JPS6214935B2 - - Google Patents

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JPS6214935B2
JPS6214935B2 JP54129985A JP12998579A JPS6214935B2 JP S6214935 B2 JPS6214935 B2 JP S6214935B2 JP 54129985 A JP54129985 A JP 54129985A JP 12998579 A JP12998579 A JP 12998579A JP S6214935 B2 JPS6214935 B2 JP S6214935B2
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JP
Japan
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wafer
pattern
mask
component
top surface
Prior art date
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Application number
JP54129985A
Other languages
English (en)
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JPS5655041A (en
Inventor
Sunao Ishihara
Eitaro Kawaguchi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NTT Inc
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication of JPS5655041A publication Critical patent/JPS5655041A/ja
Publication of JPS6214935B2 publication Critical patent/JPS6214935B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10PGENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P95/00Generic processes or apparatus for manufacture or treatments not covered by the other groups of this subclass

Landscapes

  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体集積回路を製造する工程の中
の、ウエハ上に多層の微細パタンを形成する際の
高精度位置合せ露光の方法に関するものであり、
特に本発明は発散光束を用いる近接露光であつ
て、マスクとウエハの間隙を制御することで、パ
タンの転写倍率を微小に変えることができること
を利用した位置合せ露光法に関するものである。
半導体集積回路の製造工程において、ウエハ上
に種々の微細パタンを多層に形成するリソグラフ
イ工程では、微細なパタンを解像することと、多
層のパタン相互の位置を精密に合せることが必要
である。半導体集積回路の製造では、生産性を高
くし、製造コストと下げるため、一方では回路パ
タンをより微細化して集積度を下げ、他方ではウ
エハ径をより大きくしてウエハ1枚当りの回路数
を増やしてきた。
これに応じて、リソグラフイ工程では、解像力
を上げるために、従来の紫外線に代つて波長のよ
り短い軟X線を用い、またマスクの寿命を延し、
ウエハの歩留りを上げるために、密着露光法に代
つて近接露光法が用いられるようになつてきた。
軟X線を用いると近接露光法でも、例えば線幅1
μm以下のような微細な回路パタンの解像が可能
である。しかしながら、回路パタンの微細化に伴
つて多層のパタン間の位置合せ精度には益々厳し
いものが要求され、例えば前記の線幅1μm以下
のパタンでは合せ精度として±0.1μm程度が要
求される。
一方、その上に集積回路を形成するSiウエハ
は、多層のパタン形成の間のプロセスで、金属蒸
着膜の形成、酸化膜の付着、高温処理などが施さ
れると伸縮することは避けられない。伸縮量は微
小であるが、ウエハの径が大きくなり、かつ、前
記のようなオーダの位置合せとなると無視できな
い量となる。
従来の露光法においては、Siウエハの伸縮はそ
のまま回路パタンの位置合せ誤差となり、除去す
ることはできなかつた。また、発散光を用いるX
線露光において、X線源とマスク面の間の距離を
変えることによつて、ウエハの伸縮による位置ず
