JPH06188176A - ギャップ制御装置及びギャップ制御方法 - Google Patents

ギャップ制御装置及びギャップ制御方法

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JPH06188176A
JPH06188176A JP4338850A JP33885092A JPH06188176A JP H06188176 A JPH06188176 A JP H06188176A JP 4338850 A JP4338850 A JP 4338850A JP 33885092 A JP33885092 A JP 33885092A JP H06188176 A JPH06188176 A JP H06188176A
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gap
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coherent light
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聖 荒木
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    • GPHYSICS
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    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体製造工程において、マスク−ウェハ間
のギャップGの設定精度を向上させる。 【構成】 異なる周波数を有する第1周波数光14、第
2周波数光15を、光路調整系51を介して、同一ピッ
チPを有するマスク側回折格子5及びウェハ側回折格子
6の法線方向に関して対称な1次回折角θ0 の方向から
入射させる。各回折格子5,6で1次回折された各周波
数光14,15が干渉してそれぞれマスク側干渉光1
6,ウェハ側干渉光18となる。この各干渉光16,1
8の初期位相差Δφ0 を検出し、次に、光路調整系51
の調整により、各干渉光16,18を同一方向に同一角
度θ1 だけずらせて、このときの各干渉光16,18の
後期位相差Δφ1 を検出する。Δφ1 −Δφ0 =(2π
Gtan θ1 )/(P/2)の関係に基づき、位相差変化
Δφ1 −Δφ0 からギャップGを高精度で検出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造工程
で使用される露光装置特にX線露光装置に適したギャッ
プ制御装置及び制御方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、大規模集積回路(LSI)の高密
度化,高速化にともない、素子の微細化が要求されてい
るが、その製造工程における写真蝕刻工程で使われる光
の波長が短いほど微細な素子が形成できる。そのため、
X線を光源として使用するX線露光技術が実施されてお
り、このようなX線露光工程中のマスクアラインメント
においては、X線マスクとウェハを例えば20μmとい
うプロキシミティギャップで対向させて、X線を照射
し、所定部位を露光させるようにしている。その場合、
X線マスクとウェハのギャップをさらに近接させること
でより微細化が期待できるため、X線マスクとウェハの
ギャップを高精度で設定することが必要とされている。
【0003】ここで、従来のマスクアラインメントにお
けるギャップ設定方法としては、2重焦点レンズを用い
た方法や単一焦点レンズを用いた方法が利用されてい
る。
【0004】図7は2重焦点レンズを用いた方法を示
す。51は2重焦点レンズ、52はウェハ、53はウェ
ハマーク、54はX線マスク、55はマスクマークであ
る。まず、2重焦点レンズ51の第1焦点をウェハ52
上のウェハマーク53に合わせ、次に、X線マスク54
上のマスクマーク55に第2焦点を合わせることによっ
て、ウェハ52とX線マスク54のギャップを設定す
る。
【0005】また、図8は他のギャップ設定方法である
単一焦点レンズを用いた方法を示す。61はレンズ、6
2はレンズ駆動系、63は駆動量検出系である。まず、
単一焦点レンズ61の焦点をウェハ52上のウェハマー
ク53に合わせる。次に、レンズ駆動系62によりレン
ズ61を駆動し、X線マスク54上のマスクマーク55
