JPH06288710A - 回折格子を用いた位置ずれ量測定方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高精度、高安定かつ容易に回折格子間の相対
的な位置ずれ量を検出することができ、しかも、Ｘ線マ
スクによる制約のない回折格子を用いた位置ずれ量測定
方法及びその装置を提供する。 【構成】 周波数の異なる２波長の単色光を、該単色光
を透過する窓２４を透過させた後に被測定物１２の同一
平面上に設けられた第１回折格子Ｈ₁及び第２回折格子
Ｈ₂各々に入射し、これらの回折格子から生じる２つの
回折光を光ヘテロダイン干渉させて２つの光ヘテロダイ
ン干渉合成回折光を発生させ、これらの合成回折光を基
に第１回折格子Ｈ₁及び第２回折格子Ｈ₂各々に対応する
第１及び第２光ヘテロダイン干渉ビート信号を発生さ
せ、これらのビート信号間の位相差から位相ずれ量を求
めることにより、第１の回折格子Ｈ₁に対する第２の回
折格子Ｈ₂の位置ずれ量を求める。

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、ＩＣ、ＬＳＩ
等の半導体を製造するための露光装置等において、形成
されたパタン間の重ね合せ精度を測定する際に好適に用
いられ、回折格子を測長基準尺とし、複数の回折格子に
より得られるそれぞれの回折光を光ヘテロダイン干渉さ
せて得られるビート信号の位相差により、回折格子間の
相対的な位置ずれ量を検出する回折格子を用いた位置ず
れ量の測定方法及びその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体
を製造するための露光装置等において、形成されたパタ
ン間の重ね合せ精度を測定する際に用いられる位置ずれ
量の測定方法としては、下記に述べる様々な方法が知ら
れている。第１の方法は、パターン線幅測定装置を用い
て被測定物に焼付けられた測定用のパターンの相互間の
位置ずれの大きさを測定することにより、相対的な位置
ずれ量を測定する方法である。また、第２の方法はバー
ニア方式といわれ、ピッチの異なる格子を被測定物たる
集積回路上に焼付けて丁度重なる格子の部分を読み取る
ことにより、相対的な位置ずれ量を測定する方法であ
る。また、第三の方法は抵抗測定法といわれ、被測定物
たる集積回路上に複数の細長い抵抗体と電極とを重ね合
せて形成し、これらの抵抗体の各値を比較することによ
り、相対的な位置ずれ量を測定する方法である。しかし
ながら、上述した第１の方法及び第２の方法では用いる
装置の精度により測定精度が決ってしまい、例えば、第
１の方法では高々０．０１μｍ程度、また、第２の方法
では０．０４μｍ程度の精度しか得られないという欠点
がある。また、第三の方法では高精度が得られる反面、
測定をするためにかなり複雑な測定装置を必要とし、演
算処理に長時間かかるという問題がある。

【０００３】そこで、これらの欠点や問題点を解決する
方法として、回折格子を被測定物たるウエハ上に焼付
け、前記回折格子の回折光の位相差によりパターンの位
置ずれ量を測定する方法が提案されている。図５は、上
記の方法を適用した回折格子を用いた位置ずれ量測定装
置（以下、位置ずれ測定装置と略称する）の一例を示す
構成図である（１９９２年（平成４年）春季第３９回応
用物理学関係連合講演会講演予稿集 ２９ｐ−ＮＢ−１
３参照）。この位置ずれ測定装置１は、２波長直交偏光
レーザ光源（２波長レーザ光源）２、コリメータレンズ
系３、偏光ビームスプリッター（分路器）４、１／２波
長板５、ミラー６，６，…、ｘｙステージ７、対物レン
ズ８、絞り９、光電変換素子列１０、信号処理制御部１
１から構成されている。そして、ｘｙステージ７上には
位置ずれ量を測定すべきウエハ１２が載置されている。

【０００４】ウエハ１２は、露光装置のマスク又はレチ
クル上に形成された２枚の露光パターンが表面に重ね焼
きされ、現像処理がなされたものである。このウエハ１
２の中央部には、図６に示す様に、２枚の露光パターン
が焼付けられる際に、これらの露光パターンの焼付け位
置を表す第１の回折格子Ｈ₁と第２の回折格子Ｈ₂からな
る回折格子Ｈが形成されている。

【０００５】第１の回折格子Ｈ₁は、第１回目の露光処
理時に露光パターンと一緒に焼付けられたもので、各格
子エレメントｈ，ｈ，…の配列方向がｘ軸方向と一致
し、かつ、各格子エレメントｈの長手方向がｙ軸方向と
一致するように、各格子エレメントｈ，ｈ，…がピッチ
（間隔）ｄで二列に配列されている。また、第２の回折
格子Ｈ₂は、前記第１の回折格子Ｈ₁と同様の方法により
第２回目の重ね合せ露光処理により焼付けられたもの
で、該第１の回折格子Ｈ₁に対しｙ方向に所定間隔を保
って形成され、この第２の回折格子Ｈ₂においても、各
格子エレメントｈ，ｈ，…の配列方向がｘ軸方向と一致
し、かつ、各格子エレメントｈの長手方向がｙ軸方向と
一致するように、各格子エレメントｈ，ｈ，…がピッチ
（間隔）ｄで二列に配列されている。

【０００６】また、該ウエハ１２の端部には、図６に示
す様に、第３の回折格子Ｈ₃と第４の回折格子Ｈ₄からな
る基準回折格子ＨＳが形成されている。この基準回折格
子ＨＳは測定上の基準となる基準回折格子群で、第３の
回折格子Ｈ₃と第４の回折格子Ｈ₄との配置は、第１の回
折格子Ｈ₁と第２の回折格子Ｈ₂との配置と全く同一であ
り、各格子エレメントｈ，ｈ，…の配列方向がｘ軸方向
と一致し、かつ、各格子エレメントｈの長手方向がｙ軸
方向と一致するように、各格子エレメントｈ，ｈ，…が
ピッチ（間隔）ｄで二列に配列されている。また、この
基準回折格子ＨＳは、第１回目の露光処理時に第１の回
折格子Ｈ₁及び 露光パターンと同時に焼付けるか、また
は第２回目の重ね合せ露光処理時に第２の回折格子Ｈ₂
及び露光パターンと同時に焼付けることにより形成され
る。

【０００７】次に、この位置ずれ測定装置１を用いてウ
エハ１２の位置ずれ量を測定する方法について説明す
る。２波長レーザ光源２から出射したレーザ光Ｌは、コ
リメータレンズ系３ａ，３ｂを通過した後、偏光ビーム
スプリッター４により、それぞれ水平成分（ｐ偏光成
分）、または垂直成分（ｓ偏光成分）のみを有する直線
偏光でしかも周波数がわずかに異なる２波長の光に分離
される。このうちｐ偏光成分からなる入射ビーム光Ｌｐ
は、１／２波長板５により偏光方向が回転され、ミラー
６，６を介してｘｙステージ７上に設置されたウエハ１
２の回折格子Ｈに該回折格子Ｈ面に垂直な法線方向（Ｚ
方向）に対し一次回折角の方向から入射する。一方、ｓ
偏光成分からなる入射ビーム光Ｌｓは、同様に、ミラー
６を介して回折格子Ｈ面に垂直な法線方向（Ｚ方向）に
対し前記入射ビーム光Ｌｐと対称の一次回折角の方向か
ら回折格子Ｈに入射する。

【０００８】ここでは、ｘｙステージ７を水平面上でｘ
軸方向及びｙ軸方向に移動させることにより、２波長レ
ーザ光源２を回折格子ＨＳに対して平行な状態を保ちつ
つ回折格子ＨＳを移動させるか、または、２波長レーザ
光源２から光電変換素子列１０までを構成する光学系全
体を回折格子ＨＳに対して平行な状態を保ちつつ該光学
系全体を移動させることにより、入射ビーム光Ｌｐ，Ｌ
ｓのビームスポット１３内に回折格子Ｈ及び基準回折格
子ＨＳをそれぞれ設定する。

