JPH0455707A

JPH0455707A - 位置測定装置

Info

Publication number: JPH0455707A
Application number: JP2166218A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Nishisaka; 武士西坂; Tatsuhiko Touki; 達彦東木; Mitsuo Tabata; 光雄田畑; Toru Tojo; 徹東條; Toshikazu Yoshino; 芳野　寿和; Susumu Saito; 晋斉藤
Original assignee: Toshiba Corp; Topcon Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Topcon Corp
Priority date: 1990-06-25
Filing date: 1990-06-25
Publication date: 1992-02-24

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］（産業上の利用分野）本発明は、物体の位置を測定する位置測定装置に係わり
、特に光ヘテロダイン方式の位置測定装置に関する。

（従来の技術）近年、ＬＳＩ製造のために用いられる露光装置において
は、マスクやウェハ等の高精度な位置合わせを行うため
に、回折格子を用いた光ヘテロダイン干渉方式の位置測
定装置が用いられている。この装置では、被測定試料に
設けた回折格子マークに波長の異なる２つの光束をそれ
ぞれ照射し、その透過又は反射回折光を検出する。この
とき、回折光は２光束の周波数差のビート信号（アライ
メント信号）として得られ、これを基準となる信号と比
較し、その位相差を検出することによって試料位置が測
定される。

第７図はアライメント信号から試料位置を測定する位置
測定部の回路構成を示すブロック図であり、１，２は光
検出器、３．４は増幅器、５は位相差検出回路を示して
いる。光検出器１では被測定試料のマークからの回折光
が検出され、これによりアライメント信号が得られる。

また、光検出器２ではマークにより回折される前の２光
束が合成して検出され、これにより基準信号が得られる
。そして、位相差検出回路５では、アライメント信号と
基準信号との位相差が検出され、この位相差から試料の
位置が求められるものとなっている。

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、検出光の光量が少なくなると、光検出
器の持つキャパシタンスにより出力信号の位相がずれた
り、光検出器により得られた電気信号の位相のずれが電
気回路の持つキャパシタンス等によりずれたりする傾向
がある。光ヘテロダイン方式では、アライメント光とし
て回折光を利用しているため一般にその光量は少ない。

このため、実際の位置変位量と測定した位置変位量にず
れが発生することになる。また、このずれはアライメン
ト光の光量が少なくなるほど大きくなる傾向にある。ま
た、逆に光量が強くなるにつれて、光検出器が飽和状態
に近付き、得られる電気信号の位相にずれが生じる。

（発明が解決しようとする課ＷＪ）このように従来、光ヘテロダイン方式の位置測定装置に
あっては、光量（特に、アライメント光の光量）の変化
により位相が変化し、これにより位置測定の誤差が発生
する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、光量の変化に伴う位相変化に起因す
る位置測定誤差の発生を防止することができ、測定精度
の向上をはかり得る光ヘテロダイン方式の位置測定装置
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）本発明の骨子は、光量の変化に起因する位置測定誤差を
なくすため、光量に応じてアライメント信号の位相遅れ
を補正することにある。

即ち本発明は、被測定試料に形成された回折格子マーク
にそれぞれ波長の異なる２つの光を照射し、その回折光
を合成検出して得られるアライメント信号と、２つの光
を合成した基準光に相当する基準信号との位相差を検出
して試料位置を測定する光ヘテロダイン方式の位置測定
装置において、アライメント信号と基準信号の少なくと
も一方に対し、該信号の大きさに応じて変化する位相遅
れを補正することを特徴としている。

また本発明は、位相遅れを補正するために、アライメン
ト信号と基準信号との位相差を検出する手段と、アライ
メント信号の大きさに応じて補正量を決定する手段と、
この手段により決定された補正量を位相差検出手段によ
る検出信号に加算する手段とを具備してなることを特徴
としている。

（作用）本発明によれば、光量の大きさを検出し、この検出出力
に応じて補正量を決定している。ここで、光量の変化に
よる位相変化は予めｍｊ定することができる。従って、
これをメモリ等に格納しておけば、上記検出出力から必
要な補正量を簡易に決定することができる。そして、こ
の補正量を位相差検出信号に加算しているので、光量の
変化に伴う位相遅れを補正することができる。従って、
光量の変化に起因する位置測定誤差の発生を未然に防止
することができ、測定精度の向上をはかることが可能と
なる。

