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JP2785141B2 - Alignment device - Google Patents

Alignment device

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JP2785141B2
JP2785141B2 JP1248139A JP24813989A JP2785141B2 JP 2785141 B2 JP2785141 B2 JP 2785141B2 JP 1248139 A JP1248139 A JP 1248139A JP 24813989 A JP24813989 A JP 24813989A JP 2785141 B2 JP2785141 B2 JP 2785141B2
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JP
Japan
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mark
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shot
wafer
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真起子 森
俊一 鵜澤
邦貴 小澤
裕久 太田
哲志 野瀬
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Canon Inc
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、いわゆるステップアンドリピート露光装
置内においてマスク等の原版と半導体ウエハ等の被露光
基板との相対位置検出および位置合わせを高精度に行な
うアライメント装置に関する。
The present invention relates to a so-called step-and-repeat exposure apparatus, which performs highly accurate relative position detection and alignment between an original such as a mask and a substrate to be exposed such as a semiconductor wafer. The present invention relates to an alignment apparatus for performing the alignment.

[従来の技術] 従来のステップアンドリピート露光装置におけるアラ
イメントおよび露光方式としては、ウエハ中の1つのシ
ョットについてのみアライメントマークによる位置合わ
せを行ない、後はウエハステージを格子間距離(ショッ
ト中心間距離)ずつ移動して露光を行なうグローバルア
ライメント、各ショットごとに順次アライメントマーク
による位置合わせを行ないながら露光を行なうダイバイ
ダイアライメント、および複数ショットについて1回の
アライメントを行なうゾーンアライメント等が知られて
いる。
[Prior Art] As an alignment and exposure method in a conventional step-and-repeat exposure apparatus, only one shot in a wafer is aligned with an alignment mark, and then the wafer stage is moved to a distance between lattices (distance between shot centers). There are known global alignment in which exposure is performed while moving each shot, die-by-die alignment in which exposure is performed while sequentially performing alignment using alignment marks for each shot, and zone alignment in which alignment is performed once for a plurality of shots.

ところで、100メガビットDRAMクラスの集積回路を製
造するためには線幅0.25ミクロンのパターン焼付を可能
にする露光装置が必要となる。この場合、重ね合わせ誤
差0.06ミクロン以下の高精度が要求される。このような
高精度を実現するには、個々のショットについてアライ
メントを行なう必要がある。
By the way, in order to manufacture an integrated circuit of a 100 megabit DRAM class, an exposure apparatus which can print a pattern having a line width of 0.25 μm is required. In this case, high accuracy with an overlay error of 0.06 microns or less is required. To achieve such high precision, it is necessary to perform alignment for each shot.

従来のダイバイダイアライメント方式においては、ウ
エハ上アライメントマーク不良等により、ウエハとマス
クのアライメントマークから相対位置計測情報が1つで
も検出されないショットにおいては、そのショットの露
光をあきらめるか、前ショットから格子間距離だけ移動
した状態のままで露光するか、または前ショットから現
ショットの格子点(設計上のショット中心)へ送った
後、隣接するアライメント済ショットのアライメント補
正量に基づいて補正駆動を行なっていた。いずれにして
も現ショットのアライメントマークを用いての位置合わ
せは行なわないためその精度は線幅0.25ミクロンの実現
には不充分であった。
In the conventional die-by-die alignment method, in a shot in which at least one relative position measurement information is not detected from the alignment mark of the wafer and the mask due to a defect of an alignment mark on the wafer, the exposure of the shot is given up or a grid is changed from the previous shot. Exposure is performed while moving by the distance, or after the previous shot is sent to the grid point of the current shot (designed shot center), correction driving is performed based on the alignment correction amount of the adjacent aligned shot. I was In any case, since the alignment using the alignment mark of the current shot is not performed, the accuracy is insufficient for realizing a line width of 0.25 μm.

[発明が解決しようとする課題] この発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてな
されたもので、一部のアライメントマークについての計
測情報が得られないショットにおいても得られた計測情
報を活用して被露光基板と原版とのアライメントを高精
度に行なうことが可能なアライメント装置を提供するこ
とを目的とする。
[Problems to be Solved by the Invention] The present invention has been made in view of such a problem of the related art, and has measurement information obtained even in a shot in which measurement information for some alignment marks cannot be obtained. It is an object of the present invention to provide an alignment apparatus capable of performing high-accuracy alignment between a substrate to be exposed and an original by utilizing the method.

[課題を解決するための手段] 上記目的を達成するためこの発明では、いわゆるダイ
バイダイアライメント方式のアライメント装置におい
て、複数種の補正(量計算)処理シーケンスを設け、そ
のショットで得られたマーク計測情報の数に応じて自動
的に1つの補正処理シーケンスを選択するようにしてい
る。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, according to the present invention, in a so-called die-by-die alignment type alignment apparatus, a plurality of types of correction (quantity calculation) processing sequences are provided, and a mark obtained by the shot is measured. One correction processing sequence is automatically selected in accordance with the number of pieces of information.

この発明において「アライメント」とは、被露光基板
上および原版上に設けられたマークを用いて基板上と原
版との相対位置関係を調整することを意味し、その調整
の方向は問わない。以下においては、基板および原版の
面と平行な面(X−Y平面)方向の位置合わせを「AA」
といい、X−Y平面に垂直な方向(Z軸方向)の位置合
わせ(例えば基板と原版とのプロキシミテイギャップ設
定または焦点合わせ等)を「AF」という。
In the present invention, “alignment” means adjusting the relative positional relationship between the substrate and the original using marks provided on the substrate to be exposed and the original, and the direction of the adjustment is not limited. In the following, the alignment in the plane (XY plane) parallel to the plane of the substrate and the original is referred to as “AA”.
Positioning in the direction (Z-axis direction) perpendicular to the XY plane (for example, setting the proximity gap between the substrate and the master or focusing) is referred to as “AF”.

この発明の1態様においては、ダイバイダイAFまたは
ダイバイダイAAにおいて少なくともレイアウト情報、さ
らに計測エラーの発生(AAの場合は同一または近接マー
クのAF計測エラーも含む)に応じて補正処理シーケンス
を選択する。
In one embodiment of the present invention, a correction processing sequence is selected in die-by-die AF or die-by-die AA in accordance with at least layout information and the occurrence of a measurement error (in the case of AA, an AF measurement error of the same or proximity mark is included).

この発明の別の態様においては、予め各ショットに予
備マークを設けておき、計測された情報の数がその補正
量計算に不充分な場合、マーク計測手段を予備マーク上
に移動することによってそのショットの補正量計算に充
分な計測情報が得られるようにしている。
In another aspect of the present invention, a preliminary mark is provided in advance for each shot, and when the number of pieces of measured information is insufficient for calculating the correction amount, the mark measuring unit is moved over the preliminary mark. Measurement information sufficient for calculating the correction amount of the shot is obtained.

[作用] この発明においては、マーク計測手段で得られる計測
情報の数が補正量計算上冗長であれば、その冗長性を生
かしてより高信頼度または高速の演算を実行する。ま
た、計測情報の数が補正量計算に必要充分であればその
計測情報に基づく補正量計算を実行する。さらに計測情
報の数が補正量計算に不充分であれば不足の計測情報の
代替情報を補充して補正量計算を行なう。この代替情報
は前記冗長性を持たせるために補充することもできる。
[Operation] In the present invention, if the number of pieces of measurement information obtained by the mark measuring means is redundant in the calculation of the correction amount, a higher reliability or a higher speed operation is executed by utilizing the redundancy. If the number of measurement information is necessary and sufficient for the correction amount calculation, the correction amount calculation based on the measurement information is executed. Further, if the number of pieces of measurement information is insufficient for the calculation of the correction amount, the replacement information of the insufficient measurement information is supplemented to calculate the correction amount. This alternative information can be supplemented to provide the redundancy.

