JP2005197338A - Aligning method and treatment equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、位置合わせ方法及び露光装置に関し、特にステップアンドリピート方式で被処理基板を移動させ、処理を行う方法に適用される位置合わせ方法、及びその位置合わせ方法を適用した露光装置に関する。 The present invention relates to an alignment method and an exposure apparatus, and more particularly to an alignment method applied to a method of moving a substrate to be processed by a step-and-repeat method and an exposure apparatus to which the alignment method is applied.
下記特許文献1に、ステップアンドリピート方式に適用される位置合わせ方法が開示されている。以下、特許文献1に開示された方法について簡単に説明する。
ウエハ上に、複数の単位領域(チップ)が画定されている。特定の複数の単位領域内のアライメントマークの位置を検出する。位置が検出されたアライメントマークの設計上の位置と、実際に検出された実測位置とから誤差パラメータを決定する。誤差パラメータと、各単位領域の設計上の位置とから、単位領域の配列マップを作成する。この配列マップに従って、ステップアンドリピート方式で位置決めを行いながら、露光を行う。 A plurality of unit regions (chips) are defined on the wafer. The positions of the alignment marks in a specific plurality of unit areas are detected. An error parameter is determined from the design position of the alignment mark from which the position has been detected and the actual position actually detected. An array map of unit areas is created from the error parameter and the design position of each unit area. In accordance with this arrangement map, exposure is performed while positioning by a step-and-repeat method.
上記特許文献1に開示された方法では、露光すべき単位領域を露光位置まで移動させた状態で単位領域の位置検出を行わない。このため、配列マップを決定した後にウエハの位置ずれや変形等が生じると、位置合わせ精度が低下してしまう。また、高い位置合わせ精度を確保するために、ウエハを移動させるステージに極めて高い位置決め精度が要求される。
In the method disclosed in
単位領域ごとに位置検出を行うダイバイダイアライメント方式を採用することにより、上記課題が解消される。ダイバイダイアライメント方式では、まず単位領域の設計上の位置座標に基づいて、露光すべき単位領域の粗い位置決めを行う。その後、露光すべき単位領域内のアライメントマークを検出して、位置ずれ量を測定する。測定された位置ずれ量が許容値を超えている場合には、ウエハの高精度の位置合わせを行う。 By adopting a die-by-die alignment method that performs position detection for each unit region, the above-described problem is solved. In the die-by-die alignment method, first, rough positioning of a unit region to be exposed is performed based on the design position coordinates of the unit region. Thereafter, an alignment mark in the unit area to be exposed is detected, and the amount of positional deviation is measured. If the measured displacement amount exceeds the allowable value, the wafer is aligned with high accuracy.
ダイバイダイアライメント方式では、粗い位置決め後の位置ずれ量が大きいと、高精度の位置合わせ時におけるステージの移動距離が長くなる。このため、位置合わせに必要な時間が長くなる。 In the die-by-die alignment method, if the amount of positional deviation after rough positioning is large, the moving distance of the stage at the time of high-precision alignment becomes long. For this reason, the time required for alignment becomes long.
本発明の目的は、位置合わせに必要な時間を短縮することができる位置合わせ方法を提供することである。本発明の他の目的は、この位置合わせ方法を適用した露光装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide an alignment method that can shorten the time required for alignment. Another object of the present invention is to provide an exposure apparatus to which this alignment method is applied.
本発明の一観点によると、(a)表面上に複数の単位領域が画定された被処理基板であって、該単位領域の各々は、設計時に決定された設計座標により被処理基板内の位置が規定され、該単位領域の少なくとも一部の複数の単位領域に位置合わせ用のアライメントマークが形成されている被処理基板を保持台に載置する工程と、(b)アライメントマークの形成された処理すべき単位領域が処理位置に配置されるように、処理すべき単位領域の設計座標に基づいて、被処理基板を移動させる工程と、(c)前記処理位置において、処理すべき単位領域内のアライメントマークを検出して位置ずれ量を求め、求められた位置ずれ量に基づいて該被処理基板の位置合わせを行い、該単位領域に処理を施す工程と、(d)前記工程cでアライメントマークを検出することにより得られた位置ずれ量を加味した前記被処理基板の位置情報と該単位領域の設計座標との第1の対応関係を得る工程とを有する位置合わせ方法が提供される。 According to one aspect of the present invention, (a) a substrate to be processed in which a plurality of unit regions are defined on the surface, each of the unit regions being positioned in the substrate to be processed by design coordinates determined at the time of design. And (b) the alignment mark is formed, and a step of placing the substrate to be processed on which the alignment mark for alignment is formed in at least some of the unit areas. A step of moving the substrate to be processed based on the design coordinates of the unit area to be processed so that the unit area to be processed is arranged at the processing position; and (c) in the unit area to be processed at the processing position. The alignment mark is detected to obtain a positional deviation amount, the substrate to be processed is aligned based on the obtained positional deviation amount, and the unit area is processed, and (d) alignment is performed in the step c. And a step of obtaining a first correspondence relationship between the position information of the substrate to be processed and the design coordinates of the unit area in consideration of the amount of positional deviation obtained by detecting the mark. .
処理の行われていない単位領域の設計座標に、工程dで得られた第1の対応関係を適用することにより、当該単位領域を処理位置に配置するための被処理基板の位置情報を求めることができる。この位置情報は、既に処理された単位領域の位置決めを行ったときの位置ずれ量が加味されたものになっているため、より正確な位置合わせを行うことができる。 By applying the first correspondence obtained in step d to the design coordinates of a unit area that has not been processed, the position information of the substrate to be processed for placing the unit area at the processing position is obtained. Can do. Since this positional information includes the amount of positional deviation when the already processed unit area is positioned, more accurate positioning can be performed.
