JPS60180118A - 回折格子による位置合せ装置 - Google Patents

回折格子による位置合せ装置

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JPS60180118A
JPS60180118A JP59034451A JP3445184A JPS60180118A JP S60180118 A JPS60180118 A JP S60180118A JP 59034451 A JP59034451 A JP 59034451A JP 3445184 A JP3445184 A JP 3445184A JP S60180118 A JPS60180118 A JP S60180118A
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JP
Japan
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lens
diffraction grating
light
mirror
incident
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JP59034451A
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English (en)
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Atsunobu Une
宇根 篤▲のぶ▼
Makoto Ishiro
猪城 真
Nobuyuki Takeuchi
竹内 信行
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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
    • G03F9/7003Alignment type or strategy, e.g. leveling, global alignment
    • G03F9/7023Aligning or positioning in direction perpendicular to substrate surface
    • 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
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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

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を製造するだめの露光装置
やバタン評価装置に利用される2物体間の相対位置と相
対ギャップを高精度に検出する位置合せ装置に関するも
のである。
〔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重回折格子によ
る方法が開発された。
第1図(4)、(B)に、このような2重回折格子を用
いて位置合せする装置の一例を示す。図におりて、レー
ザ光源1から発したコヒーレント光は、ミラー2で方向
を変えられ、真空吸着ホルダ3によって保持されるマス
ク4の上に作製されたマスクマーク5に入射、通過後、
移動テーブル6上に保持されるウェハTに作製されたウ
エノ1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1図(b)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7の上に無反射
薄膜11により回折格子バタンを形成したものである。
これらマスクマーク5およびウェハマーク8により回折
された光は、入射光に対してθ−8刊のみ強くなり、そ
れらはmの値によってm次の回折光と呼ばれている。な
お、λは光の波長、Pは回折格子のピッチである。
そこで、これらの回折光のうち入射光に対して対称的彦
方向に回折された同次数の回折光、例えば十1次回折光
と一1次回折光のみを光電変換器12.13で受け、各
回折光強度I+1 、I−1を光電変換し、その減算強
度ΔI =i+1−I−,の変化を信号処理制御部14
において検出することによって位置合せを行なうことが
できる。すなわち、この減算強度Δlは、回折格子のピ
ッチPを周期として同じ波形を繰返し、2つの回折格子
がぴったり一致したとき(位置ずれ量d−0)と、2つ
の回折格子の相対位置ずれ蓋dがP/2のとき、マスク
4とウェハ1間のギャップ2にかかわらず零になる。し
たがって、通常Δ■が苓になるように移動テーブル6を
移動させて位置合わせを行なっている。
ところが、この相対位置ずれtdに対するΔIの変化曲
線は、第2図に示すようにギャップ2が微小変動するこ
とによって大きく変化する。すなわち第2図は波長λ=
0.6328 μrn +ピッチP=4μm+入射角α
−〇0(回折格子に対して垂直入射)の場合について位
置ずれ量dに対する減算強度Δ■の変化を示したもので
、同図(A)がギャップZ = 20.02μm + 
同図(B)がZ = 20.05μmcD場合を示す。
したがって、このような2重回折格子による位置合せ法
において高精度の位置合せを行なうためには、その前提
としてギャップ2を正確に設定することが必要であり、
そのために従来は第1図(A)=3− に示すようにマスク4の上に容量形ギャップセンサ15
t−設けてギャップを測定している。
しかしながらこのギャップセンサ15は、マスク4の上
にマスクマーク50作製工程とは別工程で作製しなけれ
ばならず、しかも数關程度の大きさをもつためにマスク
マーク5と同じ場所に作製することはできず、マスク4
0周辺に作製せざるを得ない。このためマスク4もしく
