JPS627129A - Exposure and exposure system with projection exposure device - Google Patents

Exposure and exposure system with projection exposure device

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JPS627129A
JPS627129A JP60146340A JP14634085A JPS627129A JP S627129 A JPS627129 A JP S627129A JP 60146340 A JP60146340 A JP 60146340A JP 14634085 A JP14634085 A JP 14634085A JP S627129 A JPS627129 A JP S627129A
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exposure
projection
distortion
exposure device
stepper
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Kazuaki Suzuki
一明 鈴木
Toshio Matsuura
松浦 敏男
Kyoichi Suwa
恭一 諏訪
Koichi Matsumoto
宏一 松本
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Nippon Kogaku KK
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

PURPOSE:To alleviate the reduction in the accuracy of lapping due to the distortion, by obtaining the absolute value of the deflection in the amount of the distortion that is obtained in the arbitrary, plural image height positions within the specified exposure range and by adjusting the one of the magnifying power of projection out of the first and second projection exposure devices so that the error will be minimum. CONSTITUTION:After the exposure of the first layer onto a wafer W has been performed with a stepper A, the specified process E for forming the first layer is performed to perform the lapping exposure for the second layer with a stepper B. For this, a main control device CNT2 for the stepper B feeds the data DS1 about the distortion of a projection lens PL1 from a main control device 1 of the stepper A. The data D21 is stored in the main control device CNT1 as the inspection data at the time of the production of the stepper A beforehand. Similarly, the data DS2 concerning the distortion of the projection lens PL2 of the stepper B is stored in the main control device CNT2 and fed to a main control device CNT1 as the data when the magnifying power of the stepper A is to be adjusted.

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の技術分野) 本発明は、フォ) IJソグラフィ用の基板(半導体ウ
ェハ等)上の異なる層間での重ね合わせ露光時に、複数
台(最低2台)のステップ・アンド・リピート方式の露
光装置、所鞘ステッパーを併用する際の露光方法及び露
光システムに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Technical Field of the Invention) The present invention relates to (4) a method for performing step-by-step processing using a plurality of units (at least two units) during overlapping exposure between different layers on a substrate (semiconductor wafer, etc.) for IJ lithography; The present invention relates to an exposure method and an exposure system when an and-repeat type exposure device and a stepper are used together.

(発明の背景) 近年、超LSIの製造に縮小投影型露光装置が使われ、
生産性の向上に多大な功績を収めている。
(Background of the invention) In recent years, reduction projection exposure equipment has been used in the production of VLSIs.
It has achieved great success in improving productivity.

この種の投影露光装置は、投影露光すべきレチクル上の
パターンの線幅の微細化や、パターく自体の高集積化に
伴ない、半導体ウェハ上の異なる層間での重ね合わせ露
光時の重ね合わせ精度を向上させることが要求される。
This type of projection exposure equipment is used to increase the precision of overlapping between different layers on a semiconductor wafer during exposure, as the line width of the pattern on the reticle to be projected exposed becomes finer and the pattern itself becomes more highly integrated. It is required to improve accuracy.

このことは特に異なる装置間について顕著である。最近
では開口数、倍率、又は露光領域(投影視野)の異なる
多種の投影露光装置が屈現し、超LSIの製造工場では
、要求される解像力、スループットを考慮して1つの超
LSI製造のプロセス中で、異なる層間の露光を別々の
装置で使いわけることが多くなってきた。異なる投影倍
率、投影視野の露光装置同志、あるいは屈折系又は反射
系のように露光方式の異なる装置同志を、半導体製造の
フォトリソグラフィーのプロセス中で混用すること、所
謂ミックス・アンド11マツチ(Mix and Ma
tch )におい”4は、重ね合わせ精度が特K]i要
になってくる。重ね合わせ精度を左右する要因として投
影光学系のディストーション(像歪み)があげられる。
This is especially true between different devices. Recently, various types of projection exposure apparatuses with different numerical apertures, magnifications, or exposure areas (projection fields) have been developed, and in VLSI manufacturing factories, the required resolution and throughput are taken into account during the process of manufacturing one VLSI. Therefore, it is increasingly common to use separate devices for exposure between different layers. The so-called mix and match is the mixing of exposure devices with different projection magnifications and projection fields, or devices with different exposure methods such as refractive systems or reflective systems in the photolithography process of semiconductor manufacturing. Ma
tch) In case of "4", overlay accuracy is particularly important. Distortion (image distortion) of the projection optical system is cited as a factor that affects overlay accuracy.

一般K。General K.

同一構造の投影光学系であっても、ディストーション特
性(収差曲線)は一本ととに微妙に異なるのが現状であ
)、ましてや異なる倍率や視野の投影光学系同志では、
ディストーション特性が大幅に異なることがある。従っ
てこのような装置同志を用いてミックス・アンド・マツ
チを行なったとしても、必ずしも十分な重ね合わせ精度
が得られるとは限らない。この九め重ね合わせ不良によ
る生産性の低下といった重大な閘聰が生じ、る。
The current situation is that even projection optical systems with the same structure have slightly different distortion characteristics (aberration curves), and even more so between projection optical systems with different magnifications and fields of view.
Distortion characteristics may vary significantly. Therefore, even if mix-and-match is performed using such devices, sufficient overlay accuracy may not necessarily be obtained. This poor overlay causes serious problems such as decreased productivity.

(発明の目的) 本発明は、上記問題を解決し、異なる投影露光装置間で
のディストーションによる重ね合わせ精度の低下を軽減
した露光方法及び露光システムを提供することを目的と
する。
(Objective of the Invention) An object of the present invention is to provide an exposure method and an exposure system that solve the above-mentioned problems and reduce the reduction in overlay accuracy due to distortion between different projection exposure apparatuses.

(発明の概!り 本発明は、第1の投影露光装置の視野中心(光軸)から
所定の像高位置までの所定露光範囲内におけるディスト
ーション特性(収差−11i1)と、ミックス−アンド
・マツチ等の際の重ね合わせ露光に使われる第2の投影
露光装置の所定露光範囲内におけるディストーション特
性とを、例えば両装置の投影光学系の投影倍率を相対的
に変えつつ比較したとき、所定露光範囲内の任意の複数
の像高位置で得られるディストーション量(理想格子点
からのずれ量)の偏差の絶対値を求め1.その各絶対値
のうちで最大となる絶対値が最小になるように、すなわ
ちディストーション誤差が最小に女るように、第1、第
2の投影露光装置の少なくとも一方の投影倍率をvI4
整することを技術的要点としている。
(Overview of the Invention) The present invention provides distortion characteristics (aberration -11i1) within a predetermined exposure range from the field center (optical axis) of a first projection exposure device to a predetermined image height position, and mix-and-match For example, when comparing the distortion characteristics within the predetermined exposure range of the second projection exposure device used for overlay exposure in such cases, while relatively changing the projection magnification of the projection optical system of both devices, the predetermined exposure range Find the absolute value of the deviation of the amount of distortion (deviation amount from the ideal grid point) obtained at any number of image height positions in In other words, the projection magnification of at least one of the first and second projection exposure devices is set to vI4 so that the distortion error is minimized.
The technical point is to make sure that the

(実施例) 次に本発明の実施例による露光方法を第1図に基づいて
説明する。第1図は投影視野の大きさの異なる2つの投
影型lI光装置&1(以下ステッパーと呼ぶ)A、Hの
概略的な構成を示す斜視図である。
(Example) Next, an exposure method according to an example of the present invention will be explained based on FIG. FIG. 1 is a perspective view showing the schematic configuration of two projection type II optical devices &1 (hereinafter referred to as steppers) A and H having different projection field sizes.

