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JPS6352453B2 - - Google Patents
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JPS6352453B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6352453B2
JPS6352453B2 JP58244350A JP24435083A JPS6352453B2 JP S6352453 B2 JPS6352453 B2 JP S6352453B2 JP 58244350 A JP58244350 A JP 58244350A JP 24435083 A JP24435083 A JP 24435083A JP S6352453 B2 JPS6352453 B2 JP S6352453B2
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JP
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plane
mask
wafer
radiation
marks
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JP58244350A
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JPS59134830A (ja
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Fuei Berunaaru
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TOMUSON SA
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TOMUSON SA
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Publication date
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Publication of JPS59134830A publication Critical patent/JPS59134830A/ja
Publication of JPS6352453B2 publication Critical patent/JPS6352453B2/ja
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7049—Technique, e.g. interferometric
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7003—Alignment type or strategy, e.g. leveling, global alignment
    • G03F9/7023—Aligning or positioning in direction perpendicular to substrate surface

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） この発明は、マイクロリソグラフイ
（microlithography）による回路の製造に関し、
より詳細には、クローズアツプ（close−up）し
た２つの平面上に位置するマスクと基板の光学的
配列方法に関する。
（従来技術） 集積回路の製造においては、設置または処理の
ための位置決めを可能にするための窓
（window）を基板上に形成する。この基板は感
光性の樹脂層が被覆されている。窓はこの樹脂層
をマスクで覆うことにより製造される。トランス
フア（transfer）は従来は直接接触法または近接
トランスフア法により行われていたが、最近は光
学的投影トランスフア法により行われている。近
接トランスフア法はかなりの期間用いられてきた
が、放射エネルギ源が例えばＸ線の範囲の放射源
である場合には、現在も依然として用いられてい
る。
従つて、Ｘ線、電子、イオン等の高エネルギ放
射源を用いたカーストシヤドー（cast shadow：
投影）によりマスクを再生する手段においては、
損傷の原因となるマスクと基板の接触を防止する
ために、マスク面と基板面の間に数ミクロンの分
離間隔を保持しながら、１ミクロンよりも遥かに
小さく、1/10ミクロン以下の大きなパターンある
いは意匠を再生することができる。この条件の下
では、光子または微粒子の回折の影響は無視でき
る。
このようなシステムでは影像を形成する光学素
子が存在しないため、解像力が有効被覆領域の寸
法とは無関係であり、このため、直径100mm以上
の大きな表面積のマスクを投影することにより、
ミクロンあるいは数分の１ミクロンのオーダの回
路を製造することが可能であり、しかもこの回路
を非常に高速で製造することが可能である。
この手順を用いたパターンの再生装置は、数ミ
クロン離れて配置された適当なマスクを介して、
Ｘ線あるいはより一般的に放射エネルギの放射線
の作用に曝される基板を持つ。各工程ではマスク
と基板の精密な配列を必要とする。この配列を凡
そ1/10ミクロンの正確度で行うためには、例えば
モアレ稿法あるいは鳥井とスミスの方法などの、
格子による回折光の特性を利用したいくつかの配
列方法が既に知られている。これらの方法は、予
め定められた間隔を持つ格子をマスクと基板上に
書き込む工程と、次いで２つの近接した平面に位
置するその格子によつて回折する放射線を検出す
る工程とを含む。
しかしながらこれらの方法は全て、検出信号の
周期性の結果として不確実性の問題があり、この
ためこの不確実性を別の方法で取り除く必要があ
る。
この問題点を解消するため、米国特許第
4311389号明細書に２つのクローズアツプされた
平面を配列する方法が提案されており、この方法
を用いた配列装置によれば、上述した従来方法の
問題点を解消することができると共に、特に、２
つのクローズアツプ平面を極めて正確に配列する
ことができ、かつ、精密配列の損失なしに、従来
の配列方法よりも大きな２平面間の間隔の変動を
許容することができる。
この目的のため、線形フレネル領域を持つ１つ
のレンズがマスク上に書き込まれ、かつ、そのマ
スク上に書き込まれた線形フレネル領域の最小の
ものの幅と同じかまたはより大きい幅を持つ１本
のマーク線が基板上に書き込まれる。このマスク
を例えばレーザなどの平行な単色光ビームで照射
すると、基板上に矩形状の光スポツト（焦点）を
形成することができ、そしてこれは、基板上に書
き込まれたマーク線の反射作用がマーク線の周囲
の領域の反射作用よりも大きいか小さいかに応じ
て、基板により反射される放射線の照射の最大値
または最小値を検出するための、基板上に形成さ
れたマーク線を覆う回折のオーダ（order）＋１に
対応する。
この方法は、良好な条件の下では、幅が0.2ミ
クロン以下のマーク線に対して典型的には10mmに
等しい最大値径の領域の全ての点を配列すること
ができる。より一般的には、最大許容領域の直径
は約105の解像点に対応し、これは、前述したカ
ーストシヤドーの再生方法により提供される全て
