JP2001044093A - 位置合わせ方法及び位置合わせ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置の高精度化に件う処理基板の制限を招く
ことなく、高いスループットで高精度の位置合わせを行
う。 【解決手段】先ず、ウエハ上に設けられたアライメント
マークが観察顕微鏡の観察視野に位置するように、ＸＹ
θステージの本体部１０を駆動する。次に、位置検出装
置によりマークのずれ量の計測を行って制御演算手段に
ずれ量を記憶し、予め指定された全てのアライメントマ
ークの計測が終了したかどうかのチエックを行う。全て
のアライメントマークの計測が終了した場合には、計測
・記憶されたアライメントマークのずれ量からウエハの
補正量を算出し、算出された補正量の回転量がＸＹθス
テージの本体部１０のθ駆動範囲内かどうかの判定を行
う。ここで、回転量がθ駆動範囲内である場合には、補
正駆動を行ってアライメント工程を終了する。回転量が
θ駆動範囲を超えている場合には、ウエハチャック１１
とウエハ受取用チャック１２との間でウエハの持換え駆
動を行った後に、補正駆動を行ってアライメントを終了
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特に半導体素子製
造用の露光装置において、マスクやレチクル面上に形成
されている電子回路パターンをウエハ面に転写する際
に、ウエハをＸＹステージ上の所定位置に精度良く位置
合わせする位置合わせ方法及び位置合わせ装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子製造用ステッパ等
の露光装置においては、先ずウエハをプリアライメント
ステージ上の所定位置に精度良く位置合わせを行い、次
に半導体素子製造における半導体ウエハの処理工程とし
て、ウエハに電子回路パターンを露光して焼き付けてい
る。このときに、高集積度の半導体素子を製造するため
には、ウエハの位置合わせが重要な要素となっている。

【０００３】図６は従来例の半導体露光装置のウエハ処
理工程のフローチャート図を示し、先ずステップＳ１に
おいてプリアライメントステージ上にウエハを搬送し、
ステップＳ２でプリアライメントを行う。このプリアラ
イメントにおいては、ウエハに一部を直線状に切り欠い
たオリエンテーションフラットや一部を切り欠いたノッ
チ等を設けて、この切欠部を検出することによってウエ
ハの姿勢を整える。続いて、ステップＳ３において送込
用ハンドによってウエハをＸYθステージ上に搬送し、
ウエハ面に設けた位置検出用のターゲットをターゲット
検出用の顕微鏡で検出し、ターゲットの位置ずれを計測
することによって精密なアライメントを行う。

【０００４】アライメント終了後に、ステップＳ４にお
いて縮小投影レンズ５の下にＸYθステージを移動して
露光処理を行う。そして、ステップＳ５において指定さ
れたウエハを全て処理したかどうかの判別を行い、処理
していない場合にはステップＳ１からステップＳ４まで
の工程を繰り返し、全てのウエハの処理が終了した時点
でウエハの処理工程を完了する。一般的に、複数のウエ
ハを処理する場合には、矢印Ｃ１で示すようにステップ
Ｓ３の精密アライメントまで進んだ段階で、これと並行
して次のウエハの処理が開始されるようになっており、
ステップＳ４において露光処理が終了する時点で、次の
ウエハがステップＳ２のプリアライメント処理まで終了
する方式が採用されている。

【０００５】このように、ＸYθステージのθ駆動を行
う方式ではθ駆動により他のシフト成分が発生して精度
が悪化する虞れがあるために、θ駆動量を小さくする必
要があるが、近年ではプリアライメントの精度が向上
し、また装置間のプリアライメントのばらつきも極力抑
えるように調整方法が進歩しているために、ＸYθステ
ージのθ駆動量を大きくする必要がなくなっている。そ
の上、θ駆動を小さくすることによってユニットの軽量
化が可能となり、ＸYθステージの高速化が実現してス
ループットが向上し、高精度及び高効率の処理が可能と
なっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の従
来例においては、ＸYθステージのθ駆動量を小さくし
た場合に、高精度でばらつきが少ない装置だけで処理す
る場合は問題ないが、半導体ウエハの処理工程では他装
置で露光されたウエハを処理することもあるために、パ
ターンが大きく回転して焼きつけられているウエハ等を
処理する場合には、パターンの回転量がθ駆動範囲を超
えてしまい、アライメントができなくなるという問題点
が生ずる。

