JPH03151625A - アライメント装置 - Google Patents

アライメント装置

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JPH03151625A
JPH03151625A JP1290021A JP29002189A JPH03151625A JP H03151625 A JPH03151625 A JP H03151625A JP 1290021 A JP1290021 A JP 1290021A JP 29002189 A JP29002189 A JP 29002189A JP H03151625 A JPH03151625 A JP H03151625A
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真起子 森
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小澤 邦貴
Hirohisa Ota
裕久 太田
Shunichi Uzawa
鵜澤 俊一
Tetsushi Nose
哲志 野瀬
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    • G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

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】 [産業上の利用分野] この発明は、露光装置内に用いられてマスク等の原版と
半導体ウニ八等の被露光基板との相対位置合わせな高精
度に行なうアライメント装置に関する。
[従来の技術] 半導体集積回路を製造するための露光装置においては、
集積回路のパターンが形成されたマスクとこのパターン
を転写しようとする半導体クエハとを露光前に高精度に
重ね合わせする必要がある。例えば、256メガビツト
DRAMクラスの集積回路の場合、パターンの線幅は0
,25ミクロン程度であり、重ね合わせ精度は誤差0.
06ミクロン以下が要求される。
しかしながら、従来のアライメント装置を用いては、こ
のような高精度の位置合わせは困難であった。
[発明が解決しようとする課題] この発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなさ
れたもので、より高精度の位置合せが可能なアライメン
ト装置を提供することを目的とする。
[課題を解決するための手段] 上記目的を達成するためこの発明では、被露光基板と原
版との相対位置ずれ量を検出する計測手段と、前記相対
位置ずれを補正すべく前記基板および原版の少なくとも
一方を補正駆動する補正駆動手段と、前記相対位置ずれ
量が所定のトレランス内に入っているか否かを判定して
前記補正駆動手段の動作を制御する制御手段と具備する
アライメント装置において、前記相対位置ずれ量が前記
トレランス内に入っていても、少なくとも1回の前記補
正駆動を行なうようにしたことを特徴としている。
この発明の一態様においては、前記相対位置ずれ量が前
記トレランス内に入ってから、最後に1回は前記補正駆
動を行なうようにしている。
この動作は、例えば、先ず、前記計測手段で計測された
相対位置ずれ量に基づいて前記補正駆動を行ない、その
後、直前の補正駆動で補正された相対位置ずれ量に対し
て前記判定処理を実行することにより実現される。
[作用] 従来のアライメント装置においては、原版、例えばマス
ク上に形成されたアライメントマークと被露光基板、例
えば半導体ウェハ上に形成されたアライメントマークと
のX、YIi標軸に平行な方向の直線ずれ量を計測し、
複数対のマスク上およびウェハ上マークから得られる複
数の直線ずれ量データΔx3.ΔYnを基にマスクとウ
ェハとのショット全体での直線ずれ量(ΔX、ΔY)お
よび回転ずれ量(Δθ)を算出する。そして、これらの
ずれ量(ΔX、ΔY、Δθ)が所定のトレランス内にあ
るか否かを判定し、トレランス内にあればそこで位置合
わせ処理を終了し、トレランス外であれば前記算出結果
に基づいてマスクとウェハを相対的に補正駆動すること
