JPS63159705A - マスクとウエハのギヤツプ測定方法 - Google Patents

マスクとウエハのギヤツプ測定方法

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JPS63159705A
JPS63159705A JP61314898A JP31489886A JPS63159705A JP S63159705 A JPS63159705 A JP S63159705A JP 61314898 A JP61314898 A JP 61314898A JP 31489886 A JP31489886 A JP 31489886A JP S63159705 A JPS63159705 A JP S63159705A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gap
mask
wafer
diffraction grating
focal length
Prior art date
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Pending
Application number
JP61314898A
Other languages
English (en)
Inventor
Hidekazu Kono
英一 河野
Taiji Tanaka
田中 艮治
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP61314898A priority Critical patent/JPS63159705A/ja
Publication of JPS63159705A publication Critical patent/JPS63159705A/ja
Pending legal-status Critical Current

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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
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • 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

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はマスクとウェハのギャップ測定方法、特に、X
線露光装置に適しうるマスクとウエノ・のギャップ測定
方法に関する。
〔技術環境〕
近年の半導体はDRAMに代表されるように高集積化が
進む傾向にあシ、超LSIのパターンの最小線幅もミク
ロンからブブミクロンの領域へ突入しようとしている。
このような状況において、従μm以下のパターンに対応
できる次世代の露光装置が強く望まれている。この次世
代の露光装置として、現在、X線露光装置が有望視され
ておシ、研究・開発が進められている。
〔共通的技術〕
一般に、X線露光装置では発散X線が用いられ、投影レ
ンズなどの光学系を構成することができないため、露光
方式はグロキシミテイ露光である。
マスクとウェハのプロキシミテイギャツプは半影ぼけを
小さくするために10〜150μmと不妊く、ランナウ
ト誤差を小さくするためにギャップ設定を厳しく制御す
る必要がある。したがって、Xll1露光装置における
アライメントは、マスクとウェハの横方向の位置合わせ
に加え、ギャップとめおシを正確に設定しなければなら
ず、そのためのアライメント方法が各種提案されている
〔従来の技術〕
従来の技術としては、例えば、日経マイクロデバイス1
986年4月号等に紹介されている米マイクロニクス社
のX線ステッパ[MX−16004がおち「MX−16
004におけるマスクとクエI・のアライメントは、マ
スク用マークとしてリニヤ・フレネル・ゾーン・プレー
) (LFZP)と呼ばれる光の回折を利用した集光レ
ンズを用い、ウェハ用マークとして線状回折格子を用い
て行う。このアライメント方法についてはB−Fayら
によF) Journalof Vacuum 5ci
ence Technology Vol。
16(6)pp、1954−1958、Nov/Dec
 1979の“0ptical Alignment 
System for Sub −micron X−
ray Lithography”に報告嘔れ説明する
第5図はLFZPを用いたアライメント方法を示す説明
図である。クエへ8には回折格子9が刻印てれておシ、
ウェハ8の上には所定のギャップだけ離れてマスク10
が対向している。マスク10には焦点距離がマスクとウ
ェハのギャップ量に等しいLFZPIIが描かれている
。第6図はマスク用マークのLFZPの構造を示す説明
図である。LF−ZPはいろいろな幅や間隔の縞が並ん
だ構造になで、fは焦点距離、λはアライメントに用い
るレーザの波長である。また、第7図はクエ/〜用マー
クの回折格子を示す説明図である。回折格子は大きさの
等しい長方形が等間隔に並んだ構造になっておシ、回折
格子のピッチdによって回折角度が決まる。
第5図においてマスク10の上方から入射された平行レ
ーザビーム12はLFZPIIによシ集光され、クエへ
8面上で焦点を結びスリット状の像をつくる。この結像
したスリットとワエ八8面上の回折格子9が一直線上に
重なると、レーザビームは回折し再びLFZPIIを通
シ平行光となって、位置決め信号及びギャップ設定信号
として検出される。
マスク上のLFZPIIの焦点距離fをマスクとウェハ
のギャップ設定値S。と同じにしておくと、マスクとウ
ェハのギャップSが80と等しくなったときに検出器の
出力が最大となる。第8図は前述のB−Fayの文献に
記述された実験結果である。
LPIPの焦点距離はf=20μmで、マスクとウェハ
のギャップSを10μmから・50μmtで亥えると8
=20μmのとき検出器の出力が最大となる。したがっ
て検出器の出力が最大となるようにギャップを制御すれ
は、所定のギャップ量を設定することができる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上述した従来のアライメント方法は、ギャップ設定の制
