JPH1197342A - 位置合わせ方法 - Google Patents
位置合わせ方法Info
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- JPH1197342A JPH1197342A JP9273355A JP27335597A JPH1197342A JP H1197342 A JPH1197342 A JP H1197342A JP 9273355 A JP9273355 A JP 9273355A JP 27335597 A JP27335597 A JP 27335597A JP H1197342 A JPH1197342 A JP H1197342A
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Abstract
び高さ方向に基板を駆動するθΖステージと、前記基板
を保持しながら所定の直交座標系内で2次元移動する基
板ステージと、前記直交座標系内に検出中心を有し前記
基板に設けられているアライメントマークを検出する位
置検出手段と、前記直交座標系内で前記位置検出手段と
は異なる位置に検出中心を有し前記基板表面の高さを検
出するフォーカス計測手段とを有する位置合わせ装置に
適用される位置合わせ方法おいて、所定の配列座標系に
従って2次元に配列された複数のショット領域有し該複
数のショット領域のそれぞれのショットにアライメント
用のマークを有する基板を位置合わせする工程内で、前
記アライメントマーク検出時の前記基板表面の高さを位
置決めする際に、複数のアライメントショットのうちの
1ショットのアライメントマーク高さを前記フォーカス
計測手段で検出し、他ショットのアライメントマークの
高さは該検出した1ショットのアライメントマークの高
さと予め求められた前記基板の傾きから算出する。
Description
関し、例えば基板上に複数のショットを重ね合わせて露
光して半導体素子を形成する露光装置に用いられる位置
合わせ方法に関する。
半導体露光装置の位置合わせはプリアライメント工程と
精密アライメント工程の二工程から成る。プリアライメ
ント工程では顕微鏡7によりアライメントマークの検出
を行なうのだが、この際顕微鏡7のベストフォーカス位
置にθZステージ14を駆動するためには、θZステー
ジの駆動再現性のバラツキやウエハ厚のバラツキが存在
するため、1枚毎にフォーカス計測をする必要がある。
従ってプリアライメント工程ではまずウエハ12はθZ
ステージ14によって吸着保持された状態でXYステー
ジ15により投影レンズ2下に移動し、フォーカス光源
ユニット3、ミラー4、フォーカス受光ユニット5およ
びフォーカス制御装置6からなるフォーカス検出系によ
りウエハ12の表面高さを計測する。その後XYステー
ジ15によりウエハ12を顕微鏡7の下に移動して、該
計測した高さからアライメントマーク検出時のウエハ1
2表面の位置が顕微鏡7のべストフォーカス位置を算出
し、該算出したべストフォーカス位置にθZステージ1
4を駆動してウエハ12上のアライメントマークを検出
しウエハ12のずれ量を算出し位置合わせを行なう。
ジ14から微小θZステージ13にウエハ12を受け渡
し、前記フォーカス検出系と同じ検出領域を持つ不図示
の高倍顕微鏡により精密な位置合わせ工程を行なう。
体露光装置のウエハステージの詳細を示す。このウエハ
ステージは、微小θZステージ13、θZステージ14
およびXYステージ15により構成される。θZステー
ジ14は微小θZステージ13とは独立して駆動できる
構造になっており、該ウエハステージ上へウエハ12を
供給する際にはθZステージ14が微小θステージ13
よりも高い位置に駆動され、ウエハ12はθZステージ
14に吸着保持される。このウエハ12がθZステージ
14に吸着保持された状態でプリアライメント工程を行
なう。プリアライメントエ程が終了した後θZステージ
14を下の方向に、微小θステージ13を上の方向に駆
動することによりウエハ12は微小θステージ13に受
け渡されて吸着保持され、次の精密アライメント工程へ
進む。
テージ14に吸着保持されたウエハ12は、θZステー
ジ14自体の傾き、θZステージ14の構造、ウエハ1
2の自重によるたわみ、重ね焼き工程によるウエハ12
の変形などにより、ウエハ12の表面高さを水平に保つ
ことは困難である。図3にθZステージ14上のウエハ
12の状態を示す。このためアライメントマーク位置に
依存してアライメントマーク検出時のベストフォーカス
位置におけるθZステージ14のZ位置が異なるため、
プリアライメント工程内のフォーカス計測時には複数の
アライメントマーク各々について高さを計測する必要が
ある。
