JPH0587527A - 光ヘテロダイン干渉計測方法及び計測装置 - Google Patents
光ヘテロダイン干渉計測方法及び計測装置Info
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- JPH0587527A JPH0587527A JP3249204A JP24920491A JPH0587527A JP H0587527 A JPH0587527 A JP H0587527A JP 3249204 A JP3249204 A JP 3249204A JP 24920491 A JP24920491 A JP 24920491A JP H0587527 A JPH0587527 A JP H0587527A
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- light
- diffraction grating
- diffraction
- frequency
- diffracted light
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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
- 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
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Optical Transform (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ２つの異なるピッチの回折格子を測定マーク
に用いて、それぞれの回折格子からの回折光干渉光の回
折方向を変えることで、２つの回折光干渉光の分離を容
易にする。 【構成】 わずかに異なる２周波数の可干渉光を発生す
る光源から発した光を、偏光ビームスプリッタで周波数
ｆ１の直線偏光の光と周波数ｆ１の光とは偏光方向が９
０度異なる周波数ｆ２の光に分離し、周波数ｆ１の光と
周波数ｆ２の光を所定角度で第１の回折格子と、第１の
回折格子とはピッチの異なる第２の回折格子に入射さ
せ、第１の回折格子からの回折光干渉光を光電変換し、
第１の回折光干渉光とは異なる方向へ回折する第２の回
折格子からの回折光干渉光を光電変換し、光電変換され
た２つのビート信号の位相差を同期検出し、第１、第２
の回折格子の相対位置ずれ量を高精度に検出する。
に用いて、それぞれの回折格子からの回折光干渉光の回
折方向を変えることで、２つの回折光干渉光の分離を容
易にする。 【構成】 わずかに異なる２周波数の可干渉光を発生す
る光源から発した光を、偏光ビームスプリッタで周波数
ｆ１の直線偏光の光と周波数ｆ１の光とは偏光方向が９
０度異なる周波数ｆ２の光に分離し、周波数ｆ１の光と
周波数ｆ２の光を所定角度で第１の回折格子と、第１の
回折格子とはピッチの異なる第２の回折格子に入射さ
せ、第１の回折格子からの回折光干渉光を光電変換し、
第１の回折光干渉光とは異なる方向へ回折する第２の回
折格子からの回折光干渉光を光電変換し、光電変換され
た２つのビート信号の位相差を同期検出し、第１、第２
の回折格子の相対位置ずれ量を高精度に検出する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体などの露光装置
のマスクとウエハの位置合わせを行うための位置合わせ
装置及び重ね合わせ精度測定装置に関するものである。
のマスクとウエハの位置合わせを行うための位置合わせ
装置及び重ね合わせ精度測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図６、図７は特開昭６４ー８２６４号公
報２示されている直線回折格子を位置合わせマーク２用
いた光ヘテロダイン法による従来の位置合わせ装置で、
図８はその説明原理図である。図６において、ゼーマン
レーザ１０１から発した光１０２は回折格子１０３に入
射し、その格子からの回折光１０５、１０６、１０７を
ミラー１０４で偏向し、０次回折光１０５、１次回折光
１０６、ー１次回折光１０７のうち、照明光学系１０８
を通過後、いずれか１つの回折光をカットし、他の１つ
の回折光が１／２波長板で偏光方向を変換し、照明光学
系１０８のＮＡでき呈される角度でマスク１１２上の回
折格子１１１及びウエハ上の回折格子１１８に照射され
る。回折格子１１８により反射回折された第１の回折光
と回折格子１１１で反射回折された第２の回折光１１６
は進行方向は同じであるが、回折格子１１８と回折格子
１１１の位置が図７に示すようにＹ方向にずれているた
め、重なり合わずわずかに分離している。１２０は第１
の回折格子１１８からの回折光である第１の回折光１１
５の中で、偏光ビームスプリッタ３３で分離された同じ
偏光方向を持つ光のみを受光する第１の検出手段であ
り、第１の回折格子１１８からの回折光である第２の回
折光１１６はナイフエッジ１２１により遮断され第１の
検出手段１２０には入射しない。１２４は第２の回折格
子１１１からの回折光である第１の回折光１１６の中
で、偏光ビームスプリッタ３３で分離された同じ偏光方
向を持つ光のみを受光する第２の検出手段であり、第１
の回折格子１１８からの回折光である第２の回折光１１
５はナイフエッジ１２１により遮断され第１の検出手段
１２０には入射しない。１２５は第１の検出手段１２０
と第２の検出手段１２４から検出できる光ビート信号の
位相を検出する位相計、１２６はウエハステージ１１４
のウエハステージ駆動回路、１２７はマスクステージ１
