(57)【要約】【課題】アライメントマークとしてホログラフなどを用いる場合にスペックルノイズの影響を除去して高精度にアライメント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】レーザ光ＬＴＩ  をホログラムＨＧあるいはフレネルゾーンプレートであるアライメント対象物（１４，２２）のアライメントマーク（１２ａ，２０ａ）に対して照射し、このときのレーザ光のアライメントマークにおける反射光ＬＴＲ  の少なくとも一部を受光し、受光した反射光の少なくとも一部に応じて、空間光変調器３９や偏光ビームスプリッタ４０などからなる空間フィルタによりアライメントマークの再生光ＬＴ１  と再生光以外の光ＬＴ２  とに分離し、アライメントマークの再生光を受光してアライメント対象物の位置のずれを検出し、得られたずれに応じてアライメント対象物の位置を調節して位置合わせする。【選択図】    図１
2004265964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホログラムのパターンあるいはフレネルゾーンプレートのパターンを含むアライメントマークが形成されたアライメント対象物を位置合わせするアライメント方法であって、
レーザ光を前記アライメントマークに対して照射する工程と、
前記レーザ光の前記アライメントマークにおける反射光の少なくとも一部を受光する工程と、
受光した前記反射光の少なくとも一部に応じて、位置調整可能な空間フィルタにより、前記アライメントマークの再生光と、前記再生光以外の光とに分離する工程と、
前記再生光を受光する工程と、
受光した前記再生光から、前記アライメント対象物の位置のずれを検出する工程と、
前記ずれに応じて、前記アライメント対象物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】
ホログラムのパターンあるいはフレネルゾーンプレートのパターンを含む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、ホログラムのパターンあるいはフレネルゾーンプレートのパターンを含む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との距離が略前記所定の距離となるように前記ウエハと前記マスクを保持する工程と、
前記レジスト膜が感光する領域を除く領域の波長のレーザ光を、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工程と、
前記レーザ光の前記ウエハ用アライメントマークおよび前記マスク用アライメントマークにおける反射光の少なくとも一部を受光する工程と、
受光した前記反射光の少なくとも一部に応じて、位置調整可能な空間フィルタにより、前記ウエハ用アライメントマークおよび前記マスク用アライメントマークの再生光と、前記再生光以外の光とに分離する工程と、
前記再生光を受光する工程と、
受光した前記再生光から、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３】
前記再生光を受光する工程において、前記ウエハ用アライメントマークの再生光および前記マスク用アライメントマークの再生光の干渉縞を測定する
請求項２に記載のアライメント方法。
【請求項４】
前記ウエハ用アライメントマークおよび前記マスク用アライメントマークがホログラムのパターンを含み、
前記レーザ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工程において、前記ウエハの表面に対して斜めの角度をもって入射するように照射する
請求項２に記載のアライメント方法。
【請求項５】
前記ウエハ用アライメントマークおよび前記マスク用アライメントマークがフレネルゾーンプレートのパターンを含み、
前記レーザ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工程において、前記ウエハの表面に対して垂直に入射するように照射する
請求項２に記載のアライメント方法。
【請求項６】
ホログラムのパターンあるいはフレネルゾーンプレートのパターンを含むアライメントマークが形成されたアライメント対象物を位置合わせするアライメント装置であって、
前記アライメント対象物を保持する保持部と、
レーザ光を出射する光源と、
第１の受光部と、
第２の受光部と、
前記レーザ光を前記アライメント対象物のアライメントマークに対して照射し、前記レーザ光の前記アライメントマークにおける反射光を前記アライメントマークの再生光と前記再生光以外の光とに分離可能かつ位置調整可能な空間フィルタを含み、前記再生光を前記第１の受光部に結合させ、前記反射光の少なくとも一部を前記第２の受光部に結合させる光学系と、
前記第２の受光部により受光された前記反射光の少なくとも一部に応じて、前記再生光と前記再生光以外の光とに分離するように、前記空間フィルタの位置を調整する空間フィルタ位置調整部と、
前記第１の受光部により受光された前記再生光から、前記アライメント対象物の位置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アライメント対象物の位置を調節する保持部位置調整部と
を有するアライメント装置。
【請求項７】
ホログラムのパターンあるいはフレネルゾーンプレートのパターンを含む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、ホログラムのパターンあるいはフレネルゾーンプレートのパターンを含む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との距離が略前記所定の距離となるように前記ウエハと前記マスクを保持する保持部と、
レーザ光を出射する光源と、
第１の受光部と、
第２の受光部と、
前記レーザ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し、前記レーザ光の前記ウエハ用アライメントマークおよび前記マスク用アライメントマークにおける反射光を前記マスクのマスク用アライメントマークおよび前記マスク用アライメントマークの再生光と前記再生光以外の光とに分離可能かつ位置調整可能な空間フィルタを含み、前記再生光を前記第１の受光部に結合させ、前記反射光の少なくとも一部を前記第２の受光部に結合させる光学系と、
前記第２の受光部により受光された前記反射光の少なくとも一部に応じて、前記再生光と前記再生光以外の光とに分離するように、前記空間フィルタの位置を調整する空間フィルタ位置調整部と、
前記第２の受光部により受光された前記再生光から、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保持部位置調整部と
を有するアライメント装置。
【請求項８】
前記第１の受光部により、前記ウエハ用アライメントマークの再生光および前記マスク用アライメントマークの再生光の干渉縞を観測する
請求項７に記載のアライメント装置。
【請求項９】
前記空間フィルタとして、空間フィルタ位置調整部からの信号に応じて所定の空間領域の光の偏光方向を変える空間光変調器と偏光ビームスプリッタを含む
請求項７に記載のアライメント装置。
【請求項１０】
前記空間フィルタとして、空間フィルタ位置調整部からの信号に応じて反射方向を調整できるチルトミラーとスリットまたはピンホールを含む
請求項７に記載のアライメント装置。
【請求項１１】
前記ウエハ用アライメントマークおよび前記マスク用アライメントマークがホログラムのパターンを含み、
