JPH0590126A - 位置検出装置 - Google Patents
位置検出装置Info
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- JPH0590126A JPH0590126A JP3276953A JP27695391A JPH0590126A JP H0590126 A JPH0590126 A JP H0590126A JP 3276953 A JP3276953 A JP 3276953A JP 27695391 A JP27695391 A JP 27695391A JP H0590126 A JPH0590126 A JP H0590126A
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- diffraction grating
- beat signal
- light
- 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
- 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
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 格子線を斜め方向に配した回折格子により２
方向の位置ずれを検出する。 【構成】 周波数が異なる２つの光束を出射するゼーマ
ンレーザー光源３０の出力は偏光ビームスプリッタ３１
により偏光方向に従って二岐され、それぞれミラー３
２、３３を経てマスク３４上に設けられた格子線を斜め
方向に設けた直線回折格子３５、ウエハ３６上に設けら
れた同様の直線回折格子３７を照射する。また、回折格
子３５、３７からの回折光はミラー３８、３９を経て偏
光ビームスプリッタ４０に集光され、更にグラントムソ
ンプリズム４１を経てエッジミラー４２により、偏光方
向に従ってそれぞれ光検出器４３、４４に入射し、それ
ぞれ光ビート信号が得られる。これらの光ビート信号は
位相差計４５に入力され、位相差によって回折格子３
５、３７のずれが検出される。
方向の位置ずれを検出する。 【構成】 周波数が異なる２つの光束を出射するゼーマ
ンレーザー光源３０の出力は偏光ビームスプリッタ３１
により偏光方向に従って二岐され、それぞれミラー３
２、３３を経てマスク３４上に設けられた格子線を斜め
方向に設けた直線回折格子３５、ウエハ３６上に設けら
れた同様の直線回折格子３７を照射する。また、回折格
子３５、３７からの回折光はミラー３８、３９を経て偏
光ビームスプリッタ４０に集光され、更にグラントムソ
ンプリズム４１を経てエッジミラー４２により、偏光方
向に従ってそれぞれ光検出器４３、４４に入射し、それ
ぞれ光ビート信号が得られる。これらの光ビート信号は
位相差計４５に入力され、位相差によって回折格子３
５、３７のずれが検出される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体等の露光
装置のマスクとウエハの位置合わせ、或いは半導体パタ
ーンの重ね合わせ精度の計測等に用いる位置検出装置に
関するものである。
装置のマスクとウエハの位置合わせ、或いは半導体パタ
ーンの重ね合わせ精度の計測等に用いる位置検出装置に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図７は特開昭６４−８２６４号公報に示
されている直線回折格子を位置合わせマークに用いた光
ヘテロダイン法による従来の位置合わせ装置である。２
波長直線偏光レーザー光源１から発した光束L1は回折格
子２に入射し、この回折格子２からの０次回折光L2、１
次回折光L3、−１次回折光L4をミラー３で偏向し、照明
光学系４を通過後の何れか１つの回折光をカットし、他
の１つの回折光を１／２波長板で偏光方向を変換し、照
明光学系４のNAで規定される角度で、マスク５上の回折
格子６及びウエハ７上の回折格子８に照射する。回折格
子６により反射回折された第１の回折光L5と回折格子８
で反射回折された第２の回折光L6は進行方向は同じであ
るが、回折格子６と回折格子８の位置がｙ方向にずれて
いるため、重なり合わずに僅かに分離している。また、
ウエハ７はウエハステージ１１、ウエハステージ回路１
２により駆動され、マスク５はマスクステージ９、マス
クステージ回路１０により駆動される。
されている直線回折格子を位置合わせマークに用いた光
ヘテロダイン法による従来の位置合わせ装置である。２
波長直線偏光レーザー光源１から発した光束L1は回折格
子２に入射し、この回折格子２からの０次回折光L2、１
次回折光L3、−１次回折光L4をミラー３で偏向し、照明
光学系４を通過後の何れか１つの回折光をカットし、他
の１つの回折光を１／２波長板で偏光方向を変換し、照
明光学系４のNAで規定される角度で、マスク５上の回折
格子６及びウエハ７上の回折格子８に照射する。回折格
子６により反射回折された第１の回折光L5と回折格子８
で反射回折された第２の回折光L6は進行方向は同じであ
るが、回折格子６と回折格子８の位置がｙ方向にずれて
いるため、重なり合わずに僅かに分離している。また、
ウエハ７はウエハステージ１１、ウエハステージ回路１
２により駆動され、マスク５はマスクステージ９、マス
クステージ回路１０により駆動される。
【０００３】第１の検出手段１３は回折格子６からの第
１の回折光L5の中で、偏光ビームスプリッタ１４で分離
された同じ偏光方向を持つ光束のみを受光し、回折格子
６からの第２の回折光L6はナイフエッジ１５により遮断
され、第１の検出手段１３には入射しない。同様に、第
２の検出手段１６は回折格子８からの回折光L6の中で、
偏光ビームスプリッタ１４で分離された同じ偏光方向を
持つ光束のみを受光し、回折格子６からの第１の回折光
L5はナイフエッジ１７で遮断され、第２の検出手段１６
には入射しない。第１の検出手段１３と第２の検出手段
１６から検出される光ビート信号は位相差計１８に入力
され、位相差計１８の出力はステージ駆動回路１０、１
２に入力される。
１の回折光L5の中で、偏光ビームスプリッタ１４で分離
された同じ偏光方向を持つ光束のみを受光し、回折格子
６からの第２の回折光L6はナイフエッジ１５により遮断
され、第１の検出手段１３には入射しない。同様に、第
２の検出手段１６は回折格子８からの回折光L6の中で、
偏光ビームスプリッタ１４で分離された同じ偏光方向を
持つ光束のみを受光し、回折格子６からの第１の回折光
L5はナイフエッジ１７で遮断され、第２の検出手段１６
には入射しない。第１の検出手段１３と第２の検出手段
１６から検出される光ビート信号は位相差計１８に入力
され、位相差計１８の出力はステージ駆動回路１０、１
２に入力される。
【０００４】ここで、図８によりマスク５とウエハ７の
位置合わせ原理を説明する。図８(a) は側面図、(b) は
平面図であり、周波数f1の光束の−１次回折光と、周波
