JPH03295220A

JPH03295220A - 薄膜除去方法及び装置

Info

Publication number: JPH03295220A
Application number: JP2096397A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Mogi; 清茂木; Yukako Komaru; 小丸　由佳子
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1990-04-13
Filing date: 1990-04-13
Publication date: 1991-12-26
Also published as: US5686211A

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】［産業上の利用分野コ本発明は、例えば半導体集積回路製造のリングラフィ工
程において露光装置でのアライメント精度を向上させる
ために、半導体基板（ウェハ）のアライメントマークを
含む局所領域上のフォトレジストをエネルギービームの
照射により除去する薄膜除去方法及び装置に関するもの
である。

［従来の技術］近年、超ＬＳＩパターンの高集積化に伴い、回路の最小
線幅も縮小されてきている。最小線幅が０．３５μｍ程
度と予想される数年先の６４ＭｂｉｔＤ　ＲＡＭの生産
にはＤｅｅｐＵ　Ｖ光源、例えば波長２４８ｎｍのＫｒ
Ｆ　　（フッ化クリプトン）エキシマレーザを光源とす
るエキシマステッパーが用いられるものと期待されてい
る。

ところで、エキシマステッパーにおいては、アライメン
ト精度を向上せるためにレチクル（投影原板）、投影レ
ンズを通したいわゆるスルーザレチクル（Ｔｈｒｏｕｇ
ｈ　Ｔｈｅ　Ｒｅｔｉｃｌｅ　　；　Ｔ　Ｔ　Ｒ）方式
のアライメント計測を行うことが望ましいが、これを行
なう場合には、露先々と同し波長の光を使わなければ良
好なマーク位置の計測ができない。この理由は、エキシ
マステッパーに用いられる投影レンズが強い色収差を持
ち、非露光々、例えば可視光などではレチクルとウニへ
間の結像共役関係を保てないからである。

この様なことから、エキシマステッパーのＴＴＲ方式の
アライメント用照明光として、露光光と同一の光源から
分岐させたエキシマレ−ザ光を使うことも考えられてい
る。

ところが、エキシマレーザ光でアライメント計測を行な
う場合、レジストの吸収が強い場合が多い０例えば、Ｍ
Ｐ−２４００（商品名）のようなノボラック樹脂を用い
たレジストでは厚さ１μＷに対する透過率が５〜８ｔと
低く、アライメントの為の計測では１往復の透過率とな
るためせいぜい０．６４零位の透過率しか期待できない
。このような小さな透過率ではアライメント計測するこ
とは不可能である。

また、アライメントマークか微少な段差構造から成るこ
とから、マーク周辺てし゛シストの膜厚か不均一になる
ことは避けられない。従って、非露先々を用いてマーク
位置計測を行なう場合でも薄膜固有の干渉効果かマーク
近傍で顕著になったり、あるいはマーク両側でレジスト
の膜ｆｆのムラが非刈り、―になったりすること等によ
ってアライメント精度か低下しがちであった。このため
従来より、アライメントマーク形成領域のレジストのみ
を露光装置におけるアライメントの前に除去することか
考えられてきた。

ここで、従来のレジスト除去装置について第８図を用い
て説明する。エネルギービーム、例えばレーザ光源８１
から射出したレーザ光ＬＢは、可変絞り８２によって所
定のビーム形状に成形された後、シャッター８３に至る
。シャッター８３はレーザ光ＬＢを通過又は遮断させる
ものであり、シャッター８３を通過したレーザ光はミラ
ー８４で反射された後、対物レンズ８５に入射する。対
物レンズ８５で結像されたレーザ光ＬＢは可変絞り８２
の開口形状となって、ウエノ＼Ｗ上のレジスト層を照射
する。レーザ光ＬＢが照射された部分のレジストは分子
結合が切断され、微粒子となって飛散するか、あるいは
更に酸化されて揮発物質となり除去される。ミラー８４
はダイクロイックミラーとし、レーザ光ＬＢは高効率に
反射し、レーザ光ＬＢよりも長い波長の光は透過するよ
うな特性にしておく。

照明系（光源を含む）８９はレーザ光ＬＢの照射領域の
反射率（レジスト層及びその下のウエノ１Ｗの表面の反
射率）を測定するのに好適な波長（単波長、多波長、又
はバンド幅をもつもののいずれでもよい）で、レーザ光
ＬＢよりも長い波長の照明光ＬＡを発生する。その照明
光ＬＡはノ＼−フミラー８８で反射された後、ミラー８
４を透過して対物レンズ８５に入射し、レジスト層ある
いはウェハＷでの反射光は対物レンズ８５、ミラー８４
、ハーフミラ−８８を介して集光レンズ８６に入射し、
光電検出器８７の受光面に集められる。この光ｉｔ信号
はウェハＷのレジスト層の除去領域の反射率を反映して
おり、一般に、レジストと下地の反射率が異なるからそ
の変化（信号強度の変化）に基づいて、レジスト層の除
去の終点が検出される。例えば、レーザ光源８１がエキ
シマ等のようにパルスレーザを発生するものの場合、パ
ルスを連続的に照射しつつ終点が検出された時点でパル
スレーザの発生を停止するか、シャッタ８３により強制
的に照射を中止させる。またレーザ光源８１がＣＷレー
ザを発生するものの場合も同様に終点が検出された時点
で、シャッター８３により照射を中止する。