【０００９】まず、第１の回折格子Ｈ₁と第２の回折格
子Ｈ₂を２波長の各入射ビーム光Ｌｐ，Ｌｓの同一ビー
ムスポット１３内に入るようにウエハ１２の位置を設定
する。第１の回折格子Ｈ₁と第２の回折格子Ｈ₂に入射ビ
ーム光Ｌｐ，Ｌｓが入射されると、第１の回折格子Ｈ₁
及び第２の回折格子Ｈ₂各々からそれぞれＺ方向に２つ
の２波長の一次回折光の合成回折光、すなわち第１の回
折格子Ｈ₁による入射ビーム光Ｌｐの−１次回折光と入
射ビーム光Ｌｓの−１次回折光との光ヘテロダイン干渉
合成回折光（合成光）ＬＤ₁と、第２の回折格子Ｈ₂によ
る入射ビーム光Ｌｐの−１次回折光と入射ビーム光Ｌｓ
の−１次回折光との光ヘテロダイン干渉合成回折光（合
成光）ＬＤ₂とが得られる。２つの合成光ＬＤ₁，ＬＤ₂
は、対物レンズ８、絞り９を通過し光電変換素子列１０
において検出され、光ヘテロダイン干渉ビート信号（ビ
ート信号）ＨＢ₁，ＨＢ₂として信号処理制御部１１に入
力される。

【００１０】次いで、基準回折格子ＨＳがビームスポッ
ト１３内に入るようにウエハ１２の位置を設定する。該
基準回折格子ＨＳにおいても、回折格子Ｈと同様に、第
３の回折格子Ｈ₃による入射ビーム光Ｌｐの−１次回折
光と入射ビーム光Ｌｓの−１次回折光との光ヘテロダイ
ン干渉合成回折光（合成光）と、第４の回折格子Ｈ₄に
よる入射ビーム光Ｌｐの−１次回折光と入射ビーム光Ｌ
ｓの−１次回折光との光ヘテロダイン干渉合成回折光
（合成光）とが得られる。

【００１１】信号処理制御部１１では、第１の回折格子
Ｈ₁及び第２の回折格子Ｈ₂各々から得られるビート信号
ＨＢ₁，ＨＢ₂について、ビート信号ＨＢ₁に対するビー
ト信号ＨＢ₂の位相差Δφ_xと、第３の回折格子Ｈ₃及び
第４の回折格子Ｈ₄各々から得られるビート信号ＨＢ₃，
ＨＢ₄について、ビート信号ＨＢ₃に対するビート信号Ｈ
Ｂ₄の位相差Δφ₀とから第１の回折格子Ｈ₁に対する第
２の回折格子Ｈ₂の位置ずれ量Δｘを次式より求める。 Δφ＝Δφ_x−Δφ₀ ＝２π・２・Δｘ／ｄ … …（１） ただし、Δφ₀は、光学系のビームスポット１３内の波
面歪と基準回折格子ＨＳとの位置関係により生ずるオフ
セット量、またはｘｙステージ７の移動方向と回折格子
ＨＳの格子エレメントｈの方向との回転ずれにより生ず
る位相差誤差である。この信号処理制御部１１では、位
置ずれ量Δｘの値を表示装置等を用いて表示することは
極めて容易である。

【００１２】ここで、ｘ軸方向について、第１の回折格
子Ｈ₁と第２の回折格子Ｈ₂との間に位置ずれがなけれ
ば、第１の回折格子Ｈ₁の各格子エレメントｈ，ｈ，…
と第２の回折格子Ｈ₂の各格子エレメントｈ，ｈ，…と
がｙ軸方向の同一直線上に並んでいるとみなされ、第１
及び第２の露光パターンに位置ずれがないと判定され
る。これに対し、第１の回折格子Ｈ₁と第２の回折格子
Ｈ₂との間に位置ずれΔｘがあれば、第１の回折格子Ｈ₁
の各格子エレメントｈ，ｈ，…と第２の回折格子Ｈ₂の
各格子エレメントｈ，ｈ，…とはΔｘだけｘ軸方向にず
れているとみなされ、第１及び第２の露光パターンに位
置ずれΔｘがあると判定される。

【００１３】この位置ずれ測定方法によれば、検出光学
系の微小揺らぎ、光路系の空気の温度、気圧等の変動の
影響がなく、第１の回折格子Ｈ₁に対する第２の回折格
子Ｈ₂の位置ずれ量Δｘを高精度で高安定かつ容易に測
定することができる。また、この位置ずれ測定装置１に
よれば、検出光学系の微小揺らぎ、光路系の空気の温
度、気圧等の変動の影響を除去することができ、第１の
回折格子Ｈ₁に対 する第２の回折格子Ｈ₂の位置ずれ量
Δｘの高精度で高安定かつ容易な測定が可 能になる。
しかも、基準回折格子ＨＳを測定上の基準としたので、
ビームスポット１３内の波面歪を高精度化することがで
き、ｘｙステージ７の移動方向に対し回転ずれなく回折
格子を設定することができる。

【００１４】図７は、前記位置ずれ測定装置１に用いら
れる二次元回折格子ＪＶの斜視図である。この二次元回
折格子ＪＶは、位置ずれ検出光学系としてｘ方向、ｙ方
向の２チャンネルの光学系により、ｘ方向、ｙ方向の位
置ずれ量Δｘ，Δｙを測定するもので、複数の矩形状の
格子エレメントｊ，ｊ，…が縦横に配列された第１の二
次元回折格子Ｊ₁、第２の二次元回折格子Ｊ₂，Ｊ₃、基
準二次元回折格子Ｊ₄から構成されている。基準二次元
回折格子Ｊ₄は、第２の二次元回折格子Ｊ₂，Ｊ₃に対し
て位置ずれのない基準回折格子群を形成しており、これ
らの第２の二次元回折格子Ｊ₂，Ｊ₃及び基準二次元回折
格子Ｊ₄は、同一の露光時に形成される。

【００１５】前記基準二次元回折格子Ｊ₄と第２の二次
元回折格子Ｊ₃とにより、ｘ方向のオフセット量Δφ_0x
を測定することができ、このオフセット量Δφ_0xと、第
２の二次元回折格子Ｊ₂と第１の二次元回折格子Ｊ₁との
位相差検出値Δφ_xから、式（２）によりｘ方向の位置
ずれ量Δｘを求めることができる。 Δφ_x−Δφ_0x＝２π・２・Δｘ／ｄ … …（２） また、基準二次元回折格子Ｊ₄と第２の二次元回折格子
Ｊ₂とにより、ｙ方向のオフセット量Δφ_0yを測定する
ことができ、このオフセット量Δφ_0yと、第２の二次元
回折格子Ｊ₃と第１の二次元回折格子Ｊ₁との位相差検出
値Δφ_yから、式（３）によりｙ方向の位置ずれ量Δｙ
を求めることができる。 Δφ_y−Δφ_0y＝２π・２・Δｙ／ｄ … …（３） この二次元回折格子ＪＶを用いることにより、位置ずれ
量Δｘ、Δｙを求めることができ、したがって、２方向
の位置ずれ量を測定することができる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の位置
ずれ測定装置１を用いた位置ずれ測定方法では、一方向
の位置ずれ量を検出するために少なくとも４つの回折格
子がウエハ上に必要であり、位置ずれ検出用のマーク領
域が大きくなるという欠点がある。また、この装置１
を、例えば、Ｘ線露光装置に組み込み、位置ずれ量検出
装置として適用した場合に、Ｘ線マスクとウエハとが数
１０μｍに近接して設定されているのでＸ線マスクが入
射ビームを妨げるという問題点がある。位置ずれ量検出
の場合、Ｘ線マスクを取り外さなければならないという
制約があり、露光及び位置ずれ量検出の効率が悪くなる
という欠点がある。

【００１７】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
のであって、上記の問題点や欠点を解決するとともに、
従来よりも高精度、高安定かつ容易に回折格子間の相対
的な位置ずれ量を検出することができ、しかも、Ｘ線マ
スクによる制約のない回折格子を用いた位置ずれ量測定
方法及びその装置を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は次の様な回折格子を用いた位置ずれ量測定
方法及びその装置を採用した。すなわち、請求項１記載
の回折格子を用いた位置ずれ量測定方法は、周波数の異
なる２波長からなる単色光を、該単色光を透過する窓を
透過させた後に、被測定物の同一平面上に設けられた第
１の回折格子及び第２の回折格子各々に入射し、これら
の回折格子から生じる２つの回折光を光ヘテロダイン干
渉させて２つの光ヘテロダイン干渉合成回折光を発生さ
せ、これらの光ヘテロダイン干渉合成回折光を基に前記
第１の回折格子及び第２の回折格子各々に対応する光ヘ
テロダイン干渉ビート信号を発生させ、この第１の光ヘ
テロダイン干渉ビート信号と第２の光ヘテロダイン干渉
ビート信号との間の位相差を求め、該位相差から位相ず
れ量を求めることにより、前記第１の回折格子に対する
第２の回折格子の位置ずれ量を求めることを特徴として
いる。

