(57)【要約】【課題】  駆動時間の短縮と、位置決め精度の高精度化を実現し、高い重ね合わせ精度であり、かつ高スループットな半導体露光装置を提供する【解決手段】  少なくとも2段階以上の位置決めステップを含み、位置決めされた位置決め対象物であるレチクル６を保持する第一の保持部１２と、前記位置決めステップの一部を行うための第二の保持部２と、該第二の保持部２から第一の保持部１２へレチクルを搬送するレチクル交換用ハンド４を備え、第一の保持部１２に生じるレチクル６の位置ずれ量を、第二の保持部２において補正する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２段階以上の位置決めステップを含み、位置決めされた位置決め対象物を保持する第一の保持部と、前記位置決めステップの一部を行うための第二の保持部と、前記第二の保持部から前記第一の保持部へ位置決め対象物を搬送する搬送手段を備えた位置決め機構において、前記第一の保持部に生じる位置決め対象物の位置ずれ量を、前記第二の保持部において補正することを特徴とする位置決め機構。
【請求項２】
前記第一の保持部に生じる位置決め対象物の位置ずれ量を前記第二の保持部において補正するための補正値が、位置決め対象物ごとの固有の補正値として管理されることを特徴とする請求項１に記載の位置決め機構。
【請求項３】
前記第一の保持部に生じる位置決め対象物の位置ずれ量を前記第二の保持部において補正するための補正値が、位置決め対象物の位置決めの基準に用いるため位置決め対象物に描画されたマークの描画誤差であることを特徴とする請求項１または２に記載の位置決め機構。
【請求項４】
前記第一の保持部に生じる位置決め対象物の位置ずれ量を前記第二の保持部において補正するための補正値が、前記第一の保持部における位置決め対象物の位置ずれ量の計測値であることを特徴とする請求項１または２に記載の位置決め機構。
【請求項５】
前記第一の保持部における位置決め対象物の位置ずれ量の計測値から、前記第二の保持部において補正するための最適値を求めることを特徴とする請求項１、２または４のいずれかに記載の位置決め機構。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれかに記載の補正値を選択的に用いることにより、前記第二の保持部において位置決め対象物の位置を補正するための補正値を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の位置決め機構。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の位置決め機構を用いて、位置決め対象物をレチクルまたはウエハとし、前記第一の保持部を露光用のステージとして構成することを特徴とする半導体露光装置。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれかに記載の位置決め機構を有する露光装置を用いて、デバイスを製造する工程を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置決め対象物としての基板の位置決めに適した位置決め機構及び該機構が使われている半導体露光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体露光装置における例えばレチクル、及びウエハの位置決め精度は、装置性能に直接影響する重要な性能である。露光装置では、ウエハ上に露光する回路パターンが描かれているレチクルとウエハ上の各ショット領域のパターンとを精度よく重ね合わせ、さらに異なる回路パターンをウエハ上に幾層にも精度よく積み重ねる必要がある。高い重ね合わせ精度を得る為には、レチクルやウエハをいつでも精度良く位置決めする必要がある。両基板どうしの高い位置決めを行うために、まず各基板は各々のステージに対して位置決めされる。その為、レチクルやウエハのステージの位置決め精度も重要となる。
【０００３】
レチクルを例にとると、従来のレチクルの位置決めは、レチクル下面に設けられたレチクルマークと、レチクルステージ上面に設けられた基準マークの位置を重ね合わせ、計測することによって行われている。レチクルをレチクルステージ上に置き、両マークが規定の相対位置関係を得られるところへ、レチクル、またはレチクルステージを移動させて、位置決めを行う。
【０００４】
