JPH088156A

JPH088156A - 露光方法及び該露光方法に使用されるマスク

Info

Publication number: JPH088156A
Application number: JP13400694A
Authority: JP
Inventors: Shinji Mizutani; 真士水谷
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-06-16
Filing date: 1994-06-16
Publication date: 1996-01-12
Anticipated expiration: 2018-09-29
Also published as: JP3451603B2

Abstract

(57)【要約】【目的】半導体素子等を製造するためのフォトリソグ
ラフィ工程において、平坦化によるディッシングの発生
を抑制し、アライメント精度の低下を防止する。【構成】所定幅以上の間隔を持つ凸部７５Ａ〜７５Ｄ
同士の間に微細なサブパターン７４Ａ〜７４Ｅを有する
ウエハマーク７６ＸをウエハＷ上に形成し、ウエハマー
ク７６Ｘ上の平坦化膜７９の表面におけるディッシング
現象の発生を抑制することにより、ウエハマークの観察
像の歪みを防止する。また、そのウエハマーク７６Ｘを
形成するためのレチクルは、所定幅以上の透過部又は暗
部の間に微細な明暗パターンが配置されたレチクルマー
クを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、露光方法及びこの露光
方法で使用されるマスクに関し、特に半導体製造のフォ
トリソグラフィにおいて平坦化プロセスを有する露光方
法、及び平坦化プロセスを有する露光方法で使用される
マスクに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子または液晶表示素子等をフォ
トリソグラフィ工程で製造する際に、レチクル（又はフ
ォトマスク等）のパターンを感光材が塗布されたウエハ
（又はガラスプレート等）上の各ショット領域に露光す
る露光装置が使用されている。この種の露光装置として
は、ウエハが載置されたウエハステージを歩進（ステッ
ピング）させて、レチクルのパターンをウエハ上の各シ
ョット領域に順次露光する動作を繰り返す、所謂ステッ
プ・アンド・リピート方式の露光装置（ステッパー等）
が多用されている。また、最近は、レチクルとウエハと
を同期して走査することにより、投影光学系の露光フィ
ールドよりも広い領域にレチクルのパターンを露光する
所謂ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置も
開発されている。

【０００３】ところで、例えば半導体素子はウエハ上に
多数層（多数レイア）の回路パターンを重ねて形成され
るので、例えば２層目以降の回路パターンをウエハ上に
露光する際には、ウエハ上の既に回路パターンが形成さ
れた各ショット領域とレチクルのパターン像との位置合
わせ、即ちウエハとレチクルとの位置合わせ（アライメ
ント）を正確に行う必要がある。このため、ウエハ上
に、回路パターンと共にアライメント用のウエハマーク
を設け、そのウエハマークを後の層の回路パターンの位
置合わせに用いる方法が一般的に採用されている。

【０００４】このウエハマークの位置の計測に用いられ
るアライメントセンサーとしては、レーザー光をウエハ
上のウエハマークに照射し、回折・散乱された光により
マークの位置を検出するＬＳＡ（Laser Step Alignmen
t）方式、ハロゲンランプを光源とする波長帯域幅の広
い光で照明したウエハマークを画像処理して計測するＦ
ＩＡ（Field Image Alignment)方式、あるいはウエハ上
の回折格子状のウエハマークに、周波数を僅かに変えた
レーザー光を２方向から照射し、発生した２つの回折光
を干渉させ、その干渉光の位相からウエハマークの位置
を計測するＬＩＡ（Laser Interferometric Alignment)
方式等のものがある。このうち、ＬＩＡ方式は、低段差
のウエハや表面が荒れたウエハ上のウエハマークの位置
を検出するのに最も効果的で、後述する平坦化技術に対
応する。

【０００５】ところで、このアライメント用のウエハマ
ークの形状、本数、あるいは大きさは、露光装置の投影
光学系の解像度、必要なアライメント精度、ウエハ上の
層の状態等に合わせて選定される。その形状としては、
一般的にスリット状、ドット状、あるいは格子状のもの
等様々の形状が利用されているが、従来、これらのウエ
ハマークは、比較的大きな凹部（４μｍ幅、６μｍ幅
等）を有し、それらが凸部の間に周期的に配列された凹
凸パターンのみで形成される場合が殆どである。

【０００６】さて今日、超ＬＳＩ等に見られる高集積
化、高密度化等により、多層配線は必然の流れになって
いる。この多層配線構造の実現上必要なプロセス技術の
うち、所定の層の膜の表面を平坦化する平坦化技術が非
常に重要である。この平坦化は多層配線を実現するため
ばかりでなく、多層構造の集積回路を作る過程において
も避けることのできない技術となってきている。この平
坦化は、陽極酸化法、樹脂塗布法、ガラスフロー法、エ
ッチバック法、リフトオフ法、バイアススパッター法等
の化学的方法により通常行われるが、この方法に加え
て、必要に応じ、上記方法により基板上に生成した膜の
表面を、化学機械的に研磨する等の処理（化学機械的研
磨処理）も施される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この化
学機械的研磨による平坦化加工の際、平坦化される膜の
下にある金属膜の下地パターンに２μｍ以上の凹部が存
在すると、その部分の膜表面に皿状の窪みが発生する、
所謂ディッシング（dishing)と呼ばれる現象が生ずる。
従って、従来のウエハマークのように比較的大きな凹部
（４μｍ幅、６μｍ幅等）を有し、それらが周期的に配
列された凹凸パターンのみで形成されている場合には、
その上に形成された膜の表面には同様の現象が生じる。
図８にその様子を示す。

