JPH06241726A - Position detection device - Google Patents

Position detection device

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JPH06241726A
JPH06241726A JP5029531A JP2953193A JPH06241726A JP H06241726 A JPH06241726 A JP H06241726A JP 5029531 A JP5029531 A JP 5029531A JP 2953193 A JP2953193 A JP 2953193A JP H06241726 A JPH06241726 A JP H06241726A
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frequency difference
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Abstract

PURPOSE:To provide a position detection device having simple constitution and a sing a heterodyne interference method. CONSTITUTION:Light flux Lo from a white light source 10 is made to be incident on an acoustic/optic modulation element (AOM) 17 in parallel to wave front of the progressive wave in AOM<17, so that two light fluxes occurring symmetrically to light axis in Raman-Nath diffraction in AOM17, Lo(1), LO(-1), are led to a beam splitter 28 through relay optical system 18a, 18b, relay optical system 26, 27, etc. The two light fluxes penetrating through the beam splitter 28 irradiate a diffraction lattice mark RM on a reticle 1 through an objective lens 38. Then, the two light fluxes passing through a window in the vicinity of the diffraction lattice mark RM irradiate a diffraction lattice mark WM on a wafer through an objective lens 3.

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、ヘテロダイン型の位置
検出装置に関するものであり、特に半導体製造装置にお
いてウエハ又はマスクを高精度に位置合わせするための
位置合わせ装置に適用して好適なものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heterodyne type position detecting device, and is particularly suitable for application to a position aligning device for highly accurately aligning a wafer or a mask in a semiconductor manufacturing apparatus. is there.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体素子又は液晶表示素子等の
微細パターンをフォトリソグラフィ技術を用いて高い分
解能で形成するために、フォトマスク又はレチクル(以
下「レチクル」と総称する)のパターン像を投影光学系
を介して感光基板上に転写する投影露光装置(例えば所
謂ステッパー)が多用されている。例えば、半導体素子
を製造する場合には、特に最近製造対象とする回路パタ
ーンの高密度化が要求されており、投影露光装置におい
てもより微細なパターンを正確にウエハ上に転写するこ
とが求められている。
2. Description of the Related Art In recent years, a pattern image of a photomask or a reticle (generally referred to as a "reticle" hereinafter) is projected in order to form a fine pattern of a semiconductor device or a liquid crystal display device with high resolution by using a photolithography technique. A projection exposure apparatus (for example, a so-called stepper) that transfers images onto a photosensitive substrate via an optical system is often used. For example, in the case of manufacturing a semiconductor element, it has been particularly required recently to increase the density of a circuit pattern to be manufactured, and a projection exposure apparatus is also required to accurately transfer a finer pattern onto a wafer. ing.

【0003】また、一般に半導体素子はウエハ上に多数
層の回路パターンを積み上げて形成されるため、ウエハ
上の2層目以降に回路パターンを転写する際には、それ
までに形成されている回路パターンとこれから転写する
レチクルのパターンとの位置合わせ(アライメント)を
高精度に行う必要がある。上述のような製造対象とする
回路パターンの高密度化に伴って、アライメント精度を
より高精度化することが求められている。
Further, since a semiconductor element is generally formed by stacking a large number of layers of circuit patterns on a wafer, when transferring the circuit patterns to the second and subsequent layers on the wafer, the circuits that have been formed by that time. It is necessary to perform highly accurate alignment between the pattern and the pattern of the reticle to be transferred. As the density of the circuit pattern to be manufactured as described above increases, it is required to improve the alignment accuracy.

【0004】そのように高精度にアライメントを行う際
の、レチクル及び/又はウエハの位置を高精度に検出す
る位置検出装置として、例えば特開昭62−26100
3号公報において、ヘテロダイン干渉法を利用して高精
度な位置検出を行う装置が開示されている。この位置検
出装置は、僅かに周波数が異なるP偏光成分とS偏光成
分とを含む光束を射出するゼーマンレーザ光源を位置検
出用の光の光源としている。この場合、そのゼーマンレ
ーザ光源からの光束を、偏光ビームスプリッターにより
周波数f1 のP偏光の光束と周波数f2 のS偏光成分の
光束とに分割し、このように分割された各光束をそれぞ
れ反射ミラーを介して、レチクル上に形成されたアライ
メントマークとしての回折格子マーク上に所定の2方向
から照射するようにしている。更に、そのレチクル上の
回折格子マークに隣接した位置には透過窓が設けられて
おり、その回折格子マーク上に照射される光束の一部
は、その透過窓を通してウエハ上に形成されたアライメ
ントマークとしての回折格子マーク上を所定の2方向か
ら照射している。
As a position detecting device for detecting the position of a reticle and / or a wafer with high accuracy when performing alignment with such high accuracy, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 62-26100.
Japanese Patent No. 3 discloses an apparatus that performs highly accurate position detection by using the heterodyne interferometry. This position detecting device uses a Zeeman laser light source that emits a light beam including a P-polarized component and an S-polarized component that have slightly different frequencies as a light source for position detection. In this case, the light beam from the Zeeman laser light source is split into a P-polarized light beam having a frequency f 1 and an S-polarized component light beam having a frequency f 2 by a polarization beam splitter, and each of the thus split light beams is reflected. The diffraction grating mark as an alignment mark formed on the reticle is irradiated from two predetermined directions via the mirror. Further, a transmission window is provided on the reticle at a position adjacent to the diffraction grating mark, and a part of the light beam irradiated on the diffraction grating mark is part of the alignment mark formed on the wafer through the transmission window. The above diffraction grating mark is irradiated from two predetermined directions.

【0005】このように各回折格子マークを互いに異な
る周波数を持つ2光束が2方向から照射することによ
り、各回折格子マークから発生する回折光を検出系の偏
光板を介して互いに干渉させ、各々の干渉光をそれぞれ
光電検出器により光電変換して2つの光ビート信号を得
ている。この際、2つの光ビート信号の相対的な位相差
が、レチクル上の回折格子マーク上で交差する2光束の
位置とウエハ上の回折格子マーク上で交差する2光束の
位置とのずれ量に対応するため、例えば検出された何れ
か一方の光ビート信号を基準信号として、その位相差が
所定の量(例えば零)になるように、レチクルとウエハ
とを相対的に移動させることにより高精度な位置合わせ
が行われる。
By irradiating each diffraction grating mark with two light fluxes having different frequencies from two directions in this way, diffracted lights generated from each diffraction grating mark are caused to interfere with each other through the polarizing plate of the detection system, and The interference light of 1 is photoelectrically converted by a photoelectric detector to obtain two optical beat signals. At this time, the relative phase difference between the two optical beat signals is the amount of deviation between the position of the two light beams intersecting on the diffraction grating mark on the reticle and the position of the two light beams intersecting on the diffraction grating mark on the wafer. To cope with this, for example, by using one of the detected optical beat signals as a reference signal, the reticle and the wafer are relatively moved so that the phase difference becomes a predetermined amount (for example, zero). Alignment is performed.

【0006】しかしながら、この特開昭62−2610
03号公報に開示された位置検出装置では、P偏光成分
とS偏光成分とを完全に分離することが困難であり、例
えば回折格子マークに照射される本来の周波数がf1
光束に周波数f2 の光束が混入し、得られる光ビート信
号のSN比が悪いという不都合があった。そこで、特開
平2−227604号公報において、ヘテロダイン干渉
法を利用して良好なSN比で位置検出を行う別の位置検
出装置が提案された。
However, this Japanese Patent Laid-Open No. 62-2610
In the position detecting device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 03-2003, it is difficult to completely separate the P-polarized component and the S-polarized component, and for example, a light beam with an original frequency f 1 applied to a diffraction grating mark has a frequency f. There is a disadvantage that the light flux of 2 is mixed and the obtained optical beat signal has a poor SN ratio. Therefore, in Japanese Patent Laid-Open No. 2-227604, another position detecting device has been proposed which performs position detection with a good SN ratio by using the heterodyne interferometry.

【0007】この位置検出装置は、レーザ光源からの光
束をビームスプリッター等で2分割した後、各々の光束
を異なる2つの音響光学変調素子(AOM)に通すこと
により、これら2つの光束に周波数差を持たせている。
そして、この互いに異なる周波数差を持つ2光束をレチ
クル及びウエハ上の各回折格子マークに対して2方向か
ら照射し、各回折格子マークからそれぞれ同一の方向に
発生する回折光同士を干渉させ、各々の干渉光をそれぞ
れ光電検出器により光電変換して2つの光ビート信号を
得て、これら2つの光ビート信号を用いてレチクルとウ
エハとの高精度な相対的な位置合わせが実現されてい
る。この構成によれば、異なる周波数の光束が混じるこ
とが無く、良好なSN比で位置検出が行われる。
In this position detecting device, a light beam from a laser light source is split into two by a beam splitter or the like, and then each light beam is passed through two different acousto-optic modulators (AOMs) so that the two light beams have a frequency difference. Have.
Then, the two light beams having different frequency differences from each other are applied to the diffraction grating marks on the reticle and the wafer from two directions, and the diffracted lights generated from the diffraction grating marks in the same direction are caused to interfere with each other. Of the interference light is photoelectrically converted by a photoelectric detector to obtain two optical beat signals, and highly accurate relative alignment between the reticle and the wafer is realized by using these two optical beat signals. According to this configuration, the light beams of different frequencies are not mixed, and the position detection is performed with a good SN ratio.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
特開平2−227604号公報に開示されたヘテロダイ
ン干渉法による位置検出装置においては、互いに周波数
が異なる2つの光束(ヘテロダインビーム)を生成する
ために、レーザ光源からの光束を分割するための光学部
材(ビームスプリッター等)と、この光学部材から射出
される2つの光束に周波数差を与えるための2つの音響
光学変調素子とが使用され、構造が複雑で且つ大きいと
いう不都合があった。また、2つの音響光学変調素子を
配置することにより異なる周波数の2光束を得る構成で
は、各光学部材の調整が難しく、位置検出の精度を所定
の許容値以内に収めるのが困難であるという不都合もあ
った。
However, in the position detecting device by the heterodyne interferometry method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2-227604, in order to generate two light beams (heterodyne beams) having different frequencies from each other. , An optical member (a beam splitter or the like) for splitting a light beam from a laser light source, and two acousto-optic modulators for giving a frequency difference to two light beams emitted from this optical member are used, and the structure is There was the inconvenience of being complicated and large. In addition, in a configuration in which two light fluxes having different frequencies are obtained by arranging two acousto-optic modulators, it is difficult to adjust each optical member, and it is difficult to keep the position detection accuracy within a predetermined allowable value. There was also.

【0009】更に、上述の特開平2−227604号公
報に開示されたヘテロダイン干渉法による位置検出装置
では、レーザ光源からの光束を分割して互いに周波数が
異なる2つの光束(ヘテロダインビーム)を生成する際
に、分割された2光束の光路差が波長に比して大きくな
っていた。そのため、位置検出用の光として、原理的に
レーザビーム等の単色光を用いざるを得ず、レチクル上
の回路パターンを転写するためにウエハ上にレジスト
(感光材)が塗布された状態のもとで位置合わせを行お
うとすると、このレジストによる薄膜干渉の悪影響を受
けて、位置合わせ精度が低下するという不都合があっ
た。
Further, in the position detecting device by the heterodyne interferometry method disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 2-227604, the light beam from the laser light source is split to generate two light beams (heterodyne beams) having different frequencies. At that time, the optical path difference between the two divided light fluxes was larger than the wavelength. Therefore, in principle, there is no choice but to use monochromatic light such as a laser beam as the light for position detection, and even if a resist (photosensitive material) is applied on the wafer to transfer the circuit pattern on the reticle. However, if the alignment is attempted by using the above, there is a disadvantage that the alignment accuracy is lowered due to the adverse effect of the thin film interference due to the resist.

【0010】また、一般にウエハは各プロセスを経るこ
とにより、位置合わせ用のマークの断面形状が崩れ、こ
の断面形状が非対称になる。この場合、レーザビーム等
の単色光の干渉を利用して位置合わせを行う方式では、
その位置合わせ用のマークの断面形状が非対称となるこ
とに伴って、その位置合わせ用のマークの位置検出の精
度が低下するという不都合があった。
Further, in general, as a wafer undergoes each process, the cross-sectional shape of the alignment mark collapses and the cross-sectional shape becomes asymmetric. In this case, in the method of aligning using the interference of monochromatic light such as a laser beam,
Since the cross-sectional shape of the alignment mark becomes asymmetric, there is a disadvantage that the position detection accuracy of the alignment mark is reduced.

