JP2723502B2 - Positioning method - Google Patents
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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
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
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- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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- 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
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (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）
この発明は、ICなどの製造において、ウェハとマスク
の位置合わせを高精度に行うための位置決め方法に関す
るものである。
（従来技術とその問題点）
VLSIの高密度化に伴い、回路パターンの微細化が進ん
でいる。VLSIを製作するリソグラフィ技術において、ウ
ェハとマスクの相対的位置を高精度に決める必要があ
る。現在、このような位置決めはウェハとマスクそれぞ
れに描かれている多数の直線平行縞を一致させる方法な
どが行われている。しかし、このような方法の配置精度
は、
0.2μｍ程度で、エキシマレーザやＸ線を用いて、さ
らに微細なパターンを転写する目的には適さない。これ
らのリソグラフィでは、0.01〜0.05μｍの配置精度が必
要であるが、現段階では、このような位置決めの確立さ
れた方法はない。
このような高精度の配置を実現するために、モアレ縞
を用いた位置決め技術が開発されている。モアレ縞を用
いた高精度位置決め法は、例えば雑誌「アプライド・オ
プティックス（Applied Optics）、1972年2455〜2459頁
に記載の論文「モアレ技術を用いたフォトリソグラフィ
ックマスク位置合わせ（Photolithographic Mask Align
ment Using Moir Techniques）」に詳しく述べられて
いる。この方法は、異なるピッチを持つ等間隔同心円縞
を重ね合わせ、それらの差周波数として生じるモアレ縞
の形状を顕微鏡によって観測し、位置合わせするもので
ある。この場合、0.2μｍの配置精度が得られた。しか
し、この方法は、縞の形状を認識する必要があるため、
自動測定には適していない。この方法を改良して、同じ
ピッチを持つ等間隔直線縞を重ね合わせて生じるモアレ
縞の回折光を観測して位置合わせする方法が考えられ
た。これについては、例えば、「ジャーナル オブ バ
キュームサイエンス テクノロジ（Journal of Vacume
Science Technologie）、1983年B1-1276〜1279頁に記載
の論文「Ｘ線リソグラフィ用２重格子位置決め技術（A
Dual Grating Alignment Technique for X-ray Lithogr
aphy）」に詳しく述べられている。この方法では、ウェ
ハとマスクにそれぞれ描画されている同一の等間隔直線
縞を重ね合わせ、相対的な位置関係のずれによって変化
するモアレ縞にレーザ光を照射し、その±１次回折光の
強度変化を観測して、位置合わせする方法である。この
方法では、10nmの位置精度が得られている。この方法
は、光の強度を測定するために、高精度の自動測定が可
能である。しかし、逆に、縞ピッチよりも大きな変化を
測定できず、例えば、１μｍピッチの縞を用いる場合、
別の方法で１μｍの位置合わせを行った後にこの方法を
用いて高精度の位置合わせを行うことになる。従って、
２回の位置決めが必要で、プロセスが複雑となる。
（問題点を解決するための手段）
この発明は、第１のホログラムと第２のホログラムを
重ね合わせてゾーンプレート状モアレ縞を生じせしめ、
前記第１のホログラムを観測面に固定し、前記モアレ縞
にコヒーレント光を照射して生じる回折光が、前記観測
面の定められた位置に生じるように、前記第２のホログ
ラムの位置を調整する構成となっている。
（発明の作用・原理）
ホログラムを２枚重ね合わせた時に生じるモアレ縞の
形状は解析的に求めることができる。例えば、焦点距離
の異なったゾーンプレート状ホログラムを重ね合わせた
時に生じるモアレ縞は以下のようになる。基準ホログラ
ムの中心を原点とし、配置するホログラムが基準ホログ
ラムに対してｘ方向にΔx,y方向にΔｙずれているとす
ると、２つのホログラムは、それぞれ
x2＋y2＝ma2 ……（１）
（ｘ−Δｘ）2＋（ｙ−Δｙ）2＝nb2 ……（２）
のように書き表わされる。a,bはそれぞれゾーンプレー
トの最小円の半径、m,nは正の整数を表す。モアレ縞
は、（１），（２）式の交点として表わされ、ｌ＝ｍ±
ｎとおいて、
となり、ゾーンプレート状の縞が生じる。ここで、ｃは
a,b,Δx,Δｙの関数であるが、ゾーンプレート状モアレ
縞の円の半径が相対的に変化するのみで、本質的な項で
はない。第２図に、基準ホログラム101と配置ホログラ
ム102を重ね合わせて生じるモアレ縞103の例を示す。配
置するホログラムの中心座標を（Δx1，Δy1）から（Δ
x2，Δy2）に変化させた場合、ゾーンプレート状モアレ
縞の中心は
ずれる。従って、ａとｂの焦点距離がわずかに異なる場
合、a2／（b2a2）が大きくなり、感度が高くなる。例
えば、ｂ＝1.1aとすれば、ゾーンプレート状モアレ縞の
中心は配置するホログラムの中心座標の4.8倍移動す
る。また、等間隔直線縞構造を持つ単純格子にゾーンプ
レート状ホログラムを重ね合わせた時に生じるモアレ縞
は以下のようになる。ゾーンプレート状ホログラムがｙ
軸に平行な単純格子に対して、ｘ方向にΔｘ、ｙ方向に
Δｙずれているとすると、単純格子とゾーンプレート状
ホログラムは、それぞれ
ｘ＝ma ……（４）
（ｘ−Δｙ）2＋（ｙ−Δｙ）2＝nb2 ……（５）
のように書き表わされる。ａは格子のピッチを表す。
ｂはゾーンプレートの最小半径、m,nは正の整数を表わ
す。モアレ縞は、（１），（２）式の交点として表わさ
れ、ｌ＝ｍ＋ｎとおいて、
（ｘ−Δｘ−ｃ）2＋（ｙ−Δｙ）2＝lb2＋ｄ …（６）
となり、ゾーンプレート状の縞が生じる。ここで、ｃは
a,bの関数、ｄはa,b,Δx,Δｙの関数である。配置する
ホログラムの中心座標を（Δx,Δｙ）から（Δx2，Δ
y2）に変化させた場合、ゾーンプレート状のモアレ縞の
中心は（Δx2−Δx1，Δy2−Δy1）ずれる。
一方、モアレ縞はゾーンプレート状であるために、コ
ヒーレント光を入射させると球面波の回折光を生じる。
正の回折光は集光されるので、集光点の移動量を測定す
ることにより、基準ホログラムと配置ホログラムの相対
的な位置関係を決定できる。この時、集光点は、配置ホ
ログラムの移動に比例して動くので、基準ホログラムと
配置ホログラムのずれが大きい場合にも、その量を観測
できる。
（実施例）
第１図は、この発明の実施例である。始めに、マスク
１の一部に描画してある基準ホログラム５に、レーザ９
