JPH08162392A - Aligning method - Google Patents
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- JPH08162392A JPH08162392A JP6304525A JP30452594A JPH08162392A JP H08162392 A JPH08162392 A JP H08162392A JP 6304525 A JP6304525 A JP 6304525A JP 30452594 A JP30452594 A JP 30452594A JP H08162392 A JPH08162392 A JP H08162392A
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- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体デバイス
や液晶表示デバイス等を製造するためのリソグラフィ工
程で使用される露光装置において、マスクパターンを順
次感光基板上の各ショット領域に露光するために、統計
的手法を用いて予測した配列座標に基づいて各ショット
領域の位置決めを行う場合に適用して好適な位置合わせ
方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a mask pattern for sequentially exposing each shot area on a photosensitive substrate in an exposure apparatus used in a lithography process for manufacturing a semiconductor device, a liquid crystal display device or the like. The present invention relates to a suitable alignment method applied when positioning each shot area based on the array coordinates predicted using a statistical method.
【0002】[0002]
【従来の技術】一般に半導体素子は、ウエハ上に例えば
数層〜十数層の回路パターンを重ね合わせて形成される
ので、ステッパ等の投影露光装置で2層目以降の回路パ
ターンをウエハ上に投影露光する際には、ウエハ上で既
に回路パターンが形成された各ショット領域とこれから
露光するマスクとしてのレチクルのパターン像との位置
合わせ、即ちウエハとレチクルとの位置合わせ(アライ
メント)を高精度に行う必要がある。斯かる位置合わせ
を行うためのアライメント装置は、大別して、ウエハ上
の各ショット領域に付設されたアライメントマーク(ウ
エハマーク)の位置を検出して光電信号を生成するアラ
イメントセンサと、その光電信号を処理してそのウエハ
マークの本来の位置からのずれ量を求める信号処理系
と、求めたずれ量に応じてウエハ、又はレチクルの位置
を補正する位置決め機構と、から構成されている。2. Description of the Related Art Generally, a semiconductor element is formed by superposing, for example, several to ten and several layers of circuit patterns on a wafer. When performing projection exposure, it is possible to perform highly accurate alignment between each shot area where a circuit pattern is already formed on the wafer and the pattern image of the reticle as a mask to be exposed, that is, the alignment between the wafer and the reticle. Need to do. The alignment apparatus for performing such alignment is roughly classified into an alignment sensor that detects the position of an alignment mark (wafer mark) attached to each shot area on the wafer and generates a photoelectric signal, and the alignment sensor that generates the photoelectric signal. The signal processing system includes a signal processing system for processing and obtaining the amount of deviation of the wafer mark from the original position, and a positioning mechanism for correcting the wafer or reticle position according to the obtained amount of deviation.
【0003】そのアライメントセンサの方式には、レチ
クル上のアライメントマーク(レチクルマーク)と、ウ
エハマークとを投影光学系を介して同時に観察(検出)
するTTR(スルー・ザ・レチクル)方式と、レチクル
マークは検出せずに投影光学系を介してウエハマークだ
けを検出するTTL(スルー・ザ・レンズ)方式と、投
影光学系から離れた検出系を介してウエハマークだけを
検出するオフ・アクシス方式とがある。As the alignment sensor method, an alignment mark (reticle mark) on a reticle and a wafer mark are simultaneously observed (detected) via a projection optical system.
TTR (Through the Reticle) method and TTL (Through the Lens) method that detects only the wafer mark through the projection optical system without detecting the reticle mark, and the detection system that is separated from the projection optical system. There is an off-axis method in which only the wafer mark is detected via the.
【0004】これらの内で、TTR方式、又はTTL方
式に関しては、投影光学系を介してウエハマークを検出
すると共に、投影光学系は露光光に対して最も色収差が
良くなるように設計されているため、望ましい光はレー
ザビーム(単色光)、又は露光光と同じ程度の波長域の
準単色光(例えば水銀ランプのg線、i線等の輝線スペ
クトル)である。従って、TTR方式、又はTTL方式
のアライメントセンサとしては、ドット列パターン状の
ウエハマークとスリット状に集光されるレーザビームと
を相対走査し、所定方向に発生する回折光を検出するこ
とによりそのウエハマークの位置を検出するレーザ・ス
テップ・アライメント(以下、「LSA」と言う)方
式、又は回折格子状のウエハマークに対して複数方向か
らレーザビームを照射し、そのウエハマークから同一方
向に射出される複数の回折光の干渉光の位相よりそのウ
エハマークの位置を検出する2光束干渉方式(以下、
「LIA(Laser Interferometric Alignment )方式」
と言う)のように、検出光としてレーザビームを使用す
るものが主に使用されている。LSA方式、及びLIA
方式のアライメントセンサは、例えば特開平2−272
305号公報に開示されている。Among these, in the TTR method or the TTL method, the wafer mark is detected through the projection optical system, and the projection optical system is designed to have the best chromatic aberration with respect to the exposure light. Therefore, the desirable light is a laser beam (monochromatic light) or a quasi-monochromatic light having a wavelength range similar to that of the exposure light (for example, a bright line spectrum of a mercury lamp such as g-line and i-line). Therefore, as a TTR or TTL alignment sensor, a dot row pattern wafer mark and a slit-shaped laser beam are relatively scanned to detect diffracted light generated in a predetermined direction. A laser step alignment (hereinafter referred to as “LSA”) method for detecting the position of a wafer mark, or a laser beam is irradiated from a plurality of directions on a diffraction grating wafer mark and the wafer mark is emitted in the same direction. A two-beam interference method for detecting the position of the wafer mark from the phase of the interference light of a plurality of diffracted light (hereinafter,
"LIA (Laser Interferometric Alignment) method"
The one using a laser beam as the detection light is mainly used. LSA method and LIA
The alignment sensor of the type is, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2-272.
This is disclosed in Japanese Patent No. 305.
【0005】一方、オフ・アクシス方式では、投影光学
系による制限が無いため、ウエハマークの照明光はどの
ようなものであってもよいため、上述のLSA方式、又
はLIA方式のアライメントセンサも使用できる。更
に、オフ・アクシス方式としては、ハロゲンランプ等か
らの所定の帯域幅(例えば幅200nm程度)の照明光
(ブロードバンド光)でウエハマークを照明し、このウ
エハマークの像を撮像して得られる撮像信号を画像処理
してウエハマークの位置を求める画像処理方式(以下、
「FIA(Field Image Alignment)方式」と呼ぶ)のア
ライメントセンサも使用されている。On the other hand, in the off-axis method, since there is no limitation by the projection optical system, the illumination light of the wafer mark may be any light. Therefore, the above-mentioned LSA method or LIA method alignment sensor is also used. it can. Further, as an off-axis method, an image obtained by illuminating a wafer mark with illumination light (broadband light) having a predetermined bandwidth (for example, a width of about 200 nm) from a halogen lamp and capturing an image of the wafer mark An image processing method for obtaining the position of the wafer mark by image-processing the signal (hereinafter,
An alignment sensor of "FIA (Field Image Alignment) method" is also used.
【0006】また、それらのアライメント装置を用いて
ウエハの各ショット領域のアライメントを行う方法とし
て、エンハンスト・グローバル・アライメント(以下、
「EGA」と言う)方式のアライメント方法が提案され
ている(例えば特開昭61−44429号公報参照)。
このEGA方式では、ウエハ上の多数のショット領域中
から選択されたショット領域(サンプルショット)に付
設されたウエハマークの位置を検出し、この検出結果を
統計処理することにより、ウエハ上の各ショット領域の
座標位置が算出され、この算出された座標位置に基づい
て各ショット領域の位置決めが行われる。Further, as a method of aligning each shot area of a wafer using these alignment devices, an enhanced global alignment (hereinafter, referred to as
An "EGA" type alignment method has been proposed (see, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 61-44429).
In this EGA method, the position of a wafer mark attached to a shot area (sample shot) selected from a large number of shot areas on the wafer is detected, and the detection result is statistically processed to obtain each shot on the wafer. The coordinate position of the area is calculated, and the positioning of each shot area is performed based on the calculated coordinate position.
【0007】更に、各ショット領域の位置のみならず、
各ショット領域内でのチップパターンの伸縮や、チップ
パターンの回転をも計測して補正しながらアライメント
を行う方法として、特開平6−275496号公報にお
いて、サンプルショット内の複数の計測点においてそれ
ぞれウエハマークの1次元、又は2次元の位置を計測す
る方法(以下、「ショット内多点EGA方式」と呼ぶ)
も提案されている。そのようにショット領域内でのチッ
プパターンの伸縮(倍率)や回転を考慮することによ
り、ショット領域内での重ね合わせ精度も向上する。Further, not only the position of each shot area,
As a method for performing alignment while measuring the expansion and contraction of the chip pattern in each shot area and the rotation of the chip pattern and correcting the alignment, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-275496 discloses a method of performing wafer alignment at a plurality of measurement points within a sample shot. A method for measuring the one-dimensional or two-dimensional position of a mark (hereinafter referred to as "multi-point EGA method within shot")
Is also proposed. By thus taking into account the expansion (magnification) and rotation of the chip pattern within the shot area, the overlay accuracy within the shot area is also improved.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来のアラ
イメントセンサの内で、オフ・アクシス方式で且つFI
A方式のアライメントセンサは、広帯域の照明光を使用
するため、ウエハ上に塗布されたフォトレジスト層での
薄膜干渉の影響を受けにくいと共に、ウエハマークの非
対称性の影響を受けにくいという利点がある。しかしな
がら、オフ・アクシス方式では、計測する位置と露光位
置とが比較的大きく離れているため、スループット(単
位時間当りのウエハの処理枚数)が悪いという不都合が
ある。Among the conventional alignment sensors as described above, the off-axis type and the FI type are used.
Since the A-type alignment sensor uses broadband illumination light, it has the advantage that it is less susceptible to thin film interference in the photoresist layer coated on the wafer and less susceptible to wafer mark asymmetry. . However, the off-axis method has a disadvantage that the throughput (the number of processed wafers per unit time) is poor because the measurement position and the exposure position are relatively far apart.
【0009】一方、TTL方式で且つLIA方式のアラ
イメントセンサは、TTL方式であり、計測位置から露
光位置までの移動距離が短くて済むため(移動距離がほ
ぼ0の場合もある)、スループットの点で有利である。
しかしながら、LIA方式、及びLSA方式のアライメ
ントセンサでは、ウエハ上に例えばアルミニウムの蒸着
によって形成されるウエハマークの表面に生じる非対称
な形状の影響を受けて、スケーリング(ウエハ全体とし
ての線形伸縮)や、ショット領域内のチップパターンの
倍率の計測結果に誤差が生じる場合がある。また、使用
される光が単色のレーザビームであるため、フォトレジ
ストの薄膜干渉の影響を受ける場合もある。そして、こ
れらの影響の程度は、プロセス工程のばらつきによって
ロット毎に異なる可能性があるため、予め求めておいた
定数だけで補正するのは難しいという不都合がある。On the other hand, the TTL and LIA alignment sensor is of the TTL system and requires only a short moving distance from the measurement position to the exposure position (the moving distance may be almost 0). Is advantageous.
However, in the LIA type and LSA type alignment sensors, scaling (linear expansion / contraction of the entire wafer), or an asymmetric shape generated on the surface of a wafer mark formed on the wafer by vapor deposition of aluminum, for example, An error may occur in the measurement result of the magnification of the chip pattern in the shot area. Further, since the light used is a monochromatic laser beam, it may be affected by thin film interference of the photoresist. Since the degree of these influences may vary from lot to lot due to variations in process steps, it is difficult to correct with only the constants obtained in advance.
【0010】特に、上述のEGA方式のアライメント方
法は、位置決め精度とスループット(単位時間当りのウ
エハの処理枚数)との両方を高める方式であるため、使
用するアライメントセンサとしては精度、及びスループ
ットの両面で優れているものを使用することが望まし
い。また、単に各ショット領域の位置決め精度を高める
のみならず、各ショット領域内での重ね合わせ精度を高
める必要もある。In particular, since the above-mentioned EGA type alignment method is a method of increasing both the positioning accuracy and the throughput (the number of wafers processed per unit time), the alignment sensor to be used has both the accuracy and the throughput. It is desirable to use the one that is superior. Further, it is necessary not only to simply improve the positioning accuracy of each shot area, but also to improve the overlay accuracy within each shot area.
【0011】本発明は斯かる点に鑑み、EGA方式のア
ライメントを行う際に、位置合わせ精度、及び各ショッ
ト領域内での重ね合わせ精度が高いと共に、スループッ
トの点でも優れた位置合わせ方法を提供することを目的
とする。In view of the above point, the present invention provides a positioning method which is excellent in terms of throughput as well as high positioning accuracy and superposition accuracy in each shot area when performing EGA type alignment. The purpose is to do.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明による位置合わせ
方法は、N(Nは2以上の整数)枚の基板内の各基板毎
に、基板(W)上に設計上の配列座標に従って2次元的
に配列された複数のショット領域のそれぞれを、その基
板の移動位置を規定する静止座標系(X,Y)内の所定
の基準位置に対して位置合わせするに際して、それら複
数のショット領域の内、予め選択された複数のショット
領域(S1 〜S8)の静止座標系(X,Y)における座標
位置を検出し、この計測された複数の座標位置を統計演
算することによって、それら複数のショット領域のそれ
ぞれの静止座標系(X,Y)における座標位置を算出
し、このように算出された座標位置に従って基板(W)
の移動位置を制御することによって、それら複数のショ
ット領域のそれぞれをその基準位置に対して位置合わせ
する方法、即ちEGA方式の位置合わせ方法に関する。According to the alignment method of the present invention, for each substrate in N (N is an integer of 2 or more) substrates, two-dimensional alignment is performed on the substrate (W) according to the designed arrangement coordinates. When aligning each of the plurality of shot areas arranged in a line with a predetermined reference position in the stationary coordinate system (X, Y) that defines the movement position of the substrate, among the plurality of shot areas, , The coordinate positions of the plurality of preselected shot areas (S 1 to S 8 ) in the static coordinate system (X, Y) are detected, and the plurality of measured coordinate positions are statistically calculated, thereby The coordinate position in each static coordinate system (X, Y) of the shot area is calculated, and the substrate (W) is calculated according to the coordinate position thus calculated.
The present invention relates to a method of aligning each of the plurality of shot areas with respect to its reference position by controlling the movement position of the above, that is, an EGA type alignment method.
【0013】そして、本発明は、その統計演算によって
算出された座標位置に従ってk(kは2以上でN以下の
整数)枚目以降の基板上の複数のショット領域のそれぞ
れをその基準位置に対して位置合わせするのに先だっ
て、(k−1)枚目までの基板の内少なくとも1枚につ
いては、2つのアライメントセンサ(10,36)を用
いてショット領域内の複数点(SC1〜SC4)での1
次元又は2次元の位置計測を行うと共に、それぞれのア
ライメントセンサで計測された座標位置の統計演算結果
の差分、及びそれぞれのアライメントセンサで計測され
た座標位置のショット領域内での統計演算結果を求めて
記憶し(ステップ104〜106)、k枚目以降の位置
合わせに際しては、それら2つのアライメントセンサの
内の一方のアライメントセンサ(10)のみによりショ
ット領域内の1点での1次元又は2次元の位置計測を行
い(ステップ110)、これら計測結果を統計演算して
得られた結果を、既に記憶した2つのアライメントセン
サで計測された座標位置の統計演算結果の差分、及び2
つのアライメントセンサのそれぞれで計測された座標位
置のそのショット領域内での統計演算結果を用いて補正
し(ステップ111)、この補正結果に基づいて位置合
わせする(ステップ112)ものである。Then, according to the present invention, according to the coordinate position calculated by the statistical calculation, each of a plurality of shot regions on the kth (k is an integer of 2 or more and N or less) substrate and thereafter is set with respect to its reference position. Prior to performing the alignment by using two alignment sensors (10, 36), at least one of the substrates up to the (k−1) th substrate is used at a plurality of points (SC1 to SC4) in the shot area. Of 1
-Dimensional or two-dimensional position measurement is performed, and the difference of the statistical calculation result of the coordinate position measured by each alignment sensor and the statistical calculation result of the coordinate position measured by each alignment sensor in the shot area are obtained. (Steps 104 to 106), and when aligning the k-th and subsequent sheets, only one of the two alignment sensors (10) is used for one-dimensional or two-dimensional measurement at one point in the shot area. Position measurement is performed (step 110), and the results obtained by statistically calculating these measurement results are used as the difference between the statistical calculation results of the coordinate positions measured by the two already stored alignment sensors, and 2
The coordinate position measured by each of the two alignment sensors is corrected using the statistical calculation result in the shot area (step 111), and the position is adjusted based on the correction result (step 112).
【0014】この場合、そのk枚目以降の位置合わせに
際して、2つのアライメントセンサの内の一方のアライ
メントセンサ(10)によりショット領域内の1点での
1次元又は2次元の位置計測を行うと共に、何れかのア
ライメントセンサによりショット領域の別の点での所定
の方向への1次元の座標位置を計測し、そのショット領
域内のその1点での計測結果、及びその別の点での計測
結果を統計演算して得られた結果を、既に記憶した2つ
のアライメントセンサで計測された座標位置の統計演算
結果の差分、及び2つのアライメントセンサのそれぞれ
で計測された座標位置のそのショット領域内での統計演
算結果を用いて補正し、この補正結果に基づいて位置合
わせするようにしてもよい。In this case, at the time of positioning the kth and subsequent sheets, one of the two alignment sensors (10) performs one-dimensional or two-dimensional position measurement at one point in the shot area. , A one-dimensional coordinate position in a predetermined direction at another point in the shot area is measured by one of the alignment sensors, and the measurement result at that one point in the shot area and the measurement at that other point The result obtained by statistically calculating the result is the difference between the statistical calculation results of the coordinate positions measured by the two already-stored alignment sensors and the shot area of the coordinate position measured by each of the two alignment sensors. It is also possible to make a correction using the statistical calculation result in 1. and perform the alignment based on the correction result.