【0011】本発明は斯かる点に鑑み、比較的簡単な構
成で各光学部材の調整が容易なヘテロダイン干渉法を用
いた位置検出装置を提供することを目的とする。更に、
本発明は、レチクルのパターンが転写される基板上の感
光材における位置検出用の光の薄膜干渉による検出誤差
及び位置合わせ用のマークの非対称性による検出誤差を
小さくして、高精度に位置検出を行うことができるヘテ
ロダイン干渉法を用いた位置検出装置を提供することを
も目的とする。
In view of the above-mentioned problems, it is an object of the present invention to provide a position detecting device using the heterodyne interferometry which has a relatively simple structure and facilitates adjustment of each optical member. Furthermore,
The present invention reduces the detection error due to thin film interference of light for position detection on the photosensitive material on the substrate onto which the pattern of the reticle is transferred and the detection error due to the asymmetry of the alignment mark to achieve highly accurate position detection. Another object of the present invention is to provide a position detection device using the heterodyne interferometry capable of performing the above.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明による位置検出装
置は、例えば図1に示す如く、互いに周波数が異なる2
光束を生成する2光束生成手段と、この2光束生成手段
からの2光束を集光して被検物(1,4)上に形成され
た回折格子(RM,WM)に対してそれら2光束を所定
の2方向から照射する対物光学系(38又は38,3)
と、回折格子(RM,WM)から発生する回折光同士を
対物光学系(38又は38,3)を介して光電的に検出
する検出器(36,33)とを有し、被検物(1,4)
の位置を検出する位置検出装置において、その2光束生
成手段は、単一の波長又は複数の波長の光束を供給する
光源手段(10〜12)と、この光源手段から供給され
る光束を回折及び変調させる進行波を利用して、その光
源手段からの光束より所定の周波数差を有する2光束を
生成する周波数差生成手段(17)とを有し、光源手段
(10〜12)から周波数差生成手段(17)に対して
供給される光束をその進行波の波面に対して平行に入射
させ、その進行波により生成されるそれぞれ異なる周波
数を持つ別の次数の2つの回折光を対物光学系(38又
は38,3)へ導く構成としたものである。
A position detecting device according to the present invention has two different frequencies as shown in FIG. 1, for example.
Two light flux generating means for generating a light flux and two light fluxes for the diffraction grating (RM, WM) formed on the object (1, 4) by condensing the two light fluxes from the two light flux generating means. Objective optical system (38 or 38, 3) for irradiating the light from two predetermined directions
And a detector (36, 33) for photoelectrically detecting the diffracted lights generated from the diffraction gratings (RM, WM) via the objective optical system (38 or 38, 3), and 1,4)
In the position detecting device for detecting the position of the light source, the two light flux generating means diffracts and diffracts the light flux supplied from the light source means (10 to 12) that supplies the light flux of a single wavelength or a plurality of wavelengths. Frequency difference generation means (17) for generating two light fluxes having a predetermined frequency difference from the light flux from the light source means by using the traveling wave to be modulated, and frequency difference generation from the light source means (10-12) The luminous flux supplied to the means (17) is made incident parallel to the wavefront of the traveling wave, and two diffracted lights of different orders generated by the traveling wave and having different frequencies are generated in the objective optical system ( 38 or 38, 3).

【0013】また、例えば図6に示すように、その2光
束生成手段は、周波数差生成手段(17)で生成された
所定の周波数差を有する各波長の2光束を集光するリレ
ー光学系(18a,18b)と、このリレー光学系によ
り集光された2光束を回折及び変調させる進行波を利用
して、そのリレー光学系からの2光束に所定の第2の周
波数差を与える第2の周波数差生成手段(60)とを有
する事が望ましい。
Further, for example, as shown in FIG. 6, the two-beam generating means is a relay optical system () for collecting two light beams of respective wavelengths having a predetermined frequency difference generated by the frequency difference generating means (17). 18a, 18b) and a traveling wave that diffracts and modulates the two light fluxes condensed by this relay optical system, and gives a second second frequency difference to the two light fluxes from the relay optical system. It is desirable to have a frequency difference generating means (60).

【0014】[0014]

【作用】斯かる本発明によれば、光源手段(10〜1
2)から供給される光束が、周波数差生成手段(17)
内の進行波の波面に対して平行に入射する。その周波数
差生成手段(17)が例えば音響光学変調素子であると
すると、図4に示すように、その光源手段(10〜1
2)からの光束は、その音響光学変調素子(17)内で
発生される超音波の進行波の波面に平行に入射すること
になる。すると、その入射した光束は所謂ラマン−ナス
(Raman-Nath)回折を起こす。即ち、その音響光学変調
素子(17)からの0次光は入射光軸に平行に射出さ
れ、±n次(n=1,2,‥‥)の回折光はそれぞれ入
射光軸に対称に回折され、同一次数(±n次)の2光束
はそれぞれ一様に±nf(fは音響光学変調素子(1
7)内の超音波の振動数)の変調を受ける。
According to the present invention, the light source means (10 to 1)
The luminous flux supplied from 2) is frequency difference generating means (17).
It is incident parallel to the wave front of the traveling wave inside. Assuming that the frequency difference generating means (17) is, for example, an acousto-optic modulator, as shown in FIG.
The light flux from 2) is incident parallel to the wavefront of the traveling wave of the ultrasonic wave generated in the acousto-optic modulator (17). Then, the incident light flux causes so-called Raman-Nath diffraction. That is, the 0th-order light from the acousto-optic modulator (17) is emitted parallel to the incident optical axis, and the ± n-order (n = 1, 2, ...) Diffracted light is diffracted symmetrically with respect to the incident optical axis. The two light beams of the same order (± n order) are uniformly ± nf (f is an acousto-optic modulator (1
7) The frequency of the ultrasonic wave in) is modulated.

【0015】従って、例えば、±1次回折光の場合はこ
れらの2光束は互いに2fの周波数差を持ったヘテロダ
インビームになる。この2光束を用いることによりヘテ
ロダイン干渉法の位置検出を行うことができる。この場
合、ラマン−ナス回折を使用することにより、1個の音
響光学変調素子(17)で、光束の分割及び周波数差の
付与の2つの機能を果たすことができ、装置の構成が簡
略化され且つ小型化される。
Therefore, for example, in the case of ± 1st-order diffracted light, these two light beams become a heterodyne beam having a frequency difference of 2f. The position of the heterodyne interferometry can be detected by using these two light beams. In this case, by using the Raman-Nass diffraction, one acousto-optic modulator (17) can perform the two functions of dividing the luminous flux and imparting a frequency difference, thus simplifying the configuration of the device. And it is miniaturized.

【0016】また、本発明ではラマン−ナス回折を使用
することにより、位置検出用の光として複数の波長の光
(多波長光)をも使用することができる。これについて
説明するため、その周波数差生成手段(17)が音響光
学変調素子であるとする。この場合、光源手段(10〜
12)から供給される複数の波長の光を含む光束が音響
光学変調素子(17)内の超音波の進行波の波面に平行
に入射する。すると、ラマン−ナス回折により、各波長
の光束においてそれぞれ±n次(n=1.2.…)の回
折光は入射光軸に対称に回折され、同一次数の各波長の
2光束は一様に±nfの変調を受ける。例えば、±1次
回折光の場合はこれらの2光束は互いに2fの周波数差
を持ったヘテロダインビームになる。この2光束をリレ
ーして再結像させた場合には各波長について2光束の光
路差がないので、再結像点では各波長とも同一ピッチ、
同一位相で干渉縞が流れる。
Further, in the present invention, by using Raman-Nass diffraction, light of a plurality of wavelengths (multi-wavelength light) can also be used as light for position detection. To explain this, it is assumed that the frequency difference generating means (17) is an acousto-optic modulator. In this case, the light source means (10
A light flux including light of a plurality of wavelengths supplied from 12) enters parallel to the wavefront of the traveling wave of the ultrasonic wave in the acousto-optic modulator (17). Then, due to Raman-Nass diffraction, the ± n-order (n = 1.2 ...) Diffracted light is diffracted symmetrically with respect to the incident optical axis in the light flux of each wavelength, and the two light fluxes of the same order of each wavelength are uniform. Receive ± nf modulation. For example, in the case of ± first-order diffracted light, these two light beams become a heterodyne beam having a frequency difference of 2f. When these two light fluxes are relayed and re-imaged, there is no optical path difference between the two light fluxes for each wavelength, so at the re-imaging point, each wavelength has the same pitch,
Interference fringes flow in the same phase.

【0017】このため、被検物(1,4)上の回折格子
(RM,WM)に対して、各波長毎にそれぞれ異なる所
定の角度のもとで2方向から照明が行われ、この回折格
子上で各波長の2光束により形成される各波長毎の干渉
縞は全く位相差が無く、ほぼ完全に一致する。従って、
回折格子(RM,WM)の位置情報を含んだ光ビート信
号を各波長毎に位相(光ビート信号の位相)が揃った状
態で重畳して検出できるため、検出信号の平均化効果に
より回折格子(RM,WM)の非対称性による悪影響を
抑えつつ、高精度な位置検出が可能となる。しかも、被
検物(4)上の回折格子(WM)に対して多波長の光を
照射しているため、被検物(4)上の感光材(例えばレ
ジスト)の薄膜干渉による悪影響をも抑えることができ
る。
Therefore, the diffraction gratings (RM, WM) on the object to be inspected (1, 4) are illuminated from two directions at different predetermined angles for each wavelength, and this diffraction is performed. The interference fringes for each wavelength formed on the grating by the two light fluxes of each wavelength have no phase difference at all and almost completely match each other. Therefore,
Since the optical beat signal including the position information of the diffraction grating (RM, WM) can be superimposed and detected in a state in which the phase (phase of the optical beat signal) is aligned for each wavelength, the diffraction grating is obtained by the averaging effect of the detection signal. It is possible to detect the position with high accuracy while suppressing the adverse effect due to the asymmetry of (RM, WM). Moreover, since the diffraction grating (WM) on the object to be inspected (4) is irradiated with multi-wavelength light, there is also an adverse effect due to thin film interference of the photosensitive material (eg resist) on the object to be inspected (4). Can be suppressed.

【0018】また、音響光学変調素子は例えば数10M
Hzで駆動されるため、1個の音響光学変調素子のみを
使用した場合には、得られる2光束の周波数差が大きく
なり過ぎることがある。これに対して、例えば図7に示
すように、その2光束生成手段が、周波数差生成手段
(17)で生成された所定の周波数差を有する各波長の
2光束を集光するリレー光学系(18a,18b)と、
このリレー光学系により集光された2光束を回折及び変
調させる進行波を利用して、そのリレー光学系からの2
光束に所定の第2の周波数差を与える第2の周波数差生
成手段(60)とを有する場合には、周波数差生成手段
(17)で付与する周波数差と第2の周波数差生成手段
(60)で付与する周波数差とを逆符号で且つ大きさを
僅かに異ならしめることにより、回折格子(RM,W
M)に照射される2光束の周波数差を適度な値に容易に
設定できる。
Further, the acousto-optic modulator is, for example, several 10M.
Since it is driven at Hz, when only one acousto-optic modulator is used, the frequency difference between the obtained two light beams may become too large. On the other hand, for example, as shown in FIG. 7, the two-beam generating means condenses the two-beams of each wavelength having the predetermined frequency difference generated by the frequency difference generating means (17) ( 18a, 18b),
By using the traveling wave that diffracts and modulates the two light fluxes condensed by this relay optical system,
When it has the 2nd frequency difference production | generation means (60) which gives a predetermined 2nd frequency difference to a light beam, the frequency difference given by the frequency difference production | generation means (17) and the 2nd frequency difference production | generation means (60). ) And the frequency difference given by () are made to have opposite signs and the sizes are slightly different, the diffraction grating (RM, W
It is possible to easily set the frequency difference between the two light fluxes irradiated to M) to an appropriate value.

【0019】[0019]

【実施例】以下、本発明による位置検出装置の第1実施
例につき図1〜図5を参照して説明する。図1は、本実
施例の位置検出装置を備えた投影露光装置の概略的な構
成を示し、この図1において、転写用の回路パターン
と、その回路パターンの周辺部に設けられたアライメン
ト用の回折格子マークRMとを有するレチクル1は、2
次元的に移動可能なレチクルステージ2上に保持されて
いる。レチクル1のパターン形成面は、投影対物レンズ
3に関してウエハ4の露光面と共役になるように配置さ
れている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the position detecting device according to the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 shows a schematic configuration of a projection exposure apparatus provided with the position detection apparatus of this embodiment. In FIG. 1, a transfer circuit pattern and an alignment circuit provided in the peripheral portion of the circuit pattern are used. The reticle 1 having the diffraction grating mark RM is 2
It is held on a reticle stage 2 which is dimensionally movable. The pattern formation surface of the reticle 1 is arranged so as to be conjugate with the exposure surface of the wafer 4 with respect to the projection objective lens 3.

【0020】レチクル1の斜め上方に照明光学系40が
配置され、照明光学系40からの露光光は、レチクル1
の上方に45゜の傾斜角で斜設されたダイクロイックミ
ラー6により下方へ反射されて、レチクル1を均一な照
度分布で照明する。このように照明されたレチクル1上
のパターンは、投影対物レンズ3によりウエハ4上に転
写される。ウエハ4上の各ショット領域の近傍には、そ
れぞれレチクル1上に形成された回折格子マークRMと
同様のアライメント用の回折格子マークWMが形成され
ている。
An illumination optical system 40 is arranged obliquely above the reticle 1, and the exposure light from the illumination optical system 40 is reticle 1.
The reticle 1 is reflected downward by a dichroic mirror 6 obliquely installed at an inclination angle of 45 ° above, and illuminates the reticle 1 with a uniform illuminance distribution. The pattern on the reticle 1 illuminated in this way is transferred onto the wafer 4 by the projection objective lens 3. Diffraction grating marks WM for alignment similar to the diffraction grating marks RM formed on the reticle 1 are formed in the vicinity of each shot area on the wafer 4.

