JP2690383B2

JP2690383B2 - ダミーウエハ

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Publication number: JP2690383B2
Application number: JP2115084A
Authority: JP
Inventors: 久中津井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-05-02
Filing date: 1990-05-02
Publication date: 1997-12-10
Anticipated expiration: 2012-12-10
Also published as: JPH0412522A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、ICまたはLSIなどの半導体素子を製造する
装置において使用するダミーウエハに関する。

〔従来の技術〕

従来より、ICまたはLSIなどの半導体素子製造用の露
光装置において、解像性能と重ね合せ性能という２つの
基本的な性能の向上が要求されている。前者は半導体基
板）以下「ウエハ」と称す）面に塗布されたフォトレジ
スト面上にいかに微細なパターンを形成するかという能
力であり、後者は前工程でウエハ面上に形成されたパタ
ーンに対し、フォトマスク上のパターンをいかに正確に
位置合せして転写できるかという能力である。

露光装置はその露光方法により、例えばコンタクト、
プロキシミティ、ミラー1:1投影、ステッパー、Ｘ線ア
ライナーなどに大分類され、その中で各々最適な重ね合
せ方式が考案され実施されている。

一般に半導体素子製造用としては解像性能と重ね合せ
性能の双方のバランスがとれた露光方式が好ましく、こ
のため現在では縮小投影型の露光装置いわゆるステッパ
ーが多用されている。

これからの露光装置として要求される解像性能は0.5
μｍ近傍であり、この性能を達成することが可能な露光
方式としては、例えばエキシマレーザを光源としたステ
ッパー、Ｘ線を露光源としたプロキシミティタイプのア
ライナー、そしてEBの直接描画方式の３方式がある。こ
のうち生産性の点からすれば前者２つの方式が好まし
い。

一方、重ね合せ精度は一般的に焼付最小線幅の1/3〜1
/5の値が必要とされており、この精度を達成することは
一般に解像性能の達成と同等か、それ以上の困難さを伴
っている。

一般にレチクル面上のパターンとウエハ面上のパター
ンとの相対的位置合せ、すなわちアライメントには次の
ような誤差要因が存在している。

（１−１）デバイスの種類または工程によって、ウエハ
面上のパターン（あるいはマーク）の断面形状、物性あ
るいは光学的特性が多種多様に変化すること。

（１−２）多様なプロセスに対応して確実に所定の精度
でアライメントするためには、アライメント検出系（光
学系、信号処理系）に自由度を持たせねばならないこ
と。

（１−３）アライメント光学系に自由度を持たせるに
は、投影レンズとアライメント光学系とを独立に構成す
る必要があり、その結果レチクルとウエハとのアライメ
ントが間接的になってくること。

一般にはこれらの誤差要因をなるべく少なくし、さら
にバランス良く維持することが重要となっている。

次に、前述の誤差要因の具体例について説明する。

（２−１）アライメント光を露光波長と同一波長にする
ことにより、TTLオンアクシスアライメント系が構成で
きる。かかるアライメント系では投影レンズがこの波長
に対して良好な収差補正がなされているので、例えばレ
チクルの上側にアライメント光学系を配置することがで
き、ウエハパターンの投影像とレチクル面上のパターン
とを同一視野内で同時に観察しながら双方の位置合せを
することができる。また、アライメントが完了したその
位置で露光をかけることができる。したがって、この方
法にはシステム誤差要因は存在しない。

しかしながらこの方法では、アライメント波長につい
て選択の余地がなく、また吸収レジストのようなプロセ
スにおいてはウエハからの信号光が極端に減衰するなど
対プロセス上の欠点を持つことになる。

（２−２）オフアクシスタイプのステッパーにおいて
は、ウエハのアライメント光学系は投影レンズの制約を
一切受けずに自由に設計することができ、その自由度に
よりプロセスへの対応力を強化できる。しかしながら、
この方式ではレチクルとウエハの同時観察はできず、レ
チクルは予めレチクルアライメント用の顕微鏡で所定の
基準に対してアライメントを行ない、ウエハはウエハア
ライメント用顕微鏡（以下、「ウエハ顕微鏡」という）
で顕微鏡内の基準にアライメントを行なっている。この
ため、レチクルとウエハの間に誤差要因が存在する。さ
らに、ウエハアライメント後、ウエハのパターンをレチ
クルの投影像と重ねるため、所定の距離（これを「基準
長」または「Base Line」という）ウエハを移動せねば
ならない。したがって、この方式はシステム誤差要因が
増大する結果になる。