数f2の光束の１次回折光の合成光Emは、次の(1) 式で表
される。 Em＝A1 exp{ ｉ（２πf1・ｔ−δm)} ＋A2 exp{ ｉ（２πf2＋δm)} …(1)
位置合わせ原理を説明する。図８(a) は側面図、(b) は
平面図であり、周波数f1の光束の−１次回折光と、周波
数f2の光束の１次回折光の合成光Emは、次の(1) 式で表
される。 Em＝A1 exp{ ｉ（２πf1・ｔ−δm)} ＋A2 exp{ ｉ（２πf2＋δm)} …(1)
【０００５】ここで、δm ＝２π・ΔXm／ｐ（ｐは回折
格子６、８のピッチ）である。変数δm は第１の回折格
子６がｘ方向にΔXmだけ変位することにより生じ、(1)
式で表される合成光Emの光強度Imを検出すれば、光強度
Imは次の(2) 式で表されることになる。 Im＝｜Em｜2 ＝A12 ＋A22 ＋２A1・A2 cos{ ２π（f1−f2）ｔ−２δm} …(2)
格子６、８のピッチ）である。変数δm は第１の回折格
子６がｘ方向にΔXmだけ変位することにより生じ、(1)
式で表される合成光Emの光強度Imを検出すれば、光強度
Imは次の(2) 式で表されることになる。 Im＝｜Em｜2 ＝A12 ＋A22 ＋２A1・A2 cos{ ２π（f1−f2）ｔ−２δm} …(2)
【０００６】(1) 式で与えられる光ビート信号の位相
は、回折格子６がΔXm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４πΔXm／ｐだけ変化す
る。この光ビート信号を検出することにより、回折格子
６の移動量ΔXmを検出することができ、全く同様にして
ウエハ７上の回折格子８の移動量ΔXwも検出することが
できる。
は、回折格子６がΔXm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４πΔXm／ｐだけ変化す
る。この光ビート信号を検出することにより、回折格子
６の移動量ΔXmを検出することができ、全く同様にして
ウエハ７上の回折格子８の移動量ΔXwも検出することが
できる。
【０００７】第２の検出手段１６で検出する光ビート信
号Iwは、周波数f1の光束による１次回折光と、周波数f2
の光束による−１次回折光の合成光の光強度であり、δ
w ＝２πΔXw／ｐとすると、次の(3) 式で表すことがで
きる。 Iw＝A12 ＋A22 ＋２A1・A2 cos{ ２π（f1−f2）ｔ＋２δw} …(3)
号Iwは、周波数f1の光束による１次回折光と、周波数f2
の光束による−１次回折光の合成光の光強度であり、δ
w ＝２πΔXw／ｐとすると、次の(3) 式で表すことがで
きる。 Iw＝A12 ＋A22 ＋２A1・A2 cos{ ２π（f1−f2）ｔ＋２δw} …(3)
【０００８】(2) 式で表される第１の検出手段１３で検
出される光ビート信号と、(3) 式で表される第２の検出
手段１６で検出される光ビート信号の位相差Δφは、次
の(4) 式で表される。 Δφ＝４π（ΔXm−ΔXw）／ｐ …(4)
出される光ビート信号と、(3) 式で表される第２の検出
手段１６で検出される光ビート信号の位相差Δφは、次
の(4) 式で表される。 Δφ＝４π（ΔXm−ΔXw）／ｐ …(4)
【０００９】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、この位相差
が零となるようにマスクステージ９とウエハステージ１
１を相対的に移動させて、マスク５とウエハ７の精密な
位置合わせを行う。
エハ回折光ビート信号との位相差を検出し、この位相差
が零となるようにマスクステージ９とウエハステージ１
１を相対的に移動させて、マスク５とウエハ７の精密な
位置合わせを行う。
【００１０】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、従来で
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のずれ量
の測定を行うことによってなされている。
の位置合わせ性能を実際に計測、評価するには、従来で
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のずれ量
の測定を行うことによってなされている。
【００１１】即ち、図９(a) 、(b) に示す何れのパター
ンP1、P2もウエハ上に露光された例えばレジストパター
ンである。図９はｘ軸方向のずれのみ計測する手段を示
しており、パターンP1とパターンP2は互いに副尺を構成
しており、副尺の１目盛は例えば０．０５μｍに相当
し、パターンP1はピッチ７．９５μｍ、パターンP2はピ
ッチ８．００μｍとされている。先ず、第１のマスク
（レチクル）でウエハ上に露光し、パターンP1を形成し
た後に現像し、レジストを塗布し、更にパターンP2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
ントをとった後に露光し、パターンP2を形成すると、図
９(c) に示すようにパターンP1、P2が重ね合わされる。
アライメントによって、どの程度の誤差で第１のマスク
（レクチル）と第２のマスク（レクチル）の重ね合わせ
がなされているかを、顕微鏡を用いて拡大観察して読取
り計測する。
ンP1、P2もウエハ上に露光された例えばレジストパター
ンである。図９はｘ軸方向のずれのみ計測する手段を示
しており、パターンP1とパターンP2は互いに副尺を構成
しており、副尺の１目盛は例えば０．０５μｍに相当
し、パターンP1はピッチ７．９５μｍ、パターンP2はピ
ッチ８．００μｍとされている。先ず、第１のマスク
（レチクル）でウエハ上に露光し、パターンP1を形成し
た後に現像し、レジストを塗布し、更にパターンP2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
ントをとった後に露光し、パターンP2を形成すると、図
９(c) に示すようにパターンP1、P2が重ね合わされる。
アライメントによって、どの程度の誤差で第１のマスク
（レクチル）と第２のマスク（レクチル）の重ね合わせ
がなされているかを、顕微鏡を用いて拡大観察して読取
り計測する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の従
来例では、光ヘテロダイン法を用いた位置合わせ装置に
おいて、配置合わせ方向が２軸ある場合においては、マ
スク及びウエハ上に２組計４個の直線回折格子から成る
アライメントパターンが必要である。また、副尺による
重ね合わせ精度測定装置においても、２軸の重ね合わせ
ずれ測定をする必要があり、２方向用にそれぞれ別の副
尺パターンをウエハ上に作成しなければならない。
来例では、光ヘテロダイン法を用いた位置合わせ装置に
おいて、配置合わせ方向が２軸ある場合においては、マ
スク及びウエハ上に２組計４個の直線回折格子から成る
アライメントパターンが必要である。また、副尺による
