JPH05217838A - 基板傾斜検出装置 - Google Patents
基板傾斜検出装置Info
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- JPH05217838A JPH05217838A JP4017443A JP1744392A JPH05217838A JP H05217838 A JPH05217838 A JP H05217838A JP 4017443 A JP4017443 A JP 4017443A JP 1744392 A JP1744392 A JP 1744392A JP H05217838 A JPH05217838 A JP H05217838A
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- optical
- optical waveguide
- 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
-
- 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
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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】本発明は、直線回折格子形光結合器を用いた基
板傾斜検出装置に温度補償機能を設けて基板の傾斜を高
精度に検出できるようにする。 【構成】本発明による基板傾斜検出装置は、制御・処理
回路２３より温度モニタ２１を介して光導波路素子１２
の温度変化ΔＴを常にモニタし光導波路への入射角度変
化Δθを求め、傾斜測定値に対して補正を行なうので基
板３の所定の傾斜角度αからのオフセット量Δαを高精
度に検出する。求めたオフセット量Δαから基板３の傾
斜α0 を高感度に検出する。 【効果】光導波路素子への入射角度変化と光導波路素子
の温度変化との相関関係を用いているため、ステッパ等
における基板の傾斜検出を容易かつ高精度に行い、生産
性を向上させる。
板傾斜検出装置に温度補償機能を設けて基板の傾斜を高
精度に検出できるようにする。 【構成】本発明による基板傾斜検出装置は、制御・処理
回路２３より温度モニタ２１を介して光導波路素子１２
の温度変化ΔＴを常にモニタし光導波路への入射角度変
化Δθを求め、傾斜測定値に対して補正を行なうので基
板３の所定の傾斜角度αからのオフセット量Δαを高精
度に検出する。求めたオフセット量Δαから基板３の傾
斜α0 を高感度に検出する。 【効果】光導波路素子への入射角度変化と光導波路素子
の温度変化との相関関係を用いているため、ステッパ等
における基板の傾斜検出を容易かつ高精度に行い、生産
性を向上させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体露光装置等に使
用されるウェハ等の基板の傾斜の検出、傾斜の補正をす
る装置に係り、特に、小型の装置で高精度に傾斜を検
出、補正するのに好適な基板傾斜検出装置に関する。
用されるウェハ等の基板の傾斜の検出、傾斜の補正をす
る装置に係り、特に、小型の装置で高精度に傾斜を検
出、補正するのに好適な基板傾斜検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体の集積度向上に伴い、高解像の露
光装置が要求されるようになり、露光光にはｉ線等の短
い波長の光を用いるようになってきている。また投影レ
ンズ（縮小レンズ）も開口数（ＮＡ）の大きいものを使
用するようになってきているため、ステッパ等露光装置
の焦点深度がますます浅くなり、ウェハやレチクルの面
の傾斜を高精度に検出及び補正し、露光領域内全面にわ
たって縮小レンズの焦点深度内に正確に収めることが必
要になってきている。
光装置が要求されるようになり、露光光にはｉ線等の短
い波長の光を用いるようになってきている。また投影レ
ンズ（縮小レンズ）も開口数（ＮＡ）の大きいものを使
用するようになってきているため、ステッパ等露光装置
の焦点深度がますます浅くなり、ウェハやレチクルの面
の傾斜を高精度に検出及び補正し、露光領域内全面にわ
たって縮小レンズの焦点深度内に正確に収めることが必
要になってきている。
【０００３】従来の基板（本発明ではウェハ等傾斜ある
いは角度の検出対象を「基板」という）傾斜検出装置と
しては、例えば、特開昭５８−１１３７０６号公報があ
る。これは、図６を参照して説明する。図において、１
はレチクル、２は縮小レンズ（投影レンズ）、３は基板
（ウェハ）で、縮小レンズ２を介して基板３とレチクル
１は共役な関係に保持され、図示していない照明光源に
よりレチクル１上のパターンが基板３に縮小投影され
る。
いは角度の検出対象を「基板」という）傾斜検出装置と
しては、例えば、特開昭５８−１１３７０６号公報があ
る。これは、図６を参照して説明する。図において、１
はレチクル、２は縮小レンズ（投影レンズ）、３は基板
（ウェハ）で、縮小レンズ２を介して基板３とレチクル
