JPH03228309A - 露光方法 - Google Patents

露光方法

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JPH03228309A
JPH03228309A JP2022269A JP2226990A JPH03228309A JP H03228309 A JPH03228309 A JP H03228309A JP 2022269 A JP2022269 A JP 2022269A JP 2226990 A JP2226990 A JP 2226990A JP H03228309 A JPH03228309 A JP H03228309A
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下田 勇
Takuo Kariya
刈谷 卓夫
Nobutoshi Mizusawa
水澤 伸俊
Kunitaka Ozawa
小澤 邦貴
Shunichi Uzawa
鵜澤 俊一
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058Mask illumination systems

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

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] 本発明は半導体装置の製造における微細パターン形成の
ための露光方法に関する。
[従来の技術] 近年半導体集積回路の進歩、特に高集積化は著しく、サ
ブミクロンパターンを用いる超LSI開発が活発化して
きた。そして、サブミクロンパターンを実現するために
、X線による露光が注目されている。
X線を露光光源として使用する場合には、X線に対する
適当な縮小レンズがないためマスクとウェハを接近させ
た状態で対向させ等倍露光させる必要かある。このため
サブミクロンパターンを等倍でマスク上に形成しなけれ
ばならず、更にウェハの大口径化も考慮するとウェハ全
面を一括露光するマスクを作製するのは容易ではなく、
ウェハ面を分割し各分割領域毎にマスクとウニへ間の位
置合わせと露光を繰り返す、いわゆるステップアンドリ
ピート方式が採用される。
このようなX線を露光光源とするステップアンドリピー
ト方式の露光装置(以下X線ステッパーと呼ぶ)は超L
SIの製造に適した露光装置であるが、その装置コスト
および生産性は満足すべきレベルには到達していない。
一方、現在の半導体集積回路の生産にはUV光(例えば
g線)を露光光源とする縮小投影型ステップアンドリピ
ート方式の露光装置(以下光ステッパーと呼ぶ)が専ら
使用されており、その装置コストおよび生産性は満足す
べきレベルに到達している。
半導体集積回路の生産は10〜20回の露光プロセスを
繰り返して行われる。それぞれの露光プロセスは所定の
線幅精度、位置合わせ精度を満足するような露光装置に
よって実行される。今後開発されるサブミクロンパター
ンを用いる超LSIにおいても全ての露光プロセスがサ
ブミクロンで実行されるのではない、したがって、X線
ステッパーで全ての露光プロセスを実行するのは装置コ
ストおよび生産性の点から最適ではなく、X線ステッパ
ーと光ステッパーを併用する露光システムが考えられる
光ステッパーは縮小レンズの制約からその露光領域は最
大でも0150111程度に限定される。一方X線ステ
ッパーは縮小レンズは使用しないが、X線光源の不平行
性やマスクの歪み等によってその露光領域は最大で03
0+a+a程度に限定される。
例えば、露光領域口15mmの光ステッパーでパターン
を焼き付け、その上に露光領域口30mmのX線ステッ
パーによフて次のパターンを焼き付ける場合を考える。
半導体装置の大きさは015mmとする。したがって、
光ステッパーの露光領域は半導体1チツプと等しい。
第7図にこれらのパターンを示す。
以下の説明中Mはマスクの位置合わせパターン、Wはウ
ェハの位置合わせパターンを示す。サフィックスは半導
体チップと位置合わせパターンの並び順をあられしてい
る。例えば、W2Bはクエへの2番目の半導体チップの
3番目の位置合わせパターンであり、M23はそれに対
応するマスクの位置合わせパターンである。
第7図(a)に示すように光ステッパーによって焼き付