【０００８】図８（ａ）はウエハ等の基板９３上に酸化
膜９２を形成し、エッチングによって凹部９０ａを形成
した上に、アルミニウムのスパッタ等で金属被膜９１を
形成した状態を示す。この後、前述の化学機械的研磨加
工を行った後の状態を図８（ｂ）に示す。図８（ｂ）に
おいて、凹部９０ａの幅が２μｍ以上のとき凹部９０ａ
上にディッシングＤ１が発生する。また、図９（ａ）に
示すように基板９３上に複数個の凹部９０ｂが周期的に
配列されたパターンが形成され、このパターン上に金属
被膜９１が被着されているような場合も同様にディッシ
ングは起こるが、この場合化学機械的研磨加工を行う
と、図９（ｂ）に示すように凹部９０ｂの並び上に大き
なディッシングＤ２が発生する。従って図９（ｃ）に示
すように凸部９０ｃが周期的に配列されたライン・アン
ド・スペースパターンよりなるウエハマークＭを使用す
る場合、ウエハマークＭ上に大きなディッシングＤ３が
発生する。このため、アライメント系で検出する際にウ
エハマークの観察像に歪みが起こり、アライメント精度
が悪化するという不都合があった。

【０００９】本発明は斯かる点に鑑み、位置合わせ用の
マーク（ウエハマーク）上で、例えば配線工程等での平
坦化プロセスを実行した場合でもその位置合わせ用のマ
ーク上でディッシングが発生しない露光方法を提供する
ことを目的とする。更に本発明は、そのような露光方法
で使用できるマスクを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による露光方法
は、基板（Ｗ）上に凹凸パターンよりなる位置合わせ用
のマーク（７６Ｘ）を形成する第１工程（ステップ１０
１〜１０５）と、その基板のその位置合わせ用のマーク
（７６Ｘ）上及び他の領域上に被膜（７９）を形成する
第２工程（ステップ１０６）と、その被膜（７９）を平
坦化する第３工程（１０７）と、該第３工程により平坦
化されたその被膜（７９）上に感光材料を塗布してマス
クパターンを露光する第４工程（ステップ１０８〜１１
０）と、を有する露光方法において、その第１工程（ス
テップ１０１〜１０５）で形成するその位置合わせ用の
マーク（７６Ｘ）は、所定幅以上の凸部（７５Ａ〜７５
Ｄ）（以降「メインパターンの凸部（７５Ａ〜７５
Ｄ）」とも言う）同士の間にその所定幅よりも小さいピ
ッチの凹凸パターン（７４Ａ〜７４Ｅ）（以降、「サブ
パターン（７４Ａ〜７４Ｅ）」とも言う）を形成したも
のである。

【００１１】また、その位置合わせ用のマーク（７６
Ｘ）のその所定の幅以上の凸部（７５Ａ〜７５Ｄ）同士
の間隔が、２μｍ以上の場合に本発明に効果が特に大き
い。更に、本発明によるマスクは、転写用のパターンと
共に位置合わせ用のマーク（７６Ｘ）の原版パターンが
形成されたマスク（Ｒ）において、その位置合わせ用の
マーク（７６Ｘ）の原版パターンは、所定幅以上の複数
の明部または暗部（６６Ａ，６６Ｂ）の間に、前記所定
幅よりも小さいピッチの明暗パターン（６７Ａ，６７
Ｂ）を形成したものである。

【００１２】

【作用】本発明の露光方法によれば、従来は凹部となっ
ていた領域にサブパターン（７４Ａ〜７４Ｅ）を形成す
ることにより、基板Ｗ上の凹部分の開口部の間隔を極め
て小さくしたため、平坦化に伴う位置合わせ用マーク
（７６Ｘ）上のディッシングの発生が抑えられる。従っ
てマーク歪みも起こらず、高精度にアライメントが実行
される。また、本発明の露光方法においては、位置合わ
せ用マーク（７６Ｘ）のメインパターンの凸部（７５Ａ
〜７５Ｄ）同士の間隔をアライメントセンサーの解像度
以上にし、サブパターン（７４Ａ〜７４Ｅ）の凸部（７
８）同士及び凹部（７７）同士の間隔をアライメントセ
ンサーの解像度以下の大きさにすることができる。その
ため、従来通り、メインパターン及びサブパターン（７
４Ａ〜７４Ｅ）をそれぞれ明部及び暗部とする明暗パタ
ーンとして、従来のアライメントセンサーにより、アラ
イメントが行える。

【００１３】また、位置合わせ用のマーク（７６Ｘ）の
前記所定の幅以上の凸部（７５Ａ〜７５Ｄ）同士の間隔
を２μｍ以上にした場合には、凸部の間でディッシング
が発生し易くなるため、サブパターン（７４Ａ〜７４
Ｅ）を設けることにより、ディッシングの発生が抑制さ
れる。また、解像度のあまり良くないアライメントセン
サーでも利用できる。

【００１４】更に、本発明のマスク（Ｒ）によれば、そ
のマスク（Ｒ）を用いて基板（Ｗ）上に露光転写した位
置合わせマーク（７６Ｘ）は、メインパターンの所定幅
以上の凸部（７５Ａ〜７５Ｄ）の間に、その所定幅以下
のピッチを有する凹凸でできたサブパターン（７４Ａ〜
７４Ｅ）が形成されたものとなる。このため、前述のよ
うに位置合わせ用マーク（７６Ｘ）上のディッシングが
抑えられ、従って、マーク歪みも起こすことなく、高精
度にアライメントが実行される。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の一実施例につき、図面を参照
して説明する。図３は本実施例の露光方法を適用するの
に好適な投影露光装置の概略的な構成を示し、この図３
において、超高圧水銀ランプ１から発生した照明光ＩＬ
は楕円鏡２で反射されてその第２焦点で一度集光した
後、コリメータレンズ、干渉フィルター、オプティカル
インテグレータ（フライアイレンズ）及び開口絞り（σ
絞り）等を含む照明光学系３に入射する。不図示である
が、フライアイレンズはそのレチクル側焦点面がレチク
ルパターンのフーリエ変換面（瞳共役面）とほぼ一致す
るように光軸ＡＸと垂直な面内方向に配置されている。

