JP2006013400A - ２つの対象物間の相対的位置ずれ検出方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２つの対象物間のより高精度な位置ずれ量の検出が可能となる相対的位置ずれ検出方法及び装置を提供する。
【解決手段】２つの対象物間の相対的位置ずれを検出する相対的位置ずれ検出方法であって、第１の対象物１０１と第２の対象物１０２とを、これら対象物間に設けられた厚さが光源の波長よりも小さい誘電体層１０５を介し、該第１の対象物と該第２の対象物のそれぞれに形成された前記光源の波長よりも大きい格子ピッチｐを有する回折格子１０３，１０４を、それらが対向するようにして配置し、前記光源から前記それぞれの回折格子に光１０６を入射させ、これらの回折格子から空間に出射される回折光１０７，１０８を検出して、前記第１の対象物と前記第２の対象物との相対位置ずれを検出するように構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、２つの対象物間の相対的位置ずれ検出方法及び装置に関し、特に近接場光リソグラフィーや光ナノインプリントリソグラフィーに用いられるフォトマスクやモールドと、被露光基板や被基板加工等を位置合わせする際に、高精度に位置ずれ検出をする技術に関する。

従来、半導体露光装置のマスクやレチクルとウェハとの間の相対位置合わせには、マスクやレチクル及びウェハ上のマーカーパターンを顕微鏡光学系で観測し、画像処理で両者の相対位置ずれ量を検出する方式、あるいは、例えば非特許文献１に記載されているマスクやレチクルとウェハにそれぞれ回折格子パターンを形成し、両回折格子による入射光の回折光の干渉から両者の相対位置ずれ量を検出する方式、等が知られている。

一方、リソグラフィー技術の進化・多様化が進み、新たな可能性を探るエマージングリソグラフィー技術として、特許文献１に記載のＳｔｅｐ ａｎｄ ｆｌｕｓｈ ｉｍｐｒｉｎｔ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ（以下、光ナノインプリントリソグラフィーと記載）、あるいは特許文献２に記載の近接場光リソグラフィー、等の新規なリソグラフィー方式が提案されている。
「Ｆｌａｎｄｅｒｓ ｅｔ ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．ｖｏｌ．３１，ｐ．４２６ （１９７７））」 米国特許６３３４９６０号明細書 特開平１１−１４５０５１号公報

ところで、これらの新規なリソグラフィー方式では、主として１００ｎｍ以下のサイズのパターンを形成可能な方式であり、いずれもモールドやフォトマスクを被加工基板や被露光基板に対して５００ｎｍ以下（典型的には２００ｎｍ以下）まで近接させて、モールドやマスクの情報を基板側に転写するものである。
これらの新規リソグラフィー方式におけるフォトマスクやモールドと、被露光基板や被加工基板との間の相対位置合わせには、従来よりもより高精度な位置ずれ量の検出が可能で、かつ、フォトマスクやモールドと被露光基板や被加工基板との間の間隔が５００ｎｍ以下の近接した構成であることを考慮した、新規な位置ずれ検出方式が求められている。

そこで、本発明は、上記課題を解決し、２つの対象物間のより高精度な位置ずれ量の検出が可能となる相対的位置ずれ検出方法及び装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、以下のように構成した２つの対象物間の相対的位置ずれ検出方法及び装置を提供するものである。
すなわち、本発明の相対的位置ずれ検出方法は、２つの対象物間の相対的位置ずれを検出する相対的位置ずれ検出方法であって、第１の対象物と第２の対象物とを、これら対象物間に設けられた厚さが光源の波長よりも小さい誘電体層を介し、該第１の対象物と該第２の対象物のそれぞれに形成された前記光源の波長よりも大きい格子ピッチを有する回折格子を、それらが対向するようにして配置し、前記光源から前記それぞれの回折格子に光を入射させ、これらの回折格子から空間に出射される回折光を検出して、前記第１の対象物と前記第２の対象物との相対位置ずれを検出することを特徴としている。
また、本発明の相対的位置ずれ検出装置は、２つの対象物間の相対的位置ずれを検出する相対的位置ずれ検出装置であって、光源の波長よりも大きい格子ピッチを有する回折格子が、対向させて設けられている第１の対象物と第２の対象物と、前記第１の対象物と第２の対象物との間に設けられた厚さが光源の波長よりも小さい誘電体層と、前記それぞれの回折格子に光を入射させる光源装置と、前記光源から前記回折格子に入射して該回折格子から空間に出射される回折光を検出し、前記第１と第２の対象物間の相対位置ずれを検出する位置ずれ検出手段と、を有することを特徴としている。
そして、本発明においては、第１の対象物と第２の対象物を、フォトマスクまたは被露光基板のいずれか一方によるフォトマスクと被露光基板との組合せとして、前記誘電体層を光感光材料で構成し、あるいは第１の対象物と第２の対象物を、光ナノインプリントモールドまたは被加工基板のいずれか一方によるモールドと被加工基板との組合せとして、前記誘電体層を光硬化樹脂で構成するようにすることができる。