前記光学系は、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、前記ウエハの表面に対して斜めの角度をもって入射するように、前記レーザ光を照射する
請求項７に記載のアライメント装置。
【請求項１２】
前記ウエハ用アライメントマークおよび前記マスク用アライメントマークがフレネルゾーンプレートのパターンを含み、
前記光学系は、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、前記ウエハの表面に対して垂直に入射するように、前記レーザ光を照射する
請求項７に記載のアライメント装置。
【請求項１３】
ホログラムのパターンあるいはフレネルゾーンプレートのパターンを含む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、ホログラムのパターンあるいはフレネルゾーンプレートのパターンを含む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との距離が略前記所定の距離となるように前記ウエハと前記マスクを保持する保持部と、
レーザ光を出射する光源と、
第１の受光部と、
第２の受光部と、
前記レーザ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し、前記レーザ光の前記ウエハ用アライメントマークおよび前記マスク用アライメントマークにおける反射光を前記マスクのマスク用アライメントマークおよび前記マスク用アライメントマークの再生光と前記再生光以外の光とに分離可能かつ位置調整可能な空間フィルタを含み、前記再生光を前記第１の受光部に結合させ、前記反射光の少なくとも一部を前記第２の受光部に結合させる光学系と、
前記第２の受光部により受光された前記反射光の少なくとも一部に応じて、前記再生光と前記再生光以外の光とに分離するように、前記空間フィルタの位置を調整する空間フィルタ位置調整部と、
前記第２の受光部により受光された前記再生光から、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保持部位置調整部と
を有する
露光装置。
【請求項１４】
ホログラムのパターンあるいはフレネルゾーンプレートのパターンを含む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、ホログラムのパターンあるいはフレネルゾーンプレートのパターンを含む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との距離が略前記所定の距離となるように前記ウエハと前記マスクを保持する工程と、
前記レジスト膜が感光する領域を除く領域の波長のレーザ光を、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工程と、
前記レーザ光の前記ウエハ用アライメントマークおよび前記マスク用アライメントマークにおける反射光の少なくとも一部を受光する工程と、
受光した前記反射光の少なくとも一部に応じて、位置調整可能な空間フィルタにより、前記ウエハ用アライメントマークおよび前記マスク用アライメントマークの再生光と、前記再生光以外の光とに分離する工程と、
前記再生光を受光する工程と、
受光した前記再生光から、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などで用いられるマスクなど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。
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ており、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】
例えば、特許文献１に記載の露光方法においては、投影光学系のベストフォーカス位置を求める方法が記載されている。
この方法では、レジスト膜が形成されたウエハ上の周辺の未露光領域に、投影光学系に対するフォーカス位置を変えて焦点計測用マークの潜像パターンを露光し、潜像パターンに対して斜めの方向から２つの検出ビームを照射し、潜像パターンから平行に発生する１組の回折光の干渉光の強度を求め、干渉光の強度が最大となるフォーカス位置をベストフォーカス位置とする。
【０００５】
上記のようなアライメント方法の１つであるホログラムやフレネルゾーンプレートを利用したアライメント方法は、単なるアライメントパターンを用いた方法に比較してアライメントパターンの形状歪に影響されずに高精度にアライメントできる特徴がある。
ホログラムやフレネルゾーンプレートを用いてマスクとウエハの相対的位置合せを行う場合、光源にはコヒーレントなレーザが使用される。
【０００６】
特に、ＥＢ密着露光（ＬＥＥＰＬ）で落射照明斜方観察光学系でマスクを介してウエハ上のアライメントマークを結像する方式では、ウエハのアライメントマークによる散乱光の強度が小さいので、ウエハ上レジストをコーティングした場合等に、マーク像が暗くなり位置合せ精度が低下する場合があるが、ホログラムやフレネルゾーンプレートは、それらを構成する要素ドットからの散乱光が干渉することで明るい再生像が得られる。
【０００７】
しかし、レーザ光でマスクやウエハのアライメントマークを照明すると、マスクとウエハのアライメントパターンからの散乱光や高次回折光等が干渉するため、センサ面にスペックルノイズが発生する。そのため、センサからの出力信号のノイズが増大し、位置合せ精度が低下する。特に、２値パターンからなるウエハやマスク上のゾーンプレートやホログラムは、高次回折光が大きいのでノイズが大きくなり測定誤差も大きくなる。
また、マスクとウエハを近接させて電子線（ＥＢ）やＸ線を使用する近接露光においては、マスクとウエハの間で多重に反射された照明光や再生光が干渉することによりスペックルノイズが発生し、位置合せ精度が低下する。
【０００８】
また、高精度な光応用計測の方法に干渉計がある。マスクとウエハの両アライメントマーク再生像を干渉させ、その干渉縞の本数から両アライメントマークの相対的位置ずれを測定できる。
さらに、マスクとウエハの相対位置のシフトやレーザ光の波長シフトによりサブフリンジ法で干渉縞の位相を計測するならば、干渉縞の本数が１本以下であってもマスクとウエハの相対位置を高精度に測定できる。
しかし、上記のようにレーザ光でゾーンプレートやホログラムを照明することによりスペックルノイズが発生し、位置合せ精度が低下する。
【０００９】
上記のスペックルノイズの対策として、例えば特許文献２では、半導体レーザの駆動電流値の制御やスーパールミネッセントダイオードの使用によって、光源のコヒーレンシを低下させている。
また、フレネルゾーンプレートやホログラムの再生像からスペックルノイズを除去するためには空間フィルターが有効である。
【００１０】
【特許文献１】
特開平６−２６７８２４号公報
【特許文献２】
特許第２８２７３１２号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、コヒーレンシを低下させるならば、ホログラムやフレネルゾーンプレートの再生像が色分散のために暈けた状態となる。このため、センサ上でスポット径が十分に小さくならないので位置合せ精度が低下する。
【００１２】
さらに、空間フィルターを用いる場合マスク、ウエハの変位によってマーク再生像の位置だけではなく再生光の方向も変化するので、空間フィルタもマスクとウエハの位置に応じて移動しなければならない。しかし、空間フィルタ位置の調整には時間がかかるので、露光装置のスループット低下の原因になる。
【００１３】
