JP2009206143A

JP2009206143A - アライメント方法

Info

Publication number: JP2009206143A
Application number: JP2008044390A
Authority: JP
Inventors: Takashi Fujimura; 隆藤村
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2008-02-26
Filing date: 2008-02-26
Publication date: 2009-09-10

Abstract

【課題】ステップアンドリピート方式のアライメント方法においては、半導体基板に非線形な歪みがあると、その成分は、露光前のアライメント計測にて補正する事が出来ず、露光後にアライメントずれとなってしまう。
【解決手段】半導体基板の非線形な歪みの状態を予め計測しておき、この歪み誤差の情報を、露光装置に取り込む。この取り込まれた歪み誤差を設計上のショット配列座標に反映させる事により、歪みを持った半導体基板においても精度の良いアライメントを実現できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ステップアンドリピート方式の露光装置のアライメント方法に関する。

半導体基板上に塗布したレジストにレチクルパターンをステップアンドリピート方式により縮小露光する工程において、半導体基板に先の工程で転写された第一のパターンと、後の工程で転写される第二のパターンとのアライメントは高精度におこなわれる必要がある。

図３は、従来技術のアライメント方法を示すフローチャート図である。

ステップアンドリピート方式の露光装置は基準となるステージ座標系を持っている。まず、半導体基板内の数ショットにてアライメントマークの位置計測をおこない（ＳＴＥＰ３１）、この測定値を統計的に処理し、ショットの回転成分・倍率成分・直交成分・並進成分を求める。この結果より半導体基板の配置されたショットの回転成分・倍率成分・直交成分・並進成分を考慮した座標系として補正をおこない（ＳＴＥＰ３２）、各ショットの設計上の位置座標に算出済みの補正値を加味し、各ショットの配置座標を決定する（ＳＴＥＰ３３）。その後、その配置座標に従って、ステップアンドリピート方式により各ショットを半導体基板上に露光する（ＳＴＥＰ３４）。

この方式によって補正可能な誤差の種類を図４に示した。補正されるアライメント誤差成分は、回転誤差・倍率誤差・直交誤差・並進誤差の４つの誤差成分である。

特許文献１には、各ショットにおけるパターン位置のアライメント誤差は、半導体基板の回転誤差、直交度誤差、線形伸縮、並進ずれの4つにより生じ、これらにより生じたアライメント誤差を補正する方法が開示されている。
特開昭６１−４４４２９号公報

しかしながら、高精度なアライメント誤差補正が要求される半導体製造工程においては、上記４つの誤差成分の補正だけでは十分とは言えない。
図６は、半導体基板上の各ショットのアライメントずれを示した図である。図６を用いてアライメントずれの誤差成分について説明する。半導体基板６１には複数のショット６２が配置されており、ベクトル６３は、そのショットのずれ量および方向を示している。図６(f)は、計測されたアライメントずれ量を分解する前の総合誤差であり、図６(b)(c)(d)(e)は、図６(f)に示す総合誤差から各誤差を分離抽出した図であり、図６(b)は回転誤差、図６(c)は倍率誤差、図６(d)は直交誤差、図６(e)は並進誤差を示すものである。そして、図６(a)は、総合誤差図６(f)から図６(b)乃至図６(e)の各成分、すなわち、補正可能な回転誤差、倍率誤差、直交誤差、並進誤差成分を除去した後に残留した誤差成分（ランダム成分）を示したものである。このランダム成分は、半導体基板が持っている歪みによるものである。図５は、半導体製造工程を経た半導体基板の歪みを示す模式図である。図５(a)および図５(c)のような線形的な歪みの場合は、従来技術のアライメント方法により、歪み補正が充分可能であり、アライメント精度の高い露光が可能であるが、図5(b)および図５(d)のような非線形的な歪みの場合は、従来技術では補正可能なずれ成分として分離することができず、アライメント精度が悪くなってしまう。

すなわち、従来技術によるアライメント方法では、半導体基板自身が持っている歪みが考慮されていない為にアライメント精度の向上に限界がある。

以上述べたように従来技術では、半導体基板の非線形な歪みが無視できるほど小さい場合には、精度の高いアライメントを達成できるが、非線形な歪みが大きい場合には、求められているアライメント精度を満足することができない。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、非線形の歪を有する半導体基板でも高精度なアライメントを可能とするものである。

