JPS6355933A

JPS6355933A - 位置決め装置

Info

Publication number: JPS6355933A
Application number: JP61201053A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Kawai; 滋河合
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1986-08-26
Filing date: 1986-08-26
Publication date: 1988-03-10
Anticipated expiration: 2009-01-26
Also published as: JPH067543B2

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、位置決め装置に関し、特にＩＣなどの製造に
おいて、ウェハとマスクの位置合わせを高精度に行うた
めの位置決め装置に関するものである。

（従来の技術）ＶＬＳＩの高密度化に伴い、回路パターンの微細化が進
んでいる。ＶＬＳＩを製作するリングラフィ技術におい
て、ウェハとマスクの相対的位置を高精度に決める必要
がある。現在、このような位置決めはウェハとマスクそ
れぞれに描かれている多数の直線平行縞を一致させる方
法などが行われている。しかし、このような方法の配置
精度は、０、２μｍ程度で、エキシマレーザやＸ線を用
いて、さらに微細なパターンを転写する目的には適さな
い。これらのリングラフィでは、０．０１〜０．０５μ
ｍの配置精度が必要であるが、現段階では、このような
位置決めの確立された方法はない。

このような高精度の配置を実現するために、モアレ縞を
用いた位置決め技術が開発されている。

モアレ縞を用いた高精度位置決め法は、例えば雑誌「ア
プライド・オプティックス（Ａｐｐｌｉｅｄ０ｐｔｉｃ
ｓ）　Ｊ　１９７２年２４５５〜２４５９頁に記載の論
文［モアレ技術を用いたフォトリソグラフィック’ｖス
ク位置合わせ（Ｐｈｏｔｏｌ　ｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｃ
　ＭａｓｋＡｌ　ｉｇｎｍｅｎｔ　Ｕｓ　ｉｎｇ　Ｍｏ
　ｉ　ｒｅ　Ｔｅｃｈｎ　１ｑｕｅｓ　）Ｊに詳しく述
べられている。この方法は、異なるピッチを持つ等間隔
同心円編を重ね合わせ、それらの差周波数として生じる
モアレ縞の形状を顕微鏡によって観測し、位置合わせす
るものでおる。この場合、０．２μｍの配ＷＬ精度が得
られた。しかし、この方法は、縞の形状を認識する必要
があるため、自動測定には適していない。

この方法全改良して、同じピッチを持つ等間隔直線縞を
重ね合わせて生じるモアレ縞の回折光を観測して位置合
わせする方法が考えられた。これについては、例えば、
「ジャーナルオプバキューム丈イエンステクノロジ（Ｊ
ｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ＶａｃｕｍｅＳｃｉｅｎｃｅ　　
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅ）　　Ｊ　　１９８３　年Ｂ１
−１２７６〜１２７９頁に記載の論文［Ｘ線リングラフ
ィ用２重格子位置決め技術（Ａ　Ｄｕａｌ　Ｇｒａｔｉ
ｎｇ　Ａｌｉｇｎｍ−ｅｎｔ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｆ
ｏｒ　Ｘ−ｒａｙ　Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）コに詳し
く述べられている。この方法では、ウェハとマスクにそ
れぞれ描画されている同一の等間隔直線縞を重ね合わせ
、相対的な位置関係のずれによって変化するモアレ縞に
レーザ光を照射し、その±１次回折光の強度変化を観測
して、位置合わせする方法である。この方法では、１０
ｎｍ　の配置精度が得られている。この方法は、光の強
度を測定するために、高精度の自動測定が可能である。

しかし、逆に、縞ピッチよりも大きな変化を測定できず
、例えば、１μｎ】ピッチの縞を用いる場合、別の方法
で１μｍの位置合わせを行った後にこの方法を用いて高
ｎｅの位置合わせ金行うことになる。従って、２回の位
置決めが必要で、プロセスが複雑となる。

これらの欠点を改良するために２枚のゾーンプレートを
重ね合わせて生じるモアレ縞に単色光を入射させて生じ
る回折光を分割光検出器によって検出し、この分割光検
出器からの信号を用いてウェハ等を位置決めする位置決
め方法が考えられた。

この方法については、例えば特願昭６１−００２３９６
「位置決め方法」に詳しく述べられている。

（発明が解決しようとする問題点）上述した従来の位置決め方法は、マスクとウェハの互い
の平面における位置決めを行うのみで、マスクとウェハ
の間隔が所定の値になるように位置決することはできな
かった。

従ってマスクパターンをウェハに転写する際に、光源の
光がマスクパターンのエツジで回折され、ぼけて転写さ
れないようにするためには、他の方法でマスクとウェハ
の間隔を測定してマスクとウェハの間隔方向の位置決め
をする必要がちった。