けられたウェハパターンは015mm単位なのでX線ス
テッパーの露光領域には半導体チップが4個並ぶ。ウェ
ハパターンには4組の位置合わせパターン#1 (Wl
 1. Wl 2)、#2 (W21、W22)、#3
 (WB2.W32)、#4(W41.W42)がある
方、第7図(b)はX線ステッパー用のマスクパターン
である。ここには同じく4組の位置合わせパターン#1
 (Ml 1. Ml 2)、#2 (M21、M22
)、#3 (MB2.MB2)、#4(M41.M42
)がある。X線ステッパーのみの場合は1組の位置合わ
せパターンでよいが、光ステッパーと併用するには、4
組必要である。X線ステッパーの次に光ステッパーを使
用するケースを考えると1組では足らないことがわかる
X線ステッパーの露光領域が口30II1mであり、光
ステッパーの露光領域より大きいので口15mmの半導
体チップのそれぞれに対しては位置合わせすることはで
きない。そこでX線ステッパーの露光領域の代表点とし
て、例えばマスクの位置合わせパターン(M31.M2
2)とウェハ位置合わせパターン(WB2.W22)に
よって位置合わせを行う。
この時のフローチャートを第6図に示す。
5TEPIでは位置合わせ装置(図示しない)によって
マスクの位置合わせパターン(M31゜M22)とウェ
ハの位置合わせパターン(WB2、W22)の位置合わ
せを行う。
5TEPI 11では両者の位置合わせ誤差が所定の値
より小さいかを判定する。もし所定の値より大きければ
位置合わせを再度行う。もし小さければ位置合わせを終
了する。
このように光ステッパーでパターンを焼き付け、その上
に露光領域のより大きいX線ステッパーによって次のパ
ターンを焼き付ける場合、光ステッパーにより焼き付け
られたウェハパターンの平均的な位置に位置合わせされ
ていた。
[発明が解決しようとする課題] 前記従来のX線ステッパーと光ステッパーを併用する場
合の位置合わせ方法では、露光領域が異なるため、光ス
テッパーによって焼き付けられた半導体チップ毎に位置
合わせできなかった。したがって、各々の半導体チップ
の所望の位置合わせ精度が得られず、半導体チップ毎の
位置合わせ精度も把握できなかった。
本発明は上記従来技術の欠点に鑑みなされたものであっ
て、露光領域の異なるステッパーを併用した場合に、各
半導体チップ毎に所望の位置合わせ精度が得られる半導
体製造装置の位置合わせ方法の提供を目的とする。
[課題を解決するための手段] 前記目的を達成するため本発明では、第1の露光装置と
これより大きい露光領域をもつ第2の露光装置を併用す
る半導体装置の製造プロセスにおける露光方法において
、第2の露光装置により露光するときは第1の露光装置
と同一の露光領域毎にまたはその整数倍の露光領域毎に
位置合わせ誤差を測定し、これが第2の露光装置の露光
領域全域で最小となるように調整し、これを予め定めた
回数まで繰り返しても、位置合わせ誤差が第2の露光装
置の露光領域全域で所定の値より小さくならないときは
、第2の露光装置の露光領域を順次制限して位置合わせ
誤差が第2の露光装置の露光領域全域で所定の値より小
さくなるように位置合わせしてから、露光する。
[作用コ 第2の露光装置により露光するときは第1の露光装置と
同一の露光領域毎にまたはその整数倍の露光領域毎に位
置合わせ誤差を測定し、これが第2の露光装置の露光領
域全域で最小となるように調整することにより、第2の
露光装置の露光領域に含まれる全ての半導体装置の位置
合わせ誤差を最小にでき、また各々の半導体装置の位置
合わせ精度を把握できる。
[実施例] 本発明の実施例を第1図のフローチャートに基いて説明
する。本実施例は、露光領域口15mmの光ステッパー
でパターンを焼き付け、その上に露光領域030ma+
のX線ステッパーによって次のパターンを焼き付ける場
合の位置合わせ方法である。また半導体装置の大きさは
口15mmとする。
したがフて光ステッパーの露光領域は半導体1チツプと
等しい。
以下の説明中Mはマスクの位置合わせパターン、Wはウ
ェハの位置合わせパターンを示す。サフィックスは半導
体チップと位置合わせパターンの並び順をあられしてい
る。例えば、W23はウェハの2番目の半導体チップの
3番目の位置合わせパターンであり、M23はそれに対
応するマスクの位置合わせパターンである。
5TEPIでは位置合わせ装置(図示しない)によって