【００１６】また、楕円鏡２の第２焦点の近傍には、モ
ーター３８によって照明光ＩＬの光路の閉鎖及び開放を
行うシャッター（例えば４枚羽根のロータリーシャッタ
ー）３７が配置されている。なお、露光用照明光として
は超高圧水銀ランプ１等の輝線の他に、エキシマレーザ
（ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ等）等
のレーザ光、あるいは金属蒸気レーザやＹＡＧレーザの
高調波等を用いても構わない。

【００１７】図３において、照明光学系３を射出したフ
ォトレジスト層を感光させる波長域の照明光（ｉ線等）
ＩＬは、その大部分がビームスプリッター４で反射され
た後、第１リレーレンズ５、可変視野絞り（レチクルブ
ラインド）６及び第２リレーレンズ７を通過してミラー
８に至る。そして、ミラー８でほぼ垂直下方に反射され
た照明光ＩＬが、メインコンデンサーレンズ９を介して
レチクルＲのパターン領域ＰＡをほぼ均一な照度で照明
する。レチクルブラインド６の配置面はレチクルＲのパ
ターン形成面と共役関係（結像関係）にあり、駆動系３
６によりレチクルブラインド６を構成する複数枚の可動
ブレードを開閉させて開口部の大きさ、形状を変えるこ
とによって、レチクルＲの照明視野を任意に設定するこ
とができる。

【００１８】ここで、図３において、レチクルＲと交差
する照明光学系の光軸ＡＸと平行にＺ軸を取り、そのＺ
軸に垂直な平面内で図３の紙面に平行にＸ軸、図３の紙
面に垂直にＹ軸を取る。図５（ｃ）は本実施例のレチク
ルＲを示し、この図５（ｃ）のレチクルＲにおいては、
遮光帯６２に囲まれたパターン領域６１の直交する２辺
のほぼ中央部に近接した遮光帯６２中にそれぞれアライ
メントマークとしてのレチクルマーク６４Ｘ及び６４Ｙ
が形成されている。これらレチクルマークの像をウエハ
Ｗのフォトレジスト層上に投影して現像することによ
り、そのウエハＷ上にそれらレチクルマークの像が凹凸
パターンのウエハマークとして形成されるものである。
また、それらレチクルマーク６４Ｘ及び６４Ｙを、ウエ
ハＷの各ショット領域とレチクルＲとの位置合わせを行
う際のアライメントマークとして共用してもよい。それ
ら２つのレチクルマーク６４Ｘ，６４Ｙは同一構成（但
し、方向は異なる）であり、それぞれレチクルＲの遮光
帯６２中に設けられた透明窓６３Ｘ，６３Ｙ内にクロム
等の遮光膜により形成される。更に、レチクルＲにはそ
の外周付近に２個の十字型の遮光性マークよりなるアラ
イメントマーク６５Ａ及び６５Ｂが対向して形成されて
いる。これら２個のアライメントマーク６５Ａ，６５Ｂ
は、レチクルＲのアライメント（光軸ＡＸに対する位置
合わせ）に用いられる。

【００１９】そのレチクルＲのレチクルマークについ
て、図５（ｃ）及び（ｄ）を参照して更に詳しく説明す
る。図５（ｃ）に示す通り、レチクルマークは、Ｘ方向
の位置検出を行うためのレチクルマーク６４Ｘと、Ｙ方
向の位置検出を行うためのレチクルマーク６４Ｙと、か
ら成り、レチクルマーク６４Ｘ，６４Ｙはそれぞれ透過
部中に配置された５個のサブマークから構成されてい
る。Ｙ方向用のレチクルマーク６４Ｙは、Ｘ方向用のレ
チクルマーク６４Ｘを９０°回転したものである。

【００２０】図５（ｄ）は、Ｘ方向用のレチクルマーク
６４Ｘの構造の一部を示し、この図５（ｄ）において、
レチクルマーク６４Ｘは、Ｘ方向に対して所定幅以上の
透過部６６Ａ，６６Ｂ,・・・の間に、透過部とほぼ同じ幅
のサブマーク６７Ａ，６７Ｂ,・・・を配置して構成され、
各サブマーク６７Ａ，６７Ｂ,・・・はそれぞれＸ方向に所
定ピッチで５組のスリット状の遮光膜６８及びスリット
状の透過部６９を配置したものである。

【００２１】これらサブマーク６７Ａ，６７Ｂ,・・・同士
は、所定の幅以上の間隔をもって形成されている。この
間隔は、アライメントセンサーの解像度を考慮して決定
されるが、ウエハＷ上に露光転写された際、サブマーク
６７Ａ，６７Ｂ,・・・によりウエハＷ上に形成されるウエ
ハマークのサブパターン同士の間隔は、本実施例では２
μｍ以上になることが望ましい。なお、サブマーク６７
Ａ，６７Ｂ,・・・の形状は、図５（ｄ）の形に限定される
ものではない。また、レチクルマーク６４Ｘ，６４Ｙは
明部と暗部とを反転させたマークを使用してもよい。

