JP2677662B2 - 相対位置合せ方法および装置 - Google Patents
相対位置合せ方法および装置Info
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- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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- G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
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- G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
- G03F9/7003—Alignment type or strategy, e.g. leveling, global alignment
- G03F9/7023—Aligning or positioning in direction perpendicular to substrate surface
Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、対向配置された第１の物体と第２の物体と
を対向方向と直交する面内での位置合せおよび対向間隙
を設定するための位置合せを行なうときに好適な相対位
置合せ方法およびその装置に関する。
を対向方向と直交する面内での位置合せおよび対向間隙
を設定するための位置合せを行なうときに好適な相対位
置合せ方法およびその装置に関する。
（従来の技術） 周知のように、超LSIの回路パターンを形成するとき
には、露光装置が使用されている。このような装置を用
いてパターン転写を行なう場合、露光に先立ってマスク
とウェハとを対向方向と直交する面内で高精度に位置合
せするとともにマスクとウェハとの平行を保ちながら対
向間隙を高精度に設定する必要がある。
には、露光装置が使用されている。このような装置を用
いてパターン転写を行なう場合、露光に先立ってマスク
とウェハとを対向方向と直交する面内で高精度に位置合
せするとともにマスクとウェハとの平行を保ちながら対
向間隙を高精度に設定する必要がある。
ところで、マスクとウェハとの水平面内での位相合せ
を比較的高精度に行なえる方法としては、回折格子を用
いた光ヘテロダイン干渉式位置合せ法が知られている。
この位置合せ法は、第10図に示すように、マスク１とウ
ェハ２とに対称的に配置された３つの回折格子３、4a、
4bを用いている。回折格子３、4a、4bは、ともに１次元
のストライプ状の回折格子であり、ピッチはPW＝2/3PM
（Ｗはウェハ側,Mはマスク側）に設定されている。この
３つの回折格子３、4a、4bの全面に周波数がわずかに異
なる２つの相直交する直線偏光（周波数f1,f2）の合成
光uiを照射する。このとき、入射光uiは第10図に示すよ
うに、｛ｕ（1,−１）,u（−1,2）｝からなる光IS1と、
｛ｕ（−1,1）,u（1,−２）｝からなる光IS2とに分離し
て出てくる。IS1とIS2とは、Δｆ＝|f2−f1|なる周波数
で時間変化するビート信号である。このIS1とIS2とをア
ナライザ５、６を介してそれぞれ検出器７、８で検出
し、両者の位相差φを検出することにより、マスク１と
ウェハ２との相対位置ずれを検出するようにしている。
そして、その結果に基いて位置調整機構を制御するよう
にしている。
を比較的高精度に行なえる方法としては、回折格子を用
いた光ヘテロダイン干渉式位置合せ法が知られている。
この位置合せ法は、第10図に示すように、マスク１とウ
ェハ２とに対称的に配置された３つの回折格子３、4a、
4bを用いている。回折格子３、4a、4bは、ともに１次元
のストライプ状の回折格子であり、ピッチはPW＝2/3PM
（Ｗはウェハ側,Mはマスク側）に設定されている。この
３つの回折格子３、4a、4bの全面に周波数がわずかに異
なる２つの相直交する直線偏光（周波数f1,f2）の合成
光uiを照射する。このとき、入射光uiは第10図に示すよ
うに、｛ｕ（1,−１）,u（−1,2）｝からなる光IS1と、
｛ｕ（−1,1）,u（1,−２）｝からなる光IS2とに分離し
て出てくる。IS1とIS2とは、Δｆ＝|f2−f1|なる周波数
で時間変化するビート信号である。このIS1とIS2とをア
ナライザ５、６を介してそれぞれ検出器７、８で検出
し、両者の位相差φを検出することにより、マスク１と
ウェハ２との相対位置ずれを検出するようにしている。
そして、その結果に基いて位置調整機構を制御するよう
にしている。
しかしながら、このような位置合せ方法では、次のよ
うな問題があった。すなわち、IS1とIS2とがそれぞれ２
光源のみで形成されるようにするには、マスク１側のピ
ッチPMとウェハ２側のピッチPWとを極めて細かく（PM＝
1.08μm,PM＝0.72μｍ）しなければならない。このた
め、位置ずれ検出範囲が極めて狭く（±0.18μｍ）な
り、この結果、これらとは別に非常に高精度な粗位置合
せ装置を必要とする不便さがある。また、位相差φは、
マスク１とウェハ２との間の間隙長ｚが大きい範囲（約
50μｍ以上）では間隙長ｚには無関係となる。しかし、
たとえばＸ線転写等で実用的とされる間隙長（20〜30μ
ｍ）の範囲では位相差φが間隙長ｚの影響を受ける。こ
のため、上記範囲では間隙長ｚを精度よく管理しなけれ
ば面内方向の位置ずれ検出精度が悪くなる問題があっ
た。
うな問題があった。すなわち、IS1とIS2とがそれぞれ２
光源のみで形成されるようにするには、マスク１側のピ
ッチPMとウェハ２側のピッチPWとを極めて細かく（PM＝
1.08μm,PM＝0.72μｍ）しなければならない。このた
め、位置ずれ検出範囲が極めて狭く（±0.18μｍ）な
り、この結果、これらとは別に非常に高精度な粗位置合
せ装置を必要とする不便さがある。また、位相差φは、
マスク１とウェハ２との間の間隙長ｚが大きい範囲（約
50μｍ以上）では間隙長ｚには無関係となる。しかし、
たとえばＸ線転写等で実用的とされる間隙長（20〜30μ
ｍ）の範囲では位相差φが間隙長ｚの影響を受ける。こ
のため、上記範囲では間隙長ｚを精度よく管理しなけれ
ば面内方向の位置ずれ検出精度が悪くなる問題があっ
た。
一方、マスクとウェハとの間の間隙長ｚを設定する方
法としては、回折格子を用いた設定法が知られている。
この設定法は、第11図に示すように、マスク１にストラ
イプ状の回折格子９を設けるとともにウェハ２に反射面
10を設けている。そして、マスク１の上面からレーザ光
11を照射して、回折格子９によって生じる１次回折光の
強度I+1または−１次回折光の強度I-1を測定し、この強
度と第12図に示す関係を利用してマスク１とウェハ２と
の間隙長ｚを目標値に設定するようにしている。
法としては、回折格子を用いた設定法が知られている。
この設定法は、第11図に示すように、マスク１にストラ
イプ状の回折格子９を設けるとともにウェハ２に反射面
10を設けている。そして、マスク１の上面からレーザ光
11を照射して、回折格子９によって生じる１次回折光の
強度I+1または−１次回折光の強度I-1を測定し、この強
度と第12図に示す関係を利用してマスク１とウェハ２と
の間隙長ｚを目標値に設定するようにしている。
しかし、このような間隙設定法では、回折光の強度を
測定しているので、レーザ光11のマスク材料に対する透
過率、ウェハ表面における反射率等に変化があると、必
然的に信号（光強度）の対雑音比（S/N比）が悪くな
る。この結果、マスク１とウェハ２との間隙設定の精度
