JP2723502B2 - 位置決め方法 - Google Patents

位置決め方法

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JP2723502B2
JP2723502B2 JP61002396A JP239686A JP2723502B2 JP 2723502 B2 JP2723502 B2 JP 2723502B2 JP 61002396 A JP61002396 A JP 61002396A JP 239686 A JP239686 A JP 239686A JP 2723502 B2 JP2723502 B2 JP 2723502B2
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滋 河合
恵一 窪田
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NEC Corp
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Nippon Electric Co Ltd
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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
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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、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方法に関す
るものである。 (従来技術とその問題点) 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を製作するリソ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
らのリソグラフィでは、0.01〜0.05μm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(Applied Optics)、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
ックマスク位置合わせ(Photolithographic Mask Align
ment Using Moir Techniques)」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縞
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
ある。この場合、0.2μmの配置精度が得られた。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。この方法を改良して、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 オブ バ
キュームサイエンス テクノロジ(Journal of Vacume
Science Technologie)、1983年B1-1276〜1279頁に記載
の論文「X線リソグラフィ用2重格子位置決め技術(A
Dual Grating Alignment Technique for X-ray Lithogr
aphy)」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、10nmの位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、1μm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
用いて高精度の位置合わせを行うことになる。従って、
2回の位置決めが必要で、プロセスが複雑となる。 (問題点を解決するための手段) この発明は、第1のホログラムと第2のホログラムを
重ね合わせてゾーンプレート状モアレ縞を生じせしめ、
前記第1のホログラムを観測面に固定し、前記モアレ縞
にコヒーレント光を照射して生じる回折光が、前記観測
面の定められた位置に生じるように、前記第2のホログ
ラムの位置を調整する構成となっている。 (発明の作用・原理) ホログラムを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、焦点距離
の異なったゾーンプレート状ホログラムを重ね合わせた
時に生じるモアレ縞は以下のようになる。基準ホログラ
ムの中心を原点とし、配置するホログラムが基準ホログ
ラムに対して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 x2+y2=ma2 ……(1) (x−Δx)2+(y−Δy)2=nb2 ……(2) のように書き表わされる。a,bはそれぞれゾーンプレー
トの最小円の半径、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、l=m±
nとおいて、 となり、ゾーンプレート状の縞が生じる。ここで、cは
a,b,Δx,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、基準ホログラム101と配置ホログラ
ム102を重ね合わせて生じるモアレ縞103の例を示す。配
置するホログラムの中心座標を(Δx1,Δy1)から(Δ
x2,Δy2)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、aとbの焦点距離がわずかに異なる場
合、a2/(b2a2)が大きくなり、感度が高くなる。例
えば、b=1.1aとすれば、ゾーンプレート状モアレ縞の
中心は配置するホログラムの中心座標の4.8倍移動す
る。また、等間隔直線縞構造を持つ単純格子にゾーンプ
レート状ホログラム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。ゾーンプレート状ホログラムが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状
ホログラムは、それぞれ x=ma ……(4) (x−Δy)2+(y−Δy)2=nb2 ……(5) のように書き表わされる。aは格子のピッチを表す。
bはゾーンプレートの最小半径、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+nとおいて、 (x−Δx−c)2+(y−Δy)2=lb2+d …(6) となり、ゾーンプレート状の縞が生じる。ここで、cは
a,bの関数、dはa,b,Δx,Δyの関数である。配置する
ホログラムの中心座標を(Δx,Δy)から(Δx2,Δ
y2)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(Δx2−Δx1,Δy2−Δy1)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。 (実施例) 第1図は、この発明の実施例である。始めに、マスク
1の一部に描画してある基準ホログラム5に、レーザ9
から出射した光をハーフミラー10で反射させて、照射
し、ホログラムからの+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ュレータ3を移動させ
る。この4分割光検出器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図に示す構造を持つ。例えば、x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、ホログラム
の+1次回折光が、a,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y方向の位置
合わせが可能である。ウェハの対角線位置に、基準ホロ
グラム5と同一の基準ホログラム7および光検出器15、
演算回路19があり、2ヵ所での測定により回転に対して
も位置合わせ可能である。各位置におけるx方向,y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
を装備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、このマスクは、装置に
対して位置合わせできたことになる。この時、第3図に
示した、4分割ディテクタ上に集光されたビームの径の
1/100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、数十nm程度の位置ずれを検
出できる。 次に、基準ホログラム5,7とウェハ2に記録されてい
る配置ホログラム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
算回路17,18を用いて、マスクを装置に対して位置合わ
せた手順と同様に、ウェハをマスクに対して、位置合わ
せできる。 この方法を用いて、(3)式よりb=(11/10)1/2aと
すれば、モアレ縞の中心が配置するホログラムの中心座
標の10倍移動するホログラムが実現できる。またモアレ
縞のレンズ作用によりビームが集光されるため、ビーム
径を数μmにすることができる。この時、配置ホログラ
ムを位置決めできた状態から1mm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、配置ホログラ
ムを数nmの精度で位置決めできた。 (発明の効果) 以上詳述したように、この発明の位置決め方法を用い
れば、モアレ縞の回折光を利用することにより、マスク
とウェハのずれを縞ピッチよりも十分大きい量から数nm
程度まで観測することができ、1回の操作で高精度に位
置決めできる。
【図面の簡単な説明】 第1図この発明の実施例を示す図、第2図は基準ホログ
ラムと配置ホログラムを重ね合わせて生じるモアレ縞の
例、第3図は4分割光検出器の構成図、第4図は4分割
光検出器からの出力信号を示す。 図において、 1……マスク、2……ウェハ、3,4……マニピュレー
タ、5,7……基準ホログラム、6,8……配置ホログラム、
9……レーザ、10……ハーフミラー、11……ミラー 12,13,14,15……光検出器、16,17,18,19……演算回路、
20……プロセッサ 101……基準ホログラム、102……配置ホログラム、103
……モアレ縞
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/30 506J

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.第1面の対角に配置された基準ホログラムにコヒー
    レント光を照射して生じた+1次回折光が前記基準ホロ
    グラムの各々に対応した光検出器上の定められた位置に
    入射するように前記第1面を移動、固定し、第2面の対
    角に配置された配置ホログラムと前記基準ホログラムを
    重ねて合わせてゾーンプレート状モアレ縞を生じさせ、
    前記モアレ縞にコヒーレント光を照射して生じる+1次
    回折光が前記モアレ縞の各々に対応した別の光検出器上
    の定められた位置に入射するように前記第2面を移動さ
    せることを特徴とする位置決め方法。 2.前記基準ホログラムとして、球面波を再生するゾー
    ンプレートおよび前記配置ホログラムとして、前記基準
    ホログラムと焦点距離の同一あるいは異なった球面波を
    再生するゾーンプレートであることを特徴とする請求項
    1記載の位置決め方法。 3.前記基準ホログラムが平面波を再生する単純格子で
    前記配置ホログラムが前記基準ホログラムと焦点距離の
    同一あるいは異なった球面波を再生するゾーンプレート
    であることを特徴とする請求項1記載の位置決め方法。
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