JP2003173966A - フォトリソグラフィー工程のアライン計測方法 - Google Patents

フォトリソグラフィー工程のアライン計測方法

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JP2003173966A JP2002263797A JP2002263797A JP2003173966A JP 2003173966 A JP2003173966 A JP 2003173966A JP 2002263797 A JP2002263797 A JP 2002263797A JP 2002263797 A JP2002263797 A JP 2002263797A JP 2003173966 A JP2003173966 A JP 2003173966A
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澤洙 孫
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウェハ上の各ショート領域に対するアライン
状態を計測し、これをもとにアラインを補正することに
より、転写されるパターンイメージの収縮膨張に対する
誤差範囲をより効果的且つ信頼性のあるように補正する
ことができるフォトリソグラフィー工程のアライン計測
方法を提供する。 【解決手段】 露光のためにアライン補正値に基づいて
ウェハが配置されるのに対応して、ウェハ上の段差によ
るアライン補正値の誤差範囲に対する補償値を代入して
再アラインを行う段階を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、フォトリソグラフ
ィー工程のアライン計測方法に関するもので、詳しく
は、ウェハ上の各ショート領域に対するアライン状態を
計測し、これをもとにアラインを補正することにより、
転写されるパターンイメージの収縮膨張に対する誤差範
囲をより効果的且つ信頼性のあるように補正することが
できるフォトリソグラフィー工程のアライン計測方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、フォトリソグラフィー工程は複
数のレチクルに形成されたそれぞれ別々のパターンイメ
ージをウェハ上に転写させるためのものであり、これら
のパターンイメージは食刻又は膜蒸着などの他の工程の
実施と共にウェハ上に順次転写されて組み合わせられる
ことにより、要求される回路パターンをなすことにな
る。
【０００３】このようなフォトリソグラフィー工程にお
いて重要な管理項目としては、精密な回路パターンのデ
ザインと回路パターンをなすそれぞれ別々のパターン層
とが互いに正確に整列して重畳されること、即ちオーバ
ーレイされることである。現在は、オーバーレイの管理
項目に対しレチクルのパターンを改正する、又はフォト
レジストを変更するなど、一層集積化され且つ精密度の
高い回路パターンを具現するために多くの限界に挑戦し
ている実情である。
【０００４】ここで、パターンの大きさは設備の仕様と
フォトレジストとにより殆ど決定されるが、各パターン
イメージのオーバーレイは定期的な予防保全、又は計測
機の発達により耐えず改善されるように求められてい
る。オーバーレイ管理の究極的な目的は、転写されたパ
ターンイメージによるパターン層が既存パターン層とで
きるだけ正確に重畳されるようにすることにあり、前記
オーバーレイの計測を通じて、現像を含む継続的な工程
を進行するかどうかを判断する基準、又は既存パターン
の整列誤差（misalign）を補正するための資料、ならび
に再作業をするかどうかなどを判断する基準を求めるこ
とにある。
【０００５】そこで、オーバーレイには正確な資料が求
められるが、これに対する問題点としては、パターンイ
メージを転写するための基準となるアラインマークが各
設備においてその形成関係が異なっており、又、同一ア
ラインマークに対しても各設備別に検出結果が別々に現
れていることであり、何よりも一番大きな問題は各ショ
ート領域に対する線形的・非線形的要素の混在したパラ
メーターを用いることあるといえる。
【０００６】ここで、上述した線形パラメーターは、ウ
ェハ上の既存パターンに対し転写されるパターンイメー
ジのｘ軸とｙ軸方向の誤差間隔、その中心位置から縁部
への拡大又は縮小比率、回転角程度などに区分され、こ
れらの線形的パラメーターと共存する非線形的パラメー
ターとしては既存パターンのミスアライン、整列マーク
の精密度、計測設備の誤謬などが例に挙げられ、これら
の線形的又は非線形的パラメーターはウェハ又はレチク
