(57)【要約】【課題】ウエハのアライメントマークを撮像した像の強度を強め、アライメント精度を高めることができるアライメント方法およびアライメント装置と、それを用いた露光装置と半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】ウエハ２２のレジスト膜とマスク１４を所定の距離をもって保持し、レジスト膜が感光する領域を除く領域の波長であって、ｐ偏光などの直線偏光している光ＬＴＩ  を、ウエハの主面に対して斜めの方向から、マスクを介してウエハのウエハ用アライメントマークに対して照射し、またマスクのマスク用アライメントマークに対して照射し、ウエハにおける反射光とマスクにおける反射光（戻り光ＬＴＲ  ）とを受光し、受光した反射光から、ウエハのアライメントマークに対するマスクのマスク用アライメントマークのずれを検出し、上記で検出されたずれに応じて、ウエハに対するマスクの位置を調節して位置合わせする。【選択図】    図１
2004241581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハ用アライメントマークが形成され、かつ前記ウエハ用アライメントマークの形成面上にレジスト膜が形成されたウエハの前記レジスト膜に対して、等倍露光となる所定の距離をもって、マスク用アライメントマークが形成されたマスクを位置合わせするアライメント方法であって、
前記ウエハのレジスト膜と前記マスクを前記所定の距離をもって保持する工程と、
前記レジスト膜が感光する領域を除く領域の波長であって直線偏光している光を、前記ウエハの表面に対して斜めの方向から、前記マスクを介して前記ウエハのウエハ用アライメントマークに対して照射し、また前記マスクのマスク用アライメントマークに対して照射する工程と、
前記光の前記ウエハにおける反射光と前記マスクにおける反射光とを受光する工程と、
受光した前記反射光から、前記ウエハの前記アライメントマークに対する前記マスクの前記マスク用アライメントマークのずれを検出する工程と、
前記ずれに応じて、前記ウエハに対する前記マスクの位置を調節して位置合わせする工程と
を有するアライメント方法。
【請求項２】
前記直線偏光している光は、前記ウエハの表面に対してｐ偏光となっている
請求項１に記載のアライメント方法。
【請求項３】
前記光を出射する光源として自然光を出射する光源を用い、
前記光を前記ウエハのウエハ用アライメントマークおよび前記マスクのマスク用アライメントマークに対して照射する光学系として偏光板を含む光学系を用いる
請求項１に記載のアライメント方法。
【請求項４】
前記光を出射する前記光源として直線偏光した光を出射するレーザを用いる
請求項１に記載のアライメント方法。
【請求項５】
ウエハ用アライメントマークが形成され、かつ前記ウエハ用アライメントマークの形成面上にレジスト膜が形成されたウエハの前記レジスト膜に対して、等倍露光となる所定の距離をもって、マスク用アライメントマークが形成されたマスクを位置合わせするアライメント装置であって、
前記ウエハのレジスト膜と前記マスクを前記所定の距離をもって保持する保持部と、
前記レジスト膜が感光する領域を除く領域の波長の光を出射する光源と、
前記光の前記ウエハにおける反射光と前記マスクにおける反射光とを受光する受光部と、
前記ウエハの表面に対して斜めの方向から、前記光源からの光を前記マスクを介して前記ウエハのウエハ用アライメントマークに対して照射し、また前記マスクのマスク用アライメントマークに対して照射し、前記光の前記ウエハにおける反射光と前記マスクにおける反射光とを前記受光部に結合させる光学系と、
受光した前記反射光から、前記ウエハの前記アライメントマークに対する前記マスクの前記マスク用アライメントマークのずれを検出する検出部と、
前記ずれに応じて、前記保持部による前記ウエハに対する前記マスクの位置を調節する位置調整部と
を有し、
少なくとも前記ウエハと前記マスクに対して照射される時点での前記光が直線偏光となっている
アライメント装置。
【請求項６】
前記直線偏光している光は、前記ウエハの表面に対してｐ偏光となっている
請求項５に記載のアライメント装置。
【請求項７】
前記光源が自然光を出射する光源であり、
前記光源からの光を前記ウエハのウエハ用アライメントマークおよび前記マスクのマスク用アライメントマークに対して照射するまで間において前記光学系が偏光板を含む
請求項５に記載のアライメント装置。
【請求項８】