本実施例において、ステッパー人の投影レンズPLIは
縮小倍率115ででウェハW上での投影視野が20 X
 20x角(直径280の円形領域)であシ、ステッパ
ーBの投影レンズPL2は縮小倍率1 / 2.5でウ
ェハW上での投影視野が30×301m角(直径42m
の円形領域)であるものとする。ステッパーAKFiレ
チクルR1上の露光すべきパターン領域FAIのみを照
明するような視野絞シとしてのブラインドBLIが設け
られ、4枚の可動ブレードで開口部の形状や大きさが調
整される。レチクルR1は、パターン領域PAIの中心
が、投影レンズPLIの光軸(視野中心)AX、 と一
致するように装着される。さてステッパーAにローディ
ングされたクエハWJd2次元移動するステージST、
上に載置され、投影レンズPLIによるパターン領域P
AIの投影像はステップ・アンド会すピート方弐によシ
ウェハW上に順次露光される。本実施例における投影レ
ンズPLIには、投影レンズを構成する複数のレンズ間
の空気間隔部の圧力(気圧)′を制御して、投影レンズ
PLIの倍率を微論するための圧力!ll整器BCIが
設けられ、主制動装置CNTlからの設定情報に応じて
所望の投影倍率が得られるように作動する。この圧力h
u器BCIや主制御i&置CNT1の具体的な構成、作
用及び使用方法等については、特開昭60−28613
号公報、又は%開昭60−78454号公報に詳しく開
示されているので、ここでは説明を省略する。
In this example, the stepper person's projection lens PLI has a reduction magnification of 115 and a projection field of view on the wafer W of 20X.
The projection lens PL2 of the stepper B has a reduction magnification of 1/2.5 and the projection field on the wafer W is 30 x 301 m square (a circular area with a diameter of 42 m).
(circular area). A blind BLI is provided as a field diaphragm that illuminates only the pattern area FAI to be exposed on the stepper AKFi reticle R1, and the shape and size of the opening are adjusted by four movable blades. Reticle R1 is mounted so that the center of pattern area PAI coincides with the optical axis (field center) AX of projection lens PLI. Now, the Kueha WJd loaded on stepper A, the stage ST that moves two-dimensionally,
pattern area P by the projection lens PLI.
The projected images of the AI are sequentially exposed onto the wafer W by the step-and-metal method. The projection lens PLI in this embodiment has a pressure for finely controlling the magnification of the projection lens PLI by controlling the pressure (atmospheric pressure)' in the air space between the plurality of lenses constituting the projection lens. A controller BCI is provided and operates to obtain a desired projection magnification according to setting information from the main braking device CNTl. This pressure h
Regarding the specific configuration, operation, and usage of the u unit BCI and the main control i&placement CNT1, please refer to Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-28613.
Since it is disclosed in detail in Japanese Patent Publication No. 60-78454, the explanation thereof will be omitted here.

一方、ステッパーBについても投影レンズPL2の投影
視野の大きさが異なるだけで、その他の基本構成である
ブラインドBL2.ステージST、、圧力調整器BC2
、主制御装置CNT2は、ステッパーAのものと同じで
ある。またステッパーBに装着されたレチクルR1のパ
ターン領域PA2は、レチクルR1のパターン領域FA
Iと同一寸法である。すなわち、パターン領域PAIの
大きさが投影レンズPLIで投影可能な最大の視野(2
0X20am)K対応した100X1’00m角である
とすると、投影レンズPL2は最大の投影視野(30X
3Gm)のうち、20X20m角の領域に絞って使われ
ることになる。本実施例では、このようなステッパーA
とBを、ウェハW上に形成する異なる層間での重ね合わ
せ露光に混用するものとする。
On the other hand, stepper B also differs only in the size of the projection field of projection lens PL2, except for the other basic configurations of blind BL2. Stage ST, Pressure regulator BC2
, the main controller CNT2 is the same as that of stepper A. Further, the pattern area PA2 of the reticle R1 mounted on the stepper B is the same as the pattern area FA of the reticle R1.
It has the same dimensions as I. That is, the size of the pattern area PAI is the maximum field of view (2
If the projection lens PL2 is 100 x 1'00 m square corresponding to 0
3Gm), which will be used in a 20x20m square area. In this embodiment, such a stepper A
and B are used together for overlapping exposure between different layers formed on the wafer W.

ここでは説明を簡単にするため、ウェハWの第1層の露
光をステッパーAで行なりた後、第1層形成のための所
定のプロセスEを行ない、そのウェハWへの第2層の重
ね合わせ露光をステッパーBで行なうものとする。この
ためδチッパーBの主制御装置CNT2は、ステッパー
Aの主制御装置CNTlから投影レンズPLIのディス
トーン1ンに5IlするデータDS1を人力する。デー
タDS1はステッパーAの製造時の検査データとして予
め主制御装置CNTlに記憶されているものである。あ
るいは特開昭60−18738号公報に開示されている
ように、ステージST、上にスリット付の光電センサー
を設け、ディストーション検査用のレチクルの複数位置
に形成された十字形マークを投影し、投影像面内でスリ
ットを走査し、各マークの投影位置を求めることによっ
て、投影視野内の複数点のディストーシ讐ン量を検出し
、これをデータDSIとして記憶しておけばよい。
For the sake of simplicity, here, after exposing the first layer of the wafer W using the stepper A, a predetermined process E for forming the first layer is performed, and the second layer is superimposed on the wafer W. It is assumed that stepper B performs the combined exposure. For this reason, the main controller CNT2 of the δ chipper B manually inputs the data DS1 from the main controller CNTl of the stepper A to the distone 1 of the projection lens PLI. The data DS1 is stored in advance in the main controller CNTl as inspection data at the time of manufacturing the stepper A. Alternatively, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-18738, a photoelectric sensor with a slit is provided on the stage ST, and cross-shaped marks formed at multiple positions on a reticle for distortion inspection are projected. By scanning the slit within the image plane and determining the projection position of each mark, the amount of distortion at a plurality of points within the projection field of view may be detected and stored as data DSI.

このようにステージ上のスリットヲ使うようにすると、
ステッパーの稼動中の任意の時に、その時点のディスト
ーシリンが正確に計測でき、ディストーシコン特性の経
時変化に対処できる。同様にステッパーBの投影レンズ
PL2のディストーン1ンに関するデータDS2は、主
制御装置CNT2に記憶され、ステッパーAの倍率を調
整する場合のデータとして主制御装置CNTlに送られ
る。
If you use the slit on the stage like this,
At any time during the operation of the stepper, the distortion at that point can be accurately measured, making it possible to deal with changes in the distortion characteristics over time. Similarly, data DS2 regarding the tone 1 of the projection lens PL2 of the stepper B is stored in the main controller CNT2 and sent to the main controller CNTl as data for adjusting the magnification of the stepper A.

また主制御装aicNT1、CNT2がさらに上位の制
御装置(大型コンピュータ)によって統括的に制御され
ているような場合は、投影レンズPLlのディストーシ
リン・データDSIと、投影レンズPL2のディスト−
シコン−データDS2の両データを、上位制御装置に送
ル、そこで集中管理するようにしても同様である。
In addition, if the main controllers aicNT1 and CNT2 are centrally controlled by a higher-level control device (large computer), the distortion data DSI of the projection lens PLl and the distortion data of the projection lens PL2
The same effect can be obtained even if both the data DS2 and the data DS2 are sent to a higher-level control device and centrally managed there.

さて、第2図は2つのステッパーA 、 132)倍率
補正を行なわずに重ね合わせ露光した場合の重ね合わせ
精度(以下、マツチング指度と呼ぶ)の−例を誇張して
示すチャート図である。同図において、実線はステで・
バーAの理想格子点からのずれを表わすチャートであル
、破線はステッパーBの理想格子点からのずれを表わす
チャートである。
Now, FIG. 2 is a chart showing an exaggerated example of the overlay accuracy (hereinafter referred to as matching index) when two steppers A, 132) perform overlapping exposure without performing magnification correction. In the same figure, the solid line is Ste.
This is a chart showing the deviation of bar A from the ideal grid point, and the broken line is a chart showing the deviation of stepper B from the ideal grid point.

ステッパーAの投影視野の中心と、ステッパーBの投影
視野の中心とを直交座標系X7の原点P。
The center of the projected field of view of stepper A and the center of the projected field of view of stepper B are the origin P of the orthogonal coordinate system X7.

