JP2871104B2 - 相対位置合せ方法及び装置、並びにアライメント光学装置 - Google Patents
相対位置合せ方法及び装置、並びにアライメント光学装置Info
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- JP2871104B2 JP2871104B2 JP2403886A JP40388690A JP2871104B2 JP 2871104 B2 JP2871104 B2 JP 2871104B2 JP 2403886 A JP2403886 A JP 2403886A JP 40388690 A JP40388690 A JP 40388690A JP 2871104 B2 JP2871104 B2 JP 2871104B2
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば超LSIを製造
のための露光装置におけるLSIチップのレイアウトや
露光マスクと半導体ウェハの位置合せ等を行うのに使用
して最適な相対位置合せ方法及び装置、並びにこれらを
使用して例えば露光マスクと半導体ウェハとの位置合せ
を行うアライメント光学装置に関する。
のための露光装置におけるLSIチップのレイアウトや
露光マスクと半導体ウェハの位置合せ等を行うのに使用
して最適な相対位置合せ方法及び装置、並びにこれらを
使用して例えば露光マスクと半導体ウェハとの位置合せ
を行うアライメント光学装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、LSIパターンを形成するには、
光露光装置が一般に用いられてきたが、LSIパターン
の微細化に伴って、光露光装置よりも微細なパターンを
形成することが可能なX線露光装置の開発が進められて
いる。このX線露光装置では、露光に先立ち、露光マス
ク(X線マスク)と半導体ウェハとを互いに平行に高精
度に位置合せするとともに、両者を平行に保持しながら
これらの隙間を極小(30μm程度)に設定して近接露
光する必要がある。
光露光装置が一般に用いられてきたが、LSIパターン
の微細化に伴って、光露光装置よりも微細なパターンを
形成することが可能なX線露光装置の開発が進められて
いる。このX線露光装置では、露光に先立ち、露光マス
ク(X線マスク)と半導体ウェハとを互いに平行に高精
度に位置合せするとともに、両者を平行に保持しながら
これらの隙間を極小(30μm程度)に設定して近接露
光する必要がある。
【0003】従来、このような相対位置合せのための光
学系としては、図8に示すようなものが一般に知られて
いた。
学系としては、図8に示すようなものが一般に知られて
いた。
【0004】即ち、図示しないレーザから射出された半
径rのレーザ光ビームは、第1のレンズ1内をこの光軸
に沿って透過し、この光軸に対して45°の角度をもっ
て斜めに配置された反射面2aを有する折返しミラー2
に入射して、この折返しミラー2の反射面2aで直角に
反射される。そして、この反射された光ビームは、露光
マスク3の位置合せマークとしてのマスクマーク4(回
析格子)に垂直に入射し、このマスクマーク4及び半導
体ウェハ5の位置合せマークとしてのウェハマーク6
(回析格子)で回析された回析光が検出光として検出さ
れて、露光マスク3と半導体ウェハ5との相対位置合せ
が行われるようなされていた。ここに、露光マスク3と
半導体ウェハ5との隙間Zは、極小(30μm程度)に
設定されている。
径rのレーザ光ビームは、第1のレンズ1内をこの光軸
に沿って透過し、この光軸に対して45°の角度をもっ
て斜めに配置された反射面2aを有する折返しミラー2
に入射して、この折返しミラー2の反射面2aで直角に
反射される。そして、この反射された光ビームは、露光
マスク3の位置合せマークとしてのマスクマーク4(回
析格子)に垂直に入射し、このマスクマーク4及び半導
体ウェハ5の位置合せマークとしてのウェハマーク6
(回析格子)で回析された回析光が検出光として検出さ
れて、露光マスク3と半導体ウェハ5との相対位置合せ
が行われるようなされていた。ここに、露光マスク3と
半導体ウェハ5との隙間Zは、極小(30μm程度)に
設定されている。
【0005】ところで、X線露光装置における露光光
(X線)は、同図に破線で示すエリアで、露光マスク3
のパターンを照射して、このパターンを半導体ウェハ5
に転写するようなされている。従って、折返しミラー2
がこの露光光を遮らないようにするためには、折返しミ
ラー2と露光エリアとの間に、クリアランスC1 を設け
る必要がある。また、レーザ光ビームが折返しミラー2
で確実に反射されるためには、レーザ光ビームの外周と
折返しミラー2の端との間にも、余裕クリアランスC2
が必要となる。
(X線)は、同図に破線で示すエリアで、露光マスク3
のパターンを照射して、このパターンを半導体ウェハ5
に転写するようなされている。従って、折返しミラー2
がこの露光光を遮らないようにするためには、折返しミ
ラー2と露光エリアとの間に、クリアランスC1 を設け
る必要がある。また、レーザ光ビームが折返しミラー2
で確実に反射されるためには、レーザ光ビームの外周と
折返しミラー2の端との間にも、余裕クリアランスC2
が必要となる。
【0006】このため、半径rのレーザ光ビームの中心
と露光エリアとの間に、クリアランス1(=C1 +C2
+r)を設ける必要があり、1つの露光エリアとこれに
隣接する他の露光エリアとの間のスクライブラインの幅
Sが21(S=21)となっている。具体的には、例え
ばC1 =1mm、C2 =1mm、r=0.25mmとすると、
スクライブラインの幅S=2(C1 +C2 +r)=4.
5mmとなっている。
と露光エリアとの間に、クリアランス1(=C1 +C2
+r)を設ける必要があり、1つの露光エリアとこれに
隣接する他の露光エリアとの間のスクライブラインの幅
Sが21(S=21)となっている。具体的には、例え
ばC1 =1mm、C2 =1mm、r=0.25mmとすると、
スクライブラインの幅S=2(C1 +C2 +r)=4.
