DE3719539A1 - Verfahren zum ausrichten eines ersten und eines zweiten objekts relativ zueinander und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zum ausrichten eines ersten und eines zweiten objekts relativ zueinander und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausrichten zweier Objekte (oder Werkstücke) relativ zueinander sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum gegenseitigen Ausrichten einer Maske und eines Plättchens, wenn im Zuge der Herstellung einer Halbleiteranordnung ein Bild eines Schaltkreismusters auf ein Plättchen übertragen wird.
Im Zuge der Herstellung einer Halbleiteranordnung, z. B. eines Schaltkreises sehr hohen Integrationsgrads (VLSI), wird normalerweise mittels einer Belichtungsvorrichtung ein Schaltkreismuster (oder -bild) auf ein Plättchen aufbelichtet. Wenn bei dieser Vorrichtung ein auf einer Maske vorgeformtes Schaltkreismuster mit Röntgenstrahlen bestrahlt wird, wird eine Abbildung dieses Musters auf ein Plättchen übertragen. Vor der Übertragung des Schaltkreismusters müssen Maske und Plättchen genau relativ zueinander ausgerichtet (justiert) werden. Insbesondere werden dabei Maske und Plättchen einander zugewandt angeordnet. Maske und Plättchen müssen dabei jedoch in einer Richtung längs ihrer gegenüberstehenden Flächen ausgerichtet oder justiert werden.
Bei einem Verfahren zum Ausrichten einer Maske und eines Plättchens wird ein Doppelbeugungsgitter verwendet. Genauer gesagt: es werden eindimensionale Beugungsgitter jeweils auf Maske und Plättchen vorgesehen. Die beiden Beugungsgitter weisen jeweils den gleichen Gitter- oder Teilungsabstand (pitch) auf, und ihre Streifen (Balken) sind in derselben Richtung orientiert. Wenn ein Laserstrahl auf die Oberseite der Maske aufgestrahlt wird, wird der durch das Beugungsgitter der Maske gebeugte und von ihm durchgelassene Lichtstrahl durch das Beugungsgitter des Plättchens gebeugt und reflektiert und (sodann) durch das Beugungsgitter der Maske erneut gebeugt. Gebeugte Lichtstrahlen +1. und -1. Ordnung von diesen gebeugten Lichtstrahlen werden erfaßt oder gemessen. Die Relativlage zwischen Maske und Plättchen wird so eingestellt, daß die Intensitäten In(+1) und In(-1) dieser gebeugten Lichtstrahlen einander gleich sind. Sodann sind Maske und Plättchen zueinander ausgerichtet (justiert).
Das Beugungsgitter der Maske dient jedoch auch als Reflexions-Beugungsgitter. Aus diesem Grund stören die gebeugten Lichtstrahlen ±1. Ordnung, die längs der Strecke aus Maske, Plättchen und Maske gebeugt werden, die von der Oberseite der Maske reflektierten gebeugten Lichtstrahlen ±1. Ordnung. Wenn die Größe (distance) eines Zwischenraums oder Spalts zwischen Maske und Plättchen gleich z ist, weisen die gebeugten Lichtstrahlen ±1. Ordnung(en) eine Strahlengangdifferenz von 2z gegenüber dem reflektierten gebeugten Lichtstrahl 1. Ordnung auf. Im Fall von 2z = n λ (λ = Wellenlänge des einfallenden Lichts und n = eine ganze Zahl) werden die gebeugten Lichtstrahlen ±1. Ordnung durch den reflektierten gebeugten Lichtstrahl ±1. Ordnung gestört. Wenn daher ein Spalt zwischen Maske und Plättchen um λ/4 variiert, verringert sich die Intensität des gebeugten Lichtstrahls ±1. Ordnung erheblich, und eine Messung des gebeugten Lichtstrahls ±1. Ordnung gestaltet sich schwierig.
Wenn daher die Größe (distance) des Spalts zwischen Maske und Plättchen nicht genau eingehalten werden kann, wird die Meßgenauigkeit bezüglich der Relativverschiebung zwischen Maske und Plättchen beeinträchtigt.
Die JP-Patentveröffentlichung 61-1 16 837 offenbart das im folgenden beschriebene Ausricht- oder Justierverfahren.
Der Winkel R k der Beugung k-ter Ordnung bestimmt sich zu:
sinR k = k · λ/p (1)
(mit p = Teilungsabstand der Beugungsgitter)
Wenn dabei der Gitter- oder Teilungsabstand des Beugungsgitters der Maske p m und der Teilungsabstand desjenigen des Plättchens p w entsprechen, ergibt sich die Beziehung 2p m = p w . Der Beugungswinkel des vom Beugungsgitter der Maske reflektierten gebeugten Lichtstrahls 1. Ordnung weicht damit von dem des gebeugten Lichtstrahls ±1. Ordnung ab, der längs der Strecke aus Maske, Plättchen und Maske gebeugt wird.
Bezüglich dieses Verfahrens gemäß obiger Veröffentlichung wird jedoch berichtet, daß die Intensität (bzw. Stärke) des gebeugten Lichtstrahls ±1. Ordnung von der Größe des Zwischenraums oder Spalts zwischen einer Maske und einem Plättchen abhängt ("High Precision Alignment Method Using Double Diffraction Gratings" (Nr. 5), Seimitsukikai Gakkai Shukitaikai Gakujitsukoen Ronbunshu, 1984, S. 443-444, NTT Tsuken). Wenn die Größe (distance) des Spalts zwischen Maske und Plättchen nicht innerhalb von 2 µm gehalten werden kann, gestaltet sich die Messung des gebeugten Lichtstrahls ±1. Ordnung schwierig. Aus diesem Grund wird die Ausrichtgenauigkeit zwischen Maske und Plättchen beeinträchtigt.
Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines Verfahrens zum genauen gegenseitigen Ausrichten (oder Justieren) zweier Objekte und einer Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Die Erfindung bezweckt zudem die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum genauen Ausrichten oder Justieren einer Maske und eines Plättchens relativ zueinander, unabhängig von der Größe eines Zwischenraums oder Spalts zwischen beiden.
Die obige Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1 und 17 gekennzeichneten Maßnahmen bzw. Merkmale gelöst.
Das Verfahren und die Vorrichtung zum Ausrichten eines ersten und eines zweiten Objekts, die einander gegenüberstehend oder zugewandt angeordnet sind, in einer Richtung längs ihrer Flächen relativ zueinander lassen sich wie folgt umreißen:
Ein erstes eindimensionales Beugungsgitter, dessen Streifen (Striche oder Balken) in einer ersten Richtung senkrecht zu einer Ausrichtrichtung verlaufen, wird an einem ersten Objekt vorgesehen. Ein zweites Beugungsgitter mit einem schachbrettartigen Muster wird auf einem zweiten Objekt vorgesehen. Die erste Richtung liegt senkrecht zu einer ersten Ebene, zu der eine zweite Ebene unter einem vorbestimmten Winkel (α) geneigt ist, wobei die zweite Ebene in bezug auf die erste Ebene zu einer dritten Ebene symmetrisch ist. Von einer Lichtquelle her wird ein Laserstrahl auf das erste Beugungsgitter geworfen. Der Lichtstrahl besitzt eine in der zweiten Ebene liegende optische Achse. Der Lichtstrahl wird durch das erste Beugungsgitter gebeugt und von diesem durchgelassen, wobei erste gebeugte Lichtstrahlen aus dem ersten Beugungsgitter austreten. Die ersten gebeugten Lichtstrahlen werden zum zweiten Beugungsgitter übertragen und durch letzteres gebeugt und reflektiert, wobei zweite gebeugte Lichtstrahlen aus dem zweiten Beugungsgitter austreten. Die zweiten gebeugten Lichtstrahlen werden auf das erste Beugungsgitter geworfen und durch letzteres gebeugt und von ihm durchgelassen, so daß dritte gebeugte Lichtstrahlen aus dem ersten Beugungsgitter austreten. Ein Teil der dritten gebeugten Lichtstrahlen wird in der dritten Ebene übertragen (transferred), während der andere Teil der dritten gebeugten Lichtstrahlen in anderen, von der dritten Ebene verschiedenen Ebenen übertragen wird. Einer der anderen dritten gebeugten Lichtstrahlen wird erfaßt oder gemessen. In Übereinstimmung mit der Intensität des erfaßten gebeugten Lichtstrahls wird die Relativverschiebung zwischen den beiden Objekten eingestellt, so daß die beiden Objekte relativ zueinander ausgerichtet werden.
Das erste Beugungsgitter ist ein eindimensionales Beugungsgitter; das zweite Beugungsgitter ist ein solches mit einem schachbrettartigen Muster. Die beiden Beugungsgitter dienen als Doppel-Beugungsgitter. Aus diesem Grund erscheint ein gebeugter Lichtstrahl, der längs der Strecke erstes Beugungsgitter - zweites Beugungsgitter - erstes Beugungsgitter gebeugt wird, als zweidimensionales Muster. Andererseits werden die reflektierten gebeugten Lichtstrahlen, die von der Fläche des ersten Beugungsgitters reflektiert werden, nur durch die dritte (in der dritten) Ebene reflektiert. Erfindungsgemäß kann einer der dritten gebeugten Lichtstrahlen in beliebigen, von der dritten Ebene verschiedenen Ebenen erfaßt oder gemessen werden. Aus diesem Grund stört der erfaßte gebeugte Lichtstrahl nicht den reflektierten gebeugten Lichtstrahl. Entsprechend erfindungsgemäßer theoretischer Analyse kann die Relativverschiebung (oder der Relativversatz) zwischen erstem und zweitem Objekt unabhängig von der Größe des Spalts zwischen den beiden Objekten eingestellt oder justiert werden. Aus diesem Grund können die beiden Objekte genau relativ zueinander ausgerichtet werden.
Die Erfindung ist auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum gegenseitigen Ausrichten einer Maske und eines Plättchens anwendbar. Daher können erstes und zweites Objekt eine Maske bzw. ein Plättchen sein.