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けるウエハやマスクなどのアライメント方法および装置において、アライメントマークとしてホログラフやフレネルゾーンパターンを用いる場合にスペックルノイズの影響を除去して高精度にアライメント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。
【００１４】
【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、ホログラムのパターンあるいはフレネルゾーンプレートのパターンを含むアライメントマークが形成されたアライメント対象物を位置合わせするアライメント方法であって、レーザ光を前記アライメントマークに対して照射する工程と、前記レーザ光の前記アライメントマークにおける反射光の少なくとも一部を受光する工程と、受光した前記反射光の少なくとも一部に応じて、位置調整可能な空間フィルタにより、前記アライメントマークの再生光と、前記再生光以外の光とに分離する工程と、前記再生光を受光する工程と、受光した前記再生光から、前記アライメント対象物の位置のずれを検出する工程と、前記ずれに応じて、前記アライメント対象物の位置を調節して位置合わせする工程とを有する。
【００１５】
上記の本発明のマスクのアライメント方法は、まず、レーザ光をホログラムあるいはフレネルゾーンプレートであるアライメント対象物のアライメントマークに対して照射し、このときのレーザ光のアライメントマークにおける反射光の少なくとも一部を受光する。
次に、受光した反射光の少なくとも一部に応じて、アライメントマークの再生光と再生光以外の光とに分離する。
次に、アライメントマークの再生光を受光し、受光した前記アライメントマークの再生光から、アライメント対象物の位置のずれを検出する。
次に、上記で得られたずれに応じて、アライメント対象物の位置を調節して位置合わせする。
【００１６】
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方法は、ホログラムのパターンあるいはフレネルゾーンプレートのパターンを含む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、ホログラムのパターンあるいはフレネルゾーンプレートのパターンを含む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との距離が略前記所定の距離となるように前記ウエハと前記マスクを保持する工程と、前記レジスト膜が感光する領域を除く領域の波長のレーザ光を、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工程と、前記レーザ光の前記ウエハ用アライメントマークおよび前記マスク用アライメントマークにおける反射光の少なくとも一部を受光する工程と、受光した前記反射光の少なくとも一部に応じて、位置調整可能な空間フィルタにより、前記ウエハ用アライメントマークおよび前記マスク用アライメントマークの再生光と、前記再生光以外の光とに分離する工程と、前記再生光を受光する工程と、受光した前記再生光から、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。
【００１７】
上記の本発明のマスクのアライメント方法は、まず、ウエハのレジスト膜とマスクとの距離が略所定の距離となるようにウエハとマスクを保持し、レジスト膜が感光する領域を除く領域の波長のレーザ光を、ホログラムあるいはフレネルゾーンプレートであるウエハ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し、このときのレーザ光のウエハ用アライメントマークおよびマスク用アライメントマークにおける反射光の少なくとも一部を受光する。
次に、受光した反射光の少なくとも一部に応じて、ウエハ用アライメントマークおよびマスク用アライメントマークの再生光と、再生光以外の光とに分離する。
次に、再生光を受光し、受光した再生光から、ウエハの前記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、ウエハに対するマスクの位置を調節して位置合わせする。
【００１８】
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、ホログラムのパターンあるいはフレネルゾーンプレートのパターンを含むアライメントマークが形成されたアライメント対象物を位置合わせするアライメント装置であって、前記アライメント対象物を保持する保持部と、レーザ光を出射する光源と、第１の受光部と、第２の受光部と、前記レーザ光を前記アライメント対象物のアライメントマークに対して照射し、前記レーザ光の前記アライメントマークにおける反射光を前記アライメントマークの再生光と前記再生光以外の光とに分離可能かつ位置調整可能な空間フィルタを含み、前記再生光を前記第１の受光部に結合させ、前記反射光の少なくとも一部を前記第２の受光部に結合させる光学系と、前記第２の受光部により受光された前記反射光の少なくとも一部に応じて、前記再生光と前記再生光以外の光とに分離するように、前記空間フィルタの位置を調整する空間フィルタ位置調整部と、前記第１の受光部により受光された前記再生光から、前記アライメント対象物の位置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アライメント対象物の位置を調節する保持部位置調整部とを有する。
【００１９】
上記の本発明のマスクのアライメント装置は、光学系により光源からのレーザ光を、ホログラムあるいはフレネルゾーンプレートであるアライメント対象物のアライメントマークに対して照射し、得られる反射光を光学系に含まれる位置調整可能な空間フィルタによりアライメントマークの再生光と再生光以外の光とに分離して第１の受光部に結合させ、また、上記反射光の少なくとも一部を第２の受光部に結合させる。
このときの反射光の少なくとも一部に応じて、アライメントマークの再生光と再生光以外の光とに分離するように、空間フィルタ位置調整部により空間フィルタの位置を調整する。
この結果、上記のように分離されたアライメントマークの再生光のみが第１の受光部で受光され、このアライメントマークの再生光からアライメント対象物の位置ずれを検出部により検出し、得られたずれに応じて保持部によるアライメント対象物の位置を保持部位置調整部により調節する。
【００２０】
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、ホログラムのパターンあるいはフレネルゾーンプレートのパターンを含む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、ホログラムのパターンあるいはフレネルゾーンプレートのパターンを含む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との距離が略前記所定の距離となるように前記ウエハと前記マスクを保持する保持部と、レーザ光を出射する光源と、第１の受光部と、第２の受光部と、前記レーザ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し、前記レーザ光の前記ウエハ用アライメントマークおよび前記マスク用アライメントマークにおける反射光を前記マスクのマスク用アライメントマークおよび前記マスク用アライメントマークの再生光と前記再生光以外の光とに分離可能かつ位置調整可能な空間フィルタを含み、前記再生光を前記第１の受光部に結合させ、前記反射光の少なくとも一部を前記第２の受光部に結合させる光学系と、前記第２の受光部により受光された前記反射光の少なくとも一部に応じて、前記再生光と前記再生光以外の光とに分離するように、前記空間フィルタの位置を調整する空間フィルタ位置調整部と、前記第２の受光部により受光された前記再生光から、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保持部位置調整部とを有する。
