JPH1167633A - 縮小投影露光装置及び縮小投影露光方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】縮小投影露光装置で、位置合せ工程で露光した
装置とのレンズディストーションマッチングの良好な装
置の選択肢を増加させる。 【解決手段】レチクル５、及びウェーハ６を、９０゜単
位のセット角度で回転させてレチクルステージ８、ウェ
ーハステージ１１に搬送するプリアライメント機構部を
有する。上記セット角度を、位置合せターゲット工程で
露光した装置のディストーションと他の装置の９０゜単
位でレチクルセット角度を変化させた場合のディストー
ションとのマッチング特性から選択し、重ね合せ露光が
可能な装置と上記セット角度の情報を製造ラインのホス
トコンピュータ２に転送するシステム１を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
工程で用いられる縮小投影露光装置及び縮小投影露光方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の縮小投影露光装置のレチクル搬送
及びウェーハ搬送からウェーハ露光処理までの一連の処
理動作について図面を参照して説明する。

【０００３】図５は、従来の縮小投影露光装置（以下ス
テッパー又は単に装置と記す）の構成図、図６はレチク
ル搬送からウェーハ露光処理までの動作を説明したフロ
ーチャートである。以下図５、図６を併用して説明す
る。

【０００４】レチクル５は、専用ケースから搬送アーム
（図示せず）により取り出されると、レチクルプリアラ
イメントステージ１７にて大まかな位置合わせが行われ
る（Ｓ１４）。その後、再び搬送アームにより縮小投影
レンズ１３の上部にあるレチクルステージ８に搬送され
る（Ｓ１５）。

【０００５】続いて、レチクルアライメントセンサー９
を用いてレチクル５上の専用アライメントマークの位置
検出を行ないながら、レチクル５の微少ローテーション
がレチクルステージ８上で調整される。また、ウェーハ
ステージ１１の駆動原点に対するレチクル５の中心位置
検出が行われる（Ｓ１６）。

【０００６】以上により、レチクル５のセットが完了す
ると、ウェーハ６が搬送アーム（図示せず）によりキャ
リアから搬出されてウェーハプリアライメントステージ
１８上に搬送され、ＯＦ（オリエンテーションフラッ
ト）等の位置検出を行なうことにより大まかな位置合わ
せが行われる（Ｓ１７）。続いてウェーハ６は、搬送ア
ームによりウェーハステージ１１上に搬送される（Ｓ１
８）。

【０００７】次にウェーハアライメントセンサー１２が
ウェーハ６上に形成されたウェーハアライメントマーク
を指定ポイント数検出する。このウェーハアライメント
マークは、位置合わせターゲット工程の露光時に形成さ
れたものである。アライメントデータ算出部１４は、ア
ライメントマーク検出位置データからウェーハ６の伸縮
量等の計算を行い、その結果をステージ制御部１６に転
送する（Ｓ１９）。

【０００８】ステージ制御部１６がアライメント結果を
基にウェーハステージ１１の動作を制御しながらウェー
ハの露光処理が行われる（Ｓ２０）。

【０００９】以上が、従来のステッパーのレチクル搬送
からウェーハ露光処理までの動作である。

【００１０】次に、従来のステッパーにて、位置合わせ
ターゲット工程での露光に用いた装置のレンズディスト
ーション特性と、それに対して重ね合わせ露光をする装
置のレンズディストーション特性が異なる場合に発生す
る露光ショット内の位置ずれ不良について図面を参照し
て説明する。

【００１１】図７は、上記の現象について説明する為の
露光像を示す図である。レンズディストーションとは、
像面歪曲収差を意味し、ステッパーの１ショットの露光
エリア内の理想格子からのずれを指す。図中の実線は露
光可能な最大正方形エリア（例えば２０ｍｍ四方）の理
想格子で、破線が実際に露光して得られた露光像（露光
エリア）を示している。例えば、装置Ａの場合、左下側
の結像点が外側に位置しており、ディストーションが大
きいポイントである。

【００１２】このディストーションは装置により種々の
傾向を持っており、装置間のディストーションの類似性
をディストーションマッチングと称している。このマッ
チングが悪い、すなわち、ディストーション傾向の異な
った装置間で露光パターンの重ね合わせを行うと、露光
ショット内の位置ずれ不良が発生しやすくなる。