【0015】[0015]
【作用】斯かる本発明によれば、N枚の基板よりなる1
ロットの先頭の基板、又は先頭から数枚(k枚)の基板
については、2種類のアライメントセンサ(例えばTT
L方式のLIA系10と、オフ・アクシス方式のFIA
系36)を使ってそれぞれ、同一のサンプルショットで
ショット内多点EGA方式のアライメントを行う。そし
て、両アライメントセンサについて求めたショット内多
点EGAの各パラメータ値のセンサ間の差を求めて記憶
しておく。According to such an aspect of the present invention, it is composed of N substrates.
For the first substrate of the lot or a few (k) substrates from the first, two types of alignment sensors (for example, TT
L system LIA system 10 and off-axis system FIA
The system 36) is used to perform multi-point intra-shot EGA alignment for the same sample shot. Then, the difference between the respective sensor values of the in-shot multi-point EGA values obtained for both alignment sensors is obtained and stored.
【0016】それ以降のウエハを露光するときは、例え
ばスループットの高いTTL方式のLIA系10等のア
ライメントセンサのみを使って通常のEGA方式でのア
ライメントを行い、LIA系10等で所定の偏りが生ず
る恐れのあるパラメータ(例えばスケーリング)につい
ては、先に記憶した例えばFIA系36との差で補正を
行い、チップパターンの倍率(ショット倍率)等のショ
ット内パラメータについては、その基板のプロセスに最
も適したアライメントセンサ(例えば、ショット倍率は
FIA系、ショット回転はLIA系等)で計測して先に
記憶してあるパラメータを使用して露光を行う。これに
より、高いスループットを維持したまま、位置合わせ精
度、及びショット領域内での重ね合わせ精度を高めるこ
とが可能となる。When exposing subsequent wafers, for example, alignment is performed in the usual EGA system using only the alignment sensor of the TTL system LIA system 10 or the like having a high throughput, and a predetermined bias is generated in the LIA system 10 or the like. Parameters that may occur (for example, scaling) are corrected by the difference with the FIA system 36 stored previously, and parameters within the shot such as the chip pattern magnification (shot magnification) are the most important for the process of the substrate. Exposure is performed using a suitable alignment sensor (for example, shot magnification is FIA system, shot rotation is LIA system, etc.) and the parameters stored in advance are used. This makes it possible to improve the alignment accuracy and the overlay accuracy in the shot area while maintaining high throughput.
【0017】その他に、例えばk枚目以降の基板につい
ては、基本的に例えばスループットの高いTTL方式の
LIA系10等のアライメントセンサのみを使って通常
のEGA方式でのアライメントを行い、ショット領域内
パラメータの内でウエハ毎に変わり易い成分(ショット
倍率、ショット回転等)については、2つのアライメン
トセンサの内の最も適したアライメントセンサを用いて
少ない計測点で実際に計測を行って得た結果に基づいて
定める。これにより、スループットをそれ程低下させる
ことなく、よりショット領域毎の重ね合わせ精度を高め
ることができる。In addition, for the kth and subsequent substrates, for example, the alignment is performed in the normal EGA system by using only the alignment sensor such as the TTL LIA system 10 which has a high throughput, and within the shot area. For the parameters (shot magnification, shot rotation, etc.) that change easily from wafer to wafer in the parameters, refer to the results obtained by actually measuring at the few measurement points using the most suitable alignment sensor of the two alignment sensors. Determined based on As a result, the overlay accuracy for each shot area can be further increased without significantly reducing the throughput.
【0018】[0018]
【実施例】以下、本発明による位置合わせ方法の一実施
例につき図面を参照して説明する。図2は本実施例で使
用されるアライメント装置を備えた投影露光装置の要部
の構成を示し、この図2において、露光用の照明光(水
銀ランプからのg線、i線、あるいはエキシマレーザ光
源からの紫外線パルス光)ILはコンデンサーレンズC
Lを介してレチクルRのパターン領域PAを均一な照度
分布で照射する。パターン領域PAを通った照明光IL
は、例えば両側(片側でもよい)テレセントリックな投
影光学系PLに入射し、ウエハWに達する。投影光学系
PLは照明光ILの波長に関して最良に収差補正されて
おり、その波長のもとでレチクルRとウエハWとは互い
に共役になっている。以下では、投影光学系PLの光軸
AXに平行にZ軸を取り、Z軸に垂直な平面内で図2の
紙面に平行にX軸を取り、図2の紙面に垂直にY軸を取
って説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the alignment method according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 2 shows a configuration of a main part of a projection exposure apparatus equipped with an alignment apparatus used in this embodiment. In FIG. 2, illumination light for exposure (g line, i line from a mercury lamp, or excimer laser) is shown. (UV pulsed light from the light source) IL is a condenser lens C
The pattern area PA of the reticle R is illuminated via L with a uniform illuminance distribution. Illumination light IL passing through the pattern area PA
Enters the projection optical system PL that is telecentric on both sides (may be one side) and reaches the wafer W. The projection optical system PL has the best aberration correction with respect to the wavelength of the illumination light IL, and the reticle R and the wafer W are conjugated with each other under the wavelength. In the following, the Z axis is taken parallel to the optical axis AX of the projection optical system PL, the X axis is taken parallel to the paper surface of FIG. 2 in the plane perpendicular to the Z axis, and the Y axis is taken perpendicular to the paper surface of FIG. Explain.
【0019】さて、レチクルRは2次元的に微動可能な
レチクルステージRSに保持され、レチクルRはその周
辺に形成されたレチクルアライメントマークがミラー1
6、対物レンズ17、マーク検出系18からなるレチク
ルアライメント系で検出されることによって、投影光学
系PLの光軸AXに関して位置決めされる。一方、ウエ
ハWは駆動系13によって2次元的に移動するウエハス
テージST上に載置され、ウエハステージSTの座標値
は干渉計12により逐次計測される。ステージコントロ
ーラ14は干渉計12からの座標計測値等に基づいて駆
動系13を制御して、ウエハステージSTの移動や位置
決めを制御する。ウエハステージST上にはベースライ
ン計測等で使用する基準マークFMが設けられている。
ベースライン計測とは、アライメントセンサの検出中心
と、投影光学系PLの露光フィールドの中心との間隔
(ベースライン)の計測を行うことであり、本例ではそ
のベースラインは予め求められている。The reticle R is held on a reticle stage RS that can be finely moved two-dimensionally, and the reticle R has a reticle alignment mark formed on the periphery of the reticle R.
6, the objective lens 17 and the mark detection system 18 detect the reticle alignment system to position the optical system AX with respect to the optical axis AX. On the other hand, the wafer W is mounted on the wafer stage ST which is two-dimensionally moved by the drive system 13, and the coordinate value of the wafer stage ST is sequentially measured by the interferometer 12. The stage controller 14 controls the drive system 13 based on the coordinate measurement values from the interferometer 12 and controls the movement and positioning of the wafer stage ST. A reference mark FM used for baseline measurement and the like is provided on the wafer stage ST.
Baseline measurement is to measure the interval (baseline) between the detection center of the alignment sensor and the center of the exposure field of the projection optical system PL, and in this example, the baseline is obtained in advance.
【0020】次に、本実施例でウエハW上の各ショット
領域に付設されているアライメントマークとしてのウエ
ハマークにつき説明する。図3(a)はウエハW上の1
つのショット領域37−nと、このショット領域37−
nに付設されたウエハマーク対39(n,1)〜39
(n,4)との位置関係を示し、この図3(a)におい
て、ショット領域37−nの4辺はスクライブラインS
CLで囲まれている。そして、ショット領域37−n内
のほぼ正方形の頂点の位置に4個の計測点SC1〜SC
4が設定され、計測点SC1〜SC4の近傍にそれぞれ
にウエハマーク対39(n,1)〜39(n,4)が形
成されている。計測点SC1の近傍のウエハマーク対3
9(n,1)は、X方向に所定ピッチで配列されたウエ
ハマークMW1、及びY方向に所定ピッチで配列された
ウエハマークMY1より構成され、同様にウエハマーク
対39(n,2)〜39(n,4)は、それぞれX軸用
のウエハマークMX2〜MX4、及びY軸用のウエハマ
ークMY2〜MY4より構成されている。ウエハマーク
MX1〜MX4は同一構成であり、ウエハマークMY1
〜MY4も同一構成である。Next, the wafer mark as an alignment mark provided in each shot area on the wafer W in this embodiment will be described. FIG. 3A shows 1 on the wafer W.
One shot area 37-n and this shot area 37-n
Wafer mark pairs 39 (n, 1) to 39 attached to n
3A shows the positional relationship with (n, 4), and in FIG. 3A, the four sides of the shot area 37-n are scribe lines S.
Surrounded by CL. Then, four measurement points SC1 to SC are provided at the positions of the substantially square vertices in the shot area 37-n.
4 is set, and wafer mark pairs 39 (n, 1) to 39 (n, 4) are formed near the measurement points SC1 to SC4, respectively. Wafer mark pair 3 near the measurement point SC1
9 (n, 1) is composed of a wafer mark MW1 arranged at a predetermined pitch in the X direction and a wafer mark MY1 arranged at a predetermined pitch in the Y direction. 39 (n, 4) is composed of wafer marks MX2 to MX4 for the X axis and wafer marks MY2 to MY4 for the Y axis, respectively. The wafer marks MX1 to MX4 have the same structure, and the wafer marks MY1
~ MY4 have the same configuration.
【0021】ショット領域37−nの中心の基準点38
−nは、露光時には投影光学系PLの光軸AX上にあ
る。そして、例えばウエハマークMX1,MY1の中心
はそれぞれ計測点SC1を通りX方向、Y方向に伸びた
直線上に位置する。ウエハマークMX1は計測点SC1
のX方向の位置検出に使われ、ウエハマークMY1は計
測点SC1のY方向の位置検出に使われ、それぞれ複数
本の線状パターンを平行に並べたマルチマークとなって
いる。同様に他のウエハマーク対39(n,2)〜39
(n,4)もそれぞれ計測点SC2〜SC4の位置検出
に使用される。Reference point 38 at the center of shot area 37-n
-N is on the optical axis AX of the projection optical system PL at the time of exposure. Then, for example, the centers of the wafer marks MX1 and MY1 are located on the straight lines extending in the X and Y directions, respectively, passing through the measurement point SC1. Wafer mark MX1 is measurement point SC1
The wafer mark MY1 is used to detect the position of the measurement point SC1 in the Y direction, and is a multi-mark in which a plurality of linear patterns are arranged in parallel. Similarly, other wafer mark pairs 39 (n, 2) to 39
(N, 4) is also used to detect the positions of the measurement points SC2 to SC4.
【0022】図3(b)は代表的にウエハマークMX1
の拡大図を示し、Y方向に伸びた5本の線状パターンP
1 ,P2 ,P3 ,P4 ,P5 がX方向にほぼ一定のピッ
チで配列されている。図3(c)はそのウエハマークM
X1のX方向の断面構造を示し、ここでは5本の線状パ
ターンP1 〜P5 はウエハWの下地から突出した凸状に
形成され、その上面はフォトレジスト層PRで被覆され
ている。図3(b)にも示したように、ショット領域3
7−nの計測点SC1を通りY軸と平行な直線はウエハ
マークMX1の中央の線状パターンP3 の幅中心を通る
ものとする。なお、ウエハマークMY1に関しても同様
で、5本の線状パターンからなり、中央の線状パターン
の中心線が計測点SC1のY方向の中心線と一致してい
る。FIG. 3B shows a typical wafer mark MX1.
5 is an enlarged view of 5 linear patterns P extending in the Y direction.
1 , P 2 , P 3 , P 4 , P 5 are arranged in the X direction at a substantially constant pitch. FIG. 3C shows the wafer mark M.
The cross-sectional structure of X1 in the X direction is shown. Here, five linear patterns P 1 to P 5 are formed in a convex shape protruding from the base of the wafer W, and the upper surface thereof is covered with a photoresist layer PR. As shown in FIG. 3B, the shot area 3
A straight line passing through the measurement point SC1 of 7-n and parallel to the Y-axis passes through the width center of the linear pattern P 3 at the center of the wafer mark MX1. The same applies to the wafer mark MY1, which is composed of five linear patterns, and the center line of the central linear pattern coincides with the center line of the measurement point SC1 in the Y direction.
【0023】本例では、各ショット領域37−n内にそ
れぞれ4対のウエハマークが設けられているため、ショ
ット内で4点のEGA方式のアライメントを行うことが
できる。図2に戻り、本実施例では、第1のアライメン
トセンサとしてのオフ・アクシス方式でFIA方式(撮
像方式)のアライメントセンサ(以下、「FIA系」と
呼ぶ)36と、第2のアライメントセンサとしてのTT
L方式でLIA方式(2光束干渉方式)のアライメント
センサ(以下、「LIA系」と呼ぶ)10とが設けられ
ている。本実施例では、図3に示すX軸用のウエハマー
クMX1〜MX4をTTL方式のX軸用のLIA系10
と、オフ・アクシス方式のFIA系36とで共通に検出
対象とし、Y軸用のウエハマークMY1〜MY4をTT
L方式のY軸用のLIA系(不図示)と、オフ・アクシ
ス方式のFIA系36とで共通に検出対象とする。な
お、LIA系10とFIA系36とで検出対象とするウ
エハマークを別にしてもよい。この場合、異なる種類の
ウエハマークの位置ずれ量が予め求められていれば問題
は無い。In this example, since four pairs of wafer marks are provided in each shot area 37-n, it is possible to perform EGA type alignment of four points in each shot. Returning to FIG. 2, in the present embodiment, an off-axis FIA (imaging method) alignment sensor (hereinafter referred to as “FIA system”) 36 as a first alignment sensor, and a second alignment sensor TT
An LIA type (two-beam interference type) alignment sensor (hereinafter referred to as “LIA system”) 10 is provided. In this embodiment, the wafer marks MX1 to MX4 for the X axis shown in FIG. 3 are replaced by the LIA system 10 for the X axis of the TTL method.
And the off-axis type FIA system 36 are commonly detected, and the Y-axis wafer marks MY1 to MY4 are set to TT.
The L system YIA LIA system (not shown) and the off-axis FIA system 36 are commonly detected. The LIA system 10 and the FIA system 36 may have different wafer marks to be detected. In this case, there is no problem if the positional deviation amounts of different types of wafer marks are obtained in advance.
【0024】次にアライメントセンサの構成につき詳細
に説明する。先ず、後者のLIA系10において、レー
ザ光源1からのレーザビームLBはHe−Neレーザ光
等の赤色単色光で、ウエハW上のフォトレジスト層に対
して非感光性である。このレーザビームLBは音響光学
変調素子等を含むヘテロダインビーム生成光学系2に入
射し、ヘテロダインビーム生成光学系2から周波数が僅
かに異なり互いに可干渉の2本のレーザビームLB1及
びLB2が所定の交差角で射出される。Next, the configuration of the alignment sensor will be described in detail. First, in the latter LIA system 10, the laser beam LB from the laser light source 1 is red monochromatic light such as He—Ne laser light and is non-photosensitive to the photoresist layer on the wafer W. This laser beam LB is incident on the heterodyne beam generating optical system 2 including an acousto-optic modulator, and the two laser beams LB1 and LB2, which have a slightly different frequency from each other and are coherent with each other, cross a predetermined intersection. Ejected at the corner.
【0025】射出された2本のレーザビームLB1,L
B2は、ミラー3a、レンズ系4を経て一度フーリエ変
換された後、ミラー3b、対物レンズ6を経て逆フーリ
エ変換された後、レチクルRの下方に45°の傾斜角で
斜設されたミラー7で反射されて投影光学系PLの視野
の周辺に入射する。そして、レーザビームLB1,LB
2は投影光学系PLの瞳EP付近で再びフーリエ変換さ
れた後、それぞれ平行光束としてウエハW上にXZ平面
内で所定の交差角で入射する。この場合、ミラー7はレ
チクルRのパターン領域PAの周辺よりも外側で、且つ
投影光学系PLの視野内にあるように固定される。従っ
て、ウエハW上に交差するレーザビームLB1,LB2
は、パターン領域PAの投影像の外側に位置する。この
交差する1対のレーザビームによってウエハWの各ショ
ット領域に付設された回折格子状のアライメントマーク
(ウエハマーク)のX方向の位置を検出するには、その
ウエハマークのピッチと2つのレーザビームの交差角と
を所定の関係にして、そのウエハマークから回折格子が
同一方向に射出されるようにする。Two emitted laser beams LB1, L
B2 is once Fourier-transformed through the mirror 3a and the lens system 4, then is inverse-Fourier-transformed through the mirror 3b and the objective lens 6, and then is obliquely provided below the reticle R at a tilt angle of 45 °. Is reflected by and enters the periphery of the visual field of the projection optical system PL. Then, the laser beams LB1 and LB
After being Fourier-transformed again in the vicinity of the pupil EP of the projection optical system PL, the light beams 2 are incident on the wafer W as parallel light beams at a predetermined crossing angle in the XZ plane. In this case, the mirror 7 is fixed outside the periphery of the pattern area PA of the reticle R and within the visual field of the projection optical system PL. Therefore, the laser beams LB1 and LB2 intersecting on the wafer W are
Are located outside the projected image of the pattern area PA. To detect the position in the X direction of the diffraction grating-shaped alignment mark (wafer mark) attached to each shot area of the wafer W by the pair of intersecting laser beams, the pitch of the wafer mark and the two laser beams are used. The crossing angle is set to a predetermined relationship so that the diffraction grating is emitted from the wafer mark in the same direction.
