JPH10125586A - Alignment method and device for aligner - Google Patents

Alignment method and device for aligner

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JPH10125586A
JPH10125586A JP8294508A JP29450896A JPH10125586A JP H10125586 A JPH10125586 A JP H10125586A JP 8294508 A JP8294508 A JP 8294508A JP 29450896 A JP29450896 A JP 29450896A JP H10125586 A JPH10125586 A JP H10125586A
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semiconductor wafer
shot
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Hiroko Hoshino
大子 星野
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Oki Electric Industry Co Ltd
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the efficiency of the exposure operation without increasing the rate of defective products produced by the blur of an exposure pattern. SOLUTION: A semiconductor wafer 11 is controlled so as to take a proper position and a proper posture corresponding to the focus of an exposing optical system. Discrepancies (f) from the focus are measured for respective shot regions 12 selected from a plurality of shot regions 12 and 13 and an approximation line sowing the whole inclination of the semiconductor wafer is obtained from the respective measured results (f). Taking the weight (k) corresponding to the distance differences D between the non-measured shot region 13 and the measured shot-regions 12 into account, the discrepancy F from the focus is calculated for the non-measured shot region 13. An approximation curve F(x) is obtained from the measured values (f) for the measured short regions 12 and the calculated value F for non-measured shot region 13 and the approximation curve is differentiated to calculate inclination correction factors for the respective shot regions 12 and 13.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばLSIのよ
うな半導体装置の製造工程の1つであるホトリソグラフ
ィ工程に使用するのに好適な露光装置のためのアライメ
ント方法および装置に関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to an alignment method and apparatus for an exposure apparatus suitable for use in a photolithography process which is one of the processes for manufacturing a semiconductor device such as an LSI.

【0002】[0002]

【従来の技術】LSIの製造では、一般的には、ホトリ
ソグラフィ工程で、デバイスパターンや回路パターンが
半導体ウエハ表面に転写される。このパターン転写のた
めに、露光装置が用いられている。これらの露光装置の
1つに、縮小投影露光法を採用したステッパと呼ばれる
露光装置がある。
2. Description of the Related Art In the manufacture of LSI, a device pattern or a circuit pattern is generally transferred onto a semiconductor wafer surface in a photolithography process. An exposure device is used for this pattern transfer. One of these exposure apparatuses is an exposure apparatus called a stepper that employs a reduced projection exposure method.

【0003】ステッパは、1ショットで、複数のIC領
域のパターンを半導体ウエハ上の小領域に投影する。そ
のため、半導体ウエハの全体に多数のパターンを露光す
るために、半導体ウエハ上の異なる位置へ、順次、露光
を繰り返す。従って、半導体ウエハは、重複することな
く整列された多数のショット領域毎に、露光を受ける
が、半導体ウエハ表面には、全体的な傾斜が生じている
ことがあり、また各領域毎にも湾曲による局部的な傾斜
が生じていることがあり、そのために露光装置の焦点
と、各ショット領域毎における投影面との間にずれを生
じることがある。
A stepper projects a pattern of a plurality of IC areas onto a small area on a semiconductor wafer in one shot. Therefore, in order to expose a large number of patterns on the entire semiconductor wafer, the exposure is sequentially repeated at different positions on the semiconductor wafer. Therefore, the semiconductor wafer is exposed to each of a number of shot areas aligned without overlapping, but the surface of the semiconductor wafer may be totally inclined, and each area may be curved. May occur locally, which may cause a shift between the focal point of the exposure apparatus and the projection plane for each shot area.

【0004】このずれは、各ショットでのパターンのぼ
やけの原因になることから、パターンのぼやけが生じな
いように、各ショット領域毎で、各ショット領域を露光
焦点に合わせる必要がある。そこで、従来では、ステッ
パに組み込まれたオートフォーカス機構により、各ショ
ット領域毎に焦点からのずれが測定され、各ショット領
域毎に測定されたずれに基づいて、半導体ウエハのそれ
ぞれのショット領域の高さ位置および傾斜姿勢が修正さ
れ、各ショット領域毎に半導体ウエハが適正に露光焦点
に合わせられていた。
Since this shift causes blurring of the pattern in each shot, it is necessary to focus each shot area on the exposure focal point for each shot area so that the pattern is not blurred. Therefore, conventionally, the shift from the focus for each shot area is measured by an autofocus mechanism built into the stepper, and the height of each shot area of the semiconductor wafer is determined based on the shift measured for each shot area. The position and inclination were corrected, and the semiconductor wafer was properly focused on the exposure for each shot area.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、各ショ
ット領域毎に焦点からのずれを測定する従来の方法で
は、1枚の半導体ウエハの処理に数十回に及ぶ計測作業
が必要となり、露光作業に占める測定作業に要する所要
時間の割合が大きくなる。測定に要する所要時間の短縮
化を図るために、焦点からのずれを計測されるショット
領域の対象を全てのショット領域のうちの一部に絞るこ
とが考えられる。しかし、非測定領域での焦点からのず
れが大きくなり、この非測定領域でのパターンのぼやけ
による不良品の発生率が高まる結果となる。
However, according to the conventional method of measuring the shift from the focus for each shot area, several tens of measurement operations are required for processing one semiconductor wafer, and the exposure operation is required. The proportion of the required time required for the measurement operation is increased. In order to reduce the time required for the measurement, it is conceivable to narrow down the target of the shot area whose deviation from the focus is measured to a part of all the shot areas. However, the shift from the focal point in the non-measurement area becomes large, which results in an increased incidence of defective products due to the blurring of the pattern in the non-measurement area.

