JP2001007003A - レ−ザ−干渉測長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マスクステ−ジとウエハステ−ジとを同期走
査させる走査型露光装置において、上記２つのステ−ジ
の同期走査誤差などを正確に測定できるレ−ザ−干渉測
長装置を提供すること。 【解決手段】 レ−ザ−光Ｌｏを偏光成分Ｌｓ、Ｌｐに
分ける偏光スプリッタ２０と、Ｌｓを測定光としてウエ
ハステ−ジ１２の反射鏡１２ａで２回反射させ、そのＬ
ｓとＬｐのレ−ザ−光をビ−ムスプリッタ２２で分岐
し、一方の分岐レ−ザ−光の干渉光から干渉信号Ｓｉｇ
１を得る手段と、他方の分岐レ−ザ−光を偏光成分Ｌ
ｓ、Ｌｐに分ける偏光スプリッタ２９と、Ｌｓを測定光
としてマスクステ−ジ１１の反射鏡１１ａで１回反射さ
せ、そのＬｓとＬｐのレ−ザ−光を干渉させて干渉信号
Ｓｉｇ２を得る手段と、Ｓｉｇ１、Ｓｉｇ２から測定値
を演算する演算処理回路１３とから構成してある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体リソグラ
フィ用の露光装置に関し、特に、マスクステ−ジとウエ
ハステ−ジとを光学系の倍率に応じて同期走査させて投
影する走査型露光装置に利用するころのレ−ザ−干渉測
長装置に係る。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの高密度化に対応して電
子ビ−ムをウエハに直接描画する電子ビ−ム描画装置が
開発されている。（例えば、”電子ビ−ム描画装置”、
ＳＥＡＪ Ｊｏｕｒｎａｌ、２４−３２、１９９５年１
２月）。この電子ビ−ム描画装置は、電子ビ−ムを走査
して所定のパタ−ンをウエハに描画する構成であるた
め、描画速度が遅いと言う欠点がある。

【０００３】すなわち、光を用いて一括転写するステッ
パ、或いは、レチクルとウエハを投影光学系の倍率に応
じて同期走査して露光するＳｔｅｐ ａｎｄ Ｓｃａｎ
に比べ１時間当たりのウエハ処理枚数（スル−プット）
が少ない。

【０００４】上記した電子ビ−ム描画装置の欠点を補う
ため、電子ビ−ムを用いた走査型露光装置としてＳＣＡ
ＬＰＥＬ（Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｗｉｔｈ ａｎｇｕ
ｌａｒ ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ
ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈ
ｙの略）が開発されている。

【０００５】図８は、ＳＣＡＬＰＥＬの走査型露光装置
を示す概略構成図である。図示するように、スリット状
のパタ−ン領域を有するマスク１０１にレ−ザ−光１０
２を照射する。マスク１０１上のパタ−ンは、光学系と
しての電子レンズ１０３によりウエハ１０４上に縮小さ
れて照射される。

【０００６】マスク１０１は、Ｍｅｍｂｒａｎｅとパタ
−ンを形成するＳｃａｔｔｒｅｒから構成され、Ｓｃａ
ｔｔｒｅｒにより散乱されたレ−ザ−ビ−ムは図示しな
いフィルタにより遮蔽され、Ｓｃａｔｔｒｅｒのない領
域を通過したレ−ザ−ビ−ムはフィルタの中央穴を通過
し、電子レンズ１０３により縮小されてウエハ１０４上
にパタ−ンを形成する。

【０００７】また、マスク１０１を搭載するマスクステ
−ジ１０５とウエハ１０４を搭載するウエハステ−ジ１
０６は、電子レンズ１０３の倍率にしたがって同期走査
される。この電子レンズ１０３の倍率は通常１／４とな
っている。描画中において、マスクステ−ジ１０５はマ
スクのスリット方向（図中スキャン方向）に速度４ｖ
（ｖ：速度）で移動し、ウエハステ−ジ１０６はマスク
ステ−ジ１０５の移動方向とは逆方向（図中スキャン方
向）にマスクステ−ジに同期させながら速度ｖで移動す
る。

【０００８】ここで、「同期走査」の意味内容について
説明する。マスク１０１上のパタ−ンは、光学系の倍率
によって決まるウエハ１０４の所定位置に撮影露光され
る。ここで、マスクステ−ジ１０５をδＸｍだけ移動
（走査）したとき、マスク１０１上のパタ−ンをウエハ
１０４の所定位置に引き続き投影露光するためには、ウ
エハ１０４を搭載させたウエハステ−ジ１０６を−δＸ
ｍ／４だけ移動させなければならない。すなわち、マス
クステ−ジ１０５とウエハステ−ジ１０６は互いに反対
方向に４：１の割合で正確に移動させなければならな
い。

【０００９】このようにして、１つのスリットの描画を
終了すると、電子ビ−ム１０２を遮断し、また、マスク
ステ−ジ１０５をステップ移動すると共に、ウエハステ
−ジ１０６もステップ移動する。そして、隣のスリット
に電子ビ−ム１０２を照射し、上記同様の動作により描
画を継続する。

【００１０】上記したマスクステ−ジ１０５とウエハス
テ−ジ１０６の同期走査は、２つのレ−ザ−干渉計１０
７、１０８を含むレ−ザ−干渉測長装置により行なわれ
る。すなわち、レ−ザ−干渉計１０７により計測された
マスクステ−ジ１０５の位置座標をＸｍａｓｋ、Ｙｍａ
ｓｋとし、レ−ザ−干渉計１０８により計測されたウエ
ハステ−ジ１０６の位置座標をＸｗａｆｅｒ、Ｙｗａｆ
ｅｒとして、δＸ＝Ｘｍａｓｋ−４Ｘｗａｆｅｒ、δＹ
＝Ｙｍａｓｋ−４Ｙｗａｆｅｒを補正値１０９として出
力し、この補正値をステ−ジ同期走査の誤差信号として
ビ−ム偏光部（Ｓｔｉｃｈｉｎｇ ｄｅｆｌｅｃｔｏ
ｒ）１１０に入力する。ビ−ム偏光部１１０は、δＸ、
δＹの演算部（補正値演算部）１０９に基づいて電場を
かけ、電子ビ−ム１０２をウエハの所定位置に照射する
ためのものである。

