JP3100842B2 - 半導体露光装置及び露光方法 - Google Patents

半導体露光装置及び露光方法

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JP3100842B2 JP06234479A JP23447994A JP3100842B2 JP 3100842 B2 JP3100842 B2 JP 3100842B2 JP 06234479 A JP06234479 A JP 06234479A JP 23447994 A JP23447994 A JP 23447994A JP 3100842 B2 JP3100842 B2 JP 3100842B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体露光装置（通称
ステッパ）及び露光方法に関し、特に高精度な露光を行
なうものに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ステッパで露光されるウエハ上
の、ステップアンドリピート動作により位置決めされる
各ショットのレイアウトは、そのステッパで露光される
サイズのレイアウト、例えば露光サイズが□２０ｍｍな
らば２０ｍｍピッチに配列されたレイアウトのみで作ら
れており、アライメント、フォーカスレベリング合せ、
露光等すべての動作は、このレイアウトをベースに行わ
れている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ステッ
パの露光サイズの大画面化が進んで来ている現在、ウエ
ハ上のステップアンドリピートの回数（通称ショット
数）が非常に少なくなって来ており、このようにショッ
ト数が少ないままアライメントやフォーカスレベリング
合せを行うと以下のような問題を生じる。
【０００４】第１に、アライメントは、現在、ＩＣやＬ
Ｓｉ等の生産性とアライメント精度との兼ねあいから、
グローバルアライメントと呼ばれる、ウエハ内の数ショ
ット（サンプルショット）の計測値からウエハ内のショ
ットの配列の位置を求め、これに基づいてウエハ内全シ
ョットのアライメントをする方法が用いられている。し
かしながら、ウエハ内のショット数が非常に少なくなる
と、サンプルショットの選択が制約されアライメント精
度が劣化するという問題がある。
【０００５】例えば、φ８”のウエハで、□５０ｍｍの
露光サイズのレイアウトを考えると、図１（ａ）のよう
に、ウエハ１上にショット２の数は１４ショット程度し
か配列されない。この場合、ウエハ外周辺のショットで
はウエハ１上の感光材の膜厚ばらつきやウエハ１の歪み
等の影響のためアライメントに用いる計測値に誤差を生
じやすいという条件を加えると、図１（ａ）のようにサ
ンプルショット４はウエハ１の中心近房の４ヶ所しか選
択できなくなる。ウエハ１の中心近房の４ヶ所だけのサ
ンプルショットにより、グローバルアライメントを行う
と、ウエハ１の中心近房で測定する各サンプルショット
間のスパンが短く、またサンプルショット数も４つと少
ないため、ウエハ１内のショット配列の倍率や回転の計
測値の精度劣化を生じる。サンプルショット４の間隔
（スパン）を大きくすることと、サンプルショット４の
数を多くすることが計測値の誤差を小さくすることにつ
ながるのである。
【０００６】第２に、フォーカスレベリング合せは、現
在、ウエハ１のいくつかのサンプルショットでウエハ全
体のレベリングを行ない、フォーカスだけは各ショット
で合わせるグローバルレベリング方法と、レベリングも
フォーカスも各ショットで合わせるダイバイダイレベリ
ングの２つの方法があるが、グローバルレベリング方法
では、レベリング合せは、アライメントと同じようにサ
ンプルショットのスパンが短いことやサンプルショット
数が少ないことが計測値の精度劣化を生じさせる。ま
た、ダイバイダイレベリング方法では、ウエハ１の周辺
ショットでフォーカスレベリングのための計測ができな
いショットがあると、１つ前のフォーカスレベリング値
の情報から、現在のショットのフォーカスレベリングを
する手法が考えられているが、この場合もショット数が
少ないレイアウトでは、１つ前のショットがあまりにも
離れすぎており、現在のショットを推測するにはあまり