マスクの位置合わせパターン(M31゜Ml2)とウェ
ハの位置合わせパターン(W31、W22)の位置合わ
せを行う。(M31゜Ml2)、(W31.W22)は
1例であって、それ以外の位置合わせパターンを使用し
ても差し支えない。5TEP2では光ステッパーの露光
領域毎に即ち半導体チップ1個毎に位置合わせ誤差を求
め、これからX線ステッパーの露光領域全域の位置合わ
せ誤差を求める。ここでは従来例と異なり、半導体チッ
プ毎の位置合わせ精度もX線ステッパーの露光領域全体
の位置合わせ精度も把握できる。
この方法については後述する。
5TEP3ではこの位置合わせ誤差が予め定めた値より
小さいか判定する。もし小さければ、位置合わせを終了
し、露光を行う。もし大きければ、5TEP4により所
定の回数まで上記ステップを繰り返す。この回数は必要
な精度、スルーブツト等により決定する。所定の回数ま
で繰り返しても位置合わせ精度が得られないときは5T
EP5により露光領域を半分にする。
露光領域を半分にしたときのウェハパターンおよびマス
クパターンを第2図に示す。
5TEP6では5TEPIと同じく位置合わせ装置(図
示しない)によってマスクの位置合わせパターン(Ml
 1.Ml2)とウェハの位置合わせパターン(Wl 
1.W22)の位置合わせを行う  (Ml   1.
   Ml2)  、   (Wl   1.   W
22)   は 1例であって、それ以外の位置合わせ
パターンを使用しても差し支えない。5TEP7では光
ステッパーの露光領域毎に即ち半導体チップ1個毎に位
置合わせ誤差を求め、これからX線ステッパーの露光領
域全域の位置合わせ誤差を求める。
5TEP8ではこの位置合わせ誤差が予め定めた値より
小さいか判定する。もし小さければ、位置合わせを終了
し、露光を行う。もし大きければ、5TEP9により所
定の回数まで上記のステップを繰り返す。この回数は必
要な精度、スルーブツト等により決定する。所定の回数
まで繰り返しても位置合わせ精度か得られないときは5
TEPIOにより露光領域を当初の1/4にする。露光
領域を1/4にしたときのウェハパターンおよびマスク
パターンを第3図に示す。
5TEPI 1ては5TEPIと同しく位置合わせ装置
(図示しない)によってマスクの位置合わせパターン(
Ml 1.Ml 2)とウェハの位置合わせパターン(
Wl 1.Wl 2)の位置合わせを行う、X線ステッ
パーの露光領域も光ステッパーと即ち半導体チップと同
じになっている。したがって、露光領域の違いによる問
題点は消滅する。
5TEP12ではこの位置合わせ誤差が予め定めた値よ
り小さいか判定する。もし小さければ、位置合わせを終
了し、露光を行う。もし大きければ、上記のステップを
繰り返す。
上の説明では露光領域を半分、1/4と制限したが、半
分にするステップを省略して直接1/4にしてもよい。
それは必要な精度、スループット等により決定する。
第4図により光ステ・ンバーの露光領域毎、即ち半導体
チップ毎の位置合わせ誤差からX線ステッパーの露光領
域全域の位置合わせ誤差を求める方法について説明する
5TEP21では半導体チップ#1の位置合わせ誤差を
測定し、5TEP22では半導7体チップ#1の誤差E
1を計算している。
第5図はこれらの測定および計算のフローチャートであ
る。
5TEP211.212では半導体チップ#1の左下の
位置合わせパターンMllとWllにより位置合わせ誤
差のX方向(水平方向)成分x11とそれと直交するy
方向成分yttとを測定する。
5TEP213.214では半導体チップ#1の右上の
位置合わせパターンM12とWl2により位置合わせ誤
差のX方向(水平方向)成分X12とそれと直交するy
方向成分y12とを測定する。
5TEP215では上記各誤差成分の2乗和を計算し、
これをElとして半導体チップ#1の位置合わせ誤差と
する。
第4図に戻る。
5TEP23から5TEP28では半導体チップ#1と
同じように半導体チップ#2、#3、#4についても位
置合わせ誤差を求める。
5TEP29では半導体チップ毎の位置合わせ誤差E1
〜E4の最大値を求める。これをEとして半導体チップ
4個の領域即ちX線ステッパーの露光領域全域の位置合
わせ誤差とする。
[発明の効果コ 以上説明したように、本発明方法を用いることにより、
露光領域の異なる露光装置を併用しても全ての半導体装
置の位置合わせ誤差を最小にでき、歩留まりが向上する