【０００７】本発明の目的は、上述の問題点を解消し、
装置の高精度化に件う処理基板の制限を招くことなく、
高いスループットで高精度の位置合わせが可能な位置合
わせ方法及び位置合わせ装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る位置合わせ方法は、基板を第１のステー
ジ上に搬送し、該第１のステージ上でプリアライメント
を行った後に基板受渡し位置を介して第２のステージ上
に搬送し、該第２のステージ上で前記基板に設けたター
ゲットを検出し、該ターゲットの所定位置からのずれ量
を基に前記第２のステージ上での位置ずれに関する補正
値を求め、該補正値が前記第２のステージの駆動範囲を
超える場合には、前記基板を駆動する動作と前記第２ス
テージの基板受渡し位置に戻す動作とを繰り返しながら
位置ずれを補正することを特徴とする。

【０００９】また、本発明に係る位置合わせ装置は、搬
送された基板の姿勢を定められた方向に整える第１のス
テージと、該第１のステージから搬送された前記基板を
保持して一定範囲内での移動を可能とする第２のステー
ジと、前記基板に設けた位置検出用のターゲットを検出
する検出手段と、前記ターゲットの所定位置からのずれ
量を解折演算する制御演算手段とを有し、前記第２のス
テージ上での位置ずれに関する補正値を求め、該補正値
が前記第２のステージの駆動範囲を超える場合には、前
記基板を駆動する動作と前記第２のステージの基板受渡
し位置に戻す動作とを繰り返しながら位置ずれを補正す
ることを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明図１〜図５に図示の実施例
に基づいて詳細に説明する。図１は半導体素子製造用の
露光装置の構成図を示し、ウエハＷを所定位置に精度良
く位置合わせしてプリアライメントを行うプリアライメ
ントステージ１と、ウエハＷに電子回路パターンを露光
して焼付けるＸＹθステージ２とが配置されている。プ
リアライメントステージ１の上方には、位置合わせ時に
ターゲットを検出するための顕微鏡３が配置され、顕微
鏡３の出力は位置合わせ検出器４に接続されている。ま
た、ＸYθステージ２の上方には、露光処理を行う縮小
投影レンズ５及びレチクル６が配置されている。更に、
全体の制御を行う制御演算手段７及び操作を行う操作端
末装置８が設けられており、この操作末端装置８と位置
合わせ検出器４の出力が制御演算手段７に接続され、制
御演算手段７の出力はアライメントステージ１及びＸＹ
θステージ２に接続されて、両ステージ１、２は水平方
向に移動可能とされている。

【００１１】先ず、ウエハＷをプリアライメントステー
ジ１上の所定位置に精度良く位置合わせするためのプリ
アライメントを行う。次に、半導体素子製造における半
導体ウエハＷの処理工程として、ウエハＷに電子回路パ
ターンを露光して焼き付ける。この露光工程を行うため
には、ウエハＷを顕微鏡下のＸYθステージ２に自動搬
送し、ウエハＷに設けたターゲットを利用してウエハＷ
とマスクの位置合わせを行う。一般的には、このときの
位置合わせに先立って、ウエハＷをキャリアから搬送ハ
ンドによって一旦プリアライメントステージ１上に移送
し、プリアライメントステージ１において回転して所定
位置に位置合わせを行い、その後に再び送込用ハンドに
より顕微鏡３下のＸYθステージ２の所定位置にウエハ
Ｗを搬送する２段機構が採用されている。

【００１２】図２はＸYθステージ２の斜視図を示し、
ＸＹθステージ２の本体部１０にウエハＷの受渡し動作
を行う機構が設けられている。そして、本体部１０上に
は、上下方向に駆動する駆動手段を有しウエハを真空吸
着して保持するウエハチャック１１と、ウエハＷを受け
取る際に送込用ハンドからウエハＷを受け取るためのウ
エハＷ受取用チャック１２とが配設されている。

【００１３】ＸYθ方向の駆動は本体部１０に取り付け
られた図示しないバーミラーを使用してレーザー干渉計
により制御する構成になっており、θ駆動は本体部１０
とウエハチャック１１が一体で駆動するようにしてい
る。また、ウエハチャック１１はフォーカス動作を行う
ための上下駆動が可能になっており、ウエハ受取用チャ
ック１２は駆動手段の簡略化及び軽量化のために、本体
部１０のどの方向にも駆動手段を持たずに固定されてい
る。

