JPH01106427A - マスクとウエハの位置ずれ検出方法 - Google Patents

マスクとウエハの位置ずれ検出方法

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JPH01106427A
JPH01106427A JP62264599A JP26459987A JPH01106427A JP H01106427 A JPH01106427 A JP H01106427A JP 62264599 A JP62264599 A JP 62264599A JP 26459987 A JP26459987 A JP 26459987A JP H01106427 A JPH01106427 A JP H01106427A
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JP
Japan
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wafer
mask
detector
laser beams
signal
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Pending
Application number
JP62264599A
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English (en)
Inventor
Ryoji Tanaka
良治 田中
Hidekazu Kono
英一 河野
Joji Iwata
岩田 穣治
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

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〕 本発明はマスクとウェハの位置ずれ検出方法、〔技術環
境〕 近年の半導体はDRAMに代表されるように高集化が進
む傾向にあり、超LSIのパターンの最小線幅もミクロ
ンからサブミクロンの領域へ突入しようとしている。こ
のような状況において、従来の紫外線のFM、1ili
lt用いた光学式の半導体露光製蓋では、光の波長によ
る解像度の限界が0.5μm程度と言われているので、
0.5μm以下のパターンに対応できる次世代の露光装
置が強く望まれている。この次世代の露光装置として、
現在xmg光装置が有望視されておシ、研究、開発が進
められている。
〔従来の技術〕
従来の技術としては、例えば1日経マイクロデバイス1
986年4月号等に紹介されている米マイクロニクス社
のX線ステッパ[MX−16004がある。
β[X−16004におけるマスクとウェハのアライメ
ントは、マスク用マークとしてリニアフレネルゾーンプ
レー) (LFZP)と呼ばれる°光の回折を利用した
集光Vアズを用い、ウェハ用マークとして線状回折格子
を用いて行う。このアライメント方法についてはB、F
ay等によ5 JournalofVacuum 8c
ience  TechnologyVol。
16(6)pl)、1954−1958.Nov/De
c 1979の0ptical  Algnment 
 System  for  Su −bmicron
 X−ray Lithography”に報告されて
いる。ここでその原理について図面を参照して説明する
第5図はLPZP t−用いたアライメント方法を示す
説明図である。ウェハ16には回折格子17が刻印され
ていて、ウェハ16の上には所定のギャップだけ離れて
マスク18が対向している。マスク18には焦点距離が
マスクとウェハのギャップ量に等しいLFZP19が描
かれている。第6図(a)はマスク用マークのLFZP
の構造を示す平面図である。LFZPはいろいろ女幅や
間隔の縞が並んだの縞は透明であるが、その反対の構成
も可能である。また、第6図(b)はウェハ用マークの
回折格子を示す平面図である0回折格子は大きさの等し
い長刀形が等間隔に並んだ構造になっていて、回折格子
のピッチPによって回折角度が決まる。
第5図においてマスク18の上方から入射された平行レ
ーザビーム20はLFZP19にょシ集光され、ウェハ
16面上で焦点を結びスリット状の像をつくる。この績
像したスリットとウニへ面上の回折格子17が一直線上
に重なると、レーザビームは回折し、再びLFZP19
t−通〕平行光となってアライメント信号として検出さ
れる。
第7図は、特開昭55−43598に示されている従来
のLFZPによるアライメント法を用いた自動重ね合せ
装置を示す斜視図である。
第7図に示す自動重ね合せ装置は、テーブル21と、テ
ーブル21t−x方向に移動させる圧電変換器22と、
テーブル21に搭載され予め回折格子17が刻印されて