前記光源が直線偏光した光を出射するレーザである
請求項５に記載のアライメント装置。
【請求項９】
ウエハ用アライメントマークが形成され、かつ前記ウエハ用アライメントマークの形成面上にレジスト膜が形成されたウエハの前記レジスト膜に対して、等倍露光となる所定の距離をもって、マスク用アライメントマークが形成されたマスクを位置合わせするアライメント部を備え、所定の露光ビームで露光する露光装置であって、
前記アライメント部は、
前記ウエハのレジスト膜と前記マスクを前記所定の距離をもって保持する保持部と、
前記レジスト膜が感光する領域を除く領域の波長の光を出射する光源と、
前記光の前記ウエハにおける反射光と前記マスクにおける反射光とを受光する受光部と、
前記ウエハの表面に対して斜めの方向から、前記光源からの光を前記マスクを介して前記ウエハのウエハ用アライメントマークに対して照射し、また前記マスクのマスク用アライメントマークに対して照射し、前記光の前記ウエハにおける反射光と前記マスクにおける反射光とを前記受光部に結合させる光学系と、
受光した前記反射光から、前記ウエハの前記アライメントマークに対する前記マスクの前記マスク用アライメントマークのずれを検出する検出部と、
前記ずれに応じて、前記保持部による前記ウエハに対する前記マスクの位置を調節する位置調整部と
を有し、
少なくとも前記ウエハと前記マスクに対して照射される時点での前記光が直線偏光となっている
露光装置。
【請求項１０】
ウエハ用アライメントマークが形成され、かつ前記ウエハ用アライメントマークの形成面上にレジスト膜が形成されたウエハに、マスク用アライメントマークと所定のパターンが形成されたマスクを用いてパターン露光する工程を有する半導体装置の製造方法であって、
前記ウエハのレジスト膜と前記マスクを等倍露光となる所定の距離をもって保持する工程と、
前記レジスト膜が感光する領域を除く領域の波長であって直線偏光している光を、前記ウエハの表面に対して斜めの方向から、前記マスクを介して前記ウエハのウエハ用アライメントマークに対して照射し、また前記マスクのマスク用アライメントマークに対して照射する工程と、
前記光の前記ウエハにおける反射光と前記マスクにおける反射光とを受光する工程と、
受光した前記反射光から、前記ウエハの前記アライメントマークに対する前記マスクの前記マスク用アライメントマークのずれを検出する工程と、
前記ずれに応じて、前記ウエハに対する前記マスクの位置を調節して位置合わせする工程と、
位置合わせされた前記マスクを介して前記ウエハに対して前記レジスト膜が感光する露光ビームを照射して露光する工程と
を有する半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置製造のリソグラフィ工程で用いられるマスクのアライメント方法およびアライメント装置と、それを用いた露光装置と半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フォトリソグラフィに代わる次世代露光技術として、電子線やＸ線を用いて、マスクを被露光ウエハに近接させて露光する、電子線近接リソグラフィや等倍Ｘ線リソグラフィなどの転写型露光方法が開発されている。
これらのリソグラフィにおいて用いられるマスクは、例えば０．５μｍの膜厚のＳｉ膜やＳｉＣ膜、ダイヤモンドなどの薄膜から構成される。
【０００３】
上記の次世代露光技術においては、例えばマスクと被露光ウエハの相対位置をリアルタイムに測定して位置合わせするアライメント装置が使用される（特許文献１〜３参照）。
上記のアライメント装置は、例えば、被露光ウエハに形成されたレジスト膜を感光させないような長波長光を用いたアライメント光学系であり、マスクとウエハに書き込まれたアライメントマークに測定用の光（照明光）を照射し、各アライメントマークで散乱されて戻ってくる光を検出して撮像素子に結像し、画像処理を行ってアライメントマークの位置を測定し、マスクとウエハの位置ずれを検出する。
上記のようにして得られたマスクとウエハの位置ずれを補正するように、ウエハに対するマスクの位置を調節して位置合わせする。
【０００４】
アライメント光学系が露光電子線（ＥＢ）や露光Ｘ線、それらの光学系、マスク、マスクステージ、ウエハステージなどと干渉するのを防ぐために、アライメント光学系は、測定用の光（照明光）がウエハの表面に対して斜めに入射するように設置される。
【０００５】
上記のアライメント装置において、ウエハに入射する照明光はマスクを透過してウエハに到達し、ウエハから戻ってくる散乱光もマスクを透過する構成となっている。
