JPH10270348A - 露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 グローバルアライメント後のグローバルアラ
イメント精度の劣化による不都合を解消する。 【解決手段】 露光位置にある基板の複数のショット位
置のうちの所定の計測ショット位置Ｓ１〜Ｓ４につい
て、露光パターンを有する原板と各計測ショット位置と
の間の位置ずれを計測することにより、設計座標からの
位置ずれを計測し、計測した位置ずれに基く実際の座標
と、所定の変換パラメータを含む変換式により設計座標
を変換した場合の座標との誤差が最小となるような前記
変換パラメータを決定し、そして、この変換パラメータ
による各ショット位置の設計座標からの変換座標に基づ
いて前記基板のステップ移動および露光を行う露光装置
またはデバイス製造方法において、前記基板の露光中に
少なくとも１回少なくとも１つの前記計測ショット位置
Ｓ１〜Ｓ４について前記位置ずれの計測を再び行い、そ
の結果に基づいて前記変換パラメータの補正を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板上の複数のシ
ョット位置について順にアライメントを行い、露光を行
う露光装置およびデバイス製造方法に関し、特に半導体
製造用のステップアンドリピートタイプの露光装置およ
びデバイス製造方法において、半導体ウエハ（基板）上
のいくつかのショット領域に関連する位置または位置ず
れを計測し、これらの計測データからウエハ上の各ショ
ット領域のショット配列を決定し、この決定された配列
を用いてウエハ上の各ショット領域とレチクルまたはマ
スク（原板）とをアライメントし、原板のパターンをウ
エハ上に転写するステップアンドリピートタイプの露光
装置およびデバイス製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造用のステップアンドリピート
タイプの露光装置、いわゆるステッパにおいて、半導体
ウエハ上のいくつかのショット領域において、半導体ウ
エハ上のいくつかのショット領域のマークを検出してこ
れらの領域に関連する位置または位置エラーを計測し、
これらの計測データからウエハ上の各ショット領域のシ
ョット配列を決定し、この決定されたショット配列を用
いてレチクル及びマスクに関連する位置にウエハ上の各
ショット領域を順にアライメントする方法いわゆるグロ
ーバルアライメントが行われている。また、グローバル
アライメント後の露光におけるウエハの熱伸縮やミラー
・チャック間変動は無視できる程度の量で、レーザ干渉
系でステージのミラーの位置をサーボすることで充分で
あった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、露光装
置が高精度化、ウエハが大口径化するにつれ、グローバ
ルアライメント後のウエハの熱伸縮やミラー・チャック
間変動は無視できなくなってきている。１ＧＤＲＡＭの
世代の線幅を０．１５μｍ、総合アライメント精度を
０．０４μｍ、ウエハ口径を１２インチとした場合、グ
ローバルアライメント後の露光中に露光光や駆動系の発
熱により、０．０２℃の温度変化があったとすると、ミ
ラーとチャック中心間の距離が２００ｍｍ、材質がＳｉ
Ｃの場合、ミラー・チャック間変動Ｌ１＝２００ｍｍ×
０．０２℃×３．０Ｅ−６／℃＝１２ｎｍとなる。ま
た、Ｓｉウエハの中心と周辺部の距離が１５０ｍｍだと
すると、ミラー・チャック間変動Ｌ２＝１５０ｍｍ×
０．０２℃×２．３Ｅ−６／℃＝６．９ｎｍとなり、総
合アライメント精度が０．０４μｍに対して、無視でき
ない量になってしまう。

【０００４】本発明の目的は、このような従来技術の問
題点に鑑み、グローバルアライメント後の露光中に生じ
る基板の伸縮や位置ずれに起因するグローバルアライメ
ント精度の劣化による不都合を解消することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】グローバルアライメント
後の時間の経過とともに起こりうるウエハの熱伸縮やミ
ラー・チャック間変動を補正するために、本発明によれ
ば、数ショットの露光を行った後、グローバルアライメ
ントにより使用されたサンプルショットを用いて再度ア
ライメントを取ることにより、それ以後のショット位置
の指令値を補正することで高精度な位置決め及び転写が
できるようにしている。

