JP3302164B2 - 位置合せ装置 - Google Patents
位置合せ装置Info
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- JP3302164B2 JP3302164B2 JP04388594A JP4388594A JP3302164B2 JP 3302164 B2 JP3302164 B2 JP 3302164B2 JP 04388594 A JP04388594 A JP 04388594A JP 4388594 A JP4388594 A JP 4388594A JP 3302164 B2 JP3302164 B2 JP 3302164B2
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- light
- diffraction grating
- grating
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- optical
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- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
- G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、対向配置された第１の
物体と第２の物体とを対向方向と直交する面内で高精度
に位置合せするときに用いられる位置合せ装置に関す
る。
物体と第２の物体とを対向方向と直交する面内で高精度
に位置合せするときに用いられる位置合せ装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】最近では、超ＬＳＩの回路パターンをＸ
線露光装置を使って等倍露光で形成する試みが成されて
いる。このような装置を用いてパターン転写を行う場
合、露光に先だってマスクとウェハとを高精度に位置合
せする必要がある。
線露光装置を使って等倍露光で形成する試みが成されて
いる。このような装置を用いてパターン転写を行う場
合、露光に先だってマスクとウェハとを高精度に位置合
せする必要がある。
【０００３】ところで、対向配置されたマスクとウェハ
とを対向方向と直交する面内で高精度に位置合せする装
置としては、特願昭 63-329731号や特願平 2-25836号な
どに示されているように、回折格子を用いた光ヘテロダ
イン式の位置合せ装置が考えられている。
とを対向方向と直交する面内で高精度に位置合せする装
置としては、特願昭 63-329731号や特願平 2-25836号な
どに示されているように、回折格子を用いた光ヘテロダ
イン式の位置合せ装置が考えられている。
【０００４】図１１には光ヘテロダイン式の代表的な位
置合せ装置の要部が模式的に示されている。この位置合
せ装置では、図示しないマスクに回折格子１を設けると
ともに、この回折格子１に対向する関係に図示しないウ
ェハに回折格子２を設けている。
置合せ装置の要部が模式的に示されている。この位置合
せ装置では、図示しないマスクに回折格子１を設けると
ともに、この回折格子１に対向する関係に図示しないウ
ェハに回折格子２を設けている。
【０００５】今、図に示す直角座標上のＸ軸方向が位置
合せ方向であるとする。回折格子１はＹ軸方向に配置さ
れた第１格子３ａと第２格子３ｂとで構成される。同様
に、回折格子２もＹ軸方向に配置された第１格子４ａと
第２格子４ｂとで構成される。すなわち、この位置合せ
装置では、回折格子１の第１格子３ａと回折格子２の第
１格子４ａとをペアとし、回折格子１の第２格子３ｂと
回折格子２の第２格子４ｂとをペアとしている。
合せ方向であるとする。回折格子１はＹ軸方向に配置さ
れた第１格子３ａと第２格子３ｂとで構成される。同様
に、回折格子２もＹ軸方向に配置された第１格子４ａと
第２格子４ｂとで構成される。すなわち、この位置合せ
装置では、回折格子１の第１格子３ａと回折格子２の第
１格子４ａとをペアとし、回折格子１の第２格子３ｂと
回折格子２の第２格子４ｂとをペアとしている。
【０００６】回折格子１を構成している第１格子３ａは
Ｙ軸方向に延びる非透明のストライプパターンをＸ軸方
向にＰx のピッチで設けたものとなっており、第２格子
３ｂは透明のウインドウに構成されている。また、回折
格子２を構成している第１格子４ａはウェハの表面をそ
のまま使った反射面に形成されており、第２格子４ｂは
市松模様のパターンをＸ軸方向にはＰx のピッチで、Ｙ
軸方向にはＰy のピッチで設けたものとなっている。
Ｙ軸方向に延びる非透明のストライプパターンをＸ軸方
向にＰx のピッチで設けたものとなっており、第２格子
３ｂは透明のウインドウに構成されている。また、回折
格子２を構成している第１格子４ａはウェハの表面をそ
のまま使った反射面に形成されており、第２格子４ｂは
市松模様のパターンをＸ軸方向にはＰx のピッチで、Ｙ
軸方向にはＰy のピッチで設けたものとなっている。
【０００７】この位置合せ装置では、回折格子１を構成
している第１格子３ａおよび第２格子３ｂの上面に向
け、かつ位置合せ方向と直交する面を境にして左右対称
に、具体的には格子のＸ方向ピッチの±１次の方向から
異なる周波数ｆ1 ，ｆ2 の２本の光ビーム５，６を照射
する。これら光ビーム５，６は、レーザ発信器から放射
された可干渉距離が数ｍのビーム、たとえば中心波長λ
0 がλ0 ＝633nm で、半値幅ΔλがΔλ＝2 ×10-4nmの
ビームをハーフミラーで２分割した後、２台の音響光学
素子（ＡＯＭ）で僅かに異なる周波数ｆ1 ，ｆ2 に変調
して得られたものである。
している第１格子３ａおよび第２格子３ｂの上面に向
け、かつ位置合せ方向と直交する面を境にして左右対称
に、具体的には格子のＸ方向ピッチの±１次の方向から
異なる周波数ｆ1 ，ｆ2 の２本の光ビーム５，６を照射
する。これら光ビーム５，６は、レーザ発信器から放射
された可干渉距離が数ｍのビーム、たとえば中心波長λ
0 がλ0 ＝633nm で、半値幅ΔλがΔλ＝2 ×10-4nmの
ビームをハーフミラーで２分割した後、２台の音響光学
素子（ＡＯＭ）で僅かに異なる周波数ｆ1 ，ｆ2 に変調
して得られたものである。
【０００８】このように光ビーム５，６を照射すると、
ペアを組む第１格子３ａ，４ａ側では、第１格子３ａ→
第１格子４ａ→第１格子３ａの経路でビームが通過する
ときに、｛-1,(0,1),0｝，｛0,(0,1),-1｝の回折光と、
｛+1,(0,1),0｝，｛0,(0,1),+1｝の回折光とが互いに干
渉し合う。この干渉光を回折格子１の上方で、位置合せ
方向には０次、Ｙ軸方向には１次の位置で検出すると、
Δｆ＝（ｆ1 −ｆ2 ）なるビート信号ＩM (0,1) が得ら
れる。この信号ＩM (0,1) と参照信号との間の位相差を
検出することによって回折格子２に対する回折格子１、
つまりウェハに対するマスクの位置ずれを知ることがで
きる。
ペアを組む第１格子３ａ，４ａ側では、第１格子３ａ→
第１格子４ａ→第１格子３ａの経路でビームが通過する
ときに、｛-1,(0,1),0｝，｛0,(0,1),-1｝の回折光と、
｛+1,(0,1),0｝，｛0,(0,1),+1｝の回折光とが互いに干
渉し合う。この干渉光を回折格子１の上方で、位置合せ
方向には０次、Ｙ軸方向には１次の位置で検出すると、
Δｆ＝（ｆ1 −ｆ2 ）なるビート信号ＩM (0,1) が得ら
れる。この信号ＩM (0,1) と参照信号との間の位相差を
検出することによって回折格子２に対する回折格子１、
つまりウェハに対するマスクの位置ずれを知ることがで
きる。
【０００９】一方、ペアを組む第２格子３ｂ，４ｂ側で
は、第２格子３ｂ→第２格子４ｂ→第２格子３ｂの経路
でビームが通過するときに、｛0,(0,1),-1｝の回折光