【００１１】レ−ザ−干渉計１０７は、測定光と参照光
とを利用し、測定光であるレ−ザ−光（周波数ｆ１）
は、マスクステ−ジ１０５に設けられた反射鏡によって
反射されることにより周波数変調（ドップラ−シフトδ
ｆ）を受ける。そして、周波数変調を受けたレ−ザ−光
と参照光であるレ−ザ−光（周波数ｆ２）とを干渉させ
てドップラ−シフトによる周波数変化δｆを検出し、こ
の周波数変化δｆによってマスクステ−ジ１０５の移動
量を測定する。

【００１２】レ−ザ−干渉計１０８は、上記同様に測定
光であるレ−ザ−光がウエハステ−ジ１０６に設けられ
た反射鏡によって反射され、反射されたレ−ザ−光と参
照光であるレ−ザ−光とを干渉させることにより、ドッ
プラ−シフトによる周波数変化を検出し、ウエハステ−
ジ１０６の移動量を測定する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
のレ−ザ−干渉測長装置は、２つのレ−ザ−干渉計１０
７、１０８を独立に配置して、マスクステ−ジ１０５の
位置座標とウエハステ−ジ１０６の位置座標を個別に測
定していた。しかし、近年では走査型露光装置（ＳＣＡ
ＬＰＥＬ）のスル−プットを向上させる観点から、マス
クステ−ジ１０５とウエハステ−ジ１０６の移動速度の
高速化が検討されている。

【００１４】ところで、上記した走査型露光装置のマス
クステ−ジ１０５は、ウエハステ−ジ１０６の４倍の速
度で移動することになる。例えば、ウエハステ−ジ１０
６の速度を２００ｍｍ／ｓｅｃとすれば、マスクステ−
ジ１０５の移動速度は８００ｍｍ／ｓｅｃとなる。ま
た、露光する線幅の微細化に伴い、位置決め精度（レ−
ザ−干渉計の分解能）も向上させなければならない。

【００１５】しかしながら、レ−ザ−干渉計の応答速度
（ステ−ジの速度に追随して計測を行なえるか否か）
は、一般にレ−ザ−干渉計の構成要素であるレ−ザ−光
源の基準のビ−ト周波数により制限されており、ステ−
ジの高速化に制限を与える重要な課題となっている。

【００１６】マスクステ−ジ１０５の高速移動を直接高
精度に測定するためには、レ−ザ−光源の基準ビ−ト周
波数を高くしなければならず、これに伴って高分解能を
得るための演算処理回路の周波数が数百ＭＨｚ〜数ＧＨ
ｚのように高くなるなどの困難な技術的課題が多い。

【００１７】本発明は上記した実情にかんがみ、マスク
ステ−ジの高速移動を高精度に測定することができ、し
かも、マスクステ−ジとウエハステ−ジとの同期走査の
誤差（補正値）を正確に測定することができる走査型露
光装置のレ−ザ−干渉測長装置を提供することを主な目
的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、本発明では、第１の発明として、マスクを搭載す
るマスクステ−ジと、マスク上のパタ−ンをウエハに縮
小投影する所定倍率の光学系と、前記ウエハを搭載する
ウエハステ−ジとを備え、前記マスクステ−ジとウエハ
ステ−ジとを前記光学系の倍率にしたがって同期走査さ
せる露光装置のレ−ザ−干渉測長装置において、レ−ザ
−光源からの光を偏光状態により測定光と参照光とに分
岐し、測定光をウエハステ−ジに設けた反射鏡で複数回
反射させたのち、前記参照光と干渉させて第１の干渉信
号を得る手段と、前記ウエハステ−ジに設けた反射鏡で
複数回反射させた測定光と前記参照光の一部分をマスク
ステ−ジ側へ導く手段と、前記マスクステ−ジ側に導か
れた測定光をマクスステ−ジに設けた反射鏡で１回若し
くは２回反射させ、前記マスクステ−ジ側に導かれた参
照光と干渉させて第２の干渉信号を得る手段と、前記第
１、第２の干渉信号を信号処理する演算処理手段とを備
え、この演算処理手段から、ウエハステ−ジの位置を測
長する信号と、マスクステ−ジとウエハステ−ジの同期
走査誤差信号と、マスクステ−ジの位置を測長する信号
とを各々出力させる構成としたことを特徴とするレ−ザ
−干渉測長装置を提案する。

【００１９】第２の発明は、第１の発明において、前記
測定光をウエハステ−ジに設けた反射鏡で２又は４回反
射させる構成としたことを特徴とするレ−ザ−干渉測長
装置を提案する。

【００２０】第３の発明は、第１又は第２の発明におい
て、第１の干渉信号を得る第１の干渉光の光路と、第２
の干渉信号を得る第２の干渉光の光路とを接近して配置
したことを特徴とするレ−ザ−干渉測長装置を提案す
る。

【００２１】第４の発明は、第１の発明の演算処理手段
において、第１の干渉信号を信号処理してウエハステ−
ジの位置を測長する信号を出力する位相計とカウンタ、
第２の干渉信号を信号処理する位相計とカウンタ、上記
２つのカウンタのカウント値を加算してマスクステ−ジ
とウエハステ−ジの同期走査誤差信号を出力する加算
部、上記一方のカウンタのカウント値から他方のカウン
タのカウント値を減算してマスクステ−ジの位置を測長
する信号を出力する減算部とより構成したことを特徴と
するレ−ザ−干渉測長装置を提案する。