電子ビーム近接露光を例にとって、実施例による位置合わせ方法について説明する。 Taking the electron beam proximity exposure as an example, the alignment method according to the embodiment will be described.
図1(A)に、実施例による位置合わせ方法の対象物となる半導体ウエハ11の平面図を示す。ウエハ11の被露光面に、行列状に配置された複数の単位領域50が画定されている。行方向をX軸、列方向をY軸、被露光面の法線方向をZ軸とするXYZ直交座標系を定義する。ウエハ11の被露光面内に含まれる単位領域50aの形状は、例えば正方形または長方形である。このような単位領域50aを「完全単位領域」と呼ぶこととする。ウエハ11の外周線に掛かる単位領域50bは、正方形または長方形の一部を切り取った形状を有する。このような単位領域50bを「不完全単位領域」と呼ぶこととする。単位領域50は、露光が行われる単位であり、1つの単位領域50を露光装置の露光位置に移動させ、露光が行なわれる。単位領域50は、通常「ダイ」と呼ばれる。
FIG. 1A is a plan view of a
設計時に各単位領域50の、ウエハ11内における位置、すなわちXY面内の座標が決定される。設計時に決定された座標を単位領域50の「設計座標」と呼ぶこととする。設計座標は、ウエハ11の表面上に定義されたXY座標系における座標である。
At the time of designing, the position of each
各単位領域50内に、複数のチップ領域51が画定されている。1つのチップ領域51内に1つの集積回路素子が形成される。図1(A)では、1つの完全単位領域50a内に4つのチップ領域51が画定されている場合を示している。不完全単位領域50b内には、その大きさ及び形状によって、0〜3個のチップ領域51が含まれる。
In each
図1(B)に、1つの単位領域50aと、ウエハに近接配置されたマスクの転写領域12aとを重ねた状態の平面図、及び位置合わせ用の観測光学系の概略図を示す。完全単位領域50a内に、2つのX用アライメントマークWX1、WX2、及び2つのY用アライメントマークWY1、WY2が配置されている。X用アライメントマークWX1とWX2とは、X軸方向及びY軸方向に関して通常は異なる位置に配置されている。Y用アライメントマークWY1及びWY2も、X軸方向及びY軸方向に関して通常は異なる位置に配置されている。 FIG. 1B shows a plan view of a state in which one unit region 50a and a transfer region 12a of a mask arranged close to the wafer are overlaid, and a schematic view of an observation optical system for alignment. Two X alignment marks WX1, WX2 and two Y alignment marks WY1, WY2 are arranged in the complete unit region 50a. The X alignment marks WX1 and WX2 are usually arranged at different positions with respect to the X-axis direction and the Y-axis direction. The Y alignment marks WY1 and WY2 are also usually arranged at different positions with respect to the X-axis direction and the Y-axis direction.
マスクの転写領域12a内に、ウエハ上のアライメントマークWX1、WX2、WY1、WY2に対応するアライメントマークMX1、MX2、MY1、MY2が形成されている。これらのアライメントマークの位置は、ウエハ上のアライメントマークとマスク上のアライメントマークとの位置ずれから算出されるウエハとマスクとのX軸方向、Y軸方向、XY面内の回転方向、及びマスクに対するウエハの相対伸縮量の誤差が小さくなるように配置することが好ましい。 Alignment marks MX1, MX2, MY1, and MY2 corresponding to the alignment marks WX1, WX2, WY1, and WY2 on the wafer are formed in the mask transfer region 12a. The positions of these alignment marks are the X-axis direction, the Y-axis direction, the rotation direction in the XY plane, and the mask relative to the mask, which are calculated from the positional deviation between the alignment mark on the wafer and the alignment mark on the mask. It is preferable to arrange the wafer so that the error of the relative expansion / contraction amount of the wafer becomes small.
観測光学系20X1が、アライメントマークWX1及びMX1を観測する。同様に、観測光学系20X2が、アライメントマークWX2及びMX2を観測し、観測光学系20Y1が、アライメントマークWY1及びMY1を観測し、観測光学系20Y2が、アライメントマークWY2及びMY2を観測する。観測光学系20X1及び20X2の光軸は、被露光面の法線方向からY軸方向に傾いている。観測光学系20Y1及び20Y2の光軸は、被露光面の法線方向からX軸方向に傾いている。 The observation optical system 20X1 observes the alignment marks WX1 and MX1. Similarly, the observation optical system 20X2 observes the alignment marks WX2 and MX2, the observation optical system 20Y1 observes the alignment marks WY1 and MY1, and the observation optical system 20Y2 observes the alignment marks WY2 and MY2. The optical axes of the observation optical systems 20X1 and 20X2 are inclined in the Y-axis direction from the normal direction of the exposed surface. The optical axes of the observation optical systems 20Y1 and 20Y2 are inclined in the X-axis direction from the normal direction of the exposed surface.
