JP2003007606A - 投影露光装置の位置決め判定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 位置決め時間の増大と、スループットの低下
を最小限に抑えつつ、ウエハ全域において、焦点深度内
にウエハを位置決めすることを可能にする。 【解決手段】 ウエハ３上の複数のショット領域の１つ
に原板のパターンを投影する投影光学系と、該投影光学
系の最良結像面に沿ってウエハ３を２次元移動させるＸ
Ｙステージと、前記最良結像面に対するウエハ３の位置
および姿勢のうちの少なくともいずれか一方を調整する
調整ステージ４とを備え、該調整ステージ４の一点に固
定された駆動基準座標系とは別に、ショット領域内に原
点を持つフォーカス判定基準座標系を有し、該フォーカ
ス判定基準座標系の座標値を用いて、前記最良結像面に
対するウエハ３の位置および姿勢決め完了の判定を行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体リソグラフ
ィに用いる投影露光装置の位置決め判定方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体素子のパターンの微細化、
高集積化の要求により、高い解像力を有する投影光学系
が必要とされてきている。このため、光学系の高ＮＡ化
が進み、これに対して投影光学系の焦点深度が浅くなり
つつある。

【０００３】また、生産性向上のために、ウエハサイズ
は２００ｍｍから３００ｍｍに拡大されようとしてい
る。

【０００４】このため、投影露光装置においては、ウエ
ハ面を広い範囲に渡って、高速かつ高精度に焦点面（最
良結像面）に合わせることが求められている。

【０００５】図２にこの種の投影露光装置の要部概略図
を示す。１は原板としてのレチクルであり、該レチクル
１上の回路パターンが投影光学系２によってウエハ３上
に結像され、露光される。ウエハ３は調整ステージ４上
に保持され、ステージ駆動装置６により駆動され、ウエ
ハ面が焦点面に合致するように光軸方向の位置及び姿勢
が決定される。ステップアンドリピート露光において
は、ウエハ３はＸＹステージ５によってショット位置ま
で移動して焦点面に位置決めされ、焦点深度内に位置決
めが完了したと判定された後に露光が開始される。ステ
ップアンドスキャン露光においては、ウエハ３はＸＹス
テージ５によってショット位置まで移動し、ＸまたはＹ
方向に等速で移動しながらウエハ面が焦点面と一致する
ように位置決めされ、ウエハ面が焦点深度内に保持され
ているかどうか判定しつつ露光される。

【０００６】調整ステージ４およびＸＹステージ５は、
ステージ制御手段７からの指令を受けてステージ駆動装
置６により駆動される。ステージ制御手段６は、フォー
カス位置計測手段８によって計測された焦点面に対し、
ステージ位置計測手段９により計測された調整ステージ
４およびＸＹステージ５の位置、姿勢が一致するよう
に、ステージ駆動装置６に指令を与える。

【０００７】図３にウエハ３を駆動する際に基準となる
座標系を示す。座標原点を焦点面（最良結像面）上のウ
ェハ３の中心にとり、光軸方向にＺ軸を、光軸と直交す
る方向にあって互いに直交する方向にＸ軸およびＹ軸を
とり、さらに、各軸周りの回転軸をθx 軸、 θy 軸、θ
z 軸としこれを駆動基準座標系とする。調整ステージ４
はこの座標系に対してウエハ面上のウエハ３の中心を基
準点として駆動される。座標原点として調整ステージ４
の重心を通り光軸に平行な線と露光面との交点をとり、
座標基準点として調整ステージ４の重心を通り光軸に平
行な線とウエハ面との交点をとる場合もある。フォーカ
ス計測手段８により与えられたショット位置での焦点面
に対するウエハ面の位置および姿勢を駆動基準座標系で
の座標値に変換し、ウエハ３の座標基準点の座標（Ｚ，
θx , θy ）の各軸が一致するように調整ステージ４が
駆動され、フォーカス合わせが行われる。