と、｛0,(0,1),+1｝の回折光とが互いに干渉し合う。こ
の干渉光を回折格子１の上方で、位置合せ方向には０
次、Ｙ軸方向には１次の位置で検出すると、Δｆ＝（ｆ
1−ｆ2 ）なるビート信号ＩW (0,1) が得られる。この
信号ＩW (0,1) と参照信号との間の位相差を検出するこ
とによって回折格子１に対する回折格子２、つまりマス
クに対するウェハの位置ずれを知ることができる。
は、第２格子３ｂ→第２格子４ｂ→第２格子３ｂの経路
でビームが通過するときに、｛0,(0,1),-1｝の回折光
と、｛0,(0,1),+1｝の回折光とが互いに干渉し合う。こ
の干渉光を回折格子１の上方で、位置合せ方向には０
次、Ｙ軸方向には１次の位置で検出すると、Δｆ＝（ｆ
1−ｆ2 ）なるビート信号ＩW (0,1) が得られる。この
信号ＩW (0,1) と参照信号との間の位相差を検出するこ
とによって回折格子１に対する回折格子２、つまりマス
クに対するウェハの位置ずれを知ることができる。
【００１０】そこで、この位置合せ装置では、ＩM (0,
1) とＩW (0,1) との間の位相差、つまり、 Δφ＝ＩM (0,1) −ＩW (0,1) を求め、この値Δφから図１２に示すようにマスクとウ
ェハとの間の位置合せ方向の位置ずれ量を求めている。
そして、この値に基いてアクチュエータを制御して位置
合せするようにしている。
1) とＩW (0,1) との間の位相差、つまり、 Δφ＝ＩM (0,1) −ＩW (0,1) を求め、この値Δφから図１２に示すようにマスクとウ
ェハとの間の位置合せ方向の位置ずれ量を求めている。
そして、この値に基いてアクチュエータを制御して位置
合せするようにしている。
【００１１】しかしながら、上記のように構成された従
来の位置合せ装置にあっても次のような問題があった。
すなわち、回折光ＩM (0,1) は、図１３に示すように、
第１格子３ａで直接反射する光波ＵM1と、第１格子３ａ
を透過し第１格子４ａで反射して第１格子３ａで回折す
る光波ＵM2と、第１格子３ａで回折し第１格子４ａで反
射した後に第１格子３ａで回折する光波ＵM3との干渉波
である。なお、この図１２では周波数ｆ1 の成分と周波
数ｆ2 の成分とを区別するために、周波数ｆ2 の成分に
はダッシュが付けられている。
来の位置合せ装置にあっても次のような問題があった。
すなわち、回折光ＩM (0,1) は、図１３に示すように、
第１格子３ａで直接反射する光波ＵM1と、第１格子３ａ
を透過し第１格子４ａで反射して第１格子３ａで回折す
る光波ＵM2と、第１格子３ａで回折し第１格子４ａで反
射した後に第１格子３ａで回折する光波ＵM3との干渉波
である。なお、この図１２では周波数ｆ1 の成分と周波
数ｆ2 の成分とを区別するために、周波数ｆ2 の成分に
はダッシュが付けられている。
【００１２】光波ＵM1に対して、光波ＵM2および光波Ｕ
M3は、回折格子１，２間のギャップ長Ｚ、つまりマスク
とウェハとの間のギャップ長Ｚに基く光路差を持ってい
る。このため、回折光ＩM (0,1) にはマスクの位置情報
だけではなく、ギャップ長Ｚの情報も含まれていること
になる。
M3は、回折格子１，２間のギャップ長Ｚ、つまりマスク
とウェハとの間のギャップ長Ｚに基く光路差を持ってい
る。このため、回折光ＩM (0,1) にはマスクの位置情報
だけではなく、ギャップ長Ｚの情報も含まれていること
になる。
【００１３】一方、回折光ＩW (0,1) を得るための光路
では、第２格子３ｂがウインドウ構成に形成されている
ので、光波ＵM1に相当する光波ＵW1だけである。すなわ
ち、回折光ＩW (0,1) にはウェハの位置ずれ情報だけが
含まれている。
では、第２格子３ｂがウインドウ構成に形成されている
ので、光波ＵM1に相当する光波ＵW1だけである。すなわ
ち、回折光ＩW (0,1) にはウェハの位置ずれ情報だけが
含まれている。
【００１４】したがって、ＩM と(0,1) とＩW との位相
差Δφは、図１４に示すようにギャップ長Ｚの変化とと
もにλ0 ／ 2の周期で変化することになり、この変動分
が原因して位置合せ方向の位置合せ精度を低下させる問
題があった。
差Δφは、図１４に示すようにギャップ長Ｚの変化とと
もにλ0 ／ 2の周期で変化することになり、この変動分
が原因して位置合せ方向の位置合せ精度を低下させる問
題があった。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来の光
ヘテロダイン式の位置合せ装置にあっては、位置合せ精
度を確保することが困難であった。そこで本発明は、上
述した不具合を解消できる位置合せ装置を提供すること
を第１の目的としている。また、本発明は上述した不具
合を解消しようとしたときに問題となる位置検出光学系
の調整作業の容易化を図れる位置合せ装置を提供するこ
とを第２の目的としている。
ヘテロダイン式の位置合せ装置にあっては、位置合せ精
度を確保することが困難であった。そこで本発明は、上
述した不具合を解消できる位置合せ装置を提供すること
を第１の目的としている。また、本発明は上述した不具
合を解消しようとしたときに問題となる位置検出光学系
の調整作業の容易化を図れる位置合せ装置を提供するこ
とを第２の目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
対向配置された第１の物体と第２の物体とを対向方向と
直交する面内で位置合せするために、上記第１の物体と
上記第２の物体とに対向関係に回折格子を設けるととも
に、１つの光源から出た光ビームを２分割し、これらを
変調して得られた周波数の異なる２本の光ビームを上記
第１の物体に設けられた回折格子に対して上記位置合せ
方向と直交する面を境にして左右対称に照射し、この照
射によって得られた回折光のうちの特定次数の回折光を
位置情報として用いるようにした光ヘテロダイン式の位
置合せ装置において、前記光源として、この光源から放
射された光ビームの中心波長をλ0 とし、その半値幅を
Δλとし、前記第１の物体と第２の物体との間のギャッ
プ長をＺとしたとき、 2Ｚの値に対してλ0 2 ／Δλの
値がほぼ等しいかもしくは小さい関係を満すものを用い
ている。
対向配置された第１の物体と第２の物体とを対向方向と
直交する面内で位置合せするために、上記第１の物体と
上記第２の物体とに対向関係に回折格子を設けるととも
に、１つの光源から出た光ビームを２分割し、これらを
変調して得られた周波数の異なる２本の光ビームを上記
第１の物体に設けられた回折格子に対して上記位置合せ
方向と直交する面を境にして左右対称に照射し、この照
射によって得られた回折光のうちの特定次数の回折光を
位置情報として用いるようにした光ヘテロダイン式の位
置合せ装置において、前記光源として、この光源から放
射された光ビームの中心波長をλ0 とし、その半値幅を
Δλとし、前記第１の物体と第２の物体との間のギャッ
プ長をＺとしたとき、 2Ｚの値に対してλ0 2 ／Δλの
値がほぼ等しいかもしくは小さい関係を満すものを用い
ている。
【００１７】また、請求項２に係る本発明は、対向配置
された第１の物体と第２の物体とを対向方向と直交する
面内で位置合せするために、上記第１の物体と上記第２
の物体とに対向関係に回折格子を設けるとともに周波数
の異なる２本の光ビームを上記第１の物体に設けられた
回折格子に対して上記位置合せ方向と直交する面を境に
して左右対称に照射し、この照射によって得られた回折
光のうちの特定次数の回折光を位置情報として用いるよ
うにした光ヘテロダイン式の位置合せ装置において、前
記２本の光ビームが通る２つの光路のうちの一方の光路
の途中に、回転角に対応させて光路を平行移動させる光
学素子と、この光学素子を通過した光ビームを一定の方
向に反射させる反射面を持つとともに上記光学素子の回
転角に応じた距離だけ前記光路の平行移動の方向と同方