（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図は本発明の第１の実施例に係わる位置測定装置の
概略構成を示すブロック図である。

図中１１はアライメント光を検出する光検出器であり、
この光検出器１１の検出信号は増幅器１２を介して増幅
されたのち、位相差検出回路１３及び信号強度検出器１
４に供給される。位相差検出回路１３には、上記検出信
号と共に基準信号が入力され、これらの信号の位相差が
検出される。信号強度検出器１４では入力信号のピーク
値検出され、この値は補正回路１５に供給される。補正
回路１５には、予めピーク値に応じた位相補正量が記憶
されており、入力したピーク値に対応する位相補正量が
出力される。

ここで、入力光レベルに対する位相遅れは、第３図に示
すように、入力光レベルが小さく（８０層Ｖｐｐ以下）
なると光検出器の持つキャパシタンスによる影響が増大
し位相遅れが大きくなり、また入力光レベルが太きく　
　（８００■ＶＰＰ以上）なっても光検出器が飽和状態
に近付くため位相遅れが大きくなっている。ヘテロダイ
ン方式で位置検出する際の入力光レベルは、一般に１０
〜１０００１ＶＰＰである。補正回路１５には、第３図
に示すような入力光レベルに対する位相遅れ量が記憶さ
れている。具体的には、第３図に・印で示した位相変化
量をメモリに格納しておき、その途中は関数で補間し計
算によって求める方法が取られる。そして、補正回路１
５の出力及び位相差検出回路１３の出力は加算器１６に
より加算され、この加算出力が位置検出信号として出力
されるものとなっている。

なお、光学系は第２図（ａ）に示すように構成されてい
る。即ち、レーザ光源３１から放射された光はハーフミ
ラ−３２により２分割され、一方は第１の音響光学変調
素子（ＡＯＭ）３４１に入射され、他方はミラー３３で
反射されて第２の音響光学変調素子（ＡＯＭ）３４□に
入射される。ＡＯＭ３４＋　、３４□を通して周波数シ
フトされた光は、ミラー３６．．３６□により反射され
、回折格子マーク５３を設けたマスク（被測定試料）５
０に照射される。そして、このマーク５３からの透過回
折光が前記光検出器１１で検出されるものとなっている
。このとき、光検出器１１で検出されるアライメント信
号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ＡＯＭを駆動する
ドライバ３５１．３５□から得られる周波数の差の信号
（基準信号）と比較し、その位相差を検出することによ
って位置が測定できるわけである。

なお、基準信号を得る手段としては、ＡＯＭ３４１．３
４２で周波数シフトされた２光束をマスク５０に照射さ
れる前にノ＼−フミラー等により分岐し、分岐した２光
束を合成して光検出器により検出するようにしてもよい
。また、ＡＯＭを用いて周波数シフトする代わりに、周
波数の僅かに異なる２つのレーザ光源を用い、これらの
光源からの２光束をマスク５０のマーク５３にそれぞれ
照射するようにしてもよい。

このような構成であれば、異なる周波数の２光束をマス
ク５０のマーク５３に照射して得られる透過回折光（ア
ライメント光）を検出し、位相差検出回路１３によりア
ライメント信号と基準信号との位相差を検出することに
より、マスク５０の位置が測定される。ここで、アライ
メント光のレベルが小さい場合など、アライメント信号
の位相遅れが生じ、位相差検出回路１３の出力には位置
測定誤差が発生する。しかし本実施例では、信号強度検
出器１４及び補正回路１５によりアライメント光のレベ
ルに応じた補正量を求め、この補正量を加算器１６によ
り位相差検出回路１３の出力に加えている。このため、
加算器１６の出力ではアライメント信号の位相遅れ分が
補正され、これにより正確な位置測定信号が得られるこ
とになる。

また、上記構成のものをウェハの位置測定に適用すれば
、第２図（ｂ）に示すようになる。即ち、ウェハ４０に
設けた回折格子４１に周波数シフトされた光が照射され
、反射回折光が光検出器１１で検出される。他の構成は
第２図（ａ）と同様で、上記説明と同等の作用・効果が
得られる。

