JPH06342748A - 位置検出装置 - Google Patents
位置検出装置Info
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- JPH06342748A JPH06342748A JP5131736A JP13173693A JPH06342748A JP H06342748 A JPH06342748 A JP H06342748A JP 5131736 A JP5131736 A JP 5131736A JP 13173693 A JP13173693 A JP 13173693A JP H06342748 A JPH06342748 A JP H06342748A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- diffraction grating
- wavelength
- pitch
- diffracted
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 被検物上の位置検出用のマークの段差や、被
検物上に塗布されている感光材等の膜厚等に依らずに、
高精度に被検物の位置を検出する。 【構成】 Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源１及び半導体レーザ素
子３からの２つの波長の光からなる光束を２分割して、
第１の音響光学変調素子（ＡＯＭ）８Ａ及び第２のＡＯ
Ｍ８Ｂに入射させる。ＡＯＭ８Ａ及び８Ｂでのブラッグ
回折による回折光を、それぞれリレーレンズ１０Ａ及び
１０Ｂを介してハーフプリズム１２に導き、ハーフプリ
ズム１２で平行にされた２つの回折光を対物レンズ１３
を介してウエハ１４上の回折格子状のアライメントマー
ク１５に照射する。アライメントマーク１５から垂直上
方に射出される±１次回折光をミラー１６を介して受光
系に導く。
検物上に塗布されている感光材等の膜厚等に依らずに、
高精度に被検物の位置を検出する。 【構成】 Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源１及び半導体レーザ素
子３からの２つの波長の光からなる光束を２分割して、
第１の音響光学変調素子（ＡＯＭ）８Ａ及び第２のＡＯ
Ｍ８Ｂに入射させる。ＡＯＭ８Ａ及び８Ｂでのブラッグ
回折による回折光を、それぞれリレーレンズ１０Ａ及び
１０Ｂを介してハーフプリズム１２に導き、ハーフプリ
ズム１２で平行にされた２つの回折光を対物レンズ１３
を介してウエハ１４上の回折格子状のアライメントマー
ク１５に照射する。アライメントマーク１５から垂直上
方に射出される±１次回折光をミラー１６を介して受光
系に導く。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ヘテロダイン干渉型の
位置検出装置に関し、特に半導体素子又は液晶表示素子
等を製造するための露光装置において感光基板又はマス
クのアライメントを行う装置の位置検出系に適用して好
適なものである。
位置検出装置に関し、特に半導体素子又は液晶表示素子
等を製造するための露光装置において感光基板又はマス
クのアライメントを行う装置の位置検出系に適用して好
適なものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体素子又は液晶表示素子等の
微細パターンを半導体ウエハ又はガラスプレート等の基
板上に形成するために、フォトマスク又はレチクル（以
下、まとめて「レチクル」という）のパターン像をフォ
トレジストが塗布された基板上に転写する投影露光装置
が使用されている。一般に半導体素子等は基板上に多数
層の回路パターンを積み重ねて形成されるため、投影露
光装置には、基板上に既に形成されている回路パターン
とこれから露光するレチクルのパターンとの位置合わせ
（アライメント）を高精度に行うためのアライメント装
置が設けられている。最近は、ＬＳＩ等の半導体素子等
の集積度が益々高まっており、アライメント装置におい
ても、より高精度に位置合わせを行うことが求められて
いる。そのためには、レチクル及び基板の位置を高精度
に検出する位置検出装置が必要である。
微細パターンを半導体ウエハ又はガラスプレート等の基
板上に形成するために、フォトマスク又はレチクル（以
下、まとめて「レチクル」という）のパターン像をフォ
トレジストが塗布された基板上に転写する投影露光装置
が使用されている。一般に半導体素子等は基板上に多数
層の回路パターンを積み重ねて形成されるため、投影露
光装置には、基板上に既に形成されている回路パターン
とこれから露光するレチクルのパターンとの位置合わせ
（アライメント）を高精度に行うためのアライメント装
置が設けられている。最近は、ＬＳＩ等の半導体素子等
の集積度が益々高まっており、アライメント装置におい
ても、より高精度に位置合わせを行うことが求められて
いる。そのためには、レチクル及び基板の位置を高精度
に検出する位置検出装置が必要である。
【０００３】そこで、高精度にレチクル及び基板の位置
を検出する装置として、例えば特開平２−２２７６０４
号公報において、ヘテロダイン干渉型の位置検出装置が
提案されている。この位置検出装置においては、Ｈｅ−
Ｎｅレーザ光源等の単色光源からの光ビームが２分割さ
れ、この分割された２光束がそれぞれ音響光学変調器で
周波数変調され、その分割された２光束に所定の周波数
差が与えられる。そのように所定の周波数差が与えられ
た２光束が、レチクル上のアライメントマークとしての
回折格子状マークの上に所定の交差角で照射される。そ
して、この回折格子状マークから発生する１対の回折光
の干渉光を光電変換することにより、その所定の周波数
差を周波数とするレチクル側の干渉ビート信号が生成さ
れ、別途検出されている参照信号とそのレチクル側の干
渉ビート信号との位相差より、そのレチクルの位置が検
出される。
を検出する装置として、例えば特開平２−２２７６０４
号公報において、ヘテロダイン干渉型の位置検出装置が
提案されている。この位置検出装置においては、Ｈｅ−
Ｎｅレーザ光源等の単色光源からの光ビームが２分割さ
れ、この分割された２光束がそれぞれ音響光学変調器で
周波数変調され、その分割された２光束に所定の周波数
差が与えられる。そのように所定の周波数差が与えられ
た２光束が、レチクル上のアライメントマークとしての
回折格子状マークの上に所定の交差角で照射される。そ
して、この回折格子状マークから発生する１対の回折光
の干渉光を光電変換することにより、その所定の周波数
差を周波数とするレチクル側の干渉ビート信号が生成さ
れ、別途検出されている参照信号とそのレチクル側の干
渉ビート信号との位相差より、そのレチクルの位置が検
出される。
【０００４】同様に、そのように所定の周波数差が与え
られた２光束が、基板上のアライメントマークとしての
回折格子状マークの上に所定の交差角で照射される。そ
して、この回折格子状マークから平行に発生する１対の
回折光の干渉光を光電変換することにより、基板側の干
渉ビート信号が生成され、別途検出されている参照信号
とその基板側の干渉ビート信号との位相差より、その基
板の位置が検出される。
られた２光束が、基板上のアライメントマークとしての
回折格子状マークの上に所定の交差角で照射される。そ
して、この回折格子状マークから平行に発生する１対の
回折光の干渉光を光電変換することにより、基板側の干
渉ビート信号が生成され、別途検出されている参照信号
とその基板側の干渉ビート信号との位相差より、その基
板の位置が検出される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の位置
検出装置においては、位置検出用の光として単色光が使
用されていた。そのため、基板上に塗布されたレジスト
膜の厚さの変化や、基板上のアライメントマークとして
の凹凸の回折格子状マークの段差の深さ等により、回折
効率が極端に低下する場合があり、このように回折効率
が極端に低下すると干渉ビート信号のＳＮ比が悪くな
り、基板の位置検出ができなくなるという不都合があっ
た。
検出装置においては、位置検出用の光として単色光が使
用されていた。そのため、基板上に塗布されたレジスト
膜の厚さの変化や、基板上のアライメントマークとして
の凹凸の回折格子状マークの段差の深さ等により、回折
効率が極端に低下する場合があり、このように回折効率
が極端に低下すると干渉ビート信号のＳＮ比が悪くな
り、基板の位置検出ができなくなるという不都合があっ
た。
【０００６】本発明は斯かる点に鑑み、被検物上に形成
されている位置検出用のマークの段差や、被検物上に塗
布されている感光材等の膜厚に依らずに、高精度に被検
物の位置を検出できる位置検出装置を提供することを目
的とする。
されている位置検出用のマークの段差や、被検物上に塗