従来、このようなシステムは、第一の例として図１のように構成されていた。レチクルの搬送用のロボット１から供給されたレチクル５は、レチクル保持部２において、突き当てピン３をレチクルの端面に突き当てることによって外形基準による位置決めがなされる。その後レチクル５は、レチクル交換用のハンド４でレチクルステージ１０へレチクル６として供給され、レチクルステージ１０に対して位置決めされる。LED２０，２１は、計測用のカメラとその照明用であって、レチクルマークを撮像し、計測して、レチクル６の位置決めに用いられる。この例では、計測結果は、ステージ制御部３２を通してレチクルステージ１０の駆動部１１に反映されて位置決めに使用され、レチクル６はレチクルステージ１０上のレチクル保持部１２へ受け渡されることにより位置決めが実現されていた。
【０００５】
このとき初期状態として、レチクルマークの位置が不定であると、位置決めはレチクルマークの位置を見つける模索から始めなければならないため、基板位置の追い込み時間が長くなり、装置のスループット向上の妨げとなる。そこで、装置のスループットを向上させるために、あらかじめレチクルのマーク位置が分かるように、プリアライメントと呼ばれる粗い位置決めを行う手段がある。従来例においては、突き当てピン３によって外形基準による位置決めが、このプリアライメントに相当する。
【０００６】
さらに、プリアライメントの高精度化を実現するシステムとして、特公平1−28503号公報に開示のような例が提案された。前記の例では、プリアライメント後の基板搬送による位置ずれ量を計測し、その結果を記憶しておき、ステージにおいてそのずれ量を補正することにより、基板位置の追い込み時間の短縮を実現している。
【０００７】
ここで、基板位置の追い込み駆動量を小さくすることにより、駆動時間の短縮と、装置の高スループット化が実現できる。しかし、前記手段においては、基板搬送による位置ずれ量は全てステージにおいて補正される必要があり、ステージの基板位置追い込みの駆動量を小さくすることは困難である。また、基板上のマークの計測精度については、同じ画素数の計測機構で基板の位置ずれ量を計測する場合、視野を小さくすることにより、マーク計測精度が向上し、基板の位置決めの高精度化が実現できる。しかし、前記手段においては、基板搬送による位置ずれ量は、位置決めの最終工程におけるステージ側において計測される必要があり、位置決めの最終工程における撮像手段の計測視野縮小による高精度化の実現が困難である。
【特許文献１】特公平1−28503号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、前記課題であった位置決め対象物の位置決めにおける対象物位置の追い込みの駆動量を小さくすることによる駆動時間の短縮と、撮像手段の計測視野縮小による対象物の位置決め精度の高精度化を実現することによって、高い重ね合わせ精度であり、かつ高スループットな半導体露光装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第一の特徴は、位置決め機構で必要な精度に位置決め対象物の位置を合わせ上記目的を達成するために、少なくとも２段階以上の位置決めステップを含み、位置決めされた位置決め対象物を保持する第一の保持部と、前記位置決めステップの一部（プリアライメント）を行うための第二の保持部と、前記第二の保持部から前記第一の保持部へ位置決め対象物を搬送する搬送手段とを備えた位置決め機構において、前記第一の保持部に生じる位置決め対象物の位置ずれ量を、前記第二の保持部において補正することである。この前記第二の保持部における補正の目的は、次の位置決めステップで用いられる対象物マーク位置例えばレチクルマーク位置の追い込み精度の向上である。これによって、第一の保持部における計測機構の狭視野、位置決め精度の高精度化を実現する。
【００１０】
また、本発明の第二の特徴は、前記第一の保持部に生じる位置決め対象物の位置ずれ量を前記第二の保持部において補正するための補正値が、位置決め対象物ごとの固有の補正値として管理されることである。前記第二の保持部における補正量を、基板によって異なる値とすることによって、前記第一の保持部での位置決め対象物の位置ずれ量が位置決め対象物によってばらつくことをなくし、第一の保持部における計測機構の狭視野、位置決め精度の高精度化を安定化することを実現する。
【００１１】
また、本発明の第三の特徴は、第一または第二の特徴において、前記第一の保持部に生じる位置決め対象物の位置ずれ量を前記第二の保持部において補正するための補正値が、位置決め対象物の位置決めの基準に用いるため位置決め対象物に描画されたマークの描画誤差であることである。前記描画誤差は、位置決め対象物作成時に既知となっているため、例えば、位置決め対象物である基板上に識別子を設け、識別子と誤差量のテーブルを装置内に持ち、第二の保持部における補正値を基板個別に管理することを実現する。
【００１２】
