JP2004103644A

JP2004103644A - 近接したマスクとウエハの位置検出装置と方法

Info

Publication number: JP2004103644A
Application number: JP2002259843A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Miyatake; 宮武　勤
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-09-05
Filing date: 2002-09-05
Publication date: 2004-04-02

Abstract

【課題】異なる位置のウエハマークとマスクマークとを高精度に検出する。
【解決手段】マスクとウエハの位置検出方法は、（ａ）マスクマークを有するマスクと、ウエハマークを有するウエハとを近接配置する工程と、（ｂ）第１レンズと、該第１レンズの出射側に形成され、分岐した光路長の異なる２つの光路とを用いて、マスクマークとウエハマークとを同一平面上に結像させる工程と、（ｃ）前記同一平面上にマスク位置合わせ用マークとウエハ位置合わせ用マークとを有する位置合わせ用レティクルを配置する工程と、（ｄ）マスク位置合わせ用マークとマスクマークの像との相対的位置を検出する工程と、（ｅ）ウエハ位置合わせ用マークとウエハマークの像との相対的位置を検出する工程と、（ｆ）工程（ｄ）と（ｅ）の結果から、マスクとウエハとの相対的位置を検出する工程と、を含む。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウエハとマスクとの位置合わせに関し、特に近接配置されたウエハとマスクの位置合わせ技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路装置の製造等において、マスク上に形成したパターンをウエハ上のレジスト層に転写露光するリソグラフィー技術が必須である。マスクをウエハに近接して配置する近接露光が、露光エネルギーとして電子線、Ｘ線等を用いる場合等に行われる。
【０００３】
マスクとウエハとの相対的位置を検出するためには、マスク上にマスクマーク、ウエハ上にウエハマークを形成し、光学的手段等により両マークを検出し、位置合わせを行う。
【０００４】
近接露光においては、マスクとウエハとが近接して配置されている。光軸上異なる位置に配置されたマスクマークとウエハマークとの相対的位置を検出するために、種々の方法が提案されている。レンズの色収差を積極的に用いて１つのレンズ系に２つの焦点距離を持たせ、光軸上異なる位置にある２つのマークを同一像面上に結像させる方法がある（例えば、特開平０４−１０２０１９号）。この方法は、種々の制約を伴う。
【０００５】
これらの制約を除外しようとすると、基本的にはマスクマークを結像する光学系と、ウエハマークを結像する光学系とを別に形成することになる。この場合、夫々の光学系が誤差を生じると、検出精度が劣化することになる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平０４−１０２０１９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、光軸上異なる位置に配置されるウエハマークとマスクマークとを高精度に検出することのできる近接したマスクとウエハの位置検出装置を提供することである。
【０００８】
本発明の他の目的は、光軸上異なる位置に配置されるウエハマークとマスクマークとを高精度に検出することのできる近接したマスクとウエハの位置検出方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、マスクマークを有するマスクと、マスクと近接して配置され、ウエハマークを有するマスクとの位置合わせを行うため、マスク位置合わせ用マークとウエハ位置合わせ用マークとを同一基板上に形成した位置合わせ用レティクルと、前記マスクマークと前記ウエハマークとを視野内に納める第１レンズと、該第１レンズの出射側に形成され、分岐した光路長の異なる２つの光路とを有し、前記マスクマークの像と前記ウエハマークの像とを前記位置合わせ用レティクル上に結像する第１光学系と、前記位置合わせ用レティクル上のマスク位置合わせ用マークと前記マスクマークの像との相対的位置を検出する第２光学系と、前記位置合わせ用レティクル上のウエハ位置合わせ用マークと前記ウエハマークの像との相対的位置を検出する第３光学系と、を有する近接したマスクとウエハの位置検出装置が提供される。
【００１０】