【００２２】さて、図５（ｄ）のサブマーク６７Ａ，６
７Ｂ,・・・内の遮光膜６８及び透過部６９のピッチ間隔
は、そのサブマークがウエハＷ上に転写されたときに、
そのサブマークの像がアライメントセンサーの解像度以
下の大きさになるよう設定されている。なお、本実施例
におけるレチクルマーク６４Ｘ内のサブマーク６７Ａ，
６７Ｂ,・・・は、規則的なパターンであるが、不規則なパ
ターンであっても良い。但し、その不規則パターンの明
部同士の間隔または暗部同士の間隔は、それがウエハＷ
上に転写されたとき、そのサブマークによって形成され
るウエハマークのサブパターン（部分パターン）の内部
構造が、その検出に使用されるアライメントセンサーの
解像度以下の微細度になるよう設定されることが望まし
い。なお、レチクルマーク６４Ｘ，６４Ｙは、周知の光
学式パターンジェネレーターや電子ビーム描画装置によ
り形成することができる。

【００２３】ここで、再び図３に戻って説明する。レチ
クルＲは、モータ１２によって投影光学系１３の光軸Ａ
Ｘ（照明光学系の光軸と一致している）の方向（Ｚ方
向）に微動可能で、且つその光軸ＡＸに垂直な水平面内
で２次元移動及び微小回転可能なレチクルステージＲＳ
上に載置されている。レチクルステージＲＳの端部には
レーザ光波干渉式測長器（レーザ干渉計）１１からのレ
ーザビームを反射する移動鏡１１ｍが固定され、レチク
ルステージＲＳの２次元的な位置はレーザ干渉計１１に
よって、例えば０．０１μｍ程度の分解能で常時検出さ
れている。レチクルＲの上方にはレチクルアライメント
系（ＲＡ系）１０Ａ及び１０Ｂが配置され、これらＲＡ
系１０Ａ及び１０Ｂは、レチクルＲの外周付近に形成さ
れた２個の十字型のアライメントマーク６５Ａ，６５Ｂ
を検出するものである。ＲＡ系１０Ａ及び１０Ｂからの
計測信号に基づいてレチクルステージＲＳを微動させる
ことで、レチクルＲはパターン領域６１の中心点が投影
光学系１３の光軸ＡＸと一致するように位置決めされ
る。

【００２４】さて、レチクルＲのパターン領域６１を通
過した照明光ＩＬは、両側テレセントリックな投影光学
系１３に入射し、投影光学系１３により１／５に縮小さ
れたレチクルＲの回路パターンの投影像が、表面にフォ
トレジスト層が形成され、その表面が投影光学系１３の
最良結像面とほぼ一致するように保持されたウエハＷ上
の１つのショット領域に重ね合わせて投影（結像）され
る。

【００２５】ウエハＷは、微小回転可能なウエハホルダ
（不図示）に真空吸着され、このウエハホルダを介して
ウエハステージＷＳ上に保持されている。ウエハステー
ジＷＳは、モーター１６によりステップ・アンド・リピ
ート方式で２次元移動可能に構成され、ウエハＷ上の１
つのショット領域に対するレチクルＲの転写露光が終了
すると、ウエハステージＷＳは次のショット位置までス
テッピングされる。ウエハステージＷＳの端部にはレー
ザ干渉計１５からのレーザビームを反射する移動鏡１５
ｍが固定され、ウエハステージＷＳの２次元的な座標
は、レーザ干渉計１５によって例えば０．０１μｍ程度
の分解能で常時検出されている。レーザ干渉計１５は、
ウエハステージＷＳのＸ方向及びＹ方向の座標を計測す
るものであり、それらＸ方向及びＹ方向の座標によりウ
エハステージＷＳのステージ座標系（静止座標系）
（Ｘ，Ｙ）が定められる。即ち、レーザ干渉計１５によ
り計測されるウエハステージＷＳの座標値が、ステージ
座標系（Ｘ，Ｙ）上の座標値である。

【００２６】また、ウエハステージＷＳ上にはベースラ
イン量（アライメントセンサーの基準点と露光中心との
間隔）の計測時等で用いられる基準マークを備えた基準
部材（ガラス基板）１４が、ウエハＷの露光面とほぼ同
じ高さになるように設けられている。また、図３中には
投影光学系１３の結像特性を調整できる結像特性補正部
１９も設けられている。本実施例における結像特性補正
部１９は、投影光学系１３を構成する一部のレンズエレ
メント、特にレチクルＲに近い複数のレンズエレメント
の各々を、ピエゾ素子等の圧電素子を用いて独立に駆動
（光軸ＡＸに対して平行な方向の移動または傾斜）する
ことで、投影光学系１３の結像特性、例えば投影倍率や
ディストーションを補正するものである。

【００２７】次に、投影光学系１３の側方にはオフ・ア
クシス方式で画像処理方式のアライメントセンサー（以
下「Field Image Alignment 系（ＦＩＡ系）」という）
が設けられている。本実施例ではこのＦＩＡ系によりウ
エハマークの位置検出を行う。このＦＩＡ系において、
ハロゲンランプ２０で発生した光をコンデンサーレンズ
２１及び光ファイバー２２を介して干渉フィルター２３
に導き、ここでフォトレジスト層の感光波長域及び赤外
波長域の光をカットする。干渉フィルター２３を透過し
た光は、レンズ系２４、ビームスプリッター２５、ミラ
ー２６及び視野絞りＢＲを介して両側テレセントリック
な対物レンズ２７に入射する。対物レンズ２７から射出
された光が、投影光学系１３の照明視野を遮光しないよ
うに投影光学系１３の鏡筒下部周辺に固定されたプリズ
ム（またはミラー）２８で反射され、ウエハＷをほぼ垂
直に照射する。

