JPH04212002A

JPH04212002A - 測定方法及び装置

Info

Publication number: JPH04212002A
Application number: JP3060249A
Authority: JP
Inventors: Tetsushi Nose; 哲志野瀬; Kenji Saito; 謙治斉藤; Koichi Chitoku; 孝一千徳; Minoru Yoshii; 実吉井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-03-27
Filing date: 1991-03-25
Publication date: 1992-08-03
Anticipated expiration: 2015-04-04
Also published as: JP3029133B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【０００５】■自動計測でないので時間と手間がかかる
。

【０００６】■高い計測精度が得られない。等の問題が
あった。

【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。

【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
。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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ｘ
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
。

【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、φ０
Ｂ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。

【００１５】ＵＡ＝Ａ０ｅｘｐ｛ｉ（ωＡｔ＋φ０Ａ）｝…（１）Ｕ
Ｂ＝Ｂ０ｅｘｐ｛ｉ（ωＢｔ＋φ０Ｂ）｝…（２）

【０
０１６】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、

【００１７】

【外１】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方向ずれである。

【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、

【００１９】

【外２】

【００２０】（５）式において、Ａ２＋Ｂ２は直流成分
、２ＡＢは振幅で、２光波の周波数差である。ｆＢ−ｆ
Ａのビート周波数成分をもつ信号が、初期位相ずれφ０
Ｂ−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。

【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＋ＵＢ｜２＝Ａ　２０＋Ｂ　２０＋２Ａ０Ｂ０ｃ
ｏｓ｛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。

【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。

【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。

【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、

【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。

【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。

【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。

【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。

【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
。

【００３０】図４で、２周波（それぞれｆＡ、ｆＢ）の
光ｆＡ１、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ｆＡ
１Ｌ、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ｆＢ
２Ｌ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２
０で検出する。センサー２０としてはビート周波数｜ｆ
Ａ−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ＡＰ
Ｄ（アバランシェ・フォト・ダイオード）などがよい。

【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
とｆＢ２Ｌ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、

【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
＋ｂ２ｃｏｓθ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、ｙ０
、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。

【００３３】図４にもどって、サバール板付近の光の進
み方を示す。

【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ｆＢ
２Ｕ、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。

【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。

【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。

【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。

【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、４６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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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）。

【００４４】ここで、振動数がわずかに違い（ωｆ１、
ωｆ２）、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Ｕｆ
１、Ｕｆ２はＵｆ１＝Ａ０ｅｘｐ｛ｉ（ωｆ１ｔ＋φ０
ｆ１）｝…（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１１３、１１４とするそれぞれの光を
複素振幅表示すると、光１１１、１１３、１１２、１１
４の複素振幅をそれぞれＵ′ＡＦ１（＋１）、Ｕ′ＡＦ
２（−１）、Ｕ′Ｂｆ１（＋１）、Ｕ′Ｂｆ２（−１）
として

【００４５】

【外５】となる。

【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
１１３、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
ＵＡ、ＵＢは以下の様になる。

【００４７】ＵＡ＝｜Ｕ′Ａｆ１（＋１）＋Ｕ′Ａｆ２（−１）｜２
＝Ａ２ｆ１＋Ａ２ｆ２＋２Ａｆ１Ａｆ２ｃｏｓ｛２π（
ｆ２−ｆ１）ｔ＋（φ０ｆ２−φ０ｆ１）−２φＡ′｝
　　…（１４）ＵＢ＝｜Ｕ′Ｂｆ１（＋１）＋Ｕ′Ｂｆ
２（−１）｜２＝Ｂ２ｆ１＋Ｂ２ｆ２＋２Ｂｆ１Ｂｆ２
ｃｏｓ｛２π（ｆ２−ｆ１）ｔ＋（φ０ｆ２−φ０ｆ１
）−２φＢ′｝　　…（１５）

【００４８】ここでｆ１
＝ωｆ１／２π、ｆ２＝ωｆ２／２π、Ａ２ｆ１＋Ａ２
ｆ２、Ｂ２ｆ１＋Ｂ２ｆ２は直流成分、２Ａｆ１Ａｆ２
、２Ｂｆ１Ｂｆ２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

【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１１５
、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。

【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。

【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。

【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ｆ
Ａ１、ｆＢ２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、ｆ
Ｂ２は偏光面の違いにより２方向に分けられる。ここで
光ｆＡ１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、１
０８をｚ軸方向から見た図を図１３に示す。

【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１２
２、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１２
２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１
２８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Ｓ１
、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。

【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
、１３１で電気信号に変換されて、ロックインアンプ１
３２へと導かれる。

【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。

【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１０３
に対して垂直上方に回折させるためには、光１２２、１
２３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。

【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。

【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。

【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。

【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
。

【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、（１６
）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。

【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＝２ｍ
πｘＢ′／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

【００６３】

【外７】となる。

【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。

【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１０
７、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１２３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θ１、θ２（／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１２
３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（
１０）、（１１）または式（１２）、（１３）における
φＡ、φＢに相当する位相項をここでφＡｍｎ、φＢｎ
ｍとすると

【００６６】

【外８】として求めることができる。

【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１
４、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１２
２、１２３が入射するようになっている。

【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。

【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
。

【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。

【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。

【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。

【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１
４５により結像されている。そして、光電変換器１３０
、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。

【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１
５５とする。更に領域１５４内を２つに分け左側を領域
１５０（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。

