JPH0837148A - 逐次移動式投影型露光装置によるパターニング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 細長いパターンを充分に大きな縮小率で投影
露光することができ、したがって微細なパターニングを
高精度に行うことができるようにする。 【構成】 逐次移動式投影型露光装置により同一の単位
パターン１２を一枚のウェハ２上に位置をずらしながら
次々と露光していくパターニング方法において、１つの
フォトマスクに１つの単位パターンを複数の分割パター
ン１２ａ，１２ｂに分けて形成しておき、ウェハ上にて
各分割パターンが隣接して連続する１つの単位パターン
を構成するように露光することで１単位分のパターニン
グを行う。この時、各分割パターンの相互接続部分には
隣接パターン間の位置ずれ測定用マークパターン１３
ａ，１３ｂを含ませておき、現像後に前記パターンによ
り形成された測定用マーク１５を観察して位置ずれを測
定し、そのデータをその後のパターニング工程での逐次
移動式投影型露光装置の位置制御の補正情報とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、さまざまな集積回路や
薄膜磁気ヘッドなどの微小デバイスの製造プロセスにお
いて多用されている逐次移動式投影型露光装置によるパ
ターニング方法の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】さまざまな集積回路や薄膜磁気ヘッドな
どの微小デバイスの製造プロセスにおいては、逐次移動
式投影型露光装置（ステッパーと呼ばれている）による
パターニング工程が何回も行われる。係るパターニング
の基本は、ウェハに塗布されたフォトレジスト上に露光
装置を用いて回路パターンや機構パターンを露光して現
像し、レジストを選択的に除去して露光パターン通りの
レジスト膜を得る工程である。

【０００３】そして、逐次移動式投影型露光装置は、同
一のウェハ上に位置をずらしながら同一の回路パターン
を次々と露光するための装置であり、フォトマスクの回
路パターン像を縮小または等倍でウェハ上に投影する光
学系と、ウェハの位置を相対的に精密に移動させる数値
制御式の位置決め変位機構とを基本的に備えている。

【０００４】また、ウェハ上に微細なパターン（回路パ
ターンや機構パターンを含む）を高精度に形成するため
には、ウェハ上のパターンの実寸法に対してフォトマス
クのパターン寸法が大きいほうが良い（実寸法に対する
マスクパターンの拡大率が大きいということは、露光時
の縮小率が大きいことと同じである）。ただし、露光装
置のマスク面における有効露光エリアの寸法には限度が
あるので、使用する装置の有効露光エリアに収まる範囲
でパターン拡大率のできるだけ大きなフォトマスクを用
いて、高精度なパターニングを行うようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】通常の露光装置におけ
るマスク面の有効露光エリアは正方形であり、パターニ
ングしようとする回路パターンが正方形であれば、有効
露光エリアを無駄なく活用したできるだけ大きな拡大率
のマスクパターンを設計することができる。しかし、縦
横比の大きな細長い外形のパターンを露光する場合、マ
スクパターンの拡大率を充分に大きくすると、細長いマ
スクパターンの長辺寸法が正方形の有効露光エリアから
はみ出してしまうので、有効露光エリアに大きな非使用
エリアがあっても、細長いマスクパターンの長辺寸法が
有効露光エリアに収まるようにマスクパターンの拡大率
を小さく設定しなければならなかった。したがって、細
長いパターンを充分に大きな縮小率で投影露光すること
ができず、微細なパターニングを高精度に行うことが難
しかった。

【０００６】本発明は、上記した背景に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、上記した問題点を解
決し、細長いパターンを充分に大きな縮小率で投影露光
することができ、また微細なパターニングを高精度に行
うことができ、さらには必要に応じて製品製造中或いは
製造後の品質管理を行うこともできるようにした逐次移
動式投影型露光装置によるパターニング方法を提供する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、本発明に係る逐次移動式投影型露光装置によるパ
ターニング方法では、逐次移動式投影型露光装置により
同一の単位パターンを一枚のウェハ上に位置をずらしな
がら次々と露光していくパターニング方法において、１
つのフォトマスクに１つの単位パターンを複数の分割パ
ターンに分けて形成しておき、ウェハ上にて各分割パタ
ーンが隣接して連続する１つの単位パターンを構成する
ように位置をずらしながら複数回露光することで１単位
分のパターニングを行うとともに、前記各分割パターン
の相互接続部分には隣接パターン間の位置ずれ測定用マ
ークを含ませておき、現像後に前記マークにより隣接パ
ターン間の位置ずれを測定し、その位置ずれデータをそ
の後のパターニング工程での逐次移動式投影型露光装置
の位置制御の補正情報とするようにした。