【０００６】
【特許文献１】
特許第２９５５６６８号公報
【特許文献２】
特許第３０４８９０４号公報
【特許文献３】
特許第３２３５７８２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のアライメント光学系を備えたアライメント装置において、ウエハに入射する照明光はマスクを透過してウエハに到達する構成となっており、マスクに入射した照明光がマスクを構成する薄膜の上面および下面で繰り返し反射され、互いに干渉する多波干渉によって減衰するため、実際にウエハに入射する照明光の強度が低下してしまう。
また、ウエハのアライメントマークに到達した照明光がアライメントマークにおいて散乱し、戻り光として検出される光軸上においても、マスクが存在するためにマスクを構成する薄膜の下面および上面での繰り返し反射による多波干渉のために減衰し、実際に戻り光として検出される光の強度が低下してしまう。
【０００８】
このように、マスクのアライメントマークを撮像した像に対して、ウエハのアライメントマークを撮像した像の強度が小さくなってしまい、ウエハのアライメントマークの検出誤差が相対的に大きくなってしまう。
このため、アライメント精度が低下してしまうことになる。
【０００９】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、従って本発明は、電子線近接リソグラフィや等倍Ｘ線リソグラフィなどの転写型露光方法において、特にウエハのアライメントマークを撮像した像の強度を強め、アライメント精度を高めることができるアライメント方法およびアライメント装置と、それを用いた露光装置と半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明のマスクのアライメント方法は、ウエハ用アライメントマークが形成され、かつ前記ウエハ用アライメントマークの形成面上にレジスト膜が形成されたウエハの前記レジスト膜に対して、等倍露光となる所定の距離をもって、マスク用アライメントマークが形成されたマスクを位置合わせするアライメント方法であって、前記ウエハのレジスト膜と前記マスクを前記所定の距離をもって保持する工程と、前記レジスト膜が感光する領域を除く領域の波長であって直線偏光している光を、前記ウエハの表面に対して斜めの方向から、前記マスクを介して前記ウエハのウエハ用アライメントマークに対して照射し、また前記マスクのマスク用アライメントマークに対して照射する工程と、前記光の前記ウエハにおける反射光と前記マスクにおける反射光とを受光する工程と、受光した前記反射光から、前記ウエハの前記アライメントマークに対する前記マスクの前記マスク用アライメントマークのずれを検出する工程と、前記ずれに応じて、前記ウエハに対する前記マスクの位置を調節して位置合わせする工程とを有する。
【００１１】
上記の本発明のマスクのアライメント方法は、ウエハのレジスト膜とマスクを所定の距離をもって保持する。
次に、レジスト膜が感光する領域を除く領域の波長であって直線偏光している光を、ウエハの表面に対して斜めの方向から、マスクを介してウエハのウエハ用アライメントマークに対して照射し、またマスクのマスク用アライメントマークに対して照射する。
次に、光のウエハにおける反射光とマスクにおける反射光とを受光し、受光した反射光から、ウエハのアライメントマークに対するマスクのマスク用アライメントマークのずれを検出する。
次に、上記で検出されたずれに応じて、ウエハに対するマスクの位置を調節して位置合わせする。
【００１２】
また、上記の目的を達成するため、本発明のマスクのアライメント装置は、ウエハ用アライメントマークが形成され、かつ前記ウエハ用アライメントマークの形成面上にレジスト膜が形成されたウエハの前記レジスト膜に対して、等倍露光となる所定の距離をもって、マスク用アライメントマークが形成されたマスクを位置合わせするアライメント装置であって、前記ウエハのレジスト膜と前記マスクを前記所定の距離をもって保持する保持部と、前記レジスト膜が感光する領域を除く領域の波長の光を出射する光源と、前記光の前記ウエハにおける反射光と前記マスクにおける反射光とを受光する受光部と、前記ウエハの表面に対して斜めの方向から、前記光源からの光を前記マスクを介して前記ウエハのウエハ用アライメントマークに対して照射し、また前記マスクのマスク用アライメントマークに対して照射し、前記光の前記ウエハにおける反射光と前記マスクにおける反射光とを前記受光部に結合させる光学系と、受光した前記反射光から、前記ウエハの前記アライメントマークに対する前記マスクの前記マスク用アライメントマークのずれを検出する検出部と、前記ずれに応じて、前記保持部による前記ウエハに対する前記マスクの位置を調節する位置調整部とを有し、少なくとも前記ウエハと前記マスクに対して照射される時点での前記光が直線偏光となっている。