5mmとなっている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】このように、スクライ
ブラインの幅Sが4.5mmもあると、1枚の半導体ウェ
ハから生産されるLSIチップの数が少なくなって、半
導体ウェハ1枚当りのLSIチップの生産効率が悪くな
り、半導体ウェハの有効利用が図れないという問題点が
あった。
ブラインの幅Sが4.5mmもあると、1枚の半導体ウェ
ハから生産されるLSIチップの数が少なくなって、半
導体ウェハ1枚当りのLSIチップの生産効率が悪くな
り、半導体ウェハの有効利用が図れないという問題点が
あった。
【0008】また、露光マスクと半導体ウェハとの相対
位置合せを行うためには、アライメント光学系が少なく
とも3つ(X1 光学系,X2 光学系及びY光学系)備え
る必要があるが、これらの各アライメント光学系を調整
する際に、他のアライメント光学系が邪魔になってしま
うことを確実に防止するとともに、それらの各アライメ
ント光学系に備えられている移動機構の組立て及び調整
を容易に行えるようにする必要がある。
位置合せを行うためには、アライメント光学系が少なく
とも3つ(X1 光学系,X2 光学系及びY光学系)備え
る必要があるが、これらの各アライメント光学系を調整
する際に、他のアライメント光学系が邪魔になってしま
うことを確実に防止するとともに、それらの各アライメ
ント光学系に備えられている移動機構の組立て及び調整
を容易に行えるようにする必要がある。
【0009】本発明は上記に鑑み、スクライブラインの
幅をできるだけ小さくすることにより、1枚の半導体ウ
ェハから生産されるLSIチップの数を多くして、半導
体ウェハ1枚当りのチップの生産効率を格段に向上させ
て半導体ウェハの有効利用を図り、更に露光マスクと半
導体ウェハとの相対位置合せを行うためアライメント光
学装置において、各アライメント光学系が互いに干渉し
てしまうことを防止するとともに、その移動機構の組立
て及び調整を容易に行うことができるようにしたものを
提供することを目的とする。
幅をできるだけ小さくすることにより、1枚の半導体ウ
ェハから生産されるLSIチップの数を多くして、半導
体ウェハ1枚当りのチップの生産効率を格段に向上させ
て半導体ウェハの有効利用を図り、更に露光マスクと半
導体ウェハとの相対位置合せを行うためアライメント光
学装置において、各アライメント光学系が互いに干渉し
てしまうことを防止するとともに、その移動機構の組立
て及び調整を容易に行うことができるようにしたものを
提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の相対位置合せ方法は、光源から射出された
光ビームを第1のレンズに向かって該レンズの光軸に略
平行に移行させる工程と、この光ビームを前記第1のレ
ンズにこの光軸から所定距離偏心させた状態で入射させ
ることにより、この第1のレンズを透過した光ビームを
この光軸に対して斜めに移行させる工程と、前記第1の
レンズの光軸に対して斜めに移行する光ビームを反射さ
せ、この反射した光ビームを第1及び第2の物体の各位
置合せマークに斜めに入射させる工程と、これらの各位
置合せマークを移行した光ビームを検出して、前記第1
及び第2の文体の相対位置合せを行う工程とを経るよう
にしたもの、及び光源から射出された光ビームを第1の
レンズ内をこの光軸に略平行に透過させる工程と、前記
第1のレンズを透過した光ビームをこの光軸に対して
(45°−α/2)の角度をもって配置された反射面に
入射させて、この反射された光ビームを第1及び第2の
物体の各位置合せマークに(90°−α)の角度で斜め
に入射させる工程と、これらの各位置合せマークを移行
した光ビームを検出して、前記第1及び第2の物体の相
対位置合せを行う工程とを経るようにしたものである。
め、本発明の相対位置合せ方法は、光源から射出された
光ビームを第1のレンズに向かって該レンズの光軸に略
平行に移行させる工程と、この光ビームを前記第1のレ
ンズにこの光軸から所定距離偏心させた状態で入射させ
ることにより、この第1のレンズを透過した光ビームを
この光軸に対して斜めに移行させる工程と、前記第1の
レンズの光軸に対して斜めに移行する光ビームを反射さ
せ、この反射した光ビームを第1及び第2の物体の各位
置合せマークに斜めに入射させる工程と、これらの各位
置合せマークを移行した光ビームを検出して、前記第1
及び第2の文体の相対位置合せを行う工程とを経るよう
にしたもの、及び光源から射出された光ビームを第1の
レンズ内をこの光軸に略平行に透過させる工程と、前記
第1のレンズを透過した光ビームをこの光軸に対して
(45°−α/2)の角度をもって配置された反射面に
入射させて、この反射された光ビームを第1及び第2の
物体の各位置合せマークに(90°−α)の角度で斜め
に入射させる工程と、これらの各位置合せマークを移行
した光ビームを検出して、前記第1及び第2の物体の相
対位置合せを行う工程とを経るようにしたものである。
【0011】相対位置合せ装置は、光ビームを射出する
光源と、光軸がこの光ビームの移行する方向に略平行に
配置された第1のレンズと、前記光ビームを前記第1の
レンズにこの光軸から所定間隔偏心させた状態で透過さ
せることにより、前記第1のレンズを透過した光ビーム
をこの光軸に対して斜めに移行させる偏心手段と、前記
第1のレンズの光軸に対して斜めに移行させた光ビーム
を反射させ、反射した光ビームを第1及び第2の物体の
各位置合わせマークに斜めに入射させる反射面を有する
折返しミラーと、これらの各位置合せマークを移行した
光ビームを検出して、第1及び第2の物体の相対位置合
せを行う位置合せ手段とを備えたもの、及び光ビームを
射出する光源と、光軸に略平行に光ビームが透過するよ
うに配置された第1のレンズと、この第1のレンズの光
軸に対して(45°−α/2)の角度をもって斜めに配
置され、前記第1のレンズを透過した光ビームを反射さ
せて反射した光ビームを第1及び第2の物体の各位置合
せマークに(90°−α)の角度で斜めに入射させる反
射面を有する折返しミラーと、これらの各位置合せマー
クを移行した光ビームを検出して、第1及び第2の物体
の相対位置合せを行う位置合せ手段とを備えたものであ
る。
光源と、光軸がこの光ビームの移行する方向に略平行に
配置された第1のレンズと、前記光ビームを前記第1の
レンズにこの光軸から所定間隔偏心させた状態で透過さ