【００１３】例えば、装置Ａを位置合わせターゲット工
程の露光に用いた場合、装置Ｂの様に、装置Ａとのマッ
チングが良好な装置で重ね合わせ露光すれば位置ずれ不
良は発生しにくいが、装置Ｃ，Ｄ，Ｅの様に露光ショッ
ト内にマッチングの悪いポイントのある装置で重ね合わ
せ露光を行った場合、露光ショット内での位置ずれの大
きいポイントの発生が不可避となってしまう。例えば、
装置Ａと装置Ｃで、露光ショットの中心を精度良く重ね
合わせしても、ショットの左下、右下はディストーショ
ンマッチング起因の位置ずれが生じ、そのずれ量が設計
値を超えると位置ずれ不良となってしまう。

【００１４】近年の半導体素子の位置ずれの許容量は、
微細工程で０．０５〜０．１μｍと極めて厳しくなって
いる。そのため従来技術では、このような精度が要求さ
れる工程では、各装置のレンズディストーションデータ
を基に、位置合わせターゲット工程の露光に用いた装置
とマッチングの良好な装置を選定して重ね合わせ工程の
露光装置を決定していた。しかしながら、良好なマッチ
ングの得られる装置グループは台数が限られており、厳
しい位置合わせ精度が要求される工程では、使用可能な
装置が限定され、製造ラインの生産性を低下させてい
た。

【００１５】ディストーションマッチング起因の位置ず
れ量の補正方法として、特開平６−１７７００１号公報
による方法がある。この方法は、ディストーションデー
タから、レチクルステージ上でレチクルの回転補正を行
なうものである。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】従来技術の問題点は、
位置ずれ許容量の小さい工程における重ね合わせ露光処
理可能な装置の台数が少数に限定される為、製造ライン
の生産性を大きく低下させていたことである。

【００１７】その理由は、装置間のレンズディストーシ
ョンマッチング起因の位置ずれ不良を防止するための露
光処理可能な装置の選定に際し、装置１台につき１通り
のディストーションデータしか無いために、マッチング
が良好な装置の選択肢が少なかったためである。

【００１８】又特開平６−１７７００１号公報での方法
では、事前に所定のレチクルセット角度毎のディストー
ションマッチングを算出して露光可能装置を選定するシ
ステムを有せず、また、レチクルステージ搬送前のレチ
クル回転機構を有しないことや、レチクルを９０゜や１
８０゜に大きく回転させるためのレチクルアライメント
センサー、及びレチクルセット角度に対応したウェーハ
のアライメント結果の座標系変換機構を有していないこ
とより、ディストーション補正のためのレチクル回転量
は、レチクルステージ上での微少回転に限定される（実
用的には最大で数百〜数千マイクロラジアンのオーダ
ー）ため、マッチングの良好な装置の選択肢は少なく、
製造ラインの生産性を向上させるシステム、装置構造と
はなっていなかった。

【００１９】本発明の目的は、レンズディストーション
のマッチングが良好な露光装置を選定する選択肢を増や
し、位置ずれ許容量の小さい工程を処理可能な装置台数
を増加させて、製造ラインの生産性を向上させることの
できる縮小投影露光装置及び縮小投影露光方法を提供す
ることにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】第１の発明の縮小投影露
光装置は、ウェーハステージの一方の駆動方向を基準と
して、レチクルステージ上におけるレチクルのセット角
度を０°，９０°，１８０°，２７０°に変更した場合
の複数の縮小投影露光装置のレンズのディストーション
データを保有し、ウェーハ上に位置合わせの基準となる
層の露光を行なった第１の縮小投影露光装置のレンズの
ディストーションデータと複数の前記ディストーション
データとの差が基準値以下となる縮小投影露光装置の選
定及び、選定された縮小投影露光装置と前記第１の縮小
投影露光装置のレチクルセット角度の組み合わせとを選
定する選定手段とを有することを特徴とするものであ
る。

