JPH0645213A - パターン位置検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】本発明のパターン検出方法は、レジスト塗布時
にレジストが流れる方向と同じ方向に長い形状にパター
ン、レジストの流れと直角方向のパターン、及び、
上記２つのパターンの間に形成される一つ以上のパター
ンを含む放射状のパターンをウエハ上に放射状に配置
形成し、パターン位置合わせ時に各放射状のパターンを
２次元的に検出し、のパターンとのパターンの交点
と、のパターンとのパターンの交点から、そのズレ
を求める。 【効果】ウエハ上に塗布されたレジストのムラの影響を
低減し、高精度な検出が可能となり、高集積化及び、高
品質化に寄与できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウエハ等に微細
パターンを高精度に位置決めし、露光する場合にウエハ
上に塗布されたレジストのムラの影響を低減し、パター
ン位置を高精度に検出するために好適なパターン検出方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体の高集積化に伴い、ウエハ上に描
かれた回路パターンに次に転写しようとする回路パター
ンを高精度に位置合わせして露光転写する必要がある。

【０００３】従来、回路パターン近傍に位置決め用のパ
ターン（アライメントパターン）を設け、その位置決め
用パターンの位置を検出してウエハを次に転写しようと
する回路パターンに位置合わせしていた。

【０００４】従来の露光装置の構成と検出パターンの一
例を図６以降に示し説明する。図６において、１は試料
としての半導体ウエハ（以下、単にウエハという）、２
は被投影体としての回路パターン描画レチクル、３は回
路パターン縮小投影するためのレンズ、４はアライメン
トパターン２２，２３を検出するパターン検出器であ
る。５はウエハ１を載置するステージで、Ｘ，Ｙ，Ｚの
各方向へ移動可能に構成されている。６は露光照明系、
９ａはステージ７をＸの方向へ駆動するモータ、８ａは
モータ９ａに対応してステージ７のＸ方向位置計測を行
うレーザ測長器である。そのほかのＹ方向のアライメン
トパターンを検出するパターン検出器４'、ステージの
Ｙ，Ｚ方向へ移動制御するためのモータ９ｂ，９ｃ及
び、Ｙ方向の位置測定を行うレーザ測長器８ｂは省略し
てある。１１はレーザ測長器８ａ，８ｂの測長データを
基にモータ９ａ，９ｂおよび制御するステージ制御系で
ある。

【０００５】上記構成からなる露光装置において、露光
を行うには、まず、縮小レンズ３の結像面にウエハ１の
上面を合わせ、ついでウエハ１上のアライメントパター
ン２２と回路パターン描画マスク２に設けられたパター
ン２３の位置とのズレをパターン検出器４で検出し、検
出したずれ量がゼロになるようにステージ制御系１１が
ステージ５を移動して回路パターン描画レチクル２との
位置合わせを行う。つづいて露光照明系６のシャッター
を開いて露光が行われる。

【０００６】上記露光に際して行われる縮小レンズ５の
結像面とウエハ１上面との位置合わせは、まず、ステー
ジ制御系１１によりステージ７をレチクル２の結像位置
にＺ方向へ移動し、ウエハ１の上面位置の高さを保持す
るように制御する。続いて、パターン検出器４でウエハ
上の位置合わせマークを検出し、所定の位置に対するウ
エハのズレを求め、そのズレ量が０になるようにステー
ジ５を移動する。この検出と移動を繰り返し、ズレ量が
許容値以下になったとき露光転写を行う。

【０００７】一方、位置検出パターン２２，２３からそ
のパターンのズレ量を求める方法は、走査した１ライン
上の波形が図７に示すようになり、Ｘ方向のレチクルと
ウエハのズレ量は△ｘ＝（Ｗ１−Ｗ２＋Ｗ４−Ｗ５）と
なる。したがって、Ｗ１＝Ｗ５，Ｗ２＝Ｗ４のときズレ
量がゼロとなる。このようなパターン検出方法（例え
ば、特開昭６０−１４０８２６号公開）が提案されてい
る。しかし、露光を行うウエハ上にはレジストが塗布さ
れており、そのレジストが必ずしも均一に塗布されてい
ない。高精度な検出が要求されると、レジストの塗布ム
ラも無視できなくなるが、それを補正する方法等に付い
ては触れられていない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ウエハ上にレジストを
塗布するには、スピナ（ウエハを回転させその上にレジ
ストをたらす事により、ウエハ面に均一にレジストを塗
布する装置）によって、ウエハ面にレジストを均一に塗
布しようとするが、レジストはウエハの回転により、中
心から外側に放射状に流れる。その場合、ウエハ上が平
坦であればレジストも均一になるが、レジストの流れる
方向と直角あるいは斜め方向にパターンがあるとレジス
トは図３に示すように凸状になったり、凹んだりする。
このレジストの凹凸はレンズと同様な効果を示し、パタ
ーンの見える位置がシフトする。これにより、回路パタ
ーン間の高精度な位置決めができないという問題があっ
た。本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、特に、半
導体ウエハ等に微細パターンを露光転写する露光装置に
おいて、位置検出用パターン位置を高精度に求めること
ができ、それにより製品の品質の向上を図ることができ
るパターン検出方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のパターン検出方法は、レジスト塗布時にレ
ジストが流れる方向と同じ方向に長い形状にパターン
、レジストの流れと直角方向のパターン、及び、上
記２つのパターンの間に形成される一つ以上のパターン
を含む放射状のパターンをウエハ上に放射状に配置形
成し、パターン位置合わせ時に各放射状のパターンを２
次元的に検出し、のパターンとのパターンの交点
と、のパターンとのパターンの交点から、そのズレ
を求める事によりレジストの塗布ムラによるパターン検
出位置のシフト量を補正しようとするものである。