から出射した光をハーフミラー10で反射させて、照射
し、ホログラムからの＋１次回折光が収束して４分割光
検出器12に入射するようにマニピュレータ３を移動させ
る。この４分割光検出器は光ディスクのレーザヘッドの
焦点位置合わせに用いられているものと同じもので、第
３図に示す構造を持つ。例えば、ｘ方向の位置合わせを
行うには、演算回路16によりａ面とｂ面の光検出信号の
和とｃ面とｄ面の信号の和の差動をとる。この時、信号
はマニピュレータのｘ方向の移動に伴って第４図に示す
Ｓ字状の曲線を描く。０点を通過した時に、ホログラム
の＋１次回折光が、a,b面とc,d面の中間位置を通過した
ことになる。同様に、ａ面とｃ面の光検出信号の和とｂ
面とｃ面の光検出信号の和の差動信号からｙ方向の位置
合わせが可能である。ウェハの対角線位置に、基準ホロ
グラム５と同一の基準ホログラム７および光検出器15、
演算回路19があり、２ヵ所での測定により回転に対して
も位置合わせ可能である。各位置におけるｘ方向,y方向
の信号、合計４個の信号は例えばGP-IBインタフェース
を装備したパソコンなどのプロセッサ20に入力され、４
個の信号がすべて第４図に示したＳ字状信号の０点を示
すように、例えば、精密ステージとパルスモータおよび
GP-IB装備のパルスモータ駆動装置を備えたマニピュレ
ータ３に信号を送り、マスクを移動させる。４個の信号
がすべて０点の位置に合った時、このマスクは、装置に
対して位置合わせできたことになる。この時、第３図に
示した、４分割ディテクタ上に集光されたビームの径の
1/100程度の位置ずれを検出できる。従って数μｍにビ
ームを絞ることができれば、数十nm程度の位置ずれを検
出できる。
次に、基準ホログラム5,7とウェハ２に記録されてい
る配置ホログラム6,8を重ね合わせて生じるモアレ縞に
レーザ９から出射した光をミラーで折り返して照射し、
モアレ縞からの＋１次回折光が収束して、４分割光検出
器13,14に入射するようにマニピュレータ４を移動させ
る。光検出器13,14は、光検出器12,15と同一のもので演
算回路17,18を用いて、マスクを装置に対して位置合わ
せた手順と同様に、ウェハをマスクに対して、位置合わ
せできる。
この方法を用いて、（３）式よりｂ＝(11/10)1/2aと
すれば、モアレ縞の中心が配置するホログラムの中心座
標の10倍移動するホログラムが実現できる。またモアレ
縞のレンズ作用によりビームが集光されるため、ビーム
径を数μｍにすることができる。この時、配置ホログラ
ムを位置決めできた状態から1mm以上ずらして、観測始
め、モアレ縞の数十nmの移動を検知して、配置ホログラ
ムを数nmの精度で位置決めできた。
（発明の効果）
以上詳述したように、この発明の位置決め方法を用い
れば、モアレ縞の回折光を利用することにより、マスク
とウェハのずれを縞ピッチよりも十分大きい量から数nm
程度まで観測することができ、１回の操作で高精度に位
置決めできる。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a positioning method for performing high-accuracy alignment between a wafer and a mask in manufacturing an IC or the like. (Prior art and its problems) With the increase in the density of VLSI, the miniaturization of circuit patterns is progressing. In lithography technology for manufacturing VLSI, it is necessary to determine the relative position between a wafer and a mask with high accuracy. At present, such positioning is performed by a method of matching a large number of straight and parallel stripes drawn on the wafer and the mask. However, the arrangement accuracy of such a method is about 0.2 μm, which is not suitable for the purpose of transferring a finer pattern using an excimer laser or X-ray. These lithography require placement accuracy of 0.01-0.05 μm, but at this stage there is no established method of such positioning. In order to realize such a highly accurate arrangement, a positioning technique using moiré fringes has been developed. A high-precision positioning method using moire fringes is described in, for example, a paper “Applied Optics”, pp. 2455 to 2459, 1972, “Photolithographic Mask Alignment Using Moire Technology”.
ment Using Moir Techniques). In this method, equidistant concentric stripes having different pitches are superimposed, and the shape of moire fringes generated as a difference frequency between them is observed and aligned with a microscope. In this case, an arrangement accuracy of 0.2 μm was obtained. However, this method needs to recognize the shape of the stripe,
Not suitable for automatic measurement. By improving this method, a method has been conceived of observing diffracted light of moiré fringes generated by superimposing equally-spaced linear fringes having the same pitch and performing alignment. For example, see “Journal of Vacume Science Technology”.
Science Technologie), 1983, pages B1-1276 to 1279, entitled "Double grating positioning technology for X-ray lithography (A
