JPS5975628A - 2重回折格子による位置合せ法 - Google Patents

2重回折格子による位置合せ法

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JPS5975628A
JPS5975628A JP57187078A JP18707882A JPS5975628A JP S5975628 A JPS5975628 A JP S5975628A JP 57187078 A JP57187078 A JP 57187078A JP 18707882 A JP18707882 A JP 18707882A JP S5975628 A JPS5975628 A JP S5975628A
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JP
Japan
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diffraction grating
diffracted
beams
mark
intensity
Prior art date
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Pending
Application number
JP57187078A
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English (en)
Inventor
Atsunobu Une
宇根篤暢
Yasuhiro Torii
鳥居康弘
Hiroo Kinoshita
木下博雄
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7049Technique, e.g. interferometric

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、半導体ICやLSI を製造するための露光
装置やバタン評価装置等においてマスクとウェハの位置
合せなどに用いる位置合亡法に関し、特に2M回折格子
を用いた位置合せ法に関するものである。
半導体ICやLSIの微細化にPF−い、例えばマスク
パタンをウェハに一括露光・転写する装置において、マ
スクとウェハとを互いに位置合せする技術にはより高い
精度が求められている。
従来紫外綜露光装置等においては、この種の位置合せは
マスクとウェハとにそれぞれ位置合せ用のマークを付し
、それらのマークを顕微鏡で拡大投影し、マスク上のマ
ークとウェハ上のマークとがぴったり一致するようにマ
スクもしくはウェハを移動する方法によって行なわれて
きズこ。しかしこの方法は得られる位置合せ精度が±0
.2μm程庇であり1サブミノロンパクンをj−ぎ光・
転写するだめの位置合せ法としては不適当であった。こ
のため、例えばJ 、 Vac、 Sci、 Tech
nol、、 vol。
19、No、4.1981.p214で紹介されている
ように0.1Rn以下の位置合せを行なうことを目的と
して2重回折格子を用いた位置合せ法の開発が進められ
ている。これは、第1の物体に設けた第1の回折格子と
、第2の物体に設けた第2の回折格子とを一定のギャッ
プをおいて重ね、これら第1および第2の回折格子にコ
ヒーレント光もしくは準単色光を垂直に入射し、両回折
格子によって生じた回折光の強度の変化によって、第1
の物体とgc2の物体の相対変位を検出して位置合せす
るものでちるが、その場合、回折光の強度I自体を両物
体の相対変位を示すものとして用いた場合には、強度−
変位特性曲線がギャップの変動によって大きく変化し、
強度の最小点も変位が零の点からずれる。、したがって
この不都合を避けるため、通常は入射光に対して対称的
な方向に回折された同次数の回折光の強度の差Δ工を求
め、この4■の変化によって両物体間の変位を演出する
方法が用いられCいる。第1図に、この」、うな強度−
・変位特性曲線の一例を示す。これは、いずれもピッチ
が2μm)1の透過形回折格子と反射形回折格子とを重
ね、透過形回折格子側から波長λが073328μmη
のコヒーレント光を垂直に入射させて得られたプラス1
次の回折光I+1 とマイナス1次の回もので、透過形
回折格子における透過部の長さalと不透過部の長さb
l、および反射形回折格子における反射部の長さa2と
無反射部の長さb2はいずれも等しく、上記ピッチのV
