JP3029133B2 - Measurement method and device - Google Patents

Measurement method and device

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JP3029133B2
JP3029133B2 JP3060249A JP6024991A JP3029133B2 JP 3029133 B2 JP3029133 B2 JP 3029133B2 JP 3060249 A JP3060249 A JP 3060249A JP 6024991 A JP6024991 A JP 6024991A JP 3029133 B2 JP3029133 B2 JP 3029133B2
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    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は例えば半導体素子製造用
の露光装置によって、複数のマスクやレチクル等の物体
(以下レチクルで総称する)上に形成されている、ある
いは描画データとして記憶されている微細な複数の電子
回路パターンを逐次感光体を有する同一ウエハ等の上に
位置合わせて重ねて焼き付けした時に、各焼付け時のパ
ターン同士が感光体上で正確に重ね合わされているか、
即ち露光装置による位置合わせの正確さを測定する方法
及び装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is, for example, formed on a plurality of objects such as masks and reticles (hereinafter collectively referred to as "reticle") by an exposure apparatus for manufacturing semiconductor devices, or stored as drawing data. When a plurality of fine electronic circuit patterns are sequentially aligned and printed on the same wafer or the like having a photoconductor and baked, whether the patterns at the time of each printing are accurately superimposed on the photoconductor,
That is, the present invention relates to a method and an apparatus for measuring the accuracy of alignment by an exposure apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】紫外光、X線等を用いてレチクルの回路
パターンをウエハの感光体上に露光転写するいわゆる半
導体製造用の露光転写装置においては、レチクルとウエ
ハの相対的な位置合わせ性能向上を図るための重要な一
要素となっている。特に最近の露光装置における位置合
わせにおいては、半導体素子の高集積化のために例えば
サブミクロン以下の位置合わせ精度を有するものが要求
されている。
2. Description of the Related Art In a so-called exposure / transfer apparatus for manufacturing a semiconductor, in which a circuit pattern of a reticle is exposed and transferred onto a photosensitive member of a wafer by using ultraviolet light, X-rays, etc., the relative alignment performance between the reticle and the wafer is improved. It is one of the important factors to achieve. In particular, in recent aligners in an exposure apparatus, an aligner having, for example, a submicron or less alignment accuracy is required for high integration of semiconductor elements.

【0003】多くの位置合わせ装置においては、レチク
ル及びウエハ面上に、位置合わせ用の所謂アライメント
パターンを設け、それらより得られる位置情報を利用し
て双方のアライメントを行なっている。露光装置として
組上げられた装置の位置合わせ性能を実際に計測、評価
するには、従来レチクル上に形成された微細なパターン
をウエハ上に重ね合わせ焼き付けして、ウエハ上のパタ
ーンとのずれ量の測定を目視あるいは画像処理する等し
て行なうことによってなされている。
In many alignment apparatuses, a so-called alignment pattern for alignment is provided on a reticle and a wafer surface, and both alignments are performed using position information obtained from the alignment patterns. In order to actually measure and evaluate the alignment performance of an exposure system assembled as an exposure system, a fine pattern formed on a conventional reticle is superimposed on the wafer and printed, and the amount of deviation from the pattern on the wafer is measured. The measurement is performed by visual observation or image processing.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとしている課題】ところが、この様
な計測方法のうち、目視による測定では、読みとる人
の経験や熟練度に依存する点が多く計測精度が安定して
いない。
However, among such measurement methods, the measurement by visual observation depends on the experience and skill of the reader, and the measurement accuracy is not stable.

【0005】自動計測でないので時間と手間がかか
る。
[0005] Since it is not automatic measurement, it takes time and effort.

【0006】高い計測精度が得られない。等の問題が
あった。
[0006] High measurement accuracy cannot be obtained. And so on.

【0007】又、画像処理による測定においても、手法
が複雑で時間がかかる、高い計測精度が得られない、等
の問題があった。
[0007] Also, in the measurement by image processing, there are problems that the method is complicated and time-consuming, high measurement accuracy cannot be obtained, and the like.

【0008】本発明は上述従来例の欠点に鑑み、自動化
が可能で計測時間が短縮でき、かつ安定した高い計測精
度が得られる、重ね合わせ精度あるいは装置の位置合わ
せ精度の測定方法及び装置を提供することを目的とす
る。
The present invention has been made in view of the above-mentioned drawbacks of the prior art, and provides a method and an apparatus for measuring overlay accuracy or positioning accuracy of an apparatus, which can be automated, can shorten the measurement time, and can obtain a stable and high measurement accuracy. The purpose is to do.

【0009】更に、本発明は半導体露光装置上で焼付け
を行なった後、同じ露光装置上でlayer間の焼付け
のずれ計測が可能な露光装置を提供することを目的とす
る。
It is a further object of the present invention to provide an exposure apparatus capable of measuring a printing deviation between layers on the same exposure apparatus after printing on the semiconductor exposure apparatus.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明は同一面上の第一格子パターンと第二格子パ
ターンに可干渉光を照射し該第一及び/又は第二格子パ
ターンから出射される回折光を干渉させて前記第一及び
第二格子パターン間の相対位置ずれを検出する様にして
いる。
In order to achieve the above object, the present invention provides a method of irradiating a first grating pattern and a second grating pattern on the same surface with coherent light. The relative position shift between the first and second grating patterns is detected by causing the diffracted light emitted from the light source to interfere with each other.

【0011】[0011]

【実施例】以下に具体的な図面を参照しながら本発明の
第1実施例の原理について説明していく。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The principle of the first embodiment of the present invention will be described below with reference to specific drawings.

【0012】図1は基板3の上に設けられた等間隔直線
回折格子4(紙面に垂直な方向に直線状格子のパターン
が伸びている)にレーザー光5が平面波として入ったと
きの1次回折光が基板3の面に垂直に回折されている様
子を示している。
FIG. 1 shows the first time when a laser beam 5 enters as a plane wave into an equally-spaced linear diffraction grating 4 (a linear grating pattern extends in a direction perpendicular to the paper) provided on a substrate 3. The figure shows a state in which the folded light is diffracted perpendicularly to the surface of the substrate 3.

【0013】この時ピッチPの回折格子4に光5が入射
して発生する回折光6の波面は、回折格子4が1ピッチ
分x方向に移動すると位相が2π(即ち、1波長分だ
け)変化することがよく知られている。即ち、x方向に
0だけ移動するとすると、回折光には2mπx0/Pの
位相変化が付加される。ここでmは回折光の次数であ
る。
At this time, the wavefront of the diffracted light 6 generated when the light 5 is incident on the diffraction grating 4 having the pitch P has a phase of 2π (that is, only one wavelength) when the diffraction grating 4 moves in the x direction by one pitch. It is well known that it changes. That is, when the light is moved by x 0 in the x direction, a phase change of 2mπx 0 / P is added to the diffracted light. Here, m is the order of the diffracted light.

【0014】図2に示すように、同一平面上にあって隣
接する2つの等間隔直線回折格子(グレーティング)を
考える。ここで2つのグレーティングのピッチは等し
く、相互のグレーティングの隣り合う線状パターン間に
はx方向にずれが生じている。グレーティングの片方を
A、もう片方をBとする。これらのグレーティングに対
し振動数が僅かに違い、初期位相がそれぞれφ0A、φ0B
の光7、8をそれぞれA、Bに照射すると双方の複素振
幅は以下の式で表わされる。
As shown in FIG. 2, two adjacent equidistant linear diffraction gratings (gratings) on the same plane are considered. Here, the pitches of the two gratings are equal, and there is a shift in the x direction between adjacent linear patterns of each other. One of the gratings is A, and the other is B. The frequencies of these gratings are slightly different, and the initial phases are φ 0A and φ 0B respectively.
When lights 7 and 8 are irradiated on A and B, respectively, both complex amplitudes are expressed by the following equations.

【0015】 UA=A0exp{i(ωAt+φ0A)}…(1) UB=B0exp{i(ωBt+φ0B)}…(2)[0015] U A = A 0 exp {i (ω A t + φ 0A)} ... (1) U B = B 0 exp {i (ω B t + φ 0B)} ... (2)

【0016】このとき、それぞれのグレーティングから
の1次回折光9、10は UA′=Aexp{i(ωAt+φ0A+φA)}…(3) UB′=Bexp{i(ωBt+φ0B+φB)}…(4) となる。ここで、
[0016] At this time, the first-order diffracted light 9, 10 from each of the gratings U A '= Aexp {i ( ω A t + φ 0A + φ A)} ... (3) U B' = Bexp {i (ω B t + φ 0B + Φ B )} (4) here,

【0017】[0017]

【外1】 A、xBはそれぞれグレーティングA、Bの同一基準位
置からのx方向ずれである。
[Outside 1] x A, x B is the x-direction shift from each grating A, the same reference position of the B.

【0018】そこで(3)と(4)であらわされる光を
干渉させ(重ね合わせ)るとこの干渉光の強度変化は |UA′+UB′|2=A2+B2+2ABcos{2π
(fB−fA)t+(φB−φA)+(φ0B−φ0A)}…
(5) となる。ここで、
[0018] Therefore (3) and causing interference light represented by (4) (overlay) the intensity change of the interference light found by typing the | U A '+ U B' | 2 = A 2 + B 2 + 2ABcos {2π
(F B -f A) t + (φ B -φ A) + (φ 0B -φ 0A)} ...
(5) here,

【0019】[0019]

【外2】 [Outside 2]

【0020】(5)式において、A+B2は直流成
分、2ABは振幅で、2光波の周波数差である。fB
Aのビート周波数成分をもつ信号が、初期位相ずれφ
0B−φ0A及びグレーティング相互間のずれ量を表わして
いる位相φB−φAだけ時間的に位相変調をうけた形とな
っている。
In the equation (5), A 2 + B 2 is a DC component, 2AB is an amplitude and a frequency difference between two light waves. f B
The signal having the beat frequency component of f A is the initial phase shift φ
The phase is temporally phase-modulated by a phase φ B −φ A representing the deviation between 0B− φ 0A and the grating.

【0021】従って、グレーティングに照射される前に
ハーフミラー等で光をわけて、UA、UBの光を重ね合わ
せて光電変換すると、この干渉光の強度変化信号は、 |UA+UB2=A 2 0+B 2 0+2A00cos{2π
(fB−fA)t+(φ0B−φ0A)}…(6) となり、これを参照信号として信号(5)、(6)の位
相差をとる様にすれば光の初期信号位相ずれの消去がで
き、所謂ヘテロダイン干渉計測として高精度な位相差検
出が可能となる。
[0021] Thus, by dividing the light by a half mirror or the like before being irradiated to the grating, U A, when photoelectric conversion by superimposing the light of U B, the intensity change signal of the interference light, | U A + U B | 2 = A 2 0 + B 2 0 + 2A 0 B 0 cos {2π
(F B −f A ) t + (φ 0B −φ 0A )} (6) When the phase difference between the signals (5) and (6) is taken as a reference signal, the initial signal phase shift of light Can be eliminated, and highly accurate phase difference detection can be performed as so-called heterodyne interference measurement.

【0022】よく知られている様にヘテロダイン法は、
2つの信号間の位相ずれを時間として検出するので、信
号間に直流成分の違いや振幅の変化があっても測定に影
響はない。
As is well known, the heterodyne method is
Since the phase shift between the two signals is detected as time, even if there is a difference in DC component or a change in amplitude between the signals, the measurement is not affected.

【0023】図3に示す様に、被測定信号11と参照信
号12の位相差△Tを例えばロックインアンプなどを用
いて高精度検出することによって位相差の高精度測定が
できる。例えばロックインアンプの能力からいうとλ/
1000〜λ/2000(0.4°〜0.2°の位相)
の位相差検出が現実に可能である。
As shown in FIG. 3, the phase difference ΔT between the signal under test 11 and the reference signal 12 is detected with high precision using, for example, a lock-in amplifier or the like, so that the phase difference can be measured with high precision. For example, in terms of lock-in amplifier capability, λ /
1000 to λ / 2000 (0.4 ° to 0.2 ° phase)
Is actually possible.

【0024】上述の様にして検出された位相差はグレー
ティング相互間のずれ量を示す位相差φB−φAに一致す
るのでグレーティングのピッチをPとするとP(φB
φA)/2πよりグレーティング間のずれ量が求まる。
例えば、2μmピッチのグレーティングを用いた場合、
0.01μmのグレーティング間ずれ量検出を行なうた
めには、
Since the phase difference detected as described above matches the phase difference φ B −φ A indicating the amount of displacement between the gratings, if the pitch of the grating is P, P (φ B
The deviation amount between the gratings is obtained from φ A ) / 2π.
For example, when using a 2 μm pitch grating,
In order to detect the displacement between gratings of 0.01 μm,

【0025】[0025]

【外3】 従って、λ/200(λ:ヘテロダイン検出に用いてい
る光の波長)の位相差検出が必要となる。
[Outside 3] Therefore, it is necessary to detect a phase difference of λ / 200 (λ: wavelength of light used for heterodyne detection).

【0026】本実施例では上述の原理に基づいて求めた
グレーティング間ずれ量を第1回目に焼き付けられたパ
ターンと第2回目に焼き付けられたパターンとの重ね合
わせずれ量として用いる。以下にこれを説明する。
In this embodiment, the amount of displacement between gratings obtained based on the above-described principle is used as the amount of misalignment between the pattern printed on the first time and the pattern printed on the second time. This will be described below.

【0027】ウエハの感光体、ここではレジスト上にま
ず第1のレチクルのパターンを焼付ける。第1レチクル
上には第1の実素子パターンと周知の形の第1のアライ
メントマークと上述の等間隔直線回折格子である第1の
格子パターンとが形成されており、これらをすべて周知
の半導体露光装置でレジスト上に同時に焼付ける。焼付
け後レジストを現像処理する等し、その上に新しいレジ
ストを塗布する。この新レジスト上に第2のレチクルの
パターンを焼き付ける。第2のレチクル上には第2の実
素子パターンと、周知の形の第2のアライメントマーク
と、第1の格子パターンと同じピッチの等間隔直線回折
格子よりなる第2の格子パターンとが形成されている。
焼付けは周知の半導体露光装置で、ウエハ上に転写され
た第1のアライメントマークと第2のレチクルの第2の
アライメントマークとを用いて周知の方法により第2の
レチクル、ウエハ間の相対位置検出し、この結果に基づ
いて第2レチクル、ウエハ間位置合わせを行なった後に
行なう。第2の格子パターンは、第2の実素子パターン
がウエハ上の第1の実素子パターンとずれなく位置合わ
せされている時には、ウエハ上の第1の格子パターン
と、図2に示す様に隣り合う位置にかつ互いのグレーテ
ィングの隣り合う線状パターンが図2のx方向にずれの
ない状態で、転写される様に配置されている。第2のレ
チクルが焼き付けられたレジストを現像するとウエハ上
には第1、第2の両格子パターンが形成されることにな
る。この両格子パターン相互の互いに隣り合う線状パタ
ーン間の、図2で示すx方向のずれ量を、前述した原理
に基づいて検出する。このずれ量は第1及び第2実素子
パターンの重ね合わせずれ量と等しく、半導体露光装置
での第1及び第2アライメントマークによる位置合わせ
の誤差量を示すことになる。
First, a pattern of a first reticle is printed on a photosensitive member of a wafer, here, a resist. On the first reticle, a first real element pattern, a first alignment mark of a known shape, and a first grating pattern, which is the above-described linear diffraction grating at equal intervals, are formed. Simultaneously print on the resist with an exposure device. After baking, the resist is developed and the like, and a new resist is applied thereon. The pattern of the second reticle is printed on the new resist. On the second reticle, a second real element pattern, a second alignment mark of a known shape, and a second grating pattern composed of equally spaced linear diffraction gratings having the same pitch as the first grating pattern are formed. Have been.
The printing is performed by a well-known semiconductor exposure apparatus using a first alignment mark transferred onto a wafer and a second alignment mark of a second reticle by a known method to detect a relative position between the second reticle and the wafer. Then, the second reticle is positioned after the wafer is aligned based on the result. The second lattice pattern is adjacent to the first lattice pattern on the wafer as shown in FIG. 2 when the second real element pattern is aligned with the first real element pattern on the wafer without displacement. The adjacent linear patterns of the gratings are arranged so as to be transferred at the matching positions without being shifted in the x direction in FIG. When the resist on which the second reticle is baked is developed, both the first and second lattice patterns are formed on the wafer. The shift amount in the x direction shown in FIG. 2 between the linear patterns adjacent to each other in the two lattice patterns is detected based on the principle described above. This shift amount is equal to the overlay shift amount of the first and second real element patterns, and indicates the error amount of the alignment by the first and second alignment marks in the semiconductor exposure apparatus.

