JPS6187331A - 半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の利用分野］ 本発明は、半導体製造装置に関し、さらに詳しくは半導
体ウェハをＸＹステージ等によって移動させながら工程
を進める例えばステップアンドリピート方式の半導体焼
付装置などで代表される半導体製造装置にｐｊＪする。

［従来の技術Ｊ 半導体製造装置、特にステップアンドリピート方式の半
導体焼付装置においてウェハを搭載して移動するＸＹス
テージの駆動制御は、一般に速度制御と位置制御の２つ
のサーボ方式を組合せて行なわれている。

すなわち、第４図はＸＹステージの速度変化パターンの
一例を示し、横軸は時間、縦軸はステージの移動速度で
ある。第４図において、１１時点でステージをスタート
させたとすると、時刻ｔ１からｔ４までの区間ＳＳは速
度制御サーボにより高速で比較的粗い停止位置精度の制
御が行なわれ、これに続いて時刻ｔ４から１５までの区
間ＰＳでは位置制御サーボにより低速で比較的高い停止
位置精度の制御が行なわれる。

速度制御サーボ区間ＳＳではステージは、一定の加速度
で加速される加速区間ＡＢと、一定速度ｖＩＩｌａｘで
運動する定速区間ＢＣと、一定の減速度で減速される減
速区間ＣＤからなる速度変化パターンを画いて移動し、
このパターンの加減速の直線ＡＳ、ＢＣおよびＣＤは時
刻ｔ１でのステージの現在位置と停止目標位置との差、
すなわち移動距離によって決定される。例えばマイクロ
コンピュータによって移動距離に応じた加減速度および
最高速度をメモリテーブル内から取り出して設定値とし
、これをＸＹステージ駆動用モータに連結したタコジェ
ネレータの出力と比較することによりモータの速度制御
サーボが行なわれる。

またステージの位置座標は例えば光学スケールやレーザ
干渉副長器等の位置計測手段によって計測されている。

速度制御サーボから位置制御サーボへの切換は、位置計
測手段によって計測したステージの位置が停止目標位置
の手前の予め定められた位置Ｐ１、例えば２μｍ以内に
達したときに行なわれる。

位置制御サーボ区間ＰＳに入ると、位置計測手段によっ
て計測されるステージ位置と停止目標位置との差（距離
）が所定値、例えば０．２μｍ以内に入るように制御が
行なわれ、この所定値をステージの停止位置精度の許容
値（トレランス）と呼んでいる。ステージ位置がトレラ
ンス内に入るまで低速で位置制御サーボがかけられ、ト
レランス内に入ったところで制御が完了しく第４図Ｐ２
点）ステージの移動が終了する。

このステージの移動の終了までの制御に要する時間のう
ら、位置制御サーボ区間ＰＳの時間はトレランスを小さ
くすればするほど長くなる。

ところで、従来のステージの移動制θＤば、ウェハに焼
付けるレヂクルパターンがアルミ配線パターンなのか、
それとも素子回路開成パターンであるのが等にかかわら
ず、どの焼付は工程に対しても、各工程におけるステー
ジステップ移動の停止目標位置への定位置停止のために
いずれも同一トレランス＆ｔｊでの位置制御サーボをか
けて行なっており、そのトレランス値としては、最も高
い停止位置精度を要求される回路パターンの焼付は工程
に対して設定された値を全工程のステップ移動に適用し
ており、従ってそれほど高い停止位置精度を要求されな
いアルミ配線パターンの焼付は工程に対しては必要以上
の停止位置精度でｉｔ、ＩＪ　１２１１する結果となり
、半導体製造装置のスルーブツトの向上に支障を与えて
いた。

例えばオフアクシスオートアライメント搬能を持つステ
ップアンドリピート方式の半導体焼付装置では、ＸＹス
テージに高い停止位置Ｍ度が要求されるのはレチクルに
対してオフアクシスアライメント系で位置決めされたウ
ェハを位置ｆｌｉｌ　１１１ザーボだけでステップ移動
させる第１マスク工程での各露光ショット毎のステップ
移動であり、これには通常０．１μｍ程度の停止位置Ｍ
度が必要とされている。一方、アルミ配線パターンの焼
付は工程など、比較的位置合せＭ度が緩くてよい焼付は
工程に対しては、ステージのステップ移動の停止位置精
度はたかだか０．５〜１．０μｍで充分である。