【００２１】第２の発明の縮小投影露光方法は、ウェー
ハステージの横方向の駆動方向を基準としてレチクルス
テージ上におけるレチクルのセット角度をを０°，９０
°，１８０°，２７０°に変更した場合の複数の縮小投
影露光装置のレンズのディストーションデータと、ウェ
ーハ上に位置合わせの基準となる層の露光を行った第１
の縮小投影露光装置のレンズのディストーションデータ
とについて、露光ショット内の所定の位置におけるディ
ストーションデータの差を算出する工程と、前記ディス
トーションデータの差が予め指定された基準値以下であ
るか判定を行う工程と、前記判定結果から重ね合わせ露
光処理可能な第２の縮小投影露光装置を選定する工程
と、第１と第２の縮小投影露光装置についてディストー
ションデータの差が最小になるレチクルセット角度を選
定する工程とを含むことを特徴とするものである。

【００２２】

【作用】位置合わせターゲット工程を露光したステッパ
ーとのレンズディストーションマッチングの良好な装置
を選定する際の選択肢が大幅に増加する。

【００２３】その理由は、レチクルのセット角度を９０
゜単位で大きく変えた場合、露光によるパターン像もそ
れに対応して回転するため、ディストーションの発生位
置を大きく変化させることができるためである。従って
本発明では、１台の装置につき４種類の大きく変化した
ディストーション傾向が得られることになる。

【００２４】

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

【００２５】図１は、本発明の第１の実施の形態を説明
する為のステッパーの構成図であり、特に９０゜毎にレ
チクルを回転させてレチクルステージにセット可能な場
合を示している。

【００２６】図１において、露光装置指示及びレチクル
セット角度指示システム１は、製造ラインの全ステッパ
ーのレンズディストーションデータを保持する。また、
位置合わせターゲット工程に用いられ露光処理した第１
のステッパーのデータを、ラインの生産制御を行ってい
るホストコンピュータ２より受信可能とする。そして、
第１のステッパーのディストーションデータと、ウェー
ハステージ１１の横方向の駆動方向を基準として９０゜
毎にレチクルを回転させた場合の全ステッパーのディス
トーションデータから、重ね合わせ露光処理可能なステ
ッパー及び、レチクルのセット角度を選定する機能を有
する。

【００２７】ホストコンピュータ２は、通常のラインの
生産制御の他に、上記システムの装置選定結果を基にウ
ェーハの処理装置を最終的に決定し、レチクルセット角
度の条件データを、パーソナルコンピュータ等からなる
マシンコントローラ３と呼ばれる装置制御全般を行なう
システムに転送可能な機能を有する。

【００２８】ステッパーのレチクル・ウェーハセット制
御部４は、マシンコントローラ３からの指示により、レ
チクル５、ウェーハ６のセット角度を制御する。

【００２９】回転セット機構付きレチクルプリアライメ
ントステージ７は、レチクルステージ８に搬送される前
に、レチクル５のセット角度を指示通りに回転させた
後、大まかな位置合わせを行なう。

【００３０】レチクルアライメントセンサー９は、レチ
クル５上に形成されたレチクルアライメントマーク位置
を検出する。その検出結果により、レチクルステージ８
上ではレチクル５の微少回転補正（調整）、レチクル５
の中心位置の検出が行われる。従来技術のレチクルセッ
ト（セット角度０゜）では、左右各１個ずつのアライメ
ントセンサーによりレチクルの回転補正等を行なってい
たが、本実施の形態では、セット角度９０゜，２７０゜
時のレチクルのアライメントを行なうために、上下にも
各１個ずつアライメントセンサー９Ａを有している。た
だし、９０゜，２７０゜セット時専用のアライメントマ
ークをレチクル上に予め形成しておけば、従来の左右の
アライメントセンサー９だけで、９０゜，２７０゜セッ
ト時のアライメントも可能となる。

【００３１】続いて、ウェーハ側のアライメント機構で
あるが、回転セット機構付きウェーハプリアライメント
ステージ１０は、ウェーハ６を露光ステージ１１に搬送
する前に、レチクル５のセット角度と同角度にウェーハ
６の角度を合わせ、その後に大まかな位置合わせを行な
う機構を有する。

