一种用于对准掩膜和硅片的相关位置的方法及实现该方法的装置制造方法及图纸

根据本发明专利技术对准第一和第二物体的方法，第一和第二物体面对面地安置，对准是在垂直于面对面方向上进行的．第一物体上制有光栅图形，第二物体上制有方格棋盘形光栅图形．从对准用光源发出的光束射在第二物体的方格棋盘形光栅图形上．被其衍射的光束被引向第一物体的光栅图形上．由此再被衍射的光束被检测器检测．从而测得第一和第二物体的相对位置，而与它们的间距无关．依照检测结果，第一和第二物体被精确地对准．本发明专利技术可被用作对准掩膜和硅片的方法．（*该技术在2007年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种把第一物体与第二物体相互对准的方法，更具体地说，涉及到半导体器件制造工艺中把电路图形转印到硅片上时将掩膜与硅片进行对准的方法。进而，本专利技术涉及到一种将第一物体与第二物体进行对准的装置，更明确地说涉及到将掩膜与硅片进行对准的一种装置。在制造半导体器件如LSI(大规模集成电路)的工艺中，是采用光学投影/曝光设备将电路图形转印到硅片上的。用这种设备，掩膜上预先制好的电路图形在尺寸上被缩小，然后通过光学投影系统和水银灯将图形转印到硅片上。然而在电路图形被转印以前，该掩膜和硅片必须精确地对准(掩膜对准)。更详细地说，该掩膜和硅片在与向电路图形投射光的方向相垂直的方向上必须对准。作为掩膜对准法的实例，已知有TTL(throughthelens)法和轴外(off-axis)法。在运用TTL法时，来自光学投影系统的一束光投射到在掩膜和硅片上各自预先作好的衍射光栅上，以检测掩膜与硅片的相对位置。与此相比不同的是，在运用轴外法时，用一台轴外显微镜来代替光学投影系统进行掩膜与硅片的对准。该掩膜与硅片在电路图形投影区之外通过轴外显微镜分别进行对准。然后，相互对准了的掩膜与硅片再移进投影区。因此，用轴外法的生产效率比用TTL法的要高。然而，轴外法包含许多误差因素，并且高精度的对准难以达到。因此，TTL法是最广泛应用的将掩膜和硅片进行对准的方法。SPI杂志1980年G.Dubroeucq的文章和1984ME，W.R.Trutna.Jr.的文章中披露了一种TTL掩膜对准法，该方法需要完全对正两个光栅图形。使用这种方法时，激光束照射在掩膜和硅片上面各自的光栅图形上，衍射光束入射到光电探测器上以便转变成电信号。这个电信号受到信息处理器的处理，从而检测出掩膜与硅片的相对位置。依照此检测结果掩膜和硅片进行对准。如上所述，当使用TTL法时，激光束是通过投影光学系统的投影透镜来照射的。这个投影透镜的配置是为了把与水银灯预定的曝光波长相关的所有像差减至最小。因此，当波长不同于曝光波长的光束通过比投影透镜照射时，将发生彩色像差。掩膜与硅片相对位置的检测是在掩膜与硅片之间的距离处于失焦状态的情况下进行的。在这种情况下，得不到足够的检测灵敏度，而且复验性也很差。因而掩膜和硅片的对准可能发生偏差。当两个光波长的差别变大时，为调整光程长度，像差修正装置是必须的。本专利技术的一个目的在于提供一种方法将第一与第二观察物相互间进行精确对准。本专利技术的另一个目的在于提供一种准确地检测掩膜和硅片的相对位置的方法，当电路图形需要转印到硅片上时，不论掩膜与硅片之间距离多大，都可以精确地对准它们。本专利技术还有一个目的是提供一种设备用以精确地相互对准上述第一和第二物体。本专利技术更进一步的目的是提供一种设备，当需要把电路图形转印到硅片上时，不论掩膜与硅片距离多大，用这种设备都可以精确地将它们对准。根据本专利技术，用这种方法来相互对准第一和第二物体时，把第一和第二物体置于面面相对的位置，而对准是在与相对面的(法线)方向相垂直的方向上进行的。作为对准标记的条栅图形制作在第一物体上，同样作为对准标记的类似方格棋盘的格栅图形制作在第二物体上。来自对准用光源的光束照射在第二物体上的方格棋盘形格栅图形上。然后，被方格棋盘形格栅图形衍射的光线被引到第一物体的光栅图形上。由第一物体条栅所衍射的光束受到检测仪的检测。