１は共役な関係に保持され、図示していない照明光源に
よりレチクル１上のパターンが基板３に縮小投影され
る。
【０００４】４は基板３を搭載するチルトステージ、５
は搭載した基板３を任意の角度に傾斜させるチルトステ
ージ４とＸＹステージ６との間に設けられたチルト機構
である。５１は発光ダイオード等の可干渉性の小さい光
源、５２はコンデンサーレンズ、５３は微小開口円形を
具備する絞り、５４は照射側対物レンズで、コンデンサ
ーレンズ５２を介して絞り５３に集光された光束５０ａ
が照射側対物レンズ５４によりコリメートされてウェハ
３に斜め方向から照射される。５０は符号５１〜５４か
らなる照射光学系である。６１は受光側対物レンズ、６
２は４分割受光素子で、基板３における正反射光の光束
６０ａが受光側対物レンズ６１を介して４分割受光素子
６２上の中心付近に集光されて、絞り５３の開口の共役
像６３を結ぶ。６０は符号６１及び６２からなる集光光
学系である。７０は４分割受光素子６２上の集光点の変
位方向及び変位量に対する制御信号を発生する制御回
路、７１はステ−ジ駆動回路である。
は搭載した基板３を任意の角度に傾斜させるチルトステ
ージ４とＸＹステージ６との間に設けられたチルト機構
である。５１は発光ダイオード等の可干渉性の小さい光
源、５２はコンデンサーレンズ、５３は微小開口円形を
具備する絞り、５４は照射側対物レンズで、コンデンサ
ーレンズ５２を介して絞り５３に集光された光束５０ａ
が照射側対物レンズ５４によりコリメートされてウェハ
３に斜め方向から照射される。５０は符号５１〜５４か
らなる照射光学系である。６１は受光側対物レンズ、６
２は４分割受光素子で、基板３における正反射光の光束
６０ａが受光側対物レンズ６１を介して４分割受光素子
６２上の中心付近に集光されて、絞り５３の開口の共役
像６３を結ぶ。６０は符号６１及び６２からなる集光光
学系である。７０は４分割受光素子６２上の集光点の変
位方向及び変位量に対する制御信号を発生する制御回
路、７１はステ−ジ駆動回路である。
【０００５】照射光学系５０の光束５０ａの光軸と集光
光学系６０の光束６０ａの光軸とは、縮小レンズ２の光
軸２ａに関して対称に配置されており、光軸２ａに対し
て基板３の露光領域が垂直であれば、照射光学系５０の
光束５０ａは４分割受光素子６２上の中心に集光され、
基板３が傾斜すると、該傾斜に伴って光束６０ａも傾
き、共役像６３の位置が４分割受光素子６２上の中心か
ら外れるようになっている。この共役像６３の外れた位
置から基板３の露光領域における傾き方向を検出し、該
検出情報に基づいて制御回路７０及びステージ駆動回路
７１を作動してステージ６上のチルト機構５を駆動し、
基板３の露光領域面の傾きを補正して該露光領域面の傾
斜を一定に保つようにした基板の傾斜を検出する装置で
ある。
光学系６０の光束６０ａの光軸とは、縮小レンズ２の光
軸２ａに関して対称に配置されており、光軸２ａに対し
て基板３の露光領域が垂直であれば、照射光学系５０の
光束５０ａは４分割受光素子６２上の中心に集光され、
基板３が傾斜すると、該傾斜に伴って光束６０ａも傾
き、共役像６３の位置が４分割受光素子６２上の中心か
ら外れるようになっている。この共役像６３の外れた位
置から基板３の露光領域における傾き方向を検出し、該
検出情報に基づいて制御回路７０及びステージ駆動回路
７１を作動してステージ６上のチルト機構５を駆動し、
基板３の露光領域面の傾きを補正して該露光領域面の傾
斜を一定に保つようにした基板の傾斜を検出する装置で
ある。
【０００６】前記従来の基板傾斜検出装置は、基板の傾
斜検出の感度が、受光側対物レンズ６１を介して結像さ
れる絞り５３の開口の共役像６３の４分割受光素子６２
上における位置移動量（位置ずれ）の分解能として与え
られるため、高い感度を得るには、絞り５３の開口を小
さくしたり、受光側対物レンズ６１の焦点距離を長くし
なければならない。しかし、絞り５３の開口を小さくす
ると、４分割受光素子６２に入射する光量が減り外部の
ノイズの影響を受け易くなり、一方、受光側対物レンズ
６１の焦点距離を長くした場合には、受光側対物レンズ
６１と４分割受光素子６２との距離がその分だけ遠く離
れ、傾斜検出装置の外形寸法が大形化する問題点を抱え
ていた。
斜検出の感度が、受光側対物レンズ６１を介して結像さ
れる絞り５３の開口の共役像６３の４分割受光素子６２
上における位置移動量（位置ずれ）の分解能として与え
られるため、高い感度を得るには、絞り５３の開口を小
さくしたり、受光側対物レンズ６１の焦点距離を長くし
なければならない。しかし、絞り５３の開口を小さくす
ると、４分割受光素子６２に入射する光量が減り外部の
ノイズの影響を受け易くなり、一方、受光側対物レンズ
６１の焦点距離を長くした場合には、受光側対物レンズ
６１と４分割受光素子６２との距離がその分だけ遠く離
れ、傾斜検出装置の外形寸法が大形化する問題点を抱え
ていた。
【０００７】そこで、基板の傾斜検出にリニアグレーテ
ィングカップラ入射結合効率の角度依存性を利用した光
導波路素子を適用する技術を開発した。すなわち光源よ