【0028】形成する格子パターンはレジストを現像し
たものでなくともよく、例えばレジストにパターンを転
写し、現像をしない状態でレジスト上に見られるパター
ン像、即ち潜像で第1及び第2格子パターンのいずれか
一方、あるいは両方を形成してもよい。又第1レチク
ル、第2レチクルの一方あるいは両方に実素子パターン
は必ずしもなくてもよい。例えば半導体露光装置の位置
合わせ誤差量のみを測定する場合には、実素子パターン
のないテスト用のレチクルを第1レチクルまたは第2レ
チクルに使用することが可能である。又、例えばこの場
合第1の格子パターンと第1のアライメントパターンは
第1のレチクルから転写するだけではなく、周知のEB
(エレクトロンビーム)描画装置によって描画して形成
しても良い。第2の格子パターンと第2のアライメント
パターンも同様に第2レチクルからでなくても良い。又
感光体を用いずイオンビーム等で材質を直接加工して形
成する様なものでも良い。又第2レチクルとウエハとの
位置合わせはアライメントマークによって行なうだけで
はなく、所定位置に設定された第2レチクルに対し、位
置決めステージ上のウエハをステージを所定量動かすこ
とによって位置合わせする場合も含む。
The grid pattern to be formed may not be a pattern obtained by developing a resist. For example, the pattern is transferred to the resist, and the first and second grid patterns are latent images, ie, a pattern image seen on the resist without development. Either one or both may be formed. Also, one or both of the first reticle and the second reticle may not necessarily have a real element pattern. For example, when measuring only the alignment error amount of the semiconductor exposure apparatus, a test reticle having no actual element pattern can be used for the first reticle or the second reticle. For example, in this case, the first grating pattern and the first alignment pattern are not only transferred from the first reticle, but also used in a well-known EB.
(Electron beam) It may be formed by drawing with a drawing device. Similarly, the second grating pattern and the second alignment pattern need not be from the second reticle. Further, the material may be formed by directly processing the material with an ion beam or the like without using a photoreceptor. The alignment between the second reticle and the wafer is not only performed by the alignment mark, but also includes the case where the wafer on the positioning stage is moved by moving the stage by a predetermined amount with respect to the second reticle set at a predetermined position. .

【0029】次に具体的なグレーティング回折光検出系
の構成と共に本発明の第1実施例について図4を基に説
明する。図中の符番に下付文字1がついたものはS波、
下付文字2がついたものはP波の光を示す。P波、S波
はそれぞれ紙面に平行垂直な方向に電場が振動してい
る。
Next, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 4 together with a specific configuration of a grating diffraction light detection system. Those with the subscript 1 attached to the numbers in the figure are S waves,
Those with subscript 2 indicate P-wave light. The electric waves of the P wave and the S wave vibrate in a direction parallel to and perpendicular to the paper.

【0030】図4で、2周波(それぞれfA、fB)の光
A1、fB2を含む光13を計測したいウエハ14上に、
前述の様にして焼き付けられたグレーティングU.Lに
照射し、各周波数光がグレーティングUでそれぞれ回折
されて出射した回折光fA1U、fB2UとグレーティングLで
それぞれ回折されて出射した回折光fA1L、fB2Lをリレ
ーレンズ15、16によってリレーした後、サバール板
17によって光fA1Uと光fB2Lの光路を一致させ(光束
22)、かつ光fA1LとfB2Uの光路をこの共通光路から
遠ざけ、偏光面を紙面に対して45°傾けた状態にした
偏光板18を通した後にレンズ19で光束22のみを集
光させてセンサー20で検出する。センサー20として
はビート周波数|fA−fB|の応答性を考慮して選べば
よい。従って、例えば1MHzのビート周波数だと応答
性にすぐれたAPD(アバランシェ・フォト・ダイオー
ド)などがよい。
In FIG. 4, on a wafer 14 on which light 13 including light f A1 and f B2 of two frequencies (respectively f A and f B ) is to be measured,
The grating U.S. L, each frequency light is diffracted by the grating U, and the diffracted lights f A1U , f B2U, and the diffracted lights f A1L , f B2L diffracted by the grating L, respectively, are relayed by the relay lenses 15, 16. After that, the optical paths of the light f A1U and the light f B2L are made to coincide with each other by the Savart plate 17 (light flux 22), the optical path of the light f A1L and the light f B2U are moved away from this common optical path, and the polarization plane is inclined by 45 ° with respect to the paper. After passing through the polarizing plate 18, only the light beam 22 is condensed by the lens 19 and detected by the sensor 20. The sensor 20 beat frequency | may be selected in consideration of responsiveness | f A -f B. Therefore, for example, an APD (avalanche photo diode) having excellent responsiveness at a beat frequency of 1 MHz is preferable.

【0031】尚、17のサバール板について更に詳しく
説明する。前述した様に、ウエハで回折した光fA1L
B2Lを重ね合わせるためにサバール板を使う。図5に
示すように厚さがd、境界面の法線が光学軸とθ(水晶
の場合θ=45°、方解石の場合θ=44.6°)を成
す同種の平行平面板2枚を、垂直入射光に対する主断面
(光軸と伝播方向を含む面)が直交するように貼り合わ
せたものをサバール板という。サバール板では常光線
(以下S波)、異常光線(以下P波)の進行方向が違
い、第1板でのS波は第2板ではP波になり、第1板出
のP波は第2板ではS波になる。よってそれぞれの光は
第1板、第2板のどちらか一方で1回の方向変位が与え
られる。変位する量をL0とすると、
The seventeenth Savart plate will be described in more detail. As described above, the Savart plate is used to superimpose the light f A1L and f B2L diffracted by the wafer. As shown in FIG. 5, two parallel plane plates of the same type having a thickness d and a normal to the boundary surface forming an angle θ with the optical axis (θ = 45 ° for quartz, θ = 44.6 ° for calcite) A Savart plate is attached to a substrate so that a main cross section (a plane including an optical axis and a propagation direction) with respect to perpendicularly incident light is orthogonal. In the Savart plate, the traveling directions of the ordinary ray (hereinafter referred to as S-wave) and the extraordinary ray (hereinafter referred to as P-wave) are different. The S-wave at the first board becomes the P-wave at the second board, and the P-wave coming out of the first board becomes the P-wave. In two plates, it becomes an S wave. Therefore, each light is given one direction displacement by one of the first plate and the second plate. Assuming that the displacement amount is L 0 ,

【0032】[0032]

【外4】 という式で表わされる。ここで、a=1/ne(neは異
常光の屈折率)、b=1/n0、c=a2sin2θ+b2
cosθである。出射面上でのS波とP波の距離は√2
・L0となり、サバール板から出た2つの光は√2・L0
の距離を保った互いに平行な光となる。図5に示す座標
系にサバール板が配置されているとし、x軸に平行な光
がサバール板面上(0、y0、z0)に入射したとする。
出射面でのS波、P波の位置は、それぞれ(2d、
0、z0+L0)、(2d、y0+L0、z0)となる。図
6に出射面を正面に見た図を示す。点aに光Aが(紙面
の裏側から)垂直入射したとき、S波とP波の位置関係
はy軸、z軸方向にそれぞれL0だけ変位している。こ
こに、点aから√2・L0離れていて、y軸から下方に
45°傾いた点bに光Bが入射したとすると出射面で光
AのP波と光BのS波が重なり合う。このようなサバー
ル板の特性を利用してウエハからの回折光を重ね合わせ
る。即ち、図5では左側から入射した光が右側に抜ける
場合の光路の状況について示したが、同様に右側から入
った光についても逆進が成り立ち、本実施例の光学系の
構成では右側から入り、出射側で光が一致して重なりあ
うことになる。
[Outside 4] It is represented by the following equation. Here, a = 1 / ne ( ne is the refractive index of extraordinary light), b = 1 / n 0 , c = a 2 sin 2 θ + b 2
cos θ. The distance between the S wave and the P wave on the emission surface is √2
・ L 0 , and the two lights emitted from the Savart plate are √2 ・ L 0
Are parallel to each other while maintaining the distance of. It is assumed that the Savart plate is arranged in the coordinate system shown in FIG. 5, and that light parallel to the x-axis is incident on the Savart plate surface (0, y 0 , z 0 ).
The positions of the S wave and the P wave on the emission surface are (2d,
y 0 , z 0 + L 0 ) and (2d, y 0 + L 0 , z 0 ). FIG. 6 shows a front view of the emission surface. When the light A is vertically incident on the point a (from the back side of the paper), the positional relationship between the S wave and the P wave is displaced by L 0 in the y-axis direction and the z-axis direction, respectively. Here, assuming that the light B is incident on a point b which is separated from the point a by √2 · L 0 and is inclined downward by 45 ° from the y axis, the P wave of the light A and the S wave of the light B overlap on the exit surface. . The diffracted light from the wafer is superposed by utilizing such characteristics of the Savart plate. That is, FIG. 5 shows the state of the optical path when the light incident from the left exits to the right, but the light entering from the right also reverses, and in the configuration of the optical system of this embodiment, the light enters from the right. , The light coincides and overlaps on the exit side.

【0033】図4にもどって、サバール板付近の光の進
み方を示す。
Returning to FIG. 4, how light travels near the Savart plate is shown.

【0034】ウエハ上の2つのグレーティング全面(上
側をU、下側をL)に2つの光fA1とfB2を照射する。
このときグレーティングからの回折光は4つの成分をも
っていて、それぞれをfA1U、fB2U、fA1L、fB2Lと表
す。(下付文字Uとは、上側のグレーティングUの位相
情報を有していることを意味する。同様に下付文字Lは
下側のグレーティングLの位相情報を有していることを
意味する。)この時点で、fA1UとfB2U、fA1LとfB2L
は同じ光軸上にある。これら4つの成分の光はリレーレ
ンズを経てサバール板に入り、前述したサバール板の特
性によりfA1UとfB2Lが重なり合わされる。
Two light beams f A1 and f B2 are applied to the entire surface of the two gratings (U on the upper side and L on the lower side) on the wafer.
At this time, the diffracted light from the grating has four components, each of which is represented as f A1U , f B2U , f A1L , f B2L . (The subscript U means that it has the phase information of the upper grating U. Similarly, the subscript L means that it has the phase information of the lower grating L. At this point, f A1U and f B2U , f A1L and f B2L
Are on the same optical axis. These four components light enters the Savart plate through a relay lens, f A1U and f B2L are overlapped by the characteristics of the Savart plate as described above.

【0035】図7に本発明の第1実施例の測定装置の照
明系を含む全系を示す。図4と同じ部材には同じ符番を
冠してある。
FIG. 7 shows the entire system including the illumination system of the measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention. The same members as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals.

【0036】図7において、40はレーザーなどの光
源、41は周波数シフター。光源40が例えば軸ゼーマ
ンレーザーのような2周波発生光源であれば周波数シフ
ター41は不要となる。この場合には、変わって周波数
シフター41の位置にλ/4板などの位相板が置かれ
る。42はビーム径変換用の光学系、43はハーフミラ
ーである。光源40からの光束は周波数シフター41、
光学系42、ハーフミラー43を経て図4に示した様に
ウエハ14を照明する。なお44は偏光板、45は集光
光学系、46は光センサー、47はロックインアンプ、
55、56は光ファイバー(例えばシングルモードファ
イバー)である。
In FIG. 7, 40 is a light source such as a laser, and 41 is a frequency shifter. If the light source 40 is a two-frequency generating light source such as an axial Zeeman laser, the frequency shifter 41 becomes unnecessary. In this case, a phase plate such as a λ / 4 plate is placed at the position of the frequency shifter 41 instead. Reference numeral 42 denotes an optical system for converting a beam diameter, and reference numeral 43 denotes a half mirror. The light flux from the light source 40 is a frequency shifter 41,
The wafer 14 is illuminated via the optical system 42 and the half mirror 43 as shown in FIG. 44 is a polarizing plate, 45 is a condensing optical system, 46 is an optical sensor, 47 is a lock-in amplifier,
55 and 56 are optical fibers (for example, single mode fibers).

【0037】同図において2つのグレーティングU、L
からの回折光は図4で説明した様にしてセンサー20で
検出され、(5)式で示す信号が得られる。
In the figure, two gratings U and L
Is detected by the sensor 20 as described with reference to FIG. 4, and a signal represented by Expression (5) is obtained.

【0038】又ハーフミラー43で分岐された光束はP
波、S波の振動面に対し45°傾いた偏光板を持つ偏光
板44に入射し、出射した2周波光は互いに干渉して、
集光光学系45、光ファイバー55を経てセンサー46
に入射する。センサー46はこの干渉光を検出し、
(6)式で示される信号が得られる。センサー20、4
6のそれぞれの出力S、Rはロックインアンプ47に入
力され、前述した様にグレーティング同士の位置ずれ量
に対応した位相ずれ量信号が得られる。この信号から不
図示の計算器によってグレーティング相対位置ずれ量、
すなわちパターン重ね合わせ誤差量、あるいは位置合わ
せ誤差量が得られる。
The light beam split by the half mirror 43 is P
Wave, the incident two-frequency light incident on the polarizing plate 44 having a polarizing plate inclined at 45 ° with respect to the vibration plane of the S wave interferes with each other,
A sensor 46 passes through a condensing optical system 45 and an optical fiber 55.
Incident on. The sensor 46 detects this interference light,
The signal represented by the equation (6) is obtained. Sensor 20, 4
6 are input to the lock-in amplifier 47, and as described above, a phase shift amount signal corresponding to the positional shift amount between the gratings is obtained. From this signal, a calculator (not shown) calculates the relative displacement of the grating,
That is, a pattern overlay error amount or a position alignment error amount is obtained.

【0039】もし、グレーティングパターンUとLの位
相ずれがない場合には、fB2LとfA1Uの各波面はグレー
ティングの回折による相互の位相シフトはなく、参照信
号Rと信号Sの間の位相ずれは発生しない。グレーティ
ングパターンUとLの間で位相ずれがある場合にはロッ
クインアンプ47の出力の位相ずれ量は図3で示す様
に、位相角度として(実際には△Tとして)得られる。
尚、図7において、グレーティングL、Uの並んだ方向
(直線グレーティングの直線方向)に回折光がシフトす
る様にサバール板17の配置がなされている。尚、周波
数シフター41の具体例を図8に示す。図8において、
60は偏光ビームスプリツター、61、62は音響光学
変調器、63、64はミラー、65は偏光ビームスプリ
ツターである。ここで例えば音響光学変調器61を80
MHz、音響光学変調器62を81MHzの音響光学変
調とすれば、2つの光の間では1MHzの周波数差が与
えられる。
If there is no phase shift between the grating patterns U and L, the wavefronts of f B2L and f A1U have no mutual phase shift due to diffraction of the grating, and the phase shift between the reference signal R and the signal S Does not occur. When there is a phase shift between the grating patterns U and L, the phase shift amount of the output of the lock-in amplifier 47 is obtained as a phase angle (actually, ΔT) as shown in FIG.
In FIG. 7, the Savart plate 17 is arranged so that the diffracted light shifts in the direction in which the gratings L and U are arranged (the straight line direction of the straight grating). FIG. 8 shows a specific example of the frequency shifter 41. In FIG.
60 is a polarization beam splitter, 61 and 62 are acousto-optic modulators, 63 and 64 are mirrors, and 65 is a polarization beam splitter. Here, for example, the acousto-optic modulator 61 is set to 80
If the acousto-optic modulator 62 is 81 MHz acousto-optic modulation, a 1 MHz frequency difference is given between the two lights.

【0040】以上述べた様に、本実施例によればヘテロ
ダイン干渉計測技術の応用でウエハ上に焼き付けられた
重ね合わせ量の評価を高精度、かつ自動計測することが
出来、今後増々微細化の一途をたどる半導体の高集積化
に対応した焼き付け評価装置を提供することが出来る。
As described above, according to the present embodiment, the evaluation of the amount of superimposition printed on the wafer by the application of the heterodyne interferometer technology can be performed with high precision and automatic measurement, and in the future, the miniaturization will be further increased. It is possible to provide a burn-in evaluation device that can be continuously integrated with higher integration of semiconductors.

【0041】次に本願発明の第2実施例以降の原理につ
いて説明する。
Next, the principle after the second embodiment of the present invention will be described.

【0042】図9はウエハ103の上に設けられた等間
隔直線回折格子104(紙面に垂直な方向に直線状格子
パターンが伸びている)に絶対値が同じ入射角で周波数
がわずかに違うレーザー光105−1、105−2が平
面波として入射したことを示している。ここで0次の回
折光の進行方向に向って左側の回折光を+m次回折光、
右側を−m次回折光とする(mは整数)。105−1の
格子パターン104に対する+1次回折光、105−2
の104に対する−1次回折がウエハ103の面に垂直
に回折されている様子を示している。このとき、ピッチ
Pの回折格子104に光105−1、105−2が入射
して、そこから発生する回折光106−1、106−2
の波面は、グレーティング104が1ピッチx方向に移
動すると位相が2π(即ち1波長分だけ)変化すること
がよく知られている。よってx方向にx0だけ回折格子
104が移動すると、回折光には±2mπx0/Pの位
相変化が付加される。ここでmは回折光の次数である。
これは第1実施例で説明したものと同じである。以下の
実施例はこの原理を用いた第1実施例とは別のパターン
焼き付けずれ検出方法及び装置を検出する。
FIG. 9 shows a laser having an absolute value of the same incident angle and a slightly different frequency on an equally-spaced linear diffraction grating 104 (a linear grating pattern extends in a direction perpendicular to the paper) provided on a wafer 103. This indicates that the lights 105-1 and 105-2 are incident as plane waves. Here, the diffracted light on the left side in the traveling direction of the 0th-order diffracted light is represented by + m-order diffracted light,
The right side is the -m order diffracted light (m is an integer). + 1st-order diffracted light with respect to 105-1 grating pattern 104, 105-2
1 shows that -1st-order diffraction with respect to 104 is diffracted perpendicular to the surface of the wafer 103. At this time, the lights 105-1 and 105-2 are incident on the diffraction grating 104 having the pitch P, and the diffracted lights 106-1 and 106-2 generated therefrom.
It is well known that the phase of the wave front changes by 2π (that is, by one wavelength) when the grating 104 moves in one pitch x direction. Therefore, when the diffraction grating 104 moves by x 0 in the x direction, a phase change of ± 2mπx 0 / P is added to the diffracted light. Here, m is the order of the diffracted light.
This is the same as that described in the first embodiment. The following embodiment detects a pattern printing misalignment detecting method and apparatus different from the first embodiment using this principle.

