DE68924024T2

DE68924024T2 - Verfahren und Vorrichtung zur zweidimensionalen Positionsdetektion.

Info

Publication number: DE68924024T2
Application number: DE68924024T
Authority: DE
Inventors: Hironobu Yokohama-Shi Kanagawa 223 Kitajima
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1988-09-12
Filing date: 1989-09-11
Publication date: 1996-05-09
Anticipated expiration: 2009-09-12
Also published as: DE68924024D1; JPH0275903A; EP0359170B1; EP0359170A3; JPH07119574B2; US4998823A; EP0359170A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Verfahren und Vorrichtungen zur zweidimensionalen Positionserfassung, insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur zweidimensionalen Positionserfassung, die zum Erfassen einer zweidimensionalen Position beim Positionieren eines Halbleiter-Wafers, einer Maske und dgl. geeignet sind.
Seit einiger Zeit besteht infolge der hohen Integrationsdichte bei integrierten Halbleiterschaltkreisen der Wunsch, die Feinheit von Mustern zu steigern. Als Ergebnis müssen der Halbleiter-Wafer und die Maske mit ein hohen Genauigkeit positioniert werden, und es ist erforderlich, die zweidimensionalen Positionen des Halbleiter-Wafers und der Maske mit einer hohen Genauigkeit zu erfassen.
Fig. 1A zeigt eine Darstellung zur Erklärung eines herkömmlichen eindimensionalen Positionserfassungsverfahrens. Ein kohärentes Licht CL tastet ein Beugungsgitter 10 in einer Richtung Y ab, wobei das Beugungsgitter 10 aus einem Gitter besteht, das sich in einer Richtung X erstreckt. Ein gebeugtes Licht DL, das mit einem vorbestimmten Winkel zu dem kohärenten Licht CL erzeugt ist, wird mittels eines Photosensors 11 erfaßt. Fig. 1B zeigt ein Ausgangssignal des Photosensors 11 bezogen auf die Abtastposition des kohärenten Lichts CL längs der Richtung Y. Die Position des Beugungsgitters 10 in der Richtung Y kann mit einer hohen Genauigkeit aus einer Spitzenwertposition y&sub0;, wo das Ausgangssignal des Photosensors 11 zu einem Maximum wird, erfaßt werden.
Im folgenden wird eine Beschreibung des Arbeitsprinzips eines Beugungsgitters des Doertragungstyps gegeben. Wie in Fig. 2A gezeigt, umfaßt ein Beugungsgitter des Übertragungstyps Öffnungen 12, die periodisch angeordnet sind. Die Wirkungen, welche die Öffnung 12 auf Amplitude und Phase des Lichts ausübt, sind von denen eines Umfanges der Öffnung 12 verschieden. Das Beugungsgitter ist in einem schraffierten Teil in einer XY-Ebene eines XYZ-Koordinatensysteins angeordnet, das in Fig. 2B gezeigt ist. In Fig. 2A, bezeichnen l u. s jeweils die vertikalen und horizontalen Längen der Öffnung 12, und d bezeichnet die Periode der Öffnungen 12 (oder Gitter). Eine ξ-Achse und eine η-Achse fallen jeweils mit der X-Achse bzw. der Y-Achse zusammen. Es sei angenommen, daß das Licht von einem Punkt Q(x&sub0;, y&sub0;, z&sub0; ausgeht und das Licht, welches über das Beugungsgitter empfangen wird, an einem Punkt P(x, y, z) überwacht wird. R&sub0; bezeichnet eine Distanz zwischen einem Nullpunkt O und dem Punkt P, und R bezeichnet eine Distanz zwischen dem Nullpunkt O und the Punkt P.
Wenn N Öffnungen 12 vorliegen, kann ein Zentrum (ξn, ηn) jeder Öffnung 12 durch den folgenden Formelsatz (1) gewonnen werden, wobei n = 0, 1, .. N-1 ist.
Wenn die Beugung in dem Fraunhofer-Bereich unter der Annahme betrachtet wird, daß die Distanzen R&sub0; und R verglichen mit der Größe des Gitters, das mit dem Licht bestrahlt wird, ausreichend groß sind, kann eine Lichtwelle U an dem Punkt P aus der folgenden Formel (2) gewonnen werden, wobei k = 2π/λ ist, λ die Wellenlänge des Lichts bezeichnet, wobei p = α - α&sub0;, q = β - β&sub0;, α&sub0; = -x&sub0;/R&sub0;, α = x/R, β&sub0; = -y&sub0;/R&sub0;, β = y/R sind und C eine Konstante bezeichnet.
Die Lichtwellen U(p, q) und U&sub0;(p, q) können demzufolge wie im folgenden angegeben unter Benutzung der Formeln (1) u. (2) beschrieben werden:
Dementsprechend kann die im folgenden angegebene Formel (3) gewonnen werden:
U(p,q) = (1-e-iNkpd)/(l-e-kpd) 4C [sin(kps/2)/(kps/2)] [sin(kql/2)/(kql/2)] ... (3)
Zusätzlich kann eine Lichtintensität J(p,q) durch die im folgenden angegebene Formel (4) beschrieben werden, wobei J&sub0; = C ²s²l²ist.
Aus Formel (4) wird gefunden, daß das gebeugte Licht in der Richtung kpd/2 = mπ (m = 0, ±1, ±2, ...) erzeugt wird, d. h. in der Richtung α - α&sub0; = ml/d. Das Licht, welches jedem m entspricht wird als Spektrum m-ter Ordnung bezeichnet.
Fig. 3 zeigt allgemein einen wesentlichen Teil eines Beispiels für eine herkömmliche eindimensionale Positionserfassungs-Vorrichtung. Ein Laserlicht, das von einer Laserröhre 20 emittiert ist, wird von einem Spiegel 21 reflektiert und auf ein Beugungsgitter des Reflexionstyps abgestrahlt, das sich in der Richtung X erstreckt. Ein Spektrum -1-ter Ordnung, welches durch das Beugungsgitter 22 erzeugt ist, wird mittels des Spiegels 21 reflektiert und von einem Photosensor 23 empfangen, der in Nachbarschaft zu der Laserröhre 20 vorgesehen ist. Ein zwischen einer Spiegeloberfläche 21a des Spiegels 21 und der Z-Achse gebildeter Winkel Θm ist derart eingestellt, daß ein Spektrum 0-ter Ordnung den Photosensor 23 nicht als ein Rauschsignal erreicht. Gemäß Fig. 3 wird das Beugungsgitter 21 in der Richtung Y abgetastet, die senkrecht zu der Papierebene verläuft, um auf diese Weise die Position längs der Richtung Y zu erfassen.
Die herkömmliche eindimensionale Positionserfassungs-Vorrichtung erfaßt einfach die eindimensionale Position eines Objekts. Demzufolge muß ein Paar solcher eindimensionaler Positionserfassungs-Vorrichtungen benutzt werden, um eine zweidimensionale Position des Objekts zu erfassen. Jedoch besteht in diesem Fall ein Problem dahingehend, daß die Genauigkeit der Positionserfassung infolge eines Fehlers in der Anordnung der zwei eindimensionaler, Positionserfassungs-Vorrichtungen relativ zueinander gering wird. Zusätzlich bestehen Probleme dahingehend, daß das Beugungsgitter, welches durch die eine eindimensionale Positionserfassungs-Vorrichtung erfaßt wird, um eine bestimmte Distanz von dem Beugungsgitter getrennt sein muß, das durch die andere eindimensionale Positionserfassungs-Vorrichtung erfaßt wird, und daß jede eindimensionale Positionserfassungs-Vorrichtung für sich allein eine zweidimensionale Position eines Punkts nicht erfassen kann.
Eine ähnliche zweidimensionale Positionserfassungs-Vorrichtung ist in der Druckschrift EP-A-0 113 633 offenbart. Die darin beschriebene Positionserfassungs-Vorrichtung umfaß im wesentlichen zwei Beugungsgitters, die rechtwinklig zueinander angeordnet sind.
Dementsprechend besteht eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein neuartiges und brauchbares zweidimensionales Positionserfassungs-Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, bei denen die zuvor beschriebenen Probleme beseitigt sind.
Eine weitere und speziellere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein zweidimensionales Positionserfassungs-Verfahren zur Erfassung einer zweidimensionalen Position eines Objekts zu schaffen, das auf sich ein Beugungsgitter aufweist, wobei das Beugungsgitter aus einem ersten Gitterteil in einer ersten Richtung und einem zweiten Gitterteil besteht, das sich in einer zweiten Richtung erstreckt, die zu der ersten Richtung senkrecht verläuft, welches zweidimensionale Positionserfassungs-Verfahren Schritte umfaßt zum Abtasten des ersten Gitterteils des Beugungsgitters in der zweiten Richtung mittels eines kohärenten Lichts, Erfassen eines Spektrums m-ter Ordnung mittels eines Photosensors, das durch eine Beugung des kohärenten Lichts erzeugt ist, die durch den ersten Gitterteil verursacht ist, wobei m eine ganze Zahl ist, Abtasten des zweiten Gitterteils des Beugungsgitters in der ersten Richtung mittels des kohärenten Lichts und Erfassen eines Spektrums 0-ter Ordnung mittels des Photosensors, das durch eine Beugung des kohärenten Lichts erzeugt ist, welche durch den zweiten Gitterteil verursacht ist, um dadurch die zweidimensionale Position bei einer Durchschneidung der ersten und zweiten Gitterteile des Beugungsgitters zu erfassen.