従って本実施例によれば、アライメント光のレベルに関
係なく、常に正確な位置測定が可能となり、測定精度の
向上をはかることができる。

第３図に示した位相補正量をメモリに格納しておくこと
によっ、て、本実施例では　１００倍以上の光量変化に
対しても常に誤差の少ない位置測定を行うことができた
。また、従来の構成に信号強度検出器１４．補正回路１
５及び加算器１６を付加するのみの簡易な構成で実現し
得る等の利点がある。

第４図は本発明の第２の実施例の概略構成を示すブロッ
ク図である。なお、第１図と同一部分には同一符号を付
して、その詳しい説明は省略する。

この実施例が、先に説明した第１の実、施例と異なる点
は、基準信号を得る手段として、基準光を検出する光検
出器２１及び増幅器２２を設けたことにある。なお、光
学系としては、第５図に示すように、マスク・ウェハの
位置合わせを行う構成とした。即ち、周波数の任かに異
なる２光東が、ハーフミラ−６２，６３を介してマスク
５０に設けられた２つのマーク（回折格子）５１．５２
に照射され、マーク５１．５２からの透過回折光を、投
影レンズ６０を通してウェハ４０に設けられたマーク（
回折格子）４１に照射する。そして、ウェハマーク４１
からの反射回折光をミラー６１を介して光検出器１１に
て検出し、これによりアライメント光を得る。

一方、前記周波数の僅かに異なる２光束をハーフミラ−
６２，６３により合成して光検出器１２にて検出し、こ
れにより基準光を得る。なお、基準光としては、マスク
マーク５１，５２からの変位測定方向とは９０＠異なる
透過回折光を用いてもよい。

光検出器１１の検出信号は、先の第１の実施例と同様に
増幅器１２を介して増幅された後、位相差検出回路１３
及び信号強度検出器１４に供給される。一方、光検出器
２１の検出信号は増幅器２２を介して増幅された後、位
相差検出回路１３に供給される。そして、先の実施例と
同様に、位相差検出回路１３の出力と補正回路１５の出
力が加算器１６により加算されるものとなっている。

このような構成であっても、先の実施例と同様に、位相
差検出回路１３の出力からマスク・ウェハの位置ずれ量
を測定することができ、さらに位相差検出回路１３の出
力に補正回路１５の出力を加算することにより、アライ
メント光のレベルの変化に起因する位置測定誤差を未然
に防止することができる。

第６図は本発明の第３の実施例の概略構成を示すブロッ
ク図である。なお、第４図と同一部分には同一符号を付
して、その詳しい説明は省略する。

この実施例が第２の実施例と異なる点は、アライメント
信号のみではなく、基準信号にも入力光レベルに応じた
補正を行うようにしたことにある。即ち、増幅器２２の
出力は位相差検出回路１３に供給されると共に、信号強
度検出器２４に供給されている。信号強度検出器２４の
検出値は補正回路２５に供給されている。そして、位相
差検出回路１３の出力に補正回路１５゜２５の出力が加
算器１６により加算されるものとなっている。

このような構成であれば、アライメント光のみではなく
基準信号に対しても光レベルの変化に起因する位相遅れ
を補正することができるので、位置ｎｊ定をより正確に
行うことができる。

なお、本発明は上述した各実施例に限定されるものでは
ない。第１の実施例では、マスクマークの透過回折光を
アライメント信号としてマスクの位置を検出したが、こ
の代わりにウェハマークの反射回折光をアライメント信
号としてウェハの位置を検出してもよい。さらに、第２
及び第３の実施例では、マスクマークの透過回折光をウ
ェハマークに照射し、そのウェハマークの反射回折光を
アライメント信号とすること・により、ウェハとマスク
との相対位置ずれ量を検出したが、この代わりにアライ
メント信号としてマスクマークの透過回折光又はウェハ
マークの反射回折光だけを単独で検出してもよい。

