JP2005051104A - 位置合わせ装置及び露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 マスクパターンから投影されたＥＵＶを、開口を通してフォトダイオードで測定し、マスクとウエハの位置関係を求めるというＬＩＰＳセンサーに関する発明で、マスク上の基準パターンからの光を検出するためのスリットがＥＵＶを吸収しても熱歪みを生じさせない様にする。
【解決手段】 マスク上の基準パターンからの光を検出するためのスリットの代わりに、ガラス基板上に蛍光体をパターニングし、蛍光体が発光する可視光を、ガラス基板を通してフォトダイオードで測定する。さらに、蛍光体上にスリットを配置し、蛍光体からの蛍光と、スリットに生じる光電流を同時に測定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＥＵＶ露光装置に関するもので、特に、マスク上に作製された基準パターンから投影されたＥＵＶを、ウエハステージ上のフォトダイオードで測定し、マスクとウエハの位置関係を求めるという検出器である処の位置合わせ装置の構成に関するものである。さらに、その検出器である処の位置合わせ装置を用いた露光装置に関するものである。

可視光や極端紫外線を使用してマスクパターンを被露光物であるウエハに転写する露光装置における、マスクステージとウエハステージの位置合わせ方法を図７に示す。これは、マスクステージ１５上に基準となる基準パターン１６を作製しておき、基準パターン１６からの光を露光光学系１７を通し、基準パターン１６の光をウエハステージ１９上に置かれた検出器１８で測定して行う方式である。この様検出器１８は、図８の構造をしていた。これは、基板２２の上にスリット２１を形成し、スリット２１を透過した露光光２０がフォトダイオード２３で光電変換され電気信号として検出される構造である。

この場合、ウエハステージを少しずつ移動させながら、フォトダイオードの信号を検出し、検出信号が最大となるウエハステージの位置を、ウエハステージの基準位置とするものである。

スリット２１の材料は、露光光２０を遮蔽する材料であるＣｒ等の金属が、基板２２は露光光２０を透過する材料が選ばれる。今までの光の投影露光では、必ず露光光を良く透過する材料が存在した。これは、可視光や紫外線は、物質を構成する原子の最外殻の電子と同程度のエネルギーを持つために、吸収される場合でも最外殻の電子に吸収される。そして、化学結合状態によって最外殻の電子のエネルギー準位が変化するために、物質の化学構造を変えれば露光波長を透過する材料が得られた。事実、基板をレンズやマスクと同じ材質で作製すれば、露光光を良く透過する。

光露光より微細なパターンを転写するために、より波長が短い波長１３ｎｍ程度の光を用いたＥＵＶ露光装置が提案されている。ＥＵＶ領域の波長の光を良く透過する材料が無いため、光露光で用いていた屈性光学系の代わりに、反射光学系を利用するものである。そのため、ＥＵＶ露光装置は、ＥＵＶを反射する反射型マスクと多層膜反射ミラーによって、反射マスクに書かれた所望のパターンを、ウエハ上に縮小転写するものであることは周知の通りである。

ＥＵＶのように紫外線にくらべ１桁以上波長が短くなってくると、物質の吸収率が急激に高くなり、スリット２１を支持する基板２２の透過率も急激に減少するため、基板２２を薄くする必要が有った。しかし、基板を薄くすると歪みが生じる。前述のように、本検出器はウエハステージの基準となるものであり、歪みはそのまま位置合わせ誤差やディストーション、ディフォーカス誤差となる。

一方、蛍光体によって波長を変換して計測するということは、放射線計測ではよく知られた技術であり、露光装置に使用した提案がされている。例えば、下記特許文献１には、ウエハステージ上に蛍光体を設け、ウエハステージの外に設けた検出器によって、蛍光体から発せられる蛍光光を測定することで、照度むらや露光量を検出する提案がされている。