【0043】図10に示すように、同一平面上にあって
隣接する2つの等間隔直線格子(グレーティング)を考
える。ここで2つのグレーティングのピッチは共にP′
で等しく、グレーティングの相互間には矢印方向(x方
向)にずれ(△x=xB′−xA′)が生じている。仮に
片方のグレーティングをA′、もう片方をB′とする
(xA′、xB′はそれぞれグレーティングA′、B′の
同一基準位置からのx方向ずれ)。
As shown in FIG. 10, two adjacent equidistant linear gratings (gratings) on the same plane are considered. Here, the pitches of the two gratings are both P '
And there is a shift (Δx = x B ′ −x A ′) between the gratings in the direction of the arrow (x direction). If the one of the grating A ', the other end B' and (x A ', x B' x -direction deviation from the same reference position of each grating A is ', B').

【0044】ここで、振動数がわずかに違い(ωf1、ω
f2)、初期位相がそれぞれφ0f1、φ0f2である。2つの
光109、110のそれぞれの複素振幅Uf1、Uf2は Uf1=A0exp{i(ωf1t+φ0f1)}…(8) Uf2=B0exp{i(ωf2t+φ0f2)}…(9) で示される。この2つの光109、110を2つのグレ
ーティング全面に照射する。例えば光109を左から、
光110を右からそれぞれ同じ絶対値の入射角で照射す
る。このとき、光109のグレーティングA′、B′に
対しての+1次回折光を111、112とし、光110
のグレーティングA、Bに対しての−1次回折光を11
3、114とするそれぞれの光を複素振幅表示すると、
光111、113、112、114の複素振幅をそれぞ
れU′AF1(+1)、U′AF2(−1)、U′Bf1(+
1)、U′Bf2(−1)として
Here, the frequencies slightly differ (ω f1 , ω
f2 ), and the initial phases are φ 0f1 and φ 0f2 , respectively. The complex amplitudes U f1 and U f2 of the two lights 109 and 110 are respectively expressed as U f1 = A 0 expexif1 t + φ 0f1 )} (8) U f2 = B 0 exp {i (ω f2 t + φ 0f2 ) } ... (9) The two lights 109 and 110 are irradiated on the entire surface of the two gratings. For example, light 109 from the left
Light 110 is irradiated from the right at the same incident angle of absolute value. At this time, the + 1st-order diffracted light of the light 109 with respect to the gratings A ′ and B ′ is set to 111 and 112, and the light 110
-1st order diffracted light with respect to gratings A and B
When the complex amplitudes of the lights 3 and 114 are displayed,
The complex amplitudes of the lights 111, 113, 112, and 114 are calculated as U ' AF1 (+1), U' AF2 (-1), and U ' Bf1 (+
1), U ' Bf2 (-1)

【0045】[0045]

【外5】 となる。[Outside 5] Becomes

【0046】ここで、φA′=2πxA′/P、φB′=
2πxB′/Pであり、それぞれグレーティングA′、
B′のx方向のずれ量が位相量として表されたものであ
る。そしてグレーティングA′からの回折光111と1
13、そしてグレーティングB′からの回折光112、
と114を干渉させると、それぞれの干渉光強度変化U
A、UBは以下の様になる。
Here, φ A ′ = 2π × A ′ / P, φ B ′ =
2πx B ′ / P, and the gratings A ′,
The shift amount of B 'in the x direction is expressed as a phase amount. Then, diffracted lights 111 and 1 from grating A '
13, and diffracted light 112 from grating B '
And 114 cause interference light intensity changes U
A, U B is as follows.

【0047】 UA=|U′Af1(+1)+U′Af2(−1)|2=A2 f1
+A2 f2+2Af1f2cos{2π(f2−f1)t+
(φ0f2−φ0f1)−2φA′} …(14) UB=|U′Bf1(+1)+U′Bf2(−1)|2=B2 f1
+B2 f2+2Bf1f2cos{2π(f2−f1)t+
(φ0f2−φ0f1)−2φB′} …(15)
U A = | U ′ Af1 (+1) + U ′ Af2 (−1) | 2 = A 2 f1
+ A 2 f2 + 2A f1 A f2 cos {2π (f 2 −f 1 ) t +
(Φ 0f2 -φ 0f1) -2φ A '} ... (14) U B = | U' Bf1 (+1) + U 'Bf2 (-1) | 2 = B 2 f1
+ B 2 f2 + 2B f1 B f2 cos {2π (f 2 −f 1 ) t +
0f2 −φ 0f1 ) -2φ B ′} (15)

【0048】ここでf1=ωf1/2π、f2=ωf2/2
π、A2 f1+A2 f2、B2 f1+B2 f2は直流成分、2Af1
f2、2Bf1f2は振幅である。(14)式、(15)式
は、f2−f1のビート周波数成分をもつ信号が、初期位
相ずれφ0f2−φ0f1及びグレーティングA′、B′の個
々のずれ量φA′、φB′だけ時間的に位相変調を受けた
形となっている。よって、(14)式及び(15)式で
示される信号のどちらか一方を参照信号、もう一方を被
測定信号として2つの時間的ずれを検出すれば光の初期
位相が消去でき、所謂ヘテロダイン干渉計測として高精
度な位相検出
Here, f 1 = ω f1 / 2π, f 2 = ω f2 / 2
π, A 2 f1 + A 2 f2 , B 2 f1 + B 2 f2 are DC components, 2A f1 A
f2, 2B f1 B f2 are amplitudes. Equations (14) and (15) indicate that the signal having the beat frequency component of f 2 −f 1 is the initial phase shift φ 0f2 −φ 0f1 and the respective shift amounts φ A ′, φ A of the gratings A ′, B ′. The phase is temporally modulated by B '. Therefore, if one of the signals represented by the equations (14) and (15) is used as a reference signal and the other is used as a signal to be measured and two time shifts are detected, the initial phase of light can be eliminated, so-called heterodyne interference High-precision phase detection for measurement

【0049】[0049]

【外6】 が可能となる。ヘテロダイン干渉法は、前述した様に、
2つの信号間の位相ずれを時間として検出するので、信
号間に直流成分の違いや、振幅の変化があっても測定に
影響はない。ここで図11に示すように参照信号11
5、被測定信号116の時間的ずれを△Tとすると、△
Tを例えばロックインアンプなどを用いて高精度検出す
ることによって位相差の高精度測定ができる。
[Outside 6] Becomes possible. Heterodyne interferometry, as described above,
Since the phase shift between the two signals is detected as time, even if there is a difference in the DC component between the signals or a change in the amplitude, there is no effect on the measurement. Here, as shown in FIG.
5. Assuming that the time lag of the signal under measurement 116 is ΔT,
By detecting T with high accuracy using, for example, a lock-in amplifier or the like, high-precision measurement of the phase difference can be performed.

【0050】上述の様にして検出された位相差はグレー
ティング相互間のずれ量を示す位相差△φに一致するの
でP′△φ/2πよりグレーティング間のずれ量が求ま
る。
Since the phase difference detected as described above coincides with the phase difference Δφ indicating the amount of shift between the gratings, the amount of shift between the gratings is obtained from P ′ △ φ / 2π.

【0051】従って上述の原理に基き、第1の実施例と
同様に第1回目に焼付けられた格子パターンと第2回目
に焼付けられた格子パターンとのずれ量を求めることに
より、第1の実施例同様に半導体露光装置の位置合わせ
精度、第1回と第2回の焼き付けにより形成された実素
子パターン間のずれ量を検出することができる。
Therefore, based on the above-described principle, the amount of deviation between the first printed grid pattern and the second printed grid pattern is determined in the same manner as in the first embodiment. Similarly to the example, it is possible to detect the alignment accuracy of the semiconductor exposure apparatus and the shift amount between the actual element patterns formed by the first and second printings.

【0052】図12に本発明の第2実施例の測定装置全
系を示す。レーザーなどの光源117から発せられた光
は、周波数シフター118により、偏光面が互いに直交
し、周波数がわずかに異なる2つの光fA1、fB2となる
(ここで符号中の下付文字1はP偏光を表し、下付文字
2はS偏光を表す)。共通光路上にある2つの光fA1
B2はビームエクスパンダー119によりビーム径が絞
られ、ミラー120によりその進行方向が変えられる。
偏光ビームスプリッター121に入射した光fA1、fB2
は偏光面の違いにより2方向に分けられる。ここで光f
A1が光122、光fB2が光123とする。2方向に分離
された光は、それぞれミラー124、125により反射
され、2つの光は絶対値が等しい入射角でウエハ103
上のグレーティング107、108を全面照射する。こ
こで図12におけるグレーティング107、108をz
軸方向から見た図を図13に示す。
FIG. 12 shows an entire system of the measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention. Light emitted from a light source 117 such as a laser is converted into two lights f A1 and f B2 whose polarization planes are orthogonal to each other and have slightly different frequencies by a frequency shifter 118 (here, the subscript 1 in the code is (P-polarized light, subscript 2 represents S-polarized light). Two lights f A1 on a common optical path,
The beam diameter of f B2 is reduced by the beam expander 119 and the traveling direction is changed by the mirror 120.
Light f A1 , f B2 incident on the polarizing beam splitter 121
Are divided into two directions according to the difference in the polarization plane. Where light f
A1 is light 122 and light fB2 is light 123. The lights separated in the two directions are reflected by mirrors 124 and 125, respectively, and the two lights are incident on the wafer 103 at incident angles having the same absolute value.
The entire surface of the upper gratings 107 and 108 is irradiated. Here, the gratings 107 and 108 in FIG.
FIG. 13 shows a view from the axial direction.

【0053】図14に入射光が回折し、干渉する部分の
光学系の拡大図を示す。ウエハ103の面の法線に対
し、左右方向から同じ角度光122、123を入射し、
グレーティング107、108を照射する。ここで光1
22、123は周波数がわずかに異なり、偏光面が互い
に直交している。図14において、左から入射した光1
22のグレーティングに対する+1次回折光126−1
と右から入射した光123のグレーティング107に対
する−1次回折光126−2がグラントムソンプリズム
128を通過することにより重ね合わされ波面は偏光面
が揃えられて干渉する。同様にグレーティング108に
対する光122の+1次回折光127−1、123の−
1次回折光127−2が干渉する。それぞれの干渉光S
1、S2にはグレーティング107または108の初期位
相に対するずれ量を表す位相項が含まれ、干渉信号を式
で表すと、それぞれ(14)式、(15)式で示した様
になる。
FIG. 14 is an enlarged view of an optical system at a portion where incident light is diffracted and interferes. The same angle lights 122 and 123 are incident on the normal line of the surface of the wafer 103 from the left and right directions,
The gratings 107 and 108 are irradiated. Where light 1
22 and 123 have slightly different frequencies, and the planes of polarization are orthogonal to each other. In FIG. 14, light 1 incident from the left
+ 1st order diffracted light 126-1 for 22 grating
And the -1st-order diffracted light 126-2 of the light 123 incident from the right with respect to the grating 107 passes through the Glan-Thompson prism 128 and is superimposed, and the wavefronts have the same polarization plane and interfere with each other. Similarly, the + 1st-order diffracted lights 127-1 and 123-1 of the light 122 with respect to the grating 108-
The first-order diffracted light 127-2 interferes. Each interference light S
1 and S 2 include a phase term indicating the amount of deviation from the initial phase of the grating 107 or 108, and when the interference signal is expressed by an equation, the interference signal is expressed by the equations (14) and (15), respectively.

【0054】即ち(14)式は、光126−1、126
−2が、(15)式は光127−1、127−2が干渉
した信号を表す式であり、2φA′、2φB′がずれ量を
表す位相項である。グラントムソンプリズム128を通
過した各グレーティング107、108に対応する干渉
光S1、S2はグレーティングの配置に従ってずれており
それらを空間的にエッジミラー129により2方向に分
けたのち、それぞれの干渉光は光電変換器(例えばアバ
ランシェフォトダイオード)等の光センサー130、1
31で電気信号に変換されて、ロックインアンプ132
へと導かれる。
That is, the expression (14) indicates that the light 126-1 and 126
-2, (15) is an expression for the signal light 127-1 and 127-2 interferes, 2φ A ', 2φ B' is a phase term representing a deviation amount. The interference lights S 1 and S 2 corresponding to the respective gratings 107 and 108 that have passed through the Glan-Thompson prism 128 are shifted according to the arrangement of the gratings, and are spatially separated by the edge mirror 129 into two directions. Are optical sensors 130, 1 such as photoelectric converters (eg, avalanche photodiodes);
The signal is converted into an electric signal at 31 and the lock-in amplifier 132
It is led to.

【0055】図15は、図14に示す光学系をx軸方向
から見た図である。入射光と回折光は、一直線上に重な
っている。
FIG. 15 is a view of the optical system shown in FIG. 14 as viewed from the x-axis direction. The incident light and the diffracted light overlap on a straight line.

【0056】ここで、グレーティング107、108の
ピッチを2μm、光源117から発せられる光の波長λ
=0.6328μmとすると、±1次回折光126−
1、126−2、127−1、127−2をウエハ10
3に対して垂直上方に回折させるためには、光122、
123のグレーティング107、108に対する入射角
をθ±1とする、 θ±1=sin(mλ/P)…(16) (mは回折光の次数) の関係式よりθ±1=sin-1(0.6328/2)=
18.4°となる。
Here, the pitch between the gratings 107 and 108 is 2 μm, and the wavelength λ of the light emitted from the light source 117.
= 0.6328 μm, ± 1st order diffracted light 126−
1, 126-2, 127-1, and 127-2 on the wafer 10
In order to diffract vertically upwards with respect to 3, light 122,
Letting the incident angle of the 123 with respect to the gratings 107 and 108 be θ ± 1 , θ ± 1 = sin (mλ / P) (16) (m is the order of the diffracted light) From the relational expression, θ ± 1 = sin −1 ( 0.6328 / 2) =
18.4 °.

【0057】本測定において位相差をλ/1000で検
知するとすれば、グレーティングパターンの位置ずれ量
は0.0002μmに相当する。
If the phase difference is detected at λ / 1000 in this measurement, the displacement amount of the grating pattern is equivalent to 0.0002 μm.

【0058】周波数シフタ118は例えば図8に示した
ものを使用すればよい。
The frequency shifter 118 shown in FIG. 8 may be used, for example.

【0059】第2実施例はグレーティング107、10
8からの±1次の回折光を利用して、ずれ量検出の例を
示したが、図12におけるミラー124、125の位置
を動かし、高次の回折光(±m次;m=2、3、4、
…)がウエハ103に対して垂直上方に回折するように
調整し、その回折光を測定に利用する様にしても良い。
In the second embodiment, the gratings 107, 10
An example of detecting the amount of deviation using ± 1st-order diffracted light from No. 8 has been described. By moving the positions of the mirrors 124 and 125 in FIG. 12, higher-order diffracted light (± mth order; m = 2, 3, 4,
..) May be adjusted to diffract vertically upward with respect to the wafer 103, and the diffracted light may be used for measurement.

【0060】高次の回折光を測定に利用すれば、グレー
ティングのx方向へのずれ量を表す位相量が高感度で求
めることができる。例えば±m次回折光を測定に利用す
れば、±1次回折光の時に比べm倍感度良く測定でき
る。
If high-order diffracted light is used for measurement, a phase amount representing a shift amount of the grating in the x direction can be obtained with high sensitivity. For example, if ± m-order diffracted light is used for measurement, measurement can be performed with m times higher sensitivity than that of ± 1st-order diffracted light.

【0061】ここで第2実施例のときと同じようにグレ
ーティング107、108のピッチP=2μm、光源1
7の波長をλ=0.6328μmとすると、±2次回折
光をウエハ103の垂直上方に回折させるには、(1
6)式より入射角θ±2を θ±2=sin(2×0.6388/2)=39.3°…(17) 同様に±3次回折光の場合 θ±3=sin(2×0.6328/2)=71.7°…(18) と入射角の設定を行えばよい。
Here, as in the second embodiment, the pitch P of the gratings 107 and 108 is 2 μm, and the light source 1
Assuming that the wavelength of No. 7 is λ = 0.6328 μm, ± 1st-order diffracted light can be diffracted vertically above the wafer 103 by (1
From equation (6), the incident angle θ ± 2 is given by θ ± 2 = sin (2 × 0.6388 / 2) = 39.3 ° (17) Similarly, in the case of ± third -order diffracted light, θ ± 3 = sin (2 × 0 .6328 / 2) = 71.7 ° (18).