布されている感光材等の膜厚に依らずに、高精度に被検
物の位置を検出できる位置検出装置を提供することを目
的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明による第１の位置
検出装置は、例えば図１に示すように、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（１４）上に形
成された回折格子状マーク（１５）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（１３）と、
回折格子状マーク（１５）から同一方向に発生する回折
光同士による干渉光を対物光学系（１３）を介して光電
的に検出する検出器とを有し、被検物（１４）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、複数の波長の光束を供給する光源手段（１〜５）
と、この光源手段から供給される光束を２分割して第１
及び第２の光束を生成する光分割手段（６）と、進行波
を利用してその第１の光束を回折及び周波数変調すると
共に被検物（１４）と共役に配置された第１の変調手段
（８Ａ）と、進行波を利用してその第２の光束を回折及
び周波数変調すると共に被検物（１４）と共役に配置さ
れた第２の変調手段（８Ｂ）とを有し、第１及び第２の
変調手段（８Ａ，８Ｂ）により回折されてそれぞれ被検
物（１４）に照射されるそれら第１及び第２の光束の間
に所定の周波数差を与えたものである。
検出装置は、例えば図１に示すように、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（１４）上に形
成された回折格子状マーク（１５）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（１３）と、
回折格子状マーク（１５）から同一方向に発生する回折
光同士による干渉光を対物光学系（１３）を介して光電
的に検出する検出器とを有し、被検物（１４）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、複数の波長の光束を供給する光源手段（１〜５）
と、この光源手段から供給される光束を２分割して第１
及び第２の光束を生成する光分割手段（６）と、進行波
を利用してその第１の光束を回折及び周波数変調すると
共に被検物（１４）と共役に配置された第１の変調手段
（８Ａ）と、進行波を利用してその第２の光束を回折及
び周波数変調すると共に被検物（１４）と共役に配置さ
れた第２の変調手段（８Ｂ）とを有し、第１及び第２の
変調手段（８Ａ，８Ｂ）により回折されてそれぞれ被検
物（１４）に照射されるそれら第１及び第２の光束の間
に所定の周波数差を与えたものである。
【０００８】この場合、第１及び第２の変調手段（８
Ａ，８Ｂ）内の進行波（ピッチΛ1)の被検物（１４）上
の共役像のピッチをそれぞれ回折格子状マーク（１５）
のピッチＰと等しく設定することが望ましい。また、本
発明による第２の位置検出装置は、例えば図４に示すよ
うに、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（１４）上に形成された回折格子状マーク（１
５）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（１３）と、回折格子状マーク（１４）から
同一方向に発生する回折光同士による干渉光を対物光学
系（１３）を介して光電的に検出する検出器とを有し、
被検物（１４）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、複数の波長の光束を供給す
る光源手段（１，３，４，３０）と、この光源手段から
供給される光束の一部をそのまま通過させて残りの部分
を進行波を利用して回折及び周波数変調する変調手段
（８Ｂ）と、対物光学系（１３）と共に変調手段（８
Ｂ）を被検物（１４）と共役にする集光光学系（１０）
とを有し、変調手段（８Ｂ）をそのまま通過して被検物
（１４）に照射される光束と、変調手段（８Ｂ）により
回折されて被検物（１４）に照射される光束との間に所
定の周波数差を与えたものである。
Ａ，８Ｂ）内の進行波（ピッチΛ1)の被検物（１４）上
の共役像のピッチをそれぞれ回折格子状マーク（１５）
のピッチＰと等しく設定することが望ましい。また、本
発明による第２の位置検出装置は、例えば図４に示すよ
うに、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（１４）上に形成された回折格子状マーク（１
５）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（１３）と、回折格子状マーク（１４）から
同一方向に発生する回折光同士による干渉光を対物光学
系（１３）を介して光電的に検出する検出器とを有し、
被検物（１４）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、複数の波長の光束を供給す
る光源手段（１，３，４，３０）と、この光源手段から
供給される光束の一部をそのまま通過させて残りの部分
を進行波を利用して回折及び周波数変調する変調手段
（８Ｂ）と、対物光学系（１３）と共に変調手段（８
Ｂ）を被検物（１４）と共役にする集光光学系（１０）
とを有し、変調手段（８Ｂ）をそのまま通過して被検物
（１４）に照射される光束と、変調手段（８Ｂ）により
回折されて被検物（１４）に照射される光束との間に所
定の周波数差を与えたものである。
【０００９】この場合、変調手段（８Ｂ）内の進行波
（ピッチΛ3)の被検物（１４）上の共役像のピッチを回
折格子状マーク（１５）のピッチＰの１／２に設定する
ことが望ましい。
（ピッチΛ3)の被検物（１４）上の共役像のピッチを回
折格子状マーク（１５）のピッチＰの１／２に設定する
ことが望ましい。
【００１０】
【作用】本発明の第１の位置検出装置によれば、位置検
出用の光として複数の波長の光が使用されている。これ
ら複数の波長の光よりなる第１及び第２の光束は、それ
ぞれ例えば音響光学変調素子よりなる第１及び第２の変
調手段（８Ａ，８Ｂ）により回折され、対物光学系（１
３）を介して被検物（１４）上の回折格子状マーク（１
５）に照射される。この際に、波長が異なると変調手段
（８Ａ，８Ｂ）での回折角が異なると共に、変調手段
（８Ａ，８Ｂ）の回折が起こる面と回折格子状マーク
（１５）の配置面とは共役である。従って、複数の波長
の光は異なる入射角で回折格子状マーク（１５）に入射
し、回折格子状マーク（１５）からの回折光のヘテロダ
イン干渉光を光電変換して得られた干渉ビート信号よ
り、回折格子状マーク（１５）の位置が検出される。
出用の光として複数の波長の光が使用されている。これ
ら複数の波長の光よりなる第１及び第２の光束は、それ
ぞれ例えば音響光学変調素子よりなる第１及び第２の変
調手段（８Ａ，８Ｂ）により回折され、対物光学系（１
３）を介して被検物（１４）上の回折格子状マーク（１
５）に照射される。この際に、波長が異なると変調手段
（８Ａ，８Ｂ）での回折角が異なると共に、変調手段
（８Ａ，８Ｂ）の回折が起こる面と回折格子状マーク
（１５）の配置面とは共役である。従って、複数の波長
の光は異なる入射角で回折格子状マーク（１５）に入射
し、回折格子状マーク（１５）からの回折光のヘテロダ
イン干渉光を光電変換して得られた干渉ビート信号よ
り、回折格子状マーク（１５）の位置が検出される。
【００１１】この場合、複数の波長の光は異なる入射角
で回折格子状マーク（１５）に入射するため、或る波長
の光に関して回折格子状マーク（１５）からの回折光の
ＳＮ比が低下しても、他の波長の光に関しては回折光の
ＳＮ比を低下させないようにすることができる。従っ
て、回折格子状マーク（１５）の段差がある場合でも、
被検物（１４）上に種々の膜厚の感光材等が塗布されて
いる場合でも、高精度に被検物（１４）の位置を検出で
きる。次に、図１における、変調手段（８Ａ，８Ｂ）内
の進行波のピッチ（波長）Λ 1,Λ2 と、被検物（１４）
上の回折格子状マーク（１５）のピッチＰとの関係につ
いて説明する。以下では、Λ1=Λ2=Λとし、変調手段
（８Ａ，８Ｂ）が音響光学変調素子（以下、「ＡＯＭ」
という）であるとし、回折格子状マーク（１５）からほ
ぼ垂直上方に射出される±１次回折光の干渉光を利用す
るものとして説明する。一般に、ＡＯＭ内では、光学媒
体中を進行波としての超音波が伝播するとき、超音波に
よる粗密波が生じ、光弾性効果により屈折率が周期的に
変化し、その屈折率分布が入射光に対して回折格子とし
て作用する。そのため、入射光はＡＯＭにより回折（ブ
ラッグ回折）される。或る波長λ1 の入射光に対して
は、ＡＯＭへの入射角をθinとすると、光学媒体中の超
音波のピッチ（波長）Λに対し、１次回折光の回折角θ