が劣化することになる。たとえば超過LSIの製造では、1
0数工程のプロセスがある。各工程を経ることによって
ウェハ表面の反射率が変化する。このため、上記のよう
にSN比が悪くなり、マスク１とウェハ２との間隙を高精
度に設定するのが徐々に困難になるという不具合があっ
た。
測定しているので、レーザ光11のマスク材料に対する透
過率、ウェハ表面における反射率等に変化があると、必
然的に信号（光強度）の対雑音比（S/N比）が悪くな
る。この結果、マスク１とウェハ２との間隙設定の精度
が劣化することになる。たとえば超過LSIの製造では、1
0数工程のプロセスがある。各工程を経ることによって
ウェハ表面の反射率が変化する。このため、上記のよう
にSN比が悪くなり、マスク１とウェハ２との間隙を高精
度に設定するのが徐々に困難になるという不具合があっ
た。
（発明が解決しようとする課題） 上述の如く、回折格子を用いた従来の光ヘテロダイン
干渉式位置合せ法で平面内の位置合せを行なおうとして
も、位置検出範囲が狭く、高精度な粗位置合せ装置を必
要とし、しかも物体間の間隙長が小さい範囲では高精度
に位置合せができない問題があった。また、回折格子を
用いた従来の間隙設定法で間隙設定を行なおうとして
も、プロセスを経たウェハのような対象物の場合には徐
々にS/N比が悪くなり、高精度な間隙設定を行なうこと
が困難であった。
干渉式位置合せ法で平面内の位置合せを行なおうとして
も、位置検出範囲が狭く、高精度な粗位置合せ装置を必
要とし、しかも物体間の間隙長が小さい範囲では高精度
に位置合せができない問題があった。また、回折格子を
用いた従来の間隙設定法で間隙設定を行なおうとして
も、プロセスを経たウェハのような対象物の場合には徐
々にS/N比が悪くなり、高精度な間隙設定を行なうこと
が困難であった。
そこで本発明は、高精度な粗位置合せ装置を必要とす
ることなく、また物体の表面状態の影響を受けずに、２
つの物体を平面内で高精度に位置合せでき、しかも物体
間の間隙長も高精度に設定できる相対位置合せ方法およ
びその装置を提供することを目的としている。
ることなく、また物体の表面状態の影響を受けずに、２
つの物体を平面内で高精度に位置合せでき、しかも物体
間の間隙長も高精度に設定できる相対位置合せ方法およ
びその装置を提供することを目的としている。
［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明によれば、対向配置された第１の物体と第２の
物体とを対向方向と直交する面内で位置合せする第１の
位置合わせを行うとともに対向間隙を設定する第２の位
置合せを行うために、まず、第１の物体には第１の位置
合せの方向と直交するストライプパターンを上記第１の
位置合せ方向にほぼ一定ピッチで複数有した第１の回折
格子が設けられる。また、第２の物体には第１の位置合
せの方向のピッチが第１の回折格子のピッチとほぼ等し
い市松模様の２次元回折格子と第１の回折格子のストラ
イプパターンと直交するストライプパターンを有した回
折格子とを同一面上に配列してなる第２の回折格子が設
けられる。第１の物体と第２の物体とは、第１の回折格
子と第２の回折格子とが位置決め位置においてほぼ対向
する関係に配置される。第１の回折格子に対して、この
第１の回折格子のストライプパターンと交差する面内
で、この面内に存在する入射軸を境にしてほぼ左右対称
な斜め方向から、たとえばゼーマン効果型レーザ光源よ
り周波数がf1の第１の光と周波数f2の第２の光とを独立
に入射させる。上記２本の光は第１の回折格子を通過
し、第２の回析格子で反射回折される。これら回折光の
うちの第１の位置合せの方向には０次、この第１の位置
合せの方向と直交する方向には＋ｎ次あるいは−ｎ次の
回折光（0,±ｎ）を受光してΔｆ＝|f2−f1|なる周波数
で時間変化する第１の検出信号を得る。また、これとは
別に、第１の回折格子を通過し、第２の回折格子で反射
回折された後の回折光のうちの第１の位置合せの方向に
は±ｍ次、この第１の位置合せの方向と直交する方向に
は＋１次あるいは−１次の回折光（±m,±１）を受光し
てΔｆ＝|f2−f1|なる周波数で時間変化する第２の検出
信号を得る。さらに、光源より送出された周波数の異な
る第１の光と第２の光とを干渉させてΔｆ＝|f2−f1|な
る周波数で時間変化する参照信号を得る。そして、参照
信号に対する第１の検出信号の位相のずれに基いて第１
および第２の物体の第１の位置合せの方向の相対位置を
調整し、また参照信号に対する第２の検出信号の位相ず
れに基いて第１および第２の物体の第２の位置合せの方
向の相対位置を調整している。
物体とを対向方向と直交する面内で位置合せする第１の
位置合わせを行うとともに対向間隙を設定する第２の位
置合せを行うために、まず、第１の物体には第１の位置
合せの方向と直交するストライプパターンを上記第１の
位置合せ方向にほぼ一定ピッチで複数有した第１の回折
格子が設けられる。また、第２の物体には第１の位置合
せの方向のピッチが第１の回折格子のピッチとほぼ等し
い市松模様の２次元回折格子と第１の回折格子のストラ
イプパターンと直交するストライプパターンを有した回
折格子とを同一面上に配列してなる第２の回折格子が設
けられる。第１の物体と第２の物体とは、第１の回折格
子と第２の回折格子とが位置決め位置においてほぼ対向
する関係に配置される。第１の回折格子に対して、この
第１の回折格子のストライプパターンと交差する面内
で、この面内に存在する入射軸を境にしてほぼ左右対称
な斜め方向から、たとえばゼーマン効果型レーザ光源よ
り周波数がf1の第１の光と周波数f2の第２の光とを独立
に入射させる。上記２本の光は第１の回折格子を通過
し、第２の回析格子で反射回折される。これら回折光の
うちの第１の位置合せの方向には０次、この第１の位置
合せの方向と直交する方向には＋ｎ次あるいは−ｎ次の
回折光（0,±ｎ）を受光してΔｆ＝|f2−f1|なる周波数
で時間変化する第１の検出信号を得る。また、これとは
別に、第１の回折格子を通過し、第２の回折格子で反射
回折された後の回折光のうちの第１の位置合せの方向に
は±ｍ次、この第１の位置合せの方向と直交する方向に
は＋１次あるいは−１次の回折光（±m,±１）を受光し
てΔｆ＝|f2−f1|なる周波数で時間変化する第２の検出
信号を得る。さらに、光源より送出された周波数の異な
る第１の光と第２の光とを干渉させてΔｆ＝|f2−f1|な
る周波数で時間変化する参照信号を得る。そして、参照
信号に対する第１の検出信号の位相のずれに基いて第１
および第２の物体の第１の位置合せの方向の相対位置を
調整し、また参照信号に対する第２の検出信号の位相ず
れに基いて第１および第２の物体の第２の位置合せの方
向の相対位置を調整している。
（作 用） 第２の物体側に設けられた第２の回折格子は、市松模
様の２次元回折格子と、第１の物体に設けられた第１の
回折格子のストライプと直交するストライプ状の回折格
子とを備えている。このため、第１の回折格子→第２の
回折格子における市松模様の回折格子→第１の回折格子
と経由して得られる回折光のうち、０次および１次まで
の回折光は、第１図に示す方向で得られる。すなわち、
第１図はｘ方向を第１の位置合せの方向（平面内位置合
せ方向）とし、ｚ方向を第２の位置合せ方向（間隙長設
定方向）としている。図中25は第１の物体に設けられた
ストライプパターンを有する第１の回折格子を示し、26
は第２の物体に設けられた第２の回折格子を示し,27は
第２の回折格子26の一部である市松模様の回折格子を示
し、32および33は第１の回折格子25に対して、第１の回
折格子25のストライプ方向に直交する面Ｓ内で、かつ入
射軸Ｔを中心にして左右対称に斜め方向から入射された
周波数がf1の第１の光と周波数がf2の第２の光とを示し
