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技術 光変調装置、該装置による光スイッチ、移動量検出装置及び該装置による距離測定装置、位置合わせ装置及び該装置による半導体露光装置、並びにこれらの方法

出願人 キヤノン株式会社
発明者 黒田亮関淳一島田康弘山口貴子稲生耕久
出願日 2000年8月22日 (18年11ヶ月経過) 出願番号 2000-251598
公開日 2002年2月28日 (17年4ヶ月経過) 公開番号 2002-062489
状態 拒絶査定
技術分野 光学的手段による測長装置 機械的光制御・光スイッチ ホトレジスト感材への露光・位置合せ 半導体の露光(電子、イオン線露光を除く) 機械的光制御・光スイッチ 半導体の露光(電子、イオン線露光を除く)
主要キーワード ノイズ原因 近接間隔 移動量検出装置 アノマリー 相対位置変動 周期構造パターン 開口スリット 相対的移動量
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (20)

課題

近接場領域に適用可能であって、波長依存のない光変調が実現でき、ノイズ原因の少ない非可干渉光レーザ光を用いた場合にも波長変動によるノイズ原因のない高精度な光変調が実現可能な光変調装置、該装置による光スイッチ、移動量検出装置及び該装置による距離測定装置位置合わせ装置及び該装置による半導体露光装置、並びにこれらの方法を提供する。

解決手段

光源から出射される光の波長よりも小さい周期を有する第1および第2の2つの周期構造を、前記波長以下の間隔まで近接させて互いに向かい合わせた状態で配置し、該2つの周期構造を相対的に移動させ、該2つの周期構造の間を透過した前記光源からの透過光の強度を変調するように構成する。

概要

背景

LSI等の半導体素子集積度高密度化の一途をたどり、現在はエキシマレーザを用いた露光装置X線ステッパーが実用化されている。さらに微細パターンを形成するための次世代の露光装置として、F2レーザ電子線、EUV光近接場光を用いた装置が検討されている。このような露光装置においては、0.1μm以下の線幅解像がなされつつあるが、このために必要なマスクウェハの相対位置合わせ精度はその1/10、すなわち、10nm以下が最低限必要とされている。このような高精度位置合わせ方法として、従来から二重回折格子法が提案されている[Flanders et al., Appl. Phys.Lett. vol.31, p.426 (1977)]。

この方法の原理を図20に示す。この方法は、マスク及びウェハにそれぞれ回折格子を設け、これらにレーザ光入射し、それぞれの回折格子からの複数の回折光干渉光強度を検知することにより、マスク及びウェハの相対位置ずれを検出し、相対位置合わせを行なうものである。

一方、金属薄膜に設けられた開口アレイ入射光波長に関して選択された周期で配列されている場合に光透過が高まる装置が提案されている(特開平11−072607号公報)。この提案において、開口の大きさが150nm〜1μm、開口間ピッチが0.6〜1.8μmの場合、開口が配置されている部分に入射する光の波長(0.5〜1.0μm)に対応する特定のピッチの開口アレイでは、開口部分に入る光より多い光が開口アレイから透過すると記載されている。ここで、透過する光の強度は開口アレイの周期と波長の相関に応じたピークを持っており、波長をλ、開口の周期をPとすると、λ/Pがある条件の時に透過する光の強度が強くなるとともに、入射光の波長を連続的に変化させるとそのピークが周期的に現れることが記載されている。

概要

近接場領域に適用可能であって、波長依存のない光変調が実現でき、ノイズ原因の少ない非可干渉光やレーザ光を用いた場合にも波長変動によるノイズ原因のない高精度な光変調が実現可能な光変調装置、該装置による光スイッチ、移動量検出装置及び該装置による距離測定装置位置合わせ装置及び該装置による半導体露光装置、並びにこれらの方法を提供する。

光源から出射される光の波長よりも小さい周期を有する第1および第2の2つの周期構造を、前記波長以下の間隔まで近接させて互いに向かい合わせた状態で配置し、該2つの周期構造を相対的に移動させ、該2つの周期構造の間を透過した前記光源からの透過光の強度を変調するように構成する。

目的

そこで、本発明は、上記課題を解決し、近接場領域に適用可能であって、波長依存のない光変調が実現でき、ノイズ原因の少ない非可干渉光やレーザ光を用いた場合にも波長変動によるノイズ原因のない高精度な光変調が実現可能な光変調装置、該装置による光スイッチ、移動量検出装置及び該装置による距離測定装置、位置合わせ装置及び該装置による半導体露光装置、並びにこれらの方法を提供することを目的とするものである。

効果

実績

技術文献被引用数
6件
牽制数
0件

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請求項1

光源から出射される光の波長よりも小さい周期を有する第1および第2の2つの周期構造と、該2つの周期構造を相対的に移動させる移動手段を有し、該2つの周期構造を前記波長以下の間隔まで近接させて互いに向かい合わせた状態で配置し、前記移動手段によって該2つの周期構造を相対的に移動させ、該2つの周期構造の間を透過した前記光源からの透過光の強度を変調する構成を備えたことを特徴とする光変調装置

請求項2

前記第1および第2の周期構造は、前記光源から出射される光の波長の1/2以下の開口幅ピッチを有することを特徴とする請求項1に記載の光変調装置。

請求項3

前記第1および第2の周期構造は、前記開口幅とピッチの周期を前記光源から出射される光の波長よりも小さい領域内に、複数有することを特徴とする請求項2に記載の光変調装置。

請求項4

前記第1および第2の周期構造は、その近接間隔が100nm以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の光変調装置。

請求項5

前記第1の周期構造は、前記光源からの光が入射する裏面側に対する表面側に前記周期を有し、前記第2の周期構造は前記第1の周期構造の表面側と向かい合う面側に前記周期を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の光変調装置。

請求項6

前記2つの周期構造を相対的に移動させる方向が、該2つの周期構造の周期の方向であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の光変調装置。

請求項7

前記2つの周期構造のいずれか一方を支持し、該2つの周期構造の互いに向かい合った間隔の方向に弾性変形可能な弾性体を有することを特徴とする請求項6記載の光変調装置。

請求項8

前記2つの周期構造を相対的に移動させる方向が、該2つの周期構造の互いに向かい合った間隔の方向であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の光変調装置。

請求項9

請求項1〜8のいずれか1項に記載の光変調装置を用いて入射光に対する出射光の強度を切り替えるように構成したことを特徴とする光スイッチ。

請求項10

第1と第2の2つの周期構造の間を透過した光源からの透過光の強度を変調する光強度変調手段と、該透過光の強度を検出する手段と、該第1と第2の2つの周期構造の相対的移動量を検出する手段とを備え、これらによって光の強度変化を検出し、該検出した光の強度から前記相対的移動量を検出することによる移動量検出装置であって、前記光強度変調手段が、請求項1〜8のいずれか1項に記載の光変調装置によって構成されていることを特徴とする移動量検出装置。

請求項11

前記第1または第2の周期構造が、2次元の周期構造であることを特徴とする請求項10に記載の移動量検出装置。

請求項12

前記第1の周期構造と第2の周期構造が、ランダムな周期構造を有することを特徴とする請求項10に記載の移動量検出装置。

請求項13

前記第1の周期構造と第2の周期構造が、異なる周期であることを特徴とする請求項10に記載の移動量検出装置。

請求項14

前記透過光の強度を検出する手段が、前記第2の周期構造における前記第1の周期構造の表面側と向かい合う面に対し、その裏面側から散乱される光の強度分布を検出する手段によって構成されていることを特徴とする請求項13に記載の移動量検出装置。

