JP2009117490A - 位置合わせ方法および位置合わせ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ウエハ基板上に設けられるショットごとに位置合わせを行うときの位置合わせ時間の短縮および位置合わせ精度の向上図ることができる位置合わせ方法および位置合わせ装置を提供する。
【解決手段】 制御部１７は、アライメントセンサ１６から得られる粗調アライメントターゲット２１の位置情報に基づいて、レクチル１２に対するウエハ基板２の位置合わせを行う。次に、微調位置合わせ用ショット２４をレクチル１２のパターンを転写する位置に移動させ、アライメントセンサ１６から得られる微調アライメントターゲット２２の位置情報に基づいて、レクチル１２に対する位置合わせを行い、レクチル１２のパターンを微調位置合わせ用ショットに転写する。続いて、ウエハ基板２の移動距離が最短になる順序で、微調位置合わせ用ショット２４に隣接するショット２０から順番に、位置合わせを行い、露光する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ウエハとフォトマスクとの位置合わせ方法に関し、より詳細には、半導体装置を製造するためのフォトリソグラフィ工程において、フォトマスクとしてのレチクルのパターンと、投影光学系を介してフォトレジストが塗布されたウエハとを位置合わせする位置合わせ方法および位置合わせ装置に関する。

半導体装置を製造するためのフォトリソグラフィ工程において使用されるステッパーと呼ばれる投射露光装置は、フォトマスクとしてのレチクルのパターンを、投影光学系を介してフォトレジストが塗布されたウエハに転写する。

たとえば特許文献１，２に記載される投影露光装置、および特許文献３に記載される縮小投影型露光装置は、ウエハを２次元的に移動可能なステージ上に載置し、このステージによってウエハを移動させて、レチクルのパターンをウエハ上の各ショットに順次露光する動作を繰り返す。これらの装置で利用される位置合わせ方法は、ウエハ上に形成されるウエハマークなどの位置合わせ用のマークに基づいて位置合わせを行う。

図５は、従来の技術による位置合わせ方法を示す図である。図６は、ショット３０の詳細を示す図である。図７は、従来の技術による位置合わせ方法の処理手順を示すフローチャートである。

搬送ローダによってウエハ基板２をステージにセットした後、ウエハ基板２に形成された大まかな位置合わせ用のマークである粗調アライメントターゲット３１を用いて、レクチルとウエハ基板２との大まかな位置合わせを行う。粗調アライメントターゲット３１は、ショット番号が「２−＃１」〜「２−＃３」の３つのショット３０に設けられる。次に、位置合わせの微調整を行うための微調位置合わせ用ショット３４、具体的には、ショット番号「＃９」のショット３０に移動して、微調整のための位置合わせのマークである微調アライメントターゲット３２を用いて、微調整の位置合わせを行う。

そして、右側のショット３０から順番に、具体的には、ショット番号「＃１」〜「＃２９」の順番に、それぞれのスクライブライン３３の上に設けられる微調アライメントターゲット３２を用いて、位置合わせを行い、露光する。レクチルに他のフィールドがあるときは、フィールドを換えて、同様に位置合わせを行い、露光する。露光が終了すると、搬送ローダによってウエハ基板２をカセットに戻す。

図４に示したショット３０のスクライブライン３３に設けられる微調アライメントターゲット３２は、位置合わせの精度を上げるために、形状を大きくしている。微調アライメントターゲット３２の形状を大きくしているので、スクライブライン３３の幅が広くなり、１つのショット３０に形成される半導体素子３５の数が少なくなる。

特開平６−２９１０２０号公報 特開平６−３４９７０７号公報 特開平８−１８１０６６号公報

しかしながら、上述した従来の技術による位置合わせ方法では、ウエハ基板を移動させるステージの移動精度が低いと、露光するショットに移動して位置合わせを行ったときに、微調整の位置合わせに時間がかかり、スループットが低下するという問題がある。さらに、移動精度が極端に悪い場合は、位置合わせ用のマークを誤認識してしまい、位置ずれが発生したり、位置を合わせることができないために露光することができなくなるなどの事態が発生する可能性がある。