また、本発明の第四の特徴は、前記第一または第二の特徴において、前記第一の保持部に生じる位置決め対象物の位置ずれ量を前記第二の保持部において補正するための補正値が、前記第一の保持部における位置決め対象物の位置ずれ量の計測値であることである。これによって、前記第三の特徴では補正しきれない前記搬送手段による搬送時の位置決め対象物の位置ずれ量を補正することを実現する。
【００１３】
また、本発明の第五の特徴は、前記第一、第二または第四の特徴のいずれかにおいて、前記第一の保持部における位置決め対象物の位置ずれ量の計測値から、前記第二の保持部において補正するための最適値を求めることである。例えば前記第一の保持部における基板の位置ずれ量の計測値の履歴から予測した値を用いる。予測した値とは、例えば複数データの平均値である。これによって、前記第四の特徴では補正しきれない搬送時の位置決め対象物の位置ずれ量のばらつきを補正することを実現する。
【００１４】
また、本発明の第六の特徴は、前記第三〜第五のいずれかの特徴に記載の補正値を選択的に用いることにより、前記第二の保持部において位置決め対象物の位置を補正するための補正値を算出することである。また、前記既知の描画誤差による補正量と、前記搬送時の位置ずれ量による補正量から、前記第二の保持部において位置決め対象物の位置ずれを補正するための補正値を算出してもよい。これによって、例えば対象物である基板上のマークの描画誤差、搬送時の基板の位置ずれ量によらず、第一の保持部における計測機構の狭視野、高精度化が可能となり、高い基板の位置決め精度を実現する。
【００１５】
また、本発明の第七の特徴は、第一から第六までのいずれかの特徴を有する位置決め機構を露光装置に用いることである。位置決め対象物である基板をレチクルまたはウエハとし、前記第一の保持部を露光用のステージとして、基板の位置決めにおける基板位置の追い込みの駆動量を小さくすることによる駆動時間の短縮、撮像手段の計測視野縮小による基板の位置決め精度の高精度化を実現することによって、高い重ね合わせ精度、かつ高スループットな露光装置を提供することができる。また、本発明に係るデバイス製造方法は、上記いずれかに記載の位置決め機構を有する露光装置を用いて、デバイスを製造する工程を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明によれば、位置決め機構において、ステージへの位置決め対象物搬入時の位置ずれ量が小さくなり、ステージによる対象物位置の追い込み駆動量を小さくすることによる駆動時間の短縮と、位置決めの最終工程における撮像手段の計測視野縮小による対象物の計測精度、及び位置決め精度の高精度化が実現する。その結果、高い重ね合わせ精度であって、かつ高スループットな半導体露光装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明を実施するための好ましい形態について、以下に、位置決め対象物がレチクルまたはウエハであり、第一の保持部がレチクルまたはウエハステージ上にある場合の実施例を挙げて、図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
図２は本発明により構成された実施例１に係る位置決め機構を表す図であり、図１と同一の要素には同一の符号を付けてある。本実施例に係る位置決め機構は、図1に示した従来例に対して、レチクル５上に設けられたレチクル５の識別子（不図示）を識別するための計測器６０、及び計測器６０の計測結果と、画像処理部３１の結果から、レチクルステージ１０における位置ずれ量を突き当てピン３の駆動量で補正するためのプリアライメント制御部３４が構成されている。
【００１９】
図３は本発明による実施例のフロー図である。以下本実施例における位置決めシステムを図２、及び図３を用いて説明する。
【００２０】
まず、ロボットから第二の保持部２へ搬入されたレチクル５は、位置決めステップ１として、計測器６０により、レチクル５上に設けられた識別子を測定する。これは、レチクルの位置決めの基準に用いるためレチクル５に描画されたマーク描画誤差を確認するためのものであり、識別子に書かれた内容は、個々のレチクルを判別するレチクルIDや、描画誤差そのものである。識別子として、レチクルIDが設けられている場合には、あらかじめ装置にIDと描画誤差の関係を示したテーブルを持っておく必要がある。識別子は、例えばバーコードであり、計測器６０は例えばバーコードリーダである。また、計測器６０は、本実施例においては、第二の保持部２の上で測定するように構成されているが、位置決めステップ３が実施される以前で確認できれば、どこに構成されていても良い。
【００２１】
位置決めステップ２においては、プリアライメント制御部３４において、位置決めステップ１で求めた描画誤差より、レチクルの位置決めにおける基準位置からの補正量を算出する。
【００２２】
