JP3168590B2 - 縮小投影露光方法 - Google Patents

縮小投影露光方法

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JP3168590B2
JP3168590B2 JP04147291A JP4147291A JP3168590B2 JP 3168590 B2 JP3168590 B2 JP 3168590B2 JP 04147291 A JP04147291 A JP 04147291A JP 4147291 A JP4147291 A JP 4147291A JP 3168590 B2 JP3168590 B2 JP 3168590B2
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体基板上へパターン
を投影露光するための縮小投影露光方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体集積回路を低価格に大量生
産し、かつ高性能なものとすべく、高集積化、微細化が
推進され、高密度記憶回路装置などが開発されている。
半導体集積回路回路のパターンを半導体ウェハー(以下
単にウェハーという)上に形成するためには、微細パタ
ーンを正確に形成する必要があるため、縮小投影露光装
置、いわゆるステッパーが用いられている。
【0003】図5は縮小投影露光に用いられるステッパ
ーの基本的な構成図である。図5において、防震台11
0上に直交する2軸X,Y方向に移動可能なステージ1
09が設置されている。ステージ109上には露光を必
要とするウェハー107を載せるためのウェハー台10
8が設置されている。光源101から発生した光100
はコンデンサレンズ102で平行光束となり、ウェハー
107に形成される第2のパターン106がn倍に拡大
されて形成されている第1のパターン104を有するレ
ティクル103を通過する。
【0004】レティクル上の第1のパターン104は縮
小投影レンズ105によって1/nに、即ち実寸に縮小
されウェハー107上に結像露光される。ところで、縮
小投影レンズ105を用いて一度に露光可能な面積は通
常5〜20mm□程度であり、それに対して用いられる
ウェハーは100〜200mmφ程度で、ウェハー全面
に一度に露光することは不可能である。そこで、ある部
位に第1のパターン104を露光した後、ステージ10
9を移動させて他の部位に再び第1のパターン104を
露光し、再びステージの移動、露光を繰り返し行ってウ
ェハー全面を露光している。
【0005】ウェハー107には半導体集積回路を構成
する第2のパターン106が多数形成されており、レテ
ィクル103に形成されている第1のパターン104
を、第2のパターン106の所望の位置に正確に合わせ
て露光するためのアライメントは重要な問題である。
【0006】次に、従来のフィールド・バイ・フィール
ドアライメント方法を図4に示す工程図を用いて説明す
る。n枚のウェハーからなる1製造単位の露光を行う場
合、まずl枚目のウェハーをロードし、ウェハーのオリ
エンテーションフラット部を用いて、機械的な位置合わ
せであるプリアライメントを行う。次に、露光装置が持
つ位置測定系である第1座標系に基づき、特定の第2の
パターン106を抽出し、この内に作成されているアラ
イメント用マークの位置をアライメント光学系により位
置測定し、測定結果から、ウェハーの回転量を補正する
グローバルアライメントを行う。
【0007】次に、ウェハー上の全ての第2のパターン
位置をアライメントマークにより位置測定するフィール
ド・バイ・フィールドアライメントを行い(m回)、こ
の測定位置に基づき露光を行う。以上を全ウェハーに対
して繰り返し(n回)行ない1製造単位の露光を終了し
た後ウェハーをアンロードする。以下次の製造単位のウ
ェハーの露光に進む。
【0008】また、フィールド・バイ・フィールドアラ
イメントの代わりに、特定の第2のパターンを抽出し、
アライメントマークにより位置測定を行い、これより得
られた第2座標系と、第1座標系とのオフセット差,回
転差,直交度差,倍率差を算出し、これらを補正した第
3座標系を作成する第2のグローバルアライメントを行
い、次で第3の座標系により露光位置を決定し、露光す
るグローバルアライメント法もある。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のフィー
ルド・バイ・フィールドアライメント方法では、全ウェ
ハーで各露光フィールド毎に フィールド・バイ・フィ
ールド・アライメントを行うため、露光フィールド数が
多いとアライメントに長時間必要となり、スループット
が著しく低下するという欠点があった。またグローバル
アライメント法では、ウェハーの歪等に起因する位置の
歪分が補正できないという欠点があった。
【0010】
【課題を解決するための手段】第1の発明の縮小投影露
光方法は、ガラス基板上に形成された第1のパターンに
対し半導体ウェハー上に形成された第2のパターンを位
置合わせして縮小投影露光を行う方法において、1製造
単位から複数枚の半導体ウェハーを抽出し露光装置が持
つ位置測定系からなる第1座標系に基ずいて前記第2の
パターン内のアライメント用マークをアライメント光学