上記課題を解決するために、本発明では、以下のようなアライメント方法を用いた。

半導体基板上に設計上の配列座標に沿って規則的に配列した複数のショットの各々を所定の基準位置に対してステップアンドリピート方式でアライメントをする方法において、前記ステップアンドリピート方式で露光を行うのに先立って、ロット内から選択された半導体基板の歪みを測定する工程と、前記半導体基板の歪み情報に基づいて、前記ショットの前記設計上の配列座標に対し補正を加えて、新たな配列座標を生成する工程と、同一ロット内の後続の半導体基板内の数ショットのアライメントマークの位置計測をして、前記新たな配列座標に対するずれを求める工程と、前記新たな配列座標に対するずれに基づいて、前記半導体基板に配置するショットの配置座標を決定する工程と、前記配置座標に従ってステップアンドリピート方式により、前記ショットを露光する工程と、を含むことを特徴とするアライメント方法とした。

また、前記半導体基板の歪みを測定する工程は、前記選択された半導体基板内の全てのショットのアライメントマークの位置計測をし、前記設計上の配列座標とのずれを求めるという方法であることを特徴とするアライメント方法とした。

また、前記半導体基板の歪みを測定する工程は、前記露光する工程で用いる装置を用いて行うことを特徴とするアライメント方法とした。

また、前記半導体基板の歪みを測定する工程は、前記露光する工程で用いる装置と異なる装置を用いて行うことを特徴とするアライメント方法とした。

また、前記ロット内から選択された半導体基板は複数枚であることを特徴とするアライメント方法とした。

以上説明したように本発明の半導体基板に対する露光方法および露光装置を用いれば、歪みをもった半導体基板においても高精度のアライメントの露光をおこなうことができ、半導体製造装置の歩留まりを向上することができる。

本発明は、ステップアンドリピート方式の露光装置により半導体基板上に形成されたショットのアライメントを行う方法に関するものであって、その実施例について図１および図２を参照して説明する。

図１は、本発明のアライメント方法を示すフローチャート図である。まず、半導体基板上に規則的に配列されたショットの設計上の配列座標に対し、半導体基板上に既に形成されているアライメントマークがどの方向にどれだけずれているかを計測する。これにより、半導体基板の歪み量や歪み方向などがわかる（ＳＴＥＰ１１）。半導体基板の歪みは、線形であるか非線形であるかを知るためにも詳細に測定する必要があり、半導体基板上に形成された全てのショットに付属するアライメントマークの位置計測をして位置座標を求めるのが望ましい。各ショットを分割して位置座標を求めることでさらに詳細な歪み情報を得ることができるが、これは半導体基板が経た製造工程を勘案して決めるべきである。

複数の半導体基板によって一つのロットが構成され、そのロットが同一流動される場合は、そのロット内の半導体基板は、ほぼ同一の歪みを有するから、その歪みを代表する１枚の半導体基板について全てのショットの位置計測をすれば良い。しかしながら、１枚の半導体基板から得られた歪み情報だけでは不十分である場合は、ロットの中から複数の半導体基板を選択し、それらの全てのショットの位置計測することで、より高精度なアライメントが可能となる。例えば、２５枚の半導体基板から構成されるロットの中から５枚の半導体基板を選択した場合は、５枚の半導体基板の歪みを平均したものをそのロットの代表値として利用しても良い。又、選択された１枚目から得られた歪み情報を１枚目から５枚目の半導体基板に適用し、選択された６枚目から得られた歪み情報を６枚目から１０枚目の半導体基板に適用し、選択された１１枚目から得られた歪み情報を１１枚目から１５枚目の半導体基板に適用し、選択された１６枚目から得られた歪み情報を１６枚目から２０枚目の半導体基板に適用し、最後に選択された２１枚目から得られた歪み情報を２１枚目から２５枚目の半導体基板に適用するというように、選択された半導体基板の歪み情報を後続の複数の半導体基板の歪み情報の代表とするという方法でも良い。ＳＴＥＰ１１の測定は、設計上の配列座標に対し、半導体基板に形成されたアライメントマークの座標がどのような方向にどれだけ歪んでいるかを測定するのであるから、そのような機能を有する測定装置であれば測定でき、露光装置であっても良いし、重ね合わせ測定機や縮小露光装置であっても良い。

