JPH08274017A - Exposing method and device - Google Patents

Exposing method and device

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JPH08274017A
JPH08274017A JP7096250A JP9625095A JPH08274017A JP H08274017 A JPH08274017 A JP H08274017A JP 7096250 A JP7096250 A JP 7096250A JP 9625095 A JP9625095 A JP 9625095A JP H08274017 A JPH08274017 A JP H08274017A
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layer
layers
exposure
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Fumiaki Ushiyama
文明 牛山
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Abstract

PURPOSE: To output the exposure pattern alignment or exposure pattern alignment precision as a history by a method wherein a substrate alignment is made according to the alignment mark in one lower layer in a pair relation defined by a previously specified alignment tree. CONSTITUTION: In order to form plural layers on a semiconductor wafer 10 using photolithography, an alignment tree previously defining the procedures of exposure pattern alignment is used. In order to make alignment for exposure pattern of upper layers, specific layers in a pair relation connected by hyphen in this alignment tree are selected as objective layers. The exposure pattern alignment slippage data on the whole combination with different layers besides the alignment tree, distance in design and others are stored in the memory part 34. Accordingly, the decline in throughput can be avoided while improving the positional precision in exposure.

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、複数回のリソグラフィ
工程に用いられる露光方法及び露光装置に関し、特に、
複数層の各層を露光する際の上下層の露光パターンの位
置合わせに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exposure method and exposure apparatus used in a plurality of lithography processes, and in particular,
The present invention relates to alignment of exposure patterns of upper and lower layers when exposing each of a plurality of layers.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】例え
ば、半導体の製造工程においては、複数回のフォトリソ
グラフィ工程を実施することで、基板上に複数の層を形
成している。このフォトリソグラフィ工程における各回
の露光工程においては、各層の露光パターンを正確に位
置合わせする必要がある。
2. Description of the Related Art For example, in a semiconductor manufacturing process, a plurality of photolithography processes are performed to form a plurality of layers on a substrate. In each exposure step in this photolithography step, it is necessary to accurately align the exposure pattern of each layer.

【0003】このために、従来より、被処理基板上に形
成された各層に、アライメントマークをそれぞれ形成し
ていた。このアライメントマークは、被処理基板に形成
された各層に対する露光工程及び現象工程を経て形成さ
れる。
For this reason, conventionally, alignment marks have been formed on the respective layers formed on the substrate to be processed. The alignment mark is formed through an exposure process and a phenomenon process for each layer formed on the substrate to be processed.

【0004】例えば、第3層の露光を行うに際しては、
その下層である第1層及び第2層にそれぞれアライメン
トマークが既に形成されている。従って、この第3層の
露光工程においては、第1層または第2層のアライメン
トマークを基準として、第3層のための露光パターンの
アライメントを行うことになる。この第1層または第2
層のアライメントマークのいずれかを用いるかは、予め
アライメントツリーによって定められている。図8及び
図9は、このアライメントツリーの一例を示したもので
ある。
For example, when exposing the third layer,
Alignment marks are already formed on the first layer and the second layer, which are the lower layers. Therefore, in the exposure step of the third layer, the alignment of the exposure pattern for the third layer is performed with reference to the alignment marks of the first layer or the second layer. This first layer or second
Which of the layer alignment marks is used is determined in advance by the alignment tree. 8 and 9 show an example of this alignment tree.

【0005】図8は、上層を露光する際に、その直下の
層のアライメントマークを基準として位置合わせする直
列形のアライメントツリーを示している。例えば、第3
層の露光工程では、第2層のアライメントマークが基準
とされる。
FIG. 8 shows a series-shaped alignment tree for aligning the upper layer with the alignment mark of the layer immediately below when exposing the upper layer. For example, the third
In the layer exposure process, the alignment mark of the second layer is used as a reference.

【0006】ここで、図8のアライメントツリーを採用
した場合であって、各層間におけるX、Y方向の位置ず
れ量をそれぞれ同等のaとした場合には、第1層及び第
3層の間の位置ずれ量のX、Y方向の平均は、(a2
21/2となる。第1層と第4層との間の位置ずれは、
(a2+a2+a21/2となる。このように、図8のアラ
イメントツリーを採用した場合には、第1層に対する各
層の位置ずれが累積的に増大する。
Here, in the case where the alignment tree of FIG. 8 is adopted and the positional shift amounts in the X and Y directions between the respective layers are made equal to each other, a between the first layer and the third layer is obtained. The average amount of positional deviation in the X and Y directions is (a 2 +
a 2 ) 1/2 . The positional shift between the first layer and the fourth layer is
(A 2 + a 2 + a 2 ) 1/2 . As described above, when the alignment tree of FIG. 8 is adopted, the positional deviation of each layer with respect to the first layer cumulatively increases.

【0007】これに代えて、図9に示すアライメントツ
リーを採用することもできる。同図によれば、第4層を
露光する場合には、第2層のアライメントマークを基準
として行われる。従って、第2層、第4層間の位置ずれ
はaに維持でき、第1層、第4層の間の位置ずれも(a
2+a21/2に縮小できる。
Alternatively, the alignment tree shown in FIG. 9 may be adopted. According to the figure, when the fourth layer is exposed, the alignment mark of the second layer is used as a reference. Therefore, the positional deviation between the second layer and the fourth layer can be maintained at a, and the positional deviation between the first layer and the fourth layer can be (a
2 + a 2 ) 1/2 can be reduced.

【0008】しかし、第1層、第5層の間の位置ずれ
は、最大で(a2+a2+a21/2となり、図8よりも位
置ずれ量は減少するものの、層同士が離れるほど位置ず
れ量が増大するという問題は解決できなかった。
However, the maximum positional deviation between the first layer and the fifth layer is (a 2 + a 2 + a 2 ) 1/2 , and although the positional deviation amount is smaller than that in FIG. 8, the layers are separated from each other. The problem that the amount of misalignment increases to such an extent could not be solved.

【0009】これに対して、特開平1−282816及
び特開平3−151626号公報に記載された露光位置
合わせ方法が知られている。
On the other hand, the exposure position aligning methods described in Japanese Patent Laid-Open Nos. 1-282816 and 3-151626 are known.

【0010】これらの方法は、被処理基板上に形成され
た最上層を露光することにあたり、その下層の全てのア
ライメントマークを光学的に測定し、複数のアライメン
トマークを基準として位置合わせを行うものである。
In these methods, when exposing the uppermost layer formed on the substrate to be processed, all alignment marks in the lower layer are optically measured, and alignment is performed with reference to the plurality of alignment marks. Is.

【0011】例えば、第4層を露光するのに対して、第
1層,第2層及び第3層の各アライメントマークが位置
合わせの基準とされる。さらに、後者の公報によれば、
複数のアライメントマークを基準とするに際して、特に
相関の強い層に対して重み付けをし、位置合わせ精度の
更なる向上を図っている。
For example, while the fourth layer is exposed, the alignment marks of the first layer, the second layer, and the third layer are used as alignment references. Further, according to the latter publication,
When a plurality of alignment marks are used as a reference, a layer having a particularly strong correlation is weighted to further improve the alignment accuracy.

【0012】しかしながら、上述の2つの方法によれ
ば、ある層を露光するために、その露光層の下層に存在
する全てのアライメントマークを光学的に測定しなけれ
ばならず、この複数層のアライメントマークの光学的な
測定を、各層の露光毎に繰り返し行わなければならなか
った。このため、露光工程におけるスループットが低下
するという問題が生じていた。
However, according to the above-mentioned two methods, in order to expose a certain layer, all alignment marks existing in the layer under the exposed layer must be optically measured, and the alignment of the plurality of layers is performed. Optical measurements of the marks had to be repeated after each exposure of each layer. Therefore, there has been a problem that the throughput in the exposure process is reduced.

