JPH0722102B2 - 露光方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は露光方法に関し、特に半導体製造装置に適用す
るものである。

〔従来の技術〕

半導体製造装置においては、レチクル又はマスク上の露
光パターンを縮小投影レンズを介してウエハ上に縮小投
影することによつてウエハ表面に複数の露光パターンを
重ね焼きして行く方法が採用されている。

この種の露光装置においては、高密度で半導体デバイス
をウエハ上に形成する点から複数の露光パターンを高い
精度でアライメントすることが要求されている。

半導体製造装置においては、ウエハを縮小投影露光装置
にアライメントする場合、第３図（Ａ）に示すように、
ウエハWFに位置決め基準面WRを形成し、この位置決め基
準面WRを基準にしてウエハWF上の直交座標XY座標を設定
すると共に、回転角度θを設定し、位置決め基準面WRを
位置決め部材PSに当接させ、かくして100〔μｍ〕程度
の精度のプリアライメントを処理する。かくして露光装
置にウエハWFをプリアライメントした状態において、ウ
エハWFについてＸ軸方向の位置決めをした後、θ方向の
位置決めをし、続いてＹ軸方向の位置決めをするといつ
た手法で１〜２〔μｍ〕程度の精度に追い込む位置決め
をする（これをグローバルアライメントと呼ぶ）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来この種の露光装置においては、グローバルアライメ
ントされたウェハWFについて、ウエハWFの表面全体に亘
つて、複数チツプ例えば４チツプごとに１シヨツト分の
露光処理をする際に、その都度アライメントして行く手
法が採用されている。

ところがこの従来の方法には次の問題がある。

その第１の問題は、各シヨツトごとのアライメントの精
度について、ウエハWF上に形成されたホトレジストの影
響が無視できない問題がある。すなわちウエハWF上にホ
トレジストを塗布する工程においては、ウエハを回転さ
せて遠心力によりレジストの厚さの均一化を図る方法が
用いられているが、実際上この方法によると、ウエハWF
上の位置によつて遠心力が異なるため、ウエハWFの外周
縁部では中央部から外側に行くに従つてアライメント結
果に生ずるオフセツトが次第に大きくなる傾向がある。

すなわち第４図に示すように、ウエハWF上に方形のチツ
プCHPを形成した場合を考えると、第４図において矢印
で示すように、矢印の方向及び長さに相当するオフセツ
トが生ずる。因に外周縁部に行くに従つて、各シヨツト
におけるアライメントマークの検出精度がホトレジスト
の厚さの変化に応じて外側にずれる現象が生ずるからで
ある。

また第２の問題は、アライメント精度にウエハWFの伸縮
による影響が生ずることである。

すなわちウエハWFのデバイス工程による熱膨張は、ウエ
ハWFの中央部において最も小さく、かつ外周縁部に近づ
くにつれて大きくなり、その結果アライメント結果には
外側に行くに従つてオフセツトが大きくなる結果にな
る。

さらに第３の問題は、ウエハWFのデバイス製造工程にお
いて、ウエハWFの表面に凹凸が生じ、そのためウエハWF
の外周縁部にあるシヨツトについて焦点を合わせ難い問
題がある。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、グローバ
ルアライメントに基づいて各シヨツトをアライメントす
るにつき、デバイス製造工程においてウエハに生ずる基
板の不均一性に基づいて生ずる問題点を有効に回避する
ことにより、安定に、高い精度でアライメントし得るよ
うにした露光装置を提案しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

かかる問題点を解決するため本発明においては、基板４
上の複数の露光領域ERの各々をマスク２上のパターンの
像で順次露光する方法において、基板４をグローバルア
ライメントした後、基板４の中央付近に存在する露光領
域ERのアライメントデータに基づいて、マスク２に対す
る基板４の位置ずれ量に応じたオフセツトを露光領域ER
の位置データに与えるとともに、基板４の伸縮による露
光領域ERのアライメント誤差を低減するために、基板４
の周辺付近に存在する露光領域ERのアライメントデータ
に基づいて基板４上の各露光領域ERの位置データを補正
し、該補正した位置データに従つて基板４を移動するこ
とにより基板４上の各露光領域ERをパターンの像で露光
するようにする。