また、一般のレジストは紫外光の照射を受けると蛍光を
発生する特性があるので、反射率測定の代わりに蛍光検
出系等を用いて、検出量がほぼ零になった時点でレーザ
光ＬＢの照射を停止する構成が取られることもある。

［発明が解決しようとする課題］しかし、上記のような従来の反射率測定、または蛍光量
検出を利用した終点の検出法に於いては、除去すべき領
域のレジストが完全に除去された時点で反射率、及び蛍
光量が変化するために、パルスレーザ光ＬＢの照射を中
止した時点でウェハマークに損傷を与えてしまっている
可能性があった。レジストの除去速度を上げるために、
より強いエネルギービームをレジストに照射する様な場
合、この問題はより顕著となる。

露光装置におけるアライメントは、段差構造を有するア
ライメントマークからの反射光、散乱光、又は回折光等
を光電検出することによって行われるため、損傷により
マークの全て、あるいは一部の欠落、またはマーク形状
の対称性が損なわれた場合、アライメント精度が著しく
低下するという問題か生しる。即ち、従来のレジスト除
去方法では、終点検出を行ないながら処理を行なっても
、実際に露光装置でアライメントを行なった場合に、必
要な信号が得られないことがあった。

この発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、過
剰なエネルギービームの照射によってアライメントマー
クを損傷したりすることなく、露光装置での高精度のア
ライメントを実現できる薄膜除去方法及び装置を提供す
る、ことを目的とするものである。

［：Ｊ題を解決するための手段］本発明の薄膜除去方法は、表面に感応性の薄膜が形成さ
れ、露光装置によりマスクパターンが露光される基板上
のアライメントマークを含む局所領域にエネルギービー
ムを照射することによって、該局所領域上に被覆された
薄膜を選択的に除去する方法であって、前記アライメン
トマークを検出するマーク検出手段を用いて、前記局所
領域の光学的又は物理的な特性変化に応した電気信号を
、前記エネルギービームの照射動作中に、もしくは照射
終了後に得て、該電気信号に基づいて、前記アライメン
トマークの光学的又は物理的な特性を表わす信号が、前
：８露光装置に設けられたアライメント系から所定の状
態で出力されるか否かを評価し、該評価結果に基づいて
、前記局所領域への前記エネルギービームの照射を続け
て実行するか否かを選択することによって、上記の課題
を達成するものである。

また、本発明の薄膜除去装置は、表面に感応性の薄膜が
形成され、露光装置によりマスクパターンが露光される
基板上のアライメントマークを含む局所領域にエネルギ
ービームを照射することによりて、該局所領域上に被覆
された薄膜を選択的に除去する装置であり、上記課題を
達成するために、前記アライメントマークを含む局所領
域の光学的又は物理的な特性変化に応じた電気信号を出
力するマーク検出手段と：該マーク検出手段により前記
エネルギービームの照射動作中、もしくは照射終了後に
得られる前記電気信号に基づいて、前記アライメントマ
ークの光学的又は物理的な特性を表わす信号が、前記露
光装置に設けられたアライメント系から所定の状態で出
力されるか否かを評価する評価手段と；該評価手段によ
る評価結果に基づいて、前記局所領域への前記エネルギ
ービームの照射を続けて実行するか否かを選択する判断
手段とを備えた装置である。

露光装置のアライメント系が、所定の波長特性をもった
照明光を前記局所領域に照射する送光系と、前記アライ
メントマークから発生する光情報を光電検出する受光系
とで構成される場合、本発明の薄膜除去装置のマーク検
出手段は、露光装置のアライメント系とほぼ同一構成と
し、該アライメント系から射出される照明光とほぼ同じ
波長の光ビームを前記局所領域に照射することが好まし
い。

［作用コ本発明の薄膜除去方法では、薄膜除去用のエネルギービ
ームの照射動作中もしくは照射終了後に、薄膜除去装置
のマーク検出手段によ）て、アライメントマークを含む
局所領域の光学的又は物理的な特性変化に応じた電気信
号を検出し、この電気信号に基づいて、アライメントマ
ークの光学的又は物理的な特性を表わす信号が、露光装
置に設けられたアライメント系から所定の状態で出力さ
れるか否かを評価する。そして、この評価結果に基づい
て、局所領域へのエネルギービームの照射を続けて実行
するか否かを選択する。

即ち、本発明では、局所領域の薄膜が完全に除去された
か否かではなく、実際の露光装置のアライメント系で、
アライメントマークの光学的又は物理的な特性を表わす
信号が所定の状態で得られるか否かによって終点を判断
するものであり、アライメントに必要な信号が得られる
と判断されれば、薄膜が残存していてもエネルギービー
ムの照射が停止される。