重ね合わせ精度測定装置においても、２軸の重ね合わせ
ずれ測定をする必要があり、２方向用にそれぞれ別の副
尺パターンをウエハ上に作成しなければならない。
【００１３】本発明の目的は、位置検出方向に対し格子
線方向が所定角度傾いた回折格子を用いて、２方向の位
置ずれを検出し得る位置検出装置を提供することにあ
る。
線方向が所定角度傾いた回折格子を用いて、２方向の位
置ずれを検出し得る位置検出装置を提供することにあ
る。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの第１発明に係る位置検出装置は、物体面内の所定方
向に配列された回折格子に対し、該所定方向とは異なる
前記面内の第１の方向を含む入射面を有するように前記
回折格子にビート信号形成用の第１光束組を入射すると
共に前記所定及び第１の方向とは異なる前記面内の第２
の方向を含む入射面を有するように前記回折格子にビー
ト信号形成用の第２光束組を入射する照明系と、前記第
１光束組による前記回折格子からの回折光を検出して第
１のビート信号を形成すると共に前記第２光束組による
前記回折格子からの回折光を検出して第２のビート信号
を形成する検出系と、前記第１のビート信号の位相状態
から前記回折格子の前記第１の方向に沿った位置情報を
検出すると共に前記第２のビート信号の位相状態から前
記回折格子の前記第２の方向に沿った位置情報を検出す
る処理系とを有することを特徴とするものである。
めの第１発明に係る位置検出装置は、物体面内の所定方
向に配列された回折格子に対し、該所定方向とは異なる
前記面内の第１の方向を含む入射面を有するように前記
回折格子にビート信号形成用の第１光束組を入射すると
共に前記所定及び第１の方向とは異なる前記面内の第２
の方向を含む入射面を有するように前記回折格子にビー
ト信号形成用の第２光束組を入射する照明系と、前記第
１光束組による前記回折格子からの回折光を検出して第
１のビート信号を形成すると共に前記第２光束組による
前記回折格子からの回折光を検出して第２のビート信号
を形成する検出系と、前記第１のビート信号の位相状態
から前記回折格子の前記第１の方向に沿った位置情報を
検出すると共に前記第２のビート信号の位相状態から前
記回折格子の前記第２の方向に沿った位置情報を検出す
る処理系とを有することを特徴とするものである。
【００１５】また、上述の目的を達成するための第２発
明に係る位置検出装置は、物体面内の所定方向に配列さ
れた回折格子に対し、該所定方向とは異なる前記面内の
第１の方向を含む入射面を有するように前記回折格子に
ビート信号形成用の第１光束組を入射すると共に前記所
定及び第１の方向とは異なる前記面内の第２の方向を含
む入射面を有するように前記回折格子にビート信号形成
用の第２光束組を入射する照明系と、前記第１光束組に
よる前記回折格子からの回折光を検出して第１のビート
信号を形成すると共に前記第２光束組による前記回折格
子からの回折光を検出して第２のビート信号光を形成す
る検出系と、比較用のビート信号である第３ビート信号
と第４ビート信号を形成する比較用ビート信号形成手段
と、前記第１のビート信号と第３ビート信号との位相差
から前記回折格子の前記第１方向に沿った位置情報を検
出すると共に前記第２のビート信号と前記第４ビート信
号との位相差から前記回折格子の前記第２の方向に沿っ
た位置情報を検出する処理系とを有することを特徴とす
るものである。
明に係る位置検出装置は、物体面内の所定方向に配列さ
れた回折格子に対し、該所定方向とは異なる前記面内の
第１の方向を含む入射面を有するように前記回折格子に
ビート信号形成用の第１光束組を入射すると共に前記所
定及び第１の方向とは異なる前記面内の第２の方向を含
む入射面を有するように前記回折格子にビート信号形成
用の第２光束組を入射する照明系と、前記第１光束組に
よる前記回折格子からの回折光を検出して第１のビート
信号を形成すると共に前記第２光束組による前記回折格
子からの回折光を検出して第２のビート信号光を形成す
る検出系と、比較用のビート信号である第３ビート信号
と第４ビート信号を形成する比較用ビート信号形成手段
と、前記第１のビート信号と第３ビート信号との位相差
から前記回折格子の前記第１方向に沿った位置情報を検
出すると共に前記第２のビート信号と前記第４ビート信
号との位相差から前記回折格子の前記第２の方向に沿っ
た位置情報を検出する処理系とを有することを特徴とす
るものである。
【００１６】
【実施例】図１は基本的原理の説明図である。２周波ゼ
ーマンレーザー光源２０から出射され、僅かに周波数が
f1、f2と異なる２つの光束はビームスプリッタ２１で直
進光と反射光に分けられ、直進光は偏光ビームスプリッ
タ２２により二岐に分岐され、それぞれミラー２３、２
４を介して斜め方向に刻設した回折格子２５に照射し、
光源２０から回折格子２５に入射するまでの光路中の要
素で照明系を構成する。ビームスプリッタ２１による反
射光はグラントムソンプリズム２６を経て光検出器２７
に入射し、光検出器２７の出力は位相差計２８の一方の
入力端に接続されている。一方、回折格子２５による２
つの反射光はそれぞれミラー２９、３０を経て偏光ビー
ムスプリッタ３１に集光し、更にグラントムソンプリズ
ム３２を経て光検出器３３に入射し、回折格子２５の出
射後から光検出器３３までの光路中の要素で検出系を構
成する。そして、光検出器３３の出力は位相差計２８に
接続されている。
ーマンレーザー光源２０から出射され、僅かに周波数が
f1、f2と異なる２つの光束はビームスプリッタ２１で直
進光と反射光に分けられ、直進光は偏光ビームスプリッ
タ２２により二岐に分岐され、それぞれミラー２３、２
４を介して斜め方向に刻設した回折格子２５に照射し、
光源２０から回折格子２５に入射するまでの光路中の要
素で照明系を構成する。ビームスプリッタ２１による反
射光はグラントムソンプリズム２６を経て光検出器２７
に入射し、光検出器２７の出力は位相差計２８の一方の
入力端に接続されている。一方、回折格子２５による２
つの反射光はそれぞれミラー２９、３０を経て偏光ビー
ムスプリッタ３１に集光し、更にグラントムソンプリズ
ム３２を経て光検出器３３に入射し、回折格子２５の出
射後から光検出器３３までの光路中の要素で検出系を構
成する。そして、光検出器３３の出力は位相差計２８に
接続されている。
【００１７】図２は入射光、回折光の光路をｚ軸方向か
ら見た光路図であり、先ず図２(a)によりｘ方向のずれ
測定方法についても説明する。周波数f1のｓ偏光の光束
を、周波数f2のｐ偏光の光束をずれ測定方向であるｘ軸
と、回折格子２５にその法線（ｚ軸）との成すｘｚ平面
内で入射させる。このとき、特定の回折光をミラー２
９、３０で偏向し、偏光ビームスプリッタ３１に導く。
偏光ビームスプリッタ３１はｓ偏光の光を反射し、ｐ偏
光の光を透過するため、周波数f1、f2の光束の回折光は
同一光路を通る。この同一光路上にグラントムソンプリ