（問題点を解決するための手段）本発明の位置決め装置ｂ−１基準ゾーンプレートと、こ
の基準ゾーンプレートに重ねるように配置される配置ゾ
ーンプレートを移動させる移動手段と、前記基準ゾーン
プレートおよび前記配置ゾーンプレートにコヒーレント
光を照射して得られる回折光が所定の位置に生じたこと
を検出する第１の光検出器と、前記基準ゾーンプレート
および前記配置ゾーンプレートにコヒーレンＮｕ照射し
て得られる回折光の集光位置が所定の位置に生じ九こと
を検出する第２の光検出器とを含んで構成される。

（発明の作用・原理）ゾーンプレートを２枚重ね合わせた時に生じる゛モアレ
縞の形状は解析的に求めることができる。

例えば、同心円の縞からなる焦点距離の異なった基準ゾ
ーンプレートと配置ゾーンプレートを重ね合わせた時に
生じるモアレ縞は以下のようになる。

基準ゾーンプレートの中心を原点とし、配置ゾーンプレ
ートが基準ゾーンプレートに対し−（、ｘ方向にΔｘ＋
Ｙ方向にΔｙずれているとすると、２つのホログラムは
、それぞれｘ”　−）−ｙ”　＝　ｍａ２−　・＝（１）（Ｘ−Δ
ｘ）２＋（ｙ−Δｙ　）”　＝　ｎｂ２−−（２）のよ
うに曹き表わされる。ａ、ｂはそれぞれ基準ゾーンプレ
ートの最小円の半径と配置ゾーンプレートの最小少円の
半径、ｍ、ｎは正の整数を表す。

モアレ縞は、（１）、　（２）式の交点として表わされ
、１＝ｍｔｈｎとおいて、となシ、ゾーンプレート状のモアレ縞が生じる。

ここで、Ｃはａｔ　ｂｔΔＸ、Δｙの関数であるが、ゾ
ーンプレート状モアレ縞の円の半径が相対的に変化する
のみで、本質的な項ではない。第２図に、基準ゾーンプ
レート１０１と配置ゾーンプレート１０２ｔ−重ね合わ
せて生じるモアレ縞１０３の例を示す。

配置ゾーンプレートの中心座標を（ΔＸ１Δｙｌ）から
（△Ｘ２．Δｙｚ）に変化させた場合、ゾーンプレート
状モアレ縞の中心はずれる。従って、半径ａとｂがわずかに異なる場合、ａ
２／（ｂ２干ａ２）が大きくなり、感度が高くなる。例
えば、１）＝１．１ｇとすれば、ゾーンプレート状モア
レ縞の中心は配置ゾーンプレートの中心座標の４．８倍
移動する。

また、等間隔直線縞構造金持つ単純格子（ゾーンプレー
トの−８１）に同心円の縞からなるゾーングレートを重
ね合わせた時に生じるモアレ縞は以下のよりになる。ゾ
ーンプレートがｙ軸に平行な単純格子に対して、Ｘ方向
にΔＸ、ｙ方向にΔｙずれているとすると、単純格子と
ゾーンプレートは、それぞれｘ　＝　ｍａ　　　　　　　　　　　　　　・・・（４
）（Ｘ−Δｘ）”＋（ｙ−Δｙ）２＝ｎｂ２　　　　　
°°゛１５ｉのように書き表わされる。ａは単純格子の
縞のピッチ、ｂはゾーンプレートの最小円中ｆｆｉ、ｍ
、　ｎは正の整数を表わす。モアレ縞は、　（１）、　
（２）式の交点として表わされ、ｌ＝ｍ−１−ｎとおいて、（Ｘ−Δｘ−ｅ　）”＋（ｙ−ΔＹ）２＝ｌｂ２＋ｄ　
　−１６１となシ、ゾーンプレート状の縞が生じる。こ
こで、ｅはａ、ｂの関数、ｄｉｄａ、ｂ、ΔＸ、Δｙの
関数である。配置するホログラムの中心座標を（ム、。

Δｙｔ）から（△ｘ７．Δｙｔ）に変化させた場合、ゾ
ーンプレート状のモアレ縞の中心は（△ｘ２−ΔＸ１．
△ｙ２−Δ３’＋　）ずれる。

一方、モアレ縞はゾーンプレート状であるために、コヒ
ーレント光を入射させると球面波の回折光を生じる。正
の回折光は集光されるので、集光点におけるビームの移
動量を測定することにより、基準ホログラムと配置ホロ
グラムの相対的な位置関係を決定できる。この時、集光
点は、配置ホログラムの移動に比例して動くので、基準
ホログラムと配置ホログラムのずれが大きい場合にも、
その量を観測できる。