【０００８】そして前記位置ずれ測定用マークとして
は、例えば隣接する２つの分割パターンにより構成され
る二重同心マークを用いることができる。また、別の構
成としては、隣接する２つの分割パターンにそれぞれ形
成されたピッチの微少に異なる目盛マークが隣接するも
のとしてもよい。

【０００９】

【作用】フォトマスク上では単位パターンが複数の分割
パターンに分れているが、ウェハの位置をずらしながら
各分割パターンの像を順次露光することで、ウェハ上で
は各分割パターンが隣接して連続し、目的の単位パター
ンの露光が行われたことになる。この時、ウェハ上で各
分割パターンが相互に位置ずれなく高精度に連続するこ
とが重要であるが、前記位置ずれ測定用マークを用い、
あるワークについての位置ずれを測定し、そのデータを
次のワークのパターニング時の位置制御の補正情報とし
て活用することで、高精度化を実現することができる。

【００１０】また、一般に上記位置ずれは、ウェハ上の
各単位パターン形成位置で異なる。そこでより正確な位
置制御（補正）を行うためには、予めダミーウェハを用
いてすべてのパターン形成位置に実際に露光等してパタ
ーンを製造し、その時に同時に形成される測定用マーク
を測定し、使用した露光装置の各ウェハ上の各場所での
露光（ショット）の位置ずれを求め、記憶する。そして
かかる各位置に対する補正値を用いて上記位置制御を行
う。

【００１１】

【実施例】以下、本発明に係る逐次移動式投影型露光装
置によるパターニング方法の好適な実施例を添付図面を
参照にして詳述する。図１は本実施例を実施するための
露光装置の一例を示している。同図に示すように、この
露光装置（ステッパ）は、Ｘ−Ｙステージ１の上にウェ
ハ２を載置し、水平平面内で移動可能となっており、所
定方向に所定ステップ幅ずつ移動させながら、このウェ
ハ２上の各位置にマスク３上に形成されたマスクパター
ン４を転写（露光）するようになっている。すなわち、
光源５から出射された光をレンズ６で平行高速にしてマ
スク３を透過させ、さらに縮小投影レンズ７を通過させ
ることにより、マスク３に形成したパターン４と相似の
縮小されたパターンを、ウェハ２上に塗布されたレジス
トの所定位置に照射させ、露光させる。

【００１２】また、上記Ｘ−Ｙステージ１は、Ｘ−Ｙス
テージ駆動・制御部８からの制御信号を受けて、上記し
た１回の露光処理が終わる都度所定方向に所定ピッチだ
け移動されるようになっている。これにより、ウェハ状
のパターン形成エリア中のすべての場所に同一のマスク
３を用いて露光処理が行われ、同一パターンが形成され
る。

【００１３】ところで、上記の露光装置におけるＸ−Ｙ
ステージ１による移動距離は、±０．１〜０．２μｍ程
度の精度誤差がある。そして、係る精度誤差により、ウ
ェハ２上に実際にパターンを露光した際に位置ずれを生
じる。しかし、本発明者らが知得したところによると、
係る位置ずれは、装置固有のものであり、しかも、ウェ
ハ２の各場所で異なる。さらに、このように各場所で異
なるものの、同一場所での位置ずれは、そのずれ方向並
びに距離が、毎回ほぼ同じに現れることがわかった。

【００１４】そこで本発明では、Ｘ−Ｙステージ駆動・
制御部８に補正情報メモリ９を接続し、各場所での位置
ずれに基づく補正情報を格納しておき、露光処理をする
ためにＸ−Ｙステージ１を移動させる際には、係る補正
情報を加味して駆動制御を行い、ウェハ２上の正しい位
置にパターンを露光できるようにしている。なお、図中
符合１０は、入力装置であり、上記補正値を補正情報メ
モリ９に格納するようにしている。また、補正情報メモ
リ９には、その補正値に対応するパターン形成位置情報
も対にして格納する必要があるが、それもこの入力装置
１０を介して行われる。

【００１５】次に、具体的な例をあげて説明する。図２
（Ａ）の例において、符号３´の正方形は露光装置にお
けるマスク面における有効露光エリアである。また符号
１２の長方形は、精度面で望ましい拡大率で作成したフ
ォトマスクの単位パターンである。細長い単位パターン
１２の長辺寸法が有効露光エリア３´より大きく、パタ
ーン１２がエリア３´からはみ出すので、このマスクパ
ターンの拡大率ではパターニングすることができない。
そのため従来はマスクパターンの拡大率をより小さくし
てパターニングしている。