【００２２】第５の発明は、第１の発明の演算処理手段
について、第１の干渉信号を信号処理してウエハステ−
ジの位置を測長する信号を出力する位相計とカウンタ、
第２の干渉信号を信号処理する位相計とカウンタ、上記
２つのカウンタのカウント値を加算してマスクステ−ジ
とウエハステ−ジの同期走査誤差信号を出力する加算部
を備えると共に、第１、第２の干渉信号を信号処理して
マスクステ−ジの位置を測長する信号を出力する位相計
とカウンタとより構成したことを特徴とするレ−ザ−干
渉測長装置を提案する。

【００２３】第６の発明は、第４または第５の発明にお
いて、位相計はPLL逓倍回路を含むことを特徴とするレ
−ザ−干渉測長装置を提案する。

【００２４】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面に沿って説明する。図１は、第１実施形態として示
したレ−ザ−干渉測長装置の簡略側面図で、図２は図１
上のＡ−Ａ線矢視図である。なお、走査型露光装置は従
来同様に構成してあり、電子レンズ１０の縮小倍率は１
／４とし、マスクステ−ジ１１とウエハステ−ジ１２は
速度比４：１の割合で逆方向に同期して移動する構成と
してある。

【００２５】本実施形態では、測定光がウエハステ−ジ
１２に設けた反射鏡（移動鏡）１２ａで２回反射した
後、マスクステ−ジ１１の反射鏡（移動鏡）１１ａで１
回反射する構成としてある。そして、ウエハステ−ジ１
２の反射鏡１２ａで反射させた測定光は参照光と干渉さ
せて干渉信号Ｓｉｇ１を得、また、マスクステ−ジ１１
の反射鏡１１ａで反射させた測定光は参照光と干渉させ
て干渉信号Ｓｉｇ２を得、これら干渉信号Ｓｉｇ１、Ｓ
ｉｇ２を演算処理回路１３によって処理する構成として
ある。

【００２６】具体的には、レ−ザ−光源１４は、互いに
直交する直線偏光で、周波数の異なる２周波のレ−ザ−
光を出力する。つまり、レ−ザ−光Ｌｏのうち、紙面に
垂直な直線偏光Ｌｓ（周波数ｆ１）と、紙面に平行な直
線偏光Ｌｐ（周波数ｆ２）とを出力する。

【００２７】上記のように出力されるレ−ザ−光Ｌｏ
は、真空チャンバ−２５の窓孔２５ａを通ってビ−ムス
プリッタ１５に入り、このビ−ムスプリッタ１５によっ
て分岐され、このビ−ムスプリッタ１５を透過したレ−
ザ−光Ｌｏが偏光ビ−ムスプリッタ１６に向かい、ま
た、これによって反射されて分岐したレ−ザ−光Ｌｏが
偏光子１７で干渉し、光電素子１８によって光電変換さ
れ、参照信号Ｒｅｆとして演算処理回路１３に送られ
る。

【００２８】ビ−ムスプリッタ１５を透過したレ−ザ−
光Ｌｏは、偏光ビ−ムスプリッタ（以下、「ＰＢＳ」と
いう）１６によって、測定光と参照光とに分けられる。
すなわち、このＰＢＳ１６は直線偏光Ｌｓを通過させて
測定光とし、直線偏光Ｌｐを偏向（反射）させて参照光
とする。

【００２9】先ず、ウエハステ−ジ１２の測定光につい
て説明する。ＰＢＳ１６を通過した直線偏光Ｌｓは、λ
／４板１９により円偏光された後、ウエハステ−ジ１２
の反射鏡１２ａにより反射され、ウエハステ−ジ１２の
移動速度によるドップラ−シフト（△ｆ）を受ける。

【００３０】そして、反射鏡１２ａによって反射された
直線偏光Ｌｓがλ／４板１９に戻り、このλ／４板１９
により直線偏光Ｌｐに変換されてＰＢＳ１６に入光し、
ＰＢＳ１６によって下向き（図２）偏光されてコ−ナ−
キュ−ブ２０に入り、このコ−ナ−キュ−ブ２０によっ
てビ−ム位置がシフトされ、また、反射される。

【００３１】コ−ナ−キュ−ブ２０により反射された直
線偏光ＬｐはＰＢＳ１６により右向き（図２）に偏向さ
れ、λ／４板１９によって円偏光されて反射鏡１２ａに
より反射される。したがって、反射鏡１２ａによって２
回反射されることから、２△ｆのドップラ−シフトを受
ける。反射鏡１２ａにより反射された直線偏光Ｌｐは、
λ／４板１９によって直線偏光Ｌｓに変換され、この直
線偏光ＬｓがＰＢＳ１６を通過し、ミラ−２１によって
反射され、ビ−ムスプリッタ２２に入光する。

【００３２】次に、ウエハステ−ジ１２の参照光につい
て説明する。ＰＢＳ１６で参照光として上向き（図２）
に偏向された直線偏光Ｌｐは、λ／４板２３により円偏
光されて反射鏡２４によって反射される。そして、反射
鏡２４によって反射された直線偏光Ｌｐがλ／４板２３
に戻り直線偏光Ｌｓに変換され、ＰＢＳ１６を通過して
コ−ナ−キュ−ブ２０に入射し、ビ−ム位置がシフトさ
れ、また、反射される。

【００３３】コ−ナ−キュ−ブ２０により反射された直
線偏光ＬｓはＰＢＳ１６を通過し、λ／４板２３により
円偏光され、反射鏡２４によって反射され、再びλ／４
板２３に入射する。したがって、反射鏡２４により反射
された直線偏光Ｌｓが直線偏光Ｌｐに変換されてＰＢＳ
１６に入射する。これより、ＰＢＳ１６によって偏向さ
れた直線偏光Ｌｐが参照光としてミラ−２１によって上
方向に反射されてビ−ムスプリッタ２２に入射する。

