JP2004241581A - Alignment method, alignment equipment, exposure equipment, and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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JP2004241581A JP2003028699A JP2003028699A JP2004241581A JP 2004241581 A JP2004241581 A JP 2004241581A JP 2003028699 A JP2003028699 A JP 2003028699A JP 2003028699 A JP2003028699 A JP 2003028699A JP 2004241581 A JP2004241581 A JP 2004241581A
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an alignment method and an alignment equipment which increase strength of an image in which the alignment mark of a wafer is picturized and can increase alignment precision, exposure equipment using the alignment method and the alignment equipment; and to provide a method for manufacturing a semiconductor device. <P>SOLUTION: The resist film of a wafer 22 and a mask 14 are held with a prescribed distance. Radiation of light LT<SB>1</SB>which has wavelength excluding region in which the resist film is exposed and performs plane polarization like p-polarized light is performed to an alignment mark for the wafer of the wafer through the mask from a direction which is slanted to the main surface of the wafer. Radiation is also performed to an alignment mark for the mask. Reflected light in the wafer and a reflected light (return light LT<SB>R</SB>) in the mask are received. Deviation of the alignment mark for the mask to the alignment mark of the wafer is detected, and alignment is performed by adjusting the position of the mask with respect to the wafer in accordance with the detected deviation. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置製造のリソグラフィ工程で用いられるマスクのアライメント方法およびアライメント装置と、それを用いた露光装置と半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
フォトリソグラフィに代わる次世代露光技術として、電子線やX線を用いて、マスクを被露光ウエハに近接させて露光する、電子線近接リソグラフィや等倍X線リソグラフィなどの転写型露光方法が開発されている。
これらのリソグラフィにおいて用いられるマスクは、例えば0.5μmの膜厚のSi膜やSiC膜、ダイヤモンドなどの薄膜から構成される。
【0003】
上記の次世代露光技術においては、例えばマスクと被露光ウエハの相対位置をリアルタイムに測定して位置合わせするアライメント装置が使用される(特許文献1〜3参照)。
上記のアライメント装置は、例えば、被露光ウエハに形成されたレジスト膜を感光させないような長波長光を用いたアライメント光学系であり、マスクとウエハに書き込まれたアライメントマークに測定用の光(照明光)を照射し、各アライメントマークで散乱されて戻ってくる光を検出して撮像素子に結像し、画像処理を行ってアライメントマークの位置を測定し、マスクとウエハの位置ずれを検出する。
上記のようにして得られたマスクとウエハの位置ずれを補正するように、ウエハに対するマスクの位置を調節して位置合わせする。
【0004】
アライメント光学系が露光電子線(EB)や露光X線、それらの光学系、マスク、マスクステージ、ウエハステージなどと干渉するのを防ぐために、アライメント光学系は、測定用の光(照明光)がウエハの表面に対して斜めに入射するように設置される。
【0005】
上記のアライメント装置において、ウエハに入射する照明光はマスクを透過してウエハに到達し、ウエハから戻ってくる散乱光もマスクを透過する構成となっている。
【0006】
【特許文献1】
特許第2955668号公報
【特許文献2】
特許第3048904号公報
【特許文献3】
特許第3235782号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のアライメント光学系を備えたアライメント装置において、ウエハに入射する照明光はマスクを透過してウエハに到達する構成となっており、マスクに入射した照明光がマスクを構成する薄膜の上面および下面で繰り返し反射され、互いに干渉する多波干渉によって減衰するため、実際にウエハに入射する照明光の強度が低下してしまう。
また、ウエハのアライメントマークに到達した照明光がアライメントマークにおいて散乱し、戻り光として検出される光軸上においても、マスクが存在するためにマスクを構成する薄膜の下面および上面での繰り返し反射による多波干渉のために減衰し、実際に戻り光として検出される光の強度が低下してしまう。
【0008】
このように、マスクのアライメントマークを撮像した像に対して、ウエハのアライメントマークを撮像した像の強度が小さくなってしまい、ウエハのアライメントマークの検出誤差が相対的に大きくなってしまう。
このため、アライメント精度が低下してしまうことになる。
【0009】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、従って本発明は、電子線近接リソグラフィや等倍X線リソグラフィなどの転写型露光方法において、特にウエハのアライメントマークを撮像した像の強度を強め、アライメント精度を高めることができるアライメント方法およびアライメント装置と、それを用いた露光装置と半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明のマスクのアライメント方法は、ウエハ用アライメントマークが形成され、かつ前記ウエハ用アライメントマークの形成面上にレジスト膜が形成されたウエハの前記レジスト膜に対して、等倍露光となる所定の距離をもって、マスク用アライメントマークが形成されたマスクを位置合わせするアライメント方法であって、前記ウエハのレジスト膜と前記マスクを前記所定の距離をもって保持する工程と、前記レジスト膜が感光する領域を除く領域の波長であって直線偏光している光を、前記ウエハの表面に対して斜めの方向から、前記マスクを介して前記ウエハのウエハ用アライメントマークに対して照射し、また前記マスクのマスク用アライメントマークに対して照射する工程と、前記光の前記ウエハにおける反射光と前記マスクにおける反射光とを受光する工程と、受光した前記反射光から、前記ウエハの前記アライメントマークに対する前記マスクの前記マスク用アライメントマークのずれを検出する工程と、前記ずれに応じて、前記ウエハに対する前記マスクの位置を調節して位置合わせする工程とを有する。
【0011】
上記の本発明のマスクのアライメント方法は、ウエハのレジスト膜とマスクを所定の距離をもって保持する。
次に、レジスト膜が感光する領域を除く領域の波長であって直線偏光している光を、ウエハの表面に対して斜めの方向から、マスクを介してウエハのウエハ用アライメントマークに対して照射し、またマスクのマスク用アライメントマークに対して照射する。
次に、光のウエハにおける反射光とマスクにおける反射光とを受光し、受光した反射光から、ウエハのアライメントマークに対するマスクのマスク用アライメントマークのずれを検出する。
次に、上記で検出されたずれに応じて、ウエハに対するマスクの位置を調節して位置合わせする。
【0012】
また、上記の目的を達成するため、本発明のマスクのアライメント装置は、ウエハ用アライメントマークが形成され、かつ前記ウエハ用アライメントマークの形成面上にレジスト膜が形成されたウエハの前記レジスト膜に対して、等倍露光となる所定の距離をもって、マスク用アライメントマークが形成されたマスクを位置合わせするアライメント装置であって、前記ウエハのレジスト膜と前記マスクを前記所定の距離をもって保持する保持部と、前記レジスト膜が感光する領域を除く領域の波長の光を出射する光源と、前記光の前記ウエハにおける反射光と前記マスクにおける反射光とを受光する受光部と、前記ウエハの表面に対して斜めの方向から、前記光源からの光を前記マスクを介して前記ウエハのウエハ用アライメントマークに対して照射し、また前記マスクのマスク用アライメントマークに対して照射し、前記光の前記ウエハにおける反射光と前記マスクにおける反射光とを前記受光部に結合させる光学系と、受光した前記反射光から、前記ウエハの前記アライメントマークに対する前記マスクの前記マスク用アライメントマークのずれを検出する検出部と、前記ずれに応じて、前記保持部による前記ウエハに対する前記マスクの位置を調節する位置調整部とを有し、少なくとも前記ウエハと前記マスクに対して照射される時点での前記光が直線偏光となっている。
【0013】
上記の本発明のマスクのアライメント装置は、保持部によりウエハのレジスト膜とマスクを所定の距離をもって保持し、光源によりレジスト膜が感光する領域を除く領域の波長の光を出射する。
この光は、少なくともウエハとマスクに対して照射される時点で直線偏光となっており、光学系によりウエハの表面に対して斜めの方向から、マスクを介してウエハのウエハ用アライメントマークに対して照射され、またマスクのマスク用アライメントマークに対して照射され、ウエハにおける反射光とマスクにおける反射光は光学系により受光部に結合され、受光される。
