JPS60173835A - 回折格子によるギヤツプ制御法 - Google Patents

回折格子によるギヤツプ制御法

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JPS60173835A
JPS60173835A JP59014692A JP1469284A JPS60173835A JP S60173835 A JPS60173835 A JP S60173835A JP 59014692 A JP59014692 A JP 59014692A JP 1469284 A JP1469284 A JP 1469284A JP S60173835 A JPS60173835 A JP S60173835A
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gap
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猪城 真
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竹内 信行
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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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、半導体IC−?LSI を製造するための露
光装置やバタン評価装置に利用されるギャップ制御法に
関するものでおる。
〔従来技術〕
従来、半導体IC−?LSIを製造するだめのX線露光
装置には、マスクとウェハ間のギャップを高精度に設定
することが要求され、その方法として2重焦点レンズに
よる方法が利用されてきた。
これは、第1図に示すように2重焦点レンズ1の第1焦
点をウェハ2上に作製されたウェハマーク3に、第2焦
点をマスク4上に作製されたマスクマーク5に合せるこ
とによって、マスク4とウェハ2との間のギャップを設
定する方法である。
しかし、このギャップ設定法では、2重焦点レンズに1
μm程度の焦点深度があり、この深度を1μm以下にす
ることはきわめてむずかしいため、高精度のギャップ設
定は行えない欠点があった。
また、レンズ口径は無限に小さくすることはできないた
め、ステップ・アンド、レピート方式によって露光領域
が小さくなると、露光領域から離れたギャップ設定用マ
ークを利用せざるを得ない。
このためウェハの周辺まで露光することができず、露光
領域が小さいという欠点があった。
〔発明の目的および構成〕
本発明はこのよう々事情に鑑みてなされたもので、その
目的は、きわめて容易に高精度のギャップ制御を行なう
ことを可能にした回折格子によるギャップ制御法を提供
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、ギャップ
制御すべき第1の物体に回折格子を、第2の物体に反射
面を設け、これら回折格子および反射面で回折・反射さ
れた回折光の強度から両物体間のギャップを検出するよ
うにしたものである。
以下、実施例を用いて本発明の詳細な説明する。
〔実施例〕
第2図は、本発明の実施に使用するギャップ制御装置の
構成例を示す図である。図において、6はレーザ光源、
γは入射角偏向ミラー、8は球面ミラー、9はマスクス
テージ、10はマスク、11は透過形回折格子マーク、
12はウェハステージ、13はウェハ、14は反射マー
ク、15はハーフミラ−116は集光レンズ、17.1
8は光検出器、19は信号処理制御部である。
上記構成において、レーザ光源6を発したコヒーレント
光は、ガルバノメータや光偏向素子等からなる入射角偏
向ミラー7で偏向され、球面ミラー8によって反射され
て、真空吸着マスクステージ9によって保持されるマス
ク10上の同一点に入射する。マスク10上に作製され
た回折格子マーク11上に入射した光は、ウェハステー
ジ12上に保持されるウェハ13上に作製された反射マ
ーク14によって反射され、再度回折格子マーク11を
通過する。
マスク10およびウェハ13上に作製されたマークは、
第3図に拡大して示すように、前者は透過形で、マスク
10を構成する透明基板、もしくは透明薄膜20上に不
透明薄膜21によって回折格子パタンを形成したもの、
後者はウェハ13上に形成した無反射薄膜22の一部を
除去して反射面としたものである。
これら両マークによって回折・反射された光は、入射光
に対して対称的な方向に回折されるプラス・マイナスの
多数の回折光となる。このうち±1次回折光はハーフミ
ラ−15によって反射され、さらに集光レンズ16によ
って、それぞれ光検出器17.18に導かれる。±1次
回折光は光検出器17.18によって回折光強度■ヤ□
とI、に光電変換され、さらに信号処理制御部19によ
って、信号処理されてマスクステージ9、ウェハステー
ジ12の駆動信号になシ、マスクとウェハ間のギャップ
が制御される。なお、図上実線で示される光線は回折格
子に直入射する光線であり、破線で示される光線は入射
角偏向ミラー7によって偏向され回折格子に斜め入射す
る光線である。
直入射時における±1次回折光強度工や□、■−1およ
びそれらの加算信号ΣI=I+1+I 、は、第4図に
示すようにマスクとウェハ間のギャップ2に対して周期
的に変化し、M=λZ/P2= 4 +k(kは整数)
を満たすギャップ2において最小、M=λZ/P”=k
を満たすギャップ2におい1大となる。ここで、λは光
の波長で図示の例では0.6328μm、Pは回折格子
のピッチで3μmである。また、図中(イ)が工+1も
しくはI−1、(ロ)がΣIを示す。
したがって、−周期の範囲内(142μm)にギャップ
をあらかじめプリアライメントしておき、回折光強度が
最小または最大になるようにマスクステージ9もしくは
ウェハステージ12をギャンプ方向に制御することによ
って、それぞれM−に+1! 、 M = kを満たす
ギヤングに容易に設定できる。
ギャップの設定値を変えたい場合には、ピンチPもしく
はレーザの波長λを変えることによって簡単に行うこと
ができる。また、レーザ光の入射角またはM ”= T
を満たすギャップ点、すなわち直入射の場合の1//!