【００３４】上記したようにしてビ−ムスプリッタ２２
に入射した測定光としての直線偏光Ｌｓと参照光として
の直線偏光Ｌｐは、このビ−ムスプリッタ２２によって
分岐される。そして、ビ−ムスプリッタ２２により反射
されて一方に分岐されたレ−ザ−光が真空チャンバ−２
５の窓孔２６を通って出射し、直線偏光（測定光）Ｌｓ
と直線偏光（参照光）Ｌｐとが偏光子２７によって干渉
し、この干渉光が光電素子２８により光電変換され、干
渉信号Ｓｉｇ１として演算処理回路１３に送られる。な
お、干渉信号Ｓｉｇ１はウエハステ−ジ１２の移動量Ｘ
ｗを２倍にして検出したものとなる。

【００３５】続いて、マスクステ−ジ１１の測定光につ
いて説明する。ビ−ムスプリッタ２２を透過したレ−ザ
−光のうち、直線偏光Ｌｓが測定光となる。ビ−ムスプ
リッタ２２を透過した直線偏光Ｌｓは偏光ビ−ムスプリ
ッタ（以下、「ＰＢＳ」という）２９で偏光され、λ／
４板３０により円偏光され、マスクステ−ジ１１の反射
鏡１１ａによって反射される。したがって、反射鏡１１
ａによって反射された直線偏光Ｌｓがマスクステ−ジ１
１の移動速度によるドップラ−シフト（△ｆ）を受け
る。

【００３６】反射鏡１１ａで反射した直線偏光Ｌｓは、
λ／４板３０に戻り直線偏光Ｌｐに変換され、ＰＢＳ２
９を通過して真空チャンバ−２５の窓孔３１から測定光
として出射する。

【００３７】続いて、マスクステ−ジ１１の参照光につ
いて説明する。ビ−ムスプリッタ２２を透過したレ−ザ
−光のうち、直線偏光Ｌｐが参照光となる。ビ−ムスプ
リッタ２２を透過した直線偏光ＬｐはＰＢＳ２９を通過
し、λ／４板３２により円偏光され、反射鏡３３によっ
て反射される。そして、反射鏡３３で反射した直線偏光
Ｌｐがλ／４板３２に戻り直線偏光Ｌｓに変換されてＰ
ＢＳ２９に入射する。これより、ＰＢＳ２９で偏向した
直線偏光Ｌｓが参照光として窓孔３１より出射する。

【００３８】上記のようにして窓孔３１より出射する直
線偏光Ｌｐと直線偏光Ｌｓが偏光子３４により干渉し、
この干渉光が光電素子３５により光電変換され、干渉信
号Ｓｉｇ２として演算処理回路１３に送られる。なお、
干渉信号Ｓｉｇ２は、ウエハステ−ジの移動量Ｘｗ（正
の値）、マスクステ−ジの移動量Ｘｍ（正の値）とした
とき、２Ｘｗ−Ｘｍを検出するものとなる。マスクステ
−ジ１１とウエハステ−ジ１２は互いに反対方向に移動
するため、−Ｘｍとなる。

【００３９】図３は演算処理回路１３の一例を示す電気
回路ブロック図である。位相計３６ａは干渉信号Ｓｉｇ
１と参照信号Ｒｅｆとからウエハステ−ジ１２の移動に
よるドップラ−シフトを検出する。具体的には、２Ｘｗ
を検出する。ただし、Ｘｗはウエハステ−ジ１２の移動
量である。

【００４０】位相計３６ｂは干渉信号Ｓｉｇ２と参照信
号Ｒｅｆとからマスクステ−ジ１１とウエハステ−ジ１
２の移動によるドップラ−シフトを検出する。具体的に
は、２Ｘｗ−Ｘｍを検出する。ただし、Ｘｍはマスクス
テ−ジの移動量である。

【００４１】上記した位相計３６ａ、３６ｂは、測定の
分解能を向上させるため、ドップラ−シフトによる周波
数変化をさらに増幅して出力する構成としてあり、ＰＬ
Ｌ回路を用いて周波数逓倍してドップラ−シフトに応じ
た数のパルスを出力するようにしてある。

【００４２】カウンタ３７ａは位相計３６ａの出力パル
スをカウントし、信号Ｓ１として出力する。この信号Ｓ
１は２Ｘｗとなり、ウエハステ−ジ１２の移動量Ｘｗの
２倍の信号となる。また、カウンタ３７ｂは位相計３６
ｂの出力パルスをカウントする。

【００４３】減算部３８は、カウンタ３７ｂのカウント
値からカウンタ３７ａのカウント値を減算して信号Ｓｓ
を出力する。具体的には、この信号Ｓｓは、２Ｘｗ−Ｘ
ｍ−２Ｘｗ＝−Ｘｍとなり、マスクステ−ジ１１の移動
量Ｘｍそのものとなる。

【００４４】加算部３９は、カウンタ３７ａ、３７ｂの
カウント値を加算して信号Ｓａを出力する。具体的に
は、この信号Ｓａは、２Ｘｗ−Ｘｍ＋２Ｘｗ＝４Ｘｗ−
Ｘｍとなり、マスクステ−ジ１１とウエハステ−ジ１２
との同期走査誤差信号となる。

【００４５】なお、減算部３８、加算部３９は電子回路
で構成してもよく、また、ソフトウエアによって処理し
てもよい。さらに、カウンタ３７ａ、３７ｂは、図示し
ていない外部制御回路によってリセットできるようにな
っている。