具体例を挙げれば、4対のウエハ上およびマスク上マ
ークを計測する4眼のマーク計測手段で1対のマーク対
につき1つの計測情報を発生する場合、4つの計測情報
を用いて4眼アライメントを行なうとともに、計測情報
が3つしか得られないときは3つの計測情報を用いる3
眼アライメントへ自動的に遷移する。さらに計測情報が
2つしか得られないときは1つまたは2つの予備マーク
を自動計測して3眼または4眼アライメントを行なう。
To give a specific example, when one measurement information is generated for each pair of marks by a four-eye mark measuring unit that measures four pairs of marks on a wafer and a mark on a mask, four-eye alignment is performed using the four pieces of measurement information. And when only three pieces of measurement information are obtained, three pieces of measurement information are used.
Automatically transition to eye alignment. When only two pieces of measurement information are obtained, one or two preliminary marks are automatically measured to perform three- or four-eye alignment.

このようにこの発明では、一部のマークの計測ができ
なかったりまたは計測エラーが発生したショットにおい
てもそのショットの残りの計測情報を用いたより確実な
補正量の算出が可能となり、このようなショットにおい
ては従来よりも高精度のアライメントが可能となる。
As described above, according to the present invention, even in a shot in which some marks cannot be measured or a measurement error has occurred, it is possible to more reliably calculate the correction amount using the remaining measurement information of the shot. In, alignment with higher precision than before becomes possible.

[効果] 以上のように、この発明においては、被露光基板周辺
部の一部のマークが不完全であったり、欠如しているシ
ョットや、プロセス不良によりマークがつぶれているシ
ョットについてもアライメントすることができ、歩留り
が向上する。
[Effects] As described above, in the present invention, alignment is performed even on a shot in which a part of the mark around the exposed substrate is incomplete or missing, or a mark is broken due to a process defect. Can improve the yield.

[実施例] 第1図は、この発明の一実施例に係るステップアンド
リピート露光装置(ステッパ)のマスクウエハアライメ
ントおよび露光ステージ部分の構成を示す。同図におい
て、1は露光光、例えばSORから放射されるX線であ
る。2は転写すべきパターンを形成されたマスクであ
る。3はマスクのパターンを転写されるウエハ、4はマ
スク2をその面内で回転させるためのマスクθステー
ジ、5はウエハ3をその面内で回転させるためのθ粗動
ステージ、6はウエハ3をマスク2と所定のプロキシミ
テイギャップを介して対向させる際ウエハ3をZ(露光
光へ向かう方向に移動),ω(X軸回りに回転),ω
(Y軸回りに回転)駆動するためのZチルトステー
ジ、7はウエハ3をその面内で微小回転させるためのθ
微動ステージ、8はウエハをX方向に微小駆動するため
のX微動ステージ、9はウエハをY方向に微小駆動する
ためのY微動ステージ、10はX粗動ステージ、11はY粗
動ステージである。θ粗動ステージ5、Zチルトステー
ジ6、θ微動ステージ7、X微動ステージ8、Y微動ス
テージ9、X粗動ステージ10、およびY粗動ステージ11
はウエハステージ24を構成している。
Embodiment FIG. 1 shows a configuration of a mask wafer alignment and an exposure stage portion of a step and repeat exposure apparatus (stepper) according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes exposure light, for example, X-rays emitted from SOR. Reference numeral 2 denotes a mask on which a pattern to be transferred is formed. Reference numeral 3 denotes a wafer to which a pattern of a mask is transferred, 4 denotes a mask θ stage for rotating the mask 2 in its plane, 5 denotes a θ coarse movement stage for rotating the wafer 3 in its plane, and 6 denotes a wafer 3 When the wafer 3 is made to face the mask 2 via a predetermined proximity gap, the wafer 3 is moved in the direction toward the exposure light, ω X (rotated around the X axis), ω
A Z tilt stage 7 for driving Y (rotating around the Y axis); and 7 for rotating the wafer 3 minutely in its plane.
A fine movement stage, 8 is an X fine movement stage for finely driving the wafer in the X direction, 9 is a Y fine movement stage for finely driving the wafer in the Y direction, 10 is an X coarse movement stage, and 11 is a Y coarse movement stage. . θ coarse movement stage 5, Z tilt stage 6, θ fine movement stage 7, X fine movement stage 8, Y fine movement stage 9, X coarse movement stage 10, and Y coarse movement stage 11.
Constitutes a wafer stage 24.

12はマスク2上およびウエハ3上に形成されているア
ライメントマークに光を照射し、これらのマークからの
散乱光を検出するピックアップである。この実施例にお
いて、アライメントマークはウエハ3上の各ショットの
スクライブライン上にそのショットの各辺の近傍に優先
マーク1個と予備マークを1個ずつ計8個が形成されて
いる。1個のアライメントマークとしては、そのマーク
が配置されている辺に平行な方向のマスク−ウエハ重ね
合わせ誤差を検出するために、第2図に示すように、AA
マーク201およびマスク2とウエハ3の間隔を検出する
ためのAFマーク202となる回折格子が先行プロセスにお
いて半導体回路パターンとともに形成されている。マス
ク2上にもこれらのウエハ3上アライメントマークと対
となる8個のアライメントマーク203,204が転写しよう
とする半導体回路パターンとともに金等で形成されてい
る。
Reference numeral 12 denotes a pickup that irradiates light to alignment marks formed on the mask 2 and the wafer 3 and detects scattered light from these marks. In this embodiment, a total of eight alignment marks are formed on the scribe line of each shot on the wafer 3 in the vicinity of each side of the shot, one priority mark and one spare mark. As shown in FIG. 2, in order to detect a mask-wafer overlay error in a direction parallel to the side where the mark is arranged, as shown in FIG.
A diffraction grating serving as the mark 201 and an AF mark 202 for detecting the distance between the mask 2 and the wafer 3 is formed together with the semiconductor circuit pattern in the preceding process. Eight alignment marks 203 and 204 that are paired with the alignment marks on the wafer 3 are also formed on the mask 2 with gold or the like together with the semiconductor circuit pattern to be transferred.

第2図において、205は発光素子である半導体レー
ザ、206は半導体レーザ205から出力される光束を平行光
にするコリメータレンズ、207は半導体レーザ205から出
力されコリメータレンズ206で平行光とされた投光ビー
ム、208はウエハ上AAマーク201とマスク上AAマーク203
により構成される光学系によって位置ずれ情報(AA情
報)を与えられたAA受光ビーム、209はウエハ上AFマー
ク202とマスク上AFマーク204により構成される光学系に
よってギャップ情報(AF情報)を与えられたAF受光ビー
ム、210はAA受光ビーム208により形成されるAA受光スポ
ット211の位置をAA情報として電気信号に変換する例え
ばCCD等のラインセンサであるAAセンサ、212はAF受光ビ
ーム209により形成されるAF受光スポット213の位置をAF
情報として電気信号に変換する例えばCCD等のラインセ
ンサであるAFセンサである。
In FIG. 2, reference numeral 205 denotes a semiconductor laser as a light emitting element; 206, a collimator lens for converting a light beam output from the semiconductor laser 205 into parallel light; and 207, a projection light output from the semiconductor laser 205 and converted to parallel light by a collimator lens 206. Light beam 208, AA mark 201 on wafer and AA mark 203 on mask
AA light-receiving beam to which positional deviation information (AA information) is given by an optical system constituted by 209. Gap information (AF information) is given to 209 by an optical system constituted by an AF mark 202 on a wafer and an AF mark 204 on a mask. AA sensor 210 which is a line sensor such as a CCD for converting the position of the AA light receiving spot 211 formed by the AA light receiving beam 208 into an electric signal as AA information, and 212 is formed by the AF light receiving beam 209. The position of the received AF spot 213
It is an AF sensor that is a line sensor such as a CCD that converts the information into an electric signal.

