JPH0412521A - ダミーウエハ - 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ｊ 従来より、　ＩＣまたはｒ、Ｓｌ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ｒウエハノと称す）面上に塗布されたフ
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
という能力であ桑後者は前工程で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ｌ：　ｌ投影、ステッパー、Ｘ
線アライナ−などに大分類され、その中で各々最適な重
ね合せ方式が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、Ｘ線を露光源としたプロキシミテイタイプのア
ライナ−１そしてＥＢの直接描画方式の３方式がある。

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、重ね合せ精度は一般的に焼付最小線幅の１７３〜
１１５の値が必要とされており、この精度を達成するこ
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。

一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。

（１−１）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精度
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二と
。

（１−３）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
必要があり、その結集レチクルとウェハとのアライメン
トが間接的になってくること。

一般にはこれらの誤差要因をなるべく少なくし、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がら双方の位置合せ
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。

しかしながらこの方法では、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が存在する
。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ｒＢａｓｅ　Ｌｉｎｅ４という）ウェハ
を移動せねばならない、したがって、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１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ｍ１
１の値である。

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０．１μｍ〜０．Ｏ１
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１　各種の重ね合せ上の誤差要因
１例えば投影光学系の経時的な倍率変イヒ　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
高精度な重ね合せが可能な露光装置の提供を目的として
、いわゆるダミーウェハを用いてシステム誤差を求める
ことが行なわれている。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
物体面上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誤差を装置
自体内で自動的にまたは半自動的に補正している。

［発明が解決しようとしている課題〕 ところで、前記ダミーウェハ用感光材料には次のような
特性が要求されている。

■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。

■充分な繰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現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、また繰り返し使用
することができない。

無機フォトクロミック材料は、着色感度が悪く、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が速く、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、分解が激しいので繰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つ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
有機溶媒が残っていると、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。

■空気中の酸素および水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。

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（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
過率が　１．ｏｘ　ＩＱ−＋ｅｃｍ”・ｃｍ／ｃｍ２・
ｓ−ｃｍ）１ｇ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
ェハ等の基板上にコートしたのち、不活性ガス中又は真
空中で熱処理する。

これによって、有機フォトクロミック材料の分解が生じ
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。

しかしながらこのダミーウェハでも、その特性は十分満
足できるものではなく、さらにまた、アライメントマー
クとパターンの多重記録を１つの有機フォトクロミック
材料を塗布（形成）したダミーウェハについて行おうと
すると波長の異なる種々の有機フォトクロミック材料が
必要となり、システムが複雑になりコストアップにつな
がるという問題は依然解決されない。

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、そして繰り返し耐久性の大
きい有機フォトクロミック材料層を持つダミーウェハで
あって、かつ同一ダミーウェハにおける多重記録に適し
た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、互いに相異なる組
成の有機フォトクロミック材料からなる複数個のラング
ミュア−プロジェット（ＬＢ）膜が積層されてなる有機
フォトクロミック積層体、およびポリマーからなるオー
バーコート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が数ｎｍ−数１０ｎｍの範
囲で長波長側ヘシフトする０例えばメロシアニンに於て
Ｊ会合体を形成すると数１ＯｎＩ１１長波長側へ吸収極
大がシフトする。

一般的にＪ会合体を形成すると、 （１）吸収スペクトルが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２５ｎ＆　　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０本発明は、この原理と特長を
ダミーウェハに応用したものである。

本発明では有機フォトクロミック層を形成する際に、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
解したコート液をシリコン基板上にコートするのではな
く、シリコン基板上に有機フォトクロミック材料のＬＢ
膜を積層することでフォトクロミック材料のＪ会合体を
形成させる。

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、酸素等がコーティ
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、ＬＢＢ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。

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ＬＢＢ形成によりＪ会合
体を形成するものを用いる二とができ、その好ましい例
として（Ｉ）スピロナフトオキシン、　（ｎ）ベンゾビ
リロスビラン、　（ｍ）フルギドなどが挙げられる。

（ただし、　Ｒ，＝Ｈ，アルキル、アルコキシ、　　Ｒ
２＝Ｈ，ハロゲン、アルキル、ニトロ、ニトロアルコキ
シ、Ｒｓ＝Ｈ，アルキル、アルコキシカルボニルアルキ
ル） 有機フォトクロミック材料からなるＬＢＢ形成は、有機
フォトクロミック材料の０．Ｏ３ｎｍ〜０．１５ｒ＋＋
ｎの範囲の単分子層を５〜ｌＯ層積層すること、すなわ
ち通常のＬＢ膜膜形演法例えば引き上げ法を繰り返すこ
とによって積層することができる。　１つのＬＢ膜を基
板上に形成した後、同様にして他のＬＢ膜をその上に形
成し、複数種のＬＢ膜からなる有機フォトクロミック積
層体を形成する０例えば、ベンゾビリロスビランとフル
ギド、あるいはベンゾビリロスビランとスピロナフトオ
キシン等のように相異なる材料からなるＬＢ膜を積層す
る。