このようにシステム誤差を含むアライメント方式によ
る装置においては、これらの誤差要因を安定維持するよ
うに努めると同時に、定期的にその量をチェックし補正
してやる必要がある。例えば投影レンズの光軸とアライ
メント顕微鏡の光軸間の距離である基準長は通常数十mm
の値である。一般には、仮にこの間を結合する物質の熱
膨張を抑えるべく厳密な温度管理をしたとしても0.1μ
ｍ〜0.01μｍの単位では経時変化している。このように
経時変化を生じる要因としては、前述の基準長の他にレ
ンズの投影倍率、レチクルのアライメント位置、ウエハ
ステージの配列座標系などがある。

そこで、第１物体としてのレチクルと第２物体として
のウエハとを重ね合せる際、各種の重ね合せ上の誤差要
因、例えば投影光学系の経時的な倍率変化、基準長の経
時時な変化、そしてウエハＸ・Ｙステージの配列座標の
経時的な変化などのシステム誤差を良好に補正し、常に
高精度な重ね合せが可能な露光装置の提供を目的とし
て、いわゆるダミーウエハを用いてシステム誤差を求め
ることが行なわれている。これは、例えば照明系により
照射された第１物体面上のパターンを可動ステージ上に
配置した第２物体面上に露光転写する露光装置におい
て、前記第１物体面上に設けたアライメントパターンを
照射し、該アライメントパターンの像を前記可動ステー
ジ上に前記第２物体の代わりに配置した該アライメント
パターンの照射光に感度を有し書き込み及び消去が可能
な可逆性の感光材料を有する第３物体面上に形成し、該
第３物体面上に形成された該アライメントパターンの像
の結像状態を検出することにより、前記第１物体面上の
パターンを前記第２物体面上に露光転写する際のシステ
ム誤差を求めるものである。すなわち、まず第１物体と
しての、例えばレチクル面上のパターンを第３物体とし
てのダミーウエハ面上に露光転写し、そのときの転写像
の結像状態を、第２物体であるウエハのアライメントに
用いるウエハアライメント顕微鏡を利用して検出し、こ
のときの検出結果に基づいて装置全体のシステム誤差を
装置自体内で自動的にまたは半自動的に補正している。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、前記ダミーウエハ用感光材料には次のよう
な特性が要求されている。

処理の高速化のために、紫外光による着色感度が優
れていること。

機械によるシステム誤差の自動補正を行なうために、
可視光を当ててデータを取り込んでいる間は、着色物が
一定以上のコントラストを有すること。

充分な繰り返し耐久性を有すること。

これらの条件〜にかなう感光材料の候補として
は、感光性レジスト、無機フォトクロミック材料、有機
フォトクロミック材料が挙げられる。

しかし、感光レジストは感光後現像処理を行なわなけ
ればならないので自動化ができないし、また繰り返し使
用することができない。

無機フォトクロミック材料は、着色感度が悪く、処理
の高速化が行なえない。

さらに、有機フォトクロミック材料は、着色感度が優
れている代わりに退色が速く、可視光を当ててデータを
取り込んでいる間に必要コントラスト以下になってしま
う。また、分解が激しいので繰り返し耐久性が上がらな
いという欠点がある。

以上のように従来の材料を用いても、それぞれ相異な
る欠点を有していて、目的にかなった感光物は得られて
いない。

本発明者は感光材料の１つである前記有機フォトクロ
ミック材料及びそのオーバーコート部材の欠点について
種々検討し、その欠点の原因を以下のように解明した。

有機フォトクロミック材料を含む層の中にわずかでも
有機溶媒が残っていると、着色物の安定性が落ち、退色
が速くなることがある。

有機溶剤を除去し、有機フォトクロミック材料の層を
ウエハに密着させるにはベークが必要だが、これを空気
中で行なうと有機フォトクロミック材料が空気中の酸素
で分解し着色濃度が落ちる。