検出部により、受光された反射光からウエハのアライメントマークに対するマスクのマスク用アライメントマークのずれが検出され、位置調整部により、上記で得られたずれに応じて保持部によるウエハに対するマスクの位置が調節される。
【0014】
また、上記の目的を達成するため、本発明の露光装置は、ウエハ用アライメントマークが形成され、かつ前記ウエハ用アライメントマークの形成面上にレジスト膜が形成されたウエハの前記レジスト膜に対して、等倍露光となる所定の距離をもって、マスク用アライメントマークが形成されたマスクを位置合わせするアライメント部を備え、所定の露光ビームで露光する露光装置であって、前記アライメント部は、前記ウエハのレジスト膜と前記マスクを前記所定の距離をもって保持する保持部と、前記レジスト膜が感光する領域を除く領域の波長の光を出射する光源と、前記光の前記ウエハにおける反射光と前記マスクにおける反射光とを受光する受光部と、前記ウエハの表面に対して斜めの方向から、前記光源からの光を前記マスクを介して前記ウエハのウエハ用アライメントマークに対して照射し、また前記マスクのマスク用アライメントマークに対して照射し、前記光の前記ウエハにおける反射光と前記マスクにおける反射光とを前記受光部に結合させる光学系と、受光した前記反射光から、前記ウエハの前記アライメントマークに対する前記マスクの前記マスク用アライメントマークのずれを検出する検出部と、前記ずれに応じて、前記保持部による前記ウエハに対する前記マスクの位置を調節する位置調整部とを有し、少なくとも前記ウエハと前記マスクに対して照射される時点での前記光が直線偏光となっている。
【0015】
上記の本発明の露光装置は、ウエハのウエハ用アライメントマークとマスクのマスク用アライメントマークとを位置合わせするアライメント部として、上記の本発明のアライメント装置を備え、所定の露光ビームで露光する露光装置である。
【0016】
また、上記の目的を達成するため、本発明の半導体装置の製造方法は、ウエハ用アライメントマークが形成され、かつ前記ウエハ用アライメントマークの形成面上にレジスト膜が形成されたウエハに、マスク用アライメントマークと所定のパターンが形成されたマスクを用いてパターン露光する工程を有する半導体装置の製造方法であって、前記ウエハのレジスト膜と前記マスクを等倍露光となる所定の距離をもって保持する工程と、前記レジスト膜が感光する領域を除く領域の波長であって直線偏光している光を、前記ウエハの表面に対して斜めの方向から、前記マスクを介して前記ウエハのウエハ用アライメントマークに対して照射し、また前記マスクのマスク用アライメントマークに対して照射する工程と、前記光の前記ウエハにおける反射光と前記マスクにおける反射光とを受光する工程と、受光した前記反射光から、前記ウエハの前記アライメントマークに対する前記マスクの前記マスク用アライメントマークのずれを検出する工程と、前記ずれに応じて、前記ウエハに対する前記マスクの位置を調節して位置合わせする工程と、位置合わせされた前記マスクを介して前記ウエハに対して前記レジスト膜が感光する露光ビームを照射して露光する工程とを有する。
【0017】
上記の本発明の半導体装置の製造方法は、ウエハのレジスト膜とマスクを等倍露光となる所定の距離をもって保持する。
次に、レジスト膜が感光する領域を除く領域の波長であって直線偏光している光を、ウエハの表面に対して斜めの方向から、マスクを介してウエハのウエハ用アライメントマークに対して照射し、またマスクのマスク用アライメントマークに対して照射する。
次に、上記の光のウエハにおける反射光とマスクにおける反射光とを受光し、受光した反射光から、ウエハのアライメントマークに対するマスクのマスク用アライメントマークのずれを検出する。
次に、ずれに応じて、ウエハに対するマスクの位置を調節して位置合わせする。
次に、位置合わせされたマスクを介して、ウエハに対してレジスト膜が感光する露光ビームを照射して露光する。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下に、本実施形態に係るマスクのアライメント方法とマスクのアライメント装置、また、上記のアライメント装置を備えた露光装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【0019】
第1実施形態
図1は、本実施形態に係るアライメント装置の模式構成図である。
本実施形態のアライメント装置においては、電子線近接リソグラフィや等倍X線リソグラフィなどの転写型露光方法において露光するために、ウエハ用アライメントマークが形成され、かつウエハ用アライメントマークの形成面上にレジスト膜が形成されたウエハ22のレジスト膜に対して、落射照明系によってウエハ用アライメントマークとマスク用アライメントマークを観察し、等倍露光となる所定の距離をもって、マスク用アライメントマークが形成されたマスク14を位置合わせするものである。
LEEPL(Low Energy Electron−beam Proximity Projection Lithography)に適用する場合、上記マスクは膜厚0.5μmのメンブレンに対してパターン露光する領域に貫通孔が形成されているステンシルマスクとなる。
【0020】
本実施形態のアライメント装置は、ウエハ22とマスク14の保持部(不図示)、光源30、コンデンサレンズ31、偏光板32、ビームスプリッタ33、対物レンズの瞳34、対物レンズ35、結像レンズ36、CCD撮像素子37およびコンピュータ38とを有する。
【0021】
上記の保持部(不図示)は、等倍露光となるように、通常ウエハ22のレジスト膜に対してマスク14を50μm程度の距離に保持するとともに、不図示の機構によりウエハに対するマスクの相対的な位置を調節可能となっている。
【0022】
光源30は、例えばHgランプあるいはXeランプなどであり、ウエハ22に形成されたレジスト膜が感光する領域を除く領域の波長の自然光である照明光LT を出射する。
【0023】
光源30からの照明光LT は、コンデンサレンズ31により集光され、偏光板32により直線偏光、特にウエハ22の表面に対してp偏光の照明光LT とされる。
p偏光の照明光LT は、ビームスプリッタ33の分光面で進路を屈曲させ、対物レンズの瞳34を通過し、対物レンズ35によりウエハの表面に対して斜めの方向からマスク14を介してウエハ22のウエハ用アライメントマークに対して照射され、またマスク14のマスク用アライメントマークに対して照射される。
ウエハにおける反射光とマスクにおける反射光は、戻り光LT として、入射経路を辿り、対物レンズ35、対物レンズの瞳34、ビームスプリッタ33を通過し、結像レンズ36により受光部であるCCD撮像素子37に結合され、ウエハ22のウエハ用アライメントマークとマスク14のマスク用アライメントマークが撮像される。
【0024】
上記のCCD撮像素子37で撮像された撮像データは、検出部において画像処理され、ウエハ22のウエハ用アライメントマークとマスク14のマスク用アライメントマークの位置が測定され、マスクとウエハの位置ずれが検出される。
さらに、保持部(不図示)を位置制御する位置調整部により、上記のようにして得られたマスクとウエハの位置ずれを補正するように、ウエハに対するマスクの位置が調節され、位置合わせされる。
上記の検出部と位置調整部は、コンピュータ38上に実現される。
【0025】
上記のように、光を出射する光源30として自然光を出射する光源を用い、この光をウエハ22のウエハ用アライメントマークおよびマスクのマスク用アライメントマークに対して照射する光学系として偏光板32を含む光学系を用いることにより、少なくともウエハ22とマスク14に対して照射される時点での光が直線偏光、特にウエハ22の表面に対してp偏光となっている。
【0026】
マスクを構成する薄膜(メンブレン)は、Si、SiCあるいはダイヤモンドなどの薄膜からなり、表面と裏面の反射光が多波干渉して薄膜の透過率と反射率が波長によって変化するばかりでなく、アライメント光学系が傾斜しており、照明光がウエハに対して斜めに入射するので、偏光方向によっても変化する。
対物レンズからの照明光とアライメントマークでの散乱光が球面波であることを考慮してシミュレーションすると、透過率はp偏光の方がs偏光よりも高くなることがわかった。
この結果については後述の実施例において説明する。
【0027】
本実施形態に係るアライメント装置によれば、照明光としてウエハ22の表面に対してp偏光を用いることで、従来の自然光を用いる場合よりもマスクの透過率を高めることができ、このためウエハに到達する照明光の強度をマスク照明光に対して相対的に高め、また、戻り光として検出される光の強度を高めることができ、ウエハのアライメントマークの検出誤差が相対的に小さくなり、アライメント精度を向上させることができる。
【0028】
次に、本実施形態に係るアライメント方法について説明する。
まず、図2(a)に示すように、基板10に酸化シリコン膜11を介してシリコンの薄膜(メンブレン)12を形成し、薄膜領域における基板10と酸化シリコン膜11を除去し、マスクブランクスを形成する。薄膜領域を除く領域において残された基板部分は梁13となって薄膜12を支持する。
【0029】
次に、上記のマスクブランクスの薄膜12上にレジスト膜(不図示)を形成し、X線直接描画露光などでパターン露光する。このとき、マスク用アライメントマークも同時に露光する。
レジスト膜を現像し、これをマスクとしてエッチング処理して、薄膜12にマスク用アライメントマーク12aとパターン12bを形成し、レジスト膜を除去する。
以上のようにして、図2(b)に示すようなLEEPL用のステンシルマスクであるマスク14が形成される。
【0030】
一方、シリコン基板20の表面にパターン加工してウエハ用アライメントマーク20aを形成し、その上層にレジスト膜21を形成する。
以上のようにして、図2(c)に示すような被露光ウエハであるウエハ22が形成される。
【0031】
次に、ウエハ22のレジスト膜21とマスク14を所定の距離をもって保持し、レジスト膜が感光する領域を除く領域の波長であって、直線偏光、特にp偏光となっている照明光LT を、ウエハ22の表面に対して斜めの方向からマスク14を介してウエハ22のウエハ用アライメントマーク20aに対して照射し、またマスク14のマスク用アライメントマーク12aに対して照射する。
次に、ウエハ22における反射光LT とマスク14における反射光とを受光し、受光した反射光から、ウエハのアライメントマークに対するマスクのマスク用アライメントマークのずれを検出する。
次に、上記で得られたずれに応じて、ウエハ22に対するマスク14の位置を調節して位置合わせする。
【0032】
上記のアライメントの引き続いて露光を行う場合には、上記のようにして位置合わせされたマスク14を介してウエハ22に対してレジスト膜が感光する電子線EBなどの露光ビームを照射して露光する。
【0033】
本実施形態に係るアライメント方法によれば、照明光としてウエハ22の表面に対してp偏光を用いており、従来の自然光よりもウエハに到達する照明光の強度をマスク照明光に対して相対的に高め、また、戻り光として検出される光の強度を高めることができ、ウエハのアライメントマークの検出誤差が自然光照明よりも小さくなり、アライメント精度を向上させることができる。