【００４６】上記したように、干渉信号Ｓｉｇ２は、２
Ｘｗ−Ｘｍを検出する。また、電子レンズ１０の倍率が
１／４であるため、マスクステ−ジ１１とウエハステ−
ジ１２の同期走査時にはＸｍ≒４Ｘｗが成立する。この
結果、干渉信号Ｓｉｇ２はほぼ−２Ｘｗとなる。これ
は、干渉信号Ｓｉｇ２の応答速度がウエハステ−ジ１２
の最高速度のほぼ２倍（すなわち、マスクステ−ジ１１
の最高速度のほぼ１／２）あればよいことを示してい
る。

【００４７】一方、マスクステ−ジ１１の移動量を直接
に計測するには、レ−ザ−干渉計の応答速度をマスクス
テ−ジ１１の最高速度に追随させなければならない。こ
の点、本実施形態によれば、干渉信号Ｓｉｇ１、Ｓｉｇ
２の応答速度はウエハステ−ジ１２の最高速度のほぼ２
倍であり、レ−ザ−干渉計の応答速度をむやみに高める
必要がない。しかも、減算部３８によりマスクステ−ジ
の移動量Ｘｍを間接的に算出することができる。

【００４８】また、１本のレ−ザ−光で、ウエハステ−
ジ１２の移動量（信号１）、マスクステ−ジ１１とウエ
ハステ−ジ１２との同期走査誤差（信号Ｓａ）、マスク
ステ−ジ１１の移動量（信号Ｓｓ）を計測できるので、
２本のレ−ザ−光を用いる従来技術に比べてコストを低
減することができる。

【００４９】さらに、本実施形態は、ミラ−２１からビ
−ムスプリッタ２２に向かう光路を測定光と参照光とで
共通化するといったように、測定光と参照光とがほぼ共
通の光路を通るため、真空チャンバ−２５内の温度変化
による影響を受け難く、高精度な測定を行なうことがで
きる。

【００５０】一方、本実施形態では、ウエハステ−ジ１
２の反射鏡１２ａで２回反射させた測定光とその参照光
とをミラ−２１で上方向に反射させ、ビ−ムスプリッタ
２２で分岐した後、偏光子２７で干渉させ、干渉光を光
電素子２８で光電変換してＳｉｇ２を得る構成としてあ
る。

【００５１】すなわち、ビ−ムスプリッタ２２、偏光子
２７、光電素子２８の検出系を、マスクステ−ジ１１の
検出系に接近させて配置し、重畳する誤差信号をほぼ同
一量とし、信号Ｓｓから出力されるマスクステ−ジ１１
の移動量Ｘｍから誤差信号をキヤンセルするようにして
ある。

【００５２】ウエハステ−ジ１２が移動すると、このウ
エハステ−ジ１２が姿勢変化を起こす。この姿勢変化の
うち、スキャン方向に対する、いわゆる偏揺れ又は縦揺
れが発生すると、ウエハステ−ジ１２の反射鏡１２ａで
反射した測定光の角度が変化し、参照光との間で波面ず
れが生じ、位相差として干渉信号に重畳する。

【００５３】このように生じる誤差信号としての位相差
は、検出系の位置（ウエハステ−ジ１２の反射鏡１２ａ
から検出系までの距離）によって異なる。したがって、
２つの干渉信号Ｓｉｇ１、Ｓｉｇ２の検出系を可能なる
かぎり接近させて配置させることにより、重畳する誤差
信号がほぼ同一量となり、信号Ｓｓよりキャンセルする
ことができ、マスクステ−ジ１１の移動量Ｘｍを正確に
測定することができる。

【００５４】なお、本実施形態の高精度化のためには、
ウエハステ−ジ１２の姿勢変化を抑えることは言うまで
もないが、実用的には、ウエハステ−ジ１２のスキャン
方向の偏揺れと縦揺れを３．５秒以下にする必要があ
る。

【００５５】なお、演算処理回路１３から出力される信
号Ｓｓは、マスクステ−ジ１１の現在位置の信号として
コントロ−ラに入力され、このコントロ−ラがホストコ
ンピュ−タからの命令により上記信号Ｓｓとマスクステ
−ジ１１の目標位置との偏差を計算し、マスクステ−ジ
ドライバを制御する。マスクステ−ジドライバは上記し
た偏差に基づいてアクチュエ−タを駆動し、リニアモ−
タなどによってマスクステ−ジ１１を駆動する。

【００５６】演算処理回路１３から出力される信号Ｓ
ａ、つまり、マスクステ−ジ１１とウエハステ−ジ１２
の同期走査誤差信号である信号Ｓａは、電子ビ−ム偏向
回路に入力されてアナログ信号に変換される。そして、
電子ビ−ム偏向回路から出力されるそのアナログ信号が
電子ビ−ム偏向部１１０（図８参照）に印加される。電
子ビ−ム偏向部１１０は信号Ｓａにしたがって電子ビ−
ムに電界をかけ、電子ビ−ムをウエハ上の所定位置に描
画する。

【００５７】図４は演算処理回路１３の他の実施形態を
示す電気回路ブロック図である。この演算処理回路４０
は、減算部３８に換えて位相計３６ｃとカウンタ３７ｃ
とを設け、カウンタ３７ｃより信号Ｓｓを出力させる構
成としたことに特徴があり、その他は図３に示す演算処
理回路１３と同様の構成となっている。

【００５８】位相計３６ｃは、２つのＰＬＬ（Ｐｈａｓ
ｅｄ ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）の逓倍回路４１ａ、４
１ｂから構成してある。なお、逓倍回路４１ａ、４１ｂ
の周波数特性は同一である。干渉信号Ｓｉｇ１は逓倍回
路４１ａにより周波数逓倍されてパルス出力され、この
パルスがカウンタ３７ｃのＵＰ端子に入力する。

【００５９】干渉信号Ｓｉｇ２は逓倍回路４１ｂにより
周波数逓倍されてパルス出力され、このパルスがカウン
タ３７ｃのＤｏｗｎ端子に入力する。このようにカウン
タ３７ｃは位相計４１ｃから出力されるパルスを計数
し、マスクステ−ジ１１の移動量Ｘｍに相当する信号Ｓ
ｓを出力する。