【００１９】また、請求項２記載の回折格子を用いた位
置ずれ量測定方法は、請求項１記載の回折格子を用いた
位置ずれ量測定方法において、前記窓及び被測定物各々
と異なる位置にある同一平面上に、第３の回折格子及び
第４の回折格子からなる基準回折格子群を設け、この基
準回折格子群に周波数の異なる２波長からなる単色光を
入射し、この基準回折格子群から生じる２つの回折光を
光ヘテロダイン干渉させて２つの光ヘテロダイン干渉合
成回折光を発生させ、これらの光ヘテロダイン干渉合成
回折光を基に前記第３の回折格子及び第４の回折格子各
々に対応する光ヘテロダイン干渉ビート信号を発生さ
せ、この第３の光ヘテロダイン干渉ビート信号と第４の
光ヘテロダイン干渉ビート信号との間の位相差の変化量
を求めて基準値とし、前記位相ずれ量から該基準値を差
し引くことにより、前記第１の回折格子に対する前記第
２の回折格子の位置ずれ量を求めることを特徴としてい
る。

【００２０】また、請求項３記載の回折格子を用いた位
置ずれ量測定方法は、請求項２記載の回折格子を用いた
位置ずれ量測定方法において、前記単色光を、該単色光
を透過する窓を透過させた後に前記基準回折格子群に入
射させることを特徴としている。

【００２１】また、請求項４記載の回折格子を用いた位
置ずれ量測定方法は、請求項１記載の回折格子を用いた
位置ずれ量測定方法において、前記窓の周囲の当該窓と
同一平面上に第３の回折格子及び第４の回折格子からな
る基準回折格子群を設け、この基準回折格子群に周波数
の異なる２波長からなる単色光を入射し、この基準回折
格子群から生じる２つの回折光を光ヘテロダイン干渉さ
せて２つの光ヘテロダイン干渉合成回折光を発生させ、
これらの光ヘテロダイン干渉合成回折光を基に前記第３
の回折格子及び第４の回折格子各々に対応する光ヘテロ
ダイン干渉ビート信号を発生させ、この第３の光ヘテロ
ダイン干渉ビート信号と第４の光ヘテロダイン干渉ビー
ト信号との間の位相差の変化量から基準値を求め、前記
位相ずれ量から該基準値を差し引くことにより、前記第
１の回折格子に対する前記第２の回折格子の位置ずれ量
を求めることを特徴としている。

【００２２】また、請求項５記載の回折格子を用いた位
置ずれ量測定方法は、請求項１記載の回折格子を用いた
位置ずれ量測定方法において、前記被測定物の同一平面
上に前記第３の回折格子及び第４の回折格子からなる前
記基準回折格子群を設け、周波数の異なる２波長からな
る単色光を、前記窓を透過させた後に前記基準回折格子
群に入射し、この基準回折格子群から生じる２つの回折
光を光ヘテロダイン干渉させて２つの光ヘテロダイン干
渉合成回折光を発生させ、これらの光ヘテロダイン干渉
合成回折光を基に前記第３の回折格子及び第４の回折格
子各々に対応する光ヘテロダイン干渉ビート信号を発生
させ、この第３の光ヘテロダイン干渉ビート信号と第４
の光ヘテロダイン干渉ビート信号との間の位相差の変化
量から基準値を求め、前記位相ずれ量から該基準値を差
し引くことにより、前記第１の回折格子に対する前記第
２の回折格子の位置ずれ量を求めることを特徴としてい
る。

【００２３】また、請求項６記載の回折格子を用いた位
置ずれ量測定方法は、請求項１，２，３，４または５の
いずれか１項記載の回折格子を用いた位置ずれ量測定方
法において、前記回折格子は、２次元の回折格子からな
ることを特徴としている。

【００２４】また、請求項７記載の回折格子を用いた位
置ずれ量測定装置は、周波数の異なる２波長からなる単
色光を発生する光源と、当該光源から発せられた単色光
を透過させる窓が形成された第１の部材と、前記光源か
ら発せられた単色光を、前記窓を透過させ被測定物の同
一平面上に設けられた第１の回折格子及び第２の回折格
子各々に入射させる光入射手段と、前記第１の回折格子
及び第２の回折格子各々から生じる２つの回折光を光ヘ
テロダイン干渉させてなる２つの光ヘテロダイン干渉合
成回折光を検出し、前記第１の回折格子及び第２の回折
格子各々に対応する光ヘテロダイン干渉ビート信号を発
生させる光検出手段と、前記第１の光ヘテロダイン干渉
ビート信号と第２の光ヘテロダイン干渉ビート信号との
間の位相差を求め、前記第１の回折格子に対する第２の
回折格子の位置ずれ量を求める演算処理手段とを具備し
てなることを特徴としている。

【００２５】また、請求項８記載の回折格子を用いた位
置ずれ量測定装置は、周波数の異なる２波長からなる単
色光を発生する光源と、前記第１の部材の窓の周囲の当
該窓と同一平面上に設けられた第３の回折格子及び第４
の回折格子と、前記光源から発せられた単色光を、前記
第１及び第２の回折格子、または第３及び第４の回折格
子各々に入射させる光入射手段と、前記第１の回折格子
及び第２の回折格子各々から、または前記第３の回折格
子及び第４の回折格子各々から生じる２つの回折光を光
ヘテロダイン干渉させてなる２つの光ヘテロダイン干渉
合成回折光を検出し、前記第１の回折格子及び第２の回
折格子各々、または前記第３の回折格子及び第４の回折
格子各々に対応する光ヘテロダイン干渉ビート信号を発
生させる光検出手段と、前記光入射手段及び光検出手段
に設けられ、前記被測定物及び第１の部材各々を所定の
位置に保持し、前記第１及び第２の回折格子の面、また
は第３及び第４の回折格子の面を平行な状態に保ちつつ
前記被測定物及び第１の部材各々を移動させる移動手段
と、前記第１の光ヘテロダイン干渉ビート信号と第２の
光ヘテロダイン干渉ビート信号との間の位相差から、前
記第３の光ヘテロダイン干渉ビート信号と第４の光ヘテ
ロダイン干渉ビート信号との間の位相差を差し引き、前
記第１の回折格子に対する第２の回折格子の位置ずれ量
を求める演算処理手段とを具備してなることを特徴とし
ている。

【００２６】また、請求項９記載の回折格子を用いた位
置ずれ量測定装置は、請求項７記載の回折格子を用いた
位置ずれ量測定装置において、前記第１の部材の窓の周
囲の当該窓と同一平面上に第３の回折格子及び第４の回
折格子を設け、前記光入射手段と光検出手段に、前記光
源を前記第１及び第２の回折格子に対して平行な状態を
保ちつつ前記光源から出射される単色光を前記第３及び
第４の回折格子各々に入射させる移動機構を設け、前記
演算処理手段は、前記第１の光ヘテロダイン干渉ビート
信号と第２の光ヘテロダイン干渉ビート信号との間の位
相差の変化量から、第３の光ヘテロダイン干渉ビート信
号と第４の光ヘテロダイン干渉ビート信号との間の位相
差の変化量を差し引き、この変化量の差から前記第１の
回折格子に対する前記第２の回折格子の位置ずれ量を求
める手段を具備してなることを特徴としている。

【００２７】また、請求項１０記載の回折格子を用いた
位置ずれ量測定装置は、請求項７記載の回折格子を用い
た位置ずれ量測定装置において、前記被測定物の同一平
面上に前記第３の回折格子及び第４の回折格子を設け、
前記被測定物を所定の位置に保持する保持手段に、前記
光源を前記第１及び第２の回折格子各々に対して平行状
態を保ちつつ該光源から発生する単色光を前記第３及び
第４の回折格子各々に入射させる被測定物移動手段を備
えてなることを特徴としている。