にも誤差が大きくなるという欠点がある。
【０００７】本発明の目的は、このような従来技術の問
題点に鑑み、半導体露光装置及び露光方法において、露
光サイズが大きくても正確なグローバルアラオメントや
フォーカスレベリングが行なえるようにすることにあ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明では、１回の露光工程において、半導体基板のア
ライメントを行ない、半導体基板上の各ショト位置に対
して半導体基板をステップアンドリピート移動させなが
ら原版のパターンを各ショット位置において半導体基板
上に露光転写する際に、ステップアンドリピート動作に
おける半導体基板の各位置決め位置を示す配置データを
複数種類用いて１回の露光工程を行うようにしている。
【０００９】配置データは、露光のためのステップアン
ドリピート動作に用いるものに加え、例えば、半導体基
板のグローバルアライメントのための計測を行うための
ものおよび半導体基板のフォーカスレベリングのための
計測を行うためのものの２種類のうち少なくとも１種類
以上を含み、この場合、制御手段は、前記グローバルア
ライメントのための配置データまたはフォーカスレベリ
ングのための配置データに基づいて計測されたアライメ
ントデータまたはフォーカスレベリングデータを、露光
のためのステップアンドリピート動作の配置データ用に
補正して用いて露光を行う。
【００１０】
【作用】これによれば、半導体基板のグローバルアライ
メントのための計測を行うための配置データや半導体基
板のフォーカスレベリングのための計測を行うための配
置データとして、アライメントやフォーカスレベリング
を行なうための計測が正確に行なえるようなものを用意
し、このような配置データによりグローバルアライメン
トやフォーカスレベリングのための計測を行ない、この
計測値を、露光におけるグローバルアライメントやフォ
ーカスレベリングのためのデータに補正して用いること
により、露光におけるショット数が少ない場合であって
も、アライメントやフォーカスレベリングが正確に行な
われる。
【００１１】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。図１は、本発明の一実施例に係るステッパにおいて
露光されるショットのレイアウトを示す平面図であり、
図１（ａ）は１回の露光画面サイズの大きいステッパ
（大画面ステッパ）での露光レイアウト、図１（ｂ）は
１回の露光画面サイズの小さいステッパ（小画面ステッ
パ）での露光レイアウト、あるいはＩＣ、ＬＳＩ１個の
チップのレイアウトを示す。図中、１はウエハ、２は露
光画面サイズの大きいステッパでのショット、４は画面
サイズの大きいステッパでのレイアウトでのアライメン
トあるいはグローバルレベリングのためのサンプルショ
ット、３は露光画面サイズの小さいステッパでのショッ
トあるいはＩＣやＬＳＩのチップ、５は画面サイズの小
さいステッパあるいはＩＣやＬＳＩのチップのレイアウ
トでのアライメントあるいはグローバルレベリングのた
めのサンプルショットである。
【００１２】図１（ａ）は大画面ステッパのレイアウト
であるが、露光サイズを□５０ｍｍとし、ウエハ１の大
きさをφ８”とすると、例えば図１（ａ）のように１４
個のショット２が配置される。このレイアウトでグロー
バルアライメント、グローバルレベリング、およびダイ
バイダイレベリングのためのサンプルショットを選ぶ場
合、ウエハ周辺のショットでは、ウエハ１上の感光材の
膜厚のばらつきが大きく、またウエハ１の歪みが大きい
等の理由で、測定値に誤差を生じやすい。したがって、
このようなウエハ周辺のショットをサンプルショットか
ら除外してしまうと、図 1（ａ）に示すように、４個の
サンプルショット４しか選ぶことができない。また、こ
の４個のサンプルショット４の各々の中心間の距離（ス
パン）はウエハ１の大きさに比べ、非常に小さくなって
しまうため、サンプルショット４によりグローバルアラ
イメントやグローバルレベリング行ない、ウエハ１上の
全ショットの配列や傾きを決めると、誤差が大きくなっ
てしまう。
【００１３】ここで、図１（ｂ）のような小画面ステッ
パや、チップ１個単位でのレイアウトを考えると、前記
ウエハ１の周辺のショットを除外する条件を用いても、
