JPH11288880A - スキャン・タイプ露光システムとそのスキャン方向制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】スキャン・タイプ露光装置においてオーバレイ
の制御が難しかった。 【解決手段】スキャン・タイプの半導体露光ツールは、
各スキャン方向において固有のスキャン特性を有してい
る。さらに、半導体ウェハの反りにより、続くスキャン
は、前のスキャンのエラーを常に含むことがある。この
システム及び方法は、各層のスキャン方向をそれより下
の層と同方向に制御する。また、このシステム及び方法
は、処理されるウェハのコンディションを改良するよう
に、非チップエリアを処理する制御を含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイス処
理に係わり、特に、半導体を処理する露光装置の正確な
スキャン方向に関係する。

【０００２】

【従来の技術】半導体処理には、一般にステッパ・タイ
プの露光装置と、ＫｒＦエキシマレーザ・スキャン・タ
イプの露光装置からなる２つの露光ツールがある。図１
に示すように、ステッパ・タイプの装置は、マスク１０
１全体を照射する。マスク１０１を通過する光は、レン
ズ系１０２により半導体ウェハ１０３上に合焦される。
第２のタイプの装置としてのＫｒＦエキシマレーザ・ス
キャナは一般に図２に示すようである。光源（簡単化の
ため図示しない）からの光は、ライン２０４内でマスク
２０１を照射する。マスク２０１からの光は、レンズ系
２０２によってウェハ２０３上に合焦される。照射され
たビーム２０６がマスク２０１を横切ってスキャンする
ため、それによるビーム２０５は、逆方向に半導体ウェ
ハ２０３を横切る。ＫｒＦエキシマレーザスキャナとし
ては、例えばコネチカット、ウィルトンのリソグラフィ
・システム（Lithography Systems）社製マイクラスキ
ャン（Micrascan）II ＫｒＦエキシマレーザスキャナ
がある。

【０００３】スキャン・タイプ露光装置はマスク２０１
の選択された部分２０４の照度を制御するため、内部の
イメージング素子は、端から端までスキャンするための
照射ビーム２０６を制御する。スキャニング装置におい
て連続するスキャン間の遅延時間を最小限とするため、
走査光学系は最初のチップに対して第１の方向、次のチ
ップに対して第２の方向とういうように、双方向にスキ
ャンする。図３は、この走査方法の例を示している。

【０００４】図３は、２つのウェハＡ、Ｂを示してい
る。各ウェハにおいて各チップには、それぞれ１−９の
番号が付されている。ウェハＡを露光するとき、チップ
１に矢印で示すように最初のチップは例えば右方向にス
キャンされ、第２のチップは左方向、第３のチップは右
方向というように全てのチップがスキャンされる。この
方法を用いることにより、スキャナは迅速にウェハの位
置を変えることができ、スキャンオペレーション中に使
用される走査光学系を正確に動作できる。次に、ウェハ
Ｂが同様の方法により処理される。しかし、チップＢに
関して、ウェハＡの最後のチップ（チップ９）が右方向
にスキャンされたため、ウェハＢにおけるチップ１のス
キャン方向（矢印によって示される）は左方向となる。
さらに、最も最近のスキャニング装置は、次のスキャン
がオリジナルのスキャンと反対方向となるように、次の
スキャン方向を決定する。これはチップのマークを形成
したときのスキャン方向と次のアライメント時における
スキャンとでスキャン方向が異なることとなる。図４
は、この差異を詳細に示している。

【０００５】図４は、２つの処理段階における１つのウ
ェハを示している。ウェハがマークされる最初の処理ス
テップＡにおける走査は、初期のスキャン順序に基づい
ている。ウェハがアライメントされる処理ステップＢに
おいて、スキャン方向はステップＡの処理におけるスキ
ャン方向と反対とされる。

