JPH054603B2 - - Google Patents

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JPH054603B2
JPH054603B2 JP62010281A JP1028187A JPH054603B2 JP H054603 B2 JPH054603 B2 JP H054603B2 JP 62010281 A JP62010281 A JP 62010281A JP 1028187 A JP1028187 A JP 1028187A JP H054603 B2 JPH054603 B2 JP H054603B2
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JP
Japan
Prior art keywords
mask
wafer
detector
diffraction grating
positional deviation
Prior art date
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JP62010281A
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English (en)
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JPS63177004A (ja
Inventor
Ryoji Tanaka
Hidekazu Kono
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NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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Priority to US07/145,355 priority patent/US4815854A/en
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Publication of JPH054603B2 publication Critical patent/JPH054603B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7073—Alignment marks and their environment
    • G03F9/7076—Mark details, e.g. phase grating mark, temporary mark
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
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    • G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7003—Alignment type or strategy, e.g. leveling, global alignment
    • G03F9/7023—Aligning or positioning in direction perpendicular to substrate surface

Landscapes

  • 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)

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エハの位置ずれ検出方法、
特に、X線露光装置に適用しうるマスクとウエハ
の位置ずれ検出方法に関する。 〔技術環境〕 近年の半導体はDRAMに代表されるように高
集積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g線、i線を用いた光学式の半導体
露光装置では、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、
X線露光装置が有望視されており、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、日経マイクロデ
バイス1986年4月号等に紹介されている米マイク
ロニクス社のX線ステツパ「MX−1600」があ
る。「MX−1600」におけるマスクとウエハのア
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・プレート(LFZP)と呼ばれ
る光の回折を利用した集光レンズを用い、ウエハ
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.Fayらにより
Journal of Vacuum Science Technology
Vol.16(6)pp.1954−1958.Nov/Dec.1979の
“Optical Alignment System for Submicron
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LFZPを用いたアライメント方法を示
す説明図である。ウエハ15には回折格子16が
刻印されていて、ウエハ15の上には所定のギヤ
ツプだけ離れてマスク17が対向している。マス
ク17には焦点距離がマスクとウエハのギヤツプ
量に等しいLFZP18が描かれている。第6図は
マスク用マークのLFZPの構造を示す平面図であ
る。LFZPはいろいろな幅や間隔の縞が並んだ構
造になつていて、縞はマークの中心から距離をrn
とすると