せることにより、前記第1のレンズを透過した光ビーム
をこの光軸に対して斜めに移行させる偏心手段と、前記
第1のレンズの光軸に対して斜めに移行させた光ビーム
を反射させ、反射した光ビームを第1及び第2の物体の
各位置合わせマークに斜めに入射させる反射面を有する
折返しミラーと、これらの各位置合せマークを移行した
光ビームを検出して、第1及び第2の物体の相対位置合
せを行う位置合せ手段とを備えたもの、及び光ビームを
射出する光源と、光軸に略平行に光ビームが透過するよ
うに配置された第1のレンズと、この第1のレンズの光
軸に対して(45°−α/2)の角度をもって斜めに配
置され、前記第1のレンズを透過した光ビームを反射さ
せて反射した光ビームを第1及び第2の物体の各位置合
せマークに(90°−α)の角度で斜めに入射させる反
射面を有する折返しミラーと、これらの各位置合せマー
クを移行した光ビームを検出して、第1及び第2の物体
の相対位置合せを行う位置合せ手段とを備えたものであ
る。
【0012】アライメント光学装置は、射出された光ビ
ームを入射光として第1及び第2の物体の各位置合せマ
ークに位置合せ方向と直交する方向から斜めに入射させ
る入射光学系と、これらの各位置合せマークで回析され
て得られる光ビームを検出光として受光する検出光学系
とを備えたアライメント光学装置において、前記検出光
が該位置合せマークに垂直に立てた垂線に関して前記入
射光と同じ側に戻るよう構成するとともに、前記入射光
学系及び検出光学系を同一の光学ベース上に搭載したも
のである。
ームを入射光として第1及び第2の物体の各位置合せマ
ークに位置合せ方向と直交する方向から斜めに入射させ
る入射光学系と、これらの各位置合せマークで回析され
て得られる光ビームを検出光として受光する検出光学系
とを備えたアライメント光学装置において、前記検出光
が該位置合せマークに垂直に立てた垂線に関して前記入
射光と同じ側に戻るよう構成するとともに、前記入射光
学系及び検出光学系を同一の光学ベース上に搭載したも
のである。
【0013】
【作用】請求項1及び2記載の発明では、光ビームが第
1のレンズにこの光軸から所定距離偏心した状態で入射
した後、この光軸に斜めに移行されて反射面で反射さ
れ、この反射後の光ビームが第1及び第2の物体の各位
置合せマークに斜めに入射する。このため、光ビームの
位置合せマークへの入射点を、位置合せマークに垂直に
入射させるようにした従来の場合に比べて、露光エリア
の近くに位置させることができる。
1のレンズにこの光軸から所定距離偏心した状態で入射
した後、この光軸に斜めに移行されて反射面で反射さ
れ、この反射後の光ビームが第1及び第2の物体の各位
置合せマークに斜めに入射する。このため、光ビームの
位置合せマークへの入射点を、位置合せマークに垂直に
入射させるようにした従来の場合に比べて、露光エリア
の近くに位置させることができる。
【0014】従って、スクライブラインの幅を小さくす
ることができ、1枚の半導体ウェハから生産されるLS
Iチップの数を著しく多くすることができる。
ることができ、1枚の半導体ウェハから生産されるLS
Iチップの数を著しく多くすることができる。
【0015】また、請求項5及び6記載の発明では、第
1のレンズの光軸に対して(45°−α/2)の角度を
もって斜めに配置された折返しミラーの反射面に、第1
のレンズを透過した光ビームが入射し、この反射面で反
射された光ビームが第1及び第2の物体の各位置合せマ
ークに(90°−α)の角度で斜めに入射する。
1のレンズの光軸に対して(45°−α/2)の角度を
もって斜めに配置された折返しミラーの反射面に、第1
のレンズを透過した光ビームが入射し、この反射面で反
射された光ビームが第1及び第2の物体の各位置合せマ
ークに(90°−α)の角度で斜めに入射する。
【0016】従って、この場合にも、光ビームの位置合
せマークへの入射点を、従来の場合に比べ露光エリア近
くに位置させることでき、スクライブラインの幅を小さ
くして、1枚の半導体ウェハから生産されるLSIチッ
プの数を著しく多くすることができる。
せマークへの入射点を、従来の場合に比べ露光エリア近
くに位置させることでき、スクライブラインの幅を小さ
くして、1枚の半導体ウェハから生産されるLSIチッ
プの数を著しく多くすることができる。
【0017】更に、請求項7記載の発明では、各アライ
メント光学系の入射光学系と検出光学系とを同一の光学
ベース上に搭載することによって、各アライメント光学
系を各々個々に単一の光学ベース上に搭載して、アライ
メント光学系の数と光学ベースの数とを一致させること
ができ、これによって各アライメント光学系同士が互い
に干渉し合ってしまうことを防止するとともに、この移
動機構の組立て及び調整を容易となすことができる。
メント光学系の入射光学系と検出光学系とを同一の光学
ベース上に搭載することによって、各アライメント光学
系を各々個々に単一の光学ベース上に搭載して、アライ
メント光学系の数と光学ベースの数とを一致させること
ができ、これによって各アライメント光学系同士が互い
に干渉し合ってしまうことを防止するとともに、この移
動機構の組立て及び調整を容易となすことができる。
【0018】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
する。
【0019】図1乃至図3はこの発明の第1の実施例に
係る相対位置合せ装置を示すものである。
係る相対位置合せ装置を示すものである。
【0020】図1において、光軸10で焦点距離f1 の
第1レンズ11が備えられており、この第1のレンズ1
1の光軸10と同軸に焦点距離f2 の第2のレンズ12
が配置されている。この第1のレンズ11の光軸10に
対して45°の角度をもって斜めに配置された反射面1
3aを有する折返しミラー13が露光マスク14に対し
て距離f1 /2を置いて配置されている。露光マスク1
4及び半導体ウェハ15の所定位置には、後述する回析
格子で構成された位置合せマークとしてのマスクマーク
16及びウェハマーク17が設けられている。
第1レンズ11が備えられており、この第1のレンズ1
1の光軸10と同軸に焦点距離f2 の第2のレンズ12
が配置されている。この第1のレンズ11の光軸10に
対して45°の角度をもって斜めに配置された反射面1
3aを有する折返しミラー13が露光マスク14に対し
て距離f1 /2を置いて配置されている。露光マスク1