１９マスクステージ駆動回路である。ここで図８を用い
てマスク１１２とウエハ１１３の位置合わせ原理を説明
する。図８において、周波数ｆ１の光のー１次回折光と
周波数ｆ２の１次回折光の合成光ＵMは次式で表され
る。
報２示されている直線回折格子を位置合わせマーク２用
いた光ヘテロダイン法による従来の位置合わせ装置で、
図８はその説明原理図である。図６において、ゼーマン
レーザ１０１から発した光１０２は回折格子１０３に入
射し、その格子からの回折光１０５、１０６、１０７を
ミラー１０４で偏向し、０次回折光１０５、１次回折光
１０６、ー１次回折光１０７のうち、照明光学系１０８
を通過後、いずれか１つの回折光をカットし、他の１つ
の回折光が１／２波長板で偏光方向を変換し、照明光学
系１０８のＮＡでき呈される角度でマスク１１２上の回
折格子１１１及びウエハ上の回折格子１１８に照射され
る。回折格子１１８により反射回折された第１の回折光
と回折格子１１１で反射回折された第２の回折光１１６
は進行方向は同じであるが、回折格子１１８と回折格子
１１１の位置が図７に示すようにＹ方向にずれているた
め、重なり合わずわずかに分離している。１２０は第１
の回折格子１１８からの回折光である第１の回折光１１
５の中で、偏光ビームスプリッタ３３で分離された同じ
偏光方向を持つ光のみを受光する第１の検出手段であ
り、第１の回折格子１１８からの回折光である第２の回
折光１１６はナイフエッジ１２１により遮断され第１の
検出手段１２０には入射しない。１２４は第２の回折格
子１１１からの回折光である第１の回折光１１６の中
で、偏光ビームスプリッタ３３で分離された同じ偏光方
向を持つ光のみを受光する第２の検出手段であり、第１
の回折格子１１８からの回折光である第２の回折光１１
５はナイフエッジ１２１により遮断され第１の検出手段
１２０には入射しない。１２５は第１の検出手段１２０
と第２の検出手段１２４から検出できる光ビート信号の
位相を検出する位相計、１２６はウエハステージ１１４
のウエハステージ駆動回路、１２７はマスクステージ１
１９マスクステージ駆動回路である。ここで図８を用い
てマスク１１２とウエハ１１３の位置合わせ原理を説明
する。図８において、周波数ｆ１の光のー１次回折光と
周波数ｆ２の１次回折光の合成光ＵMは次式で表され
る。
【０００３】 ＵM＝Ａ1ｅｘｐ｛ｉ（２πｆ１ｔ−φM）｝＋Ａ1ｅｘｐ｛ｉ（２πｆ２ｔ＋ φM）｝ （１） ここでφM＝２π・△ＸM／Ｐ（Ｐは格子のピッチ）であ
る。変数φMは第１の格子１１８がＸ方向に△ＸMだけ変
位することにより生じる。（１）式で表される合成光Ｕ
Mの光強度ＩMを検出すれば、 ＩM＝Ａ12＋Ａ22＋２Ａ1Ａ2ｃｏｓ｛２π（ｆ１−ｆ２）ｔー２φM｝（２） ２式で表される光ビート信号の位相は、第１の回折格子
が△ＸM移動すると（２）式の第３項で表される光ビー
ト信号の位相が４π△Ｘ／Ｐラジアンだけ変化する。こ
れが、光ビート信号の位相を検出することにより、第１
の回折格子１１８の移動量△ＸMを検出する原理であ
る。これとまったく同様にして、ウエハ１１３上の第２
の回折格子１１の移動量△ＸWも検出できる。第２の検
出手段１２４で検出する光ビート信号ＩWは、周波数ｆ
１の光の１次回折光と周波数ｆ２の光のー１次回折光の
合成光の光強度であり、次式で表すことができる。
る。変数φMは第１の格子１１８がＸ方向に△ＸMだけ変
位することにより生じる。（１）式で表される合成光Ｕ
Mの光強度ＩMを検出すれば、 ＩM＝Ａ12＋Ａ22＋２Ａ1Ａ2ｃｏｓ｛２π（ｆ１−ｆ２）ｔー２φM｝（２） ２式で表される光ビート信号の位相は、第１の回折格子
が△ＸM移動すると（２）式の第３項で表される光ビー
ト信号の位相が４π△Ｘ／Ｐラジアンだけ変化する。こ
れが、光ビート信号の位相を検出することにより、第１
の回折格子１１８の移動量△ＸMを検出する原理であ
る。これとまったく同様にして、ウエハ１１３上の第２
の回折格子１１の移動量△ＸWも検出できる。第２の検
出手段１２４で検出する光ビート信号ＩWは、周波数ｆ
１の光の１次回折光と周波数ｆ２の光のー１次回折光の
合成光の光強度であり、次式で表すことができる。
【０００４】 Ｉw＝Ａ12＋Ａ22＋２Ａ1Ａ2ｃｏｓ｛２π（ｆ１−ｆ２）ｔ＋２φw｝（３） ここでφw＝２π・△ＸW／Ｐである。（２）式で表され
る第１の検出手段１２０で検出できる光ビート信号と
（３）式で表される第２の検出手段１２４で検出できる
光ビート信号の位相差△φは次式で表される。
る第１の検出手段１２０で検出できる光ビート信号と
（３）式で表される第２の検出手段１２４で検出できる
光ビート信号の位相差△φは次式で表される。
【０００５】 △φ＝４π（△ＸM−△ＸW）／Ｐ （４） このように、マスク回折光ビート信号とウエハ回折光ビ
ート信号との位相差を検出し、位相差を０°となるよう
にマスクステージとウエハステージを相対移動させて、
マスク、ウエハの精密な位置合わせを行う。
ート信号との位相差を検出し、位相差を０°となるよう
にマスクステージとウエハステージを相対移動させて、
マスク、ウエハの精密な位置合わせを行う。
【０００６】また、露光装置として組み上げられた装置
の位置合わせ性能を実際に計測、評価するにはマスク上
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でずれ量の測定を行う
ことによってなされていた。
の位置合わせ性能を実際に計測、評価するにはマスク上
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でずれ量の測定を行う
ことによってなされていた。
【０００７】例えば、図９に示すようにいわゆるバーニ