【0062】また±m次回折光を利用して、測定を行っ
た場合、式(10)〜(13)におけるφA′、φBに相
当する位相項φ′Am、φ′Bmは φ′Am=2mπxA′/P…(19) φ′Bm=2mπxB′/P…(20) となる。よってグレーティング107、108のずれ量
を位相量で表すと
When the measurement is performed using ± m-order diffracted light, the phase terms φ ′ Am and φ ′ Bm corresponding to φ A ′ and φ B in equations (10) to (13) are φ ′ Am = 2mπx a become '/ P ... (19) φ ' Bm = 2mπx B '/ P ... (20). Therefore, if the amount of displacement between the gratings 107 and 108 is represented by the amount of phase,

【0063】[0063]

【外7】 となる。[Outside 7] Becomes

【0064】図16は本発明による第3の実施例を示す
図である。以下、前述のものと同様の部材には同じ符番
を冠する。
FIG. 16 is a diagram showing a third embodiment according to the present invention. Hereinafter, the same members as those described above are denoted by the same reference numerals.

【0065】図16において、第2実施例では光122
を左から、光123を右から同じ入射角(第15図にお
けるθ1とθ2がθ1=θ2)で、グレーティング107、
108に全面照射し、次数の絶対値が等しい回折光(例
えば+m次と−m次、m=1、2、3…)どうしを干渉
させ測定に利用していた。本実施例では光122、光1
23のグレーティング107、108に対する入射角を
ミラー124、125の位置を変えて調節可能とし、次
数の絶対値が異なる回折光(例えば+m次と−n次、m
=1、2、3、…、n=1、2、3…/m/≒/n/)
どうしを干渉させて移動量を検出する事もできる様にし
ている。その他の構成、方法は第2実施例と同様なので
省略する。図16に122と123の光が入射角がそれ
ぞれθ、θ(/θ1/≒/θ2/)としてグレーティ
ング107、108に入射した時の例を示す。ここで光
122のグレーティング107、108に対する+m次
の回折光を133−1、134−1とし、光123のグ
レーティング107、108に対する−n次の回折光を
133−2、134−2とする。このとき、式(1
0)、(11)または式(12)、(13)におけるφ
A、φBに相当する位相項をここでφAmn、φBnmとすると
In FIG. 16, in the second embodiment, light 122
From the left and light 123 from the right at the same incident angle (θ 1 and θ 2 in FIG. 15 are θ 1 = θ 2 ),
The entire surface of the sample was irradiated with 108, and diffracted lights having the same absolute value of the order (for example, + m order and −m order, m = 1, 2, 3,...) Interfered with each other and used for measurement. In this embodiment, the light 122 and the light 1
The angle of incidence on the gratings 107 and 108 can be adjusted by changing the positions of the mirrors 124 and 125, and diffracted lights having different absolute values of the order (for example, + m order and -n order, m
= 1, 2, 3,..., N = 1, 2, 3,... / M / ≒ / n /)
The movement amount can be detected by interfering with each other. Other configurations and methods are the same as in the second embodiment, and a description thereof will be omitted. FIG. 16 shows an example in which light beams 122 and 123 are incident on the gratings 107 and 108 at incident angles of θ 1 and θ 2 (/ θ 1 / ≒ / θ 2 /), respectively. Here, + m-order diffracted light of the light 122 with respect to the gratings 107 and 108 is 133-1 and 134-1, and -n-order diffracted light of the light 123 with respect to the gratings 107 and 108 is 133-2 and 134-2. At this time, equation (1)
0), (11) or φ in equations (12), (13)
A, where the phase term corresponding to φ B φ Amn, When phi Bnm

【0066】[0066]

【外8】 として求めることができる。[Outside 8] Can be obtained as

【0067】次に本発明の第4実施例について説明す
る。第2実施例では、入射光122、123の光路とグ
レーティング107、108のグレーティングのライン
が描かれている方向とが成す角度は90°であった(図
14、図15参照)。本実施例では、入射光とグレーテ
ィングの成す角度が90°以外の角度で入射させる例で
ある。他の構成、方法は第2実施例と同様である。な
お、入射光122、123と回折光126−1、126
−2、127−1、127−2の関係を各方向から見た
図を図17、図18、図19に示す。ここで、図18の
ウエハ103の面の法線を含み、グレーティングのライ
ン方向と直交する断面x−z面への射影面上の光路をみ
ると、法線を含み、グレーティングのラインと平行な
面、(この図ではZ軸と重なっている)の両側から入射
光122、123が入射するようになっている。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, the angle formed by the optical paths of the incident lights 122 and 123 and the direction in which the grating lines of the gratings 107 and 108 are drawn was 90 ° (see FIGS. 14 and 15). The present embodiment is an example in which the incident light and the grating are incident at an angle other than 90 °. Other configurations and methods are the same as in the second embodiment. The incident lights 122 and 123 and the diffracted lights 126-1 and 126 are used.
17, 18, and 19 show views of the relationship between −2, 127-1, and 127-2 when viewed from each direction. Here, looking at the optical path on the projection plane to the cross-section xz plane orthogonal to the grating line direction including the normal line of the surface of the wafer 103 in FIG. 18, it includes the normal line and is parallel to the grating line. The incident lights 122 and 123 are incident from both sides of the surface (which overlaps the Z axis in this figure).

【0068】図20、図21は本発明による第5の実施
例のグレーティング部を示す図である。第1実施例〜第
4実施例での測定に使用するグレーティングU、Lある
いは107、108の相互間には、重ねて焼付けた実素
子パターン間に重ね合わせ誤差のない場合位置ずれ検出
方向(ここではx方向)のパターン位置ずれ(オフセッ
ト)はない様に設定されていたが、本実施例では予め、
グレーティング107、108間に既知のオフセットX
を与えて配置している。検出の結果得られた測定値より
このオフセット量を差し引く形にすれば後は第1〜第4
実施例のいずれかの構成及び方法で同様にずれ量△xの
測定が行える。
FIGS. 20 and 21 are views showing a grating section according to a fifth embodiment of the present invention. Between the gratings U and L or 107 and 108 used for the measurement in the first to fourth embodiments, if there is no overlay error between the actual element patterns that have been printed and superimposed, the misalignment detection direction (here In the embodiment, the pattern position shift (offset) in the x direction was set so as not to occur.
Known offset X between gratings 107 and 108
Is given. If the offset amount is subtracted from the measured value obtained as a result of the detection, the first to fourth
The deviation amount Δx can be similarly measured by any of the configurations and methods of the embodiment.

【0069】ここで図20は位置ずれ検出方向にオフセ
ットを設定しかつそれと垂直な方向に間隔をあけたも
の、図21は位置ずれ検出方向のみにオフセットを設定
しかつそれと垂直な方向に間隔をあけなかったものであ
る。
Here, FIG. 20 shows the case where an offset is set in the direction of detecting the displacement and an interval is provided in the direction perpendicular thereto, and FIG. 21 is an example where the offset is set only in the direction of detecting the displacement and the interval is provided in the direction perpendicular thereto. It was not opened.

【0070】次に図22、図23は本発明による第6の
実施例のグレーティング部を示す図である。本実施例で
は前述実施例の2つのグレーティングの少なくとも1つ
を分割した形で形成している。図22において、107
−1、107−2は元々は連続する1つのグレーティン
グであったものを、間の部分を抜いて描画したものであ
り、その間の部分にグレーティング108を挿入したも
のである。107−1、107−2で一つのグレーティ
ング群を構成し、このグレーティング群と108のグレ
ーティングの位置ずれを検出する。測定方法としてはグ
レーティング郡全体に第1実施例〜第4実施例のいずれ
かの1つのグレーティングと同様に光を照射し、グレー
ティング群全体からの光を、前述実施例のいずれかの1
つのグレーティングからの光と同じ様にして1つ又はそ
れぞれのグレーティング用の受光器に受光させる。得ら
れた信号は前述実施例の1つのグレーティングの回折光
による信号と同様に扱う。他の測定方法及び装置構成は
前述実施例のいずれかと同様である。
Next, FIGS. 22 and 23 are views showing a grating section of a sixth embodiment according to the present invention. In this embodiment, at least one of the two gratings of the above embodiment is formed in a divided form. In FIG.
Reference numerals -1 and 107-2 depict what was originally a continuous grating, with the portion between them being drawn, and the grating 108 was inserted between the portions. One grating group is constituted by 107-1 and 107-2, and a displacement between the grating group and the grating 108 is detected. As a measuring method, the entire grating group is irradiated with light in the same manner as one of the gratings of the first to fourth embodiments, and light from the entire grating group is applied to one of the above-described embodiments.
Light from one or each grating is received in the same manner as light from one of the gratings. The obtained signal is handled in the same manner as the signal based on the diffracted light of one grating in the above embodiment. Other measurement methods and device configurations are the same as those in any of the above-described embodiments.

【0071】図23では第1〜第4実施例の2つのグレ
ーティングの両方を分割して形成している。
In FIG. 23, both of the two gratings of the first to fourth embodiments are formed separately.

【0072】図23においては、107−1、107−
2、108−1、108−2はそれぞれ同じグレーティ
ングの一部を分割したもので、107−1、107−2
で構成される第1のグレーレィング群と108−1、1
08−2で構成される第2のグレーティング群の位置ず
れを検出するものである。それぞれのグレーティング群
には前述したいずれかの実施例の対応する1つのグレー
ティングと同様に光を照射し、前述いずれかの実施例の
対応する1つのグレーティングからの回折光を受光する
のを同様に各グレーティング群からの光を1つ又は複数
の受光器で受光し、各グレーティング群からの信号を前
述いずれかの実施例の対応する1つのグレーティングの
回折光による信号と同様に処理する事によって前述いず
れかの実施例と同様にずれ量測定ができる。
In FIG. 23, 107-1 and 107-
Reference numerals 2, 108-1, and 108-2 denote a part of the same grating, respectively.
And the first graying group consisting of
This is to detect the displacement of the second grating group constituted by 08-2. Each of the grating groups is irradiated with light in the same manner as the corresponding one of the above-described embodiments, and similarly receives the diffracted light from the corresponding one of the above-described embodiments. The light from each grating group is received by one or a plurality of light receivers, and the signal from each grating group is processed in the same manner as the signal by the diffracted light of the corresponding one grating in any of the above-described embodiments. The displacement amount can be measured as in any of the embodiments.

【0073】図24は本発明による第7の実施例の測定
装置を示す図である。本実施例は第2の実施例に対し光
学系を変形させている。光源117から出た光は、周波
数シフタ118を通過することにより、周波数が僅かに
異なり、偏光面が互いに直交する2つの光になる。それ
らの光はビームエクスパンダ119により、ビーム径を
指定した大きさに変換させられる。その後、偏光ビーム
スプリッタ140で、2つの光束は、偏光面の違いによ
り2方向に分けられる。ここで、P偏光で角周波数ω1
の光を光146、S偏光で角周波数ω2の光を光147
とする。偏光ビームスプリッタ140の境界面を透過し
た光146はミラー141により方向を変えられ、対物
レンズ142により、ウエハ103上のグレーティング
107、108に決められた入射角度を保って照射させ
られる。この時の各グレーティングへの各光の入射形態
は第2実施例と同様である。ただしこのとき、光源11
7から出た光のビームウエスト部分がウエハ103上に
グレーティング107、108にくるように対物レンズ
142は設計されている。同様に、偏光ビームスプリッ
タ140の境界面で反射した光147も対物レンズ14
2によりウエハ103上のグレーティング107、10
8に照射される。光146と光147がグレーティング
107、108に照射され、光146のグレーティング
107からの−1次回折光を光146−1、グレーティ
ング108からの−1次回折光を光146−2とし、同
様に光147のグレーティング107からの+1次回折
光を光147−1、グレーティング108からの+1次
回折光を光147−2とする。これら4つの光をミラー
143によって進む方向を変え、ポラライザ144によ
って、光146−1と光147−1、光146−2と光
147−2を干渉させる。そして、光146−1と光1
47−1が干渉してできた光を光148、光146−2
と光147−2が干渉してできた光を光149とし、こ
れら2つの光はリレーレンズ145を通過し、エッジミ
ラー129によって光148を光電変換器130へ、光
149を光電変換器131へと入射するように分割す
る。このとき、各光電変換器の受光面での光の波面は、
ウエハ103上でのビームウエスト部分がリレーレンズ
145により結像されている。そして、光電変換器13
0、131からの信号はロックインアンプ132に入力
されて、第2の実施例と同様にして光148と光149
の位相差が求められる。
FIG. 24 is a view showing a measuring apparatus according to a seventh embodiment of the present invention. This embodiment is different from the second embodiment in the optical system. The light emitted from the light source 117 passes through the frequency shifter 118, and becomes two lights whose frequencies are slightly different and whose polarization planes are orthogonal to each other. The light is converted by the beam expander 119 into a beam of a designated size. After that, the polarization beam splitter 140 splits the two light beams into two directions according to the difference in the polarization plane. Here, the angular frequency ω 1 in P-polarized light
Light 146, and S-polarized light having an angular frequency ω 2 of light 147.
And The light 146 transmitted through the boundary surface of the polarizing beam splitter 140 has its direction changed by a mirror 141 and is irradiated by the objective lens 142 onto the gratings 107 and 108 on the wafer 103 while maintaining a predetermined incident angle. At this time, the form of incidence of each light on each grating is the same as in the second embodiment. However, at this time, the light source 11
The objective lens 142 is designed so that the beam waist portion of the light emitted from 7 comes to the gratings 107 and 108 on the wafer 103. Similarly, the light 147 reflected on the boundary surface of the polarizing beam splitter 140 is
2, gratings 107 and 10 on the wafer 103
8 is irradiated. The light 146 and the light 147 are irradiated to the gratings 107 and 108, and the −1st-order diffracted light from the grating 107 of the light 146 is referred to as a light 146-1 and the −1st-order diffracted light from the grating 108 is referred to as a light 146-2. The + 1st-order diffracted light from the grating 107 is referred to as light 147-1, and the + 1st-order diffracted light from the grating 108 is referred to as light 147-2. The traveling directions of these four lights are changed by a mirror 143, and the lights 146-1 and 147-1, and the lights 146-2 and 147-2 are caused to interfere by the polarizer 144. Then, light 146-1 and light 1
The light generated by the interference of the light beam 47-1 is converted into light 148 and light 146-2.
The light generated by the interference between the light 147-2 and the light 147-2 is referred to as light 149. These two lights pass through the relay lens 145, and the light 148 is transmitted to the photoelectric converter 130 and the light 149 is transmitted to the photoelectric converter 131 by the edge mirror 129. And split so as to be incident. At this time, the wavefront of light on the light receiving surface of each photoelectric converter is
The beam waist portion on the wafer 103 is imaged by the relay lens 145. And the photoelectric converter 13
0 and 131 are input to the lock-in amplifier 132, and the light 148 and the light 149 are input in the same manner as in the second embodiment.
Is obtained.

【0074】図25〜図27は本発明の第8実施例を説
明する為のグレーティング部の図である。図25はウエ
ハ上のレジスト(第1レイヤー)に第1回目に焼付ける
為の第1レジスト上の格子パターン148を示し、図2
6はウエハ上の第1レイヤーを現像した後、その上に塗
布したレジスト(第2レイヤー)に第2回目に焼付ける
為の第2レジスト上の格子パターン149を示し、図2
7は両格子パターン148、149をウエハ上に焼付け
た時のウエハ上の状態を示す。格子パターン148を第
1レイヤーとしてウエハ上に焼付け、このパターンをa
とする。パターンaはパターンa1とパターンa2とから
成っている。次に格子パターン149を第2レイヤーと
してウエハ上に焼付け、このパターンをbとする。これ
ら2つの格子パターンa、bを組み合わせ、図27のよ
うな格子パターン群をウエハ上に形成する。ここで、格
子パターン群の上半分を領域154、下半分を領域15
5とする。更に領域154内を2つに分け左側を領域1
50(パターンa2部)、右側を領域152(パターン
b部)、同様に領域155内も2つに分け、左側を領域
151(パターンa2部)、右側を領域153(パター
ンa1部)とする。そしてこの格子パターン群にウエハ
面に対する法線を含み、且つ格子ラインが描かれている
方向に対し90°の角度を為す面内の所定方向から、角
周波数ω1、初期位相φ01の光を領域154に、角周波
数ω2、初期位相φ02の光を領域155に照射する。そ
して、各領域から得られる1次回折光の複素振幅を式で
表すと次式のようになる。
FIGS. 25 to 27 are views of a grating section for explaining an eighth embodiment of the present invention. FIG. 25 shows a grid pattern 148 on the first resist to be printed on the resist (first layer) on the wafer for the first time.
6 shows a grid pattern 149 on the second resist for developing the first layer on the wafer and then baking it on the resist (second layer) applied thereon for the second time.
7 shows a state on the wafer when both lattice patterns 148 and 149 are printed on the wafer. The grid pattern 148 is baked on the wafer as a first layer, and
And Pattern a consists pattern a 1 and a pattern a 2 Prefecture. Next, the lattice pattern 149 is baked on the wafer as a second layer, and this pattern is referred to as b. By combining these two grid patterns a and b, a grid pattern group as shown in FIG. 27 is formed on the wafer. Here, the upper half of the grid pattern group is the area 154, and the lower half is the area 15
5 is assumed. Further, the inside of the area 154 is divided into two, and the left side is the area 1
50 (pattern a part 2 ), the right side is divided into two regions 152 (pattern b part), and similarly, the inside of the region 155 is also divided into two parts, the left side is a region 151 (pattern a two part), and the right side is a region 153 (pattern a one part). And Then, this lattice pattern group includes light having an angular frequency ω 1 and an initial phase φ 01 from a predetermined direction in a plane including a normal to the wafer surface and forming an angle of 90 ° with the direction in which the lattice lines are drawn. Light having an angular frequency ω 2 and an initial phase φ 02 is applied to the region 155. The complex amplitude of the first-order diffracted light obtained from each region is expressed by the following equation.