に焦点を合わせる。この駆動量を駆動量検出系63によ
って検出し、X線マスク54とウェハ52間のギャップ
を算出する。
【0006】X線露光装置では、上記のような方法でX
線マスクとウェハのギャップを20μm近傍で設定し、
その後、マスクの位置合わせとX線露光とが行われる。
【0007】一方、高精度のマスク−ウェハの位置合わ
せ装置としては、刊行物「光技術コンタクト」(vo
l.28,No.7,1991,p.389)に開示さ
れるごとく、わずかに異なる周波数を有する2つのレー
ザ光を干渉させたいわゆるへテロダイン干渉光を利用し
たへテロダイン方式の装置が知られている。
【0008】以下、この方式によるアラインメント原理
について、図9及び図10を参照しつつ説明する。
【0009】図9に示すように、わずかに異なる周波数
f1 ,f2 を有する2つのレーザ光を回折格子bの法線
方向に対してそれぞれ逆向きの1次回折角θa ,θb の
方向から入射させたとき、各周波数f1 ,f2 のレーザ
光は、いずれも回折格子aの法線方向に1次回折され、
干渉してビート信号Ir (t)を生じる。このとき、各
レーザ光の振幅をA1 ,A2 、初期位相をφ1 ,φ2 と
し、振幅強度E1 (t),E2 (t)を下記式 E1 (t)=A1 ・exp j(2πf1 t+φ1 ) E2 (t)=A2 ・exp j(2πf2 t+φ2 ) で表すと、ビート信号Ir (t)は下記式 Ir (t)=|E1 (t)+E2 (t)|2 =A1 2 +A2 2 +A1 A2 ・cos (2π|f1 −f2 |t+φ1 −φ2 ) で表される。
【0010】また、回折格子b の位置を図9の実線位置
から図中破線位置に(変位Δx)移動させると、2つの
レーザ光の光路長変化がそれぞれΔxsin θa ,Δxsi
n θb となるので、ビート信号Ib (t)は下記式 Ib (t)=A1 2 +A2 2 +A1 A2 ・cos {2π|f1 −f2 |t +φ1 −φ2 +2πΔx/(P/2)} で表される(ただし、Pは回折格子のピッチ)。つま
り、各ビート信号Ir (t),Ib (t)間の位相差は
回折格子aの変位量P/2を周期として直線的に変化す
ることになる。
【0011】へテロダイン方式のアラインメント装置は
上述の原理を利用したものであり、図10に示すよう
に、マスクmに第1回折格子aを取付け、半導体ウェハ
wに第2回折格子bを、ウェハwとマスクmとをギャッ
プGだけ離して対向させるようにしている、そのとき、
2つのレーザ光の光路長変化がそれぞれG(1+cos θ
a ),G(1+cos θb )となるが、θa =θb である
とこれらは等しいので相殺され、ビート信号の位相には
変化を与えない。すなわち、左右対称光学系のおかげで
ギャップGが変化しても位置検出に影響を及ぼさないこ
とになる。
【0012】したがって、マスクmとウェハwとの位置
ずれをΔxとすると、下記(1) 式 φ1 −φ2 =2πΔx/(P/2) (1) に基づき、位相差(φ2 −φ1 )を検出することで、マ
スク−ウェハ間の位置ずれΔxが検出される。そのと
き、位相差(φ2 −φ1 )は電気的な信号処理を含め1
度程度の精度で検出しうるので、結局、マスクmとウェ
ハwとの位置合わせを高精度で行うことができる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記へ
テロダイン干渉方式を用いたマスク−ウェハ間の位置合
わせ装置では、X線露光装置の分解能に対応した高精度
の位置合わせが可能となるのに対し、上記従来のギャッ
プ設定方法では、およそ1μm以上のギャップ設定は可
能であるが、使用されるレンズの焦点深度以下のギャッ
プ設定は不可能であり、その焦点深度を1μm以下にす
ることは困難である。このため、マスク−ウェハ間のギ
ャップをX線露光装置の使用波長に応じた高精度で設定
することが困難となり、マスクの位置合わせ精度の精度
向上を十分活用できないという問題があった。
【0014】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、上述のへテロダイン干渉方式を使用
したマスクアラインメント装置において、上記(1) 式を
考察すると、回折格子が付設されたマスク及びウェハを
固定したままで光学系を傾けると、その前後の2位置で
検出されるビート信号の位相差の変化はマスク−ウェハ
間の位置ずれΔxとは無関係にギャップGにのみ依存す
ることに着目し、このような高精度で検出しうるへテロ