2 と1〜である。
なお、図中上)、(ロ)、H,に)、 +J+はそれぞ
れ両格子間のギャップが6.1 ttm 、 6.2μ
、6.3μm。
6.4μm、6.5μmの場合を示す。同図に示される
ように、Δ11ま回折格子のピッチPを周期として同じ
波形を繰返し、2つの1」柄格子がびったシ一致した時
、すlわち相対変位dが零の時、および、この相対変位
dがピッチの1/2の峙、ギャップの値にかかわらず零
となる。したがって、このいずれかの零点で位置合せを
行なうことができる。
しかしながら、第1図から明らかなようにΔ工は2つの
回折格子の相対変位dに対して山や谷を多く含んだ複雑
な曲線を描き、ギヤツブ争件によってはd=P/2以外
の点でも零となる(例えばギャップが6.5μmの曲線
(へ)の場合d=P/2=1.00μmの直前および直
後にもΔI=0 の線を通過している)。このように曲
線形状が複雑なために、d=0 、 d=P/2 のい
ずれの位置で合つCいるのかを判定すること自体がきわ
めて困難であるうえに、多点で零となるためd=o、P
/2以外の点で位置合せしてし1うとともあり、不正4
’lな不安定制御しかなし得ない。t7′こ、ギャップ
の微小変化によっても曲線形状は大きく変化するため、
正確な位置合ぜのンとめにはギャップを正確に股ン〆し
、し2かも変動がきわめて小さい状態に保4fL、なけ
ればならない欠点があった。
本発明はこのような事1青に鑑みてなされたものであり
、その[目的は、高精度の位置合せが容易に行なえる2
 XK回折格子を用いた位置αせ法を提供することにあ
る。
このような目的を達成するために、本発明は、位置合せ
の対象としての両物体間の相対変位を示すものとして、
入射光に対して対称的な方向に回折された同次数の回折
光強度の和を用いるものである。
以下、実施例を用いて本発明の詳細な説明する。
第2図は本発明の実施に使用する位置合せ装置の構成例
を示す図である。同図において、レーザ光源1から発し
たコヒーレント光は、平面鏡2によって方向を変えられ
、真空吸着マスクホルダ3によって保持されたマスク4
の上に作製されたマスクマーク5に垂直に入射・通過後
、移動テーブル6の上に保持されたウェハ7の上に作製
されたウェハマーク8で反射され、再度マスクマーク5
を通過する。
ここで、マスクマーク5、ウェハマーク8はいずれも回
折格子を構成し、第3図に拡大して示すように前者は透
過形で、マスク4を構成する透明基板もしくは透明薄膜
9の上に不透明薄膜10によって回折格子パタンを形成
したもの、後者は反射形でウェハ1の上に無反射薄膜1
1により回折格子パタンを形成したものである。
これらマスクマーク5およびウエノ・マーク8に(m=
0.±1.±2.・・・)の方向でのみ強くなリ、それ
ぞれmの値によってm次の回折光と呼ばれる。絶対値が
同一で符号が異なるmに対応する両回折光は、入射光に
対して互いに対称的な方向に回折されたものである。な
お、λは光の波長、Pは回折格子のピッチである。
そこで、上記入射光に対して対称的な方向に回折された
同次数の回折光とし゛〔プラス1次の回折光およびマイ
ナス1次の回折光をそれぞれ光電変換器12.13で受
け、各回折光の強度I+1  およびl−1i光ぼ変換
し、これをもとに信号処理制御1?SIS 14に才?
いて両回折光強度を加算処理する。
第4図に、このようにして得られた加算強度Σ■の相対
変位d依存性の一例を示す。これは、第1図の場合と同
様にマスクマーク5、ウェハマーり8のいずれの回折格
子のピッチPも2.0μ!nとし、波長λ−0,632
8μmの光を用いた例で、回折路イの透過部の長さFL
l  と不透過部の長さbl、および反射部の長さa2
と無反射部の長さblはいずれも等り、<P/2  と
しである。ま牟、図中(イ)。
(ロ)、(ハ)、に)、(ホ)は、第1図と同様にそれ
ぞれ両格子間のギャップ2を6.1μm、6.2μ、6
.3μ。
6.4 tim 、 6.5μmとした場合である。な
お、同一ギャップに関しては、第1図とこの第4図との
回折光強度は同一スケールで表わしている。
第4図から明らかなように、第1図の従来法におけると
全く同一の条件で、加算強度ΣIは回折格子バタン01
周期内に1回の最小値をもつ単純な曲線となる。したが
って、Σ工が小さくなるように移動テーブル6を移動さ
せ、最小点にきた時に、移動テーブル0を止めるという
きわめて簡単な制御方法により容易に位置合せを行なう
ことができる。また、ギャップ2を6.1μmから6.