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Ausrichten einer Maske und eines Plättchens relativ zueinander gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 eine Aufsicht auf ein erstes und ein zweites Beugungsgitter, die bei der Vorrichtung nach Fig. 1 auf Maske bzw. Plättchen vorgesehen sind,
Fig. 3 eine schaubildliche Darstellung von Mustern (patterns) von durch die Beugungsgitter auf Maske bzw. Plättchen gebeugten Lichtstrahlen,
Fig. 4 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Intensität der gebeugten Lichtstrahlen und einer Lagenverschiebung zwischen Maske und Plättchen, wie sie mittels der Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung erfaßt oder gemessen wird,
Fig. 5 eine Darstellung des erfindungsgemäßen Beugungsprinzips und eines Musters des durch ein eindimensionales Beugungsgitter gebeugten Lichtstrahls,
Fig. 6 eine Darstellung des erfindungsgemäßen Beugungsprinzips und eines optischen Modells entsprechend einem optischen Modell für den Fall, daß einfallendes Licht in der Reihenfolge erstes Beugungsgitter der Maske, zweites Beugungsgitter des Plättchens und erstes Beugungsgitter der Maske gebeugt wird,
Fig. 7 eine Fig. 1 ähnelnde Darstellung einer Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 8 eine Aufsicht auf zwei Sätze von ersten und zweiten, bei der Vorrichtung nach Fig. 7 verwendeten Beugungsgittern,
Fig. 9 und 10 graphische Darstellungen der Beziehung zwischen der Intensität der gebeugten Lichtstrahlen und einer mittels der Vorrichtung nach Fig. 7 gemessenen Relativverschiebung zwischen Maske und Plättchen,
Fig. 11 eine Fig. 7 ähnelnde Darstellung einer Abwandlung der zweiten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 12A bis 12D Aufsichten auf Beugungsgitter bei einer dritten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 13A bis 13C Aufsichten auf Beugungsgitter bei der dritten Ausführungsform,
Fig. 14 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum gegenseitigen Ausrichten einer Maske und eines Plättchens gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 15A eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Intensität gebeugter Lichtstrahlen und der mittels der Vorrichtung nach Fig. 14 gemessenen Relativverschiebung zwischen Maske und Plättchen,
Fig. 15B eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Intensität gebeugter Lichtstrahlen und der mittels der Vorrichtung nach Fig. 14 gemessenen Größe eines Zwischenraums oder Spalts (a distance of a gap) zwischen Maske und Plättchen,
Fig. 16A bis 16B Aufsichten auf Beugungsgitter gemäß einer Abwandlung der dritten Ausführungsform,
Fig. 17 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß einer Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 14 und
Fig. 18 eine schaubildliche Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Gemäß Fig. 1 weist eine Vorrichtung zum gegenseitigen Ausrichten einer Maske und eines Plättchens einen Plättchen- Tisch 11 auf, der in x-Richtung bewegbar und mit einem Motor 22 verbunden ist. Wenn der Motor 22 angesteuert wird, wird der Tisch 11 in einer Ausrichtrichtung (x-Richtung) verfahren. Auf der Oberseite des Tisches 11 ist ein Plättchen 12 angeordnet, über dem eine Maske 13 angeordnet ist. Maske 13 und Plättchen 12 sind in z-Richtung in einem vorbestimmten (gegenseitigen) Abstand angeordnet. Die Maske 13 wird von einem Halter 14 getragen, der durch eine piezoelektrische Vorrichtung 25 gehaltert ist. Bei Ansteuerung der piezoelektrischen Vorrichtung 25 wird die Maske 13 in z-Richtung bewegt.
Gemäß Fig. 2 ist auf der Maske 13 ein erstes Transmissions- oder Durchlaß-Beugungsgitter 15 ausgebildet. Auf der Oberseite des Plättchens 12 ist ein (zweites) Reflexions-Beugungsgitter 16 ausgebildet. Die beiden Beugungsgitter 15 und 16 sind einander gegenüberstehend angeordnet. Das erste Beugungsgitter 15 ist ein eindimensionales Beugungsgitter, dessen Streifen (oder Balken) in y-Richtung verlaufen. Das erste Beugungsgitter 15 weist einen Gitterabstand p x in x-Richtung auf. Das zweite Beugungsgitter 16 ist ein schachbrettartig gemustertes Beugungsgitter mit einem Gitterabstand p x in x-Richtung und einem Gitterabstand p y in y-Richtung. Dabei entspricht, genauer gesagt, der Gitter- oder Teilungsabstand in x-Richtung des ersten Beugungsgitters 15 demjenigen des zweiten Beugungsgitters 16 in x-Richtung.
Die Vorrichtung enthält außerdem eine Lasereinheit 17 zum Emittieren eines kohärenten Laserstrahls, einen Photosensor 26 zum Erfassen der gebeugten Lichtstrahlen zwecks Umwandlung derselben in ein elektrisches Signal, eine Signalverarbeitungsschaltung 20 zum Verarbeiten des elektrischen Signals zwecks Erzeugung eines Steuersignals und einen Motortreiberkreis 23 für die Zufuhr von Strom zum Motor 22 nach Maßgabe des Steuersignals.
Die Maske und das Plättchen werden durch die Vorrichtung auf die im folgenden beschriebene Weise relativ zueinander ausgerichtet (oder justiert).
Der von der Lasereinheit 17 emittierte Lichtstrahl wird auf einen Spiegel 18 geworfen. Der vom Spiegel 18 reflektierte Lichtstrahl wird auf das erste Beugungsgitter 15 geworfen. Die durch das Beugungsgitter 15 gebeugten und von ihm durchgelassenen Lichtstrahlen werden zum zweiten Beugungsgitter 16 übertragen. Die vom Beugungsgitter 16 gebeugten und reflektierten Lichtstrahlen werden (zurück) zum ersten Beugungsgitter 15 übertragen. Die durch das Beugungsgitter 15 gebeugten und von ihm durchgelassenen Lichtstrahlen werden auf einen Spiegel 19 geworfen. Auf diese Weise wirken erstes und zweites Beugungsgitter als Doppel-Beugungsgitter. Die einen der durch die Beugungsgitter 15 und 16 gebeugten Lichtstrahlen, d. h. die Lichtstrahlen in einer bestimmten oder spezifischen Richtung, werden zum Photosensor 26 geleitet. Der Neigungswinkel des Spiegels 19 ist dabei insbesondere so eingestellt, daß der zum Photosensor 26 geleitete gebeugte Lichtstrahl (vom Photosensor) abgenommen wird. Der gebeugte Lichtstrahl in der spezifischen Richtung wird durch den Photosensor 26 in ein elektrisches Signal entsprechend der Intensität des gebeugten Lichtstrahls umgewandelt. Das elektrische Signal wird über einen Verstärker 27 der Signalverarbeitungsschaltung 20 zugeführt und in dieser verarbeitet. Die Signalverarbeitungsschaltung 20 liefert, (daraufhin) ein Motortreiber- oder -ansteuersignal, das dem Motortreiberkreis 23 eingespeist wird, welcher seinerseits auf der Grundlage dieses Signals den Motor 22 mit einem Strom speist. Durch den auf diese Weise angesteuerten Motor 22 wird das Plättchen 12 gegenüber der Maske 13 in x-Richtung bewegt. Auf diese Weise wird die Relativverschiebung zwischen Maske 13 und Plättchen 12 so eingestellt, daß beide relativ zueinander ausgerichtet sind.
Wenn der Laserstrahl längs der Strecke aus erstem Beugungsgitter 15, zweitem Beugungsgitter 16 und erstem Beugungsgitter 15 gebeugt wird, wirken die beiden Beugungsgitter 15 und 16, wie beschrieben, als Doppel- Beugungsgitter. Aus diesem Grund erscheinen gebeugte Lichtstrahlen 0-ter und 1. Ordnung gemäß Fig. 3 in neun Richtungen.
Der Laserstrahl kann von der Oberfläche des ersten Beugungsgitters 15 reflektiert werden. Reflektierte und gebeugte Lichtstrahlen 1. Ordnung, die vom ersten Beugungsgitter 15 reflektiert werden, werden in einer senkrecht zu den Streifen (Balken) des Beugungsgitters 15 verlaufenden und die optische Achse des einfallenden Lichtstrahls einschließenden Ebene übertragen. Insbesondere werden die reflektierten und gebeugten Lichtstrahlen 1. Ordnung in einer die x-Achse und die z-Achse einschließenden Ebene übertragen, wenn die optische Achse des einfallenden Lichts als die z-Achse vorausgesetzt ist. Im Gegensatz dazu erscheinen, wie erwähnt, die gebeugten Lichtstrahlen 0-ter und 1. Ordnung in neun Richtungen. Erfindungsgemäß werden die gebeugten Lichtstrahlen 0-ter und ±1. Ordnung, die sich nicht längs der die x- und z-Achsen einschließenden Ebene ausbreiten, erfaßt oder gemessen. Aus diesem Grund stören die erfaßten Lichtstrahlen 0-ter und ±1. Ordnung nicht die von der Maskenoberfläche reflektierten Lichtstrahlen.
Bei der Erfindung ist die Intensität (oder Stärke) des gebeugten Lichtstrahls unabhängig von der Größe des Abstands oder Spalts zwischen Maske und Plättchen. Der Grund dafür ist nachstehend erläutert.
Vor dieser Erläuterung sei das Prinzip der Beugung der Laserstrahlen durch die Beugungsgitter 15 und 16 beschrieben.
Ein kohärenter Lichtstrahl der Wellenlänge λ wird senkrecht auf das Beugungsgitter aufgestrahlt, das einen Teilungs- oder Gitterabstand p und eine Lichtdurchlaßbreite a aufweist. Fig. 5 veranschaulicht ein Beugungsmuster des durch dieses Beugungsgitter gebeugten Lichtstrahls. Der Beugungswinkel R k der Beugung der gebeugten Lichtkomponente +k-ter Ordnung läßt sich ausdrücken zu:
sinR k = k · λ/p (2)
Die Komplexamplitude C k des gebeugten Lichtstrahls k-ter Ordnung ist ein Koeffizient der komplexen Transmissionsfunktion des Beugungsgitters, die als periodische Funktion zu einer Fourierschen Reihe erweitert ist. Die Komplexamplitude C k des gebeugten Lichtstrahls k-ter Ordnung bestimmt sich zu:
Wenn die komplexe Durchlaß- oder Transmissionsfunktion A(x) des Gitters gemäß folgender Gleichung:
in Gleichung (3) eingesetzt wird, läßt sich die Komplexamplitude C k der gebeugten Lichtkomponente k-ter Ordnung ausdrücken zu:
C k = {(sin(ak π/p)}/k π (5)
Im folgenden ist ein Fall erläutert, in welchem eine Maske und ein Plättchen jeweils mit eindimensionalen Beugungsgittern versehen und so angeordnet sind, daß sie einander über einen Spalt oder Abstand einer vorbestimmten Größe gegenüberstehen. In diesem Fall dient das Beugungsgitter der Maske als Transmissions-Beugungsgitter, während das Beugungsgitter des Plättchens als Reflexions-Beugungsgitter dient. Das optische Modell für diesen Fall entspricht einem in Fig. 6 gezeigten optischen Modell. Wenn das durch die Maske gebeugte Licht das Licht l-ter Ordnung und das durch das Plättchen gebeugte Licht das Licht m-ter Ordnung sowie das (wiederum) durch die Maske gebeugte Licht das Licht r-ter Ordnung sind, werden die Durchlaß-Lichtstrahlen von Maske, Plättchen, Maske zu gebeugten Lichtstrahlen der (l + m + r)-ten Ordnungen. Die Komplexamplitude (oder komplexe Amplitude) der gebeugten Lichtstrahlen bestimmt sich zu C l · C m · C r . Der gebeugte Lichtstrahl ist um
relativ zum einfallenden Lichtstrahl unmittelbar vor dem Auftreffen auf die Maske außer Phase.