【０００６】すなわち、本発明の露光装置あるいはデバ
イス製造方法では、露光パターンを有する原板と前記パ
ターンが複数のショット位置に露光される基板の各ショ
ット位置との間の位置ずれを計測するずれ計測手段を用
いて、露光位置にある前記基板の前記複数のショット位
置のうちの所定の計測ショット位置について、設計座標
からの位置ずれを計測し、計測した位置ずれに基く実際
の座標と、所定の変換パラメータを含む変換式により設
計座標を変換した場合の座標との誤差が最小となるよう
な前記変換パラメータを決定し、そして、この変換パラ
メータによる各ショット位置の設計座標からの変換座標
に基づいて前記基板のステップ移動および露光を行う際
に、前記基板の露光中に少なくとも１回少なくとも１つ
の前記計測ショット位置について前記位置ずれの計測を
再び行い、その結果に基づいて前記変換パラメータの補
正を行うことを特徴とする。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施形態におい
ては、前記ステップ移動を適当な順路に従って行い、前
記再計測を行う計測ショット位置については、その計測
ショット位置へステップ移動したときに再計測と露光を
連続して行う。これによれば、その計測ショット位置へ
のステップ移動は、露光中は再度行う必要がない。

【０００８】ステップ移動の順路は、例えば、再計測
が、全ショット位置のうちほぼ半分についての露光が終
了したときに行われるように設定されている。また、前
記変換は、伸縮および並進についての座標変換を含み、
再計測を行うショットは２つであり、その場合、変換パ
ラメータの補正は、伸縮および並進に係る変換パラメー
タについて行うことができる。あるいは前記変換は、伸
縮、並進および回転についての座標変換を含み、再計測
を行うショット位置は４つであり、その場合、変換パラ
メータの補正は、前記伸縮、並進および回転に係る変換
パラメータについて行うことができる。

【０００９】また、ステップ移動の順路を、基板の中心
のショット位置から外側に広がるらせん状とし、所定の
内側のショット位置について露光が終了したとき、その
外側に存する計測ショット位置について前記再計測およ
び変換パラメータの補正を行い、その後、外側の各ショ
ットについて露光を行うこともできる。その場合、再計
測を行うショット位置を４つとし、変換パラメータの補
正は、伸縮に係る変換パラメータについて行うことがで
きる。これにより、伸縮の影響を受けやすい外側のショ
ットについての露光を精度良く行うことができる。

【００１０】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。 ［実施例１］図１は本発明の第１の実施例に係る露光装
置の概略図である。同図において、１０１は照明光学
系、１０２は回路パターンの原版であるレチクル、１０
５はレチクル１０２の回路パターンをウエハ１０６上に
結像する投影光学系である。ウエハ１０６はチャック１
０７によって保持され、ステージ１０８によってＸＹ平
面内を移動可能である。また、ステージ１０８にはミラ
ー１１０が取り付けられ、その位置がレーザ干渉計１０
９により、高精度に検出されている。また、レチクル１
０２はレチクルアライメント系１０３により位置検出さ
れ、ウエハ１０６上に露光された回路パターンはウエハ
アライメント系１０４（以後単にアライメント系とい
う）により、位置検出されている。これら各ユニットは
コントローラ１１３により制御されている。

【００１１】図２は、ステージ１０８を上方から見た図
である。ステージ１０８はＸ駆動部１１１、Ｙ駆動部１
１２によりＸＹ平面内を移動可能で、レーザ干渉計１０
９により位置検出されている。チャック１０７とステー
ジ１０８はチャック中心部で結合されている。ミラー１
１０と結合部までの距離のｘ方向をＬｘ、ｙ方向をＬｙ
としたとき、ステージ１０８が熱膨張すると、距離Ｌ
ｘ、Ｌｙが変化し、レーザ干渉計１０９の検出値とチャ
ック１０７の位置が合わなくなってしまう。

【００１２】図３にウエハ１枚を露光するフローチャー
トを示す。露光を開始すると、まずステップ３０２にお
いてウエハをステージ１０８にローディングし、ステッ
プ３０３においてアライメント系でサンプルショットに
対して、グローバルアライメントを行う。次に、ステッ
プ３０４においてサンプルショットの計測座標から全シ
ョットの補正座標を求め、ステップ３０５において補正
座標に基づいてステージ１０８をステップ駆動し、全シ
ョットを露光する。そして、ステップ３０６においてウ
エハを回収して、露光シーケンスを終了する。