【0013】そこで、本発明の目的とするところは、各
々の露光工程においては、アライメントツリーにて定義
された対の関係にある下層の一層のアライメントマーク
のみを測定し、しかも、対の関係にない他の層との露光
パターン合わせずれを考慮しながら、正確に露光パター
ン合わせを行うことができる露光方法及び露光装置を提
供することにある。
Therefore, the object of the present invention is to measure only one lower layer alignment mark having a pair relationship defined by the alignment tree in each exposure step, and It is an object of the present invention to provide an exposure method and an exposure apparatus capable of accurately performing exposure pattern alignment while taking account of exposure pattern alignment deviations from other layers that are not present.

【0014】本発明の他の目的は、各層の間の露光パタ
ーン合わせあるいは露光パターン合わせ精度を、履歴と
して出力することのできる露光方法及び露光装置を提供
することにある。
Another object of the present invention is to provide an exposure method and an exposure apparatus capable of outputting the exposure pattern alignment between layers or the exposure pattern alignment accuracy as a history.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段及び作用】請求項1の発明
は、露光工程を用いて基板上に複数の層をそれぞれ形成
し、かつ、各々の前記層にアライメントマークを形成
し、第2層以降の各々の前記層の露光工程では、予め定
められたアライメントツリーに定義された対の関係にあ
る下層の一層の前記アライメントマークに基づいて、前
記基板のアライメントを行う露光方法において、前記ア
ライメントツリーに定義された対の関係にある特定層同
士の各々の前記アライメントマークから、前記特定層間
の位置情報を測定して記憶する工程と、前記特定層同士
以外の層間の位置情報を、記憶された前記特定層間の位
置情報に基づいて演算して記憶する工程と、を有するこ
とを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, a plurality of layers are formed on a substrate by using an exposure process, and alignment marks are formed on each of the layers to form a second layer. In each of the subsequent exposure steps of the layer, in the exposure method for performing alignment of the substrate, based on the alignment marks of one lower layer that has a pair relationship defined in a predetermined alignment tree, the alignment tree A step of measuring and storing position information between the specific layers from each of the alignment marks of the specific layers having a pair relationship defined in, and position information between layers other than the specific layers are stored. Calculating and storing based on the position information between the specific layers.

【0016】請求項1の発明によれば、各々の層に形成
されたアライメントマークに基づいて、異なる層間の位
置情報を記憶することができる。例えば、図4に示すア
ライメントツリーの場合には、このツリーに定義された
対の関係にある特定層同士(第1層−第2層,第2層−
第3層,第2層−第4層,第4層−第5層)の各々のア
ライメントマークから、その特定層間の位置情報が測定
されて記憶される。一方、アライメントツリーに定義さ
れた対の関係にない層同士(例えば、第1層−第3層,
第3層−第4層等)の位置情報は、上述の記憶された特
定層間の位置情報に基づいて演算して求められ、これも
同様に記憶される。
According to the first aspect of the invention, it is possible to store the positional information between different layers based on the alignment marks formed on the respective layers. For example, in the case of the alignment tree shown in FIG. 4, the specific layers (first layer-second layer, second layer-) having a pair relationship defined in this tree.
Position information between the specific layers is measured and stored from the alignment marks of the third layer, the second layer-the fourth layer, and the fourth layer-the fifth layer). On the other hand, layers that do not have a pair relationship defined in the alignment tree (for example, the first layer-third layer,
The position information of the third layer to the fourth layer) is obtained by calculation based on the stored position information between the specific layers described above, and this is also stored in the same manner.

【0017】このように、異なる全ての層間の位置情報
を記憶することができるため、各層のフォトリソグラフ
ィ工程終了後に、これらの情報を履歴として出力するこ
とができる。あるいは、後述するように、アライメント
ツリーに定義された対の関係にない層同士の位置情報も
考慮して、露光のための位置合わせを行うことができ、
より精度の高い位置合わせを行うことができる。
As described above, since the position information between all different layers can be stored, these information can be output as a history after the photolithography process of each layer is completed. Alternatively, as will be described later, it is possible to perform alignment for exposure in consideration of positional information between layers that are not in a pair relationship defined in the alignment tree,
More accurate positioning can be performed.

【0018】請求項2に示すように、各々の層の複数箇
所にアライメントマークが形成される場合には、異なる
層間の位置情報が複数箇所についてそれぞれ記憶され
る。また、これらの記憶情報を元に、請求項3に示すよ
うに、異なる層同士の重ね合わせ精度情報を演算して求
めることもできる。
When the alignment marks are formed at a plurality of locations on each layer as described in claim 2, positional information between different layers is stored at a plurality of locations. Further, based on these stored information, as shown in claim 3, overlay accuracy information of different layers can be calculated and obtained.

【0019】請求項4の発明は、露光工程を用いて基板
上に第1〜第N(Nは3以上の自然数)層をそれぞれ形
成し、かつ、前記第1〜第N層の各層にアライメントマ
ークを形成し、第2層以降の各層の露光工程では、予め
定められたアライメントツリーに定義された対の関係に
ある下層の一層の前記アライメントマークに基づいて、
前記基板のアライメントを行う露光方法において、前記
アライメントツリーに定義された対の関係にある特定層
同士の各々の前記アライメントマークから、前記特定層
間の位置情報を測定して記憶する工程と、前記特定層同
士以外の層間の位置情報を、記憶された前記特定層間の
位置情報に基づいて演算して記憶する工程と、を有し、
第3層以降の層の前記露光工程は、前記アライメントツ
リーに定義された対の関係にある下層の一層の前記アラ
イメントマークに基づいて、前記基板のアライメント情
報を演算して求める第1工程と、記憶された前記位置情
報と前記アライメント情報とに基づいて、前記アライメ
ントツリーに定義された対の関係にはない下層の一又は
複数層との間の位置情報を演算して求める第2工程と、
前記第2工程で求めた前記位置情報に基づいて、前記ア
ライメント情報の適否を判定する第3工程と、を有する
ことを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, first to Nth layers (N is a natural number of 3 or more) are formed on the substrate using an exposure process, and the first to Nth layers are aligned with each other. In the exposure step of forming a mark and each layer after the second layer, based on the alignment mark of one layer of the lower layer which has a pair relationship defined in a predetermined alignment tree,
In the exposure method for aligning the substrate, a step of measuring and storing positional information between the specific layers from the alignment marks of each of the specific layers having a pair relationship defined in the alignment tree; Position information between layers other than layers, a step of calculating and storing based on the stored position information between the specific layers,
The exposure step of the third and subsequent layers, a first step of calculating alignment information of the substrate based on the alignment marks of one lower layer having a pair relationship defined in the alignment tree; A second step of calculating and obtaining position information between one or a plurality of lower layers that are not in the pair relationship defined in the alignment tree based on the stored position information and the alignment information;
And a third step of determining whether or not the alignment information is appropriate based on the position information obtained in the second step.

【0020】請求項4の発明によれば、請求項1に示す
記憶情報に基づいて、第3層以降の層の露光工程をより
精度高く行うことができる。例えば、図4に示すアライ
メントツリーを用いる場合であって、第4層を露光する
場合には、まず、アライメントツリーに定義された対の
関係にある第2層のアライメントマークに基づいて、被
処理基板のアライメント情報が演算される。次に、この
第4層の露光を、第3層との位置関係をも考慮して行い
たい場合には、アライメントツリーに定義された対の関
係にない第3層と第4層との間の位置情報を、上述の記
憶情報に基づいて演算により求める。この後、第2のア
ライメントマークに基づいて演算された基板のアライメ
ント位置が、第3層の露光パターンと大きく外れないか
否かの適否が判定される。
According to the invention of claim 4, based on the stored information shown in claim 1, the exposure process of the third and subsequent layers can be performed with higher accuracy. For example, when the alignment tree shown in FIG. 4 is used and the fourth layer is exposed, first, based on the alignment marks of the second layer having the pair relationship defined in the alignment tree, the processed object is processed. Substrate alignment information is calculated. Next, when it is desired to perform the exposure of the fourth layer also in consideration of the positional relationship with the third layer, the third layer and the fourth layer which are not in the pair relationship defined in the alignment tree are exposed. The position information of is calculated by calculation based on the above-mentioned stored information. Then, it is determined whether or not the alignment position of the substrate calculated based on the second alignment mark does not largely deviate from the exposure pattern of the third layer.