によりマスクとウェハとを位置合わせしている。
ここで、第10図を用い、て説明すると、前記トレラン
スの値Tは、一般に、直線ずれ置針測系の誤差(AA計
測誤差)a1温度やプロセス等に起因するマスク上アラ
イメントマークとウェハ上アライメントマークの位置誤
差(M−W誤差)blならびにマスクおよびウェハを所
望位置に位置決めするためのサーボによるステージの微
小振動やステージ位置検出系(例えばレーザ干渉針)の
計測誤差等に起因する位置誤差(ステージ安定性)Cの
総和(a+b+c)に多少の余裕を持たせた値が設定さ
れる。このトレランス値Tが露光装置における重ね合わ
せ(位置合わせ)精度を充分に満たす範囲のものでなけ
ればならないことは勿論であり、各計測系、アライメン
トマーク、およびステージ安定性等は極めて高精度であ
ることが前提となる。
このようなアライメント装置においては、例えばウェハ
をアライメント位置に送り込んだ際に計測および算出さ
れたずれ量(ΔX、ΔY、Δθ)が偶々前記トレランス
T内に入っているとそのままの状態で位置合わせ処理を
終了する。しかしながら、この算出ずれ量(ΔX、ΔY
、Δθ)は、前記各誤差a、b、cを含んでいるので、
算出ずれ量がトレランスT内であっても真のずれ量は目
標値Oに対して士(T+a+b+c)の範囲にあること
になる。つまり、従来のアライメント装置では、トレラ
ンス値をTとすると、実際の位置合わせ誤差は、±(T
+a+b+c)となり、前記各誤差の総和(a+b+c
)の2倍以上となる。
なお、前記トレランス値Tを前記総和(a十り+C)よ
り小さくすることは、このトレランス内に位置合わせさ
れることを偶発的な要素に負うこととなり、位置合わせ
に長時間を要したり、位置合わせが困難になるので得策
ではない。
一方、この発明では、前記算出ずれ量がトレランス内に
入っているか否かにかかわらず必ず1回は補正駆動を実
行する。この場合、真のずれ量がAである点の算出ずれ
量はA±(a十り+c)となるから、少なくとも1回補
正駆動した後の真のずれ量はA−(A±(a+b十c)
)=±(a+b+c)となる。トレランス値Tは前述の
ように各誤差の総和(a+b+c)より大ぎく設定され
るため、この最低1回の補正駆動によって、位置合わせ
誤差は必ずトレランス内に入る。したがって、この発明
によれば、位置合わせ誤差は、必ずトレランス値Tより
も小さくなり、計測系やステージ系等の精度が同等の従
来装置より精度を向上させることができる。
[効果] 以上のように、この発明によれば、アライメント精度を
向上させることができる。
[実施例] 第1図は、この発明の一実施例に係るステップアンドリ
ピート露光装置(ステッパ)のマスクウェハアライメン
トおよび露光ステージ部分の構成を示す。同図において
、1は露光光、例えばSORから放射されるX線である
。2は転写すべきパターンを形成されたマスクである。
3はマスクのパターンを転写されるウェハ、4はマスク
2をその面内で回転させるためのマスクθステージ、5
はウェハ3をその面内で回転させるためのθ粗動ステー
ジ、6はウェハ3をマスク2と所定のプロキシミテイギ
ャップを介して対向させる際ウェハ3をZ(露光光へ向
かう方向に移動)。
ωX  (X軸回りに回転)、ωy  (Y軸回りに回
転)駆動するためのZチルトステージ、7はウェハ3を
その面内で微小回転させるためのθ微動ステージ、8は
ウェハをX方向に微小駆動するためのX微動ステージ、
9はウェハをY方向に微小駆動するためのY微動ステー
ジ、1oはX粗動ステージ、11はX粗動ステージであ
る。θ粗動ステージ5、Zチルトステージ6、θ微動ス
テージ7、X微動ステージ8、Y微動ステージ9、X粗
動ステージ10、およびX粗動ステージ11はウェハス
テージ24を構成している。
12はマスク2上およびウェハ3上に形成されているア
ライメントマークに光を照射し、これらのマークからの
散乱光を検出するピックアップである。この実施例にお
いて、アライメントマークはウェハ3上の各ショットの
スクライブライン上にそのシミツトの各辺の近傍に優先
マーク1個と予備マークを1個ずつ計8個が形成されて
いる。
1個のアライメントマークとしては、第2図に示すよう