に一致させるものとすると、座標系xyの第1象限にお
いて、ステッパー人による理想格子点の投影点O役シ燕
はP l& s P x’A、P、& ・・・・・・と
なシ、ステッパーBによる理想格子点の投影点はp、b
In the first quadrant of the coordinate system , the projection points of the ideal grid points by stepper B are p, b
.

p wb 、 p 、b  ・・・・・・となる。この
−例からも明らかなように、2つのステッパーを中心(
光軸)合わせてミックス・アンド・マツチすると、中心
P。
p wb , p , b . . . . As is clear from this example, two steppers are centered (
Optical axis) When you mix and match, the center P.

付近のマツチング精度位十分得られるものの、中心Po
から離れた点、例えば点Peaとp、b、又は点pea
とPlbにおいては、相対的なずれ量が無視できない程
度に大きくなることがある。このずれ量は2つの投影レ
ンズ間のディストーン1ン特性に依存し、かならずしも
周辺の各点で大きくなるとは限らない。
Although sufficient matching accuracy can be obtained in the vicinity, the center Po
Points away from, for example, points Pea and p, b, or point pea
and Plb, the relative amount of deviation may become so large that it cannot be ignored. This amount of deviation depends on the detone characteristics between the two projection lenses, and does not necessarily increase at each point in the periphery.

第3図(a)は投影レンズPLIのディストーション特
性の一例であシ、主制御装置CNTlにデータDSIと
して記憶されておジ、第3図(b)は投影レンズPL2
のディストーション特性の一例でl)、主制御装置CN
T2にデータDS2として記憶されている。第3図(a
)、(b)において縦軸はディストーション量を表わし
、横軸は体高(光軸、すなわち中心Poか、ら放射方向
の距離)ヲ表わす。ディストーション量の正負は、理想
格子点の投影点が中心Pa K近づく方向にずれた場合
を負、逆の場合を正としである。両投形レンズのディス
トーション特性の曲線は、全体的な傾向は似ているもの
の、同一像高位置でのディストーション量は、像高に応
°じて大きく異なったものとなる。この種の投影レンズ
では、ディス) −ジョンの正方向の最大値と、負方向
の最大値とがほぼ等しくなるようにディストーション補
正が行なわれている。これは露光領域全面において、平
均的にディストーション會よくする(振シ分ける)ため
である。
FIG. 3(a) shows an example of the distortion characteristic of the projection lens PLI, which is stored as data DSI in the main controller CNTl, and FIG. 3(b) shows an example of the distortion characteristic of the projection lens PL2.
An example of the distortion characteristics of l), main controller CN
It is stored in T2 as data DS2. Figure 3 (a
) and (b), the vertical axis represents the amount of distortion, and the horizontal axis represents the body height (the distance in the radial direction from the optical axis, that is, the center Po). The sign of the distortion amount is negative when the projection point of the ideal lattice point is shifted toward the center PaK, and positive when the opposite is the case. Although the distortion characteristic curves of both projection lenses have similar overall trends, the amount of distortion at the same image height position differs greatly depending on the image height. In this type of projection lens, distortion correction is performed so that the maximum value of the distortion in the positive direction and the maximum value in the negative direction of the distortion are approximately equal. This is to improve (distribute) the distortion evenly over the entire exposed area.

第4図は上記のような2つのディストーション特性を中
心合わせで重ねたものであシ、ステッパーAの投影視野
(20X20in)内についてのみ考えればよい。ag
4図において、ステッパーA。
FIG. 4 shows the above two distortion characteristics superimposed on each other with their centers aligned, and it is only necessary to consider the area within the projection field of view (20 x 20 inches) of stepper A. ag
In Figure 4, stepper A.

Bともに投影倍率は標準値(初期値)にあるものとする
。この図からも明らかなように、像高が約9關の点から
周辺にかけて、ディストーション特性DSIとDS2の
偏差の絶対値が極端に大きくなシ、像高位置Pxで偏差
ΔDの絶対値1ΔD1が最大になっている。この偏差1
ΔL)lの量はディストーション特性DSI又はDS2
のいずれかの特性上のディストーション量の最大値よシ
も大きくなることもある。従って像高位置約9m1E以
上のところにあるパターンは、十分なマツチング精度が
#ミとんど得られないことになる。この第4図のような
場合が、第一2図に示したチャートに相当する訳である
It is assumed that the projection magnification in both B is at a standard value (initial value). As is clear from this figure, the absolute value of the deviation between the distortion characteristics DSI and DS2 is extremely large from the point where the image height is about 9 degrees to the periphery, and the absolute value of the deviation ΔD is 1ΔD1 at the image height position Px. It is maximum. This deviation 1
The amount of ΔL)l is the distortion characteristic DSI or DS2
The maximum value of the amount of distortion for any of the characteristics may also be larger. Therefore, for patterns located at an image height of approximately 9 m1E or more, sufficient matching accuracy cannot be obtained. The case shown in FIG. 4 corresponds to the chart shown in FIG. 12.

そこで本実施例では、ステッパーAのディストーション
特性DSIはそのままにして、ステッパーBのディスト
ーション特性DS2を倍率を微調することによって変化
させ、2つのディストーション特性を重ね合わせたとき
に、投影視野内で生じる偏差ΔDの絶対値の最大値が最
小になるようにする。
Therefore, in this embodiment, the distortion characteristic DSI of stepper A is left unchanged, and the distortion characteristic DS2 of stepper B is changed by finely adjusting the magnification, and when the two distortion characteristics are superimposed, the deviation that occurs within the projection field of view is The maximum absolute value of ΔD is made to be the minimum.

そこで2つのディストーション特性を重ね合わせて、マ
ツチング精度を最良にするための数学的な解析を以下に
述べる。以下の解析はステッパーBの主制御装置CNT
2又は−上位制御装置等のコンピュータによりて容易に
実行できる。
Therefore, a mathematical analysis for superimposing the two distortion characteristics and maximizing the matching accuracy will be described below. The following analysis is based on stepper B's main controller CNT.
2 or - can be easily executed by a computer such as a higher-level control device.

像高ヲr、ディストーシフン曲HtfCr)、倍率調整
の係数tCとすると、倍率を調整したことによって得ら
れる理想格子点からのずれ量ΔCγ)は、(1)式のよ
うに表わされる。
Assuming that the image height is r, the distortion curve HtfCr), and the coefficient of magnification adjustment is tC, the amount of deviation ΔCγ) from the ideal grid point obtained by adjusting the magnification is expressed as in equation (1).

Δ(γ)−J(γ)+C−γ   ・・・・・・・・・
(1)この(1)式に対応して、ステッパーA、Hの夫
夫について、理想格子点からのずれをベクトル(ΔXa
lΔYa)、(Δxb、ΔYb)の夫々で表現すると、
ステッパーAについては(2)式、ステッパーBについ
ては(3)式のようになる・(ΔXa、Δy a ) 
= (f a (JF巧四) +・・・・・・・・・(
2) (Δxb、ΔYb)=(fb(Jσ「?)+・・・・・
・・・・(3) ただし添字a、 bは夫々ステッパーA、Bに対応して
いる。
Δ(γ)−J(γ)+C−γ・・・・・・・・・
(1) Corresponding to this equation (1), the deviation from the ideal lattice point for steppers A and H is calculated by vector (ΔXa
When expressed as lΔYa) and (Δxb, ΔYb), respectively,
Equation (2) for stepper A and Equation (3) for stepper B are as follows (ΔXa, Δy a )
= (f a (JF Takumi) +・・・・・・・・・(
2) (Δxb, ΔYb) = (fb(Jσ'?) +...
...(3) However, subscripts a and b correspond to steppers A and B, respectively.

よって、ステッパーA、Bを中心合わせで重ね合わせ露
光したときの最終的なディストーションの偏差ベクトル
(ΔX、ΔY)は、(2)、(3)式よ)(4)式のよ
うに表わされる。
Therefore, the final distortion deviation vector (ΔX, ΔY) when the steppers A and B are aligned in the center and subjected to overlapping exposure is expressed as in equations (2) and (3)) and as in equation (4).

