JPH0269604A - 位置合わせ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、微細パターンを形成する装置特に１ミクロン
もしくはそれ以下のサブミクロンのルールを持つ半導体
装置等の露光装置の位置合わせ方法に関するものである
。

従来の技術 半導体装置は最近ますます高密度化され、各々の素子の
微細パターンの寸法は１ミクロン以下に及んでいる。従
来からのＬＳＩ製造時のフォトマスクとＬＳＩウェハの
位置合わせは、ウェハに設けた位置合わせマークを用い
て、ウェハを着装したステージの回転と２軸子行し、フ
ォトマスク上のマークとウェハ上のマークを重ね合わせ
ることによって行っていたが、その位置合わせ精度は±
０．３ミクロン程度であり、サブミクロンの素子を形成
する場合には、合わせ精度が悪く実用にならない。また
、Ｓ、オースチン（Ａｐｐｌｉｅｄ　ＰｈｙｓｉｃｓＬ
ｅｔｔｅｒｓ　　（アプライド　フィジックス　レター
ズ）　ｖｏｌ　３１　Ａ７　ｐ、　４２８　、１９７７
　、：］　　らが示した干渉法を用いた位置合わせ方法
では、第４図で示したように、入射ビーム１をフォトマ
スク２に入射させ、フォトマスク２上【形成した格子３
で回折し、この回折した光をもう一度、ウェハ４上に形
成した格子５によって回折することにより、回折光６，
７．８・・・・・・を得る。この回折光は、フォトマス
クでの回折次数とウェハでの回折次数の二値表示で表わ
すと、回折光６は（０，１）９回折光７は（１，１）、
回折光８は（−１，２）・・・・・・で表わすことがで
きる。この回折光をレンズにより１点に集め光強度を測
定する。回折光は入射レーザビーム１に対して左右対称
な位置に光強度を持ち、フォトマスク２とウェハ４との
位置合わせには、左右に観察された回折光の強度を一致
させることにより行なえる。この方法では位置合わせ精
度は、数１００人とされている。しかし、この方法にお
いては、フォトマスク２とウェハ４との位置合わせは、
フォトマスク２とウェハ４との間隔りに大きく影響され
るため、間隔りの精度を保持しだ状四で位置合わせする
必要があり、装置が複雑となるため、実用に問題があっ
た。

また、第３図に示すような装置がある。第３図は、コヒ
ーレントな光源１１９位置合わせ基準となる第１の位置
合わせ格子１２および１対のフーリエ変換レンズとフー
リエレンズｌＢｔ’ｉに設けた空間フィルター１３によ
り２光束の干渉縞を生成する照明光学系と、この照明光
学系により照明される第２の回折格子１５を有したＸ線
マスク１６と、Ｘ線マスク１６に対して所定の間隔で隔
置された第３の回折格子１７を有したウェハ１８とウェ
ハ１８を保持するステージ２ｏおよびフォトディテクタ
２５．２６を有する光検出器から成る位置合わせ光学系
を有している。２１．２２はマイクロレンズ、２７はミ
ラー、１９はマスクステージ、４１．４２はウェハステ
ージの駆動回路である。

第３図において、光源１１から出た光束を第１の位相格
子１２に入射させて前記光束を波面分割しフーリエ変換
レンズ１３に入射せしめ、ツーυ工変換レンズ間に設け
た空間アイｌレターにより所定のスペクトルを選択的に
透過させて、ウェハ１８の第３の格子１了およびＸ線マ
スク上の第２の格子１５上に２光束干渉縞を生成し、第
２．第３の回折格子１５．１７から回折された光束とを
互いに干渉せしめ、干渉させた光束の光強度を光検出器
により測定し、基準格子１２により生成した干渉縞と第
２．第３の格子１５．１６を位置合せする。

発明が解決しようとする課題 しかるにこの位置合わせ装置では、ウェハ側からの位置
検出信号強度が、マスクとウェハのギャップ間隔に依存
するため最悪の場合ウェハ側からの位置検出信号が得ら
れないという問題があった。

第６図は本位置合わせ装置における位置合わせておいて
マスクとウェハ間のギャップを変化させた時の位置信号
強度をシュミレーションした結果である。位置検出信号
強度はマスクとウェハ間のギャップ間隔により周期的に
変化し、最悪の場合信号強度が０となシ位置合わせが出
来ない。本発明はこのような従来からの問題に鑑み、マ
スクとウェハの位ｔｉ２合わせを大気中でかつ簡単な構
成で行なうことが出来、かつ位置検出信号がマスクとウ
ェハのギャップ間隔に影響を受けない位置合わせ方法を
目的としている。