【００２１】
上記の本発明のマスクのアライメント装置は、光学系により光源からのレーザ光を、ホログラムあるいはフレネルゾーンプレートであるウエハ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し、得られる反射光を光学系に含まれる位置調整可能な空間フィルタによりウエハ用アライメントマークおよびマスク用アライメントマークの再生光と再生光以外の光とに分離して、再生光を第１の受光部に結合させ、また、上記の反射光の少なくとも一部を第２の受光部に結合させる。
このときの反射光の少なくとも一部に応じて、ウエハ用アライメントマークおよびマスク用アライメントマークの再生光と再生光以外の光とに分離するように、空間フィルタ位置調整部により空間フィルタの位置を調整する。
この結果、上記のように分離されたアライメントマークの再生光のみが第１の受光部で受光され、このウエハ用アライメントマークおよびマスク用アライメントマークの再生光からマスクとウエハの位置ずれを検出部により検出し、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を保持部位置調整部により調節する。
【００２２】
また、上記の目的を達成するため、本発明の露光装置は、ホログラムのパターンあるいはフレネルゾーンプレートのパターンを含む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、ホログラムのパターンあるいはフレネルゾーンプレートのパターンを含む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との距離が略前記所定の距離となるように前記ウエハと前記マスクを保持する保持部と、レーザ光を出射する光源と、第１の受光部と、第２の受光部と、前記レーザ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し、前記レーザ光の前記ウエハ用アライメントマークおよび前記マスク用アライメントマークにおける反射光を前記マスクのマスク用アライメントマークおよび前記マスク用アライメントマークの再生光と前記再生光以外の光とに分離可能かつ位置調整可能な空間フィルタを含み、前記再生光を前記第１の受光部に結合させ、前記反射光の少なくとも一部を前記第２の受光部に結合させる光学系と、
前記第２の受光部により受光された前記反射光の少なくとも一部に応じて、前記再生光と前記再生光以外の光とに分離するように、前記空間フィルタの位置を調整する空間フィルタ位置調整部と、前記第２の受光部により受光された前記再生光から、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保持部位置調整部とを有する。
【００２３】
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。
【００２４】
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、ホログラムのパターンあるいはフレネルゾーンプレートのパターンを含む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、ホログラムのパターンあるいはフレネルゾーンプレートのパターンを含む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との距離が略前記所定の距離となるように前記ウエハと前記マスクを保持する工程と、前記レジスト膜が感光する領域を除く領域の波長のレーザ光を、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工程と、前記レーザ光の前記ウエハ用アライメントマークおよび前記マスク用アライメントマークにおける反射光の少なくとも一部を受光する工程と、受光した前記反射光の少なくとも一部に応じて、位置調整可能な空間フィルタにより、前記ウエハ用アライメントマークおよび前記マスク用アライメントマークの再生光と、前記再生光以外の光とに分離する工程と、前記再生光を受光する工程と、受光した前記再生光から、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。
【００２５】
上記の本発明の半導体装置の製造方法は、本発明のアライメント方法によりウエハに対するマスクの位置を調節して位置合わせした後、位置合わせされた前記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。
【００２６】
【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。
【００２７】
第１実施形態
本実施形態のアライメント装置をこれを用いたアライメント方法について説明する。
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、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。
上記のように位置合わせするために、照明光をウエハの表面に対して斜めに入射させる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するものであり、ホログラムからなるアライメントマークの再生像はアライメントカメラの物体面に集光する。
【００２８】
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。
ここで、ウエハ２２に形成されているウエハ用アライメントマークおよびマスク１４に形成されているマスク用アライメントマークは、それぞれホログラムのパターンＨＧを含み、これらの再生像は、点または線、あるいはこれらの組み合わせである。
【００２９】
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、偏波面保持ファイバ３１、コリメータレンズ３２、ファラデーアイソレータ３３、シリンドリカルレンズ３４、ビームスプリッタ３５、対物レンズの瞳３６、対物レンズ３７、結像レンズ３８、空間光変調器３９、偏光ビームスプリッタ４０、第１受光部４１、結像レンズ４２、第２受光部４３、検出部４４、保持部位置調整部４５および空間フィルタ位置調整部４６とを有する。検出部４４、保持部位置調整部４５および空間フィルタ位置調整部４６はコンピュータ４７上に実現される。
【００３０】
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。
【００３１】
光源３０は、例えば半導体レーザやＨｅ−Ｎｅレーザなどの直線偏光レーザであり、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直線偏光した光である照明光ＬＴＩ  を出射する。
【００３２】
光源３０からの照明光ＬＴＩ  は、偏波面保持ファイバ３１による直線偏光を保持しながらアライメントカメラへと伝送され、コリメータレンズ３２により平行光にされ、ファラデーアイソレータ３３を経て光源３０への戻り光が防止され、シリコンドリカルレンズ３４により線型に集光され、ビームスプリッタ３５および対物レンズの瞳３６を通過して、対物レンズ３７により集光され、ウエハの表面に対して斜めの方向からウエハ２２のウエハ用アライメントマークおよびマスク１４のマスク用アライメントマークに照射される。
