JPH0431703A - 間隔測定装置 - Google Patents
間隔測定装置Info
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- JPH0431703A JPH0431703A JP13682790A JP13682790A JPH0431703A JP H0431703 A JPH0431703 A JP H0431703A JP 13682790 A JP13682790 A JP 13682790A JP 13682790 A JP13682790 A JP 13682790A JP H0431703 A JPH0431703 A JP H0431703A
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Classifications
-
- 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
- G03F9/7073—Alignment marks and their environment
- G03F9/7076—Mark details, e.g. phase grating mark, temporary mark
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
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。
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2つの物体間の間隔を高鯖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
とウェ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。
定装置に関し、例えば半導体製造装置において、マスク
とウェ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#r)
従来より半導体製造装置においては、マスクとウェハと
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ニ八面上に
露光転写している。これにより高鯖度な露光転写を行っ
ている。
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ニ八面上に
露光転写している。これにより高鯖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物体としてのウェハWとを
対向配置し、レンズL1によって光束をマスクMとウェ
ハWとの間の点P5に集光させている。
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物体としてのウェハWとを
対向配置し、レンズL1によって光束をマスクMとウェ
ハWとの間の点P5に集光させている。
このとき光束はマスクM面上とウェハ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p、、p、に集束投影されている。マスクMとウェ
ハWとの間隔はスクリーンS面上の光束の集光点P、、
PMとの間隔を検出することにより測定している。
し、レンズL2を介してスクリーン(センサー)S面上
の点p、、p、に集束投影されている。マスクMとウェ
ハWとの間隔はスクリーンS面上の光束の集光点P、、
PMとの間隔を検出することにより測定している。
(発明か解決しようとする問題点)
しかしながら、第8図に示す装置はウェハWに傾き誤差
があると光束のスクリーン(センサー)8面への入射位
置に誤差が生じマスクMとウェハWとの間隔検出精度が
低下してくるという問題点かあった。本発明はマスクと
ウェハに相当する第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。
があると光束のスクリーン(センサー)8面への入射位
置に誤差が生じマスクMとウェハWとの間隔検出精度が
低下してくるという問題点かあった。本発明はマスクと
ウェハに相当する第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束、2は板状
の第1物体で例えばマスク、3は板この他本発明ては、
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。
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束、2は板状
の第1物体で例えばマスク、3は板この他本発明ては、
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。
(実施例)
第1図は本発明を半導体製造装置のマスクとウェハとの
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Ha−N eレーザーや半導体レーザー等の光源か
らの光状の第2物体で例えばウェハであり、マスク2と
ウェハ3は第2図に示すように間隔d0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。
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Ha−N eレーザーや半導体レーザー等の光源か
らの光状の第2物体で例えばウェハであり、マスク2と
ウェハ3は第2図に示すように間隔d0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
は第8である。
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
は第8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とウェハ
3との間隔doを演算し求めている。
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とウェハ
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やウェハ3とは相対的に移動可能となっている。1
01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やウェハ3とは相対的に移動可能となっている。1
01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F
ZP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ェハ3面上の点
B(C)(ウェハ3とマスク2との間隔がdoのときは
点Bで、(do +d、)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はウェハ3がマスク2
に近い位置P1(間隔d。)に位置しているときの反射
光、反射光32はウェハ3が位置P1から距離d6たけ
変位したときの反射光である。
をマスク2面上の第1フレネルゾーンプレート(以下F
ZP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ェハ3面上の点
B(C)(ウェハ3とマスク2との間隔がdoのときは
点Bで、(do +d、)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はウェハ3がマスク2
に近い位置P1(間隔d。)に位置しているときの反射
光、反射光32はウェハ3が位置P1から距離d6たけ
変位したときの反射光である。
次いでウェハ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。
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て回折した所定次数
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。
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。
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とウェハ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とウェハ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FZP
4,5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θ1θ2は中心波長λに対応して予め
求められている。
4,5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θ1θ2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とウェハ3との間隔との関係を示す説明
図である。
能及びマスク2とウェハ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)は同じく六方向から見た図であ
る。
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)は同じく六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。
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。
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とウェハ
3との間隔か100μmのときの出射光束の重心透過点
でマスク2とウェハ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2
00μmになったときは点12を透過するように設定し
ている。
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とウェハ
3との間隔か100μmのときの出射光束の重心透過点
でマスク2とウェハ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2
00μm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。
、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11fM=IoOQμmの位置に集光
するように収束のパワーを持たせている。
