JPS62252136A - 加工装置 - 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】 ｒ　にスロ日ａ）十＃−ド４璽蓼　） 本発明は基板の表面に積層された薄膜を部分的に除去す
る加工装置に関する。

（発明の背景） 近年、半導体素子製造のりソゲラフイエ程においては４
Ｍビットや１６Ｍピ、ト容量のメモリの生産に耐え得る
アライメント精度及び解像力を有する露光装置が要求さ
れてきている。この種の露光装置の多くは半導体ウェハ
上に多数回、マスク（又はレチクル）の回路パターンを
重ね合わせて露光していくが、段ね合わせの精度を支配
的に決定スルマスク（又はレチクル）とウェハとのアラ
イメント精度は、ウェハ上に形成されたアライメントマ
ークをいかに高精度に位置検出するかによって大きく変
化する。通常、ウェハのアライメント出することによっ
て行なわれる。しかしながら、露光前のウェハには必然
的にレジストが塗布されているため、アライメントマー
クの検出はレジストｒ＃（１〜２−程度の厚さ）を介し
て行なわれる。またレジスト層は、アライメントマーク
が微少な段差構造になることから、マーク周辺で膜厚が
不均一になることはさけられない。このためアライメン
トマークから発生する光情報がレジスト層の影響で弱く
なったり、薄膜固有の干渉効果がマーク近傍で顕著にな
ったり、あるいはマーク両側でレジスト膜厚のムラが非
対称になったりすること等によってアライメント精度（
マーク位置の検出精度）が低下しがちであった。

またウェハとでのパターンの微細化を計るために多層レ
ジストを使う場合等は、アライメントマークそのものが
露光波長の照明光のもとで光学的に見えなくなるといっ
だ現象も起り得るため、アライメント精度の確保はなか
なか難しい問題となっていた。

（発明の目的） 本発明は上記問題点を解決し、ウェハ等の基板とに積層
された薄膜を介して下地のパターン（アライメントマー
ク等）を見る（検出する）ことを不要とするために、裁
板との薄りのみを部分的に除去し得る加工装置を得るこ
とを目的とする。

（発明の概要） 本発明においては、薄ｇ！（レジスト等）を積層した基
板（ウェハ７）を保持する保持手段（ｘｙステージ９）
と、紫外域に発振波長を持つレーザ光（ＬＢ）を発生す
るレーザ光源（１）と、そのレーザ光（ＬＢ）を基板に
向ける光学系（対物レンズ６；ミラー５．５０；ビーム
スプリ、ター３）が設けられ、レーザ光（ＬＢ）が基板
上に照射されるような構成となっている。そして、基板
上の所望部分（例えばアライメントマークＳＸ。

ＳＹを含む領域４２）がレーザ光（ＬＢ）の照射を受け
るように基板とレーザ光（ＬＢ）とを相対的にアライメ
ントする位置決め手段（ＸＹステージ９；ステージコン
トローラ８；システムコント０−４１２　）をｍｓ＋、
−ｔ’のアライメントの後、照射制御手段（レーザ制御
系１５；シャ、ター４；光量計１１ニジステムコントロ
ーラ１２）Ｋ！って所望部分の薄膜のみが除去されるよ
うにレーザ憂（Ｔ、　Ｒ１小昭射ル白コ加ナス− 尚、本発明における薄膜とは、基板表面に単層で形成さ
れたもの、あるいは多層で形成されたもののいずれも含
むものであり、また多層膜の場合はその一番との単層も
しくは数層の除去すべき層を総称しているものとする。