の可能性を利用することができない。
限界は基本的に、トランスフアが1/1の倍率で
生じるため、必然的にマスクおよびこれと相関す
る基板の寸法の増加を発生させる相対寸法歪
（relative dimensional distortion）によつて決
まる。
従つて、マスクと基板を個々に配列すべき基本
領域に分割する以外には、前述したマーク線の幅
に対して直径100mm以上のマスクを連続的に使用
することは不可能である。
しかしながら、覆うべき全分野の全てのパター
ンを精確に配列することを保証するために、回路
の製造過程の各段階の後でマスクと半導体ウエー
ハの相対寸法歪を補償する手段を配置することが
可能であつたとすれば、より大きなマスクを使用
することが可能であつたであろう。
（発明の目的） この発明の目的は、このような従来の問題点を
解消することにある。
（発明の構成） この目的のためこの発明は、２つのクローズア
ツプ平面の相対寸法歪を補償することのできる、
大きな有効表面積を持つ２つのクローズアツプ平
面の配列方法を提供するものである。さらにこの
発明は、その方法を実行するための配列装置を提
供する。
そこで、この発明の２つのクローズアツプ平面
上のパターンの光学的配列方法の特徴は、 第１の平面から所定の距離を隔てて配置された
発散性の放射線源を含む照射手段により照射され
た、クローズアツプされた該第１の平面および第
２の平面上の相対寸法歪を有するパターンを２つ
の直交する配列軸に沿つて光学的に配列する方法
において、 (a) 前記第１の平面上の前記配列軸に垂直で交互
に不透明および透明である少なくとも１つの線
形フレネル領域レンズで形成される３つの配列
マークを該第１の平面上に、かつ中心領域が前
記配列軸ｘ，ｙに沿う方向に一定の間隔ｐを持
つリフレクタフエーズ格子を形成しかつ前記配
列軸に垂直な３つの配列マークを前記第２の平
面に、前記第１の平面の３つの配列マークと該
第２の平面の３つの配列マークが互いに対をな
して前記配列軸に直交する軸ｘ，ｙ上に位置す
るように、かつ配列すべき該パターンの中心点
Ｏで交叉するように書き込む配列マーク書込み
予備段階と、 (b) 前記第１の平面と前記第２の平面を所定の間
隔ｅ以内の間隔で互いに平行に配置する２平面
配置段階と、 (c)(i) 平行な単色光ビームによつて前記第１の平
面の配列マークの線形フレネル領域レンズを
照射して、前記第２の平面に該第２の平面の
前記配列マークの中心領域と実質的に同じ大
きさの光の線を形成させる照射工程と、 (ii) 該第２の平面で反射され、前記線形フレネ
ル領域レンズから出現する放射線の一部を検
出する検出工程と、 (iii) 該検出された放射線が前記第１の平面の配
列マークと前記第２の平面の配列マークの合
致を示す極限値に達するまで前記第１の平面
と前記第２の平面を相対的に変位させる変位
工程と、 (iv) 前記３つの工程を配列すべき各軸について
繰り返して行なう繰返し工程と、 からなり、前記放射手段が前記第１の平面のパ
ターンの影像を前記第２の平面上に、式Ｇ＝１
＋ｅ／Ｄ（但し、ｅは第１の平面と第２の平面
間の所定間隔、Ｄは放射線源と第１の平面間の
距離）に従う倍率Ｇのカーストシヤドーにより
形成する、前記第１の平面と前記第２の平面を
前記直交軸ｘ，ｙに沿いかつ該２つの平面に垂
直な軸Δz周りの回転方向に配列して、前記放
射線源をさえぎる２平面配列段階と、 (d) 前記３対の配列マークが書き込まれた軸ｘ，
ｙの交点において交叉する互いに直交する２つ
の軸x′，y′上に、前記配列マークと同じ機能を
奏する少なくとも２対の補助マーク６００−７
００ないし６０３−７０３を、該２つの軸x′，
y′に垂直な方向Δ0ないしΔ3に書き込む補助マ
ーク書込み予備段階と、 (e)(i) 平行な単色光ビームFeによつて前記第１
の平面の補助マークの線形フレネル領域レン
ズを照射して、前記第２の平面に該第２の平
面の補助パターンの中心領域と実質的に同じ
大きさの光の線を形成させる照射工程と、 (ii) 該第２の平面で反射され、前記線形フレネ
ル領域レンズから前記直交方向Δ0ないしΔ3
に出現する放射線の一部を検出する検出工程
と、 (iii) 該検出された放射線が前記第１の平面の補
助マークと前記第２の平面の補助マークの合
致を示す極限値に達するまで前記第１の平面
と前記第２の平面を相対的に変位させる変位
工程と、 (iv) 該変位の量（Oa、Ob、Oc、Od）を記憶
する工程と、 (v) 前記４つの工程を前記補助マークの各対に
ついて繰り返して行なう繰返し工程と、 (vi) 連続的な変位量に基づいて修正量を決定す
る修正量決定工程と、 からなる、２つのパターンの相対寸法歪を決定
する相対寸法歪決定段階と、 (f) 前記相対寸法歪を補償するために、前記修正
量に基づいて前記倍率Ｇを調整する倍率調整段
階と、 を具備して構成されることにある。
（実施例） 以下、この発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。
この発明は、米国特許第4311389号明細書に記
載された構成を利用しているので、主要な特性の
ある部分を参照することが有効であると思われ
る。
第１図は、配列のために必要なマスク１と基板
（すなわち半導体ウエーハ）２のパターンを概略
的に示す。マスク１上には、幅の異なる不透明と
透明なストリツプ（strip：細片）をフレネル分
布に従つて交互に並べて形成した線形フレネル領
域を持つ、レンズ４が書き込まれている。
中央のストリツプは不透明で示されているが、
逆の構成も可能である。ストリツプの配列に平行
な軸Oxとこれに垂直なOyについて、横座標roに
対するストリツプ間の移り変りは、 r2／ro＝nF＋n2λ2／４ (1) で表わされ、ここに、ｎはストリツプの番号、Ｆ
はレンズの所望の焦点距離、λはレンズを照射す
る単色放射線の波長である。オーダ１の主焦点に
対応する焦点距離Ｆ、すなわちレンズのF1は、
配列しようとする２つの平面、すなわちマスクの
面と基板の面とを隔てる距離に等しい。この距離
は約1/10ミクロンである。ストリツプの表面が等
しくない（フレネル領域が線形である）という事
実のため、各フレネル領域が回折した放射線へ及
ぼす影響は、中央のストリツプから外側のストリ
ツプに移るにつれて急速に減少する。それ故、正
確な効率を得るためには、レンズを比較的少数の
ストリツプで形成すれば充分である。極端な場合
は、レンズは単一のフレネル領域、すなわち中央
のフレネル領域に限つてもよい。
第２図は、第１図の平面xOzにおいて、平行ビ
ームＦにより照射されたレンズにより回折された
放射線を示す図である。平行ビームＦを回折しな
ければ（オーダ０であれば）、このレンズは放射
線の一部を伝送し、かつ無限遠の放射線源に対し
てオーダ＋１、＋２…に対応する実像とオーダ−
１、−２…に対応する虚像を形成することにより、
放射線の他の部分を回折する。第２図にはオーダ
０、１および−１が示されている。基板の平面が
マスクからレンズの主焦点距離（オーダ＋１）に
等しい距離にある時に、基板上に形成される光ス
ポツトは、フレネル領域レンズの外側ストリツプ
の幅にほぼ等しい幅のストリツプである。基板の
平面がその焦点距離より大きいかまたは小さい距
離にある時は、オーダ１は基板上でわずかに広い
かまたはわずかに狭く集中した光スポツトに集中
するが、しかしこれは配列を得るために依然とし
て有用である。