【００２８】対物レンズ２７からの光は、ウエハＷ上の
ウエハマークを含む部分領域に照射され、当該領域から
反射された光はプリズム２８、対物レンズ２７、視野絞
りＢＲ、ミラー２６、ビームスプリッター２５及びレン
ズ系２９を介して指標板３０に導かれる。ここで、指標
板３０は対物レンズ２７及びレンズ系２９に関してウエ
ハＷと共役な面内に配置され、ウエハＷ上のウエハマー
クの像は指標板３０の透明窓内に結像される。更に指標
板３０には、その透明窓内に指標マークとして、Ｙ方向
に延びた２本の直線状マークをＸ方向に所定間隔だけ離
して配置したものが形成されている。指標板３０を通過
した光は、第１リレーレンズ系３１、ミラー３２及び第
２リレーレンズ系３３を介して撮像素子（ＣＣＤカメラ
等）３４へ導かれ、撮像素子３４の受光面上にはウエハ
マークの像と指標マークの像とが結像される。撮像素子
３４からの撮像信号ＳＶは主制御系１８に供給され、こ
こでウエハマークのＸ方向の位置（座標値）が算出され
る。なお、図３中には示していないが、上記構成のＦＩ
Ａ系（Ｘ軸用のＦＩＡ系）の他に、Ｙ方向のウエハマー
クの位置を検出するためのもう１組のＦＩＡ系（Ｙ軸用
のＦＩＡ系）も設けられている。

【００２９】次に、投影光学系１３の上部側方にはＴＴ
Ｌ（スルー・ザ・レンズ）方式のアライメントセンサー
１７も配置され、アライメントセンサー１７からの位置
検出用の光がミラーＭ１及びＭ２を介して投影光学系１
３に導かれている。その位置検出用の光は投影光学系１
３を介してウエハＷ上のウエハマーク上に照射され、こ
のウエハマークからの反射光が投影光学系１３、ミラー
Ｍ２及びミラーＭ１を介してアライメントセンサー１７
に戻される。アライメントセンサー１７は戻された反射
光を光電変換して得られた信号から、ウエハＷ上のウエ
ハマークの位置を求める。

【００３０】図４は、図３中のＴＴＬ方式のアライメン
トセンサー１７の詳細な構成を示し、この図４におい
て、本例のアライメントセンサー１７は、２光束干渉方
式のアライメント系（以下「ＬＩＡ系」という）とレー
ザ・ステップ・アライメント方式のアライメント系（以
下「ＬＳＡ系」という）とをその光学部材を最大限共有
させて組み合わせたものである。ここでは簡単に説明す
るが、より具体的な構成は特開平２−２７２３０５号公
報に開示されている。

【００３１】図４において、光源（Ｈｅ−Ｎｅレーザ光
源等）４０から射出されたレーザビームはビームスプリ
ッター４１で分割され、ここで反射されたレーザビーム
はシャッター４２を介して第１ビーム成形光学系（ＬＩ
Ａ光学系）４５に入射する。一方、ビームスプリッター
４１を透過したレーザビームは、シャッター４３及びミ
ラー４４を介して第２ビーム成形光学系（ＬＳＡ光学
系）４６に入射する。従って、シャッター４２及び４３
を適宜駆動することにより、ＬＩＡ系とＬＳＡ系とを切
り換えて使用することができる。

【００３２】さて、ＬＩＡ光学系４５は２組の音響光学
変調器等を含み、所定の周波数差Δｆを与えた２本のレ
ーザビームを、その光軸を挟んでほぼ対称に射出する。
更に、ＬＩＡ光学系４５から射出された２本のレーザビ
ームは、ミラー４７及びビームスプリッター４８を介し
てビームスプリッター４９に達し、ここを透過した２本
のレーザビームはレンズ系（逆フーリエ変換レンズ）５
３及びミラー５４を経て、装置上で固定されている参照
用回折格子５５に、互いに異なる２方向から所定の交差
角で入射して結像（交差）する。光電検出器５６は、参
照用回折格子５５を透過してほぼ同一方向に発生する回
折光同士の干渉光を受光し、回折光強度に応じた正弦波
状の光電信号ＳＲを主制御系１８（図３参照）内のＬＩ
Ａ演算ユニット５８に出力する。

【００３３】一方、ビームスプリッター４９で反射され
た２本のレーザビームは、対物レンズ５０によって視野
絞り５１の開口部で一度交差した後、ミラーＭ２（図３
中のミラーＭ１は図示省略）を介して投影光学系１３に
入射する。更に、投影光学系１３に入射した２本のレー
ザビームは、投影光学系１３の瞳面で光軸ＡＸに関して
ほぼ対称となって一度スポット状に集光した後、ウエハ
Ｗ上のウエハマークのピッチ方向（Ｙ方向）に関して光
軸ＡＸを挟んで互いに対称的な角度で傾いた平行光束と
なって、ウエハマーク上に異なる２方向から所定の交差
角で入射する。ウエハマーク上には周波数差Δｆに対応
した速度で移動する１次元の干渉縞が形成され、当該マ
ークから同一方向、ここでは光軸方向に発生した±１次
回折光（干渉光）は投影光学系１３、対物レンズ５０等
を介して光電検出器５２で受光され、光電検出器５２は
干渉縞の明暗変化の周期に応じた正弦波状の光電信号Ｓ
ＤｗをＬＩＡ演算ユニット５８に出力する。ＬＩＡ演算
ユニット５８は、２つの光電信号ＳＲ及びＳＤｗの波形
上の位相差からそのウエハマークの位置ずれ量を算出す
ると共に、レーザ干渉計１５からの位置信号ＰＤｓを用
いて、当該位置ずれ量が零となるときのウエハステージ
ＷＳの座標位置を求める。

