JP2756331B2 - 間隔測定装置 - Google Patents
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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
- G03F9/7073—Alignment marks and their environment
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
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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面上とウエハ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とPMとの間隔を検出す
る事により測定している。
射し、レンズL2を介してスクリーン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とPMとの間隔を検出す
る事により測定している。
しかしながら、この様な装置では例えばスクリーンＳ
面が傾き変動を起こした場合、集光点PW、PMの間隔も変
化する為測定値に誤差が発生する。
面が傾き変動を起こした場合、集光点PW、PMの間隔も変
化する為測定値に誤差が発生する。
又、マスクに対してウエハが傾いた場合も同様であ
る。
る。
本発明はマスクとウエハを対向配置して両者の間隔を
測定する際に特に受光手段とマスクとの相対位置または
角度変動及びマスクとウエハとの相対角度変動に影響さ
れずに高精度な測定を可能にする間隔測定装置を提供す
る事を目的とする。
測定する際に特に受光手段とマスクとの相対位置または
角度変動及びマスクとウエハとの相対角度変動に影響さ
れずに高精度な測定を可能にする間隔測定装置を提供す
る事を目的とする。
本発明は、マスクとウエハとの間隔を測定する装置
で、マスクの方向に光束を照射する光源手段と、前記光
源手段から出射されてマスクとウエハによって偏向され
た、マスクとウエハとの相対位置の変動によって所定面
への入射位置が変化する第一光束の該入射位置を検出す
る第一光検出手段と、前記光源手段から出射されてマス
ク上で偏向された、マスクと前記第一光検出手段との相
対位置あるいは相対角度の変動に応じて所定面への入射
位置が変化する第二光束の該入射位置を検出する第二光
検出手段と、前記光源から出射されてウエハ上で偏向さ
れた、ウエハと前記第一光検出手段との相対位置あるい
は相対角度の変動に応じて所定面への入射位置が変化す
る第三光束の該入射位置を検出する第三光検出手段と、
前記第一光検出手段と第二光検出手段と第三光検出手段
との検出結果によってマスクとウエハとの間隔を検出す
る間隔検出手段とを設けた事により、マスクに対して検
出手段が相対的に角度変動、位置変動を発生しても、こ
の変動の影響を受けない様にし、同時にマスク、ウエハ
間に角度変動が生じても、この影響を受けない様にし
て、精密な間隔測定を可能にしている。
で、マスクの方向に光束を照射する光源手段と、前記光
源手段から出射されてマスクとウエハによって偏向され
た、マスクとウエハとの相対位置の変動によって所定面
への入射位置が変化する第一光束の該入射位置を検出す
る第一光検出手段と、前記光源手段から出射されてマス
ク上で偏向された、マスクと前記第一光検出手段との相
対位置あるいは相対角度の変動に応じて所定面への入射
位置が変化する第二光束の該入射位置を検出する第二光
検出手段と、前記光源から出射されてウエハ上で偏向さ
れた、ウエハと前記第一光検出手段との相対位置あるい
は相対角度の変動に応じて所定面への入射位置が変化す
る第三光束の該入射位置を検出する第三光検出手段と、
前記第一光検出手段と第二光検出手段と第三光検出手段
との検出結果によってマスクとウエハとの間隔を検出す
る間隔検出手段とを設けた事により、マスクに対して検
出手段が相対的に角度変動、位置変動を発生しても、こ
の変動の影響を受けない様にし、同時にマスク、ウエハ
間に角度変動が生じても、この影響を受けない様にし
て、精密な間隔測定を可能にしている。
第１図は、本発明の実施例の要部概略斜視図である。
第２図、第３図は各々本実施例の測定系と補正系の光
学系の原理図である。
学系の原理図である。
尚、本実施例において測定系とは第１物体と第２物体
の主に間隔を測定する系であり、補正系とは物体面に対
し、照明系及び受光手段の相対位置、相対的姿勢、ある
いはウエハの相対的姿勢が変動した時の測定誤差を補正
する為の系をいう。
の主に間隔を測定する系であり、補正系とは物体面に対
し、照明系及び受光手段の相対位置、相対的姿勢、ある
いはウエハの相対的姿勢が変動した時の測定誤差を補正
する為の系をいう。
第２図、第３図において1a、1bは例えばHe−Ne−レー
ザーや半導体レーザー等の光源LDからの光束で、このう
ち光束1aは測定系、光束1bは補正系のものである。
ザーや半導体レーザー等の光源LDからの光束で、このう
ち光束1aは測定系、光束1bは補正系のものである。
２は第１物体でここではマスク、３は第２物体でここ
ではウエハであり、マスク２とウエハ３は例えば第１図
に示すように間隔dOを隔てて対向配置されている。4a、
5aは各々マスク２面上の一部に設けた測定系の入射用と
出射用の物理光学素子で、これらの物理光学素子4a、5a
は例えば回折格子やゾーンプレート等から成っており、
30×30（μｍ）、30×60（μｍ）程度の寸法を有してい
る。
ではウエハであり、マスク２とウエハ３は例えば第１図
