JPH0430734B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、精度の高い位置合わせ装置、特に高
密度な半導体装置（以下LSIとよぶ）の位置合わ
せ方法及びその装置に関する。

従来例の構成とその問題点 半導体装置は最近ますます高密度化され、各々
の素子の微細パターンの寸法は、１ミクロン以下
に及んでいる。従来からLSI製造時のフオトマス
クとLSIウエハの位置合わせは、ウエハに設けた
位置合わせマークを用いて、ウエハを着装したス
テージの回転と２軸平行移動し、フオトマスク上
のマークとウエハ上のマークを重ね合わせること
によつて行なつていたが、その位置合わせ精度は
±0.3ミクロン程度であり、サブミクロンの素子
を形成する場合には、合わせ精度が悪く実用にな
らない。また、S.オースチン（Applied Physics
Letters.Vol.31No.7p.428，1977）らが示した干渉
法を用いた位置合わせ方法では、第１図で示した
ような構成である。入射レーザビーム１をフオト
マスク２に入射し、フオトマスク２上に形成した
格子３で回折し、この回折した光をもう一度、ウ
エハ４上に形成した格子５によつて回折すること
により、回折光６，７，８…を得る。回折光は、
フオトマスクでの回折次数とウエハでの回折次数
の二値表示で表わすと、回折光６は（０，１）、
回折光７は（１，１）、回折光８は（−１，２）
…で表わすことができる。この回折光をレンズに
より一点に集め光強度を測定する。回折光は入射
レーザビーム１に対して左右対称な位置に光強度
を持ち、フオトマスク２とウエハ４との位置合わ
せには、左右に観察された回折光の強度を一致さ
せることにより行なえる。この方法では、位置合
わせ精度は、数100Åとされている。しかし、こ
の方法においては、フオトマスク２とウエハ４と
の位置合わせは、フオトマスク２とウエハ４との
間隔Ｄに大きく影響されるため、間隔Ｄの精度を
要求する。また、フオトマスク２とウエハ４を接
近させ、間隔Ｄの精度を保持した状態で位置合わ
せする必要があり装置が複雑となるため実用に問
題があつた。

また、サブミクロン線幅を持つ素子の位置合わ
せには、素子からの二次電子放出の観察による方
法があるが、大気中での取り扱いができないた
め、LSIを製造する上でのスループツトが小さく
なり実用上問題があつた。

発明の目的 本発明は上記のような従来からの問題を解消
し、微細パターンの位置合わせを大気中で、か
つ、簡単な構成で行なえる位置合わせ方法及びそ
の装置を提供することを目的としている。

発明の構成 本発明の第１発明はコヒレンシイを有する光を
２方向から入射し、これら２光束の干渉により得
られる干渉縞と、前記２光束の光路中に配置され
た格子とによつて反射又は回折した光を、スリツ
トを介して光検知手段に導き、光強度を測定する
ことにより、前記２光束の干渉縞と前記格子との
相対位置を検知するものである。

又、第２発明は上記方法を実施するための装置
であつて、その構成は、コヒレンシイを有する光
を２光束に分割するビームスプリツタと、このビ
ームスプリツタからの反射光と透過光とをウエハ
の格子上にほぼ等しい角度θをもつて入射するよ
う配設した２つの反射鏡と、ウエハの格子により
回折した反射光をそれぞれスリツトを介して入射
するよう配設した２つの光検知器と、これらの光
検知器の出力により２光束の干渉縞と格子との間
の平行度およびピツチ方向の相対位置関係を示す
光強度測定回路とから成る位置検知装置である。
上記の構成により、２光束の干渉縞と格子との平
行度及びピツチ方向の相対位置関係が測定でき、
半導体素子の位置合わせを高精度に行なうことを
実現できるようになる。

実施例の説明 第２図に本発明による位置検知方法を実施でき
るホログラフイツク露光装置および光検知器を具
備した位置検知装置を示す。

コヒレンシイな光９をレーザ発生装置（図略）
からビームスプリツタ１０に入射させ、ほぼ同一
強度の反射光１１と透過光１２とに振幅分割し、
各々反射鏡１３と１４に入射し、ウエハ１７の表
面に対して双方の反射光１５，１６がほぼ等しい
角度θで入射するように、それぞれ配置する。