さらに、特許文献２には、スリットと蛍光体、フォトセンサの組み合わせからなる光学像測定装置が示されている。本従来例は、光学像の精度を検出するものでので、スリット巾が分解能程度即ち波長程度に小さい必要がある。しかし、スリット巾が波長程度以下になると、スリットを透過する伝播波は存在せず、スリットの直近という局所的な範囲にエバネッセント波という電磁場が存在するだけとなる。しかし、エバネッセント波は染み出すだけで、エネルギーは透過しない。そのため、スリット近傍に誘電体を置き、エバネッセント波を伝播波に変換し光を検出しようとするのが、本従来例の主旨で、誘電体として蛍光材料を示した実施例が挙げられている。しかも、スリット巾が波長程度だと導波路効果によりスリットを伝播してくる光量が減衰し、スリットの端にはほとんどエネルギーが伝播しないという欠点があった。

その他、波長５０ｎｍ以下の露光用の検出器として、特許文献３で開示されており、３種の検出器が示されている。第１は、蛍光体とフォトセンサの組み合わせからなる検出器で、放射線量を測定する。第２はスリットと蛍光体、フォトセンサの組み合わせからなる検出器で、マスクの基準位置と基板テーブルの位置合わせを行うこと、マスクパターンからの光を検出して解像性能を測定することが示されている。第３として、露光光であるＸ線が金属に照射されたときに金属面から放出される光電子オージェ電子である２次電子を検出する方法を利用した方法である。金属面から放射された２次電子を測定するために、金属面近傍にワイヤでつくられたメッシュ状の集電極が置かれ、集電極に集められた２次電子が測定器を通して検出されることが示されている。２次電子量を測定することで、ＥＵＶの強度が測定可能である。本従来例では、スリットを構成する金属にＥＵＶが照射されると金属の表面から２次電子が放出され、その２次電子が蛍光体を光らせる恐れが有った。そのために、スリットの開口のみを透過したＥＵＶが発光するはずが、スリットによって遮られたはずの光も発光に寄与する恐れが有った。
特開２０００−３６４４８号公報 特開平８−２２９５３号公報 特開２００２−１４１２８０号公報

本発明は、上述の問題点に着目してなされたものであって、基準パターンにＥＵＶが照射されても、基準パターンの温度が上がらなくなるので、高精度にステージの位置きめをすることができる位置合わせ装置及び露光装置の提供を目的としている。

上記課題を解決するために、本発明は以下の構成を備える。

本発明の第１の構成は、所定の形状に配設した蛍光材に、マスクで反射してきたパターニングされたＥＵＶを照射し、ＥＵＶが蛍光材で長波長の蛍光に変換され、変換された長波長の蛍光が基板を透過し、フォトダイオードのような光検出器でその光量を検出するものである。ＥＵＶが変換された蛍光は、３００〜６００ｎｍ程度の可視光に変換されている。そのため、ＥＵＶは基板を透過できないような通常のガラス等の基板でも、蛍光が透過できるため、蛍光材は堅い厚い基板の上に、作製できることになる。

蛍光材が、所定の形状に配設されているために、スリットが不用になりスリットによるＥＵＶけられが無くなり、信号が高くなるというメリットが生じる。さらに、適切な基板の厚さを選べば、ＥＵＶの熱も速やかに逃がすことができ、温度も上昇せずに熱歪みも生じない。

本発明の第２の構成は、蛍光材上にスリットを配設し、マスクで反射してきたパターニングされたＥＵＶを照射し、ＥＵＶが蛍光材で長波長の蛍光に変換され、変換された長波長の蛍光が基板を透過し、フォトダイオードのような光検出器でその光量を検出すると同時に、光電効果によって蛍光材上のスリットに生じる光電流を検出するものである。

これにより、マスクで反射してきたパターニングされたＥＵＶがどの位置にあっても、フォトダイオードとスリットに生じる光電流のいずれかが検出できることなり、信号量が増加する他、ステージ位置が高精度に求まる。