ている。
様の２次元回折格子と、第１の物体に設けられた第１の
回折格子のストライプと直交するストライプ状の回折格
子とを備えている。このため、第１の回折格子→第２の
回折格子における市松模様の回折格子→第１の回折格子
と経由して得られる回折光のうち、０次および１次まで
の回折光は、第１図に示す方向で得られる。すなわち、
第１図はｘ方向を第１の位置合せの方向（平面内位置合
せ方向）とし、ｚ方向を第２の位置合せ方向（間隙長設
定方向）としている。図中25は第１の物体に設けられた
ストライプパターンを有する第１の回折格子を示し、26
は第２の物体に設けられた第２の回折格子を示し,27は
第２の回折格子26の一部である市松模様の回折格子を示
し、32および33は第１の回折格子25に対して、第１の回
折格子25のストライプ方向に直交する面Ｓ内で、かつ入
射軸Ｔを中心にして左右対称に斜め方向から入射された
周波数がf1の第１の光と周波数がf2の第２の光とを示し
ている。
第１および第２の光32,33の入射によって第１の回折
格子25で反射される回折光の方向は、第１図におけるＩ
（＋1,0）,I（0,0）で示す方向、つまり第１の回折格子
25のストライプ方向と直交する面Ｓに沿った方向に限定
される。本発明では、この面Ｓに沿わない回折光、つま
り第１の物体および第１の回折格子15からの反射光の影
響を受けない回折光で、ｘ方向には０次、ｘ方向と直交
する方向には、たとえば＋１次あるいは−１次の回折光
（0,±１）を検出光39として検出し、この検出光39の位
相変化を計測している。この位相変化は、第１の物体と
第２の物体との間の間隙通には無関係で、第１の物体と
第２の物体とのｘ方向の位置ずれ量だけに関係したもの
となる。以下に、その理由を詳しく説明する。
格子25で反射される回折光の方向は、第１図におけるＩ
（＋1,0）,I（0,0）で示す方向、つまり第１の回折格子
25のストライプ方向と直交する面Ｓに沿った方向に限定
される。本発明では、この面Ｓに沿わない回折光、つま
り第１の物体および第１の回折格子15からの反射光の影
響を受けない回折光で、ｘ方向には０次、ｘ方向と直交
する方向には、たとえば＋１次あるいは−１次の回折光
（0,±１）を検出光39として検出し、この検出光39の位
相変化を計測している。この位相変化は、第１の物体と
第２の物体との間の間隙通には無関係で、第１の物体と
第２の物体とのｘ方向の位置ずれ量だけに関係したもの
となる。以下に、その理由を詳しく説明する。
平面内位置合せ方向をｘ、平面内位置合せ方向と直交
する方向をｙとし、x,y方向の回折次数を（n,r）で表わ
すと、周波数ｆの光がｘ方向に入射角αで入射した場
合、（n,r）次の回折光の強度Ｉ（n,r）は次式となる。
する方向をｙとし、x,y方向の回折次数を（n,r）で表わ
すと、周波数ｆの光がｘ方向に入射角αで入射した場
合、（n,r）次の回折光の強度Ｉ（n,r）は次式となる。
ここで、Ｘ＝２π・Δx/Px,Z＝πλz/Px2,Px,Pyはx,y
方向のピッチ、ｚは第１の物体と第２の物体との間の間
隙長、λは波長、Δｘは両物体間のｘ方向への位置ずれ
量であり、MCkは第１の回折格子25のｋ次のフーリエ係
数、WC（I,r）は回折格子27の（l,r）次のフーリエ係数
である。また、ｉは虚数を示している。
方向のピッチ、ｚは第１の物体と第２の物体との間の間
隙長、λは波長、Δｘは両物体間のｘ方向への位置ずれ
量であり、MCkは第１の回折格子25のｋ次のフーリエ係
数、WC（I,r）は回折格子27の（l,r）次のフーリエ係数
である。また、ｉは虚数を示している。
第１図に示すように、たとえば第１の物体をマスクと
し、このマスクにストライプパターンを有した第１の回
折格子25を、第２の物体をウェハとし、このウェハに市
松模様の回折格子27を設けた場合を考える。今、sin α
＝＋２λ/Pxを満たす入射角で周波数f1の第１の光32
が、またsin α＝−２λ/Pxを満たす入射角で周波数f2
の第２の光33がマスク上の第１の回折格子25へ入射した
ものとする。このとき、周波数f1とf2の光がマスク→ウ
ェハ→マスクと順次回折して得られる回折光のうち、周
波数f1については、２＋k1＋l1＋m1＝０＝n1,r1＝±１
となる組み合せを考え、Ｉ（n1,r1）＝Ｉ（0,±１）を
受光する。同じように、周波数f2については、−2k2＋l
2＋m2＝０＝n2,r2＝±１となる組み合せを考え、Ｉ
（n2,r2）＝Ｉ（0,±１）を受光する。すなわち、ｘ方
向には０次、ｘ方向と直交する方向には＋１次（あるい
は−１次）の方向に出てくる周波数f1とf2の合成光を受
光する。
し、このマスクにストライプパターンを有した第１の回
折格子25を、第２の物体をウェハとし、このウェハに市
松模様の回折格子27を設けた場合を考える。今、sin α
＝＋２λ/Pxを満たす入射角で周波数f1の第１の光32
が、またsin α＝−２λ/Pxを満たす入射角で周波数f2
の第２の光33がマスク上の第１の回折格子25へ入射した
ものとする。このとき、周波数f1とf2の光がマスク→ウ
ェハ→マスクと順次回折して得られる回折光のうち、周
波数f1については、２＋k1＋l1＋m1＝０＝n1,r1＝±１
となる組み合せを考え、Ｉ（n1,r1）＝Ｉ（0,±１）を
受光する。同じように、周波数f2については、−2k2＋l
2＋m2＝０＝n2,r2＝±１となる組み合せを考え、Ｉ
（n2,r2）＝Ｉ（0,±１）を受光する。すなわち、ｘ方
向には０次、ｘ方向と直交する方向には＋１次（あるい
は−１次）の方向に出てくる周波数f1とf2の合成光を受
光する。
k1＋l1＋m2＝−2,k2＋l2＋m2＝２を満たす組み合せ
を、各回折格子での回折次数を±３次まで考慮（４次以
上の高次回折光は、振幅が小さいので無視できる。）し
て、周波数f1,f2について、Ｉ（0,±１）を複素振幅表
示すると、それぞれ次の式で表わされる。
を、各回折格子での回折次数を±３次まで考慮（４次以
上の高次回折光は、振幅が小さいので無視できる。）し
て、周波数f1,f2について、Ｉ（0,±１）を複素振幅表
示すると、それぞれ次の式で表わされる。
（２）式と（３）式とより、回折光強度Ｉ（0,±１）
＝|uf1＝uf2|2を計算すると、次式が得られる。
＝|uf1＝uf2|2を計算すると、次式が得られる。
ここで、△ｆ＝|f2−f1|,tは時間であり、また、 Ａ＝1/2（1/π）６（１＋cos4z）（cos2x＋2/3 cos4x ＋1/9 cos6x）＋1/3（1/π）６（2cos4z＋cos8z ＋2/3 cos4z cos2x＋1/3 cos8z cos2x） −1/9 （1/π）６（１−cos4z）cos2x …（５） Ｂ＝1/2（1/π）６（１＋cos4z）（sin2x＋2/3 sin4x ＋1/9 sin6x）＋1/3（1/π）６（2/3 cos4z sin2x ＋1/3 cos8z sin2x） ＋1/9（1/π）６（１−cos4z）sin2x …（６） φ＝tan-1（B/A） …（７） である。
（４）式〜（７）式より、横軸にマスクとウェハとの
間のｘ方向の位置ずれ量（Δｘ）をとり、縦軸に位相差
（φ）をとり、パラメータをマスクとウェハとの間隙長
ｚとして計算して示と、第２図のようになる。なお、こ
のときのｘ方向のピッチPxはPx＝10μｍである。この図
から判かるように、間隙長がｚ＝15〜45μｍの範囲で変
化しても、ｘ方向の位置合せ点（φ，Δｘ）＝（0,0）
がずれることはない。したがって、位相差（φ）を使っ
てマスクとウェハとの間の間隙長ｚとは無関係にマスク
とウェハを平面内に位置合せすることが可能となる。
間のｘ方向の位置ずれ量（Δｘ）をとり、縦軸に位相差
（φ）をとり、パラメータをマスクとウェハとの間隙長