請求項15

請求項10〜14のいずれか1項に記載の移動量検出装置を用いて微小変位量測定可能に構成されていることを特徴とする距離測定装置

請求項16

第1と第2の2つの周期構造の間を透過した光源からの透過光の強度を変調する光強度変調手段と、該透過光の強度を検出する手段と、該第1と第2の2つの周期構造を相対的に移動させる移動手段と、該第1と第2の2つの周期構造の相対位置を検出する手段とを備え、これらによって光の強度変化を検出し、該検出した結果に基づいて前記移動手段を駆動して前記相対位置を合わせることによる位置合わせ装置であって、前記光強度変調手段が、請求項1〜8のいずれか1項に記載の光変調装置によって構成されていることを特徴とする位置合わせ装置。

請求項17

前記第1または第2の周期構造が、2次元の周期構造であることを特徴とする請求項16に記載の位置合わせ装置。

請求項18

前記第1の周期構造と第2の周期構造が、ランダムな周期構造を有することを特徴とする請求項16に記載の位置合わせ装置。

請求項19

前記第1の周期構造と第2の周期構造が、異なる周期であることを特徴とする請求項16に記載の位置合わせ装置。

請求項20

前記光の強度を検出する手段が、前記第2の周期構造における前記第1の周期構造の表面側と向かい合う面に対し、その裏面側から散乱される光の強度分布を検出する手段によって構成されていることを特徴とする請求項19に記載の位置合わせ装置。

請求項21

請求項16〜20のいずれか1項に記載の位置合わせ装置を用いてマスクウェハ間ギャップ制御、またはアライメント等を行うように構成したことを特徴とする半導体露光装置

請求項22

光源から出射される光の波長よりも小さい周期を有する第1および第2の2つの周期構造を、前記波長以下の間隔まで近接させて互いに向かい合わせた状態で配置し、該2つの周期構造を相対的に移動させ、該2つの周期構造の間を透過した前記光源からの透過光の強度を変調することを特徴とする光変調方法

請求項23

前記第1および第2の周期構造は、前記光源から出射される光の波長の1/2以下の開口幅とピッチを有することを特徴とする請求項22に記載の光変調方法。

請求項24

前記第1および第2の周期構造は、前記開口幅とピッチの周期を前記光源から出射される光の波長よりも小さい領域内に、複数有することを特徴とする請求項23に記載の光変調方法。

請求項25

前記第1および第2の周期構造は、その近接間隔が100nm以下であることを特徴とする請求項22〜24のいずれか1項に記載の光変調方法。

請求項26

前記第1の周期構造は、前記光源からの光が入射する裏面側に対する表面側に前記周期を有し、前記第2の周期構造は前記第1の周期構造の表面側と向かい合う面側に前記周期を有することを特徴とする請求項22〜25のいずれか1項に記載の光変調方法。

請求項27

前記2つの周期構造を、これらの周期の方向に相対的に移動させることを特徴とする請求項22〜26のいずれか1項に記載の光変調方法。

請求項28

前記2つの周期構造のいずれか一方を支持し、該2つの周期構造の互いに向かい合った間隔の方向に弾性変形可能な弾性体を有し、該弾性体を弾性変形させた状態で該2つの周期構造を接触させることにより、該2つの周期構造の間隔が変化しないようにすることを特徴とする請求項27記載の光変調方法。

請求項29

前記2つの周期構造を、これらの互いに向かい合った間隔の方向に相対的に移動させることを特徴とする請求項22〜26のいずれか1項に記載の光変調方法。

請求項30

第1と第2の2つの周期構造の間を透過した光源からの透過光の強度を変調する一方、該透過光の強度を検出し、該検出した光の強度から該2つの周期構造の相対的移動量を検出することによる移動量検出方法であって、前記透過光の強度の変調に、請求項22〜29のいずれか1項に記載の光変調方法を用いることを特徴とする移動量検出方法。

請求項31

前記第1または第2の周期構造を、2次元の周期構造とすることを特徴とする請求項30に記載の移動量検出方法。

請求項32

前記第1の周期構造と第2の周期構造を、ランダムな周期構造とすることを特徴とする請求項30に記載の移動量検出方法。

請求項33

前記第1の周期構造と第2の周期構造を、異なる周期とすることを特徴とする請求項30に記載の移動量検出方法。

請求項34

前記透過光の強度の検出が、前記第2の周期構造における前記第1の周期構造の表面側と向かい合う面に対し、その裏面側から散乱される光の強度分布を検出することによって行われることを特徴とする請求項33に記載の移動量検出方法。

請求項35

第1と第2の2つの周期構造の間を透過した光源からの透過光の強度を変調する一方、該透過光の強度を検出し、該検出した結果に基づいて行われる該2つの周期構造の相対位置合わせによる位置合わせ方法であって、前記透過光の強度の変調に、請求項22〜29のいずれか1項に記載の光変調方法を用いることを特徴とする位置合わせ方法。

請求項36

前記第1または第2の周期構造が、2次元の周期構造であることを特徴とする請求項35に記載の位置合わせ方法。

請求項37

前記第1の周期構造と第2の周期構造が、ランダムな周期構造を有することを特徴とする請求項35に記載の位置合わせ方法。

請求項38

前記第1の周期構造と第2の周期構造が、異なる周期であることを特徴とする請求項35に記載の位置合わせ方法。

請求項39

前記透過光の強度の検出が、前記第2の周期構造における前記第1の周期構造の表面側と向かい合う面に対し、その裏面側から散乱される光の強度分布を検出することによって行われることを特徴とする請求項38に記載の位置合わせ方法。

技術分野

0001

本発明は、光通信カメラディスプレイ等の画像形成装置に用いられる光スイッチ、ナノメートル精度の距離測定用エンコーダ、および半導体露光装置におけるマスクウェハ間ギャップ制御アライメント、等に用いられる光変調素子移動量検出装置、および位置合わせ装置等に関するものである。

背景技術

0002

LSI等の半導体素子集積度高密度化の一途をたどり、現在はエキシマレーザを用いた露光装置X線ステッパーが実用化されている。さらに微細パターンを形成するための次世代の露光装置として、F2レーザ電子線、EUV光近接場光を用いた装置が検討されている。このような露光装置においては、0.1μm以下の線幅解像がなされつつあるが、このために必要なマスク・ウェハの相対位置合わせ精度はその1/10、すなわち、10nm以下が最低限必要とされている。このような高精度位置合わせ方法として、従来から二重回折格子法が提案されている[Flanders et al., Appl. Phys.Lett. vol.31, p.426 (1977)]。

0003

この方法の原理図20に示す。この方法は、マスク及びウェハにそれぞれ回折格子を設け、これらにレーザ光入射し、それぞれの回折格子からの複数の回折光干渉光強度を検知することにより、マスク及びウェハの相対位置ずれを検出し、相対位置合わせを行なうものである。