位置合わせのマークを大きくすれば、位置合わせの精度をあげることはできるが、１つのウエハ基板に形成することができる半導体素子の数が減少してしまうことになる。移動精度の優れた装置を用いることも可能であるが、移動精度の優れた装置は高価であり、生産設備のコストが上昇してしまう。

本発明の目的は、ウエハ基板上に設けられるショットごとに位置合わせを行うときの位置合わせ時間の短縮および位置合わせ精度の向上を図ることができる位置合わせ方法および位置合わせ装置を提供することである。

本発明は、ウエハ基板を区画化した区画とフォトマスクとの位置合わせを区画ごとに行う位置合わせ工程と、フォトマスクに形成されるパターンを各区画に転写する転写工程とを含む位置合わせ方法であって、
位置合わせ工程では、前記区画化された区画のうち、ウエハ基板の位置合わせの微調整を行うための区画に隣接する区画から、ウエハ基板の移動距離が最短になる順序で、各区画の位置合わせを行うことを特徴とする位置合わせ方法である。

また本発明は、前記微調整を行うための区画は、前記区画化された区画のうち最も中心部に近い区画であることを特徴とする。

また本発明は、前記各区画は、各区画の位置合わせを行うために用いられ、予め定める大きさ以下である位置合わせ用マークが形成され、
前記位置合わせ工程では、各区画に形成された位置合わせ用マークの位置に基づいて、各区画の位置合わせを行うことを特徴とする。

また本発明は、前記区画化された区画のうちの予め定める数の区画は、前記位置合わせ用マークよりも粗い精度で前記フォトマスクとの位置合わせを行うため第２の位置合わせ用マークが形成され、
前記位置合わせ工程では、前記予め定める数の区画に形成された第２の位置合わせ用マークの位置に基づいて、前記ウエハ基板の位置合わせを行った後に、前記各区画に形成された位置合わせ用マークの位置に基づいて、各区画の位置合わせを行うことを特徴とする。

また本発明は、前記ウエハ基板の移動距離が最短になる順序は、各区画の周囲に隣接する区画のうち、まだ位置合わせを行っていない区画のうちのいずれか１つの区画を順次選択する順序であることを特徴とする。

また本発明は、パターンが形成されたフォトマスクと、
ウエハ基板を区画化した区画とフォトマスクとの位置合わせを区画ごとに行う位置合わせ手段と、
フォトマスクに形成されるパターンを各区画に転写する転写手段とを含む位置合わせ装置であって、
位置合わせ手段は、前記区画化された区画のうち、ウエハ基板の位置合わせの微調整を行うための区画に隣接する区画から、ウエハ基板の移動距離が最短になる順序で、各区画の位置合わせを行うことを特徴とする位置合わせ装置である。

本発明によれば、位置合わせ工程では、ウエハ基板を区画化した区画とフォトマスクとの位置合わせを区画ごとに行う。転写工程では、フォトマスクに形成されるパターンを各区画に転写する。さらに、位置合わせ工程では、前記区画化された区画のうち、ウエハ基板の位置合わせの微調整を行うための区画に隣接する区画から、ウエハ基板の移動距離が最短になる順序で、各区画の位置合わせを行う。

したがって、本発明に係る位置合わせ方法を適用すれば、ウエハ基板を載置するステージの移動距離を最短にすることができ、位置合わせ時間を短縮することができる。さらに、ステージの移動距離が最短になるので、移動誤差も最小限に抑えることができ、位置合わせ用のマークの誤認識を防止し、位置合わせ精度を向上することができる。すなわち、ウエハ基板上に設けられる区画たとえばショットごとに位置合わせを行うときの位置合わせ時間の短縮および位置合わせ精度の向上を図ることができる。したがって、半導体素子を安定して生産することができる。

また本発明によれば、位置合わせ手段によって、ウエハ基板を区画化した区画とパターンが形成されたフォトマスクとの位置合わせが区画ごとに行れ、転写手段によって、フォトマスクに形成されるパターンが各区画に転写される。さらに、位置合わせ手段によって、前記区画化された区画のうち、ウエハ基板の位置合わせの微調整を行うための区画に隣接する区画から、ウエハ基板の移動距離が最短になる順序で、各区画の位置合わせが行れる。

