JPH0546969B2

JPH0546969B2 -

Info

Publication number: JPH0546969B2
Application number: JP61070143A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Kawai
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1986-03-27
Filing date: 1986-03-27
Publication date: 1993-07-15
Also published as: JPS62226628A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明はIC製造におけるウエハとマスクの
位置合わせなど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。このVLSIを製作するリングラフ
イ技術において、ウエ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、ウエ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、このこのような方法の配置精度
は、0.2μm程度であり、エキシマレーザやＸ線を
用いるような、さらに微細なパターンを転写する
目的には適さない。これらのリングラフイでは、
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。
このモアレ縞を用いた高精度位置決め法は、例え
ば雑誌「アブライド・オブテイツクス（Applied
−Optics）」，1972年，2455〜2459頁に記載の論文
「モアレ技術を用いたフオトリソグラフイツクマ
スク位置合わせ（Photolithographic−Mask
Algnment Using Moire Technigues）」に詳し
く述べられている。この方法は、異なるピツチを
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つ
て観測し、位置合わせするものであり、この場合
は、0.2μmの配線精度が得られている。

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、同じピツ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。

この方法は、例えば雑誌「ジヤーナル・オブ・
バキユームサイエンステクノロジ（Journal of
Vaccume Science Technologie）」，1983年BI−
1276〜1279頁に記載の論文「Ｘ線リングラフイ用
２重格子位置決め技術（Ａ Dual Grating
Alignment Technigue for Ｘ−ray
Lithography）」に詳しく述べられている。この
方法は、ウエ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
置関係のずれによつて変化するモアレ縞にレーザ
光を照射しその士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の配置精度が得られており、また、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、逆に縞ピツチよりも大きな変位を測定
できず、例えば1μmピツチの縞を用いる場合、別
の方法で1μmの位置合わせを行つた後にこの方法
を用いて高精度の位置合わせを行うことになり、
従つて２回の位置決めが必要で、プロセスが複雑
となる。

本発明の目的は、これらの問題を解決し、高精
度に位置合わせのできる位置決め方法を提供する
ことにある。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明の位置決め方法の構成は、円筒波を再
生する第１のホログラムを有する第１面と、前記
第１のホログラムと焦点距離の同一あるいは異な
つた円筒波を再生する第２のホログラムを有する
第２面とを重ね合わせて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対して位置決め
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面の位置決めを行うことを特
徴とする。

〔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
ば焦点距離の異なつた円筒波を再生するホログラ
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線をｘ軸とし、
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ずれているとすると、２つのホログ
ラムは、それぞれ次式で表わされる。

X²＝ma² ……(1) （ｘ−Δx）²＝nb² ……(2) ここで、ａ，ｂは最も内側の直線の間隔、ｍ，
ｎは正の整数を表わす。モアレ縞は(1)，(2)式の交
点として表わされるから＝ｍ±ｎとおくと、次
式が得られる。

（Ｘ−a²／b²〓a²Δx）²＝a²b²／b²〓a² ＋ｃ ……(3) すなわち、円筒波を再生するモアレ縞が生じ
る。

ここでｃは、ａ，ｂ，Δxの関数であるが、直線
の間隔が相対的に変化するのみで、本質的な項で
ない。この場合、配置ホログラムをｘ方向にΔx
変化させた場合、モアレ縞はa²／b²〓a²Δxずれる。

従つて、ａとｂの焦点距離がわずかに異なる場
合、a²／（b²〓a²）が大きくなり、感度が高くな
る。例えば、ｂ＝1.1aとすれば、モアレ縞の中心
は、配置かるホログラムの移動量の4.8倍移動す
る。この方法だけでは、ｙ方向の位置合わせがで
きないが、別の位置にｙ軸に平行なホログラムを
配置し、同様な方法で位置決めを行えば良い。こ
の方法では、ゾーンブレートのホログラムを２枚
重ね合わせて、同心円モアレ縞を発生させる方法
と比較し、ビームが店に集光しないために位置決
めを行いにくいが、ホログラムを描画する際、直
線縞であるためにパターンを描きやすい。