工程のフローチャートを示す。以下に図4を用いて従来
の方法によるプリアライメント工程を説明する。まずス
テップS1においてフォーカス計測のためにXYステー
ジ14をアライメントマーク位置でフォーカス計測でき
る位置に駆動する。次にステップS2において前記フォ
ーカス検出系によりフォーカス計測を行なう。この際、
計測したアライメントマークの高さを制御演算装置9に
記憶する。次にステップS3において全アライメントマ
ークのフォーカス計測が終了したかどうかチェックを行
ない、終了していない時はステップS1からステップS
2の動作を繰り返す。ステップS3で全アライメントマ
ークのフォーカス計測が終了していたらステップS4に
進みアライメントマークの位置計測を行なう。
計測のためにXYステージ15およびθZステージ14
をアライメントマークが顕微鏡7の検出領域に位置する
ように駆動する。この際、θZステージ14はステップ
S1からステップS2において制御演算装置9に記憶し
たアライメントマークの高さを用いて算出した該アライ
メントマークのベストフォーカス位置へ駆動する。次に
ステップS5において顕微鏡7によりアライメントマー
ク計測を行なう。次にステップS6において全アライメ
ントマークのフォーカス計測が終了したかどうかチェッ
クを行ない、終了していない時はステップS4からステ
ップS5の動作を繰り返す。ステップS6で全アライメ
ントマークのフォーカス計測が終了していたらプリアラ
イメント工程を終了する。
トマークのフォーカス計測を繰り返すために、プリアラ
イメント工程の処理の効率を悪くしている。特に半導体
露光装置のように大量のウエハを処理する装置において
は処理能力を著しく損ねてしまう。
鑑みてなされたもので、効率の良い位置合わせ方法を提
供することを目的とする。
達成するため本発明では、所定の基板を保持しながら回
転方向および高さ方向に基板を駆動するθΖステージ
と、前記基板を保持しながら所定の直交座標系内で二次
元移動する基板ステージと、前記直交座標系内に検出中
心を有し前記基板に設けられたアライメントマークを検
出する位置検出手段と、前記直交座標系内で前記位置検
出手段とは異なる位置に検出中心を有し前記基板表面の
高さを検出するフォーカス計測手段とを有する位置合わ
せ装置に適用される位置合わせ方法おいて、所定の配列
座標系に従って2次元に配列された複数のショット領域
と該複数のショット領域のそれぞれのショットにアライ
メント用のマークとを有する基板を位置合わせする工程
内で、前記アライメントマーク検出時の前記基板表面の
高さを位置決めする際に、複数のアライメントショット
のうちの1ショットのアライメントマーク高さを前記フ
ォーカス計測手段で検出し、他ショットのアライメント
マークの高さは該検出した1ショットのアライメントマ
ークの高さと予め求められた前記基板の傾きから算出す
ることを特徴とする。
の進んだ基板においては、複数の基板を連続して処理す
る場合、前記基板の位置合わせ工程内でアライメントマ
ーク検出時の前記基板表面の高さを位置決めする際に、
1枚目の基板においては従来例と同様に全アライメント
ショットの高さを検出し、2枚目以降は本発明に従って
1ショットのアライメントマーク高さのみを検出し他シ
ョットのアライメントマークの高さを決める際に、該検
出した1ショットのアライメントマークの高さと該1枚
目のアライメントショットの高さから該他ショットの高
さを算出する。
測を1点のみで行ない、アライメントマークの高さを該
1つのフォーカスデータから算出する。これにより効率
の良いアライメント工程を提供することができる。本発
明の位置合わせ方法は、プリアライメントと精密アライ
メントの2工程のアライメントを行なう際のプリアライ
メント工程に特に好適に適用される。
る。実施例1 図1は、本発明の実施例の適用対象である半導体露光装
置の概略ブロック図を示す。同図において、1はレチク
ル、2は縮小投影レンズ、3はフォーカス光源ユニッ
ト、4はミラー、5はフォーカス受光ユニット、6はフ
ォーカス制御装置、7は顕微鏡、8は検出装置、9は制
御演算装置、10はXYθZステージ制御装置、11は
操作端末、12はウエハ、13は微小θZステージ、1
4はθZステージ、15はXYステージである。フォー
カス光源ユニット3、ミラー4、フォーカス受光ユニッ
ト5およびフォーカス制御装置6は、フォーカス検出系
を構成し、微小θZステージ13、θZステージ14お
よびXYステージ15はウエハステージを構成してい
る。
チャート、図6〜図8にウエハの傾きを説明するモデル
を示す。まず、図6〜図8を用いて1つのアライメント
マークの高さから他のアライメントマークの高さを算出
する方法について説明する。図6はθZステージ14上