系によって測定することにより半導体ウェハー上の全て
の第2のパターン配列位置を測定するフィールド・バイ
・フィールド測定を行う工程と、前記フィールド・バイ
・フィールド測定から得られた第2のパターン配列位置
を表す第2座標系と前記第1座標系との直交度差と倍率
差とを算出しこれらの値から線形成分を補正した第3座
標を作成する工程と、前記第2座標系と前記第3座標系
との差である座標歪を求める工程と、抽出した前記全半
導体ウェハーより求めた第3座標系と座標歪を平均して
平均第3座標系と平均座標歪とを求める工程と、露光を
行う各半導体ウェハー毎に荒いアライメントを行った後
第2のパターンの平行移動量及び回転量を測定するグロ
ーバルアライメントを行ないこれらの値と前記平均第3
座標系及び平均座標歪との合成により露光位置を算出す
る工程とを含んで構成される。
【0011】第2の発明の縮小投影露光方法は、ガラス
基板上に形成された第1のパターンに対し半導体ウェハ
ー上に形成された第2のパターンを位置合わせして縮小
投影露光を行う方法において、1製造単位から複数枚の
半導体ウェハーを抽出し露光装置が持つ位置測定系から
なる第1座標系に基ずいて前記第2のパターン内のアラ
イメント用マークをアライメント光学系によって測定す
ることにより半導体ウェハー上の全ての第2のパターン
配列位置を測定するフィールド・バイ・フィールド測定
を行う工程と、前記フィールド・バイ・フィールド測定
から得られた第2のパターン配列位置を表す第2座標系
と前記第1座標系との直交度差と倍率差とを算出しこれ
らの値から線形成分を補正した第3座標系を作成する工
程と、前記第2座標系と前記第3座標系との差である座
標歪を求める工程と、抽出した前記全半導体ウェハーよ
り求めた第3座標系と座標歪を平均して平均第3座標系
と平均座標歪とを求め工程と、露光を行う各半導体ウェ
ハー毎に荒いアライメントを行った後第2のパターンの
平行移動量及び回転量を測定するグローバルアライメン
トを行なう工程と、前記半導体ウェハー上の複数の第2
のパターンを抽出し位置を測定する第2のグローバルア
ライメントを行ない第2のパターンの平行移動量と回転
量と直交度及び倍率を算出して各半導体ウェハー毎に第
3座標系を求めこの値と前記平均座標歪との合成により
露光位置を算出する工程とを含んで構成される。
【0012】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図1〜図3は本発明の第1の実施例による縮小投影
露光手順を説明するための工程図である。本実施例で
は、1製造単位のウェハー中から設定されたl枚のウェ
ハーを選択してフィールド・バイ・フィールド計測を行
う。
【0013】まず図1に示すように、第1のウェハーを
ロードし、ウェハーのオリエンテーションフラット部を
用いたプリアライメントを行い、さらにグローバルアラ
イメントを行ってウェハーの平行移動と回転を補正す
る。次に、各露光フィールドにおいて、アライメント用
マークをアライメント光学系により検出し、位置測定を
行うことにより、露光フィールドの中心位置を測定する
フィールド・バイ・フィールド計測を行ない第2座標系
を求める。次でこの値と装置が持つ第1座標系から直交
度と倍率を補正した第3座標系と座標歪を算出する。全
てのフィールド計測が終了した(m回)後、ウェハーを
アンロードし、第2のウェハーの計測に移る。
【0014】l枚のウェハー全ての計測が終了した後、
l枚のウェハーでの第3座標系と、座標系の平均値であ
る平均第3座標系と平均座標歪を求める。各ウェハーの
各フィールドにおいて、座標歪とそのフィールドでの平
均座標歪との差を求め、そのずれがあらかじめ設定され
た許容値以内であるか判定する。全ての点で許容値以内
であれば、座標歪の平均値による補正が適正であると判
断し、図2の露光手順に進む。
【0015】図2の露光手順では、露光を行う第1のウ
ェハーをロードし、プリアライメントとグローバルアラ
イメントを行う。グローバルアライメントによりウェハ
ーの平行移動と回転成分の値を求める。この値とフィー
ルド・バイ・フィールド計測で得られた平均第3座標系
と平均座標歪を合成し精密な露光位置を算出する。この
ようにして得られた各露光位置で、縮小投影露光を行
う。全露光フィールド(m回)の露光が終了したら、ウ
ェハーをアンロードし、次のウェハーの露光に進む。こ
のようにして、1製造単位の全ウェハー(n枚)の露光
を行う。
【0016】また各ウェハーの各フィールドでの座標歪
の値と、平均座標歪の値との差が許容値を越えた場合
は、平均座標歪による補正は適切でないと判断し、図3
に示す従来と同様のフィールド・バイ・フィールドアラ
イメントを行った後露光する。
【0017】また第2の実施例としては、図2に示した
第1の実施例におけるグローバルアライメントを行った
後第2のグローバルアライメントを行い、平均移動,回
転,直交度及び倍率を補正した第3座標系を作成し、こ
の値と平均座標歪を合成して露光位置を算出し、露光を
行う。
【0018】通常1製造単位内での直交度、倍率のウェ
ハー間差は少ないため第1の実施例で十分であるが、こ
れらのウェハー間差が大きい場合はこの第2の実施例を
用いることにより、スループットは若干低下するが、ア