課題を解決するための手段 本発明は、上記問題点を鍋みてなされたものであり、コ
ヒーレントな光源９位置合わせ基準となる第１の位相格
子、１対のフーリエ変換レンズおよび空間フィルターに
より２光束の干渉縞を生成する照明光学系と、この照明
光学系に照明される第２の回折格子を有したＸ線マスク
と、前記第３の回折格子を有したウェハと前記ウェハを
保持するステージ、前記Ｘ線マスクを保持するステージ
および光検出器からなる位置合わせ光学系において、マ
スク上に無反射コーテイング膜又はフレネルレンズ等の
第４の格子を設ける事により、マスクトウエム間での多
重反射をなくし、マスクとウニへのギャップ変化に伴う
ウェハ側からの位置検出信号強度の変化を受けないよう
にした位置合わせ方法である。

作　　　用 以上のように本発明は、２光束の干渉縞とウェハおよび
Ｘ線マスク上の格子との相対位置変位を各々前記格子か
らの回折光により生成されるモアレ光の強度変化として
検知する事により、Ｘ線マスクとウェハとの間の位置合
わせをＸ線マスクとウェハ間のギャップに影響されない
で高精度に行うことを実現するものである。

実施例 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第１
図は本発明のＸ線マスクとウェハ間の多重反射をさける
ためのＸ線マスクの構造の実施例である。第１の実施例
ではＳｉ３Ｎ４膜６６、反射防止膜５７より成るＸ線マ
スク１６の構造例を示す。Ｘ線マスク１６の吸収体とし
てＡｕ又はＴａが用いられ１６は位置合わせ格子である
。１８はシリコンウェハ基板、１７は基板１８に作製さ
れた位置合わせ格子である。Ｘ線マスク上のＳｌ　３Ｎ
４６６上に反射防止膜５７が予め堆積されている。

１）１１記した如く基準格子と１対のフーリエ変換レン
ズと空間フィルターにより生成した２光束干渉縞とウェ
ハ基板１８およびＸ線マスク１６上に設けた位置合わせ
格子１５．１７の位置合わせする光学系において、ウェ
ハな板１８上に設けた位置合わせ格子１７に入射した入
射光５３ば、位置合わせ格子１７により回折され光検出
器２６で検知される。この際Ｘ線マスク上に反射防止膜
５７が堆積されているため、Ｘ線マスクとウェハ間で生
ずる多重反射がない。それ故りエハ側のマークの位置検
出信号強度はウェハとマスク間のギャップ間に影響され
ない高精度な位置合わせが実現出来る。

次に本発明の第２の実施例を第２図に示す。第１図と同
様、ウェハ上およびＸ線マスクの位１１′Ｍ合わせ格子
と２光束干渉縞を位置合わせする光学系においてマスク
上にフレネルゾーンプレート６８を作製する。入射光５
３は位置合わせ格子１７に入射し回折されマスク上のフ
レネルゾーンプレート６８に入射する。そしてゾーンプ
レートの焦点面に設けた光検出器２６で検知する。この
際マスタの表面で反射されウェハ１８とマスク１６の間
で多重反射した光は光検出器６３上で焦点を結ばないだ
め、ウェハ側の位置検出信号強度はＸ線マスクとウェハ
間で生ずる多重反射の影響を受けないで高精度な位置合
わせが実現出来る。

本発明を実施する位置合わせ装置の概略全体］、′ζ成
図を第３図に示す。第３図において、１１はコヒーレン
トなレザ光、１２はピッチＰの位置合わせ基準回折格子
、１３は第１および第２のフーリエ変換レンズ、１５は
Ｘ線マスク１６上に形成されたピッチＰの反射型回折格
子である。Ｘ線マスク１６とウェハ１８は２０μｍの均
一ギャップで平行に保たれている。１９はＸ線マスク１
６を載置したＸ、Ｙ、Ｚ、０の４軸の移動可能なマスク
ステージ、２０はウェハ１８を載着しだＸ、Ｙ。

Ｚ、θ、α、βの６軸の移動可能なウェハステージであ
る。２１．２２は回折格子１５及び１７からの○次回折
光と一２次回折光、基準格子と回折格子１５．１７の回
折次数で２値表示すると（＋１．ｏ）、（−１，−２）
とを集光するマイクロレンズ、２５．２６は各々マイク
ロレンズ２１．２２で集光した光強度を測定するフォト
ディテクタである。２７は光路変換用のミラーである。

