JPS5938521B2 - 微小変位測定および位置合わせ装置 - Google Patents

微小変位測定および位置合わせ装置

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JPS5938521B2
JPS5938521B2 JP13766079A JP13766079A JPS5938521B2 JP S5938521 B2 JPS5938521 B2 JP S5938521B2 JP 13766079 A JP13766079 A JP 13766079A JP 13766079 A JP13766079 A JP 13766079A JP S5938521 B2 JPS5938521 B2 JP S5938521B2
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JP
Japan
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light
diffraction grating
displacement measurement
diffracted light
positioning device
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JP13766079A
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康弘 鳥居
宜彦 水島
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、回折格子を用いて微小な変位の測定および精
密な位置合わせを行なう装置に関するものである。
従来、微小変位の測定および精密な位置合わせを行なう
装置として、第1図に示すように2つの回折格子の回折
光を用いるものがある。
第1図において、1は透過型の回折格子、2は反射型の
回折格子、3は入射光、4、5は所望の回折光、6、T
は回折格子1の裏面からの回折光である。回折格子1、
2を対向させて入射光3をあてると、第1図のように+
1次と−1次の回折光4、5が生じる。この回折光強度
は、回折格子1と2との相対的な変位によつて変化する
。例えば、回折光強度の最小値検出による位置合わせ、
もしくは+1次と−1次の回折光強度の差による位置合
わせが行なわれている。しかしながら、この種の装置で
は、位置合わせに必要な回折光4、5以外に、透過型回
折格子1の裏面から回折される回折光6、7が生じる。
しかも、この回折光6、Tが所望の回折光4、5と同一
方向に生じ重なるため、回折光4と6および回折光5と
□は相互に干渉を起こし、所望の回折光強度が変動し、
精度が劣化するという欠点をもつていた。本発明の目的
は、これらの欠点を打破するために透過型回折格子の裏
面からの回折光による劣化要因を除去した微小変位測定
および位置合わせ装置を提供することにある。
以下に図面を参照して本発明を詳細に説明する。
第2図A,Bは本発明装置の二実施例における回折格子
部を示したものである。第2図A,Bにおいて、8は透
過型回折格子、9は反射型回折格子、3は入射光、10
,11は所望の回折光、12,13は透過型回折格子の
裏面からの回折光である。透過型回折格子8の格子ピツ
チは反射型回折格子のピツチの篤に定める。このような
構成によれば、透過型回折格子8と反射型回折格子9と
によつて回折される所望の回折光10および11と透過
型回折格子8の裏面からの反射回折光12および13と
は空間的に分離される。すなわち、所望の回折光10お
よび11の光強度を検出する時に、透過型回折格子8の
裏面からの反射回折光12および13によつて干渉を生
じることがなく、光強度を安定して検出できる。第3図
は、第2図A,Bに示した本発明装置における2枚の回
折格子8と9との相対的な位置ずれd(μm)に対する
1次の回折光強度の変化の様子を示した測定例である。
この測定例では、回折格子として吸収型バイナリ一回折
格子を使用しており、透過型回折格子8の格子周期は1
0μm1開口比は0.5であり、反射型回折格子9の格
子周期は20μm開口比は0.5である。すなわち、こ
れは第2図Bに示したような格子周期と開口比を有する
回折格子を用いた場合である。第3図かられかるように
、この場合は安定した最小値を有しており、この最小値
に位置合わせすることによつて、2枚の回折格子の相対
的な位置を精密に合わせることができる。なお、最小値
の検出方法としては、光強度の検出による以外に次のよ
うな方法がある。
反射型回折格子を一定周波数で微小変位だけ振動させて
おき、この周波数の2倍の振動成分を有するところを検
出することによつて、位置合わせができる。同様に入射
光3の波長(周波数)を一定周期の可変波長とすること
によつて、可変波長の周期の%の周期の光強度が検出さ
れた点を平衡点として位置合わせすることができる。実
際の位置合わせ装置においては、精密な位置合わせをす
る前に、予じめ粗い位置合わせを行なつて最小値の近傍