さらに薄膜は本発明の実施例においてはレジストとする
が、その他有機物質（ポリイミド等）による膜や金属薄
膜であっても同様に実施可能である。

（実施例） 以下本発明の実施例による加工装置を第１図、第２図、
第３図を参照して説明する。第１図は加工装置の概略的
な構成を示すプロ、り図であり、レーザ光源１から射出
した紫外域に発振波長を有するレーザ光ＬＤは、可変絞
り２によって所定のビーム形状に成形された後、その大
部分がビームスプリ、り３を透過してシャ、ター４に至
るっシャ、ター４はレーザ光ＬＢを透過又は遮断させる
ものであり、シャ、ター４を透過したレーザ光はミラー
５で反射された後、対物レンズ６に入射する。対物レン
ズ６で結像されたレーザ光ＬＢはつエバ７上で絞り２の
開口形状となって、ウェハ７上のレジスト層を照射する
。このようなレジスト層を除去するレーザＩＬＢとして
は、−エキシマレーザ、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第３高調
波、：ｉ４高調波、アルゴンイオンレーザの５１４．５
　ｎｍの発振線の第２高調波等のように波長域１５０　
ｎｍ〜３６０ｆｉｍに発１をもつものが好適である。

さて、ウェハ７はステージコントローラＳにより制倒さ
れてＸ方向とｙ方回とに２次元的に移動するＸＹステー
ジ９のｋＫｆｉ、！される。ＸＹステージ９の位置はレ
ーザ干渉計等によって常時検出され、ステージコントロ
ーラ８に位置情報としてフィードバックされ、レーザ光
ＬＢの照射量１ｄはＸＹステージ９を動かすことによっ
てウェハ７上で例えば±０．０１．ｃｚの恰度で位置決
めされる。一方、ビームスプリッタ３で反射したわずか
な蛍のレーザ光は集光レンズｌＯによって光量計１１の
受光面に集められ、光ｆｆｉ＃ｔｔｌはその元ｆｆ１（
光強度）に応じた光；信号をシステムコントローラ１２
に出力する。システムコントローラ１２は、ステージコ
ントローラ８にウェハ７のレーザ光ＬＢに対する位置決
めのための指令を発するとともに、レーザ光源ｌの制御
系１５、又はシャ、ター４に最適なレーザ照射量が得ら
れるような制御信号を発する。例えばレーザ光源１がエ
キシマ等のようにパルスレーザな発生するものの場合、
システムフントローラ１２は光量計１１からの光電信号
に基づいて、最適なレーザ出力値と必要とされるパルス
数とを算出し、それに対応した制御信号をレーザ制御系
１５に出力する。またレーザ光源ｌがＣＷレーザを発生
するものの場合、システムコントローラ１２は光電信号
に基づいて最適なレーザ出力値と必要とされる照射時間
とを算出し、出力　。

値に関してはレーザ制御系１５に制御信号を送り、照射
時間に関してはシャ、ター４に制御信号を送る。

また、ウェハ７上に形成されたアライメントマークを検
出するためのアライメント光学系１３が例えば対物レン
ズ６と異なる位置に固設され、光電検出器等を含むマー
ク検出器１４と共に、オフアクシス方式でウェハ７のア
ライメントを行なう。

マーク検出１Ｊ１４からアライメント信号がシステムコ
ントローラ１２に供給される。このアライメント信号は
ウェハ７上の特定の位置に設けられたマークの中心をと
らえたとき発生するものであり、その発生したときのＸ
Ｙステージ９の位置をシステムコントローラ１２が基準
点として記憶することにより、レーザ光ＬＢの照射位置
とウェハ７上の任意の点との対応付け（グローバルアラ
イメント）が完了する。

尚、レーザ光ＬＢとウェハ７との相対的な位置合わせは
、ウェハに対してレーザ光ＬＢを走査、゛振動させて行
なっても″伺様の効果が得られる。

さて、第２図はミラー５の後３に設けられた反射率測定
系の一例を示す図である。この場合第１図に示したミラ
ー５をダイクロイ、クミラーとし、レーザ光ＬＢは高効
率に反射し、レーザ光Ｉ、Ｂよりも長い波長の光は透過
するような特性にしておく。光源（光学系を含む）５１
はウェハ７の表面ｒしげズに賂めシめＴ紬）め万錯電ル
遺中ナスのに好適な波長（単波長、多波長、又はバンド
幅をもつもののいずれでもよい）で、レーザ光ＬＢより
も長い波長の照明光ＬＡを発生する。その照明光ＬＡ）
−；、ハーフミラ−５２で反射された後、ミラー５を透
過して対物レンズ６に入射し、ウェハ７を所定の強度で
照明する。照明光ＬＡのウェハ７での反射光は対物レン
ズ６、ミラー５、ハーフミラ−５２を介して集光レンズ
５３に入射し、光電検出器５４の受光面に集められる。