向に移動して反射点位置を不変に保っ反射光学系とを設
けている。
された第１の物体と第２の物体とを対向方向と直交する
面内で位置合せするために、上記第１の物体と上記第２
の物体とに対向関係に回折格子を設けるとともに周波数
の異なる２本の光ビームを上記第１の物体に設けられた
回折格子に対して上記位置合せ方向と直交する面を境に
して左右対称に照射し、この照射によって得られた回折
光のうちの特定次数の回折光を位置情報として用いるよ
うにした光ヘテロダイン式の位置合せ装置において、前
記２本の光ビームが通る２つの光路のうちの一方の光路
の途中に、回転角に対応させて光路を平行移動させる光
学素子と、この光学素子を通過した光ビームを一定の方
向に反射させる反射面を持つとともに上記光学素子の回
転角に応じた距離だけ前記光路の平行移動の方向と同方
向に移動して反射点位置を不変に保っ反射光学系とを設
けている。
【００１８】
【作用】請求項１で規定している条件を満たす光源を用
いた位置合せ装置では、図１３に示した光波ＵM2および
光波ＵM3が光波ＵM1に対して干渉するのを防止でき、図
１１に示す回折光ＩM (0,1) にマスクの位置情報だけを
含ませることができる。すなわち、可干渉距離Ｌcoh
は、Ｌcoh ＝λ0 2 ／Δλで示される。ほぼ同じ波長の
２つの光波が交わるとき、２つの光波の光路差が可干渉
距離Ｌcoh を越えている場合には干渉は生じない。図１
３に示した光波ＵM2および光波ＵM3は、光波ＵM1に対し
て約 2Ｚだけ長い距離を進行した後に光波ＵM1と交わ
る。したがって、前記条件を満たす光源を用いると、光
波ＵM2および光波ＵM3が光波ＵM1に対して干渉するのを
防止できるので、ＩM (0,1) とＩW (0,1) との位相差Δ
φは、マスクとウェハとの相対位置情報だけの関数とな
り、結局、ギャップ長Ｚの変動に左右されることなく精
度の高い位置合せが可能となる。
いた位置合せ装置では、図１３に示した光波ＵM2および
光波ＵM3が光波ＵM1に対して干渉するのを防止でき、図
１１に示す回折光ＩM (0,1) にマスクの位置情報だけを
含ませることができる。すなわち、可干渉距離Ｌcoh
は、Ｌcoh ＝λ0 2 ／Δλで示される。ほぼ同じ波長の
２つの光波が交わるとき、２つの光波の光路差が可干渉
距離Ｌcoh を越えている場合には干渉は生じない。図１
３に示した光波ＵM2および光波ＵM3は、光波ＵM1に対し
て約 2Ｚだけ長い距離を進行した後に光波ＵM1と交わ
る。したがって、前記条件を満たす光源を用いると、光
波ＵM2および光波ＵM3が光波ＵM1に対して干渉するのを
防止できるので、ＩM (0,1) とＩW (0,1) との位相差Δ
φは、マスクとウェハとの相対位置情報だけの関数とな
り、結局、ギャップ長Ｚの変動に左右されることなく精
度の高い位置合せが可能となる。
【００１９】光ヘテロダイン式の位置合せ装置では、周
波数ｆ1 の光ビームと周波数ｆ2 の光ビームとを照射し
て干渉を起こさせる必要がある。干渉を起こさせるに
は、光源から第１の物体に至るまでの両ビームの光路差
ＬがＬ≦Ｌcoh であることを必要とする。特に、光源と
して可干渉距離Ｌcoh が数10μｍのインコヒーレント光
源を用いた場合には、位置合せ開始前の時点で、上記条
件を満たすように光路差Ｌを調整しておく必要がある。
この調整作業は簡単であることが望まれる。
波数ｆ1 の光ビームと周波数ｆ2 の光ビームとを照射し
て干渉を起こさせる必要がある。干渉を起こさせるに
は、光源から第１の物体に至るまでの両ビームの光路差
ＬがＬ≦Ｌcoh であることを必要とする。特に、光源と
して可干渉距離Ｌcoh が数10μｍのインコヒーレント光
源を用いた場合には、位置合せ開始前の時点で、上記条
件を満たすように光路差Ｌを調整しておく必要がある。
この調整作業は簡単であることが望まれる。
【００２０】請求項２に係る位置合せ装置では、２本の
光ビームが通る２つの光路のうちの一方の光路の途中
に、回転角に対応させて光路を平行移動させる光学素
子、たとえばプレーンパラレルを介在させるとともに、
このプレーンパラレルを通過した光ビームを一定の方向
に反射させる反射面を持ち、かつプレーンパラレルの回
転角に応じた距離だけ上記光路の平行移動の方向と同方
向に移動して反射点位置を不変に保っ反射光学系を設け
ているので、プレーンパラレルの回転角調整だけで簡単
に光路差Ｌをほぼ零に追い込むことができる。なお、追
い込み時には、ＩM(0,1) またはＩW (0,1) の振幅を監
視し、この振幅が最大の条件で光路差Ｌがほぼ零に追い
込まれたと判定する。
光ビームが通る２つの光路のうちの一方の光路の途中
に、回転角に対応させて光路を平行移動させる光学素
子、たとえばプレーンパラレルを介在させるとともに、
このプレーンパラレルを通過した光ビームを一定の方向
に反射させる反射面を持ち、かつプレーンパラレルの回
転角に応じた距離だけ上記光路の平行移動の方向と同方
向に移動して反射点位置を不変に保っ反射光学系を設け
ているので、プレーンパラレルの回転角調整だけで簡単
に光路差Ｌをほぼ零に追い込むことができる。なお、追
い込み時には、ＩM(0,1) またはＩW (0,1) の振幅を監
視し、この振幅が最大の条件で光路差Ｌがほぼ零に追い
込まれたと判定する。
【００２１】
【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。図１には本発明の一実施例に係る位置合せ装置にお
ける要部の概略構成が示されている。基本的な構成およ
び位置合せ手法は従来と同じである。
る。図１には本発明の一実施例に係る位置合せ装置にお
ける要部の概略構成が示されている。基本的な構成およ
び位置合せ手法は従来と同じである。
【００２２】すなわち、図中２１はパターンの描かれた
マスクを示し、２２はマスク２１に描かれているパター
ンが指向性の高いＸ線の照射によって転写されるウェハ
を示している。マスク２１とウェハ２２とは、図示しな
い位置合せ用のテーブルに支持され、たとえば10μｍの
ギャップ長Ｚを隔てて対向配置されている。
マスクを示し、２２はマスク２１に描かれているパター
ンが指向性の高いＸ線の照射によって転写されるウェハ
を示している。マスク２１とウェハ２２とは、図示しな
い位置合せ用のテーブルに支持され、たとえば10μｍの
ギャップ長Ｚを隔てて対向配置されている。
【００２３】マスク２１およびウェハ２２には、位置合
せ用の回折格子２３，２４が対向関係に設けられてい
る。図に示す直角座標上のＸ軸方向が位置合せ方向であ
るとする。回折格子２３は図２に示すように、Ｙ軸方向
に配置された第１格子２５ａと第２格子２５ｂとで構成
されている。同様に、回折格子２４もＹ軸方向に配置さ
れた第１格子２６ａと第２格子２６ｂとで構成されてい
る。すなわち、この位置合せ装置では、回折格子２３の
第１格子２５ａと回折格子２４の第１格子２６ａとをペ
アとし、回折格子２３の第２格子２５ｂと回折格子２４
の第２格子２６ｂとをペアとしている。
せ用の回折格子２３，２４が対向関係に設けられてい
る。図に示す直角座標上のＸ軸方向が位置合せ方向であ
るとする。回折格子２３は図２に示すように、Ｙ軸方向
に配置された第１格子２５ａと第２格子２５ｂとで構成
されている。同様に、回折格子２４もＹ軸方向に配置さ
れた第１格子２６ａと第２格子２６ｂとで構成されてい
る。すなわち、この位置合せ装置では、回折格子２３の
第１格子２５ａと回折格子２４の第１格子２６ａとをペ
アとし、回折格子２３の第２格子２５ｂと回折格子２４
の第２格子２６ｂとをペアとしている。
【００２４】回折格子２３を構成している第１格子２５
ａはＹ軸方向に延びる非透明のストライプパターンをＸ
軸方向にＰx のピッチで設けたものとなっており、第２
格子２５ｂは透明のウインドウに構成されている。ま
た、回折格子２４を構成している第１格子２６ａはウェ