【0075】 領域150 u1=A・exp(ω1t+φ01+φa)…(24) 領域151 u2=B・exp(ω2t+φ02+φa)…(25) 領域152 u3=C・exp(ω1t+φ01+φb)…(26) 領域153 u4=D・exp(ω2t+φ02+φa)…(27) ここで、φa=2πxa/P、φb=2πxb/Pであり、
a、xbはそれぞれ格子パターンa、bの同一基準位置
からのx方向ずれ量である。これら4つの回折光のう
ち、(24)式と(25)式で示される光を重ね合わせ
て干渉させると次式となり、この信号が本測定における
参照信号となる。
Region 150 u 1 = A · exp (ω 1 t + φ 01 + φ a ) (24) Region 151 u 2 = B · exp (ω 2 t + φ 02 + φ a ) (25) Region 152 u 3 = C · exp (ω 1 t + φ 01 + φ b ) (26) region 153 u 4 = D · exp (ω 2 t + φ 02 + φ a ) (27) where φ a = 2πx a / P, φ b = 2πx b / P
x a and x b are shift amounts in the x direction from the same reference position of the grid patterns a and b, respectively. Of the four diffracted lights, when the lights expressed by the equations (24) and (25) are superposed and interfered with each other, the following equation is obtained, and this signal becomes a reference signal in the main measurement.

【0076】 |u1+u22=A2+B2+2AB cos{(ω2−ω
1)t+(φ02−φ01)}…(28) そして、(26)式と(27)式で示される光を重ね合
わせて干渉させると次式のようになり、この信号は領域
152内の格子パターンと領域153内の格子パターン
の相対変位量を表す位相項を含む物体信号となる。
| U 1 + u 2 | 2 = A 2 + B 2 + 2AB cos {(ω 2 −ω
1 ) t + (φ 02 −φ 01 )} (28) Then, when the lights shown by the equations (26) and (27) are superposed and interfered, the following equation is obtained. And an object signal including a phase term indicating the relative displacement between the lattice pattern of the region 153 and the lattice pattern in the region 153.

【0077】 |u3+u42=C2+D2+2CD cos{(ω2−ω
1)t+(φ02−φ01)+(φa−φb)}…(29) (28)式、(29)式で表せられる信号をロックイン
アンプに入力すれば2つの信号間の位相差つまりグレー
ティングのずれ量φa−φbを前述の実施例と同様に測定
できる。装置の構成としては図12に示した第2の実施
例の装置において偏光ビームスプリッタ121より出射
する2光束をそれぞれ領域154、155に同角度で入
射させ、領域150、151より出射する1次回折光を
重ね合わせ、干渉させて検出器130に入射させ、又領
域152、153より出射する1次回折光を重ね合わ
せ、干渉させて検出器131に入射させる様に光学系を
設定すればよい。
| U 3 + u 4 | 2 = C 2 + D 2 + 2CD cos {(ω 2 −ω
1 ) t + (φ 02 −φ 01 ) + (φ a −φ b )} (29) If the signals expressed by the equations (28) and (29) are input to the lock-in amplifier, the position between the two signals is obtained. the shift amount phi a -.phi b of retardation, that the grating can be measured as in the previous embodiments. The configuration of the device is such that in the device of the second embodiment shown in FIG. 12, two light beams emitted from the polarization beam splitter 121 are respectively incident on the regions 154 and 155 at the same angle, and the primary diffracted light emitted from the regions 150 and 151 is emitted. The optical system may be set such that are superimposed, interfere with each other and enter the detector 130, and the first-order diffracted lights emitted from the regions 152 and 153 are superimposed and interfere with each other and enter the detector 131.

【0078】上記の測定方法は、入射光をウエハに対し
片側から入射させていたが、第2実施例で示したよう
に、入射光をウエハに対し両側から入射させても測定が
行える。今ここで、角周波数ω1、初期位相φ01の光を
左側から領域154に、角周波数ω2、初期位相φ02
光を右側から領域155に入射させたとする。このと
き、各領域から得られる回折光を式で表すと次のように
なる。
In the above measuring method, the incident light is made incident on the wafer from one side. However, as shown in the second embodiment, the measurement can be performed by making the incident light incident on the wafer from both sides. Now, it is assumed that the light having the angular frequency ω 1 and the initial phase φ 01 is incident on the region 154 from the left, and the light having the angular frequency ω 2 and the initial phase φ 02 is incident on the region 155 from the right. At this time, the diffracted light obtained from each region is represented by the following equation.

【0079】領域150からの+1次回折光 u1′=A・exp(ω1t+φ01+φa)…(30) 領域151からの−1次回折光 u2′=B・exp(ω2t+φ02+φa)…(31) 領域152からの+1次回折光 u3′=C・exp(ω1t+φ01+φb)…(32) 領域153からの−1次回折光 u4′=D・exp(ω2t+φ02−φa)…(33) ここで(30)式と(31)式で表される光を、重ね合
わせて干渉させると次式のようになり、これが参照信号
となる。
+ 1st -order diffracted light from region 150 u 1 '= A · exp (ω 1 t + φ 01 + φ a ) (30) -1st-order diffracted light from region 151 u 2 ' = B · exp (ω 2 t + φ 02 + φ a) ... (31) +1 order diffracted light u 3 from the region 152 '= C · exp (ω 1 t + φ 01 + φ b) ... (32) folding -1st from region 153 light u 4' = D · exp ( ω 2 t + φ 02 −φ a ) (33) Here, when the lights expressed by the equations (30) and (31) are superposed and interfered with each other, the following equation is obtained, and this becomes a reference signal.

【0080】 |u1′+u2′|2=A2+B2+2AB cos{(ω2
−ω1)t+(φ02−φ01)−2φa}…(34) 次に、(32)式と(33)式で表される光を、重ね合
わせて干渉させると次式のようになり、物体信号とな
る。
| U 1 ′ + u 2 ′ | 2 = A 2 + B 2 + 2AB cos {(ω 2
−ω 1 ) t + (φ 02 −φ 01 ) −2φ a } (34) Next, when the light represented by the equations (32) and (33) is superposed and interfered, the following equation is obtained. And an object signal.

【0081】 |u3′+u4′|2=C2+D2+2CD cos{(ω2
−ω1)t+(φ02−φ01)+(φa−φb)}…(3
5) そして、(34)式、(35)式の信号をロックインア
ンプに入力すれば、2つの信号間の位相差つまりグレー
ティングのずれ量−(φa−φb)を測定できる。
| U 3 ′ + u 4 ′ | 2 = C 2 + D 2 + 2CD cos {(ω 2
−ω 1 ) t + (φ 02 −φ 01 ) + (φ a −φ b )} ... (3
5) Then, if the signals of equations (34) and (35) are input to the lock-in amplifier, the phase difference between the two signals, that is, the amount of displacement of the grating − (φ a −φ b ) can be measured.

【0082】さて図28は本発明第9の実施例を示す。
図28において、311はレーザーのような干渉性の高
い光源、312はビームエキスパンダ、313はハーフ
ミラー、314はハーフミラー313をZ軸方向に移動
するための移動機構で、例えばピエゾなどから成る。3
15はウェハーのような焼付けパターンが設けられてい
る被検体で、LとUはウェハー上に焼付けられたパター
ンである。316はレンズ317はハーフミラー、31
8はCCDのような光センサー。319は314の移動
機構のドライブ回路系、320はCCD318および移
動機構314にかけたドライブ量をドライブ回路系31
9の信号より得て、パターンUとLのずれ検出を算出す
る演算処理系(例、コンピュータなど)を意味する。レ
ーザー311より出射された光はレンズ312で所定の
大きさの平面波光束にされたあと、ハーフミラー313
で参照波321とウェハー15に投射する波面322と
に分離される。平面波の投射波面322がウェハー31
5上のずれ検出パターンLとUに入ると、LとUは直線
回折格子パターンであるため1次の回折光が平面波とし
て発生し、レンズ316を介してハーフミラー317を
通過したあと参照波321と重ね合せられて干渉する。
干渉した波はCCDの様な2次元エリアセンサーにより
光電変換される。尚、レンズ316はパターンLとUを
センサー318と共役な関係とする。
FIG. 28 shows a ninth embodiment of the present invention.
In FIG. 28, reference numeral 311 denotes a light source having high coherence such as a laser, 312 denotes a beam expander, 313 denotes a half mirror, and 314 denotes a moving mechanism for moving the half mirror 313 in the Z-axis direction. . 3
Reference numeral 15 denotes an object provided with a printing pattern such as a wafer, and L and U are patterns printed on the wafer. 316 is a lens 317 is a half mirror, 31
8 is an optical sensor such as a CCD. 319 is a drive circuit system of the moving mechanism 314, and 320 is a drive circuit system 31 which indicates a drive amount applied to the CCD 318 and the moving mechanism 314.
9 means an arithmetic processing system (for example, a computer or the like) for calculating the detection of a shift between the patterns U and L. The light emitted from the laser 311 is converted into a plane wave light beam of a predetermined size by the lens 312, and then the light is emitted from the half mirror 313.
, And is separated into a reference wave 321 and a wavefront 322 projected on the wafer 15. The projection wavefront 322 of the plane wave is
5, the first and second order diffracted lights are generated as plane waves because L and U are linear diffraction grating patterns, and after passing through a half mirror 317 via a lens 316, a reference wave 321 is formed. Interfere with each other.
The interfering wave is photoelectrically converted by a two-dimensional area sensor such as a CCD. The lens 316 makes the patterns L and U conjugate with the sensor 318.

【0083】ここで光センサー318上に得られる干渉
縞の様子を図29〜図34について説明する。図29、
図30はウェハー上の凹凸状のパターンが直線格子状に
設けられている状態を示す。図29、図30で斜線を施
している領域と、そうでない領域はウェハー上に設けら
れたレジストや半導体プロセス材料による凹凸の高さが
異なるエリアを模式的に示す。格子のピッチをPとする
とき、図28に示す様にウェハー315に斜めから平面
波を入射し、その1次回折光がウェハー面に垂直な方向
で回折される場合、光の波長をλ、斜めからの入射角を
θとすると、 Psinθ=λ…(36) なる関係が成立する。
The state of the interference fringes obtained on the optical sensor 318 will be described with reference to FIGS. FIG.
FIG. 30 shows a state in which an uneven pattern on the wafer is provided in a linear grid pattern. In FIG. 29 and FIG. 30, the hatched area and the other area schematically show areas having different heights of irregularities due to a resist or a semiconductor process material provided on the wafer. When the pitch of the grating is P, a plane wave is obliquely incident on the wafer 315 as shown in FIG. 28, and when the first-order diffracted light is diffracted in a direction perpendicular to the wafer surface, the wavelength of the light is λ, Letting the incident angle of θ be θ, the following relationship holds: Psin θ = λ (36)

【0084】又、図31〜図34はいずれも光センサー
318上に得られる干渉縞の状態を模式的に示したもの
であり、図31、図32は参照光321と回折光323
の成す角が0となる様に重ね合せたときのセンサー上の
強度分布を示す。完全な平面波(波面収差=0)322
を投射し、レンズ系316に収差がないものとすれば、
図31、図32ともセンサー318上の全画素(CCD
のような場合)の強度が一定の所謂ワンカラーの画像が
得られる。但し、図31では元のパターンU、Lが位相
ずれなしの場合であるためUの像とLの像とも同じ明る
さの像であるのに対し、図32では元のパターンUとL
に位相ずれδがあるためUの像に対しLの像は全面の明
るさが少し異なる信号が得られる。
FIGS. 31 to 34 each schematically show the state of interference fringes obtained on the optical sensor 318. FIGS. 31 and 32 show the reference light 321 and the diffracted light 323, respectively.
5 shows the intensity distribution on the sensor when the angles are superimposed so that the angle becomes zero. Complete plane wave (wavefront aberration = 0) 322
And if the lens system 316 has no aberration,
31 and 32, all pixels on the sensor 318 (CCD
In such a case, a so-called one-color image having a constant intensity is obtained. However, in FIG. 31, since the original patterns U and L have no phase shift, the images of U and L have the same brightness, whereas in FIG. 32, the original patterns U and L have the same brightness.
Has a phase shift δ, a signal is obtained in which the brightness of the whole image is slightly different from that of the U image.

【0085】図33、図34は参照光321と回折光3
23の重ね合せ時にハーフミラー313にティルト(傾
き)を与えてわずかに角度をもたせ干渉した場合のセン
サー318上の干渉縞の状態を示す。図33は元のパタ
ーンUとLの位相ずれ0であるためUの像、Lの像とも
干渉縞の位相ずれもなく、連続した画像であるのかのよ
うに明るさ分布が得られる。図34は元のパターンUと
Lが位相ずれδであるため、図に示すように、Uの像と
Lの像の干渉縞に位相ずれφが発生する。この様に、元
のパターンUとLに位相ずれδが存在すると、所謂ワン
カラーの場合でもセンサー上の画像として強度が変化し
たり、ティルトを与えて縞のピッチを発生させても干渉
縞のずれが発生するため、これらセンサー上の強度ある
いは強度分布としてもとめられる干渉縞の位相ずれを高
精度に求めてやれば逆に元のパターンUとLの位相ずれ
量δが高精度に得られる。干渉縞の位相ずれを高精度に
求める方法の1例として所謂フリンジ走査法といわれる
方法がある。フリンジスキャニング法とは、干渉時にお
いて参照光の光路長を段階的に変化させ、各々の干渉パ
ターンを用いてフーリエ級数合成の方法により干渉縞の
位相(ずれ)を求める方法である。図28において、参
照光の位相をピエゾ等の移動機構314により変化させ
るとき、位相変化量は2π(1波長)のn倍にわたっ
て、N回変化させるとすると、n番目の走査時には(こ
の時の位相変化量を△nとすると)
FIGS. 33 and 34 show the reference light 321 and the diffracted light 3.
23 shows a state of interference fringes on the sensor 318 when the half mirror 313 is tilted and slightly interfered with the half mirror 313 at the time of superposition. In FIG. 33, since there is no phase shift between the original patterns U and L, there is no phase shift of interference fringes in both the U and L images, and a brightness distribution is obtained as if they were continuous images. In FIG. 34, since the original patterns U and L have a phase shift δ, as shown in the figure, a phase shift φ occurs in the interference fringe between the U image and the L image. As described above, if there is a phase shift δ between the original patterns U and L, the intensity of the image on the sensor changes even in the case of so-called one color, and even if the pitch of the stripe is generated by giving a tilt, the interference fringe may be generated. Since a shift occurs, if the phase shift of the interference fringes obtained as the intensity or intensity distribution on these sensors is determined with high accuracy, the phase shift amount δ between the original patterns U and L can be obtained with high accuracy. As one example of a method for obtaining the phase shift of interference fringes with high accuracy, there is a method called a so-called fringe scanning method. The fringe scanning method is a method in which the optical path length of the reference light is changed stepwise during interference, and the phase (shift) of the interference fringes is obtained by a Fourier series synthesis method using each interference pattern. In FIG. 28, when the phase of the reference light is changed by a moving mechanism 314 such as a piezo, the phase change amount is assumed to be changed N times over n times 2π (one wavelength). (If the amount of phase change is △ n)

【0086】[0086]

【外9】 △nでの干渉パターン強度分布をI(x′、y′、△
n)とし、(ここにx′、y′はセンサー18面上の座
標系で図29〜図34に示す様な方向軸を意味してい
る。)サンプリングされたm番目の信号、即ち干渉縞の
強度分布を
[Outside 9] The interference pattern intensity distribution at Δn is represented by I (x ′, y ′, △
n) (where x 'and y' are coordinate systems on the surface of the sensor 18 and indicate directional axes as shown in FIGS. 29 to 34). The intensity distribution of

【0087】[0087]

【外10】 とすると(x′、y′)点の位相φ(x′、y′)は[Outside 10] Then, the phase φ (x ′, y ′) at the point (x ′, y ′) is

【0088】[0088]

【外11】 として求められる事が良く知られている。[Outside 11] It is well known that it is required.