【００３４】また、ＬＳＡ光学系４６はビームエクスパ
ンダー、シリンドリカルレンズ等を含み、ＬＳＡ光学系
４６から射出されたレーザビームはビームスプリッター
４８及び４９を介して対物レンズ５０に入射する。更
に、対物レンズ５０から射出されるレーザビームは、一
度視野絞り５１の開口部でスリット状に収束した後、ミ
ラーＭ２を介して投影光学系１３に入射する。投影光学
系１３に入射したレーザビームは、その瞳面のほぼ中央
を通った後、投影光学系１３のイメージフィールド内で
Ｘ方向に伸び、且つ光軸ＡＸに向かうような細長い帯状
スポット光としてウエハＷ上に投影される。

【００３５】スポット光とウエハＷ上のウエハマーク
（回折格子マーク）とをＹ方向に相対移動したとき、当
該ウエハマークから発生する光は投影光学系１３、対物
レンズ５０等を介して光電検出器５２で受光される。光
電検出器５２は、ウエハマークからの光のうち±１次〜
３次回折光のみを光電変換し、このように光電変換して
得られた光強度に応じた光電信号ＳＤｉを主制御系１８
内のＬＳＡ演算ユニット５７に出力する。ＬＳＡ演算ユ
ニット５７にはレーザ干渉計１５からの位置信号ＰＤｓ
も供給され、ＬＳＡ演算ユニット５７はウエハステージ
ＷＳの単位移動量毎に発生するアップダウンパルスに同
期して光電信号ＳＤｉをサンプリングする。更に、ＬＳ
Ａ演算ユニット５７は、各サンプリング値をデジタル値
に変換してメモリに番地順に記憶させた後、所定の演算
処理によってウエハマークのＹ方向の位置を算出する。
また、Ｘ軸用のＬＩＡ方式のウエハマークの位置及びＬ
ＳＡ方式のウエハマークの位置を検出するＸ軸用のアラ
イメントセンサーも別途設けられている。

【００３６】次に、本実施例における露光動作の一例に
つき図１のフローチャートを参照して説明する。先ず、
図１のステップ１０１において、不図示のコータにより
ウエハＷ上にフォトレジストを塗布して必要に応じてベ
ーキングを行い、ステップ１０２において、そのウエハ
Ｗを図３の投影露光装置のウエハステージＷＳ上にロー
ドし、図５（ｃ）のレチクルＲを図３のレチクルステー
ジＲＳ上にロードする。次にステップ１０３において、
図５（ｃ）のレチクルＲ上のパターン領域６１内の回路
パターン及びレチクルマーク６４Ｘ，６４Ｙは、投影露
光系１３を介して、ウエハＷ上に塗布されたフォトレジ
スト層に、１／５に縮小して投影される。これにより、
図５（ａ）に示すように、ウエハＷ上のショット領域Ｓ
Ａ内に回路パターン像が投影され、そのショット領域Ｓ
Ａの近傍にレチクルマーク６４Ｘの像７０Ｘ、及びレチ
クルマーク６４Ｙの像７０Ｙが投影される。例えば、レ
チクルマーク６４Ｘの像７０Ｘは、図５（ｂ）に示すよ
うに、サブマークの像７１Ａ，７１Ｂ,・・・，７１Ｅを所
定ピッチでＸ方向に配列したものである。これらレチク
ルマークの像７０Ｘ，７０Ｙが現像等の処理後に凹凸パ
ターンよりなるウエハマークとなる。

【００３７】レチクルＲ上の回路パターン及びレチクル
マーク６４Ｘ，６４Ｙの像が転写されたウエハＷは、ス
テップ１０４において現像された後、ステップ１０５に
おいて、ベーキング処理後にレジストパターンをマスク
としてエッチング処理を受けた後、再び必要に応じて洗
浄される。ステップ１０４で使用される現像処理装置に
は、所定の洗浄液及び現像液を、噴霧状またはシャワー
状にして噴霧するスプレー方式か、あるいは現像液や洗
浄液に一定時間浸して現像するディップ方式があり、ウ
エハＷはこの内何れかの方法により現像及び洗浄され
る。また、エッチングは、ウエット方式またはドライ方
式により行われるが、今日では、ドライ方式により処理
される場合が多く、このドライエッチングには、例えば
プラズマエッチング装置が使用される。

【００３８】ステップ１０５では、エッチングの終了
を、分光分析法あるいは光学的反射を利用したレーザー
ビーム干渉法、エリプソメータ法、またはグレーティン
グ光回折法等により検知し、終了確認した後、必要によ
りウエハＷを洗浄する。このようにしてレジスト層及び
不要な酸化膜部分または金属膜部分が除去され、図２
（ｂ）に示すように必要な回路及びウエハマーク７６Ｘ
がウエハＷ上の被膜（下位の回路パターン層）７２上の
被膜７３内に凹凸状に形成される。このウエハマーク７
６Ｘは、Ｘ軸用レチクルマーク６４Ｘを投影光学系ＰＬ
の縮小倍率に応じてウエハＷ上に転写した像から形成さ
れたものである。

【００３９】図２は、本実施例で形成されたウエハマー
ク、即ちレチクルマーク６４Ｘの転写によりウエハＷ上
に形成されたウエハマーク７６Ｘを示す。なお、この図
２には、後述する絶縁膜（または金属膜）による平坦化
層も表示されており、平坦化工程を説明する際にも使用
される。図２（ａ）はＸ軸用のウエハマーク７６Ｘを、
Ｙ方向から眺めた断面図であり、図２（ｂ）はそのウエ
ハマーク７６Ｘの平面図である。