Wenn das Plättchen gegenüber der Maske um Δ x verschoben wird oder ist, läßt sich die Komplexamplitude der durch das Plättchen gebeugten Lichtstrahlen unter Heranziehung von Gleichung (3) wie folgt ausdrücken:
Gleichung (6) läßt sich umschreiben zu:
Durchlaß-gebeugte Lichtstrahlen U(l + m + r) der (l + m + r)-ten Ordnung lassen sich als einfallendes Licht Ein durch folgende Gleichung (8) ausdrücken:
U(l + m + r)
= C l · C'm · C r · exp[-i ϕ x] · Ein
-= C l · Cm · C r · exp[-i ϕ x + {(2π-/p)m Δ x}] · Ein (8)
Beispielsweise werden gebeugte Lichtstrahlen 0-ter Ordnung in x-Richtung durch eine Kombination aller gebeugten Lichtstrahlen, die l + m + r = 0 genügen, repräsentiert.
Im folgenden ist ein Fall beschrieben, in welchem ein eindimensionales Beugungsgitter auf einer Maske und ein schachbrettförmiges Beugungsgitter auf einem Plättchen ausgebildet sind (vgl. Fig. 3). In diesem Fall werden Lichtstrahlen durch das Plättchen zweidimensional gebeugt. Wenn die Ordnung der Beugung in x- Richtung die m-te Ordnung ist, die Ordnung der Beugung in y-Richtung die n-te Ordnung ist, ein Gitterabstand eines Beugungsgitters auf der Maske in x- Richtung gleich p x ist, ein Gitterabstand eines Beugungsgitters auf dem Plättchen in y-Richtung gleich p y ist, die Durchlaßbreite des Lichts in x- Richtung des Beugungsgitters auf der Maske zu a x vorgegeben ist und die Durchlaßbreite der Lichtstrahlen in y-Richtung des Beugungsgitters auf dem Plättchen zu a y vorausgesetzt ist, bestimmt sich die Komplex- Amplitude des durch das Plättchen gebeugten Lichtstrahls nach folgender Gleichung:
C mn = 1/(mn π 2) · sin{(a x / p x )m π} · sin{(a y /p y )n π} · [1 + cos {(m + n)f}] (9)
Wenn in Gleichung (9) a x /p x = a y /p y = 1/2 gilt, so ist C mn :
C mn = 1/(mn π 2) · sin(m π/2) · sin(n π/2) · [1 + cos{(m + n)π}] (10)
Der über Maske-Plättchen-Maske gebeugte Durchlaß- gebeugte Lichtstrahl U(l + m + r, n) läßt sich daher wie folgt ausdrücken:
U(l + m + r, n) = C r · C mn · C l · exp[-i{ϕ xy- + (2π/p x )m Δ x} · Ein (11)
In Gleichung (10) steht ϕ xy als Phasenverschiebungsgröße relativ zum einfallenden Lichtstrahl unmittelbar vor dem Auftreffen auf die Maske; diese Größe bestimmt sich wie folgt:
Als Beispiel für diesen gebeugten Lichtstrahl kann die Intensität I(0,1) der 0-ten Ordnung in x-Richtung und der 1. Ordnung in y-Richtung wie folgt abgeleitet werden. In diesem Fall kann eine l + m + r = 0, n = 1 ergebende Kombination in Erwägung gezogen werden. Der Einfluß einer Kombination gebeugter Lichtkomponenten oder -anteile höherer Ordnung auf die Komplexamplitude ist jedoch gering. Aus diesem Grund wird eine Kombination gebeugter Lichtkomponenten von 0-ter bis 1. Ordnung berücksichtigt. Unter Heranziehung von {l, (m, n), r} können die folgenden vier Kombinationen berücksichtigt oder in Erwägung gezogen werden:
{0, (1, 1), -1}
{0, (-1, 1), 1}
{-1, (1, 1), 0}
{1, (-1, 1), 0}
Im Fall von Z = πλ z/p x 2 und x = (2π/p x ) · Δ x kann anhand von Gleichung (11) die Gleichung für den Lichtstrahl umgeschrieben werden zu:
U(0, 1) = 2(1/π)3 · exp(-iZ) · {exp(-iX) + exp(iX) } · Ein (12)
Die Intensität I(0, 1) des Lichts entspricht:
I(0, 1) = |U(0, 1)|2 (13)
Wenn die Intensität des einfallenden Lichts gleich I 0 ist, entspricht die Lichtstrahlintensität I(0, 1):
I(0, 1) = 8(1/f)6· {1 + cos2X} · I 0 (14)
Wie aus dieser Gleichung hervorgeht, ist die Intensität I(0, 1) des gebeugten Lichtstrahls eine Funktion, die als Veränderliche nur Δ x in der Relativverschiebung zwischen Maske und Plättchen beinhaltet. Aus diesem Grund hängt die Lichtintensität nicht von der Größe (distance) eines Spalts oder Abstands zwischen Maske und Plättchen ab.
Fig. 4 veranschaulicht die Beziehung zwischen Δ x in der Relativverschiebung zwischen Maske und Plättchen und der Lichtintensität (oder -stärke), wenn die Intensität I(0, 1) der gebeugten Lichtstrahlen erfaßt oder gemessen werden soll. Die Intensität der gebeugten Lichtstrahlen ist durch eine periodische Funktion von p x /2 ausgedrückt. Wenn das Plättchen relativ zur Maske verschoben wird, so daß die Intensität der gebeugten Lichtstrahlen auf die Scheitel- oder Spitzengröße der periodischen Funktion gesetzt wird, können Maske und Plättchen relativ zueinander ausgerichtet werden.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden gebeugte Lichtstrahlen, die sich nicht längs einer senkrecht zu den Streifen des Beugungsgitters der Maske verlaufenden und die optische Achse des einfallenden Licht einschließenden Ebene ausbreiten, erfaßt oder gemessen. Aus diesem Grund stören die vom Beugungsgitter der Maske reflektierten Lichtstrahlen nicht die erfaßten gebeugten Lichtstrahlen. Wie aus Gleichung (14) hervorgeht, hängt die Intensität der gebeugten Lichtstrahlen nicht von der Größe oder Weite des Spalts ab. Aus diesem Grund können Maske und Plättchen unabhängig von der Größe des Spalts genau relativ zueinander ausgerichtet werden.
Im folgenden ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung anhand der Fig. 7 bis 10 beschrieben.
Bei dieser Ausführungsform sind zwei Sätze erster und zweiter Beugungsgitter auf Maske 13 bzw. Plättchen 12 angeordnet. Genauer gesagt: auf der Maske 13 sind zwei erste Beugungsgitter 31-1 und 31-2 ausgebildet oder vorgesehen, während auf dem Plättchen 12 zwei zweite Beugungsgitter 32-1 und 32-2 ausgebildet oder vorgesehen sind. Gemäß Fig. 8 ist jedes der ersten Beugungsgitter 31-1 und 31-2 ein eindimensionales Beugungsgitter mit einem Gitterabstand p x in x-Richtung. Die ersten Beugungsgitter 31-1 und 31-2 sind um einen Abstand u voneinander getrennt. Die zweiten Beugungsgitter 32-1 und 32-2 sind schachbrettartig gemusterte Beugungsgitter mit Gitterabständen p y1 bzw. p y2 in y-Richtung.
Die zweiten Beugungsgitter 32-1 und 32-2 sind in einem Abstand v voneinander getrennt. Die Beziehung zwischen u und v läßt sich wie folgt ausdrücken:
Darin bedeutet N eine ganze Zahl.
Die zweiten Beugungsgitter 32-1 und 32-2 am Plättchen weisen unterschiedliche Gitterabstände (grating pitches) in y-Richtung auf. Auch wenn die durch die beiden zweiten Beugungsgitter 32-1 und 32-2 gebeugten Lichtstrahlen dieselbe Beugungsgröße aufweisen, weisen sie unterschiedliche Beugungswinkel an den beiden zweiten Beugungsgittern 32-1 und 32-2 auf. Aus diesem Grund erscheinen gebeugte Lichtstrahlen, die durch den einen Satz aus ersten und zweiten Beugungsgittern 31-1 bzw. 32-1 gebeugt werden, und gebeugte Lichtstrahlen, die durch den anderen Satz aus ersten und zweiten Beugungsgittern 32-1 bzw. 32-2 gebeugt werden, in verschiedenen Richtungen. Aus diesem Grund müssen zwei gebeugte Lichtstrahlen unabhängig voneinander erfaßt oder gemessen werden.
Zu diesem Zweck sind bei der Ausrichtvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform zwei Photosensoren 26-1 und 26-2 für die unabhängige oder getrennte Erfassung zweier gebeugter Lichtstrahlen und eine Subtrahierstufe 28 vorgesehen. Die beiden gebeugten Lichtstrahlen werden unabhängig voneinander durch die Photosensoren 26-1 und 26-2 in elektrische Signale umgewandelt, die über Verstärker 27-1 bzw. 27-2 der Subtrahierstufe 28 eingespeist werden. Die Subtrahierstufe 28 berechnet die Differenz zwischen den Intensitäten (oder Stärken) der beiden gebeugten Lichtstrahlen. Die Differenz der elektrischen Signale wird der Signalverarbeitungsschaltung 20 zugeliefert. Wie bei der ersten Ausführungsform, erzeugt die Signalverarbeitungsschaltung 20 ein Motortreibersignal, auf dessen Grundlage der Motor 22 mit Strom gespeist wird. Hierdurch wird das Plättchen 12 relativ zur Maske 13 in x-Richtung verschoben. Damit wird die Relativverschiebung zwischen Maske 13 und Plättchen 12 eingestellt, so daß beide relativ zueinander ausgerichtet werden können.
Wenn im Fall gebeugter Lichtstrahlen (0,1)-ter Ordnungen die Intensitäten der beiden gebeugten Lichtstrahlen gleich I 1(0,1) und I 2(0,1) sind, rechnet die Subtrahierstufe 28 nach folgender Gleichung:
Δ I = I 1(0,1) - I 2(0,1) (15)
Fig. 9 veranschaulicht die Beziehung zwischen der Differenz Δ I zwischen den Intensitäten der gebeugten Lichtkomponenten oder -anteile einerseits und der Strecke Δ x der Relativverschiebung andererseits. Im Fall von N = 0 werden beispielsweise die beiden Sätze der Beugungsgitter um p x /8 in x-Richtung auseinander verschoben. Die Phasen von I 1(0,1), durch ausgezogene Kurve angegeben, und I 2(0,1), durch gestrichelte Kurve angegeben, werden oder sind um p x /4 verschoben. Bei der Auflösung von Gleichung (15) wird Δ I durch die periodische Funktion mit einer Periode von p x /4 ausgedrückt. Dies ist durch die strichpunktierte Kurve in Fig. 9 angedeutet. Bei jeder Verschiebung der Relativabweichung oder das Relativversatzes zwischen Maske 13 und Plättchen 12 um p x /4 wird die Strecke Δ x der Relativverschiebung einer Nullpunktmessung unterworfen. Die Relativabweichung zwischen Maske und Plättchen kann somit genau ausgerichtet oder justiert werden. Fig. 10 veranschaulicht die Differenz Δ I der Intensitäten der gebeugten Lichtstrahlen für den Fall, daß gebeugte Lichtstrahlen noch höherer Ordnung auf der Grundlage von Gleichung (14) berücksichtigt werden. In diesem Fall kann die Strecke Δ x der Relativverschiebung oder -abweichung unabhängig von der Größe des Spalts nahe dem Nulldurchgangspunkt einer Nullpunktmessung unterworfen werden. Auch bei Berücksichtigung gebeugter Lichtstrahlen höherer Ordnung können daher Maske und Plättchen genau relativ zueinander ausgerichtet werden.
