JPS6236508A - Method of matching position of mask with position of wafer - Google Patents

Method of matching position of mask with position of wafer

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JPS6236508A
JPS6236508A JP60176204A JP17620485A JPS6236508A JP S6236508 A JPS6236508 A JP S6236508A JP 60176204 A JP60176204 A JP 60176204A JP 17620485 A JP17620485 A JP 17620485A JP S6236508 A JPS6236508 A JP S6236508A
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JP
Japan
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wafer
mask
light
distance
spectrum
Prior art date
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Pending
Application number
JP60176204A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenji Sugishima
賢次 杉島
Junichi Iizuka
飯塚 潤一
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPS6236508A publication Critical patent/JPS6236508A/en
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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Optical Transform (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

PURPOSE:To accurately measure a distance between a mask and a wafer at all times, by using the half-width of a bright line spectrum of a luminescent line for matching the position of the mask with that of the wafer. CONSTITUTION:A mask 1 where prescribed linear Fresnel zone targets are formed and a wafer whereon diffraction gratings are formed are disposed opposite to each other, and then parallel beams 5 of light are projected from above the surface of the mask. The beams of light diffracted by the linear Fresnel zone targets, which are converged on the wafer 2, are reflected by the diffraction gratings 4 on the wafer 2, and a spectrum of light is displayed. While the displayed spectrum of light is varied in luminance and half-width according to a distance between the wafer 2 and the mask 1, the half-width can be detected irrespective of an absolute level, and therefore it can be used not only for matching the position of the mask 1 with that of the wafer 2, but also for measuring an arbitrary distance between the two.

Description

【発明の詳細な説明】 [概要] 本発明は、露光工程等における、マスクとウェハの正確
な間隔を設定するため、リニアフレネルゾーンターゲッ
トを形成したマスクに平行光線を投射し、その投射光が
回折格子を形成したウェハ面に集光された後、回折格子
のために表示される反射光の光スペクトルを利用し、そ
の光スペクトルの半値幅を求めることにより、マスクと
ウェハの間隔を正確に測定して、ウェハとマスクを所定
間隔の位置に設定するものである。
Detailed Description of the Invention [Summary] The present invention projects parallel light rays onto a mask on which a linear Fresnel zone target is formed, and the projected light is After the light is focused on the wafer surface on which the diffraction grating is formed, the distance between the mask and the wafer can be accurately determined by using the optical spectrum of the reflected light displayed by the diffraction grating and finding the half-width of the optical spectrum. The wafer and mask are set at a predetermined distance by measurement.

[産業上の利用分野] 本発明は、半導体装置の露光工程、例えばX線露光等に
おけるマスクとウェハ間の正確な位置合わせに関するも
のである。
[Industrial Field of Application] The present invention relates to accurate alignment between a mask and a wafer in an exposure process of semiconductor devices, such as X-ray exposure.

近時、半導体装置の高集積化が進み、極めて高精度で微
小且つ緻密なパターンが必要になり、そのためにマスク
とウェハの間隔を正確に設定することは、プロキシミテ
ィ露光を行う際には極めて重要である。
In recent years, as semiconductor devices have become more highly integrated, extremely precise, minute, and dense patterns are required. For this reason, it is extremely important to accurately set the distance between the mask and the wafer when performing proximity exposure. is important.

これらの露光方法ではパターンのずれや、焦点ぼけを無
くするために、マスクとウェハの相互位置関係と、間隔
を検知する方法として、マスクにフルネルゾーンプレー
) (Fresnel Zone Plate、以下F
ZPと略称)を形成し、それに平行光線を投射し、その
透過光をウェハ面の回折格子部に集光して、その反射さ
れたスペクトル光の輝度を比較して間隔を求める方法が
ある。
In these exposure methods, in order to eliminate pattern shift and defocus, a Fresnel Zone Plate (Fresnel Zone Plate, hereinafter referred to as F
There is a method of forming a ZP (abbreviated as ZP), projecting parallel light onto it, focusing the transmitted light on a diffraction grating section on the wafer surface, and comparing the brightness of the reflected spectral light to determine the interval.