れを補償する方法が特開昭53−18970号に開示さ
れている。ところが、同方法により補償できる位
置ずれは、第5図に示すように径方向に半径に比
例した大きさの位置ずれ、即ちウエハが一様に伸
縮した時に発生する位置ずれであつて、第6図に
示すようにギヤツプの傾きに起因する不均一な位
置ずれはウエハ全面に亘つて補正できなかつた。
なお第5図、第6図において、矢印は位置ずれの
方向と大きさを示し、破線は投影されたパタンを
示す。
本発明は、このような欠点を除去するためにな
されたものであり、露光すべきパタンAを有する
マスクを、基準となるパタンBが既に焼き込まれ
たウエハと近接対向させ、マスク上方の点光源か
らの発散光束を用いてパタンBの上にパタンAを
重ねて焼き付けるX線露光法を用いて、パタンA
とパタンBを位置合せして露光するさい、次の手
順を行うことにより、パタンB焼き付け後のウエ
ハの伸縮に起因するパタン相互の位置ずれをウエ
ハ全面にわたつて補正することによりパタンAと
パタンBの位置合せを行うものである。なお以
下、対応する実施例中の記号を付して説明の便宜
を図る。
ウエハ上面に少なくとも3つの任意の点P1
P2,P3を設定する。
試し露光を行つた後、この各点においてウエ
ハ上面におけるパタンAとパタンBとのずれの
直交座標系による成分(Δx1、Δy1)(Δx2
Δy2)(Δx3、Δy3)を測定する。
上記の測定されたずれの成分と上記の各点の
位置の成分(R1、θ)(R2、θ)(R3、θ
)とを用いて、ウエハに対するマスクのずれ
の位置決め軸抱向の成分、即ちウエハ上面に対
する平行ずれ成分ΔX、ΔY、ウエハ上面に対
する回転ずれ成分Δθ、ウエハ上面に対する距
離のずれ成分ΔS及びウエハ上面に対する傾き
成分Δα、Δβを算出する。
これらの成分は、例えば実施例の説明中の式
(3)に示すように、各点の位置及び各点における
ずれの成分により、一義的に決定される。した
がつて式(3)のような幾何学的関係式を解くこと
により、各点の位置及び各点におけるずれの成
分から、ウエハに対するマスクのずれの成分が
算出される。
算出された各成分に基づいてマスクの位置を
修正し、パタンA及びBの位置ずれをウエハ全
面にわたつて補正する。
以下本発明の実施例を図面により詳細に説明す
る。
第1図は点光源による近接露光法の原理図で、
1は光源、2はマスク、3はウエハである。そし
て露光すべきマスク2上のパタン4は、既にウエ
ハ3上に焼き込まれているパタン5に位置合せさ
れた後、パタン4′の位置に転写される。即ち本
実施例では、パタン4′がパタン5の中心に挾み
込まれる場合を示す。
今、マスク2とウエハ3の間隔をS、光源1と
ウエハ3の距離をDとすると、半径Rの位置にあ
るマスク2上のパタン4は、放射状の光束によつ
て径方向にS、D、Rで決まる量だけシフトした
パタン4′の位置に投影される。換言すると、発
散光を用いる近接露光では、ウエハ上に転写され
たパタンは、マスクのパタンに対して、回路形成
上は無視できる程度の微小な倍率(第1図におい
て例えばD=120mm、S=20μmとすると1.00017
倍)で拡大されている。一方、ウエハ3上に既に
焼き込まれているパタン5は、ウエハ3の伸縮に
従つて径方向に位置が変化する。
本発明は、上記の露光法の特徴である微小な倍
率のかかつた転写という性質を、ウエハ伸縮に起
因するパタンの位置ずれ補正に利用しようとする
ものである。
以下、補正量の求め方を幾何学的に詳細に説明
する。第2図に示すように、ウエハ3の中心を原
点とする座標系で、極座標位置(R、θ)で表わ
される点Pにおいて、ウエハ3上のパタン5とパ
タン4の投影像パタン4′との間にの位置ずれを
詳細に描いたのが第3図である。第3図のP点に
おけるΔx、Δyには、それぞれマスク2とウエ
ハ3の直交軸方向の相対的な位置ずれΔx、Δ
y、マスク、ウエハの相対的回転誤差Δθおよび
マスク、ウエハの間隙の変化ΔS、または光源、
ウエハ間の距離変化ΔDとウエハの伸縮にもとづ
く径方向の位置シフトの各直線位置方向の成分が
含まれている。ここでマスク・ウエハの間隙S
は、ウエハ面に対してマスク面が平行から傾いて
いると、ウエハ上の位置によつて間隙が変化し、
ウエハ面を基準としてマスク面は、鉛直方向の平
行移動ΔSと、X・Y直交軸のまわりの傾き誤差
Δα、Δβで表わすことができる。
以上の誤差成分をまとめると、Δx、Δyは幾
何学的に次のような式で表わすことができる。
Δx=ΔX−Rsinθ・Δθ+R/Dcosθ・ΔS+R/Dsinθcosθ・Δα+R/Dcos2・Δβ ……(1) Δy=ΔY+Rcosθ・Δθ+R/Dsinθ・ΔS+R/Dsin2θ・Δα+R/Dsinθcosθ・Δβ ……(2) 上式において、右辺第3項以降の誤差成分は点