【0026】図5は、ウエハW上の所定のウエハマーク
MX1に2本のレーザビームLBL1,LB2が対称に
照射されている状態を示し、この図5において、ウエハ
マークMX1から一方のレーザビームLB1の+1次回
折光と他方のレーザビームLB2の−1次回折光とより
なる回折光LB3が垂直上方に射出されている。レーザ
ビームLB1とレーザビームLB2とは周波数が僅かに
異なる可干渉光であるため、回折光LB3は、その周波
数差をビート周波数として光強度が変化するヘテロダイ
ンビームである。また、そのウエハマークMX1のX方
向の位置に応じてその回折光LB3の位相が変化するた
め、その回折光LB3を光電変換して得られるビート信
号の位相を、例えば参照用のヘテロダインビームを光電
変換して得られるビート信号の位相と比較することによ
り、そのウエハマークMX1のX方向の位置が極めて高
い分解能(例えば数nm程度)で求められる。FIG. 5 shows a state where a predetermined wafer mark MX1 on the wafer W is symmetrically irradiated with two laser beams LBL1 and LB2. In FIG. 5, one laser beam LB1 from the wafer mark MX1 is shown. The + 1st-order diffracted light and the -1st-order diffracted light of the other laser beam LB2 are emitted vertically upward. Since the laser beam LB1 and the laser beam LB2 are coherent lights having slightly different frequencies, the diffracted light LB3 is a heterodyne beam in which the light intensity changes with the frequency difference as the beat frequency. Further, since the phase of the diffracted light LB3 changes in accordance with the position of the wafer mark MX1 in the X direction, the phase of the beat signal obtained by photoelectrically converting the diffracted light LB3, for example, a reference heterodyne beam is photoelectrically converted. By comparing with the phase of the beat signal obtained by conversion, the position of the wafer mark MX1 in the X direction can be obtained with extremely high resolution (for example, about several nm).
【0027】図2に戻り、ウエハW上のウエハマークか
らほぼ垂直上方に発生する回折光は、投影光学系PL、
ミラー7、対物レンズ6、及びミラー3bを経て、2本
の入射側のレーザビームLB1,LB2の間に配置され
た小型のミラー5で反射されて、受光素子8に達する。
受光素子8で光電変換して得られるビート信号は、干渉
計12からのウエハステージSTの位置計測信号PDS
と共に、LIA演算ユニット9に供給される。LIA演
算ユニット9には、ヘテロダインビーム生成光学系2内
で生成される基準のヘテロダインビームを光電変換して
得られる参照ビート信号も供給され、LIA演算ユニッ
ト9では2つのビート信号の位相を比較して、計測対象
のウエハマークのX方向への位置の情報AP1 を求め、
この情報を主制御系50に供給する。Returning to FIG. 2, the diffracted light generated substantially vertically upward from the wafer mark on the wafer W is projected by the projection optical system PL,
After passing through the mirror 7, the objective lens 6, and the mirror 3b, the light is reflected by the small mirror 5 arranged between the two incident side laser beams LB1 and LB2, and reaches the light receiving element 8.
The beat signal obtained by photoelectric conversion by the light receiving element 8 is a position measurement signal PDS of the wafer stage ST from the interferometer 12.
At the same time, it is supplied to the LIA arithmetic unit 9. A reference beat signal obtained by photoelectrically converting a standard heterodyne beam generated in the heterodyne beam generation optical system 2 is also supplied to the LIA calculation unit 9, and the LIA calculation unit 9 compares the phases of the two beat signals. To obtain information AP 1 of the position of the wafer mark to be measured in the X direction,
This information is supplied to the main control system 50.
【0028】このとき、例えば基準ビート信号の位相と
ウエハマークに対応するビート信号の位相とが合致して
いるときには、例えばウエハステージSTのX座標が、
そのままそのウエハマークのX座標となり、基準ビート
信号とウエハマークに対応するビート信号との位相がず
れているときには、その位相のずれ量を変位に換算した
値に、そのウエハステージSTのX座標を加算した座標
がそのウエハマークのX座標となる。また、ビート信号
の位相はウエハマークの例えば1/2ピッチ周期で36
0°変化するため、予めサーチアライメント(後述)等
により例えばウエハマークの1/2ピッチ以下の精度で
ウエハWの位置決めを行う必要がある。At this time, for example, when the phase of the reference beat signal and the phase of the beat signal corresponding to the wafer mark match, for example, the X coordinate of the wafer stage ST is
If the reference beat signal and the beat signal corresponding to the wafer mark are out of phase with each other as the X coordinate of the wafer mark as it is, the X coordinate of the wafer stage ST is converted into a value obtained by converting the amount of the phase deviation into displacement. The added coordinate becomes the X coordinate of the wafer mark. In addition, the phase of the beat signal is, for example, 36 at a 1/2 pitch cycle of the wafer mark.
Since it changes by 0 °, it is necessary to perform the positioning of the wafer W by search alignment (described later) or the like with an accuracy of, for example, ½ pitch of the wafer mark or less.
【0029】以上において、レーザ光源1、ヘテロダイ
ンビーム生成光学系2、ミラー3a,3b、レンズ系
4、ミラー5、対物レンズ6、ミラー7、受光素子8、
LIA演算ユニット9、及び投影光学系PLが、ウエハ
Wに対するLIA系10を構成する。なお、このLIA
系10はX軸用のウエハマークの位置を検出するための
アライメントセンサであり、同一構成でY軸用のウエハ
マークのY方向の位置を検出するためのLIA系(不図
示)も備えられている。In the above, the laser light source 1, the heterodyne beam generation optical system 2, the mirrors 3a and 3b, the lens system 4, the mirror 5, the objective lens 6, the mirror 7, the light receiving element 8,
The LIA operation unit 9 and the projection optical system PL form an LIA system 10 for the wafer W. In addition, this LIA
The system 10 is an alignment sensor for detecting the position of the wafer mark for the X axis, and is also provided with a LIA system (not shown) for detecting the position of the wafer mark for the Y axis in the Y direction with the same configuration. There is.
【0030】次に、第1のアライメントセンサとしての
FIA系36において、ハロゲンランプ20から発生し
た広帯域の光は、コンデンサーレンズ21によって光ガ
イド22の一端面に集光される。光ガイド22を通った
光は、フォトレジスト層の感光波長(短波長)域と赤外
波長域とをカットするフィルター23を通って、レンズ
系24を介してハーフミラー25に達する。ここで反射
された照明光は、ミラー26でほぼ水平に反射された
後、対物レンズ27に入射し、更に投影光学系PLの鏡
筒下部の周辺に投影光学系PLの視野を遮光しないよう
に固定されたプリズム(ミラー)28で反射されてウエ
ハWをほぼ垂直に照射する。ここでは図示していない
が、光ガイド22の射出端から対物レンズ27までの光
路中には、適当な照明視野絞りが対物レンズ27に関し
てウエハWと共役な位置に設けられる。また、対物レン
ズ27はテレセントリック系とし、その開口絞り(瞳と
同じ)の面27aには光ガイド22の射出端の像が形成
され、ケーラー照明が行われる。対物レンズ27の光軸
はウエハW上では垂直となるように定められ、マーク検
出時に光軸の倒れによるマーク位置のずれが生じないよ
うになっている。Next, in the FIA system 36 as the first alignment sensor, the broadband light generated from the halogen lamp 20 is condensed on one end surface of the light guide 22 by the condenser lens 21. The light passing through the light guide 22 passes through the filter 23 that cuts the photosensitive wavelength (short wavelength) region and the infrared wavelength region of the photoresist layer, and reaches the half mirror 25 through the lens system 24. The illumination light reflected here is reflected substantially horizontally by the mirror 26, then enters the objective lens 27, and the field of the projection optical system PL is not blocked around the lower part of the lens barrel of the projection optical system PL. It is reflected by the fixed prism (mirror) 28 and irradiates the wafer W almost vertically. Although not shown here, in the optical path from the exit end of the light guide 22 to the objective lens 27, an appropriate illumination field diaphragm is provided at a position conjugate with the wafer W with respect to the objective lens 27. Further, the objective lens 27 is a telecentric system, and an image of the exit end of the light guide 22 is formed on the surface 27a of the aperture stop (same as the pupil), and Koehler illumination is performed. The optical axis of the objective lens 27 is set to be vertical on the wafer W so that the mark position does not shift due to the tilt of the optical axis when the mark is detected.
【0031】さて、ウエハWからの反射光は対物レンズ
28、ハーフミラー25を通り、レンズ系29によって
指標板30に結像される。この指標板30は対物レンズ
27とレンズ系29とによってウエハWと共役に配置さ
れ、矩形の透明窓内にX方向とY方向とのそれぞれに伸
びた直線状の指標マークを有する。従って、ウエハW上
のウエハマークの像は指標板30の透明窓内に結像さ
れ、このウエハマーク像及び指標マークからの光束は、
第1リレー系31を経てハーフミラー32に入射し、ハ
ーフミラー32で2分割された光束が第2リレー系33
X及びSSYを介してそれぞれCCDカメラ等の撮像素
子34X及び34Y上に結像する。撮像素子34X,3
4Yからの撮像信号はFIA(フィールド・イメージ・
アライメント)演算ユニット35に、干渉計12からの
位置計測信号PDSと共に供給される。FIA演算ユニ
ット35は指標板30上の指標マークに対するウエハマ
ーク像のずれを撮像信号の波形に基づいて求める。この
場合、X軸用の撮像素子34Xからの撮像信号を処理す
ることによりウエハマークのX方向の位置が検出され、
Y軸用の撮像素子34Yからの撮像信号を処理すること
によりウエハマークのY方向の位置が検出される。The reflected light from the wafer W passes through the objective lens 28 and the half mirror 25 and is imaged on the index plate 30 by the lens system 29. The index plate 30 is arranged conjugate with the wafer W by the objective lens 27 and the lens system 29, and has linear index marks extending in the X direction and the Y direction in a rectangular transparent window. Therefore, the image of the wafer mark on the wafer W is formed in the transparent window of the index plate 30, and the light flux from the wafer mark image and the index mark is
The light flux that has entered the half mirror 32 through the first relay system 31 and is split into two by the half mirror 32 is the second relay system 33.
Images are formed on the image pickup devices 34X and 34Y such as CCD cameras via X and SSY, respectively. Image sensor 34X, 3
The image pickup signal from 4Y is FIA (field image
The alignment) calculation unit 35 is supplied with the position measurement signal PDS from the interferometer 12. The FIA calculation unit 35 determines the deviation of the wafer mark image from the index mark on the index plate 30 based on the waveform of the image pickup signal. In this case, the position of the wafer mark in the X direction is detected by processing the image pickup signal from the X-axis image pickup device 34X,
The position of the wafer mark in the Y direction is detected by processing the image pickup signal from the Y-axis image pickup device 34Y.
【0032】図4はX軸用の撮像素子34Xによって検
出されるウエハマークMX1の様子を示し、図4に示す
ように、検出すべきウエハマークMX1を指標板30
(図2参照)上の指標マーク30a,30bの間に位置
決めし、そのときのウエハステージSTの精密なX方向
の位置XAを求めておく。撮像素子34Xはウエハマー
クMX1の5本の線状パターンP1 〜P5 と指標マーク
30a,30bとの像を走査線SLに沿って電気的に走
査する。このとき、例えば1本の走査線だけではSN比
の点で不利なので、破線で示したビデオサンプリング領
域VSAに入る複数の水平走査線によって得られる撮像
信号のレベルを水平方向の各画素毎に加算平均するとよ
い。撮像信号には両側に指標マーク30a,30bのそ
れぞれに対した立上りと立下りとの波形部分があり、こ
れらの位置(画素上の位置)XR1,XR2 は予め求め
てあり、その中点の位置XR0 も求めてある。FIG. 4 shows a state of the wafer mark MX1 detected by the X-axis image pickup device 34X. As shown in FIG. 4, the wafer mark MX1 to be detected is indicated by the index plate 30.
(See FIG. 2) Positioning is performed between the index marks 30a and 30b on the upper side, and a precise position XA in the X direction of the wafer stage ST at that time is obtained. Imaging device 34X is electrically scanned along five linear patterns P 1 to P 5 and index marks 30a of the wafer mark MX1, an image of the 30b to the scan line SL. At this time, for example, since only one scanning line is disadvantageous in terms of SN ratio, the levels of the image pickup signals obtained by a plurality of horizontal scanning lines in the video sampling area VSA indicated by the broken line are added for each pixel in the horizontal direction. Good to average. The image pickup signal has waveform portions of rising and falling with respect to each of the index marks 30a and 30b on both sides, and these positions (positions on pixels) XR 1 and XR 2 have been obtained in advance, and their midpoints. The position XR 0 of is also obtained.
【0033】一方、撮像素子34XはウエハマークMX
1の明視野像を光電検出しているため、5本の線状パタ
ーンP1 〜P5 のそれぞれの左右の段差エッジでは光の
散乱によって対物レンズ27へ戻る光が極端に減少す
る。このため、線状パターンP 1 〜P5 のそれぞれの左
エッジ、右エッジは黒い線のように撮像される。従っ
て、撮像信号上の波形は各線状パターンの左エッジ、右
エッジに対応した位置でボトムとなる。On the other hand, the image pickup device 34X has a wafer mark MX.
Since 1 bright field image is photoelectrically detected, 5 linear patterns
Pawn P1~ PFiveAt the left and right step edges of each
The light returning to the objective lens 27 is extremely reduced due to the scattering.
It Therefore, the linear pattern P 1~ PFiveEach left of
The edge and the right edge are imaged like black lines. Follow
The waveform on the imaging signal is the left edge and right of each linear pattern.
It becomes the bottom at the position corresponding to the edge.
【0034】FIA演算ユニット35は、このような波
形に基づいてウエハマークMX1(パターンP1 〜
P5 )の中心(直線CX)のX方向の位置Xmを計算す
る。更に詳しく述べるなら、FIA演算ユニット35は
パターンP1 〜P5 のそれぞれの中心位置を左、右のエ
ッジ位置に基づいて算出した後、5本の線状パターンP
1〜P5 の各位置を加算して5で除算して、中心となる
べきX方向のマーク位置を検出する。The FIA operation unit 35 uses the waveform as described above to form the wafer mark MX1 (patterns P 1 to
The position Xm in the X direction of the center (straight line CX) of P 5 ) is calculated. More specifically, the FIA operation unit 35 calculates the center position of each of the patterns P 1 to P 5 based on the left and right edge positions, and then calculates the five linear patterns P.
The positions of 1 to P 5 are added and divided by 5, and the mark position in the X direction to be the center is detected.
【0035】そして、FIA演算ユニット35は先に求
めておいた位置XR0 とマーク計測位置Xmとの差ΔX
F(=XR0 −Xm)を算出し、ウエハステージSTが
位置決めされたときの位置XAに差ΔXFを加えて得ら
れた値をマーク位置情報AP2として主制御系50に出
力する。また、FIA系36において、フィルター23
を通ったウエハWの照明光は、ウエハW上のウエハマー
クを含む局所領域(ショット領域よりも小さい)をほぼ
均一な照度で照明し、波長域は200nm程度の幅に定
められる。The FIA operation unit 35 then calculates the difference ΔX between the previously determined position XR 0 and the mark measurement position Xm.
F (= XR 0 −Xm) is calculated, and a value obtained by adding the difference ΔXF to the position XA when the wafer stage ST is positioned is output to the main control system 50 as mark position information AP2. Further, in the FIA system 36, the filter 23
The illumination light of the wafer W passing through illuminates a local area (smaller than the shot area) including the wafer mark on the wafer W with a substantially uniform illuminance, and the wavelength range is set to a width of about 200 nm.
【0036】そして、ハロゲンランプ20から符号順に
FIA演算ユニット35までの部材によって、FIA系
36が構成される。また、対物レンズ27、レンズ系2
9、リレー系31,33X(又は33Y)によるテレセ
ントリック結像光学系には波長帯域幅で200nm程度
の光が通るため、当然それに対応した色収差の補正を行
っておく必要がある。更に、対物レンズ27のウエハ側
の開口数(N.A.)は投影光学系PLの開口数よりも
小さくしておくとよい。The members from the halogen lamp 20 to the FIA operation unit 35 in the order of codes form a FIA system 36. In addition, the objective lens 27 and the lens system 2
9. Since the light having a wavelength bandwidth of about 200 nm passes through the telecentric imaging optical system including the relay systems 31, 33X (or 33Y), it is naturally necessary to correct the chromatic aberration corresponding thereto. Further, the numerical aperture (NA) of the objective lens 27 on the wafer side is preferably set smaller than the numerical aperture of the projection optical system PL.
【0037】本実施例ではプリズム28によって、対物
レンズ27の観察視野域を投影光学系PLの鏡筒下面に
一部もぐり込ませ、極力投影光学系PLの視野に近づけ
ている。一般にこの種の投影露光装置には、投影光学系
PLの結像面とウエハWの表面との間隔(ずれ)を精密
に検出するフォーカスセンサと、ウエハW上のショット
領域の面と投影光学系PLの結像面との相対的な傾きを
検出するレベリングセンサとが設けられている。このフ
ォーカスセンサやレベリングセンサは、投影光学系PL
の投影視野が存在するウエハW上に斜めから赤外域の光
束を照射し、その反射光の受光位置のずれを求めてフォ
ーカスとレベリングを行うように構成されている。この
際に、対物レンズ27の開口数が小さいと、対物レンズ
27の焦点深度が深くなり、そのフォーカスセンサの検
出結果により合焦を行うと、ほぼFIA系36でも合焦
状態で検出が行われる。In the present embodiment, the observation field area of the objective lens 27 is made to partly go under the lens barrel of the projection optical system PL by the prism 28 so as to be as close as possible to the field of view of the projection optical system PL. Generally, in this type of projection exposure apparatus, a focus sensor that accurately detects the distance (deviation) between the image plane of the projection optical system PL and the surface of the wafer W, the surface of the shot area on the wafer W, and the projection optical system. A leveling sensor for detecting the relative inclination of the PL with the image plane is provided. The focus sensor and the leveling sensor are used in the projection optical system PL.