Dual Grating Alignment Technique for X-ray Lithogr
aphy) ". In this method, the same equally-spaced linear fringes drawn on the wafer and the mask are superimposed, and moiré fringes that change due to a relative positional deviation are irradiated with laser light, and the intensity change of ± 1st-order diffracted light is performed. This is a method of observing and aligning. In this method, a positional accuracy of 10 nm is obtained. This method enables high-precision automatic measurement to measure the light intensity. However, conversely, a change larger than the fringe pitch cannot be measured.
After the alignment of 1 μm is performed by another method, high-precision alignment is performed using this method. Therefore,
Two positionings are required, complicating the process. (Means for Solving the Problems) According to the present invention, a first hologram and a second hologram are superimposed to generate a zone plate-like moiré fringe,
The first hologram is fixed to an observation surface, and the position of the second hologram is adjusted such that diffracted light generated by irradiating the moire fringes with coherent light is generated at a predetermined position on the observation surface. It has a configuration. (Operation and Principle of the Invention) The shape of moiré fringes generated when two holograms are superimposed can be obtained analytically. For example, moire fringes generated when zone plate holograms having different focal lengths are superimposed are as follows. Assuming that the center of the reference hologram is the origin and the hologram to be arranged is shifted from the reference hologram by Δx in the x direction and Δy in the y direction, the two holograms are respectively x 2 + y 2 = ma 2 (1) (X−Δx) 2 + (y−Δy) 2 = nb 2 (2) a and b are the radii of the minimum circle of the zone plate, and m and n are positive integers. Moiré fringes are represented as intersections of equations (1) and (2), and l = m ±
n , And zone plate-like stripes are generated. Where c is
Although it is a function of a, b, Δx, Δy, it is not an essential term because the radius of the circle of the zone plate-like moire fringes only changes relatively. FIG. 2 shows an example of a moiré fringe 103 generated by superimposing a reference hologram 101 and an arrangement hologram 102. The center coordinates of the hologram to be arranged are changed from (Δx 1 , Δy 1 ) to (Δ
x 2 , Δy 2 ), the center of the zone plate-like moiré fringe is Shift. Therefore, when the focal lengths of a and b are slightly different, a 2 / (b 2 a 2 ) increases, and the sensitivity increases. For example, if b = 1.1a, the center of the zone plate-like moiré fringes moves 4.8 times the center coordinate of the hologram to be arranged. Moire fringes generated when a zone plate-shaped hologram is superimposed on a simple grating having an evenly spaced linear fringe structure are as follows. Zone plate hologram is y
Assuming that there is a shift of Δx in the x direction and Δy in the y direction with respect to the simple grating parallel to the axis, the simple grating and the zone plate-shaped hologram are respectively x = ma (4) (x−Δy) 2 + (Y−Δy) 2 = nb 2 ... (5) a represents the pitch of the grating.