【0021】この請求項4に定義された露光方法は、請
求項8に記載の露光装置を用いて好適に実施できる。
The exposure method defined in claim 4 can be suitably implemented using the exposure apparatus according to claim 8.

【0022】さらに、請求項5に示すように、例えば第
3層−第4層間の位置ずれ許容位置が予め記憶されてい
る場合には、第2層のアライメントマークに基づいて演
算された第4層の露光パターンの位置が、第3層に対す
る位置ずれ許容値を満たすか否かが判定される。
Further, as described in claim 5, for example, when the positional deviation allowable position between the third layer and the fourth layer is stored in advance, the fourth position calculated based on the alignment mark of the second layer. It is determined whether or not the position of the exposure pattern of the layer satisfies the positional deviation tolerance with respect to the third layer.

【0023】もし許容値を満たさない場合には、請求項
6に示すように、この許容値を満たす方向に被処理基板
のアライメント位置を補正することができる。この方法
は、請求項9に定義された露光装置にて好適に実施でき
る。
If the allowable value is not satisfied, the alignment position of the substrate to be processed can be corrected in a direction that satisfies the allowable value. This method can be suitably implemented by the exposure apparatus defined in claim 9.

【0024】さらに、請求項7に示すように、補正され
たアライメント位置が上述の許容値を満たすか否かを再
度判定することが好ましい。
Further, as described in claim 7, it is preferable to judge again whether or not the corrected alignment position satisfies the above-mentioned allowable value.

【0025】[0025]

【実施例】以下、本発明を適用した一実施例について、
図面を参照して説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment to which the present invention is applied will be described.
This will be described with reference to the drawings.

【0026】図1に、本発明が適用される露光装置の一
例が示されている。同図において、被処理基板例えば半
導体ウエハ10は、X,Yの2次元方向と、このX,Y
軸に直交するZ軸のまわりに回転可能なウエハステージ
12に支持されている。このウエハステージ12の上方
には、露光源例えばエキシマレーザ源14が配置されて
いる。このエキシマレーザ源14と半導体ウエハ10と
の間には、レチクル16及び投影レンズ18が配置され
ている。レチクル16に形成された露光パターンは、投
影レンズ18を介することで例えば1/5に縮小投影さ
れて半導体ウエハ10上に結像する。ウエハステージ1
2をステップ駆動することで、半導体ウエハ10に多数
形成された各チップ内に、レチクル16の露光パターン
を投影することが可能となる。
FIG. 1 shows an example of an exposure apparatus to which the present invention is applied. In the figure, a substrate to be processed, for example, a semiconductor wafer 10 has two-dimensional directions of X and Y
It is supported by a wafer stage 12 which is rotatable around a Z axis which is orthogonal to the axis. An exposure source such as an excimer laser source 14 is arranged above the wafer stage 12. A reticle 16 and a projection lens 18 are arranged between the excimer laser source 14 and the semiconductor wafer 10. The exposure pattern formed on the reticle 16 is reduced and projected to, for example, ⅕ by passing through the projection lens 18 to form an image on the semiconductor wafer 10. Wafer stage 1
By driving 2 in a stepwise manner, it becomes possible to project the exposure pattern of the reticle 16 into each chip formed in large numbers on the semiconductor wafer 10.

【0027】この半導体ウエハ10には、図2に示すよ
うに、その周縁の複数箇所例えば8箇所A〜Hの各箇所
にアライメントマークが形成されてる。このアライメン
トマークは、半導体ウエハ10上に複数回のフォトリソ
グラフィ工程を経て形成される各々の層毎に形成されて
いる。
On this semiconductor wafer 10, as shown in FIG. 2, alignment marks are formed at a plurality of positions on the periphery, for example, at each of 8 positions A to H. The alignment mark is formed for each layer formed on the semiconductor wafer 10 through a plurality of photolithography steps.

【0028】このアライメントマークの一例を図3に示
す。図3(A)に示すように、下層アライメントマーク
50と上層アライメントマーク52とが、設計値上距離
L1を隔てて平行に形成されている。同図(A)では、
各アライメントマーク50,52は、それぞれY方向に
沿って等間隔に配列された例えば7つのドットで形成さ
れ、各アライメントマーク50,52はX方向にて距離
L1を隔てて配列されている。
An example of this alignment mark is shown in FIG. As shown in FIG. 3A, a lower layer alignment mark 50 and an upper layer alignment mark 52 are formed in parallel with each other with a design value upper distance L1. In the same figure (A),
Each of the alignment marks 50 and 52 is formed of, for example, seven dots arranged at equal intervals along the Y direction, and each of the alignment marks 50 and 52 is arranged at a distance L1 in the X direction.

【0029】この2列のアライメントマーク50,52
に、X方向にスキャンされるスキャンビーム54を照射
し、例えばその反射光を受光することで、図3(B)に
示す出力波形を得ることができる。これにより、この出
力波形の2つのピーク点間の距離L2が測定される。従
って、この上下層のX方向の露光パターン合わせずれ△
Xは、下記の式(1)より求める。 △X=L1−L2 …(1) 同様にして、上下層のアライメントマーク50,52
を、Y方向に距離L1だけ隔てて配列し、これらを上記
と同様に測定することで、Y方向の露光パターン合わせ
ずれを測定することができる。
These two rows of alignment marks 50, 52
The output waveform shown in FIG. 3B can be obtained by irradiating the scanning beam 54 that is scanned in the X direction and receiving the reflected light, for example. Thereby, the distance L2 between the two peak points of this output waveform is measured. Therefore, the exposure pattern misalignment of the upper and lower layers in the X direction Δ
X is obtained from the following equation (1). ΔX = L1-L2 (1) Similarly, the alignment marks 50 and 52 of the upper and lower layers are formed.
Are arranged in the Y direction with a distance L1 therebetween, and these are measured in the same manner as described above, whereby the exposure pattern alignment deviation in the Y direction can be measured.

【0030】これら上下層のX,Y方向の露光パターン
合わせずれの検出は、図2に示す半導体ウエハ10の8
箇所A〜Hの各所について行われる。なお、各方向の露
光パターン合わせずれ量は、スキャン光を用いなくて
も、例えば両マーク50、52をCCDに結像させた後
に、両マークの位置ずれ量を画像処理にて検出すること
もできる。
The detection of the exposure pattern misalignment of these upper and lower layers in the X and Y directions is carried out in 8 of the semiconductor wafer 10 shown in FIG.
This is performed for each of the points A to H. The amount of misalignment of the exposure pattern in each direction may be detected by image processing without using scan light, for example, after the images of both marks 50 and 52 are formed on the CCD, the amount of misalignment of both marks is detected by image processing. it can.

【0031】半導体ウエハ10に複数層をフォトリソグ
ラフィ工程を用いて形成する場合には、予め露光パター
ン合わせの手順を定義したアライメントツリーが用いら
れる。このアライメントツリーの一例が図4に示されて
いる。図4において、上層の露光パターンのためのアラ
イメントを行う際には、このアライメントツリーにてハ
イフンで結ばれた対の関係にある特定層同士のみが対象
とされる。例えば、第4層の露光を行うには、第2層と
の露光パターンの位置合わせが行われる。
When a plurality of layers are formed on the semiconductor wafer 10 by the photolithography process, an alignment tree which defines a procedure for aligning an exposure pattern in advance is used. An example of this alignment tree is shown in FIG. In FIG. 4, when the alignment for the exposure pattern of the upper layer is performed, only the specific layers having a pair of hyphens in this alignment tree are targeted. For example, to expose the fourth layer, the exposure pattern is aligned with the second layer.

