracy can be performed over the entire surface of the wafer.

【0075】以上、本発明の実施例に好適な露光装置に
おいては、レーザのスポット光をウエハWA上のマーク
に照射して、マーク(チップ)の位置を検出したが、ス
ポット光をウエハWA上で単振動させたり、等速直線走
査させたりするアライメント系、又はレチクルR上のマ
ークとウエハWA上のマークとを、レチクルRの上方に
配置した顕微鏡対物レンズを介して観察(検出)して位
置合せを行なう、所謂ダイ・バイ・ダイアライメント光
学系を使った露光装置でも全く同様に実施できる。
As described above, in the exposure apparatus suitable for the embodiment of the present invention, the spot light of the laser is applied to the mark on the wafer WA to detect the position of the mark (chip). By observing (detecting) an alignment system for performing simple vibration or linear scanning at a constant velocity, or a mark on the reticle R and a mark on the wafer WA through a microscope objective lens arranged above the reticle R. An exposure apparatus that uses a so-called die-by-die alignment optical system for performing alignment can be used in exactly the same manner.

【0076】この場合、ダイ・バイ・ダイアライメント
時にレチクルRを位置合せのためにx,y方向に微動さ
せないものとすれば、レチクルR上のマークの投影像
が、本実施例のスポット光LXS,LYSに相当するこ
とになる。またレチクルRを微動させる方式のもので
は、まずレチクルRを原点位置に正確に合せて設定す
る。そして複数のチップのステップアライメント(実
測)の際、配列設計値にしたがってステージをステッピ
ングさせた後、レチクルRのマークと実測すべきチップ
のマークとが所定の位置関係になるようにレチクルRを
微動し、レチクルRの原点からのx,y方向への移動量
を検出することによって、そのチップの位置の実測値
(Hxn,Hyn)を算出することができる。
In this case, if the reticle R is not finely moved in the x and y directions for alignment during die-by-die alignment, the projected image of the mark on the reticle R is the spot light LXS of this embodiment. , LYS. In the case of the method of slightly moving the reticle R, first, the reticle R is accurately set to the origin position and set. Then, during step alignment (measurement) of a plurality of chips, after the stage is stepped according to the array design value, the reticle R is finely moved so that the mark of the reticle R and the mark of the chip to be measured have a predetermined positional relationship. Then, by detecting the amount of movement of the reticle R in the x and y directions from the origin, it is possible to calculate the actual measurement value (Hxn, Hyn) of the position of the chip.

【0077】また本実施例ではオフセット量(Ox,O
y)を別に単独に求めるようにして演算処理の簡素化を
計ったが、式(9)のアドレス誤差Eを最小にするよう
な誤差パラメータA,Oを厳密な演算処理によって算出
してもよいことは言うまでもない。
In this embodiment, the offset amount (Ox, O
Although the calculation process is simplified by separately obtaining y) separately, the error parameters A and O that minimize the address error E in the equation (9) may be calculated by a strict calculation process. Needless to say.

【0078】[0078]

【発明の効果】以上本発明によれば、ウエハ等の感応基
板上の複数のチップパターンのすべてに対して、位置合
せの誤差が平均的に小さくなり、1枚の感光基板から取
れる良品チップの数が多くなり、半導体素子の生産性を
向上させることができる。また、プロセスの影響やゴミ
の影響によって精度劣化するようなアライメントショッ
トでの実測をさけて、感応基板上の3つ以上m個のチッ
プ(ショット領域)の各々の位置を必ず実測(ステップ
アライメント)しているので、ショット領域の配列の決
定の信頼性が向上する。また同形状のマークを使った位
置計測が複数回繰り返されるので、検出系の機械的、電
気的なランダム誤差が低減されるとともに、位置検出用
のアライメントセンサー(顕微鏡)の感度のバラつきを
統計的な処理で押さえることになり、総合的なアライメ
ント精度が向上する。
As described above, according to the present invention, the alignment error is small on average for all of a plurality of chip patterns on a sensitive substrate such as a wafer, and a non-defective chip that can be obtained from one photosensitive substrate. The number is increased, and the productivity of semiconductor devices can be improved. In addition, avoiding the actual measurement in alignment shots where accuracy is deteriorated due to the influence of the process or the influence of dust, each position of 3 or more m chips (shot areas) on the sensitive substrate is always measured (step alignment). Therefore, the reliability of the determination of the shot area arrangement is improved. In addition, since the position measurement using the mark of the same shape is repeated multiple times, the mechanical and electrical random error of the detection system is reduced, and the variation in the sensitivity of the alignment sensor (microscope) for position detection is statistically analyzed. It will be suppressed by various processes, and the overall alignment accuracy will be improved.