ｚとして計算して示と、第２図のようになる。なお、こ
のときのｘ方向のピッチPxはPx＝10μｍである。この図
から判かるように、間隙長がｚ＝15〜45μｍの範囲で変
化しても、ｘ方向の位置合せ点（φ，Δｘ）＝（0,0）
がずれることはない。したがって、位相差（φ）を使っ
てマスクとウェハとの間の間隙長ｚとは無関係にマスク
とウェハを平面内に位置合せすることが可能となる。
また、第２の回折格子26には、第３図に示すように第
１の回折格子25のストライプと直交するストライプ状の
回折格子28が設けられている。したがって、第１の回折
格子25→第２の回折格子26のストライプ状の回折格子28
→第１の回折格子25を経由して得られる回折光のうち、
ｘ方向に±２次、ｙ方向に±１次までの回折光は第３図
に示すような方向で得られる。本発明では第１の回折格
子25のストライプと直交する方向には±ｍ次、ストライ
プの延びる方向には＋１次あるいは−１次の回折光（±
m,±１）を検出光40として検出し、この検出光40の位相
変化を計測している。この位相変化は、第２の物体の表
面状態（反射率等）の影響を受けることなく、また第１
の物体と第２の物体との対向方向とは直交する方向の位
置ずれには無関係に第１の物体と第２の物体との間隙長
ｚだけに関係する。この理由を以下に詳しく説明する。
１の回折格子25のストライプと直交するストライプ状の
回折格子28が設けられている。したがって、第１の回折
格子25→第２の回折格子26のストライプ状の回折格子28
→第１の回折格子25を経由して得られる回折光のうち、
ｘ方向に±２次、ｙ方向に±１次までの回折光は第３図
に示すような方向で得られる。本発明では第１の回折格
子25のストライプと直交する方向には±ｍ次、ストライ
プの延びる方向には＋１次あるいは−１次の回折光（±
m,±１）を検出光40として検出し、この検出光40の位相
変化を計測している。この位相変化は、第２の物体の表
面状態（反射率等）の影響を受けることなく、また第１
の物体と第２の物体との対向方向とは直交する方向の位
置ずれには無関係に第１の物体と第２の物体との間隙長
ｚだけに関係する。この理由を以下に詳しく説明する。
今、sin α＝＋２λ/Pxを満たす入射角で周波数f1の
第１の光32が、sin α＝−２λ/Pxを満たす入射角で周
波数f2の第２の光33がそれぞれ第１の回折格子25へ入射
したものとする。このとき、周波数f1とf2の光がマスク
→ウェハ→マスクと順次回折して得られる回折光のう
ち、ｘ方向には＋２次（あるいは−２次）、ｘ方向と直
交する方向には＋１次（あるいは−１次）の方向に出て
くる周波数f1とf2との合成光Ｉ′（±2,±１）を受光し
たものとする。
第１の光32が、sin α＝−２λ/Pxを満たす入射角で周
波数f2の第２の光33がそれぞれ第１の回折格子25へ入射
したものとする。このとき、周波数f1とf2の光がマスク
→ウェハ→マスクと順次回折して得られる回折光のう
ち、ｘ方向には＋２次（あるいは−２次）、ｘ方向と直
交する方向には＋１次（あるいは−１次）の方向に出て
くる周波数f1とf2との合成光Ｉ′（±2,±１）を受光し
たものとする。
第１の回折格子25と第２の回折格子26における回折格
子28での回折次数を±３次まで考慮して周波数f1とf2に
ついてＩ′（±2,±１）を複素振幅表示すると、それぞ
れ次式で表わされる。
子28での回折次数を±３次まで考慮して周波数f1とf2に
ついてＩ′（±2,±１）を複素振幅表示すると、それぞ
れ次式で表わされる。
ｕ′f1＝1/18（1/π）3ei50Z＋1/2（1/π）3ei18Z ＋1/8（1/π）ei8Z｛1/18（1/π）３ ＋1/2（1/π）３｝ei2Z …（８） ｕ′f2＝−1/3（1/π）3ei2Z …（９） （８）式と（９）式とより回折光強度Ｉ′（±2,±
１）＝|u′f1＋ｕ′f2|2を計算すると、次式が得られ
る。
１）＝|u′f1＋ｕ′f2|2を計算すると、次式が得られ
る。
但し、 Ｃ＝−｛1/9（1/π）2sin48z＋（1/π）2sin16z ＋1/4sin6z｝ …（11） Ｄ＝−｛1/9（1/π）2cos48z＋（1/π）2cos16z ＋1/4cos6z＋10/9（1/π）２ …（12） φ′＝tan-1（C/D） …（13） （10）式〜（12）式より、Ｉ′（±2,±１）は、周波
数△ｆ＝|f2−f1|でビートをうつ信号である。そして、
その時間的位相がマスクとウェハとの間の間隙長変化に
伴ない変化する。したも、この位相変化はマスクとウェ
ハの対向方向と直交する方向、つまりｘ方向への位置ず
れとは無関係である。したがって、位相（φ′）を計測
することにより、マスクとウェハの位置ずれとは無関係
に、マスクとウェハの間隙長ｚを設定することが可能と
なる。（13）式を使って、横軸にマスクとウェハの間隙
長（ｚ）、縦軸に位相（φ′）をとって書くと第４図に
示すようになる。なお、このときの第１の回折格子25か
らのピッチはPx＝10μｍである。図から判かるように間
隙長ｚの検出範囲は±15μｍと広く、予めマスクとウェ
ハとの間隙長がこの範囲にありさえすれば、正確にたと
えばｚ＝28μｍに設定することができる。
数△ｆ＝|f2−f1|でビートをうつ信号である。そして、
その時間的位相がマスクとウェハとの間の間隙長変化に
伴ない変化する。したも、この位相変化はマスクとウェ
ハの対向方向と直交する方向、つまりｘ方向への位置ず
れとは無関係である。したがって、位相（φ′）を計測
することにより、マスクとウェハの位置ずれとは無関係
に、マスクとウェハの間隙長ｚを設定することが可能と
なる。（13）式を使って、横軸にマスクとウェハの間隙
長（ｚ）、縦軸に位相（φ′）をとって書くと第４図に
示すようになる。なお、このときの第１の回折格子25か
らのピッチはPx＝10μｍである。図から判かるように間
隙長ｚの検出範囲は±15μｍと広く、予めマスクとウェ
ハとの間隙長がこの範囲にありさえすれば、正確にたと
えばｚ＝28μｍに設定することができる。
（実施例） 以下、図面を参照しながら実施例を説明する。第５図
には本発明方法を適用した相対位置合せ装置でマスクと
ウェハの平面内位置合せおよび間隙長設定を行なわせて
いる例の模式図が示されている。
には本発明方法を適用した相対位置合せ装置でマスクと
ウェハの平面内位置合せおよび間隙長設定を行なわせて
いる例の模式図が示されている。
同図において、21はｘ方向に移動可能に設けられたウ
ェハテーブルである。このウェハテーブル21上にはウェ
ハ22が載置されている。ウェハ22上には所定の間隙長
（ｚ）を設けてマスク23が配置されている。このマスク
23はマスクテーブル24によって支持されている。
ェハテーブルである。このウェハテーブル21上にはウェ
ハ22が載置されている。ウェハ22上には所定の間隙長
（ｚ）を設けてマスク23が配置されている。このマスク
23はマスクテーブル24によって支持されている。
マスク23の所定の位置には、透過型の第１の回折格子
25が配置されている。また、この回折格子25と対向する
ウェハ22の上面には、反射型の第２の回折格子26が配置
されている。これら回折格子25,26は、第６図に示すよ
うなパターンを有している。すなわち、第１の回折格子
25はｘ方向の格子ピッチがPxのストライプ状のパターン
を有している。また、第２の回折格子26はｘ方向のピッ
チが第１の回折格子のピッチと等しいPxで、ｙ方向のピ
ッチがPayの市松状のパターンを有した回折格子27と、
ｙ方向のピッチがPgy（但し、Pgy≠Pay）のストライプ
状のパターンを有した回折格子28とを同一平面上に備え
ている。
25が配置されている。また、この回折格子25と対向する
ウェハ22の上面には、反射型の第２の回折格子26が配置
