JP2874284B2 - 間隔測定装置 - Google Patents
間隔測定装置Info
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- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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- G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は２つの物体間の間隔を高精度に測定する間隔
測定装置に関し、例えば半導体製造装置において、マス
クとウエハとの間隔を測定し、所定の値に制御するとき
に好適なものである。
測定装置に関し、例えば半導体製造装置において、マス
クとウエハとの間隔を測定し、所定の値に制御するとき
に好適なものである。
（従来の技術） 従来より半導体製造装置においては、マスクとウエハ
との間隔を間隔測定装置等で測定し、所定の間隔となる
ように制御した後、マスク面上のパターンをウエハ面上
に露光転写している。これにより高精度な露光転写を行
っている。
との間隔を間隔測定装置等で測定し、所定の間隔となる
ように制御した後、マスク面上のパターンをウエハ面上
に露光転写している。これにより高精度な露光転写を行
っている。
第８図は特開昭61−111402号公報で提案されている間
隔測定装置の概略図である。同図においては第１物体と
してのマスクＭと第２物体としてのウエハＷとを対向配
置し、レンズL1によって光束をマスクＭとウエハＷとの
間の点PSに集光させている。
隔測定装置の概略図である。同図においては第１物体と
してのマスクＭと第２物体としてのウエハＷとを対向配
置し、レンズL1によって光束をマスクＭとウエハＷとの
間の点PSに集光させている。
このとき光束はマスクＭ面上をウエハＷ面上で各々反
射し、レンズL2を介してスクリーン（センサー）Ｓ面上
の点PW，PMに集束投影されている。マスクＭとウエハＷ
との間隔はスクリーンＳ面上の光束の集光点PW，PMとの
間隔を検出することにより測定している。
射し、レンズL2を介してスクリーン（センサー）Ｓ面上
の点PW，PMに集束投影されている。マスクＭとウエハＷ
との間隔はスクリーンＳ面上の光束の集光点PW，PMとの
間隔を検出することにより測定している。
（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、第８図に示す装置はウエハＷに傾き誤
差があると光束のスクリーン（センサー）Ｓ面への入射
位置に誤差が生じマスクＭとウエハＷとの間隔検出精度
が低下してくるという問題点があった。本発明はマスク
とウエハに相当する第１物体と第２物体とを対向配置し
て両者の間隔を測定する際、例えば第１物体と第２物体
の間隔を精度良く検出できる間隔測定装置の提供を目的
とする。
差があると光束のスクリーン（センサー）Ｓ面への入射
位置に誤差が生じマスクＭとウエハＷとの間隔検出精度
が低下してくるという問題点があった。本発明はマスク
とウエハに相当する第１物体と第２物体とを対向配置し
て両者の間隔を測定する際、例えば第１物体と第２物体
の間隔を精度良く検出できる間隔測定装置の提供を目的
とする。
（問題点を解決するための手段） 本発明の間隔測定装置は、波面変換素子を設けた第１
物体と第２物体とを対向配置し、該第１物体上の波面変
換素子に光源手段から複数の波長の光束を同時又は順次
照射し、該波面変換素子によって所定方向に偏向した光
を該第２物体面で反射させた後、受光手段面上に導光
し、該受光手段面上における少なくとも２つの波長の光
の入射位置を個別に検出することにより、該第１物体と
第２物体との間隔を求めたことを特徴としている。
物体と第２物体とを対向配置し、該第１物体上の波面変
換素子に光源手段から複数の波長の光束を同時又は順次
照射し、該波面変換素子によって所定方向に偏向した光
を該第２物体面で反射させた後、受光手段面上に導光
し、該受光手段面上における少なくとも２つの波長の光
の入射位置を個別に検出することにより、該第１物体と
第２物体との間隔を求めたことを特徴としている。
この他本発明では、一部に第１波面変換素子と第２波
面変換素子とを設けた第１物体と第２物体とを対向配置
し、該第１物体面上の第１波面変換素子に光源手段から
複数の波長の光束を同時又は順次照射し、該第１波面変
換素子からの所定次数の回折光を該第２物体面で反射さ
せた後、該第１物体面上の第２波面変換素子に入射さ
せ、該第２波面変換素子からの所定次数の回折光を受光
手段面上に導光し、該受光手段面上における少なくとも
２つの波長の回折光の入射位置を個別に検出することに
より、該第１物体と第２物体との間隔を求めたことを特
徴としている。又、本発明の露光装置は前述の間隔測定
装置を用いて、第１物体と第２物体との間隔を所定値に
して該第１物体面上のパターンを第２物体面上に露光転
写していることを特徴としている。
面変換素子とを設けた第１物体と第２物体とを対向配置
し、該第１物体面上の第１波面変換素子に光源手段から
複数の波長の光束を同時又は順次照射し、該第１波面変
換素子からの所定次数の回折光を該第２物体面で反射さ
せた後、該第１物体面上の第２波面変換素子に入射さ
せ、該第２波面変換素子からの所定次数の回折光を受光
手段面上に導光し、該受光手段面上における少なくとも
