JP2805827B2 - アライメント方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体素子や液晶表示素子等の製造に使用
される露光装置において、回路パターンが形成されたレ
チクル（マスクと同義）と、ウエハ等の基板とを相対的
にアライメントする方法に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、半導体素子製造のリソグラフィ工程では、レチ
クルパターンを高分解能でウエハ上に転写する装置とし
て、ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影型露光
装置、所謂ステッパーが多用されるようになっている。
この種のステッパーでは、例えばレチクル上のアライメ
ントマーク（レチクルマーク）と、ウエハのショット領
域に付随して設けられたアライメントマーク（ウエハマ
ーク）とを、投影レンズを介して同時に重ね合わせ観察
するTTR（Through The Reticle）方式のDDA（Die by Di
e Alignment）系、或いは投影レンズを介してスポット
光（シートビーム）をウエハマークに照射してマークか
らの回折又は散乱光を光電検出するTTL（Through The L
ens）方式のLSA（Laser Stop Alignment）系等を用い
て、重ね合わせ露光すべきレチクルとウエハとの相対的
なアライメントを行っている。通常、フォトリソグラフ
ィ工程におけるウエハは、の表面に１〜２μｍ程度の厚
さでレジスト層（感光層）が形成されているので、アラ
イメント時にはレジスト層を介してウエハマークを光学
的に検出しなければならない。従って、レジスト層の光
学的な特性のため、検出すべきウエハマークからの光情
報に不要なノイズ成分（スペックル、干渉縞等）が混入
し、アライメント精度を著しく低下させることがあっ
た。そこで、マスクとウエハとのアライメント動作に先
立って、ウエハマーク上のレジスト層のみ露光（ポジレ
ジストの場合）する、或いは化学的な処理を施す、若し
くは高エネルギービームを照射することによって、全て
のウエハマーク上のレジスト層を除去することが提案さ
れていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記の如き従来の技術においては、ア
ライメントに先立って全てのショット領域に対して、ウ
エハマーク上のレジスト層の除去を行わなければなら
ず、アライメント時間及び除去時間が長くなってスルー
プットが低下するという問題点があった。また、レチク
ルとウエハとの重ね合わせ露光後の各種基板処理工程、
特にエッチング工程において、レジスト層が除去された
ウエハマークは破壊され易い。このため、ステッパーで
の十数層に上る重ね合わせ露光において、各層（レチク
ル）の露光毎にウエハマークの位置を移動させる、即ち
ウエハマークを打ち替える必要があるという問題点もあ
った。さらに、ウエハマーク上のレジスト層を除去しな
くても、例えば露光光によるTTR方式のDDA系を用いて重
ね合わせ露光を行う場合、重ね合わせ露光に伴ってウエ
ハマーク上のレジスト層まで感光し、上述と同様にエッ
チング工程においてウエハマークが破壊されてしまうの
で、レチクル毎にウエハマークを打ち替えなければなら
ず、ウエハ上のマーク形成領域が大きくなってしまうと
いう問題点もあった。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、スルー
プットの低下を最小限に抑えることができ、高精度にマ
スクとウエハとの重ね合わせが可能なアライメント方法
を得ることを目的としている。

〔課題を解決する為の手段〕

かかる問題点を解決する為本発明においては、規則的
に配列された複数のショット領域SAの夫々に付随してウ
エハマークWMが形成され、その表面にレジスト層が形成
されたウエハＷ〔基板〕に対し、回路パターンが形成さ
れたレチクルＲを順次重ね合わせ露光する際に、ウエハ
ＷとレチクルＲとを相対的にアライメントするに先立っ
て、ウエハマークWM上のレジスト層を除去するように
し、この際レジスト層を除去すべき（即ち、アライメン
トに使用する）ショット領域SAの数を、ウエハＷ上でウ
エハマークWMが欠けることなく存在しているショット領
域SAの総数よりも少なくし、且つ互いに異なるレチクル
間で少なくとも一回はショット領域SAが重複しないよう
に定め、このレジスト層を除去したウエハマークWMのみ
を、ウエハＷとレチクルＲとのアライメントに適用する
こととした。また、レジスト層の除去を行った後、レジ
スト層が除去されたウエハマークWMのみの位置情報に基
づいて、ウエハＷ上のショット領域SAの配列座標値を算
出することとした。