【００１４】本体部１０でプリアライメントステージ上
のウエハを受け取る際には、プリアライメントステージ
上のウエハＷを受渡用ハンドにより本体部１０上に運搬
すると共に、ウエハチャック１１を下げてウエハ受取用
チャック１２をウエハチャック１１よりも高い位置にく
るようにして、受渡用ハンド上のウエハＷをウエハ受取
用チャック１２で吸着する。そして、その後に受渡用ハ
ンドが退避する。

【００１５】続いて、受取用チャック１２に搬送された
ウエハＷは、ウエハチャック１１上に受け渡される。ウ
エハチャック１１に受け渡すために、先ずウエハチャッ
ク１１を上方向に移動し、ウエハ受取用チャック１２上
に吸着保持されたウエハＷをウエハチャック１１に持ち
換えて、ウエハチャック１１で真空吸着保持してウエハ
受渡し動作が完了する。それ以降の精密アライメント工
程や露光工程では、ウエハＷがウエハチャック１１に真
空吸着された状態で処理が行われる。

【００１６】図３はウエハ処理工程のフローチャート図
を示し、プリアライメント工程が終了し、ウエハチャッ
ク１１上にウエハＷが受け渡された後の精密アライメン
ト工程である。先ず、ステップＳ１１において、ウエハ
Ｗ上に設けたアライメントマークが、観察顕微鏡３の観
察視野に位置するようにＸＹθステージ２を駆動する。
次に、ステップＳ１２において、位置検出装置によりア
ライメントマークのずれ量の計測を行って、制御演算手
段にずれ量を記憶し、ステップＳ１３において、予め指
定された全てのアライメントマークの計測が終了したか
どうかをチエックする。

【００１７】ステップＳ１３において、全てのアライメ
ントマークの計測が終了してない場合には、ステップＳ
１１に戻り次のアライメントマークの計測を行う。ステ
ップＳ１３において、全てのアライメントマークの計測
が終了した場合にはステップＳ１４へ進み、ステップＳ
１２で計測・記憶したアライメントマークのずれ量から
ウエハの補正量を算出する。そして、ステップＳ１５に
おいて、算出された補正量の回転量がＸＹθステージ２
のθ駆動範囲内かどうかの判別を行う。

【００１８】ステップＳ１５で回転量がθ駆動範囲内で
ある場合には、ステップＳ１７に進んで補正駆動を行
い、アライメント工程を終了する。ステップＳ１５で回
転量がθ駆動範囲を超えている場合にはステップＳ１６
に進む。ステップＳ１６において、ウエハチャック１１
とウエハ受取用チャック１２との間でウエハＷを持ち換
える持換え駆動を行った後に、ステップＳ１７に進んで
補正駆動を行い、アライメントを終了する。

【００１９】図４はステップＳ１６で行う持換え駆動処
理工程のフローチャート図を示し、持換え駆動では先ず
ステップＳ２１において持換え回数の算出を行う。持換
え回数とは、ステップＳ１４で算出された回転量をＸＹ
θステージ２のθ最大駆動量で割ったものである。ステ
ップＳ２２において、ウエハチャック１１上に保持され
たウエハＷを、ウエハチャック１１を下方向に駆動する
ことによりウエハ受取用チャック１２に持ち換え、ステ
ップＳ２３でＸＹθステージ２で最大駆動量θを駆動す
る。次に、ステップＳ２４で再びウエハＷをウエハ受取
用チャック１２からウエハチャック１１に持ち換え、ス
テップＳ２５でＸＹθステージ２のθ位置をステップＳ
２２の位置に戻す。

【００２０】以上のステップＳ２２からステップＳ２５
の動作により、ウエハＷはＸYθステージ２の最大駆動
量回転した状態になる。次に、ステップＳ２６において
ステップＳ２１で算出された持換え回数分が終了したか
どうかの判別を行う。ステップＳ２６において持換え回
数分が終了した場合には、持換え駆動の工程を終了す
る。ステップＳ２６において持換え回数分が終了してい
ない場合には、ステップＳ２２からステップＳ２５まで
の工程を繰り返す。このようにして、パターン回転量が
大きいウエハＷでも、θ駆動量を小さくして処理するこ
とが可能となる。

【００２１】図５は第２の実施例のウエハ処理工程のフ
ローチャート図を示し、ウエハＷ上のパターンの回転量
が大きくなると、持換え駆動の持換え回数が増え、補正
駆動に要する時間が長くなって、スループットが悪化す
ることを考慮した実施例である。