本発明の第３の構成は、導電部材の上に、絶縁層を挟んでスリットを配設し、マスクで反射してきたＥＵＶを照射する。ＥＵＶがスリットに照射されると、スリット表面から光電子が離脱する。さらに、スリットを構成する金属に照射されなかったＥＵＶは、スリットが配設された伝導部材に照射され光電子が発生する。こうして、スリットまたは伝導部材に流れる電流を測定することで、ＥＵＶの位置を特定できる。

上記の構成を、改めて以下（１）〜（９）に整理して示す。

（１）５０ｎｍ以下の波長を用いる露光装置のマスクステージとウエハステージの位置合わせに使用する位置合わせ装置であって、マスクパターンに対応する形状の蛍光体と蛍光体を支える基板と光検出器からなることを特徴とする位置合わせ装置。

（２）基板上にパターニングされた蛍光体を取り付けることを特徴とする上記（１）記載の位置合わせ装置。

（３）前記蛍光体は、基板となる結晶の一部に発光中心となる不純物をドーピングして蛍光体であることを特徴とする上記（１）記載の位置合わせ装置。

（４）５０ｎｍ以下の波長を用いる露光装置のマスクステージとウエハステージの位置合わせに使用する位置合わせ装置であって、マスクパターンに対応する形状のスリットと、スリットを支える蛍光体と、蛍光体からの蛍光を測定可能は光検出器からなる検出器で、スリットには正の電圧が印加され、スリットから放出される光電子電流と、蛍光を測定する光検出器の光電流を測定することを特徴とする位置合わせ装置。

（５）蛍光を測定する光検出器が、蛍光体の露光光入射側に取り付けられていることを特徴とする上記（１）乃至（４）のいずれか記載の位置合わせ装置。

（６）蛍光体の露光光入射側に、可視光カット用のフィルターが取り付けられていることを特徴とする上記（１）乃至（４）のいずれか記載の位置合わせ装置。

（７）光検出器と蛍光体の間に、蛍光体の発光する波長の光を透過するバンドパスフィルターが設けられていることを特徴とする上記（１）乃至（４）のいずれか記載の位置合わせ装置。

（８）５０ｎｍ以下の波長を用いる露光装置のマスクステージとウエハステージの位置合わせに使用する位置合わせ装置であって、マスクパターンに対応する形状のスリットと、スリットを支える絶縁層と導電性部材からなる検出器で、スリットと導電性部材には正の電圧が印加され、スリットと導電性部材から放出される光電子電流を測定することを特徴とする位置合わせ装置。

（９）５０ｎｍ以下の波長の光をマスクに照射して、マスクの反射光を反射ミラーを用いて、被露光物上に転写する露光装置であって、該露光装置において、上記（１）乃至（８）に記載の位置合わせ装置を用いたことを特徴とする露光装置。

基準パターンにＥＵＶが照射されても、基準パターンの温度が上がらなくなるので、高精度にステージの位置きめをすることができる。

以下に本発明の実施するための最良の形態を、実施例に基づいて図面を参照しながら説明する。

（実施例１）
図１において、１はマスクからのＥＵＶ光、２は蛍光体であるＣａＦ２：Ｅｕ２＋、３は低膨張ガラスで作製したガラス基板、４はフォトダイオード、５は蛍光体から発生する蛍光である。

ＥＵＶ光１は、不図示のマスク基板の基準パターン形状で反射しているため、所望の形にパターニングされている。そのパターニング形状に対応して、ガラス基板３上に蛍光体２がパターニングされている。例えば、マスクの反射部が、２５０ｎｍライン＆スペース状パターンの場合、１／５縮小投影系を通したウエハステージ上では、５０ｎｍのライン＆スペース状の光束となるので、蛍光体も５０ｎｍのライン＆スペース形状が望ましい。蛍光体のパターニングは、蛍光体を層状に形成した後、通常の半導体プロセスと同様、電子ビーム等で描画した後、エッチングすればよい。

