JPH02123727A

JPH02123727A - リソグラフィ方法及び該方法を用いたリソグラフィ・システム

Info

Publication number: JPH02123727A
Application number: JP63278249A
Authority: JP
Inventors: Yuji Imai; 裕二今井; Shigeru Hirukawa; 茂蛭川
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1988-11-02
Filing date: 1988-11-02
Publication date: 1990-05-11

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〕本発明は半導体素子製造時に使われているリソグラフィ
方法、及びリングラフィ・システムに関するものである
。

〔従来の技術〕

従来のリソグラフイ方法のなかで、マスクやレチクルの
パターンを紫外域、又は遠紫外域の照明光で照射し、そ
のパターンをウェハ上のレジスト層に転写する光露光方
法は、半導体素子等の製造現場で量産性が最も良いこと
から、各種の露光装置が開発され、使用されてきた。

このような光リソグラフイでは、ウェハ上にレジスト液
を滴下した後、ウェハを高速回転させて所定の厚み（１
〜２μｍ程度）のレジスト層に広げている。レジスト層
はそのままでは機械的に不安定であるため、レジスト層
の塗布後にウェハをある温度まで加熱するブリ・ベータ
を行なう。

このようにするとレジスト層に含まれている溶媒が気化
され、レジスト層は強固な層になる。その後、このウェ
ハは露光装置に送られ、マスクやレチクル等のパターン
の焼き付けが行なわれる。

この際、露光装置においては、ウェハ表面に予め形成さ
れたアライメントマークを、レジスト層を介して光学的
なマーク検出系により検出することで、ウェハとマスク
（又はレチクル）との相対的な位置合わせ（アライメン
ト）を行なってからパターンの焼き付けを行なっている
。

これによって、ウェハ上の所定位置に多数の回路パター
ンを正確に重ね合わせて露光することができる。

焼き付は後のウェハは、必要に応じてポスト・エクスポ
ージャ・ベーク（Ｐ　−Ｅ　−Ｂ）により加熱され、そ
の後、レジスト層の現像処理が行なわれる。尚、Ｐ・Ｅ
−Ｂは省略されることもある。

以上の一連の工程が代表的な光リソグラフイ方法であり
、ウェハ上には回路パターンに対応したレジストパター
ンが形成される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の方法では、露光装置のマーク検出系がウェハ上の
マークを検出する際、ウェハ上に単色光（レーザ光、水
銀ランプからのｇ線、ｉ線）を照射し、アライメントマ
ークから発生する光情報（正反射光、散乱光、回折光）
を光電検出する方法が一般的である。この場合、ウェハ
上のアライメントマークは微小な段差を伴って形成され
ることから、その表面を覆っているレジスト層の厚みが
、マークの微小段差付近で連続的に変化する現象が知ら
れている。この現象のために、マーク検出の際に単色光
をマークを含む局所領域へ照射すると、その照射光のレ
ジスト層表面の微小段差での散乱、及びレジスト層内で
の干渉の様子がマークの微小段差（エツジ）近傍で大き
く変化する。

その結果、マークからの光情報の強さも局所的に変化す
ることになり、マーク検出系の光電センサー（盪像素子
）からのマーク信号の波形が乱れたものになり、アライ
メント精度が高（ならないといった問題点があった。

そこで本発明は、アライメントマーク近傍でのレジスト
膜厚の変化を極めて小さく押えた状態でマークを検出す
るリソグラフイ方法を提供することを目的とする。さら
に本発明は、そのような方法を使って、高いスループッ
トと高いアライメント精度が得られるリソグラフィ・シ
ステムを提供することを目的とする。

〔問題点を解決する為の手段〕

上記問題点の解決のために本発明では、従来より丘なわ
れていたレジスト塗布後のプリベーク（基板加熱による
溶媒の気化）工程を省略して基板上のアライメントマー
クを検出するようにした。

さらに本発明では、レジストの塗布、基板加熱（溶媒気
化）、露光、現像処理を行なう一連のリソグラフイ・シ
ステムにおいて、レジスト塗布後に基板加熱を行なわな
い状態で基板上のパターンを検出する第１モードと、従
来と同様に基板加熱を行ない基板上のパターンを検出す
る第２モードとが択一的に選べるように構成し、双方の
モードでアライメントしたときの精度を比較できるよう
にした。

