JPH07273018A - ウエハのアライメント方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ウエハの高精度なアライメントを行う方法を
提供すること。 【構成】 先ずアライメントマークの部分に塗布されて
いるレジストのみに例えば露光を行ってその部分だけを
除去し（ステップ１ａ）、次にレジストが除去されて表
面に露出したアライメントマークからの反射光を光学的
に読み取り（ステップ１ｂ）、次いでその読み取り情報
に基づいてウエハのアライメントを行う（ステップ１
ｃ）。また、ステップ１ａでウエハの周辺部分のレジス
トを除去した後、ステップ１ｂにてそのレジストが除去
された周辺部分に配置されるアライメントマークからの
反射光を読み取って、ステップ１ｃでその読み取り信号
に基づき他のアライメントマークの位置を補正するアラ
イメント方法でもある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、表面にレジストが塗布
されたウエハのアライメントを行う方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造における縮小投影露光
装置（以下、ステッパという）を用いたパターニングで
は、レチクル上のパターンを縮小投影してウエハ上に転
写している。パターンを転写するには、露光ショット
（以下、ショットという）を一定のステップで連続して
行ういわゆるステップアンドリピート動作をさせウエハ
上に複数のパターンを焼き付けている。

【０００３】このショットにおいてウエハ上の下地パタ
ーンと転写するパターンとの位置合わせを正確に行うた
め、ステッパは各ショットにおいてウエハのアライメン
トを行う必要がある。

【０００４】図１０は、従来のウエハのアライメント方
法を説明する図で、（ａ）はレジストの塗布状態、
（ｂ）はアライメントマーク部分の断面図、（ｃ）は読
み取り信号を示している。図１０（ａ）に示すように、
ウエハ１の表面には例えば長方形から成るアライメント
マーク１０がオリエンテーションフラット（以下、オリ
フラという）１ａの方向を基準として複数配置されてい
る。

【０００５】このウエハ１の表面にレジスト２をスピン
させながら塗布するいわゆるスピンコーティングを行う
と、レジスト２は図中矢印に示すような流動方向に沿っ
てウエハ１上を広がっていく。一般的なレジストコーテ
ィングにおいては、ウエハ１の表面の略中央に所定量の
レジスト２を滴下し、その状態でウエハ１を例えば右方
向に所定の回転数で回転させる。これによってレジスト
２がウエハ１の表面全体に一様に広がるようになる。

【０００６】図１０（ｂ）に示すように、レジスト２は
スピンコーティングによってウエハ１の表面に広がり、
アライメントマーク１０の中にも塗布される。アライメ
ントマーク１０はウエハ１の表面に対して凹型となって
いるため、レジスト２の流動方向の下手側にレジスト２
の盛り上がりができる状態となる。このような状態でウ
エハ１のアライメントを行うには、先ず、図示しない受
光装置によってアライメントマーク１０からの反射光を
読み取り、次いでその読み取り情報に基づいて所定の計
算を行い基準位置に対するウエハ１の位置ずれを算出し
ている。

【０００７】図１０（ｃ）に示すように、アライメント
マーク１０の読み取り信号は受光装置（図示せず）のス
キャン方向の位置に対する読み取り信号の強度で表され
ている。ウエハ１のアライメントを行うにはこの読み取
り信号からピーク位置を見つけだして検出点とし、その
検出点の位置に基づきアライメントマーク１０の位置情
報を得るようにしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなウエハのアライメント方法には次のような問題があ
る。すなわち、ウエハのアライメントマーク部分におい
ては、レジストの流動方向の下手側にレジストの盛り上
がりができるため、その断面プロファイルに非対称性が
生じてしまう。このような状態でアライメントマークか
らの反射光を読み取ると、その信号波形はレジストの膜
厚に依存した光学干渉によって左右非対称となりアライ
メントマークの中心位置と読み取り信号のピーク位置と
のずれが生じてしまう。このずれによってアライメント
マークの位置検出が不正確となり、ウエハのアライメン
トにおける精度低下を招いている。特に、半導体素子の
高密度化を進めるにあたりこのアライメント精度の低下
による製品不良が顕著に現れることになる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解決するために成されウエハのアライメント方法であ
る。すなわち、本発明のウエハのアライメント方法は、
アライメントマークが設けられているとともに表面にレ
ジストが塗布されたウエハのアライメントを行う方法で
あり、先ず、アライメントマークの部分に塗布されてい
るレジストのみに露光を行ってその部分だけを除去し、
次いで、レジストが除去されたアライメントマークから
の反射光を光学的に読み取ってその読み取り情報に基づ
きウエハのアライメントを行っている。また、ウエハの
周辺部分のレジストを除去した後、その周辺部分に配置
されるアライメントマークからの反射光を読み取ってウ
エハのアライメントを行う方法でもある。