4及び半導体ウェハ15の所定位置には、後述する回析
格子で構成された位置合せマークとしてのマスクマーク
16及びウェハマーク17が設けられている。
【0021】更に、この第1の実施例では、第1及び第
2のレンズ11,12の間の所定位置に位置して、厚さ
tのプレーンパラレル18(偏心手段)が、傾き角θを
もって配置されている。
2のレンズ11,12の間の所定位置に位置して、厚さ
tのプレーンパラレル18(偏心手段)が、傾き角θを
もって配置されている。
【0022】次に、上記実施例における光ビームの経路
を説明する。図示しないレーザ源から射出された半径r
のレーザ光ビームは、光軸10上を移行し第2のレンズ
12を透過して、プレーンパラレル18に入射する。す
ると、このプレーンパラレル18から射出された光ビー
ムは、この中心が光軸10から所定距離εだけ偏心され
た状態となって移行される。ここで、プレーンパラレル
18と偏心距離εとの間には、プレーンパラレル18の
屈折率をnとした時、 ε=tθ(1−1/n) の関係がある。
を説明する。図示しないレーザ源から射出された半径r
のレーザ光ビームは、光軸10上を移行し第2のレンズ
12を透過して、プレーンパラレル18に入射する。す
ると、このプレーンパラレル18から射出された光ビー
ムは、この中心が光軸10から所定距離εだけ偏心され
た状態となって移行される。ここで、プレーンパラレル
18と偏心距離εとの間には、プレーンパラレル18の
屈折率をnとした時、 ε=tθ(1−1/n) の関係がある。
【0023】この偏心距離εだけ偏心された光ビーム
は、焦点位置19で焦点を結んだ後、光軸10に平行に
移行されて第1のレンズ11に入射する。この第1のレ
ンズ11から射出された光ビームは、平行光であり、か
つ光軸10に対して角度αだけ斜めにされて移行され、
折返しミラー13に入射する。ここでこの角度αと偏心
距離εとの間には、 ε=f1 tan α の関係がある。
は、焦点位置19で焦点を結んだ後、光軸10に平行に
移行されて第1のレンズ11に入射する。この第1のレ
ンズ11から射出された光ビームは、平行光であり、か
つ光軸10に対して角度αだけ斜めにされて移行され、
折返しミラー13に入射する。ここでこの角度αと偏心
距離εとの間には、 ε=f1 tan α の関係がある。
【0024】従って、折返しミラー13の反射面13a
で反射された光ビームは、マスク14に垂直な垂線20
(光ビームの中心の折返しミラー13での反射点からマ
スク14に垂直に下ろした線)に対して角度αだけ斜め
にされて、露光マスク14のマスウマーク(位置合わせ
マーク)16に入射することになる。
で反射された光ビームは、マスク14に垂直な垂線20
(光ビームの中心の折返しミラー13での反射点からマ
スク14に垂直に下ろした線)に対して角度αだけ斜め
にされて、露光マスク14のマスウマーク(位置合わせ
マーク)16に入射することになる。
【0025】次に、この実施例でスクライブラインの幅
をどの程度縮小できるかについて説明する。
をどの程度縮小できるかについて説明する。
【0026】先ず、折返しミラー13の位置では、折返
しミラー13と露光エリアとの間のクリアランスC1 が
あり、光ビームの外周とミラー13の端との間に余裕ク
リアランスC2 がある。そのため、光ビーム(半径:
r)の折返しミラー13における中心即ち垂線20と露
光エリアとの間には、クリアランス1(=C1 +C2 +
r)が設けられている。このクリアランス1は、上記従
来例と同じである。
しミラー13と露光エリアとの間のクリアランスC1 が
あり、光ビームの外周とミラー13の端との間に余裕ク
リアランスC2 がある。そのため、光ビーム(半径:
r)の折返しミラー13における中心即ち垂線20と露
光エリアとの間には、クリアランス1(=C1 +C2 +
r)が設けられている。このクリアランス1は、上記従
来例と同じである。
【0027】一方、光ビームは、露光マスク14に垂直
な垂線20に対して角度αだけ斜めになって露光マスク
14のマスクマーク16に入射しているため、このマス
クマーク16への入射点は、垂線20から略f1/2・t
an αの位置になっておりこのf1/2・tan αだけ露光
エリアに近付けられている。そのため、光ビームの中心
と露光エリアとの間のクリアランス1′は、折返しミラ
ー13の位置に比べてf1/2・tan αだけ小さくなっ
ており、 1′=(C1 +C2 +r)−f1/2・tan α となる。従って、1つの露光エリアとこれに隣接する他
の露光エリアと間のスクライブラインの幅S′は、 S′=21′ =2{(C1 +C2 +r)−f1/2・tan } となり、従来よりf1 ・tan αだけ小さくすることが可
能となる。
な垂線20に対して角度αだけ斜めになって露光マスク
14のマスクマーク16に入射しているため、このマス
クマーク16への入射点は、垂線20から略f1/2・t
an αの位置になっておりこのf1/2・tan αだけ露光
エリアに近付けられている。そのため、光ビームの中心
と露光エリアとの間のクリアランス1′は、折返しミラ
ー13の位置に比べてf1/2・tan αだけ小さくなっ
ており、 1′=(C1 +C2 +r)−f1/2・tan α となる。従って、1つの露光エリアとこれに隣接する他
の露光エリアと間のスクライブラインの幅S′は、 S′=21′ =2{(C1 +C2 +r)−f1/2・tan } となり、従来よりf1 ・tan αだけ小さくすることが可
能となる。
【0028】具体的には、例えばC1 =C2 =1mm、r
=0.25mm程度であり、これの値を上記Sの式に代入
すると、折返しミラー13の位置におけるクリアランス
1=2.25mmとなり、S=4.50mmとなる。
=0.25mm程度であり、これの値を上記Sの式に代入
すると、折返しミラー13の位置におけるクリアランス
1=2.25mmとなり、S=4.50mmとなる。
【0029】これに対して、α=3deg、f1 =50mm
を上記S′の式に代入すると、露光マスク14のマスク
マーク16への入射点におけるクリアランス1′=0.
94mmとなり、S′=1.88mmとなる。従って、2つ
の露光エリア間のクリアランスを従来に比べ、 ΔS=4.50−1.88=2.66mm も小さくすることができることになる。
を上記S′の式に代入すると、露光マスク14のマスク
マーク16への入射点におけるクリアランス1′=0.