【0089】以上述べた所謂フリンジスキャニングによ
ると光学系の波面収差を固有のものとして差し引くこと
などを行なうことにより、
According to the above-mentioned so-called fringe scanning, by subtracting the wavefront aberration of the optical system as a unique one,

【0090】[0090]

【外12】 以下の波面ずれの(即ち、干渉縞のずれの)計測精度を
得ることができる。この時、元のパターンの位相ずれδ
は、パターン(直線格子)のL/Sが1μmとすれば
[Outside 12] The following measurement accuracy of the wavefront shift (that is, the shift of the interference fringe) can be obtained. At this time, the phase shift δ of the original pattern
If the L / S of the pattern (linear grid) is 1 μm,

【0091】[0091]

【外13】 以下のパターン位相ずれが計測される。[Outside 13] The following pattern phase shift is measured.

【0092】尚、光学系313、316、317にとも
なう固有の収差は、パターンUとLがずれ0のものを被
検物として設定したときに得られる干渉縞の位相ずれと
して計測でき、以後未知のパターン位相ずれのサンプル
に対してこの固有の収差を補正して計測値を算出すれば
よい。
The inherent aberrations associated with the optical systems 313, 316, and 317 can be measured as the phase shift of the interference fringes obtained when the pattern U and L are set to 0 and the pattern is set to 0, and thereafter unknown. What is necessary is just to correct this inherent aberration with respect to the sample of the pattern phase shift and calculate the measurement value.

【0093】尚、もっと他に簡便な方法としては図34
に示すような干渉縞パターン画像信号について、Uパタ
ーンの回折光からの画像エリアとLパターンの回折光の
画像エリアをそれぞれ走査線の輝度信号としてとり出
し、ずれ量φを算出するというやり方も考えられる。
Incidentally, another simpler method is shown in FIG.
With respect to the interference fringe pattern image signal as shown in (1), a method of extracting the image area from the U-pattern diffracted light and the image area of the L-pattern diffracted light as the luminance signal of the scanning line and calculating the shift amount φ is also considered. Can be

【0094】いずれにしても、本実施例によると、ウェ
ハー上に直線状の回折格子パターンを焼付けこれに可干
渉性の光を投射し、それからの回折光と、別途導かれた
参照光とが重ね合わされて干渉縞を形成する様に系を構
成する。この干渉縞を所謂フリンジスキャニングや、画
像の輝度信号の処理演算により位相ずれとして求め、元
の焼付けパターンの位相ずれを求める。これにより、自
動計測、高精度計測が可能になり、半導体露光装置の高
精度のアライメントずれ検定や、ステージの性能検定技
術が実現する。
In any case, according to this embodiment, a linear diffraction grating pattern is printed on a wafer, and coherent light is projected on the diffraction grating pattern. The system is configured so as to be superimposed to form interference fringes. This interference fringe is obtained as a phase shift by so-called fringe scanning or processing calculation of the luminance signal of the image, and the phase shift of the original printing pattern is obtained. This enables automatic measurement and high-precision measurement, and realizes a highly-accurate alignment deviation test of a semiconductor exposure apparatus and a stage performance test technique.

【0095】図35は本発明の第10の実施例を示す。FIG. 35 shows a tenth embodiment of the present invention.

【0096】図35において、413はレーザー、41
4は周波数シフター、415は光束径を変えるためのレ
ンズ、416はPBS(偏光ビームスプリッター)。レ
ーザー413から出た光は周波数シフター414により
2つの周波数が僅かに異なる波を発生する。
In FIG. 35, reference numeral 413 denotes a laser;
4 is a frequency shifter, 415 is a lens for changing the beam diameter, and 416 is a PBS (polarization beam splitter). The light emitted from the laser 413 generates a wave having two slightly different frequencies due to the frequency shifter 414.

【0097】尚、周波数シフター414の具体例を図3
6に示す。図36において430は偏光ビームスプリッ
ター、431、433は音響光学変調器、432、43
5、436はミラー、434は偏光ビームスプリッター
である。ここで例えば、431を80MHz、433を
81MHzの音響光学変調とすれば、2つの光の間では
1MHzの周波数差が生じ、2つの波長の光としてS偏
光、P偏光という偏光面が直交している波が得られる。
A specific example of the frequency shifter 414 is shown in FIG.
6 is shown. In FIG. 36, reference numeral 430 is a polarization beam splitter, and 431 and 433 are acousto-optic modulators 432 and 43.
5, 436 are mirrors, and 434 is a polarization beam splitter. Here, for example, if 431 is an acousto-optic modulation of 80 MHz and 433 is an acousto-optic modulation of 81 MHz, a frequency difference of 1 MHz occurs between the two lights, and the polarization planes of S-polarized light and P-polarized light are orthogonal to each other as light of two wavelengths. You can get a wave.

【0098】従って、図35において、レンズ415を
通過した光は、周波数が僅かに異なる偏光面が直交する
波であり、偏光ビームスプリッター416を通過後、透
過光420は、P偏光(屈折、反射面に平行な方向に電
気ベクトルが振動している)で周波数がf2の光、(以
後f2(p)と表現する)、反射光421はS偏光で周
波数がf1の光(以後f1(s)と表現する)である。
Therefore, in FIG. 35, the light that has passed through the lens 415 is a wave whose polarization planes having slightly different frequencies are orthogonal to each other, and after passing through the polarization beam splitter 416, the transmitted light 420 is converted into P-polarized light (refraction, reflection). An electric vector vibrates in a direction parallel to the plane) and a light of frequency f 2 (hereinafter referred to as f 2 (p)), and reflected light 421 is an S-polarized light of frequency f 1 (hereinafter f 1 ). 1 (s)).

【0099】f2(p)の光はウェハー417上に焼付
けられたグレーティングパターンLとUに投射され、回
折されレンズ418を経て偏光ビームスプリッター41
9を通る。
The light of f 2 (p) is projected onto the grating patterns L and U printed on the wafer 417, diffracted, and passed through the lens 418 to the polarizing beam splitter 41.
Go through 9.

【0100】偏光ビームスプリッター419を通過した
後、f1(s)とグレーティングによる回折光は重ね合
わされるが、互いに偏光面が直交しているため、偏光板
404、425を用いてこれをP、S偏光の方向に対し
45°傾けた偏光設定にしてやり干渉信号を得ることが
できる。426、427は応答性の速いAPD(アバラ
ンシェフォト・ダイオード)などから成る光センサーで
あり、428はセンサー426、427から得られる時
間的にビート周波数で変動する2つの信号の相互の位相
差を検出する手段、例えばロックインアンプである。
尚、422はクロムCrなどの金属膜蒸着により得られ
たパターンエッジミラーであり、レンズ418によりウ
ェハー417上のパターンUとLを投影した位置におか
れ、パターンLからの回折光がパターンミラー422を
透過し、パターンUからの回折光はパターンミラー42
2を反射(Cr膜423で反射)される関係に設定され
ている。これにより、パターンLの回折光の信号とパタ
ーンUの回折光の信号とを分離して各々センサー42
7、426に導く。
After passing through the polarizing beam splitter 419, f 1 (s) and the diffracted light by the grating are superimposed. However, since the polarization planes are orthogonal to each other, the light is converted into P and P using polarizing plates 404 and 425. An interference signal can be obtained by setting the polarization at 45 ° to the direction of the S-polarized light. 426 and 427 are optical sensors composed of an APD (avalanche photo diode) having a fast response, and 428 detects a phase difference between two signals obtained from the sensors 426 and 427, which fluctuates at a beat frequency with time. For example, a lock-in amplifier.
Reference numeral 422 denotes a pattern edge mirror obtained by vapor deposition of a metal film such as chromium Cr, which is located at a position where the patterns U and L on the wafer 417 are projected by the lens 418, and diffracted light from the pattern L is reflected by the pattern mirror 422. And the diffracted light from the pattern U
2 is set to be reflected (reflected by the Cr film 423). Thus, the signal of the diffracted light of the pattern L and the signal of the diffracted light of the pattern U are separated from each other,
7, 426.

【0101】以上の構成により、ロックインアンプ42
8を用いて位相ずれが検出される。
With the above configuration, the lock-in amplifier 42
8, the phase shift is detected.

【0102】又、図35において光学系の固有波面収
差、例えば、レンズ415、418、偏光ビームスプリ
ッター416、419により発生する収差をあらかじめ
検出してとり除くためには、ウェハー上の焼付けグレー
ティングパターンの位相ずれ0の状態を測定し、この時
得られるロックインアンプ428の位相出力を光学系の
固有収差として処理すればよい。
In FIG. 35, in order to detect and remove in advance the inherent wavefront aberration of the optical system, for example, the aberrations generated by the lenses 415 and 418 and the polarization beam splitters 416 and 419, the phase of the printing grating pattern on the wafer is required. The state of the shift 0 may be measured, and the phase output of the lock-in amplifier 428 obtained at this time may be processed as the inherent aberration of the optical system.

【0103】尚、レンズ413と周波数シフター414
とで直交する偏光面を持った、僅かに周波数差のある2
波長を発生したが、この代わりに所謂ゼーマンレーザー
(光軸に垂直に磁場をかけた横ゼーマンレーザーや、光
軸に平行方向に磁場をかけた横ゼーマンレーザーなど)
を用いてもよい。
The lens 413 and the frequency shifter 414
With a plane of polarization orthogonal to and with a slight frequency difference
Instead of generating a wavelength, a so-called Zeeman laser (such as a transverse Zeeman laser in which a magnetic field is applied perpendicular to the optical axis or a transverse Zeeman laser in which a magnetic field is applied in a direction parallel to the optical axis)
May be used.

【0104】次に、図37に本発明の第11の実施例に
ついて示す。図37において、441は光源、442は
周波数シフター、443はビームエキスパンダー、44
4はハーフミラー、445、451はミラー、446と
450は偏光ビームスプリッターである。図37に示す
ように、ビームエキスパンダー443とハーフミラー4
44を通過した光はf1の周波数を持ったS偏光の波
と、f2の周波数をもったP偏光の光から成る。ハーフ
ミラー444を透過した光は偏光ビームスプリッター4
46とミラー451によってレンズ447に導かれ、ウ
ェハー448上のグレーティングパターン449に入射
する。ここでf1(S)はS偏光のf1周波数の光を意味
し、f2(P)はP偏光のf2周波数の光を意味する。グ
レーティング449のピッチをPとするとき Psinθ=λ…(40) (λは波長)を満たす関係で入射させてやると、パター
ン449による回折光はウェハー448に垂直に進む。
1(S)の光が回折されて生ずる回折光をf1(S)、
2(P)の光が回折されて生ずる回折光をf2′(P)
と表現する。これらの光は偏光ビームスプリッター45
0を通るとf1′(S)はセンサー454に、f2
(P)はセンサー457に至る。一方、ハーフミラー4
44を反射した光f1(S)、f2(P)はミラー445
を通り偏光ビームスプリッター450を通過したのち、
2(P)はセンサー454に、f1(S)はセンサー4
57に至る。センサー454に至る光はf1′(S)と
2(P)でありそのままでは互いに直交する偏光面を
持つため、各々の偏光方向と45°の角度に設定された
偏光板452をセンサーの直前に置く。
Next, FIG. 37 shows an eleventh embodiment of the present invention. In FIG. 37, 441 is a light source, 442 is a frequency shifter, 443 is a beam expander, 44
4 is a half mirror, 445 and 451 are mirrors, and 446 and 450 are polarization beam splitters. As shown in FIG. 37, the beam expander 443 and the half mirror 4
The light passing through 44 is composed of an S-polarized wave having a frequency of f 1 and a P-polarized light having a frequency of f 2 . The light transmitted through the half mirror 444 is the polarized beam splitter 4
The light is guided to a lens 447 by 46 and a mirror 451 and is incident on a grating pattern 449 on a wafer 448. Here, f 1 (S) means S-polarized light at the f 1 frequency, and f 2 (P) means P-polarized light at the f 2 frequency. When the pitch of the grating 449 is P, Psin θ = λ (40) When the light is incident in a relationship satisfying (λ is a wavelength), the diffracted light by the pattern 449 travels perpendicularly to the wafer 448.
f 1 diffracted light which light generated upon diffraction of (S) f 1 (S) ,
The diffracted light which light is generated upon diffraction of f 2 (P) f 2 ' (P)
Is expressed as These lights are polarized beam splitter 45
After passing through 0, f 1 ′ (S) is sent to the sensor 454 and f 2
(P) reaches the sensor 457. Meanwhile, half mirror 4
Lights f 1 (S) and f 2 (P) reflected from 44 are mirrors 445.
After passing through the polarizing beam splitter 450 through
f 2 (P) is for sensor 454 and f 1 (S) is for sensor 4
It reaches 57. Since the light reaching the sensor 454 is f 1 ′ (S) and f 2 (P) and has polarization planes orthogonal to each other as they are, the polarizing plate 452 set at an angle of 45 ° with each polarization direction is attached to the sensor. Put just before.

【0105】ところで、レンズ447を通ってウェハー
448上にあるパターン449(これは図2のAとBの
如きパターン)全面に光が照射する様にビームを投射す
ると、回折光は図2におけるパターンAとB双方から回
折されてくる。ここで光センサー454にはAパターン
からの回折光のみが入り、センサー457にはBパター
ンからの回折光のみが至るようにするため、他のグレー
ティングからの回折光がセンサーに入らないようにレン
ズ447、453、456に関してパターン449と共
役位置にアパチャーを置いて余分な回折光をカットす
る。センサー454の近辺を拡大した図を図38に示
す。460がアパチャーである。なお、センサー457
の直前にも同様にアパチャー461を置く。
By the way, when a beam is projected through the lens 447 so as to irradiate the entire surface of the pattern 449 (this is a pattern like A and B in FIG. 2) on the wafer 448, the diffracted light is It is diffracted from both A and B. Here, since only the diffracted light from the pattern A enters the optical sensor 454 and only the diffracted light from the pattern B reaches the sensor 457, a lens is used so that diffracted light from other gratings does not enter the sensor. With respect to 447, 453, and 456, an aperture is placed at a conjugate position with the pattern 449 to cut off extra diffracted light. FIG. 38 is an enlarged view of the vicinity of the sensor 454. 460 is an aperture. The sensor 457
Aperture 461 is also placed just before.

【0106】さて、図37でセンサー457に至る光は
2′(P)とf1(S)であり、この場合も偏光板45
5をセンサー457の直前に配置する。これによって、
ロックインアンプに信号が与えられ、ウェハー448上
のパターン449(実際には図2に示すA、Bの如くに
設定されている)の位相ずれ検出が高精度に実現でき
る。
The light reaching the sensor 457 in FIG. 37 is f 2 ′ (P) and f 1 (S).
5 is placed immediately before the sensor 457. by this,
A signal is supplied to the lock-in amplifier, and phase shift detection of the pattern 449 (actually set as A and B shown in FIG. 2) on the wafer 448 can be realized with high accuracy.

【0107】次に図39は本発明の第12実施例の図で
ウェハーに焼きつけられたパターンの焼きつけずれ計測
のできる露光装置に関する。201はずれ検出測定ユニ
ット、202はコントロールユニットでずれ検出系とス
テージ205の移動量を計測する測長器207の測長出
力を得てコントロールするユニット、210はic回路
パターンエリア、211は所謂スクライブライン上に焼
きつけられたx軸方向のずれ検出用パターンで、各々図
13に示す如きパターンである。ずれ検出測定ユニット
は例えば前述実施例のいずれかと同様の構成である。2
08は測長用のレーザー光源、206は干渉系のユニッ
ト、214はステージ205上にとりつけられたステー
ジ移動量測長用ミラーである。図39はステージ205
が1軸の場合のみ示しているが、実際には不図示の直交
するもう1軸が存在する。ずれ検出系測定ユニット20
1は不図示の露光用結像レンズと空間的には別の位置に
あり、ステージ205を移動してウェハーをずれ検出系
測定ユニット201の下に移して計測をする。
Next, FIG. 39 is a view of a twelfth embodiment of the present invention, and relates to an exposure apparatus capable of measuring a printing shift of a pattern printed on a wafer. Reference numeral 201 denotes a displacement detection / measurement unit; 202, a control unit which obtains and controls a displacement detection system and a length measurement output of a length measuring device 207 for measuring the amount of movement of the stage 205; 210, an ic circuit pattern area; 211, a so-called scribe line The shift detection pattern in the x-axis direction printed on the upper side is a pattern as shown in FIG. The displacement detection measurement unit has, for example, the same configuration as any of the above-described embodiments. 2
Reference numeral 08 denotes a laser light source for length measurement, reference numeral 206 denotes a unit of an interference system, and reference numeral 214 denotes a mirror for measuring the amount of movement of a stage mounted on the stage 205. FIG. 39 shows the stage 205
Is shown only for one axis, but there is actually another orthogonal axis (not shown). Deviation detection system measurement unit 20
Reference numeral 1 denotes a spatially different position from an exposure imaging lens (not shown), and moves the stage 205 to move the wafer under the displacement detection system measurement unit 201 to perform measurement.