光電検出器５４の光電信号はシステムコントローラ１２
に送られる。その光電信号はウェハ７のレジスト層の除
去部分の反射率を反訣しており、システムコントローラ
１２は反射率の変化〔信号強度の変化〕に基づいて、レ
ジスト層の除去の終点を検出する。そして終点が検出さ
れた後もレーザ光ＬＢがまだ照射されａ（すられる場合
、システムコントローラ１２は制御系１５やシャ、ター
４により強制的に照射を中止させる。この機能はレジス
ト層の厚みムラにより、当初予定していた厚さよりもレ
ジスト層が薄かりた場合に、下地のマークを損傷させな
い点で有効である。もちろん逆にレジスト層がガスぎた
場合も、完全にレジストを除去するために余分のレーザ
光照射を行なう目安となる点で有利である。

尚、反射率測定糸の代わりに螢光検出系を用いても同様
の効果が得られる。一般のレジストは紫外光の照射を受
けると螢光を発生する特性かあるので、その螢光を波長
選択フィルター等を介して光゛電検出しつつ、螢光の発
生がほぼ零になった時点でレーザ光Ｌ８の照射を中止す
るようなフィードパ、り系を構成してもよい。

ところで、以上のようにしてレジスト層を除去する場合
、レジストはレーザ光ＬＢのエネルギーを受けて気化す
ることになる。そこで第３図に示すように、気化したレ
ジストが対物レンズ６やウェハ７上に再付着することを
防止する機構を設ける。ｖＪＢ図において、対物レンズ
６とウェハ７との間にチャンバー２６を設け、対物レン
ズ６と対向する位置には、取りはずし可能な石英板２０
を窓として設ける。そして石英板１３のチャンバー２６
内側の面に、ノズル２１を介してガスを吹付ける。これ
により対物レンズ６本体の汚染が防止されるとともに、
石英板２０の汚染もガスの吹付けにより軽減される。石
英板２０は取りはずし可能なので、例え汚染されたとし
ても容易に洗浄することができるので、加工精度の低下
（レーザ光パワーの低下）を防ぐことができる。またチ
ャンバー２６のウニへ７側には穴２２ａを設けたマスク
２２がチャンバー２６を密封するように固定されている
。穴２２ａはレーザ光Ｉ、Ｂが通るのに十分な大きさの
寸法で設けられている。さらにマスク２２とウェハ７と
の間には適当な間隔が設けられ、穴２２ｍの近傍でレー
ザ光ＬＢを遮光しない位置にノズル２３．２４が配置さ
れ、このノズル２３．２４からはウェハ７に向けてガス
が吹付けられる。またチャンバー２６内はトラ、プ２７
を介して排気ポンプ２５により減圧される。これによっ
てウェハ７の表面で発生したレジストの気化成分、又は
気化したレジストが空中で固化した微粒子は、穴２２ａ
を介してチャンバー２６内に吸い込まれ、さらにトラ、
プ２７内に取り込まれる。

同時にウニ凸表面に発生したゴミはノズル２３゜２４か
らのガスによりて飛ばされ、同様に大２２ｍを介してチ
ャンバー２６内に吸い込まれる。以上のようにして、ウ
ェハ７上に付着するゴミや気化レジストの微粒子等は有
効に除去され、加工に伴なうウェハの汚染は防止される
。