に示すように間隔dOを隔てて対向配置されている。4a、
5aは各々マスク２面上の一部に設けた測定系の入射用と
出射用の物理光学素子で、これらの物理光学素子4a、5a
は例えば回折格子やゾーンプレート等から成っており、
30×30（μｍ）、30×60（μｍ）程度の寸法を有してい
る。
同様に4b、5bは補正系の物理光学素子であり、例えば
30×30（μｍ）の寸法を有している。
30×30（μｍ）の寸法を有している。
測定系の出射用の物理光学素子5aは光束の入射位置に
より出射光束の偏向角が異なり、この場合は平行な入射
光束を1000μｍの位置に集光させる屈折力を有してい
る。
より出射光束の偏向角が異なり、この場合は平行な入射
光束を1000μｍの位置に集光させる屈折力を有してい
る。
41は測定系と補正系兼用の集光レンズであり、その焦
点距離はfaである。例えばfa＝30mm程度である。
点距離はfaである。例えばfa＝30mm程度である。
8aは測定系、8bと8cは補正系の受光手段で各々集光レ
ンズ41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、入射光束の位置を検出している。受光
手段8a、8b、8cの素子配列方向はいずれもｘ方向であ
る。9aは信号処理回路であり、受光手段8a、8b、8cから
の信号を用いて受光手段8a、8b、8c面上に入射した光束
の位置を求めている。
ンズ41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、入射光束の位置を検出している。受光
手段8a、8b、8cの素子配列方向はいずれもｘ方向であ
る。9aは信号処理回路であり、受光手段8a、8b、8cから
の信号を用いて受光手段8a、8b、8c面上に入射した光束
の位置を求めている。
10は光ピツクアツプヘツドでり、集光レンズ41や受光
手段8a、8b、8cそして必要に応じて信号処理回路9a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。
手段8a、8b、8cそして必要に応じて信号処理回路9a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。
次に、第２図に示す測定系の機能について説明する。
尚同図においてはマスク２とウエハ３が正しく平行に
配置されているものとしている。
配置されているものとしている。
本実施例においては半導体レーザーLDからの光束1a
（波長λ＝830nm）をマスク２面上の等間隔直線格子の
グレーテイング4a面上の点Ａに垂直に入射させている。
そして第１の物理光学素子4aからの主光線が角度θ１で
回折する所定次数の回折光をウエハ３面上の点Ｂ（ウエ
ハ３が位置P2にある時はＣ）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
の距離dGだけ変位したときの位置P2の反射光である。位
置P2にある時のウエハ３とその時の光路は２点鎖線で示
してある。
（波長λ＝830nm）をマスク２面上の等間隔直線格子の
グレーテイング4a面上の点Ａに垂直に入射させている。
そして第１の物理光学素子4aからの主光線が角度θ１で
回折する所定次数の回折光をウエハ３面上の点Ｂ（ウエ
ハ３が位置P2にある時はＣ）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
の距離dGだけ変位したときの位置P2の反射光である。位
置P2にある時のウエハ３とその時の光路は２点鎖線で示
してある。
次いでウエハ３からの反射光を第１物体２面上のオフ
アクシス型フレネルゾーンプレート（以下FZPと呼ぶ）5
a面上の点Ｄ（Ｅ）に入射させている。
アクシス型フレネルゾーンプレート（以下FZPと呼ぶ）5
a面上の点Ｄ（Ｅ）に入射させている。
尚、FZP5a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。
の射出角を変化させる光学作用を有している。
そしてFZP5aからの角度θ２で回折し所定次数の回折
光61（62）を集光レンズ41を介して受光手段8a面上に導
光している。
光61（62）を集光レンズ41を介して受光手段8a面上に導
光している。
そして、このときの受光手段8a面上における入射光束
61（62）の位置を検出することによりマスク２とウエハ
３との間隔を後述する様に演算し求めている。
61（62）の位置を検出することによりマスク２とウエハ
３との間隔を後述する様に演算し求めている。
本実施例ではマスク２面上に設けた第１、第２の物理
光学素子4a、5aは予め設定された既知のピツチで構成さ
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は予め求められて
いる。
光学素子4a、5aは予め設定された既知のピツチで構成さ
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は予め求められて
いる。
次に第２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２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（すなわち出射用物理光学素子
の焦点距離）をfMとすると、 AD＝２dOtanθ１ AE＝２（dO＋dG）tanθ１∴dM＝DE＝AE−AD＝２dGtanθ
１ …（１） また、 dM＝２・fM・tanθ２ …（２） である。受光手段8a面上における入射光の動き量Ｓは Ｓ＝２・fa・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（すなわち出射用物理光学素子
