JPH04144223A - 投影装置の位置決め装置及び位置決め方法 - 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〕 本発明は投影装置の位置決め装置および方法に係り、特
に詳細には、半導体基板にマスクパターンを投影する投
影装置の焦点位置に対して半導体基板を相対的に位置決
めする位置決め装置および方法に関する。

〔従来の技術〕

半導体基板にマスクパターンを投影する投影装置の焦点
位置に対して半導体基板を相対的に位置決めする場合に
、位置決めされるべき半導体基板に対して斜め方向から
光ビームを照射し、その反射光強度をモニタし、反射光
強度か最大となる位置に半導体基板を位置決めすること
が行われている。

半導体基板表面にレジスト膜が形成されている場合には
、半導体基板表面に対して照射された光ビームはレジス
ト膜の表面およびレジスト膜とその下地層との界面で反
射されることが知られている。そして、従来は、レジス
ト膜表面で反射された表面反射光か、下地層との界面で
反射された界面反射光かの、いずれか一方の光強度が最
大となる位置に半導体基板を位置決めしていた。すなわ
ち、レジスト膜表面あるいはその下地層との界面を基準
に、半導体基板を投影装置の焦点位置に対して位置決め
していた（例えば、特開昭６０−１３６３１１号公報参
照）。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、投影装置の焦点深度を有効利用するには、レジ
スト膜表面とその下地層との界面相互の中間位置を基準
に、半導体基板を投影装置の焦点位置に対して位置決め
することが要請される。そして、この要請は、レジスト
膜が厚くなればなる程、強くなる。

そこで、上述の事情に鑑み、本発明はレジスト膜表面と
その下地層との界面相互の中間位置を基準に、半導体基
板を投影装置の焦点位置に対して位置決めし得る投影装
置の位置決め装置及び位置決め方法を提供することを目
的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上述の目的を達成するため、本発明による位置決め装置
においては、パターンを半導体基板に投影する投影装置
の焦点位置を通り、この投影装置の光軸と交差する方向
から、半導体基板のパターンが投影される被投影面に対
して光ビームを照射する光ビーム照射手段が、投影装置
の光軸に対する光ビームの交差角を自在に調整する交差
角調整機構を有することを特徴としている。

なお、光ビーム照射手段は交差角調整機構を有する代わ
りに、互いに異なる交差角で投影装置の光軸とそれぞれ
交差する複数の方向から光ビームを半導体基板の被投影
面に対して照射する構造を有していてもよい。

また、本発明による位置決め方法においては、表面反射
光ビーム及び界面反射光ビームの光強度が略同等となる
交差角で投影装置の光軸と交差する方向から、光ビーム
を半導体基板の被投影面に対して照射することとしてい
る。

〔作用〕

このようにすることにより、基板上のレジスト膜表面と
その下地層との界面相互の中間位置を基準に、半導体基
板が投影装置の焦点位置に対して相対的に位置決めされ
るようになる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について第１図〜第４図を参照し
つつ、説明する。

第１図は、半導体基板に対してフォトマスク（図示せず
）等が有するマスクパターンを投影する投影装置と、本
発明による位置決め装置とを概略的に示している。この
図に示した位置決め装置は、図示した投影装置１の焦点
位置Ｆに対して半導体基板２を相対的に位置決めするも
ので、次のような構成となっている。すなわち、マスク
パターンが投影される半導体基板２に対して光ビームを
照射する光ビーム照射手段３と、半導体基板２により反
射された反射光ビームを受けてその光強度に応じた信号
を出力する受光手段５と、受光手段５の出力信号に応じ
て駆動され、半導体基板２を投影装置１の焦点位置に対
して相対的に位置決めする位置決めステージ６とを備え
て構成されている。

光ビーム照射手段３はレーザダイオード等の発光素子７
と、発光素子７から出射された光を整形して光ビームと
するスリット８と、スリット８により成形された後の光
ビームを反射して、投影装置１の焦点位置に光ビーム１
０を導く可動ミラー１１とから構成される。そして、光
ビーム１０は、この可動ミラー１１により反射され、投
影装置１の焦点位置を通り投影装置１の光軸１ａと交差
する方向から、半導体基板２の被投影面２ａに対して照
射される。ここで、被投影面２ａは、投影装置１により
マスクパターンが転写される半導体基板２の表面であり
、そこには通常レジスト膜が形成されている。

受光手段５は、受光強度に応じた信号を出力するフォト
ダイオード等の受光素子１２と、半導体基板２により反
射された反射光ビーム１３を反射して受光素子１２まで
導く可動ミラー１５と、スリット１６とから構成されて
いる。