露光装置のアライメント系は、一般に、所定の波長特性
をもった照明光を前記局所領域に照射する送光系と、ア
ライメントマークから発生する光情報を光電検出する受
光系とで構成されるが、本発明におけるマーク検出手段
は、露光装置の７ライメント系とほぼ同一の構成とする
ことが望ましい、具体的には、アライメントマークから
の戻り光を零次光を含めて検ａしてアライメントマーク
の反射又は干渉パターンを検出するのか、あるいは零次
光をカットして回折光の強度を検出するのか等の基本的
な形式については、一致させる必要がある。また、マー
ク検出手段の送光系から局所領域に照射する光ビームの
波長は、露光装置のアライメント系から射出される照明
光と厳冨に同一の波長である必要はないが、薄膜での吸
収率や屈折率がアライメント系の照明光と大差ない範囲
である必要がある。マーク検出手段の受光形式や光ビー
ムの波長が、露光装置のアライメント系の条件と大きく
異なると、薄膜除去装置のマーク検出手段で得られた信
号と、露光装置のアライメント系で出力される信号が対
応せず、露光装置ではアライメントに必要な信号が得ら
れないということが起こり得るからである。

［実施例コ以下、図面を参明して、本発明をウェハのアライメント
マークを含む局所領域のレジストを除去する場合に通用
した実施例を説明する。

本実施例で用いたレジスト除去装置について述べる前に
、まず、第４図及び第５図を用いて、露光装置における
基本的なＴＴＲ方式のアライメントについて説明する。

なお、レチクルを通さず投影レンズだけを通す場合のア
ライメントをＴＴＬ方式といい、第４図ではＴＴＬ方式
のアライメント系（ＬＳＡ系４３）も合わせて記載して
いるが、ＬＳＡ系４３については後述する。

′ＷＳ４図において、ウェハＷは、ステージコントロー
ラ５０により制御されてＸ方向とＸ方向とに２次元的に
移動するｘｙステージ４８の上に載置される。ｘｙステ
ージ４８の位置はレーザ干渉計等によって常時検出され
、ステージコントローラ５０に位置情報としてフィード
バックされ、レチクルＲとウェハＷの露光フィールドの
グローバルな位置合わせはｘｙステージ４８を動かすこ
とによフてウェハＷ上で例えば±０．０１μｍの精度で
行われる。グローバルな位置合わせは、ウェハＷ上の特
定位置にあるマークをグローバルアライメント光学系４
９．マーク検出器４０によってレジスト層の上から検出
して行われる。グローバルなアライメントの終了後、Ｔ
ＴＲアライメントがウェハのＸ、７両方向に対して行わ
れる。第４図では簡略化のため一方向のＴＴＲアライメ
ントに要する光学系のみを図示したが、実際には同様な
構成要素からなるアライメント光学系がＸ、Ｙのそれぞ
れの方向に設置される。

図示されたＴＴＲアライメント系において、アライメン
ト光ＬＳは不図示の光源からミラー４６を通して、′ｔ
Ｓ２のミラー４５で反射され、光学系４４、ダイクロイ
ックミラー４２を介してレチクルＲ上のレチクルマーク
領域ＲＭを照射する。このアライメント光ＬＳは、ＩＣ
パターンの露光光Ｉ　Ｌ　（ｇ線、ｉ線、ＫｒＦエキシ
マレーザ等）と同じ波長域の照明光であり、レチクルマ
ーク領域ＲＭとほぼ同じ形状に開口絞り等でビーム整形
されているものとする。例えば、露光光ＩＬをＫｒＦエ
キシマレーザ（波長２４８ｎｍ　）とした場合、アライ
メント光ＬＳとして銅蒸気レーザの第２高調波（波長２
５５ｎｍ　）を用いても良い。

レチクルマーク領域ＲＭは第５図（ａ）に示す様に、Ｉ
Ｃの露光パターン領域ＰＥのＸ、Ｙ方向の外側にそれぞ
れＲＭｘ、ＲＭｙとして設けられている。レチクルマー
ク領域ＲＭｘ、ＲＭｙ　（以下特に必要のない場合はｘ
、ｙの添字は省く）内には例えば、第５図（ａ）の様に
長手方向がそれぞれＸ、Ｙ方向であるアパーチャＡＰｘ
、ＡＰｙが設けられており、アパーチャＡＰ内は前記ア
ライメント光ＬＳを透過し、レチクルマーク領域領域の
その他の部分（図中斜線部）はアライメント光ＬＳを非
透過とするＣｒ１ｌｉ等からなっている。

アパーチャＡＰを透過したアライメント光ＬＳは、縮小
投影レンズＰＬを通して、ウェハＷ上のウェハマーク領
域（クエへのアライメントマークを含む局所領域）ＷＡ
を照射する。第５図（ｂ）の様にウェハＷには多数のＩ
Ｃ露光フィールドＣＰがマトリックス状に配列されてお
り、各フィールドＣＰの各々に付随してウェハマーク領
域ＷＡがＸ、Ｙの各方向に一つづつ設けられている。Ｘ
。

７両方向のウェハマーク領域ＷＡｘ、ＷＡｙには、例え
ば同図の様に長手方向がそれぞれＹ、　Ｘ方向の長方形
のウェハマークｗｍｘ、ｗｍｙが設けられる０ｗｍｘ、
ｗｍｙは周囲のウェハマーク領域ＷＡ部分に対して凹ま
たは凸である段差構造として形成されるものである。