の焦点距離）をfMとすると、 AD＝２dOtanθ１ AE＝２（dO＋dG）tanθ１∴dM＝DE＝AE−AD＝２dGtanθ
１ …（１） また、 dM＝２・fM・tanθ２ …（２） である。受光手段8a面上における入射光の動き量Ｓは Ｓ＝２・fa・tanθ２ …（３） 従って（１）、（２）、（３）式より となる。
マスク２とウエハ３の単位ギヤツプ変化量に対する受
光手段8a面上の入射光束のずれ量ΔＳ、即ち感度ΔＳは となる。
光手段8a面上の入射光束のずれ量ΔＳ、即ち感度ΔＳは となる。
本実施例ではマスクから、マスク、ウエハ間隔変動が
あっても出射角一定の回折光束22をマスクの物理光学素
子4bより出射し、この光束を参照光束として該参照光束
のセンサ上での重心位置を基準とし、これと光束61（6
2）のセンサ上での重心位置とのｘ方向に沿った間隔を
求め、この間隔のウエハがマスク、ウエハ適正間隔dRに
対応する位置、例えばP1にある時の両光束のｘ方向の重
心位置間隔（基準間隔）からのずれをＳとして（４）式
に代入してウエハの適正間隔位置P1からの間隔変動dGを
求めて間隔検出を行なっている。ここで適正間隔値dRの
時の光束61（62）と22とのｘ方向重心間隔は例えばマー
クの設計値より求めておく事ができる。
あっても出射角一定の回折光束22をマスクの物理光学素
子4bより出射し、この光束を参照光束として該参照光束
のセンサ上での重心位置を基準とし、これと光束61（6
2）のセンサ上での重心位置とのｘ方向に沿った間隔を
求め、この間隔のウエハがマスク、ウエハ適正間隔dRに
対応する位置、例えばP1にある時の両光束のｘ方向の重
心位置間隔（基準間隔）からのずれをＳとして（４）式
に代入してウエハの適正間隔位置P1からの間隔変動dGを
求めて間隔検出を行なっている。ここで適正間隔値dRの
時の光束61（62）と22とのｘ方向重心間隔は例えばマー
クの設計値より求めておく事ができる。
本実施例における感度ΔＳは集光レンズ7aの焦点距離
faを30mm、dG＝50μｍ、dM＝30μｍ、fM＝1000μｍとす
ると（５）式より 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8a面上の光束は18μｍ移動するこ
とになる。受光手段8aとして位置分解能が0.3μｍのPSD
を用いると、原理的には0.02μｍ以下の分解能でマスク
２とウエハ３の間隔を測定することが可能となる。
faを30mm、dG＝50μｍ、dM＝30μｍ、fM＝1000μｍとす
ると（５）式より 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8a面上の光束は18μｍ移動するこ
とになる。受光手段8aとして位置分解能が0.3μｍのPSD
を用いると、原理的には0.02μｍ以下の分解能でマスク
２とウエハ３の間隔を測定することが可能となる。
本実施例では、測定系の受光手段8aの直前に集光レン
ズ7aを配置しているが、必ずしも、集光レンズ7aを設定
しなくてもよく、その場合には、マスク２面上の物理光
学素子5aから受光手段8bまでの距離をlaとすると、
（３）、（４）、（５）式においてfa＝laとおいて、入
射光の動き量Ｓおよび、感度ΔＳを求めておくことがで
きる。
ズ7aを配置しているが、必ずしも、集光レンズ7aを設定
しなくてもよく、その場合には、マスク２面上の物理光
学素子5aから受光手段8bまでの距離をlaとすると、
（３）、（４）、（５）式においてfa＝laとおいて、入
射光の動き量Ｓおよび、感度ΔＳを求めておくことがで
きる。
次に補正系について説明する。
補正系用物理光学素子4b、5bはいずれも等間隔直線格
子から成るグレーテイングである。
子から成るグレーテイングである。
半導体レーザーLDから出射した光束はマスク２面上グ
レーテイング4bに第６図に示すようにマスク２面法線に
対し、所定の角度で斜入射し、そこで発生する透過、反
射回折光のうち、＋１次反射回折光22は不図示の光ピツ
クアツプヘツド内の受光手段8bに入射する。グレーテイ
ング4bのパターンは矩形の間隔測定用のマーク領域の長
手方向をＸ軸、矩手方向をＹ軸とする直交座標系におい
て、Ｘ軸と角度φで交差する斜め直線格子である。
レーテイング4bに第６図に示すようにマスク２面法線に
対し、所定の角度で斜入射し、そこで発生する透過、反
射回折光のうち、＋１次反射回折光22は不図示の光ピツ
クアツプヘツド内の受光手段8bに入射する。グレーテイ
ング4bのパターンは矩形の間隔測定用のマーク領域の長
手方向をＸ軸、矩手方向をＹ軸とする直交座標系におい
て、Ｘ軸と角度φで交差する斜め直線格子である。
グレーテイング4bで＋１次透過回折した光束25′はウ
エハ３面上物理光学素子5bに入射し、そこで更に反射、
回折作用を受ける。
エハ３面上物理光学素子5bに入射し、そこで更に反射、
回折作用を受ける。
このうち、ウエハ面上で−１次で反射、回折し、マス
ク面を０次で透過した光束25は光ピツクアツプヘツド内
の第２の補正光用受光手段8cに入射する。物理光学素子
5bは4bと同様直線格子であり、上記XY座標系とそれぞれ
平行に定義されたウエハ３面上の直交座標系Ｘ′Ｙ′軸
において、例えばＸ′軸とφ′と角度で交差するような
パターンである。
ク面を０次で透過した光束25は光ピツクアツプヘツド内
の第２の補正光用受光手段8cに入射する。物理光学素子
5bは4bと同様直線格子であり、上記XY座標系とそれぞれ
平行に定義されたウエハ３面上の直交座標系Ｘ′Ｙ′軸
において、例えばＸ′軸とφ′と角度で交差するような
パターンである。
以上の補正光の光路22、25を第６図（Ａ）、（Ｂ）で
それぞれXZ断面、YZ断面内で示してある。
