JPS60233822A - 位置合せマ−ク - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、例えｌ−１：ＬＳＩを製造するだめの露光装
置において、位置合せを行なうためにマスクやウェハに
形成される位置合せマークに関するものである。

〔従来技術〕

ＬＳＩの微細化に伴い、マスクパタンをステップ・アン
ド・リピート方式によってウェハ上に露光・転写する装
置においぞ、マスクとウェハとを互いに高精度に位置合
せする技術の確立は不可欠であシ、特にサブミクロンパ
タンを露光・転写するＸ線露光装置では、きわめて高精
度の位置合せが要求されている。これを実施するため、
Ｊ、Ｖａｃ。

Ｓ　ｅｌ、　Ｔｅｃｈｎｏｌ、　ｒ　ｖｏｌ、　１９　
、ｌＩ＆１４＋ｐ２１４　＋　１９８１　に紹介されて
いるように２重回折格子法による位置合せ法が開発され
た。第１図に、この２重回折格子法を利用した位置合せ
装置を示す。図において、し−ザ光源１から発したコヒ
ーレント光は、ミラー２で方向を変えられ、真空吸着ホ
ルダ３によって保持されるマスク４上に作製された位置
合せマーク５に入射・通過後、粗調ステージ６の上の微
調ステージ７上に保持されるシリコンウェハ８上に作製
された位置合せマーク９で反射され、再度マスク４上の
位置合せマーク５を通過する。

ここで、位置合せマーク５，９は回折格子パタンであシ
、第２図に示すように前者は透過形で、シリコン窒化膜
等の透明薄膜１０の上に、ＣｒやＡｕ等の不透明薄膜１
１によシ光非透過部５ａを形成したもの、後者は反射形
で、ウェハ８上に窒化膜や８１０．やレジスト等の薄膜
１２によシ無反射部９ａを形成したものである。

位置合せは、位置合せマーク５，９によシ回折された回
折光の中で、例えば＋１次回折光と一１次回折光のみを
、光電変換器１３．１４で受け、各回折光強度Ｉ＋１＋
Ｉ−１を光電変換し、その減算強度ΔＩ＝＝Ｉ＋１−Ｉ
−，の変化を検出することによって行々われる。例えば
、第３図に入射光の波長λ＝　０．６３２８　ｔｓｍ　
％回折格子のピッチＰ　＝　１．１μｍとした場合のΔ
ｌと位置合せマーク５，９相互間の相対位置ずれ量ｄと
の関係を示す。同図（ａ）はマスクとウニへ間のギャッ
プを２０．０２μｍ１同図（ｂ）は２０゜０５μｍとし
た場合の例であるが、マスク上の透過形回折格子の光非
透過部５ａを形成する不透明薄膜１１の裏面１５は、レ
ーザ光を反射するので、との反射光によって生じる回折
光と、位置合せマーク５，９によって生じる回折光とが
干渉する結果、相対位置ずれ量ｄに対するΔＩの変化曲
線は、ギャップの微小変動によシ図示のように大きく変
化する。このため、２重回折格子法によって高精度の位
置合せを行なうことは実際には困難であシ、もしこの方
法を利用して高精度位置合せを実現しようとすると、き
わめて高精度のギャップ制御が必要になる欠点があった
。

〔発明の目的および構成〕

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その
目的は、透過形回折格子における反射光によって生じる
回折光の影響を小さくして、２重回折格子法による高精
度の位置合せやギャップ設定を容易にする位置合せマー
クを提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明は、透過形回
折格子を形成する透明薄膜または透明基板および不透明
薄膜の屈折率と消衰係数ならびに上記透明薄膜または透
明基板の厚さを、所定の条件を満たすように設定したも
のである。以下、実施例を用いて本発明の詳細な説明す
る。

〔実施例〕

第４図は本発明の一実施例を示す断面図である。

図において、４はＸ線露光用マスク、８はシリコンウェ
ハ、５は透過形の回折格子からなる第１の位置合せマー
ク、９は反射形の回折格子からなる第２の位置合せマー
クである。

位置合せマーク５は、支持体としてのシリコンウェハ１
６上に透明薄膜としてのシリコン窒化膜１Ｔを形成し、
その上に、後述するように透過形回折格子の光非透過部
５ａからの反射を押えるために約１ｏｏｏＸのＭｏ膜」
８を形成し、さらにその上にＸ線の吸収体となるＴａ１
Ｍ１９を形成して、回折格子パタンをパターニング後、
シリコンウェハ１６の一部を裏面からバックエッチし、
Ｘ線が通るように窓形成を行なって形成したものである
。

