JPH06244085A - ホログラフィを用いた露光方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 ｘｙ方向の相対位置関係やギャップの検出が
容易で、しかもホログラム変形にも対応できるアライメ
ント方法を備えたホログラフィを用いた露光方法及び装
置等を提供すること。 【構成】 ホログラフィ露光方法において、アライメン
ト用のホログラムを形成する手段と、このホログラムか
らの再生光Ｅ_１を利用してウエハ５に設けられたウエハ
マーク５１上での結像状態を検出することによりホログ
ラム記録媒体とウエハとの相対位置ずれを検知し又は補
正するアライメント手段を有するもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特にホログラムとウエ
ハとの相対位置関係を調整するアライメント方法及び手
段を備えたホログラフィを用いた露光方法及び装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ホログラフィ技術を用いた微細パ
ターンの露光手段が注目されているが、この露光手段に
おいては、所定の回路パターン等（マスクパターン）を
有するマスクを用い、これに対応するマスクパターンの
ホログラムを作成する工程と、このマスクパターンのホ
ログラムの再生像をウエハ上に形成してマスクパターン
を露光する工程とが行われる。

【０００３】ホログラフィ技術によるホログラムの再生
像は、ホログラムに対してホログラム作成時のマスクパ
ターンの位置と同じ位置に形成される。このため、ホロ
グラム作成工程で使用したマスクはホログラム作成後に
取り外され、替わって同じ位置にウエハを固定し、この
状態でホログラムを再生すると、ウエハ上（先のマスク
位置）にホログラム像が形成され、マスクパターンがウ
エハに露光されることとなる。

【０００４】このように、マスクパターン転写時のウエ
ハとホログラム（もしくはホログラム記憶媒体）との相
対位置関係は、ホログラム作成時のマスクパターンとホ
ログラムとの相対位置関係と同一でなければ、マスクパ
ターンのホログラム像がウエハ上に正確に転写されない
ので、これらの相対位置関係、例えば相対間隔（ギャッ
プ、Ｚ方向）、平面方向（ｘ−ｙ方向）、回転や傾き等
を正確に位置決めしてウエハへの露光作業を行う必要が
ある。

【０００５】ここで、ホログラフィ技術を利用したリソ
グラフィの従来技術としては、「投影レンズを通してホ
ログラムを露光する方法（特開平３−２３５３１９
号）」が知られている。この従来技術は、投影レンズに
おいて発生する収差をホログラフィ技術を応用すること
によって相殺できることを利用して、微細パターンをウ
エハのレジストに転写するものである。

【０００６】一般に、半導体や液晶等の回路パターンを
制作するには、同一のウエハに対して複数回のマスクパ
ターンの露光が必要であり、既にウエハ上に出来上がっ
ているパターンに対する位置合わせ（ｘｙアライメン
ト）が、ピント調整のためのギャップ（ホログラムとマ
スク又はウエハとの相対間隔）の検出と共に必要となっ
ている。（なお、以下では、ｘｙアライメントとギャッ
プアライメント等の相対位置関係の調整を合わせてアラ
イメントと言う。）上記の従来技術におけるアライメン
ト方式では、アライメント用のパターンが回路（液晶）
パターンの外側に記録されており、アライメント用のパ
ターンの重ね合わせによりアライメントを行なってい
る。

【０００７】また、高解像の再生が行なえるホログラム
記録・再生方法としてホログラム記録媒体中での内部全
反射光を利用したホログラフィ技術（以下、全反射ホロ
グラフィという。）がステットン(K.A.Stetson) によっ
て提唱されている［Appl.Phys.Lett.Vol.11 Num.7 P.22
8(1967) ］が、この文献にはアライメント方法について
の記述はなされていない。

【０００８】一方、全反射ホログラフィを用いた露光手
段におけるギャップ検出法の従来例が、文献「ホログラ
フィを利用したリソグラフィ技術の進展」［Solid Stat
e Technology 日本語版 1991年11月号］に見ることが
できる。この従来技術では、図１１に示すようにホログ
ラム記録媒体１１０１とウエハ１１０５に垂直にレーザ
ービームを入射させ、ホログラム記憶媒体１１０１の表
面とウエハ１１０５に塗布されたレジスト表面とで各々
反射された光の干渉信号を検出手段１１０８で検出し、
この干渉信号のギャップによる変化を計測することによ
ってギャップを検知する方法をとっている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記のアライメントに
関する従来技術では、パターン（マーク）の重ね合わせ
により相対位置の検出を行なっているが、アライメント
用のパターンの投影などにも投影光学系を用いているた
め、相対位置関係の調整（位置決め動作）においては投
影光学系の収差の影響が残存している。このため、ホロ
グラム再生に対しては収差の影響が少なくなる利点はあ
るが、特に複数回の露光作業を行う重ね合わせ露光等の
際には、位置決め精度の限界から微細パターンの露光が
難しいものとなっている。

【００１０】さらに、アライメント用のマークも投影光
学系により拡大されるため、大型の観察光学系が必要と
なるので、装置全体の配置構成上の制約も大きくなる。
特に全反射ホログラフィを利用する場合には、ホログラ
ム（記録媒体）にプリズムが接しているため、このプリ
ズムの存在により観察光学系をウエハに近づけることが
できないので、大型に投影されたアライメントマークに
対する観察光学系の分解能を高くすることが困難であ
る。加えて、このアライメント方式を全反射ホログラフ
ィ法に応用する場合には、大きなアライメント用のマー
クの投影領域をウエハに設けなければならず、ウエハの
本来の回路パターン形成領域を狭めることとなる問題が
生ずる。

【００１１】また、ギャップ検出に関する従来技術で
は、レーザビーム（平行光束）をウエハとホログラム記
録媒体とに垂直に入射させるため、これらの２つの素子
の間での多重反射の影響を受け易く、ギャップ検出精度
が上がらない問題がある。また、ホログラム記録時のギ
ャップを予め計測しておき、再生時にその計測値に調節
する方法であるため、ホログラム作成時のギャップ検出
等の精密計測作業等のためにスループットが低下する問
題も生ずる。更に、上記の従来技術ではギャップ以外の
相対位置関係を調整する手段は何ら開示されていない。

【００１２】一方、ホログラム記録、定着、再生等の操
作においてホログラムが変形する場合、例えばホログラ
ム（が記憶されたホログラム記録媒体）の収縮等が生じ
る場合があるが、このホログラム変形によりホログラム
再生像の形成位置にも変化が生じる。このため、ウエハ
への露光工程においては、ウエハ位置を先の計測位置か
ら修正する必要があるが、上記のような従来技術ではこ
れらのホログラム変形に対応した補正を含めたアライメ
ント（所謂ピント位置の変化の補正等）が困難である。

【００１３】本発明はこれらの諸問題を解決するために
なされたものであり、ｘｙ方向の相対位置関係やギャッ
プの検出が容易かつ正確で、しかもホログラム変形にも
対応できるアライメント方法を備えたホログラフィを用
いた露光方法及び装置等を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のため本願
請求項１に記載の発明では、所望のパターンが形成され
たマスクからの回折光を物体波とし、これと参照波とを
干渉させてホログラム記録媒体にホログラムを記録した
後、前記参照波と共役な再生波をホログラムに照射して
前記マスクに代えて配置されたウエハ上にマスクパター
ンの像を再生させることにより、マスクのパターンをウ
エハに転写させるホログラフィを用いた露光方法におい
て、前記マスクに形成された所定形状のアライメントマ
ークからの回折光を物体波として前記ホログラム記録媒
体にアライメント用のホログラムマークを記憶させる工
程と、前記マスクパターン像の再生に先立って、前記ホ
ログラムマークに再生波を照射して得られる前記アライ
メントマーク像の再生光により、前記ウエハ面上に設け
られたウエハマークを照射すると共に、該ウエハマーク
で反射又は透過された検出光を検出する工程と、該検出
結果に基づいてホログラム記録媒体とウエハとの相対位
置ずれ情報を検出し、この位置ずれ情報に基づいてこれ
らの相対位置関係を補正する工程と、を有することを特
徴とするホログラフィを用いた露光方法を提供する。

【００１５】一方、請求項３に記載した発明は、所望の
パターンが形成されたマスクからの回折光を物体波と
し、これと参照波とを干渉させてホログラム記録媒体に
ホログラムを記録した後、前記参照波と共役な再生波を
ホログラムに照射して前記マスクに代えて配置されたウ
エハ上にマスクパターンの像を再生させることにより、
マスクのパターンをウエハに転写させるホログラフィを
用いた露光装置であって、コヒーレント光束を発生させ
るコヒーレント光源と、前記光源からのコヒーレント光
束を、前記マスクのアライメントマークが形成された位
置に導くと共に、それによって当該アライメントマーク
から生じる回折光を、ホログラムマーク形成のための物
体波として、前記ホログラム記録媒体内へ照射する物体
波照射光学系と、前記光源からのコヒーレント光束を、
ホログラムマーク形成のための参照波として、前記ホロ
グラム記録媒体内で前記物体波との干渉を生じるよう
に、前記ホログラム記録媒体内へ照射する参照波照射光
学系と、前記ホログラム記録媒体に形成されたホログラ
ムマークに対し、前記参照波の共役波を再生波として照
射すると共に、前記再生波の照射によりホログラムマー
クから得られるアライメントマーク再生光により前記ウ
エハ面を照射する再生波照射光学系と、前記ウエハ面に
形成されたウエハマークで反射又は透過された前記アラ
イメントマーク再生光を結像検出光として検知する結像
検出手段と、前記結像検出手段の検出結果に基づいて、
前記ホログラム記録媒体と前記ウエハとの相対位置ずれ
情報を検出する相対位置検出手段と、を備えたことを特
徴とするホログラフィを用いた露光装置を提供する。