ルに対し再び分離して解釈されるべきことが求められ
る。
【０００７】これらの線形又は非線形パラメーターによ
る従来のオーバーレイ管理を説明すると、まず、ウェハ
の各ショート領域、又はこれに代えて分布された複数の
整列マークから既存パターン層に対する転写されたパタ
ーンイメージのオーバーレイ程度を計測する。
【０００８】これについて添付の図面を参照してフォト
リソグラフィー工程を説明する。図３に示すように、フ
ォトレジストが塗布されたウェハをその上側に配置され
るレチクルに対向するようにローディングして配置する
（ＳＴ１００）。その後、フォトリソグラフィー工程設
備はウェハの特定ショート領域に対するアラインマーク
とレチクル上に形成されたアラインマークなどとを用い
てウェハとレチクルをアライン配置し（ＳＴ１０２）、
続いて配置されたウェハに対しレチクル上のパターンイ
メージを露光して転写させる（ＳＴ１０４）。
【０００９】このような過程を終えたウェハは、続いて
既存パターン層の各ショート領域、又はランダムな間隔
のショート領域に対し転写されるパターンイメージのウ
ェハの中心からｘ軸／ｙ軸方向への誤差距離、ウェハ中
心からの拡大／縮小比率、ならびにｘ軸又はｙ軸を基準
とした回転角程度などのパラメーターと、それに従うミ
スアライン量とを求めることになる（ＳＴ１０６）。
【００１０】作業者は、計測により得られたデータが誤
差範囲内にあるかどうかを判断し、この判断に基づきウ
ェハに対するフォトリソグラフィー工程の再作業を行う
か、又は継続的に工程を行うかどうかを決定する（ＳＴ
１０８）。ここで、上述のように計測により得られたデ
ータが設定された誤差範囲を超えたウェハは、再びその
表面上に塗布されたフォトレジストを除去するためのス
トリップ過程（ＳＴ１１０）と、それ以後の洗浄及び乾
燥を含む過程（ＳＴ１１２）とを経て、再びローティン
グ配置される再作業過程に戻る（ＳＴ１００）。
【００１１】また、その計測による誤差範囲のデータ
値、即ち、各成分のパラメーターとそれに従うミスアラ
イン量とは次のウェハ、又は再作業によるウェハに適用
するようにアライン検出位置を補正し（ＳＴ１１４）、
計測により得られたデータが設定された誤差範囲内にあ
るウェハには、転写されたパターンイメージを現像し洗
浄する過程（ＳＴ１２０）とアンローディング過程（Ｓ
Ｔ１２２）とを順次行う。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】然るに、上述した計測
過程においてウェハ上の既存パターン層は、パターン形
成による蒸着の程度、又は食刻による溝の深さの程度が
実行工程によってそれぞれ異なるのでそれぞれ異なった
段差をなしている。又、蒸着される金属膜などは、図４
に示すように、その蒸着過程においてウェハの中心から
縁部方向へ流れ性をもち、この場合、蒸着される膜はウ
ェハ縁部ほどアラインマークのウェハ内側部位がその外
側部位よりも一層蒸着され、実質的なアラインマークを
基準として非対称状態をなす。
【００１３】これは検出されるアライン位置が実質的な
アラインマーク位置の内側にあることにより、ウェハが
収縮したと判断され、これをもとにアライン配置させる
と同時にパターンイメージをより縮小して転写すること
になり、工程不良を招来する。また、これに対する計測
過程でその誤差を計測するが、このように計測されたデ
ータは他のパラメーターと相関関係にある関数値で得ら
れるものであり、実質的にアライン位置を決定するアラ
インマークの位置検出に対し統計的且つ補助的に用いら
れて、継続的な収縮／膨張に対する誤差範囲をもつこと
になる。
【００１４】そして、アラインマークに対する蒸着膜の
偏重において、それぞれ別の種類の工程を行ったウェハ
上の各アラインマークは図５及び図６に示すように、そ
の段差ｈ、ｈ’の程度が相違に形成されるのが一般のこ
とであり、これらアラインマークの段差は蒸着される膜
の非対称程度を一層差別化させて、その誤差範囲をより
増大させるという問題点がある。
【００１５】このようなアライン計測の誤謬は正常的な
拡大／縮小比率を不良と認識して、不良データ値でアラ
イン補正することにより、フォトリソグラフィー工程の
再作業率を増大させ、作業効率と生産性の低下につなが
り、又、上述のウェハを含む対象体が製品として製作さ
れるまでの期間を延長させるなどの問題を招来する。
【００１６】そこで、本発明の目的は、ウェハの収縮／
膨張に対するアライン位置設定をより細分化させたデー
タベースを構築して、これを各ウェハの仕様に従い補正
の資料として活用することにより、それに従うアライン
補正の信頼度を高めると共に再作業率を減少させ、これ