図2に、実施例による位置合わせ装置の概略図を示す。実施例による位置合わせ装置はウエハ/マスク保持部10、観測光学系20、及び制御装置30を含んで構成されている。
FIG. 2 shows a schematic view of an alignment apparatus according to the embodiment. The alignment apparatus according to the embodiment includes a wafer /
ウエハ/マスク保持部10は、ウエハ保持台15、マスク保持台16、移動機構17及び18を含んで構成されている。位置合わせ時には、ウエハ保持台15の上面にウエハ11を保持し、マスク保持台16の下面にマスク12を保持する。ウエハ11とマスク12とは、ウエハ11の被露光面とマスク12のウエハ側の面との間に一定の間隙(プロキシミティギャップ)が形成されるようにほぼ平行に配置される。電子ビーム近接露光を行う場合には、マスク12としてステンシルタイプのものが用いられる。マスクメンブレンに設けられた開口部により、転写パターン及びアライメントマークが形成されている。
The wafer /
移動機構17は、基準ベース1に固定され、ウエハ11とマスク12との被露光面内に関する相対位置が変化するように、ウエハ保持台15を移動させることができる。移動機構18は、ウエハ11の被露光面とマスク12のマスク面との間隔が変化するように、ウエハ保持台15を移動させることができる。図の左から右にX軸、紙面に垂直な方向に表面から裏面に向かってY軸、被露光面の法線方向にZ軸をとると、移動機構17は、ウエハ11とマスク12の、X軸方向、Y軸方向、Z軸の回りの回転方向(θZ方向)に関する相対位置を調整し、移動機構18は、Z軸方向、X軸及びY軸の回りの回転(あおり)方向(θX及びθY方向)の相対位置を調整する。
The moving
移動機構17は、粗動ステージ及びその上に配置された微動ステージで構成されている。粗動ステージの位置はリニアエンコーダで検出され、その位置精度は1μm程度である。粗動ステージに対する微動ステージの位置は、例えば静電容量センサで検出され、その位置精度は数nmである。なお、基準ベース1に対する微動ステージの位置が、レーザ干渉計で検出される。
The moving
露光用ビーム源43から電子ビーム42が出射される。電子ビーム42は、マスク12を介してウエハ11に照射される。
An
観測光学系20は、像検出装置21、レンズ22、ビームスプリッタ23、光ファイバ24を含んで構成される。なお、図2では、図1(B)に示した観測光学系20Y2を代表して示している。他の観測光学系20X1、20X2及び20Y1も、観測光学系20Y2と同様の構成を有する。観測光学系20の光軸25はXZ面に平行であり、かつ被露光面に対して斜めになるように配置されている。
The observation
光ファイバ24から放射された照明光がビームスプリッタ23で反射して光軸25に沿った光線束とされ、レンズ22を通して被露光面に斜めから入射する。
Illumination light radiated from the
ウエハ11及びマスク12に設けられたアライメントマークがエッジまたは頂点等の散乱箇所を有する場合には、これらの散乱箇所で照明光が散乱される。散乱光のうちレンズ22に入射する光が、レンズ22で収束され、その一部がビームスプリッタ23を透過して像検出装置21の受光面29上に結像する。受光面29上への結像倍率は、例えば60〜100倍である。
When the alignment marks provided on the
像検出装置21の受光面に、受光画素が行列状に配置されている。各画素は、当該画素に照射された光の強度に応じて画素対応の画像信号を生成する。この画像信号は制御装置30に入力される。なお、他の観測光学系20X1、20X2及び20Y1からの画像信号も制御装置30に入力される。
Light receiving pixels are arranged in a matrix on the light receiving surface of the
制御装置30は、画像処理を行い、マスク12のアライメントマークとウエハ11のアライメントマークとのY軸方向に関する相対位置情報を得る。
The
図3(A)は、ウエハ上のアライメントマーク及びマスク上のアライメントマークの相対位置関係を示す平面図である。長方形パターンをY軸方向に3個、X軸方向に14個、行列状に配列して各ウエハ上のアライメントマーク13A及び13Bが構成されている。アライメントマーク13A及び13Bで、図1(B)に示した1つのアライメントマークWY2が構成される。同様の長方形パターンをY軸方向に3個、X軸方向に5個、行列状に配置してマスク上の1つのアライメントマーク14が構成されている。アライメントマーク14が、図1(B)に示したアライメントマークMY2に相当する。位置合わせが完了した状態では、マスク上のアライメントマーク14は、Y軸方向に関してウエハ上のアライメントマーク13Aと13Bとのほぼ中央に配置される。
FIG. 3A is a plan view showing the relative positional relationship between the alignment mark on the wafer and the alignment mark on the mask. Alignment marks 13A and 13B on each wafer are configured by arranging three rectangular patterns in the Y-axis direction and 14 in the X-axis direction in a matrix. The alignment marks 13A and 13B constitute one alignment mark WY2 shown in FIG. One
図3(B)は、図3(A)の一点鎖線B3−B3における断面図を示す。ウエハ上のアライメントマーク13A及び13Bは、例えば被露光面上に形成したSiN膜、ポリシリコン膜等をパターニングして形成される。ウエハ11の被露光面上にレジスト膜11Rが形成されている。マスク上のアライメントマーク14は、例えばSiC等からなるマスクメンブレンに形成された開口により構成される
図4は、エッジからの散乱光による受光面29Aまたは29B上の像のスケッチである。図4の横方向(v軸方向)が図3(A)のY軸方向に相当し、縦方向(u軸方向)が図3(A)のX軸方向に相当する。ウエハ上のアライメントマーク13A及び13Bからの散乱光による像40A及び40Bがv軸方向に離れて現れ、その間にマスク上のアライメントマーク14からの散乱光による像41が現れる。像40A及び40Bと、像41とは、u軸方向に関して相互に異なる位置に現れる。像40A、40B及び41のv軸方向の位置を検出することにより、図3(A)に示したウエハ上のアライメントマーク13A、13Bと、マスク上のアライメントマーク14とのY軸方向の位置情報を得ることができる。
FIG. 3B is a cross-sectional view taken along one-dot chain line B3-B3 in FIG. The alignment marks 13A and 13B on the wafer are formed by patterning, for example, a SiN film or a polysilicon film formed on the exposed surface. A resist
図1(B)に示した4組のアライメントマークにより、X軸方向、Y軸方向及びθZ方向の位置情報、及びマスクに対するウエハの相対伸縮情報を得ることができる。以下、これらの情報について説明する。 The four sets of alignment marks shown in FIG. 1 (B), X-axis direction, it is possible to obtain positional information in the Y-axis direction, and theta Z direction, and the relative distortion information of the wafer relative to the mask. Hereinafter, such information will be described.