94mmとなり、S′=1.88mmとなる。従って、2つ
の露光エリア間のクリアランスを従来に比べ、 ΔS=4.50−1.88=2.66mm も小さくすることができることになる。
【0030】従って、スクライブラインの幅を小さくす
ることができ、1枚の半導体ウェハから生産されるLS
Iチップの数を著しく多くすることができる。即ち、半
導体ウェハ1枚当りのチップの生産効率を格段に向上さ
せて半導体ウェハの有効利用を図ることができる。
ることができ、1枚の半導体ウェハから生産されるLS
Iチップの数を著しく多くすることができる。即ち、半
導体ウェハ1枚当りのチップの生産効率を格段に向上さ
せて半導体ウェハの有効利用を図ることができる。
【0031】次に、露光マスク14のマスクマーク(位
置合せマーク)16には、図2に示されるように、ピッ
チPx である1次元回析格子が設けられ、半導体ウェハ
15のウェハマーク(位置合せマーク)17には、ピッ
チPx ,PAYの市松状回析格子が位置合せ用マークとし
て、ピッチPGYである1次元回析格子が間隔設定用マー
クとして夫々設けられている。
置合せマーク)16には、図2に示されるように、ピッ
チPx である1次元回析格子が設けられ、半導体ウェハ
15のウェハマーク(位置合せマーク)17には、ピッ
チPx ,PAYの市松状回析格子が位置合せ用マークとし
て、ピッチPGYである1次元回析格子が間隔設定用マー
クとして夫々設けられている。
【0032】マスクマーク(1次元回析格子)16に入
射された光ビームは、この1次元回析格子で回析され
て、ウェハマーク(1次元及び市松状回析格子)17に
移行されて回析される。このウェハマーク17の1次元
回析格子で回析された回析光は、再度マスクマーク16
で回析された後、図3に破線で示されるように、折返し
ミラー13に移行され、このミラー13で反射されて、
第1のレンズ11に向かって移行される。その結果、こ
の回析光は、図示しない検出手段によって検出され、こ
の検出された光に基づいて、露光マスク14と半導体ウ
ェハ15との間の隙間Zが所定の値に設定される。
射された光ビームは、この1次元回析格子で回析され
て、ウェハマーク(1次元及び市松状回析格子)17に
移行されて回析される。このウェハマーク17の1次元
回析格子で回析された回析光は、再度マスクマーク16
で回析された後、図3に破線で示されるように、折返し
ミラー13に移行され、このミラー13で反射されて、
第1のレンズ11に向かって移行される。その結果、こ
の回析光は、図示しない検出手段によって検出され、こ
の検出された光に基づいて、露光マスク14と半導体ウ
ェハ15との間の隙間Zが所定の値に設定される。
【0033】一方、ウェハマーク17の市松状回析格子
で回析された回析光は、上記間隙設定用の回析光と同様
に、再度マスクマーク16で回析された後、折返しミラ
ー13に移行され、このミラー13で反射され、第1の
レンズ11に向かって移行される。その後、この回析光
は、図示しない検出手段によって検出されて、検出され
た光に基づいてマスク14とウェハ15とがこれらに平
行な方向(X方向)に位置合せされる。
で回析された回析光は、上記間隙設定用の回析光と同様
に、再度マスクマーク16で回析された後、折返しミラ
ー13に移行され、このミラー13で反射され、第1の
レンズ11に向かって移行される。その後、この回析光
は、図示しない検出手段によって検出されて、検出され
た光に基づいてマスク14とウェハ15とがこれらに平
行な方向(X方向)に位置合せされる。
【0034】このように、この実施例では、ウェハマー
ク17に2つの回析格子が設けられているため、間隙設
定と位置合せを同時に実行することができる。特に、ウ
ェハマーク17の1次元回析格子のピッチPGY=5μ
m、同じく市松状回析格子のピッチPAY=7μmのよう
に設定した場合に、間隙設定用の回析光と位置合せ用の
回析光とを異なった位置に分布させて、両者の回析光が
互いに干渉してしまうことを防止することができる。
ク17に2つの回析格子が設けられているため、間隙設
定と位置合せを同時に実行することができる。特に、ウ
ェハマーク17の1次元回析格子のピッチPGY=5μ
m、同じく市松状回析格子のピッチPAY=7μmのよう
に設定した場合に、間隙設定用の回析光と位置合せ用の
回析光とを異なった位置に分布させて、両者の回析光が
互いに干渉してしまうことを防止することができる。
【0035】なお、この実施例では、露光マスク14と
半導体ウェハ15との間隙設定と位置合せとを同時に実
行するようなされているが、これらを別々に実行する場
合にも適用可能なことは勿論である。更に、マスクマー
ク16及びウエハマーク17の回析格子は、図示の実施
例に限定されることなく、1次元、2次元または市松状
格子から適宜選択することができる。
半導体ウェハ15との間隙設定と位置合せとを同時に実
行するようなされているが、これらを別々に実行する場
合にも適用可能なことは勿論である。更に、マスクマー
ク16及びウエハマーク17の回析格子は、図示の実施
例に限定されることなく、1次元、2次元または市松状
格子から適宜選択することができる。
【0036】次に、図4を参照して、上記第1の実施例
の変形例を説明する。
の変形例を説明する。
【0037】上述した実施例では、偏心手段としてプレ
ーンパラレル18を設けた例を示しているが、この変形
例は、第2のレンズ12をその光軸21を第1のレンズ
11の光軸10から所定距離εだけ偏心させて配置して
偏心手段を構成したものである。
ーンパラレル18を設けた例を示しているが、この変形
例は、第2のレンズ12をその光軸21を第1のレンズ
11の光軸10から所定距離εだけ偏心させて配置して
偏心手段を構成したものである。
【0038】これによって、図示しない光源から射出さ
れた光ビームは、第2のレンズ12の光軸21上を移行
し、この第2のレンズ12を透過した後、第1の実施例
と同じ位置の第1のレンズ11の光軸10から所定距離
だけ偏心された焦点距離19に焦点を結ぶ。そのため、
光ビームは、第1の実施例と同様に、第1のレンズ11
に入射し、このレンズ11から射出された光ビームは、
光軸10に対して角度α斜めにされて移行する。即ち、
この変形例でも、光ビームは、垂直20に対して角度α
斜めに移行してマスクマーク16に入射することにな
る。そのため、2つの露光エリア間のクリアランスS′
を小さくなして、スクライブラインの幅S′を小さくす
ることができ、半導体ウェハ1枚当りのLSIチップの
生産効率を格段に向上させて半導体ウェハの有効利用を