【００１６】請求項４に記載した発明では、請求項３に
記載したホログラフィを用いた露光装置において、前記
ウエハマークが前記アライメントマーク再生光の照射に
より回折光が生じる構成であり、前記結像検出手段がこ
のウエハマークで反射回折又は透過回折された結像検出
光を検出するもので有ることを特徴とする。

【００１７】請求項５に記載した発明では、請求項４に
記載したホログラフィを用いた露光装置において、前記
ウエハマークが回折格子形状もしくはゾーンプレート形
状のマークからなることを特徴とする。

【００１８】請求項６に記載した発明では、請求項３，
４又は５に記載のホログラフィを用いた露光装置におい
て、前記相対位置検出手段による検出結果に基づいて、
前記ホログラム記録媒体と前記ウエハとの相対位置関係
を修正する補正手段を備えていることを特徴とする。

【００１９】

【作用】本発明は上記のように構成されているため以下
の作用を奏する。まず、本発明では、マスクパターンの
ホログラフィ露光（ホログラム再生）に先立って行われ
るホログラム（記録媒体）とウエハとのアライメント工
程において、やはりホログラフィ技術を応用したアライ
メント手段を有していることが特徴的である。

【００２０】概説すると、ホログラフィによるアライメ
ントマーク像の再生状態が適正であれば、同じホログラ
ム記録媒体に形成されたマスクパターンのホログラムか
らの再生像も同様に良好な再生状態を持つものが得られ
ることを利用してアライメントを行い、その後マスクパ
ターンの露光（ホログラム再生）を行うものとなってい
る。

【００２１】即ち、同じマスクから同じホログラム記録
媒体に形成されたマスクパターンホログラムとアライメ
ント用ホログラムとを各々再生すると、その再生像はマ
スク上のパターンとアライメントマークとの相対位置関
係を維持して個々の像が形成される。これを利用して、
ウエハ上におけるアライメントマーク形成位置でのアラ
イメントマーク再生像の再生状態が適正となるように、
ホログラム記録媒体とウエハとの相対位置関係を調整す
ることにより、マスクパターン露光に対するウエハとホ
ログラムとのアライメント工程が適正に行えるものとな
る。

【００２２】一例を挙げて説明すると、少なくともアラ
イメントホログラムの再生像がウエハ面上に正確にピン
ト合わせされて再生されている状態は、ホログラムとそ
の再生像形成位置との適正ギャップの位置（Ｚ方向の相
対位置）にウエハが配置されていることが認識されるの
で、これによりウエハとホログラムとの相対位置関係に
おけるギャップの位置合わせが行える。

【００２３】さらに、ウエハ上でのアライメントパター
ン像形成位置に所定のウエハマークを設け、このウエハ
マーク上でのアライメントホログラム再生像の再生状態
を検出することにより、これらの相対位置関係を調整す
ることでＸ−Ｙ方向の相対位置検出（調整）も行えるも
のとなる。例えば、ウエハマークを介してアライメント
用ホログラムからの再生光を検出する手段を設ければ、
Ｘ−Ｙ方向の相対位置ずれが生じて再生光がウエハマー
クに照射されなければ、当該検出手段からは再生光は検
出できないので、これが検出されるようにウエハとホロ
グラムとの相対位置の調整を行えばアライメントが行え
る。

【００２４】なお、マスクにおけるアライメントマーク
とマスクパターンとの相対位置関係は、ウエハにおける
ウエハマークとマスクパターン露光位置との相対位置関
係と同様に構成されていることは言うまでもない。

【００２５】また、本発明は所定のプリズムを利用して
ホログラム記録媒体中での全反射光を用いてホログラム
を形成する方式を採用した所謂全反射ホログラフィを用
いた露光方法及び装置に適しているが、他の方式のホロ
グラフィ技術を用いた露光方法及び装置に応用すること
も可能である。

【００２６】本発明におけるホログラフィ技術を応用し
たアライメント手段の作用を概説する。先ず、マスクの
アライメントマークに基づいてアライメント用のホログ
ラムマークを形成し、このホログラムマーク像の再生光
を相対位置検出のための検出光として利用する。さら
に、この再生光からなる検出光をウエハ上に設けたウエ
ハマークへ照射すると共に、ウエハマーク上での照射状
態（アライメントマーク像の再生状態）をウエハマーク
を透過し、或いは反射した光束を検知することにより検
出する。そして、このウエハマークからの検知光により
ウエハとホログラム（記録媒体）との相対位置ずれ状態
を検出し、更にこれらの相対位置関係の調整（修正移
動）を行うことによりアライメントが行われる。

【００２７】アライメント作業においては、ホログラム
とウエハとの相対位置ずれ情報の検出の際に、ホログラ
ムマークからの再生光（回折光）を検査光として用いて
いるが、この再生光は所定の結像位置に集光する結像光
束である。このため、ウエハ面上におけるアライメント
マークの再生状態は、この再生光の集光状態（結像状
態）を検知することにより検出できる。従って、マスク
上のアライメントマークと対比した位置に設けられたウ
エハ上のウエハマークを介し、前記再生光の集光状態を
検知することで、ウエハとホログラムとの相対位置ずれ
状態が検出できるものとなる。

【００２８】このように、本発明ではホログラフィ技術
を応用し、ホログラムでの回折光の回折方向等の特性
や、ホログラム再生における像形成（再生光）の特性を
利用して、ウエハとホログラム（記録媒体）との相対位
置関係に基づく検出光の波面、強度等の状態（変化）を
検出することで、これらの相対位置関係を計測するもの
である。そして、この計測結果に基づいて相対位置関係
の調整を行うことにより正確なアライメントが行われ
る。

【００２９】このように、本発明は、ホログラフィ技術
を応用して回折光等を用い、これらの強度等の検出結果
を用いてアライメントを行なうものであるため、パター
ン自体を観察するものではない。このため、従来技術の
ようなパターン観察光学系は必要とせず、アライメント
用のマークを微細なものとすることができ、しかもアラ
イメント精度の向上を図ることができる。

【００３０】これは、ホログラムマークによる回折光
（再生光）を相対位置検出のための検査光として用いる
ので、多重反射や乱反射等の影響を受けにくく、検査光
自体がノイズの少ないものとなるためである。さらに、
ウエハマークからの検出精度を考慮すれば、ウエハマー
クの構成も、前記再生光の照射により所定の回折光が得
られるものとすることが好ましく、ウエハマークで回折
された検知光を用いることでさらに検出精度の向上を図
ることができるものとなる。

【００３１】一方、ウエハマークからの前記再生光の検
出には、ウエハマークによる前記再生光の照射により生
ずる透過光（透過回折光を含む）、若しくは反射光（反
射回折光を含む）を検出するが、ウエハを構成する基板
部材（透明か否か）や検出系の配置構成などにより何れ
かを選択すれば良い。例えば、ガラス基板を用いたウエ
ハの場合には、ウエハマークとして基板上に電子線描画
されたマークを用いれば、このマーク近傍を透過した透
過光、若しくはこのマークによる透過回折光等を検出す
る検出系を設ければ良い。

【００３２】ところで、本発明に使用されるアライメン
トマーク等は、例えば使用する光源（からの選択光束）
の波長による焦点距離をギャップに合わせたゾーンプレ
ート形状（ゾーンプレートは同心円状のものでもリニア
状のものでもよい。）のマークを使用することが好まし
い。即ち、ゾーンプレート形状のアライメントマーク
や、ウエハマーク、或いはホログラフィックゾーンプレ
ート（ホログラムマーク）等を使用すると、アライメン
ト動作における検査光に所定の収束光もしくは発散光と
なる回折光を利用することができる。

【００３３】このように、相対位置検出の際にホログラ
ム或いはゾーンプレート等による回折作用を利用して回
折光のみを検出することで、ウエハやホログラム記録媒
体での多重反射等によるノイズ光の影響等を排除できる
と共に、収束（結像）点等の検知手段を応用して相対位
置検出が容易且つ正確に行なえるものとなる。

【００３４】ここで、ウエハとホログラムとの相対位置
検出手段に関し、一例を示して説明する。ホログラフィ
技術では、ホログラムに対して再生波を照射すると、ホ
ログラムからの再生光（回折光）はその結像位置に集光
されて再生像を形成する。そして、ウエハ面上に正確に
ピント位置合わせされてホログラム再生像が形成されて
いれば、形成された像における集光状態が最も密の状態
となる。

