JPH045816A - ダミーウェハ及びその製造方法 - 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及びその製造方
法に関する。

〔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」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
いう能力であり、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１：１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ィタイプのア
ライナ−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）　テｉ＜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）に自由度を持たせぬばならないこと
。

（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、その結果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にの
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ｗｌ＃（コれを「
基準長」またはｒＢａｓｅ　ＬｉｎｅＪ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ｍｍ
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抑えるべ
く厳密な温度管理をしたとしても０．１μｍ〜０．０１
１！、ｍの単位では経時変化している。このように経時
変化を址じる要因としては、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かあそこで、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除　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核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
ック材料及びそのオーバーコート部材の欠点について種
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が分解
して繰り返し耐久性が悪くなる。

本発明の目的は、上述の問題点に鑑み、着色感度に優れ
た有機フォトクロミック材料を感光材料として用いたダ
ミーウェハであって、システム誤差の自動補正を行う間
は着色物が一定以上のコントラストを有し、十分な繰り
返し耐久性を有するダミーウェハおｊびその製造方法を
提供することを目的とする。また特にダミーウェハのオ
ーバーコート部材の改良により耐久性を改善することを
目的とする。

〔課題を解決するための手段］ 本発明は、基板上に、３０〜８０重量％の有機フォトク
ロミック材料を含む樹脂から実質的になる第１層（有機
フォトクロミック材料層）を形成する工程、 第１層が設けられた該基板を不活性ガス中で熱処理する
第１の熱処理工程、 第１層の上に実質的にポリビニルアルコールからなる第
２層（オーバーコート層）を形成する工程、該ポリビニ
ルアルコールをアセタール化する工程、第１層及び第２
層が設けられた該基板を不活性ガス中で熱処理する第２
の熱処理工程 を有するダミーウェハの製造方法である。

また本発明は、基板上に、３０〜８０重量％の有機フォ
トクロミック材料を含む樹脂から実質的になる第１層、
およびアセタール化ポリビニルアルコールから実質的に
なる第２層をこの順に有するダミーウェハである。

第１層を形成する際には、樹脂と有機フオトク０ミツク
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。

第１層に第２層を積層するに際しては、第１層を溶解し
ない溶剤にポリビニルアルコールを溶解したコート液を
、第１層が形成された基板上にコートする。　コート方
法としては公知のコーティング技術を適宜適用すればよ
い、コート後は基板をアルゴン、クリプトン等の不活性
ガス中で熱処理する６　これにより第１層と第２層との
間の密着力が増す。熱処理は不活性ガス中で行われるの
で第１層のフォトクロミック材料の分解が防止される。

また第２層があるためダミーウェハを繰り返し使用する
際にも、空気中の酸素や水分によるフォトクロミック材
料の分解が防止される。

さらに第２層も不活性ガス中で熱処理することにより、
第２層の材料に含まれる酸素、および水分（Ｈ２Ｏおよ
び０Ｈ−）を除去することができる。

これらの除去により、酸素や水分によるフォトクロミッ
ク材料の分解を抑えることができる。

本発明で使用し得る有機フォトクロミック材料の好まし
い例として（Ｉ）スピロナフトオキシン、（ＩＩ）ベン
ゾピリロスピラン、　（Ｉ［Ｉ）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、Ｒ２＝Ｈ
，ハロゲン、アルキル、ニトロ、ニトロアルコキシ、Ｒ
３＝Ｈ，アルキル。

アルコキシカルボニ ルアルキル） 第１層に用いる樹脂としては紫外および可視領域におい
て透明性の高い高分子樹脂、例えばポリメチルメタクリ
レート、ポリカーボネート、ポリスチレンなどが好まし
い。溶剤としてはトルエン、キシレン、エチルセロソル
ブアセテート、ジエチルグリコールモノメチルアセテー
トなどの沸点が１００℃以上の揮発性の低い溶剤が好ま
しい。

また、溶液中の樹脂と有機フォトクロミック材料を合わ
せた固形分の濃度は４０％以下とするのが好ましい。

第１層において樹脂に対する有機フォトクロミック材料
の比率は３０〜８０重量％、さらには、樹脂１００重量
部に対して８０重量部から２００重量部であることが好
ましい。コート法はシリコンウェハに塗る都合からスピ
ンコード法が望ましい。