ハの表面をそのまま使った反射面に形成されており、第
２格子２６ｂは市松模様のパターンをＸ軸方向にはＰx
のピッチで、Ｙ軸方向にはＰy のピッチで設けたものと
なっている。
ａはＹ軸方向に延びる非透明のストライプパターンをＸ
軸方向にＰx のピッチで設けたものとなっており、第２
格子２５ｂは透明のウインドウに構成されている。ま
た、回折格子２４を構成している第１格子２６ａはウェ
ハの表面をそのまま使った反射面に形成されており、第
２格子２６ｂは市松模様のパターンをＸ軸方向にはＰx
のピッチで、Ｙ軸方向にはＰy のピッチで設けたものと
なっている。
【００２５】マスク２１の上方には照射光学系３１が設
けられている。この照射光学系３１は、光源３２から放
射された光ビームをハーフミラー３３で２分割し、分割
された一方の光ビーム３４ａをプリズム３５，３６、音
響光学素子３７、レンズ３８、光路差補正素子３９、レ
ンズ４０を介して回折格子２３に照射し、分割された他
方の光ビーム３４ｂをプリズム４１、音響光学素子４
２、レンズ４３、光路差補正素子４４、レンズ４０を介
して回折格子２３に照射するように構成されている。
けられている。この照射光学系３１は、光源３２から放
射された光ビームをハーフミラー３３で２分割し、分割
された一方の光ビーム３４ａをプリズム３５，３６、音
響光学素子３７、レンズ３８、光路差補正素子３９、レ
ンズ４０を介して回折格子２３に照射し、分割された他
方の光ビーム３４ｂをプリズム４１、音響光学素子４
２、レンズ４３、光路差補正素子４４、レンズ４０を介
して回折格子２３に照射するように構成されている。
【００２６】音響光学素子３７は光ビーム３４ａを周波
数ｆ1 に変調し、音響光学素子４２は光ビーム３４ｂを
周波数ｆ2 に変調する。なお、光路差補正素子３９，４
４は、分岐点から回折格子２３に至るまでの両光路長を
等しくするために設けられている。
数ｆ1 に変調し、音響光学素子４２は光ビーム３４ｂを
周波数ｆ2 に変調する。なお、光路差補正素子３９，４
４は、分岐点から回折格子２３に至るまでの両光路長を
等しくするために設けられている。
【００２７】回折格子２３への照射形態としては、従来
装置と同様に、回折格子２３を構成している第１格子２
５ａおよび第２格子２５ｂの上面に向け、かつ位置合せ
方向と直交する面を境にして左右対称に、具体的には格
子のＸ方向ピッチの±１次の方向から照射するようにし
ている。
装置と同様に、回折格子２３を構成している第１格子２
５ａおよび第２格子２５ｂの上面に向け、かつ位置合せ
方向と直交する面を境にして左右対称に、具体的には格
子のＸ方向ピッチの±１次の方向から照射するようにし
ている。
【００２８】そして、光ビーム３４ａ，３４ｂを照射し
たときに、ペアを組む第１格子２５ａ，２６ａ側で起こ
る干渉光を位置合せ方向には０次、Ｙ軸方向には１次の
位置で図示しない検出器で検出してビート信号ＩM (0,
1) を取得する。またペアを組む第２格子２５ｂ，２６
ｂ側で起こる干渉光を位置合せ方向には０次、Ｙ軸方向
には１次の位置で図示しない検出器で検出してビート信
号ＩW (0,1) を取得する。取得されたＩM (0,1) とＩW
(0,1) との間の位相差Δφ＝ＩM (0,1) −ＩW (0,1) を
求め、この値Δφから図９に示したようにマスク２１と
ウェハ２２との間の位置合せ方向の位置ずれ量を求めて
いる。そして、この値に基いてアクチュエータを制御し
て位置合せするようにしている。
たときに、ペアを組む第１格子２５ａ，２６ａ側で起こ
る干渉光を位置合せ方向には０次、Ｙ軸方向には１次の
位置で図示しない検出器で検出してビート信号ＩM (0,
1) を取得する。またペアを組む第２格子２５ｂ，２６
ｂ側で起こる干渉光を位置合せ方向には０次、Ｙ軸方向
には１次の位置で図示しない検出器で検出してビート信
号ＩW (0,1) を取得する。取得されたＩM (0,1) とＩW
(0,1) との間の位相差Δφ＝ＩM (0,1) −ＩW (0,1) を
求め、この値Δφから図９に示したようにマスク２１と
ウェハ２２との間の位置合せ方向の位置ずれ量を求めて
いる。そして、この値に基いてアクチュエータを制御し
て位置合せするようにしている。
【００２９】ここで、この実施例では、マスク２１とウ
ェハ２２との間のギャップ長Ｚを考慮にいれて次のよう
な光源３２を用いている。すなわち、光源３２として
は、この光源から放射された光ビームの中心波長をλ0
とし、その半値幅をΔλとし、回折格子２３，２４間の
ギャップ長、つまりマスク２１とウェハ２２との間のギ
ャップ長をＺとしたとき、λ0 2 ／Δλ≦ 2Ｚの関係を
満すものが用いられている。
ェハ２２との間のギャップ長Ｚを考慮にいれて次のよう
な光源３２を用いている。すなわち、光源３２として
は、この光源から放射された光ビームの中心波長をλ0
とし、その半値幅をΔλとし、回折格子２３，２４間の
ギャップ長、つまりマスク２１とウェハ２２との間のギ
ャップ長をＺとしたとき、λ0 2 ／Δλ≦ 2Ｚの関係を
満すものが用いられている。
【００３０】このような構成であると、第１格子２５ａ
と第１格子２６ａとのペア側で起こる問題点、つまり図
１０に示した光波ＵM1に光波ＵM2および光波ＵM3が干渉
するのを防止でき、ビート信号ＩM (0,1) （図１０参
照）にマスク２１の位置情報だけを含ませることができ
る。
と第１格子２６ａとのペア側で起こる問題点、つまり図
１０に示した光波ＵM1に光波ＵM2および光波ＵM3が干渉
するのを防止でき、ビート信号ＩM (0,1) （図１０参
照）にマスク２１の位置情報だけを含ませることができ
る。
【００３１】具体例で説明すると、ギャップ長Ｚが、た
とえば10μｍの場合には、光源３２として可干渉距離が
数10μｍであるＬＥＤ、ＳＬＤ（スーパルミネセントダ
イオード）等、たとえば中心波長λ0 がλ0 ＝660nm ，
半値幅ΔλがΔλ＝25nmのものを用いているのである。
とえば10μｍの場合には、光源３２として可干渉距離が
数10μｍであるＬＥＤ、ＳＬＤ（スーパルミネセントダ
イオード）等、たとえば中心波長λ0 がλ0 ＝660nm ，
半値幅ΔλがΔλ＝25nmのものを用いているのである。
【００３２】この場合、可干渉距離Ｌcoh は、Ｌcoh ＝
λ0 2 ／Δλ＝660 2 ／25＝17424(nm) ＝17.424（μ
ｍ）となる。一方、前述したＵM1に対するＵM2およびＵ
M3のギャップ長Ｚに基く光路差Ｌは、約 2×Ｚ＝20×10
＝20（μｍ）となる。したがって、Ｌcoh ＜Ｌとなり、
ＵM2およびＵM3はＵM1と干渉しないことになる。
λ0 2 ／Δλ＝660 2 ／25＝17424(nm) ＝17.424（μ
ｍ）となる。一方、前述したＵM1に対するＵM2およびＵ
M3のギャップ長Ｚに基く光路差Ｌは、約 2×Ｚ＝20×10
＝20（μｍ）となる。したがって、Ｌcoh ＜Ｌとなり、
ＵM2およびＵM3はＵM1と干渉しないことになる。
【００３３】このため、ビート信号ＩM ，ＩW は下式で
示すようになる。 ＩM ＝｜ＵM1＋ＵM1′｜2 ＋｜ＵM2＋ＵM2′｜2 ＋｜ＵM3＋ＵM3′｜2 〜Ａ1 ・cos （2 π・Δｆ・ｔ−2 ＸM ） ＋Ａ2 ・cos （2 π・Δｆ・ｔ−2 ＸM ） ＋Ａ3 ・cos （2 π・Δｆ・ｔ−2 ＸM ） …(1) ＩW ＝｜ＵW1＋ＵW1′｜2 〜Ｂ・cos （2 π・Δｆ・ｔ−2 ＸW ） …(2) (1) 式および(2) 式より、ＩM とＩW との位相差Δφ
は、 Δφ＝ 2（ＸM −ＸW ）＝ 4π／ＰX ・Δｘ …(3) となる。なお、(3) 式において、ＰX は第１格子２５ａ
および第２格子２６ｂの位置合せ方向の格子ピッチを示
し、Δｘはマスク２１とウェハ２２との位置合せ方向の
相対位置ずれ量を示している。