それぞれXZ断面、YZ断面内で示してある。
第６図（Ａ）に示す如く、参照光束受光手段8b、8cの
光束位置検出方向はＸ軸と平行であり、また測定光受光
手段8aの光束位置検出方向と一致している。
光束位置検出方向はＸ軸と平行であり、また測定光受光
手段8aの光束位置検出方向と一致している。
次に補正系の参照光束22、25の機能について説明す
る。
る。
まず、第３図に示す参照光束22の機能について説明す
る。
る。
光束1bはマスク２面上の入射用の物理光学素子4bに入
射している。
射している。
物理光学素子4bは平行な入射光束を入射位置によらず
入射角に応じ一定の偏向角で射出させる光学性質を有し
ている。
入射角に応じ一定の偏向角で射出させる光学性質を有し
ている。
第４図，第５図は補正系の原理図で、半導体レーザー
LDからの光束1b（ここではマスクに入射するまで光束1a
と同一であるが、別々の光源からの光束でも良く、その
場合波長は間隔測定光と同じでよい）をマスク２面上の
グレーテイング4bに垂直に入射させている。補正系にお
いては、グレーテイング4bで反射した１次回折光を受光
手段8b面上に集光レンズ7bを介して導光している。
LDからの光束1b（ここではマスクに入射するまで光束1a
と同一であるが、別々の光源からの光束でも良く、その
場合波長は間隔測定光と同じでよい）をマスク２面上の
グレーテイング4bに垂直に入射させている。補正系にお
いては、グレーテイング4bで反射した１次回折光を受光
手段8b面上に集光レンズ7bを介して導光している。
第４図中破線で示してあるのは実線の位置から光ピツ
クアツプヘツド10が姿勢変化なしに位置変動を起こした
時の光束と各部材の状態であり、この時の各部材の符番
は元の符番にダツシユ記号を付してある。この図からわ
かる様に光ピツクアツプヘツド10が平行移動すると参照
光束22の受光手段8b上の入射位置も８b1から８b2へ変化
する。８b2″は光ピツクアツプヘツド10の実線位置での
８b2の位置を示す。この時の平行移動による光束22の移
動量をxaとする。この場合、同じ光ピツクアツプヘツド
10内の受光手段8aに入射する信号光束61（62）は、同様
に、xaだけ移動する事は容易に理解されるであろう。従
って光ピツクアツプヘツド10が平行移動しただけでは受
光手段8a上の光束61（62）と受光手段8b上の光束61（6
2）と受光手段8b上の光束22のｘ方向に沿った間隔は変
化しない。
クアツプヘツド10が姿勢変化なしに位置変動を起こした
時の光束と各部材の状態であり、この時の各部材の符番
は元の符番にダツシユ記号を付してある。この図からわ
かる様に光ピツクアツプヘツド10が平行移動すると参照
光束22の受光手段8b上の入射位置も８b1から８b2へ変化
する。８b2″は光ピツクアツプヘツド10の実線位置での
８b2の位置を示す。この時の平行移動による光束22の移
動量をxaとする。この場合、同じ光ピツクアツプヘツド
10内の受光手段8aに入射する信号光束61（62）は、同様
に、xaだけ移動する事は容易に理解されるであろう。従
って光ピツクアツプヘツド10が平行移動しただけでは受
光手段8a上の光束61（62）と受光手段8b上の光束61（6
2）と受光手段8b上の光束22のｘ方向に沿った間隔は変
化しない。
第５図において破線で示す２′、24はマスク交換等で
元の実線の状態からマスク２が角度βだけ傾いた時のそ
れぞれマスクと参照光束を示す。この図からわかる様に
光ピツクアツプヘツド10に対しマスクが傾けば参照光束
の受光手段8b上入射位置は８b1′から８b2′へ変化す
る。この傾きによる光束の移動量をxbとする。この場合
受光手段8a上に入射する信号光束61（62）は、βが充分
小さな範囲であり、又マスク２から集光レンズ7a、7bへ
の光路長は等しければ、同様にxbだけ移動する。従って
マスクが傾いただけの場合も受光手段8a上の光束61（6
2）と受光手段8b上の光束22のｘ方向に沿った間隔は変
化しない。
元の実線の状態からマスク２が角度βだけ傾いた時のそ
れぞれマスクと参照光束を示す。この図からわかる様に
光ピツクアツプヘツド10に対しマスクが傾けば参照光束
の受光手段8b上入射位置は８b1′から８b2′へ変化す
る。この傾きによる光束の移動量をxbとする。この場合
受光手段8a上に入射する信号光束61（62）は、βが充分
小さな範囲であり、又マスク２から集光レンズ7a、7bへ
の光路長は等しければ、同様にxbだけ移動する。従って
マスクが傾いただけの場合も受光手段8a上の光束61（6
2）と受光手段8b上の光束22のｘ方向に沿った間隔は変
化しない。
マスクがｘ方向に移動しても、光ピツクアツプヘツド
が傾いても同様に両光束のｘ方向間隔の変動を起こさな
い。
が傾いても同様に両光束のｘ方向間隔の変動を起こさな
い。
従って前述した様に光束61（62）と22とのｘ方向に沿
った間隔を求め、これを（４）式に代入してマスク、ウ
エハ間隔を求める事によって、上述の変動要因の影響を
受けずにマスク、ウエハ間隔測定ができる。
った間隔を求め、これを（４）式に代入してマスク、ウ
エハ間隔を求める事によって、上述の変動要因の影響を
受けずにマスク、ウエハ間隔測定ができる。
このように複数の露光プロセスにおいて、マスクの交
換、光ピツクアツプヘツドの移動を伴なう工程が存在す
ると、（ たとえマスク２、ウエハ３間隔が適正間隔値
に合っていても）測定系の受光手段8aの光束入射位置か
らだけで間隔測定するのでは正確な間隔測定値が得られ
ないが、本実施例に示すような（間隔）測定用基準点位
置を示す参照光束22を用いることによって、高精度な間
隔測定が行なえるようになった。
換、光ピツクアツプヘツドの移動を伴なう工程が存在す