【0006】そこで、不良品の発生率を高めることな
く、焦点からのずれを計測する作業時間の短縮を図り得
る、露光装置のためのアライメント方法および装置の出
現が望まれていた。
[0006] Therefore, there has been a demand for an alignment method and apparatus for an exposure apparatus that can shorten the operation time for measuring the shift from the focus without increasing the incidence of defective products.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、以上の点を解
決するために、次の構成を採用する。 〈構成〉本発明は、基本的には、半導体ウエハの複数の
ショット領域のそれぞれに露光を施すに先立ち、半導体
ウエハを露光光学系の焦点に対応した適正な位置および
姿勢に制御するために、複数のショット領域のうちの選
択されたショット領域について少なくとも1つの計測点
での焦点からのずれを測定し、各測定結果から各測定点
を結ぶ近似直線を求めることにより、半導体ウエハの全
体的な傾きを求め、非測定ショット領域と選択された測
定ショット領域との距離差に応じた重み付けを考慮し
て、非測定ショット領域についての焦点とのずれを算出
し、測定ショット領域についての測定値および非測定面
部分についての算出値から近似曲線を求め、この近似曲
線の微分演算処理により、各ショット領域についての傾
きを算出することを特徴とする。
The present invention adopts the following constitution in order to solve the above points. <Structure> The present invention is basically, prior to performing exposure on each of a plurality of shot areas of a semiconductor wafer, in order to control the semiconductor wafer to an appropriate position and posture corresponding to the focus of the exposure optical system, By measuring the deviation from the focus at at least one measurement point for a selected shot area of the plurality of shot areas and obtaining an approximate straight line connecting each measurement point from each measurement result, the overall semiconductor wafer is measured. Obtain the tilt, consider the weighting according to the distance difference between the non-measurement shot area and the selected measurement shot area, calculate the deviation from the focus for the non-measurement shot area, Calculating the approximate curve from the calculated value for the non-measurement surface portion, and calculating the slope for each shot area by differential operation of the approximate curve. And butterflies.

【0008】本発明では、計測点での焦点からのずれの
測定値、近似直線および近似曲線の微分値に基づいて測
定ショット領域についての高さ位置および傾斜姿勢が制
御され、また、重み付けを考慮して求められた算出値、
近似直線および近似曲線の微分値に基づいて非測定ショ
ット領域についての高さ位置および傾斜姿勢が制御され
る。従って、本発明によれば、半導体ウエハの露光を受
ける全てのショット領域について焦点からのずれを測定
する必要はなく、しかも各ショット領域についての湾曲
等の局部的変形等による面の傾斜をも高い精度で修正す
ることができる。
According to the present invention, the height position and the inclination posture of the measurement shot area are controlled based on the measured value of the deviation from the focus at the measurement point, the differential value of the approximate straight line and the approximate curve, and weighting is considered. Calculated value,
The height position and the inclination posture of the non-measurement shot area are controlled based on the differential value of the approximate straight line and the approximate curve. Therefore, according to the present invention, it is not necessary to measure the deviation from the focus for all shot areas that receive exposure of the semiconductor wafer, and the inclination of the surface due to local deformation such as curvature of each shot area is high. It can be corrected with precision.

【0009】近似直線は、例えば、各測定値に基づく最
小二乗法により求めることができ、また、重み付けに、
例えば、ガウシアン分布曲線を使用することができる。
The approximate straight line can be obtained, for example, by the least square method based on each measured value.
For example, a Gaussian distribution curve can be used.

【0010】各測定ショット領域について複数点で焦点
からのずれを測定し、それぞれの平均値を各測定ショッ
ト領域についての焦点からのずれの測定値とすることに
より、より正確なアライメント調整が可能となる。
[0010] By measuring the deviation from the focus at a plurality of points in each measurement shot area and using the average value as the measurement value of the deviation from the focus in each measurement shot area, more accurate alignment adjustment can be performed. Become.

【0011】また、例えば、同一ロットの同一傾向を示
す複数の半導体ウエハの取扱いに際しては、1枚面の半
導体ウエハの選択されたショット領域について複数点で
焦点とのずれを測定し、それぞれの測定ショット領域に
おける複数の測定値の平均値をそれぞれの測定ショット
領域の測定結果として採用し、2枚目以降の半導体ウエ
ハの選択された測定ショット領域のそれぞれについて
は、1点で焦点とのずれを測定し、当該単一点での測定
値を、1枚目の半導体ウエハについて求められた1つの
点での測定値と当該測定ショット領域における平均値と
の差を考慮して、補正することができ、これにより、ア
ライメント作業に要する時間の短縮化を図ることが可能
となる。
For example, when handling a plurality of semiconductor wafers having the same tendency in the same lot, the shift of the focal point is measured at a plurality of points in a selected shot region of one semiconductor wafer, and each measurement is performed. An average value of a plurality of measurement values in the shot area is adopted as a measurement result of each measurement shot area. For each of the selected measurement shot areas of the second and subsequent semiconductor wafers, a shift from the focus at one point is obtained. Measurement, and the measurement value at the single point can be corrected in consideration of the difference between the measurement value at one point obtained for the first semiconductor wafer and the average value in the measurement shot area. Thus, it is possible to reduce the time required for the alignment work.

【0012】さらに、2枚目以降の半導体ウエハについ
ては、1枚目の半導体ウエハで求められた近似曲線につ
いてのデータを利用することができ、加えて、1枚目の
半導体ウエハで求められた近似直線についてのデータを
利用することができ、これにより、アライメント作業の
一層の迅速化を図ることが可能となる。
Further, for the second and subsequent semiconductor wafers, data on the approximated curve obtained for the first semiconductor wafer can be used, and in addition, the data obtained for the first semiconductor wafer can be used. The data on the approximate straight line can be used, which makes it possible to further speed up the alignment work.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
について詳細に説明する。 〈具体例〉図1は、本発明に係るアライメント方法を実
施するのに好適なアライメント装置が組み込まれた露光
装置を概略的に示すブロック図である。また、図2は、
露光装置により露光を受ける半導体ウエハを示す平面図
である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to the illustrated embodiments. <Example> FIG. 1 is a block diagram schematically showing an exposure apparatus incorporating an alignment apparatus suitable for carrying out the alignment method according to the present invention. Also, FIG.
FIG. 3 is a plan view showing a semiconductor wafer to be exposed by an exposure device.

【0014】本発明に係る露光装置10は、図2に示す
ように、半導体ウエハ11に例えばデバイスパターンあ
るいは回路パターンのようなパターンを転写するのに使
用される。露光装置10は、図2に示すように、半導体
ウエハ11の表面をX軸およびY軸に沿って区画された
多数のショット領域(12および13)毎に、順次、縮
小された投影パターンを転写するためのショットを繰り
返すステッパである。
The exposure apparatus 10 according to the present invention is used for transferring a pattern such as a device pattern or a circuit pattern onto a semiconductor wafer 11 as shown in FIG. As shown in FIG. 2, the exposure apparatus 10 sequentially transfers a reduced projection pattern on the surface of the semiconductor wafer 11 for each of a number of shot areas (12 and 13) partitioned along the X axis and the Y axis. It is a stepper that repeats shots to perform.