【００１３】
上記の本発明のマスクのアライメント装置は、保持部によりウエハのレジスト膜とマスクを所定の距離をもって保持し、光源によりレジスト膜が感光する領域を除く領域の波長の光を出射する。
この光は、少なくともウエハとマスクに対して照射される時点で直線偏光となっており、光学系によりウエハの表面に対して斜めの方向から、マスクを介してウエハのウエハ用アライメントマークに対して照射され、またマスクのマスク用アライメントマークに対して照射され、ウエハにおける反射光とマスクにおける反射光は光学系により受光部に結合され、受光される。
検出部により、受光された反射光からウエハのアライメントマークに対するマスクのマスク用アライメントマークのずれが検出され、位置調整部により、上記で得られたずれに応じて保持部によるウエハに対するマスクの位置が調節される。
【００１４】
また、上記の目的を達成するため、本発明の露光装置は、ウエハ用アライメントマークが形成され、かつ前記ウエハ用アライメントマークの形成面上にレジスト膜が形成されたウエハの前記レジスト膜に対して、等倍露光となる所定の距離をもって、マスク用アライメントマークが形成されたマスクを位置合わせするアライメント部を備え、所定の露光ビームで露光する露光装置であって、前記アライメント部は、前記ウエハのレジスト膜と前記マスクを前記所定の距離をもって保持する保持部と、前記レジスト膜が感光する領域を除く領域の波長の光を出射する光源と、前記光の前記ウエハにおける反射光と前記マスクにおける反射光とを受光する受光部と、前記ウエハの表面に対して斜めの方向から、前記光源からの光を前記マスクを介して前記ウエハのウエハ用アライメントマークに対して照射し、また前記マスクのマスク用アライメントマークに対して照射し、前記光の前記ウエハにおける反射光と前記マスクにおける反射光とを前記受光部に結合させる光学系と、受光した前記反射光から、前記ウエハの前記アライメントマークに対する前記マスクの前記マスク用アライメントマークのずれを検出する検出部と、前記ずれに応じて、前記保持部による前記ウエハに対する前記マスクの位置を調節する位置調整部とを有し、少なくとも前記ウエハと前記マスクに対して照射される時点での前記光が直線偏光となっている。
【００１５】
上記の本発明の露光装置は、ウエハのウエハ用アライメントマークとマスクのマスク用アライメントマークとを位置合わせするアライメント部として、上記の本発明のアライメント装置を備え、所定の露光ビームで露光する露光装置である。
【００１６】
また、上記の目的を達成するため、本発明の半導体装置の製造方法は、ウエハ用アライメントマークが形成され、かつ前記ウエハ用アライメントマークの形成面上にレジスト膜が形成されたウエハに、マスク用アライメントマークと所定のパターンが形成されたマスクを用いてパターン露光する工程を有する半導体装置の製造方法であって、前記ウエハのレジスト膜と前記マスクを等倍露光となる所定の距離をもって保持する工程と、前記レジスト膜が感光する領域を除く領域の波長であって直線偏光している光を、前記ウエハの表面に対して斜めの方向から、前記マスクを介して前記ウエハのウエハ用アライメントマークに対して照射し、また前記マスクのマスク用アライメントマークに対して照射する工程と、前記光の前記ウエハにおける反射光と前記マスクにおける反射光とを受光する工程と、受光した前記反射光から、前記ウエハの前記アライメントマークに対する前記マスクの前記マスク用アライメントマークのずれを検出する工程と、前記ずれに応じて、前記ウエハに対する前記マスクの位置を調節して位置合わせする工程と、位置合わせされた前記マスクを介して前記ウエハに対して前記レジスト膜が感光する露光ビームを照射して露光する工程とを有する。
【００１７】
上記の本発明の半導体装置の製造方法は、ウエハのレジスト膜とマスクを等倍露光となる所定の距離をもって保持する。
次に、レジスト膜が感光する領域を除く領域の波長であって直線偏光している光を、ウエハの表面に対して斜めの方向から、マスクを介してウエハのウエハ用アライメントマークに対して照射し、またマスクのマスク用アライメントマークに対して照射する。