また、光学系の構成は第２図及び第５図に同等限定され
るものではなく、仕様に応じて適宜変更可能である。そ
の他、本発明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、アライメント信号
の大きさを検出し、この信号の大きさに応じた位相遅れ
を補正しているので、光量の変化に伴う位相変化に起因
する測定誤差の発生を防止することができ、測定精度の
向上をはかり得る位置測定装置を実現することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係わる位置測定装置の
概略構成を示すブロック図、第２図は上記装置の光学系
構成を示す図、第３図は人力光レベルと位相遅れとの関
係を示す特性図、第４図は本発明の第２の実施例の概略
構成を示すブロック図、第５図は第２の実施例装置の光
学系構成を示す図、第６図は本発明の第３の実施例の概
略構成を示すブロック図、第７図は従来の位置測定回路
の概略構成を示すブロック図である。１１．２１・・・光検出器、１２．２２・・・増幅器、１３・・・位相差検出回路、１４．２４・・・信号強度検出器、１５．２５・・・補正回路、１６・・・加算器、３１・・・レーザ光源、３’！＋、３４□・・・ＡＯＭ。４０・・・ウェハ、１・・・ウェハマーク、５０・・・マスク、５１゜５２゜５３・・・マスクマーク。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）波長の異なる２つの光束を用いて被測定試料の位
置を測定する光ヘテロダイン方式の位置測定装置におい
て、光量の変化による位相変化を補正することを特徴とする
位置測定装置。
（２）被測定試料に形成された回折格子マークにそれぞ
れ波長の異なる２つの光を照射し、その回折光を合成検
出して得られるアライメント信号と、前記２つの光を合
成した基準光に相当する基準信号との位相差を検出して
試料位置を測定する光ヘテロダイン方式の位置測定装置
において、前記アライメント信号と基準信号の少なくとも一方に対
し、該信号の大きさに応じて変化する位相遅れを補正す
ることを特徴とする位置測定装置。
（３）被測定試料に形成された回折格子マークにそれぞ
れ波長の異なる２つの光を照射し、その回折光を合成検
出して得られるアライメント信号と、前記２つの光を合
成した基準光に相当する基準信号との位相差を検出して
試料位置を測定する光ヘテロダイン方式の位置測定装置
において、前記アライメント信号と基準信号との位相差を検出する
手段と、前記アライメント信号の大きさに応じて補正量
を決定する手段と、この手段により決定された補正量を
前記位相差検出手段による検出信号に加算する手段とを
具備してなることを特徴とする位置測定装置。
（４）被測定試料に形成された回折格子マークにそれぞ
れ波長の異なる２つの光を照射し、その回折光を合成検
出して得られるアライメント信号と、前記２つの光を合
成した基準光に相当する基準信号との位相差を検出して
試料位置を測定する光ヘテロダイン方式の位置測定装置
において、前記アライメント信号と基準信号との位相差を検出する
手段と、前記アライメント信号の大きさに応じて補正量
を決定する第１の補正手段と、前記基準信号の大きさに
応じて補正量を決定する第２の補正手段と、前記各補正
手段による補正量を前記位相差検出手段による検出信号
に加算する手段とを具備してなることを特徴とする位置
測定装置。
（５）マスクに形成された２つの回折格子マークに波長
の異なる２つの光をそれぞれ照射し、マスクマークから
の透過回折光をウェハに形成された回折格子マークに照
射し、ウェハマークからの回折光に基づいてマスク・ウ
ェハの相対位置を測定する光ヘテロダイン方式の位置測
定装置において、前記ウェハマークからの２つの回折光を合成検出してア
ライメント信号を得る第１の光検出器と、前記マスクマ
ークからの２つの回折光を合成検出して基準信号を得る
第２の光検出器と、前記アライメント信号と基準信号と
の位相差を検出する位相差検出回路と、前記アライメン
ト信号の大きさを検出する第１の信号強度検出器と、こ
の第１の信号強度検出器の検出出力に応じて補正量を決
定する第１の補正回路と、前記基準信号の大きさを検出
する第２の信号強度検出器と、この第２の信号強度検出
器の検出出力に応じて補正量を決定する第２の補正回路
と、前記第１及び第２の補正回路による各補正量を前記
位相差検出回路による検出信号に加算する加算器とを具
備してなることを特徴とする位置測定装置。