オーバーコート層に用いるポリマーは、酸素透過率が１
．　Ｏｘ　ｔｏ−＋　＠ｃｍ”　・ｃｍ／ｃｍ２　・ｓ
−ｃｔｔｒＨｇ以下で可視紫外域における光線透過率が
高い高分子樹脂が好ましく、この条件を満たしかつ水や
アルコールなどの極性溶剖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持つ
化合物でアセタール化しポリビニルアルコールアセター
ルとすることにより、硬膜性を向上、繰り返し耐久性を
向上させることができる。

また、オーバーコート層の膜厚はオーバーコート層にお
ける屈折により有機フォトクロミック積層体のマークの
位置に誤差が生じないように、０．１〜２μｍの範囲内
であることが望ましい、なお、オーバーコート層をコー
トした後、有機フォトクロミック積層体との密着力を高
めるために高温でベーク（例えば約１００℃で３０〜４
０分間程度）することが好ましいが、その際有機フォト
クロミック積層体中の有機フォトクロミック材料も分解
しないし、オーバーコート層のアセタール化ポリビニル
アルコールも分解しない。

オーバーコート層の形成方法には特に制限はない。

【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。

実施例１ 上述の式■でＲｌｚＭｅ、Ｒ２−Ｒ１＝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．Ｏ３ｎｍを繰り返し５回積層し、約０．１５
ｎｍの有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。さらにその上に式■に示したフ
ルギドを用い第１層と同条件で第２暦を形成し、有機フ
ォトクロミック積層体を形成した。

次に、この有機フォトクロミック積層体を設けたシリコ
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１０
００、ケン化度９９ｍｏ　Ｉ％）の１０％水溶液を、第
１回３００ｒｐｍＸ　３０ｓｅｃ、　　第２回６０００
ｒｐｍ×６０ｓｅｃの条件でコートした。その後、９８
±２℃に設定した窒素で置換しであるクリーンオーブン
内で４０分間熱処理し、有機フォトクロミック積層体お
よびオーバーコート層を有するダミーウェハを得た。

実施例２ フルギドに代えて１式■でＲ＋＝Ｃ＋＊Ｈａｖ、Ｒまた
Ｎｅ２、　Ｒａ　＝　ＣＲ２０ＣＯＣｐ＋　ＨＪｓとし
た長鎖スピロピランを用いて第２層を形成し、クリーン
オープン内で熱処理する前にオーバーコート層のポリビ
ニルアルコールをアセタール化した以外は実施例１と同
様にしてダミーウェハを得た。

アセタール化はオーバーコート層まで形成した基板を、
硫酸２０．６　ｇ、硫酸ソーダ２５．３ｇ、ホルマリン
９．５ｇ、氷４４．６ｇからなる処理液中に１５分間浸
漬することにより行った。

このダミーウェハのオーバーコート層の膜厚は１．０μ
ｍでその凹凸差は８０〜１ｏｏｒ＋ｍであった。

このダミーウェハの飽和吸光度は７．０で、６００ｎａ
光による飽和吸光度１．０までの減衰時間は４０００秒
であった。

また１着退色による繰り返しを１００回行なったところ
飽和吸光度は１．０まで低下した。

本実施例に基づ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）の各過程で長波長側へ吸収波長をシフトさせ
るが、スピロピラン←フｔトメロシアニンの過程は不安
定であり、スピロピランＯＪ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ありながら、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一波長
であったが、会合体を用いることにより６３２８オング
ストロームのＨｅ−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。

〔発明の効果］ 本発明によれば、異なる組成のフォトクロミック材料を
ＬＢ膜として多層積層することにより、フォトクロミッ
ク層の高安定性、高吸光度化を達成し、同一場所での多
重記録が可能となり、アライメント作業が極めて容易に
なり、高精度アライメントが可能になる。またフォトク
ロミック積層体を異なる波長のレーザ光で露光すること
ができるので、ダミーウェハがきわめてコンパクトにな
る。さらに波長可変レーザを光源とすればアライメント
装置全体がコンパクトにできる。

【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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、シリコンウェハ基板上に、互いに相異なる組成の有
   機フォトクロミック材料からなる複数個のラングミュア
   ープロジェット膜が積層されてなる有機フォトクロミッ
   ク積層体、およびポリマーからなるオーバーコート層を
   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。