b represents the minimum radius of the zone plate, and m and n represent positive integers. Moiré fringes are represented as intersections of the equations (1) and (2), and when l = m + n, (x−Δx−c) 2 + (y−Δy) 2 = lb 2 + d (6) Zone plate-like stripes occur. Where c is
A function of a, b, d is a function of a, b, Δx, Δy. The center coordinates of the hologram to be arranged are changed from (Δx, Δy) to (Δx 2 , Δ
When it is changed to y 2 ), the center of the zone plate-shaped moire fringes is shifted by (Δx 2 −Δx 1 , Δy 2 −Δy 1 ). On the other hand, since the moire fringes have a zone plate shape, when coherent light is incident, diffracted light of a spherical wave is generated.
Since the positive diffracted light is condensed, the relative positional relationship between the reference hologram and the arranged hologram can be determined by measuring the amount of movement of the condensing point. At this time, since the focal point moves in proportion to the movement of the arrangement hologram, the amount can be observed even when the difference between the reference hologram and the arrangement hologram is large. (Embodiment) FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. First, a laser 9 is applied to the reference hologram 5 drawn on a part of the mask 1.
The light emitted from the hologram is reflected by the half mirror 10 and irradiated, and the manipulator 3 is moved so that the + 1st-order diffracted light from the hologram converges and enters the quadrant photodetector 12. This quadrant photodetector is the same as that used for the focus position adjustment of the laser head of the optical disk, and has the structure shown in FIG. For example, to perform the alignment in the x direction, the arithmetic circuit 16 calculates the difference between the sum of the light detection signals on the a-plane and the b-plane and the sum of the signals on the c-plane and the d-plane. At this time, the signal draws an S-shaped curve shown in FIG. 4 as the manipulator moves in the x direction. When passing through the zero point, the + 1st-order diffracted light of the hologram has passed through an intermediate position between the a and b planes and the c and d planes. Similarly, the sum of the light detection signals on the a-plane and the c-plane and b
Positioning in the y direction can be performed based on the differential signal of the sum of the light detection signals on the plane and the c plane. At the diagonal position of the wafer, the same reference hologram 7 as the reference hologram 5 and the photodetector 15,
There is an arithmetic circuit 19, which can be positioned with respect to rotation by measurement at two places. Signals in the x and y directions at each position, a total of four signals, are input to a processor 20 such as a personal computer equipped with a GP-IB interface, for example.
As shown in FIG. 4, all the signals indicate the zero point of the S-shaped signal shown in FIG.
A signal is sent to the manipulator 3 equipped with a pulse motor driving device equipped with GP-IB to move the mask. When all four signals are at the zero point, the mask has been successfully aligned with the device. At this time, the diameter of the beam focused on the four-segment detector shown in FIG.
Approximately 1/100 misalignment can be detected. Therefore, if the beam can be narrowed down to several μm, a positional shift of about several tens nm can be detected. Next, the light emitted from the laser 9 is reflected by a mirror on the moire fringes generated by superimposing the reference holograms 5 and 7 and the arrangement holograms 6 and 8 recorded on the wafer 2 with a mirror, and is irradiated.
The manipulator 4 is moved so that the + 1st-order diffracted light from the moiré fringes converges and enters the four-divided photodetectors 13 and 14. The photodetectors 13 and 14 are the same as the photodetectors 12 and 15, and the arithmetic circuits 17 and 18 are used to position the wafer with respect to the mask in the same manner as the procedure for aligning the mask with the apparatus. Can be matched. By using this method and setting b = (11/10) 1/2 a from the equation (3), a hologram in which the center of the moiré fringe moves 10 times the center coordinate of the hologram arranged can be realized. Further, since the beam is condensed by the lens function of the moire fringes, the beam diameter can be reduced to several μm. At this time, the observation was started by shifting the arrangement hologram by 1 mm or more from the state where the arrangement hologram could be positioned, and the movement of the moiré fringes by several tens of nm was detected, and the arrangement hologram could be positioned with an accuracy of several nm. (Effects of the Invention) As described in detail above, by using the positioning method of the present invention, the displacement between the mask and the wafer can be reduced from an amount sufficiently larger than the fringe pitch to several nm by utilizing the diffracted light of the Moire fringes.