本発明によれば、２つの対象物間のより高精度な位置ずれ量の検出が可能となる相対位置ずれ検出装置及び相対位置ずれ検出方法、例えば５００ｎｍ以下に近接した２つの対象物間においても、より高精度な位置ずれ量の検出が可能となる２つの対象物間の相対的位置ずれ検出方法及び装置を実現することができる。

本発明の実施の形態における２つの対象物間の相対位置ずれ検出方式の原理を図１を用いて説明する。
図１において、相対位置ずれを検出する第１の対象物Ａ（１０１）と第２の対象物Ｂ（１０２）にそれぞれ回折格子Ａ（１０３）と回折格子Ｂ（１０４）を設ける。回折格子Ａ（１０３）と回折格子Ｂ（１０４）の格子ピッチｐは後述する光源の光波長λよりも大きい。また、第２の対象物Ｂ（１０２）上には、この光波長よりも小さい膜厚の誘電体薄膜（１０５）が形成されている。

ここで、第１の対象物Ａ（１０１）としては、例えば光ナノインプリントリソグラフィー用のモールドや近接場光リソグラフィー用のフォトマスク、等を想定している。
また、第２の対象物Ｂ（１０２）としては、光ナノインプリントリソグラフィー用の被加工基板や近接場光リソグラフィー用の被露光基板、等を想定している。これらにおいて、誘電体薄膜（１０５）としては、それぞれ、紫外線硬化樹脂やフォトレジストが想定される。

第１の対象物Ａ（１０１）と第２の対象物Ｂ（１０２）とが、第２の対象物Ｂ（１０２）上の誘電体薄膜（１０５）の上面に、それぞれ回折格子Ａ（１０３）と回折格子Ｂ（１０４）とを対向させて配置される。その際、回折格子Ａ（１０３）と回折格子Ｂ（１０４）とは、間に誘電体薄膜（１０５）を挟み、光源の光波長以下の間隔で配置されている。

ここで、光源からの波長λの入射光（１０６）を回折格子Ａ（１０３）、Ｂ（１０４）に入射し、両者からの＋１次回折光（１０７）及び−１次回折光（１０８）の光強度を測定する。このとき、回折格子Ａ（１０３）と回折格子Ｂ（１０４）の間隔は、入射光の光波長よりも小さいため、入射光からは、これらの回折格子は、２つの独立した回折格子ではなく、それぞれの回折格子の近傍に存在する近接場光を介し、一体となった１つの回折格子として振舞うように見える。

図１（ａ）では、回折格子Ａ（１０３）と回折格子Ｂ（１０４）とは、相対移動方向（＝紙面左右方向）に回折格子の位相ずれがないため、＋１次回折光（１０７）の強度と−１次回折光（１０８）の強度は等しくなる。
図１（ｂ）、図１（ｃ）では、回折格子Ａ（１０３）に対して、回折格子Ｂ（１０４）がそれぞれ、右方向、左方向に位置ずれを生じている場合を示している。この場合、両者の格子の間に位相ずれがあり、入射光に対し、回折格子Ａ（１０３）と回折格子Ｂ（１０４）とは、一体として、ブレーズド回折格子のように、左右方向に非対称な形状を有する回折格子として機能する。この場合、＋１次回折光（１０７）の強度と−１次回折光（１０８）の強度が異なり、逆に、この強度の違いを測定することにより、回折格子Ａ（１０３）と回折格子Ｂ（１０４）との間の位相の違い、すなわち、第１の対象物Ａ（１０１）と第２の対象物Ｂ（１０２）との間の左右方向の相対位置ずれ量を検出することができる。