【００１０】

【作用】本発明では、アライメントマーク部分に塗布さ
れたレジストを除去した後にそのアライメントマークか
らの反射光を読み取っている。このため、反射光はレジ
ストによる光学干渉の影響を受けることなく進み、受光
装置での左右対称な読み取り信号となる。また、ウエハ
の表面に複数のアライメントマークが所定の間隔で配置
されている場合、ウエハの周辺部分のレジストを除去
し、その周辺部分に設けられたアライメントマークの位
置情報に基づいてウエハの正確な位置ずれ情報を得る。
さらに、この位置ずれ情報に基づいてレジストが除去さ
れていない部分に配置されているアライメントマークの
位置情報を補正することで、ウエハにおける全アライメ
ントマークの位置情報の信頼性が向上する。

【００１１】

【実施例】以下に、本発明のウエハのアライメント方法
の実施例を図に基づいて説明する。図１は本発明のウエ
ハのアライメント方法を説明するフローチャート、図２
はレジストが塗布されたウエハの状態を説明する平面
図、図３は光学的な読み取り状態を説明する図である。
先ず、これらの図に基づいて本発明のウエハのアライメ
ント方法の概要を説明する。

【００１２】図２に示すように、アライメントの対象と
なるウエハ１には、オリフラ１ａを基準として所定の方
向に配置された複数のアライメントマーク１０が設けら
れている。また、ウエハ１の表面には、ステッパによる
露光のためのレジスト２が塗布されている。このような
ウエハ１のアライメントを行うには、先ず、図１のステ
ップ１ａに示すように、所定のレジスト２を除去する処
理を行う。

【００１３】すなわち、ウエハ１の表面に一様に塗布さ
れたレジスト２のうち、アライメントマーク１０の上方
に対応する除去領域３（アライメントマーク１０よりも
わずかに大きな領域）のレジスト２のみを除去する。図
３（ａ）に示すように、除去領域３のレジスト２を除去
することでアライメントマーク１０がウエハ１の表面に
露出することになる。

【００１４】次に、図１のステップ１ｂに示すように、
除去領域３のレジスト２が除去されたアライメントマー
ク１０からの反射光を読み取る処理を行う。反射光は、
図示しない光源から照射される光がアライメントマーク
１０に当たって反射するものであり、この反射光を図示
しない受光装置にて取り込む。図３（ｂ）に示すよう
に、受光装置による読み取り信号は、レジスト２による
光学干渉の影響を受けることがないため左右対称となっ
ている。

【００１５】受光装置による反射光の読み取りを行った
後は、図１のステップ１ｃに示すように、この読み取り
情報に基づいた統計処理アライメントを行う。すなわ
ち、レジスト２による光学干渉の影響を受けることなく
取り込まれた図３（ｂ）に示す読み取り信号から大きな
谷となる部分の中心を読み取り、これを検出点とする。
この検出点は、図３（ａ）に示すアライメントマーク１
０の中心位置（図中一点鎖線参照）と正確に対応するこ
とになり、これによってアライメントマーク１０の正確
な中心位置が求まる。

【００１６】そして、複数のアライメントマーク１０に
おいてこのような検出点を見つけだし、得られた各アラ
イメントマーク１０の中心位置を用いてウエハ１の基準
位置に対するずれ量を算出する。ステッパにて処理を行
う場合には、このずれ量を補正しながら所定のステッピ
ングを行っていくことで、正確な位置への露光を行うこ
とができるようになる。

【００１７】次に、本発明のウエハのアライメント方法
における具体例を説明する。図４は、具体例におけるア
ライメント対象のウエハ１およびアライメントマーク１
０を示す斜視図である。このウエハ１には、オリフラ１
ａを基準として複数のアライメントマーク１０が一定の
間隔で設けられており、例えばステッパでの各ショット
毎にこのアライメントマーク１０を用いたウエハ１のア
ライメントを行う。