Observation can be made to a degree, and positioning can be performed with high accuracy by one operation.
【図面の簡単な説明】
第１図この発明の実施例を示す図、第２図は基準ホログ
ラムと配置ホログラムを重ね合わせて生じるモアレ縞の
例、第３図は４分割光検出器の構成図、第４図は４分割
光検出器からの出力信号を示す。
図において、
１……マスク、２……ウェハ、3,4……マニピュレー
タ、5,7……基準ホログラム、6,8……配置ホログラム、
９……レーザ、10……ハーフミラー、11……ミラー
12,13,14,15……光検出器、16,17,18,19……演算回路、
20……プロセッサ
101……基準ホログラム、102……配置ホログラム、103
……モアレ縞BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an example of moiré fringes generated by superimposing a reference hologram and an arrangement hologram, and FIG. FIG. 4 shows an output signal from the quadrant photodetector. In the figure, 1 ... mask, 2 ... wafer, 3,4 ... manipulator, 5,7 ... reference hologram, 6,8 ... location hologram,
9 laser, 10 half mirror, 11 mirror 12, 13, 14, 15 photodetector, 16, 17, 18, 19 arithmetic circuit,
20 Processor 101 Reference hologram 102 Arranged hologram 103
...... Moiré stripes
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５０６Ｊ ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Agency reference number FI Technical display location H01L 21/30 506J
Claims (1)
レント光を照射して生じた＋１次回折光が前記基準ホロ
グラムの各々に対応した光検出器上の定められた位置に
入射するように前記第１面を移動、固定し、第２面の対
角に配置された配置ホログラムと前記基準ホログラムを
重ねて合わせてゾーンプレート状モアレ縞を生じさせ、
前記モアレ縞にコヒーレント光を照射して生じる＋１次
回折光が前記モアレ縞の各々に対応した別の光検出器上
の定められた位置に入射するように前記第２面を移動さ
せることを特徴とする位置決め方法。 ２．前記基準ホログラムとして、球面波を再生するゾー
ンプレートおよび前記配置ホログラムとして、前記基準
ホログラムと焦点距離の同一あるいは異なった球面波を
再生するゾーンプレートであることを特徴とする請求項
１記載の位置決め方法。 ３．前記基準ホログラムが平面波を再生する単純格子で
前記配置ホログラムが前記基準ホログラムと焦点距離の
同一あるいは異なった球面波を再生するゾーンプレート
であることを特徴とする請求項１記載の位置決め方法。(57) [Claims] The + 1st-order diffracted light generated by irradiating the reference hologram arranged at the diagonal of the first surface with coherent light is incident on the first detector so that the + 1st-order diffracted light enters a predetermined position on a photodetector corresponding to each of the reference holograms. The surface is moved and fixed, and the arrangement hologram arranged at the diagonal of the second surface and the reference hologram are superimposed to generate a zone plate-like moire fringe,
The second surface is moved such that + 1st-order diffracted light generated by irradiating the moiré fringes with coherent light is incident on a predetermined position on another photodetector corresponding to each of the moiré fringes. Positioning method to be performed. 2. 2. The positioning method according to claim 1, wherein the reference hologram is a zone plate for reproducing a spherical wave, and the arrangement hologram is a zone plate for reproducing a spherical wave having the same or different focal length as that of the reference hologram. . 3. 2. The positioning method according to claim 1, wherein the reference hologram is a simple grating for reproducing a plane wave, and the arrangement hologram is a zone plate for reproducing a spherical wave having the same or different focal length as the reference hologram.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP61002396A JP2723502B2 (en) | 1986-01-08 | 1986-01-08 | Positioning method |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| JPS62159429A JPS62159429A (en) | 1987-07-15 |
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Country Status (1)
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Family Cites Families (1)
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| JPS6244608A (en) * | 1985-08-22 | 1987-02-26 | Tokyo Optical Co Ltd | Method and device for setting hologram primary standard of holographic interferometer |
-
1986
- 1986-01-08 JP JP61002396A patent/JP2723502B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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| JPS62159429A (en) | 1987-07-15 |
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