0004

一方、金属薄膜に設けられた開口アレイ入射光波長に関して選択された周期で配列されている場合に光透過が高まる装置が提案されている(特開平11−072607号公報)。この提案において、開口の大きさが150nm〜1μm、開口間ピッチが0.6〜1.8μmの場合、開口が配置されている部分に入射する光の波長(0.5〜1.0μm)に対応する特定のピッチの開口アレイでは、開口部分に入る光より多い光が開口アレイから透過すると記載されている。ここで、透過する光の強度は開口アレイの周期と波長の相関に応じたピークを持っており、波長をλ、開口の周期をPとすると、λ/Pがある条件の時に透過する光の強度が強くなるとともに、入射光の波長を連続的に変化させるとそのピークが周期的に現れることが記載されている。

発明が解決しようとする課題

0005

さて、二重回折格子法では、位置合わせに用いるレーザの波長変動にも敏感であり、横方向の位置ずれ検出信号にレーザの波長変動による信号成分が重畳する。また、可干渉性コヒーレント光を用いることが必要であるため、迷光によるスペックルノイズが重畳し、位置ずれ量検出分解能の低下を生じていた。

0006

また、前記特開平11−072607号公報に記載の現象は、回折格子の格子間隔がだんだん波長に近づくことで、本来考えられる回折効率からずれ反射光が0次の回折光に集中してしまうことから起こるWoodのアノマリーとして古くから知られている現象である(参考文献:「光の鉛筆」(1984)鶴田 匡夫著、「Electromagnetic Theory of Gratings」(1980)R.Petit編)。すなわち、開口アレイを透過する光の強度が光の波長に対して周期的に変化することから、開口周期と波長の関係がある周期条件を満たすとき起こるものであり、開口アレイと入射光の共鳴領域で起こる現象であって、次のような問題点を有していた。それは、第一に上記した共鳴領域の現象であるため、用いる光波長の1/2〜2倍程度の範囲内の開口サイズに限定され、分解能がこの程度に限定されることになる。また、第二にこのような共鳴条件を満たさなければならないため、光波長に対して開口サイズの作製精度が厳しく、開口の作製コストが高くなる。さらに、第三に、この現象において、透過光の増大は伝播光観測されたファーフィールドの現象であり、近接場領域に適用することができない。

0007

そこで、本発明は、上記課題を解決し、近接場領域に適用可能であって、波長依存のない光変調が実現でき、ノイズ原因の少ない非可干渉光やレーザ光を用いた場合にも波長変動によるノイズ原因のない高精度な光変調が実現可能な光変調装置、該装置による光スイッチ、移動量検出装置及び該装置による距離測定装置、位置合わせ装置及び該装置による半導体露光装置、並びにこれらの方法を提供することを目的とするものである。

課題を解決するための手段

0008

本発明は、上記課題を達成するために、つぎの(1)〜(39)のように構成した光変調装置、該装置による光スイッチ、移動量検出装置及び該装置による距離測定装置、位置合わせ装置及び該装置による半導体露光装置、並びにこれらの方法を提供するものである。
(1)光源から出射される光の波長よりも小さい周期を有する第1および第2の2つの周期構造と、該2つの周期構造を相対移動させる移動手段を有し、該2つの周期構造を前記波長以下の間隔まで近接させて互いに向かい合わせた状態で配置し、前記移動手段によって該2つの周期構造を相対移動させ、該2つの周期構造の間を透過した前記光源からの透過光の強度を変調する構成を備えたことを特徴とする光変調装置。
(2)前記第1および第2の周期構造は、前記光源から出射される光の波長の1/2以下の開口幅とピッチを有することを特徴とする上記(1)に記載の光変調装置。
(3)前記第1および第2の周期構造は、前記開口幅とピッチの周期を前記光源から出射される光の波長よりも小さい領域内に、複数有することを特徴とする上記(2)に記載の光変調装置。
(4)前記第1および第2の周期構造は、その近接間隔が100nm以下であることを特徴とする上記(1)〜(3)のいずれかに記載の光変調装置。
(5)前記第1の周期構造は、前記光源からの光が入射する裏面側に対する表面側に前記周期を有し、前記第2の周期構造は前記第1の周期構造の表面側と向かい合う面側に前記周期を有することを特徴とする上記(1)〜(4)のいずれかに記載の光変調装置。
(6)前記2つの周期構造を相対的に移動させる方向が、該2つの周期構造の周期の方向であることを特徴とする上記(1)〜(5)のいずれかに記載の光変調装置。
(7)前記2つの周期構造のいずれか一方を支持し、該2つの周期構造の互いに向かい合った間隔の方向に弾性変形可能な弾性体を有することを特徴とする上記(6)に記載の光変調装置。
(8)前記2つの周期構造を相対的に移動させる方向が、該2つの周期構造の互いに向かい合った間隔の方向であることを特徴とする上記(1)〜(5)のいずれかに記載の光変調装置。
(9)上記(1)〜(8)のいずれかに記載の光変調装置を用いて入射光に対する出射光の強度を切り替えるように構成したことを特徴とする光スイッチ。
(10)第1と第2の2つの周期構造の間を透過した光源からの透過光の強度を変調する光強度変調手段と、該透過光の強度を検出する手段と、該第1と第2の2つの周期構造の相対的移動量を検出する手段とを備え、これらによって光の強度変化を検出し、該検出した光の強度から前記相対的移動量を検出することによる移動量検出装置であって、前記光強度変調手段が、記(1)〜(8)のいずれかに記載の光変調装置によって構成されていることを特徴とする移動量検出装置。
(11)前記第1または第2の周期構造が、2次元の周期構造であることを特徴とする上記(10)に記載の移動量検出装置。
(12)前記第1の周期構造と第2の周期構造が、ランダムな周期構造を有することを特徴とする上記(10)に記載の移動量検出装置。
(13)前記第1の周期構造と第2の周期構造が、異なる周期であることを特徴とする上記(10)に記載の移動量検出装置。
(14)前記透過光の強度を検出する手段が、前記第2の周期構造における前記第1の周期構造の表面側と向かい合う面に対し、その裏面側から散乱される光の強度分布を検出する手段によって構成されていることを特徴とする上記(13)に記載の移動量検出装置。
(15)上記(10)〜(14)のいずれかに記載の移動量検出装置を用いて微小変位量測定可能に構成されていることを特徴とする距離測定装置。
(16)第1と第2の2つの周期構造の間を透過した光源からの透過光の強度を変調する光強度変調手段と、該透過光の強度を検出する手段と、該第1と第2の2つの周期構造を相対的に移動させる移動手段と、該第1と第2の2つの周期構造の相対位置を検出する手段とを備え、これらによって光の強度変化を検出し、該検出した結果に基づいて前記移動手段を駆動して前記相対位置を合わせることによる位置合わせ装置であって、前記光強度変調手段が、上記(1)〜(8)のいずれかに記載の光変調装置によって構成されていることを特徴とする位置合わせ装置。
(17)前記第1または第2の周期構造が、2次元の周期構造であることを特徴とする上記(16)に記載の位置合わせ装置。
(18)前記第1の周期構造と第2の周期構造が、ランダムな周期構造を有することを特徴とする上記(16)に記載の位置合わせ装置。
(19)前記第1の周期構造と第2の周期構造が、異なる周期であることを特徴とする上記(16)に記載の位置合わせ装置。
(20)前記光の強度を検出する手段が、前記第2の周期構造における前記第1の周期構造の表面側と向かい合う面に対し、その裏面側から散乱される光の強度分布を検出する手段によって構成されていることを特徴とする上記(19)に記載の位置合わせ装置。
(21)上記(16)〜(20)のいずれかに記載の位置合わせ装置を用いてマスク・ウェハ間のギャップ制御、またはアライメント等を行うように構成したことを特徴とする半導体露光装置。
(22)光源から出射される光の波長よりも小さい周期を有する第1および第2の2つの周期構造を、前記波長以下の間隔まで近接させて互いに向かい合わせた状態で配置し、該2つの周期構造を相対的に移動させ、該2つの周期構造の間を透過した前記光源からの透過光の強度を変調することを特徴とする光変調方法
(23)前記第1および第2の周期構造は、前記光源から出射される光の波長の1/2以下の開口幅とピッチを有することを特徴とする上記(22)に記載の光変調方法。
(24)前記第1および第2の周期構造は、前記開口幅とピッチの周期を前記光源から出射される光の波長よりも小さい領域内に、複数有することを特徴とする上記(23)に記載の光変調方法。
(25)前記第1および第2の周期構造は、その近接間隔が100nm以下であることを特徴とする上記(22)〜(24)のいずれかに記載の光変調方法。
(26)前記第1の周期構造は、前記光源からの光が入射する裏面側に対する表面側に前記周期を有し、前記第2の周期構造は前記第1の周期構造の表面側と向かい合う面側に前記周期を有することを特徴とする上記(22)〜(25)のいずれかに記載の光変調方法。
(27)前記2つの周期構造を、これらの周期の方向に相対的に移動させることを特徴とする上記(22)〜(26)のいずれかに記載の光変調方法。
(28)前記2つの周期構造のいずれか一方を支持し、該2つの周期構造の互いに向かい合った間隔の方向に弾性変形可能な弾性体を有し、該弾性体を弾性変形させた状態で該2つの周期構造を接触させることにより、該2つの周期構造の間隔が変化しないようにすることを特徴とする上記(27)に記載の光変調方法。
(29)前記2つの周期構造を、これらの互いに向かい合った間隔の方向に相対的に移動させることを特徴とする上記(22)〜(26)のいずれかに記載の光変調方法。
(30)第1と第2の2つの周期構造の間を透過した光源からの透過光の強度を変調する一方、該透過光の強度を検出し、該検出した光の強度から該2つの周期構造の相対的移動量を検出することによる移動量検出方法であって、前記透過光の強度の変調に、上記(22)〜(29)のいずれかに記載の光変調方法を用いることを特徴とする移動量検出方法。
(31)前記第1または第2の周期構造を、2次元の周期構造とすることを特徴とする上記(30)に記載の移動量検出方法。
(32)前記第1の周期構造と第2の周期構造を、ランダムな周期構造とすることを特徴とする上記(30)に記載の移動量検出方法。
(33)前記第1の周期構造と第2の周期構造を、異なる周期とすることを特徴とする上記(30)に記載の移動量検出方法。
(34)前記透過光の強度の検出が、前記第2の周期構造における前記第1の周期構造の表面側と向かい合う面に対し、その裏面側から散乱される光の強度分布を検出することによって行われることを特徴とする上記(33)に記載の移動量検出方法。
(35)第1と第2の2つの周期構造の間を透過した光源からの透過光の強度を変調する一方、該透過光の強度を検出し、該検出した結果に基づいて行われる該2つの周期構造の相対位置合わせによる位置合わせ方法であって、前記透過光の強度の変調に、上記(22)〜(29)のいずれかに記載の光変調方法を用いることを特徴とする位置合わせ方法。
(36)前記第1または第2の周期構造が、2次元の周期構造であることを特徴とする上記(35)に記載の位置合わせ方法。
(37)前記第1の周期構造と第2の周期構造が、ランダムな周期構造を有することを特徴とする上記(35)に記載の位置合わせ方法。
(38)前記第1の周期構造と第2の周期構造が、異なる周期であることを特徴とする上記(35)に記載の位置合わせ方法。
(39)前記透過光の強度の検出が、前記第2の周期構造における前記第1の周期構造の表面側と向かい合う面に対し、その裏面側から散乱される光の強度分布を検出することによって行われることを特徴とする上記(38)に記載の位置合わせ方法。