【0021】ウエハ4は、ステップ・アンド・リピート
方式で2次元的に移動するウエハステージ5上に保持さ
れ、ウエハ4上の1つのショット領域に対するレチクル
パターンの転写が完了すると、ウエハ4上の次のショッ
ト領域が投影対物レンズ3の露光フィールドにステッピ
ングされる。レチクルステージ2及びウエハステージ5
におけるx方向、y方向及び回転方向(θ方向)の位置
を独立に検出するための不図示の干渉計が各ステージに
設けられており、各方向における各ステージの駆動は不
図示の駆動モータにより行われる。
The wafer 4 is held on the wafer stage 5 which moves two-dimensionally by the step-and-repeat method, and when the transfer of the reticle pattern onto one shot area on the wafer 4 is completed, the next wafer 4 is transferred. Shot area is stepped to the exposure field of the projection objective lens 3. Reticle stage 2 and wafer stage 5
Each stage is provided with an interferometer (not shown) for independently detecting the position in the x direction, the y direction, and the rotational direction (θ direction) in each stage. Driving of each stage in each direction is performed by a drive motor (not shown). Done.

【0022】一方、回折格子マークRM及び回折格子マ
ークWMの位置を検出するためのアライメント光学系
が、ダイクロイックミラー6の上方に設けられている。
このアライメント光学系において、白色光源10は、露
光光とは異なる波長帯の光を供給するXeランプ又はハ
ロゲンランプ等の光源である。白色光源10からの白色
光は、口径可変な可変絞り11及びコンデンサーレンズ
12を介することにより平行な光束L0 に変換された
後、所定の波長域の光を抽出するバンドパスフィルター
13を介して音響光学変調素子(以下、「AOM」と称
する。)17に対してその進行波の波面に平行に入射す
る(詳細後述)。
On the other hand, an alignment optical system for detecting the positions of the diffraction grating mark RM and the diffraction grating mark WM is provided above the dichroic mirror 6.
In this alignment optical system, the white light source 10 is a light source such as a Xe lamp or a halogen lamp that supplies light in a wavelength band different from the exposure light. White light from the white light source 10 is converted into a parallel light flux L 0 by passing through a variable aperture 11 having a variable aperture and a condenser lens 12, and then a bandpass filter 13 for extracting light in a predetermined wavelength range. The light is incident on an acousto-optic modulator (hereinafter referred to as “AOM”) 17 in parallel to the wavefront of the traveling wave (details will be described later).

【0023】AOM17は、周波数f1 の高周波信号S
1 で駆動されており、所定の波長域の光束L0 はAO
M17によりラマン−ナス回折作用を受ける。ここで、
所定の波長域の光束L0 の周波数をf0 とすると、光束
0 の1次回折光L0(1)(以下、「光束L0(1)」と称す
る。)はAOM17により(f0+f1)の周波数変調を受
け、光束L0 の−1次回折光L0(-1)(以下、「光束L
0(-1) 」と称する。)はAOM17により(f0-f1)の
周波数変調を受ける。
The AOM 17 is a high frequency signal S having a frequency f 1.
F 1 is driven in, the light beam L 0 in a predetermined wavelength region AO
Raman-Nasu diffraction effect by M17. here,
When the frequency of the light beam L 0 in a predetermined wavelength band and f 0, 1 order diffracted light L 0 of the light beam L 0 (1) (hereinafter, referred to as "light beam L 0 (1)".) By AOM17 (f 0 + subjected to frequency modulation of f 1), -1-order diffracted light L 0 of the light beam L 0 (-1) (hereinafter referred to as "light beam L
0 (-1) ". ) Undergoes frequency modulation of (f 0 -f 1 ) by the AOM 17.

【0024】その後、光束L0(1)及び光束L0(-1) は、
レンズ18a、反射ミラー20、レンズ18b、レンズ
21を経た後、ビームスプリッター22によりそれぞれ
2分割される。なお、レンズ18aとレンズ18bとで
構成されるリレー光学系の間には、1次回折光L0(1)と
−1次回折光L0(-1) とを抽出するための空間フィルタ
ー19が設けられている。
Thereafter, the luminous flux L 0 (1) and the luminous flux L 0 (-1) are
After passing through the lens 18 a, the reflection mirror 20, the lens 18 b, and the lens 21, the beam splitter 22 divides the beam into two. A spatial filter 19 for extracting the first-order diffracted light L 0 (1) and the −1st-order diffracted light L 0 (-1) is provided between the relay optical system including the lenses 18a and 18b. Has been.

【0025】ビームスプリッター22を透過した光束L
0(1)及び光束L0(-1) はレンズ23により集光され、こ
の集光位置に設けられた参照用の回折格子24上には、
ピッチ方向に沿って流れる干渉縞が形成される。そし
て、この回折格子24を介した回折光が検出器25にて
参照用の光ビート信号として光電検出される。一方、ビ
ームスプリッター22で反射された光束L0(1)及び光束
0(-1) は、リレー光学系(26a,26b,27)、
ビームスプリッター28、平行平面板37を通過する。
この平行平面板37は、投影対物レンズ3の瞳共役位置
又はその近傍に、アライメント光学系の光軸に対して傾
角可変に設けられ、テレセントリック性を維持するため
の機能を有する。なお、平行平面板37の代わりに、厚
さが厚い粗調整用の平行平面板と、厚さが薄い微調整用
の平行平面板とを組み合わせた構成の部材を使用しても
良い。
Light flux L transmitted through the beam splitter 22
0 (1) and the light beam L 0 (-1) are condensed by the lens 23, and on the reference diffraction grating 24 provided at this condensing position,
Interference fringes that flow along the pitch direction are formed. Then, the diffracted light passing through the diffraction grating 24 is photoelectrically detected by the detector 25 as an optical beat signal for reference. On the other hand, the light flux L 0 (1) and the light flux L 0 (-1) reflected by the beam splitter 22 are relay optical systems (26a, 26b, 27),
It passes through the beam splitter 28 and the plane-parallel plate 37.
The plane-parallel plate 37 is provided at the pupil conjugate position of the projection objective lens 3 or in the vicinity thereof so that the tilt angle is variable with respect to the optical axis of the alignment optical system, and has a function of maintaining telecentricity. Instead of the parallel flat plate 37, a member having a combination of a thick parallel flat plate for rough adjustment and a thin parallel flat plate for fine adjustment may be used.

【0026】平行平面板37を通過した光束L0(1)及び
光束L0(-1) は、対物レンズ38、ダイクロイックミラ
ー6を介して、所定の交差角を持つ2方向からレチクル
1上の回折格子マークRMを照明する。なお、投影対物
レンズ3がアライメント光に対して色収差補正されてい
ない場合には、対物レンズ38は、特開昭63−283
129号公報にて提案されている2焦点光学系で構成す
ることが望ましい。これにより、2焦点光学系に入射す
る2光束は互いに直交する偏光光にそれぞれ分割され、
第1焦点へ向かう一方の偏光光同士がレチクル上で集光
し、第2焦点へ向かう他方の偏光光同士がウエハ上で集
光する。
The light flux L 0 (1) and the light flux L 0 (-1) that have passed through the plane-parallel plate 37 are passed through the objective lens 38 and the dichroic mirror 6 from two directions having a predetermined crossing angle on the reticle 1. Illuminate the diffraction grating mark RM. When the projection objective lens 3 is not corrected for chromatic aberration with respect to the alignment light, the objective lens 38 is disclosed in JP-A-63-283.
It is desirable to use a bifocal optical system proposed in Japanese Patent No. 129. As a result, the two light beams incident on the bifocal optical system are split into polarized light beams orthogonal to each other,
One polarized light beam toward the first focal point is condensed on the reticle, and the other polarized light beam toward the second focal point is condensed on the wafer.

【0027】さて、光束L0(1)及び光束L0(-1) は、レ
チクル上の回折格子マークRMを照明するが、レチクル
1には、図2(a)に示す如く、回折格子マークRMと
並列的にアライメント光用の透過窓P0 が設けられてお
り、図2(b)に示す如く、ウエハ4上でその透過窓P
0 に対応する位置に、回折格子マークWMが形成されて
いる。
The light beam L 0 (1) and the light beam L 0 (-1) illuminate the diffraction grating mark RM on the reticle. The reticle 1 has a diffraction grating mark RM as shown in FIG. A transmission window P 0 for alignment light is provided in parallel with the RM, and the transmission window P 0 is formed on the wafer 4 as shown in FIG.
The diffraction grating mark WM is formed at a position corresponding to 0 .

【0028】そして、光束L0(1)及び光束L0(-1) とが
回折格子マークRMを2方向から照明するときの交差角
は、回折格子マークRMのピッチをPRM、光源10から
供給される光の基準波長をλ0、光束L0(1)又は光束L0
(-1) の回折格子マークRMに対する入射角をθRMとす
るとき、 (1) sin θRM=λ0/PRM の関係を満足するように設定されている。
[0028] Then, the crossing angle when the light beam L 0 (1) and the light beam L 0 of the (-1) illuminate the diffraction grating mark RM from two directions, the pitch of the diffraction grating mark RM P RM, from the light source 10 The reference wavelength of the supplied light is λ 0 , the luminous flux L 0 (1) or the luminous flux L 0
When the incident angle with respect to the diffraction grating mark RM of (-1) is θ RM , it is set so as to satisfy the relationship of (1) sin θ RM = λ 0 / P RM .

【0029】これにより、回折格子マークRMから発生
する±1次回折光は、再びダイクロイックミラー6、対
物レンズ38、平行平面板37を通過して、ビームスプ
リッター28で反射された後、レンズ29及びビームス
プリッター30を介して、視野絞り34に達する。この
視野絞り34は、レチクル1と共役な位置に設けられ、
具体的には、図3(a)の斜線部で示す如く、レチクル
1の回折各子マークRMからの回折光のみを通過させる
ように、回折格子マークRMと共役な位置に開口部SRM
が設けられている。視野絞り34を通過した回折格子マ
ークRMからの回折光は、0次回折光をカットする空間
フィルター35によりフィルタリングされて、±1次回
折光のみが検出器36に達し、この検出器36にてレチ
クル1の位置情報を含んだ光ビート信号が光電検出され
る。
As a result, the ± first-order diffracted light generated from the diffraction grating mark RM passes through the dichroic mirror 6, the objective lens 38, and the plane-parallel plate 37 again, is reflected by the beam splitter 28, and then the lens 29 and the beam. The field stop 34 is reached via the splitter 30. The field stop 34 is provided at a position conjugate with the reticle 1,
Specifically, as shown by the hatched portion in FIG. 3A, the opening S RM is formed at a position conjugate with the diffraction grating mark RM so that only the diffracted light from the diffractive child mark RM of the reticle 1 passes through.
Is provided. The diffracted light from the diffraction grating mark RM that has passed through the field stop 34 is filtered by the spatial filter 35 that cuts the 0th-order diffracted light, and only the ± 1st-order diffracted light reaches the detector 36. The optical beat signal including the position information of is detected photoelectrically.

【0030】一方、図1において、上記レチクル1の透
過窓P0 を通過した光束L0(1)及び光束L0(-1) の一部
は、投影対物レンズ3を介して、ウエハ4上の回折格子
マークWMを所定の交差角を持った2方向から照明し、
これにより回折格子マークWM上には、ピッチ方向に沿
って流れる干渉縞が形成される。そして、この回折格子
マークWMの法線方向(投影対物レンズ3の光軸方向)
には、光束L0(1)の−1次回折光と、光束L0(-1) の+
1次回折光とがそれぞれ発生する。
On the other hand, in FIG. 1, a part of the light flux L 0 (1) and the light flux L 0 (-1) that have passed through the transmission window P 0 of the reticle 1 is transferred onto the wafer 4 via the projection objective lens 3. Illuminate the diffraction grating mark WM of from 2 directions with a predetermined crossing angle,
As a result, interference fringes that flow along the pitch direction are formed on the diffraction grating mark WM. Then, the normal direction of the diffraction grating mark WM (the optical axis direction of the projection objective lens 3)
The -1-order diffracted light of the light beam L 0 (1), the light beam L 0 (-1) +
First-order diffracted light is generated, respectively.

【0031】ここで、光束L0(1)と光束L0(-1) とが回
折格子マークWMを2方向から照明するときの交差角
は、回折格子マークWMのピッチをPWM、光源10から
供給される光の基準波長をλ0、光束L0(1)又は光束L0
(-1) の回折格子WMに対する入射角をθWMとすると
き、 (2) sin θWM=λ0/PWM の関係を満足するように設定されている。
[0031] Here, intersection angle when the light beam L 0 (1) and that the light beam L 0 (-1) illuminate the diffraction grating mark WM from two directions, the pitch of the diffraction grating mark WM P WM, the light source 10 The reference wavelength of the light supplied from λ 0 , the luminous flux L 0 (1) or the luminous flux L 0
When the incident angle of (-1) with respect to the diffraction grating WM is θ WM , it is set so as to satisfy the relationship of (2) sin θ WM = λ 0 / P WM .