【0034】
(実施例)
対物レンズからの照明光とアライメントマークでの散乱光が球面波であることを考慮し、マスクを構成する薄膜として0.5μmのSi膜を想定し、開口数0.35の対物レンズにより集光する場合の薄膜の透過率の波長依存性をp偏光とs偏光とに分けてシミュレーションした。
結果を図4(a)および図4(b)に示す。それぞれ、p偏光とs偏光の場合に相当する。
このように、各図において、マスクの薄膜の表面と裏面の反射光が干渉して薄膜の透過率が波長によって周期的に変化する他、偏光方向によっても変化し、特にp偏光の方がs偏光よりも高い透過率となることがわかった。
【0035】
第2実施形態
本実施形態は、実質的に第1実施形態と同様のアライメント方法およびアライメント装置であるが、光源として直線偏光している光を出射する半導体レーザを用いていることが大きく異なる。
【0036】
図5は、本実施形態に係るアライメント装置の模式構成図である。
本実施形態のアライメント装置は、ウエハ22とマスク14の保持部(不図示)、光源(半導体レーザ)40、偏波面保持ファイバ41、ファイバ出射部42、コンデンサレンズ43、1/2波長板44、ビームスプリッタ45、対物レンズの瞳46、対物レンズ47、結像レンズ48、CCD撮像素子49およびコンピュータ50とを有する。
【0037】
上記の保持部(不図示)は、等倍露光となるように、通常ウエハ22のレジスト膜に対してマスク14を50μm程度の距離に保持するとともに、不図示に機構によりウエハに対するマスクの相対的な位置を調節可能となっている。
【0038】
光源(半導体レーザ)40は、ウエハ22に形成されたレジスト膜が感光する領域を除く領域の波長の直線偏光した光である照明光LT を出射する。
【0039】
光源40からの照明光LT は、偏波面保持ファイバ41により直線偏光を保持しながら伝送され、ファイバ出射部42から出射され、コンデンサレンズ43により集光され、1/2波長板44の回転により、偏光方向が調節される。
さらに、照明光LT は、ビームスプリッタ45の分光面で進路を屈曲させ、対物レンズの瞳46を通過し、対物レンズ47によりウエハの表面に対して斜めの方向からマスク14を介してウエハ22のウエハ用アライメントマークに対して照射され、またマスク14のマスク用アライメントマークに対して照射される。
ここで、照明光LT の偏光方向がウエハ22の表面に対してp偏光となるように、1/2波長板44が調節される。
ウエハにおける反射光とマスクにおける反射光は、戻り光LT として、入射経路を辿り、対物レンズ47、対物レンズの瞳46、ビームスプリッタ45を通過し、結像レンズ48により受光部であるCCD撮像素子49に結合され、ウエハ22のウエハ用アライメントマークとマスク14のマスク用アライメントマークが撮像される。
【0040】
上記のCCD撮像素子49で撮像された撮像データは、検出部において画像処理され、ウエハ22のウエハ用アライメントマークとマスク14のマスク用アライメントマークの位置が測定され、マスクとウエハの位置ずれが検出される。
さらに、保持部(不図示)を位置制御する位置調整部により、上記のようにして得られたマスクとウエハの位置ずれを補正するように、ウエハに対するマスクの位置が調節され、位置合わせされる。
上記の検出部と位置調整部は、コンピュータ50上に実現される。
【0041】
本実施形態に係るアライメント装置によれば、第1実施形態と同様に、照明光としてウエハ22の表面に対してp偏光を用いることで、従来の自然光を用いる場合よりもマスクの透過率を高めることができ、このためウエハに到達する照明光の強度をマスク照明光に対して相対的に高め、また、戻り光として検出される光の強度を高めることができ、ウエハのアライメントマークの検出誤差が相対的に小さくなり、アライメント精度を向上させることができる。
【0042】
第3実施形態
本実施形態は、第1および第2実施形態に係るアライメント装置を備えた露光装置である。
図6はLEEPLに用いる露光装置の概略図である。
この露光装置は、電子銃60、アパーチャー61、コンデンサレンズ62、一対のメインデフレクター(63,64)および一対の微調整用デフレクター(65,66)を有する。
【0043】
電子銃60から出射された電子ビームEBは、アパーチャー61により径が制限され、コンデンサレンズ62により平行なビームにされる。
メインデフレクター(63,64)は、電子ビームEBが平行なままマスク14に垂直に入射するように、電子ビームEBを偏向させる。
電子ビームEBはラスターまたはベクトル走査モードのいずれかでステンシルマスク14に入射するが、いずれの場合も電子ビームEBの偏向にメインデフレクター(63,64)が用いられる。微調整用デフレクター(65,66)はメインデフレクター(63,64)によって偏向された電子ビームEBをさらに微調整する。
ステンシルマスク47を透過した電子ビームEBは、ウエハ22に形成された電子線露光用のレジスト膜に照射され、パターン露光される。
【0044】
ここで、本実施形態に係る露光装置はアライメント装置70を備えている。
このアライメント装置70は、第1および第2実施形態に係るアライメント装置と同様の構成である。
即ち、レジスト膜が感光する領域を除く領域の波長であって直線偏光している照明光LT がウエハ22の表面に対して斜めの方向から、マスク14を介してウエハ22のウエハ用アライメントマークに対して照射され、またマスク14のマスク用アライメントマークに対して照射される。
さらに、ウエハ22における反射光とマスク14における反射光とが受光され、受光された反射光から、ウエハ22のアライメントマークに対するマスク14のマスク用アライメントマークのずれが検出され、このずれに応じて、ウエハ22に対するマスク14の位置が調節されて位置合わせされる。
本実施形態の露光装置は、上記のようにウエハ22に対するマスク14の位置を高精度に合わせた後、露光と行うことができる。
【0045】
本発明のアライメント方法、アライメント装置および露光装置は、上記の実施形態に限定されない。
例えば、本実施形態においては、ステンシルマスクのアライメント方法について説明したが、各種論文および特許により公知となっているマスク製造プロセスを適用することにより、各次世代露光技術用のマスクのアライメント方法に適用できる。
また、本発明のアライメント方法および装置は、被露光ウエハにパターン露光する工程を有する半導体装置の製造方法において、パターン露光するためのマスクをアライメントする方法や装置として適用できる。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【0046】
【発明の効果】
本発明のアライメント方法によれば、照明光としてウエハの表面に対して直線偏光(特にp偏光)を用いており、従来の自然光よりもウエハに到達する照明光の強度をマスク照明光に対して相対的に高め、また、戻り光として検出される光の強度を高めることができ、ウエハのアライメントマークの検出誤差が相対的に小さくなり、アライメント精度を向上させることができる。
【0047】
本発明のアライメント装置によれば、照明光としてウエハの表面に対して直線偏光(特にp偏光)を用いることで、従来の自然光を用いる場合よりもマスクの透過率を高めることができ、このためウエハに到達する照明光の強度をマスク照明光に対して相対的に高め、また、戻り光として検出される光の強度を高めることができ、ウエハのアライメントマークの検出誤差が相対的に小さくなり、アライメント精度を向上させることができる。
【0048】
本発明の露光装置によれば、本発明のアライメント装置により高精度にウエハに対するマスクの位置を高精度に合わせた後、露光を行うことができる。
【0049】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、本発明のアライメント装置により高精度にウエハに対するマスクの位置を高精度に合わせて露光し、半導体装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は第1実施形態に係るアライメント装置の模式構成図である。
【図2】図2(a)〜(c)は第1実施形態に係るアライメント方法の工程を示す断面図である。
【図3】図3(a)および(b)は第1実施形態に係るアライメント方法の工程を示す断面図である。
【図4】図4(a)および(b)は実施例に係る透過率のシミュレーションの結果を示す。
【図5】図5は第2実施形態に係るアライメント装置の模式構成図である。
【図6】図6は第3実施形態に係る露光装置の模式構成図である。
【符号の説明】
10…基板、11…酸化シリコン膜、12…薄膜(メンブレン)、13…梁、14…マスク、20…シリコン基板、21…レジスト膜、22…ウエハ、30…光源、31…コンデンサレンズ、32…偏光板、33…ビームスプリッタ、34…対物レンズの瞳、35…対物レンズ、36…結像レンズ、37…CCD撮像素子、38…コンピュータ、40…光源(半導体レーザ)、41…偏波面保持ファイバ、42…ファイバ出射部、43…コンデンサレンズ、44…1/2波長板、45…ビームスプリッタ、46…対物レンズの瞳、47…対物レンズ、48…結像レンズ、49…CCD撮像素子、50…コンピュータ、60…電子銃、61…アパーチャー、62…コンデンサレンズ、63,64…一対のメインデフレクター、65,66…一対の微調整用デフレクター、70…アライメント装置、LT …自然光である照明光、LT …照明光、LT …反射光。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an alignment method and an alignment apparatus for a mask used in a lithography process of manufacturing a semiconductor device, an exposure apparatus using the same, and a method for manufacturing a semiconductor device.
[0002]
[Prior art]
As a next-generation exposure technology that replaces photolithography, transfer-type exposure methods, such as electron beam proximity lithography and 1: 1 X-ray lithography, have been developed in which a mask is brought close to the wafer to be exposed using electron beams or X-rays. ing.
A mask used in these lithography is composed of a 0.5 μm-thick Si film, a SiC film, or a thin film such as diamond.
