JP3499118B2 - ウエハの位置出し方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造におけ
るホトリソ工程でマスクまたはレチクルとウエハとの位
置を調整するための、ウエハの位置出し方法に関するも
のである

【０００２】

【従来の技術】半導体製造工程の１つであるホトリソ工
程では、等倍投影露光装置や縮小投影露光装置等を用い
てマスクやレチクルのパタンをウエハ（基板）に転写す
る。この転写において、円板状のウエハ表面の第１層に
パタンを転写する時には、円板の端部が直線状に切欠か
れて形成されたオリエンテーションフラット（以下、オ
リフラという）に対して規則正しく転写する必要があ
る。これは、基板の結晶方向がオリフラの方向にならっ
ており、チップ分割時の欠け等の障害からウエハを保護
するためと、製造工程においてそのオリフラを基準にし
てウエハ上の位置を推定してから、検査を繰り返すため
である。図２（ａ），（ｂ）は、従来の転写対象のウエ
ハを示す平面図である。等倍投影露光装置等にセットさ
れるマスクには、図２（ａ）のような転写対象のウエハ
１の中心Ｏ₁ の周辺にデバイスチップが最も多く、か
つ、それらが、ウエハ１の中心線３に対してＸ方向とＹ
方向に規則正し配列されるように、パタン２が描画され
ている。従来、等倍投影露光装置を用いてマスクのパタ
ン２をウエハ１に転写する場合には、後述する縮小投影
露光装置等で予め作成したパタン付きの基準ウエハを利
用して、転写対象のウエハ１とマスクとの位置出しを行
っていた。

【０００３】例えば、基準ウエハと転写対象のウエハ１
とをオリフラ位置を揃えてカセットに収納しておき、基
準ウエハを等倍投影露光装置へ搬送し、該基準ウエハの
パタン２と重なるようにマスクの位置調整（アラインメ
ント）をする。このマスクのアラインメントが終了した
後、転写対象のウエハ１を順次搬送して、第１層目の転
写を行っていく。一方、縮小投影露光装置にセットされ
るレチクルには、ウエハ１に対して、図２（ｂ）のよう
に複数回、縮小して転写されるパタン４が形成されてい
る。つまり、縮小投影露光装置がステッパとして用いら
れ、レチクルのパタン４が縮小されてウエハ１上に連続
的に転写（ショット）される。この縮小投影露光装置を
ステッパとして用いる場合には、以下のようにな方法で
レチクルとウエハ１との位置出しを行っていた。即ち、
縮小投影露光装置におけるウエハステージ上のウエハチ
ャックにウエハ１を吸着させる前に、該ウエハステージ
とは独立したプリアラインメント機構によって、ウエハ
１のオリフラ位置を調整する。ウエハ１の位置の調整を
行った後、そのウエハ１をウエハステージに搬送してウ
エハチャックに吸着させ、露光によってレチクルのパタ
ン４をウエハ１に転写する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
マスクまたはレチクルとウエハとの位置出し方法では、
次のような課題があった。等倍投影露光装置等でパタン
を転写する場合、転写対象のウエハ１の中心Ｏ₁ の周辺
にデバイスチップが最も多く、かつ、それらがウエハ１
の中心線３に対してＸ方向とＹ方向に規則正し配列され
るように、基準ウエハが用いられるが、この基準ウエハ
は、製品毎に用意する必要があるばかりでなく、破損等
を想定して予備を常に確保する等の管理が必要であっ
た。一方、縮小投影露光装置をステッパとして用い、レ
チクルのパタン４を縮小してウエハ１に転写（ショッ
ト）する場合、ショットサイズと座標値を入力して露光
ファイルを作成しておき、その露光ファイルに基づき、
ウエハ１をＸ方向とＹ方向に移動させつつショットを繰
り返し、パタン４をウエハ１上に配列する。ところが、
搬送系のずれ等によってオリフラの角度がずれてしま
い、図２（ｂ）のように、ウエハ１に転写される各パタ
ン４に回転成分θが表れ、斜めになった状態でそれそれ
転写される可能性があった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記課題のうちのマスク
とウエハとの位置出し方法の課題を解決するために、本
発明のうちの第１の発明は、転写用のパタンが描画され
たマスクを支持する支持部と、ウエハを載せるウエハス
テージと、ウエハステージまたは支持部に設けられ、ウ
エハステージまたは該支持部を動かしてウエハとマスク
との相対位置を調整する位置調整機構とを有し、マスク
に対する露光によってパタンをウエハに転写する投影露
光装置に対し、パタンが転写される概ね円形の面とこの
円形の面の端部が直線的に切欠かれて形成されて方向性
を示すオリフラとを有する板状のウエハをウエハステー
ジに乗せ、位置調整機構によって、ウエハとマスクとの
間の相対位置をオリフラの位置に基づいて調整するウエ
ハの位置出し方法において、次のような方法を講じてい
る。即ち、マスクには、ウエハの面の中心に相当する位
置を中心座標としてパタンを描画す ると共に、長さが円
形の直径よりも短く、かつ、オリフラに相当する長さよ
りも長く、垂直二等分線が中心座標を通るラインで描画
しておく。そして、ウエハとマスクとの間の相対位置を
調整するときには、ラインの両端がウエハの面の円弧と
一致すると共に、そのラインがオリフラに平行になるよ
うに調整を行うようにしている。