サンプルショットとして数１０ショット選択することが
できる。また、ウエハ１の大きさに比べそれ程サンプル
ショットのスパンを小さくすることなくサンプルショッ
トを選ぶことができ、配列や傾きを決めるうえで誤差を
少なくすることができる。
【００１４】大画面ステッパと小画面ステッパを交互に
使用してＩＣやＬＳｉを作成する場合、小画面ステッパ
においても、グローバルアライメント等、大画面ステッ
パと同じ手順を踏むため、図１（ｂ）の小画面ステッパ
のレイアウトの各ショットには、グローバルアライメン
ト等のためのマークが配置されている。このマークを大
画面ステッパでも用いれば、大画面ステッパで小画面ス
テッパのレイアウトのサンプルショットを選択すること
ができる。これは、マークを検出する検出系の倍率や検
出方法を同じにすることで容易に可能である。
【００１５】また、大画面ステッパのために、別個にグ
ローバルアライメント等のためのマークのレイアウト
（ウェハ上のマークの座標）を作成したとしても上記と
同じ効果が得られ、この場合、小画面ステッパと交互で
使用しない場合でも同じ効果が得られる。
【００１６】図１（ｂ）のような小画面ステッパやチッ
プ単位でのレイアウトあるいは、前記別個に作成したウ
エハ上のマーク配置のレイアウトをグローバルアライメ
ント、グローバルレベリング、ダイバイダイレベリング
等のための測定に用い、その測定結果を図１（ａ）の露
光用のレイアウトのためのものに補正し、この補正値を
用いて露光用のレイアウトに従って露光することによ
り、大画面ステッパでも精度良いアライメント及びフォ
ーカスレベリング合せを行うことができる。
【００１７】図２はこの動作を示すフローチャートであ
る。ステッパにおいて、使用するレチクルの設定及び、
露光条件（フォーカス、露光量、レイアウト作成等）を
設定した後、実際の露光のシーケンスをスタートさせる
と（ステップ１０）、ウエハが搬送されてくるので、そ
のプリアライメントを行ない、ステッパのチャック上に
ウエハを載置する（１１）。チャックに置かれたウエハ
のグローバルなレベリング成分を測定しレベリングする
ため、フォーカスレベリング用のレイアウトにより測定
場所（サンプルショット）を決定し、これを用いてフォ
ーカスレベリングを行なうためのデータを測定計測し、
この計測値に基づきレベリングを行なう（ステップ１
２）。次に、グローバルアライメントを行うため、アラ
イメント用のレイアウトにより測定場所（サンプルショ
ット）を決め、それを用いて測定計測する（ステップ１
３）。これによって計測されたデータを露光用レイアウ
トにおけるものに置きかえる計算処理（ショット間隔、
ショット数等）を行ない、露光用レイアウトの各ショッ
トの配列位置を決める（ステップ１４）。このようにし
て決められた配列位置に従い、露光を開始する（ステッ
プ１５）。
【００１８】次に、露光するショットのフォーカスおよ
びレベリングのためのデータが計測できるかの判断、す
なわちウエハの周辺ショットのため計測できないかどう
かの判定を行ない（ステップ１６）、計測できるのであ
れば、計測値に従いフォーカスおよびレベリングのため
の駆動を行ない（ステップ１７）、そのショットを露光
する（ステップ２０）。計測できないショットであれ
ば、フォーカスレベリング用レイアウトを参照し、計測
できないショットの近傍のフォーカスレベリング用レイ
アウト上での代替ショットを選び、そのショットでフォ
ーカスおよびレベリングのための計測を行なう（ステッ
プ１８）。このようにして計測されたデータに基づき露
光用レイアウトで今露光しようとしているショットのフ
ォーカスおよびレベリングのための値を例えば、フォー
カス用の値はレベリングのデータからその傾きにより外
挿して求め、レベリング値はそのままの値を使用するこ
とにより求め、得られた値に基づきフォーカスレベリン
グのための駆動を行なう（ステップ１９）。そして露光
を行なう（ステップ２０）。
【００１９】以上のステップ１６〜２０の手順をウエハ
の全ショットについて行ない、終了すれば、ウエハを搬
出する（ステップ２２）。また、ステップ１１〜２２の
手順を全ウエハで行い、全ウエハについての終了する
（２４）。
【００２０】上記フローにおいて、ステップ１１〜１２
をステップ１４と１５との間に入れることができると
か、いろいろな組合せが考えられる。本発明は上記フロ