空気中の酸素により有機フォトクロミック材料が分解
して繰り返し耐久性が悪くなる。

空気中の水分により有機フォトクロミック材料が分解
して繰り返し耐久性が悪くなる。

本発明の目的は、上述の問題点に鑑み、着色感度に優
れた有機フォトクロミック材料を感光材料として用いた
ダミーウエハであって、システム誤差の自動補正を行う
間は着色物が一定以上のコントラストを有し、十分な繰
り返し耐久性を有するダミーウエハを提供することを目
的とする。また特にダミーウエハのオーバーコート部材
の改良により耐久性を改善することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、基板上に、30〜80重量％の有機フォトクロ
ミック材料を含む樹脂から実質的になる第１層、および
透明電極用材料からなる第２層をこの順に有するダミー
ウエハである。

第１層を形成する際には、樹脂と有機フォトクロミッ
ク材料とを有機溶媒で溶解したコート液をベアーシリコ
ンまたは蒸着等の処理を行なったシリコンウエハ等の基
板上にコートしたのち、不活性ガス中で熱処理する。こ
れによって、有機フォトクロミック材料の分解が生じる
ことなくバインダー中に含まれる溶媒、水分、酸素を除
去し、発色濃度を高め退色までの時間を長くでき、繰り
返し耐久性を向上させることができる。

本発明で使用し得る有機フォトクロミック材料の好ま
しい例として（Ｉ）スピロナフトオキジン、（II）ベン
ゾピリロスピラン、（III）フルギドなどが挙げられ
る。

（ただし、R₁＝H,アルキル，アルコキシ，R₂＝H,ハロ
ゲン，アルキル，ニトロ，ニトロアルコキシ，R₃＝H,ア
ルキル，アルコキシカルボニルアルキル）第１層に用いる樹脂としては紫外及び可視領域におい
て透明性の高い高分子樹脂、例えばポリメチルメタクリ
レート、ポリカーボネート、ポリスチレンなどが好まし
い。溶剤としてはトルエン、キシレン、エチルセロソル
ブアセテート、ジエチルグリコールモノメチルアセテー
トなどの沸点が100℃以上の揮発性の低い溶剤が好まし
い。

また、溶液中の樹脂と有機フォトクロミック材料を合
わせた固形分の濃度は40％以下とするのが好ましい。

第１層において樹脂に対する有機フォトクロミック材
料の比率は30〜80重量％、さらには、樹脂100重量部に
対して80重量部から200重量部であることが好ましい。
コート法はシリコンウエハに塗る都合からスピンコート
法が望ましい。

第１層の不活性ガス中の熱処理は、例えばアルゴン、
クリプトン等の不活性ガス中で約100℃30〜40分間程度
の条件で行えばよい。

第１層の上には第２層としてと透明電極用材料からな
る膜を設ける。

第２層を透明電極用材料で形成することにより位置合
わせ（アライメント）に用いられるレーザービームを遮
断せず、効率よくダミーウエハによる高精度の位置合わ
せが可能となる。またポリビニルアルコール等の絶縁体
をオーバーコート層（第２層）とした場合と比較して、
透明電極用材料には導電性があるため静電気が起きにく
く、静電気が生じたとしても除去が容易で電荷が蓄積せ
ず、従ってアライメント誤差の原因となる繊維質等のゴ
ミの付着が極めて少なくできるというメリットがある。

この第２層があるためダミーウエハを繰り返し使用す
る際にも、空気中の酸素や水分によるフォトクロミック
材料の分解が防止される。

第２層としては透明な無機蒸着膜が好ましく、Au、A
g、Al、Cu、Sn、Gd、Mn、GaおよびIn等の金属薄膜や、I
n₂O₃、Sn₂O₃およびTiO₃等の金属酸化物薄膜が好まし
い。このような金属膜や金属酸化物膜を用いることによ
り、ポリビニルアルコールなどとは比較にならないほど
高い機械的強度を持つオーバーコート層（第２層）が得
られ、またこれらは空気中の水分や酸素を遮断する効果
が高いのでダミーウエハの長期的な耐久性も優れたもの
となる。

上記金属膜、金属酸化物膜の形成方法としては抵抗加
熱蒸着法、スパッタリング法、RFスパッタリング法等均
一な薄膜を形成する方法が適宜採用できる。

また第２層にはポリビニルカルバゾール等の電気導電
性透明樹脂の単体または混合物も用いることができる。
これらは有機電導性材料として知られているもので、上
記金属膜、金属酸化物膜と比較して膜厚が厚くなるデメ
リットを有しているが、導電性を持つことと紫外域での
透光性（透明性）もあることから使用できる。これらの
膜は公知のコート法によって形成できる。