Gemäß dem zweidimensionalen Positionserfassungs-Verfahren nach der vorliegenden Erfindung ist es nur erforderlich, eine einzige Lichtquelle zum Erzeugen des kohärenten Lichts, ein einziges optisches System zum Konvergieren des kohärenten Lichts auf dem Objekt und einen einzigen Photosensor zum Erfassen des gebeugten Lichts zu benutzen. Demzufolge kann eine genaue zweidimensionale Positionserfassung mit einer einfachen Anordnung durchgeführt werden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine zweidimensionale Positionserfassungs-Vorrichtung zum Erfassen einer zweidimensionalen Position eines Objekts, das ein Beugungsgitter auf sich aufweist, zu schaffen, wobei das Beugungsgitter aus einem ersten Gitterteil, welcher sich in einer ersten Richtung erstreckt, und einem zweiten Gitterteil, welcher sich in einer zweiten Richtung erstreckt, die senkrecht zu der ersten Pichtung verläuft, besteht, welche zweidimensionale Positionserfassungs-Vorrichtung umfaßt: eine einzige Lichtquelle zum Emittieren eines kohärenten Lichts, Konvergierungsmittel zum Konvergieren des kohärenten Lichts auf dem Objekt, Attastmittel zum Erzeugen einer relativen Bewegung zwischen dem kohärenten Licht und dem Objekt in den ersten und zweiten Richtungen, um so den ersten Gitterteil des Beugungsgitters in der zweiten Richtung mittels des kohärenten Lichts abzutasten und den zweiten Gitterteil des Beugungsgitters in der ersten Richtung mittels des kohärenten Lichts abzutasten, und einen einzigen Photosensor zum Erfassen eines Spektrurns m-ter Ordnung, das durch eine neugung des kohärenten Lichts erzeugt ist, die durch den ersten Gitterteil während der Abtastung in der zweiten Richtung verursacht ist, und zum Erfassen eines Spektrums 0-ter Ordnung, das durch eine Beugung des kohärenten Lichts erzeugt ist, die durch den zweiten Gitterteil während der Abtastung in der ersten Richtung verursacht ist, wobei m eine ganze Zahl ist, um dadurch die zweidimensionale Position bei einer Durchschneidung der ersten und zweiten Gitterteile des Beugungsgitters zu erfassen. Gemäß der zweidimensionalen Positionserfassungs- Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung kann eine genaue zweidimensionale Positionserfassung mit einer einfachen An ordnung durchgeführt werden, weil es nur erforderlich ist, eine einzige Lichtquelle zum Erzeugen des kohärenten Lichts, ein einziges optisches System zum Konvergieren des kohärenten Lichts auf dem Objekt und einen einzigen Photosensor zum Erfassen des gebeugten Lichts vorzusehen.
Weitere Aufgaben und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der im folgenden im einzelnen anhand der Figuren gegebenen Beschreibung ersichtlich.
Fig. 1A zeigt eine Darstellung zur Erklärung eines Beispiels für ein herkömmliches eindimensionales Positionserfassungs-Verfahren
Fig. 1B zeigt ein Diagramm der Beziehung eines Ausgangssignals eines Photosensors zu einer Licht-Abtastposition gemäß Fig. 1A.
Fig. 2A zeigt ein Beispiel für ein Beugungsgitter.
Fig. 2B zeigt ein Koordinatensystem zur Erklärung einer Anordnung des in Fig. 2A gezeigten Beugungsgitters.
Fig. 3 zeigt in allgemeiner Form einen wesentlichen Teil eines Beispiels für eine herkömmliche eindimensionale Positionserfassungs-Vorrichtung.
Fig. 4A u. Fig. 48 zeigen jeweils einen wesentlichen Teil eines Ausführungsbeispiels einer zweidimensionalen Positionserfassungs-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, welche Vorrichtung ein Ausführüngsbeispiel eines zweidimensionalen Positionserfassungs-Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt.
