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KR102703369B1 - Exposure device, measurement device, and alignment method - Google Patents

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KR102703369B1
KR102703369B1 KR1020190102297A KR20190102297A KR102703369B1 KR 102703369 B1 KR102703369 B1 KR 102703369B1 KR 1020190102297 A KR1020190102297 A KR 1020190102297A KR 20190102297 A KR20190102297 A KR 20190102297A KR 102703369 B1 KR102703369 B1 KR 102703369B1
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chip
exposure
alignment
alignment mark
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아키라 나카자와
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가부시키가이샤 오크세이사쿠쇼
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Abstract

투영 노광 장치에서, 스루풋(throughput)을 향상시키면서, 마스크 패턴을 기판에 정밀도 좋게 전사(轉寫)한다. 투영 노광 장치(10)와는 독립된 측정 장치(15)에 의해, 기판(W)에 매트릭스 배치된 칩의 얼라이먼트 마크의 위치를 사전에 측정해, 각 칩 고유의 고유 위치 편차량을 구한다. 그리고, 투영 노광 장치(10)는, GA용 얼라이먼트 마크를 측정해, 선형성이 있는 각 칩의 위치 편차량을 산출한다. 그리고, 고유 위치 편차량과 선형성이 있는 위치 편차량에 근거해, 노광 장치(10)에 기판(W)이 탑재되어 있는 상황에서 각 칩의 얼라이먼트 마크의 위치를 산출해, 얼라이먼트 노광을 실시한다.In a projection exposure device, a mask pattern is precisely transferred onto a substrate while improving throughput. The positions of alignment marks of chips arranged in a matrix on a substrate (W) are measured in advance by a measuring device (15) independent of a projection exposure device (10), and the unique positional deviation amount unique to each chip is obtained. Then, the projection exposure device (10) measures the alignment mark for GA and calculates the positional deviation amount of each chip with linearity. Then, based on the unique positional deviation amount and the linear positional deviation amount, the positions of the alignment marks of each chip are calculated in a situation where the substrate (W) is mounted on the exposure device (10), and alignment exposure is performed.

Description

노광 장치, 측정 장치, 및 얼라이먼트 방법{EXPOSURE DEVICE, MEASUREMENT DEVICE, AND ALIGNMENT METHOD}{EXPOSURE DEVICE, MEASUREMENT DEVICE, AND ALIGNMENT METHOD}

본 발명은, 패턴을 기판에 형성하는 노광 장치에 관한 것으로, 특히, 기판에 대한 얼라이먼트(위치 맞춤)에 관한 것이다.The present invention relates to an exposure device for forming a pattern on a substrate, and more particularly, to alignment (positioning) for a substrate.

노광 장치에서는, 패턴의 미세화와 함께 고정밀도의 얼라이먼트가 요구된다. 그 때문에, 기판에 대해 형성되는 얼라이먼트 마크는, 기판 전체의 변형을 측정하기 위해 기판 네 귀퉁이에 설치되는 마크 뿐만 아니라, 원샷(one-shot)의 노광 영역에 맞춰 얼라이먼트 마크가 형성된다.In exposure equipment, high-precision alignment is required along with pattern miniaturization. Therefore, alignment marks formed on the substrate are not only marks installed at the four corners of the substrate to measure deformation of the entire substrate, but also alignment marks are formed to match the exposure area of one shot.

이처럼 기판에 설치되는 방대한 수의 얼라이먼트 마크의 위치를 검출하는 것은 다대(多大)인 시간을 필요로 하므로, 스루풋(throughput)이 저하한다. 그 때문에, 노광 장치와는 독립되어 얼라이먼트 마크의 위치를 계측하는 계측 장치를 마련하는 구성이 알려져 있다(특허문헌 1 참조).Detecting the positions of a large number of alignment marks installed on a substrate in this way requires a large amount of time, which reduces throughput. Therefore, a configuration is known in which a measuring device is provided that measures the positions of alignment marks independently of an exposure device (see Patent Document 1).

거기에서는, 노광 장치 본체에 의한 얼라이먼트 조정에 앞서, 계측 장치에 의해 소정의 노광 영역의 얼라이먼트 마크의 위치가 검출된다. 그리고, 노광 장치에서는, 기판 전체에 관련된 얼라이먼트 마크의 위치 만을 GA 방식 등으로 검출하고, 앞서 검출된 얼라이먼트 마크의 위치 정보를 이용하여 얼라이먼트를 실시한다.There, prior to alignment adjustment by the exposure device main body, the position of the alignment mark in a predetermined exposure area is detected by the measuring device. Then, in the exposure device, only the position of the alignment mark related to the entire substrate is detected by the GA method or the like, and alignment is performed using the position information of the alignment mark detected in advance.

일본 특허공개 평10-64804호 공보Japanese Patent Publication No. 10-64804

예를 들면, 캐리어에 실리콘 칩을 탑재하는 FO-WLP(팬-아웃 웨이퍼 레벨 패키지) 기판의 경우, 칩 마운트 정밀도에 기인하여 랜덤한 칩 배열 오차가 생긴다. 한편, 기판의 신축, 변형은, 공정을 거칠 때 마다 생기고, 그 신축, 변형 정도는 상이하다.For example, in the case of a FO-WLP (fan-out wafer level package) substrate that mounts silicon chips on a carrier, random chip arrangement errors occur due to chip mounting precision. Meanwhile, expansion and deformation of the substrate occur with each process, and the degree of expansion and deformation is different.

그 때문에, 노광 장치에 앞서 측정된 얼라이먼트 마크의 위치는, 이후의 노광 장치에 의한 얼라이먼트 계측 시에는 달라지는 경우가 있어, 노광 공정의 얼라이먼트 시에 위치 맞춤 오차가 생긴다. 특히, 복수의 층에 패턴을 중첩해 전사(轉寫)하는 노광 공정을 반복하는 프로세스에서는, 위치 맞춤 오차가 현저해진다For this reason, the position of the alignment mark measured before the exposure device may be different when the alignment is measured by the subsequent exposure device, resulting in a positioning error during alignment of the exposure process. In particular, in a process that repeats the exposure process of transferring the pattern by overlapping it in multiple layers, the positioning error becomes significant.