Im folgenden ist eine Abwandlung der zweiten Ausführungsform beschrieben. Bei dieser, in Fig. 11 dargestellten Abwandlung werden zwei durch zwei Sätze von ersten und zweiten Beugungsgittern gebeugte Lichtstrahlen synchron erfaßt und gemessen, um die Differenz zwischen den Intensitäten der gebeugten Lichtstrahlen zu berechnen. Erste Beugungsgitter 31-1 und 31-2 sind auf der Maske im selben gegenseitigen Abstand wie im Fall gemäß Fig. 4 angeordnet. Zweite Beugungsgitter sind auf dem Plättchen ebenfalls in dem vorher beschriebenen Abstand v vorgesehen; die Gitterabstände p y1 und p y2 in y-Richtung sind einander gleich.
Für die synchrone Erfassung der beiden gebeugten Lichtstrahlen sind ein Oszillator 42, ein schwingender Spiegel 41 bzw. 44 und ein Synchrondetektor 29 vorgesehen. Der Oszillator 42 liefert ein Bezugssignal einer vorbestimmten Frequenz. Das Bezugssignal wird dem schwingenden Spiegel 44 und dem Synchrondetektor 29 zugeführt. Der schwingende Spiegel 44 wird damit auf der vorbestimmten Frequenz in Schwingung versetzt. Laserstrahlen werden abwechselnd für jeweils eine vorbestimmte Zeitspanne in zwei Richtungen geleitet und auf zwei Sätze von Beugungsgittern geworfen. Die durch die beiden Beugungsgittersätze gebeugten beiden Lichtstrahlen fallen über einen Spiegel 33 abwechselnd auf den Photosensor 26 und werden in zwei elektrische Signale umgesetzt, die ihrerseits abwechselnd für jeweils eine vorbestimmte Zeitspanne über den Verstärker 27 dem Synchrondetektor 29 zugeführt werden. Der Synchrondetektor 29 erfaßt synchron die beiden elektrischen Signale auf der Grundlage des Bezugssignals der vorbestimmten Frequenz.
Auf diese Weise kann die Differenz der Intensitäten der beiden gebeugten Lichtstrahlen jeweils erfaßt oder gemessen werden. Damit kann die Relativlage zwischen Maske 13 und Plättchen 12 auf dieselbe Weise wie bei der zweiten Ausführungsform eingestellt oder justiert werden.
Bei erster und zweiter Ausführungsform können die zu erfassenden Intensitäten der gebeugten Lichtstrahlen nicht nur I(0,1), sondern auch I(0,-1) sein. Mit anderen Worten: die zu erfassenden gebeugten Lichtstrahlen können solche sein, die sich nicht längs einer Ebene ausbreiten, welche senkrecht zu den Streifen des ersten Beugungsgitters verläuft und die optische Achse des einfallenden Lichtstrahls einschließt. Beispielsweise können die folgenden Intensitäten berechnet werden:
Δ I = I 1(0,-1) - I 2(0,-1)
Δ I = I 1(0,1) - (I 1(0,-1)
Δ I = I 1(0,-1) - I 2(0,1)
Wenn die Laserstrahlen schräg zur y-Richtung ausgestrahlt werden können, kreuzt in vorteilhafter Weise das optische Meßsystem (z. B. Spiegel) nicht den Belichtungslichtstrahl für die Belichtung eines Schaltkreismusters.
Im folgenden ist eine dritte Ausführungsform der Erfindung beschrieben, bei welcher nicht nur eine Maske und ein Plättchen relativ zueinander ausgerichtet werden, sondern auch ein Zwischenraum oder Spalt zwischen ihnen auf eine vorbestimmte Größe eingestellt wird.
Eine am gleichen Tag eingereichte Parallelanmeldung der Anmelderinnen (Case 61P666-2) offenbart ein Verfahren zum Einstellen eines Abstands zwischen einer Maske und einem Plättchen auf eine vorbestimmte Größe.
Nach diesem Einstellverfahren und dem Ausrichtverfahren gemäß der Erfindung kann die Relativabweichung zwischen einer Maske und einem Plättchen ausgerichtet werden, während gleichzeitig ein Abstand oder Spalt zwischen Maske und Plättchen auf eine vorbestimmte Größe eingestellt werden kann. Dabei werden gemäß Fig. 12A bis 12D erste Einstellmarken 51 und 52 in Form von ersten Beugungsgittern in einem gegenseitigen Abstand u auf eine Maske aufgedruckt. Abstands- oder Spaltmeßmarken 61 und 62 in Form eindimensionaler Beugungsgitter werden in einem gegenseitigen Abstand u auf ein Plättchen aufgedruckt. Zweite Einstellmarken 53 und 54 in Form von schachbrettartig gemusterten Beugungsgittern werden in einem gegenseitigen Abstand v auf das Plättchen aufgedruckt. Zweite Spaltmeßmarken 63 und 64 in Form zweidimensionaler Beugungsgitter werden in einem gegenseitigen Abstand w auf das Plättchen aufgedruckt.
Die Maske und das Plättchen werden mit Hilfe der ersten und zweiten Einstellmarken relativ zueinander ausgerichtet. Der Abstand oder Spalt zwischen Maske und Plättchen wird mit Hilfe der ersten und zweiten Spaltmeßmarken auf eine vorbestimmte Größe eingestellt. Dabei ist der Gitterabstand der Einstellmarken 51 bis 54 in x-Richtung von dem der Spaltmeßmarken 61 bis 64 verschieden.
Zum Ausrichten oder Ausfluchten von Maske und Plättchen und auch zum Einstellen eines Spalts zwischen ihnen auf eine vorbestimmte Größe müssen die Einstellmarken und Spaltmeßmarken jeweils auf Maske und Plättchen vorgesehen werden. Wenn insbesondere mehrere Arten von Marken auf der Maske ausgebildet oder vorgesehen werden, verschlechtert sich häufig die Genauigkeit dieser Marken. Infolgedessen kann sich die Genauigkeit der Ausrichtung und Spalteinstellung verschlechtern.
Aus diesem Grund wird bei der dritten Ausführungsform für die Ausrichtung von Maske und Plättchen und die Einstellung der Größe des Spalts zwischen ihnen auf eine vorbestimmte Größe eine einzige Art einer Maske auf der Maske vorgesehen.
Gemäß Fig. 13A werden auf der Maske Marken 71 und 72 vorgesehen, die jeweils ein eindimensionales Beugungsgitter mit einem Teilungs- oder Gitterabstand p x in x- Richtung bilden. Diese Marken 71 und 72 werden in einem gegenseitigen Abstand u voneinander vorgesehen. Die Marken 71 und 72 dienen sowohl als Ausricht- als auch als Spalteinstellmarken.
Gemäß Fig. 13B und 13C werden auf dem Plättchen Ausrichtmarken 73 und 74 in Form von schachbrettartig gemusterten Beugungsgittern vorgesehen. Die schachbrettartigen Beugungsgitter oder Marken 73 und 74 weisen einen Gitterabstand p x in x-Richtung und einen Gitterabstand p ay in y-Richtung auf. Auf dem Plättchen werden auch zweidimensionale Spaltmeßbeugungsgitter oder Spaltmeßmarken 75 und 76 vorgesehen, die einen Gitterabstand p x in x-Richtung und einen Gitterabstand p gy in y-Richtung aufweisen.
Genauer gesagt: die Marken 71 bis 76 weisen in x-Richtung jeweils denselben Teilungs- oder Gitterabstand p x auf. Die Ausrichtmarken 73 und 74 sowie die Spaltmeßmarken 75 und 76 weisen unterschiedliche Gitterabstände in y-Richtung auf. Die Ausrichtmarken 73 und 74 werden mit einem gegenseitigen Abstand v, die Spaltmeßmarken 75 und 76 mit einem gegenseitigen Abstand w vorgesehen. Die Beziehung zwischen Abständen v und w ist folgende:
u = v + {(2N + 1)/4} · p x
w = u + {(2N + 1)/2} · p x
Darin entspricht N einer willkürlichen ganzen Zahl.
Mit Hilfe der in Fig. 14 gezeigten Vorrichtung erfolgen die Ausrichtung von Maske und Plättchen und die Einstellung des Zwischenraums oder Spalts zwischen ihnen gleichzeitig. Diese Vorrichtung entspricht im wesentlichen der Vorrichtung für die synchrone Erfassung oder Messung der Intensitäten der gebeugten Lichtstrahlen (vgl. Fig. 11).
Insbesondere wird dabei eine Maske 13 von einem Maskenhalter 14 getragen, der seinerseits durch eine piezoelektrische Vorrichtung 25 gehaltert ist. Wenn ein Strom von einem Treiberkreis 21 für die piezoelektrische Vorrichtung 25 dieser zugeführt wird, wird die Maske 13 in lotrechter Richtung (z-Richtung) verschoben. Das Plättchen 12 ist dagegen auf einen Plättchen-Tisch 11 aufgelegt, der mit einem Motor 22 verbunden ist. Wenn dem Motor 22 von einem Motortreiberkreis 23 ein Strom zugeführt wird, wird der Tisch 11 in Ausrichtrichtung (x- Richtung) verschoben.
Von einer Lasereinheit 17 emittierte Laserstrahlen werden auf einen schwingenden Spiegel 44 geworfen. Die vom Spiegel 44 reflektierten Strahlen werden auf die Marken 71 und 72 auf der Maske 13 geworfen. Dabei erzeugt ein Oszillator 42 ein Bezugssignal einer vorbestimmten Frequenz, das dem schwingenden Spiegel 44 sowie Synchrondetektoren 29-1 und 29-2 zugeführt wird. Wenn die Strahlen durch den schwingenden Spiegel 44 reflektiert werden, werden sie in Synchronismus mit dem Bezugssignal abgelenkt. Infolgedessen werden die Marken 71 und 72 abwechselnd jeweils für eine vorbestimmte Zeitspanne mit einem (betreffenden) Laserstrahl bestrahlt.
Die die Marken 71 und 72 passierenden Strahlen werden durch die Marken 73 bis 76 des Plättchens gebeugt und reflektiert. Die gebeugten Lichtstrahlen werden zu den Marken 71 und 72 übertragen und durch diese gebeugt.
Die gebeugten Lichtstrahlen der (0,1)-ten Ordnung treffen sodann auf die Photosensoren 26-1 und 26-2 auf.