ウェハマーク領域ＷＡで反射されたアライメント光ＬＳ
は、再び、縮小投影レンズＰＬ、レチクルマーク領域Ｒ
ＭのアパーチャＡＰを通り、更にダイクロイックミラー
４２．光学系４４を通過して、ミラー４５．４６で反射
されて、二次元、あるいは−次元のイメージセンサを撮
像要素とした画像読取装置４７に導かれる。

画像読取装置４７が二次元メージセンサ（エリアセンサ
）を用いたものである時、読み取られた画像パターンは
第５図（Ｃ）の様に、レチクルマーク領域ＲＭ内のＣｒ
膜からの反射による高輝度部分ＳＰと、ウェハマーク領
域ＷＡからの反射部分ＳＷ（レチクルマーク領域ＲＭの
アパーチャＡＰの形状に対応）、ウェハマークｗｍの段
差部分の干渉による暗線ＳＬｍ、ＳＬｎからなる。部分
ＳＷ０′）１１度はウェハマークｗｍを構成する物質に
もよるが、−船釣にはレチクルマーク領域ＲＭのＣｒ膜
からの反射部分ＳＰよりも輝度は低い、レチクルマーク
領域ＲＭのアパーチャＡＰ、　ウェハマークｗｍは、そ
れぞれ直交する様にその長方形の長手方向が決められて
いるので、ウェハマーク領域ＷＡからの反射部分ＳＷの
長手方向と、暗線ＳＬｍ、ＳＬｎは直交する方向に観察
される。この様な、合成画像パターンから部分ＳＷの長
手方向Ｍ−Ｎに対する部分ＳＷの中心線Ａ−Ａ’　、暗
線ＳＬｍ、ＳＬｎの位置関係を計測し、ＳＬｍ、ＳＬｎ
がＡ−Ａ’　に対して対称な位置に観察される様に、ｘ
ｙステージ４８をＸ方向、Ｙ方向に僅かに移動して、Ｘ
、Ｙ両方のアライメント光学系で同時に母線ＳＬｍ、Ｓ
Ｌｎの位置が部分ＳＷの中心線Ａ−Ａ’　に対して対称
な位置に観察される様にする。これにより、レチクルＲ
とウェハＷの露光領域の相対的な位置合わせが高精度に
行われたことになる。

画像読取装置４７が一次元イメージセンサ（ラインセン
サ）を用いたものである時、その読み取り方向が第５図
（Ｃ）のＭ−Ｎである様にセンサを配置する。その時、
リニアイメージセンサから読み出される輝度信号パター
ンは第５図（ｄ）の様に、部分ＳＷで凹状にレベルが低
くなり、暗線ＳＬｍ、ＳＬｎに相当する箇所で輝度信号
は鋭く落ち込む、このような輝度信号パターンから、部
分ＳＷの中心線Ａ−Ａ’　、暗線ＳＬｍ、ＳＬｎの位置
関係を計測し、暗線ＳＬｍ、ＳＬｎがＡ−Ａ’に対して
対称な位置に観察される様に位置合わせを行う。

このようにしてウェハＷとレチクルＲの相対的な位置合
わせを行なった後、露光光ＬＢを射出する。露光光ＬＢ
はコンデンサーレンズ４１通り、ダイクロイッ′クミラ
ー４２で反射され、レチクルＲのパターン領域ＰＥを均
一な照度で照明する。

パターン領域−ＰＥを透過した露光光ＬＢは、投影レン
ズＰＬに入射し、投影レンズＰＬは回路パターンの像を
ウェハ上の所定のフィールド上に縮小投影する。

次に、本発明によるレジスト除去装置の実施例を第１図
を用いて説明する。エキシマレーザ等のパルスレーザ光
源１から射出したレーザ光ＬＢは、可変絞り２によって
所定のビーム形状に成形された後、シャッター３に至る
。シャッター３はレーザ光ＬＢを通過又は遮断させるも
のであり、シャッター３を通過したレーザ光は、更にビ
ームスプリッタ４を透過後、対物レンズ５に入射する。

対物レンズ５で結像されたレーザ光ＬＢはウェハＷ上で
可変絞り２の開口形状となって、ウェハＷ上のレジスト
層を照射する。

さて、ウェハＷはステージコントローラ７により制御さ
れてＸ方向とＸ方向とに二次元的に移動するｘｙステー
ジ８の上に載置されているｓＸｙステージ８の位置はレ
ーザ干渉計等によって常時検出され、ステージコントロ
ーラ７に位置情報としてフィードバックされ、レーザ光
ＬＢの照射位置はｘｙステージ８を動かすことによって
ウェハＷ上で例えば±０．０１μｍの精度で位置決めさ
れる。尚、レーザ光ＬＢとウェハＷとの相対的な位置合
わせは、ウェハＷに対してレーザ光ＬＢを走査、振動さ
ゼて行っても同様な効果が得られる。