に位置合わせした後、精密な位置合わせを行なう。また
、第3図のような特性の直線領域の中心に初期位置を設
定しておけば、微小変位の測定ができる。この直線領域
は、回折格子の周期によつて変えられるから、目的に応
じて所望の周期の回折格子を採用すればよい。第4図は
、本発明の回折格子部における位置合わせの検出装置の
他の例を示す。
第4図において14,14′,147はミラー、15は
プリズム状のミラー、16はレンズ、17はアパーチヤ
、18は光電変換器、19は位相推移器である。このよ
うな配置で、入射光3をミラー14を介して回折格子8
,9に照射すると、+1次と−1次の回折光10および
11が回折される。これらの各回折光10,11をミラ
ー14′,14t1,プリズムミラー15、レンズ16
およびアパーチヤ17を介して重ね合わせ、2つの回折
光を干渉させた光強度変化をアパーチヤ17の後段の光
電変換器18で電気信号に変換する。回折格子8と9と
が共通の対称軸をもつような位置に、2つの回折格子の
相対的変位が生じた時に、+1次と−1次の回折光の光
強度および光電変換面に達する2つの回折光の光路長(
位相差)が等しくなる。この時、+1次と−1次の回折
光との間の光路長が(n+寺)λ(n:整数、λ:入射
光3の波長)になるようにバビネ・ソレイユ板などの位
相推移器19で調整しておけば、2つの回折光10と1
1の干渉はお互いに打消しあつて零になる。このように
して2つの回折格子8,9の各々の対称軸が一致した位
置で光強度が零になり位置合わせができる。また、十1
次と−1次の回折光強度を別々に測定して、この光強度
の差を検出することによつて差が零になるところで位置
合わせを行なうことができることは云うまでもない。第
5図は、本発明の回折格子部における位置合わせの検出
装置の更に他の例を示す。
ここで20は入射光、20−1,20−2は、入射光2
0をプリズムミラー15で分割した後にミラー14′,
14fに入射させて、回折格子8,9の+1次と−1次
の回折光が同一方向に生じるようにそれぞれ入射角を定
められた2つの入射光、21は入射光20−1と20−
2に対して回折格子8,9でそれぞれ回折される+1次
と−1次の回折光が重なつた回折光であり、この回折光
21をミラー14からレンズ16、更にアパーチヤ17
を介して光電変換器18に入射させる。このような配置
においても、第4図の配置の場合と全く同様に、回折格
子8と9との各々の対称軸が一致する時に回折光21と
して干渉する+1次と−1次の回折光の光強度および位
相差が等しくなるから、片側の光路にバビネ・ソレイユ
板などの位相推移器19を挿入して、光路長差が(n+
寺)λ(n:整数、λ:入射光の波長)になるようにし
ておけば、回折格子の対称軸が一致したところで位置合
わせができる。さらに光路20−1と20−2を交互に
チヨツプして、+1次と−1次の回折光強度を各々測定
して、これらの差をとつても同様に位置合わせができる
+1次と−1次の回折光強度を各々測定する方法として
は、入射光20−1と20−2の偏光面を相互に直交す
るようにしておき、回折光21の光路中に偏光プリズム
を挿入して、+1次と−1次の回折光を空間的に分離し
て各々測定しても同様に位置合わせができる。また、第
5図において、入射光20−1と20−2とを周波数が
わずかに違うように光変調しておけば、通常のヘテロダ
イン検波(ヘテロダインビード検出)により、回折格子
8および9の対称軸が一致した位置で位置合わせができ
る。以上の説明においては、透過型回折格子8の格子周
期を反射型回折格子9の格子周期の%に定めたが、一般
に、透過型回折格子の格子周期を反射型回折格子の格子
周期のVn(n:整数)に定めれば、透過型回折格子か
らの反射回折光は本来所望の回折方向に生ぜず、精密な
位置合わせを行なうことができる。
本発明において、透過型回折格子の裏面からの回折光を
除去する他の例としては、第1図の透過型回折格子1の
回折格子側の面に反射防止膜を配置することが考えられ
る。
この場合には格子周期の等しい回折格子1および2を使
用でき、上述した種々の形態の位置合わせ検出装置を用
いることができる。第6図は本発明による1対の回折格
子を用いた位置合わせ装置の一例として、半導体技術に
おけるマスクパターンの基板への一括露光転写装置の構
成の概略を示す。
ここで、22はX,Y,θ(回転)制御用ステージ、2
3は基板(ウエハ一)、)24はマスクパターン、25
は透過型回折格子、26は反射型回折格子である。
このような構成の一括露光転写装置では、マスクパター
ンを変えて、同一場所に重なるように露光するため、マ
スクパターンと基板との間の精密な位置合わせが重要な
基本技術として要求される。第6図示の装置では、格子
方向が直交する透過型回折格子25および反射型回折格
子26をそれぞれマスタパターン24および基板23の
対向面上において一定の距離だけ離れた2個所以上の位
置に設置し、これら回折格子25,26による回折光の
強度を測定しながら、X,Y,θ制御用ステージによつ