アライメントマークWX1の座標を(X1x,X1y)、アライメントマークWX2の座標を(X2x,X2y)、アライメントマークWY1の座標を(Y1x,Y1y)、アライメントマークWY2の座標を(Y2x,Y2y)とする。アライメントマークWX1とMX1とのX軸方向のずれ量をdx1、アライメントマークWX2とMX2とのX軸方向のずれ量をdx2、アライメントマークWY1とMY1とのY軸方向のずれ量をdy1、アライメントマークWY2とMY2とのY軸方向のずれ量をdy2とする。dx1、dx2、dy1、dy2を検出することによって、ウエハのX軸方向のずれ量dx、Y軸方向のずれ量dy、θz方向のずれ量dθ、相対伸縮量dmを求めることができる。 The coordinates of the alignment mark WX1 are (X1x, X1y), the coordinates of the alignment mark WX2 are (X2x, X2y), the coordinates of the alignment mark WY1 are (Y1x, Y1y), and the coordinates of the alignment mark WY2 are (Y2x, Y2y). The displacement amount of the alignment marks WX1 and MX1 in the X-axis direction is dx1, the displacement amount of the alignment marks WX2 and MX2 in the X-axis direction is dx2, the displacement amount of the alignment marks WY1 and MY1 in the Y-axis direction is dy1, and the alignment mark The amount of deviation in the Y-axis direction between WY2 and MY2 is dy2. By detecting dx1, dx2, dy1, and dy2, the amount of deviation dx in the X-axis direction, the amount of deviation dy in the Y-axis direction, the amount of deviation dθ in the θz direction, and the relative expansion / contraction amount dm can be obtained.
図5を参照して、実施例による位置合わせ方法について説明する。本実施例では、図1(A)に示した完全単位領域50aのみを露光する場合について説明する。ウエハの載置されるウエハ保持台15の位置をレーザ干渉計で測定して得られた座標をレーザ座標(lx,ly,lθ)とする。ここで、lx及びlyは、それぞれX座標及びY座標を示し、lθは、θZ座標を示す。ウエハ上に画定された各単位領域50の設計座標を(wx,wy)とする。また、移動機構17の粗動ステージのリニアエンコーダと微動ステージの静電容量センサとで得られたウエハ保持台15の座標をエンコーダ座標(ex,ey)とする。
With reference to FIG. 5, an alignment method according to the embodiment will be described. In this embodiment, a case where only the complete unit area 50a shown in FIG. 1A is exposed will be described. The coordinates obtained by measuring the position of the wafer holding table 15 on which the wafer is placed with a laser interferometer are defined as laser coordinates (lx, ly, lθ). Here, lx and ly are each an X and Y coordinates, Erushita shows theta Z coordinates. The design coordinates of each
エンコーダ座標は、ウエハ保持台15の制御に直接利用されるものであるため、「ウエハ保持台の位置座標」と考えることができる。また、レーザ座標は、実際にはウエハ保持台15の位置を検出して得られたものであるが、ウエハ保持台15とその上に保持されているウエハ11との相対位置は固定されているため、「ウエハの位置を示す座標」と考えることもできる。
Since the encoder coordinates are directly used for controlling the wafer holding table 15, it can be considered as “position coordinates of the wafer holding table”. The laser coordinates are actually obtained by detecting the position of the wafer holding table 15, but the relative position between the wafer holding table 15 and the
ステップS1において、露光すべきウエハをウエハ保持台15に載置する。観測光学系を用いてウエハの位置検出及びレベリングを行う。これにより、ウエハ上に画定されている単位領域の設計座標(wx,wy)と、エンコーダ座標(ex,ey)とが対応付けられる。すなわち、ある単位領域の設計座標を指定すれば、移動機構17を駆動して、当該単位領域を露光位置まで移動させることができるようになる。ウエハ11をウエハ保持台15に載置してレベリングを行った後は、ウエハ11、ウエハ保持台15、及び移動機構17の微動ステージの相対位置は変動しない。このため、微動ステージの位置をレーザ干渉計で検出することは、ウエハ11の位置、またはウエハ保持台15の位置を検出することと実質的に同一である。
In step S <b> 1, the wafer to be exposed is placed on the
ステップS2において、単位領域の設計座標(wx,wy)に基づいて、露光すべき単位領域50をマスク12の直下(露光位置)まで移動させる。より具体的には、設計座標(wx,wy)から、エンコーダ座標を求めこのエンコーダ座標(ex,ey)までウエハ保持台15を移動させる。この状態で、ウエハ保持台15の位置を検出するレーザ干渉計を初期設定する。このウエハ保持台15の移動を、「設計座標に基づくアライメント」と呼ぶ。
In step S2, based on the design coordinates (wx, wy) of the unit area, the
ステップS3に進み、図1(B)に示した4つの観測光学系20X1、20X2、20Y1、20Y2を用いて、それぞれに対応するウエハ及びマスクのアライメントマークの相対位置を観測する。位置ずれが許容値を超える場合には、移動機構17の微動ステージを制御することにより、高精度の位置合わせ(ダイバイダイアライメント)を行う。ステップS4に進み、露光位置に配置された単位領域50を、マスクを通して露光する。
Proceeding to step S3, the four observation optical systems 20X1, 20X2, 20Y1, and 20Y2 shown in FIG. 1B are used to observe the relative positions of the corresponding wafer and mask alignment marks. When the positional deviation exceeds the allowable value, high-precision alignment (die-by-die alignment) is performed by controlling the fine movement stage of the moving