基準ゾーンプレートと配置ゾーンプレートラ重ね合わせ
て生じるモアレ縞による回折光は、２枚のゾーンプレー
トによる２回の回折光と解釈される。従って、２枚のゾ
ーンプレートの間隔が変化すると、回折光の焦点距離が
変化する。（３）式の負号に相当するモアレ縞の＋１次
回折光は、基準ゾーンプレートの＋１次光と配置ゾーン
プレートの一１次光による回折光と考えることができる
。基準ゾーンプレートと配置ゾーンプレートの焦点距式
で表わされる。

例えば、ｆ１＝　５　ｍ、　　ｆ、＝−５，１閣　とす
れば、距離ｄが５０μｍから４９μｍに変化した時、焦
点距離Ｆは１．１　ｙｍ長くなるこの焦点距離の変化を
測定することによって、ゾーンプレート間の距離を求め
ることができる（実施例）次に本発明について図面を参照して説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示す系統図である。始め
に、第１図に示すウェハ２は取り付けず、マスク１を取
シ付けた状態で、マスク１の一部に描画しである基準ゾ
ーンプレート５に、レーザ９から出射した光をハーフミ
ラ−１０で反射させて、照射し、基準ゾーンプレート５
からの＋１次回折光が収束して４分割光検出器１２に入
射するようにマニピーレータ３によりマスク１を移動さ
せる。

この４分割光検出器１２は光ディスクのレーザヘッドの
焦点位置合わせに用いられているものと同じもので、第
３図に示すように受光面がａ−ｄ面に４分割された構造
を持つ。例えば、Ｘ方向（面ａとｄの境界および面すと
Ｃの境界に沿う方向）の位置合わせを行うには、演算回
路１６によりａ面とｂ面の光検出信号の和とＣ面とｄ面
の信号の和の差動をとる。この時、信号はマニピュレー
タ３によるマスク１のＸ方向の移動に伴って第４図に示
すＳ字状の曲線を描く。０点を通過した時に、基準ゾー
ンプレート５の＋１次回折光がｍ　ａＩ　ｂ面とｃ、ｄ
面の中間位置を通過したことになる。

同様に、ａ面とＣ面の光検出信号の和とｂ面とＣ面の光
検出信号の和の差動信号から基準ゾーンプレート５のＸ
方向の位置合わせが可能である。

マスク１の基準ゾーンプレート１５と対角線をなす位置
に、基準ゾーンプレート５と同一の基準ゾーングレート
７および光検出器１５、演算回路１９があり、２カ所で
の測定によりマスク１の回転に対しても位置合わせ６丁
能でめる。

各位置におけるＸ方向、Ｘ方向の信号、合計４個の信号
は例えばＧＰ−ＩＢインタフェースを装［したパソコン
などのプロセッサ２０に入力され、４個の信号がすべて
第４図に示したＳ字状信号の０点を示すように、例えば
、精密ステージとパルスモータおよびＧＰ−ＩＢ装備の
パルスモータ駆動装置を備えたマニピュレータ３に信号
を送り、マスク１を移動させる。４個の信号がすべて０
点の位置に合った時、このマスク１は、装置に対して位
置合わせできたことになる。この時、ビーム径の１／１
００程度の位置ずれを検出できる。従って数μｍにビー
ムを絞ることができれば、＃ｎｍ程度の位置ずれを検出
できる。

次に、基準ゾーンプレート５，７とウェハ２に記録され
ている配置ゾーンプレート６．８を重ね合わせて生じる
モアレ縞にレーザ９から出射した光をミラー１１で折り
返して照射し、モアレ縞からの＋１次回折光が収束して
、４分割光検出器１３．１４に入射するようにマニピュ
レータ４によりウェハ２を移動させる。光検出器１３．
１４は、光検出器１２．１５と同一のもので、演算口“
“・ＩＥ１ｍｌ／＞霞”″”１４１４１′位置合わせた
手順と同様に、ウェハ２″ＩＩ：マスク１に対して、位
置合わせできる。