次に、上記の光のウエハにおける反射光とマスクにおける反射光とを受光し、受光した反射光から、ウエハのアライメントマークに対するマスクのマスク用アライメントマークのずれを検出する。
次に、ずれに応じて、ウエハに対するマスクの位置を調節して位置合わせする。
次に、位置合わせされたマスクを介して、ウエハに対してレジスト膜が感光する露光ビームを照射して露光する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本実施形態に係るマスクのアライメント方法とマスクのアライメント装置、また、上記のアライメント装置を備えた露光装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１９】
第１実施形態
図１は、本実施形態に係るアライメント装置の模式構成図である。
本実施形態のアライメント装置においては、電子線近接リソグラフィや等倍Ｘ線リソグラフィなどの転写型露光方法において露光するために、ウエハ用アライメントマークが形成され、かつウエハ用アライメントマークの形成面上にレジスト膜が形成されたウエハ２２のレジスト膜に対して、落射照明系によってウエハ用アライメントマークとマスク用アライメントマークを観察し、等倍露光となる所定の距離をもって、マスク用アライメントマークが形成されたマスク１４を位置合わせするものである。
ＬＥＥＰＬ（Ｌｏｗ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｂｅａｍ  Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）に適用する場合、上記マスクは膜厚０．５μｍのメンブレンに対してパターン露光する領域に貫通孔が形成されているステンシルマスクとなる。
【００２０】
本実施形態のアライメント装置は、ウエハ２２とマスク１４の保持部（不図示）、光源３０、コンデンサレンズ３１、偏光板３２、ビームスプリッタ３３、対物レンズの瞳３４、対物レンズ３５、結像レンズ３６、ＣＣＤ撮像素子３７およびコンピュータ３８とを有する。
【００２１】
上記の保持部（不図示）は、等倍露光となるように、通常ウエハ２２のレジスト膜に対してマスク１４を５０μｍ程度の距離に保持するとともに、不図示の機構によりウエハに対するマスクの相対的な位置を調節可能となっている。
【００２２】
光源３０は、例えばＨｇランプあるいはＸｅランプなどであり、ウエハ２２に形成されたレジスト膜が感光する領域を除く領域の波長の自然光である照明光ＬＴ０  を出射する。
【００２３】
光源３０からの照明光ＬＴ０  は、コンデンサレンズ３１により集光され、偏光板３２により直線偏光、特にウエハ２２の表面に対してｐ偏光の照明光ＬＴＩ  とされる。
ｐ偏光の照明光ＬＴＩ  は、ビームスプリッタ３３の分光面で進路を屈曲させ、対物レンズの瞳３４を通過し、対物レンズ３５によりウエハの表面に対して斜めの方向からマスク１４を介してウエハ２２のウエハ用アライメントマークに対して照射され、またマスク１４のマスク用アライメントマークに対して照射される。
ウエハにおける反射光とマスクにおける反射光は、戻り光ＬＴＲ  として、入射経路を辿り、対物レンズ３５、対物レンズの瞳３４、ビームスプリッタ３３を通過し、結像レンズ３６により受光部であるＣＣＤ撮像素子３７に結合され、ウエハ２２のウエハ用アライメントマークとマスク１４のマスク用アライメントマークが撮像される。
【００２４】
上記のＣＣＤ撮像素子３７で撮像された撮像データは、検出部において画像処理され、ウエハ２２のウエハ用アライメントマークとマスク１４のマスク用アライメントマークの位置が測定され、マスクとウエハの位置ずれが検出される。
さらに、保持部（不図示）を位置制御する位置調整部により、上記のようにして得られたマスクとウエハの位置ずれを補正するように、ウエハに対するマスクの位置が調節され、位置合わせされる。
上記の検出部と位置調整部は、コンピュータ３８上に実現される。
【００２５】
上記のように、光を出射する光源３０として自然光を出射する光源を用い、この光をウエハ２２のウエハ用アライメントマークおよびマスクのマスク用アライメントマークに対して照射する光学系として偏光板３２を含む光学系を用いることにより、少なくともウエハ２２とマスク１４に対して照射される時点での光が直線偏光、特にウエハ２２の表面に対してｐ偏光となっている。
【００２６】