[0003]
In the above-mentioned next-generation exposure technology, for example, an alignment device that measures and positions the relative position between a mask and a wafer to be exposed in real time is used (see Patent Documents 1 to 3).
The above-described alignment apparatus is, for example, an alignment optical system using long-wavelength light that does not expose a resist film formed on a wafer to be exposed, and a measurement light (illumination) is applied to an alignment mark written on a mask and a wafer. Irradiates light, and detects the light scattered and returned by each alignment mark to form an image on an image sensor, performs image processing, measures the position of the alignment mark, and detects a positional shift between the mask and the wafer. .
The position of the mask with respect to the wafer is adjusted and adjusted so as to correct the misalignment between the mask and the wafer obtained as described above.
[0004]
In order to prevent the alignment optical system from interfering with the exposure electron beam (EB), the exposure X-ray, those optical systems, a mask, a mask stage, a wafer stage, etc., the alignment optical system emits measurement light (illumination light). It is installed so as to be obliquely incident on the surface of the wafer.
[0005]
In the above alignment apparatus, the illumination light incident on the wafer is transmitted through the mask and reaches the wafer, and the scattered light returning from the wafer is also transmitted through the mask.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 2955668
[Patent Document 2]
Japanese Patent No. 3048904
[Patent Document 3]
Japanese Patent No. 3235782
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the alignment apparatus having the above-described alignment optical system, the illumination light incident on the wafer is transmitted through the mask and reaches the wafer, and the illumination light incident on the mask is exposed on the upper surface of the thin film forming the mask. Since the light is repeatedly reflected on the lower surface and attenuated by multi-wave interference that interferes with each other, the intensity of the illumination light actually incident on the wafer decreases.
In addition, the illumination light that has reached the alignment mark on the wafer is scattered at the alignment mark, and even on the optical axis detected as return light, the presence of the mask causes repeated reflection on the lower surface and the upper surface of the thin film constituting the mask. The light is attenuated due to multi-wave interference, and the intensity of light actually detected as return light decreases.
[0008]
As described above, the intensity of the image of the alignment mark of the wafer is smaller than that of the image of the alignment mark of the mask, and the detection error of the alignment mark of the wafer is relatively large.
For this reason, the alignment accuracy is reduced.
[0009]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems. Accordingly, the present invention relates to a transfer type exposure method such as electron beam proximity lithography or 1: 1 X-ray lithography, and particularly to the intensity of an image obtained by imaging an alignment mark on a wafer. It is an object of the present invention to provide an alignment method and an alignment apparatus capable of enhancing alignment accuracy and alignment accuracy, and an exposure apparatus and a semiconductor device manufacturing method using the same.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a mask alignment method according to the present invention is characterized in that a wafer alignment mark is formed, and a resist film is formed on a wafer on which a resist film is formed on a surface on which the wafer alignment mark is formed. An alignment method for aligning a mask on which a mask alignment mark is formed at a predetermined distance that is equal-size exposure, wherein the step of holding the resist film of the wafer and the mask at the predetermined distance, A linearly polarized light having a wavelength in a region excluding a region where the resist film is exposed is irradiated from a direction oblique to the surface of the wafer to the wafer alignment mark of the wafer through the mask. Irradiating the mask alignment mark of the mask with the light; Receiving the reflected light from the mask and the reflected light from the mask; detecting, from the received reflected light, a displacement of the mask alignment mark of the mask with respect to the alignment mark of the wafer; Adjusting the position of the mask with respect to the wafer to perform alignment.
[0011]
In the mask alignment method of the present invention described above, the resist film on the wafer and the mask are held at a predetermined distance.