したがって、ウエハ基板を載置するステージの移動距離を最短にすることができ、位置合わせ時間を短縮することができる。さらに、ステージの移動距離が最短になるので、移動誤差も最小限に抑えることができ、位置合わせ用のマークの誤認識を防止し、位置合わせ精度を向上することができる。すなわち、ウエハ基板上に設けられる区画たとえばショットごとに位置合わせを行うときの位置合わせ時間の短縮および位置合わせ精度の向上を図ることができる。したがって、半導体素子を安定して生産することができる。

図１は、本発明の実施の一形態であるアライメント方法が適用される投射露光装置１の概略の構成を示す図である。本発明に係る位置合わせ方法であるアライメント方法は、位置合わせ装置である投射露光装置１によって処理される。

投射露光装置（以下「ステッパー」ともいう）１は、光源部１１、レクチル１２、光学部１３、ステージ１４、駆動部１５、アライメントセンサ１６および制御部１７を含んで構成される。

光源部１１は、たとえばレーザ光を出射する光源、および光源から出射したレーザ光を平行光とするレンズなどを含んで構成され、平行光をレクチル１２の方向に出射する。レクチル１２は、素子および回路などのパターンが形成されたフォトマスクである。複数のパターンがある場合は、フィールドごとにパターンが形成される。光学部１３は、たとえばレンズなどによって構成され、レクチル１２を透過した平行光を縮小してウエハ基板２に露光し、レクチル１２に形成されるパターンを、ウエハ基板２に転写する。光源部１１、光学部１３および制御部１７は、転写手段である。

ステージ１４は、ウエハ基板２を載置し、ウエハ基板２に照射されるレーザ光の光軸に垂直な平面上で移動可能であり、駆動部１５によって駆動され、載置しているウエハ基板２を光学部１３に対して相対的に移動させる。駆動部１５は、制御部１７に指示によってステージ１４を駆動する。

アライメントセンサ１６は、ウエハ基板２に形成される位置合わせ用マークを検出する。位置合わせ用マークは、ステージ１４上のウエハ基板２を位置決めするためにウエハ基板２の表面に形成され、大まかな位置を合わせるための粗調アライメントターゲット、および位置合わせの微調整を行うための微調アライメントターゲットがある。

制御部１７は、たとえば投射露光装置１を制御するための制御プログラム、および制御プログラムを実行するときに用いるデータを記憶する記憶装置と、記憶装置に記憶される制御プログラムを実行する中央処理装置（Central Processing Unit：略称「ＣＰＵ」）とを含んで構成される。制御部１７は、記憶装置に記憶される制御プログラムをＣＰＵで実行することによって、光源部１１、レクチル１２、光学部１３、駆動部１５およびアライメントセンサ１６を制御する。

制御部１７は、駆動部１５を制御してステージ１４を移動させることによって、ウエハ基板２をレクチル１２に対して相対的に移動させる。制御部１７は、アライメントセンサ１６から得られた情報を解析し、解析した情報に基づいて駆動部１５を制御してステージ１４を移動させ、レクチル１２に対するウエハ基板２の位置合わせを行う。ステージ１４、駆動部１５、アライメントセンサ１６および制御部１７は、位置合わせ手段である。

図２は、ウエハ基板２に形成されるショット２０に対するアライメント方法を説明するための図である。ウエハ基板２は、区画化された区画であるショット２０に分割されている。ショット２０は、レクチル１２のパターンが転写される単位である。図２に示したウエハ基板２は、ショット番号「＃１」〜「＃２９」および「２−＃１」〜「２−＃３」の３２個のショット２０に分割されている。各ショット２０は、スクライブライン２３によって区切られている。スクライブライン２３は、半導体素子ごとに切断するために設けられる格子状の部分である。

ショット番号「２−＃１」〜「２−＃３」の３つのショット２０は、それぞれ左側に、１つの粗調アライメントターゲット２１が形成される。粗調アライメントターゲット２１は、たとえば十字の形状で、大きさは、たとえば縦横とも３ｍｍ程度である。各ショット２０は、左右の上隅に微調アライメントターゲット２２が形成される。微調アライメントターゲット２２は、たとえばＴ字の形状で、大きさは、たとえば縦横とも１００μｍ程度である。