【００３３】
ウエハ２２のウエハ用アライメントマークおよびマスク１４のマスク用アライメントマークはホログラムのパターンを含んでおり、あらゆる方向からその反射光を観察できるが、本実施形態の光学系は落射照明系であるので、入射方向に戻って反射する反射光を観察する。
【００３４】
ウエハ２２のウエハ用アライメントマークおよびマスク１４のマスク用アライメントマー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３７、対物レンズの瞳３６を通過し、ビームスプリッタ３５の分光面で進路が分岐され、結像レンズ３８により空間光変調器３９上に結像する。
空間光変調器３９は、例えば液晶部３９ａ、ファイバオプティックプレート３９ｂおよび液晶部３９ｃを重ね合わせた構成となっており、例えば空間フィルタ位置調整部４３などの外部から指定された特定の空間周波数領域内の光の偏光を回転させる機能を有する。
本実施形態では、空間フィルタとして、ウエハ２２のウエハ用アライメントマークおよびマスク１４のマスク用アライメントマークの再生光（以下各アライメントマークの再生光と称する）と、散乱光および高次の光などの再生光以外の光とに空間的に分離して、各アライメントマークの再生光の偏光を９０度回転させ、再生光以外の光の偏光は回転させない。
【００３５】
空間光変調器３９からの戻り光ＬＴＲ  は、結像レンズ３８およびビームスプリッタ３５を通過し、偏光ビームスプリッタ４０に入射する。
ここで、上記の空間光変調器３９により指定された空間周波数領域内の光の偏光は９０度回転しており、一方、指定以外の領域の光の偏光は回転していないので、偏光ビームスプリッタ４０の分光面において、指定された空間周波数領域内の光は反射して進路を屈曲させ、一方、指定以外の領域の光はそのまま透過する。ここでは、偏光ビームスプリッタ４０の分光面で反射する光を第１の光ＬＴ１、分光面を透過する光を第２の光ＬＴ２  とする。
本実施形態においては、上記のように空間光変調器３９により各アライメントマークの再生光と再生光以外の光とに分離して前者の偏光を回転させており、第１の光ＬＴ１  は各アライメントマークの再生光となり、第２の光ＬＴ２  は再生光以外の光となる。
このように、空間光変調器３９により特定の空間周波数領域の光の偏光を９０度回転させ、この回転させた領域の光を偏光ビームスプリッタ４０の分光面で反射し、空間光変調器３９で回転させていない領域の光は偏光ビームスプリッタ４０を透過させており、空間光変調器３９と偏光ビームスプリッタ４０により、空間フィルタとしての機能が構成されている。
【００３６】
上記の第１の光ＬＴ１  である各アライメントマークの再生光は、第１受光部４１の受光面上に入射する。一方、第２の光ＬＴ２  である再生光以外の光は結像レンズ４２により第２受光部４３の受光面に結像する。第１受光部４１と第２受光部４３は、例えば、ともにＣＣＤ撮像素子である。
【００３７】
上記のように第１受光部４１により、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。
特に、ウエハ２２とマスク１４の間隔が５０μｍ程度の距離であるので、ウエハ用アライメントマークの再生光およびマスク用アライメントマークの再生光が第１受光部４１受光面の同一面上で結像し、両再生光の干渉縞が生成される。
【００３８】
上記の第１受光部４１で撮像された干渉縞などの撮像データは、検出部４４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、ウエハ用アライメントマークの再生光およびマスク用アライメントマークの再生光の干渉縞などのデータから、ウエハ２２とマスク１４の間隔を検出する。
次に、保持部（不図示）を位置調整する保持部位置調整部４５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、さらにはウエハ２２とマスク１４の間隔を補正するように、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４４と保持部位置調整部４５は、例えばコンピュータ４７上に実現される。
【００３９】
上記のアライメント装置において、当初は空間光変調器３９により空間的に分離すべき領域の特定、即ち、各アライメントマークの再生光の空間的位置と、再生光以外の光の空間的位置の特定がされていないので、空間光変調器３９は両者を分離するように空間周波数領域の指定がされておらず、以下のようにして両者を分離するための空間周波数領域の指定が行われる。
まず、空間光変調器３９において、当初は各アライメントマークからの戻り光ＬＴＲ  全部の偏光を回転させないでおく。
このとき、空間光変調器３９からの戻り光ＬＴＲ  は、偏光ビームスプリッタ４０に入射しても反射する成分がないため、各アライメントマークの再生光と再生光以外の光を含めて全て透過し、結像レンズ４２により第２受光部４３に結像する。
【００４０】
空間フィルタ位置調整部４６において、上記の第２受光部４３で撮像されたウエハ用アライメントマークの再生光およびマスク用アライメントマークの再生光と再生光以外の光を含めた全反射光ＬＴＲ  の撮像データの画像処理がなされ、続いてウエハ２２のウエハ用アライメントマークの再生光とマスク１４のマスク用アライメントマークの再生光の位置が特定され、得られた位置に基づき、各アライメントマークの再生光と再生光以外の光とを空間的に分離して光変調するように、空間光変調器３９に出力がなされる。
このとき、第２受光部４３においては必ずしも反射光ＬＴＲ  の全てを受光する必要ななく、各アライメントマークの再生光の位置を特定するのに十分な反射光ＬＴＲ  の一部を受光すればよい。
上記のようにして、各アライメントマークの再生光の空間的位置と再生光以外の光の空間的位置の特定がされ、上述のように両者が空間光変調器３９と偏光ビームスプリッタ４０から構成される空間フィルタにより分離され、スペックルノイズなどの再生光以外の光を除去して各アライメントマークの再生光のみを測定することができる。
上記の空間フィルタ位置調整部４６もまた、例えばコンピュータ４７上に実現される。
【００４１】
上記の本実施形態に係るアライメント装置および方法における線形アライメントマーク再生像以外の形状の再生像を使用する場合には、線形の光束を形成するための上記のシリンドリカルレンズはアライメントマーク再生像の形状に合せた形状の光束を生成するためのホログラム等に置換えてもよい。
マーク像の位置を検出する第２受光部は、ＣＣＤ撮像素子に代えて、ポジションセンサーダイオードや４分割ディテクタ等の光束位置を測定できるセンサーを使用してもよい。
【００４２】
本実施形態では、マスク・ウエハによってアライメントマークの再生像が上記と異なる場合でも、空間光変調器に書込まれる空間フィルタ形状を自由に制御することで対応できる特徴がある。再生像の形状を自由に選択できるので、並進、回転、倍率等の特定のアライメント変数を選択することが可能になる。また、要求されるアライメント精度が得られるように最適な再生像形状を選択し、空間フィルタ形状をそれに合わせることが可能となる。
また、アライメントマーク照明光とアライメントマーク再生光の集光位置が共にアライメント光学系の物体面に重なるようにすることで、光学系の収差による空間フィルタ上の再生光の広がりが小さくなるので、位置合せ精度を向上できる。