【００３５】このため、仮にギャップ検出のみを考慮す
れば、例えばウエハ面での再生像からの検出強度が最大
となるのが、前記再生光がウエハ上に正確に結像（集
光）している場合である。この状態は、ギャップがピン
ト位置に正確に位置決めされている状態であるため、当
該強度が最大となる様にアライメント動作を行えば正確
なギャップの位置合わせ作業が行なえることとなる。一
方、ｘｙ方向のアライメントに関しては、例えばｘ方向
やｙ方向にライン上にマークを配設し、これらの相互の
位置検出により位置合わせが行なえる。

【００３６】さらに、従来の露光投影装置等の方式とし
て知られている位置検出手段やアライメント手段と概ね
同様な方式を応用することも可能であるが、ホログラフ
ィを応用する点で従来の方式とは異なるものとなる。ま
た、これらのウエハマークの配置や形状、前記再生光の
走査等（例えば、メカ的な移動走査や微小振動スキャン
等）で相互の位置関係が検出できると共に、該検出結果
に基づいて相対位置調整を行うことで正確なアライメン
ト作業が行なわれる。

【００３７】このように、本発明に係るホログラフィ露
光方法及び装置は、上記のようなアライメント手段を有
しているため、容易且つ正確な位置合わせが行なえるの
で、当該アライメント作業を短時間で行なえると共に、
正確な相対位置関係を保持した状態で所定のパターンの
露光作業を行なえるので、複数のパターンの重ね合わせ
露光が正確且つ確実に行なえる。

【００３８】さらに、マスクの所定パターンのホログラ
ムと同様にホログラム記録媒体上に作製されたホログラ
フマークを相対位置検出に利用しているため、例えばホ
ログラム収縮などによるホログラムの変形によって引き
起こされる結像位置の変化はマスクパターン部分と共通
となる。このため、マスクパターンのホログラムに対す
る再生像の結像位置が変化しても、ホログラフムマーク
の再生像の結像位置も同様に変化しているため、ホログ
ラム変形に対する結像位置の変化は自動的に補正される
ものとなっている。

【００３９】以下、本発明の作用について各請求項ごと
に個別に説明する。まず、請求項１に記載した発明で
は、ホログラフィ技術を用いた露光方法において、マス
クパターンのホログラム形成後、再生像の形成による露
光に先立って、ウエハとホログラム（記録媒体）との相
対位置関係を調整するアライメント工程を行うが、ここ
にもホログラフィ技術を応用している。

【００４０】本発明では、まず、マスクに形成された所
定形状のアライメントマークからの回折光を物体波とし
てホログラム記録媒体にアライメント用のホログラムマ
ークを記憶させる工程を行う。なお、本発明ではアライ
メントマークに基づいてホログラム記録媒体に形成され
たホログラムをホログラムマークという。

【００４１】この工程により、マスクの所定位置に設け
られたアライメントマークに対するホログラムをホログ
ラムマークとしてホログラム記録媒体に形成（記録）す
る。アライメントマークは、マスクの所定のパターン
（回路パターン等）に対して予め定められた位置関係に
定められている。そして、マスクの所定のパターンに対
するホログラムも、同時に（或は別個の作業で）ホログ
ラム記録媒体に記録される。別個に行う場合には、マス
クとホログラム記録媒体との相対位置関係が変わらない
状態で各々のホログラム形成を行う。そして、これらの
ホログラムを再生するとアライメントマーク像とマスク
パターン像との位置関係は、マスク上における位置関係
と同様になる。

【００４２】次いで、マスクをウエハと交換した後、前
記マスクパターン像の再生に先立って、ウエハとホログ
ラム（記録媒体）との相対位置関係を調整するアライメ
ントを行う。ここでは、ホログラム記録媒体に形成され
たホログラムマークに再生波を照射して得られる前記ア
ライメントマーク像の再生光によりウエハ面を照射する
と共に、ウエハ面上に設けられたウエハマークで反射又
は透過された検出光を検出する。

【００４３】この再生波は、ホログラムマーク形成時の
参照波と共役なものであればよく、この再生波の照射に
よりホログラムマークで回折された光束（再生光）は、
ホログラム形成時のアライメントマークの位置と同じ位
置にアライメントマーク像を再生する様に進行する。

【００４４】前述したように、ホログラムマークからの
再生光によりウエハ面を照射するに際し、その照射状
態、即ちウエハ面上での再生像の結像状態を検出するこ
とで、ウエハとホログラム（記録媒体）との相互の位置
関係が検知できる。そして、本発明では、相対位置関係
検出のためにウエハマークを設けているため、前記再生
光によるウエハマークへの照射状態を検出することで、
ギャップのみならずｘｙ方向の相対位置検出等も可能と
している。

【００４５】ウエハマークへの前記再生光の照射状態の
検出は、この再生光の照射によりウエハマークで反射又
は透過された検出光を検出する工程により行なう。即
ち、本発明では、ホログラムマークからのホログラム像
の再生光（回折光）をウエハとホログラムとの相対位置
検出のための検査光として利用する。

【００４６】そして、ホログラムマークからの再生光に
よりウエハマークが正確に照射される状態、即ち、アラ
イメントマーク像がウエハマーク上に正確に形成される
状態が検出できれば、ホログラム（記録媒体）とウエハ
との相対位置決めが正確であることが認識されるが、そ
うでない場合には位置決めに誤差が生じていることとな
る。

【００４７】このため、このウエハマーク検出光を検出
すると共に、該検出結果に基づいてホログラム記録媒体
とウエハとの相対位置ずれ情報（状態）を検出し、これ
に基づいてウエハとホログラム（記録媒体）の相対位置
関係を補正する工程を行う。即ち、当該検出結果から、
ホログラム記録媒体とウエハとの相対位置ずれ（相対位
置関係）が検出できるので、この検出結果に基づいてホ
ログラム記録媒体とウエハとの相対位置の調整を行う。

【００４８】ここで、請求項２に記載した発明では、請
求項１に記載したホログラフィを用いた露光方法におい
て、前記ウエハマークで反射回折又は透過回折された検
出光を検出することを特徴とする。この発明では、ウエ
ハマーク自体が再生光の照射により回折光が生じる構成
とすることで、前記位置ずれ情報の検出の際に検出手段
による検出光も回折光となる。そして、ウエハマークに
対して再生光が予め定められた照射条件（ウエハとホロ
グラムとの相対位置関係）を満足する場合には正確な回
折検出光が得られるが、相対位置ずれが生じていると正
確な検出ができないものとなり、これを利用して相対位
置ずれ情報を得る。

【００４９】ここで、本発明に使用されるマスクに形成
されるアライメントマークとしての一例を示すと、ピン
ホールもしくはスリットからなるものが考えられる。即
ち、アライメントマークからの透過回析光が発散光とな
るような形状であり、この透過回折光を物体波としてホ
ログラムを形成すれば、ホログラムマークとして所謂ホ
ログラフィックゾーンプレートがホログラム記録媒体に
記録される。

【００５０】例えば、ピンホールからなるアライメント
マークを使用した場合には、同心円状のホログラフィッ
クゾーンプレートが形成され、スリットからなるものの
場合には帯状の領域に縞状のパターンからなるホログラ
フィックゾーンプレートが形成される。そして、これら
のホログラムマークからの再生光は、結像点に収束する
回折光となる。

【００５１】逆に、物体波として収束回折光を利用する
ことも考えられる。この場合には、アライメントマーク
としてゾーンプレート形状のもの（アライメントゾーン
プレート）を用い、ここからの焦点位置に収束するよう
な収束回折光でホログラム記録媒体を照射する。この物
体波によりホログラムを形成すると、例えば同心円状の
アライメントゾーンプレートを使用すれば、やはり同心
円状のホログラムマークが形成され、リニア状のアライ
メントゾーンプレートを使用すれば、リニア状のホログ
ラムが形成される。

【００５２】さらに、アライメントゾーンプレートの使
用波長による焦点距離をギャップ間隔と等しくすること
で、ホログラム形成時の物体波はホログラム記録媒体位
置に収束する物体波となり、ホログラムマークもライン
状若しくはドット状のものが形成される。

【００５３】次に、いわゆるアライメント工程では、ホ
ログラムマークに再生波を照射して得られる回折光であ
って、前記アライメントマークの像を再生する再生光を
検出光に利用する。前述したように、この再生光により
ウエハ面上に設けられたアライメントマークが正確に照
射されていることが検出できれば、相対位置の検出が行
なえることとなる。そして、この検知情報に従ってウエ
ハとホログラム記録媒体との相対位置を補正し、この状
態で所定のパターンからのホログラム像を形成すること
で、マスクの所定のパターンをウエハ上に正確に再生
（露光）することができる。

【００５４】この工程では、例えば先の工程で作成した
ホログラフィックゾーンプレートからなるホログラムマ
ークに再生光を照射することで、アライメントマークの
像（例えばピンスポット）をウエハマーク上に再生させ
る。ここで、ウエハマークとして所定の回折光が得られ
るもの、例えば回折格子等を使用すれば、検出時にはウ
エハマークからの一次回折光等を所定の角度状態を保っ
て検出することで、ウエハマーク上への再生光の照射状
態（再生状態）が検知できる。