角度5°方向に距11fM=IoOQμm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とウェハ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。
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とウェハ3との間隔を求め
る方法について説明する。
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 −2d
otan θ1 。
からマスク2までの距離をfMとするとAD −2d
otan θ1 。
AE = 2(do + dG)tanθ1゜−’−t
v −DE −AE −AD = 2datanθr
−−−−−−mdM−2・f’v・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fs S = 2・d、・−・tanθI
−−−−−−(4)九 となる。
v −DE −AE −AD = 2datanθr
−−−−−−mdM−2・f’v・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fs S = 2・d、・−・tanθI
−−−−−−(4)九 となる。
本実施例ではマスクMとウェハWとの間隔(キャップ)
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λ8.λ2(λ1≠λ2)の2つの光
束を同時に又は順次放射している。
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λ8.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
的な焦点路11 t v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S、、S、を検出
し、それらの入射位置の差s (S=S、−S2 )か
らマスクMとウェハWとの間隔を検出している。
的な焦点路11 t v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S、、S、を検出
し、それらの入射位置の差s (S=S、−S2 )か
らマスクMとウェハ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とウェハWとの間隔をg、ウェ
ハWから交点Fまでの距離をaとすると a=f+g 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d6に対する倍率Aは である。
焦点距離をf、マスクMとウェハWとの間隔をg、ウェ
ハWから交点Fまでの距離をaとすると a=f+g 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d6に対する倍率Aは である。
次に光源の波長を^、グレーティングレンズの輪帯の半
径をr、(mは輪帯番号)とすると、焦点距離fとのあ
いだに、 r、’+f’ −f=mλ の関係が成り立ち、これよりfは となる。
径をr、(mは輪帯番号)とすると、焦点距離fとのあ
いだに、 r、’+f’ −f=mλ 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。
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f
M+とし、同様に波長λ2に対応する第2のFZP5の
焦点距離をfM2とすると・・・・・・(a) (但しfMl≠ 第22) となる。
M+とし、同様に波長λ2に対応する第2のFZP5の
焦点距離をfM2とすると・・・・・・(a) (但しfMl≠ 第22) となる。
・・・・・・(b)
(fs+、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。
ズ7の実効焦点距離) となる。
即ち2つの波長λ1とλ2との波長差か大きいとき、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な注入電流制御手段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 (^、 =0
.830 μm)。
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 (^、 =0
.830 μm)。
ここてf M+ = 214.723 (μm )と
するとfM2195.124 (μm)となる。
するとfM2195.124 (μm)となる。
又、第3図(A)に示す入射側の第1のFZP4の六方
向の格子どツチPAをtanθI(λ1)=0.577
(θ1(λ、)−30°)となるようにするとP、
=1.66μm、このとき tanθ1(λ2) =
0.659(θ1(λ2)−33,37°) 、 f
SI= f 52=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 5=20.704dG となり、マスク2とウェハ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として位置分解能か0.3μm
のPSDを用いると、原理的に0.02μmの分解能で
マスク2とウェハ3の間隔を測定することが可能となる
。
向の格子どツチPAをtanθI(λ1)=0.577
(θ1(λ、)−30°)となるようにするとP、
=1.66μm、このとき tanθ1(λ2) =
0.659(θ1(λ2)−33,37°) 、 f
SI= f 52=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 5=20.704dG となり、マスク2とウェハ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として位置分解能か0.3μm
のPSDを用いると、原理的に0.02μmの分解能で
マスク2とウェハ3の間隔を測定することが可能となる
。
従ってマスク2とウェハ3とがy方向にギャップ変動の
ない状態、即ちΔσ=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Δδ
′=0となる)ようにマスク及びウェハのグレーティン
グレンズを設計しておけば、Δδ′はマスクとウェハと
のギャップ量に比例することになる。よって予めλ、Δ
λ1gの値を設定し、f、Sの値を求めてΔSの値を算
出しておくことにより、Δδ′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、ウニ八間隔Δσを検出できる。
ない状態、即ちΔσ=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Δδ
′=0となる)ようにマスク及びウェハのグレーティン
グレンズを設計しておけば、Δδ′はマスクとウェハと
のギャップ量に比例することになる。よって予めλ、Δ
λ1gの値を設定し、f、Sの値を求めてΔSの値を算
出しておくことにより、Δδ′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、ウニ八間隔Δσを検出できる。
又、この時波長をΔλたけ変動させた時の光束重心位置
移動方向はマスク、ウェハのギャップ変動方向、即ちΔ
δ′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。
移動方向はマスク、ウェハのギャップ変動方向、即ちΔ
δ′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Δσ=0の時のΔδ′は必ずしも0でなくてもよ
く、Δσ=0の時のΔδ′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
Δδ′の値とΔσ=0の時のΔδ′の値の差分を(a)
又は(b)式に代入してマスク、ウニへ間のギャップ量
を求めることができる。キャップ設定は第1の方法とし
てはマスク、ウニへ間のキャップ量Δ0に対する前述波
長変更時の光束重心位置移動量Δδ′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Δδ′を求め、このΔδ′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Δ
σを求め、そのときのギャップ量Δσ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。
く、Δσ=0の時のΔδ′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
Δδ′の値とΔσ=0の時のΔδ′の値の差分を(a)
又は(b)式に代入してマスク、ウニへ間のギャップ量
を求めることができる。キャップ設定は第1の方法とし
てはマスク、ウニへ間のキャップ量Δ0に対する前述波
長変更時の光束重心位置移動量Δδ′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Δδ′を求め、このΔδ′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Δ
σを求め、そのときのギャップ量Δσ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Δδ′とギャップ量Δσを打ち消す方向を
検出し、その方向にΔδ′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
Δσが許容範囲になるまで上述の検出、移動を縁り返し
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。
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Δδ′とギャップ量Δσを打ち消す方向を
検出し、その方向にΔδ′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
Δσが許容範囲になるまで上述の検出、移動を縁り返し
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Δσ=0のと
きの受光面上の光束重心位置を求めてあく必要がなく、
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。
光束の重心位置検出のための基準点、即ちΔσ=0のと
きの受光面上の光束重心位置を求めてあく必要がなく、
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、ウェハ2が傾いた場合、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Δδ′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Δ