【0032】これにより、回折格子マークWMから発生
する±1次回折光は、再び投影対物レンズ3、透過窓P
0 (図2(a)参照)、ダイクロイックミラー6、対物
レンズ38、平行平面板37を通過してビームスプリッ
ター28で反射された後、レンズ29、ビームスプリッ
ター30を経て視野絞り31に達する。この視野絞り3
1は、ウエハ4と共役な位置に設けられており、具体的
には、図3(b)の斜線部で示す如く、ウエハ4上の回
折格子マークWMからの回折光のみを通過させるよう
に、回折格子マークWMと共役な位置に開口部SWMが設
けられている。
As a result, the ± first-order diffracted light generated from the diffraction grating mark WM is again projected by the projection objective lens 3 and the transmission window P.
After passing through the dichroic mirror 6, the objective lens 38, and the plane-parallel plate 37 and being reflected by the beam splitter 28 (see FIG. 2A), it reaches the field stop 31 through the lens 29 and the beam splitter 30. This field stop 3
1 is provided at a position conjugate with the wafer 4, and specifically, as shown by the hatched portion in FIG. 3B, only the diffracted light from the diffraction grating mark WM on the wafer 4 is allowed to pass therethrough. The opening S WM is provided at a position conjugate with the diffraction grating mark WM.

【0033】このため、視野絞り31を通過した回折格
子マークWMからの回折光は、0次回折光をカットする
空間フィルター32によりフィルタリングされて、±1
次回折光のみが検出器33に達し、この検出器33にて
ウエハ4上の位置情報を含んだ光ビート信号が光電検出
される。ここで、各空間フィルター(32,35)はア
ライメント光学系の瞳と略共役な位置、即ち投影対物レ
ンズ3の瞳(射出瞳)と実質的に共役な配置にされ、レ
チクル1、ウエハ4上に形成された回折格子マーク(R
M,WM)からの0次回折光(正反射光)を遮断し、±
1次回折光(レチクル1、ウエハ4上の回折格子マーク
に対して垂直方向に発生する回折光)のみを通過させる
ように設定されている。また、検出器33及び検出器3
6は、対物レンズ38及びレンズ29に関して、それぞ
れレチクル1及びウエハ4と略共役となるように配置さ
れている。
Therefore, the diffracted light from the diffraction grating mark WM that has passed through the field stop 31 is filtered by the spatial filter 32 that cuts the 0th-order diffracted light to ± 1.
Only the next-order diffracted light reaches the detector 33, and the detector 33 photoelectrically detects the optical beat signal including the position information on the wafer 4. Here, each spatial filter (32, 35) is arranged at a position substantially conjugate with the pupil of the alignment optical system, that is, a position substantially conjugate with the pupil (exit pupil) of the projection objective lens 3, and on the reticle 1 and the wafer 4. Diffraction grating mark (R
± 0th order diffracted light (specular reflection light) from M, WM) is blocked,
It is set to pass only the first-order diffracted light (reticle 1, diffracted light generated in the direction perpendicular to the diffraction grating mark on the wafer 4). In addition, the detector 33 and the detector 3
The objective lens 6 and the lens 29 are arranged so as to be substantially conjugate with the reticle 1 and the wafer 4, respectively.

【0034】さて、以上にて説明したアライメント光学
系の構成により、各検出器(25,33,36)から得
られる3つの信号は、共に同一の周波数Δf(=|2f
1|)の正弦波状の光ビート信号を含んでおり、図1の位
相差検出系50内の光ビート信号抽出部(フーリエ変換
回路)にて3つの光電信号を電気的にフーリエ変換し
て、周波数Δfの正弦波状の3つの光ビート信号を精度
良く抽出する。
With the configuration of the alignment optical system described above, the three signals obtained from the detectors (25, 33, 36) have the same frequency Δf (= | 2f).
1 |) containing the sinusoidal optical beat signal, and the three optical signals are electrically Fourier transformed by the optical beat signal extraction unit (Fourier transform circuit) in the phase difference detection system 50 of FIG. Three sinusoidal optical beat signals of frequency Δf are accurately extracted.

【0035】今、位置合わせされていない状態でレチク
ル1、ウエハ4が任意の位置で停止しているとすると、
この光ビート信号は、一定の位相だけずれることにな
る。ここで、レチクル1及びウエハ4からの各光ビート
信号の位相差(±180゜以内)は、レチクル1及びウ
エハ4上にそれぞれ形成された回折格子マークの格子ピ
ッチの1/2内の相対位置ずれ量に一義的に対応してい
る。
Now, assuming that the reticle 1 and the wafer 4 are stopped at arbitrary positions without being aligned,
This optical beat signal is shifted by a certain phase. Here, the phase difference (within ± 180 °) of each optical beat signal from the reticle 1 and the wafer 4 is the relative position within 1/2 of the grating pitch of the diffraction grating marks formed on the reticle 1 and the wafer 4, respectively. It corresponds to the amount of deviation uniquely.

【0036】このため、レチクル1とウエハ4とが格子
配列方向に対して相対移動すると、相対位置ずれ量が各
回折格子マーク(RM,WM)の格子ピッチの1/2以
下の精度でプリアライメントし、主制御系51が、サー
ボ系52により位相差検出系50で得られた位相差が零
又は所定の値となるようにレチクルステージ2又はウエ
ハステージ5を2次元移動させて位置合わせを行うこと
により、高精度な位置合わせが行われる。
Therefore, when the reticle 1 and the wafer 4 move relative to the grating arrangement direction, the relative positional deviation amount is prealigned with an accuracy of 1/2 or less of the grating pitch of each diffraction grating mark (RM, WM). Then, the main control system 51 moves the reticle stage 2 or the wafer stage 5 two-dimensionally so that the phase difference obtained by the phase difference detection system 50 by the servo system 52 becomes zero or a predetermined value, and the alignment is performed. As a result, highly accurate alignment is performed.

【0037】また、検出器25により得られる参照用の
光ビート信号を基準信号として、この基準信号と各回折
格子マーク(RM,WM)からの光ビート信号との各々
の位相差が零又は所定の値となるように位置合わせを行
っても良い。また、AOM17を駆動するドライブ信号
を基準信号として利用することもできる。次に、図1に
示した第1実施例において、互いに異なる周波数の2光
束を生成する部分についてより具体的な構成及び原理を
図4を参照しながら説明する。
The reference optical beat signal obtained by the detector 25 is used as a reference signal, and the phase difference between the reference signal and the optical beat signal from each diffraction grating mark (RM, WM) is zero or predetermined. You may align so that it may become the value of. Further, a drive signal for driving the AOM 17 can be used as a reference signal. Next, in the first embodiment shown in FIG. 1, a more specific configuration and principle of a portion that generates two light fluxes having different frequencies will be described with reference to FIG.

【0038】図4は図1中の音響光学変調素子(AO
M)17を示し、この図4に示す如く、白色光L0 がA
OM17に対して、その進行波の波面に平行に入射す
る。この結果、AOM17の回折作用(ラマン−ナス回
折)により、各波面毎に各次数の回折光が発生する。
FIG. 4 shows the acousto-optic modulator (AO) shown in FIG.
Indicates M) 17, as shown in FIG. 4, the white light L 0 is A
The light enters the OM 17 parallel to the wavefront of the traveling wave. As a result, diffracted light of each order is generated for each wavefront due to the diffracting action (Raman-Nass diffraction) of the AOM 17.

【0039】このとき、波長λの入射光のN次の回折光
の回折角をφ1 、進行波のピッチをΛ1 とすると、次式
が成立している。 (3) sin φ1=Nλ/Λ1 また、進行波のピッチΛ1 については、進行波の速度を
1 、周波数をf1 とすると、次式が成立する。
At this time, when the diffraction angle of the Nth-order diffracted light of the incident light of the wavelength λ is φ 1 and the pitch of the traveling wave is Λ 1 , the following equation is established. (3) sin φ 1 = Nλ / Λ 1 Further , regarding the pitch Λ 1 of the traveling wave, the following equation holds when the traveling wave velocity is v 1 and the frequency is f 1 .

【0040】(4) Λ1=v1/f1 従って、±1次回折光については、(3)式は次のよう
になる。 (5) sin φ1=f1λ/v1
(4) Λ 1 = v 1 / f 1 Therefore, for the ± 1st order diffracted light, the equation (3) is as follows. (5) sin φ 1 = f 1 λ / v 1

【0041】ここで、図1の空間フィルター19を通過
する±1次光L0(1)、L0(-1) の回折角を考える。例え
ば、照射光の基準波長λ0 を633nm、波長幅を±5
0nm、AOM17の進行波のピッチΛ1 を40μmと
するとき、583nmの最短波長の光に対する±1次光
の回折角は0.835゜、最長の683nmの光に対す
る回折角は0.978゜となる。従って、583〜68
3nmの光では±1次光の回折角は0.835゜〜0.
978゜の範囲に分布する。これらの光は、AOM17
の進行波によって回折されているので回折光はその進行
波の周波数分だけ変調を受ける。
Now, let us consider the diffraction angles of the ± first-order lights L 0 (1) and L 0 (-1) passing through the spatial filter 19 of FIG. For example, the reference wavelength λ 0 of the irradiation light is 633 nm and the wavelength width is ± 5.
When the traveling wave pitch Λ 1 of 0 nm and the AOM 17 is 40 μm, the diffraction angle of the ± first-order light with respect to the light with the shortest wavelength of 583 nm is 0.835 °, and the diffraction angle with respect to the light with the longest 683 nm is 0.978 °. Become. Therefore, 583-68
With 3 nm light, the diffraction angle of the ± 1st order light is 0.835 ° to 0.
It is distributed in the range of 978 °. These lights are AOM17
Is diffracted by the traveling wave, the diffracted light is modulated by the frequency of the traveling wave.

【0042】次に、図5を参照しながら、ラマン−ナス
回折による光周波数変調について説明する。図5では、
AOM17のドライブ信号SF1 による超音波の進行波
の波面と入射光とのなす角θi は0゜である。そして、
AOM17のドライブ信号SF1 による超音波の進行波
の波面と回折光とがなす角をθd 、AOM17に入射す
る入射光の波数ベクトルを〈Ki 〉、AOM17により
回折される回折光の波数ベクトルを〈Kd 〉、ドライブ
信号SF1 による超音波の波数ベクトルを〈K S 〉とし
てそれぞれ示している。
Next, referring to FIG. 5, Raman-Nus
Optical frequency modulation by diffraction will be described. In FIG.
Drive signal SF of AOM171 Traveling wave of ultrasonic waves
Angle θ between the wave front and the incident lighti Is 0 °. And
Drive signal SF of AOM171 Traveling wave of ultrasonic waves
The angle between the wavefront of the and the diffracted light is θd Incident on AOM17
The wave vector of the incident lighti >, By AOM17
The wave number vector of the diffracted light is <Kd >,drive
Signal SF1 The wave number vector of the ultrasonic wave by <K S >age
Are shown respectively.

【0043】ラマン−ナス回折の場合、角度θd は小さ
く、図5に示す様に各ベクトルはほぼ2等辺三角形の関
係となる。そこで、光の波長をλ、AOM17の屈折率
をn、超音波の周波数をf1 、AOM17内を横切る超
音波(進行波)の速度をv1とすると、ベクトル〈K
i 〉、〈Kd 〉、〈KS 〉の絶対値は次の様に表され
る。
In the case of Raman-Nass diffraction, the angle θ d is small, and each vector has an approximately isosceles triangular relationship as shown in FIG. Therefore, if the wavelength of light is λ, the refractive index of the AOM 17 is n, the frequency of the ultrasonic wave is f 1 , and the velocity of the ultrasonic wave (traveling wave) traversing the inside of the AOM 17 is v 1 , the vector <K
The absolute values of i >, <K d >, and <K S > are expressed as follows.

【0044】(6) |〈Ki 〉|=2πn/λ (7) |〈Kd 〉|=2πn/λ (8) |〈KS 〉|=2πf1/v1 また、超音波の進行波の波長をΛ1 とすると、次式の関
係が成立する。 (9) sin θd =λ/Λ1 (10) |〈KS 〉|=sin θd・|〈Kd 〉|
(6) | <K i > | = 2πn / λ (7) | <K d > | = 2πn / λ (8) | <K S > | = 2πf 1 / v 1 Also, the progress of ultrasonic waves. If the wavelength of the wave is Λ 1 , the following relation holds. (9) sin θ d = λ / Λ 1 (10) | <K S > | = sin θ d · | <K d > |

【0045】上式(9)及び(10)より次式(11)
が算出できる。 (11) |〈KS 〉|= 2πn/Λ1 この(11)式から明らかな如く、ラマン−ナス回折の
条件を満足する限り、光の波長と無関係に|〈KS 〉|
の大きさが一定となり、AOM17により回折される光
は、光の波長に関係なく同一の周波数変調(f1)を受け
ることが理解できる。
From the above equations (9) and (10), the following equation (11)
Can be calculated. (11) | <K S > | = 2πn / Λ 1 As is clear from the equation (11), as long as the Raman-Nass diffraction condition is satisfied, │ <K S > |
It can be understood that the light having a constant size is subjected to the same frequency modulation (f 1 ) regardless of the wavelength of the light.