【００１０】

【作用】上記放射状のパターン位置を検出し、さらにレ
ジストの流れる方向と同方向のパターンを基準として、
他のパターンとのそれぞれの交点から、Ｘ／Ｙ方向の位
置を検出することにより、ウエハ上に塗布されたレジス
トのムラの影響を低減し、高精度な検出が可能となり、
高集積化及び、高品質化に寄与できる。

【００１１】

【実施例】露光装置は図６に示すように、ステージ５上
にウエハ１を搭載してＸ方向の位置を測定するレーザ測
長器８ａ（図には示していないがＹ軸方向の８ｂもあ
る）によりステージ５の位置を正確に測長し、その測長
値をステージ制御系１１に取り込み、該制御系ではＸ軸
方向のステージ駆動モータ９ａ（図には示していないが
Ｙ軸方向の９ｂもある。）を駆動することによって、ウ
エハを所定の位置に移動する。その状態でウエハ上の位
置検出用パターン１ａ〜１ｄを２次元センサを用いて検
出する。そのパターンを以下の述べるパターン位置検出
方法を用いることによりレチクル２とウエハ上のパター
ンを位置合わせし、露光照明系６のシャッターを開け露
光する。この位置合わせを行うときに必要なパターン位
置の検出方法である本発明の一実施例を図１から図５を
参照して以下説明する。

【００１２】図１は本発明で使用するウエハ上に設ける
放射状の位置合わせ用パターン及び、放射状パターンの
それぞれの位置でパターンの中心位置を検出し、さらに
検出した各点を一次近似したときの近似直線を示す。図
２はウエハ上に上記放射状のパターンを配置した図、図
３はウエハ上の凸パターンによりレジスト塗布ムラが生
じたときのパターン検出波形、図４はウエハ上に凸パタ
ーンがあってもレジストの流れる方向により塗布ムラが
生じない場合のパターン検出波形、図５はレジストの流
れる方向に対するパターンの角度と検出位置の変化を示
した図である。また、露光装置の構成及び、露光装置内
のパターン検出器の位置関係は図６の従来の装置と同様
である。ただし、放射状パターンを検出するために検出
には２次元センサまたは、１次元センサの集まりによっ
て放射状のパターンを検出できるように構成したものと
する。したがって、以下の説明は２次元センサによって
検出するものとして説明する。

【００１３】図１において、ウエハ１上の放射状パター
ン１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは、図２に示すようにウエハ
中心位置から放射状方向のパターンを持っている。図１
のレジストの流れる方向１２に対してパターン１ａは水
平方向にありレジストの塗布ムラは図４に示すように生
じない。しかし、レジストの流れる方向１２に対して垂
直方向のパターン１ｂは図３に示すようにレジストの塗
布ムラを生じ、パターン検出位置が真値から△ｘずれた
形で検出される。そこで、２次元センサで取り込んだ図
１（ａ）の放射状パターンのそれぞれのパターンの中心
位置を波線１３で示す範囲において検出すると、図１
（ｂ）に示すパターン１ａの中心位置を検出しその検出
した各点の一次近似直線は、ズレが生じていないのでパ
ターンの真の位置を示している。同様にパターン１ｂの
中心位置を検出しその検出した各点の一次近似直線１７
を求めると、図３で示したように真のパターン中心位置
から△ｘのズレが生じたところになる。さらに、レジス
トの流れ方向と４５度方向のパターン１ｃに付いて同様
の処理を行うと、真の中心位置１８に対して△ｘ’のズ
レたところに一次近似直線１５が求まる。この図１
（ｂ）に示すパターン検出位置の交点付近を拡大したも
のが図５（ａ）である。