基板２上には１本の線３が書き込まれ、この線
３は周囲の領域よりも反射性が高いかまたは低
い。いずれの場合も、基板により反射される放射
線を配列のために使用することができる。前者の
場合は、基板で反射される放射線は配列を得るた
めに使用可能である。この場合に、検出される回
折放射線は、線形フレネル領域を持つレンズによ
つて回折されるオーダ１と線３が合致した時に最
大値を通過し、後者の場合には検出された回折放
射線は最小値を通過する。
精確度の良好な配列を得るためには、光スポツ
トの幅ｄを基板上に書き込まれた基準線の幅ｌに
実質的に等しくすることが必要であり、このた
め、回折ビームのオーダ１に集中された放射線を
全て反射または吸収し、かつ基板により永久的に
反射された放射線に関して比較的対照性のよい極
値を得るような位置が存在するようにする。
第３図は、ｗ＝ｄに対する検出信号Ｖ（ｘ）の
一例を示し、図において、実線はマークが反射性
の場合、破線はマークが吸収性の場合であり、レ
ンズをマークに対して軸Oxに沿つて移動し、極
値がマークが反射性か吸収性かに応じてVMか
Vmである。
基板平面とマスク平面との間の距離がレンズの
主焦点距離の近傍で変化する場合は、対照性が減
少するが、しかしこの距離は臨界的なものではな
いので、制御を行なうことは可能である。さら
に、この距離を予め定めた値に精密に調整するた
めに、信号の最大変動を用いることが可能であ
る。
基板により反射された放射線は、フレネル領域
を持つレンズを再び通過し、例えばビームスプリ
ツト板などにより実行される瞬間放射線との分離
の後で検出できる。しかしながらこのような方式
は、有効な放射線とマスクで回折される放射線と
の間の相互作用を引き起こす。
マスクにより反射または回折された放射線と、
基板上で反射した後でマスクから出現する戻りの
放射線との空間的分離を得るためには、いくつか
の構成を用いることができる。このような構成の
性能のレベルは、例えば間隔などのある種のパラ
メータの影響を減少するように、検出される連続
的な背景を最小にしかつシステムの対称性を保持
する程度に比例して上昇する。
これらの構成は前述した米国特許明細書に記載
されており、それらのうち最も有効な構成を第４
図および第５図を参照して説明する。
第４図に示す装置は、一定の間隔を持つ格子の
回折特性を利用する。第４図においては、第１図
の基板上に書き込んだ連続線３に代えて、間隔ｐ
の格子を形成するOy方向の破線５を用いる。こ
のため、この装置は次のように作用する。すなわ
ち、平行な放射線がマスク１上に垂直に（または
傾斜して）入射し、線５の方向に一致する方向
Oyに細長の矩形状の光スポツトを基板２上に形
成する。このようにして線５により受けられた放
射線は、線５により形成される格子のオーダ０に
従つて反射し、かつ平面yOzにおいて軸Ozに対
して、 sinθn＝np (2) となるような角度θnの方向に回折する。但し、
ｎは回折のオーダ、θnは対応する回折角である。
この回折角の各方向において、光スポツトと破線
が合致した時に、検出手段によつて最大値を検出
することができる。これらの方向は入射ビームに
対して傾斜しているので、戻りの放射線はマスク
で反射する放射線と相互を作用しない。
第５図は第４図の平面yOzにおける破線５によ
り回折される放射線を示す。
平面yOz内で回折されるオーダ＋１は、フレネ
ル領域のレンズ４上に傾斜して入射する。従つ
て、回折された光源がレンズの焦点面内にあるの
で、放射線はレンズから平行ビームとして出現
し、これはレンズの軸に関して傾斜している。
第４図の構成においては、一定の間隔ｐを持つ
格子を形成する破線５は、実際の基板よりも反射
性が大きいかまたは小さい化合物をマスクを介し
て付着することにより得られる、異なつた反射係
数を持つ領域として実現される。
さらに、戻りのビームを偏向することのできる
反射格子を、計算された深さを持つ周期的なリリ
ーフ変動（relief variation）によつて、方向Oy
の線に沿つてリフレクタフエーズ格子
（reflector phase grating）を形成することによ
り、得ることができる。
上述した構成は、単一の方向すなわち方向Ox
の配列しかできない。完全な配列を得るために
は、フレネル領域レンズの線が軸Oxに平行で、
かつ方向Oyおよび回転方向に配列を行なえるよ
うに対応する線を基板上に軸Oxに平行に書き込
むことのできる、２つの別のフレネル領域レンズ
を基板上に書き込むことができる。
第６図は、マスク１に対して基板２を完全に配
列するための一群のマークを示す。基板２のフレ
ネル領域レンズが書き込まれた平面には、３つの
基準領域40、41、42がある。
基準領域40と42においてはストリツプは軸Ox
に平行であり、基準領域41においてはストリツプ
は軸Oyに平行である。この構成は、フレネル領
域と基板上の対応する線が実質的に放射方向であ
り、特に基板がマスクにＸ線によつて曝される場
合に興味深いが、その理由は、Ｘ線がわずかな発
散性を持つと共にパターンがわずかに放射方向に
変形されても、位置決めがゆがまないからであ
る。この３つの基準領域によれば、基板をｘ方
向、ｙ方向および基板とマスクの平面に直交する
軸の周りの回転方向に配列することができる。
しかしながら前述した理由によつて、記録のた
めに有効領域の直径が典型的には105点を超える
解像度に対応する半導体ウエーハとマスクの場合
には、マスクに対して基板の有効領域の全ての点
を正確に配列することを保証することができな
い。
次に、誘発する物理現象を詳細に説明する。
従来の各種の方法および集積回路の種々の製造
段階において、半導体ウエーハすなわちより具体
的にはシリコンウエーハの寸法歪が多くの研究課
題となつている。例えば、「Applied Physics
Letters」誌、Vol.33、No.８、1978年10月15日号、
第756−758頁のYAU者の論文が参照される。こ
の論文からは、主要な寸法歪はシリコンの等方性
の収縮または膨張に比例または関係する。この寸
法歪の非線形部分の振幅は非常に小さく、測定す
ることは難しい。
マスクに関連する寸法歪の場合も同様に、この
寸法歪の同様の優勢な線形部分と残余の非線形部
分とを区別することが必要である。
いずれの場合でも、観察される寸法歪の線形部
分は、数p.p.mに、温度の変動によつて生ずる線
形の寸法歪、典型的にはシリコンに対して2.5p.p.
m／℃を加えたものである。
この線形の寸法歪は、マスクの投影像の倍率を
調整しかつこの倍率の修正を評価することが可能
であれば、この倍率を変えることによつて補償す
ることができる。
第７図に示すように、一般にＸ線によるマスク
の再生には、半点状の発散性のＸ線源Ｓを使用す
る。Ｘ線源Ｓはマスク１から距離Ｄの位置に置か
れ、半導体ウエーハ２はマスク１から間隔ｅだけ
離される。マスクの点Ａのウエーハ上の投影像を
A′とすると、この投影像A′は係数Ｇ、すなわち、 Ｇ＝R′／Ｒ＝１＋ｅ／Ｄ (3) によつて拡大される。
この倍率は常に１以上である。公称間隔e0と公
称距離D0に対応して公称係数G0を規定すること
が可能である。
従つて、マスクとウエーハの間の間隔ｅまたは
Ｘ線源とマスクの間の距離Ｄのいずれか、または
両方を変えることによつて、倍率を調節すること
ができる。マスクとウエーハの間の間隔の変動分
ΔeまたはＸ線源とマスクの間の距離の変動分ΔD
によつて得られる倍率の変動分ΔG1またはΔG2
