JPH01169926A - アライメント方法 - Google Patents

アライメント方法

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JPH01169926A
JPH01169926A JP62328250A JP32825087A JPH01169926A JP H01169926 A JPH01169926 A JP H01169926A JP 62328250 A JP62328250 A JP 62328250A JP 32825087 A JP32825087 A JP 32825087A JP H01169926 A JPH01169926 A JP H01169926A
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light
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Atsushi Tarui
垂井 淳
Kazuhiko Urayama
和彦 浦山
Yutaka Kamata
裕 鎌田
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7073—Alignment marks and their environment
    • G03F9/7084—Position of mark on substrate, i.e. position in (x, y, z) of mark, e.g. buried or resist covered mark, mark on rearside, at the substrate edge, in the circuit area, latent image mark, marks in plural levels
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P95/00—Generic processes or apparatus for manufacture or treatments not covered by the other groups of this subclass

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

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】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 半導体装置のリソグラフィ工程に用いられ、フォトレジ
ストが塗布された半導体装置上の位置決めマーク部にア
ライメント光を照射して走査し、フォトレジストの表面
およびフォトレジストとマーク部との境界面によってそ
れぞれ反射されたアライメント光の反射光の合成強度に
基づいて位置決めを行うアライメント方法に関する。
(従来の技術) 従来、感光性樹脂組成物(フォトレジスト)は、露光過
程での下地基板からの反射光を抑えることを目的として
、露光波長に吸光特性を有する色素等を添加して使用す
ることがあるが、アライメント光の波長に対しては、む
しろ吸光特性を有しない透明性の良い樹脂組成物が選択
使用されている。
(発明が解決しようとする問題点) アルミニウム層20上にレジスト層10が積層された基
板にアライメント光を照射した場合のアライメント光の
反射の様子を第9図に示す。
第9図において、アライメント光がレジスト層10に照
射されるとレジスト層10の表面で一部は反射されて反
射光LAとなるが、残りはレジスト層10を透過し、レ
ジスト層10とアルミニウム層20の境界面で反射され
てレジスト層10を透過し、再び空中に出てくる。アラ
イメント光の強度を1゜、レジスト層10の表面におけ
る反射率をaルジスト層10の透過率をtルジスト層1
0とアルミニウム層20の境界面における反射率をbと
すると、レジスト層10の表面で反射される反射光LA
はaIoとなり、レジスト層10を透過し、アルミニウ
ム層20との境界面で反射されて再びレジスト層10を
透過して空中に出てくる反射光L の強度I はbt”
I  となり       B         Oる
。したがって、レジスト層10の表面において反射され
る反射光LAと境界面で反射されて空中に出てくる反射
光LBの合成強度Iは次の(1)式%式% ここで、θ1は反射光LAのレジスト層1oの表面にお
ける位相であり、θ2は反射光LBのレジスト層10の
表面における位相を示す。
そして、これらの反射光LAおよびL8の合成強度Iに
基づいて位置決めが行われる。一方、レジスト層10の
膜厚は位相差θ1−θ2とリニアの関係にあるから、レ
ジスト層10の膜厚に対する反射光LAおよびLBの合
成強度Iは第10図に示す正弦曲線で与えられる。すな
わち、平均値がI  (a+bt2)で片振幅が2t、
Jabの正弦曲線となる。そして合成強度Iの最大値l
1Ilaxおよび最少値’ l1linはそれぞれ次の
(2)式および(3)式で与えられる。
r   −1(Ja+tJb)”   −−−−・・(
2)l1ax0 1 −I  (Ja−tub)2  町・(3)min
   O したがって、アライメントのマーク部がアルミニウムの