これらの移動の全てに０，１μｍのトレランス値で位置
制御サーボをかけることは、特定の焼（＝Ｊ　４）工程
に対してはステージの停止に要する時間を不必要に長く
していることになり、ここにスループット向上の余地が
ある。

［発明の目的と概要コ 本発明は、前述の状況に鑑みて、ステップ移動の定点停
止のための位置制御手段を有するステージ駆動制御手段
と、レチクルに対するウェハの位置合せを最初のステッ
プ移動の開始に先立ってレチクルとウェハを相対的に微
小移動させて行なう位置合せ手段とを組合せたものにお
いて、高い停止位置精度の要求される焼付は工程での移
動時と、停止位置精度がそれよりも粗くてよい特定の焼
付は工程での移動時とでステージ駆動制御系の位置制御
手段の停止位置精度の許容値（トレランス値）を大小に
変更するようにし、不必要に高い停止位置精度での制御
を少なくすることにより、結果的に装置のスルーブツト
の向上を果たすことができるようにした半導体製造装置
を提供しようとするものである。

本発明の半導体製造装置は、このような課題を達成する
ために、ステージのステップ移動の停止位置を制御する
位置制御手段に設定される停止位置精度の許容値〈トレ
ランス値）を、前記特定の焼付（プ工程か否かで変更す
る停止位置精度変更手段を備えている。

本発明の半導体製造装置における前記位置合せ手段は、
例えばオフ７クシスオートアライメント方式のものであ
り、またひとつの例では、停止位置精度変更手段は通常
の回路パターンの焼付【プ工程で例えば０．１μｍのご
とき小さいトレランス１直を選ぶのに対しアルミ配線パ
ターンの焼付は工程ではそれより大きい例えば０．５〜
１．０μｍ程度のトレランス値を選んで位置制御手段を
動作させる。

また本発明において、ステージ駆動制御手段は、例えば
光学スケールやレーザ測長器などのステージの位置を検
出づる位置計測手段と、この位置計測手段の出力に基づ
いてステージの停止位置を制御する前記位置制御手段と
を備えてａ３す、これらによって位置ｈ＋御サーボ系を
構成している。

本発明の実施例を示せば以下の通りである。

［実施例の説明１ 第１図は、本発明を適用したオフアクシスオートアライ
メント機能付きのステップアンドリピート方式半導体焼
付装置の（育成図であり、焼付用照明装置４からの光で
照明されるレチクル１は、ＸＹ直角座標而面で移動可能
で且つ垂直軸θの周りに回動可能なレチクルステージ２
に保持され、レチクルパターンａを投影レンズ３を介し
てウェハステージ６上のウェハ５の表面上に例えば１１
５に縮小して投影するようになされている。ウェハステ
ージ６はＸ軸モータ７χとＹ軸モータ７ｙとの駆動制御
によってステップ移動され、これによりウェハ面上に縮
小パターン像Ｅ）＋、ｂｚ、・・・を次々に焼付は転写
してゆくものである。

焼付けに先立ってウェハとレチクルは正確に位置合せさ
れていなければならず、第１図の装置ではこのためのオ
フアクシスオルトアライメント光学系が組まれている。

すなわちレーザデユープ１３によって発振されたレーザ
ビームを、ハーフミラ−１０、ミラー９からミラー８χ
とハーフミラ−８ｙおよび８θを介して対物レンズ１９
χ、　１９ｙ、　１０θに入れ、それぞれの対物レンズ
によつＣ，多めウェハ５上に一定規則で設けられたアラ
イメントマークをとらえ、各マークの像を逆系路をたど
ってミラー１２から踊保管１１に導き、投影レンズ光軸
を基準点としたウェハ５の絶対位置を検出するようにし
である。