【００１８】具体例においても、先と同様にアライメン
トマーク１０の部分に塗布されたレジスト２を除去した
後、そのアライメントマーク１０からの反射光を読み取
るようにする。図５は、レチクル４を用いて所定位置の
レジスト２を露光、現像する例を示した斜視図である。
すなわち、レチクル４はウエハ１のアライメントマーク
１０に対応する部分（少なくともアライメントマーク１
０よりも大きい領域）だけの光を透過するように形成さ
れており、このレチクル４を透過する光をレンズ系５を
介してウエハ１上のレジスト２に照射する。

【００１９】これによってレジスト２の照射部分４１に
のみ光が当たり、この状態で所定の現像を行うことによ
りその照射部分４１のレジスト２だけを除去する。照射
部分４１のレジスト２が除去されることでウエハ１の表
面にアライメントマーク１０が露出することになる。ウ
エハ１のアライメントを行うには、露出したアライメン
トマーク１０からの反射光を図示しない受光装置にて読
み取り、この読み取り信号（図３（ｂ）参照）に基づい
てアライメントマーク１０の位置情報を得る。そして、
各アライメントマーク１０の位置情報からウエハ１の位
置ずれ情報を得るようにする。

【００２０】ステッパにて露光を行う場合には、レジス
ト２の除去によりウエハ１の表面に露出した各アライメ
ントマーク１０の位置情報を得て各ショット毎にウエハ
１のアライメントを行うようにする。この際、アライメ
ントマーク１０の位置情報が正確に得られるため、ステ
ッパにおける基準位置に対する各ショットの位置が正確
となる。図５に示すようなレチクル４を用いた場合に
は、複数のアライメントマーク１０部分のレジスト２を
一回の露光で除去できるため、効率のよりレジスト除去
作業を行うことができるようになる。

【００２１】次に、図６の斜視図に基づいて露光ビーム
によるレジスト除去の例を説明する。すなわち、この例
はウエハ１に付されたアライメントマーク１０の部分の
レジスト２を除去するにあたり、ビーム発生器６から直
接光を照射してその部分を現像するものである。ビーム
発生器６は所定のビームスポットに絞り込んだ露光ビー
ム６１を発生し、この露光ビーム６１をアライメントマ
ーク１０の部分に対応する照射部分６２に照射するもの
である。

【００２２】露光ビーム６１を所定の方向に走査するた
めウエハ１は図示しないＸＹステージ上に載置されてお
り、このＸＹステージを移動して露光を繰り返す。この
露光によってアライメントマーク１０の部分に対応する
照射部分６２のみに直接光が照射され、これを現像する
ことにより照射部分６２のレジスト２のみが除去され
る。これによってアライメントマーク１０がウエハ１の
表面に露出し、ここからの反射光を図示しない受光装置
にて読み取ることで図３（ｂ）に示すような左右対称の
読み取り信号を得ることができる。

【００２３】ウエハ１のアライメントを行うには、各ア
ライメントマーク１０からの反射光に基づき図３（ｂ）
に示すような読み取り信号からそれぞれ検出点を得る。
そして、この検出点の位置から各アライメントマーク１
０の位置情報を求め、これに基づきウエハ１の位置ずれ
量を算出する。このように各アライメントマーク１０か
らの反射光による読み取り信号が左右対称であるため、
得られる検出点の位置とアライメントマーク１０の中心
位置とが正確に対応することになる。これによりウエハ
１の正確なアライメントを行うことができるようにな
る。

【００２４】図６に示すようなビーム発生器６を用いた
レジスト２への直接露光では、アライメントマーク１０
の配置位置や形状が異なる場合であっても容易に対応す
ることができるようになり、多品種少量生産を行う場合
において特に有効である。

【００２５】次に、図７の斜視図に基づきエッジリンス
におけるレジスト除去の例を説明する。すなわち、一般
のレジストコーティングにおいては、レジスト２のスピ
ンコーティングを行ってウエハ１の全面にレジスト２を
一様に塗布した後、不要となるウエハ１のエッジ部分の
レジスト２をエッジリンスによって除去している。

【００２６】エッジリンスを行うには、レジスト２が一
様に塗布されたウエハ１を回転させ、ウエハ１の外周近
傍に配置したノズル７からリンス液７１を吐出する。リ
ンス液７１は遠心力によってノズル７の位置より外側に
広がって塗布され、このリンス液７１が接触した部分の
レジスト２を溶解除去することができる。