りコリメートされた照明光を基板に照射し、該基板にお
ける正反射光が、光導波路素子に設けた光結合部に予め
設定された光軸方向から入射されると、該光結合部にお
いて最大効率の光結合が発生し、照明光のパワーの全
部、または、殆ど全部が光導波路を伝搬し、伝搬した照
明光の強度が光センサに検出される。光結合器のパター
ンのピッチをｐ、光導波路基板及び光導波路の屈折率を
Ｎｓ，Ｎ、入射する照明光の波長をλ、光導波路への入
射角をθとすると、数１のようになる。
ィングカップラ入射結合効率の角度依存性を利用した光
導波路素子を適用する技術を開発した。すなわち光源よ
りコリメートされた照明光を基板に照射し、該基板にお
ける正反射光が、光導波路素子に設けた光結合部に予め
設定された光軸方向から入射されると、該光結合部にお
いて最大効率の光結合が発生し、照明光のパワーの全
部、または、殆ど全部が光導波路を伝搬し、伝搬した照
明光の強度が光センサに検出される。光結合器のパター
ンのピッチをｐ、光導波路基板及び光導波路の屈折率を
Ｎｓ，Ｎ、入射する照明光の波長をλ、光導波路への入
射角をθとすると、数１のようになる。
【０００８】数１より、光導波路への入射角θは数２で
求まる。
求まる。
【０００９】
【数１】
【００１０】
【数２】
【００１１】この場合、検出された照明光の強度は光結
合部における光結合効率に応じて変化し、光結合効率は
光結合部に入射される照明光の光軸の角度に応じて変化
する。光偏向手段により光結合部に入射する照明光の光
軸方向が僅かでも変化すると、光結合部における光結合
効率が顕著に変化し、この変化に応じて光センサより出
力される照明光の強度も変化する。光導波路素子は、予
め基板の傾斜角度が所定の傾斜角度になったときに光結
合部における光結合効率が最大となるように初期調整が
なされており、このときに光センサより検出される最大
出力強度が角度検出手段に記憶されている。照明光の光
導波路への入射によって得られた光センサの出力は該角
度検出手段に入力されてモニタされ、該モニタにより、
記憶された最大出力強度のときの所定の基板の傾斜角度
と前期入力された光センサの出力強度が前期光偏向手段
を用いて最大値となるときの基板の角度との変化量が明
瞭に求められる。
合部における光結合効率に応じて変化し、光結合効率は
光結合部に入射される照明光の光軸の角度に応じて変化
する。光偏向手段により光結合部に入射する照明光の光
軸方向が僅かでも変化すると、光結合部における光結合
効率が顕著に変化し、この変化に応じて光センサより出
力される照明光の強度も変化する。光導波路素子は、予
め基板の傾斜角度が所定の傾斜角度になったときに光結
合部における光結合効率が最大となるように初期調整が
なされており、このときに光センサより検出される最大
出力強度が角度検出手段に記憶されている。照明光の光
導波路への入射によって得られた光センサの出力は該角
度検出手段に入力されてモニタされ、該モニタにより、
記憶された最大出力強度のときの所定の基板の傾斜角度
と前期入力された光センサの出力強度が前期光偏向手段
を用いて最大値となるときの基板の角度との変化量が明
瞭に求められる。
【００１２】図７において、７は光源（Ｈｅ−Ｎｅレー
ザ）、８は光源から放射されるレーザビームを拡径する
ビームエキスパンダ、９はビームエキスパンダ８より射
出されたコリメートされたレーザ光束、１０はレーザ光
束９を曲げて基板（ウェハ）３に照射させるミラー、１
１は光偏向手段であるガルバノミラーで、基板３上にお
けるレーザ光束９の正反射光を光偏向し光導波路素子１
２に対する入射角を変化させる。光導波路素子１２は図
２に示すように、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）、
石英ガラスまたはシリコン（Ｓｉ）等で形成される光導
波路基板１３上にイオン交換や拡散により形成された光
導波路基板１３と屈折率が僅かに異なる数マイクロメー
トル程度の薄膜からなる光導波路１４及び光導波路１４
上に設けられた前記基板３上におけるレーザ光束９の正
反射光を光導波路１４に入射する直線回折格子形の光結
合器１５で構成されている。本実施例では、光結合器１
５の直線回折格子は、レーザ光束９の光軸１７に対して
直角方向に延びた酸化チタン（ＴｉＯ2 ）等の材料で形
成される直線上のパターン１６を等ピッチに配置した構
成になっており、パターン１６のピッチは、光導波路基
板１３及び光導波路１４の屈折率Ｎｓ，Ｎと、入射する
レーザ光束９の波長λ及び光導波路１４への入射角θと
により設定される。１９は光導波路１４中を矢印１８の
方向へ伝送されるレーザ光の強度Ｉを検出する光センサ
である。図１に示す２０は光センサ１９の出力強度をモ
ニタする光強度モニタ、２２はガルバノミラー１１の光
偏向角βを制御するガルバノミラー駆動装置、２３は光
強度モニタ２０からの光強度信号を受けてガルバノミラ
ー駆動装置２２に対してガルバノミラー１１の光偏向角
βを変化させる駆動信号を送って前記基板３の傾斜検出
を行なう制御・処理回路である。