そして、第２モードでアライメントして露光する場合は
、第１モードを用いて予め計測しておいたパターン検出
時の誤差分を補正できるようにした。

〔作　用〕

本発明においては、露光装置でウェハ等の基板上のアラ
イメントマークを検出する際、かならずレジスト層を介
してマークを検出しなければならないことから、レジス
ト層表面を極力平坦化した状態でマーク検出を行なうよ
うにしたのである。

従来、露光装置に搬送されてくる未露光ウェハは、レジ
スト層の安定性、強度を十分なものにするために、必ら
ずプリ・ベークが行なわれている。

第１図（Ａ）、（Ｂ）はレジスト層のプリベーク前とプ
リベータ後の様子を模式的に表わしたものである。レジ
スト塗布後、ウェハＷ上の凸状のマークパターンＭＡの
エツジＥ、　、Ｅ＊近傍では、レジスト層ＰＲの表面は
極めて平坦になっている。

ところが第１図（Ｂ）のように、プリベータ後では、エ
ツジＥ、、Ｅよ近傍で平坦性が失なわれ、わずかではあ
るが段差Ｔｒ、Ｔ＊が生じてしまう。

これは、プリベーク前のレジスト層ＰＲ（乳鉢）には、
ある割合で溶媒が含まれているが、プリベータ後にはそ
の溶媒が気化してしまい、体積が収縮することに大きく
依存していることがわかった。

そこで溶媒気化のためのブリベータ前と後とにおける光
学的なマーク検出のちがいを第２図（Ａ）、ＣＢ）で説
明する。第２図（Ａ）のように、プリベータ前では、ア
ライメント用の照明光ＬＢがマークＭＡを垂直に照射す
ると、エツジＥ、　、Ｅ。

から散乱光ＬＭが発生するが、レジスト層ＰＲの表面に
はほとんど段差がないために、照明光ＬＢのレジスト表
面での反射光はほとんど垂直に戻ってしまい、散乱光Ｌ
Ｍと混じることはない。一方、第２図（Ｂ）のようにプ
リベータ後では、レジスト層ＰＲの表面のエツジＥ、　
、Ｅ、近傍に段差が生じてしまうため、散乱光ＬＭとほ
ぼ同じ方向に、レジスト表面での反射光（散乱光）ＬＲ
が同時に発生する。この散乱光ＬＭ、ＬＲは一度混じっ
てしまうと分離することは難しく、アライメント時の光
電検出波形を複雑なものにし、アライメント精度を低下
させることにもなる。

本発明では、一連のフォトリソグラフィ工程中で、第１
図（Ａ）のようなレジスト層の状態のときに、マークＭ
Ａを光学的に検出するようなシーケンスを新たに加える
ことで、マークに応じた光電信号波形の単純化を計った
のである。

〔実施例］第３図は本発明の実施例によるリソグラフィ・システム
の構成を概略的に示すシステムブロック図であり、第４
図はより具体的な構成の一例を示すシステムの斜視図で
ある。

第３図において、コータデベロッパー（Ｃ／Ｄ）１は、
搬入したウェハにレジスト液を塗布するコータ部と、ウ
ェハを加熱したり冷却したりする熱処理部と、露光後の
ウェハを現像する現像部（デベロッパー）等を有する。

露光装置３はコータデベロッパー１と双方向搬送系２を
介してイン・ライン化されている。露光装置３でアライ
メントされ、露光されたウェハは再びコータデベロッパ
ー１へ戻され、熱処理（Ｐ　−Ｅ・Ｂ）及びレジスト現
像等の必要な処理を受ける。こうしてウェハ表面にレジ
ストパターンが形成されると、ウェハは双方向（又は一
方向）＃送糸４を介してパターン検査装置５へ送られる
。この検査装置ｔ５は露光装置３のアライメント精度、
あるいは結像性能（ディストーシ茸ン、フォーカス等）
の検査を行なう、ここでの検査データ６はシステム全体
を統括制御するホストコンピュータ８へ送られる。検査
後のウェハは、搬送系７を介して排出されるか、又は搬
送系４を介してコータデベロッパー１へ戻される。ホス
トコンピュータ８は、検査データ６に基づいて、次のウ
ェハの最適な処理工程を自動的に決定し、コータデベロ
ッパー１、露光装置３、搬送系２．４の夫々に必要な指
令を出力する。