ウェハＷ上の特定な位置に形成されたグローバルマーク
を検出するためのアライメント光学系９が、例えば対物
レンズ５と異なる位置に固設され、充電検出器等を含む
マーク検出器１０と共にオフアクシス方式でウェハＷの
ア、ライメントを行う。マーク検出器１０からアライメ
ント信号がシステムコントローラ１１に供給される。こ
のアライメント信号はウェハＷ上の特定の位置に設けら
れたマークの中心をとらえたとき発生するものであり、
その発生したときのｘｙステージ８の位置をシステムコ
ントローラ１１が基準点として記憶することにより、レ
ーザ光ＬＢの照射位置とウェハＷ上の任意の点との対応
付け（グローバルアライメント）が完了する。これによ
り、レジストの除去を必要とするウェハマーク領域にレ
ーザ光ＬＢが照射される様にｘｙステージ８を移動する
ことができる。

一方、前述した露光装置で用いられるアライメント光と
同波長域のレーザ光源１２から射出したレーザ光ＬＡは
、可変絞り１３によって所定のビーム形状に成形された
後、シャッター１４に至る。シャッター１４はレーザ光
ＬＡを通過又は遮断させるものであり、シャッター１４
を通過したレーザ光はハーフミラ−１５を透過後、ビー
ムスプリッタ４に入射される。そこでレーザ光ＬＡは、
９０度下方に反射され対物レンズ５に入射する。対物レ
ンズ５で結像されたレーザ光ＬＡはウェハＷ上で可変絞
り１３の開口形状となって、ウェハＷのウェハマーク領
域を照射する。ウェハＷで反射されたレーザ光ＬＡ（本
実施例では、ウェハＷ上のレジスト層はレーザ光ＬＡを
吸収するものとする）は、対物レンズ５．ビームスプリ
ッタ４を介して元の光路を戻り、ハーフミラ−１５で反
射され波長選択フィルター１６を通して画像読取装置１
７に入射される。画像読取装置１７はウェハマーク領域
からの反射光信号（アライメントマークの光学的又は物
理的特性を表わす信号：詳細後述）を画像処理し、シス
テムコントローラ１１に伝達する。本実施例では、上述
したレーザ光源１２．可変絞り１３．シャッター１４．
ハーフミラ−１５，ビームスプリッタ４．対物レンズ５
、波長選択フィルタ１６１画像読取装置１７が、マーク
検出手段を構成する。更に、画像読取装置１７は、評価
手段及び判断手段としての役割りも果し、後述するよう
に、検出した反射光信号に基づいて、露光装置のアライ
メント系でウェハマーク領域からの反射光信号が所定の
状態で出力されるか否かを評価し、更にこの評価結果に
基づいて加工用のレーザ光ＬＢの照射を続行する否かを
選択する。

システムコントローラ１１は、前述したｘｙステージの
制御の他に、画像読取装置１７からの信号を受けてレー
ザ光源制御部１８に信号を送り、二つのレーザ光源１．
１２のレーザ発振の０Ｎ１０ＦＦ制御またはそれぞれに
設けられたシャッター３．１４の開閉によりウェハＷへ
のレーザ光の照射を制御する。

ここで、本実施例におけるレジスト除去プロセスと画像
読取装置１７で検出される信号パターンについて説明す
る。

ステージコントローラ７によりレーザ光ＬＢ及びＬＡが
ウェハＷ上のウェハマーク領域を照射するように位置合
わせされ、開口絞り２及び１３によりその照射形状が第
５図（ｂ）で述べたウェハマーク領域ＷＡｘ、ＷＡ３／
の形状とほぼ同形である様に設定される。レーザ光源制
御部１８による二つのレーザ光ＬＡ、ＬＢの照射は同時
、または、それぞれ交互に行われても構わない。またレ
ーザ光源１２がＣＷレーザの場合、以下に説明するプロ
セスの間レーザ光ＬＡの照射が連続的に行われても良い
。

いま、レーザ光ＬＢ、ＬＡを照射するウェハマーク領域
が第２図（イ）のＷＡであるとし、その領域内にウェハ
マークｗｍが形成されているものとする。仮に、ｗｍが
周囲の領域に対して凸である段差からなる場合のｍ−ｎ
の断面の様子は同図（ロ）に示す様なものである。ウェ
ハマークｗｍ部分は例えばＳｉ　ウエパノ場合、Ｓｉ　
Ｏ２，５ｊｓＮ＜。

ポリＳ　ｉ、Ａ　Ｉ等からなり、その上部にレジスト層
６がマークを覆う様に塗布されている。レジスト層６の
除去が開始される前のこの状態でレーザ光ＬＡの照射が
なされた時、レーザ光ＬＡはレジスト層６によりそのほ
とんどが吸収され、画像読取装置１７によって検出され
るレーザ光ＬＡの反射光パターンの線分ｍ−ｎにおける
輝度信号は、第２図（ろ）のように、ウェハマークｗｍ
の凸部分が特定されずアライメントの際の位置検出を行
うのに必要なパターン信号を得ることが出来ない。レジ
スト層６の除去が開始されると、レーザ光ＬＢの照射に
よりウェハマーク領域ＷＡの［・シストは分子結合が切
断され、微粒子として飛散するか、あるいは更に酸化さ
れてＣ０２や８２０等の揮発物質となり除去されて行く
。このレーザ光ＬＢの照射に同期して、レーザ光ＬＡの
反射光を画像読取装置１７により読み取る。この時、レ
ーザ光ＬＡが紫外光であるかレーザ光ＬＢが紫外光であ
り、加工用のレーザ光ＬＢの照射と同時に観察用のレー
ザ光ＬＡの反射光を読み取る場合、紫外光の照射により
レジストが発する蛍光とこの反射光とを識別するためレ
ーザ光ＬＡの波長を高効率で透過し、蛍光等の不要な波
長を遮断するような波長選択フィルター１６を画像読取
装置１７の前に設置する必要がある。レーザ光ＬＢ、Ｌ
Ａが同時に照射される場合には、波長選択フィルターは
レーザ光ＬＢによる反射光も遮断する様な特性である必
要がある。