ダイン干渉光の位相差を利用してギャップを検出するこ
とにより、リソグラフィー工程におけるギャップ検出精
度の向上すなわちギャップ設定精度の向上を図ることに
ある。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
請求項1の発明が講じた手段は、第1物体と第2物体と
の間のギャップを検出して、該ギャップを一定値に設定
するようにしたギャップ制御方法として、図2及び図3
に示すように、第1物体に第1回折格子を、第2物体に
上記第1回折格子と等しいピッチを有する第2回折格子
を互いに平行となるようにそれぞれ付設し、互いにわず
かに異なる周波数を有する2つのコヒーレント光を、上
記各回折格子の所定の共通方向(初期回折方向)に関し
て互いに対称な1次回折角の方向(初期入射方向)から
それぞれ入射させて、上記初期回折方向に各コヒーレン
ト光を1次回折させ、上記第1回折格子により1次回折
される各コヒーレント光が干渉してなる第1干渉光と上
記第2回折格子により1次回折される各コヒーレント光
が干渉してなる第2干渉光との間の位相差を初期位相差
として検出し、上記各コヒーレント光を上記初期入射方
向に対して同一方向に同じ一定角度だけわずかに傾いた
後期入射方向からそれぞれ入射させて、上記初期回折方
向から一定角度だけ傾いた後期回折方向に各コヒーレン
ト光を1次回折光させ、上記第1回折格子により1次回
折される各コヒーレント光が干渉してなる第1干渉光と
上記第2回折格子により1次回折される各コヒーレント
光が干渉してなる第2干渉光との間の位相差を後期位相
差として検出し、検出された初期位相差と後期位相差と
の間の位相差変化に応じ、上記各回折格子のピッチで定
まる位相差変化−ギャップ値の関係に基づいて、第1物
体と第2物体のギャップを演算するようにしたものであ
る。
【0016】請求項2の発明の講じた手段は、上記請求
項1の発明において、上記各コヒーレント光の初期入射
角を、各回折格子による初期回折方向が各回折格子の法
線方向になるように設定したものである。
【0017】請求項3の発明の講じた手段は、第1物体
と第2物体との間のギャップを検出して、該ギャップを
一定値に設定するためのギャップ制御装置を対象とす
る。
【0018】そして、図1に示すように、第1物体に取
付けられた第1回折格子と、第2物体に上記第1格子と
は平行となる位置に取付けられ、上記第1回折格子と等
しいピッチを有する第2回折格子と、互いにわずかに異
なる周波数を有する2つのコヒーレント光を発するコヒ
ーレント光供給手段と、該コヒーレント光供給手段から
発せられる2つのコヒーレント光を、上記各回折格子の
共通の一方向に関して互いに対称な1次回折角の方向か
らそれぞれ入射させるように、かつ各回折格子による1
次回折方向を変更しうるように構成された光路調整系
と、上記第1回折格子により1次回折される各コヒーレ
ント光が干渉してなる第1干渉光と上記第2回折格子に
より1次回折される各コヒーレント光が干渉してなる第
2干渉光との間の位相差に関する信号を検出する位相差
検出手段と、上記各コヒーレント光の各回折格子への入
射方向を、各格子による1次回折の方向が所定の初期回
折方向となる初期入射方向と各格子による1次回折の方
向が上記初期回折方向から一定角度だけ傾いた後期回折
方向となる後期入射方向とに変化させるよう上記光路調
整系を制御する入射方向制御手段と、該入射方向制御手
段により制御される1次回折の初期回折方向と後期回折
方向とにおいて上記位相差検出手段でそれぞれ検出され
る初期位相差から後期位相差への位相差変化に応じ、上
記各回折格子のピッチで定まる位相差変化−ギャップ値
の関係に基づいて、第1物体と第2物体との間のギャッ
プを演算するギャップ演算手段とを設ける構成としたも
のである。
【0019】請求項4の発明の講じた手段は、上記請求
項3の発明において、上記第1物体を半導体装置が形成
されるウェハとし、上記第2物体を上記ウェハのリソグ
ラフィー工程で使用されるマスクとする。
【0020】そして、上記ギャップ制御装置をマスク−
ウェハの位置合わせ装置と兼用するように構成したもの
である。
【0021】
【作用】請求項1の発明では、互いに異なる周波数を有
する2つのコヒーレント光が初期入射方向から各回折格
子に入射すると、各回折格子で1次回折され、共通の初
期回折方向に反射干渉してそれぞれ第1干渉光,第2干
渉光となり、この各干渉光間の位相差が初期位相差とし