２つの波長の回折光の入射位置を個別に検出することに
より、該第１物体と第２物体との間隔を求めたことを特
徴としている。又、本発明の露光装置は前述の間隔測定
装置を用いて、第１物体と第２物体との間隔を所定値に
して該第１物体面上のパターンを第２物体面上に露光転
写していることを特徴としている。
（実施例） 第１図は本発明を半導体製造装置のマスクとウエハと
の間隔を測定する装置に適用した場合の一実施例の光学
系の概略図である。第２図は第１図の第１物体と第２物
体近傍の拡大模式図である。第1,第２図において１は例
えばHe−Neレーザーや半導体レーザー等の光源からの光
束、２は板状の第１物体で例えばマスク、３は板状の第
２物体で例えばウエハであり、マスク２とウエハ３は第
２図に示すように間隔dOを隔てて対向配置されている。
4,5は各々マスク２面上の一部に設けた第1,第２波面変
換素子である。波面変換素子としては例えば回折格子、
グレーティングレンズ、フレネルゾーンプレート等の物
理光学素子が適用可能である。以上、波面変換素子を物
理光学素子と称することにする。７は集光レンズであ
り、その焦点距離はfSである。
の間隔を測定する装置に適用した場合の一実施例の光学
系の概略図である。第２図は第１図の第１物体と第２物
体近傍の拡大模式図である。第1,第２図において１は例
えばHe−Neレーザーや半導体レーザー等の光源からの光
束、２は板状の第１物体で例えばマスク、３は板状の第
２物体で例えばウエハであり、マスク２とウエハ３は第
２図に示すように間隔dOを隔てて対向配置されている。
4,5は各々マスク２面上の一部に設けた第1,第２波面変
換素子である。波面変換素子としては例えば回折格子、
グレーティングレンズ、フレネルゾーンプレート等の物
理光学素子が適用可能である。以上、波面変換素子を物
理光学素子と称することにする。７は集光レンズであ
り、その焦点距離はfSである。
８は受光手段で集光レンズ７の焦点位置に配置されて
おり、ラインセンサーやPSD等から成り、入射光束の重
心位置を検出している。９は信号処理回路であり、受光
手段８からの信号を用いて受光手段８面上に入射した光
束の重心位置を求め、後述するようにマスク２とウエハ
３との間隔dOを演算し求めている。
おり、ラインセンサーやPSD等から成り、入射光束の重
心位置を検出している。９は信号処理回路であり、受光
手段８からの信号を用いて受光手段８面上に入射した光
束の重心位置を求め、後述するようにマスク２とウエハ
３との間隔dOを演算し求めている。
10は光プローブであり、集光レンズ７や受光手段８、
そして必要に応じて信号処理回路９を有しており、マス
ク２やウエハ３とは相対的に移動可能となっている。10
1は波長モニターであり、光源LDからの発振波長を検出
している。
そして必要に応じて信号処理回路９を有しており、マス
ク２やウエハ３とは相対的に移動可能となっている。10
1は波長モニターであり、光源LDからの発振波長を検出
している。
本実施例においては半導体レーザーLDを光源として用
い、その注入電流を注入電流制御手段17で制御すること
により、波長モニター101で発振波長を監視しつつ、発
振波長の異なる複数の波長の光束を同時又は順次放射し
ている。光源LDと注入電流制御手段17は光源手段102の
一要素を構成している。
い、その注入電流を注入電流制御手段17で制御すること
により、波長モニター101で発振波長を監視しつつ、発
振波長の異なる複数の波長の光束を同時又は順次放射し
ている。光源LDと注入電流制御手段17は光源手段102の
一要素を構成している。
光源LDからの光束１（中心波長λ＝830nm）をマスク
２面上の第１フレネルゾーンプレート（以下FZPと略記
する）４面上の点Ａに紙面と平行な平面内で垂直に入射
させている。そして第１のFZP4からの角度θ１で回折す
る所定次数の回折光をウエハ３面上の点Ｂ（Ｃ）（ウエ
ハ３とマスク２との間隔がdOのときは点Ｂで、（dO＋
dG）のときは点Ｃで反射）で反射させている。このうち
反射光31はウエハ３がマスク２に近い位置P1（間隔dO）
に位置しているときの反射光、反射光32はウエハ３が位
置P1から距離dGだけ変位したときの反射光である。
２面上の第１フレネルゾーンプレート（以下FZPと略記
する）４面上の点Ａに紙面と平行な平面内で垂直に入射
させている。そして第１のFZP4からの角度θ１で回折す
る所定次数の回折光をウエハ３面上の点Ｂ（Ｃ）（ウエ
ハ３とマスク２との間隔がdOのときは点Ｂで、（dO＋
dG）のときは点Ｃで反射）で反射させている。このうち
反射光31はウエハ３がマスク２に近い位置P1（間隔dO）
に位置しているときの反射光、反射光32はウエハ３が位
置P1から距離dGだけ変位したときの反射光である。
次いでウエハ３からの反射光を第１物体２面上の第２
のFZP5面上の点Ｄ（Ｅ）に入射させている。尚、第２の
FZP5は入射光束の入射位置に応じて出射回折光の射出角
を変化させる光学作用を有している。
のFZP5面上の点Ｄ（Ｅ）に入射させている。尚、第２の
FZP5は入射光束の入射位置に応じて出射回折光の射出角
を変化させる光学作用を有している。
そして第２のFZP5から角度θ２で回折した所定次数の
回折光（61,62）を集光レンズ７を介して受光手段８面
上に導光している。
回折光（61,62）を集光レンズ７を介して受光手段８面
上に導光している。
そして、このときの受光手段８面上における入射光束
（61,62）の重心位置を用いてマスク２とウエハ３との