ここで最適な処理工程とは、レジスト塗布後にプリベー
タを行なってからマーク検出によるアライメント、露光
をするか１．プリベークを省略してマーク検出を行なっ
てからプリベータを行ない、その後露光を行なうか等の
シーケンスの選択以外に、露光装置３での露光動作条件
（１＠光時間、フォーカス位置設定、倍率調整値、重ね
合わせ位置オフセット等）の最適化、コータデベロッパ
ーｌでのレジスト塗布条件（スピナーの回転速度、プリ
ベータの温度等）、現像条件等の最適化を行なう。

こうして最適な処理条件に設定された後、同一プロセス
を経由した複数枚のウェハが順次露光される。

第４図は実際のリソグラフイ・システムの一例を示し、
コータデベロッパー１には、これから処理すべきウェハ
の搬入・ストック部１００、スピナーによりレジスト液
を所定の厚さに塗布する塗布部１０２、レジスト層に含
まれる溶媒を気化させるためにウェハを加熱するととも
に、冷却する熱処理部１０４、レジスト層が形成された
ウェハをストックするとともに、露光装置３側へ搬出す
るバッファ部１０６、露光後のウェハを一時的にストッ
クするバッファ部１０Ｂ、Ｒ先後のウェハを現像前に加
熱した後、常温まで冷却する熱処理部（Ｐ−Ｅ−Ｂ）１
１０、ウェハのレジスト層を現像した後、乾燥させる現
像部１１２、及び現像後のウェハをストックする搬出・
ストック部１１４が一体に組み込まれている。

ここで搬送・ストック部１００からバッファ部１０６ま
では一例に配置され、バッファ部１０８から搬出・スト
ック部１１４までは一例に配置され、その２例が互いに
背中合わせになっている。

通常のシーケンスにおいては、各部を１００．１０２０
、・・・、１０６．１０８、・・・１１４の順にウェハ
が自動搬送される。ここで１００〜１０６までの一例を
レジストコートラインと呼び、１０８〜１１４までの一
例を現像ラインと呼ぶ。さて、コータデベロッパー１の
中央には、レジストコートラインと現像ラインとの間に
直線的なガイドレール１１６が配置され、このガイドレ
ール１１６に沿って直線移動するとともに、任意の位置
でウェハをピックアップして任意の位置まで搬送するウ
ェハピックアップ搬送部１１８が設けられている。

このピックアップ搬送部１１８は、ウェハを水平（ｘ−
ｙ平面と平行）に保持した後、そのウェハを垂直状態に
支持するようにｘ−ｚ平面内で回動するとともに、ウェ
ハを垂直状態にしたときＸ　−ｙ平面内で回動するピッ
クアップアームを存する。

このようなピックアップ搬送部１１Ｂを設けることで、
コータデベロッパー１内の各種処理工程を省略したり、
同じウェハを再び前の処理工程に戻したりすることがで
きる。

さて、コータデベロッパー１の搬出・ストック部１１４
の近（にはパターン検査装置５が配置され、ストック部
１１４にきたウェハは、検査装置５の基板載置部５０へ
自動（又は手動）ｗｉ送される。この検査装置５は光電
的にウェハ上のレジストパターンの寸法、形状、配置等
を自動計測するものである。またこの検査装置５には、
ホストコンビエータ８から検査に必要な各種情報が予め
入力されており、その情報と計測した値とに基づいて検
査データ６を算出する機能も備えている。

露光装置３は本実施例では、ホルダー３１に保持された
レチクルＲのパターンを投影レンズＰＬによりウェハＷ
上のシッット領域へ結像投影するとともに、ウェハＷを
載置する２次元移動ステージ３２をステッピングさせて
、順次ショット領域を露光するステッパーであるものと
する。このステッパー３は、レチクルＲを露光光で照明
するための露光用照明部３３、レチクルＲを装置本体に
対して位置決めするためのレチクルアライメント光学系
３４、投影レンズＰＬを介してウェハＷ上のアライメン
トマークを検出するＴＴＬ　（スルーザレンズ）方式の
マーク検出系３５、投影レンズＰＬを介さずにウェハＷ
上のマークを検出する０ｆｆ−Ａｘｉｓ（オフ・アクシ
ス）方式のマーク検出系３６、及びステッパー３を統括
的に制御する制御ユニット３７を備えている。この制御
ユニット３７は、ステッパー３の本体側のウェハローダ
部３８も制御しており、ローダ部３８にはコータデベロ
ッパー１からのウェハをステッパー３のステージ３２へ
送るための搬送路３８ａ１露光後のウニハラコータデベ
ロッパー１へ戻すための搬送路３８ｃ２及び搬送路３８
ａ、３８ｃ間で選択的にウェハの受は渡しを行なう搬送
路３８ｃが設けられる。この搬送路３８ｃは、ピックア
ップ搬送部１１Ｂのピックアップアームとの間でもウェ
ハの受は渡しが可能である。