ような反射率の大きな材料によって形成されている場合
の方が反射率の小さな材料によって形成されている場合
に比べて、反射光LAおよびLBの合成強度lの全振幅
4tJa−bが大きくなり、これによりレジスト層1o
の膜厚の微小変化に対して合成強度が大き、く変化する
ことになる。例えば、第6図(a)に示すようにアルミ
ニウム層20に形成されたマーク3oの形状が一部フラ
ットで正常に見えても、その上に形成されたレジスト層
10の膜厚は微小に変化している。このため、第6図(
a)に示す幅寸法Wが4μmのマーク30にビーム幅が
例えば2.5μmのアライメント光を照射して左から右
にスキャニングを行うと、レジスト層1oの膜厚は第7
図(a)に示す形状を有しており、レジスト層10の表
面、およびレジスト層10とアルミニウム層20との境
界面によってそれぞれ反射された反射光の合成強度は、
第8図(a)に示すような歪を有するアライメント波形
となる。第6図(b)に片側に傾斜が生じた場合のマー
ク31の断面形状を示し、第6図(C)に一部に欠陥が
ある場合のマーク32の断面形状を示す。
このようなマーク31および32に対してアライメント
を行うと、マーク31および32上に形成されたレジス
ト膜の膜厚の形状は、それぞれ第7図(b)および(c
)に示す形状を有しており前述したと同様の理由から、
マーク31および32のアライメント波形は第8図(b
)および(C)に示すような歪を有するアライメント波
形となる。
このような歪を有するアライメント波形を処理すること
によって得られるアライメント位置は、マークの真の中
心に対してずれを生じゃすく、またマークの検出再現性
も悪くなるという問題があった。
本発明は、アライメント精度の向上を計ることのできる
アライメント方法を提供することを目的とする。
〔発明の構成〕
(問題点を解決するための手段) 本発明は、半導体装置のリソグラフィ工程に用いられ、
レジストが塗布された半導体装置上の位置決めマーク部
にアライメント光を照射して、レジストの表面およびレ
ジストとマーク部との境界面によってそれぞれ反射され
たアライメント光の反射光の合成強度に基づいて位置決
めを行うアライメント方法において、レジストとして、
アライメント光の波長帯域に顕著な吸光特性を有する化
学物質が添加されているものを用いることを特徴とする
。
(作 用) このように構成された本発明によるアライメント方法に
よれば、レジストにアライメント光の波長帯域に顕著な
吸光特性を有する化学物質が添加されることにより、レ
ジストとマーク部との境界面によって反射されるアライ
メント光の反射光の強度が低下する。これにより反射光
の合成強度の最大値と最小値との差が従来の場合に比べ
て減少し、レジストの膜厚の微小変化に対して反射光の
合成強度は大きく変化せず、歪のない安定したアライメ
ント波形を得ることができる。
以上により本発明のアライメント方法によればアライメ
ント精度の向上を計ることができる。
(実施例) 本発明の一実施例をアライメント光にHe−Neレーザ
(λ−633nm)を使用し、商品名が0FPR800
(製造者;東京応化工業H) (7)レジストに商品名
がMalachlle green  (製造者;保止
ケ谷化学工業)の吸光剤を添加した場合について説明す
る。Malachile greenが添加されたレジ
スト(OFPR800)の吸光特性を第3図に示す。第
3図から波長λが633nmの近辺に吸光度のピークが
あり、He−Neレーザ(λ−633nm)を良く吸光
することがわかる。なお、Malaehile gre
enの分子構造式を参考までに第4図に示す。
このようにアライメント光の波長帯域に顕著な吸光特性
を有する化学物質が添加されたレジストを用いて、第6
図(a)、(b)、および(c)に示すマーク30.3
1および32に対してアライメントを行ったときのアラ
イメント波形をそれぞれ第5図(a)、(b)、および
(c)に示す。
第5図(a)、(b)および(c)かられかるように安
定したアライメント波長を得ることができる。これは、
アライメント光がレジストに添加された化学物質にか、
なり吸光されることによって、マーク部とレジストとの
境界面で反射される反射光の強度が低下し、レジストの
膜厚の微小変化に対する反射光の合成強度の急激な変化
が押えられることに起因しているものと考えられる。
このようにして得られたアライメント波形を処理して得
られるアライメント位置の計11結果の真の位置からの
ずれを第2図(a)のヒストグラムに示す。
このヒストグラムでは、計測されたアライメント位置の
個数nは48個であって、横軸の階級区間幅を0.05
μmに取っである。このヒストグラムから、計711j
されたアライメント位置のずれは、階級が、−0,07
5〜−0,025μmの区間に大部分が分布しているこ
とが分かる。なお、この時の計測結果の真の位置からの
ずれの平均値Xは−0,052μmであって、バラツキ
の具合を示す値3σ(σは標準偏差を表す)は0.11
1μmであった。
レジスト(ORPR800)に吸光剤Malachi−
le greenを添加しないでアライメントを行った
ときのアライメント位置の計測結果の真の位置からのず
れを第2図(b)のヒストグラムに示す。第2図(b)
のヒストグラムにおいて、計測されたアライメント位置