ると、（ たとえマスク２、ウエハ３間隔が適正間隔値
に合っていても）測定系の受光手段8aの光束入射位置か
らだけで間隔測定するのでは正確な間隔測定値が得られ
ないが、本実施例に示すような（間隔）測定用基準点位
置を示す参照光束22を用いることによって、高精度な間
隔測定が行なえるようになった。
同様に、光ピツクアツプヘツド10とマスク２面の相対
的位置の変動のみならず、複数の露光プロセス間に、相
対的角度（姿勢）変動が起こったとしても本実施例に示
す参照光束の受光手段8bへの入射位置を基準点とするこ
とにより、上記変動による測定光の間隔測定誤差を相殺
して高精度化が図られる。
的位置の変動のみならず、複数の露光プロセス間に、相
対的角度（姿勢）変動が起こったとしても本実施例に示
す参照光束の受光手段8bへの入射位置を基準点とするこ
とにより、上記変動による測定光の間隔測定誤差を相殺
して高精度化が図られる。
参照光束22は上述のように測定用光束61（62）とこの
光束22とのｘ方向間隔を検出する事により光源LD、受光
手段8a、8b、8cなどを納めた光ピツクアツプヘツド10の
移動や、マスク交換に伴なうヘツドとマスクとの相対的
位置、角度（姿勢）変動に帰因する間隔測定誤差を防止
することができる。
光束22とのｘ方向間隔を検出する事により光源LD、受光
手段8a、8b、8cなどを納めた光ピツクアツプヘツド10の
移動や、マスク交換に伴なうヘツドとマスクとの相対的
位置、角度（姿勢）変動に帰因する間隔測定誤差を防止
することができる。
例えば測定光の受光手段8aの中心と参照光22の受光手
段8bの中心が一致するように予め調整しておくと、参照
光束の入射位置を基準点とし、参照光と同一検出方向
（ここではｘ方向）に計測した測定光の受光手段8a上の
入射位置と基準点とのｘ方向間隔を求めることによりマ
スク面、ヘツド間の相対的変動に影響を受けずに、間隔
測定を行なうことができる。
段8bの中心が一致するように予め調整しておくと、参照
光束の入射位置を基準点とし、参照光と同一検出方向
（ここではｘ方向）に計測した測定光の受光手段8a上の
入射位置と基準点とのｘ方向間隔を求めることによりマ
スク面、ヘツド間の相対的変動に影響を受けずに、間隔
測定を行なうことができる。
参照光束25は、マスク面２とウエハ面３の相対的傾き
変動によって生じる間隔測定誤差を補正するためのもの
であり、マスク面上物理光学素子4bで１次透過回折した
光束がウエハ面に垂直に入射し、物理光学素子5bでyz面
内で−１次反射回折した光束である。該光束25は、マス
ク面で更に０次で透過しヘツド10内の受光手段8cで到達
し、そこで、入射位置を測定光と同一方向に検出する。
変動によって生じる間隔測定誤差を補正するためのもの
であり、マスク面上物理光学素子4bで１次透過回折した
光束がウエハ面に垂直に入射し、物理光学素子5bでyz面
内で−１次反射回折した光束である。該光束25は、マス
ク面で更に０次で透過しヘツド10内の受光手段8cで到達
し、そこで、入射位置を測定光と同一方向に検出する。
但し、上記参照光束25は必ずしもウエハ面に垂直に入
射する必要はなく、例えばセンサの光強度重心位置検出
分解能をΔＳ、またマスク、ウエハ間の間隔変動（基準
設定値に対する）の計測レンジをΔＰとおくと、以下の
条件をみたせば良い。
射する必要はなく、例えばセンサの光強度重心位置検出
分解能をΔＳ、またマスク、ウエハ間の間隔変動（基準
設定値に対する）の計測レンジをΔＰとおくと、以下の
条件をみたせば良い。
２ΔPtanθα・ΔＳ ここにθはウエハ面へのxz面内入射角、αは０＜α＜
１をみたす定数で、例えばα＝0.1とすれば十分であ
る。
１をみたす定数で、例えばα＝0.1とすれば十分であ
る。
即ち、上式を満たすようなθであればマスク、ウエハ
の間隔変動が生じても、参照光25のセンサ上入射位置は
実質的に一定とみなすことができ、マスク、ウエハ間の
相対傾き補正機能を保つことができる。
の間隔変動が生じても、参照光25のセンサ上入射位置は
実質的に一定とみなすことができ、マスク、ウエハ間の
相対傾き補正機能を保つことができる。
次にマスク面を基準面としたとき、複数回にわたる焼
き付け、露光プロセスのアライメントヘツドの移動に伴
なって、マスク面への照射光束1a、1bの投光角度（マス
ク面法線と主光線ベクトルのなす角度）が変動する場合
について説明する。
き付け、露光プロセスのアライメントヘツドの移動に伴
なって、マスク面への照射光束1a、1bの投光角度（マス
ク面法線と主光線ベクトルのなす角度）が変動する場合
について説明する。
このような条件下で第１参照光束22と第２参照光束25
のセンサ上ｘ方向間隔は、一般的に第６図（Ｃ）に破線
で示した光束25の動きからわかる様にマスク面に対する
ウエハ面の傾斜によって生じる信号光のセンサ上重心位
置のｘ方向移動も加わる為、マスクに対してウエハが平
行な時の間隔値即ち基準値にならない。ここで第６図
（Ｄ）は第６図（Ｃ）の側面図である。このようにマス
ク面に対し、投光角度とウエハ面の傾きがいずれも設計
値（理想値）からずれる場合には、第１、第２参照光束
22、25間のセンサ上ｘ方向重心位置の間隔はセンサ上基
準間隔値と一致しない。
のセンサ上ｘ方向間隔は、一般的に第６図（Ｃ）に破線
で示した光束25の動きからわかる様にマスク面に対する
ウエハ面の傾斜によって生じる信号光のセンサ上重心位
置のｘ方向移動も加わる為、マスクに対してウエハが平
行な時の間隔値即ち基準値にならない。ここで第６図
（Ｄ）は第６図（Ｃ）の側面図である。このようにマス
ク面に対し、投光角度とウエハ面の傾きがいずれも設計
値（理想値）からずれる場合には、第１、第２参照光束
