JP3187093B2 - 位置ずれ測定装置 - Google Patents
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- 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
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
- G03F7/70605—Workpiece metrology
- G03F7/70616—Monitoring the printed patterns
- G03F7/70633—Overlay, i.e. relative alignment between patterns printed by separate exposures in different layers, or in the same layer in multiple exposures or stitching
-
- 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
- G03F9/7049—Technique, e.g. interferometric
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体素子製造
用の露光装置によって複数のマスクやレチクル等の物体
（以下レチクルと云う）上に形成されている微細な電子
回路パターンを、ウエハ等の第２物体上に位置合わせて
重ねて焼き付けした際の、パターン同志の重ね合わせ状
態の位置ずれ等を測定する位置ずれ測定装置に関するも
のである。
用の露光装置によって複数のマスクやレチクル等の物体
（以下レチクルと云う）上に形成されている微細な電子
回路パターンを、ウエハ等の第２物体上に位置合わせて
重ねて焼き付けした際の、パターン同志の重ね合わせ状
態の位置ずれ等を測定する位置ずれ測定装置に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】紫外光、Ｘ線等を用いてレチクルの回路
パターンをウエハの感光体上に露光転写する所謂半導体
製造用の露光転写装置においては、レチクルとウエハの
相対的な位置合わせは性能向上を図るための重要な一要
素となっている。特に、最近の露光装置に置ける位置合
わせにおいては、半導体素子の高集積化のために、例え
ばサブミクロン以下の位置合わせ精度を有するものが要
求されている。
パターンをウエハの感光体上に露光転写する所謂半導体
製造用の露光転写装置においては、レチクルとウエハの
相対的な位置合わせは性能向上を図るための重要な一要
素となっている。特に、最近の露光装置に置ける位置合
わせにおいては、半導体素子の高集積化のために、例え
ばサブミクロン以下の位置合わせ精度を有するものが要
求されている。
【０００３】多くの位置合わせ装置においては、レチク
ル及びウエハ面上に、位置合わせ用の所謂アライメント
パターンを設け、それらより得られる位置情報を利用し
て双方のアライメントを行っている。露光装置として組
上げられた装置の位置合わせ性能を実際に計測、評価す
るには、従来ではレチクル上に形成された微細なパター
ンをウエハ上に重ね合わせ焼き付けして、ウエハ上のパ
ターンとのずれ量の測定を目視或いは画像処理を行うこ
とによってなされている。
ル及びウエハ面上に、位置合わせ用の所謂アライメント
パターンを設け、それらより得られる位置情報を利用し
て双方のアライメントを行っている。露光装置として組
上げられた装置の位置合わせ性能を実際に計測、評価す
るには、従来ではレチクル上に形成された微細なパター
ンをウエハ上に重ね合わせ焼き付けして、ウエハ上のパ
ターンとのずれ量の測定を目視或いは画像処理を行うこ
とによってなされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
計測方法のうち、目視による測定では、(1) 読取る人の
経験や熟練度に依存する点が多く、計測精度が安定して
いない、(2) 手動による計測なので時間と手間が掛か
る、(3) 高い計測精度が得られない、等の問題点があ
る。
計測方法のうち、目視による測定では、(1) 読取る人の
経験や熟練度に依存する点が多く、計測精度が安定して
いない、(2) 手動による計測なので時間と手間が掛か
る、(3) 高い計測精度が得られない、等の問題点があ
る。
【０００５】また、画像処理による測定においても、手
法が複雑で時間が掛かる、高い計測精度が得られない、
等の問題がある。
法が複雑で時間が掛かる、高い計測精度が得られない、
等の問題がある。
【０００６】本発明の目的は、上述の従来例の欠点に鑑
み、自動化が可能で計測時間が短縮でき、かつ安定した
高い計測精度が得られ位置ずれ測定装置を提供すること
にある。
み、自動化が可能で計測時間が短縮でき、かつ安定した
高い計測精度が得られ位置ずれ測定装置を提供すること
にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明に係る位置ずれ測定装置は、同一物体上に設
けた第１、第２格子パターンに可干渉光を照射する照射
光学系と、これらの第１、第２格子パターンから出射さ
れる回折光同志を干渉させる干渉光学系と、該干渉光学
系による干渉光の位相差を求めることにより前記第１、
第２格子パターン間の相対的な位置ずれを検出する検出
部と、前記第１、第２格子パターンから出射する回折光
の何れかであって前記第１、第２格子パターンの回転に
対して位置変動を伴う回折光の位置を検出することによ
って前記照射光学系と前記第１、第２格子パターンとの
前記物体の面に略垂直な軸を中心とした回転ずれを検出
するためのアライメント検出部と、該アライメント検出
部の出力に基づいて前記照射光学系と前記第１、第２格
子パターンとの前記軸を中心とする回転方向の相対位置
制御を行うための位置制御手段とを備えたことを特徴と
する。
めの本発明に係る位置ずれ測定装置は、同一物体上に設
けた第１、第２格子パターンに可干渉光を照射する照射
光学系と、これらの第１、第２格子パターンから出射さ
れる回折光同志を干渉させる干渉光学系と、該干渉光学
系による干渉光の位相差を求めることにより前記第１、
第２格子パターン間の相対的な位置ずれを検出する検出
部と、前記第１、第２格子パターンから出射する回折光
の何れかであって前記第１、第２格子パターンの回転に
対して位置変動を伴う回折光の位置を検出することによ
って前記照射光学系と前記第１、第２格子パターンとの
前記物体の面に略垂直な軸を中心とした回転ずれを検出
するためのアライメント検出部と、該アライメント検出
部の出力に基づいて前記照射光学系と前記第１、第２格
子パターンとの前記軸を中心とする回転方向の相対位置
制御を行うための位置制御手段とを備えたことを特徴と
する。
【０００８】
【作用】上述の構成を有する位置ずれ測定装置は、第１
格子パターンと第２格子パターンに可干渉光を照射し、
これらの第１、第２格子パターンから出射される回折光
同志を干渉させて、第１及び第２格子パターン間の相対
位置ずれを検出し、これに基づいて照射光学系と第１及
び第２格子パターンとの相対位置制御を行う。
格子パターンと第２格子パターンに可干渉光を照射し、
これらの第１、第２格子パターンから出射される回折光
同志を干渉させて、第１及び第２格子パターン間の相対
位置ずれを検出し、これに基づいて照射光学系と第１及
び第２格子パターンとの相対位置制御を行う。
【０００９】
【実施例】図１〜図１４は本発明の前提となる例を示
し、実施例は図１５、図１６を用いて説明する。図１は
原理的な説明図である。ウエハ１上に設けられ、紙面に
垂直な方向に格子線が伸びている等間隔直線回折格子２
に、入射角の絶対値が等しく周波数が僅かに異なるレー
ザー光束L1、L2が平面波として入射した状態を示してい
る。ここで、ｍを回折光の次数とすると、０次の回折光
の進行方向に向って左側の回折光を＋ｍ次回折光、右側
を−ｍ次回折光とする。光束L1の回折格子２に対する−
１次回折はウエハ１の面に垂直に回折されていることに
なる。
し、実施例は図１５、図１６を用いて説明する。図１は
原理的な説明図である。ウエハ１上に設けられ、紙面に
垂直な方向に格子線が伸びている等間隔直線回折格子２
に、入射角の絶対値が等しく周波数が僅かに異なるレー
ザー光束L1、L2が平面波として入射した状態を示してい
る。ここで、ｍを回折光の次数とすると、０次の回折光
の進行方向に向って左側の回折光を＋ｍ次回折光、右側
を−ｍ次回折光とする。光束L1の回折格子２に対する−
１次回折はウエハ１の面に垂直に回折されていることに
なる。