アパターンをウエハ上に露光形成してそのずれ量を顕微
鏡で拡大観察することにより、バーニア計測をする方法
が従来よりよく知られている。すなわち、図９（ａ）
（ｂ）（ｃ）において、いずれのパターンもウエハ上に
露光された例えばレジストパターンであり、斜線を施し
た部分にレジストが存在している。図９はＸ方向のずれ
量のみを計測する手段を示している。この時パターン１
５１とパターン１５２は互いにバーニアを構成してお
り、バーニア１目盛りは０．０５μｍに相当する。まず
マスク（レチクル）でウエハ上に露光し、パターン１５
１を形成した後（現像し）、レジスト塗布し、更にパタ
ーン１５２が設けられている第２のマスク（レチクル）
で再びアライメントをしたのち露光しパターン１５２を
形成する。そして、アライメントした結果どの程度の誤
差で第１のマスク（レチクル）と第２のマスク（レチク
ル）の重ね合わせがなされているかを１５１と１５２の
パターンが共に焼き付けられた図９（ｃ）で示すような
ウエハ上のパターンを顕微鏡で拡大観察して読みとり計
測する。従来の半導体露光装置の焼き付け重ね合わせ精
度の測定は以上のようになされていた。
アパターンをウエハ上に露光形成してそのずれ量を顕微
鏡で拡大観察することにより、バーニア計測をする方法
が従来よりよく知られている。すなわち、図９（ａ）
（ｂ）（ｃ）において、いずれのパターンもウエハ上に
露光された例えばレジストパターンであり、斜線を施し
た部分にレジストが存在している。図９はＸ方向のずれ
量のみを計測する手段を示している。この時パターン１
５１とパターン１５２は互いにバーニアを構成してお
り、バーニア１目盛りは０．０５μｍに相当する。まず
マスク（レチクル）でウエハ上に露光し、パターン１５
１を形成した後（現像し）、レジスト塗布し、更にパタ
ーン１５２が設けられている第２のマスク（レチクル）
で再びアライメントをしたのち露光しパターン１５２を
形成する。そして、アライメントした結果どの程度の誤
差で第１のマスク（レチクル）と第２のマスク（レチク
ル）の重ね合わせがなされているかを１５１と１５２の
パターンが共に焼き付けられた図９（ｃ）で示すような
ウエハ上のパターンを顕微鏡で拡大観察して読みとり計
測する。従来の半導体露光装置の焼き付け重ね合わせ精
度の測定は以上のようになされていた。
【０００８】
【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、前
記従来例では位置合わせ装置の場合、２つの回折光干渉
光を分離するナイフエッジのエッジ部分での散乱及び面
精度の低下により、ビート信号にノイズが加わったり、
２つの回折光干渉光を分離するナイフエッジの設定位置
がずれると測定精度に影響がでる等の問題点があり、一
方、重ね合わせ精度測定法であるバーニア計測の場合、
人の目による計測のため時間がかかり、また人によって
測定値にばらつきがあったり、検出分解能が足りない、
などの問題があった。
記従来例では位置合わせ装置の場合、２つの回折光干渉
光を分離するナイフエッジのエッジ部分での散乱及び面
精度の低下により、ビート信号にノイズが加わったり、
２つの回折光干渉光を分離するナイフエッジの設定位置
がずれると測定精度に影響がでる等の問題点があり、一
方、重ね合わせ精度測定法であるバーニア計測の場合、
人の目による計測のため時間がかかり、また人によって
測定値にばらつきがあったり、検出分解能が足りない、
などの問題があった。
【０００９】本発明は以上のような従来の欠点を克服
し、光学系のセッティングの容易かつ高精度な光ヘテロ
ダイン干渉計測方法及び計測装置を提供する。
し、光学系のセッティングの容易かつ高精度な光ヘテロ
ダイン干渉計測方法及び計測装置を提供する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】図２において、隣接して
設けられた２つの回折格子６、８に左右から周波数ｆ
１、ｆ２の光を所定角度で入射させ、回折格子６からの
回折光のうち、周波数ｆ１の回折光と周波数ｆ２の回折
光で同一方向に回折する光同士を干渉させ、第１のビー
ト光を得る。一方、回折格子８からの回折光のうち、周
波数ｆ１の回折光と周波数ｆ２の回折光で同一方向に回
折する光同士を干渉させ、第２のビート光を得る。回折
格子６と回折格子８のピッチは互いに異なるため第１、
第２のビート光の進行方向が異なり、容易に、２つのビ
ート光の分離ができる。それぞれのビート光を光電変換
器で光電変換し２つのビート信号を得るようにしてい
る。更に、２つのビート信号の位相差△φが回折格子
６、８の相対位置ずれ量△Ｘに比例するように入射角、
回折格子６、８のピッチ、及び計測に用いる回折光の次
数を設定しており、位相差計で検出した２つのビート信
号の位相差△φから回折格子の相対位置ずれ量に喚算す
るようにしている。
設けられた２つの回折格子６、８に左右から周波数ｆ
１、ｆ２の光を所定角度で入射させ、回折格子６からの
回折光のうち、周波数ｆ１の回折光と周波数ｆ２の回折
光で同一方向に回折する光同士を干渉させ、第１のビー
ト光を得る。一方、回折格子８からの回折光のうち、周
波数ｆ１の回折光と周波数ｆ２の回折光で同一方向に回
折する光同士を干渉させ、第２のビート光を得る。回折
格子６と回折格子８のピッチは互いに異なるため第１、
第２のビート光の進行方向が異なり、容易に、２つのビ
ート光の分離ができる。それぞれのビート光を光電変換
器で光電変換し２つのビート信号を得るようにしてい
る。更に、２つのビート信号の位相差△φが回折格子
６、８の相対位置ずれ量△Ｘに比例するように入射角、
回折格子６、８のピッチ、及び計測に用いる回折光の次