第２層に用いるポリマーは、酸素透過率が１．０×１叶
１２ｃＩ１１３・ｃＩｎ１ｃｍ２・ｓ−ｃ［ｎ１１ｇ以
下で可視紫外域における光線透過率途高いものが好まし
く、この条件を満たしかつ水やアルコールなどの極性溶
削に可溶のポリビニルアルコールが好適に用いられるが
、更に耐久性向上の為に、ポリビニルアルコールをアセ
タール化し、硬膜性、繰り返し耐久性を向上させる。ア
セタール化は上の目的のために簡便かつ有効であり、し
かもアセタール化度によって種々の膜質が得られるとい
う利点を持つ、アセタール化は例えばホルマリン（）Ｉ
ＣＩ（Ｏ）を用いて４０〜５０℃の溶液中で反応させ、
ポリビニルアルコールのＯＨ基を置換することによって
行われる。またアセタール化により硬膜化するが、これ
は、水の吸着を防げるため膜が膨潤せず、平滑になると
いう利点を持っている。アセタール化の温度や時間を変
えることで膜質、を変化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が生じないように、０．１〜２μ
ｍ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高温でベー
タするが、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１層および第２層の不活性ガス中の熱処理は、９０〜
１００℃程度、３０〜４０分程度の条件が好ましく、例
えば１０−”’Ｔｏｒｒ程度の真空系に不活性ガスを導
入して行うことができる。

〔実施例］ 以下、実施例により本発明をさらに詳細−二説明する。

実施例１ 上述した化学式（Ｉ）でＲ１＝Ｍｅ、Ｒ２＝Ｒ２＝Ｈと
したスピロナフトオキサジン１００重量部に対し、分子
量２００万のポリメチルメタクリレート１００重量部の
割合とし、これらの固形分の合計濃度が１８重量％のエ
チルセロソルブアセテート溶液を調製した。

この溶液３ｇを２５℃でシリコンウェハ上にスピナーを
用いて、第１回３００ｒｐｍＸ　１ｏｓｅｃ、第２回２
０００ｒｐｍ　Ｘ　６０ｓｅｃの条件でコートした。そ
の後、９８±２℃に設定したクリーンオーブン（内部は
窒素ガスで置換しである）内で２０分間熱処理して第１
層を形成した。この第１ＪＷ（コート膜）の膜厚は０．
９３μｍで、その凹凸差は６０〜８０ｎｍであった。

次に、この第１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ＩＬ
９ｍｏ　Ｉ　％）の１０％水溶液を、第１回３００ｒｐ
ｍ　Ｘ　３０ｓｅｃ、第２回６０００ｒｐｍ　Ｘ　６０
ｓｅｃの条件でコートした。その後、９８±２℃に設定
したクリーンオーブン（内部は窒素ガスで置換しである
）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。

さらに、該ダミーウェハを、硫酸２０．６ｇ、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分間浸漬してアセタール化を行い、
加熱乾燥することにより実施例１のダミーウェハを得た
。

このダミーウェハの第２層の膜厚は１．０μｍで、その
凹凸差は２０〜５０ｎｍであった。なお第１層に使用し
たポリメチルメタクリレートの酸素透過率は１．１５Ｘ
　１０−１ｅ１０−１ｅ／ｃｍ”ｓ−ｃｍＨｇであり、
第２層に使用したポリビニルアルコールの酸素透過率は
０．００８９Ｘ　１０”　９ｃｍ”　・ｃｍ／ａｍ２・
ｓ−ｃｍＨｇ以下であった６また第２層の水分透過率は
相対湿度８０％で１ケ月数％であった。

８００ｍＪの紫外線光源で照射して飽和量まで得られた
ダミーウェハを着色させたところ、飽和吸光度は５．０
で、６００ｎｍ光による飽和吸光度１．０までの減衰時
間は２０数秒であった。また、着退色による繰り返しを
１５０回行なったところ飽和吸光度は１．０まで低下し
た。