ウエハ１７上には格子１８が形成されており、
格子１８によつて回折した反射光１９および２０
が第３図のように前記２光束の干渉縞に対して、
長手方向ａを略平行に配置したスリツト２１およ
び２２を介して光検知器２３および２４に入射す
る。レーザの波長をλ、反射鏡１３，１４からの
反射光１５，１６が干渉して作る干渉縞のピツチ
をＰとすると、ウエハ１７の格子１８にできる干
渉縞は Ｐ＝λ／2sinθ で表わされる。

この干渉縞のピツチＰにほぼ等しいピツチを持
つ格子１８からは、２光束１５，１８の干渉した
光を波面分割する格子によつて回折された光が得
られ、この光により、２光束の干渉縞と格子１８
との間の平行度およびピツチ方向の相対位置関係
を示す光強度情報が得られる。第４図、第５図
は、２光束の干渉縞と格子１８に関して、位置合
わせ前の相対位置関係を示す。Ｋは干渉縞、αは
干渉縞Ｋと格子１８とのなす角、ｘは干渉縞Ｋと
格子１８とのピツチづれを示す。

ウエハ１７を格子１８を有する面の法線回りに
微小回転させ、スリツト２１，２２を介して光検
知器２３，２４に導くことにより、第６図のよう
に光強度の変化が得られる。縦軸は光強度、
横軸は回転量αを示す。この時、光強度のピーク
値はスリツト２１，２２の形状により異なる。第
６図はスリツト２１，２２を第３図に示すように
前記２光束の干渉縞に対して、長手方向ａを略平
行に配置したときの光強度の変化を示すもので
ある。第７図に前記２光束の干渉縞に対して、ス
リツトの長手方向ａを略垂直に配置したときの光
強度変化を示す。尚、ｂはスリツトの横手方向を
示す。第６図、第７図よりスリツト２１，２２を
長手方向ａを２光束に対して、略平行に配置した
方が、回転による光強度情報の変化をより多く検
出することができる。即ち、本実施例の構成の場
合は、２光束の干渉縞Ｋと格子１８とのなす角α
が、α＝０に近づくにつれ、光強度変化が大きく
なり、かつ、その光強度変化は、干渉縞Ｋと平行
な方向において現われる。従つて、スリツト２
１，２２の長手方向ａと横手方向ｂの長さがａ＞
ｂで、かつａが長いほど光強度変化が顕著にな
る。

光強度のピーク値において、干渉縞Ｋと格子１
８のなす角αがα＝０となる。つまり、干渉縞Ｋ
と格子１８とが行行になる。

又スリツトとして第９図に示すように、２光束
の干渉縞に対して、平行なスリツト２５と、前記
スリツト２５に対して、ある角度β1だけ傾いた
スリツト２６と、前記スリツト２５に対し、ある
角度β2だけ傾いたスリツト２７を配置し、各々
のスリツトに対応した位置に光検知器２８，２
９，３０を設け、３つの光検知器の値を比較する
ことにより、干渉縞Ｋと格子１８とのなす角がα
＝０にするための回転方向を検出することができ
る。

本実施例ではウエハ１７を回転させたが、２光
束を回転させても同様な位置合わせができる。
又、ウエハ１７を２光束の干渉縞のピツチ方向に
微小移動させ、光強度を検出することにより、
第８図のように光強度の変化が得られる。縦軸
は光強度、横軸は移動量ｘを示す。格子１８の
ピツチＰ毎に光強度が周期的に変化する。又、
光強度の微小な変動は、ある間隔で微細ピツチ
送りさせたための変動である。光強度のピーク
値において、干渉縞Ｋと格子１８とのピツチづれ
ｘが、ｘ＝０となる。

本実施例では、ウエハ１７を移動させたが２光
束を移動させても、同様な位置合わせができる。
回転方向αの位置合わせ、およびピツチ方向ｘの
位置合わせの順序はどちらを先に実施してもよ
い。最終的に、光強度のピーク値において、両
方向の位置合わせが完了した状態になり、光強度
のピーク値に近づけるほど位置合わせ精度がよ
り高精度になる。