第3図は第1図の露光装置の制御系の構成を示す。第
1図の装置は、SORから水平方向のシートビーム状に放
射されるX線を鉛直方向に拡大して面状ビーム化するミ
ラーユニット、マスクとウエハをアライメントするアラ
イメントユニットとアライメントされたマスクとウエハ
に前記面状X線で露光する露光ユニットとを含む本体ユ
ニット、ミラーユニットおよび本体ユニットの姿勢をそ
れぞれ制御する姿勢制御ユニット、ならびにミラーユニ
ットおよび本体ユニットの雰囲気を制御するためのチャ
ンバーおよび空調ユニット等を備えている。
FIG. 3 shows a configuration of a control system of the exposure apparatus shown in FIG. The apparatus shown in FIG. 1 includes a mirror unit that expands an X-ray radiated from an SOR into a sheet beam in a horizontal direction in the vertical direction to form a planar beam, an alignment unit that aligns a mask and a wafer, and an aligned mask. A body unit including an exposure unit for exposing the wafer with the planar X-ray, a posture control unit for controlling the postures of the mirror unit and the body unit, and a chamber and an air conditioning unit for controlling the atmosphere of the mirror unit and the body unit Etc. are provided.

第3図において、301はこの装置全体の動作を制御す
るためのメインプロセッサユニット、302はメインプロ
セッサユニット301と本体ユニットとを接続する通信回
路、303は本体側通信インターフェイス、304は本体コン
トロールユニット、305はピックアップステージ制御
部、307および306,308は本体ユニット内で本体コントロ
ールユニット304とファインアライメント用のθ,X,Y微
動ステージおよびマスクθステージを駆動するためのフ
ァインAA/AF制御部309a,309b,309c,309dとを接続する通
信回線および通信インターフェイス、311および310,312
は本体ユニット内で本体コントロールユニット304とウ
エハのプリアライメントおよびステップ移動を制御する
ためのステージ制御部313とを接続する通信回線および
通信インターフェイスである。
In FIG. 3, reference numeral 301 denotes a main processor unit for controlling the operation of the entire apparatus, 302 denotes a communication circuit for connecting the main processor unit 301 and the main unit, 303 denotes a main body side communication interface, 304 denotes a main unit control unit, 305 is a pickup stage control unit, and 307 and 306, 308 are fine AA / AF control units 309a, 309b, for driving the θ, X, Y fine movement stage and the mask θ stage for fine alignment with the main unit control unit 304 and the main unit in the main unit. Communication line and communication interface connecting to 309c, 309d, 311 and 310,312
Reference numeral denotes a communication line and a communication interface for connecting the main body control unit 304 and the stage control unit 313 for controlling pre-alignment and step movement of the wafer in the main body unit.

第4図は、ステップアンドリピートの露光方式を示し
た図である。説明を簡潔にするために、第1図に対し、
マスク2の駆動手段であるマスクθステージ4、ウエハ
3の駆動手段であるウエハステージ24、ピックアップ12
の駆動手段であるピックアップステージ13は省略してい
る。
FIG. 4 is a diagram showing a step-and-repeat exposure method. For simplicity, for FIG. 1,
The mask θ stage 4 as a driving unit of the mask 2, the wafer stage 24 as a driving unit of the wafer 3, and the pickup 12
The pickup stage 13 which is a driving means of the above is omitted.

同図において、12(12a〜12d)はマスク2とウエハ3
のアライメント用のピックアップ、418はマスク上に描
かれている転写パターン、419は先行プロセスによって
ウエハ上に形成されている転写済パターン、420はマス
クをウエハステージに対して合わせるためのマスクアラ
イメント用マーク、421は転写パターン418と転写済パタ
ーン419を合わせるためのマスク上アライメントマー
ク、422は同目的のウエハ上アライメントマーク、423は
同目的でピックアップ12から投射される投光ビーム、40
1はショット間のスクライブラインであり、このスクラ
イブライン上にマスク上アライメントマーク421および
ウエハ上アライメントマーク422が描かれている。
In the figure, reference numeral 12 (12a to 12d) denotes a mask 2 and a wafer 3
418 is a transfer pattern drawn on the mask, 419 is a transferred pattern formed on the wafer by the preceding process, and 420 is a mask alignment mark for aligning the mask with the wafer stage Reference numeral 421 denotes an alignment mark on a mask for aligning the transfer pattern 418 with the transferred pattern 419, reference numeral 422 denotes an alignment mark on the wafer for the same purpose, reference numeral 423 denotes a light beam projected from the pickup 12 for the same purpose, reference numeral 40 denotes
Reference numeral 1 denotes a scribe line between shots, on which an alignment mark 421 on a mask and an alignment mark 422 on a wafer are drawn.

マスク2とウエハ3とを位置合わせするには、先ず、
マスク2とウエハ3が対向して支持された状態で、ピッ
クアップ12a〜12dから投光ビーム423を投射して各々対
応するマスク上アライメントマーク421とウエハ上アラ
イメントマーク422を通してマスクとウエハ間のギャッ
プを測定する。4つのピックアップから得られた情報を
もとに、ギャップ補正駆動量を計算し、ウエハステージ
24(不図示)を駆動することによってマスクとウエハ間
のギャップを露光ギャップに設定する。
To align the mask 2 and the wafer 3, first,
In a state where the mask 2 and the wafer 3 are supported to face each other, light beams 423 are projected from the pickups 12a to 12d, and a gap between the mask and the wafer is formed through the corresponding alignment mark 421 on the mask and alignment mark 422 on the wafer. Measure. Based on information obtained from the four pickups, a gap correction driving amount is calculated, and the wafer stage is driven.
By driving 24 (not shown), the gap between the mask and the wafer is set to the exposure gap.

次に、ピックアップ12a〜12dから投光ビーム423を投
射して、各々対応するマスク上アライメントマーク421
とウエハ上アライメントマーク422とのマスクおよびウ
エハの平面方向のずれ量を計測する。4つのピックアッ
プから得られた情報をもとに、ショット全体の補正駆動
量を計算し、マスクθステージ4(不図示)およびウエ
ハステージ24(不図示)を駆動することによってマスク
上に描かれている転写パターン418とウエハ上の転写済
パターン419とのアライメントをとる。アライメントが
とれたら、露光して転写パターン418をウエハ3の上に
転写する。そしてウエハステージ24(不図示)を駆動し
て次の露光ショットがマスクの下に来るようにする。同
様にしてアライメントおよび露光を繰り返して、全ての
ショットを露光する。
Next, light beams 423 are projected from the pickups 12a to 12d, and the corresponding alignment marks 421 on the mask are respectively projected.
Of the mask and the alignment mark 422 on the wafer in the plane direction of the mask and the wafer are measured. Based on the information obtained from the four pickups, the correction drive amount of the entire shot is calculated, and the mask is moved on the mask by driving the mask θ stage 4 (not shown) and the wafer stage 24 (not shown). The transferred pattern 418 is aligned with the transferred pattern 419 on the wafer. When the alignment is achieved, exposure is performed to transfer the transfer pattern 418 onto the wafer 3. Then, the wafer stage 24 (not shown) is driven so that the next exposure shot comes under the mask. Similarly, the alignment and the exposure are repeated to expose all the shots.

第5図は、ステップアンドリピート露光シーケンスの
1パッチ分のフローチャートである。1パッチとは1ウ
エハにマスクを途中で交換しないで焼き付けられる単位
である。開始状態では、マスク2およびウエハ3はそれ
ぞれマスクθステージ4およびウエハステージ24にチャ
ッキングされ、ピックアップ12はAF(オートフォーカ
ス)/AA(オートアライメント)計測のために投光ビー
ム423をマスク上アライメントマーク421のそれぞれに照
射している。
FIG. 5 is a flowchart for one patch of the step-and-repeat exposure sequence. One patch is a unit that can be printed on one wafer without replacing the mask on the way. In the start state, the mask 2 and the wafer 3 are chucked by the mask θ stage 4 and the wafer stage 24, respectively, and the pickup 12 aligns the projection beam 423 on the mask for AF (auto focus) / AA (auto alignment) measurement. Each of the marks 421 is irradiated.