【０００６】第２の発明は、転写用のパタンが描画され
たマスクを支持する支持部と、ウエハを載せるウエハス
テージと、ウエハステージまたは支持部に設けられ、ウ
エハステージまたは支持部を動かしてウエハとマスクと
の相対位置を調整する位置調整機構とを有し、マスクに
対する露光によってパタンをウエハに転写する投影露光
装置に対し、パタンが転写される概ね円形の面とこの円
形の面の端部が直線的に切欠かれて形成されて方向性を
示すオリフラとを有する板状のウエハをウエハステージ
に乗せ、位置調整機構によって、ウエハとマスクとの間
の相対位置をオリフラの位置に基づいて調整するウエハ
の位置出し方法において、次のような方法を講じてい
る。即ち、マスクには、ウエハの面の中心に相当する位
置を中心座標としてパタンを描画すると共に、ウエハの
オリフラを平行に挟み、かつ、垂直２等分線がそれぞれ
中心座標を通る平行な目盛り付きの２本のラインで描画
しておく。そして、ウエハとマスクとの間の相対位置を
調整するときには、２本のラインがオリフラを挟み、か
つ、目盛りを利用して垂直二等分線がオリフラを２等分
するように調整を行うようにしている。

【０００７】第１及び第２の発明によれば、マスクに
は、転写するパタンの他にオリフラに対応するラインが
描画される。このラインとオリフラの位置が観察され
て、マスクとウエハとの位置の調整が行われる。従っ
て、前記課題を解決できるのである。

【０００８】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態） 図１（ａ），（ｂ）は、本発明の第１の実施形態のマス
クとウエハとの位置出し方法で用いるマスクとウエハの
要部を示す平面図であり、同図（ａ）はマスクを示し、
同図（ｂ）はウエハを示している。図１（ａ）のマスク
１０は、等倍投影露光装置にセットされるものであり、
該マスク１０には、図１（ｂ）の転写対象のウエハ２０
に転写するためのパタン１１が描画されている。パタン
１１は、ウエハ２０の中心Ｏ₂₀の周辺１２に最も多くの
デバイスチップが配置され、かつ、ウエハ２０のＸ方向
の中心線２０ｘと該Ｘ方向に垂直なＹ方向の中心線２０
ｙに対して該デバイスチップが規則正しくパタンが転写
されるように、マスク１０におけるウエハ２０の中心Ｏ
₂₀に相当する位置を中心座標として描画されている。こ
のようなマスク１０に対して、予め、直線でライン１３
を描画しておく。ライン１３の長さは、円板状のウエハ
２０の一端が切欠いて形成されたオリフラ２１よりも長
く、かつ、ウエハ２０の直径よりも短い。また、このラ
イン１３の垂直二等分線が中心座標を通る共に、該ライ
ン１３と中心座標との距離が、オリフラ２１と中心Ｏ₂₀
との距離よりも近くになるように描画しておく。