て検出される。次に、各コヒーレント光が各回折格子に
上記初期入射方向から同一方向に一定角度だけ傾いた後
期入射方向から入射すると、反射方向(後期回折方向)
も初期の反射方向(初期回折方向)から同じ一定角度だ
け傾く。このときの各干渉光の位相差を後期位相差とす
ると、初期位相差との位相差変化は各回折格子の位置ず
れとは無関係で、各回折格子のピッチに応じ、各回折格
子のギャップに比例する。
【0022】したがって、高精度で検出される位相差変
化に応じ、各物体間のギャップが高い精度で求められる
ことになる。
【0023】請求項2の発明では、上記請求項1の発明
の作用において、コヒーレント光の初期入射方向が、光
学系の基準となる各回折格子の法線方向に1次回折され
る方向となるので、ギャップ検出のための手順が簡素と
なり、かつ検出精度も向上することになる。
【0024】請求項3の発明では、上記請求項1の発明
と同様の作用によって、初期回折方向と後期回折方向と
において得られる各干渉光の初期位相差と後期位相差と
の間の位相差変化が、各回折格子の位置ずれとは無関係
で、各回折格子のギャップに比例する。
【0025】したがって、高精度で検出される位相差変
化に応じ、各物体間のギャップが高い精度で検出される
ことになる。
【0026】請求項4の発明では、ギャップ制御装置が
マスク−ウェハの位置合わせ装置と兼用されるので、装
置を構成する部品の大部分が共通に使用可能となり、装
置全体の構成が簡素かつ低価格で済むとともに、マスク
−ウェハ間のギャップ設定と位置合わせとが連続して行
われ、マスクアラインメントに要する時間が短縮される
ことになる。
【0027】
【実施例】以下、本発明の実施例について、図2〜図6
に基づき説明する。
【0028】図2に本発明のギャップ制御方法の構成図
を示す。1は第1物体であるX線マスク、2は第2物体
であるウェハ、3はマスクステージ、4はウェハステー
ジ、5は第1回折格子としてのマスク側回折格子、6は
第2回折格子としてのウェハ側回折格子であって、上記
マスク側回折格子5とウェハ側回折格子6との間の距離
がマスク−ウェハ間ギャップGに略該当する。なお、上
記マスク側回折格子5とウェハ側回折格子6はいずれも
同じピッチ4μmとなるように形成されている。また、
8はレーザ光源、9、10はそれぞれ所定の偏光面をも
つ周波数f1、f2を取り出すフィルタであって、この
レーザ光源8とフィルタ9,10とにより、請求項3の
発明にいうコヒーレント光供給手段が構成されている。
また、11はX線マスク1やウェハ2への入射光の入射
角度を変更できるミラー、12はマスク側光検出器、1
9はウェハ側光検出器、13は信号処理制御部、14、
15はレーザ光源9の光がフィルタ9、10で分離され
た周波数f1,f2の光(以下、周波数f1の光を第1
周波数光14、周波数f2の光を第2周波数光15と呼
ぶ)、17は上記フィルタ9,10とそれに付帯してい
るミラーを駆動させて、第1周波数光14、第2周波数
光15の入射角度を所定角度に変更する入射角度変更駆
動系である。この入射角度変更駆動系17及びミラー1
1,11により、請求項3の発明にいう光路調整系が構
成されている。
【0029】なお、後述のように、16はマスク側回折
格子5による第1干渉光としてのマスク側干渉光、18
はウェハ側回折格子6による第2干渉光としてのウェハ
側干渉光である。
【0030】マスクアラインメントを行う際、まず、X
線マスク1とウェハ2がマスクステージ3、ウェハステ
ージ4上にロードされ、平行になるように設定される。
そして、レーザ光源8より出射された光は、フィルタ
9,10で第1周波数光14、第2周波数光15にさ
れ、ミラー11で反射された後、所定の角度をもってX
線マスク1、ウェハ2上のマスク側回折格子5やウェハ
側回折格子6に導かれる。このとき、マスク側回折格子
5とウェハ側回折格子6とは同じピッチ4μmで形成さ
れているので、同一レーザスポット内に配置され、同位
相平面が照射される。
【0031】次に、ギャップ制御方法について、図3の
フロ―チャ―ト及び図4の(a),(b)に基づき詳細
に説明する。
【0032】一般に、周波数がわずかに異なる2つの光
(レーザ光)を干渉させて生じた光はヘテロダイン干渉
光と称されている。
【0033】まず、図3のステップST1で、周波数f
1 を有する第1周波数光14と周波数f2 を有する第2
周波数光15をそれぞれ各回折格子5,6の±1次の回