に、そのマークが配置されている辺に平行な方向のマス
ターウニへ重ね合わせ誤差を検出するためのAAマーク
201およびマスク2とウェハ3の間隔を検出するため
のAFマーク202となる回折格子が先行プロセスにお
いて半導体回路パターンとともに形成されている。マス
ク2上にもこれらのウェハ3上アライメントマークと対
となる8個のアライメントマーク203,204が転写
しようとする半導体回路パターンとともに金等で形成さ
れている。
第2図において、205は発光素子である半導体レーザ
、206は半導体レーザ205から出力される光束を平
行光にするコリメータレンズ、207は半導体レーザ2
05から出力されコリメータレンズ206で平行光とさ
れた投光ビーム、208はウェハ上AAマーク201と
マスク上AAマーク203により構成される光学系によ
って位置ずれ情報(AA情報)を与えられたAA受光ビ
ーム、209はウェハ上AFマーク202とマスク上A
Fマーク204により構成される光学系によってギャッ
プ情報(AF情報)を与えられたAF受光ビーム、21
0はAA受光ビーム208により形成されるAA受光ス
ポット211の位置なAA情報として電気信号に変換す
る例えばCCD等のラインセンサであるAAセンサ、2
12はAF受光ビーム209により形成されるAF受光
スポット213の位置をAF情報として電気信号に変換
する例えばCCD等のラインセンサであるAFセンサで
ある。
第3図は、第1図の露光装置の制御系の構成を示す。第
1図の装置は、SORから水平方向のシートビーム状に
放射されるX線を鉛直方向に拡大して面状ビーム化する
ミラーユニット、マスクとウェハをアライメントするア
ライメントユニットとアライメントされたマスクとクエ
へに前記面状X線で露光する露光ユニットとを含む本体
ユニット、ミラーユニットおよび本体ユニットの姿勢を
それぞれ制御する姿勢制御ユニット、ならびにミラーユ
ニットおよび本体ユニットの雰囲気を制御するためのチ
ャンバーおよび空調ユニット等を備えている。
第3図において、301はこの装置全体の動作を制御す
るためのメインプロセッサユニット、302はメインプ
ロセッサユニット301と本体ユニットとを接続する通
信回線、303は本体側通信インターフェイス、304
は本体コントロールユニット、305はピックアップス
テージ制御部、307および306,308は本体ユニ
ット内で本体コントロールユニット304とファインア
ライメント用のθ、X、Y微動ステージおよびマスクθ
ステージを駆動するためのファインAA/AF制御部3
09a、309b、309c。
309dとを接続する通信回線および通信インターフェ
イス、311および310,312は本体ユニット内で
本体コントロールユニット304とウェハのプリアライ
メントおよびステップ移動を制御するためのステージ制
御部313とを接続する通信回線および通信インターフ
ェイスである。
第4図は、ステップアンドリピートの露光方式を示した
図である。説明を簡潔にするために、第1図に対し、マ
スク2の駆動手段であるマスクθ1 ステージ4、ウェハ3の駆動手段であるウェハステージ
24、ピックアップ12の駆動手段であるピックアップ
ステージ13は省略している。
同図において、12 (12a 〜12d)はマスク2
とウェハ3のアライメント用のピックアップ、418は
マスク上に描かれている転写パターン、419は先行プ
ロセスによってウェハ上に形成されている転写済パター
ン、420はマスクをウェハステージに対して合わせる
ためのマスクアライメント用マーク、421は転写パタ
ーン418と転写済パターン419を合わせるためのマ
スク上アライメントマーク、422は同目的のウェハ上
アライメントマーク、423は同目的でピックアップ1
2から投射される投光ビーム、401はショット間のス
クライブラインであり、このスクライブライン上にマス
ク上アライメントマーク421およびウェハ上アライメ
ントマーク422が描かれている。
マスク2とウェハ3とを位置合わせするには、先ず、マ
スク2とウェハ3が対向して支持された 2 状態で、ピックアップ12a〜12dから投光ビーム4