【0079】尚、本発明は縮小投影型の露光装置に限ら
ず、ステップアンドリピート方式の露光装置、例えば等
倍の投影型ステッパーやプロキシミテイタイプのステッ
パー(X線露光装置)等に広く応用できるものである。
また露光装置以外でも半導体ウエハや複数のチップパタ
ーンを有するフォトマスク等を検査する装置(欠陥検
査、プローバ等)でチップ毎にステップアンドリピート
方式で検査視野やプローブ針等の基準位置に位置合せす
るものにおいても、同様に本発明を実施することができ
る。
The present invention is not limited to the reduction projection type exposure apparatus, but can be widely applied to a step-and-repeat type exposure apparatus, for example, an equal-magnification projection stepper or proximity type stepper (X-ray exposure apparatus). It is a thing.
In addition to the exposure equipment, it is a device for inspecting semiconductor wafers, photomasks having multiple chip patterns, etc. (defect inspection, prober, etc.) and aligns each chip with the inspection field of view and the reference position of the probe needle etc. by the step-and-repeat method. The present invention can be similarly implemented in the case of the thing.

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

【図1】 本発明の実施例に好適な縮小投影型露光装
置の概略的な構成を示す斜視図
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a reduction projection type exposure apparatus suitable for an embodiment of the present invention.

【図2】 図1の装置におけるアライメント系の各検
出中心の位置関係を示す平面図
FIG. 2 is a plan view showing a positional relationship between respective detection centers of an alignment system in the apparatus shown in FIG.

【図3】 本発明の位置合せ方法を使った全体的な動
作手順を表わすフローチャート図
FIG. 3 is a flowchart showing an overall operation procedure using the alignment method of the present invention.

【図4】 図1の装置を使って、位置合せ、及び露光
するのに好適なウエハの平面図
FIG. 4 is a plan view of a wafer suitable for alignment and exposure using the apparatus of FIG.

【図5】 ステップアライメントするチップの位置を
示すウエハの平面図である。
FIG. 5 is a plan view of a wafer showing the positions of chips for step alignment.