1 に関して次式が成り立つ。 ｓｉｎθin＋ｓｉｎθ1 ＝λ1 ／Λ （１）
で回折格子状マーク（１５）に入射するため、或る波長
の光に関して回折格子状マーク（１５）からの回折光の
ＳＮ比が低下しても、他の波長の光に関しては回折光の
ＳＮ比を低下させないようにすることができる。従っ
て、回折格子状マーク（１５）の段差がある場合でも、
被検物（１４）上に種々の膜厚の感光材等が塗布されて
いる場合でも、高精度に被検物（１４）の位置を検出で
きる。次に、図１における、変調手段（８Ａ，８Ｂ）内
の進行波のピッチ（波長）Λ 1,Λ2 と、被検物（１４）
上の回折格子状マーク（１５）のピッチＰとの関係につ
いて説明する。以下では、Λ1=Λ2=Λとし、変調手段
（８Ａ，８Ｂ）が音響光学変調素子（以下、「ＡＯＭ」
という）であるとし、回折格子状マーク（１５）からほ
ぼ垂直上方に射出される±１次回折光の干渉光を利用す
るものとして説明する。一般に、ＡＯＭ内では、光学媒
体中を進行波としての超音波が伝播するとき、超音波に
よる粗密波が生じ、光弾性効果により屈折率が周期的に
変化し、その屈折率分布が入射光に対して回折格子とし
て作用する。そのため、入射光はＡＯＭにより回折（ブ
ラッグ回折）される。或る波長λ1 の入射光に対して
は、ＡＯＭへの入射角をθinとすると、光学媒体中の超
音波のピッチ（波長）Λに対し、１次回折光の回折角θ
1 に関して次式が成り立つ。 ｓｉｎθin＋ｓｉｎθ1 ＝λ1 ／Λ （１）
【００１２】同様に、λ1 とは異なる波長λ2 の入射光
に対しても、入射角を同じ角度θinとすると次式が成立
する。 ｓｉｎθin＋ｓｉｎθ2 ＝λ2 ／Λ （２） つまり、入射光の波長差（λ1-λ2)と、回折角の差（θ
1-θ2)はほぼ比例する。また、ピッチＰの回折格子状マ
ーク（１５）からの１次回折光が回折格子面に対して垂
直に進むためには、入射光の波長をλとすると、回折格
子状マーク（１５）への入射角φは下の式を満たす必要
がある。 ｓｉｎφ＝λ／Ｐ （３）
に対しても、入射角を同じ角度θinとすると次式が成立
する。 ｓｉｎθin＋ｓｉｎθ2 ＝λ2 ／Λ （２） つまり、入射光の波長差（λ1-λ2)と、回折角の差（θ
1-θ2)はほぼ比例する。また、ピッチＰの回折格子状マ
ーク（１５）からの１次回折光が回折格子面に対して垂
直に進むためには、入射光の波長をλとすると、回折格
子状マーク（１５）への入射角φは下の式を満たす必要
がある。 ｓｉｎφ＝λ／Ｐ （３）
【００１３】本発明においては、光学系の角倍率γが、
被検物上の回折格子状マーク（１５）への入射角の波長
による差（φ1-φ2)と、ＡＯＭの回折角の波長による差
（θ 1-θ2)との比になるように、光学系の瞳上でＡＯＭ
への入射角θinに相当するオフセットをつける。そのた
め次式が成り立つ。 γ＝(λ1/Ｐ)／(λ1/Λ)＝(λ2/Ｐ)／(λ2/Λ)＝Λ／Ｐ （４）
被検物上の回折格子状マーク（１５）への入射角の波長
による差（φ1-φ2)と、ＡＯＭの回折角の波長による差
（θ 1-θ2)との比になるように、光学系の瞳上でＡＯＭ
への入射角θinに相当するオフセットをつける。そのた
め次式が成り立つ。 γ＝(λ1/Ｐ)／(λ1/Λ)＝(λ2/Ｐ)／(λ2/Λ)＝Λ／Ｐ （４）
【００１４】この（４）式を変形すると、（Ｐ＝Λ／
γ）となる。つまり、ＡＯＭ（８Ａ，８Ｂ）と被検物
（１４）とがその間の光学系に関して共役の位置関係に
あり、ＡＯＭ（８Ａ，８Ｂ）内の超音波の被検物（１
４）上での共役像のピッチ（波長）Λ／γが被検物上の
回折格子状マーク（１５）のピッチＰと等しければ、超
音波のピッチΛに関係なく被検物上の回折格子状マーク
（１５）に対して垂直に±１次回折光が射出され、これ
ら±１次回折光をヘテロダイン干渉させることができ
る。
γ）となる。つまり、ＡＯＭ（８Ａ，８Ｂ）と被検物
（１４）とがその間の光学系に関して共役の位置関係に
あり、ＡＯＭ（８Ａ，８Ｂ）内の超音波の被検物（１
４）上での共役像のピッチ（波長）Λ／γが被検物上の
回折格子状マーク（１５）のピッチＰと等しければ、超
音波のピッチΛに関係なく被検物上の回折格子状マーク
（１５）に対して垂直に±１次回折光が射出され、これ
ら±１次回折光をヘテロダイン干渉させることができ
る。
【００１５】次に、本発明の第２の位置検出装置によれ
ば、例えば図４に示すように、１個の変調手段（８Ｂ）
が使用され、この変調手段（８Ｂ）からの０次回折光と
例えば１次回折光とが、集光光学系（１０）及び対物光
学系（１３）を介して被検物（１４）上の回折格子状マ
ーク（１５）に照射される。そして、回折格子状マーク
（１５）からの２つの回折光のヘテロダイン干渉光を光
電変換して得られる干渉ビート信号より、被検物（１
４）の位置検出が行われる。この際にも、位置検出用の
光が複数の波長の光よりなり、複数の波長の光の回折光
は異なる入射角で回折格子状マーク（１５）に入射す
る。従って、或る波長の光に関して回折格子状マーク
（１５）からの回折光のＳＮ比が低下しても、他の波長
の光に関しては回折光のＳＮ比を低下させないようにす
ることができる。
ば、例えば図４に示すように、１個の変調手段（８Ｂ）
が使用され、この変調手段（８Ｂ）からの０次回折光と
例えば１次回折光とが、集光光学系（１０）及び対物光
学系（１３）を介して被検物（１４）上の回折格子状マ
ーク（１５）に照射される。そして、回折格子状マーク
（１５）からの２つの回折光のヘテロダイン干渉光を光
電変換して得られる干渉ビート信号より、被検物（１
４）の位置検出が行われる。この際にも、位置検出用の
光が複数の波長の光よりなり、複数の波長の光の回折光
は異なる入射角で回折格子状マーク（１５）に入射す
る。従って、或る波長の光に関して回折格子状マーク
（１５）からの回折光のＳＮ比が低下しても、他の波長
の光に関しては回折光のＳＮ比を低下させないようにす
ることができる。
【００１６】次に、変調手段（８Ｂ）内の進行波のピッ
チ（波長）Λ3 と、被検物（１４）上の回折格子状マー
ク（１５）のピッチＰとの関係について説明する。以下
では、集光光学系（１０）の焦点距離をＦ2 、対物光学
系（１３）の焦点距離をＦ1とし、変調手段（８Ｂ）が
ＡＯＭであるとし、回折格子状マーク（１５）からほぼ
垂直上方に射出される±１次回折光の干渉光を利用する
ものとして説明する。
チ（波長）Λ3 と、被検物（１４）上の回折格子状マー
ク（１５）のピッチＰとの関係について説明する。以下
では、集光光学系（１０）の焦点距離をＦ2 、対物光学
系（１３）の焦点距離をＦ1とし、変調手段（８Ｂ）が
ＡＯＭであるとし、回折格子状マーク（１５）からほぼ
垂直上方に射出される±１次回折光の干渉光を利用する
ものとして説明する。
【００１７】先ず、波長λ1 及びλ2 の入射光のＡＯＭ
（８Ｂ）への入射角をθinとして、光学媒体中の超音波
のピッチΛ3 をΛとすると、それら２つの波長の１次回
折光の回折角θ1 及びθ2 に関して（１）式及び（２）
式が成り立つ。次に、ＡＯＭ（８Ｂ）からの０次回折光
の回折角は入射角θinと等しい。また、ピッチＰの回折
格子状マーク（１５）からの１次回折光が回折格子面に
対して垂直に進むためには、入射光の波長をλとする
と、回折格子状マーク（１５）への入射角φは（３）式
を満たす必要がある。
（８Ｂ）への入射角をθinとして、光学媒体中の超音波
のピッチΛ3 をΛとすると、それら２つの波長の１次回
折光の回折角θ1 及びθ2 に関して（１）式及び（２）
式が成り立つ。次に、ＡＯＭ（８Ｂ）からの０次回折光
の回折角は入射角θinと等しい。また、ピッチＰの回折
格子状マーク（１５）からの１次回折光が回折格子面に
対して垂直に進むためには、入射光の波長をλとする
と、回折格子状マーク（１５）への入射角φは（３）式
を満たす必要がある。
【００１８】更に、ＡＯＭ（８Ｂ）からの０次回折光及
び１次回折光がほぼ対称に回折格子状マーク（１５）に
入射し、回折格子状マーク（１５）からほぼ垂直上方に
±１次回折光が射出するためには、超音波の被検物（１
４）上での共役像のピッチは、回折格子状マーク（１
５）のピッチＰの１／２である必要がある。この場合、
ＡＯＭ（８Ｂ）から被検物（１４）への倍率はＦ1 ／Ｆ
2 であるため、次式が成立する。 （Ｆ1 ／Ｆ2)Λ＝Ｐ／２ （５）
び１次回折光がほぼ対称に回折格子状マーク（１５）に
入射し、回折格子状マーク（１５）からほぼ垂直上方に
±１次回折光が射出するためには、超音波の被検物（１
４）上での共役像のピッチは、回折格子状マーク（１
５）のピッチＰの１／２である必要がある。この場合、
ＡＯＭ（８Ｂ）から被検物（１４）への倍率はＦ1 ／Ｆ
2 であるため、次式が成立する。 （Ｆ1 ／Ｆ2)Λ＝Ｐ／２ （５）
【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を参照して説明する。図１は、本例の位置