【0015】露光装置10は、図1に示されているよう
に、パターンを半導体ウエハ11上に投影するための従
来よく知られた露光光学系14と、半導体ウエハ11を
支持する支持台15とを備える。支持台15には、図示
しないが、従来におけると同様に、半導体ウエハ11の
支持面を露光光学系14へ向けて相近づけまたは遠ざけ
るようにZ軸方向に沿って移動させる高さ調整機構が設
けられ、またZ軸と直角な平面を規定するX軸およびY
軸の回りに前記支持面を傾斜させる傾斜調整機構が設け
られている。さらに、各露光ショット毎に前記支持面を
X軸およびY軸を含む平面に沿って移動させるためのス
テッパ機構が設けられている。
As shown in FIG. 1, an exposure apparatus 10 includes a well-known exposure optical system 14 for projecting a pattern onto a semiconductor wafer 11, and a support table 15 for supporting the semiconductor wafer 11. Is provided. Although not shown, the support base 15 is provided with a height adjustment mechanism for moving the support surface of the semiconductor wafer 11 along the Z-axis direction so as to approach or move away from the support surface of the semiconductor wafer 11 toward the exposure optical system 14 as in the related art. X axis and Y defining a plane perpendicular to the Z axis
An inclination adjustment mechanism is provided for inclining the support surface about an axis. Further, a stepper mechanism is provided for moving the support surface along a plane including the X axis and the Y axis for each exposure shot.

【0016】支持台15に関連して、前記高さ調整機構
および傾斜調整機構の作動を制御するためのアライメン
ト装置16が、組み込まれている。アライメント装置1
6は、例えば従来よく知られたオートフォーカス機構か
らなる焦点計測手段17と、第1〜第3の演算手段(1
8A〜18C)からなり、焦点計測手段17により計測
された測定データを演算処理する演算手段18と、焦点
計測手段17により計測された測定データおよび演算手
段18により算出された算出データを記憶するためのメ
モリ19と、該メモリに格納された前記測定データおよ
び算出データに基づいて、支持台15の前記高さ調整機
構および傾斜調整機構の動作を制御するための制御手段
20とを含む。
In connection with the support 15, an alignment device 16 for controlling the operation of the height adjusting mechanism and the tilt adjusting mechanism is incorporated. Alignment device 1
Reference numeral 6 denotes a focus measuring unit 17 including, for example, a well-known autofocus mechanism, and first to third calculating units (1).
8A to 18C) for calculating and processing the measurement data measured by the focus measuring means 17; and for storing the measurement data measured by the focus measuring means 17 and the calculation data calculated by the calculating means 18. And a control means 20 for controlling the operation of the height adjustment mechanism and the tilt adjustment mechanism of the support base 15 based on the measurement data and the calculation data stored in the memory.

【0017】焦点計測手段17には、露光光学系14の
焦点距離についてのデータが予め入力されており、計測
光を支持台15上の半導体ウエハ11へ向けて照射し、
その反射光の検出により、露光光学系14の焦点からの
被計測面のずれfを測定する。
Data on the focal length of the exposure optical system 14 is input to the focus measuring means 17 in advance, and measurement light is radiated to the semiconductor wafer 11 on the support 15,
By detecting the reflected light, the deviation f of the measured surface from the focal point of the exposure optical system 14 is measured.

【0018】この焦点計測手段17による計測は、全て
のショット領域12および13で行われることはなく、
選択されたショット領域12でのみ行われる。図2に示
す例では、測定ショット領域12と、非測定ショット領
域13とが、X軸およびY軸方へ1つ跳びとなるよう
に、いわゆる市松模様に配列されるように測定ショット
領域12が選択されている。
The measurement by the focus measuring means 17 is not performed in all the shot areas 12 and 13,
This is performed only in the selected shot area 12. In the example shown in FIG. 2, the measurement shot areas 12 and the non-measurement shot areas 13 are arranged in a so-called checkered pattern so that the measurement shot areas 12 are jumped by one toward the X axis and the Y axis. Selected.

【0019】また、図2に示す例では、各測定ショット
領域12毎に中央部Aおよび左隅部Bの2点でそれぞれ
焦点からのずれfaおよびfbが測定されている。各測
定ショット領域12で複数点(AおよびB)の計測を行
うことに代えて、例えば中央部Aの一点のみで焦点から
のずれfを測定することができる。しかしながら、局部
的な凹凸による影響の低減を図る上で、図示のとおり各
測定ショット領域12ごとに2カ所あるいは3カ所以上
のn点で計測し、次式で求められるそれらの平均値f、 f=(1/n)・(fa+fb+……fn) …(1) をそれぞれの測定ショット領域12での測定値fとする
ことが望ましい。
In the example shown in FIG. 2, deviations fa and fb from the focal point are measured at two points in the center A and the left corner B for each measurement shot area 12, respectively. Instead of performing measurement at a plurality of points (A and B) in each measurement shot area 12, for example, the shift f from the focus can be measured only at one point in the central portion A. However, in order to reduce the influence of local unevenness, measurement is performed at two or three or more n points for each measurement shot area 12 as shown in the figure, and their average values f, f obtained by the following equations are obtained. = (1 / n) · (fa + fb +... Fn) (1) is desirably the measured value f in each measurement shot area 12.

【0020】焦点計測手段17により計測された測定値
fは、各測定ショット領域12におけるZ軸方向すなわ
ち高さ方向でのそれぞれの焦点のずれを表すことから、
各測定ショット領域12での高さ調整データとして、そ
れぞれメモリ19に格納される。
Since the measured value f measured by the focus measuring means 17 represents the shift of each focus in the Z-axis direction, that is, the height direction in each measurement shot area 12,
The data is stored in the memory 19 as height adjustment data in each measurement shot area 12.

