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JP2967974B2 - Circuit pattern formation method - Google Patents

Circuit pattern formation method

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Publication number
JP2967974B2
JP2967974B2 JP8327417A JP32741796A JP2967974B2 JP 2967974 B2 JP2967974 B2 JP 2967974B2 JP 8327417 A JP8327417 A JP 8327417A JP 32741796 A JP32741796 A JP 32741796A JP 2967974 B2 JP2967974 B2 JP 2967974B2
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chip
shot
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JP8327417A
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JPH09190972A (en
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稔和 馬立
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Nikon Corp
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Nikon Corp
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Publication date
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は半導体製造装置用の露光
装置、特にステップアンドリピート方式で基板上のショ
ット領域を露光する装置に好適な回路パターンの形成方
法に関し、特に露光用の原版となるマスクやレチクルと
露光対象となる半導体ウェハ等との位置合わせに関す
る。 【0002】 【従来の技術】近年、ICやLSI等の半導体装置は急
速に微細化、高密度化が進み、これを製造する装置、特
にマスクやレチクルの回路パターンを半導体ウェハに形
成された回路パターン上に重ね合わせて転写する露光装
置にも増々、高精度なものが要求されてきている。マス
クの回路パターンとウェハ上の回路パターンとは例えば
0.1μm以内の精度で重ね合わせることが要求され、
このため現在、その種の露光装置はマスクの回路パター
ンをウェハ上の局所領域(例えば1チップ分)に露光し
たら、ウェハを一定距離だけ歩進(ステッピング)させ
ては再びマスクの回路パターンを露光することを繰り返
す、所謂ステップアンドリピート方式の装置、特に縮小
投影型の露光装置(ステッパー)が主流になっている。
このステップアンドリピート方式では、ウェハを2次元
移動するステージに載置してマスクの回路パターンの投
影像に対して位置決めするため、その投影像とウェハ上
の各チップとを精密に重ね合わせることができる。ま
た、縮小型露光装置の場合、マスクやレチクルに設けら
れた位置合わせ用のマークと、ウェハ上のチップに付随
したマークとを投影レンズを介して直接観察又は検出し
て位置合わせするスルーザレンズ方式のアライメント方
法と、投影レンズから一定距離だけ離して設けた位置合
わせ用の顕微鏡を使ってウェハ全体の位置合わせを行っ
た後、そのウェハを投影レンズの直下に送り込むオフア
クシス方式のアライメント方法との2つの方法がある。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】一般にスルーザレンズ
方式はウェハ上の各チップ毎に位置合わせすることか
ら、重ね合わせ精度は高くなるものの1枚のウェハの露
光処理時間が長くなるという問題がある。オスアクシス
方式の場合は、一度ウェハ全体の位置合わせが完了した
ら、チップの配列に従ってウェハをステッピングさせる
だけなので、露光処理時間は短縮される。しかしなが
ら、各チップ毎の位置合わせを行わないため、4ェハの
伸縮、ウェハのステージ上の回転誤差、ステージ自体の
移動の直交度等の影響で必ずしも満足な重ね合わせ精度
が得られなかった。 【0004】一方、スルーザレンズ方式のアライメント
系を持つ投影露光装置を用いた位置合わせ方法として、
例えば特開昭59−54225号公報には、ウエハ上の
複数のチップ領域のうち代表的ないくつかのチップ領域
に対して予めマスクとのアライメントを行い、そのアラ
イメント結果(チップ領域に設けられたマークの検出結
果)に基づいてウエハ上のチップ領域の配列の特性(傾
向)を求めてからステップアンドリピート方式でウエハ
を移動させる位置合わせ方法も提案されている。この方
法であれば、露光時にウエハ上の各チップ毎のアライメ
ントを行わなくてもよいため、1枚のウエハの処理時間
もそれ程長くならない。 【0005】 【0006】本発明は、基板上に形成された複数のチッ
プ(ショット領域)の全てについて、マスクのパターンの
投影位置等と位置合わせすることなく、ステップアンド
リピート方式で正確に回路パターンを形成することがで
きる方法を提供することを目的とする。 【0007】 【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は、回路素子を形成すべき基板(WA)上に
設計位置情報に従って予め規則的な配列で形成された複
数のショット領域(Cn)の各々と、重ね合せ露光すべ
き回路パターンの像とを相対的にアライメントし、その
回路パターン像をショット領域の各々に順次転写するこ
とによりショット領域内に回路パターンを形成する方法
に適用される。 【0008】そして本発明では、基板上の複数のショッ
ト領域のうち互いに隣り合わない3以上のn個のショッ
ト領域をアライメントショット領域として設定し、それ
らn個のアライメントショット領域の各々に付随したア
ライメントマークの位置情報を順次検出することによっ
て、それらn個のアライメントショット領域の各々の実
測位置情報Hnを決定する段階と、その基板上の複数の
ショット領域の配列特性が残存回転誤差、直交度誤差、
伸縮誤差の各成分を含む誤差パラメータ行列Aで規定さ
れるものとしたとき、該誤差パラメータ行列A内の各要
素の値をn個のアライメントショット領域の各々の設計
位置情報Dnと実測位置情報Hnとを用いた近似演算処
理によって算出する段階とを実行される。 【0009】さらに本発明では、算出された誤差パラメ
ータ行列Aの各要素の値に基づいて基板上の複数のショ
ット領域の各々と回路パターン像との相対的なアライメ
ント位置Fnを設計位置情報Dnに基づいた補正演算に
より算出し、該補正されたアライメント位置において重
ね合わせ露光を行う段階を実行するようにした。 【0010】 【作用】本発明においては、ウェハなどの基板上に形成
された複数のチップ(ショット)領域のうちの代表的な
n個のアライメントショット領域の各々に付随したアラ
イメントマークの位置情報を検出してそのn個のアライ
メントショット領域の各々の実測位置情報を決定すると
ともに、基板上の複数のショット領域の配列特性(残存
回転誤差、直交度誤差、伸縮誤差を含む)を規定する誤
差パラメータAをn個のアライメントショット領域の各
々と設計位置情報と実測位置情報とを用いて算出し、こ
の誤差パラメータに基づいて基板上の複数のショット領
域の各々と回路パターン像との相対的なアライメント位
置を決定しているので、基板上に形成されたすべてのシ
ョット領域に対して位置合わせ誤差が平均的に小さくな
り、基板上の各ショット領域に正確に回路パターンを形
成することが可能となる。 【0011】 【実施例】図1は本発明の方法を実施するのに好適な縮
小投影型露光装置の概略的な構成を示す斜視図である。
投影原版となるレチクルRは、その投影中心が投影レン
ズ1の光軸を通るように位置決めされて、装置に装着さ
れる。投影レンズ1はレチクルRに描かれた回路パター
ン像を1/5、又は1/10に縮小して、ウェハWA上
に投影する。ウェハホルダー2はウェハWAを真空吸着
するとともにx方向とy方向に2次元移動するステージ
3に対して微小回転可能に設けられている。駆動モータ
4はステージ3上に固定され、ウェハホルダー2を回転
させる。また、ステージ3のx方向の移動はモータ5の
駆動によって行われ、y方向の移動はモータ6の駆動に
よって行われる。ステージ3の直交する2辺には、反射
平面がy方向に伸びた反射ミラー7と、反射平面がx方
向に伸びた反射ミラー8とが各々固設されている。レー
ザ光波干渉測長器(以下単にレーザ干渉計と呼ぶ)9は
反射ミラー8にレーザ光を投射して、ステージ3のy方
向の位置(又は移動量)を検出し、レーザ干渉計10は
反射ミラー7にレーザ光を投射して、ステージ3のx方
向の位置(又は移動量)を検出する。投影レンズ1の側
方には、ウェハWA上の位置合わせ用のマークを検出
(又は観察)するために、オフアクシス方式のウェハア
ライメント顕微鏡(以下、WAMと呼ぶ)20、21が
設けられている。尚、WAM21は図1では投影レンズ
1の後にあり、図示されていない。WAM20、21は
それぞれ投影レンズ1の光軸AXと平行な光軸を有し、
x方向に細長く伸びた帯状のレーザスポット光YSP、
θSPをウェハWA上に結像する。(スポット光YS
P、θSPは図1では図示せず。)これらスポット光Y
SP、θSPはウェハWA上の感光剤(フォトレジス
ト)を感光させない波長の光であり、本実施例では微小
な振幅でy方向に振動している。そしてWAM20、2
1はマークからの散乱光や回折光を受光する光電素子
と、その光電信号をスポット光の振動周期で同期整流す
る回路とを有し、スポット光θSP(YSP)のy方向
の振動中心に対するマークのy方向のずれ量に応じたア
ライメント信号を出力する。従ってWAM20、21は
所謂スポット光振動走査型の光電顕微鏡と同等の構成の
ものである。 【0012】さて、本装置には投影レンズ1を介してウ
ェハWA上のマークを検出するレーザステップアライメ
ント(以下LSAと呼ぶ)光学系が設けられている。不
図示のレーザ光源から発生して、不図示のエクスパンダ
ー、シリンドリカルレンズ等を通ってきたレーザ光束L
Bはフォトレジスト感光させない波長の光で、ビームス
プリッター30に入射して2つの光束に分割される。そ
の一方のレーザ光束はミラー31で反射され、ビームス
プリッター32を通過して、結像レンズ群33で、横断
面が帯状のスポット光になるように収束された後、レチ
クルRと投影レンズ1との間に回路パターンの投影光路
を遮光しないように配置された第1折り返しミラー34
に入射する。第1折り返しミラー34はレーザ光束をレ