又、他実施例として、格子を第１０図に示すよ
うに、ウエハ１７の各スクライブライン３１の交
鎖位置に、スクライブライン３１に対し、45度傾
けた格子３２を設けることにより、ウエハ１７に
設けられた各パターンの回折像をさけることがで
き、かつ、高精度な位置合わせをすることができ
る。

発明の効果 上記のように本発明方法によれば、２光束の干
渉により得られる干渉縞と格子とによつて、反射
又は回折した光を、前記２光束の干渉縞に対し
て、スリツトの長手方向を略平行に配置したスリ
ツトを介して光検知器に導き、光強度を検出する
ことにより、２光束の干渉縞と格子との平行度お
よびビツチ方向の相対位置を検出することがで
き、少なくとも、0.05μm以下の精度の高い位置
合わせが可能となつた。又本発明装置は上記方法
を実施するもので、大気中に設けることができ、
前記光検知器による光強度の検出により簡単に且
つ精確な測定ができる装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の位置合わせ装置の原理図、第２
図は本発明による位置合わせ方法の一実施例を実
現する装置の構成図、第３図は本発明によるスリ
ツトの一実施例を示す拡大平面図、第４図及び第
５図は２光束の干渉縞と格子に関する位置合わせ
前の相対位置関係を示す平面図、第６図は２光束
の干渉縞に対し、長手方向を略平行に配置したス
リツトを設けたときの２光束の干渉縞と格子との
回転方向の光強度依存性を示すグラフ、第７図
は、２光束の干渉縞に対し、長手方向を略垂直に
配置したスリツトを設けたときの、２光束の干渉
縞と格子との回転方向の光強度依存性を示すグラ
フ、第８図は本発明の位置合わせ方法によつて得
られるピツチ方向の光強度依存性を示すグラフ、
第９図は本発明によるスリツトの他実施例を示す
平面図、第１０図は本発明による格子の配置の一
実施例を示す平面図である。 ９…光、１０…ビームスプリツタ、１１…反射
光、１２…透過光、１３，１４…反射鏡、１５，
１６…反射光、１７…ウエハ、１８…格子、１
９，２０…反射光、２１，２２…スリツト、２
３，２４…光検知器、２５，２６，２７…スリツ
ト、２８，２９，３０…光検知器、３１…スクラ
イブライン、３２…格子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ コヒレンシイを有する光を２方向から入射
   し、これら２光束の干渉により得られる干渉縞
   と、前記２光束の光路中に配置された格子とによ
   つて、反射又は回折した光をスリツトを介して光
   検知手段に導き、光強度を測定することにより、
   前記２光束の干渉縞と前記格子との相対位置を検
   知するようにしたことを特徴する位置検知方法。 ２ スリツトとして、２光束の干渉縞に対して、
   スリツトの長手方向を略平行に配置したスリツト
   を用いた特許請求の範囲第１項記載の位置検知方
   法。 ３ スリツトとして、２光束の干渉縞に対して、
   スリツトの長手方向を略平行に配置したスリツト
   と、このスリツトに対し、ある角度β1だけ傾い
   たスリツトと、前記スリツトに対し、ある角度
   β2だけ傾いたスリツトと、前記３つの各スリツ
   トを通過した光束を、各々光検知手段に導き、各
   光検知手段より得られる光強度を測定することに
   より、前記２光束の干渉縞に対する前記格子の傾
   き方向を検知するようにした特許請求の範囲第１
   項記載の位置検知方法。 ４ 格子として、ICウエハの各スクライブライ
   ンの交鎖位置近傍でスクライブラインに対し、45
   度傾けた格子を用いた特許請求の範囲第１項記載
   の位置検知方法。 ５ コヒレンシイを有する光を２光束に分割する
   ビームスプリツタと、このビームスプリツタから
   の反射光と透過光とをウエハの格子上にほぼ等し
   い角度θをもつて入射するよう配設した２つの反
   射鏡と、ウエハの格子により回折した反射光をそ
   れぞれスリツトを介して入射するように配設した
   ２つの光検知器と、これらの光検知器の出力によ
   り２光束の干渉縞と格子との間の平行度およびピ
   ツチ方向の相対位置関係を示す光強度測定回路と
   から成ることを特徴とする位置検知装置。