の周期の点で、回折光強度はそれぞれ最小または最大値
をとる。したがって、これらの点においてもギャップ設
定が可能となる。
一方、レーザ入射角θが−=−色g轡!−一1をλ 2 満たす斜め入射時においては、±1次回折光強度の差信
号ΔI=I+1−I−□は、第5図に示すようにM=に
+Σを満たすギャップ2においてゼロクロスし、M=k
を満たすギャップ2において零となる。したがって、Δ
■が零に近づくようにマスクステージ9もしくはウェハ
ステージ12をギャップ方向に移動し、ΔI==0の点
で停止するという方法によって、簡単にギャップ制御で
きる。
以上の結果はマスク上の回折格子マーク裏面からの反射
回折光がないとして、第43回応用物理学会学術講演会
講演予稿集P27,1982年で紹介されている理論式
を用いてシミュレートしたものである。
マスク上の回折格子マーク裏面からの反射回折光がある
場合については、透過回折光(回折格子マーク11を透
過回折し、反射マーク14によって反射され、再度回折
格子マーク11を透過回折する回折光)と反射回折光が
干渉し、例えば第6図に示すような回折光強度信号が得
られる。第6図は、波長0.6328μmのHe−Ne
レーザ、3μmピッチの回折格子を用いて、直入射時の
+1次回折光強度I+1をギャップ2に関して実験的に
めた結果である。この検出信号は、透過回折光と反射回
折光とが干渉したλ/2周期の干渉波(イ)とその包絡
線で示されるP2/λ周期の包絡波(ロ)が重畳したも
のでちゃ、包絡波の最大値点はM=k (kは整数)を
満たすギャップ2で生じている。したがって、包絡波の
最大値点A、B、Cを検出することによってギャップ設
定を行うことができる。一方、この最大値点を含む干渉
波を利用して、第7図に示すように干渉波の最大値点よ
り低い基準電圧’parを設け、検出信号との交差点で
ギャップサーボを行うと、±0.01μm以下のギャッ
プサーボを容易に実現できる。また、サーボ点Sの最大
値点MXからのずれは、λ/16 = 0.04 It
 m程度であシ、総合精度として0.05μm以下のギ
ャップ設定が可能になる。
2Psfnθ 1 第8図は、m ” ” 2を満たす角度λ θ≠#3°でレーザを回折格子に斜め入射した時の±1
次回折光強度の差信号Δ工を、ギャップに関して実験的
にめた結果でちる。使用したレーザ、回折格子は第6図
の直入射の場合と同じである。
包絡波は、1d=kを満たすギャップ2において、最小
となシ、この点A/ 、 n/等でギャップ設定を行う
ことができる。第9図に、第8図上、円で示したこの設
定点付近の拡大図を示すが、最小振幅となる干渉波の中
点Nを検出することによって、容易にギャップ設定でき
る。
なお、第6図の直入射の実施例では+1次回折−光強度
工や□を利用した場合について述べたが、−1次回折光
強度ニー□もしくは±1次回折光強度の和信号ΣIを利
用しても、同様な効果が得られる。
このように、第1の物体に設けた回折格子と第2の物体
に設けた反射面に、レーザ光を直もしくは斜め入射し丸
さいに生じる回折光強度信号の変化によって、高精度の
ギャップ設定が可能であり、且つ干渉波の利用によって
、±0.01μm以下のギャップサーボを容易に実現で
きる。また、2重焦点レンズ等をマスクマーク11に近
接して設置する必要がなく、例えば第10図に示すよう
に単にレーザ反射ミラー23を設けることによって、露
光用の光の入射を妨げることなくギャップ設定用の光の
入射および回折光の検出が行なえるので、露光バタン2
4に近接してウエノ1マーク14を配ハの平面度が悪い
場合にもマスクとウェハ間のギャップを正確に設定でき
、かつウェハの周辺まで露光できる利点がある。さらに
、回折格子マークはマスク(大量のウェハの処理に共通
に使える)上にのみ設ければよく、ウェハ上には反射面
があればギャップ検出が可能になるので、プロセスへの
負担は少ない。
発明者らは、先に上述したと同様の構造の位置合せ装置
によh12重回折格子を位置合せマークとして用いてギ
ャップの設定および位置合せを高精度で行なう方法を提
案しているが、本発明をこの方法に組合せ、ギャップの
設定については本発明により独立に行ない、その上で2
重回折光強度によシ位置合せを行なりようにすれば、両
者の信号が完全に分離できるために信号処理が簡単にな
る。この場合、2重回折格子のみを用いる場合に比べて
本発明によるギャップ設定専用の回折格子が余分に必要
となるが、前述したように回折格子を設けるのはマスク
側のみであるため、さして負担の増加とはならない。特
に、レーザの直入射を利用するギャップ制御の場合、位
置合せマークを、ギャップマークと同一のレーザスポッ
ト内に互いに回折格子方向を直角に配置することによっ
て、それぞれの回折光強度信号を干渉なく検出すること
ができるので、ギャップ検出と位置ずれ検出を同時に行
える利点がある。この場合、レーザビームは1本で良い
ので、光学機構系を簡単に構成できる利点がある。