チクルRに向けて上方反射する。そのレーザ光束はレチ
クルRの下側に設けられて、レチクルRの表面と平行な
反射平面を有するミラー35に入射して、投影レンズ1
の入射瞳の中心に向けて反射される。ミラー35からの
レーザ光束は投影レンズ1によって収束され、ウェハW
A上にx方向に細長く伸びた帯状のスポット光LYSと
して結像される。スポット光LYSはウェハWA上でx
方向に伸びた回折格子状のマークを相対的にy方向に走
査して、そのマークの位置を検出するために使われる。
スポット光LYSがマークを照射すると、マークから回
折光が生じる。それら光情報は再び投影レンズ1、ミラ
ー35、ミラー34、結像レンズ群33、及びビームス
プリッター32に戻り、ビームスプリッタ32で反射さ
れて、集光レンズと空間フィルターから成る光学素子3
6に入射する。この光学素子36はマークからの回折光
(1次回折光や2次回折光)を透過させ、正反射光(0
次回折光)を遮断して、その回折光をミラー37を介し
て光電素子38の受光面に集光する。光電素子38は集
光した回折光の光量に応じた光電信号を出力する。以
上、ミラー31、ビームスプリッタ32、結像レンズ群
33、ミラー34,35、光学素子36、ミラー37、
及び光電素子38は、ウェハWA上のマークのy方向の
位置を検出するスルーザレンズ方式のアライメント光学
系(以下Y−LSA系と呼ぶ)を構成する。 【0013】一方、ビームスプリッター30で分割され
た別のレーザ光束は、ウェハWA上のマークのx方向の
位置を検出するスルーザレンズ方式のアライメント光学
系(以下X−LSA系と呼ぶ)に入射する。X−LSA
系はY−LSA系と全く同様に、ミラー41、ビームス
プリッター42、結像レンズ群43、ミラー44,4
5、光学素子46、ミラー47、及び光電素子48から
構成され、ウェハWA上にy方向に細長く伸びた帯状の
スポット光LXSを結像する。 【0014】主制御装置50は光電素子38、48から
の光電信号、WAM20、21からのアライメント信
号、及びレーザ干渉計9、10からの位置情報とを入力
して、位置合わせのための各種演算処理を行うととも
に、モータ4、5、6を駆動するための指令を出力す
る。この主制御装置50はマイクロコンピュータやミニ
コンピュータ等の演算処理部を備えており、その演算処
理部にはウェハWAに形成された複数のチップCPの設
計位置情報(ウェハWA上のチップ配列座標値等)が記
憶されている。 【0015】図2は上記WAM20、21とY−LSA
系、X−LSA系によるスポット光θSP、YSP、L
YS、LXSの投影レンズ1の結像面(ウェハWAの表
面と同一)における配置関係を示す平面図である。図2
において、光軸AXを原点とする座標系xyを定めたと
き、x軸とy軸はそれぞれステージ3の移動方向を表
す。図2中、光軸AXを中心とする円形の領域はイメー
ジフィールドifであり、その内側の矩形の領域はレチ
クルRの有効パターン領域の投影像Prである。スポッ
ト光LYSはイメージフィールドif内で投影像Prの
外側の位置で、かつx軸上に一致するように形成され、
スポット光LXSもイメージフィールドif内で投影像
Prの外側の位置で、かつy軸上に一致するように形成
される。一方、2つのスポット光θSP、YSPの振動
中心はx軸からy方向に距離Y0 だけ離れた線分(x軸
と平行)LL上に一致するように、かつそのx方向の間
隔DxがウェハWAの直径よりも小さな値になるように
定められている。本装置では、スポット光θSP、YS
Pはy軸に対して左右対称に配置されており、主制御装
置50は光軸AXの投影点に対するスポット光θSP、
YSPの位置に関する情報を記憶している。また、主制
御装置50は、光軸AXの投影点に対するスポット光L
YSのx方向の中心位置(距離Xl)とスポット光LX
Sのy方向の中心位置(距離Yl)に関する情報も記憶
している。 【0016】次に、この装置を使った本発明による位置
合わせ方法を装置の動作とともに図3のフローチャート
図を使って説明する。尚、この位置合わせはウェハWA
の第2層目以降について行われるものであり、ウェハW
A上にはチップと位置合わせ用のマークとがすでに形成
されている。まず、ウェハWAはステップ100で不図
示のプリアライメント装置を使って、ウェハWAの直線
的な切欠き(フラット)が一定の方向に向くように粗く
位置決めされる。ウェハWAのフラットは図1に示した
ように、x軸と平行になるように位置決めされる。 【0017】次にステップ101ではウェハWAはステ
ージ3のウェハホルダー2上に搬送され、フラットがx
軸と平行を保つようにウェハホルダー2上に載置され、
真空吸着される。そのウェハWAには例えば図4に示す
ように複数のチップCnがウェハWA上の直交する配列
座標αβに沿ってマトリックス状に形成されている。配
列座標αβのα軸はウェハWAのフラットとほぼ平行で
ある。図4では複数のチップCnのうち、代表して配列
座標αβのウェハWAのほぼ中心を通るα軸上に一列に
並んだチップC0 〜C6 のみを表してある。各チップC
0 〜C6 にはそれぞれ4つの位置合わせ用のマークG
Y、Gθ、SX、SYが付随して設けられている。 【0018】今、チップC0 〜C6 の中央のチップC3
の中心を配列座標αβの原点としたとき、α軸上にはα
方向に線状に伸びた回折格子状のマークSY0 〜SY6
が、夫々チップC0 〜C6 の右脇に設けられている。ま
た、チップC3 の中心を通るβ軸上にはβ方向に線状に
伸びた回折格子状のマークSX3 がチップC3 の下方に
設けられ、他のチップC0 、C1 、C2 、C4 、C5
6 についても同様にチップの中心を通りβ軸と平行な
線分上にマークSX0 〜SX2 、SX4 〜SX 6 が設け
られている。これらマークSYn 、SXn はそれぞれス
ポット光LYS、LXSによって検出されるものであ
る。 【0019】また各チップC0 〜C6 の下方にはウェハ
WAの全体の位置合わせ(グローバルアライメント)を
行うために使われるマークGY0 〜GY6 、Gθ0 〜G
θ6が設けられている。これらマークGYn 、Gθn
α軸と平行な線分上にα方向に線状に伸びた回折格子上
のパターンで形成されている。さらにα方向に一列に並
んだチップC0 〜C6 のうち、例えば左端のチップC0
のマークGY0 と右端のチップC6 のマークGθ6 との
α方向の間隔が、WAM20、21によるスポット光θ
SP、YSPの間隔DXと一致するように定められてい
る。 【0020】すなわち本実施例では離れた2ヶ所のマー
クGY0 とマークGθ6 を使ってオフアクシス方式でウ
ェハWAのグローバルアライメントを行う。このためそ
の他のマークGY1 〜GY6 、マークGθ0 〜Gθ5
本来不要であり、なくてもよい。要はウェハWAのα軸
と平行な(又は一致した)線分上にα方向に細長く伸び
た2つのマークが間隔DXだけ離れて存在すればよい。 【0021】さて、主制御装置50はプリアライメント
装置からウェハWAを受けるときのステージ3の位置情
報、その位置から、マークGY0 、Gθ6 がそれぞれW
AM21、20の検出(観察)視野内に位置するまでの
ステージ3の移動方向と移動量等の情報を装置固有の定
数として予め記憶している。そこで次のステップ102
において、主制御装置50は、まずモータ5、6を駆動
して、マークGY0 がWAM21の検出視野内に位置す
るように、ステージ3を位置決めする。その後、スポッ
ト光YSPの振動中心がマークGY0 のy方向の中心と
一致するように、主制御装置50はWAM21からのア
ライメント信号とレーザ干渉計9からの位置情報とに基
づいてステージ3をy方向に精密に位置決めする。スポ
ット光YSPの振動中心とマークGY0 の中心とが一致
したら、その状態が維持されるように主制御装置50は
モータ6をWAM21からのアライメント信号でサーボ
(フィードバック)制御したまま、マークGθ6 がWA
M20のスポット光θSPによって検出されるようにモ
ータ4を駆動してウェハホルダー2を回転させる。さら
に主制御装置50はスポット光θSPの振動中心とマー
クGθ6 のy方向の中心とが一致するように、WAM2
0からのアライメント信号でモータ4をサーボ制御す
る。 【0022】以上の一連の動作により、スポット光YS
PとマークGY0 が一致し、スポット光θSPとマーク
Gθ6 が一致し、ステージ3の移動座標系、すなわち座
標系xyに対するウェハWAの配列座標αβの回転ずれ
が補正されるとともに、座標系xyと配列座標αβのy
方向(β方向)の位置に関する対応付け(規定)が完了
する。 【0023】次にウェハWA上の中心部分に位置するチ
ップC3 のマークSX3 がX−LSA系のスポット光L
XSによって走査されるように、ステージ3を位置決め
した後、x方向に移動させる。この際主制御装置50は
光電素子48からの時系列的な光電信号とレーザ干渉計
10からの位置情報とに基づいて、マークSX3 がスポ
ット光LXSと一致したときのウェハWAのx方向の位
置を検出して記憶する。これによって、座標系xyと配
列座標αβのx方向(α方向)の位置に関する対応付け
が完了する。尚、このx方向の対応付けは、露光動作の
直前にX−LSA系を使う場合は不要である。 【0024】以上の動作により、オフアクシス方式のア
ライメントを主としたウェハWAのグローバルアライメ
ント(配列座標αβの座標系xyへの対応付け)が終了
する。そして従来の方法であればウェハWA上の各チッ
プの配列設計値(配列座標αβにおけるチップの中心座
標値)に基づいて、主制御装置50はレーザ干渉計9、
10からの位置情報を読み取ってレチクルRの投影像P
rがチップに重なり合うようにステージ3のステップア
ンドリピート方式による位置決め(アドレッシング)を
行った後そのチップに対して露光(プリント)を行う。 【0025】ところが、グローバルアライメントの完了
までに、アライメント検出系の精度、各スポット光の設
定精度、あるいはウェハWA上の各マークの光学的、形
状的な状態(プロセスの影響)による位置検出精度のば
らつき等によって誤差を生じ、ウェハWAのチップは座
標系xyに従って精密に位置合わせ(アドレッシング)
されるとは限らない。そこで本発明の実施例においては
その誤差(以下ショット・アドレス誤差と呼ぶ)を次の
4つの要因から生じたものとする。 【0026】(1)ウェハの回転;これは例えばウェハ
WAを回転補正する際、位置合わせの基準となる2つの
スポット光YSPとθSPとの位置関係が正確でなかっ
たために生じるものであり、座標系xyに対する配列座
標αβの残存回転誤差量θで表される。 (2)座標系xyの直交度;これはステージ3のモータ
5、6による送り方向が正確に直交していないこととに
より生じ、直交度誤差量wで表される。 【0027】(3)ウェハのx(α)方向とy(β)方
向の線形伸縮;これはウェハWAの加工プロセスによっ
てウェハWAが全体的に伸縮することがある。このた
め、チップの設計上の配列座標値に対して実際のチップ