【００５５】これは、アライメントマークの再生像とウ
エハマークとの重ね合わせによる位置合わせを行うと同
時に、ウエハマークから生じる回折光の回折方向や強度
などからギャップ等の相対位置ずれ情報をも検出するも
のとなる。換言すると、本発明ではウエハマーク上にア
ライメントマーク像が正確に再生されているか否か、或
いはそのずれの状態を回折光の特性を利用して検知する
ことにより、ウエハとホログラムとの相対位置関係を検
出し、この検知情報に従って相対位置の補正を行なうも
のである。

【００５６】従って、Ｘ−Ｙ方向の位置ずれが生じ、前
記再生光はウエハ面を照射するが、ウエハマーク自体と
ずれている場合には検出光が得られず、ウエハマーク面
を照射している場合でもギャップやｘｙ方向の位置ずれ
を生じている場合には、正確に位置合わせされた状態に
比べて検出光の強度や波面等が異なるものとなる。この
ため、この検出光の状態を検出することにより、ホログ
ラム（記録媒体）とウエハとの相対位置関係が検出され
る。

【００５７】次に、本発明に係るホログラフィを用いた
露光方法を実施する装置について以下に説明する。以下
の発明では、いわゆる全反射ホログラフィを利用した露
光装置に応用したものを示しているが、本発明に係る方
法はこれに限定されるものではなく、他の方式によるホ
ログラフィを利用した露光装置にも応用できるものであ
る。

【００５８】請求項３に記載した発明にかかる装置は、
所望のパターンが形成されたマスクからの回折光を物体
波とし、これと参照波とを干渉させてホログラム記録媒
体にホログラムを記録した後、前記参照波と共役な再生
波をホログラムに照射して前記マスクに代えて配置され
たウエハ上にマスクパターンの像を再生させることによ
り、マスクのパターンをウエハに転写させるホログラフ
ィを用いた露光装置であり、ホログラフィを応用したア
ライメント手段を備えている。

【００５９】まず、アライメントマークからホログラム
マークをホログラフィにより形成するための光源とし
て、コヒーレント光束を発生させるコヒーレント光源を
備えている。この光源は、マスクパターンのホログラフ
ィ（形成記録並びに再生露光）に使用するものと共通の
ものを流用して使用しても、これとは別に異なる手段
（波長も含む）によるものでも良い。

【００６０】マスクパターン用の波長と異なる波長のも
のを使用する場合には、ホログラム記録媒体には反応す
るが、ウエハ（レジスト）には反応（感光）しない波長
のものアライメント用の光束として使用することが好ま
しい。即ち、ホログラム記録媒体へのホログラムマーク
の形成には、ホログラム記録媒体に対して感応性のある
波長のものであればホログラムは形成できるので、必ず
しもマスクパターン用の波長と同一のものでなくてもよ
い。そして、ホログラムマーク形成時と同じ波長の光で
再生すればアライメントマーク像は正確に再生されの
で、これを利用すればアライメントも正確に行える。

【００６１】ここで、アライメント作業はマスクパター
ンのホログラム転写に先立って行われるため、マスクパ
ターン再生（形成）と同じ波長の光でアライメント作業
を行うと、ウエハのレジストが感光してしまう問題があ
る。これを避けるには、アライメントマークの再生の際
の光（回折光等）がマスクパターンの再生（領域）に影
響を与えないように、例えばマスクのアライメントマー
クの形成位置をパターンの形成位置から空間的に充分離
すか、あるいはアライメント時にウエハの必要部分を隠
すカバー手段等が必要となる。

【００６２】次に、前記光源からのコヒーレント光束を
利用して、物体波照射光学系と参照波照射光学系とによ
り、アライメントマークからのホログラムがホログラム
マークとして形成される。ホログラムマーク形成時に
は、マスクに形成されたアライメントマークが、例えば
ピンホールから構成されているものであれば、物体波照
射光学系の光束がアライメントマークを照射すると、こ
こからの透過回折光が放射状の発散光（物体波）となっ
てホログラム記録媒体を照射する。一方、参照波照射光
学系によりホログラム記録媒体の物体波の照射位置にコ
ヒーレント光束が照射される。そして、これらの相互の
光の干渉作用によりホログラム記録媒体にホログラムが
形成される。なお、この場合のホログラムマークは、ホ
ログラフィックゾーンプレートとなる。

【００６３】また、マスクに形成されたアライメントマ
ークがゾーンプレート状のものである場合には、このア
ライメントマークからの収束光がホログラム記録媒体を
照射する位置にホログラムマークが形成される。例え
ば、ギャップ間隔を焦点距離とするリニア状のゾーンプ
レートをアライメントマークとした場合には、ホログラ
ム記録媒体上に収束する物体波が得られるので、直線状
の所謂リニアホログラムからなるホログラムマークが形
成される。

【００６４】このように、マスクには予め所望のパター
ン（マスクパターン）と共にアライメントマークが形成
されており、ホログラム記録媒体に対してマスクを固定
した後、アライメントマーク及びマスクパターンからの
ホログラムの形成工程が行われる。これらの工程は、同
時に行われても別々に行うものでも良いが、いずれの場
合にもホログラム記録媒体に対してマスクの相対位置関
係が同一の状態であることが肝要である。さらに、必要
に応じてマスクパターンのホログラムと同様にホログラ
ムマークの定着作業等が行われる。

【００６５】次に、ホログラム形成時に使用したマスク
の位置に、露光対象となるウエハをマスクと交換して装
着し、ウエハとホログラム（記録媒体）との相対位置関
係の検出並びに調整等のアライメント作業を行なう。本
発明にかかる装置では、再生波照射光学系により、アラ
イメントマーク像の再生光を得て、当該再生光を相対位
置検出のための検査光として利用する。そして、アライ
メントマークの再生光によりウエハ面を照射し、ウエハ
上に形成されたウエハマークへの照射状況を結像検出手
段により検出することにより、該検出結果から相対位置
検出手段によりウエハとホログラムとの相対位置関係を
検出する。

【００６６】言うまでもなく、本発明においてもアライ
メントマークとマスクパターンとの位置関係は、ウエハ
マークとマスクパターン転写領域との位置関係と予め整
合されており、ウエハマークへのアライメントマーク再
生光の照射状況、言い換えればアライメントマーク像の
再生状態を検出することで、相対位置関係が検知できる
ものとなる。

【００６７】一例を示せば、前述したピンホールからな
るアライメントマークを使用した場合には、ホログラム
マークとしてホログラフィックゾーンプレートが形成さ
れており、このホログラムマークに再生波を照射すれば
そこから正規のピント位置に収束（結像）する再生光が
得られる。従って、この再生光によりウエハ面を照射し
た場合に、ウエハマーク上の所定位置に正確なピンスポ
ットとして再生光が収束（結像）していれば、相対位置
関係が正確に位置合わせされたことが検知できるもので
あり、ピンスポットの収束状況や位置を結像検出手段に
より検出し、ここからギャップやｘｙ方向の位置ずれ等
の相対位置ずれ情報が検知できるものとなる。

【００６８】ところで、この結像検出光を検出する際に
は、結像検出手段によりウエハマークから反射された、
或いは透過した結像検出光を検出することにより行なう
が、ウエハの基板自体の材質や構造等により何れかを選
択して使用すればよい。また、アライメントマークやウ
エハマークとして回折光を生じさせるもの、例えばゾー
ンプレート状のもの等を使用する場合には、透過回折光
や反射回折光を検知するものとしてもよい。

【００６９】請求項４に記載した発明では、前記ウエハ
マークが前記アライメントマーク再生光の照射により回
折光が生じる構成であり、前記結像検出手段がこのウエ
ハマークで反射回折又は透過回折された結像検出光を検
出するもので有ることを特徴とする。

【００７０】このため、結像検出手段では、例えば回折
格子状のウエハマークを使用し、ここからの一次回折光
等の回折強度の強いものが得られるように構成すれば、
検出光以外のノイズ光等の影響が防止できるものとな
り、ウエハとホログラムとの相対位置ずれが生じていれ
ば回折角度の変化や強度変化等が生じるので、これらを
検出することで相対位置ずれ情報が検知できる。

【００７１】さらに、請求項５に記載した発明では、前
記ウエハマークが回折格子形状もしくはゾーンプレート
形状のマークからなることを特徴とする。回折格子状の
ウエハマークを使用する場合には、ここからの一次回折
光等の回折強度の強いものを検出することとなる。

【００７２】一方、ゾーンプレート状とした場合には、
アライメントマークも同様なゾーンプレート状のものを
用いることが望ましい。即ち、アライメントマークと同
様の構成のゾーンプレートからなるウエハマークし、相
対位置関係が正確に位置合わせされていれば、アライメ
ントマーク像はマスクマークに正確に重ね合わせがなさ
れる。

【００７３】ここで、マスクマークがゾーンプレート上
に構成されていれば、アライメントマークの再生光はマ
スクマークで回折されて平行光となる。即ち、平行光を
ゾーンプレートに照射した場合の光路の逆光路を再生光
が進行することとなる。したがって、このウエハマーク
からの回折光の平行度等を検出することにより、ウエハ
とホログラムとの相対位置ずれ情報が検知されることと
なる。