【0032】そして、本実施例においては、図3に示す
上下層の露光パターン合わせずれの光学的測定を、図4
に示されたアライメントツリーにて定義された対の関係
にある特定層同士のみについて行っている。すなわち、
第1層−第2層,第2層−第3層,第2層−第4層,第
4層−第5層のそれぞれの露光パターン合わせずれが測
定により求められる。このアライメントツリーにて対の
関係にない層同士、例えば第1層−第3層のパターンず
れは、上述の測定により得られた情報に基づいて、演算
して求められる。
In this embodiment, the optical measurement of the exposure pattern alignment shift between the upper and lower layers shown in FIG.
This is done only for specific layers that have a pair relationship defined by the alignment tree shown in. That is,
The exposure pattern misalignment of each of the first layer-second layer, the second layer-third layer, the second layer-fourth layer, and the fourth layer-fifth layer is obtained by measurement. Pattern misalignment between layers that do not form a pair in this alignment tree, for example, the first layer-third layer, is calculated and obtained based on the information obtained by the above-described measurement.

【0033】図1に示すブロック図の各構成は、上述の
露光パターン合わせずれ情報の測定及び演算と、それに
基づくウエハステージ12の駆動制御を行うものであ
る。図1において、TTL(Through The
Lens)式のアライメント光学系20が設けられ、こ
のアライメント光学系に20を介して収集されたデータ
に基づき、アライメント動作を司る制御部30が設けら
れている。
Each configuration of the block diagram shown in FIG. 1 is for measuring and calculating the exposure pattern alignment deviation information and controlling the drive of the wafer stage 12 based on the measurement and calculation. In FIG. 1, TTL (Through The
A Lenss type alignment optical system 20 is provided, and a control unit 30 that controls the alignment operation based on the data collected via the alignment optical system 20 is provided.

【0034】アライメント光学系20は、エキシマレー
ザ源14とレチクル16との間に設けられたハーフミラ
ー22と、このハーフミラー22を介して入射される反
射光を測定する測定部32とを有する。このアライメン
ト光学系20にて、図3に示す上下のアライメントマー
ク50,52を検出する場合、エキシマレーザ源14よ
り出射され、半導体ウエハ10上の上下層のアライメン
トマーク50,52にて反射された光は、ハーフミラー
22を介して測定部32に入射する。この測定部32で
は、図3(B)に示す光波形に基づいて、アライメント
マーク50,52間の実際の距離L2を測定するもので
ある。
The alignment optical system 20 has a half mirror 22 provided between the excimer laser source 14 and the reticle 16, and a measuring section 32 for measuring reflected light incident through the half mirror 22. When the alignment optical system 20 detects the upper and lower alignment marks 50 and 52 shown in FIG. 3, the alignment optical system 20 emits the light from the excimer laser source 14 and reflects the alignment marks 50 and 52 in the upper and lower layers on the semiconductor wafer 10. The light enters the measurement unit 32 via the half mirror 22. The measuring unit 32 measures the actual distance L2 between the alignment marks 50 and 52 based on the optical waveform shown in FIG.

【0035】なお、上下のアライメントマーク50,5
2の検出は、必ずしも露光波長に限らず、他の光を用い
てもよい。この場合、例えば測定部32に、例えばヘリ
ウム−ネオンレーザ源を設け、発光及び受光を測定部3
2で行うこともできる。この他、上下のアライメントマ
ーク50,52の検出を、露光装置とは別の重ね合わせ
ずれ測定装置で行うこともできる。
The upper and lower alignment marks 50, 5
The detection of 2 is not necessarily limited to the exposure wavelength, and other light may be used. In this case, for example, the measurement unit 32 is provided with, for example, a helium-neon laser source, and light emission and light reception are performed by the measurement unit
It can also be done in 2. In addition, the upper and lower alignment marks 50 and 52 can be detected by an overlay deviation measuring device other than the exposure device.

【0036】制御部30にはさらに、記憶部34及び演
算部36が接続されている。演算部36は、測定部32
を介して入力された情報に基づいて、異なる層同士の露
光パターン合わせずれ情報を含む、アライメント位置を
算出するための全ての演算が行われる。記憶部34に
は、図4に示すアライメントツリー、図3(A)に示す
設計上の距離L1の他に、異なる層同士の全ての組み合
わせについての露光パターン合わせずれ情報が記憶され
る。この露光パターン合わせずれ情報のうち、図2に示
す半導体ウエハ10上のA点のX,Y方向の露光パター
ン合わせずれ情報を、下記の表1に示す。
A storage unit 34 and a calculation unit 36 are further connected to the control unit 30. The calculation unit 36 includes the measurement unit 32.
Based on the information input via, all the calculations for calculating the alignment position including the exposure pattern alignment deviation information of different layers are performed. In addition to the alignment tree shown in FIG. 4 and the designed distance L1 shown in FIG. 3A, the storage unit 34 stores exposure pattern alignment deviation information for all combinations of different layers. Among the exposure pattern alignment deviation information, the exposure pattern alignment deviation information in the X and Y directions of point A on the semiconductor wafer 10 shown in FIG. 2 is shown in Table 1 below.

【0037】[0037]

【表1】 [Table 1]

【0038】この表1において、図4に示すアライメン
トツリーに定義された対の関係にある特定層同士、すな
わち第1層−第2層,第2層−第3層,第2層−第4
層,第4層−第5層間のX,Y方向の各露光パターン合
わせずれの数値は、上述の通り、アライメント光学系2
0を介して測定された情報に基づいて作成される。これ
以外の層同士の露光パターン合わせずれの数値は、全て
演算により求められている。
In Table 1, specific layers having a pair relationship defined in the alignment tree shown in FIG. 4, that is, first layer-second layer, second layer-third layer, second layer-fourth layer
The numerical values of the exposure pattern alignment deviations in the X and Y directions between the first layer and the fourth layer to the fifth layer are as described above.
It is created based on the information measured through 0. Numerical values of the exposure pattern misalignment between layers other than this are all calculated.

【0039】記憶部34には、表1に示す測定点Aに関
する露光パターン合わせずれ情報だけでなく、図2に示
す半導体ウエハ10上の他の点B〜Hの各所に関する露
光パターン合わせずれ情報が記憶される。
In the storage unit 34, not only the exposure pattern alignment deviation information about the measurement point A shown in Table 1 but also the exposure pattern alignment deviation information about each of the other points B to H on the semiconductor wafer 10 shown in FIG. Remembered.

【0040】さらに、記憶部34には、下記の表2に示
す露光パターン合わせ精度テーブルを記憶することもで
きる。
Further, the storage unit 34 can also store an exposure pattern alignment accuracy table shown in Table 2 below.

【0041】[0041]

【表2】 [Table 2]

【0042】この表2は、図2に示す半導体ウエハ10
の測定点A〜Hについて、各層間毎の平均値と標準偏差
σを算出し、平均値+3σを重ね合わせ精度としたもの
である。この表2に示すデータは、全てのフォトリソグ
ラフィ工程が終了した後に、その半導体ウエハ10に関
する履歴情報として有効に用いられる。
Table 2 shows the semiconductor wafer 10 shown in FIG.
For the measurement points A to H, the average value and standard deviation σ for each layer are calculated, and the average value + 3σ is used as the overlay accuracy. The data shown in Table 2 is effectively used as history information about the semiconductor wafer 10 after all the photolithography processes are completed.