ズム３２を置くことにより、周波数f1、f2の光束は偏光
面が揃えられて干渉する。このとき、２つの光束は周波
数が僅かに異なるため、光検出器３３ではf1−f2の光束
の周波数のうなり、つまりビート信号として検出でき
る。
ら見た光路図であり、先ず図２(a)によりｘ方向のずれ
測定方法についても説明する。周波数f1のｓ偏光の光束
を、周波数f2のｐ偏光の光束をずれ測定方向であるｘ軸
と、回折格子２５にその法線（ｚ軸）との成すｘｚ平面
内で入射させる。このとき、特定の回折光をミラー２
９、３０で偏向し、偏光ビームスプリッタ３１に導く。
偏光ビームスプリッタ３１はｓ偏光の光を反射し、ｐ偏
光の光を透過するため、周波数f1、f2の光束の回折光は
同一光路を通る。この同一光路上にグラントムソンプリ
ズム３２を置くことにより、周波数f1、f2の光束は偏光
面が揃えられて干渉する。このとき、２つの光束は周波
数が僅かに異なるため、光検出器３３ではf1−f2の光束
の周波数のうなり、つまりビート信号として検出でき
る。
【００１８】光源２０から発せられた周波数f1、f2の複
素振幅表示U1、U2は、Ａ、Ｂを振幅、ω1 、ω2 を角周
波数、ω1 ＝２πf1、ω2 ＝２πf2とすると、次の(5)
、(6) 式のようになる。 U1＝Ａ exp{ ｉ（ω1 ｔ＋φ1)} …(5) U2＝Ｂ exp{ ｉ（ω2 ｔ−φ2)} …(6)
素振幅表示U1、U2は、Ａ、Ｂを振幅、ω1 、ω2 を角周
波数、ω1 ＝２πf1、ω2 ＝２πf2とすると、次の(5)
、(6) 式のようになる。 U1＝Ａ exp{ ｉ（ω1 ｔ＋φ1)} …(5) U2＝Ｂ exp{ ｉ（ω2 ｔ−φ2)} …(6)
【００１９】図２(a) はｘ方向のずれ測定方法を示し、
＋ｚ軸側から見て、０次回折光（正反射光）の進行方向
に対して、右側の回折光を＋ｍ次回折光、左側の回折光
を−ｍ次回折光とする。一般に、図２(a) に示すような
ｘ方向とθをなす方向に格子線が刻まれている斜め回折
格子２５が、基準となる位置に対しｘ方向にX1移動し、
１次回折光、−１次回折光には、回折格子２５のピッチ
をｐとした場合に、それぞれ（２π／ｐ cosθ）X1、−
（２π／ｐ cosθ）X1の位相が付加される。
＋ｚ軸側から見て、０次回折光（正反射光）の進行方向
に対して、右側の回折光を＋ｍ次回折光、左側の回折光
を−ｍ次回折光とする。一般に、図２(a) に示すような
ｘ方向とθをなす方向に格子線が刻まれている斜め回折
格子２５が、基準となる位置に対しｘ方向にX1移動し、
１次回折光、−１次回折光には、回折格子２５のピッチ
をｐとした場合に、それぞれ（２π／ｐ cosθ）X1、−
（２π／ｐ cosθ）X1の位相が付加される。
【００２０】従って、回折格子２５からの光束U1の１次
回折光及び光束U2の−１次回折光の複素振幅表示U1’、
U2’は、次の(7)、(8) 式で表すことができる。 U1’＝Ａ’ exp{ ｉ( ω1 ｔ＋φ1 ＋φ)} …(7) U2’＝Ｂ’ exp{ ｉ( ω2 ｔ＋φ2 −φ)} …(8)
回折光及び光束U2の−１次回折光の複素振幅表示U1’、
U2’は、次の(7)、(8) 式で表すことができる。 U1’＝Ａ’ exp{ ｉ( ω1 ｔ＋φ1 ＋φ)} …(7) U2’＝Ｂ’ exp{ ｉ( ω2 ｔ＋φ2 −φ)} …(8)
【００２１】ここで、Ａ’、Ｂ’は振幅、φ＝（２π／
ｐ cosθ）X1である。グラントムソンプリズム３２によ
って偏光面を揃えた後に、光検出器３３で光電検出した
ビート信号の強度変化V1は、次の(9) 式となる。 V1＝Ａ’2 ＋Ｂ’2 ＋２Ａ’・Ｂ’ cos{(ω1 −ω2)ｔ ＋（φ1 −φ2)＋２φ｝ …(9)
ｐ cosθ）X1である。グラントムソンプリズム３２によ
って偏光面を揃えた後に、光検出器３３で光電検出した
ビート信号の強度変化V1は、次の(9) 式となる。 V1＝Ａ’2 ＋Ｂ’2 ＋２Ａ’・Ｂ’ cos{(ω1 −ω2)ｔ ＋（φ1 −φ2)＋２φ｝ …(9)
【００２２】また、ビームスプリッタ２１で反射され、
回折格子２５に入射しない光路を通った周波数f1、f2の
光束を干渉し、グラントムソンプリズム２６を通り光検
出器２７で光電検出したビート信号の強度変化V2は、
Ｃ、Ｄをそれぞれ周波数f1、f2の光束の振幅とすると、
次の(10)式となる。 V2＝Ｃ2 ＋Ｄ2 ＋２Ｃ・Ｄ cos{(ω1 −ω2)ｔ＋（φ1 −φ2)} …(10)
回折格子２５に入射しない光路を通った周波数f1、f2の
光束を干渉し、グラントムソンプリズム２６を通り光検
出器２７で光電検出したビート信号の強度変化V2は、
Ｃ、Ｄをそれぞれ周波数f1、f2の光束の振幅とすると、
次の(10)式となる。 V2＝Ｃ2 ＋Ｄ2 ＋２Ｃ・Ｄ cos{(ω1 −ω2)ｔ＋（φ1 −φ2)} …(10)
【００２３】更に、２つのビート信号を位相差計２８に
入力し、その位相差を測定する。(9) 、(10)式から、２
つのビート信号の位相差は周波数f1、f2の２つの光束の
初期位相差φ1 −φ2 が相殺され、回折格子２５のｘ方
向のずれ量をX1に対応した位相差のみとなる。従って、
位相差計２８で測定した位相差ΔTxによって、回折格子
２５のｘ方向のずれ量X1は、次の(11)式により求めるこ
とができる。 X1＝( ｐ cosθ／４π) ΔTx …(11)
入力し、その位相差を測定する。(9) 、(10)式から、２
つのビート信号の位相差は周波数f1、f2の２つの光束の
初期位相差φ1 −φ2 が相殺され、回折格子２５のｘ方
向のずれ量をX1に対応した位相差のみとなる。従って、
位相差計２８で測定した位相差ΔTxによって、回折格子
２５のｘ方向のずれ量X1は、次の(11)式により求めるこ
とができる。 X1＝( ｐ cosθ／４π) ΔTx …(11)
【００２４】続いて、ｙ方向ずれ量測定方法について述
べると、図１中では省略したがｘ方向ずれ量測定用の照
明系、検出系及び処理系、即ち図１で示した回折格子２
５以外の構成と同じものをもう一式ｚ軸を中心に９０度
回転した位置に配置する。図２(a) に示すようにｙｚ平
面に関し、対称な光路を通る回折光を用いることによ
り、回折格子２５のｙ方向のずれ量を誤差として含まれ
ずに計測することができる。
べると、図１中では省略したがｘ方向ずれ量測定用の照
明系、検出系及び処理系、即ち図１で示した回折格子２
５以外の構成と同じものをもう一式ｚ軸を中心に９０度
回転した位置に配置する。図２(a) に示すようにｙｚ平
面に関し、対称な光路を通る回折光を用いることによ
り、回折格子２５のｙ方向のずれ量を誤差として含まれ
ずに計測することができる。
【００２５】ｙ方向ずれ量を測定する場合に、図２(b)
に示すように周波数f1、f2の２つの光束をｙｚ平面内で
入射させ、以下にｘ方向ずれ測定と同様に、回折格子２
５からの回折光をミラー２９、３０により偏向し、偏光
ビームスプリッタ３１で２つの光束が同一光路を通るよ
うにし、グラントムソンプリズム３２で偏光面を揃えて