【００２８】

【作用】本発明の請求項１記載の回折格子を用いた位置
ずれ量測定方法では、周波数の異なる２波長からなる単
色光を、該単色光を透過する窓を透過させた後に、被測
定物の同一平面上に設けられた第１の回折格子及び第２
の回折格子各々に入射し、これらの回折格子から生じる
２つの回折光を光ヘテロダイン干渉させて２つの光ヘテ
ロダイン干渉合成回折光を発生させ、これらの干渉光を
基に第１の光ヘテロダイン干渉ビート信号と第２の光ヘ
テロダイン干渉ビート信号とを発生させ、これらのビー
ト信号間の位相差の変化量を求め、前記第１の回折格子
に対する第２の回折格子の位置ずれ量を求める。これに
より、窓を取り付けた状態で効率良く容易に、回折格子
間の相対的な位置ずれ量の測定を可能にする。

【００２９】また、請求項２記載の回折格子を用いた位
置ずれ量測定方法では、前記窓及び被測定物各々と異な
る位置にある同一平面上に、第３の回折格子及び第４の
回折格子を設け、これらの回折格子に周波数の異なる２
波長からなる単色光を入射し、これらの回折格子から生
じる２つの回折光を光ヘテロダイン干渉させて２つの光
ヘテロダイン干渉合成回折光を発生させ、これらの光ヘ
テロダイン干渉合成回折光を基に前記第３の回折格子及
び第４の回折格子各々に対応する光ヘテロダイン干渉ビ
ート信号を発生させ、この第３の光ヘテロダイン干渉ビ
ート信号と第４の光ヘテロダイン干渉ビート信号との間
の位相差の変化量を求めて基準値とし、前記位相ずれ量
から該基準値を差し引く。これにより、被測定物の面上
の位置ずれ検出用のマーク領域を小さくし、検出光学系
の微小揺らぎ、光路系の空気の温度、気圧等の変動の影
響がなく、高精度、高安定かつ容易に回折格子間の相対
的な位置ずれ量の測定を可能にする。

【００３０】また、請求項３記載の回折格子を用いた位
置ずれ量測定方法では、前記単色光を、該単色光を透過
する窓を透過させた後に前記基準回折格子群に入射させ
る。これにより、窓を取り付けた状態で効率良く容易
に、回折格子間の相対的な位置ずれ量の測定を可能にす
る。

【００３１】また、請求項４記載の回折格子を用いた位
置ずれ量測定方法では、前記窓の周囲の当該窓と同一平
面上に第３の回折格子及び第４の回折格子からなる基準
回折格子群を設け、前記単色光を前記窓を透過させてこ
れらの回折格子に入射させ、これらの回折格子から２つ
の光ヘテロダイン干渉合成回折光を発生させ、この第３
の光ヘテロダイン干渉ビート信号と第４の光ヘテロダイ
ン干渉ビート信号との間の位相差の変化量を求めて基準
値とし、前記位相ずれ量から該基準値を差し引く。これ
により、被測定物の面上の位置ずれ検出用のマーク領域
を小さくし、窓を取り付けた状態で効率良く容易に、回
折格子間の相対的な位置ずれ量の測定を可能にする。

【００３２】また、請求項５記載の回折格子を用いた位
置ずれ量測定方法では、前記被測定物の同一平面上に前
記第３の回折格子及び第４の回折格子からなる前記基準
回折格子群を設け、周波数の異なる２波長からなる単色
光を、前記窓を透過させた後に前記基準回折格子群に入
射し、第３の光ヘテロダイン干渉ビート信号と第４の光
ヘテロダイン干渉ビート信号との間の位相差の変化量を
求めて基準値とし、前記位相ずれ量から該基準値を差し
引く。これにより、窓を取り付けた状態で効率良く容易
に、回折格子間の相対的な位置ずれ量の測定を可能にす
る。

【００３３】また、請求項６記載の回折格子を用いた位
置ずれ量測定方法では、前記回折格子を２次元の回折格
子とすることにより、マーク領域を小さくし、２方向の
位置ずれ量の測定を可能にする。

【００３４】また、請求項７記載の回折格子を用いた位
置ずれ量測定装置では、光源が周波数の異なる２波長か
らなる単色光を発生し、光入射手段が該単色光を、前記
第１の部材の窓を透過させ被測定物の同一平面上に設け
られた第１の回折格子及び第２の回折格子各々に入射さ
せる。また、光検出手段が、前記第１の回折格子及び第
２の回折格子各々から生じる２つの回折光を光ヘテロダ
イン干渉させてなる２つの光ヘテロダイン干渉合成回折
光を検出し、前記第１の回折格子及び第２の回折格子各
々に対応する光ヘテロダイン干渉ビート信号を発生させ
る。また、演算処理手段が前記ビート信号間の位相差を
求め、前記第１の回折格子に対する第２の回折格子の位
置ずれ量を求める。これにより、窓が形成された第１の
部材を取り付けた状態で効率良く容易に、回折格子間の
相対的な位置ずれ量を測定することが可能になる。

【００３５】また、請求項８記載の回折格子を用いた位
置ずれ量測定装置では、第１の回折格子及び第２の回折
格子は被測定物の同一平面上に、また、第３の回折格子
及び第４の回折格子は前記第１の部材の窓の周囲の当該
窓と同一平面上にそれぞれ設けられている。この装置で
は、光源が周波数の異なる２波長からなる単色光を発生
し、光入射手段が該単色光を、前記第１及び第２の回折
格子、または第３及び第４の回折格子各々に入射させ
る。また、光検出手段が、前記第１の回折格子及び第２
の回折格子各々から、または前記第３の回折格子及び第
４の回折格子各々から生じる２つの回折光を光ヘテロダ
イン干渉させてなる２つの光ヘテロダイン干渉合成回折
光を検出し、前記第１の回折格子及び第２の回折格子各
々、または前記第３の回折格子及び第４の回折格子各々
に対応する光ヘテロダイン干渉ビート信号を発生させ
る。また、前記光入射手段及び光検出手段に設けられた
移動手段が、前記被測定物及び第１の部材各々を所定の
位置に保持し、前記第１及び第２の回折格子の面、また
は第３及び第４の回折格子の面を平行な状態に保ちつつ
前記被測定物及び第１の部材各々を移動させる。また、
演算処理手段が、前記第１の光ヘテロダイン干渉ビート
信号と第２の光ヘテロダイン干渉ビート信号との間の位
相差から、前記第３の光ヘテロダイン干渉ビート信号と
第４の光ヘテロダイン干渉ビート信号との間の位相差を
差し引き、前記第１の回折格子に対する第２の回折格子
の位置ずれ量を求める。これにより、被測定物の面上の
位置ずれ検出用のマーク領域を小さくし、位置ずれ量を
測定することが可能になる。

【００３６】また、請求項９記載の回折格子を用いた位
置ずれ量測定装置では、第３の回折格子及び第４の回折
格子を前記第１の部材の窓の周囲の当該窓と同一平面上
に設ける。また、前記光入射手段と光検出手段に設けら
れた移動機構は、前記光源を前記第１及び第２の回折格
子に対して平行な状態を保ちつつ前記光源から出射され
る単色光を前記第３及び第４の回折格子各々に入射させ
る。また、前記演算処理手段は、前記第１の光ヘテロダ
イン干渉ビート信号と第２の光ヘテロダイン干渉ビート
信号との間の位相差の変化量から、第３の光ヘテロダイ
ン干渉ビート信号と第４の光ヘテロダイン干渉ビート信
号との間の位相差の変化量を差し引き、この変化量の差
から前記第１の回折格子に対する前記第２の回折格子の
位置ずれ量を求める。これにより、窓が形成された第１
の部材を取り付けた状態で効率良く容易に、回折格子間
の相対的な位置ずれ量を測定することが可能になる。ま
た、被測定物の面上の位置ずれ検出用のマーク領域を小
さくする。