微調位置合わせ用ショット２４は、ウエハ基板２の位置合わせの微調整を行うためのショット２０であり、最も中心部に近いショット番号「＃１」のショットが微調位置合わせ用ショット２４とされる。

このように、微調整を行うためのショット２４は、区画化されたショット２０のうち最も中心部に近いショット２０であるので、最も中心部に近いショット２４で微調整を行うことができ、最も中心部に近いショット２４の位置ずれをなくすことができる。

前工程でレジストなどが塗布されたウエハ基板２は、図示しない搬送ローダによって、ステージ１４に載置される。ウエハ基板２がステージ１４に載置されると、制御部１７は、粗調アライメントターゲット２１を用いて、ウエハ基板２の粗調の位置合わせつまり大まかな位置合わせを行う。具体的には、アライメントセンサ１６から得られる粗調アライメントターゲット２１の位置情報に基づいて、駆動部１５を制御してステージ１４を移動させ、レクチル１２に対するウエハ基板２の位置合わせを行う。

次に、制御部１７は、微調位置合わせ用ショット２４つまりショット番号「＃１」のショットに移動して、微調アライメントターゲット２２を用いて、微調位置合わせ用ショット２４の位置合わせを行い、露光する。具体的には、制御部１７は、駆動部１５を制御してステージ１４を移動さることによって、微調位置合わせ用ショット２４をレクチル１２のパターンを転写する位置に移動させ、アライメントセンサ１６から得られる微調アライメントターゲット２２の位置情報に基づいて、レクチル１２に対する微調位置合わせ用ショット２４の位置合わせを行う。そして、レクチル１２のパターンを微調位置合わせ用ショットに転写する。

次に、制御部１７は、ウエハ基板２の移動距離が最短になる順序で、微調位置合わせ用ショット２４に隣接するショット２０から順番に、位置合わせを行い、露光、すなわちレクチル１２のパターンを各ショット２０に転写する。ウエハ基板２の移動距離が最短になる順序は、たとえば各ショット２０の周囲に隣接するショット２０のうち、まだ位置合わせを行っていないショット２０のうちのいずれか１つのショット２０を順次選択する順序である。具体的には、微調位置合わせ用ショット２４に隣接するショット２０つまりショット番号「＃２」のショット２０に移動して、位置合わせを行い、露光し、以後、ショット番号「＃２」から「＃２９」まで隣接するショット２０に対して順番に同じ動作を繰り返す。

このように、ウエハ基板２の移動距離が最短になる順序は、各ショット２０の周囲に隣接するショット２０のうち、まだ位置合わせを行っていないショット２０のうちのいずれか１つのショット２０を順次選択する順序であるので、ウエハ基板２を載置するステージ１４のショット２０間での移動距離が短くなり、移動誤差を少なくすることができ、位置合わせ精度を向上することができる。

制御部１７は、ショット番号「＃２９」のショットの露光が終了すると、レクチル１２のフィールドを他のパターンが形成されたフィールドに換えて、ショット番号「２−＃１」から「２−＃３」のショットについて、位置合わせおよび露光を行う。

ショット番号「２−＃３」のショット露光が終了すると、ウエハ基板２は、図示しない搬送ローダによって搬送され、カセットに収納される。同時に、次のウエハ基板２が図示しない搬送ローダによってステージ１４に載置され、１枚目のウエハ基板と同様の動作が繰り返される。１つのロットのすべてウエハ基板２について露光が終了すると、これらのウエハ基板２は次工程である現像工程に送られる。

このように、ステージ１４、駆動部１５、アライメントセンサ１６および制御部１７によって、ウエハ基板２を区画化したショット２０とパターンが形成されたレクチル１２との位置合わせがショット２０ごとに行れ、光源部１１、光学部１３および制御部１７によって、レクチル１２に形成されるパターンが各ショット２０に転写される。さらに、ステージ１４、駆動部１５、アライメントセンサ１６および制御部１７によって、前記区画化されたショット２０のうち、ウエハ基板２の位置合わせの微調整を行うためのショット２４に隣接するショット２０から、ウエハ基板２の移動距離が最短になる順序で、各ショット２０の位置合わせが行れる。