23を投射して各々対応するマスク上アライメントマー
ク421とウェハ上アライメントマーク422を通して
マスクとクエへ間のギャップを測定する。4つのピック
アップから得られた情報をもとに、ギャップ補正駆動量
を計算し、ウェハステージ24(不図示)を駆動するこ
とによってマスクとウニへ間のギャップを露光ギャップ
に設定する。
次に、ピックアップ12a〜12dから投光ビーム42
3を投射して、各々対応するマスク上アライメントマー
ク421とウェハ上アライメントマーク422とのマス
クおよびウェハの平面方向のずれ量を計測する。4つの
ピックアップから得られた情報をもとに、ショット全体
の補正駆動量を計算し、マスクθステージ4(不図示)
およびウェハステージ24(不図示)を駆動することに
よってマスク上に描かれている転写パターン418とウ
ェハ上の転写済パターン419とのアライメントをとる
。アライメントがとれたら、露光して転写パターン41
8をウェハ3の上に転写する。そしてウェハステージ2
4(不図示)を駆動して次の露光ショットがマスクの下
に来るようにする。同様にしてアライメントおよび露光
を縁り返して、全てのショットを露光する。
第5図は、ステップアンドリピート露光シーケンスのl
バッチ分のフローチャートである。lバッチとは1ウエ
ハにマスクを途中で交換しないで焼き付けられる単位で
ある。開始状態では、マスク2およびウェハ3はそれぞ
れマスクθステージ4およびウェハステージ24にチャ
ッキングされ、ピックアップ12はAF(オートフォー
カス)/AA(オートアライメント)計測のために投光
ビーム423をマスク上アライメントマーク421のそ
れぞれに照射している。
まず、ステップ501では、マスクの交換の要否を判断
する。現在チャッキングされているマスクで露光する場
合はステップ504に、マスクを交換して露光する場合
はステップ502に進む。
ステップ502では、現在チャッキングされているマス
クをマスクトラバーサ(不図示)を用いてマスクステー
ジ4からはずしてマスクカセット(不図示)に収納し、
露光に用いるマスクをマスクトラバーサを用いてマスク
カセットから取りだしてマスクステージ4にチャッキン
グする。そして、ステップ503でピックアップ12を
用いて、マスク2に描かれているマスクアライメント用
マーク420とウェハステージ上に設けられている基準
マーク(不図示)とのアライメントをとる。
次にステップ504で、ウェハステージ24を駆動して
、今露光しようとするウェハ上の位置(ショット位置、
すなわち転写済パターン419)と、マスク上の転写パ
ターン418とを対向させる。そして、ステップ505
で、マスク上アライメントマーク421およびウェハ上
アライメントマーク422とを用いてマスクとウェハ間
のギャップを計測して2方向とチルトの補正駆動を行な
う。AFが終了すると、ステップ506で、マスク上ア
ライメントマーク421および5 ウェハアライメントマーク422とを用いてマスクとウ
ェハ間のX、Y方向のずれを計測して補正駆動を行ない
、AAを行なう。AA(ステップ506)の詳細な処理
内容は後述する。
AAが終了すると、ステップ507で1シ日ット露光を
行ない、ステップ508で次の露光ショットの有無を判
断し、あればステップ504に戻り、なければ終了する
。
第6図は、第5図ステップ506のAA処理の内容を記
したフローチャートである。1シヨツトについてのAA
計測、X、Y、θのずれ量計算、補正駆動を表わしてい
る。
まず、ステップ601で今露光するショット(現ショッ
ト)のウェハ上におけるレイアウトチエツクを行う。1
ウエハのショット・レイアウトの一例を第7図に示す。
81〜S3はショットである。1シヨツトのアライメン
トマーク配置を第8図に示す。a −dはマスクとウェ
ハのずれを計測するための優先マーク、a′〜d′は予
備マークであり、マスクとクエへの双方に設けられてぃ
 6 る。それぞれのマークはその位置でのXまたはY方向ど
ちらか一方のずれを検出することができ、a、a’ 、
b、b’ではX方向、c、c’ 、dd′ではY方向の
ずれを検出できる。従って、1シヨツトのX、Y、 θ
ずれを知るためには、最低3つの辺上にあるマークの計