ＥＵＶ光１が蛍光体２に照射されるとピーク波長４３５ｎｍの可視光である蛍光５が蛍光体２から発光する。この波長の光は、通常のホウケイ酸ガラス等の低膨張ガラスを良く透過するため、基板３をホウケイ酸ガラスで作製すれば、フォトダイオード４の立体角相当の光量が検出できる。蛍光体２以外に照射されたＥＵＶ光１は、基板３に吸収され熱になり、光に変換されることはない。

そのため、蛍光体２に照射されたＥＵＶ１光量に比例した光量の蛍光５が発光される。そのため、蛍光体２とＥＵＶ１のパターンが一致した位置で、フォトダイオード４で極大の信号が得られる。

（実施例２）
図２に示した本実施例は、実施例１で示した蛍光体２をパターニングするのではなく、ＣｓＩの特定部分のみを蛍光体にしたものである。基板がＣｓＩでできており、ライン＆スペース状にＮａがドーピングされて、蛍光体２の領域にＣｓＩ：Ｎａが形成されている。

この作製方法を図３−１から図３−３に示す。まず、図３−１に示すように、ＣｓＩの結晶１２の表面にライン＆スペース状の金属マスク１１を作製する。これは、通常の微細加工プロセスと同様に、電子ビームでレジストを描画現状後、リフトオフ工程で金属膜を蒸着し、金属マスク１１が作製される。次に、図３−２に示すように、Ｎａを含む雰囲気に曝すことにより、図において、１０で示すドーピングガスであるところのＮａがドーピングされる。ＣｓＩが金属マスク１１に覆われていない場所のみ、Ｎａがドーピングされ、金属マスク１１がある部分はドーピングされない。最後に図３−３に示すように、金属マスク１１が除去される。

ここで、蛍光体１３の主原料の単結晶のみでは、多くの場合蛍光体とはならず、Ｎａなど色中心となる不純物の存在が必要で、ＣｓＩの場合、Ｎａの他Ａｇ、Ｔｌの元素をドープしても蛍光体となることが知られている。従って、この実施例のように、ライン＆スペース状にドーピングをすれば、ライン＆スペース状の蛍光体構造を持つ基板ができる。

（実施例３）
図４と図５に、第３の実施例を示す。図４は検出器の断面図で、図５は検出器を上から見た図である。１はマスクからのＥＵＶ光、２は蛍光体であるＣａＦ２：Ｅｕ２＋、３は低膨張ガラスで作製したガラス基板、４はフォトダイオード、５は蛍光、６はスリット、７は電圧源、８−１と８−２は電流計、９は非金属であるＳｉＯ２の遮蔽層である。

スリット６は、実施例２で示した作製方法と同様、ＣａＦ２：Ｅｕの表面に、レジストを塗布し、通常の微細加工プロセスと同様に、電子ビームでレジストを描画現像後、リフトオフ工程でＷやＣｒ等の厚さ０．１〜０．５μｍ程度の金属膜を蒸着し、スリット６が作製される。ここでは、スリット６は、必ずしも金属である必要はなく、導電性の材料ならば良く、カーボンやＳｉ等でもよい。あるいは、金属の表面にカーボンをコーティングしても良い。また、スリット６は図５に示すように、スリット６を構成する個々の金属は外側で繋がっている。さらに、スリット６のＥＵＶ１側に非金属であるＳｉＯ２層９が形成される。

図４において、スリット６にＥＵＶ１が照射されると、金属面から光電効果によって光電子が放出される。電圧源７によって、スリット６には正電圧が印加されているために、放出された電子が再びスリット６に戻ること無く、グランドから電子が供給されるために、電流計８−２によって、光電流として照射されたＥＵＶ１の照射量が検出される。

スリット６の開口位置にパターニングされたＥＵＶ１がくるようにウエハステージが移動されると、開口をＥＵＶ１が透過し、ＥＵＶ１が蛍光体２に吸収され蛍光５を発し、基板３を透過して、フォトダイオード４の信号として検出される。一方、スリット６の開口位置とパターニングされたＥＵＶ１がずれている場合、ＥＵＶ１はスリット６に照射される。スリット６の表面から放出される２次電子によって生じる電流が電流計８−２によって検出される。ここで、スリット６を構成する個々の金属は外側で繋がっているため、いずれの金属片に照射されたＥＵＶ１も電流計８−２に検出される。スリット６の開口位置とＥＵＶ光１が大きくずれている場合、ＥＵＶ１はＳｉＯ２の遮蔽層９によってブロックされるので、光電子として検出されることはない。