【００２２】最初に、ステップＳ３１においてプリアラ
イメントステージ１上にウエハＷを搬送し、ステップＳ
３２において処理するウエハＷが２枚目以降かどうかの
判別を行う。ウエハが１枚目の場合にはそのままステッ
プＳ３４に進み、ウエハＷが２枚目以降の場合にはステ
ップＳ３３へ進み、前のウエハＷの回転量を設定してか
らステップＳ３４へ進む。次に、ステップＳ３４におい
て、オリエンテーションフラットやノッチで検出した回
転位置に、ステップＳ３３で設定したθ回転量を加味し
てプリアライメントを行う。

【００２３】ステップＳ３５において、図示しない送込
用ハンドによりウエハＷをＸＹθステージ２上に搬送
し、ウエハＷ面上に設けた位置検出ターゲットをターゲ
ット検出用顕微鏡で検出し、位置ずれを計測することに
よって精密なアライメントを行い、算出されたθ量を記
憶する。そして、ステップＳ３６において、縮小投影レ
ンズ５の下にＸＹθステージ２を駆動して露光処理を行
う。ステップＳ３７において指定されたウエハＷを全て
処理したかどうかの判断を行い、処理していない場合に
はステップＳ３１からステップＳ３６までの工程を繰り
返し、全てのウエハＷの処理が終了した場合には処理工
程を完了する。

【００２４】ここで、図５中の矢印Ｃ２で示すように、
ステップＳ３５の精密アライメントまで進んだ段階で、
これと並行して次のウエハＷの処理を開始するようにし
て、ステップＳ３６の露光処理が終了する時点で、次の
ウエハＷがステップＳ３４のプリアライメント処理まで
終了するようにしておく。

【００２５】一般に、同一ロット内ではウエハＷ上のパ
ターンの回転量は同じ傾向にあり、ロット内でのばらつ
きは小さい。従って、本発明を適用することにより、ウ
エハＷ上のパターンの回転量が大きい場合でも、θ量を
記憶して事前にプリアライメントを行うことによって、
精密アライメント時に持換え駆動を最小限に押さえるこ
とができ、効率の良い位置合わせを実現することができ
る。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る位置合
わせ方法及び位置合わせ装置は、第２のステージ上での
位置ずれに関する補正値を求め、この補正値が第２のス
テージの駆動範囲を超える場合には、基板を駆動する動
作と基板を第２のステージの基板受渡し位置に戻す動作
とを繰り返しなから補正を行うことにより、高精度化に
伴う処理基板の制限を招くことなく、常に安定した位置
合わせを行うことができる。また、処理基板のパターン
のずれ量が起因するスループットの低下を招くことな
く、常に効率の良い位置合わせを行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の半導体露光装置の斜視図であ
る。

【図２】ＸYθステージの斜視図である。

【図３】ウエハ処理工程のフローチャート図である。

【図４】持換え駆動処理工程のフローチャート図であ
る。

【図５】第２の実施例のウエハ処理工程のフローチャー
ト図である。

【図６】従来例のウエハ処理工程のフローチャート図で
ある。

【符号の説明】

１ プリアライメントステージ ２ ＸYθステージ ３ 顕微鏡 ４ 位置合わせ検出器 ５ 縮小投影レンズ ６ レチクル ７ 制御演算手段 ８ 操作端末装置 １０ 本体部 １１ ウエハチャック １２ ウエハ受取用チャック

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板を第１のステージ上に搬送し、該第
   １のステージ上でプリアライメントを行った後に基板受
   渡し位置を介して第２のステージ上に搬送し、該第２の
   ステージ上で前記基板に設けたターゲットを検出し、該
   ターゲットの所定位置からのずれ量を基に前記第２のス
   テージ上での位置ずれに関する補正値を求め、該補正値
   が前記第２のステージの駆動範囲を超える場合には、前
   記基板を駆動する動作と前記第２ステージの基板受渡し
   位置に戻す動作とを繰り返しながら位置ずれを補正する
   ことを特徴とする位置合わせ方法。
2. 【請求項２】 搬送された基板の姿勢を定められた方向
   に整える第１のステージと、該第１のステージから搬送
   された前記基板を保持して一定範囲内での移動を可能と
   する第２のステージと、前記基板に設けた位置検出用の
   ターゲットを検出する検出手段と、前記ターゲットの所
   定位置からのずれ量を解折演算する制御演算手段とを有
   し、前記第２のステージ上での位置ずれに関する補正値
   を求め、該補正値が前記第２のステージの駆動範囲を超
   える場合には、前記基板を駆動する動作と前記第２のス
   テージの基板受渡し位置に戻す動作とを繰り返しながら
   位置ずれを補正することを特徴とする位置合わせ装置。