〔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エハの位置ずれ検出
方法は、閉ループのサーボ系を構成するために2
枚のレンズと振動ミラーを含む光学系が必要なの
で、装置が複雑になり、小型化が困難になり、高
価になるという欠点があつた。製作する上でも、
光学系の調整が必要であり、工数がかかるという
欠点があつた。 また、検出器からの信号と振動ミラーの駆動信
号を位相検波して位置ずれ信号を得るため、位置
ずれ信号の応答時間は振動ミラーの振動周波数に
よつて制限されてしまうので、応答時間が遅いと
いう欠点があつた。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明のマスクとウエハの位置ずれ検出方法
は、マスクとウエハを対向して設置し、前記マス
ク上に焦点距離の等しい2個のリニアフレネルゾ
ーンプレートを任意の中心間距離で設け、前記ウ
エハ上にピツチの異なる2種類の線状回折格子を
前記リニアフレネルゾーンプレートの中心間距離
と若干異なる中心間距離で設け、レーザ光を前記
マスク上の前記リニアフレネルゾーンプレートに
照射し、前記ウエハ上の前記線状回折格子からの
反射回折光を2個検出器で検出し、検出器の出力
の差を求めるこ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エハの位置ずれ検出方
法は、マスク1とウエハ2を所定のギヤツプSだ
け隔てて設置し、前記マスク上に焦点距離がギヤ
ツプSに等しい第1のLFZP3と第2のLFZP4
を中心間距離Dで設け、前記ウエハ上に互いにピ
ツチの異なる第1の回折格子5と第2の回折格子
6を中心間距離D+ΔDで設ける。レーザビーム
7を前記マスク1上の前記第1のLFZP3および
第2のLFZP4に照射し、前記ウエハ上の前記第
1の回折格子5からの1次反射回折光を第1の検
出器8で検出し、前記第2の回折格子6からの1
次反射回折光を第2の検出器9で検出し、前記第
1の検出器8および第2の検出器9の出力の差を
求めることを含んで構成される。 第1の回折格子5のピツチR1と第2の回折格
子6のピツチR2は異なるため、それぞれの1次
回折角度θ1およびθ2も異なり、2つの回折光を空
間的に分離することができる。 第2図は第1図に示すマスクとウエハの位置ず
れ検出方法を詳細に説明するための説明図であ
る。マスク1の上方から入射する平行レーザビー
ム7は、前記マスク1上の第1のLFZP3および
第2のLFZP4により集光され、ウエハ2上に2
個のスリツト状の像を作る。この結像したスリツ
トとウエハ2上の第1の回折格子5および第2の
回折格子6が一直線状に重なるとレーザビームは
反射回折され、第1の検出器8および第2の検出
器9によつて検出されるが、2個の結像したスリ
ツトの間隔は第1のLFZP3と第2のLFZP4の
間隔Dに等しく、第1の回折格子5と第2の回折
格子6の間隔はD+ΔDであるため、第1の回折
格子5からの回折光と第2の回折格子6からの回
折光は空間的に位相差が生じる。 第3図aはマスク1とウエハ2のx方向の相対
位置と第1の検出器8の出力aと第2の検出器9
の出力bの関係を示すグラフである。横軸はマス
ク1とウエハ2の位置ずれを表わすが、第1の検
出器の出力aと第2の検出器の出力bの波形は
ΔDの位置差が生じ、位置ずれが0になつたとき
に波形が交叉するように設計されている。第3図
bは第1の検出器の出力aと第2の検出器の出力
bの差を示すグラフである。S字状の波形が得ら
れ、位置ずれの0点近傍では直線性が良く、この
信号によりマスク1とウエハ2の位置ずれを検出
でき、閉ループ自動重ね合せが実現できる。位置
ずれの検出範囲は最大でΔDである。 第4図は有効な位置ずれ信号を得るための信号
処理系の一実施例を示すブロツク図である。第4
図に示す信号処理系は第1の回折格子5からの回
折光を検出する第1の検出器8と、第2の回折格
子6からの回折光を検出する第2の検出器9と、
第1の検出器の出力aを増幅し第1の検出信号c
を発生する第1のアンプ10と、第2の検出器の
出力bを増幅し第2の検出信号dを発生する第2
のアンプ11と、前記第2の検出信号dから前記
第1の検出信号cを減算し位置ずれ信号eを発生
する減算器12と、前記第1の検出信号cと前記
第2の検出信号dを加算し参照信号fを発生する
加算器13と、前記位置ずれ信号eを前記参照信
号fで除算し正規された位置ずれ信号gを発生す
る除算器14とを含んで構成される。第1の検出
器の出力aおよび第2の検出器の出力bのレベル
はマスクとウエハのギヤツプのずれやレジスト等
の影響により変化するが、減算器12で得られた
位置ずれ信号eを除算器14で正規化しているの
で、位置ずれに対する感度が変化することはな
い。したがつて、本信号処理系によつて得られる
正規化された位置ずれ信号gを用いてサーボ系を
構成すれば、ギヤツプのずれやレジスト等の影響
による信号強度の変動によつてサーボゲインが変
化することがないので、安定したサーボが実現で
きる。また、参照信号fはハイレベルのとき位置
ずれ検出範囲に入つていることを示している。 本発明のマスクとウエハの位置ずれ検出方法で
は、第1の検出器の出力aと第2の検出器の出力
bは同じ波形にならなくてはいけないので、第1
のLFZP3と第2のLFZP4は焦点距離が等しい
だけでなく、信号強度を等しくするためにLFZP
の縞の数も等しくしなくてはならない。また、第
1の回折格子5と第2の回折格子6の幅wはやは
り等しくして、それぞれのマークの位置ずれ検出
感度を等しくする必要がある。 LFZPの一例として、焦点距離30μm、縞の数
21本、レーザにHe−Neレーザを用いるものを考
えるとマークの幅は42.1μmになる。したがつて、
2個のLFZPの中心間距離dは50μm程度あれば
よく、レーザビームの径より十分小さいので、1