まず、ステップ501では、マスクの交換の要否を判断
する。現在チャッキングされているマスクで露光する場
合はステップ504に、マスクを交換して露光する場合は
ステップ502に進む。ステップ502では、現在チャッキン
グされているマスクをマスクトラバーサ(不図示)を用
いてマスクステージ4からはずしてマスクカセット(不
図示)に収納し、露光に用いるマスクをマスクトラバー
サを用いてマスクカセットから取りだしてマスクステー
ジ4にチャッキングする。そして、ステップ503でピッ
クアップ12を用いて、マスク2に描かれているマスクア
ライメント用マーク420とウエハステージ上に設けられ
ている基準マーク(不図示)とのアライメントをとる。
First, in step 501, it is determined whether or not the mask needs to be replaced. The process proceeds to step 504 when exposing with the currently chucked mask, and proceeds to step 502 when exposing with the mask replaced. In step 502, the currently chucked mask is detached from the mask stage 4 using a mask traverser (not shown) and stored in a mask cassette (not shown), and the mask used for exposure is removed from the mask cassette using a mask traverser. Take it out and chuck it on the mask stage 4. In step 503, the pickup 12 is used to align the mask alignment mark 420 drawn on the mask 2 with a reference mark (not shown) provided on the wafer stage.

次にステップ504で、ウエハステージ24を駆動して、
今露光しようとするウエハ上の位置(ショット位置、す
なわち転写済パターン419)と、マスク上の転写パター
ン418とを対向させる。そして、ステップ505で、マスク
上アライメントマーク421およびウエハ上アライメント
マーク422とを用いてマスクとウエハ間のギャップを計
測してz方向とチルトの補正駆動を行なう。AFが終了す
ると、ステップ506で、マスク上アライメントマーク421
およびウエハアライメントマーク422とを用いてマスク
とウエハ間のX,Y方向のずれを計測して補正駆動を行な
い、AAを行なう。AA(ステップ506)の詳細な処理内容
は後述する。
Next, in step 504, the wafer stage 24 is driven,
The position (shot position, that is, the transferred pattern 419) on the wafer to be exposed now is opposed to the transfer pattern 418 on the mask. In step 505, the gap between the mask and the wafer is measured using the on-mask alignment mark 421 and the on-wafer alignment mark 422, and the z-direction and tilt correction driving is performed. When the AF is completed, in step 506, the alignment mark 421 on the mask is set.
AA is performed by performing a correction drive by measuring a displacement in the X and Y directions between the mask and the wafer using the wafer alignment mark 422 and the wafer alignment mark 422. Detailed processing contents of AA (step 506) will be described later.

AAが終了すると、ステップ507で1ショット露光を行
ない、ステップ508で次の露光ショットの有無を判断
し、あればステップ504に戻り、なければ終了する。
When AA is completed, one-shot exposure is performed in step 507, and the presence or absence of the next exposure shot is determined in step 508. If there is, the process returns to step 504;

第6図は、第5図ステップ506のAA処理の内容を記し
たフローチャートである。1ショットについてのAA計
測、X,Y,θのずれ量計算、補正駆動を表している。
FIG. 6 is a flowchart showing the contents of the AA process in step 506 in FIG. It shows AA measurement for one shot, calculation of deviation amounts of X, Y, and θ, and correction driving.

まず、ステップ601で今露光するショット(現ショッ
ト)のウエハ上におけるレイアウトチェックを行う。1
ウエハのショット・レイアウトの一例を第7図に示す。
S1〜S3はショットである。1ショットのアライメントマ
ーク配置を第8図に示す。a〜dはマスクとウエハのず
れを計測するための優先マーク、a′〜d′は予備マー
クであり、マスクとウエハの双方に設けられている。そ
れぞれのマークはその位置でのXまたはY方向どちらか
一方のずれを検出することができ、a,a′,b,b′ではX
方向、c,c′,d,d′ではY方向のずれを検出できる。従
って、1ショットのX,Y,θずれを知るためには、最低3
つの辺上にあるマークの計測が必要である。
First, in step 601, a layout check on the wafer of the shot to be exposed (current shot) is performed. 1
FIG. 7 shows an example of a shot layout of a wafer.
S1 to S3 are shots. FIG. 8 shows the alignment mark arrangement for one shot. a to d are priority marks for measuring the displacement between the mask and the wafer, and a 'to d' are preliminary marks, which are provided on both the mask and the wafer. Each mark can detect a displacement in either the X or Y direction at that position, and a, a ', b, b'
In the directions c, c ', d, d', a shift in the Y direction can be detected. Therefore, in order to know the X, Y, θ shift of one shot, at least 3
Measurement of marks on two sides is required.

今、ショットS1を露光しようとする場合には、ショッ
ト全体がウエハ上にあるので、全マークa〜dが計測可
能である。故に、ステップ602に進んで各ピックアップ1
2からAA用の投光ビーム423を投射することにより、4点
での計測を行ない、ステップ603で計測結果のチェック
を行なう。ここでは、マークの欠損やつぶれによる計測
不能やマスク2とウエハ3とのずれが大きいために発生
する計測エラーをはじく。
When the shot S1 is to be exposed, all marks a to d can be measured because the entire shot is on the wafer. Therefore, proceed to step 602 to select each pickup 1
By projecting the light projecting beam 423 for AA from 2, measurement is performed at four points, and the measurement result is checked in step 603. Here, a measurement error caused by a measurement failure due to a missing or crushed mark or a large shift between the mask 2 and the wafer 3 is repelled.

ウエハとマスクとのX,Y方向のずれ量に対するピック
アップ12からの出力信号の特性を示すグラフを第9図に
示す。ゾーンI、IIについてはステップ604の内部で述
べるが、この範囲がAA計測レンジであり、ゾーンIIIが
計測エラーをなってステップ603ではじかれる領域であ
る。4マークとも計測できた時には4点OKとしてステッ
プ604でX,Y,θずれ量計算を行ない、ステップ605でX,Y,
θの補正駆動を行なう。そして、ステップ606で補正駆
動量のチェックを行なう。この補正量、すなわちステッ
プ604におけるずれ量計算値がトレランス内ならばこのA
A処理を終了し、トレランス外ならばステップ601に戻
る。ステップ604での具体的なX,Y,θずれ量計算方法に
ついては、第10図以降を用いて後に説明する。ステップ
603で3マークのみ計測できた場合は3点OKとして、上
述した4点計測のシーケンス(ステップ602〜604)から
ステップ601で分岐した3点計測のシーケンス(ステッ
プ607〜609)のステップ609に合流する。また、2マー
ク以下しか計測できなかった場合には、NGとして2点以
下の計測のシーケンス(ステップ610〜613)のステップ
612に進んでNGだったマークに対応する予備マークの計
測を行なう。
FIG. 9 is a graph showing the characteristics of the output signal from the pickup 12 with respect to the amount of displacement between the wafer and the mask in the X and Y directions. Zones I and II will be described in step 604, but this range is the AA measurement range, and zone III is a region where a measurement error occurs and is rejected in step 603. When all four marks can be measured, four points are determined to be OK, and the X, Y, and θ shift amounts are calculated in step 604. In step 605, the X, Y, and
The correction drive of θ is performed. Then, at step 606, the correction drive amount is checked. If this correction amount, that is, the deviation amount calculation value in step 604 is within the tolerance, this A
The process A is terminated, and if the tolerance is out of tolerance, the process returns to step 601. A specific X, Y, θ shift amount calculation method in step 604 will be described later with reference to FIG. 10 and subsequent figures. Steps
If only three marks can be measured in 603, it is determined that three points are OK, and merges with the above-described four-point measurement sequence (steps 602 to 604) to step 609 of the three-point measurement sequence (steps 607 to 609) branched in step 601 I do. In addition, when only two marks or less can be measured, the step of the measurement sequence (steps 610 to 613) of two points or less is determined as NG.
Proceeding to 612, a preliminary mark corresponding to the NG mark is measured.