また、規則的に配列した複数のショット領域SAを夫々
に付随してウエハマークWMが形成され、その表面にレジ
スト層が形成されたウエハＷ〔基板〕に対し、ウエハマ
ークWMと整合し得るレチクルマークRM〔基準マーク〕を
有するレチクルＲを順次重ね合わせ露光するに先立っ
て、ウエハＷとレチクルＲとを相対的にアライメントす
る際、ウエハＷ上でウエハマークWMが欠けることなく存
在しているショット領域SAの総数よりも少なくなるよう
に、ウエハマークWMを検出すべき（即ち、アライメント
に使用する）ショット領域SAを選択するようにし、この
際互いに異なる第１および第２レチル間でアライメント
マークWMが重複しないように定め、第１レチクル用に選
択したショット領域SAに対応するアライメントマークの
みでウエハＷと第１レチクルＲとのアライメントを行
い、第２レチクル用に選択したショット領域SAに対応す
るアライメントマークのみでウエハと第２レチクルＲと
のアライメントを行うことにした。

〔作 用〕

本発明では、基板上でアライメントマークが欠けるこ
となく存在しているショット領域の総数よりも少なくな
るように、アライメントに使用するショット領域を選択
する。さらに、露光後の各種処理工程の種類（内容）に
応じて、前層の露光工程で用いたアライメントマークの
重複使用が可能か否かを決定しておき、少なくとも重複
使用が不可能な互いに異なる露光工程（重ね合わせ層、
マスク）間では、アライメントに使用するショット領域
が重複しないよう定める。そして、このように選択した
ショット領域に付随したアライメントマークを、基板と
マスクとのアライメントに適用することとした。このた
め、感光層を除去したアライメントマークを用いてアラ
イメントを行う場合には、上記選択したアライメントマ
ークのみ感光層を除去するので、感光層の除去を要因と
するスループットの低下を最小限に抑えることができ
る。また、レジスト除去の有無に関わらず、重ね合わせ
露光時には少なくともアライメントに使用したアライメ
ントマーク以外は遮光する（ポジレジスト使用の場合）
ことによって、露光後のエッチング工程における未使用
のアライメントマークの破壊を避けることができる。こ
のため、次の露光工程でのアライメントマークの打ち替
えが不要となって、基板に形成するアライメントマーク
のマーク形成領域の面積を小さくすることができる。

〔実 施 例〕 第１図は、本発明の実施例による方法を実施するのに
好適なシステムを表す図であり、本実施例のシステムに
はレジスト除去装置Ａと露光装置Ｂとが設けられる。そ
こで、まず露光装置Ｂについて説明するが、露光装置Ｂ
として従来の装置をそのまま利用できるので、本実施例
では特開昭63−283129号公報に開示されている露光装置
を用いるものとする。

さて、超高圧水銀ランプ等の照明光源１はｇ線、ｉ線
等のレジスタ層を感光するような波長（露光波長）の照
明光を発生し、この照明光はミラー２を介して可変ブラ
インド3a、不図示のオプチカルインテグレータ（フライ
アイレンズ）等を含む照明光学系３に入射する。照明光
学系３で光束の一様化等が行われた照明光は、コンデン
サーレンズを通ってダイクロイックミラー５で垂直に反
射された後、レチクルＲのパターン領域PAを均一な照度
で照明する。レチクルＲにはパターン領域PAに付随し
て、矩形の透明窓部と回折格子マークとから成るレチク
ルマークRMが形成されている。可変ブラインド3aの面は
レチクルＲと結像関係にあるので、可変ブラインド3aを
構成する可動ブレードを開閉させて開口位置、形状を変
えることにより、レチクルＲの観測、視野（露光時は照
明視野）を任意に選択することができる。レチクルＲの
パターン領域PAを透過した照明光は、両側（若しくは片
側）テレセントリックな投影レンズ６に入射し、投影レ
ンズ６は回路パターンやレチクルマークRMの像をウエハ
Ｗ上に投影する。ウエハＷの表面にはレジスト層（単層
レジスト、多層レジスト、又は色素入りレジスト等）が
形成され、ウエハＷはステップ・アンド・リピート方式
で２次元移動するウエハステージ７上に載置される。

