JPH10335232A - 位置合わせ装置および方法、ならびにこれを用いた露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 微小な振動を有する環境下でレーザの発光時
間が短い場合でも高精度な位置合わせを行なう。 【解決手段】 第１物体と第２物体の相対的な位置ずれ
と、第１物体に対して第２物体を相対移動させる移動手
段の移動情報とを同一タイミングで計測し、それらの計
測値に基づいて指令値を作成し前記移動手段を動作させ
る際に、さらに該移動手段の振動情報を検出し、該振動
情報に基づいて前記指令値を補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体素子
製造用の露光装置において、マスクに形成されている微
細な電子回路パターンをウエハ上に露光転写する際に、
マスクとウエハとの相対的な位置合わせを高精度に行な
う技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】集積回路や液晶パネルなどの半導体デバ
イス製造用の露光装置において、原版（マスクやレチク
ル）に形成されている微細な回路パターンをウエハ上に
露光転写する際に、原版とウエハとのアライメントは半
導体デバイスの高集積化に要となっている。特に最近の
露光装置におけるアライメント精度は例えばサブミクロ
ン以下の精度が要求されている。

【０００３】アライメント方法は、一般には原版とウエ
ハにそれぞれアライメント用のマークを配置し、その光
学的性質を利用して相互位置ずれ情報を得て、相対的な
アライメントを行なっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】露光装置では、一般的
にはウエハを載置するウエハステージに振動が伝わらな
いようにするために、露光装置全体が除振機能つきの台
上に設置されている。しかしながら、完璧な除振は難し
く露光装置の外部からの振動やステージ駆動系のモータ
等による振動の影響を受け、ウエハが微小に位置変動し
てしまう可能性がある。この種の振動は周波数にして、
時にはアライメントのためのレーザ光の発光時間と同等
の周波数域に達することもある。振幅も時として５０ｎ
ｍといったアライメントの許容精度並みの振動振幅を生
じることがある。露光装置の高精度化を実現するために
は、この振動への対策が課題となる。

【０００５】上記課題を解決するために、すでに特開平
６−３６９９０号公報では、図１１のようにアライメン
ト検出手段のずれ検出値とステージ計測手段のステージ
位置計測値とを同一タイミングで得て、（ステージへの
動作指令値）＝（ステージ位置計測値）−（ずれ検出
値）とすることを提案している。

【０００６】しかしながら、この従来の方法では、レー
ザの発光時間がステージの振動に対して短いか、あるい
はステージ自体が低周波で振動している場合には、図１
２に示すような、ステージの指令値とステージ振動中心
が一致しておらず、ステージ振動のピーク付近の短い時
間でアライメント計測が行なわれるような場合を想定す
ると、（ステージ位置計測値）＝（指令値）、（アライ
メントずれ検出値）＝０であるので、（ステージへの動
作指令値）＝（ステージ位置計測値）−（ずれ検出値）
＝（指令値）となり、ステージ位置が目標位置（振動中
心）からずれているにもかかわらずステージ駆動は行な
われないことになる。

【０００７】さらにいうと、従来方式では図１１に示す
ような『振動中心と指令値とが一致する場合』と図１２
のような『振動中心と指令値とが一致しない場合』との
実質的な区別がつかないため、指令値とステージの振動
中心の関係が保証できないことになる。

【０００８】ここで露光時にはウエハ側はステージ振動
の中心を代表させてマスクとアライメントされるという
前提に立てば、従来の方法では、ステージの位置決め状
態により、最大でステージの振動振幅分の位置決め誤差
をもつ可能性があるといった問題点が生じてくる。

【０００９】本発明はこのような従来技術の問題点に鑑
み、微小な振動を有する環境下でレーザの発光時間が短
い場合でも高精度な位置合わせを行なうことができる装
置および方法の提供を目的とする。さらにはこの装置お
よび方法を用いた露光装置と半導体デバイスの製造方法
の提供を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、第１物体と第２物体の相対的な位置ず
れと、第１物体に対して第２物体を相対移動させる移動
手段の移動情報とを同一タイミングで計測し、それらの
計測値に基づいて指令値を作成し前記移動手段を動作さ
せる際に、さらに該移動手段の振動情報を検出し、該振
動情報に基づいて前記指令値を補正するようにしてい
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態に係る装置
は、第１物体と第２物体の相対的な位置ずれを検出する
ためのアライメント検出手段と、前記第１物体に対して
前記第２物体を相対移動させるための移動手段と、前記
移動手段の移動情報を計測するための計測手段と、前記
第２物体の振動中心を予め検出し、アライメント計測値
およびアライメント検出タイミングにおける前記計測手
段の計測値に基づいて得られる前記移動手段への指令値
を、前記振動中心からのずれ分で補正する手段とを具備
することを特徴とする。