【0043】このために、制御部30には出力部42が
接続されている。この出力部42を介して、表1または
表2に示す履歴情報が、表示あるいはプリント出力され
る。
To this end, the output section 42 is connected to the control section 30. The history information shown in Table 1 or Table 2 is displayed or printed out through the output unit 42.

【0044】制御部30には、さらに判定部38が接続
されている。この判定部38は、図4に示すアライメン
トツリーにて定義された対の関係にある層同士の位置合
わせ情報に基づいて作成したアライメント情報が、アラ
イメントツリーの対の関係にない他の層に対して設定さ
れた許容値を満足するか否かを判定するものである。例
えば、図4において第2層のアライメントマークに基づ
いて得られた第4層に関する露光パターンのアライメン
ト情報が、第3層−第4層間に予め設定された許容値を
満足するか否かが判定される。この許容値を満足しない
場合には、制御部30は再度演算部36にてアライメン
ト情報を演算させ、その後好ましくは再度判定部38に
て許容値との比較が行われる。なお、この許容値は予め
記憶部34に記憶されている。
The control unit 30 is further connected to the determination unit 38. The determination unit 38 determines that the alignment information created based on the alignment information between the layers having the pair relationship defined by the alignment tree shown in FIG. It is to determine whether or not the allowable value set by the above is satisfied. For example, it is determined whether or not the alignment information of the exposure pattern regarding the fourth layer obtained based on the alignment marks of the second layer in FIG. 4 satisfies a preset tolerance value between the third layer and the fourth layer. To be done. When the allowable value is not satisfied, the control unit 30 causes the calculating unit 36 to calculate the alignment information again, and then preferably the determining unit 38 again compares the alignment information with the allowable value. The allowable value is stored in the storage unit 34 in advance.

【0045】このようにして得られたアライメント情報
は、制御部30を介して駆動制御部40に向け出力さ
れ、この駆動制御部40はそのアライメント情報に基づ
いて、ウエハステージ12を駆動制御して、露光のため
の最適な位置設定を行うことになる。
The alignment information thus obtained is output to the drive control unit 40 via the control unit 30, and the drive control unit 40 drives and controls the wafer stage 12 based on the alignment information. , The optimum position setting for exposure will be performed.

【0046】次に、図1の露光装置を用いて、MOSト
ランジスタを複数回のフォトリソグラフィ工程を用いて
形成する手順について、図5を参照して説明する。
Next, a procedure for forming a MOS transistor by using the photolithography process a plurality of times using the exposure apparatus of FIG. 1 will be described with reference to FIG.

【0047】第1層のフォトリソグラフィ工程 この第1層のフォトリソグラフィ工程は、シリコン基板
60上に、Nウェル領域62及びPウェル領域(図示せ
ず)を形成するために用いられる。Nウェル領域62を
形成するために、基板60上には例えば酸化膜及び窒化
膜が順次形成され、Nウェル領域62に対応する窒化膜
の一部を除去するために、図1に示す露光装置を用いた
露光工程が実施される。この露光工程を含むフォトリソ
グラフィ工程が終了した後に、Nウェル領域62に対応
する領域に例えばボロンのイオン注入を行うことで、N
ウェル領域62が形成されることになる。
First Layer Photolithography Step This first layer photolithography step is used to form an N well region 62 and a P well region (not shown) on the silicon substrate 60. An oxide film and a nitride film, for example, are sequentially formed on the substrate 60 to form the N well region 62, and the exposure apparatus shown in FIG. 1 is used to remove a part of the nitride film corresponding to the N well region 62. The exposure process using is performed. After the photolithography process including the exposure process is completed, boron ions are implanted into a region corresponding to the N well region 62, so that N
The well region 62 will be formed.

【0048】第2層のフォトリソグラフィ工程 この第2のフォトリソグラフィは、素子分離のために用
いられる。このために、基板60上から上述の酸化膜及
び窒化膜が除去された後、基板60上にパッド酸化膜6
4及び窒化膜(図示せず)が形成され、N型ストッパ領
域66と対応する領域の窒化膜を除去するために、図1
に示す露光装置を用いた露光工程が実施される。この露
光工程を含む第2層のフォトリソグラフィ工程により得
られた窒化膜によるマスクを介して、リンのイオン注入
を行うことでN型ストッパ領域66が形成される。
Second Layer Photolithography Step This second photolithography is used for element isolation. Therefore, after the oxide film and the nitride film are removed from the substrate 60, the pad oxide film 6 is formed on the substrate 60.
4 and a nitride film (not shown) are formed. In order to remove the nitride film in the region corresponding to the N-type stopper region 66, as shown in FIG.
An exposure process using the exposure apparatus shown in is performed. The N-type stopper region 66 is formed by performing phosphorus ion implantation through the mask made of the nitride film obtained by the second layer photolithography process including the exposure process.

【0049】その後、パッド酸化膜64の局所的な酸化
を進行させることで、素子分離膜としてのLOCOS6
8が形成される。
After that, by locally oxidizing the pad oxide film 64, LOCOS 6 as an element isolation film is formed.
8 are formed.

【0050】第3層のフォトリソグラフィ工程 素子分離工程が終了後、図5に示すゲート電極70を形
成するための第3層のフォトリソグラフィ工程が実施さ
れる。このために、シリコン基板60上にポリシリコン
膜が全面塗布され、ゲート電極70と対応する位置のポ
リシリコン膜を除去するために、図1に示す露光装置を
用いた露光工程が実施される。このフォトリソグラフィ
工程後に、ポリシリコン膜をエッチングすることで、ゲ
ート電極70が形成される。
Third Layer Photolithography Step After the element isolation step is completed, a third layer photolithography step for forming the gate electrode 70 shown in FIG. 5 is performed. For this purpose, a polysilicon film is entirely coated on the silicon substrate 60, and an exposure process using the exposure apparatus shown in FIG. 1 is performed to remove the polysilicon film at a position corresponding to the gate electrode 70. After this photolithography process, the gate electrode 70 is formed by etching the polysilicon film.

【0051】この後、エッチング工程後に残ったポリシ
リコン領域をマスクとして、例えばAsのイオン注入を
行うことで、P型拡散領域72が形成される。
After that, using the polysilicon region remaining after the etching process as a mask, ion implantation of, for example, As is performed to form a P-type diffusion region 72.

【0052】第4層のフォトリソグラフィ工程 この第4層のフォトリソグラフィ工程は、酸化膜74内
に設けられるコントラクトホール76を形成するために
用いられる。
Fourth Layer Photolithography Step This fourth layer photolithography step is used to form the contract holes 76 provided in the oxide film 74.

【0053】第5層のフォトリソグラフィ工程 この第5層のフォトリソグラフィ工程は、例えばAlに
よる配線層78を形成するために用いられる。
Photolithography Step for Fifth Layer This photolithography step for the fifth layer is used for forming the wiring layer 78 of Al, for example.

【0054】図6は、上述した各層のフォトリソグラフ
ィ工程と、各層の露光パターン合わせずれ情報の収集手
順とを示すフローチャートである。図6において、ステ
ップ1,2に示す第1層,第2層のフォトリソグラフィ
工程ではそれぞれ、同時に第1層,第2層のアライメン
トマークが各層上に形成されることになる。この第2層
のフォトリソグラフィ工程における露光工程では、予め
形成されている第1層のアライメントマークを基準とし
てウエハ10のアライメントが行われる。そして、ステ
ップ3において、この第1層,第2層の各アライメント
マークがアライメント光学系20により測定される。そ
して、上述の式(1)を用いて演算部36にて演算する
ことで、第1,第2層間の露光パターン合わせずれ情報
が算出され、これが記憶部34に記憶される。
FIG. 6 is a flow chart showing the photolithography process for each layer described above and the procedure for collecting the exposure pattern alignment deviation information for each layer. In the photolithography process of the first layer and the second layer shown in steps 1 and 2 in FIG. 6, the alignment marks of the first layer and the second layer are simultaneously formed on the respective layers. In the exposure step of the photolithography step for the second layer, the wafer 10 is aligned with the alignment mark of the first layer formed in advance as a reference. Then, in step 3, each alignment mark of the first layer and the second layer is measured by the alignment optical system 20. Then, the calculation unit 36 uses the above-described equation (1) to calculate the exposure pattern alignment deviation information between the first and second layers, and the information is stored in the storage unit 34.