Fig. 5 zeigt eine Darstellung der Beziehung zwischen einem Ausdruck w(q) und einer Größe q zur Erklärung des in Fig. 4A bzw. Fig. 4B gezeigten Ausführungsbeispiels.
Fig. 6 zeigt ein Diagramm zur ins einzelne gehenden Erklärung des Ausführungsbeispiels.
Fig. 7 zeigt eine Draufsicht, die ein Beugungsgitter darstellt, das in dem Ausführungsbeispiel benutzt wird.
Fig. 8A u. Fig. 8B zeigen jeweils ein Ausgangssignal eines Photosensors in dem the Ausführungsbeispiel.
Fig. 9 zeigt eine Darstellung zur Erklärung eines Ausführungsbeispiels der zweidimensionalen Positionserfassungs-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die auf eine Erfassung einer Wafer-Position angewendet wird.
Fig. 10 zeigt eine Darstellung zur Erklärung eines Ausführungsbeispiel des zweidimensionalen Positionserfassungs-Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung, das auf eine Erfassung einer Wafermasken-Position angewendet wird.
Fig. 4A u. Fig. 4B zeigen jeweils einen wesentlichen Teil eines Ausführungsbeispiels einer zweidimensionalen Positionserfassungs-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, welche Vorrichtung ein Ausführungsbeispiel eines zweidimensionalen Positionserfassungs-Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt. Gemäß Fig. 4A u. Fig. 4B emittiert eine Laserröhre 30 ein Laserlicht in der Richtung Y, die senkrecht der Richtung X verläuft, in welcher sich die Gitter eines Beugungsgitters 33 vom Reflexionstyp erstrecken.
Ahnlich wie zuvor beschrieben ist ein Winkel ΘM, der zwischen einer Spiegeloberfläche 31a eines Spiegels 31 und der Z-Achse gebildet ist, derart eingestellt, daß das Spektrum 0-ter Ordnung, welches konstant ohne Rücksicht auf das Vorhandensein des Beugungsgitters 33 erzeugt wird, nicht einen Photosensor 32 als ein Rauschsignal erreicht. Jedoch hat ein Laserlicht, das erzeugt wird, wenn das Licht aus der Laserröhre 30 auf das Beugungsgitter 33 abgestrahlt wird, wie aus Fig. 48 ersichtlich eine endliche Srreuung, die durch Formel (4) dedefiniert ist. Die Streuung des Spektrums 0-ter Ordnung ist durch den Ausdruck [sin(kql/2)/(kql/2)] der Formel (4) gegeben. Wenn dieser Ausdruck mit w(q) bezeichnet wird, wird eine Beziehung zwischen dem Ausdruck w(q) und der Größe q zu einer solchen, wie sie in Fig. 5 gezeigt ist.
Die Beziehung w(q) = 0 gilt, wenn kql/2 = ±mπ (m = 0,1,2 ...) serfüllt ist, d. h. wenn q = ±mλ/l gilt. Demzufolge ist es möglich, im wesentlichen -λ/l < q < λ/l als die Streuung des Spektrums 0-ter Ordnung zu betrachten, und diese Streuung kann durch Variieren der Länge l jeder Öffnung des Beugungsgitters 33 längs the Richtung η eingestellt werden.
Fig. 6 zeigt ein Diagramm zur ins einzelne gehenden Erklärung des Ausführungsbeispiels. Gemäß Fig.6 erzeugt die Laserröhre 30 ein Laserlicht, das eine Wellenlänge von 0.78 um hat, und dieses Laserlicht, welches durch einen schraffierten Bereich I dargestellt ist, wird über ein optisches System innerhalb der Laserröhre 30 emittiert. Das Laserlicht, welches von der Laserröhre 30 emittiert ist, wird an der Spiegeloberfläche 31a des Spiegels 31 reflektiert und konvergiert bei einem Fokuspunkt-Punkt F.
Die Spiegeloberfläche 31a des Spiegels 31 ist um 47º zu der Richtung Z geneigt, um auf diese Weise das Spektrum 0-ter Ordnung, welches erzeugt wird, wenn kein Beugungsgitter bei dem Punkt F existiert, daran zu hindern, den Photosensor 32 zu erreichen. Dieses Spektrum 0-ter Ordnung, das erzeugt wird, wenn kein Beugungsgitter bei dem Punkt F existiert, ist durch einen schraffierten Bereich 11 dargestellt.
Das Beugungsgitter 33 vom Reflexionstyp hat Gitter, die wie in Fig. 7 gezeigt angeordnet sind. Das Beugungsgitter 33 umfaßt einen Gitterteil 33x, der aus quadratischen Öffnungen 34 gebildet ist, und einen Gitterteil 33y, der aus quadratischen Öffnungen 35 gebildet ist. Die Öffnungen 34 u. 35 haben jeweils eine Seite mit einer Länge l = 2 um. The Öffnungen 34 erstrecken sich in der Richtung X mit einer Periode von 4 um, und die Öffnungen 35 erstrecken sich in der Richtung Y mit einer Periode von 4 um. Die Gitterteile 33x u. 33y durchschneiden einander bei einem Punkt P.