干渉させ、光検出器３３でビート信号を光電検出すれば
よい。
に示すように周波数f1、f2の２つの光束をｙｚ平面内で
入射させ、以下にｘ方向ずれ測定と同様に、回折格子２
５からの回折光をミラー２９、３０により偏向し、偏光
ビームスプリッタ３１で２つの光束が同一光路を通るよ
うにし、グラントムソンプリズム３２で偏光面を揃えて
干渉させ、光検出器３３でビート信号を光電検出すれば
よい。
【００２６】更に、回折格子２５に入射しない光路を通
った２つの周波数f1、f2の光束を、干渉させたビート信
号と共に位相差計２８に入力することにより、２つのビ
ート信号の位相差からｙ方向のずれ量を求めることがで
きる。このとき、計測される位相差をΔTyとすると、ｙ
方向のずれ量Y1は次の(12)式により求めることができ
る。 Y1＝（ｐ sinθ／４π）ΔTy …(12)
った２つの周波数f1、f2の光束を、干渉させたビート信
号と共に位相差計２８に入力することにより、２つのビ
ート信号の位相差からｙ方向のずれ量を求めることがで
きる。このとき、計測される位相差をΔTyとすると、ｙ
方向のずれ量Y1は次の(12)式により求めることができ
る。 Y1＝（ｐ sinθ／４π）ΔTy …(12)
【００２７】なお、ｙ方向のずれ測定時に、ｘｚ平面に
関し対称な光路を通る回折光を用いることにより、ｘ方
向のずれによる誤差の影響を受けずに測定ができる。ま
た、ｘ方向ずれ量測定用とｙ方向ずれ量測定用の照明
系、検出系及び処理系を２式配置する方法を示したが、
ｘ方向測定用のものを１式設け、ｘ方向ずれ量を測定し
た後に、照明系、検出系、処理系、つまり図１で示した
回折格子２５以外の構成をｚ軸を中心に９０度回転させ
るか、或いは回折格子２５をｚ軸を中心に９０度回転さ
せることにより、ｙ方向ずれ量を測定することも可能で
ある。
関し対称な光路を通る回折光を用いることにより、ｘ方
向のずれによる誤差の影響を受けずに測定ができる。ま
た、ｘ方向ずれ量測定用とｙ方向ずれ量測定用の照明
系、検出系及び処理系を２式配置する方法を示したが、
ｘ方向測定用のものを１式設け、ｘ方向ずれ量を測定し
た後に、照明系、検出系、処理系、つまり図１で示した
回折格子２５以外の構成をｚ軸を中心に９０度回転させ
るか、或いは回折格子２５をｚ軸を中心に９０度回転さ
せることにより、ｙ方向ずれ量を測定することも可能で
ある。
【００２８】このように、位置ずれ検出方向に対し格子
線を斜め方向に設けた回折格子２５に２周波レーザー光
を入射し、その回折光ビート信号の位相差を検出するこ
とにより、１個の回折格子に相当するマークを用いて、
ｘ軸、ｙ軸の２軸方向のマークのずれ量をそれぞれ独立
に測定することができる。この場合の分解能は、回折格
子２５のピッチPm＝２．０μｍ、θ＝４５°を用いた場
合に、位相差計２８の分割能が１°のとき約２ｎｍとな
る。
線を斜め方向に設けた回折格子２５に２周波レーザー光
を入射し、その回折光ビート信号の位相差を検出するこ
とにより、１個の回折格子に相当するマークを用いて、
ｘ軸、ｙ軸の２軸方向のマークのずれ量をそれぞれ独立
に測定することができる。この場合の分解能は、回折格
子２５のピッチPm＝２．０μｍ、θ＝４５°を用いた場
合に、位相差計２８の分割能が１°のとき約２ｎｍとな
る。
【００２９】図３、図４は実施例を示し、図３は構成
図、図４は回折格子の平面図であり、半導体露光装置の
マスクとウエハの位置合わせ装置に応用したものであ
る。この場合に、周波数が異なる２つの光束を出射する
ゼーマンレーザー光源３０の出力は偏光ビームスプリッ
タ３１により二岐され、それぞれミラー３２、３３を経
てマスク３４上に設けられた直線回折格子３５、ウエハ
３６上に設けられた直線回折格子３７を照射するように
なっている。これらの回折格子３５、３７の格子線は図
４に示すように同方向にかつ斜め方向に形成されてい
る。また、回折格子３５、３７からの反射光はミラー３
８、３９を経て偏光ビームスプリッタ４０に集光され、
更にグラントムソンプリズム４１を経て、一方の反射光
はエッジミラー４２を経て、それぞれ光検出器４３、４
４に入射するように配置されている。光検出器４３、４
４の出力はロックインアンプ等から成る位相差計４５に
接続され、位相差計４５の出力はＣＰＵ４６に入力し、
ＣＰＵ４６からマスク用ドライバ回路４７、ウエハ用ド
ライバ回路４８に指令信号が出力されている。
図、図４は回折格子の平面図であり、半導体露光装置の
マスクとウエハの位置合わせ装置に応用したものであ
る。この場合に、周波数が異なる２つの光束を出射する
ゼーマンレーザー光源３０の出力は偏光ビームスプリッ
タ３１により二岐され、それぞれミラー３２、３３を経
てマスク３４上に設けられた直線回折格子３５、ウエハ
３６上に設けられた直線回折格子３７を照射するように
なっている。これらの回折格子３５、３７の格子線は図
４に示すように同方向にかつ斜め方向に形成されてい
る。また、回折格子３５、３７からの反射光はミラー３
８、３９を経て偏光ビームスプリッタ４０に集光され、
更にグラントムソンプリズム４１を経て、一方の反射光
はエッジミラー４２を経て、それぞれ光検出器４３、４
４に入射するように配置されている。光検出器４３、４
４の出力はロックインアンプ等から成る位相差計４５に
接続され、位相差計４５の出力はＣＰＵ４６に入力し、
ＣＰＵ４６からマスク用ドライバ回路４７、ウエハ用ド
ライバ回路４８に指令信号が出力されている。
【００３０】ゼーマンレーザー光源３０から発せられた
互いに直交する偏光状態の光束、つまり周波数f1のｓ偏
光光と周波数f2のｐ偏光光は、偏光ビームスプリッタ３
１に入射し、周波数f1のｓ偏光光は反射し、周波数f2の
ｐ偏光光は透過する。ミラー３２、３３によりこれらの
２光束をｘｚ面内で回折格子３５、３７に照射する。回
折格子３５、３７で回折した光束はミラー３８、３９で
偏向され、偏光ビームプリッタ４０によりｓ偏光の回折
光は反射し、ｐ偏光の回折光は透過する。その後に、グ
ラントムソンプリズム４１により偏光面を揃えて、マス
ク３４上の回折格子３５からの２つの回折光を干渉させ
て光ビート信号B1を得て、ウエハ３６上の回折格子３７
からの２つの回折光を干渉させて光ビート信号B2を得
る。
互いに直交する偏光状態の光束、つまり周波数f1のｓ偏
光光と周波数f2のｐ偏光光は、偏光ビームスプリッタ３
１に入射し、周波数f1のｓ偏光光は反射し、周波数f2の
ｐ偏光光は透過する。ミラー３２、３３によりこれらの
２光束をｘｚ面内で回折格子３５、３７に照射する。回
折格子３５、３７で回折した光束はミラー３８、３９で
偏向され、偏光ビームプリッタ４０によりｓ偏光の回折
光は反射し、ｐ偏光の回折光は透過する。その後に、グ
ラントムソンプリズム４１により偏光面を揃えて、マス
ク３４上の回折格子３５からの２つの回折光を干渉させ
て光ビート信号B1を得て、ウエハ３６上の回折格子３７
からの２つの回折光を干渉させて光ビート信号B2を得
る。
【００３１】２つの干渉光の分離はエッジミラー４２を
