JPH0334530A - 間隙設定方法 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、二重回折格子法で間隙設定を行う間隙設定方
法に関する。

（従来の技術） 周知のように、超ＬＳＩにおける回路バターンの形成は
露光装置を使って行われている。すなわち、マスクに予
め回路パターンを形成しておき、これをたとえばＸ線を
使ってウェハ上に転写するようにしている。

ところで、このような回路パターンを解像度よくウェハ
上に転写するには、転写に先立ってマスクとウェハとの
間の間隙を高精度に設定しておく必要がある。マスクと
ウェハとの間の間隙を設定する代表的な方法として、二
重回折格子法が知られている。この方法では、たとえば
マスクに透過型の回折格子を設けるとともにウェハに反
射型の回折格子を設けておき、マスクの上から単色光、
すなわちレーザ光を照射する。そして、このレーザ光が
マスクの回折格子〜ウェハの回折格子〜マスクの回折格
子の順に回折して得られる回折光のうちの特定の次数の
回折光強度を測定し、この測定値に基いて間隙を設定す
るようにしている。

しかし、このような方法ではマスクとウェハとの間の多
重反射による回折光の干渉により、検出回折光中にレー
ザ光波長の１／２の干渉波が現われ、これが原因して間
隙設定を高精度に行うことが困難であった。

そこで最近では、このような不具合を解消し、間隙設定
点付近での検出光の波形変化を直線に近い変化にするた
めに、たとえば回折格子のパターンに工夫を施したり、
あるいは二重回折格子を２組設けるなどの幾つかの提案
がなされている。

しかしながら、これらの提案にあっても、必ずしも満足
されるものはなく、シかも複雑なパターンの回折格子を
設けなければならないなどの多くの問題があった。

（発明が解決しようとする課Ｂ） 上述の如く、従来の二重回折格子法では、マスクとウェ
ハとの間で起こる多重反射による影響を簡便に除去する
ことができず、高精度な間隙設定を行えない問題があっ
た。

そこで本発明は、間隙設定点付近で多重反射の影響を極
めて少なくでき、もって高精度な間隙設定の実現に寄与
でき、しかも回折格子の形成も容易な間隙設定方法を提
供することを目的としている。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明に係る間隙設定方法では、二重回折格子を２組設
ける方法を基本としている。すなわち、本発明では、第
１の物体にストライプパターンを有した第１および第２
の回折格子を設け、第２の物体に上記第１の回折格子の
ストライプパターンとは直交するストライプパターン有
するとともに上記第１の回折格子とで組をなす第３の回
折格子および上記第２の回折格子とは直交するストライ
プパターンを有するとともに上記第２の回折格子とで組
をなす第４の回折格子を設け、これら２組の回折格子を
使って二重回折格子法で上記第１の物体と上記第２の物
体との間隙を設定するに当り、間隙設定目標値を２０と
し、上記第１および１２の回折格子のパターンピッチを
Ｐ　Ｘｌｓ　Ｐ　Ｘ２、トＬ、上記第３および第４の回
折格子のパターンピッチをＰｙ゛とし、ｍおよびｎを任
意の整数とし、照明光の波長をλとしたとき、下記（１
）式および（２）式を満すように第１乃至第４の回折格
子を設けるようにしている。

Ｚ０＝ｍ／λ（１／ＰＸ１）２ｔ２＋１／ＰＸ２２）・
・・（１） （ＰＦ　／ＰＸＩ）　２＋（Ｐｙ　／ＰＸ２）　２−２
ｍ／（２ｎ＋１）　　　　　　　　・・・（２）（作　
用） 第１の物体および第２の物体に上記関係に第１乃至第４
の回折格子を設け、各組に波長λのレーザ光を照射した
とき、第１の回折格子、第３の回折格子、第１の回折格
子の順に回折して得られる回折光中の（０，１）次回折
光および第２の回折格子、第４の回折格子、第２の回折
格子の順に回折して得られる回折光中の（０，１）次回
折光の複素振幅ｆ　（０，１）は次式のようになる。こ
の式において、第１項は所望の回折光であり、第２項は
１回目の多重回折による光の項である。

（０，１） −Ｃ１ΣＣ０２ ”　ｅＸｐ　［−ｊ２ｒ　ｎ１２　λＺ　　／　Ｐ　　
ｘ＋”　　］＋　Ｃｏ　　　Ｃ１（１＋ｅｘｐ［−ｊ２
π　λ２／Ｐ　　ｙ　　”　　］）ｅｘｐ［ｊ４π２　
／λ］・　ΣＣ１ΣＣ＠２　　　Ｃ−＠ｌ−＠２・ｅｘ
ｐ［−ｊ２　　ｙｒ　ｌｎｌ　　２＋（ｎｌ＋ｎ２）２
１・　λＺ／ＰＸ１）２１２ ＋（２回目以上の多重反射回折） （１−１，２） ・・・（３〉 ただし、 は第１または第３の回折格子の透過 関数ｉ次フーり級数 は第３または第４の回折格子の反射 関数ｉ次フーリエ級数 は第１または第３の回折格子の反射 関数ｉ次フーリエ級数 は間隙 である。

