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発明の名称 パターン位置検出方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−45213
公開日 平成6年(1994)2月18日
出願番号 特願平4−198066
出願日 平成4年(1992)7月24日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小川 勝男
発明者 稲垣 晃 / 中山 保彦 / 吉田 実
要約 目的


構成
本発明のパターン検出方法は、レジスト塗布時にレジストが流れる方向と同じ方向に長い形状にパターン■、レジストの流れと直角方向のパターン■、及び、上記2つのパターンの間に形成される一つ以上のパターン■を含む放射状のパターンをウエハ上に放射状に配置形成し、パターン位置合わせ時に各放射状のパターンを2次元的に検出し、■のパターンと■のパターンの交点と、■のパターンと■のパターンの交点から、そのズレを求める。
特許請求の範囲
【請求項1】ウエハ上のパターンを検出し、該パターンが特定の位置になるように位置決めし、パターンをウエハ上に露光転写する装置において、ウエハ上に設けたレジスト塗布時のレジストの流れる方向と同じ(0度)方向、及び、レジストの流れる方向と、同方向から90度までの間の内の2方向以上に放射状に延びる直線上のパターンと、各パターンの直線方向の位置を検出する手段、及び、各パターンの直線方向位置の交点を求める手段により、各パターンの交点のズレ量を求め、そのズレ量からパターン検出位置を補正することを特徴とするパターン位置検出方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウエハ等に微細パターンを高精度に位置決めし、露光する場合にウエハ上に塗布されたレジストのムラの影響を低減し、パターン位置を高精度に検出するために好適なパターン検出方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体の高集積化に伴い、ウエハ上に描かれた回路パターンに次に転写しようとする回路パターンを高精度に位置合わせして露光転写する必要がある。
【0003】従来、回路パターン近傍に位置決め用のパターン(アライメントパターン)を設け、その位置決め用パターンの位置を検出してウエハを次に転写しようとする回路パターンに位置合わせしていた。
【0004】従来の露光装置の構成と検出パターンの一例を図6以降に示し説明する。図6において、1は試料としての半導体ウエハ(以下、単にウエハという)、2は被投影体としての回路パターン描画レチクル、3は回路パターン縮小投影するためのレンズ、4はアライメントパターン22,23を検出するパターン検出器である。5はウエハ1を載置するステージで、X,Y,Zの各方向へ移動可能に構成されている。6は露光照明系、9aはステージ7をXの方向へ駆動するモータ、8aはモータ9aに対応してステージ7のX方向位置計測を行うレーザ測長器である。そのほかのY方向のアライメントパターンを検出するパターン検出器4'ステージのY,Z方向へ移動制御するためのモータ9b,9c及び、Y方向の位置測定を行うレーザ測長器8bは省略してある。11はレーザ測長器8a,8bの測長データを基にモータ9a,9bおよび制御するステージ制御系である。
【0005】上記構成からなる露光装置において、露光を行うには、まず、縮小レンズ3の結像面にウエハ1の上面を合わせ、ついでウエハ1上のアライメントパターン22と回路パターン描画マスク2に設けられたパターン23の位置とのズレをパターン検出器4で検出し、検出したずれ量がゼロになるようにステージ制御系11がステージ5を移動して回路パターン描画レチクル2との位置合わせを行う。つづいて露光照明系6のシャッターを開いて露光が行われる。
【0006】上記露光に際して行われる縮小レンズ5の結像面とウエハ1上面との位置合わせは、まず、ステージ制御系11によりステージ7をレチクル2の結像位置にZ方向へ移動し、ウエハ1の上面位置の高さを保持するように制御する。続いて、パターン検出器4でウエハ上の位置合わせマークを検出し、所定の位置に対するウエハのズレを求め、そのズレ量が0になるようにステージ5を移動する。この検出と移動を繰り返し、ズレ量が許容値以下になったとき露光転写を行う。
【0007】一方、位置検出パターン22,23からそのパターンのズレ量を求める方法は、走査した1ライン上の波形が図7に示すようになり、X方向のレチクルとウエハのズレ量は△x=(W1−W2+W4−W5)となる。したがって、W1=W5,W2=W4のときズレ量がゼロとなる。このようなパターン検出方法(例えば、特開昭60−140826号公開)が提案されている。しかし、露光を行うウエハ上にはレジストが塗布されており、そのレジストが必ずしも均一に塗布されていない。高精度な検出が要求されると、レジストの塗布ムラも無視できなくなるが、それを補正する方法等に付いては触れられていない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ウエハ上にレジストを塗布するには、スピナ(ウエハを回転させその上にレジストをたらす事により、ウエハ面に均一にレジストを塗布する装置)によって、ウエハ面にレジストを均一に塗布しようとするが、レジストはウエハの回転により、中心から外側に放射状に流れる。その場合、ウエハ上が平坦であればレジストも均一になるが、レジストの流れる方向と直角あるいは斜め方向にパターンがあるとレジストは図3に示すように凸状になったり、凹んだりする。このレジストの凹凸はレンズと同様な効果を示し、パターンの見える位置がシフトする。これにより、回路パターン間の高精度な位置決めができないという問題があった。本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、特に、半導体ウエハ等に微細パターンを露光転写する露光装置において、位置検出用パターン位置を高精度に求めることができ、それにより製品の品質の向上を図ることができるパターン検出方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、本発明のパターン検出方法は、レジスト塗布時にレジストが流れる方向と同じ方向に長い形状にパターン■、レジストの流れと直角方向のパターン■、及び、上記2つのパターンの間に形成される一つ以上のパターン■を含む放射状のパターンをウエハ上に放射状に配置形成し、パターン位置合わせ時に各放射状のパターンを2次元的に検出し、■のパターンと■のパターンの交点と、■のパターンと■のパターンの交点から、そのズレを求める事によりレジストの塗布ムラによるパターン検出位置のシフト量を補正しようとするものである。