The wafer W in which the projection field of view exists is obliquely irradiated with a light flux in the infrared region, and the shift of the light receiving position of the reflected light is obtained to perform focusing and leveling. At this time, if the numerical aperture of the objective lens 27 is small, the depth of focus of the objective lens 27 becomes deep, and if focusing is performed based on the detection result of the focus sensor, almost FIA system 36 also performs detection in the focused state. .
【0038】また、図2中の構成でオフ・アクシス方式
のFIA系36の検出中心(指標板30の中心の共役像
の位置)は投影光学系PLの中心から離れているので、
干渉計12の計測位置と投影光学系PLの中心とを結ぶ
直線、即ち測長軸(測長ビーム中心線)上にそのFIA
系36の検出中心を設けることによって、アッベ誤差
(ステージの傾きによる軸外エラー)を最小限に抑えて
いる。Further, in the configuration shown in FIG. 2, the detection center of the off-axis type FIA system 36 (the position of the conjugate image of the center of the index plate 30) is away from the center of the projection optical system PL.
The FIA is on a straight line connecting the measurement position of the interferometer 12 and the center of the projection optical system PL, that is, the measurement axis (measurement beam center line).
By providing the detection center of the system 36, the Abbe error (off-axis error due to the tilt of the stage) is minimized.
【0039】また、アライメント実行時はウエハの大ま
かな位置合せのためのサーチアライメント(グローバル
アライメント)と、高精度にアライメントするファイン
アライメントとを行う必要がある。このサーチアライメ
ントに関しては、例えば特開昭60−130742号公
報に開示されているように、TTL方式のアライメント
系とオフ・アクシス方式のアライメント系とを混用する
方法もある。本実施例の装置では、通常は処理速度の速
いTTL方式のLIA系10によってウエハ上の3ヶ
所、又は2ヶ所のアライメントマークを検出してサーチ
アライメントを行うシーケンスを採る。しかしながら、
ウエハ下地、又はフォトレジスト層の厚みや種類によっ
てアライメントが正常に行われない場合(特にマーク検
出がうまくいかない場合)もあるので、オフ・アクシス
方式の広帯域幅の照明波長を用いたFIA系36を使っ
てサーチアライメントを実行するようにシーケンスを切
換える手段も設けられている。この場合、TTL方式の
LIA系10でサーチアライメントを行うときのマーク
検出時間、マーク検出信号の大きさや歪み等を判定し
て、シーケンスを切り換える。When performing the alignment, it is necessary to perform search alignment (global alignment) for rough alignment of the wafer and fine alignment for highly accurate alignment. Regarding this search alignment, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-130742, there is a method in which a TTL alignment system and an off-axis alignment system are mixed. The apparatus of the present embodiment employs a sequence in which a TTL LIA system 10 which normally has a high processing speed detects alignment marks at three or two positions on a wafer to perform search alignment. However,
Since the alignment may not be performed normally (especially when the mark detection does not work well) depending on the thickness or type of the wafer base or the photoresist layer, the FIA system 36 using the off-axis wide-bandwidth illumination wavelength is used. There is also provided means for switching the sequence so as to execute the search alignment. In this case, the mark detection time when performing search alignment in the TTL LIA system 10, the magnitude and distortion of the mark detection signal, etc. are determined and the sequence is switched.
【0040】次に、TTL方式のLIA系10、オフ・
アクシス方式のFIA系36、及びステージコントロー
ラ14等を統轄制御する主制御系50について説明す
る。主制御系50は干渉計12からの位置情報PDSを
常時入力しているものとする。アライメント(ALG)
データ記憶部501は、LIA演算ユニット9からのマ
ーク位置情報AP1 と、FIA演算ユニット35からの
マーク位置情報AP2 との両方を入力可能となってい
る。Next, the TTL LIA system 10 is turned off.
The FIA system 36 of the axis system, and the main control system 50 that controls the stage controller 14 and the like will be described. It is assumed that the main control system 50 constantly inputs the position information PDS from the interferometer 12. Alignment (ALG)
The data storage unit 501 can input both the mark position information AP 1 from the LIA calculation unit 9 and the mark position information AP 2 from the FIA calculation unit 35.
【0041】EGA(エンハンスト・グローバル・アラ
イメント)演算ユニット502は、ALGデータ記憶部
501に記憶された各マーク位置情報に基づいて統計的
な演算手法によりウエハ上の実際のショット配列座標
値、及びチップパラメータの倍率(ショット倍率)等を
算出するもので、その算出結果はシーケンスコントロー
ラ506に送られる。The EGA (Enhanced Global Alignment) operation unit 502 uses the statistical operation method based on each mark position information stored in the ALG data storage unit 501 to calculate the actual shot array coordinate values on the wafer and the chips. The parameter magnification (shot magnification) or the like is calculated, and the calculation result is sent to the sequence controller 506.
【0042】露光(EXP)ショットマップデータ部5
03はウエハ上の露光すべき全てのショット領域内の4
個のウエハマーク対の配列座標値の設計値を格納し、こ
の設計値はEGA演算ユニット502とシーケンスコン
トローラ506とに送られる。アライメント(ALG)
ショットマップデータ部504はウエハ上の計測対象と
する全てのショット領域(サンプルショット)内の4個
のウエハマーク対の配列座標値の設計値を格納し、この
座標値はEGA演算ユニット502とシーケンスコント
ローラ506とへ送られる。補正データ記憶部505に
はアライメント用の各種データ、あるいは露光ショット
に対する位置決めの補正用のデータ等が格納され、これ
ら補正データはALGデータ記憶部501やシーケンス
コントローラ506へ送られる。シーケンスコントロー
ラ506は上記各データに基づいて、アライメント時や
ステップ・アンド・リピート方式の露光時のウエハステ
ージSTの移動を制御するための一連の手順を決定す
る。Exposure (EXP) shot map data section 5
03 is 4 in all shot areas to be exposed on the wafer
The design value of the array coordinate value of each wafer mark pair is stored, and this design value is sent to the EGA arithmetic unit 502 and the sequence controller 506. Alignment (ALG)
The shot map data unit 504 stores design values of array coordinate values of four wafer mark pairs in all shot areas (sample shots) to be measured on the wafer, and these coordinate values are sequenced with the EGA operation unit 502. To the controller 506. The correction data storage unit 505 stores various data for alignment, data for correction of positioning for exposure shots, and the like, and these correction data are sent to the ALG data storage unit 501 and the sequence controller 506. The sequence controller 506 determines a series of procedures for controlling the movement of the wafer stage ST during alignment or during step-and-repeat exposure, based on the above-mentioned data.
【0043】また、本実施例の投影光学系PLには結像
特性制御装置19が装着されている。結像特性制御装置
19は、例えば投影光学系PLを構成するレンズ群の内
の所定のレンズ群の間隔を調整するか、又は所定のレン
ズ群の間のレンズ室内の気体の圧力を調整することによ
り、投影光学系PLの投影倍率、歪曲収差の調整を行
う。これにより、例えばショット内多点EGA方式のア
ライメントで計測されるショット倍率に合わせてレチク
ルの投影像の倍率の調整がおこなわれる。結像特性制御
装置19の動作もシーケンスコントローラ506により
制御されている。The projection optical system PL of this embodiment is equipped with an image forming characteristic controller 19. The imaging characteristic control device 19 adjusts, for example, the distance between predetermined lens groups in the lens groups forming the projection optical system PL, or adjusts the pressure of gas in the lens chamber between the predetermined lens groups. Thus, the projection magnification and the distortion of the projection optical system PL are adjusted. Thereby, for example, the magnification of the projected image of the reticle is adjusted in accordance with the shot magnification measured by the intra-shot multipoint EGA system alignment. The operation of the imaging characteristic control device 19 is also controlled by the sequence controller 506.
【0044】次に本実施例の基本的なアライメントシー
ケンスを説明する。ここでは高いスループットと、高い
アライメント精度との両立を得ることができると共に、
ショット倍率やショット回転等をも補正できるショット
内多点EGA方式(エンハンスト・グローバル・アライ
メント方式)について説明する。図6(a)は本実施例
で露光対象とするウエハWの一例を示し、この図6
(a)において、ウエハW上の直交する座標系(α,
β)に沿って複数のショット領域37−n(n=1,
2,‥‥)がマトリックス状に配列され、各ショット領
域37−nには前工程での露光及び現像等によりそれぞ
れチップパターンが形成されている。図6(a)では、
複数のショット領域の内の5つのショット領域37−1
〜37−5のみを代表して表している。Next, the basic alignment sequence of this embodiment will be described. Here, it is possible to obtain both high throughput and high alignment accuracy,
An in-shot multipoint EGA method (enhanced global alignment method) capable of correcting shot magnification and shot rotation will be described. FIG. 6A shows an example of the wafer W to be exposed in this embodiment.
In (a), the orthogonal coordinate system (α,
β) along the plurality of shot regions 37-n (n = 1,
, Are arranged in a matrix, and chip patterns are formed in each shot area 37-n by exposure and development in the previous step. In FIG. 6 (a),
Five shot areas 37-1 of the plurality of shot areas
Only ~ 37-5 is shown as a representative.
【0045】各ショット領域37−nにはそれぞれ基準
位置が定められている。例えば基準位置を各ショット領
域37−nの中心の基準点38−nとすると、この基準
点38−nの、ウエハW上の座標系(α,β)における
設計上の座標値は、それぞれ(CXn,CYn)で表される
ものとする(6(b)参照)。また、各ショット領域3
7−nには、それぞれ4個の位置合わせ用のウエハマー
ク対39(n,1),39(n,2),39(n,
3),39(n,4)が付随して設けられている。これ
らのウエハマーク対39(n,1)〜39(n,4)
は、実際には図3(a)を参照して説明したようにそれ
ぞれX軸用のウエハマークMX1〜MX4、及びY軸用
のウエハマークMY1〜MY4よりなるものであるが、
説明の便宜上、以降の図面では十字型のマークとして表
す。この場合、十字型のマークの中心がそれぞれ図3
(a)に示すショット領域内の計測点SC1〜SC4上
に位置している。A reference position is defined for each shot area 37-n. For example, when the reference position is a reference point 38-n at the center of each shot area 37-n, the designed coordinate values of this reference point 38-n in the coordinate system (α, β) on the wafer W are ( C Xn , C Yn ) (see 6 (b)). Also, each shot area 3
7-n, four wafer mark pairs 39 (n, 1), 39 (n, 2), 39 (n,
3) and 39 (n, 4) are provided together. These wafer mark pairs 39 (n, 1) to 39 (n, 4)
Is actually composed of the wafer marks MX1 to MX4 for the X-axis and the wafer marks MY1 to MY4 for the Y-axis, respectively, as described with reference to FIG.
For convenience of description, in the following drawings, it is represented as a cross-shaped mark. In this case, the centers of the cross-shaped marks are shown in FIG.
It is located on the measurement points SC1 to SC4 in the shot area shown in (a).
【0046】この場合、図6(a)のウエハ上の座標系
(α,β)に平行に、各ショット領域37−nに図6
(b)に示すようにショット領域上の座標系(x,y)
を設定すると、ウエハマーク対39(n,1),39
(n,2),39(n,3),39(n,4)に対応す
る計測点の座標系(x,y)上における設計上の座標は
それぞれ(S1Xn,S1Yn),(S2Xn,S2Yn),(S3Xn,S
3Yn)及び(S4Xn,S4Yn)で表される。例えばウエハマー
ク対39(n,1)については、座標(S1Xn,S1Y n)の
内のX座標S1XnがX軸用のウエハマークMX1のX座
標を示し、Y座標S1 Yn)がY軸用のウエハマークMY1
のY座標を示している。In this case, the shot areas 37-n shown in FIG.
Coordinate system (x, y) on the shot area as shown in (b)
, The wafer mark pair 39 (n, 1), 39
(N, 2), 39 ( n, 3), 39 (n, 4) to the coordinate system of the corresponding measurement point (x, y) wherein the coordinates at the design on the (S 1Xn, S 1Yn), (S 2Xn , S 2Yn ), (S 3Xn , S
3Yn ) and (S 4Xn , S 4Yn ). For example, for the wafer mark pair 39 (n, 1), the X coordinate S 1Xn in the coordinates (S 1Xn , S 1Y n ) indicates the X coordinate of the wafer mark MX1 for the X axis, and the Y coordinate S 1 Yn is Wafer mark MY1 for Y axis
The Y coordinate of is shown.
【0047】図6(a)に戻り、ウエハWを図2のウエ
ハステージST上に載置し、ステップ・アンド・リピー
ト方式で既にチップパターンが形成された複数のショッ
ト領域の各々にレチクルの投影像を順次重ね合わせて露
光が行われる。このとき、ウエハステージSTの移動位
置を規定するステージ座標系(X,Y)とウエハの座標
系(α,β)との対応関係が必ずしも前工程における関
係と同じには限らない。このため、座標系(α,β)に
関する各ショット領域37−nの基準点38−nの設計
上の座標値(CXn,CYn)からステージ座標系(X,
Y)上の座標を求めて、この座標に基づいてウエハを移
動させても、各ショット領域37−nが精密に位置合わ
せされないことがある。そこで、本実施例では、先ずそ
の位置合わせの誤差が次の4つの要因から生じたものと
する。Returning to FIG. 6A, the wafer W is placed on the wafer stage ST of FIG. 2 and the reticle is projected onto each of a plurality of shot areas in which chip patterns have already been formed by the step-and-repeat method. Exposure is performed by sequentially superimposing images. At this time, the correspondence between the stage coordinate system (X, Y) that defines the movement position of the wafer stage ST and the wafer coordinate system (α, β) is not necessarily the same as that in the previous process. Therefore, from the design coordinate values (C Xn , C Yn ) of the reference point 38-n of each shot area 37-n related to the coordinate system (α, β), the stage coordinate system (X,
Even if the coordinates on Y) are obtained and the wafer is moved based on these coordinates, the shot areas 37-n may not be precisely aligned. Therefore, in the present embodiment, first, it is assumed that the positioning error is caused by the following four factors.
【0048】ウエハの回転:これはステージ座標系
(X,Y)に対するウエハの座標系(α,β)の残留回
転誤差を示すローテーションのパラメータΘで表され
る。 ステージ座標系(X,Y)の直交度:これはX軸方向
及びY軸方向のウエハステージSTの送りが正確に直交
していないことにより生じ、直交度誤差を示す直交度の
パラメータWで表される。Wafer rotation: This is represented by a rotation parameter Θ indicating a residual rotation error of the wafer coordinate system (α, β) with respect to the stage coordinate system (X, Y). Orthogonality of the stage coordinate system (X, Y): This occurs because the feed of the wafer stage ST in the X-axis direction and the Y-axis direction is not exactly orthogonal, and is represented by the orthogonality parameter W indicating an orthogonality error. To be done.
【0049】ウエハの座標系(α,β)におけるα方
向及びβ方向の線形伸縮:これはウエハWが加工プロセ
ス等によって全体的に伸縮することである。この伸縮量
はα方向及びβ方向についてそれぞれスケーリングRx
及びRyで表される。ただし、RxはウエハW上のα方
向の2点間の距離の実測値と設計値との比、Ryはβ方
向の2点間の実測値と設計値との比で表すものとする。 ウエハ上の座標系(α,β)のステージ座標系(X,
Y)に対するオフセット:これはウエハWがウエハステ
ージSTに対して全体的に微小量だけずれる(シフトす
る)ことにより生じ、X方向及びY方向へのシフト量を
示すオフセットのパラメータOX,OY で表される。Linear expansion and contraction in the α and β directions in the wafer coordinate system (α, β): This means that the wafer W expands and contracts as a whole due to the processing process and the like. This expansion / contraction amount is scaled Rx in the α direction and β direction, respectively.
And Ry. However, Rx is represented by the ratio between the measured value and the design value of the distance between two points in the α direction on the wafer W, and Ry is represented by the ratio between the measured value and the designed value between the two points in the β direction. Stage coordinate system (X,
Offset for Y): This is caused by the wafer W being shifted (shifted) by a small amount as a whole with respect to the wafer stage ST, and the offset parameters O X , O Y indicating the shift amounts in the X and Y directions. It is represented by.
【0050】上記の〜の誤差要因が加わった場合、
基準点の設計上の座標値が(CXn,CYn)のショット領
域について、実際に露光するにあたって位置決めすべき
ステージ座標系(X,Y)上の座標(C′Xn,C′Yn)
は以下のように表される。When the error factors (1) to (4) are added,
Coordinate values on the design of the reference point (C Xn, C Yn) for shot area, the stage coordinate system to be positioned when actually exposed (X, Y) on the coordinates (C 'Xn, C' Yn )
Is represented as follows.
【0051】[0051]
【数1】 [Equation 1]
【0052】ここで、直交度W及びローテーションΘが
微小量であるとして一次近似を行うと、(数1)は次の
ようになる。Here, if the first-order approximation is performed assuming that the orthogonality W and the rotation Θ are minute amounts, (Equation 1) is as follows.