コントロールボックス１４内には、前記撤保管１１の映
像出力からウェハ上の所定のアライメントマークと対物
レンズ系すなわち投影レンズの光軸どの相対位置関係を
知ってウェハステージ駆動用モータ７χ、７ｙまたはレ
チクルステージ２を微小移動させる駆動装置１８χ、１
８ｙの制御用のシステムが設けられている。このレチク
ルどウェハとの相対的な微小移動によるウェハとレチク
ルの正確な位置合せは、最初のパターン像ｂ１の露光前
に行なわれ、以後のステップ移動はステージ６の停止位
置制御により行なわれる。寸なわら、ウェハステージ６
のステップ移動に伴なう停止位置精度は、レーザ測長器
１６χ、１６ｙ等の位置計測手段により検知されるステ
ージ６の位置座標データに阜づいて行なわれる。

第１図において、ウェハステージ６の移動方向のＸ、Ｙ
成分につきその位置座標を検出するレーザ測長器１６χ
、１６ｙはレーザチューブ１７からのレーザビームをハ
ーフミラ−１５を介してステージ６にう９ぎ、ステージ
６のステップ移動に伴なって各レーザ測長器から距離信
号としての位置座標検出パルスが取り出され、このパル
スがコントロールボックス内の制御回路で積算カウント
されてステージの移動量が求められ、ウェハステージ６
の現在位置の座標値が正確に求められる。

レーザ測長器１６χ、１６ｙのパルスの分解能およびリ
ニアリティは、要求される位置合せ精度に対して充分な
精度（例えば０．０５μｍ／′１パルス）を有しており
、ある露光域から別の露光域へ移動するときはその移動
量をレーザ測長器によって正確にカウントし、カウント
１直が予め設定された正しい移＠伯を示すまでウェハス
テージ６を移動する。

ここで、オフアクシスオートアライメント系で位置合せ
をする焼付は工程のうち、例えば焼付けるパターンが回
路素子などの正確なアライメントが要求される焼付は工
程に対してはステップ移動ごとの停止位置精度は０．１
μｍ程度の高精度が要求され、一方、アルミ配線パター
ンの焼付は工程などではステップ移動ごとの停止１：位
置精度は０．５〜１．０μｍ程度と綴くてよい。

第２図は、この実施例のウェハステージ６の駆動制σＯ
回路の溝成例を示すブロック図で、ステージ６に付設さ
れたＸＹ座標位置検出用のレーザ測長器１６χ、１６ｙ
は符号１６で代表的に示され、またステージ６の駆動用
モータ７χ、７ｙも符号７で代表的に示されている。こ
のモータ７には、その速度検出用のタコジェネレータ３
０が取り付けられている。

一モータ７は駆動回路２２によって駆動され、その制御
モードはマイクロプロセッサ等からなる主制御回路２６
によって選択切換される。

速度制御サーボ系は、タコジェネレータ３０の出力を計
数する現在１直カウンタ３１と、主制御回路２６から与
えられた目標１直を出力する目（票１直設定器３２と、
これらカウンタ３１と設定器３２との値を比較する比較
器３３とを含む制御ループで構成されている。

位置制御（ナーボ系は、レーザ測長器１６の出力信号を
もとにステージ６の位置を計測するステージ位置検出器
２４と、主制御回路２６から与えられた移動先のステー
ジ停止目標位置を出力するステージ位置目標設定器２５
ど、これら位置検出器２４と設定器２５との出力同士を
比較してその差を出力する位置比較器２７と、主制御回
路２６から与えられるトレランス値を出力する精度設定
器２８と、位置比較器２７と精度設定器２８どの出力値
を比較してその大小判別を行なう判別器２９とを含む制
御ループで構成されてＪ３す、判別器２９によって位置
比較器２７の出力値がトレランス値の範・仰向に入った
ことが検出されるまでモータ７を低速で駆動するように
、判別器２９の出力を主制御回路２６と駆動回路２２と
に与えいてる。

主ｉ１ｉ’ｌ　御回’１８２６　ハ、 ■　位置比較器２７の出力をもとに、駆動回路に対して
位置制御あるいは速度ａ、Ｉ　Ｉｆｆの指令を与える。

■　判別器２９の出力信号から、ステージが停止目標位
置のトレランス内に入ったか否かを検知し、トレランス
内に入った場合にはステージの駆動を停止する。

■　比較器３３の出力から、カウンタ３１の値が設定器
３２の出力値に等しくなったか否かを検出し、等しくな
った場合にはステージの駆動を位置制御がかかつていな
い限りにおいて１亭止する。