検出装置を示し、この図１において、第１の光源である
Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源１から射出された波長λ1 の光束
Ｌ1 がダイクロイックミラー２に入射する。また、第２
の光源である半導体レーザ素子３から射出された波長λ
2 の光束Ｌ2 が、コリメータレンズ４で平行光束に変換
された後、ミラー５で反射されてダイクロイックミラー
２に入射する。ダイクロイックミラー２で１本の光束に
合成された光束Ｌ1 及びＬ2 が、ハーフプリズム６でそ
れぞれほぼ同じ光量の第１の光束及び第２の光束に分割
される。第１の光束は波長λ1 の光束ＬＡ1 及び波長λ
2 の光束ＬＡ2 より構成され、第２の光束は波長λ1 の
光束ＬＢ1 及び波長λ2 の光束ＬＢ2 より構成されてい
る。波長λ1 は６３３ｎｍであり、波長λ2 は例えば７
８０ｎｍ又は６９０ｎｍである。
例につき図１を参照して説明する。図１は、本例の位置
検出装置を示し、この図１において、第１の光源である
Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源１から射出された波長λ1 の光束
Ｌ1 がダイクロイックミラー２に入射する。また、第２
の光源である半導体レーザ素子３から射出された波長λ
2 の光束Ｌ2 が、コリメータレンズ４で平行光束に変換
された後、ミラー５で反射されてダイクロイックミラー
２に入射する。ダイクロイックミラー２で１本の光束に
合成された光束Ｌ1 及びＬ2 が、ハーフプリズム６でそ
れぞれほぼ同じ光量の第１の光束及び第２の光束に分割
される。第１の光束は波長λ1 の光束ＬＡ1 及び波長λ
2 の光束ＬＡ2 より構成され、第２の光束は波長λ1 の
光束ＬＢ1 及び波長λ2 の光束ＬＢ2 より構成されてい
る。波長λ1 は６３３ｎｍであり、波長λ2 は例えば７
８０ｎｍ又は６９０ｎｍである。
【００２０】それら２光束の内、第１の光束ＬＡ1,ＬＡ
2 は、ミラー１６に反射されて入射角θinで第１の音響
光学変調素子（以下、「ＡＯＭ」という）８Ａに入射
し、第２の光束ＬＢ1,ＬＢ2 は、ミラー７に反射されて
入射角θinで第２のＡＯＭ８Ｂに入射する。第１のＡＯ
Ｍ８Ａ及び第２のＡＯＭ８Ｂは、それぞれ後述の対物レ
ンズ１３の光軸ＡＸ0 に関して光学的に対称に配置され
ている。このときの入射角θinは、波長λ1 の光及び波
長λ2 の光に対してできるだけブラッグ回折による１次
回折光の回折効率が良くなる角度に設定することが望ま
しい。また、ＡＯＭ８Ａ及び８Ｂには、それぞれ光軸Ａ
Ｘ0 に対して内側に、トランスデューサ９Ａ及び９Ｂを
取り付け、トランスデューサ９Ａ及び９Ｂを互いに僅か
に異なる周波数ｆ1 及びｆ2 で駆動する。これにより、
ＡＯＭ８Ａ及び８Ｂ内にそれぞれ超音波による粗密波が
生成される。ＡＯＭ８Ａ及び８Ｂ内の超音波の粗密波の
ピッチ（波長）をそれぞれΛ1 及びΛ2 として、ＡＯＭ
８Ａ及び８Ｂ内の超音波の速度をｖとすると、それぞれ
次の関係が成り立つ。 Λ1 ＝ｖ／ｆ1 ，Λ2 ＝ｖ／ｆ2 （６）
2 は、ミラー１６に反射されて入射角θinで第１の音響
光学変調素子（以下、「ＡＯＭ」という）８Ａに入射
し、第２の光束ＬＢ1,ＬＢ2 は、ミラー７に反射されて
入射角θinで第２のＡＯＭ８Ｂに入射する。第１のＡＯ
Ｍ８Ａ及び第２のＡＯＭ８Ｂは、それぞれ後述の対物レ
ンズ１３の光軸ＡＸ0 に関して光学的に対称に配置され
ている。このときの入射角θinは、波長λ1 の光及び波
長λ2 の光に対してできるだけブラッグ回折による１次
回折光の回折効率が良くなる角度に設定することが望ま
しい。また、ＡＯＭ８Ａ及び８Ｂには、それぞれ光軸Ａ
Ｘ0 に対して内側に、トランスデューサ９Ａ及び９Ｂを
取り付け、トランスデューサ９Ａ及び９Ｂを互いに僅か
に異なる周波数ｆ1 及びｆ2 で駆動する。これにより、
ＡＯＭ８Ａ及び８Ｂ内にそれぞれ超音波による粗密波が
生成される。ＡＯＭ８Ａ及び８Ｂ内の超音波の粗密波の
ピッチ（波長）をそれぞれΛ1 及びΛ2 として、ＡＯＭ
８Ａ及び８Ｂ内の超音波の速度をｖとすると、それぞれ
次の関係が成り立つ。 Λ1 ＝ｖ／ｆ1 ，Λ2 ＝ｖ／ｆ2 （６）
【００２１】本例の超音波の周波数ｆ1,ｆ2 は互いに僅
かに異なるだけであるとすると、（Λ1 ≒Λ2 ）が成り
立つ。そこで、ピッチΛ1 及びΛ2 を次のように共通の
ピッチΛで近似する。 Λ1 ≒Λ，Λ2 ≒Λ （７） その第１のＡＯＭ８Ａ内の超音波の粗密波により回折さ
れる光は周波数変調を受け、焦点距離Ｆ2 の第１のリレ
ーレンズ１０Ａにより対物レンズ１３の瞳面（フーリエ
変換面）にリレーされる。その途中の光路に第１の空間
フィルター１１Ａを配設し、空間フィルター１１Ａによ
り＋１次回折光以外の不用な回折光を遮断する。空間フ
ィルター１１Ａを通過した＋１次回折光は、波長λ1 の
回折光ＬＡ1(+1) 及び波長λ2 の回折光ＬＡ2(+1) より
なり、回折光ＬＡ1(+1) 及びＬＡ 2(+1) の回折角は僅か
に異なっている。空間フィルター１１Ａを通過した＋１
次回折光は、ハーフプリズム１２の接合面で反射されて
焦点距離Ｆ1 の対物レンズ１３に向かう。
かに異なるだけであるとすると、（Λ1 ≒Λ2 ）が成り
立つ。そこで、ピッチΛ1 及びΛ2 を次のように共通の
ピッチΛで近似する。 Λ1 ≒Λ，Λ2 ≒Λ （７） その第１のＡＯＭ８Ａ内の超音波の粗密波により回折さ
れる光は周波数変調を受け、焦点距離Ｆ2 の第１のリレ
ーレンズ１０Ａにより対物レンズ１３の瞳面（フーリエ
変換面）にリレーされる。その途中の光路に第１の空間
フィルター１１Ａを配設し、空間フィルター１１Ａによ
り＋１次回折光以外の不用な回折光を遮断する。空間フ
ィルター１１Ａを通過した＋１次回折光は、波長λ1 の
回折光ＬＡ1(+1) 及び波長λ2 の回折光ＬＡ2(+1) より
なり、回折光ＬＡ1(+1) 及びＬＡ 2(+1) の回折角は僅か
に異なっている。空間フィルター１１Ａを通過した＋１
次回折光は、ハーフプリズム１２の接合面で反射されて
焦点距離Ｆ1 の対物レンズ１３に向かう。
【００２２】この際に、リレーレンズ１０Ａの光軸ＡＸ
1 上に、第１のＡＯＭ８Ａ内で入射光束が回折される点
があるものとして、リレーレンズ１０Ａの光軸ＡＸ1 と
対物レンズ１３の光軸ＡＸ0 との間には、所定のオフセ
ットξが与えられている。即ち、空間フィルター１０Ａ
を通過した回折光ＬＡ1(+1),ＬＡ2(+1) の対物レンズ１
３の瞳面上での位置にはそのオフセットξが加えられて
いる。このときのオフセットξは、リレーレンズ１０Ａ
の焦点距離Ｆ2 と第１のＡＯＭ８Ａへの入射角θinとか
ら、次のように表すことができる。 ξ＝Ｆ2 ・ｓｉｎθin （８）
1 上に、第１のＡＯＭ８Ａ内で入射光束が回折される点
があるものとして、リレーレンズ１０Ａの光軸ＡＸ1 と
対物レンズ１３の光軸ＡＸ0 との間には、所定のオフセ
ットξが与えられている。即ち、空間フィルター１０Ａ
を通過した回折光ＬＡ1(+1),ＬＡ2(+1) の対物レンズ１
３の瞳面上での位置にはそのオフセットξが加えられて
いる。このときのオフセットξは、リレーレンズ１０Ａ
の焦点距離Ｆ2 と第１のＡＯＭ８Ａへの入射角θinとか
ら、次のように表すことができる。 ξ＝Ｆ2 ・ｓｉｎθin （８）
【００２３】一方、第２のＡＯＭ８Ｂ内の超音波の粗密
波により回折される光も周波数変調を受け、焦点距離Ｆ
2 の第２のリレーレンズ１０Ｂにより対物レンズ１３の
瞳面にリレーされる。その途中の光路にも、＋１次回折
光以外の不用な回折光を遮断する第２の空間フィルター
１１Ｂを配設する。空間フィルター１１Ｂを通過した＋
１次回折光は、波長λ1 の回折光ＬＢ1(+1) 及び波長λ
2 の回折光ＬＢ2(+1)より構成され、回折光ＬＢ1(+1)
及びＬＢ2(+1) の回折角は僅かに異なっている。空間フ
ィルター１１Ｂを通過した＋１次回折光は、ハーフプリ
ズム１２の接合面を透過して対物レンズ１３に向かう。
この際に、リレーレンズ１０Ｂの光軸ＡＸ2 上に、第２
のＡＯＭ８Ｂ内で入射光束が回折される点があるものと
して、リレーレンズ１０Ｂの光軸ＡＸ2 と対物レンズ１
３の光軸ＡＸ0 との間にも、（８）式で表されるオフセ
ットξを与える。
波により回折される光も周波数変調を受け、焦点距離Ｆ
2 の第２のリレーレンズ１０Ｂにより対物レンズ１３の
瞳面にリレーされる。その途中の光路にも、＋１次回折
光以外の不用な回折光を遮断する第２の空間フィルター
１１Ｂを配設する。空間フィルター１１Ｂを通過した＋
１次回折光は、波長λ1 の回折光ＬＢ1(+1) 及び波長λ
2 の回折光ＬＢ2(+1)より構成され、回折光ＬＢ1(+1)
及びＬＢ2(+1) の回折角は僅かに異なっている。空間フ
ィルター１１Ｂを通過した＋１次回折光は、ハーフプリ
ズム１２の接合面を透過して対物レンズ１３に向かう。
