JPH04237114A - アライメント光透過率制御方法及びその装置 - 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】

【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ＳＢ
１は、メンブレン表面で一部（Ｂ１Ｃ１）が反射され、
残りは角度ψ′でメンブレンを透過（Ｂ１Ｄ１）する。 更にメンブレン裏面で一部が反射（Ｄ１Ｂ２）し、残り
は透過（Ｄ１Ｅ１）する。これが１次透過光となる。一
方、反射光Ｄ１Ｂ２は、一部メンブレン表面で透過（Ｂ
２Ｃ２）し、残りは反射（Ｂ２Ｄ２）する。更に裏面で
一部が反射（Ｄ２Ｂ３）し、残りは透過（Ｄ２Ｅ２）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Ｓ１Ｂ２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（
Ｂ２Ｄ２）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（Ｄ２Ｅ２）する。この１次透過光は
メンブレン内を透過している（Ｂ２Ｄ２）間に、前述の
ＳＢ１入射光由来のメンブレン内反射光（Ｄ１Ｂ２〜Ｂ
２Ｄ２）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Ｄ２Ｅ２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Ｂ２Ｄ２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
うことでマスクメンブレンの見かけの膜厚を変化させ、
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Ｂ２Ｄ２で干渉し合う光
の光路差（Ｄ１Ｂ２）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、１
ｂ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７
０ａ、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２．０１７μｍ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)

【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
   検出を行なうことで、マスクメンブレンの見掛けの膜厚
   を変化させ、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。