ザ）、８は光源から放射されるレーザビームを拡径する
ビームエキスパンダ、９はビームエキスパンダ８より射
出されたコリメートされたレーザ光束、１０はレーザ光
束９を曲げて基板（ウェハ）３に照射させるミラー、１
１は光偏向手段であるガルバノミラーで、基板３上にお
けるレーザ光束９の正反射光を光偏向し光導波路素子１
２に対する入射角を変化させる。光導波路素子１２は図
２に示すように、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）、
石英ガラスまたはシリコン（Ｓｉ）等で形成される光導
波路基板１３上にイオン交換や拡散により形成された光
導波路基板１３と屈折率が僅かに異なる数マイクロメー
トル程度の薄膜からなる光導波路１４及び光導波路１４
上に設けられた前記基板３上におけるレーザ光束９の正
反射光を光導波路１４に入射する直線回折格子形の光結
合器１５で構成されている。本実施例では、光結合器１
５の直線回折格子は、レーザ光束９の光軸１７に対して
直角方向に延びた酸化チタン（ＴｉＯ2 ）等の材料で形
成される直線上のパターン１６を等ピッチに配置した構
成になっており、パターン１６のピッチは、光導波路基
板１３及び光導波路１４の屈折率Ｎｓ，Ｎと、入射する
レーザ光束９の波長λ及び光導波路１４への入射角θと
により設定される。１９は光導波路１４中を矢印１８の
方向へ伝送されるレーザ光の強度Ｉを検出する光センサ
である。図１に示す２０は光センサ１９の出力強度をモ
ニタする光強度モニタ、２２はガルバノミラー１１の光
偏向角βを制御するガルバノミラー駆動装置、２３は光
強度モニタ２０からの光強度信号を受けてガルバノミラ
ー駆動装置２２に対してガルバノミラー１１の光偏向角
βを変化させる駆動信号を送って前記基板３の傾斜検出
を行なう制御・処理回路である。
【００１３】光源７からのレーザ光をビームエキスパン
ダ８を介して拡大し、コリメートされたレーザ光束９を
ミラー１０を介して基板３に照射すると、基板３におけ
る正反射光はガルバノミラー１１を介して直線回折格子
形の光結合器１５を設けた光導波路素子１２に導かれ、
光結合器１５において光結合を起こす。そして、光結合
効率に応じたレーザ光のパワーが図２に示す矢印１８方
向に光導波路１４中を伝送し、光センサ１９に検出され
る。この場合、光結合器１５に入射するレーザ光束９の
光軸が、図２（ｂ）に示すように予め設定された光軸１
７の方向である場合には、光結合器１５において最大効
率の光結合が起こり、レーザ光のパワーの殆ど全部が光
導波路１４中を伝送し、その強度が光センサ１９に検出
される。しかし、光結合器１５に入射するレーザ光束９
の光軸が、光軸１７より角度Δφだけずれた光軸２５の
場合には、光結合器１５における光結合は起こりにくく
なり光センサ１９で検出されるレーザ光の強度は急激に
低下する。図３は光導波路１４に対する入射角度θと光
結合効率Ｅ（∝Ｉ）との関係を示すもので、光結合効率
Ｅ（∝Ｉ）の角度依存性は例えば、数ラジアン／１００
００程度であり極めて高い角度依存性を有している。
ダ８を介して拡大し、コリメートされたレーザ光束９を
ミラー１０を介して基板３に照射すると、基板３におけ
る正反射光はガルバノミラー１１を介して直線回折格子
形の光結合器１５を設けた光導波路素子１２に導かれ、
光結合器１５において光結合を起こす。そして、光結合
効率に応じたレーザ光のパワーが図２に示す矢印１８方
向に光導波路１４中を伝送し、光センサ１９に検出され
る。この場合、光結合器１５に入射するレーザ光束９の
光軸が、図２（ｂ）に示すように予め設定された光軸１
７の方向である場合には、光結合器１５において最大効
率の光結合が起こり、レーザ光のパワーの殆ど全部が光
導波路１４中を伝送し、その強度が光センサ１９に検出
される。しかし、光結合器１５に入射するレーザ光束９
の光軸が、光軸１７より角度Δφだけずれた光軸２５の
場合には、光結合器１５における光結合は起こりにくく
なり光センサ１９で検出されるレーザ光の強度は急激に
低下する。図３は光導波路１４に対する入射角度θと光
結合効率Ｅ（∝Ｉ）との関係を示すもので、光結合効率
Ｅ（∝Ｉ）の角度依存性は例えば、数ラジアン／１００
００程度であり極めて高い角度依存性を有している。
【００１４】光センサ１９の出力は光強度モニタ２０に
入力される。光強度モニタ２０からの光強度信号Ｓは制
御・処理回路２３に入力され、予め記憶しておいた基板
の所定の傾斜角度のときの最大光強度信号Ｓ0になるま
でガルバノミラー駆動装置２２を介してガルバノミラー
１１を駆動し、このときのガルバノミラー１１の光偏向
角βが求まる。ガルバノミラー１１の光偏向角βから基
板３の所定の傾斜角度αからのオフセット量Δαを高精
度に検出することが可能になり、求めたオフセット量Δ
αから基板３の傾斜α0 を高感度に検出することができ
る。
入力される。光強度モニタ２０からの光強度信号Ｓは制
御・処理回路２３に入力され、予め記憶しておいた基板
の所定の傾斜角度のときの最大光強度信号Ｓ0になるま
でガルバノミラー駆動装置２２を介してガルバノミラー