【０００９】図３は、等倍投影露光装置の要部を示す斜
視図である。この等倍投影露光装置は、シャフト３１に
沿って移動するインプットアーム３２と、ウエハ２０の
位置を予め調整するプリアラインメント機構３３と、一
端が回転自在に固定され、円運動でその位置調整が終了
したウエハ２０を移動させるロードアーム３４と、該ロ
ードアーム３４からウエハ２０を受け取るカルーセルア
ーム３５とを、有している。カルーセルアーム３５は、
等倍投影露光装置の筐体４０に回転自在に取り付けられ
けている。このカルーセルアーム３５は、ウエハ２０を
持って回転させるハンド部３５ａとそのハンド部３５ａ
を回転させる軸部３５ｂとで構成されている。

【００１０】筐体４０は、概ね直方体で構成され、その
一外面には、ウエハ２０のパタン形成面を吸着してセッ
トするためのウエハチャック部４１が設けられている。
ウエハチャック部４１は、ウエハ２０の位置を調整する
ために回転自在に筐体４０に取り付けられた円板状のウ
エハステージ４１ａを有している。ウエハステージ４１
ａの中心とそれに対応する筐体４０の位置には、ウエハ
２０へ光を通すための孔４２が開口されている。筐体４
０のウエハチャック部４１の近傍には、ウエハステージ
４１ａを回転させると共に平行移動させてウエハの位置
調整を行う位置調整機構部４３が配置されている。筐体
４０のウエハチャック部４１とは反対の外面には、マス
ク１０をセットするためのマスクステージ部４４が設け
られている。マスクステージ部４４も回転自在に筐体４
０に取り付けられている。そのマスクステージ部４４の
中心部分と筐体４０の対応する位置には、光を通すため
の孔４５が開口されている。マスクステージ部４４の近
傍には、該マスクステージ部４４にセットされたマスク
１０の位置調整を行うために、マスクステージ部４４を
回転と平行移動させる位置調整機構部４６が設けられて
いる。

【００１１】次に、図３の等倍投影露光装置で、ウエハ
２０にマスク１０に描画されたパタンを転写する手順を
説明する。図示しないカセットに、任意数の転写対象の
ウエハ２０をオリフラ２１の位置を揃えて収容しておく
と共に、マスクステージ部４４には、マスク１０をセッ
トしておく。そして、ウエハ２０を一枚づつ、カセット
から搬出する。カセットから搬出された最初のウエハ２
０は、インプットアーム３２上に乗せられてシャフト３
１に沿って移動し、プリアラインメント機構３３に運ば
れる。このプリアラインメント機構３３によって、ウエ
ハ２０のオリフラ２１の位置出しが行われる。位置出し
の終了したウエハ２０は、ロードアーム３４に乗せられ
てカルーセルアーム３５に渡される。カルーセルアーム
３５のハンド部３５ａが回転し、さらに、軸部３５ｂが
カルーセルアーム３５全体を回転させることにより、ウ
エハ２０がウエハチャック部４１ａに接触し、該ウエハ
チャック部４１ａにより該ウエハ２０が吸着される。こ
の状態で、ウエハ２０とマスク１０との位置出しを行
う。

【００１２】ウエハ２０とマスク１０の位置出しは、ウ
エハ２０のオリフラ２１のイメージとマスク１０に描画
されたライン１３とが平行になるように、マスクステー
ジ部４４を回転させると共に、該ライン１３の両端１３
ａ．１３ｂが、ウエハ２０の円周上に来るように、マス
クステージ部４４を平行移動させる。このにように、両
端１３ａ．１３ｂがウエハ２０の円周上に来ることで、
マスク１０に描画されたパタンの中心座標が、ウエハ２
０の中心Ｏ₂₀に一致することになる。マスク１０とウエ
ハ２０との位置出しが終了した時点で、マスク１０に対
する露光が行われ、孔４５，４２を介してウエハ２０に
光が透過し、該ウエハ２０にマスク１０上のパタン１１
が転写される。２枚目以降のウエハ２０も、同様にし
て、ウエハステージ４１ａに吸着されるが、既に、マス
ク１０の位置はウエハ２０のオリフラ２１に対応して適
切に位置されているので、そのまま露光が行われて、該
ウエハ２０にマスク１０上のパタン１１が転写される。
以上のように、この第１の実施形態では、マスク１０に
ライン１３を描画しておき、セットされたマスク１０と
ウエハ２０のイメージとを観察してライン１３に基づい
てマスク２０の相対位置を調整するようにしたので、従
来のように基準ウエハを用いなくても、マスク１０とウ
エハ２０との位置調整が可能になる。そのため、基準ウ
エハを作成する手間が合理化できると共に、該基準ウエ
ハの予備を常に準備しておく等の管理が不要になる。