また、配置ホログラムを基準ほろぐラムに対し
て90°回転させて重ね合わせた場合には、以下の
ようになる。第２図に示すように基準ホログラム
１０１の中心線をｘ軸とし、配置ホログラム１０
２の中心線がｙ軸からｘ方向にΔxずれていると
すると、２つのホログラムは、それぞれ次式のよ
うになる。

y²＝ma² ……(4) （Ｘ−Δx）²＝na² ……(5) ここで、ａは最も内側の直線の間隔、ｍ，ｎは
正の整数を表わす。モアレ縞は(1)，(2)式の交点と
して表わされるから、＝ｍ±ｎとおいて次式の
ように球面波を再生するモアレ縞を生ずる。

（Ｘ−Δx）²±y²＝．a² ……(6) このモアレ縞を観測した場合、配置ホログラム
のｙ方向の移動に対してモアレ縞は変化しない
が、ｘ方向に対して、ホログラムの移動量に比例
して移動する。従つて、モアレ縞の回折光を観測
することにより、ｘ方向の位置決めが可能であ
る。また、ｙ方向の位置決めが可能である。ま
た、ｙ方向の位置決めを行うには、別の位置にｙ
軸に中心線を持つホログラムを配置して、基準ホ
ログラムとすれば良い。この方法では、感度の高
いモアレ縞を発生させることはできないが、描画
の容易な直線縞により、球面波を発生させること
ができ、位置決めの行いやすい集光ビームを作る
ことができる。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を説明するブロツ
ク図である。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５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ユレータ３を
移動させる。この４分割光検出器１２は、光デイ
スクのレーザヘツ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。

この第３図において、４分割面をＡ，Ｂ，Ｃ，
Ｄとし、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面の信号の和の差をとる。この
時、信号はマニピユレータのｘ方向の移動に伴つ
て第４図の特性図に示すようなＳ字状の曲線を描
く。ここで０点を通過した時には、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、ｙ方向の位置合わ
せはＡ面とＤ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信号を用いて行う。

本実施例では、ウエハの対角線位置に基準ホロ
グラム５を90°回転させて配置した基準ホログラ
ム７および光検出器１５、演算回路１９がある。
これらｘ方向、ｙ方向の信号は例えば、GP−IB
インタフエースを装備したパソコンなどのプロセ
ツサ２０に入力され、両方の信号が第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装えたマニピユレータ３に
信号を送つてマスクを移動させる。これら両方の
信号が０点の位置に合つた時、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、ビーム径の１／100程度の位置ずれを検出で
きる。従つて、数μmにビームをしぼることがで
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とウエハに記録さ
れている配置ホログラム６，８を重ね合わせ生じ
るモアレ縞にレーザ９から出射した光を照射し、
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ユレー
タ４を移動させる。これら光検出器１３，１４
は、光検出器１２，１５と同一のもので、マスク
を装置に対して位置合わせした手順と同様に、ウ
エハをマスクに対して位置合わせできる。

この方法によれば、(3)式において、モアレ縞が
配置ホログラムの10倍移動するように設計し、こ
のモアレ縞により、ビームを数μmにしぼること
ができれば、モアレ縞の数＋nmの移動を検知で
き、さらに配置ホログラムの数nmの移動を検知
できることになる。

〔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
によれば、モアレ縞の回折光を利用することによ
り、マスクとウエハを数nm程度の高精度で位置
合わせすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例の構成を説明す
るブロツク図、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一例の
平面図、第３図は第１図の４分割光検出器の構成
図、第４図は第１図の４分割光検出器からの出力
信号の特性図である。１……マスク、２……ウエハ、３，４……マニ
ピユレータ、５，７，１０１……基準ホログラ
ム、６，８，１０２……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、１
６，１７，１８，１９……演算回路、２０……プ
ロセツサ。

Claims

【特許請求の範囲】１円筒波を再生する第１のホログラムを有する
第１面を観測面に対して位置決めし、前記第１の
ホログラムを有する第１面と、前記第１のホログ
ラムと焦点距離の同一あるいは異なつた円筒波を
再生する第２のホログラムを有する第２面とを重
ね合わせてモアレ縞を生じせしめ、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面の位置決めを行うことを特徴とする位置決め
方法。２第１のホログラムと第２のホログラムとの各
面の重ね合わせが各ホログラムの縞が平行に重な
るようにした特許請求の範囲第１項記載の位置決
め方法。３第１のホログラムと第２のホログラムとの各
面の重ね合わせが各ホログラムの縞が直交するよ
うにした特許請求の範囲第１項記載の位置決め方
法。