第２図（八）はレジスト層６の除去の進行途中の状態を
示したもので、ウェハマークｗｍの白部分が露出しその
他のマーク領域はレジストが残っている状態である。こ
の状態で画像読取装置１７によって検出されるレーザ光
ＬＡのｍ−ｎに対する反射光パターンの輝度信号は、第
２図（は）の様に露出したウェハマークの凸部からの反
射強度Ｒｂは強く、レジスト層６に覆われた他の部分の
反射強度Ｒｄはレジスト層６の吸収によって弱められる
。

第２図　（ニ）はレジスト層６の除去が完全に終了した
状態を示したもので、ウェハマーク領域ＷＡの全部分が
露出した状態である。この状態で画像読取装置１７によ
フて検出されるレーザ光ＬＡのｍ−ｎに対する反射光パ
ターンには、第２図（に）の様に露出したウェハマーク
ｗｍの段差部分に対応する反射強度の小さい部分子ｌ、
ｒ２が現われる。従来においては、この第２図（ＩＩ：
）の状態の信号が露光装置でのアライメントに用いられ
てしする。

しかし、上記に説明したように（第２図（八）（は））
、レーザ光ＬＡの反射パターンの輝度信号のウェハマー
クの凸部からの反射強度Ｒｂとその他の部分からの反射
強度Ｒｄの比Ｒｂ　：　Ｒｄは、レジスト層６の除去途
中に於て最大となる時がある。また、ウェハマークｗｍ
が周囲に対して凹である様な場合でも、このことは成立
する。第２図（ネ）の様にマークｗｍの周囲部分が先ず
露出し、凹であるウェハマーク部分にレジストが残フた
状態で、反射パターンの輝度信号は第２図（Ｉりのよう
にレジストが残存しているマーク部分が低くなり、Ｒｂ
　：　Ｒｄ比（マーク部分と周囲の信号比）は最大とな
る。

画像読取装置１７は、読み取られたウェハマーク領域Ｗ
Ａからの二次元の反射パターンの輝度信号を画像処理し
、前記Ｒｂ　：　Ｒｄを求めこの比が最大値、もしくは
ある閾値以上になった時でシステムコントローラ１１に
レーザ光ＬＢ、ＬＡの照射を停止する様に指示を与える
。システムコントローラ１１はレーザ光源制御部１８を
介してレーザ光源１．１２を停止するか、シャッター３
゜１４の閉鎖によりレーザ照射を停止させる。この際、
万一、ウェハマークｗｍに元々損傷がある場合には、ウ
ェハマークｗｍの凸部が露出しても所定の状態の輝度信
号は得られず、レジストが完全に除去されても更にレー
ザ光ＬＢ、ＬＡが照射が続−行されることになってしま
う。このようなことを防止するためには、従来型のレジ
ストからの螢光量や、ウェハマーク領域からの反射光強
度によってレジスト除去の終点（マーク領域にレジスト
が無くなった時点で終点となる）を検出する終点検出手
段（図示せず）を別に設けておけば良い。

このようにすれば、万一、初めからウェハマークｗｍに
だれや破損がある場合でも、レジストが完全に除去され
た時点を終点としてレーザ光ＬＢ。

ＬＡが停止されるので、無駄な照射を続けるということ
がない。

以上に説明したプロセスで一つのウェハマーク上のレジ
スト除去を終了する。更にレジストの除去を必要とする
ウェハマークが存在する場合は、以上説明した一連のレ
ジスト除去プロセスを繰り返す。

さて、第１図ではレジスト除去に用いるレーザ光ＬＢの
波長と露光装置のアライメント系から射出される照明光
ＬＳの波長（レーザ光ＬＡの波長に相当）が、異なる場
合におけるレジスト除去装置の一構成例を説明したが、
レジスト除去に用いるレーザ光ＬＢの波長とアライメン
ト系の照明光の波長が等しい場合の本発明のレジスト除
去装置の構成例について第３図を用いて説明する。第３
図中、第１図と同一番号は同じ部材を示すものであり、
レーザ光ＬＢとウェハマーク領域ＷＡの相対的な位置合
わせのための構成は第１図の場合と同様である。

エキシマレーザ等のパルスレーザ光源１から射出したレ
ーザ光ＬＢは、可変絞り２によって所定のビーム形状に
成形された後、シャッター３に至る、シャッター３はレ
ーザ光ＬＢを通過又は遮断させるものであり、シャッタ
ー３を通過したレーザ光は、ハーフミラ−２０を透過後
、対物レンズ５に入射する。対物レンズ５で結像された
レーザ光ＬＢはウェハＷ上で可変絞り２の開口形状とな
って、ウェハマーク領域を照射する。これにより、照射
を受けたレジスト層が徐々に除去される。