(ΔX、ΔY)=(ΔXa1ΔYa)−(ΔXb、ΔY
b)・・・・・・・・・(4) (4)式よシ、重ね合わせ露光領域(投影視野)におけ
る偏差ΔXの絶対値、偏差ΔYの絶対値、そしてベクト
ル(ΔXlΔY)のスカラ量の各最大値を夫々Dx、D
y%Dとすると、以下の(5)、(6)、(7)式のよ
うに茨わされる。
(ΔX, ΔY) = (ΔXa1ΔYa) - (ΔXb, ΔY
b)・・・・・・・・・(4) According to equation (4), the absolute value of the deviation ΔX, the absolute value of the deviation ΔY, and the scalar amount of the vector (ΔXlΔY) in the overlapping exposure area (projection field of view) Let the maximum values of Dx and D be respectively
When y%D, the following equations (5), (6), and (7) are obtained.

DX=MAX(lΔXl)   ・・−・・・・(5)
D y=MAX(IΔYl)   ・・・・・・・・・
(6)B=MA X (J jX”+ jY” )  
””・(7)従って、これらD x s D y s 
Dのいずれか1つを最小にするか、又はD ” 、D 
yの両方をともに最小にするように倍率調整係数Ca%
cbを定めてやれば最適条件が得られることになる。尚
、本実施例のようにステッパーBのみで倍率補正を行な
う場合、係数Caは零としてよい。従って上記(2)、
(3)、(4)式から、偏差ベクトル(ΔX、ΔY)は
、(8)式のように表わされる。
DX=MAX(lΔXl) ・・・-・・・(5)
D y=MAX(IΔYl) ・・・・・・・・・
(6) B=MAX (J jX”+ jY”)
””・(7) Therefore, these D x s D y s
Minimize any one of D, or D'', D
The magnification adjustment coefficient Ca% is set so as to minimize both y.
By determining cb, the optimum conditions can be obtained. Incidentally, when the magnification correction is performed only by the stepper B as in this embodiment, the coefficient Ca may be set to zero. Therefore, (2) above,
From equations (3) and (4), the deviation vector (ΔX, ΔY) is expressed as shown in equation (8).

(ΔX、ΔY ) = (f a (V匹石F) −f
 b (ミ耳1)・・・・・・・・・(8) (ただし本実施例ではCa = 0とする。)よって主
制御装置CNT2は、投影露光領域内の多数点の夫々に
ついて、予め記憶されているディストーション%性DS
I(関数fa)とDS2(関数fb)とを用いて、調整
係数cbを変えつつベクトル(ΔX、ΔY)、及び最大
値Dx。
(ΔX, ΔY) = (f a (V stone F) − f
b (Mi ear 1) (8) (However, in this embodiment, Ca = 0.) Therefore, the main controller CNT2 determines in advance each of the multiple points within the projection exposure area. Memorized distortion percentage DS
Vector (ΔX, ΔY) and maximum value Dx while changing adjustment coefficient cb using I (function fa) and DS2 (function fb).

D7.Dを算出し、重ね合わせ露光する層に要求される
精度から、Dx%D7.Dのいずれか1つ、又はDX、
D>’がともに最小となるような係数cbを見つけ出す
。そして、主制御装置11cNT2はその係数Cbに応
じた値だけ投影レンズPL20倍率を補正するような指
令値を圧力調整器BC2に圧力する。圧力調整器BC2
は投影レンズ屋 PL2の照射慢歴や大気圧変動による倍率変動の補正と
共にその指令値を加味して圧力をコントロールする。
D7. Calculate D, and from the accuracy required for the layers to be overlaid and exposed, Dx%D7. Any one of D or DX,
Find a coefficient cb such that both D>' are minimum. Then, the main controller 11cNT2 applies a command value to the pressure regulator BC2 to correct the magnification of the projection lens PL20 by a value corresponding to the coefficient Cb. Pressure regulator BC2
The pressure is controlled by taking into account the projection lens shop PL2's irradiation history and magnification fluctuations due to atmospheric pressure fluctuations, as well as the command value.

以上の帛析は、露光領域全面におけるマツチング精度の
向上を計る関係上、数学的な解析によって厳密な解を得
るようにしたが、ディストーン1フ曲線のみを使うよう
にしても、それ程大きな誤差なく解を得ることができる
。そこでディスト−シコン曲線を使った解析を第5図を
参照して説明する。第5図はディストーション特性DS
IとDS2とを、投影レンズPL2倍率を変化させた状
態で重ね合わせた様子を示し、倍率調整後の投影レンズ
PL2のディストーン1フ で表わされている。まず主制御装置CNT2は、倍率調
整前の特性DSIとDS2とのディストーション量の差
を、中心P0から例えは像高151mまでの間の多数点
(例えは0.5m毎]について算出する。これによりて
第4図のように、偏差ΔDの絶対値の最大値が求まる。
In the above analysis, we tried to obtain a precise solution through mathematical analysis in order to improve the matching accuracy over the entire exposure area. You can get the solution without any problem. Therefore, an analysis using a distoshicon curve will be explained with reference to FIG. Figure 5 shows the distortion characteristics DS
It shows how I and DS2 are superimposed while changing the magnification of the projection lens PL2, and is represented by the first ditone of the projection lens PL2 after the magnification adjustment. First, the main controller CNT2 calculates the difference in the amount of distortion between the characteristic DSI before magnification adjustment and DS2 at multiple points (for example, every 0.5 m) from the center P0 to an image height of 151 m. Accordingly, as shown in FIG. 4, the maximum absolute value of the deviation ΔD is found.

この偏差ΔDの絶対値を小さくするためには、第5図の
ように投影レンズPL2の倍率を補正して、特性DS2
を所定像高点で正方向に持ち上げて(傾けて)やれはよ
り。
In order to reduce the absolute value of this deviation ΔD, the magnification of the projection lens PL2 is corrected as shown in FIG.
It is better to lift (tilt) the image in the positive direction at a specified high point.

第5図中で中心P。を通る直線lは特性DS2のもとも
との像高軸に対応しておシ、直線lの傾きcbFi、先
の(1)式中の倍率調整係数Cに相当するものである。
Center P in Figure 5. The straight line l passing through corresponds to the original image high axis of the characteristic DS2, and the slope cbFi of the straight line l corresponds to the magnification adjustment coefficient C in equation (1) above.

主制御装RCNT2は、傾きCbを零から一定量だけ増
加させた状態で、(1)弐に基づいて倍率調整後の特性
D S 2’  を算出する。そして再びこの補正され
た特性DS’2’  と特性DSIとの偏差の絶対ra
v各像高位置毎に算出し、そのうちで絶対値が最大とク
クた偏差を求める。以上の演算を傾きc,b’を一定量
だけ増加させては、繰ル返し行なう。やがて、tlcs
図に示すように、位RPX付近での偏差1ΔD、lは第
4図中の1ΔD1よ)も小さくな)、逆に別の像高位置
での偏差IΔD、1が大きくなってくる。第5図に示し
たような特性同志の場合、特性DS2’  を図の状態
からもう少し持ち上けてやると、 1ΔD、1〉1ΔD
言 となシ、逆にもう少しさげてやると1ΔDwl <
 IΔD11  になってしまう。従って、ここに示し
た例では1ΔD1=1Δawl になるように傾きcb
′t一定めてやれはよい。そしてその傾きCbのときに
、例えは像高15M!の位置で得られる直線!の像高軸
からのずれ量ΔMが、実際の投影像面上での倍率補正に
よって生じるずれ量となる。このように2つのディスト
ーション特性を相対的な倍率を変えつつ比較し、各倍率
において、ディストーション量の偏差(絶対値)の最大
値を求め、その最大値を最小にするような倍率を決定す
ることによって、像高15m内の露光領域全面に渡って
最良なマツチング精度が得られる。
The main control unit RCNT2 calculates the characteristic D S 2' after magnification adjustment based on (1) 2 with the slope Cb increased by a certain amount from zero. Then again, the absolute ra of the deviation between the corrected characteristic DS'2' and the characteristic DSI is
v Calculate for each image height position, and find the deviation with the maximum absolute value. The above calculation is repeated by increasing the slopes c and b' by a certain amount. Eventually, tlcs
As shown in the figure, the deviation 1ΔD,l near the position RPX is also small (as 1ΔD1 in FIG. 4), but on the contrary, the deviation IΔD,1 at another image height position becomes large. In the case of the characteristics shown in Figure 5, if the characteristic DS2' is raised a little more from the state shown in the figure, 1ΔD, 1>1ΔD
On the other hand, if you lower it a little more, 1ΔDwl <
It becomes IΔD11. Therefore, in the example shown here, the slope cb is set so that 1ΔD1=1Δawl.
It's good to keep it constant. For example, when the inclination is Cb, the image height is 15M! The straight line obtained at the position! The amount of deviation ΔM from the image high axis is the amount of deviation caused by magnification correction on the actual projection image plane. In this way, two distortion characteristics are compared while changing the relative magnification, and at each magnification, the maximum value of the deviation (absolute value) of the amount of distortion is determined, and the magnification that minimizes that maximum value is determined. Accordingly, the best matching accuracy can be obtained over the entire exposure area within an image height of 15 m.