【００１３】図４はウエハ１０６のショットレイアウト
及びサンプルショットＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を表した
ものである。ステップ３０３のグローバルアライメント
では、サンプルショットのアライメントマークを計測す
ることにより、設計上のマーク位置ｄi ＝［ｄxi，ｄy
i］^T をウエハマーク計測によって得られた実際のマー
ク位置ａi ＝［ａxi，ａyi］^T に補正変換により重ね合
わせようとしたとき、補正の残差ｅi ＝［ｅxi，ｅyi］
^T を含んだ補正位置ｇi ＝［ｇxi，ｇyi］^T ＝［ａxi＋
ｅxi，ａyi＋ｅyi］^T と前記ｄi との関係が

【００１４】

【数１】 で表されたとして、変換パラメータＢ、Θ、ｓを補正の
残差ｅi の２乗和

【００１５】

【数２】 が最小になる条件の下に計算する。ここで、Ｂ、Θ、ｓ
は、

【００１６】

【数３】 であり、 βx 、βy は、 各々ウエハのｘ方向、 ｙ方向の
伸縮、 θx 、θy は各々ショット配列のｘ軸、ｙ軸の回
転成分を表している。また、ｓはウエハ全体としての並
行ずれを表している。これらの変換パラメータはウエハ
に形成されているパターンの理想的な位置からのずれの
誤差要因として、倍率成分、回転成分、並行ずれ成分を
表している。

【００１７】しかし、１ＧＤＲＡＭの世代になると、グ
ローバルアライメント後の露光中の露光光のエネルギー
や，駆動系の発熱によるウエハやステージの数１０ｎｍ
程度の変動は無視することができなくなる。その位置ず
れ量を表したのが、図５である。ショット数が進むにつ
れて、グローバルアライメント後の温度から徐々に離れ
ていき、最終ショット近辺ではかなりの位置ずれ量にな
ってしまう。

【００１８】そこで、露光シーケンスにおいてサンプル
ショットの露光の前に再度アライメント計測を行い、最
初のグローバルアライメントのときの値と比較し、以後
の露光の補正座標を更新する。従来、ショット順は、ス
ループットを重視し、図６（ａ）のように行われている
が、本発実施例では、図６（ｂ）のようなショット順で
行うことにより、スループットには殆ど影響を与えるこ
となく、高精度な位置合せを可能にしている。

【００１９】図７は、露光シーケンスを示す。ステップ
７０２から７０４までは通常のシーケンスだが、ステッ
プ７０５では、図６（ｂ）のように中心付近から露光を
始めて、順に上に上がっていき（ステップ７０５）、サ
ンプルショットＳ１（第１８ショット) の露光をする前
にアライメント計測を行う（ステップ７０６）。サンプ
ルショットＳｌを露光した後、サンプルショットＳ３
（第１９ショット) にステップ移動し、 それを露光する
前にアライメント計測を行う（ステップＳ７０７）。次
に、サンプルショットＳ１とＳ３の、露光前の座標をそ
れぞれＳ１＝［Ｓx1，Ｓy1］^T 、Ｓ３＝［Ｓx3，Ｓy3］
^T とし、 露光中の座標をそれぞれＳ１′＝［Ｓx1' ，Ｓ
y1' ］^T 、Ｓ３′＝［Ｓx3' ，Ｓy3' ］^T として、ウエ
ハの熱伸縮Δβx 、Δβy 及びミラーとチャック中心間
の距離の変動Δsx、Δsyを、以下の式によって得る（ス
テップ７０８）。

【００２０】

【数４】 これらの補正値を（３）式におけるＢとｓに用いると

【００２１】

【数５】 となり、これらを用いて配列座標を補正する（ステップ
Ｓ７０９）。そして、補正された配列座標に基づいて残
りのショットの露光を行う（ステップ７１０）。最後に
ウエハを回収して（ステップ７１１）、露光を終了する
（ステップ７１２）。このようにすることで、図８のよ
うに温度変化による位置ずれを途中でキャンセルするこ
とができ、全体での位置ずれ量を抑えることができる。

【００２２】［実施例２］第２の実施例では、第１の実
施例で用いたサンプルショットＳ１からＳ４をすべて、
露光中に再度アライメントする場合について示す。この
方法を用いることにより、温度変化により、Ｘ，Ｙ方向
のずれや倍率変化のみならず、θ方向にずれが発生した
場合にも対応できる。