■　ステージ位置目標設定器２５と速度目標１ｌｒｊ設
定Ｆｊ３２に対してそれぞれ目標値を設定する。

■　さらに本発明の特徴である、ウェハ焼付は工程の種
類に応じた必要精度に従って、精度設定器２８に所望の
トレランス値を選択的に設定する。

などの１ｊｌｔ能を右する。主制御回路２６にはまたＣ
ＲＴディスプレイとキーボード等からなる入出力装置２
０が接続され、オペレータがこの入出力装置２゜から、
アルミ配線パターンの焼付は工程が否がなどの工程の種
類、ステージ６の停止粘度のトレランス値などを手動入
力できる。

さて、焼付動作におけるステージ６の駆動制御を第２図
と共に説明すれば、ステップアンドリピート動作中では
主制御回路２６は先ず次のショット位置としての停止目
標位置をステージ位置目標設定器２５に設定し、駆動回
路２２に対して先ずはじめに速度制御の指令を発する。

ＸＹステージ６が移動を開始すると、主制御回路２６内
の予め設定された加減速の速度テーブルがら目標値設定
器３２に例えば第４図の区間ＳＳに示すような台形の速
度パターンの設定値が与えられ、タコジェネレータ３゜
の出力をカウンタ３１で計数したものと比較しながら、
駆動回路２２を介してモータ７を速度制御する。

この場合、同時に位置比較器２７の出力データが主υｊ
御回路２６によって監視され、その値が設定値、例えば
２０μｍになったときに主制御回路２６から駆動回路２
２に対して速度制御から位置制御への切換指令信号が与
えられる。

位置ａｉｌＪ御モードになると、位置比較器２７の出力
と精度設定器２８の出力とが判別器２９で判別され、位
置比較器２７の出力値が精度設定器２８の出力１＋ｒＪ
より大きい場合には駆動回路２２に引き続き位置制御を
行わせ、位置比較器２７の出力値が精度設定器２８の出
力１１０より小さくなれば、判別器２９から主ＰｕＱ　
’１２１］１０００に対しＣ位置決め終了信号が与えら
れ、これにより駆動回路２２に停止指令が与えられて制
御が完了する。

この場合、主制御回路２６は、アルミ配線パターンの焼
付は工程であれば例えば０．５〜１．０μｍのように比
較的大きいトレランス値を、その他の回路素子部分のパ
ターンの焼付は工程であれば例えば０．１μｍのように
小さいトレランス値を精度設定器２８に選択的に与える
。

第３図は主制御回路２６による停止位置精面変更動作の
フローチャートであり、先ずステップ５０１でウェハ５
がステージ６上に載せられたのち、ステップ５０２でオ
フアクシス光学系によるオフアクシスオートアライメン
トが実行され、ステージ６上のウェハ５の位置検知が行
なわれる。オフアクシスオートアライメントによる焼付
けでは、この最初のウェハ位置検知情報をもとにレーザ
測長器１６χ、１６ｙによるステージ座標情報によって
ステージ６の絶対外標送りが行なわれ、以後のステップ
移動は各ショット毎にレーザ測長器による現在１泊のカ
ウントで制御される。

本発明に従って主制御装置２６内のマイクロプロセッサ
は入出力装置２ｏに入力された必要位置合せ精度のｌ１
ｆｆをステップ５０３で読取り、その設定トレランス値
をステップ５０４で精度設定器２８に設定する。

この場合、位置合せ精度が比較的緩くてよい焼付は工程
ではトレランス値を大きく入力してお（ことにより、以
後のステージ６の制御旧聞が短縮され、スループットの
向上が達成される。

精度設定器２８にトレランス値が設定されると、ステッ
プ５０５でステージ６が第１ショット位置へ移動し、ス
テップ５０６でステージ６がトレランス内に停止したこ
とが判別されると、ステップ５０７で所定の焼付は露光
が行なわれる。ステップ５０８で全ショットの終了か否
かが判別され、未だ全ショット終了でなければステップ
５１０で次ショット位置へステージ６を移動してこれを
繰り返す。ステップ５０８で全ショットの終了と判別さ
れるとステップ５０９でウェハ５が回収装置に回収され
、ひとつの焼付は工程が終了する。

