JPH0410409A - ダミーウェハ - Google Patents

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〕 本発明は、ＩＣまたはＬＳＩなどの半導体素子を製造す
る装置において使用するダミーウェハに関する。

（従来の技術〕 従来より、ＩＣまたはＬＳＩなどの半導体素子製造用の
露光装置において、解像性能と重ね合せ性能という２つ
の基本的な性能の向上が要求されている。前者は半導体
基板（以下「ウェハＪと称す）面上に塗イロされたフォ
トレジスト面上にいかに微細なパターンを形成するかと
いう能力であり、後者は前工程てウェハ面上に形成され
たパターンに対し、フォトマスク上のパターンをいかに
正確に位置合せして転写できるかという能力である。

露光装置はその露光方法により、例えばコンタクト、プ
ロキシミティ、ミラート１投影、ステッパー、ｘ１１！
ｉ！アライナ−などに大分類され、その中で各々最適な
重ね合せ方式か考案され実施されている。

一般に半導体素子製造用としては解像性能と重ね合せ性
能の双方のバランスがとれた露光方式が好ましく、この
ため現在では縮小投影型の露光装置いわゆるステッパー
が多用されている。

これからの露光装置として要求される解像性能は０．５
μｍ近傍であり、この性能を達成することが可能な露光
方式としては、例えばエキシマレーザを光源としたステ
ッパー、ｘＩｔ！１１を露光源としたブロキシミティタ
イプのアライナ−、モしてＥＢの直接描画方式の３方式
かある。このうち生産性の点からすれば前者２つの方式
が好ましい。

一方、重ね合せ粒度は一般的に焼付最小線幅の１／３〜
１１５の値が必要とされており、この粒度を達成するこ
とは一般に解像性能の達成と同等か、それ以上の困難さ
を伴っている。

般にレチクル面上のパターンとウェハ面上のパターンと
の相対的位置合せ、すなわちアライメントには次のよう
な誤差要因が存在している。

（＋−１）デバイスの種類または工程によって、ウェハ
面上のパターン（あるいはマーク）の断面形状、物性あ
るいは光学的特性が多種多様に変化すること。

（１−２）多様なプロセスに対応して確実に所定の粒度
でアライメントするためには、アライメント検出系（光
学系、信号処理系）に自由度を持たせねばならないこと
。

（＋−３）アライメント光学系に自由度を持たせるには
、投影レンズとアライメント光学系とを独立に構成する
必要かあり、その結果レチクルとウェハとのアライメン
トか間接的になってくること。

般にはこれらの誤差要因をなるへく少なくし、さらにバ
ランス良く維持することが重要となっている。

次に、前述の誤差要因の具体例について説明する。

（２−１）アライメント光を露光波長と同一波長にする
ことにより、ＴＴＬオンアクシスアライメント系が構成
できる。かかるアライメント系では投影レンズがこの波
長に対して良好な収差補正がなされているので、例えば
レチクルの上側にアライメント光学系を配置することが
でき、ウェハパターンの投影像とレチクル面上のパター
ンとを同−視野内で同時に観察しなから双方の位置合せ
をすることができる。また、アライメントが完了したそ
の位置で露光をかけることができる。したがって、この
方法にはシステム誤差要因は存在しない。

しかしなからこの方法では、アライメント波長について
選択の余地がなく、また吸収レジストのようなプロセス
においてはウェハからの信号光が極端に減衰するなど対
プロセス上の欠点を持つことになる。

（２−２）オフアクシスタイプのステッパーにおいては
、ウェハのアライメント光学系は投影レンズの制約を一
切受けずに自由に設計することができ、その自由度によ
りプロセスへの対応力を強化できる。しかしながら、こ
の方式ではレチクルとウェハの同時観察はできず、レチ
クルは予めレチクルアライメント用の顕微鏡で所定の基
準に対してアライメントを行ない、ウェハはウェハアラ
イメント用顕微鏡（以下、「ウェハ顕微鏡」という）で
顕微鏡内の基準にアライメントを行なっている。

このため、レチクルとウェハの間に誤差要因か存在して
くる。さらに、ウェハアライメント後、ウェハのパター
ンをレチクルの投影像と重ねるため、所定の距離（これ
を「基準長」またはｒ　Ｂａ５ｅＬｉｎｅ　Ｊという）
ウェハを移動せねばならない。

したかって、この方式はシステム誤差要因が増大する結
果になる。

このようにシステム誤差を含むアライメント方式による
装置においては、これらの誤差要因を安定維持するよう
に努めると同時に、定期的にその量をチエツクし補正し
てやる必要がある。例えば投影レンズの光軸とアライメ
ント顕微鏡の光軸間の距離である基準長は通常数十ｍｍ
の偵である。

