JPH07142329A

JPH07142329A - 露光方法及び露光装置並びにマスク

Info

Publication number: JPH07142329A
Application number: JP15351593A
Authority: JP
Inventors: Osamu Arao; 修荒尾; Seiichi Ono; 清一小野; Yoichiro Tamiya; 洋一郎田宮; Katsuhiro Nozaki; 勝弘野崎
Original assignee: Hitachi Tokyo Electronics Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Renesas Eastern Japan Semiconductor Inc
Priority date: 1993-06-24
Filing date: 1993-06-24
Publication date: 1995-06-02

Abstract

(57)【要約】【目的】露光工程の先行作業における現像及びウェハ
の再生処理が不要で、スループットの向上を図り得る露
光方法及び露光装置並びにマスクを提供する。【構成】マスク１のテストパターン１６を露光により
レジストに転写し、その潜像１６ａを検出し、潜像１６
ａとウェハ３の照合パターン３６とを照らし合わせてそ
れらのずれ量を求める。そのずれ量よりマスク１とウェ
ハ３との合わせずれ量を求め、その合わせずれ量に基づ
いて露光装置２の補正を制御装置２７により自動的に行
う。これを、合わせずれ量が規格値を満たすまで順次別
のテストパターン１７，１８，１９に付いて繰り返し行
ない、合わせずれ量が規格値を満たした時に、マスク１
の素子パターン領域１１を露光してレジストに転写す
る。【効果】マスクとウェハとの合わせずれ量を求めるに
あたって現像を行わずに済み、ウェハの再生処理を行わ
ずに済む。従って、スループットが向上するだけでな
く、再生処理による不良原因の発生が皆無となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造技術
さらにはリソグラフィ工程に適用して特に有効な技術に
関し、例えばマスク（本明細書においては、等倍露光用
のマスクの他に縮小露光用のレチクルも含むものとす
る。）とウェハとの合わせずれの検査・補正に利用して
有用な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、実際の製品となる半導体装置の
形成のために半導体ウェハに塗布したレジストを露光す
る前に、マスクとウェハとの合わせずれの補正のための
先行作業として仮の露光を行っている。これは、ロット
固有の原因により各ロット間でマスクとウェハとの合わ
せ位置にずれが生じたり、同一ロットのウェハであって
も何工程目の露光かによって半導体ウェハの表面状態が
変わり、その影響により合わせずれが生じたりするから
である。

【０００３】従来の先行作業は、以下のようにして行わ
れていた。先ず、通常通り半導体ウェハにレジストを塗
布し、露光した後、現像を行っていた。続いて、レジス
トパターンが形成された半導体ウェハを検査装置に移
し、本露光工程に至るまでにウェハに形成されたウェハ
パターンからの当該レジストパターンのずれ量を測定し
ていた。そして、その検査結果（測定値）が規格値を満
たさない場合には、検査データに基づき補正値を露光装
置に入力して補正を行ってから、さらに別のウェハを用
いて同じ作業、即ち露光・現像・検査、を検査結果が規
格値を満たすまで繰り返し行っていた。通常、この先行
作業をロットが変わる毎に、或はパターンの異なるマス
クを使用する毎に行うため、その回数は日に数回程度か
ら数十回に及ぶこともあった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た技術には、次のような問題のあることが本発明者らに
よってあきらかとされた。すなわち、先行作業において
は、その作業のために別途設けたダミーウェハではな
く、実際の製品を作るためのウェハを使用していたた
め、先行作業における検査で規格値から外れたウェハに
付いては、残存している現像済レジストを除去し新しい
レジストを再塗布して露光前の状態に戻す再生処理を行
わなければならない。従って、先行作業を行わない本来
の露光工程よりもウェハの処理数が増え、ウェハに傷が
付いたり異物が付着したりするなどの好ましくない不良
原因が発生し易くなる。また、先行作業において現像
（比較的長い時間を要する。）を行うのに加えて、ウェ
ハを検査装置に移したり再生処理を行ったりする手間や
時間が余分にかかり、スループットが著しく低下する、
というものである。

【０００５】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、露光工程の先行作業における現像及び
ウェハの再生処理が不要で、スループットの向上を図り
得る露光方法を提供することである。また、本発明の他
の目的は、上記露光方法の実施に供せられる露光装置及
びマスクを提供することである。この発明の前記ならび
にそのほかの目的と新規な特徴については、本明細書の
記述及び添附図面から明らかになるであろう。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、下記のと
おりである。すなわち、本発明の露光方法においては、
実際の半導体装置を形成するためのパターンが形成され
てなる素子パターン領域の外側に、複数のテストパター
ンが形成されてなるテストパターン領域を設けたマスク
を用い、半導体ウェハに塗布したレジストにそれらテス
トパターンのうちの一部のパターンを露光により転写す
る。そして、露光済みのレジストと未露光のレジストと
では屈折率が異なることを利用して露光されたテストパ
ターン像（潜像）を検出する。その潜像と予め本露光前
にウェハの対応箇所に設けておいた照合パターンとを照
らし合わせて潜像と照合パターンとのずれ量を求める。
そのずれ量よりマスクとウェハとの合わせずれ量を求め
る。