本発明の他の観点によれば、（ａ）マスクマークを有するマスクと、ウエハマークを有するウエハとを近接して配置する工程と、（ｂ）第１レンズと該第１レンズの出射側に形成され、分岐した光路長の異なる２つの光路とを用いて、前記マスクマークと前記ウエハマークとを同一平面上に結像させる工程と、（ｃ）前記同一平面上にマスク位置合わせ用マークとウエハ位置合わせ用マークとを有する位置合わせ用レティクルを配置する工程と、（ｄ）前記位置合わせ用レティクル上のマスク位置合わせ用マークとマスクマークの像との相対的位置を検出する工程と、（ｅ）前記位置合わせ用レティクル上のウエハ位置合わせ用マークとウエハマークの像との相対的位置を検出する工程と、（ｆ）前記工程（ｄ）と（ｅ）の結果から、前記マスクと前記ウエハとの相対的位置を検出する工程と、を含む、近接したマスクとウエハの位置検出方法が提供される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１（Ａ）に、本発明の実施例による位置検出装置の構成を概略的に示す。ウエハＷとマスクＭとが距離ｇを置いて平行に近接配置される。ウエハＷは、例えばレジスト層を形成したシリコンウエハであり、光に対して不透明である。マスクＭは、例えばシリコンの枠体に支持されたＳｉＣ層に金属パターンを形成したものである。ＳｉＣ層は、電子線またはＸ線が透過できる厚さに形成される。
【００１２】
ウエハＷ及びマスクＭの表面に垂直に入射光軸Ｏ１を設定した対物レンズ１０がモニター用に配置される。照明光Ｌ１が、ハーフミラー１２を介し、対物レンズ１０を通ってマスクＭ及びウエハＷ上に照射される。ウエハＷ及びマスクＭの上には、ウエハマークＷＭ及びマスクマークＭＭが形成されている。
【００１３】
これらのマークから発した光は、対物レンズ１０を通り、ハーフミラー１２を透過した後ハーフミラー１３で分岐される。ハーフミラー１３を透過した光は、光軸Ｏ２に沿って進む。ハーフミラー１３で反射された光は、ミラー１４で反射され、光軸Ｏ３に沿って進む。光軸Ｏ２、Ｏ３の上に、光路長調整手段２０、３０が配置されている。
【００１４】
光路長調整手段２０は、ミラー面２１、２２、２６、２７を含む。ハーフミラー１３を透過した光を、ミラー面２１で反射し、直角に配置されたミラー面２６、２７で折り返し、ミラー面２２で元の光路と平行な方向に、例えば元の光路の延長上に戻す。ミラー面２１、２２も直角に配置されている。このようなミラー面２１、２２を有する光学部材は、直角プリズム２３の直角を挟む両面に鏡面を形成することによって作成される。
【００１５】
また、空隙を挟んだミラー面２６、２７は、直角を形成する２つの内面に鏡面を形成したコーナーミラー２８によって形成することができる。表面反射を生じるが、直角プリズムの直角を挟む両面に鏡面を形成した光学部材を光学部材２８として用いることもできる。
【００１６】
直角に配置された２つの鏡面２６、２７を有する光学部材２８は、入射光を元の方向に戻す機能を有する。直角に配置された２つの鏡面２１、２２を有する光学部材２３は、入射光を所定方向に反射し、折り返されてきた光を入射光軸と平行な方向に戻す機能を有する。光学部材２３、２８の距離を調整することにより、光軸Ｏ２上の光路長を調整することができる。
【００１７】
光路長調整手段３０は、光路長調整手段２０と同等の構成を有する。すなわち、直角に配置された鏡面３１、３２を有する直角プリズム３３と直角に配置された鏡面３６、３７を含むコーナーミラー３８とが光路長調整手段３０を構成する。光路長調整手段３０も光軸Ｏ３上の光路長を調整することができる。
【００１８】
光軸Ｏ２、Ｏ３に直交するように、位置合わせ用レティクルＲが配置されている。対物レンズ１０の焦点距離及び光路長調整手段２０、３０の光路長を調整することにより、例えばウエハマークＷＭの像を位置合わせ用レティクルＲの上に結像すると共に、マスクマークＭＭの像を位置合わせレティクル上に結像させることが可能である。
【００１９】
ウエハマークＷＭは、例えば図１（Ｂ）に示すような形状であり、大きな矩形リング状パターンである。マスクマークＭＭは例えば図１（Ｃ）に示すような形状であり、小さな矩形リング状パターンである。
【００２０】
位置合わせ用レティクルＲには、例えば図１（Ｄ）に示すような位置合わせ用マークが形成されている。ウエハマークＷＭの像と入れ子式に組み合わせて用いるのに適した、相対的に小さな矩形リング状パターンのウエハ位置合わせ用マークＲＭ１と、マスクマークＭＭの像と入れ子式に組み合わせて用いるのに適した相対的に大きな矩形リング状パターンのマスク位置合わせ用マークＲＭ２が配置されている。
【００２１】
光路長調整手段２０、３０を用いることにより、同一対物レンズ１０を用いつつ、入射光軸上異なる距離に配置されたウエハマークＷＭ、マスクマークＭＭの像を位置合わせ用レティクルＲの同一表面上に結像することができる。
【００２２】
図１（Ｅ）、（Ｆ）は、光路長調整手段を２０、３０を用いない場合の結像系の概略図である。図１（Ｅ）において、ウエハマークＷＭは、対物レンズ１０の入射光軸Ｏ１の相対的に離れた位置に配置され、出射光軸Ｏ２上相対的に近い像面ＩＰ１上に結像する。
【００２３】
図１（Ｆ）において、マスクマークＭＭは、対物レンズ１０の入射光軸Ｏ１の相対的に近い位置に配置され、出射光軸Ｏ３上相対的により離れた像面ＩＰ２上に結像する。近接配置されたウエハＷとマスクＭとの距離ｇが小さい場合、出射光軸上の像面の位置の差ｇ２も小さな値となる。分岐した光軸Ｏ３上の光路長はミラー１３、１４間の距離ｇ３分長くなる。
【００２４】
図１（Ａ）において、出射光軸Ｏ２、Ｏ３の光路長を光路長調整手段２０、３０で調整することにより、２つの像面ＩＰ１，ＩＰ２間の距離ｇ２、分岐光路の延長分ｇ３の差を解消し、２つの像面ＩＰを同一位置に配置することが容易に成る。