Next, a linearly polarized light having a wavelength in a region excluding a region where the resist film is exposed is irradiated to the wafer alignment mark of the wafer through a mask from a direction oblique to the surface of the wafer. Irradiation is performed on the mask alignment mark of the mask.
Next, light reflected by the wafer and light reflected by the mask are received, and a deviation of the mask alignment mark of the mask with respect to the alignment mark of the wafer is detected from the received reflected light.
Next, the position of the mask with respect to the wafer is adjusted and adjusted according to the displacement detected above.
[0012]
In order to achieve the above object, the mask alignment apparatus according to the present invention includes a wafer alignment mark formed on a wafer, and a resist film formed on a surface on which the wafer alignment mark is formed. On the other hand, there is provided an alignment apparatus for aligning a mask on which a mask alignment mark is formed at a predetermined distance for equal magnification exposure, and a holding unit for holding the resist film of the wafer and the mask at the predetermined distance. A light source that emits light having a wavelength in a region excluding a region where the resist film is exposed, a light receiving unit that receives light reflected by the wafer and light reflected by the mask, and From the diagonal direction, the light from the light source is directed to the wafer alignment mark of the wafer through the mask. An optical system that couples the reflected light of the light on the wafer and the reflected light of the mask to the light receiving unit, and irradiates the light onto the alignment mark for mask of the mask, and the received reflected light. A detection unit that detects a shift of the mask alignment mark of the mask with respect to the alignment mark of the wafer, and a position adjustment unit that adjusts the position of the mask with respect to the wafer by the holding unit according to the shift. And at least the light at the time of irradiating the wafer and the mask is linearly polarized light.
[0013]
In the mask alignment apparatus of the present invention, the holding unit holds the resist film on the wafer and the mask at a predetermined distance, and the light source emits light having a wavelength in a region excluding a region where the resist film is exposed.
This light is linearly polarized at least at the time when it is applied to the wafer and the mask, and is directed to the wafer alignment mark of the wafer through the mask from a direction oblique to the surface of the wafer by the optical system. The light is irradiated onto the mask alignment mark of the mask, and the reflected light on the wafer and the reflected light on the mask are coupled to a light receiving unit by an optical system and received.
The detection unit detects the displacement of the mask alignment mark of the mask with respect to the alignment mark of the wafer from the received reflected light, and the position adjustment unit determines the position of the mask with respect to the wafer by the holding unit according to the displacement obtained above. Adjusted.
[0014]
In order to achieve the above object, an exposure apparatus according to the present invention is configured such that a wafer alignment mark is formed, and a resist film is formed on a wafer on which a resist film is formed on a surface on which the wafer alignment mark is formed. An exposure apparatus that includes an alignment unit that aligns a mask on which a mask alignment mark is formed with a predetermined distance that is equal-size exposure, and performs exposure with a predetermined exposure beam. A holding unit that holds the resist film and the mask at the predetermined distance, a light source that emits light having a wavelength in a region other than a region where the resist film is exposed, a reflection of the light on the wafer and a reflection of the light on the mask A light receiving unit for receiving light, and light from the light source passing through the mask from a direction oblique to the surface of the wafer. Irradiating the wafer alignment mark of the wafer with the mask alignment mark of the mask to couple the light reflected by the wafer and the light reflected by the mask to the light receiving portion. An optical system, a detection unit that detects a shift of the mask alignment mark of the mask with respect to the alignment mark of the wafer from the received reflected light, and the mask for the wafer by the holding unit according to the shift. And a position adjustment unit for adjusting the position of the light, and at least the light at the time of irradiation on the wafer and the mask is linearly polarized light.
[0015]
The exposure apparatus of the present invention includes the alignment apparatus of the present invention as an alignment unit for aligning a wafer alignment mark of a wafer and a mask alignment mark of a mask, and performs exposure with a predetermined exposure beam. It is.
[0016]
In order to achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a wafer alignment mark on a wafer having a resist film formed on a surface on which the wafer alignment mark is formed; What is claimed is: 1. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: performing pattern exposure using a mask on which an alignment mark and a predetermined pattern are formed, wherein the resist film on the wafer and the mask are held at a predetermined distance for equal exposure. And linearly polarized light having a wavelength in a region excluding a region where the resist film is exposed to light, from a direction oblique to the surface of the wafer, through the mask to the wafer alignment mark of the wafer. Irradiating the wafer with respect to a mask alignment mark of the mask; and irradiating the wafer with the light. Receiving the reflected light and the reflected light from the mask; detecting, from the received reflected light, a displacement of the mask alignment mark of the mask with respect to the alignment mark of the wafer; Adjusting the position of the mask with respect to the wafer to align the mask, and irradiating the wafer with an exposure beam that exposes the resist film to the wafer via the aligned mask. .
[0017]
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention described above, the resist film and the mask on the wafer are held at a predetermined distance for equal-size exposure.
Next, a linearly polarized light having a wavelength in a region excluding a region where the resist film is exposed is irradiated to the wafer alignment mark of the wafer through a mask from a direction oblique to the surface of the wafer. Irradiation is performed on the mask alignment mark of the mask.
Next, the light reflected by the wafer and the light reflected by the mask are received, and the displacement of the mask alignment mark of the mask with respect to the alignment mark of the wafer is detected from the received reflected light.
Next, the position of the mask with respect to the wafer is adjusted and aligned according to the displacement.
Next, the wafer is exposed to an exposure beam through which the resist film is exposed through the aligned mask.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a mask alignment method and a mask alignment apparatus according to the present embodiment and an exposure apparatus including the above-described alignment apparatus will be described with reference to the drawings.
[0019]
First embodiment
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an alignment apparatus according to the present embodiment.
In the alignment apparatus of the present embodiment, in order to perform exposure in a transfer type exposure method such as electron beam proximity lithography or equal-size X-ray lithography, a wafer alignment mark is formed, and a resist is formed on a surface on which the wafer alignment mark is formed. Observe the alignment mark for the wafer and the alignment mark for the mask by the epi-illumination system with respect to the resist film of the wafer 22 on which the film is formed. 14 is to be positioned.
When applied to LEEPL (Low Energy Electron-Beam Proximity Projection Lithography), the mask is a stencil mask in which a through hole is formed in a region where a 0.5 μm-thick membrane is subjected to pattern exposure.
[0020]
The alignment apparatus of the present embodiment includes a holder (not shown) for the wafer 22 and the mask 14, a light source 30, a condenser lens 31, a polarizing plate 32, a beam splitter 33, a pupil 34 of an objective lens, an objective lens 35, and an imaging lens 36. , A CCD image sensor 37 and a computer 38.
[0021]
The holding unit (not shown) holds the mask 14 at a distance of about 50 μm with respect to the resist film of the normal wafer 22 so as to perform equal-size exposure, and a mechanism (not shown) moves the mask 14 relative to the wafer. Position can be adjusted.
[0022]
The light source 30 is, for example, an Hg lamp or a Xe lamp, and the illumination light LT is a natural light having a wavelength in a region excluding a region where the resist film formed on the wafer 22 is exposed.0  Is emitted.
[0023]
Illumination light LT from light source 300  Is condensed by the condenser lens 31 and is linearly polarized by the polarizing plate 32, and in particular, p-polarized illumination light LT is applied to the surface of the wafer 22.I  It is said.
Illumination light LT of p polarizationI  Is bent at the spectral plane of the beam splitter 33, passes through the pupil 34 of the objective lens, and is formed by the objective lens 35 on the wafer alignment mark of the wafer 22 from the oblique direction with respect to the surface of the wafer via the mask 14. Irradiation is performed on the mask alignment mark of the mask 14.
The reflected light at the wafer and the reflected light at the mask are the return light LTR  The beam passes through an objective lens 35, a pupil 34 of the objective lens, and a beam splitter 33, is coupled to a CCD image pickup device 37 serving as a light receiving unit by an imaging lens 36, and a wafer alignment mark of the wafer 22 and a mask Fourteen mask alignment marks are imaged.
