JPH01194322A - 半導体焼付装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、半導体メモリや演算装置等の高密度集積回路
チップの製造の際に用いる回路パターンの焼付をする装
置に関する。

［従来技術］ 従来、この種の半導体焼付装置いわゆるステッパで焼付
を行なうには、焼付けるべき回路パターンが描かれたマ
スクまたはレチクル（以下、レチクルと呼ぶ）を装置本
体にセットしてレチクルアライメントを行なうことが必
要である。そして、レチクルアライメントの後、先ず第
ルイヤ（第１マスク工程）の焼付を行なう。次いで、第
２レイヤ以降についてレチクルのセットおよびアライメ
ントを行ない、ウェハとレチクルとのアライメントを行
ないつつパターンを焼付けていく。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、上述したレチクルアライメントは通常、予め
装置本体に設けられたレチクルセットマークとレチクル
上に設けられたレチクルアライメントマークとを検知し
、そのずれ量を計測して、これらのマーク間のずれ量が
所定のトレランス（許容値）内に納まるように、レチク
ルを保持しているレチクルステージを駆動することによ
り行なわれる。

しかしながら、このようなレチクルアライメントにおい
ては、上記のずれ量計測の誤差は十分小さく、かなりの
精度で計測が行なえるにもかかわらず、レチクル駆動時
のメカ的な誤差等が起因してレチクルのセット誤差が残
存してしまう。具体的にこのセット誤差の原因としては
、■レチクルアライメントに所定のトレランスが存在す
ること、■レチクルステージ駆動機構にバックラッシュ
および遊びがあること、等がある。

一方、従来よりアライメント方式としては、いわゆるＴ
ＴＬ　　ｏｎ　　ＡＸＩＳと、ｏｆｆ　　ＡＸＩＳとが
ある。これらを簡単に説明すると、先ずＴＴＬ　　ｏｎ
　　ＡＸＩＳとはレチクルとウェハとを同時に観察して
クエへのアライメントを行なっていく方式である。また
、ｏｆｆ　　ＡＸＩＳとは、レチクルは装置本体に付さ
れた第１の装置基準に合せておき、ウェハアライメント
の際に、投影レンズまたはオフアキシスのアライメント
光学系を介してウェハはその第１の基準と所定の関係に
ある第２の装置基準に合せる（または第２の装置基準と
の偏差を計測する）ことにより、クエへのアライメント
を行なっていく方式である。さらに、アライメントモー
ドとして、グローバルにウェハのステップ量を補正する
グローバルアライメントと各ショット毎に補正をするダ
イバイダイアライメントがある。

このようなアライメントの方式のそれぞれについて、上
述したレチクルのセット（保持）誤差がどのように影響
するかを説明する。

先ず、どの方式を採ったとしてもウェハアライメントの
際には、レチクルの回転方向のθは固定されている。レ
チクル上のマークのスパンが短くさらに駆動のメカニズ
ムの上においてもバックラッシュ、遊び等があるために
、レチクルはθ固定としているのである。従って、ＴＴ
Ｌ　　ｏｎＡＸＩＳまたはｏｆｆ　　ＡＸＩＳ（７）ど
ちらの方式を採ったとしても、またアライメントモード
としてグローバルまたはダイバイダイのどちらを採った
としても、上述したレチクルのセット誤差のうち回転方
向成分の誤差はウェハアライメントに影響を与え、アラ
イメント精度の劣化を引暫起こす。

レチクルのセット誤差のうちＸＹ方向（シフト成分）の
誤差は、ＴＴＬ　　ｏｎ　　ＡＸＩＳではウェハアライ
メント時に補正されるので問題はない。しかし、ｏｆｆ
　　ＡＸＩＳではレチクルは既に第１の装置基準に合せ
られていることを前提としてウェハアライメントが行な
われるため、レチクルのシフト成分誤差もウェハアライ
メントに影響を与え精度の劣化を引き起こす。

さらに、レチクルセット時に誤差ゼロでレチクルがセッ
トされたとしても、熱等の影響により保持姿勢が変化し
、誤差が発生する場合がある。このような場合にもウェ
ハアライメントの精度が劣化する。