されている。これら回折格子25,26は、第６図に示すよ
うなパターンを有している。すなわち、第１の回折格子
25はｘ方向の格子ピッチがPxのストライプ状のパターン
を有している。また、第２の回折格子26はｘ方向のピッ
チが第１の回折格子のピッチと等しいPxで、ｙ方向のピ
ッチがPayの市松状のパターンを有した回折格子27と、
ｙ方向のピッチがPgy（但し、Pgy≠Pay）のストライプ
状のパターンを有した回折格子28とを同一平面上に備え
ている。
図中29は周波数f1の光と周波数f2の光とを送出する、
たとえばゼーマン効果形レーザ光源である。このレーザ
光源29から送出されたレーザ光は、ビームスプリッタ30
と偏光ビームスプリッタ31とを通り、周波数f1の第１の
光32と周波数f2の第２の光33とに分離される。第１およ
び第２の光32,33は、それぞれミラー34,35,36,37および
38を経て、第１図および第３図に示したように、第１の
回折格子25に対して、第１の回折格子25のストライプパ
ターンに直交する面Ｓ内で、かつ入射軸Ｔを境にして左
右対称に斜め方向から、たとえばsin α＝２λ/Px,sin
α＝−２λ/Pxを満たす角度で入射される。
たとえばゼーマン効果形レーザ光源である。このレーザ
光源29から送出されたレーザ光は、ビームスプリッタ30
と偏光ビームスプリッタ31とを通り、周波数f1の第１の
光32と周波数f2の第２の光33とに分離される。第１およ
び第２の光32,33は、それぞれミラー34,35,36,37および
38を経て、第１図および第３図に示したように、第１の
回折格子25に対して、第１の回折格子25のストライプパ
ターンに直交する面Ｓ内で、かつ入射軸Ｔを境にして左
右対称に斜め方向から、たとえばsin α＝２λ/Px,sin
α＝−２λ/Pxを満たす角度で入射される。
この入射した光は、第１の回折格子25を透過回折した
後、第２の回折格子26で反射回折され、再び第１の回折
格子25を透過して回折される。この回折光のうちの特定
の方向の光、この実施例では第１図および第３図に示し
たようにＩ（0,1）方向の光をｘ方向の位置合せ用の検
出光39とし、またＩ′（2,1）方向の光をｚ方向の位置
合せ用、つまり間隙長設定用の検出光40としてそれぞれ
ミラー41,42およびミラー43,44を介して信号処理部45へ
導くようにしている。
後、第２の回折格子26で反射回折され、再び第１の回折
格子25を透過して回折される。この回折光のうちの特定
の方向の光、この実施例では第１図および第３図に示し
たようにＩ（0,1）方向の光をｘ方向の位置合せ用の検
出光39とし、またＩ′（2,1）方向の光をｚ方向の位置
合せ用、つまり間隙長設定用の検出光40としてそれぞれ
ミラー41,42およびミラー43,44を介して信号処理部45へ
導くようにしている。
信号処理部45は、ミラー41,42によって導かれた検出
光39を偏光板46を介してフォトセンサ47に導入して周波
数△ｆ＝|f2−f1|で時間変化するビート信号に変換し、
これをｘ方向の検出信号48としている。また、ミラー4
3,44によって導かれた検出光40を偏光板49を介してフォ
トセンサ50に導入して周波数△ｆ＝|f2−f1|で時間変化
するビート信号に変換し、これをｚ方向の検出信号51と
している。一方、レーザ光源29から出た周波数の異なる
２つの光をビームスプリッタ30から分岐させ、これを偏
光板52を介してフォトセンサ53に導いて周波数△ｆ＝|f
2−f1|で時間変化するビート信号に変換し、これを参照
信号54としている。そして、参照信号54と前記検出信号
48とを位相計55に導入し、この位相計55で参照信号54に
対する検出信号48の位相ずれを計測している。また、参
照信号54と前記検出信号51とを位相計56に導入し、この
位相計56で参照信号54に対する検出信号51の位相ずれを
計測している。
光39を偏光板46を介してフォトセンサ47に導入して周波
数△ｆ＝|f2−f1|で時間変化するビート信号に変換し、
これをｘ方向の検出信号48としている。また、ミラー4
3,44によって導かれた検出光40を偏光板49を介してフォ
トセンサ50に導入して周波数△ｆ＝|f2−f1|で時間変化
するビート信号に変換し、これをｚ方向の検出信号51と
している。一方、レーザ光源29から出た周波数の異なる
２つの光をビームスプリッタ30から分岐させ、これを偏
光板52を介してフォトセンサ53に導いて周波数△ｆ＝|f
2−f1|で時間変化するビート信号に変換し、これを参照
信号54としている。そして、参照信号54と前記検出信号
48とを位相計55に導入し、この位相計55で参照信号54に
対する検出信号48の位相ずれを計測している。また、参
照信号54と前記検出信号51とを位相計56に導入し、この
位相計56で参照信号54に対する検出信号51の位相ずれを
計測している。
そして、位相計55の出力はウェハテーブル21のｘ方向
の位置調整を行なうテーブル駆動装置57の制御信号とし
て与えられる。また、位相計56の出力はマスクテーブル
24のｚ方向の位置調整を行なうテーブル駆動装置58の制
御信号として与えられる。これらテーブル駆動装置57、
58は、各位相計55、56の出力が零、つまり第２図および
第４図に示す位相（φ）、（φ′）が零となるようにウ
ェハテーブル21についてはｘ方向に、マスクテーブル24
についてはｚ方向にそれぞれ駆動するように構成されて
いる。したがって、マスク23とウェハ22とのｘ方向の位
置合せおよび間隙長の設定が自動的に行われることにな
る。なお、このときPay≠Pgyに設定されているので、検
出光39、40に供される回折光Ｉ（0,1）、Ｉ′（2,1）が
互いに干渉することはない。すなわち、第７図は回折光
の分布を示すもので、図中●印は回折格子25と27との組
み合せで生じる回折光位置を示し、Δ印は回折格子25と
28との組み合せで生じる回折光装置を示している。この
図から判るように、検出光39、40に供される回折光Ｉ
（0,1）、Ｉ′（2,1）は、ｙ方向の異なる位置に分布し
ているので、互いに干渉することはない。また、回折光
Ｉ（0,1）、Ｉ′（2,1）は第１の回折格子25で反射・回
折される光とは方向が異なるので、この光とも干渉する
ことがない。
の位置調整を行なうテーブル駆動装置57の制御信号とし
て与えられる。また、位相計56の出力はマスクテーブル
24のｚ方向の位置調整を行なうテーブル駆動装置58の制
御信号として与えられる。これらテーブル駆動装置57、
58は、各位相計55、56の出力が零、つまり第２図および
第４図に示す位相（φ）、（φ′）が零となるようにウ
ェハテーブル21についてはｘ方向に、マスクテーブル24
についてはｚ方向にそれぞれ駆動するように構成されて
いる。したがって、マスク23とウェハ22とのｘ方向の位
置合せおよび間隙長の設定が自動的に行われることにな
る。なお、このときPay≠Pgyに設定されているので、検
出光39、40に供される回折光Ｉ（0,1）、Ｉ′（2,1）が
互いに干渉することはない。すなわち、第７図は回折光
の分布を示すもので、図中●印は回折格子25と27との組
み合せで生じる回折光位置を示し、Δ印は回折格子25と
28との組み合せで生じる回折光装置を示している。この
図から判るように、検出光39、40に供される回折光Ｉ
（0,1）、Ｉ′（2,1）は、ｙ方向の異なる位置に分布し
ているので、互いに干渉することはない。また、回折光
Ｉ（0,1）、Ｉ′（2,1）は第１の回折格子25で反射・回
折される光とは方向が異なるので、この光とも干渉する
ことがない。
このように、本発明によれば、マスクとウェハとが位
置合わせされると同時にマスクとウェハとの間隙が所定
距離に設定される。基本的には位置合わせおよび間隙設