【００７５】　　領域１５０　　ｕ１＝Ａ・ｅｘｐ（ω１ｔ＋φ０１
＋φａ）…（２４）　　領域１５１　　ｕ２＝Ｂ・ｅｘ
ｐ（ω２ｔ＋φ０２＋φａ）…（２５）　　領域１５２
　　ｕ３＝Ｃ・ｅｘｐ（ω１ｔ＋φ０１＋φｂ）…（２
６）　　領域１５３　　ｕ４＝Ｄ・ｅｘｐ（ω２ｔ＋φ
０２＋φａ）…（２７）ここで、φａ＝２πｘａ／Ｐ、
φｂ＝２πｘｂ／Ｐであり、ｘａ、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。

【００７６】｜ｕ１＋ｕ２｜２＝Ａ２＋Ｂ２＋２ＡＢ　　ｃｏｓ｛（
ω２−ω１）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１５
２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。

【００７７】｜ｕ３＋ｕ４｜２＝Ｃ２＋Ｄ２＋２ＣＤ　　ｃｏｓ｛（
ω２−ω１）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、１５
５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。

【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
の光を右側から領域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。

【００７９】領域１５０からの＋１次回折光ｕ１′＝Ａ
・ｅｘｐ（ω１ｔ＋φ０１＋φａ）…（３０）領域１５
１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。

【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。

【００８１】｜ｕ３′＋ｕ４′｜２＝Ｃ２＋Ｄ２＋２ＣＤ　　ｃｏｓ
｛（ω２−ω１）ｔ＋（φ０２−φ０１）＋（φａ−φ
ｂ）｝…（３５）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。

【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。

【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。

【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。

【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）

【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

【００８７】

【外１０】とすると（ｘ′、ｙ′）点の位相φ（ｘ′、ｙ′）は

【
００８８】

【外１１】として求められる事が良く知られている。

【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、

【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

【
００９１】

【外１３】以下のパターン位相ずれが計測される。

【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。

【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。

【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。

【００９５】図３５は本発明の第１０の実施例を示す。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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４２７
、４２６に導く。

【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。

【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。

【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。

【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４４
６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Ｐｓｉｎ
θ＝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。ｆ１（Ｓ）の光が回折されて生ずる回折光をｆ１（Ｓ）
、ｆ２（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
４５０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
４４４を反射した光ｆ１（Ｓ）、ｆ２（Ｐ）はミラー４
４５を通り偏光ビームスプリッター４５０を通過したの
ち、ｆ２（Ｐ）はセンサー４５４に、ｆ１（Ｓ）はセン
サー４５７に至る。センサー４５４に至る光はｆ１′（
Ｓ）とｆ２（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。

【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。

【０１０６】さて、図３７でセンサー４５７に至る光は
ｆ２′（Ｐ）とｆ１（Ｓ）であり、この場合も偏光板４
５５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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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５１
８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。

【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。

【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５
１１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６
７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。

【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は

【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５１５、５１
７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

【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＝ｆ２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。

【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ｆ３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５９２
′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１ｓ
ｔｌａｙｅｒのパターンの共役像の光である。これをＡ
ＰＤやＳｉセンサーのような光応答性の速いセンサー５
８３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、５８
１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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【図１】回折格子による回折光の説明図である。

【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。

【図３】被測定信号と参照信号の位相差の説明図である
。

【図４】本発明の第１実施例の図である。

【図５】本発明の第１実施例の図である。

【図６】本発明の第１実施例の図である。

【図７】本発明の第１実施例の図である。

【図８】本発明の第１実施例の図である。

【図９】本発明の第２実施例の図である。

【図１０】本発明の第２実施例の図である。

【図１１】本発明の第２実施例の図である。

【図１２】本発明の第２実施例の図である。

【図１３】本発明の第２実施例の図である。

【図１４】本発明の第２実施例の図である。

【図１５】本発明の第２実施例の図である。

【図１６】本発明の第３実施例の図である。

【図１７】本発明の第４実施例の図である。

【図１８】本発明の第４実施例の図である。

【図１９】本発明の第４実施例の図である。

【図２０】本発明の第５実施例の図である。

【図２１】本発明の第５実施例の図である。

【図２２】本発明の第６実施例の図である。

【図２３】本発明の第６実施例の図である。

【図２４】本発明の第７実施例の図である。

【図２５】本発明の第８実施例の図である。

【図２６】本発明の第８実施例の図である。

【図２７】本発明の第８実施例の図である。

【図２８】本発明の第９実施例の図である。

【図２９】本発明の第９実施例の図である。

【図３０】本発明の第９実施例の図である。

【図３１】本発明の第９実施例の図である。

【図３２】本発明の第９実施例の図である。

【図３３】本発明の第９実施例の図である。

【図３４】本発明の第９実施例の図である。

【図３５】本発明の第１０実施例の図である。

【図３６】本発明の第１０実施例の図である。

【図３７】本発明の第１１実施例の図である。

【図３８】本発明の第１１実施例の図である。

【図３９】本発明の第１２実施例の図である。

【図４０】本発明の第１２実施例の図である。

【図４１】本発明の第１２実施例の図である。

【図４２】本発明の第１２実施例の図である。

【図４３】本発明の第１３実施例の図である。

【図４４】本発明の第１３実施例の図である。

【図４５】本発明の第１３実施例の図である。

【図４６】本発明の第１３実施例の図である。

【図４７】本発明の第１３実施例の図である。

【図４８】本発明の第１３実施例の図である。

【図４９】本発明の第１３実施例の図である。

【図５０】本発明の第１３実施例の図である。

【図５１】本発明の第１３実施例の図である。

【図５２】本発明の第１３実施例の図である。

【図５３】本発明の第１４実施例の図である。

【符号の説明】

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

Claims

【特許請求の範囲】

【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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
１０の測定装置。
【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。