いるウェハ1gとりウェハ16に数10μm隔て0.向
して配置され予めLFZP19・1 が描かれているマスク18とを含んでいる。
レーザ光源23から放出された平行レーザビームはレン
ズ24によシ集光され、ジェネレータ25によフ励起さ
れるモータ26によって駆動される振動ミラー27によ
って反射され、レンズ28t−通過し、マスク18上の
LFZP19を照射する。
レンズ28に関して振動ミラー27上での照射位置とマ
スク18上での照射位置は対になっている。さらに、レ
ンズ24とレンズ28は無限焦点光学系を構成している
。したがって、振動ミラー27はよってマスク18への
レーザビームの入射角を変えることができ、第5図に示
すように、LP−ZP19によって集光されたビームは
ウェハ16上を走査する。
ウェハ16上の回折格子17からの回折光は入射光とは
空間的に分離され、検出器29によって検出される。
検出器29からの信号とジェネレータ25からの信号は
位相検波器30に入力され、2つの信号の位相差を検出
するヒ)によ)位置ずれ信号ht−1−人) 得る。この位置ずれ信号りは圧電変換器の電力源31に
入力され、位置ずれに従ってステージを移動させ、マス
ク18とウェハ16の重ね合せを行う。
以上のような、光学系および制御系を構成することによ
り、閉ループ自動重ね合せ装置が実現できる。前述のX
線ステッパrMX 1600Jでは、このような光学系
が4チャンネル備えられていて、3チヤンネルでxyθ
方向ずれ量の検出を行い、残〕の1チヤンネルで転写倍
率の補正全行っている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上述した従来のマスクとウェハの位置ずれ検出方法は、
2枚のレンズと振動ミラーを含む光学系が必要なので高
価になるという欠点があった。また、検出器からの信号
と振励ミラーの駆動信号を位相検波して位置ずれ信号を
得るため、位置ずれ信号のサンプリング周波数は振動ミ
ラーの周波数によって決ってしまうので、サンプリング
周波数が低くなるという欠点がちった。  ゛〔問題点
を解決するための手段〕 本発明のマスクとウェハの位置ずれ検出方法は、マスク
とウェハを対向して設置し、前記マスク上にリニアフレ
ネルゾーンプレートを設け、前記ウェハ上に線状回折格
子を設け、前記リニアフレネルゾーンプレートに互いに
入射角度の異なる2光束の平行レーザ光を照射し、前記
線状回折格子からの反射回折光を第1と第2の検出器で
検出し。
前記第1と第2の検出器の出力の差を求めることとを含
んで構成される。
〔実施例〕
次に、本発明の実施例について、図面を参照して詳細に
説明する。
第1図は本発明の一実施例を示す斜視図である。
第1図に示すマスクとウェハの位置ずれ検出万一法は、
マスク1とウェハ2を所定のギャップSだけ隔てて設置
し、マスク1上に焦点距離がギャップ3に等しいI、F
ZP3 を設け、ウェハ2上に回折格子4を設ける。レ
ーザ光源5から放出された平行−ム7およびレーザビー
ム8に分け、前記第1のレーザビーム7と前記@2のレ
ーザビーム8を互いに共役な入射角度θでマスク1上の
LFZP3に照射し、ウェハ2上の回折格子4によって
反射回折され九レーザビーム7を検出器9で検出し、ウ
ェハ2上の回折格子4によって反射回折されたレーザビ
ーム8を検出器1oで検出し、検出器9および検出器l
Oの出力の差を求めることを含んで構成される。
第2図は第1図に示すマスクとウェハの位置ずれ検出方
法におけるLFZP3によって集光されたレーザビーム
を示す断面図である。
入射角θでマスクl上のLFZP3に照射されたレーザ
ビーム7は、マスク1からギャップ3だけ離れたところ
にあるウェハ2上に集光されスポット金形成する。同様
にレーザビーム7と共役な入射角で前記LFZP3に照
射されたレーザビーム8はウェハ2に結像スポラトラ形
成する。この両者の結像スポット間の距離ΔDは、ΔD
=28 s i n#で表わされる。
回折格子40幅dと結像スポット間の距離ΔDはほぼ等
しくなるように回折格子4の幅dや入射角θを設計する
第3図は第1図に示すマスクとウェハの位置ずれ検出方
法における信号処理系を示すブロック図であ)、ウェハ
2上の回折格子4により反射回折されたレーザビーム7
を検出する検出器9と、ウェハ2上の回折格子4によフ
反射回折されたレーザビーム8を検出する検出器10と
、検出器の出力af増幅しセンス信号Cを発生するアン
プ11と、検出器10の出力bft増幅し七ンス信号d
t−発生するアンプ12と、センス信号dから第1のセ
ンス信号Cを減算し位置ずれ信号eを発生する減算器1
3と、センス信号Cとのセンス信号dを加算し参照信号
fを発生する加算器14と1位置ずれ信号ef参照信号
fで除算し正規化された位置ずれ信号gを発生する除算