１１を駆動し、このときのガルバノミラー１１の光偏向
角βが求まる。ガルバノミラー１１の光偏向角βから基
板３の所定の傾斜角度αからのオフセット量Δαを高精
度に検出することが可能になり、求めたオフセット量Δ
αから基板３の傾斜α0 を高感度に検出することができ
る。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】前記従来の基板傾斜検
出装置では、僅かな温度変化で光導波路素子１２の屈折
率が顕著に変化（ニオブ酸リチウムで４．５４５×１０
~5／°Ｋ）するため、光導波路１４への最大入射角度が
変化（５×１０6ラジアン／℃）する問題点を有してい
た。
出装置では、僅かな温度変化で光導波路素子１２の屈折
率が顕著に変化（ニオブ酸リチウムで４．５４５×１０
~5／°Ｋ）するため、光導波路１４への最大入射角度が
変化（５×１０6ラジアン／℃）する問題点を有してい
た。
【００１６】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、
基板の傾斜を光導波路素子自体の温度を計測し補正を行
なうことにより、小形の装置で、しかも高精度（高感
度）に検出することができる基板傾斜検出装置を提供す
ることを目的とする。
基板の傾斜を光導波路素子自体の温度を計測し補正を行
なうことにより、小形の装置で、しかも高精度（高感
度）に検出することができる基板傾斜検出装置を提供す
ることを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の基板傾斜検出装置は、コリメートされた照
明光をステージ上に載置された基板に照射する光源と、
光導波路基板上に薄膜の光導波路を形成し該光導波路上
に前記照明光の基板における正反射光が斜めに入射され
る直線回折格子形の光結合器を設けた光導波路素子と、
該光導波路素子に入射し光結合器及び光導波路を介した
照明光の強度を検出する光センサと、前記光源から前記
基板及び光結合器を介して前記光センサに入射されるま
での照明光の光路中に設けられる光偏向手段と、光セン
サの出力値と前記光偏向手段を用いて前記基板の傾斜角
度の基準値に対する変化量をモニタする角度検出手段に
おいて角度検出手段の出力に該光導波路素子の温度変化
を常にモニタし得られた温度変化量に基づき補正を加え
ることを特徴とする構成にしたものである。
め、本発明の基板傾斜検出装置は、コリメートされた照
明光をステージ上に載置された基板に照射する光源と、
光導波路基板上に薄膜の光導波路を形成し該光導波路上
に前記照明光の基板における正反射光が斜めに入射され
る直線回折格子形の光結合器を設けた光導波路素子と、
該光導波路素子に入射し光結合器及び光導波路を介した
照明光の強度を検出する光センサと、前記光源から前記
基板及び光結合器を介して前記光センサに入射されるま
での照明光の光路中に設けられる光偏向手段と、光セン
サの出力値と前記光偏向手段を用いて前記基板の傾斜角
度の基準値に対する変化量をモニタする角度検出手段に
おいて角度検出手段の出力に該光導波路素子の温度変化
を常にモニタし得られた温度変化量に基づき補正を加え
ることを特徴とする構成にしたものである。
【００１８】
【作用】光結合部における光結合効率の角度依存性が極
めて高いことから、光導波路素子に僅かな温度変化があ
ると光導波路素子の屈折率及び光結合部における光結合
が最大効率となる光導波路への入射角度がθからθ´へ
変化する。光導波路基板の屈折率変化をΔＮｓ、光導波
路の屈折率変化をΔＮ、温度変化ΔＴが生じたときの入
射角度変化をΔθとすると、これらの関係は数３のよう
になる。
めて高いことから、光導波路素子に僅かな温度変化があ
ると光導波路素子の屈折率及び光結合部における光結合
が最大効率となる光導波路への入射角度がθからθ´へ
変化する。光導波路基板の屈折率変化をΔＮｓ、光導波
路の屈折率変化をΔＮ、温度変化ΔＴが生じたときの入
射角度変化をΔθとすると、これらの関係は数３のよう
になる。
【００１９】
【数３】
【００２０】従って、温度変化ΔＴが生じたときは、光
結合部における光結合効率が顕著に変化し、この変化に
応じて光センサより出力される照明光の強度も変化する
ため正確な基板の傾斜角度変化量が求められない。
結合部における光結合効率が顕著に変化し、この変化に
応じて光センサより出力される照明光の強度も変化する
ため正確な基板の傾斜角度変化量が求められない。
【００２１】よって、光導波路基板と光導波路の屈折率
の温度変化係数をａ、ΔＮ＝ΔＮｓ＝ａΔＴとすると、
温度変化ΔＴと光導波路への入射角度変化Δθとの関係
は数４のようになる。
の温度変化係数をａ、ΔＮ＝ΔＮｓ＝ａΔＴとすると、
温度変化ΔＴと光導波路への入射角度変化Δθとの関係
は数４のようになる。
【００２２】
【数４】
【００２３】従って温度モニタにより、光導波路素子の
温度変化ΔＴを常にモニタし得られた温度変化ΔＴによ
り光導波路への入射角度変化量Δθを求め、測定値に対
して補正を行なうことができる。
温度変化ΔＴを常にモニタし得られた温度変化ΔＴによ
り光導波路への入射角度変化量Δθを求め、測定値に対