て基板23を移動させて、所定の回折光強度が得られる
位置に位置合わせを行なう。なお、本発明における回折
格子としては、吸収型回折格子、位相型回折格子のいず
れを用いてもよく、さらにバイナリ一回折格子に限定さ
れることなく、正弦波状回折格子、フレーズ回折格子な
ど種々の組み合わせが可能である。
以上説明したように、本発明によれば、透過型回折格子
と反射型回折格子を用いる位置合わせ装置において、透
過型回折格子の裏面から生じる不要な反射回折光の影響
を除去することができ、それにより精密な位置合わせを
一層安定して行なうことができ、マスクパターンとウエ
ハ一との高精度な自動位置合わせ装置などの位置合わせ
装置として極めて有効である。
また、本発明は、位置合わせのみならず、ある物体の微
小変位を測定する装置、座標位置検出および制御装置と
しても有効に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の微小変位の測定および精密位置合わせ装
置の回折格子部を示す線図、第2図A,Bは本発明装置
における回折格子部の二例を示す線図、第3図は第2図
Bに示した回折格子部についての位置ずれ一回折光強度
の特性図、第4図は本発明装置における回折格子部の他
の位置合わせ検出装置の例を示す線図、第5図は本発明
装置における回折格子部の更に他の位置合わせ検出装置
の例を示す線図、第6図は本発明による位置合わせ装置
の一実施例の概略構成を示す構成図である。 1・・・・・・透過型回折格子、2・・・・・・反射型
回折格子、3・・・・・・入射光、4,5・・・・・・
所望の回折光、6,7・・・・・・透過型回折格子の裏
面からの回折光、8・・・・・・透過型回折格子、9・
・・・・・反射型回折格子、10,11・・・・・・所
望の回折光、12,13・・・・・・透過型回折格子の
裏面からの回折光、14,14,14t・・・・・・ミ
ラー、15・・・・・・プリズム状ミラー、16・・・
・・・レンズ、17・・・・・・アパーチヤ、18・・
・・・・光電変換器、19・・・・・・位相推移器、2
0,2卜1,20−2・・・・・・入射光、21・・・
・・・回折光、22・・・・・・X,Y,θ制御用ステ
ージ、23・・・・・・基板、24・・・・・・マスク
パターン、25・・・・・・透過型回折格子、26・・
・・・・反射型回折格子。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 1対の回折格子を所定間隙を隔てて対向させて相互
    に平行に移動するように配置し、前記1対の回折格子か
    ら合成されて取り出される第1次の回折光の光強度変化
    を検出するようにした微小変位測定および位置合わせ装
    置において、前記1対の回折格子は光を透過させる透過
    型回折格子と光を反射させる反射型回折格子とからなり
    、前記透過型回折格子を、入射光に対して直接反射され
    てくる回折成分が、少なくとも所定の回折方向において
    消失するように構成したことを特徴とする微小変位測定
    および位置合わせ装置。 2 特許請求の範囲第1項記載の微小変位測定および位
    置合わせ装置において、+1次の回折光と−1次の回折
    光との差を検出する装置と、前記+1次および−1次の
    両回折光が光学的に重ね合わされるように前記両回折光
    の光路長を調整する手段とを有することを特徴とする微
    小変位測定および位置合わせ装置。 3 特許請求の範囲第2項記載の微小変位測定および位
    置合わせ装置において、前記+1次の回折光および−1
    次の回折光を互いにわずかにずれた周波数で光変調し、
    前記両回折光を光学的に合成して光ヘテロダインビート
    をとることによつて平衡点を見出すようにしたことを特
    徴とする微小変位測定および位置合わせ装置。 4 特許請求の範囲第2項記載の微小変位測定および位
    置合わせ装置において、前記1対の回折格子を照明する
    光の波長を一定周波数で変化させ、波長の変化の周波数
    の2倍の周波数で光強度が変化する点を平衡点とするよ
    うにしたことを特徴とする微小変位測定および位置合わ
    せ装置。
JP13766079A 1979-10-26 1979-10-26 微小変位測定および位置合わせ装置 Expired JPS5938521B2 (ja)

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JPS5661608A JPS5661608A (en) 1981-05-27
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JPS57207805A (en) * 1981-06-17 1982-12-20 Hitachi Ltd Displacement measuring device
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