本発明は、上述の従来形における問題点に鑑み、メカ的
にゼロに追い込みきれずに残存するレチクルのセット誤
差がある場合であっても、この影響を受けることなくレ
チクルとウェハとのアライメント精度を向上させること
のできる半導体焼付装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するため、本発明に係る半導体焼付装
置は、レチクル等の基板上に描かれたパターンを投影光
学系を介してウェハ等の被露光体上に投影する半導体焼
付装置において、その基板の装置への保持誤差（セット
誤差）を検知し、−方被露光体については該被露光体上
に付されたマークの位置を検知し、これらの保持誤差お
よび被露光体上のマーク位置に基づいて被露光体を載置
しているステージの位置補正制御を行なうこととしてい
る。

［作　用］ 上記の構成によれば、基板の装置本体へのセット誤差と
被露光体の位置の情報に基づきステージの位置補正がな
されるため、チップローティジョンおよびＸＹ方向の誤
差のない焼付けができる。

［実施例］ 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。なお、こ
こでは主としてＴＴＬ　　ｏｆｆＡＸＩＳでグローバル
アライメントモ・−ドの例を説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る半導体焼付装置のア
ライメント光学系を示す構成図である。

先ず、レチクルアライメントの説明をする。同図におい
て、レーザ発生装置５で発生したレーザ光は、ミラーお
よびレンズを介してポリゴンミラー６に至る。ポリゴン
ミラー６は所定の角速度で回転しており、こねによりレ
ーザ光の走査が行なわれる。ポリゴンミラー６からの走
査レーザ光はビームスプリッタ１１で反射し、ダハプリ
ズム８で左右２つの光路に分割される。そして、分割さ
れた走査レーザ光はそれぞれビームスプリッタ１４で反
射し、対物レンズおよび対物ミラー等を介してレチクル
１上のレチクルアライメントマーク１６を走査する。さ
らに、レチクル１を透過した光は予め装置本体に固着さ
れたレチクルセットマーク１７を走査する。

レチクルアライメントマーク１６およびレチクルセット
マーク１７かうの反射光は左右それぞれもと来た光路を
逆進し、ビームスプリッタ１４に至り、これを透過して
光検知器（フォトダイオード）７に入射する。なお、ビ
ームスプリッタ１４から光検知器７までの部材は紙面の
右側のもののみ図示し、左側のビームスプリッタ１４か
らのものは省略しである。光検知器７への入射と同時に
、これらのレチクルアライメントマーク１６およびレチ
クルセットマーク１７からの光は、ビームスプリッタ１
４で反射、し、ダハプリズム８を介してビームスプリッ
タ１１に至り、これを透過する。そして、レンズ１５お
よび長手のプリズムを介してＣＣＤカメラ１２に入射す
る。

以上のように、レチクル１上のレチクルアライメントマ
ーク１６および装置本体に固着されたレチクルセットマ
ーク（第１の装置基準）１７の像は、ＣＣＤカメラ１２
により左右のマーク像が合成された画像情報として取込
むことができる。また、走査レーザ光を照射した際のマ
ークからの反射光の強度を光検知器７′″Ｑ検知するこ
とがで診る。そして、このようにして得た反射光のデー
タからレチクルアライメントマーク１６とレチクルセッ
トマーク１７とのずれ量を算出し、不図示のレチクルス
テージを駆動してレチクルのセットを行なう。

一方、第１図の装置はウェハアライメントのための光学
系を有している。ウェハ３上のマーク４０の位置を検出
するために、先ずレーザ発生装置２１で発生したレーザ
光は、所定の角速度で回転しているポリゴンミラー２２
により走査される。ポリゴンミラー２２からの走査レー
ザ光はビームスプリッタ２３で２つの光路に分割される
。

そして、分割された走査レーザ光は、一方はレンズを介
してビームスプリッタ２４で反射しさらにレンズ、ミラ
ー２５，２６，２７．２８および投影レンズを介してウ
ェハ３上のアライメントマーク４０を走査する。もう一
方の走査レーザ光も同様に、ビームスプリッタ３０で反
射しさらにレンズ、ミラー３１，３２，３３．３４およ
び投影レンズを介してウェハ３上のアライメントマーク
４０を走査する。