はウェハ8の平面度が悪い場合には、ギャップセンサ1
5により正確にギャップを測定し設定しても、マスクマ
ーク5とウェハマーク8との間のギャップ2は必ずしも
設定値範囲に入るとは限らないという欠点があった。
そこで、最近特願昭58−155093号にみられる位
置合せ装置が提案され7’Coこれは第3図に示すよう
にコヒーレント光を発生させるレーザ1と、入射角を変
化させた光ビームを第1の回折格子5上に照射する光学
系と、マスク4とウェハ7e保持し、それらを相対的に
動かす移動テーブル6と、前記ウェハTに形成した第2
の回折格子8からの−4− 回折光の強度変化を検出する検出光学系と、検出信号か
ら前記移動テーブル6を制御する信号を送出する信号処
理制御部14から構成される。
前記レーザ1から発した光ビームは、入射角偏光ミラー
16により偏向され、球面ミラーITによって、前記第
1の回折格子5上の同一点に入射角にかかわらず照射さ
れる。照射された光ビームは、前記第1の回折格子5を
透過し、前記移動テーブル16上に保持されている前記
ウェハ上に形成された前記第2の回折格子8上で反射し
、再度前記第1の回折格子5を透過してプラスとマイナ
スの次の回折光となる。これらの回折光はハーフミラ−
18で反射され、集光レンズ19a 、 111bによ
ってそれぞれ光電検出器12 、13VC導かれ、光電
変換波前記信号処理制御部14によって制御信号となり
、前記移動テーブル6にフィードバックされて、前記マ
スク4とウェハ7の高精度な位置合わせおよびギャップ
設定が行なわれる。
ここで、光ビーム照射光学系は球面ミラー1Tの直径上
の2点に光ビームの入射角偏向ミー)−16と第1の回
折格子5を配置することによって、照射位置を変えずに
入射角のみ変化させる方法を実現しているが、前記球面
ミラー11と回折格子5間にはハーフミラ−18が配置
されているので、前記球面ミラー17を回折格子5に接
近させることができず、入射角変動幅を十分大きくする
ためには大球面レンズが必要てあった。しかし、大形で
且つ高精度の球面ミラーは製作が極めて困難であり、高
価であるという欠点があった。このため通常、球面ミラ
ーの代りにレンズが使用されるが、その場合レーザビー
ムは大きく絞り込まれるので、ビーム外周部の光束は中
心部の光束に対して傾きを持つことになる。したがって
、第1の回折格子5に対して種々の入射角の光束が集合
したビームとなり、回折光強度に大きな影響を与える欠
点があった。また、回折光は第1の回折格子5から発散
するビームとなるので、入射変動幅が大きい場合、集光
レンズ19a 、 19bを光学系に近接して設けるか
、入射瞳の大きいレンズを用いなければならず、且つ回
折光を光電変換器12.13の一点に常に入射させるた
めには、回折光の光軸に対して光学系を高精度に組み上
げる必要があった。
〔発明の概要〕
本発明は上述した点に鑑みてなされたもので、その目的
は両物体間の相対位置もしくはギャップの設定を容易か
つ正確に行なって高精度な位置合わせを行ない得るよう
にした回折格子による位置合せ装置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、第1の物体
に設けられた第1の回折格子と、第2の物体に設けられ
た第2の回折格子もしくは反射面と、共焦点位置に配置
された第1および第2レンズとを備え、第ルンズの物空
間焦点に光源からのコヒーレント光もしくは準単色光を
入射し、前記物空間焦点位置に前鱈己第ルンズに入射す
るビームの入射角を変化させる偏向ミラーを配置し、前
記第2レンズの像空間焦点に前記第1回折格子を配置し
て構成したものである。以下、実施例に基づいて本発明
の詳細な説明する。
〔実施例〕
一7= 第4図囚、(B)は本発明に係る位置合せ装置の一実施
例を示す一部破断正面図および側面図、第5図はハーフ
ミラ−9集光等の配置図、第6図は第1および第2レン
ズの詳細配置図でおる。これらの図において、第3図と
同一構成部材のものに対しては同一符号を以って示し、
その説明を省略する。30はハーフミラ−131は第ル
ンズ、32は第2レンズ、33はロータリエンコーダ、
34は入射角偏向用駆動モータ、35は第5図に示すよ
うにレーザビームの往き光が十字スクリーン上に作るス
ポット点Cと破線で示す戻り光が作るスポット点りを合
致させることによってビームの回折格子への直入射設定
を行なう直入射設定顕微鏡、36〜38は全反射ミラー
、39は1/4波長板、40は第1の回折格子5の中央
にレーザビームを照射するように調整するXY微動ステ
ージである。
レーザ1から発したレーザビームは、該ビームのバック
トークを防止するための1/4波長板39を通過し、全
反射ミラー3T 、38によって反射され、第6図に示
すように共焦点位11ニ配置され=8− た焦点距離f 1=ft’−f 2 : f 2′ が
等しい第ルンズ31および第2レンズ32からなる光学
系に達する。前記第ルンズ31の物空間焦点位置Aには
、偏向角度を検出するロータリエンコータ33の軸に取
り付けられ、入射角偏向用駆動モータ34によってベル
ト駆動される入射角偏向ミラー16が配置され、前記第
2レンズ32の像空間焦点位置Bには、第1の回折格子
5が配置される。レーザビームは、入射角偏向ミラー1
6により、直入射設定顕微@!35によって直入射設定
された角度から、任意の角度に振られ、第ルンズ31と
第2レンズ32間においては、光軸に対して平行ビーム
となり、偏向角度と同一の角度で偏向角度にかかわらず
回折格子5の一点に常に入射する。回折格子5.8によ
って回折されたプラス・マイナス次の回折光は、第2レ
ンズ32によって光軸に平行なビームと彦り、第5図に
示すようにハーフミラ−1Bで反射され、集光レンズ1
1によってそれぞれ光電検出器12.13の光電面の一
点に入射する。光電変換器12.13によって光電変換
されたプラス・マイナス次の回折光強度検出信号は、信