ところでステッパー３のマーク検出系３５．３６は様々
の方式が実用化されている。第５図はマーク検出系３５
（又は３６）の構成の一部を模式的に示すもので、マー
ク検出系３５は、投影レンズＰＬの瞳ＢＰの中心にレー
ザビーム等のアライメント用照明光ＬＢが通るように照
射する。このビームＬＢはウェハＷ上では第６図（Ａ）
のように一方向に伸びたスリット状のスポット光ＳＰに
収束する。マークＭＡはスポット光ＳＰと平行に伸びた
エツジＥ１、Ｅ８を有し、マークＭＡとスポット光ＳＰ
とが相対的に走査されると、各エツジＥｔ、Ｅｘから散
乱光ＬＭが生じ、この先ＬＭは投影レンズＰＬの瞳已Ｐ
の中心からはずれた部分を通ってマーク検出系３５に入
射する。マーク検出系３５は、この散乱光ＬＭを瞳ＥＰ
と共役な面で光電検出する。光電検出された信号は、例
えば第６図（Ｂ）のように、各エツジＥｌ、Ｅｌに対応
した２つのピークを持つ波形になる。尚、エツジＥ＋　
、Ｅｓの走査方向の間隔が、スポット光ＳＰの幅よりも
狭い場合は、単一のピークをもつ波形となる。この場合
、先にも第２図（Ｂ）で説明したように、光電信号のな
かには、レジスト層ＰＲ表面の段差により発生した散乱
光ＬＲによる成分も含まれており、これが信号波形のブ
ーフィールを不正確なものにする。

またこのスポット光ＳＰを照射する方式は、マーク検出
系３６にも全く同様に組み込むことができる。

第７図はマークＭＡをレジスト層ＰＲを介して単色光照
明のもとで撮像したときの画像信号の一例を示すもので
、特にマーク検出系３５に組み込んで使うことが多く、
この場合、マークＭＡの像は明視野観察になるので、マ
ークＭＡのエツジＥ１、Ｅ８の部分では画像信号の波形
がボトムとなる。ところが、照明光が単色光であるため
に、レジスト層ＰＲのエツジＥ、　、Ｅｔ近傍での膜厚
変化により著しい干渉現象が発生し、エツジＥ１％Ｅ、
近傍では波形が大きく乱れ、最早正確なマーク検出がで
きないことがしばしば発生する。

このようにマーク検出方式には各種のものがあるが、マ
ークＭＡを光電的に検出する方式のものであれば、どの
ような方式でも同様の問題をかかえることになり、マー
ク検出方式やマーク形状はどのようなものであってもよ
い。

さて、本実施例では、第２図（Ａ）、（Ｂ）で説明した
現象に着目し、リソグラフィ・システム内での工程の順
序を工夫することで、レジスト膜厚変化によるアライメ
ント精度（マーク検出精度）の低下を押えるようにした
。すなわち、ウェハＷ上のマークＭＡを検出するアライ
メント動作時は加熱処理（プリベーク）を行なわないよ
うにする。ところがレジスト層ＰＲは加熱処理によって
溶媒を蒸発させておかないと、レジスト自体の強度がな
いため、外力により変形し易く、長期安定性に問題があ
る。

そこで本実施例ではレジストへの加熱処理の有無をリソ
グラフィ工程内で任意に選択できるように、ホストコン
ピュータ８にシーケンスをプログラムした。第８図は本
実施例の１つのプログラムを示し、以下第８図のフロー
チャート図に従って説明する。ウェハがＣ／Ｄ　１に搬
入されると、ステップ２００においてレジストの塗布が
塗布部１０２で実行される０次にステップ２０１におい
てプリベーク（溶媒気化のための熱処理）を行なうかど
うかの選択を行なう。ここでは、１つのシーケンス例と
して、ロフト処理されるウニへ群の１枚目のウェハにつ
いては、ウェハ上の約半分のショット領域をプリベータ
後にアライメント（マーク検出）する第１モードと、プ
リベータ前にアライメントする第２モードとの２つを併
用するように設定し、両モードによる処理の結果を比較
してアライメント誤差量に応じた補正値ΔＥを求めた後
、２枚目以降のウェハについては第１モードに設定して
おいて、アライメント時には先に求めた補正値ΔＥでア
ライメント結果を補正する方法について述べる。