ーのみに限定しているわけではない。本発明の目的は、
露光用のレイアウト、アライメント用レイアウト、フォ
ーカスレベリング用レイアウトと露光用レイアウト以外
に必要に応じて異なるレイアウトを作成し、ウエハを露
光する段階で有効活用すると言うことが主の目的であ
る。このような、範囲において、適宜変更して実施する
ことができる。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ウ
エハを露光する際に、露光用レイアウト（配置データ）
の他に、アライメント用レイアウト、フォーカスレベリ
ング用レイアウト等の必要に応じたレイアウトを作成
し、露光の際に有効活用することにより、アライメント
やフォーカスレベリング等の精度良い露光が可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例に係るステッパにおいて露
光されるショットのレイアウトを示す平面図である。
【図２】 図１のようなレイアウトを用いた場合におけ
る動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１：ウエハ、２：露光画面サイズの大きいステッパでの
ショット、３：露光画面サイズの小さいステッパでのシ
ョット、４：サンプルショット、５：サンプルショッ
ト。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 7/20

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 １回の露光工程において、半導体基板の
    アライメントを行ない、半導体基板上の各ショト位置に
    対して半導体基板をステップアンドリピート移動させな
    がら原版のパターンを各ショット位置において半導体基
    板上に露光転写する半導体露光装置において、ステップ
    アンドリピート動作における半導体基板の各位置決め位
    置を示す配置データを複数種類用いて１回の露光工程を
    行う制御手段を具備することを特徴とする半導体露光装
    置。
  2. 【請求項２】 配置データは、露光のためのステップア
    ンドリピート動作に用いるものに加え、半導体基板のグ
    ローバルアライメントのための計測を行うためのものお
    よび半導体基板のフォーカスレベリングのための計測を
    行うためのものの２種類のうち少なくとも１種類以上を
    含み、制御手段は、前記グローバルアライメントのため
    の配置データまたはフォーカスレベリングのための配置
    データに基づいて計測されたアライメントデータまたは
    フォーカスレベリングデータを露光のためのステップア
    ンドリピート動作の配置データ用に補正して用いて露光
    を行うことを特徴とする請求項１記載の半導体露光装
    置。
  3. 【請求項３】 １回の露光工程において、半導体基板の
    アライメントを行ない、半導体基板上の各ショト位置に
    対して半導体基板をステップアンドリピート移動させな
    がら原版のパターンを各ショット位置において半導体基
    板上に露光転写する露光方法において、ステップアンド
    リピート動作における半導体基板の各位置決め位置を示
    す配置データを複数種類用いて１回の露光工程を行うこ
    とを特徴とする露光方法。
  4. 【請求項４】 配置データは、露光のためのステップア
    ンドリピート動作に用いるものに加え、半導体基板のグ
    ローバルアライメントのための計測を行うためのものお
    よび半導体基板のフォーカスレベリングのための計測を
    行うためのものの２種類のうち少なくとも１種類以上を
    含み、前記グローバルアライメントのための配置データ
    またはフォーカスレベリングのための配置データに基づ
    いて計測されたアライメントデータまたはフォーカスレ
    ベリングデータを露光のためのステップアンドリピート
    動作の配置データ用に補正して用いて露光を行うことを
    特徴とする請求項３記載の露光方法。
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