JPH02109317A - 露光パターンのアライメント方法 - 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、例えば各種半導体装置の製造に用いられるリ
ングラフィ工程に適用される露光パターンの゛ｒアライ
メント方法関わる。

〔発明の概要〕

本発明は、既に基板上に形成された下地基板パターンを
基中にして、この基板上に形成されたレジストに対して
パターン露光を行うに当り、そのパターン露光を行う露
光マスクパターンにアライメント誤差計δ１１用２＝光
パターンを形成しておき、まずこのアライメント誤差８
１測用露光パターンについて露光レーザー光の強度を上
げて露光処理を施してその露光部のレジストを消失させ
てアライメント誤差計測用パターンを形成し、このアラ
イメント誤差計測用パターンと下地基板パターンとの間
の位置関係から誤差データを得て、これに基づいて露光
マスクパターンの一般定誤差を補正してパターン露光を
行うようにして正確な露光パターンのアライメントを行
うことができるようにする。

〔従来の技術〕

各種半導体装置を製造する場合、その微細加工において
多くのリングラフィ工程を伴う。

リングラフィ工程におけるフォトレジストに対するパタ
ーン露光は、一般に縮小投影露光装置を用いて所望のパ
ターンのパターン露光を行う。ところがこの場合既に半
導体基板上に、目的とする半導体装置の一部となるデバ
イスパターンが形成されている場合、この一部のデバイ
スパターンに高精度で重ね合わせて次のデバイスパター
ン形成のための露光を行う技術いわゆる高精度アライメ
ント技術が重要となってきている。

一方、半導体デバイスの高集偵度化に伴い、要求される
アライメント精度も厳しくなり昨今では０．１μｍＦ以
内の精度が要求され始めている。

従来一般に用いられてきたアライメント方法としては、
例えば前段のリングラフィ工程で形成したデバイスパタ
ーンとの形成と同時に半導体基板にアライメント用マー
クとして機能し得る下地基板パターンの位置を、投影露
光装置の半導体基板が載ｕ−７されて所要のステップ移
動をし得る移動台いわゆるステージ上で数点において計
測し、半導体基板の伸縮、回転等を計算した結果から半
導体基板が載置されたステージの位置設定に補正を加え
て所望の露光位ｉｉｌに移動した後、実際の次工程のリ
ングラフィ工程におけるデバイスパターンの露光を行う
ものである。

この場合、下地基板パターンすなわちアライメント用マ
ークの位置計測が問題どなるが、この位置ｚＬ測は一般
にレーザー等の高輝度光源よりの光をアライメント用マ
ークに照射し、その反射光あるいは回折光を受光してマ
ークの位置計測を受光して行っＣいる。ところが、この
位置計測は通常フォトレジストを塗布した半導体基板上
で行われるのでマーク近傍のレジスト被覆状態に依存し
てレジスト中でのレーザー光の干渉が生じ計測誤差の大
きな原因となる。また、アライメント用マーク上に形成
された例えばＳｉｎ、、多結晶シリコン、＾ｌ金属召等
の薄膜材料が形成される場合、その被覆状態の非対称性
も誤差を生じさせる大きな要因となっている。特に、ス
パッタ法でへｌ金属層を形成する場合その非対称性の度
合が大であるためにアライメント誤差は実際に大きな課
題となっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、上述したように従来の例えばフ十トリソゲラ
フイエ程に適用される露光パターンのアライメント方法
におけるアライメント用マークすなわち下地基板パター
ンの位置計測にさまざまなプロセスに起因する誤差が含
まれ、その後の投影露光装置における半導体基板が載置
されるステージの露光位置への位置設定誤差となるとい
う課題を解決し、ｅｒ　１７１度アライメントを安定し
て行うことができる露光パターンのアライメント方法を
提供する。