の個数nは第2図(a)のヒストグラムと同様に48個
であり、横軸の階級区間幅を0.05μmに取っである
。このヒストグラムから、計測されたアライメント位置
のずれは、かなり広範囲の階級に分布していることが分
かる。
なお、この時の計測結果の真の位置からのずれの平均値
Xは−0,047μmであって、バラツキの具合を示す
値3oは0.272μmであった。
第2図(a)および(b)に示す計測結果から、アライ
メント光(He−Neレーザ)の波長に対して優れた吸
光特性を有する吸光剤(Malachllegreen
 )をレジスト(OFPR800)に添加した場合の方
がバラツキの具合を示す値3σが小さくなり、精度の良
い位置決めを行うことができる。
レジスト(OFPR800)に添加する吸光剤(Mal
achile green )の濃度を0%、4%、6
%、8%、および10%と変えたときの、計測されたア
ライメント位置の真の位置からのずれのバラツキの具合
を示す値3σの変化を第1図に示す。第1図から吸光剤
の濃度が増すにつれて3σの値が小さくなっていること
が分かる。なお、第2図(a)の計測結果は、添加され
た吸光剤(Ha l a−chile green )
の濃度が10%の場合である。
以上により、本実施例によれば、アライメント光の波長
に対して優れた吸光特性を有する添加剤(Malach
lle green )をレジスト(OFPR800)
に添加することによりアライメント度の向上を計ること
ができる。
なお、上記実施例においては、アライメント光がHe−
Neレーザ(λ−633nm)を用いたため添加剤とし
てMalachile greenを使用したが、本発
明はこれに限定されるものではなく、使用するアライメ
ント光の波長に応じた添加剤を使用すれば同様の効果を
得ることができる。また、He−Neレーザをアライメ
ント光に用いた場合、添加剤としてMalachile
 greenの代りにスピロ化合物、ニトロ化合物、ア
ゾ化合物、キノン化合物、トリフェニルメタン化合物、
ジフェニルメタン化合物、ポリメチン化合物、またはア
クリジン化合物等を使用しても同様の効果を得ることが
できる。
〔発明の効果〕
本発明によればアライメント精度の向上を計ることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図はレジストに添加する吸光剤の濃度を変化させた
場合のアライメント位置の計測結果の真の位置からのず
れのバラツキの変化を示すグラフ、第2図はレジストに
吸光剤を添加した場合と添加しない場合のアライメント
位置の計測結果の真の位置からのずれを示すヒストグラ
ム、第3図は吸光剤(Malachllc green
 )の吸光特性を示すグラフ、第4図は吸光剤(Mal
aehfle green )の分子構造を示す模式図
、第5図は本発明によるアライメント方法を使用した場
合のアライメント波形を示すグラフ、第6図は、位置決
めマークの形状を示す断面図、第7図は、第6図に示す
マークのレジスト膜厚を示すグラフ、第8図は従来の方
法を用いた場合のアライメント波形を示すグラフ、第9
図はアルミニウムの膜上にレジスト層が形成された基板
にアライメント光を照射したときの反射の様子を示す図
、第10図はレジスト膜厚に対するアライメント光の反
射光の合成強度の変化を示すグラフである。 10・・・レジスト層、20・・・アルミニウム層、3
0.31.32・・・マーク。 出願人代理人  佐  藤  −雄 第1図 Mo1ochile  green  (製造者:保t
h8(e’!工累J   ’i 4 Fld(アライメ
ン防向) (アライメントδ向) (アライメント5向)            (アう
イ矛ント方向)第7図 (b)                    (c
)第8図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、半導体装置のリソグラフィ工程に用いられ、レジス
    トが塗布された前記半導体装置上の位置決めマーク部に
    アライメント光を照射して、前記レジストの表面および
    前記レジストと前記マーク部との境界面によってそれぞ
    れ反射された前記アライメント光の反射光の合成強度に
    基づいて位置決めを行うアライメント方法において、 前記レジストとして、前記アライメント光の波長帯域に
    顕著な吸光特性を有する化学物質が添加されているもの
    を用いることを特徴とするアライメント方法。 2、前記アライメント光は、He−Neレーザ光である
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のアライメ
    ント方法。 3、前記化学物質がスピロ化合物、アゾ化合物、トリフ
    ェニルメタン化合物、キノン化合物、ジフェニルメタン
    化合物、ポリメチン化合物、またはアクリジン化合物で
    あることを特徴とする特許請求の範囲第1項または第2
    項記載のアライメント方法。
JP62328250A 1987-12-24 1987-12-24 アライメント方法 Granted JPH01169926A (ja)

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