5μmまで変化させた場合も、第1図に示したΔ工の場
合と異なり曲線形状はほとんど変化しないため、ギャッ
プ設定に厳密さを欠いても上記制御方法によって高精度
の位置合せが行なえる利点がある。
実際はギャップが1μm程度変動しても、最小点の移動
、すなわち相対変位dの変動は1/100μm程度にす
ぎないため実用上問題はない。さらに、1周期内で1回
の極小値を生じるだけであるため、粗位置合ぜによυ−
P/2 < d < P/d  の範囲に位置合せして
おけば制御可能であり、1周期内で最低2回(d=0お
よびd=P/2)零となるΔ工を用いる従来法に比較し
、粗位置合せ領域を少なくとも2倍にできる利点がある
。もちろん、単純にI+、  もしく1dI−’t  
を用いる場合に比較すれば、ギャップの変化によって最
小点の移動はなく位置合せ感度も2倍になるという利点
を有する。
上173 した実施例は、波長λが0.6328μmに
対し7てピッチPが2μm1 ギャップ2が約6.3μ
mで、M=λZ7P 2がはは1の場合であるが、この
Mの値が整数であれば、同様にきわめて単純な曲線が得
られる。その場合、Mが奇数であれば上述したと同様に
d=0においてΣIは零となり、Mがイ^数の場合には
d=P/2  において零となる。
ところで、上述した実施例では、回折格子の透過部の長
さalと不透過部の長さbl、および反射部の長さa2
と無反射部の長さb2をいずれも等しく、すなわち透過
部の長さalおよび反射部の長さa2のピッチPに対す
る比率r t 0.5としたが、第5図に示すようにこ
の比率rを変えることにより(同図はr = 0.6の
場合)、第6図に示すように相対変位dに対するΣ工の
変化を示す曲線の最小点からの立上が9が変化する。第
6図において、(イ)、/(ロ)、 p; 、に)、(
ホ)はそれぞれ上記比率rが0.5 、0.6 、0.
7 、0.8 、0.9の場合を示すが、同図から明ら
かなように、r = 0.6〜0.8の範囲で最小点か
らの曲線の立上りはきわめて急峻となp、r=Q、5の
場合に比較して位置合せ感度を数倍以上に高くすること
ができ、同図のようにピッチ2μmの回折格子、波長0
.6328μmのレーザ光を用いた場合で0.1μm以
下の高精度位置合せも可能となる。さらに、このように
r=0.6〜0.8とした場合にはギャップの変動によ
る曲線形状の変化も小さくなるため制御がし易く、しか
も最小点の移動量も小さいためにギャップ設定が容易に
なるという利点をも有する。
なお、上述した実施例においては透過形回折格子と反射
形回折格子とを組合せた場合についてのみ説明したが、
本発明はこれに限定されるものではなく、2つの透過形
回折格子を重ねて用いた場合に適用しても同様の効果を
得ることができる。
また、上述した実施例では入射光にコヒーレント光とし
てのレーザ光を用いたが、緒単色光を用いてもほぼ同様
の効果が得られる。
さらに、上述した実施例ではプラスとマイナスの1次の
回折光の加算強度から相対変位を検出したが、2次以上
の回折光を用いても同様に位置合せを行なうことが可能
であZo 以上説明したように、本発明によれば、回折格子に垂直
に入射する入射光に対し、対称的な方向に回折された同
次数の回折光の強度を加算処理することにより、多くの
山や谷を持たない単純な強度−相対変位特性曲線を得る
ことができるため、位置合せ制御を簡単かつ高精度に行
なうことが可能となる。特に、回折格子の透過部1反射
部の長さをピッチに対して0.6〜0.8とした場合に
は、上記特性曲線の最小点からの立上りを急峻にするこ
とができ、位置合せ感度をきわめて高くすることができ
る利点を有する。
第1図は従来の2重回折格子による位置合せ法において
得られる回折光の強度−相対変位特性曲線の一例を示す
図、第2図は本発明の実施に使用する位置合せ装置のイ