따라서, 노광 장치에 의한 얼라이먼트에 앞서 얼라이먼트 마크의 위치를 계측하는 경우에 있어서, 정밀도가 좋은 얼라이먼트를 실현할 수 있는 것이 요구된다.Therefore, when measuring the position of an alignment mark prior to alignment by an exposure device, it is required to be able to realize high-precision alignment.

본 발명의 노광 장치는, 기판 상(上)의 복수의 칩에 대해 노광 가능하고, 칩 마다 형성된 얼라이먼트 마크의 위치 정보를 측정하는 독립된 측정 장치와의 사이에 통신 가능한 노광 장치로서, 기판에 설치된 GA(글로벌 얼라이먼트)용 얼라이먼트 마크의 위치를 측정하는 측정부를 갖춘다. 그리고, 각 칩의 얼라이먼트 마크 위치 정보로부터 얻어지는 각 칩의 고유 위치 편차량과, 측정부에 의해 측정된 GA용 얼라이먼트 마크의 위치 정보에 근거하여, 얼라이먼트(alignment) 한다. 여기서, 고유 위치 편차량이란, 기판 전체의 변형, 신축 등 선형성(線形性)을 가지고, 칩 간에 공통되는 것으로 간주할 수 있는 오차가 아니라, 각 칩 고유의 오차 성분을 나타낸다.The exposure apparatus of the present invention is an exposure apparatus capable of exposing a plurality of chips on a substrate and communicating with an independent measuring apparatus that measures positional information of alignment marks formed for each chip, and has a measuring unit that measures the position of an alignment mark for GA (global alignment) installed on the substrate. Then, alignment is performed based on the unique positional deviation amount of each chip obtained from the alignment mark positional information of each chip and the positional information of the alignment mark for GA measured by the measuring unit. Here, the unique positional deviation amount does not mean an error that has linearity such as deformation or expansion of the entire substrate and can be considered common between chips, but indicates an error component unique to each chip.

얼라이먼트에 관해서는, 노광 장치에서 고유 위치 편차량을 구하는 것이 가능하고, 노광 장치는, 각 칩의 얼라이먼트 마크 위치 정보로부터 기판 전체에 관련되는 변형량을 제외함으로써 얻어지는 다이 시프트 양(die shift amount)을, 고유 위치 편차량으로서 구하는 연산부를 갖출 수 있다. 예를 들면, 연산부는, 얼라이먼트 마크 위치 정보로부터 선형(線形) 성분의 변형량을 제외하는 것에 의해, 다이 시프트 양을 구한다.With regard to alignment, it is possible to obtain a unique positional deviation amount in an exposure device, and the exposure device may be provided with a calculation unit that obtains a die shift amount obtained by excluding a deformation amount related to the entire substrate from alignment mark position information of each chip as the unique positional deviation amount. For example, the calculation unit obtains the die shift amount by excluding a deformation amount of a linear component from alignment mark position information.

한편, 독립된 측정 장치에서 고유 위치 편차량을 구하는 것도 가능하다. 본 발명의 다른 양태인 측정 장치는, 칩 마다 형성된 얼라이먼트 마크의 위치 정보를 측정하는 얼라이먼트 마크 측정부를 갖추고, 각 칩의 얼라이먼트 마크 위치 정보로부터 얻어지는 각 칩의 고유 위치 편차량을 구하고, 고유 위치 편차량의 데이터를 노광 장치로 송신한다.Meanwhile, it is also possible to obtain the unique position deviation amount from an independent measuring device. Another aspect of the present invention, a measuring device, comprises an alignment mark measuring unit that measures the position information of alignment marks formed on each chip, obtains the unique position deviation amount of each chip obtained from the alignment mark position information of each chip, and transmits the data of the unique position deviation amount to an exposure device.

본 발명의 다른 양태인 얼라이먼트 방법은, 얼라이먼트 마크의 위치를 측정하는, 노광 장치와는 독립된 측정 장치에 의해, 복수의 칩을 2차원 배치시킨 기판에 설치되는, 각 칩의 얼라이먼트 마크 위치를 측정하고, 노광 장치에 설치된 측정부에 의해, 기판에 설치된 GA(글로벌 얼라이먼트)용 얼라이먼트 마크의 위치를 측정하고, 측정 장치 또는 노광 장치에 의해, 각 칩의 얼라이먼트 마크 위치 정보로부터 얻어지는 각 칩의 고유 위치 편차량과, 측정부에 의해 측정된 GA용 얼라이먼트 마크의 위치 정보에 근거하여, 얼라이먼트 한다.In another aspect of the present invention, an alignment method comprises: measuring the alignment mark positions of each chip installed on a substrate having a plurality of chips arranged two-dimensionally by a measuring device independent of an exposure device that measures the positions of alignment marks; measuring the positions of alignment marks for GA (global alignment) installed on the substrate by a measuring unit installed in the exposure device; and performing alignment based on a unique positional deviation amount of each chip obtained from alignment mark position information of each chip by the measuring device or the exposure device and the positional information of the alignment mark for GA measured by the measuring unit.

본 발명에 의하면, 투영 노광 장치에서, 스루풋을 향상시키면서, 마스크 패턴을 기판에 정밀도 좋게 전사할 수 있다.According to the present invention, in a projection exposure device, a mask pattern can be precisely transferred onto a substrate while improving throughput.

