JPH0432217A

JPH0432217A - 入射角度設定装置

Info

Publication number: JPH0432217A
Application number: JP2139185A
Authority: JP
Inventors: Yoriyuki Ishibashi; 石橋　頼幸; Ryoichi Hirano; 亮一平野; Hideo Nagai; 秀雄永井; Takahiro Murata; 貴比呂村田; Toshikazu Yoshino; 芳野　寿和
Original assignee: Toshiba Corp; Topcon Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Topcon Corp
Priority date: 1990-05-29
Filing date: 1990-05-29
Publication date: 1992-02-04

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。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的コ（産業上の利用分野）この発明は、入射角度設定装置に関し、例えば、露光装
置（光ステッパ、Ｘ線ステッパ）におけるアライメント
光学系で使用される入射角度設定装置に関する。

（従来の技術）超ＬＳＩの回路パターンの製造のため、露光装置により
パターン転写が行われる場合、露光に先立ち、マスクと
ウェハとがこれらに平行な方向に高精度位置合せされる
とともに、マスクとウェハとが平行を保持しながらこれ
らの間隙が微小間隙（〜３０μｍ程度）に設定されてい
る。

近年、これらの位置合せ又は間隙設定のため、光ヘテロ
ダイン法が用いられている。マスク及びウェハに各々２
つの回折格子が設けられ、これらの回折格子に周波数の
異なる２つの光ビームが照射され、回折格子で回折され
干渉された光ビームの位相ずれが検出され、位置ずれ量
又は間隙量がこの位相ずれに対応することから、位置合
せ又は間隙設定が実行されている。

この位置合せ又は間隙設定が精度良く実行されるために
は、この２つの光ビームが一方の回折格子（例えば、マ
スクの回折格子）に入射されるとき、２つの光ビームは
、この回折格子に垂直な１つの仮想面に対して、対称に
且つ所定入射角度だけ斜めになるように、一方の回折格
子に入射される必要がある。

（発明が解決しようとする課題）この場合、２つの光ビームの入射角度が精度良く設定さ
れ、さらに、この入射角度が素早く調整される必要があ
るが、従来、これらを満足するような入射角度設定装置
は同等提案されていなかった。

そこで、この発明の目的は、２つの光ビームの入射角度
を精度良く設定でき、この入射角度を素早く調整できる
入射角度設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）この発明は、２つの光ビームを目標物に所定入射角度で
入射させるように、入射角度を設定する装置において、
前記目標物に対して、光軸が垂直に配置された第１のレ
ンズと、この光軸に対して所定距離偏心して且つこの光
軸に略平行に２つの光ビームを移行させて第１のレンズ
に入射させ、その結果、２つの光ビームを第１のレンズ
から収束させて射出させ、これにより、この２つの光ビ
ームを、光軸に対してほぼ対称に且つ光軸に所定入射角
度斜めに、前記目標物に入射させる光ビーム移行手段と
を具備することを特徴としている。

（作　用）この発明では、第１のレンズの収束作用により、２つの
光ビームが光軸に対して対称に且つ光軸に所定入射角度
斜めに、目標物（例えば、回折格子）に入射されている
。即ち、入射角度が、比較的誤差の生じやすい機械的な
手段により設定されておらず、光学的な手段により設定
されている。

そのため、入射角度が精度良く設定されることができ、
且つ、入射角度が素早く調整されることができる。

従って、例えば、光ヘテロダイン法を利用した位置合せ
又は間隙設定は、精度良く実行されることができる。

（実施例）先ず、第１図及び第２図を参照して、露光装置における
マスクとウェハとの位置合せ装置について概説する。

位置合せ方向（Ｘ方向）に移動可能に設けられたウェハ
テーブル３１にウェハ３３が載置され、第２図に示され
るように、このウェハ３３に、反射型の２つの位置合せ
マーク２１．２□　（回折格子又は反射面）が形成され
ている。一方、マスクテーブル３５には、マスク３４が
載置され、第２図に示されるように、このマスク３４に
、透過型の２つの位置合せマーク１．．１．２（回折格
子又はウィンドウ）か形成されている。