のウエハ12の傾きを示す。図中x方向の傾きをωx、
y方向の傾きをωyで表わす。図7はウエハ上のアライ
メントマーク配置を示す。図中Cはウエハ中心、Mはア
ライメントマーク、(x,y)はアライメントマークM
の座標を表わす。図8に図7に示すウエハのA−A’の
断面図を示す。図中zcはウエハ中心Cの高さ、zmは
アライメントマークMの高さを表わす。図6〜図8に示
すウエハの傾きのモデルにおいてアライメントマークM
の高さzmをウエハ中心Cの高さzcを用いてx方向、
y方向のそれぞれにー次的に傾いていると近似して算出
すると、
のX方向の傾きωxおよびy方向の傾きωyはθZステ
ージ14の傾きによってー意に決まる値であり、制御演
算装置9に記憶されている定数である。ωxおよびωy
を求めるには、例えばガラスウエハ等の平面度が優れた
基板をθZステージ14上に保持し、該基板上の3点の
高さをフォーカス検出系3〜6により計測して算出す
る。すなわち、基板上の3点として例えば図7に示すC
(0,0)、Px(x1,0)およびPy(0,y1)
を選択し、これら3点の高さをフォーカス検出系3〜6
により計測した結果をZ0、ZxおよびZyとすると、
本発明によるプリアライメント工程を図1に示す半導体
露光装置に適用した例を説明する。まずステップSS1
においてフォーカス計測のためにXYステージ14をフ
ォーカス計測中心がウエハ中心に位置するように駆動す
る。次にステップSS2において前記フォーカス検出系
によりフォーカス計測を行なう。この際、計測したウエ
ハ中心の高さを制御演算装置9に記憶する。
マーク計測のためにXYステージ15およびθZステー
ジ14をアライメントマークが顕微鏡7の検出領域に位
置するように駆動する。この際、θZステージ14はス
テップSS2において制御演算装置9に記憶したウエハ
中心の高さを用いて算出した該アライメントマークのベ
ストフォーカス位置へ駆動する。次にステップSS5に
おいて顕微鏡7によりアライメントマーク計測を行な
う。
トマークのフォーカス計測が終了したかどうかチェック
を行ない、終了していない時はステップSS4からステ
ップSS5の動作を繰り返す。ステップSS6で全アラ
イメントマークのフォーカス計測が終了していたらプリ
アライメント工程を終了する。
ーカス位置算出方法について図9を用いて捕捉説明す
る。図9はウエハ12上のマークMを顕微鏡7で計測す
る時のθZステージ14の駆動量を説明するための図で
ある。図中Cはウエハ中心、Mはアライメントマーク、
(x,y)はアライメントマークMのウエハ中心Cを原
点とする座標、zcはウエハ中心Cの高さ、zmはアラ
イメントマークMの高さ、zbは顕微鏡7のべストフォ
ーカス位置で、顕微鏡7によりー意に決まる定数であり
制御演算装置9に記憶されている定数である。前記ステ
ップSS4においてフォーカス計測により求められるの
は、図9に示すウエハ中心Cの高さzcである。
を計測するためのθZステージ14の駆動量をZMと定
義する。アライメントマークMを計測するためのθZス
テージ14の駆動量ZMはベストフォーカス位置zbと
アライメントマークMの高さzmの差分であり、
ここで、近似式(1)中の前記ウエハ12のX方向の傾
きωxおよびy方向の傾きωyは上述のようにθZステ
ージ14の傾きによってー意に決まる値であり、制御演
算装置9に記憶されている定数である。最終的に、式
(2)に近似式(1)を適用してアライメントマークM
を計測するためのθZステージ14の駆動量ZMをウエ
ハ中心Cの高さzc、べストフォーカス位置zb、x方
向の傾きωx、y方向の傾きωyを用いて求めると、
ではウエハ12の傾きを直線による近似式(1)を用い
て算出する方法で説明してきたが、θZステージ14の
形状に対応した最適な近似式を用いて本発明を適用する
ことにより様々なシステムに対応した効率のよい位置合
わせ工程を実現することが可能となる。
の進んだウエハではウエハの変形を近似することが困難
になる。以下にかかる問題を考慮した本発明による位置
合わせ方法の第2の実施例について述べる。
工程を示すフローチャートで、図中(F1)は1枚目の
ウエハのプリアライメント工程を示すフローチャート、
(F2)は2枚目以降のウエハのプリアライメント工程
を示すフローチャートである。以下に図10を用いて図
1に示す半導体露光装置に適用した場合の本発明による
第2の実施例を述べる。
プリアライメント工程を説明する。まずステップS11
においてフォーカス計測のためにXYステージ14をア
ライメントマーク位置でフォーカス計測できる位置に駆
動する。次にステップS12において前記フォーカス検
出系によりフォーカス計測を行なう。この際、計測した