を通じて不必要な作業時間の浪費を防止し、生産性と作
業性を高めると共に製品の品質向上を図り信頼性を高め
ることができるフォトリソグラフィー工程のアライン計
測方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るため本発明は、露光のためにアライン補正値に基づい
てウェハが配置されるのに対応して、ウェハ上の段差に
よるアライン補正値の誤差範囲に対する補償値を代入し
て再アラインを行う段階を含むことを特徴とする。
【００１８】又、前記補償値は、形成されたパターンの
段差によりウェハを各ウェハ群に区分し、これら各ウェ
ハ群に対する計測された拡大／縮小比率のアライン補正
値としてパターンの段差による誤差範囲を算出すること
により、これを補償するためのデータ値として設定され
ることが好ましく、前記各ウェハ群に対する補償値は各
ウェハ群がもつパターンの段差による拡大／縮小比率の
ミスアラインにより区分されるようにデータベース化さ
れて用いられることが好ましい。そして、前記補償値
は、所定段差範囲をもつ各ウェハ群に対して拡大／縮小
比率のパラメーターに対する複数回の実験的データを統
計的に算出して求めることが効果的である。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例によるフ
ォトリソグラフィー工程のアライン計測方法を説明す
る。図１は、本発明の一実施例によるフォトリソグラフ
ィー工程のアライン計測方法の工程を示した流れ図であ
り、図２はウェハの仕様によるパターン層の段差程度を
データベース化して示したグラフであり、従来と同一な
部分に対する詳しい説明は省略する。
【００２０】本実施例によるフォトリソグラフィー工程
のアライン計測方法は、図１に示すように、フォトレジ
ストの塗布されたウェハがその上側に配置されるレチク
ルに対向するようにローディング配置され（ＳＴ２０
０）、これらウェハとレチクルは各部位に形成されたア
ラインマークを用いてアライン過程を経ており(ＳＴ２
０２)、次いでアライン配置されたウェハに対しレチク
ル上のパターンイメージを露光して転写する（ＳＴ２０
４）。
【００２１】このような過程を終えたウェハは、続いて
実質的に転写されたパターンイメージを各ショート領域
又はランダムな間隔のショート領域上の既存パターンイ
メージと比較して、ｘ軸方向、ｙ軸方向、回転角度、な
らびにウェハの既存パターン層に対する拡大／縮小比率
によるパラメーターを用いて、その誤差程度を計測する
過程を経る（ＳＴ２０６）。
【００２２】作業者は計測により得られたデータが誤差
範囲内にあるかどうかを判断し、この判断に基づきウェ
ハに対するフォトリソグラフィー工程の再作業を行う
か、又は継続的に工程を行うかどうかを決定する（ＳＴ
２０８）。ここで、上述のように計測により得られたデ
ータが設定された誤差範囲を超えたウェハは、再び表面
上に塗布されたフォトレジストを除去するためのストリ
ップ過程（ＳＴ２１０）と以後の洗浄及び乾燥過程（Ｓ
Ｔ２１２）を含んだ再作業過程とを経て、再びローディ
ング位置に移送される（ＳＴ２００）。
【００２３】又、その計測による誤差範囲のデータを次
のウェハ又は再作業によるウェハに適用するようにアラ
イン検出位置を補正し（ＳＴ２１４）、計測により得ら
れたデータが設定された誤差範囲内にあるウェハは、転
写されたパターンイメージを現像及び洗浄する過程（Ｓ
Ｔ２２０）とアンローディング過程（ＳＴ２２２）とを
順次行う。
【００２４】ここで、上述のように、計測による誤差範
囲のデータは以後の露光に対するアライン補正値として
活用されるが、拡大／縮小比率に対するアライン補正値
はウェハの既存パターン層に対する平面状態の補正値を
なし、パターンの段差に対する拡大／縮小比率の程度に
対する資料は入力されていない。
【００２５】これに対し図２に示したグラフは、実質的
に拡大／縮小比率が正常なウェハを対象にしたものであ
り、それらウェハはそれぞれ別々のパターン層をもち、
これらの表面上に形成された既存パターン層のパターン
段差高さに従い各ウェハ群に区分され、グラフ上の各点
はこれら各ウェハ群に対し拡大／縮小比率によるアライ
ン補正の誤差程度を複数回の実験結果をもとにして得た
各データを統計的に算出してその補償値を求め、これを
データベース化して示したものである。
【００２６】これによると、段差高さに従い区分された
各ウェハ群が正常的な拡大／縮小比率をなしている。に
もかかわらず、ウェハ上の既存パターン層がなすパター
ンの段差高さが高いほど、実質的に転写されたパターン
イメージは正常的に転写されているのに、拡大転写され