【００１３】（第２の実施形態） 図４は、本発明の第２の実施形態を示すマスクの平面図
である。このマスク５０は、第１の実施形態と同様の等
倍投影露光装置にセットされるものであり、転写対象の
ウエハ２０に対して転写するパタン５１が描画されてい
る。このパタン５１は、パタン５１の中心座標Ｏが、ウ
エハ２０の中心Ｏ₂₀になるように描画されている。この
ようなマスク５０に、さらに、ウエハ２０のオリフラ２
１を挟むような位置に、２本の直線ライン５２，５３を
平行に描画しておく。各ライン５２，５３の垂直二等分
線は中心座標Ｏを通ると共に、各ライン５２，５３に
は、図示しない目盛りをそれぞれ付しておく。これらの
目盛りは、各ライン５２，５３及びオリフラ２１の長さ
を、中心座標Ｏを通る中心線５４に対して均等に振り付
けるために、設けられている。

【００１４】前述の第１の実施形態では、長さが設定さ
れたマスク１０のライン１３をウエハ２０のオリフラ２
１のイメージに平行に調整すると共に、外周のイメージ
にラインの両端１３ａ，１３ｂを合わせていたが、この
第２の実施形態では、マスク５０とウエハ２０との位置
出しを行うときに、次のようにして行う。まず、カセッ
トに、任意数の転写対象のウエハ２０をオリフラ２１の
位置を揃えて収容し、マスクステージ部４４にはマスク
５０をセットし、最初のウエハ２０を搬出してウエハチ
ャック部４１にウエハ２０を吸着させるまでは、第１の
実施形態と同様である。この状態でウエハ２０とマスク
５０との位置出しを行う。ウエハ２０のイメージを観察
し、オリフラ２１のイメージがマスク５０のライン５
２，５３に平行になるようにマスクステージ部４４を回
転させる。さらに、オリフラ２１のイメージが、中心線
５４によって二等分されるように、目盛りを用いてマス
クステージ部４４またはウエハステージ４１ａをＸ方向
とＹ方向に移動させる。このにように、マスク５０とウ
エハ２０との相対位置を調整する事により、マスク５０
に描画されたパタン５１の中心座標Ｏが、ウエハ２０の
中心Ｏ₂₀に一致することになる。

【００１５】マスク５０とウエハ２０との位置出しが終
了した時点で、マスク５０に対する露光が行われ、孔４
５，４２を介してウエハ２０に光が透過し、該ウエハ２
０にマスク５０上のパタン５１が転写される。以上のよ
うに、この第２の実施形態では、マスク５０にライン５
２，５３を描画しておき、セットされたマスク５０とウ
エハ２０とを観察してライン５２，５３に基づいてマス
ク５０の相対位置を調整するようにしたので、第１の実
施形態と同様に、基準ウエハを用いなくてもマスク５０
とウエハ２０との位置出しが可能になる。そのため、基
準ウエハを作成する手間が合理化できると共に、該基準
ウエハの予備を常に準備しておく等の管理が不要にな
る。