ステップS5に進む。以下、ステップS5の処理について説明する。ステップS2の設計座標に基づくアライメント後のウエハ保持台15のレーザ座標(lx,ly,lθ)、エンコーダ座標(ex,ey)、露光時におけるウエハとマスクとのアライメントマークの位置ずれ量(dx,dy,dθ)、及び露光位置に配置されている単位領域50の設計座標(wx,wy)を、制御装置30に記憶する。なお、露光中にも、アライメントマークの位置が一定周期、例えば30ms周期で検出されている。この場合、実際に記憶される位置ずれ量(dx,dy,dθ)として、露光直前の位置ずれ量、露光直前のある期間内に得られた位置ずれ量の平均値、露光中のある時点の位置ずれ量、露光中に得られた位置ずれ量の平均値、露光直前及び露光中に得られた位置ずれ量の平均値等のいずれかを採用することができる。
Proceed to step S5. Hereinafter, the process of step S5 will be described. Laser coordinates (lx, ly, lθ) of the wafer holding table 15 after alignment based on the design coordinates in step S2, encoder coordinates (ex, ey), and positional deviation amount (dx, dy, dθ) and the design coordinates (wx, wy) of the
ここで、添え字x、y、θは、それぞれX軸方向、Y軸方向、及びθz方向に関する座標であることを意味する。これらの座標を関連付ける換算行列Mを下記のように定義する。 Here, the subscripts x, y, and θ mean coordinates relating to the X-axis direction, the Y-axis direction, and the θz direction, respectively. A conversion matrix M for associating these coordinates is defined as follows.
ステップS6に進み、得られている座標データの数から、換算行列Mを求めることができるか否か判断する。換算行列Mを求めることができない場合、ステップS2に戻り、次に露光すべき未露光の単位領域の設計座標に基づくアライメントを行う。得られている座標データの数から換算行列Mを求めることができる場合には、ステップS7に進み、換算行列Mを取得する。 Proceeding to step S6, it is determined whether the conversion matrix M can be obtained from the number of obtained coordinate data. If the conversion matrix M cannot be obtained, the process returns to step S2, and alignment is performed based on the design coordinates of the unexposed unit area to be exposed next. When the conversion matrix M can be obtained from the number of obtained coordinate data, the process proceeds to step S7, and the conversion matrix M is acquired.
この判定方法の一例について説明する。得られた座標データの数が、求めるべき未知数の数(数式(3)では3個)よりも少ない場合は、正規方程式を解くことができないので、判定結果は「計算不可」となる。得られている座標データ数が未知数の数以上の場合は、数式(3)の連立方程式を、例えば特異値分解法を用いて解く。演算中にエラーが発生した場合には、判定結果は「計算不可」となる。エラーが発生しなかった場合には、換算行列が求められたことになる。ステップS7において、この換算行列を取得(記憶)する。 An example of this determination method will be described. If the number of obtained coordinate data is smaller than the number of unknowns to be obtained (three in the formula (3)), the normal equation cannot be solved, and the determination result is “uncalculated”. When the number of obtained coordinate data is greater than or equal to the number of unknowns, the simultaneous equations of Equation (3) are solved using, for example, a singular value decomposition method. If an error occurs during the calculation, the determination result is “uncalculated”. If no error has occurred, a conversion matrix has been obtained. In step S7, this conversion matrix is acquired (stored).
ステップS5で、ウエハ保持台15のレーザ座標(lx,ly,lθ)とエンコーダ座標(ex,ey)とが記憶されているため、同様の方法により、レーザ座標(lx,ly,lθ)をエンコーダ座標(ex,ey)に変換するための換算行列も取得される。 In step S5, the laser coordinates (lx, ly, lθ) and the encoder coordinates (ex, ey) of the wafer holding table 15 are stored, so that the laser coordinates (lx, ly, lθ) are encoded by the same method. A conversion matrix for converting to coordinates (ex, ey) is also acquired.
ステップS8に進み、次に露光すべき単位領域の設計座標(wx,wy)に換算行列Mを作用させて、ウエハ保持台15を移動させるべき換算座標(rx,ry,rθ)を求める。具体的には、以下の式により、換算座標を計算する。
In step S8, the conversion matrix M is applied to the design coordinates (wx, wy) of the unit area to be exposed next, and the conversion coordinates (rx, ry, rθ) to which the
換算行列Mは、数式(1)に示したように、位置ずれ量(dx,dy,dθ)を加味して求められている。このため、数式(4)で求められる換算座標(rx,ry,rθ)は、過去に位置合わせされた単位領域の位置ずれ量に相当するずれが既に補正された精度の高い位置情報と考えられる。 The conversion matrix M is obtained in consideration of the positional deviation amounts (dx, dy, dθ) as shown in the mathematical formula (1). For this reason, the converted coordinates (rx, ry, rθ) obtained by the equation (4) are considered to be highly accurate position information in which a deviation corresponding to the positional deviation amount of the unit area aligned in the past has already been corrected. .
