JPS6378004A - 位置合せ方法および露光装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、微細パターンの位置合せ方法に関し、さらに
これを利用した１ミクロンもしくはそれ以下のサブミク
ロンのルールを持つ半導体装置等の露光装置に関するも
のである。

従来の技術 半導体装置は最近ますます高密度化され、各々の素子の
微細パターンの寸法は１ミクロン以下に及んでいる。従
来からのＬＳＩ製造時のフォトマスクとＬＳＩウェハの
位置合わせは、ウェハに設けた位置合せマークを用いて
、ウェハを着装したステージの回転と２軸子行移動とで
、フォトマスク上のマークとウェハ上のマークを重ね合
わせることによって行なっていたが、その位置合わせ精
度は±０．３ミクロン程度であり、サブミクロンの素子
を形成する場合には、合わせ精度が悪く実用にならない
。また、Ｓ、オースチン　アプライドフィジックス　レ
ターズ（人ｐｐｌｉｅｄ　ｐｈｙｓｉｃｓＬａｔｔｅｒ
ｓ）　Ｍｏｌ　３１　Ｎｏ、７　Ｆ、　４２８．１９７
７らが示した干渉法を用いた位置合わせ方法では、第４
図に示したように、入射レーザビーム１をフォトマスク
２に入射させ、フォトマスク２上に形成した格子３で回
折し、この回折した光をもう一度、ウェハ４上に形成し
た格子５によって回折することにより、回折光６，７．
８・・・・・・を得る。この回折光は、フォトマスクで
の回折次数とウェハでの回折次数の二値表示で表わすと
、回折光６は（０゜１）、回折光７は（１，１）、回折
光８は（−１゜２）・・・・・・で表わすことができる
。この回折光をレンズにより一点に集め光強度を測定す
る。回折光は入射レーザビーム１に対して左右対称な位
置に光強度を持ち、フォトマスク２とウェハ４との位置
合わせには、左右に観察された回折光の強度を一致させ
ることにより行なえる。この方法では位置合わせ精度は
、数１００人とされている。しかし、この方法において
は、フォトマスク２とウニ／・４との位置合わせは、フ
ォトマスク２とウェハ４との間隔りに大きく影響される
だめ、間隔りの精度を要求する。また、フォトマスク２
とウェハ４を接近させ、間隔りの精度を保持した状態で
位置合わせする必要があり、装置が複雑となるため、実
用上問題があった。

また、サブミクロン線巾を持つ素子の位置合わせには、
素子からの二次電子放出による観察による方法があるが
、大気中での取り扱いができないだめ、ＬＳＩを製造す
る上でのスルーブツトが小さくなり実用上問題があった
。

また、第６図に示した従来例〔アイイイイ　トランザク
シ＝＋　７　（Ｉ　Ｅ　ＥＥ　、　ｔｒａｎｓ　ｏｎ）
　Ｅ、　ＤＥＤ−２６，４、１９７４、７２ｓ、Ｇｉｊ
ｓＢｏｕｗｈｕｉｓ））では、２枚のＬｌ、Ｌ２のレン
ズ系で示されたマイクロレンズのフーリエ変換面に、レ
ーザビームを入射しレンズＬ２を介してウェハ上に形成
された格子に対してビームを照明し、空間フィルタＳＦ
で格子から回折される±１次光のみをレンズ系Ｌ２　＋
Ｌ１を通してレチクルＲ上に入射し、レチクルＲの近傍
において干渉縞を生成し、レチクルに設けた格子を通過
する光を光検出器りで検出して、ウェハＷとレチクルＲ
を位置合わせする構成が図示されている。第３図の構成
においては、ウニ・・Ｗ上に形成した非対称の格子に対
しては位置を補正することができないと述べられており
、位置合わせマークの製造方法において、全ての工程や
マークで実現不可能であり実用化するに致っていない。

発明が解決しようとする問題点 このように従来においては微細パターンの位置合わせを
大気中で行なえないという問題があった。

そこで本発明は微細パターンの位置合わせを大気中で、
かつ、簡単な構成で行なえるＬＳＩのレチクルとウェハ
の正確かつ容易な位置合わせを生産性良く可能とした位
置合せ方法および露光装置を提供することを目的として
いる。