この際に、リレーレンズ１０Ｂの光軸ＡＸ2 上に、第２
のＡＯＭ８Ｂ内で入射光束が回折される点があるものと
して、リレーレンズ１０Ｂの光軸ＡＸ2 と対物レンズ１
３の光軸ＡＸ0 との間にも、（８）式で表されるオフセ
ットξを与える。
【００２４】対物レンズ１３に入射した回折光ＬＡ1(+
1),ＬＡ2(+1) 及び回折光ＬＢ1(+1),ＬＢ2(+1) は、そ
れぞれ屈折作用を受け、被検物であるウエハ１４上に設
けられたピッチＰの回折格子状のアライメントマーク１
５に対して、光軸ＡＸ0 にほぼ軸対称に入射する。アラ
イメントマーク１５のピッチ方向、即ち計測方向をＸ方
向とする。そのようにＡＯＭ８Ａ，８Ｂ内の同一の回折
領域で回折された複数の波長の光束が、アライメントマ
ーク１５上の同一の点に照射されるようにするために
は、ＡＯＭ８Ａ，８Ｂの回折領域（超音波の形成領域）
とウエハ１４の露光面とを共役にすれば良い。そこで、
第１のＡＯＭ８Ａの回折領域とウエハ１４の露光面と
を、リレーレンズ１０Ａ及び対物レンズ１３に関して共
役に配置し、第２のＡＯＭ８Ａの回折領域とウエハ１４
の露光面とを、リレーレンズ１０Ｂ及び対物レンズ１３
に関して共役に配置する。リレーレンズ１０Ａ，１０Ｂ
の焦点距離Ｆ2 及び対物レンズ１３の焦点距離Ｆ1 を用
いると、ＡＯＭ８Ａ，８Ｂの回折領域からウエハ１４の
露光面への角倍率γは（Ｆ1 ／Ｆ2)である。
1),ＬＡ2(+1) 及び回折光ＬＢ1(+1),ＬＢ2(+1) は、そ
れぞれ屈折作用を受け、被検物であるウエハ１４上に設
けられたピッチＰの回折格子状のアライメントマーク１
５に対して、光軸ＡＸ0 にほぼ軸対称に入射する。アラ
イメントマーク１５のピッチ方向、即ち計測方向をＸ方
向とする。そのようにＡＯＭ８Ａ，８Ｂ内の同一の回折
領域で回折された複数の波長の光束が、アライメントマ
ーク１５上の同一の点に照射されるようにするために
は、ＡＯＭ８Ａ，８Ｂの回折領域（超音波の形成領域）
とウエハ１４の露光面とを共役にすれば良い。そこで、
第１のＡＯＭ８Ａの回折領域とウエハ１４の露光面と
を、リレーレンズ１０Ａ及び対物レンズ１３に関して共
役に配置し、第２のＡＯＭ８Ａの回折領域とウエハ１４
の露光面とを、リレーレンズ１０Ｂ及び対物レンズ１３
に関して共役に配置する。リレーレンズ１０Ａ，１０Ｂ
の焦点距離Ｆ2 及び対物レンズ１３の焦点距離Ｆ1 を用
いると、ＡＯＭ８Ａ，８Ｂの回折領域からウエハ１４の
露光面への角倍率γは（Ｆ1 ／Ｆ2)である。
【００２５】更に本例では、波長λ1 の回折光ＬＡ1(+
1) 及びＬＢ1(+1) のアライメントマーク１５に対する
入射角を、それぞれの＋１次回折光ＬＡ1(+1,+1)及び−
１次回折光ＬＢ1(+1,-1)がアライメントマーク１５から
垂直上方に射出されるように設定する。同様に、波長λ
2 の回折光ＬＡ2(+1) 及びＬＢ2(+1) のアライメントマ
ーク１５に対する入射角を、それぞれの＋１次回折光Ｌ
Ａ2(+1,+1)及び−１次回折光ＬＢ2(+1,-1)がアライメン
トマーク１５から垂直上方に射出されるように設定す
る。そのための角倍率γの条件を求めるために、波長λ
i(ｉ＝１，２）の光束が入射角θinでＡＯＭ８Ａ，８Ｂ
に入射するときの回折角をθi とすると、次式が成立す
る。 ｓｉｎθin＋ｓｉｎθi ＝λi ／Λ （９）
1) 及びＬＢ1(+1) のアライメントマーク１５に対する
入射角を、それぞれの＋１次回折光ＬＡ1(+1,+1)及び−
１次回折光ＬＢ1(+1,-1)がアライメントマーク１５から
垂直上方に射出されるように設定する。同様に、波長λ
2 の回折光ＬＡ2(+1) 及びＬＢ2(+1) のアライメントマ
ーク１５に対する入射角を、それぞれの＋１次回折光Ｌ
Ａ2(+1,+1)及び−１次回折光ＬＢ2(+1,-1)がアライメン
トマーク１５から垂直上方に射出されるように設定す
る。そのための角倍率γの条件を求めるために、波長λ
i(ｉ＝１，２）の光束が入射角θinでＡＯＭ８Ａ，８Ｂ
に入射するときの回折角をθi とすると、次式が成立す
る。 ｓｉｎθin＋ｓｉｎθi ＝λi ／Λ （９）
【００２６】また、波長λi の２つ光束が入射角φi 及
び入射角−φi でピッチＰのアライメントマーク１５に
入射したときに、アライメントマーク１５から垂直上方
に±１次回折光が射出される条件は、次の通りである。 ｓｉｎφi ＝λi ／Ｐ （１０） この場合、本例ではＡＯＭ８Ａ，８Ｂの回折領域にオフ
セットξが与えられているため、回折角θi と入射角φ
i との間には次の関係がある。 ｓｉｎφi ＝（ξ＋Ｆ2・ｓｉｎθi ）／Ｆ1 ＝（Ｆ2 ／Ｆ1)（ｓｉｎθin＋ｓｉｎθi ） ＝（Ｆ2 ／Ｆ1)（λi ／Λ） （１１）
び入射角−φi でピッチＰのアライメントマーク１５に
入射したときに、アライメントマーク１５から垂直上方
に±１次回折光が射出される条件は、次の通りである。 ｓｉｎφi ＝λi ／Ｐ （１０） この場合、本例ではＡＯＭ８Ａ，８Ｂの回折領域にオフ
セットξが与えられているため、回折角θi と入射角φ
i との間には次の関係がある。 ｓｉｎφi ＝（ξ＋Ｆ2・ｓｉｎθi ）／Ｆ1 ＝（Ｆ2 ／Ｆ1)（ｓｉｎθin＋ｓｉｎθi ） ＝（Ｆ2 ／Ｆ1)（λi ／Λ） （１１）
【００２７】この（１１）式の導出過程で、（８）式及
び（９）式を使用した。そして、（１１）式を（１０）
式と比較することにより、次式が得られる。 γ＝Ｆ1 ／Ｆ2 ＝Ｐ／Λ （１２）
び（９）式を使用した。そして、（１１）式を（１０）
式と比較することにより、次式が得られる。 γ＝Ｆ1 ／Ｆ2 ＝Ｐ／Λ （１２）
【００２８】即ち、角倍率γは、アライメントマーク１
５のピッチＰとＡＯＭ８Ａ，８Ｂ内の超音波のピッチΛ
との比の値に等しく設定すれば良い。言い替えると、Ａ
ＯＭ８Ａ，８Ｂ内の超音波のウエハ１４の露光面での共
役像のピッチ（＝（Ｆ1/Ｆ2)・Λ）は、アライメントマ
ーク１５のピッチＰと等しい。
５のピッチＰとＡＯＭ８Ａ，８Ｂ内の超音波のピッチΛ
との比の値に等しく設定すれば良い。言い替えると、Ａ
ＯＭ８Ａ，８Ｂ内の超音波のウエハ１４の露光面での共
役像のピッチ（＝（Ｆ1/Ｆ2)・Λ）は、アライメントマ
ーク１５のピッチＰと等しい。
【００２９】なお、上述の説明を一般化して、アライメ
ントマーク１５から垂直上方に射出する±ｎ次回折光
（ｎ＝１，２，３，‥‥）を使用するものとすると、角
倍率γの条件は次のようになる。 γ＝Ｆ1 ／Ｆ2 ＝Ｐ／（ｎ・Λ） （１３）
ントマーク１５から垂直上方に射出する±ｎ次回折光
（ｎ＝１，２，３，‥‥）を使用するものとすると、角
倍率γの条件は次のようになる。 γ＝Ｆ1 ／Ｆ2 ＝Ｐ／（ｎ・Λ） （１３）
【００３０】次に、アライメントマーク１５で回折され
て垂直上方に進む波長λ1 の±１次回折光ＬＡ1(+1,+
1)，ＬＢ1(+1,-1)及び波長λ2 の±１次回折光ＬＡ2(+
1,+1)，ＬＢ2(+1,-1)は、それぞれ干渉し、同じ波長の
光同士のヘテロダイン干渉光は、ＡＯＭ８Ａ及び８Ｂに
印加した周波数の差の周波数（ｆ1-ｆ2)で光強度が正弦
波状に変化するようになる。これらのヘテロダイン干渉
光を対物レンズ１３の瞳面近傍に置かれた空間フィルタ
ーとしての小型ミラー１６で反射して受光系に導き、こ
の受光系中のダイクロイックミラー１７で波長λ1 の回
折光ＬＡ1(+1,+1)，ＬＢ1(+1,-1)と波長λ2 の回折光Ｌ
Ａ2(+1,+1)，ＬＢ2(+1,-1)とを分離する。そして、波長
λ1 の回折光を光電検出器１９で光電変換し、波長λ2
の回折光を光電検出器１８で光電変換し、光電検出器１
９から出力される波長λ1 の回折光の干渉ビート信号、
及び光電検出器１８から出力される波長λ2 の回折光の
干渉ビート信号をそれぞれ信号処理系２０に供給する。
て垂直上方に進む波長λ1 の±１次回折光ＬＡ1(+1,+
1)，ＬＢ1(+1,-1)及び波長λ2 の±１次回折光ＬＡ2(+
1,+1)，ＬＢ2(+1,-1)は、それぞれ干渉し、同じ波長の
光同士のヘテロダイン干渉光は、ＡＯＭ８Ａ及び８Ｂに
印加した周波数の差の周波数（ｆ1-ｆ2)で光強度が正弦
波状に変化するようになる。これらのヘテロダイン干渉
光を対物レンズ１３の瞳面近傍に置かれた空間フィルタ
ーとしての小型ミラー１６で反射して受光系に導き、こ
の受光系中のダイクロイックミラー１７で波長λ1 の回
折光ＬＡ1(+1,+1)，ＬＢ1(+1,-1)と波長λ2 の回折光Ｌ
Ａ2(+1,+1)，ＬＢ2(+1,-1)とを分離する。そして、波長
λ1 の回折光を光電検出器１９で光電変換し、波長λ2
の回折光を光電検出器１８で光電変換し、光電検出器１
９から出力される波長λ1 の回折光の干渉ビート信号、
及び光電検出器１８から出力される波長λ2 の回折光の
干渉ビート信号をそれぞれ信号処理系２０に供給する。
【００３１】また、図示省略するも、図１の位置検出装