図ることができる。
れた光ビームは、第2のレンズ12の光軸21上を移行
し、この第2のレンズ12を透過した後、第1の実施例
と同じ位置の第1のレンズ11の光軸10から所定距離
だけ偏心された焦点距離19に焦点を結ぶ。そのため、
光ビームは、第1の実施例と同様に、第1のレンズ11
に入射し、このレンズ11から射出された光ビームは、
光軸10に対して角度α斜めにされて移行する。即ち、
この変形例でも、光ビームは、垂直20に対して角度α
斜めに移行してマスクマーク16に入射することにな
る。そのため、2つの露光エリア間のクリアランスS′
を小さくなして、スクライブラインの幅S′を小さくす
ることができ、半導体ウェハ1枚当りのLSIチップの
生産効率を格段に向上させて半導体ウェハの有効利用を
図ることができる。
【0039】次に、図5を参照して、第2の実施例を説
明する。
明する。
【0040】この実施例では、折返しミラー13の反射
面13aが、第1のレンズ11の光軸10に対して(4
5°−α/2)の角度をもって配置されている。
面13aが、第1のレンズ11の光軸10に対して(4
5°−α/2)の角度をもって配置されている。
【0041】これにより、第1のレンズ11の光軸10
上を透過した光ビームが折返しミラー13の反射面13
aで反射されると、この反射された光ビームは、垂線2
0に対して角度α斜めに移行する。そのため、上記第1
の実施例と同様に、この光ビームのマスクマーク16へ
の入射点は、垂線20から略f1/2・tan αの位置と
なる。
上を透過した光ビームが折返しミラー13の反射面13
aで反射されると、この反射された光ビームは、垂線2
0に対して角度α斜めに移行する。そのため、上記第1
の実施例と同様に、この光ビームのマスクマーク16へ
の入射点は、垂線20から略f1/2・tan αの位置と
なる。
【0042】これによって、光ビームの中心と露光エリ
アとの間のクリアランスは、 1′=(C1 +C2 +r)−f1/2・tan α 1つの露光エリアとこれに隣接する他の露光エリアとの
スクライブラインは、 S′=21′ =2{(C1 +C2 +r)−f1/2・tan α} となり、従来よりf1 ・tan αだけこの間隔を小さくす
ることができる。従って、スクライブラインの幅を小さ
くすることができ、半導体ウェハ1枚当りのチップの生
産効率を格段に向上させて半導体ウェハの有効利用を図
ることができる。
アとの間のクリアランスは、 1′=(C1 +C2 +r)−f1/2・tan α 1つの露光エリアとこれに隣接する他の露光エリアとの
スクライブラインは、 S′=21′ =2{(C1 +C2 +r)−f1/2・tan α} となり、従来よりf1 ・tan αだけこの間隔を小さくす
ることができる。従って、スクライブラインの幅を小さ
くすることができ、半導体ウェハ1枚当りのチップの生
産効率を格段に向上させて半導体ウェハの有効利用を図
ることができる。
【0043】図6及び図7は、上記原理を利用した本発
明に係るアライメント光学装置の一実施例を示すもので
ある。
明に係るアライメント光学装置の一実施例を示すもので
ある。
【0044】即ち、このアライメント光学装置には、3
つのアライメント光学系、即ち、X1 光学系22,X2
光学系23及びY光学系24が備えられている。これら
の各光学系22,23,24には、互いに直交する方向
に移動自在なマークサーチ移動機構25とチップサーチ
移動機構26とが上下に配置されて備えられ、これによ
って位置合せマーク(マスクマーク16及びチップマー
ク17)のサーチと半導体チップのサーチが行えるよう
になされている。
つのアライメント光学系、即ち、X1 光学系22,X2
光学系23及びY光学系24が備えられている。これら
の各光学系22,23,24には、互いに直交する方向
に移動自在なマークサーチ移動機構25とチップサーチ
移動機構26とが上下に配置されて備えられ、これによ
って位置合せマーク(マスクマーク16及びチップマー
ク17)のサーチと半導体チップのサーチが行えるよう
になされている。
【0045】この各マークサーチ移動機構25の上面の
光学ベース27上には、露光マスク14上のマスクマー
ク(位置合わせマーク)16に対して光ビームを位置合
せ方向と直角方向に斜めに入射させる入射光学系28
と、半導体ウェハ15から露光マスク14を経由して得
られた検出光29を受光する検出光学系30が搭載され
ている。この入射光学系28は、図4に示すように、即
ち主に第1のレンズ11、第2のレンズ12及び折返し
ミラー13とから、同図に示すように配置されて構成さ
れている。また、検出光学系30は、前記折返しミラー
13で再び反射された検出光29を反射させて側方に導
く一対の反射ミラー31a,31bと、光路を調節する
ための2つのレンズ32,33とから主に構成されてい
る。
光学ベース27上には、露光マスク14上のマスクマー
ク(位置合わせマーク)16に対して光ビームを位置合
せ方向と直角方向に斜めに入射させる入射光学系28
と、半導体ウェハ15から露光マスク14を経由して得
られた検出光29を受光する検出光学系30が搭載され
ている。この入射光学系28は、図4に示すように、即
ち主に第1のレンズ11、第2のレンズ12及び折返し
ミラー13とから、同図に示すように配置されて構成さ
れている。また、検出光学系30は、前記折返しミラー
13で再び反射された検出光29を反射させて側方に導
く一対の反射ミラー31a,31bと、光路を調節する
ための2つのレンズ32,33とから主に構成されてい
る。
【0046】ここに、上記のように入射光学系28と検
出光学系30とを同一の光学ベース27上に搭載するた
めには、露光マスク14または半導体ウェハ15に設け
られる位置合せマーク(マスクマーク16またはウェハ
マーク17)のうち、少なくとも一方をそのマークを解
析した回析光が2次元分布するような2次元分布作用の
マーク(2次元回析格子、市松状回析格子、あるいは1
次元回析格子を各々マクスマーク16とウェハマーク1
7に用いて、組合せて回析光を2次基分布させるもの)
とする必要がある。
出光学系30とを同一の光学ベース27上に搭載するた
めには、露光マスク14または半導体ウェハ15に設け
られる位置合せマーク(マスクマーク16またはウェハ
マーク17)のうち、少なくとも一方をそのマークを解
析した回析光が2次元分布するような2次元分布作用の
マーク(2次元回析格子、市松状回析格子、あるいは1
次元回析格子を各々マクスマーク16とウェハマーク1
7に用いて、組合せて回析光を2次基分布させるもの)