由于来自光源的光被方格棋盘形格栅衍射，从而可检测出第一与第二物体的相对位置，检测结果与它们之间的距离无关。参照这个检测结果将第一第二物体进行精确的对准。当预先制作在掩膜上的电路图形转印到硅片上时，掩膜与硅片是面对面安放的，并且对准是在与两个相对面的(法线)方向垂直的方向上进行。作为对准标记的条栅图形制作在掩膜上，同样作为对准标记的方格棋盘形格栅图形制作在硅片上。来自对准用光源的光线照射在硅片上的方格棋盘形格栅图形上。然后，被此方格棋盘形格栅图形所衍射的光束被引导到掩膜上的条栅图形上。被掩膜上的光栅图形所衍射的光受到检测器的检测。由于来自光源的光受到了方格棋盘形格栅图形的衍射，就可检测出掩膜与硅片的相关位置，检测结果与它们的间距无关。依照这一检测结果，掩膜与硅片被精确地对准。附图简要说明。图1是一个缩图投影/曝光设备的透视图，在实施例中专利技术的对准方法应用在这个缩小图形的投影/曝光设备中;图2是制作在掩膜上的条栅平面图;图3是制作在硅片上的方格棋盘形格栅平面图;图4是说明空间滤光反射镜构造的透视示意图;图5是由硅片上光栅图形所衍射的光形成衍射点像的平视图;图6是两次衍射光强度与掩膜和硅片相对于它们的安放位置的位移之关系曲线。图7为入射在掩膜表面的衍射光的聚焦状况示意图。图8是实现信号同步检测处理的装置方框图，该装置使用了平行平面镜振荡器。图9中的信号波形曲线表明同步检测信号输出与掩膜和硅片的位移之关系。图10是第二个实施例中的缩图投影/曝光设备的透视示意图。在此缩图投影/曝光设备中应用了本专利技术的对准方法。图11透视图表明了由硅片上光栅反射的光与反射镜的光之间的关系。图12A到12C表明本专利技术的第一实施例修改后的缩图投影/曝光设备的正视图。图13是修改后的光栅图形示意图。图14A是第三个实施例的截面图，其中本专利技术的对准方法应用到X-射线曝光设备中。图14B为输出特性曲线，表明了第三实施例中的掩膜和硅片之间对准的检测结果。下面详述实施例。如图1所示，用于产生曝光光束的光源1装置在缩图投影/曝光设备中。例如，光源1可由水银灯构成。当不需要光源1发出的光束时，它被快门6遮挡住。该设备中安置有掩膜2，电路图形事先制作在它上面。设备中还安置有硅片4，电路图形转印在它上面。按预定方向可动的硅片台5承载硅片4。作为电路图形投影光学系统会聚透镜7安插在快门6和掩膜2之间，消磁投影透镜3安插在掩膜2与硅片4之间。更详细地说，在掩膜上制作的电路图形经过透镜3被缩小尺寸并投影。当快门6打开时，水银灯发出的光束射出，电路图形被转印到硅片4上。在这个曝光设备中，设置了用以对准掩膜2和硅片4的光学系统10。如图2所示，作为对准标记的一维条栅图形制作在掩膜2上。如在图3所看到的方格棋盘形格栅图形制作在硅片4上。光学系统10包含有激光源11用以产生具有良好相干性的激光束。光学系统10还包括空间滤光反射镜12，折射镜14，以及全反射镜15。如图4所示，空间滤光反射镜12是由透射区12-1和反射区12-2构成。滤光反射镜12是一个二向色镜，当电路图形曝光时，它可以透射全部曝光光束。当电路图形曝光时，滤光反射镜12也可以被移出曝光区。此外，装置了光检测器16用以接收光栅的衍射光，并将其转换成电信号。信息处理器17处理电信号。下面将讲述用于上述投影/曝光设备的掩膜2与硅片4的对准方法。从激光器11发出的激光束24被空间滤光反射镜12反射，并经过投影透镜3入射在硅片4的光栅图形22上。被光栅图形22反射的衍射光束经过投影透镜3，空间滤光反射镜12和折射镜14会聚在掩膜2的光栅图形21上。如在图3中看到的，光栅图形22是类似方格棋盘的图形。因此，在投影透镜3的富利叶传输面上的衍射光束是二维衍射光束。图5表示第0级和第±1级衍射光束。第(±1，0)级和(0，±1)级衍射光强度为0，而第(0，0)级和(±1，±1)级本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对准第一物体与第二物体的相关位置的方法，这两个物体是面对面地安置，对准是在与它们相对面的（法线）方向相垂直的方向上进行的，其特征为包括下列步骤：在上述第一物体上制作一光栅图形作为对准标记；在上述第二物体上制作一方格棋盘形的光栅图 形作为对准标记；使光源发出的光束直射到上述第二物体的上述方格棋盘形光栅图形上；把在上述方格棋盘形光栅图形处发生衍射的衍射光束传输到上述第一物体的上述光栅图形上；检测透射过上述第一物体的光栅图形时产生的衍射光束；以及按照被检测 的衍射光的强度来调整上述第一和第二物体的相关位置。