用いて空間的に分離し、その後に回折格子３５からの光
ビート信号B1は光検出器４３で光電検出され、一方、回
折格子３７からの光ビート信号B2は光検出器４４で光電
検出される。２つのビート信号B1、B2は位相差計４５に
より位相差が検出され、ＣＰＵ４６によってマスク３４
とウエハ３６の相対ずれ量を演算され、更にマスク用ド
ライバ回路４７、ウエハ用ドライバ回路４８への指令信
号により、マスク３４とウエハ３６の位置ずれが零とな
るように位置合わせを行う。
用いて空間的に分離し、その後に回折格子３５からの光
ビート信号B1は光検出器４３で光電検出され、一方、回
折格子３７からの光ビート信号B2は光検出器４４で光電
検出される。２つのビート信号B1、B2は位相差計４５に
より位相差が検出され、ＣＰＵ４６によってマスク３４
とウエハ３６の相対ずれ量を演算され、更にマスク用ド
ライバ回路４７、ウエハ用ドライバ回路４８への指令信
号により、マスク３４とウエハ３６の位置ずれが零とな
るように位置合わせを行う。
【００３２】レーザー光源３０から発せられる周波数f1
のｓ偏光光U1の初期位相をφ01、振幅をＡ、周波数f2の
ｐ偏光光U2の初期位相をφ02、振幅をＢとすると、光束
U1の回折格子３５からの１次回折光U1m 、回折格子３７
からの１次回折光U1w 、及び光束U2の回折格子３５から
の−１次回折光U2m 、回折格子３７からの−１次回折光
U2w は、それぞれ次の(13)〜(16)式に示すように複素振
幅表示をすることができる。 U1m ＝Ａ exp{ ｉ（ω1 ｔ＋φ01＋φm)} …(13) U1w ＝Ａ exp{ ｉ（ω1 ｔ＋φ01＋φw)} …(14) U2m ＝Ｂ exp{ ｉ（ω2 ｔ＋φ02−φm)} …(15) U2w ＝Ａ exp{ ｉ（ω2 ｔ＋φ02−φw)} …(16)
のｓ偏光光U1の初期位相をφ01、振幅をＡ、周波数f2の
ｐ偏光光U2の初期位相をφ02、振幅をＢとすると、光束
U1の回折格子３５からの１次回折光U1m 、回折格子３７
からの１次回折光U1w 、及び光束U2の回折格子３５から
の−１次回折光U2m 、回折格子３７からの−１次回折光
U2w は、それぞれ次の(13)〜(16)式に示すように複素振
幅表示をすることができる。 U1m ＝Ａ exp{ ｉ（ω1 ｔ＋φ01＋φm)} …(13) U1w ＝Ａ exp{ ｉ（ω1 ｔ＋φ01＋φw)} …(14) U2m ＝Ｂ exp{ ｉ（ω2 ｔ＋φ02−φm)} …(15) U2w ＝Ａ exp{ ｉ（ω2 ｔ＋φ02−φw)} …(16)
【００３３】(13)〜(16)式において、ω1 、ω2 は角周
波数であり、ω1 ＝２πf1、ω2 ＝２πf2である。ま
た、φm 、φw はそれぞれマスク３４、ウエハ３６のｘ
方向へのずれ量に伴う位相変化であり、Xm、Xwを同一基
準からのずれ量とすると、 φm ＝（２π／ｐ cosθ）Xm φw ＝（２π／ｐ cosθ）Xwとなる。なお、ｐは回折格
子３５、３７のピッチであり、θは図４に示すように回
折格子３５、３７の格子線方向とｘ軸とのなす角であ
る。更に、光検出器４３で検出されるビート信号B1の強
度変化Im、及び光検出器４４で検出されるビート信号B2
の強度変化Iwは、次の(17)、(18)式のようになる。
波数であり、ω1 ＝２πf1、ω2 ＝２πf2である。ま
た、φm 、φw はそれぞれマスク３４、ウエハ３６のｘ
方向へのずれ量に伴う位相変化であり、Xm、Xwを同一基
準からのずれ量とすると、 φm ＝（２π／ｐ cosθ）Xm φw ＝（２π／ｐ cosθ）Xwとなる。なお、ｐは回折格
子３５、３７のピッチであり、θは図４に示すように回
折格子３５、３７の格子線方向とｘ軸とのなす角であ
る。更に、光検出器４３で検出されるビート信号B1の強
度変化Im、及び光検出器４４で検出されるビート信号B2
の強度変化Iwは、次の(17)、(18)式のようになる。
【００３４】 Im＝Ａ2 ＋Ｂ2 ＋２Ａ・Ｂ cos{(ω1 −ω2)ｔ＋（φ01−φ02）＋２φm ｝ …(17) Iw＝Ａ2 ＋Ｂ2 ＋２Ａ・Ｂ cos{(ω1 −ω2)ｔ＋（φ01−φ02）＋２φm ｝ …(18)
【００３５】これらの (17) 、(18)式で示されるビート
信号間の位相ずれΔTmw を位相差計４５で検出すると、
光束の初期位相（φ01−φ02）は相殺され、次の(19)式
が得られる。 ΔTmw ＝２（φm −φw)＝４π／ｐ cosθ（Xm−Xw） …(19)
信号間の位相ずれΔTmw を位相差計４５で検出すると、
光束の初期位相（φ01−φ02）は相殺され、次の(19)式
が得られる。 ΔTmw ＝２（φm −φw)＝４π／ｐ cosθ（Xm−Xw） …(19)
【００３６】このように、マスク３４とウエハ３６の相
対ずれ量ΔＸ（≡Xm−Xw）に比例した位相差ΔTmw が得
られ、この位相差ΔTmw を零とするように、ドライバ回
路４７、４８により、マスク３４とウエハ３６のｘ方向
の位置合わせが可能である。
対ずれ量ΔＸ（≡Xm−Xw）に比例した位相差ΔTmw が得
られ、この位相差ΔTmw を零とするように、ドライバ回
路４７、４８により、マスク３４とウエハ３６のｘ方向
の位置合わせが可能である。
【００３７】なお、回折格子３５、３７に左右から照射
する光のスポット径Ｄは、図４に示すように回折格子３
５、３７を完全に覆う大きさであり、左右からの入射光
スポットは重なっている。また、マスク３４上の回折格
子３５とウエハ３６上の回折格子３７には予めオフセッ
トｄが与えられており、２つの光ビート信号B1、B2を分
離するエッジミラー４２のエッジは、図４の線分Ｌに相
当する位置に設ければよい。
する光のスポット径Ｄは、図４に示すように回折格子３
５、３７を完全に覆う大きさであり、左右からの入射光
スポットは重なっている。また、マスク３４上の回折格
子３５とウエハ３６上の回折格子３７には予めオフセッ
トｄが与えられており、２つの光ビート信号B1、B2を分
離するエッジミラー４２のエッジは、図４の線分Ｌに相
当する位置に設ければよい。
【００３８】図３においては、ｘ方向のみの位置合わせ
について示しているが、ｙ方向の位置合わせを行う方法
としては、次の３つの方法のうち何れかを用いればよ
い。 (1) マスク３４、ウエハ３６を９０°回転させる。 (2) 光学系（照明系・検出系）を９０°回転させる。 (3) 予め、ｙｚ平面内で周波数f1、f2の光束を入射する
照明系と検出系と処理系を組込む。
について示しているが、ｙ方向の位置合わせを行う方法
としては、次の３つの方法のうち何れかを用いればよ
い。 (1) マスク３４、ウエハ３６を９０°回転させる。 (2) 光学系（照明系・検出系）を９０°回転させる。 (3) 予め、ｙｚ平面内で周波数f1、f2の光束を入射する
照明系と検出系と処理系を組込む。
【００３９】この中で、(3) の方法が回転時の変動によ
る誤差発生の可能性がなく、より好ましい。本実施例で
は、(3) の方法を採っており、図３中では省略したが、