まずステップ２０１で１枚目のウェハについてプリベー
タは行なわないと判断されると、Ｃ／Ｄｌはウェハが熱
処理部１０４をバイパスするように制御する。この際、
熱処理部１０４自体にバイパス（素通し）機能がない場
合は、ピックアップ搬送部１１８のウェハ水平搬送機能
を用いる。こうして１枚目のウェハはバッファ部１０６
、搬送路３８ａを介してステッパー３のステージ３２上
に載置される。さて、ステッパー３には、露光すべき約
半数のシジッＤＩ域の位置座標がホストコンピュータ８
から指定されており、ステップ２０３において、マーク
検出によるアライメントと露光が行なわれる。

この際アライメントの方法としては、露光すべき約半数
のショット領域の夫々に付随したマークを、各ショット
領域の露光時に検出するイーチ・ショット（ダイ・パイ
・グイ）アライメント法、ウェハ上の予め指定された３
〜９個のショット領域の夫々に付随したマークの位置を
計測し、それらの位置情報を統計的な演算により処理し
て、ウェハ上のショット領域の最も確からしい配列マツ
プを作り出し、以後はその配列マツプに従って約半数の
ショット領域をレチクルＲに対して順次位置決めするエ
ンハンスト・グローバル・アライメント法、あるいはウ
ェハ上の約半数のショット領域をウェハ上で左右（又は
上下）の一方の側にまとめておき、ウェハ表面の半分の
部分に含まれるショット領域のいくつかを選んでアライ
メントを行ない、残りのショット領域に対してはそのア
ライメント結果から統計的な平均化により位置決めを行
なうブロック・アライメント法等が適用できる。こうし
て約半数のシッッＨ’ｌｌ域が露光されたウェハＷは、
搬送路３８ｂを介してＣ／Ｄ　Ｉへ送られるが、ここで
はステップ２０４で１枚目のウェハと判断されるので、
ステップ２０５にプリベーク工程に進む、ウェハＷは搬
送路３８ｂから搬送路３８ｃに進み、ここでピックアッ
プ搬送部１１８に水平に保持された後、熱処理部１０４
の入口まで戻され、熱処理部１０４、バッファ部１０６
、搬送路３８ａを通ってステッパー３へ送られる。ある
いは、現像ライン側の熱処理部１１０が使えるときは、
ウェハＷを搬送路３８ｂ１バッファ部１０８、熱処理部
１１０の順に通し、熱処理部１１０の出口でピックアッ
プ搬送部１１８によリウェハを水平に保持し、搬送路３
８ｃに受は渡す、この場合、搬送路３８ｃ上のウェハは
搬送路３８ａに移動して、ステッパー３へ送られる。

次に、ステップ２０６において、ウェハＷ上の未露光の
約半数のショット領域に対して、ステップ２０３と同様
にアライメントを行ない露光する。

露光後のウェハＷは搬送路３８ｂを介してＣ／Ｄ１の現
像ラインへ導びかれ、バッファ部１０８、現像部１１２
を通して現像される。この場合、従来と同様のＰ−Ｅ−
Ｂをしないものとして熱処理部１１０はバイパスするも
のとする。

次にステップ２０８で１枚目であると判断され、ステッ
プ２０９においてアライメント精度が計測される。この
際同時に解像度、デイスト−ジョン等も計測される。こ
の場合、搬出・ストック部１１４にきたウェハＷは検査
装置５に送られ、載置台５０にのせられる。