位置がα、β方向に微小量だけずれることになり、特に
ウェハWAの周辺部で顕著になる。このウェハ全体の伸
縮量はα(x)方向とβ(y)方向とについてそれぞれ
Rx、Ryで表される。ただし、RxはウェハWA上の
x方向(α方向)の2点間の距離の実測値と設計値の
比、RyはウェハWA上のy方向(β方向)の2点間の
距離の実測値と設計値の比で表すものとする。従って、
Rx、Ryがともに1のときは伸縮なしである。 【0028】(4)x(α)方向、y(β)方向のオフ
セット;これは、アライメント系の検出精度ウェハホル
ダー2の位置決め精度等により、ウェハWAが全体的に
x方向とy方向に微小量だけずれることにより生じ、オ
フセット量Ox、Oyで表される。さて、図4にはウェ
ハWAの残存回転誤差量θと、ステージ3の直交度誤差
量wを誇張して表してある。 【0029】 この場合、直交座標系xyは実際は微小
量wだけ傾いた斜交座標系xy’になり、ウェハWAは
直交座標系xyに対してθだけ回転したものになる。上
記(1)〜(4)の誤差要因が加わった場合、設計位置
情報となる設計上での座標位置(Dxn、Dyn)のシ
ョット(チップ)について、回路パターン像の露光時に
実際に用いられる情報となる実際に位置決めすべきショ
ット位置(Fxn、Fyn)は以下のように表され
る。ただしnは整数でショット(チップ)番号を表す。 【0030】 【数1】【0031】ここでwはもともと微小量であり、θもグ
ローバルアライメントにより微小量に追い込まれている
から、一次近似を行うと式(1)は式(2)で表され
る。 【0032】 【数2】 【0033】この式(2)より、各ショット位置におけ
る設計値からの位置ずれ(εxn、εyn)は式(3)
で表される。 【0034】 【数3】 【0035】さて、式(2)を行列の演算式に書き直す
と、以下のようになる。 【0036】 【数4】Fn=A・Dn+O ・・(4) ただし、 【0037】 【数5】 【0038】 【数6】 【0039】 【数7】 【0040】 【数8】 【0041】そこで実際のショット(チップ)位置がマ
ークの検出により測定され、その実測値がHnとして検
出されたとき、位置決めすべきショット位置Fnとの位
置ずれ、すなわちアドレス誤差En(=Hn−Fn)を
最小にするように誤差パラメータA(変換行列)、O
(オフセット)を決定する。そこで評価関数として最小
二乗誤差をとるものとすると、アドレス誤差Eは式
(9)で表わされる。 【0042】 【数9】 【0043】そこで、アドレス誤差Eを最小にするよう
に誤差パラメータA,Oを決定する。ただし式(9)で
mはウエハWAの複数のチップのうち実測したチップの
数を表わす。さて誤差パラメータA,Oを求める際に、
最小二乗法を用いるものとすると、このままでは演算量
が多いため、誤差パラメータO(Ox,Oy)は別に前
もって決めておくものとする。オフセット量(Ox,O
y)はウエハWAのグローバルなオフセット値であるの
で、ウエハWA上の実測したチップ位置Hnの数mで設
計値(Dxn,Dyn)に対するアドレス誤差を平均化
した値にするとよい。 【0044】 【数10】 【0045】 【数11】 【0046】ところで位置決めすべきショット位置Fn
と実測値Hnとの誤差Enのうち、x方向の成分Exn
は、式(4)〜式(8)から、 【0047】 【数12】 【0048】 Exn=Hxn−Fxn =Hxn−a11Dxn−a12Dyn−Ox・・(12) となり、誤差Enのy方向の成分Eynは同様に、 【0049】 【数13】 Eyn=Hyn−Fyn =Hyn−a21Dxn−a22Dyn−Oy・・(13) となる。そこで式(9)の誤差Eを最小にするように誤
差パラメータAを決定すると、要素a11,a12,a21
22は以下のようになる。 【0050】 【数14】 【0051】 【数15】 【0052】 【数16】 【0053】 【数17】 【0054】要素a11,a12,a21,a22が求まれば、
式(6)より線形伸縮量Rx,Ry,残存回転誤差量
θ、直交度誤差量wはただちに求められる。 Rx=a11 ・・・(18) Ry=a22 ・・・(19) θ=a21/Ry=a21/a22 ・・・(20) w=−(a21/Ry)−(a12/Rx) =−(a21/a22)−(a12/a11)・・・(21) 従って誤差パラメータA,Oを決定するためには、グロ
ーバルアライメント終了後ウエハWA上のいくつか(4
つ以上)のチップについて、X−LSA、Y−LSA系
を用いてマークSXn,SYnの位置を実測して実測値
(Hxn、Hyn)を求めるとともに、実測したチップ
の設計値(Dxn,Dyn)を使って、式(10),
(11),(14)〜(17)の演算を行えばよい。そ
こで、図3のフローチャート図に戻って動作の説明を続
ける。主制御装置50はグローバルアライメントが終了
した後、ウエハWAの複数のチップの位置を計測する。
まずステップ103で主制御装置50はX−LSA系の
スポット光LXSが図4中の左端のチップC0 に付随し
たマークSX0 と平行に並ぶように、配列設計値に基づ
いてステージ3を位置決めした後、マークSX0 がスポ
ット光LXSを横切るようにステージ3をx方向に一定
量だけ移動(走査)する。 【0055】この移動の間、主制御装置50は光電素子
48の時系列的な光電信号の波形をレーザ干渉計10か
らのx方向の位置情報に対応付けて記憶し、波形状態か
らマークSX0 とスポット光LXSとがx方向に関して
一致した時点の位置x0 を検出する。次に主制御装置5
0はステップ104でY−LSA系のスポット光LYS
がチップC0 に付随したマークSY0 と平行に並ぶよう
に配列設計値に基づいてステージ3を位置決めする。そ
の後、マークSY0 がスポット光LYSを横切るように
ステージ3をy方向に一定量だけ移動する。 【0056】このとき主制御装置50は光電素子38の
時系列的な光電信号の波形をレーザ干渉計9からのy方
向の位置情報と対応付けて記憶し、波形状態からマーク
SY 0 とスポット光LYSとがy方向に関して一致した
時点の位置y0 を検出する。そして主制御装置50はス
テップ105でm個のチップについて同様の位置検出を
行なったか否かを判断して、否のときはステップ106
に進み、ウエハWA上の別のチップまで配列設計値に基
づいてステージ3を移動させ、ステップ103から再び
同様の位置検出動作を繰り返す。 【0057】本実施例では、例えば図5に示すように配
列座標αβの各軸上に沿ってウエハWAの中心からほぼ
等距離に位置する4つのチップC0 ,C6 ,C7 ,C8
と中央のチップC3 の計5つのチップの各々についてス
テップ103、104の位置検出が行われるものとす
る。従ってステップ105でm=5と判断された時点で
主制御装置50には、5つの実測値(Hxn,Hyn)
が記憶されることになる。すなわち、 (Hx1 ,Hy1 )=(x0 ,y0 )・・・チップC0 (Hx2 ,Hy2 )=(x3 ,y3 )・・・チップC3 (Hx3 ,Hy3 )=(x6 ,y6 )・・・チップC6 (Hx4 ,Hy4 )=(x7 ,y7 )・・・チップC7 (Hx5 ,Hy5 )=(x8 ,y8 )・・・チップC8 の5つの実測値が順次検出される。 【0058】さらにこの5つの実測値を検出するとき、
あるチップの実測値がそのチップの設計値(Dxn,D
yn)にくらべて大きく異なっていた場合、例えばグロ
ーバルアライメントによって決まる位置決め精度の2倍
以上、異なっていた場合には、そのチップでの実測値を
無視し、例えばそのチップの隣のチップについてマーク
位置の実測を行う。これは実測しようとしたチップのマ
ークが加工プロセスによってたまたま変形した場合、そ
のマークにゴミが付着していた場合、そのマークの光学
像のコントラスト(回折光の発生強度)が弱く、光電信
号のS/N比が低い場合等に生じる位置計測の精度劣化
を補うためであり、このような追加的な実測が本発明の
特徴的な手順として実行される。 【0059】尚、位置計測の精度劣化を補う方法として
は、あらかじめ6つ以上のチップ、例えば図5中で配列
座標のαβの4つの象現の各々に位置するチップに加え
て、計9つのチップについて位置計測を行ない、その9
つの実測値の中から各チップの設計値(Dxn,Dy
n)に最も近い順に5つの実測値を選びだす方法、又
は、単に設計値(Dxn,Dyn)と大きく異なる実測
値(Hxn,Hyn)を以降の演算処理に使わないよう
にする方法等がある。 【0060】次に主制御装置50はステップ107にお
いて先の式(10),(11)、及び式(14)〜(1
7)に基づいて誤差パラメータA,Oを決定する。この
決定にあたって、主制御装置50は上記5つの実測値を
検出した各チップの5つの設計値を予め選出しており、
その設計値(Dxn,Dyn)を以下のように記憶して
いるものとする。 【0061】 (Dx1 ,Dy1 )=(x0',y0')・・・チップC0 (Dx2 ,Dy2 )=(x3',y3')・・・チップC3 (Dx3 ,Dy3 )=(x6',y6')・・・チップC6 (Dx4 ,Dy4 )=(x7',y7')・・・チップC7 (Dx5 ,Dy5 )=(x8',y8')・・・チップC8 また実際の誤差パラメータA,Oの決定に先立って、5
つのチップの各位置計測(所謂、ステップアライメン
ト)が終る毎に、例えば図3のステップ106でステー
ジ3を移動している間に、式(10),(11),(1
4)〜(17)の一部の演算を同時に実行していくこと
ができる。すなわち、式(10),(11),(14)
〜(17)の中で各チップ毎のデータ(実測値、設計
値)の代数和を表わす演算要素については、1つのチッ
プの実測(ステップアライメント)が終了する毎に順次
加算する。その演算要素は以下の通りである。 【0062】 【数22】 【0063】さらにこれら演算要素のうち、ウエハWA
上の実測すべきチップが予め決まっていて、変更がない
場合は、設計値(Dxn,Dyn)のみを含む演算要素
について図3中のステップ103,104,105,1
06の実行前に算出しておくこともできる。このように
実測値の計測動作と平行して、一部の演算を行っていけ
ば、総合的なアライメント時間はそれほど長くはならな
い。そして、5つの実測値が得られた段階で主制御装置
50は上記演算要素の結果を使って、式(10),(1
1)でオフセット量(Ox,Oy)を算出した後、その
オフセット値と上記演算要素の結果を使ってさらに式
(14)〜(17)で配列の要素a11,a12,a21,a
22を算出する。 【0064】以上の演算動作により、誤差パラメータ
A,Oが決定されるので、主制御装置50の次のステッ
プ108で先の式(4)を使って、ウエハWAの各チッ
プについて位置決めすべき位置、すなわち誤差パラメー
タによって補正されたショットアドレス(Fxn,Fy
n)を算出し、記憶手段(半導体メモリ)上に、設計値
(Dxn,Dyn)に対して補正されたチップの配列マ
ップ(ショットアドレス表)を作成する。この配列マッ
プは例えばチップC0 に対しては位置(Fx0 ,F