【0021】第1の演算手段18Aは、測定ショット領
域12毎の測定値fに基づき、X軸方向およびY軸方向
に沿ってのそれぞれのショット列に沿った近似直線を算
出する。図3は、この近似直線および後述する近似曲線
を示すグラフである。図3には、図2に示すX軸に沿っ
たR3列についての近似直線(y=ax+b)が示され
ている。図3のグラフにR3C1、R3C3、R3C5およびR3C6
○印で記された点は、それぞれ測定ショット領域12で
の測定値fを表す。これらの点に関する近似直線(y=
ax+b)は、最小二乗法により求めることができる。
The first calculating means 18A calculates an approximate straight line along each shot row along the X-axis direction and the Y-axis direction based on the measurement value f for each measurement shot area 12. FIG. 3 is a graph showing the approximate straight line and an approximate curve described later. FIG. 3 shows an approximate straight line (y = ax + b) for the row R3 along the X axis shown in FIG. In the graph of FIG. 3, the points indicated by the circles of R 3 C 1 , R 3 C 3 , R 3 C 5 and R 3 C 6 represent the measured values f in the measurement shot area 12 respectively. Approximate lines (y =
ax + b) can be obtained by the least squares method.

【0022】最小二乗法では、仮の近似直線(y=ax
+b)と、各測定点(R3C1、R3C3、R3C5およびR3C6)で
の測定値fとの差(e1 、e2 、e3 、e4 )を求め、
次式に示されるそれらの二乗の和s s=e1 2 +e2 2 +e3 2 +e4 2 …(2) が最小となるように、近似直線(y=ax+b)の傾斜
aおよび値bが求められる。この傾斜aは、半導体ウエ
ハ11のそのショット列における全体的な傾斜を表す。
従って、この傾斜aは、半導体ウエハ11のX軸方向お
よびY軸方向のそれぞれについて、各列あるいは行ごと
の値が求められ、それらのデータは、各列および各行ご
との半導体ウエハ11の全体的な傾斜値として、メモリ
19に格納される。
In the least square method, a tentative approximate line (y = ax
+ B) and the difference (e 1 , e 2 , e 3 , e 4 ) between the measured value f at each measurement point (R 3 C 1 , R 3 C 3 , R 3 C 5 and R 3 C 6 ) Asked,
Such that the sum s s of those squares that are shown in the following equation = e 1 2 + e 2 2 + e 3 2 + e 4 2 ... (2) is minimum, the inclination a and the value b of the approximate straight line (y = ax + b) is Desired. The inclination a represents the overall inclination of the semiconductor wafer 11 in the shot row.
Therefore, as for the inclination a, a value is obtained for each column or row in each of the X-axis direction and the Y-axis direction of the semiconductor wafer 11, and the data is obtained as a whole of the semiconductor wafer 11 for each column and each row. Is stored in the memory 19 as an appropriate inclination value.

【0023】続いて、第2の演算手段18は、各測定シ
ョット領域12で求められた測定値fに基づいて、各非
測定ショット領域13でのずれFを算出する。この非測
定ショット領域13でのずれFの算出には、対象となる
ずれFを求めようとする非測定ショット領域13から測
定ショット領域12までの距離に応じた重み付けが用い
られる。
Subsequently, the second calculating means 18 calculates the deviation F in each non-measurement shot area 13 based on the measurement value f obtained in each measurement shot area 12. In calculating the shift F in the non-measurement shot area 13, weighting according to the distance from the non-measurement shot area 13 to the measurement shot area 12 for which the target shift F is to be obtained is used.

【0024】図4は、その重み付けの原理図であり、図
5は重み付けに使用する重み付け関数の例を示すグラフ
である。図4に示す例では、非測定ショット領域13の
ずれFを算出するについて、その近傍に位置する三つの
測定ショット領域12が選択されている。選択された三
つの測定ショット領域12の各測定値がそれぞれf1
2 、f3 で表され、各測定ショット領域12と対象と
なる非測定ショット領域13とのそれぞれの中心間距離
がそれぞれD1 、D2 およびD3 で表されるとすると、
各距離に応じた重みと、それぞれの計測値f1 〜f3
の積の和が対象となる非測定ショット領域13のずれの
値Fとなる。
FIG. 4 is a principle diagram of the weighting, and FIG. 5 is a graph showing an example of a weighting function used for the weighting. In the example shown in FIG. 4, three calculation shot areas 12 located near the shift F of the non-measurement shot area 13 are selected. The measured values of the three selected measurement shot areas 12 are f 1 ,
Assuming that the distances between the centers of the measurement shot areas 12 and the target non-measurement shot areas 13 are represented by D 1 , D 2 and D 3 , respectively, represented by f 2 and f 3 ,
The sum of the product of the weight according to each distance and each of the measured values f 1 to f 3 is the shift value F of the target non-measurement shot area 13.

【0025】この非測定ショット領域13におけるずれ
の値Fの算出方法を図5のグラフに沿って詳述するに、
図5のグラフには、ガウシアン分布関数による分布特性
曲線21が示されている。横軸は、特性曲線21の頂点
位置を原点とする位置(距離D)を示し、縦軸は距離D
に応じた重みk(%)をそれぞれ示す。図5のグラフに
基づいて、図4に示した非測定ショット領域13のずれ
の値Fを求めると、値Fは次式、 F=k1 ・f1 +k2 ・f2 +k3 ・f3 …(3) で求められる。
The calculation method of the shift value F in the non-measurement shot area 13 will be described in detail with reference to the graph of FIG.
FIG. 5 shows a distribution characteristic curve 21 based on the Gaussian distribution function. The horizontal axis shows the position (distance D) with the vertex position of the characteristic curve 21 as the origin, and the vertical axis shows the distance D
Are shown as weights k (%) according to. When the value F of the shift of the non-measurement shot area 13 shown in FIG. 4 is obtained based on the graph of FIG. 5, the value F is as follows: F = k 1 · f 1 + k 2 · f 2 + k 3 · f 3 ... (3)

【0026】図2に示すX軸に沿ったR3列のR3C2、R3
C4、R3C6の各非測定ショット領域13について、式
(3)によって算出された各算出値Fが図3に×印で示
されている。
R 3 C 2 , R 3 in row R 3 along the X axis shown in FIG.
For each of the non-measurement shot areas 13 of C 4 and R 3 C 6 , each calculated value F calculated by the equation (3) is indicated by a cross in FIG.

