JPH0335107A - 相対位置検出用回折格子 - 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】 ［発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、相対位置検出用回折格子に関する。

（従来の技術） 周知のように、超ＬＳＩにおける回路パターンの形成は
露光装置を使って行われている。すなわち、マスクに予
め回路パターンを形成しておき、これをたとえばＸ線を
使ってウエノ＼上に転写するようにしている。

ところで、このような回路パターンをウエノ＼上の所望
とするに領域に転写するには、転写に先立ってマスクと
ウェハとの相対位置を高精度に設定しておく必要がある
。マースフとウエノ＼との相対位置、たとえば対向面に
沿った方向の位置合せを行う代表的な方法として、二重
回折格子法が知られている。この方法では、たとえばマ
スクに透過型の回折格子を設けるとともにウエノ＼に反
射型の回折格子を設けておき、マスクの上から単色光、
すなわちレーザ光を照射する。そして、このレーザ光が
マスクの回折格子〜ウニ／Ｘの回折格子〜マスクの回折
格子の順に回折して得られる回折光のうちの特定の次数
の回折光強度を検出し、この検出値に基いて対向面に沿
った方向の位置合せを行うようにしている。

第７図にはこの方法を採用してマスクとウエノ１との間
の位置合せを行う位置合せ装置の概略構成が示されてい
る。

同図において、１はｘｙ方向に移動可能に配置されたウ
ェハテーブルを示し、２はウェハテーブル１上に固定さ
れたウェハを示している。ウニ、ハ２の上方には、ウェ
ハ２と対向する関係にマスク３が配置されている。この
マスク３はホルダ４．２方向位置調整用のアクチュエー
タ５を介して静止部に支持されている。

マスク３の所定位置には透過型の回折格子６．７がそれ
ぞれ設けられている。また、ウェハ２上で回折格子６に
対向する位置には反射型の回折格子８が、さらに回折格
子７に対向する位置にも反射型の回折格子９がそれぞれ
設けられている。これら回折格子は、回折格子６と８と
が１つの組をなして二重回折格子を構成し、また回折格
子７と９とが別の組をなして二重回折格子を構成してい
る。

マスク３の上方には、上述した２組の二重回折格子を使
用してマスク３とウェハ２との間の位置合せを行う位置
合せ装置１１が設けられている。

この位置合せ装置１１は次のように構成されている。す
なわち、レーザ光源１２から出力された波長λのレーザ
光１３を振動ミラー１４、偏向素子１５ａ、１５ｂを介
して回折格子６．７に交互に、かつ垂直に照射する。な
お、振動ミラー１４は、発振器１６の出力によって駆動
される。一方、マスク３の上方位置には、上記レーザ光
１３の照射によって、回折格子６、回折格子８、回折格
子６の順に回折して得られた回折光中の特定の次数の回
折光強度１１および回折格子７、回折格子９、回折格子
７の順に回折して得られた回折光中の特定の次数の回折
光強度■２を直接あるいは反射ミラーを介して共通に受
光するセンサ１７が配置されている。センサ１７の出力
は増幅器１８で増幅された後、発振器１６の出力を参照
信号として駆動される同期検波器１９に導入され、ここ
で１１、！２に分離される。そして、２つの信号は信号
処理回路２０に導入される。この信号処理回路２０は、
Δｌ−１１−Ｉ２の演算を行い、ΔＩを０にする方向の
信号をモータ駆動回路２１を介してウェハテーブル位置
制御用のモータ２２に与える。

モータ２２は印加電圧に応じて動作し、ΔＩ−０の状態
にウェハテーブル１を位置決めする。

このような方法で位置合せを行うために、マスク３およ
びウェハ２に組を成して設けられる回折格子６．８およ
び回折格子７．９は、通常、第８図に示すように形成さ
れている。すなわち、回折格子６（７）は、マスク３の
下面にレジストで所定ピッチに形成された、北とえばス
トライブ状パターンを不透明部分３１とし、この不透明
部分３１と透明のマスク構成材との組合わせで透過型に
形成されている。また、回折格子７（８）は、ウェハ２
の上面にレジストで所定ピッチに形成された、たとえば
ストライプ状パターンを突条３２とし、この突条３２と
ウェハ構成材との組合わせで反射型に形成されている。