数を設定しており、位相差計で検出した２つのビート信
号の位相差△φから回折格子の相対位置ずれ量に喚算す
るようにしている。
【００１１】
【実施例】図１は本発明の第１の実施例を示すもので、
半導体露光装置の位置合わせ装置部に応用したものであ
る。 図１において、１は２周波ゼーマンレーザ、２は
偏光ビームスプリッタ、３はミラー、４は１／２波長
板、５はマスク、６はマスク上の回折格子、７はウエ
ハ、８はウエハ上の回折格子、９はミラー、１１は光セ
ンサー、１２は位相差計、１３は信号処理制御部、１４
はマスクＸ方向駆動用のアクチュエータ、１５はウエハ
Ｘ方向駆動用のアクチュエータ、１６はマスクステー
ジ、１７はウエハステージである。
半導体露光装置の位置合わせ装置部に応用したものであ
る。 図１において、１は２周波ゼーマンレーザ、２は
偏光ビームスプリッタ、３はミラー、４は１／２波長
板、５はマスク、６はマスク上の回折格子、７はウエ
ハ、８はウエハ上の回折格子、９はミラー、１１は光セ
ンサー、１２は位相差計、１３は信号処理制御部、１４
はマスクＸ方向駆動用のアクチュエータ、１５はウエハ
Ｘ方向駆動用のアクチュエータ、１６はマスクステー
ジ、１７はウエハステージである。
【００１２】ゼーマンレーザ１から発せられた周波数ｆ
１，ｆ２の光は偏光ビームスプリッタ２で分割される。
偏光ビームスプリッタ２で反射した周波数ｆ１（Ｓ偏
光）の光、及び偏光ビームスプリッタ２を透過した周波
数ｆ２（Ｐ偏光）の光はミラー３で偏向され、マスク５
上の回折格子６及びウエハ７上の回折格子８にそれぞれ
所定角度で入射する。なお周波数ｆ１の光は１／２波長
板４を通り、偏向方向が９０度回転しＰ偏光の光となっ
て入射する。
１，ｆ２の光は偏光ビームスプリッタ２で分割される。
偏光ビームスプリッタ２で反射した周波数ｆ１（Ｓ偏
光）の光、及び偏光ビームスプリッタ２を透過した周波
数ｆ２（Ｐ偏光）の光はミラー３で偏向され、マスク５
上の回折格子６及びウエハ７上の回折格子８にそれぞれ
所定角度で入射する。なお周波数ｆ１の光は１／２波長
板４を通り、偏向方向が９０度回転しＰ偏光の光となっ
て入射する。
【００１３】この時、図２に示すように、回折格子６と
回折格子８のピッチが異なるものを用いることにより、
回折方向が回折格子６と８で異なり、それぞれの回折格
子からの回折光の分離が容易にできる。回折格子６のピ
ッチをＰa 、回折格子８のピッチをＰbとし、入射角を
θin、光の波長をλ、回折格子６の回折角をθa、回折
次数をｍa 、回折格子８の回折角をθb、回折次数をｍb
とするとそれぞれの回折格子について次式が成り立つ。
（図３に示すように、入射角はＺ軸から反時計回りが
正、時計回りを負の方向、回折角はその逆とする） Ｐa（ｓｉｎθinーｓｉｎθa）＝ｍaλ （５） Ｐb（ｓｉｎθinーｓｉｎθb）＝ｍbλ （６） ここで、例えば回折格子６のピッチＰa＝２μｍ 、回折
格子８のピッチＰb ＝３μｍ、光の波長λ＝０．６３２
８μｍとし、回折格子６からの１次、ー１次回折光を真
上（θa＝０））に回折させる入射角θinは（５）式よ
り、 θin＝ｓｉｎー1（λ／Ｐa）＝１８．４° また、左側入射光の２次回折光、右側入射光のー１次回
折光を用いると、（６）式より、 θb＝ｓｉｎー1（２・λ／Ｐb−１・λ／Ｐa） （２次） ＝ｓｉｎー1（ー１・λ／Ｐb＋１・λ／Ｐa） （ー１次） ＝６．１° となり、回折格子８からの２次、ー１次回折光は共にＺ
軸から６．１度時計回りにずれた方向に回折する。 回
折格子６からの±１次回折光同士、及び回折格子８から
の２次、ー１次回折光同士は、干渉してそれぞれ周波数
がわずかに異なるため回折光干渉光はビート周波数（ｆ
１−ｆ２）の２つの光ビート信号となる。
回折格子８のピッチが異なるものを用いることにより、
回折方向が回折格子６と８で異なり、それぞれの回折格
子からの回折光の分離が容易にできる。回折格子６のピ
ッチをＰa 、回折格子８のピッチをＰbとし、入射角を
θin、光の波長をλ、回折格子６の回折角をθa、回折
次数をｍa 、回折格子８の回折角をθb、回折次数をｍb
とするとそれぞれの回折格子について次式が成り立つ。
（図３に示すように、入射角はＺ軸から反時計回りが
正、時計回りを負の方向、回折角はその逆とする） Ｐa（ｓｉｎθinーｓｉｎθa）＝ｍaλ （５） Ｐb（ｓｉｎθinーｓｉｎθb）＝ｍbλ （６） ここで、例えば回折格子６のピッチＰa＝２μｍ 、回折
格子８のピッチＰb ＝３μｍ、光の波長λ＝０．６３２
８μｍとし、回折格子６からの１次、ー１次回折光を真
上（θa＝０））に回折させる入射角θinは（５）式よ
り、 θin＝ｓｉｎー1（λ／Ｐa）＝１８．４° また、左側入射光の２次回折光、右側入射光のー１次回
折光を用いると、（６）式より、 θb＝ｓｉｎー1（２・λ／Ｐb−１・λ／Ｐa） （２次） ＝ｓｉｎー1（ー１・λ／Ｐb＋１・λ／Ｐa） （ー１次） ＝６．１° となり、回折格子８からの２次、ー１次回折光は共にＺ
軸から６．１度時計回りにずれた方向に回折する。 回
折格子６からの±１次回折光同士、及び回折格子８から
の２次、ー１次回折光同士は、干渉してそれぞれ周波数
がわずかに異なるため回折光干渉光はビート周波数（ｆ
１−ｆ２）の２つの光ビート信号となる。
【００１４】図１において、回折格子６による１次回折
光ＥM（１）、ー１次回折光ＥM（ー１）を複素振幅表示
すると次のようにかける。
光ＥM（１）、ー１次回折光ＥM（ー１）を複素振幅表示
すると次のようにかける。
【００１５】 ＥM（１）＝ＡM・ｅｘｐ｛ｉ（２πｆ１＋φ１＋φM）｝ （７） ＥM（ー１）＝ＢM・ｅｘｐ｛ｉ（２πｆ２＋φ２ーφM）｝ （８） ここで、ＡM、ＢM は振幅で、φ１、φ２は光の初期位