問題点を解決するための手段 本発明は、投影露光装置において高精度な位置合わせを
実現するために、レチクル面上に形成された１対の格子
によって波面分割された光束のうち、第１のレンズのス
ペクトル面で適当な光束を空間フィルタによって通過さ
せて第２のレンズ系。

投影レンズを通過させ、基板上に設けた第２の１対の格
子上に投影する。第２の格子からは、回折光が回折され
、この回折光は逆方向に、投影レンズの第２のレンズ中
を通過し、光検出器に導びかれる。基板上の第２の格子
に２光束を適当な方向から投影すると、回折光同志が重
なった方向に回折され、各々が干渉する。この干渉した
１対の回折光強度の差を検出する事により、高精度の位
置合わせが可能となる。

すなわち、本発明の位置合せ方法は、コヒーレンシーを
有する光を２方向から入射しこれら２光束の干渉により
マスクパターンとウニノー上のノくターンの位置合わせ
を行うに際し、前記２光束干渉縞とウェハ上の格子の相
対位置を、干渉縞の周期の半分ずれたマスクとウェハ上
の位置合わせ格子と全くずれていないマスクとウェハ上
の位置合わせの格子を用いて位置決めするものである。

そして、本発明の露出装置は、光源、照明光学系、レチ
クル、第１のレンズ系、空間フィルタ。

第２のレンズ系、基板および基板を保持するステージ、
ウェハ近傍に配置した検出器を有し、前記レチクル面上
に第１の格子が形成されており、光源から出た照明光学
系を通して前記レチクル面上に入射させて前記光束を位
置検出信号が半周期異なる１対の格子により各々波面分
割して前記第１のレンズ系に導くよう構成するとともに
、前記第１のレンズ系のスペクトル面付近に設けた所定
の空間フィルタによって所定のスペクトルを選択的に透
過せしめて、前記スペクトルを持つ光束を前記第２のレ
ンズ系を透過させ、さらに前記縮少投影光学系を通して
第２の格子を持つ基板に光束を投影し、第２の格子から
回折された回折光を前記縮少投影光学系、前記第２のレ
ンズ系を逆方向に通過せしめ、前記第１のレティル」二
の格子に対応した前記第２のウェハ上の１対の格子によ
って回折された回折光を前記縮少投影光学系、前記第２
のレンズ系を逆方向に通過せしめ、前記第２の１対の格
子によって回折された光束を干渉させて、干渉させた光
束の光強度を各々検出し、差を取り光出力がゼロとなる
位置で前記レチクルパターンと前記ウェハパターンの位
置合わせするものである。

作用 このように本発明は、２光束干渉縞の位相が半周期異っ
たレチクル上の１対の位置合わせ格子を用い、最も位置
検出感度の高い高精度の位置合わせが実現出来る。

実施例 本発明による光学系の実施例を第１図に示した。

光源１１から出だ光（この図ではより鮮明な干渉性とよ
り深い焦点深度を得るために、レーザ光を想定した構成
になっているが、全体の光学系は白色干渉光学系であり
、水銀などのスペクトル光源でもよい）を第１のレンズ
系１５０入射瞳に対して入射する。

以下の説明では、本発明の原理を簡潔に述べるためにレ
チクルは平行光束によって照明され、第１及び第２のレ
ンズ系１５．１５’、１了、１７１は、フーリエ変換レ
ンズとするが、必らずしもフーリエ変換レンズでなくて
もよい。光源１１と第１の７−　ＩＪ工変換レンズ１６
．１５’との間にレチクル１４が配置され、レチクル１
４に形成された１対の第１格子１０．１０’のパターン
を２次光源として出た像を第１のフーリエ変換レンズ１
５．１５’によって一旦集光し、さらに、第２のフーリ
エ変換レンズ１７．１７’を通してレチクル１４のパタ
ーンの像をウェハ１８に縮小投影光学系１９を通して投
影する。第１のフーリエ変換レンズ１５゜１５１の後側
焦点面には、レチクル上の格子１０゜１ｏ１のパターン
の回折光（フーリエスペクトル）が空間的に分布してお
り、本発明においては、このフーリエ変換面に空間フィ
ルタ１６．１６’を配置してスペクトル面でフィルタリ
ングし、レチクル１４上に形成された１対の格子１０．
１０’のパターンをスペクトル面でフィルタリングする
ことによってウニ・・１８面上に干渉縞２０．２０’を
生成する。そして、さらに半導体ウニ・・１８上に形成
したレチクル上の格子１０．１０’に対応した位置に形
成された第２の１対の格子２１　、２１’からは、回折
光２２．２２’が回折され、縮小投影光学系１９及び第
２のレンズ１７．１７’を逆方向に戻り、空間フィルタ
１６．１６’の位置に配置されたミラーによって位置合
わせ格子位置に対応した位置にある光検出器２３．２３
’に導びか汎る。そして光検出器２３．２３’で検出さ
れた光信号は、コンパレーター２４に入力され、両者の
光出力が等しくなったところで、レチクルとウェハとの
位置決めが成される。