このFZPマークは、一定の法則で配列された複数の線
群からなり、これに平行光線を投射すると、透過光は回
折現象によって、正確な距離に焦点を結像することを利
用するもので、その結像位置を検知することによって、
マスクとウェハとの間隔を検出し、自動制御によって位
置合わせをするものである。
This FZP mark consists of a group of multiple lines arranged according to a certain rule, and when parallel light is projected onto this, the transmitted light will form a focal point at an accurate distance due to the phenomenon of diffraction. By detecting the imaging position,
The distance between the mask and the wafer is detected and alignment is performed through automatic control.

然しながら、FZPマークのあるマスクを透過した集光
光線が、ウェハ面の回折格子により表示される反射スペ
クトル光を観察して、その最も高輝度の位置を最適位置
とする従来方法では、測定する度に輝度のレベルの差が
あり、絶対的な輝度レベルではないために、屡ウェハと
マスクの最適間隔の検出に誤差が発生する不都合がある
。
However, in the conventional method, the condensed light beam transmitted through a mask with the FZP mark observes the reflected spectrum light displayed by a diffraction grating on the wafer surface, and the position of the highest brightness is set as the optimum position. Since there is a difference in the brightness level between the two, and the brightness level is not an absolute brightness level, there is a disadvantage that an error often occurs in detecting the optimum distance between the wafer and the mask.

また、露光工程ではウェハとマスクの最適間隔を求める
こと以外に、ウェハとマスクの位置合わせをするための
、常に相互間隔を検知する必要もあるために、ウェハと
マスクの距離を常時正確に測定する方法が要望されてい
る。
In addition, in the exposure process, in addition to finding the optimal distance between the wafer and mask, it is also necessary to constantly detect the mutual distance in order to align the wafer and mask, so the distance between the wafer and mask is always accurately measured. There is a need for a method to do so.

[従来の技術] 第3図は、FZPマークを有するマスクと回折格子を形
成したウェハとの関係を示す要部断面図であり、第4図
はその斜視図である。
[Prior Art] FIG. 3 is a sectional view of a main part showing the relationship between a mask having an FZP mark and a wafer on which a diffraction grating is formed, and FIG. 4 is a perspective view thereof.

マスク1とウェハ2は間隔りで配置されていて、マスク
1には焦点距%IFのFZPマーク3と、ウェハ2には
回折格子4が形成されている。
The mask 1 and the wafer 2 are arranged at intervals, and the mask 1 is formed with an FZP mark 3 having a focal length of %IF, and the wafer 2 is formed with a diffraction grating 4.

マスク1の表面に、平行光線5が矢印のように投射され
ると、マスクのFZPマークを通過した透過光6は、も
しF=Dであれば1点線のようにマスク面からDの距離
にあるるウェハ3の回折格子部に光の焦点スポットとし
て集光される。
When a parallel light ray 5 is projected onto the surface of the mask 1 as shown by the arrow, the transmitted light 6 that has passed through the FZP mark on the mask will be at a distance of D from the mask surface as shown by the one-dot line if F=D. The light is focused on a diffraction grating portion of a certain wafer 3 as a focal spot.

第5図は、ウェハ面上の回折格子の位置と透過光の焦点
とのずれXとをウェハ上の集光スペクトルで観察した光
強度とXとの関係を示すスペクトル図である。
FIG. 5 is a spectrum diagram showing the relationship between the light intensity and the shift X between the position of the diffraction grating on the wafer surface and the focal point of the transmitted light, which is observed using a condensed spectrum on the wafer.

FZPマークの焦点付近にウェハがあると、焦点位置と
回折格子のずれXにより、aのような輝度の強度分布を
有するスペクトルとなり、焦点よりも間隔が大きくなる
とb、さらに焦点よりも小になるとCのようなスペクト
ルになる。
When the wafer is near the focal point of the FZP mark, the deviation X between the focal point position and the diffraction grating results in a spectrum with a brightness intensity distribution as shown in a.If the distance is larger than the focal point, b, and if it is smaller than the focal point, the spectrum will be The spectrum will look like C.