相、φMはマスク５のＸ方向の基準位置からのずれ量△
ＸMに伴う位相変化で、回折格子６のピッチをＰaとした
とき、φM＝２π△ＸM／Ｐaである。
相、φMはマスク５のＸ方向の基準位置からのずれ量△
ＸMに伴う位相変化で、回折格子６のピッチをＰaとした
とき、φM＝２π△ＸM／Ｐaである。
【００１６】また、回折格子８による２次回折光ＥW
（２）、ー１次回折光ＥW（ー１）を複素振幅表示する
と次のようにかける。
（２）、ー１次回折光ＥW（ー１）を複素振幅表示する
と次のようにかける。
【００１７】 ＥW（２）＝ＡW・ｅｘｐ｛ｉ（２πｆ１＋φ１＋２φW）｝ （９） ＥW（ー１）＝ＢW・ｅｘｐ｛ｉ（２πｆ２＋φ２ーφW）｝ （１０） ここで、ＡW、ＢW は振幅で、φ１、φ２は光の初期位
相、φWはウエハ７のＸ方向の基準位置からのずれ量△
ＸWに伴う位相変化で、回折格子６のピッチをＰbとした
とき、φW＝２π△ＸW／Ｐbである。（７）、（８）式
で表される２つの光を重ね合わせたときの光強度変化Ｉ
M は、次のようにかける。
相、φWはウエハ７のＸ方向の基準位置からのずれ量△
ＸWに伴う位相変化で、回折格子６のピッチをＰbとした
とき、φW＝２π△ＸW／Ｐbである。（７）、（８）式
で表される２つの光を重ね合わせたときの光強度変化Ｉ
M は、次のようにかける。
【００１８】 ＩM＝ＡM2＋ＢM2＋ＡMＢM・ｃｏｓ｛２π（ｆ１−ｆ２）ｔ＋（φ１ーφ２） ＋２φM｝ （１１） さらに（９）、（１０）式で表される２つの光を重ね合
わせたときの光強度変化ＩWは、次のようにかける。
わせたときの光強度変化ＩWは、次のようにかける。
【００１９】 ＩW＝ＡW2＋ＢW2＋ＡWＢW・ｃｏｓ｛２π（ｆ１−ｆ２）ｔ＋（φ１ーφ２） ＋３φW｝ （１２） （１１）、（１２）式で表される２つの回折光干渉光
は、それぞれ光センサー１１で光電検出される。光電検
出した２つの光ビート信号を位相差計１２に導入し、そ
の位相差△φを計測する。△φは、 △φ＝２φMー３φW ＝２π（２△ＸM／Ｐaー３△ＸW／Ｐb） となり、Ｐa＝２μｍ 、Ｐb＝３μｍ のとき、△φ＝２
π（△ＸMー△ＸW）であるから、信号処理制御部１３
で、位相差計１２で計測した△φをもとにマスク５とウ
エハ７の相対位置ずれ量（△ＸM−△ＸW）が検出され、
この値に基づいて周知のマスクＸ方向駆動用のアクチュ
エータ１４とウエハＸ方向駆動用のアクチュエータ１５
の少なくとも一方に駆動指令命令が出されて、マスク５
とウエハ７の位置合わせが行われる。
は、それぞれ光センサー１１で光電検出される。光電検
出した２つの光ビート信号を位相差計１２に導入し、そ
の位相差△φを計測する。△φは、 △φ＝２φMー３φW ＝２π（２△ＸM／Ｐaー３△ＸW／Ｐb） となり、Ｐa＝２μｍ 、Ｐb＝３μｍ のとき、△φ＝２
π（△ＸMー△ＸW）であるから、信号処理制御部１３
で、位相差計１２で計測した△φをもとにマスク５とウ
エハ７の相対位置ずれ量（△ＸM−△ＸW）が検出され、
この値に基づいて周知のマスクＸ方向駆動用のアクチュ
エータ１４とウエハＸ方向駆動用のアクチュエータ１５
の少なくとも一方に駆動指令命令が出されて、マスク５
とウエハ７の位置合わせが行われる。
【００２０】なお、説明では省略したが、Ｙ方向にもこ
れら一式を設けてＹ方向の位置合わせも同様に行う。ま
た、本説明では２つの回折格子のピッチをそれぞれ２μ
ｍ、３μｍとし、±１次回折光及び、２次、ー１次回折
光を利用したが（５）、（６）式をもとに、相対位置ず
れ量：△ＸMー△ＸWにビート信号の位相差：△φが１対
１に対応するようにし、かつ、２つの回折格子殻の回折
光干渉光が異なる方向に回折するようにすれば、その他
の回折格子ピッチあるいは、その他の回折次数の回折光
を測定に利用することも可能である。
れら一式を設けてＹ方向の位置合わせも同様に行う。ま
た、本説明では２つの回折格子のピッチをそれぞれ２μ
ｍ、３μｍとし、±１次回折光及び、２次、ー１次回折
光を利用したが（５）、（６）式をもとに、相対位置ず
れ量：△ＸMー△ＸWにビート信号の位相差：△φが１対
１に対応するようにし、かつ、２つの回折格子殻の回折
光干渉光が異なる方向に回折するようにすれば、その他
の回折格子ピッチあるいは、その他の回折次数の回折光
を測定に利用することも可能である。
【００２１】図４は本発明の第２の実施例を示すもの
で、半導体露光装置の重ね合わせ精度測定装置に応用し
たものである。 図４において、１は２周波ゼーマンレ
ーザ、２０はコリメータレンズ、２は偏光ビームスプリ
ッタ、３はミラー、４は１／２波長板、７はウエハ、２
１、２２はウエハ上の回折格子、９はミラー、１１は光
センサー、１２は位相差計、２３は信号処理部である。
で、半導体露光装置の重ね合わせ精度測定装置に応用し
たものである。 図４において、１は２周波ゼーマンレ
ーザ、２０はコリメータレンズ、２は偏光ビームスプリ
ッタ、３はミラー、４は１／２波長板、７はウエハ、２
１、２２はウエハ上の回折格子、９はミラー、１１は光
センサー、１２は位相差計、２３は信号処理部である。
【００２２】始めに回折格子２１、２２の作製方法につ
いて説明する。半導体焼き付けプロセスで、マスク（レ
チクル）に第１の回折格子を設けてそれをウエハ７上に
焼き付け転写し回折格子２１（１ｓｔＬａｙｅｒ）を作
製し、その後、同じマスク、あるいは別のマスクの所定
位置に前記の第１の回折格子とは異なるピッチの第２の
回折格子を設けておき、マスクとウエハの位置合わせを
行った後、ウエハ７上の回折格子２１に隣接する位置に
第２の回折格子を焼き付け転写して回折格子２２（２ｎ