【0046】従って、AOM17に対して入射する光束
0 の周波数をfとすると、光束L 0 の1次回折光L
0(1)は各波長毎に(f+f1)(=F1)の同じ周波数変調
を受け、光束L0 の−1次回折光L0(-1) は各波長毎に
(f−f1)(=F2)の同じ周波数変調を受ける。この様
に、所定の波長域を持つ周波数F1 の1次回折光L0(1)
と、所定の波長域を持つ周波数F2 の−1次回折光L
0(-1) とを、各回折格子(24,RM,WM)に対して
各波長の光毎に異なる入射角のもとで対称に照射できる
ため、各回折格子(24,RM,WM)の垂直方向には
各波長の±1次回折光を常に発生させることができる。
その結果、各波長の±1次回折光により所定の周波数Δ
f(=|F1-F2|=|2f1|)を含むビート光を生成す
ることができる。従って、所定の周波数Δf(=|F1-
2|=|2f1|)を含む多波長のビート光を各検出器
(25,33,36)にてそれぞれ光電検出(各回折格
子の位置情報を含んだビート光を各波長毎に複数検出)
できるため、各波長のビート光による平均化効果により
各回折格子マークの非対称性を影響を抑えつつ、多波長
光によるレジストの薄膜干渉の影響(光量変化等の影
響)を解消できるヘテロダイン干渉法による高精度なア
ライメントが達成できる。
Therefore, the luminous flux incident on the AOM 17
L0 Let f be the frequency of 0 First-order diffracted light L
0(1) is (f + f) for each wavelength1) (= F1) Same frequency modulation
Light flux L0 -1st order diffracted light L0(-1) is for each wavelength
(F-f1) (= F2) Same frequency modulation. Like this
And a frequency F having a predetermined wavelength range1 First-order diffracted light L0(1)
And a frequency F having a predetermined wavelength range2 -1st order diffracted light L
0(-1) and for each diffraction grating (24, RM, WM)
Irradiation can be performed symmetrically under different incident angles for each wavelength of light
Therefore, in the vertical direction of each diffraction grating (24, RM, WM)
The ± 1st order diffracted light of each wavelength can always be generated.
As a result, the ± 1st-order diffracted light of each wavelength causes a predetermined frequency Δ
f (= | F1-F2| = | 2f1Generate a beat light containing
You can Therefore, the predetermined frequency Δf (= | F1-
F2| = | 2f1Each of the multi-wavelength beat light including |
(25, 33, 36) photoelectric detection (each diffraction pattern)
(Multiple beat lights including the position information of the child are detected for each wavelength)
Because of the averaging effect of the beat light of each wavelength,
Multi-wavelength while suppressing the asymmetry of each diffraction grating mark
Effects of resist thin film interference due to light (shadows such as changes in light intensity)
Of high accuracy by heterodyne interferometry
The liment can be achieved.

【0047】しかも、AOM17で回折された光はその
後光軸に関して対称に進行するので、分割光束間には光
路長差が原理的に発生しない。つまり、干渉距離の短い
白色光でも2光束干渉が可能になる。また、分割光束間
の波面は位相差が零の状態で揃っているため、高精度な
アライメントが可能となるばかりか、調整容易でコンパ
クトな装置が実現できる。
Moreover, since the light diffracted by the AOM 17 travels symmetrically with respect to the optical axis thereafter, in principle, no optical path length difference occurs between the divided light beams. That is, two-beam interference is possible even with white light having a short interference distance. Further, since the wavefronts of the divided light fluxes are aligned in a state where the phase difference is zero, it is possible not only to perform highly accurate alignment but also to realize an easy and compact device.

【0048】ところで、第1実施例においては、AOM
17から対称に射出する光変調を受けた±1次回折光L
0(1),L0(-1) をアライメント用の光束として利用し、
この±1次回折光L0(1),L0(-1) を各回折格子(2
4,RM,WM)に対して2方向から照射することによ
り発生する所定の周波数Δf(=|2f1|)のビート光
の信号を、各検出器(25,33,36)及び位相差検
出系50内の光ビート信号抽出部(フーリエ変換回路)
を介して抽出し、この抽出信号をアライメント用の信号
としている。これによって、ヘテロダイン干渉による高
精度なアライメントが達成できる。
By the way, in the first embodiment, the AOM
± 1st-order diffracted light L that has undergone optical modulation that is emitted symmetrically from 17
0 (1), L 0 (-1) is used as a luminous flux for alignment,
The ± 1st-order diffracted lights L 0 (1) and L 0 (-1) are reflected by each diffraction grating (2
4, RM, WM), the beat light signal of a predetermined frequency Δf (= | 2f 1 |) generated by irradiating from two directions, each detector (25, 33, 36) and phase difference detection Optical beat signal extraction unit (Fourier transform circuit) in system 50
And the extracted signal is used as an alignment signal. This makes it possible to achieve highly accurate alignment due to heterodyne interference.

【0049】また、図1及び図4に示した第1実施例で
は、AOM17のラマン−ナス回折作用により分割生成さ
れる±1次回折光を位置検出用の2光束として位置検出
用のマークに対して2方向から照射する例を示している
がこれに限るものではない。例えば、音響光学素子17に
より生成される2つの任意の次数の回折光を位置検出用
の2光束として位置検出用のマークに対して2方向から
照射するようにしても良い。
Further, in the first embodiment shown in FIGS. 1 and 4, the ± first-order diffracted light split and generated by the Raman-Nus diffracting action of the AOM 17 is used as two light beams for position detection with respect to the position detection mark. However, the present invention is not limited to this. For example, the diffracted light of two arbitrary orders generated by the acousto-optic element 17 may be applied to the position detection mark from two directions as two light beams for position detection.

【0050】次に、図6〜図8を参照して本発明の第2
実施例につき説明する。図6において、図1に示した第
1実施例と同じ機能を持つ部材については同じ符号を付
してその詳細説明を省略する。本実施例が第1実施例と
異なる所は、リレー光学系(18a,18b)と集光レ
ンズ21との間に、第2の音響光学素子60(以下、
「AOM60」と称する。)を設けると共に、集光レン
ズ21とビームスプリッター22との間に空間フィルタ
ー61を設け、レンズ18a及び18bを第1のAOM
17(第1音響光学変調素子)の回折点を第2のAOM
60(第2の音響光学変調素子)の回折点にリレーする
リレー光学系として機能させた点である。
Next, referring to FIGS. 6 to 8, the second embodiment of the present invention will be described.
Examples will be described. 6, members having the same functions as those of the first embodiment shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted. The present embodiment is different from the first embodiment in that the second acousto-optic element 60 (hereinafter, referred to as "the second acousto-optic element 60") is provided between the relay optical system (18a, 18b) and the condenser lens 21.
It is called "AOM60". ) Is provided, a spatial filter 61 is provided between the condenser lens 21 and the beam splitter 22, and the lenses 18a and 18b are attached to the first AOM.
17 (first acousto-optic modulator) to the second AOM
This is a function as a relay optical system that relays to the diffraction point of 60 (second acousto-optic modulator).

【0051】そして、この本実施例では、第1のAOM
17に加える高周波信号SF1 と第2のAOM60に加
える高周波信号SF2 とを互いに逆方向とすることによ
り、最終的に得られるビート周波数を低く(1MHz以
下に)して電気信号処理を容易にしている。さて、図6
に示す如く、露光光とは異なる波長帯(多波長)の光を
供給する白色光源10からの白色光は、可変絞り11、
コンデンサーレンズ12、バンドパスフィルター13を
介して第1のAOM17に入射する。その際第1のAO
M17でラマン−ナス回折が生じる様に入射光を進行波
の波面に平行に入射させる。
In this embodiment, the first AOM
By making the high frequency signal SF 1 applied to 17 and the high frequency signal SF 2 applied to the second AOM 60 reverse to each other, the finally obtained beat frequency is lowered (to 1 MHz or less) to facilitate electric signal processing. ing. Now, Fig. 6
, The white light from the white light source 10 that supplies light in a wavelength band (multi-wavelength) different from the exposure light is
The light enters the first AOM 17 via the condenser lens 12 and the bandpass filter 13. At that time, the first AO
The incident light is made to enter the wavefront of the traveling wave in parallel so that Raman-Nass diffraction occurs at M17.

【0052】第1のAOM17は、周波数f1 の第1の
高周波信号SF1 でドライブされており、所定の波長域
の光束L0 の1次回折光である光束L0(1)及び−1次回
折光である光束L0(-1) は、それぞれ第1のAOM17
により(f0+f1)及び(f0-f1)の周波数変調を受け
る。その後、光束L0(1)及び光束L0(-1) は、レンズ1
8a、反射ミラー20、レンズ18bを経て、第2のA
OM60に対して等しい入射角で対称に入射する。な
お、リレー光学系(18a,18b)内に配置された空
間フィルター19により、第1のAOM17からの±1
次回折光L0(1),L 0(-1) が抽出される。
The first AOM 17 has a frequency f1 The first of
High frequency signal SF1 Is driven by the specified wavelength range
Luminous flux L0 Light flux L which is the first-order diffracted light of0(1) and -1 next time
Light flux L that is broken light0(-1) is the first AOM17
By (f0+ f1) And (f0-f1) Frequency modulation
It After that, the luminous flux L0(1) and luminous flux L0(-1) is for lens 1
8a, the reflection mirror 20, the lens 18b, and the second A
The light is symmetrically incident on the OM 60 at the same incident angle. Na
The sky placed in the relay optical system (18a, 18b)
± 1 from the first AOM 17 by the inter-filter 19
Diffracted light L0(1), L 0(-1) is extracted.

【0053】この場合、本例の第2のAOM60に入射
する光束L0(1)及び光束L0(-1) については、音響ブラ
ッグ回折の条件を満たす様にしておく。第2のAOM6
0は、第1のAOM17とは逆方向から周波数f2 の第
2の高周波信号SF2 でドライブされ、所定の波長域の
光束L0(1)の−1次回折光L0(1,-1)(以下、「光束L
0(1,-1) 」と称する。)は、第2のAOM60により
(f0+f1-f2)(=F1 )の周波数変調を受け、所定の
波長域の光束L0(-1) の+1次回折光L0(-1,1) (以
下、「光束L0(-1,1) 」と称する。)は、第2のAOM
60により(f0-f1+f2)(=F2 )の周波数変調を受
ける。その後、光束L0(1,-1) 及びL0(-1,1)は、それ
ぞれレンズ21を経て、ビームスプリッター22により
2分割される。なお、リレー光学系(21,23)の間
には空間フィルター61が設けられており、これにより
第2のAOM60による−1次回折光L0(1,-1) と+1
次回折光L0(-1,1) とが抽出される。
In this case, the light is incident on the second AOM 60 of this example.
Luminous flux L0(1) and luminous flux L0For (-1), the acoustic bra
Make sure that the conditions for the Gag diffraction are satisfied. Second AOM6
0 is the frequency f from the opposite direction to the first AOM 17.2 The first
2 high frequency signals SF2 Driven by the specified wavelength range
Luminous flux L0(1) -1st-order diffracted light L0(1, -1) (Hereafter, "Luminous flux L
0(1, -1) ". ) Is due to the second AOM60
(F0+ f1-f2) (= F1 ) Frequency modulation,
Luminous flux L in wavelength range0(-1) + 1st order diffracted light L0(-1,1) (or less
Below, "Luminous flux L0(-1,1) ". ) Is the second AOM
By 60 (f0-f1+ f2) (= F2 ) Frequency modulation
Kick After that, the luminous flux L0(1, -1) and L0(-1,1) is that
After passing through each lens 21, the beam splitter 22
It is divided into two. In addition, between the relay optical system (21, 23)
Is equipped with a spatial filter 61.
Second-order diffracted light L from the second AOM 600(1, -1) and +1
Diffracted light L0(-1,1) and are extracted.

【0054】この様に、ビームスプリッター22により
2分割された各光束は、前述の図1に示した第1実施例
と同様に、最終的には各検出器(25,33,36)に
て光電検出されるため、より詳細な説明は省略する。本
実施例では、各検出器(25,33,36)にて光電検
出される光電信号から、各波長の光による所定の周波数
Δf(=|F1-F2|=|2(f1-f2)|)のビート信号
を位相差検出系50内の光ビート信号抽出部(フーリエ
変換回路)にてそれぞれ抽出し、これらの信号に基づい
てアライメントを行っている。
As described above, the light beams split into two by the beam splitter 22 are finally detected by the detectors (25, 33, 36) as in the first embodiment shown in FIG. Since photoelectric detection is performed, a more detailed description is omitted. In this embodiment, from the photoelectric signals photoelectrically detected by the detectors (25, 33, 36), a predetermined frequency Δf (= | F 1 −F 2 | = | 2 (f 1 − The beat signals of f 2 ) |) are extracted by the optical beat signal extraction unit (Fourier transform circuit) in the phase difference detection system 50, and alignment is performed based on these signals.