。また、露光領域の異なる露光装置を併用して最小線幅
、生産性、位置合わせ精度等を最適化した半導体製造プ
ロセス工程が設定できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のフローチャート、 第2図(a)、(b)は各々X線ステッパーの露光領域
を半分に制限したときのウェハパターンおよびマスクパ
ターンの説明図、 第3図(a)、(b)は各々X線ステッパーの露光領域
を1/4に制限したときのウェハパターンおよびマスク
パターンの説明図、 第4図はX線ステッパーの露光fIiI域全域の位置合
わせ誤差を求める方法のフローチャート、第5図は半導
体チップの位置合わせ誤差を求める方法のフローチャー
ト、 第6図は光ステッパーとX線ステッパーを併用する従来
技術のフローチャート、 第7図(a)、(b)は各々光ステッパーとX線ステツ
ノ<−を併用する従来技術のウェハパターンおよびマス
クパターンの説明図である。 M・マスクの位置合わせパターン、 W:ウニへの位置合わせパターン。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第1の露光装置とこれより大きい露光領域をもつ
    第2の露光装置を併用する半導体装置の製造プロセスに
    おける露光方法において、第2の露光装置により露光す
    るときは、第1の露光装置と同一の露光領域毎にまたは
    その整数倍の露光領域毎に位置合わせ誤差を測定し、こ
    れが第2の露光装置の露光領域全域で最小となるように
    調整し、これを予め定めた回数まで繰り返しても、位置
    合わせ誤差が第2の露光装置の露光領域全域で所定の値
    より小さくならないときは、第2の露光装置の露光領域
    を順次小さく制限して位置合わせ誤差が第2の露光装置
    の露光領域全域で所定の値より小さくなるように位置合
    わせしてから、露光する露光位置合わせ方法。
  2. (2)第1の露光装置の露光領域毎にまたはその整数倍
    の露光領域毎に位置合わせ誤差を求め、これらの最大値
    が最小となるように調整することで第2の露光装置の露
    光領域全域で最小になったとする特許請求の範囲第1項
    記載の露光位置合わせ方法。
  3. (3)第1の露光装置の露光領域毎にまたはその整数倍
    の露光領域毎に複数の位置合わせパターンを選択し、各
    々のx成分とこれと直交するy成分を求め、これらの2
    乗和をもって該露光領域の位置合わせ誤差とする特許請
    求の範囲第1項記載の露光位置合わせ方法。
  4. (4)第1の露光装置と第2の露光装置が同じ種類の光
    源を使用することを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載の露光位置合わせ方法。
  5. (5)第1の露光装置と第2の露光装置が異なる種類の
    光源を使用することを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の露光位置合わせ方法。
  6. (6)第1の露光装置と同一の位置合わせマークをもつ
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の方法を実
    施するための第2の露光装置用のマスク。
  7. (7)露光領域内の任意の位置の位置合わせ誤差を測定
    可能な特許請求の範囲第1項記載の方法を実施するため
    の第2の露光装置用の位置合わせ装置。
  8. (8)第1の露光装置の露光領域の整数倍に制限できる
    特許請求の範囲第1項記載の方法を実施するための第2
    の露光装置用の露光領域制御装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR950034471A (ko) * 1994-03-09 1995-12-28 오노 시게오 위치맞춤방법

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR950034471A (ko) * 1994-03-09 1995-12-28 오노 시게오 위치맞춤방법

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