【００１２】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。

【００１３】ここでは、本発明をプロキシミティタイプ
のＸ線露光装置に適用した実施例を説明する。なお、露
光装置の形態はこれに限らず、縮小露光型のＸ線露光装
置やｉ線、エキシマ光などを用いた投影型露光装置にも
適用可能である。第１実施例 図１および図２は本発明の一実施例に係るＸ線露光装置
の構成図であり、図１は側面図、図２は平面図を表わ
す。

【００１４】図中、１はコンピュータコントロール機能
をもつコントローラであり、システム全体の制御を行な
う。２はマスクとウエハの相対位置ずれを検出するため
のアライメント検出器であり、光源（例えば半導体レー
ザやＬＥＤ）や受光センサ（例えばＣＣＤ等のアレイセ
ンサ）等を内蔵する。３はマスクチャック、４は半導体
デバイスの回路パターンが形成された原版であるマス
ク、５はマスク４上に設けられたアライメントパター
ン、６は半導体ウエハ、７はウエハ６上に設けられたア
ライメントパターン、８はウエハ６を保持するウエハチ
ャックである。９は反射ミラー、１０はレーザ干渉計の
レーザ光源と光検出器を含むユニット（レーザ干渉測長
器）、１１は干渉計の光学ユニット、１２は各ユニット
１０，１１を載置する台であり、これらの部材９，１
０，１１，１２によってステージの位置を計測するため
のレーザ干渉測長系を構成している。１３，１４はウエ
ハチャック８を搭載してこれをマスクチャック３に対し
て相対移動させるためのステージ機構、１５はステージ
を移動させるための駆動機構である。１６は露光エネル
ギであるＸ線を発生するＸ線発生源を含むＸ線照射系で
ある。

【００１５】次に上記構成におけるマスクとウエハとの
位置合わせ動作について説明する。図３はマスクとウエ
ハとのアライメントのシーケンスを示すフローチャート
である。まず、マスクチャック３にマスク４をセット
（ステップ１０１）し、ウエハチャック８にウエハ６を
セットする（ステップ１０２）。次にセットしたマスク
４とウエハ６の粗い位置合わせ（プリアライメント）を
行なう（ステップ１０３）。プリアライメントの後、レ
ーザ干渉測長器１０等によるステージ１３，１４の位置
計測およびアライメント検出器２によるマスク４とウエ
ハ６との相対的な位置ずれの計測を行なう（ステップ１
０４）。

【００１６】図４および図５はそのときの信号を示す図
で、ステージ位置の計測時間内でレーザ干渉測長器１０
から値を読み出し、ステージ位置計測を行なうととも
に、ステージ位置計測時間内に含まれるようなタイミン
グで、アライメント計測を行ない、さらにアライメント
計測と同じタイミングでのステージ位置計測を行なう。
具体的には、ステージ位置読み出し信号（ＳＴＧＦＬ
Ｇ）において、ステージ位置の取り込み時間（ＳＴＧｔ
ｉｍｅ）は、ステージの固有振動数から予め計算されて
いる（例えば４０ｍｓｅｃの固定された値）。

【００１７】一方、アライメント検出器２のセンサ（こ
こではＣＣＤとする）の蓄積時間のサイクル（ＣＨＧｔ
ｉｍｅ）は、光源強度などを考慮してセンサが飽和しな
い範囲で、例えば２５ｍｓｅｃに設定されており、光源
の発光時間（ＬＤｔｉｍｅ）を、この蓄積時間のサイク
ルにタイミングを合わせてコントロールしている。この
ＬＤｔｉｍｅは、具体的にはプロセスによるウエハ側の
影響、アライメントマークの透過率、反射率等を考慮し
て、０．ｌｍｓｅｃ〜２０ｍｓｅｃの範囲内で設定され
る。