【００１６】しかし本発明においては、同図（Ｂ）に例
示するように、拡大率の大きな細長い単位パターン１２
を分割パターン１２ａ，１２ｂに中央から２分割し、分
割パターン１２ａの下に分割パターン１２ｂを配置した
フォトマスクを作成し、正方形の有効露光エリア３´内
に分割パターン１２ａ，１２ｂが同時に収まるようにす
る。

【００１７】そして同図（Ｃ）に例示するように、ウェ
ハ２上に単位パターン１２を１回パターニングするため
に、まずフォトマスクの分割パターン１２ｂを遮光した
状態で分割パターン１２ａの像をウェハ２上に露光する
（この露光でウェハ２上に形成されるパターンを実パタ
ーン１４ａとする）。次にＸ−Ｙステージ駆動・制御部
９からの制御信号を受けてＸ−Ｙステージが所定方向に
移動することにより、ウェハ２を２次元に所定量だけ変
位させる。そして、フォトマスクの分割パターン１２ａ
を遮光した状態で分割パターン１２ｂの像をウェハ２上
に露光する（この露光でウェハ２上に形成されるパター
ンを実パターン１４ｂとする）。これにより、実パター
ン１４ａ，１４ｂが一直線に並ぶように形成され、単位
パターン１２に対応する細長な実パターンが形成され
る。

【００１８】このように本例では２回の露光操作でウェ
ハ２に１つの単位パターンが形成されることになるの
で、以後、同じ操作をウェハ２の位置をずらしながら逐
次行うことで、図２に例示するように、ウェハ２上に実
パターン１４ａ，１４ｂからなる多数の単位パターンを
形成することができる。

【００１９】ここで重要なことは、実パターン１４ａと
実パターン１４ｂとが正確に隣接・連続して前述の単位
パターンに対応する実パターンを正確に形成することで
ある。そのためには１回目の露光から２回目の露光に移
る際のウェハ２の２次元移動量を正確に制御する必要が
あり、係る点が本発明の特徴の一つである。

【００２０】そこで、２回の露光操作で１つの単位パタ
ーンを形成する際のウェハ２の位置決め制御について詳
述する。まずフォトマスク上の２つの分割パターン１２
ａ，１２ｂの配置寸法、両分割パターンの寸法、投影縮
小率などから、２回目の露光に際してウェハ２をどれだ
け移動させなければならないかを計算することができ、
その計算結果に従って数値制御装置（実際にはこの数値
制御装置はＸ−Ｙステージ駆動・制御部９内に内蔵され
ている）のプログラムを組んでおくことになる。そして
この数値制御装置の演算結果に基づいてＸ−Ｙステージ
駆動・制御部９がＸ−Ｙステージ１を所定方向に移動さ
せるのであるが、このようなオープンループ制御だけで
は充分な精度を実現することが難しいので、次のような
補正制御も行う。

【００２１】すなわち、図２（Ｂ）に示すように、各分
割パターン１２ａ，１２ｂの相互接続部分に隣接パター
ン間の位置ずれ測定用マークパターン１３ａ，１３ｂを
形成しておく。そして、あるウェハ２のパターニングを
終了して現像すると、同図（Ｃ）に示すように、両実パ
ターン１４ａ，１４ｂの境界線上に測定用マーク１５が
形成される。そこで、その後に顕微鏡などによってウェ
ハ２上の実パターンを観察し、そのパターン中に含まれ
ている前記測定用マーク１５により隣接パターン間の位
置ずれを測定する。そして、この測定結果からウェハ２
の移動制御の補正量を求め、入力装置１０を介して位置
情報とともに補正情報メモリ９に格納する。

【００２２】次のワークに対するパターニング工程で
は、その補正量を加えて数値制御装置を動作させる。こ
のように実際に生じた位置ずれに基づいてワーク移動量
を逐次補正していくことで、高精度なパターニングを実
現することができる。そして、上記測定用マーク１５や
それを形成するためのパターンの一例を示すと、図３に
示すようになっている。

【００２３】すなわち、図４（Ａ）に示すように、一方
の分割パターン１２ａの境界線には正方形のパターン１
３ａを形成し、他方の分割パターン１２ｂの境界線には
ロ字状のパターン１３ｂを形成する。そして、各パター
ン１３ａ，１３ｂは、ともに各境界線で線対称になり、
境界線同士を接続、すなわち、正規の状態で露光した場
合に両者の中心が一致するように形成されている。ま
た、図中ハッチングで示す部分がメタルなどにより遮光
された部分である。