ゾーンプレート５，６および７，８からの回折光の一部
ヲビームスプリッタ２１．２２によって折シ返し、円筒
レンズ２３．２４に入射させる。

円筒レンズ２３．２４ｅ通った光の所定の位置のビーム
形状はウェハとマスクの間隔の変化に伴って、第５図の
ように変化する。ゾーンプレート５゜６の間隔およびゾ
ーンプレート７．８の間隔が所望の間隔の際に、ビーム
形状が真円となる位置に４分割光検出器２５．２６を置
く。第５図（ａ）〜（Ｃ）は４分割光検出２５．２６に
おける円筒レンズ２３．２４からの光のビーム形状１０
４を示し、それぞれゾーングレート５，６０間隔または
ゾーンプレート７．８０間隔が狭い場合、所望の間隔の
場合および広い場合である。光検出器２５゜２６の４分
割面のａ面とＣ面の光検出信号の和とｂ面とＣ面の光検
出信号の和の差動信号を演算回路２７．２８によってと
ると、第４図に示すものと同様なＳ字状信号が得られる
。

マニピユレータ４にウェハ２をウェハ２の面の方向のほ
かウェハ２の面と垂直な方向にも移動させることのでき
るものを用い、ウェハ２をその面と垂直な方向に移動さ
せながら演算回路２７．２８からの差動信号の０点を検
出して光検出器２５゜２６で光ビームの集光位置を検出
することにより、マスク１とウェハ２の間隔を高精度に
所望の値に決めることができる。

本実施例で％（３）式のモアレ縞の中心が配置ゾーンプ
レートの中心座標の１０倍移動するように設計して、こ
のモアレ縞により、ビームを数μｍに絞ることができた
。この時、配置ゾーンプレートを位置決めできた状態か
ら１ｍ１以上ずらして、観測始め、モアレ縞の数十ｎｍ
の移動を検知して、配置ゾーングレートを数ｎｍの精度
で位置決めできた。さらに、マスク１とウェハ２の間隔
ｆ：、１μｍ以下の精度で決めることができた。

なお、レーザ９の光として波長の長いものを用いれば、
レーザ９の光はウェハ２を透過し、光を配置ゾーングレ
ート６，８を透過させて回折させることかできる。また
、第１図に示す実施例と異り、レーザ９等と光検出器１
２〜１５，２６．２８等をウェハ２に対し同じ側に配置
し、光を配置ゾーンプレート６．８で反射させて回折さ
せるようにしても本発明は適用が可能である。

（発明の効果）以上詳述したように、本発明の位置決め装ｆｉｌを用い
れば、基準ゾーンプレートと配置ゾーンプレートによる
モアレ縞の回折光を利用することにより、配置ゾーンプ
レートを高精度で位置決めできるとともに、基準ゾーン
プレートと配置ゾーンプレートの間隔を高精度に所望の
値にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の系統図、第２図は基準ゾ
ーンプレートと配置ゾーンプレートを重ね合わせて生じ
るモアレ縞の例を示す図、第３図は第１図に示す４分割
光検出器１２〜１５の構成図、第４図は４分割光検出器
からの出力信号を示すグラフ、第５図は第１図に示す光
検出器２５゜２６でのゾーンプレート５〜８からの光ビ
ームの形状を示す図である。１・・・・・・マスク、２・・・ウェハ、３．４・・・
・・・マニピーレータ、５，７・・・・・・基準ゾリン
０Ｌ−１−，６，８・・パ°゛配置シーＣ７°ｔ−１−
１９−°・・″レーザ、１０・・・・・・ハーフミラ−
１１１・・・・・・ミラー、１２，１３，１４゜１５．
２５．２６・・・・・・光検出器、１６，１７，１８゜
１９．２７．２８・・・・・・演算回路、２０・・・・
・・プロセッサ、２１，２２・・・・・・ビームスプリ
ッタ、２３゜２４゛−°−・円筒レンズ、１０１・・・
・・・基準ゾ七ノ’Ｌ−７−。１０２・・・・・・配置ソ′−〕フ’Ｉ１．−／−１１
０３・・・・・・モアレ縞。５／Ｊ。代理人　弁理士　　内　原　　（晋 □、。２Ｓ光簗七巻躬　Ｚ　図帛３　口牢４　回早、５図（α）間Ｔｆ１戸Ｎ攻（い（ｂ）竹Ｖのγ憧（Ｃ）ｌｖＩ隔炉°店い

Claims

【特許請求の範囲】

基準ゾーンプレートと、この基準ゾーンプレートに重ね
るように配置される配置ゾーンプレートを移動させる移
動手段と、前記基準ゾーンプレートおよび前記配置ゾー
ンプレートにコヒーレント光を照射して得られる回折光
が所定の位置に生じたことを検出する第１の光検出器と
、前記基準ゾーンプレートおよび前記配置ゾーンプレー
トにコヒーレント光を照射して得られる回折光の集光位
置が所定の位置に生じたことを検出する第２の光検出器
とを含むことを特徴とする位置決め装置。