マスクを構成する薄膜（メンブレン）は、Ｓｉ、ＳｉＣあるいはダイヤモンドなどの薄膜からなり、表面と裏面の反射光が多波干渉して薄膜の透過率と反射率が波長によって変化するばかりでなく、アライメント光学系が傾斜しており、照明光がウエハに対して斜めに入射するので、偏光方向によっても変化する。
対物レンズからの照明光とアライメントマークでの散乱光が球面波であることを考慮してシミュレーションすると、透過率はｐ偏光の方がｓ偏光よりも高くなることがわかった。
この結果については後述の実施例において説明する。
【００２７】
本実施形態に係るアライメント装置によれば、照明光としてウエハ２２の表面に対してｐ偏光を用いることで、従来の自然光を用いる場合よりもマスクの透過率を高めることができ、このためウエハに到達する照明光の強度をマスク照明光に対して相対的に高め、また、戻り光として検出される光の強度を高めることができ、ウエハのアライメントマークの検出誤差が相対的に小さくなり、アライメント精度を向上させることができる。
【００２８】
次に、本実施形態に係るアライメント方法について説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、基板１０に酸化シリコン膜１１を介してシリコンの薄膜（メンブレン）１２を形成し、薄膜領域における基板１０と酸化シリコン膜１１を除去し、マスクブランクスを形成する。薄膜領域を除く領域において残された基板部分は梁１３となって薄膜１２を支持する。
【００２９】
次に、上記のマスクブランクスの薄膜１２上にレジスト膜（不図示）を形成し、Ｘ線直接描画露光などでパターン露光する。このとき、マスク用アライメントマークも同時に露光する。
レジスト膜を現像し、これをマスクとしてエッチング処理して、薄膜１２にマスク用アライメントマーク１２ａとパターン１２ｂを形成し、レジスト膜を除去する。
以上のようにして、図２（ｂ）に示すようなＬＥＥＰＬ用のステンシルマスクであるマスク１４が形成される。
【００３０】
一方、シリコン基板２０の表面にパターン加工してウエハ用アライメントマーク２０ａを形成し、その上層にレジスト膜２１を形成する。
以上のようにして、図２（ｃ）に示すような被露光ウエハであるウエハ２２が形成される。
【００３１】
次に、ウエハ２２のレジスト膜２１とマスク１４を所定の距離をもって保持し、レジスト膜が感光する領域を除く領域の波長であって、直線偏光、特にｐ偏光となっている照明光ＬＴＩ  を、ウエハ２２の表面に対して斜めの方向からマスク１４を介してウエハ２２のウエハ用アライメントマーク２０ａに対して照射し、またマスク１４のマスク用アライメントマーク１２ａに対して照射する。
次に、ウエハ２２における反射光ＬＴＲ  とマスク１４における反射光とを受光し、受光した反射光から、ウエハのアライメントマークに対するマスクのマスク用アライメントマークのずれを検出する。
次に、上記で得られたずれに応じて、ウエハ２２に対するマスク１４の位置を調節して位置合わせする。
【００３２】
上記のアライメントの引き続いて露光を行う場合には、上記のようにして位置合わせされたマスク１４を介してウエハ２２に対してレジスト膜が感光する電子線ＥＢなどの露光ビームを照射して露光する。
【００３３】
本実施形態に係るアライメント方法によれば、照明光としてウエハ２２の表面に対してｐ偏光を用いており、従来の自然光よりもウエハに到達する照明光の強度をマスク照明光に対して相対的に高め、また、戻り光として検出される光の強度を高めることができ、ウエハのアライメントマークの検出誤差が自然光照明よりも小さくなり、アライメント精度を向上させることができる。
【００３４】
（実施例）
対物レンズからの照明光とアライメントマークでの散乱光が球面波であることを考慮し、マスクを構成する薄膜として０．５μｍのＳｉ膜を想定し、開口数０．３５の対物レンズにより集光する場合の薄膜の透過率の波長依存性をｐ偏光とｓ偏光とに分けてシミュレーションした。
結果を図４（ａ）および図４（ｂ）に示す。それぞれ、ｐ偏光とｓ偏光の場合に相当する。
このように、各図において、マスクの薄膜の表面と裏面の反射光が干渉して薄膜の透過率が波長によって周期的に変化する他、偏光方向によっても変化し、特にｐ偏光の方がｓ偏光よりも高い透過率となることがわかった。
【００３５】
第２実施形態
本実施形態は、実質的に第１実施形態と同様のアライメント方法およびアライメント装置であるが、光源として直線偏光している光を出射する半導体レーザを用いていることが大きく異なる。
【００３６】