発明を実施するための最良の形態

0009

本発明に関連する実験を通じて、我々は、波長以下の大きさの領域に波長以下の開口を並べ、その並べる密度を変えることによってその開口から出る近接場光の強度を制御できる新規な現象を発見した。上記した本発明の構成は、この現象を利用することによって完成に到ったものである。

0010

以下に、図4を用いて、この現象を説明する。図4(a)のような微小な波長以下の開口401を有する金属薄膜に光を照射させると開口近傍に近接場光が発生する。ここで、光の波長は530nm、開口幅は80nm、隣り合う開口のピッチは160nmである。近接場光学顕微鏡(Scanning Near−field Optical Microscope:SNOM)で観察することにより、発生する近接場光の強度を測定すると、波長以下の開口401の並び方に応じて変化することがわかった。波長程度の大きさの領域402内に波長以下の開口401が1本しか存在しない場合と複数本存在している場合とで近接場光の強度が異なる。

0011

波長程度の大きさの領域402内に存在する開口401の密度が大きい方が近接場光の強度は大きく、逆に、波長程度の大きさの領域402内に存在する開口401の密度が低い場合は近接場光の強度が小さい。図4(a)は、波長程度の領域402内に開口が1本、2本、3本、4本、5本存在する場合を示している。波長程度の領域402内に開口401が1本存在する場合は、図4(b)に示すように非常に近接場光の強度が低いが、開口が2本、3本、4本と増えるにしたがって1本あたりの開口から出る近接場光の強度が強くなっていく。開口数の増加にしたがって近接場光の強度が増加するが、波長程度の領域402内に納まらない数の開口が並ぶと、それ以上近接場光の強度は増大せず一定となる。図4(b)では、4本から5本に開口401の存在する数が増大しても近接場光の強度が変化しないことがわかる。つまり、波長程度の大きさの領域に存在する開口の密度に応じて近接場光の強度が増加することがわかる。

0012

以上のような発見から、微小な開口1本では充分な近接場光強度が得られなくとも、波長程度の領域内に開口を複数本を存在させることにより、開口を透過する近接場光強度を増大させることができることがわかった。この現象を利用し、以下に述べる光変調素子、移動量検出装置、位置合わせ装置に応用し、近接場光を用いたナノメートルオーダー計測制御を可能にするものである。

0013

次に、図1図3を用いて本発明の第1の実施の形態における光変調素子の詳細について説明する。光源101から出射される伝搬光である入射光102を透明支持基板A103のおもて面図1では下側の面)上に設けた周期構造A104に対して裏面(図1では上側)から入射させる。ここで、透明支持基板A103として、入射光102を透過するガラスなどの透明材料基板を選択する。周期構造A104としては、例えば、CrやAlなどの金属薄膜(膜厚20〜100nm)を透明支持基板A103上に成膜し、電子線加工集束イオンビーム加工走査型プローブ顕微鏡を利用した加工装置等を用いて、スリット状の開口を形成したものを用いる。ここで、開口幅は入射光102の波長の1/2以下の10〜100nm、開口ピッチも入射光102の波長の1/2以下の20〜200nmとする。開口の(長手方向の)長さは、用途によって最適な長さを選択すれば良い。