ｃ！！ｌＩ題を解決するだめの手段〕 本発明においては、第１図りに示すように下地基板パタ
ーン（１）を有する基板（２）上に形成されたレジスト
（３）に対してバクーフジπ光を行う露光マスクパター
ンいわゆるレチクルに、アライメント誤差計測用露光パ
ターンが〆設けられ、露光レーザー光の強度を上げてア
ライメント誤差計測用露光パターンについてのみレジス
ト（３）を露光消失させて′ｆＳ１図Ｅに示すようにア
ライメント誤差計測用パターン（４）を形成し、このア
ライメン）ＬＱ差計測用パクーン（４）と下地基板パタ
ーン（１）との間の位置関係から誤差データを得、これ
に基づいて露光マスクパターンと基板との相対的位置設
定誤差を補正してレジスト（３）に対する例えばレチク
ルによる露光マスクパターンに基づくデバイスパターン
のパターン露光を行う。

〔作用〕

上述の本発明方法によれば、ｆｆ１２図八にそへ基板パ
ターン（１）とアライメント誤差計測用パターン（４）
との位置関係を平面的に示すように、例えば同図中鎖線
ａ上において光の反射、回折等による光学的１３号を電
気的信号に変換して各パターン（１）及び（４）の線ａ
上における縁部においてそれぞれ第２図Ｂに示すように
信号パルスをとり出すようにすれば、実際のアライメン
ト誤差を検出できる。すなわち、今例えば基板パターン
（１）に対してレジスト（３）に対する露光マスクパタ
ーンの位置が所定の位置関係にあって所定のアライメン
ト誤差計測用パターン（４）が形成された場合に第２図
へに示す各パターン（１）及び（４）の中心ｐ１　及び
ｐ、が一致した状態に設定されるとした場合、レジスト
（３）に対“ｒる１π光マスクパターンずなわぢレチク
ルに基板（２）との相対的位置関係にずれが生ずれば、
例えば第２図へに示すように各中心位ｒ：ｒ１ｐ　＋　
及びｐ４　は互いにΔＬ分だけずれた位置となり、これ
に応じて第２図Ｂで示されるように、パルス間隔は本来
の位置よりΔＬに相当する位置ずれが生ずることになる
のでこの信号に基づいて所要の１３号処理を行って誤差
ΔＬの検出を行うことができる。

そして、本発明においてはこの誤差データに基づいて基
板（２）とレジスト（３月二対する露光マスクパターン
の相対的位置の補正、例えば露光装置における基板（２
）が載置されるステージの位置調整を行ってレジスト（
３）に有する本来のパターン露光を行うので、先に形成
された例えばデバイスパターンとの位置関係を正確に設
定してレジスト〔３）に対する露光処理を行うことがで
き、高精度のフォトリングラフィ工程を行うことができ
る。

〔実施例〕

′！！１３図は本発明方法を実施するアライメント誤差
計測用パターン露光を実施する構成の一例を示すもので
、（１１，）はその縮小投影露光装置を示す。

この縮小投影露光装置（１１）は、基板（２）例えば半
導体ウェスγを載置するステー：）（１２）を有し、こ
れが基板（２）の配置面に沿う面内で互いに直交するＸ
及びＹ方向にステップ移動できるようになされ、共通の
ウェファ（基板（２））に、Ｘ及びＹ方向へのステップ
移動位置で順次同一パターンの半導体装ばを作製するた
めのパターン露光が行われるようになされる。

このステージ（１２）と対向して縮小投影レンズ系（１
３）が船首され露光用レーデ−を有する露光光源部（１
４）からのレーザー光が露光マスクパターン（１５）す
なわちレチクルを介“してこのパターンによって基板（
２）上にパターン露光することができるようになされて
いる。また、この露光装置（１１）には光源（■４）と
ステージ（１２）との間の光ｖ８上例えばｉ苔光光源部
（１４）と露光マスクパターン（レチクル）（１５）と
の間にアライメント誤差計測用露光パターン（１７）の
みを露光し、他のデバイスパターン形成用のデバイス露
光パターン（２７）すなわち、半導体装置を形成するた
めの本来の露光パターンによる露光を阻止する遮光体（
１６）が載置されてなる。