図５は、本実施形態に係るアライメント装置の模式構成図である。
本実施形態のアライメント装置は、ウエハ２２とマスク１４の保持部（不図示）、光源（半導体レーザ）４０、偏波面保持ファイバ４１、ファイバ出射部４２、コンデンサレンズ４３、１／２波長板４４、ビームスプリッタ４５、対物レンズの瞳４６、対物レンズ４７、結像レンズ４８、ＣＣＤ撮像素子４９およびコンピュータ５０とを有する。
【００３７】
上記の保持部（不図示）は、等倍露光となるように、通常ウエハ２２のレジスト膜に対してマスク１４を５０μｍ程度の距離に保持するとともに、不図示に機構によりウエハに対するマスクの相対的な位置を調節可能となっている。
【００３８】
光源（半導体レーザ）４０は、ウエハ２２に形成されたレジスト膜が感光する領域を除く領域の波長の直線偏光した光である照明光ＬＴ０  を出射する。
【００３９】
光源４０からの照明光ＬＴＩ  は、偏波面保持ファイバ４１により直線偏光を保持しながら伝送され、ファイバ出射部４２から出射され、コンデンサレンズ４３により集光され、１／２波長板４４の回転により、偏光方向が調節される。
さらに、照明光ＬＴＩ  は、ビームスプリッタ４５の分光面で進路を屈曲させ、対物レンズの瞳４６を通過し、対物レンズ４７によりウエハの表面に対して斜めの方向からマスク１４を介してウエハ２２のウエハ用アライメントマークに対して照射され、またマスク１４のマスク用アライメントマークに対して照射される。
ここで、照明光ＬＴＩ  の偏光方向がウエハ２２の表面に対してｐ偏光となるように、１／２波長板４４が調節される。
ウエハにおける反射光とマスクにおける反射光は、戻り光ＬＴＲ  として、入射経路を辿り、対物レンズ４７、対物レンズの瞳４６、ビームスプリッタ４５を通過し、結像レンズ４８により受光部であるＣＣＤ撮像素子４９に結合され、ウエハ２２のウエハ用アライメントマークとマスク１４のマスク用アライメントマークが撮像される。
【００４０】
上記のＣＣＤ撮像素子４９で撮像された撮像データは、検出部において画像処理され、ウエハ２２のウエハ用アライメントマークとマスク１４のマスク用アライメントマークの位置が測定され、マスクとウエハの位置ずれが検出される。
さらに、保持部（不図示）を位置制御する位置調整部により、上記のようにして得られたマスクとウエハの位置ずれを補正するように、ウエハに対するマスクの位置が調節され、位置合わせされる。
上記の検出部と位置調整部は、コンピュータ５０上に実現される。
【００４１】
本実施形態に係るアライメント装置によれば、第１実施形態と同様に、照明光としてウエハ２２の表面に対してｐ偏光を用いることで、従来の自然光を用いる場合よりもマスクの透過率を高めることができ、このためウエハに到達する照明光の強度をマスク照明光に対して相対的に高め、また、戻り光として検出される光の強度を高めることができ、ウエハのアライメントマークの検出誤差が相対的に小さくなり、アライメント精度を向上させることができる。
【００４２】
第３実施形態
本実施形態は、第１および第２実施形態に係るアライメント装置を備えた露光装置である。
図６はＬＥＥＰＬに用いる露光装置の概略図である。
この露光装置は、電子銃６０、アパーチャー６１、コンデンサレンズ６２、一対のメインデフレクター（６３，６４）および一対の微調整用デフレクター（６５，６６）を有する。
【００４３】
電子銃６０から出射された電子ビームＥＢは、アパーチャー６１により径が制限され、コンデンサレンズ６２により平行なビームにされる。
メインデフレクター（６３，６４）は、電子ビームＥＢが平行なままマスク１４に垂直に入射するように、電子ビームＥＢを偏向させる。
電子ビームＥＢはラスターまたはベクトル走査モードのいずれかでステンシルマスク１４に入射するが、いずれの場合も電子ビームＥＢの偏向にメインデフレクター（６３，６４）が用いられる。微調整用デフレクター（６５，６６）はメインデフレクター（６３，６４）によって偏向された電子ビームＥＢをさらに微調整する。
ステンシルマスク４７を透過した電子ビームＥＢは、ウエハ２２に形成された電子線露光用のレジスト膜に照射され、パターン露光される。
【００４４】
ここで、本実施形態に係る露光装置はアライメント装置７０を備えている。
このアライメント装置７０は、第１および第２実施形態に係るアライメント装置と同様の構成である。
即ち、レジスト膜が感光する領域を除く領域の波長であって直線偏光している照明光ＬＴＩ  がウエハ２２の表面に対して斜めの方向から、マスク１４を介してウエハ２２のウエハ用アライメントマークに対して照射され、またマスク１４のマスク用アライメントマークに対して照射される。