0014

形成した開口パターンの一例を図2に示す。図2において、開口スリット201は、開口幅80nmのものがピッチ160nmで周期的に並んだものから成り立っている。開口スリットの長さは100μmである。

0015

裏面から周期構造A104に入射した光は周期構造A104の開口を透過して伝搬光から変換されて近接場光105となり、周期構造A104のおもて面(図1では下側)に滲み出る。この近接場光105に対して100nm以下の距離まで、周期構造B106のおもて面(図1では上側)を近づける。周期構造B106は透明支持基板B107上に設けられており、材質、形状、作製方法等については周期構造A104と同じである。周期構造B106のおもて面を近づけられた近接場光105は、周期構造B106の開口を透過すると同時に周期構造B106の裏面(図1では下側)で散乱され、近接場光の散乱光108となって、再び伝搬光に変換される。

0016

ここで、アクチュエータ109により、周期構造B106を図1中のx方向に移動させる。このとき、光検出器110により近接場光の散乱光108の強度を測定すると、x方向の相対変位に応じて強度が周期的に変化する。この変化の様子を図3に示す。図3において、周期構造A301と周期構造B302の間の位置関係の異なる相対変位状態をa〜dに示す。相対変位がa→b→c→d→a→・・・と変化するにつれて、近接場光の散乱光強度中間値最大値→中間値→最小値→中間値→・・・と変化する。これは、周期構造A301の開口部分と周期構造B302の開口部分の位置がちょうど重なるbの位置関係のとき、周期構造A301の開口部分に発生する近接場光が周期構造B302の開口部分を透過する割合が最大となり、周期構造A301の開口部分と周期構造B302の開口部分の位置がちょうど反転してずれるdの位置関係のとき、周期構造A301の開口部分に発生する近接場光が周期構造B302の開口部分を透過する割合が最小となるためである。したがって、この変化の周期は、周期構造A301、B302のピッチpと一致する。

0017

この原理を応用し、(図1に記載の)アクチュエータ109を用いて周期構造A301と周期構造B302の位置関係をbとdの間で変化するようにp/2変位させることにより、近接場光の散乱光108の強度を最大値と最小値の間で変化させることができる。逆に、強度変化から周期構造A301と周期構造B302のx方向位置関係を検出することができる。この原理を応用したのがあとの実施例3に述べる移動量検出装置である。

0018

次に、図5図7を用いて本発明の第2の実施の形態における光変調素子の詳細について説明する。光源501から出射される伝搬光である入射光502を透明支持基板A503のおもて面(図5では下側の面)上に設けた周期構造A504に対して裏面(図5では上側)から入射させる。ここで、透明支持基板A503として、入射光502を透過するガラスなどの透明材料基板を選択する。周期構造A504としては、例えば、CrやAlなどの金属薄膜(膜厚20〜100nm)を透明支持基板A503上に成膜し、電子線加工や集束イオンビーム加工、走査型プローブ顕微鏡を利用した加工装置等を用いて、スリット状の開口を形成したものを用いる。ここで、開口幅は10〜100nm、開口ピッチは20〜200nmとする。開口の(長手方向の)長さは、用途によって最適な長さを選択すれば良い。

0019

形成した開口パターンの一例を図2に示す。図2において、開口スリット201は、開口幅80nmのものがピッチ160nmで周期的に並んだものから成り立っている。開口スリットの長さは100μmである。裏面から周期構造A504に入射した光は周期構造A504の開口を透過して伝搬光から変換されて近接場光505となり、周期構造A504のおもて面(図5では下側)に滲み出る。

0020

この近接場光505に対して光源の光波長以下の距離まで、周期構造B506のおもて面(図5では上側)を周期構造の位相が反転するように、すなわち、周期構造A504の開口部分と周期構造B506の開口部分が完全にずれるように近づける。周期構造B506は透明支持基板B507上に設けられており、材質、形状、作製方法等については周期構造A504と同じである。周期構造B506のおもて面を近づけられた近接場光505は、周期構造B506の開口を透過すると同時に周期構造B506の裏面(図5では下側)で散乱され、近接場光の散乱光508となって、再び伝搬光に変換される。

0021

また、周期構造A504のおもて面に対して、周期構造B506のおもて面が光波長以上の距離に離れた場合の様子を図6に示す。周期構造A504のおもて面(図6では下側)に滲み出た近接場光A601は周期構造A504のおもて面で散乱され、近接場光Aの散乱光A602となって、再び伝搬光に変換される。近接場光Aの散乱光A602は、周期構造B506のおもて面(図6では上側)に入射し、周期構造B506の開口を透過して伝搬光から変換されて近接場光B603となり、周期構造B506の裏面(図6では下側)に滲み出る。近接場光B603は、周期構造B506の裏面で散乱され、近接場光Bの散乱光B604となって、再び伝搬光に変換される。

0022

ここで、アクチュエータ509により、周期構造B506を図5図6中のz方向に移動させる。このとき、光検出器510により近接場光の散乱光508、604の強度を測定すると、z方向の相対変位に応じて強度が変化する。この変化の様子を図7に示す。図7において、周期構造A701と周期構造B702の間の位置関係の異なる相対変位状態をa〜dに示す。相対変位がa→b→c→d→・・・と変化するにつれて、近接場光の散乱光強度は最小値→中間値→最大値→最大値のまま一定値と変化する。これは、周期構造A701の開口部分と周期構造B702の開口部分の位置がちょうど反転して重なるaの位置関係のとき、周期構造A701の開口部分に発生する近接場光が周期構造B702の開口部分を透過する割合が最小となり、周期構造A701と周期構造B702のz方向間隔が離れるに従って、周期構造A701の開口部分に発生する近接場光が周期構造B702の開口部分を透過する割合が大きくなり、波長程度以上離れると一定になるためである。

0023

この原理を応用し、(図5図6に記載の)アクチュエータ509を用いて周期構造A701と周期構造B702の位置関係をaとdの間で変化するように波長程度の距離だけ変位させることにより、近接場光の散乱光508、604の強度を最小値と最大値の間で変化させることができる。逆に、この強度変化から周期構造A701と周期構造B702のz方向位置関係を検出することができる。この原理を応用したのがあとの実施例4に述べる移動量検出装置である。

0024

このように、用いる光波長の1/2以下の開口幅、ピッチを有する周期構造を100nm以下の間隔で2つ向かい合わせた構造に伝搬光を照射し、近接場光に変換された状態で両構造の間を透過させ、再び伝搬光に変換した透過光の強度を両周期構造を相対移動させて変調する原理を用いて、波長依存のない光変調を実現できる。このことから、ノイズ原因の少ない非可干渉光やレーザ光を用いた場合も波長変動によるノイズ原因のない高精度な光変調素子、移動量検出装置、位置合わせ装置を構成することが可能となる。また、透過光量が大きいため、高効率な光変調が実現される。同様に透過光量が大きいことから、S/N比の大きい信号検出が可能となり、高精度の移動量検出装置、位置合わせ装置を構成することが可能となる。