図２に相対位置ずれ量と回折光強度変化との関係を示す。
図２に示すように、相対位置ずれ量が０の場合は、＋１次回折光と−１次回折光の強度が等しく、相対位置ずれに応じて、それぞれの回折光強度が変化する。変化の周期は回折格子のピッチｐと等しい。

以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１は、本発明の２つの対象物間の相対位置ずれ検出装置を適用して、近接場光リソグラフィー装置を構成した具体例である。
図３に本実施例の近接場光リソグラフィー装置における相対位置ずれ検出装置の構成を示す。
図３において、近接場光リソグラフィー用のフォトマスク（３０１）の左右にそれぞれ、回折格子Ａ（３０２）と回折格子Ｃ（３０３）が設けられている。また、被露光基板であるフォトレジスト（３０４）が２００ｎｍ以下の厚さに塗布されたウェハ（３０５）の左右にそれぞれ、回折格子Ｂ（３０６）と回折格子Ｄ（３０７）が設けられている。回折格子ＡとＢ、ＣとＤとはそれぞれ、フォトレジスト（３０４）を挟んで近接して対向するように配置されている。レーザＡ（３０８）、レーザＢ（３０９）からの波長６３５ｎｍの入射光Ａ（３１０）、Ｂ（３１１）を回折格子Ａ〜Ｄに入射し、−１次回折光（３１２）、＋１次回折光（３１３）の強度を光検出器Ａ（３１４）、Ｂ（３１５）にて検出する。光検出器Ａ（３１４）、Ｂ（３１５）の検出信号からフォトマスク（３０１）とウェハ（３０５）の相対位置ずれ量を検出することができる。

［実施例２］
実施例２は、本発明の２つの対象物間の相対位置ずれ検出装置を適用して、、光ナノインプリントリソグラフィー装置を構成した具体例である。
図４に本実施例の、光ナノインプリントリソグラフィー装置における相対位置ずれ検出装置の構成を示す。
図４において、光ナノインプリントリソグラフィー用のモールド（４０１）の左右にそれぞれ、回折格子Ａ（４０２）と回折格子Ｃ（４０３）が設けられている。被加工基板であるＵＶ硬化樹脂液（４０４）が２００ｎｍ以下の厚さに塗布されたウェハ（４０５）の左右にそれぞれ、回折格子Ｂ（４０６）と回折格子Ｄ（４０７）が設けられている。回折格子ＡとＢ、ＣとＤとはそれぞれ、ＵＶ硬化樹脂液（４０４）を挟んで近接して対向するように配置されている。レーザＡ（４０８）、レーザＢ（４０９）からの波長６３５ｎｍの入射光Ａ（４１０）、Ｂ（４１１）を回折格子Ａ〜Ｄに入射し、−１次回折光（４１２）、＋１次回折光（４１３）の強度を光検出器Ａ（４１４）、Ｂ（４１５）にて検出する。光検出器Ａ（４１４）、Ｂ（４１５）の検出信号からモールド（４０１）とウェハ（４０５）の相対位置ずれ量を検出することができる。

本実施例では、光ナノインプリントリソグラフィー用のモールドと、ＵＶ硬化樹脂を例に挙げて説明したが、本発明の概念は、米国特許５７７２９０５号明細書に記載されているようなナノインプリントリソグラフィー用のモールドと熱硬化樹脂を用いる場合にも適用することが可能である。

以上の各実施例では、回折格子として、１次元の回折格子を例に挙げて説明したが、本発明の概念はこれに限定されるものでなく、例えば２次元の回折格子を用いてもよい。また、２次元回折格子としては、フレネルゾーンプレートのような同心円状の回折格子でも良い。この場合は、周期的な相対位置ずれ検出信号に加えて、絶対位置ずれ検出信号も得られるという利点がある。
また、以上の各実施例では、左右２つの回折格子の組（ＡとＢ、ＣとＤ）からの回折光をそれぞれ検出し、強度を比較した例を示したが、図３と図４に示したように、回折格子のそれぞれの位相をずらすことにより、両組の信号のピーク位置をずらしたりすることが可能であり、差動式の検出法等、場合に応じた検出方式を選択することができる。