第7図におけるショットS2を露光しようとした時、第
8図のaのマークはウエハからはずれてしまうので、3
点の計測となり、ステップ601から分岐してステップ607
でマークaを除く3点のAA計測を行なう。そしてステッ
プ608でステップ603と同様に計測結果チェックを行な
い、3点OKならばステップ609に進み、NGならば前記ス
テップ612に合流する。ステップ609では、4点計測シー
ケンスのステップ603で分岐してきたものも含め、3点
データによるX,Y,θ補正量計算を行なう。今、aが計測
不能で、b,c,dからそれぞれマスクとウエハのずれ量計
測データΔXD,ΔYL,ΔYRが得られたとすると、ショット
全体のずれ量ΔX,ΔY,Δθ,は、 ΔX=ΔXD+Δθ・LX/2 ΔY=(ΔYL+ΔYR)/2 Δθ=(ΔYL−ΔYR)/LY で求められる。それぞれのずれ量の符号を反転させたも
のが補正量となる。LXおよびLYは、それぞれ同方向のず
れを検出するマーク間の距離であり、後述するステップ
1006で得られる値または設計値が用いられる。a以外の
マークが計測不能であった時も計測不能マーク以外の3
点の計測データから3つの未知数ΔX,ΔY,Δθを求める
ことができる。そして、ステップ605でX,Y,θの補正駆
動を行なう。
When the shot S2 in FIG. 7 is to be exposed, the mark a in FIG.
The point is measured, branching from step 601 and step 607
Performs AA measurement at three points excluding mark a. In step 608, the measurement result is checked in the same manner as in step 603. If three points are OK, the process proceeds to step 609; In step 609, X, Y, and θ correction amounts are calculated based on the three-point data, including those branched in step 603 of the four-point measurement sequence. Assuming now that a cannot be measured and that the mask and wafer shift amount measurement data ΔX D , ΔY L , and ΔY R are obtained from b, c, and d, respectively, the shift amounts ΔX, ΔY, Δθ of the entire shot are: ΔX = ΔX D + Δθ · L X / 2 ΔY = (ΔY L + ΔY R ) / 2 Δθ = (ΔY L −ΔY R ) / L Y The value obtained by inverting the sign of each shift amount is the correction amount. L X and L Y are the distances between marks for detecting displacement in the same direction, respectively.
The value or design value obtained in 1006 is used. When marks other than a cannot be measured, 3
Three unknowns ΔX, ΔY, Δθ can be obtained from the measured data of the points. Then, in step 605, correction driving of X, Y, θ is performed.

第7図におけるショットS3を露光しようとした時に
は、第8図のbとcしか計測できない。d′の計測は可
能であるが、ピックアップの形状とマーク配置によって
ピックアップ同士が干渉するので本実施例では、d′の
計測は後で行なう。
When shot S3 in FIG. 7 is to be exposed, only b and c in FIG. 8 can be measured. Although the measurement of d 'is possible, in the present embodiment, the measurement of d' is performed later because the pickups interfere with each other depending on the shape and mark arrangement of the pickup.

まず、ステップ601からステップ610に分岐し、bとc
の2マークのAA計測を行なう。そしてステップ611で計
測結果チェックを行ない、ステップ612で不足分データ
を補足する。このステップ612に4点計測や3点計測か
らエラー分岐してきたものが合流する。ショットS3のよ
うに2点以下の計測しかできていない場合には前述のよ
うにd′が計測可能なのでdに対応するピックアップ12
dをピックアップステージ13dを用いて駆動して予備マー
クd′の上に移動させ、d′計測を行なう。4点計測や
3点計測からNGで合流してきた場合には、NGだったマー
クに対応する予備マークの計測を行なう。ここでピック
アップ12を移動したら、計測終了後、次のショットの計
測のためにピックアップ位置を元に戻しておく必要があ
る。そしてステップ613で有効データ数の総数を調べ、
4点ならばステップ604に、3点ならばステップ609に進
んでX,Y,θずれ量計算を行なう。それでも2点以下しか
得られなかった場合には、エラー終了となり、マニュア
ルアライメントを行なうか、そのショットを飛ばし次の
ショットに移る。あるいは、周囲のショットの情報から
推定してアライメントを行ない、露光することもでき
る。
First, the process branches from step 601 to step 610.
AA measurement of 2 marks is performed. In step 611, the measurement result is checked, and in step 612, the missing data is supplemented. In step 612, the error branch from the four-point measurement or the three-point measurement merges. When only two points or less can be measured as in the shot S3, d 'can be measured as described above, so that the pickup 12 corresponding to d is measured.
The d is driven by using the pickup stage 13d to move over the preliminary mark d ', and d' is measured. When the NG is merged from the four-point measurement or the three-point measurement, the preliminary mark corresponding to the NG mark is measured. If the pickup 12 is moved here, after the measurement is completed, it is necessary to return the pickup position to the original position for the measurement of the next shot. Then, in step 613, the total number of valid data is checked.
If there are four points, the process proceeds to step 604, and if there are three points, the process proceeds to step 609 to calculate the X, Y, and θ shift amounts. If still less than two points are obtained, an error is terminated and manual alignment is performed or the shot is skipped and the next shot is started. Alternatively, it is also possible to perform alignment by estimating from information of surrounding shots and performing alignment.

なお、実施では、ステップ602で4点計測をしてステ
ップ603で3点OKとなった場合には、その3点のデータ
からショットのずれ量を求めたが、その場合にもステッ
プ609ではなくステップ612に進んでNGマークに対応する
予備マークの計測を行なうようにしてもよい。3点より
も4点の方が計測誤差の影響を小さくできるが、3点で
アライメント可能なものをピックアップ移動してもう1
点の計測データを得ていることになり、スループットが
落ちるので、いずれを選択するかは時間と精度との兼ね
合いとなる。
In the implementation, when four points were measured in step 602 and three points were OK in step 603, the shot shift amount was obtained from the data of the three points. Proceeding to step 612, a preliminary mark corresponding to the NG mark may be measured. Four points can reduce the influence of measurement errors more than three points.
Since the measurement data of the point is obtained and the throughput is lowered, which one to select is a trade-off between time and accuracy.

第10図は、第6図のステップ604の処理内容を記した
フローチャートである。4点の計測データから1ショッ
トのX,Y,θずれ量の計算シーケンスを示している。ま
ず、ステップ1001で、このショットの伸び率計算の要否
を判断する。ウエハの伸び縮みがプロセスによってウエ
ハ全体でほぼ均一に起きるなら、この伸び率計算は第1
ショットでのみ必要であり、第2ショット以降は第1シ
ョットで算出された伸び率に基づいて補正計算すれば良
いのでステップ1007に飛ぶ。
FIG. 10 is a flowchart showing the processing content of step 604 in FIG. 4 shows a calculation sequence of the X, Y, and θ shift amounts of one shot from four measurement data. First, in step 1001, it is determined whether or not the calculation of the elongation percentage of this shot is necessary. If the expansion and contraction of the wafer occurs almost uniformly throughout the wafer due to the process, this elongation percentage calculation is
The process skips to step 1007 because it is necessary only for the shot and the correction calculation based on the elongation calculated for the first shot is sufficient for the second and subsequent shots.

伸び率計算が必要なものに対しては、ステップ1002で
伸び率計算の可否を判断する。伸び率計算のためには、
X,Y方向それぞれ少なくとも1つの予備マークを計測し
なければならないので、4点の計測データを得るために
XあるいはY方向の予備マークを2つとも使ってしまっ
ているような時には伸び率計算ができない。このように
伸び率計算が不可能ならばステップ1008に、可能ならば
ステップ1003に進む。
If the elongation percentage needs to be calculated, it is determined in step 1002 whether the elongation percentage can be calculated. For elongation calculation,
Since at least one preliminary mark in each of the X and Y directions must be measured, the elongation rate calculation is performed when both preliminary marks in the X or Y direction are used to obtain four points of measurement data. Can not. If the elongation cannot be calculated in this way, the process proceeds to step 1008, and if possible, the process proceeds to step 1003.