【００３７】また、請求項１０記載の回折格子を用いた
位置ずれ量測定装置では、第３の回折格子及び第４の回
折格子を前記被測定物の同一平面上に設ける。また、保
持手段に、前記光源を前記第１及び第２の回折格子各々
に対して平行状態を保ちつつ該光源から発生する単色光
を前記第３及び第４の回折格子各々に入射させる被測定
物移動手段を備える。また、演算処理手段は、前記第１
の光ヘテロダイン干渉ビート信号と第２の光ヘテロダイ
ン干渉ビート信号との間の位相差から、前記第３の光ヘ
テロダイン干渉ビート信号と第４の光ヘテロダイン干渉
ビート信号との間の位相差を差し引き、前記第１の回折
格子に対する第２の回折格子の位置ずれ量を求める。こ
れにより、窓が形成された第１の部材を取り付けた状態
で効率良く容易に、回折格子間の相対的な位置ずれ量を
測定することが可能になる。

【００３８】

【実施例】以下、本発明の回折格子を用いた位置ずれ量
測定方法及びその装置の各実施例について説明する。 （実施例１）図１は、本発明の実施例１である回折格子
を用いた位置ずれ量測定装置（位置ずれ測定装置）２１
を示す概略構成図である。この位置ずれ測定装置２１
は、従来の位置ずれ測定装置１のウエハ１２の上方に、
図示しないＸ線露光装置に固定されているＸ線露光用マ
スク（第１の部材）２２を前記ウエハ１２から所定の距
離を保った状態で保持したものであり、従来の位置ずれ
測定装置１と同一の構成要素については同一の符号を付
し、説明を省略する。このＸ線露光用マスク２２は、方
形板状のマスク本体２３に矩形状の窓２４が形成されて
いる。

【００３９】次に、この位置ずれ測定装置２１を用いて
ウエハ１２の位置ずれ量を測定する方法について説明す
る。２波長レーザ光源２から出射したレーザ光Ｌは、コ
リメータレンズ系３ａ，３ｂを通過した後、偏光ビーム
スプリッター４により、それぞれ水平成分（ｐ偏光成
分）、または垂直成分（ｓ偏光成分）のみを有する直線
偏光でしかも周波数がわずかに異なる２波長の光に分離
される。このうちｐ偏光成分からなる入射ビーム光Ｌｐ
は、１／２波長板５により偏光方向が回転され、ミラー
６，６により反射された後、Ｘ線露光用マスク２２の窓
２４を透過しｘｙステージ７上に設置されたウエハ１２
の回折格子Ｈに該回折格子Ｈ面に垂直な法線方向（Ｚ方
向）に対し一次回折角の方向から入射する。一方、ｓ偏
光成分からなる入射ビーム光Ｌｓは、同様に、ミラー６
により反射された後、Ｘ線露光用マスク２２の窓２４を
透過し回折格子Ｈ面に垂直な法線方向（Ｚ方向）に対し
前記入射ビーム光Ｌｐと対称の一次回折角の方向から回
折格子Ｈに入射する。

【００４０】ここでは、ｘｙステージ７を水平面上でｘ
軸方向及びｙ軸方向に移動させることにより、２波長レ
ーザ光源２を回折格子Ｈに対して平行な状態を保ちつつ
回折格子Ｈを移動させるか、または、２波長レーザ光源
２から光電変換素子列１０までを構成する光学系全体を
回折格子Ｈに対して平行な状態を保ちつつ該光学系全体
を移動させることにより、第１の回折格子Ｈ₁と第２の
回折格子Ｈ₂を２波長の各入射ビーム光Ｌｐ，Ｌｓの同
一ビームスポット１３内に入るようにウエハ１２の位置
を設定する。

【００４１】第１の回折格子Ｈ₁と第２の回折格子Ｈ₂に
入射ビーム光Ｌｐ，Ｌｓが入射されると、第１の回折格
子Ｈ₁及び第２の回折格子Ｈ₂各々からそれぞれＺ方向に
２つの２波長の一次回折光の合成回折光、すなわち第１
の回折格子Ｈ₁による入射ビーム光Ｌｐの−１次回折光
と入射ビーム光Ｌｓの−１次回折光との光ヘテロダイン
干渉合成回折光（合成光）ＬＤ₁と、第２の回折格子Ｈ₂
による入射ビーム光Ｌｐの−１次回折光と入射ビーム光
Ｌｓの−１次回折光との光ヘテロダイン干渉合成回折光
（合成光）ＬＤ₂とが得られる。２つの合成光ＬＤ₁，Ｌ
Ｄ₂は、Ｘ線露光用マスク２２の窓２４を透過した後
に、対物レンズ８、絞り９を通過し光電変換素子列１０
において検出され、光ヘテロダイン干渉ビート信号（ビ
ート信号）ＨＢ₁，ＨＢ₂として信号処理制御部１１に入
力される。

【００４２】信号処理制御部１１では、第１の回折格子
Ｈ₁及び第２の回折格子Ｈ₂各々から得られるビート信号
ＨＢ₁，ＨＢ₂について、ビート信号ＨＢ₁に対するビー
ト信号ＨＢ₂の位相差Δφから第１の回折格子Ｈ₁に対す
る第２の回折格子Ｈ₂の位置ずれ量Δｘを次式より求め
る。 Δφ＝２π・２・Δｘ／ｄ … …（４） この信号処理制御部１１では、上記（４）式より位置ず
れ量Δｘを求め、この値を表示装置等を用いて表示する
ことは極めて容易である。

【００４３】この位置ずれ測定方法によれば、検出光学
系の微小揺らぎ、光路系の空気の温度、気圧等の変動の
影響がなく、第１の回折格子Ｈ₁に対する第２の回折格
子Ｈ₂の位置ずれ量Δｘを高精度で高安定かつ容易に測
定することができる。また、この位置ずれ測定装置１に
よれば、検出光学系の微小揺らぎ、光路系の空気の温
度、気圧等の変動の影響を除去することができ、第１の
回折格子Ｈ₁に対する第２の回折格子Ｈ₂の位置ずれ量Δ
ｘの高精度で高安定かつ容易な測定が可能になる。

【００４４】なお、上記の実施例１においては、２波長
の単色光光源として２波長直交偏光レーザー光源２を用
いたが、２波長の単色光としてブラッグセルなどの音響
光学素子を用いて生成した光を用いても同様の効果を得
ることができる。この場合、音響光学素子と半導体レー
ザーとを組合わせることにより、２波長単色光光源のコ
ンパクト化が可能である。さらに、２波長レーザー光の
入射光学系に偏波面保存光ファイバー等の光ファイバー
を用いて、位置ずれ検出光学系本体と２波長単色光光源
とを分離させ、両者を光ファイバーで結合させる等の技
術を適用させることにより、位置検出光学系をさらにコ
ンパクト化させることが可能である。

【００４５】また、回折格子への入射光の方向、及び回
折格子からの回折光の方向が回折格子面に垂直なｙｚ平
面に含まれる例について説明したが、回折格子への入射
光の方向、及び回折格子からの回折光の方向として、回
折格子面に垂直なｙｚ平面に含まれない斜め入射、及び
斜め出射の２波長の回折光を光学的に合成して光ヘテロ
ダイン干渉ビート信号を検出するようにしても同様の効
果を得ることができる。さらに、光ヘテロダイン干渉合
成回折光として１次回折光を用いた例について説明した
が、一般にｎ次の回折光を用いても同様の効果が得られ
る。

【００４６】また、上記実施例１における回折格子とし
ては、吸収型回折格子、位相型回折格子のいずれを用い
てもよく、またバイナリー回折格子に限らず正弦波状回
折格子、フレーズ回折格子等、種々の回折格子を用いて
も同様の効果が得られる。さらに、上記実施例１におい
ては、回折格子として複数の格子エレメントｈ，ｈ，…
がｘ軸の方向に互いに平行に配列されたものを用いてい
るが、ｙ軸の方向にも同様の回折格子を形成し、ｘ、ｙ
の２方向の位置ずれ量Δｘ、Δｙを検出できるように光
学系をｘ、ｙの２方向に設定しても同様の効果が得られ
る。さらに、格子エレメントがｘ軸、ｙ軸の両方向に形
成された２次元回折格子を用いることにより、ｘ、ｙの
２方向の位置ずれ量Δｘ、Δｙを共通の回折格子で検出
することもできる。