器15を含んで構成第4図(a) lj:マスク1とウ
ェハ2の軸Xの方向の位置ずれと検出器9の出力aおよ
び検出器10の出力すの関係を示すグラフである。
マスク1上のLFZP3によって集光されたレーザビー
ムがウェハ2上の回折格子4に重なるとき反射回折光強
度は最大となり検出器の出力も最大となるが、検出器9
によって検出されるレーザビーム7がウェハ2上に形成
するスポットと検出器10によって検出されるレーザビ
ーム8がウェハ2上に形成するスポットは軸Xの方向に
距離ΔDだけ離れているため、検出器9の出力aと検出
器10の出力すは空間的に位相差ΔDt−生じる。
したがって、検出器9の出力aと検出器10の出力すは
位相差ΔD=iもって相等しい波形を描き、位置すれが
Oになったとき2つの波形は交叉する。
検出器9の出力a〉よび検出器10の出力すはアンプ1
1:t?よびアンプ12によって必要な信号強度まで増
幅される。
状の波形が得られ、位置ずれの0点近傍では直線性が良
く、マスク1とウェハ2の位置ずれ士に比例した信号に
なっているので、閉ループ自動重ね合せのサーボ系が構
成できる。位置ずれの検出範囲は最大でスポット間距離
ΔDに等しい。
検出器9の出力aおよび検出器10の出力すの信号強度
はマスク1とウェハ2のギャップずれやレジスト等の影
響によって変化するが、減算器13で得られた位置ずれ
信号et−除算器15で正規化しているので、位置ずれ
信号の0点近傍での傾き、すなわち位置ずれに対する惑
星が変化することはない。
したがって、本信号処理系で得られる正規化された位置
ずれ信号gを用いてサーボ系1に構成することにより、
ギャップずれやレジスト等の影響による信号強度の変動
によるサーボゲインの変化がなく碌)、安定したサーボ
系が実現できる。まえ、ボし1いる。     / 〔発明の効果〕 本発明のマスクとウェハの位置ずれ検出方法は、2枚の
レンズと振動ミラーを用いてレーザビームを走査し位置
ずれ信号を得る代りに、2方向からレーザビームを照射
しそれぞれの反射回折光強度の差をとって位置ずれ信号
を得ることによ)、2枚のレンズと振動ミラーを含む光
学系が不要になるため、装置が簡単になり、安価になる
という効果がある。
また、振動ミ2−の周波数に影響されずに、位置ずれ検
出のサンプリング周波数を上げることができるという効
果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す斜視図、第2図は第1
図に示すマスクとウェハの位置ずれ検出方法におけるL
FZPによって集光されたレーザビームを示す断面図、
第3図は信号処理系を示すブー′/ 示すグラフ、第5図は従来の72イメント方法を示す説
明図、第6図(a)はLFZPの構造を示す平面図、第
6図(b)は回折格子の構造を示す平面図、第7図は従
来のアライメント方法を用いた自動重ね合せ装置を示す
斜視図である。 1.18・・・・・・マスク、2,1.16・・・・・
・ウェハ。 3.19・・・・・・LFZP、4.17・・・・・・
回折格子、5゜23・・・・・・レーザ光源、6・・・
・・・ハーフミラ−17・・・・・・レーザビーム、8
・・・・・・レーザビーム、9・・・・・・検出器、1
0・・・・・・検出器、13・・・・・・減算器、14
・・・・・・加算器、15・・・・・・除算器、24・
・・・・・レンズ。 25・・・・・・ジェネレータ、27・・・・・・振動
ミラー、公・・・・・・レンズ、30・・・・・・位相
検波器。 代理人 弁理士 内 原   音 万1回 4日Mr格j 箭3回 肩!5回 第2@ ((1)           ’(の′!J7回

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  マスクとウェハを対向して設置し、前記マスク上にリ
    ニアフレネルゾーンプレートを設け、前記ウェハ上に線
    状回折格子を設け、前記リニアフレネルゾーンプレート
    に互いに入射角度の異なる2光束の平行レーザ光を照射
    し、前記線状回折格子からの反射回折光を第1と第2の
    検出器で検出し、前記第1と第2の検出器の出力の差を
    求めることを特徴とするマスクとウェハの位置ずれ検出
    方法。
JP62264599A 1987-10-19 1987-10-19 マスクとウエハの位置ずれ検出方法 Pending JPH01106427A (ja)

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JPH01106427A true JPH01106427A (ja) 1989-04-24

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