また、露光装置Ｂには回折格子マークに対して２方向
から平行なレーザビームを同時に照射して１次元の干渉
縞を作り、この干渉縞を用いてアライメントを行うTTR
（Through The Reticle）方式のアライメント系、特に
２方向から照射されるレーザビームに一定の周波数差を
与えるヘテロダイン法を採用したアライメント系（以
下、Laser Interferometric Alignment;LIA系と呼ぶ）
が設けられている。LIA系は複屈折物質（水晶、方解石
等のレンズ）と、テレセントリックな対物レンズとを一
体に組み合わせた２焦点光学系８を有し、ダイクロイッ
クミラー５の上方に設けられたこの２焦点光学系８に
は、照明系（不図示）から発振される直交直線偏光の非
露光波長の照明光（レーザビーム）が入射する。２焦点
光学系８を射出した一方の偏光（例えばＰ偏光）成分か
ら成る２光束は、レチクルＲ（レチクルマークRMの透明
窓部）及び投影レンズ６を介してウエハマークWMを照射
し、他方の偏光（Ｓ偏光）成分から成る２光束はレチク
ルマークRM（回折格子マーク）を照射する。この際、１
次元の干渉縞はマークRM、WM上で２光束の周波数差に対
応して移動する（流れる）ことになる。この結果、マー
クRM、WMからは夫々干渉縞の移動によって明暗の変化を
周期的に繰り返すビート波面になる±１次回折光（干渉
光）が発生し、この干渉光を光電変換することにより干
渉縞の明暗変化の周期に応じた正弦波状の交流信号（ビ
ート周波数、以下、光ビート信号と呼ぶ）を検出する。
この時、参照用回折格子（不図示）にも周波数が異なる
２光束が照射され、参照用回折格子から発生する干渉光
の光電信号（正弦波状の交流信号）が基準ビート信号と
して検出される。そして、基準ビート信号を基準とした
マークRM、WMからの光ビート信号の波形上の位相差（±
180゜）を、レチクルＲとウエハＷとの位置ずれ量とし
て求めるものである。尚、検出された位相差は夫々マー
クRW、WMの格子ピッチの1/2内の相対位置ずれ量に一義
的に対応している。

一方、レジスト除去装置Ａにはレジスト除去用のエキ
シマレーザ光源10とアライメント用の照射系20とが設け
られ、エキシマレーザ光はレンズ系11、ビームスプリッ
ター12及びレンズ系13を介して、可変開口絞り（可変ア
パーチャ）14を均一に照射する。可変アパーチャ14の開
口像は加工用対物レンズ16によりウエハＷの表面に縮小
結像される。ウエハＷの表面には、レジスト層がコーテ
ィングされ、このウエハＷは干渉計等で位置計測されて
２次元移動するステージ30に載置される。また、照明系
20からのアライメント照明光はビームスプリッター21で
反射されて、アライメント用対物レンズ22に入射し、ウ
エハＷの表面に均一に照明する。ウエハＷ上のマークWM
からの反射光は対物レンズ22、ビームスプリッター21を
介してリレー系23を通って観察系に導かれる。この対物
レンズ22、ビームスプリッター21及びリレー系23によっ
て、オフ・アクシス方式をウエハ・アライメント系が構
成される。また、加工用対物レンズ16を介して加工点
（レジスト除去部）を直接観察するため、対物レンズ16
と可変アパーチャ14との間の光路中に進退可能なビーム
スプリッター15が配置される。このビームスプリッター
15が光路中にある時、照明系20からの照明光は対物レン
ズ16に導かれ、ウエハＷ上の加工部を均一に照射する。
ウエハＷの表面からの反射光は対物レンズ16、ビームス
プリッター15及び可変アパーチャ14を通り、さらにレン
ズ系13及びビームスプリッター12を介してリレー系17に
入射し、観察系に導かれる。ここで、ウエハＷと可変ア
パーチャ14とは共役なので、リレー系17を介して可変ア
パーチャ14の開口像と、ウエハＷ上の加工部とが同時観
測される。即ち、可変アパーチャ14の開口内にマークWM
が位置するようにステージ30を位置決めした後、ビーム
スプリッター15を退避させて、エキシマレーザ光源10か
らエキシマレーザ光（パルス光）を発振させれば、ウエ
ハマークWMを含む局所領域のみのレジスト層が気化して
除去されることになる。また、レジスト層の気化した物
質等は対物レンズ16に付着すると、レーザ光パワーの低
下等の不都合が生じる。そこで、対物レンズ16とウエハ
Ｗとの間に石英の透過板31を配置し、ウエハＷと石英板
31との間の空間を排気系32により減圧するようにして、
気化した物質を排気系32によって直ちに取り除くように
した。上記構成において、ビームスプリッター12はダイ
クロイックミラーのような波長選択性のものにし、照明
系20からの照明光の波長は可視域にすることが望まし
い。尚、レジスト除去装置Ａで加工されたウエハＷは搬
送装置Ｃにおいて露光装置Ｂに搬送される。