【0055】以上の如く、本実施例では、2つのAOM
17,60を直列的に配置した構成とし、双方のAOM
に対し逆方向から高周波信号SF1 ,SF2 を加えてい
るため、各検出器(25,33,36)にて光電検出さ
れるビート信号の周波数を信号処理が容易な1MHz以
下に下げることが可能となる。例えば、第1のAOM1
7は100MHzの周波数f1 の第1の高周波信号SF
1 でドライブされ、第2のAOM60は第1のAOM1
7とは逆方向から99.9MHzの周波数f2 の第2の
高周波信号SF2 でドライブされているとすると、前述
の通り、第2のAOM60を通過した一方の光束L0(1,
-1) の周波数はF1 (=f0+f1-f2)となり、第2のA
OM60を通過した他方の光束L0(-1,1) の周波数はF
2 (=f0-f1+f2)となる。
As described above, in this embodiment, two AOMs are used.
AOM of both sides is configured by arranging 17,60 in series.
On the other hand, since the high frequency signals SF 1 and SF 2 are applied from the opposite direction, the frequency of the beat signal photoelectrically detected by each detector (25, 33, 36) can be lowered to 1 MHz or less at which signal processing is easy. It will be possible. For example, the first AOM1
7 is a first high frequency signal SF having a frequency f 1 of 100 MHz
Driven by 1 , the second AOM 60 is the first AOM 1
Assuming that the second high frequency signal SF 2 having the frequency f 2 of 99.9 MHz is driven from the direction opposite to the direction 7, the one light flux L 0 (1,
The frequency of (-1) becomes F 1 (= f 0 + f 1 -f 2 ), and the second A
The frequency of the other light flux L 0 (-1,1) that has passed through the OM 60 is F
2 (= f 0 −f 1 + f 2 ).

【0056】従って、この2つの光束L0(1,-1) 及びL
0(-1,1) の照射により各回折格子(24,RM,WM)
で生成されるビート光の周波数Δfは、200kHz
(=|F1-F2|=|2(f1-f2)|)となり、信号処理
が容易なビート周波数にすることができる。次に、図6
に示した第2実施例において、互いに異なる周波数の2
光束を生成する部分についてより具体的な構成を図7を
参照しながら説明する。
Therefore, these two light fluxes L 0 (1, -1) and L
Each diffraction grating (24, RM, WM) by irradiation of 0 (-1,1)
The frequency Δf of the beat light generated in is 200 kHz
(= | F 1 −F 2 | = | 2 (f 1 −f 2 ) |), and the beat frequency can be easily processed for signal processing. Next, FIG.
In the second embodiment shown in FIG.
A more specific configuration of the portion that generates the light flux will be described with reference to FIG. 7.

【0057】図8に示す如く、第2実施例では、第1の
AOM17及び第2のAOM60が直列的に配置され、
第1のAOM17の回折点(高周波信号SF1 の進行
路)と第2のAOM60の回折点(高周波信号SF2
進行路)とをリレーするリレー光学系(18a,18
b)が設けられている。そして、白色光(多波長光)の
光束L0 は第1のAOM17へその進行波面と平行に入
射する。その結果、光束L 0 は第1のAOM17により
ラマン−ナス回折を受ける。
As shown in FIG. 8, in the second embodiment, the first
The AOM 17 and the second AOM 60 are arranged in series,
The diffraction point of the first AOM 17 (high-frequency signal SF1 Progress
Path) and the diffraction point of the second AOM 60 (high-frequency signal SF2 of
Relay optical system (18a, 18)
b) is provided. And of white light (multi-wavelength light)
Luminous flux L0 Enters the first AOM 17 parallel to its traveling wavefront
Shoot. As a result, the luminous flux L 0 By the first AOM17
Raman-Nass diffraction.

【0058】第1のAOM17は第1の高周波信号f1
でドライブされており、光束L0 の1次回折光L0(1)は
(f0+f1)の周波数変調を受け、光束L0 の−1次回折
光L 0(-1) は(f0-f1)の周波数変調を受けて、両光束
0(1),L0(-1) は、互いに入射光軸に対して角度φ1
だけ対称に傾斜して、進行波面に対して対称に第1のA
OM17から射出される。
The first AOM 17 has a first high frequency signal f.1 
Is driven by, and the luminous flux L0 First-order diffracted light L0(1) is
(F0+ f1), The light flux L0 -1st order diffraction
Light L 0(-1) is (f0-f1) Frequency modulation of both beams
L0(1), L0(-1) are angles φ with respect to the incident optical axis.1 
Only symmetrically with respect to the traveling wavefront and symmetrically with respect to the first A
Ejected from OM17.

【0059】第1のAOM17により光変調を受けた光
束L0(1)及びL0(-1) は、第1のリレー光学系(18
a,18b)により集光されて、光軸方向に対し角度φ
3 のもとで対称に第2のAOM60へ入射する。第2の
AOM60は第1のAOM17とは逆方向から第2の高
周波信号f2 でドライブされており、光束L0(1)の−1
次回折光L0(1,-1) は(f0+f1-f2)(=F1 )の周波
数変調を受け、光束L0(-1) の1次回折光L0(-1,1) は
(f0-f1+f2)(=F2 )の周波数変調を受けて、両光
束L0(1,-1) 及びL0(-1,1) は、入射角φ3 と等しい角
度φ3 のもとで対称に第2のAOM60から射出され
る。つまり、両光束L0(1,-1) 及びL0(-1,1) はそれぞ
れ第2のAOM60により音響ブラッグ回折を受けるこ
とになる。
The light beams L 0 (1) and L 0 (-1) which have been optically modulated by the first AOM 17 are transmitted to the first relay optical system (18).
a, 18b) and the angle φ with respect to the optical axis direction.
The light enters the second AOM 60 symmetrically under the condition of 3 . The second AOM 60 is driven by the second high-frequency signal f 2 from the opposite direction to the first AOM 17, and the luminous flux L 0 (1) is −1 of −1.
The first-order diffracted light L 0 (1, -1) undergoes frequency modulation of (f 0 + f 1 -f 2 ) (= F 1 ), and the first-order diffracted light L 0 (-1,1) of the light flux L 0 (-1) is received. ) Undergoes frequency modulation of (f 0 -f 1 + f 2 ) (= F 2 ), and both light fluxes L 0 (1, -1) and L 0 (-1,1) have an incident angle φ 3 and It is ejected symmetrically from the second AOM 60 under the same angle φ 3 . That is, both light fluxes L 0 (1, -1) and L 0 (-1,1) undergo acoustic Bragg diffraction by the second AOM 60.

【0060】ここで、第2のAOM60の音響ブラッグ
回折による回折角をθb2(=2φ3)とし、第2のAO
M60内を横切る超音波(進行波)の速度をv2 、高周
波信号SF2 の超音波周波数をf2 、光の波長をλ、第
2のAOM60内を横切る超音波(進行波)の波長をΛ
2 とすると、次式(12)及び(13)の関係が成立す
る。
Here, the diffraction angle by acoustic Bragg diffraction of the second AOM 60 is set to θ b2 (= 2φ 3 ) and the second AO 60 is set.
The velocity of the ultrasonic wave (traveling wave) traversing the M60 is v 2 , the ultrasonic frequency of the high-frequency signal SF 2 is f 2 , the wavelength of the light is λ, and the wavelength of the ultrasonic wave (traveling wave) traversing the second AOM 60 is Λ
When set to 2 , the relationships of the following expressions (12) and (13) are established.

【0061】(12) Λ2=v2/f2 (13) sin θb2=λ/Λ2 これらの式(12)及び(13)より、第2のAOM6
0による回折角θb2(=2φ3 )は、最終的に次式(1
4)の如くなる。 (14) sin θb2=f2λ/v2 (又は、sin 2φ3
=f2λ/v2) また、リレー光学系(18a,18b)の倍率をβ1
し、このリレー光学系(18a,18b)が正弦条件を
満足しているとすると、次式(15)の関係が成立す
る。
(12) Λ 2 = v 2 / f 2 (13) sin θ b2 = λ / Λ 2 From these equations (12) and (13), the second AOM6
The diffraction angle θ b2 (= 2φ 3 ) due to 0 is finally given by the following equation (1
It becomes like 4). (14) sin θ b2 = f 2 λ / v 2 (or sin 2φ 3
= F 2 λ / v 2 ) Further, when the magnification of the relay optical system (18a, 18b) is β 1 and the relay optical system (18a, 18b) satisfies the sine condition, the following equation (15) The relationship is established.

【0062】 (15) β1 =(sin φ1)/(sin φ3) ≒(2sin φ1)/(sin 2φ3) 従って、式(5)、式(14)及び式(15)より以下
の式(16)が導出される。 (16) β1 =2・(v21)/(v12) このように、図6及び図7に示した第2実施例では、リ
レー光学系(18a,18b)が上記の式(16)を満
足するように構成されることが好ましい。
(15) β 1 = (sin φ 1 ) / (sin φ 3 ) ≈ (2sin φ 1 ) / (sin 2φ 3 ) Therefore, from equation (5), equation (14) and equation (15), Equation (16) is derived. (16) β 1 = 2 · (v 2 f 1 ) / (v 1 f 2 ) As described above, in the second embodiment shown in FIGS. 6 and 7, the relay optical system (18a, 18b) has the above-mentioned structure. It is preferably configured so as to satisfy the equation (16).

【0063】なお、第1及び第2のAOM(17,6
0)の材質が等しく、しかも第1及び第2の高周波信号
(f2,f1)同士の周波数差が数十kHz程度であれば、
上式(16)のβ1 が、β1 ≒2となるため、リレー光
学系(18a,18b)の倍率β1 を2倍で構成して良
い。以上の如く、第2実施例によれば、所定の周波数Δ
f(=|2(f1-f2)|)を含む多波長のビート光を各
検出器(25,33,36)にてそれぞれ光電検出(各
回折格子の位置情報を含んだビート光を各波長毎に複数
検出)できるため、各波長のビート光による平均化効果
により各回折格子マークの非対称性の影響を抑えつつ、
多波長光によるウエハ4上のレジストの薄膜干渉の影響
を解消できるヘテロダイン干渉法による高精度なアライ
メントが達成でき、しかも、ビート周波数を大幅に低く
できるため、信号処理系を簡素にできる。
The first and second AOMs (17, 6)
0) are made of the same material, and the frequency difference between the first and second high-frequency signals (f 2 , f 1 ) is about several tens kHz,
Beta 1 of the equation (16) is, since the beta 1 ≒ 2, the relay optical system (18a, 18b) magnification beta 1 of may be constituted by 2-fold. As described above, according to the second embodiment, the predetermined frequency Δ
Multi-wavelength beat light including f (= | 2 (f 1 -f 2 ) |) is photoelectrically detected by each detector (25, 33, 36) (beat light including position information of each diffraction grating is detected). Since multiple detections can be made for each wavelength), while suppressing the influence of the asymmetry of each diffraction grating mark by the averaging effect of the beat light of each wavelength,
High-precision alignment can be achieved by the heterodyne interference method that can eliminate the influence of thin film interference of the resist on the wafer 4 due to multi-wavelength light, and the beat frequency can be significantly reduced, so that the signal processing system can be simplified.

【0064】更に、白色光(多波長光)は各リレー光学
系及び各AOMを対称かつ並列的に進行するため、分割
光束間には光路長差が原理的に発生しない。つまり、白
色光の様な可干渉距離の短い光束でも2光束干渉が可能
である。また、分割光束間の波面が揃っている、即ち相
互の位相差が零のため、高精度なアライメントが可能と
なるばかりか、調整容易でコンパクトな装置が実現でき
る。
Furthermore, since white light (multi-wavelength light) travels symmetrically and in parallel in each relay optical system and each AOM, an optical path length difference does not theoretically occur between the divided light beams. That is, two-beam interference is possible even with a light beam having a short coherence length such as white light. Further, since the wavefronts of the divided light fluxes are uniform, that is, the mutual phase difference is zero, not only highly accurate alignment is possible, but also an easy and compact device can be realized.

【0065】ところで、第2実施例においては、リレー
光学系(18a,18b)の光軸に対して第1及び第2
のAOM(17,60)を対称に進行する回折光をアラ
イメント用の光束として利用し、この2つの回折光を各
回折格子(24,RM,WM)に対して2方向から照射
することにより発生する所定の周波数Δf(=|2(f
1-f2)|)のビート光の信号を、各検出器(25,3
3,36)及び位相差検出系50内の光ビート信号抽出
部(フーリエ変換回路)を介して抽出し、この抽出信号
をアライメント用としているが、これは以下の述べる理
由による。
By the way, in the second embodiment, the first and second optical axes of the relay optical system (18a, 18b) are arranged relative to the optical axis.
Is generated by irradiating the diffracted light that travels symmetrically through the AOM (17, 60) as a luminous flux for alignment and irradiating the two diffracted lights to the respective diffraction gratings (24, RM, WM) from two directions. Predetermined frequency Δf (= | 2 (f
1- f 2 ) |) beat signal is detected by each detector (25, 3
(3, 36) and the optical beat signal extraction unit (Fourier transform circuit) in the phase difference detection system 50, and this extracted signal is used for alignment for the reason described below.