検査装置５によるアライメント精度の計測についても様
々の手法があるが、その−例を第９図、第１Ｏ図で説明
する。第９図はレチクルＲのパターン領域の周辺に形成
された遮光帯ＳＢ内に、ウェハ上のマークＭＡを包含す
る大きさの窓（透明部）Ｒｓを設けておき、１つのショ
ット領域の露光時には、マークＭＡが窓Ｒｓの中心に位
置するように定めておく、従って、窓Ｒｓの中心とマー
クＭＡの中心との位置すれか、露光時のアライメント誤
差量である。このようなレチクルＲで露光されたウェハ
を現像すると、第１θ図に示すようにポジレジストの場
合は窓Ｒｓの投影像部分のレジスト層は除去され、マー
クＭＡと平行なレジス）１１ＰＲのエツジＥ３、Ｅａが
形成される。そこで検査装置５はウェハＷ上の各ショッ
ＤＩ域毎に、マークＭＡのエツジＥ＋　、Ｅｘとレジス
ト層ＰＲのエツジＥｓ、Ｅａを検出してアライメント誤
差量を求める。ウェハ上のショット領域は第１モードと
第２モードでアライメントされているので、ホストコン
ピュータ８は検査装置５からの検査データを取り込み、
第１モードで露光したいくつかのショット領域の各アラ
イメント誤差量の平均値を第１情報として算出する。さ
らにホストコンビエータ８は第２モードで露光したいく
つかのショット領域の各アライメント誤差量の平均値を
第２情報として算出する。これら第１情報と第２情報の
差が、アライメント時の補正値ΔＥとして記憶される。

次にステップ２０１に戻り、２枚目以降のウェハの処理
を実行する。２枚目以降はレジスト塗布後にプリベーク
を行なうシーケンスを選択しているので、ステップ２０
２を実行した後、ステップ２０３に進む。

このステップ２０３では、先に説明した各種のアライメ
ント方法によりウェハ上のマークを検出し、レチクルＲ
とウェハのショット領域とが整合する位置を決定するが
、このとき記憶しておいた補正値ΔＥだけ計測値に対し
て補正した位置を真の整合位置とする。

こうしてステップ２０３で露光されたウェハはステップ
２０４．２０７．２１０の順に処理される。ステップ２
１０でロフト内の全てのウェハが処理されたと判断され
たときは一連の処理を終了し、そうでないときはステッ
プ２０３に戻って次のウェハを処理する。

本実施例ではＣ／ＤＩにバッファ部１０６があるので、
２枚目以降のウェハについてはＣ／Ｄ　Ｉはステッパー
３の処理動作とは無関係に、次々にウェハを塗布部１０
２、熱処理部１０４の順に流していく、従って２枚目以
降のウェハについては露光前にプリベークされるので安
定した処理が可能であり、ウェハの流れは従来の方式と
何ら変える必要がない、しかしながら２枚目以降のウェ
ハのアライメント精度（重ね合わせ精度）は、レジスト
層の膜厚の局所的な変化に起因した誤差を補正していく
ので、従来の方式よりも数段向上することになる。

以上、本実施例の動作では、レジスト塗布後にプリベー
クを行なわずにマーク検出する第１モードと、プリベー
ク後にマーク検出する第２モードとのうちいずれか一方
を選択できるようにし、第１モードのときはアライメン
ト、露光のあとにブリベータを行なっている。このよう
に露光後にレジスト層の溶媒を気化させると、レジスト
層の体積の収縮が生じるが、その収縮はレジスト層内で
は等方的に進行するので、レジスト膜と平行な面内での
収縮は無視でき、露光後に溶媒気化のための加熱を行な
っても、・ウェハ上に転写されたパターンのレジスト像
の乱れは生じない。

また、１枚目のウェハについてはアライメント精度の悪
い約半数のシッフＮｉ域が残存することがあるので、２
枚目以降のウェハを処理している間に、レジストの全面
除去装置等に搬送してレジストパターンをきれいに除去
し、そのロフト群の最後に同様に処理するようにすれば
よい。このレジスト除去装置はコータデベロッパー１の
ライン中に組み込んでおくとよい。

さらに本実施例では２枚目以降のウェハについては、ア
ライメント前にプリベータを行なう第２モードを選ぶこ
とにしたが、第４図に示したリソグラフイ・システムの
搬送系等が安定していて、レジスト層への外乱の影響が
無視できるような場合は、全てのウェハをプリベークし
ない第１モードでアライメントし、露光した後にブリベ
ータを行なって処理するシーケンスにしてもよい。

尚、本実施例ではアライメント精度に関する第１情報と
第２情報との差分を補正値ΔＥとして求める際、第１モ
ードで重ね焼きしたときの重ね合わせ精度（マークＭＡ
と窓Ｒｓのずれ）と第２モードで重ね焼きしたときの重
ね合わせ精度との平均的な差をパターン検査装置５で検
出していた。

しかしながら、ステッパー３のマーク検出系３５．３６
がマークＭＡのエツジＥＩ、Ｅｘ　とレジスト層ＰＲの
エツジＥｓ　、Ｅａの各位置を高精度に計測できる構成
のときは、パターン検査装置５は特に使わなくてもよい
、これはレジスト層ＰＲに形成されたレジストパターン
が、マーク検出系３５．３６で検出できる形状になって
いるからであり、それ以外の特別な計測用パターン（く
さび状パターン、バーニアパターン等）を用いるときは
パターン検出装置５が必要である。