0 )、チップC1 に対しては位置(Fx1 ,F
1 )、・・・・・という具合に、チップの番号に対応
して、各位置データを記憶している。 【0065】次に主制御装置50は図3のステップ10
9において、記憶された配列マップに従ってステップア
ンドリピート方式でステージ3を位置決め(アドレッシ
ング)する。これによってウエハWA上のチップとレチ
クルRの投影像Prとが正確に重なり合い、次のステッ
プ110でそのチップに投影像Prを露光(プリント)
する。 【0066】そしてステップ111でウエハWA上の全
チップの露光が完了していないときは、再びステップ1
09から同様にステップアンドリピート動作を繰り返
す。このステップ111でウエハWA上の全チップの露
光が終了したと判断されたら、次のステップ112でウ
エハWAのアンロードを行ない、一枚のウエハの露光処
理がすべて終了する。 【0067】以上、本発明の実施例からも明らかなよう
に、ウエハWA上でステップアライメントするチップの
数が多い程、計測精度は向上するが、それだけ計測時間
が増大する。そのため計測時間の短縮化と計測精度の向
上との兼ね合いから、ステップアライメントするチップ
は図5に示したような配置の5つに選ぶことが望まし
い。しかしながら、重ね合わせ露光する回路パターンの
最小線幅がそれほど細くなく(例えば2〜5μm)、あ
まり計測精度をあげる必要がない場合等には、ウエハW
A上の互いに離れた3つのチップ(例えばC0 ,C6
7 )についてステップアライメント(チップの位置計
測)を行えば十分であり、計測時間はより短縮される。 【0068】また、ステップアライメントの際、各チッ
プのx方向とy方向の位置をともに検出するのではな
く、ステップアライメントする複数のチップに付随した
マークSXnの夫々を、X−LSA系のスポット光LX
Sで一括に相対走査(ステージスキャン)して、各チッ
プのx方向の位置のみを検出した後、各チップのマーク
SYnの夫々をY−LSA系のスポット光LYSで一括
走査して各チップのy方向の位置を検出するようにして
もよい。このようにすると、チップの配列上の同一列又
は同一行に実測すべきチップが複数個存在するときに
は、個々のチップ毎にx方向とy方向の位置検出をとも
に行うよりも高速な位置計測が期待できる。 【0069】また主制御装置50は不図示のキーボード
装置から、ウエハWA上のどのチップについてステップ
アライメントするかを任意に選択するようなデータを入
力するようにすれば、ウエハWAの処理条件により変化
する表面状態(特にマーク形状)に対して、よりフレキ
シブルに対応でき、位置計測の精度向上が期待できる。 【0070】また式(10),(11)を使ったオフセ
ット量(Ox,Oy)の決定にあたっては、例えばウエ
ハWAの中心から指定範囲内にあるチップの位置計測結
果だけを用いるようにしてもよい。その指定範囲として
は例えばウエハWAの直径の半分の直径を有する円内に
定めたり、その範囲の大きさをウエハWAにチップやマ
ークを形成したときの露光装置(縮小投影型、等倍プロ
ジェクション、プロキシミテイ等のステッパー)の精度
特性に応じて任意に可変したりするとよい。 【0071】また本実施例では、ウエハWAの全チップ
について式(4)を適用して、ステップアンドリピート
方式のアドレッシングを行うようにしたが、ウエハWA
の表面をいくつかの領域(ブロック)に分割し、個々の
ブロック毎に最適なアライメントを行なう、所謂ブロッ
クアライメントにおいても全く同様に式(4)を適用す
ることができる。 【0072】例えば図5において、配列座標αβの各象
現内に位置する4つのチップと、図示の5つのチップC
0 ,C3 ,C6 ,C7 ,C8 との計9つのチップについ
てステップアライメントを行なって、各チップの位置の
実測値を検出した後、配列座標αβの各象現毎に式(1
0),(11),(14)〜(17)を使って誤差パラ
メータA,Oを決定し、さらに式(4)を使って、位置
(Fxn,Fyn)を算出するようにする。 【0073】例えば配列座標のαβの第1象現のブロッ
クについては、第1象現内の1つのチップと、チップC
3 ,C6 ,C7 との4つのチップの実測値を使って式
(4)を決定し、第2象現内のブロックについては第2
象現内の1つのチップとチップC0 ,C3 ,C7 との4
つのチップの実測値を使って式(4)を決定する。そし
て、実際の露光のときは、各ブロック毎に決定された式
(4)からのショット位置(Fxn,Fyn)に基づい
て、ウエハWA上のチップを投影像Prと位置合せす
る。 【0074】このようにすると、ウエハ上での非線形要
素による位置検出、位置合せの不良が低減するととも
に、従来のブロックアライメントとは異なり、平均化要
素を残したままブロック化できるので、各ブロック内で
の重ね合せ精度がどのチップでもほぼ平均しているとい
う利点がある。そればかりでなく、ステッパー以外の露
光装置、特にミラー投影露光装置との混用の際にも大き
な利点を得ることができる。 【0075】一般にミラー投影露光装置で焼かれたウエ
ハのチップ配列は、湾曲していることが多い。そこでス
テッパーにより、そのウエハに重ね合せ露光を行なう場
合(混用;ミックス・アンド・マッチ)、上記のような
ブロックアライメントを行なえば、各ブロック内ではチ
ップ配列の湾曲が無視できる程、小さくなるため、ウエ
ハ全面に渡って極めて重ね合せ精度の高い焼き付けが可
能となる。 【0076】以上、本発明の実施例に好適な露光装置に
おいては、レーザのスポット光をウエハWA上のマーク
に照射して、マーク(チップ)の位置を検出したが、ス
ポット光をウエハWA上で単振動させたり、等速直線走
査させたりするアライメント系、又はレチクルR上のマ
ークとウエハWA上のマークとを、レチクルRの上方に
配置した顕微鏡対物レンズを介して観察(検出)して位
置合せを行なう、所謂ダイ・バイ・ダイアライメント光
学系を使った露光装置でも全く同様に実施できる。 【0077】この場合、ダイ・バイ・ダイアライメント
時にレチクルRを位置合せのためにx,y方向に微動さ
せないものとすれば、レチクルR上のマークの投影像
が、本実施例のスポット光LXS,LYSに相当するこ
とになる。またレチクルRを微動させる方式のもので
は、まずレチクルRを原点位置に正確に合せて設定す
る。そして複数のチップのステップアライメント(実
測)の際、配列設計値にしたがってステージをステッピ
ングさせた後、レチクルRのマークと実測すべきチップ
のマークとが所定の位置関係になるようにレチクルRを
微動し、レチクルRの原点からのx,y方向への移動量
を検出することによって、そのチップの位置の実測値
(Hxn,Hyn)を算出することができる。 【0078】また本実施例ではオフセット量(Ox,O
y)を別に単独に求めるようにして演算処理の簡素化を
計ったが、式(9)のアドレス誤差Eを最小にするよう
な誤差パラメータA,Oを厳密な演算処理によって算出
してもよいことは言うまでもない。 【0079】 【発明の効果】以上本発明によれば、ウェハ等の基板上
の複数のチップパターン(ショット領域)の全てに対し
て位置合わせ誤差が平均的に小さくなり、1枚の基板か
ら取れる良品チップの数が多くなり、半導体素子の生産
性を向上させることができる。また、基板上の複数のシ
ョット領域の夫々を回路パターン像に対して位置合わせ
する際は、いくつかのショット領域の実測位置情報を使
って算出されたアライメント位置に基づいて基板の位置
合わせを行うので、基板上の各領域毎に位置情報を実測
して位置合わせを行う方法よりもスループットが高くな
るといった特徴がある。また、いくつかのショット領域
の実測位置情報と設計位置情報とを用いた演算を行っ
て、各ショット領域の実際の露光位置(アライメント位
置)と設計位置情報との関係を定める誤差パラメータA
を決定しているが、実測のときに発生する機械的、又は
電気的なランダムな誤差が演算によって平均化されるこ
とになるため、誤差パラメータAはそのようなランダム
成分の影響を受けにくいといった利点もある。 【0080】尚、本発明は縮小投影型の露光装置に限ら
ず、ステップアンドリピート方式の露光装置、例えば等
倍の投影型ステッパーやプロキシミテイタイプのステッ
パー(X線露光装置)等に広く応用できるものである。
また露光装置以外でも半導体ウエハや複数のチップパタ
ーンを有するフォトマスク等を検査する装置(欠陥検
査、プローバ等)でチップ毎にステップアンドリピート
方式で検査視野やプローブ針等の基準位置に位置合せす
るものにおいても、同様に本発明を実施することができ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [0001] BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exposure for a semiconductor manufacturing apparatus.
Equipment, especially on a board in a step-and-repeat fashion.
Method of forming a circuit pattern suitable for an apparatus that exposes a cut area
Method, especially with masks and reticles that serve as masters for exposure.
Regarding alignment with the semiconductor wafer etc. to be exposed
You. [0002] 2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor devices such as ICs and LSIs have been rapidly increasing.
The miniaturization and high-density are rapidly progressing.
The mask or reticle circuit pattern onto a semiconductor wafer
Exposure equipment that transfers images by overlaying them on the formed circuit pattern
More and more high-precision devices are required. trout
Circuit pattern on the wafer and the circuit pattern on the wafer
It is required to overlap with an accuracy within 0.1 μm,
For this reason, at present, this type of exposure equipment is
To a local area (for example, one chip) on the wafer.