【0010】
【作用】上記放射状のパターン位置を検出し、さらにレジストの流れる方向と同方向のパターンを基準として、他のパターンとのそれぞれの交点から、X/Y方向の位置を検出することにより、ウエハ上に塗布されたレジストのムラの影響を低減し、高精度な検出が可能となり、高集積化及び、高品質化に寄与できる。
【0011】
【実施例】露光装置は図6に示すように、ステージ5上にウエハ1を搭載してX方向の位置を測定するレーザ測長器8a(図には示していないがY軸方向の8bもある)によりステージ5の位置を正確に測長し、その測長値をステージ制御系11に取り込み、該制御系ではX軸方向のステージ駆動モータ9a(図には示していないがY軸方向の9bもある。)を駆動することによって、ウエハを所定の位置に移動する。その状態でウエハ上の位置検出用パターン1a〜1dを2次元センサを用いて検出する。そのパターンを以下の述べるパターン位置検出方法を用いることによりレチクル2とウエハ上のパターンを位置合わせし、露光照明系6のシャッターを開け露光する。この位置合わせを行うときに必要なパターン位置の検出方法である本発明の一実施例を図1から図5を参照して以下説明する。
【0012】図1は本発明で使用するウエハ上に設ける放射状の位置合わせ用パターン及び、放射状パターンのそれぞれの位置でパターンの中心位置を検出し、さらに検出した各点を一次近似したときの近似直線を示す。図2はウエハ上に上記放射状のパターンを配置した図、図3はウエハ上の凸パターンによりレジスト塗布ムラが生じたときのパターン検出波形、図4はウエハ上に凸パターンがあってもレジストの流れる方向により塗布ムラが生じない場合のパターン検出波形、図5はレジストの流れる方向に対するパターンの角度と検出位置の変化を示した図である。また、露光装置の構成及び、露光装置内のパターン検出器の位置関係は図6の従来の装置と同様である。ただし、放射状パターンを検出するために検出には2次元センサまたは、1次元センサの集まりによって放射状のパターンを検出できるように構成したものとする。したがって、以下の説明は2次元センサによって検出するものとして説明する。
【0013】図1において、ウエハ1上の放射状パターン1a,1b,1c,1dは、図2に示すようにウエハ中心位置から放射状方向のパターンを持っている。図1のレジストの流れる方向12に対してパターン1aは水平方向にありレジストの塗布ムラは図4に示すように生じない。しかし、レジストの流れる方向12に対して垂直方向のパターン1bは図3に示すようにレジストの塗布ムラを生じ、パターン検出位置が真値から△xずれた形で検出される。そこで、2次元センサで取り込んだ図1(a)の放射状パターンのそれぞれのパターンの中心位置を波線13で示す範囲において検出すると、図1(b)に示すパターン1aの中心位置を検出しその検出した各点の一次近似直線は、ズレが生じていないのでパターンの真の位置を示している。同様にパターン1bの中心位置を検出しその検出した各点の一次近似直線17を求めると、図3で示したように真のパターン中心位置から△xのズレが生じたところになる。さらに、レジストの流れ方向と45度方向のパターン1cに付いて同様の処理を行うと、真の中心位置18に対して△x’のズレたところに一次近似直線15が求まる。この図1(b)に示すパターン検出位置の交点付近を拡大したものが図5(a)である。
【0014】レジストの流れ方向12と同じ方向のパターンを0度とすると、45度方向のパターンの検出位置15と0度方向パターン検出位置の交点から、90度方向パターン検出位置の距離を△x90とすると、これは図5(b)に示すような関係になる。すなわち、レジスト膜厚t0の時に90度方向のパターン検出位置のズレ量は△xであり、45度パターンの交点のズレ量は△x45であり、その関係は【0015】
【数1】△x=△x90+△x45となる。そこで、あらかじめレジストの無いウエハでのパターン間距離Lxとそのウエハにレジストの厚さt0,t1,t2、・・・・を塗布したもののパターン間距離Lx’を測定し、その差から図2に示すようなパターン位置と塗布ムラがある場合のパターン検出位置(0度相当位置)を測定しておきレジスト塗布ムラによる見かけ上の伸びまたは収縮の量から上記シフト量△x,△x90,△x45度を求め、実ウエハ上の検出値のズレ量△x90から△xを求める。
【0016】即ち、レジストの塗布ムラにより生ずるパターンの検出位置シフト量を予め求めておいたシフト量の変化と、レジスト塗布ムラの影響を受けない0度方向パターン、45度方向パターン及び、90度方向パターンを用いて、ウエハ上のレジスト厚が不明でもその相対ズレ量から90度方向パターンのズレ量を補正することができ、パターン中心値を正確に求めることが可能になる。
【0017】尚、上記実施例ではレジストの流れる方向と同方向(0度方向)、90度方向、45度方向に長いパターンについて述べたが、0度方向のパターンは必要とするが他の方向については2つ以上の異なる角度を持ったパターンを設けておくことにより、上記検出補正が可能となる。
【0018】
【発明の効果】本発明は、以上説明したような方法により、パターン検出時のレジスト塗布ムラの影響を低減することができ、その結果高精度な位置合わせが可能になり、高精密及び、高品質な半導体製品の製作に寄与することができる。




 

 


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