なお、 回折光強度＋（０，１）は、 ＋（０，１）−１ｆ　（０，１）　　＋　　２　　　　
・・・（４）となり、また二重回折格子を２組設けたと
きの間隙情報信号ｄｌ（０，１）としては、 ｄｌ（０，１）＝ｌ（０，１）ｐｘ＋　−１（０，１）
　ＰＩ３・・・（５） が用いられる。

ここで、間隙設定目標値ｚｏが与えられたとき、（１）
式を満すように第１および第２のパターンピッチＰ　Ｘ
ｌ、Ｐ　Ｘ２を選ぶ。そして、（２）式を満すように第
３および第４のパターンピッチＰｙを選ぶと、２πλＺ
　ｏ　／　Ｐ　ｙ　”　＝（２ｎ＋１）　ｙｒとなり、
（３〉式の第２項はＺ。付近で０となる。したがって、
多重反射による回折光の影響を低減できることになる。

（実施例） 以下、図面を参照しながら実施例を説明する。

第１図には本発明方法を採用してマスクとウェハとの間
の間隙設定を行う間隙設定装置の概略構成が示されてい
る＝ 同図において、１はｘｙ方向に移動可能に配置されたウ
ェハテーブルを示し、２はウェハテーブル１上に固定さ
れたウェハを示している。ウェハ２の上方には、ウェハ
２と対向する関係にマスク３が配置されている。このマ
スク３はホルダ４および圧電素子５を介して静止部に支
持されている。

マスク３の所定位置には透過型の回折格子６．７がそれ
ぞれ設けられている。また、ウェハ２上で回折格子６に
対向する位置には反射型の回折格子８が、さらに回折格
子７に対向する位置にも反射型の回折格子９がそれぞれ
設けられている。これら回折格子は、回折格子６と８と
が１つの組をなして二重回折格子を構成し、また回折格
子７と９とが別の組をなして二重回折格子を構成してい
る。そして、これら回折格子６．７．８．９は具体的に
は第２図に示すように構成されている。すなわち、回折
格子６．７は、たとえばＸ方向に隣接して配置されてお
り、共にｙ方向に延びるストライプパターンをＸ方向に
それぞれピッチＰＸＩ、ＰＩ３で複数配列したものとな
っている。一方、回折格子８．９は、たとえばＸ方向に
隣接して配置されており、共にＸ方向に延びるストライ
プパターンをｙ方向に互いに等しいピッチＰｙで複数配
列したものとなっている。そして、この例においては、
後述するレーザ光の波長をλ、間隙設定目標値をＺ。、
ｍ、ｎを任意の整数としたとき、前述した（１）式およ
び（２）式を満足するようにピッチＰＸＩ、Ｐヨ２、Ｐ
ｖが設定されている。

マスク３の上方には、上述した２組の二重回折格子を使
用してマスク３とウェハ２との間の間隙を目標値２゜に
設定するための間隙設定装置１１が設けられている。こ
の間隙設定装置１１は次のように構成されている。すな
わち、レーザ光源１２から出力された波長λのレーザ光
１３を振動ミラー１４、偏向素子１５ａ、１５ｂを介し
て回折格子６．７に交互に、かつ垂直に照射している。

なお、振動ミラー１４は、発振器１６の出力によって駆
動される。一方、マスク３の上方位置には、上記レーザ
光１３の照射によって、回折格子６、回折格子８、回折
格子６の順に回折して得られた回折光中の（０，１）次
回折光の強度１（０，１）ｐｘ＋および回折格子７、回
折格子９、回折格子７の順に回折して得られた回折光中
の（０、１）次回折光の強度１（０，１）ＰＩ３を直接
あるいは反射ミラーを介して共通に受光するセンサ１７
が配置されている。センサ１７の出力は増幅器１８で増
幅された後、発振器１６の出力を参照信号として駆動さ
れる同期検波器１９に導入され、ここで１（０，１）Ｐ
ＸＩ、＋（０，１）ＰＩ３に分離される。そして、２つ
の信号は信号処理回路２０に導入される。この信号処理
回路２０は、ｄ　Ｉ（０，１）Ｊ（０，１）　ｐｘ＋　
　１（０，１）ＰＩ３の演算を行い、ｄｉ（０，１）を
Ｏにする方向の信号を圧電素子駆動回路２１を介して圧
電素子５に与える。