４１はマスクステージ１６を移動させる駆動回路、４２
はウェハステージ１８の駆動回路である。ここで第６図
（第３図中の位置合わせ光学系）をもとにウェハ（Ｘ線
マスクも同様に考えられるためマスクに関して説明する
）の位置合わせについて説明する。光源１１から出た波
長λの光は、基準格子パターンのピッチＰ１と回折角θ
１はＰ　　ｓｉｎ　Ｏ＝　ｎλ　（ｎ＝ｏ、　　＋１　
、＋２　、−＝＝　）の　　　　ｎ 関係がある。このように複数の光束に回折された光は第
１および第２のフーリエ変換レンズに入射し、空間フィ
ルり７により＋１次のみが選択されてウェハ而１８上の
位置合わせ格子１７上で重なって干渉縞を形成する。こ
の時生成される２光束の干渉縞のピッチＰ１は ｐ１＝　　　　　　　　　となる。

２ｓ＋ｎ（Ｊ ウェハ上の格子と基準格子の位置合わせは、つエバ上の
格子からの回折光７８．７９の干渉により生成されるモ
アレ強度を空間フィルターと兼用しているフォトディテ
クタ７７で観測する。

光検知器上で観測される光強度工は ただし、ＵＡ、ＵＢは２光束の振幅強度ＵＡ、　ＵＢは
共役複素振幅である。

■　　　　　　　　　　　　　　　”ドＵＡ−ＵＢ十Ｕ
Ａ−ＵＢ （ただし、Ａ、Ｂは定数、Ｎ：格子の数、δＡ。

δＢは隣接した２格子によって回折された光の間の光路
差、Ｘは２光束干渉縞と格子との間の相対的位置関係、
θ１は±１次光がマスクの垂直となす角）として示され
る。この光強度の変化は、２光束で生成された干渉縞の
ピンチで変化し、干渉縞と格子が重ね合さったとき光強
度が最大値を示す。そしてその位置でステージが停止さ
れ２光束干渉縞とウェハ上の格子の位置合わせが完了す
る。

その際２光束干渉縞とＸ線マスク上の格子も同様に位置
合わせされその結果相対的にウェハ上の格子とＸ線マス
ク上の格子との位置合わせが完了する。このように、ウ
ェハ上に形成された格子１ア。

Ｘ線マスク１６上に形成された格子１６と基準格子１２
とは位置合わせされるわけであるが、前記した如く本発
明によ！１ｌｌＸ線マスク上に無反射コーテイング膜又
はフレネルレンズ等の第４の格子を設ける事により位置
合わせ信号強度がＸ線マスクとウニへ間のギャップに影
響されないため高精度な位置合わせが可能となる。

発明の効果 以上のように、本発明では、互いに共役な光束を干渉さ
せ、その結果得られた干渉縞とマスクに形成された格子
およびウェハ上に形成された格子の位置合わせを行う事
によりマヌク上の格子とウェハの格子との間の位置合わ
せをギャップに影響されずに高精度に行うことが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による位置合わせ方法の第１実施例のマ
スク構成図、第２図は本発明による位置合わせ方法の第
２実施例のマスク構成図、第３図は本発明を実施出来る
位置合わせ装置の概略全体構成図、第４図は２重回折法
を用いた従来の説明図、第６図はＸ線マスクとウェハの
ギャップに対する位置検知信号強度のシュミレーション
結果を示す図、第６図は位置合わせの説明図である。 ５３・・・・・・入射光、１６・・・・・・Ｘ線マスク
、１８・・・・・・ウェハ基板、１６・・・・・・ウェ
ハの位置合わせ格子、６７・・・・・・反射防止膜、２
５　、２６　、７７・・・・・・光検出器、１７・・・
・・・レチクル上の位置合わせ格子、６８・・・・・・
フレネルゾーンフレート。 代理人の氏名　弁理士　粟　野　重　孝　ほか１名第　
１　図 ／ １５位置合を格子 ／ ／７　１π置含℃格子 乙８　フレ不ルソーンプし−ト 第 図 第 図 キヤ・ツブ閉隔 （寿ｍ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）コヒーレントな２光束により生成される２光束干
   渉縞とウェハ上の格子およびマスクの格子の相対位置を
   検知する事により前記ウェハ上のパターンと前記マスク
   上のパターンを重ね合わせ露光する位置合わせ方法にお
   いて、前記マスク上に無反射コーティング膜を形成する
   事により、前記ウェハと前記マスクのギャップ間で多重
   反射する事により生ずる位置検出信号の強度変化をなく
   する事を特徴とする位置合わせ方法。
2. （２）コヒーレントな２光束により生成される２光束干
   渉縞とウェハ上の格子およびマスクの格子の相対位置を
   検知する事により前記ウェハ上のパターンと前記マスク
   上のパターンを重ね合わせ露光する位置合わせ方法にお
   いて、前記マスク上にフレネルレンズを設ける事により
   、前記ウェハと前記マスクのギャップ間で多重反射する
   事により生ずる位置検出信号の強度変化をなくする事を
   特徴とする位置合わせ方法。