は、次式で与えられる。
ΔG1＝Δe／Ｄ (4) ΔG2＝（ｅ／D2）ΔD (5) これらのパラメータの代表的な値は、Ｄ＝400
mm、ｅ＝40μｍ、Δe＝±2μｍ、ΔD＝±40mmであ
り、 ΔG1＝±５×10-6 (6) ΔG2＝±10-5 (7) が得られる。
従つて、この倍率の変動分は、従来のマスクと
ウエーハの線形の変形を補償するのに充分であ
る。
次に、この発明による投影内の倍率の修正の評
価を行なうことのできる、２つのクローズアツプ
平面内にパターンを配列するための方法を説明す
る。
実際の配列に関しては、上述した米国特許明細
書の配列方法を利用する。そして、第６図に関し
て説明した基板上の少なくとも３つの基準領域
と、好ましくは第４図に示した一定間隔の格子を
形成する破線の形状の細長のマークからなる光学
装置を用いる。
この基準領域40ないし42および50ないし52（第
６図）の構成によつて、（マスク１の平面上の）
原点および（基板２の平面上の）その投影点
O′の周囲に位置する２つの平面を、自動的に中
心合わせすることができる。
第８図に示すように、基板２の平面がマスク１
の平面に比較してわずかに拡大していると、点Ｏ
とO′は一致するが、マスクの周縁上に位置する
点Ｂとこれに対応する点B′は最早一致しない。
この配列装置によれば、マスク１と基板２の２
つのクローズアツプした平面を厳密に重ね合わせ
れば、２平面上の３つの配列マークすなわち全て
の点を高い精度（約0.01μｍの精度）で自動的に
配列することができる。
２つの平面の相対的な尺度の変動の場合は、２
つの平面の原点ＯとO′は厳密に一致するが、（第
８図に示す）BB′のような点の重ね合わせのズレ
は、中心からの距離に応じて比例的に増大する。
さらに、一方で基準領域40ないし42の配列線およ
び他方で基準領域50ないし52の配列線が放射方向
に配置されているため、平面１と２を角度的に配
列することもできる。倍率の変動ΔGの大きさは
小さい（式(6)）ので、フレネル領域レンズ４０な
いし４２を投影した焦点は、基板２上の基準領域
50ないし52と少なくとも放射方向に部分的に重な
る。従つて、基準領域の対の配列信号の最大値を
検出することができる。
しかしながら、第１の平面１の投影像の倍率を
修正して、第２の平面２の全ての点を厳密に配列
するためには、２つの平面の相対的な尺度の変動
を測定することが必要である。
この目的のため、この発明の１つの重要な特徴
として、次の特別な特徴(a)、(b)を持つ少なくとも
別個の２対のマークを使用する。すなわち、 (a) マークを配列マークと同様に有効領域の周縁
に配置するが、しかしその線を放射方向に対し
て直交方向に配列する。
(b) この補助マークは互いに直交する２つの軸上
に配置する。
第９図は、上記の条件を満足するマーク対の第
１実施例を示す。同図は第６図のマーク４１，５
１の配置に対応するマークを示す。
ここでも、不変の２つのマークがある。このマ
ーク４１と５１の線は、軸Oyに平行な軸y1とy2
にそれぞれ一致している。前述のように配列のた
めに使用されるこれらのマークの他に、２つの補
助マーク６１，７１すなわちフレネル領域レンズ
と一定間隔の格子を形成する破線とがある。この
フレネル領域レンズと破線のマークは、軸Oy従
つて軸y1，y2に直交する軸x1とx2に沿つてそれぞ
れ配置される。
マーク４１を形成するフレネル領域レンズの影
像としてマーク５１上に結ばれるスポツトは、同
じく軸Oxに平行な平面に回折のオーダを作成し、
マーク６１を形成するフレネル領域レンズの影像
としてマーク７１上に結ばれるスポツトは、軸
Oyに平行な平面に回折のオーダを作成する。従
つて、２対のマークの重ね合せに対応する信号を
検出し判別することができる。
第１の信号は２つの平面１と２の角度的配列用
に使用され、第２の信号はその２つの平面の相対
寸法歪の評価用に使用される。勿論、前述したよ
うに、補助マークの少なくとも１つの第２の対を
使用することが必要である。この補助マークは、
軸Oxに直交する軸上の例えば配列マーク４０と
５０の領域に配置しなければならない。
配列と寸法歪の評価のチヤネル間の判別能力を
増大するため、マーク５１と７１を形成する格子
に異なつた間隔を与えることが可能である。
第９図では、２対の格子が完全に一致してい
る。従つて、対称の中心である軸x1，y1の交点
O1と軸x2，y2の交点O2は、軸Ozと平行な軸z12上
にある。
しかしながら、合成物と見なせる上述した構造
が、寸法歪の評価と配列の２つのチヤネルに共通
な照射と検出手段を部分的に使用できるという利
点を有するにも拘らず、フレネル領域レンズによ
り発生される回折のオーダに起因する不必要な信
号と必要な信号とが干渉するという危険性があ
る。そのため、マーク７１の格子が平面zOxに平
行な平面に回折のオーダを発生すれば、これに対
してフレネル領域レンズ４１がその平面に回折の
干渉オーダを発生し、この干渉オーダは、たとえ
振幅が小さくても、回折の有効な最初のオーダと
のみ干渉する。同じことが配列チヤネルにも適用
される。
加えて、全ての結合を排除するために、この発
明の好ましい変形例によれば、当然のこととして
互いに直交する、しかし配列用マークの対４０−
５０，４１−５１，４２−５２が配置された軸か
ら離れている軸上に、補助マークの対が配置され
る。最適な方法は、この軸を配列マークが配置さ
れている軸に対してπ／４ラジアンの角度を持た
せることである。
第１０図および第１１図は、その構成を示すこ
の発明のマーク対の第２実施例を示す。第１０図
はマスク１上のマークを示し、第１１図は基板２
上の対応するマークを示す。さらに、図示のごと
く、また後述のごとく、２対よりも４対の補助マ
ークを使用することが好ましい。
２つの直交軸上に再生しかつ配列しようとする
パターンの重心を中心点Ｏ（マスク）または
O′（基板）とする円上に配置された配列マーク
は、前述した配列マークと同一であり、かつ同じ
機能を果す。これらは同一の参照番号、すなわち
マスク１に対して４０ないし４２（第１０図）お
よび基板２に対して５０ないし５２（第１１図）
を付される。
この第２実施例によれば、４対の補助マーク、
すなわちマスク１に対する６００ないし６０３
（第１０図）と基板２に対する７００ないし７０
３（第１１図）が設けられる。これらの補助マー
クも、中心をＯまたはO′とし、かつ前述と同じ
半径でよい円上に配置される。これらの補助マー
クは、互いに直交し、かつ好ましくは軸ｘおよび
ｙに対してπ／４ラジアンの角度αをなす２つの
軸x′およびy′上に中心を合わされる。これらの補
助マークの線は、それぞれ軸x′およびy′に直交す
る軸Δ0，Δ1，Δ2，Δ3に従つて配列される。
配列チヤネルについては、マスクの補助マーク
は、マスクと基板すなわちウエーハの間の公称距
離に等しい焦点距離を持つ線形フレネル領域のレ
ンズである。各レンズをレーザビームにより垂直
に照射すると、レンズの焦点面に焦点光の矩形ス
ポツトが作り出され、この矩形スポツトによつて
ウエーハ２上の対応マークの旋回を検出して、そ
の位置を検出することができる。
第１２図は、一定間隔ｐの格子を形成する破線
の形状マーク７００ないし７０３を持つ基板２す
なわち半導体ウエーハを示し、格子の回折の異な
つたオーダは、sinθn＝nλ／ｐで与えられ、ここ
にｎは回折のオーダ、λはレーザビームの波長で
ある。さらに、第１２図はハツチングの線によつ