測が必要である。
今、ショットS1を露光しようとする場合には、ショッ
ト全体がウェハ上にあるので、全マークa〜dが計測可
能である。故に、ステップ602に進んで各ピックアッ
プ12からAA用の投光ビーム423を投射することに
より、4点での計測を行ない、ステップ603で計測結
果のチエツクを行なう。ここでは、マークの欠損やつぶ
れによる計測不能やマスク2とウェハ3とのずれが大ぎ
いために発生する計測エラーをはじく。
ウェハとマスクとのX、Y方向のずれ量に対するピック
アップ12からの出力信号の特性を示すグラフを第9図
に示す。同図のずれ量対出力特性が線形な領域(ゾーン
■)と非線形であるが線形領域に引き続き単調変化を示
す領域(ゾーンII )がAA計測レンジであり、ゾー
ンI11が計測エラーとなってステップ603ではじか
れる領域である。4マークとも計測できた時には4点O
Kとしてステップ604でX、Y、θずれ量計算を行な
った後、ステップ605へ進む。ステップ603で3マ
ークのみ計測できた場合は3点OKとして、上述した4
点計測のシーケンス(ステップ602〜604)からス
テップ601で分岐した3点計測のシーケンス(ステッ
プ607〜609)のステップ609に合流する。また
、2マーク以下しか計測できなかった場合には、NGと
して2点以下の計測のシーケンス(ステップ610〜6
13)のステップ612に進んでNGだったマークに対
応する予備マークの計測を行なう。
第7図におけるショットS2を露光しようとした時、第
8図のaのマークはウェハからはずれてしまうので、3
点の計測となり、ステップ601から分岐してステップ
607でマークaを除く3点のAA計測を行なう。そし
てステップ608でステップ603と同様に計測結果チ
エツクを行ない、3点OKならばステップ609に進み
、NGならば前記ステップ612に合流する。ステップ
609では、4点計測シーケンスのステップ603で分
岐してきたものも含め、3点データによるX、Y、θ補
正量計算を行なう。今、aが計測不能で、b、c、dか
らそれぞれマスクとウェハのずれ置針測データΔXD、
ΔYL、ΔYRが得られたとすると、ショット全体のず
れ量ΔX。
ΔY、Δθ、は ΔX=ΔX、+Δθ・LX/2 ΔY−(ΔYL+ΔYR)/2 Δθ=(ΔYL−ΔYR)/L。
で求められる。それぞれのずれ量の符号を反転させたも
のが補正量となる。LXおよびLYは、それぞれ同方向
のずれを検出するマーク間の距離であり、後述するステ
ップ1006で得られる値または設計値が用いられる。
a以外のマークが計測不能であった時も計測不能マーク
以外の3点の計測データから3つの未知数ΔX、ΔY、
Δθを9 求めることができる。そして、ステップ605でX、Y
、θの補正駆動を行なう。
第7図におけるショットS3を1露光しようとした時に
は、第8図のbとCしか計測できない。
d′の計測は可能であるが、ピックアップの形状とマー
ク配置によってピックアップ同士が干渉するので本実施
例では、d′の計測は後で行なう。
まず、ステップ601からステップ610に分岐し、b
とCの2マークのAA計測を行なう。そしてステップ6
11で計測結果チエツクを行ない、ステップ612で不
足分データを補足する。
このステップ612に4点計測や3点計測からエラー分
岐してきたものが合流する。ショットS3のように2点
以下の計測しかできていない場合には前述のようにd′
が計測可能なのでdに対応するピックアップ12dをピ
ックアップステージ13dを用いて駆動して予備マーク
d′の上に移動させ、d′計測を行なう。4点計測や3
点計測からNGで合流してきた場合には、NGだったマ
ークに対応する予備マークの計測を行なう。ここ 0 でピックアップ12を移動したら、計測終了後、次のシ
ョットの計測のためにピックアップ位置を元に戻してお
く必要がある。そしてステップ613で有効データ数の
総数を調べ、4点ならばステップ604に、3点ならば
ステップ609に進んでX、Y、θずれ量計算を行なう
。それでも2点以下しか得られなかった場合には、エラ
ー終了となり、マニュアルアライメントを行なうか、そ
のショットを飛ばして次のショットに移る。あるいは、