般には、仮にこの間を結合する物質の熱膨張を押えるべ
く厳密な温度管理をしたとしてもＯ，１４ｍ〜０．０１
μｍの単位では経時変化している。このように経時変化
を生じる要因としては、前述の基準長の他にレンズの投
影倍率、レチクルのアライメント位置、ウェハステージ
の配列座標系などがある。

そこで、第１物体としてのレチクルと第２物体としての
ウェハとを重ね合せる際、各種の重ね合せ上の誤差要因
、例えば投影光学系の経時的な倍率変化、基準長の経時
的な変化、そしてウェハＸ−Ｙステージの配列座標の経
時的な変化などのシステム誤差を良好に補正し、常に高
蹟度な重ね合せが可能な露光装置の提供を目的として、
いわゆるタミーウェハを用いてシステム誤差を求めるこ
とか行なわれている。これは、例えば照明系により照射
された第１物体面上のパターンを可動ステージ上に配置
した第２物体面上に露光転写する露光装置において、前
記第１物体面に設けたアライメントパターンを照射し、
該アライメントパターンの像を前記可動ステージ上に前
記第２物体の代わりに配置した該アライメントパターン
の照射光に感度を有し書き込みおよび消去が可能な可逆
性の感光材料を有する第３物体面上に形成し、該第３物
体面七に形成された該アライメントパターンの像の結像
状態を検出することにより、前記第１物体面上のパター
ンを前記第２物体面上に露光転写する際のシステム誤差
を求めるものである。

すなわち、まず第１物体としての、例えばレチクル面上
のパターンを第３物体としてのダミーウェハ面上に露光
転写し、そのときの転写像の結像状態を、第２物体であ
るウェハのアライメントに用いるウェハアライメント顕
微鏡を利用して検出し、このときの検出結果に基づいて
装置全体のシステムご（差を装置自体内で自動的にまた
は半自動的に補正している。

〔発明か解決しようとしている課題〕

ところて、前記タミーウニへ用感光材料には次のような
特性か要求されている。

■処理の高速化のために、紫外光による着色感度が優れ
ていること。

■機械によるシステム誤差の自動補正を行なうために、
可視光を当ててデータを取り込んでいる間は、着色物が
一定以上のコントラストを有すること。

■充分な縁り返し耐久性を有すること。

これらの条件■〜■にかなう感光材料の候補としては、
感光性レジスト、無機フォトクロミック材料、有機フォ
トクロミック材料が挙げられる。

しかし、感光レジストは感光後視像処理を行なわなけれ
ばならないので自動化ができないし、また縁り返し使用
することができない。

無機フォトクロミック材料は、着色感度か悪く、処理の
高速化が行なえない。

さらに、有機フォトクロミック材料は、着色感度が優れ
ている代わりに退色か速く、可視光を当ててデータを取
り込んでいる間に必要コントラスト以下になってしまう
。また、分解が激しいので縁り返し耐久性が上がらない
という欠点がある。

以上のように従来の材料を用いても、それぞれ相異なる
欠点を有していて、目的にかなった感光物は得られてい
ない。

本発明者は感光材料の１っである前記有機フォトクロミ
ック材料の欠点について種々検討し、その欠点の原因を
以下のように解明した。

■有機フォトクロミック材料を含む層の中にわずかでも
有機溶媒か残っていると、着色物の安定性が落ち、退色
が速くなることがある。

■有機溶剤を除去し、有機フォトクロミック材料の層を
ウェハに密着させるにはベータが必要だが、これを空気
中で行なうと有機フォトクロミック材料が空気中の酸素
で分解し着色濃度が落ちる。

■空気中の酸素により有機フォトクロミック材料が分解
して繰り返し耐久性が悪くなる。

■空気中の水分により有機フォトクロミック材料か分解
して繰り返し耐久性が悪くなる。

本出願人は、かかる有機フォトクロミック材料の欠点を
次のように改良したダミーウェハを先に提案したく特開
平２−５６９１９号）。

そのダミーウェハは、ベアーシリコンウェハまたは蒸着
等の処理を行なったシリコンウェハ等の基板上に第１層
として３０％〜８０％の有機フォトクロミック材料を含
む樹脂層を備え、この第１層の上に第２層として酸素透
過率か１．ＯＸｌ０−”ｃ＋ｎ３・ｃｍ／ｃｍ２・５−
ｃｍ１１ｇ以下の高分子樹脂層を備えることを特徴とす
る。