ところで、レチクルＲのパターン像とウエハＷ上のシ
ョット領域とを正確にアライメントするため、例えば特
開昭61−44429号公報、又は特開昭62−84516号公報に開
示されているように、拡張されたウエハ・グローバル・
アライメント（以下、エンハンスト・グローバル・アラ
イメント＝EGAと呼ぶ）方式を採用することが有望視さ
れている。ここで、EGA方式とは１枚のウエハＷを露光
するのに、まず始めにウエハＷ上の複数のショット領域
に付随したマークの位置を計測（サンプル・アライメン
ト）した後、ウエハ中心位置のオフセット（Ｘ、Ｙ方
向）、ウエハＷの伸縮度（Ｘ、Ｙ方向）、ウエハＷの残
存回転量、及びウエハステージの直交度（或いはショッ
ト領域の配列の直交度）の計６つのパラメータを、マー
ク設計位置とマークの計測位置との差に基づいて統計的
な手法で決定する。そして、決定されたパラメータの値
に基づいて、重ね合わせ露光すべきセカンド（2nd）シ
ョットの位置を設計位置から補正して順次ウエハステー
ジをステッピングさせていく方式である。この方法の利
点は、ウエハ露光に先立ってウエハＷ上の全ショット数
と比べてわずかな数（３〜16ショット程度）のマークの
位置計測を実行した後は、最早マークの検出及び位置計
測を必要としないため、スループットの向上が望めるこ
と、及び十分な数のマークをサンプル・アライメントす
ると、個のマーク検出誤差が統計的な演算のもとで平均
化されることになり、１ショット毎のアライメント（ダ
イ・バイ・ダイ、又はサイト・バイ・サイト方式）と同
等、若しくはそれ以上のアライメント精度が、ウエハ全
面の全てのショット領域に対して望めることである。そ
こで、本実施例ではLIA系を用いてEGA方式のアライメン
トを行うものとし、サンプル・アライメントを行うショ
ット領域に付随したウエハマークWMのみ、レジスト除去
装置Ａを用いてレジスト層を除去する。このため、十分
な精度でアライメントが可能となると共に、レジスト層
の除去を要因とするスループットの低下を最小限に抑え
ることができる。

第２図は、ウエハＷ上のショット領域SAとウエハマー
クWMとの配置を示す平面図であり、各ショット領域SAは
Ｘ方向、Ｙ方向に伸びた細い帯状のスクライブ領域CLに
よって区画されている。また、各ショット領域SAは露光
装置ＢにおいてレチクルＲの回路パターン領域が１回で
投影露光される大きさに対応している。本実施例におい
て、ウエハマークWMは１つのショット領域SAに付随した
２ヶ所にＸ方向用とＹ方向用とで別に設けられ、Ｘ方向
用のマークはWMx、Ｙ方向用のマークはWMyである。ウエ
ハマークWMx、WMyは、複数本の長い格子エレメント（バ
ーパターン）が、夫々Ｘ、Ｙ方向に配列された回折格子
マーク（デューティは1:1）である。本実施例では、第
２層目のレチクルの露光に先立ってLIA系によるEGA方式
のアライメントを行う際、第２図中に示したショット領
域SA1〜SA10をサンプル・アライメントするため、この
ショット領域SA1〜SA10に夫々付随したウエハマークWM
x、WMyを含む領域のみのレジスト層を除去してやれば良
いことになる。ここで、除去されるレジスト層の大きさ
（除去領域DA）はスクライブ領域CLの幅よりも小さく、
且つウエハマークWMの専有面積、例えばウエハマーク以
外のパターンを設けてはならない最小の領域（所謂、マ
ーク形成領域）よりは大きくなるように定められてい
る。同様に、レジスト除去装置Ａでのエキシマレーザ光
の照射領域（可変アパーチャ14の開口像）の大きさも一
義的に定められる。尚、可変アパーチャ14は開口寸法、
形状を任意に変えられるので、ウエハマークWMを含むマ
ーク形成領域（除去領域DA）の形状、寸法に適宜合致さ
せることができる。