位置決めステージ６は、受光手段５の出力信号に応じて
自動あるいは手動で駆動され、半導体基板２の焦点位置
に対する相対的位置決めを行うことが可能なものであれ
ばよく、従来より知られているものを用いることができ
る。なお、レベリング（被投影面２ａの方線を投影装置
１の光軸１ａに一致させること）を行うことができるも
のであることが望ましい。

ところで、本発明の特徴は、光ビーム照射手段３が投影
装置１の光軸１ａに対する光ビーム１０の交差角θを自
在に調整する交差角調整手段を有していることである。

第１図に示した本発明の実施例装置においては、可動ミ
ラー１１がこの交差角調整手段としての役割を果たす。

すなわち、可動ミラー１１はチルト及び上下動が可能と
なっており、可動ミラー１１の光反射面の傾き及び上下
位置を適当に調整することによって、光ビーム１０を投
影装置１の焦点位置Ｆに導きながら、光ビーム１０と投
影装置１の光軸１ａの交差角θを自在に調整できるので
ある。具体的には、可動ミラー１１の傾き及び上下位置
を鎖線で示したように調整すれば、実線で示した場合に
比べ交差角θを小さくすることができる。また、図示は
しないが、実線で示された可動ミラー１１の位置よりも
低い位置で光ビーム１０を焦点位置に向けて反射させれ
ば、実線で示した場合に比べ交差角θを大きくすること
ができる。このように、交差角θを調整することは、被
投影面２ａに対する光ビーム１０の入射角を調整するこ
とに他ならないから、これに伴って半導体基板表面で反
射される反射光ビーム１３の反射角が交差角θの調整に
従って変化する。このため、レベリングが行われ、焦点
位置に位置決めされた半導体基板２からの反射光ビム１
３を受光素子１２に導くには、受光手段５を構成する可
動ミラー１５を、光ビーム照射手段３を構成する可動ミ
ラー１１と同様にチルト及び上下動し得るように構成し
ておくことが必要となる。

上述したように、本発明による位置決め装置は、光ビー
ム１０と投影装置１の光軸１ａの交差角θを自在に調整
できるので、次に説明する本発明による位置決め方法を
実施するのに適している。

次に、本発明による位置決め方法について概説し、その
後、第１図に示した位置決め装置を用いて、本発明によ
る位置決め方法かどのようにして実施されるかについて
説明する。

まず、本発明による位置決め方法について概説する。

本発明による位置決め方法は、次の２つのことに着目し
てなされたものである。すなわち、■第２図に示したよ
うに、半導体基板２の被投影面２ａに対して斜め方向か
ら照射された光ビーム１０は、そこに形成されているレ
ジスト膜１７の表面１７ａ及びレジスト膜１７とその下
地層１８との界面１８ａでそれぞれ反射されること、■
そして、レジスト膜表面１７ａで反射された表面反射光
ビーム１３ａと界面１８ａで反射されて来る界面反射光
ビーム１３ｂの光強度は、後述するようにレジスト膜１
７に対する光ビームの入射角ψの大きさに応じて相反し
て変化することに着目したのである。そして、本発明に
よる位置決め方法の特徴は、この表面反射光ビーム１３
ａ及び界面反射光ビーム１３ｂの光強度が略同等となる
ような光ビーム１０のレジスト膜１７に対する入射角（
以下、この入射角を特定入射角と称す）ψ　を求め、そ
のような特定入射角ψ　と等しい特定交差角θ　で投影
装置１の光軸１ａと交差する方向から、その焦点位置Ｆ
を通るように光ビームを照射することである。

特定入射角ψ　はレジスト膜１７の屈折率、下地層１８
の材質、雰囲気の屈折率等により異なるが、次のように
して求めることができる。例えば、レジスト膜１７の下
地層１８としてＡ１１膜が形成されている場合、その雰
囲気を空気とすれば、表面反射光ビーム１３ａと界面反
射光ビーム１３ｂの光強度は、第３図に示したように、
光ビーム］０のレジスト膜表面１７ａに対する入射角ψ
の大きさに応じて変化する。第３図は、横軸に入射角ψ
を、縦軸に入射光に対する反射光強度の比率を採り、そ
れぞれの反射光ビームの光強度が入射角に依存して変化
する様子を示したグラフである。

この図から理解されるように、表面反射光ビームの光強
度は、入射角か６０度を超えた辺りから急激に強くなり
、逆に、界面反射光ビームの光強度は、入射角が６０度
を超えた辺りから急激に弱くなる。そして、表面反射光
ビームと界面反射光ビームの光強度は、入射角が約８０
度となるあたりで略同等となる。したがって、この場合
には、特定入射角ψ　を、第３図から約８０度と求める
ことができる。

そして、本発明による位置決め方法においては、このよ
うにして求められた特定入射角ψ　と等しい特定交差角
θ　で投影装置の光軸と交差する方向から、その焦点位
置を通るように光ビームを照射するのである。

