JP3028848B2 - 位置測定装置 - Google Patents

位置測定装置

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JP3028848B2
JP3028848B2 JP2329860A JP32986090A JP3028848B2 JP 3028848 B2 JP3028848 B2 JP 3028848B2 JP 2329860 A JP2329860 A JP 2329860A JP 32986090 A JP32986090 A JP 32986090A JP 3028848 B2 JP3028848 B2 JP 3028848B2
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徹 東條
光雄 田畑
武士 西坂
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  • Optical Transform (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、光ヘテロダイン方式の位置測定装置に係わ
り、特に光源の改良をはかった位置測定装置に関する。
(従来の技術) 近年、マスクやウェハ等の位置を測定するものとし
て、各種のアライメント装置が開発されている。このな
かで、回折格子を用いた光ヘテロダイン干渉式のアライ
メント装置は、高精度な位置合わせが可能なものとして
注目されている。
一般に、光ヘテロダイン方式の位置測定では、第5図
に示すように、レーザ光源1から放射された光をハーフ
ミラー2により2分割し、音響光学変調素子(ブラッグ
セル)4a,4bを通して周波数シフトし、それぞれの光を
回折格子マーク8を設けた物体(例えばウェハ)7に照
射し、その透過回折光を検出する。このとき、回折光は
それぞれ周波数シフト量の差のビート信号として得ら
れ、これを基準となる信号、例えば各ドライバ5a,5bか
ら得られる周波数の差の信号と比較し、その位相差を測
定することによって位置が検出できるわけである。な
お、図中3,6a,6bはそれぞれ反射ミラーを示している。
しかしながら、この種の装置にあっては次のような問
題があった。即ち、上記のアライメント装置において、
一般にレーザ光源1には直線偏光のレーザが用いられて
いる。この場合、物体7上でのf0+f1光とf0+f2光とは
完全に偏光面を一致させる必要がある。しかし、レーザ
光の偏光の直交性の不完全さや光学部品による偏光の乱
れのために、2つの光の偏光面を完全に一致させること
は極めて困難である。そして、2つの光の偏光面がずれ
ると、非線形誤差が生じて光ヘテロダイン検出精度が悪
くなる。
また、非線形誤差はレーザ光の光量変化に依存する。
このため、ウェハマークを位置測定するアライメントに
適用するとき、ウェハの反射率の変化によりアライメン
ト誤差が発生する。さらに、ウェハ面に塗布されたレジ
ストにアライメント光が照射されるとき、偏光面の違い
により屈折率が異なり位相誤差として発生し、アライメ
ント精度を悪化させる。このため、ウェハ面に入射させ
る偏光面を一致させるための光学構成を組まなければな
らず、光学系の構成が複雑化するという問題があった。
(発明が解決しようとする課題) このように従来、光ヘテロダイン方式のアライメント
装置では、直線偏光面を完全に一致させて光干渉させる
ことは非常に難しく、偏光面を完全一致させるには光学
系内のプリズム,反射ミラー及びハーフミラー等の精度
を十分に向上させる必要があった。また、光学設計上、
常に偏光面を考慮して光学部品の配置を考える必要があ
り、設計の自由度が低いという問題があった。
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その
目的とするところは、光学系構成の複雑化を招くことな
く、直線偏光面のずれ等に起因する測定誤差発生をなく
すことができ、構成の簡略化及び測定精度の向上をはか
り得る位置測定装置を提供することにある。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 上記目的を達成するために本発明では、レーザ光源か
らのレーザ光を2つの音響光学素子により周波数シフト
し、異なる2つの周波数の光を重ね合わせて被測定物体
の回折格子マークに照射し、該マークからの回折光を検
出し、この検出信号に基づいて被測定物体の位置を測定
するヘテロダイン方式の位置測定装置において、前記レ
ーザ光源として、ランダム偏光特性を有するレーザを用
いたことを特徴としている。