【００２３】図４のようなサンプルショットのレイアウ
トの場合、図９のような露光順で露光する。そのときの
露光シーケンスを図１０に示す。露光を開始すると、ま
ず実施例１と同様にウエハロード（ステップ１００
２）、グローバルアライメント（ステップ１００３）、
配列座標演算（ステップ１００４）を行い、その座標を
基に１〜１５ショットまでの露光を行う（ステップ１０
０５）。次にサンプルショットＳ１〜Ｓ４である、第１
６〜１９ショットまではアライメント計測を行った後、
露光していく（ステップ１００６〜１００９）。サンプ
ルショットＳ１〜Ｓ４の計測データから配列座標を再演
算（ステップ１０１０）、即ち（３）式のパラメータ
Ｂ、θ、ｓを更新し、以後のショットの配列座標を補正
し、第２０〜３７ショットを露光する（ステップ１０１
１）。

【００２４】このようにすることで、スループットに殆
ど影響することなく、Ｘ、Ｙ方向のずれや倍率変化のみ
ならず、θ方向について、温度により、ずれが生じる場
合でも、図８のように温度変化による位置ずれを途中で
キャンセルすることができ、全体での位置ずれ量を抑え
ることができる。

【００２５】［実施例３］第３の実施例では、図１１に
示すように内側かららせん状に露光していき、周辺ショ
ットを露光する前に再度サンプルショットをアライメン
ト計測し、（３）式のパラメータＢ、θ、ｓを更新、も
しくはＢのみを更新することで、熱膨張の影響を受けや
すい周辺ショットの位置ずれを補正している。このよう
にすることで、図８のように温度変化による位置ずれを
途中でキャンセルすることができ、全体での位置ずれ量
を抑えることができる。

【００２６】次に、この露光装置を利用することができ
るデバイス製造例を説明する。図１２は微小デバイス
（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣ
Ｄ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造のフロ
ーを示す。ステップ３１（回路設計）では半導体デバイ
スの回路設計を行なう。ステップ３２（マスク製作）で
は設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。
一方、ステップ３３（ウエハ製造）ではシリコン等の材
料を用いてウエハを製造する。ステップ３４（ウエハプ
ロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエ
ハを用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際
の回路を形成する。次のステップ３５（組み立て）は後
工程と呼ばれ、ステップ３４によって作製されたウエハ
を用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ
工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工
程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ３６（検
査）では、ステップ３５で作製された半導体デバイスの
動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行なう。こう
した工程を経て半導体デバイスが完成し、これを出荷
（ステップ３７）する。

【００２７】図１３は上記ウエハプロセスの詳細なフロ
ーを示す。ステップ４１（酸化）ではウエハの表面を酸
化させる。ステップ４２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶
縁膜を形成する。ステップ４３（電極形成）ではウエハ
上に電極を蒸着によって形成する。ステップ４４（イオ
ン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ４
５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ス
テップ４６（露光）では、上記説明した露光装置によっ
てマスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。ステ
ップ４７（現像）では露光したウエハを現像する。ステ
ップ４８（エッチング）では現像したレジスト像以外の
部分を削り取る。ステップ４９（レジスト剥離）では、
エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。
これらのステップを繰り返し行なうことによってウエハ
上に多重に回路パターンを形成する。本実施形態の製造
方法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度の半
導体デバイスを歩留りよく低コストで製造することがで
きる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
露光中にサンプルショット（計測ショット位置）につい
て再計測を行い、座標変換パラメータを補正するように
したため、ウエハ（基板）の大口径化やデザインルール
の微細化に伴い無視できなくなってきた、グローバルア
ライメント後のウエハの熱伸縮やミラー・チャック間変
動による影響を排除することができる。したがって、位
置合せの高精度化が実現できる。また、場合によっては
温度管理の精度を緩くすることができ、温度管理のシス
テムを簡素化することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施例に係る露光装置の概略
図である。