圧電素子５は印加電圧に応じて伸縮し、ｄＪ（０，１）
−〇の状態にマスク３とウェハ２との間の間隙を設定す
る。

上記構成の間隙設定装置１１では、一方の組をなす９折
格子６．８および他方の組をなす回折格子７．９を前記
（１）式および（２）式を満す関係に設けている。この
ため、信号処理回路２０において、ｄ　１（０，１）−
１（０−１）　ｐｘｓ−１（０，１）ＰＩ３の演算を行
い、ゼロクロス点を探すと、マスク３とウェハ２との間
の間隙２が間隙設定目標値Ｚ。においてゼロクロス、つ
まりｄ　Ｉ（０，１）−０となり、しかもこのゼロクロ
ス点付近の波形の変化が直線的な変化に近いものとなる
。すなわち、間隙設定目標値ｚｏの付近ではマスク３と
ウェハ２との間で起こる多重反射の影響をほとんど受け
ない波形となる。

したがって、精度よくゼロクロス点を検出でき、この結
果、高精度な間隙設定が可能となる。

第３図は間隙設定目標値Ｚ０−３０μｍとし、（１）式
および（２）式を満すようにＰ　ｘｔ−５μｍ　。

Ｐ　ｘｚ−’ａμｍ　ＳＰ　ｖ　−６，１８ａ　ｍに設
定したときのｄＪ（０，１）特性を示している。この図
から判るように、間隙設定目標値ｚｏにおイテ、ｄ　Ｉ
（０，１）−０となり、しかもこのゼロクロス点付近の
波形の変化が直線的な変化に近いものとなっている。一
方、参考のために、（１）式および（２）式を満足しな
いＰ　ｘｔ−５μｍｓ　Ｐ　ｘ２ｍ９ｕ　ｍ、　Ｐ　ｙ
　−５μｍに設定してｄｌ（０，１）特性を調゛べたと
ころ第４図に示す結果を得た。この例では間隙設定目標
値２゜付近で多重反射の影響で波形が大幅に歪んでいる
。したがって、このような波形を使って間隙設定を高精
度に行うことは極めて困難であることが理解される。

なお、上述した例では２組の二重回折格子から得られる
回折光の中から回折格子６のストライブの延びる方向に
は０次で、これと直交する方向には１次の（０，１）次
回折光を検出するようにしているが、この次数の回折光
に限られるものではなく、上記ストライプの延びる方向
には±ｎ次（ただし、ｎは整数）で、これと直交する方
向には１次の回折光を検出するようにしてもよい。また
、本発明はマスクとウェハとの間の間隙設定に限らず、
類似した各種の間隙設定にそのまま適用できる。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、二重回折格子を２組設
けて間隙設定を行う方法において、前記（１）式および
（２）を満す関係に各回折格子を設けるようにしている
ので、多重反射による影響を低減でき、高精度な間隙設
定に寄与できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を適用してマスクとウェハとの間の
間隙設定を行う間隙設定装置の概略構成図、第２図は本
発明方法で用いる回折格子の構成を説明するための図、
第３図は本発明方法で間隙設定を行うときに得られる検
出信号波形の一例を示す図、第４図は本発明方法以外の
方法で間隙設定を行ったときに得られた検出信号波形を
示す図である。 ２・・・ウェハ、３・・・マスク、５・・・圧電素子、
６．７．８．９・・・回折格子、１１・・・間隙設定装
置。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１の物体にストライプパターンを有した第１お
   よび第２の回折格子を設け、第２の物体に上記第１の回
   折格子のストライプパターンとは直交するストライプパ
   ターン有するとともに上記第１の回折格子とで組をなす
   第３の回折格子および上記第２の回折格子とは直交する
   ストライプパターンを有するとともに上記第２の回折格
   子とで組をなす第４の回折格子を設け、これら２組の回
   折格子を使って二重回折格子法で上記第１の物体と上記
   第２の物体との間隙を設定するに当り、間隙設定目標値
   をＺ＿０とし、上記第１および第２の回折格子のパター
   ンピッチをＰ＿Ｘ＿１、Ｐ＿Ｘ＿２、とし、上記第３お
   よび第４の回折格子のパターンピッチをＰ＿ｙとし、ｍ
   およびｎを任意の整数とし、照明光の波長をλとしたと
   き、 Ｚ＿０＝ｍ／λ（１／Ｐ＿Ｘ＿１＾２＋１／Ｐ＿Ｘ＿２
   ＾２）の関係を満し、かつ、 （Ｐ＿ｙ／Ｐ＿Ｘ＿１）＾２＋（Ｐ＿ｙ／Ｐ＿Ｘ＿２）
   ＾２＝２ｍ／（２ｎ＋１） の関係を満すように上記第１乃至第４の回折格子を設け
   ることを特徴とする間隙設定方法。
2. （２）前記各組に照明光を一定周期で交互に照射し、こ
   のとき前記第１の回折格子、前記第３の回折格子、上記
   第１の回折格子の順に回折して得られる回折光と前記第
   ２の回折格子、前記第４の回折格子、上記第２の回折格
   子の順に回折して得られる回折光との同一次数の回折光
   を共通のセンサで検出して間隙情報を得ることを特徴と
   する請求項１に記載の間隙設定方法。