ゼーマン効果形レーザ源４１から発射された光ビームは
、偏向ビームスプリッタ−４２により周波数ｆ１とｆ２
　（ｆ＋≠ｒ２）との２つの光ビームに分離される。こ
れらの２つの光ビームは、多数のミラーを介して、マス
クの位置合せマーク１１．１２に入射され、その後、ウ
ェハの位置合せマーク２１．２２に移行される。これに
より、回折され且つ干渉された回折干渉光には、光ビー
トが生起されている。この回折干渉光のうち特定次数光
の先ビート、例えば、ｘＭ　ｃＯ，１）次光の先ビート
には、マスクの位置ずれに対応する位相ずれφＭが生起
されており、Ｉｗ　　（０，１）次光の光ビートには、
ウェハの位置ずれに対応する位相ずれφいが生起されて
いる。ＩＭ　（０，１）、ＩＷ　（０，１）次光が光セ
ンサ５Ｂ、５４により検出され、これらの位相差１φワ
ーφＷ１が、位相計５５より測定される。この位相差か
マスクとウェハとの位置ずれに対応しているため、この
位相差の信号がＣＩ）　Ｕ　５６からアクチュエータ３
２に供給されて、ウェハテーブル３１が移動され、ウェ
ハがマスクに対して位置合せされる。

この位置合せにおいて、周波数ｆ、とｆ、の２つの光ビ
ームは、第２図に示されるように、Ｚ軸（若しくは、こ
のＺ軸を含みマスクの位置合せマーク１１．１２に垂直
な仮想面６１）に対称に、且つ、入射角度θ［−５ｉｎ
−’　（±λ／Ｐｘ）］で、マスクの位置合せマーク１
１．１２上の１点に集光するように入射される必要があ
る。但し、Ｐｘは、マスクの回折格子のＸ方向のピッチ
である。

この２つの光ビームの入射角度を設定する、この発明に
係る入射角度設定装置について説明する。

第３図に示されるように、金枠６２が設けられ、この金
枠６２の一端に、第１のレンズ６３が嵌め込まれている
。この第１−のレンズ６３の光軸６４は、マスク及びウ
ェハの位置合せマークｌ１１２．２１．２２に垂直に配
置されている。即ち、光軸６４は、Ｚ軸に一致している
とともに、第２図に示される仮想面６１に含まれる軸線
である。

次に、光軸６４に対して所定距離ε偏心して且つこの光
軸６４に平行に２つの光ビームを移行させて第１のレン
ズ６３に入射させ光ビーム入射手段が設けられている。

即ち、金枠６２の他端に、光軸６４から所定距離ε偏心
した位置に、一対のピンホール６５が設けられている。

一対の第２のレンズ６６が、その光軸６７が第１のレン
ズの光軸６４に対して所定距離ε偏心して設けられてい
る。即ち、第２のレンズの光軸６７がピンホール６５を
通るように位置されている。

これらの光軸方向の位置関係は、次のようになされてい
る。即ち、第１のレンズ６３の焦点距離は、ｆｏであっ
て、この第１のレンズ６３の後側焦点位置は、マスクの
位置合せマーク１１．１２上になるように配置されてい
る。ピンホール６５は、この第１のレンズ６３から後側
焦点距離ｆ。

だけ離間した位置に配置されており、且つ、第２のレン
ズ６６の前側焦点位置に配置されている。

さらに、この実施例では、第２のレンズ６６から出射さ
れた２つの光ビームがピンホール６５に垂直になるよう
に微調整するコンペンセーター７１が設けられている。

さらに、２つの光ビームがピンホール６５に入射するよ
うに２つの光ビームを平行移動して微調整するプレーン
パラレル７２が設けられている。

次に、この入射角度設定装置を用いて、２つの光ビーム
の入射角度を設定する手順を説明する。

尚、説明の便宜のため、先ず、１つの光ビーム（ｆｌ）
の入射角度の設定について説明する。

当初、コンペンセーター７１及びブレーンバラレル７２
が配置されておらず、ミラー７３がピンホール６５の前
に配置される。

光源から発射された平行光である光ビームが第２のレン
ズ６６により収束される。この段階で、光ビームがこの
ミラー７３に概略垂直になるように、光ビームの傾き（
あおり）が調整される。