【０００６】スキャニング装置のスキャン方向は、ウェ
ハの処理に影響を与えないことが理想である。しかし、
種々の処理条件により次のスキャンにアライメントエラ
ーが現れることが分かった。これら条件としては、理想
的でない光学系、走査制御システム、システムノイズ、
振動、光収差が上げられ、さらにその他の条件が処理さ
れるウェハの１以上のチップにアライメントエラーを生
じさせる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図２に示すスキャン・
タイプの露光ツールにおいて、ウェハを保持するステー
ジの動きは、アライメントエラーの一因となる。特に、
スキャン中のステージの動きは、スキャン方向により特
性を有している。この特性は、スキャン方向、スキュ
ー、倍率やウェハのｘ−ｙシフトに関連する半導体ウェ
ハの回転を含む多数の要因として半導体表面に亘って変
化する。これらの要因の組み合わせは、オーバレイエラ
ー（ΔOＬ）をもたらす。典型的なオーバレイエラー
は、チップ面に亘るほぼ２０ｎｍのひずみをもたらす。
このオーバレイエラーは、先に処理された層上で各スキ
ャンのアライメントを困難とするため、このオーバレイ
エラーは、多層半導体プロセスにおいて顕著になる。ま
た、オーバレイエラーは、スキャン方向がチップ毎に変
わる場合一層顕著となる。多層上におけるこのエラーの
発生は、ウェハに対するマスクのミスアライメント、最
終的なプロセスの問題や歩留まりの低下を引き起こす。
異なるレベルで異なる方向にスキャンが行われる場合、
スキャン方向の相違によりステージの特性が非対称であ
るため、チップを横切るオーバレイエラーが増加する。

【０００８】図５は、第１、第２の処理層におけるスキ
ャン方向を示している。図５におけるウェハは、例えば
トレンチキャパシタや転送ゲートを含むメモリデバイス
である。ここに示したシステムや方法は、同様の他の半
導体構造に適用される。

【０００９】図６は、次の各スキャンが下の層のスキャ
ンとミスアラインしたエラーベクトルを示している。各
ベクトルの長さは、層間のミスアライメントに関係す
る。図６に示すように、スキャン・タイプ露光装置の問
題は、現在と前のスキャン方向との間の差異の計算を誤
ることである。幾つかのスキャン・タイプの露光装置
は、スキャン開始時に常に最初の方向にプリセットされ
る。このため、このプリセットオプションは、チップ上
で発見された不規則を補償しようとする場合、エラーが
発生し易いスキャンとなる。この点について、各ウェハ
固有のタスクを実行するためのスキャナの正確な制御を
行うことができなかった。

【００１０】本発明は、上記スキャン・タイプ露光シス
テムに関する課題を解決するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のスキャン・タイ
プ露光システムは、半導体ウェハ表面を走査するスキャ
ン・タイプ露光装置と、前記半導体ウェハ表面に位置す
る少なくとも１つのチップを前記チップのマーク層のス
キャンと対応した方向にスキャンするため前記露光装置
を制御する制御システムとを具備している。

【００１２】前記制御システムは、前記半導体ウェハの
少なくとも１つのチップから離れた領域をスキャンする
ため前記露光装置をさらに制御する。

【００１３】前記制御システムは、前記半導体ウェハ上
のチップ数に関するデータ及び少なくとも１つの第１の
スキャン方向を入力するための入力手段と、入力手段か
らのデータを処理し、少なくとも１つの後のスキャンの
ための適切なスキャン方向を決定するプロセッサとを有
している。

【００１４】前記制御システムは、入力手段からの前記
半導体ウェハのチップ領域外で前記少なくとも１つのチ
ップから離れた前記ウェハの付随エリアに関するデータ
受ける。

【００１５】本発明のオーバレイ制御方法は、半導体ウ
ェハの少なくとも１つのマーク層のスキャン方向を決定
する工程と、半導体ウェハのチップ数を決定する工程
と、前記マーク層のスキャン方向と現在のスキャン方向
を比較し、これらが不一致の場合、現在のスキャン方向
を前記マーク層のスキャン方向と一致する方向に変更す
る工程と、前記スキャンを実行する工程とを具備してい
る。