ｄＬａｙｅｒ）を作製する。
いて説明する。半導体焼き付けプロセスで、マスク（レ
チクル）に第１の回折格子を設けてそれをウエハ７上に
焼き付け転写し回折格子２１（１ｓｔＬａｙｅｒ）を作
製し、その後、同じマスク、あるいは別のマスクの所定
位置に前記の第１の回折格子とは異なるピッチの第２の
回折格子を設けておき、マスクとウエハの位置合わせを
行った後、ウエハ７上の回折格子２１に隣接する位置に
第２の回折格子を焼き付け転写して回折格子２２（２ｎ
ｄＬａｙｅｒ）を作製する。
【００２３】続いて重ね合わせ精度の測定原理を説明す
る。 ゼーマンレーザ１から発せられた周波数ｆ１，ｆ
２の光はコリメータレンズ２０を通り、偏光ビームスプ
リッタ２で分割される。 偏光ビームスプリッタ２で反
射した周波数ｆ１（Ｓ偏光）の光、及び偏光ビームスプ
リッタ２を透過した周波数ｆ２（Ｐ偏光）の光はミラー
３で偏向され、ウエハ７上の隣接する２つの回折格子２
１、２２にそれぞれ所定角度で入射する。
る。 ゼーマンレーザ１から発せられた周波数ｆ１，ｆ
２の光はコリメータレンズ２０を通り、偏光ビームスプ
リッタ２で分割される。 偏光ビームスプリッタ２で反
射した周波数ｆ１（Ｓ偏光）の光、及び偏光ビームスプ
リッタ２を透過した周波数ｆ２（Ｐ偏光）の光はミラー
３で偏向され、ウエハ７上の隣接する２つの回折格子２
１、２２にそれぞれ所定角度で入射する。
【００２４】２つの回折格子２１、２２は別々の焼き付
けプロセスを経て形成され、図５に示すように焼き付け
時の相対位置ずれ量△Ｘが生じている。また図５におい
て２４はコリメータレンズ２０により絞られたウエハ７
面上でのビームスポット径を示しており、左右からの入
射光スポットは重なっており、２つの回折格子２１、２
２の全域を覆っている。
けプロセスを経て形成され、図５に示すように焼き付け
時の相対位置ずれ量△Ｘが生じている。また図５におい
て２４はコリメータレンズ２０により絞られたウエハ７
面上でのビームスポット径を示しており、左右からの入
射光スポットは重なっており、２つの回折格子２１、２
２の全域を覆っている。
【００２５】なお周波数ｆ１の光は１／２波長板４を通
り、偏向方向が９０度回転しＰ偏光の光となって入射す
る。
り、偏向方向が９０度回転しＰ偏光の光となって入射す
る。
【００２６】回折方向が回折格子２１と２２で異なり、
それぞれの回折格子からの回折光の分離が容易にでき
る。第１の実施例と同様に回折格子２１のピッチを２μ
ｍ 、回折格子２２のピッチを３μｍ とし、入射角をθ
in＝１８．４°とすると、図４において、回折格子２１
による１次回折光Ｅ1（１）、ー１次回折光Ｅ（ー１）
を複素振幅表示すると次のようにかける。
それぞれの回折格子からの回折光の分離が容易にでき
る。第１の実施例と同様に回折格子２１のピッチを２μ
ｍ 、回折格子２２のピッチを３μｍ とし、入射角をθ
in＝１８．４°とすると、図４において、回折格子２１
による１次回折光Ｅ1（１）、ー１次回折光Ｅ（ー１）
を複素振幅表示すると次のようにかける。
【００２７】 Ｅ1（１）＝Ａ1・ｅｘｐ｛ｉ（２πｆ１＋φ１＋φ1）｝ （１３） Ｅ1（ー１）＝Ｂ1・ｅｘｐ｛ｉ（２πｆ２＋φ２ーφ1）｝ （１４） ここで、Ａ1，Ｂ1は振幅で、φ１、φ２は光の初期位
相、φ1は回折格子２１のＸ方向の基準位置からのずれ
量△Ｘ1に伴う位相変化で、回折格子２１のピッチをＰ
１としたとき、φ１＝２π△Ｘ1／Ｐaである。
相、φ1は回折格子２１のＸ方向の基準位置からのずれ
量△Ｘ1に伴う位相変化で、回折格子２１のピッチをＰ
１としたとき、φ１＝２π△Ｘ1／Ｐaである。
【００２８】また、回折格子２２による２次回折光Ｅ2
（２）、ー１次回折光Ｅ2（ー１）を複素振幅表示する
と次のようにかける。
（２）、ー１次回折光Ｅ2（ー１）を複素振幅表示する
と次のようにかける。
【００２９】 Ｅ2（２）＝Ａ2・ｅｘｐ｛ｉ（２πｆ１＋φ１＋２φ2）｝ （１５） Ｅ2（ー１）＝Ｂ2・ｅｘｐ｛ｉ（２πｆ２＋φ２ーφ2）｝ （１６） ここで、Ａ2，Ｂ2は振幅で、φ１、φ２は光の初期位
相、φ2は回折格子２２のＸ方向の基準位置からのずれ
量△Ｘ1に伴う位相変化で、回折格子２２のピッチをＰ2
としたとき、φW＝２π△ＸW／Ｐ2である。 （１３）、
（１４）式で表される２つの光を重ね合わせたときの光
強度変化Ｉ1は、次のようにかける。
相、φ2は回折格子２２のＸ方向の基準位置からのずれ
量△Ｘ1に伴う位相変化で、回折格子２２のピッチをＰ2
としたとき、φW＝２π△ＸW／Ｐ2である。 （１３）、
（１４）式で表される２つの光を重ね合わせたときの光
強度変化Ｉ1は、次のようにかける。
【００３０】 Ｉ1＝Ａ12＋Ｂ12＋Ａ1Ｂ1・ｃｏｓ｛２π（ｆ１−ｆ２）ｔ＋（φ１ーφ２） ＋２φ1｝ （１７） さらに（１５）、（１６）式で表される２つの光を重ね
合わせたときの光強度変化Ｉ2は、次のようにかける。
合わせたときの光強度変化Ｉ2は、次のようにかける。
【００３１】 Ｉ2＝Ａ22＋Ｂ22＋Ａ2Ｂ2・ｃｏｓ｛２π（ｆ１−ｆ２）ｔ＋（φ１ーφ２） ＋３φ2｝ （１８） （１７）、（１８）式で表される２つの回折光干渉光
は、それぞれ光センサー１１で光電検出される。光電検
出した２つの光ビート信号を位相差計１２に導入し、そ
の位相差△φを計測する。△φは、 △φ＝２φ1ー３φ2 ＝２π（２△Ｘ1／Ｐ1ー３△Ｘ1／Ｐ1） となり、Ｐ1＝２μｍ 、Ｐ1＝３μｍ のとき、△φ＝２
π（△Ｘ1ー△Ｘ2）であるから、信号処理部２３で、次
式のように、位相差計１２で計測した△φをもとに回折
格子２１と回折格子２２の相対位置ずれ量、すなわち１
ｓｔＬａｙｅｒと２ｎｄＬａｙｅｒのＸ方向の重ね合わ