以上が、レチクル１４とウェハ１８の位置合わせの光学
系であるが、一方、レチクル１４０回路パターンは、投
影用光源１２及び照明光学系１３によって照明され、そ
の投影像は縮小投影光学系１９を通してウェハ１８上に
結像する。

以上のように、こうして通常の回路パターン露光用の光
学系が形成される。

第３図はさらに本発明の露光装置の原理説明図である。

光源１１から出た波長λの光は、レチクル上の格子４１
を照明する。第１フーリエ変換レンズ１５の前側焦点ｆ
１の位置ｚ１にレチクル１４上の位相格子パターン４１
を配置する。位相格子パターン４１のピッチＰ１と回折
光の回折角θ１は ｐ　１ｓｉｎθｎ＝＝ｎλ（ｎ＝ｏ、±１．±２、−・
−・−）の関係がある。このように複数の光束に回折さ
れた光はフーリエ変換レンズ１５に入射し、さらに後側
焦点面に各々の回折光に相当するフーリエスペクトル像
を結ぶ。−次の回折光のフーリエスペクトルに対応する
座標ξ６１は ξ６１　＝　ｆ１ｓｉｎθ１ Ｐｌｓｉｎ（７１＝λ で示され、０次の回折光のフーリエスペクトルξ６０ ξ６．）　＝　ｆ１ｓｉｎθＯ＝。

とは完全に分離された状態でフーリエ変換面にフーリエ
スペクトル像を結ぶ。第１図に示したようにこのフーリ
エ変換面上に空間フィルタ１６を配置し、第３図に示し
たように格子パターン４１の０次および±２次以上の回
折光を遮断し、±１次回折光と開ロバターンのスペクト
ル（Ｑ次光酸分を除く）を通過させる。この回折光は第
２フーリエ変換レンズ１了を通過し、さらにウェハ１８
Ｗ上に投影される。ただし、第３図においては縮小投影
レンズ系１９を省略しである。

ウェハＷ上に投影された像は、レチクル上の開口部（パ
ターン４１）の像を大略結ぶとともに、格子パターン４
１の±１次光成分同志が干渉して新らたなピッチの干渉
縞が形成される。ここで干渉縞のピッチＰ２は、 λ Ｐ２ニー＝−一 ２８ｉｎθ２ で与えられる。このとき、第２フーリエ変換レンズ１７
の前側焦点面に第１フーリエ変換レンズ１５のフーリエ
変換面を設定するので ｆ１ｓｉｎθ、＝ｆ２ｓｉｎθ２＝ξ６１の関係がある
。

第１及び第２フーリエ変換レンズ１５．１７さらに、縮
小率ｍの縮小投影光学系を通した像の間には、 の関係がある。よって、ウェハＷ上に生成される干渉縞
のピッチＰ２はｆ１＝ｆ２のときは、レチクル上の格子
パターン４１の投影像のピッチの半分となる。格子４１
の投影像によって、ウェハＷ上に第２の格子Ｇを形成し
、この格子Ｇに対して、光束１１１と１１２の光をそれ
ぞれ照射すると、波面分割する格子Ｇによってそれぞれ
回折された光が得られる。また、２光束１１１，１１２
をウェハＷ上に同時に照射すると、干渉縞を生成し、さ
らに、この場合ウニ／％Ｗ上の格子Ｇによって回折され
る光が各々干渉し、この干渉した光を光検出器りで検出
し、干渉縞と格子Ｇとの間の位置関係を示す光強度情報
が得られる。