間隔を演算し求めている。
（61,62）の重心位置を用いてマスク２とウエハ３との
間隔を演算し求めている。
本実施例ではマスク２面上に設けた第1,第２のFZP4,5
は予め設定された既知のピッチで構成されており、それ
らに入射した光束の所定次数（例えば±１次）の回折光
の回折角度θ1，θ2は中心波長λに対応して予め求めら
れている。
は予め設定された既知のピッチで構成されており、それ
らに入射した光束の所定次数（例えば±１次）の回折光
の回折角度θ1，θ2は中心波長λに対応して予め求めら
れている。
第３図はマスク２面上の第1,第２のFZP4,5の機能及び
マスク２とウエハ３との間隔との関係を示す説明図であ
る。
マスク２とウエハ３との間隔との関係を示す説明図であ
る。
同図（Ａ）は第1,第2FZP4,5の上面図、同図（Ｂ）は
第1,第2FZP4,5を通過する光束のＢ方向から見た図、同
図（Ｃ）は同じくＡ方向から見た図である。
第1,第2FZP4,5を通過する光束のＢ方向から見た図、同
図（Ｃ）は同じくＡ方向から見た図である。
本実施例においては、第１のFZP4に入射光を折り曲げ
る作用をしているが、この他収束、又は発散作用を持た
せるようにしても良い。
る作用をしているが、この他収束、又は発散作用を持た
せるようにしても良い。
同図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すように第２のFZP5
は場所によって回折方向が少しずつ変えられる構成にな
っており、例えば点11はマスク２とウエハ３との間隔が
100μｍのときの出射光束の重心透過点でマスク２とウ
エハ３との間隔が増すにつれて出射光束の透過点は同図
（Ａ）において右方に移動し、間隔が200μｍになった
ときは点12を透過するように設定している。
は場所によって回折方向が少しずつ変えられる構成にな
っており、例えば点11はマスク２とウエハ３との間隔が
100μｍのときの出射光束の重心透過点でマスク２とウ
エハ３との間隔が増すにつれて出射光束の透過点は同図
（Ａ）において右方に移動し、間隔が200μｍになった
ときは点12を透過するように設定している。
FZPのパターンは同図（Ａ）においてＡ方向には収
束、発散のパワーを持たせていないが光束の拡がりを調
整する為に持たせても良い。
束、発散のパワーを持たせていないが光束の拡がりを調
整する為に持たせても良い。
本実施例ではＢ方向に対しては第１図に示すように出
射角度５°方向に距離fM＝1000μｍの位置に集光するよ
うに収束のパワーを持たせている。
射角度５°方向に距離fM＝1000μｍの位置に集光するよ
うに収束のパワーを持たせている。
尚、第３図においてマスク２とウエハ３との間隔測定
範囲を例えば100μｍ〜200μｍとした場合には、これに
対応させて第1,第２のFZP4,5の領域を設定すれば良い。
範囲を例えば100μｍ〜200μｍとした場合には、これに
対応させて第1,第２のFZP4,5の領域を設定すれば良い。
次に第１図を用いてマスク２とウエハ３との間隔を求
める方法について説明する。
める方法について説明する。
第１図に示すように回折光61と回折光62との交点Ｆか
らマスク２までの距離をfMとすると AD＝２dOtan θ1， AE＝２（dO＋dG）tanθ1， ∴dM＝DE＝AE−AD＝２dGtanθ1 ……（１） dM＝２・fM・tanθ2 ……（２） である。受光手段８面上における入射光の動き量Ｓは Ｓ＝２・fS・tanθ2 ……（３） 従って（１），（２），（３）式より となる。
らマスク２までの距離をfMとすると AD＝２dOtan θ1， AE＝２（dO＋dG）tanθ1， ∴dM＝DE＝AE−AD＝２dGtanθ1 ……（１） dM＝２・fM・tanθ2 ……（２） である。受光手段８面上における入射光の動き量Ｓは Ｓ＝２・fS・tanθ2 ……（３） 従って（１），（２），（３）式より となる。
本実施例ではマスクＭとウエハＷとの間隔（ギャッ
プ）検出用の光束として光源手段102より波長の異なる
複数の光束、例えばλ1，λ2（λ1≠λ2）の２つの光束
を同時に又は順次放射している。
プ）検出用の光束として光源手段102より波長の異なる
複数の光束、例えばλ1，λ2（λ1≠λ2）の２つの光束
を同時に又は順次放射している。
これによりマスクＭ面上の第２のFZP5に対して実効的
な焦点距離fMが異なる２つの状態を作り出している。そ
して各々の波長λ1，λ2に対応する受光手段８面上への
間隔信号光束の入射位置S1，S2を検出し、それらの入射
位置の差Ｓ（Ｓ＝S1−S2）からマスクＭとウエハＷとの
間隔を検出している。
な焦点距離fMが異なる２つの状態を作り出している。そ
して各々の波長λ1，λ2に対応する受光手段８面上への
間隔信号光束の入射位置S1，S2を検出し、それらの入射
位置の差Ｓ（Ｓ＝S1−S2）からマスクＭとウエハＷとの
間隔を検出している。
ここで波長λにおけるマスクＭ面上の第２のFZP5の焦
点距離をｆ、マスクＭとウエハＷとの間隔をdO、ウエハ
Ｗから交点Ｆまでの距離をａとすると ａ＝ｆ＋dO となる。従って波長λにおける光束重心ずれ量の間隔変
動量dGに対する倍率Ａは である。
点距離をｆ、マスクＭとウエハＷとの間隔をdO、ウエハ
Ｗから交点Ｆまでの距離をａとすると ａ＝ｆ＋dO となる。従って波長λにおける光束重心ずれ量の間隔変
動量dGに対する倍率Ａは である。