して補正を行なうことができる。
【００２４】
【実施例】以下本発明の第一の実施例を図１〜図５を用
いて説明する。図１において、７は光源（Ｈｅ−Ｎｅレ
ーザ）、８は光源から放射されるレーザビームを拡径す
るビームエキスパンダ、９はビームエキスパンダ８より
射出されたコリメートされたレーザ光束、１０はレーザ
光束９を曲げて基板（ウェハ）３に照射させるミラー、
１１は本実施例における光偏向手段であるガルバノミラ
ーで、基板３上におけるレーザ光束９の正反射光を光偏
向し光導波路素子１２に対する入射角を変化させる。光
導波路素子１２は図２に示すように、ニオブ酸リチウム
（ＬｉＮｂＯ3 ）、石英ガラスまたはシリコン（Ｓｉ）
等で形成される光導波路基板１３上にイオン交換や拡散
により形成された光導波路基板１３と屈折率が僅かに異
なる数マイクロメートル程度の薄膜からなる光導波路１
４及び光導波路１４上に設けられた前記基板３上におけ
るレーザ光束９の正反射光を光導波路１４に入射する直
線回折格子形の光結合器１５で構成されている。本実施
例では、光結合器１５の直線回折格子は、レーザ光束９
の光軸１７に対して直角方向に延びた酸化チタン（Ｔｉ
Ｏ2 ）等の材料で形成される直線上のパターン１６を等
ピッチに配置した構成になっており、パターン１６のピ
ッチは、光導波路基板１３及び光導波路１４の屈折率Ｎ
ｓ，Ｎと、入射するレーザ光束９の波長λ及び光導波路
１４への入射角θとにより設定される。１９は光導波路
１４中を矢印１８の方向へ伝送されるレーザ光の強度Ｉ
を検出する光センサである。図１に示す２０は光センサ
１９の出力強度をモニタする光強度モニタ、２１は光導
波路素子１１の温度をモニタする温度モニタ、２２はガ
ルバノミラー１１の光偏向角βを制御するガルバノミラ
ー駆動装置、２３はガルバノミラー駆動装置２２に対し
てガルバノミラー１１の光偏向角βを変化させる駆動信
号を送って前記基板３の傾斜検出を行ない、温度モニタ
２１からの温度変化信号を用いて光導波路１４への入射
角度変化量Δθを求め、傾斜測定値の補正を行なう制御
・処理回路である。
いて説明する。図１において、７は光源（Ｈｅ−Ｎｅレ
ーザ）、８は光源から放射されるレーザビームを拡径す
るビームエキスパンダ、９はビームエキスパンダ８より
射出されたコリメートされたレーザ光束、１０はレーザ
光束９を曲げて基板（ウェハ）３に照射させるミラー、
１１は本実施例における光偏向手段であるガルバノミラ
ーで、基板３上におけるレーザ光束９の正反射光を光偏
向し光導波路素子１２に対する入射角を変化させる。光
導波路素子１２は図２に示すように、ニオブ酸リチウム
（ＬｉＮｂＯ3 ）、石英ガラスまたはシリコン（Ｓｉ）
等で形成される光導波路基板１３上にイオン交換や拡散
により形成された光導波路基板１３と屈折率が僅かに異
なる数マイクロメートル程度の薄膜からなる光導波路１
４及び光導波路１４上に設けられた前記基板３上におけ
るレーザ光束９の正反射光を光導波路１４に入射する直
線回折格子形の光結合器１５で構成されている。本実施
例では、光結合器１５の直線回折格子は、レーザ光束９
の光軸１７に対して直角方向に延びた酸化チタン（Ｔｉ
Ｏ2 ）等の材料で形成される直線上のパターン１６を等
ピッチに配置した構成になっており、パターン１６のピ
ッチは、光導波路基板１３及び光導波路１４の屈折率Ｎ
ｓ，Ｎと、入射するレーザ光束９の波長λ及び光導波路
１４への入射角θとにより設定される。１９は光導波路
１４中を矢印１８の方向へ伝送されるレーザ光の強度Ｉ
を検出する光センサである。図１に示す２０は光センサ
１９の出力強度をモニタする光強度モニタ、２１は光導
波路素子１１の温度をモニタする温度モニタ、２２はガ
ルバノミラー１１の光偏向角βを制御するガルバノミラ
ー駆動装置、２３はガルバノミラー駆動装置２２に対し
てガルバノミラー１１の光偏向角βを変化させる駆動信
号を送って前記基板３の傾斜検出を行ない、温度モニタ
２１からの温度変化信号を用いて光導波路１４への入射
角度変化量Δθを求め、傾斜測定値の補正を行なう制御
・処理回路である。
【００２５】光源７からのレーザ光をビームエキスパン
ダ８を介して拡大し、コリメートされたレーザ光束９を
ミラー１０を介して基板３に照射すると、基板３におけ
る正反射光はガルバノミラー１１を介して直線回折格子
形の光結合器１５を設けた光導波路素子１２に導かれ、
光結合器１５において光結合を起こす。そして、光結合
効率に応じたレーザ光のパワーが図２に示す矢印１８方
向に光導波路１４中を伝送し、光センサ１９に検出され
る。この場合、光結合器１５に入射するレーザ光束９の
光軸が、図２（ｂ）に示すように予め設定された光軸１
７の方向である場合には、光結合器１５において最大効
率の光結合が起こり、レーザ光のパワーの殆ど全部が光
導波路１４中を伝送し、その強度が光センサ１９に検出
される。しかし、光結合器１５に入射するレーザ光束９
の光軸が、光軸１７より角度Δφだけずれた光軸２５の
場合には、光結合器１５における光結合は起こりにくく
なり光センサ１９で検出されるレーザ光の強度は急激に