て、マスクのマークを基板上に照射することによ
り生成される焦点光のスポツト６００′ないし６
０３′を示し、基板はマークの助力によつて配列
され、かつマスク１から正しい距離に配置された
と見なされる。さらに第１２図には、マーク５０
ないし５２上のマーク４０ないし４２の焦点スポ
ツト４０′ないし４２′の位置も示されている。第
１２図に示す場合においては、マスク１の投影の
倍率はウエーハ２と同じではない。ウエーハ２は
マスク１に対して縮小されると見なされる。
この発明の方法を実行する装置においては、後
述するように、機械的手段または電気機械的手段
によつて、ウエーハ２をマスク１に対して変位さ
せ、かつその変位を正確に測定することができ
る。
先ず、マークの対４０−５０，４１−５１，４
２−５２を用いた配列位置について、位置センサ
または位置トランスデユーサにより供給されるウ
エーハの位置の詳細、すなわちそれにより４対の
マーク６００−７００，６０１−７０１，６０２
−７０２，６０３−７０３のそれぞれを配列する
ために必要な変位が記憶され、配列の測定が、後
述する光学システムによつて実行され、かつマー
クの各対の近傍に４回再生される。
この操作の間、ウエーハの中心Ｏが次々に点
ａ，ｂ，ｃ，ｄに持つてこられ、これに対応する
位置の指示が記録される。前述したように、マー
クの対は２つで充分である。しかし、４対のマー
クを使用すると、平均値を求めて歪評価品質を向
上することができる。
Oa、Ob、OcおよびOdを測定することによつ
て、２つの平面１と２の相対寸法歪を評価し、か
つ必要に応じて線形成分と非線形成分を区別する
ことができる。寸法歪の線形成分は、式(5)に従つ
てＸ線源とマスクの間の距離Ｄ（第７図）を変え
ることによつて補償でき、一方、非線形成分は、
式(4)に従つてマスクとウエーハの間の距離ｅ（第
７図）を決める２つの平面のうちの一方を適切か
つ精密に調整することによつて補償できる。
次に第１３図を参照して、１対の補助マークの
配列を決定することのできる光学手段の実施例を
詳細に説明する。この光学手段は単にレーザLa0
と鏡M0からなり、マスク１のマーク、すなわち
図示の実施例ではマーク６００に例えばπ／２ラ
ジアンの一定の入射角度のレーザビームFeを与
えるように調節される。レーザビームFeは、フ
レネル領域レンズで構成されたマークの焦点面に
焦点を結ぶ。対応するウエーハのマークが焦点ス
ポツトにより照射されると、角度β＝sin-1（λ／
ｐ）だけ回折し、フレネル領域を通過し、さらに
鏡M0で反射した戻りの信号をホトダイオードD0
で検出して観察することができ、ここで、λは放
出したレーザLaの波長、ｐは格子（マーク６０
０）の間隔である。２つのマーク６００と７００
が互いに一致した時には、この戻りの信号は最大
値が非常に鋭いので、１ミクロンの数10分の１の
精度を得ることができる。実際には、この光学手
段はマスクの周囲に４回再現される。しかし、レ
ーザ源はビームスプリツタと鏡に組み合せて唯１
個用いるだけでよい。
第１４図は、第１３図の実施例のさらに具体的
な構成を示す。単一のレーザLaから放射される
ビームFeは先ず、透過（または反射）係数が共
に0.5からわずかしか違わない半透明板LS1によつ
て、２つのビームFe1とFe2に分離される。一方
のビームFe1は次に、偏向鏡m1で反射した後、同
一の第２の半透明板LS2によつて、２つのビーム
Fe11とFe12に分離される。ビームFe12は、第１３
図に関して前述した鏡M0と同様に、１対のマー
ク６０３および７０３（第１３図）に関連する鏡
M3に衝突する。鏡M3で反射した後、戻りの通路
で回折したビームは、ホトダイオードD3または
他の類似の部材により補獲される。ビームFe2も
同様に２つのビームFe21およびFe22に分離され
る。ビームFe21は１対のマーク６００および７０
０と関連する鏡M0で反射される。ホトダイオー
ドD0はその回折したビームを検出する。ビーム
Fe22は、２つの偏向鏡m2およびm3で反射した後、
１対のマーク６０１および７０１に関連する鏡
M1により反射される。ホトダイオードD1がその
回折ビームを検出する。ビームFe11は、偏向鏡
m4およびm5で反射した後、１対のマーク６０２
および７０２に関連した鏡M2により反射され、
その回折ビームをホトダイオードD2が検出する。
鏡M0ないしM1は反射面を持つプリズムに基づい
てもよい。
マークの各対に対して放射エネルギの25％より
わずかに少いエネルギ量しか使用できないけれど
も、連続的な分離操作と種々の損失を考慮する
と、必要とするエネルギが小さいので、この構造
は全く適当なものである。例えば、中心波長が
0.6326ミクロンで出力が５ｍＷのヘリウム−ネオ
ンレーザは、充分この発明の範囲内にある。公知
の電子部材に関連する適当なホトダイオードは現
在市販されている。この点は従来技術と何ら異ら
ない。
ここまでの説明では、レーザビームの入射角を
好ましくはマスク１に垂直と仮定しており、これ
により光学装置が簡単になる。入射が垂直でない
場合は、ウエーハのマークを入射角の関数として
修正しなくてもよいように、マスク１の法線と入
射方向によつて規定される入射面を、フレネル領
域の長さに平行することができる。
配列マーク４０−５０，４１−５２，４２−５
２と相対寸法歪の評価マーク６００−７００，６
０１−７０１，６０２−７０２，６０３−７０３
は、予備的な光学的または電子的マスキング操作
の次に、Ｘ線、電子ビームまたはイオンビームに
よる最初のマスキング操作に先立つて、ウエーハ
２に永久的に書き込まれる。
この発明の方法は、次のように要約することが
できる。すなわち、 (a) ウエーハ２に対してマスク１を、またはその
逆に配列し、そのウエーハとマスクを公称距離
ｅだけ隔つた２つの平行な平面に配置する段
階、 (b) マスク１とウエーハ２の相対寸法歪を評価す
る段階、 (c) 線形型の相対寸法歪を修正するように、段階
(b)で実行される評価に関するマスクと放射線源
の間の距離を調整する段階、 (d) 必要に応じて、非線形型の相対寸法歪を修正
するように、マスク１とウエーハ２の相対位置
を調整する段階。
これらの配列段階に続いて、マスク１のパター
ンを再生するために、Ｘ線の照射を行なう。
段階(a)は、従来技術、特に前述した米国特許第
4311389号明細書によつて構成されるものと共通
であり、その米国特許によれば段階(a)は次の工程
を具備する。すなわち、 −機械的部材により軸Ozに沿つてウエーハとマ
スクをほぼ相対的に位置決めし、それにより約
±１ミクロンの公称許容値を規定することので
きる位置決め工程、 −配列マークを相互に可視的に予備位置決めし、
２つの軸OxとOyに沿つて得られる精度が約±
0.5mmである予備位置決め工程、 −光学手段によりマーク対４０−５０，４１−５
１，４２−５２を用いて軸OxおよびOyに沿つ
て配列しかつ角度的に配列する工程、 −上記工程の終りで、マスク１とウエーハ２の中
心が合わされ（ＯとO′が一致し）、かつ角度的
に配列される（第１２図に示す位置）。
−次に公称許容値ｅが配列マークを用いて微細に
調整され、その間にマスク１とウエーハ２に関
する平面の相対位置が調整される工程。
従つてこの発明によれば、線形型の相対寸法歪
を考慮するための式(3)によつて与えられる倍率を
調整するだけでよい。修正はＸ線源とマスク間の
距離Ｄを調整することにより行なうと前述したけ