せ誤差△Ｘ（μｍ ）が計算される。
は、それぞれ光センサー１１で光電検出される。光電検
出した２つの光ビート信号を位相差計１２に導入し、そ
の位相差△φを計測する。△φは、 △φ＝２φ1ー３φ2 ＝２π（２△Ｘ1／Ｐ1ー３△Ｘ1／Ｐ1） となり、Ｐ1＝２μｍ 、Ｐ1＝３μｍ のとき、△φ＝２
π（△Ｘ1ー△Ｘ2）であるから、信号処理部２３で、次
式のように、位相差計１２で計測した△φをもとに回折
格子２１と回折格子２２の相対位置ずれ量、すなわち１
ｓｔＬａｙｅｒと２ｎｄＬａｙｅｒのＸ方向の重ね合わ
せ誤差△Ｘ（μｍ ）が計算される。
【００３２】 △Ｘ＝△Ｘ1−△Ｘ2＝△φ／２π （１９） なお、説明では省略したが、Ｙ方向にもこれら一式を設
けてＹ方向の重ね合わせ誤差の測定も同様に行う。ま
た、本説明では２つの回折格子のピッチをそれぞれ２μ
ｍ 、３μｍ とし、±１次回折光及び、２次、ー１次回
折光を利用したが重ね合わせ誤差：△Ｘにビート信号の
位相差：△φが１対１に対応するようにして、かつ２つ
の回折格子からの回折光干渉光が異なる方向に回折する
ようにすれば、その他の回折格子ピッチあるいは、その
他の回折次数の回折光を測定に利用することも可能であ
る。
けてＹ方向の重ね合わせ誤差の測定も同様に行う。ま
た、本説明では２つの回折格子のピッチをそれぞれ２μ
ｍ 、３μｍ とし、±１次回折光及び、２次、ー１次回
折光を利用したが重ね合わせ誤差：△Ｘにビート信号の
位相差：△φが１対１に対応するようにして、かつ２つ
の回折格子からの回折光干渉光が異なる方向に回折する
ようにすれば、その他の回折格子ピッチあるいは、その
他の回折次数の回折光を測定に利用することも可能であ
る。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、光ヘテロダイン干
渉計測を応用した半導体露光装置の位置合わせ装置、半
導体重ね合わせ精度測定装置において、２つの異なるピ
ッチの回折格子を計測用マークに用い、それぞれの回折
格子から得られる回折光干渉光（光ビート信号）の回折
方向が異なるような回折次数の光を用いることにより、
従来のナイフエッジで２光束のうち１光束を遮断する方
法に比べ約２倍の光量を利用することができ、Ｓ／Ｎ向
上、エッジによる散乱光の影響が無く、更なる高精度化
が可能となり、光学系の設定も容易になるなどの効果が
ある。
渉計測を応用した半導体露光装置の位置合わせ装置、半
導体重ね合わせ精度測定装置において、２つの異なるピ
ッチの回折格子を計測用マークに用い、それぞれの回折
格子から得られる回折光干渉光（光ビート信号）の回折
方向が異なるような回折次数の光を用いることにより、
従来のナイフエッジで２光束のうち１光束を遮断する方
法に比べ約２倍の光量を利用することができ、Ｓ／Ｎ向
上、エッジによる散乱光の影響が無く、更なる高精度化
が可能となり、光学系の設定も容易になるなどの効果が
ある。
【図１】本発明の第１の実施例を説明する位置合わせ装
置の概略図である。
置の概略図である。
【図２】異なるピッチの２つの回折格子からの回折方向
を説明する図である。
を説明する図である。
【図３】入射角、回折角の符号のとり方を説明する図で
ある。
ある。
【図４】第２の実施例を説明する半導体重ね合わせ精度
測定装置の概略図である。
測定装置の概略図である。
【図５】第２実施例におけるウエハ上のビームスポット
図である。
図である。
【図６】従来の位置合わせ装置の概略図である。
【図７】従来の位置合わせ装置の入射光、回折光を示す
図である。
図である。
【図８】従来の位置合わせ方法を説明するための図であ
る。
る。
【図９】従来の半導体重ね合わせ精度測定方法を説明す
るための図でバーニアパターンである。
るための図でバーニアパターンである。
１２周波ゼーマンレーザ ２ 偏光ビームスプリッタ ３、９ ミラー ４１／２波長板 ５ マスク ６、８、２１、２２ 回折格子 ７ ウエハ １１ 光センサー １２ 位相差計 １３ 信号処理制御部 １４、１５ アクチュエータ １６ マスクステージ １７ ウエハステージ ２０ コリメータレンズ ２３ 信号処理部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 謙治 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内 (72)発明者 千徳 孝一 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 わずかに異なる２周波数の可干渉光を発
生する光源から発した光を、偏光ビームスプリッタで周
波数ｆ１の直線偏光の光と前記周波数ｆ１の光とは偏光
方向が９０度異なる周波数ｆ２の光に分離し、前記周波
数ｆ１の光と前記周波数ｆ２の光を所定角度で第１の回
折格子と、前記第１の回折格子とはピッチの異なる第２
の回折格子に入射させ、前記第１の回折格子からの第１
の回折光干渉光を光電変換し、前記第１の回折光干渉光
とは異なる方向へ回折する前記第２の回折格子からの回
折光干渉光を光電変換し、光電変換された２つのビート
信号の位相差を同期検出し、第１、第２の回折格子の相
対位置ずれ量を検出することを特徴とする光ヘテロダイ
ン干渉計測方法。 - 【請求項２】 前記２つのビート信号の位相差と、前記
第１、第２の回折格子の相対位置ずれ量が比例するよう
に、前記周波数ｆ１、ｆ２の光の入射角、前記第１、第
２の回折格子のピッチ、及び測定に用いる回折光の次数
を設定していることを特徴とする請求項１記載の光ヘテ
ロダイン干渉計測方法。 - 【請求項３】 わずかに異なる２周波数の可干渉光を発
生する光源と、前記光源から発せられた２周波数の可干