光源を用いる近接露光特有のものであり、その位
置ずれの方向がウエハの伸縮と同じ径方向であ
る。従つて、これを有効に利用することでウエハ
の伸縮があつても、ウエハ全体にわたつて、ウエ
ハ上のパタンとマスクパタンの投影像の位置合せ
を行うことが可能である。この(1)式と(2)式の右辺
には、6個の誤差成分ΔX、ΔY、Δθ、ΔS、
Δα、Δβが含まれており、Δx、Δyとして6
個のデータ、即ち3つの位置におけるX、Y方向
の転写パタンの相対的位置ずれが測定できれば、
6元連立方程式を解くことで、6つの誤成分を求
めることができる。
そこで、例えばあるマスク・ウエハの間隙Sで
別に設けたマークを精密に位置合せした後、試し
の露光、現像を行い、ウエハ上の少なくとも3ケ
所以上でX、Y方向の位置ずれを測定する。例え
ば第3図のようなパタンでは、図のa,b,c,
dを測ることにより、パタン4′のパタン5に対
する位置ずれを、Δx=a−b/2、Δy=d−c/2
とし て求めることができる。第4図に示すように、ウ
エハ3上の3点、P1(R1,θ),P2(R2,θ
),P3(R3,θ)におけるx、y方向の位置
ずれ(Δx1、Δy1)(Δx2、Δy2)(Δx3、Δy3
を測定し、次式(3)を解いて6つの誤差成分ΔX、
ΔY、Δθ、Δα、Δβを求める。なお、式(3)
は、式(1)、式(2)をマトリツクス表現に直したもの
にすぎない。
この結果をもとに、本露光の時にはマスク、ウ
エハの間隙をS−ΔSに、平行面から−Δα、−
Δβだけ傾けて設定し、別に設けたマークで精密
に位置合せした後、−ΔX、−ΔY、−Δθの補正
を加えて露光する。ΔX、ΔY、Δθの補正は、
本発明の本質には関係しない。ウエハのプロセス
による伸縮の補正はΔS、Δα、Δβに依つてい
る。即ち、これまでの記述で明らかなように、ウ
エハの伸縮による位置ずれ誤差は、マスク、ウエ
ハの間隙を変えることにより、ウエハ全面にわた
つて除去することができる。
なお、通常ウエハは一様に伸縮する量が不均一
に伸縮する量よりも大きいと考えられるが、不均
一な要因に存在することも確かである。また、も
し先行する露光が、ギヤツプが傾いた状況で行な
われていると、位置ずれは第6図に示すように不
均一な分布をしている。
以上詳細に説明したように、本発明方法によれ
ば点光源からの放射光束を用いる露光法におい
て、例えウエハの伸縮及びマスク.ウエハのギヤ
ツプの傾きがあつてもマスクとウエハの間隙を計
算で求めた量だけ補正することによつてウエハ全
面にわたつて位置合せを行うことができる極めて
大きな効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は点光源による近接露光法の原理図、第
2図、第3図、第4図は本発明位置合せ露光法の
一実施例を示す補正量の計算法の説明図、第5
図、第6図はウエハ上のパタンの位置ずれの例を
示す説明図である。 1……光源、2……マスク、3……ウエハ、4
……マスク2上の露光すべきパタン、4′……パ
タン4のウエハ5上への投影パタン、5……ウエ
ハ3上に既に焼き込まれているパタン、6……マ
スクパタン、ウエハパタンの位置ずれ測定素子。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 露光すべきパタンAを有するマスクを、基準
    となるパタンBが既に焼き込まれたウエハと近接
    対向させ、マスク上方の点光源からの発散光束を
    用いてパタンBの上にパタンAを重ねて焼き付け
    るX線露光法を用いて、パタンAとパタンBを位
    置合せして露光するさい、ウエハ上面に少なくと
    も3つの任意の点を設定し、試し露光を行つた
    後、この各点においてウエハ上面におけるパタン
    AとパタンBとのずれの直交座標系による成分を
    測定し、上記の測定されたずれの成分とウエハ上
    面における上記の各点の位置の成分とを用いて、
    これらの成分により一義的に決定されるウエハに
    対するマスクの位置決め軸方向のずれの成分、即
    ちウエハ上面に対する平行ずれ成分、ウエハ上面
    に対する回転ずれ成分、ウエハ上面に対する距離
    のずれ成分及びウエハ上面に対する傾き成分を算
    出し、算出された各成分に基づいてマスクの位置
    を修正し、パタン相互の位置ずれをウエハ全面に
    わたつて補正することによりパタンAとパタンB
    の位置合せを行うことを特徴とする位置合せ露光
    法。
JP12998579A 1979-10-11 1979-10-11 Positioning exposure Granted JPS5655041A (en)

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