次に、第３図を併用して本実施例によるアライメント
動作について説明する。第２図に示したように、ウエハ
Ｗ上には第１層目のレチクルパターン（レチクルマーク
RMを含む）が形成され、その表面には所定膜厚のポジレ
ジストが形成されているものとする。さて、第２層目の
レチクルＲとウエハＷとの重ね合わせ露光に先立って、
まずLIA系によるEGA方式のアライメントに用いるショッ
ト領域SA、本実施例ではショット領域SA1〜SA10を決定
する。この際、例えば第２図中に示したショット領域SA
a、SAb、即ちウエハマークWMが欠けているショット領域
SA（欠けショット）については、予めアライメントに使
用可能なショット領域（総数）から外しておく。その
後、ウエハＷはレジスト除去装置Ａのステージ30上に載
置され、オフ・アクシス方式のウエハ・アライメント系
（対物レンズ22、リレー系23等）により、ショット領域
SA1〜SA10に付随したウエハマークWMのうちの特定位置
のマークWMが検出される。そして、このマーク像が観察
系内部の指標マークと合致するようにステージ30の位置
決めが行われ、この位置がステージ30の基準位置として
規定される。次に、ステージ30はその基準位置、即ちウ
エハ・アライメント系のマーク検出の中心位置と、対物
レンズ16による可変アパーチャ14の像の中心位置との機
械的な間隔距離（ベースライン）、ウエハマークWMx、W
Myの配列（位置）情報、及びEGA方式のアライメントに
用いるショット領域SAの位置情報等に基づいて、レジス
ト層を除去すべきウエハマークWMを含む除去領域DAを順
次対物レンズ16の下に位置決めする。この時、可変アパ
ーチャ14の中心にマークWMが位置したか否かを確認する
ため、ビームスプリッター15を光路中に入れてリレー系
17を介して観察する。この時、可変アパーチャ14とウエ
ハマークWMとにずれがあれば、そのずれ量を計測してス
テージ30の移動量、又は先に求めた基準位置を補正す
る。。のチェックはウエハＷ上の離散的な数ヶ所のウエ
ハマークWMに対して行えば良い。そして、ビームスプリ
ッター15を退避させて、順次位置決めを行ってはエキシ
マレーザ光を照射して、EGA方式のアライメントに用い
るショット領域SA1〜SA10に付随したウエハマークWM（W
Mx、WMy）上のレジスト層を除去していく。第３図は、
ウエハマークWM上のレジスト層を除去する様子を示すウ
エハＷの部分断面図である。第３図（Ａ）はエシマ１レ
ーザ光をLBをレジスト層PRに照射する様子を示し、第３
図（Ｂ）はレジスト層PRのウエハマークWMを含む除去領
域DAが除去された様子を示す。レジスト層の除去は、エ
キシマレーザ光LBの１パルスのエネルギーが強ければ１
パルスでも可能であるが、１パルスの発光時間程度で極
めて急激にレジスト物質を気化させるために、除去部の
境界が汚くなる。従って、１ヶ所のレジスト除去にあた
っては複数パルスを与えた方が良い。

以上のように、ウエハＷ上のEGA方式のアライメント
に用いるウエハマークWM上のレジスト層が除去される
と、ウエハＷは搬送装置Ｃによって露光装置Ｂのウエハ
ステージ７上に搬送される。そして、不図示のウエハ・
グローバル・アライメントセンサーによってウエハＷ
（ショット領域SA）とレチクルＲとの相対的な位置ずれ
が１μｍ以下の精度で補正される。これより、設計上の
ショット領域SAの配列座標値に応じてウエハステージ７
をステッピングさせれば、LIA系から照射される２光束
に対してウエハマークWMが格子ピッチの±1/4内に位置
決めされることになる。次に、LIA系（２焦点光学系８
等）を用いてEGA方式のアライメントを行う。まず、レ
ジスト層が除去されたウエハマークWMとレチクルマーク
RMとの位置ずれ量（位相差）を検出し、この位置ずれ量
とウエハステージ７用のレーザ干渉計（不図示）からの
位置信号とに基づいてウエハマークWMの位置を求める。
そして、このレジスト層が除去されたウエハマークWMの
位置情報（計測位置）のみに基づいて、統計的な手法で
ショット領域SAの設計位置に補正を加えて配列座標値を
決定する。次に、この配列座標値に基づいてレチクルパ
ターンをウエハＷ上のショット領域SAにステップ・アン
ド・リピート方式により順次重ね合わせ露光することに
よって、ウエハＷ上の全面についての露光を完了する。