【００１０】このとき、ピッチｐの回折格子２に光束L
1、L2が入射して、そこから発生する回折光L3、L4の波
面は、回折格子２が１ピッチｘ方向に移動すると位相が
２π、つまり１波長分だけ変化することがよく知られて
いる。従って、ｘ方向にXOだけ回折格子２が移動する
と、回折光には±２ｍπXO／ｐの位相変化が付加され
る。
1、L2が入射して、そこから発生する回折光L3、L4の波
面は、回折格子２が１ピッチｘ方向に移動すると位相が
２π、つまり１波長分だけ変化することがよく知られて
いる。従って、ｘ方向にXOだけ回折格子２が移動する
と、回折光には±２ｍπXO／ｐの位相変化が付加され
る。
【００１１】以下に、この原理を用いたパターン焼き付
けずれの測定方法を説明する。図２に示すように、同一
平面上にあって隣接する２つの等間隔直線回折格子（グ
レーティング）２ａ、２ｂを考える。ここで、２つの回
折格子２ａ、２ｂのピッチは共にｐで等しく、回折格子
２ａ、２ｂの相互間にはｘ方向にずれ（△ｘ＝Xb− xa)
が生じている。なお、Xa、Xbはそれぞれ回折格子２ａ、
２ｂの同一基準位置からのｘ方向ずれである。
けずれの測定方法を説明する。図２に示すように、同一
平面上にあって隣接する２つの等間隔直線回折格子（グ
レーティング）２ａ、２ｂを考える。ここで、２つの回
折格子２ａ、２ｂのピッチは共にｐで等しく、回折格子
２ａ、２ｂの相互間にはｘ方向にずれ（△ｘ＝Xb− xa)
が生じている。なお、Xa、Xbはそれぞれ回折格子２ａ、
２ｂの同一基準位置からのｘ方向ずれである。
【００１２】ここで、振動数が僅かに異なり（ωf1、ω
f2）、初期位相がそれぞれφf1、φf2である２つの光束
Lf1 、Lf2 のそれぞれの複素振幅Uf1 、Uf2 は、次の
(1) 、(2) 式で示される。 Uf1 ＝AO exp{i(ωf1ｔ＋φf1)} …(1) Uf2 ＝BO exp{i(ωf2ｔ＋φf2)} …(2)
f2）、初期位相がそれぞれφf1、φf2である２つの光束
Lf1 、Lf2 のそれぞれの複素振幅Uf1 、Uf2 は、次の
(1) 、(2) 式で示される。 Uf1 ＝AO exp{i(ωf1ｔ＋φf1)} …(1) Uf2 ＝BO exp{i(ωf2ｔ＋φf2)} …(2)
【００１３】この２つの光束Lf1 、Lf2 を２つの回折格
子２ａ、２ｂ全面に照射する。例えば、光束Lf1 を左か
ら、光束Lf2 を右からそれぞれ同じ絶対値の入射角で照
射する。このとき、光束Lf1 の回折格子２ａ、２ｂに対
しての＋１次回折光をLaf1、Lbf1とし、光束Lf2 の回折
格子２ａ、２ｂに対しての−１次回折光をLaf2、Lbf2と
し、これらの回折光Laf1、Laf2、Lbf1、Lbf2の複素振幅
表示を、それぞれUaf1(+1)、Uaf2(-1)、Ubf1(+1)、Ubf2
(-1)とすると、次の(3) 〜(6) 式で表すことができる。 Uaf1(+1)＝Af1 exp{i(ωf1ｔ＋φf1＋φa)} …(3) Uaf2(-1)＝Af2 exp{i(ωf2ｔ＋φf2＋φa)} …(4) Ubf1(+1)＝Bf1 exp{i(ωf1ｔ＋φf1＋φb)} …(5) Ubf2(-1)＝Bf2 exp{i(ωf2ｔ＋φf2＋φb)} …(6)
子２ａ、２ｂ全面に照射する。例えば、光束Lf1 を左か
ら、光束Lf2 を右からそれぞれ同じ絶対値の入射角で照
射する。このとき、光束Lf1 の回折格子２ａ、２ｂに対
しての＋１次回折光をLaf1、Lbf1とし、光束Lf2 の回折
格子２ａ、２ｂに対しての−１次回折光をLaf2、Lbf2と
し、これらの回折光Laf1、Laf2、Lbf1、Lbf2の複素振幅
表示を、それぞれUaf1(+1)、Uaf2(-1)、Ubf1(+1)、Ubf2
(-1)とすると、次の(3) 〜(6) 式で表すことができる。 Uaf1(+1)＝Af1 exp{i(ωf1ｔ＋φf1＋φa)} …(3) Uaf2(-1)＝Af2 exp{i(ωf2ｔ＋φf2＋φa)} …(4) Ubf1(+1)＝Bf1 exp{i(ωf1ｔ＋φf1＋φb)} …(5) Ubf2(-1)＝Bf2 exp{i(ωf2ｔ＋φf2＋φb)} …(6)
【００１４】ここで、φa ＝２πXa／ｐ、φb ＝２πXb
／ｐであり、回折格子２ａ、２ｂのｘ方向のずれ量が位
相量として表されている。そして、回折格子２ａからの
回折光Laf1とLaf2、回折格子２ｂからの回折光Lbf1とLb
f2を干渉させると、それぞれの干渉光強度変化Ua、Ub
は、次の(7) 、(8) 式のようになる。 Ua＝｜U'af1(+1) ＋U'af2(-1) ｜2 ＝Af12＋Bf22＋２Af1・Af2 cos{２π（f2−f1）ｔ ＋（φf2−φOf1)−２φa ｝ …(7) Ub＝｜U' Bf1(+1)＋U'bf2(-1) ｜2 ＝Bf12＋Bf22＋２Bf1・Bf2 cos{２π（f2−f1）ｔ ＋（φf2−φOf1)−２φb ｝ …(8)
／ｐであり、回折格子２ａ、２ｂのｘ方向のずれ量が位
相量として表されている。そして、回折格子２ａからの
回折光Laf1とLaf2、回折格子２ｂからの回折光Lbf1とLb
f2を干渉させると、それぞれの干渉光強度変化Ua、Ub
は、次の(7) 、(8) 式のようになる。 Ua＝｜U'af1(+1) ＋U'af2(-1) ｜2 ＝Af12＋Bf22＋２Af1・Af2 cos{２π（f2−f1）ｔ ＋（φf2−φOf1)−２φa ｝ …(7) Ub＝｜U' Bf1(+1)＋U'bf2(-1) ｜2 ＝Bf12＋Bf22＋２Bf1・Bf2 cos{２π（f2−f1）ｔ ＋（φf2−φOf1)−２φb ｝ …(8)
【００１５】ここで、Af12＋Af22、Bf12＋Bf22は直流成
分、２Af1 ・Af2 、２Bf1 ・Bf2 は振幅を表している。
分、２Af1 ・Af2 、２Bf1 ・Bf2 は振幅を表している。
【００１６】これらの(7) 、(8) 式はf2−f1のビート周
波数成分を持つ信号が、初期位相ずれφf2−φf1及び回
折格子２ａ、２ｂの個々のずれ量φa 、φb だけ時間的
に位相変調を受けた形となっている。従って、(7) 、
(8) 式で示される信号の何れか一方を参照信号、他方を
被測定信号として２つの時間的ずれを検出すれば光束の
初期位相を消去でき、所謂ヘテロダイン干渉法による計
測として高精度な位相検出Δφ＝φb −φa ＝（２π／
ｐ）Δｘが可能となる。
波数成分を持つ信号が、初期位相ずれφf2−φf1及び回
折格子２ａ、２ｂの個々のずれ量φa 、φb だけ時間的
に位相変調を受けた形となっている。従って、(7) 、
(8) 式で示される信号の何れか一方を参照信号、他方を
被測定信号として２つの時間的ずれを検出すれば光束の
初期位相を消去でき、所謂ヘテロダイン干渉法による計
測として高精度な位相検出Δφ＝φb −φa ＝（２π／
ｐ）Δｘが可能となる。
【００１７】ヘテロダイン干渉法は前述したように２つ
の信号間の位相ずれを時間として検出するので、信号間
に直流成分の違いや、振幅の変化があっても測定に影響
はない。ここで、図３に示すように参照信号g1、被測定
信号g2の時間的ずれをΔｘとすると、時間ずれΔＴを例
えばロックインアンプ等を用いて高精度検出することに
よって、位相差を高精度に測定することができる。
の信号間の位相ずれを時間として検出するので、信号間
に直流成分の違いや、振幅の変化があっても測定に影響
はない。ここで、図３に示すように参照信号g1、被測定
信号g2の時間的ずれをΔｘとすると、時間ずれΔＴを例
えばロックインアンプ等を用いて高精度検出することに
よって、位相差を高精度に測定することができる。
【００１８】上述のようにして検出された位相差は、回
折格子２ａ、２ｂ相互間のずれ量を示す位相差Δφ／２
πから回折格子２ａ、２ｂ間のずれ量が求まる。従っ
て、上述の原理に基づいて、第１回目に焼き付けられた
格子パータンと第２回目に焼き付けられた格子パターン
とのずれ量を求めることにより、半導体露光装置の位置
合わせ精度、つまり第１回目と第２回目の焼き付けによ
り形成された実素子パターン間のずれ量を検出すること
ができる。
折格子２ａ、２ｂ相互間のずれ量を示す位相差Δφ／２
πから回折格子２ａ、２ｂ間のずれ量が求まる。従っ
て、上述の原理に基づいて、第１回目に焼き付けられた
格子パータンと第２回目に焼き付けられた格子パターン
とのずれ量を求めることにより、半導体露光装置の位置
合わせ精度、つまり第１回目と第２回目の焼き付けによ
り形成された実素子パターン間のずれ量を検出すること
ができる。
【００１９】図４は測定装置の構成図を示している。レ
ーザー光源３から出射するレーザー光束の光路には、周
波数シフタ４、レンズ５、ミラー６、偏光ビームスプリ
ッタ７が設けられている。偏光ビームスプリッタ７によ