Then, step the wafer by a certain distance
Repeatedly exposing the circuit pattern of the mask
So-called step-and-repeat type device, especially reduction
Projection type exposure apparatuses (steppers) have become mainstream.
In this step and repeat method, the wafer is two-dimensionally
Place it on a moving stage and project the mask circuit pattern.
To position with respect to the image, the projected image and the wafer
Can be precisely overlapped with each chip. Ma
In the case of a reduction type exposure apparatus, a mask or reticle
Alignment mark and chip on wafer
And directly observe or detect the mark through the projection lens.
Through-the-lens alignment method
Method and the position provided at a certain distance from the projection lens.
Alignment of the entire wafer using a microscope for alignment
After that, the wafer is sent directly beneath the projection lens.
There are two methods, an alignment method of the cis system. [0003] SUMMARY OF THE INVENTION Generally, a through-the-lens
Is the method to align each chip on the wafer?
Therefore, although the overlay accuracy is high, the exposure of one wafer
There is a problem that the light processing time becomes long. Male Axis
In the case of the method, the alignment of the whole wafer is completed once
Step the wafer according to the chip arrangement
, The exposure processing time is reduced. But
Since the alignment of each chip is not performed,
Expansion and contraction, wafer rotation error on the stage,
Satisfactory overlay accuracy due to influence of orthogonality of movement
Was not obtained. On the other hand, through-the-lens alignment
As an alignment method using a projection exposure apparatus having a system,
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No.
Some typical chip areas among multiple chip areas
Alignment with the mask in advance,
Results (detection of marks provided in the chip area)
Of the chip area arrangement on the wafer based on the
Direction) and then step-and-repeat wafer
A positioning method for moving the position has also been proposed. This one
Method, align each chip on the wafer during exposure.
Processing time for one wafer
Is not so long. [0005] According to the present invention, a plurality of chips formed on a substrate are provided.
For all of the shots (shot areas), the mask pattern
Step and step without alignment with projection position
The circuit pattern can be accurately formed by the repeat method.
The purpose is to provide a method that can be used. [0007] [MEANS FOR SOLVING THE PROBLEMS] To achieve this object
In addition, the present invention provides a method for forming a circuit element on a substrate (WA).
Duplicates formed in a regular array in advance according to the design position information
Number of shot areas (Cn), and
Relative alignment with the circuit pattern image
The circuit pattern image is sequentially transferred to each of the shot areas.
For forming a circuit pattern in a shot area by using
Applied to In the present invention, a plurality of shots on a substrate are provided.
N or more n shots that are not adjacent to each other
Set the alignment area as the alignment shot area,
Are associated with each of the n alignment shot regions.
By sequentially detecting the position information of the alignment mark,
Of each of the n alignment shot regions.
Determining the position measurement information Hn;
Arrangement characteristics of shot area are residual rotation error, orthogonality error,
Defined by an error parameter matrix A containing each component of the expansion error
, Each element in the error parameter matrix A
Design the elementary value of each of the n alignment shot areas
Approximate calculation using position information Dn and measured position information Hn
And calculating the value according to the logic. Further, in the present invention, the calculated error parameter
Based on the value of each element of the data matrix A
Relative alignment of each of the
To the correction position based on the design position information Dn.
Calculated at the corrected alignment position.
The step of performing the joining exposure is performed. [0010] According to the present invention, it is formed on a substrate such as a wafer.
Representative of multiple chip (shot) areas
Alignment associated with each of the n alignment shot areas
The position information of the alignment mark is detected and the n
When the measured position information of each of the
In both cases, the arrangement characteristics of the multiple shot areas on the substrate (remaining
(Including rotation error, orthogonality error, and expansion / contraction error)
The difference parameter A is set for each of the n alignment shot areas.
It is calculated using the design position information and the measured position information.
Multiple shot areas on the board based on the
Relative alignment of each circuit area with the circuit pattern image
Position, so that all the chips formed on the substrate
The positioning error is small on average for the
Circuit pattern on each shot area on the board.
Can be achieved. [0011] FIG. 1 shows a preferred embodiment for implementing the method of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view illustrating a schematic configuration of a small projection type exposure apparatus.
The reticle R serving as a projection master has a projection center whose projection center is
Is positioned so that it passes through the optical axis of
It is. The projection lens 1 is a circuit pattern drawn on the reticle R.
Image is reduced to 1/5 or 1/10, and
Projected onto Wafer holder 2 vacuum sucks wafer WA
Stage that moves two-dimensionally in the x and y directions
3 is provided so as to be able to rotate minutely. Drive motor
4 is fixed on the stage 3 and rotates the wafer holder 2
Let it. The movement of the stage 3 in the x direction is
The movement in the y direction is performed by driving the motor 6.
This is done. Reflection on the two orthogonal sides of stage 3
The reflecting mirror 7 has a plane extending in the y direction, and the reflecting plane has an x direction.
The reflection mirrors 8 extending in the directions are fixedly provided. Leh
The lightwave interferometer (hereinafter simply referred to as laser interferometer) 9
The laser beam is projected on the reflection mirror 8 and the
Direction (or the amount of movement), the laser interferometer 10
The laser beam is projected on the reflection mirror 7 and the x direction of the stage 3 is projected.
Direction (or the amount of movement) is detected. The side of the projection lens 1
Detects alignment marks on wafer WA
(Or to observe)
Lighting microscopes (hereinafter referred to as WAMs) 20, 21
Is provided. The WAM 21 is a projection lens in FIG.
After 1 and not shown. WAM 20, 21
Each has an optical axis parallel to the optical axis AX of the projection lens 1,
a belt-like laser spot light YSP elongated in the x direction,
θSP is imaged on the wafer WA. (Spot light YS
P and θSP are not shown in FIG. ) These spot lights Y
SP and θSP are photosensitizers (photoresist
G) is light of a wavelength that does not expose
It vibrates in the y-direction with a large amplitude. And WAM 20, 2
1 is a photoelectric element that receives scattered light and diffracted light from the mark
Rectifies the photoelectric signal synchronously with the spot light oscillation cycle.
And the y-direction of the spot light θSP (YSP)
Corresponding to the amount of deviation of the mark from the vibration center in the y direction.
Output the alignment signal. Therefore, WAM 20, 21
The same configuration as the so-called spot light vibration scanning type photoelectric microscope
Things. By the way, the present apparatus is provided with a projection lens 1 through a projection lens 1.
Laser step alignment for detecting marks on wafers
(Hereinafter referred to as LSA) optical system. Unfortunate
An expander (not shown) generated from the laser light source shown
Laser beam L that has passed through a cylindrical lens, etc.
B is light of a wavelength that does not expose the photoresist,
The light enters the splitter 30 and is split into two light beams. So
One of the laser beams is reflected by the mirror 31 and
After passing through the pretter 32, the image forming lens group 33 crosses
After converging so that the surface becomes a strip-shaped spot light,
Projection optical path of a circuit pattern between the lens R and the projection lens 1
First folding mirror 34 arranged so as not to block light
Incident on. The first folding mirror 34 reflects the laser beam.
The light is reflected upward toward the tickle R. The laser beam is retic
Provided below the reticle R and parallel to the surface of the reticle R.
The light enters the mirror 35 having a reflection plane, and the projection lens 1
Is reflected toward the center of the entrance pupil of. From mirror 35
The laser beam is converged by the projection lens 1 and the wafer W
A strip-shaped spot light LYS elongated in the x direction on A
The image is formed. The spot light LYS is x on the wafer WA.
Runs the diffraction grating mark extending in the y direction relatively in the y direction.
To determine the position of the mark.
When the spot light LYS irradiates the mark, it turns from the mark.
Light folding occurs. The optical information is again stored in the projection lens 1, Mira
-35, mirror 34, imaging lens group 33, and beams
Returning to the splitter 32, the beam is reflected by the beam splitter 32.
Optical element 3 consisting of a condenser lens and a spatial filter
6 is incident. This optical element 36 is the diffracted light from the mark
(First-order diffracted light or second-order diffracted light), and specularly reflected light (0
Next diffracted light), and the diffracted light is
To focus the light on the light receiving surface of the photoelectric element 38. The photoelectric element 38 is a collection
A photoelectric signal corresponding to the amount of the emitted diffracted light is output. Less than
Top, mirror 31, beam splitter 32, imaging lens group
33, mirrors 34 and 35, optical element 36, mirror 37,
And the photoelectric element 38 is provided in the y direction of the mark on the wafer WA.
Through-the-lens type alignment optics to detect position
(Hereinafter referred to as Y-LSA system). On the other hand, the beam splitter 30
Another laser beam is emitted from the mark on the wafer WA in the x direction.
Through-the-lens type alignment optics to detect position
System (hereinafter referred to as X-LSA system). X-LSA
The mirror 41 and beam beam system are exactly the same as the Y-LSA system.
Pretitter 42, imaging lens group 43, mirrors 44, 4
5, from the optical element 46, the mirror 47, and the photoelectric element 48
And a belt-like shape elongated in the y-direction on the wafer WA.
An image of the spot light LXS is formed. The main control unit 50 receives signals from the photoelectric elements 38 and 48.
Photoelectric signal, alignment signal from WAM20, 21
And the position information from the laser interferometers 9 and 10
And perform various arithmetic processing for alignment.
Command to drive the motors 4, 5, 6
You. The main controller 50 is a microcomputer or mini
An arithmetic processing unit such as a computer is provided.
A plurality of chips CP formed on the wafer WA are
Total position information (chip array coordinate values on wafer WA, etc.) is recorded.
Remembered. FIG. 2 shows the WAMs 20, 21 and Y-LSA.
, SP-YSP, L-SPA
Image plane of projection lens 1 of YS, LXS (table of wafer WA)
FIG. 7 is a plan view showing an arrangement relationship in the same plane). FIG.
Defines a coordinate system xy with the optical axis AX as the origin.
And the x-axis and the y-axis respectively indicate the moving directions of the stage 3.
You. In FIG. 2, a circular area centered on the optical axis AX is an image.
And the inner rectangular area is a retic
It is a projection image Pr of the effective pattern area of the vehicle R. Spot
The light LYS of the projection image Pr in the image field if
Formed at an outer position and coincident on the x-axis,
Spot light LXS is also projected image in image field if
Formed outside of Pr and on y-axis
Is done. On the other hand, vibration of two spot lights θSP and YSP
Center is distance Y in x direction from x axis0Line segment (x-axis
So as to match on LL and between its x-directions
So that the distance Dx is smaller than the diameter of the wafer WA.