かかる第１層を形成する際には、高分子樹脂と有機フォ
トクロミック材料とを有機溶媒で溶解したコート液をベ
アーシリコンまたは蒸着等の処理を行なったシリコンウ
ェハ等の基板」二にコートしたのち、不活性ガス中又は
真空中て熱処理する。

これによって、有機フォトクロミック材料の分解か生し
ることなくバインダー中に含まれる溶媒を除去し、発色
濃度を高め退色までの時間を長くできる。

しかしなからこのタミーウェハの特性も充分に満足でき
るものとはいえない。本発明の目的はフォトクロミック
層の吸光度を高くした上で、極めて安定性の高い、そし
て縁り返し耐久性の大きい有機フォトクロミック材料層
を持つダミーウェハを提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、シリコンウェハ基板上に有機フォトクロミッ
ク材料のＪ会合体からなる第１層およびポリマーからな
る第２層をこの順に有するダミーウェハである。

増感色素であるメロシアニン或いはスピロピラン系有機
フォトクロミック材料において、分子構造単体の凝集状
態によって該材料の吸収波長か数ｎｍ−数１０ｎｍの範
囲で長波長側ヘシフトする。

例えばメロシアニンに於てＪ会合体を形成すると数１０
ｎｍ長波長側へ吸収極大がシフトする。

射的にＪ会合体を形成すると、 （１）吸収スペクトルかシャープになり吸光度（吸収強
度）が数倍大きくなる。

（２）着色体が安定になる。

スピロピラン系有機フォトクロミック材料の場合、半値
幅２５ｒ＋ｍ、吸光度は約３倍、半減期は通常のスピロ
ピランの１０４倍になる。本発明は、この原理と特長を
タミーウェハに応用したものである。

本発明で使用し得る有機フォトクロミック材料には公知
のフォトクロミック材料の中で１．Ｂ１１Ｑ形成により
Ｊ会合体を形成するものを用いることができ、その好ま
しい例として（Ｉ）スピロナフトオキシン、（ＩＩ）ベ
ンゾビリロスビラン、（ＩＩＩ）フルギドなどが挙げら
れる。

（Ｉ） （ＩＩ　） （Ｉｎ） たたし、Ｒ，＝Ｈ，アルキル、アルコキシ、Ｒ２＝Ｈ，
ハロゲン、アルキル、ニトロ、ニトロアルコキシ、Ｒ３
＝Ｈ，アルキル、アルコキシカルボニルアルキル 第１層において、有機フォトクロミック材料は、０．０
３ｎａｒ−０，１５ｎｍの範囲の単分子層を５〜ＩＯ層
積層することによってＪ会合体を通常のＬＢ脱膜形成法
例えば引き上げ法を繰り返すことによって積層し形成す
ることができる。

第２層に用いるポリマーは、酸素透過率か１．Ｏｘ　１
０−”ｃｍ３−ｃｍ／ｃｍ２−ｓ−ｃ＋ｎＨｇ以下で可
視紫外域における光線透過率が高いものが好ましく、こ
の条件を満たしかつ水やアルコールなどの極性溶剤に可
溶のポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニルの部分ケン
化物、セルロースなどが好適に用いられる。更に耐久性
向上の為に、ポリビニルアルコールをホルムアルデヒド
等のアルデヒド基を含む化合物を用いてアセタール化し
、硬膜性を向上、縁り返し耐久性を向上させることがで
きる。また、第２層の膜厚は第２層における屈折により
第１層のマークの位置に誤差か生じないように、０．１
〜２μｍの範囲内であることが望ましい。なお、第２層
をコートした後、第１層との密着力を高めるために例え
ば約１００℃で３０〜４０分間の高温てベークすること
が好ましいが、その際第１層中の有機フォトクロミック
材料も分解しないし、第２層のアセタール化ポリビニル
アルコールも分解しない。

第２層の形成方法には特に制限はない。

本発明によればＬＢ膜の積層膜を形成するため、フォト
クロミック材料と樹脂を混合し、溶解しコーティングす
る必要はなく、従って有機溶媒、水、酸素等がコーテイ
ング膜中に含まれない。然るに、それらによるフォトク
ロミック材料との化学反応に伴う劣化が著しく少ない。

ＬＢ膜形成工程でのそれらの含有可能性は無く、ＬＢ膜
に吸着してくる水分、或いは酸素だけである。しかしな
がら、これらは後工程の窒素ガス中又は真空中での加熱
乾燥によって全て除去できるので、極めて安定した良質
のフォトクロミック材料層が得られる。