この際、EGA方式のアライメント終了後に可変ブライ
ンド3aが駆動され、重ね合わせ露光時にはレチクルマー
クRMが遮光されて回路パターンのみが照明される。この
ため、ウエハマークWM上のレジスト層は感光せず、レジ
スト層を除去しなかったウエハマークWMはエッチング工
程でも破壊されることなく保護される。従って、第３層
目のレチクルＲを露光するに先立って、LIA系によるEGA
方式のアライメントを行う際にも、第１層目の露光で形
成したウエハマークWM（第２層目の露光工程でレジスト
層を除去したマークは除く）をそのまま使用することが
できる。当然のことながら、第３層目の露光工程におい
てEGA方式のアライメントで使用するウエハマークWM
（ショット領域SA）は、前（第２層目）の露光工程でレ
ジスト層が除去されなかったショット領域SAの中から決
定される。この結果、レチクル毎にEGA方式のアライメ
ントに用いるショット領域SAが重複しないように決定
し、上述と同様の動作（レジスト層除去から重ね合わせ
露光まで）を繰り返し行うことによって、レチクル毎に
ウエハマークWMを打ち替えることなく、高精度にレチク
ルＲとウエハＷとの重ね合わせ露光を行うことができ
る。

ここで、本実施例では露光工程（レチクル）毎にアラ
イメントに用いるショット領域SAを重複しないように決
定していたが、露光工程後の処理工程によっては（例え
ば、エッチング工程等がなければ）、ウエハマークWMが
破壊されず、次の露光工程までウエハマークWMがそのま
ま保存される場合がある。このような場合には、前層
（レチクル）の露光工程で使用したウエハマークWMを、
次層以降の露光工程（EGA方式のアライメント）で重複
使用しても良く、予め露光後の各種処理工程の種類（内
容）に応じて、前層の露光工程で用いたウエハマークWM
の重複使用が可能か否かを決定しておけば良い。また、
EGA方式のアライメントにおいて、サンプル・アライメ
ントするショット領域SAの数は10個に限られるものでは
なく、アライメント（配列座標値の決定）精度、スルー
プット、及び重ね合わせ露光するレチクルＲの枚数とウ
エハＷ上のショット領域SAの総数との関係を考慮して決
定すれば良い。例えば、露光工程毎にサンプル・アライ
メントするショット領域SAの数を変えて（例えば順次増
やして）も良い。尚、ウエハＷ上でウエハマークWMが欠
けることなく存在しているショット領域SAの総数をＭ、
ウエハマークWMを検出すべき重ね合わせ層の数をＡ、ｉ
番目の重ね合わせ層において予め定められたウエハマー
クWMを検出すべきショット領域SAの数をＮ（ｉ）（但
し、Ｎ（ｉ）＝2,3,…）とした時、 を満たすと共に、互いに異なるＡ層の重ね合わせ層間で
重複しないショット領域SAに付随したウエハマークWM上
のレジスト層を除去するように定めることが望ましい。
但し、ｎ枚のレチクルＲを使って（ｎ−１）回だけ重ね
合わせ露光を行い、且つ露光工程後の処理工程において
ウエハマークWMが破壊されずに保存される重ね合わせ層
の数をｍとすると、ウエハマークWMを検出すべき重ね合
わせ層の数Ａは、Ａ＝（ｎ−１）−ｍと規定されるもの
とする。

また、本実施例ではレジスト層を除去したウエハマー
クWMをアライメントに適用していたが、本発明による方
法はレジスト除去を行わないアライメントにも適用可能
であって、ウエハＷ上のマーク形成領域の面積を小さく
できるといった効果を得ることができる。例えば、TTR
方式のアライメント系（ここでは、露光波長の照明光を
用いるものとする）によるEGA方式のアライメントを行
う場合、重ね合わせ露光に伴ってウエハマークWM上のレ
ジスト層まで感光するので、エッチング工程においてア
ライメントに使用したウエハマークWMだけでなく全ての
ウエハマークWMが破壊されることになり、レチクル毎に
ウエハマークWMを打ち替えなければならない。そこで、
本実施例と同様の動作でレチクル毎にアライメントに使
用するショット領域SAを選び出し、この選び出したショ
ット領域SAのみをアライメントに適用するようにし、且
つ重ね合わせ露光時にはレチクルマークRMを遮光すれば
良い。