Stipulated. In this device, the spot light θSP, YS
P is symmetrically arranged with respect to the y-axis,
The device 50 is a spot light θSP with respect to the projection point of the optical axis AX,
Information on the position of the YSP is stored. In addition,
The control device 50 controls the spot light L for the projection point of the optical axis AX.
YS x-direction center position (distance Xl) and spot light LX
Information about the center position (distance Yl) of S in the y direction is also stored.
doing. Next, the position according to the present invention using this device is described.
The flowchart of FIG.
This will be described with reference to the drawings. Note that this alignment is performed for the wafer WA.
Of the second and subsequent layers of the wafer W
Chip and alignment mark already formed on A
Have been. First, the wafer WA is unillustrated in Step 100.
Using the pre-alignment device shown, a straight line
Rough so that the notch (flat) faces in a certain direction
Positioned. The flat of the wafer WA is shown in FIG.
Thus, it is positioned so as to be parallel to the x-axis. Next, at step 101, the wafer WA is
Is transferred onto the wafer holder 2 of the page 3 and the flat is x
Placed on the wafer holder 2 so as to keep it parallel to the axis,
Vacuum adsorbed. FIG. 4 shows the wafer WA, for example.
So that a plurality of chips Cn are orthogonally arranged on the wafer WA.
It is formed in a matrix along the coordinates αβ. Arrangement
The α axis of the column coordinates αβ is almost parallel to the flat of the wafer WA.
is there. In FIG. 4, among the plurality of chips Cn, the arrangement is representative.
In a line on the α axis passing through the center of the wafer WA at the coordinates αβ
Lined chips C0~ C6Only is shown. Each chip C
0~ C6Has four alignment marks G each
Y, Gθ, SX, and SY are provided in association therewith. Now, chip C0~ C6Center chip CThree
Is the origin of the array coordinates αβ, α
Grating SY extending linearly in the direction0~ SY6
But each chip C0~ C6It is provided on the right side of. Ma
The chip CThreeLinearly in the β direction on the β axis passing through the center of
Extended diffraction grating mark SXThreeIs chip CThreeBelow
Provided and another chip C0, C1, CTwo, CFour, CFive,
C6Also goes through the center of the chip and is parallel to the β axis.
Mark SX on line segment0~ SXTwo, SXFour~ SX 6Provided
Have been. These marks SYn, SXnAre each
Detected by the pot light LYS, LXS
You. Each chip C0~ C6Under the wafer
WA alignment (global alignment)
Mark GY used to do0~ GY6, Gθ0~ G
θ6Is provided. These marks GYn, GθnIs
On a diffraction grating linearly extending in the α direction on a line parallel to the α axis
The pattern is formed as follows. Furthermore, line up in the α direction
D Chip C0~ C6Among them, for example, the chip C at the left end0
Mark GY0And the rightmost tip C6Mark Gθ6With
The interval in the α direction is the spot light θ by the WAMs 20 and 21.
It is determined to match the distance DX between SP and YSP.
You. In other words, in this embodiment, two
GY0And mark Gθ6Off-axis using
Perform global alignment of wafer HA. Because of this
Other mark GY1~ GY6, Mark Gθ0~ GθFiveIs
It is essentially unnecessary and may not be necessary. In short, the α axis of the wafer WA
Elongate in the α direction on a line parallel to (or coincident with)
It is sufficient that the two marks are present at a distance DX. Now, main controller 50 performs pre-alignment.
Position of stage 3 when wafer WA is received from equipment
From the position, mark GY0, Gθ6Is W
AM21, 20 until it is located within the detection (observation) field of view
The information such as the direction and amount of movement of the stage 3 is determined by the device
It is stored in advance as a number. Therefore, the next step 102
, The main controller 50 first drives the motors 5 and 6
And mark GY0Is located within the detection field of view of WAM21
So that the stage 3 is positioned. After that,
The center of vibration of light YSP is marked GY0With the center in the y direction
Main controller 50 receives the address from WAM 21 so that they match.
Based on the alignment signal and the position information from the laser interferometer 9.
Then, the stage 3 is precisely positioned in the y direction. Sports
Center of vibration of light YSP and mark GY0Coincides with the center of
Then, the main control device 50
Servo motor 6 with alignment signal from WAM 21
(Feedback) Mark Gθ while controlling6Is WA
M20 so that it is detected by the spot light θSP of M20.
The data holder 4 is driven to rotate the wafer holder 2. Further
The main controller 50 determines the oscillation center of the spot light θSP and the marker.
Ku Gθ6WAM2 so that the center of the
Servo control the motor 4 with the alignment signal from 0
You. By the above series of operations, the spot light YS
P and mark GY0Coincides with the spot light θSP and marks
6Coincide with each other, and the moving coordinate system of the stage 3, that is,
Rotational deviation of array coordinates αβ of wafer WA with respect to reference system xy
Is corrected, and y of the coordinate system xy and the array coordinates αβ
The association (regulation) regarding the position in the direction (β direction) is completed.
I do. Next, a chip located at the center of the wafer WA
Top CThreeMark SXThreeIs an X-LSA spot light L
Position stage 3 to be scanned by XS
Then, it is moved in the x direction. At this time, the main controller 50
Time-series photoelectric signal from photoelectric element 48 and laser interferometer
SX based on the position information fromThreeIs sport
Position of the wafer WA in the x-direction when the position coincides with the cut light LXS.
Location is detected and stored. With this, the coordinate system xy and the
Correlation of column coordinates αβ with respect to position in x direction (α direction)
Is completed. Incidentally, the correspondence in the x direction is determined by the exposure operation.
This is unnecessary when the X-LSA system is used immediately before. By the above operation, the off-axis system arc
Global alignment of wafer WA mainly for liment
(The mapping of the array coordinates αβ to the coordinate system xy) is completed.
I do. In the case of the conventional method, each chip on the wafer WA is used.
Array design value (center of chip at array coordinates αβ
Based on the standard value, main controller 50 controls laser interferometer 9,
10 is read and the projected image P of the reticle R is read.
r so that r overlaps the chip
Positioning (addressing) by repeat method
After that, the chip is exposed (printed). However, the completion of global alignment
By the time, the accuracy of the alignment detection system and the setting of each spot light
Constant accuracy or optical and shape of each mark on wafer WA
Of position detection accuracy due to physical condition (effect of process)
Errors may occur due to fluctuations, etc.
Precise positioning (addressing) according to the reference system xy
Not always. Therefore, in the embodiment of the present invention,
The error (hereinafter referred to as shot address error) is
It is assumed to have arisen from four factors. (1) Rotation of wafer; this is, for example, wafer
When correcting the rotation of WA, there are two
Positional relationship between spot light YSP and θSP is not accurate
Array coordinates for the coordinate system xy
It is represented by the remaining rotation error amount θ of the target αβ. (2) the orthogonality of the coordinate system xy; this is the motor of stage 3
That the feed directions by 5 and 6 are not exactly orthogonal
And is represented by an orthogonality error amount w. (3) The x (α) direction and the y (β) direction of the wafer
Linear expansion and contraction; this depends on the processing process of the wafer WA.
The wafer WA may expand and contract as a whole. others
The actual chip relative to the array coordinates in the chip design.
The position will be shifted by a small amount in the α and β directions, especially
It becomes remarkable in the peripheral portion of the wafer WA. The extension of this whole wafer
The amount of reduction is in the α (x) direction and β (y) direction, respectively.
It is represented by Rx and Ry. However, Rx is on the wafer WA
The measured value of the distance between two points in the x direction (α direction) and the design value
The ratio, Ry, is between two points in the y direction (β direction) on the wafer WA.
It shall be expressed as the ratio between the measured value of the distance and the design value. Therefore,
When both Rx and Ry are 1, there is no expansion or contraction. (4) Off in x (α) direction and y (β) direction
Set; this is the alignment accuracy of the wafer holder
The wafer WA as a whole due to the positioning accuracy of the
It is caused by a slight shift in the x and y directions.
The offset amounts are represented by Ox and Oy. Now, FIG.
C The remaining rotation error θ of the WA and the orthogonality error of the stage 3
The quantity w is exaggerated. In this case, the rectangular coordinate system xy is actually very small.
An oblique coordinate system xy 'inclined by the amount w is obtained, and the wafer WA is
Rotated by θ with respect to the rectangular coordinate system xy. Up
When the error factors described in (1) to (4) are added,Design position
InformationSystem of coordinate position (Dxn, Dyn) in design
About gut (chip)When exposing a circuit pattern image
It will be the information actually usedThe show to actually position
Set position (Fxn, Fyn),Is represented as
You. Here, n is an integer and represents a shot (chip) number. [0030] (Equation 1)Here, w is originally a very small amount, and θ is also a group.
Driven to a very small amount by global alignment
Therefore, when a first-order approximation is performed, equation (1) is expressed by equation (2).
You. [0032] (Equation 2) From this equation (2), at each shot position
The displacement (εxn, εyn) from the designed value is given by Equation (3).
It is represented by [0034] (Equation 3) Now, equation (2) is rewritten as a matrix operation equation.
Is as follows. [0036] ## EQU4 ## Fn = A.Dn + O (4) However, [0037] (Equation 5) [0038] (Equation 6) [0039] (Equation 7) [0040] (Equation 8) Therefore, the actual shot (chip) position is
The actual measured value is detected as Hn.
When issued, the position with the shot position Fn to be positioned
The displacement, that is, the address error En (= Hn-Fn)
To minimize the error parameters A (transformation matrix), O
(Offset). Therefore, the minimum
Assuming a square error, the address error E is given by the equation
It is represented by (9). [0042] (Equation 9) In order to minimize the address error E,
, The error parameters A and O are determined. However, in equation (9)
m is the actually measured chip among the plurality of chips on the wafer WA.
Represents a number. Now, when obtaining the error parameters A and O,
If the least squares method is used, the computational complexity
Error parameter O (Ox, Oy)
It must be decided in advance. Offset amount (Ox, O
y) is the global offset value of the wafer WA.
Is set at several m from the actually measured chip position Hn on the wafer WA.