〔作用〕

基板４をグローバルアライメントした後のマスク２に対
する基板４のオフセツトを基板４の中央付近に存在する
露光領域ERのアライメントデータに基づいて補正するこ
とにより、デバイス製造工程において生じるウエハへの
熱膨張及び表面の凹凸が中央部では小さい分、その影響
が小さいアライメントを実現できると共に、基板４の周
辺付近に存在する露光領域ERのアライメントデータに基
づいて基板４上の露光領域ERの位置の補正をするように
したことにより、基板４の伸縮に基づいて外周縁に行く
に従つて大きくなるミスアライメントを一段と軽減し得
る。

〔実施例〕

以下図面について本発明の一実施例を詳述する。

第２図において、１はステージで、レチクル２上に形成
された露光パターン2Aが縮小投影レンズ３を通じてステ
ージ１上に装着されたウエハ４上に縮小投影される。

ウエハ４上には前回の露光処理工程によつて露光パター
ンが焼付けられている（これをシヨツトと呼ぶ）と同時
に、当該露光パターンの所定位置にグローバルアライメ
ント用アライメントマークが焼付けられると共に各露光
エリアER（第３図（Ｂ））ごとに、Ｘ軸及びＹ軸アライ
メントマークMX及びMYが焼付けられており、このアライ
メントマークMX及びMYを用いて各露光エリアERについて
のアライメントを実行し得るようになされている。

縮小投影レンズ３と並んで、ステージ１及びウエハ４上
のアライメントマークMX及びMYを検出するためのグロー
バルアライメント用レンズ11が設けられ、例えばレーザ
でなるグローバルアライメント用光源12の出力光をレン
ズ13、ハーフミラー14、ミラー15及び16を介してグロー
バルアライメント用レンズ11に入射する。グローバルア
ライメント用レンズ11は入射光をステージ１又はウエハ
４上に照射し、この反射光をミラー16、15、ハーフミラ
ー14を介して撮像装置17に入射させ、これによりステー
ジ１上に設けられた基準マークと、ウエハの所定位置に
設けられたグローバルアライメントマークを表すビデオ
信号VDINを得ることができるようになされている。

さらにレチクル２上に設けられた透明窓2Bを通じて、露
光エリアアライメント用光源21からの照明光がハーフミ
ラー22、透明窓2B、縮小投影レンズ３を通じてウエハ４
上に照射され、各シヨツトに対応する露光エリアERに焼
付けられているアライメントマークMX及びMYの反射像を
縮小投影レンズ３、透明窓2B、ハーフミラー22、レンズ
23、ハーフミラー14を介して撮像装置17に入射するよう
になされ、これによりウエハ４上に形成されている各露
光エリアのアライメントマーク像を表すビデオ信号VDIN
を得ることができるようになされている。

このビデオ信号VDINは、例えばマイクロコンピユータ構
成の制御装置25に与えられ、アナログ／デジタル変換装
置26においてデジタルデータに変換した後データ処理さ
れる。

制御装置25は、かくして取り込まれたアライメントマー
クについてのデータに基づいて、これを演算装置28を用
いてＸ軸方向、Ｙ軸方向、θ軸方向の位置データに換算
し、記憶装置27に予め格納されているマツピングデータ
と比較して、その偏差を表す駆動信号DRVをステージ駆
動制御装置29に送出し、当該偏差を無くすような方向に
ステージ１を駆動することにより、ステージ１上に装着
されたウエハ４を、記憶装置27に格納されているマツピ
ングデータが表す位置にアライメント処理するようにな
されている。