たものと間違って認識されていることがわかり、その段
差高さが低い場合には相対的に縮小されたものと間違っ
て認識されている。
【００２７】以上のように一般のアライン補正値のうち
拡大／縮小比率に対するアライン補正値は、図２に示し
たように、既存パターン層のパターン段差高さに従いそ
の誤差範囲をデータベース化し、露光の対象体のウェハ
をアライン配置させることにあって、そのアライン値を
図２のグラフに示した傾きのように補償されるようにす
れば（ＳＴ２３０）、より正確なアライン補正がなされ
るようになる。
【００２８】従って、上述のように、アライン配置され
るウェハに対し、ウェハ上に形成されたパターンの段差
情報に従いそのアライン補償値を代入して再アラインを
行う過程を経て、より正確なアラインがなされるように
する。つまり、同一工程を行うウェハに対しその収縮／
膨張による誤差パラメーターを事前に適用して、その誤
差補正をより容易にし、且つその精密度を向上させて品
質向上を期待することができる。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、ウェハの
収縮／膨張に対するアライン位置設定を補償し、ウェハ
を所定範囲の段差高さをもつ各ウェハ群に区分し、又、
これら各ウェハ群に対するアライン過程で段差高さに従
い拡大／縮小比率がずれることをより効果的に補償する
と共に、その補償値をウェハ上のパターン段差に対する
補償値としてデータベース化してその活用性と信頼性を
高め、これを用いてより正確なアラインがなされるよう
にして、再作業率の減少と不必要な作業時間及び労働力
の節減とを図り、生産性、作業性及び製品品質の向上が
期待できるという効果がある。
【００３０】本発明は、具体的な実施例に対してのみ詳
しく説明したが、上述の実施例を本発明の技術的思想の
範囲内で変形及び変更できるのは本発明が属する分野の
当業者には明白なものであり、そのような変形及び変更
は本発明の特許請求範囲に属するといえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例によるフォトリソグラフィー
工程のアライン計測方法を示す流れ図である。
【図２】本発明の一実施例によるフォトリソグラフィー
工程のアライン計測方法においてウェハの仕様によるパ
ターン層の段差程度をデータベース化して示したグラフ
である。
【図３】従来のフォトリソグラフィー工程のアライン過
程を示す流れ図である。
【図４】従来のフォトリソグラフィー工程のアライン検
出に従うウェハの収縮／膨張に対する誤謬検出を説明す
るために部分的に拡大して示す断面図である。
【図５】一般のウェハ上に形成されるアラインマークに
対しアライン検出位置が異なって現れたことを説明する
ために概略的に示す断面図である。
【図６】一般のウェハ上に形成されるアラインマークに
対しアライン検出位置が異なって現れたことを説明する
ために概略的に示す断面図である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 露光のためにアライン補正値に基づいて
    ウェハが配置されるに対応して、ウェハ上の段差による
    アライン補正値の誤差範囲に対する補償値を代入して再
    アラインを行う段階を含むことを特徴とするフォトリソ
    グラフィー工程のアライン計測方法。
  2. 【請求項２】 前記補償値は、形成されたパターンの段
    差に従いウェハを各ウェハ群に区分し、その各ウェハ群
    に対する計測された拡大／縮小比率のアライン補正値と
    して前記パターンの段差による誤差範囲を算出すること
    により、その誤差範囲を補償するためのデータ値として
    設定されることを特徴とする請求項１に記載のフォトリ
    ソグラフィー工程のアライン計測方法。
  3. 【請求項３】 前記各ウェハ群に対する補償値は、前記
    各ウェハ群が有するパターンの段差に従う拡大／縮小比
    率のミスアラインにより区分されるようにデータベース
    が構築されることを特徴とする請求項２に記載の前記フ
    ォトリソグラフィー工程のアライン計測方法。
  4. 【請求項４】 前記補償値は、所定段差範囲を有する各
    ウェハ群に対して前記拡大／縮小比率のパラメーターに
    対する複数回の実験的データを統計的に算出することで
    求められることを特徴とする請求項２に記載のフォトリ
    ソグラフィー工程のアライン計測方法。
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