【０００７】その合わせずれ量が規格値から外れる場合
には、その合わせずれ量に基づいて露光装置の補正を制
御装置により自動的に行い、さらに同一ウェハに対して
別のテストパターンに付いて同じ作業を繰り返す。マス
クとウェハとの合わせずれ量が規格値を満たしたら、そ
のマスクの素子パターン領域全体を露光する。露光装置
がステッパの場合にはウェハに全素子パターンを順次転
写する。

【０００８】上述した露光方法に用いる装置において
は、通常の露光用光学系の他に、潜像検出用の光学系及
び露光光の照射領域をマスクのテストパターンのみに絞
るマスキングブレードが設けられており、そのマスキン
グブレードの開閉操作は制御装置により制御されてい
る。また、潜像を検出する際の屈折率の測定、及び潜像
と照合パターンとのずれ量の測定を自動的に行うため
に、潜像検出用光学系におけるカメラが制御装置に接続
されている。さらに、求めた合わせずれ量に基づいて、
合わせ位置の調整を自動的に行うために、ウェハを載せ
るＸＹステージも制御装置に接続されている。

【０００９】

【作用】上記した手段によれば、マスクのテストパター
ンの潜像を検出し、その潜像とウェハの照合パターンと
を照らし合わせることにより、マスクとウェハとの合わ
せずれ量を求めるようになっているため、その合わせず
れ量を求めるにあたって現像を行わずに済む。また、合
わせずれ量が規格値を満たしてから実際の素子に対応す
る素子パターン領域を露光し現像を行うようになってい
るため、合わせずれ量が規格値を外れたまま現像される
ウェハは１枚もなく、ウェハの再生処理を行わずに済
む。従って、スループットが向上する。

【００１０】

【実施例】本発明に係る露光方法及び露光装置並びにマ
スクの一実施例を図１乃至図５に示し、以下に説明す
る。図１には、本発明に係る露光方法において使用され
るマスクのパターンの一例が示されている。同図に示す
ように、このマスクパターン１０は、製造するＬＳＩに
おける絶縁膜のエッチングパターンや導電膜の配線パタ
ーンなどの種々のパターンが形成されてなる素子パター
ン領域１１の外側に、複数のテストパターン１６，１
７，１８，１９が形成されてなるテストパターン領域１
５を有している。このマスクがステッパで用いられるレ
チクルの場合には、素子パターン領域１１にはＬＳＩ１
個分のパターンが描かれている。なお、図１において
は、各領域１１，１５を実線で囲んで示すとともに、例
としてテストパターンを４個記した。

【００１１】図２には、本発明に係る露光方法において
使用される露光装置の一例が示されている。同図に示す
ように、この露光装置２は、上記マスクパターン１０を
有するマスク１に対する露光光の照射領域の調整を行な
うマスキングブレード２０、通常の露光装置と同様で夫
々レンズ等よりなる照明光学系２１及び縮小光学系２
２、半導体ウェハ３を載せるＸＹステージ２３、レンズ
系２５及びカメラ２６よりなる潜像検出用光学系２４、
コンピュータ等の制御装置２７を備えている。

【００１２】マスキングブレード２０には、その開口面
積を拡大・縮小可能な窓部２０ａが設けられている。光
源（図示省略）から発せられた露光光はこの窓部２０ａ
においてのみ透過して照明光学系２１に至る。従って、
上記テストパターン１６（１７，１８，１９）を露光す
る際には、図２のように窓部２０ａを略テストパターン
１個分の大きさに絞っておく。また、素子パターン領域
１１を露光する際には、窓部２０ａの開口面積を広げ
る。このようなマスキングブレード２０の開閉操作は制
御装置２７により行われる。

【００１３】前記潜像検出用光学系２４は、半導体ウェ
ハ３の表面状態を観察するためのもので、制御装置２７
に接続されている。そして、この光学系２４は屈折率の
測定、その測定結果に基づきテストパターン１６（１
７，１８，１９）を転写してなる潜像の検出、その潜像
と予めウェハ３の対応箇所に設けておいた照合パターン
（図２及び図４では図示省略、図５参照）との照らし合
わせ、に供せられる。実際には、異なる屈折率の識別に
より潜像を検出する処理や、潜像と照合パターンとの対
比よりマスク１とウェハ３との合わせずれ量を求める処
理は制御装置２７により行われる。なお、潜像の検出に
は、上述したように、露光によりレジストの屈折率が変
化することを利用している。