れども、マスク１とウエーハ２の間の間隔ｅを調
整することも可能である。しかしながら、調整の
可能な振幅が極く小さいので、配列段階に続く照
射段階では公称間隔ｅを一定として操作すること
も好ましい。
ここまでのところ、Oa、Ob、Oc、Odの大き
さと符号から、それらの平均値を計算しかつその
平均値からなすべき修正を推論できるという事実
に基づいて、修正を「手動」で行なうということ
が、暗黙のうちに認められてきた。修正動作は、
操作者が距離Ｄ（第７図）および必要に応じて２
つの対向する平面の相対位置を調整することによ
り、開始することができる。しかしながら、寸法
歪のいかなる修正工程も、全く自動的な方法で実
行することができる。
次に、配列と相対歪の修正のための自動装置を
含む、近接（proximity）によるトランスフア
（transfer）を実行する手段を説明する。Ｘ線に
よるトランスフアがあると仮定する。さらに、説
明はこの発明の理解のための基本的な素子に限定
し、トランスフア手段自体はこの発明の範囲外で
ある。
第１５図は、そのようなトランスフア手段の構
造を示す断面図である。それ自的公知の方法で、
トランスフア手段は、約0.1atm（98066.5Pa）の
低圧ヘリウムを充填した圧力容器８を含む。
この圧力容器８はベローズ９０を介してＸ線発
生器に連結される。このＸ線発生器は、半点形と
見なすことのできるＸ線源Ｓを含んだ容器９を有
する。Ｘ線源Ｓは、容器９に設けられた一般にベ
リウム製の窓９１を通して、発散性のＸ線ビーム
Fxを生成する。圧力容器８には公知トランスフ
ア手段の全ての構成部品が含まれる。
トランスフア手段は先ず、一般にウエーハホル
ダ２０上に載置されるウエーハ２を予備的に位置
決めするための部材２１を含む。この予備位置決
め部材２１によつて、圧力容器８に連結された基
準三面体（図示しない）に対してウエーハ２を移
動することができる。ウエーハ２の平面は、配列
および位置の調整の後、平面XYとウエーハ平面
に直交する軸Ｚについて傾斜されようとする。
公知の方法で、基板またはウエーハホルダ２０
を平面XYの２方向に移動しかつ軸Ｚに平行な軸
周りに回転するモータによつて、ウエーハ２を２
方向および軸Ｚに平行な軸周りの回転方向に予備
的に位置決めすることができる。最後に、各脚が
軸Ｚに平行な方向に可動である三脚（図示しな
い）によつて、ウエーハホルダ２０従つてウエー
ハ２の位置が調整される。
ウエーハホルダ２０とウエーハ２０の空間的な
位置は、２群の位置センサすなわち位置トランス
デユーサによつて評価され、図にはそのうちの２
つの位置センサ、すなわち、２つの軸Ｘ，Ｙに対
するウエーハの位置を評価するための２つのセン
サと１つの回転センサの群に属するセンサ２１０
と、ウエーハ２の位置決め、すなわち軸Ｚに沿う
３点Z1、Z2、Z3の位置を評価するために使用され
る３つの位置センサの群に属するセンサ２１１の
みが示されている。
同様に、マスク１は、前述の配列マスク（第１
３図の４０−５０，４１−５１，４２−５２）に
よりマスク１とウエーハ２を相対的に配列し、か
つウエーハ２とマスク１の間隔すなわち許容誤差
を調節する、位置決め部材に結合される。この目
的のため、平面XYの直交する２つの軸に沿つて
マスクを移動する手段と、マスクの軸Ｚに沿う位
置および公称間隔ｅに対応する平均位置の近傍の
位置を調整する手段が設けられる。ウエーハにつ
いての軸Ｚに沿う位置と位置決めは、３つの位置
Z1′、Z2′、Z3′を規定することのできる三脚によつ
て調整される。
さらに２群の位置センサがあり、図にはそのう
ちの２つのセンサ、すなわち、平面XYの２つの
直交方向に沿うマスク１用の２つの位置センサの
群に属する１つのセンサ１００と、軸Ｚに沿うマ
スク１の３つの位置Z1′、Z2′、Z3′用の３つの位置
センサの群に属する１つのセンサ１０１が示され
ている。
ウエーハ２に対してマスク１を配列する操作を
実行するためには、レーザビームを好ましくはマ
スクに垂直に照射することによつて、配列マーク
を照射し、次いで前述した方法で回折のオーダを
検出することが必要である。この目的のため、偏
向鏡Miに関連する光エネルギを放射し検出する
ための光電手段８０が設けられる。この光電手段
８０は、前述した米国特許明細書の第９図に関し
て説明したものが好ましい。
上述した従来技術と共通の構成部品とは別に、
トランスフア手段はさらにこの発明に固有の部材
を具備する。トランスフア手段は先ず、１組の鏡
Mjに関連する光エネルギを放射し検出するため
の光電手段８１を含む。好ましい実施例によれ
ば、この光電手段８１は第１４図に関して説明し
たもので、４個の鏡MjすなわちM0ないしM3と、
相対寸法歪を評価するための４対の補助マークす
なわち６００−７００ないし６０３−７０３（第
１０図、第１１図および第１３図）がある。
さらに、例えば、公知のデータ入出手段と、ア
ナログ信号をデイジタル信号にまたはその逆に変
換する手段と、各種の配列段階および相対寸法歪
の修正段階を実時間で制御するためのインタフエ
ース手段と関連するマイクロプロセツサなどのデ
ータ処理手段８２がある。従つて、データ処理手
段８２は、各種の位置センサ１００，１０１，２
１０，２１１から発生する信号を伝送チヤネルl1
ないしl4を介して受信し、これらの位置センサ
は、ウエーハホルダ２０とマスク１の位置決め部
材１０を制御する信号を別の伝送チヤネルl5およ
びl6に発生する。これらの制御情報は、位置セン
サから供給される位置情報と、光エネルギを放出
し検出する光電手段８０から補助伝送チヤネルl7
を介して供給される情報に基づいて処理される。
さらにデータ処理手段８２は、特に配列用に使用
されるレーザ源の放射を制御する制御信号とこの
レーザ源に必要な電気出力とを、補助伝送チヤネ
ルl7を介して供給する。公知のごとく、データ処
理手段８２は例えば「ROM」に記憶されたプロ
グラムを制御する手段を含む。この構成によつ
て、ウエーハ２に対するマスク１の配列段階と、
従来技術に共通である公称間隔の調整とを実行す
ることができる。
マスク１とウエーハ２が配列されると、予め規
定されている点ＯとO′（第１３図）が軸ｚに平行
な軸Δz上に移動される。それに先立つ位置調整
によつて、マスク１とウエーハ２を対称的に照射
するように、Ｘ線源Ｓがこの軸Δz上に位置され
る。
それに続く相対寸法歪の評価段階と修正段階を
自動的に実行するために、データ処理手段８２と
相対寸法歪を評価するための補助マークの対と関
連して使用される光エネルギを放射し検出するた
めの光電手段８１との間の双務的な信号の伝送を
保証するための、補助伝送チヤネルl8が設けられ
る。搬送される信号の一方はホトダイオードD0
ないしD3（第１４図）によつて供給される信号で
あり、他方はレーザ源La（第１４図）を制御する
信号である。レーザ源Laを駆動するために必要
な電気出力も、この補助伝送チヤネルl8により搬
送される。
記録されたプログラムによつて制御されるデー
タ処理手段は、第１２図に示す実施例の場合は方
向Ox′およびOy′に沿つて、またはより一般的に
は平面xyの全ての適当な方向に、マスク１を変
位させる制御信号を伝送チヤネルl5に発生させ、
これにより、相対寸法歪の評価に使用される種々
のマーク対の一連の重ね合せを実現する。位置セ
ンサ１００と１０１によつて発生する信号によつ
て、この実施例における２つの直交軸Oa，Ob，