次に光源の波長をλ、グレーティングレンズの輪帯の
半径をrm（ｍは輪帯番号）とすると、焦点距離ｆとのあ
いだに、 の関係が成り立ち、これよりｆは となる。
半径をrm（ｍは輪帯番号）とすると、焦点距離ｆとのあ
いだに、 の関係が成り立ち、これよりｆは となる。
アライメント光束の波長がΔλ変化したとすると焦点
距離ｆ′は となる。
距離ｆ′は となる。
即ち波長λ1に対応する第２のFZP5の焦点距離をfM1と
し、同様に波長λ2に対応する第２のFZP5の焦点距離をf
M2とすると （但しfM1≠fM2） となる。
し、同様に波長λ2に対応する第２のFZP5の焦点距離をf
M2とすると （但しfM1≠fM2） となる。
但し、厳密には （fS1，fS2は波長λ1，λ2に対応する集光レンズ７の実
効焦点距離） となる。
効焦点距離） となる。
即ち２つの波長λ1とλ2との波長差が大きいとき、例
えばＳ≧2.0a以上あるときは同時に又波長差が小さく、
例えばＳ＜2.0a以下のときは順次放射するようにしてい
る。ここにａは各波長でのセンサー上スポット径のいず
れか大きい方を示す。
えばＳ≧2.0a以上あるときは同時に又波長差が小さく、
例えばＳ＜2.0a以下のときは順次放射するようにしてい
る。ここにａは各波長でのセンサー上スポット径のいず
れか大きい方を示す。
本実施例では半導体レーザを注入電流制御手段17によ
り波長モニター101で監視しつつ発振波長を10％変調し
て用いた。即ちλ2＝1.1λ1（λ1＝0.830μｍ）。
り波長モニター101で監視しつつ発振波長を10％変調し
て用いた。即ちλ2＝1.1λ1（λ1＝0.830μｍ）。
ここでfM1＝214.723（μｍ）とするとfM2＝195.124
（μｍ）となる。
（μｍ）となる。
又、第３図（Ａ）に示す入射側の第１のFZP4のＡ方向
の格子ピッチPAをtanθ1（λ1）＝0.577（θ1（λ1）＝
30°）となるようにするとPA＝1.66μｍ、このときtan
θ1（λ2）＝0.659（θ1（λ2）＝33.37°）、fs1≒fS2
＝30.0（mm）とすると波長λ1，λ2の光束を間隔（ギャ
ップ）検出用のマークに照射したときの受光手段８面上
で光束の入射位置の変化Ｓは Ｓ＝20.704dG となり、マスク２とウエハ３との間隔１μｍ当たりの変
化に対して、受光手段８面上の光束は15μｍ移動するこ
とになる。受光手段８として位置分解能が0.3μｍのPSD
を用いると、原理的に0.02μｍの分解能でマスク２とウ
エハ３の間隔を測定することが可能となる。
の格子ピッチPAをtanθ1（λ1）＝0.577（θ1（λ1）＝
30°）となるようにするとPA＝1.66μｍ、このときtan
θ1（λ2）＝0.659（θ1（λ2）＝33.37°）、fs1≒fS2
＝30.0（mm）とすると波長λ1，λ2の光束を間隔（ギャ
ップ）検出用のマークに照射したときの受光手段８面上
で光束の入射位置の変化Ｓは Ｓ＝20.704dG となり、マスク２とウエハ３との間隔１μｍ当たりの変
化に対して、受光手段８面上の光束は15μｍ移動するこ
とになる。受光手段８として位置分解能が0.3μｍのPSD
を用いると、原理的に0.02μｍの分解能でマスク２とウ
エハ３の間隔を測定することが可能となる。
従ってマスク２とウエハ３とがｙ方向にギャップ変動
のない状態、即ちdG＝０の時に、波長が変化しても受光
手段８面上での光束の重心位置が変動しない（即ちＳ＝
０となる）ようにマスク及びウエハのグレーティングレ
ンズを設計しておけば、入射位置の差Ｓはマスクとウエ
ハとのギャップ量に比例することになる。よって予め
λ，Δλ，マスクとウエハの間隔dOの値を設定し、FSP5
の焦点距離f,入射位置の差Ｓの値を求めて差分Ｓの値を
算出しておくことにより、Ｓの値を受光手段８の検出結
果より求め（ａ）又は（ｂ）式に代入して簡単にマス
ク、ウエハ間隔の変動量dGを検出できる。又、この時波
長はΔλだけ変動させた時の光束重心位置移動方向はマ
スク、ウエハのギャップ変動方向、即ちＳの正負に対応
しており、予めこの対応関係を求めておけば、波長変動
時の光束重心位置移動方向からギャップ変動方向も検出
することができる。
のない状態、即ちdG＝０の時に、波長が変化しても受光
手段８面上での光束の重心位置が変動しない（即ちＳ＝
０となる）ようにマスク及びウエハのグレーティングレ
ンズを設計しておけば、入射位置の差Ｓはマスクとウエ
ハとのギャップ量に比例することになる。よって予め
λ，Δλ，マスクとウエハの間隔dOの値を設定し、FSP5
の焦点距離f,入射位置の差Ｓの値を求めて差分Ｓの値を
算出しておくことにより、Ｓの値を受光手段８の検出結
果より求め（ａ）又は（ｂ）式に代入して簡単にマス
ク、ウエハ間隔の変動量dGを検出できる。又、この時波
長はΔλだけ変動させた時の光束重心位置移動方向はマ
スク、ウエハのギャップ変動方向、即ちＳの正負に対応
しており、予めこの対応関係を求めておけば、波長変動
時の光束重心位置移動方向からギャップ変動方向も検出
することができる。
ここで変動量dG＝０の時の入射光束の差分Ｓは必ずし
も０でなくてもよく、dG＝０の時のＳの絶対値及び波長
変動時の光束重心位置移動方向を予め求めておけば、間
隔検出時の差分Ｓの値とdG＝０の時のＳの値の差分を
（ａ）又は（ｂ）式に代入してマスク、ウエハ間のギャ
ップ量dOを求めることができる。ギャップ設定は第１の
方法としてはマスク、ウエハ間のギャップ量dGに対する