御としては、検出器の出力が最大となるように制御する
方法であるので、マスク又はりエバのステージを実際に
動かして、検出器の出力が最大となる点をさがしだす方
法が取られていた。
この方法ではX線露光中にマスク又はウェハを動かすこ
とができないので、露光前にギャップを合わせ込んだう
えで、露光中はその位置を保持していくことによシ、ギ
ャップの設定を維持していた。
前述の米マイクロニクス社のX線ステッパ「MX160
04では!スフステージの内に差動トランスを組み込ん
で、ギャップの設定を維持していた。
このため装置が複雑になるという欠点があった。
嘔らに露光中にギャップがずれていく怖れがあった。現
時点で入手できるX線源はエネルギ密度が低く、又X線
レジストの感度が悪いために1回の露光時間は10分前
後がふつうである。このため、ステージ駆動系、検出器
アンプのドリフトや露光中の温度変化による寸法変化等
が生じ一1設定したギャップがずれていくという欠点が
あった。
マスクとウェハを対向して設置し、前記マスク上に焦点
距離が異なる第1と第2のリニアフレネルゾーンプレー
トを設け、前記ウェハ上にはピッチの異なる第1と第2
の回折格子を設け、レーザ光を前記マスク上の前記第1
と第2のリニアフレネルゾーンプレートに照射し、前記
ウェハ上の前記第1と第2の回折格子からの反射回折光
を第1と第2検出器で検出して、前記第1と第2の検出
器の出力信号の大小を比較することを特徴とするマスク
とウェハのギャップ測定方法を含んで構成される。
〔実施例〕
第1図は本発明の一実施例を示す斜視図である。
第1図に示すマスクとウェハのギャップ測定方法は、マ
スク1に互いに焦点距離の異なる第1のLP−Zr2と
第2のLFZP3を近接して設け、マスクlに対向する
フェノ14上に第1のLFZP2に対向する第1の回折
格子5と第2のLFZP3に対向し第1の回折格子5と
ピッチの異なる第2の回折格子6を設け、マスク1上の
第1のLFZP2と第2のLFZP3に平行レーザビー
ム7を照射し、ウェハ4上の第1の回折格子5と第2の
回折格子6からの反射回折光を2個の検出器でそれぞれ
検出し、2個の検出器からの出力を比較してギャップを
測定することを含んで構成される。
第2図は第1図に示すLFZPと回折格子を示す説明図
である。マスク1に照射された平行レーザビーム7は第
1のLFZP2と第2のLFZP3によって集光される
。このとき第1のLFZP2の焦点距離f1と第2のL
FZP3の焦点距離fxは、マスクとウェハの設定ギャ
ップ量をdl、ギャップの定ギヤツプ量d・を30(μ
m〕、ギャップの検出範囲を20(μm〕とすると、第
1のLFZP2の焦点距離は20(μm)、第2のLF
ZP3の焦点距離は40〔μm〕になる。このときのギ
ャップdと検出器の出力■との関係を図3に示す。第1
のLFZP2からのもどり光を検出した第1のセンス信
号aはギャップが20(μm〕のときにピークになシ、
第2のLFZP3からのもど多光を検出した第2のセン
ス信号すはギャップが40〔μm〕のときにピークにな
る。第1の信号aと第2の信号すとの差をギャップ信号
Cとして、ギャップ信号Cの波形を図4に示す。第1の
センス信号aと第2のセンス信号すはそれぞれの焦点距
離f*、f*に関して±10(μm〕の範囲においては
ほぼ対称な曲線になっているので、ギャップ信号Cはギ
ャップdが設定ギャップ量である30(μm〕のときO
となり、ギャップdが20〔μm〕から40〔μm〕の
範囲においてほぼ直線的に変化する。したがって、この
ギャップ信号Cを用いることによシ、設定ギャップ量d
0に対してサーボをかけることが可能となる。
本発明のマスクとウェハのギャップ測定方法では、マス
ク上に近接して設けられた焦点距離の異なる2個LFZ
Pを通過したレーザビームをそれぞれ別の検出器で検出
しなければならない。そのため、ウェハ上にそれぞれピ
ッチの異なる2個の回折格子を設け、回折角度を変える
ことによってそれぞれのLFZPを通過したレーザビー
ムを空間的に分離している。これは結果的に、検出すべ
きウェハからの反射回折光とマスク面での反射光とを空
間的に分離することにもな9、ウェハ用マークとして回
折格子を用いることによF)SlN比も高めている。ま
た、2個の回折格子からの反射回折光については、ビー
ムの強度の点から一次回折光を検出するのが好ましい。
このとき、片方の一次回折光ともう片方の高次回折光が
干渉しないように、2個の回折格子のピッチを非整数倍
にしておき、さらに、回折格子の幅は、マスクとウェハ
の位置ずれによるギャップ信号の変動を無くすために、
LFZPの幅と同程度に広くする必要がある。
〔発明の効果ゴ 本発明のマスクとウェハのギャップ測定法は、所定のギ
ャップ量に等しい焦点距離を有する1個のLFZPを設
ける代シに、互いに焦点距離の異なる2個のLFZPを
設けることによシ、2個+7) LFZPからのビーム
のセンス信号を比較することによってギャップのずれに
比例した信号が、得られるため、設定したギャップに対
してサーボがかけられるので、露光中にも安定したギャ
ップ設定が行えるという効果がある。また、マスク又は
ウェハのステージを実際に動かして検出器の出力が最大
となる点を探す代)に、閉ループのサーボ系を構成して
ギャップ設定を行うため、ギャップ設定のシーケンスが
簡単にな)、別にギャップ測定用のセンサが必要ないの
で、装置が単純になるという効果がある0
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す斜視図、第2図は第1
図に示すLFZPと回折格子を示す説明図、第3図は2
個の検出器の出力を示すグラフ、第4図はギャップ信号
を示すグラフ、第5図は従来のLFZP t−用いたア
ライメント方法を示す説明図、第6図はLFZPの構造
を示す説明図、第7図は回折格子の構造を示す説明図、
第8図はギャップと検出器出力の関係を示すグラフであ
る。 4.8・・・・・・ウェハ、5・・・・・・回折格子、
6・出・・回折格子、7.12・・・・・・レーザビー
ム、9・・・・・・回折格子、11−−−−−・LFZ
P0 茅 I 閃 $ 2 田 声 、3 図 茅 4 関 芽 5 閤