【００２７】本実施例では、このエッジリンスの際に除
去されたレジスト２の部分に配置されるアライメントマ
ーク１０を用いてウエハ１のアライメントを行う。すな
わち、予めエッジリンスを行う位置に複数のアライメン
トマーク１０を配置されるように設定しておき、エッジ
リンスにてウエハ１のエッジ部分のレジスト２を除去し
た後、除去されたレジスト２の位置のアライメントマー
ク１０からの反射光を図示しない受光装置にて読み取
る。

【００２８】ウエハ１のアライメントを行うには、この
読み取り信号に基づいて所定の統計処理アライメントを
行う。このようなエッジリンスを用いてアライメントマ
ーク１０部分のレジスト２を除去する場合には、特に新
たな工程を追加することなくアライメントマーク１０部
分のレジスト除去作業を行えるというメリットがある。

【００２９】次に、図８から図９に基づき、エッジリン
スにてレジスト２を除去した場合の統計処理アライメン
トを説明する。すなわち、エッジリンスにてレジスト２
を除去する場合には、ウエハ１の周辺部分のレジスト２
だけしか除去できないため、その周辺部分に配置された
アライメントマーク１０だけを用いたアライメントを行
うようになる。

【００３０】図８（ａ）は理想的なアライメントを示し
たものであり、図中○印がエッジリンスにて除去された
レジスト２の位置に配置されるアライメントマーク１０
ａ、図中△印がレジスト２が除去されない位置に配置さ
れるアライメントマーク１０ｂの位置をそれぞれ示して
いる。なお、各アライメントマーク１０ａ、１０ｂはス
テッパにおける露光ショット３０の中央に配置されてい
るものとする。この各アライメントマーク１０ａ、１０
ｂの中心を結ぶ線が計算上の理想格子２１となり、アラ
イメントにおける基準の線となる。

【００３１】図８（ｂ）はアライメントマーク１０ａ、
１０ｂからの反射光を読み取った後の格子の状態を示し
ている。すなわち、図７に示すようにエッジリンスを行
った後、先ずウエハ１の全てのアライメントマーク１０
からの反射光を読み取る。エッジリンスによりレジスト
２が除去された位置にあるアライメントマーク１０ａか
らの反射光は、レジスト２による光学干渉の影響を受け
ないため、図３（ｂ）に示すような左右対称の読み取り
信号となる。一方、レジスト２が除去されていない位置
にあるアライメントマーク１０ｂからの反射光は、レジ
スト２による光学干渉の影響を受けるため左右非対称の
読み取り信号となる。

【００３２】このため、図８（ｂ）に示すように、レジ
スト２が除去された位置にあるアライメントマーク１０
ａからの反射光によって得られた位置情報は、理想格子
２１に近くなり（実際には図中○印に示すように理想格
子２１に対する計測誤差を含んでいる）、レジスト２が
塗布された位置にあるアライメントマーク１０ｂからの
反射光によって得られる位置情報は、理想格子２１から
離れたものとなる。そこで、先ず、レジスト２が除去さ
れた位置にあるアライメントマーク１０ａを用いて第１
の実際の格子２２を求め、レジスト２が塗布された位置
にあるアライメントマーク１０ｂを用いて第２の実際の
格子２３を求める。

【００３３】図８（ｂ）に示すように、第２の実際の格
子２３は、第１の実際の格子２２に比べて歪みの大きな
ものとなる。次に、図９に示すように、第１の実際の格
子２２と第２の実際の格子２３とを用いて所定の補正を
行う。すなわち、補正前において図８（ｂ）に示す理想
格子２１を取り除き（図９（ａ）参照）、第１の実際の
格子２２に合わせて第２の実際の格子２３を１次変換す
る補正を行う（図９（ｂ）参照）。第１の実際の格子２
２は、ウエハ１の位置ずれ量を表す基準となっているた
め、この第１の実際の格子２２に合わせて第２の実際の
格子２３を１次変換することでレジスト２が除去されて
いないアライメントマーク１０ｂであってもその位置情
報の誤差を最少にすることができる。