【００４７】（実施例２）図２は、本発明の実施例２で
ある位置ずれ測定装置３１を示す概略構成図である。こ
の位置ずれ測定装置３１は、上記実施例１の位置ずれ測
定装置２１のＸ線露光用マスク２２に第３及び第４の回
折格子からなる基準回折格子群を設けたものであり、上
記実施例１の位置ずれ測定装置２１と同一の構成要素に
ついては同一の符号を付し、説明を省略する。

【００４８】このＸ線露光用マスク２２の窓２４の周囲
の同一平面上には、図３に示すような第３の回折格子Ｈ
₃及び第４の回折格子Ｈ₄からなる基準回折格子ＨＴが設
けられている。第３の回折格子Ｈ₃は、各格子エレメン
トｈ，ｈ，…の配列方向がｘ軸方向と一致し、かつ、各
格子エレメントｈの長手方向がｙ軸方向と一致するよう
に、各格子エレメントｈ，ｈ，…がピッチ（間隔）ｄで
二列に配列されている。また、第４の回折格子Ｈ₄は、
前記第３の回折格子Ｈ₃に対しｙ方向に所定間隔を保っ
て形成され、この第４の回折格子Ｈ₄においても、各格
子エレメントｈ，ｈ，…の配列方向がｘ軸方向と一致
し、かつ、各格子エレメントｈの長手方向がｙ軸方向と
一致するように、各格子エレメントｈ，ｈ，…がピッチ
（間隔）ｄで二列に配列されている。

【００４９】この位置ずれ測定装置３１を用いてウエハ
１２の位置ずれ量を測定する場合、入射ビーム光Ｌｐ，
Ｌｓのビームスポット１３内に回折格子Ｈを設定する方
法は上記実施例１と同様である。基準回折格子ＨＴに対
しては、Ｘ線露光用マスク２２を固定、保持しているマ
スクステージ（図２では省略してある）を水平面上でｘ
軸方向及びｙ軸方向に移動させることにより、または、
２波長レーザ光源２から光電変換素子列１０までを構成
する光学系全体を基準回折格子ＨＴに対して平行な状態
を保ちつつ該光学系全体を移動させることにより、入射
ビーム光Ｌｐ，Ｌｓのビームスポット１３内に基準回折
格子ＨＴを設定する。

【００５０】上記実施例１と同様に、光電変換素子列１
０において検出された２つの合成光ＬＤ₁，ＬＤ₂は、ビ
ート信号ＨＢ₁，ＨＢ₂として信号処理制御部１１に入力
される。次いで、基準回折格子ＨＴがビームスポット１
３内に入るようにＸ線露光用マスク２２の位置を設定す
る。該基準回折格子ＨＴにおいても、回折格子Ｈと同様
に、第３の回折格子Ｈ₃による入射ビーム光Ｌｐの−１
次回折光と入射ビーム光Ｌｓの−１次回折光との光ヘテ
ロダイン干渉合成回折光（合成光）と、第４の回折格子
Ｈ₄による入射ビーム光Ｌｐの−１次回折光と入射ビー
ム光Ｌｓの−１次回折光との光ヘテロダイン干渉合成回
折光（合成光）とが得られる。

【００５１】信号処理制御部１１では、第１の回折格子
Ｈ₁及び第２の回折格子Ｈ₂各々から得られるビート信号
ＨＢ₁，ＨＢ₂について、ビート信号ＨＢ₁に対するビー
ト信号ＨＢ₂の位相差Δφ_xと、第３の回折格子Ｈ₃及び
第４の回折格子Ｈ₄各々から得られるビート信号ＨＢ₃，
ＨＢ₄について、ビート信号ＨＢ₃に対するビート信号Ｈ
Ｂ₄の位相差Δφ₀とから第１の回折格子Ｈ₁に対する第
２の回折格子Ｈ₂の位置ずれ量Δｘを次式より求める。 Δφ＝Δφ_x−Δφ₀ ＝２π・２・Δｘ／ｄ … …（５） ただし、Δφ₀は、光学系のビームスポット１３内の波
面歪と回折格子群との位置関係により生ずるオフセット
量、またはｘｙステージ７の移動方向と回折格子の格子
エレメントｈの方向との回転ずれにより生ずる位相差誤
差である。

【００５２】この位置ずれ測定方法においても、上記実
施例１と同様に、第１の回折格子Ｈ₁に対する第２の回
折格子Ｈ₂の位置ずれ量Δｘを高精度で高安定かつ容易
に測定することができる。また、この位置ずれ測定装置
３１においても、上記実施例１と同様に、第１の回折格
子Ｈ₁に対する第２の回折格子Ｈ₂の位置ずれ量Δｘの高
精度で高安定かつ容易な測定が可能になる。しかも、基
準回折格子ＨＴを測定上の基準としたので、ビームスポ
ット１３内の波面歪を高精度化することができる。

【００５３】（実施例３）図４は、本発明の実施例３で
ある位置ずれ測定装置４１を示す概略構成図である。こ
の位置ずれ測定装置４１は、上記実施例１の位置ずれ測
定装置２１のｘｙステージ７上かつウエハ１２の外方
に、基板上に上記実施例２の基準回折格子ＨＴが形成さ
れた基準基板４２を設置したものである。この位置ずれ
測定装置４１では、基準回折格子ＨＴに対し、ｘｙステ
ージ７を水平面上でｘ軸方向及びｙ軸方向に移動させる
ことにより、または、２波長レーザ光源２から光電変換
素子列１０までを構成する光学系全体を基準回折格子Ｈ
Ｔに対して平行な状態を保ちつつ該光学系全体を移動さ
せることにより、入射ビーム光Ｌｐ，Ｌｓのビームスポ
ット１３内に基準回折格子ＨＴを設定する。また、信号
処理制御部１１では、上記実施例２と同様に、第１の回
折格子Ｈ₁に対する第２の回折格子Ｈ₂の位置ずれ量Δｘ
を（５）式より求める。

【００５４】この位置ずれ測定方法においても、上記実
施例２と同様に、第１の回折格子Ｈ₁に対する第２の回
折格子Ｈ₂の位置ずれ量Δｘを高精度で高安定かつ容易
に測定することができる。また、この位置ずれ測定装置
４１においても、上記実施例２と同様に、第１の回折格
子Ｈ₁に対する第２の回折格子Ｈ₂の位置ずれ量Δｘの高
精度で高安定かつ容易な測定が可能になる。

【００５５】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の請
求項１記載の回折格子を用いた位置ずれ量測定方法によ
れば、周波数の異なる２波長からなる単色光を、該単色
光を透過する窓を透過させた後に、被測定物の同一平面
上に設けられた第１の回折格子及び第２の回折格子各々
に入射し、これらの回折格子から生じる光ヘテロダイン
干渉合成回折光を基に第１の回折格子に対する第２の回
折格子の位置ずれ量を求めることとしたので、窓を取り
付けた状態で効率良く容易に、この位置ずれ量を測定す
ることができる。

【００５６】また、請求項２記載の回折格子を用いた位
置ずれ量測定方法によれば、前記窓及び被測定物各々と
異なる位置にある同一平面上に、第３の回折格子及び第
４の回折格子からなる基準回折格子群を設け、この基準
回折格子群に周波数の異なる２波長からなる単色光を入
射し、この基準回折格子群から生じる光ヘテロダイン干
渉合成回折光を基に第１の回折格子に対する前記第２の
回折格子の位置ずれ量を求めることとしたので、被測定
物の面上の位置ずれ検出用のマーク領域が小さくてす
み、検出光学系の微小揺らぎ、光路系の空気の温度、気
圧等の変動の影響がなく、高精度、高安定かつ容易に回
折格子間の相対的な位置ずれ量を測定することができ
る。

【００５７】また、請求項３記載の回折格子を用いた位
置ずれ量測定方法によれば、前記単色光を、該単色光を
透過する窓を透過させた後に前記基準回折格子群に入射
させることとしたので、窓を取り付けた状態で効率良く
容易に、この位置ずれ量を測定することができる。