第６図の光検知器り上での観測される光強度工は 工＝Ｕ□＋ｕＢ−１−ｕｌ　ｅｕＢ＋。□、Ｕ、＊２　
　２　　　＊ ただし、ｕＡ＋ｕＢは各々光束１１１，１１２の振幅強
度、Ｕム＊、ｕＢ＊は共役複素振幅である。

−１−Ｋｘ（Ｓｉｎθ、　−ｓｉｎ　ｆ）　ａ　）　１
（ただし、人、Ｂは定数、Ｎ：格子の数、　ハ。

δＢは隣接した２格子によって回折された光の間の光路
差、Ｘは光束１１１と光束１１２との干渉縞と格子との
間の相対的位置関係、０ム、θＢは光束１１１及び１１
２とウェハの垂線とのなす角、として示される。） 第２図は本発明で得られる光検出器で観測される位置検
出信号である。位置検出信号の周期は２光束の干渉縞の
ピッチに等しく、前記の如く次式％式％ そこで干渉縞のピッチの半分位相がずれたレチクル上の
格子を用いると、位置検出信号は、第４図に示したよう
に位置検出波形は反転する。そこで、位相が半分ずれた
格子とずれていない格子から得られる信号を比較し、両
者の光出力が等しい所でウェハとレチクルの位置決めを
すると、位置検出感度の高い高精度の位置合わせが行え
る。

発明の効果 以上のように本発明によれば、干渉縞を媒介としてレチ
クル上のパターンをウェハ上に高い精度で位置合わせし
、レチクル上のパターンをウェハ上に露光形成すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による位置合わせの基本的な
構想を示す露光装置の構成図、第２図は本発明による位
置合わせ検出信号と位置決めの関係を示す説明図、第３
図は本発明による再回折光学系の原理図、第４図は従来
からの２重格子法による位置合わせの原理図、第６図は
従来からのレチクルとウェハを干渉縞を用いて位置合わ
せをす゛る場合の構成図である。 １１・・・・・・位置合わせ光源、１２・・・・・・投
影用光源、１３・・・・・・照明光学系、１４・・・・
・・レチクル、１５゜１７・・・・・・第１．第２のフ
ーリエ変換レンズ、１６・・・・・・空間フィルタ、１
８・・・・・・ウエノＡ１１９・・・・・・縮小投影光
学系、Ｇ・・・・・・格子、Ｄ・・・・・・光検出器。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名Ｃ，
紀羽臂 綜

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）コヒーレンシーを有する光を２方向から入射しこ
   れら２光束の干渉によりマスクパターンとウェハ上のパ
   ターンの位置合わせを行うに際し、前記２光束干渉縞と
   ウェハ上の格子の相対位置を、干渉縞の周期の半分ずれ
   たマスクとウェハ上の位置合わせ格子と全くずれていな
   いマスクとウェハ上の位置合わせの格子を用いて位置決
   めするようにした位置合せ方法。
2. （２）光源、照明光学系、レチクル、第１のレンズ系、
   空間フィルタ、第２のレンズ系、基板および基板を保持
   するステージ、ウェハ近傍に配置した検出器を有し、前
   記レチクル面上に第１の格子が形成されており、光源か
   ら出た照明光学系を通して前記レチクル面上に入射させ
   て前記光束を位置検出信号が半周期異なる１対の格子に
   より各々波面分割して前記第１のレンズ系に導くよう構
   成するとともに、前記第１のレンズ系のスペクトル面付
   近に設けた所定の空間フィルタによって所定のスペクト
   ルを選択的に透過せしめて、前記スペクトルを持つ光束
   を前記第２のレンズ系を透過させ、さらに前記縮少投影
   光学系を通して第２の格子を持つ基板に光束を投影し、
   第２の格子から回折された回折光を前記縮少投影光学系
   、前記第２のレンズ系を逆方向に通過せしめ、前記第１
   のレティル上の格子に対応した前記第２のウェハ上の１
   対の格子によって回折された回折光を前記縮少投影光学
   系、前記第２のレンズ系を逆方向に通過せしめ、前記第
   ２の１対の格子によって回折された光束を干渉させて、
   干渉させた光束の光強度を各々検出し、差を取り光出力
   がゼロとなる位置で前記レチクルパターンと前記ウェハ
   パターンの位置合せすることを特徴とする露光装置。