また、ウェハＷのウェハマーク領域で反射されたレーザ
光ＬＢは対物レンズ５を介して元の光路を戻り、ハーフ
ミラ−２０で反射され波長選択フィルター１６（レジス
ト層から発せられる螢光等の不要な波長を透過せず、レ
ーザ光ＬＢの波長を高効率に透過させる）を通して画像
読取装置１７に入射する。この画像読取装置１７は、反
射光パターンの輝度信号を画像処理し、露光装置のアラ
イメント系でウェハマークｗｍの位置を特定できる所定
の状態の信号が出力されるか否か評価し、所定の信号が
得られると評価されれば、レーザ光ＬＢの照射を停止す
る信号をシステムコント、ローラ１１に伝達する。シス
テムコントローラ１１では、画像読取装置１７からの信
号を受けて、レーザ光ＬＢを停止するための信号をレー
ザ光源制御部１８に送り、レジストの除去を終了する。

なお、上記に説明した実施例では、マーク検出手段の送
光系から封圧される照明光（レーザ光ＬＡ）がレジスト
に吸収される場合について述べたが、この照明光は必ず
しもレジストに吸収される波長でなくとも、レジストを
除去していくにしたがってウェハマーク領域からの反射
光パターンの変化を検出することは可能である。即ち、
照明光がレジストを透過するものとし、レジスト表面と
ウニ八表面での反射を考えた場合でも、画部分が露出す
れば段差に相当する部分で信号の落ち込みが現れる。レ
ジストが完全に除去されなくとも、段差部分が特定され
るに足る信号差が検出できれば露光装置におけるアライ
メントが可能であるので、その段階でレジストの除去を
終了すれば良い、但し、第３図の場合のように加工用の
エネルギービーム（レーザ光ＬＢ）が終点判断用の照明
光を兼ねる場合には、レジスト層に吸収される波長でな
いと、レジストの除去自体がなされない。

また、上記においては、露光装置においてレチクル、投
影レンズを介したＴＴＲ方式のアライメントが行なわれ
る場合について説明したが、本発明はＴＴＲに限らず、
他のアライメント方式をとる場合でも通用されるもので
ある。例えば、第４図の露光装置には、ＴＴＬ方式のＬ
ＳＡ系（Ｌａ５ｅｒ　５ｔｅｐ＾ｌ　ｉｇｒ＋ｍｅｎｔ
系）４３が併記されているが、このＬＳＡ系４３は、第
６図に示されるようにウェハＷ上に形成された回折格子
マーク（ウェハマークＷＭ）に対してスリット状のビー
ムＳＰを走査して、ウェハマーク領域からの回折光の強
度を検出し、ビームＳＰとウェハマークＷＭが重なった
ときに回折光の強度が最も強くなることを利用してウェ
ハの位置合わせを行なうアライメント方法であり、脛し
くけ本願出願人が先に出願した特開昭６０−１３０７４
２号公報に開示されている。かかるアライメント方法に
おいて、ウェハマーク領域ＷＡにレジスト層がない場合
は、第７図のＡのようにビームスポットＳＰとウェハマ
ークＷＭの中心が一致する走査位置で単一のピークが検
出されるが、ウェハマークＷＭ上をレジストが覆ってい
る場合には、第７図の已に示されるように、レジストが
ない場合のピークに相当するピークの両側にこれより小
さい山が現れる。本来の中心ピークの近くにこのような
山が検圧されると、信号のスライスレベルによる誤差が
生しやすい。

また、レジスト厚にむらがあると、得られる信号の波形
が非対称となり、正確な位置検出かできない。

露光装置のアライメント手段がこのようｔｔ　Ｌ　ＳＡ
系である場合、次のようにして終点検出することができ
る。第１の方法としては、加工用エネルギービームの照
射毎に、あるいは数パルス照射毎に、ウェハマークＷＭ
をビームスポットＳＰで走査しく８動させるのは第１図
のステージ８でもビームスポットＳＰでも良い）、走査
位置とＬＳＡ信号の関係を読取り記録する。エネルギー
ビームの照射前後の信号波形を比較して、例えば露光第
７図のＢの波形に示されるような山が消えたか否かによ
って（完全に消えなくとも露光装置でのアライメントの
際に誤差を生じないような波形となれば良い）終点とす
る。

第２の方法としては、加工用エネルギービームの照射前
の走査位置とＬＳＡ信号の出力の関係を計測してピーク
位置を推定し、以後、そのピーク位置にスリット状のビ
ームＳＰを照射し、得られるＬＳＡ信号が増大しである
値となフた時点または信号が飽和した時点を終点とする
。

更に、第３の方法としては、ウェハマーク領域全体に照
明光を照射し、ウェハマーク領域からの零次以外の回折
光の干渉パターンを計測し、この干渉パターンのコント
ラストによって終点を判断する。又は、零次以外干渉光
の合計出力がある値以上になった時点で終点とする。