ｘ方向ずれ量測定用の照明系、検出系、処理系等、即ち
マスク３４、ウエハ３６を除く全構成と同じものを、も
う１式、ｚ軸を中心に９０度回転した位置に配置してあ
る。
る誤差発生の可能性がなく、より好ましい。本実施例で
は、(3) の方法を採っており、図３中では省略したが、
ｘ方向ずれ量測定用の照明系、検出系、処理系等、即ち
マスク３４、ウエハ３６を除く全構成と同じものを、も
う１式、ｚ軸を中心に９０度回転した位置に配置してあ
る。
【００４０】ｙｚ平面内で周波数f1、f2の光束を入射
し、後はｘ方向ずれを測定方法と同様に、回折格子３
５、３７からの回折光をそれぞれ別々に干渉させ、２つ
の光ビート信号B1、B2を光検出器４３、４４で光電検出
する。その後に、位相差計４５で２つのビート信号B1、
B2間の位相差を計測することによって、回折格子３５、
３７のｙ方向の相対的ずれ量を計測できる。このとき、
マスク３４の回折格子３５の或る基準線からのｙ方向へ
のずれ量をΔYm、ウエハ３６上の回折格子３７の同一の
基準線からのｙ方向へのずれ量をΔYw、位置合わせでき
たときの回折格子３５と、回折格子３７のｙ方向の間隔
をオフセットｄとすると、計測される位相差ΔTyは、
し、後はｘ方向ずれを測定方法と同様に、回折格子３
５、３７からの回折光をそれぞれ別々に干渉させ、２つ
の光ビート信号B1、B2を光検出器４３、４４で光電検出
する。その後に、位相差計４５で２つのビート信号B1、
B2間の位相差を計測することによって、回折格子３５、
３７のｙ方向の相対的ずれ量を計測できる。このとき、
マスク３４の回折格子３５の或る基準線からのｙ方向へ
のずれ量をΔYm、ウエハ３６上の回折格子３７の同一の
基準線からのｙ方向へのずれ量をΔYw、位置合わせでき
たときの回折格子３５と、回折格子３７のｙ方向の間隔
をオフセットｄとすると、計測される位相差ΔTyは、
【００４１】 ΔTy＝４π／ｐ sinθ（Ym−Yw） となり、マスク３４、ウエハ３６のｙ方向の相対ずれ量
Δｙは、 Δｙ＝Ym−Yw−ｄ＝ｐ sinθ／４π・ΔTy−ｄ により求めることができ、Δｙ＝０、即ちΔTy＝（４π
／ｐ sinθ）ｄとなるように、マスク３４、ウエハ３６
をｙ方向に相対移動させ、ｙ方向の位置合わせを行う。
Δｙは、 Δｙ＝Ym−Yw−ｄ＝ｐ sinθ／４π・ΔTy−ｄ により求めることができ、Δｙ＝０、即ちΔTy＝（４π
／ｐ sinθ）ｄとなるように、マスク３４、ウエハ３６
をｙ方向に相対移動させ、ｙ方向の位置合わせを行う。
【００４２】次に、本発明を半導体プロセスの重ね合わ
せ精度測定装置に応用した実施例を説明する。図５にお
いて、ウエハ５０上に回折格子５１を半導体プロセスで
作成し、次のプロセスでこの回折格子５１に隣接する位
置に回折格子５２を作成する。これらの回折格子５１、
５２に第１の実施例で説明したように、２周波レーザー
光束をｘｚ平面内で入射して、それぞれの回折格子５
１、５２の回折光ビート信号の位相差からｘ方向の相対
ずれ量を求める。更に、２周波レーザー光束をｙｚ平面
内で入射して、それぞれの回折格子５１、５２による回
折後のビート信号の位相差からｙ方向の相対ずれ量を測
定することにより、半導体プロセスにおけるアライメン
トの際に生じたｘｙ平面での相対誤差量が求まり、アラ
イメントが適切であったか否かを高精度に判定すること
ができる。
せ精度測定装置に応用した実施例を説明する。図５にお
いて、ウエハ５０上に回折格子５１を半導体プロセスで
作成し、次のプロセスでこの回折格子５１に隣接する位
置に回折格子５２を作成する。これらの回折格子５１、
５２に第１の実施例で説明したように、２周波レーザー
光束をｘｚ平面内で入射して、それぞれの回折格子５
１、５２の回折光ビート信号の位相差からｘ方向の相対
ずれ量を求める。更に、２周波レーザー光束をｙｚ平面
内で入射して、それぞれの回折格子５１、５２による回
折後のビート信号の位相差からｙ方向の相対ずれ量を測
定することにより、半導体プロセスにおけるアライメン
トの際に生じたｘｙ平面での相対誤差量が求まり、アラ
イメントが適切であったか否かを高精度に判定すること
ができる。
【００４３】なお、図６(a) に示すように、マスク５３
のスクライブライン上に回折格子５１を設けて、ＩＣパ
ターン５４と共にウエハ５０上に作成し、次プロセスで
マスク５５のスクライブライン上に回折格子５２を設け
て、ＩＣパターン５６と共にウエハ５０上に作成して、
２つの回折格子５１、５２のウエハ５０上での二次元な
相対ずれ量を測定することにより、ＩＣパターン５４、
５６の二次元アライメント誤差を求めることができる。
のスクライブライン上に回折格子５１を設けて、ＩＣパ
ターン５４と共にウエハ５０上に作成し、次プロセスで
マスク５５のスクライブライン上に回折格子５２を設け
て、ＩＣパターン５６と共にウエハ５０上に作成して、
２つの回折格子５１、５２のウエハ５０上での二次元な
相対ずれ量を測定することにより、ＩＣパターン５４、
５６の二次元アライメント誤差を求めることができる。
【００４４】また、図６(b) に示すように、ウエハ５０
上にレジスト５７を塗布しておき、マスク５８上に回折
格子５９を設けて一旦露光し、ウエハステージ６０を所
定量ｘｙ方向に移動して再度露光することにより、レジ
ストパターンの隣接する回折格子５９ａ、５９ｂを作成
できる。この２つの回折格子５９ａ、５９ｂの相対ずれ
量を測定することにより、ウエハステージ６０の移動精
度を測定することができる。
上にレジスト５７を塗布しておき、マスク５８上に回折
格子５９を設けて一旦露光し、ウエハステージ６０を所
定量ｘｙ方向に移動して再度露光することにより、レジ
ストパターンの隣接する回折格子５９ａ、５９ｂを作成
できる。この２つの回折格子５９ａ、５９ｂの相対ずれ
量を測定することにより、ウエハステージ６０の移動精
度を測定することができる。
【００４５】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る位置検
出装置は、位置検出方向に対し格子線が所定の角度傾い
た直線回折格子を用いることにより、二次元位置ずれの
検出を高精度に測定でき、更には装置の小型化、自動化
の実現が可能となる。
出装置は、位置検出方向に対し格子線が所定の角度傾い
た直線回折格子を用いることにより、二次元位置ずれの
検出を高精度に測定でき、更には装置の小型化、自動化
の実現が可能となる。
【図１】基本的原理の説明図である。
【図２】測定方法の説明図である。
【図３】実施例の構成図である。
【図４】回折格子の平面図である。
【図５】ウエハ上に２つの回折格子を形成した状態の平
面図である。
面図である。
【図６】回折格子の作成方法の説明図である。
【図７】従来例の位置合わせ装置の構成図である。
【図８】位置合わせ原理の説明図である。
【図９】従来の半導体重ね合わせ精度測定方法の説明図
である。
である。