【００２４】そして、２回の露光操作により、それぞれ
パターン１３ａ，１３ｂ部分に対応するウェハ２上所定
位置が露光されるが、そのパターン１３ａ，１３ｂは分
割パターン１２ａ，１２ｂの境界線上に位置するため、
結局多重露光され、２回の露光操作で光が１度も照射さ
れなかった部分が、測定用マーク１５となる。

【００２５】これにより、同図（Ｂ）に示すように、現
像後に隣接する２つの分割パターンにより構成される正
方形の二重同心マークが形成される。そして、外側輪郭
線１５ａが分割パターン１２ａに含まれるマークにより
形成され、内側輪郭線１５ｂが分割パターン１２ｂに含
まれるマークにより形成される。分割パターン１２ａに
よる実パターン１４ａと分割パターン１２ｂによる実パ
ターン１４ｂとが正確に連続していれば、外側輪郭線１
５ａと内側輪郭線１５ｂとが正確に同心配置になる。そ
こで、輪郭線１５ａと１５ｂのＸ軸方向の間隔Ｄｘおよ
びＹ軸方向の間隔Ｄｙとを測定すれば、Ｘ軸およびＹ軸
方向のずれ量を求めることができる。

【００２６】そして、各軸方向のずれ量の補数が補正値
となるので、係る値を測定位置（アドレス）とともに入
力装置１０を介して補正情報メモリ９に格納する。する
と、メモリ内では例えば図５に示すようなテーブル状に
データが記憶保持され、その後の露光処理では、Ｘ−Ｙ
テーブル駆動・制御部８から露光使用する位置（アドレ
ス）に基づいてアクセスされ、それと対になる補正値が
読み出されるようになる。

【００２７】また、位置ずれ測定用マークは、上記した
ものに限ることなく例えば図６に示すようなものを用い
ることもできる。この図示の例では、２つの分割パター
ンにそれぞれ形成されたピッチの微少に異なる目盛マー
クがウェハ２上で隣接するように配置されるようにした
ものである。すなわち、同図（Ａ）に示すように、各分
割パターン１２ａ，１２ｂの境界線上所定位置にＸ軸目
盛マーク用パターン１７ａ，１７ｂと、Ｙ軸目盛マーク
用パターン１６ａ，１６ｂを形成する。この例でも、ハ
ッチング部分がメタルが塗布され遮光される部分であ
る。そして、当該境界線近傍が多重露光されることによ
り、一度も光が照射されなかった部分に所定のマークが
形成される。

【００２８】つまり、実パターン１４ａに含まれるＸ軸
目盛マーク１９ａと実パターン１４ｂに含まれるＸ軸目
盛マーク１９ｂとが隣接対向し、両実パターン１４ａ，
１４ｂを跨ぐようにしてＹ軸目盛マーク１８ａ，１８ｂ
とが隣接対向する。そして、係る一対の目盛マークはノ
ギスやマイクロメータの目盛と同様に機能し、このマー
クを顕微鏡などで観察すれば、別個の測距目盛手段がな
くても、被観察物自体に測距用の目盛があるので、前述
の位置ずれ測定が簡単に行える。なお、各マーク１８
ａ，１８ｂ，１９ａ，１９ｂは、ゼロ点位置を明確にす
べく少なくとも基準位置のマークの長さを長くしてい
る。

【００２９】図７は、本発明を実施して得られる２分割
された実パターンの具体例を示している。この例では、
薄膜磁気ヘッドのヘッド素子パターンを製造する例を示
している。公知のように、薄膜磁気ヘッドは、各ヘッド
素子パターン２０を横一列に所定数並ぶように形成し、
その両端に切削時の基準位置となるダミーマーク２１を
形成する。そして、両端のダミーマーク２１の切削状態
を、顕微鏡による目視や、抵抗を測定することになどに
より監視しながら切削を行い、平行出しを行うようにし
ている。これにより、各ヘッド素子パターン２０のギャ
ップ深さ長を一定にすることができるのであるが、その
前提として各ヘッド素子パターン２０が、横方向に整列
している必要がある。