［発明の効果］以上のように、本発明においては、薄膜が完全に除去さ
れたか否かではなく、アライメントマークを含む局所領
域の光学的又は物理的な特性変化に応じた電気信号を検
出し、この電気信号に基づいて、アライメントマークの
光学的又は物理的な特性を表わす信号が、露光装置のア
ライメント系から所定の状態で出力されるか否かを評価
して薄膜除去の終点を判断するので、必要にして最小限
のエネルギービームの照射によってアライメントマーク
に損傷を与えることなく、良好な局所領域のＦ＃膜除去
を行なうことができる。本発明の方法及び装置によって
、露光に先立って、アライメントマークを含む領域の薄
膜除去を行なえば、露光装置のアライメント系において
、アライメントマークの位置計測に必要な信号を確実に
得ることができ、露光装置のアライメント精度を向上さ
せることかできる。

かかる本発明の薄膜除去方法及び装置は、集積回路製造
のりソゲラフイエ程において、ＴＴＲ方式のアライメン
トを行なう場合に、非常に有益である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例で用いたレジスト（薄膜）除去装
置の構成図、第２図（イ）〜（ネ）及び（ろ）〜（ホ）
は第１図に示されたレジスト除去装置におけるレジスト
除去過程を説明するための概念図、第３図は本発明の別
の実施例で用いたレジスト除去装置の構成図、第４図は
露光装置の要部構成図、第５図（ａ）はレチクルに設け
られた位置合わせ用のマークを説明するための概念図、
第５図（ｂ）はウェハに設けられた位置合わせ用のマー
クを説明するための概念図、第５図（Ｃ）及び（ｄ）は
ウェハマーク領域からの反射パターン及び輝度信号を説
明するための概念図、第６図はＬＳＡ系を説明するため
の概念図、第７図はＬＳＡ系で得られる信号の波形を示
すグラフ、第８図は従来のレジスト除去装置の構成図で
ある。［主要部分の符号の説明コ１．１２・・・レーザ光源５・・・対物レンズ６・・・レジスト層７・・・ステージコントローラ１１・・・システムコントローラ１８・・・レーサ光源制御部１６・・・波長選択フィルタ１７・−・画像読取装置Ｗ・・・ウェハｗｍ・・・ウェハマークＷＡ・・・ウェハマーク領域Ｒ・・・レチクルＬＢ・・・加工用レーザ光（エネルギＬＡ・・・レーザ光（目明光）ビーム）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）表面に感応性の薄膜が形成され、露光装置により
マスクパターンが露光される基板上のアライメントマー
クを含む局所領域にエネルギービームを照射することに
よって、該局所領域上に被覆された薄膜を選択的に除去
する方法において、前記アライメントマークを検出する
マーク検出手段を用いて、前記局所領域の光学的又は物
理的な特性変化に応じた電気信号を、前記エネルギービ
ームの照射動作中に、もしくは照射終了後に得て、該電気信号に基づいて、前記アライメントマークの光学
的又は物理的な特性を表わす信号が、前記露光装置に設
けられたアライメント系から所定の状態で出力されるか
否かを評価し、該評価結果に基づいて、前記局所領域への前記エネルギ
ービームの照射を続けて実行するか否かを選択すること
を特徴とする薄膜除去方法。
（２）表面に感応性の薄膜が形成され、露光装置により
マスクパターンが露光される基板上のアライメントマー
クを含む局所領域にエネルギービームを照射することに
よって、該局所領域上に被覆された薄膜を選択的に除去
する装置において、前記アライメントマークを含む局所
領域の光学的又は物理的な特性変化に応じた電気信号を
出力するマーク検出手段と；該マーク検出手段により前記エネルギービームの照射動
作中、もしくは照射終了後に得られる前記電気信号に基
づいて、前記アライメントマークの光学的又は物理的な
特性を表わす信号が、前記露光装置に設けられたアライ
メント系から所定の状態で出力されるか否かを評価する
評価手段と；該評価手段による評価結果に基づいて、前
記局所領域への前記エネルギービームの照射を続けて実
行するか否かを選択する判断手段と；を備えたことを特徴とする薄膜除去装置。
（３）前記露光装置のアライメント系は、所定の波長特
性をもつた照明光を前記局所領域に照射する送光系と、
前記アライメントマークから発生する光情報を光電検出
する受光系とで構成され、前記マーク検出手段は該アラ
イメント系とほぼ同一構成であって、該アライメント系
から射出される照明光とほぼ同じ波長の光ビームを前記
局所領域に照射することを特徴とする請求項第２項記載
の薄膜除去装置。
（４）前記エネルギービームは、前記アライメント系か
ら射出される照明光とほぼ同じ波長であって、前記マー
ク検出手段は前記エネルギービームの照射に伴って前記
アライメントマークから発生する光情報を光電検出する
ことを特徴とする請求項第３項記載の薄膜除去装置。
（５）前記評価手段は、前記マーク検出手段から出力さ
れる電気信号に基づいて、前記アライメントマークから
発生する光情報の強度に応じた光電信号が、前記アライ
メント系から所定の振幅をもったコントラストで出力さ
れるか否かを評価することを特徴とする請求項第３項又
は第４項記載の薄膜除去装置。