Der Teilungs- oder Gitterabstand in y-Richtung bei den Ausrichtbeugungsgittern 73 und 74 ist von dem der Spaltmeßbeugungsgitter 75 und 76 verschieden. Aus diesem Grund erscheinen in unterschiedlichen Richtungen zwei erste gebeugte Lichtstrahlen oder Ausrichtlichtstrahlen die einmal längs einer Strecke aus Marke 71, Marke 73, Marke 71 und zum anderen längs einer Strecke aus Marke 72, Marke 74, Marke 72 gebeugt werden, sowie zwei zweite gebeugte Lichtstrahlen oder Spaltmeßbeugungslichtstrahlen, die einmal längs einer Strecke aus Marke 71, Marke 75, Marke 71 und zum anderen längs einer Strecke aus Marke 72, Marke 76, Marke 72 gebeugt werden. Der Gitterabstand des Ausrichtbeugungsgitters 73 in y-Richtung entspricht demjenigen des Beugungsgitters 74. Infolgedessen erscheinen in derselben Richtung zwei erste gebeugte Lichtstrahlen, die einmal längs einer Strecke aus Marke 71, Marke 73, Marke 71 und zum anderen längs einer Strecke aus Marke 72, Marke 74, Marke 72 gebeugt werden. Auf ähnliche Weise ist der Gitterabstand des Spaltmeßbeugungsgitters 75 in y-Richtung demjenigen des Beugungsgitters 76 gleich. Infolgedessen erscheinen in derselben Richtung zwei zweite gebeugte Lichtstrahlen, die einmal längs einer Strecke aus Marke 71, Marke 75, Marke 71 und zum anderen längs einer Strecke aus Marke 72, Marke 76, Marke 72 gebeugt werden. Aufgrund dieser Anordnung werden die beiden ersten gebeugten Lichtstrahlen durch den Photosensor 26-1, die beiden zweiten gebeugten Lichtstrahlen durch den Photosensor 26-2 erfaßt.
Die beiden ersten gebeugten Lichtstrahlen der (0,1)-ten Ordnung, die durch den Photosensor 26-1 erfaßt werden, werden auf dieselbe Weise wie bei der Abwandlung der zweiten Ausführungsform in ein elektrisches Signal umgewandelt, das synchron erfaßt wird. Auf der Grundlage dieses Meß- oder Erfassungsergebnisses speist der Motortreiberkreis 23 den Motor 22 mit Strom. Hierdurch wird der Motor 22 für die Einstellung oder Justierung der Relativverschiebung oder -abweichung zwischen Maske und Plättchen angesteuert.
Auf ähnliche Weise werden zwei zweite gebeugte Lichtstrahlen der (0,1)-ten Ordnung in ein elektrisches Signal umgesetzt, das synchron erfaßt wird. Auf der Grundlage des Erfassungsergebnisses liefert der Treiberkreis 21 für die piezoelektrische Vorrichtung 25 dieser einen elektrischen Strom. Damit wird die piezoelektrische Vorrichtung 25 für die Einstellung der Größe des Spalts zwischen Maske und Plättchen angesteuert.
Die Fig. 15A und 15B veranschaulichen die Ergebnisse der Erfassung oder Messung der Intensitäten der ersten gebeugten Lichtstrahlen der (0,1)-ten Ordnung und der zweiten gebeugten Lichtstrahlen der (0,1)-ten Ordnung. Insbesondere bestimmt sich gemäß Fig. 15A ein Meß- oder Erfassungssignal (im folgenden einfach als "Meßsignal" bezeichnet), welches die mittels der ersten gebeugten Lichtstrahlen erfaßte relative Verschiebung repräsentiert, wie folgt:
sin2(2π Δ x/p x )
Wenn die Größe Δ x der Relativverschiebung gleich 0, ±p x /4 ist, wird das Meßausgangssignal zu 0. Wenn die Größe Δ x der Relativverschiebung gleich ±p x /8 ist, zeigt das Meßausgangssignal einen Spitzenwert.
Gemäß Fig. 15B läßt sich ein Meßsignal eines mittels der zweiten gebeugten Lichtstrahlen erfaßten oder gemessenen Spalts wie folgt ausdrücken:
cos{(π λ/p x 2) · z}
Darin bedeutet: λ = Wellenlänge des Lichts). Wenn der Spalt (oder Zwischenraum) z = 0, p x 2/λist, zeigt das Meßausgangssignal einen Spitzenwert. Wenn der Spalt z = p x 2/2λ ist, wird das Meßausgangssignal zu Null.
Da eine (einzige) Art einer Marke auf der Maske vorgesehen ist, werden somit Marke und Plättchen relativ zueinander ausgerichtet und gleichzeitig der Spalt oder Zwischenraum auf eine vorbestimmte Größe eingestellt. Im Gegensatz zu einem bisherigen Verfahren brauchen auf der Maske nicht zwei verschiedene Arten von Marken vorgesehen zu werden.
Die Fig. 16A, 16B und 17 veranschaulichen eine Abwandlung der dritten Ausführungsform, bei welcher die Gitterabstände in y-Richtung in den auf dem Plättchen vorgesehenen Ausrichtmarken 87 und 88 voneinander verschieden sind. Außerdem sind auch die Gitterabstände der Spaltmeßmarken 89 und 90 in y-Richtung voneinander verschieden. Aus diesem Grund erscheinen in verschiedener Richtung zwei erste gebeugte Lichtstrahlen, die einmal längs einer Strecke aus Marke 71, Marke 87, Marke 71 und zum anderen längs einer Strecke aus Marke 72, Marke 88, Marke 72 gebeugt sind. Auf ähnliche Weise erscheinen in verschiedener Richtung zwei zweite gebeugte Lichtstrahlen, die längs einer Strecke aus Marke 71, Marke 89, Marke 71 und zum anderen längs einer Strecke aus Marke 72, Marke 90, Marke 72 gebeugt sind. Bei dieser Anordnung werden gemäß Fig. 17 diese gebeugten Lichtstrahlen von vier Photosensoren 91 bis 94 erfaßt. Die durch die Photosensoren 91 und 92 erfaßten beiden ersten gebeugten Lichtstrahlen werden in zwei elektrische Signale umgewandelt, und die Differenz zwischen den beiden elektrischen Signalen wird durch eine Subtrahierstufe 95 berechnet. Gemäß Fig. 15A kann damit ein Meßsignal für die Größe Δ x der Relativverschiebung abgeleitet werden. Die zweiten gebeugten Lichtstrahlen werden auf ähnliche Weise verarbeitet, wobei ein Meßsignal für den Zwischenraum oder Spalt z gemäß Fig. 15B erhalten wird. Damit werden Maske und Plättchen bezüglich ihrer Relativverschiebung (oder ihres Relativversatzes) zueinander ausgerichtet, während gleichzeitig der Zwischenraum oder Spalt auf eine vorbestimmte Größe eingestellt wird.
Die Spaltmeßmarke kann ein eindimensionales Beugungsgitter sein, dessen Balken senkrecht zu den Balken der Marken 71, 72 liegen.
Im folgenden ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen ist der einfallende Lichtstrahl senkrecht zur Maske 13 gerichtet. Dies braucht jedoch nicht immer der Fall zu sein. In Verbindung mit dieser weiteren Ausführungsform ist im folgenden ein Fall beschrieben, in welchem ein Lichtstrahl schräg auf die Maske 13 fällt.
Gemäß Fig. 18 sind ein auf der Maske 13 vorgesehenes erstes Beugungsgitter 15 und ein auf dem Plättchen 12 vorgesehenes zweites Beugungsgitter 16 auf dieselbe Weise wie bei der Ausgestaltung nach Fig. 3 angeordnet. Gemäß Fig. 18 ist eine senkrecht zur Balkenrichtung des ersten Beugungsgitters 15 verlaufende Ebene als erste Ebene 101 definiert. Eine durch Neigung der ersten Ebene 101 in Balkenrichtung unter einem vorbestimmten Winkel (α°) gebildete Ebene ist als zweite Ebene 102 definiert. Eine Ebene, die in bezug auf die erste Ebene 101 zur zweiten Ebene symmetrisch ist, ist als dritte Ebene 103 definiert. Ein von der Lasereinheit 17 emittierter Lichtstrahl wird auf das erste Beugungsgitter 15 geworfen. Eine optische Achse 104 des einfallenden Lichtstrahls liegt in der zweiten Ebene 102. Durch die Oberfläche des Gitters 15 wird eine kleinere Zahl des einfallenden Lichtstrahls bzw. der Lichtstrahlen reflektiert und gebeugt. Die reflektierten und gebeugten Lichtstrahlen werden längs der dritten Ebene 103 übertragen.
Der größte Teil des einfallenden Lichtstrahls wird durch das erste Beugungsgitter 15 gebeugt und von diesem durchgelassen und zum zweiten Beugungsgitter 16 übertragen. Die durch das zweite Beugungsgitter 16 gebeugten und reflektierten Lichtstrahlen werden zum ersten Beugungsgitter 15 übertragen bzw. zurückgeworfen. Die Lichtstrahlen werden (wiederum) durch das erste Beugungsgitter 15 gebeugt und von ihm durchgelassen. Der gebeugte Lichtstrahl, der längs einer Strecke aus erstem Beugungsgitter, zweitem Beugungsgitter, erstem Beugungsgitter, gebeugt wird, erscheint als zweidimensionales Muster. Das Beugungsmuster ist dabei dasselbe wie in dem Fall, in welchem der Lichtstrahl senkrecht auf das Gitter 15 auftrifft.
Gemäß Fig. 18 ist ein Ursprung I(0,0) des Musters als ein Punkt auf einer Linie (z′) vorgegeben, die symmetrisch zur optischen Achse 104 des einfallenden Lichtstrahls in bezug auf die erste Ebene liegt, d. h. in bezug auf die Linie (z′) auf der dritten Ebene 103. Wenn dagegen der einfallende Lichtstrahl senkrecht zum Gitter 15 liegt (d. h. α = 0, z′ = z), liegt der Ursprung I(0,0) auf dem einfallenden Lichtstrahl.
Einige der gebeugten Lichtstrahlen werden zur dritten Ebene 103 übertragen, während andere in verschiedenen (any), von der dritten Ebene 103 unterschiedlichen Ebenen übertragen werden. Einige der gebeugten Lichtstrahlen sind solche von z. B. der I(0,0)-ten und I(±1, 0)-ten Ordnung, während andere der gebeugten Lichtstrahlen solche von z. B. der I(0,±1)-ten und I(±1,±1)-ten Ordnung sind.
Infolgedessen stören einige der gebeugten Lichtstrahlen die von der Oberfläche des ersten Beugungsgitters 15 reflektierten und gebeugten Lichtstrahlen, während andere gebeugte Lichtstrahlen die reflektierten Lichtstrahlen nicht stören. Infolgedessen wird einer dieser anderen gebeugten Strahlen erfaßt. Genauer gesagt: Es wird ein Lichtstrahl I(0,±1)-ter oder I(±1,±1)-ter Ordnung erfaßt. Das Erfassungs- oder Meßergebnis ist im wesentlichen dasselbe wie dasjenige gemäß Fig. 4. Wenn daher der Lichtstrahl schräg auf das Gitter 15 gerichtet wird, kann der Zwischenraum oder Spalt auf dieselbe Weise wie in dem Fall, in welchem der Lichtstrahl senkrecht auf das Gitter 15 auftrifft, genau eingestellt werden.