【0027】この重み付け関数の重み付けの度合いを可
変とすることができる。また重み付け関数として、図示
のガウシアン分布関数に代えて、種々の関数を適用する
ことができる。また、重み付けのために選択する測定シ
ョット領域12の数およびその位置は、適宜選択するこ
とができ、また全ての測定ショット領域12を重み付け
に採用することができ、これにより、より正確なF値の
算出が可能となる。
The degree of weighting of the weighting function can be made variable. As the weighting function, various functions can be applied instead of the illustrated Gaussian distribution function. Further, the number and positions of the measurement shot areas 12 to be selected for weighting can be appropriately selected, and all the measurement shot areas 12 can be used for weighting, so that a more accurate F-number can be obtained. Can be calculated.

【0028】重み付け関数を用いて算出された各非測定
ショット領域13の算出値Fは、それぞれの非測定ショ
ット領域13におけるZ軸方向すなわち高さ方向での焦
点のずれを表すことから、各非測定ショット領域13で
の高さ調整データとして、メモリ19に格納される。
Since the calculated value F of each non-measurement shot area 13 calculated using the weighting function represents the shift of the focal point in the Z-axis direction, that is, the height direction in each non-measurement shot area 13, The data is stored in the memory 19 as height adjustment data in the measurement shot area 13.

【0029】第3の演算手段18Cは、メモリ19に格
納された各測定ショット領域12についての測定値fお
よび非測定ショット領域13についての算出値Fから、
図3に破線で示す近似曲線の関数F(x)を求める。さ
らに、この近似曲線F(x)を各ショット領域12およ
び13毎に、それぞれ微分演算を行う。この演算値であ
る微分値は、各ショット領域12および13での例えば
局部的な湾曲による傾斜を示す。この微分演算による傾
斜値は、それぞれX軸方向およびY軸方向について、そ
れぞれ求められ、各ショット領域12および13毎の傾
斜の補正値として、メモリ19に格納される。
The third calculating means 18 C calculates the measured value f for each measured shot area 12 and the calculated value F for the non-measured shot area 13 stored in the memory 19.
The function F (x) of the approximate curve shown by the broken line in FIG. 3 is obtained. Further, the approximation curve F (x) is differentiated for each of the shot areas 12 and 13. The differential value, which is the calculated value, indicates an inclination due to, for example, a local curvature in each of the shot areas 12 and 13. The tilt values obtained by the differential operation are obtained in the X-axis direction and the Y-axis direction, respectively, and stored in the memory 19 as tilt correction values for the shot areas 12 and 13.

【0030】制御手段20は、メモリ19に格納された
これらデータに基づいて、各領域12および13のショ
ット毎に、支持台15の前記支持面のZ軸方向、X軸回
りおよびY軸回りの運動を制御する。測定ショット領域
12の露光では、制御手段20は、それぞれの測定値f
に応じて、支持台15に設けられた前記高さ調整機構を
作動させ、これにより、対象となる測定ショット領域1
2が露光光学系14の焦点位置に合わせられる。
Based on these data stored in the memory 19, the control means 20 controls the support surface of the support base 15 in the Z-axis direction, the X-axis direction and the Y-axis direction for each shot of each of the regions 12 and 13. Control exercise. In the exposure of the measurement shot area 12, the control unit 20 sets the respective measurement values f
In response to the above, the height adjustment mechanism provided on the support base 15 is operated, whereby the target measurement shot area 1
2 is adjusted to the focus position of the exposure optical system 14.

【0031】また、制御手段20は、近似直線(y=a
x+b)から求められた傾斜aを各測定ショット領域1
2毎で求められた曲線F(x)の微分値により示される
局部的な傾斜値で補正した値に応じて、支持台15に設
けられた前記傾斜調整機構を作動させる。
Further, the control means 20 calculates the approximate straight line (y = a
x + b), the inclination a obtained from each measurement shot area 1
The tilt adjusting mechanism provided on the support base 15 is operated in accordance with a value corrected by a local tilt value indicated by a differential value of the curve F (x) obtained every two.

【0032】非測定ショット領域13の露光では、制御
手段20は、それぞれの重み付けを考慮して導き出され
た算出値Fに応じて、前記高さ調整機構を作動させ、こ
れにより、対象となる非測定ショット領域13が露光光
学系14の焦点位置に合わせられる。
In the exposure of the non-measurement shot area 13, the control means 20 activates the height adjusting mechanism according to the calculated value F which is derived in consideration of the respective weights. The measurement shot area 13 is adjusted to the focal position of the exposure optical system 14.

【0033】また、制御手段20は、測定ショット領域
12におけると同様に、近似直線(y=ax+b)から
求められた傾斜aを各測定ショット領域12毎で求めら
れた曲線F(x)の微分値により示される局部的な傾斜
値で補正した値に応じて、支持台15に設けられた前記
傾斜調整機構を作動させることから、非測定ショット領
域13が光軸と直角になるように修正され、これにより
各非測定ショット領域13内における全域でほぼ均一な
結像のパターンを得ることができる。
In the same manner as in the measurement shot area 12, the control means 20 calculates the slope a obtained from the approximate straight line (y = ax + b) by differentiating the curve F (x) obtained for each measurement shot area 12. By operating the tilt adjustment mechanism provided on the support base 15 according to the value corrected by the local tilt value indicated by the value, the non-measurement shot area 13 is corrected so as to be perpendicular to the optical axis. Thereby, it is possible to obtain a substantially uniform imaging pattern in the entire non-measurement shot area 13.

【0034】アライメント装置16では、前記したよう
に、全てのショット領域12および13について、選択
された測定ショット領域12についてずれの値fが計測
され、選択されない、すなわち、ずれの値を計測されな
い非測定ショット領域13のずれの値Fは、ずれの値f
に重みを考慮して、演算処置により高速で算出される。
In the alignment apparatus 16, as described above, for all the shot areas 12 and 13, the shift value f is measured for the selected measurement shot area 12, and is not selected, that is, the shift value is not measured. The shift value F of the measurement shot area 13 is the shift value f
Is calculated at a high speed by a calculation process in consideration of the weights of.