[도 1] 본 실시 형태인 투영 노광 장치의 개략적 블록도이다.
[도 2] 기판(W)에 형성된 쇼트 배열을 도시한 도면이다.
[도 3] 쇼트 배열 오차를 성분으로 나누어 도시한 도면이다.
[도 4] 측정 장치(15)에서 실행되는 칩 고유 배열 오차 산출 처리의 플로우 차트를 도시한 도면이다.
[도 5] 투영 노광 장치(10)에서 실행되는 얼라이먼트를 포함한 노광 처리를 도시한 도면이다.
[Figure 1] This is a schematic block diagram of a projection exposure device according to the present embodiment.
[Figure 2] This is a drawing showing a short array formed on a substrate (W).
[Figure 3] This is a diagram showing the short array error divided into components.
[Figure 4] This is a drawing showing a flow chart of chip-specific arrangement error calculation processing executed in a measuring device (15).
[Figure 5] This is a drawing showing an exposure process including alignment performed in a projection exposure device (10).

이하에서는, 도면을 참조해 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 1은, 본 실시 형태인 투영 노광 장치의 개략적 블록도이다. 여기에서는, 복수의 레이어에 패턴을 거듭해 형성하는 노광 프로세스를 실시한다.Fig. 1 is a schematic block diagram of a projection exposure device according to the present embodiment. Here, an exposure process is performed to repeatedly form a pattern in multiple layers.

투영 노광 장치(10)는, 포토마스크(photomask)로서의 레티클(Reticle)(R)에 형성된 마스크 패턴을, 스텝&리피트 방식에 따라 기판(워크 기판)(W)에 전사하는 노광 장치로서, 방전 램프 등의 광원(20), 투영 광학계(34)를 갖추고 있다. 레티클(R)은 석영재 등으로 구성되어 있고, 차광(遮光) 영역을 가진 마스크 패턴이 형성되어 있다. 기판(W)은, 여기서는 실리콘, 세라믹스, 글라스 혹은 수지 제(製)의 기판(예를 들면, 인터포저(Interposer) 기판)이 적용된다.A projection exposure device (10) is an exposure device that transfers a mask pattern formed on a reticle (R) as a photomask to a substrate (work substrate) (W) according to a step & repeat method, and is equipped with a light source (20) such as a discharge lamp and a projection optical system (34). The reticle (R) is made of quartz material or the like, and a mask pattern having a light-shielding area is formed. Here, a substrate (e.g., an interposer substrate) made of silicon, ceramics, glass or resin is applied as the substrate (W).

광원(20)으로부터 방사된 조명광은, 미러(22)를 통해 인티그레이터(Integrator)(24)로 입사하고, 조명광 양이 균일하게 된다. 균일해진 조명광은, 미러(26)를 통해 콜리메이터 렌즈(Collimator lens)(28)로 입사한다. 이에 따라, 평행광이 레티클(R)에 입사한다. 광원(20)은, 램프 구동부(21)에 의해 구동 제어된다.The illumination light emitted from the light source (20) enters the integrator (24) through the mirror (22), and the amount of illumination light becomes uniform. The uniform illumination light enters the collimator lens (28) through the mirror (26). Accordingly, parallel light enters the reticle (R). The light source (20) is controlled by the lamp driving unit (21).

레티클(R)은, 마스크 패턴이 투영 광학계(34)의 광원측 초점 위치가 되도록 레티클용 스테이지(30)에 탑재되어 있다. 레티클(R)을 탑재한 스테이지(30), 기판(W)을 탑재한 스테이지(40)에는, 서로 직교하는 X-Y-Z의 3축 좌표계가 규정되어 있다. 스테이지(30)는, 레티클(R)을 초점면을 따라 이동시키도록 X-Y 방향으로 이동 가능하고, 스테이지 구동부(32)에 의해 구동된다. 또한 스테이지(30)는, X-Y 좌표 평면에서 회전도 가능하다. 스테이지(30)의 위치 좌표는, 여기에서는 레이저 간섭계 혹은 리니어 인코더(도시하지 않음)에 의해 측정된다.The reticle (R) is mounted on a reticle stage (30) so that the mask pattern becomes the light source-side focal position of the projection optical system (34). The stage (30) mounting the reticle (R) and the stage (40) mounting the substrate (W) have three-axis coordinate systems of X-Y-Z orthogonal to each other defined. The stage (30) is movable in the X-Y direction to move the reticle (R) along the focal plane, and is driven by a stage drive unit (32). In addition, the stage (30) is also rotatable in the X-Y coordinate plane. The position coordinates of the stage (30) are measured here by a laser interferometer or a linear encoder (not shown).

레티클(R)의 마스크 패턴이 형성된 에리어를 투과한 광은, 투영 광학계(34)에 의해 기판(W)에 패턴광으로서 투영된다. 기판(W)은, 그 노광면이 투영 광학계(34)의 이미지(像)측 초점 위치와 일치하도록, 기판용 스테이지(40)에 탑재되어 있다.Light passing through the area where the mask pattern of the reticle (R) is formed is projected as pattern light onto the substrate (W) by the projection optical system (34). The substrate (W) is mounted on a substrate stage (40) so that its exposure surface matches the image-side focus position of the projection optical system (34).

스테이지(40)는, 기판(W)을 초점면을 따라 이동시키도록 X-Y 방향으로 이동 가능하고, 스테이지 구동부(42)에 의해 구동된다. 또한, 스테이지(40)는, 초점면(X-Y방향)에 수직인 Z축 방향(투영 광학계(34)의 광축 방향)으로 이동 가능하고, 게다가, X-Y 좌표 평면에서 회전도 가능하다. 스테이지(40)의 위치 좌표는, 도시하지 않은 레이저 간섭계 혹은 리니어 인코더에 의해 측정된다.The stage (40) is movable in the X-Y direction to move the substrate (W) along the focal plane, and is driven by the stage driving unit (42). In addition, the stage (40) is movable in the Z-axis direction (optical axis direction of the projection optical system (34)) perpendicular to the focal plane (X-Y direction), and furthermore, is rotatable in the X-Y coordinate plane. The position coordinates of the stage (40) are measured by a laser interferometer or linear encoder (not shown).