ステップS9に進み、換算座標(rx,ry,rθ)をエンコーダ座標(ex,ey)に変換し、移動機構17を駆動して、ウエハ保持台15を、このエンコーダ座標まで移動させる。
In step S9, the converted coordinates (rx, ry, rθ) are converted into encoder coordinates (ex, ey), and the moving
実際の単位領域の位置は、種々の要因により、設計座標で示された位置からずれている。例えば、すでに転写されているパターンの転写時における位置ずれ、ウエハの熱膨張等の要因が挙げられる。本実施例では、ステップS9で、単位領域の設計座標ではなく、設計座標に換算行列を作用させて計算された換算後の座標に基づいて、ウエハ保持台15を移動させる。この換算行列Mは、ウエハの相対伸縮量や、設計座標とレーザ座標との座標軸のずれに関する情報を含んでいる。
The actual position of the unit area deviates from the position indicated by the design coordinates due to various factors. For example, factors such as misalignment during transfer of a pattern that has already been transferred and thermal expansion of the wafer can be cited. In this embodiment, in step S9, the
なお、ウエハ保持台15の位置をレーザ干渉計で検出し、レーザ座標(lx,ly,lθ)が換算座標(rx,ry,rθ)に一致するように、ウエハ保持台15を移動させてもよい。エンコーダ座標(ex,ey)のみを用いてウエハ保持台15を移動させる場合に比べて、より精度の高い位置合わせを行うことができる。 Even if the position of the wafer holding table 15 is detected by a laser interferometer and the wafer holding table 15 is moved so that the laser coordinates (lx, ly, lθ) coincide with the converted coordinates (rx, ry, rθ). Good. Compared with the case where the wafer holding table 15 is moved using only the encoder coordinates (ex, ey), alignment with higher accuracy can be performed.
エンコーダ座標を用いる場合、及びレーザ座標を用いる場合のいずれも、換算座標に基づいて位置合わせが行われることになる。この位置合わせを、「換算座標に基づくアライメント」と呼ぶ。 In both cases where encoder coordinates are used and laser coordinates are used, alignment is performed based on the converted coordinates. This alignment is called “alignment based on converted coordinates”.
ステップS10に進み、ダイバイダイアライメントを行う。ステップS9で、換算後の座標に基づいたアライメントが行われているため、設計座標に基づいてアライメントを行う場合に比べて、高い位置精度が望める。このため、ダイバイダイアライメント時におけるステージの移動量を短くすることができる。これにより、位置合わせ時間の短縮化を図ることが可能になる。 In step S10, die-by-die alignment is performed. In step S9, since the alignment based on the converted coordinates is performed, a higher position accuracy can be expected as compared with the case where the alignment is performed based on the design coordinates. For this reason, the moving amount of the stage at the time of die-by-die alignment can be shortened. This makes it possible to shorten the alignment time.
ステップS11に進み、露光を行う。ステップS12に進み、すべての単位領域の露光が完了したか否かを判定する。未露光の単位領域がある場合には、ステップS8に戻り、次に露光すべき単位領域の設計座標から換算座標を計算する。引き続き、ステップS9からステップS12までを実行する。 In step S11, exposure is performed. Proceeding to step S12, it is determined whether exposure of all unit areas has been completed. If there is an unexposed unit area, the process returns to step S8, and converted coordinates are calculated from the design coordinates of the unit area to be exposed next. Subsequently, steps S9 to S12 are executed.
すべての単位領域の露光が完了した場合は、ウエハをウエハ保持台15から搬出する。
When all the unit areas have been exposed, the wafer is unloaded from the
上述のように、実施例による方法を採用することにより、ステップS10においてウエハ保持台15を移動する距離を短くし、位置合わせに必要な時間を短縮することができる。これにより、スループットの向上を図ることができる。
As described above, by adopting the method according to the embodiment, the distance for moving the
ステップS10でダイバイダイアライメントを行うと、ウエハ保持台15の位置座標、位置ずれ情報、及び単位領域の設計座標からなる位置データが得られる。この位置データに基づいて、ステップS7で取得された換算行列Mを修正してもよい。より多くの位置データから換算行列Mを作成することにより、換算座標の位置精度をより高めることができるであろう。 When die-by-die alignment is performed in step S10, position data including the position coordinates of the wafer holding table 15, position shift information, and design coordinates of the unit area is obtained. Based on this position data, the conversion matrix M acquired in step S7 may be corrected. By creating the conversion matrix M from a larger amount of position data, the position accuracy of the converted coordinates can be further increased.
また、上記実施例では、ステップS2からS5までの、換算行列Mを求めるための位置データを収集する工程が、実際の露光工程と共有される。このため、位置データを収集することによるスループットの低下はほとんどない。 Moreover, in the said Example, the process of collecting the position data for calculating | requiring the conversion matrix M from step S2 to S5 is shared with an actual exposure process. For this reason, there is almost no decrease in throughput due to the collection of position data.
電子ビーム露光(例えば、特許第2951947号公報に開示されている電子ビーム近接露光)を行う場合、マスクとウエハとの位置ずれ量が小さければ、電子ビームを偏向させることにより、位置ずれを補償することができる。上記実施例では、ステップS9における換算座標に基づくアライメント後の位置合わせ精度が高いため、ステップS10のダイバイダイアライメントの代わりに、電子ビームを偏向させることにより位置ずれを補償してもよい。 When performing electron beam exposure (for example, electron beam proximity exposure disclosed in Japanese Patent No. 2951947), if the amount of positional deviation between the mask and the wafer is small, the positional deviation is compensated by deflecting the electron beam. be able to. In the above embodiment, since the alignment accuracy after alignment based on the converted coordinates in step S9 is high, the displacement may be compensated by deflecting the electron beam instead of the die-by-die alignment in step S10.