【００４０】ウエハマーク７６Ｘは、図２（ａ），
（ｂ）に示す通り、ウエハＷ上の被膜７２上に形成した
被膜７３中に、前述の通り回路と共に形成されたもの
で、被膜７３を両端の凸部７３ａ，７３ｂとして、その
間に複数の凸部７５Ａ〜７５Ｄがそれぞれ所定の幅以上
の間隔をもって形成され、更にそれら凸部間には、凸部
７８及び凹部７７よりなる微細な凹凸パターンよりなる
サブパターン７４Ａ〜７４Ｅが形成されている。ここ
で、各サブパターンの幅Ｐ１及び各凸部の幅Ｐ２は、そ
れぞれ所定の長さ（本例では、Ｐ１及びＰ２はそれぞれ
約６μｍ）をもって形成される。また、サブパターンの
凸部７８又は凹部７７の幅Ｐ３は、所定の長さで形成さ
れるが、本例では幅Ｐ３は約０．６７μｍとしている。
しかしこの幅Ｐ３は、使用されるアライメントセンサー
の暗部として検知処理される幅であれば、その幅に制限
はない。また、マーク７６Ｘの凸部同士の間隔（即ち、
サブパターンの幅）Ｐ１は、本例では約６μｍとしてい
るが、この幅についても、使用されるアライメントセン
サーの解像度以上の幅であれば特に制限はない。但し、
でき得れば間隔Ｐ１は２μｍ以上にするのが好ましい。
以上のように形成されたアライメントセンサーのサブパ
ターン７４Ａ〜７４Ｅは、ＦＩＡ方式のマークセンサー
では解像できないため、ウエハマーク７６Ｘの凸部７５
Ａ〜７５Ｄを明部とし、サブパターン７４Ａ〜７４Ｅを
暗部とする明暗パターンとして処理が可能である。な
お、ウエハマーク７６Ｙもウエハマーク７６Ｘと同様に
形成されている。

【００４１】以上のように、所定の回路及びウエハマー
ク７６Ｘ，７６Ｙが形成されたウエハＷ上の表面は、次
にステップ１０６，１０７において、更に上層回路を形
成するため平坦化される。この平坦化は、前述の方法に
より行われるが、本例では、先ずステップ１０６におい
て、ウエハＷ上に酸化シリコン（ＳｉＯ₂)等の絶縁膜
（または金属膜、以降、「平坦化膜」と言う）７９が被
覆される。この段階では、図２（ａ）に示すように、平
坦化膜７９の表面７９ａには微少な凹凸が見られる。次
にステップ１０７において、化学機械的にその平坦化膜
７９の表面７９ａを研磨する処理が施される。この化学
機械的研磨は、必要により所定の薬品または水を加えな
がら平坦化膜７９の表面を機械的に研磨する方法により
行われる。

【００４２】図２（ａ）に、以上の方法により平坦化さ
れたウエハＷ、特にウエハマーク７６Ｘ上の平坦化膜７
９の表面８０の状態を示す。平坦化膜７９の表面８０は
ウエハマーク７６Ｘ上で凹むことなく、なだらかな面を
形成している。これは、ウエハマーク７６Ｘの凸部７５
Ａ〜７５Ｄの間を微細なサブパターン７４Ａ〜７４Ｅで
埋めたことにより、２μｍ以上の凹部がなくなり、前述
の説明通り、ウエハマーク７６Ｘ上の平坦化膜７９の平
坦性が保たれるためである。

【００４３】以上の工程により、その平坦化膜７９表面
が平坦化されたウエハＷ上には、ステップ１０８におい
て、再びフォトレジストが塗布される。ここでは、例え
ばウエハＷを回転させ、遠心力によりウエハＷ上にフォ
トレジストの薄膜を形成するスピンコート方式等のフォ
トレジスト塗布装置（コータ）が用いられる。フォトレ
ジストが塗布されたウエハＷは、ステップ１０９におい
て、再び上記の投影露光装置またはその他の本実施例の
露光方法に好適な投影露光装置または一般的なパターン
形成装置のウエハステージ上にセットされる。

【００４４】ところで、例えば平坦化膜７９が酸化シリ
コンのような透明な絶縁膜であり、ウエハマーク７６
Ｘ，７６Ｙが金属であれば、ウエハＷ上のウエハマーク
７６Ｘ，７６Ｙを含む全面に平坦化膜７９が形成されて
も、ウエハマーク７６Ｘ，７６Ｙは画像処理方式である
ＦＩＡ系のアライメントセンサーで検出できる。しか
し、例えば平坦化膜７９が金属である場合には、ウエハ
マーク７６Ｘ，７６Ｙは検出されない。従って、その場
合はウエハＷ上に平坦化されない部分を設け、そこに別
のウエハマークを形成するようにすれば良い。このよう
にして検知ができれば、上記ウエハステージＷＳにセッ
トされたウエハＷの位置合わせは、上記のＦＩＡ系のア
ライメントセンサーを用いて前述のように実施される。

【００４５】なお、ＬＳＡ系あるいはＬＩＡ系のウエハ
マークについても、それぞれＬＳＡ方式あるいはＬＩＡ
方式のアライメントセンサーにより、ＦＩＡ系同様に、
そのウエハマークの検出及び位置合わせが行える。ここ
で再び、ステップ１１０において、別のレチクルを用い
て新しい回路パターン及び、必要に応じ、新たなウエハ
マークが形成される。このとき、新しいウエハマークの
形成位置には、前述のディッシング現象による皿状の凹
みはなく、ウエハＷ上の平坦化膜７９の表面８０には、
マーク歪みのない安定したウエハマークが形成される。