제어부(50)는, 스테이지 구동부(32, 42)를 제어하여 레티클(R), 기판(W)을 위치 결정함과 동시에, 램프 구동부(21)를 제어한다. 그리고, 스텝&리피트 방식에 근거한 노광 동작을 실행한다. 제어부(50)에 설치된 메모리(도시하지 않음)에는, 레티클(R)의 마스크 패턴 위치 좌표, 기판(W)에 형성된 쇼트 영역의 설계 상의 위치 좌표, 스텝 이동량 등이 기억되어 있다.The control unit (50) controls the stage driving unit (32, 42) to determine the positions of the reticle (R) and the substrate (W), and at the same time, controls the lamp driving unit (21). Then, an exposure operation based on the step & repeat method is executed. A memory (not shown) installed in the control unit (50) stores the mask pattern position coordinates of the reticle (R), the design position coordinates of the shot area formed on the substrate (W), the step movement amount, and the like.

얼라이먼트 마크 촬상부(36)는, 기판(W)에 형성된 얼라이먼트 마크를 촬상하는 카메라 혹은 현미경으로서, 노광 전에 있어서, 스테이지 구동부(42)를 구동하여 스테이지(40)을 이동시키는 것에 의해 기판(W)에 설치된 얼라이먼트 마크를 촬상한다. 화상 처리부(38)는, 얼라이먼트 마크 촬상부(36)에서 보내 오는 화상 신호에 근거하여, 얼라이먼트 마크의 위치 좌표를 검출한다. 여기에서는, 기판(W)의 네 귀퉁이 등에 설치된 GA(글로벌 얼라이먼트)용 얼라이먼트 마크의 위치를 검출한다.The alignment mark imaging unit (36) is a camera or microscope that captures an alignment mark formed on a substrate (W), and captures an alignment mark installed on the substrate (W) by driving the stage driving unit (42) to move the stage (40) before exposure. The image processing unit (38) detects the position coordinates of the alignment mark based on the image signal sent from the alignment mark imaging unit (36). Here, the positions of alignment marks for GA (global alignment) installed at the four corners of the substrate (W) are detected.

제어부(50)는, 스텝&리피트 방식에 따라, 기판(W)에 형성된 각 쇼트 영역에 레티클(R)의 마스크 패턴을 순차적으로 전사해 나간다. 즉, 제어부(50)는, 쇼트 영역 간격에 따라 스테이지(40)를 간헐적으로 이동시켜, 마스크 패턴의 투영 위치에 노광 대상이 되는 쇼트 영역이 위치 결정되면, 광원(20)을 구동하여 패턴광을 쇼트 영역에 투영시킨다.The control unit (50) sequentially transfers the mask pattern of the reticle (R) to each shot area formed on the substrate (W) according to the step & repeat method. That is, the control unit (50) intermittently moves the stage (40) according to the shot area interval, and when the shot area to be exposed is positioned at the projection position of the mask pattern, the control unit (50) drives the light source (20) to project pattern light onto the shot area.

측정 장치(15)는, 기판(W)에 설치된 얼라이먼트 마크를 측정하는 장치에 있어서, 얼라이먼트 마크 측정부(15A)를 갖추고, 투영 노광 장치(10)와 상호 데이터 통신 가능하게 접속되어 있다. 기판(W)은, 여기에서는 FO-WLP 기판으로 구성되고, 캐리어 기판 상에 실리콘 칩이 매트릭스 형상으로 다수(예를 들면, 1만개) 배열되어 있다. 덧붙여, 기판은 FO-WLP 기판으로 한정되지 않으며, 통상의 웨이퍼 기판이나 프린트 배선판 등이어도 무방하다. 칩은 동일 종류가 아니어도 무방하고, 복수 종류의 칩이 배열되어 있어도 무방하다. 또한, 기판에 비해 작은 영역의 회로 패턴(유닛으로 칭한다)이 매트릭스 형상으로 다수 배치된 기판으로서, 유닛을 기준으로 얼라이먼트 하여 노광하는 것이어도 무방하다. 유닛의 내측에 하나 또는 복수의 칩이 있어도 무방하다. 측정 장치(15)는, 투영 노광 장치(10)에 의한 패터닝 전의 단계에서, 각 칩에 설치된 얼라이먼트 마크의 위치를 측정한다.The measuring device (15) is a device for measuring an alignment mark installed on a substrate (W), and is equipped with an alignment mark measuring section (15A) and is connected to the projection exposure device (10) so as to enable mutual data communication. The substrate (W) is configured as a FO-WLP substrate here, and a large number (for example, 10,000) of silicon chips are arranged in a matrix shape on a carrier substrate. In addition, the substrate is not limited to a FO-WLP substrate, and may be a general wafer substrate or a printed wiring board, etc. The chips do not have to be of the same type, and a plurality of types of chips may be arranged. In addition, it may be a substrate in which a large number of circuit patterns (called units) of a small area compared to the substrate are arranged in a matrix shape, and alignment may be performed based on the units and exposure may be performed. There may be one or more chips inside the unit. The measuring device (15) measures the position of the alignment mark installed on each chip at a stage prior to patterning by the projection exposure device (10).

측정 장치(15)는, 기판(W)을 재치(載置)하는 기판 스테이지와, 얼라이먼트 마크를 촬상하는 카메라와, 카메라에 대해 기판을 상대 이동시키는 주사 기구와, 기판의 상대 이동량을 측정하는 계측부와, 카메라에 의한 촬상에 의해 얻어진 화상으로부터 얼라이먼트 마크의 위치를 계측하는 화상 처리부와, 계측한 얼라이먼트 마크의 위치 정보를 파일로 기록하는 데이터 관리부와, 이들을 제어하는 컨트롤러를 갖춘다(여기서는, 모두 도시하지 않음).The measuring device (15) comprises a substrate stage for placing a substrate (W), a camera for capturing an alignment mark, a scanning mechanism for moving the substrate relative to the camera, a measuring unit for measuring the amount of relative movement of the substrate, an image processing unit for measuring the position of the alignment mark from an image obtained by capturing with the camera, a data management unit for recording position information of the measured alignment mark as a file, and a controller for controlling these (not all shown here).