第6図は、ウェハ2上の回折格子4によって透過光が回
折されて反射光になる様子を示す断面図であって、光の
波長や回折格子のピッチ等によりきまる回折角度θがあ
り、このθ方向に反射光のスペクトルが観測される。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing how transmitted light is diffracted by the diffraction grating 4 on the wafer 2 and becomes reflected light. The spectrum of reflected light is observed in the θ direction.

従って、FZPマークで集光された透過光の光スペクト
ルを観測し、その輝度の大きさを比較することによりほ
ぼウェハとマスクとの適正間隔を検知することができる
が、実際には輝度の絶対レベルが一定ではなく、比較し
た相対輝度により適正間隔や位置を設定するために、誤
差が大きくなって正確性を欠くと共に、度量適位置を決
定するための手段として、適正位置の近傍におけるウェ
ハとマスクの間隔を定量的に把握する必要があるが、従
来方法の最大輝線を検知するだけでは、これが出来ない
という欠点がある。
Therefore, by observing the optical spectrum of the transmitted light focused by the FZP mark and comparing the magnitude of the brightness, it is possible to approximately detect the appropriate distance between the wafer and the mask, but in reality, the absolute value of the brightness is Since the level is not constant and the appropriate spacing and position are set based on the compared relative brightness, the error increases and accuracy is lost. It is necessary to quantitatively understand the spacing between masks, but this cannot be achieved using conventional methods that only detect the maximum bright line.

[発明が解決しようとする問題点] 従来の、マスクとウェハのFZP法による位置合わせで
は、ウェハとマスクの間隔や位置関係が正確に検知でき
ず、また最適位置や間隔の近傍における距離を定量的に
把握することが困難であるということが問題点である。
[Problems to be solved by the invention] In the conventional alignment of a mask and a wafer using the FZP method, it is not possible to accurately detect the spacing and positional relationship between the wafer and the mask, and it is difficult to quantify the distance in the vicinity of the optimal position or spacing. The problem is that it is difficult to understand the situation in detail.

[問題点を解決するための手段] 本発明は、上記問題点を解決するための、マスクとウェ
ハの位置合わせ方法を提案するもので、そのその解決の
手段は、所定のリニアフレネルゾーンターゲットを形成
したマスクと、回折格子を形成したウェハを対向して配
置した後、マスク面の上方から平行光線を投射すること
により、リニアフレネルゾーンターゲットで回折された
光線は、ウェハ上に集光されるが、ウェハ上の回折格子
により反射されて光のスペクトルが表示される。
[Means for Solving the Problems] The present invention proposes a method for aligning a mask and a wafer in order to solve the above-mentioned problems. After placing the formed mask and the wafer on which the diffraction grating has been formed facing each other, by projecting a parallel beam of light from above the mask surface, the light beam diffracted by the linear Fresnel zone target is focused onto the wafer. is reflected by a diffraction grating on the wafer, and the spectrum of the light is displayed.

この光のスペクトルは、ウェハとマスクとの距離により
輝度と半値幅が異なるスペクトルを表示するが、その半
値幅は絶対レベルに関係なく、検知できるために、マス
クとウェハの位置合わせのみならず、マスクとウェハの
任意の間隔をも測定可能にしたものである。
The spectrum of this light displays a spectrum with different brightness and half-width depending on the distance between the wafer and the mask, but since the half-width can be detected regardless of the absolute level, it is not only necessary to align the mask and wafer. This makes it possible to measure any distance between the mask and the wafer.

[作用] 本発明は、従来の、マスクとウェハのFZP法による位
置合わせでは、ウェハとマスクの間隔や位置関係が最大
輝線を検知するだけでは正確に設定できず、また最適位
置や間隔の近傍における距離を定量的に把握することが
困難であるために、それを別の視点から検知しようとす
るもので、ウェハ上に形成された回折格子の反射光のス
ペクトルが、ウェハとマスクの距離に連動して変化し、
しかも半値幅が絶対レベルに関係なく一定割合で変動し
ていることを確認し得たので、この値を利用して信号処
理すくことにより、自動位置検知を行うようにしたもの
である。
[Function] In the conventional alignment of a mask and a wafer using the FZP method, the distance and positional relationship between the wafer and the mask cannot be set accurately just by detecting the maximum bright line, and the distance and positional relationship between the wafer and the mask cannot be set accurately by simply detecting the maximum bright line. Since it is difficult to quantitatively grasp the distance between change in conjunction,
Moreover, since it was confirmed that the half-value width fluctuates at a constant rate regardless of the absolute level, automatic position detection was performed by using this value for signal processing.