(作用) 本発明によれば、光源としてランダム偏光のレーザを
用いることにより、直線偏光のレーザを用いた場合のよ
うな偏光面のずれが生じることはなく、偏光面のずれに
起因する誤差発生要因をなくすことができる。従って、
偏光面を考慮して光学系を設計する必要もなく、また光
学部品の精度を必要以上に向上させることもない。な
お、ランダム偏光のレーザを用いることから、回折格子
による回折効率が低下し光量(検出出力)は低下する
が、位相検出によるヘテロダイン方式ではこの光量低下
は殆ど問題とならない。本発明者らの実験によれば、ラ
ンダム偏光のレーザを用いても十分に安定性のあるビー
ト信号が得られることが確認されている。
(実施例) 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明す
る。
第1図は本発明の一実施例に係わる位置測定装置を示
す概略構成図である。図中11はランダム偏光のレーザ光
源であり、このレーザ光源11からのレーザ光はハーフミ
ラー12により2つの光に分岐される。ハーフミラー12を
透過した光は第1の音響光学素子(ブラッグセル)14a
に入射され、また、ハーフミラー12で反射された光は、
プリズム等の反射ミラー13により反射されて第2の音響
光学素子(ブラッグセル)14bに入射される。ブラッグ
セル14a,14bは、共にドライバ15により駆動されてお
り、ブラッグセル14aでは入射光(周波数f0)が周波数f
0+f1の光に変調され、ブラッグセル14bでは入射光(周
波数f0)が周波数f0+f2の光に変調される。そして、こ
れらの2つの光は、位置測定すべき物体(図示せず)等
に照射されるものとなっている。
なお、位置測定すべき物体としては、回折格子マーク
を設けたウェハ(或いはマスク)を用いる。そして、前
記第5図に示すように、周波数シフトされた2つの光を
ミラー等を介してウェハ上のマークに照射し、その透過
回折光を検出する。また、マスク・ウェハの相対位置を
測定する場合は、例えばマスクに2つの回折格子マーク
を、ウェハに1つの回折格子マークを設けておき、周波
数シフトされた2つの光をマスクのマークにそれぞれ照
射し、それぞれの透過回折光をウェハ上のマークに照射
し、このウェハマークからの透過或いは反射回折光を検
出すればよい。
このように本装置によれば、レーザ光源11としてラン
ダム偏光のレーザを用いているので、ブラッグセル14a,
14bから出射した2光束を光ヘテロダイン検波に使用し
ても、非線形誤差は発生せず、高精度な検出ができる。
露光装置のアライメントとして適用する場合も、ブラッ
グセル14a,14bからの出射光がランダム偏光のため、ウ
ェハ面に入射したアライメント光がレジスト等による位
相誤差が平均化され、アライメント精度が向上する。さ
らに、ウェハへアライメント光を入射する際、偏光面を
一致させる必要もないため、光学構成を簡略化すること
ができる。また、ブラッグセル14a,14bを共通のドライ
バ15により駆動しているので、ドライバ15の変動による
周波数シフト量の変動を相殺することができ、これによ
りドライバ15の変動に伴う測定誤差の発生を未然に防止
することができる利点がある。
次に、本発明の他の実施例について説明する。
前述したアライメント光学系から検出信号を得て位置
合わせをする位置合わせ装置において、検出信号として
得られる零点は、一般的には物体を位置合わせするため
の座標位置とは異なっている。上述した零点は、いわゆ
る検出光学システムとしての零点である。このため、物
体を基準となる位置に位置決めし、その時に得られる検
出信号が零点を示すようにする機能が必要である。従
来、アライメント位置の基準を設定するには、プレーン
パラレルを使用して、これをモータ等によって回転させ
光学的にアライメント光の位置を補正していた。
しかし、アライメント光学系に光学的な補正機構を入
れることは構造を複雑にし、またプレーンパラレルの位
置の変動等を考慮すると、アライメント精度を悪化させ
る。また、アライメント位置の基準を設定する時に、そ
の位置決め精度を向上させるため、プレーンパラレルの
移動機構を高精度なものにしなければならず、その精度
には機械的精度の限界があるため、アライメントを高精
度化することが難しい。
このような機械的に補正手段を設けるのではなく、電
気的にアライメント制御回路内に上述したような零点の
シフトを行えるようにすることによって十分に高精度な
零点シフトが可能となる。
そこで本実施例では、特開平1−287407号公報に示さ
れたアライメント機構において、ウェハとマスク(レチ
クル)の相対位置情報を持つ位置信号と、ウェハとマス
クの相対位置情報を持たない基準信号から、第2図に示