一方、ウェハ８上の反射形回折格子からなる位置合せマ
ーク９は、第２図のものと同様には、第２図のものと同
様に窒化膜１２をパターニングして無反射部！１ｍを形
成したものである。

ここで、透過形回折格子における反射回折光の影響を小
さくするためには、窒化膜ＩＴ上に現われる反射光強度
が小さくしかも一様にすることが必要である。このため
に、まず、第５図にＡで示すように光非透過部５ａを形
成するＭｏ膜１８の裏面２０から窒化膜１７内へ反射さ
れる場合のエネルギー反射率Ｒ１と、同図にＢで示すよ
うに光透過部５ｂの窒化膜１Ｔの下面２１から窒化膜１
Ｔ内へ反射される場合のエネルギー反射率Ｒ２とが等し
くなるように、窒化膜ＩＴの屈折率ｎ１を設定する。す
なわち、上記エネルギー反射率Ｒ，，Ｒ２は、それぞれ
次の（１）式、（２）式のように表わされる。

とこで、ｎｏ、ｋｏはそれぞれＭｏの屈折率（＝１．９
９）および消衰係数（＝１．１２６）であシ、この値を
上式に入れて計算した結果を第６図に示す。図中（イ）
がＲ１５（ロ）がＲ２を示す。

一般にＣＶＤ炉やＥＣＲＣ何形装置で形成されるシリコ
ン窒化膜の屈折率ｎｌは、形成条件によシ１．７〜２．
４の値をとるが、ｎｔ＝１．８となる形成条件でシリコ
ンウェハ１６上に窒化膜１Ｔを形成すれば、Ｍ４：１８
の裏面２０からと窒化膜１Ｔの下面２１からの窒化膜１
Ｔ内へのエネルギー反射率Ｒ１ｒ　Ｒ２を等しくできる
ことがわかる。

次に、第７図Ｃで示すような空気中への反射については
、空気中へ現われる反射光はＭｏ膜１８の裏面２０での
反射光と窒化膜１７の上面２２での反射光の合成光とな
るが、この場合のエネルギー反射率Ｒ３は、（３）式の
ように表わされる。

ここで、ｒ＝　４ｙｒｎｌｄｌ／λであシ、ｄｌは窒化
膜１γの厚さ、λは入射光の波長である。

また、（３）式においてｒｒ　６　＝　ｌ、ｋｏ＝１　
とおくことによシ、第７図にＤで示すような光透過部が
ら空気中への反射光、つまり窒化膜１Ｔの上下面での反
射光の合成光についてのエネルギー反射率Ｒ４がめられ
る。そこで、第６図からめた屈折率ｎ１＝１．８を用い
てこれらを計算した結果を、位相とともに第８図に示す
。図中実線（イ）がＲ３、同じく（ロ）がその時の位相
、破線（ハ）がＲ４、に）がその時の位相を示す。

第８図から明らかなように、窒化膜ＩＴの膜厚ｄｌを２
１，６５０λに形成することによル、光非透過部５ａに
おけるエネルギー反射率Ｒ３を最小にできる。ところが
、反面この膜厚では光透過部５ｂにおけるエネルギー反
射率Ｒ４は０．２以上と大きく、シかも光透過部と光非
透過部とで位相が異なる０ そこで、当該窒化膜１７上にＭｅ膜１８およびＴａ膜１
９を形成し、回折格子パタンをパターニング後、第９図
に示すようにマスク表面から窒化膜ＩＴを光非透過部５
ａにおいて２１　、１００Ｘの膜厚になるようにエツチ
ングするか、または第１０図に示すように、２２．８５
０Ｘの膜厚になるように付着すれば、窒化膜１Ｔの下面
２１かものエネルギー反射率Ｒ４も最小と１ム位相もＭ
Ｏ膜１７の裏面２０からの反射光のそれと一致する。

以上のような屈折率および消光係数ならびに膜厚を有す
る構造の位置合せマークを作製すれば、光非透過部と光
透過部とでエネルギー反射率および位相を等しく、つｔ
多振幅反射率を等しく、しかもエネルギー反射率を最小
にすることができるので、透過形回折格子での反射回折
光強度をきわめて小さくでき、第１図について説明した
と同様の方法によシ、高精度の位置合せを行なうことが
できる。入射光としては、単色のコヒーレント光、例え
ばレーザ光や、準単色光を用いる。