Der Photosensor 32 ist in einer Position in Nachbarschaft der Laserröhre 30 so angeordnet, daß er das Spektrum -1-ter Ordnung empfängt, welches erzeugt wird, wenn der Gitterteil 33y mit dem Punkt F zusammenfällt. Dieses Spektrum -1-ter Ordnung bildet einen Winkel von 7.19º in bezug auf eine Linie, die durch den Punkt F verläuft und parallel zu der Richtung Z liegt.
Die X-Koordinate des Gitterteils 33y kann durch Abtasten des Gitterteils 33y bei dem Punkt F in der Richtung X unter den zuvor beschriebenen Bedingungen erfaßt werden.
Als nächstes wird der Gitterteil 33x in der Richtung Y abgetastet. Wie aus Formel (4) ersichtlich, ist die Streuung des Spektrums 0-ter Ordnung, welches durch den Gitterteil 33x erzeugt wird, -λ/l ≤ q ≤ λ/l in bezug auf die Mitte des Spektrums 0-ter Ordnung. Jedoch muß, da sich aus Formel (4) ergibt, daß das Spektrum -I-ter Ordnung durch den Gitterteil 33y in the Richtung q = -λd erzeugt wird, die Beziehung l < d erfüllt sein, um das Spektrum 0-ter Ordnung zu erfassen, welches durch den Gitterteil 33x erzeugt wird.
In einem oberen Teil von Fig.6 ist eine Intensitätsverteilungskurve des Spektrums 0-ter Ordnung gezeigt, welches durch den Gitterteil 33x erzeugt wird. Das Bezugszeichen 32M bezeichnet eine imaginäre Position des Photosensor 32. Diese imaginäre Position 32M ist symmetrisch zu dem Photosensor 32 relativ zu dem Spiegel 31 angeordnet. Die Intensitätsverteilungskurve des Spektrums 0-ter Ordnung für den Fall, in dem l = 2 um ist, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist, ist durch eine durchgehende Linie III dargestellt, und es ist möglich, angenähert 40% des Spektrums 0-ter Ordnung in dieser Position des Photosensors 32 zu erfassen. Zu Vergleichszwecken ist eine Intensitätsverteilungskurve des Spektrums 0-ter Ordnung für den Fall durch eine strichpunktierte Linie IV dargestellt, in dem l = 4 um ist, und es ist unmöglich, das Spektrum 0-ter Ordnung in dieser Position des Photosensors 32 zu erfassen.
Aus diesem Grund ändert sich, wenn der in Fig. 6 gezeigte Gitterteil 33y des Beugungsgitters 33 bei dem Punkt F in der Richtung X abgetastet wird, ein Ausgangssignal des Photosensors 32 wie in Fig. 8A gezeigt. Andererseits ändert sich, wenn der in Fig. 6 gezeigte Gitterteil 33x des Beugungsgitters 33 bei dem Punkt F in der Richtung Y abgetastet wird, das Ausgangssignal des Photosensors 32 wie in Fig. 8B gezeigt. Aus dem Ausgangssignal des Photosensors 32 heraus, das während des Abtastens in den Richtungs X u. Y gewonnen wird, ist es möglich, die Position des Beugungsgitters 33 in den Richtungen X u. Y, d. h. die zweidimensionale Position des Punkts P des Beugungsgitters 33, zu erfassen. Demzufolge nutzt dieses Ausführungsbeispiel wirkam die Tatsache aus, daß das Spektrum 0-ter Ordnung nur streut, wenn das Laserlicht das Beugungsgitter 33 abtastet.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist es nur erforderlich, eine Laserröhre 30, einen Spiegel 31 und einen Photosensor 32 zu benutzen. Demzufolge wird der Aufbau der zweidimensionalen Positionseerfassungs-Vorrichtung einfach. Darüber hinaus wird kein Fehler durch die Anordnung der Vorrichtung eingeführt, weil nur ein optisches System benötigt wird, um die zweidimensionale Position eines Punkts zu erfassen, wodurch es möglich wird, die Genauigkeit der zweidimensionalen Positionserfassung beim Erfassen der Position des Punkts P, der an dem Ort der Durchschneidung der Gitterteile 33x u. 33y angeordnet ist, zu erhöhen.
Die Anordnung der Gitter des Beugungsgitters 33 ist selbstverständlich nicht auf diejenige beschränkt, die in Fig. 7 gezeigt ist. Beispielsweise ist es auch möglich, eine Öffnung bei dem Ort der Durchschneidung der Gitterteile 33x u. 33y, d. h. bei dem Punkt P, vorzusehen. Zusätzlich ist es möglich, den Gitterteil 33x in der Richtung Y zu wiederholen und den Gitterteil 33y in the Richtung X zu wiederholen.
