JPS6187330A - 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１ 本発明は、半導体製造装置に関し、さらに詳しくは′Ｊ
！′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関する
。

［従来の技術］ 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、ｔ１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ｔ５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Ｖ　ｍａｘ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着、す
なゎら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Ｆ
ｉ高速度をメモリデープ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
ネレータの出ツノ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。

速度制御ザ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。

このスーツの移動の終了までの制御に要する時間のうち
、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御は、ウェハ焼付工
程が第１層目のパターンの焼付をする第１マスク工程（
ファーストマスクモード）なのが、あるいは第２層目以
降のパターンの重ね合せ焼付けをするアライメント工程
（アライメントモード）なのかにかかわらず、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
一トレランス値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
を要求される第１マスク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ライメント工程に対し
ては必要以上の停止位置精度で制御１゛る結果となり、
半導体製造装Ｕのスルーブツトの向上に支障を与えてい
た。

例えばＴＴＬオートアライメント別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
に高い停止位置精度が要求されるのはレチクルに対して
別のオファクシスアライメン系などで位置決めされたウ
ェハを位置制御サ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程度の停止位置精度が必要とさ
れている。一方、ウェハ上の前工程での焼付はパターン
に対してそのアライメントマークを利用してレチクルパ
ターンとの重ね合せをＴＴＬオートアライメントで行な
う第２層目以降の焼付けに対するアライメント工程では
、レチクルの微小移動による高％１１ＪＪのアライメン
トが行なわれるので、ステージのステップ移動の停止位
置精度はだがだが０．５へ・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、アライメント工程に対して
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、ここにスルーブツト向上の余地がある。

〔発明の目的と概要］ 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ステップ移動
の都度レチクルを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
る第１マスク工程での移動時と、停止位置精度がそれよ
りも粗くてよいアライメント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、第１マスク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ＴＴＬオードアライメンｈ式のものであり、また
ひどつの例では、停止位置精度変更手段は第１マスク工
程で例えば０．１μｍのごとき小さいトレランス値を選
ぶのに対しアライメント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
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前記位置制御手段とを
備えており、これらによって位置制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］ 第１図は、本発明を適用したＴＴＬ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
の構成図であり、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直角座標面内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１１５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＠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ｂ＋　、ｂ２．・・・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Ｔ
ＴＬオートアライメント光学系が組まれている。Ｊ“な
わちレーザチューブ１３によって発振されたレーザビー
ムを、回転ポリゴンミラ＝１２、ハーフミラ−１０、対
物レンズ９、ミラー８を介して投影レンズ３内に入れ、
ポリゴンミラー１２の回転によってレチクルのアライメ
ントマークのウェハ上の像と前工程で焼付けられたつ］
−ハ上のアライメントマークとを走査し、それらの重ね
合せ像から生じる回折光を逆光路をたどってハーフミラ
−１０から光電検出器（または［ＴＶ）１１によって検
出するようにしである。

コントロールボックス１４内には、前記光電検出器１１
の出力信号からウェハとレチクルのアライメントマーク
の重なり具合、すなわちウェハとレチクルとの相対位置
関係を知ってレチクルステージ２を微小移動させる駆Ｏ
ノ装置１８χ、１８ｙの制１２１Ｉ用のシステムが設（
プられている。このレチクルの微小移ｆ）ノによるウェ
ハとレチクルの正６ＩＣな位置合せは、パターン＠ｂ＋
、ｔ）２．・・・の各露光前にｆｉｉ回行なわれる。

一方、ウェハステージ６のステップ移動に伴なう停止位
置制御は、レーザ測長器１６χ、１６ｙＦ７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基
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
成分につぎ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に導ぎ、ステージ６
のステップ移動に伴なって各レーデ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０（１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。

レープ測長器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、カウント値
が予め設定された正しい移＃Ｊｆｉｔを示すまでウェハ
ステージ６を移＃Ｊ−Ｊ−る。

ところで、ここまでの説明は第２層目以降の焼付けを行
なうアライメント工程、すなわち前工程で焼ｆ」【プら
れたパターンとレチクルパターンとの位置合けを行なう
必要のある焼付は工程における話である。

アライメント工程では、ウェハステージをいかに高精度
で位置制御しても、そのままではウェハとレチクルの位
置合せは必ずしも充分とはならず、レチクルを微小移動
させて位置合せを補正する航速のＴＴＬアライメン１−
が必要となる。

このウェハステージだけでの位置合せが不充分な理由は
、ウェハが熱処理およびイオン注入等によって局所的な
歪をもつようになることと、前工程を一括焼付Ｃノの装
置で行なった場合にウェハ内の焼付パターンの歪が残っ
ていることなどにより発生する。

従ってこの場合、レチクル微小移動による位置合せを見
込んで、ウェハステージ６の停止位置精度は０．５〜１
．０μｍ程度でよい。ウェハステージ６の位置の補正は
、ＴＴＬアライメントによりレチクルステージの微小移
動で相対的に行なわれ、その精度は通常０，１μｍ程度
と高い。

一方、第１マスク工程では、ウェハステージ６の停止位
置精度は厳しく、ウェハステージだけで０．１μｍ程度
の精度を出ず必要がある。

第２図は、この実施例のウェハステージ６の駆動制御回
路の構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３０
が取り付けられている。

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
数する現在値カウンタ３１と、主制御回路２６から与え
られた目標値を出力する目標値設定器３２と、これらカ
ウンタ３１と設定器３２との（１ｎを比較づる比較器３
３とを含む制御ループで構成されている。