第6図祉、以上のようKして倍率を調整して、ステッパ
ーBKよる重ね合わせ露光を行なった場合のマツチング
状態の一例を表わすチャート図である。図中実線はステ
ッパーAKよるもので、破線はステッパーBによるもの
である。第2図に示したチャートと比較して、理想格子
点の投影点同志(P、llとpub、p=aとPtbs
 Pj’とP3b )の各ずれ量は平均的に小さくな勺
、マツチング精度が向上することがわかる。
FIG. 6 is a chart showing an example of a matching state when the magnification is adjusted using K as described above and overlapping exposure is performed using stepper BK. In the figure, the solid line is for stepper AK, and the broken line is for stepper B. Compared to the chart shown in Figure 2, the projection points of the ideal grid points (P, ll and pub, p=a and Ptbs
It can be seen that the respective deviation amounts of Pj' and P3b) are small on average, and the matching accuracy is improved.

尚、第1図に示したように、ステッパーAでの露光後に
プロセスE管受けたウェハWには、熱又は化学処理によ
る線形変形(伸縮)が生じることがある。従ってステッ
パーBによる重ね合わせ露光の際は、その変形も考慮し
て倍率補正を行なうことが望ましい。そのためには、例
えはステッパーBK設けられたアライメント装置によっ
て、ウェハW上の複数点に形成されたアライメントマー
クの位置管計測し、その各位aを設計値と比較すれは、
変形量が求められる。
As shown in FIG. 1, linear deformation (expansion/contraction) may occur in the wafer W that has been subjected to the process E tube after exposure with the stepper A due to thermal or chemical treatment. Therefore, when overlapping exposure is performed by stepper B, it is desirable to perform magnification correction in consideration of the deformation. To do this, for example, the positions of alignment marks formed at multiple points on the wafer W are measured using an alignment device equipped with a stepper BK, and each position a is compared with the design value.
The amount of deformation is determined.

次に本発明の他の実施例について説明する。第1図に示
したステッパーAが20m角の投影視野全面を露光領域
として使わない場合、あるいはウェハW上の露光領域の
絶対倍率管も正確に合わせたい場合は、ステッパーBK
よる重ね合わせ露光を考慮して、ステッパーAも予め倍
率調整を行なっておくとよい。現実的な使用方法ではな
いが、例えばステッパー人による第1層の露光領域が像
高11mの大きさに絞られて行なわれるものとすると、
先の実施例のようにステッパーBのみの倍率を調整する
と、ディストーン1ン特性上のマツチング度は、第7図
に示すように、全体的に負方向に片寄ってしまう。この
ことはウェハW上で絶対倍率を管理しようとすると、大
きな問題となる。
Next, other embodiments of the present invention will be described. If the stepper A shown in Fig. 1 does not use the entire 20m square projection field as the exposure area, or if you want to accurately align the absolute magnification tube of the exposure area on the wafer W, use the stepper BK.
In consideration of overlapping exposure, it is preferable to adjust the magnification of the stepper A in advance. Although this is not a practical method of use, for example, suppose that the exposure area of the first layer by a stepper is narrowed down to an image height of 11 m.
If the magnification of only stepper B is adjusted as in the previous embodiment, the degree of matching on the detone characteristic will be biased in the negative direction as a whole, as shown in FIG. This becomes a big problem when trying to manage the absolute magnification on the wafer W.

第7図において、特性DS2’  とDSlのディスト
ーン1ン量の差の絶対値が最大となル得る像高位置は約
8u付近の点と約11mの点であシ、この付近での偏差
ΔD4とΔDaの両絶対値を等しくすれば、最大となる
偏差量の絶対値を最小にしたことになる。ところが偉高
約11mtでの露光領域内で重ね合わせ時の、ディスト
ーシ目ンは負方向に片寄っているので、特性DSLとD
S2をある像高点で同じ値だけ正方向に持ち上げてやる
と、その露光領域内でディストーン1ンを正負に振シ分
けることが可能となる。
In Fig. 7, the image height positions where the absolute value of the difference in the amount of detone between characteristics DS2' and DS1 is maximum are a point around 8u and a point around 11m, and the deviation in this vicinity is If the absolute values of ΔD4 and ΔDa are made equal, the absolute value of the maximum deviation amount is minimized. However, when overlapping within the exposure area at a height of about 11 mt, the distortion eye is biased in the negative direction, so the characteristics DSL and D
If S2 is raised in the positive direction by the same value at a certain image high point, it becomes possible to distribute the detone 1 into positive and negative directions within that exposure area.

第8図は、第7図のような重ね合わせ状態から、1ΔD
ll = llD41  トし、かつブイスト−シラン
の振)分けを行なりた最適条件のときの特性を示す。第
8図において、直線ノ!は第5図、第7図中の直線lと
同じであり、直線!、はステッパーAの倍率調整によシ
、係数01だけ傾いた本来の儂高軸を表わし、特性DS
L’ は倍率調整後の投影レンズPLIのディストーン
1ンを表わす。このような特性を得るためには、まず特
性DS1を固定したまま、特性DS2を持ち上けて、す
なわち先の実施例と同様にして偏差ΔD8、ΔD4の両
絶対値が等しくなるような倍率調整係数cbを求める。
Fig. 8 shows that from the superimposed state as shown in Fig. 7, 1ΔD
ll = llD41 and the characteristics under the optimum conditions where boost-silane distribution is performed. In Figure 8, straight line no! is the same as the straight line l in Figures 5 and 7, and is a straight line! , represents the original high axis tilted by a coefficient of 01 due to the magnification adjustment of stepper A, and the characteristic DS
L' represents the detone of the projection lens PLI after magnification adjustment. In order to obtain such a characteristic, first, while keeping the characteristic DS1 fixed, the characteristic DS2 is raised, that is, the magnification is adjusted so that the absolute values of both the deviations ΔD8 and ΔD4 become equal, in the same manner as in the previous embodiment. Find the coefficient cb.

その後さらに、重ね合わせたディストーション特性上で
正のディストーン1ン量の最大値と負のディストーショ
ン量の最大値とが絶対値で等しくなるようK、直線!1
、hの傾きを共に同じ     。
Then, on the superimposed distortion characteristics, draw a straight line so that the maximum value of the positive distortion amount and the maximum value of the negative distortion amount are equal in absolute value! 1
, h have the same slope.

量だけ変化させる。これによりて求まりた直1iiもの
傾きC&が、ステッパーAの倍率調整係数である。よっ
て第1層の露光の際には、例えば像高10mの点で+Δ
MJLだけステッパーAに倍率オフセットを加えて使用
すればよく、又第2層の重ね合わせ露光の際には、像高
10g+1の点で+ΔMbだけステッパーBに倍率オフ
セラトラ加えて使用すればよい。このような倍率補正を
行なうと、異なる層間での相対的なディストーションの
差が減少するだけでなく、ウェハW上に形成されるパタ
ト 一7領域の絶対的なディステージ讐ン量(倍率誤差)を
も減少させることができる。
Change only the amount. The inclination C& of the straight line determined in this way is the magnification adjustment coefficient of the stepper A. Therefore, when exposing the first layer, for example, at an image height of 10 m, +Δ
It is sufficient to use the stepper A with a magnification offset of MJL, and when performing overlapping exposure of the second layer, it is sufficient to use the stepper B with a magnification offset of +ΔMb at the image height of 10g+1. Performing such magnification correction not only reduces the relative distortion difference between different layers, but also reduces the absolute destage amount (magnification error) of the pattern area formed on the wafer W. can also be reduced.