アライメントマークの高さを制御演算装置9に記憶す
る。ここで、該1枚目のウエハのN個目のアライメント
マークの高さをZ[N]と定義する。
トマークのフォーカス計測が終了したかどうかチェック
を行ない、終了していない時はステップS11からステ
ップS12の動作を繰り返す。ステップS13で全アラ
イメントマークのフォーカス計測が終了していたらステ
ップS14に進みアライメントマークの計測を行なう。
マーク計測のためにXYステージ15およびθZステー
ジ14をアライメントマークが顕微鏡7の検出領域に位
置するように駆動する。この際、θZステージ14はス
テップS11からステップS12において制御演算装置
9に記憶したアライメントマークの高さZ[N]を用い
て算出した該アライメントマークのべストフォーカス位
置へ駆動する。次にステップS15において顕微鏡7に
よりアライメントマーク計測を行なう。次にステップS
16において全アライメントマークのフォーカス計測が
終了したかどうかチェックを行ない、終了していない時
はステップS14からステップS15の動作を繰り返
す。ステップS16で全アライメントマークのフォーカ
ス計測が終了していたら1枚目のウエハのプリアライメ
ント工程を終了する。
のプリアライメント工程を説明する。まずステップS2
1においてフォーカス計測のためにXYステージ14を
1ショット目のアライメントマーク位置でフォーカス計
測できる位置に駆動する。次にステップS22において
前記フォーカス検出系によりフォーカス計測を行なう。
この際、計測した1ショット目のアライメントマークの
高さを制御演算装置9に記憶する。ここで、該計測され
た1ショット目のアライメントマークの高さをZ1と定
義する。
マーク計測のためにXYステージ15およびθZステー
ジ14をアライメントマークが顕微鏡7の検出領域に位
置するように駆動する。この際、θZステージ14は
(F1)に示すフローチャートのステップS11からス
テップS12において、制御演算装置9に記憶したアラ
イメントマークの高さZ[N]およびステップS22に
おいて記憶した1ショット目のアライメントマークの高
さZ1を用いて算出した該アライメントマークのベスト
フォーカス位置へ駆動する。
りアライメントマーク計測を行なう。次にステップS2
5において全アライメントマークのフォーカス計測が終
了したかどうかチェックを行ない、終了していない時は
ステップS23からステップS24の動作を繰り返す。
ステップS25で全アライメントマークのフォーカス計
測が終了していたらウエハのプリアライメント工程を終
了する。
べストフォーカス位置算出方法について捕捉説明する。
まず記憶した1枚目のウエハのアライメントマーク高さ
Z[N]のデータから1ショット目のアライメントショ
ットの高さとNショット目のアライメントマークの高さ
の差を求める。該高さの差をΔZ[N]と定義すると、
ウエハにおいてはウエハの変形は同様に進んでいるもの
と考えられる。従って、各アライメントショット間の高
さの位置関係は2枚目以降のウエハにおいても1枚目の
ウエハと同様であるといえる。すなわち、2枚目以降の
Nショット目のアライメントマークの高さをZn[N]
と定義すると、
のNショット目のアライメントマークを計測するための
θZステージ14の駆動量をZNとすると、θZステー
ジ14の駆動量ZNはベストフォーカス位置zbとアラ
イメントマーク高さZn[N]の差分、すなわち、
(6)に適用して2枚目以降のNショット目のアライメ
ントマークを計測するためのθZステージ14の駆動量
ZNをベストフォーカス位置zb、1枚目のウエハのN
ショット目のアライメントマーク高さZ[N]、2枚目
以降の1ショット目のアライメントマークの高さZ1を
用いて、
ウエハの処理においては処理する1枚目のウエハのアラ
イメントマークの高さの位置関係を2枚目以降のウエハ
に適用することにより、ウエハの変形の影響を受ける事
なく各工程に最適で効率の良い位置合わせ工程が実現で
きる。
バイスの生産方法の実施例を説明する。図11は微小デ
バイス(ICやLSI等の半導体チップ、液晶パネル、
CCD、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1(回路設計)ではデバイスの
パターン設計を行なう。ステップ2(マスク製作)では
設計したパターンを形成したマスクを製作する。ー方、
ステップ3(ウエハ製造)ではシリコンやガラス等の材
料を用いてウエハを製造する。ステップ4(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5(組み立て)は後工程
と呼ばれ、ステップ4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6(検査)で