측정 장치(15)는, 각 칩의 얼라이먼트 마크의 위치 정보에 관한 파일을 데이터 서버(60)로 송신한다. 데이터 서버(60)는, 측정 대상이 된 기판(W)의 ID와 관련지어서 파일을 기록, 관리한다.The measuring device (15) transmits a file regarding the position information of the alignment mark of each chip to the data server (60). The data server (60) records and manages the file in relation to the ID of the substrate (W) that is the subject of measurement.

투영 노광 장치(10)는, 각 레이어에 대해 마스크 패턴을 전사(노광)할 때, 얼라이먼트를 실시한다. 즉, 쇼트 영역의 배열 오차인 위치 맞춤 오차를 검출해, 기판(W)의 쇼트 영역과 마스크 패턴의 투영 에리어와의 위치 맞춤을 사전에 실시한다.The projection exposure device (10) performs alignment when transferring (exposing) a mask pattern for each layer. That is, it detects a positioning error, which is an arrangement error of the shot area, and performs positioning alignment between the shot area of the substrate (W) and the projection area of the mask pattern in advance.

본 실시 형태에서는, 투영 노광 장치(10)가, 측정 장치(15)에 의해 측정된 각 칩의 얼라이먼트 마크의 위치로부터, 각 칩 고유의 위치 편차량을 산출하고, 이 위치 편차량과, 얼라이먼트 마크 촬상부(36)에 의해 측정되는 GA용 얼라이먼트 마크의 위치를 이용하여, 노광 공정 시에서의 각 칩의 노광 위치를 구한다. 투영 노광 장치(10)는, 구해진 각 칩의 노광 위치에 따라, 다이·바이·다이(이하, D/D) 방식에 따른 얼라이먼트 노광을 실시한다. 이하, 이에 대해 상술한다.In this embodiment, the projection exposure device (10) calculates a positional deviation amount unique to each chip from the position of the alignment mark of each chip measured by the measuring device (15), and, using this positional deviation amount and the position of the alignment mark for GA measured by the alignment mark imaging unit (36), obtains the exposure position of each chip during the exposure process. The projection exposure device (10) performs alignment exposure according to the die-by-die (hereinafter, D/D) method according to the obtained exposure position of each chip. This will be described in detail below.

도 2는, 기판(W)에 형성된 쇼트 배열을 도시한 도면이다. 도 3은, 기판(W)의 변형 등에 기인하는 쇼트 배열의 왜곡을 도시한 도면이다.Fig. 2 is a drawing illustrating a shot array formed on a substrate (W). Fig. 3 is a drawing illustrating distortion of a shot array caused by deformation of the substrate (W), etc.

도 2에 도시한 것처럼, 기판(W)에는, X-Y 좌표계에 의해 규정되는 그리드에 맞춰 칩(CP)을 매트릭스 형상으로 일정 간격으로 배열시킨 하층 패턴이 형성되어 있다. 여기서는, 각 칩(CP)은 쇼트 영역에 상당하고, 레티클(R)에 형성되어 있는 마스크 패턴을 칩(CP)(이하, 쇼트 영역이라고도 한다) 상에 중첩하여 형성한다. 또한, 쇼트 영역(CP)의 배열에 따라, 위치 맞춤용의 얼라이먼트 마크(AM)가 임의의 위치(도 2에서는 좌우단 중앙 위치)에 형성되어 있다. 위치 맞춤용의 얼라이먼트 마크(AM)는, 쇼트 영역(CP)의 근방 위치(예를 들면, 스크라이브 라인 상)에 설치해도 무방하다. 또한, 위치 맞춤용의 얼라이먼트 마크(AM) 내의 일부를, GA용 얼라이먼트 마크로서 겸용하도록 해도 무방하다.As illustrated in Fig. 2, a lower pattern is formed on the substrate (W) in which chips (CP) are arranged in a matrix shape at regular intervals according to a grid defined by an X-Y coordinate system. Here, each chip (CP) corresponds to a shot area, and a mask pattern formed on a reticle (R) is formed by overlapping it on the chip (CP) (hereinafter also referred to as a shot area). In addition, an alignment mark (AM) for position alignment is formed at an arbitrary position (the center position of the left and right ends in Fig. 2) according to the arrangement of the shot area (CP). The alignment mark (AM) for position alignment may be installed at a position near the shot area (CP) (for example, on a scribe line). In addition, a part of the alignment mark (AM) for position alignment may also be used as an alignment mark for GA.

도 3에는, 기판(W)의 변형에 의해 쇼트 영역(CP)의 줄이 무너지고 있는 상태를 도시하고 있다. 기판(W)이 웨이퍼인 경우, 그 변형량은 그다지 크지 않지만, 하층 패턴과의 중합(重合)에서 허용되는 오차 범위와 비교하면 무시할 수 없는 크기가 된다. 또한, 기판(W)이 프린트 기판이나 인터포저 기판인 경우, 기판(W)의 변형은 더욱 커진다. 그 때문에, 각 칩(CP)의 위치는, 설계 상의 위치에서 벗어난다.Fig. 3 shows a state where the line of the short region (CP) is collapsing due to deformation of the substrate (W). If the substrate (W) is a wafer, the deformation amount is not that large, but it becomes a size that cannot be ignored when compared to the allowable error range in polymerization with the lower layer pattern. In addition, if the substrate (W) is a printed circuit board or an interposer board, the deformation of the substrate (W) becomes even larger. Therefore, the position of each chip (CP) deviates from the design position.