また、密着露光においてマスクとウエハ間で両再生光が共通光路とならないために波面歪により発生する誤差を低減し、位置合せ精度を向上できる。
【００４３】
本実施形態に係るアライメント装置によれば、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けるウエハやマスクなどのアライメント装置において、アライメントマークとしてホログラフを用いており、位置調整可能な空間フィルタによりスペックルノイズなどの再生光以外の光の影響を除去してアライメントマークの再生光のみを取り出し、高精度にアライメントをすることができる。
【００４４】
上記の本実施形態に係るアライメント装置および方法を適用した具体例について説明する。
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。
【００４５】
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。マスク用アライメントマークとしては、ホログラムのパターンを含み、これらの再生像は、点または線、あるいはこれらの組み合わせである。
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。
【００４６】
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。ウエハ用アライメントマークもまた、マスク用アライメントマークと同様にホログラムのパターンを含むようにする。これらの再生像は、点または線、あるいはこれらの組み合わせである。
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。
【００４７】
以降は上述の方法によって行われる。
即ち、図３（ａ）に示すように、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、直線偏光したレーザ光である照明光ＬＴＩ  を、ウエハ２２の主面に対して斜めの方向からウエハ２２のウエハ用アライメントマーク２０ａおよびマスク用アライメントマーク１２ａに対して照射する。
次に、ウエハ用アライメントマーク２０ａおよびマスク用アライメントマーク１２ａにおける反射光ＬＴＲ  を受光し、受光した反射光から、光学系に組み込まれた空間フィルタの位置を調整し、ウエハ用アライメントマーク２０ａおよびマスク用アライメントマーク１２ａの再生光と、再生光以外の光に分離する。
次に、上記のように分離された再生光を受光して、受光した再生光から、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。
【００４８】
上記のアライメントの引き続いて露光を行う場合には、図３（ｂ）に示すように、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。
【００４９】
上記の本実施形態に係るアライメント方法および装置で、マスクやウエハに形成するアライメントマークであるホログラムとしては、実際に物体の反射光と参照光を干渉させて形成したホログラムの他、計算機ホログラムを好ましく用いることができる。
例えば、図４の平面図に示すように、点のパターンの集合体であり、各点の間隙がパターン中央部で広く、パターン周辺部で狭くなるようなパターンである。各点の間隙は、ホログラムの再生に用いる光の波長λ程度となっている。
【００５０】
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、空間フィルタの構成が第１実施形態と異なっている。
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３０、偏波面保持ファイバ３１、コリメータレンズ３２、ファラデーアイソレータ３３、シリンドリカルレンズ３４、偏光ビームスプリッタ４８、１／４波長板４９、対物レンズの瞳３６、対物レンズ３７、１／４波長板５０、結像レンズ３８、チルトミラー５１、スリット（またはピンホール）５２、第１受光部５３、結像レンズ４２、第２受光部４３、検出部４４、保持部位置調整部４５および空間フィルタ位置調整部４６とを有する。検出部４４、保持部位置調整部４５および空間フィルタ位置調整部４６はコンピュータ４７上に実現される。
【００５１】
光源３０からの直線偏光したレーザ光である照明光ＬＴＩ  は、偏波面保持ファイバ３１による直線偏光を保持しながら伝送され、コリメータレンズ３２により平行光にされ、ファラデーアイソレータ３３を経て光源３０への戻り光が防止され、シリコンドリカルレンズ３４により線型に集光され、偏光ビームスプリッタ４８を通過し、１／４波長板４９により円偏光にされ、対物レンズの瞳３６を通過して、対物レンズ３７により集光され、ウエハの表面に対して斜めの方向からウエハ２２のウエハ用アライメントマークおよびマスク１４のマスク用アライメントマークに照射される。
【００５２】
ウエハ２２のウエハ用アライメントマークおよびマスク１４のマスク用アライメントマークはホログラムのパターンを含んでおり、本実施形態においては落射照明系により入射方向に戻って反射する反射光を観察する。
ウエハ２２のウエハ用アライメントマークおよびマスク１４のマスク用アライメントマー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３７、対物レンズの瞳３６を通過し、１／４波長板４９により直線偏光に戻される。ここで、１／４波長板４９を２回通過しているので、戻り光ＬＴＲ  の偏光方向は入射するときから９０度直交する方向となっているので、偏光ビームスプリッタ４８の分光面で反射して進路が屈曲され、１／４波長板５０により再び円偏光にされ、結像レンズ３８により集光され、チルトミラー５１により反射されてスリット（またはピンホール）５２へと進路をとる。チルトミラー５１にはガルバノミラーが用いられ、空間フィルタ位置調整部４６を実現するコンピュータにより制御される。
【００５３】
ここで、結像レンズ３８により集光されて結像する位置にスリット（またはピンホール）５２が配置されている。スリット（またはピンホール）５２を通過する光を第１の光ＬＴ１  、スリット（またはピンホール）５２を通過せずに表面が鏡面に仕上げられているスリット（またはピンホール）５２で反射される光を第２の光ＬＴ２  とする。
スリット（またはピンホール）５２に対するチルトミラー５１の角度が後述の機構により調整されているため、第１の光ＬＴ１  はウエハ２２のウエハ用アライメントマークおよびマスク１４のマスク用アライメントマークの再生光（以下各アライメントマークの再生光と称する）となり、第２の光ＬＴ２  は散乱光および高次の光などの再生光以外の光となる。
このように、反射角度を調整できるチルトミラーとスリット（またはピンホール）を組み合わせることで、特定の空間領域の光のみを取り出すことができ、空間フィルタとしての機能が構成されている。
【００５４】
上記の第１の光ＬＴ１  である各アライメントマークの再生光は、第１受光部５３の受光面上に入射する。一方、第２の光ＬＴ２  である再生光以外の光は、スリット（またはピンホール）５２で反射され、チルトミラー５１で反射され、結像レンズ３８を通過し、１／４波長板５０により再び直線偏光に戻される。ここで、１／４波長板５０を２回通過しているので、偏光方向がさらに９０度回転され、偏光ビームスプリッタ４８の分光面を透過する。その後、結像レンズ４２により第２受光部４３の受光面に結像する。第１受光部５３と第２受光部４３は、例えば、ともにＣＣＤ撮像素子である。
【００５５】