り分岐される２つの分岐方向にはそれぞれミラー８、９
が設けられ、ウエハ１に導光するようにされている。ウ
エハ１の上面には図５に示すように２つの回折格子２
ａ、２ｂが格子方向を平行にして設けられている。ウエ
ハ１からの反射方向にはグラントムソンプリズム１０、
図６に示すようにミラー部１１ａ、ガラス部１１ｂから
成るエッジミラー１１、アパランシェフォトダイオード
等の光電変換器から成る光検出器１２が配置され、光検
出器１２の出力はロックインアンプから成る位相差計１
３に接続されている。また、エッジミラー１１の反射方
向には光検出器１２と同様の光検出器１４が設けられ、
光検出器１４の出力は位相差計１３に接続されている。
ーザー光源３から出射するレーザー光束の光路には、周
波数シフタ４、レンズ５、ミラー６、偏光ビームスプリ
ッタ７が設けられている。偏光ビームスプリッタ７によ
り分岐される２つの分岐方向にはそれぞれミラー８、９
が設けられ、ウエハ１に導光するようにされている。ウ
エハ１の上面には図５に示すように２つの回折格子２
ａ、２ｂが格子方向を平行にして設けられている。ウエ
ハ１からの反射方向にはグラントムソンプリズム１０、
図６に示すようにミラー部１１ａ、ガラス部１１ｂから
成るエッジミラー１１、アパランシェフォトダイオード
等の光電変換器から成る光検出器１２が配置され、光検
出器１２の出力はロックインアンプから成る位相差計１
３に接続されている。また、エッジミラー１１の反射方
向には光検出器１２と同様の光検出器１４が設けられ、
光検出器１４の出力は位相差計１３に接続されている。
【００２０】レーザー光源３から発せられた光は、周波
数シフタ４により偏光面が互いに直交し、周波数f1、f2
が僅かに異なる２つの光束Lf1 （→）、Lf2 （○）とな
る。ここで、矢印はｐ偏光を表し、丸印はｓ偏光を表し
ている。共通の光路上にある２つの光束Lf1 （→）、Lf
2 （○）はレンズ５によりビーム径が絞られ、ミラー６
によってその進行方向が変えられる。偏光ビームスプリ
ッタ７に入射した光束Lf1 （→）、Lf2 （○）は偏光方
向の違いにより２方向に分岐される。２方向に分岐され
た光束はそれぞれミラー８、９により反射され、２つの
光束は絶対値が等しい入射角でウエハ１上の回折格子２
ａ、２ｂを全面的に照射する。
数シフタ４により偏光面が互いに直交し、周波数f1、f2
が僅かに異なる２つの光束Lf1 （→）、Lf2 （○）とな
る。ここで、矢印はｐ偏光を表し、丸印はｓ偏光を表し
ている。共通の光路上にある２つの光束Lf1 （→）、Lf
2 （○）はレンズ５によりビーム径が絞られ、ミラー６
によってその進行方向が変えられる。偏光ビームスプリ
ッタ７に入射した光束Lf1 （→）、Lf2 （○）は偏光方
向の違いにより２方向に分岐される。２方向に分岐され
た光束はそれぞれミラー８、９により反射され、２つの
光束は絶対値が等しい入射角でウエハ１上の回折格子２
ａ、２ｂを全面的に照射する。
【００２１】図７は入射光が回折干渉する部分光学系の
斜視図、図８は側面図を示している。ウエハ１の面の法
線に対し、左右方向から同じ角度の光束Lf1 、Lf2 を入
射し、回折格子２ａ、２ｂを照射する。図７において、
左側から入射した光束Lf1 の回折格子２ａに対する＋１
次回折光Laf1と右側から入射した光束Lf2 の回折格子２
ａに対する−１次回折光Laf2が、グラントムソンプリズ
ム１０を通過することにより重ね合わされ、波面は偏光
面が揃えられて干渉する。同様に、回折格子２ｂに対す
る光束Lf1 の＋１次回折光Lbf1、光束Lf2 の−１次回折
光Lbf2が干渉する。
斜視図、図８は側面図を示している。ウエハ１の面の法
線に対し、左右方向から同じ角度の光束Lf1 、Lf2 を入
射し、回折格子２ａ、２ｂを照射する。図７において、
左側から入射した光束Lf1 の回折格子２ａに対する＋１
次回折光Laf1と右側から入射した光束Lf2 の回折格子２
ａに対する−１次回折光Laf2が、グラントムソンプリズ
ム１０を通過することにより重ね合わされ、波面は偏光
面が揃えられて干渉する。同様に、回折格子２ｂに対す
る光束Lf1 の＋１次回折光Lbf1、光束Lf2 の−１次回折
光Lbf2が干渉する。
【００２２】干渉の結果得られたそれぞれの干渉光S1、
S2には、回折格子２ａ又は２ｂの初期位相に対するずれ
量を表す位相項が含まれ、干渉信号を式で表すとそれぞ
れ(7) 、(8) 式で示したようになる。
S2には、回折格子２ａ又は２ｂの初期位相に対するずれ
量を表す位相項が含まれ、干渉信号を式で表すとそれぞ
れ(7) 、(8) 式で示したようになる。
【００２３】即ち、(7) 式は回折光Lf2 、Laf2が、(8)
式は回折光Lbf1、Lbf2が干渉した信号を表す式であり、
２φa 、２φb がずれ量を表す位相項である。グラント
ムソンプリズム１０を通過した各回折格子２ａ、２ｂに
対応する干渉光S1、S2は、回折格子２ａ、２ｂの配置に
従ってずれており、これらを空間的にエッジミラー１１
により２方向に分離した後に、それぞれの干渉光S1、S2
は光検出器１２、１３により電気信号に変換されて、位
相差計１３に入力される。
式は回折光Lbf1、Lbf2が干渉した信号を表す式であり、
２φa 、２φb がずれ量を表す位相項である。グラント
ムソンプリズム１０を通過した各回折格子２ａ、２ｂに
対応する干渉光S1、S2は、回折格子２ａ、２ｂの配置に
従ってずれており、これらを空間的にエッジミラー１１
により２方向に分離した後に、それぞれの干渉光S1、S2
は光検出器１２、１３により電気信号に変換されて、位
相差計１３に入力される。
【００２４】ここで、回折格子２ａ、２ｂのピッチを２
μｍ、光源３から発せられる光束の波長をλ＝０．６３
２８μｍとすると、±１次回折光Laf1、Laf2、Lbf1、Lb
f2をウエハ１に対して垂直上方に回折させるためには、
光束Lf1 、Lf2 の回折格子２ａ、２ｂに対する入射角を
θ (±1)とすると、次の(9) 式となる。 θ (±1)＝ sin( ｍλ／ｐ）（なお、ｍは回折光の次数） …(9)
μｍ、光源３から発せられる光束の波長をλ＝０．６３
２８μｍとすると、±１次回折光Laf1、Laf2、Lbf1、Lb
f2をウエハ１に対して垂直上方に回折させるためには、
光束Lf1 、Lf2 の回折格子２ａ、２ｂに対する入射角を
θ (±1)とすると、次の(9) 式となる。 θ (±1)＝ sin( ｍλ／ｐ）（なお、ｍは回折光の次数） …(9)
【００２５】この関係式から、θ (±1)＝ sin-1（０．
６３２８／２）＝１８．４°となる。
６３２８／２）＝１８．４°となる。
【００２６】本測定において、位相差をλ／１０００で
検知するとすれば、回折格子２ａ、２ｂのパターンの位
置ずれ量は０．００１μｍに相当する。
検知するとすれば、回折格子２ａ、２ｂのパターンの位
置ずれ量は０．００１μｍに相当する。
【００２７】図７は回折格子２ａ、２ｂからの±１次の
回折光を利用して、ずれ量検出を例示したが、図４にお
けるミラー８、９の位置を動かし、高次の回折光（±ｍ
次、ｍ＝２、３、４、…）がウエハ１に対して垂直上方
に回折するように調整し、その回折光を測定に利用する
ようにしてもよい。高次の回折光を測定に利用すれば、
回折格子２ａ、２ｂのｘ方向へのずれ量を表す位相量を
高感度で求めることができる。例えば、±ｍ次回折光を
測定に利用すれば、±１次回折光のときに比べてて感度
がｍ倍良好に測定ができる。
回折光を利用して、ずれ量検出を例示したが、図４にお
けるミラー８、９の位置を動かし、高次の回折光（±ｍ
次、ｍ＝２、３、４、…）がウエハ１に対して垂直上方
に回折するように調整し、その回折光を測定に利用する
ようにしてもよい。高次の回折光を測定に利用すれば、
回折格子２ａ、２ｂのｘ方向へのずれ量を表す位相量を
高感度で求めることができる。例えば、±ｍ次回折光を
測定に利用すれば、±１次回折光のときに比べてて感度
がｍ倍良好に測定ができる。
【００２８】ここで、図７の場合と同じように、回折格
子２ａ、２ｂのピッチをｐ＝２μｍ、光源３の波長をλ
＝０．６３２８μｍとすると、±２次回折光をウエハ１
の垂直上方に回折させるには、(9) 式から入射角θ (±
2)を、次の(10)式とし、 θ (±2)＝ sin( ２×０．６３８８／２）＝３９．３° …(10)
子２ａ、２ｂのピッチをｐ＝２μｍ、光源３の波長をλ
＝０．６３２８μｍとすると、±２次回折光をウエハ１
の垂直上方に回折させるには、(9) 式から入射角θ (±
2)を、次の(10)式とし、 θ (±2)＝ sin( ２×０．６３８８／２）＝３９．３° …(10)
【００２９】同様に、±３次回折光の場合には、次の(1