【００７４】さらに、請求項６に記載した発明では、前
記相対位置検出手段による検出結果に基づいて、前記ホ
ログラム記録媒体と前記ウエハとの相対位置関係を修正
する補正手段を備えているが、この補正手段によりウエ
ハとホログラム（記録媒体）との相対位置関係の調整が
自動的に行われアライメントが完了する。

【００７５】即ち、この補正手段により、ウエハとホロ
グラム（記録媒体）との相対位置づれ情報に基づいて、
これらが正確に位置合わせされるようにウエハとホログ
ラム記録媒体とを相対移動させることによりアライメン
トが完了する。その後、マスクパターンのホログラムを
再生することにより、マスクパターン像が正確にウエハ
の被露光領域に形成されるものとなる。

【００７６】この最後のアライメントの調整作業を行う
補正手段は、少なくともウエハの固定位置を調整できる
ものであれば良く、先の検出結果に基づいてギャップ
や、ＸーＹ方向の固定位置等を、好ましくはウエハの周
辺部の複数位置で調整できるものであればよい。なお、
ホログラム記録媒体並びにウエハとの双方の固定位置の
修正ができるものでもよい。

【００７７】以上説明した様に本発明によれば、ウエハ
とホログラムとの相対位置関係におけるギャップやＸ−
Ｙ方向の位置ずれ情報並びにその修正が行えるが、これ
らの相対位置関係の検出を、例えばウエハの複数の位置
で行う（ウエハマークを複数に設ける）ことにより、ウ
エハとホログラムとの傾き（チルト）や傾き等の位置ず
れ譲歩が検出できると共にこれらの修正も行える、

【００７８】なお、作業効率を向上させるために、先の
ホログラム形成工程におけるギャップを予め計測してお
き、この計測値に従ってウエハの概略アライメントを行
ってくことが好ましい。この場合であっても、例えばホ
ログラム変形などが生じていればピント位置が計測値と
異なることになるが、本発明のアライメントを行うこと
で計測値からの補正が行われた正確なピント合わせが行
われる。

【００７９】

【実施例】以下、実施例を通じ本発明をさらに詳しく説
明する。なお、以下の実施例は全反射ホログラフィを利
用した露光方法及び装置に本発明を応用したものについ
て説明しているが、これに限定されるものではなく、他
の方式のホログラフィに応用することも可能である。

【００８０】先ず、図５を用いて本実施例に係るホログ
ラフィを利用した露光装置の概略構成を説明する。この
露光装置では、断面直角二等辺三角形のプリズム１０２
を利用し、その短辺側を水平な上面として、その上部に
ホログラム記録媒体１０１を配置固定する構成である。
さらに、その上部には所定のギャップ（１００μｍ程
度）を開けてマスク１０３が、固定手段１０６により支
持されて固定されている。ホログラム記録媒体１０１の
ホログラム記録層には、現像が不要なフォトポリマー等
を用いている。マスク１０３には、所望の回路パターン
（図示せず）とギャップ検出用のアライメントマークと
が電子線描画されている。

【００８１】固定手段１０６は、ホログラム形成時には
マスクを載置するが、アライメント作業時及び露光作業
時にはこのマスクをウエハに交換して支持固定するもの
であり、マスクやウエハを複数の位置で支持すると共に
個々の支持位置において固定状態が可変となる様に構成
されており、傾きや回転等を含めて横方向（ｘｙ方向）
と縦方向（ギャップ）に固定位置を移動可能に構成され
ている。

【００８２】一方、この実施例では回路パターン用のコ
ヒーレント光束（波長λ₁ ）と、アライメントマーク用
のコヒーレント光束（波長λ₂ ）とを生じさせる光源
（図示せず）を備えている。本実施例ではＡｒレーザか
らの出射光束を波長分割して二つの波長の光束を取り出
しているが、別個の光源を用いてもよく、場合によって
は同一波長の光束を用いてもよい。

【００８３】アライメントマークからのホログラムを形
成するには、互いにコヒーレントな光束（波長λ₂ ）で
ある参照光Ａと物体照明光Ｂとを夫々ホログラム記録媒
体１０１の裏面側からとマスク原盤３の上面側から導く
ように光源手段を構成すればよい。この実施例では、不
図示のＡｒレーザからの出射光束から波長選択された光
束（波長λ₂ ）を適当な比率で振幅分割した後、それぞ
れビームエキスパンダー（図示せず）で、平行光束であ
る参照波Ａと物体照明光Ｂに変換している。

【００８４】物体照明光Ｂによってマスク１０３上のア
ライメントマークを照明すると、裏面側から透過回折光
による物体波Ｃが生成され、ホログラム記録媒体１０１
に入射する。これと同時に参照波Ａをプリズム２側から
ホログラム記録媒体１に入射させ、先の物体波Ｃの照射
領域に導くと共にホログラム記録媒体１０１内部で全反
射させることにより、これら２つの光がホログラム記録
媒体１０１内において互いに干渉し、ホログラムマーク
が記録（形成）される。

【００８５】ここで記録されたホログラムマークを再生
させるには、参照波Ａと共役な平行光を再生波として入
射させればよく、これを再生波Ｄとする。図５に示すよ
うに、参照波Ａがプリズム１０２から出射する経路を逆
向きに入射する同一波長の光束を、プリズム１０２の長
辺側から入射させて内部で一度全反射させた後、ホログ
ラム記録媒体１に入射させることによって再生波Ｄが得
られる。この再生波Ｄがホログラムマークに照射される
と。再生光としてマスクのアライメントマークの位置に
集光（結像）する光束が得られる。

【００８６】マスク１０３に形成された回路パターン
（図示せず）は、このホログラムマークを記録したマス
クとホログラム記録媒体の相対位置関係と同じ状態にお
いて、パターン用の参照光学系及び物体光学系を用いて
パターンホログラムとしてホログラム記録媒体１０１に
記録する。

【００８７】回路パターン用の光束は、不図示のＡｒレ
ーザからの出射光束を波長選択したパターン用光束（波
長λ₁ ）を適当な比率でハーフミラー１１０により振幅
分割した後、それぞれビームエキスパンダー１１１ａ，
１１１ｂで、平行光束である参照波Ａ₂ と物体照明光Ｂ
₂ に変換され、さらに、波長λ₂ を透過し波長λ₁ を反
射するダイクロイックミラー１１２ａ，１１２ｂで反射
されて、各々ホログラム記録媒体１０１並びにマスク１
０３に導かれる。

【００８８】物体照明光Ｂ₂ は、マスク１０３の回路パ
ターン形成領域を照射し、回路パターンによる透過回折
光（物体波）によりホログラム記録媒体１０１を照射す
る。この物体波照射領域に、ホログラム記録媒体１０１
の裏面側から参照波Ａ₂ を照射すると共に内部で全反射
させ。これらの光束の干渉により回路パターンに基づく
パターンホログラムが形成される。

【００８９】次に、マスク１０３を取り外し、同じ位置
にウエハを装着してウエハへの露光作業を行なう。ウエ
ハへの露光は、ウエハとホログラム（記録媒体１）との
ギャップ検出並びにｘｙ方向の位置合わせ等によるアラ
イメント作業をした後に、パターンホログラムの再生像
をウエハのレジスト上に形成して、回路パターンをレジ
ストに露光（転写）するという手順で行なわれる。

【００９０】ここで、回路パターンをホログラムとして
記録するための照明光波長（再生光の波長と同一波長、
本実施例ではλ₁ ）は、ウエハに塗布するレジストが感
光するものを使用し、アライメント用のホログラムマー
クの記録（及び再生）は、レジストに感光しない波長領
域の光（本実施例ではλ₂ ）を使用して行なうのが望ま
しい。

【００９１】このように記録した２種類のホログラムを
各々の記録波長と同一波長で再生すれば、アライメント
作業中にレジストに対して不必要な露光（感光）を引き
起こすことはなくなる。また、アライメント用の光束を
回路パターン用のそれと同一波長のものを使用する場合
には、相互のマークを空間的に充分分離するか、或いは
アライメント作業中にウエハの回路パターン転写領域を
覆う遮蔽手段等の対策を考慮する必要がある。

【００９２】なお、ホログラムマークを記録するときの
アライメントマークへの照明光は、光源からの光束をビ
ームエキスパンダーで広げた平行光束として説明した
が、対物レンズで集光させた光でアライメントマークを
照明し、照射光の効率を上げることも可能である。

【００９３】次に、本発明のアライメント手段につい
て、個別の実施例に基づいて図面を用いて説明する。図
１及び図２では、本発明に係るアライメント手段の第一
の実施例を説明する。この第一実施例では、アライメン
トマークとしてスリットからなるアライメントスリット
３１がマスク３に設けられている。

【００９４】アライメントスリット３１に物体照明光Ｂ
を照射すると、そこからの透過回折光は発散円筒波（物
体波）Ｃ₁ となってホログラム記録媒体１を照射する。
そして、ホログラム記録媒体１の裏面側からは、参照波
Ａが発散円筒波Ｃ₁ の照射領域に照射されると共に内部
で全反射され、これらの光束が干渉することによりホロ
グラムマークとしてリニア状のホログラフィックゾーン
プレート４１が形成される。