この様に、Ｉ１の蛍光板で発生する蛍光の強度とＩ２のスリットによる２次電子量は、スリット６とＥＵＶ１の位置において補間する関係になる。そのため、Ｉ１／Ｉ２をとることで、単にフォトダイオード４の信号Ｉ１から、スリット６の位置を決めるより、高精度に求められる。さらに、スリット６が蛍光体２に蒸着されているために、１μｍ以下の薄膜であるスリット６の熱が蛍光体２に逃げるため、スリット６の温度が上昇せずに歪むことも無い。

実施例２の作製方法においては、使用した金属マスクをそのまま本実施例のスリットとして使用し、光電子電流を測定してもよい。さらに、導電性の蛍光体を使用する場合、蛍光体上に否導電層を蒸着してから、その上に金属層を蒸着することが望ましい。

（実施例４）
図６に、第４の実施例を示す。図４は検出器の断面図である。１はマスクからのＥＵＶ光、６はスリット、７は電圧源、８−１と８−２は電流計、９と２４は非金属であるＳｉＯ２の絶縁層、１４は金属またはカーボンのような導電性材料でできた導電性部材である。

スリット６は、導電性部材１４に表面に、まず絶縁層２４であるＳｉＯ２を作製し、その上に金属Ｃｒを０．３μｍ程度蒸着する。さらにその上に、レジストを塗布し、通常の微細加工プロセスと同様に、電子ビームでレジストを描画現像する。まず、Ｃｒをエッチングし、次にＳｉＯ２層２４をエッチングする。

スリット６は、金属以外の導電性材料で作製しても良い。実施例３の図５と同様、スリット６を構成する個々の金属は外側で繋がっている。さらに、スリット６のＥＵＶ１側に非金属であるＳｉＯ２層９が形成される。

図６において、導電性部材１４にＥＵＶ１が照射されると、金属面から光電効果によって光電子が放出される。電圧源７によって、金属板（導電性部材）１４には正電圧が印加されているために、放出された電子が再び導電性部材１４に戻ること無く、グランドから電子が供給されるために、電流計８−２によって、光電流として照射されたＥＵＶ１の照射量が検出される。また、スリット６にも正電圧が印加されているために、導電性部材１４から放出された２次電子は、スリット６に入ることも無い。そのため、スリット６と導電性部材１４に入射したＥＵＶ１の光量は、それぞれ独立に測定される。

スリット６の開口位置にパターニングされたＥＵＶ１がくるようにウエハステージが移動されると、導電性部材１４の表面から放出される２次電子によって生じる電流が電流計８−１によって検出される。一方、スリット６の開口位置とパターニングされたＥＵＶ１がずれている場合、スリット６の表面から放出される２次電子によって生じる電流が電流計８−２によって検出される。これは、実施例３と同じである。

この様に、スリット６と導電性部材１４に生じる電流は、スリット６とＥＵＶ１の位置において補間する関係になり、スリット６の位置を高精度に求めらことができる。さらに、スリット６が絶縁層２４を通して、導電性部材１４に固定されているために、１μｍ以下の薄膜であるスリット６の熱が導電性部材１４に逃げるため、スリット６の温度が上昇せずに歪むことも無い。

（実施例５）
検出器には露光光である１３ｎｍのＥＵＶ以外にも多くの光が入射する可能性がある。これは、光源がプラズマ線源であるため、露光装置内に軟Ｘ線である１ｎｍ〜赤外線である１０μｍの光が入射し、ウエハステージまでの複数の光路で不要光をカットしているがそれでも、迷光としてウエハステージに露光光以外の光が到達するからである。それをカットするために、蛍光体にＺｒを０．１μｍ程度蒸着してもよい。