1)式となるように入射角の設定を行えばよい。 θ (±3)＝ sin( ２×０．６３２８／２）＝７１．７° …(11)
1)式となるように入射角の設定を行えばよい。 θ (±3)＝ sin( ２×０．６３２８／２）＝７１．７° …(11)
【００３０】また、±ｍ次回折光を利用して測定を行っ
た場合に、(3) 〜(6) 式におけるφa 、φb に相当する
位相項φam、φbmは、次の(12)、 (13)式となる。 φam＝２ｍπXa／ｐ …(12) φbm＝２ｍπXb／ｐ …(13)
た場合に、(3) 〜(6) 式におけるφa 、φb に相当する
位相項φam、φbmは、次の(12)、 (13)式となる。 φam＝２ｍπXa／ｐ …(12) φbm＝２ｍπXb／ｐ …(13)
【００３１】従って、回折格子２ａ、２ｂのずれを位相
量で表すと、次の(14)式となる。 ２（φbm−φam) ＝（４ｍπ／ｐ）・（Xb−Xa) …(14)
量で表すと、次の(14)式となる。 ２（φbm−φam) ＝（４ｍπ／ｐ）・（Xb−Xa) …(14)
【００３２】ところで、図４に示した実施例では、ウエ
ハ１上に光束Lf1 、Lf2 が当たるエリアと光検出器１２
の間には、互いに共役関係を与えるための結像レンズは
存在していない。しかし、グラントムソンプリズム１０
とウエハ１の光束の当たるエリアとの間の光路、或いは
グラントムソンプリズム１０とエッジミラー１１との間
に結像レンズを介在させることによって、レンズがない
場合にはウエハ１上の回折格子２ａ、２ｂから光検出器
１２に至る間で光束が回折により拡がり、光検出器１２
の開口よりも大きくなり、光検出器１２に至る光量の効
率が低下するという従来の問題点に対して有効な解決を
与えることになる。
ハ１上に光束Lf1 、Lf2 が当たるエリアと光検出器１２
の間には、互いに共役関係を与えるための結像レンズは
存在していない。しかし、グラントムソンプリズム１０
とウエハ１の光束の当たるエリアとの間の光路、或いは
グラントムソンプリズム１０とエッジミラー１１との間
に結像レンズを介在させることによって、レンズがない
場合にはウエハ１上の回折格子２ａ、２ｂから光検出器
１２に至る間で光束が回折により拡がり、光検出器１２
の開口よりも大きくなり、光検出器１２に至る光量の効
率が低下するという従来の問題点に対して有効な解決を
与えることになる。
【００３３】この場合の装置の配置について図９に示す
例を説明する。図９は図４の偏光ビームスプリッタ７、
ミラー８、９の代りに、偏光ビームスプリッタ２０ａ、
反射面２０ｂ、２０ｃを有する所謂若葉プリズムと称さ
れる干渉プリズム２０が設けられている。ミラー６と干
渉プリズム２０との間にレンズ２１が設けられ、ウエハ
１とグラントムソンプリズム１０との間に、ミラー２
２、レンズ２３が設けられている。また、エッジミラー
１１と光検出器１２、１４との間には、それぞれレンズ
２４、２５が配置されている。なお、回折格子２ａ、２
ｂとエッジミラー１１はレンズ２３に関して共役関係に
あり、更にエッジミラー１１と光検出器１２、１４の開
口はそれぞれレンズ２４、２５に関して共役関係にあ
る。
例を説明する。図９は図４の偏光ビームスプリッタ７、
ミラー８、９の代りに、偏光ビームスプリッタ２０ａ、
反射面２０ｂ、２０ｃを有する所謂若葉プリズムと称さ
れる干渉プリズム２０が設けられている。ミラー６と干
渉プリズム２０との間にレンズ２１が設けられ、ウエハ
１とグラントムソンプリズム１０との間に、ミラー２
２、レンズ２３が設けられている。また、エッジミラー
１１と光検出器１２、１４との間には、それぞれレンズ
２４、２５が配置されている。なお、回折格子２ａ、２
ｂとエッジミラー１１はレンズ２３に関して共役関係に
あり、更にエッジミラー１１と光検出器１２、１４の開
口はそれぞれレンズ２４、２５に関して共役関係にあ
る。
【００３４】２周波レーザー光源３から出射した２つの
周波数f1、f2から成る光束Lf1 、Lf2 は、ミラー６、レ
ンズ２１を経て干渉プリズム２０に至り、偏光ビームス
プリッタ２０ａ、反射面２０ｂ、２０ｃを経て、ウエハ
１上の回折格子２ａ、２ｂに入射し、紙面に垂直な直線
偏光面を持つ光束Lf1 と、紙面に平行な直線偏光面を持
つ光束Lf2 が回折格子２ａ、２ｂにより回折し、その回
折光はミラー２２、レンズ２３を経てグラントムソンプ
リズム１０、エッジミラー１１を通り、光検出器１２、
１４に至る。
周波数f1、f2から成る光束Lf1 、Lf2 は、ミラー６、レ
ンズ２１を経て干渉プリズム２０に至り、偏光ビームス
プリッタ２０ａ、反射面２０ｂ、２０ｃを経て、ウエハ
１上の回折格子２ａ、２ｂに入射し、紙面に垂直な直線
偏光面を持つ光束Lf1 と、紙面に平行な直線偏光面を持
つ光束Lf2 が回折格子２ａ、２ｂにより回折し、その回
折光はミラー２２、レンズ２３を経てグラントムソンプ
リズム１０、エッジミラー１１を通り、光検出器１２、
１４に至る。
【００３５】なお、レーザー光源３から出射した光束を
ウエハ１上の回折格子２ａ、２ｂに、光量的に効果的な
照射をするためには、レーザー光源３から出射した光束
のビーム径を、回折格子２ａ、２ｂのサイズに合わせる
必要がある。レンズ２１のＦＮｏ．を適宜に設定して所
望のビーム径を回折格子２ａ、２ｂ上に照射するため
に、レンズ２１の焦点は回折格子２ａ、２ｂの位置にな
るように配置されている。
ウエハ１上の回折格子２ａ、２ｂに、光量的に効果的な
照射をするためには、レーザー光源３から出射した光束
のビーム径を、回折格子２ａ、２ｂのサイズに合わせる
必要がある。レンズ２１のＦＮｏ．を適宜に設定して所
望のビーム径を回折格子２ａ、２ｂ上に照射するため
に、レンズ２１の焦点は回折格子２ａ、２ｂの位置にな
るように配置されている。
【００３６】このとき、ウエハ１と光学系との間の配置
のアライメント許容量については、次のことを考慮して
一定量の制約があり、この制約を無視すると検出誤差が
大きくなる。図９の図面と座標系（ｘ、ｙ、ｚ）を基
に、この内容について説明する。アライメント要因とそ
れと密接な関係がある物理量との関係は次のようになっ
ている。
のアライメント許容量については、次のことを考慮して
一定量の制約があり、この制約を無視すると検出誤差が
大きくなる。図９の図面と座標系（ｘ、ｙ、ｚ）を基
に、この内容について説明する。アライメント要因とそ
れと密接な関係がある物理量との関係は次のようになっ
ている。
【００３７】(1) ｘ座標方向の併進： (a) エッジミラー１１のエッジとの相対位置変動が発生
し、光検出器１２、１４に至る光クロストークが発生す
る。 (b) 回折格子２ａ、２ｂに当たるビームの中心がずれ、
光量低下をもたらす。
し、光検出器１２、１４に至る光クロストークが発生す
る。 (b) 回折格子２ａ、２ｂに当たるビームの中心がずれ、
光量低下をもたらす。
【００３８】(2) ｙ座標方向の併進：(1) の(a) 、(1)
の(b) と同様の要素である。
の(b) と同様の要素である。
【００３９】(3) ｚ座標方向の併進： (a) レンズ２３に関して、回折格子２ａ、２ｂとエッジ
ミラー１１の間にデフォーカスが発生し、エッジがぼけ
ることにより、光検出器１２、１４に至る光クロストー
クが発生する。 (b) ウエハ１への照射光が斜めから角度を持って入って
いる関係上、回折格子２ａ、２ｂに当たるビームの中心
が光量低下をもたらす。
ミラー１１の間にデフォーカスが発生し、エッジがぼけ
ることにより、光検出器１２、１４に至る光クロストー
クが発生する。 (b) ウエハ１への照射光が斜めから角度を持って入って
いる関係上、回折格子２ａ、２ｂに当たるビームの中心
が光量低下をもたらす。
【００４０】(4) ｘ軸を軸とする回転σx ： (a) 光束Lf1 が回折格子２ａ、２ｂによって回折される
回折光と、光束Lf2が回折格子２ａ、２ｂによつて回折
される回折光が同じ回折方向であることが理想条件であ
り、これを干渉縞が全面一様な強度であることからワン
カラー条件と称すると、σx によってワンカラー条件が
崩れ、光検出器１２、１４の強度変動振幅が小さくな
り、位相差計１３の位相検出能力が低下する。 (b) 光束Lf1 、Lf2 がそれぞれ回折格子２ａ、２ｂによ
って受ける位相ずれ変動の量が変る。
回折光と、光束Lf2が回折格子２ａ、２ｂによつて回折
される回折光が同じ回折方向であることが理想条件であ
り、これを干渉縞が全面一様な強度であることからワン
カラー条件と称すると、σx によってワンカラー条件が
崩れ、光検出器１２、１４の強度変動振幅が小さくな
り、位相差計１３の位相検出能力が低下する。 (b) 光束Lf1 、Lf2 がそれぞれ回折格子２ａ、２ｂによ
って受ける位相ずれ変動の量が変る。