【００１４】レジストの流れ方向１２と同じ方向のパタ
ーンを０度とすると、４５度方向のパターンの検出位置
１５と０度方向パターン検出位置の交点から、９０度方
向パターン検出位置の距離を△ｘ９０とすると、これは
図５（ｂ）に示すような関係になる。すなわち、レジス
ト膜厚ｔ０の時に９０度方向のパターン検出位置のズレ
量は△ｘであり、４５度パターンの交点のズレ量は△ｘ
４５であり、その関係は

【００１５】

【数１】△ｘ＝△ｘ９０＋△ｘ４５ となる。そこで、あらかじめレジストの無いウエハでの
パターン間距離Ｌｘとそのウエハにレジストの厚さｔ
０，ｔ１，ｔ２、・・・・を塗布したもののパターン間
距離Ｌｘ’を測定し、その差から図２に示すようなパタ
ーン位置と塗布ムラがある場合のパターン検出位置（０
度相当位置）を測定しておきレジスト塗布ムラによる見
かけ上の伸びまたは収縮の量から上記シフト量△ｘ，△
ｘ９０，△ｘ４５度を求め、実ウエハ上の検出値のズレ
量△ｘ９０から△ｘを求める。

【００１６】即ち、レジストの塗布ムラにより生ずるパ
ターンの検出位置シフト量を予め求めておいたシフト量
の変化と、レジスト塗布ムラの影響を受けない０度方向
パターン、４５度方向パターン及び、９０度方向パター
ンを用いて、ウエハ上のレジスト厚が不明でもその相対
ズレ量から９０度方向パターンのズレ量を補正すること
ができ、パターン中心値を正確に求めることが可能にな
る。

【００１７】尚、上記実施例ではレジストの流れる方向
と同方向（０度方向）、９０度方向、４５度方向に長い
パターンについて述べたが、０度方向のパターンは必要
とするが他の方向については２つ以上の異なる角度を持
ったパターンを設けておくことにより、上記検出補正が
可能となる。

【００１８】

【発明の効果】本発明は、以上説明したような方法によ
り、パターン検出時のレジスト塗布ムラの影響を低減す
ることができ、その結果高精度な位置合わせが可能にな
り、高精密及び、高品質な半導体製品の製作に寄与する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に用いる放射状位置検出パターンとパタ
ーン検出中心位置の説明図である。

【図２】放射状位置合わせパターンのウエハ上への配置
を示す図である。

【図３】レジスト塗布ムラによりパターン検出中心位置
がパターン中心位置に対して△ｘズレることを説明する
図である。

【図４】レジスト塗布ムラが無くパターン検出中心位置
とパターン中心位置が一致していることを説明する図で
ある。

【図５】９０゜方向パターンと４５゜方向パターンの検
出位置から９０゜方向パターンの位置を求める方法の説
明図である。

【図６】露光装置の構成を示す図である。

【図７】従来の検出パターンと検出方法を説明する図で
ある。

【符号の説明】

１…ウエハ（試料）、１ａ…０゜方向パターン、１ｂ…
４５゜方向パターン、１ｃ…１３５゜方向パターン、１
ｄ…９０゜方向パターン、２…レチクル（パターン描画
マスク）、３…縮小レンズ、４…パターン検出系、５…
Ｘ／Ｙ／Ｚステージ、６…露光照明系、７…レジスト、
８…レーザ測長器、９…ステージ駆動用モータ、１０…
メイン制御部、１１…ステージ制御系、１２…レジスト
の流れる方向、１３…パターン中心検出エリア、１４…
０゜方向パターン検出中心、１５…４５゜方向パターン
検出中心、１６…１３５゜方向パターン検出中心、１７
…９０゜方向パターン検出中心、１８…４５゜方向パタ
ーン中心、１９…１３５゜方向パターン中心、２０…９
０゜方向パターン中心、２１…９０゜方向パターン検出
中心、２２…ウエハアライメントパターン、２３…レチ
クルアライメントパターン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ウエハ上のパターンを検出し、該パターン
   が特定の位置になるように位置決めし、パターンをウエ
   ハ上に露光転写する装置において、ウエハ上に設けたレ
   ジスト塗布時のレジストの流れる方向と同じ（０度）方
   向、及び、レジストの流れる方向と、同方向から９０度
   までの間の内の２方向以上に放射状に延びる直線上のパ
   ターンと、各パターンの直線方向の位置を検出する手
   段、及び、各パターンの直線方向位置の交点を求める手
   段により、各パターンの交点のズレ量を求め、そのズレ
   量からパターン検出位置を補正することを特徴とするパ
   ターン位置検出方法。