上記のように第１受光部５３により、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、第１実施形態と同様に、干渉縞などの撮像データが検出部４４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やウエハ２２とマスク１４の間隔が検出される。
次に、保持部（不図示）を位置調整する保持部位置調整部４５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、さらにはウエハ２２とマスク１４の間隔を補正するように、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４４と保持部位置調整部４５は、例えばコンピュータ４７上に実現される。
【００５６】
上記のアライメント装置において、当初はチルトミラー５１の反射角度が特定されておらず、各アライメントマークの再生光と再生光以外の光を空間的の分離することができておらず、以下のようにして両者を分離するためのチルトミラー５１の反射角度が特定される。
まず、スリット（またはピンホール）５２の通過領域を限りなくゼロとし、実質的に全反射ミラーとして機能させる。
このとき、チルトミラー５１からの戻り光ＬＴＲ  はスリット（またはピンホール）５２で各アライメントマークの再生光と再生光以外の光を含めて全て反射し、結像レンズ４２により第２受光部４３に結像する。
【００５７】
空間フィルタ位置調整部４６において、上記の第２受光部４３で撮像されたウエハ用アライメントマークの再生光およびマスク用アライメントマークの再生光と再生光以外の光を含めた全反射光ＬＴＲ  の撮像データの画像処理がなされ、続いてウエハ２２のウエハ用アライメントマークの再生光とマスク１４のマスク用アライメントマークの再生光の位置が特定され、得られた位置に基づき、各アライメントマークの再生光と再生光以外の光とを空間的に分離して光変調するように、チルトミラー５１に出力がなされ、チルトミラー５１の反射角度が決定される。
その後、スリット（またはピンホール）５２に所定の通過領域を設けることで、各アライメントマークの再生光のみがスリット（またはピンホール）５２を通過し、再生光以外の光はスリット（またはピンホール）５２で反射されることになる。
上記のようにして、各アライメントマークの再生光の空間的位置と再生光以外の光の空間的位置の特定がされ、上述のように両者がチルトミラー５１とスリット（またはピンホール）５２から構成される空間フィルタにより分離され、スペックルノイズなどの再生光以外の光を除去して各アライメントマークの再生光のみを測定することができる。
上記の空間フィルタ位置調整部４６もまた、例えばコンピュータ４７上に実現される。
【００５８】
チルトミラーは、上記ガルバノミラーでなくてもピエゾチルトステアリングミラーであってもよい。あるいはチルトミラーを用いずにスリットをステージで移動してもよい。
また、スリットの面は鏡面でなくても、反射像の強度は低下するが拡散面であってもよい。
再生像を線形にすることによって、マスクとウエハの一方向の相対変位と回転のずれを干渉測定によって高精度に測定できる。
【００５９】
本実施形態に係るアライメント装置によれば、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けるウエハやマスクなどのアライメント装置において、アライメントマークとしてホログラフを用いており、位置調整可能な空間フィルタによりスペックルノイズなどの再生光以外の光の影響を除去してアライメントマークの再生光のみを取り出し、高精度にアライメントをすることができる。
【００６０】
第３実施形態
図６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、ウエハ２２のウエハ用アライメントマークおよびマスク１４のマスク用アライメントマークはフレネルゾーンプレートＺＰのパターンを含んでおり、照明光ＬＴＩ  のウエハの表面に対する入射角度が第１実施形態と異なり、ウエハの表面に対して垂直に入射する構成となっている。
【００６１】
フレネルゾーンプレートＺＰは、垂直に入射したときのみ、入射経路方向に反射する。従って、落射照明系により観察するためには、ウエハの表面に対する入射角度を垂直とする必要がある。
【００６２】
上記の本実施形態に係るアライメント方法および装置で、マスクやウエハに形成するアライメントマークであるフレネルゾーンプレートは、どのような構成でも構わない。例えば、図７（ａ）の平面図および図７（ｂ）の断面図に示すように、同心円状のリングパターン（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４）の集合体であり、各リングの幅（ｄ１  ，ｄ２  ，ｄ３  ，ｄ４  ）および間隔（ｗ１  ，ｗ２  ，ｗ３  ）が中央部で広く、パターン周辺部で狭くなるようなパターンである。
【００６３】
本実施形態に係るアライメント装置によれば、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けるウエハやマスクなどのアライメント装置において、アライメントマークとしてホログラフを用いており、位置調整可能な空間フィルタによりスペックルノイズなどの再生光以外の光の影響を除去してアライメントマークの再生光のみを取り出し、高精度にアライメントをすることができる。
【００６４】
第４実施形態
本実施形態においては、実質的に第２実施形態と同様であるが、第２実施形態のように空間フィルタをアライメントカメラの物体面に共役な位置に置くのではなく、対物レンズの焦点に共役な位置に空間フィルタを置くことが異なる。
但し、ただし、マスクおよびウエハへの照明光と再生光の波面はスリットの長手方向に平行光とする。
このとき、焦点にはスリットと直交する方向の線形スポットが生成されるので、空間フィルタには第２実施形態と直交する方向のスリットを使用すれば良い。
両再生光の干渉縞を測定する第１受光部は、上記実施形態と同様に再生光が発散する位置に置かれ、空間フィルタ位置を制御するための第２受光部は、スリットに共役な位置に置かれる。特に、第１受光部の位置が物体面と共役であるとき収差が最小となり、位置合せ精度が向上する。
【００６５】
第５実施形態
本実施形態においては、第１〜第４実施形態のようにアライメントカメラの物体面にフレネルゾーンプレートまたはホログラムの再生像が生成されるのではなく、物体面と異なる面に再生像が生成される。再生像は上記実施形態と同様に点または線、あるいはそれらの組合わせである。
空間フィルタは、再生光が集光する位置、即ち再生像位置に共役な位置に置かれる。
マスクおよびウエハのアライメントマークの再生光の干渉縞を測定して、それらの相対位置を求めるために、第１受光部はアライメントカメラの物体面に共役な位置に置かれる。このため、物体面における干渉縞をアライメントカメラの収差により劣化されずに測定することができるので、位置合せ精度が向上する。
スリット位置を調整するための第２受光部は空間フィルタと共役な位置に置かれる。
【００６６】
第６実施形態
上記の第１〜第５実施形態は落射照明系でアライメントマークを観察するものであるが、本実施形態は落射照明系ではなく、特に図示しないが、観察光学系とは別に照明光学系を配置し、観察方向と異なる方向からアライメントマークを照明するものである。
この場合、例えばフレネルゾーンプレートを用いている場合でも、照明光をウエハに垂直な方向から入射させるのではなく、斜めに入射させることができ、電子線などの露光ビーム系の配置を邪魔することがない。
【００６７】
第７実施形態