【００６０】図３に示す演算処理回路１３では、減算部
３８が２つのカウンタ３７ａ、３７ｂの出力を時間的に
同時に取り込んで演算しなければならないが、本実施形
態の演算処理回路４０では一つのカウンタ３７ｃによっ
て減算処理されるので、時間的な同時性が自動的に行な
われる。

【００６１】また、減算部３８が不要となることから、
処理速度が向上する他、コストを低減することができ
る。なお、干渉信号Ｓｉｇ１、Ｓｉｇ２の時間的な同時
性を確保するために、光電素子２８、３５と増幅部（図
示省略）から位相計３６ｃまでの信号線の長さを同一に
することが好ましい。

【００６２】図５は第２実施形態として示したレ−ザ−
干渉測長装置の簡略側面図で、図６は図５上のＢ−Ｂ線
矢視図である。なお、この実施形態においても、走査型
露光装置については、電子レンズ１０の縮小倍率は１／
４とし、マスクステ−ジ１１とウエハステ−ジ１２は逆
方向に速度比４：１の割合で同期移動させる構成として
ある。

【００６３】この第２実施形態では、ウエハステ−ジ１
２の反射鏡１２ａで測定光を４回反射させ、マスクステ
−ジ１１で測定光を１回反射させ、各々の測定光を各参
照光と干渉させて干渉信号Ｓｉｇ１、Ｓｉｇ２を得る構
成となっている。なお、図１、図２に示した第１実施形
態と同一部材については同符号を付してその説明を省略
する。

【００６４】この第２実施形態は、レ−ザ−光源１４か
ら出力されたレ−ザ−光Ｌｏのうち、ビ−ムスプリッタ
１５を通過したレ−ザ−光Ｌｏが偏光ビ−ムスプリッタ
（以下、「ＰＢＳ」という）５０に向かい、このＰＢＳ
５０によって測定光と参照光とに分けられる。

【００６５】先ず、ウエハステ−ジ１２の測定光につい
て説明する。レ−ザ−光Ｌｏのうち直線偏光ＬｓがＰＢ
Ｓ５０の一方のＰＢＳ膜５０ａを透過し、この直線偏光
Ｌｓが測定光となる。この直線偏光Ｌｓはλ／４板５１
によって円偏光された後、ウエハステ−ジ１２の反射鏡
１２ａによって反射され、１回目のドップラ−シフトを
受ける。その後、λ／４板５１を再度通過し、直線偏光
Ｌｓが直線偏光Ｌｐに変換されてＰＢＳ５０に入射す
る。

【００６６】ＰＢＳ５０に入射した直線偏光Ｌｐは、Ｐ
ＢＳ膜５０ａで下向き（図６）に偏向された後、他方の
ＰＢＳ膜５０ｂによって右向き（図６）に偏向され、λ
／４板５１に向かう。したがって、λ／４板５１により
円偏光された直線偏光Ｌｐがウエハステ−ジ１２の反射
鏡１２ａによって反射され、２回目のドップラ−シフト
を受ける。

【００６７】さらに、反射鏡１２ａによって反射された
直線偏光Ｌｐはλ／４板５１を通って直線偏光Ｌｓに変
換され、ＰＢＳ５０に入射する。ＰＢＳ５０に入射した
直線偏光Ｌｓは、ＰＢＳ５０を通過し、コ−ナ−キュ−
ブ５２によってビ−ム位置がシフトされ、また、反射さ
れる。

【００６８】コ−ナ−キュ−ブ５２によって反射された
レ−ザ−光は上記の光路を戻る。ただし、このようにし
て戻るレ−ザ−光はシフト位置からシフトされている。
すなわち、コ−ナ−キュ−ブ５２により反射された直線
偏光ＬｓはＰＢＳ５０を通過し、λ／４板５１によって
円偏光された後、ウエハステ−ジ１２の反射鏡１２ａに
よって反射され、３回目のドップラ−シフトを受ける。

【００６９】そして、λ／４板５１を通ることにより直
線偏光Ｌｐに変換されてＰＢＳ５０に入射する。したが
って、直線偏光ＬｐがＰＢＳ膜５０ｂにより上向き（図
６）に偏向され、また、ＰＢＳ膜５０ａによって右向き
（図６）に偏向されてλ／４板５１に向かい、λ／４板
５１により円偏光された直線偏光Ｌｐがウエハステ−ジ
１２の反射鏡１２ａによって反射され、４回目のドップ
ラ−シフトを受ける。

【００７０】その後、直線偏光Ｌｐがλ／４板５１に戻
り直線偏光Ｌｓに変換されてＰＢＳ５０に入射する。こ
のように入射する直線偏光ＬｓはＰＢＳ５０を通過し、
ミラ−２１によって上方向に反射され、ビ−ムスプリッ
タ２２に入射する。上記のように測定光はウエハステ−
ジ１２の反射鏡１２ａとの間を４往復することから、４
△ｆのドップラ−シフトを受けることになる。

【００７１】続いて、ウエハステ−ジ１２の参照光につ
いて説明する。レ−ザ−光Ｌｏのうち、ＰＢＳ５０で上
向き（図６）に偏向される直線偏光Ｌｐが参照光とな
る。直線偏光ＬｐはＰＢＳ膜５０ａで上向き（図６）に
偏向され、λ／４板の作用する反射鏡５３によって直線
偏光Ｌｓに変換されて反射する。

【００７２】そして、この直線偏光ＬｓがＰＢＳ５０を
通過し、λ／４板の作用する反射鏡５４によって、直線
偏光Ｌｐに変換されて反射する。なお、反射鏡５３、５
４は、λ／４板において入射側から数えて第２面に金属
膜を蒸着して反射面としたものである。