【００１６】（参考例） 図５は、本発明の参考例を示すレチクルの平面図であ
る。このレチクル６０は、ステッパとして用いられる縮
小投影露光装置にセットされるものであり、転写対象の
ウエハ２０に対して連続的に転写するパタン６１が描画
されている。このようなレチクル６０には、さらに、マ
スク２０とそのパタン６１の傾きを補正するために、ウ
エハ２０に複数転写されるパタン６１の配列の方向と一
致するような、直線ライン６２を描画しておく。図６
は、縮小投影露光装置の要部を示す斜視図である。この
縮小投影露光装置は、ウエハ２０を回転させてオリフラ
２１の位置出しを行うプリアラインメント部７１と、プ
リアラインメント部７１から搬送されたウエハ２０を乗
せるウエハステージ７２と、該ウエハステージ７２上に
設けられ、ウエハ２０を吸着するウエハチャック７３
と、該ウエハステージ７２に設けられ、ウエハチャック
７３をＸ方向及びＹ方向に移動させる駆動部７４ａ，７
４ｂとを備えている。ウエハチャック７３の上方に、レ
ンズ７５とレチクル６０をセットするレチクルステージ
部７６が配置されている。レチクルステージ部７６に
は、位置調整機構である駆動部７７ａ，７７ｂ，７７ｃ
が設けられている。これらの駆動部７７ａ，７７ｂ，７
７ｃは、レチクルステージ７６をＸ方向、Ｙ方向に移動
させると共に、回転させるものでる。

【００１７】このような構成の縮小投影露光装置を用
い、ウエハ２０にレチクル６０のパタン６１を転写する
場合、レチクル６０をレチクルステージ部７６にセット
すると共に、ウエハ２０をウエハステージ７２上に載せ
て該ウエハ２０をウエハチャック７３に吸着させるが、
ウエハチャック７３にウエハ２０を吸着する前に、プリ
アラインメント部７１でウエハ２０に対するオリフラ２
１の事前の位置出しを行う。位置出しを終了したウエハ
２０を搬送してウエハチャック７３に吸着させる。この
状態で、ウエハ２０のオリフラ２１のイメージとライン
６２との距離Ｅ１，Ｅ２を観察し、オリフラ２１とライ
ン６２が平行でない場合（Ｅ１≠Ｅ２）には、駆動部７
７ａ，７７ｂ，７７ｃを用いてレチクルステージ部７６
を回転させ、レチクル６０のウエハ２０に対する位置を
調整し、平行をとる。オリフラ２１とライン６２が平行
になった状態で、レチクル６０に対する露光と、ショッ
トサイズと座標値とに基づく露光ファイルにしたがった
ウエハ２０の移動とを繰り返し、パタン６１をウエハ２
０に複数回転写する。

【００１８】以上のように、この参考例では、レチクル
６０にライン６２を描画しているので、ウエハステージ
７２にウエハ２０がセットされた状態でも、ウエハ２０
のオリフラ２１に対するレチクル６０の位置調整が可能
になり、パタン６１が回転成分θを持たない状態でウエ
ハ２０に転写できる。なお、本発明は、上記実施形態等
に限定されず種々の変形が可能である。例えば、等倍投
影露光装置及び縮小投影露光装置の構成は、図３及び図
６の構成に限定されない。また、マスク１０或いはレチ
クル６０に描画するライン１３，６２は、ウエハ２０の
オリフラ２１のイメージとの位置関係が調整が可能であ
れば、直線で形成しなくてもよい。

【００１９】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、第１の発明
によれば、マスクに、転写するパタンの他にオリフラに
対応するラインを描画しておき、このラインとオリフラ
との位置の観察して、マスクとウエハとの位置の調整を
行うようにしたので、ウエハに１層目のパタンを転写す
る際に、基準ウエハが不要となり、この基準ウエハの作
成の手間が省略できると共に、該予備の基準ウエハを確
保する等の管理が不要になる。特に、この第１の発明で
は、垂直二等分線が中心座標を通るラインを描画してお
き、このラインの両端がウエハの面の円弧と一致するよ
うに調整を行うので、ウエハとマスクとの回転方向の位
置合わせに加え、ウエハの中心とマスクに描画されたパ
タンの中心との位置合わせを、マスクに描画されたライ
ンを用いて行うことが可能となり、ウエハとマスクとの
位置合わせの精度を向上させることが可能となる。第２
の発明によれば、垂直２等分線が中心座標を通る平行な
目盛り付きの２本のラインを描画しておき、この２本の
ラインがオリフラを挟み、かつ目盛りを利用して垂直二
等分線がオリフラを２等分するように調整を行うので、
第１の発明とほぼ同様に、基準ウエハが不要となり、ウ
エハとマスクとの位置合わせの精度を向上させることが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態のマスクとウエハとの
位置出し方法で用いるマスクとウエハの要部を示す平面
図である。