低下する。図３は光導波路１４に対する入射角度θと光
結合効率Ｅ（∝Ｉ）との関係を示すもので、光結合効率
Ｅ（∝Ｉ）の角度依存性は例えば、数ラジアン／１００
００程度であり極めて高い角度依存性を有している。
ダ８を介して拡大し、コリメートされたレーザ光束９を
ミラー１０を介して基板３に照射すると、基板３におけ
る正反射光はガルバノミラー１１を介して直線回折格子
形の光結合器１５を設けた光導波路素子１２に導かれ、
光結合器１５において光結合を起こす。そして、光結合
効率に応じたレーザ光のパワーが図２に示す矢印１８方
向に光導波路１４中を伝送し、光センサ１９に検出され
る。この場合、光結合器１５に入射するレーザ光束９の
光軸が、図２（ｂ）に示すように予め設定された光軸１
７の方向である場合には、光結合器１５において最大効
率の光結合が起こり、レーザ光のパワーの殆ど全部が光
導波路１４中を伝送し、その強度が光センサ１９に検出
される。しかし、光結合器１５に入射するレーザ光束９
の光軸が、光軸１７より角度Δφだけずれた光軸２５の
場合には、光結合器１５における光結合は起こりにくく
なり光センサ１９で検出されるレーザ光の強度は急激に
低下する。図３は光導波路１４に対する入射角度θと光
結合効率Ｅ（∝Ｉ）との関係を示すもので、光結合効率
Ｅ（∝Ｉ）の角度依存性は例えば、数ラジアン／１００
００程度であり極めて高い角度依存性を有している。
【００２６】光導波路素子１２に温度変化が発生する
と、光導波路基板１３及び光導波路１４に屈折率変化が
生じ、温度変化前の光導波路基板１３及び光導波路１４
の屈折率Ｎ，ＮｓがそれぞれＮ＋ΔＮ，Ｎｓ＋ΔＮｓに
変化する。従って、光結合器１５の光結合効率が最大と
なる光軸１７と光導波路１４とのなす角θがθ−Δθ
と、光導波路基板１３及び光導波路１４に屈折率変化が
生じ、温度変化前の光導波路基板１３及び光導波路１４
の屈折率Ｎ，ＮｓがそれぞれＮ＋ΔＮ，Ｎｓ＋ΔＮｓに
変化する。従って、光結合器１５の光結合効率が最大と
なる光軸１７と光導波路１４とのなす角θがθ−Δθ
【００２７】に変化する。この場合、入射角度変化Δθ
は、
は、
【数４】で示すように温度変化ΔＴと相関関係があり、
光導波路素子１２がニオブ酸リチウムの場合、図４に示
す傾き５×１０6ラジアン／℃の直線２７に近似され
る。このため、レーザ光束９が光軸１７に対して角度Δ
θだけずれた光軸２５で光導波路素子１２に入射する
と、図５に示すように図３に説明した高い角度依存性を
持つ曲線２６と同様の曲線２８が得られるが曲線の最大
値の位置がずれてしまい、検出する基板の傾斜角度にオ
フセット量が生じる。そこで、制御・処理回路２３より
温度モニタ２１を介して光導波路素子１２の温度変化Δ
Ｔを常にモニタし温度変化ΔＴより光導波路１４への入
射角度変化量Δθを求め、傾斜測定値に対してオフセッ
ト補正を行う。よって、基板３の所定の傾斜角度αから
のオフセット量Δαを高精度に検出することが可能にな
り、求めたオフセット量Δαから基板３の傾斜α0 を高
感度に検出することができる。なお上記実施例において
は、基板（ウェハ）３をステッパに搭載した例について
説明したが、ウェハに限定されることなく他の基板であ
ってもよく、また、ステッパ以外の装置に搭載してもよ
い。
光導波路素子１２がニオブ酸リチウムの場合、図４に示
す傾き５×１０6ラジアン／℃の直線２７に近似され
る。このため、レーザ光束９が光軸１７に対して角度Δ
θだけずれた光軸２５で光導波路素子１２に入射する
と、図５に示すように図３に説明した高い角度依存性を
持つ曲線２６と同様の曲線２８が得られるが曲線の最大
値の位置がずれてしまい、検出する基板の傾斜角度にオ
フセット量が生じる。そこで、制御・処理回路２３より
温度モニタ２１を介して光導波路素子１２の温度変化Δ
Ｔを常にモニタし温度変化ΔＴより光導波路１４への入
射角度変化量Δθを求め、傾斜測定値に対してオフセッ
ト補正を行う。よって、基板３の所定の傾斜角度αから
のオフセット量Δαを高精度に検出することが可能にな
り、求めたオフセット量Δαから基板３の傾斜α0 を高
感度に検出することができる。なお上記実施例において
は、基板（ウェハ）３をステッパに搭載した例について
説明したが、ウェハに限定されることなく他の基板であ
ってもよく、また、ステッパ以外の装置に搭載してもよ
い。
【００２８】また、温度モニタ２１には、熱電対、サー
ミスタ、厚膜抵抗等を用いることができる。
ミスタ、厚膜抵抗等を用いることができる。
【００２９】
【発明の効果】上記のように本発明による基板傾斜検出
装置は、光導波路素子への入射角度変化と光導波路素子
の温度変化の相関関係を利用して、温度モニタにより、
光導波路素子の温度変化ΔＴを常にモニタし温度変化Δ
Ｔより光導波路１４への入射角度変化量Δθを求め、傾
斜測定値に対してオフセット補正を行なえば、基板の傾
斜角度を高精度で検出することができる。
装置は、光導波路素子への入射角度変化と光導波路素子
の温度変化の相関関係を利用して、温度モニタにより、
光導波路素子の温度変化ΔＴを常にモニタし温度変化Δ