【００１４】図３には、本発明に係る露光方法の流れの
一例が示されている。同図に示すように、先ず、マスク
１の複数のテストパターンのうちの一パターン（例え
ば、テストパターン１６として説明する。）のみの露光
を行なう。露光光は図２に示した光路（イ）−（ロ）−
（ハ）−（ニ）−（ホ）−（ヘ）を経て半導体ウェハ３
上のレジスト（図２及び図４では図示省略）で像を結ぶ
（ここをＡ点とする）。この際、ＸＹステージ２３を移
動させて、図４に示すように、半導体ウェハ３の数箇所
（特に限定しないが、図４では４隅の各箇所である。）
に付いて、夫々テストパターン１６をレジストに転写す
る（ステップＳ１）。

【００１５】続いて、ＸＹステージ２３を移動させて
（図２においては矢印の示すように左方向に移動）、上
記Ａ点を潜像検出用光学系２４の検出地点であるＢ点に
一致させる。そして、光路（ト）−（チ）−（リ）を経
てカメラ２６及び制御装置２７により潜像の検出を行
う。なお、光路（チ）−（リ）間には反射鏡２８が設け
られている。潜像の検出後、例えば図５に示すように、
ウェハ３の照合パターン３６における各辺とテストパタ
ーン１６の潜像１６ａにおける各辺との距離Ｌ１，Ｌ
２，Ｌ３，Ｌ４を計ることにより、潜像１６ａが照合パ
ターン３６に対してどの方向にどれだけずれているかを
求める。これをテストパターン１６を転写した上記各箇
所に付いて行い、得られた各ずれ量を平均してマスク１
とウェハ３との合わせずれ量、即ち露光装置２の補正値
を算出する（ステップＳ２）。

【００１６】続いて、上記ステップＳ２で求めた検査結
果、即ち合わせずれ量が規格値を満たすか否かの判断を
行う（ステップＳ３）。そして、“Ｙ”、即ち合わせず
れ量が規格値以下である場合には、ステップＳ４に進
み、実素子の露光、即ち素子パターン領域１１の露光を
行う。露光装置２がステッパの場合には、素子パターン
領域１１の露光を繰り返し行い、全素子パターンを順次
転写する。

【００１７】ステップＳ３で“Ｎ”、即ち合わせずれ量
が規格値を越える場合には、ステップＳ５に進み、ステ
ップＳ２で求めた補正値に基づき露光装置２の補正を行
う。この補正は、制御装置２７により自動的に行われ、
位置ずれに対しては例えばＸＹステージ２３の原点調整
によりなされる。

【００１８】露光装置２の補正が終了したら、テストパ
ターン１６以外のテストパターン（例えば、テストパタ
ーン１７とする。）に付いて上記ステップＳ１と同様に
して露光を行う（ステップＳ６）。そして、上記ステッ
プＳ２に進み、ステップＳ３で“Ｙ”となるまでステッ
プＳ２，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ６のループを繰り返し行なう。
なお、一例として図５にはテストパターン１７の潜像１
７ａとそれに対応する照合パターン３７との間に殆どず
れが生じていない場合が示されている。

【００１９】上記ステップＳ４、即ちステップＳ３で
“Ｙ”となり素子パターン領域１１の露光を行ったステ
ップに続いて、ステップＳ７において、素子パターン領
域１１の露光が終了したウェハ３の数、即ち先行枚数が
所定の設定値に達したか否かの判断を行う。そして、
“Ｙ”、即ち先行枚数が設定値に達している場合には、
以上の先行作業を兼ねた露光作業を終了し、残っている
ウェハに付いては先行作業を行わずに本来の露光作業の
みを行なう（ステップＳ８）。

【００２０】ステップＳ７で“Ｎ”、即ち先行枚数が設
定値に達していない場合には、ステップＳ１に戻り、別
のウェハに付いて上述した処理を再び行い、ステップＳ
７で“Ｙ”となるまで繰り返す。

【００２１】また、露光装置２における縮小倍率のずれ
及び回転ずれに付いても、上述したマスク１とウェハ３
との合わせずれの補正と同様にして、制御装置２７によ
り自動的に行われる。この場合には、上記ステップＳ１
でウェハ３の数箇所にテストパターン１６を転写する際
に、マスキングブレード２０の窓部２０ａの開口位置を
変えて、テストパターン１６の他にも幾つか別のテスト
パターンを露光して転写する。そして、それら転写した
複数のテストパターンの各潜像間の距離が、対応する照
合パターン間の距離に対して規格値内に納まっているか
否かにより、縮小倍率が適正かどうかわかり、それに基
いて縮小光学系２２の焦点距離の補正を行う。さらに、
各潜像の対応する照合パターンを結ぶ仮想線に対する、
各潜像を結ぶ仮想線の傾きが、規格値内に納まっている
か否かにより、回転ずれの有無を判別することができ、
それに基いてＸＹステージ２３の回転ずれの補正を行
う。