[実施例] 第1図はFZPマークを有するマスクとウェハとの距離
を変化した場合の輝線の強度分布を示す波形図である。
[Example] FIG. 1 is a waveform diagram showing the intensity distribution of bright lines when the distance between a mask having an FZP mark and a wafer is changed.

FZPマークを有するマスクの焦点距離をFとすると、
マスクとウェハの距離りを変化してD=Fの時の回折光
の輝線スペクトルはSlのごとくで、輝線のピークp1
が大きく、半値幅d1が小である。
If the focal length of the mask with the FZP mark is F, then
When the distance between the mask and the wafer is changed and D=F, the bright line spectrum of the diffracted light is like Sl, and the bright line peak p1
is large, and the half width d1 is small.

マスクとウェハの距離りを変化してD>Fになると輝線
スペクトルはS2のごとくなり、輝線のピークp2がや
や小になり、その代わり半値幅d2が大になる。
When the distance between the mask and the wafer is changed so that D>F, the bright line spectrum becomes as shown in S2, the peak p2 of the bright line becomes slightly smaller, and the half width d2 becomes larger instead.

距離りが大きくなるにつれて、輝線スペクトルはS 3
 、S 4のごとく輝線のピークp8、p4がますます
小になって、半値幅はda、d4が大になる。
As the distance increases, the emission line spectrum becomes S3
, S4, the peaks p8 and p4 of the emission line become smaller and smaller, and the half widths da and d4 become larger.

一般に、輝度スペクトルのピーク値を検出することは、
絶対レベルと比較することができないために、輝度スペ
クトルのピーク値が変動する危険が大きく、検知が不正
確になるが、半値幅は図示のように極めて明確に波形形
状が変化するので、比較検知することが容易である。
Generally, detecting the peak value of the brightness spectrum is
Since the peak value of the brightness spectrum cannot be compared with the absolute level, there is a great risk that the peak value of the brightness spectrum will fluctuate, leading to inaccurate detection. However, the waveform shape of the half-width changes very clearly as shown in the figure, so comparative detection is possible. It is easy to do.

第2図は半値幅の検知装置のブロック図を示している。FIG. 2 shows a block diagram of a half-width detection device.

ウェハからの回折光は光検出素子11として例えばpi
nダイオードに入力された後、アンプ12を経て、波形
メモリ回路I3に入力される。
The diffracted light from the wafer is detected by the photodetecting element 11, for example, pi.
After being input to the n diode, the signal is input to the waveform memory circuit I3 via the amplifier 12.

この波形メモリ回路から表示装置14に出力されると共
に、カーブフィッテング機能とデジタル微分を行なう機
能回路15により、半値幅から距離りを検知することが
できる回路構成になっている。
The waveform memory circuit outputs the signal to the display device 14, and a functional circuit 15 that performs a curve fitting function and digital differentiation has a circuit configuration that allows distance to be detected from the half width.

波形メモリ回路には、マスクとウェハの相対座標X、Y
座標や、投射光や回折された反射光の角度等による信号
がカウンタ16により入力されて同期化されている。
The waveform memory circuit contains the relative coordinates X, Y of the mask and wafer.
Signals based on coordinates, angles of projected light and diffracted reflected light, etc. are inputted by a counter 16 and synchronized.

このようにして半値幅で求められるウェハとマスクの距
離は、極めて正確であるために、ウェハとマスクの位置
合わせの任意の位置で、間隔を求めることができ、位置
合わせが著しく容易になされる。
Since the distance between the wafer and the mask determined by the half-width in this way is extremely accurate, the distance can be determined at any position in the alignment of the wafer and the mask, making alignment extremely easy. .