【００１６】前記半導体ウェハの非チップエリアのスキ
ャニングをプログラミングする工程をさらに具備してい
る。

【００１７】前記半導体ウェハのチップ数に関するデー
タ及び第１のスキャン方向を入力する工程と、前記入力
されたデータを処理する工程と、少なくとも１つのフィ
ーチャスキャンの適切なスキャン方向を決定する工程と
をさらに具備している。

【００１８】さらに、前記半導体ウェハのチップ数に関
するデータ、及び第１のスキャン方向を入力するための
入力手段から前記非チップエリアに関するデータを受け
る工程を具備している。

【００１９】本発明によれば、チップ露光（マーク・レ
ベル）中のスキャン方向は、アライメント（アライメン
ト・レベル）におけるスキャン方向と同方向に制御され
る。また、次の処理中、各ウェハはウェハの適切なスキ
ャン及び次の処理を保証するため、種々の要因に基づく
所定のスキャン順序によってスキャンされる。

【００２０】種々のチップに亘るスキャン方向を制御す
ることに加えて、本発明は、前の、あるいは、将来のプ
ロセスの元となるウェハの非チップエリアを処理するた
めの制御を含んでいる。非チップエリアの処理は、ウェ
ハの平坦化、機械的ストレスの軽減、及び、その他の利
点を有している。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。

【００２２】このシステム及び方法は、半導体ウェハの
処理を制御する。アライメントとマークレベルのスキャ
ニング方向が同じであるため、各スキャン方向の特性が
減少される。さらに、ウェハに付随する処理は、特性エ
ラーを除去するため、同じスキャン方向を使って制御さ
れる。本発明のスキャン・タイプ露光装置は、露光装置
のスキャニング動作を制御するための各種演算を行うプ
ロセッサと、このプロセッサに所要のデータを入力する
ための入力手段を有している。

【００２３】図７は、同一方向にスキャン制御される各
チップのスキャン方向の例を示している。各チップのス
キャン方向は先に処理されるチップと後で処理されるチ
ップとで異なるため、各チップの最初のスキャン方向は
チップの処理中に制御される。この実施例において、前
記スキャン方向は、チップの全ての処理を通して保持さ
れる。あるいは、この記録されたスキャン方向は、特性
エラーが次の走査プロセスに応じて発生し続ける限り保
持される。この目的のため、スキャンプロセスが特性エ
ラーの大きな原因でない場合、スキャンステップにおけ
るスキャン方向が、前のスキャン方向と同じであるよう
に制御される必要はない。

【００２４】図８は、前のスキャン方向に応じた各チッ
プのスキャンに関するエラーを示している。本発明の実
施例を用いることにより、スキャンエラーの数や大きさ
が減少される。図８に示すように、スキャンエラーの減
少は、大きさが小さくなったエラーベクトルにより示さ
れている。また、図８に示す記号の統計的な意味は、次
の通りである。

【００２５】Ｄｘ＝ｘのシフト Ｄｙ＝ｙのシフト Ｄθ＝回転 ＤＭ＝大きさ Ｍａｘ ＶＥＣ＝最大のベクトルの値 シグマ Ｘ (σx)＝Ｘ方向の標準偏差 シグマ Ｙ (σｙ)＝Ｙ方向の標準偏差 図８に示す結果を得るため、マイクラスキャンIIスキャ
ナと、本発明のスキャン制御の実行に使われたテストパ
ターンを用いた。図８に示すようにスキャン方向を制御
した場合と、 図６に示すようにスキャン方向を制御し
ない場合の相違の例のように、本発明の実施例は、概算
値を０．０５から０．０２としたとき、最大ベクトルエ
ラーが低下し、エラーベクトルマグニチュードが６０％
低下した。