さらに、ウェハＷ上のマークＭＡやレジスト層ＰＲに露
光するマークを直格子（回折格子）パターンにして、マ
ーク検出系３５．３６はそこから発生する回折光を光電
検出する方式にしてもよい。

また第１モードと第２モードとでのアライメント精度の
比較にあたっては、マーク検出系３５．３６で得られた
信号波形の歪みを比較する方法も同様に実行可能である
。この場合、プリベータ前にマーク検出したときの信号
波形を波形メモリに記憶しておき、プリベーク後にマー
ク検出したときの信号波形を波形メモリ上の波形と比較
し、その歪みに起因して生じ得るアライメント誤差を予
測して補正するとよい、特にマークＭＡに対応した信号
波形（第６図）のマーク中心に関する対称性をチエツク
し、対称性がくずれているものについてはアライメント
誤差が大きくなる可能性が高いので補正するようにすれ
ばよい、また別のシーケンスとして、レジスト塗布、ブ
リベータ、アライメント、露光の順に実行される第１モ
ードと、レジスト塗布、アライメント、露光、Ｐ−Ｅ−
Ｂの順に実行される第２モードとの夫々についてアライ
メント精度を測定機（検査装置５）、ステンパー本体等
により計測し、その結果から位置ずれの平均値や偏差（
σ値）を求め、偏差の小さい方のモードを選択し、アラ
イメントのオフセット（ウェハのｘ、ｙ方向の絶対的な
ずれ）は測定結果（平均値）から補正するようにしても
よい。具体的には、第１モードと第２モードの夫々で露
光された複数のショット領域の各々について、マークＭ
Ａと窓Ｒｓの相対的な位置ずれＮ（ΔＸ、ΔＹ）を求め
る。

ここで、第１モードによる位置ずれ計測値を（ΔＸｉ、
Δｙｔ）、第２モードによる位置ずれ計測値を（ΔＸＪ
ｓΔＹＪ）とし、各モードでの計測ショツト数をｎ　（
ｎ＞１）個とすると、第１モードの位置ずれ平均値（Ｘ
ｌ、Ｙｌ）、第２モードの位置ずれ平均値（Ｘ＊　、Ｙ
ｔ　）は次式で求められる。

また位置ずれの平均偏差（分布）は第１モードのときをσ０、σｌアとし、第２モードのときをσ口１
　σｆ、とすると、次式で求められる。

これら各値で、まず偏差（σ１．ｌ、σ１．）と偏差（
σ□、σｔｙ）とを比較し、良好な方のモードを選んで
以降の露光を行なうようにする。そして、露光時には、
そのウェハで計測したアライメント結果に対して、重ね
合わせ位置を平均値（Ｘ＋。

Ｙｌ）、又は（Ｘオ、Ｙ８）だけ補正するように、ウェ
ハ、又はレチクルを位置決めすればよい。

尚、１枚目のウェハ処理において、どちらのモードを用
いてもアライメント精度が許容範囲内にあると判断でき
る場合には、その１枚目のウェハのレジスト層を剥離し
、レジスト再塗布、露光といった工程を行なわなくても
よいことは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、リソグラフィ工程時に基
板上のアライメントマークを検出するとき、マーク上に
塗布されたレジスト層の表面段差に起因したアライメン
ト誤差（マーク検出位置誤差）の影響を取除くことが可
能となり、リソグラフィ工程で処理される基板のアライ
メント精度が格段に向上する。