折角θ0 (=9.1 度)の方向から、互いに左右対称にな
るように入射する。この入射方向が初期入射方向であ
る。すると、マスク側回折格子5に入射した第1周波数
光14、第2周波数光15は回折格子5により法線方向
(初期回折方向)に回折した後、法線方向で合成され、
わずかに周波数が変位したへテロダイン干渉光となり、
これをマスク側干渉光(ビート信号)16とする。一
方、回折格子6に入射した第1周波数光14、第2周波
数光15は回折格子6により同じく法線方向に回折した
後、法線方向で合成され、わずかに周波数が変位したウ
ェハ側干渉光(ビート信号)18となって(図4の
(a)参照)、各ビート信号16,18はそれぞれ各光
検出器12,19に導かれる。
【0034】ここで、上記第1周波数光14,第2周波
数光15の振幅をA1 ,A2 、初期位相をφ1 ,φ2 と
すると、各周波数光14,15の強度E1 (t),E2
(t)は、下記式 E1 (t)=A1 ・exp j(2πf1 t+φ1 ) E2 (t)=A2 ・exp j(2πf2 t+φ2 ) で表される。
【0035】そして、上記マスク側光検出器12に入力
されるマスク側ビート信号16の強度Im1は、下記式 Im1=|E1 (t)+E2 (t)|2 =A1 2 +A2 2 +A1 A2 ・cos (2π|f1 −f2 |t+φ1 −φ2 ) で表される。また、マスク側回折格子5とウェハ側回折
格子6とのマークの位置が水平距離でΔxだけずれてい
るとすると、ウェハ側ビート信号18の強度Iw2は、下
記式 Im2=A1 2 +A2 2 +A1 A2 ・cos {2π|f1 −f2 |t+φ1 −φ2 +2πΔx/(P/2)} で表される(ただし、Pは回折格子のピッチ)。このと
き、マスク側回折格子5とウェハ側回折格子6とのギャ
ップGによる左右入射光の光路差は左右対称光学系のた
めに相殺され、ビート信号の位相には変化を与えない。
【0036】すなわち、マスク側ビート信号16とウェ
ハ側ビート信号18の位相差(φ1−φ2 )は、前出の
(1) 式 φ1 −φ2 =2πΔx/(P/2) (1) で表される。ここで、φ1 −φ2 =Δφ0 とおき、この
Δφ0 を初期位相差と呼ぶ。つまり、初期の入射角度変
更駆動系17の設定において、各光検出器12,19で
検出されるビート信号16,18間には、上記(1) 式で
表される初期位相差Δφ0 が存在する。
【0037】そして、図3のステップST2で、この初
期位相差Δφ0 を信号処理制御部13で検出する。この
制御及び後述のステップST4の制御により、請求項3
の発明にいう位相差検出手段52が構成されている。こ
こまでの手順は、上述したX線マスク1とウェハ2との
位置合わせを行う場合の手順と同様である。
【0038】次に、図3のステップST3で、図4の
(b)に示すように、入射角度変更駆動系17を動かす
ことによって、左右光学系を同一方向に同じ角度θ1 =
4.0 度だけ傾斜させる。ただし、X線マスク1及びウェ
ハ2つまりマスク側回折格子5及びウェハ側回折格子6
は固定した状態である。つまり、各回折格子5,6に対
する各周波数光14,15の入射方向(後期入射方向)
を上記初期入射方向とは一定角度θ1 だけ傾いた方向に
変化させる。上記ステップST1及びST3の入射方向
を初期入射方向と後期入射方向とに変化させる制御によ
り、請求項3の発明にいう入射方向制御手段53が構成
されている。
【0039】これにより、第1周波数光14は放線方向
に対して(θ0 +θ1 )の傾き、第2周波数光15は法
線方向に対して(θ0 −θ1 )の傾きをもって入射さ
れ、その結果、上記各へテロダイン干渉光16,18
は、いずれも法線方向に対してθ1 の傾きをもった方向
(後期回折方向)に生じるものとなる。このとき、ウェ
ハ側回折格子6によるビート信号18がマスク側回折格
子5を通過する位置は、図4の(b)に示すように、G
tan θ1 だけ変化する。つまり、マスク側回折格子5と
ウェハ側回折格子6とはいずれも固定されており、その
相対位置は変化していないが、見掛上、両者の位置ずれ
Δxが水平距離でGtan θ1 だけ変化したのと同じこと
になって、各ビート信号16,18間の後期位相差Δφ
1 は、下記(2) 式 Δφ1 =2π(Δx+Gtan θ1 )/(P/2) (2) で表される。
【0040】そして、図3のステップST4で、上記後
期位相差Δφ1 を信号処理制御部13で検出する。
【0041】上記(1) 式及び(2) 式から、各ビート信号