以上、本発明の実施例について説明したが、可変アパ
ーチャ14自体をXY平面内で微動させるように構成すれ
ば、ウエハマークWMと可変アパーチャ14とのアライメン
ト動作を高速化できる。また、本実施例のレジスト除去
装置Ａの対物レンズ16、リレー系17を通した観察系を用
いると、エキシマレーザ光によるレジスト層の除去領域
DAや除去状態を確認して除去精度を高めることができ
る。それには、除去すべきウエハマークWMの領域よりも
小さな領域を除去するように可変アパーチャ14を設定
し、所定のエネルギー、パルス数でエキシマレーザ光を
照射する。その後、可変アパーチャ14の開口を少し大き
くし、ビームスプリッター15を光路中に入れて除去部分
を観察する。この際、レジスト層の除去部分で段差エッ
チができるため、この段差エッジと可変アパーチャ14の
開口エッジ部（明暗部）とのずれを光電検出すれば、広
げた開口の寸法から容易に除去部分の大きさが測定でき
る。また、その時観察系の中にレジスト層からの螢光を
検出する系を付加しておけば、完全に除去されていない
レジスト層の存在も検出できる。これはレジスト層に与
えるエキシマレーザ光の総エネルギー量を推定するのに
好都合である。螢光を検出するためにはエキシマレーザ
光のパワー（ウエハＷ上での照度）を加工時に比べてか
なり小さくして除去部分に照射すれば良い。以上の計測
によって、除去すべき領域を正確に定めるための最適な
開口寸法が決定でき、且つエキシマレーザ光の加工時の
最適なエネルギー量（１パルスのエネルギーとパルス
数）が決定できる。

また、本実施例では第２層目以降の露光工程で可変ブ
ラインド3aを用いてレチクルマークRMの遮光を行ってい
たが、実際には可変ブラインド3aの設定精度等のために
レチクルマークRMを正確に遮光することは難しい。そこ
で、レチクルＲのパターン領域PAの外側に一定幅の遮光
帯を設け、その遮光帯に付随してレチクルマークRMを形
成すれば、可変ブラインド3aの設定精度に関係なくレチ
クルマークRMを完全に遮光できる。尚、LIA系はウエハ
マークWMを検出した後に一定量だけウエハＷを移動して
ショット領域SAを露光位置に設定する、所謂サイト・バ
イ・サイト方式のアライメントを行うことになる。

さらに、本実施例で適用するのに好適なアライメント
センサーはTTR方式のLIA系に限られるものでない。例え
ば、TTL方式のLSA系、白色光を光源としてITV、CCDカメ
ラ等でウエハマークを観察する画像処理法を用いたオフ
・アクシス方式のフィールド・イメージ・アライメント
（FIA）系、或いはガルバノミラー等の振動鏡を用いた
スポットスキャン方式若しくはステージスキャン方式に
よる回折光（又は散乱光）検出法を用いたオフ・アクシ
ス方式のウエハ・アライメント系等を用いても良い。特
に、FIA系によるEGA方式のアライメントを行った場合に
は、アライメント精度のより一層の向上が期待できる。

また、本実施例ではｇ線、ｉ線等を露光用光源とする
ステッパーに適用していたが、DeepUV光、例えば波長24
8nmのKrFエキシマレーザ光を光源とするステッパーに適
用しても、同様の効果を得ることができるのは明らかで
ある。この種類のステッパーでは、特にレジスト除去装
置Ａを別設する必要はなく、ステッパーそのもので代用
することができる。例えば、LSA系、FIA系等を用いてレ
ジスト層を除去すべきショット領域SAを露光位置に設定
した後、可変ブラインド3aで回路パターンのみを遮光
し、露光用照明光（エキシマレーザ光）をレチクルマー
クRMを介してウエハマークWM上のレジスト層に照射して
やれば良い。