したがって、ウエハ基板２を載置するステージ１４の移動距離を最短にすることができ、位置合わせ時間を短縮することができる。さらに、ステージ１４の移動距離が最短になるので、移動誤差も最小限に抑えることができ、位置合わせ用のマークの誤認識を防止し、位置合わせ精度を向上することができる。すなわち、ウエハ基板２上に設けられるショット２０ごとに位置合わせを行うときの位置合わせ時間の短縮および位置合わせ精度の向上を図ることができる。したがって、位置あわせに時間がかかるばかりでなく装置が止まったり、誤認識して位置ずれ不良を起こすことがなくなり、歩留を落としたりしなくなるため、半導体素子２５を安定して生産することができる。

図３は、ショット２０の詳細を示す図である。ショット２０には、複数の半導体素子２５が形成され、それらの半導体素子２５はスクライブライン２３によって区切られている。

スクライブライン２３の幅は、微調アライメントターゲット２２の大きさに合わせた幅であり、微調アライメントターゲット２２の大きさが１００μｍ程度であれば、０．１ｍｍ程度の幅とすることができる。スクライブライン２３の幅を狭くすることができれば、各ショット２０に形成される半導体素子２５の数を増加させることができる。

たとえば、ウエハ基板２のサイズが５インチで、半導体素子２５のサイズが１ｍｍ^２であるとき、スクライブライン２３の幅を０．２ｍｍから０.１ｍｍに縮小した場合、ウエハ基板２に形成することができる半導体素子２５の数を約２０％増加がすることができ、半導体素子のＶＥ（Value Engineering）の向上を図ることができる。

図４は、投射露光装置１で実行されるアライメント処理の処理手順を示すフローチャートである。投射露光装置１に電源が投入され、動作可能状態になると、ステップＡ１に移る。

ステップＡ１では、ウエハ基板２を図示しない搬送ローダによってステージ１４にセットする。ステップＡ２では、制御部１７は、粗調アライメントターゲット２１を用いて、ウエハ基板２の粗調の位置合わせつまり大まかな位置合わせを行う。

ステップＡ３では、制御部１７は、微調位置合わせ用ショット２４に移動して、微調アライメントターゲット２２を用いて位置合わせを行い、露光する。ステップＡ４では、制御部１７は、微調位置合わせ用ショット２４に隣接するショット２０から順番に、位置合わせを行い、露光する。ステップＡ２〜ステップＡ４は、位置合わせ工程であり、ステップＡ４は、転写工程である。

ステップＡ５では、制御部１７は、レクチル１２のフィールドを換えて、対象とするショットについて、位置合わせおよび露光を行う。ステップＡ６では、ウエハ基板２を図示しない搬送ローダによって搬送し、カセットに戻し、アライメント処理を終了する。

このように、図４に示したアライメント方法のフローチャートにおいて、ステップＡ２〜ステップＡ４では、ウエハ基板２を区画化したショット２０とレクチル１２との位置合わせをショット２０ごとに行う。ステップＡ４では、レクチル１２に形成されるパターンを各ショット２０に転写する。さらに、ステップＡ２〜ステップＡ４では、前記区画化されたショット２０のうち、ウエハ基板２の位置合わせの微調整を行うためのショット２４に隣接するショット２０から、ウエハ基板２の移動距離が最短になる順序で、各ショット２０の位置合わせを行う。

したがって、本発明に係る位置合わせ方法を適用すれば、ウエハ基板２を載置するステージ１４の移動距離を最短にすることができ、位置合わせ時間を短縮することができる。さらに、ステージ１４の移動距離が最短になるので、移動誤差も最小限に抑えることができ、位置合わせ用のマークの誤認識を防止し、位置合わせ精度を向上することができる。すなわち、ウエハ基板２上に設けられるショット２０ごとに位置合わせを行うときの位置合わせ時間の短縮および位置合わせ精度の向上を図ることができる。したがって、半導体素子を安定して生産することができる。

さらに、各ショット２０は、各ショット２０の位置合わせを行うために用いられ、予め定める大きさ以下である微調アライメントターゲット２２が形成され、ステップＡ２〜ステップＡ４では、各ショット２０に形成された微調アライメントターゲット２２の位置に基づいて、各ショット２０の位置合わせを行う。したがって、微調アライメントターゲット２２の大きさを小さくすることができるので、ショット２０を区切るスクライブライン２３の幅を狭くすることができ、ウエハ基板２に形成する半導体素子２５の数を増やすことができる。