定を組み合せにより構成されているが、間隙設定のため
の入射光ビームの入射角±αと、位置合せのための入射
光ビームの入射角±αとを等しくして間隙設定および位
置合せを行えるようにしている。すなわち、±α＝sin
-1（±２λ/Px）としている。したがって、１つの光源
から出た光ビームを用いて位置合せおよび間隙設定を行
うことができる。このため、位置合せおよび間隙設定の
別々の検出光学系によって行うようにしたものに比べて
検出光学系の構成を簡単化できる。
置合わせされると同時にマスクとウェハとの間隙が所定
距離に設定される。基本的には位置合わせおよび間隙設
定を組み合せにより構成されているが、間隙設定のため
の入射光ビームの入射角±αと、位置合せのための入射
光ビームの入射角±αとを等しくして間隙設定および位
置合せを行えるようにしている。すなわち、±α＝sin
-1（±２λ/Px）としている。したがって、１つの光源
から出た光ビームを用いて位置合せおよび間隙設定を行
うことができる。このため、位置合せおよび間隙設定の
別々の検出光学系によって行うようにしたものに比べて
検出光学系の構成を簡単化できる。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではな
い。たとえば、第１の回折格子への入射光（f1,f2の２
つの光）をｙ方向に傾けて入射させれば、つまり第８図
に示すように、入射軸をｙ方向に傾けて入射させれば測
定用の光学系がたとえば露光用の光（たとえばＸ線）を
遮らないようにすることができる。この第８図に示され
ている例では、第１の回折格子25の上にｚ軸方向と平行
で、ｙ軸方向とは直交する仮想面60を想定するととも
に、仮想面60に対してｙ軸方向に所定角度βだけ傾斜し
た仮想面61を想定し、さらにこの仮想面61上にｘ軸方向
と直交する入射軸Ｔを規定している。そして、周波数f1
の第１の光32および周波数f2の第２の光33を仮想面61に
添わせて入射軸Ｔ基準にして対称に、また入射軸Ｔに対
して±αだけ傾斜させ、入射軸Ｔと第１の回折格子25と
の交点62に集光するように入射させている。この場合、
第１の回折格子25→第２の回折格子26→第１の回折格子
25を経由して得られる回折光は、仮想面60を境にして仮
想面61と対称な仮想面63に沿いｘ軸方向と直交するｚ′
軸上の点を原点（0,0）とした２次元分布となる。そし
て、この例では、Ｉ（0,1）の回折光を位置合せ用の検
出光39とし、またＩ′（2,1）の回折光を間隙設定用の
検出光40としている。このようにすれば、露光系とは無
関係に位置合せおよび間隙設定を行うことができる。
い。たとえば、第１の回折格子への入射光（f1,f2の２
つの光）をｙ方向に傾けて入射させれば、つまり第８図
に示すように、入射軸をｙ方向に傾けて入射させれば測
定用の光学系がたとえば露光用の光（たとえばＸ線）を
遮らないようにすることができる。この第８図に示され
ている例では、第１の回折格子25の上にｚ軸方向と平行
で、ｙ軸方向とは直交する仮想面60を想定するととも
に、仮想面60に対してｙ軸方向に所定角度βだけ傾斜し
た仮想面61を想定し、さらにこの仮想面61上にｘ軸方向
と直交する入射軸Ｔを規定している。そして、周波数f1
の第１の光32および周波数f2の第２の光33を仮想面61に
添わせて入射軸Ｔ基準にして対称に、また入射軸Ｔに対
して±αだけ傾斜させ、入射軸Ｔと第１の回折格子25と
の交点62に集光するように入射させている。この場合、
第１の回折格子25→第２の回折格子26→第１の回折格子
25を経由して得られる回折光は、仮想面60を境にして仮
想面61と対称な仮想面63に沿いｘ軸方向と直交するｚ′
軸上の点を原点（0,0）とした２次元分布となる。そし
て、この例では、Ｉ（0,1）の回折光を位置合せ用の検
出光39とし、またＩ′（2,1）の回折光を間隙設定用の
検出光40としている。このようにすれば、露光系とは無
関係に位置合せおよび間隙設定を行うことができる。
また、上述した各例では回折光Ｉ（0,1）、を位置合
せ用の検出光39とし、回折光Ｉ′（2,1）を間隙設定用
の検出光40として用いているが、位置合せ用にはＩ（0,
±ｎ）（ただし、ｎは整数）の回折光を用いることがで
き、また間隙設定用にはＩ′（±m,±ｌ）（ただし、ｍ
は整数）の回折光を用いることができる。
せ用の検出光39とし、回折光Ｉ′（2,1）を間隙設定用
の検出光40として用いているが、位置合せ用にはＩ（0,
±ｎ）（ただし、ｎは整数）の回折光を用いることがで
き、また間隙設定用にはＩ′（±m,±ｌ）（ただし、ｍ
は整数）の回折光を用いることができる。
また本発明は、第９図に示すように、マスク23とウェ
ハ22との間に投影レンズ70を介在させる縮小投影型の露
光装置における相対位置合せ用としてそのまま使用する
ことができる。この場合、周波数f1の第１の光32と、周
波数f2の第２の光33とはマスク23に設けられた第１の回
折格子25に入射して回折される。この回折光は投影レン
ズ70を通してウェハ22に設けられた第２の回折格子26の
市松状回折格子27およびストライプ状回折格子28によっ
て反射・回折される。そして、市松状回折格子27で反射
・回折された回折光は投影レンズ70を再び通る。この投
影レンズ70を透過した回折光のうち、Ｉ（0,1）の回折
光（前述したように（0,±ｎ）であればよい。）がマス
ク23と投影レンズ70との間に配置されたミラー71を介し
て位置合せ用の検出光39としてフォトセンサ47に導かれ
る。この回折光Ｉ（0,1）にはマスク23とウェハ22との
間の平面内位置ずれ情報、つまり前述した位相ずれφの
情報を含んでいる。一方、ストライプ状回折格子28で反
射・回折された回折光も投影レンズ70を再び通る。この
投影レンズ70を通過した回折光のうち、Ｉ′（1,1）の
回折光（前述したようにＩ′（±m,±１）であればよ
い。）がマスク23と投影レンズ70との間に配置されたミ
ラー72を介して間隙設定用の検出光40としてフォトセン
サ50に導かれる。この回折光Ｉ′（1,1）にはマスク23
とウェハ22との間の間隙情報、つまり前述した位相ずれ
φ′の情報を含んでいる。したがって、この場合も１つ
の光源から出た光ビームを使って位置合せおよび間隙設
定を同時に行えることになる。
ハ22との間に投影レンズ70を介在させる縮小投影型の露
光装置における相対位置合せ用としてそのまま使用する
ことができる。この場合、周波数f1の第１の光32と、周
波数f2の第２の光33とはマスク23に設けられた第１の回
折格子25に入射して回折される。この回折光は投影レン
ズ70を通してウェハ22に設けられた第２の回折格子26の
市松状回折格子27およびストライプ状回折格子28によっ
て反射・回折される。そして、市松状回折格子27で反射
・回折された回折光は投影レンズ70を再び通る。この投
影レンズ70を透過した回折光のうち、Ｉ（0,1）の回折
光（前述したように（0,±ｎ）であればよい。）がマス
ク23と投影レンズ70との間に配置されたミラー71を介し
て位置合せ用の検出光39としてフォトセンサ47に導かれ
る。この回折光Ｉ（0,1）にはマスク23とウェハ22との
間の平面内位置ずれ情報、つまり前述した位相ずれφの
情報を含んでいる。一方、ストライプ状回折格子28で反
射・回折された回折光も投影レンズ70を再び通る。この
投影レンズ70を通過した回折光のうち、Ｉ′（1,1）の
回折光（前述したようにＩ′（±m,±１）であればよ
い。）がマスク23と投影レンズ70との間に配置されたミ
ラー72を介して間隙設定用の検出光40としてフォトセン
サ50に導かれる。この回折光Ｉ′（1,1）にはマスク23
とウェハ22との間の間隙情報、つまり前述した位相ずれ