また、従来投影系ではレジストの最大感度を利用するた
めの露光光源が必要であり、アライメント光学系との誤
差要因を亡くすためには、エンアクシスアライメント系
を構成し、同一波長光源にしている。しかしながら、オ
フアクシスアライメントを保ちながらアライメントに他
の長波長の露光光源を用いてアライメント積度を向上さ
せることが出来れば好都合であり、本発明によりこれを
達成した。

〔実施例〕

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。

実去ｄ殊↓ 上述した化学式（Ｉ）でＲ，＝Ｍｅ、Ｒ２＝Ｒ，−Ｈと
したスピロナフトオキサジンをＬＢ膜作成装置に展開し
、１分子０．０３ｒ＋ｌｌ１ｆ！：ａり返し５回積層し
、約０．Ｉ５ｎｍのイｆ機フォトクロミック材料層（第
１層）をシリコン基板面上に形成した。

次に、この′７ｔＳ１層を生成したシリコンウェハを全
く紫外線に当てないでスピナー上にセットし、ポリビニ
ルアルコール（キシダ化学製、重合度１０００、ケン化
度９９ｍｏ１％）の１０％水溶液を、第１回３００ｒｐ
ｍ　ｘ３０ｓｅｃ　、第２回６０００ｒｐｍ　Ｘ　６０
　ｓｅｃの条件でコートした。その後、９８±２℃に設
定したＮ２で置換しであるクリーンオーブン内で４０分
間熱処理し、第１層および第２層を有するダミーウェハ
を得た。

夫癒猶ス 上記実施例１の化学式（Ｉ）の化合物の代わりに、化学
式（ｒｌ）でＲｒ　＝　Ｃ＋ａＨ：＋ｔ、Ｒ２＝Ｎ０２
、Ｒ３＝　ＣＩｈ０ＣＯＣ２＋　ｌ（イ。とじた長鎖ス
ピロピランによるＪ会合体を形成した。

本実施例に基つくスピロピランは第１図に示すように、
スピロピラン（ａ）→フォトメロシアニン（ｂ）→Ｊ会
合体（Ｃ）の各過程て長波長側へ吸収波長をシフトさせ
るか、スヒ゛ロヒ゛ランキフオトメロシアニンの過程は
不安定であり、スピロピラン＃Ｊ会合体の過程は安定で
ある。また、その吸光度の大きさは数１０倍の大きさと
なる。オフアクシスアライメント系で従来の、露光波長
と異なる波長でのアライメントを可能にした。すなわち
、従来のスピロピランの吸収波長は紫外光露光と同波長
であったが、会合体を用いることにより６３２８人のＨ
ｅ−Ｎｅレーザ、又はそれ以上長波長の半導体レーザに
よるアライメント露光が可能となった。吸光度も３〜５
倍増大した。

次に、この第１層を形成したシリコンウェハ上に実施例
１と同様にしてポリビニルアルコールの１０％水溶液を
コートした。その後、このウェハを、硫酸２０．５ｇ、
硫酸ソーダ２５．３ｇ、ホルマリン９．５ｇ、水４４．
６ｇからなる処理液中に１５分間浸消してアセタール化
を行った。然る後、実施例１と同様に熱処理し、第１層
および第２層を有する実施例２のダミーウェハを得た。

このダミーウニへの第２層の膜厚は１．０μｍてその凹
凸差は８０〜１００ｒ＋＋ｎであワだ。

得られたダミーウェハの飽和吸光度は７．０て、６００
ｎｍ光による飽和吸光度１．０までの減衰時間は４００
０秒であった。

また、着退色による縁り返しを１００回行なったところ
飽和吸光度は１，０まて低下した。

〔発明の効果〕

本発明により、安定性に優れ、吸光度の高いフォトクロ
ミック材料層を有するダミーウェハが得られた。このこ
とによりアライメント作業が極めて容易になり、高粒度
アライメントが可能になった。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例２に用いたスピロピランの吸収スペクト
ルを示すグラフであり、（ａ）はスピロピラン、（ｂ）
はフォトメロシアニン、（Ｃ）はＪ会合体のスペクトル
を示す。 特許出願人　　キャノン株式会社 代　理　人　　弁理士　若株　忠

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、シリコンウェハ基板上に有機フォトクロミック材料
   のＪ会合体からなる第１層およびポリマーからなる第２
   層をこの順に有するダミーウェハ。 ２、前記ポリマーがポリビニルアルコールまたはポリビ
   ニルアルコールアセタールである請求項１に記載のダミ
   ーウェハ。