[0024]
Image data picked up by the CCD image sensor 37 is subjected to image processing in a detection unit, the positions of the wafer alignment mark of the wafer 22 and the mask alignment mark of the mask 14 are measured, and the positional deviation between the mask and the wafer is detected. Is done.
Further, the position of the mask with respect to the wafer is adjusted and aligned by the position adjustment unit that controls the position of the holding unit (not shown) so as to correct the misalignment between the mask and the wafer obtained as described above. .
The above detection unit and position adjustment unit are realized on the computer 38.
[0025]
As described above, a light source that emits natural light is used as the light source 30 that emits light, and the polarizing plate 32 is included as an optical system that irradiates the light to the wafer alignment mark of the wafer 22 and the mask alignment mark of the mask. By using the optical system, at least the light at the time of irradiating the wafer 22 and the mask 14 is linearly polarized light, especially p-polarized light with respect to the surface of the wafer 22.
[0026]
The thin film (membrane) constituting the mask is made of a thin film of Si, SiC, diamond, or the like. Since the optical system is inclined and the illumination light is obliquely incident on the wafer, the illumination light changes depending on the polarization direction.
A simulation was performed in consideration of the fact that the illumination light from the objective lens and the scattered light at the alignment mark were spherical waves, and it was found that the transmittance of p-polarized light was higher than that of s-polarized light.
This result will be described in an example described later.
[0027]
According to the alignment apparatus according to the present embodiment, by using p-polarized light for the surface of the wafer 22 as the illumination light, it is possible to increase the transmittance of the mask as compared with the case where conventional natural light is used. The intensity of the illuminating light that reaches can be increased relative to the mask illuminating light, and the intensity of the light detected as the return light can be increased. Accuracy can be improved.
[0028]
Next, an alignment method according to the present embodiment will be described.
First, as shown in FIG. 2A, a silicon thin film (membrane) 12 is formed on a substrate 10 via a silicon oxide film 11, the substrate 10 and the silicon oxide film 11 in the thin film region are removed, and a mask blank is formed. Form. The substrate portion remaining in the region except the thin film region serves as a beam 13 to support the thin film 12.
[0029]
Next, a resist film (not shown) is formed on the thin film 12 of the mask blank, and pattern exposure is performed by, for example, direct X-ray exposure. At this time, the mask alignment mark is also exposed at the same time.
The resist film is developed and etched using the resist film as a mask to form a mask alignment mark 12a and a pattern 12b on the thin film 12, and the resist film is removed.
As described above, the mask 14 which is a stencil mask for LEEPL as shown in FIG. 2B is formed.
[0030]
On the other hand, pattern processing is performed on the surface of the silicon substrate 20 to form a wafer alignment mark 20a, and a resist film 21 is formed thereon.
As described above, the wafer 22 which is the wafer to be exposed as shown in FIG. 2C is formed.
[0031]
Next, the resist film 21 of the wafer 22 and the mask 14 are held at a predetermined distance, and the illumination light LT having a wavelength of a region excluding a region where the resist film is exposed, and being linearly polarized light, particularly p-polarized light.I  Is irradiated to the wafer alignment mark 20a of the wafer 22 via the mask 14 from the direction oblique to the surface of the wafer 22, and to the mask alignment mark 12a of the mask 14.
Next, the reflected light LT on the wafer 22R  And the reflected light from the mask 14, and the deviation of the mask alignment mark of the mask from the wafer alignment mark is detected from the received reflected light.
Next, the position of the mask 14 with respect to the wafer 22 is adjusted and aligned according to the deviation obtained above.
[0032]
When exposure is performed subsequent to the above-described alignment, the wafer 22 is exposed to an exposure beam such as an electron beam EB that exposes a resist film to the wafer 22 via the mask 14 positioned as described above. .
[0033]
According to the alignment method according to the present embodiment, p-polarized light is used for the surface of the wafer 22 as the illumination light, and the intensity of the illumination light reaching the wafer is more relative to the mask illumination light than conventional natural light. In addition, the intensity of light detected as return light can be increased, the detection error of the alignment mark on the wafer becomes smaller than that of natural light illumination, and the alignment accuracy can be improved.
[0034]
(Example)
Considering that the illumination light from the objective lens and the scattered light from the alignment mark are spherical waves, a 0.5 μm Si film is assumed as the thin film constituting the mask, and the light is focused by the objective lens with a numerical aperture of 0.35. In this case, the wavelength dependence of the transmittance of the thin film was simulated separately for p-polarized light and s-polarized light.
The results are shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b). These correspond to p-polarized light and s-polarized light, respectively.
As described above, in each of the drawings, the reflected light on the front and back surfaces of the thin film of the mask interferes with each other, so that the transmittance of the thin film periodically changes depending on the wavelength, and also changes depending on the polarization direction. It was found that the transmittance was higher than that of polarized light.
[0035]
Second embodiment
The present embodiment is substantially the same alignment method and alignment apparatus as the first embodiment, but differs greatly in that a semiconductor laser that emits linearly polarized light is used as a light source.
[0036]
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the alignment apparatus according to the present embodiment.
The alignment apparatus according to the present embodiment includes a holding unit (not shown) for the wafer 22 and the mask 14, a light source (semiconductor laser) 40, a polarization plane holding fiber 41, a fiber emitting unit 42, a condenser lens 43, a half-wave plate 44, It has a beam splitter 45, an objective lens pupil 46, an objective lens 47, an imaging lens 48, a CCD image sensor 49, and a computer 50.
[0037]
The holding unit (not shown) holds the mask 14 at a distance of about 50 μm with respect to the resist film of the wafer 22 so as to achieve the same-size exposure, and a mechanism (not shown) moves the mask 14 relative to the wafer. Position can be adjusted.
[0038]
The light source (semiconductor laser) 40 is illumination light LT that is linearly polarized light having a wavelength in a region other than a region where the resist film formed on the wafer 22 is exposed.0  Is emitted.
[0039]
Illumination light LT from light source 40I  Is transmitted while maintaining linearly polarized light by the polarization maintaining fiber 41, emitted from the fiber emitting section 42, condensed by the condenser lens 43, and the polarization direction is adjusted by rotating the half-wave plate 44.
Further, the illumination light LTI  Is bent on the spectral surface of the beam splitter 45, passes through the pupil 46 of the objective lens, and is applied to the wafer alignment mark of the wafer 22 via the mask 14 from the oblique direction with respect to the surface of the wafer by the objective lens 47. Irradiation is performed on the mask alignment mark of the mask 14.
Here, the illumination light LTI  The half-wave plate 44 is adjusted so that the polarization direction becomes p-polarized with respect to the surface of the wafer 22.
The reflected light at the wafer and the reflected light at the mask are the return light LTR  The beam passes through an objective lens 47, a pupil 46 of the objective lens, and a beam splitter 45, is coupled to a CCD image pickup device 49 as a light receiving unit by an image forming lens 48, and has a wafer alignment mark and a mask of the wafer 22. Fourteen mask alignment marks are imaged.
[0040]
Image data picked up by the CCD image sensor 49 is subjected to image processing in a detection unit, the positions of the wafer alignment mark of the wafer 22 and the mask alignment mark of the mask 14 are measured, and the positional deviation between the mask and the wafer is detected. Is done.
Further, the position of the mask with respect to the wafer is adjusted and aligned by the position adjustment unit that controls the position of the holding unit (not shown) so as to correct the misalignment between the mask and the wafer obtained as described above. .
The detection unit and the position adjustment unit described above are implemented on the computer 50.
[0041]
According to the alignment apparatus according to the present embodiment, as in the first embodiment, by using p-polarized light for the surface of the wafer 22 as the illumination light, the transmittance of the mask is increased as compared with the case where conventional natural light is used. Therefore, the intensity of the illumination light reaching the wafer can be increased relative to the mask illumination light, and the intensity of the light detected as the return light can be increased. Is relatively small, and alignment accuracy can be improved.