しかし？ｊがら、上述した構成の二重回折格子を用いた
場合には、通常、マスクとウェハとの間、つまり組をな
す回折格子間で多重反射が起こる。

すなわち、第８図中に２点鎖線で示すように、レーザ光
１３が照射されると、このレーザ光１３は回折格子８（
９）で反射され、その一部は不透明部分３１の下面に向
けて進む。不透明部分３１の下面に入射した光は、この
下面によって回折格子８（９）側へと反射される。第８
図に示す構成の回折格子６（７）では不透明部分３１か
ら回折格子８（９）側へ反射する。この反射回折格子の
反射率のｎ次のフーリエ係数ｆ、と次数ｎとの間に、ｎ
が１以上の領域でｆ　＝　１ｓ１ｎ（１／２）ｎπ）　
／　（ｎπ）なる関係が成立する。これを図で示すと、
第９図のようになり、０次でｆｏ−＋０．５、±１次で
ｆよ、　−＋　０．３１８となる。このような反射回折
光は、回折格子８（９）で再び反射され、一部が回折格
子６（７）を透過回折してセンサ１７へと入射する。こ
のため、検出回折光に多重反射回折光成分、特に低次の
回折光成分が重畳され、これが原因してΔＩがゼロクロ
スする点を正確に検出することが極めて困難で、この結
果、高精度な位置合せを行うことが困難であった。

（発明が解決しようとする課題） 上述の如く、従来の構造の回折格子を用い、二重回折格
子法で２つの物体の相対位置を検出しようとしても、回
折格子間で起こる多重反射による影響を受け、高精度な
位置検出を行えない問題があった。

そこで本発明は、回折格子自身が多重反射を抑制する機
能を備えた相対位置検出用回折格子を提供することを目
的としている。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記課題を解決するために本発明の一実施例では、第１
の物体と第２の物体との相対位置を二重回折格子法で検
出するために、上記各物体に対向関係に設けられる透過
型回折格子および反射型回折格子からなる相対位置検出
用回折格子において、前記透過型回折格子の不透明部分
で、かつ前記反射型回折格子に対向する面に多重反射防
止用反射型回折格子を設けている。

多重反射防止用反射型回折格子は、具体的には、相対位
置検出時に照射される単色光の波長をλとし、ｍを任意
の整数としたとき、ほぼ（１ｍ＋１）λ／４の段差で区
画された２種類の反射面を持ち、かつ一方の反射面の幅
が前記不透明部分の幅のほぼ１／２である段付き反射面
構造に形成されている。

また、本発明の他の実施例では、前記反射型回折格子の
前記透過型回折格子に対向する面に多重反射防止用反射
型回折格子を設けている。

この例における多重反射防止用反射型回折格子は、相対
位置検出時に照射される単色光の波長をλとし、ｍを任
意の整数としたとき、ほぼ（２ｍ＋１）λ／４の段差で
区画された２種類の段付き反射面構造に形成されている
。

（作　用） １つの例では透過型回折格子の不透明部分に上記構造の
多重反射防止用反射型回折格子を設けているので、この
多重反射防止用反射型回折格子の存在によって透過型回
折格子の不透明部分と反射型回折格子との間で起こり易
い多重反射が抑制される。

また、他の例においても、多重反射防止用反射型回折格
子の存在によって透過型回折格子の不透明部分と反射型
回折格子との間で起こり易い多重反射が抑制される。

（実施例） 以下、図面を参照しながら実施例を説明する。

第１図には本発明の一実施例に係る相対位置検出用回折
格子が示されている。なお、この図では第８図と同一部
分が同一符号で示されている。したがって、重複する部
分の詳−しい説明は省略する。

