JPS6047420A - 2重回折格子による位置合わせ装置 - Google Patents

2重回折格子による位置合わせ装置

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JPS6047420A
JPS6047420A JP58155093A JP15509383A JPS6047420A JP S6047420 A JPS6047420 A JP S6047420A JP 58155093 A JP58155093 A JP 58155093A JP 15509383 A JP15509383 A JP 15509383A JP S6047420 A JPS6047420 A JP S6047420A
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Japan
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diffraction grating
light
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incident
wafer
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JP58155093A
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Atsunobu Une
宇根 篤▲のぶ▼
Makoto Ishiro
猪城 真
Hiroo Kinoshita
博雄 木下
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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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】 〔発明の利用分野〕 本発明は半導体装置を製造するため露光装置やバタン評
価装置に用いる2重回折格子による位置1合せ方法とそ
の装置に関するものである。
〔発明の背景〕
半1体ICやLSIの微細化に伴い、マスクパクンをウ
ェハ上に一括もしくはステップ・アンド・レピート方式
で転写する露光装置等において、マスフバタンとウェハ
とを互いに高精度に位置合せすることが要求されている
。特にサブミクロンパタンを露光、転写する装置では極
めて高い位置合せ精度が要求され、この一方法として、
例えばJ、 Vac、 Sci、 Technol、、
 vol、 19. No。4.1981. p、 2
14 には0.1μm以下の位置合せを行う目的で、2
重回折格子を用いた位置合せ方法が紹介されている。こ
の方法は第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間隔をおいて重ね
、これら第1および第2の回折格子にコヒーレント光も
しくは準単色光を鉛直入射させ1、両回折格子により生
じたプラスとマイナスの同次数の回折光強度を減算処理
し、その減算結果の変化によって上記第1の物体と第2
の物体との相対変位を検出して位置合せするものである
。第1図1は回折格子のピッチを2μmとし波長0.6
328μmのレーザ光を用いた場合の例であり、曲線1
.2.3はそれぞれ上記間隔を2としたときZ=6.1
μm、Z=6.2μm1Z=6.3μmのときの位置ず
れ量dに対する位置合せ信号の変化Δlを示すが、第1
図に示−すように上記間隔2の僅か0.1μmの変化に
対しても大きく位置合せ信号が変化するため実用するの
は困難であった。この解決策として特願昭57−187
078において、プラスとマイナスの回折光強度を加算
処理することにより、間隙の影響を小さくし高精度の位
置合せを行う方法が記されている。
第2図にその位置合せ信号の一例を示す。これはマスク
とウェハ上に作製されたピッチが20μmの回折格子と
波長が0.6328μmのレーザ光を用い、上記間隔2
を6.1μmから6.3μmに変化させた場合の例で、
曲線4.5.6はそれぞれZ=6.1μm、Z=6.2
μm、 Z=5.3μmの場合を示している。位置合せ
の制御は上記曲線に沿って行われ回折光強度の和ΣIが
最小になった点、すなわちマスクとウェハの相対変位d
が零になった点で完了する。位置合せ完了後に外乱によ
って第3図に示すA点に位置がずれた場合、位置合せ信
号の強度Σ■は零から81人に変化するが、この値は相
対変位dの0軸に対して対称な位置ずれ点Bに対する値
に等しい。
したがってΣIの値だけからではA点にずれたのかB点
にずれたのかを判定することが不可能であった。このた
め通蕾はマスクバタンかウェハのいずれかを一定方向に
移動してA点からさらに位置ずれΔdを生じさせ、ΣI
値が増加するか減少するかを観測し位置ずれ方向を判定
していた(A点に位置ずれしていた場合はΣIが増加し
B点に位置ずれしていた場合にはΣIが減少する)。す
なわち位置ずれ方向を判定する八めにマスクバタンまた
はウェハを載せているテーブルを移動しなければならず
、かつこの判定のための移動によって位置ずれ量がΔ(
Σ■)だけさらに大きくなるという欠点があった。また
ずれ方向判定のために時間が余分にかかり位置合せ時間
が長くなるので、スループット向上を図る転写には適さ
なかった。
〔発明の目的〕
本発明は位置合せ制御を短時間で簡単に行うことができ
、しかも高精度が得られる2重回折格子による位置合せ
方法とその装置を得ることを目的とする。
〔発明の概要〕
上記の目的を達成するために本発明による2重回折格子
による位置合せ方法とその装置は、一定間隔で重ね合わ
された第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の回折格子に入射したコヒーレント光も
しくは準単色光により生じる回折光の強度変化によって
、第1の物体と第2の物体の相対位置を検出する2重回
折格子による位置合せ方法とその装置において、」−記
コヒーレント光もしくは準単色光を相異なる2つの入射
角で上記回折格子に入射させ、第1および第2の回折格
子により生じるプラスとマイナスの同次数の回折光の強
度を加算処理し、第1の入射角に対する加算強度から第
2の入射角に対する加算強度を減算した演算結果の変化
により、第1の物体と第2の物体との相対位置を検出す