次に、第１図に示した位置決め装置を用いて、本発明に
よる位置決め方法がどのようにして実施されるかについ
て第１図を参照しつつ説明する。

まず、第１図に示したように、半導体基板２が位置決め
ステージ６上に搭載され、半導体基板２の被投影面２ａ
のレベリングが行われる。これにより、被投影面２ａに
おけるパターニング領域中心部の方線が投影装置１の光
軸１ａと一致させられる。この後、光ビーム照射手段３
を構成する可動ミラー１１の調整が行われる。この調整
は、可動ミラー１１て反射されて投影装置１の焦点位置
Ｆに導かれる光ビーム１０が、上述の特定入射角ψ　で
被投影面２ａに対して照射されるように、可動ミラー１
１の傾き及び上下位置を調整してなされる。すなわち、
投影装置１の焦点位置Ｆを通り、上述した特定入射角ψ
　と等しい特定交差角θ　て投影装置１の光軸１ａと交
差する方向から、光ビーム１０が被投影面２ａに対して
照射されるように、可動ミラー１１の調整がなされる。

このように、可動ミラー１１が調整されることにより、
被投影面２ａに形成されているレジスト膜表面で反射さ
れた表面反射光ビームと、その下地層との界面で反射さ
れた界面反射光ビームの光強度がほぼ同等となる。

次に、これら表面反射光ビーム及び界面反射光ビームを
受光素子１２に導くため、可動ミラー１５の傾き及び上
下位置が調整される。上述したように、表面反射光ビー
ムと界面反射光ビームの光強度はほぼ等しくなっている
ので、受光素子１２がこれら表面反射光ビーム及び界面
反射光ビームの双方を同時に受光した場合に、その受光
強度は最大となる。したがって、レジスト膜の表面とそ
の下地層との界面相互間の中間位置に投影装置１の焦点
位置Ｆか合致したとき、表面反射光ビーム及び界面反射
光ビームが共に受光素子１２に導かれるように可動ミラ
ー１５を調整しておけば、受光素子１２の最大出力信号
をモニタすることにより、該中間位置に投影装置１の焦
点位置が合致したことを安定して検出することができ、
また、該中間位置を基準にして半導体基板２を位置決め
し、該中間位置に投影装置１の焦点位置Ｆを合致させる
ことが可能となる。これにより、投影装置１の焦点深度
を前後方向（図では上下方向）に有効に活用して、厚い
レジスト膜が形成されている被投影面２ａに対して転写
されるマスクパターンのボケを防止することかできる。

そして、第１図に示した位置決め装置では、可動ミラー
１１により光ビーム１０と投影装置１の光軸１ａの交差
角θを自在に調整できるので、レジスト膜の屈折率やそ
の下地層の材質が変り、これに伴って特定入射角ψ　が
変わる場合には、可動ミラー１１を調整するだけで、光
ビーム１０と投影装置１の光軸１ａの交差角θをその特
定入射角ψ　に等しい特定交差角θ　に容易に変更する
Ｓ ことができる。これが、第１図に示した実施例装置が本
発明による位置決め方法を実施するのに適している理由
である。

次に、第４図を参照しつつ上述した実施例と異なる本発
明による位置決め装置の第２の実施例について説明する
。

第１図に示した本発明の実施例たる位置決め装置におい
ては、光ビーム照射手段３から照射される光ビーム１０
と投影装置１の光軸１ａとの交差角θを自在に調整する
交差角調整手段として可動ミラー１１を有しているが、
第４図に示した位置決め装置においては、この可動ミラ
ーを採用する代わりに、互いに異なる傾斜角及び位置に
固定された複数のミラー２１ａ〜２１ｃを光ビーム照射
手段３が有しており、光ビーム照射手段３は複数の固定
ミラー２１ａ〜２１Ｃに対応して複数の発光素子２７ａ
〜２７ｃ及びスリット２８ａ〜２８ｃを備え、互いに異
なる交差角で投影装置１の光軸１ａとそれぞれ交差する
複数の方向から光ビームを照射し得る構造となっている
。また、これに対応して受光手段５は複数の受光素子３
２ａ〜Ｂ２ｃと、複数の受光素子に対応するスリット３
６ａ〜３６ｃを通してそれぞれ反射光ビームを導く複数
の固定ミラー３５ａ〜３５ｃを備えた構造となっている
。