【0055】図6のステップ4において、第3層のフォ
トリソグラフィ工程が実施され、このとき同時に第3層
のアライメントマークが形成される。また、第3層の露
光工程を実施するには、図4に示すウエハ10のアライ
メントツリーに従って、第2層のアライメントマークを
基準としてウエハ10のアライメント位置が決定され
る。
In step 4 of FIG. 6, a photolithography process for the third layer is performed, and at the same time, alignment marks for the third layer are formed. Further, in order to carry out the exposure process of the third layer, the alignment position of the wafer 10 is determined based on the alignment mark of the second layer according to the alignment tree of the wafer 10 shown in FIG.

【0056】この後、ステップ5において、第2層,第
3層の各アライメントマークがアライメント光学系20
を介して収集され、上記と同様にして、第2層,第3層
間の露光パターン合わせずれ情報が記憶部34に記憶さ
れる。さらに、ステップ6において、アライメントツリ
ーにて定義された対の関係にない層同士、すなわち第1
層,第3層間の露光パターン合わせずれ情報が演算部3
6にて演算され、これが記憶部34に記憶される。
Thereafter, in step 5, the alignment marks of the second layer and the third layer are aligned with the alignment optical system 20.
And the exposure pattern alignment deviation information between the second layer and the third layer is stored in the storage unit 34 in the same manner as described above. Further, in step 6, the layers not in the pair relationship defined in the alignment tree, that is, the first layer
The exposure pattern alignment deviation information between the third layer and the third layer is calculated by the calculation unit 3.
6 is calculated and stored in the storage unit 34.

【0057】図6のステップ7では、第4層のフォトリ
ソグラフィ工程が実施され、このとき同時に第4層のア
ライメントマークが形成される。第4層の露光工程を実
施するに際しては、図4に示すアライメントツリーに従
って、第2層に形成されたアライメントマークを基準と
してウエハ10のアライメント位置が算出される。な
お、第4層のアライメント位置の決定については、図7
を用いて後述する。
In step 7 of FIG. 6, a photolithography process for the fourth layer is performed, and at the same time, alignment marks for the fourth layer are formed. When performing the exposure process of the fourth layer, the alignment position of the wafer 10 is calculated based on the alignment mark formed on the second layer according to the alignment tree shown in FIG. Note that the determination of the alignment position of the fourth layer is performed with reference to FIG.
Will be described later.

【0058】第4層のフォトリソグラフィ工程の終了
後、ステップ8において、図4に示すアライメントツリ
ーにおいて対の関係にない層同士、すなわち第1層−第
4層,第3層−第4層の露光パターン合わせずれ情報
が、演算部36にて演算され、これらは記憶部34に記
憶される。
After the photolithography process for the fourth layer is completed, in step 8, the layers which are not in a pair relation in the alignment tree shown in FIG. 4, that is, the first layer-the fourth layer, the third layer-the fourth layer are The exposure pattern alignment deviation information is calculated by the calculation unit 36 and stored in the storage unit 34.

【0059】その後、ステップ10において、第5層の
フォトリソグラフィ工程が実施され、このとき同時に第
5層アライメントマークが形成される。第5層の露光工
程は、図4に示すアライメントツリーに従って、第4層
に形成されたアライメントマークを基準としてアライメ
ント位置が算出される。
Then, in step 10, a fifth layer photolithography process is performed, and at the same time, a fifth layer alignment mark is formed. In the exposure process for the fifth layer, the alignment position is calculated based on the alignment mark formed on the fourth layer according to the alignment tree shown in FIG.

【0060】その後、ステップ11において、図4に示
すアライメントツリーにて定義された対の関係にある特
定層同士、すなわち第4層−第5層の露光パターン合わ
せずれ情報がアライメント光学系20を介して測定さ
れ、上記と同様にして記憶部34に記憶される。さら
に、ステップ12において、図4に示すアライメントツ
リーにて対の関係にない層同士、すなわち第1層−第5
層,第2層−第5層,第3層−第5層のそれぞれの露光
パターン合わせずれ情報が演算部36にて演算され、記
憶部34に記憶される。
Then, in step 11, the exposure pattern alignment information of the specific layers having a pair relationship defined by the alignment tree shown in FIG. 4, that is, the fourth layer to the fifth layer, is passed through the alignment optical system 20. Are measured and stored in the storage unit 34 in the same manner as described above. Furthermore, in step 12, layers that are not in a pair relationship in the alignment tree shown in FIG.
The exposure pattern alignment deviation information of each of the layers, the second layer-the fifth layer, and the third layer-the fifth layer is calculated by the calculation unit 36 and stored in the storage unit 34.

【0061】以上の手順により、第1層〜第5層間の異
なる層同士の露光パターン合わせずれ情報が全て、記憶
部34に記憶されることになる。従って、この後ステッ
プ13にて示すように、これらの各層間の露光パターン
合わせずれ情報を、履歴情報として出力部42を介して
表示あるいはプリントして出力することができる。
By the above procedure, all the exposure pattern alignment deviation information of different layers between the first layer to the fifth layer is stored in the storage section 34. Therefore, as shown in step 13 thereafter, the exposure pattern alignment deviation information between these layers can be displayed or printed as history information via the output unit 42 and output.

【0062】次に、図7に示すフローチャートを用い
て、第4層の露光工程におけるウエハ10のアライメン
ト位置の決定手順について説明する。図7に示すステッ
プ1では、図4示すアライメントツリーに従って、第2
層に形成されたアライメントマークに基づいて、第4層
の露光のためのアライメント情報を演算することにな
る。
Next, the procedure for determining the alignment position of the wafer 10 in the exposure process for the fourth layer will be described with reference to the flowchart shown in FIG. In step 1 shown in FIG. 7, the second process is performed according to the alignment tree shown in FIG.
The alignment information for the exposure of the fourth layer will be calculated based on the alignment mark formed on the layer.

【0063】その後、ステップ1にて求められたアライ
メント情報を評価するために、ステップ2〜ステップ4
が実行される。
Then, in order to evaluate the alignment information obtained in step 1, step 2 to step 4
Is executed.

【0064】ステップ2では、第2層−第3層間の露光
パターン合わせずれ情報と、第3層−第4層の露光パタ
ーン合わせずれ許容値とが、記憶部34から読み出され
る。次にステップ3では、ステップ1で求められたアラ
イメント情報と、ステップ2にて読み出された第2層−
第3層の露光パターン合わせずれ情報とに基づいて、第
3層−第4層間の露光パターン合わせずれ量が、演算部
36にて演算により求められる。その後ステップ4で
は、ステップ3で求められた第3層−第4層間の露光パ
ターン合わせずれ量が、ステップ2にて読み出された許
容値より小さいか否かが判定される。ステップ4の判断
がYESであれば、ステップ1で求められた第4層の露
光のためのアライメント位置が、第2層及び第3層の双
方に対して許容範囲であると判定され、ステップ1で求
められたアライメント位置情報に従って、ウエハステー
ジ12の駆動制御が行われることになる。
In step 2, the exposure pattern alignment deviation information between the second layer and the third layer and the exposure pattern alignment deviation allowable value of the third layer-the fourth layer are read from the storage unit 34. Next, in step 3, the alignment information obtained in step 1 and the second layer read in step 2
Based on the exposure pattern alignment deviation information of the third layer, the exposure pattern alignment deviation amount between the third layer and the fourth layer is calculated by the calculation unit 36. After that, in step 4, it is determined whether or not the exposure pattern alignment deviation amount between the third layer and the fourth layer obtained in step 3 is smaller than the allowable value read in step 2. If the determination in step 4 is YES, it is determined that the alignment position for exposure of the fourth layer obtained in step 1 is within the allowable range for both the second layer and the third layer, and step 1 The drive control of the wafer stage 12 is performed in accordance with the alignment position information obtained in step.