すような位相検出回路を用いてアライメント信号を得
る。図中21(21a,21b)はリミット・アンプ、22(22a,2
2b)はバンドパス・フィルタ、23(23a,23b)は零点検
出用コンパレータ、24はデジタル・ディレイ、25はフリ
ップ・フロップ、26はローパス・フィルタであり、これ
ら21〜26から位相計20が構成されている。また、31は演
算回路、32はオフセット回路、33はスイッチであり、こ
れら31〜33からオフセット設定回路30が構成されてい
る。
アライメント信号は第3図に示すような特性曲線とし
て得られる。特性曲線のリニアな部分(図のa,b)にお
いては、マスク,ウェハ相対位置xとアライメント信号
Vは次式で表わされる。
V=k・x … 特性曲線の基準点を第3図のdとし、いまアライメン
ト信号としてc点(vc)が得られているとすると、オフ
セット設定回路30の演算回路31で式から|xc−xd|の距
離を求め、基準信号の位相値のオフセット量として変換
する。
次に、スイッチ33をクローズすることで、第4図
(a)(b)に示すように、特性曲線の基準を設定する
ことが可能となる。さらに、高精度化するために、第4
図の(a)でc点を求める際に、アライメント信号vcを
複数回読み込んで平均化する。
このように本実施例によれば、アライメントの基準位
置の設定を、光学的及び機械的機構を用いないので、高
精度な設定ができる。基準信号の位相シフトの分解能は
デジタルディレイの分解能によって決まるので、高精度
な位置設定が可能となる。
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものでは
なく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施
することができる。
[発明の効果] 以上詳述したように本発明によれば、レーザ光源とし
てランダム偏光のレーザを用いているので、ヘテロダイ
ン方式で位置測定を行う際に、直線偏光面のずれ等に起
因する測定誤差発生をなくすことができ、位置測定精度
の向上をはかることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係わる位置測定装置を示す
概略構成図、第2図は本発明の他の実施例を示す概略構
成図、第3図及び第4図は第2図の実施例の作用を説明
するための信号波形図、第5図は従来の位置測定装置を
示す概略構成図である。 11……レーザ光源、 12……ハーフミラー、 13……反射ミラー、 14a,14b……ブラッグセル(音響光学変調素子)、 15……ドライバ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田畑 光雄 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式 会社東芝堀川町工場内 (72)発明者 西坂 武士 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式 会社東芝堀川町工場内 (72)発明者 芳野 寿和 東京都板橋区蓮沼町75番1号 株式会社 トプコン内 (72)発明者 斉藤 晋 東京都板橋区蓮沼町75番1号 株式会社 トプコン内 (56)参考文献 特開 昭62−56818(JP,A) 特開 昭59−135419(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01D 5/26 - 5/38 G01B 11/00 - 11/30 G03F 9/60 H01L 21/30

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】レーザ光源からのレーザ光を2つの音響光
    学変調素子により周波数シフトし、異なる2つの周波数
    の光を重ね合わせて被測定物体の回折格子マークに照射
    し、該マークからの回折光を検出し、この検出信号に基
    づいて被測定物体の位置を測定するヘテロダイン方式の
    位置測定装置において、 前記レーザ光源として、ランダム偏光特性を有するレー
    ザを用いたことを特徴とする位置測定装置。
  2. 【請求項2】前記音響光学変調素子は、同一のドライバ
    により駆動されることを特徴とする請求項1記載の位置
    測定装置。
JP2329860A 1990-11-30 1990-11-30 位置測定装置 Expired - Lifetime JP3028848B2 (ja)

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