ステップ1003では、ピックアップ12を予備マーク上に
移動し、ステップ1004で予備マークを用いてマスクとウ
エハのずれを計測する。ステップ1005で第6図のステッ
プ603と同様に計測結果のチェックを行ない、X,Y方向そ
れぞれ少なくとも1つの予備マークが計測できていれば
OKとしてステップ1006に、できていなければ伸び率計算
ができないのでステップ1008に移る。
In step 1003, the pickup 12 is moved above the preliminary mark, and in step 1004, the deviation between the mask and the wafer is measured using the preliminary mark. In step 1005, the measurement result is checked in the same manner as in step 603 in FIG. 6, and if at least one preliminary mark has been measured in each of the X and Y directions,
If it is not, the process proceeds to step 1006. If the process is not completed, the elongation cannot be calculated, and the process proceeds to step 1008.

ステップ1006では、第6図のステップ602,607,610で
計測された優先マークの計測値とステップ1004で計測さ
れた予備マークの計測値とからウエハの伸び率計算を行
ない、それにともなうマーク間距離LX,LYの補正を行な
う。具体的な計算方法は第11図を用いて説明する。
In step 1006, the elongation percentage of the wafer is calculated from the measured values of the priority marks measured in steps 602, 607, and 610 of FIG. 6 and the measured values of the preliminary marks measured in step 1004, and the inter-mark distances L X , L Perform Y correction. A specific calculation method will be described with reference to FIG.

第11図において、実線は1ショットの設計サイズ、破
線は膨張した1ショットのサイズであり、実線をマスク
上のショット形状、破線をウエハ上のショット形状と考
えることができる。マークaとa′を用いてx方向の伸
び率を求めるには、ショット中心から見たマークaおよ
びマークa′の設計X座標をそれぞれXU,XU′として、
マークaおよびマークa′による計測値をそれぞれΔ
XU,ΔXU′とするx方向の伸び率ρXUは ρXU=(ΔXU′−ΔXU)/(XU′−XU) となる。同様に、マークbとb′、マークcとc′、マ
ークdとd′を用いてそれぞれの伸び率を求めると、 ρXD=(ΔXL−ΔXL′)/(XL−XL′) ρYL=(ΔYL′−ΔYL)/(YL′−YL) ρYR=(ΔYR−ΔYR′)/(YR−YR′) となる。X,Y方向ともそれぞれ1つの予備マークしか計
測できなかった場合には、求められた伸び率をそのま
ま、ρXとすれば良く、2つとも求められた場合に
はそれらの平均を計算し、 ρ=(ρXU+ρXD)/2 ρ=(ρYL+ρYR)/2 とすれば良い。
In FIG. 11, the solid line is the design size of one shot, the broken line is the size of one expanded shot, and the solid line can be considered as the shot shape on the mask and the broken line is the shot shape on the wafer. Mark a and a 'to determine the growth rate of the x-direction using a mark a, and mark a as seen from the shot center' each design X coordinate of the X U, as X U ',
The measured values of the mark a and the mark a ′ are Δ
The elongation rate ρ XU in the x direction, where X U and ΔX U ′, is expressed as ρ XU = (ΔX U ′ −ΔX U ) / (X U ′ −X U ). Similarly, marks b and b ', marks c and c', 'when seeking respective elongation using, ρ XD = (ΔX L -ΔX L' mark d and d) / (X L -X L ' ) Ρ YL = (ΔY L ′ −ΔY L ) / (Y L ′ −Y L ) ρ YR = (ΔY R −ΔY R ′) / (Y R −Y R ′). If only one preliminary mark can be measured in each of the X and Y directions, the obtained elongation percentages may be used as they are, as ρ X and ρ Y, and if both are obtained, the average of them is calculated. It is sufficient to calculate and set ρ X = (ρ XU + ρ XD ) / 2 ρ Y = (ρ YL + ρ YR ) / 2.

次に、上記のようにして求めた伸び率に従ってマーク
間距離LX,LYの補正を行なう。マーク間距離の設定値を
第11図に示すLX,LYとすると、ウエハが膨張したことに
よってショットのθ回転量を計算するための実際のマー
ク間距離は変化している。そこで、あらためて LX←LX(1+ρ) LY←LY(1+ρ) とすることによって補正できる。
Next, the distances L X and L Y between marks are corrected in accordance with the elongation percentage obtained as described above. Assuming that the set value of the distance between marks is L X and L Y shown in FIG. 11, the actual distance between marks for calculating the θ rotation amount of the shot changes due to the expansion of the wafer. Therefore, it can be corrected by a renewed L X ← L X (1 + ρ X) L Y ← L Y (1 + ρ Y).

ステップ1007では、ステップ1006で求めた伸び率に基
づき、計測データの補正を行なう。ステップ1001で伸び
率計算不要と判断したショットでは第1ショットなどで
既に計算されている伸び率を使う。計測データはマーク
位置でのマスクとウエハのずれ量になるが、ショット中
心を合わせると言う意味でのずれ分は、伸び分を除いた
ものになるので、 ΔXU←ΔXU−ρ・XU ΔXD←ΔXD−ρ・XD ΔYL←ΔYL−ρ・YL ΔYR←ΔYR−ρ・YR となる。このような補正を行なうことにより、第12図
(a)に示すようなウエハの膨張によるずれを除去する
ことができ、第12図(b)に示すローテーションのずれ
との識別が可能となる。
In step 1007, the measurement data is corrected based on the elongation percentage obtained in step 1006. For the shots for which it is determined in step 1001 that the elongation percentage calculation is unnecessary, the elongation percentages already calculated for the first shot and the like are used. Measurement data becomes the mask and shift amount of the wafer in the mark position, shift amount in the sense that match the shot center, since the minus the elongation amount, ΔX U ← ΔX U -ρ X · X U ΔX D ← ΔX D −ρ X • X D ΔY L ← ΔY L −ρ Y • Y L ΔY R ← ΔY R −ρ Y • Y R By performing such a correction, it is possible to remove the displacement due to the expansion of the wafer as shown in FIG. 12 (a), and it is possible to identify the displacement from the rotation shown in FIG. 12 (b).

次にステップ1008でショットのずれ量ΔX,ΔY,ΔθX,
Δθを計算する。ここで用いるマーク間距離と計測デ
ータは、伸び率計算をしたものに関しては補正後の値を
用いる。計算式は以下に示す。
Next, in step 1008, the shot shift amounts ΔX, ΔY, Δθ X ,
Calculate Δθ Y. As the inter-mark distance and measurement data used here, the values after correction are used for those for which the elongation rate has been calculated. The calculation formula is shown below.

ΔX=(ΔXU+ΔXD)/2 ΔY=(ΔYL+ΔYR)/2 Δθ=(ΔXU−ΔXD)/LX Δθ=(ΔYL−ΔYR)/LY ここでΔθおよびΔθはそれぞれX方向、Y方向の
計測データから求めたθ回転ずれ量である。
ΔX = (ΔX U + ΔX D ) / 2 ΔY = (ΔY L + ΔY R) / 2 Δθ X = (ΔX U -ΔX D) / L X Δθ Y = (ΔY L -ΔY R) / L Y where [Delta] [theta] X And Δθ Y are θ rotation deviation amounts obtained from the measurement data in the X direction and the Y direction, respectively.

なお、本実施例では1方向のずれのみが計測できるマ
ークを用いているが、X,Y双方向が計測できるマークを
用いれば、予備マークを用いずに同様の補正ができる。
In the present embodiment, a mark that can measure only one direction of displacement is used. However, if a mark that can be measured in both X and Y directions is used, the same correction can be performed without using a spare mark.

ステップ1009では、X方向とY方向の計測精度を比較
する。ステップ1008で求めたΔθとΔθは本来同一
な値を持つはずであるが、実際には計測精度やウエハ、
マスクの歪みなどによって異なる値を持つ。そこで、補
正駆動には精度の良い方を採用しようとする。
In step 1009, the measurement accuracy in the X direction and the measurement accuracy in the Y direction are compared. Although Δθ X and Δθ Y obtained in step 1008 should originally have the same value, in actuality measurement accuracy, wafer,
It has different values depending on the mask distortion and the like. Therefore, an attempt is made to use the one with higher accuracy for the correction drive.