位置制御サーボ系は、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２
４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と
、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２１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との出力値を
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ｄ５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１直の範囲内に入ったこ
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。

主制御回路２６は、 ■　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瓜制御の指令を与える。

■　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
い限りにおいて停止する。

■　ステージ位置目標設定器２５と速度目標値設定器３
２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。

などの機能を有する。主制御回路２６にはまたＣＲＴデ
ィスプレイとキーボード等からなる入出力装置２０が接
続され、オペレータがこの入出力装置２０から、第１マ
スク工程かアライメント工程かなどの工程の種類、ステ
ージ６の停止精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から目標値設定
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２１の出力データが主制御
回路２６によって監視され、その値が設定値、例えば２
０μｍになったときに主制御回路２６から駆動回路２２
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。

位置制御モードになると、位置比較器２７の出力とＶＩ
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の出力値より大きい
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の出力値より小
さくなれば、判別器２９から主制御回路２６に対して位
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、第１マスク工程において
は精度設定器２８に例えば０．１μｍのように小さいト
レランス値を与え、アライメント工程であれば０．５〜
１．０μｍのように比較的大きいトレランス工程であれ
ば０．５〜１．０μｍのように比較的大きいトレランス
値を与える。

第３図は主ｎ、１１御回路２６による停止位置精度変更
動作のフローチャートであり、先ずステップ４０１でウ
ェハステージ６上にウェハ５が載せられると、ステップ
４０２で主制御回路１６内のマイクロプロセットが入出
力装置２０にセットされた焼付工程の種類、ずなわちア
ライメント工程であるか否かを調べる。もしアライメン
ト工程が指示されていればステップ４０３で主制御回路
２６が制度設定器２８にトレランス値として１μｍの主
制御回路２６が精度設定器２８にトレランス値として１
μｍを設定し、ま　。

たもしアライメント工程ではなしに第１マスク工程が指
示されていれば、代りに０．１μｍのトレランス値をス
テップ４０４で設定する。次いでステップ４０５でウェ
ハステージ６によりウェハ５を第１ショット位置に移動
させ、ステップ４０６で前記の設定トレランス範囲内に
入るまで位置制御が行なわれ、トレランス内に入ればス
テージを停止させる。この移動の後、再びステップ４０
７でアライメント工程が指定されているか否かを判別し
、アライメント工程であればステップ４０８でＴＴＬオ
ートアライメントを実行する。このアライメントの実行
によりウェハ５とレチクル１との位置ずれが、入出力装
置２０で指定された許容値、例えば０．１μｍ以内に入
ったか否かをステップ４０９で判別し、許容値外の場合
はステップ４０９と４０８のループの繰り返しを行なう
。許容値に入るとステップ４１０へ進み、そのショット
の所定の焼付露光が行なわれる。

一方、ステップ４０７で第１マスク■稈と判別された場
合は直ちにステップ４１０で焼付露光を実行する。

焼付露光の終了後、主制御回路２６はウェハの全ショッ
トの焼付露光が終ったか否かをステップ４１１で判別し
、もし終了していなければステップ４１２で次のショッ
ト位置へステージを移動させ、再びステップ４０６から
繰り返し、ステージをいわゆるステップアンドリピート
動作させる。このときのステージ６のステップ精度は、
ステップ４０３または４０４で設定された値になり、第
１マスク工程では０．１μｍ１アライメント工程の場合
には１μｍｕ内に位置決めされることになる。

つまり、全工程につき一様に０．１μｍの精度でステー
ジ６のステップ移動を制御していた従来に比べ、アライ
メント工程においてトレランスを１μｍと緩くすること
により、ステージ６が停止するまでの時間は例えば移動
路に２０ｍｍで約０．３秒から０．２秒と０．１秒ずつ
短縮されることになり、１枚のウェハ中の全ショツト数
を約３０〜６ｏシヨツトとすると、ウェハ１枚当り３〜
６秒程度のスループットの向上が達成でき、その効果は
多大である。

再び第３図に戻って、全ショット終了後はステップ４１
３においてステージ６が所定のウェハ回収位置へ移動し
、図示しないハンド装置等によりウェハが回収されるこ
とになる。

［発明の効果］ 以上に述べたように、本発明によればウェハ焼付は工程
が第１マスク工程かアライメント工程かによってステッ
プ移動のステージ停止位匠精度を変更するので、前ショ
ツト数の大部分を占めるアライメント工程でのステージ
のステップ移動に要する時間を短縮でき、従ってスルー
ブツトの向上に多大の効果を得ることができるものであ
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図は前回の
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千Ｍ成の一例を示すブロック図
、第３図は主制御回路による制御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：レヂクルステージ、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、９：対
物レンズ、１１；光電検出器、１２；回転ポリゴンミラ
ー、１３；レーザチューブ、１６χ、　ｉｅｙ、　１６
：レーザ測長器、１１：レーザチューブ、２０；入出力
装置、２２：駆動回路、２４；ステージ位置検出器、２
５；ステージ停止位置目標設定器、２６；主制御回路、
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ステ
   ップ移動の都度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、ウェハに第１層目の焼付けを行なう第１マスク
   工程と、２層目以降の焼付けを前記位置合せ手段による
   位置合せ動作と共に行なうアライメント工程とで、前記
   停止位置精度の許容値を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ＴＴＬ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、第１マスク工程において停止位置精度変更手段によ
   って選択される許容値より、アライメント工程において
   停止位置精度変更手段によつて選択される許容値のほう
   が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。