Ｔより光導波路１４への入射角度変化量Δθを求め、傾
斜測定値に対してオフセット補正を行なえば、基板の傾
斜角度を高精度で検出することができる。
【図１】本発明の第一の実施例の基板傾斜検出装置の構
成説明図である。
成説明図である。
【図２】光導波路素子の構成説明図である。
【図３】直線回折格子形光結合器の光結合効率の角度依
存性説明図である。
存性説明図である。
【図４】温度変化と光導波路への入射角度変化の関係説
明図である。
明図である。
【図５】温度変化が生じる前後の光導波路への入射角度
と光結合器の光結合効率の関係説明図である。
と光結合器の光結合効率の関係説明図である。
【図６】従来の基板傾斜検出装置の構成図である。
【図７】従来の基板傾斜検出装置の構成図である。
１…レチクル、３…基板、５…チルト機構、７…光源、
９…レーザ光束、１２…光導波路素子、１３…光導波路
基板、１４…光導波路、１５…光結合器、１９…光セン
サ。
９…レーザ光束、１２…光導波路素子、１３…光導波路
基板、１４…光導波路、１５…光結合器、１９…光セン
サ。
───────────────────────────────────────────────────── 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 7/20 ５２１ 7818−2Ｈ
Claims (1)
- 【請求項１】コリメートされた照明光をステ−ジ上に載
置された基板に照射する光源と、光導波路基板上に薄膜
の光導波路を形成し該光導波路上に前記照明光の基板に
おける正反射光が斜めに入射される直線回折格子形の光
結合器を設けた光導波路素子と、該光導波路素子に入射
し光結合器および光導波路を通過した光の強度を検出す
る光センサと、前記光源から前記基板及び光結合器を介
して前記光センサに入射されるまでの照明光の光路中に
設けられる光偏向手段と、光センサの出力値と前記光偏
向手段を用いて前記基板の傾斜角度の基準値に対する変
化量をモニタする角度検出手段において角度検出手段の
出力に該光導波路素子の温度変化を常にモニタし得られ
た温度変化量により補正を加えることを特徴とする基板
傾斜検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4017443A JPH05217838A (ja) | 1992-02-03 | 1992-02-03 | 基板傾斜検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4017443A JPH05217838A (ja) | 1992-02-03 | 1992-02-03 | 基板傾斜検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05217838A true JPH05217838A (ja) | 1993-08-27 |
Family
ID=11944172
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4017443A Pending JPH05217838A (ja) | 1992-02-03 | 1992-02-03 | 基板傾斜検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05217838A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023242012A1 (en) * | 2022-06-14 | 2023-12-21 | Asml Netherlands B.V. | Integrated optical system for scalable and accurate inspection systems |
| WO2025256870A1 (en) * | 2024-06-12 | 2025-12-18 | Asml Netherlands B.V. | Integrated optics distance, leveling and tilt sensor |
-
1992
- 1992-02-03 JP JP4017443A patent/JPH05217838A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023242012A1 (en) * | 2022-06-14 | 2023-12-21 | Asml Netherlands B.V. | Integrated optical system for scalable and accurate inspection systems |
| WO2025256870A1 (en) * | 2024-06-12 | 2025-12-18 | Asml Netherlands B.V. | Integrated optics distance, leveling and tilt sensor |
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