φ′の情報を含んでいる。したがって、この場合も１つ
の光源から出た光ビームを使って位置合せおよび間隙設
定を同時に行えることになる。
また本発明は、マスクとウェハとの相対位置合せだけ
にその用途が限定されるものではなく、高精度な相対位
置合せを行う必要がある他の用途への適用も可能であ
る。さらに第１および第２の回折格子は振幅格子、位相
格子のいずれであってもよい。また、周波数f1,f2と異
なる光を音響光学変調器で作り出すようにしてもよい。
にその用途が限定されるものではなく、高精度な相対位
置合せを行う必要がある他の用途への適用も可能であ
る。さらに第１および第２の回折格子は振幅格子、位相
格子のいずれであってもよい。また、周波数f1,f2と異
なる光を音響光学変調器で作り出すようにしてもよい。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、第１の物体
（たとえばマスク）と第２の物体（たとえばウェハ）と
の平面内位置合せおよび間隙長設定を、互いに無関係
に、かつ高精度な粗位置合せ機構を必要とせずに、しか
も表面状態の変化等の影響を受けずに高精度に設定する
ことができる。
（たとえばマスク）と第２の物体（たとえばウェハ）と
の平面内位置合せおよび間隙長設定を、互いに無関係
に、かつ高精度な粗位置合せ機構を必要とせずに、しか
も表面状態の変化等の影響を受けずに高精度に設定する
ことができる。
第１図から第４図は本発明の相対位置合せ原理を説明す
るための図、第５図は本発明の一実施例に係る相対位置
合せ装置をマスクとウェハとの位置合せに適用した例の
模式図、第６図は同装置における回折格子の構造を説明
するための図、第７図は回折光の分布を説明するための
図、第８図および第９図は本発明の変形例を説明するた
めの図、第10図から第12図は従来例を説明するための図
である。 22……ウェハ、23……マスク、24……マスクテーブル、
25……第１の回折格子、26……第２の回折格子、27……
市松模様の回折格子、28……ストライプ状の回折格子、
29……レーザ光源、30……ビームスプリッタ、31……偏
光ビームスプリッタ、32……第１の光、33……第２の
光、34,35,36,37,38,41,42,43,44……ミラー、39,40…
…検出光、45……信号処理部、47,50……フォトセン
サ、48,51……検出信号、54……参照信号、55,56……位
相計、57,58……テーブル駆動装置、70……投影レン
ズ。
るための図、第５図は本発明の一実施例に係る相対位置
合せ装置をマスクとウェハとの位置合せに適用した例の
模式図、第６図は同装置における回折格子の構造を説明
するための図、第７図は回折光の分布を説明するための
図、第８図および第９図は本発明の変形例を説明するた
めの図、第10図から第12図は従来例を説明するための図
である。 22……ウェハ、23……マスク、24……マスクテーブル、
25……第１の回折格子、26……第２の回折格子、27……
市松模様の回折格子、28……ストライプ状の回折格子、
29……レーザ光源、30……ビームスプリッタ、31……偏
光ビームスプリッタ、32……第１の光、33……第２の
光、34,35,36,37,38,41,42,43,44……ミラー、39,40…
…検出光、45……信号処理部、47,50……フォトセン
サ、48,51……検出信号、54……参照信号、55,56……位
相計、57,58……テーブル駆動装置、70……投影レン
ズ。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−168226（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−261003（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−147904（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−82624（ＪＰ，Ａ)
Claims (7)
- 【請求項１】対向配置された第１の物体と第２の物体と
を対向方向と直交する面内で位置合せする第１の位置合
せおよび対向間隙を設定する第２の位置合せを行なうた
めの相対位置合せ装置において、 前記第１の物体に設けられ前記第１の位置合せの方向と
直交するストライプパターンを上記第１の位置合せ方向
にほぼ一定ピッチで複数有した第１の回折格子と、 前記第２の物体に前記第１の回折格子と対向関係に設け
られ、前記第１の位置合せの方向のピッチが前記第１の
回折格子のピッチとほぼ等しい市松模様の２次元回折格
子と上記第１の回折格子のストライプパターンと直交す
るストライプパターンを有した回折格子とを同一面上に
配列してなる第２の回折格子と、 周波数がf1の第１の光と周波数がf2（ただしf1≠f2）の
第２の光とを送出する光源と、 この光源から送出された第１および第２の光を独立に前
記第１の回折格子に対して前記ストライプパターンの延
びる方向と交差する面内で、かつこの面内に存在する入
射軸を境にしてほぼ左右対称に斜めに入射させる手段
と、 前記第１および第２の光が前記第１の回折格子を通過
し、前記第２の回折格子で反射回折された後の回折光の
うちの前記第１の位置合せの方向には０次、この第１の
位置合せの方向と直交する方向には＋ｎ次あるいは−ｎ
次の回折光（0,±ｎ）を受光してΔｆ＝|f2−f1|なる周
波数で時間変化する検出信号を得る第１の検出手段と、 前記第１および第２の光が前記第１の回折格子を通過
し、前記第２の回折格子で反射回折された後の回折光の
うちの前記第１の位置合せの方向には±ｍ次、この第１
の位置合せの方向と直交する方向には＋１次あるいは−
１次の回折光（±ｍ、±１）を受光してΔｆ＝|f2−f1|
なる周波数で時間変化する検出信号を得る第２の検出手
段と、 前記光源より送出された第１の光と第２の光とを干渉さ
せてΔｆ＝|f2−f1|なる周波数で時間変化する参照信号
を得る手段と、 前記参照信号に対する前記第１の検出手段で検出された
検出信号の位相のずれを計測する第１の位相計と、 前記参照信号に対する前記の第２の検出手段で検出され
た検出信号の位相のずれを計測する第２の位相計と、 前記第１の位相計で計測された位相ずれに基いて前記第
１および第２の物体の前記第１の位置合せの方向の相対
位置を調整する第１の位置調整手段および前記第２の位
相計で計測された位相ずれに基いて前記第１および第２
の物体の前記第２の位置合せの方向の相対位置を調整す
る第２の位置調整手段と を具備してなることを特徴とする相対位置合せ装置。 - 【請求項２】対向配置される第１の物体と第２の物体と
を対向方向と直交する面内で位置合せする第１の位置合
せと上記第１の物体の第２の物体との対向間隙を設定す
る第２の位置合せとを行う相対位置合せに際して、 前記第１の位置合せの方向と直交するストライプパター
ンを上記第１の位置合せ方向にほぼ一定ピッチで複数有
した第１の回折格子を備えた前記第１の物体を用意する
とともに、前記第１の位置合せの方向のピッチが前記第
１の回折格子のピッチとほぼ等しい市松模様の２次元回
折格子と上記第１の回折格子のストライプパターンと直
交するストライプパターンを有した回折格子とを同一面
上に配列してなる第２の回折格子を備えた前記第２の物
体を用意し、 これら第１の物体と第２の物体とを前記第１の回折格子
と前記第２の回折格子とが対向するように配置した後、
光源から周波数がf1の第１の光と周波数がf2（ただしf1
≠f2）の第２の光とを送出させ、 この送出された第１および第２の光を独立に前記第１の
回折格子に対して前記ストライプパターンの延びる方向
と交差する面内で、かつこの面内に存在する入射軸を境