前述波長変更時の光束重心位置移動量Ｓの関係式、即ち
（ａ）又は（ｂ）式を予め求めておき、ギャップ検出時
に光源から所定の２波長の光束を順次出射させてそれぞ
れの波長における光束重心位置を受光手段８で検出して
光束重心位置移動量Ｓを求め、このＳの値から（ａ）又
は（ｂ）式を用いて双方の物体間のギャップ量dGを求
め、そのときのギャップ量dGに相当する量だけ第１物体
若しくは第２物体をＺ方向に移動させる。
も０でなくてもよく、dG＝０の時のＳの絶対値及び波長
変動時の光束重心位置移動方向を予め求めておけば、間
隔検出時の差分Ｓの値とdG＝０の時のＳの値の差分を
（ａ）又は（ｂ）式に代入してマスク、ウエハ間のギャ
ップ量dOを求めることができる。ギャップ設定は第１の
方法としてはマスク、ウエハ間のギャップ量dGに対する
前述波長変更時の光束重心位置移動量Ｓの関係式、即ち
（ａ）又は（ｂ）式を予め求めておき、ギャップ検出時
に光源から所定の２波長の光束を順次出射させてそれぞ
れの波長における光束重心位置を受光手段８で検出して
光束重心位置移動量Ｓを求め、このＳの値から（ａ）又
は（ｂ）式を用いて双方の物体間のギャップ量dGを求
め、そのときのギャップ量dGに相当する量だけ第１物体
若しくは第２物体をＺ方向に移動させる。
第２の方法としてはギャップ検出時に光源から所定の
２波長の光束を順次出射させて受光手段８で得られた光
束重心位置からＳとギャップ量dGを打ち消す方向を検出
し、その方向にＳに見合った所定量だけ第１物体若しく
は第２物体をＺ方向に移動させ、移動が終わればその時
点で再び所定の２波長の光束を順次出射させてdGが許容
範囲になるまで上述の検出、移動を繰り返して行う。以
上のCPUの位置合わせ手順を、それぞれ第５図（１），
（２）に示す。
２波長の光束を順次出射させて受光手段８で得られた光
束重心位置からＳとギャップ量dGを打ち消す方向を検出
し、その方向にＳに見合った所定量だけ第１物体若しく
は第２物体をＺ方向に移動させ、移動が終わればその時
点で再び所定の２波長の光束を順次出射させてdGが許容
範囲になるまで上述の検出、移動を繰り返して行う。以
上のCPUの位置合わせ手順を、それぞれ第５図（１），
（２）に示す。
上述実施例のようにすることで検出面上にアライメン
ト光束の重心位置検出のための基準点、即ちdG＝０のと
きの受光面上の光束重心位置を求めておく必要がなく、
光源の波長を変調又は選択的にシフトすることにより、
被測定物体間の相対ギャップ量を簡単に検出することが
できる。
ト光束の重心位置検出のための基準点、即ちdG＝０のと
きの受光面上の光束重心位置を求めておく必要がなく、
光源の波長を変調又は選択的にシフトすることにより、
被測定物体間の相対ギャップ量を簡単に検出することが
できる。
又、ウエハ２か傾いた場合、この傾きによる検出面上
での光束重心位置移動量分は光源の波長を変化させても
変化しないのでＳに変化はない。これは光束照射手段や
検出手段に位置の変化があっても同様でる。従ってＳを
検出することによりウエハの傾き、光束照射手段や検出
器の位置変化の影響を受けない検出ができる。
での光束重心位置移動量分は光源の波長を変化させても
変化しないのでＳに変化はない。これは光束照射手段や
検出手段に位置の変化があっても同様でる。従ってＳを
検出することによりウエハの傾き、光束照射手段や検出
器の位置変化の影響を受けない検出ができる。
図９はこのときウエハ３が傾いたときの間隔測定にお
ける光路の説明図である。同図において、マスク２とウ
エハ３が互いに平行のときに、ウエハ３が傾いて点線の
如くウエハ３′となったときのスポット（光束）の受光
手段８面上への入射位置は次のようになる。
ける光路の説明図である。同図において、マスク２とウ
エハ３が互いに平行のときに、ウエハ３が傾いて点線の
如くウエハ３′となったときのスポット（光束）の受光
手段８面上への入射位置は次のようになる。
ウエハ３の傾きによるスポットの移動量は波長によらず
一定であるから ΔP1＝ΔP2 となる。従って P1′−P1＝P2′−P2 P2−P1＝P2′−P1′ となり、ウハエ３が傾いたときでも受光手段８面上のス
ポットの間隔（P2′−P1′）は傾かないときのスポット
の間隔（P2−P1）と同じになる。
一定であるから ΔP1＝ΔP2 となる。従って P1′−P1＝P2′−P2 P2−P1＝P2′−P1′ となり、ウハエ３が傾いたときでも受光手段８面上のス
ポットの間隔（P2′−P1′）は傾かないときのスポット
の間隔（P2−P1）と同じになる。
本実施例では光源として半導体レーザを用い、注入電
流を制御することにより、発振波長を変調した。この結
果、１つの光束の重心位置の変動を検出するだけで、相
対間隔変動量の絶対値を検出することができ、波長の異
なる２光束を別光源から発生させる場合の２光束間の相
対位置ずれ等を問題にせずにすむ。
流を制御することにより、発振波長を変調した。この結
果、１つの光束の重心位置の変動を検出するだけで、相
対間隔変動量の絶対値を検出することができ、波長の異
なる２光束を別光源から発生させる場合の２光束間の相
対位置ずれ等を問題にせずにすむ。
本実施例ではウエハ３の１つの位置に対する第２のFZ
P5からの回折光は光軸63に対して特定の角度をもって集
光レンズ７に入射し、受光手段８が集光レンズ７の焦点
位置に設置されているので光ブローブ10を光軸63上の、
どの位置に設置しても、又光軸と垂直方向に多少ズレて
いても受光手段８への入射光位置は不変である。これに