置には、周波数ｆ1 と周波数ｆ2 との差を周波数とする
レファレンス信号を生成するためのレファレンス信号系
が設けられている。レファレンス信号系としては、例え
ば第１のＡＯＭ８Ａからの回折光の内でハーフプリズム
１２の接合面を透過した光束と、第２のＡＯＭ８Ｂから
の回折光の内でハーフプリズム１２の接合面で反射され
た光束との干渉光を光電変換する処理系が考えられる。
また、レファレンス信号として、波長λ1 用及び波長λ
2 用の２種類を生成しても良い。
置には、周波数ｆ1 と周波数ｆ2 との差を周波数とする
レファレンス信号を生成するためのレファレンス信号系
が設けられている。レファレンス信号系としては、例え
ば第１のＡＯＭ８Ａからの回折光の内でハーフプリズム
１２の接合面を透過した光束と、第２のＡＯＭ８Ｂから
の回折光の内でハーフプリズム１２の接合面で反射され
た光束との干渉光を光電変換する処理系が考えられる。
また、レファレンス信号として、波長λ1 用及び波長λ
2 用の２種類を生成しても良い。
【００３２】信号処理系２０では、２つの干渉ビート信
号の位相と対応するレファレンス信号との位相差に基づ
いて、アライメントマーク１５のＸ方向（計測方向）の
位置ずれ量、ひいてはウエハ１４のＸ方向の位置ずれ量
を求める。この際、位置ずれ量は、波長λ1 での位置ず
れ量と波長λ2 での位置ずれ量とが検出されるため、例
えば両者の平均値を位置ずれ量とするか、又は干渉ビー
ト信号のＳＮ比が良好である方の位置ずれ量を採用する
等の方法が考えられる。
号の位相と対応するレファレンス信号との位相差に基づ
いて、アライメントマーク１５のＸ方向（計測方向）の
位置ずれ量、ひいてはウエハ１４のＸ方向の位置ずれ量
を求める。この際、位置ずれ量は、波長λ1 での位置ず
れ量と波長λ2 での位置ずれ量とが検出されるため、例
えば両者の平均値を位置ずれ量とするか、又は干渉ビー
ト信号のＳＮ比が良好である方の位置ずれ量を採用する
等の方法が考えられる。
【００３３】この場合、異なる波長λ1,λ2 の光ではそ
れぞれウエハ１４への入射角が異なっているため、ウエ
ハ１４上にフォトレジストが塗布されている場合に、仮
に波長λ1 の光の回折光がフォトレジストの薄膜干渉に
より弱くなっても、他の波長λ2 の光の回折光は必ずし
もフォトレジストの薄膜干渉により弱くならない。ま
た、アライメントマーク１５がウエハ１４上に凹凸のパ
ターンで形成されている場合に、仮に波長λ1 の光の回
折光が凹部の反射光と凸部の反射光との干渉により弱く
なっても、他の波長λ2 の光の回折光は必ずしも弱くな
らない。従って、アライメントマーク１５の段差やフォ
トレジストの膜厚に依らずに、常に高いＳＮ比で高精度
にウエハ１４の位置検出を行うことができる。
れぞれウエハ１４への入射角が異なっているため、ウエ
ハ１４上にフォトレジストが塗布されている場合に、仮
に波長λ1 の光の回折光がフォトレジストの薄膜干渉に
より弱くなっても、他の波長λ2 の光の回折光は必ずし
もフォトレジストの薄膜干渉により弱くならない。ま
た、アライメントマーク１５がウエハ１４上に凹凸のパ
ターンで形成されている場合に、仮に波長λ1 の光の回
折光が凹部の反射光と凸部の反射光との干渉により弱く
なっても、他の波長λ2 の光の回折光は必ずしも弱くな
らない。従って、アライメントマーク１５の段差やフォ
トレジストの膜厚に依らずに、常に高いＳＮ比で高精度
にウエハ１４の位置検出を行うことができる。
【００３４】なお、上述実施例では、２つの波長の光を
位置検出光として使用しているが、別の光源を追加する
ことにより、３つ以上の互いに異なる波長の光を位置検
出光として使用しても良い。また、ＡＯＭ８Ａ，８Ｂか
らの回折光を対物レンズ１３の瞳面上でオフセットを与
えて対物レンズ１３に入射させる代わりに、ＡＯＭ８
Ａ，８Ｂをそれぞれ斜めに傾け、ＡＯＭ８Ａ，８Ｂから
の回折光を図１の場合より傾斜させてそれぞれリレーレ
ンズ１０Ａ，１０Ｂに入射させても良い。
位置検出光として使用しているが、別の光源を追加する
ことにより、３つ以上の互いに異なる波長の光を位置検
出光として使用しても良い。また、ＡＯＭ８Ａ，８Ｂか
らの回折光を対物レンズ１３の瞳面上でオフセットを与
えて対物レンズ１３に入射させる代わりに、ＡＯＭ８
Ａ，８Ｂをそれぞれ斜めに傾け、ＡＯＭ８Ａ，８Ｂから
の回折光を図１の場合より傾斜させてそれぞれリレーレ
ンズ１０Ａ，１０Ｂに入射させても良い。
【００３５】次に、本発明の第２実施例につき図２及び
図３を参照して説明する。本例は、縮小投影型露光装置
のＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）方式のアライメント
系に本発明を適用したものである。また、図２において
図１に対応する部分には同一符号を付してその詳細説明
を省略する。図２（ａ）は本実施例の露光装置の正面
図、図２（ｂ）はその露光装置の右側面図であり、これ
ら図２（ａ）及び（ｂ）において、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光
源１からの波長λ1 の光束Ｌ1 と、半導体レーザ素子３
から射出されてコリメータレンズ４によりコリメートさ
れた波長λ2 の光束Ｌ2 とは、それぞれハーフプリズム
６でほぼ２分割される。ハーフプリズム６から所定の方
向に射出される第１の光束は波長λ1 の光束及び波長λ
2 の光束よりなり、ハーフプリズム６からその所定の方
向に垂直な方向に射出される第２の光束も波長λ1 の光
束及び波長λ2 の光束よりなる。その第１の光束は第１
のＡＯＭ８Ａに所定の入射角で入射し、その第２の光束
は第２のＡＯＭ８Ｂに第１の光束と対称な入射角で入射
し、それぞれ回折及び周波数変調を受ける。
図３を参照して説明する。本例は、縮小投影型露光装置
のＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）方式のアライメント
系に本発明を適用したものである。また、図２において
図１に対応する部分には同一符号を付してその詳細説明
を省略する。図２（ａ）は本実施例の露光装置の正面
図、図２（ｂ）はその露光装置の右側面図であり、これ
ら図２（ａ）及び（ｂ）において、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光
源１からの波長λ1 の光束Ｌ1 と、半導体レーザ素子３
から射出されてコリメータレンズ４によりコリメートさ
れた波長λ2 の光束Ｌ2 とは、それぞれハーフプリズム
６でほぼ２分割される。ハーフプリズム６から所定の方
向に射出される第１の光束は波長λ1 の光束及び波長λ
2 の光束よりなり、ハーフプリズム６からその所定の方
向に垂直な方向に射出される第２の光束も波長λ1 の光
束及び波長λ2 の光束よりなる。その第１の光束は第１
のＡＯＭ８Ａに所定の入射角で入射し、その第２の光束
は第２のＡＯＭ８Ｂに第１の光束と対称な入射角で入射
し、それぞれ回折及び周波数変調を受ける。
【００３６】第１実施例と同様に、第１のＡＯＭ８Ａ及
び第２のＡＯＭ８Ｂはアライメント系の対物レンズ１３
の光軸ＡＸ0 に関して軸対称に所定のオフセットを持っ
て配設され、ＡＯＭ８Ａ及び８Ｂ内ではそれぞれ周波数
ｆ1 のトランスデューサ９Ａ及び周波数ｆ2 のトランス
デューサ９Ｂにより超音波が生成されている。そして、
ＡＯＭ８Ａ及び８Ｂでのブラッグ回折により生成された
回折光（以下、「アライメント光」という）が、それぞ
れリレーレンズ１０Ａ及び１０Ｂを介して空間フィルタ
ー１１Ａ及び１１Ｂに導かれる。空間フィルター１０Ａ
及び１０Ｂを通過したそれぞれ２つの波長λ1,λ2 の光
よりなるアライメント光は、平行に後述の補正光学系と
しての第１の直視プリズム２１及び第２の直視プリズム
を経て対物レンズ１３に入射し、対物レンズ１３で集束
された２つのアライメント光が、レチクル２３上に形成
されたウエハアライメント用の透過窓を通過して投影光
学系２４に入射する。
び第２のＡＯＭ８Ｂはアライメント系の対物レンズ１３
の光軸ＡＸ0 に関して軸対称に所定のオフセットを持っ
て配設され、ＡＯＭ８Ａ及び８Ｂ内ではそれぞれ周波数
ｆ1 のトランスデューサ９Ａ及び周波数ｆ2 のトランス
デューサ９Ｂにより超音波が生成されている。そして、
ＡＯＭ８Ａ及び８Ｂでのブラッグ回折により生成された
回折光（以下、「アライメント光」という）が、それぞ
れリレーレンズ１０Ａ及び１０Ｂを介して空間フィルタ
ー１１Ａ及び１１Ｂに導かれる。空間フィルター１０Ａ
及び１０Ｂを通過したそれぞれ２つの波長λ1,λ2 の光
よりなるアライメント光は、平行に後述の補正光学系と
しての第１の直視プリズム２１及び第２の直視プリズム
を経て対物レンズ１３に入射し、対物レンズ１３で集束
された２つのアライメント光が、レチクル２３上に形成
されたウエハアライメント用の透過窓を通過して投影光
学系２４に入射する。
