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JPH07105327B2 - 面位置検知装置 - Google Patents

面位置検知装置

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JPH07105327B2
JPH07105327B2 JP61149691A JP14969186A JPH07105327B2 JP H07105327 B2 JPH07105327 B2 JP H07105327B2 JP 61149691 A JP61149691 A JP 61149691A JP 14969186 A JP14969186 A JP 14969186A JP H07105327 B2 JPH07105327 B2 JP H07105327B2
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optical waveguide
optical
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surface position
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7003Alignment type or strategy, e.g. leveling, global alignment
    • G03F9/7023Aligning or positioning in direction perpendicular to substrate surface

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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)
  • Automatic Focus Adjustment (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の属する分野] 本発明は、パターン形成装置における半導体ウエハのパ
ターン形成面の位置を検知する装置に関する。
[従来の技術] 近年、サブミクロンのパターンの形成を目指して、半導
体製造装置の開発が押し進められている。このようなパ
ターン形成に使用される装置の自動焦点(AF)検知装置
には 1)レジストを露光しない波長でAF信号を得ること、 2)レジストとパターンとの間の干渉の影響を受けにく
いこと、 3)レジスト層での多重干渉の影響を受けにくいこと 等が要求されている。
その1つの解決方法として、本出願人により特願昭60−
281124号に、可視および近赤外領域の波長の異なる複数
個の発光手段、例えば発光ダイオード等からの光の光軸
を合わせ、該複数波長の光をレジスト面に斜めに入射さ
せ、レジスト面での反射光の位置ずれ量をレジスト面の
上下の移動量として位置検出センサで測定する方式が提
案されている。この方式は、複数波長の光を用いること
によりレジスト面からの反射光である検出光の干渉作用
を平均化させる等の効果があり、従来の自動焦点検知装
置に対する要求を満足させるものであった。
しかし、上記方式の場合、 1)複数個の光源の光軸調整が難かしい 2)光学系が複雑である 3)ウエハ上の一点でしかAF信号が得られない 等の問題点を有していた。
[発明の目的] 本発明の目的は、上述従来例の問題点に鑑み、 1)光軸調整が不要である 2)光学系がコンパクトである 3)ウエハ上の複数の位置で面位置が検出できる 等の利点を有する面位置検知装置を提供することにあ
る。
[実施例] 以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
第1図は、本発明の一実施例に関る面位置検知装置を組
み込んだパターン形成装置の要部構成を示す。同図にお
いて、SLはパターン焼き用レンズ、LD1,LD2,LD3はそれ
ぞれ波長がλ1,λ2,λ3の光を出射する半導体レーザ、
F1,F2,F3は光ファイバ、DUは多波長レーザ光を同図の紙
面に垂直方向に偏向させる光偏向装置、SVはファイバF
1,F2,F3内の光を光偏向装置DU上に設けられた光導波路
に結合させるためのシリコンのV溝、L1,L2は同図の面
内方向に対して集光作用をもつシリンドリカルレンズ、
L3は同図の紙面に垂直方向に集光作用をもつシリンドリ
カルレンズ、PSDは位置検出センサ、WSはウエハ面(も
しくはウエハ上のレジスト面)である。
上記構成において、半導体レーザLD1,LD2,LD3から出射
した3波長λ1,λ2,λ3のレーザ光は、ファイバF1,F2,
F3にそれぞれ結合され、シリコンV溝SVを通して光偏向
装置DU内に導入され、光偏向装置DU内で出射光路を指定
される。該光偏向装置DUから出射したビームはシリンド
リカルレンズL1によりウエハ面WSに結像し、その反射光
はシリンドリカルレンズL2により、位置検出センサPSD
上に結像する。
ここで、ウエハ面WSが上下にdだけ移動した場合、シリ
ンドリカルレンズL2の倍率をβとすると、上記反射光の