さらに、蛍光体と検出器の間に、蛍光の波長のみを通すバンドパスフィルターを設けてもよい。

また、実施例１〜３は、蛍光を測定する光検出器であるフォトダイオードが、蛍光体の露光光入射と反対側に取り付けらていたが、蛍光体の露光光入射側の蛍光を見込める位置に、光検出器を取り付けてもよい。

（実施例６）
本実施例は、実施例１〜５の検出器を用いたＥＵＶ露光装置である。ＥＵＶ露光装置は、ＥＵＶを反射する反射型マスクと多層膜ミラーによって、反射マスクに書かれた所望のパターンを、ウエハ上に縮小転写するものであることは既に述べた。実施例１〜５の検出器を用いたＥＵＶ露光装置も本発明の応用装置である。

実施例１の検出器の断面図 実施例２の検出器の断面図 実施例２の検出器の作製方法を示す図 実施例２の検出器の作製方法を示す図 実施例２の検出器の作製方法を示す図 実施例３の検出器の断面図 実施例３の検出器を上から見た図 実施例４の検出器の断面図 従来のマスクステージとウエハステージの位置合わせ方法を示す図 従来例の検出器の構造を示す断面図

符号の説明

１ ＥＵＶ光
２ 蛍光体
３ 基板
４ フォトダイオード
５ 蛍光
６ スリット
７ 電圧源
８−１，８−２ 電流計
９ 絶縁層（ＳｉＯ２の遮蔽層）
１０ ドーピングガス（Ｎａ）
１１ マスク
１２ 結晶
１３ 蛍光体
１４ 導電性部材
１５ マスクステージ
１６ 基準パターン
１７ 露光光学系
１８ 検出器
１９ ウエハステージ
２０ 露光光
２１ スリット
２２ 基板
２３ フォトダイオード
２４ 絶縁層

Claims (9)

1. ５０ｎｍ以下の波長を用いる露光装置のマスクステージとウエハステージの位置合わせに使用する位置合わせ装置であって、マスクパターンに対応する形状の蛍光体と蛍光体を支える基板と光検出器からなることを特徴とする位置合わせ装置。
2. 基板上にパターニングされた蛍光体を取り付けることを特徴とする請求項１記載の位置合わせ装置。
3. 前記蛍光体は、基板となる結晶の一部に発光中心となる不純物をドーピングして蛍光体であることを特徴とする請求項１記載の位置合わせ装置。
4. ５０ｎｍ以下の波長を用いる露光装置のマスクステージとウエハステージの位置合わせに使用する位置合わせ装置であって、マスクパターンに対応する形状のスリットと、スリットを支える蛍光体と、蛍光体からの蛍光を測定可能は光検出器からなる検出器で、スリットには正の電圧が印加され、スリットから放出される光電子電流と、蛍光を測定する光検出器の光電流を測定することを特徴とする位置合わせ装置。
5. 蛍光を測定する光検出器が、蛍光体の露光光入射側に取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の位置合わせ装置。
6. 蛍光体の露光光入射側に、可視光カット用のフィルターが取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の位置合わせ装置。
7. 光検出器と蛍光体の間に、蛍光体の発光する波長の光を透過するバンドパスフィルターが設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の位置合わせ装置。
8. ５０ｎｍ以下の波長を用いる露光装置のマスクステージとウエハステージの位置合わせに使用する位置合わせ装置であって、マスクパターンに対応する形状のスリットと、スリットを支える絶縁層と導電性部材からなる検出器で、スリットと導電性部材には正の電圧が印加され、スリットと導電性部材から放出される光電子電流を測定することを特徴とする位置合わせ装置。
9. ５０ｎｍ以下の波長の光をマスクに照射して、マスクの反射光を反射ミラーを用いて、被露光物上に転写する露光装置であって、該露光装置において、請求項１乃至８に記載の位置合わせ装置を用いたことを特徴とする露光装置。

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