アライメントマーク４０からの反射光はそれぞれもと来
た光路を逆進し、ビームスプリッタ２４．３０に至り、
これを透過してＣＣＤカメラ２９．３５に入射する。な
お、これらの光路の途中のミラー２８．３４の付近には
後述するように不図示の装置基準（第２の装置基準）が
配置しである。従って、ＣＣＤカメラ２９．３５の画像
を解析することにより、ウェハ３の装置基準からのずれ
量が得られる。このずれ量に基づいてＸＹステーク４を
駆動してクエへのアライメントを行なう。

第２図は、本実施例に係る半導体焼付装置の画像処理等
を行なう要部のブロック構成図である。

同図において、５１はＣＣＤカメラ１２からの画像信号
を人力してレチクル１のセット誤差算出等の処理を行な
う画像処理回路、５２は装置全体の制御を行なうマイク
ロコンピュータである。５３はＣＣＤカメラ２９．３５
からの画像信号を入力してウェハ３上のアライメントマ
ーク４０の位置の算出等の処理を行なう画像処理回路で
ある。

５４はレチクル１を保持するレチクルステージ５５をマ
イクロコンピュータ５２からの指示に基づいて駆動する
レチクルステージ駆動回路である。５６はウェハ３を載
置するＸＹステージ４をマイクロコンピュータ５２から
の指示に基づいて駆動するＸＹステージ駆動回路である
。

第３図は、第２図の画像処理回路５１．５３の概略構成
を示す模式図である。同図では、第１図に示したレチク
ルアライメントマーク１６およびレチクルセットマーク
１７の位置検出光学系と、ウェハ３上のマークの位置検
出光学系の部分は省略して模式的に表わしている。

同図においてレチクルアライメントでは、レーザ５から
の光はレチクル１上のレチクルアライメントマーク１６
と装置に固着されたレチクルセラ訃マーク（第１の装置
基準）１７に照射され、その反射光はＣＣＤカメラ１２
に入射する。ＣＣＤカメラ１２からの反射光の信号は画
像処理回路５１内のサンプル／ホールド（Ｓ／Ｈ）回路
５９、Ａ／Ｄ変換器６０を介してメモリ６１に記憶され
る。そして、この記憶した画像情報に基づいて位置算出
回路６２でレチクルアライメントマーク１６とレチクル
セットマーク１７とのずれ量を算出する。

一方、ウェハアライメントにおいては、レーザ２１から
の光は装置に固着された基準マーク（第２の装置基準）
５８とウェハ３上のアライメントマーク４０とに照射さ
れ、その反射光はＣＣＤカメラ２９．３５に入射する。

ＣＣＤカメラ２９゜３５からの反射光の信号は画像処理
回路５３内のサンプル／ホールド（Ｓ／Ｈ）回路６３、
Ａ／Ｄ変換器６４を介してメモリ６５に記憶される。そ
して、この記憶した画像情報に基づいて位置算出回路６
６で基準マーク５８とアライメントマーク４０とのずれ
量を算出する。

第４図は、レチクル１の回転方向のセット誤差を示す模
式図である。点線で示した１′はレチクル１がセットさ
れるべき位置を示す。上述したように、レチクル１を保
持するレチクルステージ５５を駆動回路５４で駆動する
際のメカ的な誤差等のため、レチクル１はセットされる
べき位置１′からずれてしまう。Δθはレチクルの回転
方向のセット誤差を示している。

第５図は、従来の半導体焼付装置で第４図のようなレチ
クルセット誤差が発生した場合にウェハにパターンが焼
付けられる様子を示す模式図である。第４図のようなレ
チクルセット誤差Δθがあるため、レチクル１上に描か
れているパターンは第５図（ａ）のように焼付けられて
いくこととなる０点線の矢印３０１はステップアンドリ
ピートで順次焼付けられていくときの焼付の順序、３０
２はパターンが焼、付けられた各ショット領域である。