示すようになる。 ＩM ＝｜ＵM1＋ＵM1′｜2 ＋｜ＵM2＋ＵM2′｜2 ＋｜ＵM3＋ＵM3′｜2 〜Ａ1 ・cos （2 π・Δｆ・ｔ−2 ＸM ） ＋Ａ2 ・cos （2 π・Δｆ・ｔ−2 ＸM ） ＋Ａ3 ・cos （2 π・Δｆ・ｔ−2 ＸM ） …(1) ＩW ＝｜ＵW1＋ＵW1′｜2 〜Ｂ・cos （2 π・Δｆ・ｔ−2 ＸW ） …(2) (1) 式および(2) 式より、ＩM とＩW との位相差Δφ
は、 Δφ＝ 2（ＸM −ＸW ）＝ 4π／ＰX ・Δｘ …(3) となる。なお、(3) 式において、ＰX は第１格子２５ａ
および第２格子２６ｂの位置合せ方向の格子ピッチを示
し、Δｘはマスク２１とウェハ２２との位置合せ方向の
相対位置ずれ量を示している。
【００３４】(3) 式から判るように、ΔφはΔｘのみの
関数となる。したがって、マスク２１とウェハ２２との
間のギャップ長Ｚには無関係に位置合せできることにな
り、精度の高い位置合せが可能となる。
関数となる。したがって、マスク２１とウェハ２２との
間のギャップ長Ｚには無関係に位置合せできることにな
り、精度の高い位置合せが可能となる。
【００３５】なお、上述した実施例では、ギャップ長Ｚ
との関連において、ＵM1とＵM2およびＵM3とが干渉しな
い中心波長λ0 および半値幅Δλの光ビームを出力する
光源３２を用いているが、ＵM2およびＵM3が生じないよ
うにマスク側回折格子の第１格子を形成してもよい。
との関連において、ＵM1とＵM2およびＵM3とが干渉しな
い中心波長λ0 および半値幅Δλの光ビームを出力する
光源３２を用いているが、ＵM2およびＵM3が生じないよ
うにマスク側回折格子の第１格子を形成してもよい。
【００３６】図３にはその一例が示されている。この例
では(a) に示すように、マスクに設けられる回折格子２
３ａの第１格子２５ａａが全体として位置合せ方向（Ｘ
軸方向）にはピッチＰｘに、これと直交するＹ軸方向に
はピッチＰｙの市松模様のパターンに形成されており、
第２格子２５ｂａが透明のウインドウに形成されてい
る。
では(a) に示すように、マスクに設けられる回折格子２
３ａの第１格子２５ａａが全体として位置合せ方向（Ｘ
軸方向）にはピッチＰｘに、これと直交するＹ軸方向に
はピッチＰｙの市松模様のパターンに形成されており、
第２格子２５ｂａが透明のウインドウに形成されてい
る。
【００３７】そして、第１格子２５ａａの市松模様のパ
ターン内に存在する、いわゆる透明領域５１内に、同図
(b) に拡大して示すように位置合せ方向に延びるストラ
イプパターン５２がＹ軸方向にピッチＰｙ′で設けられ
ており、さらにストライプパターン５２間に存在する完
全透明部５３のＹ軸方向の幅ａｙが、照射光学系で使用
する光ビームの波長λに対して、ａｙ≦λの関係を満た
すように設定されている。
ターン内に存在する、いわゆる透明領域５１内に、同図
(b) に拡大して示すように位置合せ方向に延びるストラ
イプパターン５２がＹ軸方向にピッチＰｙ′で設けられ
ており、さらにストライプパターン５２間に存在する完
全透明部５３のＹ軸方向の幅ａｙが、照射光学系で使用
する光ビームの波長λに対して、ａｙ≦λの関係を満た
すように設定されている。
【００３８】このような構成であると、光ビームが完全
透明部５３に入射しようとしても、この光ビームはエバ
ネッセント波となり、散乱して完全透明部５３を透過で
きなくなる。したがって、ＵM2およびＵM3の発生原因と
なる光そのものを除去でき、ウェハに対するマスクの相
対位置ずれ情報だけを含むＵM1の取得に寄与できる。
透明部５３に入射しようとしても、この光ビームはエバ
ネッセント波となり、散乱して完全透明部５３を透過で
きなくなる。したがって、ＵM2およびＵM3の発生原因と
なる光そのものを除去でき、ウェハに対するマスクの相
対位置ずれ情報だけを含むＵM1の取得に寄与できる。
【００３９】図４にも同様な考えに立脚したマスク側の
回折格子２３ｂが示されている。この回折格子２３ｂで
は、第１格子２５ａａの市松模様パターン内に存在す
る、いわゆる透明領域５１内に、位置合せ方向にはピッ
チＰｘ′に、これと直交するＹ軸方向にはピッチＰｙ′
の市松模様のパターン５４が形成されいる。そして、市
松模様のパターン５４内に存在する、いわゆる完全透明
部５５の位置合せ方向の幅ａｘとＹ軸方向の幅ａｙと
が、照射光学系で使用する光ビームの波長λに対して、
（ａｘ，ａｙ）≦λの関係を満たすように設定されてい
る。
回折格子２３ｂが示されている。この回折格子２３ｂで
は、第１格子２５ａａの市松模様パターン内に存在す
る、いわゆる透明領域５１内に、位置合せ方向にはピッ
チＰｘ′に、これと直交するＹ軸方向にはピッチＰｙ′
の市松模様のパターン５４が形成されいる。そして、市
松模様のパターン５４内に存在する、いわゆる完全透明
部５５の位置合せ方向の幅ａｘとＹ軸方向の幅ａｙと
が、照射光学系で使用する光ビームの波長λに対して、
（ａｘ，ａｙ）≦λの関係を満たすように設定されてい
る。
【００４０】このように構成しても、ＵM2およびＵM3の
発生原因となる光そのものを除去することができ、ウェ
ハに対するマスクの相対位置ずれ情報だけを含むＵM1の
取得に寄与できる。
発生原因となる光そのものを除去することができ、ウェ
ハに対するマスクの相対位置ずれ情報だけを含むＵM1の
取得に寄与できる。
【００４１】図５にも同様な考えに立脚したマスク側の
回折格子２３ｃが示されている。この回折格子２３ｃで
は、第１格子２５ａａの市松模様パターン内に存在す
る、いわゆる透明領域５１内にＹ軸方向に延びるストラ
イプパターン５６が位置合せ方向に対してピッチＰｘ′
に設けられており、ストライプパターン５６間に存在し
ている完全透明部５７の位置合せ方向の幅ａｘが、照射
光学系で使用する光ビームの波長λに対して、ａｘ＜λ
の関係を満たすように設定されている。
回折格子２３ｃが示されている。この回折格子２３ｃで
は、第１格子２５ａａの市松模様パターン内に存在す
る、いわゆる透明領域５１内にＹ軸方向に延びるストラ
イプパターン５６が位置合せ方向に対してピッチＰｘ′
に設けられており、ストライプパターン５６間に存在し
ている完全透明部５７の位置合せ方向の幅ａｘが、照射
光学系で使用する光ビームの波長λに対して、ａｘ＜λ
の関係を満たすように設定されている。
【００４２】このように構成しても、ＵM2およびＵM3の
発生原因となる光そのものを除去することができ、ウェ
ハに対するマスクの相対位置ずれ情報だけを含むＵM1の
取得に寄与できる。
発生原因となる光そのものを除去することができ、ウェ
ハに対するマスクの相対位置ずれ情報だけを含むＵM1の
取得に寄与できる。
【００４３】図６にも同様な考えに立脚したマスク側の
回折格子２３ｄが示されている。この回折格子２３ｄで
は、第１格子２５ａａの市松模様パターン内に存在す
る、いわゆる透明領域５１内に四角形パターン５８が位
置合せ方向にピッチＰｘ′に、Ｙ軸方向にピッチＰｘ′
に設けられており、これらパターン５８間に存在する、
いわゆる完全透明部５９の位置合せ方向の幅ａｘとＹ軸
方向の幅ａｙとが、照射光学系で使用する光ビームの波
長λに対して、（ａｘ，ａｙ）≦λの関係を満たすよう
に設定されている。
回折格子２３ｄが示されている。この回折格子２３ｄで
は、第１格子２５ａａの市松模様パターン内に存在す
る、いわゆる透明領域５１内に四角形パターン５８が位
置合せ方向にピッチＰｘ′に、Ｙ軸方向にピッチＰｘ′
に設けられており、これらパターン５８間に存在する、
いわゆる完全透明部５９の位置合せ方向の幅ａｘとＹ軸
方向の幅ａｙとが、照射光学系で使用する光ビームの波
長λに対して、（ａｘ，ａｙ）≦λの関係を満たすよう
に設定されている。
【００４４】このように構成しても、ＵM2およびＵM3の
発生原因となる光そのものを除去することができ、ウェ
ハに対するマスクの相対位置ずれ情報だけを含むＵM1の
取得に寄与できる。
発生原因となる光そのものを除去することができ、ウェ