【００４１】(5) ｙ軸を軸とする回転σy ：(4) の(a)
、(b) と同様の関係
、(b) と同様の関係
【００４２】(6) ｚ軸を軸とする回転σz ：(4) の(a)
、(b) と同様の関係
、(b) と同様の関係
【００４３】以上の各要因と物理量との関係を定量的に
実例を挙げると、次のようになる。 (1) ｘ座標方向の併進： (a) ｘ方向はエッジミラー１１のエッジと平行のため、
本要素での許容量は充分に大きい。 (b) 回折格子２ａ、２ｂのエリアサイズは合わせて例え
ば１２０μｍ×１２０μｍとするとき、照射する光束サ
イズを２００μｍとすると、光量低下が元の１／１０程
度になり併進許容量は１００μｍ〜１２０μｍとなる。
実例を挙げると、次のようになる。 (1) ｘ座標方向の併進： (a) ｘ方向はエッジミラー１１のエッジと平行のため、
本要素での許容量は充分に大きい。 (b) 回折格子２ａ、２ｂのエリアサイズは合わせて例え
ば１２０μｍ×１２０μｍとするとき、照射する光束サ
イズを２００μｍとすると、光量低下が元の１／１０程
度になり併進許容量は１００μｍ〜１２０μｍとなる。
【００４４】(2) ｙ座標方向の併進 (a) ｙ方向はエッジミラー１１のエッジと直交している
から、回折格子２ａ、２ｂの間の間隔量つまり図５にお
ける間隔Ｓの値との兼ね合いで定まる。例えば、Ｓ＝５
０μｍとすると、レンズ２３で等倍の結像でエッジミラ
ー１１に回折格子２ａ、２ｂの光を投射しているとする
と、レンズ２３がＦＮｏ．＝３のものであれば、レンズ
２３の回折によるぼけ等を考慮して、ｙ方向の併進量は
５０（Ｓ）／２−２μｍ（回折のぼけ）＝２３μｍとな
る。 (b) 光束ずれによる光量低下は(1) の(b) と同様な条件
とすると、５０〜６０μｍとなる。
から、回折格子２ａ、２ｂの間の間隔量つまり図５にお
ける間隔Ｓの値との兼ね合いで定まる。例えば、Ｓ＝５
０μｍとすると、レンズ２３で等倍の結像でエッジミラ
ー１１に回折格子２ａ、２ｂの光を投射しているとする
と、レンズ２３がＦＮｏ．＝３のものであれば、レンズ
２３の回折によるぼけ等を考慮して、ｙ方向の併進量は
５０（Ｓ）／２−２μｍ（回折のぼけ）＝２３μｍとな
る。 (b) 光束ずれによる光量低下は(1) の(b) と同様な条件
とすると、５０〜６０μｍとなる。
【００４５】(3) ｚ座標方向の併進 (a) レンズ２３に関して、回折格子２ａ、２ｂとエッジ
ミラー１１の間にデフォーカスが発生する問題がある。
このとき、レンズ２３の等倍結像時の有効ＦＮｏ．＝６
とすると、デフオーカス方向の許容量は光検出器１２、
１４に至る光クロストークが発生しない条件から１００
μｍ〜１５０μｍ以上となる。 (b) ウエハ１への照射光の斜めからの入射角をθ＝ sin
−１（０．６３２８／２μｍ）＝１８．４°、ウエハ１
上の回折格子２ａ、２ｂのピッチは２μｍとし、波長６
３２８オングストロームとすると、デフォーカスΔＺに
対して、回折格子２ａ、２ｂへの照射光束の中心はｘ方
向にΔＺ tan１８．４°＝０．３３ΔＺ動く。光量低下
が元の１／１０程度になる併進量は１００μｍを許容量
とすると、０．３３ΔＺ≦１００μｍからΔＺ≦３００
μｍとなる。
ミラー１１の間にデフォーカスが発生する問題がある。
このとき、レンズ２３の等倍結像時の有効ＦＮｏ．＝６
とすると、デフオーカス方向の許容量は光検出器１２、
１４に至る光クロストークが発生しない条件から１００
μｍ〜１５０μｍ以上となる。 (b) ウエハ１への照射光の斜めからの入射角をθ＝ sin
−１（０．６３２８／２μｍ）＝１８．４°、ウエハ１
上の回折格子２ａ、２ｂのピッチは２μｍとし、波長６
３２８オングストロームとすると、デフォーカスΔＺに
対して、回折格子２ａ、２ｂへの照射光束の中心はｘ方
向にΔＺ tan１８．４°＝０．３３ΔＺ動く。光量低下
が元の１／１０程度になる併進量は１００μｍを許容量
とすると、０．３３ΔＺ≦１００μｍからΔＺ≦３００
μｍとなる。
【００４６】(4) ｘ軸を軸とする回転σx ： (a) ワンカラー条件を与える許容量は充分に大きい。 (b) 位相ずれ変動の許容量も充分に大きい。
【００４７】(5) ｙ軸を軸とする回転σy (a) ワンカラー条件を与える許容量は、光検出器１２、
１４の受光開口を２４０μｍφとすると、６４．５ｍ r
ad＝３．７°となる。 (b) 位相ずれ変動の許容量も充分に大きい。
１４の受光開口を２４０μｍφとすると、６４．５ｍ r
ad＝３．７°となる。 (b) 位相ずれ変動の許容量も充分に大きい。
【００４８】(6) ｚ軸を軸とする回転σz ： (a) ワンカラー条件を与える許容量は、２０．５ｍ rad
＝１．１７°となる。 (b) 位相ずれ変動の許容量０．０５ｍ radとなる。以上
のことを表にして要約すると、次のようになる。
＝１．１７°となる。 (b) 位相ずれ変動の許容量０．０５ｍ radとなる。以上
のことを表にして要約すると、次のようになる。
【００４９】
【表１】
【００５０】即ち、この表１から分かるように、特にウ
エハ１の面内の併進移動に関する再現許容量が著しく、
これらのアライメントを許容量内に押さえることが検出
精度を上げる上で重要である。本例はこれらのアライメ
ントを許容量内に設定するためには、それぞれのアライ
メント要素を検出し、この検出信号に基づいて所望の位
置に光学系・検出系と被検体とのアライメントを行う。
エハ１の面内の併進移動に関する再現許容量が著しく、
これらのアライメントを許容量内に押さえることが検出
精度を上げる上で重要である。本例はこれらのアライメ
ントを許容量内に設定するためには、それぞれのアライ
メント要素を検出し、この検出信号に基づいて所望の位
置に光学系・検出系と被検体とのアライメントを行う。
【００５１】図１０は他の例を示し、図９の例に対し
て、エッジミラー１１の前にハーフミラー３０が設けら
れ、その反射方向に設けられたレンズ３１を介してテレ
ビカメラ３２に回折格子２ａ、２ｂの回折光が導かれて
いる。テレビカメラ３２には回折格子２ａ、２ｂの像が
レンズ２３を介して面Ｐに結像され、更にレンズ３１に
より面Ｐをテレビカメラ３２に結像している。テレビカ
メラ３２の出力は信号処理系３３に接続され、信号処理
系３３の出力はＣＰＵ３４に接続されている。これによ
り、ウエハ１の回折格子２ａ、２ｂの像が検出光学系に
対して、ｘ、ｙ、ｚ面内で正規の位置からどのようにず
れているかを知ることができる。ウエハ１はステージ３
５によりｘ方向に、ステージ３６によりｙ方向に駆動さ
れるようになっており、ステージ３５、３６には図示し
ないｙ方向駆動系と共に、ＣＰＵ３４の指令信号が制御
駆動回路３７を介して送信される。
て、エッジミラー１１の前にハーフミラー３０が設けら
れ、その反射方向に設けられたレンズ３１を介してテレ
ビカメラ３２に回折格子２ａ、２ｂの回折光が導かれて
いる。テレビカメラ３２には回折格子２ａ、２ｂの像が
レンズ２３を介して面Ｐに結像され、更にレンズ３１に
より面Ｐをテレビカメラ３２に結像している。テレビカ
メラ３２の出力は信号処理系３３に接続され、信号処理
系３３の出力はＣＰＵ３４に接続されている。これによ
り、ウエハ１の回折格子２ａ、２ｂの像が検出光学系に
対して、ｘ、ｙ、ｚ面内で正規の位置からどのようにず
れているかを知ることができる。ウエハ１はステージ３
５によりｘ方向に、ステージ３６によりｙ方向に駆動さ
れるようになっており、ステージ３５、３６には図示し
ないｙ方向駆動系と共に、ＣＰＵ３４の指令信号が制御
駆動回路３７を介して送信される。
【００５２】図１１はテレビ画面で得られる回折格子２
ａ、２ｂの像２Ａ、２Ｂである。テレビ画面では、回折
格子２ａ、２ｂが存在しているエリアが明るい像２Ａ、
２Ｂとして得られる。従って、ウエハ１上の検定した格
子エリアの位置が所望の位置に対し、ｘ、ｙ、ｚ方向に
ずれていれば、テレビカメラ３２により得られた像２
Ａ、２Ｂにより検知できる。
ａ、２ｂの像２Ａ、２Ｂである。テレビ画面では、回折
格子２ａ、２ｂが存在しているエリアが明るい像２Ａ、
２Ｂとして得られる。従って、ウエハ１上の検定した格
子エリアの位置が所望の位置に対し、ｘ、ｙ、ｚ方向に
ずれていれば、テレビカメラ３２により得られた像２
Ａ、２Ｂにより検知できる。
【００５３】例えば、組立調整時に正しいウエハ１上の
パターン位置をテレビカメラ３２の画像上で求めてお
き、テレビ画像の位置を画像上での座標として決定して
おくと、ウエハ１上の焼き付け、ショットが変わる度に
ステージ３５、３６により送られてくると、テレビ画面
上の座標としての回折格子２ａ、２ｂの位置を求めるこ
とにより、その所望の位置からのずれ量を求めることが
できる。
パターン位置をテレビカメラ３２の画像上で求めてお