換算行列Mを求めるためのステップS2からS5までの処理を、相互に隣接しない複数の単位領域に対して行ってもよい。この方法によると、ウエハ内の比較的広い領域から得られる位置データに基づいて、換算行列が求められる。このため、設計座標からのずれが、ウエハ内の一部分に特有の傾向を持つような場合に、この特有の傾向が換算行列に影響することを軽減することができる。 You may perform the process from step S2 to S5 for calculating | requiring the conversion matrix M with respect to the several unit area | region which is not mutually adjacent. According to this method, a conversion matrix is obtained based on position data obtained from a relatively wide area in the wafer. For this reason, when the deviation from the design coordinates has a characteristic tendency in a part of the wafer, it is possible to reduce the influence of the characteristic tendency on the conversion matrix.
上記実施例では、図1(A)に示した完全単位領域50aのみを露光する場合について説明したが、次に、不完全単位領域50bを露光する方法について説明する。不完全単位領域50b内にも完全なチップ領域が存在するため、不完全単位領域50bを露光することにより、より多くのチップを切り出すことができる。図5に示したステップS2及びS3の設計座標によるアライメント及びダイバイダイアライメントにおいては、後のステップS5において位置ずれ情報が必要になるため、完全単位領域50aを露光の対象領域にする。
In the above embodiment, the case where only the complete unit region 50a shown in FIG. 1A is exposed has been described. Next, a method for exposing the
不完全単位領域50bは、ステップS8〜S13の処理で位置合わせ及び露光を行う。不完全単位領域50bでは、図1(B)に示した4つのアライメントマークWX1、WX2、WY1及びWY2の一部が欠落している。このため、ステップS12において、完全なダイバイダイアライメントを行うことができない。ただし、ステップS11において、換算座標に基づいてウエハのアライメントが行われているため、設計座標に基づいてアライメントを行う場合に比べて位置ずれ量は小さい。従って、不完全単位領域50bについては、ステップS12のダイバイダイアライメント工程を省略してもよい。または、観測可能なアライメントマークのみを観測し、観測されたアライメントマークの位置ずれ量から検出できる位置ずれのみを修正してもよい。
The
なお、ステップS11の換算座標に基づくアライメントにおける位置合わせ精度が十分高いと思われる場合には、完全単位領域50aを処理する場合にも、ステップS12のダイバイダイアライメント工程を省略してもよい。 If it is considered that the alignment accuracy in the alignment based on the converted coordinates in step S11 is sufficiently high, the die-by-die alignment step in step S12 may be omitted even when the complete unit region 50a is processed.
上記実施例では、単位領域の設計座標とウエハ保持台15の座標との対応関係を1次式で近似したが、2次式で近似してもよい。2次式で近似する場合には、上述の数式(1)の代わりに、下記の関係式が用いられる。
In the above embodiment, the correspondence relationship between the design coordinates of the unit area and the coordinates of the
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
上記実施例では、電子ビーム近接露光を例にとって説明を行ったが、その他に、X線露光、紫外線露光、半導体ウエハの検査に、上記位置合わせ方法を適用することができる。 In the above embodiment, the electron beam proximity exposure has been described as an example. In addition, the above alignment method can be applied to X-ray exposure, ultraviolet exposure, and semiconductor wafer inspection.
10 ウエハ/マスク保持部
11 半導体ウエハ
11R レジスト膜
12 マスク
13A、13B、14 アライメントマーク
15 ウエハ保持台
16 マスク保持台
17、18 移動機構
20 光学系
20X1、20X2、20Y1、20Y2 観測光学系
21 像検出装置
22 レンズ
23 ビームスプリッタ
24 光ファイバ
25 光軸
29 受光面
30 制御装置
40A、40B、41 像
42 電子ビーム
43 露光用ビーム源
50 単位領域(ダイ)
50a 完全単位領域
50b 不完全単位領域
51 チップ領域
WX1、WX2、WY1、WY2、MX1、MX2、MY1、MY2 アライメントマーク
DESCRIPTION OF
50a
Claims (12)
(b)アライメントマークの形成された処理すべき単位領域が処理位置に配置されるように、処理すべき単位領域の設計座標に基づいて、被処理基板を移動させる工程と、
(c)前記処理位置において、処理すべき単位領域内のアライメントマークを検出して位置ずれ量を求め、求められた位置ずれ量に基づいて該被処理基板の位置合わせを行い、該単位領域に処理を施す工程と、
(d)前記工程cでアライメントマークを検出することにより得られた位置ずれ量を加味した前記被処理基板の位置情報と該単位領域の設計座標との第1の対応関係を得る工程と
を有する位置合わせ方法。 (A) A substrate to be processed in which a plurality of unit regions are defined on the surface, and each of the unit regions has a position in the substrate to be processed defined by design coordinates determined at the time of design. Placing the substrate to be processed on which the alignment mark for alignment is formed in at least some of the plurality of unit regions on the holding table;
(B) moving the substrate to be processed based on the design coordinates of the unit region to be processed so that the unit region to be processed on which the alignment mark is formed is arranged at the processing position;
(C) At the processing position, an alignment mark in the unit region to be processed is detected to obtain a positional deviation amount, and the substrate to be processed is aligned based on the obtained positional deviation amount. A process of processing,
(D) obtaining a first correspondence relationship between the position information of the substrate to be processed and the design coordinates of the unit area in consideration of the amount of displacement obtained by detecting the alignment mark in the step c. Alignment method.