さらに、前記区画化されたショット２０のうちの予め定める数のショット２０は、微調アライメントターゲット２２よりも粗い精度で前記フォトマスクとの位置合わせを行うため粗調アライメントターゲット２１が形成される。ステップＡ２〜ステップＡ４では、前記予め定める数のショット２０に形成された粗調アライメントターゲット２１の位置に基づいて、ウエハ基板２の位置合わせを行った後に、各ショット２０に形成された微調アライメントターゲット２２の位置に基づいて、各ショット２０の位置合わせを行う。

すなわち、ウエハ基板２をステージ１４に載せたときに、粗調アライメントターゲット２１を用いて位置合わせを行うので、各ショット２０の位置ずれを小さくすることができ、各ショット２０での位置合わせの時間を短縮することができる。

本発明の実施の一形態であるアライメント方法が適用される投射露光装置１の概略の構成を示す図である。 ウエハ基板２に形成されるショット２０に対するアライメント方法を説明するための図である。 ショット２０の詳細を示す図である。 投射露光装置１で実行されるアライメント処理の処理手順を示すフローチャートである。 従来の技術による位置合わせ方法を示す図である。 ショット３０の詳細を示す図である。 従来の技術による位置合わせ方法の処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 投射露光装置
２ ウエハ基板
１１ 光源部
１２ レクチル
１３ 光学部
１４ ステージ
１５ 駆動部
１６ アライメントセンサ
１７ 制御部
２０，３０ ショット
２１，３１ 粗調アライメントターゲット
２２，３２ 微調アライメントターゲット
２３，３３ スクライブライン
２４，３４ 微調位置合わせ用ショット
２５，３５ 半導体素子

Claims (6)

1. ウエハ基板を区画化した区画とフォトマスクとの位置合わせを区画ごとに行う位置合わせ工程と、フォトマスクに形成されるパターンを各区画に転写する転写工程とを含む位置合わせ方法であって、
   位置合わせ工程では、前記区画化された区画のうち、ウエハ基板の位置合わせの微調整を行うための区画に隣接する区画から、ウエハ基板の移動距離が最短になる順序で、各区画の位置合わせを行うことを特徴とする位置合わせ方法。
2. 前記微調整を行うための区画は、前記区画化された区画のうち最も中心部に近い区画であることを特徴とする請求項１に記載の位置合わせ方法。
3. 前記各区画は、各区画の位置合わせを行うために用いられ、予め定める大きさ以下である位置合わせ用マークが形成され、
   前記位置合わせ工程では、各区画に形成された位置合わせ用マークの位置に基づいて、各区画の位置合わせを行うことを特徴とする請求項１または２に記載の位置合わせ方法。
4. 前記区画化された区画のうちの予め定める数の区画は、前記位置合わせ用マークよりも粗い精度で前記フォトマスクとの位置合わせを行うため第２の位置合わせ用マークが形成され、
   前記位置合わせ工程では、前記予め定める数の区画に形成された第２の位置合わせ用マークの位置に基づいて、前記ウエハ基板の位置合わせを行った後に、前記各区画に形成された位置合わせ用マークの位置に基づいて、各区画の位置合わせを行うことを特徴とする請求項３に記載の位置合わせ方法。
5. 前記ウエハ基板の移動距離が最短になる順序は、各区画の周囲に隣接する区画のうち、まだ位置合わせを行っていない区画のうちのいずれか１つの区画を順次選択する順序であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の位置合わせ方法。
6. パターンが形成されたフォトマスクと、
   ウエハ基板を区画化した区画とフォトマスクとの位置合わせを区画ごとに行う位置合わせ手段と、
   フォトマスクに形成されるパターンを各区画に転写する転写手段とを含む位置合わせ装置であって、
   位置合わせ手段は、前記区画化された区画のうち、ウエハ基板の位置合わせの微調整を行うための区画に隣接する区画から、ウエハ基板の移動距離が最短になる順序で、各区画の位置合わせを行うことを特徴とする位置合わせ装置。

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