22、25間のセンサ上ｘ方向重心位置の間隔はセンサ上基
準間隔値と一致しない。
このような場合の測定手順としては、例えば先ず、第
１参照光束22と第２参照光束25のセンサ面上ｘ方向重心
位置の相対距離が基準値となるようにウエハステージを
駆動してウエハ面がマスク面に対して平行となるよう
に、ウエハ面の傾きを調整する。
１参照光束22と第２参照光束25のセンサ面上ｘ方向重心
位置の相対距離が基準値となるようにウエハステージを
駆動してウエハ面がマスク面に対して平行となるよう
に、ウエハ面の傾きを調整する。
この基準値としては例えば間隔検出用の各マーク設計
の際光線追跡シユミレーシヨンによってあらかじめ求め
た値を適用する。
の際光線追跡シユミレーシヨンによってあらかじめ求め
た値を適用する。
これは第１、第２参照光がそれぞれマスク、ウエハ面
上でzy面内でのみ回折の作用を受けるようにマークのパ
ターン形状が定められている場合には、第６図に示すよ
うな光路系においては、センサ面上、第１、第２参照光
の相対重心距離はマスク面に対するウエハ面の相対傾斜
が支配的な要因となることに基づいている。
上でzy面内でのみ回折の作用を受けるようにマークのパ
ターン形状が定められている場合には、第６図に示すよ
うな光路系においては、センサ面上、第１、第２参照光
の相対重心距離はマスク面に対するウエハ面の相対傾斜
が支配的な要因となることに基づいている。
次に第１参照光束22と間隔信号光束61とがセンサ上で
所定の相対重心距離となるようにマスク、ウエハ間の間
隔を制御すればよい。
所定の相対重心距離となるようにマスク、ウエハ間の間
隔を制御すればよい。
その際第１、第２参照光のセンサ上ｘ方向相対重心距
離が、先に設定した基準値に保持されるようにするのは
いうまでもない。
離が、先に設定した基準値に保持されるようにするのは
いうまでもない。
本発明によればマスクとウエハの相対的な面間隔を測
定する際、前述の性質の物理光学素子を有する測定系と
補正系を利用することによりマスクが多少傾いた場合で
あっても双方の間隔を高精度に測定することができ更に
センサ位置が測定毎に変動しうる系においても間隔の高
精度な測定を達成することができる。又、ウエハが傾斜
した場合にも正確さをたもつ事が可能である。
定する際、前述の性質の物理光学素子を有する測定系と
補正系を利用することによりマスクが多少傾いた場合で
あっても双方の間隔を高精度に測定することができ更に
センサ位置が測定毎に変動しうる系においても間隔の高
精度な測定を達成することができる。又、ウエハが傾斜
した場合にも正確さをたもつ事が可能である。
第１図は本発明の実施例の概略斜視図、 第２図、第３図は測定系、補正系の光学系の概略図、 第４図は第３図の補正系のピツクアツプ位置が変動した
場合の説明図、 第５図は第３図の補正系のマスクが傾いた場合の説明
図、 第６図（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）は光路の説明図、 第７図は従来例の説明図である。 図中２はマスク、３はウエハ、LDは光源、4a,4bは入射
用の物理光学素子、5a,5bは射出用の物理光学素子、7a,
7bは集光レンズ、8a,8bは受光手段、9a,9bは信号処理回
路である。
場合の説明図、 第５図は第３図の補正系のマスクが傾いた場合の説明
図、 第６図（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）は光路の説明図、 第７図は従来例の説明図である。 図中２はマスク、３はウエハ、LDは光源、4a,4bは入射
用の物理光学素子、5a,5bは射出用の物理光学素子、7a,
7bは集光レンズ、8a,8bは受光手段、9a,9bは信号処理回
路である。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−74811（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−74815（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−128404（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−70105（ＪＰ，Ａ) 特許2643270（ＪＰ，Ｂ２) 特許2546350（ＪＰ，Ｂ２) 特許2556126（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 H01L 21/027 G02B 7/09
Claims (1)
- 【請求項１】マスクとウエハとの間隔を測定する装置
で、 マスクの方向に光束を照射する光源手段と、 前記光源手段から出射されてマスクとウエハによって偏
向された、マスクとウエハとの相対位置の変動によって
所定面への入射位置が変化する第一光束の該入射位置を
検出する第一光検出手段と、 前記光源手段から出射されてマスク上で偏向された、マ
スクと前記第一光検出手段との相対位置あるいは相対角
度の変動に応じて所定面への入射位置が変化する第二光
束の該入射位置を検出する第二光検出手段と、 前記光源から出射されてウエハ上で偏向された、ウエハ
と前記第一光検出手段との相対位置あるいは相対角度の
変動に応じて所定面への入射位置が変化する第三光束の
該入射位置を検出する第三光検出手段と、 前記第一光検出手段と第二光検出手段と第三光検出手段
との検出結果によってマスクとウエハとの間隔を検出す
る間隔検出手段とを有することを特徴とする間隔測定装
置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013263A JP2756331B2 (ja) | 1990-01-23 | 1990-01-23 | 間隔測定装置 |