次に、この光ビームかピンホールに概略式るように、光
ビームの平行シフト（紙面に平行方向と垂直方向）が調
整される。

第２のレンズ６６の前に、ミラー７４が配置され、この
ミラー７４に光ビームが垂直に且つレンズ中心を通過す
るように、第１のレンズの傾きと平行シフトが調整され
る。この調整後、第２のレンズ６６が固定されるととも
に、ミラー７４は、除去される。

次に、コンペンセーター７１が配置され、このコンペン
セーター７１が回転されることにより、光ビームがピン
ホール直前のミラー７３に垂直に入るように微調整され
る。この微調整後、ミラー７３が除去される。

プレーンパラレル７２か配置され、このプレーンパラレ
ル７２が回転され、光ビームが平行移動されてピンホー
ル６５に正確に入射するよう１こ微調整される。即ち、
このブレーンノくラレル７２の微調整により、光ビーム
は、紙面と垂直方向及び平行方向に微小量だけ平行移動
される。

この場合、一方のビームが遮られ、他方のビームがピン
ホールを通りマスク面で反射された後、一方が通るべき
ピンホールに戻ってくるよう番こ、プレーンパラレル７
２が微調整されても良（１゜以上で、調整作業が終了す
る。他方の光ビーム（ｆ２）についても同様に調整され
る。

これにより、光源から射出された平行光である２つの光
ビームは、第１のレンズ６６によりピンホール６５に焦
点を結び、その後、拡散して第１のレンズ６３に所定距
離εだけ偏心して入射する。第１のレンズ６３から射出
する２つの光ビームは、この第１のレンズ６３の収束作
用１こより、光軸６４（仮想面６１）に対称に且つ入射
角度θ［−５ｉｎ−’　（±λ／Ｐｘ）］で、マスクの
位置合せマーク１１，１□上の１点に集光する。

このように、入射角度が精度良く設定されることができ
、且つ、入射角度が素早く調整されることができるため
、上述した光ヘテロダイン法を利用した位置合せは、精
度良く実行されることができる。

また、この発明では、光学的手段により、入射角度が設
定されているため、−旦光ビームが位置合せマークに入
射された後、反射されて戻ってくる光ビームを観察する
ことにより、入射角度が実際に正確であるか否かを確認
することができる。

さらに、例えば、偏心距離εが多少ずれていたとしても
、２つの光ビームは必ずマスクの位置合せマーク上の所
定の１点に集光されることができ、位置合せが精度良く
実行される。

この発明の入射角度設定装置は、上述した位置合せに用
いられるだけでなく、以下に述べるように、種々の場合
に用いられることができる。

第４図に示されるように、マスクに、３つの位置合せマ
ーク１１，１□、１．（回折格子又はウィンドウ）が設
けられ、ウエノ１に、３つの位置合せマーク２０，２□
、２３　（回折格子又は反射面）が設けられ、マスクの
位置合せマークに、周波数の異なる２つの光ビームか入
射されると、マスクとウェハと位置合せだけでなく、マ
スクとウエノ１との間の間隙が所定に設定されることが
できる。

尚、図示しないが、間隙設定のみが行われる場合にも、
この発明に係る入射角度設定装置が用いられても良いこ
とは勿論である。また、位置合せ及び間隙設定における
回折格子の種類は間わな０ことも勿論である。

さらに、第５図に示されるように、テーブル８１の位置
検出にも用いられることができる。即ち、水平方向に移
動可能に設けられたテーブル８１に回折格子８２が設け
られ、これに２つの光ビームが所定入射角度θで入射さ
れると、光ヘテロダイン法により、テーブル８１の位置
が検出される。

