JPH0412522A - ダミーウエハ - Google Patents

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、　　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ェハに関する。

〔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「ウェハ」と称す）面上に塗布されたフォ
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、後者は前工程でウェハ面上に形成され
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１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−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−、モして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〜
１１５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ェハ面上のパターン
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、ウェハ
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ェハとのアライメン
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、ウェハパターンの投影像とレチクル面上のパター
ンとを同−視野内で同時に観察しなから双方の位置合せ
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。

しかしなからこの方法では、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
においてはウェ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
、ウェ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。しかしなから、こ
の方式ではレチクルとウェ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、ウェハはウェハアラ
イメント用顕微鏡（以下、　「ウェハ顕微鏡」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、レチクルとウェハの間に誤差要因が存在する
。さらに、ウェハアライメント後：　ウェハのパターン
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ｒＢａｓｅ　ＬｉｎｅＪという）ウェ
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。

二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エツクし補正し
てやる必要がある３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ｍｌ
１１の値である。

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０．１ｉｔｍ〜０．Ｏ
１μｍ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、ウェハステー
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
ウェ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
的な変イヒ　そしてウェハ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
、いわゆるダミーウェ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および消去が可能な可
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
ダミーウェ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物体であるウェハのアライメントに用い
るウェ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している課題］ ところで、前記ダミーウェ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視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からない
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
ウェハに密着させるにはベータが必要だが、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
ミーウェハであって、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ェハを提供することを目的
とする。また特にダミーウェ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
ーウェハである。

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ェハ等の基板
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）スピロナフトオキシン、（ＩＩ）ベン
ゾビリロスビラン、　（ｍ）フルギドなどが挙げられる
。

（ただし、Ｒ，＝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、　
　Ｒ，＝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および可視領域におい
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ェハに塗る都合からス
ピンコード法が望ましい。

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、効率よくダミーウェ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ェ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、　Ｉｎ２Ｏ３、５ｎ２０２およびＴ　４
０Ｈ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ェ
ハの長期的な耐久性も優れたものとなる。

上記金属膜５　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−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
〜！８００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０．８〜３０
ｎｍ３０℃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 上述した一化学式（Ｉ）でＲ＋＝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℃でシリコンウェハ上にスピナーを
用いて、第１回３００ｒｐｍＸ　１ｏｓｅｃ、　　第２
回２０００「ｐＩＯＸ６０ＳｅＣ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である）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ェハを全く紫外
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５×１叶’　Ｔ　ｏ　ｒｒ、　　出力０．２５ｋＷ、
基板間距離２０ｃａ＋の条件で、第１層の上に第２層と
してＩｎ２Ｏ２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である）内で４０分間熱処理し、実
施例１のダミーウェハを得た。

このダミーウェハの第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
ダミーウェハを着色させたところ、飽和吸光度は６０で
、６００ｎｍ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２
５０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。

Ｉｎ２Ｏ，は透明電極に一般に用いられているが、ダミ
ーウェ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、がっ透明であることから
（可視光傾城で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ェ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Ｒ
、＝　Ｍｅ、　Ｒ２＝　Ｈ，Ｒ、＋＝　ＮＯ２とした１
、３．３−１−ジメチルインドリノ−６′−二トロペン
ゾビリロスビランを用い、　１ｎ２０３の代わりに５ｎ
２０２を用いた以外は実施例１と同様にして実施例２の
ダミーウェハを作成した。

得られたダミーウェハの飽和吸光度は７．０で、６００
ｎｍ光による飽和吸光度１．０までの減衰時間は２５０
０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。

５ｎ２０３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ェハは従来のダミーウェ
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ェハが提供される。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 (1)

1. 【特許請求の範囲】 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ェ
   ハ。 ２、前記第２層が、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｇ
   ｄ、Ｍｎ、ＧａおよびＩｎから選ばれる金属膜、又はＩ
   ｎ＿２Ｏ＿３Ｓｎ＿２Ｏ＿３及びＴｉＯ＿２から選ばれ
   る金属酸化物膜である請求項１に記載のダミーウェハ。