| EP91300463A EP0439322B1 (en) | 1990-01-23 | 1991-01-22 | Device and method for measuring the gap between two opposed objects |
| DE69123267T DE69123267D1 (de) | 1990-01-23 | 1991-01-22 | Verfahren und Vorrichtung zur Messung des Spaltes zwischen zwei einander gegenüberliegenden Objekten |
| US07/643,475 US5196711A (en) | 1990-01-23 | 1991-01-22 | Deviation measuring device including a mask having a grating pattern and a zone plate pattern |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013263A JP2756331B2 (ja) | 1990-01-23 | 1990-01-23 | 間隔測定装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03216505A JPH03216505A (ja) | 1991-09-24 |
| JP2756331B2 true JP2756331B2 (ja) | 1998-05-25 |
Family
ID=11828332
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2013263A Expired - Fee Related JP2756331B2 (ja) | 1990-01-23 | 1990-01-23 | 間隔測定装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5196711A (ja) |
| EP (1) | EP0439322B1 (ja) |
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| US5519492A (en) * | 1992-06-27 | 1996-05-21 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Optical arrangement for detecting the intensity modulation of partial ray beams |
| DE69324532T2 (de) * | 1992-07-15 | 1999-09-23 | Nikon Corp | Lichtquelle für ein Heterodyninterferometer |
| US5585923A (en) * | 1992-11-14 | 1996-12-17 | Canon Kabushiki Kaisha | Method and apparatus for measuring positional deviation while correcting an error on the basis of the error detection by an error detecting means |
| JP3428705B2 (ja) * | 1993-10-20 | 2003-07-22 | キヤノン株式会社 | 位置検出装置及びそれを用いた半導体素子の製造方法 |
| US5625453A (en) * | 1993-10-26 | 1997-04-29 | Canon Kabushiki Kaisha | System and method for detecting the relative positional deviation between diffraction gratings and for measuring the width of a line constituting a diffraction grating |
| EP0652487B1 (en) * | 1993-10-29 | 2001-09-19 | Canon Kabushiki Kaisha | Rotational deviation detecting method and system using a periodic pattern |
| JP3368017B2 (ja) * | 1993-10-29 | 2003-01-20 | キヤノン株式会社 | 位置検出装置及びそれを用いた半導体素子の製造方法 |
| JP3158878B2 (ja) * | 1994-07-28 | 2001-04-23 | 松下電器産業株式会社 | 光学式エンコーダ |
| JPH0886612A (ja) * | 1994-09-19 | 1996-04-02 | Canon Inc | 光ヘテロダイン干渉を利用した位置ずれ検出装置 |
| JPH1022213A (ja) * | 1996-06-28 | 1998-01-23 | Canon Inc | 位置検出装置及びそれを用いたデバイスの製造方法 |
| JPH11241908A (ja) | 1997-12-03 | 1999-09-07 | Canon Inc | 位置検出装置及びそれを用いたデバイスの製造方法 |