【００１８】ステップ１０４にシーケンスが移行し、コ
マンドＲＥＱがＯＮしたら、その次の蓄積時間のサイク
ルでステージの位置読み出しを開始する。図中、信号Ａ
はレーザ干渉測長器１０の信号の読み出し周期に対応し
たサンプルクロックとＳＴＧＦＬＧとの論理和で得られ
たカウンタクロックであり、この信号ＡによってＳＴＧ
ＦＬＧで設定された時間だけカウント値が増加して、同
時にメモリに書き込み信号が出され、レーザ干渉測長器
１０の出力値がメモリのアドレス０番地から順次記憶さ
れる。そして、ＳＴＧｔｉｍｅ経過後、アドレス０番地
からそのカウント値のアドレスまでに記憶されるデータ
値を読み、これらの平均値を算出し、ステージの振動中
心とする（ステップ１０５）。

【００１９】また、アライメント計測信号（ＡＡＦＬ
Ｇ）はコマンドＲＥＱがＯＮした２つ先のＣＣＤ蓄積サ
イクルから、光源の発光をスタート（ＡＡＦＬＧがＯ
Ｎ、時刻Ｔ１）させ、ＬＤｔｉｍｅの時間だけ発光した
後にＯＦＦ( 時刻Ｔ２）する。時刻Ｔ１の時のカウント
値Ｃ１および時刻Ｔ２の時のカウント値Ｃ２をメモリに
記憶しておき、ＬＤｔｉｍｅ経過後、そのカウント値Ｃ
１のアドレスからカウント値Ｃ２のアドレスまでに記憶
されるデータから平均値を算出し、アライメント計測と
同じタイミングでのステージ位置計測値とする。

【００２０】ここで、ステージ位置計測時間（ＳＴＧｔ
ｉｍｅ）の開始のタイミングは、なるべくステージの計
測時間とアライメント計測時間とのタイミングがずれな
いように計測するという立場にたてば、図５において、

【００２１】

【数１】 を予め計算し、ＲＥＱがＯＮした次のサイクルから、図
中のＢ（＝ＣＨＧｔｉｍｅ−Ｄｅｌａｙ）に相当する時
間をカウンタにロードし、カウントした後にステージの
位置計測を開始する。これにより、ステージの計測時間
のちょうど中心付近で、アライメント計測が実行される
ことになり、より高精度な計測が可能となる。

【００２２】次に、図３のステップ１０６において、ス
テージへの動作指令値をアライメント計測によるずれ検
出値と、その時のステージ位置計測値との差分により算
出する。

【００２３】図４にあるようにアライメント計測による
ずれ検出値がα、その時のステージの位置計測値と振動
中心との差分がγ、指令値と振動中心との差をβとする
と、βは予め計測された振動中心と指令値との差分によ
り算出され、下記の式により、ステージが位置決めされ
る。

【００２４】

【数２】 上記のとおり、指令値と振動中心が一致したとき、ステ
ージの位置決め駆動は完了する。

【００２５】次に図３のステップ１０７においてステー
ジの振動中心と指令値との差（上記β）が、許容値以内
であるかを判断する。判断の結果、許容値を超えていれ
ば、このβによってウエハステージを駆動して（ステッ
プ１０８）ステップ１０４に戻る。ステップ１０７での
判断の結果、許容値以内（例えば２０ｎｍ以下）になっ
たら露光動作へ移行する（ステップ１０９）。露光動作
はＸ線照射系から発生したＸ線をマスクに照射して、マ
スク上の回路パターンをウエハに露光転写する。

【００２６】従来のステップアンドリピート方式の露光
装置においては、プリアライメント後のステージ移動ま
たはステップ移動した後は、ステージの振動が露光に必
要な程度に安定化するまで待って、アライメントおよび
露光を行なう。この安定化の検出は、例えばレーザ干渉
測長器１０の信号に基づきステージの振動振幅が所定値
以下になったことを確認することにより行なう。

【００２７】図１の装置においては、ステージの安定化
を検出するため１〜複数回行なわれる安定化チェックの
際、アライメント検出を行なうこともできる。図６に示
すように、アライメント検出が安定化前に行なわれた場
合であっても、アライメント検出値は上述のようにステ
ージの振動分が補正されるため、精度は従来例に比べて
同等ないし向上する。しかもステージの安定化を待たず
にアライメント検出を行なうことができるためスループ
ットが向上する。

【００２８】なお、以上の実施例では、説明の簡略化の
ために１軸方向についての例を示したが、実際には同様
の構成がｘｙ両方向に設けられ、ｘｙの２軸について位
置合わせが行なわれる。また、上記位置合わせ方法は、
ｘｙ方向のみならず、マスクとウエハの間隔方向（ｚ方
向）の位置合わせにも適用することができる。