にしてほぼ左右対称に斜めに入射させ、 この入射によって前記第１および第２の光が前記第１の
回折格子を通過し、前記第２の回折格子で反射回折され
た後の回折光のうち前記第１の位置合せの方向には０
次、この第１の位置合せの方向と直交する方向には＋ｎ
次あるいは−ｎ次の回折光（0,±ｎ）を受光して得られ
るΔｆ＝|f2−f1|なる周波数で時間変化する検出信号を
第１の検出信号とし、 前記第１および第２の光が前記第１の回折格子を通過
し、前記第２の回折格子で反射回折された後の回折光の
うちの前記第１の位置合せの方向には±ｍ次、この第１
の位置合せの方向と直交する方向には＋１次あるいは−
１次の回折光（±m,±１）を受光して得られるΔｆ＝|f
2−f1|なる周波数で時間変化する検出信号を第２の検出
信号とし、 さらに前記光源より送出された周波数の異なる第１の光
と第２の光とを干渉させて得られたΔｆ＝|f2−f1|なる
周波数で時間変化する信号を参照信号とし、 この参照信号に対する前記第１の検出信号の位相のずれ
に基いて前記第１および第２の物体の前記第１の位置合
せの方向の相対位置を調整し、前記参照信号に対する前
記第２の検出信号の位相ずれに基いて前記第１および第
２の物体の前記第２の位置合せの方向の相対位置を調整
するようにした ことを特徴とする相対位置合せ方法。 - 【請求項３】前記第１の回折格子に前記入射軸を境にし
て左右対称に斜めに入射する第１および第２の光の上記
入射軸に対する入射角αは、前記第１および第２の回折
格子の前記第１の位置合せの方向のピッチをPx、光の波
長をλとしたとき、sinα＝＋ｌλ/Px、sinα＝−ｌλ/
Px（但し、ｌは整数）を満たしていることを特徴とする
請求項１に記載の相対位置合せ装置または請求項２に記
載の相対位置合せ方法。 - 【請求項４】前記第２の回折格子に配列される市松模様
の２次元回折格子の前記第１の位置合せ方向と直交する
方向のピッチと、同じく前記第２の回折格子に配列され
る回折格子のストライプパターンのピッチとが異なって
いることを特徴とする請求項１に記載の相対位置合せ装
置または請求項２に記載の相対位置合せ方法。 - 【請求項５】前記入射軸は、前記第１の回折格子のスト
ライプパターンの延びる方向に傾斜していることを特徴
とする請求項１に記載の相対位置合せ装置または請求項
２に記載の相対位置合せ方法。 - 【請求項６】ストライプパターンを有した第１の回折格
子を設けたマスクと、市松模様の第２の回折格子および
前記第１の回折格子のストライプパターンと直交するス
トライプパターンを有した第３の回折格子とを設けたウ
ェハを用い、これら対向配置された前記マスクと前記ウ
ェハとを対向方向と直交する面内で位置合せする第１の
位置合せおよび対向間隙を設定する第２の位置合せを行
うための相対位置合せ装置において、 周波数がf1の第１の光と周波数がf2（ただしf1≠f2）の
第２の光とを送出する光源手段と、 この光源手段から送出された第１および第２の光を独立
して前記第１の回折格子に導いて入射させる手段と、 前記第１の回折格子と前記第２の回折格子との間で回折
干渉した第１の回折光と、前記第１の回折格子と第３の
回折格子との間で回折干渉した第２の回折光とをそれぞ
れ受光し、それぞれΔｆ＝|f2−f1|なる周波数で時間変
化する第１の検出信号と第２の検出信号とを得る検出手
段と、 この検出手段で得られた第１および第２の検出信号と、
前記マスクおよびウェハの位置情報を含まずΔｆ＝|f2
−f1|なる周波数で時間変化する基準信号とをそれぞれ
比較し、上記基準信号と前記第１の検出信号との位相の
ずれに基づいて前記第１の位置合せを行うとともに、前
記基準信号と前記第２の検出信号との位相のずれに基づ
いて前記第２の位置合せを行う位置調整手段と を具備してなることを特徴とする相対位置合せ装置。 - 【請求項７】対向配置されたマスクとウェハとを対向方
向と直交する面内で位置合せする第１の位置合せおよび
対向間隙を設定する第２の位置合せを行うための相対位
置合せ方法であって、 前記マスクにストライプパターンを有した第１の回折格
子を設け、前記ウェハに市松模様の第２の回折格子を設
け、 前記ウェハに前記第１の回折格子のストライプパターン
と直交するストライプパターンを有した第３の回折格子
を設け、 光源手段から送出される周波数がf1の第１の光と周波数
がf2（ただしf1≠f2）の第２の光とを独立して前記第１
の回折格子に導いて入射させ、 前記第１の回折格子と前記第２の回折格子との間で回折
干渉した第１の回折光と、前記第１の回折格子と第３の
回折格子との間で回折干渉した第２の回折光とをそれぞ
れ受光し、それぞれΔｆ＝|f2−f1|なる周波数で時間変
化する第１の検出信号と第２の検出信号とを検出し、 この第１および第２の検出信号と、前記マスクおよびウ
ェハの位置情報を含まずΔｆ＝|f2−f1|なる周波数で時
間変化する基準信号とをそれぞれ比較し、上記基準信号
と前記第１の検出信号との位相のずれに基づいて前記第
１の位置合せを行うとともに、前記基準信号と前記第２
の検出信号との位相のずれに基づいて前記第２の位置合
せを行う ようにしたことを特徴とする相対位置合せ方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1064303A JP2677662B2 (ja) | 1988-03-31 | 1989-03-16 | 相対位置合せ方法および装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7886488 | 1988-03-31 | ||
| JP63-78864 | 1988-03-31 | ||
| JP1064303A JP2677662B2 (ja) | 1988-03-31 | 1989-03-16 | 相対位置合せ方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH028704A JPH028704A (ja) | 1990-01-12 |
| JP2677662B2 true JP2677662B2 (ja) | 1997-11-17 |
Family
ID=26405420
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1064303A Expired - Fee Related JP2677662B2 (ja) | 1988-03-31 | 1989-03-16 | 相対位置合せ方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2677662B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05243124A (ja) * | 1992-03-02 | 1993-09-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 平面の傾き検出法 |
| US7630067B2 (en) * | 2004-11-30 | 2009-12-08 | Molecular Imprints, Inc. | Interferometric analysis method for the manufacture of nano-scale devices |
-
1989
- 1989-03-16 JP JP1064303A patent/JP2677662B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH028704A (ja) | 1990-01-12 |
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