[0042]
Third embodiment
This embodiment is an exposure apparatus provided with the alignment devices according to the first and second embodiments.
FIG. 6 is a schematic view of an exposure apparatus used for LEEPL.
This exposure apparatus has an electron gun 60, an aperture 61, a condenser lens 62, a pair of main deflectors (63, 64), and a pair of fine adjustment deflectors (65, 66).
[0043]
The diameter of the electron beam EB emitted from the electron gun 60 is limited by an aperture 61 and is converted into a parallel beam by a condenser lens 62.
The main deflectors (63, 64) deflect the electron beam EB so that the electron beam EB is perpendicularly incident on the mask 14 while being parallel.
The electron beam EB is incident on the stencil mask 14 in either the raster or vector scanning mode. In either case, the main deflector (63, 64) is used to deflect the electron beam EB. The fine adjustment deflectors (65, 66) further finely adjust the electron beam EB deflected by the main deflectors (63, 64).
The electron beam EB transmitted through the stencil mask 47 is irradiated on a resist film for electron beam exposure formed on the wafer 22, and is subjected to pattern exposure.
[0044]
Here, the exposure apparatus according to the present embodiment includes an alignment device 70.
The alignment device 70 has the same configuration as the alignment devices according to the first and second embodiments.
That is, the linearly polarized illumination light LT has a wavelength in a region excluding a region where the resist film is exposed.I  Is irradiated to the wafer alignment mark of the wafer 22 via the mask 14 and to the mask alignment mark of the mask 14 from a direction oblique to the surface of the wafer 22.
Further, the reflected light on the wafer 22 and the reflected light on the mask 14 are received, and from the received reflected light, a shift of the mask alignment mark of the mask 14 with respect to the alignment mark of the wafer 22 is detected. The position of the mask 14 with respect to the wafer 22 is adjusted and aligned.
The exposure apparatus of this embodiment can perform exposure after the position of the mask 14 with respect to the wafer 22 is adjusted with high precision as described above.
[0045]
The alignment method, alignment apparatus, and exposure apparatus of the present invention are not limited to the above embodiments.
For example, in the present embodiment, the stencil mask alignment method has been described. However, the present invention is applied to a mask alignment method for each next-generation exposure technology by applying a mask manufacturing process known from various papers and patents. it can.
Further, the alignment method and apparatus of the present invention can be applied as a method and apparatus for aligning a mask for pattern exposure in a method of manufacturing a semiconductor device having a step of performing pattern exposure on a wafer to be exposed.
In addition, various changes can be made without departing from the spirit of the present invention.
[0046]
【The invention's effect】
According to the alignment method of the present invention, linearly polarized light (particularly, p-polarized light) is used as the illumination light with respect to the surface of the wafer, and the intensity of the illumination light reaching the wafer is smaller than that of the conventional natural light with respect to the mask illumination light. The intensity of the light detected as return light can be relatively increased, and the detection error of the alignment mark on the wafer can be relatively reduced, so that the alignment accuracy can be improved.
[0047]
According to the alignment apparatus of the present invention, by using linearly polarized light (particularly, p-polarized light) as the illumination light with respect to the surface of the wafer, the transmittance of the mask can be increased as compared with the case where conventional natural light is used. The intensity of the illuminating light reaching the wafer can be relatively increased with respect to the mask illuminating light, and the intensity of the light detected as return light can be increased, so that the detection error of the alignment mark on the wafer becomes relatively small. The alignment accuracy can be improved.
[0048]
According to the exposure apparatus of the present invention, exposure can be performed after the position of the mask with respect to the wafer is adjusted with high accuracy by the alignment apparatus of the present invention.
[0049]
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, the alignment device of the present invention can be used to manufacture a semiconductor device by exposing a mask position with respect to a wafer with high accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an alignment device according to a first embodiment.
FIGS. 2A to 2C are cross-sectional views illustrating steps of an alignment method according to the first embodiment.
FIGS. 3A and 3B are cross-sectional views illustrating steps of an alignment method according to the first embodiment.
FIGS. 4A and 4B show the results of a transmittance simulation according to an example.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of an alignment device according to a second embodiment.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of an exposure apparatus according to a third embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... board | substrate, 11 ... silicon oxide film, 12 ... thin film (membrane), 13 ... beam, 14 ... mask, 20 ... silicon substrate, 21 ... resist film, 22 ... wafer, 30 ... light source, 31 ... condenser lens, 32 ... Polarizing plate, 33: beam splitter, 34: pupil of objective lens, 35: objective lens, 36: imaging lens, 37: CCD imaging device, 38: computer, 40: light source (semiconductor laser), 41: polarization plane maintaining fiber Reference numeral 42 denotes a fiber emission unit 43 reference numeral 43 denotes a condenser lens 44 denotes a half-wave plate 45 denotes a beam splitter 46 denotes a pupil of an objective lens 47 denotes an objective lens 48 denotes an imaging lens 49 denotes a CCD image pickup device 50 ... Computer, 60 ... Electron gun, 61 ... Aperture, 62 ... Condenser lens, 63,64 ... A pair of main deflectors, 65,66 ... A pair Fine adjustment deflector, 70 ... alignment apparatus, LT0  ... Natural illumination light, LTI  … Illumination light, LTR  …reflected light.

Claims (10)

ウエハ用アライメントマークが形成され、かつ前記ウエハ用アライメントマークの形成面上にレジスト膜が形成されたウエハの前記レジスト膜に対して、等倍露光となる所定の距離をもって、マスク用アライメントマークが形成されたマスクを位置合わせするアライメント方法であって、
前記ウエハのレジスト膜と前記マスクを前記所定の距離をもって保持する工程と、
前記レジスト膜が感光する領域を除く領域の波長であって直線偏光している光を、前記ウエハの表面に対して斜めの方向から、前記マスクを介して前記ウエハのウエハ用アライメントマークに対して照射し、また前記マスクのマスク用アライメントマークに対して照射する工程と、
前記光の前記ウエハにおける反射光と前記マスクにおける反射光とを受光する工程と、
受光した前記反射光から、前記ウエハの前記アライメントマークに対する前記マスクの前記マスク用アライメントマークのずれを検出する工程と、
前記ずれに応じて、前記ウエハに対する前記マスクの位置を調節して位置合わせする工程と
を有するアライメント方法。
A wafer alignment mark is formed, and a mask alignment mark is formed at a predetermined distance for equal exposure to the resist film of a wafer having a resist film formed on a surface on which the wafer alignment mark is formed. An alignment method for positioning the mask,
Holding the resist film of the wafer and the mask at the predetermined distance,
The linearly polarized light having a wavelength in a region excluding a region where the resist film is exposed is irradiated from a direction oblique to the surface of the wafer through the mask to the wafer alignment mark of the wafer. Irradiating, and irradiating the mask alignment mark of the mask,
Receiving the reflected light of the light on the wafer and the reflected light of the mask,
Detecting a shift of the mask alignment mark of the mask with respect to the alignment mark of the wafer from the received reflected light;
Adjusting the position of the mask with respect to the wafer in accordance with the displacement to perform alignment.
前記直線偏光している光は、前記ウエハの表面に対してp偏光となっている
請求項1に記載のアライメント方法。
2. The alignment method according to claim 1, wherein the linearly polarized light is p-polarized with respect to the surface of the wafer.
前記光を出射する光源として自然光を出射する光源を用い、
前記光を前記ウエハのウエハ用アライメントマークおよび前記マスクのマスク用アライメントマークに対して照射する光学系として偏光板を含む光学系を用いる
請求項1に記載のアライメント方法。
Using a light source that emits natural light as a light source that emits the light,
2. The alignment method according to claim 1, wherein an optical system including a polarizing plate is used as an optical system that irradiates the light to the wafer alignment mark of the wafer and the mask alignment mark of the mask.