【００７３】反射鏡５４によって反射された直線偏光Ｌ
ｐは、ＰＢＳ膜５０ｂにより左向き（図６）に偏向さ
れ、コ−ナ−キュ−ブ５２よりシフト位置がシフトさ
れ、また、反射される。コ−ナ−キュ−ブ５２により反
射された直線偏光Ｌｐは上記の光路を逆に進む。

【００７４】すなわち、コ−ナ−キュ−ブ５２に反射さ
れた直線偏光Ｌｐは、ＰＢＳ膜５０ｂより下向き（図
６）に偏向され、反射鏡５４によって直線偏光Ｌｓに変
換されて上向き（図６）に反射され、この直線偏光Ｌｓ
がＰＢＳ５０を通過し、反射鏡５３によって直線偏光Ｌ
ｐに変換されて下向き（図６）に反射され、この直線偏
光ＬｐがＰＢＳ膜５０ａにより左向き（図６）に偏向さ
れる。この結果、直線偏光Ｌｐが参照光としてミラ−２
１によって上方向に反射され、ビ−ムスプリッタ２２に
入射する。

【００７５】その他は図１、図２に示した第１実施形態
と同様となる。すなわち、ビ−ムスプリッタ２２で反射
した直線偏光（測定光）Ｌｓと直線偏光（参照光）Ｌｐ
が真空チャンバ−２５の窓孔２６より出射し、偏光子２
７により干渉し、光電素子２８によって光電変換されて
Ｓｉｇ１が出力される。

【００７６】ビ−ムスプリッタ２２を透過した直線偏光
Ｌｓと直線偏光Ｌｐは、直線偏光Ｌｓが測定光としてＰ
ＢＳ２９により偏向され、λ／４板３０を通ってマスク
ステ−ジ１１の反射鏡１１ａによって反射される。この
ように反射鏡１１ａによって反射された直線偏光Ｌｓが
λ／４板３０によって直線偏光Ｌｐに変換された後、Ｐ
ＢＳ２９を通過して窓孔３１から出射する。

【００７７】また、ビ−ムスプリッタ２２を透過した直
線偏光Ｌｐは参照光としてＰＢＳ２９を通過し、λ／４
板の作用する反射鏡５５により直線偏光Ｌｓに変換され
て反射され、ＰＢＳ２９に入射する。したがって、この
ように入射した直線偏光ＬｓがＰＢＳ２９によって偏向
され、参照光として窓孔３１から出射する。上記のよう
にして窓孔３１から出射する測定光と参照光が偏光子３
４によって干渉し、光電素子３５により光電変換されて
Ｓｉｇ２として出力される。

【００７８】上記したように、本実施形態では、測定光
が、ウエハステ−ジ１２の反射鏡１２ａとの間を４往復
し、マスクステ−ジ１１の反射鏡１１ａとの間を１往復
する。そして、ウエハステ−ジ１２とマスクステ−ジ１
１が速度１：４の割合で逆方向に移動すると、測定光の
光路長が一定となる。

【００７９】すなわち、ウエハステ−ジ１２とマスクス
テ−ジ１１の同期走査が正確に行なわれた場合には、測
定光の光路長は変化せず、干渉信号は変化しない。一
方、ウエハステ−ジ１２とマスクステ−ジ１１の同期走
査が１：４の割合からずれた場合には、測定光の光路長
は変化し、干渉信号の位相差として検出される。

【００８０】すなわち、Ｓｉｇ２は４Ｘｗ−Ｘｍを現わ
す干渉信号となり、ウエハステ−ジ１２とマスクステ−
ジ１１との同期走査誤差を内容とするものとなる。この
ことから、演算処理手段は上記した演算処理回路１３、
４０の加算部３９が不要となる。

【００８１】この結果、図３に示す演算処理回路１３を
使用する場合は、その加算部３９を取り除くことがで
き、また、図４に示す演算処理回路４０を使用する場合
には、その加算部３９を取り除いた図７に示す演算処理
回路５６を備えることができる。

【００８２】以上、本発明の好ましい実施形態について
説明したが、電子レンズ１０の倍率は必ずしも１／４と
する必要はなく、この倍率を１／２として実施すること
ができる。ただし、電子レンズ１０の倍率を１／２とす
る場合は、マスクステ−ジ１１とウエハステ−ジ１２の
走査速度を２：１の割合で同期させて移動させることに
なる。

【００８３】また、本発明の実施に際しては、測定光を
マスクステ−ジ１１の反射鏡１１ａで２回反射させて測
定する構成とすることができる。このように実施する場
合、ウエハステ−ジ１２の反射鏡１２ａで測定光を２回
反射させれば、信号Ｓａが２Ｘｍ−２Ｘｗとなり、ウエ
ハステ−ジ１２の反射鏡１２ａで測定光を４回反射させ
れば、信号Ｓａが２Ｘｍ−４Ｘｗとなるから、このよう
な信号Ｓａを用いても上記実施形態と同様に実施するこ
とができる。

【００８４】さらに、上記した実施形態では、ＳＣＡＬ
ＰＥＬを例に説明したが、これに限られるものではな
く、例えば、光を用いた走査型の露光装置（Ｓｔｅｐ
ａｎｄＳｃａｎ）についても同様に実施することができ
る。

【００８５】

【発明の効果】上記した通り、本発明のレ−ザ−干渉測
長装置によれば、演算処理手段の応答速度をむやみに高
めることなく、マスクステ−ジの高速移動を高精度に測
定することができ、また、マスクステ−ジとウエハステ
−ジの同期走査の誤差、ウエハステ−ジの移動速度を正
確に測定することができる。

【００８６】さらに、第１の干渉信号を得る第１の干渉
光の光路と第２の干渉信号を得る第２の干渉光の光路と
を接近させて配置する構成とすれば、ウエハステ−ジの
移動中に生ずる揺れなどによって発生する誤差信号が極
めて少なくなる。