Unter Betrachtung der Tatsache, daß sowohl das Spektrum m-ter Ordnung (m ist eine ganze Zahl), welches während des Abtastens in der Richtung X erzeugt wird, als auch das Spektrum 0-ter Ordnung, welches während des Abtastens in der Richtung Y erzeugt wird, durch denselben Photosensor 32 erfaßt werden, ist es wünschenswert, jedoch nicht wesentlich, daß die Streuung des Spektrums 0-ter Ordnung so gewählt wird, daß angenähert gleiche Pegel (1ntensitäten) bei dem Photosensor 32 erfaßt werden.
Als nächstes wird anhand von Fig. 9 eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der zweidimensionalen Positionserfassungs-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gegeben, welche Vorrichtung auf die Positionserfassung eines Halbleiter-Wafers angewendet wird. Gemäß Fig. 9 ist ein Halbleiter-Wafer 50 auf einer XY-Arbeitsplatte 51 fixiert, die in den Richtungen X u. Y mittels betreffender bekannter Bewegungsmittel 52 u. 53 bewegbar ist. Das Beugungsgitter 33, welches zuvor beschrieben ist, ist auf dem Halbleiter-Wafer 50 an zwei Orten ausgebildet. Es sind zwei optische Systeme 60 u. 61 vorgesehen, um die betreffenden Beugungsgitter 33 abzutasten. Die zwei optischen Systeme 60 u. 61 haben identische Aufbauten, und es sind nur die wesentlichen Elemente des optischen Systems 60 mit Bezugszeichen versehen. Das optische System 60 umfaßt allgemein die Laserröhre 30, den Spiegel 31, welcher die Spiegeloberfläche 31a hat, und den Photosensor 32. Obgleich in Fig. 9 nicht gezeigt, ist ein bekanntes Mittel zum Messen der Bewegungsbeträge der XY- Arbeitsplatte 51 in den R)chtungen X u. Y vorgesehen.
Gemäß der in Fig. 9 gezeigten Anordnung ist es möglich, die Position des Halbleiter-Wafers 50 aus den Ergebnissen der zweidimensionalen Positionserfassungen, die mittels der zwei optischen Systeme 60 u. 61 durchgeführt werden, genau zu erfassen. Beim Abtasten des Beugungsgitters 33 durch das optische System 60 (or 61) ist es möglich, die XY-Arbeitsplatte feststehend zu halten und das optische System 60 (or 61) oder das abtastende Laserlicht in den Richtungen X u. Y zu bewegen, statt die XY-Arbeitsplatte 51 zu bewegen.
Als nächstes wird anhand von Fig. 10 eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels des zweidimensionalen Positionserfassungs-Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung gegeben, welches Verfahren auf die Erfassung der Position einer Maske relativ zu einem Halbleiter-Wafer angewendet wird.
Gemäß Fig. 10 ist eine Maske 70 in den Richtungen X u. Y relativ zu dem Halbleiter-Wafer 50 zu positionieren, und diese Maske 70 hat eine kreisrunde Fresnel-Zonenplatte 71. Die kreisrunde Fresnel-Zonenplatte 71 enthält konzentrische Ringe, die abwechselnd lichtdurchlässig und lichtundurchlässig sind, und jeder Ring hat einen Radius rn (n = 1, 2, ...) derart, daß r²n = nfλ + n²(λ²/4) ist, wobei f eine Fokusdistanz der kreisrunden Fresnel-Zonenplatte 71 bezeichnet und λ die Wellenlänge eines Laserlichts LL bezeichnet. Das Laserlicht LL, welches von einem optischen System (nicht gezeigt) emittiert ist, wird durch die kreisrunde Fresnel-Zonenplatte 71 auf das Beugungsgitter 33 des Halbleiter-Wafers 50 fokussiert.
Auf diese Weise ist es durch Abtaten des Beugungsgitters 33 mittels des Laserlichts LL durch die relative Bewegung zwischen dem Laserlicht LL und dem Halbleiter-Wafer 50 möglich, die Position des Halbleiter-Wafer 50 relativ zu der Maske 70 genau zu erfassen. Wie zuvor beschrieben, ist es möglich, den Halbleiter Wafer 50 zu bewegen oder das optische System oder das Laserlicht LL zu bewegen. Selbstverständlich werden die relativen Positionen der Maske 70 und des Halbleiter- Wafer 50 in der Richtung Z durch ein bekanntes Mittel vor dem Positionieren der Maske 70 in den Richtungen X u. Y eingestellt.