より光ブローブの変動に伴う測定誤差を軽減させてい
る。
P5からの回折光は光軸63に対して特定の角度をもって集
光レンズ７に入射し、受光手段８が集光レンズ７の焦点
位置に設置されているので光ブローブ10を光軸63上の、
どの位置に設置しても、又光軸と垂直方向に多少ズレて
いても受光手段８への入射光位置は不変である。これに
より光ブローブの変動に伴う測定誤差を軽減させてい
る。
但し、光ブローブ10の位置誤差がある程度許容されて
いる場合には、受光手段８は集光レンズ７の焦点位置に
厳密に設置される必要はない。
いる場合には、受光手段８は集光レンズ７の焦点位置に
厳密に設置される必要はない。
尚、第１図の実施例において集光レンズ７を用いずに
第４図（Ａ），（Ｂ）に示すように構成しても第１図の
実施例に比べて受光手段８に入射する光束が多少大きく
なるが本発明の目的を略達成することができる。
第４図（Ａ），（Ｂ）に示すように構成しても第１図の
実施例に比べて受光手段８に入射する光束が多少大きく
なるが本発明の目的を略達成することができる。
第４図（Ａ）は第１図の実施例において集光レンズ７
を省略したときの実施例の概略図である。
を省略したときの実施例の概略図である。
第４図（Ｂ）は第４図（Ａ）の実施例におけるマスク
２面上のFZP（物理光学素子）５を入射光束に対して一
定方向に出射させる光学作用を有し、集光作用を有さな
いような作用をもつものに置き換えた実施例を示してい
る。具体的にはFZP（物理光学素子）５、そして平行等
間隔な線状格子よりなる回折格子等が用いられる。この
場合も第４図（Ａ）の実施例と同様、本発明の目的を略
達成することができる。
２面上のFZP（物理光学素子）５を入射光束に対して一
定方向に出射させる光学作用を有し、集光作用を有さな
いような作用をもつものに置き換えた実施例を示してい
る。具体的にはFZP（物理光学素子）５、そして平行等
間隔な線状格子よりなる回折格子等が用いられる。この
場合も第４図（Ａ）の実施例と同様、本発明の目的を略
達成することができる。
尚、第４図（Ｂ）に示す実施例においてFZP（回折格
子）５を省略し、ウエハ３から反射した光束がマスク２
を透過するようにし、この透過光を受光する位置に受光
手段を配置するようにしても良い。
子）５を省略し、ウエハ３から反射した光束がマスク２
を透過するようにし、この透過光を受光する位置に受光
手段を配置するようにしても良い。
又、第４図（Ａ），（Ｂ）の入射側のFZP（回折格
子）４を省略し、光源LDからの入射光束がマスク２に入
射する前からマスク面法線に対して傾斜しているように
構成しても良い。
子）４を省略し、光源LDからの入射光束がマスク２に入
射する前からマスク面法線に対して傾斜しているように
構成しても良い。
更に第４図（Ａ），（Ｂ）においてウエハ３上に回折
格子を形成し、FZP（回折格子）４からの回折光を該FZP
（回折格子）で回折させてFZP（回折格子）５の方向に
導光するように構成しても良い。
格子を形成し、FZP（回折格子）４からの回折光を該FZP
（回折格子）で回折させてFZP（回折格子）５の方向に
導光するように構成しても良い。
本発明による第２の実施例を適用した半導体露光装置
の要部斜視図を第６図に示す。第１図と同一部材は同一
符号で示してある。主な構成要素は第１実施例と同じで
あるが、本実施例ではアライメントヘッド内に光源とし
て発振中心波長の異なる２つの半導体レーザ10−1,10−
２を設けた。半導体レーザ10−1,10−２からの光束はハ
ーフミラー12aにより出射した時に主光線が重なるよう
に光路調整されている。600はステージでステージドラ
イバー601でX,Y,Z方向に駆動している。602はウエハチ
ャックである。
の要部斜視図を第６図に示す。第１図と同一部材は同一
符号で示してある。主な構成要素は第１実施例と同じで
あるが、本実施例ではアライメントヘッド内に光源とし
て発振中心波長の異なる２つの半導体レーザ10−1,10−
２を設けた。半導体レーザ10−1,10−２からの光束はハ
ーフミラー12aにより出射した時に主光線が重なるよう
に光路調整されている。600はステージでステージドラ
イバー601でX,Y,Z方向に駆動している。602はウエハチ
ャックである。
CPU9は前述の実施例で説明した波長変更の際に点灯す
る半導体レーザを切り換える。即ち交互に点灯させる
（同時でも良い）ことにより照射用光束の波長変更を実
行している。これはそれぞれの半導体レーザの前にシャ
ッタを設け、交互にシャッタを開閉するように制御して
も良い。
る半導体レーザを切り換える。即ち交互に点灯させる
（同時でも良い）ことにより照射用光束の波長変更を実
行している。これはそれぞれの半導体レーザの前にシャ
ッタを設け、交互にシャッタを開閉するように制御して
も良い。
半導体レーザ10−１の中心波長830nm、半導体レーザ1
0−２の中心波長は780nmで、グレーティングレンズの設
計方程式は波長が805nmのアライメント光に適用すると
仮定して、パラメータの設定を行った。このとき波長変
調率はΔλ／λ＝6.2×10-2。
0−２の中心波長は780nmで、グレーティングレンズの設
計方程式は波長が805nmのアライメント光に適用すると
仮定して、パラメータの設定を行った。このとき波長変
調率はΔλ／λ＝6.2×10-2。
マスク２のグレーティングレンズ５の焦点距離ｆ、マ
スク、ウエハ間隔ｇは第１実施例と同じとし、波長805n