以上本発明の各実施1例では、投影視野の大きさの異な
るステッパー同志のミックス・アンド・マツチを考えた
。しかしながら投影視野の大きさが同じ投影レンズ同志
でも、そのディストーション特性はレンズ構成のちがい
、あるいは製造誤差やパラつきのために、わずかではあ
るが異なったものになるのが普通である。そこで投影視
野の大きさが同一の場合の一例について、第9図を参照
して説明する。第9図(a)は2つのステッパーのうち
一方のディストーション特性DS2と他方のディストー
ション特性DS3とを倍率調整しない状態で重ね合わせ
た特性を示す。ここで特性DS2は、同一ステッパー中
でもディストーションが悪く、特性DS3はディストー
ションが良いものとする。このような2つのステッパー
を例えば像高16amの露光領域に絞って使うものとす
ると、ディストーション量の差の絶対値は像高11+s
付近で最大値ΔDとなル、さらにディストーションの振
シ分けも多少アンバランスになってくる。そこでこのよ
うな場合は、ディストーションの振シ分けも考慮して、
特性DS2、DS3を共に正方向に持ち上けて、第9図
(b)に示したD S 2’、DS3’のようにすれば
、最良のマツチング精度が得られる。特性DS2は直線
It の傾きに対応した倍率調整によって特性DS2’
  のように変化し、特性DS3は直線Imの傾きに対
応した倍率調整によって特性DS3’  のように変化
する。このようにすると、像高16inの点と、8n付
近の点とが偏差の最大になル得るが、これらの偏差の絶
対値の最大値を最小にしたことによって、両スト チッパ−間の相対的なディステージョン量の差は、第9
図(a)の場合とくらべて各段に小さくなりている。
In each of the embodiments of the present invention described above, mix-and-match of steppers having different projection field sizes was considered. However, even if the projection lenses have the same projection field size, their distortion characteristics usually differ slightly due to differences in lens construction, manufacturing errors, and irregularities. Therefore, an example in which the sizes of the projection fields of view are the same will be explained with reference to FIG. 9. FIG. 9(a) shows a characteristic in which the distortion characteristic DS2 of one of the two steppers and the distortion characteristic DS3 of the other are superimposed without adjusting the magnification. Here, it is assumed that the characteristic DS2 has poor distortion among the same steppers, and the characteristic DS3 has good distortion. For example, if these two steppers are used for an exposure area with an image height of 16 am, the absolute value of the difference in the amount of distortion is 11 + s for the image height.
Near the maximum value ΔD, the distribution of distortion becomes somewhat unbalanced. Therefore, in such a case, consider the distribution of distortion,
The best matching accuracy can be obtained by raising both the characteristics DS2 and DS3 in the positive direction to form DS2' and DS3' shown in FIG. 9(b). The characteristic DS2 is changed to the characteristic DS2' by adjusting the magnification corresponding to the slope of the straight line It.
The characteristic DS3 changes as shown in the characteristic DS3' by adjusting the magnification corresponding to the slope of the straight line Im. In this way, the point with an image height of 16 inches and the point near 8n can have the maximum deviation, but by minimizing the maximum absolute value of these deviations, the relative difference between the two strippers The difference in destination amount is the 9th
Each stage is smaller than the case in Figure (a).

以上本発明の各実施例は縮小投影レンズを備えたステッ
パーについてのみ説明したが、本発明はその他、ミラー
を使った反射投影型のステッパーとの混用についても全
く同様に実施し得るものである。また上記各実施例では
2台のステッパーについてのマツチングのみを考えたが
、それ以上の任意のn台のステッパーについても同様に
実施できる。この場合、n台のステッパーの各ディスト
ーション特性を使って上位のコンピュータでマツチング
精度を計算し、半導体素子製造のフォトIJソゲラフイ
エ程の全てに渡って最良のマツチング精度が得られるよ
うに、各ステッパーの倍率を調整しておけばよい。また
投影レンズの物体(レチクル)側が非テレセントリック
な光学系である場合は、レチクルと投影レンズとの間隔
を微調することによっても倍率を調整でき、同様の効果
が得られる。この場合はレチクルを保持するレチクルス
テージを光軸に沿って微小量だけ上下動させる駆動手段
が倍率調整手段として設けられる。
Although each embodiment of the present invention has been described above only with respect to a stepper equipped with a reduction projection lens, the present invention can be similarly implemented in combination with a reflective projection type stepper using a mirror. Furthermore, in each of the above embodiments, matching was only considered for two steppers, but matching can be similarly performed for any n number of steppers more than that. In this case, the matching accuracy is calculated on a host computer using the distortion characteristics of each of the n steppers, and each stepper is Just adjust the magnification. Furthermore, if the object (reticle) side of the projection lens is a non-telecentric optical system, the magnification can be adjusted by finely adjusting the distance between the reticle and the projection lens, and the same effect can be obtained. In this case, a driving means for vertically moving a reticle stage holding a reticle by a minute amount along the optical axis is provided as a magnification adjusting means.

また、以上に説明した実施例においては、2つのディス
トーション特性を、例えば像高軸上で0、5 tax毎
に比較して、偏差の絶対値の最大値を求めるようにした
。しかしながらこれでは所定の露光範囲内について0.
5罵毎の全ての像高点で偏差を求めてから最大値をさが
し出すことになるので、精度的には低く、真の最大値に
対して何らかの誤差を伴ってしまう。このため、比較す
る点を0.5寵よシもさらに細かくしていけば、′それ
なシに精度は上がるものの、演算処理時間はそれに比例
して増大してしまう。
Further, in the embodiment described above, two distortion characteristics are compared, for example, every 0 and 5 taxes on the image high axis, and the maximum absolute value of the deviation is determined. However, in this case, within a predetermined exposure range, 0.
Since the maximum value is found after determining the deviation at all image high points for every 5 images, the accuracy is low and there is some error with respect to the true maximum value. For this reason, if the points to be compared are made even finer by 0.5 points, the accuracy will increase considerably, but the calculation processing time will increase proportionately.

そこで、2つのディストーション曲線から、数学的な解
析によって正確な最大値を、早く求める方法を以下に簡
単に述べる。
Therefore, a method for quickly obtaining an accurate maximum value from two distortion curves through mathematical analysis will be briefly described below.

今、2つのステッパーの夫々のディストーション特性を
fa(r)、fb(γ)とすると、倍率調整係数CJI
%Cbを考慮したディストーション関数Fa(r)、F
b(r)は夫々(9)、(10)式のようになる。
Now, if the respective distortion characteristics of the two steppers are fa(r) and fb(γ), then the magnification adjustment coefficient CJI
Distortion function Fa(r), F considering %Cb
b(r) is expressed by equations (9) and (10), respectively.

Fa(r)=fa(r)+Ca11r   ==・−(
9)Fb(r)=fb(r)+Cb−r  −−−−−
・Cl0)ここで特性fa(γ)、fb(γ)はそれぞ
れNa次曲線、Nb次曲線で近似された形で、それの ぞ爾チッパ−の主制御装置、又は上位のコンビ二一夕に
記憶されているものとする。特性fa(r)、fb(r
)は、通常、この種の投影レンズのディストーン1ン特
性が光軸に対して線対称に71ルように、r=ooとき
fa(r)=0、fbcγ)=0とすべく設計されてい
るから、一般式は(11)式のように表わされ、定数項
は存在しない。
Fa(r)=fa(r)+Ca11r ==・-(
9) Fb(r)=fb(r)+Cb-r ------
・Cl0) Here, the characteristics fa(γ) and fb(γ) are approximated by Na-order curves and Nb-order curves, respectively, and are controlled by the main control device of the chipper or the upper-level combination. It is assumed that it is memorized. Characteristics fa(r), fb(r
) is usually designed so that when r=oo, fa(r)=0, fbcγ)=0 so that the detone characteristics of this type of projection lens are 71 line symmetrical with respect to the optical axis. Therefore, the general equation can be expressed as equation (11), and there is no constant term.

f(r)=Knor”+Kn−□sr”−’+−・−・
−+に、・r重子に、・r   ・・・・・・・・・(
1F)ここでKn、Kn−4+・・・・・・K1、K、
は定数である。
f(r)=Knor"+Kn-□sr"-'+-・-・
−+,・r,・r・・・・・・・・・(
1F) Here, Kn, Kn-4+...K1, K,
is a constant.