前記光を出射する前記光源として直線偏光した光を出射するレーザを用いる
請求項1に記載のアライメント方法。
The alignment method according to claim 1, wherein a laser that emits linearly polarized light is used as the light source that emits the light.
ウエハ用アライメントマークが形成され、かつ前記ウエハ用アライメントマークの形成面上にレジスト膜が形成されたウエハの前記レジスト膜に対して、等倍露光となる所定の距離をもって、マスク用アライメントマークが形成されたマスクを位置合わせするアライメント装置であって、
前記ウエハのレジスト膜と前記マスクを前記所定の距離をもって保持する保持部と、
前記レジスト膜が感光する領域を除く領域の波長の光を出射する光源と、
前記光の前記ウエハにおける反射光と前記マスクにおける反射光とを受光する受光部と、
前記ウエハの表面に対して斜めの方向から、前記光源からの光を前記マスクを介して前記ウエハのウエハ用アライメントマークに対して照射し、また前記マスクのマスク用アライメントマークに対して照射し、前記光の前記ウエハにおける反射光と前記マスクにおける反射光とを前記受光部に結合させる光学系と、
受光した前記反射光から、前記ウエハの前記アライメントマークに対する前記マスクの前記マスク用アライメントマークのずれを検出する検出部と、
前記ずれに応じて、前記保持部による前記ウエハに対する前記マスクの位置を調節する位置調整部と
を有し、
少なくとも前記ウエハと前記マスクに対して照射される時点での前記光が直線偏光となっている
アライメント装置。
A wafer alignment mark is formed, and a mask alignment mark is formed at a predetermined distance for equal exposure to the resist film of a wafer having a resist film formed on a surface on which the wafer alignment mark is formed. An alignment device for positioning the mask,
A holding unit for holding the resist film and the mask of the wafer at the predetermined distance,
A light source that emits light having a wavelength in a region excluding a region where the resist film is exposed,
A light receiving unit that receives the light reflected by the wafer and the light reflected by the mask,
From a direction oblique to the surface of the wafer, irradiate the light from the light source to the wafer alignment mark of the wafer through the mask, and irradiate the mask alignment mark of the mask, An optical system that couples the light reflected by the wafer and the light reflected by the mask to the light receiving unit,
From the received reflected light, a detection unit that detects a shift of the mask alignment mark of the mask with respect to the alignment mark of the wafer,
A position adjustment unit that adjusts the position of the mask with respect to the wafer by the holding unit according to the displacement,
An alignment apparatus wherein at least the light at the time of irradiating the wafer and the mask is linearly polarized.
前記直線偏光している光は、前記ウエハの表面に対してp偏光となっている
請求項5に記載のアライメント装置。
The alignment apparatus according to claim 5, wherein the linearly polarized light is p-polarized with respect to the surface of the wafer.
前記光源が自然光を出射する光源であり、
前記光源からの光を前記ウエハのウエハ用アライメントマークおよび前記マスクのマスク用アライメントマークに対して照射するまで間において前記光学系が偏光板を含む
請求項5に記載のアライメント装置。
The light source is a light source that emits natural light,
6. The alignment apparatus according to claim 5, wherein the optical system includes a polarizing plate until the light from the light source is applied to the wafer alignment mark of the wafer and the mask alignment mark of the mask.
前記光源が直線偏光した光を出射するレーザである
請求項5に記載のアライメント装置。
The alignment device according to claim 5, wherein the light source is a laser that emits linearly polarized light.
ウエハ用アライメントマークが形成され、かつ前記ウエハ用アライメントマークの形成面上にレジスト膜が形成されたウエハの前記レジスト膜に対して、等倍露光となる所定の距離をもって、マスク用アライメントマークが形成されたマスクを位置合わせするアライメント部を備え、所定の露光ビームで露光する露光装置であって、
前記アライメント部は、
前記ウエハのレジスト膜と前記マスクを前記所定の距離をもって保持する保持部と、
前記レジスト膜が感光する領域を除く領域の波長の光を出射する光源と、
前記光の前記ウエハにおける反射光と前記マスクにおける反射光とを受光する受光部と、
前記ウエハの表面に対して斜めの方向から、前記光源からの光を前記マスクを介して前記ウエハのウエハ用アライメントマークに対して照射し、また前記マスクのマスク用アライメントマークに対して照射し、前記光の前記ウエハにおける反射光と前記マスクにおける反射光とを前記受光部に結合させる光学系と、
受光した前記反射光から、前記ウエハの前記アライメントマークに対する前記マスクの前記マスク用アライメントマークのずれを検出する検出部と、
前記ずれに応じて、前記保持部による前記ウエハに対する前記マスクの位置を調節する位置調整部と
を有し、
少なくとも前記ウエハと前記マスクに対して照射される時点での前記光が直線偏光となっている
露光装置。
A wafer alignment mark is formed, and a mask alignment mark is formed at a predetermined distance for equal exposure to the resist film of a wafer having a resist film formed on a surface on which the wafer alignment mark is formed. An exposure apparatus that includes an alignment unit that aligns the mask, and performs exposure with a predetermined exposure beam.
The alignment unit includes:
A holding unit for holding the resist film and the mask of the wafer at the predetermined distance,
A light source that emits light having a wavelength in a region excluding a region where the resist film is exposed,
A light receiving unit that receives the light reflected by the wafer and the light reflected by the mask,
From a direction oblique to the surface of the wafer, irradiate the light from the light source to the wafer alignment mark of the wafer through the mask, and irradiate the mask alignment mark of the mask, An optical system that couples the light reflected by the wafer and the light reflected by the mask to the light receiving unit,
From the received reflected light, a detection unit that detects a shift of the mask alignment mark of the mask with respect to the alignment mark of the wafer,
A position adjustment unit that adjusts the position of the mask with respect to the wafer by the holding unit according to the displacement,
An exposure apparatus wherein at least the light at the time of irradiating the wafer and the mask is linearly polarized.
ウエハ用アライメントマークが形成され、かつ前記ウエハ用アライメントマークの形成面上にレジスト膜が形成されたウエハに、マスク用アライメントマークと所定のパターンが形成されたマスクを用いてパターン露光する工程を有する半導体装置の製造方法であって、
前記ウエハのレジスト膜と前記マスクを等倍露光となる所定の距離をもって保持する工程と、
前記レジスト膜が感光する領域を除く領域の波長であって直線偏光している光を、前記ウエハの表面に対して斜めの方向から、前記マスクを介して前記ウエハのウエハ用アライメントマークに対して照射し、また前記マスクのマスク用アライメントマークに対して照射する工程と、
前記光の前記ウエハにおける反射光と前記マスクにおける反射光とを受光する工程と、
受光した前記反射光から、前記ウエハの前記アライメントマークに対する前記マスクの前記マスク用アライメントマークのずれを検出する工程と、
前記ずれに応じて、前記ウエハに対する前記マスクの位置を調節して位置合わせする工程と、
位置合わせされた前記マスクを介して前記ウエハに対して前記レジスト膜が感光する露光ビームを照射して露光する工程と
を有する半導体装置の製造方法。
Pattern exposure using a mask on which a mask alignment mark and a predetermined pattern are formed on a wafer on which a wafer alignment mark is formed and a resist film is formed on a surface on which the wafer alignment mark is formed. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
A step of holding the resist film and the mask of the wafer at a predetermined distance that is equal exposure,
The linearly polarized light having a wavelength in a region excluding a region where the resist film is exposed is irradiated from a direction oblique to the surface of the wafer through the mask to the wafer alignment mark of the wafer. Irradiating, and irradiating the mask alignment mark of the mask,
Receiving the reflected light of the light on the wafer and the reflected light of the mask,
Detecting a shift of the mask alignment mark of the mask with respect to the alignment mark of the wafer from the received reflected light;
Adjusting the position of the mask with respect to the wafer in accordance with the displacement to perform alignment;
Irradiating the wafer with an exposure beam that exposes the resist film to the wafer via the aligned mask.
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