さらに、現在、精密なアライメントを行なうために計
測光学系の分解能を高くするとマスクとウエハのずれ量
に対する計測系の信号出力が線形に得られる計測レンジ
が狭くなってしまう。そこで、第9図に示すような特性
を持つ光学系に対して、線形領域(ゾーンI)の両側に
ある非線形領域(ゾーンII)までも計測レンジに含める
ことにする。当然のことながら、ゾーンIIにおける計測
精度はゾーンIと比較すれば悪いので、補正駆動してゾ
ーンI内でもう一度計測するという追い込みが不可欠で
ある。
Further, at present, if the resolution of the measurement optical system is increased in order to perform precise alignment, the measurement range in which the signal output of the measurement system with respect to the amount of displacement between the mask and the wafer is linearly reduced. Therefore, with respect to the optical system having the characteristics shown in FIG. 9, even the non-linear region (Zone II) on both sides of the linear region (Zone I) is included in the measurement range. As a matter of course, since the measurement accuracy in the zone II is lower than that in the zone I, it is indispensable to perform the correction drive and perform the measurement again in the zone I.

マスクとウエハが第13図に示すようにずれていた場
合、X方向へのドリフト分が大きく、θ回転成分も持っ
ているため、ΔXD,ΔYL,ΔYRはゾーンIに入っている
が、ΔXUがゾーンIIにあるということが生じる。する
と、第10図のステップ1008で求めたΔθよりもΔθ
の方が信頼性が高く、θ回転ずれ量ΔθとしてはΔθ
を用いた方が追い込みの回数が少なくて済む。従って、
Y方向の計測値が2つともゾーンIでX方向の計測値の
うち少なくとも一方がゾーンIIだったときにはステップ
1010でθ回転ずれ量ΔθをΔθとし、X方向の計測値
が2つともゾーンIでY方向の計測値のうち少なくとも
一方がゾーンIIだったときには、ステップ1011で回転ず
れ量ΔθをΔθとする。X,Y方向とも同じゾーンだっ
た場合にはステップ1012に進む。
When the mask and the wafer are displaced as shown in FIG. 13, since the drift amount in the X direction is large and also has a θ rotation component, ΔX D , ΔY L , and ΔY R fall in zone I. , ΔX U are in zone II. Then, Δθ Y is larger than Δθ X obtained in step 1008 in FIG.
Is more reliable, and the θ rotation deviation amount Δθ is Δθ Y
The number of times of rushing can be reduced by using. Therefore,
Step when both the measured values in the Y direction are Zone I and at least one of the measured values in the X direction is Zone II
At 1010, the θ rotational deviation Δθ is set to Δθ Y, and when at least one of the two measured values in the X direction is Zone II in Zone I, the rotational deviation Δθ is set to Δθ X in Step 1011. And If both zones are the same, the process proceeds to step 1012.

ステップ1012ではX方向とY方向の計測精度が等しい
時にθ回転ずれ量ΔθをΔθとΔθとの一時結合で
求めるための重み付け係数n(0≦n≦1)を計算す
る。ΔθとΔθとは計算式から明らかなように、マ
ーク計測精度が等しければ分母の大きい方が精度が高
い。従って、重み付け係数nを n=LX/(LX+LY) と表現し、θ回転ずれ量Δθをステップ1013に示すよう
に Δθ=n・Δθ+(1−n)Δθ とすることで精度に応じた重み付けが可能となる。
In step 1012, when the measurement precisions in the X direction and the Y direction are equal, a weighting coefficient n (0 ≦ n ≦ 1) for calculating the θ rotation deviation amount Δθ by temporarily combining Δθ X and Δθ Y is calculated. As is clear from the calculation formulas, Δθ X and Δθ Y indicate that the larger the denominator, the higher the accuracy if the mark measurement accuracy is equal. Therefore, the weighting coefficient n is expressed as n = L X / (L X + L Y ), and the θ rotation deviation Δθ is set as Δθ = n · Δθ X + (1-n) Δθ Y as shown in step 1013. Enables weighting according to the accuracy.

ここで、重み付け係数nの計算に用いるLXおよびLY
ステップ1006で伸び率によって補正した値であるが、ス
テップ1002あるいは1005で伸び率計算ができず、LX,LY
が設計値のままの場合には、以下に述べる重み付け係数
nの計算方法がある。この方法はウエハの結晶成長方向
等により、X方向とY方向とでウエハの伸び縮みのし易
さが分かっている場合に利用できる。ウエハのX方向の
長さの不確定率(不確定長/基本長)をαX,Y方向のそ
れをαとすると、 LX←LX・(1−α) LY←LY・(1−α) とすれば、上記例と同様の式で重み付け係数nを求める
ことができる。また、他の諸条件によって重み付け係数
nを決定しても良い。
Here, L X and L Y used in the calculation of the weighting coefficient n are the values corrected by the elongation in Step 1006, but the elongation cannot be calculated in Step 1002 or 1005, and L X and L Y
Is the design value, there is a method for calculating the weighting coefficient n described below. This method can be used when it is known that the wafer easily expands and contracts in the X direction and the Y direction depending on the crystal growth direction of the wafer. Assuming that the uncertainty rate (uncertain length / basic length) of the length of the wafer in the X direction is α X and that in the Y direction is α Y , L X ← L X · (1−α X ) L Y ← L Y If (1−α Y ), the weighting coefficient n can be obtained by the same equation as in the above example. Further, the weighting coefficient n may be determined according to other conditions.

また、第10図では、伸び率による計測値の補正をして
からΔx,Δy,Δθを求めたが、計測値の少なくとも1つ
がゾーンIIにあるときに、伸びによる精度劣化よりも非
線形による精度劣化の方が大きければステップ1009の判
断による分岐をステップ1008よりも先に行なって、ステ
ップ1010や1011に対する伸びの補正を行なわないという
シーケンスもとれる。
Further, in FIG. 10, Δx, Δy, and Δθ were obtained after correcting the measured values based on the elongation rate. However, when at least one of the measured values was in zone II, the accuracy was more nonlinear than the accuracy degradation due to elongation. If the deterioration is greater, a branch is made before the step 1008 by branching at the step 1009, and the extension is not corrected for the steps 1010 and 1011.

以上AAシーケンスについて述べたが、ショットレイア
ウト情報や計測エラーの発生に応じてシーケンスを選択
すること、予備マークを用いて計測データを補充するこ
とに関しては、AFシーケンスについても応用することが
できる。
Although the AA sequence has been described above, the AF sequence can be applied to selecting a sequence according to shot layout information or occurrence of a measurement error, and supplementing measurement data using a spare mark.