本発明は、レジスト層で被覆された基板上のマークを検
出するアライメント工程を含むリソグラフィ・システム
のほとんど全てに適用できるものであり、露光方式（光
露光、ＸｖＡ露光、電子線露光法等）はどのようなもの
であっても同様の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ基板上に塗布されたレ
ジスト層のプリベータ前とプリベータ後の様子を示す基
板の部分断面図、第２図（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれプリ
ベーク前とプリベーク後のマークからの光情報の発生の
様子を示す基板の部分断面図、第３図は本発明の実施例
によるリソグラフィ・システムの構成を示すブロック図
、第４図は具体的なリソグラフイ・システムの構成の一
例を示す斜視図、第５図はマーク検出系の構成の一例を
示す図、第６図は第５図のマーク検出系によるマーク検
出時の信号波形の一例を示す図、第７図はマークをレジ
スト層を介して明視野で撮像したときの画像信号波形の
一例を示す図、第８図は本実施例の代表的なシーケンス
を示すフローチャート図、第９図は基板上のマークとレ
チクル上の窓との露光時の状態を示す平面図、第１０図
は現像後のレジスト層の様子を示す基板の部分断面図で
ある。〔主要部分の符号の説明〕Ｗ・・・ウェハ、ＰＲ・・・レジスト層、ＭＡ・・・アライメントマーク、１・・・コータデベロッパー３・・・露光装置、２．４・・・搬送系、８・・・ホストコンピュータ、３５．３６・・・マーク検出系、３８・・・ウェハローダ部、１０２・・・レジスト塗布部、１０４．１１０・・・熱処理部、１１２・・・現像部。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）表面に微小段差を伴って形成されたアライメント
マークを有する基板にレジスト層を被覆させ、該アライ
メントマークをレジスト層を介して検出することによっ
て前記基板の位置を特定した後、該レジスト層に所望の
パターンを露光する方法において、前記基板にレジスト層を被覆させた後、該レジスト層に
含まれる溶媒を気化させる前に前記アライメントマーク
の検出を行なうことを特徴とするリソグラフイ方法。
（２）表面に微小段差を伴って形成されたアライメント
マークを有する基板に所定の厚みでレジスト層を被覆さ
せるレジストコート装置と、該基板のレジスト層に含まれる溶媒を気化させる溶媒気
化装置と、前記アライメントマークを検出して位置合わ
せした後、該基板のレジスト層に所望のパターンを露光
するための露光装置と、露光された前記基板のレジスト
層を現像する現像装置とを備えたシステムにおいて、前記レジストコート装置で処理された基板を前記溶媒気
化装置と前記露光装置のいずれか一方に選択的に搬送す
る搬送系と、前記露光装置で処理された基板を前記現像装置と前記溶
媒気化装置のいずれか一方に選択的に搬送する搬送系と
を有する搬送装置を設けたことを特徴とするリソグラフ
ィ・システム。
（３）前記露光装置は、前記基板のアライメントマーク
を光学的に検出するマーク検出系を有し、前記搬送装置
が前記レジストコート装置からの基板を前記露光装置に
搬送し、前記露光装置が前記マーク検出系によって前記
アライメントマークを検出して位置合わせを行ない、前
記基板の一部分に前記パターンを露光し、前記搬送装置
が該露光された基板を前記溶媒気化装置に搬送するとと
もに、溶媒の気化された基板を再び前記露光装置へ搬送
し、前記露光装置が前記マーク検出系によって前記アラ
イメントマークを再び検出して位置合わせを行ない、前
記基板の他の部分に前記パターンを露光し、前記搬送装
置が該露光された基板を前記現像装置へ搬送する第１の
シーケンスに従って前記各装置を制御する制御装置を設
けたことを特徴とする請求項第２項記載のリソグラフィ
・システム。
（４）前記制御装置は、前記レジストの溶媒を気化させ
る前に位置合わせを行なったときの精度に対応した第１
情報と、前記レジストの溶媒を気化させた後に位置合わ
せを行なったときの精度に対応した第２情報とを入力し
、該第１情報と第２情報との差分に応じた補正情報を算
出して記憶する手段を有することを特徴とする請求項第
４項記載のリソグラフィ・システム。
（５）前記基板の複数枚を連続して処理する際、前記制
御装置は１枚目の基板の処理においては前記補正情報を
記憶し、２枚目以降の基板は、前記レジストコート装置
、前記溶媒気化装置、露光装置、及び現像装置の順に処
理されるように前記制御装置のシーケンスを切り替え、
前記露光装置は２枚目以降の基板については、アライメ
ントマークを検出したときに得られた前記第２情報を前
記補正情報に応じて補正して位置合わせすることを特徴
とする請求項第４項記載のリソグラフィ・システム。
（６）前記制御装置は、前記基板を前記レジストコート
装置、前記溶媒気化装置、前記露光装置及び前記現像装
置の順に処理する第２のシーケンスを有するとともに、
予め入力された前記第１情報と第２情報とに基づいて、
前記第１のシーケンスと第２のシーケンスのいずれか一
方を選択する手段とを有することを特徴とする請求項第
４項記載のリソグラフィ・システム。