尚、第３図において、トラップ２７は必らずしも必要な
ものではなｌ、＞。

以上の加工装置によりレジスト層の除去を実験したとこ
ろ以下のような結果が得られた。

（１）レーザ光源ｌとして波長２４９　ｆｉｌｎのＫｒ
Ｐエキシマレーザを用い、フ０ＯＯＡ厚の酸化膜により
アライメントマークを形成したシリコンウェハ上Ｋ　ｏ
ｐｐｉ−ｓ　ｏ　ｏ　（東京応化株式会社の商品名）レ
ジストを１．２−厚に塗布した場合。

この場合、ウェハとのアライメントマークは所望の縮小
投影型露光装置でアライメントができるような配置及び
形状に選んでおく。このようなウェハな本発明の実施例
による加工装置に装着し、レーザ光のエネルギー密度と
パルス数とを変えてレジスト層に照射したところ、第４
図に示すような関係が得られた。第４図の横軸はｌパル
スあたりのエネルギー密度（ｍｌＡ）を表わし、縦軸は
パルス数を表わし、同図中斜線部で示した範囲内におい
て、アライメントマークや下地に損傷を与えることなく
マーク上のレジストを完全に取除くことができた。この
斜線部の範囲を規定する一方の曲１ｃＩはレジストを気
化させるのに必要な最低のエネルギー量を表わし、他方
の曲線Ｃ２はマ下 −りや大地に損傷を与え始めるエネルギー量を表わす。

そして、このウェハな用いて縮小投影型露光装置により
パターン露光を行なったところ、レジストがアライメン
トマークの上にある場合と比べて、アライメント精度（
もしくは重ね合わせ精度）が向上することが確認された
。またこの際に、ゴミの発生によるパターンの乱れも認
められなかった０ （２）レーザ光源１としてＮｄ：ＹＡＧレーザの第４高
調波（波長２６６ｎｍ）を用い、ｌ１１ｍの工。

チングによりアライメントマークを形成シたシリコンウ
ェハ、ｌ−ＫＰＭＭ人レジ入レジスト４μｍ厚に塗布し
た場合。この場合は、エネルギー密度２００ｍＪ／−で
１０パルスのレーザ光照射を行なうことにより、アライ
メントマークとのレジストを完ｋ　Ｋ除去できた。この
際も下地やマークの損傷及びゴミの付着は認められなか
った。

ところで半導体素子製造のりソグテフィ工程におけるウ
ェハでは、第５図に示すように多数のチ、プＣＰがマト
リックス状に配列されており、各ｆ、ＩＣＰの夫々に付
随してアライメント用のマークＧＹ、Ｇθ、８Ｘ、ＢＹ
が形成されている。

マークＧＹ、Ｇθは専らウェハのグローバルアライメン
トに使われ、マークｓｘ　、ｓｙはレチクルツバターン
投影像とのアライメント（例エハシヨ、ト毎のイーチア
ライメント）に使われる。マークＧθ、ＧＹはステ、プ
アンドリピート露光法の場合、各チップ毎に設けられる
が、そのうちグローバルアライメントで使うマークはウ
ェハ上の特定位置にあるマークＧθＬ、ＧＹＲのみであ
る。

そこで露光前のこのようなウェハを加工装置に装置し、
第１図に示したアテイメ７Ｆ光学系１３、マーク検出器
１４によって、レジスト層の上からマークＧθＬ、ＧＹ
Ｒを検出してグローバルアライメントを行なう。そのｌ
、ＸＹステージ９を順次移動させて、露光装置のアライ
メントマーク検出系が検出するマークとレーザ光ＬＢと
を位置決めしてはレジスト層を除去していく。例えば第
６図に示すようにマークＳＸＪ：のレジスト層を除去す
る場合は、チップＣＰに付随したマーク形成領域入１内
で、マークＳＸを含む矩形の領域Ａ２内にレーザ光ＬＢ
を照射する。この領域ム２への照射は第１図中の絞り２
の形状と開口寸法を調整することによりて容易に行なえ
る。領域ム２の大きさは露光装置側でマーク８Ｘを検出
するときに存在し得るアライメント誤差分よりも大きく
しておく必要がある。このようにしておかないと、レジ
スト層の除去部分との段差（境界）をマークとして誤検
出する可能性が生じる。