位置検出センサPSD上での位置ずれ量lは、 l=2βd となる。従って上式で与えられる位置ずれ量lを位置検
出センサPSDで測定することによりAF信号が検出可能で
ある。
AF信号を得る場合、半導体レーザLD1,LD2,LD3から波長
λ1,λ2,λ3のレーザ光を順次発振させ、レジストとパ
ターンとの間の干渉の影響およびレジスト層の多重干渉
の影響の少ない波長を選択すれば良い。
また、半導体レーザの波長は600nmから850nmの領域であ
り、レジストに対して感度が極めて小さく、上記AF信号
によりパターンが書き込まれる心配もない。
第2図は、第1図の装置の光学系を上方からみたときの
構成を示す。第2図において、点線の四角で囲まれた部
分は光偏向装置DUで、この光偏向装置DU内には、ファイ
バF1,F2,F3からの3波長λ1,λ2,λ3のレーザ光を偏向
する光導波型偏向器WGD、シリンドリカルレンズL4、レ
ンズL5、アホーカルビームエクスパンダAFBEPが設けら
れている。
ファイバF1,F2,F3から導入された3波長λ1,λ2,λ3の
レーザ光は該光導波型偏向器WGD内で偏向され、該光導
波型偏向器WGDの左側端面から出射する。出射した偏向
光は、回折により光導波路の深さ方向に広がるが、シリ
ンドリカルレンズL4により平行光となる。さらに、レン
ズL5はテレセントリックな関係に配置されているため、
第2図に示すように3波長の偏向光は面S1に垂直に入射
する。さらに、この偏向光はアホーカルビームエクスパ
ンダAFBEPにより同図のLBに示すように、横にシフトし
た光束になる。ウエハ面WSは、横にシフトした光束のビ
ームウエストの位置に設けられているため、この光束の
ウエハ面での反射光は同図の面内方向に対して平行光と
なっているとみなして良い。従って、ウエハ面WSでの反
射光は、同図の面内方向に対しては、シリンドリカルレ
ンズL3により位置検出センサPSDの同一箇所に結像され
る。
この光学系を使用すれば、第1図を参照して説明した方
式により第2図のA点についてのAF信号を検出し、さら
に光偏向装置DUにより同図の面内方向にビームを振るこ
とによりB点についてもAF信号を検出することができ、
結局複数点についてのAF信号が得られる。
第3図は、第2図の多波長の光導波型偏向器WGDの詳細
な構成を示す。第3図において、GL1,GL2,GL3は光導波
路上に設けられたグレーティングレンズ、LNはLiNbO3
板上にTiもしくはプロトンを拡散して形成した光導波
路、IDT1,IDT2,IDT3はくし型電極、SAW1,SAW2,SAW3は弾
性表面波である。
ファイバF1,F2,F3からの波長λ1,λ2,λ3のレーザ光
は、光導波路LNの端面から、それぞれ結合され、オフ
アクシス型グレーティングレンズGL1,GL2,GL3により光
導波路上で平行光となる。一方、各くし型電極IDT1,IDT
2,IDT3に高周波電力を印加することにより生じた弾性表
面波SAW1,SAW2,SAW3により、各波長の平行光はP1,P2,P3
地点で回折される。回折角はくし型電極に印加する高周
波電力の周波数を変化させることにより変えることがで
きる。
上記光導波型偏向器WGDの場合、各波長のレーザ光の偏
向位置は、第3図に示すようにP1,P2,P3地点とそれぞれ
異なるが、P1,P2,P3地点の位置ずれ量は2〜3mm程度と
小さく、特にAF信号には影響を与えない。
次に、本発明の範囲からは外れるが参考となる例を第4
図を参照しながら説明する。
同図の装置は、第1および2図に示した装置に対し、半
導体レーザLD1,LD2,LD3からL4のシリンドリカルレンズ
までの光学系を半導体レーザアレーMLD1,MLD2,MLD3、光
導波型合流回路WG1,WG2,WG3、および湾曲ガラス基板に
形成された屈折率分布型レンズGIL1,GIL2,GIL3からなる
光学系で置きかえたものである。
以下、簡単にその動作原理について説明する。各半導体
レーザアレーMLD1,MLD2,MLD3からは異なる波長λ〜λ
nのレーザ光が発振するようになっており、各波長のレ
ーザ光は各光導波型合流回路WG1,WG2,WG3により1本の
チャンネル光導波路に導かれる。
本参考例のレーザアレーMLD1,MLD2,MLD3は、異なる複数
波長のレーザ光を同時に発振させる必要はないため、ア
レーレーザの熱的問題等は心配ない。
1本のチャネル光導波路に導かれたレーザ光は、光導波
路端面から第4図にOUTLB1,OUTLB2,OUTLB3で示すように
出射し、湾曲ガラス基板G上に設けられた屈折率分布型
レンズGIL1,GIL2,GIL3によりそれぞれ平行光となる。ま
た、各半導体レーザアレーMLD1,MLD2,MLD3、光導波型合
流回路WG1,WG2,WG3および屈折率分布型レンズGIL1,GIL
2,GIL3は、それぞれ約θ=8〜12゜程度傾けて設けてあ
る。従って、AF信号が良好となる波長(例えばレジスト
層の多重干渉で反射率が低下しないもの)を選択した後
に、この選択したレーザ光を半導体レーザアレーMLD1,M
LD2,MLD3から順次発振させれば、ビームを偏向させたと
きのように複数位置でウエハ面WSの検出を行なうことが
できる。