そこで、2つのディストーション関数FIL(γ)、F
b(7’)の差を関数G(γ)で表わすと、関数G(r
)は(12)式のように表わされる。
Therefore, two distortion functions FIL(γ) and F
If the difference in b(7') is expressed by a function G(γ), then the function G(r
) is expressed as in equation (12).

G(r)=Fb(r) −Fa(r) =fb(γ)−faCr)+(Cb−Ca) ・r・・
・・・・・・・(12) ここでc=c b−c aとして、関数G(γ)の極大
点、極小点を求めるため、関数G(γ)を(13)式の
ように像高rで微分する。
G(r)=Fb(r) −Fa(r) =fb(γ)−faCr)+(Cb−Ca) ・r・・
・・・・・・・・・(12) Here, in order to find the maximum and minimum points of the function G(γ) with c=c b−c a, the function G(γ) is imaged as shown in equation (13). Differentiate with high r.

C・・・・・・・・・(13) ここでKan は特性fa(γ)のn次項゛の定数を表
わし、Kbnは特性fbcr)のn次項の定数を表わす
C (13) where Kan represents the constant of the nth term of the characteristic fa(γ), and Kbn represents the constant of the nth term of the characteristic fbcr).

れば、関数G(r’)の極大点、極小点がわか)、その
点のいずれかで、偏差の絶対値が最大になっている。尚
、Na−Nbがともに3次以下の場合は(13)式が2
次方程式となル解析的に解を求めることができるが、N
a、N、bのいずれかが4次以上の場合は、解析的に解
が求まらないので数値計算によって解を求めることにな
る。
Then, the absolute value of the deviation is maximum at either of the maximum and minimum points of the function G(r'). In addition, when Na-Nb are both 3rd order or less, equation (13) becomes 2
The solution can be found analytically as the following equation, but N
If any one of a, N, and b is quartic or higher, the solution cannot be found analytically, so the solution must be found by numerical calculation.

γ1、rl、・・・・・・、rn  とし、露光領域内
で最大の像高点をrmaxとすると、その各値を(12
)式%式%) G(γmaw)  の各値を算出する。そしてそれら算
出された値のうちで絶対値が最大になるものを選び、こ
れをGmaxとすると、Qmax  は(14)式のよ
うに表わされる。
Let γ1, rl, ..., rn and the maximum image high point in the exposure area be rmax, then each value is (12
) Formula % Formula %) Calculate each value of G(γmaw). Then, from among these calculated values, choose the one with the maximum absolute value and set it as Gmax, then Qmax is expressed as in equation (14).

Qmax=Max(IG(7B)l、IG(γ、)1、
・・・・・・IG(rn)1、IG(rmax)l )
・・・・・・・・・(14) ただし、rl、γ、・・・・・・rnのうちで、rma
xよ)も大きいもの、又は負め値となるもの等は除外し
て考える。このようKすると、像高軸上で0.5寵毎に
比較していかなくとも、一義的に偏差の絶対値の最大値
が求まる。以上のような計算を、相対的な倍率の差C(
Cb−Ca)を微小量だけ変えては繰シ返し演算するこ
とによって、最適な倍率調整係数Ca、Cbf、決定す
ることができる。
Qmax=Max(IG(7B)l, IG(γ,)1,
...IG(rn)1, IG(rmax)l)
・・・・・・・・・(14) However, among rl, γ, ・・・・・・rn, rma
x) is also large or has a negative value. By performing K in this way, the maximum value of the absolute value of the deviation can be uniquely determined without having to compare every 0.5 degrees on the image height axis. The above calculation is performed using the relative magnification difference C(
The optimum magnification adjustment coefficients Ca and Cbf can be determined by repeatedly performing calculations while changing Cb-Ca) by a minute amount.

以上の手法をふまえて、Na、Nbが共に3次の場合の
一例を以下に述べる。そこで特性fa(r)、fb(r
)を夫k (15)、(16)式のように定める。
Based on the above method, an example in which both Na and Nb are tertiary will be described below. Therefore, the characteristics fa(r), fb(r
) is determined as shown in equations (15) and (16).

j’a(r)=Ka、・r’+Ka、・r”+Ka、−
r −・−・・(15)f b (r )=Kbr r
”+Kbc r”+Kbt・r ・・−”(16)よっ
て関数FB(r)、l’b(γ)の差の関数G(r)は
、(17)式のように表わされる。
j'a(r)=Ka, ・r'+Ka, ・r"+Ka, -
r −・−・・(15) f b (r )=Kbr r
"+Kbc r"+Kbt·r . . . -" (16) Therefore, the function G(r) of the difference between the functions FB(r) and l'b(γ) is expressed as in equation (17).

G (r )=(Kb、−Ka、) ・r”+c Kb
、−Ka、) ・r”+(Kb、−Ka、)−r+(C
b−Ca)−r・・・・・・・・・(17) (17)式をrで微分すると(18)式が得られる。
G (r) = (Kb, -Ka,) ・r"+c Kb
, -Ka,) ・r"+(Kb, -Ka,)-r+(C
b-Ca)-r (17) When formula (17) is differentiated with respect to r, formula (18) is obtained.

G’(r)=3(Kbs  Ka、)・7”+2(1(
b、に&t)・r十(Kb、−Ka、)+(Cb−Ca
)・・・・・・・・・(18) ここでKb、 −Ka、= K、、Kb!−Kal=K
t、  ・Kb、 −Ka、 = K、、Cb−Ca=
Cとおくと、G’(r)=0  を満足する解は、以下
の(19)、(20)式で宍わされるように、r、とγ
2の2つである。
G'(r)=3(Kbs Ka,)・7"+2(1(
b, ni&t)・rten(Kb,-Ka,)+(Cb-Ca
)・・・・・・・・・(18) Here, Kb, −Ka, = K,, Kb! -Kal=K
t, ・Kb, -Ka, = K,, Cb-Ca=
C, the solution that satisfies G'(r)=0 is given by the following equations (19) and (20), where r and γ
2.

そこでCの値を微小量だけ変えては、(19)、(20
)式を演算してγ1.γ宜 を求め、さらに(17)式
よ!!7G(r、)、G(r、)、G(rmax)の各
絶対値を求めることを繰ル返し実行する。この際、γm
、γ意がともにrmaxよシも大きい場合、あるいはγ
1.γ!がともに負の値、もしくは複素数になる場合は
IG(rmax)l  が、そのときのCの値に対応し
た最大値(IGmaxl)である。
Therefore, by changing the value of C by a minute amount, (19), (20
) and calculate γ1. Find γ, and then use equation (17)! ! 7. Iteratively calculates the absolute values of G(r,), G(r,), and G(rmax). At this time, γm
, γ is both larger than rmax, or γ
1. γ! When both are negative values or complex numbers, IG(rmax)l is the maximum value (IGmaxl) corresponding to the value of C at that time.

こうして、Cの値を変えるたびに算出したlQmaxl
の全ての値を比較して、その中で最小となっている l
Qma:cl  K対応したCO値が、求めるべき解で
ある。
In this way, lQmaxl calculated each time the value of C is changed
Compare all values of l
The CO value corresponding to Qma:cl K is the solution to be found.

よって、そのCの値を満足するようにCa、Cbを決定
すればよい。
Therefore, Ca and Cb may be determined so as to satisfy the value of C.