本実施形態は、第１〜第６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８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。
【００６８】
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。
【００６９】
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〜第６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、照明光ＬＴＩ  がウエハ２２のアライメントマークおよびマスク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、アライメントマークおよびマスク１４のマスク用アライメントマークにおける反射光が受光され、受光された反射光から、各アライメントマークの再生光のみが空間フィルタにより分離され、各アライメントマークの再生光が受光され、ウエハ２２のアライメントマークに対するマスク１４の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。
図面上、照明光がウエハに対して斜めに入射する場合を示しているが、ウエハに対して垂直に入射する構成とすることも可能である。
【００７０】
本実施形態のアライメント方法および装置、あるいは露光装置は、以下のような利点を有する。
１．フレネルゾーンプレートの照明光スペクトルを広帯域化しないため高解像な再生像が得られるので、位置合せ精度が向上する。空間光変調器を使用するため空間フィルタ形状、位置を調整できるので、ゾーンプレート再生像の形状に最適な空間フィルタを容易に構成でき、高速に空間フィルタ位置を調整できる。
２．アライメントマークを構成するフレネルゾーンプレートは、要素ドットの面密度がＬＥＥＰＬで使用されているアライメントマークの面密度よりも高いので、マーク形状歪による誤差を平均化により低減できる。従って、高精度な位置合せが可能となる。
３．従来のマスクおよびウエハ上のアライメントマークを結像する斜方観察方式では、アライメント光学系の焦点深度内の狭い範囲のアライメントマークしか観察できなかったので、アライメントマークを多数配置しても一度に観察できるアライメントマークの個数には制限があった。しかし、フレネルゾーンプレートは焦点深度外も含めた全領域の要素ドットによる回折光が干渉することによって再生像が生成されるので、平均化される要素ドット数が遥かに多くなる。従って、平均化により測定精度が向上する。
４．フレネルゾーンプレートやホログラムはコヒーレント光の重ね合わせのため、再生像の明るさが要素ドット数の２乗に比例して向上するので、薄いレジスト等に記録されたアライメントマークであっても十分な明るさのマーク像が得られる。
５．従来のマスクおよびウエハ上のアライメントマークを結像する斜方観察方式では、一つの光学系によって一方向の位置ずれしか検出できないが、ホログラムを用いることによって２方向と回転、倍率の位置ずれを同時に検出できる。さらに、ホログラムを使用する場合には、マスクとウエハの間の間隔と傾き角も測定できる。
６．マスクおよびウエハの両再生光の干渉縞を測定する光波干渉計を構成できるので、高精度な位置合せが可能である。
７．特に、マスクとウエハを近接させる密着露光ではフィゾー干渉計を構成できるので、高精度な光学系が必要ない。従って、対物レンズの作動距離等に対する制約が緩和され、光学系のレイアウトの自由度が増大するので、マスクに照射される電子線などによるスペース的な制約が大きい電子線密着露光等においてアライメント光学系のレイアウトが容易になる。また、高価な対物レンズ等が必要なくなる。
８．従来のマスクおよびウエハ上のアライメントマークを結像する斜方観察方式では、両アライメントマークのフォーカス位置の間隔を測定することによって、マスクとウエハの間隔を測定しているため、測定精度はアライメント光学系の焦点深度程度になる。本発明では、マスクとウエハの両再生像の干渉縞を測定することによってマスクとウエハの間隔を測定できるので、レーザ光の波長以下の測定精度を容易に得ることができる。従って、斜方観察方式よりもマスクとウエハの間隔を高精度に調整できる。
【００７１】
以上、フレネルゾーンプレートとホログラムを適宜に用いて説明したが、フレネルゾーンプレートとホログラムは原理、効果等に類似点が多いので、両者を置換えて使用しても問題はない。
【００７２】
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。
【００７３】
【発明の効果】
本発明のアライメント方法によれば、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けるウエハやマスクなどのアライメント装置において、アライメントマークとしてホログラフを用いており、位置調整可能な空間フィルタによりスペックルノイズなどの再生光以外の光の影響を除去してアライメントマークの再生光のみを取り出し、高精度にアライメントをすることができる。
【００７４】
本発明のアライメント装置によれば、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けるウエハやマスクなどのアライメント装置において、アライメントマークとしてホログラフを用いており、位置調整可能な空間フィルタによりスペックルノイズなどの再生光以外の光の影響を除去してアライメントマークの再生光のみを取り出し、高精度にアライメントをすることができる。
【００７５】
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、露光と行うことができる。
【００７６】
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は第１実施形態において用いるホログラム例の平面図である。
【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実施形態に係るアライメント装置の模式構成図である。
【図７】図７は第３実施形態において用いるフレネルゾーンプレート例の平面図である。
【図８】図８は第７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…偏波面保持ファイバ、３２…コリメータレンズ、３３…ファラデーアイソレータ、３４…シリンドリカルレンズ、３５…ビームスプリッタ、３６…対物レンズの瞳、３７…対物レンズ、３８…結像レンズ、３９…空間光変調器、４０…偏光ビームスプリッタ、４１…第１受光部、４２…結像レンズ、４３…第２受光部、４４…検出部、４５…保持部位置調整部、４６…空間フィルタ位置調整部、４７…コンピュータ、４８…偏光ビームスプリッタ、４９…１／４波長板、５０…１／４波長板、５１…チルトミラー、５２…スリット（またはピンホール）、５３…第１受光部、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、ＬＴＩ  …照明光、ＬＴＲ  …反射光、ＬＴ１  …第１の光、ＬＴ２  …第２の光。
【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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【図７】
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【図８】
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