さらに、本発明は、高精度変位測定にも応用できる。す
なわち、第2図に示したウェハのかわ9にレーザ光を反
射する鏡面をもつ被測定物を置き、測定器側に設けた回
折格子と被測定物間で上述した方法を適用し、例えば包
絡波と干渉波の周期を利用することによって容易に、被
測定物の変位を測定できる。
以上、入射光としてレーザ光(コヒーレント光)を用い
た場合についてのみ説明したが、準単色光を用いてもt
lぼ同様の結果が得られる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、ギャップ制御す
べき第1の物体に回折格子を設け、この回折格子および
第2の物体の反射面で回折・反射された回折光の強度信
号を検出することにより、きわめて容易に高精度のギャ
ップ制御が行なえる。
【図面の簡単な説明】
第1図は2重焦点レンズを用いた従来のギャップ検出系
を示す構成図、第2図は本発明の実施に使用するギャッ
プ制御装置の構成例を示す図、第3図はマスクおよびウ
ェハ上に形成したギャップ制御用マークの拡大図、第4
図はレーザ直入射時におけるギャップ検出信号の一例を
示す図、第5図はレーザ斜め入射時におけるギャップ検
出信号の一例を示す図、第6図はマスク裏面反射がある
場合のレーザ直入射時におけるギャップ検出信号の一例
を示す図、第7図は干渉波を利用するギャップサーボの
一例を説明するための図、第8図はマスク裏面反射があ
る場合のレーザ斜め入射時におけるギャップ検出信号の
一例を示す図、第9図はギャンプ設定点付近の拡大図、
第10図はギャノ5、プ制御装置の他の構成例を示す図
である。 6・−・・レーザ光源、T・・・拳入射角偏向ミラー、
8・・Φ・球面ミラー、9・Φ―・マスクステージ、1
0・・・・マスク(第1の物体)、11・−・・透過形
回折格子マーク、12・・・曝ウェハステージ、13・
・・Φウェハ(jlEz。 物体)、14・・・拳反射マーク、15・・ゆ・ハーフ
ミラ−116・・・・集光レンズ、1T。 18・・・・光検出器、19・・・・信号処理制御部、
20・・―・透明薄膜、21・・・・不透明薄膜、22
・・・・無反射薄膜、23・・・・レーザ反射ミラー、
24−・・・露光バタン。 特許出願人 日本電信電話公社 代理人山 川 政 樹 第1図 第2図 第3図 第4図 第7図 X 第8図 キ°ギ、、ブX (/’m) 第10図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 第1の物体と第2の物体間のギャップを一定に制御する
    ギャップ制御法において、第1の物体に回折格子を、第
    2の物体に反射面を設け、上記回折格子にコヒーレント
    光もしくは準単色光を入射し、尚該回折格子および上記
    第2の物体の反射面でそれぞれ回折・反射された回折光
    の強度信号の変化から、第1の物体と第2の物体間のギ
    ャップを検出してこれを所定の値に設定することを特徴
    とする回折格子によるギャップ制御法。
JP59014692A 1984-01-30 1984-01-30 回折格子によるギヤツプ制御法 Granted JPS60173835A (ja)

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US06/695,698 US4656347A (en) 1984-01-30 1985-01-28 Diffraction grating position adjuster using a grating and a reflector
CA000473187A CA1226682A (en) 1984-01-30 1985-01-30 Method of adjusting relative positions of two objects by using diffraction grating and control apparatus
EP85300622A EP0151032B1 (en) 1984-01-30 1985-01-30 Method of adjusting relative positions of two objects by using diffraction grating and control apparatus therefor
DE3587921T DE3587921T2 (de) 1984-01-30 1985-01-30 Verfahren für die gegenseitige Ausrichtung zweier Objekte mittels eines Beugungsgitters, sowie die Steuervorrichtung dafür.

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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