制御装置25は、第１図に示すアライメント処理手順に従
つて、ステージ１上のウエハ４をアライメント動作させ
る。

すなわち制御装置25は、ステツプSP1においてアライメ
ント処理手順に入る。このときステージ１上のウエハ４
は、第３図（Ａ）について上述したように、位置決め基
準面WRをステージ１上に設けられた位置決め部材PSに当
接保持されることにより位置決めされている。

この状態において制御装置25は、ステツプSP2に移つて
先ずＹ軸方向についてグローバルアライメント処理を実
行し、続いてステツプSP3においてθ方向についてグロ
ーバルアライメントを実行し、さらに続くステツプSP4
においてＸ軸方向についてのグローバルアライメントを
実行する。

これらのグローバルアライメント処理は、グローバルア
ライメント用レンズ11の光学系を用いて、先ずステージ
１上に設けられている基準マークをグローバルアライメ
ント用レンズ11、ミラー16、15、14及び撮像装置17を介
して制御装置25に読み取ると共に、同様にしてウエハ４
上に焼付けられているグローバルアライメントマークを
グローバルアライメント用レンズ11ないし撮像装置17の
系を用いて制御装置25に読み取る。かくして制御装置25
において現在アライメント対象となつているウエハ４に
おける位置データを得た後、制御装置25は、記憶装置27
のマツピングデータを参照してウエハ１のＹ軸方向の位
置ずれ、θ方向の位置ずれ、Ｘ軸方向の位置ずれをそれ
ぞれ算定し、当該位置ずれを補正するようにステツプSP
2においてステージ１をＹ軸方向に移動し、ステツプSP3
においてθ方向に回転させ、ステツプSP4においてＸ軸
方向に移動させる。

このようにして制御装置25は、グローバルアライメント
処理を終了した後、１〜２〔μｍ〕程度の精度で、ウエ
ハ４をステージ１の移動座標に対して位置決めすること
ができる。

次に制御装置25のステツプSP5に移つて、ウエハ４の中
央部の露光エリアERについて、アライメントマークMXお
よびMYを、縮小投影レンズ３の系を用いてレチクル２上
の露光パターン2Aに対するアライメント処理を実行す
る。

この実施例の場合、レチクル２の透明窓2Bにアライメン
トマークが付されており、このレチクル２のアライメン
トマークがウエハ４上のアライメントマークに重ね合わ
せたようにみえる反射像がミラー22、レンズ23、ミラー
14を介して撮像装置17に入射され、かくして制御装置25
は、ウエハ４上のアライメトマークとレチクル２上のア
ライメントマークとの位置ずれ量を表すアライメントデ
ータを記憶装置27に取り込んだ後ステツプSP6に移る。

このステツプSP6は所定数ｎ個（例えばｎ＝４個）の中
央部分の露光エリアERについてのアライメントデータの
検出が終了したか否かの判断をするステツプで、否定結
果が得られたとき、制御装置25は上述のステツプSP5に
戻つて、再度次の露光エリアERについてのアライメント
データの検出動作を実行する。

かくして制御装置25は、ｎ個の露光エリアERについての
アライメントデータの検出が終わるまで、ステツプSP5
におけるアライメントデータの検出を繰り返し、当該複
数ｎ個のアライメントデータを記憶装置27に順次格納し
て行く。

このｎ個の露光エリアERについてのアライメントデータ
の検出動作が終了すると、制御装置25はステツプSP6に
おいて肯定結果を得ることにより次のステツプSP7に移
り、記憶装置27に蓄積したアライメントデータを読み出
して、演算装置28を用いてその加算平均値を求め、その
後ステツプSP7において演算したアライメントデータの
加算平均値を記憶装置27に記憶した後、次のステツプSP
8に移る。

この加算平均値は、グローバルアライメントに基づくウ
エハ４のアドレツシング位置のレチクル２に対する位置
ずれ、すなわちグローバルアライメント時の誤差分（以
下オフセツトと呼ぶ）に相当する。