位置決めステップ３においては、プリアライメントを行う。このとき、突き当てピン３の駆動量は基準となる駆動量とステップ２で求めた補正量の和で表される。プリアライメント制御部３４はその駆動量に応じて、突き当てピン３を駆動し、プリアライメントの位置をレチクルごとに変更する。
【００２３】
その後、位置決めステップ４として、レチクルは、搬送手段を構成するハンド４によって、レチクルステージ１０へ送り込まれ、第一の保持部１２で保持される。
【００２４】
レチクルステージ１０へ送り込まれ第一の保持部１２で保持されたレチクル６は位置決めステップ５で、第一の撮像機構２０，２１により、搬送された位置を計測される。撮像機構２０，２１は、例えばCCDカメラと、照明用のLEDである。計測結果から、画像処理部３１によりレチクル６のずれ量が算出され、ステージ制御部３２により、そのずれ量だけレチクル６の位置は補正され、位置決めを完了する（位置決めステップ６）。
【００２５】
また、位置決めステップ５によって算出されたレチクル６のずれ量は、ハンド４を使用して行うレチクル搬送によるレチクルの位置ずれ量として、装置内部のメモリ（プリアライメント制御部３４）に保存される。このずれ量は、位置決めステップ７を経て、位置決めステップ２へとフィードバックされ、次回のプリアライメント時の補正量として用いられる。
【００２６】
位置決めステップ７では、ずれ量の履歴から、第二の保持部２で補正される補正値を最適化する。最適化の手法としては、例えば過去のデータの平均値を算出する手法がある。平均に使用するデータ数Nは(N≧１)とする。また、位置決めステップ７で算出されるレチクルの補正量は、あらかじめ計測しておくことにより、固定の補正量として持つことも可能である。
【００２７】
位置決めステップ７の結果、次回のプリアライメント時、位置決めステップ２では、プリアライメント制御部３４において、位置決めステップ１で求めた描画誤差と、位置決めステップ７で求められたずれ量から、プリアライメントの基準位置の補正値を算出する。
【００２８】
位置決めステップ７を経ることにより、レチクル上のマークの描画誤差と、搬送によるずれ量を、第二の保持部２で補正することが可能となる。その結果、レチクルステージ１０に搬送されたレチクル６の位置ずれ要因は、搬送によるレチクルの位置ずれ量のばらつきのみとなり、レチクルステージ１０上でのレチクル６の位置の追い込み駆動量を小さくすることによる駆動時間の短縮と、計測の狭視野化の縮小によるレチクルの位置決め精度の高精度化を実現し、高い重ね合わせ精度であり、かつ高スループットな半導体露光装置を提供することが可能となる。
【実施例２】
【００２９】
図4に本発明の実施例２に係る位置決め機構を示す。この位置決め機構は、図2に示した実施例１に対して、プリアライメントを行うためのステージ３０、及び撮像機構を構成する撮像手段４０、照明用LED４１が構成されている。プリアライメントステージ３０は例えばXYθ3軸のリニアモータで駆動するステージであり、撮像手段４０は例えばCCDカメラである。
【００３０】
本実施例におけるフロー図は実施例１と同様、図3で表される。実施例1との差分は、位置決めステップ３における補正量の反映が、突き当てピン３ではなく、撮像手段４０の座標点になることである。すなわち、プリアライメントの追い込むべき基準位置をカメラの座標点とした場合、基準となる座標点と位置決めステップ２で求めた補正量の和を、最終的な追い込み位置とすることによって、プリアライメントの位置をレチクルごとに変更する。
【００３１】
撮像手段４０，４１で計測されるレチクル５上のマークは、撮像手段２０，２１で計測されるマークと同一とすることによって、マークの描画誤差による影響を無視することができる。その場合には、位置決めステップ1は不要となり、位置決めステップ２では、搬送ずれによる位置決めステップ７のみを考慮すれば良い。
【実施例３】
【００３２】
図５は、上記のステージをウエハステージとする半導体デバイス製造用の露光装置を示す。
この露光装置は、半導体集積回路等の半導体デバイスや、マイクロマシン、薄膜磁気ヘッド等の微細なパターンが形成されたデバイスの製造に利用され、原版であるレチクルＲを介して基板としての半導体ウエハＷ上に光源６１からの露光エネルギーとしての露光光（この用語は、可視光、紫外光、ＥＵＶ光、Ｘ線、電子線、荷電粒子線等の総称である）を投影系としての投影レンズ（この用語は、屈折レンズ、反射レンズ、反射屈折レンズシステム、荷電粒子レンズ等の総称である）６２を介して照射することによって、基板上に所望のパターンを形成している。
【００３３】