２０、３０ ゼーマンレーザー光源 ２１ ビームスプリッタ ２２、３１、４０ 偏光ビームスプリッタ ２５、３５、３７、５１、５２、５９ａ、５９ｂ 回折
格子 ２６、３２、４１ グラントムソンプリズム ２７、３３、４３、４４ 光検出器 ２８、４５ 位相差計 ３４、５３、５５ マスク ３６、５０ ウエハ ４２ エッジミラー ４６ ＣＰＵ
格子 ２６、３２、４１ グラントムソンプリズム ２７、３３、４３、４４ 光検出器 ２８、４５ 位相差計 ３４、５３、５５ マスク ３６、５０ ウエハ ４２ エッジミラー ４６ ＣＰＵ
───────────────────────────────────────────────────── 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三丁目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三丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 長谷川 雅宣 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
Claims (3)
- 【請求項１】 物体面内の所定方向に配列された回折格
子に対し、該所定方向とは異なる前記面内の第１の方向
を含む入射面を有するように前記回折格子にビート信号
形成用の第１光束組を入射すると共に前記所定及び第１
の方向とは異なる前記面内の第２の方向を含む入射面を
有するように前記回折格子にビート信号形成用の第２光
束組を入射する照明系と、前記第１光束組による前記回
折格子からの回折光を検出して第１のビート信号を形成
すると共に前記第２光束組による前記回折格子からの回
折光を検出して第２のビート信号を形成する検出系と、
前記第１のビート信号の位相状態から前記回折格子の前
記第１の方向に沿った位置情報を検出すると共に前記第
２のビート信号の位相状態から前記回折格子の前記第２
の方向に沿った位置情報を検出する処理系とを有するこ
とを特徴とする位置検出装置。 - 【請求項２】 物体面内の所定方向に配列された回折格
子に対し、該所定方向とは異なる前記面内の第１の方向
を含む入射面を有するように前記回折格子にビート信号
形成用の第１光束組を入射すると共に前記所定及び第１
の方向とは異なる前記面内の第２の方向を含む入射面を
有するように前記回折格子にビート信号形成用の第２光
束組を入射する照明系と、前記第１光束組による前記回
折格子からの回折光を検出して第１のビート信号を形成
すると共に前記第２光束組による前記回折格子からの回
折光を検出して第２のビート信号光を形成する検出系
と、比較用のビート信号である第３ビート信号と第４ビ
ート信号を形成する比較用ビート信号形成手段と、前記
第１のビート信号と第３ビート信号との位相差から前記
回折格子の前記第１方向に沿った位置情報を検出すると
共に前記第２のビート信号と前記第４ビート信号との位
相差から前記回折格子の前記第２の方向に沿った位置情
報を検出する処理系とを有することを特徴とする位置検
出装置。 - 【請求項３】 前記比較用ビート信号形成手段は前記回
折格子に対する比較用の回折格子からの回折光を用いて
形成したビート信号光から前記第３及び第４ビート信号
を形成するようにした請求項２の位置検出装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3276953A JPH0590126A (ja) | 1991-09-27 | 1991-09-27 | 位置検出装置 |
| US07/947,383 US5369486A (en) | 1991-09-27 | 1992-09-21 | Position detector for detecting the position of an object using a diffraction grating positioned at an angle |
| CA002078726A CA2078726A1 (en) | 1991-09-27 | 1992-09-21 | Position detector |
| EP92308718A EP0534759A1 (en) | 1991-09-27 | 1992-09-24 | Position detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3276953A JPH0590126A (ja) | 1991-09-27 | 1991-09-27 | 位置検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0590126A true JPH0590126A (ja) | 1993-04-09 |
Family
ID=17576716
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3276953A Pending JPH0590126A (ja) | 1991-09-27 | 1991-09-27 | 位置検出装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5369486A (ja) |
| EP (1) | EP0534759A1 (ja) |
| JP (1) | JPH0590126A (ja) |
| CA (1) | CA2078726A1 (ja) |
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| JP2019507368A (ja) * | 2015-12-23 | 2019-03-14 | エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． | メトロロジ方法、ターゲット、及び基板 |
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1991
- 1991-09-27 JP JP3276953A patent/JPH0590126A/ja active Pending
-
1992
- 1992-09-21 US US07/947,383 patent/US5369486A/en not_active Expired - Lifetime
- 1992-09-21 CA CA002078726A patent/CA2078726A1/en not_active Abandoned
- 1992-09-24 EP EP92308718A patent/EP0534759A1/en not_active Withdrawn
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| US5369486A (en) | 1994-11-29 |
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