【００３２】ウェーハアライメントセンサー１２は、位
置合わせターゲット工程においてウェーハ６上に形成さ
れたウェーハアライメントマークの位置を検出するセン
サーである。２本のセンサーはそれぞれＸ軸方向、Ｙ軸
方向のアライメントマークを検出する。

【００３３】アライメントデータ算出部１４は、アライ
メントマークの位置検出データより、ウェーハ伸縮量等
のアライメント結果を算出する。

【００３４】ここでレチクル５のセット角度が変更され
ている場合、ウェーハ６のセット角度も変更されるの
で、アライメントデータはセット角度に応じて符号等の
変換が必要となる。そのため、アライメントデータ座標
系変換部１５はアライメントデータ算出部１４からのデ
ータを受信すると、セット角度を変更した場合のこの変
換動作を行い、ステージ制御部１６へアライメント結果
を転送する。

【００３５】ステージ制御部１６は、アライメント結果
を基にウェーハステージ１１の駆動制御を行なう。ウェ
ーハステージ１１が所定の露光位置に順次駆動される
と、縮小投影レンズ１３を通してレチクル５のパターン
がウェーハ６に露光される。

【００３６】続いて、図１に示したステッパー動作フロ
ーについて図２のフローチャートと図３のレチクルセッ
ト角度の算出についての補足説明図を用い説明する。

【００３７】ウェーハ６が露光処理工程前にくると、ホ
ストコンピュータ２は、露光装置指示及びレチクルセッ
ト角度指示システム１に、ウェーハ６の位置合わせター
ゲット工程がどのステッパーで、又どのレチクルセット
角度で露光されたかのデータを転送する（Ｓ１）。

【００３８】露光装置指示及びレチクルセット角度指示
システム１は、位置合わせターゲット工程で露光した第
１のステッパーのディストーションデータと他のステッ
パーの９０゜毎のレチクルセット角度におけるディスト
ーションデータを露光ショット内の定められた数点につ
いて比較し、各ポイントのずれ量を算出する。このずれ
量が予め指定されたウェーハの工程ごとの許容値以内で
あるか判定を行ない、処理可能な第２のステッパー及
び、ショット内の位置ずれ量が最小になるレチクルセッ
ト角度を求める（Ｓ２）。

【００３９】ここで、補足説明図の図３にてレチクルセ
ット角度の条件指定例を説明する。位置合わせターゲッ
ト工程での露光装置を装置Ａとする。装置Ａでは、露光
ショット内の左下のディストーションが大きい。これを
他の装置Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅとのマッチングで見ると、従来
のレチクルセット角度０゜で良好なマッチングが得られ
るのは、装置Ｂだけである。しかし、本実施の形態で
は、レチクルの角度を４通り選択できるため、レチクル
セット角度０゜においては良好なマッチングが得られな
かった装置Ｃ、Ｄ、Ｅでも、それぞれ９０゜，１８０
゜，２７０゜のレチクル回転により装置Ａとの良好なマ
ッチング特性が得られることになり、それが、各ステッ
パーのレチクルセット角度の条件指定となる。また、こ
のレチクルセット角度を変化させた場合は、ウェーハも
同一角度でセットすれば正常なパターンが得られること
が判る。この様にして求められた条件がホストコンピュ
ータ２に転送される（Ｓ３）。

【００４０】ホストコンピュータ２は装置の稼働状況等
により、処理可能な複数のステッパーより１台の第２の
ステッパーを選定し、ウェーハ６はその第２のステッパ
ーにセットされる（Ｓ４）。

【００４１】ホストコンピュータ２は、マシンコントロ
ーラ３と呼ばれる装置制御システムにウェーハの露光量
等の処理条件と、レチクルセット角度条件を送信し、マ
シンコントローラ３は、ステッパーのレチクル・ウェー
ハセット制御部４にこの条件を転送する（Ｓ５）。

【００４２】レチクル５は、専用ケースから搬送アーム
（図示せず）により取り出されると、回転セット機能付
きレチクルプリアライメントステージ７にセットされ、
指定のセット角度にセットされて大まかな位置合わせが
行われる（Ｓ６）。尚、レチクルはケースから取り出し
た際には、常に同一角度を向いているため、角度を変更
するには、このプリアライメントステージにて回転動作
を行なう必要がある。続いて、レチクル５は搬送アーム
によりレチクルステージ８上にセットされる（Ｓ７）。