【0053】[0053]
【数2】 [Equation 2]
【0054】ここまでは、各ショット領域37−n上の
基準位置(本例では各ショット領域の中心の基準点)を
正確に位置合わせすることについて説明してきた。しか
し、各ショット領域の基準点がそれぞれ正確に位置合わ
せされたからといって、必ずしも各ショット領域内のチ
ップパターン全体とレチクルの投影像とが隅々まで正確
に重なり合うとは限らない。Up to this point, the accurate alignment of the reference position on each shot area 37-n (in this example, the reference point at the center of each shot area) has been described. However, even if the reference points of the shot areas are accurately aligned, the entire chip pattern in each shot area and the projected image of the reticle do not necessarily exactly overlap each other.
【0055】次にこの各ショット領域内の重ね合わせ誤
差について説明する。既に説明したように、図6(b)
において、任意のショット領域37−n上の座標系
(x,y)上の設計上の座標値が(S1Xn,S1Yn)〜(S
4Xn,S4Yn)である位置にそれぞれウエハマーク対39
(n,1)〜39(n,4)が形成されている。本例で
は、その各ショット領域内の重ね合わせ誤差が以下の3
つの要因から生じたものとする。Next, the overlay error in each shot area will be described. As described above, FIG. 6 (b)
In any shot area 37-n on the coordinate system (x, y) coordinate values of the design on the (S 1Xn, S 1Yn) ~ (S
4Xn , S 4Yn ), and the wafer mark pair 39
(N, 1) to 39 (n, 4) are formed. In this example, the overlay error in each shot area is
It is assumed that it is caused by two factors.
【0056】チップパターンの回転(チップローテー
ション、又はショット回転):これは、例えばウエハW
上にレチクルRの投影像の露光を行う際、レチクルRが
ステージ座標系(X,Y)に対して回転していたり、あ
るいはウエハステージSTの動きにヨーイングが混入し
ていたりするときに生じるものであり、ショット領域の
座標系(x,y)に対する回転誤差を示すショット回転
のパラメータθで表される。 チップの直交度:これは、例えばウエハW上にレチク
ル2の投影像を露光する際に、レチクル2上のパターン
自体の歪みや投影光学系7のディストーション等によっ
て生じるチップパターンの直交度の誤差であり、角度誤
差に対応するチップ直交度のパラメータwで表す。Rotation of chip pattern (chip rotation or shot rotation): This is, for example, the wafer W.
What occurs when the reticle R is rotated with respect to the stage coordinate system (X, Y) when the projected image of the reticle R is exposed on the top, or when yawing is mixed in the movement of the wafer stage ST. And is represented by a shot rotation parameter θ indicating a rotation error with respect to the coordinate system (x, y) of the shot area. Orthogonality of chip: This is an error in the orthogonality of the chip pattern caused by distortion of the pattern itself on the reticle 2 or distortion of the projection optical system 7 when the projection image of the reticle 2 is exposed on the wafer W, for example. Yes, and is represented by a parameter w of the chip orthogonality corresponding to the angle error.
【0057】チップの線形伸縮(チップスケーリン
グ、又はショット倍率):これは、例えばウエハWにレ
チクル2の投影像の露光を行う際の投影倍率の誤差、あ
るいはウエハWの加工プロセスによってウエハWが全体
的又は部分的に伸縮することによって生じるものであ
る。ここでは、ショット領域の座標系(x,y)のx方
向の2点間の距離の実測値と設計値との比であるx方向
のショット倍率rx、及びy方向の2点間の距離の実測
値と設計値との比であるy方向のショット倍率ryで2
方向の線形伸縮を表すものとする。Linear expansion / contraction of chips (chip scaling, or shot magnification): This is, for example, an error in the projection magnification when the projection image of the reticle 2 is exposed on the wafer W, or the entire wafer W due to the processing process of the wafer W. It is caused by the partial or partial expansion and contraction. Here, the shot magnification rx in the x direction, which is the ratio between the measured value and the design value of the distance between two points in the x direction of the coordinate system (x, y) of the shot area, and the distance between the two points in the y direction, 2 in the y-direction shot magnification ry, which is the ratio of the measured value to the design value
It shall represent a linear stretch of direction.
【0058】例えば、図7(a)は前工程で形成された
各ショット領域37−nのチップパターンに回転誤差及
び倍率誤差が生じているウエハWを示し、この図7
(a)において、回転誤差及び倍率誤差が無い場合のシ
ョット領域の例を破線で囲んだショット領域40−6〜
40−10で表す。それに対して、ウエハW上に実際に
形成されているショット領域37−6〜37−10は回
転角及び倍率が異なっている。これらの誤差は、図7
(b)に示すように、ショット領域37−nが本来のシ
ョット領域40−nに対して傾斜しているショット回転
と、図7(c)に示すように、ショット領域37−nの
倍率が本来のショット領域40−nの倍率と異なってい
るショット倍率とに分離できる。For example, FIG. 7A shows a wafer W in which a rotation error and a magnification error occur in the chip pattern of each shot area 37-n formed in the previous step.
In (a), an example of a shot area in the case where there is no rotation error and magnification error is a shot area 40-6 surrounded by a broken line.
It is represented by 40-10. On the other hand, the shot areas 37-6 to 37-10 actually formed on the wafer W have different rotation angles and magnifications. These errors are
As shown in FIG. 7B, the shot rotation in which the shot area 37-n is inclined with respect to the original shot area 40-n and the magnification of the shot area 37-n as shown in FIG. The original shot area 40-n can be separated into shot magnifications different from those.
【0059】但し、図7の例ではチップパターンのチッ
プ直交度wが0であり、且つx方向のショット倍率rx
とy方向のショット倍率ryとが等しい場合を示してい
る。上記の〜の誤差要因が加わった場合、ショット
領域37−n上の設計上の座標値が(SNXn,SNYn)(N
=1〜4)のウエハマーク対39(n,N)について、
実際に位置合わせすべきショット領域の座標系(x,
y)上での座標値(S′NXn ,S′NYn )は以下のよう
に表される。However, in the example of FIG. 7, the chip orthogonality w of the chip pattern is 0, and the shot magnification rx in the x direction.
And the shot magnification ry in the y direction are equal to each other. When the above error factors ( 1 ) to ( 4 ) are added, the designed coordinate values on the shot area 37-n are (S NXn , S NYn ) (N
= 1 to 4) for the wafer mark pair 39 (n, N),
The coordinate system of the shot area to be actually aligned (x,
The coordinate values (S ′ NXn , S ′ NYn ) on y) are expressed as follows.
【0060】[0060]
【数3】 (Equation 3)
【0061】ここで、チップ直交度w及びショット回転
θが微小量であるとして一次近似を行うと、(数3)は
次式で表される。Here, if the linear approximation is performed assuming that the chip orthogonality w and the shot rotation θ are minute amounts, (Equation 3) is expressed by the following equation.
【0062】[0062]
【数4】 [Equation 4]
【0063】さて、図6(b)において、任意のショッ
ト領域37−nの基準点38−nのステージ座標系
(X,Y)上での配列座標値は(CXn,CYn)であるた
め、その任意のショット領域上の任意のウエハマーク対
39(n,N)のステージ座標系(X,Y)上の設計上
の座標値(DNXn ,DNYn )は、次のように表される。
但し、上述のようにNの値(1〜4)によってウエハマ
ーク対39(n,1)〜39(n,4)の区別を行って
いる。Now, in FIG. 6B, the array coordinate value of the reference point 38-n of an arbitrary shot area 37-n on the stage coordinate system (X, Y) is (C Xn , C Yn ). Therefore, the design coordinate values (D NXn , D NYn ) of the arbitrary wafer mark pair 39 (n, N) on the arbitrary shot area on the stage coordinate system (X, Y) are expressed as follows. To be done.
However, as described above, the wafer mark pairs 39 (n, 1) to 39 (n, 4) are distinguished by the value of N (1 to 4).
【0064】[0064]
【数5】 (Equation 5)
【0065】上述の〜の3個の誤差は、ウエハ上の
各ショット領域のウエハマークを焼き付けた層にチップ
パターンを焼き付けた際に生じる。実際には更に、ウエ
ハの加工プロセスによって生じる上述のやの誤差の
影響を受けるため、ウエハマーク対39(n,N)がス
テージ座標系(X,Y)上で実際にあるべき位置の座標
(実測される座標値)を(FNXn,FNYn)(N=1〜4)
とすると、この座標値(FNXn,FNYn)は(数2)及び
(数4)から次のように表される。The above three errors (1) to (3) occur when the chip pattern is printed on the layer on which the wafer mark of each shot area on the wafer is printed. In actuality, the wafer mark pair 39 (n, N) is affected by the above-mentioned error caused by the wafer processing process. Measured coordinate values) (F NXn , F NYn ) (N = 1 to 4)
Then, this coordinate value (F NXn , F NYn ) is expressed as follows from ( Equation 2) and ( Equation 4).
【0066】[0066]
【数6】 (Equation 6)
【0067】次に、本実施例では最小自乗法の適用を容
易にするため、その(数6)中のα方向のウエハのスケ
ーリングRx、及びβ方向のウエハのスケーリングRy
をそれぞれ新たなスケーリングΓx、及びΓyを用いて
次の(数7)のように表す。同様に、その(数6)中の
x方向のショット倍率rx、及びy方向のショット倍率
ryをそれぞれ新たなショット倍率のパラメータγx、
及びγyを用いて次の(数7)のように表す。Next, in the present embodiment, in order to facilitate the application of the least squares method, the scaling Rx of the wafer in the α direction and the scaling Ry of the wafer in the β direction in (Equation 6) are performed.
Are expressed as the following (Equation 7) using new scalings Γx and Γy, respectively. Similarly, the shot magnification rx in the x direction and the shot magnification ry in the y direction in the (Equation 6) are respectively set as the new shot magnification parameter γx,
And γy are used to represent the following (Equation 7).
【0068】[0068]
【数7】 (Equation 7)
【0069】これら新たなそれぞれ線形伸縮の変化分を
示す2個のスケーリングΓx、Γy、及び2個のショッ
ト倍率γx、及びγyを用いてその(数6)を書き換え
ると、(数6)は近似的に次のようになる。By rewriting the equation (6) using the two scalings Γx and Γy and the two shot magnifications γx and γy, which show the new changes in linear expansion and contraction, the equation (6) is approximated. Is as follows.
【0070】[0070]
【数8】 (Equation 8)
【0071】この(数8)において、2次元ベクトルを
2行×1列の行列とみなすと、この(数8)を以下のよ
うな変換行列を用いた座標変換式に書き直すことができ
る。In this (Equation 8), if the two-dimensional vector is regarded as a matrix of 2 rows × 1 column, this (Equation 8) can be rewritten as a coordinate conversion equation using the following conversion matrix.
【0072】[0072]
【数9】 [Equation 9]
【0073】但し、(数9)の各変換行列は次のように
定義される。However, each conversion matrix of (Equation 9) is defined as follows.
【0074】[0074]
【数10】 [Equation 10]
【0075】(数9)の座標変換式における変換行列
A,B,Oに含まれる10個の誤差パラメータ(Θ,
W,Γx(又はRx),Γy(又はRy),OX,OY,
θ,w,γx(=rx−1),ry)を、ショット内多
点EGAパラメータと呼ぶ。これら10個の誤差パラメ
ータの中で、ショット内の状態を表す4個の誤差パラメ
ータ、即ちショット倍率γx(又はrx),γy(又は
rx)、ショット回転θ、及びチップ直交度wをショッ
ト内パラメータと呼ぶ。以上の10個のショット内多点
EGAパラメータは、例えば最小自乗法により求めるこ
とができる。本例では、(数9)の座標変換式に基づい
てウエハWの各ショット領域のステージ座標系(X,
Y)上での計算上の座標、及びチップの各誤差を求め
る。そして、それをもとに、ショット回転(チップロー
テーション)の誤差、及びショット倍率(チップ倍率)
の誤差等の補正を行った上で、ウエハWの各ショット領
域37−nの計算上の配列座標(Fxn,Fyn)を求め、
この配列座標に基づいて各ショット領域37−nとレチ
クルとの位置合わせを行ってから、レチクルのパターン
像を露光する。The ten error parameters (θ, θ) included in the transformation matrices A, B, O in the coordinate transformation equation of (Equation 9).
W, .gamma.x (or Rx), Γy (or Ry), O X, O Y ,
θ, w, γx (= rx−1), ry) are called intra-shot multipoint EGA parameters. Among these 10 error parameters, four error parameters representing the state within the shot, that is, shot magnifications γx (or rx), γy (or rx), shot rotation θ, and chip orthogonality w are intra-shot parameters. Call. The above 10 multi-point EGA parameters within a shot can be obtained by, for example, the method of least squares. In this example, based on the coordinate conversion formula of (Equation 9), the stage coordinate system (X,
Y) Calculated coordinates on the table and each error of the chip are obtained. Then, based on it, the error of shot rotation (chip rotation) and shot magnification (chip magnification)
After correcting the error and the like, the calculated array coordinates (F xn , F yn ) of each shot area 37-n of the wafer W are obtained,
After aligning each shot area 37-n with the reticle based on the array coordinates, the pattern image of the reticle is exposed.
【0076】ここで図2に示した主制御系50に対応付
けてみると、ウエハ上の全部のショット領域内の4個の
ウエハマーク対の設計上の配列座標値はEXPショット
マップデータ部503に記憶され、サンプルショット内
の4個のウエハマーク対の設計上の座標値はALGショ
ットマップデータ部504に記憶され、そして、上述の
10個のショット内多点EGAパラメータを決定する最
小自乗近似の演算式はEGA演算ユニット502に記憶
されている。Now, in association with the main control system 50 shown in FIG. 2, the designed array coordinate values of the four wafer mark pairs in all the shot areas on the wafer are EXP shot map data section 503. And the designed coordinate values of the four wafer mark pairs in the sample shot are stored in the ALG shot map data section 504, and the least square approximation for determining the above-mentioned ten multipoint EGA parameters in the shot. The arithmetic expression of is stored in the EGA arithmetic unit 502.
【0077】なお、必ずしも最小自乗法を(数9)に適
用する必要はなく、例えば(数6)の段階で10個のシ
ョット内多点EGAパラメータを求めても良い。また、
上述の(数8)にはチップパターンに関する4個のショ
ット内パラメータ(ショット回転θ、チップ直交度w、
ショット倍率rx(=1+γx)、ショット倍率ry
(=1+γy))の全てが含まれているが、これら4個
の何れか1つのパラメータのみに着目して(数8)(又
は(数6))を用いても良い。具体的に、ショット回転
θのみに着目する場合には、チップ直交度wは0とみな
し、ショット倍率rx及びryはそれぞれ1とみなして
(数8)を用いることになる。これに関して、ショット
倍率rx及びryに着目する場合には、rx=ryであ
るとして、即ち線形伸縮が等方的であるとして、(数
8)を用いても良い。It is not always necessary to apply the least squares method to (Equation 9), and for example, 10 in-shot multipoint EGA parameters may be obtained at the stage of (Equation 6). Also,
In the above (Equation 8), there are four shot parameters (shot rotation θ, chip orthogonality w,
Shot magnification rx (= 1 + γx), shot magnification ry
Although all (= 1 + γy) are included, (Equation 8) (or (Equation 6)) may be used by focusing on only one of these four parameters. Specifically, when focusing on only the shot rotation θ, the chip orthogonality w is considered to be 0, and the shot magnifications rx and ry are considered to be 1 and Equation 8 is used. In this regard, when focusing on the shot magnifications rx and ry, (Equation 8) may be used as rx = ry, that is, the linear expansion and contraction is isotropic.
【0078】4個のショット内パラメータの内から着目
するパラメータは、例えば露光対象とするウエハの種類
(特徴)に応じて選択すれば良い。ここで、仮にウエハ
Wの全部のショット領域37−nから予め選ばれたサン
プルショットについてウエハマークの計測を行うものと
する。ところが、各サンプルショットの基準点38−n
とそのショット領域内のウエハマークとの距離は比較的
短いため、上述の10個のショット内多点EGAパラメ
ータの内の4個のショット内パラメータ(θ,w,r
x,ry)は計測再現性等による誤差が大きい。そのた
め、誤差を小さくするためには、サンプルショットの個
数及び計測すべきウエハマークの個数を比較的多くする
必要があるが、それでは露光工程のスループットが低下
する。そこで、本例では後述のようなシーケンスでスル
ープットの低下を防止すると共に、アライメント精度を
高く維持している。以下の手法は、一般にウエハ上に生
じる線形誤差量及び非線形誤差量並びに各ショット領域
内のチップパターンの変形は、同一ロット内では同じよ
うな傾向であることを利用する。Of the four shot parameters, the parameter of interest may be selected according to, for example, the type (feature) of the wafer to be exposed. Here, it is assumed that the wafer mark is measured for sample shots selected in advance from all shot areas 37-n of the wafer W. However, the reference point 38-n of each sample shot
Since the distance between the shot mark and the wafer mark in the shot area is relatively short, four shot parameters (θ, w, r) among the above ten shot multipoint EGA parameters
x, ry) has a large error due to measurement reproducibility and the like. Therefore, in order to reduce the error, it is necessary to relatively increase the number of sample shots and the number of wafer marks to be measured, but this lowers the throughput of the exposure process. Therefore, in this example, a decrease in throughput is prevented and the alignment accuracy is maintained high in the sequence described below. The following method utilizes that the linear error amount and the non-linear error amount that generally occur on the wafer and the deformation of the chip pattern in each shot area have the same tendency in the same lot.