【００８７】また、演算処理手段については、第１の干
渉信号と第２の干渉信号を信号処理してマスクステ−ジ
の位置を測長する信号を出力する位相計とカウンタとを
設けることにより、減算部を取り除くことができ、ま
た、演算処理の時間的な同時性が確保できる上、処理速
度の向上と製造コストの低減に有利となる。

【００８８】特に、このレ−ザ−干渉測長装置は、一つ
の光源からの光（レ−ザ−光）を利用して、マスクステ
−ジの測定光とウエハステ−ジの測定光とを形成するこ
とができるので、装置構成が簡単となると共に、製造コ
ストを低減することができて有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態として示したレ−ザ−干渉測長装
置の簡略側面図である。

【図２】図１上のＡ−Ａ線矢視図である。

【図３】レ−ザ−干渉測長装置に備えた演算処理回路の
ブロック図である。

【図４】演算処理回路の他の実施形態を示す電気回路ブ
ロック図である。

【図５】第２実施形態として示したレ−ザ−干渉測長装
置の簡略側面図である。

【図６】図５上のＢ−Ｂ線矢視図である。

【図７】演算処理回路の改良例を示す電気回路ブロック
図である。

【図８】従来例として示した走査型露光装置（ＳＣＡＬ
ＰＥＬ）の概略図である。

【符号の説明】

１０ 電子レンズ １１ マスクステ−ジ １１ａ 反射鏡 １２ ウエハステ−ジ １２ａ 反射鏡 １３ 演算処理回路 １４ レ−ザ−光源 １５ ビ−ムスプリッタ １６ ＰＢＳ（偏光ビ−ムスプリッタ） １９ λ／４板 ２０ コ−ナ−キュ−ブ ２１ ミラ− ２２ ビ−ムスプリッタ ２３ λ／４板 ２４ 反射鏡 ２５ 真空チャンバ− ２６ 窓孔 ２７ 偏光子 ２８ 光電素子 ２９ ＰＢＳ（偏光スプリッタ） ３０ λ／４板 ３１ 窓孔 ３２ λ／４板 ３３ 反射鏡 ３４ 偏光子 ３５ 光電素子

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA06 AA09 AA20 CC00 DD06 FF00 FF49 FF52 GG04 GG23 HH09 JJ01 JJ05 LL12 LL17 LL33 LL36 LL37 LL46 PP12 QQ00 QQ25 QQ27 QQ51 5F046 BA05 CC01 CC02 CC03 CC16 DA08 DA11 DB05 DB11 DC05 DC12

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マスクを搭載するマスクステ−ジと、マ
   スク上のパタ−ンをウエハに縮小投影する所定倍率の光
   学系と、前記ウエハを搭載するウエハステ−ジとを備
   え、前記マスクステ−ジとウエハステ−ジとを前記光学
   系の倍率にしたがって同期走査させる露光装置のレ−ザ
   −干渉測長装置において、レ−ザ−光源からの光を偏光
   状態により測定光と参照光とに分岐し、測定光をウエハ
   ステ−ジに設けた反射鏡で複数回反射させたのち、前記
   参照光と干渉させて第１の干渉信号を得る手段と、前記
   ウエハステ−ジに設けた反射鏡で複数回反射させた測定
   光と前記参照光の一部分をマスクステ−ジ側へ導く手段
   と、前記マスクステ−ジ側に導かれた測定光をマクスス
   テ−ジに設けた反射鏡で１回若しくは２回反射させ、前
   記マスクステ−ジ側に導かれた参照光と干渉させて第２
   の干渉信号を得る手段と、前記第１、第２の干渉信号を
   信号処理する演算処理手段とを備え、この演算処理手段
   から、ウエハステ−ジの位置を測長する信号と、マスク
   ステ−ジとウエハステ−ジの同期走査誤差信号と、マス
   クステ−ジの位置を測長する信号とを各々出力させる構
   成としたことを特徴とするレ−ザ−干渉測長装置。
2. 【請求項２】 前記測定光をウエハステ−ジに設けた反
   射鏡で２又は４回反射させる構成としたことを特徴とす
   る請求項１に記載したレ−ザ−干渉測長装置。
3. 【請求項３】 第１の干渉信号を得る第１の干渉光の光
   路と、第２の干渉信号を得る第２の干渉光の光路とを接
   近して配置したことを特徴とする請求項１または２に記
   載したレ−ザ−干渉測長装置。
4. 【請求項４】 演算処理手段について、第１の干渉信号
   を信号処理してウエハステ−ジの位置を測長する信号を
   出力する位相計とカウンタ、第２の干渉信号を信号処理
   する位相計とカウンタ、上記２つのカウンタのカウント
   値を加算してマスクステ−ジとウエハステ−ジの同期走
   査誤差信号を出力する加算部、上記一方のカウンタのカ
   ウント値から他方のカウンタのカウント値を減算してマ
   スクステ−ジの位置を測長する信号を出力する減算部と
   より構成したことを特徴とする請求項１に記載したレ−
   ザ−干渉測長装置。
5. 【請求項５】 演算処理手段について、第１の干渉信号
   を信号処理してウエハステ−ジの位置を測長する信号を
   出力する位相計とカウンタ、第２の干渉信号を信号処理
   する位相計とカウンタ、上記２つのカウンタのカウント
   値を加算してマスクステ−ジとウエハステ−ジの同期走
   査誤差信号を出力する加算部を備えると共に、第１、第
   ２の干渉信号を信号処理してマスクステ−ジの位置を測
   長する信号を出力する位相計とカウンタとより構成した
   ことを特徴とする請求項１に記載したレ−ザ−干渉測長
   装置。
6. 【請求項６】 位相計はPLL逓倍回路を含むことを特徴
   とする請求項４または５に記載したレ−ザ−干渉測長装
   置。