レチクル１に残存θ誤差Δθがあるため、パターン３０
２は傾いて焼付けられている。

第５図（ｂ）は、このように焼付けられた結果、ウェハ
３上でパターン３０２が傾いて焼付けられている様子を
示す模式図である。

第６図は、第１〜３図に示した本実施例に係る半導体焼
付装置で第４図のようなレチクルセット誤差が発生した
場合にウェハにパターンが焼付けられる様子を示す模式
図である。第４図のようなレチクルセット誤差Δθがあ
ったとしても、本実施例の装置では後述するような手順
で、ウェハ３を載置したＸＹステージ４の駆動時に位置
の補正をするため、レチクル１上のパターンは第６図（
ａ）のように焼付けられていくこととなる。位置補正が
なされるため、ステップ駆動の方向３０１はＸ方向から
Δθだけ傾いている。

第６図（ｂ）は、このように焼付けられた結果、ウェハ
３上でパターン３０２が焼付けられている様子を示す模
式図である。レチクル１のセット誤差Δθのためパター
ン３０２はＸ方向からΔθだけ傾いているが、位置補正
を行なっているためにパターン３０２は整然と焼付けら
れ、ウェハ全体としてはチップローティジョンをなくす
ことができる。

次に、第７図のフローチャートを参照して第１〜３図に
示した本実施例の装置の動作を説明する。これはウェハ
を載置したＸＹステージをＸ方向にステップ移動する際
にＹ方向の補正をすることによりレチクルの保持誤差の
うち回転方向成分の誤差を補正し、さらに各ショットの
格子位置を計算する際にシフト方向誤差を考慮に入れる
例である。

先ず処理がスタートすると、ステップ５１０１でレチク
ル１がセットされる。そして、ステップ５１０２でこの
レチクル１上のレチクルアライメントマーク１６と装置
本体に設けられているレチクルセットマーク１７とのず
れ量を計測する。これは、第１図の光学系によりこれら
のマークの像をＣＣＤカメラ１２で捉えて画像情報を得
、これを画像処理回路５１により解析することにより算
出することができる。

次に、ステップ５１０３で、計測したずれ量が所定のト
レランス（許容値）内かどうかを判別する。トレランス
内でない場合、マイクロコンピュータ５２はステップ５
１０４でレチクルステージ駆動回路５４に指示を与え、
レチクルステージ５５を駆動し、再びステップ５１０２
で計測を行なう。これを繰返し、ステップ５１０３でず
れ士がトレランス内になった場合はステップ５１０５に
進む。

ステップ５１０５では残存セット誤差を記憶する。これ
はステップ５１０２の計測の結果のずれ量の値を記憶す
る処理である。例えば、レチクル回転方向（θ方向）の
ずれ量Δθを左右の７７りのＹ方向のずれ量の差で表わ
すものとし、その値が０．０６μｍであったとする。ス
テップ５１０３の判別における所定のトレランスが０．
１μｍであるとすれば、ずれ量はトレランス内に納まっ
ているから、残存ずれ量Δθ（第３図）は０，０６μｍ
となりこの値が記憶される。さらに回転方向のずれ量だ
けでなくＸＹ力方向シフト方向）のずれ量ΔＸ、ΔＹも
記憶する。

次に、ステップ３１０６，１０７ではグローバルアライ
メントのための各ショットの格子位置を計算する基礎デ
ータとなる幾つか（Ｎ個）のショット領域におけるウェ
ハ位置を計測する。そして、ステップ８１０８でクエへ
のショット配列（格子位置）を計算する。このとき先に
記憶しであるレチクルの残存ずれ量ΔＸ、ΔＹを考慮に
入れることとする。さらに、ステップ５１０９でＸＹス
テージ４を駆動しレチクルの回転方向の残存ずれ量Δθ
分だけウェハのθを補正する。

次に、ステップｓｔ　ｔｏで、上記残存ずれ量Δθ、ス
テップアンドリピート時のＸ方向のステップ移動量およ
び投影レンズ２の倍率等からステップ移動時にＹ方向に
どれだけウェハ３を駆動すればよいか、そのＹ補正量を
計算する。そして、ステップ５１１１でＸＹステージ４
のＸ方向へのステップ移動をするか否かを判別する。ス
テップ移動する場合は、ステップ５１１２でＹ方向の補
正駆動（その駆動量はステップ５１１０で算出した量で
ある）をしつつ、ステップ５１１３でＸＹステージ４を
ステップ移動する。Ｘ方向へのステップ移動をしない場
合は、Ｙ方向への補正駆動は行なわずにステップ５１１
３でＸＹステージ４をステップ移動する。