【0079】また、本実施例では、2つのアライメント
センサが備えられているため、サンプルショットの各ウ
エハマークの座標値を検出するアライメントセンサによ
って、得られる10個のショット内多点EGAパラメー
タが2通りとなる。即ち、LIA系10の計測結果に基
づいてEGA方式のアライメントを実行すると、(数1
0)中の10個のショット内多点EGAパラメータ、即
ちスケーリングΓx,Γy、ローテーションΘ、直交度
W、オフセットOx ,Oy 、ショット倍率γx,γy、
ショット回転θ、チップ直交度wが求められる。同様
に、FIA系36の計測結果に基づいてEGA方式のア
ライメントを実行すると、(数10)中の10個のショ
ット内多点EGAパラメータが求められる。しかしなが
ら、例えばLIA系10の計測結果に基づいて得られた
パラメータ中には、所定の偏りのあることがある。そこ
で、そのような偏りのあるパラメータについては、FI
A系36の計測結果に基づいて得られる変換パラメータ
で補正して使用することとする。Further, in the present embodiment, since two alignment sensors are provided, the 10 multi-point EGA parameters within a shot obtained by the alignment sensor which detects the coordinate value of each wafer mark of the sample shot is 2. It becomes a street. That is, when the EGA method alignment is executed based on the measurement result of the LIA system 10, (Equation 1
0) 10 shots Uchida point EGA parameters in, i.e. scaling .gamma.x, Ganmawai, rotation theta, orthogonality W, offset O x, O y, shot magnification .gamma.x, Ganmawai,
The shot rotation θ and the chip orthogonality w are obtained. Similarly, when the EGA method alignment is executed based on the measurement result of the FIA system 36, ten in-shot multipoint EGA parameters in (Equation 10) are obtained. However, for example, the parameters obtained based on the measurement results of the LIA system 10 may have a certain bias. Therefore, for such a biased parameter, FI
It is used after being corrected by the conversion parameter obtained based on the measurement result of the A system 36.
【0080】次に、本実施例において1ロットのウエハ
について、ショット内多点EGA方式で位置合わせ(ア
ライメント)を行って露光を行う場合の動作の一例につ
き、図1のフローチャートを参照して説明する。以下の
動作は、ウエハ上の所定の回路パターン層(プロセスレ
イヤ)への露光を行う場合の動作を示している。そし
て、そのプロセスレイヤでは、予め試作時の実験及び評
価の結果、LIA方式のアライメントセンサによる計測
結果に基づいて求めたショット内多点EGAパラメータ
中のスケーリングRx,Ry、及びショット倍率rx,
ry(又はγx,γy)にほぼ一定の傾向を有する誤
差、即ち真値からの所定の偏りが混入しているが、他の
パラメータの誤差は小さく、一方、FIA方式のアライ
メントセンサによる計測結果に基づいて求めたショット
内多点EGAパラメータ中でスケーリングRx,Ry、
及びショット倍率rx,ryの誤差は小さいことが分か
っているものとする。Next, with reference to the flowchart of FIG. 1, an example of the operation in the case of performing the exposure by performing the alignment (alignment) by the multipoint EGA method within a shot for one lot of wafers in the present embodiment will be described. To do. The following operation shows the operation when exposing a predetermined circuit pattern layer (process layer) on the wafer. Then, in the process layer, scaling Rx, Ry and shot magnification rx in the multipoint EGA parameters in the shot, which are obtained based on the result of the experiment and the evaluation at the time of trial manufacture, based on the measurement result by the LIA type alignment sensor, in advance.
ry (or γx, γy) has an error with a nearly constant tendency, that is, a certain deviation from the true value is mixed, but the error of other parameters is small, while the measurement result by the FIA alignment sensor Scaling Rx, Ry in the multipoint EGA parameters within the shot obtained based on
And it is known that the error between the shot magnifications rx and ry is small.
【0081】先ず、主制御系50に対して、LIA系1
0を用いる第1のショット内多点EGA方式のアライメ
ントシーケンスと、FIA系36を用いる第2のショッ
ト内多点EGA方式のアライメントシーケンスとを記憶
させ、ウエハ上で計測対象とするサンプルショット(正
確にはウエハマーク)の配列は、第1及び第2のアライ
メントシーケンスで同じに設定しておく。そして、基本
的に第1のアライメントシーケンスで求められたショッ
ト内多点EGAパラメータを使用するが、その中でスケ
ーリングRx,Ry及びショット倍率rx,ryのみは
第2のアライメントシーケンスにより求められたショッ
ト内多点EGAパラメータに基づいて後述のように補正
を行う。First, with respect to the main control system 50, the LIA system 1
A first shot multipoint EGA alignment sequence using 0 and a second intrashot multipoint EGA alignment sequence using the FIA system 36 are stored, and a sample shot (correct The wafer marks are arranged in the same manner in the first and second alignment sequences. Then, basically, the in-shot multipoint EGA parameters obtained in the first alignment sequence are used, but only the scaling Rx, Ry and the shot magnifications rx, ry among them are shots obtained in the second alignment sequence. The correction is performed based on the inner multipoint EGA parameters as described later.
【0082】具体的に、図1のステップ101におい
て、1ロットの先頭のウエハWを図2のウエハステージ
ST上にロードする。この際に、レチクルRのアライメ
ントが終了しており、不図示の干渉計によって規定され
る直交座標系に対するレチクルRのX方向,Y方向,回
転方向のずれ量はほぼ零となっている。図8は、露光対
象のウエハWを示し、この図8において、ウエハW上に
はウエハW上の座標系(試料座標系)(α,β)に沿っ
て多数のショット領域が配列されているが、その中の計
測対象のサンプルショット37−1〜37−8のみを示
してある。ショット領域37−n(n=1〜8)内に
は、それぞれ図3(a)のウエハマーク対39(n,
1)と同一の4個のウエハマーク対39(n,1)〜3
9(n,8)が形成されている。その後、ステップ10
2において、サーチアライメント(グローバルアライメ
ント)を行う。即ち、ウエハW上には各ショット領域に
付設されるウエハマークとは別に、大まかな位置合わせ
用のアライメントマークが試料座標系(α,β)に沿っ
て数個形成されている。そこで、例えば図2のLIA系
10(Y軸用のLIA系も含む、以下同様)、又はFI
A系36によりそれらのアライメントマークのステージ
座標系(静止座標系)(X,Y)での座標値を計測し、
この計測結果に基づいて、試料座標系(α,β)からス
テージ座標系(X,Y)への近似的な変換パラメータ
(スケーリング、ローテーション、オフセット等)を求
めて、図2の主制御系50内のEGA演算ユニット50
2内のメモリに記憶しておく。Specifically, in step 101 of FIG. 1, the leading wafer W of one lot is loaded on the wafer stage ST of FIG. At this time, the alignment of the reticle R is completed, and the amount of deviation of the reticle R in the X direction, the Y direction, and the rotation direction with respect to the orthogonal coordinate system defined by an interferometer (not shown) is substantially zero. FIG. 8 shows a wafer W to be exposed. In FIG. 8, a large number of shot areas are arranged on the wafer W along a coordinate system (sample coordinate system) (α, β) on the wafer W. However, only the sample shots 37-1 to 37-8 of the measurement target among them are shown. In the shot area 37-n (n = 1 to 8), the wafer mark pair 39 (n, n of FIG.
4 wafer mark pairs 39 (n, 1) to 3 identical to 1)
9 (n, 8) are formed. Then step 10
In 2, search alignment (global alignment) is performed. That is, on the wafer W, several alignment marks for rough alignment are formed along the sample coordinate system (α, β) in addition to the wafer marks attached to each shot area. Therefore, for example, the LIA system 10 of FIG. 2 (including the LIA system for the Y axis, the same applies hereinafter), or FI
The coordinate values of those alignment marks in the stage coordinate system (stationary coordinate system) (X, Y) are measured by the A system 36,
Based on this measurement result, approximate conversion parameters (scaling, rotation, offset, etc.) from the sample coordinate system (α, β) to the stage coordinate system (X, Y) are obtained, and the main control system 50 of FIG. EGA operation unit 50 in
It is stored in the memory in 2.
【0083】その後、ショット内多点EGA方式のアラ
イメントを行う際には、計測対象のショット領域の基準
点での試料座標系(α,β)の配列座標、及びその基準
点を原点とした各ウエハマーク対の配列座標と、その近
似的な変換パラメータとから、EGA演算ユニット50
2においてそのウエハマーク対のステージ座標系(X,
Y)での座標値が算出され、この座標値がシーケンスコ
ントローラ506を介してステージコントローラ14に
供給される。そして、この供給された座標値に基づい
て、計測対象のウエハマーク対のX軸及びY軸のウエハ
マークが順次、FIA系36の観察視野、又はLIA系
10からのレーザビームの照射領域に移動される。After that, when performing the alignment in the multi-point EGA method within the shot, the array coordinates of the sample coordinate system (α, β) at the reference point of the shot area to be measured, and the reference point as the origin. Based on the array coordinates of the wafer mark pair and its approximate conversion parameters, the EGA arithmetic unit 50
2 the stage coordinate system (X,
The coordinate value in Y) is calculated, and this coordinate value is supplied to the stage controller 14 via the sequence controller 506. Then, based on the supplied coordinate values, the X-axis and Y-axis wafer marks of the wafer mark pair to be measured are sequentially moved to the observation field of the FIA system 36 or the irradiation area of the laser beam from the LIA system 10. To be done.
【0084】次に、図1のステップ103において、図
2のTTL方式のLIA系10を用いて、ショット内多
点EGA方式のアライメントを実行する。即ち、図8の
ウエハW上の全てのサンプルショット37−1〜37−
8の各ウエハマーク対(39(1,1),…,39
(1,4)〜39(8,1),…,39(8,4))の
ステージ座標系(X,Y)上での座標値(FMNXn,FM
NYn)をLIA系10(Y軸用のLIA系も含む)実測す
る。これはウエハ8上の全てのサンプルショット内の全
てのウエハマーク対を計測対象とすることを意味する。
但し、必ずしも全てのサンプルショット内の全てのウエ
ハマーク対を計測対象とする必要はない。1個のウエハ
マーク対には2つの1次元のウエハマークがあるため、
10個以上のパラメータの値を決定するためには、少な
くとも5個以上のウエハマーク対の座標値を実測する必
要がある。但し、或るウエハマーク対については、X軸
用のウエハマークのみを計測し、他のウエハマーク対に
ついてY軸用のウエハマークのみを計測するような選択
も可能である。Then, in step 103 of FIG. 1, the in-shot multipoint EGA alignment is executed using the TTL LIA system 10 of FIG. That is, all the sample shots 37-1 to 37-on the wafer W shown in FIG.
8 wafer mark pairs (39 (1,1), ..., 39
Coordinate values (FM NXn , FM) of (1, 4) to 39 (8, 1), ..., 39 (8, 4)) on the stage coordinate system (X, Y)
NYn ) is actually measured for LIA system 10 (including LIA system for Y axis). This means that all wafer mark pairs in all sample shots on the wafer 8 are set as measurement targets.
However, it is not always necessary to target all the wafer mark pairs in all the sample shots. Since one wafer mark pair has two one-dimensional wafer marks,
In order to determine the values of 10 or more parameters, it is necessary to actually measure the coordinate values of at least 5 or more wafer mark pairs. However, with respect to a certain wafer mark pair, it is also possible to select such that only the X-axis wafer mark is measured and other wafer mark pairs are measured only with the Y-axis wafer mark.
【0085】この場合、ウエハW上の各サンプルショッ
ト37−n(n=1〜8)の基準点38−n(図6
(b)参照)の、ウエハW上の座標系(α,β)上での
設計上の配列座標値(CXn,CYn)と、測定されたウエ
ハマーク対39(n,N)(N=1〜4)の各サンプル
ショット37−n上の座標系(x,y)での設計上の座
標値(相対座標値)(SNXn,SNYn )とが予め分かって
いる。そこで、ステップ103において、(数9)の右
辺に、測定されたアライメントマークが属するショット
領域の基準点の設計上の配列座標値(CXn,CYn)、及
びそのアライメントマークの基準点に関する設計上の相
対座標値(SNXn,SNYn)を代入することにより、そのウ
エハマーク対39(n,N)がステージ座標系(X,
Y)上であるべき計算上の座標値(FNXn,FNYn)を求め
る。In this case, the reference points 38-n (FIG. 6) of the sample shots 37-n (n = 1 to 8) on the wafer W are shown.
(B)), the designed array coordinate values (C Xn , C Yn ) on the coordinate system (α, β) on the wafer W, and the measured wafer mark pair 39 (n, N) (N). = 1 to 4), the design coordinate values (relative coordinate values) (S NXn , S NYn ) in the coordinate system (x, y) on each sample shot 37-n are known in advance. Therefore, in step 103, on the right side of (Equation 9), the designed array coordinate values (C Xn , C Yn ) of the reference point of the shot area to which the measured alignment mark belongs, and the design regarding the reference point of the alignment mark By substituting the relative coordinate values (S NXn , S NYn ) above, the wafer mark pair 39 (n, N) is moved to the stage coordinate system (X,
Y) Find the calculated coordinate values (F NXn , F NYn ) which should be on.
【0086】そして、EGA演算ユニット502での最
小自乗法の演算により(数9)を満足する10個のショ
ット内多点EGAパラメータ(以下、「LIAパラメー
タ」と呼ぶ)が算出される。このLIAパラメータは、
スケーリングΓx(又はRx),Γy(又はRy)、ロ
ーテーションΘ、直交度W、オフセットOx ,Oy 、シ
ョット倍率γx(又はrx),γy(又はry)、ショ
ット回転θ、チップ直交度w、から構成されている。Then, by the calculation of the least squares method in the EGA calculation unit 502, ten intra-shot multipoint EGA parameters (hereinafter referred to as “LIA parameters”) satisfying (Equation 9) are calculated. This LIA parameter is
Scaling Γx (or Rx), Γy (or Ry), rotation Θ, orthogonality W, offsets O x and O y , shot magnifications γx (or rx), γy (or ry), shot rotation θ, chip orthogonality w, It consists of
【0087】具体的には、実際に計測された座標値(F
MNXn,FMNYn)とその計算上の座標値(FNXn,FNYn)と
の差(ENXn,ENYn)をアライメント誤差と考える。従っ
て、ENXn =FMNXn −FNXn 、ENYn =FMNYn −F
NYn が成立している。そして、計測されたアライメント
マークに関するアライメント誤差(ENXn,ENYn)の自乗
和をそれら10個のパラメータで順次偏微分し、その値
がそれぞれ0になるような方程式をたてて、それら10
個の連立方程式を解けば10個のパラメータを求めるこ
とができる。Specifically, the actually measured coordinate values (F
The difference (E NXn , E NYn ) between M NXn , FM NYn ) and its calculated coordinate value (F NXn , F NYn ) is considered as an alignment error. Therefore, E NXn = FM NXn -F NXn , E NYn = FM NYn -F
NYn has been established. Then, the sum of squares of the alignment errors (E NXn , E NYn ) relating to the measured alignment marks is sequentially partial differentiated with these 10 parameters, and an equation is set so that the value becomes 0, respectively.
If 10 simultaneous equations are solved, 10 parameters can be obtained.
【0088】その後、ステップ104において、図2の
FIA系36を用いて、図8のウエハW上のサンプルシ
ョット37−1〜37−8内の各ウエハマーク対39
(n,N)のステージ座標系(X,Y)での座標値を計
測して、ショット内多点EGA方式のアライメントを実
行する。これにより得られる計測値をEGA演算ユニッ
ト502で演算処理することにより、10個のショット
内多点EGAパラメータ(以下、「FIAパラメータ」
と呼ぶ)が算出される。このFIAパラメータも、スケ
ーリングΓx(又はRx),Γy(又はRy)、ローテ
ーションΘ、直交度W、オフセットOx ,Oy 、ショッ
ト倍率γx(又はrx),γy(又はry)、ショット
回転θ、チップ直交度w、から構成されている。After that, in step 104, each wafer mark pair 39 in the sample shots 37-1 to 37-8 on the wafer W in FIG. 8 is used by using the FIA system 36 in FIG.
The coordinate value in the stage coordinate system (X, Y) of (n, N) is measured, and alignment in the multi-point within shot EGA method is executed. The EGA arithmetic unit 502 performs arithmetic processing on the measurement values obtained in this manner to obtain ten multipoint EGA parameters within a shot (hereinafter referred to as “FIA parameters”).
Is called) is calculated. This FIA parameter is also scaled Γx (or Rx), Γy (or Ry), rotation Θ, orthogonality W, offsets O x and O y , shot magnifications γx (or rx), γy (or ry), shot rotation θ, The chip orthogonality w.
【0089】次のステップ105において、求められた
10個のショット内多点EGAパラメータ中で、通常の
EGAパラメータ(ウエハに関するパラメータ)である
スケーリングΓx(又はRx),Γy(又はRy)、ロ
ーテーションΘ、直交度W、及びオフセットOx ,Oy
につては、それぞれFIAパラメータからLIAパラメ
ータを差し引いて得られる差ΔΓxFL(又はΔR
xFL),ΔΓyFL(又はΔRyFL),ΔΘFL,ΔWFL,
ΔOxFL ,及びΔOyFL を算出し、これらの差を主制御
系50内の補正データ記憶部505に格納する。更に、
ショット内多点EGAパラメータ内でショット内パラメ
ータであるショット倍率γx(又はrx),γy(又は
ry)、ショット回転θ、及びチップ直交度wについて
は、それぞれLIAパラメータ、及びFIAパラメータ
そのものをその補正データ記憶部505に格納する。In the next step 105, scaling Γx (or Rx), Γy (or Ry) and rotation Θ which are normal EGA parameters (parameters related to the wafer) among the 10 multi-point EGA parameters in the shot obtained. , Orthogonality W, and offsets O x , O y
The difference ΔΓ x FL (or ΔR) obtained by subtracting the LIA parameter from the FIA parameter is
x FL ), ΔΓ y FL (or ΔRy FL ), ΔΘ FL , ΔW FL ,
Delta O.D. XFL, and calculates a delta O.D. YFL, stores these differences in the correction data storage unit 505 in the main control system 50. Furthermore,
Regarding the shot magnifications γx (or rx), γy (or ry), shot rotation θ, and chip orthogonality w, which are intra-shot parameters in the multi-point EGA parameter within shot, the LIA parameter and the FIA parameter themselves are corrected. The data is stored in the data storage unit 505.