【0065】一方、ステップ4の判断がNOである場合
には、ステップ5に移行し、第3層に対する許容値を満
たす方向に、アライメント位置の補正が行われることに
なる。その後、好ましくはステップ3,4を再度実施
し、補正後のアライメント位置が、第3層に対する許容
値を満足するか否かが再度判定される。ステップ4の判
断がNOである限り、ステップ3〜5が繰り返し実施さ
れることになる。
On the other hand, if the determination in step 4 is NO, the process proceeds to step 5, and the alignment position is corrected in the direction that satisfies the allowable value for the third layer. Then, preferably, steps 3 and 4 are performed again, and it is determined again whether or not the corrected alignment position satisfies the allowable value for the third layer. As long as the determination in step 4 is NO, steps 3 to 5 will be repeated.

【0066】上記の方法により第4層の露光のためのア
ライメント位置を算出することで、各層間のX,Y方向
の露光パターン合わせずれ許容値をaとした場合、第2
層,第3層及び第5層に対する第4層の露光パターン合
わせずれ量をそれぞれaとすることができる。第1層−
第4層間の露光パターン合わせずれ量のX,Y方向の各
平均値は、(a2+a21/2に設定できる。この第4層
の露光を行うにあたり、第1層との位置関係も考慮する
ことで、第1層−第4層の露光パターン合わせずれ量を
許容値a以内に押さえることもできる。アライメントツ
リーにて定義された対の関係にない他の一層又は複数層
との露光パターン合わせずれを考慮する場合、各層との
合わせずれ許容値に重み付けをして、位置合わせの適否
を判定することもできる。
By calculating the alignment position for the exposure of the fourth layer by the above method, when the exposure pattern alignment deviation allowable value in the X and Y directions between the respective layers is set to a,
The exposure pattern misalignment amount of the fourth layer with respect to the layer, the third layer, and the fifth layer can be set to a. First layer-
Each average value of the exposure pattern alignment shift amount between the fourth layers in the X and Y directions can be set to (a 2 + a 2 ) 1/2 . When the exposure of the fourth layer is performed, it is possible to suppress the exposure pattern alignment deviation amount of the first layer to the fourth layer within the allowable value a by considering the positional relationship with the first layer. When considering exposure pattern misalignment with other layers or multiple layers that do not have a pair relationship defined in the alignment tree, weigh the misalignment tolerance with each layer to determine the suitability of the alignment. You can also

【0067】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が
可能である。
The present invention is not limited to the above embodiments, but various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention.

【0068】例えば、記憶部34に記憶され、出力部4
2を介して出力される履歴情報としては、表1,表2に
示す情報に限らず、半導体ウエハの構造を不良解析した
際の、各層間の露光パターン合わせずれ量を評価するこ
とのできる各種のデータ形態に変更することが可能であ
る。たとえば、上記実施例では被処理基板一枚毎に履歴
を出力したが、これと共に1ロットの多数枚の被処理基
板の平均を履歴情報として出力することもできる。
For example, it is stored in the storage unit 34 and is output by the output unit 4
The history information output via 2 is not limited to the information shown in Tables 1 and 2, and various types of exposure pattern alignment deviation amounts between layers when a semiconductor wafer structure is subjected to defect analysis can be evaluated. It is possible to change to the data format of. For example, in the above-described embodiment, the history is output for each substrate to be processed, but the average of a large number of substrates to be processed in one lot can also be output as history information together with the history.

【0069】[0069]

【発明の効果】請求項1〜3の各発明によれば、アライ
メントツリーにて定義された対の関係にある特定層同士
の露光パターン合わせずれ量のみを測定し、他の多くの
層同士の露光パターン合わせずれ量は演算により求める
ことができる。このため、露光工程における位置精度を
向上させながらもスループットが低下することがなくな
る。
According to each of the first to third aspects of the present invention, only the exposure pattern alignment deviation amount between the specific layers having the pair relationship defined by the alignment tree is measured, and the other layers are separated from each other. The exposure pattern alignment shift amount can be calculated. Therefore, the throughput does not decrease while the positional accuracy in the exposure process is improved.

【0070】請求項4〜請求項9の各発明によれば、ア
ライメントツリーにて定義された対の関係にある特性層
同士の位置関係のみに限らず、すでに形成されている他
の一層または複数層との位置関係も考慮して、露光工程
におけるアライメント位置を決定することができるた
め、露光精度をより向上させることができる。この露光
精度を高めることで、露光工程を含むフォトリソグラフ
ィ工程でのより微細な処理が可能となる。
According to each of the inventions of claims 4 to 9, not only the positional relationship between the characteristic layers having the pair relationship defined by the alignment tree, but also another layer or plural layers already formed. Since the alignment position in the exposure process can be determined in consideration of the positional relationship with the layer, the exposure accuracy can be further improved. By increasing the exposure accuracy, finer processing can be performed in the photolithography process including the exposure process.

【0071】[0071]

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

【図1】本発明に係る露光装置の一実施例を示す概略説
明図である。
FIG. 1 is a schematic explanatory view showing an embodiment of an exposure apparatus according to the present invention.

【図2】半導体ウエハ上に複数形成されるアライメント
マークの位置を説明するための概略説明図である。
FIG. 2 is a schematic explanatory view for explaining positions of a plurality of alignment marks formed on a semiconductor wafer.

【図3】(A),(B)はそれぞれ、上下層のアライメ
ントマークのスキャン動作及びそれにより得られる出力
波形を説明するための概略説明図である。
FIGS. 3A and 3B are schematic explanatory diagrams for explaining a scanning operation of alignment marks in upper and lower layers and an output waveform obtained by the scanning operation.

【図4】アライメントツリーの一例を示す概略説明図で
ある。
FIG. 4 is a schematic explanatory diagram showing an example of an alignment tree.

【図5】5回のフォトリソグラフィ工程を用いて形成さ
れるMOSトランジスタの断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view of a MOS transistor formed by using five photolithography processes.

【図6】各層のフォトリソグラフィ工程と、各層間の露
光パターン合わせずれ情報の収集動作を説明するための
フローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart for explaining a photolithography process of each layer and an operation of collecting exposure pattern alignment deviation information between each layer.

【図7】第4層の露光のためのアライメント位置の決定
手順を示すフローチャートである。
FIG. 7 is a flowchart showing a procedure for determining an alignment position for exposing a fourth layer.

【図8】アライメントツリー及びそれにより生ずる露光
パターン合わせずれ量を説明するための概略説明図であ
る。
FIG. 8 is a schematic explanatory diagram for explaining an alignment tree and an exposure pattern alignment deviation amount caused thereby.