【0035】これらの値に基づいて、各ショット領域1
2および13がそれぞれのショット毎に焦点に対応した
適正な高さ位置および傾斜姿勢に修正される。従って、
焦点計測手段17による焦点からのずれを計測するため
の所要時間を短縮することができ、しかも全てのショッ
ト領域12および13でのパターンに大きなばらつきを
生じることがないことから、比較的短時間に高い精度で
のアライメント調整が可能となり、露光作業の効率を著
しく高めることができる。
Based on these values, each shot area 1
2 and 13 are corrected to an appropriate height position and inclination posture corresponding to the focal point for each shot. Therefore,
The time required for measuring the deviation from the focal point by the focal point measuring means 17 can be reduced, and the pattern in all the shot areas 12 and 13 does not greatly vary. Alignment can be adjusted with high accuracy, and the efficiency of the exposure operation can be significantly increased.

【0036】前記したところでは、1枚の半導体ウエハ
11についての露光およびそれに先立つアライメント調
整について説明したが、引き続く半導体ウエハ11につ
いては前記したと同様なアライメント調整および露光作
業を施すことができる。しかしながら、多数の半導体ウ
エハ11を処理するについて、例えば同一ロットから得
られた複数の半導体ウエハ11が段差、傾斜、湾曲のば
らつき等について同一の傾向を示すような場合、次のよ
うにして、計測時間の一層の短縮化を図ることができ
る。
In the above description, the exposure of one semiconductor wafer 11 and the alignment adjustment prior thereto have been described. However, the subsequent alignment adjustment and exposure work can be performed on the semiconductor wafer 11 as described above. However, when a large number of semiconductor wafers 11 are processed, for example, when a plurality of semiconductor wafers 11 obtained from the same lot show the same tendency with respect to steps, inclinations, variations in curvature, and the like, measurement is performed as follows. The time can be further reduced.

【0037】第1には、1枚目の半導体ウエハ11につ
いては、各測定ショット領域12で、図2に示したとお
り、例えばA点およびB点のような複数点でそれぞれず
れの値fa、fb等を測定し、前記したように、式
(1)で示したそれらの平均値を測定値fとして使用す
る。他方、2枚目以降の半導体ウエハ11については、
各測定ショット領域12で例えばA点のみを計測する。
これによって得られた計測値faは、1枚目の半導体ウ
エハ11の対応する測定ショット領域12で得られた計
測値faと、平均値fとの差を考慮して、補正される。
First, with respect to the first semiconductor wafer 11, in each measurement shot area 12, as shown in FIG. fb and the like are measured, and as described above, their average value represented by the equation (1) is used as the measured value f. On the other hand, for the second and subsequent semiconductor wafers 11,
For example, only the point A is measured in each measurement shot area 12.
The measurement value fa obtained in this way is corrected in consideration of the difference between the measurement value fa obtained in the corresponding measurement shot area 12 of the first semiconductor wafer 11 and the average value f.

【0038】例えば、1枚目の半導体ウエハ11のある
測定ショット領域12では、faが1μmであり、平均
値fが0.6μmであり、2枚目の半導体ウエハ11の
対応する測定ショット領域12でのfaが1.2μmで
あったとすると、2枚目の半導体ウエハ11の測定ショ
ット領域12でのfは、1枚目についての測定値1μm
とその平均値0.6μmとの差である0.4μmを実測
値1.2μmから差し引いた値0.8μmをその測定シ
ョット領域12でのずれの値fに採用する。
For example, in the measurement shot area 12 where the first semiconductor wafer 11 is located, fa is 1 μm, the average value f is 0.6 μm, and the corresponding measurement shot area 12 of the second semiconductor wafer 11 is Is 1.2 μm, f in the measurement shot area 12 of the second semiconductor wafer 11 is 1 μm, which is the measurement value of the first semiconductor wafer 11.
The difference 0.8 μm obtained by subtracting 0.4 μm, which is the difference between the measured value and the average value 0.6 μm, from the actually measured value 1.2 μm is adopted as the deviation value f in the measurement shot area 12.

【0039】以下同様に、測定ショット領域12毎に1
点でのずれの値faが計測される。この各値faは、1
枚目の半導体ウエハ11で、それぞれに対応する測定シ
ョット領域12毎に求められた計測値faと平均値との
差を用いてそれぞれ修正され、3枚目以降についても、
同様に処理される。
In the same manner, 1 for each measurement shot area 12
The deviation value fa at the point is measured. Each value fa is 1
In the third semiconductor wafer 11, the correction is made using the difference between the measured value fa and the average value obtained for each corresponding measurement shot area 12, and the third and subsequent wafers are also corrected.
The same processing is performed.

【0040】これによれば、2枚目以降の半導体ウエハ
11について、測定ショット領域12での測定点を1点
に削減しても、同一傾向を示す半導体ウエハ11では、
良好な露光パターンを得ることができ、しかも焦点計測
手段17による計測時間をほぼ半値に削減することがで
き、これにより、アライメント調整の一層の迅速化を図
ることが可能となる。
According to this, even if the number of measurement points in the measurement shot area 12 is reduced to one for the second and subsequent semiconductor wafers 11, the semiconductor wafer 11 showing the same tendency has the following characteristics.
A good exposure pattern can be obtained, and the measurement time by the focus measurement unit 17 can be reduced to almost half the value. As a result, it is possible to further speed up the alignment adjustment.

【0041】第2には、さらに、2枚目以降の半導体ウ
エハ11について、1枚目の半導体ウエハ11で得られ
た近似曲線F(x)を利用することにより、演算手段1
8による演算処理時間の短縮化を図ることができる。こ
の近似曲線F(x)の利用は、半導体ウエハ11の各シ
ョット領域12および13毎での局部的湾曲のような局
部的な傾向が近似する複数の半導体ウエハ11の処理に
特に有効である。
Second, for the second and subsequent semiconductor wafers 11, the approximate curve F (x) obtained from the first semiconductor wafer 11 is used to calculate the arithmetic means 1.
8, the calculation processing time can be reduced. The use of the approximate curve F (x) is particularly effective for processing a plurality of semiconductor wafers 11 in which a local tendency such as a local curvature in each of the shot regions 12 and 13 of the semiconductor wafer 11 is approximated.