0025

以下に、本発明の実施例について説明する。
[実施例1]図8に、本発明の実施例1における光変調の原理を応用した光ファイバー用の光スイッチの構成例を示す。図8において、コアA801、クラッドA802から構成される光ファイバA803が光アダプタ804によって、コアB805、クラッドB806から構成される光ファイバB807と接続されている。光アダプタ804の内部には、前述したような透明支持基板A808上に設けられた周期微小開口スリットA809、透明支持基板B810上に設けられた周期微小開口スリットB811とが、100nm以下の間隔になるよう配置されている。

0026

透明支持基板B810にはピエゾ素子812が取り付けられ、これを駆動することにより、周期微小開口スリットA809に対して周期微小開口スリットB811を図8における横方向に移動させ、入射導波光813(波長:1.3μm)の強度を変調し、出射導波光814とする。ここで、ピエゾ素子812の駆動量・駆動波形の選択により、入射導波光813に対する出射導波光814の光スイッチとして動作させたり、強度変調素子として動作させたりできる。本実施例では、本発明の光変調の原理を光ファイバ用の光スイッチに応用した例を示したが、本発明の概念はこれに限定されるものでなく、他にカメラのシャッターやディスプレイの画素のスイッチ・変調にも応用することができる。

0027

[実施例2]図9に、本発明の実施例2における光変調の原理を応用した光ファイバー用の光スイッチの構成例を示す。図9において、コアA801、クラッドA802から構成される光ファイバA803が光アダプタ804によって、コアB805、クラッドB806から構成される光ファイバB807と接続されている。光アダプタ804の内部には、前述したような透明支持基板A808上に設けられた周期微小開口スリットA809、透明支持基板B810上に設けられた周期微小開口スリットB901とが、100nm以下の間隔になるよう配置されている。ここで、周期微小開口スリットA809と周期微小開口スリットB901は周期構造の位相が反転するように、すなわち、周期微小開口スリットA809の開口部分と周期微小開口スリットB901の開口部分が横方向に完全にずれるように配置されている。

0028

透明支持基板B810にはピエゾ素子902が取り付けられ、これを駆動することにより、周期微小開口スリットA809に対して周期微小開口スリットB811を図8における縦方向に移動させ、入射導波光813(波長:1.3μm)の強度を変調し、出射導波光814とする。ここで、ピエゾ素子812の駆動量・駆動波形の選択により、入射導波光813に対する出射導波光814の光スイッチとして動作させたり、強度変調素子として動作させたりできる。本実施例では、本発明の光変調の原理を光ファイバ用の光スイッチに応用した例を示したが、本発明の概念はこれに限定されるものでなく、他にカメラのシャッターやディスプレイの画素のスイッチ・変調にも応用することができる。

0029

[実施例3]図10に本発明の実施例3における光変調の原理を応用した移動量検出装置の構成例を示す。図10において、前述したような透明支持基板A1001上(おもて面)に設けられた周期微小開口スリットA1002、透明支持基板B1003上(おもて面)に設けられた周期微小開口スリットB1004とが、100nm以下の間隔になるよう配置されている。

0030

透明支持基板A1001の裏面(図10では上側の面)にはLED(発光ダイオード)1005(中心波長:約670nm)が取り付けられ、周期微小開口スリットA1002の裏面から光を照射させる。透明支持基板B1003の裏面にはPD(フォトダイオード)1006が取り付けられ、周期微小開口スリットB1004の裏面から散乱される近接場光の散乱光1007の強度を検出する。

0031

ここで、原理を前述したように、周期微小開口スリットA1002と周期微小開口スリットB1004との間に図中x方向の相対変位が生じると、図3に示したようにその変位量に応じて微小開口スリットの周期で近接場光の散乱光1007の強度が周期的に変化するため、PD1006から出力される信号から相対変位量を検出することができる。

0032

本実施例で用いる周期微小開口スリットA1002と周期微小開口スリットB1004の開口パターンの一例をそれぞれ、図11(a)、図11(b)に示す。周期微小開口スリットA1101、B1102は、開口幅80nmのものがピッチ160nmで周期的に並んだもの2列から成り立っている。開口スリットの長さは100μmである。ここで、周期微小開口スリットA1101は2列のスリット列周期の位相が90°(図11の例では、40nm)ずらしてある。周期微小開口スリットB1102は2列のスリット列は同位相で、ずれはない。2列のそれぞれの周期微小開口スリットを透過する近接場光の散乱光を独立に検出した相対変位信号の相対変位量に対応した周期的変化の位相が90°ずれ、このずれ方向から相対変位方向を検出することができる。

0033

[実施例4]図12に、本発明の実施例4における光変調の原理を応用した移動量検出装置の構成例を示す。図12において、前述したような透明支持基板A1201上(おもて面)に設けられた周期微小開口スリットA1202、透明支持基板B1203上(おもて面)に設けられた周期微小開口スリットB1204とが、500nm以下の間隔になるよう配置されている。ここで、周期微小開口スリットA1202と周期微小開口スリットB1204は周期構造の位相が反転するように、すなわち、周期微小開口スリットA1202の開口部分と周期微小開口スリットB1204の開口部分が横方向に完全にずれるように配置されている。

0034

透明支持基板A1201の裏面(図12では上側の面)にはLED(発光ダイオード)1205(中心波長:約670nm)が取り付けられ、周期微小開口スリットA1202の裏面から光を照射させる。透明支持基板B1203の裏面にはPD(フォトダイオード)1206が取り付けられ、周期微小開口スリットB1204の裏面から散乱される近接場光の散乱光1207の強度を検出する。

0035

ここで、原理を前述したように、周期微小開口スリットA1202と周期微小開口スリットB1204との間に図中z方向の相対変位が生じると、図7に示したようにその変位量に応じて近接場光の散乱光1207の強度が変化するため、PD1206から出力される信号から相対変位量を検出することができる。

0036

[実施例5]図13に、本発明の実施例5における周期構造Aと周期構造Bの開口パターンの別の例を示す。本実施例において、周期微小開口は、開口幅80nmの矩形のものがピッチ160nmで2次元に周期的に並んだものから成り立っている。開口の設けられている領域の大きさは100μm×100μmである。このような2次元の周期構造を用いることにより、図13中xy方向2次元の相対変位量を検出することができる。

0037

[実施例6]図14に、本発明の実施例6における周期構造Aと周期構造Bの開口パターンの別の例を示す。本実施例において、周期微小開口は、開口幅80nmの矩形やそれを複数組み合わせた形のものが2次元にランダムに並んだものから成り立っている。開口の設けられている領域の大きさは100μm×100μmである。ただし、周期構造Aと周期構造Bのパターン鏡像の関係になっており、向かい合わせたとき、xy2次元平面のある位置において、開口パターンの位置がぴったり重なるようになっている。また、開口部分と非開口部分の面積比はほぼ1:1となるようにする。このような2次元のランダム構造を用いた場合、近接場光の散乱光強度は、図15に示すようにxy2次元平面内の周期構造Aと周期構造Bのパターンの位置が重なる位置でピークを示し、その他の位置では周期構造Aと周期構造Bの開口部分が平均的に重なり合い、ピーク値の約1/2の値を示す。このピークの位置を検出することにより、xy2次元平面上の相対変位における絶対値、すなわち基準位置を検出することができる。