【0108】これにより、露光装置で焼付けと、焼付け
によるずれ量計測ができるという長所を有する。
Thus, there is an advantage that the exposure apparatus can print and measure the amount of deviation due to printing.

【0109】なお、図39で203はウェハー、204
はウェハーチャック、209はバキューム用チューブ、
212は移動用ガイドである。
In FIG. 39, reference numeral 203 denotes a wafer;
Is a wafer chuck, 209 is a vacuum tube,
212 is a guide for movement.

【0110】ここで、図40にウェハー203上に焼付
けられたicパターンエリア210と、x軸方向の焼付
けずれ検出用パターンこと211の相対配置について示
す。スクライブライン214の中に焼付けずれ検出パタ
ーン211が納められた例を示してある。尚、焼付けず
れ検出パターン211はスクライブライン214の中で
なくicパターンエリア210の中に焼付けられていて
もよい。
FIG. 40 shows the relative arrangement of the ic pattern area 210 printed on the wafer 203 and the printing shift detecting pattern 211 in the x-axis direction. An example is shown in which a burn-in misregistration detection pattern 211 is placed in a scribe line 214. Note that the burn-in deviation detection pattern 211 may be burned in the ic pattern area 210 instead of in the scribe line 214.

【0111】図41に、焼付けずれ検出パターンの例を
示す。211−1がN番目のレイヤー、211−2がN
+1番目のレイヤーに相当する焼付けパターンで△xの
焼付けずれを示している。ところで図42に焼付けずれ
検出用パターンの別の例を示す。
FIG. 41 shows an example of a printing misalignment detection pattern. 211-1 is the Nth layer, 211-2 is Nth layer
The printing pattern corresponding to the (+1) th layer shows a printing shift of Δx. FIG. 42 shows another example of the burn-in deviation detecting pattern.

【0112】図42はx軸及びy軸の両方のずれ検出が
可能なパターンを示す。215−1と215−2のパタ
ーンでy軸方向のずれ検出を、216−1と216−2
のパターンでx軸方向のずれ検出を行なう。
FIG. 42 shows a pattern capable of detecting the displacement of both the x-axis and the y-axis. Detection of displacement in the y-axis direction is performed using the patterns 215-1 and 215-2, and 216-1 and 216-2.
The detection of the displacement in the x-axis direction is performed by the following pattern.

【0113】更に本発明は、図43に示すような所謂光
ステッパーといわれる縮小投影露光装置に適用可能であ
る。図43は本発明の第13実施例を示す。光源511
から出た光(例えば2周波発振の所謂ゼーマンレーザ
ー)を第1のレンズ系515に入射する。格子510の
パターンを2次光源として出た像を第1のフーリエ変換
レンズ515によって一旦集光し、更に第2のフーリエ
変換レンズ517を通して第1の格子510の像をウェ
ハー518に縮小投影光学系519を通して投影する。
第1のフーリエ変換レンズ515の後側焦点面には第1
の格子510の回折光が空間的に分布している。本実施
例ではこのフーリエ変換面に空間フィルター516(図
45参照)を配置してスペクトル面でフィルタリング
し、格子510のパターンをスペクトル面でフィルタリ
ングする事によってウェハー518面上に干渉縞520
を生成する。尚、566、567は偏光板で、各々P偏
光(紙面に平行な電場面)とS偏光(紙面に垂直な電場
面)の光を通過させる。半導体ウェハー518上に形成
した第2の格子521(即ち図50に示されるようなウ
ェハー上に焼付けられた第1、第2layerのグレー
ティング591、592)からは回折光522が回折さ
れ、縮小投影光学系519及び第2のレンズ517を逆
方向に戻り空間フィルター516の位置に配置された小
ミラーによって光検出器に導かれる。以上がウェハー5
18上に焼付けられた、半導体プロセスパターンの焼き
付けずれ検出光学系である。なお図43で512は投影
用光源、513は照明光学系、514はレチクルであ
る。
Further, the present invention is applicable to a reduction projection exposure apparatus called a so-called optical stepper as shown in FIG. FIG. 43 shows a thirteenth embodiment of the present invention. Light source 511
(For example, a so-called Zeeman laser with two-frequency oscillation) emitted from the first lens system 515 is incident on the first lens system 515. An image obtained by using the pattern of the grating 510 as a secondary light source is once collected by a first Fourier transform lens 515, and further the image of the first grating 510 is reduced and projected onto a wafer 518 through a second Fourier transform lens 517. Projection through 519.
The first focal point on the rear focal plane of the first Fourier transform lens 515 is
The diffraction light of the grating 510 is spatially distributed. In the present embodiment, a spatial filter 516 (see FIG. 45) is arranged on the Fourier transform plane and is filtered on the spectral plane, and the pattern of the grating 510 is filtered on the spectral plane, so that the interference fringes 520 are formed on the wafer 518 plane.
Generate Reference numerals 566 and 567 denote polarizing plates, which pass P-polarized light (electric scene parallel to the paper surface) and S-polarized light (electric scene perpendicular to the paper surface), respectively. The diffracted light 522 is diffracted from the second grating 521 formed on the semiconductor wafer 518 (ie, the first and second layer gratings 591 and 592 baked on the wafer as shown in FIG. 50), and the reduced projection optics is used. The system 519 and the second lens 517 are returned in the opposite direction and guided to the photodetector by a small mirror arranged at the position of the spatial filter 516. Above is wafer 5
18 is an optical system for detecting a misalignment in printing of a semiconductor process pattern, which is printed on 18. In FIG. 43, 512 is a projection light source, 513 is an illumination optical system, and 514 is a reticle.

【0114】さて図44は図43の第1の格子510に
光が入ったときの回折の状況を示す断面図である。格子
パターン541によって0次、±1次、±2次…のよう
に複数の回折光が回折される。格子パターン541を取
り巻く光遮断部543はクロムや酸化クロム等の膜で形
成されており、入射光544をパターン541の内部の
み通過させている。図44の例においては、回折光を得
るためには振幅格子パターン541を用いているが、こ
の格子は位相格子でもよく、入射光が斜めから入射する
場合にはエシェレット格子でもよい。
FIG. 44 is a sectional view showing the state of diffraction when light enters the first grating 510 of FIG. The grating pattern 541 diffracts a plurality of diffracted lights such as 0 order, ± 1 order, ± 2 order .... The light blocking portion 543 surrounding the lattice pattern 541 is formed of a film such as chromium or chromium oxide, and allows the incident light 544 to pass only inside the pattern 541. In the example of FIG. 44, the amplitude grating pattern 541 is used to obtain the diffracted light. However, this grating may be a phase grating, or may be an echelette grating when the incident light is obliquely incident.

【0115】ここで、図45に本実施例の原理説明を行
なう。光源511から出た波長λの光は第1の格子51
0の位相格子パターン541を照明する。なお位相格子
パターン541は第1フーリエ変換レンズ515の前後
焦点f1の位置に配置する。格子パターン541のピッ
チP1と回折光の回折角θ1はP1 sinθn=n・λ
(n=0、±1、±2…)…(41)の関係がある。回
折光はフーリエ変換レンズ515に入射し、更に後側焦
点面に図46に示すように各々の回折光に相当するフー
リエスペクトル像を結ぶ。1次の回折光のフーリエスペ
クトルに対応する光は0次の回折光のフーリエスペクト
ルとは完全に分離された状態でフーリエ変換面に像を結
ぶ。このフーリエ変換面上に空間フィルター516を配
置し、格子パターン541の0次および±2次以上の回
折光を遮断し、±1次回折光を通過させる。光源511
はこの場合、ゼーマンレーザーのようにわずかに周波数
が異なる光を発振する。前記フーリエ変換面を通過する
回折光は第2フーリエ変換レンズ517を通過し、さら
にウェハー518上に投影される。なお566と67は
偏光板で、各々を通過後の光はP偏光とS偏光に偏光状
態が揃えられる。
Here, the principle of the present embodiment will be described with reference to FIG. The light of wavelength λ emitted from the light source 511 is
The zero phase grating pattern 541 is illuminated. Note the phase grating pattern 541 is disposed at a position before and after the focus f 1 of the first Fourier transform lens 515. The pitch P 1 of the grating pattern 541 and the diffraction angle θ 1 of the diffracted light are P 1 sin θ n = n · λ
(N = 0, ± 1, ± 2...) (41). The diffracted light enters the Fourier transform lens 515, and forms a Fourier spectrum image corresponding to each diffracted light on the rear focal plane as shown in FIG. Light corresponding to the Fourier spectrum of the first-order diffracted light forms an image on the Fourier transform surface in a state where it is completely separated from the Fourier spectrum of the zero-order diffracted light. A spatial filter 516 is arranged on the Fourier transform plane to block 0th order and ± 2nd or higher order diffracted light of the grating pattern 541, and pass ± 1st order diffracted light. Light source 511
In this case, light having a slightly different frequency is oscillated like a Zeeman laser. The diffracted light passing through the Fourier transform surface passes through the second Fourier transform lens 517, and is further projected on the wafer 518. Note that reference numerals 566 and 67 denote polarizing plates, and the polarization state of the light after passing through them is adjusted to P-polarized light and S-polarized light.

【0116】ウェハー518上で±1次光成分同士が干
渉して新たなピッチの干渉縞が形成される。この干渉縞
のピッチP2
The ± primary light components interfere with each other on the wafer 518 to form interference fringes of a new pitch. The pitch P 2 of this interference fringe is

【0117】[0117]

【外14】 で与えられる。この時、第2フーリエ変換レンズ517
の前側焦点面に第1フーリエ変換レンズ515フーリエ
変換面を設定するので f1sinθ1=f2sinθ2 …(43) の関係がある。第1及び第2フーリエ変換レンズ51
5、517さらに図43に示した縮小投影光学系519
の縮小率mの縮小投影系を通した像の間には
[Outside 14] Given by At this time, the second Fourier transform lens 517
Since the first Fourier transform lens 515 Fourier transform plane is set on the front focal plane of the above equation, there is a relationship of f 1 sin θ 1 = f 2 sin θ 2 (43). First and second Fourier transform lenses 51
5, 517 and the reduction projection optical system 519 shown in FIG.
Between images through a reduction projection system with a reduction ratio m of

【0118】[0118]

【外15】 の関係がある。よってウェハーW上につくられる干渉縞
のピッチP3はf1=fの時は、格子パターン541の
投影時のピッチの半分の値となる。格子541の投影像
によってウェハーW518上に第2の格子Gがつくら
れ、この格子Gに対して図47に示す如く光束611と
612の光をそれぞれ照射すると波面分割する格子Gに
よって、それぞれ回折された光が得られる。また2光束
611、612をウェハーW518上に同時に照射する
と、干渉縞を生成し、さらに、この場合ウェハーW51
8上の格子Gによって回折される光が各々干渉し、この
干渉した光を光検出器で検出し、干渉縞と格子Gとの間
の位置関係を示す光強度情報が得られる。
[Outside 15] There is a relationship. Therefore, when f 1 = f 2 , the pitch P 3 of the interference fringes formed on the wafer W has a value that is half the pitch when the grid pattern 541 is projected. A second grating G is formed on the wafer W518 by the projected image of the grating 541, and when this grating G is irradiated with light beams 611 and 612, respectively, as shown in FIG. Light is obtained. When the two light beams 611 and 612 are simultaneously irradiated on the wafer W518, interference fringes are generated.
The light diffracted by the grating G on the light 8 interferes with each other, and the interfered light is detected by a photodetector, and light intensity information indicating the positional relationship between the interference fringe and the grating G is obtained.

【0119】図48にレンズ517と小ミラーM、レン
ズ589に関するウェハーWとエッジミラー584(図
51参照)の関係と、ウェハーW上の格子Gで回折され
た光の進路の関係を示してある。ウェハーWで回折され
た光はレンズ517を通り、小ミラーMの位置で集光し
たのち、レンズ589を通ってエッジミラー584に至
る。この時、レンズ589の焦点距離をfとすると、
図48のような配置となり、エッジミラー584の位置
と、ウェハーWの位置はレンズ517、589に関して
共役な位置関係にある。ウェハーW上に焼付けられてい
る格子のパターンは図50に示すパターンであるが、エ
ッジミラー584上ではこの格子パターンの位置とエッ
ジの関係は図49の様になっている。すなわち、図49
に示す様にエッジミラー584で反射される光は59
2′で示されるような2ndlayerのパターンの共
役像の光で、一方透過光は591′で示されるような1
stlayerのパターンの共役像の光である。これを
APDやSiセンサーのような光応答性の速いセンサー
583で検出し、ロックインアンプ587で位相検出す
れば所謂光ヘテロンダインでの高精度な位相検出が行な
え、これによりウェハーW上に焼付けられた格子の位相
ずれ即ち、焼付けずれの検定ができる。尚、580、5
81の偏光板は直交した2偏光波面を干渉させるために
置かれており、光源511は所謂ゼーマンレーザーのよ
うな2周波発振レーザーを用いたり、或は通常の1波長
レーザーにAO(Aucosto−Optical;音
響光学)変調器を用いたビート周波数発振光を設定す
る。光センサー582からの信号と光センサー583か
らの信号の時間的な位相ずれの模様を図52に示す。
FIG. 48 shows the relation between the lens 517, the small mirror M, the lens 589, the relation between the wafer W and the edge mirror 584 (see FIG. 51), and the relation between the path of the light diffracted by the grating G on the wafer W. . The light diffracted by the wafer W passes through the lens 517, is condensed at the position of the small mirror M, and reaches the edge mirror 584 through the lens 589. At this time, when the focal length of the lens 589 and f 3,
48, the position of the edge mirror 584 and the position of the wafer W are in a conjugate positional relationship with respect to the lenses 517 and 589. The pattern of the grid printed on the wafer W is the pattern shown in FIG. 50. On the edge mirror 584, the relationship between the position of this grid pattern and the edge is as shown in FIG. That is, FIG.
The light reflected by the edge mirror 584 is 59 as shown in FIG.
2 ′ is a light of a conjugate image of a 2nd layer pattern as shown by 2 ′, while transmitted light is 1 ′ as shown by 591 ′.
This is light of a conjugate image of the pattern of the slayer. If this is detected by a sensor 583 having a high light response such as an APD or a Si sensor, and the phase is detected by a lock-in amplifier 587, a high-precision phase detection by a so-called optical heterodyne can be performed, thereby printing on the wafer W. It is possible to check the phase shift of the grating, that is, the printing shift. 580, 5
The polarizing plate 81 is placed to cause interference between orthogonally polarized wavefronts, and the light source 511 uses a two-frequency oscillation laser such as a so-called Zeeman laser, or an AO (Aucosto-Optical) to a normal one-wavelength laser. Acousto-optic) A beat frequency oscillation light using a modulator is set. FIG. 52 shows a pattern of a temporal phase shift between the signal from the optical sensor 582 and the signal from the optical sensor 583.

【0120】又、光ヘテロダイン法を採用せず、例えば
図28に関して説明したフリンジスキャニング法を用い
る場合光源511が通常の1波長発振レーザーであっ
て、本発明の第14実施例として図53に示すように光
センサー591、592の前の偏光板580、581は
不要となる。
When the optical heterodyne method is not adopted and the fringe scanning method described with reference to FIG. 28 is used, the light source 511 is a normal one-wavelength oscillation laser, and FIG. 53 shows a fourteenth embodiment of the present invention. As described above, the polarizing plates 580 and 581 in front of the optical sensors 591 and 592 become unnecessary.

【0121】以上示した様に、図43以降の実施例によ
ればウェハー基板上の焼付けずれ検出が高精度に可能な
露光装置とすることができる。
As described above, according to the embodiments shown in FIG. 43 and thereafter, it is possible to provide an exposure apparatus capable of detecting a printing deviation on a wafer substrate with high accuracy.

【0122】尚、本実施例はグレーティング541によ
りその回折光をウェハー上に投射して回折光を発生させ
たが、グレーティング541を用いずにビームスプリッ
ター、ミラーを組合わせてウェハー上に光を投射する事
もできる。
In this embodiment, the diffracted light is projected on the wafer by the grating 541 to generate the diffracted light. However, the light is projected on the wafer by combining the beam splitter and the mirror without using the grating 541. You can do it.

【0123】[0123]

【発明の効果】以上述べた様に、本発明によれば例えば
半導体露光装置上で焼付けを行なったあと焼付けによる
ずれ量計測ができる。
As described above, according to the present invention, for example, after printing on a semiconductor exposure apparatus, a deviation amount due to printing can be measured.