第２層の厚さは、金属薄膜、金属酸化物膜の場合200
〜1800オングストロームの範囲が好ましい。その他の場
合も材料に応じて適宜膜厚を決定すれば良いが、例えば
ポリビニルカルバゾールの場合0.8〜30nm程度が好まし
い。

第２層の可視光透過率は80％以上であることが好まし
い。

〔実施例〕

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。

実施例１上述した化学式（Ｉ）でR₁＝Me,R₂＝R₃＝Ｈとしたス
ピロナフトオキサジン100重量部に対し、分子量200万の
ポリメチルメタクリレート100重量部の割合とし、これ
らの固形分の合計濃度が18重量％のエチルセロソルブア
セテート溶液を調製した。

この溶液3gを25℃でシリコンウエハ上にスピナーを用
いて、第１回300rpm×10sec、第２回2000rpm×60secの
条件でコートした。その後、98±２℃に設定したクリー
ンオーブン（内部は窒素ガスで置換してある）内で20分
間熱処理して第１層を形成した。この第１層（コート
膜）の膜厚は0.93μｍで、その凹凸差は60〜80nmであっ
た。

次に、この第１層を生成したシリコンウエハを全く紫
外線に当てないで電子ビーム蒸着装置中にセットし、真
空度５×10^-7Torr、出力0.25kw、基板間距離20cmの条件
で、第１層の上に第２層としてIn₂O₃を1300オングスト
ローム厚に蒸着した。

その後、98±２℃に設定したクリーンオーブン（内部
は窒素ガスで置換してある）内で40分間熱処理し、実施
例１のダミーウエハを得た。

このダミーウエハの第２層の凹凸差は第１層の凹凸差
に依存し、60〜80nmであった。

なお、第２層の酸素透過率はほとんど０に等しく、水
分の透過率も０に等しかった。

このように、第１層のフォトクロミック材料に含まれ
る溶媒、水分、酸素は窒素ガス中で除去され、第２層を
形成した後は酸素や水分の第１層への吸着はない。

800mJの紫外線光源で照射して飽和量まで得られたダ
ミーウエハを着色させたところ、飽和吸光度は6.0で、6
00nm光による飽和吸光度1.0までの減衰時間は20数秒で
あった。また、着退色による繰り返しを250回行なった
ところ飽和吸光度は1.0まで低下した。

なおこの実施例では第１層における有機フォトクロミ
ック材料の比率を50％としているが、これを80％として
も吸光度及び繰り返し回数は差がなかった。

In₂O₃は透明電極に一般に用いられているが、ダミー
ウエハのオーバーコート材料としてもポリビニルアルコ
ール等より被膜強度が高く、かつ透明であることから
（可視光領域で95％）有効であることが分かった。また
その導電性を利用してダミーウエハ表面のゴミを容易に
除去することもできた。

実施例２化学式（Ｉ）の化合物の代わりに、化学式（II）でR₁
＝Me,R₂＝H,R₃＝NO₂とした1,3,3−トリメチルインドリ
ノ−６′−ニトロベンゾピリロスピランを用い、In₂O₃
の代わりにSn₂O₃を用いた以外は実施例１と同様にして
実施例２のダミーウエハを作成した。

得られたダミーウエハの飽和吸光度は7.0で、600nm光
による飽和吸光度1.0までの減衰時間は2500秒であっ
た。

また、着退色による繰り返しを50回行なったところ飽
和吸光度は1.0まで低下した。

Sn₂O₃も可視光領域での透過率を数％しか低下させな
いのできわめて有効な材料であった。

以上のように実施例のダミーウエハは従来のダミーウ
エハと比較して50〜200％の耐久性向上が確認された。
また、オーバーコート部材の分光透過率特性を悪くする
ことはなく、光学特性を維持することができる。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明により、安定性に優れ、かつゴ
ミの除去も容易なダミーウエハが提供される。このこと
によりアライメント作業が極めて容易になり、高精度ア
ライメントが可能になる。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、30〜80重量％の有機フォトクロ
ミック材料を含む樹脂から実質的になる第１層、および
透明電極用材料からなる第２層をこの順に有するダミー
ウエハ。
【請求項２】前記第２層が、Au、Ag、Al、Cu、Sn、Gd、
Mn、GaおよびInから選ばれる金属膜、又はIn₂O₃、Sn₂O₃
及びTiO₃から選ばれる金属酸化物膜である請求項１に記
載のダミーウエハ。