【００９５】次いで、このマスクとホログラム記録媒体
との相対位置関係を保ったまま、回路パターンのホログ
ラムをホログラム記録媒体に形成する。なお、必要に応
じてこれらのホログラムの定着露光等を行なう。そし
て、マスク３とウエハ５を交換し、マスク３の配置され
ていた位置に概略アライメントされた状態でウエハ５を
保持手段６により配置する。この概略アライメントは必
ずしも必要ではないが、スループットの向上を考えると
従来と同様の方式で行なうことが望ましい。

【００９６】保持手段６は電気的に駆動可能な構成とな
っており、載置したウエハ５等を水平方向（ｘ−ｙ方
向）と鉛直方向（ｚ方向）とに移動できるものであり、
制御手段（図示せず）によりここの保持手段の移動方向
及び移動量が調整される。本実施例では、ホログラム記
録媒体１を固定した状態で、ウエハ３の支持位置を変え
る事によって相対位置関係を調整しているが、ウエハと
ホログラムとの相対位置関係（ギャップ並びにｘ−ｙ方
向等）を調整できるものであればこの方式に限定される
ものではない。

【００９７】ウエハ５は、既に一度以上のパターニング
が行なわれており、ウエハマークとしてアライメント用
の回折格子からなる格子マーク５１が設けられている。
格子マーク５１の配設位置は、ウエハ５上の回路パター
ン形成領域に対して、マスク３上の回路パターンとアラ
イメントスリット３１との位置関係と同じ位置関係とな
る様に配設されている。

【００９８】ホログラフィックゾーンプレート４１に再
生波Ｄ₁ を照射すると、ここで回折された再生光Ｅ₁
は、先のマスク（のアライメントマーク）の位置に収束
する光束となって、アライメントマークの再生像を形成
する。

【００９９】ここで、再生光Ｅ₁ の収束位置に格子マー
ク５１があると、再生光Ｅ₁ は格子マーク５１で反射回
折されて検出回折光Ｆ₁ が得られる。この実施例では、
格子マーク５１として反射型の回折格子を応用している
ため、検出回折光Ｆ₁ は格子マーク５１で反射回折され
た後、ホログラフィックゾーンプレート４１を透過し
て、プリズム２に入射して内部で全反射した後、不図示
の検出手段に入射することとなる。

【０１００】検出回折光Ｆ₁ は、ウエハ５が正確にアラ
イメントされた状態において最大の強度が得られるもの
であり、ウエハ５がｘｙ方向にずれている時、もしくは
ギャップが正しい状態でない（ｚ方向のずれ）場合には
弱くなる。即ち、再生光Ｅ₁が格子マーク５１に正確に
照射されない状態は、ｘｙ方向に位置ずれが生じている
状態であり、この場合には検出回折光Ｆ₁ は検出できな
い。また、ギャップが正しい状態の場合には、再生光Ｅ
₁ が正確に格子マーク５１上に収束する場合であるため
反射回折光の強度が強くなるが、ギャップが不正確であ
ると格子マーク５１上に収束せずスポットがぼやけた状
態となるので、反射回折光の強度も弱くなる。

【０１０１】従って、検出回折光Ｆ₁ の強度が最大とな
る様に制御手段により保持手段６を駆動させることでア
ライメントを行なう。ここで、一つの格子マーク５１か
らの検出回折光のみを検出するものであれば、検出強度
のみからはその位置におけるギャップアライメントは正
確に行なえるものの、ｘｙアライメントや傾き、回転等
に対するアライメントは正確に行なえない。このため本
実施例では、図３に示す様に、ｘｙ方向に長手方向を有
するスリットからなるアライメントマークを用い、ウエ
ハマークとして複数の回折格子を適当な間隔を空けて配
設している（図２参照）。

【０１０２】さらに、これらをマスク（ウエハ）の複数
の位置に（本実施例では各コーナー部）配設している。
そして、個々の格子マーク５１からの検出回折光Ｅ₁ を
得ることにより、ｘｙ方向（マスクの回転等を含む）や
チルト等のアライメントをも同時に行なうものとしてい
る。

【０１０３】そして、回路パターンの露光は、上記のア
ライメントが完了した状態で、回路パターン用の再生光
学系を用いて、回路パターンのホログラムに再生波を照
射し、その透過回折光からなる再生光により、ウエハ５
上の回路パターン形成領域に回路パターンの再生像を形
成することにより行なう。この際に、先の露光で形成さ
れた他の回路パターンに対して、同時にもしくは別個に
形成されたウエハマークを基準にアライメントを行なっ
ているため、後の回路パターンを正確に重ね合わせ露光
ができるものとなっている。、

【０１０４】本実施例では、ウエハマークとして回折格
子を応用した格子マーク５１を用いており、その格子ラ
イン方向をアライメントマークのスリット方向とは異な
る（直交する）方向としている。このため、反射回折光
の方向がウエハ面での正反射光とは異なる方向に進むの
で、検出回折光Ｅ₁ に他の反射光等が含まれないため検
出ノイズの影響を排除できるものとなっている。

【０１０５】また、本実施例では反射型の回折格子をウ
エハマークとして用いているが、ウエハ基板が透過性の
もの（例えばガラス基板等）を使用する場合等には、透
過型のウエハマークを用いてもい。さらに、アライメン
トマークとして、本実施例のスリット状のものに変え、
ピンホールからなるものを用い、ホログラムマークとし
て同心円状のホログラフィックゾーンプレートを応用す
ることも可能である。この場合には、複数のピンホール
からなるアライメントマークを適当な配置関係を持たせ
て設けることが好ましい。

【０１０６】ピンホールからなるアライメントマークを
用いた場合には、ホログラフィックゾーンプレートによ
る回折光（再生光）は、マスクが置かれていた位置がピ
ント位置となるような収束光（ピンスポット光）に変換
される。この収束光束を、ウエハに塗布されたレジスト
表面又はウエハマークにおいて反射させ、或いはウエハ
に設けられたピンホールからなるウエハマークから透過
した後、当該反射又は透過検査光を検出する構成として
もよい。

【０１０７】また、アライメントマークやウエハマーク
にゾーンプレートを応用する場合には、図４に示す様
に、先のスリットに変えて複数配列されたゾーンプレー
トを設けてもよい。このようなゾーンプレートを応用し
た第二の実施例を、図６及び図７を用いて説明する。

【０１０８】この実施例では、アライメントマークとし
て同心円状のゾーンプレート形状の透過領域からなるア
ライメントゾーンプレート３３を用い、マスクマークと
してアライメントゾーンプレート３３と同一形状で反射
型のウエハゾーンプレート５３を用いる。そして、アラ
イメント時の検査光としては、後述する様に、ホログラ
ム再生波を利用し、ホログラム再生光のウエハゾーンプ
レート５３での反射回折光を検知光として用いる。

【０１０９】本実施例においても、マスク３ｂ上に形成
されたアライメントマークからのホログラム形成の方法
は上記実施例とほぼ同様である。ここで、本実施例では
アライメントマークとしてアライメントゾーンプレート
３３を用いているが、そのゾーンプレートの形状（構
成）は、使用する照明光の波長による焦点がギャップ間
隔より長いものとしている。即ち、アライメントゾーン
プレート３３で回折された収束球面波Ｃ₃ がホログラム
記録媒体１ｂ上に収束せず、ホログラム記録媒体を透過
した位置で結像（集束）するものとなっている。

【０１１０】このため、アライメントゾーンプレート３
３に物体照明光Ｂ₆ を照射すると、物体波として収束球
面波Ｃ₃ が得られるが、この収束球面波Ｃ₃ が収束する
途中でホログラム記録媒体を照射し、同じ位置に裏面側
から参照波Ａ₆ が照射され、これらの相互干渉によりホ
ログラムマーク４３が形成される。そして、この状態の
ままマスク３ｂの回路パターンに基づくホログラムを形
成し、その後、マスク３ｂを取り外し、ウエハ５ｂを保
持装置６ｂに装着する。

【０１１１】次に、アライメント作業時には、ホログラ
ムマーク４３からの再生光を利用してアライメントマー
クの実像をウエハマーク上に形成すると共に、ウエハマ
ークでの反射回折光を検知光として利用する。

【０１１２】図７に示すように、ホログラムマーク４３
に対し、参照波Ａ₆ に対して共役な再生波であるホログ
ラム照明光Ｄ₃ を照射すると、ホログラムで透過回折さ
れた再生光が発散光Ｅ₃ となってウエハ５ｂを照射す
る。この照射位置にウエハマークであるウエハゾーンプ
レート５３が正確に位置合わせされて存在すると、先の
発散光Ｅ₃ はウエハゾーンプレート５３により反射回折
されて、平行光束となって再びホログラム記録媒体１ｂ
に入射する。この反射回折光Ｆ₃ は、ホログラム記録媒
体１ｂを透過して、プリズム２ｂの長辺部で内部全反射
されて不図示の検出器に入射する。

【０１１３】ここで、反射回折光Ｆ₃ の検出強度は、先
の発散光Ｅ₃ と収束光Ｃ₃ との収束位置が一致した場
合、即ちウエハ５ｂが正確に位置合わせされた状態で最
大となり、ウエハ５ｂがｘｙ方向にずれた時、ギャップ
が正しくない場合は共に弱くなる。このため、この検出
結果に基づいて検出強度が最大となる様に保持手段６ｂ
を作動させる制御を行なうことによりアライメントが完
了する。