【0090】そして、ここで計測を行ったウエハWに対
しては、ステップ106において、オフセットOx ,O
y 、ローテーションΘ、直交度W、チップ直交度w、シ
ョット回転θについては、LIAパラメータの値を使用
し、スケーリングΓx(又はRx),Γy(又はR
y)、ショット倍率γx(又はrx),γy(又はr
y)については、FIAパラメータの値を使用する。そ
して、(数9)の変換行列A中のウエハのローテーショ
ンΘ、及び変換行列B中のショット回転θを補正するよ
うに、図2のレチクルステージRSを介してレチクルR
に適当な回転を施すか、又はウエハWを回転させて、ス
テージ座標系(X,Y)に対するチップパターンの回転
を補正する。これは(数10)の変換行列Aの要素を構
成するローテーションΘと、変換行列Bの要素を構成す
るショット回転θとの和(Θ+θ)に合わせて、レチク
ルR又はウエハWを回転することを意味する。Then, in step 106, the offsets O x and O are applied to the wafer W measured here.
For y , rotation Θ, orthogonality W, chip orthogonality w, and shot rotation θ, the values of LIA parameters are used, and scaling Γx (or Rx), Γy (or R) is used.
y), shot magnification γx (or rx), γy (or r
For y), use the value of the FIA parameter. Then, the reticle R is passed through the reticle stage RS of FIG. 2 so as to correct the wafer rotation Θ in the conversion matrix A of (Equation 9) and the shot rotation θ in the conversion matrix B.
Is rotated or the wafer W is rotated to correct the rotation of the chip pattern with respect to the stage coordinate system (X, Y). This means that the reticle R or the wafer W is rotated in accordance with the sum (θ + θ) of the rotation Θ forming the elements of the conversion matrix A of (Equation 10) and the shot rotation θ forming the elements of the conversion matrix B. means.
【0091】但し、ウエハWを回転した場合には、ウエ
ハWのオフセット(OX,OY)が変化する虞があるため、
再びウエハマークの座標値の計測を行った後、上述の最
小自乗法でパラメータを求める演算(ショット内多点E
GA演算)を行って誤差パラメータを求め直す必要があ
る。即ち、例えばウエハWを角度(Θ+θ)だけ回転し
た場合には、上述のステップ103〜106を繰り返す
必要がある。これは、ウエハWの回転後の新たなローテ
ーションΘが、ステップ106で回転した角度に対応す
る値かどうかを確認する意味もある。However, when the wafer W is rotated, the offset (O X , O Y ) of the wafer W may change.
After measuring the coordinate values of the wafer mark again, the calculation for obtaining the parameters by the above-mentioned least squares method (multipoint E in the shot)
It is necessary to recalculate the error parameter by performing GA calculation). That is, for example, when the wafer W is rotated by the angle (Θ + θ), the above steps 103 to 106 need to be repeated. This also means to confirm whether the new rotation Θ after the rotation of the wafer W is a value corresponding to the angle rotated in step 106.
【0092】また、チップ直交度wは、厳密な意味では
補正できないが適度にレチクルRを回転させることで、
その誤差を小さく抑えることができる。そこで、ローテ
ーションΘ、ショット回転θ及びチップ直交度wのそれ
ぞれの絶対値の和が最小になるように、レチクルR又は
ウエハWの回転量を最適化することも可能である。次
に、(数9)の変換行列B中のショット倍率γx(又は
rx),γy(又はry)を補正するように、図2の結
像特性制御装置19を介して投影光学系PLの投影倍率
を調整する。これは(数10)で示す変換行列Bの要素
を構成するショット倍率γx(=rx−1)及びγy
(=ry−1)に合わせて、投影光学系PLの投影倍率
を調整することを意味する。The chip orthogonality w cannot be corrected in a strict sense, but by rotating the reticle R appropriately,
The error can be kept small. Therefore, it is possible to optimize the rotation amount of the reticle R or the wafer W so that the sum of the absolute values of the rotation Θ, the shot rotation θ, and the chip orthogonality w is minimized. Next, projection of the projection optical system PL is performed via the imaging characteristic control device 19 of FIG. 2 so as to correct the shot magnifications γx (or rx) and γy (or ry) in the conversion matrix B of (Equation 9). Adjust the magnification. This is the shot magnifications γx (= rx−1) and γy forming the elements of the conversion matrix B shown in (Equation 10).
It means adjusting the projection magnification of the projection optical system PL in accordance with (= ry−1).
【0093】その後、ステップ105で求めたショット
内多点EGAパラメータよりなる要素を含む変換行列A
及びOを用いて、EGA演算ユニット505において、
次式にウエハW上の各ショット領域37−nの基準点3
8−nの設計上の配列座標値(CXn,CYn)を代入する
ことにより、その基準点38−nのステージ座標系
(X,Y)上での計算上の配列座標値(GXn,GYn)を
求める。After that, the transformation matrix A including the element consisting of the multipoint EGA parameters in the shot obtained in step 105.
And O in the EGA arithmetic unit 505,
In the following formula, the reference point 3 of each shot area 37-n on the wafer W is
By substituting the designed array coordinate values (C Xn , C Yn ) of 8-n, the calculated array coordinate values (G Xn ) on the stage coordinate system (X, Y) of the reference point 38-n. , G Yn ).
【0094】[0094]
【数11】 [Equation 11]
【0095】そして、ステップ107において、ステッ
プ106で求められた配列座標(G Xn,GYn)及び予め
求めてあるベースライン量(アライメントセンサの検出
中心と露光中心との間隔)に基づいて求められる配列座
標を、シーケンスコントローラ506を介してステージ
コントローラ14に順次供給することにより、ウエハW
上の各ショット領域37−nの基準点38−nを順次図
2の投影光学系PLの露光フィールド内の中心に位置合
わせして、当該ショット領域37−nに対してレチクル
Rのパターン像を投影露光する。そして、ウエハW上の
全てのショット領域への露光が終了した後に、ステップ
108に移行する。Then, in step 107, the step
Array coordinates (G Xn, GYn) And in advance
Required baseline amount (alignment sensor detection
Arrangement calculated based on the distance between the center and the exposure center)
The stage through the sequence controller 506.
By sequentially supplying to the controller 14, the wafer W
The reference points 38-n of the upper shot areas 37-n are sequentially illustrated.
Alignment with the center of the exposure field of the second projection optical system PL
Reticle for the shot area 37-n.
The pattern image of R is projected and exposed. And on the wafer W
After exposing all shot areas,
Move to 108.
【0096】ステップ108において、露光済みのウエ
ハWを搬出し、このロット内でその次に露光するi枚目
(i=2,3,…)のウエハを図2のウエハステージS
T上にロードする。この実施例では、同一ロット内では
プロセスの状態に大きな差はないことを前提として、L
IA系10による計測結果に基づいて求めたLIAパラ
メータ中のスケーリングΓx(又はRx),Γy(又は
Ry)に混入されている偏り(プロセスオフセット)
は、ロット内でほぼ一定値であるとみなす。更に、ショ
ット倍率γx(=rx−1),γy(=ry−1)、及
びショット回転は、ロット内でほぼ一定値であるとみな
す。In step 108, the exposed wafer W is unloaded, and the i-th (i = 2, 3, ...) Wafer to be exposed next in this lot is set to the wafer stage S in FIG.
Load on T. In this embodiment, it is assumed that there is no great difference in process state within the same lot.
Bias (process offset) mixed in the scalings Γx (or Rx) and Γy (or Ry) in the LIA parameter obtained based on the measurement result by the IA system 10.
Is considered to be almost constant within the lot. Furthermore, the shot magnifications γx (= rx−1), γy (= ry−1), and the shot rotation are considered to be substantially constant values within the lot.
【0097】そこで、2枚目以降のウエハについては、
LIA系10のみを使用して通常のEGA方式のアライ
メントを行い、求められたLIAパラメータ中のスケー
リングについては1枚目のウエハで求めた差を用いて補
正し、ショット回転、及びショット倍率は1枚目のウエ
ハで求めて記憶した値を使用することとする。従って、
シーケンスとしては、ステップ109でステップ102
と同様にサーチアライメントを実行した後、ステップ1
10に移行して、LIA系10を用いて、そのi枚目の
ウエハ上の図6と同じ配列のサンプルショット37−1
〜37−8について、それぞれ例えば1番目のウエハマ
ーク対39(1,1)〜39(8,1)のみの座標値を
計測し、この計測結果を処理して通常のEGAパラメー
タ(LIAパラメータ)の値を算出する。ここで計測を
行ったウエハWに対しては、続くステップ111におい
て、オフセットOx ,Oy 、ローテーションΘ、直交度
Wについては、直前に求めたLIAパラメータの値を使
用し、スケーリングΓx(又はRx),Γy(又はR
y)については、直前に求めたLIAパラメータの値に
ステップ105で記憶したスケーリングの差ΔΓx
FL(又はΔRxFL),ΔΓyFL(又はΔRyFL)を加算
して得た値を使用し、ショット回転θ、チップ直交度w
については、ステップ105で記憶したLIAパラメー
タの値を使用し、ショット倍率γx(又はrx),γy
(又はry)については、ステップ105で記憶したF
IAパラメータの値を使用する。Therefore, for the second and subsequent wafers,
Normal EGA alignment is performed using only the LIA system 10, and the scaling in the obtained LIA parameters is corrected using the difference obtained for the first wafer, and the shot rotation and shot magnification are set to 1 The value obtained and stored for the first wafer is used. Therefore,
As a sequence, step 109 to step 102
After performing search alignment in the same manner as in step 1,
10 and using the LIA system 10, sample shot 37-1 on the i-th wafer having the same arrangement as that in FIG.
-37-8, for example, the coordinate values of only the first wafer mark pair 39 (1,1) to 39 (8,1) are measured, and the measurement results are processed to obtain a normal EGA parameter (LIA parameter). Calculate the value of. For the wafer W measured here, in the subsequent step 111, the offsets O x , O y , the rotation Θ, and the orthogonality W are calculated by using the value of the LIA parameter obtained immediately before and scaling Γ x (or Rx), Γy (or R
For y), the scaling difference ΔΓx stored in step 105 is added to the value of the LIA parameter obtained immediately before.
The value obtained by adding FL (or ΔRx FL ) and ΔΓy FL (or ΔRy FL ) is used, and the shot rotation θ and the chip orthogonality w
For, the value of the LIA parameter stored in step 105 is used, and the shot magnification γx (or rx), γy
For (or ry), F stored in step 105
Use the value of the IA parameter.
【0098】このように全てのパラメータの値を決定す
るが、ショット回転、及びショット倍率については1枚
目のウエハについて補正してあるため、2枚目以降のウ
エハについては補正を行う必要は特にない。但し、ロー
テーションΘについては、ウエハ又はレチクルRを回転
して補正してもよい。その後、それらのショット内多点
EGAパラメータよりなる要素を含む変換行列A及びO
を用いて、EGA演算ユニット505において、(数1
1)にウエハ上の各ショット領域37−nの基準点38
−nの設計上の配列座標値(CXn,C Yn)を代入するこ
とにより、その基準点38−nのステージ座標系(X,
Y)上での計算上の配列座標値(GXn,GYn)を求め
る。Thus, the values of all parameters are determined
However, one shot rotation and shot magnification
Since the second wafer has been corrected, the second and subsequent wafers
There is no particular need to make any corrections to the exhaust. However, low
Rotation of wafer or reticle R for rotation Θ
You may correct it by doing. Then multiple points within those shots
Transformation matrices A and O containing elements consisting of EGA parameters
In the EGA calculation unit 505, (Equation 1
1) The reference point 38 of each shot area 37-n on the wafer
-N designed array coordinate value (CXn, C Yn)
And the stage coordinate system (X,
Y) Calculated array coordinate value (GXn, GYn)
It
【0099】そして、ステップ112において、ステッ
プ111で求められた配列座標(G Xn,GYn)及び予め
求めてあるベースライン量に基づいて求められる配列座
標を、シーケンスコントローラ506を介してステージ
コントローラ14に順次供給することにより、ウエハW
上の各ショット領域37−nの基準点38−nを順次図
2の投影光学系PLの露光フィールド内の中心に位置合
わせして、当該ショット領域37−nに対してレチクル
Rのパターン像を投影露光する。Then, in step 112, the step
Array coordinates (G Xn, GYn) And in advance
Sequence loci determined based on the required baseline amount
The stage through the sequence controller 506.
By sequentially supplying to the controller 14, the wafer W
The reference points 38-n of the upper shot areas 37-n are sequentially illustrated.
Alignment with the center of the exposure field of the second projection optical system PL
Reticle for the shot area 37-n.
The pattern image of R is projected and exposed.
【0100】次に、ステップ113において、このロッ
ト内で露光すべきウエハが残っているかどうかを判定
し、露光すべきウエハがあるときには、ステップ108
〜112を繰り返してアライメント及び露光を行う。そ
して、ステップ113において露光すべきウエハが尽き
たときにこの工程を終了する。このように本実施例で
は、LIA系10、及びFIA系36を用いてショット
内多点EGA方式でアライメントを行っているため、シ
ョット間の位置合わせ精度のみならず、ショット回転及
びショット倍率等のショット内の位置合わせ精度も向上
する利点がある。但し、ショット内パラメータについて
は、ロット内ではほぼ傾向があることに鑑みて、実際に
ショット内多点EGA方式の計測を行うのは1枚目のウ
エハのみで、後のウエハについては通常のEGA方式の
計測を行い、パラメータについては、計測して得られた
値、先に記憶してある値、又は先に記憶してある値で補
正した値の何れかを使用するため、スループットは通常
のEGA方式のアライメントに対して殆ど低下しない利
点もある。Next, in step 113, it is judged whether or not there are wafers to be exposed in this lot. If there are wafers to be exposed, step 108 is performed.
Repeat 112 to 112 to perform alignment and exposure. Then, when the wafers to be exposed run out in step 113, this process is ended. As described above, in this embodiment, since the LIA system 10 and the FIA system 36 are used to perform alignment by the multi-point EGA method within a shot, not only the alignment accuracy between shots but also the shot rotation, shot magnification, and the like are There is an advantage that the alignment accuracy within the shot is also improved. However, in view of the fact that the parameters within a shot are almost the same within a lot, only the first wafer actually measures the multipoint EGA method within a shot, and the subsequent wafers are processed by a normal EGA method. Method, and the parameter is either a value obtained by measurement, a value stored in advance, or a value corrected with the value stored in advance, and thus the throughput is the There is also an advantage that there is almost no decrease in alignment with the EGA method.
【0101】なお、図1の実施例ではFIAパラメータ
とLIAパラメータとの差、及びショット内パラメータ
(ショット倍率、ショット回転、チップ直交度)を求め
るために、ロット内の先頭のウエハについてのみFIA
系36とLIA系10とでそれぞれサンプルショットの
計測を行っている。しかしながら、例えばロットの先頭
から数枚のウエハについては、それぞれLIA系10を
用いたショット内多点EGA方式のアライメント、及び
FIA系36を用いたショット内多点EGAパラメータ
方式のアライメントを行い、数枚のウエハについて求め
たLIAパラメータの平均値、FIAパラメータの平均
値、又は両者の差分を求めておいてもよい。In the embodiment of FIG. 1, in order to obtain the difference between the FIA parameter and the LIA parameter and the in-shot parameters (shot magnification, shot rotation, chip orthogonality), the FIA is performed only for the first wafer in the lot.
The system 36 and the LIA system 10 respectively measure sample shots. However, for several wafers from the beginning of the lot, for example, the in-shot multipoint EGA system alignment using the LIA system 10 and the in-shot multipoint EGA parameter system alignment using the FIA system 36 are performed, respectively. The average value of the LIA parameters, the average value of the FIA parameters, or the difference between the two values may be obtained for a single wafer.
【0102】そして、それ以降のウエハについては、ス
ループットの高いLIA系10でショット内多点EGA
方式でアライメントを行ってもよい。この場合、LIA
系10で偏りのありそうなパラメータ(スケーリング、
ショット倍率)については、既に求めてあるFIAパラ
メータの平均値とLIAパラメータの平均値との差で補
正することにより、高いスループット、及び高い位置合
わせ精度が得られる。For subsequent wafers, the LIA system 10 having a high throughput was used for multipoint EGA within a shot.
The alignment may be performed by a method. In this case, LIA
Parameters that are likely to be biased in system 10 (scaling,
The shot magnification) is corrected by the difference between the average value of the FIA parameters and the average value of the LIA parameters that have already been obtained, so that high throughput and high alignment accuracy can be obtained.
【0103】また、図1のステップ103及び104の
ようにショット内多点EGAパラメータの補正値を求め
るためのサンプルショットの個数を、図1のステップ1
10で計測対象となるような通常のサンプルショットの
個数に比べて多くしてもよい。次に、図1の実施例で
は、2枚目以降のウエハについてはLIA系10で各サ
ンプルショット内の1点の2次元座標(1個のウエハマ
ーク対のX座標、Y座標)を計測しているが、2枚目以
降(又は数枚目以降)のウエハについては、スループッ
トの高いLIA系10を用いて通常のEGA方式の計測
を行うが、それと共に、各サンプルショット内でX方向
の位置の異なる1個のY軸用のウエハマークのY座標を
LIA系10、又はFIA系36で計測するようにして
もよい。例えば、図8において、LIA系10を用い
て、ウエハW上の各サンプルショット37−1〜37−
8内の1つのウエハマーク対39(1,1)〜39
(8,1)のX座標、及びY座標を計測すると共に、L
IA系10を用いて、各サンプルショット37−1〜3
7−8内のウエハマーク対39(1,2)又は39
(1,3)のY座標を計測する。Further, as in steps 103 and 104 of FIG. 1, the number of sample shots for obtaining the correction value of the multipoint EGA parameter in the shot is determined by the step 1 of FIG.