なおこの実施例では第１層における有機フォトクロミッ
ク材料の比率を５０％としているが、これを８０％とし
ても吸光度及び繰り返し回数は差がなかった。

本発明による硬膜作用により耐水性の向上ばかりでなく
、耐酸性、耐油性の向上、さらにはオーバーコート部材
（第２層）の表面強度が増加した。

実施例２ 化学式（Ｉ）の化合物の代わりに、化学式（ＩＩ）でＲ
，＝Ｍｅ、Ｒ２＝Ｈ，Ｒ３＝Ｎ０２とした１、３．３−
）ジメチルインドリノ−６°−ニトロベンゾビリロスビ
ランを用いた以外は、さらに第２層の熱処理（第２の熱
処理工程）の前にアセタール化を行った以外は実施例１
と同様にして実施例２のダミーウェハを作成した。

アセタール化の後に熱処理を行うことにより、各層の溶
媒や水分の除去がさらに徹底するため好ましい。

得られたダミーウェハの飽和吸光度は７．０で、６００
ｎｍ光による飽和吸光度１．０までの減衰時間は２００
０秒であった。

また、着退色による繰り返しを５０回行なったところ飽
和吸光度は１．０まで低下した。

以上のように実施例のダミーウェハは従来のダミーウェ
ハと比較して５０〜２００％の耐久性向上が確認された
６　また、不活性ガス中の熱処理とポリビニルアルコー
ルのアセタール化を組み合わせることによりダミーウェ
ハの機械的強度、耐環境性を高めることができ、しかも
オーバーコート部材の分光透過率特性を悪くすることは
なく、光学特性を維持することができる。

【発明の効果］ 本発明により、次のような効果が得られる。

（１）オーバーコート層を、アセタール化されたポリビ
ニルアルコールとすることにより、ポリビニルアルコー
ル中に含まれる水分を減じ、ポリビニルアルコールを通
して有機フォトクロミック材料に酸素が到達するのを防
止し、有機フォトクロミック材料の安定化を促進し、酸
素や水分との接触により生ずる着色濃度の低下を防ぎ、
退色までの時間を著しく延ばすことができる。

（２）ポリビニルアルコールのアセタール化により、オ
ーバーコート層が硬膜化され、かつ凹凸が少なくなり（
従来のものと比較して１７２以下）光学特性が改善され
る。

（３）有機フォトクロミック層とポリビニルアルコール
のオーバーコート層を形成した後にアセタール化と不活
性ガス中での熱処理乾燥を行うことによって、溶媒、水
、−および吸着酸素を含む酸素の除去を徹底させること
ができ、ダミーウェハの繰り返し耐久性が従来のものに
比べて少なくとも３倍向上する。

（４）オーバーコート層の機械的強度が大幅に向上する
。

（５）酸、油に対しての耐久性も向上し、ポリビニルア
ルコールだけでは短期的にしか耐久性の向上が計れない
のに対し、アセタール化によりオーバーコート層の長期
的な耐久性が総合的に向上する。

（６）アセタール化度によりオーバーコート層の硬膜性
を変えることができるため、目的に応じてアセタール化
度を選択し、オーバーコート層の特性を変えることがで
きる。

以上のように、本発明により、安定性に優れ、かつ吸光
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、高精度アライメントが可能になる。

特許出願欠　キャノン株式会社 代　理　人　弁理士　若林　忠

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板上に、３０〜８０重量％の有機フォトクロミッ
   ク材料を含む樹脂から実質的になる第１層を形成する工
   程、 第１層が設けられた該基板を不活性ガス中で熱処理する
   第１の熱処理工程、 第１層の上に実質的にポリビニルアルコールからなる第
   ２層を形成する工程、 該ポリビニルアルコールをアセタール化する工程、第１
   層及び第２層が設けられた該基板を不活性ガス中で熱処
   理する第２の熱処理工程 を有するダミーウェハの製造方法。 ２、基板上に、３０〜８０重量％の有機フォトクロミッ
   ク材料を含む樹脂から実質的になる第１層、およびアセ
   タール化ポリビニルアルコールから実質的になる第２層
   をこの順に有するダミーウェハ。