この露光装置は、定盤５１上にガイド５２とリニアモータ固定子７２を固設している。リニアモータ固定子７２は多相電磁コイルを、リニアモータ可動子７１は永久磁石群を有している。リニアモータ可動子７１を可動部５３として、ステージである可動ガイド５４に接続し、リニアモータＭ１の駆動によって可動ガイド５４を紙面法線方向に移動させる。可動部５３は、定盤５１の上面を基準に静圧軸受５５で、ガイド５２の側面を基準に静圧軸受５６で支持される。
【００３４】
可動ガイド５４を跨ぐようにして配置したステージである移動ステージ５７は静圧軸受５８によって支持されている。この移動ステージ５７は、上記と同様のリニアモータＭ２によって駆動され、可動ガイド５４を基準に移動ステージ５７が紙面左右方向に移動する。移動ステージ５７の動きは、移動ステージ５７に固設したミラー５９および干渉計７０を用いて計測する。
【００３５】
移動ステージ５７に搭載したチャック上に基板であるウエハＷを保持し、光源６１、投影光学系６２によって、原版であるレチクルＲのパターンをウエハＷ上の各領域にステップアンドリピートもしくはステップアンドスキャンで縮小転写する。
【００３６】
なお、本発明のリニアモータは、マスクを使用せずに半導体ウエハ上に回路パターンを直接描画してレジストを露光するタイプの露光装置にも、同様に適用できる。
【００３７】
次に、この露光装置を利用した半導体デバイスの製造プロセスを説明する。図６は半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。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う。ステップ２（マスク作製）では設計した回路パターンに基づいてマスクを作製する。
【００３８】
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、上記のマスクとウエハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用してウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ５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）等の組み立て工程を含む。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う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、ステップ７でこれを出荷する。
【００３９】
上記ステップ４のウエハプロセスは以下のステップを有する。ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を成膜するＣＶＤステップ、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップ、ウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込みステップ、ウエハに感光剤を塗布するレジスト処理ステップ、上記の露光装置によって回路パターンをレジスト処理ステップ後のウエハに転写する露光ステップ、露光ステップで露光したウエハを現像する現像ステップ、現像ステップで現像したレジスト像以外の部分を削り取るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト剥離ステップ。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】従来例に係る位置決め機構の構成図である。
【図２】本発明の実施例１に係る位置決め機構の構成図である。
【図３】本発明の実施例のフロー図である。
【図４】本発明の実施例２に係る位置決め機構の構成図である。
【図５】本発明の実施例３に係る半導体デバイス製造用の露光装置を示す立面図である。
【図６】半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１：レチクル搬送用ロボット、２：第二の保持部、３：レチクル外形位置決め用突き当てピン、４：レチクル交換用ハンド、５：レチクル、６：レチクル、１０：レチクルステージ、１１：レチクルステージ駆動部、１２：第一の保持部２０：レチクル位置決め計測用撮像手段、２１：レチクル位置決め計測照明用LED、３０：XYθプリアライメントステージ、３１：位置決め用画像処理部、３２：ステージ制御部、３３：プリアライメント用画像処理部、３４：プリアライメント制御部、４０：プリアライメント計測用撮像手段、４１：プリアライメント計測照明用LED、６０：レチクル識別子計測器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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