き、テレビ画像の位置を画像上での座標として決定して
おくと、ウエハ１上の焼き付け、ショットが変わる度に
ステージ３５、３６により送られてくると、テレビ画面
上の座標としての回折格子２ａ、２ｂの位置を求めるこ
とにより、その所望の位置からのずれ量を求めることが
できる。
【００５４】テレビカメラ３２としてＣＣＤを用い、レ
ンズ３１によりウエハ２ａ、２ｂの像が約１０倍でＣＣ
Ｄ上に結像されるとすると、ＣＣＤのセンサ１画素が１
０μｍ×１０μｍのものを用いると、ウエハ１上では２
μｍ×２μｍの画素に相当し、画像メモリを用いて計算
することによって、ｘ、ｙ面内のずれを２〜３μｍの程
度で求めることができる。
ンズ３１によりウエハ２ａ、２ｂの像が約１０倍でＣＣ
Ｄ上に結像されるとすると、ＣＣＤのセンサ１画素が１
０μｍ×１０μｍのものを用いると、ウエハ１上では２
μｍ×２μｍの画素に相当し、画像メモリを用いて計算
することによって、ｘ、ｙ面内のずれを２〜３μｍの程
度で求めることができる。
【００５５】これにより得られたずれ量に基づいて、Ｃ
ＰＵ３４からステージ３５、３６に制御駆動回路３７を
介して指示を与え、所望の位置にウエハ１を動かし、検
出用のレーザー光学系に対して、正しい位置に焼き付け
回折格子２ａ、２ｂを設定でき、検出精度を向上するこ
とが可能である。
ＰＵ３４からステージ３５、３６に制御駆動回路３７を
介して指示を与え、所望の位置にウエハ１を動かし、検
出用のレーザー光学系に対して、正しい位置に焼き付け
回折格子２ａ、２ｂを設定でき、検出精度を向上するこ
とが可能である。
【００５６】また、ｚ方向のずれ検出はウエハ１が所期
の位置からのｚ方向のずれを、例えば図１１に示すテレ
ビ画像の輝度分布を走査線Ｌにより検出することにより
行うことができる。図１２(a) 、(b)は画面の断面強度分
布を示している。回折格子２ａ、２ｂがｚ方向にずれて
いると、走査線の輝度分布は図１２(b) に示すように回
折格子２ａ、２ｂのエリアとそうでないエリアの境界に
おけるエッジが鮮鋭でなくなる。図１２(a) は正規のｚ
方向の位置になっているときで、エッジは鮮鋭になって
いる。従って、エッジの鮮鋭さ、つまり強度分布特性の
微分係数の最大値を求め、これによりｚ方向のずれが分
かり、このずれ量に基づいて図１０の図示しないｚ方向
の駆動ステージに指示を与えて、これを動かすことによ
り所望のｚ方向位置を得る。
の位置からのｚ方向のずれを、例えば図１１に示すテレ
ビ画像の輝度分布を走査線Ｌにより検出することにより
行うことができる。図１２(a) 、(b)は画面の断面強度分
布を示している。回折格子２ａ、２ｂがｚ方向にずれて
いると、走査線の輝度分布は図１２(b) に示すように回
折格子２ａ、２ｂのエリアとそうでないエリアの境界に
おけるエッジが鮮鋭でなくなる。図１２(a) は正規のｚ
方向の位置になっているときで、エッジは鮮鋭になって
いる。従って、エッジの鮮鋭さ、つまり強度分布特性の
微分係数の最大値を求め、これによりｚ方向のずれが分
かり、このずれ量に基づいて図１０の図示しないｚ方向
の駆動ステージに指示を与えて、これを動かすことによ
り所望のｚ方向位置を得る。
【００５７】このとき、ｚ方向の駆動は図１０において
干渉プリズム２０のみをｚ方向に動かす方法でもよい
し、レーザー光源３、レンズ２１、干渉プリズム２０を
ｚ方向に駆動する共通の基台に載置して、これをｚ方向
に一括して駆動する方法でもよい。或いは、ウエハ１を
載置したステージ３５、３６に更にｚ方向の駆動ステー
ジを追加し、これによりウエハ１を動かしてもよい。
干渉プリズム２０のみをｚ方向に動かす方法でもよい
し、レーザー光源３、レンズ２１、干渉プリズム２０を
ｚ方向に駆動する共通の基台に載置して、これをｚ方向
に一括して駆動する方法でもよい。或いは、ウエハ１を
載置したステージ３５、３６に更にｚ方向の駆動ステー
ジを追加し、これによりウエハ１を動かしてもよい。
【００５８】図１３は干渉プリズム２０をｚ方向にΔＺ
だけ動かしたときのウエハ１上の干渉位置がｚ方向にど
れだけ移動するかを示している。実線で示したプリズム
位置を１点鎖線の位置のところまでｚ方向に移動する
と、点ＱはＱ’に移動し、δ＝１．７７７・ΔＺとな
る。即ち、ｚ方向にウエハ１面を５４μｍ移動させる
と、これに対応して干渉プリズム２０をΔＺ＝１００／
１．７７７＝５６．３μｍだけｚ方向に移動させる必要
がある。
だけ動かしたときのウエハ１上の干渉位置がｚ方向にど
れだけ移動するかを示している。実線で示したプリズム
位置を１点鎖線の位置のところまでｚ方向に移動する
と、点ＱはＱ’に移動し、δ＝１．７７７・ΔＺとな
る。即ち、ｚ方向にウエハ１面を５４μｍ移動させる
と、これに対応して干渉プリズム２０をΔＺ＝１００／
１．７７７＝５６．３μｍだけｚ方向に移動させる必要
がある。
【００５９】また、図１４は別のｚ方向駆動方法の例に
ついて示し、平板ガラス３８を光束に対して直角から傾
けると、点線で示した光路を通り、ウエハ１上では実効
的にｚ方向に移動したことになる。また、干渉プリズム
２０の回転駆動により、ｚ方向の光束照射ポイントの移
動が可能である。
ついて示し、平板ガラス３８を光束に対して直角から傾
けると、点線で示した光路を通り、ウエハ１上では実効
的にｚ方向に移動したことになる。また、干渉プリズム
２０の回転駆動により、ｚ方向の光束照射ポイントの移
動が可能である。
【００６０】回折格子２ａ、２ｂの回転成分σx 、σy
、σz に対する検出と制御については、表１に示した
ようにσx 、σy については許容量は十分に緩く、σz
の値が〜１０″と厳しい許容量である。従って、回折格
子２ａ、２ｂの回転成分についてのアライメント制御
は、主としてσz について注意すればよい。
、σz に対する検出と制御については、表１に示した
ようにσx 、σy については許容量は十分に緩く、σz
の値が〜１０″と厳しい許容量である。従って、回折格
子２ａ、２ｂの回転成分についてのアライメント制御
は、主としてσz について注意すればよい。
【００６１】図１５はσz について制御するための実施
例の構成図である。ウエハ１は面内回転機構４０上に載
置されている。また、４１、４２は光検出器であり、何
れもウエハ１上の回折格子２ａ、２ｂに入射した回折光
の内、所望の干渉させる次数の光束、つまりミラー２２
を介して光検出器１２、１４に入射する光束以外の次数
の光束、例えば回折格子２ａ、２ｂによる２次の回折光
について、その光点位置変動を検出するための２次元ポ
ジションセンサである。
例の構成図である。ウエハ１は面内回転機構４０上に載
置されている。また、４１、４２は光検出器であり、何
れもウエハ１上の回折格子２ａ、２ｂに入射した回折光
の内、所望の干渉させる次数の光束、つまりミラー２２
を介して光検出器１２、１４に入射する光束以外の次数
の光束、例えば回折格子２ａ、２ｂによる２次の回折光
について、その光点位置変動を検出するための２次元ポ
ジションセンサである。
【００６２】これらの光検出器４１、４２により、正規
のウエハアライメントによる回折光点位置からの光点移
動を検知することによってウエハ１の傾きを求めること
ができる。例えば、ウエハ１上の光点照射位置から１０
０ｍｍ離した点に光検出器４１、４２を配置し、光検出
器４１、４２が２μｍの位置検出能力を持っていれば、
０．００２ｍｍ／１００ｍｍ＝０．０２＝４″となり、
〜１０″の許容量モニタとしては十分に検出可能であ
る。
のウエハアライメントによる回折光点位置からの光点移
動を検知することによってウエハ１の傾きを求めること
ができる。例えば、ウエハ１上の光点照射位置から１０
０ｍｍ離した点に光検出器４１、４２を配置し、光検出
器４１、４２が２μｍの位置検出能力を持っていれば、
０．００２ｍｍ／１００ｍｍ＝０．０２＝４″となり、
〜１０″の許容量モニタとしては十分に検出可能であ
る。
【００６３】なお、光検出器４１、４２には図１６に示
すようにそれぞれ信号処理回転系４３、４４が接続され
ており、信号処理系４３、４４の出力信号はＣＰＵ３４
に接続されている。このウエハ１の回転量σz に基づい
て、ウエハ１の面内回転機構４０を回転させることによ
り、σz の所望の許容内に格子サンプルを設定すること
ができる。なお、回折格子２ａ、２ｂからの回折光は２
次以上の回折光でなくとも、例えば１次回折光であって
もよい。ただし、図１５の場合には、１次回折光が０次
の直反射光とオーバーラップするため、２次の回折次数
以上が望ましい。一般には、特に次数を限定するもので
なく、回折格子の回転に対し感度を持つ回折次数の光束
であればよい。また、位置検出センサは光検出器４１、
４２以外に４分割センサ等も使用可能である。
すようにそれぞれ信号処理回転系４３、４４が接続され