次に、ここで得られた歪み情報を露光装置に入力する（ＳＴＥＰ１２）。次いで、歪み情報に基づき、配列座標とアライメントマークの座標との平均的な偏差が最小となるように全てのショットの設計上の配列座標に補正を加え、新たな配列座標を生成する。（ＳＴＥＰ１３）。そして、半導体基板内の数ショットにてアライメントマークの位置計測をおこない、ＳＴＥＰ１３で求めた新たな配列座標に対するずれを求める（ＳＴＥＰ１４）。この測定値を統計的に処理し、ショットの回転成分・倍率成分・直交成分・並進成分を求める。この結果より半導体基板の配置されたショットの回転成分・倍率成分・直交成分・並進成分を考慮した座標系として補正をおこない（ＳＴＥＰ１５）、各ショットの配置座標を生成する（ＳＴＥＰ１６）。その後、その配置座標に従って、ステップアンドリピート方式により各ショットを半導体基板上に露光する（ＳＴＥＰ１７）。

以上説明したとおり、本発明のアライメント方法を用いれば、図２に示すように、従来の回転成分・倍率成分・直交成分・並進成分に加え、ランダム成分についても補正をおこなえるため、半導体基板の非線形な歪みによるランダム成分が大きな工程を経た半導体基板であっても精度の高いアライメントが可能となる。

本発明のアライメント方法を示すフローチャート図である。本発明のアライメント方法の補正誤差を示す。従来技術のアライメント方法を示すフローチャート図である。従来技術のアライメント方法の補正誤差を示す。半導体製造工程を経た半導体基板の歪みを示す模式図である。(a) 線形な歪みを持った半導体基板を示す。(b) 図5(a)のA−Bでの断面図を示す。(c) 非線形な歪みを持った半導体基板を示す。(d) 図5(c)のA'−B'での断面図を示す。半導体基板上の各ショットのアライメントずれを示した図である。(a) 非線形な歪によるランダム誤差を示した図である。(b) 回転誤差を示した図である。(c) 倍率誤差を示した図である。(d) 直交誤差を示した図である。(e) 並進誤差を示した図である。(f) ずれ量を分解する前の総合誤差を示した図である。

符号の説明

６１半導体基板
６２ショット
６３ショットのアライメントずれ（矢印）

Claims

設計上の配列座標に沿って規則的に配列した複数のショットの各々を所定の基準位置に対してステップアンドリピート方式で半導体基板上にアライメントをする方法であって、
前記ステップアンドリピート方式で露光を行うのに先立って、ロット内から選択された半導体基板の歪みを測定する工程と、
前記半導体基板の歪み情報に基づいて、前記ショットの前記設計上の配列座標に対し補正を加えて、新たな配列座標を生成する工程と、
同一ロット内の後続の半導体基板内の数ショットのアライメントマークの位置計測をして、前記新たな配列座標に対するずれを求める工程と、
前記新たな配列座標に対するずれに基づいて、前記半導体基板に配置するショットの配置座標を決定する工程と、
前記配置座標に従ってステップアンドリピート方式により、前記ショットを露光する工程と、
を含むアライメント方法。
前記半導体基板の歪みを測定する工程は、前記選択された半導体基板内の全てのショットのアライメントマークの位置計測をし、前記設計上の配列座標とのずれを求めることを含む請求項１記載のアライメント方法。
前記半導体基板の歪みを測定する工程は、前記露光する工程で用いる装置を用いて行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアライメント方法。
前記半導体基板の歪みを測定する工程は、前記露光する工程で用いる装置と異なる装置を用いて行う請求項１または請求項２に記載のアライメント方法。
前記ロット内から選択された半導体基板は複数枚であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のアライメント方法。