Claims (33)

1. Verfahren zum Ausrichten eines ersten und eines zweiten Objekts (12, 13), die einander gegenüberstehen, relativ zueinander in einer Richtung längs ihrer gegenüberstehenden Flächen, dadurch gekennzeichnet, daß
auf dem ersten Objekt (13) ein erstes eindimensionales Beugungsgitter (15, 31-1, 31-2) angeordnet wird, das parallele Balken oder Streifen aufweist, die in einer ersten Richtung senkrecht zur Ausrichtrichtung verlaufen, wobei die erste Richtung senkrecht zu einer ersten Ebene (101) liegt, zu welcher eine zweite Ebene (102) unter einem vorbestimmten Winkel (α) geneigt ist, und wobei die zweite Ebene (102) in bezug auf die erste Ebene (101) zu einer dritten Ebene (103) symmetrisch ist,
auf dem zweiten Objekt (12) ein zweites Beugungsgitter (16, 32-1, 32-2) mit einem schachbrettartigen Muster angeordnet wird,
das erste Beugungsgitter (15, 31-1, 31-2) mit einem von einer Lichtquelle (17) emittierten Lichtstrahl bestrahlt wird, dessen optische Achse in der zweiten Ebene (102) liegt, so daß der Lichtstrahl durch das erste Beugungsgitter (15, 31-1, 31-2) gebeugt und von ihm durchgelassen wird und erste gebeugte Lichtstrahlen aus dem ersten Beugungsgitter (15, 31-1, 31-2) austreten (are emerged),
die ersten gebeugten Lichtstrahlen auf das zweite Beugungsgitter (16, 32-1, 32-2) geworfen werden, so daß die ersten gebeugten Lichtstrahlen durch das zweite Beugungsgitter (16, 32-1, 32-2) gebeugt und reflektiert werden und zweite gebeugte Lichtstrahlen aus dem zweiten Beugungsgitter (16, 32-1, 32-2) austreten,
die zweiten gebeugten Lichtstrahlen auf das erste Beugungsgitter (15, 31-1, 31-2) geworfen werden, so daß die zweiten gebeugten Lichtstrahlen durch das erste Beugungsgitter (15, 31-1, 31-2) gebeugt und von ihm durchgelassen werden und dritte gebeugte Lichtstrahlen aus dem ersten Beugungsgitter (15, 31-1, 31-2) austreten, wobei einige der dritten gebeugten Lichtstrahlen in der dritten Ebene (103) und andere der dritten gebeugten Lichtstrahlen in verschiedenen (any), von der dritten Ebene (103) unterschiedlichen Ebenen übertragen werden,
einer der anderen dritten gebeugten Lichtstrahlen erfaßt wird und
eine Relativverschiebung (oder ein Relativversatz) zwischen erstem und zweitem Objekt (12, 13) nach Maßgabe einer Intensität (oder Stärke) des erfaßten gebeugten Lichtstrahls eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß erstes Objekt eine Maske (13) und zweites Objekt ein Plättchen (12) sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α), unter dem die erste Ebene zur zweiten Ebene geneigt ist, 0° beträgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichtrichtung als eine x-Richtung, die erste Richtung als eine y-Richtung und ein Punkt auf einer Linie, die in bezug auf die erste Ebene symmetrisch zur optischen Achse (104) des einfallenden Lichtstrahls liegt, als Ursprung (origin) vorausgesetzt sind und bei der Erfassung des gebeugten Lichtstrahls einer der Lichtstrahlen (0, ±1)-ter Ordnung der anderen dritten Lichtstrahlen abgenommen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Sätze erster und zweiter Beugungsgitter (31-1, 31-2, 32-1, 32-2) auf erstem bzw. zweitem Objekt angeordnet werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn ein Abstand zwischen den beiden ersten Beugungsgittern (31-1, 31-2) zu u, ein Abstand zwischen den beiden zweiten Beugungsgittern (32-1, 32-2) zu v und ein Teilungs- oder Gitterabstand von ersten und zweiten Beugungsgittern in x-Richtung zu px vorausgesetzt sind, und N eine beliebige oder willkürliche ganze Zahl darstellt, u und v definiert werden können zu: u = v + {(2N + 1)/4} · p x bei der Erfassung des gebeugten Lichtstrahls einer der anderen dritten gebeugten Lichtstrahlen, die durch einen Satz von ersten und zweiten Beugungsgittern (31-1, 32-1) gebeugt werden, und einer der anderen dritten gebeugten Lichtstrahlen, die durch den anderen Satz von ersten und zweiten Beugungsgittern (31-2, 32-2) gebeugt werden, abgenommen werden und
eine Differenz zwischen den Intensitäten dieser beiden gebeugten Lichtstrahlen berechnet wird, wobei die Relativverschiebung zwischen erstem und zweitem Objekt (12, 13) auf der Grundlage der Differenz zwischen den Intensitäten eingestellt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterabstände der beiden zweiten Beugungsgitter (32-1, 32-2) in y-Richtung voneinander verschieden sind und
bei der Erfassung des gebeugten Lichtstrahls dann, wenn einer der anderen dritten gebeugten Lichtstrahlen, die durch einen Satz aus ersten und zweiten Beugungsgittern (31-1, 32-1) gebeugt sind, und einer der anderen dritten gebeugten Lichtstrahlen derselben Ordnung, die durch den anderen Satz der ersten und zweiten Beugungsgitter (31-2, 32-2) gebeugt sind, in verschiedenen Richtungen erscheinen oder auftreten, diese gebeugten Lichtstrahlen getrennt abgenommen werden.
8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Lichtquelle (17) emittierte Lichtstrahl jeweils für eine vorbestimmte Zeitspanne abwechselnd auf die beiden Sätze erster und zweiter Beugungsgitter (31-1, 32-2) geworfen wird,
bei der Erfassung des gebeugten Lichtstrahls einer der anderen dritten gebeugten Lichtstrahlen, die durch einen Satz aus ersten und zweiten Beugungsgittern (31-1, 32-1) gebeugt sind, und einer der anderen dritten gebeugten Lichtstrahlen, die durch den anderen Satz aus ersten und zweiten Beugungsgittern (31-2, 32-2) gebeugt sind, jeweils für eine vorbestimmte Zeitspanne abwechselnd abgenommen werden und
eine Differenz zwischen den Intensitäten der beiden gebeugten Lichtstrahlen berechnet wird, wobei die Relativverschiebung zwischen erstem und zweitem Objekt (12, 13) auf der Grundlage der Differenz zwischen den Intensitäten eingestellt wird.
9. Verfahren zum Ausrichten eines ersten und eines zweiten Objekts (12, 13), die einander gegenüberstehen, relativ zueinander in einer Richtung längs ihrer gegenüberstehenden Flächen und zum gleichzeitigen Einstellen eines Zwischenraums oder Spalts (gap) zwischen erstem und zweitem Objekt (12, 13) auf eine vorbestimmte Größe (distance), dadurch gekennzeichnet, daß
auf dem ersten Objekt (13) eine Marke (71, 72) mit einem eindimensionalen Beugungsgitter angeordnet oder vorgesehen wird, welches in einer ersten Richtung senkrecht zur Ausrichtrichtung verlaufende parallele Balken oder Streifen aufweist, wobei die erste Richtung senkrecht zu einer ersten Ebene (101) liegt, zu welcher eine zweite Ebene (102) unter einem vorbestimmten Winkel (α) geneigt ist, und wobei die zweite Ebene (102) in bezug auf die erste Ebene (101) zu einer dritten Ebene symmetrisch ist,
auf dem zweiten Objekt (12) eine Ausrichtmarke (73, 74, 87, 88) mit einem Beugungsgitter eines schachbrettartigen Musters angeordnet wird,
auf dem zweiten Objekt (12) eine Spaltmeßmarke (75, 76, 89, 90) mit einem Beugungsgitter angeordnet wird, das mindestens einen Satz von in Ausrichtrichtung verlaufenden parallelen Balken aufweist,
die Marke (71, 72) mit dem von einer Lichtquelle (17) emittierten Lichtstrahl bestrahlt wird, der eine in der zweiten Ebene (102) liegende optische Achse aufweist, derart, daß der Lichtstrahl durch die Marke (71, 72) gebeugt und von ihr durchgelassen wird und aus der Marke (71, 72) erste gebeugte Lichtstrahlen und vierte gebeugte Lichtstrahlen austreten,
die ersten gebeugten Lichtstrahlen auf die Ausrichtmarke (73, 74, 87, 88) geworfen werden, so daß die ersten gebeugten Lichtstrahlen durch die Ausrichtmarke (73, 74, 87, 88) gebeugt und reflektiert werden und zweite gebeugte Lichtstrahlen aus der Ausrichtmarke (73, 74, 87, 88) austreten,
die vierten gebeugten Lichtstrahlen auf die Spaltmeßmarke (75, 76, 89, 90) geworfen werden, so daß sie durch diese gebeugt und reflektiert werden und fünfte gebeugte Lichtstrahlen aus der Spaltmeßmarke (75, 76, 89, 90) austreten,
die zweiten gebeugten Lichtstrahlen so auf die Marke (71, 72) geworfen werden, daß sie durch letztere gebeugt und von ihr durchgelassen werden und dritte gebeugte Strahlen aus der Marke (71, 72) austreten, wobei einige der dritten gebeugten Lichtstrahlen in der dritten Ebene (103) und die anderen dritten gebeugten Lichtstrahlen in verschiedenen, von der dritten Ebene (103) unterschiedlichen Ebenen übertragen werden,
die fünften gebeugten Lichtstrahlen so auf die Marke (71, 72) geworfen werden, daß sie durch letztere gebeugt und von ihr durchgelassen werden und sechste gebeugte Lichtstrahlen aus dieser Marke austreten, wobei einige der sechsten gebeugten Lichtstrahlen in der dritten Ebene (103) und andere sechste gebeugte Lichtstrahlen in verschiedenen, von der dritten Ebene (103) unterschiedlichen Ebenen übertragen werden,
einer der anderen dritten gebeugten Lichtstrahlen erfaßt wird,
einer der anderen sechsten gebeugten Lichtstrahlen erfaßt wird,
eine Relativverschiebung (oder ein Relativversatz) zwischen erstem und zweitem Objekt (12, 13) nach Maßgabe einer Intensität des erfaßten gebeugten Lichtstrahls eingestellt wird und
die Größe des Zwischenraums oder Spalts zwischen erstem und zweitem Objekt (12, 13) nach Maßgabe der Intensität des erfaßten gebeugten Lichtstrahls eingestellt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Beugungsgitter der Spaltmeßmarke (75, 76, 89, 90) ein zweidimensionales Beugungsgitter mit Querbalken ist, von denen einer in der Ausrichtrichtung verläuft.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Beugungsgitter der Spaltmeßmarke (75, 76, 89, 90) ein eindimensionales Gitter mit in Ausrichtrichtung verlaufenden parallelen Balken ist.
12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Objekt eine Maske (13) und das zweite Objekt ein Plättchen (12) sind.
13. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α), unter dem die erste Ebene (101) zur zweiten Ebene (102) geneigt ist, 0° beträgt.
14. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn die Ausrichtrichtung als eine x-Richtung, eine Erstreckungsrichtung der Balken als eine y-Richtung und ein Punkt auf einer Linie, die in bezug auf die erste Ebene symmetrisch zur optischen Achse (104) des einfallenden Lichtstrahls liegt, als Ursprung vorausgesetzt sind,
der Teilungs- oder Balkenabstand in y-Richtung der Ausrichtmarke (73, 74, 87, 88) von demjenigen der Spaltmeßmarke (75, 76, 89, 90) verschieden ist, und
bei der Erfassung des gebeugten Lichtstrahls einer der anderen dritten gebeugten Lichtstrahlen der (0,±1)-ten Ordnung und einer der anderen sechsten gebeugten Lichtstrahlen der (0,±1)-ten Ordnung getrennt abgenommen werden.
15. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem ersten Objekt (13) zwei Marken (71, 72) und auf dem zweiten Objekt (12) zwei Ausrichtmarken (87, 88) sowie zwei Spaltmeßmarken (89, 90) angeordnet oder vorgesehen werden,
die Teilungs- oder Balkenabstände der beiden Ausrichtmarken (87, 88) in y-Richtung voneinander verschieden sind und die entsprechenden Abstände der beiden Spaltmeßmarken (89, 90) in y-Richtung ebenfalls voneinander verschieden sind, während der von der Lichtquelle (17) emittierte Lichtstrahl gleichzeitig auf die beiden Marken (71, 72) aufgestrahlt wird,
zwei Lichtstrahlen der anderen dritten gebeugten Lichtstrahlen, die durch die beiden Ausrichtmarken (87, 88) und die beiden Marken (71, 72) am ersten Objekt gebeugt sind, getrennt abgenommen oder abgegriffen werden,
zwei Lichtstrahlen der anderen sechsten gebeugten Lichtstrahlen, die durch die beiden Spaltmeßmarken (89, 90) und die beiden Marken (71, 72) am ersten Objekt (13) gebeugt sind, getrennt abgenommen oder abgegriffen werden, und
eine Differenz zwischen den Intensitäten (oder Stärken) der beiden Lichtstrahlen der anderen dritten gebeugten Lichtstrahlen berechnet und gleichzeitig eine Differenz zwischen den Intensitäten der beiden Lichtstrahlen der anderen sechsten gebeugten Lichtstrahlen berechnet werden, wobei die Relativverschiebung (bzw. der Relativversatz) zwischen erstem und zweitem Objekt (12, 13) nach Maßgabe der Differenz zwischen den Intensitäten der beiden Lichtstrahlen aus den anderen dritten gebeugten Lichtstrahlen eingestellt wird und gleichzeitig die Größe des Zwischenraums oder Spalts zwischen erstem und zweitem Objekt (12, 13) nach Maßgabe der Differenz zwischen den Intensitäten der beiden Lichtstrahlen aus den anderen sechsten gebeugten Lichtstrahlen eingestellt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem ersten Objekt (13) zwei Marken (71, 72) und auf dem zweiten Objekt zwei Ausrichtmarken (73, 74) sowie zwei Spaltmeßmarken (75, 76) angeordnet oder vorgesehen werden,
die Teilungs- oder Balkenabstände in einer y- Richtung der beiden Ausrichtmarken (73, 74) einander gleich sind und die entsprechenden Abstände in y-Richtung der beiden Spaltmeßmarken (75, 76) ebenfalls einander gleich sind,
der von der Lichtquelle (17) emittierte Lichtstrahl abwechselnd für jeweils eine vorbestimmte Zeitspanne auf die beiden Marken (71, 72) aufgestrahlt wird,
zwei Lichtstrahlen aus den anderen dritten gebeugten Lichtstrahlen, die durch die beiden Ausrichtmarken (73, 74) und die Marke (71, 72) am ersten Objekt (13) gebeugt sind, jeweils für eine vorbestimmte Zeitspanne abwechselnd abgenommen bzw. abgegriffen werden,
zwei Lichtstrahlen aus den anderen sechsten gebeugten Lichtstrahlen, die durch die beiden Spaltmeßmarken (75, 76) und die Marke (71, 72) am ersten Objekt (13) gebeugt sind, jeweils für eine vorbestimmte Zeitspanne abwechselnd abgenommen bzw. abgegriffen werden, und
eine Differenz zwischen Intensitäten von zwei Lichtstrahlen aus den anderen dritten gebeugten Lichtstrahlen berechnet wird und gleichzeitig eine Differenz zwischen Intensitäten zweier Lichtstrahlen aus den anderen sechsten gebeugten Lichtstrahlen berechnet wird, wobei die Relativverschiebung zwischen erstem und zweitem Objekt (12, 13) nach Maßgabe der Differenz zwischen den Intensitäten zweier Lichtstrahlen aus den anderen dritten gebeugten Lichtstrahlen eingestellt wird und gleichzeitig die Größe des Zwischenraums oder Spalts zwischen erstem und zweitem Objekt (12, 13) nach Maßgabe der Differenz zwischen Intensitäten zweier Lichtstrahlen aus den anderen sechsten gebeugten Lichtstrahlen eingestellt wird.
17. Vorrichtung zum Ausrichten eines ersten und eines zweiten Objekts (12, 13), die einander gegenüberstehen, relativ zueinander in einer Richtung längs ihrer gegenüberstehenden Flächen, gekennzeichnet durch
eine Lichtquelle (17) zum Emittieren eines Lichtstrahls,
ein erstes eindimensionales Beugungsgitter (15, 31-1, 31-2), das auf dem ersten Objekt (13) angeordnet ist und parallele Streifen oder Balken aufweist, die in einer zur Ausrichtrichtung senkrechten ersten Richtung verlaufen, welche ihrerseits senkrecht zu einer ersten Ebene liegt, zu der eine zweite Ebene unter einem vorbestimmten Winkel (α) geneigt ist, wobei die zweite Ebene in bezug auf die erste Ebene zu einer dritten Ebene symmetrisch ist und das erste Beugungsgitter den eine in der zweiten Ebene liegende optische Achse aufweisenden Lichtstrahl empfängt, so daß der Lichtstrahl durch das erste Beugungsgitter (15, 31-1, 31-2) gebeugt und von ihm durchgelassen wird und erste gebeugte Lichtstrahlen aus dem ersten Beugungsgitter (15, 31-1, 31-2) austreten,
ein auf dem zweiten Objekt (12) angeordnetes zweites Beugungsgitter (16, 32-1, 32-2) mit einem schachbrettartigen Muster, wobei die ersten gebeugten Lichtstrahlen vom ersten Beugungsgitter (15, 31-1, 31-2) zum zweiten Beugungsgitter (16, 32-1, 32-2) übertragen und durch letzteres gebeugt und reflektiert werden, zweite gebeugte Lichtstrahlen aus dem zweiten Beugungsgitter (16, 32-1, 32-2) austreten, und zweite gebeugte Lichtstrahlen vom zweiten Beugungsgitter (16, 32-1, 32-2) zum ersten Beugungsgitter (15, 31-1, 31-2) übertragen werden, so daß die zweiten gebeugten Lichtstrahlen durch das erste Beugungsgitter (15, 31-1, 31-2) gebeugt und von ihm durchgelassen werden und dritte gebeugte Lichtstrahlen aus dem ersten Beugungsgitter (15, 31-1, 31-2) austreten, wobei einige der dritten gebeugten Lichtstrahlen in der dritten Ebene (103) und andere dritte gebeugte Lichtstrahlen in verschiedenen, von der dritten Ebene (103) unterschiedlichen Ebenen übertragen werden,
eine Detektoreinheit (26) zum Erfassen eines der anderen dritten gebeugten Lichtstrahlen und
eine Versatz- oder Verschiebungseinstelleinheit (22) zum Einstellen einer Relativverschiebung (oder eines Relativversatzes) zwischen erstem und zweitem Objekt nach Maßgabe einer Intensität des erfaßten gebeugten Lichtstrahls.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Objekt eine Maske (13) und das zweite Objekt ein Plättchen (12) sind.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α), unter dem die erste Ebene (101) zur zweiten Ebene (102) geneigt ist, 0° beträgt.
20. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichtrichtung als eine x-Richtung, die erste Richtung als eine y-Richtung und ein Punkt auf einer Linie, die in bezug auf die erste Ebene zur optischen Achse (104) des einfallenden Lichtstrahls symmetrisch liegt, als Ursprung vorausgesetzt sind,
und die Detektoreinheit zum Erfassen des gebeugten Lichtstrahls eine Abnahmeeinheit (19) zum Abnehmen oder Abgreifen eines der anderen dritten gebeugten Lichtstrahlen (0,±1)-ter Ordnung aufweist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinheit zum Erfassen des gebeugten Lichtstrahls einen Spiegel (19) zum Reflektieren eines der anderen dritten gebeugten Lichtstrahlen und einen Photosensor (26) zum Umwandeln des durch den Spiegel (19) reflektierten gebeugten Lichtstrahls in ein Meßsignal aufweist, und
die Verschiebungseinstelleinheit eine Signalverarbeitungsschaltung (20) zum Verarbeiten des Meßsignals und Erzeugen eines Steuersignals sowie eine Plättchen-Bewegungseinheit (22, 23) zum Bewegen oder Verschieben des Plättchens (12) nach Maßgabe des Steuersignals umfaßt, um die Relativverschiebung zwischen Maske (13) und Plättchen (12) einzustellen.
22. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Sätze von ersten und zweiten Beugungsgittern (31-1, 31-2, 32-1, 32-2) auf erstem bzw. zweitem Objekt (12, 13) angeordnet sind.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn ein Abstand zwischen den beiden ersten Beugungsgittern (31-1, 31-2) zu u, ein Abstand zwischen den beiden zweiten Beugungsgittern (32-1, 32-2) zu v und ein Teilungs- oder Balkenabstand in einer x-Richtung bei ersten und zweiten Beugungsgittern (31-1, 31-2, 32-1, 32-2) zu px vorausgesetzt sind und N eine beliebige oder willkürliche ganze Zahl darstellt, u und v wie folgt definierbar sind: u = v + {(2N + 1)/4} · pxdie Detektoreinheit (19) zum Erfassen des gebeugten Lichtstrahls eine Abnahmeeinheit zum Abnehmen oder Abgreifen eines der anderen dritten gebeugten Lichtstrahlen, die durch einen Satz von ersten und zweiten Beugungsgittern (31-1, 32-1) gebeugt sind, und eines der anderen dritten gebeugten Lichtstrahlen, die durch den anderen Satz von ersten und zweiten Beugungsgittern (31-2, 32-2) gebeugt sind, aufweist und
die Verschiebungseinstelleinheit eine Recheneinheit (28) zum Berechnen einer Differenz zwischen Intensitäten der beiden gebeugten Lichtstrahlen aufweist.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilungs- oder Gitterabstände in y-Richtung bei den beiden zweiten Beugungsgittern (32-1, 32-2) voneinander verschieden sind, wobei einer der anderen dritten gebeugten Lichtstrahlen, die durch einen Satz aus ersten und zweiten Beugungsgittern (31-1, 32-1) gebeugt sind, und einer der anderen dritten gebeugten Lichtstrahlen derselben Ordnung, die durch den anderen Satz von ersten und zweiten Beugungsgittern (31-2, 32-2) gebeugt sind, in verschiedenen Richtungen auftreten, und
die Detektoreinheit eine Abnahmeeinheit (33, 34) zum getrennten Abnehmen oder Abgreifen dieser gebeugten Lichtstrahlen aufweist.
25. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinheit eine Abnahmeeinheit (33) zum Abnehmen oder Abgreifen eines der anderen dritten gebeugten Lichtstrahlen, die durch einen Satz von ersten und zweiten Beugungsgittern (31-1, 32-1) gebeugt sind, und eines der anderen dritten gebeugten Lichtstrahlen, die durch den anderen Satz von ersten und zweiten Beugungsgittern (31-2, 32-2) gebeugt sind, während jeweils einer vorbestimmten Zeitspanne aufweist, wenn der von der Lichtquelle (17) emittierte Lichtstrahl jeweils für eine vorbestimmte Zeitspanne abwechselnd auf die beiden Sätze der ersten Beugungsgitter (31-1, 31-2) aufgestrahlt wird, und
die Verschiebungseinstelleinheit eine Recheneinheit zur Berechnung einer Differenz zwischen Intensitäten der beiden gebeugten Lichtstrahlen enthält.
26. Vorrichtung zum Ausrichten eines ersten und eines zweiten Objekts (12, 13), die einander gegenüberstehen, relativ zueinander in einer Richtung längs ihrer gegenüberstehenden Flächen und zum gleichzeitigen Einstellen eines Zwischenraums oder Spalts zwischen erstem und zweitem Objekt (12, 13) auf eine vorbestimmte Größe, gekennzeichnet durch
eine Lichtquelle (17) zum Emittieren eines Lichtstrahls,
eine auf dem ersten Objekt (13) angeordnete Marke (71, 72) mit einem eindimensionalen Beugungsgitter mit parallelen, in einer ersten Richtung senkrecht zur Ausrichtrichtung verlaufenden Balken oder Streifen, wobei die erste Richtung senkrecht zu einer ersten Ebene (101) liegt, zu der eine zweite Ebene (102) unter einem vorbestimmten Winkel (α) geneigt ist, die zweite Ebene (102) in bezug auf die erste Ebene (101) symmetrisch zu einer dritten Ebene (103) liegt, die Marke den eine in der zweiten Ebene (102) liegende optische Achse aufweisenden Lichtstrahl empfängt, so daß der Lichtstrahl durch die Marke (71, 72) gebeugt und von ihr durchgelassen wird, und wobei erste und vierte gebeugte Lichtstrahlen aus der Marke (71, 72) austreten,
eine am zweiten Objekt (13) angeordnete oder vorgesehene Ausrichtmarke (73, 74, 87, 88) mit einem Beugungsgitter eines schachbrettartigen Musters, wobei die ersten gebeugten Lichtstrahlen von der Marke (71, 72) zur Ausrichtmarke (73, 74, 87, 88) übertragen werden, so daß sie durch letztere gebeugt und reflektiert werden, wobei zweite gebeugte Lichtstrahlen aus der Ausrichtmarke (73, 74, 87, 88) austreten und von der Ausrichtmarke (73, 74, 87, 88) zur Marke (71, 72) übertragen werden, so daß die zweiten gebeugten Lichtstrahlen durch die Marke (71, 72) gebeugt und von ihr durchgelassen werden, während dritte gebeugte Lichtstrahlen aus der Marke (71, 72) austreten, wobei einige der dritten gebeugten Lichtstrahlen in der dritten Ebene (103) übertragen werden, während die anderen dritten gebeugten Lichtstrahlen in beliebigen oder verschiedenen anderen, von der dritten Ebene (103) unterschiedlichen Ebenen übertragen werden,
eine erste Detektoreinheit (26-1, 93, 94) zum Erfassen eines der anderen dritten gebeugten Lichtstrahlen,
eine am zweiten Objekt vorgesehene Spaltmeßmarke (75, 76, 89, 90) mit einem Beugungsgitter, das mindestens einen Satz von sich in der Ausrichtrichtung erstreckenden parallelen Balken aufweist, wobei die vierten gebeugten Lichtstrahlen von der Marke (71, 72) zur Spaltmeßmarke (75, 76, 89, 90) übertragen werden, so daß die vierten gebeugten Lichtstrahlen durch letztere gebeugt und reflektiert werden, wobei fünfte gebeugte Lichtstrahlen aus der Spaltmeßmarke (75, 76, 89, 90) austreten und von letzterer zur genannten Marke (71, 72) übertragen werden, so daß die fünften gebeugten Lichtstrahlen durch letztere gebeugt und von ihr durchgelassen werden, während sechste gebeugte Lichtstrahlen aus der Marke (71, 72) austreten, wobei einige der sechsten gebeugten Lichtstrahlen in der dritten Ebene (103) und die anderen sechsten gebeugten Lichtstrahlen in verschiedenen anderen, von der dritten Ebene (103) unterschiedlichen Ebenen übertragen werden,
eine zweite Detektoreinheit (26-2, 93, 94) zum Erfassen eines der anderen sechsten gebeugten Lichtstrahlen,
eine Verschiebungseinstelleinheit (21) zum Einstellen einer Relativverschiebung (oder eines Relativversatzes) zwischen erstem und zweitem Objekt (12, 13) nach Maßgabe einer Intensität der anderen erfaßten, dritten gebeugten Lichtstrahlen und
eine Spalteinstelleinheit (22) zum Einstellen der Größe (distance) des Zwischenraums oder Spalts zwischen erstem und zweitem Objekt (12, 13) nach Maßgabe einer Intensität der erfaßten, anderen sechsten gebeugten Lichtstrahlen.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Beugungsgitter der Spaltmeßmarke (73, 74, 87, 88) ein zweidimensionales Beugungsgitter mit Querbalken ist, von denen sich einer in der Ausrichtrichtung erstreckt.
28. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Beugungsgitter der Spaltmeßmarke (73, 74, 87, 88) ein eindimensionales Gitter mit in der Ausrichtrichtung verlaufenden parallelen Balken (oder Streifen) ist.
29. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Objekt eine Maske (13) und das zweite Objekt ein Plättchen (12) sind.
30. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α), unter dem die erste Ebene (101) zur zweiten Ebene (102) geneigt ist, 0° beträgt.
31. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichtrichtung als eine x-Richtung, die erste Richtung als eine y-Richtung und ein Punkt auf einer Linie, die in bezug auf die erste Ebene (101) symmetrisch zur optischen Achse (104) des einfallenden Lichtstrahls liegt, als Ursprung vorausgesetzt sind,
ein Teilungs- oder Gitterabstand in y-Richtung bei der Ausrichtmarke (73, 74, 78, 88) von demjenigen bei der Spaltmeßmarke (75, 76, 89, 90) verschieden ist und
die erste Detektoreinheit eine Abnahmeeinrichtung (26-1, 91, 92) zum Abnehmen oder Abgreifen eines der anderen dritten gebeugten Lichtstrahlen (0,±1)-ter Ordnung aufweist und die zweite Detektoreinheit eine Abnahmeeinrichtung (26-2, 93, 94) zum Abnehmen oder Abgreifen eines der anderen sechsten gebeugten Lichtstrahlen (0,±1)-ter Ordnung aufweist.
32. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß am ersten Objekt (13) zwei Marken (71, 72) und auf dem zweiten Objekt (12) zwei Ausrichtmarken (87, 88) sowie zwei Spaltmeßmarken (89, 90) angeordnet sind,
die Teilungs- oder Gitterabstände in der y-Richtung bei den beiden Ausrichtmarken (87, 88) voneinander verschieden sind und die Teilungs- oder Gitterabstände in der y-Richtung bei den beiden Spaltmeßmarken (89, 90, 91, 92) (ebenfalls) voneinander verschieden sind,
der von der Lichtquelle (17) emittierte Lichtstrahl jeweils für eine vorbestimmte Zeitspanne abwechselnd auf die beiden Marken (71, 72) geworfen wird,
die erste Detektoreinheit eine Abnahmeeinheit (91, 92) zum getrennten Abnehmen oder Abgreifen zweier Lichtstrahlen der anderen dritten gebeugten Lichtstrahlen, die durch die beiden Ausrichtmarken und die beiden Marken (71, 72) am ersten Objekt (13) gebeugt sind, und die zweite Detektoreinheit eine Abnahmeeinheit (26-1) zum getrennten Abnehmen oder Abgreifen von zwei Lichtstrahlen der anderen sechsten gebeugten Lichtstrahlen aufweist, die durch die beiden Spaltmeßmarken (75, 76) sowie die beiden Marken (71, 72) am ersten Objekt (13) gebeugt sind,
die Verschiebungseinstelleinheit eine Recheneinheit (95) zum Berechnen einer Differenz zwischen Intensitäten der beiden Lichtstrahlen der anderen dritten gebeugten Lichtstrahlen aufweist und
die Spalteinstelleinheit eine Recheneinheit (96) zum Berechnen einer Differenz zwischen Intensitäten der beiden Lichtstrahlen der anderen sechsten gebeugten Lichtstrahlen enthält.
33. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Marken (71, 72) am ersten Objekt angeordnet sind, während zwei Ausrichtmarken (73, 74) und zwei Spaltmeßmarken (75, 76) am zweiten Objekt (12) angeordnet sind,
die Teilungs- oder Gitterabstände in der y-Richtung bei den beiden Ausrichtmarken (73, 74) sowie die Teilungs- oder Gitterabstände in y-Richtung bei den Spaltmeßmarken (75, 76) jeweils einander gleich sind,
die erste Detektoreinheit eine Abnahmeeinheit (26-1) zum abwechselnden Abnehmen oder Abgreifen zweier Lichtstrahlen der anderen dritten gebeugten Lichtstrahlen, die durch die beiden Ausrichtmarken (73, 74) und die beiden Marken (71, 72) am ersten Objekt (13) gebeugt sind, für jeweils eine vorbestimmte Zeitspanne aufweist und die zweite Detektoreinheit eine Abnahmeeinheit (26-2) zum abwechselnden Abnehmen oder Abgreifen zweier Lichtstrahlen der anderen sechsten gebeugten Lichtstrahlen, die durch die beiden Spaltmeßmarken (75, 76) und die beiden Marken (71, 72) am ersten Objekt (13) gebeugt sind, für jeweils eine vorbestimmte Zeitspanne aufweist, wenn das Licht für jede vorbestimmte Zeitspanne abwechselnd auf die Marken (71, 72) am ersten Objekt (13) aufgestrahlt wird,
die Verschiebungseinstelleinheit eine Recheneinheit zum Berechnen einer Differenz zwischen Intensitäten der beiden Lichtstrahlen der anderen dritten gebeugten Lichtstrahlen enthält und
die Spalteinstelleinheit eine Recheneinheit zum Berechnen einer Differenz zwischen Intensitäten der beiden Lichtstrahlen der anderen sechsten gebeugten Lichtstrahlen aufweist.
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