一方、ステージ（１２）は、第４図にアライメント誤差
補正用シスデムを模式的に示すようにこの縮小露光装置
（１１）の位置から所定位置に例えばステージ駆動モー
タ（１８）によって移行できるようになされ、この所定
の移行位置において基板（２）上に形成したアライメン
ト誤差計測用パターンによる後に詳述する光学像例えば
回折像あるいは反射光学像を対物レンズ（１９）を通し
て撮像素子（２０）によつ°Ｃ撮像し、これを画像処理
装置（２Ｉ）によって処理して所要の信号を取り出し、
例えばマイクロプロセッサ及びメモリ機能等を有する信
号処理装置（２２）によって所要の誤差データを得て、
これによりステージ駆動用パルス発生装置り２３）を駆
動してステージ駆動モータ（１Ｂ）を駆動させ縮小投影
露光装Ｅ（１１）におけるステージ（１２）の位置補正
を行うようになされる。

尚、この場合基板（ウェファ）（２）上に、前述したよ
うにＸ及びＹ方向にそれぞれ複数配列形成する各半導体
装置の配置部が形成されるものであるが、アライメント
誤差計測用パターン（４）は、その適当に選定した複数
個の配置部において形成されるものであり、上述した位
置補正に当たっては、これら複数の配置部について、誤
差検出を行って各位置に関してのデータを信号処理装置
Ｊ１（２２＞でメモリし、相互に所要の比較計算を行っ
てＸ及びＹ方向に関して正確に誤差データが得られるよ
うにする。

さらに、第１図を参照して本発明方法を、第１のリソグ
ラフィ工程によって半導体基板上に形成した例えばＳｉ
ｎ、絶υ層に対する主権コンタクト窓開けと、第２のリ
ングラフィ工程によってこの電極コンタクト窓開けを通
じて所要のパターンにＡＩ配線肘を形成する場合につい
ての両デバイスパターンすなわちコンタクト窓と＾β配
線パターンの形成のための露光パターンの゛ｒアライメ
ント適用する場合について説明する。この場合、第１図
Ａに示すように例えばシリコン半導体基板（２）上に熱
酸化等によって被着形成されたＳｉｎ、絶縁層（３１）
上にフォトレジスト（３人）を周知の技術によって被着
し、第３図及び第４Ｌ■で説明した縮小投影露光装置（
１１）の第１の露光マスクパターンによって所要の露光
処理を施す。例えばコンタクト窓部のパターンと下地基
体パターンの露光とを同時に行う。

具体的には例えばコンタクト窓形成部と下地パターンの
形成部以外を露光する。

￥ＩＪ１図已に示すように、フォトレジスト層（３八）
に対して現像処理を施して露光部分を残して他部を除去
してコンタクト窓に対応する窓（３＾１す、）と下地パ
ターンに対応する窓（３八ＷＺ＞とを同時に形成する。

そして、このフォトレジスト層（３＾）をエツチングレ
ジストとして窓（３＾１ｑ、）及び（３八Ｗ２）を通じ
て絶縁層（３１）にエツチングを行ってコンタクト窓Ｗ
１と下地基体パターン（１）とを同時にすなわち両者が
相対的に正確に所定の位置関係にあるように形成する。

第１図Ｃに示すように、フォトレジスト（３＾）を除去
して全面的にＡｌ金Ｆ　ｅ　（３２）をスパッタリング
等によって形成する。

第１図りに示すように、金属層（３２）上に全面的にフ
ォトレジスト層（３Ｂ）を全面的にりｈ布する。

第１　ＩＩＩ　Ｅに示すように、第３図で説明したよう
に縮小投影ｎ光装置ｉｍ（ＩＩ）によって露光マスクパ
ターン（１５）を用いてフォトレジスト層（３０）に対
しての露光処理を施す。この場合、露光マスクパターン
（１５）には＾β配線パターンに対応するパターンずな
わらデバイス露光パターン（２７）と共にこれと所定の
位置関係を保持してアライメント誤差計測用パターン（
１７）に対応する露光パターンが形成されているが、こ
の工程におい°Ｃは遮光体（１Ｇ）によってアライメン
ト誤差計測用パターン（１７）についてのみ露光する。