周囲のショットの情報から推定してアライメントを行な
い、露光することもできる。
前記のステップ604または609の処理を終了すると
、ステップ605へ進む。
ステップ605ではステップ604または609で算出
されたずれ量計算値X、Y、θに基づく補正駆動を行な
う。そして、ステップ606で補正駆動量のチエツクを
行なう。この補正量、すなわちステップ604または6
09におけるずれ量計算値がトレランス内ならばこのA
A処理を終了し、トレランス外ならばステップ601に
戻る。
なお、本実施例では、ステップ602て4点計測をして
ステップ603で3点OKとなった場合には、その3点
のデータからショットのずれ量を求めたが、その場合に
もステップ609ではなくステップ612に進んでNG
マークに対応する予備マークの計測を行なうようにして
もよい。3点よりも4点の方が計測誤差の影響を小さく
できるが、3点でアライメント可能なものをピックアッ
プ移動してもう1点の計測データを得ていることになり
、スルーブツトが落ちるので、いずれを選択するかは時
間と精度との兼ね合いとなる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の一実施例に係るステップアンドリ
ピート露光装置の要部構成図、第2図は、ウェハとマス
クの平面方向および垂直方向のずれを検出するファイン
AA/AF方式%式% 第3図は、第1図の露光装置の制御系のハードウェア構
成図、 第4図は、ステップアンドリピート露光方式の説明図、 第5図は、ステップアンドリピート露光シーケンスの1
バッチ分のフローチャート、 第6図は、第5図ステップ506のAA処理の内容を記
したフローチャート、 第7図は、1ウエハのショット・レイアウトを示す説明
図、 第8図は、1つのショットのアライメントマーク配置図
、 第9図は、ウェハとマスクとのX、Y方向のずれ量に対
するピックアップからの出力信号の特性を示すグラフ、
そして 第10図は、従来例とこの発明の位置合わせ精度を比較
するための説明図である。 1:X線(露光光) 2:マスク(原版) 3:ウェハ(被露光基板) 4:マスクθステージ 3 12、12a 〜12d :ピックアップ13:ビック
アップステージ 24:ウェハステージ 304:本体コントロールユニット 305:ピックアップステージ制御部 309a、309b、309c、309d :ファイン
AA/AF制御部 421:ウェハ上アライメントマーク 422:マスク上アライメントマーク 423:投光ビーム ΔXu、ΔxD、ΔYL、ΔYR:アライメントマーク
のずれ置針測値  4

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)被露光基板と原版との相対位置ずれ量を検出する
    計測手段と、 前記相対位置ずれを補正すべく前記基板および原版の少
    なくとも一方を補正駆動する補正駆動手段と、 前記相対位置ずれ量が所定のトレランス内に入っている
    か否かを判定し、入っていれば少なくとも1回の前記補
    正駆動が行なわれていることを条件として位置合わせの
    完了を判定し前記補正駆動を終了させる制御手段と を具備することを特徴とするアライメント装置。
  2. (2)前記制御手段は、前記相対位置ずれ量が所定のト
    レランス内に入った後に前記少なくとも1回の補正駆動
    が行なわれたことを条件として前記位置合わせの完了を
    判定する前記請求項1記載のアライメント装置。
  3. (3)前記制御手段は、前記補正駆動手段が前記補正駆
    動を少なくとも1回行なった後、直前の補正駆動により
    補正された前記相対位置ずれ量に対して前記の判定処理
    を実行する前記請求項2記載のアライメント装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2016201423A (ja) * 2015-04-08 2016-12-01 キヤノン株式会社 インプリント装置および物品の製造方法

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