【０１１４】なお、これらの実施例においても透過型の
ウエハマークを使用できることは言うまでもない。例え
ば、ウエハがガラス基板から構成されている場合に
は、、透過型の回折格子またはゾーンプレートをウエハ
マークとして設け、検出系をウエハの上面側に配設する
ことで、これらの実施例と同様なアライメント作業が行
える。

【０１１５】以上の実施例においては検出手段を省略し
ているが、少なくとも検知光の強度が検出できるもので
あれば本発明に応用できる。但し、微小な位置ずれ等を
検知する場合には、検知光の光源手段にライン走査手段
や微小ふれ角振動走査手段等を組み合わせることによ
り、微小な位置ずれを検知できるものとなる。

【０１１６】また、検出手段は強度だけではなく、検知
光の波面等を検出することにより、相対位置ずれを検知
する方式を採用してもよい。例えば、図７に示す実施例
の様に検知光（回折光Ｆ₃ ）が平行光となった場合（位
置合わせされた状態）を検出するものは、その検知光の
平行からのずれを検知できるものであればよい。

【０１１７】この検出方法としては、スポット幅計測
法、非点収差法、斜入射法、ナイフエッジ法、フーコー
法、臨界角法などの方法（「最近の光接触による粗さ測
定法」O plus E 1985年４月号、ｐ７１）やスポット幅
計測法、斜入射法［Ｘ線リソグラフィー］が知られてい
る。本発明においてはこれらの何れを用いてもよく、検
知光の波面を検知できるものであればこれらに限定され
るものではない。

【０１１８】また、ギャップ検出のみを考えると、アラ
イメントマークやホログラムマーク並びにウエハマーク
にゾーンプレートを応用し、その透過又は反射回折光の
収束位置がウエハ面又はホログラム形成位置と一致する
ことを検出できるものであれば、ギャップ検出は可能で
ある。

【０１１９】これらの検出手段の一実施例を、図８〜図
１０を用いて説明する。この検出系の実施例は、図７に
示す実施例の検出系として用いられるのものであり、検
出する光束が平行光か否か等を検知する場合に応用でき
るものである。この実施例では、反射回折光Ｆ₃ の進行
状況を検出するものであり、ホログラム形成時の参照波
の進行方向（光軸）を基準として各部材が配置されてい
る。

【０１２０】ここで、ギャップに位置ずれが生じている
状態、即ち、デフォーカスしている状態では、反射回折
光Ｆ₃ は発散光又は収束光となる。一方、ギャップが正
確な状態で横ずれ（ＸＹ方向の位置ずれ）が生じている
場合には、反射回折光Ｆ₃ は平行光だが進行方向が変化
する。これらの波面の変化を非点収差法を応用して検出
する。非点収差法は、通常はオートフォーカスに用いら
れており、その原理をそのまま応用すればギャップ検出
が可能となる。

【０１２１】本実施例では、反射回折光Ｆ₃ は、シンド
リカルレンズ８１３を含む光学系により、その焦点位置
に配された四分割ディテクタ８１７に入射する。ここ
で、四分割ディテクタ８１７は、図９に示すように、Ｘ
−Ｙ方向に対応して受光部Ｋ₁〜Ｋ₄ に分割されてい
る。この実施例では、ウエハとホログラムとの相対位置
関係が正確な場合には、反射回折光Ｆ₃ は平行光となる
ので、四分割ディテクタ８１７の中央部に集光する光束
となり、各受光部Ｋ₁ 〜Ｋ₄ からの検出強度は等しくな
る。

【０１２２】一方、図１０に示すように、ギャップの位
置ずれが生じている場合には、楕円形状に変形して集光
され、隣り合う受光部の検出強度が異なるものとなる。
さらに、Ｘ−Ｙ方向の位置ずれが生じている場合には、
集光点が中心からずれることとなり、各受光部からの検
出強度が異なることとなる。

【０１２３】このように、ギャップ並びにＸ−Ｙ方向の
位置ずれに対応した集光状況の変化は図１０に示すごと
く現れることとなるので、これに対応した各受光部での
検出強度の変化状態を検出することで、ウエハとホログ
ラムとの相対位置ずれ状態が検知できるものとなる。

【０１２４】具体的には、ギャップが正しい時に四分割
ディテクタ８１７に入射する光束が円形になることを利
用し、四つの受光部Ｋ₁ 〜Ｋ₄ からの出力から、以下の
式に基づいて、数値Ｓを計算する。

【０１２５】Ｓ＝（（Ｋ₁ ＋Ｋ₃ ）−（Ｋ₂ ＋Ｋ₄ ））
／（Ｋ₁ ＋Ｋ₂ ＋Ｋ₃ ＋Ｋ₄ ） この数値Ｓが、Ｓ＝０となる場合が、正しいギャップに
なる。

【０１２６】一方、Ｘ−Ｙ方向の位置ずれが生じた時に
は、検出する波面の曲率は変わらずに進行方向に変化が
生ずるため、四分割ディテクタ８１７上のスポットの位
置が横ずれ方向に移動することとなる。この場合には、
以下の式で表される、Ｔ_X とＴ_Y が、夫々図中のＸ方向
とＹ方向の横ずれを表す信号となり、横ずれが生じてい
ない場合には、Ｔ_X とＴ_Y は夫々信号が生じない（Ｔ_X
＝Ｔ_Y ＝０）こととなる。

【０１２７】Ｔ_X ＝（（Ｋ₂ ＋Ｋ₃ ）−（Ｋ₁ ＋Ｋ
₄ ））／（Ｋ₁ ＋Ｋ₂ ＋Ｋ₃ ＋Ｋ₄ ） Ｔ_Y ＝（（Ｋ₃ ＋Ｋ₄ ）−（Ｋ₁ ＋Ｋ₂ ））／（Ｋ₁ ＋
Ｋ₂ ＋Ｋ₃ ＋Ｋ₄ ）

【０１２８】このように、本実施例では非点収差法を応
用した光学系を用い、四分割ディテクタからの出力信号
から、上記の各数値を求めることで、ウエハとホログラ
ムとの相対位置ずれ情報を検出し、これに基づいて相対
位置関係の調整を行うことによりアライメントを行う。

【０１２９】なお、上記実施例では、ギャップとｘｙ方
向の位置合わせを同時に行うものを説明したが、検出手
段の方式によって、検出強度のみではギャップのずれに
よるものかｘｙ方向の位置ずれによるものかの判断が難
しい場合には、ギャップ検出用の検出系を別途設けても
よい。さらに、ギャップ検出用の検出系を複数の位置
（例えば３点）で記録しておいて、ウエハのチルトを同
時に検出することも可能である。

【０１３０】さらに、アライメントマークやホログラム
マーク又はウエハマークとして、ピンホール（又は、同
心円状のゾーンプレート）やスリット（又は、リニア状
のゾーンプレート）を別個に説明したが、何れを選択す
るかは、マスクの回路パターンとアライメントマークと
のマスクに対する配置条件やウエハにおける配置条件等
を考慮して適時選択すればよく、複数のアライメントマ
ークを設ける場合にはこれらを混在させてもよい。

【０１３１】また、第二の実施例における検出系のダイ
ナミックレンジは、ゾーンプレートの大きさによって決
定される。このため、ゾーンプレートを大きくすれば相
対位置ずれが大きくてもずれの検出が可能になるので、
概略アライメントに用いることも可能である。そして、
その後に第一又は第二の実施例の検出手段等を用いて高
精度なアライメントを行なうことも可能であり、さら
に、各実施例に示されるアライメント手段を組み合わせ
て段階的に用いることで、相対位置計測のダイナミック
レンジを拡大し、しかも高い精度の相対位置検出が行な
える。

【０１３２】一方、ギャップ検出に着目すると、ギャッ
プ検出感度（精度）は回路パターンのホログラム露光の
際の焦点深度以内に誤差を抑える必要がある。本発明並
びに本発明各実施例では、実際のホログラムマークの再
生状態を検出しているため、アライメント系における再
生状態が適正であれば。回路パターンのホログラム露光
における焦点深度内に位置合わせを行うことが、極めて
容易に行えるものとなっている。

【０１３３】ここで、ギャップ検出の精度を考慮する
と、本発明や各実施例で用いたピンホールやゾーンプレ
ートから生じる（回折）光束の発散（収束）角を大きく
すること、言い換えるとＮ．Ａ．を上げることにより検
出感度が向上する。このためには、ピンホールの径を小
さくすることやゾーンプレートの線幅を細くすることが
必要となるが、微細なピンホール孔やゾーンプレートを
微細化するには限界があり困難な場合が多い。

【０１３４】そこで、ゾーンプレートの高次回折光を用
いる方法が現実的な対策として考えられる。高次回折光
は強度自体は低次回折光に比べて弱くなるが、波面状態
で検出する方式であれば、検出自体には問題はないもの
となる。但し、一次光と、三次光（もしくは五次光又は
七次光）は波面のみでは区別ができないため、これらの
回折集光位置近辺に概略アライメントにより、必要な次
数の回折光のみが検出できる程度にギャップ間隔を追い
込んでおくことで、より精密なギャップアライメントが
行えるものとなる。