【0066】本実施例においては、図8(a)及び
(b)に示す如く、第2のAOM60の光変調によって
1次回折光L0(1,-1) の光路A上には光束L0(-1) の0
次回折光L0(-1,0) が混入し、−1次回折光L0(-1,1)
の光路B上には光束L0(1)の0次回折光L0(1,0)が混入
してしまう。このとき、光束L0(1)の0次回折光L0(1,
0)及び光束L0(-1) の0次回折光L0(-1,0) は、共に各
波長において第2のAOM60による周波数変調を受け
ることなく、それぞれ周波数(f0 ±f1)を有する。
In this embodiment, as shown in FIGS. 8A and 8B, the light beam L 0 is present on the optical path A of the first-order diffracted light L 0 (1, -1) by the optical modulation of the second AOM 60. 0 of (-1)
Order diffracted light L 0 (-1, 0) is mixed, the -1st-order diffracted light L 0 (-1,1)
Luminous flux of the light path on B L 0 (1) of the zero-order diffracted light L 0 (1, 0) will be mixed. At this time, the 0th-order diffracted light L 0 (1, 0 ) of the light flux L 0 (1)
0) and the 0th-order diffracted light L 0 (-1,0) of the light flux L 0 (-1) are not subjected to frequency modulation by the second AOM 60 at each wavelength, and have a frequency (f 0 ± f 1 ) respectively. Have.

【0067】このため、光路Aでは周波数(f0+f1-f
2)の1次回折光L0(1,-1) と周波数(f0-f1)の0次回
折光L0(-1,0) とが混在し、光路Bでは周波数(f0-f
1+f 2)の−1次回折光L0(-1,1) と周波数(f0+f1)の
0次回折光L0(1,0)とが混在するので、これらが各回折
格子(24,RM,WM)に対して2方向から照射され
ることにより、各回折格子(24,RM,WM)の垂直
方向には、様々なビート周波数を持つビート光が生成さ
れる。そして、様々なビート周波数を持つビート光を単
に各検出器(25,33,36)にて光電変換した信号
に基づいてアライメントを行うと、様々なビート周波数
の信号がノイズ信号となり、検出精度に悪影響及ぼすば
かりか、さらにはアライメントができない問題が生ず
る。
Therefore, in the optical path A, the frequency (f0+ f1-f
2) First-order diffracted light L0(1, -1) and frequency (f0-f1) 0 next time
Origami L0(-1,0) and the frequency (f0-f
1+ f 2) -First-order diffracted light L0(-1,1) and frequency (f0+ f1)of
0th-order diffracted light L0Since (1,0) is mixed, these are each diffraction
Irradiation from two directions on the grating (24, RM, WM)
As a result, the vertical direction of each diffraction grating (24, RM, WM)
Directional beat light with various beat frequencies is generated.
Be done. Then, beat light with various beat frequencies is simply
Signals photoelectrically converted by each detector (25, 33, 36)
Alignment based on various beat frequencies
Signal becomes a noise signal and adversely affects the detection accuracy.
Or even the problem that alignment is not possible
It

【0068】そこで、先ず第2のAOM60の光変調に
より生成される様々なビート周波数を持つビート光につ
いて検討する。各回折光の周波数を整理して示すと、光
路Aにおいて、 1次回折光L0(1,-1) の周波数:f0+f1−f2 …… (I) 0次回折光L0(-1,0) の周波数:f0−f1 …… (II) 光路Bにおいて、 −1次回折光L0(-1,1) の周波数:f0−f1+f2 …… (I’) 0次回折光L0(1,0) の周波数:f0+f1 …… (II’) となる。
Therefore, first, the beat light having various beat frequencies generated by the optical modulation of the second AOM 60 will be examined. The frequencies of the diffracted lights are summarized and shown. In the optical path A, the frequency of the first-order diffracted light L 0 (1, -1): f 0 + f 1 −f 2 (I) 0-th order diffracted light L 0 (-1 , 0) frequency: f 0 −f 1 (II) In optical path B, frequency of −1st order diffracted light L 0 (-1,1): f 0 −f 1 + f 2 …… (I ′) 0 next time The frequency of the broken light L 0 (1,0) is f 0 + f 1 (II ').

【0069】このため、光路Aを進行する各回折光と光
路Bを進行する各回折光との組み合わせにより生成され
るビート光の各周波数は、(I)と(I’)との差の絶
対値より、 |(f0+f1−f2)−(f0−f1+f2)|=2|f1−f2| ……〔1〕 (I)と(II’)との差の絶対値より、 |(f0+f1−f2)−f0+f1|=|2f1−f2| …… 〔2〕 (II)と(I’)との差の絶対値より、 |f0−f1−(f0−f1+f2)|=|f2| …… 〔3〕 (II)と(II’)との差の絶対値より、 2|f1| …… 〔4〕 となり、各検出器(25,33,,36)にて光電検出
されるビート光には、〔1〕〜〔3〕の3つのビート周
波数が混在する。
Therefore, each frequency of the beat light generated by the combination of each diffracted light traveling on the optical path A and each diffracted light traveling on the optical path B is the absolute difference between (I) and (I ′). From the value, | (f 0 + f 1 −f 2 ) − (f 0 −f 1 + f 2 ) | = 2 | f 1 −f 2 | ...... [1] The difference between (I) and (II ′) From the absolute value, | (f 0 + f 1 −f 2 ) −f 0 + f 1 | = | 2f 1 −f 2 | ...... [2] From the absolute value of the difference between (II) and (I ′), | than the absolute value of the difference between ...... (3) and (II) and (II '), 2 | | - f 0 -f 1 (f 0 -f 1 + f 2) | = | f 2 f 1 | ...... [ 4], the beat light photoelectrically detected by the detectors (25, 33, 36) contains three beat frequencies [1] to [3].

【0070】従って、アライメント用のビート周波数と
して利用できるのは、これらのビート周波数の内で共通
するビート周波数が存在しないものであるため、本実施
例においては、光束L0(1,-1) と光束L0(-1,1) との組
み合わせによって生成される、唯一つしかない2|f1-
2|のビート周波数の信号を位相差検出系50内の光ビ
ート信号抽出部(フーリエ変換回路)にて抽出してい
る。
Therefore, what can be used as the beat frequency for alignment is that there is no common beat frequency among these beat frequencies. Therefore, in this embodiment, the luminous flux L 0 (1, -1) is used. And the luminous flux L 0 (-1,1) are combined to generate only one 2 | f 1-
A signal having a beat frequency of f 2 | is extracted by an optical beat signal extraction unit (Fourier transform circuit) in the phase difference detection system 50.

【0071】これによって、各種のビート周波数を持つ
ビート光が各検出器(25,33,36)にて光電検出
されても、光ビート信号抽出部(フーリエ変換回路)に
より抽出された所定のビート周波数2|f1-f2|の信号
に基づいて、ヘテロダイン干渉による高精度なアライメ
ントが達成できる。なお、第2実施例においては、第1
のAOM17と第2のAOM60との少なくとも何れか
一方を回転させた状態で設定して、第1のAOM17を
横切る進行波の進行方向と第2のAOM60の進行波の
進行方向とが異なるようにすれば、図8に示した如く、
光束L0(1,-1) の光路A上を進行する不要な回折光L
0(-1,0) と、光束L0(-1,1) の光路B上を進行する不要
な回折光L0(1,0)とを分離でき、これらの不要な回折光
0(-1,0) ,L0(1,0)を図6の空間フィルター61でフ
ィルタリングすることができる。
As a result, even if the beat lights having various beat frequencies are photoelectrically detected by the detectors (25, 33, 36), the predetermined beats extracted by the optical beat signal extraction section (Fourier transform circuit) are obtained. Based on the signal of frequency 2 | f 1 -f 2 |, highly accurate alignment due to heterodyne interference can be achieved. In the second embodiment, the first
Of at least one of the AOM 17 and the second AOM 60 is set in a rotated state so that the traveling direction of the traveling wave across the first AOM 17 is different from the traveling direction of the traveling wave of the second AOM 60. Then, as shown in FIG.
Unnecessary diffracted light L traveling on the optical path A of the light flux L 0 (1, -1)
0 (-1,0) and unnecessary diffracted light L 0 (1,0) traveling on the optical path B of the light beam L 0 (-1,1) can be separated, and these unnecessary diffracted light L 0 ( -1,0) and L 0 (1,0) can be filtered by the spatial filter 61 of FIG.

【0072】次に、図6の構成を発展させて、光源10
から直列にn個の音響光学変調素子(AOM)を配列
し、隣接するAOMの間にそれぞれリレー光学系を配置
した場合を考える。この構成で抽出すべきビート光の周
波数Bf を考えると、各リレー光学系の光軸に対し対称
に進行する回折光をアライメント用の照射光束として用
いれば良いため、抽出すべきビート光の周波数Bf は一
般的に次式(17)の如くなる。
Next, the structure of FIG. 6 is developed to develop the light source 10
Consider a case where n acousto-optic modulators (AOMs) are arranged in series and the relay optical system is arranged between adjacent AOMs. Considering the frequency B f of the beat light to be extracted in this configuration, the diffracted light that travels symmetrically with respect to the optical axis of each relay optical system may be used as the irradiation light flux for alignment. B f is generally expressed by the following equation (17).

【0073】(17) Bf =|2(f1+f2+f3
+‥‥+fn)| 但し、fi は光源側から第i番目(i=1〜n)のAO
Mの駆動周波数であり、第1方向から駆動信号を加えた
ときの符号を正、第1方向とは逆の第2方向から駆動信
号を加えたときの符号を負とする。また、この場合にお
ける第1番目のリレー光学系の倍率β1 は式(16)の
如くなり、第i番目のリレー光学系の倍率βi は次式
(18)の如くなる(但し、i=2,3,‥‥)。
(17) B f = | 2 (f 1 + f 2 + f 3
+ ... + f n ) | where f i is the i-th (i = 1 to n) AO from the light source side
It is the drive frequency of M, and the sign when the drive signal is applied from the first direction is positive, and the sign when the drive signal is applied from the second direction opposite to the first direction is negative. Further, in this case, the magnification β 1 of the first relay optical system is as shown in the equation (16), and the magnification β i of the i-th relay optical system is as shown in the following equation (18) (where i = 2, 3, ...).

【0074】 (18) Bi =(vi+1i)/(vii+1) 尚、図6〜図8に示した第2実施例では、第1のAOM
17のラマン−ナス回折作用により分割生成される±1次
回折光の2光束を第2のAOM60に入射させ、第2のA
OM60を介して回折する2光束の内の一方の光束の1次
回折光と,第2のAOM60を介して回折する2光束の内
の他方の光束の−1次回折光との2光束を位置検出用の
マークに対して2方向から照射する例を示しているがこ
れに限るものではない。例えば、第1のAOM17により
生成される2つの任意の次数の回折光を位置検出用の2
光束として第2のAOM60に入射させても良く、また、
第2のAOM60を介して回折される2光束の内の一方の
光束の任意の次数の回折光と、第2のAOM60を介して
回折される2光束の内の他方の光束の任意の次数の回折
光とを位置検出用の2光束として位置検出用のマークに
対して2方向から照射するようにしても良い。
(18) B i = (v i + 1 f i ) / (v i f i + 1 ) In the second embodiment shown in FIGS. 6 to 8, the first AOM is used.
Two beams of ± first-order diffracted light that are split and generated by the Raman-Nass diffraction action of 17 are made incident on the second AOM 60, and the second AOM 60
For detecting the position of two light beams, the first-order diffracted light of one of the two light beams diffracted through the OM60 and the -1st-order diffracted light of the other light beam of the two light beams diffracted through the second AOM60 An example in which the mark is irradiated from two directions is shown, but the mark is not limited to this. For example, the two diffracted lights of arbitrary orders generated by the first AOM 17 are used for position detection.
It may be incident on the second AOM 60 as a light beam, and
The diffracted light of any order of one of the two light beams diffracted via the second AOM60 and the other order of the other light beam of the two light beams diffracted via the second AOM60 The diffracted light and the two light beams for position detection may be applied to the position detection mark from two directions.

【0075】さて、以上で述べた各実施例では、Xeラ
ンプ、ハロゲンランプ等の白色光源10、可変絞り11
及びコンデンサーレンズ12を光源手段として、この光
源手段からの白色光L0 (多波長光)をAOM17に入
射させている。しかしながら、図9に示す如く、互いに
異なる波長の光を射出する複数のレーザ光源100,1
01,102からの光をそれぞれ異なる入射角で、鋸歯
状の断面を有するブレーズ型の回折格子103に照射
し、各レーザ光源100,101,102からの異なる
波長の光を合成してなる光束L0 を射出する光源系を光
源手段として用いても良い。
By the way, in each of the embodiments described above, a white light source 10 such as a Xe lamp or a halogen lamp, a variable aperture 11 and the like.
Also, the condenser lens 12 is used as the light source means, and the white light L 0 (multi-wavelength light) from this light source means is made incident on the AOM 17. However, as shown in FIG. 9, a plurality of laser light sources 100, 1 that emit light of different wavelengths from each other are used.
Light beams 01 and 102 are applied to a blazed diffraction grating 103 having a sawtooth cross section at different incident angles, and light beams L having different wavelengths from the laser light sources 100, 101, and 102 are combined. A light source system that emits 0 may be used as the light source means.

【0076】また、図1及び図6に示した各実施例と
も、各検出器(25,33,36)において光電検出さ
れる各光電信号から位相差検出系50内部の光ビート信
号抽出部にて所定の周波数のビート信号を抽出している
が、各検出器(25,33,36)と位相差検出系50
との電気的な経路間に、光ビート信号抽出部(フーリエ
変換回路)をそれぞれ配置し、各検出器(25,33,
36)で光電検出される光電信号をそれぞれ独立にフー
リエ変換しても良い。
Further, in each of the embodiments shown in FIGS. 1 and 6, the photoelectric beat signals are photoelectrically detected by the detectors (25, 33, 36) to the optical beat signal extraction section in the phase difference detection system 50. The beat signal having a predetermined frequency is extracted by the detectors (25, 33, 36) and the phase difference detection system 50.
An optical beat signal extraction unit (Fourier transform circuit) is arranged between the electric paths of the detectors (25, 33,
The photoelectric signals photoelectrically detected in 36) may be independently Fourier-transformed.