【0042】第3には、さらに、複数の半導体ウエハ1
1のそれぞれの表面の全体的な傾斜が同一傾向を示す場
合、2枚目以降の半導体ウエハ11について、1枚面の
半導体ウエハ11で得られた近似直線(y=ax+b)
についてのデータを利用することができる。この例で
は、2枚目以降の半導体ウエハ11について、焦点計測
手段17により得られた選択された各測定ショット領域
12毎の1点での計測値faの他、近似直線および近似
曲線についての他のデータについては、メモリ19に格
納されたデータが利用される。従って、より高速な処理
が可能となる。
Third, a plurality of semiconductor wafers 1
In the case where the overall inclination of each surface of the semiconductor wafer 1 shows the same tendency, the approximate straight line (y = ax + b) obtained from the semiconductor wafer 11 of one sheet for the second and subsequent semiconductor wafers 11
The data about is available. In this example, for the second and subsequent semiconductor wafers 11, in addition to the measurement value fa at one point for each of the selected measurement shot areas 12 obtained by the focus measurement unit 17, other values for the approximate straight line and the approximate curve are used. The data stored in the memory 19 is used for the data of. Therefore, higher-speed processing can be performed.

【0043】[0043]

【発明の効果】本発明に係るアライメント方法によれ
ば、前記したように、計測点での焦点からのずれを表す
測定値、近似直線および近似曲線の微分値に基づいて測
定ショット領域についての高さ位置および傾斜姿勢が制
御され、また、重み付けを考慮して求められた算出値、
近似直線および近似曲線の微分値に基づいて非測定ショ
ット領域についての高さ位置および傾斜姿勢が制御され
る。
According to the alignment method of the present invention, as described above, the height of the measurement shot area is determined based on the measured value representing the deviation from the focus at the measurement point, the differential value of the approximate straight line and the approximate curve. The position and the inclination posture are controlled, and the calculated value obtained in consideration of the weighting,
The height position and the inclination posture of the non-measurement shot area are controlled based on the differential value of the approximate straight line and the approximate curve.

【0044】従って、本発明によれば、半導体ウエハの
露光を受ける全てのショット領域について、焦点からの
ずれを測定することなく、非ショット領域については演
算処理により比較的高速に焦点からのずれを求めること
ができ、しかも各ショット領域についての湾曲等の局部
的変形等による面の傾斜をも高い精度で修正することが
できることから、露光焦点のずれによる不良品の発生率
を高めることなく、露光作業の迅速化を図ることができ
る。
Therefore, according to the present invention, the deviation from the focal point can be relatively quickly calculated by the arithmetic processing for the non-shot region without measuring the deviation from the focal point for all the shot regions which receive the exposure of the semiconductor wafer. It is possible to correct the inclination of the surface due to local deformation such as curvature in each shot area with high accuracy. Work can be speeded up.

【0045】また、本発明に係るアライメント装置によ
れば、本発明に係るアライメント方法を好適に実施する
ことができることから、高精度の露光作業を高い効率で
実施することができる。
According to the alignment apparatus of the present invention, since the alignment method of the present invention can be suitably performed, a highly accurate exposure operation can be performed with high efficiency.

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

【図1】本発明に係るアライメント装置が組み込まれた
露光装置を概略的に示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram schematically showing an exposure apparatus incorporating an alignment apparatus according to the present invention.

【図2】露光装置による半導体ウエハのショット領域お
よび非ショット領域を示す平面図である。
FIG. 2 is a plan view showing a shot area and a non-shot area of a semiconductor wafer by the exposure apparatus.

【図3】半導体ウエハのR3のショット列でのX軸方向
の近似直線および近似曲線を示すグラフ。
FIG. 3 is a graph showing an approximate straight line and an approximate curve in an X-axis direction in a shot row of R3 of a semiconductor wafer;

【図4】重み付けの原理図である。FIG. 4 is a diagram illustrating the principle of weighting.

【図5】重み付け関数の例を示すガウシアン分布特性曲
線のグラフである。
FIG. 5 is a graph of a Gaussian distribution characteristic curve showing an example of a weighting function.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 露光装置 11 半導体ウエハ 12 測定ショット領域 13 非測定ショット領域 14 露光光学系 16 アライメント装置 17 焦点計測手段 18A 第1の演算手段 18B 第2の演算手段 18C 第3の演算手段 19 メモリ 20 制御手段 f 焦点からのずれの測定値 F 焦点からのずれの算出値 k 重み DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Exposure apparatus 11 Semiconductor wafer 12 Measurement shot area 13 Non-measurement shot area 14 Exposure optical system 16 Alignment apparatus 17 Focus measurement means 18A First calculation means 18B Second calculation means 18C Third calculation means 19 Memory 20 Control means f Measured value of shift from focus F Calculated value of shift from focus k Weight