上述した実施例では、不透明薄膜としてＭｏ膜１８を用
いたが、これは、上述したように通常形成可能な窒化膜
の屈折率Ｈ１＝ｌ、７〜２．４の範囲内で（１）式、（
２）式によシ計算できるＲ１とＲ２とが等しくなる条件
を満たす値が得られるようにするためである。したがっ
て、との条件を満たす限シ、他の金属、つまシＭｅとは
異なる屈折率２１６および消衰係数に、を有する金属を
用いてもよいことは言うまでもない。同様に、窒化膜の
代シに他の材質の透明薄膜を用いてもよい。そのような
ものとしては、例えば酸化膜（Ｓｓ０２）やボロンナイ
トライド（ＢＮ）がある。

なお、以上はＸ線露光装置における位置合せを前提とし
て、窒化膜等の透明薄膜を用いたマスクに透過形回折格
子を形成する場合について説明したが、本発明は辷れに
限定されるものではなく、通常の光による露光装置にも
同様に適用でき、その場合は、石英ガラス等の透明基板
を用いたマスクに透過形回折格子を形成することとなる
。

また、第２のマーク、すなわち反射形のマークとして反
射形回折格子を用いた例について説明したが、単なる反
射面とした場合にも、同様の効果を得ることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、第１の位置合せ
マークの構造、すなわち透過形回折格子を形成する透明
薄膜または透明基板および不透明薄膜の屈折率と消衰係
数および膜厚を制御して、光透過部と光非透過部からの
振幅反射率を等しくするとともにエネルギー反射率をで
きる限シ小さくするととによシ、透過形回折格子におけ
る回折光の干渉現象を無視でき、る程度に小さくするこ
とができる。また、エネルギー反射率が小さくなること
から光の透過率が高ｔ、ｂ、回折光強度信号のゲインが
大きくなる。したがって、ギャップ変動による位置合せ
信号への影響が小さくなシ、容易に高精度の位置合せを
実現することができるとともに、位置合せ感度やギャッ
プ設定精度を向上できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の２重回折格子を利用した位置合せ装置を
示す構成図、第２図は従来の２重回折格子を用いた位置
合せマークの構成例を示す図、第３図は従来の２重回折
格子を用いた場合のギャップ変動による位置合せ信号へ
の影響を示す図、第４図は本発明の一実施例を示す位置
合せマークの構成図、第５図および第７図はそれぞれエ
ネルギー反射率Ｒ１＋Ｒ２およびＲ３＋Ｒ４のとυ方を
説明するだめの図、第６図はエネルギー反射率Ｒ１＋Ｒ
２と透明薄膜の膜厚との関係の一例を示す図、第８図は
エネルギー反射率Ｒ３＋　Ｒ４および位相と透明薄膜の
膜厚との関係の一例を示す図、第９図および第１０図は
それぞれ透過形回折格子の構成例を示す詳細図である。 １・・・拳レーザ光源、２・・・・ミラー、３φ・Φ・
・真空吸着ホルダ、４・・・・マスク、５・・・・透過
形回折格子からなる第１の位置合せマーク、５ａ・・・
・光非透過部、５ｂ・・・・光透過部、６・・・・粗調
ステージ、１・・・・微調ステージ、８・拳・・シリコ
ンウェハ、Ｂ・Φ・・反射形回折格子からなる第２の位
置合せマーク、１３．１４・・・・光電変換器、１６・
・・・バックウィンドウを形成したシリコンウェハ、Ｉ
Ｔ・・・・輩化膜（透明薄膜）、１８・・・・Ｍｏ膜（
不透明薄膜）。 特許出願人　日本電信電話公社 代理人　山川数構（ほか１名） 河１図 ＷＳＺ図 ３ｉ−，１ ％Ｍ６図 １イビ−６Ｉ）ｋ＊’ｒ−ｒｈ 訛７図 第８図 櫨ｒイビ、■唆しタ峯Ｃｈ（ム） ６図　１，１゜９

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１の物体に設けた透過形回折格子からなる第１のマー
   クと、第２の物体に設けた反射形回折格子または反射面
   からなる第２のマークとを所定のギャップをおいて対向
   させてなる位置合せマークにおいて、透過形回折格子を
   、透明薄膜または透明基板からなる光透過部と、上記透
   明薄膜または透明基板の第２のマークに対向する一主面
   に不透明薄膜を形成してなる光非透過部とによって構成
   し、かつ上記透明薄膜または透明基板および不透明薄膜
   の屈折率および消衰係数を、上記−主面から透明薄膜ま
   たは透明基板内へのエネルギー反射率が光透過部と光非
   透過部とで等しくなるような値に設定し、さらに当該透
   明薄膜または透明基板の光透過部および光非透過部それ
   ぞれの厚さを、空気中へのエネルギー反射率が最小でし
   かも光透過部と光非透過部とで振幅反射率が等しくなる
   ような値に設定したことを特徴とする位置合せマーク。