以上本発明の詳細な説明したが、本発明による加工装置
はレジストの除去に限られるものでないことは前述の通
りであり、さらに本加工装置は投影型露光装置内に一体
に組み込んでしまってもよい。近年、より高い解像力を
得るためにエキシマレーザを光源としてレチクルを照明
し、その投影像をウェハに露光する所謂エキシマステッ
パーの開発が進められている。この場合、本来の庭先に
使用するエキシマレーザ光をスポット状に絞って、ステ
、プアンドリピート用のステージ上のウェハに照射する
光学系を付加しておけば、ただちに本発明の加工装置が
構成できる。このためマーク上のレジストの除去と、そ
れに引き絞くレチクルパターンの投ｔＸ光という一連の
動作を一台の装置で完了できるので極めて経済性が高く
、スループ、トの低下もそれ程大きくならず効率的であ
、るといった効果が期待できる。

（発明の効果） 以上本発明によれば、紫外域に発振Ｗを有するレーザ光
を用いて基板上の薄膜の所望部分をすみやかに、かつき
れいに除＊（気化）することができる。このためリソグ
ラフィ工程におけるウェハ上のレジストを除去する場合
は、特にアライメントマーク上のレジストのみを剥離す
ることによって、所謂レジストレス・アライメントが可
能になり、高精度なアライメントが期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による加工装置の概略的な構成
を示すプロ、り図、第２図は反射率測定系の具体的な構
成の一例を示す光学配置図、第３図は汚染防止構造を示
す部分断面図、第４図はパルスレーザを用いたときに、
レジスト除去に必要とされるエネルギー員を示す特性図
、第５図はウェハ上のチップとマークの配列を示す平面
図、第゛６図はウェハ上のマークと加工領域との関係を
示す平面１４である。 〔主要部分の符号の説明〕 １・・・レーザ光源　　　　２・・・可変絞り４・・・
シャッター　　　　６・・・対物レンズ７・・・ウェハ
　　　　　　　９・・・ＸＹステージｌ　１・・・１１
計　　　　　　　　１２・・・システムコントローラ１
３・・・アテイメント光学系

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）表面に所定の厚さで薄膜を積層した基板を保持す
   る保持手段と；紫外域に発振線を持つレーザ光を発生す
   るレーザ光源と；該レーザ光を前記基板に向ける光学系
   と；前記基板上の所望部分が前記レーザ光の照射を受け
   るように前記基板とレーザ光とを相対的にアライメント
   する位置決め手段と；前記薄膜中の前記所望部分が前記
   レーザ光のエネルギーを吸収して除去されるように、前
   記レーザ光の基板への照射を制御する照射制御手段とを
   備えたことを特徴とする加工装置。
2. （２）前記基板はリソグラフィ工程中のアライメントマ
   ークを有する半導体基板であり、前記薄膜は該半導体基
   板上にほぼ均一の厚さで形成されたレジスト層であり、
   前記加工装置は前記レーザ光を所望部分にアライメント
   するために、前記レジスト層を介してアライメントマー
   クを検出するマーク検出手段を有することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の装置。
3. （３）前記レーザ光の照射により前記薄膜中の照射部を
   気化させて除去する際、該気化した成分によって少なく
   とも前記光学系が汚染されることを防止する汚染防止手
   段を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の装置。
4. （４）前記半導体基板を露光するに先立って、前記レジ
   スト層中のアライメントマーク部分に前記レーザ光が照
   射されるように前記位置決め手段を制御するとともに、
   前記照射制御手段はレジスト層は除去し、かつ前記アラ
   イメントマークには損傷を与えない程度に前記レーザ光
   の照射量を制御することを特徴とする特許請求の範囲第
   ２項記載の装置。