そして、この場合光源８′１ｓ（１４）のレーザーはパ
ワーアップしてフォトレジスト層（３Ｂ）に対して溶発
させてこれを消失させ゛ｒライメント計計測用バクシン
４）となる透孔ないしは四部を形成する。

次に光源部（１４）のレーツ′−パワーを下げて第３図
に示す遮光体（１６）を排除して露光マスクパターン（
１５）による露光処理を施して第１図Ｆに示すようにフ
ォトレジス）ＪＮｊ（３１１１）を露光して現像してパ
ターン化し、これをマスクとして金属Ｊｏｂ（３２）に
対してのエツチング処理を行い金属層（３２）によっ゛
Ｃ配線パターン（３３）を形成する。この配線パターン
（３３）の形成のためのフォトレジス）Ｉａｌ（３Ｂ）
に対する露光は、第３図及び第４図で説明した下地基板
パターン（＋、）と゛ｒアライメント誤差計測用パター
ン４）からの光学的信号の取り出しによりステージ（１
２）の位置補正を行った後にそのデバイスパターンの露
光すなわち配線パターン（３３）を形成するためのフォ
トレジス）　＜３ｆｌ）に対するｐｔ露光処理行う。

上述した例においては、半導体基板（２）上に形成され
た絶ｔ２を層（３１）に対するコンタクト窓Ｗ、の形成
とこれに対する配線パターン（３３）の形成においてそ
の露光パターンのアライメントに適用した場合であるが
、その他各種半導体装置の各工程あるいはその他各種微
細加工のフォトリングラフィ工程において先に形成され
たパターンに対して、更に例えばフォトリングラフィに
よって形成するバク・−ン９ｎ光に用いる露光パターン
のアライメントに本発明を適用することができる。

〔発明の効果〕

」二連したように本発明によれば、例えば先のフォトリ
ングラフィ工程によって形成したチ゛バイスバクーンと
同時に予め形成された下地基体パターン（１）に対して
、相対的位置関係をもって次のフォトリングラフィにお
けるパターン露光において、まずアライメント誤差計測
用パターン（４）を形成し、下地基板（＋、）とアライ
メント誤差計測用パターン（４）との相対的位置関係に
よる誤差データを得で、これによってこのアライメント
誤差計測用パターンの形成用露光マスクが形成された露
光マスクパターン（１５）すなわちレチクルによって後
段のフォトリングラフィのパターン露光を行うようにし
たので露光パターンのアライメントを高精度に行うこと
ができ、従来におけるように下地基板パターン（１）上
に金ＪｉＨｆ！あるいはフォトレジスト（３）が非対称
をもって形成された場合においても正確に誤羊検出を行
うことができ高精度のアライメントを行うことができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ−Ｆは本発明方法の一例の工程図、第２図へ及
びＢ　Ｉ′ｉ誤差データの取り出し方の説明図、第３図
は本発明方法を実施する縮小投影）を光装置の構成図、
第４図はアライメント誤差補正用シスデムの一例を示す
図である。 （１）は下地基板バクーン、（２）は基板、（３）はレ
ジス）　、（４）はアライメント誤差計測用パターンで
ある。 第２図 第 図 フライメントなｉ＝　ｌ＃Ａ’正出ンヌテム第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 下地基板パターンを有する基板上に形成されたレジスト
   に対してパターン露光を行う露光マスクパターンに、ア
   ライメント誤差計測用露光パターンが設けられ、 露光レーザー光の強度を上げて上記アライメント誤差計
   測用露光パターンについてのみ上記レジストを露光消失
   させてアライメント誤差計測用パターンを形成し、 該アライメント誤差計測用パターンと、上記下地基板パ
   ターンとの間の位置関係から得た誤差データに基づいて
   、上記露光マスクパターンと上記基板との相対的位置設
   定誤差を補正して上記レジストに対するパターン露光を
   行うことを特徴とする露光パターンのアライメント方法
   。