号処理制御部14によって演算処理後、移動テーブル6
の制御信号として変換・送出され、マスク4とウェハT
の高精度位置合せが行なわれる。
上述したように、光ビーム照射光学系は、焦点距離の等
しい2枚のレンズ31.32で構成されるため、第6図
に示すように回折格子5に照射されるレーザビームの拡
がり角αは、入射角偏向ミラー16上におけるレーザ反
射時のビーム拡がり角α′、すなわちレーザ出射時のビ
ーム拡がり角と等しい。したがって、ビーム外周部の光
束と中心部の光束の回折格子5への入射角はほぼ等しく
、回折光強度への影響は無視できる。以上は焦点距離の
等しい2枚のレンズを用い九例について述べたが、レー
ザ拡がり角をさらに小さくするためには、第ルンズ31
の焦点距離に対し、第2レンズ32の焦点距離を長くす
ることによって、また拡がり角を大きくするためには短
かくすることによって容易に行なうことができる。
また、第ルンズ31と第2レンズ32間では、ビームは
平行となり、この間に回折光反射用ノ1−フミラー18
を設置できるので、第2レンズ32を回折格子5に接近
して配置でき、したがって、入射角変動幅をきわめて大
きくとることが可能になる。さらにハーフミラ−18は
レンズ径と同等の大きさでよく、プラス・マイナス回折
光も入射角に関係なく平行ビームとして取り出すことが
できるので、集光レンズ11の配置や、光軸に対する設
定が簡単に行たえる利点がおる。
なお、上記実施例はコヒーレント光を用φた例について
のみ説明したが、準単色光でもほぼ同様な効果が得られ
る。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明に係る回折格子による位置合
せ装置は、第1の回折格子と第2の回折格子もしくは反
射面と、第1および第2レンズとを備え、これら両レン
ズを共焦点位置に配置し、第ルンズの物空間焦点位置に
核レンズに入射するビームの入射角を変化させる偏向ミ
2−を配置11− し、第2レンズの像空間焦点に第1の回折格子4パ( 配置して構成したので、物体間の相対位置もしく□はキ
ャップを容易にかつ正確に調整でき、高n度な位置合せ
を可能にするほか、回折格子への入射角、変動幅をきわ
めて大きくでき、且つ、2枚のレンズ間のビームが平行
となることから、回折光取り出しや集光レンズ、光電変
換器の設置がきわめて容易になる利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図(4)、(B)は2重回折格子を用いた従来の位
置合せ装置の構成図およびマスク、ウェハ上に形成した
ギャップ制御用マークの拡大図、第2図(5)。 (B)はそれぞれ相対位置ずれ量に対する+1次と−1
次回折光の減算強度Δ■の変化の一例を示す図、第3図
は従来装置の他の例を示す構成図、第4図(A) 、 
(B)は本発明の一実施例を示す一部破断正面図および
側面図、第5図はハーフミラ−1集光レンズ等の配置図
、第6図は第1および第2レンズの詳細配置図である。 1・・・・レーザ、3・・−・マスクホルタ−112− 4・・・・マスク、5・・・@第1の回折格子、6・―
・・移動テーブル、T・・・Φウェハ、8・・Φ・第2
の回折格子または反射面、12.13Φ・・・光電変換
器、14嗜−・・信号処理制御部、16・・拳・入射角
偏向ミラー、18.30拳・争・ハーフミ>−131・
・修・第ルンズ、32拳−・・第2レンズ、Asφ・合
物空間焦点、B争・・・像空間焦点。 特許出願人 日本電信電話公社 式 理 人 山 川 政 樹 漸輯フ S@ゴ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 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の回折格子もしくは反射面を一定のギャップで重
    ね合わせ、前記第1の回折格子および前記第2の回折格
    子もしくは反射面にコヒーレント光もしくは準単色光を
    照射した際に生じる回折光強度の変化を検出し、該検出
    信号に応じて前記第1および第2の物体を相対的に移動
    させる移動テーブルに制御信号を送出し、これら両物体
    の相対位置もしくはギャップを所定の値に設定する位置
    合せ装置において、第ルンズと第2レンズを共焦点位置
    に配置し、前記第ルンズの物空間焦点に前記コヒーレン
    ト光もしくは準単色光を入射し、前記物空間焦点位置に
    前記第ルンズに入射するビームの入射角を変化させる偏
    向ミラーを配置し、前記第2レンズの像空間焦点に前記
    第1回折格子を配置したことを特徴とする回折格子によ
    る位置合せ装置。
JP59034451A 1984-02-27 1984-02-27 回折格子による位置合せ装置 Pending JPS60180118A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63202509U (ja) * 1987-06-22 1988-12-27
EP0587208A1 (en) * 1992-09-01 1994-03-16 International Business Machines Corporation Confocal method and apparatus for focusing in projection lithography
CN107193291A (zh) * 2016-03-14 2017-09-22 美的集团股份有限公司 智能镜子的控制方法、装置、系统和智能镜子

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS63202509U (ja) * 1987-06-22 1988-12-27
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