【０１３５】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係るホログ
ラフィを用いた露光方法又は装置によれば、アライメン
ト手段にもホログラフィ技術を応用しているため、従来
の様に位置検出のための観察光学系を必要としない利点
がある。さらに、アライメント用の検査光束としてホロ
グラム再生光を用い、さらにウエハマークやホログラム
による回折光を検出する構成としておりため、例えばギ
ャップ間隔中での多重反射によるノイズ光が低減される
ので、検出精度が向上している。

【０１３６】即ち、マスクパターンの再生に先立って、
ホログラム再生の際の再生像形成の焦点深度内にギャッ
プアライメントを行う必要があるが、アライメントマー
クマークの再生状態が適正である状態は、この焦点深度
内にギャップ調整がなされていることを意味するもので
あり、本発明のアライメント手段を用いれば、従来困難
であった適性焦点深度内へのギャップのアライメントが
容易且つ正確に行える利点がある。

【０１３７】このため、マスクパターンの露光の際のピ
ント位置が正確に検知できるので、露光転写がより正確
に行なえるものとなっている。さらに、ウエハとホログ
ラムとのアライメントが正確かつ容易に行なえるため、
特に重ね合わせ露光を必要とする露光対象に対して、正
確に位置合わせされた状態で重ね合わせ露光が行なえる
利点がある。従って、本発明によれば、露光作業におけ
るスループットが向上すると共に、完成品の歩留りも向
上する利点もある。

【０１３８】また、ホログラム記録媒体上に作製したホ
ログラムマークを検出光の結像手段としているため、仮
にホログラムが変形しても、ホログラムマーク自体もパ
ターン部分（のホログラム）と同様に変形するため、ホ
ログラムの変形に対応した最適な結像位置との位置合わ
せが可能となり、従来のような複雑な補正手段を必要と
せず、パターン等の露光転写精度が向上する利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例に係るホログラム露光方法
に用いるアライメント手段におけるホログラム作製時の
配置構成を示す説明図である。

【図２】上記第一実施例のアライメント手段における相
対位置検出の際の配置構成等を示す説明図である。

【図３】上記第一実施例におけるマスクの回路パターン
並びにアライメントマークの配置構成等を示す説明図で
ある。

【図４】本発明の他の実施例におけるマスクの回路パタ
ーン並びにアライメントマークの配置構成等を示す説明
図である。

【図５】本発明にかかるホログラフィを用いた露光装置
の実施例における概略構成を示す説明図である。

【図６】本発明の第二実施例に係るホログラム露光方法
に用いるアライメント手段におけるホログラム作製時の
配置構成を示す説明図である。

【図７】上記第二実施例のアライメント手段における相
対位置検出の際の配置構成等を示す説明図である。

【図８】上記第二実施例のアライメント手段における相
対位置検出手段の配置構成等の一例を示す説明図であ
る。

【図９】図８における四分割ディテクタの概略構成を示
す説明図である。

【図１０】図８における四分割ディテクタへの入射検出
光束と位置ずれ状態との関係を示す説明図である。

【図１１】従来のアライメント方式の一例を示す説明図
である。

【符号の説明】

１，１ｂ，１０１；ホログラム記録媒体、 ２，２ｂ，２ｃ，２ｄ，１０２；プリズム、 ３，３ｂ，１０３；マスク、 ５，５ｂ；ウエハ、 ６，６ｂ，６ｃ，６ｄ，１０６；保持機構、 ３１，３３；アライメントマーク、 ４１，４２，４３；ホログラムマーク、 ５１，５２，５３；ウエハマーク、 Ａ，Ａ₁ ，Ａ₆ ；アライメントマーク用のホログラム参
照光、 Ｂ，Ｂ₁ ，Ｂ₆ ；アライメントマーク用のホログラム物
体照明光、 Ｃ，Ｃ₁ ，Ｃ₃ ；アライメントマークからの透過回折光
（物体波）、 Ｄ₁ ，Ｄ₃ ；ホログラムマーク用のホログラム再生波、 Ｄ₂ ，Ｄ₄ ；ウエハマーク照明光、 Ｄ₆ ；ホログラム照明光、 Ｅ₁ ，Ｅ₃ ；ホログラムマークからのホログラム像再生
光、 Ｅ₂ ，Ｅ₄ ，Ｅ₅ ；ウエハマークからの反射回折光、 Ｆ₁ ，Ｆ₃ ，；検出光、 Ａ₂ ；パターン用のホログラム参照光、 Ｂ₂ ；パターン用のホログラム物体照明光、 １１０；ビームスプリッタ（ハーフミラー）、 １１１ａ，１１１ｂ；ビームエキスパンダー、 １１２ａ，１１２ｂ；ダイクロイックミラー、

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０３Ｈ 1/22 8106−2Ｋ (72)発明者 馬込 伸貴 東京都千代田区丸の内３丁目２番３号 株 式会社ニコン内 (72)発明者 白石 直正 東京都千代田区丸の内３丁目２番３号 株 式会社ニコン内 (72)発明者 白数 廣 東京都千代田区丸の内３丁目２番３号 株 式会社ニコン内 (72)発明者 松浦 敏男 東京都千代田区丸の内３丁目２番３号 株 式会社ニコン内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所望のパターンが形成されたマスクから
   の回折光を物体波とし、これと参照波とを干渉させてホ
   ログラム記録媒体にホログラムを記録した後、前記参照
   波と共役な再生波をホログラムに照射して前記マスクに
   代えて配置されたウエハ上にマスクパターンの像を再生
   させることにより、マスクのパターンをウエハに転写さ
   せるホログラフィを用いた露光方法において、 前記マスクに形成された所定形状のアライメントマーク
   からの回折光を物体波として前記ホログラム記録媒体に
   アライメント用のホログラムマークを記憶させる工程
   と、 前記マスクパターン像の再生に先立って、前記ホログラ
   ムマークに再生波を照射して得られる前記アライメント
   マーク像の再生光により、前記ウエハ面上に設けられた
   ウエハマークを照射すると共に、該ウエハマークで反射
   又は透過された検出光を検出する工程と、 該検出結果に基づいてホログラム記録媒体とウエハとの
   相対位置ずれ情報を検出し、この位置ずれ情報に基づい
   てこれらの相対位置関係を補正する工程と、 を有することを特徴とするホログラフィを用いた露光方
   法。
2. 【請求項２】 前記ウエハマークで反射回折又は透過回
   折された検出光を検出することを特徴とする請求項１に
   記載したホログラフィを用いた露光方法。
3. 【請求項３】 所望のパターンが形成されたマスクから
   の回折光を物体波とし、これと参照波とを干渉させてホ
   ログラム記録媒体にホログラムを記録した後、前記参照
   波と共役な再生波をホログラムに照射して前記マスクに
   代えて配置されたウエハ上にマスクパターンの像を再生
   させることにより、マスクのパターンをウエハに転写さ
   せるホログラフィを用いた露光装置であって、 コヒーレント光束を発生させるコヒーレント光源と、 前記光源からのコヒーレント光束を、前記マスクのアラ
   イメントマークが形成された位置に導くと共に、それに
   よって当該アライメントマークから生じる回折光を、ホ
   ログラムマーク形成のための物体波として、前記ホログ
   ラム記録媒体内へ照射する物体波照射光学系と、 前記光源からのコヒーレント光束を、ホログラムマーク
   形成のための参照波として、前記ホログラム記録媒体内
   で前記物体波との干渉を生じるように、前記ホログラム
   記録媒体内へ照射する参照波照射光学系と、 前記ホログラム記録媒体に形成されたホログラムマーク
   に対し、前記参照波の共役波を再生波として照射すると
   共に、前記再生波の照射によりホログラムマークから得
   られるアライメントマーク再生光により前記ウエハ面を
   照射する再生波照射光学系と、 前記ウエハ面に形成されたウエハマークで反射又は透過
   された前記アライメントマーク再生光を結像検出光とし
   て検知する結像検出手段と、 前記結像検出手段の検出結果に基づいて、前記ホログラ
   ム記録媒体と前記ウエハとの相対位置ずれ情報を検出す
   る相対位置検出手段と、 を備えたことを特徴とするホログラフィを用いた露光装
   置。
4. 【請求項４】 前記ウエハマークが、前記アライメント
   マーク再生光の照射により回折光が生じる構成であり、 前記結像検出手段が、このウエハマークで反射回折又は
   透過回折された結像検出光を検出するもので有ることを
   特徴とする請求項３に記載したホログラフィを用いた露
   光装置。
5. 【請求項５】 前記ウエハマークが、回折格子形状もし
   くはゾーンプレート形状のマークからなることを特徴と
   する請求項４に記載したホログラフィを用いた露光装
   置。
6. 【請求項６】 前記相対位置検出手段による検出結果に
   基づいて、前記ホログラム記録媒体と前記ウエハとの相
   対位置関係を修正する補正手段を備えていることを特徴
   とする請求項３，４又は５に記載のホログラフィを用い
   た露光装置。