以上、本発明の上記各実施例によれば、相対位置ずれを検出する２つの対象物の間に検出光の波長よりも小さい膜厚である誘電体層を挟んで、２つの回折格子を設け、検出光を照射し、回折格子の近傍に存在する近接場光を介し、一体となった１つの回折格子として振舞う２つの回折格子からの回折光を検出することにより、２つの対象物の間の高精度な位置ずれ量の検出が可能となる。

本発明の実施の形態における２つの対象物間の相対位置ずれ検出方式の原理を説明する図。 本発明の実施の形態における２つの対象物間の相対位置ずれ量と回折光強度変化との関係を示す図。 本発明の実施例１の近接場光リソグラフィー装置における相対位置ずれ検出装置の構成を示す図。 本発明の実施例２の光ナノインプリントリソグラフィー装置における相対位置ずれ検出装置の構成を示す図。

符号の説明

１０１：対象物Ａ
１０２：対象物Ｂ
１０３：回折格子Ａ
１０４：回折格子Ｂ
１０５：誘電体薄膜
１０６：入射光
１０７：＋１次回折光
１０８：−１次回折光

Claims (10)

1. ２つの対象物間の相対的位置ずれを検出する相対的位置ずれ検出方法であって、
   第１の対象物と第２の対象物とを、これら対象物間に設けられた厚さが光源の波長よりも小さい誘電体層を介し、該第１の対象物と該第２の対象物のそれぞれに形成された前記光源の波長よりも大きい格子ピッチを有する回折格子を、それらが対向するようにして配置し、
   前記光源から前記それぞれの回折格子に光を入射させ、これらの回折格子から空間に出射される回折光を検出して、前記第１の対象物と前記第２の対象物との相対位置ずれを検出することを特徴とする相対位置ずれ検出方法。
2. 前記第１の対象物と第２の対象物に対向するようにして配置された回折格子の組が複数組形成され、該複数組の回折格子に光源からの光を入射させ、これら複数組の回折格子から空間に出射される回折光を検出することを特徴とする請求項１に記載の相対位置ずれ検出方法。
3. 前記回折格子が、２次元の回折格子であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の相対位置ずれ検出方法。
4. 前記第１の対象物と第２の対象物が、フォトマスクまたは被露光基板のいずれか一方によるフォトマスクと被露光基板との組合せであり、前記誘電体層が光感光材料であることを特徴とする請求項１〜３に記載の相対位置ずれ検出方法。
5. 前記第１の対象物と第２の対象物が、光ナノインプリントモールドまたは被加工基板のいずれか一方によるモールドと被加工基板との組合せであり、前記誘電体層が硬化樹脂であることを特徴とする請求項１〜３に記載の相対位置ずれ検出方法。
6. ２つの対象物間の相対的位置ずれを検出する相対的位置ずれ検出装置であって、
   光源の波長よりも大きい格子ピッチを有する回折格子が、対向させて設けられている第１の対象物と第２の対象物と、
   前記第１の対象物と第２の対象物との間に設けられた厚さが光源の波長よりも小さい誘電体層と、
   前記それぞれの回折格子に光を入射させる光源装置と、
   前記光源から前記回折格子に入射して該回折格子から空間に出射される回折光を検出し、前記第１と第２の対象物間の相対位置ずれを検出する位置ずれ検出手段と、
   を有することを特徴とする相対位置ずれ検出装置。
7. 前記第１の対象物と第２の対象物に対向させて設けられている回折格子の組が複数設けられ、該複数組の回折格子に光源からの光を入射させ、これら複数組の回折格子から空間に出射される回折光を検出することを特徴とする請求項６に記載の相対位置ずれ検出装置。
8. 前記回折格子が、２次元の回折格子であることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の相対位置ずれ検出装置。
9. 第１の対象物と第２の対象物が、フォトマスクまたは被露光基板のいずれか一方によるフォトマスクと被露光基板との組合せで構成され、前記誘電体層が光感光材料で構成されていることを特徴とする請求項６〜８に記載の相対位置ずれ検出装置。
10. 第１の対象物と第２の対象物が、光ナノインプリントモールドまたは被加工基板のいずれか一方によるモールドと被加工基板との組合せで構成され、前記誘電体層が硬化樹脂で構成されていることを特徴とする請求項６〜９に記載の相対位置ずれ検出装置。

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