ハに対するマスクの相対位置ずれ情報だけを含むＵM1の
取得に寄与できる。
【００４５】図７にも同様な考えに立脚したマスク側の
回折格子２３ｅが示されている。この回折格子２３ｅ
は、図２に示されている回折格子の変形例で、第１格子
２５ａｂはＹ軸方向に延びる非透明のストライプパター
ン６０をＸ軸方向にＰx のピッチで設けたものとなって
おり、第２格子２５ｂｂは透明のウインドウに構成され
ている。
回折格子２３ｅが示されている。この回折格子２３ｅ
は、図２に示されている回折格子の変形例で、第１格子
２５ａｂはＹ軸方向に延びる非透明のストライプパター
ン６０をＸ軸方向にＰx のピッチで設けたものとなって
おり、第２格子２５ｂｂは透明のウインドウに構成され
ている。
【００４６】そして、第１格子２５ａｂのストライプパ
ターン６０間に存在する、いわゆる透明領域６１内には
ストライプパターン６０と平行に延びるパターン６２が
位置合せ方向にピッチＰｘ′に設けられており、これら
パターン６２間に存在する、いわゆる完全透明部の位置
合せ方向の幅ａｘが、照射光学系で使用する光ビームの
波長λに対して、ａｘ≦λの関係を満たすように設定さ
れている。
ターン６０間に存在する、いわゆる透明領域６１内には
ストライプパターン６０と平行に延びるパターン６２が
位置合せ方向にピッチＰｘ′に設けられており、これら
パターン６２間に存在する、いわゆる完全透明部の位置
合せ方向の幅ａｘが、照射光学系で使用する光ビームの
波長λに対して、ａｘ≦λの関係を満たすように設定さ
れている。
【００４７】このように構成しても、ＵM2およびＵM3の
発生原因となる光そのものを除去することができ、ウェ
ハに対するマスクの相対位置ずれ情報だけを含むＵM1の
取得に寄与できる。
発生原因となる光そのものを除去することができ、ウェ
ハに対するマスクの相対位置ずれ情報だけを含むＵM1の
取得に寄与できる。
【００４８】ところで、図１に示される位置合せ装置は
勿論のこと、図３乃至図７に示される回折格子を用いる
位置合せ装置にあっては、光ヘテロダイン法を採用して
いるので、周波数ｆ1 の光ビームと周波数ｆ2 の光ビー
ムとを干渉させるための条件を満たす必要がある。干渉
を起こさせるには、光源からマスクに至るまでの両ビー
ムの光路差ＬがＬ≦Ｌcoh （可干渉距離）であることを
必要とする。特に、図１に示される位置合せ装置のよう
に、光源として可干渉距離Ｌcoh が数10μｍのインコヒ
ーレント光源を用いた場合には、位置合せ開始前の時点
で、上記条件を満たすように光路差Ｌを完全に調整して
おく必要がある。この調整には種々の方法が考えられる
が、簡単な作業で調整できることが望まれる。
勿論のこと、図３乃至図７に示される回折格子を用いる
位置合せ装置にあっては、光ヘテロダイン法を採用して
いるので、周波数ｆ1 の光ビームと周波数ｆ2 の光ビー
ムとを干渉させるための条件を満たす必要がある。干渉
を起こさせるには、光源からマスクに至るまでの両ビー
ムの光路差ＬがＬ≦Ｌcoh （可干渉距離）であることを
必要とする。特に、図１に示される位置合せ装置のよう
に、光源として可干渉距離Ｌcoh が数10μｍのインコヒ
ーレント光源を用いた場合には、位置合せ開始前の時点
で、上記条件を満たすように光路差Ｌを完全に調整して
おく必要がある。この調整には種々の方法が考えられる
が、簡単な作業で調整できることが望まれる。
【００４９】このような要望を満たす位置合せ装置の例
を図８に示す。なお、この図では図１と同一部分が同一
符号で示されている。したがって、重複する部分の詳し
い説明は省略する。
を図８に示す。なお、この図では図１と同一部分が同一
符号で示されている。したがって、重複する部分の詳し
い説明は省略する。
【００５０】マスク２１の上方に設けられた照射光学系
３１ａは、光源３２から放射された光ビームをハーフミ
ラー３３で２分割し、分割した一方の光ビーム３４ａを
プリズム３５，３６、音響光学素子３７、レンズ３８、
光路を平行に移動させる光学素子である粗調整用プレー
ンパラレル１０１、微調整用プレーンパラレル１０２、
反射光学系１０３のプリズム１０４、台形プリズム１０
５の一方の反射面１０６、レンズ４０を介して回折格子
２３に照射し、分割した他方の光ビーム３４ｂをプリズ
ム４１、音響光学素子４２、レンズ４３、プリズム１０
７、台形プリズム１０５の他方の反射面１０８、レンズ
４０を介して回折格子２３に照射しするように構成され
ている。ここで、レンズ４０に入射する光ビーム３４
ａ，３４ｂは、互いに平行で、かつレンズ４０の光軸に
対して平行で、しかもレンズ４０の光軸を中心にして対
称位置にあるように調整されている。この調整によっ
て、光ビーム３４ａ，３４ｂは、図１に示す装置と同様
に、回折格子２３の上面に向け、かつ位置合せ方向と直
交する面を境にして左右対称に、具体的には格子のＸ方
向ピッチの±１次の方向から照射される。
３１ａは、光源３２から放射された光ビームをハーフミ
ラー３３で２分割し、分割した一方の光ビーム３４ａを
プリズム３５，３６、音響光学素子３７、レンズ３８、
光路を平行に移動させる光学素子である粗調整用プレー
ンパラレル１０１、微調整用プレーンパラレル１０２、
反射光学系１０３のプリズム１０４、台形プリズム１０
５の一方の反射面１０６、レンズ４０を介して回折格子
２３に照射し、分割した他方の光ビーム３４ｂをプリズ
ム４１、音響光学素子４２、レンズ４３、プリズム１０
７、台形プリズム１０５の他方の反射面１０８、レンズ
４０を介して回折格子２３に照射しするように構成され
ている。ここで、レンズ４０に入射する光ビーム３４
ａ，３４ｂは、互いに平行で、かつレンズ４０の光軸に
対して平行で、しかもレンズ４０の光軸を中心にして対
称位置にあるように調整されている。この調整によっ
て、光ビーム３４ａ，３４ｂは、図１に示す装置と同様
に、回折格子２３の上面に向け、かつ位置合せ方向と直
交する面を境にして左右対称に、具体的には格子のＸ方
向ピッチの±１次の方向から照射される。
【００５１】音響光学素子３７は光ビーム３４ａを周波
数ｆ1 に変調し、音響光学素子４２は光ビーム３４ｂを
周波数ｆ1 とは僅かに異なる周波数ｆ2 に変調する。粗
調整用プレーンパラレル１０１は、厚みＴ、屈折率ｎの
平行・平面ガラスによって形成されており、図中１０９
で示す位置を回転中心にして図中実線矢印１１０で示す
方向に回動自在に設けられている。同様に、微調整用プ
レーンパラレル１０２は、厚みｔ（ただし、ｔ＜Ｔ）、
屈折率ｎの平行・平面ガラスによって形成されており、
図中１１１で示す位置を回転中心にして図中実線矢印１
１２で示す方向に回動自在に設けられている。
数ｆ1 に変調し、音響光学素子４２は光ビーム３４ｂを
周波数ｆ1 とは僅かに異なる周波数ｆ2 に変調する。粗
調整用プレーンパラレル１０１は、厚みＴ、屈折率ｎの
平行・平面ガラスによって形成されており、図中１０９
で示す位置を回転中心にして図中実線矢印１１０で示す
方向に回動自在に設けられている。同様に、微調整用プ
レーンパラレル１０２は、厚みｔ（ただし、ｔ＜Ｔ）、
屈折率ｎの平行・平面ガラスによって形成されており、
図中１１１で示す位置を回転中心にして図中実線矢印１
１２で示す方向に回動自在に設けられている。
【００５２】粗調整用プレーンパラレル１０１および微
調整用プレーンパラレル１０２の回転角は、それぞれ回
転角制御器１１３，１１４によって制御される。回転角
制御器１１３，１１４は、それぞれ操作用の摘みを備え
ており、これら摘みの回転を十分に減速させ、これら減
速出力を粗調整用プレーンパラレル１０１および微調整
用プレーンパラレル１０２に駆動力として与えている。
回転角制御器１１３，１１４には、出力角に対応した極
性およびレベルの信号Ｓ1 、Ｓ2 を出力するポテンショ
ンメータが設けられている。
調整用プレーンパラレル１０２の回転角は、それぞれ回
転角制御器１１３，１１４によって制御される。回転角