さらに、第６図に示されるように、ロータリエンコーダ
の円板９１の回転角度の検出にも用いられることができ
る。即ち、円盤９１に、半径方向に延出するストライブ
を有する回折格子が設けられ、この回折格子に、２つの
光ビームが所定角度θで入射されると、光ヘテロダイン
法により回転する円板９１のストライプがカウントされ
て、回転角が検出される。

その他種々の場合にも、この発明に係る入射角度設定装
置が用いられることは勿論である。

［発明の効果〕この発明では、入射角度が、比較的誤差の生じやすい機
械的な手段により設定されておらず、光学的な手段によ
り設定されている。そのため、入射角度が精度良く設定
されることができ、且つ、入射角度が素早くＲ整される
ことができる。従って、特に、光ヘテロダイン法を利用
した位置合せ又は間隙設定は、精度良く実行されること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は位置合せ装置の模式図、第２図は位置合せ装置
に用いられる位置合せマークの斜視図、第３図はこの発
明に係る入射角度設定装置の模式図、第４図は位置合せ
及び間隙設定に用いられる位置合せマークの斜視図、第
５図はテーブル位置検出装置の模式図、第６図はロータ
リエンコーダの模式図である。１＋　、１２．２＋　、２２・・・位置合せマーク（目
積物）、８２・・・回折格子（目積物）、６３・・・第
１のレンズ。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第図第図第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）２つの光ビームを目標物に所定入射角度で入射さ
せるように、入射角度を設定する装置において、前記目
標物に対して、光軸が垂直に配置された第１のレンズと
、この光軸に対して所定距離偏心して且つこの光軸に略
平行に２つの光ビームを移行させて第１のレンズに入射
させ、その結果、２つの光ビームを第１のレンズから収
束させて射出させ、これにより、この２つの光ビームを
、光軸に対してほぼ対称に且つ光軸に所定入射角度斜め
に、前記目標物に入射させる光ビーム移行手段とを具備
してなることを特徴とする入射角度設定装置。
（２）前記目標物は、２つの物体に各々設けられた２つ
の回折格子の一方であり、この一方の回折格子に入射さ
れた光ビームは、その後、他方の回折格子に照射され、
その結果、２つの物体の相対位置又は間隙が検出されて
、２つの物体が位置合せ又は間隙設定される、請求項１
に記載の入射角度設定装置。
（３）前記目標物は、１つの物体に設けられた回折格子
であり、この回折格子に前記２つの光ビームが照射され
て、この物体の位置が検出される請求項１に記載の入射
角度設定装置。
（４）前記目標物は、回転可能な円板に設けられた回折
格子であり、この回折格子に前記２つの光ビームが照射
されて、円板の回転角が検出される、請求項１に記載の
入射角度設定装置。
（５）前記光ビーム移行手段は、各々の光軸が第１のレ
ンズの光軸に所定距離偏心し且つ各々の前側焦点位置が
第１のレンズの後側焦点距離だけ第１のレンズから後側
に離間した位置に配置され、光源から射出され平行光で
ある２つの光ビームを収束して各々の焦点位置に結像す
る２つの第２のレンズと、２つの第２のレンズの前側焦
点位置に配置され、第１のレンズに案内する２つのピン
ホールとを備えている請求項１に記載の入射角度設定装
置。
（６）前記光ビーム移行手段は、２つの第２のレンズと
２つのピンホールとの間に配置され、第２のレンズから
ピンホールに移行する２つの光ビームがピンホールに垂
直になるように微調整するコンペンセーターを備えてい
る請求項５に記載の入射角度設定装置。
（７）前記光ビーム移行手段は、２つの第２のレンズと
２つのピンホールとの間に配置され、第２のレンズから
ピンホールに移行する２つの光ビームがピンホールに入
射するように２つの光ビームを平行移動して微調整する
プレーンパラレルを備えている請求項５に記載の入射角
度設定装置。