Averaging the address error with respect to the total value (Dxn, Dyn)
It is good to set the value. [0044] (Equation 10) [0045] [Equation 11] Incidentally, the shot position Fn to be positioned
Component Exn in the x direction among errors En between actual and measured values Hn
Is obtained from Expressions (4) to (8). [0047] (Equation 12) [0048]           Exn = Hxn-Fxn                 = Hxn-a11Dxn-a12Dyn-Ox (12) And the component Eyn of the error En in the y direction is [0049] (Equation 13)           Eyn = Hyn-Fyn                 = Hyn-atwenty oneDxn-atwenty twoDyn-Oy (13) Becomes Therefore, an error is made to minimize the error E in equation (9).
When the difference parameter A is determined, the element a11, A12, Atwenty one,
atwenty twoIs as follows. [0050] [Equation 14] [0051] (Equation 15) [0052] (Equation 16) [0053] [Equation 17] Element a11, A12, Atwenty one, Atwenty twoIf you find
From the equation (6), the linear expansion and contraction amounts Rx and Ry, the remaining rotation error amount
θ and the orthogonality error amount w can be obtained immediately. Rx = a11                        ... (18) Ry = atwenty two                        ... (19) θ = atwenty one/ Ry = atwenty one/ Atwenty two      ... (20) w =-(atwenty one/ Ry)-(a12/ Rx) =-(Atwenty one/ Atwenty two)-(A12/ A11) ・ ・ ・ (21) Therefore, to determine the error parameters A and O,
After the global alignment is completed, some (4
X-LSA, Y-LSA type
Is used to measure the position of the marks SXn and SYn
(Hxn, Hyn) is obtained, and the chip is actually measured.
Using the design values (Dxn, Dyn) of
The operations of (11) and (14) to (17) may be performed. So
Now, returning to the flowchart of FIG.
I can. Main controller 50 completes global alignment
After that, the positions of the plurality of chips on the wafer WA are measured.
First, in step 103, the main controller 50 controls the X-LSA system.
The spot light LXS is the tip C at the left end in FIG.0Attached to
Mark SX0So that they are aligned in parallel with the
After the stage 3 is positioned, the mark SX0Is sport
The stage 3 in the x direction so as to cross the light beam LXS
Move (scan) by an amount. During this movement, the main control unit 50
The waveform of the 48 time-series photoelectric signals is compared with the laser interferometer 10
Stored in association with the position information in the x direction,
Ra mark SX0And the spot light LXS in the x direction
Position x at the time of matching0Is detected. Next, the main controller 5
0 is the spot light LYS of the Y-LSA system in step 104.
Is chip C0Mark SY attached to0Line up parallel to
The stage 3 is positioned based on the array design value. So
After the mark SY0Cross the spot light LYS
The stage 3 is moved by a certain amount in the y direction. At this time, the main control device 50
The time-series waveform of the photoelectric signal is converted into the y direction from the laser interferometer 9.
Stored in association with the position information of the
SY 0And the spot light LYS coincided in the y direction.
Time position y0Is detected. Then, main controller 50
At step 105, similar position detection is performed for m chips.
It is determined whether or not the operation has been performed.
To another chip on the wafer WA based on the array design value.
And move stage 3 from step 103 again.
The same position detection operation is repeated. In this embodiment, for example, as shown in FIG.
Along each axis of the column coordinates αβ from the center of the wafer WA
Four chips C located at equal distances0, C6, C7, C8
And center chip CThreeFor each of the five chips
It is assumed that the positions of steps 103 and 104 are detected.
You. Therefore, when it is determined that m = 5 in step 105,
The main controller 50 has five measured values (Hxn, Hyn)
Will be stored. That is, (Hx1, Hy1) = (X0, Y0) ・ ・ ・ Chip C0 (HxTwo, HyTwo) = (XThree, YThree) ・ ・ ・ Chip CThree (HxThree, HyThree) = (X6, Y6) ・ ・ ・ Chip C6 (HxFour, HyFour) = (X7, Y7) ・ ・ ・ Chip C7 (HxFive, HyFive) = (X8, Y8) ・ ・ ・ Chip C8 Are sequentially detected. When detecting these five actually measured values,
The actual measurement value of a certain chip is the design value (Dxn, D
yn), the difference is large, for example,
Double positioning accuracy determined by global alignment
If the values are different as described above,
Ignore, for example, mark the chip next to it
Measure the position. This is the size of the chip
If the work happens to be deformed by the machining process,
If there is dust on the mark,
Low image contrast (intensity of diffracted light)
Degradation of position measurement accuracy caused by low S / N ratio of signal
In order to compensate for this, such additional actual measurement
It is performed as a characteristic procedure. As a method for compensating for the deterioration of the accuracy of the position measurement,
Are arranged in advance in six or more chips, for example, in FIG.
In addition to the chips located in each of the four representations of the coordinates αβ
To measure the position of a total of nine chips.
Design value (Dxn, Dy) of each chip
a method of selecting five measured values in the order closest to n), or
Is simply measured values that are significantly different from the design values (Dxn, Dyn).
Do not use the value (Hxn, Hyn) for subsequent arithmetic processing
And so on. Next, main controller 50 proceeds to step 107.
Equations (10) and (11) and Equations (14) to (1)
The error parameters A and O are determined based on 7). this
In deciding, main controller 50 calculates the above five measured values.
Five design values of each detected chip are selected in advance,
The design values (Dxn, Dyn) are stored as follows.
Shall be [0061] (Dx1, Dy1) = (X0', Y0') ・ ・ ・ Chip C0 (DxTwo, DyTwo) = (XThree', YThree') ・ ・ ・ Chip CThree (DxThree, DyThree) = (X6', Y6') ・ ・ ・ Chip C6 (DxFour, DyFour) = (X7', Y7') ・ ・ ・ Chip C7 (DxFive, DyFive) = (X8', Y8') ・ ・ ・ Chip C8 Before determining the actual error parameters A and O, 5
Position measurement of one chip (so-called step alignment
3), for example, at step 106 in FIG.
Equations (10), (11), (1)
4) To execute some operations of (17) simultaneously
Can be. That is, equations (10), (11), and (14)
~ (17) Data for each chip (actual measurement values, design
Value), the arithmetic element that represents the algebraic sum of
Every time the actual measurement (step alignment) is completed
to add. The operation elements are as follows. [0062] (Equation 22) Further, among these arithmetic elements, the wafer WA
The chip to be measured above is predetermined and there is no change
In the case, the operation element including only the design value (Dxn, Dyn)
Steps 103, 104, 105, 1 in FIG.
It may be calculated before the execution of step 06. in this way
Perform some calculations in parallel with the actual measurement
The overall alignment time should not be so long
No. When the five measured values are obtained, the main controller
50 is the expression (10), (1)
After calculating the offset amount (Ox, Oy) in 1),
Using the offset value and the result of the above operation element,
(14) to (17), the element a of the array11, A12, Atwenty one, A
twenty twoIs calculated. By the above operation, the error parameter
Since A and O are determined, the next step of main controller 50 is performed.
In step 108, each chip of the wafer WA is
Position to be positioned with respect to the
Address (Fxn, Fy) corrected by the
n) is calculated and the design value is stored in the storage means (semiconductor memory).
Chip array corrected for (Dxn, Dyn)
Create a shot (shot address table). This array map
For example, chip C0For position (Fx0, F
y0), Chip C1For position (Fx1, F
y1), ..., etc., correspond to the chip number
Then, each position data is stored. Next, main controller 50 executes step 10 in FIG.
In step 9, according to the stored sequence map,
Positioning Stage 3 by Repeat Method (Address
). This allows chips and reticles on wafer WA
The projected image Pr of the circle R is accurately overlapped, and the next step
Exposure (printing) of the projected image Pr on the chip in step 110
I do. Then, in step 111, all the data on the wafer WA
If the chip exposure has not been completed, repeat step 1
Repeat step and repeat operation from 09
You. In this step 111, the exposure of all chips on the wafer WA
If it is determined that the light has ended, the next step 112 is to
Unloads EHA WA and exposes one wafer
Processing ends. As described above, it is clear from the embodiments of the present invention.
First, the chip to be step-aligned on the wafer WA
The higher the number, the higher the measurement accuracy, but the longer the measurement time
Increase. As a result, measurement time is reduced and measurement accuracy is improved.
Step-aligned tip from the top
It is desirable to select five arrangements as shown in FIG.
No. However, the circuit pattern to be overlaid
The minimum line width is not so narrow (for example, 2-5 μm)
When it is not necessary to increase the measurement accuracy, the wafer W
Three chips separated from each other on A (eg, C0, C6,
C7Step alignment (chip position meter)
Measurement) is sufficient, and the measurement time is further reduced. In step alignment, each chip
Instead of detecting both the x and y positions of the
With multiple chips for step alignment
Each of the marks SXn is converted to an X-LSA-based spot light LX.
Perform relative scan (stage scan) at once with S
After detecting only the position of the chip in the x direction, the mark of each chip
Each of SYn is batched with Y-LSA spot light LYS
Scan to detect the position of each chip in the y direction
Is also good. In this way, the same row or row on the chip arrangement
Is used when there are multiple chips to be measured on the same line.
Is to detect the position in the x and y directions for each chip.
It is expected that the position measurement will be faster than that performed at the same time. The main controller 50 is a keyboard (not shown).
From the equipment, step on which chip on the wafer WA
Enter data so that alignment can be selected arbitrarily.
Force, it changes depending on the processing conditions of the wafer WA.
More flexible to the surface condition (especially mark shape)
It is possible to cope with shiburu, and the accuracy of position measurement can be improved. The offset using equations (10) and (11)
In determining the cut amount (Ox, Oy), for example,
Measurement of the position of the chip within the specified range from the center of WA
Only fruits may be used. As its specified range
Is, for example, in a circle having half the diameter of the wafer WA.
Or the size of the range is marked on the wafer WA
Exposure equipment (reduction projection type,
Accuracy of injection, proximity, etc.)
It may be arbitrarily changed according to the characteristics. In this embodiment, all the chips of the wafer WA are used.
Applying equation (4) for step-and-repeat
Type addressing, but the wafer WA
Of the surface into several areas (blocks)
A so-called block that performs optimal alignment for each block
Equation (4) is applied to the alignment in the same manner.
Can be For example, in FIG. 5, each symbol of the array coordinates αβ
4 chips currently located and 5 chips C shown
0, CThree, C6, C7, C8About 9 chips in total
And perform step alignment to determine the position of each chip.