【０００８】図４にウエハ面と焦点面が一致したかどう
かを判定する方法を示す。ここでは、簡単のためにＸ軸
方向についてのみ図示しているが、Ｙ軸方向についても
同様のことがいえる。Ｚ，θx , θy の各軸の方向に対
して、所定の判定基準±Ｔｚ，±Ｔθx ，±Ｔθy が設
定されており、Ｚ，θx , θy の各軸がそれらの判定基
準に入ったときにウエハ面と焦点面が一致したと判断す
る。判定基準±Ｔｚ，±Ｔθx , ±Ｔθy は、ショット
の露光範囲内においてウエハ面が焦点深度内に入るよう
に設定されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の判定方法では、ショット位置が座標基準点から離れ
るにしたがって、回転方向θx,θy の誤差は光軸方向の
誤差となる。

【００１０】例えば、ショット位置が座標基準点より離
れた座標値（ｘ，ｙ）の位置にある場合、光軸方向の許
容範囲±Δｚは、

【００１１】

【数１】 なる式によって表される値となり、実質的な光軸方向の
許容範囲が、判定基準±Ｔｚの一定深さの領域１１より
も拡大して該領域１１外へはみ出てしまう。このため、
ショット位置がウエハ周辺部にいくにしたがって、焦点
が甘くなってしまうおそれがある。

【００１２】これを避けるため、従来は図５に示すよう
に、あらかじめ本来の焦点深度Ｔｚよりも小さい判定基
準±Ｔｚ’を設定し、これを用いて位置決めの判定をす
ることによって、ウエハ全域において焦点深度内に位置
決め判定基準が入るようにしていた。

【００１３】しかし、これでは座標基準点付近では相対
的に判定基準が厳しくなってしまい、位置決めにかかる
時間が増大し、スループットを低下させることになる。
ウエハサイズが３００ｍｍに拡大すると、周辺部と中心
付近の格差もさらに拡大するので、さらに判定基準±Ｔ
ｚを小さくしなければならず、位置決め時間がさらに増
大してしまう。

【００１４】本発明は、位置決め時間の増大、およびス
ループットの低下を最小限に抑えつつ、ウエハ全域にお
いて、焦点深度内にウエハを位置決めすることができ
る、位置決め判定方法を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、ウエハ上の複数のショット領域の１つ
に原板のパターンを投影する投影光学系と、該投影光学
系の最良結像面に沿って前記ウエハを２次元移動させる
ＸＹステージと、前記最良結像面に対する前記ウエハの
位置および姿勢のうちの少なくともいずれか一方を調整
する調整ステージとを備えた投影露光装置において、前
記調整ステージの一点に固定された駆動基準座標系とは
別に、前記ショット領域内に原点を持つフォーカス判定
基準座標系を有し、該フォーカス判定基準座標系の座標
値を用いて、前記最良結像面に対する前記ウエハの位置
および姿勢決め完了の判定を行うことを特徴とする。

【００１６】

【作用】本発明によれば、ショット領域内の位置にフォ
ーカス判定基準座標系の原点が設定され、該フォーカス
判定基準座標系の座標値を用いて、最良結像面に対する
ウエハの位置および姿勢決め完了の判定を行うため、必
要以上に厳しい判定が行われることがなく、スループッ
トの低下を最小限に抑えつつ、ウエハを確実に焦点深度
内に位置決めすることが可能となる。

【００１７】

【実施例】図１は本発明の実施例に係る位置決め判定方
法の判定基準を示す説明用の図である。ここでは、簡単
のためにＸ軸方向についてのみ図示しているが、Ｙ軸方
向についても同様のことがいえる。

【００１８】本判定方法は、ショット位置が駆動基準座
標系の原点から離れた座標値（ｘ，ｙ）の位置にある場
合、焦点面上のショット領域内の位置に原点を持ち、座
標軸が駆動基準座標系に平行な座標系を定義し、これを
フォーカス判定基準座標系とする。駆動基準座標系での
座標値（ｚ，θx ，θy ）とフォーカス判定基準座標系
での座標値（ｚ’, θx ’，θy ’）とには、