制御器１１３，１１４は、それぞれ操作用の摘みを備え
ており、これら摘みの回転を十分に減速させ、これら減
速出力を粗調整用プレーンパラレル１０１および微調整
用プレーンパラレル１０２に駆動力として与えている。
回転角制御器１１３，１１４には、出力角に対応した極
性およびレベルの信号Ｓ1 、Ｓ2 を出力するポテンショ
ンメータが設けられている。
【００５３】一方、反射光学系１０３は、微調整用プレ
ーンパラレル１０２を通った光ビーム３４ａを、このビ
ーム軸に対して直交する方向に反射させるプリズム１０
４と、このプリズム１０４を支持する支持台１１５と、
この支持台１１５を上記ビーム軸と直交する図中実線矢
印１１６で示す方向に移動自在に案内する案内機構１１
７と、この案内機構１１７に沿って支持台１１５を移動
させる駆動装置１１８とで構成されている。
ーンパラレル１０２を通った光ビーム３４ａを、このビ
ーム軸に対して直交する方向に反射させるプリズム１０
４と、このプリズム１０４を支持する支持台１１５と、
この支持台１１５を上記ビーム軸と直交する図中実線矢
印１１６で示す方向に移動自在に案内する案内機構１１
７と、この案内機構１１７に沿って支持台１１５を移動
させる駆動装置１１８とで構成されている。
【００５４】駆動装置１１８は、信号Ｓ1 、Ｓ2 の極性
およびレベルに応じた量だけ支持台１１５を実線矢印１
１６で示す方向にミクロンオーダで移動させる。具体的
には次のような関係に移動させる。すなわち、図９に示
すように、粗調整用プレーンパラレル１０１を実線位置
から破線位置へと回転させると、光ビーム３４ａがＡで
示す位置からＢで示す位置へと平行移動する。このとき
の平行移動量、つまり光路長変化分Ｘ1 は、粗調整用プ
レーンパラレル１０１の回転角をθとすると、Ｘ1 ＝Ｔ
・θ・（１−１／ｎ）となる。微調整用プレーンパラレ
ル１０２を回転させることによっても光路位置を平行移
動させることができ、このときの光路長変化分ｘ1 は、
ｘ1 ＝ｔ・θ・（１−１／ｎ）となる。
およびレベルに応じた量だけ支持台１１５を実線矢印１
１６で示す方向にミクロンオーダで移動させる。具体的
には次のような関係に移動させる。すなわち、図９に示
すように、粗調整用プレーンパラレル１０１を実線位置
から破線位置へと回転させると、光ビーム３４ａがＡで
示す位置からＢで示す位置へと平行移動する。このとき
の平行移動量、つまり光路長変化分Ｘ1 は、粗調整用プ
レーンパラレル１０１の回転角をθとすると、Ｘ1 ＝Ｔ
・θ・（１−１／ｎ）となる。微調整用プレーンパラレ
ル１０２を回転させることによっても光路位置を平行移
動させることができ、このときの光路長変化分ｘ1 は、
ｘ1 ＝ｔ・θ・（１−１／ｎ）となる。
【００５５】このように光ビーム３４ａの現実の位置が
平行移動すると、これに伴ってプリズム１０４での反射
位置もａ位置からｂ位置へと移動しようとするが、駆動
装置１１８はプリズム１０４での反射位置を常にａ位置
に保持すべく支持台１１５を図中破線位置へと移動させ
る。つまり、駆動装置１１８は、粗調整用プレーンパラ
レル１０１や微調整用プレーンパラレル１０２の回転に
よって光ビーム３４ａの位置が平行移動した分だけ上記
方向と同方向に支持台１１５を移動させてプリズム１０
４での反射点位置を不変に保ち、台形プリズム１０５の
反射面１０６における反射点位置ｃが動くのを防止して
いる。したがって、回転角制御器１１３，１１４を操作
するだけで光ビーム３４ａの光路長Ｌ1 と光ビーム３４
ｂの光路長Ｌ2 との差Ｌをほぼ零に設定できる。
平行移動すると、これに伴ってプリズム１０４での反射
位置もａ位置からｂ位置へと移動しようとするが、駆動
装置１１８はプリズム１０４での反射位置を常にａ位置
に保持すべく支持台１１５を図中破線位置へと移動させ
る。つまり、駆動装置１１８は、粗調整用プレーンパラ
レル１０１や微調整用プレーンパラレル１０２の回転に
よって光ビーム３４ａの位置が平行移動した分だけ上記
方向と同方向に支持台１１５を移動させてプリズム１０
４での反射点位置を不変に保ち、台形プリズム１０５の
反射面１０６における反射点位置ｃが動くのを防止して
いる。したがって、回転角制御器１１３，１１４を操作
するだけで光ビーム３４ａの光路長Ｌ1 と光ビーム３４
ｂの光路長Ｌ2 との差Ｌをほぼ零に設定できる。
【００５６】実際に光路差Ｌをほぼ零に追い込むには次
のような方法が採られる。すなわち、図８に示すよう
に、前述したビート信号ＩM (0,1) またはＩW (0,1)
を、たとえば反射鏡１１９を介して検出器１２０で検出
し、この検出器１２０の出力を振幅検出器１２１に導入
して表示させる。ビート信号ＩM (0,1) またはＩW (0,
1)の振幅の大きさと光路差Ｌとの間には図１０に示す関
係がある。したがって、振幅レベルを監視し、この振幅
レベルが最大となるように回転角制御器１１３，１１４
を操作すれば簡単に光路差Ｌをほぼ零に追い込むことが
できる。そして、光路差Ｌをほぼ零に追い込だ後におけ
るマスク２１とウェハ２２との位置合せは図１に示す装
置と同じ手法で行われる。
のような方法が採られる。すなわち、図８に示すよう
に、前述したビート信号ＩM (0,1) またはＩW (0,1)
を、たとえば反射鏡１１９を介して検出器１２０で検出
し、この検出器１２０の出力を振幅検出器１２１に導入
して表示させる。ビート信号ＩM (0,1) またはＩW (0,
1)の振幅の大きさと光路差Ｌとの間には図１０に示す関
係がある。したがって、振幅レベルを監視し、この振幅
レベルが最大となるように回転角制御器１１３，１１４
を操作すれば簡単に光路差Ｌをほぼ零に追い込むことが
できる。そして、光路差Ｌをほぼ零に追い込だ後におけ
るマスク２１とウェハ２２との位置合せは図１に示す装
置と同じ手法で行われる。
【００５７】なお、上述した各実施例では、半導体製造
工程におけるマスクとウェハとの位置合せを例としてい
るが、本発明はこの使用例に限定されるものではなく、
各種の精密位置合せに適用できる。
工程におけるマスクとウェハとの位置合せを例としてい
るが、本発明はこの使用例に限定されるものではなく、
各種の精密位置合せに適用できる。
【００５８】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、ギャップ
長には無関係に、高精度な位置合せが可能となる。
長には無関係に、高精度な位置合せが可能となる。
【図１】本発明の一実施例に係る位置合せ装置における
要部の概略構成図
要部の概略構成図
【図２】同装置で用いている回折格子の概略構成図
【図３】照射光学系側に設けられる回折格子の第１の変
形例を示す概略斜視図
形例を示す概略斜視図
【図４】同回折格子を局部的に拡大して示す図
【図５】照射光学系側に設けられる回折格子の第２の変
形例における要部を拡大して示す図
形例における要部を拡大して示す図
【図６】照射光学系側に設けられる回折格子の第３の変
形例における要部を拡大して示す図
形例における要部を拡大して示す図
【図７】照射光学系側に設けられる回折格子の第３の変
形例を示す図
形例を示す図
【図８】本発明の一実施例に係る位置合せ装置における
要部の概略構成図
要部の概略構成図
【図９】同装置の要部を拡大して示す図
【図１０】光路差とビート信号の振幅の大きさとの関係
を示す図
を示す図
【図１１】従来の位置合せ装置における要部だけを取出
して示す模式図
して示す模式図
【図１２】同装置で得られた検出結果と位置ずれ量との
関係を示す図
関係を示す図
【図１３】同装置の問題点を説明するための図
【図１４】同装置の問題点を説明するための図
２１…マスク ２２…ウェハ ２３，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅ…マス
ク側の回折格子 ２４…ウェハ側の回折格子 ２５ａ，２６ａ，２５ａａ，２５ａｂ…第１格子 ２５ｂ，２６ｂ…第２格子 ３１，３１ａ…