ており、信号処理系４３、４４の出力信号はＣＰＵ３４
に接続されている。このウエハ１の回転量σz に基づい
て、ウエハ１の面内回転機構４０を回転させることによ
り、σz の所望の許容内に格子サンプルを設定すること
ができる。なお、回折格子２ａ、２ｂからの回折光は２
次以上の回折光でなくとも、例えば１次回折光であって
もよい。ただし、図１５の場合には、１次回折光が０次
の直反射光とオーバーラップするため、２次の回折次数
以上が望ましい。一般には、特に次数を限定するもので
なく、回折格子の回転に対し感度を持つ回折次数の光束
であればよい。また、位置検出センサは光検出器４１、
４２以外に４分割センサ等も使用可能である。
【００６４】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る位置ず
れ測定装置は、同一物体上にある２つの格子パターンか
ら出射される回折光を干渉させて、これらの位相差を求
めて格子パターン同志の位置ずれを測定するについて、
照射光学系と物体の相互関係を許容量内に収め検出の高
精度化を図ることができる。
れ測定装置は、同一物体上にある２つの格子パターンか
ら出射される回折光を干渉させて、これらの位相差を求
めて格子パターン同志の位置ずれを測定するについて、
照射光学系と物体の相互関係を許容量内に収め検出の高
精度化を図ることができる。
【図１】本発明の原理的説明図である。
【図２】回折格子に入射する光束の説明図である。
【図３】参照信号と被測定信号の位相ずれの説明図であ
る。
る。
【図４】測定装置の構成図である。
【図５】ウエハ上の回折格子の平面図である。
【図６】エッジミラーの正面図である。
【図７】回転干渉光学系の斜視図である。
【図８】回転干渉光学系の側面図である。
【図９】測定装置の構成図である。
【図１０】測定装置の構成図である。
【図１１】テレビ画面の説明図である。
【図１２】テレビ走査線の輝度分布の説明図である。
【図１３】プリズムを移動した場合の説明図である。
【図１４】平板ガラスを用いた場合の説明図である。
【図１５】実施例の構成図である。
【図１６】光検出器と信号処理系の斜視図である。
１ ウエハ ２、２ａ、２ｂ 回折格子 ３ レーザー光源 ４ 周波数シフタ ５ レンズ ７ 偏光ビームスプリッタ １０ グラントムソンプリズム １１ エッジミラー １２、１４ 光検出器 １３ 位相差計 ２０ プリズム ２１、２３、２５ レンズ ３０ ハーフミラー ３２ テレビカメラ ３３ 信号処理系 ３４ ＣＰＵ ３５、３６ ステージ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大沢 大 東京都大田区下丸子三丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 吉井 実 東京都大田区下丸子三丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 辻 俊彦 東京都大田区下丸子三丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 松本 隆宏 東京都大田区下丸子三丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−56818（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−90006（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/027
Claims (2)
- 【請求項１】 同一物体上に設けた第１、第２格子パタ
ーンに可干渉光を照射する照射光学系と、これらの第
１、第２格子パターンから出射される回折光同志を干渉
させる干渉光学系と、該干渉光学系による干渉光の位相
差を求めることにより前記第１、第２格子パターン間の
相対的な位置ずれを検出する検出部と、前記第１、第２
格子パターンから出射する回折光の何れかであって前記
第１、第２格子パターンの回転に対して位置変動を伴う
回折光の位置を検出することによって前記照射光学系と
前記第１、第２格子パターンとの前記物体の面に略垂直
な軸を中心とした回転ずれを検出するためのアライメン
ト検出部と、該アライメント検出部の出力に基づいて前
記照射光学系と前記第１、第２格子パターンとの前記軸
を中心とする回転方向の相対位置制御を行うための位置
制御手段とを備えたことを特徴とする位置ずれ測定装
置。 - 【請求項２】 前記アライメント検出系とは別個に、前
記第１、第２格子パターンの画像を得るためのテレビカ
メラを有することを特徴とする請求項１に記載の位置ず
れ測定装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27695291A JP3187093B2 (ja) | 1991-09-27 | 1991-09-27 | 位置ずれ測定装置 |
| CA002078731A CA2078731C (en) | 1991-09-27 | 1992-09-21 | Positional deviation measuring device and method thereof |
| DE69225858T DE69225858T2 (de) | 1991-09-27 | 1992-09-24 | Verfahren und Vorrichtung zur Messung von Lageabweichungen von mehreren auf einem Objekt aufgebrachten Beugungsgittern |
| EP92308717A EP0534758B1 (en) | 1991-09-27 | 1992-09-24 | Method and device for measuring positional deviation between a plurality of diffraction gratings on the same object |
| US08/460,708 US5751426A (en) | 1991-09-27 | 1995-06-02 | Positional deviation measuring device and method for measuring the positional deviation between a plurality of diffraction gratings formed on the same object |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27695291A JP3187093B2 (ja) | 1991-09-27 | 1991-09-27 | 位置ずれ測定装置 |
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|---|---|
| JPH0590143A JPH0590143A (ja) | 1993-04-09 |
| JP3187093B2 true JP3187093B2 (ja) | 2001-07-11 |
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ID=17576703
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27695291A Expired - Fee Related JP3187093B2 (ja) | 1991-09-27 | 1991-09-27 | 位置ずれ測定装置 |
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|---|---|
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| EP (1) | EP0534758B1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| US5550635A (en) * | 1993-10-29 | 1996-08-27 | Canon Kabushiki Kaisha | Rotational deviation detecting method and system using a periodic pattern |
| US6158659A (en) * | 1994-08-17 | 2000-12-12 | Metrologic Instruments, Inc. | Holographic laser scanning system having multiple laser scanning stations for producing a 3-D scanning volume substantially free of spatially and temporally coincident scanning planes |