【図9】アライメントツリー及びそれにより生ずる露光
パターン合わせずれ量の他の一例を示す概略説明図であ
る。
FIG. 9 is a schematic explanatory diagram showing another example of an alignment tree and an exposure pattern alignment deviation amount caused thereby.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 被処理基板 12 ウエハステージ 14 エキシマレーザ源 16 レチクル 18 投影レンズ 20 アライメント光学系 22 ハーフミラー 30 制御部 32 測定部 34 記憶部 36 演算部 38 判定部 40 駆動制御部 42 出力部 50 下層アライメントマーク 52 上層アライメントマーク 10 substrate to be processed 12 wafer stage 14 excimer laser source 16 reticle 18 projection lens 20 alignment optical system 22 half mirror 30 control unit 32 measurement unit 34 storage unit 36 arithmetic unit 38 determination unit 40 drive control unit 42 output unit 50 lower layer alignment mark 52 Upper layer alignment mark

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 露光工程を用いて基板上に複数の層をそ
れぞれ形成し、かつ、各々の前記層にアライメントマー
クを形成し、第2層以降の各々の前記層の露光工程で
は、予め定められたアライメントツリーに定義された対
の関係にある下層の一層の前記アライメントマークに基
づいて、前記基板のアライメントを行う露光方法におい
て、 前記アライメントツリーに定義された対の関係にある特
定層同士の各々の前記アライメントマークから、前記特
定層間の位置情報を測定して記憶する工程と、前記特定
層同士以外の層間の位置情報を、記憶された前記特定層
間の位置情報に基づいて演算して記憶する工程と、を有
することを特徴とする露光方法。
1. A plurality of layers are formed on a substrate by using an exposure process, and an alignment mark is formed on each of the layers, and the exposure process of each of the second and subsequent layers is predetermined. Based on the alignment mark of one layer of the lower layer having a pair relationship defined in the alignment tree, in the exposure method for performing the alignment of the substrate, between the specific layers in the pair relationship defined in the alignment tree From each of the alignment marks, a step of measuring and storing position information between the specific layers, and position information between layers other than the specific layers are calculated and stored based on the stored position information between the specific layers. And an exposure method.
【請求項2】 請求項1において、 各々の前記層には複数箇所に前記アライメントマークが
形成され、前記特定層間の位置情報は、複数箇所に形成
された前記アライメントマークの各所の測定値に基づい
て、各所毎に生成され、 前記特定層同士以外の層間の位置情報は、各所毎に生成
された前記特定層間の位置情報に基づいて、複数箇所に
形成された前記アライメントマークの各所毎に演算して
求められることを特徴とする露光方法。
2. The alignment mark according to claim 1, wherein the alignment marks are formed at a plurality of locations on each layer, and the position information between the specific layers is based on measured values of the alignment marks formed at a plurality of locations. Position information between layers other than the specific layers is calculated for each position of the alignment marks formed at a plurality of positions based on the position information between the specific layers generated for each position. And an exposure method characterized by being obtained.
【請求項3】 請求項2において、 各所毎に生成された前記特定層間の位置情報及び前記特
定層同士以外の層間の位置情報に基づいて、異なる層間
同士の重ね合わせ精度情報を演算して記憶することを特
徴とする露光方法。
3. The overlay accuracy information between different layers is calculated and stored according to claim 2, based on the position information between the specific layers and the position information between layers other than the specific layers generated for each place. An exposure method comprising:
【請求項4】 露光工程を用いて基板上に第1〜第N
(Nは3以上の自然数)層をそれぞれ形成し、かつ、前
記第1〜第N層の各層にアライメントマークを形成し、
第2層以降の各層の露光工程では、予め定められたアラ
イメントツリーに定義された対の関係にある下層の一層
の前記アライメントマークに基づいて、前記基板のアラ
イメントを行う露光方法において、 前記アライメントツリーに定義された対の関係にある特
定層同士の各々の前記アライメントマークから、前記特
定層間の位置情報を測定して記憶する工程と、 前記特定層同士以外の層間の位置情報を、記憶された前
記特定層間の位置情報に基づいて演算して記憶する工程
と、 を有し、 第3層以降の層の前記露光工程は、 前記アライメントツリーに定義された対の関係にある下
層の一層の前記アライメントマークに基づいて、前記基
板のアライメント情報を演算して求める第1工程と、 記憶された前記位置情報と前記アライメント情報とに基
づいて、前記アライメントツリーに定義された対の関係
にはない下層の一又は複数層との間の位置情報を演算し
て求める第2工程と、 前記第2工程で求めた前記位置情報に基づいて、前記ア
ライメント情報の適否を判定する第3工程と、 を有することを特徴とする露光方法。
4. A first to Nth substrate is formed on a substrate by using an exposure process.
(N is a natural number of 3 or more), and each of the first to Nth layers is provided with an alignment mark,
In the exposure process of each layer after the second layer, in the exposure method of aligning the substrate based on the alignment mark of one lower layer that has a pair relationship defined in a predetermined alignment tree, the alignment tree A step of measuring and storing the positional information between the specific layers from each of the alignment marks of the specific layers having a pair relationship defined in, and the positional information between the layers other than the specific layers are stored. A step of calculating and storing based on position information between the specific layers, and the step of exposing the third and subsequent layers, wherein the step of exposing one of the lower layers in a pair relationship defined in the alignment tree A first step of calculating alignment information of the substrate based on an alignment mark, and the stored position information and alignment information Based on the position information obtained in the second step by calculating the second step by calculating the position information between one or a plurality of lower layers that are not in the pair relationship defined in the alignment tree. And a third step of determining suitability of the alignment information.
【請求項5】 請求項4において、 前記第3工程では、前記アライメントツリーに定義され
た対の関係にはない下層の一又は複数層との間の位置ず
れ許容値を予め記憶しておき、前記第2工程で求められ
た前記位置情報が前記許容値を満たすか否かを判定する
ことを特徴とする露光方法。
5. In the fourth step, in the third step, a positional deviation allowance value with respect to one or a plurality of lower layers that are not in the pair relationship defined in the alignment tree is stored in advance, An exposure method, wherein it is determined whether or not the position information obtained in the second step satisfies the allowable value.
【請求項6】 請求項5において、 前記許容値を満たす方向に前記基板のアライメント情報
を補正する第4工程をさらに有することを特徴とする露
光方法。
6. The exposure method according to claim 5, further comprising a fourth step of correcting alignment information of the substrate in a direction satisfying the allowable value.
【請求項7】 請求項6において、 前記第4工程の後に、前記第2工程、第3工程を再度実
施することを特徴とする露光方法。
7. The exposure method according to claim 6, wherein the second step and the third step are performed again after the fourth step.
【請求項8】 基板上に順次形成され複数層の最上層
を、それより下層となる各層に形成されたアライメント
マークの中の特定層の前記マークに基づいて前記基板を
アライメントして露光する露光装置において、 前記特定層の前記アライメントマークを光学的に測定す
る手段と、 前記特定層のアライメントマークの位置情報に基づい
て、前記最上層の露光のための前記基板のアライメント
情報を演算して求める演算手段と、 前記下層となる各層間の位置情報を記憶した記憶手段
と、 前記アライメント情報及び前記記憶手段に記憶された各
層間の位置情報に基づいて、前記特定層以外の他の層に
対する前記最上層の位置ずれの適否を判定する判定手段
と、を有することを特徴とする露光装置。
8. An exposure for aligning and exposing the uppermost layer of a plurality of layers sequentially formed on a substrate based on the mark of a specific layer among alignment marks formed in each layer below the uppermost layer. In the apparatus, means for optically measuring the alignment mark of the specific layer, and alignment information of the substrate for exposure of the uppermost layer are calculated and obtained based on position information of the alignment mark of the specific layer. An arithmetic unit, a storage unit that stores position information between the lower layers, and the alignment information and the position information between the layers stored in the storage unit, based on the position information between the layers, the layers other than the specific layer. An exposure apparatus comprising: a determination unit that determines whether or not the positional displacement of the uppermost layer is appropriate.
【請求項9】 請求項8において、 前記判定手段にて不適と判定された際に、前記演算手段
は、前記特定層以外の他の層に対する前記最上層の位置
ずれを少なくするように、前記最上層の露光のための前
記基板のアライメント情報を補正することを特徴とする
露光装置。
9. The operation unit according to claim 8, wherein when the determination unit determines that the top layer is not suitable, the arithmetic unit reduces the positional deviation of the uppermost layer with respect to layers other than the specific layer. An exposure apparatus for correcting alignment information of the substrate for exposure of the uppermost layer.
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