さらに、ウエハ２２における反射光とマスク１４における反射光とが受光され、受光された反射光から、ウエハ２２のアライメントマークに対するマスク１４のマスク用アライメントマークのずれが検出され、このずれに応じて、ウエハ２２に対するマスク１４の位置が調節されて位置合わせされる。
本実施形態の露光装置は、上記のようにウエハ２２に対するマスク１４の位置を高精度に合わせた後、露光と行うことができる。
【００４５】
本発明のアライメント方法、アライメント装置および露光装置は、上記の実施形態に限定されない。
例えば、本実施形態においては、ステンシルマスクのアライメント方法について説明したが、各種論文および特許により公知となっているマスク製造プロセスを適用することにより、各次世代露光技術用のマスクのアライメント方法に適用できる。
また、本発明のアライメント方法および装置は、被露光ウエハにパターン露光する工程を有する半導体装置の製造方法において、パターン露光するためのマスクをアライメントする方法や装置として適用できる。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００４６】
【発明の効果】
本発明のアライメント方法によれば、照明光としてウエハの表面に対して直線偏光（特にｐ偏光）を用いており、従来の自然光よりもウエハに到達する照明光の強度をマスク照明光に対して相対的に高め、また、戻り光として検出される光の強度を高めることができ、ウエハのアライメントマークの検出誤差が相対的に小さくなり、アライメント精度を向上させることができる。
【００４７】
本発明のアライメント装置によれば、照明光としてウエハの表面に対して直線偏光（特にｐ偏光）を用いることで、従来の自然光を用いる場合よりもマスクの透過率を高めることができ、このためウエハに到達する照明光の強度をマスク照明光に対して相対的に高め、また、戻り光として検出される光の強度を高めることができ、ウエハのアライメントマークの検出誤差が相対的に小さくなり、アライメント精度を向上させることができる。
【００４８】
本発明の露光装置によれば、本発明のアライメント装置により高精度にウエハに対するマスクの位置を高精度に合わせた後、露光を行うことができる。
【００４９】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、本発明のアライメント装置により高精度にウエハに対するマスクの位置を高精度に合わせて露光し、半導体装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は第１実施形態に係るアライメント装置の模式構成図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｃ）は第１実施形態に係るアライメント方法の工程を示す断面図である。
【図３】図３（ａ）および（ｂ）は第１実施形態に係るアライメント方法の工程を示す断面図である。
【図４】図４（ａ）および（ｂ）は実施例に係る透過率のシミュレーションの結果を示す。
【図５】図５は第２実施形態に係るアライメント装置の模式構成図である。
【図６】図６は第３実施形態に係る露光装置の模式構成図である。
【符号の説明】
１０…基板、１１…酸化シリコン膜、１２…薄膜（メンブレン）、１３…梁、１４…マスク、２０…シリコン基板、２１…レジスト膜、２２…ウエハ、３０…光源、３１…コンデンサレンズ、３２…偏光板、３３…ビームスプリッタ、３４…対物レンズの瞳、３５…対物レンズ、３６…結像レンズ、３７…ＣＣＤ撮像素子、３８…コンピュータ、４０…光源（半導体レーザ）、４１…偏波面保持ファイバ、４２…ファイバ出射部、４３…コンデンサレンズ、４４…１／２波長板、４５…ビームスプリッタ、４６…対物レンズの瞳、４７…対物レンズ、４８…結像レンズ、４９…ＣＣＤ撮像素子、５０…コンピュータ、６０…電子銃、６１…アパーチャー、６２…コンデンサレンズ、６３，６４…一対のメインデフレクター、６５，６６…一対の微調整用デフレクター、７０…アライメント装置、ＬＴ０  …自然光である照明光、ＬＴＩ  …照明光、ＬＴＲ  …反射光。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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