기판(W)이 FO-WLP 기판의 경우, 칩 마운트 정밀도에 기인하는 랜덤한 칩 배열 오차(다이 시프트로 불린다)가 발생한다. 한편, 기판(W)은, 공정을 거칠 때마다 신축, 변형(이들을 합쳐서 기판 변형이라고 부른다)이 생긴다. 그 때문에, 노광 시의 각 칩(CP)의 얼라이먼트 마크(AM)의 위치는, 측정 장치(15)에서 측정했을 때의 얼라이먼트 마크(AM)의 위치와는 다르다.In the case of the substrate (W) being a FO-WLP substrate, a random chip arrangement error (called a die shift) occurs due to chip mount precision. Meanwhile, the substrate (W) undergoes stretching and deformation (collectively called substrate deformation) each time it goes through a process. Therefore, the position of the alignment mark (AM) of each chip (CP) at the time of exposure is different from the position of the alignment mark (AM) when measured by the measuring device (15).

특히, 복수의 레이어에 대해 패터닝을 실시하는 경우, 노광 및 그 전후의 공정(노광, 에칭, 열 처리 등)을 반복할 때마다, 기판(W)의 신축, 변형 정도가 변화해, 측정 장치(15)에 의해 측정된 얼라이먼트 마크(AM)와의 위치 편차가 커진다.In particular, when patterning is performed on multiple layers, each time exposure and the processes before and after (exposure, etching, heat treatment, etc.) are repeated, the degree of elasticity and deformation of the substrate (W) changes, and the positional deviation from the alignment mark (AM) measured by the measuring device (15) increases.

도 3은, 쇼트 배열 오차를 성분으로 나누어 도시한 도면이다. 다이 시프트에 의한 칩 배열 오차 성분(다이 시프트 양으로 정의한다)은, 칩(CP) 사이에서 그 오차량에 관련성, 법칙성이 없다. 이 관련성, 법칙성이 없는 배열 오차를 고유 위치 편차량이라고 정의한다. 고유 위치 편차량은, 기판(W) 전체의 변형, 신축과는 관계없이 선형성이 없는(비선형의) 오차 성분으로 간주할 수 있다. 한편, 기판(W)의 변형, 신축 등에 의한 칩 배열 오차 성분은, 기판(W)의 전체에 대한 변형 정도에 따라 칩(CP) 간에 공통의 법칙성을 가지고 생기는 배열 오차이기 때문에, 선형성이 있는 오차 성분으로 간주할 수 있다.Fig. 3 is a diagram illustrating the shot alignment error divided into components. The chip alignment error component due to the die shift (defined as the die shift amount) has no correlation or regularity with the error amount between chips (CP). This alignment error without correlation or regularity is defined as an inherent positional deviation amount. The inherent positional deviation amount can be regarded as a nonlinear error component that has no linearity (nonlinearity) regardless of the deformation or expansion of the entire substrate (W). On the other hand, the chip alignment error component due to the deformation or expansion of the substrate (W) can be regarded as a linear error component because it is an alignment error that occurs with a common regularity between chips (CP) depending on the degree of deformation of the entire substrate (W).

그래서, 최초로 측정 장치(15)에 의해 측정된 각 칩(CP)의 얼라이먼트 마크(AM)의 위치와 설계 상의 위치와의 칩 배열 오차량 중에서, 선형성이 있는 배열 오차량을 제외해, 각 칩의 고유 위치 편차량을 추출한다. 그리고, 투영 노광 장치(10)에서는, GA용 얼라이먼트 마크에서 구해지는 선형성의 칩 배열 오차량을 구하고, 각 칩의 고유 위치 편차량을 조합해 노광 공정 시에서의 각 칩의 노광 위치를 추정한다.Therefore, among the chip arrangement errors between the positions of the alignment marks (AM) of each chip (CP) measured by the measuring device (15) and the design positions, the linear arrangement error amount is excluded and the unique positional deviation amount of each chip is extracted. Then, in the projection exposure device (10), the linear chip arrangement error amount obtained from the alignment mark for GA is obtained and the unique positional deviation amount of each chip is combined to estimate the exposure position of each chip during the exposure process.

도 4는, 측정 장치(15)에서 실행되는 칩 고유 배열 오차 산출 처리의 플로우 차트를 도시한 도면이다.Fig. 4 is a drawing illustrating a flow chart of chip-specific arrangement error calculation processing executed in a measuring device (15).

기판(W)의 각 칩에 설치된 얼라이먼트 마크의 위치를 측정하면(S101), 각 칩에서의 얼라이먼트 마크의 위치 정보와 설계 상의 위치 정보와의 차분(差分)(X, Y, θ)을 산출한다(S102). 그리고, 구해진 칩 배열 오차량으로부터, 최소 제곱법 등을 이용해 선형 성분을 추출해(S103), 이를 제거함으로써, 각 칩의 고유 위치 편차량이 되는 X, Y, θ 성분을 구한다(S104).When the positions of alignment marks installed on each chip of the substrate (W) are measured (S101), the difference (X, Y, θ) between the positional information of the alignment marks on each chip and the positional information in the design is calculated (S102). Then, from the obtained chip arrangement error amount, a linear component is extracted using the least squares method or the like (S103), and by removing it, the X, Y, and θ components, which are the unique positional deviation amounts of each chip, are obtained (S104).

도 5는, 투영 노광 장치(10)에서 실행되는 얼라이먼트를 포함한 노광 처리를 도시한 도면이다.Fig. 5 is a drawing illustrating an exposure process including alignment performed in a projection exposure device (10).

기판(W)에 설치된 GA용 얼라이먼트 마크의 위치(예를 들면, 기판 네 귀퉁이에 설치된 얼라이먼트 마크의 위치)를 측정하고, 설계 상의 위치와의 차분을, X 성분, Y 성분, θ 성분으로 나누어 산출한다(S201). 한편, 측정 장치(15)에 의해 구해진 각 칩의 고유 위치 편차량의 데이터를 데이터 서버(60)로부터 독출한다(S202).The positions of alignment marks for GA installed on the substrate (W) (for example, the positions of alignment marks installed at the four corners of the substrate) are measured, and the difference from the designed position is calculated by dividing it into X component, Y component, and θ component (S201). Meanwhile, data on the unique positional deviation amount of each chip obtained by the measuring device (15) is read out from the data server (60) (S202).