本のレーザビームで同時に照射することができ
る。また、2本の回折格子の中心間距離のずれ量
ΔDは、回折格子の幅wと同程度にするのが望ま
しい。 第1の回折格子5からの反射回折光と第2の回
折格子6からの反射回折光を空間的に分離するた
めに、回折格子のピツチP1,P2を変えているが、
高次回折光による干渉が起きないように非整数倍
のピツチに設計するのが有効である。 〔発明の効果〕 本発明のマスクとウエ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レーザビー
ムを走査し位置ずれ信号を得る代りに、2組のア
ライメントマークからの信号の差をとつて位置ず
れ信号とすることにより、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、振動ミラーの周波数に影響されずに、位
置ずれ検出の応答時間を速く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エハの位置ずれ検出
方法を示す説明図、第3図aは位置ずれ量と検出
器の出力の関係を示すグラフ、第3図bは位置ず
れ信号を示すグラフ、第4図は第1図に示すマス
クとウエハの位置ずれ検出方法のための信号処理
系を示すブロツク図、第5図は従来のアライメン
ト方法を示す説明図、第6図はLFZPの構造を示
す平面図、第7図は回折格子の構造を示す平面
図、第8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。 1,17……マスク、2,15……ウエハ、3
……第1のLFZP、4……第2のLFZP、5……
第1の回折格子、6……第2の回折格子、7,1
9……レーザビーム、8……第1の検出器、9…
…第2の検出器、10……第1のアンプ、11…
…第2のアンプ、12……減算器、13……加算
器、14……除算器、16……回折格子、18…
…LFZP、20……ステージ、21……圧電変換
器、22……レーザ光源、23……第1のレン
ズ、24……ジエネレータ、25……モータ、2
6……振動ミラー、27……第2のレンズ、28
……検出器、29……位相検波器、30……電力
源、a……第1の検出器の出力、b……第2の検
出器の出力、c……第1の検出信号、d……第2
の検出信号、e……位置ずれ信号、f……参照信
号、g……正規化された位置ずれ信号。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 マスクとウエハを対向して設置し、前記マス
    ク上に焦点距離の等しい2個のリニアフレネルゾ
    ーンプレートを任意の中心間距離で設け、前記ウ
    エハ上にピツチの異なる2種類の線状回折格子を
    前記リニアフレネルゾーンプレートの中心間距離
    と若干異なる中心間距離で設け、レーザ光を前記
    マスク上の前記リニアフレネルゾーンプレートに
    照射し、前記ウエハの前記線状回折格子からの反
    射回折光を2個検出器で検出し、前記検出器の出
    力差を求めることを特徴とするマスクとウエハの
    位置ずれ検出方法。
JP62010281A 1987-01-19 1987-01-19 マスクとウエハの位置ずれ検出方法 Granted JPS63177004A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62010281A JPS63177004A (ja) 1987-01-19 1987-01-19 マスクとウエハの位置ずれ検出方法
US07/145,355 US4815854A (en) 1987-01-19 1988-01-19 Method of alignment between mask and semiconductor wafer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62010281A JPS63177004A (ja) 1987-01-19 1987-01-19 マスクとウエハの位置ずれ検出方法

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JPS63177004A JPS63177004A (ja) 1988-07-21
JPH054603B2 true JPH054603B2 (ja) 1993-01-20

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JP62010281A Granted JPS63177004A (ja) 1987-01-19 1987-01-19 マスクとウエハの位置ずれ検出方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH01285803A (ja) * 1988-05-13 1989-11-16 Fujitsu Ltd フレネル・ゾーン・プレートおよびそれを用いる位置合せ方法
US5104223A (en) * 1990-02-05 1992-04-14 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Optical interferometric sensor detected intensity noise reduction means
JPH10166460A (ja) * 1996-12-06 1998-06-23 Toyota Motor Corp 積層造形方法及び積層造形装置

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JPS63177004A (ja) 1988-07-21

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