16,18間の初期位相差Δφ0 から後期位相差Δφ1
への位相差の変化(Δφ1 −Δφ0 )は、下記(3) 式 △φ1 −△φ0 =(2πGtan θ1 )/(P/2) (3) となり、この各ビート信号16,18間の位相差変化
(Δφ1 −△φ0 )は、X線マスク1とウェハ2との位
置ずれΔxとは無関係であり、マスク−ウェハ間ギャッ
プGに依存(比例)することになる。
【0042】そして、図3のステップST5で、上記初
期位相差Δφ0 と後期位相差Δφ2との間の位相差変化
(Δφ1 −△φ0 )が上記信号処理制御部13で演算さ
れる。
【0043】次に、図3のステップST6で、上記(2)
式の位相差変化(△φ1 −△φ0 )とマスク−ウェハ間
ギャップGとの関係に基づいて、ギャップGが演算され
る。図5は、P=4μm、θ1 =4度のときにおける位
相差変化(△φ1 −△φ0 )とマスク−ウェハ間ギャッ
プGとの関係を示し、両者は比例関係にある。同図か
ら、位相差変化(△φ1 −△φ0 )の検出精度が電気的
な処理を含め1度とすると、マスク−ウェハ間ギャップ
Gの検出精度はおよそ0.08μmになることがわかる。こ
の演算処理により、請求項3の発明にいうギャップ演算
手段54が構成されている。
【0044】すなわち、あらかじめ設定したマスク−ウ
ェハ間ギャップGに対応する位相差変化(△φ1 −△φ
0 )になるよう、マスクステージ3、ウェハステージ4
をギャップ方向に制御することにより、精度のよいギャ
ップ制御を行うことができることになる。
【0045】なお、位相差変化(△φ1 −△φ0 )は位
相差を測定することで求められる関係上、0度〜180
度の範囲でしかその値に意味を持たないため、設定ギャ
ップに対して、あらかじめこの範囲内にする粗ギャップ
設定を必要とする。しかし、その範囲は10μm以上とな
るので、粗ギャップ設定は容易である。
【0046】また、これらの光学系は、一般のX線露光
装置などに搭載されているアライメント光学系を流用で
きるものも多く、光学系を簡単に構成できる利点もあ
る。特に、本発明のギャップ制御装置を上述のへテロダ
イン方式によるマスク−ウェハの位置合わせ装置と兼用
するようにした場合、X線マスク1−ウェハ2間の位置
合わせとギャップ設定とを連続して行うことで、アライ
ンメント作業を短時間かつX線露光装置に必要な高精度
で行うことができ、しかも、大部分の部品が共通に使用
できるので、構造の簡素化を図ることができるという著
効を発揮することができる。
【0047】なお、上記実施例においては、最初に第1
周波数光14、第2周波数光15の初期入射方向を各回
折格子5,6の法線方向に1次回折される方向としてい
るが、本発明はかかる実施例に限定されるものではな
い。例えば図6のように,各回折格子5,6の法線方向
に対して同じ一定角度θ2 だけ傾いた方向に対して対称
で各回折格子5,6の法線方向に対して同じ一定角度θ
2 だけ傾いた方向に1次回折される方向を初期入射方向
として、その初期入射方向から同一方向に同じ角度だけ
傾けた方向から第1,第2周波数光14,15を入射す
るようにしても、各回折格子5,6間の水平距離Δxが
ギャップGに比例して変化することには変わりがないの
で、上述のような位相差(△φ1 −△φ0 )とGの基本
的な関係をそのまま利用して、マスク−ウェハ間ギャッ
プGを高精度で制御することが可能である。
【0048】ただし、上記実施例のように、初期入射方
向を各回折格子5,6の法線方向に1次回折を生じる方
向つまり基準位置とすることで、ギャップ検出のための
手順が単純化され、また、検出精度もより高くなる利点
がある。
【0049】なお、上記実施例においては、第1周波数
光14、第2周波数光15の入射角度を、入射角度駆動
系17で、フィルタ9、10とそれに付帯するミラー
(図番は付していない)を回動させることで変更するよ
うにしているが、例えば、ミラー11を動かすことによ
って入射角度を変更しても良いし、最初から入射光学系
を2系統用意しておき、スリットなどで入射光学系を選
択することによって、第1周波数光14、第2周波数光
15の入射角度を変更してもよい。
【0050】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1の発明に
よれば、第1物体と第2物体との間のギャップを検出し
て、このギャップを一定値に設定するようにしたギャッ