【００２９】第２実施例 次に、上記信号処理系の別の実施例を、図７および図８
を用いて説明する。図７は第２実施例の信号処理系のブ
ロック図、図８は処理シーケンスを示すフローチャート
である。図７では、レーザ干渉測長器１０の計測値、ス
テージ位置読み出し信号（ＳＴＧＦＬＧ）、およびアラ
イメント計測信号（ＡＡＦＬＧ）をインターフェース
（Ｉ／Ｆ）回路６１を介してコンピュータ６２で読み込
める構成になっている。コンピュータ６２では図８のフ
ローチャートに示した手順により、レーザ干渉測長器１
０の信号を信号ＳＴＧＦＬＧがＯＮである時間だけ配列
Ｍ［ｉ］に読み出し、さらにＡＡＦＬＧがＯＮである時
間については、計測開始サンプル値ｊ１および計測終了
サンプル値ｊ２を記憶しておき、計測終了後に、読み出
したＮ１個のサンプルの平均を求めて、これをステージ
振動中心とし、かつサンプルｊ１からｊ２までのＮ２個
のサンプルの平均を求めて、これをアライメント計測と
同じタイミングでのステージ位置計測値とする。

【００３０】

【半導体デバイス製造の実施例】次に上記説明した露光
装置を利用したデバイスの製造方法の実施例を説明す
る。図９は微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チッ
プ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気へッド、マイクロマ
シン等）の製造フローを示す。ステップ１（回路設計）
では半導体デバイスの回路設計を行なう。ステップ２
（マスク制作）では設計した回路パターンを形成したマ
スクを制作する。一方、ステップ３（ウエハ製造）では
シリコン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。次にステップ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。

【００３１】図１０は上記ウエハプロセスの詳細なフロ
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。

【００３２】本実施例の製造方法を用いれば、従来は製
造が難しかった高集積度の半導体デバイスを製造するこ
とができる。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、ウエハやウエハステー
ジが振動を持っていても、この影響を受けずに高精度な
アライメントを行なうことができる。また、本発明を露
光装置や半導体デバイス製造などに応用すれば、高精度
の半導体デバイスを製造することができる。

【００３４】とくにグローバルアライメントのように、
追い込み動作がなく、１回のアライメントでステージの
振動中心とのアライメントが必要な時などは、本発明を
用いると、ステージ振動分が補正できるため高精度な露
光が可能である。

【００３５】また、本発明を適用し、かつステージの整
定前の安定化チェック内でアライメン卜計測を行なうよ
うにすれば、ステージ整定時間内にステージの目標値が
求まることになり、スループット向上につながる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施例に係る露光装置の構成を
示す側面図である。