次に、ステップ５１１４で露光を行ない、ステップ５１
１５で全ショットについて露光が完了したかどうか判別
し、未だ完了していなければ再びステップ５１１１から
の処理を繰返す。全ショットの露光が完了した場合は、
当該レチクルについての露光が終了となる。以上の処理
手順はマイクロコンピュータ５２の制御のもとに行なわ
れる。

なお、上記の説明ではＣＣＤカメラ１２（第１図）によ
りマークの像を画像情報として取込み処理しているが、
光検知器７によってもマークのずれ量検出を行なうこと
ができる。

また、ＴＴＬ　　ｏｆｆ　　ＡＸＩＳに限らずＴＴＬ　
　ｏｎ　　ＡＸＩＳ、およびｏｆｆ　　Ａ　Ｘ　Ｉ　　
Ｓ（例えば、特願昭５９−２５１９２９号に示されるよ
うなもの）にも適用可能であるし、グローバルアライメ
ントだけでなくダイバイダイアライメントにおいても適
用可能である。さらに、ウェハ処理の途中でレチクルの
保持誤差を再度計測し、それをウェハのアライメントに
反映させるようにしてもよい。そして、これを半導体製
造ルーチンに組み込み自動化することもできる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、メカ的にゼロに
追い込みきれずに残存するレチクルセット誤差を計測し
その誤差量をＸＹステージの位置制御にフィードバック
するようにしているので、第２レイヤ以降のアライメン
ト精度が向上するという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る半導体焼付装置のレ
チクルアライメント光学系を示す構成図、 第２図は、本実施例に係る半導体焼付装置の画像処理等
を行なう要部のブロック構成図、第３図は、本実施例に
係る半導体焼付装置の画像処理回路の概略構成を示す模
式図、 第４図は、レチクルのセット誤差を示す模式第５図は、
従来の半導体焼付装置でレチクルセット誤差が発生した
場合にウェハにパターンが焼付けられる様子を示す模式
図、 第６図は、本実施例に係る半導体焼付装置でレチクルセ
ット誤差が発生した場合にウェハにパターンが焼付けら
れる様子を示す模式図、第７図は、本実施例に係る半導
体焼付装置の動作を説明するためのフローチャートであ
る。 １ニレチクル、 ３：ウェハ、 ４　：　ＸＹステージ、 ５．２１：レーザ発生器、 ７：光検知器、 １２．２９，３５：ＣＣＤカメラ、 １６：レチクルアライメントマーク １７：レチクルセットマーク、 ４０：ウェハアライメントマーク、 ５１．５３：画像処理回路、 ５２：マイクコンピュータ、 ５４ニレチクルステ一ジ駆動回路、 ５５ニレチクルステージ、 ５６：ＸＹステージ駆動回路。 特許出願人　　　キャノン株式会社 代理大　弁理士　　　伊　東　哲　也 代理人　弁理士　　　伊　東　辰　雄 第３図 第６図 第７図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に描かれたパターンを投影光学系を介して
   被露光体上に投影する半導体焼付装置において、 上記基板を装置本体に保持する際の保持誤差を検知する
   第１の手段と、被露光体上に付されたマークの位置を検
   知する第２の手段と、上記第１の手段により検知した保
   持誤差および第２の手段により検知した被露光体上のマ
   ーク位置に基づいて上記該被露光体を載置するステージ
   の位置補正を行なう手段とを具備することを特徴とする
   半導体焼付装置。
2. （２）前記位置補正手段による位置補正において、前記
   保持誤差のうちの回転方向成分を前記ステージの回転方
   向駆動系で補正するとともに前記ステージのＸ方向のス
   テップ移動の際にＹ方向へ位置補正することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の半導体焼付装置。
3. （３）前記位置補正手段による位置補正において、前記
   保持誤差のうちＸＹ方向成分については前記ステージの
   ＸＹ方向へ位置補正することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項または第２項記載の半導体焼付装置。