Oc，Odに沿つた歪の振幅を決定し、かつその振
幅から演算することによつて、このマスクに対し
て位置決め修正を分離する距離Ｄに施すべき修正
を求めることが可能である。
この目的のため、Ｘ線源Ｓを収容する容器９
は、軸Ｚに沿つて移動しかつ位置センサ９１０と
協動するＸ線源変位部材９２と一体に形成され
る。この位置センサ９１０の出力信号は、伝送チ
ヤネルl9によつてデータ処理手段８２に伝送さ
れ、データ処理手段８２によつて処理された制御
信号は、補助伝送チヤネルl10によつてＸ線源変
位部材９２に送られる。この制御信号は、記録さ
れたプログラムの制御の下で、位置情報（すなわ
ち位置センサ９１０の出力信号）と前以つてなす
べき修正の評価（すなわち評価段階）のためのデ
ータに基づいて処理される。非線形歪を考慮する
ための可能な位置決め修正は、マスク１を変位さ
せる位置決め部材１０を再び作動し、位置的変位
Z1′、Z2′、Z3′を制御する信号を伝送チヤネルl5を
介して伝送することにより行われる。
さらに、位置センサにより供給される信号は、
位置決め制御を目的とするフイードバツクに使用
することができる。
これらの位置センサは、所望の精度と両立すれ
ばどんな形式のものでもよい。マスク１を位置決
めする部材１０とウエーハ２を位置決めする部材
２１については、デイジタルコンピユータを用い
てより直接的に処理できるデイジタル信号を発生
する、縞カウンタを備えた光学干渉計を使用して
もよい。Ｘ線源変位部材９２については、電子機
械的センサまたはトランスデユーサを使用するこ
とができる。従つて、典型的な実施例において
は、Ｘ線源Ｓは平均位置の両側にそれぞれ40mmだ
け、精度±0.4mmで変位できることが必要である。
勿論、データ処理手段８２は、その次のＸ線放
射段階においてマスク１を通してウエーハ２を照
射することの制御にも使用できる。但しこの操作
は、この発明の範囲外である。
この発明は、以上説明した配列方法およびその
配列装置の実施例に限定されない。従つて、マス
クを形成するために、前述の米国特許明細書に開
示されていて、かつ本明細書において詳細な説明
を省略した全ての変形例を使用することが可能で
ある。
【図面の簡単な説明】
第１図はマスクと基板の配列に必要なパターン
を示す斜視図、第２図は第１図の平面xOzにおけ
る回折放射線を示す図、第３図は検出信号の一例
を示す図、第４図は従来の放射線の光学分離装置
を示す斜視図、第５図は第４図の平面yOzにおい
て回折される放射線を示す図、第６図は完全な配
列のための一群のマークを示す斜視図、第７図お
よび第８図は相対寸法歪現象を説明する図、第９
図はこの発明により寸法歪を評価するためのマー
ク対の第１実施例を示す斜視図、第１０図はこの
発明のマーク対の第２実施例によるマスクを示す
図、第１１図はこの発明のマーク対の第２実施例
による基板を示す図、第１２図は第１１図の基板
上にスポツトを結んだ状態を示す図、第１３図は
この発明の方法を実行する装置の実施例の斜視
図、第１４図はこの発明の装置の詳細を示す構成
図、第１５図はこの発明を適用した自動Ｘ線照射
手段の断面図である。 １……マスク、２……基板（ウエーハ）、４…
…線形フレネル領域レンズ、１０……変位部材、
４０〜４２，５０〜５２……配列マーク、８０，
８１……光電手段、８２……データ処理手段、１
００，１０１，２１０……位置センサ、２１１…
…センサ、６００〜６０３，７００〜７０３……
補助マーク、Ｄ……距離、D0〜D3……ホトダイ
オード、Fe……レーザビーム、Fx……Ｘ線ビー
ム、Ｇ……倍率、La0……レーザ、LS1〜LS3……
半透明板、M0〜M3……鏡、Ｏ……中心点、Ｓ…
…Ｘ線源、ｅ……間隔、m1〜m4……偏向鏡、ｐ
……間隔、ｘ，ｙ……配列軸。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 第１の平面から所定の距離を隔てて配置され
    た発散性の放射線源を含む照射手段により照射さ
    れた、クローズアツプされた該第１の平面および
    第２の平面上の相対寸法歪を有するパターンを２
    つの直交する配列軸に沿つて光学的に配列する方
    法において、 (a) 前記第１の平面上の前記配列軸に垂直で交互
    に不透明及び透明である少なくとも１つの線形
    フレネル領域レンズで形成される３つの配列マ
    ークを該第１の平面上に、かつ中心領域が前記
    配列軸に沿う方向に一定の間隔を持つリフレク
    タフエーズ格子を形成しかつ前記配列軸に垂直
    な３つの配列マークを前記第２の平面に、前記
    第１の平面の３つの配列マークと該第２の平面
    の３つの配列マークが互いに対をなして前記配
    列軸に直交する軸上に位置するように、かつ配
    列すべき該パターンの中心点で交叉するように
    書き込む配列マーク書込み予備段階と、 (b) 前記第１の平面と前記第２の平面を所定の間
    隔以内の間隔で互いに平行に配置する２平面配
    置段階と、 (c)(i) 平行な単色光ビームによつて前記第１の平
    面の配列マークの線形フレネル領域レンズを
    照射して、前記第２の平面に該第２の平面の
    前記配列マークの中心領域と実質的に同じ大
    きさの光の線を形成させる照射工程と、 (ii) 該第２の平面で反射され、前記線形フレネ
    ル領域レンズから出現する放射線の一部を検
    出する検出工程と、 (iii) 該検出された放射線が前記第１の平面の配
    列マークと前記第２の平面の配列マークの合
    致を示す極限値に達するまで前記第１の平面
    と前記第２の平面を相対的に変位させる変位
    工程と、 (iv) 前記３つの工程を配列すべき各軸について
    繰り返して行なう繰返し工程と、 からなり、前記放射手段が前記第１の平面のパ
    ターンの映像を前記第２の平面上に、式Ｇ＝１
    ＋ｅ／Ｄ（但し、ｅは第１の平面と第２の平面
    間の所定間隔、Ｄは放射線源と第１の平面間の
    距離）に従う倍率Ｇのカーストシヤドーにより
    形成する、前記第１の平面と前記第２の平面を
    前記直交軸に沿いかつ該２つの平面に垂直な軸
    周りの回転方向に配列して、前記放射線源をさ
    えぎる２平面配列段階と、 (d) 前記３対の配列マークが書き込まれた軸の交
    点において交叉する互いに直交する２つの軸上
    に、前記配列マークと同じ機能を奏する少なく
    とも２対の補助マークを、該２つの軸に垂直な
    方向に書き込む補助マーク書込み予備段階と、 (e)(i) 平行な単色光ビームによつて前記第１の平
    面の補助マークの線形フレネル領域レンズを
    照射して、前記第２の平面に該第２の平面の
    補助パターンの中心領域と実質的に同じ大き
    さの光の線を形成させる照射工程と、 (ii) 該第２の平面で反射され、前記線形フレネ
    ル領域レンズから前記直交方向に出現する放
    射線の一部を検出する検出工程と、 (iii) 該検出された放射線が前記第１の平面の補
    助マークと前記第２の平面の補助マークの合
    致を示す極限値に達するまで前記第１の平面
    と前記第２の平面を相対的に変位させる変位
    工程と、 (iv) 該変位の量を記憶する工程と、 (v) 前記４つの工程を前記補助マークの各対に