| JP4136067B2 (ja) * | 1997-05-02 | 2008-08-20 | キヤノン株式会社 | 検出装置及びそれを用いた露光装置 |
| JP4065468B2 (ja) | 1998-06-30 | 2008-03-26 | キヤノン株式会社 | 露光装置及びこれを用いたデバイスの製造方法 |
| JP3311319B2 (ja) | 1998-10-02 | 2002-08-05 | キヤノン株式会社 | 光学ユニット、光学ユニットを用いた光学機器 |
| JP2001291752A (ja) | 2000-04-05 | 2001-10-19 | Canon Inc | 異物検査方法及び装置、及び該検査方法を用いた露光装置 |
| US6710876B1 (en) * | 2000-08-14 | 2004-03-23 | Kla-Tencor Technologies Corporation | Metrology system using optical phase |
| US7009704B1 (en) * | 2000-10-26 | 2006-03-07 | Kla-Tencor Technologies Corporation | Overlay error detection |
| US20030002043A1 (en) * | 2001-04-10 | 2003-01-02 | Kla-Tencor Corporation | Periodic patterns and technique to control misalignment |
| KR100391226B1 (ko) * | 2001-04-27 | 2003-07-12 | 주식회사 한택 | 레이저 빔 분할 장치 및 이를 이용한 표면처리 방법 |
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| AU2003276819A1 (en) * | 2002-06-13 | 2003-12-31 | Engedi Technologies, Inc. | Out-of-band remote management station |
| KR100464854B1 (ko) * | 2002-06-26 | 2005-01-06 | 삼성전자주식회사 | 반도체 기판의 정렬 방법 및 정렬 장치 |
| US7253885B2 (en) * | 2003-12-05 | 2007-08-07 | Canon Kabushiki Kaisha | Wavelength selecting method, position detecting method and apparatus, exposure method and apparatus, and device manufacturing method |
| US20080123105A1 (en) * | 2005-01-17 | 2008-05-29 | Kouji Seki | Segmented Grating Alignment Device |
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| KR100760951B1 (ko) * | 2006-09-22 | 2007-09-21 | 안동대학교 산학협력단 | 회전 측정이 가능한 서피스 엔코더 및 그 측정 방법 |
| CN101950132A (zh) * | 2010-08-17 | 2011-01-19 | 中国科学院光电技术研究所 | 纳米光刻掩模硅片间隙测量及调平装置 |
| EP2458441B1 (en) | 2010-11-30 | 2022-01-19 | ASML Netherlands BV | Measuring method, apparatus and substrate |
| DE102012217800A1 (de) * | 2012-09-28 | 2014-04-03 | Carl Zeiss Smt Gmbh | Diffraktives optisches Element sowie Messverfahren |
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| JP6751772B2 (ja) * | 2016-05-09 | 2020-09-09 | エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． | 位置測定システム、較正方法、リソグラフィ装置及びデバイス製造方法 |
| CN111829757B (zh) * | 2020-07-15 | 2022-01-28 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 光学元件激光诱导损伤特征瞬态测量装置及检测方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4710026A (en) * | 1985-03-22 | 1987-12-01 | Nippon Kogaku K. K. | Position detection apparatus |
| FR2598797B1 (fr) * | 1986-05-07 | 1990-05-11 | Nippon Telegraph & Telephone | Procede de mesure et/ou d'ajustement du deplacement d'un objet et appareil pour la mise en oeuvre de ce procede |
| DE3853246T2 (de) * | 1987-09-25 | 1995-06-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Vorrichtung zur Kontrolle des Lageverhältnisses zwischen einer Photomaske und einem Plättchen. |
| JP2676933B2 (ja) * | 1988-09-05 | 1997-11-17 | キヤノン株式会社 | 位置検出装置 |
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| JP2829642B2 (ja) * | 1989-09-29 | 1998-11-25 | キヤノン株式会社 | 露光装置 |
| US5333050A (en) * | 1990-03-27 | 1994-07-26 | Canon Kabushiki Kaisha | Measuring method and apparatus for meausring the positional relationship of first and second gratings |
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- 1992-09-21 CA CA002078731A patent/CA2078731C/en not_active Expired - Fee Related
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- 1992-09-24 DE DE69225858T patent/DE69225858T2/de not_active Expired - Fee Related
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1995
- 1995-06-02 US US08/460,708 patent/US5751426A/en not_active Expired - Fee Related
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| DE69225858D1 (de) | 1998-07-16 |
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| US5751426A (en) | 1998-05-12 |
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