【主要部分の符号の説明】 WA・・・ウエハ、CP,
Cn・・・チップ、αβ・・・配列座標、103,10
4・・・ステップアライメントによる実測工程、107
・・・誤差パラメータを決定する工程、108,10
9,110,111・・・補正された実際のチップ配列
座標に沿ってステップアンドリピート方式で位置決めす
る工程。
[Explanation of Signs of Main Parts] WA ... Wafer, CP,
Cn ... Chip, αβ ... Array coordinates, 103, 10
4 ... Actual measurement process by step alignment, 107
... Process of determining error parameter, 108, 10
9, 110, 111 ... Step of positioning by the step-and-repeat method along the corrected actual chip arrangement coordinates.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】所定の配列座標系に従って2次元に配列さ
れる複数のショット領域と該複数のショット領域の各々
に付設されるアライメント用のマークとが形成された感
応基板を2次元的に移動可能なステージ上に載置し、該
ステージを露光手段の所定の露光中心に対して移動させ
て該露光手段からのパターン像が前記感応基板のショッ
ト領域に重ね合わせ露光されるように位置合わせする方
法において、 (a) 前記感応基板上の複数のショット領域のうち互いに
隣接しない4つ以上のm個のショット領域をアライメン
ト用の特定ショット領域として指定する段階と; (b) 前記露光手段の露光中心から所定距離だけ離れた位
置に検出領域を有し、前記マークの位置情報を光電的に
計測するマーク位置計測手段を使って、前記m個の特定
ショット領域の各々に付設されたマークが所定の順番で
次々に前記検出領域に導かれて光電的に計測されるよう
に前記ステージの移動を指示する段階と; (c) 前記マーク位置計測手段によるマークの位置計測に
精度劣化が生じた場合は、その精度劣化が生じたマーク
の付設された特定ショット領域の隣に位置するショット
領域のマークの位置情報を前記ステージの移動と前記マ
ーク位置計測手段とにより追加実測する段階と; (d) 該追加実測が行われたときは、精度劣化したマーク
位置情報を無視して計m個のマーク位置情報を使って前
記感応基板上の露光すべきショット領域の各々が前記露
光手段の露光中心に対してアライメントされるような前
記ステージの移動位置を決定する段階と; (e) 該決定された移動位置に従って前記ステージを順次
移動させて前記重ね合わせ露光を実行する段階とを含む
ことを特徴とする位置合わせ方法。
1. A two-dimensional movement of a sensitive substrate having a plurality of shot areas arranged two-dimensionally according to a predetermined arrangement coordinate system and alignment marks attached to each of the plurality of shot areas. It is placed on a possible stage, and the stage is moved with respect to a predetermined exposure center of the exposure means so that the pattern image from the exposure means is superposed and exposed on the shot area of the sensitive substrate. In the method, (a) a step of designating four or more m shot areas which are not adjacent to each other among a plurality of shot areas on the sensitive substrate as specific shot areas for alignment; (b) exposure by the exposure means The m specific shot areas are provided by using a mark position measuring unit that has a detection area at a position separated from the center by a predetermined distance and photoelectrically measures the position information of the mark. And (c) instructing the movement of the stage so that the marks attached to each of them are sequentially guided to the detection region in a predetermined order and photoelectrically measured; When the accuracy deterioration occurs in the position measurement, the position information of the mark in the shot area located next to the specific shot area provided with the mark in which the accuracy deterioration occurs is determined by the movement of the stage and the mark position measuring means. (D) When the additional measurement is performed, the mark position information whose accuracy has deteriorated is ignored and a total of m mark position information is used to determine the shot area to be exposed on the sensitive substrate. Determining the movement position of the stage such that each is aligned with the exposure center of the exposure means; and (e) sequentially moving the stage according to the determined movement position. Alignment method which comprises a step of performing the serial superposition exposure.
【請求項2】複数のショット領域が規則的に配列された
感光基板を保持して2次元移動可能なステージと、前記
ショット領域の各々にマスクのパターン像を投影する投
影光学系と、該投影光学系を通して前記感光基板上のシ
ョット領域に付随したアライメント用のマークを光電検
出し、その光電信号に基づいて該マークの位置情報を検
出するマーク検出手段と、該検出されたマーク位置情報
に基づいて決まる座標位置、又は設計上で予め定められ
ている座標位置に基づいて前記ステージの移動位置を制
御する移動制御手段とを備えた投影露光装置を使って、
前記感光基板を前記マスクのパターン像に対して位置合
わせする方法において、 (a) 前記感光基板上の複数のショット領域のうち互いに
隣合わない3つ以上のm個の特定ショット領域をアライ
メントショットとして予め指定する段階と; (b) 該m個の特定ショット領域の各々に付随したマーク
が前記マーク検出手段によって順次検出されるような前
記ステージの移動位置を前記位置制御手段に指示する段
階と; (c) 前記マーク検出手段が前記特定ショット領域のマー
クを光電検出したときの光電信号が精度劣化して前記マ
ーク位置情報が正しく取得できないときは、該精度劣化
を起こす特定ショット領域の隣に位置した隣接ショット
領域のマークが前記マーク検出手段によって追加検出さ
れるような前記ステージの移動位置を前記移動制御手段
に指示する段階と; (d) 前記特定パターン領域または前記隣接パターン領域
の各々から正しく取得された各マーク位置情報に基づい
て、前記感光基板上の投影露光すべきパターン領域が前
記マスクのパターン像と位置合わせされるような前記ス
テージの移動位置を算出する段階とを含むことを特徴と
する位置合わせ方法。