0038

[実施例7]図16に、本発明の実施例7における周期構造Aと周期構造Bとして別の開口パターンを用いた移動量検出装置の例を示す。図16において、前述したような透明支持基板A1601上(おもて面)に設けられた周期微小開口スリットA1602、透明支持基板B1603上(おもて面)に設けられた周期微小開口スリットB1604とが、100nm以下の間隔になるよう配置されている。周期微小開口スリットA1602の周期Xaと周期微小開口スリットBの周期Xbとは異なるように開口が形成されている。

0039

透明支持基板A1601の裏面(図16では上側の面)にはLED(発光ダイオード)1605(中心波長:約670nm)が取り付けられ、周期微小開口スリットA1602の裏面から光を照射させる。透明支持基板B1603の裏面にはCCD(電荷結合素子イメージセンサ)1606が取り付けられ、周期微小開口スリットB1604の裏面から散乱される近接場光の散乱光1607の強度の2次元分布を検出する。

0040

周期微小開口スリットA1602と周期微小開口スリットB1604との間に図中x方向の相対変位が生じると、図17に示すように近接場光の散乱光1607の強度分布(周期:XaXb/(Xa−Xb))がCCDのx方向セル位置に対して移動し、相対変位量がXb毎に周期的に変化する。したがって、CCD1606から出力される強度分布信号の変化から相対変位量を検出することができる。また、強度分布信号の変化の方向から相対変位方向を検出することができる。また、本実施例は光強度そのものは移動量検出精度に無関係であり、強度分布信号を検出するものであるため、周期微小開口スリットA1602と周期微小開口スリットB1604との間の距離変動によって誤差を生じないという効果を有している。

0041

[実施例8]図21に、本発明の実施例8における周期構造Aと周期構造Bとして別の開口パターンを用いた移動量検出装置の例を示す。図21において、前述したような透明支持基板A2101上(おもて面)に設けられた周期微小開口スリットA2102、透明支持基板B2103上(おもて面)に設けられた周期微小開口スリットB2104とが、500nm以下の間隔になるよう配置されている。周期微小開口スリットA2102の周期Xaと周期微小開口スリットBの周期Xbとは異なるように開口が形成されている。

0042

透明支持基板A2101の裏面(図21では上側の面)にはLED(発光ダイオード)2105(中心波長:約670nm)が取り付けられ、周期微小開口スリットA2102の裏面から光を照射させる。透明支持基板B2103の裏面にはCCD(電荷結合素子、イメージセンサ)2106が取り付けられ、周期微小開口スリットB2104の裏面から散乱される近接場光の散乱光2107の強度の2次元分布を検出する。

0043

周期微小開口スリットA2102と周期微小開口スリットB2104との間に図中z方向の相対変位が生じると、図22に示すように近接場光の散乱光2107の強度分布(周期:XaXb/(Xa−Xb))の振幅が変化する。したがって、図23に示すようにCCD2106から出力される強度分布信号の振幅変化から相対変位量を検出することができる。また、本実施例は光強度そのものは移動量検出精度に無関係であり、強度分布信号の振幅を検出するものであるため、周期微小開口スリットA2102と周期微小開口スリットB2104との間のx方向相対位置変動によって誤差を生じないという効果を有している。

0044

[実施例9]図18に、本発明の実施例9における移動量検出装置をマイクロメカニクス技術を用いて構成した例を示す。物体A1801と物体B1802との間の相対変位を測定するために、物体A1801に透明支持基板A1803上(図18では上側)に設けられた周期微小開口スリットA1804を取り付ける。物体B1802には周期微小開口スリットB1806およびPD(フォトダイオード)1807が先端に設けられたマイクロカンチレバー1805を支持する部材1808を物体B1802に取り付ける。ここで、マイクロカンチレバーのz方向たわみに関する弾性定数が0.1N/m程度となるようにマイクロカンチレバーの形状を設計して製作する。

0045

周期微小開口スリットA1804のおもて面(図18では上側)に対して周期微小開口スリット1806のおもて面(図18では下側)を10-5N以下の力で軽く接触させることにより、両者の間隔が100nm以下になるようにできる。

0046

光源1809(中心波長:約670nmのインコヒーレント光)からの光をレンズ1810でコリメートし、入射光1811とする。原理については前述したように周期微小開口スリットB1806の裏側(図18では上側)から散乱される近接場光の散乱光強度をPD1807で検出し、その強度信号から周期微小開口スリットA1804と周期微小開口スリットB1806の相対変位量、すなわち物体Aと物体Bの相対変位量を検出することができる。

0047

ここで、物体Aと物体Bの間にx方向変位が生じた際、z方向の変位が多少生じても(±100μm程度)、マイクロカンチレバー1805がz方向に弾性変形し、このz方向の変位を吸収することにより、周期微小開口スリットA1804のおもて面と周期微小開口スリット1806のおもて面の間隔を100nm以下の状態で変化しないようにすることができるため、ギャップ変動の影響のない高精度な移動量検出が可能である。また、同時に、この機構により、周期微小開口スリットA1804のおもて面と周期微小開口スリット1806のおもて面の間に働く力を10-5N以下の状態でほぼ変化しないようにすることができるため、周期微小開口スリットが破損することがなく安定した相対変位量検出が可能である。

0048

なお、ここで説明したように2つの周期微小開口スリットのいずれか一方を弾性体で支持し、弾性体を変形させた状態で2つ周期微小開口スリットを接触させるようにした構成により、ギャップ変動の影響がない高精度な光変調が可能となり、周期微小開口スリットの破損が避けられる安定した光変調が可能であるという効果が得られるのは、本実施例にのみ適用されることではなく、他に、実施例1で説明した光スイッチや後に実施例10で説明するマスク−ウェハ位置合わせ装置にも適用可能である。

0049

[実施例10]図19に、本発明の実施例10における光変調の原理を応用したマスク−ウェハ位置合わせ装置の構成例を示す。図19(a)はマスク上方から見た構成図、図19(b)はマスク−ウェハ対向方向と直交する横方向から見た構成図である。

0050

図19において、マスク1901のおもて面(図19(b)における下側)に設けられた周期微小開口スリットからなるアライメントマークA1902と、ウェハ1903上(おもて面)に設けられた周期微小開口スリットからなるアライメントマークB1904とが、100nm以下の間隔になるよう配置されている。

0051

光源1905(HeNeレーザ、波長:633nm)から出射されたアライメント光1906がマスク1901の裏面(図19(b)では上側の面)からアライメント光がアライメントマークA1902の裏面(図19(b)の上側)から入射する。ウェハ1903を支持するxyzステージ1907上のアライメントマークB1904に対応する位置には光検出器1908が取り付けられており、アライメントマークB1904の裏側(図19(b)では下側)で散乱される近接場光の散乱光の強度を検出する。

0052

ここで、原理を前述したように、アライメントマークA1902とアライメントマークB1904との間に図中x方向またはy方向、z方向の相対変位が生じると、図3図7に示したようにその変位量に応じて近接場光の散乱光の強度が変化するため、光検出器1908から出力される信号からxyz方向の位置ずれ量を検出することができる。