【００２５】
図２は、位置合わせ用レティクル上にマスクマークＭＭの像ＭＭａ及びウエハマークＷＭの像ＷＭａが結像された状態を概略的に示す。位置合わせ用レティクルＲ上に配置されているウエハ位置合わせ用マークＲＭ１及びマスク位置合わせ用マークＲＭ２をハッチングを付した領域で示す。ウエハマークＷＭの像ＷＭａは、ウエハ位置合わせ用マークＲＭ１を取り囲むように結像される。マスクマークＭＭの像ＭＭａは、マスク位置合わせ用マークＲＭ２の開口内に結像される。
【００２６】
ウエハ位置合わせ用マークＲＭ１の中心座標ＲＭ１ｂは所定の位置にあり、ウエハマークＷＭａの中心座標ＷＭｂを検出することにより、位置合わせ用レティクルに対するウエハマークの相対的位置を検出することができる。
【００２７】
同様に、マスク位置合わせ用マークＲＭ２の中心座標ＲＭ２ｂは設計された位置にあり、結像されたマスクマークＭＭの像ＭＭａの中心座標ＭＭｂを求めることにより、位置合わせ用レティクルに対するマスクマークの相対的位置を検出することができる。
【００２８】
位置合わせ用レティクルを基準とし、ウエハマークの像及びマスクマークの像を検出することにより、位置合わせレティクルの基準位置に対するウエハマークの像とマスクマークの像の相対的位置を検出できる。従って、ウエハマークとマスクマークとの相対的位置も検出することができる。
【００２９】
図１（Ａ）の構成に戻り、第２対物レンズ４０及び第３対物レンズ５０と、カメラＣ１及びカメラＣ２で位置合わせ用レティクルＲ上の位置合わせ用マークと結像されたマークとの相対的位置を検出することにより、図２に示した相対位置を検出し、ウエハとマスクとの相対位置を検出することができる。位置合わせ用レティクルＲ上の像は、光学レンズ４０、５０等に軸ぶれが生じても変化することはなく、検出精度を低下させない。
【００３０】
このように、図１（Ａ）に示すような構成を用いることにより、近接したマスクとウエハの位置を高精度に検出することが可能となる。
【００３１】
図３に示すように、位置合わせを行った後、位置合わせ用光学系を移動し、または位置合わせ用光学系が干渉しない位置で、マスクＭ側から露光エネルギＬ２を照射し、ウエハＷ上のレジスト層を露光する。
【００３２】
なお、図１（Ａ）の構成においては、分岐した光軸Ｏ２、Ｏ３の各々に光路長調整手段を設けたが、２つの光路の一方のみに、例えば光路長が短くなる出射光軸Ｏ２上にのみ光路長調整手段を設け、相対的な光路長差を調整することも可能である。分岐光軸Ｏ２にも２つのミラーを挿入し光路を折り曲げてもよい。又、分岐した各光軸上にレンズ４０、５０、カメラＣ１、Ｃ２を配置したが、共通のレンズ、カメラを用いることも可能であろう。
【００３３】
図１（Ａ）の構成においては、近接配置したウエハとマスクのマスク側に位置合わせ用光学系を配置した。ウエハが露光エネルギに対して透明であれば、ウエハ側に位置合わせ用光学系を配置することも可能である。この場合は、図１（Ａ）のＷをマスクとし、Ｍをウエハとすればよい。
【００３４】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組合わせが可能なことは当業者に自明であろう。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、位置合わせ用レティクルを用いることにより、位置合わせ用レティクル上でマスクとウエハとの相対的位置を精度良く検出することが可能となる。
【００３６】
位置合わせ用レティクルを用いることにより、位置合わせ用レティクル上の像位置を検出するカメラの軸ぶれ等が検出精度を低下させない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による近接したマスクとウエハの位置検出装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】位置合わせ用レティクル上にマスクマーク及びウエハマークの像が結像された状態を概略的に示す平面図である。
【図３】位置合わせ後露光を行う工程を概略的に示す概略断面図である。
【符号の説明】
Ｍ　マスク
Ｗ　ウエハ
ＭＭ　マスクマーク
ＭＭａ　マスクマークの像
ＭＭｂ　マスクマークの像の中心座標
ＷＭ　ウエハマーク
ＷＭａ　ウエハマークの像
ＷＭｂ　ウエハマークの像の中心座標
Ｒ　位置合わせ用レティクル
ＲＭ１　ウエハ位置合わせ用マーク
ＲＭ１ｂ　ウエハ位置合わせ用マークの中心座標
ＲＭ２　マスク位置合わせ用マーク
ＲＭ２ｂ　マスク位置合わせ用マークの中心座標
１０　対物レンズ
１２、１３　ハーフミラー
１４　ミラー
２０、３０　光路長調整手段
２１、２２、３１、３２　（直角プリズムの）鏡面
２６、２７、３６、３７　（コーナーミラーの）鏡面
２３、３３　直角プリズム
２８、３８　コーナーミラー
４０、５０　対物レンズ
Ｃ１、Ｃ２　カメラ
Ｏ１　入射光軸
Ｏ２　（第２の）光軸（出射光軸、分岐光軸）
Ｏ３　（第３の）光軸（出射光軸、分岐光軸）
ＩＰ　像面
ＩＰ１　光路長調整手段がない場合の光軸Ｏ２上の像面
ＩＰ２　光路長調整手段がない場合の光軸Ｏ３上の像面