とする必要がある。
【0047】図示の実施例では、マスクマーク16は透
過窓16aとx方向のピッチがpx の1次元格子16b
で、ウェハマーク17はx方向のピッチpx の市松状格
子17aと1次元格子17bで構成されているととも
に、マスクマーク16の1次元格子16bとウェハマー
ク17の一次元格子17bが互いに直交して、2次元分
布作用の格子となるようなされている。
過窓16aとx方向のピッチがpx の1次元格子16b
で、ウェハマーク17はx方向のピッチpx の市松状格
子17aと1次元格子17bで構成されているととも
に、マスクマーク16の1次元格子16bとウェハマー
ク17の一次元格子17bが互いに直交して、2次元分
布作用の格子となるようなされている。
【0048】そして、入射光の入射角度α、半導体ウェ
ハ15上の市松状格子、1次元格子のy方向ピッチを夫
々Py1,Py2とし、これらのピッチPy1,Py2で夫々決
まる一次回析光の角度をθy1,θy2とすると、 sin(θy1) =sin(α) −λ/py1 sin(θy2) =sin(α) −λ/py2 が成り立つようになされている。ここにλは光の波長で
ある。
ハ15上の市松状格子、1次元格子のy方向ピッチを夫
々Py1,Py2とし、これらのピッチPy1,Py2で夫々決
まる一次回析光の角度をθy1,θy2とすると、 sin(θy1) =sin(α) −λ/py1 sin(θy2) =sin(α) −λ/py2 が成り立つようになされている。ここにλは光の波長で
ある。
【0049】即ち、sin(θy1) ,sin(θ2 )が各々負の
値を取るように、上記入射角α及びピッチpy1,py2が
選択されている。例えば、入射角α=2deg 、ピッチp
y1=5μm,py2=7μmとすると、θy1=−5.26
deg ,θy2=−3.18deg となり、このピッチpy1,
py2で決まる1次回析光は、入射光と同じ側に戻ってく
る。これにより、検出光29は、同じ折返しミラー13
で反射した後、入射光学系28と同一の光学ベース27
上に設けられた検出光学系30に導かれる。
値を取るように、上記入射角α及びピッチpy1,py2が
選択されている。例えば、入射角α=2deg 、ピッチp
y1=5μm,py2=7μmとすると、θy1=−5.26
deg ,θy2=−3.18deg となり、このピッチpy1,
py2で決まる1次回析光は、入射光と同じ側に戻ってく
る。これにより、検出光29は、同じ折返しミラー13
で反射した後、入射光学系28と同一の光学ベース27
上に設けられた検出光学系30に導かれる。
【0050】なお、上記の説明は、x方向が位置合わせ
方向であるX1 光学系22について説明したが、他の光
学系23,24も同様である。
方向であるX1 光学系22について説明したが、他の光
学系23,24も同様である。
【0051】このように、3つの光学系、即ちX1 光学
系22、X2 光学系23及びY光学系24において、そ
れらの各入射光学系28と検出光学系30を同一の光学
ベース27上に搭載することにより、各光学系22,2
3,24が互いに干渉してしまうことを防止しつつ光軸
調整を行うことができるとともに、マークサーチ移動機
構25及びチップサーチ移動機構26を簡素化してその
組立て及び調整を容易となすことができる。
系22、X2 光学系23及びY光学系24において、そ
れらの各入射光学系28と検出光学系30を同一の光学
ベース27上に搭載することにより、各光学系22,2
3,24が互いに干渉してしまうことを防止しつつ光軸
調整を行うことができるとともに、マークサーチ移動機
構25及びチップサーチ移動機構26を簡素化してその
組立て及び調整を容易となすことができる。
【0052】
【発明の効果】上述したように、この発明にかかる相対
位置合せ方法及び装置では、光ビームが折返しミラーの
反射面で反射されて、第1及び第2の物体の各位置合せ
マーク(マスクマーク及びウェハマーク)に斜めに入射
される。そのため、光ビームの位置合せマークへの入射
点を従来の場合(位置合せマークに垂直に入射される場
合)ぬ比べて、露光エリアの近くに位置させることがで
きる。
位置合せ方法及び装置では、光ビームが折返しミラーの
反射面で反射されて、第1及び第2の物体の各位置合せ
マーク(マスクマーク及びウェハマーク)に斜めに入射
される。そのため、光ビームの位置合せマークへの入射
点を従来の場合(位置合せマークに垂直に入射される場
合)ぬ比べて、露光エリアの近くに位置させることがで
きる。
【0053】従って、スクライブラインの幅を小さくす
ることができ、1枚の半導体ウェハから生産されるLS
Iチップの数を著しく多くすることができ、半導体ウェ
ハ1枚当りのチップの生産効率を格段に向上させて半導
体ウェハの有効利用を図ることができる。
ることができ、1枚の半導体ウェハから生産されるLS
Iチップの数を著しく多くすることができ、半導体ウェ
ハ1枚当りのチップの生産効率を格段に向上させて半導
体ウェハの有効利用を図ることができる。
【0054】更に、アライメント光学装置によれば、各
アライメント光学系同士が互いに干渉し合ってしまうこ
とを防止しつつ光軸調整を行うことができるととに、こ
の各光学系の移動機構の組立て及び調整を容易となすこ
とができる。
アライメント光学系同士が互いに干渉し合ってしまうこ
とを防止しつつ光軸調整を行うことができるととに、こ
の各光学系の移動機構の組立て及び調整を容易となすこ
とができる。
【図1】第1の実施例に係る相対位置合せ装置の模式
図。
図。
【図2】図1に示す位置合せ装置に用いられる回析格子
の平面図。
の平面図。
【図3】図1に示す位置合せ装置において、位置合せマ
ークから検出手段に移行する回析光の経路を示す模式
図。
ークから検出手段に移行する回析光の経路を示す模式
図。
【図4】第1の実施例の変形例を示す模式図。
【図5】第2の実施例を示す模式図。
【図6】アライメント光学装置の一実施例を示す概略斜
視図。
視図。
【図7】図6に示すアライメント光学装置に用いられる
回析格子の斜視図。
回析格子の斜視図。
【図8】従来例を示す模式図。
10 第1のレンズの光軸 11 第1のレンズ 12 第2のレンズ(偏心手段) 13 折返しミラー 13a 折返しミラーの反射面 14 露光マスク(第1の物体) 15 半導体ウェハ(第2の物体) 16 マスクマーク(位置合わせマーク) 17 ウェハマーク(位置合わせマーク) 18 プレーンパラレル(偏心手段) 22 アライメント光学系 23 アライメント光学系 24 アライメント光学系 25 マークサーチ移動機構 26 チップサーチ移動機構 27 光学ベース 28 入射光学系 30 検出光学系