【００２６】ウェハの非チップエリア（チップが形成さ
れていない領域）のエッジ部分の不必要な成長（あるい
は除去）を避けるため、本発明の実施例では、不所望の
凸部や凹部を除去して半導体ウェハを平坦化するに役立
つ非チップエリアの処理について考える。図９は、半導
体ウェハの非フィーチャエリア（パターンが形成されて
いない領域）を処理する場合の例を示している。この例
において、材料の過度成長や堆積は、ウェハの右下の象
限上で生じた。前記材料は例えば必要な、若しくは不必
要な処理のためにＣＶＤ中で成長した非対称な集合を含
んでいる。領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥは、例えば周囲の
チップにおいてフォーカシングエラーを発生させる過剰
な隆起や溝（凸部や凹部）を有することが知られてい
る。本発明の実施例によれば、領域Ａ−Ｅは、ウェハの
チップと非チップエリア間の不必要な隆起や段差の影響
による測定値への誤差を除去するように、ウェハのフィ
ーチャエリアと同じプロセスで露光される。

【００２７】図１０は、テストパターンとオーバレイエ
ラーを決定するためレジストを露光、現像した後、オー
バーレイの測定装置から出力されるスキャン信号の例を
示している。この例において、チップ上には多数のトレ
ンチＤＴが設けられている。同様に多数のワード線とな
るゲート電極を加工するためのレジストパターンが対応
して設けられている。この種の技術分野において周知で
あるように、測定装置が複数のフィーチャを横切ってス
キャンするとき発生する信号は、各処理のオーバレイエ
ラーを確定するため、先のスキャン（ＤＴパターン）か
らの他の信号と組み合わせてそれぞれの位置を算出し、
その差分がオーバーレイエラーとして計測される。

【００２８】図１１は、本発明に従ってスキャン・タイ
プ露光装置を動作させるプロセスを示している。ステッ
プ１３０１において、この装置は適切なスキャン情報に
よってプログラムされる。ステップ１３０２において、
この装置はウェハを全体的にアライメントする。ステッ
プ１３０３において、この装置はウェハのレチクルをア
ライメントする。ステップ１３０４において、この装置
はスキャンを開始する。

【００２９】図１２は、スキャニング装置がウェハのど
こをどのようにしてスキャンするかを命令するプログラ
ミングステップを示している。ステップ１４０１におい
て、この装置は最初のチップの最初のスキャンを含むウ
ェハのマーク層のスキャン方向をチェックする。この情
報は、スキャニング装置のメモリ（図示せず）に記憶し
てもよい。あるいは、ユーザーは、スキャナの各オペレ
ーションのためにこの情報を入力してもよい。ステップ
１４０２において、スキャンされるウェハ上のチップの
数が装置に入力される。この情報はメモリに記憶しても
よいし、ユーザーにより入力してもよい。ステップ１４
０３において、この装置はマーク層のスキャン方向と計
算された少なくとも１つのチップの現在のスキャン方向
とを比較する。これらの方向が一致している場合、この
装置は通常のスキャンを行う（ステップ１４０４）。こ
れらスキャンが不一致である場合、この装置はチップの
スキャン方向を変え（ステップ１４０５）、その後、通
常のスキャンを始める。

【００３０】この実施例はさらに、次の処理ステップ
（ステップ１４０６）を有している。このステップは、
ウェハの非チップ（チップ全面がウェハ上に完全にない
もの）エリアのうちどのサイドエリアが次の工程での処
理（熱ストレスや他のストレスの発生、又は、半導体に
おける同様の処理によるウェハの反り、歪み等の影響に
よって生じるパターンの剥がれによるパーティクルの増
加を最小限にする）のために非チップのウェハ表面を露
光するのに役立つスキャンが必要かどうかをプログラム
する。この装置は、どの非チップエリアをスキャンする
必要があるか、あるいはチップのどのスキャンが非チッ
プエリアをカバーするために決まった露光条件でオーバ
ーランできるかをプログラムしてもよい。あるいは、過
去の入力に基づいて、装置がどのエリアをさらに処理す
るかを知るため、予め記憶された非チップエリアを走査
してもよい。

【００３１】本発明は、上記実施の形態に限定されるも
のではなく、本発明の要旨を変えない範囲において種々
変形実施可能なことは勿論である。

【００３２】

【発明の効果】以上、詳述したように本発明によれば、
各ウェハ固有のタスクを実行するために、スキャニング
装置を正確に制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のステッパ・タイプ露光装置を示す図。