Claims

マスクマークを有するマスクと、マスクと近接して配置され、ウエハマークを有するマスクとの位置合わせを行うため、
マスク位置合わせ用マークとウエハ位置合わせ用マークとを同一基板上に形成した位置合わせ用レティクルと、
前記マスクマークと前記ウエハマークとを視野内に納める第１レンズと、該第１レンズの出射側に形成され、分岐した光路長の異なる２つの光路とを有し、前記マスクマークの像と前記ウエハマークの像とを前記位置合わせ用レティクル上に結像する第１光学系と、
前記位置合わせ用レティクル上のマスク位置合わせ用マークと前記マスクマークの像との相対的位置を検出する第２光学系と、
前記位置合わせ用レティクル上のウエハ位置合わせ用マークと前記ウエハマークの像との相対的位置を検出する第３光学系と、
を有する近接したマスクとウエハの位置検出装置。
前記第１光学系の２つの光路の少なくとも一方は、光軸上に配置された第１反射ミラーと、第１反射ミラーで反射された光を折り返す第２反射ミラーと、第２反射ミラーで折り返された光を元の光軸に重ねるように反射する第３反射ミラーとを有する請求項１記載のマスクとウエハの位置検出装置。
前記第１反射ミラーと前記第３反射ミラーとは直角プリズムの直角を挟む２面に形成されたミラーであり、前記第２反射ミラーは直角を形成する２面に形成されたミラーである請求項２記載のマスクとウエハの位置検出装置。
（ａ）マスクマークを有するマスクと、ウエハマークを有するウエハとを近接して配置する工程と、
（ｂ）第１レンズと、該第１レンズの出射軸に形成され、分岐した光路長の異なる２つの光路とを用いて、前記マスクマークと前記ウエハマークとを同一平面上に結像させる工程と、
（ｃ）前記同一平面上にマスク位置合わせ用マークとウエハ位置合わせ用マークとを有する位置合わせ用レティクルを配置する工程と、
（ｄ）前記位置合わせ用レティクル上のマスク位置合わせ用マークとマスクマークの像との相対的位置を検出する工程と、
（ｅ）前記位置合わせ用レティクル上のウエハ位置合わせ用マークとウエハマークの像との相対的位置を検出する工程と、
（ｆ）前記工程（ｄ）と（ｅ）の結果から、前記マスクと前記ウエハとの相対的位置を検出する工程と、
を含む、近接したマスクとウエハの位置検出方法。