| CN116819884B (zh) * | 2023-08-31 | 2023-11-14 | 光科芯图(北京)科技有限公司 | 掩模倾斜角度测量装置及曝光设备 |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2436967A1 (fr) * | 1978-09-19 | 1980-04-18 | Thomson Csf | Procede d'alignement optique de motifs dans deux plans rapproches et dispositif d'alignement mettant en oeuvre un tel procede |
| US4596467A (en) * | 1984-03-16 | 1986-06-24 | Hughes Aircraft Company | Dissimilar superimposed grating precision alignment and gap measurement systems |
| JPS61111402A (ja) * | 1984-11-06 | 1986-05-29 | Nippon Kogaku Kk <Nikon> | 位置検出装置 |
| EP0243520B1 (en) * | 1986-04-29 | 1991-11-27 | Ibm Deutschland Gmbh | Interferometric mask-wafer alignment |
| JPS63159705A (ja) * | 1986-12-23 | 1988-07-02 | Nec Corp | マスクとウエハのギヤツプ測定方法 |
| US4815854A (en) * | 1987-01-19 | 1989-03-28 | Nec Corporation | Method of alignment between mask and semiconductor wafer |
| JPH01285803A (ja) * | 1988-05-13 | 1989-11-16 | Fujitsu Ltd | フレネル・ゾーン・プレートおよびそれを用いる位置合せ方法 |
| DE3853246T2 (de) * | 1987-09-25 | 1995-06-29 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., Kadoma, Osaka | Vorrichtung zur Kontrolle des Lageverhältnisses zwischen einer Photomaske und einem Plättchen. |
| EP0329433A3 (en) * | 1988-02-16 | 1989-10-25 | Canon Kabushiki Kaisha | Position detecting method and apparatus |
| DE68925142T2 (de) * | 1988-02-16 | 1996-06-13 | Canon K.K., Tokio/Tokyo | Vorrichtung zum Nachweis der örtlichen Beziehung zwischen zwei Objekten |
| JP2546364B2 (ja) * | 1988-02-16 | 1996-10-23 | キヤノン株式会社 | 位置合わせ装置 |
| EP0332300B1 (en) * | 1988-02-16 | 1995-06-14 | Canon Kabushiki Kaisha | Method and apparatus for measuring an interval between two objects |
| EP0329430B1 (en) * | 1988-02-16 | 1992-07-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Position detecting device |
| JP2676933B2 (ja) * | 1988-09-05 | 1997-11-17 | キヤノン株式会社 | 位置検出装置 |
| JP2734004B2 (ja) * | 1988-09-30 | 1998-03-30 | キヤノン株式会社 | 位置合わせ装置 |
-
1990
- 1990-01-23 JP JP2013263A patent/JP2756331B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1991
- 1991-01-22 US US07/643,475 patent/US5196711A/en not_active Expired - Fee Related
- 1991-01-22 DE DE69123267T patent/DE69123267D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1991-01-22 EP EP91300463A patent/EP0439322B1/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69123267D1 (de) | 1997-01-09 |
| EP0439322A2 (en) | 1991-07-31 |
| EP0439322A3 (en) | 1992-04-01 |
| JPH03216505A (ja) | 1991-09-24 |
| EP0439322B1 (en) | 1996-11-27 |
| US5196711A (en) | 1993-03-23 |
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