さらに、本実施例ではレジスト除去装置Ａの光源とし
てエキシマレーザ光を用いていたが、他の高エネルギー
ビームを光源として用いても構わない。また、高エネル
ギービームをレジスト層に照射する代わりに、ウエハマ
ースWM部分のみの露光（ポジレジスト使用の場合）、或
いは化学的な処理によるレジスト除去方法を用いても良
い。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、アライメントに使用す
るアライメントマークのみの感光層を除去するので、感
光層除去を要因とするスループットの低下を最小限に抑
えることができるといった効果がある。また、感光層除
去を行わなかったアライメントマークは、その後のエッ
チング工程等を経ても破壊されることがないので、次の
露光工程でもアライメントに利用することができる。つ
まり、露光工程（マスク）毎にアライメントに使用（感
光層を除去）するアライメントマークを変えることによ
って、第１層目のマスクの露光工程で形成されたアライ
メントマークを、第２層目以降のマスクの露光工程でア
ライメントを行う際にもそのまま利用できることにな
る。この結果、マスク毎にアライメントマークの打ち替
えを行う必要がなく、且つ基板上のアライメントマーク
形成領域の面積を小さくでき、特にLIA系の如くマーク
形成領域の面積が大きいアライメント系に好適である上
に、十数種類のマスクと基板とのトータルの重ね合わせ
（アライメント）精度も向上させることができるといっ
た効果がある。さらに、本発明による方法は感光層除去
を行わないアライメントにも適用可能であって、この場
合にも基板上のマーク形成領域の面積を小さくできると
いった効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による方法を適用するのに好適
なシステムの構成を示す平面図、第２図はウエハ上のシ
ョット領域とマークとの配列及びEGAに利用するアライ
メントマークを含むショット領域を示す平面図、第３図
（Ａ）、（Ｂ）はレジスト層の除去の様子を示すウエハ
の断面図である。 〔主要部分の符号の説明〕 3a……可変ブラインド、６……投影レンズ、７……ウエ
ハステージ、８……２焦点光学系、10……エキシマレー
ザ光源、14……可変アパーチャ、Ｒ……レチクル、RM…
…レチクルマーク、Ｗ……ウエハ、WM……ウエハマー
ク、SA……ショット領域。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 21/027

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】規則的に配列された複数のショット領域の
   夫々に対応して位置合わせ用のアライメントマークが形
   成され、その表面に感光層が形成された基板に対し、所
   定パターンが形成されたマスクを順次重ね合わせ露光す
   る際に、前記基板とマスクとを相対的にアライメントす
   る方法において、 前記基板とマスクとを相対的にアライメントするに先立
   って、前記アライメントマーク上の感光層を除去するよ
   うにし、この際前記感光層を除去すべきアライメントマ
   ークに対応するショット領域の数を、前記基板上で前記
   アライメントマークが欠けることなく存在しているショ
   ット領域の総数よりも少なくし、且つ互いに異なるマス
   ク間で少なくとも一回は前記感光層を除去すべきアライ
   メントマークが重複しないように定め、前記感光層が除
   去されたアライメントマークのみを前記基板とマスクと
   のアライメントに適用することを特徴とするアライメン
   ト方法。
2. 【請求項２】規則的に配列された複数のショット領域の
   夫々に対応して位置合わせ用のアライメントマークが形
   成され、その表面に感光層が形成された基板に対し、所
   定パターンが形成されたマスクを順次重ね合わせ露光す
   るに先立って、前記基板とマスクとを相対的にアライメ
   ントする方法において、 前記基板上で前記アライメントマークが欠けることなく
   存在しているショット領域の総数をＭ、前記アライメン
   トマークを検出すべき重ね合わせ層数をＡ、ｉ番目の重
   ね合わせ層において予め定められた前記アライメントマ
   ークを検出すべき前記ショット領域の数をＮ（ｉ）（但
   し、Ｎ（ｉ）＝2,3,…）とした時、 を満たすと共に、互いに異なる重ね合わせ層間で重複し
   ない前記ショット領域に対応したアライメントマーク上
   の感光層を除去するようにし、該感光層が除去されたア
   ライメントマークのみを、前記基板とマスクとのアライ
   メントに適用することを特徴とするアライメント方法。
3. 【請求項３】前記感光層の除去を行った後、前記感光層
   が除去されたアライメントマークのみの位置情報に基づ
   いて、前記基板上のショット領域の配列座標値を算出す
   ることを特徴とする請求項第１項又は第２項記載のアラ
   イメント方法。
4. 【請求項４】規則的に配列された複数のショット領域の
   夫々に対応して位置合わせ用のアライメントマークが形
   成され、その表面に感光層が形成された基板に対し、所
   定パターンが形成されたマスクを順次重ね合わせ露光す
   るに先立って、前記基板とマスクとを相対的にアライメ
   ントする方法において、 前記基板上で前記アライメントマークか欠けることなく
   存在しているショット領域の総数よりも少なくなるよう
   に、前記アライメントのためのショット領域を選択する
   とともに、互いに異なる第１および第２マスク間で利用
   する前記アライメントマークが重複しないように定め、
   前記第１マスク用に選択したショット領域に対応するア
   ライメントマークのみで前記基板と第１マスクとのアラ
   イメントを行い、前記第２マスク用に選択したショット
   領域に対応するアライメントマークのみで前記基板と第
   ２マスクとのアライメントを行うことを特徴とするアラ
   イメント方法。