【００３７】その投影光学系２４により集束された２つ
のアライメント光が、ウエハ２５上の回折格子状のアラ
イメントマーク２６上に所定の入射角でウエハ２５の法
線に対称に入射する。アライメントマーク２６のピッチ
方向（計測方向）をＸ方向として、これに垂直な方向を
Ｙ方向とする。本例においても、アライメントマーク２
６からの±１次回折光が垂直上方に射出されるように、
アライメントマーク２６に入射する２つの回折光の入射
角を設定する。
のアライメント光が、ウエハ２５上の回折格子状のアラ
イメントマーク２６上に所定の入射角でウエハ２５の法
線に対称に入射する。アライメントマーク２６のピッチ
方向（計測方向）をＸ方向として、これに垂直な方向を
Ｙ方向とする。本例においても、アライメントマーク２
６からの±１次回折光が垂直上方に射出されるように、
アライメントマーク２６に入射する２つの回折光の入射
角を設定する。
【００３８】これにより、アライメントマーク２６から
垂直上方に射出された±１次回折光は、投影光学系２
４、レチクル２３、対物レンズ１３、第２の直視プリズ
ム２２及び第１の直視プリズム２１を経て空間フィルタ
ーとしての小型ミラー１６に達する。そして、小型ミラ
ー１６で反射された±１次回折光は、ダイクロイックミ
ラー１７により波長λ1 の光束と波長λ2 の光束とに分
離され、波長λ1 のヘテロダイン干渉光が光電検出器１
９で受光され、波長λ2 のヘテロダイン干渉光が光電検
出器１８で受光される。信号処理の方法は第１実施例と
同様である。
垂直上方に射出された±１次回折光は、投影光学系２
４、レチクル２３、対物レンズ１３、第２の直視プリズ
ム２２及び第１の直視プリズム２１を経て空間フィルタ
ーとしての小型ミラー１６に達する。そして、小型ミラ
ー１６で反射された±１次回折光は、ダイクロイックミ
ラー１７により波長λ1 の光束と波長λ2 の光束とに分
離され、波長λ1 のヘテロダイン干渉光が光電検出器１
９で受光され、波長λ2 のヘテロダイン干渉光が光電検
出器１８で受光される。信号処理の方法は第１実施例と
同様である。
【００３９】本例において、２つのアライメント光のア
ライメントマーク２６による±１次回折光が垂直上方に
射出されるようにするためには、ウエハ２５の露光面と
ほぼ共役な面でそれら２つのアライメント光が所定の角
度で交差するように、ＡＯＭ８Ａ及び８Ｂからの回折光
（アライメント光）を所定の間隔で対物レンズ１３に入
射させる必要がある。
ライメントマーク２６による±１次回折光が垂直上方に
射出されるようにするためには、ウエハ２５の露光面と
ほぼ共役な面でそれら２つのアライメント光が所定の角
度で交差するように、ＡＯＭ８Ａ及び８Ｂからの回折光
（アライメント光）を所定の間隔で対物レンズ１３に入
射させる必要がある。
【００４０】ところが、投影光学系２４は、露光に用い
る露光光（例えばｇ線、ｉ線、エキシマレーザ光等）に
対しては良好に収差が補正されているが、アライメント
に用いるＨｅ−Ｎｅレーザ光や半導体レーザ光に対して
は、色収差の補正があまり良好になされていない。その
ため、アライメント光に対しては、投影光学系２４にお
いて縦の色収差及び横の色収差が発生する。縦の色収差
については、アライメント光についてウエハ２５と共役
な面をレチクル２３の配置面からずらすことにより対応
している。また、アライメント光として２つの波長の光
が使用されているが、２光束干渉を利用しているため光
軸方向の焦点深度が大きいことを利用して、Ｈｅ−Ｎｅ
レーザ光と半導体レーザ光との縦の色収差の差を吸収し
ている。
る露光光（例えばｇ線、ｉ線、エキシマレーザ光等）に
対しては良好に収差が補正されているが、アライメント
に用いるＨｅ−Ｎｅレーザ光や半導体レーザ光に対して
は、色収差の補正があまり良好になされていない。その
ため、アライメント光に対しては、投影光学系２４にお
いて縦の色収差及び横の色収差が発生する。縦の色収差
については、アライメント光についてウエハ２５と共役
な面をレチクル２３の配置面からずらすことにより対応
している。また、アライメント光として２つの波長の光
が使用されているが、２光束干渉を利用しているため光
軸方向の焦点深度が大きいことを利用して、Ｈｅ−Ｎｅ
レーザ光と半導体レーザ光との縦の色収差の差を吸収し
ている。
【００４１】しかしながら、横の色収差により、ウエハ
２５上のアライメントマーク２６に２つの波長のアライ
メント光を照射すると、レチクル２３の面上では、投影
光学系２４の光軸から半径方向に光路の位置ずれが生じ
る。この位置ずれを補正するため、本例のアライメント
系には、第１の直視プリズム２１が配置されている。直
視プリズムとは、色収差を調整するためのプリズムであ
り、例えば２枚の分散が異なるくさび型のプリズムを貼
り合わせて形成される。第１の直視プリズム２１によ
り、対物レンズ１３の瞳面側でアライメント光には波長
に応じて異なる角度を付与できるので、レチクル２３の
パターン形成面上でアライメント光が落射する位置を波
長に応じて変えることができる。
２５上のアライメントマーク２６に２つの波長のアライ
メント光を照射すると、レチクル２３の面上では、投影
光学系２４の光軸から半径方向に光路の位置ずれが生じ
る。この位置ずれを補正するため、本例のアライメント
系には、第１の直視プリズム２１が配置されている。直
視プリズムとは、色収差を調整するためのプリズムであ
り、例えば２枚の分散が異なるくさび型のプリズムを貼
り合わせて形成される。第１の直視プリズム２１によ
り、対物レンズ１３の瞳面側でアライメント光には波長
に応じて異なる角度を付与できるので、レチクル２３の
パターン形成面上でアライメント光が落射する位置を波
長に応じて変えることができる。
【００４２】更に、露光の際のフィールドサイズの変更
に対応するため、アライメントマーク２６の位置を非計
測方向（Ｙ方向）に可変とする場合には、横の色収差量
が、アライメントマーク２６の像高により変化する。そ
れを補正するため、図２（ｂ）に示すように、直視プリ
ズム２１を、計測方向（Ｘ方向）に平行な軸を中心に回
転させて対物レンズ１３に対するアライメント光の入射
角を変化させ、アライメント光の波長による角度差を変
化させる。
に対応するため、アライメントマーク２６の位置を非計
測方向（Ｙ方向）に可変とする場合には、横の色収差量
が、アライメントマーク２６の像高により変化する。そ
れを補正するため、図２（ｂ）に示すように、直視プリ
ズム２１を、計測方向（Ｘ方向）に平行な軸を中心に回
転させて対物レンズ１３に対するアライメント光の入射
角を変化させ、アライメント光の波長による角度差を変
化させる。
【００４３】また、半導体製造のリソグラフィ工程にお
いては、何回も重ね焼きを行う必要がある。しかし、こ
の例で示したように、露光位置でアライメントを行うよ
うな場合、ウエハアライメントのためのレチクルの透過
窓を通して、ウエハ２５側のアライメントマーク２６に
露光光が照射する可能性があり、その後の処理等により
アライメントマーク２６が破壊される可能性がある。そ
のため、アライメントマークをウエハ２５の各ショット
領域の周辺に複数個配置し、必要に応じてアライメント
マークの打ち換えを行う。このときアライメント系は、
アライメントマークの打ち換えに対応して、対物レンズ
１３を計測方向に移動できるようにする。ところが、計
測方向にアライメントマークの位置を移動すると、アラ
イメントマークと投影光学系２４の光軸との相対位置関
係が変わるので、アライメント光の２つの波長における
計測位置にずれが生じる。
いては、何回も重ね焼きを行う必要がある。しかし、こ
の例で示したように、露光位置でアライメントを行うよ
うな場合、ウエハアライメントのためのレチクルの透過
窓を通して、ウエハ２５側のアライメントマーク２６に
露光光が照射する可能性があり、その後の処理等により
アライメントマーク２６が破壊される可能性がある。そ
のため、アライメントマークをウエハ２５の各ショット
領域の周辺に複数個配置し、必要に応じてアライメント
マークの打ち換えを行う。このときアライメント系は、
アライメントマークの打ち換えに対応して、対物レンズ
１３を計測方向に移動できるようにする。ところが、計
測方向にアライメントマークの位置を移動すると、アラ
イメントマークと投影光学系２４の光軸との相対位置関
係が変わるので、アライメント光の２つの波長における
計測位置にずれが生じる。
【００４４】図３はその計測位置のずれを示し、この図
３において、ウエハ側のアライメントマークが投影光学
系の光軸ＡＸに対してＹ方向に形成されている場合に、
波長λ1 のアライメント光により観察されるアライメン
トマークのレチクル面近傍（ウエハ共役面）での像２７
Ａと、波長λ2 のアライメント光により観察されるアラ
イメントマークのレチクル面での像２８ＡとのＸ方向
（計測方向）の位相は揃っているものとする。この状態