はステップ5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、これが出荷(ステップ
7)される。
ーを示す。ステップ11(酸化)ではウエハの表面を酸
化させる。ステップ12(CVD)ではウエハ表面に絶
縁膜を形成する。ステップ13(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14(イオ
ン打込み)ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ1
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16(露光)では上記説明したアライメント装置
を有する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17(現像)では露光した
ウエハを現像する。ステップ18(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19
(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が形成
される。
造が難しかった高集積度のデバイスを低コストに製造す
ることができる。
板の傾きおよび基板の変形の影響を受ける事なく常に効
率の良い位置合わせ工程が実現できる。
置の概略を示すブロック図である。
詳細を示す図である。
メント工程を示すフローチャートである。
ト工程を示すフローチャートである。
である。
駆動量を示す図である。
ント工程を示すフローチャートである。
る。
れを示す図である。
源ユニット、4:ミラー、5:フォーカス受光ユニッ
ト、6:フォーカス制御装置、7:顕微鏡、8:検出装
置、9:制御演算装置、10:XYθZステージ制御装
置、11:操作端末、12:ウエハ、13:微小θZス
テージ、14:θZステージ、15:XYステージ、ω
x:x方向のウエハの傾き、ωy:y方向のウエハの傾
き、C:ウエハ中心、M:アライメントマーク、zc:
ウエハ中心の高さ、zm:アライメントマークの高さ、
zb:顕微鏡のベストフォーカス位置。
Claims (4)
- 【請求項1】 所定の基板を保持しながら回転方向およ
び高さ方向に基板を駆動するθΖステージと、前記基板
を保持しながら所定の直交座標系内で2次元移動する基
板ステージと、前記直交座標系内に検出中心を有し前記
基板に設けられているアライメントマークを検出する位
置検出手段と、前記直交座標系内で前記位置検出手段と
は異なる位置に検出中心を有し前記基板表面の高さを検
出するフォーカス計測手段とを有する位置合わせ装置に
適用される位置合わせ方法おいて、 所定の配列座標系に従って2次元に配列された複数のシ
ョット領域有し該複数のショット領域のそれぞれのショ
ットにアライメント用のマークを有する基板を位置合わ
せする工程内で、前記アライメントマーク検出時の前記
基板表面の高さを位置決めする際に、複数のアライメン
トショットのうちの1ショットのアライメントマーク高
さを前記フォーカス計測手段で検出し、他ショットのア
ライメントマークの高さは該検出した1ショットのアラ
イメントマークの高さと予め求められた前記基板の傾き
から算出することを特徴とする位置合わせ方法。 - 【請求項2】 複数の基板を連続して処理する場合にお
いて、前記基板の位置合わせ工程内でアライメントマー
ク検出時の前記基板表面の高さを位置決めする際に、1
枚目の基板については全アライメントマークの高さを検
出し、2枚目以降は1ショットのアライメントマーク高
さのみを検出し他ショットのアライメントマークの高さ
を決める際に、該検出した1ショットのアライメントマ
ークの高さと前記1枚目の対応するショットのアライメ
ントマークの高さから該他ショットの高さを算出するこ
とを特徴とする請求項1に記載の位置合わせ方法。 - 【請求項3】 請求項1または2に記載の位置合わせ方
法を用いて基板をプリアライメントすることを特徴とす
るデバイス露光装置。 - 【請求項4】 請求項3に記載のデバイス露光装置を用
いてデバイスを製造することを特徴とするデバイス製造
方法。
Priority Applications (1)
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JP27335597A JP3815759B2 (ja) | 1997-09-22 | 1997-09-22 | 検出方法、露光装置およびデバイス製造方法 |
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