mの光束に対し、グレーティングレンズ系のギャップ検
出倍率Ａが80.6になるとすると、倍率変動幅ΔＡは5.33
となる。
スク、ウエハ間隔ｇは第１実施例と同じとし、波長805n
mの光束に対し、グレーティングレンズ系のギャップ検
出倍率Ａが80.6になるとすると、倍率変動幅ΔＡは5.33
となる。
本発明に係る第３の実施例を適用した半導体露光装置
の要部斜視図を第７図に示す。本実施例では光源とし
て、白色光源703を用い、波長選択手段として回折格子1
3及びスリット板14をアライメントヘッド706内に設定し
ている。回折格子13は入射光束に対し、その入射角を変
化させることにより各波長毎に回折光の出射角が変動す
る。回折光を受光可能な所定位置にスリット・ピンホー
ル等を設けたスリット板14を配置し、回折格子13を入射
角が変化するように回転させることによってスリット板
14を通過する光束の波長を変化させることができる。従
ってCPU9は前述の実施例で説明した波長変更の際に、回
折格子13を所定の角度回転させることによって照射用光
束の波長変更を実行している。
の要部斜視図を第７図に示す。本実施例では光源とし
て、白色光源703を用い、波長選択手段として回折格子1
3及びスリット板14をアライメントヘッド706内に設定し
ている。回折格子13は入射光束に対し、その入射角を変
化させることにより各波長毎に回折光の出射角が変動す
る。回折光を受光可能な所定位置にスリット・ピンホー
ル等を設けたスリット板14を配置し、回折格子13を入射
角が変化するように回転させることによってスリット板
14を通過する光束の波長を変化させることができる。従
ってCPU9は前述の実施例で説明した波長変更の際に、回
折格子13を所定の角度回転させることによって照射用光
束の波長変更を実行している。
本実施例のようにコピーレンシーの低い光源を用いる
ことにより、ウエハ３面上のレジスト表面粗をマスク、
ウエハ上のアライメントマークのエッジからの散乱光等
の要因により発生する受光面8a上のスペクトルなどの不
要光を抑えることができる。
ことにより、ウエハ３面上のレジスト表面粗をマスク、
ウエハ上のアライメントマークのエッジからの散乱光等
の要因により発生する受光面8a上のスペクトルなどの不
要光を抑えることができる。
尚、波長選択手段としては回折格子を用いることに限
定されることなく、例えばプリズム、色フィルターなど
を用いてもよい。又波長選択手段は光源703のすぐ後で
はなく、受光手段８の検出面8aの直前に配置し、白色光
をグレーティングに照射し、グレーティングレンズ５で
回折された光束を波長選択手段によって検出したい波長
のみ検出面上に入射させるように制御してもよい。この
場合スリット板14はマスク、ウエハいずれによって光束
の出射角が変動しても、マスクとウエハとが所定の位置
ずれ範囲内にあれば、検出用の波長の光が遮光されない
ようにスリットの大きさを設定しておく。
定されることなく、例えばプリズム、色フィルターなど
を用いてもよい。又波長選択手段は光源703のすぐ後で
はなく、受光手段８の検出面8aの直前に配置し、白色光
をグレーティングに照射し、グレーティングレンズ５で
回折された光束を波長選択手段によって検出したい波長
のみ検出面上に入射させるように制御してもよい。この
場合スリット板14はマスク、ウエハいずれによって光束
の出射角が変動しても、マスクとウエハとが所定の位置
ずれ範囲内にあれば、検出用の波長の光が遮光されない
ようにスリットの大きさを設定しておく。
（発明の効果） 本発明によれば第１物体面上に前述のような波面変換
素子を設け、これに異なる波長成分有する複数の光束を
照射し、該波面変換素子によって偏向された光束を利用
することにより、第２物体が第１物体に対して傾いて
も、又光源手段からの光束照射や受光手段等に位置変化
が生じても検出誤差の発生を少なくした高精度な間隔測
定が可能な特に半導体製造装置に好適な間隔測定装置を
達成することができる。
素子を設け、これに異なる波長成分有する複数の光束を
照射し、該波面変換素子によって偏向された光束を利用
することにより、第２物体が第１物体に対して傾いて
も、又光源手段からの光束照射や受光手段等に位置変化
が生じても検出誤差の発生を少なくした高精度な間隔測
定が可能な特に半導体製造装置に好適な間隔測定装置を
達成することができる。
第１図は本発明の一実施例の光学系の概略図、第２図は
第１図のマスクとウエハに入射する光束の説明図、第３
図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）のマスク面上の物理光学素子
の機能を示す説明図、第４図（Ａ），（Ｂ）は本発明の
他の一実施例の一部分を概略図、第５図は本発明に係る
間隔設定の手順を示すフローチャート図、第6,第７図は
各々本発明の一実施例の概略図、第８図は従来の間隔測
定装置の概略図である。第９図は本発明においてウエハ
が傾いたときの間隔測定における光路の説明図である。 図中、１は光束、２はマスク、３はウエハ、4,104は第
１物理光学素子、５は第２物理光学素子、61,62は回折
光、7,105は集光レンズ、8,106は受光手段、９は信号処
理回路、10は光ブローブ、15はコリメーターレンズ、16
はハーフミラー、17は注入電流制御手段、LDは光源であ
る。
第１図のマスクとウエハに入射する光束の説明図、第３