【図２】 図１の装置の平面図である。

【図３】 図１の装置の動作シーケンスを示すフローチ
ャート図である。

【図４】 図１の装置におけるアライメント検出とステ
ージ位置検出を示す図である。

【図５】 図１の装置におけるアライメント検出器とレ
ーザ干渉測長器の検出タイミングを示す図である。

【図６】 本発明の第１実施例の変形例におけるステー
ジの整定とアライメント計測のタイミングを示す図であ
る。

【図７】 本発明の第２実施例に係る信号処理系のブロ
ック図である。

【図８】 図７の信号処理系の処理シーケンスを示す図
である。

【図９】 半導体デバイスの製造フローを示す図であ
る。

【図１０】 図９におけるウエハプロセスの詳細なフロ
ーを示す図である。

【図１１】 従来例のアライメント検出とステージ位置
検出を示す図である。

【図１２】 従来例のアライメント検出とステージ位置
検出を示す図である。

【符号の説明】

１：コントローラ、２：アライメント検出器、３：マス
クチャック、４：マスク、５：アライメントパターン、
６：ウエハ、７：アライメントパターン、８：ウエハチ
ャック、９：ミラー、１０：レーザ干渉測長器、１１，
１２：レーザ干渉測長系を構成するレーザ干渉測長器以
外のユニット、１３，１４：ステージ機構、１５：駆動
機構、６１：Ｉ／Ｆ回路、６２：コンピュータ。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１物体と第２物体の相対的な位置ずれ
   を検出するアライメント検出手段と、 前記第１物体に対して前記第２物体を相対移動させる移
   動手段と、 前記移動手段の移動情報を計測する計測手段と、 前記移動手段の振動情報を検出する振動検出手段と、 前記アライメント検出手段と前記計測手段とを同期させ
   て得られる前記アライメント検出手段の検出値、該アラ
   イメント検出のタイミングにおける前記計測手段の計測
   値および前記振動情報に基づいて前記移動手段を動作さ
   せる手段とを有することを特徴とする位置合わせ装置。
2. 【請求項２】 前記計測手段は前記アライメント検出手
   段の検出周期より短い周期で前記計測を行ない、前記振
   動検出手段は前記計測手段から順次出力される複数個の
   計測値に基づいて前記移動手段の振動中心情報を含む前
   記振動情報を検出し、前記移動手段を動作させる手段は
   前記アライメント検出値と前記アライメント検出タイミ
   ングにおける前記計測手段の計測値とに基づいて得られ
   る前記移動手段への移動指令値を前記アライメント検出
   タイミングにおける前記移動手段の振動中心からのずれ
   分で補正した値に基づいて前記移動手段を動作させるこ
   とを特徴とする請求項１記載の位置合わせ装置。
3. 【請求項３】 第１物体と第２物体の相対的な位置ずれ
   を検出する第１ステップと、 前記第２物体の位置情報を計測する第２ステップと、 前記第２ステップでの複数の計測値に基づいて前記第２
   物体の振動情報を検出する第３ステップと、 前記第１のステップでの検出値と該検出値を得たタイミ
   ングにおける前記第２ステップでの計測値と前記振動情
   報とに基づいて前記第２物体の振動中心に対する前記第
   １物体の位置ずれを算出し、その算出した値に基づいて
   第１物体と第２物体との位置関係を調整する第４ステッ
   プとを有することを特徴とする位置合わせ方法。
4. 【請求項４】 露光パターンが形成された原版と被露光
   体との位置合わせを行なう位置合わせ手段と、 原版と被露光体とが位置合わせされた状態で、原版の露
   光パターンを被露光体に露光転写する転写手段とを有
   し、 前記位置合わせ手段は、 前記原版と被露光体の相対的な位置ずれを検出するアラ
   イメント検出手段と、 前記原版に対して前記被露光体を相対移動させる移動手
   段と、 前記移動手段の移動情報を計測する計測手段と、 前記移動手段の振動情報を検出する振動情報検出手段
   と、 前記アライメント検出手段と前記計測手段とを同期させ
   て得られる前記アライメント検出手段の検出値、該アラ
   イメント検出のタイミングにおける前記計測手段の計測
   値および前記振動情報に基づいて前記移動手段を動作さ
   せる手段とを有することを特徴とする露光装置。
5. 【請求項５】 前記計測手段は前記アライメント検出手
   段の検出周期より短い周期で前記計測を行ない、前記振
   動検出手段は前記計測手段から順次出力される複数個の
   計測値に基づいて前記移動手段の振動中心情報を含む前
   記振動情報を検出し、前記移動手段を動作させる手段は
   前記アライメント検出値および前記アライメント検出タ
   イミングにおける前記計測手段の計測値に基づいて得ら
   れる前記移動手段への移動指令値を前記アライメント検
   出タイミングにおける前記移動手段の振動中心からのず
   れ分で補正した値に基づいて前記移動手段を動作させる
   ことを特徴とする請求項４記載の露光装置。
6. 【請求項６】 前記位置合わせ手段は前記移動手段の振
   動が前記露光転写に必要な振幅以下に整定される前であ
   っても前記位置合わせを実行することを特徴とする請求
   項４または５記載の露光装置。
7. 【請求項７】 回路パターンが形成された原版とウエハ
   との位置合わせを行なう位置合わせステップと、 前記位置合わせがなされた状態で、原版の回路パターン
   をウエハに露光転写する転写ステップとを有し、 前記位置合わせステップは、 前記原版とウエハの相対的な位置ずれを検出する第１ス
   テップと、 前記ウエハの位置情報を計測する第２ステップと、 前記第２ステップでの複数の計測値に基づいて前記ウエ
   ハの振動情報を検出する第３ステップと、 前記第１のステップでの検出値と該検出値を得たタイミ
   ングにおける前記第２ステップでの計測値と前記振動情
   報とに基づいて前記ウエハの振動中心に対する前記原版
   の位置ずれを算出し、その算出した値に基づいて原版と
   ウエハとの位置関係を調整する第４ステップとを有する
   ことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
8. 【請求項８】 請求項７の方法によって製造されたこと
   を特徴とする半導体デバイス。