【００１９】

【数２】 の関係がある。

【００２０】ショットごとに、各ショット領域内の位置
に原点を持つフォーカス判定基準座標系における座標値
を求め、求めた該座標値を用いて、投影光学系のフォー
カス、または最良結像面に対するウエハの位置および姿
勢決め完了の判定を行う。このような判定を行うと、フ
ォーカス判定基準座標系の座標原点は常にショット領域
内にあるため、前記数１において示した式中のｘおよび
ｙはいずれもほぼ０となり、従来例のように座標原点と
ショット位置が離れていることによる、光軸方向の許容
範囲の拡大は起こらない。そのため、焦点深度よりも小
さい判定基準を用いる必要はなく、焦点深度に基づく判
定基準±Ｔｚを用いることができる。そのため、従来例
に対し位置決め許容範囲が広くなり、高速な位置決めが
可能となり、その結果スループットのアップが可能とな
る。

【００２１】

【デバイス生産方法の実施例】次に上記位置決め判定方
法を用いた投影露光装置を利用したデバイスの生産方法
の実施例を説明する。図６は微小デバイス（ＩＣやＬＳ
Ｉ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘ
ッド、マイクロマシン等）の製造のフローを示す。ステ
ップ１（回路設計）ではデバイスのパターン設計を行
う。ステップ２（マスク製作）では設計したパターンを
形成したマスクを製作する。一方、ステップ３（ウエハ
製造）ではシリコンやガラス等の材料を用いてウエハを
製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼
ばれ、上記用意したマスクとウエハを用いて、リソグラ
フィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次
のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ
４によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化す
る工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンデ
ィング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程
を含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製され
た半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の
検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成
し、これが出荷（ステップ７）される。

【００２２】図７は上記ウエハプロセスの詳細なフロー
を示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化
させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁
膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ上
に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン
打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５
（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステ
ップ１６（露光）では上記投影露光装置によってマスク
の回路パターンをウエハに焼付露光する。ステップ１７
（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ１８
（エッチング）では現像したレジスト像以外の部分を削
り取る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッチング
が済んで不要となったレジストを取り除く。これらのス
テップを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に
回路パターンが形成される。

【００２３】本実施例の生産方法を用いれば、従来は製
造が難しかった高集積度のデバイスを低コストに製造す
ることができる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ショット領域内の位置にフォーカス位置決め判定基準座
標系の原点が設定され、該フォーカス判定基準座標系の
座標値を用いて、ウエハの位置および姿勢決め完了の判
定を行うため、焦点深度以上に厳しい判定基準を設定す
る必要がなくなる。そのため、大きな直径のウエハを用
いた場合でもスループットを損なうことなく、ウエハを
確実に焦点深度内に位置決めすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例に係る位置決め判定方法の判
定基準を示す説明図である。

【図２】 投影露光装置の一例を示す要部概略図であっ
て、（ａ）が平面図、（ｂ）が正面図である。

【図３】 調整ステージの駆動座標系を表す図である。

【図４】 従来例に係る位置決め判定方法を表す図であ
る。

【図５】 従来例に係る位置決め判定方法における判定
基準を表す図である。

【図６】 本発明に係る位置決め判定方法を用いた投影
露光装置を利用した微小デバイスの製造の流れを示す図
である。

【図７】 図６におけるウエハプロセスの詳細な流れを
示す図である。

【符号の説明】

１：レチクル（原板）、２：投影光学系、３：ウエハ、
４：調整ステージ、５：ＸＹステージ、６：ステージ駆
動装置、７：ステージ制御装置、８：フォーカス位置計
測手段、９：ステージ位置計測手段。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウエハ上の複数のショット領域の１つに
   原板のパターンを投影する投影光学系と、該投影光学系
   の最良結像面に沿って前記ウエハを２次元移動させるＸ
   Ｙステージと、前記最良結像面に対する前記ウエハの位
   置および姿勢のうちの少なくともいずれか一方を調整す
   る調整ステージとを備えた投影露光装置において、前記
   調整ステージの一点に固定された駆動基準座標系とは別
   に、前記ショット領域内に原点を持つフォーカス判定基
   準座標系を有し、該フォーカス判定基準座標系の座標値
   を用いて、前記最良結像面に対する前記ウエハの位置お
   よび姿勢決め完了の判定を行うことを特徴とする投影露
   光装置の位置決め判定方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の判定方法を用いて位置
   および姿勢決めし前記原板のパターンが転写されたこと
   を特徴とするウエハ。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の判定方法を用いて前記
   ウエハの位置および姿勢決めをすることを特徴とする投
   影露光装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の投影露光装置を用いて
   製造したことを特徴とする半導体デバイス。