[発明の効果コ 以上、詳細に説明したように、本発明のマスクとウェハ
の位置合わせに、輝線の輝度スペクトルの半値幅を利用
することにより、マスクとウェハの任意の位置で正確に
測定することができ、半導体装置の高精度の露光に供し
うるという効果大なるものがある。
[Effects of the Invention] As explained in detail above, by using the half width of the brightness spectrum of the bright line in the alignment of the mask and wafer of the present invention, accurate measurement can be made at any position on the mask and wafer. This has a great effect in that it can be used for high-precision exposure of semiconductor devices.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はFZPマークを有するマスクとウェハとの距離
を変化した場合の輝線の強度分布を示す波形図、 第2図は半値幅の検知装置のブロック図、第3図は、F
ZPマークを有するマスクと回折格子を形成したウェハ
との関係を示す要部断面図、第4図はその斜視図、 第5図は、ウェハ面上の回折格子の位置と透過光の焦点
とのずれXとをウェハ上の集光スペクトルで観察した光
強度とXとの関係を示すスペクトル図、 第6図は、ウェハ上の回折格子によって透過光が回折さ
れて反射光になる様子を示す断面図、図において、 11は光検出素子、   12はアンプ、13は波形メ
モリ回路、 14は表示装置、15はカーブフィソテン
グとデジタル微分回路、16はカウンタ、 をそれぞれ示している。 !スフとり?、j鴇ご、*df、揉−燻廣分舎?、主グ
ーj形国a51  図 ノド29トEす丁f146イIL〜殺p堪−−イ耳−の
7”o・17cり第2閃
Figure 1 is a waveform diagram showing the intensity distribution of the bright line when the distance between the mask with the FZP mark and the wafer is changed, Figure 2 is a block diagram of the half-width detection device, and Figure 3 is the FZP mark.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part showing the relationship between a mask having a ZP mark and a wafer on which a diffraction grating is formed, FIG. 4 is a perspective view thereof, and FIG. A spectrum diagram showing the relationship between the light intensity and X when the deviation X is observed using a condensed spectrum on the wafer. Figure 6 is a cross section showing how transmitted light is diffracted by a diffraction grating on the wafer and becomes reflected light. In the figures, 11 is a photodetection element, 12 is an amplifier, 13 is a waveform memory circuit, 14 is a display device, 15 is a curve fission and digital differentiation circuit, and 16 is a counter. ! Sufutori? ,j Togo, *df, 扉-Kumuhiro branchsha? , main goo j-shaped country a51 figure throat 29 toe f146a IL ~ murderous p - ear - 7" o 17c 2nd flash

Claims (1)

【特許請求の範囲】 リニアフレネルゾーンターゲットが形成されたマスクと
、回折格子が形成されたウェハを対向して配置し、 該マスク面に平行光線を投射することにより、ウェハ上
に集光された光線が、該回折格子により反射されて形成
された、光のスペクトル(S)の半値幅(d)を検知す
ることにより、マスクとウェハの距離(D)を検知する
ことを特徴とするマスクとウェハの位置合わせ方法。
[Claims] A mask on which a linear Fresnel zone target is formed and a wafer on which a diffraction grating is formed are placed facing each other, and by projecting parallel light rays onto the mask surface, light is focused onto the wafer. A mask characterized in that the distance (D) between the mask and the wafer is detected by detecting the half-width (d) of the spectrum (S) of light formed when the light beam is reflected by the diffraction grating. How to align the wafer.
JP60176204A 1985-08-09 1985-08-09 Method of matching position of mask with position of wafer Pending JPS6236508A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6455823A (en) * 1987-08-26 1989-03-02 Nec Corp Detecting method for displacement of positions of mask of wafer
JPS6455824A (en) * 1987-08-26 1989-03-02 Nec Corp Detecting method for displacement of positions of mask to wafer

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6455823A (en) * 1987-08-26 1989-03-02 Nec Corp Detecting method for displacement of positions of mask of wafer
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