The number may be larger than the number of normal sample shots to be measured in 10. Next, in the embodiment of FIG. 1, for the second and subsequent wafers, the LIA system 10 measures the two-dimensional coordinates of one point in each sample shot (X coordinate, Y coordinate of one wafer mark pair). However, for the second and subsequent wafers (or several and subsequent wafers), the normal EGA system measurement is performed using the LIA system 10 having a high throughput. The Y coordinate of one Y-axis wafer mark at a different position may be measured by the LIA system 10 or the FIA system 36. For example, referring to FIG. 8, each of the sample shots 37-1 to 37-on the wafer W using the LIA system 10.
One wafer mark pair 39 (1, 1) to 39 in 8
Measure the X and Y coordinates of (8,1) and
Each sample shot 37-1 to 37-3 using the IA system 10
Wafer mark pair 39 (1, 2) or 39 within 7-8
Measure the Y coordinate of (1,3).
【0104】この場合、各サンプルショット内ではY軸
に関して多点計測が行われるため、ショット内多点EG
Aパラメータ中のショット内パラメータの1つであるシ
ョット回転θを求めることができる。そして、図1のス
テップ111に対応する工程では、ショット回転θにつ
いては直前に求めたショット回転の値を使用し、(数1
0)の変換行列Aの要素を構成するローテーションΘ
と、変換行列Bの要素を構成する直前に得られたショッ
ト回転θとの和(Θ+θ)に合わせて、レチクルR又は
ウエハWを回転する。その後、露光を行うことにより、
レチクルRとウエハ上の各ショット領域との回転誤差が
小さい状態で露光が行われる。In this case, since multipoint measurement is performed with respect to the Y axis within each sample shot, multipoint EG within the shot is measured.
The shot rotation θ, which is one of the in-shot parameters in the A parameter, can be obtained. Then, in the process corresponding to step 111 in FIG. 1, the shot rotation value obtained immediately before is used for the shot rotation θ, and
Rotation Θ that constitutes the elements of the transformation matrix A of 0)
Then, the reticle R or the wafer W is rotated in accordance with the sum (θ + θ) of the shot rotation θ obtained immediately before the elements of the conversion matrix B are formed. After that, by exposing,
Exposure is performed in a state where the rotation error between the reticle R and each shot area on the wafer is small.
【0105】更に、各サンプルショット内でLIA系1
0で1個のウエハマーク対を計測するのとは別に、FI
A系36を用いてY座標がほぼ等しいウエハマーク対の
X座標を計測してもよい。これにより、ショット内パラ
メータであるショット倍率γx(又はrx),γy(又
はry)が求められる。但し、ショット倍率について
は、数枚目までのウエハについて計測して記憶したFI
Aパラメータの値を使用しても、特に大きな不都合はな
い。これは、ショット倍率が通常ロット内で安定してい
るのに対し、ショット回転はウエハ毎に異なる場合があ
るからである。Furthermore, within each sample shot, LIA system 1
Aside from measuring one wafer mark pair at 0,
The A system 36 may be used to measure the X coordinate of a pair of wafer marks having substantially the same Y coordinate. As a result, the shot magnifications γx (or rx) and γy (or ry) which are in-shot parameters are obtained. However, regarding the shot magnification, the FI stored by measuring and storing up to several wafers.
There is no particular inconvenience to using the value of the A parameter. This is because the shot magnification is usually stable in the lot, but the shot rotation may be different for each wafer.
【0106】なお、上述実施例では図3(b)に示した
ように、ステージ座標系上のX方向及びY方向に配列さ
れた1次元のウエハマークよりなるウエハマーク対39
(n,1)〜39(n,4)がショット領域37−nの
対角線上の4隅に設けられている。しかしながら、例え
ば1直線上に4個のウエハマーク対が配列されないよう
にすれば、必ずしもそのような配置でなくとも良い。更
に、ウエハマーク対の個数は2個以上の幾つでもよい。
また、例えばX軸用のウエハマークの位置とY軸用のウ
エハマークの位置とが異なっていてもよい。In the above embodiment, as shown in FIG. 3B, the wafer mark pair 39 consisting of one-dimensional wafer marks arranged in the X and Y directions on the stage coordinate system.
(N, 1) to 39 (n, 4) are provided at four corners on the diagonal of the shot area 37-n. However, if four wafer mark pairs are not arranged on one straight line, for example, the arrangement is not necessarily required. Further, the number of wafer mark pairs may be any number of two or more.
Further, for example, the position of the X-axis wafer mark and the position of the Y-axis wafer mark may be different.
【0107】更に、使用するアライメントセンサの組合
せによっては、ウエハマークとして例えば十字型のパタ
ーンのような2次元のマークを使用してもよい。また、
必ずしも各ショット領域37−nの内部にウエハマーク
を形成する必要はなく、例えば図3(a)において、シ
ョット領域37−nと隣接するショット領域との間のス
トリートライン領域SCL上の所定の位置にウエハマー
クを形成してもよい。Furthermore, depending on the combination of alignment sensors used, a two-dimensional mark such as a cross pattern may be used as the wafer mark. Also,
It is not always necessary to form a wafer mark inside each shot area 37-n, and for example, in FIG. A wafer mark may be formed on the wafer.
【0108】なお、上述実施例では、図2のFIA系3
6がオフ・アクシス方式、LIA系10がTTL方式と
なっているが、FIA系36を例えばTTL方式、又は
TTR方式で使用してもよく、逆にLIA系10を例え
ばTTR方式で使用してもよい。また、上述実施例で
は、アライメントセンサとしてLIA系10、及びFI
A系36が使用されているが、その他に例えば、ウエハ
マークとスリット状に集光されるレーザビームとを相対
走査するレーザ・ステップ・アライメント(LSA)方
式のアライメントセンサ等を使用してもよい。In the above embodiment, the FIA system 3 shown in FIG. 2 is used.
Although 6 is an off-axis system and LIA system 10 is a TTL system, FIA system 36 may be used in, for example, TTL system or TTR system, and conversely, LIA system 10 may be used in, for example, TTR system. Good. Further, in the above-described embodiment, the LIA system 10 and the FI are used as alignment sensors.
Although the A system 36 is used, in addition to this, for example, a laser step alignment (LSA) type alignment sensor that relatively scans a wafer mark and a laser beam focused in a slit shape may be used. .
【0109】更に、上述実施例では、ショット内多点E
GA方式として各サンプルショット内のウエハマークを
同等に扱う方式が適用されているが、ウエハ上のサンプ
ルショット内の各ウエハマークに対して例えばウエハの
中心からの距離に応じて定まる重みを付して得られる残
留誤差成分が最小になるように変換パラメータの値を決
定する、重み付け方式を適用してもよい。Furthermore, in the above embodiment, multiple points E in the shot are recorded.
As the GA method, a method of treating the wafer marks in each sample shot equally is applied, but each wafer mark in the sample shot on the wafer is given a weight determined according to, for example, the distance from the center of the wafer. A weighting method may be applied that determines the value of the conversion parameter so that the residual error component obtained as a result is minimized.
【0110】このように本発明は上述実施例に限定され
ず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り
得る。As described above, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and various configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention.
【0111】[0111]
【発明の効果】本発明の第1の位置合わせ方法によれ
ば、N枚の基板(1ロットのウエハ)の先頭からk枚の
基板については、2種類のアライメントセンサ(例えば
LIA系、及びFIA系等)を使って同一のサンプルシ
ョットでショット内多点EGA方式で計測を行って、求
められたパラメータの値、及びこれらの差分が記憶され
る。そして、それ以降の基板を扱うときは、スループッ
トの速いアライメントセンサ(例えばTTL方式のLI
A系等)のみを使って通常のEGA方式の計測が行われ
る。そして、位置合わせに際しては、通常の基板内での
EGAパラメータについては、そのスループットの高い
アライメントセンサで偏りのでそうな成分(例えばLI
A系ではスケーリング)については、記憶した別のアラ
イメントセンサでの値との差で補正し、ショット内パラ
メータ(ショット倍率、ショット回転等)については、
例えばそのプロセスに適していると考えられるアライメ
ントセンサでの計測値として記憶してあるパラメータ
(例えば、ショット倍率はFIA系、ショット回転はL
IA系等)を使用することにより、スループットを大き
く落とすことなく高い位置合わせ精度(各ショット領域
の中心と例えば投影像との位置合わせ精度、及び各ショ
ット領域と例えば投影像との重ね合わせ精度)が得られ
る。According to the first alignment method of the present invention, two types of alignment sensors (for example, LIA system and FIA system) can be used for k substrates from the beginning of N substrates (wafers of one lot). System) and the like, the same sample shot is used to perform the measurement in the multi-point shot EGA method, and the values of the obtained parameters and the differences between them are stored. Then, when handling the subsequent substrates, an alignment sensor with a high throughput (for example, a TTL LI
Normal EGA measurement is performed using only the A system). At the time of alignment, the EGA parameters in a normal substrate are biased by the alignment sensor having a high throughput, so that a component (for example, LI
Scaling in A system) is corrected by the difference from the stored value in another alignment sensor, and parameters in the shot (shot magnification, shot rotation, etc.)
For example, parameters stored as measured values by an alignment sensor considered to be suitable for the process (for example, shot magnification is FIA system, shot rotation is L).
High accuracy of alignment (such as accuracy of alignment between the center of each shot area and the projected image, and accuracy of overlay between each shot area and the projected image, for example) without significantly reducing throughput. Is obtained.
【0112】また、k枚目以降の基板について、他方の
アライメントセンサでも各サンプルショット内の別の計
測点で1次元の座標計測を行うときには、更にショット
内パラメータ中でのショット倍率、又はショット回転等
をも補正できるため、更にショット領域内での重ね合わ
せ精度が向上する利点がある。For the kth and subsequent substrates, when one-dimensional coordinate measurement is performed at another measurement point in each sample shot by the other alignment sensor, the shot magnification or shot rotation in the shot parameters is further performed. Since it is possible to correct even the above, there is an advantage that the overlay accuracy in the shot area is further improved.
【図1】本発明による位置合わせ方法の一実施例が適用
された露光動作を示すフローチャートである。FIG. 1 is a flowchart showing an exposure operation to which an embodiment of a positioning method according to the present invention is applied.
【図2】実施例で使用される投影露光装置の要部を示す
構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram showing a main part of a projection exposure apparatus used in an embodiment.
【図3】(a)はウエハ上のショット領域及びウエハマ
ークの一例を示す拡大平面図、(b)はウエハマークを
示す拡大平面図、(c)は図3(b)の断面図である。3A is an enlarged plan view showing an example of a shot area and a wafer mark on a wafer, FIG. 3B is an enlarged plan view showing a wafer mark, and FIG. 3C is a sectional view of FIG. 3B. .
【図4】FIA方式のアライメントセンサによる観察像
の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of an observation image by an FIA type alignment sensor.
【図5】LIA方式のアライメントセンサの検出原理の
説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of a detection principle of an LIA type alignment sensor.
【図6】(a)は実施例でショット内多点EGA方式で
アライメントを行う際のステージ座標系とウエハ上の座
標系との関係を示す平面図、(b)は図6(a)のショ
ット領域37−n内での座標系を示す拡大図である。6A is a plan view showing a relationship between a stage coordinate system and a coordinate system on a wafer when alignment is performed by an in-shot multipoint EGA method in the embodiment, and FIG. 6B is a plan view of FIG. 6A. It is an enlarged view which shows the coordinate system in the shot area 37-n.
【図7】ショット回転、及びショット倍率の説明図であ
る。FIG. 7 is an explanatory diagram of shot rotation and shot magnification.
【図8】実施例で露光対象とされるウエハW上のサンプ
ルショットの配列の一例を示す平面図である。FIG. 8 is a plan view showing an example of an array of sample shots on a wafer W to be exposed in the embodiment.
R レチクル PL 投影光学系 W ウエハ ST ウエハステージ 8 受光素子 10 LIA系 34X,34Y 撮像素子 36 FIA系 50 主制御系 502 EGA演算ユニット 505 補正データ記憶部 37−n ショット領域 38−n 基準点 37−1〜37−8 サンプルショット 39(n,1)〜39(n,4) ウエハマーク対 WX1 X軸のウエハマーク WY1 Y軸のウエハマーク R Reticle PL Projection optical system W Wafer ST Wafer stage 8 Light receiving element 10 LIA system 34X, 34Y Image sensor 36 FIA system 50 Main control system 502 EGA arithmetic unit 505 Correction data storage 37-n Shot area 38-n Reference point 37- 1-38 Sample shots 39 (n, 1) to 39 (n, 4) Wafer mark pair WX1 X-axis wafer mark WY1 Y-axis wafer mark
Claims (2)
基板毎に、該基板上に設計上の配列座標に従って2次元
的に配列された複数のショット領域のそれぞれを、前記
基板の移動位置を規定する静止座標系内の所定の基準位
置に対して位置合わせするに際して、前記複数のショッ
ト領域の内、予め選択されたショット領域の前記静止座
標系における座標位置を計測し、該計測された複数の座
標位置を統計演算することによって、前記複数のショッ
ト領域のそれぞれの前記静止座標系上における座標位置
を算出し、該算出された座標位置に従って前記基板の移
動位置を制御することによって、前記複数のショット領
域のそれぞれを前記基準位置に対して位置合わせする方
法において、 前記統計演算によって算出された座標位置に従ってk
(kは2以上でN以下の整数)枚目以降の基板上の複数
のショット領域のそれぞれを前記基準位置に対して位置
合わせするのに先だって、(k−1)枚目までの基板の
内少なくとも1枚については、2つのアライメントセン
サを用いてショット領域内の複数点での1次元又は2次
元の位置計測を行うと共に、それぞれのアライメントセ
ンサで計測された座標位置の統計演算結果の差分、及び
それぞれのアライメントセンサで計測された座標位置の
ショット領域内での統計演算結果を求めて記憶し、 k枚目以降の位置合わせに際しては、前記2つのアライ
メントセンサの内の一方のアライメントセンサのみによ
りショット領域内の1点での1次元又は2次元の位置計
測を行い、該計測結果を統計演算して得られた結果を、
既に記憶した前記2つのアライメントセンサで計測され
た座標位置の統計演算結果の差分、及び2つのアライメ
ントセンサのそれぞれで計測された座標位置の前記ショ
ット領域内での統計演算結果を用いて補正し、該補正結
果に基づいて位置合わせすることを特徴とする位置合わ
せ方法。1. For each of N (N is an integer of 2 or more) substrates, each of a plurality of shot areas arranged two-dimensionally on the substrate according to design arrangement coordinates is defined as follows. When aligning with respect to a predetermined reference position in a static coordinate system that defines the moving position of the substrate, of the plurality of shot areas, measure the coordinate position in the static coordinate system of a preselected shot area, By statistically calculating the plurality of measured coordinate positions, the coordinate position of each of the plurality of shot areas on the stationary coordinate system is calculated, and the movement position of the substrate is controlled according to the calculated coordinate position. Accordingly, in the method of aligning each of the plurality of shot areas with respect to the reference position, k is calculated according to the coordinate position calculated by the statistical calculation.
(K is an integer of 2 or more and N or less) Prior to aligning each of the plurality of shot areas on the second and subsequent substrates with respect to the reference position, For at least one sheet, two-dimensional alignment sensors are used to perform one-dimensional or two-dimensional position measurement at a plurality of points in the shot area, and the difference between the statistical calculation results of the coordinate positions measured by the respective alignment sensors, And the statistical calculation result in the shot area of the coordinate position measured by each alignment sensor is obtained and stored, and when aligning the kth and subsequent sheets, only one of the two alignment sensors is used. One-dimensional or two-dimensional position measurement at one point in the shot area is performed, and the result obtained by statistically calculating the measurement result is
The difference between the statistical calculation results of the coordinate positions measured by the two alignment sensors already stored and the statistical calculation result of the coordinate positions measured by each of the two alignment sensors in the shot area are used for correction, A positioning method characterized by performing positioning based on the correction result.
2つのアライメントセンサの内の一方のアライメントセ
ンサによりショット領域内の1点での1次元又は2次元
の位置計測を行うと共に、何れかのアライメントセンサ
によりショット領域の別の点での所定の方向への1次元
の座標位置を計測し、 該ショット領域内の前記1点での計測結果、及び前記別
の点での計測結果を統計演算して得られた結果を、既に
記憶した前記2つのアライメントセンサで計測された座
標位置の統計演算結果の差分、及び2つのアライメント
センサのそれぞれで計測された座標位置の前記ショット
領域内での統計演算結果を用いて補正し、該補正結果に
基づいて位置合わせすることを特徴とする請求項1記載
の位置合わせ方法。2. When performing alignment on the k-th and subsequent sheets, one of the two alignment sensors performs one-dimensional or two-dimensional position measurement at one point in the shot area and The alignment sensor measures a one-dimensional coordinate position in a predetermined direction at another point in the shot area, and statistically calculates the measurement result at the one point and the measurement result at the other point in the shot area. The obtained result is calculated as the difference between the statistical calculation results of the coordinate positions measured by the two alignment sensors which have already been stored, and the statistics of the coordinate positions measured by the two alignment sensors in the shot area. The alignment method according to claim 1, wherein the alignment is performed based on the result of the correction and the alignment is performed based on the result of the correction.
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