After detecting the measured values, the expression (1) is obtained for each quadrant of the array coordinates αβ.
0), (11), and (14) to (17)
Determine the meters A and O, and use equation (4) to determine the position.
(Fxn, Fyn) is calculated. For example, the block of the first quadrant of the array coordinates αβ
For the chip, one chip in the first quadrant and chip C
Three, C6, C7Using the actual measurement values of the four chips
(4) is determined, and the blocks in the second quadrant are
One chip and chip C in the phantom0, CThree, C7With 4
Equation (4) is determined using the actual measurement values of one chip. Soshi
In the case of actual exposure, the expression determined for each block
Based on shot position (Fxn, Fyn) from (4)
To align the chip on the wafer WA with the projection image Pr.
You. In this way, the non-linear requirement on the wafer
Position detection and alignment defects
In addition, unlike conventional block alignment,
Since it is possible to block while leaving the element, within each block
That the overlay accuracy of each chip is almost average for all chips
There are advantages. In addition, dew other than the stepper
Large even when mixed with optical equipment, especially mirror projection exposure equipment
Advantages can be obtained. Generally, wafers burned by a mirror projection exposure apparatus
The chip arrangement of C is often curved. There
When superposition exposure is performed on the wafer using a taper
Mix (mix and match), as above
When block alignment is performed, the
Since the curvature of the top arrangement is so small that it can be ignored,
(C) Baking with extremely high overlay accuracy is possible over the entire surface
It works. The exposure apparatus suitable for the embodiment of the present invention has been described above.
In this case, the laser spot light is marked on the wafer WA.
To detect the position of the mark (chip).
Pot light is made to vibrate on the wafer WA by simple oscillation,
Alignment system or mask on reticle R
The mark on the wafer WA above the reticle R.
Observation (detection) via the placed microscope objective lens
A so-called die-by-die alignment light that performs alignment
The same can be implemented in an exposure apparatus using a scientific system. In this case, die-by-die alignment
Occasionally the reticle R is slightly moved in the x and y directions for alignment.
If not, the projected image of the mark on the reticle R
Correspond to the spot lights LXS and LYS of this embodiment.
And The reticle R is slightly moved.
First, set the reticle R to exactly match the home position.
You. Step alignment of multiple chips (actual
Measurement), the stage is stepped according to the array design value.
After marking, mark of reticle R and chip to be measured
The reticle R is positioned so that the mark
Moves slightly in the x and y directions from the origin of the reticle R
By detecting the actual position of the chip
(Hxn, Hyn) can be calculated. In this embodiment, the offset amounts (Ox, Ox
y) separately to simplify arithmetic processing.
It was determined that the address error E in equation (9) was minimized.
Error parameters A and O are calculated by strict arithmetic processing
Needless to say, this may be done. [0079] As described above, according to the present invention, on a substrate such as a wafer,
For all of the multiple chip patterns (shot areas)
And the alignment error is reduced on average.
The number of good chips that can be picked up increases, and semiconductor devices are produced
Performance can be improved. In addition, multiple screens on the board
Each of the print areas is aligned with the circuit pattern image
Use the actual position information of some shot areas.
Position of the substrate based on the alignment position calculated
Positioning is actually measured for each area on the substrate
Throughput is higher than the alignment method
There is such a feature. Also some shot areas
Calculation using actual measured position information and design position information
The actual exposure position (alignment position) of each shot area.
Parameter A that determines the relationship between the
Is determined, but mechanically generated at the time of actual measurement, or
That electrical random errors are averaged out by arithmetic
, The error parameter A is such a random
There is also an advantage that it is hardly affected by components. The present invention is limited to a reduction projection type exposure apparatus.
And step-and-repeat type exposure apparatus, such as
Double projection stepper and proximity type stepper
It can be widely applied to par (X-ray exposure apparatus) and the like.
In addition to the exposure equipment, semiconductor wafers and multiple chip patterns
Inspection equipment for photomasks with defects (defect detection)
Step and repeat for each chip
To the reference position such as the inspection field of view or the probe needle
The present invention can be implemented in
You.

【図面の簡単な説明】 【図1】 本発明の実施例に好適な縮小投影型露光装
置の概略的な構成を示す斜視図 【図2】 図1の装置におけるアライメント系の各検
出中心の位置関係を示す平面図 【図3】 本発明の位置合せ方法を使った全体的な動
作手順を表わすフローチャート図 【図4】 図1の装置を使って、位置合せ、及び露光
するのに好適なウエハの平面図 【図5】 ステップアライメントするチップの位置を
示すウエハの平面図である。 【主要部分の符号の説明】 WA・・・ウエハ、CP,Cn・・・チップ、αβ・・
・配列座標、103,104・・・ステップアライメン
トによる実測工程、107・・・誤差パラメータを決定
する工程、108,109,110,111・・・補正
された実際のチップ配列座標に沿ってステップアンドリ
ピート方式で位置決めする工程。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a reduction projection type exposure apparatus suitable for an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing a position of each detection center of an alignment system in the apparatus of FIG. FIG. 3 is a plan view showing the relationship. FIG. 3 is a flowchart showing the overall operation procedure using the alignment method of the present invention. FIG. 4 is a wafer suitable for alignment and exposure using the apparatus of FIG. FIG. 5 is a plan view of a wafer showing positions of chips to be step-aligned. [Description of Signs of Main Parts] WA: Wafer, CP, Cn: Chip, αβ
· Arrangement coordinates, 103, 104 ··· Actual measurement step by step alignment, 107 ··· step to determine error parameter, 108, 109, 110, 111 ··· Step and along the corrected actual chip arrangement coordinates The step of positioning by the repeat method.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 1.回路素子を形成すべき基板上に設計位置情報に従っ
て予め規則的な配列で形成された複数のショット領域の
各々と、重ね合わせ露光すべき回路パターンの像とを相
対的にアライメントし、前記回路パターン像を前記ショ
ット領域の各々に順次転写することにより前記ショット
領域内に回路パターンを形成する方法において、 (a)前記基板上の複数のショット領域のうち互いに隣
り合わない3以上のn個のショット領域をアライメント
ショット領域として設定し、該n個のアライメントショ
ット領域の各々に付随したアライメントマークの位置情
報を順次検出することによって、前記n個のアライメン
トショット領域の各々の実測位置情報を決定する段階
と、 (b)前記基板上の複数のショット領域の位置に関する
情報であり且つ前記回路パターン像の露光時に用いられ
る情報と、該複数のショット領域の設計位置情報との関
が、残存回転誤差、直交度誤差、伸縮誤差の各成分を
含む誤差パラメータ行列で規定されるものとしたとき、
該誤差パラメータ行列内の各要素の値を前記n個のアラ
イメントショット領域の各々の設計位置情報と実測位置
情報とを用いた近似演算処理によって算出する段階と、 (c)前記算出された誤差パラメータ行列の各要素の値
に基づいて前記基板上の複数のショット領域の各々と前
記回路パターン像との相対的なアライメント位置を前記
設計位置情報に基づいた補正演算により算出し、該補正
されたアライメント位置において前記重ね合わせ露光を
行う段階とを含むことを特徴とする回路パターンの形成
方法。 2.前記誤差パラメータ行列の各要素の値を最小2乗近
似の演算によって算出することを特徴とする請求項1に
記載の方法。 3.前記回路パターンの像の前記基板への転写はプロキ
シミティ方式のX線露光装置で実施することを特徴とす
る請求項1に記載の方法。 4.前記回路パターンの像は投影光学系を介して結像投
影されるマスクのパターンの投影像であることを特徴と
する請求項1に記載の方法。 5.前記n個のアライメントショット領域の各々の実測
位置情報は、前記設計位置情報に基づいて前記基板を位
置決めしたときに生じる前記回路パターン像との相対的
な位置ずれ量によって決定されることを特徴とする請求
項4に記載の方法。 6.前記n個のアライメントショット領域の各々に付随
したアライメントマークの検出は、前記基板上のレジス
トを感光させない波長の光を前記投影光学系を介して前
記アライメントマークに照射し、該アライメントマーク
から生じる光情報を前記投影光学系を通して光電的に検
出することによって行うことを特徴とする請求項4又は
請求項5に記載の方法。
(57) [Claims] Each of a plurality of shot regions formed in a regular arrangement in advance according to design position information on a substrate on which circuit elements are to be formed is relatively aligned with an image of a circuit pattern to be overlaid and exposed. A method of forming a circuit pattern in the shot area by sequentially transferring an image to each of the shot areas, comprising: (a) three or more n non-adjacent ones of a plurality of shot areas on the substrate Setting an area as an alignment shot area, and sequentially detecting position information of alignment marks associated with each of the n alignment shot areas, thereby determining measured position information of each of the n alignment shot areas. (B) relating to positions of a plurality of shot areas on the substrate;
Information and used when exposing the circuit pattern image.
Between the shot information and the design position information of the plurality of shot areas.
When the relationship is defined by an error parameter matrix including each component of the remaining rotation error, orthogonality error, and expansion / contraction error,
Calculating the value of each element in the error parameter matrix by an approximate calculation process using design position information and measured position information of each of the n alignment shot regions; and (c) calculating the calculated error parameter. A relative alignment position between each of the plurality of shot areas on the substrate and the circuit pattern image is calculated by a correction operation based on the design position information based on a value of each element of the matrix, and the corrected alignment is calculated. Performing the overlay exposure at a position. 2. The method according to claim 1, wherein the value of each element of the error parameter matrix is calculated by a least squares approximation. 3. 2. The method according to claim 1, wherein the transfer of the image of the circuit pattern to the substrate is performed by a proximity type X-ray exposure apparatus. 4. The method according to claim 1, wherein the image of the circuit pattern is a projection image of a pattern of a mask formed and projected through a projection optical system. 5. The actually measured position information of each of the n alignment shot regions is determined by a relative displacement amount with respect to the circuit pattern image generated when the substrate is positioned based on the design position information. 5. The method of claim 4, wherein 6. The detection of the alignment marks associated with each of the n alignment shot regions is performed by irradiating the alignment marks with light having a wavelength that does not expose the resist on the substrate via the projection optical system, and generating light generated from the alignment marks. The method according to claim 4, wherein the information is obtained by photoelectrically detecting information through the projection optical system.
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