なお、この場合、ウェハへの第１層目の焼付は工程では
トレランスを小さくして高い停止位置精度を腎るように
し、前工程による焼付けでウェハ上に形成された第１シ
ヨツトパターンの７ライメントマークをオフアクシスア
ライメントに利用できる第２層目以降の焼付は工程では
、前記トレランスを比較的大きくして停止位置精度を緩
くし、ステップ移動の制御２１１時間をさらに短縮する
ようにしてもよい。

また入出力装置２０にはトレランス値を直接入力するよ
□うにしても、あるいは焼付は工程の種別を入力してそ
れに対応したトレランス値を自動設定するようにしても
、いずれでも差しつかえない。

［発明の効果］ 以上に述べたように、本発明によればつ１ハ焼付は工程
の種類に応じてステップ移動のステージ停止位置精度を
変更するので、位置合せ精度が緩い例えばアルミ配線パ
ターンの焼付は工程などでステージのステップ移動の停
止制御２Ｎ１時間を短縮でき、従って装置のスループッ
トの向上に多大の効果をｆｆｉることかできるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用したステップアンドリピート方式
の半導体焼付装置の外観を示す斜視図、第２図は萌図の
半導体焼付装置におけるステップアンドリピート動作の
ステージ駆動制御回路の構成の一例を示すブロック図、
第３図は主制御回路による副面方式選択動作のフローチ
ャート図、第４図はステージの速度変化パターンの一例
を示す線図である。 １；レチクル、２ニレチクルステージ、３；投影レンズ
、４；焼付照明光源、５：ウェハ、６：ウェハステージ
、７χ、７ｙ、７；ウェハステージ駆動モータ、８χ、
９，１２；ミラー、８ｙ、８θ、　１０．１５：ハーフ
ミラ−，１１；囮保管、１３；レーザチューブ、１６χ
、　ｉｅｙ　；レーザ測長器、１７；レーザチューブ、
１９χ、　ｉｅｙ、　１９θ；オフアクシスアライメン
ト系対物レンズ、２０；入出力装置、２２；駆動回路、
２４；ステージ位置検出器、２５；ステージ停止位置目
標設定器、２６：主制御２０回路、２７：位置比較器、
２８；精度設定器、２９；判別器、３０；タコジェネレ
ータ、３１；現在値カウンタ、３２；速度目標設定器、
３３；比較器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ウェハを搭載したステージをステップ移動させるた
   めに、ステージを予め設定した停止位置精度内で停止目
   標位置に停止させる位置制御手段を有するステージ駆動
   制御手段と、レチクルに対するウェハの位置合せを最初
   のステップ移動の開始に先立ってレチクルとウェハを相
   対的に微小移動させて行なう位置合せ手段とを組合せた
   半導体製造装置において、 ウエハへの複数層のレチクルパターンの重ね合せを行な
   う複数の焼付け工程のうち、特定の層の焼付け工程にお
   ける前記停止位置精度の許容値を別の値に変更する停止
   位置精度変更手段を備えたことを特徴とする半導体製造
   装置。 ２、位置合せ手段がオフアクシスオートアライメント方
   式のものである特許請求の範囲第１項記載の半導体製造
   装置。 ３、前記特定の層の焼付け工程がアルミ配線パターンの
   焼付け工程であり、この特定の層の焼付け工程のために
   停止位置精度変更手段により選択される停止位置精度の
   許容値が、他の層の焼付け工程のために選択される許容
   値よりも大きくなるようになされた特許請求の範囲第１
   項に記載の半導体製造装置。 ４、ステージ駆動制御手段が、ステージの位置を検出す
   る位置計測手段と、この位置計測手段の出力に基づいて
   ステージの停止位置を制御する位置制御手段とを備えて
   なる特許請求の範囲第１項記載の半導体製造装置。 ５、位置計測手段が、光学スケールである特許請求の範
   囲第４項記載の半導体製造装置。 ６、位置計測手段が、レーザ測長器である特許請求の範
   囲第４項記載の半導体製造装置。