【図２】従来のスキャン・タイプ露光装置を示す図。

【図３】第１、第２のウェハ間におけるスキャン・タイ
プ露光装置の従来の走査技術を示す図。

【図４】シグナルウェハのマークとアライメント処理間
におけるスキャン・タイプ露光装置の従来の走査技術を
示す図。

【図５】ウェハ上の多数のチップに対する従来の走査技
術を示す図。

【図６】従来の走査技術に係わるオーバレイエラーの一
例を示す図。

【図７】本発明の実施例に係わる走査技術を示す図。

【図８】本発明の実施例に基づいた走査技術に係わるオ
ーバレイエラーの一例を示す図。

【図９】本発明の実施例に対応する半導体ウェハの追加
の処理を示す図。

【図１０】本発明の実施例に対応するオーバレイエラー
の測定に使用されるテストパターンを示す図。

【図１１】本発明の実施例によるスキャンプロセスを示
す図。

【図１２】本発明の実施例によるスキャンを制御するた
めのプロセスを示す図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 横家 昇 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 トーマス・フィッシャー アメリカ合衆国、 バージニア州 23116、 メカニクスビル、 ウインザー・シェー ド・ドライブ 9375

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体ウェハ表面を走査するスキャン・
   タイプ露光装置と、 前記半導体ウェハ表面に位置する少なくとも１つのチッ
   プを前記チップのマーク層を形成したときのスキャンと
   対応した方向にスキャンするため前記露光装置を制御す
   る制御システムとを具備することを特徴とするスキャン
   ・タイプ露光システム。
2. 【請求項２】 前記制御システムは、前記半導体ウェハ
   の少なくとも１つのチップから離れた領域をスキャンす
   るため前記露光装置をさらに制御することを特徴とする
   請求項１記載のスキャン・タイプ露光システム。
3. 【請求項３】 前記制御システムは、 前記半導体ウェハ上のチップ数に関するデータ及び少な
   くとも１つの第１のスキャン方向を入力するための入力
   手段と、 入力手段からのデータを処理し、少なくとも１つの後の
   スキャンのための適切なスキャン方向を決定するプロセ
   ッサとを有することを特徴とする求項１記載のスキャン
   ・タイプ露光システム。
4. 【請求項４】 前記制御システムは、入力手段からの前
   記半導体ウェハのチップ領域外で前記少なくとも１つの
   チップから離れた前記ウェハの付随エリアに関するデー
   タを受けることを特徴とする請求項３記載のスキャン・
   タイプ露光システム。
5. 【請求項５】 半導体ウェハの少なくとも１つのマーク
   層のスキャン方向を決定する工程と、 半導体ウェハのチップ数を決定する工程と、 前記マーク層のスキャン方向と現在のスキャン方向を比
   較し、これらが不一致の場合、現在のスキャン方向を前
   記マーク層のスキャン方向と一致する方向に変更する工
   程と、 前記スキャンを実行する工程とを具備することを特徴と
   するスキャン方向制御方法。
6. 【請求項６】 前記半導体ウェハの非チップエリアのス
   キャニングをプログラミングする工程をさらに具備する
   ことを特徴とする請求項５記載のスキャン方向制御方
   法。
7. 【請求項７】 前記半導体ウェハのチップ数に関するデ
   ータ及び第１のスキャン方向を入力する工程と、 前記入力されたデータを処理する工程と、 少なくとも１つのフィーチャをスキャンするための適切
   なスキャン方向を決定する工程とをさらに具備すること
   を特徴とする請求項５記載のスキャン方向制御方法。
8. 【請求項８】 前記半導体ウェハのチップ数に関するデ
   ータ、及び第１のスキャン方向を入力するための入力手
   段から前記非チップエリアに関するデータを受ける工程
   をさらに具備することを特徴とする請求項６記載のスキ
   ャン方向制御方法。