【0077】また、上述実施例では、回折格子RM及び
WMの位置検出用の光として白色光(多波長光)が使用
されているが、位置検出用の光として単色光を使用して
もよい。例えば、光源手段として単一波長(単色)の光
を供給するレーザー光源とした場合には、ウエハ4上の
レジストによる薄膜干渉の問題が生じるが、ラマン−ナ
ス回折を利用することにより装置全体の構成を簡略化で
き、しかも装置の調整を容易に行う事ができるという利
点は残っている。
In the above embodiment, white light (multi-wavelength light) is used as the light for detecting the position of the diffraction gratings RM and WM, but monochromatic light may be used as the light for detecting the position. . For example, when a laser light source that supplies light of a single wavelength (monochromatic) is used as the light source means, there arises a problem of thin film interference due to the resist on the wafer 4, but by utilizing Raman-Nass diffraction, the entire device can be used. The advantage remains that the structure can be simplified and the device can be easily adjusted.

【0078】また、上述の各実施例では、アライメント
マーク(RM,WM)に対して2方向から照射すること
により回折する2光束の±1次回折光を利用してヘテロ
ダイン干渉法によるアライメントを行っているが、例え
ば、特開平2-133913号公報に開示されている如く、各実
施例のアライメントマーク(RM,WM)のピッチを半
分にして、アライメントマーク(RM,WM)を照明す
る一方の光束の0次回折光とアライメントマーク(R
M,WM)を照明する一方の光束の2次回折光(または
−2次回折光)とを検出光としてヘテロダイン干渉法に
よるアライメントを行っても良い。さらに、特開平4-78
14号公報に開示されている如く、レチクル上のアライメ
ントマークRMに対して第1の方向から第1光束を照明
してその第1の方向とは逆方向に発生する回折光と、レ
チクル上のアライメントマークRMに対して第1の方向
とは異なる第2の方向から第2光束を照明してその第2
の方向とは逆方向に発生する回折光とを検出光として利
用し、アライメント光学系内のウエハ共役な位置に配置
された回折格子により2つの回折した検出光を干渉させ
て、その干渉光を検出器にて検出する構成として、ヘテ
ロダイン干渉法によるアライメントを行っても良い。
Further, in each of the above-described embodiments, the alignment by the heterodyne interferometry method is performed by using the ± first-order diffracted light of two light beams diffracted by irradiating the alignment mark (RM, WM) from two directions. However, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-133913, the pitch of the alignment marks (RM, WM) of each embodiment is halved to illuminate one of the alignment marks (RM, WM). 0th-order diffracted light and alignment mark (R
Alignment by the heterodyne interferometry may be performed using the second-order diffracted light (or the −second-order diffracted light) of one light beam illuminating M, WM) as the detection light. Furthermore, JP-A-4-78
As disclosed in Japanese Patent Publication No. 14, the diffracted light generated by illuminating the alignment mark RM on the reticle with the first light flux from the first direction and in the direction opposite to the first direction, and the diffracted light on the reticle. The alignment mark RM is illuminated with a second light flux from a second direction different from the first direction, and the second light flux is emitted from the second direction.
The diffracted light generated in the direction opposite to the direction of is used as the detection light, and the two diffracted detection lights are caused to interfere by the diffraction grating arranged at the wafer conjugate position in the alignment optical system, and the interference light is As a configuration for detecting with a detector, alignment by the heterodyne interferometry may be performed.

【0079】なお、本発明は上述実施例に限定されず本
発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得るこ
とは勿論である。
The present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and it goes without saying that various configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention.

【0080】[0080]

【発明の効果】本発明によれば、ラマン−ナス回折を利
用しているため、1つの周波数差生成手段により光束の
分割及び周波数差の付与という2つの機能が実行されて
いると共に、1つの周波数差生成手段により2つの光束
に周波数差が付与されている。従って、装置全体の構成
を簡略化でき且つ小型化できると共に、光学部材の位置
関係の調整が容易であるという利点がある。
According to the present invention, since Raman-Nass diffraction is utilized, two functions of dividing a light beam and giving a frequency difference are executed by one frequency difference generating means, and one frequency difference generating means is used. A frequency difference is given to the two light beams by the frequency difference generating means. Therefore, there are advantages that the configuration of the entire apparatus can be simplified and downsized, and that the positional relationship of the optical members can be easily adjusted.

【0081】また、位置検出用の光として複数の波長の
光束を使用した場合には、白色光(多波長光)による光
ビート信号が得られるため、各波長の光ビート信号、即
ち複数の光ビート信号による平均化効果によって、各回
折格子マークの非対称性による悪影響や回折格子マーク
の段差構造により発生する検出光の光量低下を抑えるこ
とができる。しかも、白色光(多波長光)により被検物
上の回折格子マークを照射しているため、被検物上にレ
ジスト等の感光材が塗布されている場合でも、レジスト
等による薄膜干渉の影響を解消しながら、ヘテロダイン
干渉法による高精度な位置検出が達成できる。
When light fluxes of a plurality of wavelengths are used as the light for position detection, an optical beat signal of white light (multi-wavelength light) is obtained. Therefore, an optical beat signal of each wavelength, that is, a plurality of light rays is obtained. Due to the averaging effect by the beat signal, it is possible to suppress the adverse effect due to the asymmetry of each diffraction grating mark and the reduction in the light amount of the detection light generated by the step structure of the diffraction grating mark. Moreover, since the diffraction grating mark on the test object is illuminated by white light (multi-wavelength light), even if a photosensitive material such as a resist is coated on the test object, the influence of thin film interference by the resist etc. It is possible to achieve highly accurate position detection by the heterodyne interferometry while eliminating the above.

【0082】更に、白色光(多波長光)は、周波数差生
成手段に入射して回折された後、各光学系を光軸に対し
て対称かつ並列的に進行するため、分割光束間には光路
長差が原理的に発生しない。従って、分割光束間の波面
が揃っているため、高精度な位置合わせが可能となるば
かりか、調整容易でコンパクトな装置が実現できる。ま
た、2光束生成手段が、周波数差生成手段で生成された
所定の周波数差を有する各波長の2光束を集光するリレ
ー光学系と、このリレー光学系により集光された2光束
を回折及び変調させる進行波を利用して、そのリレー光
学系からの2光束に所定の第2の周波数差を与える第2
の周波数差生成手段とを有する場合には、2個の周波数
差生成手段で大きさが僅かに異なる逆符号の周波数差を
付与することにより、2光束の周波数差を信号処理が容
易な程度までビートダウンできる利点がある。
Further, since white light (multi-wavelength light) enters the frequency difference generating means and is diffracted, it travels through each optical system symmetrically and in parallel with respect to the optical axis. Optical path length difference does not occur in principle. Therefore, since the wavefronts between the divided light beams are aligned, not only highly accurate alignment is possible, but also an easy-adjustable and compact device can be realized. In addition, the two-light flux generating means diffracts and diffracts the two light fluxes condensed by the relay optical system and the relay optical system that condenses the two light fluxes of each wavelength having the predetermined frequency difference generated by the frequency difference generating means. A second wave that gives a predetermined second frequency difference to the two light beams from the relay optical system by using the traveling wave to be modulated.
When the frequency difference generating means is included, the frequency difference between the two light fluxes is reduced to a level at which signal processing is easy by applying frequency differences of opposite signs whose magnitudes are slightly different by the two frequency difference generating means. There is an advantage that you can beat down.

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

【図1】本発明による位置検出装置の第1実施例が適用
された投影露光装置を示す概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a projection exposure apparatus to which a first embodiment of a position detection device according to the present invention is applied.

【図2】(a)はレチクル上の回折格子マーク及び透過
窓を示す平面図、(b)はウエハ上の回折格子マークを
示す平面図である。
FIG. 2A is a plan view showing a diffraction grating mark on a reticle and a transmission window, and FIG. 2B is a plan view showing a diffraction grating mark on a wafer.

【図3】(a)はアライメント光学系内に設けられたレ
チクル側の回折格子マーク用の視野絞りを示す平面図、
(b)は同じくウエハ側の回折格子マーク用の視野絞り
を示す平面図である。
FIG. 3A is a plan view showing a field stop for a reticle-side diffraction grating mark provided in an alignment optical system;
(B) is a plan view showing a field stop for the diffraction grating mark on the wafer side.

【図4】第1実施例における音響光学変調素子17の動
作の説明に供する図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the acousto-optic modulator 17 in the first example.

【図5】音響光学変調素子によるラマン−ナス回折の原
理説明図である。
FIG. 5 is an explanatory view of the principle of Raman-Nass diffraction by an acousto-optic modulator.

【図6】本発明の第2実施例の投影露光装置を示す概略
構成図である。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a projection exposure apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【図7】第2実施例における2つの音響光学変調素子1
7,60の動作の説明に供する図である。
FIG. 7 shows two acousto-optic modulators 1 in the second embodiment.
It is a figure with which explanation of operation of 7 and 60 is offered.

【図8】第2実施例の音響光学変調素子によりノイズ光
が生成される様子を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing how noise light is generated by the acousto-optic modulator of the second embodiment.

【図9】複数の波長の光を供給する光源の他の例を示す
構成図である。
FIG. 9 is a configuration diagram showing another example of a light source that supplies light of a plurality of wavelengths.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

RM レチクル側の回折格子マーク WM ウエハ側の回折格子マーク 1 レチクル 3 投影対物レンズ 4 ウエハ 10 白色光源 11 可変絞り 12 コンデンサーレンズ 13 バンドパスフィルター 17,60 音響光学変調素子(AOM) 18a,18b リレー光学系 19,61 空間フィルター 38 対物レンズ RM Reticle side diffraction grating mark WM Wafer side diffraction grating mark 1 Reticle 3 Projection objective lens 4 Wafer 10 White light source 11 Variable aperture 12 Condenser lens 13 Bandpass filter 17,60 Acousto-optic modulator (AOM) 18a, 18b Relay optics System 19,61 Spatial filter 38 Objective lens

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 互いに周波数が異なる2光束を生成する
2光束生成手段と、該2光束生成手段からの2光束を集
光して被検物上に形成された回折格子に対して前記2光
束を所定の2方向から照射する対物光学系と、前記回折
格子から発生する回折光同士を前記対物光学系を介して
光電的に検出する検出器とを有し、前記被検物の位置を
検出する位置検出装置において、 前記2光束生成手段は、単一の波長又は複数の波長の光
束を供給する光源手段と、該光源手段から供給される光
束を回折及び変調させる進行波を利用して、前記光源手
段からの光束より所定の周波数差を有する2光束を生成
する周波数差生成手段とを有し、 前記光源手段から前記周波数差生成手段に対して供給さ
れる光束を前記進行波の波面に対して平行に入射させ、
前記進行波により生成されるそれぞれ異なる周波数を持
つ別の次数の2つの回折光を前記対物光学系へ導く構成
とした事を特徴とする位置検出装置。
1. A two-beam generation means for generating two light beams having different frequencies, and two light beams from a diffraction grating formed on a test object by converging the two light beams from the two-beam generation means. Has an objective optical system for irradiating light from two predetermined directions and a detector for photoelectrically detecting diffracted lights generated from the diffraction grating via the objective optical system, and detects the position of the object to be inspected. In the position detecting device, the two-beam generation means uses light source means for supplying a light flux having a single wavelength or a plurality of wavelengths, and a traveling wave for diffracting and modulating the light flux supplied from the light source means, Frequency difference generating means for generating two light fluxes having a predetermined frequency difference from the light flux from the light source means, and the light flux supplied from the light source means to the frequency difference generating means is converted into a wavefront of the traveling wave. Incident parallel to it,
A position detecting device having a structure in which two diffracted lights of different orders having different frequencies generated by the traveling wave are guided to the objective optical system.
【請求項2】 前記2光束生成手段は、前記周波数差生
成手段で生成された所定の周波数差を有する各波長の2
光束を集光するリレー光学系と、該リレー光学系により
集光された2光束を回折及び変調させる進行波を利用し
て、前記リレー光学系からの2光束に所定の第2の周波
数差を与える第2の周波数差生成手段とを有する事を特
徴とする請求項1記載の位置検出装置。
2. The two-beam generation means includes two wavelengths of each wavelength having a predetermined frequency difference generated by the frequency difference generation means.
A relay optical system that condenses the light flux and a traveling wave that diffracts and modulates the two light fluxes condensed by the relay optical system are used to generate a predetermined second frequency difference between the two light fluxes from the relay optical system. The position detecting device according to claim 1, further comprising: a second frequency difference generating means for giving the second frequency difference.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100541272B1 (en) * 1995-02-01 2006-05-22 가부시키가이샤 니콘 Method of detecting mark position on substrate, position detection device by the method and exposure apparatus using the position detection device
JP2004515750A (en) * 2000-08-10 2004-05-27 ケーエルエー−テンカー・コーポレーション Multiple beam inspection apparatus and method
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