この実施例に係る相対位置検出用回折格子が従来のもの
と異なる点は、マスク３に設けられる透過型回折格子６
ａ　（７ｇ）の構造にある。

すなわち、透過型回折格子６ａ　（７ａ）は、不透明部
分３１ａの反射型回折格子８（９）に対向する面に多重
反射防止用反射型回折格子４１を備えたものとなってい
る。

多重反射防止用反射型回折格子４１は、第２図に拡大し
て示すように、不透明部分３１ａの図中下面中央部に、
深さがレーザ光１３の波長λのほぼ１／４で、かつ幅が
不透明部分の幅ｐのほぼ１／２に形成された溝４２の底
面を一方の反射面４３とし、溝４２のいわゆる側壁端面
を他方の反射面４４とし、この両度射面４３．４４の組
合わせによって構成されている。すなわち、多重反射防
止用反射型回折格子４１は、相対位置検出時に照射され
る単色光の波長をλとし、ｍを任意の整数としたとき、
ほぼ（２ｍ＋１）λ／４の段差で区画された２種類の反
射面４３．４４を持ち、かつ一方の反射面４３（４４）
の幅が不透明部分３１ａの幅のほぼｌ／２である段付き
反射面構造に形成されている。

このような構造の透過型回折格子６ａ（７ａ）と反射型
回折格子８（９）との組合わせであると、不透明部分３
１ａからの反射回折格子の反射率のｎ次のフーリエ係数
ｆ、と次数ｎとの間には次の（１）式で示す関係が成立
することが判明した。

ｆ　、　−［５ｉｎｌ（１／２）ｎ　ｙｒ　ｌ−２ｓｌ
ｎ（（１／４）ｎ　ｙｒ　ｌ］／、（ｎπ〉　　　　・
・・（１） これを図で示すと、第３図のようになる。この図から判
るように、０次ではｆｏ”０、±１次ではｆ　、、　−
−０，１３２となる。この特性を第８図に示す従来のも
のの特性と比較すると、０次および±１次において大幅
に小さい値となっている。ただし、２次以上では逆に大
きくなっている。しかし、センサ１７で回折光を検出し
て相対位置を検出する場合、検出回折光に影響を与える
反射回折光は０次および±１次の回折光で、２次、３次
等の高次の反射回折光はほとんど影響を与えない。した
がって、上記のように０次ではｆｏ−０、±１次ではｆ
よ、−一０．１３２の特性であると、検出回折光に重畳
される反射回折光成分を極めて小さくでき、その結果と
して相対位置合せ精度を向上させることが可能となる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではない。

すなわち、上記実施例では、溝４２の断面形状を角溝構
成としているが、第４図に示すように楕円柱を半分にし
た断面形状の溝４２ａとしたり、あるいは第５図に示す
ように一方の側壁をなくした半溝構成の溝４２ｂとして
も前述した条件を満たしていれば前記実施例と同様の効
果を得ることかできる。

第６図には本発明のさらに異なる実施例に係る相対位置
検出用回折格子の要部が示されている。

この実施例に係る相対位置検出用回折格子では、ウェハ
２側に設けられる回折格子８ａ　（９ｇ）に多重反射防
止用反射型回折格子４１ｃを設けている。この多重反射
防止用反射型回折格子４１ｃは、回折格子８ａ　（９ａ
）に形成されている突条３２ａとウェハ構成材との組合
せによって構成されている。

すなわち、同図に示されるように、突条３２ａとウェハ
２の構成材の平坦部３３との段差を先の実施例と同様に
、レーザ光１３の波長のほぼ１／４、つまり相対位置検
出時に照射される単色光の波長をλとし、ｍを任意の整
数としたとき、ほぼ（２１◆ｌ）λ／２の段差とし、こ
の段差で区画された２種類の反射面（突条３２ａと平坦
部３３）で多重反射防止用反射型回折格子４１ｃを構成
している。