【００４６】図６は、本発明の露光方法に用いられるＦ
ＩＡ系のＸ軸用のウエハマークの別の実施例を示し、図
６（ａ）は微細なサブパターンを非計測方向に配列され
たライン・アンド・スペース・パターンとしたウエハマ
ークで、複数組の凸部８３及び所定幅以下の凹部８２か
らなるラインマーク８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃにより形成
される。ここでラインマーク８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃ
は、それぞれＹ方向に凹部８２と凸部８３とを所定ピッ
チで形成したものである。図６（ｂ）は、微細なサブパ
ターンを２次元の格子状としたウエハマークで、それぞ
れ微細な格子状の凹凸パターンを持つラインマーク８４
Ａ，８４Ｂ，８４Ｃにより形成される。ここでラインマ
ーク８４Ａ，８４Ｂ，８４Ｃは、図６（ａ）同様所定の
幅以上の間隔をもって形成される。また、図６（ｃ）
は、微細なサブパターンをランダムドット状としたウエ
ハマークを示し、それぞれランダムなドット状の凸部を
もつラインマーク８５Ａ，８５Ｂ，８５Ｃにより形成さ
れる。ここで、ラインマーク８５Ａ，８５Ｂ，８５Ｃは
図５、６同様所定の幅以上の間隔をもって形成される。
なお、このような微細なサブパターンを持つアライメン
トマークはＦＩＡ系だけでなく、ＬＳＡ系及びＬＩＡ系
等他のアライメントセンサー系でも使用できる。

【００４７】図７は、ＬＳＡ用のウエハマークを示し、
Ｘ軸に平行なスリット状の凹凸パターンからなる微細な
サブパターン８７と、凸部８８との複数の組み合わせか
らなるＹ軸用のパターン８６Ａと、微細なＹ軸に平行な
凹凸パターンからなるサブパターン８９との複数の組み
合わせからなるＸ軸用のパターン８６Ｂとから形成され
る。本発明の露光方法に使用されるウエハマークは、そ
の他の形状のウエハマークにも同様に適用できる。

【００４８】また、本発明は、ステッパー型の露光装置
のみならず、レチクルとウエハとを相対的に走査して露
光を行うステップ・アンド・スキャン方式の露光装置に
も同様に適用できる。このように、本発明は上述実施例
に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の
構成を取り得る。

【００４９】

【発明の効果】本発明の露光方法によれば、平坦化処理
を行っても位置合わせ用のマーク上でディッシングが発
生しない。従って、アライメント時の位置合わせ用のマ
ークの検出光の歪みを抑えることができ、アライメント
精度が向上する。また、露光転写する装置側には、機構
上の変更が不要で、従って簡便である。

【００５０】また、位置合わせ用のマークの凸部同士の
間隔を２μｍ以上にした場合には、従来の通常の解像度
のアライメントセンサーでその位置合わせ用のマークを
検出できる。また、間隔が２μｍ以上では特にディッシ
ングが発生し易くなるが、本発明によりディッシングの
発生が抑制できる。更に、本発明のマスクによれば、そ
のマスクを用いて基板上に露光転写した位置合わせ用の
マークは、平坦化加工工程において、位置合わせ用のマ
ーク上のディッシングが抑えられ、従って、マーク歪み
も生ずることなく、高精度のアライメントを達成でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の露光動作を示すフローチャ
ートである。

【図２】（ａ）は実施例で使用されるウエハマークの断
面図、（ｂ）はそのウエハマークの平面図である。

【図３】実施例の露光方法を実施するのに好適な投影露
光装置を示す構成図である。

【図４】図３の投影露光装置に使用されるＬＳＡ系及び
ＬＩＡ系のアライメントセンサーを示す構成図である。

【図５】（ａ）はウエハ上に露光された回路パターン及
びレチクルマークの像を示す平面図、（ｂ）は図５
（ａ）中の一部の拡大平面図、（ｃ）は実施例のレチク
ルのパターン配置を示す平面図、（ｄ）は図５（ｃ）中
のレチクルマークの一部を示す拡大平面図である。

【図６】ＦＩＡ系のウエハマークの他の例を示す図であ
り、（ａ）は微細なサブパターンを非計測方向のライン
・アンド・スペース・パターンとしたウエハマークを示
す拡大平面図、（ｂ）は微細なサブパターンを２次元の
格子状としたウエハマークを示す拡大平面図、（ｃ）は
微細なサブパターンをランダムドット状としたウエハマ
ークを示す拡大平面図である。

【図７】ＬＳＡ系ウエハマークの例を示す拡大平面図で
ある。

【図８】従来のディッシングの発生の説明図である。

【図９】従来のウエハマーク上でディッシングが発生す
る状態を示す図である。

【符号の説明】

１光源３照明光学系９メインコンデンサーレンズＲレチクル１３投影光学系ＷウエハＷＳウエハステージ１５レーザ干渉計１８主制御系６７Ａ，６７Ｂレチクルマークのサブマーク６４Ｘ，６４Ｙレチクルマーク７６ＸＸ方向のウエハマーク７３ａ，７５Ａ〜７５Ｄ，７３ｂウエハマークの凸部７４Ａ〜７４Ｅウエハマークのサブパターン７９平坦化膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に凹凸パターンよりなる位置合わ
せ用のマークを形成する第１工程と；前記基板の前記位
置合わせ用のマーク上及び他の領域上に被膜を形成する
第２工程と；前記被膜を平坦化する第３工程と；該第３
工程により平坦化された前記被膜上に感光材料を塗布し
てマスクパターンを露光する第４工程と；を有する露光
方法において、前記第１工程で形成する前記位置合わせ用のマークは、
所定幅以上の凸部の間に前記所定幅よりも小さいピッチ
の凹凸パターンが形成されたものであることを特徴とす
る露光方法。
【請求項２】前記位置合わせ用のマークの前記所定の
幅以上の凸部の間隔は、２μｍ以上であることを特徴と
する請求項１記載の露光方法。
【請求項３】転写用のパターンと共に位置合わせ用の
マークの原版パターンが形成されたマスクにおいて、前記位置合わせ用のマークの原版パターンは、所定幅以
上の複数の明部または暗部の間に、前記所定幅よりも小
さいピッチの明暗パターンが形成されたものであること
を特徴とするマスク。