プ制御方法として、第1,第2物体に互いに等しいピッ
チを有する第1,第2回折格子を付設し、互いに異なる
周波数を有する2つのコヒーレント光を、各回折格子に
共通の初期回折方向に関して互いに対称な1次回折角の
方向(初期入射方向)からそれぞれ入射させて、各回折
格子により1次回折される2つの干渉光の初期位相差を
検出し、さらに、各コヒーレント光を上記初期の入射方
向に対して同一方向に同じ一定角度だけわずかに傾いた
後期入射方向から入射させて、各回折格子により1次回
折される2つの干渉光の後期位相差を検出し、検出され
た初期位相差と後期位相差との間の位相差変化に応じ、
各回折格子のピッチで定まる位相差変化−ギャップ値の
関係に基づいて、第1物体と第2物体のギャップを演算
するようにしたので、高精度で検出される位相差の変化
を利用して、各物体間のギャップを高い精度で検出する
ことができ、よって、ギャップ設定精度の向上を図るこ
とができる。
【0051】請求項2の発明によれば、上記請求項1の
発明において、コヒーレント光の初期入射角を各回折格
子の法線方向に1次回折される方向としたので、ギャッ
プ検出のための手順の簡素化と検出精度の向上とを図る
ことができる。
【0052】請求項3の発明によれば、第1物体と第2
物体との間のギャップを検出して、該ギャップを一定値
に設定するためのギャップ制御装置として、第1,第2
物体にそれぞれ第1,第2回折格子を互いに平行となる
よう取付け、わずかに相異なる周波数を有する2つのコ
ヒーレント光を発するコヒーレント光供給手段と、各コ
ヒーレント光を各回折格子の共通方向に関して互いに対
称な1次回折角の方向から入射させ、かつ各回折格子に
よる1次回折方向を変更する光路調整系とを設けてお
き、各コヒーレント光の各回折格子による1次回折の方
向を初期回折方向と後期回折方向とに変化させ、各回折
格子で回折された各コヒーレント光が干渉してなる2つ
の干渉光の位相差を各回折方向で検出するとともに、各
回折方向で検出される初期位相差から後期位相差への位
相差変化に応じ、各回折格子のピッチで定まる位相差変
化−ギャップ値の関係に基づいてギャップを演算する構
成としたので、高精度で検出される位相差の変化を利用
して、各物体間のギャップを高い精度で検出することが
でき、よって、ギャップ設定精度の向上を図ることがで
きる。
【0053】請求項4の発明によれば、上記請求項3の
発明において、第1物体を半導体装置が形成されるウェ
ハとし、第2物体をウェハのリソグラフィー工程で使用
されるマスクとするとともに、ギャップ制御装置をマス
ク−ウェハの位置合わせ装置と兼用するようにしたの
で、装置の構成の簡素化を図りつつ、マスクアラインメ
ントに要する時間を短縮することができ、著効を発揮す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項3の発明の構成を示すブロック図であ
る。
【図2】実施例におけるギャップ制御装置の構成図であ
る。
【図3】実施例におけるギャップ制御の内容を示すフロ
―チャ―ト図である。
【図4】実施例におけるギャップ制御方法の手順を示す
説明図である。
【図5】実施例におけるギャップ検出信号の一例を示す
図である。
【図6】ギャップ制御方法の別例を示す図である。
【図7】従来の2重焦点レンズを使用したギャップ検出
系の例を示す図である。
【図8】従来の単一焦点レンズを使用したギャップ検出
系の例を示す図である。
【図9】へテロダイン干渉光のビート信号中の位相差を
説明する図である。
【図10】へテロダイン干渉方式によるマスク−ウェハ
間の位置合わせの原理を説明する図である。
【符号の説明】
1 X線マスク(第1物体) 2 ウェハ(第2物体) 3 マスク側ステージ 4 ウェハ側ステージ 5 マスク側(第1)回折格子 6 ウェハ側(第2)回折格子 8 レーザ光源 9、10 フィルタ 11 ミラー 12 マスク側光検出器 13 信号処理制御部 14 第1周波数光 15 第2周波数光 16 マスク側(第1)干渉光 17 入射角度変更駆動系 18 ウェハ側(第2)干渉光 19 ウェハ側光検出器 50 コヒーレント光供給手段 51 光路調整系 52 位相差検出手段 53 入射方向制御手段 54 ギャップ演算手段
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G03F 9/00 H 7316−2H

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1物体と第2物体との間のギャップを