【0124】即ち例えば第1の回路パターンと共に、例
えばスクライブライン上に第1の格子パターンを形成し
た後、同一のウェハーを位置合せして第2の回路パター
ンと共にスクライブライン上に第2の格子パターンを形
成したときの2つの格子パターンの相対位置ずれを2つ
のパターンより出射される回折光の干渉光を検出する事
により検出しているので、2つのパターンの相対位置ず
れを高精度に測定できる。
That is, after forming a first grid pattern on a scribe line, for example, together with the first circuit pattern, the same wafer is aligned, and a second grid pattern is formed on the scribe line, together with the second circuit pattern. Is detected by detecting the interference light of the diffracted light emitted from the two patterns, the relative displacement between the two patterns can be measured with high accuracy. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】回折格子による回折光の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of light diffracted by a diffraction grating.

【図2】同一平面上にある隣接する2つの回折格子によ
る回折光の説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram of diffracted light by two adjacent diffraction gratings on the same plane.

【図3】被測定信号と参照信号の位相差の説明図であ
る。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a phase difference between a signal under measurement and a reference signal.

【図4】本発明の第1実施例の図である。FIG. 4 is a diagram of a first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第1実施例の図である。FIG. 5 is a diagram of a first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第1実施例の図である。FIG. 6 is a diagram of a first embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第1実施例の図である。FIG. 7 is a diagram of a first embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第1実施例の図である。FIG. 8 is a diagram of a first embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第2実施例の図である。FIG. 9 is a diagram of a second embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第2実施例の図である。FIG. 10 is a diagram of a second embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第2実施例の図である。FIG. 11 is a diagram of a second embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第2実施例の図である。FIG. 12 is a diagram of a second embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第2実施例の図である。FIG. 13 is a diagram of a second embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第2実施例の図である。FIG. 14 is a diagram of a second embodiment of the present invention.

【図15】本発明の第2実施例の図である。FIG. 15 is a diagram of a second embodiment of the present invention.

【図16】本発明の第3実施例の図である。FIG. 16 is a diagram of a third embodiment of the present invention.

【図17】本発明の第4実施例の図である。FIG. 17 is a diagram of a fourth embodiment of the present invention.

【図18】本発明の第4実施例の図である。FIG. 18 is a diagram of a fourth embodiment of the present invention.

【図19】本発明の第4実施例の図である。FIG. 19 is a diagram of a fourth embodiment of the present invention.

【図20】本発明の第5実施例の図である。FIG. 20 is a diagram of a fifth embodiment of the present invention.

【図21】本発明の第5実施例の図である。FIG. 21 is a diagram of a fifth embodiment of the present invention.

【図22】本発明の第6実施例の図である。FIG. 22 is a diagram of a sixth embodiment of the present invention.

【図23】本発明の第6実施例の図である。FIG. 23 is a diagram of a sixth embodiment of the present invention.

【図24】本発明の第7実施例の図である。FIG. 24 is a diagram of a seventh embodiment of the present invention.

【図25】本発明の第8実施例の図である。FIG. 25 is a diagram of an eighth embodiment of the present invention.

【図26】本発明の第8実施例の図である。FIG. 26 is a diagram of an eighth embodiment of the present invention.

【図27】本発明の第8実施例の図である。FIG. 27 is a diagram of an eighth embodiment of the present invention.

【図28】本発明の第9実施例の図である。FIG. 28 is a view of a ninth embodiment of the present invention.

【図29】本発明の第9実施例の図である。FIG. 29 is a view of a ninth embodiment of the present invention.

【図30】本発明の第9実施例の図である。FIG. 30 is a diagram of a ninth embodiment of the present invention.

【図31】本発明の第9実施例の図である。FIG. 31 is a view of a ninth embodiment of the present invention.

【図32】本発明の第9実施例の図である。FIG. 32 is a view of a ninth embodiment of the present invention.

【図33】本発明の第9実施例の図である。FIG. 33 is a view of a ninth embodiment of the present invention.

【図34】本発明の第9実施例の図である。FIG. 34 is a view of a ninth embodiment of the present invention.

【図35】本発明の第10実施例の図である。FIG. 35 is a diagram of a tenth embodiment of the present invention.

【図36】本発明の第10実施例の図である。FIG. 36 is a diagram of a tenth embodiment of the present invention.

【図37】本発明の第11実施例の図である。FIG. 37 is a diagram of an eleventh embodiment of the present invention.

【図38】本発明の第11実施例の図である。FIG. 38 is a diagram of an eleventh embodiment of the present invention.

【図39】本発明の第12実施例の図である。FIG. 39 is a view of a twelfth embodiment of the present invention.

【図40】本発明の第12実施例の図である。FIG. 40 is a diagram of a twelfth embodiment of the present invention.

【図41】本発明の第12実施例の図である。FIG. 41 is a diagram of a twelfth embodiment of the present invention.

【図42】本発明の第12実施例の図である。FIG. 42 is a diagram of a twelfth embodiment of the present invention.

【図43】本発明の第13実施例の図である。FIG. 43 is a diagram of a thirteenth embodiment of the present invention.

【図44】本発明の第13実施例の図である。FIG. 44 is a view of a thirteenth embodiment of the present invention.

【図45】本発明の第13実施例の図である。FIG. 45 is a diagram of a thirteenth embodiment of the present invention.

【図46】本発明の第13実施例の図である。FIG. 46 is a diagram of a thirteenth embodiment of the present invention.

【図47】本発明の第13実施例の図である。FIG. 47 is a view of a thirteenth embodiment of the present invention.

【図48】本発明の第13実施例の図である。FIG. 48 is a diagram of a thirteenth embodiment of the present invention.

【図49】本発明の第13実施例の図である。FIG. 49 is a diagram of a thirteenth embodiment of the present invention.

【図50】本発明の第13実施例の図である。FIG. 50 is a diagram of a thirteenth embodiment of the present invention.

【図51】本発明の第13実施例の図である。FIG. 51 is a diagram of a thirteenth embodiment of the present invention.

【図52】本発明の第13実施例の図である。FIG. 52 is a diagram of a thirteenth embodiment of the present invention.

【図53】本発明の第14実施例の図である。FIG. 53 is a diagram of a fourteenth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

40 光源 41 周波数シフタ 46 光センサー 47 ロックインアンプ U 格子パターン L 格子パターン Reference Signs List 40 light source 41 frequency shifter 46 optical sensor 47 lock-in amplifier U lattice pattern L lattice pattern

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉井 実 東京都大田区下丸子3丁目30番2号キヤ ノン株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−90006(JP,A) 特開 平2−227604(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 11/00 - 11/30 G01N 21/88 H01L 21/64 - 21/66 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (72) Minoru Yoshii 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Within Canon Inc. (56) References JP-A-2-90006 (JP, A) JP-A-2 -227604 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01B 11/00-11/30 G01N 21/88 H01L 21/64-21/66

Claims (15)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 少なくとも第一格子パターンを物体上に
形成する第一工程と、少なくとも第二格子パターンを前
記物体上に形成する第二工程と、前記物体上の第一格子
パターンと第二格子パターンに可干渉光を照射し該第一
及び第二格子パターンから出射される回折光を干渉させ
て前記物体上の第一及び第二格子パターン間の相対位置
ずれを検出する第三工程とを有することを特徴とする測
定方法。
1. A first step of forming at least a first grid pattern on an object, a second step of forming at least a second grid pattern on the object, and a first grid pattern and a second grid on the object. Irradiating the pattern with coherent light and causing the diffracted light emitted from the first and second grating patterns to interfere with each other to detect a relative positional shift between the first and second grating patterns on the object. A measuring method characterized by having:
【請求項2】 前記第一及び第二格子パターンは互いに
ピッチの等しい等間隔格子パターンであることを特徴と
する請求項1の測定方法。
2. The measuring method according to claim 1, wherein said first and second grating patterns are equally spaced grating patterns having the same pitch.
【請求項3】 前記相対位置ずれ検出はヘテロダイン法
による位相差検出によって行なうことを特徴とする請求
項1の測定方法。
3. The measuring method according to claim 1, wherein the relative positional deviation is detected by detecting a phase difference by a heterodyne method.
【請求項4】 前記第三工程において前記第一格子パタ
ーンに第一周波数の可干渉光を、第二格子パターンに第
二周波数の可干渉光を入射させそれぞれから出射した回
折光を互いに干渉させた第一干渉光を検出し、前記第一
干渉光と、前記第一及び第二周波数の可干渉光を格子パ
ターンに入射させずに互いに干渉させた第二干渉光との
位相差を検出することにより前記相対位置ずれ検出を行
なうことを特徴とする請求項3の測定方法。
4. In the third step, coherent light having a first frequency is incident on the first grating pattern, and coherent light having a second frequency is incident on the second grating pattern, and diffracted lights emitted from the two interfere with each other. Detecting the first interference light, and detecting the phase difference between the first interference light and the second interference light that interfered with each other without causing the coherent light of the first and second frequencies to enter the grating pattern. 4. The measuring method according to claim 3, wherein the relative position deviation is detected by performing the detection.
【請求項5】 前記第三工程において前記第一及び第二
格子パターンそれぞれに第一及び/又は第二周波数の可
干渉光を入射させ、該可干渉光が第一格子パターンから
回折して出射した後に第一及び第二周波数の可干渉光を
互いに干渉させた第一干渉光と前記可干渉光が第二格子
パターンから回折して出射した後に第一及び第二周波数
の可干渉光を互いに干渉させた第二干渉光とを検出し、
前記第一干渉光と第二干渉光との位相差を検出すること
により前記相対位置ずれ検出を行なうことを特徴とする
請求項3の測定方法。
5. In the third step, coherent light having a first and / or second frequency is made incident on each of the first and second grating patterns, and the coherent light is diffracted from the first grating pattern and emitted. After the first and second coherent lights interfered with each other, the first and second coherent lights interfered with each other after the first coherent light was diffracted and emitted from the second grating pattern. Detect the second interference light that caused the interference,
4. The method according to claim 3, wherein the relative position shift is detected by detecting a phase difference between the first interference light and the second interference light.
【請求項6】 前記第一あるいは第二工程において前記
第一あるいは第二格子パターンと同時に第三の格子パタ
ーンを前記物体上に形成し、前記第三工程において前記
第一格子パターンに第一周波数の可干渉光、第二格子パ
ターンに第二周波数の可干渉光を入射させそれぞれから
出射した回折光を互いに干渉させた第一干渉光を検出
し、且つ前記第三格子パターンに第一及び第二周波数の
可干渉光を入射させ該第三格子パターンから出射した第
一及び第二周波数の回折光を互いに干渉させた第二干渉
光を検出し、前記第一干渉光と第二干渉光との位相差を
検出することにより前記相対位置ずれ検出を行なうこと
を特徴とする請求項3の測定方法。
6. A first grating pattern is formed on the object simultaneously with the first or second grating pattern in the first or second step, and a first frequency is applied to the first grating pattern in the third step. The first coherent light, the first coherent light that interfered with the diffracted light emitted from each of the coherent light of the second frequency incident on the second grating pattern, and the first and second in the third grating pattern Coherent light of two frequencies is incident and the first and second diffracted lights emitted from the third grating pattern are detected as second interference lights that interfere with each other, and the first interference light and the second interference light are detected. 4. The measuring method according to claim 3, wherein the relative position deviation is detected by detecting a phase difference of the measurement result.
【請求項7】 前記物体は感光体を有し前記物体上の第
一及び第二格子パターンは前記感光体の潜像により形成
されることを特徴とする請求項1の測定法法。
7. The method according to claim 1, wherein the object has a photoreceptor, and the first and second lattice patterns on the object are formed by a latent image of the photoreceptor.
【請求項8】 前記物体は感光体を有し前記第一工程は
第一格子パターンを有する第一レチクルのパターンを前
記感光体上に焼き付けることにより行なわれ、前記第二
工程は第二格子パターンを有する第二レチクルを前記感
光体上に焼き付けることにより行なわれることを特徴と
する請求項1の測定方法。
8. The object has a photoreceptor, and the first step is performed by printing a pattern of a first reticle having a first lattice pattern on the photoreceptor, and the second step is a second lattice pattern. 2. The method according to claim 1, wherein the measurement is performed by printing a second reticle having the following formula on the photoconductor.
【請求項9】 前記第二工程では前記第二格子パターン
を形成する前に前記第一格子パターンが形成された物体
を位置合わせすることを特徴とする特許請求項1の測定
方法。
9. The measuring method according to claim 1, wherein in the second step, an object on which the first grid pattern is formed is aligned before forming the second grid pattern.
【請求項10】 同一面上の第一格子パターンと第二格
子パターンに可干渉光を照射する手段と該第一及び/又
は第二格子パターンから出射される回折光同士を干渉さ
せて前記第一及び第二格子パターン間の相対位置ずれを
検出する手段を有することを特徴とする測定装置。
10. A means for irradiating a first grating pattern and a second grating pattern on the same surface with coherent light, and causing the diffracted light emitted from the first and / or second grating patterns to interfere with each other. A measuring apparatus comprising: means for detecting a relative displacement between the first and second grid patterns.
【請求項11】 前記相対位置ずれ検出はヘテロダイン
法による位相差検出によって行なうことを特徴とする請
求項10の測定装置。
11. The measuring apparatus according to claim 10, wherein the relative position shift is detected by a phase difference detection by a heterodyne method.
【請求項12】 前記第一格子パターンに第一周波数の
可干渉光を、第二格子パターンに第二周波数の可干渉光
を入射させそれぞれから出射した回折光を互いに干渉さ
せた第一干渉光を検出し、前記第一干渉光と、前記第一
及び第二周波数の可干渉光を格子パターンに入射させず
に互いに干渉させた第二干渉光との位相差を検出するこ
とにより前記相対位置ずれ検出を行なうことを特徴とす
る請求項10の測定装置。
12. A first interference light in which a coherent light beam of a first frequency is incident on the first grating pattern and a coherent light beam of a second frequency is incident on the second grating pattern, and diffracted lights emitted from the first interference light interfere with each other. By detecting the phase difference between the first interference light and the second interference light that interfered with each other without causing the coherent light of the first and second frequencies to enter the grating pattern. 11. The measuring device according to claim 10, wherein a shift is detected.
【請求項13】 前記第一及び第二格子パターンそれぞ
れに第一及び第二周波数の可干渉光を入射させ、第一格
子パターンから出射した第一及び第二周波数の回折光を
互いに干渉させた第一干渉光と第二格子パターンから出
射した第一及び第二周波数の回折光を互いに干渉させた
第二干渉光との位相差を検出することにより前記相対位
置ずれ検出を行なうことを特徴とする請求項10の測定
装置。
13. Coherent light beams of first and second frequencies are incident on the first and second grating patterns, respectively, and diffracted light beams of first and second frequencies emitted from the first grating pattern interfere with each other. The relative position shift detection is performed by detecting a phase difference between a first interference light and a second interference light that causes the diffracted lights of the first and second frequencies emitted from the second grating pattern to interfere with each other. 11. The measuring device according to claim 10, wherein
【請求項14】 前記第一格子パターンに第一周波数の
可干渉光を、第二格子パターンに第二周波数の可干渉光
を入射させそれぞれから出射した回折光を互いに干渉さ
せた第一干渉光を検出し、且つ前記第一あるいは第二格
子パターンと同時に前記同一面上に形成された第三格子
パターンに第一及び第二周波数の可干渉光を入射させ該
第三格子パターンから出射した第一及び第二周波数の回
折光を互いに干渉させた第二干渉光を検出し、前記第一
干渉光と第二干渉光との位相差を検出することにより前
記相対位置ずれ検出を行なうことを特徴とする請求項1
0の測定装置。
14. A first interference light in which coherent light of a first frequency is incident on the first grating pattern and coherent light of a second frequency is incident on the second grating pattern, and diffracted lights emitted from the first interference light interfere with each other. The first and second coherent lights of the first and second frequencies are made incident on the third lattice pattern formed on the same plane simultaneously with the first or second lattice pattern, and the third light is emitted from the third lattice pattern. Detecting the second interference light that causes the diffracted lights of the first and second frequencies to interfere with each other, and performing the relative displacement detection by detecting a phase difference between the first interference light and the second interference light. Claim 1
0 measuring device.
【請求項15】 少なくとも第一格子パターンを物体上
に形成する第一工程と、少なくとも第二格子パターンを
前記物体上に形成する第二工程と、前記物体上の第一格
子パターンに少なくとも第一の光と照射し、第二格子パ
ターンに少なくとも第二の光を照射する第三工程と前記
第一、第二の光、前記第一の光と同じ光源から出た第三
の光、前記第二の光と同じ光源から出た第四の光の内、
2つの光を干渉させて受光する第四工程と、残りの2つ
の光を干渉させて受光する第五工程と、2つの受光出力
を比較して相対位置ずれを検出する第六工程とを有する
ことを特徴とする測定方法。
15. A first step of forming at least a first grid pattern on an object, a second step of forming at least a second grid pattern on the object, and at least a first grid pattern on the object. And the third step of irradiating the second grating pattern with at least a second light, the first light, the second light, the third light emitted from the same light source as the first light, the third light Of the fourth light emitted from the same light source as the second light,
A fourth step of interfering two light beams to receive light, a fifth step of interfering the remaining two light beams to receive light, and a sixth step of comparing two light reception outputs to detect a relative displacement. A measuring method characterized by the above-mentioned.
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