【００２２】なお、図４においては、ステップＳ４で露
光される素子パターン領域１１を２点鎖線で示すととも
に、ウェハ３の隅部以外に付いてはその素子パターン領
域１１の図示を省略した。また、図５においては、テス
トパターン１８，１９に対応する照合パターンを夫々符
号３８，３９を付して示した。

【００２３】以上、詳述したように、上記実施例によれ
ば、マスク１のテストパターン１６，１７（１８，１
９）の潜像を検出し、その潜像１６ａ，１７ａとウェハ
３の照合パターン３６，３７とを照らし合わせることに
より、マスク１とウェハ３との合わせずれ量を求めるた
め、合わせずれ量が規格値を満たしてから素子パターン
領域１１を露光し現像を行えばよい。従って、従来の先
行作業に較べて現像の回数が減り、スループットが向上
する。また、ウェハの再生処理が不要となり、より一層
スループットが向上するだけでなく、再生処理による不
良原因の発生が皆無となる。

【００２４】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、マ
スク１のテストパターンの数は上記実施例の４個に限ら
ず、２個や３個、或は５個以上でもよい。また、テスト
パターンの形状は特に問わない。さらに露光装置２の細
部等に付いては種々設計変更可能であるのはいうまでも
ない。

【００２５】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野である半導体
装置の製造技術に適用した場合について説明したが、こ
の発明はそれに限定されるものではなく、マイクロマシ
ーニング技術などにも利用することができる。

【００２６】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記
のとおりである。すなわち、マスクのテストパターンの
潜像を検出するようにしたことにより、マスクとウェハ
との合わせずれ量を求めるにあたって現像を行わずに済
み、ウェハの再生処理を行わずに済む。従って、スルー
プットが向上するだけでなく、再生処理による不良原因
の発生が皆無となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るマスクにおけるパターンの一例を
示す模式図である。

【図２】本発明に係る露光装置の一例を示す概略構成図
である。

【図３】本発明に係る露光方法の流れの一例を示す作業
工程図である。

【図４】本発明に係る露光方法においてテストパターン
の露光箇所の一例を示す模式図である。

【図５】本発明に係る露光方法において合わせずれ量を
求める一手法の説明図である。

【符号の説明】

１マスク２露光装置３半導体ウェハ１０マスクパターン１１素子パターン領域１５テストパターン領域１６，１７，１８，１９テストパターン１６ａ，１７ａ潜像（テストパターン像）２０マスキングブレード２７制御装置３６，３７，３８，３９照合パターン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０３Ｆ 7/20 ５２１ 9/00 Ｈ 9122−2Ｈ 7352−4ＭＨ０１Ｌ 21/30 ５０２Ｐ (72)発明者田宮洋一郎東京都青梅市藤橋３丁目３番地２日立東京エレクトロニクス株式会社内 (72)発明者野崎勝弘東京都小平市上水本町５丁目20番１号株式会社日立製作所半導体事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体ウェハに塗布したレジストに、マ
スクに設けられた複数のテストパターンのうち少なくと
も１個を露光により転写し、その転写されたテストパタ
ーン像を検出し、検出したテストパターン像と予めウェ
ハの対応箇所に設けておいた照合パターンとを照らし合
わせてテストパターン像と照合パターンとのずれ量を求
め、そのずれ量よりマスクとウェハとの合わせずれ量を
求め、その合わせずれ量に基づいて露光装置の補正を制
御装置により自動的に行う手順を、合わせずれ量が規格
値を満たすまで順次別のテストパターンに付いて繰り返
し行ない、合わせずれ量が規格値を満たした時に、素子
のパターンが形成されてなるマスクの素子パターン領域
を露光してレジストに転写することを特徴とする露光方
法。
【請求項２】請求項１に記載した露光方法に用いる装
置であって、マスクのテストパターンを露光によりレジ
ストに転写してなるテストパターン像を検出する潜像検
出用光学系と、露光光の照射領域をマスクの所望のテス
トパターンのみに絞るマスキングブレードと、そのマス
キングブレードの開閉操作の制御を行なうとともに、前
記潜像検出用光学系における検出情報に基づいてマスク
とウェハとの合わせずれ量を求めて自動的に位置ずれの
補正制御を行なう制御装置とを有していることを特徴と
する露光装置。
【請求項３】請求項１に記載した露光方法に用いるマ
スクであって、素子のパターンが形成されてなる素子パ
ターン領域の外側に、半導体ウェハの照合パターンに対
応する複数のテストパターンが形成されてなるテストパ
ターン領域を設けてなるマスクパターンを有しているこ
とを特徴とするマスク。