【００５８】また、請求項４記載の回折格子を用いた位
置ずれ量測定方法によれば、前記窓の周囲の当該窓と同
一平面上に第３の回折格子及び第４の回折格子からなる
基準回折格子群を設け、この基準回折格子群に周波数の
異なる２波長からなる単色光を入射し、この基準回折格
子群から生じる光ヘテロダイン干渉合成回折光を基に第
１の回折格子に対する前記第２の回折格子の位置ずれ量
を求めることとしたので、被測定物の面上の位置ずれ検
出用のマーク領域が小さくてすみ、窓を取り付けた状態
で効率良く容易に、回折格子間の相対的な位置ずれ量を
測定することができる。

【００５９】また、請求項５記載の回折格子を用いた位
置ずれ量測定方法によれば、前記被測定物の同一平面上
に前記第３の回折格子及び第４の回折格子からなる前記
基準回折格子群を設け、周波数の異なる２波長からなる
単色光を、前記窓を透過させた後に前記基準回折格子群
に入射し、この基準回折格子群から生じる光ヘテロダイ
ン干渉合成回折光を基に第１の回折格子に対する前記第
２の回折格子の位置ずれ量を求めることとしたので、窓
を取り付けた状態で効率良く容易に、回折格子間の相対
的な位置ずれ量を測定することができる。

【００６０】また、請求項６記載の回折格子を用いた位
置ずれ量測定方法によれば、前記回折格子を２次元の回
折格子からなることとしたので、マーク領域がさらに小
さくてすみ、かつ２方向の位置ずれ量を測定することが
できる。

【００６１】また、請求項７記載の回折格子を用いた位
置ずれ量測定装置によれば、周波数の異なる２波長から
なる単色光を発生する光源と、当該光源から発せられた
単色光を透過させる窓が形成された第１の部材と、前記
光源から発せられた単色光を、前記窓を透過させ被測定
物の同一平面上に設けられた第１の回折格子及び第２の
回折格子各々に入射させる光入射手段と、前記第１の回
折格子及び第２の回折格子各々から生じる２つの回折光
を光ヘテロダイン干渉させてなる２つの光ヘテロダイン
干渉合成回折光を検出し、前記第１の回折格子及び第２
の回折格子各々に対応する光ヘテロダイン干渉ビート信
号を発生させる光検出手段と、前記第１の光ヘテロダイ
ン干渉ビート信号と第２の光ヘテロダイン干渉ビート信
号との間の位相差を求め、前記第１の回折格子に対する
第２の回折格子の位置ずれ量を求める演算処理手段とを
具備したので、回折格子間の相対的な位置ずれ量の測定
を、窓が形成された第１の部材を取り付けた状態で効率
良く容易に行うことができる。

【００６２】また、請求項８記載の回折格子を用いた位
置ずれ量測定装置によれば、周波数の異なる２波長から
なる単色光を発生する光源と、前記第１の部材の窓の周
囲の当該窓と同一平面上に設けられた第３の回折格子及
び第４の回折格子と、前記光源から発せられた単色光
を、前記第１及び第２の回折格子、または第３及び第４
の回折格子各々に入射させる光入射手段と、前記第１の
回折格子及び第２の回折格子各々から、または前記第３
の回折格子及び第４の回折格子各々から生じる２つの回
折光を光ヘテロダイン干渉させてなる２つの光ヘテロダ
イン干渉合成回折光を検出し、前記第１の回折格子及び
第２の回折格子各々、または前記第３の回折格子及び第
４の回折格子各々に対応する光ヘテロダイン干渉ビート
信号を発生させる光検出手段と、前記光入射手段及び光
検出手段に設けられ、前記被測定物及び第１の部材各々
を所定の位置に保持し、前記第１及び第２の回折格子の
面、または第３及び第４の回折格子の面を平行な状態に
保ちつつ前記被測定物及び第１の部材各々を移動させる
移動手段と、前記第１の光ヘテロダイン干渉ビート信号
と第２の光ヘテロダイン干渉ビート信号との間の位相差
から、前記第３の光ヘテロダイン干渉ビート信号と第４
の光ヘテロダイン干渉ビート信号との間の位相差を差し
引き、前記第１の回折格子に対する第２の回折格子の位
置ずれ量を求める演算処理手段とを具備したので、被測
定物の面上の位置ずれ検出用のマーク領域を小さくする
ことができ、回折格子間の相対的な位置ずれ量の測定
を、窓が形成された第１の部材を取り付けた状態で効率
良く容易に行うことができる。

【００６３】また、請求項９記載の回折格子を用いた位
置ずれ量測定装置によれば、前記第１の部材の窓の周囲
の当該窓と同一平面上に第３の回折格子及び第４の回折
格子を設け、前記光入射手段と光検出手段に、前記光源
を前記第１及び第２の回折格子に対して平行な状態を保
ちつつ前記光源から出射される単色光を前記第３及び第
４の回折格子各々に入射させる移動機構を設け、前記演
算処理手段は、前記第１の光ヘテロダイン干渉ビート信
号と第２の光ヘテロダイン干渉ビート信号との間の位相
差の変化量から、第３の光ヘテロダイン干渉ビート信号
と第４の光ヘテロダイン干渉ビート信号との間の位相差
の変化量を差し引き、この変化量の差から前記第１の回
折格子に対する前記第２の回折格子の位置ずれ量を求め
る手段を具備したので、回折格子間の相対的な位置ずれ
量の測定を、窓が形成された第１の部材を取り付けた状
態で効率良く容易に行うことができる。また、被測定物
の面上の位置ずれ検出用のマーク領域を小さくすること
ができる。

【００６４】また、請求項１０記載の回折格子を用いた
位置ずれ量測定装置によれば、前記被測定物の同一平面
上に前記第３の回折格子及び第４の回折格子を設け、前
記被測定物を所定の位置に保持する保持手段に、前記光
源を前記第１及び第２の回折格子各々に対して平行状態
を保ちつつ該光源から発生する単色光を前記第３及び第
４の回折格子各々に入射させる被測定物移動手段を備え
たので、回折格子間の相対的な位置ずれ量の測定を、窓
が形成された第１の部材を取り付けた状態で効率良く容
易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の回折格子を用いた位置ずれ
量測定装置を示す概略構成図である。

【図２】本発明の実施例２の回折格子を用いた位置ずれ
量測定装置を示す概略構成図である。

【図３】本発明の実施例２の回折格子を用いた位置ずれ
量測定装置の回折格子を示す構成図である。

【図４】本発明の実施例３の回折格子を用いた位置ずれ
量測定装置を示す概略構成図である。

【図５】従来の回折格子を用いた位置ずれ量測定装置を
示す概略構成図である。

【図６】従来の回折格子を用いた位置ずれ量測定装置の
回折格子を示す構成図である。

【図７】従来の二次元回折格子を示す構成図である。

【符号の説明】

２ ２波長直交偏光レーザ光源 ３ コリメータレンズ系 ４ 偏光ビームスプリッター（分路器） ５ １／２波長板 ６ ミラー ７ ｘｙステージ ８ 対物レンズ ９ 絞り １０ 光電変換素子列 １１ 信号処理制御部 １２ ウエハ １３ ビームスポット ２１ 回折格子を用いた位置ずれ量測定装置 ２２ Ｘ線露光用マスク ２３ マスク本体 ２４ 窓 ３１ 位置ずれ測定装置 ４１ 位置ずれ測定装置 ４２ 基準基板 Ｈ 回折格子 Ｈ₁ 第１の回折格子 Ｈ₂ 第２の回折格子 ＨＴ 基準回折格子 Ｈ₃ 第３の回折格子 Ｈ₄ 第４の回折格子 ｈ 格子エレメント ｄ ピッチ（間隔） Ｌ レーザ光 Ｌｐ，Ｌｓ 入射ビーム光 ＬＤ₁，ＬＤ₂ 光ヘテロダイン干渉合成回折光 ＨＢ₁，ＨＢ₂ 光ヘテロダイン干渉ビート信号 Δｘ 位置ずれ量