0053

アライメントマークのパターンとして、図19(a)に示すようにx方向アライメントマークa1909、b1910をy方向にずらした位置に配置すれば、両者の位置ずれ量の差からz軸まわり回転ずれ量を検出することができる。また、x方向アライメントマークa1909、b1910におけるz方向位置ずれ量の差からx軸まわりの回転ずれ量、y方向アライメントマークa1911、b1912におけるz方向位置ずれ量の差からy軸まわりの回転ずれ量を検出することができる。

0054

以上のようにして検出した位置ずれを補正するようにxyzステージ1907を駆動してマスク1901−ウェハ1903の6軸位置合わせを行う。

0055

本実施例では、アライメントマークとして、x方向あるいはy方向に1次元格子状になっているものを例に挙げて説明したが、アライメントマークの形状としては、実施例5に挙げた2次元周期構造、実施例6に挙げた2次元ランダムパターン、実施例7、8に挙げた異なる周期を有する周期構造を用いても良い。

発明の効果

0056

以上に説明したように、本発明によれば、光源から出射される光の波長よりも小さい周期を有する第1および第2の2つの周期構造を、前記波長以下の間隔まで近接させ、光源から出射された伝搬光を近接場光に変換された状態で該2つの周期構造の間を透過させて再び伝搬光に変換し、この伝搬光に変換された透過光の強度を、該第1および第2の2つの周期構造を相対移動させて変調する原理を用いることで、波長依存のない光変調を実現でき、ノイズ原因の少ない非可干渉光やレーザ光を用いた場合にも波長変動によるノイズ原因のない高精度な光変調装置、該装置による波長依存がない光スイッチ、移動量検出装置及び該装置による距離測定装置、位置合わせ装置及び該装置による半導体露光装置、並びにこれらの方法を実現することができる。また、本発明によれば、透過光量が大きいため、高効率な光変調素子およびS/N比の大きい信号検出が可能となり、高精度な光変調装置、該装置による光スイッチ、移動量検出装置及び該装置による距離測定装置、位置合わせ装置及び該装置による半導体露光装置、並びにこれらの方法を実現することができる。また、本発明によれば、透過する近接場光は、周期構造を構成する複数の開口を透過したものの和であり、全体の近接場光強度は個々の開口を透過する近接場光強度を平均化したものとなる。このため、個々の開口の作製精度に対する許容誤差を大きくとることができ、開口作製の歩留まりが大きくなり、安価な光変調装置、該装置による光スイッチ、移動量検出装置及び該装置による距離測定装置、位置合わせ装置及び該装置による半導体露光装置、並びにこれらの方法を実現することができる。

図面の簡単な説明

0057

図1本発明の第1の実施の形態における光変調素子の詳細を説明するための図。
図2本発明の第1の実施の形態における開口パターンの一例を示す図。
図3本発明の第1の実施の形態における近接場光の散乱光強度がx方向の相対変位に応じて強度が周期的に変化する様子を示す図。
図4近接場の強度を制御可能な新規な現象を説明するための図。
図5本発明の第2の実施の形態における光変調素子の詳細を説明するための図。
図6本発明の第2の実施の形態における周期構造Aのおもて面に対して、周期構造Bのおもて面が光波長以上の距離に離れた場合の様子を示す図。
図7本発明の第2の実施の形態における近接場光の散乱光強度がz方向の相対変位に応じて強度が変化する様子を示す図。
図8本発明の実施例1における光変調の原理を応用した光ファイバー用の光スイッチの構成例を示す図。
図9本発明の実施例2における光変調の原理を応用した光ファイバー用の光スイッチの構成例を示す図。
図10本発明の実施例3における光変調の原理を応用した移動量検出装置の構成例を示す図。
図11本発明の実施例3で用いる周期微小開口スリットの開口パターンの一例を示す図。
図12本発明の実施例4における光変調の原理を応用した移動量検出装置の構成例を示す図。
図13本発明の実施例5で用いる2次元の周期構造開口パターンの例を示す図。
図14本発明の実施例6で用いるランダム構造の周期構造開口パターンの例を示す図。
図15本発明の実施例6のランダム構造を周期構造パターンに用いた場合における近接場光の散乱光強度の変化を示す図。
図16本発明の実施例7における周期の異なる2つの周期構造の開口パターンを用いた移動量検出装置の構成例を示す図。
図17本発明の実施例7における近接場光の散乱光の強度分布がCCDのx方向セル位置に対して移動する様子を説明する図。
図18本発明の実施例9における移動量検出装置をマイクロメカニクス技術を用いて構成した例を示す図。
図19本発明の実施例10における光変調の原理を応用したマスク−ウェハ位置合わせ装置の構成例を示す図。
図20従来例を説明するための図。
図21本発明の実施例8における周期の異なる2つの周期構造の開口パターンを用いた移動量検出装置の構成例を示す図。
図22本発明の実施例8における近接場光の散乱光の強度分布信号の振幅がz方向相対移動に応じて変化する様子を説明する図。
図23本発明の実施例8における近接場光の散乱光の強度分布信号の振幅がz方向相対移動量に応じて変化する様子を示す図。

--

0058

101:光源
102:入射光
103:透明支持基板A
104:周期構造A
105:近接場光
106:周期構造B
107:透明支持基板B
108:近接場光の散乱光
109:アクチェータ
110:光検出器
201:開口スリット
301:周期構造A
302:周期構造B
401:波長以下の開口
402:波長程度の大きさの領域
501:光源
502:入射光
503:透明支持基板A
504:周期構造A
505:近接場光
506:周期構造B
507:透明支持基板B
508:近接場光の散乱光
509:アクチェータ
510:光検出器
601:近接場光A
602:近接場光Aの散乱光A
603:近接場光B
604:近接場光Bの散乱光B
701:周期構造A
702:周期構造B
801:コアA
802:クラッドA
803:光ファイバA
804:光アダプタ
805:コアB
806:クラッドB
807:光ファイバB
808:透明支持基板A
809:周期微小開口スリットA
810:透明支持基板B
811:周期微小開口スリットB
812:ピエゾ素子
813:入射導波光
814:出射導波光
901:周期微小開口スリットB
902:ピエゾ素子
1001:透明支持基板A
1002:周期微小開口スリットA
1003:透明支持基板B
1004:周期微小開口スリットB
1005:LED
1006:PD
1007:近接場光の散乱光
1101:周期微小開口スリットA
1102:周期微小開口スリットB
1201:透明支持基板A
1202:周期微小開口スリットA
1203:透明支持基板B
1204:周期微小開口スリットB
1205:LED
1206:PD
1207:近接場光の散乱光
1601:透明支持基板A
1602:周期微小開口A
1603:透明支持基板B
1604:周期微小開口B
1605:LED
1606:CCD
1607:近接場光の散乱光
1801:物体A
1802:物体B
1803:透明支持基板A
1804:周期微小開口スリットA
1805:マイクロカンチレバー
1806:周期微小開口スリットB
1807:PD
1808:支持部材
1809:光源
1810:レンズ
1811:入射光
1901:マスク
1902:アライメントマークA
1903:ウェハ
1904:アライメントマークB
1905:光源
1906:アライメント光
1907:xyzステージ
1908:光検出器
1909:x方向アライメントマークa
1910:x方向アライメントマークb
1911:y方向アライメントマークa
1912:y方向アライメントマークb
2101:透明支持基板A
2102:周期微小開口A
2103:透明支持基板B
2104:周期微小開口B
2105:LED
2106:CCD
2107:近接場光の散乱光

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