투영 노광 장치(10)에 의해 측정된 GA용 얼라이먼트 마크의 위치 편차량은, 선형성을 가진 위치 편차량(즉, 노광 장치에 기판을 재치했을 때의 X, Y, θ의 편차량이나, 기판 신축이나 직교도의 변화 등의 변형량의 총합)으로 간주할 수 있기 때문에, 이로부터 노광 공정에서의 기판(W) 전체의 변형량을 산출할 수 있다. 그리고, GA 얼라이먼트의 수법에 따라, 기판(W) 전체의 변형량으로부터 구한 각 칩의 노광 위치에서의 X, Y, θ 성분의 위치 편차량을 산출할 수 있다(이 기판(W) 전체의 변형량으로부터 구한 각 칩의 노광 위치에서의 위치 편차량을, 선형 위치 편차량이라고 정의한다). 단, 기판(W)의 변형, 신축이, 기판 전체에 걸쳐, 혹은 노광 대상 영역에 관하여 거의 균일하게 생기는 것으로 한다.Since the positional deviation of the alignment mark for GA measured by the projection exposure device (10) can be regarded as a linear positional deviation (i.e., the sum of the deviations of X, Y, and θ when the substrate is placed in the exposure device, or the deformation such as substrate elongation or change in orthogonality), the deformation of the entire substrate (W) in the exposure process can be calculated from this. Then, according to the GA alignment technique, the positional deviation of the X, Y, and θ components at the exposure position of each chip obtained from the deformation of the entire substrate (W) can be calculated (the positional deviation at the exposure position of each chip obtained from the deformation of the entire substrate (W) is defined as the linear positional deviation). However, it is assumed that the deformation and elongation of the substrate (W) occur almost uniformly over the entire substrate or with respect to the exposure target area.

그리고, 각 칩의 선형 위치 편차량과, 고유 위치 편차량에 근거하여, 각 칩의 노광 위치를 산출한다(S203). 즉, 설계 상의 노광 위치에 대해, 선형 위치 편차량과, 고유 위치 편차량을 가미(加味)하는 것에 의해, 노광 공정 시의 각 칩의 노광 위치(노광 맵)를 산출한다. 투영 노광 장치(10)에서는, 각 칩의 얼라이먼트 마크를 측정하고 있지 않지만, 이 연산으로 각 칩의 노광 위치를 추정하여, 다이·바이·다이 방식에 의한 노광이 실시된다(S204).And, based on the linear position deviation amount and the unique position deviation amount of each chip, the exposure position of each chip is calculated (S203). That is, by adding the linear position deviation amount and the unique position deviation amount to the exposure position in the design, the exposure position (exposure map) of each chip during the exposure process is calculated. In the projection exposure device (10), the alignment mark of each chip is not measured, but the exposure position of each chip is estimated by this operation, and exposure is performed using the die-by-die method (S204).

이처럼 본 실시 형태에 의하면, 투영 노광 장치(10)와는 독립된 측정 장치(15)에 의해, 기판(W)에 매트릭스 배치된 칩의 얼라이먼트 마크의 위치를 사전에 측정해, 각 칩 고유의 고유 위치 편차량을 구한다. 그리고, 투영 노광 장치(10)는, GA용 얼라이먼트 마크를 측정해, 선형성이 있는 각 칩의 위치 편차량을 산출한다. 그리고, 고유 위치 편차량과 선형성이 있는 위치 편차량에 근거해, 투영 노광 장치(10)에 기판(W)이 탑재되어 있는 상황에서 각 칩의 노광 위치를 산출해 노광을 실시한다.In this way, according to the present embodiment, the positions of alignment marks of chips arranged in a matrix on a substrate (W) are measured in advance by a measuring device (15) independent of the projection exposure device (10), and the unique positional deviation amount unique to each chip is obtained. Then, the projection exposure device (10) measures the alignment mark for GA, and calculates the positional deviation amount of each chip with linearity. Then, based on the unique positional deviation amount and the linear positional deviation amount, the exposure position of each chip is calculated and exposure is performed in a situation where the substrate (W) is mounted on the projection exposure device (10).

이와 같이 공정과 함께 변화하는 선형성이 있는 위치 편차량을 노광 공정 시에 산출하는 한편, 최초의 칩 탑재시에 생기고, 공정을 거쳐도 변화하지 않는 고유 위치 편차량을 노광 장치 사용 전에 산출함으로써, 적절한 얼라이먼트를 실시할 수 있다. 특히, 기판(W)에 대해 반복 패턴을 중첩하는 경우에서도, 적절한 얼라이먼트를 실행할 수 있다. 이는, 칩 이외의 요소를 2차원 배열한 기판에 대해 적용하는 것도 가능하다.In this way, by calculating the positional deviation amount with linearity that changes along with the process during the exposure process, and calculating the unique positional deviation amount that occurs during the initial chip mounting and does not change through the process before using the exposure device, proper alignment can be performed. In particular, proper alignment can be performed even when a repeating pattern is superimposed on the substrate (W). This can also be applied to a substrate in which elements other than chips are arranged in two dimensions.

측정 장치(15)가 칩 고유의 위치 편차량을 산출해 투영 노광 장치(10)에 출력하는 대신에, 데이터 서버(60) 혹은 투영 노광 장치(10)에 의해 칩 고유의 위치 편차량을 산출하도록 해도 무방하다. 또한, GA용 얼라이먼트 마크는, 기판(W)에 대해 특정 개소(箇所)에 형성된 것으로 한정되지 않으며, 소정의 얼라이먼트 마크를 선택해 선형성이 있는 위치 편차량을 구해도 무방하다. 또한, 투영 노광 장치 대신에 마스크리스(Maskless) 노광 장치에 적용하는 것도 가능하다. 이 경우, 구해진 각 칩의 얼라이먼트 마크 고유 위치 편차량의 위치에 근거하여, 노광 데이터를 보정하면 된다.Instead of the measuring device (15) calculating the positional deviation amount unique to the chip and outputting it to the projection exposure device (10), the data server (60) or the projection exposure device (10) may calculate the positional deviation amount unique to the chip. In addition, the alignment mark for GA is not limited to being formed at a specific location on the substrate (W), and a linear positional deviation amount may be calculated by selecting a predetermined alignment mark. In addition, it is also possible to apply it to a maskless exposure device instead of a projection exposure device. In this case, the exposure data may be corrected based on the position of the unique positional deviation amount of each chip that has been calculated.