Claims

1. Verfahren zur zweidbnensionalen Positionserfassung zum Erfassen einer zweidimensionalen Position eines Objekts, das ein Beugungsgitter (33) hat, das auf ihm vorgesehen ist, welches Beugungsgitter einen ersten Gitterteil (33x), der sich in einer ersten Richtung (X) erstreckt, und einen zweiten Gitterteil (33y) umfaßt, der sich in einer zweiten Richtung (Y) erstreckt, die senkrecht zu der ersten Richtung liegt, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren zur zweidimensionalen Positionserfassung Schritte umfaßt zum Abtasten des ersten Gitterteils des Beugungsgitters in der zweiten Richtung mittels eines kohärenten Lichts,

Erfassen eines Spektrums m-ter Ordnung mittels eines Photosensors (32), das durch eine Beugung des kohärenten Lichts erzeugt ist, die durch den ersten Gitterteil verursacht ist, wobei in eine ganze Zahl ist,

Abtasten des zweiten Gitterteils des Beugungsgitters in der ersten Richtung mittels des kohärenten Lichts und

Erfassen einer Streuung eines Spektrums 0-ter Ordnung mittels des Photosensors, die durch eine Beugung des kohärenten Lichts erzeugt ist, welche durch den zweiten Gitterteil verursacht ist, um dadurch die zweidimensionale Position bei einer Durchschneidung der ersten und zweiten Gitterteile des Beugungsgitters zu erfassen.

2. Verfahren zur zweidimensionalen Positionserfassung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt zum Abtasten des ersten Gitterteils (33x) und der Schritr zum Abtasten des zweiten Gitterteils (33y) eine einzige Laserröhre (30) zum Erzeugen des kohärenten Lichts benutzen.

3. Verfahren zur zweidimensionalen Positionserfassung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenneichnet, daß der Schritt zum Abtasten des ersten Gitterteils (33x) entweder das Objekt oder das kohärente Licht in der zweiten Richtung (Y) bewegt und der Schritt zum Abtasten des zweiten Gitterteils (33y) entweder das Objekt oder das kohärente Licht in der ersten Richtung (X) bewegt.

4. Verfahren zur zweidimensionalen Positionserfassung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Gitterteile (33x, 33y) jeweils quadratische Öffnungen (34, 35) enthalten, die periodisch in den jeweiligen ersten und zweiten Richtungen (X, Y) mit einer vorbestimmten Periode angeordnet sind, wobei jede der Öffnungen eine Seite hat, die eine Länge aufweist, welche kleiner als die vorbestimmte Periode ist.

5. Verfahren zur zweidiinensionalen Positionserfassung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt zum Erfassen des Spektrums 0-ter Ordnung eine Streuung des Spektrums 0-ter Ordnung benutzt, die auftritt, wenn der zweite Gitterteil (33y) in der ersten Richtung (X) mittels des kohärenten Lichts abgetastet wird.

6. Verfahren zur zweidimensionalen Positionserfassung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt zum Abtasten des ersten Gitterteils (33x) und der Schritt zum Abtasten des zweiten Gitterteils (33y) einen Spiegel (31) zum Reflektieren des kohärenten Lichts auf dem Beugungsgitter (33) benutzen, wobei der Spiegel angeordnet ist, um das Spektrum m-ter Ordnung während der Abtastung in der zweiten Richtung (Y) auf den Photosenor 32 zu richten und die Streuung des Spektrums 0-ter Ordnung während der Abtastung in der ersten Richtung (X) auf den Photosensor zu dichten.

7. Verfahren zur zweidimensionalen Positionserfassung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel (31) angeordnet ist, um zu verhindern, daß Licht bei einem Zentrum des Spektrums 0-ter Ordnung, welches erzeugt wird, wenn das kohärente Licht einen Teil des Objekts ohne Beugung abtastet, auf den Photosensor (32) gerichtet wird.

8. Verfahren zur zweidimensionalen Positionserfassung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt ein Halbleiter-Wafer (50) ist.

9. Verfahren zur zweidimensionalen Positionserfassung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter-Wafer (50) relativ zu einer Maske (70) positioniert ist, die mit einer kreisförmigen Fresnel-Zonenplatte (71) auf sich versehen ist, und der Schritt zum Abtasten des ersten Gitterteils (33x) und der Schritt zum Abtasten des zweiten Gitterteils (33y) die kreisförmige Fresnel-Zonenplatte zum Konvergieren des kohärenten Lichts auf dem Beugungsgitter (33) benutzen.