渉光を周波数ｆ１の直線偏光の光と前記ｆ１の光とは偏
光方向が９０度異なる周波数ｆ２の光に分離するための
偏光ビームスプリッタと、第１の回折格子と、前記第１
の回折格子とはピッチの異なる第２の回折格子と、前記
第１の回折格子からの第１の回折光干渉光を光電変換す
る光電変換器と、前記第１の回折光干渉光とは異なる方
向へ回折する前記第２の回折格子からの回折光干渉光を
光電変換する光電変換器と、光電変換された２つのビー
ト信号の位相差を同期検出する同期検出器と、前記位相
差から第１、第２の回折格子の相対位置ずれ量を計算す
るための信号処理部とから構成されることを特徴とする
光へテロダイン干渉計測装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3249204A JPH0587527A (ja) | 1991-09-27 | 1991-09-27 | 光ヘテロダイン干渉計測方法及び計測装置 |
| CA002078732A CA2078732A1 (en) | 1991-09-27 | 1992-09-21 | Displacement measuring device and displacement measuring method |
| DE69223207T DE69223207T2 (de) | 1991-09-27 | 1992-09-24 | Verfahren und Vorrichtung zur Messung einer Verlagerung |
| EP92308716A EP0534757B1 (en) | 1991-09-27 | 1992-09-24 | Method and device for measuring displacement |
| US08/297,511 US5610718A (en) | 1991-09-27 | 1994-08-29 | Apparatus and method for detecting a relative displacement between first and second diffraction gratings arranged close to each other wherein said gratings have different pitch sizes |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3249204A JPH0587527A (ja) | 1991-09-27 | 1991-09-27 | 光ヘテロダイン干渉計測方法及び計測装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0587527A true JPH0587527A (ja) | 1993-04-06 |
Family
ID=17189463
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3249204A Pending JPH0587527A (ja) | 1991-09-27 | 1991-09-27 | 光ヘテロダイン干渉計測方法及び計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0587527A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010522351A (ja) * | 2007-03-23 | 2010-07-01 | エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． | 物体からの放射を検出デバイスに結像する方法および物体を検査するための検査デバイス |
| JP2012146959A (ja) * | 2010-11-30 | 2012-08-02 | Asml Netherlands Bv | 測定方法、装置および基板 |
| WO2017104731A1 (ja) | 2015-12-15 | 2017-06-22 | 三井化学株式会社 | 積層体およびその製造方法、ならびに接着用組成物 |
| CN112859528A (zh) * | 2019-11-28 | 2021-05-28 | 上海微电子装备（集团）股份有限公司 | 一种套刻误差测量装置及测量方法 |
-
1991
- 1991-09-27 JP JP3249204A patent/JPH0587527A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010522351A (ja) * | 2007-03-23 | 2010-07-01 | エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． | 物体からの放射を検出デバイスに結像する方法および物体を検査するための検査デバイス |
| JP2012146959A (ja) * | 2010-11-30 | 2012-08-02 | Asml Netherlands Bv | 測定方法、装置および基板 |
| WO2017104731A1 (ja) | 2015-12-15 | 2017-06-22 | 三井化学株式会社 | 積層体およびその製造方法、ならびに接着用組成物 |
| CN112859528A (zh) * | 2019-11-28 | 2021-05-28 | 上海微电子装备（集团）股份有限公司 | 一种套刻误差测量装置及测量方法 |
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