【００４３】レチクルステージ８上では、レチクルアラ
イメントセンサー９でレチクルアライメントマークの位
置検出を行いながら、レチクル５のローテーションの微
少補正が行われ、また、ウェーハステージ１１の駆動原
点に対するレチクル５の中心位置の検出が行われる（Ｓ
８）。先に説明したように、４本のアライメントセンサ
ー９，９Ａの内、実際にはレチクル５のセット角度に応
じて、２本のアライメントセンサーが使用される。

【００４４】レチクル５のセットが完了すると、ウェー
ハ６の搬送が開始される。まず、ウェーハ６は搬送アー
ムによりキャリアより搬出されると回転セット機構付き
ウェーハプリアライメントステージ１０上に搬送され
る。このプリアライメントステージ上でウェーハ５はＯ
Ｆ等の位置検出によりレチクルセット角度と同一角度に
回転セットされ、大まかな位置合わせが行われる（Ｓ
９）。続いて、ウェーハ６は搬送アームによりウェーハ
ステージ１１上にセットされる（Ｓ１０）。

【００４５】次にウェーハアライメントセンサー１２が
ウェーハ６上の位置合わせターゲット工程の露光時に形
成されたウェーハアライメントマークを数点検出し、ア
ライメントデータ算出部１４がウェーハ６の伸縮量等の
計算を行なう（Ｓ１１）。

【００４６】アライメント結果は、アライメントデータ
座標変換部１５へ転送され、ウェーハ６のセット角度の
変更時に必要となる符号等の変換処理が行われ、ステー
ジ制御部１６に転送される（Ｓ１２）。ステージ制御部
１６が最終のアライメント結果を基にウェーハステージ
１１の動作を制御しながら、ウェーハ６の露光処理が行
われる（Ｓ１３）。

【００４７】図４は本発明の第２の実施の形態を説明す
るためのディストーションデータ説明図でありディスト
ーションの管理データを、各ステッパーで照明条件を変
化させて露光した場合にまで拡張した例である。

【００４８】現状のステッパーは、解像力、焦点深度を
増加させる目的で、照明条件を変化させる機能を有して
いる。例えば、輪帯照明等の変形照明法を使用すること
が可能である。この照明条件変更時の問題として、同一
装置でも照明条件を変更するとディストーションが変化
することがあげられる。

【００４９】第２の実施の形態では、図４に示すよう
に、図１に示した露光装置指示及びレチクルセット角度
指示システム１内に照明条件変更時のディストーション
データも保持させる。照明条件を変更するウェーハの露
光工程は予め判っているため、この照明条件毎のデータ
を用いることで、第１の実施の形態と同様の手法で照明
条件変更によるディストーションマッチングの良好な装
置グループ、レチクルセット角度を選択することが可能
となる。

【００５０】

【発明の効果】第１の効果は、重ね合わせ露光に用いる
ステッパーを選定する際に、位置合わせターゲット工程
で露光した第１のステッパーとのレンズディストーショ
ンマッチングが良好なステッパーを選択する選択肢が大
幅に増加することである。これにより、位置ずれ許容量
の小さい工程のにおけるステッパーの限定使用が緩和さ
れ、製造ラインの生産性を大きく向上させることができ
る。

【００５１】その理由は、１台の装置に付き、レチクル
を９０゜毎に回転させた場合の４種類の異なったディス
トーション特性が得られるためである。

【００５２】第２の効果は、重ね合わせ露光を行なう場
合、露光ショット内の位置ずれ量が最も小さくなる最適
のレチクルセット角度にて露光処理を行なうことが可能
になることである。これにより、ショット内の位置合わ
せ精度を従来よりも向上させることが可能となる。

【００５３】その理由は、露光処理前に、最適のマッチ
ングが得られるレチクルセット角度の算出が可能であ
り、ステッパーを用いてその指定の通りの露光処理がで
きるからである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を説明する為のステ
ッパーの構成図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態の動作を説明する為
のフローチャートである。