さて、ステツプSP8においては、設計上のマツプデータ
に基づく各シヨツトの位置データを、上記のオフセツト
量だけ修正する。この修正はウエハ４上の各露光エリア
に対応したシヨツト位置の各データをそれぞれ全てオフ
セツト量だけ補正するようにしてもよいし、又はステー
ジ１の移動の原点となつている位置データを、オフセツ
ト分だけ補正するようにしてもよい。こうして計算上で
オフセツト補正（オフセツト取り）が行われると、次の
ステツプSP9が実行される。

このステツプSP9は、ウエハ４の外周縁部分にある露光
エリアERについてのアライメントデータを検出するステ
ツプで、このアライメントデータは、外周縁部分のウエ
ハ４の伸縮度を表している。このステツプSP9の処理に
入ると、制御装置25は次のステツプSP10においてデータ
の取り込みが終了したか否かの判定を実行し、否定結果
が得られたとき上述のステツプSP9に戻つて引き続きウ
エハ４の外周縁部分の露光エリアERについてのアライメ
ントデータの検出動作を続ける。

やがてステツプSP10において肯定結果が得られると、制
御装置25は、ステツプSP11に移つて当該外周縁部分のア
ライメントデータによつてウエハ４の中心部分から外周
縁部分に行くまでの部分についての伸縮度及び直交度を
演算装置28を用いて演算し、その演算結果を記憶装置27
に蓄積する。

続いて制御装置25は次のステツプSP12において記憶装置
27に記憶されているオフセツト補正されたマツプデータ
を構成する各シヨツトの位置データを、ステツプSP11に
おいて得られたウエハ４の伸縮度及び直交度に応じて修
正し、かくしてステツプSP13において当該アライメント
処理プログラムを終了する。

その後制御装置25は、記憶装置27に格納されている修正
されたマツプデータを用いて、ウエハ４上に形成されて
いる全てのシヨツトに対応する露光エリアERを順次レチ
クル２の露光パターン2Aの照射位置にアライメントして
露光処理する工程に移る。

かかる露光処理工程においては、上述のように、先ずグ
ローバルアライメントによつてレチクル２に対するアラ
イメント誤差を十分に小さい値即ち１〜２〔μｍ〕程度
に追い込んだ状態において、ウエハ４の中心部分にある
露光エリアERについてアライメントデータを得るように
したことにより、ウエハ４を実用上高い精度でレチクル
２に対してアライメントすることができる。因にウエハ
４の中央部は、デバイス製造工程において受けた熱膨張
の影響及びウエハ表面の凹凸の影響が比較的小さいの
で、第１図のステツプSP5におけるアライメントデータ
のばらつきが少なく、従つてウエハ４の全面にある露光
エリアERについてのアライメントを比較的容易に実行し
得る。

また第１図のステツプSP5においてウエハ４の中央部の
露光エリアERについてのアライメントデータを基礎にし
て、グローバルアライメント時のオフセツトを補正した
後、第１図のステツプSP9において外周縁部分の露光エ
リアERについてのアライメントデータを検出して当該外
周縁部分の伸縮度、直交度を計算して当該計算結果に基
づいてさらにマツプデータを修正して各シヨツトの露光
エリアERについての位置データを得るようにしたことに
より、実用上ホトレジストが外周縁に行くに従つて変化
して行くために生ずるミスアライメントを一段と軽減し
得る。またステツプSP8による修正は、ステツプSP12に
おける修正と同時に行なうようにしてもよい。

以上本実施例では、ウエハ４の中央部分の４シヨツト分
について、オフセツト検出のためのアライメントを行な
つた。しかしながら、これは中央部分であれば１シヨツ
トのみにしてもよい。第４図にも示したようにフオトレ
ジストの塗布状態によるx,y方向のアライメント誤差
は、ウエハ上の中心に位置するシヨツトが最も小さくな
る。従つて１シヨツトのみをアライメントしてオフセツ
ト取りを行なう場合は、ウエハの幾何学的な中心（スピ
ンナの回転中心）に位置するシヨツトを選ぶことが望ま
しい。