【図２】従来の転写対象のウエハを示す平面図である。

【図３】等倍投影露光装置の要部を示す斜視図である。

【図４】本発明の第２の実施形態を示すマスクの平面図
である。

【図５】本発明の参考例を示すレチクルの平面図であ
る。

【図６】縮小投影露光装置の要部を示す斜視図である。

【符号の説明】

１０，５０ マスク １１，５１，６１ パタン １３，５２，５３，６２ ライン ２０ ウエハ ２１ オリフラ４１ａ ，７２ ウエハステージ ４３，４６ 位置調整機構部 ７７ａ〜７７ｃ 駆動部（位置調整機構）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−297109（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−97026（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−323575（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−128347（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−288210（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−112322（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 9/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 転写用のパタンが描画されたマスクを
   支持する支持部と、ウエハを載せるウエハステージと、
   前記ウエハステージまたは前記支持部に設けられ、該ウ
   エハステージまたは該支持部を動かして前記ウエハと前
   記マスクとの相対位置を調整する位置調整機構とを有
   し、前記マスクに対する露光によって前記パタンを前記
   ウエハに転写する投影露光装置に対し、 前記パタンが転写される概ね円形の面とこの円形の面の
   端部が直線的に切欠かれて形成されて方向性を示すオリ
   エンテーションフラットとを有する板状の前記ウエハを
   前記ウエハステージに乗せ、 前記位置調整機構によって、前記ウエハと前記マスクと
   の間の相対位置を前記オリエンテーションフラットの位
   置に基づいて調整するウエハの位置出し方法において、 前記マスクには、前記ウエハの面の中心に相当する位置
   を中心座標として前記パタンを描画すると共に、長さが
   前記円形の直径よりも短く、かつ、前記オリエンテーシ
   ョンフラットに相当する長さよりも長く、垂直二等分線
   が前記中心座標を通るラインを描画しておき、 前記ウエハと前記マスクとの間の前記相対位置を調整す
   るときには、前記ラインの両端が前記ウエハの面の円弧
   と一致すると共に、前記ラインが前記オリエンテーショ
   ンフラットに平行になるように前記調整を行うことを特
   徴とするウエハの位置出し方法。
2. 【請求項２】 転写用のパタンが描画されたマスクを支
   持する支持部と、ウエハを載せるウエハステージと、前
   記ウエハステージまたは前記支持部に設けられ、該ウエ
   ハステージまたは該支持部を動かして前記ウエハと前記
   マスクとの相対位置を調整する位置調整機構とを有し、
   前記マスクに対する露光によって前記パタンを前記ウエ
   ハに転写する投影露光装置に対し、 前記パタンが転写される概ね円形の面とこの円形の面の
   端部が直線的に切欠かれて形成されて方向性を示すオリ
   エンテーションフラットとを有する板状の前記ウエハを
   前記ウエハステージに乗せ、 前記位置調整機構によって、前記ウエハと前記マスクと
   の間の相対位置を前記オリエンテーションフラットの位
   置に基づいて調整するウエハの位置出し方法において、 前記マスクには、前記ウエハの面の中心に相当する位置
   を中心座標として前記パタンを描画すると共に、前記ウ
   エハのオリエンテーションフラットを平行に挟み、か
   つ、垂直２等分線がそれぞれ該中心座標を通る平行な目
   盛り付きの２本のラインを描画しておき、 前記ウエハと前記マスクとの間の前記相対位置を調整す
   るときには、前記２本のラインが前記オリエンテーショ
   ンフラットを挟み、かつ、前記目盛りを利用して前記垂
   直二等分線が該オリエンテーションフラットを２等分す
   るように前記調整を行うことを特徴とするウエハの位置
   出し方法。