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. マスクとウエハを対向して設置し、前記マスク上に焦点
    距離が異なる第1と第2のリニアフレネルゾーンプレー
    トを設け、前記ウエハ上にはピッチの異なる第1と第2
    の回折格子を設け、レーザ光を前記マスク上の前記第1
    と第2のリニアフレネルゾーンプレートに照射し、前記
    ウエハ上の前記第1と第2の回折格子からの反射回折光
    を第1と第2の検出器で検出して、前記第1と第2の検
    出器の出力信号の大小を比較することを特徴とするマス
    クとウエハのギャップ測定方法。
JP61314898A 1986-12-23 1986-12-23 マスクとウエハのギヤツプ測定方法 Pending JPS63159705A (ja)

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JPS63159705A true JPS63159705A (ja) 1988-07-02

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ID=18058962

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JP61314898A Pending JPS63159705A (ja) 1986-12-23 1986-12-23 マスクとウエハのギヤツプ測定方法

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JP (1) JPS63159705A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0439322A2 (en) * 1990-01-23 1991-07-31 Canon Kabushiki Kaisha Device and method for measuring the gap between two opposed objects

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0439322A2 (en) * 1990-01-23 1991-07-31 Canon Kabushiki Kaisha Device and method for measuring the gap between two opposed objects

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