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体ウエハの複数のショット領域ごと
のそれぞれの露光に先立ち、前記半導体ウエハを露光光
学系の焦点に対応した適正な位置および姿勢に制御する
アライメント方法であって、前記複数のショット領域の
うちの選択されたショット領域について少なくとも1つ
の計測点での前記焦点からのずれを測定すること、各測
定結果から各測定点を結ぶ近似直線を求めることによ
り、前記半導体ウエハの全体的な傾きを求めること、選
択されない非測定ショット領域と選択された測定ショッ
ト領域との距離差に応じた重み付けを考慮して、前記非
測定ショット領域についての前記焦点とのずれを算出す
ること、測定ショット領域についての前記測定値および
前記非測定ショット領域についての前記算出値から近似
曲線を求めること、この近似曲線の微分演算処理によ
り、各ショット領域についての傾きを算出すること、前
記測定値、前記近似直線および前記近似曲線の微分値に
基づいて前記測定ショット領域についての高さ位置およ
び傾斜姿勢を制御し、また、重み付けを考慮して求めら
れた前記算出値、前記近似直線および前記近似曲線の微
分値に基づいて前記非測定ショット領域についての高さ
位置および傾斜姿勢を制御することを特徴とする露光装
置のためのアライメント方法。
1. An alignment method for controlling a semiconductor wafer to an appropriate position and posture corresponding to a focus of an exposure optical system prior to each exposure for each of a plurality of shot areas of a semiconductor wafer, wherein Measuring the deviation from the focus at at least one measurement point for a selected shot area of the area, obtaining an approximate straight line connecting each measurement point from each measurement result, Calculating a tilt, calculating a deviation from the focus with respect to the non-measurement shot area in consideration of a weight according to a distance difference between an unselected non-measurement shot area and a selected measurement shot area, Obtaining an approximate curve from the measured values for the area and the calculated values for the non-measured shot area; Calculating the inclination of each shot area by the differential operation processing of the approximate curve, and calculating the height position and the inclination posture of the measurement shot area based on the measured value, the approximate straight line and the differential value of the approximate curve. Controlling, and the height position and the inclination attitude of the non-measurement shot area are controlled based on the calculated value obtained in consideration of the weighting, the differential value of the approximate straight line and the approximate curve. Alignment method for an exposure apparatus to perform.
【請求項2】 前記近似直線は、各測定値に基づく最小
二乗法により求められることを特徴とする請求項1記載
のアライメント方法。
2. The alignment method according to claim 1, wherein the approximate straight line is obtained by a least square method based on each measured value.
【請求項3】 前記重み付けに、ガウシアン分布関数が
使用される請求項1記載のアライメント方法。
3. The alignment method according to claim 1, wherein a Gaussian distribution function is used for said weighting.
【請求項4】 選択された前記ショット領域毎に複数点
で前記焦点とのずれを測定し、各測定ショット領域毎に
おける複数の測定値の平均値をそれぞれの測定ショット
領域の測定結果として採用することを特徴とする請求項
1記載のアライメント方法。
4. A method for measuring a shift from the focus at a plurality of points for each of the selected shot areas, and employing an average value of a plurality of measured values for each of the measured shot areas as a measurement result of each of the measured shot areas. 2. The alignment method according to claim 1, wherein:
【請求項5】 複数の半導体ウエハにおけるそれぞれの
複数のショット領域に露光を施すについて、1枚面の半
導体ウエハの選択された前記ショット領域毎に複数点で
前記焦点とのずれを測定し、各測定ショット領域毎にお
ける複数の測定値の平均値をそれぞれの測定ショット領
域の測定結果として採用し、2枚目以降の半導体ウエハ
の選択された前記測定ショット領域のそれぞれについて
は1点で前記焦点とのずれを測定し、当該単一点での測
定値を、前記1枚目の半導体ウエハについて求められた
1つの点での測定値と当該測定ショット領域における前
記平均値との差を考慮して、補正することを特徴とする
請求項1記載のアライメント方法。
5. A method of performing exposure on a plurality of shot areas on a plurality of semiconductor wafers, measuring a shift from the focus at a plurality of points for each of the selected shot areas on a single semiconductor wafer, An average value of a plurality of measurement values for each measurement shot area is adopted as a measurement result of each measurement shot area, and each of the selected measurement shot areas of the second and subsequent semiconductor wafers has the focus and the focus at one point. Is measured, the measured value at the single point, taking into account the difference between the measured value at one point determined for the first semiconductor wafer and the average value in the measurement shot area, 2. The alignment method according to claim 1, wherein the correction is performed.
【請求項6】 複数の半導体ウエハにおけるそれぞれの
複数のショット領域に露光を施すについて、さらに、2
枚目以降の半導体ウエハについては1枚目の半導体ウエ
ハで求められた近似曲線についてのデータを利用するこ
とを特徴とする請求項5記載のアライメント方法。
6. Exposure to each of a plurality of shot regions on a plurality of semiconductor wafers,
6. The alignment method according to claim 5, wherein for the second and subsequent semiconductor wafers, data on an approximate curve obtained from the first semiconductor wafer is used.
【請求項7】 さらに、2枚目以降の半導体ウエハにつ
いては1枚目の半導体ウエハで求められた近似直線につ
いてのデータを利用することを特徴とする請求項6記載
のアライメント方法。
7. The alignment method according to claim 6, wherein, for the second and subsequent semiconductor wafers, data on an approximate straight line obtained from the first semiconductor wafer is used.
【請求項8】 半導体ウエハの複数のショット領域ごと
の露光に先立ち、前記半導体ウエハを露光光学系の焦点
に対応した適正な位置および姿勢に制御するアライメン
ト装置であって、選択されたショット領域について前記
焦点からのずれを計測する手段と、各測定結果から各測
定点を結ぶ近似直線を求めることにより、前記半導体ウ
エハの全体的な傾きを求める第1の演算手段と、選択さ
れない非測定ショット領域と選択された測定ショット領
域との距離差に応じた重み付けを考慮して、前記非測定
ショット領域についての前記焦点とのずれを算出する第
2の演算手段と、測定ショット領域についての前記測定
値および前記非測定ショット領域についての前記算出値
から近似曲線を求め、この近似曲線の微分演算処理によ
り、各ショット領域についての傾きを算出する第3の演
算手段と、前記測定値、前記近似直線および前記近似曲
線の微分値に基づいて前記測定ショット領域についての
高さ位置および傾斜姿勢を制御し、また、重み付けを考
慮して求められた前記算出値、前記近似直線および前記
近似曲線の微分値に基づいて前記非測定ショット領域に
ついての高さ位置および傾斜姿勢を制御する制御手段と
を含むことを特徴とする、露光装置のためのアライメン
ト装置。
8. An alignment apparatus for controlling a semiconductor wafer to an appropriate position and posture corresponding to a focal point of an exposure optical system prior to exposure for each of a plurality of shot areas of a semiconductor wafer, the apparatus comprising: Means for measuring the deviation from the focal point; first calculating means for obtaining an overall inclination of the semiconductor wafer by obtaining an approximate straight line connecting each measurement point from each measurement result; and non-selected non-measurement shot areas. And second calculation means for calculating the deviation from the focus for the non-measurement shot area in consideration of the weight according to the distance difference between the measurement shot area and the selected measurement shot area, and the measurement value for the measurement shot area And an approximate curve is obtained from the calculated value for the non-measurement shot area. And a third calculating means for calculating a slope of the measured shot area, and controlling a height position and a tilted attitude of the measurement shot area based on the differential value of the measured value, the approximate straight line, and the approximate curve. Control means for controlling a height position and an inclination posture of the non-measurement shot area based on the calculated value obtained in consideration of the differential value of the approximate straight line and the approximate curve, Alignment device for exposure equipment.
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