JP2646297B2 - アライメント光透過率制御方法及びその装置 - Google Patents

アライメント光透過率制御方法及びその装置

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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明はX線リソグラフィ等で
単色光による斜入射アライメントを行なう際に、マスク
メンブレンでの光透過率の膜厚依存性を除去し、高い透
過率が得られるようにするアライメント光透過率制御方
法及びその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体リソグラフィ用ステッパの精密位
置検出技術は、光ヘテロダイン方式等の開発でその検出
精度を飛躍的に向上させている。
【0003】図6はこの光ヘテロダイン方式による精密
位置検出技術を用いたマスクA及びウェハBの位置合せ
法の一例を示している。即ち、ゼーマンレーザ光源2等
から発せられるf1及びf2の2周波直交直線偏光を偏光
ビームスプリッタ4aでf1とf2の成分の光に分け、これ
らをアライメント光としてミラー3a及び3bによりマスク
A及びウェハB上の各回折格子1a、1bに対し±n次(n
・λ=P・sinθn、λは光の波長、Pは回折格子ピッ
チ、θnは入射角度)方向から入射させる。回折によっ
て垂直方向に取り出されてくるマスク信号光とウェハ信
号光については、偏光板4b、4cによって夫々f1成分と
f2成分を干渉せしめてビート信号を生成させ、マスク
A由来のビート信号とウェハB由来のビート信号を夫々
ディテクタ5a、5bで検出する。これらのビート信号の位
相差を制御部6で検出してマスクA及びウェハBの位置
ずれ量を求め、それに応じてマスクステージ及びウェハ
ステージに制御信号を出力して、マスクA及びウェハB
の位置合せを行なっている。
【0004】
【発明が解決しようとする問題点】この様な位置検出方
法では、マスクA及びウェハBの各回折格子1a、1bに対
し格子長手方向にアライメント光を斜入射させ、又信号
光もその入射角度に応じて斜方検出されるのが一般的で
ある。その際ウェハBへはアライメント光が一旦マスク
メンブレンを透過して入射され、且つウェハBからの信
号光もマスクメンブレンを透過して検出されることにな
る。
【0005】しかし、アライメント光や信号光が該マス
クメンブレンを透過する時に、該メンブレン内で起こる
多光束干渉の影響でこれらの光の透過率に変動を生ず
る。
【0006】この多光束干渉は一般的に光源波長や膜厚
に依存すると言われているが、図7はメンブレン厚に依
存する多光束干渉による透過率変動の一例を示してい
る。そしてマスクメンブレンを透過してレーザ光が1往
復した後検出されるウェハ信号光は、図7に示される透
過率の略最低値の50%の場合と80%の場合で比較し
たら、往復で約3倍の強度差を生ずることになる。
【0007】この様な理由から、ディテクタ5aで検出さ
れるウェハ信号光は、微弱で検出に困難を来している場
合が多く、透過率変動を改善できる技術の開発が望まれ
ていた。
【0008】本発明は従来技術の以上の様な問題に鑑み
創案されたもので、マスクメンブレンでの光透過率の膜
厚依存性を除去し、高い透過率でウェハ信号光が検出で
きるようにせんとするものである。
【0009】
【問題点を解決するための手段】そのため本発明者は、
マスクメンブレンに対してアライメント光を斜入射した
時に起こる多光束干渉の発生原因について究明し、次の
様な理由によるものと考えた。
【0010】即ち、図1に示される様に、透明な薄膜の
マスクメンブレン10に対して角度ψで入射した光SB1
は、メンブレン表面で一部(B11)が反射され、残り
は角度ψ′でメンブレンを透過(B11)する。更にメ
ンブレン裏面で一部が反射(D12)し、残りは透過
(D11)する。これが1次透過光となる。一方、反射
光D12は、一部メンブレン表面で透過(B22)し、
残りは反射(B22)する。更に裏面で一部が反射(D
23)し、残りは透過(D22)する。入射光は、減衰
しながらこれを無限に繰り返すと考えられる。
【0011】そして入射光はこれ以外にも例えば図2に
示される様に、角度ψでS12に入射してくるものもあ