【図２】 図１の露光装置のステージの概要図である。

【図３】 従来の露光シーケンスのフローチャートであ
る。

【図４】 ショットレイアウトを示す図である。

【図５】 温度変化による位置ずれ量を示す図である。

【図６】 ショット順を示す図である。

【図７】 図１の露光装置における露光シーケンスのフ
ローチャートである。

【図８】 図１の装置における温度変化による位置ずれ
量を示す図である。

【図９】 本発明の第２の実施例に係るショット順を示
す図である。

【図１０】 図９のショット順の場合の露光シーケンス
のフローチャートである。

【図１１】 本発明の第３の実施例に係るショット順を
示す図である。

【図１２】 本発明の露光装置またはデバイス製造方法
により製造し得る微小デバイスの製造の流れを示すフロ
ーチャートである。

【図１３】 図１２におけるウエハプロセスの詳細な流
れを示すフローチャートである。

【符号の説明】

１０１：照明光学系、１０２：レチクル、１０３：レチ
クルアライメント系、１０４：ウエハアライメント系、
１０５：投影光学系、１０６：ウエハ、１０７：チャッ
ク、１０８：ステージ、１０９：レーザ干渉計、１１
０：ミラー、１１１：Ｘ駆動部、１１２：Ｙ駆動部、１
１３：コントローラ、Ｓ１〜Ｓ４：サンプルショット。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 露光パターンを有する原板と前記パター
   ンが複数のショット位置に露光される基板の各ショット
   位置との間の位置ずれを計測するずれ計測手段、ならび
   に、これを用いて、露光位置にある前記基板の前記複数
   のショット位置のうちの所定の計測ショット位置につい
   て、設計座標からの位置ずれを計測し、計測した位置ず
   れに基く実際の座標と、所定の変換パラメータを含む変
   換式により設計座標を変換した場合の座標との誤差が最
   小となるような前記変換パラメータを決定し、そして、
   この変換パラメータによる各ショット位置の設計座標か
   らの変換座標に基づいて前記基板のステップ移動および
   露光を行う露光制御手段を備えた露光装置において、露
   光制御手段は、前記基板の露光中に少なくとも１回少な
   くとも１つの前記計測ショット位置について前記位置ず
   れの計測を再び行い、その結果に基づいて前記変換パラ
   メータの補正を行うものであることを特徴とする露光装
   置。
2. 【請求項２】 前記露光制御手段は、前記ステップ移動
   を適当な順路に従って行い、前記再計測を行う計測ショ
   ット位置については、その計測ショット位置へステップ
   移動したときに再計測と露光を連続して行うものであ
   り、それによりその計測ショット位置へのステップ移動
   は、露光中は再度行う必要がないことを特徴とする請求
   項１記載の露光装置。
3. 【請求項３】 前記ステップ移動の順路は、前記再計測
   が、全ショット位置のうちほぼ半分についての露光が終
   了したときに行われるように設定されていることを特徴
   とする請求項２記載の露光装置。
4. 【請求項４】 前記露光制御手段は、前記ステップ移動
   の順路を基板の中心のショット位置から外側に広がるら
   せん状とし、所定の内側のショット位置について露光が
   終了したとき、その外側に存する計測ショット位置につ
   いて前記再計測および変換パラメータの補正を行い、そ
   の後、外側の各ショットについて露光を行うものである
   ことを特徴とする請求項１記載の露光装置。
5. 【請求項５】 前記変換は、伸縮および並進についての
   座標変換を含み、前記再計測を行うショットは２つであ
   り、前記変換パラメータの補正は、前記伸縮および並進
   に係る変換パラメータについて行うことを特徴とする請
   求項１〜３記載の露光装置。
6. 【請求項６】 前記変換は、伸縮、並進および回転につ
   いての座標変換を含み、前記再計測を行うショット位置
   は４つであり、前記変換パラメータの補正は、前記伸
   縮、並進および回転に係る変換パラメータについて行う
   ことを特徴とする請求項１〜３記載の露光装置。
7. 【請求項７】 前記変換は、伸縮についての座標変換を
   含み、前記再計測を行うショット位置は４つであり、前
   記変換パラメータの補正は、前記伸縮に係る変換パラメ
   ータについて行うことを特徴とする請求項４記載の露光
   装置。
8. 【請求項８】 露光パターンを有する原板と前記パター
   ンが複数のショット位置に露光される基板の各ショット
   位置との間の位置ずれを計測することにより露光位置に
   ある前記基板の前記複数のショット位置のうちの所定の
   計測ショット位置について設計座標からの位置ずれを計
   測し、これら計測ショット位置についての計測した位置
   ずれに基く実際の座標と、所定の変換パラメータを含む
   変換式により設計座標を変換した場合の座標との誤差が
   最小となるような前記変換パラメータを決定し、そし
   て、この変換パラメータによる各ショット位置の設計座
   標からの変換座標に基づいて前記基板のステップ移動お
   よび露光を行うデバイス製造方法において、前記基板の
   露光中に少なくとも１回少なくとも１つの前記計測ショ
   ット位置について前記位置ずれの計測を再び行い、その
   結果に基づいて前記変換パラメータの補正を行うことを
   特徴とするデバイス製造方法。