ライメント精度を向上させることができる。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、1製造単
位内から選んだウェハーにより、各フィールドでの位置
計測を行行い、各フィールドの座標歪分を計算し、実際
に露光を行う段階では、グローバルアライメントを行っ
た後、座標歪の計算による補正のみですぐに露光に移る
ため、フィールド・バイ・フィールドより短時間で露光
できるという効果がある。
【0020】また、座標歪の要因には前露光工程での露
光装置の座標系の歪と、現露光を行おうとしている露光
装置自身の座標系の歪が含まれており、これらは同一製
造単位のウェハーでは全て同一装置で露光されるため、
同一の歪であり、又他の要因としては、前露光工程と現
露光工程間での製造工程によるウェハー自身の歪による
影響であり、これは、同一製造単位のウェハーは全て同
一製造装置によりほぼ同一条件でほぼ同時に処理されて
いるため、同一製造単位内のウェハーの歪は全て同様の
傾向を持つ。このため、1製造単位内から抽出したウェ
ハーにより求めた各フィールド座標歪の平均値は、同一
製造単位内の同一位置フィールド歪値を良い近似で表し
ており、この平均座標歪により座標歪を補正すれば、フ
ィールド・バイ・フィールドアライメントと同様の精度
で各フィールドをアライメントできるという効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を説明するための工程図であ
る。
【図2】本発明の実施例を説明するための工程図であ
る。
【図3】本発明の実施例を説明するための工程図であ
る。
【図4】従来の縮小投影露光方法を説明するための工程
図である。
【図5】ステッパーの構成図である。
【符号の説明】
100 光 101 光源 102 コンデンサレンズ 103 レティクル 104 第1のパターン 105 縮小投影レンズ 106 第2のパターン 107 ウェハー 108 ウェハー台 109 ステージ 110 防震台

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガラス基板上に形成された第1のパター
    ンに対し半導体ウェハー上に形成された第2のパターン
    を位置合わせして縮小投影露光を行う方法において、1
    製造単位から複数枚の半導体ウェハーを抽出し露光装置
    が持つ位置測定系からなる第1座標系に基ずいて前記第
    2のパターン内のアライメント用マークをアライメント
    光学系によって測定することにより半導体ウェハー上の
    全ての第2のパターン配列位置を測定するフィールド・
    バイ・フィールド測定を行う工程と、前記フィールド・
    バイ・フィールド測定から得られた第2のパターン配列
    位置を表す第2座標系と前記第1座標系との直交度差と
    倍率差とを算出しこれらの値から線形成分を補正した第
    3座標を作成する工程と、前記第2座標系と前記第3座
    標系との差である座標歪を求める工程と、抽出した前記
    全半導体ウェハーより求めた第3座標系と座標歪を平均
    して平均第3座標系と平均座標歪とを求める工程と、露
    光を行う各半導体ウェハー毎に荒いアライメントを行っ
    た後第2のパターンの平行移動量及び回転量を測定する
    グローバルアライメントを行ないこれらの値と前記平均
    第3座標系及び平均座標歪との合成により露光位置を算
    出する工程とを含むことを特徴とする縮小投影露光方
    法。
  2. 【請求項2】 ガラス基板上に形成された第1のパター
    ンに対し半導体ウェハー上に形成された第2のパターン
    を位置合わせして縮小投影露光を行う方法において、1
    製造単位から複数枚の半導体ウェハーを抽出し露光装置
    が持つ位置測定系からなる第1座標系に基ずいて前記第
    2のパターン内のアライメント用マークをアライメント
    光学系によって測定することにより半導体ウェハー上の
    全ての第2のパターン配列位置を測定するフィールド・
    バイ・フィールド測定を行う工程と、前記フィールド・
    バイ・フィールド測定から得られた第2のパターン配列
    位置を表す第2座標系と前記第1座標系との直交度差と
    倍率差とを算出しこれらの値から線形成分を補正した第
    3座標系を作成する工程と、前記第2座標系と前記第3
    座標系との差である座標歪を求める工程と、抽出した前
    記全半導体ウェハーより求めた第3座標系と座標歪を平
    均して平均第3座標系と平均座標歪とを求める工程と、
    露光を行う各半導体ウェハー毎に荒いアライメントを行
    った後第2のパターンの平行移動量及び回転量を測定す
    るグローバルアライメントを行なう工程と、前記半導体
    ウェハー上の複数の第2のパターンを抽出し位置を測定
    する第2のグローバルアライメントを行ない第2のパタ
    ーンの平行移動量と回転量と直交度及び倍率を算出して
    各半導体ウェハー毎に第3座標系を求めこの値と前記平
    均的座標歪との合成により露光位置を算出する工程とを
    含むことを特徴とする縮小投影露光方法。
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