ることによって位置合せ制御を行うものである。
〔発明の実施例〕
つぎに本発明の実施例を図面とともに説明する・。
第4図は本発明の回折格子による位置合せ装置の一実施
例の構成を示す図、第5図は上記実施例における回折格
子マーク部を示す拡大断面図、第6図は上記実施例にお
ける位置合せ方法の説明図、第7図は本発明の回折格子
による位置合せ装置の他の実施例の構成を示す図である
。第4図においてレーザ光源7から放射されたコヒーレ
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8によって周期的にレーザ光線の方向が振ら
れ、球面ミラー9によって反射され真空吸着マスクホル
ダ10に保持されるバタンマスク11上の同一点に入射
する。バタンマスク11に作製された回折格子マーク1
2に入射したレーザ光は、移動テーブル13上に保持さ
れるウェハ14上に作製された回折格子マーク15で反
射され再度回折格子マーク12を通過する。バタンマス
ク11およびウェハ14上に作製された回折格子マーク
12および15は第5図に拡大して示すように、前者は
透過形でバタンマスク11を構成する透明基板もしくは
透明薄膜21上に不透明薄膜22によって回折格子バタ
ンを形成したものであり、後者は反射形でウニノ為8上
に無反射薄膜23により回折格子パタンを形成したもの
である。これらの両回折格子12.15により入射レー
ザ光に対して対称的な方向に回折されたプラス、マイナ
ス1次の回折光は、ハーフミラ−16によって反射され
、さらに集光レンズ17によりそれぞれ光検出器18.
19に導かれる。プラス、マイナス1次の回折光は光検
出器18.19によって回折強度I+1と1.とに光電
変換され、信号処理制御部20によって加算処理されΣ
工となる。第4図の実線で示されるレーザ光線は回折格
子に鉛直入射する光線”で、図中破線で示されるレーザ
光は 2Psina/λ=m (m:奇数) を満足する入射角αで、回折格子に斜めに入射する光線
である。Pは回折格子のピッチで、λはレーザ光の波長
である。これらのレーザ光は入射角偏向ミラー8を鉛直
入射と斜め入射に対する角度に切換えることによって得
られる。鉛直入射および斜め入射時の回折光強度の加算
強度Σ■024およびΣIα25は第6図に示すように
相対変位dに関してP/2だけ位相が異なる。したがっ
て鉛直入射時の加算強度Σ■024を斜め入射時の加算
強度ΣIα25から減算した演算結果ΔI−ΣIα−Σ
Io、(点線で示す曲線26)は、士旦点でΣl=C1
軸をゼロクロスする曲線となりゼロクロス点で位置合せ
が可能である。
すなわちΔ■が零に近づ(ようにマスクホルダー0また
は移動テーブル13を移動させて、Δ■−0の点にきた
とき停止するという方法により簡単に位置合せ制御がで
きる。またΔIの正負判定によってマスクホルダー0ま
たは移動テーブル13を動かすことなく、容易に位置ず
れ方向を判定することかでき、かつゼロクロス点におけ
るΔ■曲線26の勾配は極めて大きいので、Σ■の最小
点で位置合せを行う方法に比して位置合せ感度を高(で
きる利点がある。さらにΔ■曲線26はλz/P2=2
を満たす間隔において最も単純な曲線となり勾配も大き
くなる。
上記の実施例では±1次の回折光を利用した場合につい
てだけ記したが、±2次、±3次等の回折光を利用して
も同様の効果が得られる。また入射光としてはコヒーレ
ント光を利用した例を記したが、準単色光を用いてもほ
ぼ同様の結果が得られる。さらに鉛直入射光の代りに2
Psinα/λ=k(k:偶数)を満たす角度αの斜め
入射光を利用しても同様の効果が得られる。
上記の実施例では入射角偏向ミラー8によって鉛直入射
と斜め入射とを交互に切換え、その特待られる加算強度
ΣIOとΣIαとの差Δ■によって位置合せする方法を
示したが、第7図に示すようにレーザ光源7から放射し
たレーザ光をビームスプリッタ27により鉛直入射およ
び斜め入射用光線に分割し、チョッパ28により交互に
これらのレーザ光を遮断して、一方のレーザ光だけを回
折格子」二に導くことにより、鉛直入射光と斜め入射光
とによる回折j光強度の加算強度ΣIOとΣ■・とを交
互に・連続的に得て位置合せすることも可能である。
〔発明の効果〕
上記のように本発明の2重回折格子による位置合せ方法
とその装置は、一定間隔で重ね合わされた第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
折格子に入射したコヒーレント光もしくは準単色光によ
り生じる回折光の変化によって、第1の物体と第2の物
体との相対位置を検出する2重回折格子による位置合せ
方法とその装置において、上記コヒーレント光もしくは
準単色光を相異なる2つの入射角で上記回折格子に入射
させ、第1および第2の回折格子により生じるプラスと
マイナスの同次数の回折光の強度を加算処理し、第1の
入射角に対する加算強度から第2の入射角に対する加算
強度を減算した演算結゛果の変化により、第1の物体と
第2の物体との相対位置を検出することによって位置合
せ制御を行うものであるから、位置合せ制御を短時間で
簡単に行うことができ、しかも位置ずれ方向を容易に判
定でき、かつ勾配が極めて大きい曲線のゼロクロス点で
位置合せを行うため高精度の位置合せが可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の2重回折格子による位置合せ方・法にお
いて回折格子の間隔と位置合せ信号の変化・・との間係
を示す図、第2図は」二記従来方法において得られる±
1次回折光の減算強度、加算強度と相対変位との関係を
示す図、第3図は上記従来方法における位置ずれ方向の
説明図、第4図は本発明の2重回折格子による位置合せ
装置の一実施例の構成を示す図、第5図は上記実施例に
おける回折格子マーク部を示す拡大断面図、第6図は上
記実施例における位置合せ方法の説明図、第7図は本発
明の2重回折格子による位置合せ装置の他の実施例の構
成を示す図である。 11・・・第1の物体(バタンマスク)12・・−第1
の回折格子 14・・・第2の物体(ウェハ)。 15・・・第2の回折格子 18.19・・・光検出器
20・・・信号制御部 特許出願人 日本電信電話公社 代理人弁理士 中村純之助 iPl 図 IF5図 イ装置1ド11量dJンiY喧ン 才3図 卆4図 第5胸 上場2 6 図 ′A’ 7図 −1【