10. Vorrichtung zur zweidimensionalen Positionserfassung zum Erfassen einer zweidimensionalen Position eines Objekts, welches ein Beugungsgitter (33) hat, das auf ihm vorgesehen ist, welches Beugungsgitter einen ersten Gitterteil (33x), der sich in einer ersten Richtung (X) erstreckt, und einen zweiten Gitterteil (33y) umfaßt, der sich in einer zweiten Richtung (Y) erstreckt, die senkrecht zu der ersten Richtung liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Erfassen einer zweidimensionalen Position umfaßt:

eine einzige Lichtquelle (30) zum Emittieren eines kohärenten Lichts,

Konvergierungsmittel (31, 71) zum Konvergieren des kohärenten Lichts auf dem Objekt,

Abtastmittel (52, 53) zum Erzeugen einer relativen Bewegung zwischen dein kohärenten Licht und dem Objekt in den ersten und zweiten Richtungen, um so den ersten Gitterteil des Beugungsgitters in der zweiten Richtung mittels des kohärenten Lichts abzutasten und den zweiten Gitterteil des Beugungsgitters in der ersten Richtung mittels des kohärenten Lichts abzutasten, und

einen einzigen Photosensor (32) zum Erfassen eines Spektrums m-ter Ordnung, das durch eine Beugung des kohärenten Lichts erzeugt ist, die durch den ersten Gitterteil während der Abtastung in der zweiten Richtung verursacht ist, und zum Erfassen einer Streuung eines Spektrums 0-ter Ordnung, das durch eine Beugung des kohärenten Lichts erzeugt ist, die durch den zweiten Gitterteil während der Abtastung in der ersten Richtung verursacht ist, wobei m eine ganze Zahl ist, um dadurch die zweidimensionale Position bei einer Durchschneidung der ersten und zweiten Gitterteile des Beugungsgitters zu erfassen.

11. Vorrichtung zur zweidimensionalen Positionserfassung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (30) aus einer Laserröhre (30) zum Erzeugen des kohärenten Lichts besteht.

12. Vorrichtung zur zweidimensionalen Positionserfassung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastmittel (52, 53) aus einem Mittel (52) zum Bewegen des Objekts in der zweiten Richtung und einem Mittel (53) zum Bewegen des Objekts in der ersten Richtung bestehen.

13. Vorrichtung zur zweidimensionalen Positionserfassung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Gitterteile (33x, 33y) jeweils quadratische Öffnungen (34, 35) umfassen, die periodisch in den betreffenden ersten und zweiten Richtungen (X, Y) mit einer vorbestimmten Periode angeordnet sind, wobei jede Öffnung eine Seite aufweist, die eine Länge hat, welche kleiner als die vorbestimmte Periode ist.

14. Vorrichtung zur zweidimensionalen Positionserfassung nach einem der Anspsrüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Photosensor (30) bei einer Position angeordnet ist, um das Spektrum 0-ter Ordnung zu erfassen, das streut, wenn der zweite Gitterteil (33y) in der ersten Richtung (X) mittels des kohärenten Lichts abgetastet wird.

15. Vorrichtung zur zweidimensionalen Positionserfassung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Konvergierungsmittel (31) aus einem Spiegel (31) zum Reflektieren des kohärenten Lichts auf dem Objekt besteht, welcher Spiegel angeordnet ist, um das Spektrum m-ter Ordnung während des Abtastens in der zweiten Richtung (Y) auf den Photosensor (32) zu richten und die Streuung des Spektrums 0-ter Ordnung während des Abtastens in der ersten Richtung (X) auf den Photosensor zu richten.

16. Vorrichtung zur zweidimensionalen Positionserfassung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel (31) angeordnet ist, um zu verhindern, daß ein Licht bei einem Zentrum des Spektrums 0-ter Ordnung, das erzeugt wird, wenn das kohärente Licht einen Teil des Objekts ohne Beugung abtastet, auf den Photosensor (32) gerichtet wird.

17. Vorrichtung zur zweidimensionalen Positionserfassung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt ein Halbleiter-Wafer (50) ist.

18. Vorrichtung zur zweidimensionalen Positionserfassung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbieiter-Wafer (50) relativ zu einer Maske (70) posioniert ist, die mit einer kreisförmigen Fresnel-Zonenplatte (71) auf sich versehen ist, welche kreisförmige Fresnel-Zonenplatte das kohärente Licht auf dem Beugungsgittor (33) konvergiert, wenn die ersten und zweiten Gitterteile (33x, 33y) abgetastet werden.