本参考例の場合、第1図の装置に比べて大きな偏向角が
容易に得られるため、ウエハの周辺でAF信号が得られる
という利点がある。
また、本参考例の半導体レーザアレーMLD1,MLD2,MLD3は
GaAs基板もしくはInP基板等に選択波長により作製され
る。一方、光導波型合流回路WG1,WG2,WG3は、ガラス基
板にイオン交換法で作製したもの、またはLiNbO3基板も
しくはLiTaO3基板に、Ti、プロトンもしくはNb等を熱拡
散して作製したもの、あるいはGaAs基板もしくはInP基
板にリッチ構造を形成し作製したもの等、低伝搬損失の
光導波路であればどのようなものでも良い さらに、本参考例ではは屈折率分布型レンズGIL1,GIL2,
GIL3をコリメートレンズとして用いたが、これに限定さ
れず通常のレンズを複数個配置したものでも良い。
次に、本発明の他の実施例を第5図を参照しながら説明
する。
同図の装置は、第1図の装置に対し、半導体レーザLD1,
LD2,LD3からシリンドリカルレンズL4までの光学系を半
導体レーザLD1,LD2,と光分岐回路WG4,WG5、ファイバF1
a,F1b,F2a,F2b、光導波型偏向器WGD1,WGD2、シリンドリ
カルレンズL4からなる光学系で置きかえたものである。
以下、簡単にその動作原理について説明する。半導体レ
ーザLD1からの波長λ1のレーザ光、および半導体レー
ザLD2からの波長λ2のレーザ光はそれぞれ光分岐回路W
G4,WG5により2つに分離される。波長λ1のレーザ光は
ファイバF1a,F1bを介してそれぞれ光導波型偏向器WGD1,
WGD2に、また波長λ2のレーザ光はファイバF2a,F2bを
介してそれぞれ光導波型偏向器WGD1,WGD2にシリコンV
溝SVにより結合される。波長λ1,λ2のレーザ光は光導
波型偏向器WGD1,WGD2内で、第3図の装置と同様の原理
に基づき偏向される。光導波型偏向器WGD1とWGD2は互い
に傾けて設けてあるため大きな偏向角が得られ、かつ弾
性表面波SAW1,SAW2により光導波型偏向器WGD1,WG2によ
りその各々の角度の中で偏向角を変えることができる。
本実施例では、半導体レーザが2つ、光導波型偏向器が
2つの構成について示したが、この数に限定されること
なく、各々2個以上設けることも可能である。
[発明の効果] 以上説明したように、ひとつの光源からの光で複数箇所
の面位置が検出でき、かつひとつの光源からの光を分割
せずに各箇所に照射できるので、被測定面上の複数箇所
から信号強度の高い信号を得ることができる。よって、
被測定面上の複数箇所における面位置を精度良く測定で
きる。このため、被測定面の傾きも検出することが可能
であり、これを適用すれば高精度なAF系が構成できる。
また、光の合波、分流および偏向を光集積回路で構成す
ることにより安定化、かつ小形化を図ることができ、さ
らに光軸調整が不要となる。
また、検出光の偏向は弾性表面波もしくは半導体レーザ
のスイッチングで行なうため高速な処理が可能になる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例に係る面位置検知装置の横
断面図、 第2図は、第1図の装置の上面図、 第3図は、第1図の装置の多波長光偏向器部の構成を示
す縦断面図、 第4図は、本発明の範囲からは外れるが参考となる例に
係る面位置検知装置の要部の縦断面図、 第5図は、本発明の他の実施例に係る面位置検知装置の
要部の縦断面図である。 WS:ウエハ面、 LD1,LD2,LD3:半導体レーザ、 PSD:位置検出センサ、 AFBEP:アフォーカルビーム拡大レンズ、 WGD1,WGD2,WGD3:光導波型偏向器、 MLD1,MLD2,MLD3:半導体レーザアレー、 WG1,WG2,WG3:光導波型合流回路、 WG4,WG5:光分岐回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G02B 7/32 G03F 7/207 H G02B 7/11 M

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光源と、 該光源から出た光を偏向することによって被測定面上の
    互いに位置が異なる複数箇所に斜め方向から照射する光
    偏向手段と、 上記複数箇所からの反射光を順次受光してその受光位置
    に応じた電気信号を出力する受光素子と、 該受光素子の出力に基づいて上記複数箇所の基準面から
    のずれ量を個別に検知する電気信号処理手段とを具備す
    ることを特徴とする面位置検知装置。
  2. 【請求項2】前記光源が複数波長の光を出射する光源で
    あることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の面位
    置検知装置。
  3. 【請求項3】前記光源が、波長600nmから850nmの半導体
    レーザであることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載の面位置検知装置。
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