このような構成によっても、ウェハ２側の回折格子８ａ
　（９ａ）の反射率のｎ次のフーリエ係数ｆ、の０次を
零、すなわちｆｏ”Ｏとすることができ、先の実施例と
同様の作用、効果が得られる。

また、この実施例の場合には、従来と同様のピッチの回
折格子８ａ　（９ａ）を用いることができ、段差だけ上
記値に設定すればよいので、回折格子の形成を容易化で
きる。

なお、本発明に係る回折格子はマスクとウェハとの対向
面に沿った方向の位置検出に限らず、マスクとウェハと
の間の間隙検出にも使用できる。

また、マスクとウェハとの間の相対位置検出だけにその
使用を限定されるものではなく、各種の相対位置検出に
も使用できる。さらに、両回折格子のパターン形状もス
トライブ状に限られるものではない。

Ｃ発明の効果〕 以上のように、本発明によれば、回折格子自身に多重反
射を抑制する機能を持たせているので、二重回折格子法
で相対位置を検出するときに多重反射の影響を低減でき
、高精度な位置検出に寄与できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る相対位置検出用回折格
子の断面図、第２図は同回折格子における透過型回折格
子を局部的に取り出して示す断面図、第３図は同透過型
回折格子の反射特性を説明するための図、第４図および
第５図は透過型回折格子の変形例をそれぞれ局部的に取
り出して示す断面図、第６図は本発明の別の実施例に係
る相対位置検出用回折格子における反射型回折格子を局
部的に取り出して示す断面図、第７図は二重回折格子法
で位置合せを行う位置合せ装置の一例を示す構成図、・
第８図は従来用いられている位置検出用回折格子の断面
図、第９図は同回折格子における透過型回折格子の反射
特性を示す図である。 ２・・・ウェハ、３・・・マスク、６　ａ　ｓ　７　ａ
・・・透過型回折格子、８．８ａ、９，９ａ・・・反射
型回折格子、１１・・・位置合せ装置、３１ａ・・・不
透明部分、３２．３２　ａ　＝−突条、４１．４１ａ−
４１ｂｓ４１ｃ・・・多重反射防止用反射型回折格子、
４２、　ａｌ ｂ・・・溝、 ４３． ４４・・・反射面。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１の物体と第２の物体との相対位置を二重回折
   格子法で検出するために、上記各物体に対向関係に設け
   られる透過型回折格子および反射型回折格子からなる相
   対位置検出用回折格子において、前記透過型回折格子は
   、その不透明部分で、かつ前記反射型回折格子に対向す
   る面に多重反射防止用反射型回折格子を備えていること
   を特徴とする相対位置検出用回折格子。
2. （２）前記多重反射防止用反射型回折格子は、相対位置
   検出時に照射される単色光の波長をλとし、ｍを任意の
   整数としたとき、ほぼ（２ｍ＋１）λ／４の段差で区画
   された２種類の反射面を持ち、かつ一方の反射面の幅が
   前記不透明部分の幅のほぼ１／２である段付き反射面構
   造に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の
   相対位置検出用回折格子。
3. （３）第１の物体と第２の物体との相対位置を二重回折
   格子法で検出するために、上記各物体に対向関係に設け
   られる透過型回折格子および反射型回折格子からなる相
   対位置検出用回折格子において、前記反射型回折格子は
   、前記透過型回折格子に対向する面に多重反射防止用反
   射型回折格子を備えていることを特徴とする相対位置検
   出用回折格子。
4. （４）前記多重反射防止用反射型回折格子は、相対位置
   検出時に照射される単色光の波長をλとし、ｍを任意の
   整数としたとき、ほぼ（２ｍ＋１）λ／４の段差で区画
   された２種類の段付き反射面構造に形成されていること
   を特徴とする請求項３に記載の相対位置検出用回折格子
   。