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 周波数の異なる２波長からなる単色光
   を、該単色光を透過する窓を透過させた後に、被測定物
   の同一平面上に設けられた第１の回折格子及び第２の回
   折格子各々に入射し、 これらの回折格子から生じる２つの回折光を光ヘテロダ
   イン干渉させて２つの光ヘテロダイン干渉合成回折光を
   発生させ、これらの光ヘテロダイン干渉合成回折光を基
   に前記第１の回折格子及び第２の回折格子各々に対応す
   る光ヘテロダイン干渉ビート信号を発生させ、この第１
   の光ヘテロダイン干渉ビート信号と第２の光ヘテロダイ
   ン干渉ビート信号との間の位相差を求め、該位相差から
   位相ずれ量を求めることにより、前記第１の回折格子に
   対する第２の回折格子の位置ずれ量を求めることを特徴
   とする回折格子を用いた位置ずれ量測定方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の回折格子を用いた位置ず
   れ量測定方法において、 前記窓及び被測定物各々と異なる位置にある同一平面上
   に、第３の回折格子及び第４の回折格子からなる基準回
   折格子群を設け、 この基準回折格子群に周波数の異なる２波長からなる単
   色光を入射し、この基準回折格子群から生じる２つの回
   折光を光ヘテロダイン干渉させて２つの光ヘテロダイン
   干渉合成回折光を発生させ、これらの光ヘテロダイン干
   渉合成回折光を基に前記第３の回折格子及び第４の回折
   格子各々に対応する光ヘテロダイン干渉ビート信号を発
   生させ、この第３の光ヘテロダイン干渉ビート信号と第
   ４の光ヘテロダイン干渉ビート信号との間の位相差の変
   化量を求めて基準値とし、 前記位相ずれ量から該基準値を差し引くことにより、前
   記第１の回折格子に対する前記第２の回折格子の位置ず
   れ量を求めることを特徴とする回折格子を用いた位置ず
   れ量測定方法。
3. 【請求項３】 請求項２記載の回折格子を用いた位置ず
   れ量測定方法において、 前記単色光を、該単色光を透過する窓を透過させた後に
   前記基準回折格子群に入射させることを特徴とする回折
   格子を用いた位置ずれ量測定方法。
4. 【請求項４】 請求項１記載の回折格子を用いた位置ず
   れ量測定方法において、 前記窓の周囲の当該窓と同一平面上に第３の回折格子及
   び第４の回折格子からなる基準回折格子群を設け、 この基準回折格子群に周波数の異なる２波長からなる単
   色光を入射し、この基準回折格子群から生じる２つの回
   折光を光ヘテロダイン干渉させて２つの光ヘテロダイン
   干渉合成回折光を発生させ、これらの光ヘテロダイン干
   渉合成回折光を基に前記第３の回折格子及び第４の回折
   格子各々に対応する光ヘテロダイン干渉ビート信号を発
   生させ、この第３の光ヘテロダイン干渉ビート信号と第
   ４の光ヘテロダイン干渉ビート信号との間の位相差の変
   化量から基準値を求め、 前記位相ずれ量から該基準値を差し引くことにより、前
   記第１の回折格子に対する前記第２の回折格子の位置ず
   れ量を求めることを特徴とする回折格子を用いた位置ず
   れ量測定方法。
5. 【請求項５】 請求項１記載の回折格子を用いた位置ず
   れ量測定方法において、 前記被測定物の同一平面上に前記第３の回折格子及び第
   ４の回折格子からなる前記基準回折格子群を設け、 周波数の異なる２波長からなる単色光を、前記窓を透過
   させた後に前記基準回折格子群に入射し、この基準回折
   格子群から生じる２つの回折光を光ヘテロダイン干渉さ
   せて２つの光ヘテロダイン干渉合成回折光を発生させ、
   これらの光ヘテロダイン干渉合成回折光を基に前記第３
   の回折格子及び第４の回折格子各々に対応する光ヘテロ
   ダイン干渉ビート信号を発生させ、この第３の光ヘテロ
   ダイン干渉ビート信号と第４の光ヘテロダイン干渉ビー
   ト信号との間の位相差の変化量から基準値を求め、前記
   位相ずれ量から該基準値を差し引くことにより、前記第
   １の回折格子に対する前記第２の回折格子の位置ずれ量
   を求めることを特徴とする回折格子を用いた位置ずれ量
   測定方法。
6. 【請求項６】 請求項１，２，３，４または５のいずれ
   か１項記載の回折格子を用いた位置ずれ量測定方法にお
   いて、 前記回折格子は、２次元の回折格子からなることを特徴
   とする回折格子を用いた位置ずれ量測定方法。
7. 【請求項７】 周波数の異なる２波長からなる単色光を
   発生する光源と、 当該光源から発せられた単色光を透過させる窓が形成さ
   れた第１の部材と、 前記光源から発せられた単色光を、前記窓を透過させ被
   測定物の同一平面上に設けられた第１の回折格子及び第
   ２の回折格子各々に入射させる光入射手段と、 前記第１の回折格子及び第２の回折格子各々から生じる
   ２つの回折光を光ヘテロダイン干渉させてなる２つの光
   ヘテロダイン干渉合成回折光を検出し、前記第１の回折
   格子及び第２の回折格子各々に対応する光ヘテロダイン
   干渉ビート信号を発生させる光検出手段と、 前記第１の光ヘテロダイン干渉ビート信号と第２の光ヘ
   テロダイン干渉ビート信号との間の位相差を求め、前記
   第１の回折格子に対する第２の回折格子の位置ずれ量を
   求める演算処理手段と、を具備してなることを特徴とす
   る回折格子を用いた位置ずれ量測定装置。
8. 【請求項８】 周波数の異なる２波長からなる単色光を
   発生する光源と、 前記第１の部材の窓の周囲の当該窓と同一平面上に設け
   られた第３の回折格子及び第４の回折格子と、 前記光源から発せられた単色光を、前記第１及び第２の
   回折格子、または第３及び第４の回折格子各々に入射さ
   せる光入射手段と、 前記第１の回折格子及び第２の回折格子各々から、また
   は前記第３の回折格子及び第４の回折格子各々から生じ
   る２つの回折光を光ヘテロダイン干渉させてなる２つの
   光ヘテロダイン干渉合成回折光を検出し、前記第１の回
   折格子及び第２の回折格子各々、または前記第３の回折
   格子及び第４の回折格子各々に対応する光ヘテロダイン
   干渉ビート信号を発生させる光検出手段と、 前記光入射手段及び光検出手段に設けられ、前記被測定
   物及び第１の部材各々を所定の位置に保持し、前記第１
   及び第２の回折格子の面、または第３及び第４の回折格
   子の面を平行な状態に保ちつつ前記被測定物及び第１の
   部材各々を移動させる移動手段と、 前記第１の光ヘテロダイン干渉ビート信号と第２の光ヘ
   テロダイン干渉ビート信号との間の位相差から、前記第
   ３の光ヘテロダイン干渉ビート信号と第４の光ヘテロダ
   イン干渉ビート信号との間の位相差を差し引き、前記第
   １の回折格子に対する第２の回折格子の位置ずれ量を求
   める演算処理手段と、を具備してなることを特徴とする
   回折格子を用いた位置ずれ量測定装置。
9. 【請求項９】 請求項７記載の回折格子を用いた位置ず
   れ量測定装置において、 前記第１の部材の窓の周囲の当該窓と同一平面上に第３
   の回折格子及び第４の回折格子を設け、 前記光入射手段及び光検出手段に、前記光源を前記第１
   及び第２の回折格子に対して平行な状態を保ちつつ前記
   光源から出射される単色光を前記第３及び第４の回折格
   子各々に入射させる移動機構を設け、 前記演算処理手段は、前記第１の光ヘテロダイン干渉ビ
   ート信号と第２の光ヘテロダイン干渉ビート信号との間
   の位相差の変化量から、第３の光ヘテロダイン干渉ビー
   ト信号と第４の光ヘテロダイン干渉ビート信号との間の
   位相差の変化量を差し引き、この変化量の差から前記第
   １の回折格子に対する前記第２の回折格子の位置ずれ量
   を求める手段を具備してなることを特徴とする回折格子
   を用いた位置ずれ量測定装置。
10. 【請求項１０】 請求項７記載の回折格子を用いた位置
    ずれ量測定装置において、 前記被測定物の同一平面上に前記第３の回折格子及び第
    ４の回折格子を設け、 前記被測定物を所定の位置に保持する保持手段に、前記
    光源を前記第１及び第２の回折格子各々に対して平行状
    態を保ちつつ該光源から発生する単色光を前記第３及び
    第４の回折格子各々に入射させる被測定物移動手段を備
    えてなることを特徴とする回折格子を用いた位置ずれ量
    測定装置。