図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）のマスク面上の物理光学素子
の機能を示す説明図、第４図（Ａ），（Ｂ）は本発明の
他の一実施例の一部分を概略図、第５図は本発明に係る
間隔設定の手順を示すフローチャート図、第6,第７図は
各々本発明の一実施例の概略図、第８図は従来の間隔測
定装置の概略図である。第９図は本発明においてウエハ
が傾いたときの間隔測定における光路の説明図である。 図中、１は光束、２はマスク、３はウエハ、4,104は第
１物理光学素子、５は第２物理光学素子、61,62は回折
光、7,105は集光レンズ、8,106は受光手段、９は信号処
理回路、10は光ブローブ、15はコリメーターレンズ、16
はハーフミラー、17は注入電流制御手段、LDは光源であ
る。
Claims (5)
- 【請求項１】波面変換素子を設けた第１物体と第２物体
とを対向配置し、該第１物体上の波面変換素子に光源手
段から複数の波長の光束を同時又は順次照射し、該波面
変換素子によって所定方向に偏向した光を該第２物体面
で反射させた後、受光手段面上に導光し、該受光手段面
上における少なくとも２つの波長の光の入射位置を個別
に検出することにより、該第１物体と第２物体との間隔
を求めたことを特徴とする間隔測定装置。 - 【請求項２】一部に第１波面変換素子と第２波面変換素
子とを設けた第１物体と第２物体とを対向配置し、該第
１物体面上の第１波面変換素子に光源手段から複数の波
長の光束を同時又は順次照射し、該第１波面変換素子か
らの所定次数の回折光を該第２物体で反射させた後、該
第１物体面上の第２波面変換素子に入射させ、該第２波
面変換素子からの所定次数の回折光を受光手段面上に導
光し、該受光手段面上における少なくとも２つの波長の
回折光の入射位置を個別に検出することにより、該第１
物体と第２物体との間隔を求めたことを特徴とする間隔
測定装置。 - 【請求項３】前記第２波面変換素子はピッチが空間的に
変調されたグレーティング素子であることを特徴とする
請求項２記載の間隔測定装置。 - 【請求項４】前記光源手段からは複数の波長の光束間の
波長差が大きいときは同時に、波長差が小さいときは順
次照射するようにしたことを特徴とする請求項１又は２
記載の間隔測定装置。 - 【請求項５】請求項1,2,3又は４記載の間隔測定装置を
用いて、第１物体と第２物体との間隔を所定値にして該
第１物体面上のパターンを第２物体面上に露光転写して
いることを特徴とする露光装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2136827A JP2874284B2 (ja) | 1990-05-25 | 1990-05-25 | 間隔測定装置 |
| EP90308601A EP0411966B1 (en) | 1989-08-04 | 1990-08-03 | Position detection method and apparatus |
| US07/562,656 US5114236A (en) | 1989-08-04 | 1990-08-03 | Position detection method and apparatus |
| DE69013790T DE69013790T2 (de) | 1989-08-04 | 1990-08-03 | Verfahren und Vorrichtung zur Positionsbestimmung. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2136827A JP2874284B2 (ja) | 1990-05-25 | 1990-05-25 | 間隔測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0431703A JPH0431703A (ja) | 1992-02-03 |
| JP2874284B2 true JP2874284B2 (ja) | 1999-03-24 |
Family
ID=15184433
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2136827A Expired - Fee Related JP2874284B2 (ja) | 1989-08-04 | 1990-05-25 | 間隔測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2874284B2 (ja) |
-
1990
- 1990-05-25 JP JP2136827A patent/JP2874284B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0431703A (ja) | 1992-02-03 |
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Legal Events
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|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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|
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