り、この光も一部が角度ψ′でメンブレン内を透過(B
22)した後、メンブレン裏面で更に一部が1次透過光
となって透過(D22)する。この1次透過光はメンブ
レン内を透過している(B22)間に、前述のSB1
射光由来のメンブレン内反射光(D12〜B22)と重
なった時に干渉され、両者の位相ずれが大きい場合、光
の強度が減衰して、1次透過光D22の透過率は下がる
ことになる。
【0012】以上の現象がマスクメンブレン内で起こる
多光束干渉の原因であると考え、本発明者はそれに基づ
いて上記透過率変動の対策につき検討した。その結果、
本発明者はマスクメンブレン10内B22で干渉し合う光
の位相ずれを少なくすれば、光の透過率低下は抑えるこ
とが可能になるのではないかとの考えに到った。
【0013】本発明は以上の様な経緯から開発されたも
のであって、その要旨はアライメント光の入射角度を微
調整して、この微調整に追従させて信号光の検出を行な
それによってマスクメンブレンの見かけの膜厚を変化
させること(図2の例ではB で干渉し合う光の光
路差D 分を変化させること)で、マスクメンブレ
ン内で干渉し合う光の位相ずれを少なくし、該マスクメ
ンブレンにおけるアライメント光及び信号光の透過率を
変えるようにしたことにある。
【0014】以上の方法によればアライメント光の入射
角ψを変化させることで、メンブレン内に透過される光
は屈折角ψ′が変わり、図2のB22で干渉し合う光の
光路差(D12)分が変化することで、これらの光の位
相ずれを調整することができるようになる。従って上記
アライメント光の入射角の微調整を行なってマスクメン
ブレン内で干渉し合う光の位相ずれを小さくすれば、多
光束干渉の影響を小さくすることができ、光の透過率を
高めることが可能となる。
【0015】第2発明は以上の本発明法の実施装置に係
り、マスク及びウェハに対しアライメント光を斜入射せ
しめるコヒーレント光源と、該マスク及びウェハからの
信号光を斜方検出するディテクタと、該光源とディテク
タを同期して動かし、アライメント光の入射角度及び信
号光の検出角度を微調整するゴニオメータとを有するこ
とを基本的特徴としている。
【0016】
【実施例】以下添付図面に基づき本発明の具体的実施例
につき説明する。
【0017】図3及び図4は、SiNx(空気の屈折率に対
する当該材料の比屈折率は2.29)をマスクメンブレン材
とする厚さ2.017μmのマスクAとその直下にあるウェハ
Bに夫々格子ピッチP=4μmの回折格子1a、1bを設
け、これらを使って前述した光ヘテロダイン方式の精密
位置検出技術により該マスクAとウェハBの精密位置合
せを行なう場合に、第2発明構成が適用された実施例構
成を示す正面図及びその側面図である。
【0018】本実施例構成では、He−Neレーザ光源2
から発せられた2周波成分を直する直交直線偏光のレー
ザ光(λ=0.6328μm)が偏光ビームスプリッタ4aで2
周波成分に分けられてミラー3a、3bにより±1次方向
(回折角θ=9.1°)よりマスクA及びウェハBの各回
折格子1a、1bに入射される。この入射は図4に示される
様に、格子1a、1b長手方向に傾きψをもって入射され
る。尚、4dは1/2波長板であり、2周波成分に分けられ
た一方の光の偏光面を90°ずらし、もう一方の成分の
偏光面と一致させる機能を有している。以上のアライメ
ント光の入射構成が光源ユニット20として1つのフレー
ム内に設置されている。
【0019】上記の斜入射により、両回折格子1a、1bで
回折されて格子幅方向から見て垂直に、且つ格子長手方
向から見て前記入射角ψと同じ傾きをもって取り出され
てくるため、ミラー3c、3dを介してディテクタ5a、5bに
よりマスク信号光及びウェハ信号光の斜方検出を行な
う。これらの信号光は前述した1/2波長板4dにより回折
時点で干渉し合っており、既にビート信号が生成されて
いるため、前記ディテクタ5a、5bは該ビート信号を検出
することになる。これらの信号光の検出構成は検出系ユ
ニット50として前述の光源ユニット20と同様、1つのフ
レーム内に設置されている。
【0020】その他、上記ディテクタ5a、5bで検出され
たビート信号を入力してこれらの位相差を測定すること
で、マスクA及びウェハBの位置ずれ量を演算し、その