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)一定間隔で重ね合わされた第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の回折格子に
    入射したコヒーレント光もしくは準単色光により生じる
    回折光の変化によって、第1の物体と第2の物体との°
    相対位置を検出する2重・回折格子による位置合わせ方
    法において、上記コヒーレント光もしくは準単色光を相
    異なる2つの入射角で上記回折格子に入射させ、第1お
    よび第2の回折格子により生じるプラスとマイナスの同
    次数の回折光の強度を加算処理し、第1の入射角に対す
    る加算強度から第2の入射角に対する加算強度を減算し
    た演算結果の変化により、第1の物体と第2の物体との
    相対位置を検出することを稍徴とする2重回折格子によ
    る位置合わせ方法。
  2. (2)一定間隔で重ね合わされた第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
    に入射したコヒーレント光もしくは準単色光により生じ
    る回折光の変化によつ−て、第19物体と第2の物体と
    の相対位置を検出する2重回折格子による位置合わせ装
    置において、上記コヒーレント光もしくは準単色光を回
    折格子に異なる2つの入射角で入射させる手段と、上記
    回折格子による回折光をそれぞれ検出する光検出器と、
    該検出器から得られる信号を演算処理する信号制御部と
    を備えたことを特徴とする2重回折格子による位置合せ
    装置。
JP58155093A 1983-08-26 1983-08-26 2重回折格子による位置合わせ装置 Granted JPS6047420A (ja)

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JPS6047420A true JPS6047420A (ja) 1985-03-14
JPS6355858B2 JPS6355858B2 (ja) 1988-11-04

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03115706U (ja) * 1990-03-09 1991-11-29

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS53137673A (en) * 1977-05-03 1978-12-01 Massachusetts Inst Technology Device for and method of matching plate position
JPS5617017A (en) * 1979-07-20 1981-02-18 Nippon Kogaku Kk <Nikon> Positioning device using bidirectional diffraction grating

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