(e)次に処理すべき単位領域の設計座標に、前記第1の対応関係を適用して、前記被処理基板を移動させるべき位置情報を求める工程と、
(f)前記工程eで求められた位置情報に基づいて、前記被処理基板を移動させる工程と、
(g)前記工程fで処理位置に配置された単位領域に処理を施す工程と
を有する請求項1に記載の位置合わせ方法。 After the step d,
(E) applying the first correspondence to design coordinates of a unit region to be processed next to obtain position information for moving the substrate to be processed;
(F) moving the substrate to be processed based on the position information obtained in the step e;
(G) The position alignment method of Claim 1 which has a process of processing to the unit area | region arrange | positioned at the process position at the said process f.
前記工程bにおいて、処理すべき単位領域の設計座標から前記保持台の移動先の位置座標を求め、移動先の位置座標まで前記保持台を移動させ、
前記工程dにおいて得られる前記第1の対応関係は、被処理基板の位置を示す座標に前記位置ずれ量を加えた位置情報と、前記設計座標との対応関係を示し、
前記工程eで求められる位置情報は、処理すべき単位領域を処理位置に配置するための被処理基板の位置情報であり、
前記工程fにおいて、前記工程eで得られた被処理基板の位置情報に基づいて該被処理基板を移動させる請求項2に記載の位置合わせ方法。 Correlating the position coordinates of the holding table with the design coordinates of the unit area between the steps a and b;
In the step b, the position coordinate of the movement destination of the holding table is obtained from the design coordinates of the unit area to be processed, the holding table is moved to the position coordinate of the movement destination,
The first correspondence obtained in the step d indicates correspondence between position information obtained by adding the amount of positional deviation to coordinates indicating the position of the substrate to be processed and the design coordinates.
The position information obtained in the step e is position information of a substrate to be processed for arranging a unit area to be processed at a processing position.
The alignment method according to claim 2, wherein in the step f, the substrate to be processed is moved based on position information of the substrate to be processed obtained in the step e.
(h)処理位置に配置された単位領域内のアライメントマークを検出して、前記被処理基板の位置合わせを行う工程を含む請求項2または3に記載の位置合わせ方法。 Between step f and step g,
The alignment method according to claim 2, further comprising: (h) detecting an alignment mark in a unit region arranged at a processing position and aligning the substrate to be processed.
前記保持台に保持された被処理基板上のアライメントマークを観測する観測装置と、
前記観測装置からの観測結果が入力され、前記ウエハ保持台を制御する制御装置と
を有し、前記制御装置は、
(a)表面上に複数の単位領域が画定された被処理基板であって、該単位領域の各々は、設計時に決定された設計座標により被処理基板内の位置が規定され、該単位領域の少なくとも一部の複数の単位領域に位置合わせ用のアライメントマークが形成されており、保持台に載置された被処理基板の処理すべき単位領域が処理位置に配置されるように、処理すべき単位領域の設計座標に基づいて、被処理基板を移動させる工程と、
(b)前記処理位置において、処理すべき単位領域内のアライメントマークを検出して位置ずれ量を求め、求められた位置ずれ量に基づいて該被処理基板の位置合わせを行い、該単位領域に処理を施す工程と、
(c)前記工程bでアライメントマークを検出することにより得られた位置ずれ量を加味した前記被処理基板の位置情報と該単位領域の設計座標との第1の対応関係を得る工程と
が順番に実行されるように、前記保持台を制御する処理装置。 A holding table for holding a substrate to be processed having a surface to be processed and moving the substrate to be processed in a two-dimensional direction parallel to the surface to be processed;
An observation device for observing alignment marks on the substrate to be processed held on the holding table;
An observation result from the observation apparatus is input, and a control device that controls the wafer holder is provided.
(A) A substrate to be processed in which a plurality of unit regions are defined on the surface, and each of the unit regions has a position in the substrate to be processed defined by design coordinates determined at the time of design. Alignment marks for alignment are formed in at least some of the plurality of unit regions, and processing should be performed so that the unit region to be processed of the substrate to be processed placed on the holding table is disposed at the processing position. A step of moving the substrate to be processed based on the design coordinates of the unit area;
(B) At the processing position, an alignment mark in the unit area to be processed is detected to obtain a positional deviation amount, the substrate to be processed is aligned based on the obtained positional deviation amount, and the unit area is A process of processing,
(C) A step of obtaining a first correspondence relationship between the position information of the substrate to be processed and the design coordinates of the unit region in consideration of the positional deviation amount obtained by detecting the alignment mark in the step b. A processing device for controlling the holding table so as to be executed.
(d)次に処理すべき単位領域の設計座標に、前記第1の対応関係を適用して、前記被処理基板を移動させるべき位置情報を求める工程と、
(e)前記工程dで求められた位置情報に基づいて、前記被処理基板を移動させる工程と、
(f)前記工程eで処理位置に配置された単位領域に処理を施す工程と
が順番に実行されるように、前記保持台を制御する請求項10に記載の処理装置。 The control device further includes, after the step c,
(D) applying the first correspondence to the design coordinates of the unit region to be processed next to obtain position information for moving the substrate to be processed;
(E) moving the substrate to be processed based on the positional information obtained in the step d;
(F) The processing apparatus according to claim 10, wherein the holding table is controlled such that a step of performing processing on the unit regions arranged at processing positions in the step e is sequentially executed.
前記制御装置は、前記工程b及び工程fにおいて、前記処理位置に配置された単位領域にエネルギビームが照射されるように前記ビーム源を制御する請求項11に記載の処理装置。 Furthermore, it has a beam source for irradiating an energy beam to a unit region arranged at the processing position,
The said control apparatus is a processing apparatus of Claim 11 which controls the said beam source so that an energy beam is irradiated to the unit area | region arrange | positioned in the said process position in the said process b and the process f.
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