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

第1図は、この発明の一実施例に係るステップアンドリ
ピート露光装置の要部構成図、 第2図は、ウエハとマスクの平面方向および垂直方向の
ずれを検出するファインAA/AF方式の説明概略図、 第3図は、第1図の露光装置の制御系のハードウエハ構
成図、 第4図は、ステップアンドリピート露光方式の説明図、 第5図は、ステップアンドリピート露光シーケンスの1
パッチ分のフローチャート、 第6図は、第5図ステップ506のAA処理の内容を記した
フローチャート、 第7図は、1ウエハのショット・レイアウトを示す説明
図、 第8図は、1つのショットのアライメントマーク配置
図、 第9図は、ウエハとマスクとのX,Y方向のずれ量に対す
るピックアップからの出力信号の特性を示すグラフ、 第10図は、第6図のステップ604の処理内容を記したフ
ローチャート、 第11図は、ウエハの伸び率計算の説明図、 第12図(a)および(b)は、ウエハの伸びによるずれ
およびローテーションによるずれの説明図、 第13図は、ウエハ上アライメントマークの1つが高精度
計測ゾーンを外れた状態の説明図である。 1:X線(露光光) 2:マスク(原版) 3:ウエハ(被露光基板) 4:マスクθステージ 12,12a〜12d:ピックアップ 13:ピックアップステージ 24:ウエハステージ 304:本体コントロールユニット 305:ピックアップステージ制御部 309a,309b,309c,309d:ファインAA/AF制御部 421:ウエハ上アライメントマーク 422:マスク上アライメントマーク 423:投光ビーム ΔXU,ΔXD,ΔYL,ΔYR:アライメントマークのずれ量計測
FIG. 1 is a block diagram of a main part of a step-and-repeat exposure apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an explanation of a fine AA / AF system for detecting a deviation between a wafer and a mask in a plane direction and a vertical direction. Schematic diagram, FIG. 3 is a configuration diagram of a hard wafer of a control system of the exposure apparatus of FIG. 1, FIG. 4 is an explanatory diagram of a step-and-repeat exposure method, and FIG.
FIG. 6 is a flowchart showing the contents of the AA process in step 506 of FIG. 5, FIG. 7 is an explanatory diagram showing a shot layout of one wafer, and FIG. 8 is a diagram of one shot. FIG. 9 is a graph showing the characteristics of the output signal from the pickup with respect to the amount of displacement between the wafer and the mask in the X and Y directions. FIG. 10 shows the processing contents of step 604 in FIG. FIG. 11 is an explanatory view of the calculation of the elongation rate of the wafer, FIGS. 12 (a) and (b) are explanatory views of the deviation due to the elongation of the wafer and the deviation due to the rotation, and FIG. 13 is the alignment on the wafer FIG. 4 is an explanatory diagram of a state where one of the marks has deviated from a high-precision measurement zone. 1: X-ray (exposure light) 2: Mask (original plate) 3: Wafer (substrate to be exposed) 4: Mask θ stage 12, 12a to 12d: Pickup 13: Pickup stage 24: Wafer stage 304: Main unit control unit 305: Pickup Stage controller 309a, 309b, 309c, 309d: Fine AA / AF controller 421: Alignment mark on wafer 422: Alignment mark on mask 423: Projection beam ΔX U , ΔX D , ΔY L , ΔY R : Deviation of alignment mark Quantity measurement

フロントページの続き (72)発明者 太田 裕久 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 野瀬 哲志 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−82516(JP,A) 特開 昭62−133566(JP,A) 特開 平3−110819(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/027Continued on the front page (72) Inventor Hirohisa Ota 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Inside Canon Inc. (72) Inventor Tetsushi Nose 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Inside Canon Inc. (56) reference Patent flat 2-82516 (JP, a) JP Akira 62-133566 (JP, a) JP flat 3-110819 (JP, a) (58 ) investigated the field (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 21/027

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ステップアンドリピート方式の露光装置に
おいて被露光基板上の各ショットに原版の像を焼付転写
するに先立ち、そのショットについて設けられている複
数個の基板上マークと各基板上マークに対応する原版上
マークとの相対位置関係を計測するマーク計測手段と、 このマーク計測手段から出力される計測情報の数を判定
する判定手段と、 この判定手段の判定結果に応じ異なる算式を用いて前記
計測情報より前記基板と原版とを位置合わせするための
補正量を算出する演算手段と を具備することを特徴とするアライメント装置。
In a step-and-repeat type exposure apparatus, prior to printing and transferring an image of an original onto each shot on a substrate to be exposed, a plurality of marks provided on the shot and marks on each substrate are provided. A mark measuring means for measuring a relative positional relationship with a corresponding mark on the original; a judging means for judging the number of measurement information outputted from the mark measuring means; and a different formula depending on a judgment result of the judging means. Calculating means for calculating a correction amount for aligning the substrate and the original from the measurement information.
【請求項2】前記判定手段は、基板上ショットレイアウ
ト情報に応じて前記計測情報の数を判定する請求項1の
アライメント装置。
2. The alignment apparatus according to claim 1, wherein said determination means determines the number of said measurement information in accordance with on-substrate shot layout information.
【請求項3】前記判定手段は、さらに前記マーク検出手
段におけるマーク検出エラーに応じて前記計測情報の数
を判定する請求項2のアライメント装置。
3. The alignment apparatus according to claim 2, wherein said determination means further determines the number of said measurement information according to a mark detection error in said mark detection means.
【請求項4】前記基板と原版とを平面方向に位置合わせ
する請求項1のアライメント装置。
4. The alignment apparatus according to claim 1, wherein said substrate and said original are aligned in a plane direction.
【請求項5】前記基板と原版との間隔を補正する請求項
1のアライメント装置。
5. The alignment apparatus according to claim 1, wherein the distance between the substrate and the original is corrected.
【請求項6】前記演算手段は、前記計測情報の数が第1
の所定数以上であれば第1の算式により前記補正量を算
出し、前記計測情報の数が第1の所定数未満第2の所定
数以上であれば第2の算式により前記補正量を算出し、
前記計測情報の数が前記第2の所定数未満であれば前記
マーク計測手段で発生されなかった計測情報の代替情報
を補充されこの代替情報を前記計測情報の数に含めた数
に対応する前記第1または第2の算式により前記補正量
を算出する請求項1のアライメント装置。
6. The arithmetic unit according to claim 1, wherein the number of the measurement information is a first number.
If the number is equal to or more than a predetermined number, the correction amount is calculated by a first formula. If the number of the measurement information is less than a first predetermined number and equal to or more than a second predetermined number, the correction amount is calculated by a second formula. And
If the number of the measurement information is less than the second predetermined number, the replacement information of the measurement information not generated by the mark measurement means is supplemented and the replacement information corresponding to the number including the replacement information in the number of the measurement information is used. 2. The alignment apparatus according to claim 1, wherein said correction amount is calculated by a first or second formula.
【請求項7】前記代替情報は、周囲のショットにおいて
検出された計測情報に基づいて作成される請求項6のア
ライメント装置。
7. The alignment apparatus according to claim 6, wherein said alternative information is created based on measurement information detected in surrounding shots.
【請求項8】前記代替情報は、前記マーク計測手段が前
記基板および原版上に予め形成されている予備マーク上
に移動され該マーク計測手段により該予備マークが計測
されて発生される予備マーク計測情報である請求項6の
アライメント装置。
8. The alternative mark information is obtained by moving the mark measuring means to a preliminary mark formed in advance on the substrate and the original, and measuring the preliminary mark by the mark measuring means. 7. The alignment device according to claim 6, which is information.
【請求項9】ステップアンドリピート方式の露光装置に
おいて被露光基板上の各ショットに原版の像を焼付転写
するに先立ち、そのショットについて設けられている複
数個の基板上マークと各基板上マークに対応する原版上
マークとの相対位置関係を計測するマーク計測手段と、 このマーク計測手段から出力される計測情報の数を判定
する判定手段と、 この計測情報の数が所定数に満たないとき不足する計測
情報の代替情報を補充する情報補充手段と、 前記所定数の計測情報に基づいて前記基板と原版とを位
置合わせするための補正量を算出する演算手段と を具備することを特徴とするアライメント装置。
9. Prior to printing and transferring an image of an original onto each shot on a substrate to be exposed in a step-and-repeat type exposure apparatus, a plurality of marks provided on the shot and marks on each substrate are provided. Mark measuring means for measuring the relative positional relationship with the corresponding mark on the original; determining means for determining the number of measurement information output from the mark measuring means; insufficient when the number of measurement information is less than a predetermined number Information supplementing means for supplementing alternative information of measurement information to be performed, and arithmetic means for calculating a correction amount for aligning the substrate and the original based on the predetermined number of pieces of measurement information. Alignment device.
【請求項10】前記代替情報は、周囲のショットにおい
て検出された計測情報に基づいて作成される請求項9の
アライメント装置。
10. The alignment apparatus according to claim 9, wherein said substitute information is created based on measurement information detected in surrounding shots.
【請求項11】前記代替情報は、前記マーク計測手段を
前記基板および原版上に予め形成されている予備マーク
上に移動することにより該マーク計測手段より発生され
る予備マークの計測情報である請求項9のアライメント
装置。
11. The substitute information is preliminary mark measurement information generated by the mark measuring means by moving the mark measuring means onto a preliminary mark formed in advance on the substrate and the original. Item 10. The alignment device according to Item 9.
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