또한, 기판(W)의 소정의 레이어의 노광에 있어서는, 측정 장치(15)가 칩 고유의 위치 편차량을 산출해 투영 노광 장치(10)에 출력하도록 하고, 그 레이어 보다 상층인 레이어의 노광 시에는, 이미 산출한 칩 고유의 위치 편차량을 이용하여 얼라이먼트를 실시하도록 해도 무방하다.In addition, when exposing a given layer of the substrate (W), the measuring device (15) may calculate the positional deviation amount unique to the chip and output it to the projection exposure device (10), and when exposing a layer higher than that layer, alignment may be performed using the already calculated positional deviation amount unique to the chip.

10: 투영 노광 장치
40: 스테이지
42: 스테이지 구동부
50: 제어부
W: 기판
AM: 얼라이먼트 마크
R: 레티클
10: Projection exposure device
40: Stage
42: Stage drive unit
50: Control Unit
W: substrate
AM: Alignment Mark
R: Reticle

Claims (5)

기판 상에 매트릭스 형태로 배치시킨 복수의 칩에 대해 노광 가능하고, 기판에 대한 얼라이먼트 가능하고, 칩 마다 형성된 얼라이먼트 마크의 위치 정보를 측정하는 독립된 측정 장치와의 사이에 통신 가능한 노광 장치에 있어서,
복수의 칩을 매트릭스 형태로 배치시킨 기판에 설치된 GA(글로벌 얼라이먼트)용 얼라이먼트 마크의 위치를, 노광 공정시에 상기 기판이 스테이지에 탑재되었을 때에 측정하는 측정부와,
상기 기판 설계상의 각 칩의 노광 위치와, 상기 측정 장치에 의해서 측정된 상기 기판의 각 칩의 얼라이먼트 마크 위치 정보와의 차분으로부터, 상기 기판 전체에 관련되는 선형 성분의 변형량을 제거하는 것에 의해, 각 칩의 다이 시프트 양을 구하는 연산부와,
설계상의 각 칩의 노광 위치에 대하여, 상기 다이 시프트 양과, 노광 공정시에 상기 측정부에 의해서 측정된 GA용 얼라이먼트 마크의 위치 정보로부터 얻어지는 선형 위치 편차량을 가미하는 것에 의해, 노광 공정시의 각 칩의 노광 위치를 산출하는 산출 수단
을 구비하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
An exposure device capable of exposing a plurality of chips arranged in a matrix form on a substrate, capable of aligning the chips to the substrate, and capable of communicating with an independent measuring device that measures positional information of alignment marks formed on each chip,
A measuring unit that measures the position of an alignment mark for GA (global alignment) installed on a substrate in which multiple chips are arranged in a matrix form when the substrate is mounted on a stage during an exposure process;
An operation unit for obtaining the die shift amount of each chip by removing the amount of linear component deformation related to the entire substrate from the difference between the exposure position of each chip in the above substrate design and the alignment mark position information of each chip of the substrate measured by the above measuring device, and
A calculation means for calculating the exposure position of each chip during the exposure process by adding the die shift amount and the linear position deviation amount obtained from the position information of the alignment mark for GA measured by the measuring unit during the exposure process to the exposure position of each chip in the design.
An exposure device characterized by comprising:
얼라이먼트 마크의 위치를 측정하는, 노광 장치와는 독립된 측정 장치에 의해, 복수의 칩을 매트릭스 형태로 배치시킨 기판에 설치되는, 각 칩의 얼라이먼트 마크 위치를 측정하고,
상기 노광 장치에 설치된 측정부에 의해, 상기 기판에 설치된 GA(글로벌 얼라이먼트)용 얼라이먼트 마크의 위치를, 노광 공정시에 상기 기판이 스테이지에 탑재되었을 때에 측정하고,
상기 측정 장치 또는 상기 노광 장치에 의해, 상기 기판 설계상의 각 칩의 노광 위치와, 상기 측정 장치에 의해서 측정된 상기 기판의 각 칩의 얼라이먼트 마크 위치 정보와의 차분으로부터, 상기 기판 전체에 관련되는 선형 성분의 변형량을 제거하는 것에 의해, 각 칩의 다이 시프트 양을 구하고, 그리고, 설계상의 각 칩의 노광 위치에 대하여, 상기 다이 시프트 양과, 노광 공정시에 상기 측정부에 의해서 측정된 GA용 얼라이먼트 마크의 위치 정보로부터 얻어지는 선형 위치 편차량을 가미하는 것에 의해, 노광 공정시의 각 칩의 노광 위치를 산출하고, 얼라이먼트 하는 것을 특징으로 하는 얼라이먼트 방법.
The alignment mark position of each chip is measured by a measuring device independent of the exposure device, which is installed on a substrate in which multiple chips are arranged in a matrix form.
By the measuring unit installed in the above exposure device, the position of the alignment mark for GA (global alignment) installed on the substrate is measured when the substrate is mounted on the stage during the exposure process.
An alignment method characterized in that the amount of deformation of a linear component related to the entire substrate is removed from the difference between the exposure position of each chip in the substrate design and the alignment mark position information of each chip of the substrate measured by the measuring device by the measuring device, by the measuring device or the exposure device, thereby obtaining the amount of die shift of each chip, and then calculating the exposure position of each chip in the exposure process by adding the die shift amount and the linear position deviation amount obtained from the position information of the alignment mark for GA measured by the measuring unit during the exposure process to the exposure position of each chip in the design, and aligning.
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