    ついて繰り返して行なう繰返し工程と、 (vi) 連続的な変位量に基づいて修正量を決定す
    る修正量決定工程と、 からなる、２つのパターンの相対寸法歪を決定
    する相対寸法歪決定段階と、 (f) 前記相対寸法歪を補償するために、前記修正
    量に基づいて前記倍率を調整する倍率調整段階
    と、 を具備して構成されることを特徴とする２つのク
    ローズアツプ平面上のパターンの光学的配列方
    法。 ２ 倍率調整段階が、第１の平面と第２の平面の
    間の間隔を一定に保つたまま、放射線源と第１の
    平面の間の距離の大きさと符号を修正することに
    より行われる特許請求の範囲第１項記載の２つの
    クローズアツプ平面上のパターの光学的配列方
    法。 ３ 倍率調整段階が、放射線源と第１の平面の間
    の距離を一定に保つたまま、第１の平面と第２の
    平面の間の間隔の大きさと符号を修正することに
    より行われる特許請求の範囲第１項の２つのクロ
    ズアツプ平面上のパターンの光学的配列方法。 ４ 相対寸法歪が線形変動成分と非線形変動成分
    を含み、倍率調整段階が、前記線形変動成分を補
    償するために放射線源と第１の平面の間の距離を
    修正すること、および前記非線形変動成分を補償
    するために前記第１の平面と第２の平面の間の相
    対的な間隔を修正することにより行われる特許請
    求の範囲第１項記載の２つのクローズアツプ平面
    上のパターンの光学的配列方法。 ５ 補助マーク書込み予備段階が、４対の補助マ
    ークをその支持軸の交点に関して対称に分布され
    て書き込み、該軸が直交する配列軸に対してπ／
    ４ラジアンの角度をなす特許請求の範囲第１項な
    いし第４項のいずれかに記載の２つのクローズア
    ツプ平面上のパターンの光学的配列方法。 ６ 放射線がＸ線の範囲の波長の放射線である特
    許請求の範囲第１項記載の２つのクローズアツプ
    平面上のパターンの光学的配列方法。 ７ 第１の平面に含まれるマスクのパターンを基
    板の１つの主面で形成される第２の平面上にカー
    ストシヤドーによりトランスフアするための発散
    性の放射線源と；前記第１の平面と前記第２の平
    面を配列マークの対によつて２つの直交方向と該
    ２つの平面に垂直な軸周りの回転方向に相対的に
    配列する光電手段と；補助マークの対毎に設けら
    れる、単色光源、該単色光源の放射線を平行ビー
    ムとして前記マスクの線形フレネル領域レンズが
    書き込まれた部分に投影する投影手段、および前
    記第２の平面で反射される放射線の一部を検出す
    る光電手段と；前記補助マークを支持する直交軸
    に平行な２方向に前記マスクとウエーハを相対的
    に変位させる変位手段と；該変位手段と協動して
    移動して該変位手段の変位量を表わす信号を送出
    するセンサと；前記放射線源を前記マスクと前記
    ウエーハの平面に垂直な軸に沿つて移動させる移
    動手段と；該移動手段と協動して前記マスクと前
    記ウエーハの位置を表わす信号を送出する位置セ
    ンサとを具備することを特徴とする２つのクロー
    ズアツプ平面上のパターンの光学的配列装置。 ８ 補助マークの各対に関連する単色光源が、平
    行ビームを放射する単一の放射線源により得ら
    れ、該平行ビームが半透明板によつて一連のビー
    ムに分離され、該一連のビームが偏向鏡によつて
    投影手段に到達される特許請求の範囲第７項記載
    の２つのクローズアツプ平面上のパターンの光学
    的配列装置。 ９ 第１の平面に含まれるマスクのパターンを基
    板の１つの主面で形成される第２の平面上にカー
    ストシヤドーによりトランスフアするための発散
    性の放射線源と；前記第１の平面と前記第２の平
    面を配列マークの対によつて２つの直交方向と該
    ２つの平面に垂直な軸周りの回転方向に相対的に
    配列する光電手段と；補助マークの対毎に設けら
    れる、単色光源、該単色光源の放射線を平行ビー
    ムとして前記マスクの線形フレネル領域レンズが
    書き込まれた部分に投影する投影手段、および前
    記第２の平面で反射される放射線の一部を検出す
    る光電手段と；前記補助マークを支持する直交軸
    に平行な２方向に前記マスクとウエーハを相対的
    に変位させる変位手段と；該変位手段と協動して
    移動して該変位手段の変位量を表わす信号を送出
    するセンサと；前記放射線源を前記マスクと前記
    ウエーハの平面に垂直な軸に沿つて移動させる移
    動手段と；該移動手段と協動して前記マスクと前
    記ウエーハの位置を表わす信号を送出する位置セ
    ンサと；マスクとウエーハの平面に垂直な方向に
    該マスクと該ウエーハを変位させるために該マス
    クと該ウエーハの平面の相対的な位置を調整する
    手段と；該調整手段と協動して、該マスクとウエ
    ーハの変位量を表わす信号を送出するセンサとを
    具備することを特徴とする２つのクローズアツプ
    平面上のパターンの光学的配列装置。 １０ 第１の平面に含まれるマスクのパターンを
    基板の１つの主面で形成される第２の平面上にカ
    ーストシヤドーによりトランスフアするための発
    散性の放射線源と；前記第１の平面と前記第２の
    平面を配列マークの対によつて２つの直交方向と
    該２つの平面に垂直な軸周りの回転方向に相対的
    に配列する光電手段と；補助マークの対毎に設け
    られる、単色光源、該単色光源の放射線を平行ビ
    ームとして前記マスクの線形フレネル領域レンズ
    が書き込まれた部分に投影する投影手段、および
    前記第２の平面で反射される放射線の一部を検出
    する光電手段と；前記補助マークを支持する直交
    軸に平行な２方向に前記マスクとウエーハを相対
    的に変位させる変位手段と；該変位手段と協動し
    て移動して該変位手段の変位量を表わす信号を送
    出するセンサと；前記放射線源を前記マスクと前
    記ウエーハの平面に垂直な軸に沿つて移動させる
    移動手段と；該移動手段と協動して前記マスクと
    前記ウエーハの位置を表わす信号を送出する位置
    センサと；マスクとウエーハの相対的変位量と放
    射線源の位置を検出するセンサの出力信号と、放
    射線の一部を検出する光電手段の出力信号とを受
    信するデータ処理手段と具備して構成され、該デ
    ータ処理手段が、前記放射線源の移動手段と、前
    記マスクおよび前記ウエーハの平面の相対的位置
    を修正する手段へ伝送される修正値を前記出力信
    号に基づいて決定するプログラムされた手段を有
    し、それにより相対寸法歪の自動補償を行なうこ
    とを特徴とする２つのクローズアツプ平面上のパ
    ターンの光学的配列装置。
JP58244350A 1982-12-30 1983-12-26 ２つのクロ−ズアツプ平面上のパタ−ンの光学的配列方法およびその装置 Granted JPS59134830A (ja)

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