    検出して、該ギャップを一定値に設定するようにしたギ
    ャップ制御方法であって、 第1物体に第1回折格子を、第2物体に上記第1回折格
    子と等しいピッチを有する第2回折格子を互いに平行と
    なるようにそれぞれ付設し、 互いにわずかに異なる周波数を有する2つのコヒーレン
    ト光を、上記各回折格子の所定の共通方向(初期回折方
    向)に関して互いに対称な1次回折角の方向(初期入射
    方向)からそれぞれ入射させて、上記初期回折方向に各
    コヒーレント光を1次回折させ、 上記第1回折格子により1次回折される各コヒーレント
    光が干渉してなる第1干渉光と上記第2回折格子により
    1次回折される各コヒーレント光が干渉してなる第2干
    渉光との間の位相差を初期位相差として検出し、 上記各コヒーレント光を上記初期入射方向に対して同一
    方向に同じ一定角度だけわずかに傾いた後期入射方向か
    らそれぞれ入射させて、上記初期回折方向から一定角度
    だけ傾いた後期回折方向に各コヒーレント光を1次回折
    光させ、 上記第1回折格子により1次回折される各コヒーレント
    光が干渉してなる第1干渉光と上記第2回折格子により
    1次回折される各コヒーレント光が干渉してなる第2干
    渉光との間の位相差を後期位相差として検出し、 検出された初期位相差と後期位相差との間の位相差変化
    に応じ、上記各回折格子のピッチで定まる位相差変化−
    ギャップ値の関係に基づいて、第1物体と第2物体のギ
    ャップを演算することを特徴とするギャップ制御方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のギャップ制御方法におい
    て、 上記各コヒーレント光の初期入射角は、各回折格子によ
    る初期回折方向が各回折格子の法線方向になるように設
    定されていることを特徴とするギャップ制御方法。
  3. 【請求項3】 第1物体と第2物体との間のギャップを
    検出して、該ギャップを一定値に設定するためのギャッ
    プ制御装置であって、 第1物体に取付けられた第1回折格子と、 第2物体に上記第1格子とは平行となる位置に取付けら
    れ、上記第1回折格子と等しいピッチを有する第2回折
    格子と、 互いにわずかに異なる周波数を有する2つのコヒーレン
    ト光を発するコヒーレント光供給手段と、 該コヒーレント光供給手段から発せられる2つのコヒー
    レント光を、上記各回折格子の共通の一方向に関して互
    いに対称な1次回折角の方向からそれぞれ入射させるよ
    うに、かつ各回折格子による1次回折方向を変更しうる
    ように構成された光路調整系と、 上記第1回折格子により1次回折される各コヒーレント
    光が干渉してなる第1干渉光と上記第2回折格子により
    1次回折される各コヒーレント光が干渉してなる第2干
    渉光との間の位相差に関する信号を検出する位相差検出
    手段と、 上記各コヒーレント光の各回折格子への入射方向を、各
    格子による1次回折の方向が所定の初期回折方向となる
    初期入射方向と各格子による1次回折の方向が上記初期
    回折方向から一定角度だけ傾いた後期回折方向となる後
    期入射方向とに変化させるよう上記光路調整系を制御す
    る入射方向制御手段と、 該入射方向制御手段により制御される1次回折の初期回
    折方向と後期回折方向とにおいて上記位相差検出手段で
    それぞれ検出される初期位相差から後期位相差への位相
    差変化に応じ、上記各回折格子のピッチで定まる位相差
    変化−ギャップ値の関係に基づいて、第1物体と第2物
    体との間のギャップを演算するギャップ演算手段とを備
    えたことを特徴とするギャップ制御装置。
  4. 【請求項4】 請求項3記載のギャップ制御装置におい
    て、 上記第1物体は半導体装置が形成されるウェハであり、 上記第2物体は上記ウェハのリソグラフィー工程で使用
    されるマスクであり、 上記ギャップ制御装置はマスク−ウェハの位置合わせ装
    置と兼用されるものであることを特徴とするギャップ制
    御装置。
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