【００３４】つまり、ウエハ１の周辺部分のアライメン
トマーク１０からの反射光を得るだけでウエハ１上の全
てのアライメントマーク１０の正確な位置情報を得るこ
とができる。ステッパにおいては、この全アライメント
マーク１０を用いて各ステップ毎のアライメントを行う
ことで、全ショットにおいて正確な位置合わせがなされ
るようになる。特に、ウエハ１の周辺部分のレジスト２
では、レジストコーティング時のレジスト２の流速が速
いためレジストプロファイルの影響が大きくなる。

【００３５】本実施例では、この影響の大きなウエハ１
の周辺部分のレジスト２を除去し、そこに配置されたア
ライメントマーク１０を用いてウエハ１のアライメント
を行うため、レジスト２を除去しないでアライメントを
行う場合と比べて大幅に位置ずれ算出精度が向上するこ
とになる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のウエハの
アライメント方法によれば次のような効果がある。すな
わち、レジストが塗布されたウエハのアライメントを行
う場合において、アライメントマークの位置に対応する
レジストだけを除去した後、そのアライメントマークか
らの反射光を読み取っているため、反射光がレジストに
よる光学干渉の影響を受けることなく左右対称の読み取
り信号となる。このため、その読み取り信号から正確な
アライメントマークの中心位置を検出することができ、
ウエハのアライメント精度を向上させることが可能とな
る。ウエハのアライメント精度が向上することにより、
ステッパにおける露光を正確に行うことができ、特に微
小なパターンを露光する場合において生産歩留りを大幅
に向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を説明するフローチャートである。

【図２】ウエハの状態を説明する平面図である。

【図３】読み取り状態を説明する図で、（ａ）はアライ
メントマーク部分の断面図、（ｂ）は読み取り信号を示
している。

【図４】ウエハとアライメントマークとを示す斜視図で
ある。

【図５】レチクルによる光の照射を示す斜視図である。

【図６】露光ビームによる光の照射を示す斜視図であ
る。

【図７】エッジリンスによるレジスト除去を示す斜視図
である。

【図８】統計処理アライメントを説明する図（その１）
で、（ａ）は理想状態、（ｂ）は読み取り後の状態を示
すものである。

【図９】統計処理アライメントを説明する図（その２）
で、（ａ）は補正前、（ｂ）は補正後である。

【図１０】従来例を説明する図で、（ａ）はレジストの
塗布状態、（ｂ）はアライメントマーク部分の断面図、
（ｃ）は読み取り信号を示している。

【符号の説明】

１ ウエハ １ａ オリフラ ２ レジスト ３ 除去領域 ４ レチクル ６ ビーム発生器 １０ アライメントマーク

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アライメントマークが設けられていると
   ともに表面にレジストが塗布されたウエハのアライメン
   ト方法であって、 先ず、前記アライメントマークの部分に塗布されている
   前記レジストのみを除去し、 次いで、前記アライメントマークからの反射光を光学的
   に読み取ってその読み取り情報に基づき前記ウエハのア
   ライメントを行うことを特徴とするウエハのアライメン
   ト方法。
2. 【請求項２】 前記アライメントマークの部分に対応し
   た領域だけ光を透過するレチクルを用いて前記レジスト
   を露光し、その部分を現像することによって該アライメ
   ントマークの部分に塗布されたレジストのみを除去する
   ことを特徴とする請求項１記載のウエハのアライメント
   方法。
3. 【請求項３】 前記アライメントマークの部分にのみ直
   接光を照射して前記レジストを露光し、その部分を現像
   することによって該アライメントマークの部分に塗布さ
   れたレジストのみを除去することを特徴とする請求項１
   記載のウエハのアライメント方法。
4. 【請求項４】 前記ウエハの周辺部分のレジストを除去
   した後、 前記周辺部分に配置されるアライメントマークからの反
   射光を読み取ることを特徴とする請求項１記載のウエハ
   のアライメント方法。
5. 【請求項５】 前記ウエハの表面に複数のアライメント
   マークが所定の間隔で配置されている場合において、 先ず、前記ウエハの周辺部分のレジストを除去し、 次に、前記ウエハの全アライメントマークからの反射光
   を読み取って各アライメントマークの位置情報を算出
   し、 次いで、前記周辺部分に配置されるアライメントマーク
   の位置情報に基づいて前記ウエハの位置ずれ情報を算出
   した後、 前記位置ずれ情報に基づいて前記周辺部分以外に配置さ
   れるアライメントマークの位置情報を補正することを特
   徴とする請求項１記載のウエハのアライメント方法。