Claims (7)
- 【請求項1】光源から射出された光ビームを第1のレン
ズに向かって該レンズの光軸に略平行に移行させる工程
と、 この光ビームを前記第1のレンズにこの光軸から所定距
離偏心させた状態で入射させることにより、この第1の
レンズを透過した光ビームをこの光軸に対して斜めに移
行させる工程と、 前記第1のレンズの光軸に対して斜めに移行する光ビー
ムを反射させ、この反射した光ビームを第1及び第2の
物体の各位置合せマークに斜めに入射させる工程と、 これらの各位置合せマークを移行した光ビームを検出し
て、前記第1及び第2の物体の相対位置合せを行う工
程、 とを経ることを特徴とする相対位置合せ方法。 - 【請求項2】光ビームを射出する光源と、 光軸がこの光ビームの移行する方向に略平行に配置され
た第1のレンズと、 前記光ビームを前記第1のレンズにこの光軸から所定間
隔偏心させた状態で透過させることにより、前記第1の
レンズを透過した光ビームをこの光軸に対して斜めに移
行させる偏心手段と、 前記第1のレンズの光軸に対して斜めに移行させた光ビ
ームを反射させ、反射した光ビームを第1及び第2の物
体の各位置合わせマークに斜めに入射させる反射面を有
する折返しミラーと、 これらの各位置合せマークを移行した光ビームを検出し
て、第1及び第2の物体の相対位置合せを行う位置合せ
手段、 とを備えたことを特徴とする相対位置合せ装置。 - 【請求項3】前記偏心手段は、光源と第1のレンズとの
間に配置され、光源から射出された光ビームを透過させ
て該光ビームを前記第1のレンズにこの光軸から所定距
離偏心させた状態で入射させるプレーンパラレルからな
ることを特徴とする請求項2記載の相対位置合せ装置。 - 【請求項4】前記偏心手段は、光源と第1のレンズとの
間に配置され、光源から射出された光ビームを透過させ
て該光ビームを前記第1のレンズにこの光軸から所定距
離偏心させた状態で入射させる第2のレンズからなるこ
とを特徴とする請求項2記載の相対位置合せ装置。 - 【請求項5】光源から射出された光ビーム第1のレンズ
内をこの光軸に略平行に透過させる工程と、 前記第1のレンズを透過した光ビームをこの光軸に対し
て(45°−α/2)の角度をもって配置された反射面
に入射させて、この反射された光ビームを第1及び第2
の物体の各位置合せマークに(90°−α)の角度で斜
めに入射させる工程と、 これらの各位置合せマークを移行した光ビームを検出し
て、前記第1及び第2の物体の相対位置合せを行う工
程、 とを経ることを特徴とする相対位置合せ方法。 - 【請求項6】光ビームを射出する光源と、 光軸に略平行に光ビームが透過するように配置された第
1のレンズと、 この第1のレンズの光軸に対して(45°−α/2)の
角度をもって斜めに配置され、前記第1のレンズを透過
した光ビームを反射させて反射した光ビームを第1及び
第2の物体の各位置合せマークに(90°−α)の角度
で斜めに入射させる反射面を有する折返しミラーと、 これらの各位置合せマークを移行した光ビームを検出し
て、第1及び第2の物体の相対位置合せを行う位置合せ
手段、 とを備えたことを特徴とする相対位置合わせ装置。 - 【請求項7】射出された光ビームを入射光としてひ第1
及び第2の物体の各位置合せマークに位置合せ方向と直
交する方向から斜めに入射させる入射光学系と、これら
の各位置合せマークで回析されて得られる光ビームを検
出光として受光する検出光学系とを備えたアライメント
光学装置において、前記検出光が該位置合せマークに垂
直に立てた垂線に関して前記入射光と同じ側に戻るよう
構成するとともに、前記入射光学系及び検出光学系を同
一の光学ベース上に搭載したことを特徴とするアライメ
ント光学装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2403886A JP2871104B2 (ja) | 1989-12-21 | 1990-12-19 | 相対位置合せ方法及び装置、並びにアライメント光学装置 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32971589 | 1989-12-21 | ||
JP1-329715 | 1989-12-21 | ||
JP2403886A JP2871104B2 (ja) | 1989-12-21 | 1990-12-19 | 相対位置合せ方法及び装置、並びにアライメント光学装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03291504A JPH03291504A (ja) | 1991-12-20 |
JP2871104B2 true JP2871104B2 (ja) | 1999-03-17 |
Family
ID=26573312
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2403886A Expired - Fee Related JP2871104B2 (ja) | 1989-12-21 | 1990-12-19 | 相対位置合せ方法及び装置、並びにアライメント光学装置 |
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JP (1) | JP2871104B2 (ja) |
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---|---|---|---|---|
JP2003324057A (ja) * | 2002-05-01 | 2003-11-14 | Sony Corp | アライメント装置およびアライメント方法 |
CN109211130B (zh) * | 2018-09-18 | 2020-03-31 | 昆明北方红外技术股份有限公司 | 透镜中心厚度及透镜间隔的测量装置及方法 |
-
1990
- 1990-12-19 JP JP2403886A patent/JP2871104B2/ja not_active Expired - Fee Related
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---|---|
JPH03291504A (ja) | 1991-12-20 |
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