ずれ量に基づいてマスクステージ及びウェハステージに
制御信号を出力して両者の位置合せを行なう制御部が設
置されているが、図3及び図4では省略されている。
【0021】本実施例構成では、図4に示される様に、
ウェハ回折格子1bの重心0を回転中心とした曲率半径R
の湾曲ガイドレール70、71とこのガイドレール70a、71a
をスライドするスライダ70a、71aとで構成され、両スラ
イダ70a、71aが同期して同角度分だけ互いに反対の方向
に動くように設計されたゴニオメータ7が設けられてお
り、前記光源ユニット20は一方のスライタ70aに、又検
出系ユニット50はもう一方のスライダ71aに設置されて
いる。
【0022】このゴニオメータ7で光源ユニット20のア
ライメント光入射角度ψと検出系ユニット50の信号光検
出角度ψを調整したところ、SiNxで構成される厚さ2.01
7μmのマスクメンブレンでは、前記入射角度ψ及び検出
角度ψを30°付近に設定した時に、検出される信号光
強度が最も高くなった。
【0023】しかし、実際に製作されるマスクメンブレ
ンの膜厚は、通常0.05μm程度以下の誤差を持ってい
る。そこで上記ゴニオメータ7でその誤差分を補正して
みた。図5はその時のマスクメンブレンの膜厚Xと透過
率最大値の時の入射角ψmaxの関係を示すグラフであ
る。ψ=30°を中心に、膜厚誤差±0.05μmを補正す
るには、10°〜45°の範囲で動けばよいことがわか
った。
【0024】
【発明の効果】以上詳述した本発明の構成によれば、半
導体リソグラフィ用の光ヘテロダイン位置検出構成にお
けるマスクメンブレン透過率の膜厚依存性を補正してア
ライメント光及び信号光の透過率を常に最高の状態にす
ることが可能となり、マスク及びウェハの位置検出が容
易に行なえるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】マスクメンブレン内の多光束干渉の原理を示す
説明図である。
【図2】この多光束干渉による影響で透過光の透過率変
動が起こる現象を示す説明図である。
【図3】第2発明構成の一実施例が適用されたX線リソ
グラフィの光ヘテロダイン方式の精密位置合せ装置の構
成を示す正面図である。
【図4】前図構成の側面図である。
【図5】マスクメンブレンの膜厚とウェハ信号光強度が
最大となる入射角ψmaxとの関係を示すグラフである。
【図6】光ヘテロダイン方式によるマスクAとウェハB
の精密位置合せ技術の従来例を示す斜視図である。
【図7】マスクメンブレンの膜厚とこれを透過する光の
透過率の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1a、1b 回折格子 2 光源 3a、3b、3c、3d ミラー 4a 偏光ビームスプリッタ 4a、4c 偏光板 4d 1/2波長板 5a、5b ディテクタ 6 制御部 7 ゴニオメータ 10 マスクメンブレン 20 光源ユニット 50 検出系ユニット A マスク B ウェハ

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マスク及び該マスクを透過してウェハに
    コヒーレント光源からアライメント光が斜入射され、マ
    スク及びウェハからその信号光が検出されてこれらの精
    密位置検出がなされる際に、前記アライメント光の入射
    角度を微調整して、この微調整に追従させて信号光の検
    出を行ない、それによってマスクメンブレンの見掛けの
    膜厚を変化させることで、マスクメンブレン内で干渉し
    合う光の位相ずれを少なくし、該マスクメンブレンにお
    けるアライメント光及び信号光の透過率を変えるように
    したことを特徴とするアライメント光透過率制御方法。
  2. 【請求項2】 マスク及びウェハに対しアライメント光
    を斜入射せしめるコヒーレント光源と、該マスク及びウ
    ェハからの信号光を斜方検出するディテクタと、該光源
    とディテクタを同期して動かしアライメント光の入射角
    度及び信号光の検出角度を微調整するゴニオメータとを
    有することを特徴とするアライメント光透過率制御装
    置。
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