′14成例を示す図、給3図は回折格子を示す詳細図、
第4図は本発明において得られる回折光の加算強度−相
対変位特性曲線の一例を示す図、第5図は回折格子の他
の構成例を示す図、第6図は回折格子の透過部および反
射部のピッチに対する比率を変えた場合における回折光
の加算強度−相対変位特性曲線形状の気化例を示す図で
ある。
1・・・・レーザ光源、4・・・・マスク(第1の物体
)、5・・・・マスクマーク(g?J1の回折格子)、
6・・・・移動テープノペ7・・・・つ、:r−ハ(第
2の物体)、8・Q令・ウェハマーク(第2の回折格子
)、12.13・・・・光電変換器、14・・・中信号
処理制御部。
特許出願人  日本電信電話公社 代理人 山川政樹 第2図 手続補正書輸幻 特許庁長官殿        ”N  *s a、君−
7゜1、事件の表示 昭和57年特 許 願第187078号2、発明の名称 2重回折格子による位置合せ法 3、補正をする者 事件との関係  特  許    出願人名称(氏名)
  (422) 日本電信電話公社111  明細書第
8頁第17〜19行目の[実際は・・・・問題はない。
」を削除する。
(2)同書第9頁第1行の[P/dJを[P/2 Jと
補正する。
(3)同省第10頁第15〜16行の「しかも・・・・
小さいために」を削除する。
(4)同1°第11頁第9行と第10行との間に次の文
を加入する。
「以」二の2重回折格子の説明においては、1軸方向の
位置合せに限定して述べたが、特開昭53−32759
号において説明されているように、” + F軸方向に
直交する回折格子を1組として位置合せマークを形成す
れば、xl 3’軸の2軸を同時に位置合せ制御するこ
ともできる。」以  上 手続補正書(帥) !II i’t’□□            昭和 
  “bs°!、−Sl、事件の表示 昭和57年特 許 願第187078号2、発明の名称 2重回折格子による位置合せ法 3、補正をする者 事件との関係  特   許   出願人名称(氏名)
 (422)日本電信電話公社6、補正の内容 fil  明細書第3頁第20行の「回折力、」を「回
折光強度」と補正する。
(2)同書第4頁第1行の「折光」を「折光強度」と補
正する。
(3)同書第10頁第7行のrr=0.6〜0.8の」
を「最小点からの立上りはrによって変化し、rが0.
5より大きく0.7より小さい」と補正する。
(4)同書同負第13〜14行の「このようにr=0.
6〜0.8とした」を1−この」と補正する。
(5)同書第11頁第17行の「06〜0.8とした」
を「0.5より大きく07より1」・さくした」と補正
する。
(6)図面の第2図を別紙の通り補正する。
以  上 第2図 ゛\−一一一/

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 第1の物体に設けたKSlの回折格子と、第2の物体に
    設けたW2の回折格子とを一定のギャップをおいて重ね
    、これら第1および第2の回折格子にコヒーレント光も
    しくは準単色光を垂直に入射し、両回折格子によって生
    じた回折光の強度の変化によって、第1の物体と第2の
    物体の相対変位を検出して位置合せする方法において、
    入射光に対して対称的な方向に回折された同次数の回折
    光のDjt度を加算処理し、当該加算強度の変化によっ
    て、第1の物体と第2の物体の相対変位を検出すること
    を特徴とする2重回折格子による位置合せ法。
JP57187078A 1982-10-25 1982-10-25 2重回折格子による位置合せ法 Pending JPS5975628A (ja)

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