(発明の効果) 以上本発明によれは、2つの投影型露光装置を用いた重
ね合わせ露光の際のマツチング精度が向上し、よシ微細
な線幅のパターンを備えた半導体素子の生産性が格段に
向上するといった効果が得られる。また複数台の露光装
置をマツチングさせる場合、従来では単体のディストー
ション特性を管理する以外に、装置間でのディストーシ
ョン特性も最小になるように、投影光学系の製造段階か
ら厳しく管理する必要があった。しかしながら本発明に
よれば、露光に使われる投影露光範囲内においては最良
のマツチング精度が得られるように調整できるので、必
ずしも初めからマツチングを考慮して作られた露光装置
同志を使うような制限がなくなル、半導体素子の製造ラ
イン上で複数台の装置を比較的自由に組み合わせられる
といりた効果も得られる。
(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, the matching precision during overlapping exposure using two projection exposure devices is improved, and the productivity of semiconductor devices with patterns with finer line widths is improved. The effect of a significant improvement can be obtained. Furthermore, when matching multiple exposure devices, in addition to controlling the distortion characteristics of each individual device, it was also necessary to strictly control the distortion characteristics between the devices from the manufacturing stage to minimize the distortion characteristics between the devices. . However, according to the present invention, adjustment can be made to obtain the best matching accuracy within the projection exposure range used for exposure, so there is no need to limit the use of exposure devices that were made with matching in mind from the beginning. Moreover, it is also possible to obtain the effect that a plurality of devices can be combined relatively freely on a semiconductor device manufacturing line.

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

第1図は本発明の実施例によるミックス・アンド・マツ
チの方法に好適な2つの投影型露光装置の概略的な構成
を示す斜視図、第2図は2つの露光装置を倍率補正を行
なわすに重ね合わせ露光した場合の理想格子点の投影点
のずれを誇張して示すチャート図、第3図(a)、(b
)は夫々2つの露光装置の投影レンズのディスト−71
7曲線を示す特性図、第4図は第3図(a)、(b)に
おけるディスト−717曲線を重ね合わせたときの特性
図、第5図は第4図に示した特性を倍率調整して重ね合
わせたときの特性図、第6図は倍率調整を行なった後に
重ね合わせ露光した場合の理想格子点の投影点のずれ?
:誇張して示すチャート図、第7図は第4図に示した特
性で像高會変えた場合のマツチングの様子を示す特性図
、第8図は第7図の特性から、2つの露光装置の倍率を
ともに調整して最良にした場合を示す特性図、第9図(
a)、(b)は投影視野の大きさが同一の露光装置同志
の場合のマツチング精度向上を説明するための特性図で
ある。 〔主要部分の符号の説明〕 A・・・・・・第1の投影型露光装置、B・・・・・・
第2の投影型露光装置、E・・・・・・ウェハプロセス
、 R,、R1・・・・・・レチクル、 PLI、PL2・・・・・・投影レンズ、W・・・・・
・ウェハ、 BCI、BC2・・・・・・圧力調整器(倍率調整部)
、CNTl、CNT2・・・・・・主制御装置、DSI
、DS2、DS3・・・・・・ディストーン1ン特性、 D S l’、DS2’、DS3’・・・・・・倍率調
整後のディストーション特性。
FIG. 1 is a perspective view showing the schematic configuration of two projection exposure devices suitable for the mix-and-match method according to an embodiment of the present invention, and FIG. Chart diagrams exaggerating the deviation of the projected points of ideal grid points when superimposed on the
) are the projection lens disc-71 of the two exposure devices, respectively.
7 curves, Figure 4 is a characteristic diagram when the Dist-717 curves in Figures 3 (a) and (b) are superimposed, and Figure 5 is a characteristic diagram showing the characteristics shown in Figure 4 with magnification adjustment. Figure 6 shows the deviation of the projected point of the ideal grid point when overlapping exposure is performed after adjusting the magnification.
: An exaggerated chart diagram, Figure 7 is a characteristic diagram showing the matching when changing the image height with the characteristics shown in Figure 4, and Figure 8 is a diagram showing the characteristics of two exposure devices based on the characteristics shown in Figure 7. Fig. 9 is a characteristic diagram showing the case where the magnification of both is adjusted to obtain the best result.
FIGS. 7A and 7B are characteristic diagrams for explaining improvement in matching accuracy when exposure apparatuses have the same projection field size. [Explanation of symbols of main parts] A...First projection exposure apparatus, B...
Second projection exposure apparatus, E...Wafer process, R,, R1...Reticle, PLI, PL2...Projection lens, W...
・Wafer, BCI, BC2...Pressure regulator (magnification adjustment section)
, CNTl, CNT2... Main controller, DSI
, DS2, DS3...distortion characteristics, DS1', DS2', DS3'...distortion characteristics after magnification adjustment.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)投影式の第1露光装置と第2露光装置とを、フォ
トリソグラフィ用の基板上の異なる層間での重ね合わせ
露光時に、互いの投影視野中心を前記基板上で略一致さ
せるようにして使い分ける際、 前記第1露光装置の視野中心から所定の像高位置までの
露光範囲内におけるディストーション特性と、 前記第2露光装置の前記露光範囲内におけるディストー
ション特性とを、両装置間の相対的な投影倍率を変えつ
つ比較したとき、両ディストーション特性上で重ね合わ
せ精度が最良となるように、前記第1露光装置と第2露
光装置の少なくとも一方の投影倍率を調整することを特
徴とする投影露光装置を用いた露光方法。
(1) When a projection-type first exposure device and a second exposure device are used for overlapping exposure between different layers on a photolithography substrate, the centers of their projection fields are made to substantially coincide on the substrate. When using them separately, the distortion characteristics within the exposure range from the center of the field of view to a predetermined image height position of the first exposure device and the distortion characteristics within the exposure range of the second exposure device are determined based on the relative relationship between both devices. Projection exposure characterized in that the projection magnification of at least one of the first exposure device and the second exposure device is adjusted so that the overlay accuracy is the best in terms of both distortion characteristics when compared while changing the projection magnification. Exposure method using equipment.
(2)前記第1露光装置と第2露光装置との両ディスト
ーション特性を相対的な投影倍率を変えつつ比較する際
、前記露光範囲内の任意の複数の像高位置で得られるデ
ィストーション量の差の絶対値のうち最大となる絶対値
を求め、その絶対値を最小にするように、相対的な投影
倍率を決定することを特徴とする特許請求の範囲第1項
記載の方法。
(2) When comparing the distortion characteristics of the first exposure device and the second exposure device while changing the relative projection magnification, the difference in the amount of distortion obtained at any plurality of image height positions within the exposure range 2. The method according to claim 1, wherein a maximum absolute value among the absolute values of is determined, and a relative projection magnification is determined so as to minimize the absolute value.
(3)前記基板上での露光領域の絶対倍率をほぼ一定に
するために、前記決定された相対的な投影倍率を保ちつ
つ、さらに前記第1露光装置と第2露光装置との投影倍
率をほぼ同じ量だけともに調整することを特徴とする特
許請求の範囲第2項記載の方法。
(3) In order to keep the absolute magnification of the exposure area on the substrate almost constant, while maintaining the determined relative projection magnification, the projection magnification of the first exposure device and the second exposure device is further adjusted. 3. A method according to claim 2, characterized in that they are adjusted together by approximately the same amount.
(4)フォトリソグラフィ用の基板上に所望のパターン
を露光する投影式の第1露光装置と、前記基板上に形成
されたパターンに新たなパターンを重ね合わせ露光する
ための、前記第1露光装置とは異なる投影式の第2露光
装置とを有し、両装置の投影視野中心を前記基板上で略
一致させるようにして重ね合わせ露光するシステムにお
いて、 前記第1露光装置の視野中心から所定の像高位置までの
露光範囲内におけるディストーション特性と、前記第2
露光装置の前記露光範囲内におけるディストーション特
性とを比較して、両ディストーション特性上で重ね合わ
せ精度が最良となるように、前記第1露光装置と第2露
光装置の少なくとも一方の投影倍率を調整する倍率調整
手段を備えたことを特徴とする露光システム。
(4) a projection-type first exposure device that exposes a desired pattern on a substrate for photolithography; and the first exposure device that superimposes and exposes a new pattern on the pattern formed on the substrate. and a projection-type second exposure device different from the first exposure device, in which the projection field centers of both devices are made to substantially coincide on the substrate for overlapping exposure, wherein Distortion characteristics within the exposure range up to the image height position and the second
Comparing the distortion characteristics of the exposure devices within the exposure range, adjusting the projection magnification of at least one of the first exposure device and the second exposure device so that the overlay accuracy is the best in terms of both distortion characteristics. An exposure system characterized by comprising a magnification adjustment means.
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