照射光学系 ３２…光源 ３３…ハーフミ
ラー ３４ａ，３４ｂ…光ビーム ３７，４２…音
響光学素子 ３９，４４…光路差補正素子 ４０…レンズ １０１，１０２…プレーンパラレル １０３…反射光
学系 １０４…プリズム １０５…台形プ
リズム １１３，１１４…回転角制御器 １１５…支持台 １１８…駆動装置 １２０…検出器 １２１…振幅検出器
ク側の回折格子 ２４…ウェハ側の回折格子 ２５ａ，２６ａ，２５ａａ，２５ａｂ…第１格子 ２５ｂ，２６ｂ…第２格子 ３１，３１ａ…
照射光学系 ３２…光源 ３３…ハーフミ
ラー ３４ａ，３４ｂ…光ビーム ３７，４２…音
響光学素子 ３９，４４…光路差補正素子 ４０…レンズ １０１，１０２…プレーンパラレル １０３…反射光
学系 １０４…プリズム １０５…台形プ
リズム １１３，１１４…回転角制御器 １１５…支持台 １１８…駆動装置 １２０…検出器 １２１…振幅検出器
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−188608（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−65604（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−229105（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−1507（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−372112（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−32217（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−267828（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/027 G02B 27/42 G03F 9/00
Claims (2)
- 【請求項１】対向配置された第１の物体と第２の物体と
を対向方向と直交する面内で位置合せするために、上記
第１の物体と上記第２の物体とに対向関係に回折格子を
設けるとともに、１つの光源から出た光ビームを２分割
し、これらを変調して得られた周波数の異なる２本の光
ビームを上記第１の物体に設けられた回折格子に対して
上記位置合せ方向と直交する面を境にして左右対称に照
射し、この照射によって得られた回折光のうちの特定次
数の回折光を位置情報として用いるようにした光ヘテロ
ダイン式の位置合せ装置において、前記光源は、この光
源から放射された光ビームの中心波長をλ0 とし、その
半値幅をΔλとし、前記第１の物体と第２の物体との間
のギャップ長をＺとしたとき、 2Ｚの値に対してλ0 2
／Δλの値がほぼ等しいかもしくは小さい関係を満して
いることを特徴とする位置合せ装置。 - 【請求項２】対向配置された第１の物体と第２の物体と
を対向方向と直交する面内で位置合せするために、上記
第１の物体と上記第２の物体とに対向関係に回折格子を
設けるとともに周波数の異なる２本の光ビームを上記第
１の物体に設けられた回折格子に対して上記位置合せ方
向と直交する面を境にして左右対称に照射し、この照射
によって得られた回折光のうちの特定次数の回折光を位
置情報として用いるようにした光ヘテロダイン式の位置
合せ装置において、前記２本の光ビームが通る２つの光
路のうちの一方の光路の途中には、回転角に対応させて
光路を平行移動させる光学素子と、この光学素子を通過
した光ビームを一定の方向に反射させる反射面を持つと
ともに上記光学素子の回転角に応じた距離だけ前記光路
の平行移動の方向と同方向に移動して反射点位置を不変
に保っ反射光学系とが設けられていることを特徴とする
位置合せ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04388594A JP3302164B2 (ja) | 1993-03-15 | 1994-03-15 | 位置合せ装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5426993 | 1993-03-15 | ||
| JP5-54269 | 1993-03-15 | ||
| JP04388594A JP3302164B2 (ja) | 1993-03-15 | 1994-03-15 | 位置合せ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06326002A JPH06326002A (ja) | 1994-11-25 |
| JP3302164B2 true JP3302164B2 (ja) | 2002-07-15 |
Family
ID=26383718
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04388594A Expired - Fee Related JP3302164B2 (ja) | 1993-03-15 | 1994-03-15 | 位置合せ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3302164B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997033276A1 (fr) * | 1996-03-06 | 1997-09-12 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Appareil de mise au point et appareil optique dans lequel il est utilise |
| CN111752112B (zh) * | 2019-03-27 | 2021-09-10 | 上海微电子装备（集团）股份有限公司 | 掩膜对准标记组合、掩膜对准系统、光刻装置及其方法 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH021507A (ja) * | 1987-12-28 | 1990-01-05 | Toshiba Corp | 位置合せ方法および装置 |
| JP2885454B2 (ja) * | 1990-02-05 | 1999-04-26 | 株式会社東芝 | 相対位置合せ方法及び装置 |
| JPH0635927B2 (ja) * | 1990-07-06 | 1994-05-11 | 株式会社ソルテック | 位置検出方法及びその装置並びに位置合せ装置 |
| JPH0432217A (ja) * | 1990-05-29 | 1992-02-04 | Toshiba Corp | 入射角度設定装置 |
| JP2694045B2 (ja) * | 1990-11-19 | 1997-12-24 | 日本電信電話株式会社 | 回折格子を用いた位置合せ装置 |
| JP2622318B2 (ja) * | 1991-06-20 | 1997-06-18 | 日本電信電話株式会社 | Ｘ線露光用マスク |
| JPH06267828A (ja) * | 1993-03-11 | 1994-09-22 | Toshiba Corp | 位置合せ装置 |
-
1994
- 1994-03-15 JP JP04388594A patent/JP3302164B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06326002A (ja) | 1994-11-25 |
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