δ′を検出することによりウェハの傾き、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。
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Δδ′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Δ
δ′を検出することによりウェハの傾き、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。
本実施例では光源として半導体レーザな用い、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かでき、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。
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かでき、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。
本実施例ではウェハ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か集光レンズ7の
焦点位置に設置されているので光プローブ10を光軸6
3上の、どの位置に設置しても、又光軸と垂直方向に多
少ズしていても受光手段8への入射光位置は不変である
。これにより光プ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か集光レンズ7の
焦点位置に設置されているので光プローブ10を光軸6
3上の、どの位置に設置しても、又光軸と垂直方向に多
少ズしていても受光手段8への入射光位置は不変である
。これにより光プローブの変動に伴う測定誤差を軽減さ
せている。
但し、光プローブ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な略達成することができる。
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な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。
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。
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、ウェハ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、ウェハ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。
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。
更に第4図(A) 、 (B)においてウェハ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。
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。
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
号で示しである。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10−1.1
0−2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−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はウェハチャックである。
要部斜視図を第6図に示す。第1図と同一部材は同一符
号で示しである。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10−1.1
0−2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−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はウェハチャックである。
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。
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。
半導体レーザ10−1の中心波長は830nm、半導体
レーザ10−2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=6.2xlO−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、ウニ八間隔gは第1実施例と同じとし、波長805
nm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。
レーザ10−2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=6.2xlO−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、ウニ八間隔gは第1実施例と同じとし、波長805
nm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ト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・
ど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。
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ト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・
ど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ヒーレンシーの低い光源を用いるこ
とにより、ウェハ3面上のレジスト表面粗をマスク、ウ
ェハ上のアライメントマークのエツジからの散乱光等の
要因により発生する受光面8a上のスペックルなどの不
要光を抑えることができる。
とにより、ウェハ3面上のレジスト表面粗をマスク、ウ
ェハ上のアライメントマークのエツジからの散乱光等の
要因により発生する受光面8a上のスペックルなどの不
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。
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、ウェハいずれによっ
て光束の出射角が変動しても、マスクとウェハとが所定
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。
て光束の出射角が変動しても、マスクとウェハとが所定
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。
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。
【図面の簡単な説明】
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図のマスクとウェハに入射する光束の説明図、第3
図(A) 、 (B) 、 (C)はマスク面上の物理
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の概略図、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。 図中、1は光束、2はマスク、3はウェハ、4.104
は第1物理光学素子、5は第2物理光学素子、61.6
2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は光プローブ、15は
コリメーターレンズ、16はハーフミラ−117は注入
電流制御手段、LDは光源である。 入・入11人? へ−m− ゝ\、 / (A) 翳 第5図 霞 (B) 第 第 図 第 図
第1図のマスクとウェハに入射する光束の説明図、第3
図(A) 、 (B) 、 (C)はマスク面上の物理
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の概略図、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。 図中、1は光束、2はマスク、3はウェハ、4.104
は第1物理光学素子、5は第2物理光学素子、61.6
2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は光プローブ、15は
コリメーターレンズ、16はハーフミラ−117は注入
電流制御手段、LDは光源である。 入・入11人? へ−m− ゝ\、 / (A) 翳 第5図 霞 (B) 第 第 図 第 図
Claims (4)
- (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。 - (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する間隔測定
装置。 - (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。 - (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。
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 |
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. |
EP90308601A EP0411966B1 (en) | 1989-08-04 | 1990-08-03 | Position detection method and apparatus |
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 true JPH0431703A (ja) | 1992-02-03 |
JP2874284B2 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
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---|---|
JP2874284B2 (ja) | 1999-03-24 |
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