このようなシヨツト配列は奇数配列の場合である。偶数
配列の場合は、ウエハの中心に位置するシヨツトは存在
せず、その中心を挟むように第３図の如く４つのシヨツ
トが存在する。また奇数配列であつても、中心の１シヨ
ツトのみをアライメントしたデータでオフセツト取りす
ることは、たまたまそのシヨツトについてのウエハ上の
アライメントマークが破損していたりすることを考える
と、大きなアライメント誤差を招く可能性があり、好ま
しくはない。そこで、奇数配列の場合は、ウエハの中心
に位置するシヨツトと、そのシヨツトに隣接して、ウエ
ハの中心に対して点対称に位置する少なくとも一対のシ
ヨツトとの３シヨツトについてアライメントを行い、そ
の３つの位置ずれ量をｘ方向とｙ方向とに関して加算平
均することが望ましい。この場合、アライメントすべき
最大のシヨツト数は、中心のシヨツトとその周辺の８シ
ヨツトとで計９シヨツトになり得る。さらに偶数配列の
場合は、ウエハの中心に対して点対称に位置する少なく
とも一対のシヨツト、すなわち計２シヨツトについてア
ライメントを行ない、その２つの位置ずれ量を加算平均
して、オフセツト量を求めることが最低条件となる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、グローバルアライメント
を実行した後、各シヨツトに対応する露光エリアについ
てアライメントするにつき、ウエハの中央部の露光エリ
アについてのアライメントデータを基礎にしてグローバ
ルアライメント時のオフセツト量を補正すべくマツプデ
ータ（設計上の露光シヨツト位置データ）を修正するよ
うにしたことにより、ウエハの全面に形成されている各
露光エリアのアライメントを、ウエハ４がデバイス製造
工程において受けた非均一性に基づいて有する特性の影
響、特にフオトレジストの塗布状態の影響を有効に回避
しながら実行し得、かくしてウエハ全面に亘つて安定か
つ高い精度でアライメントをなし得る。

さらに、ウエハの周辺部の露光エリアのアライメントデ
ータを検出することによりウエハの伸縮度（及び直交
度）に基づいてマツプデータ（露光エリアの位置デー
タ）を修正するようにしたので、基板が伸縮していても
全ての露光エリアを高精度でアライメントできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による露光装置のアライメント処理手順
を示すフローチヤート、第２図は第１図の処理手順を実
現する露光装置の構成を示すブロツク図、第３図はウエ
ハ１に対する露光装置のアライメント処理動作の説明に
供する略線図、第４図はウエハ上のホトレジストの不均
一性によつてアライメント結果に生ずるオフセツトの分
布を示す略線図である。 １……ステージ、２……レチクル、３……縮小投影レン
ズ、４……ウエハ、11……グローバルアライメント用レ
ンズ、17……撮像装置、25……制御装置、27……記憶装
置、28……演算装置、29……ステージ駆動制御装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上の複数の露光領域の各々をマスク上
   のパターンの像で順次露光する方法において、 前記基板をグローバルアライメントした後、前記基板の
   中央付近に存在する露光領域のアライメントデータに基
   づいて、前記マスクに対する前記基板の位置ずれ量に応
   じたオフセツトを前記露光領域の位置データに与えると
   ともに、前記基板の伸縮による前記露光領域のアライメ
   ント誤差を低減するために、前記基板の周辺付近に存在
   する露光領域のアライメントデータに基づいて前記基板
   上の各露光領域の位置データを補正し、該補正した位置
   データに従つて前記基板を移動することにより前記基板
   上の各露光領域を前記パターンの像で露光することを特
   徴とする露光方法。