【技术特征摘要】
JP 1986-2-14 30516/861.一种对准第一物体与第二物体的相关位置的方法，这两个物体是面对面地安置，对准是在与它们相对面的(法线)方向相垂直的方向上进行的，其特征为包括下列步骤在上述第一物体上制作一光栅图形作为对准标记；在上述第二物体上制作一方格棋盘形的光栅图形作为对准标记；使光源发出的光束直射到上述第二物体的上述方格棋盘形光栅图形上；把在上述方格棋盘形光栅图形处发生衍射的衍射光束传输到上述第一物体的上述光栅图形上；检测透射过上述第一物体的光栅图形时产生的衍射光束；以及按照被检测的衍射光的强度来调整上述第一和第二物体的相关位置。2.一种对准掩膜与硅片的相关位置的方法，当制作在上述掩膜上的电路图形转印到上述硅片上时，掩膜与硅片面对面安置，对准是在与它们相对面的(法线)方向相垂直的方向上进行的，其特征为包括下列步骤在上述掩膜上制作一光栅图形作为对准标记;在上述硅片上制作一方格棋盘形光栅图形作为对准标记;使光源发射的光束直射到上述硅片的上述方格棋盘形光栅图形上;把在上述方格棋盘形光栅图形处发生衍射的衍射光束传输到上述掩膜的上述光栅图形上;检测透射过上述掩膜的光栅图形时所产生的衍射光束;以及按照被检测的衍射光强度来调整上述掩膜和上述硅片之间的相关位置。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于将一个允许衍射光束通过的光学系统安置在上述掩膜和上述硅片之间。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于在传输衍射光束的过程中，由方格棋盘形光栅图形所衍射的光束被一个空间滤光反射镜选择后被引导到上述掩膜的上述光栅图形上。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于安置在上述掩膜和上述硅片之间使衍射光束通过的上述光学系统系，是用来转印电路图形的光学投影系统。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于对准上述掩膜和上述硅片所用的光的波长不同于用于转印电路图形的上述光学投影系统所用的光波长。7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于在直射光束的过程中所用的上述光源是激光器。8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于在上述掩膜上制作的上述光栅图形是光透射型，而制作在上述硅片上的上述方格棋盘形光栅图形是反射型。9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于在传输衍射光束的过程中，由方格棋盘形光栅图形所衍射的光束被空间滤光反射镜选择后被引导到上述掩膜的上述光栅图形上，在检测衍射光束的过程中，由掩膜的光栅图形所衍射的第0级二次衍射光的强度被检测。10.根据权利要求2所述的方法，其特征在于上述方格棋盘形光栅图案是由多个正方块拼接而成的。11.根据权利要求2所述的方法，其特征在于上述方格棋盘形光栅图案是由多个长方块拼接而成的。12.一种对准第一与第二物体的相关位置的方法，这两个物体是面对面地安置，对准是在与它们的相对面的(法线)方向相垂直的方向上进行的，其特征为包含下列步骤在上述第一物体上制作光栅图形作为对准标记;在...

【专利技术属性】
技术研发人员：田烟光雄，东条彻，下裕明，
申请(专利权)人：株式会社东芝，东京光学机械株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]