2. A stage capable of two-dimensionally moving while holding a photosensitive substrate in which a plurality of shot areas are regularly arranged, a projection optical system for projecting a mask pattern image on each of the shot areas, and the projection. Mark detection means for photoelectrically detecting an alignment mark associated with a shot area on the photosensitive substrate through an optical system, and detecting position information of the mark based on the photoelectric signal, and based on the detected mark position information Using a projection exposure apparatus provided with a movement control means for controlling the movement position of the stage based on the coordinate position determined by the coordinate position or a predetermined coordinate position on the design,
In the method of aligning the photosensitive substrate with the pattern image of the mask, (a) out of a plurality of shot regions on the photosensitive substrate, three or more m specific shot regions which are not adjacent to each other are used as alignment shots. (B) Instructing the position control means of the moving position of the stage such that the marks associated with each of the m specific shot areas are sequentially detected by the mark detection means; (c) When the mark detection means photoelectrically detects a mark of the specific shot area and the photoelectric signal is deteriorated in accuracy and the mark position information cannot be acquired correctly, a position next to the specific shot area causing the accuracy deterioration is set. The movement control means determines the movement position of the stage such that the mark in the adjacent shot area is additionally detected by the mark detection means. And (d) based on each mark position information correctly acquired from each of the specific pattern area or the adjacent pattern area, the pattern area to be projected and exposed on the photosensitive substrate is the pattern image of the mask. Calculating the moving position of the stage to be aligned.
【請求項3】回路パターン像を投影露光する投影光学系
の下で2次元移動するステージ上に、複数のショット領
域が規則的に形成された感光基板を保持し、前記感光基
板上のいくつかのショット領域に付随した各マークを光
電検出するマーク検出手段からの光電信号に基づいて各
マークの位置情報を検出し、該マーク位置情報に基づい
て前記ステージが露光時に位置すべき露光座標位置を決
定することによって、前記感光基板上の各ショット領域
を前記回路パターン像に位置合わせする方法において、 (a) 前記感光基板上の複数のショット領域の中から、前
記露光座標位置を決定するのに必要な数mよりも多い数
の前記マーク位置情報が得られるように互いに隣合わな
い複数の特定ショット領域をアライメントショットとし
て指定する段階と; (b) 該指定された複数の特定ショット領域の各々に付随
したマークが前記マーク検出手段によって所定の順番で
順次検出されるような前記ステージの移動位置を指示す
る段階と; (c) 前記マーク検出手段からの光電信号に基づいて前記
特定ショット領域の各々に付随したマークの各位置情報
を検出し、該検出された各マーク位置情報の中から、前
記感光基板の加工プロセスで生じるマークの変形に起因
した精度劣化が大きいものを除いて少なくともm個のマ
ーク位置情報を選択する段階と; (d) 該選択された少なくともm個のマーク位置情報の全
てを使って、前記感光基板上の各ショット領域が前記回
路パターン像と重ね合わされるような前記ステージの露
光座標位置を算出する段階とを含むことを特徴とする位
置合わせ方法。
3. A photosensitive substrate on which a plurality of shot areas are regularly formed is held on a stage which moves two-dimensionally under a projection optical system for projecting and exposing a circuit pattern image, and some of the photosensitive substrates are provided on the photosensitive substrate. Position information of each mark is detected on the basis of a photoelectric signal from a mark detecting means for photoelectrically detecting each mark associated with the shot area of, and the exposure coordinate position at which the stage should be positioned at the time of exposure based on the mark position information. In the method of aligning each shot area on the photosensitive substrate with the circuit pattern image by determining, (a) determining the exposure coordinate position from a plurality of shot areas on the photosensitive substrate. A step of designating a plurality of specific shot areas that are not adjacent to each other as alignment shots so that the mark position information of a number larger than the required number m can be obtained; (b) instructing a moving position of the stage such that marks associated with each of the designated plurality of specific shot areas are sequentially detected by the mark detecting means in a predetermined order; (c) the marks Detecting each position information of the mark associated with each of the specific shot areas based on the photoelectric signal from the detection means, and from the detected mark position information, the deformation of the mark caused in the process of processing the photosensitive substrate. Selecting at least m mark position information excluding the ones that have a large accuracy deterioration due to (d) using all of the selected at least m mark position information. Calculating an exposure coordinate position of the stage such that a shot area is superimposed on the circuit pattern image.
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