【００３０】そこで、本発明のように、一方の分割パタ
ーン１２ａ´により左側半分を露光し、他方の分割パタ
ーン１２´ｂにより右側半分を露光し、それに基づいて
パターンを製造すると、分割された部分では、フォトマ
スクにより４つのヘッド素子パターン及びダミーパター
ンの位置は、高精度に保たれており、さらに、両分割パ
ターンにより製造された実パターン同士は、上記補正処
理により、やはり、精度良くその位置出しが行われる。
よって、横一列に並んだヘッド素子パターンの位置精度
は正確になり、ダミーマークを用いて平行出しを精度良
く行うことにより、各ヘッド素子パターンのギャップ深
さ長を等しくすることができる。なお、図中符合２２は
測定用マークである。

【００３１】なお、上記した各実施例等では、いずれも
２分割した例について説明したが、本発明では、３分割
以上にしてももちろんよい。

【００３２】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る逐次移動式
投影型露光装置によるパターニング方法では、フォトマ
スク上では単位パターンが複数の分割パターンに分れて
いるが、ウェハの位置をずらしながら各分割パターンの
像を順次露光することで、ウェハ上では各分割パターン
が隣接して連続し、目的の単位パターンの露光が行われ
たことになる。このときウェハ上で各分割パターンが相
互に位置ずれなく高精度に連続することが重要である
が、前記位置ずれ測定用マークを用いてあるワークにつ
いての位置ずれを測定し、そのデータを次のワークのパ
ターニング時の位置制御の補正情報として活用すること
で、高精度化を実現することができる。つまり、細長い
パターンを充分に大きな縮小率で投影露光することがで
き、したがって微細なパターニングを高精度に行うこと
ができる。

【００３３】さらに、実際の製品製造時にも上記測定用
マークを形成しておくことで、最終製品の製造途中或い
は製造後に寸法精度を検査することができる。すなわ
ち、品質管理用のマークとしても使用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のパターニング方法の一実施例を示す説
明図である。

【図２】本発明における位置ずれ測定用マークの第１実
施例の説明図である。

【図３】本発明における位置ずれ測定用マークの第２実
施例の説明図である。

【符号の説明】

２ ウェハ ３´ マスク面における有効露光エリア １２ 単位パターン １２ａ，１２ｂ 分割パターン １４ａ 分割パターン１２ａによる実パターン １４ｂ 分割パターン１２ｂによる実パターン １５ａ，１５ｂ，１８ａ，１８ｂ，１９ａ，１９ｂ 位
置ずれ測定用マーク

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成７年３月１０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のパターニング方法を実施するための装
置の一例を示す説明図である。

【図２】本発明の第１実施例を説明する図である。

【図３】本発明の第１実施例を説明する図である。

【図４】本発明の第１実施例に用いられる位置ずれ測定
用マークの説明図である。

【図５】補正情報メモリのメモリ構造を示す図である。

【図６】本発明の第２実施例に用いられる位置ずれ測定
用マークの説明図である。

【図７】本発明の実際の使用態様の一例を説明する図で
ある。

【符号の説明】 ２ ウェハ ３´ マスク面における有効露光エリア １２ 単位パターン １２ａ，１２ｂ 分割パターン １４ａ 分割パターン１２ａによる実パターン １４ｂ 分割パターン１２ｂによる実パターン １５ａ，１５ｂ，１８ａ，１８ｂ，１９ａ，１９ｂ 位
置ずれ測定用マーク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０３Ｆ 9/00 Ｈ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 逐次移動式投影型露光装置により同一の
   単位パターンを一枚のウェハ上に位置をずらしながら次
   々と露光していくパターニング方法において、 １つのフォトマスクに１つの単位パターンを複数の分割
   パターンに分けて形成しておき、ウェハ上にて各分割パ
   ターンが隣接して連続する１つの単位パターンを構成す
   るように位置をずらしながら複数回露光することで１単
   位分のパターニングを行うとともに、前記各分割パター
   ンの相互接続部分には隣接パターン間の位置ずれ測定用
   マークを含ませておき、現像後に前記マークにより隣接
   パターン間の位置ずれを測定し、その位置ずれデータを
   その後のパターニング工程での逐次移動式投影型露光装
   置の位置制御の補正情報とすることを特徴とする逐次移
   動式投影型露光装置によるパターニング方法。
2. 【請求項２】 前記位置ずれ測定用マークは隣接する２
   つの分割パターンにより構成される二重同心マークであ
   ることを特徴とする請求項１に記載の逐次移動式投影型
   露光装置によるパターニング方法。
3. 【請求項３】 前記位置ずれ測定用マークは隣接する２
   つの分割パターンにそれぞれ形成されたピッチの微少に
   異なる目盛マークが隣接するものであることを特徴とす
   る請求項１に記載の逐次移動式投影型露光装置によるパ
   ターニング方法。