【図３】本発明の第１の実施の形態におけるレチクルセ
ット角度の算出についての補足説明図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態を説明する為のディ
ストーションデータの説明図である。

【図５】従来のステッパーの構成図である。

【図６】従来技術の動作を説明する為のフローチャート
である。

【図７】レンズディストーションマッチング起因の露光
ショット内位置ずれ不良を説明するための為の説明図で
ある。

【符号の説明】

１ 露光装置指示及びレチクルセット角度指示システ
ム ２ ホストコンピュータ ３ マシンコントローラ ４ レチクル・ウェーハセット制御部 ５ レチクル ６ ウェーハ ７ 回転セット機構付きレチクルプリアライメントス
テージ ８ レチクルステージ ９，９Ａ レチクルアライメントセンサー １０ 回転セット機構付きウェーハプリアライメント
ステージ １１ ウェーハステージ １２ ウェーハアライメントセンサー １３ 縮小投影レンズ １４ アライメントデータ算出部 １５ アライメントデータ座標系変換部 １６ ステージ制御部 １７ レチクルプリアライメントステージ １８ ウェーハプリアライメントステージ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウェーハステージの一方の駆動方向を基
   準として、レチクルステージ上におけるレチクルのセッ
   ト角度を０°，９０°，１８０°，２７０°に変更した
   場合の複数の縮小投影露光装置のレンズのディストーシ
   ョンデータを保有し、ウェーハ上に位置合わせの基準と
   なる層の露光を行なった第１の縮小投影露光装置のレン
   ズのディストーションデータと複数の前記ディストーシ
   ョンデータとの差が基準値以下となる縮小投影露光装置
   の選定及び、選定された縮小投影露光装置と前記第１の
   縮小投影露光装置のレチクルセット角度の組み合わせと
   を選定する選定手段とを有することを特徴とする縮小投
   影露光装置。
2. 【請求項２】 ウェーハステージの横方向の駆動方向を
   基準として、レチクルステージ上におけるレチクルのセ
   ット角度を０°，９０°，１８０°，２７０°に変更し
   た場合の複数の縮小投影露光装置のレンズのディストー
   ションデータを保有し、ウェーハ上に位置合わせの基準
   となる層の露光を行った第１の縮小投影露光装置のレン
   ズのディストーションデータと複数の前記ディストーシ
   ョンデイータとの差が基準値以下となる縮小投影露光装
   置の選定及びこれら装置のレチクルセット角度の組み合
   わせを選定する手段と、前記選定手段から指定されたレ
   チクルセット角度の信号に従い、レチクルを回転させ指
   定角度にセットするレチクルプリアライメント手段と、
   このプリアライメント手段でセットされたレチクルのセ
   ット角度をレチクルステージ上で微細調整を行うレチク
   ルアライメント手段と、前記レチクルのセット角度と同
   一角度にウェーハを回転させるウェーハプリアライメン
   ト手段と、このプリアライメント手段でセットされたウ
   ェーハのセット角度をウェーハステージ上で微細調整を
   行うウェーハアライメント手段と、前記ウェーハのセッ
   ト角度に対応してウェーハアライメント結果のデータの
   座標を変換して露光時のウェーハステージの駆動制御を
   行うステージ制御手段とを含むことを特徴とする縮小投
   影露光装置。
3. 【請求項３】 ウェーハステージの横方向の駆動方向を
   基準としてレチクルステージ上におけるレチクルのセッ
   ト角度をを０°，９０°，１８０°，２７０°に変更し
   た場合の複数の縮小投影露光装置のレンズのディストー
   ションデータと、ウェーハ上に位置合わせの基準となる
   層の露光を行った第１の縮小投影露光装置のレンズのデ
   ィストーションデータとについて、露光ショット内の所
   定の位置におけるディストーションデータの差を算出す
   る工程と、前記ディストーションデータの差が予め指定
   された基準値以下であるか判定を行う工程と、前記判定
   結果から重ね合わせ露光処理可能な第２の縮小投影露光
   装置を選定する工程と、第１と第２の縮小投影露光装置
   についてディストーションデータの差が最小になるレチ
   クルセット角度を選定する工程とを含むことを特徴とす
   る縮小投影露光方法。