このように構成された位置決め装置の場合には、特定入
射光ψ　に一致するか、あるいは、それに一番近い交差
角θが得られるように調整されている固定ミラーを選択
し、その固定ミラーに対応する発光素子だけを発光させ
るようにする。これにより、第１図に示した位置決め装
置と同様に、被投影面２ａに形成されているレジスト膜
の表面とその下地層との界面相互間の中間位置に投影装
置１の焦点位置が合致したことを安定して検出すること
ができ、また、該中間位置を基準にしてここに投影装置
１の焦点位置Ｆを合致させることが可能となる。なお、
可動ミラーを用いた場合には、その可動部の摩耗により
光ビーム照射方向にブレが生じる懸念があるが、第４図
のように固定されたミラーを用いた場合には、そのよう
な懸念は無くなる。

ところで、上述した実施例においては、表面反射光ビー
ムと界面反射光ビームの光強度が略同等となるように、
光ビームの入射角（交差角）を調整することとしている
が、表面反射光ビームと界面反射光ビームの光強度比が
所望値となるように光ビームの入射角（交差角）を調整
し、表面反射光ビームと界面反射光ビームとをそれぞれ
別々の受光素子で受光し、それらの出力信号比すなわち
受光強度比が上述の所望値に一致する位置に半導体基板
を位置決めすることとすれば、レジスト膜の表面及びそ
の下地層との界面相互間における所望の位置を基準に、
半導体基板を投影装置の焦点位置に位置決めすることが
可能となる。したがって、レジスト膜の表面とその下地
層界面相互間の中央位置を、投影装置の焦点位置に位置
決めすることが可能となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明による投影装置の位置決め
装置及び方法によれば、半導体基板上のレジスト膜表面
とその下地層との界面相互の中間位置を基準に、半導体
基板を投影装置の焦点位置に対して相対的に安定して位
置決めできるようになる。したがって、厚いレジスト膜
が形成されている被投影面に対して転写されるマスクパ
ターンのボケを、投影装置の焦点深度を有効に活用して
防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は投影装置と本発明による位置決め装置の一実施
例を概略的に示した図、第２図はレジスト膜か形成され
ている被投影面で光ビームが反射される様子を示した図
、第３図は表面反射光ビームと界面反射光ビームの光ビ
ーム入射角に対する依存性を示した図、第４図は第１図
に示した実施例と異なる本発明による位置決め装置の第
２実施例を投影装置と共に概略的に示した図である。 １・・・投影装置、１ａ・・・光軸、２・・・半導体基
板、２ａ・・被投影面、３・・・光ビーム照射手段、５
・・・受光手段、６・・・位置決めテーブル、７・・・
発光素子、８・・・スリット、１０・・・光ビーム、１
１・・・可動ミラ１２・・・受光素子、１３・・・反射
光ビーム、１５・・・可動ミラー　１６・・・スリット
、１７・・・レジスト膜、１８　・・・下地層、２１ａ
ｓ　２１ｂｓ２１　Ｃ−・・固定ミラー　３５ａ、３５
ｂ、３５ｃ・・−固定ミラ 代理人弁理士　　　長谷用　　芳　　樹投影装置と位置
決め装置 第１図 光ビームが反射される様子 第２図 （％） （ｄｅｑン 入射角ψ 反射光ビ ム強度の入射角依存性 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基板にパターンを投影する投影装置の焦点位
   置に対して半導体基板を相対的に位置決めする位置決め
   装置であって、 前記焦点位置を通り前記投影装置の光軸と交差する方向
   から、前記半導体基板の前記パターンが投影される被投
   影面に対して光ビームを照射する光ビーム照射手段と、 前記半導体基板により反射された反射光ビームを受け、
   その光強度に応じた信号を出力する受光手段と、 前記受光手段の出力信号に応じて駆動され、前記半導体
   基板を焦点位置に対して相対的に位置決めする位置決め
   手段とを備え、 前記光ビーム照射手段は前記投影装置の光軸に対する光
   ビームの交差角を自在に調整する交差角調整機構を有す
   ることを特徴とする投影装置の位置決め装置。 ２、前記光ビーム照射手段は、互いに異なる交差角で前
   記投影装置の光軸とそれぞれ交差する複数の方向から光
   ビームを照射する構造を有することを特徴とする請求項
   １記載の投影装置の位置決め装置。 ３、半導体基板にパターンを投影する投影装置の焦点位
   置を通り、前記投影装置の光軸と所定角度で交差する方
   向から、前記半導体基板のレジスト膜が形成されている
   被投影面に対して光ビームを照射し、 前記焦点位置近傍において前記レジスト膜表面にて反射
   された表面反射光ビーム及び前記レジスト膜とその下地
   層との界面にて反射された界面反射光ビームの光強度に
   応じて前記半導体基板を前記焦点位置に対して相対的に
   位置決めする位置決め方法であって、 前記所定角度は、前記表面反射光ビームと前記界面反射
   光ビームの光強度が略同等となる角度であることを特徴
   とする投影装置位置決め方法。