からウエハ側のアライメントマークの位置がＸ方向に移
動すると、それに応じて波長λ1 のアライメント光によ
り観察される像２７Ｂ及び波長λ2 のアライメント光に
より観察される像２８Ｂの位置もＸ方向に移動する。し
かしながら、像２７Ｂ及び像２８ＢはＸ方向の移動量が
異なるため、波長λ1 のアライメント光による位置検出
結果と波長λ2 のアライメント光による位置検出結果と
の間に誤差が生じてしまう。
３において、ウエハ側のアライメントマークが投影光学
系の光軸ＡＸに対してＹ方向に形成されている場合に、
波長λ1 のアライメント光により観察されるアライメン
トマークのレチクル面近傍（ウエハ共役面）での像２７
Ａと、波長λ2 のアライメント光により観察されるアラ
イメントマークのレチクル面での像２８ＡとのＸ方向
（計測方向）の位相は揃っているものとする。この状態
からウエハ側のアライメントマークの位置がＸ方向に移
動すると、それに応じて波長λ1 のアライメント光によ
り観察される像２７Ｂ及び波長λ2 のアライメント光に
より観察される像２８Ｂの位置もＸ方向に移動する。し
かしながら、像２７Ｂ及び像２８ＢはＸ方向の移動量が
異なるため、波長λ1 のアライメント光による位置検出
結果と波長λ2 のアライメント光による位置検出結果と
の間に誤差が生じてしまう。
【００４５】このずれを補正するため、図２に示すよう
に、対物レンズ１３の瞳面上に配置された第２の直視プ
リズム２２を光軸ＡＸ0 を中心に回転して、２つの波長
のアライメント光のビーム位置のずれを補正する。この
場合、計測方向の位置ずれに対して検出される位相差
は、アライメントマーク２６のピッチの半分の位置ずれ
があると３６０°変化するため、アライメントマーク２
６のピッチの半分以上の位置ずれは判別できない。その
ため、直視プリズム２２により補正する量は、アライメ
ントマーク２６のピッチの半分程度の位置ずれ量が補正
できる程度で良い。一般的に、非計測方向の色収差補正
を行う直視プリズム２１の補正量に比較して、計測方向
の色収差補正を行う直視プリズム２２の補正量は小さい
と考えられるので、直視プリズム２２による補正をして
も非計測方向のずれ量は小さく位置検出にはほとんど影
響がない。この場合には、対物レンズ１３の可動範囲を
制限することにより、アライメントマークの打ち変え毎
に直視プリズム２２の補正だけを行えばよい。
に、対物レンズ１３の瞳面上に配置された第２の直視プ
リズム２２を光軸ＡＸ0 を中心に回転して、２つの波長
のアライメント光のビーム位置のずれを補正する。この
場合、計測方向の位置ずれに対して検出される位相差
は、アライメントマーク２６のピッチの半分の位置ずれ
があると３６０°変化するため、アライメントマーク２
６のピッチの半分以上の位置ずれは判別できない。その
ため、直視プリズム２２により補正する量は、アライメ
ントマーク２６のピッチの半分程度の位置ずれ量が補正
できる程度で良い。一般的に、非計測方向の色収差補正
を行う直視プリズム２１の補正量に比較して、計測方向
の色収差補正を行う直視プリズム２２の補正量は小さい
と考えられるので、直視プリズム２２による補正をして
も非計測方向のずれ量は小さく位置検出にはほとんど影
響がない。この場合には、対物レンズ１３の可動範囲を
制限することにより、アライメントマークの打ち変え毎
に直視プリズム２２の補正だけを行えばよい。
【００４６】また、直視プリズム２１及び２２を両方と
も光軸を中心に回転可能に支持して偏角を等しくして、
計測方向及び非計測方向の補正を同時に行うようにして
もよい。次に、本発明の第３実施例につき図４を参照し
て説明する。本実施例は、図１の実施例において２つの
ＡＯＭの代わりに１つのＡＯＭを使用する例であり、こ
の図４において図１に対応する部分には同一符号を付し
てその詳細説明を省略する。
も光軸を中心に回転可能に支持して偏角を等しくして、
計測方向及び非計測方向の補正を同時に行うようにして
もよい。次に、本発明の第３実施例につき図４を参照し
て説明する。本実施例は、図１の実施例において２つの
ＡＯＭの代わりに１つのＡＯＭを使用する例であり、こ
の図４において図１に対応する部分には同一符号を付し
てその詳細説明を省略する。
【００４７】図４は、本例の位置検出装置を示し、この
図４において、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源１から射出された
波長λ1 の光束Ｌ1 がダイクロイックミラー３０に入射
する。また、半導体レーザ素子３から射出された波長λ
2 の光束Ｌ2 が、コリメータレンズ４で平行光束に変換
されてダイクロイックミラー３０に入射する。Ｈｅ−Ｎ
ｅレーザ光源１とダイクロイックミラー３０との間にシ
ャッター２９を配置し、シャッター２９で随時光束Ｌ1
を遮断する。また、半導体レーザ素子３は印加する電流
により高速に発光のオン及びオフを制御できるので、本
例ではシャッター２９及び半導体レーザ素子３の電源を
用いて、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源１の光束と半導体レーザ
素子３の光束とを時分割的に交互にダイクロイックミラ
ー３０に導く。
図４において、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源１から射出された
波長λ1 の光束Ｌ1 がダイクロイックミラー３０に入射
する。また、半導体レーザ素子３から射出された波長λ
2 の光束Ｌ2 が、コリメータレンズ４で平行光束に変換
されてダイクロイックミラー３０に入射する。Ｈｅ−Ｎ
ｅレーザ光源１とダイクロイックミラー３０との間にシ
ャッター２９を配置し、シャッター２９で随時光束Ｌ1
を遮断する。また、半導体レーザ素子３は印加する電流
により高速に発光のオン及びオフを制御できるので、本
例ではシャッター２９及び半導体レーザ素子３の電源を
用いて、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源１の光束と半導体レーザ
素子３の光束とを時分割的に交互にダイクロイックミラ
ー３０に導く。
【００４８】ダイクロイックミラー３０で光路が同一に
される光束Ｌ1 又はＬ2 が、ミラー７に反射されて入射
角θinでＡＯＭ８Ｂに入射する。ＡＯＭ８Ｂには、トラ
ンスデューサ９Ｂを取り付け、トランスデューサ９Ｂを
周波数ｆ3 で駆動する。これにより、ＡＯＭ８Ｂ内に超
音波によるピッチ（波長）Λ3 の粗密波が生成される。
入射する波長λ1 の光束Ｌ1 又は波長λ2 のＬ2 の内
で、そのＡＯＭ８Ｂをそのまま通過する０次回折光Ｌ
1(0)又はＬ2(0)は周波数変調を受けずに焦点距離Ｆ 2 の
リレーレンズ１０に入射し、ＡＯＭ８Ｂ内の超音波の粗
密波によりブラッグ回折及び周波数変調を受けた１次回
折光Ｌ1(+1) 又はＬ2(+1) もリレーレンズ１０に入射す
る。１次回折光Ｌ1(+1) 及びＬ2(+1) の回折角は僅かに
異なっている。
される光束Ｌ1 又はＬ2 が、ミラー７に反射されて入射
角θinでＡＯＭ８Ｂに入射する。ＡＯＭ８Ｂには、トラ
ンスデューサ９Ｂを取り付け、トランスデューサ９Ｂを
周波数ｆ3 で駆動する。これにより、ＡＯＭ８Ｂ内に超
音波によるピッチ（波長）Λ3 の粗密波が生成される。
入射する波長λ1 の光束Ｌ1 又は波長λ2 のＬ2 の内
で、そのＡＯＭ８Ｂをそのまま通過する０次回折光Ｌ
1(0)又はＬ2(0)は周波数変調を受けずに焦点距離Ｆ 2 の
リレーレンズ１０に入射し、ＡＯＭ８Ｂ内の超音波の粗
密波によりブラッグ回折及び周波数変調を受けた１次回
折光Ｌ1(+1) 又はＬ2(+1) もリレーレンズ１０に入射す
る。１次回折光Ｌ1(+1) 及びＬ2(+1) の回折角は僅かに
異なっている。
【００４９】リレーレンズ１０から射出された０次回折
光及び１次回折光は平行に焦点距離Ｆ1 の対物レンズ１
３に向う。この際に、リレーレンズ１０の光軸上に、Ａ
ＯＭ８Ｂ内で入射光束が回折される点があり、リレーレ
ンズ１０の光軸と対物レンズ１３の光軸とは一致してい
る。対物レンズ１３に入射した０次回折光Ｌ1(0)，Ｌ
2(0)及び１次回折光Ｌ1(+1),Ｌ2(+1) は、それぞれ屈折
作用を受け、被検物であるウエハ１４上に設けられたピ
ッチＰの回折格子状のアライメントマーク１５に対し
て、対物レンズ１３の光軸にほぼ軸対称に入射する。そ
のようにＡＯＭ８Ｂ内の同一の回折領域で回折された複
数の波長の光束が、アライメントマーク１５上の同一の
点に照射されるように、ＡＯＭ８Ｂの回折領域（超音波
の形成領域）とウエハ１４の露光面とは、リレーレンズ
１０及び対物レンズ１３に関して共役に配置されてい
る。リレーレンズ１０の焦点距離Ｆ2 及び対物レンズ１
３の焦点距離Ｆ1 を用いると、ＡＯＭ８Ｂの回折領域か
らウエハ１４の露光面への角倍率γは（Ｆ1 ／Ｆ2)であ
る。
光及び１次回折光は平行に焦点距離Ｆ1 の対物レンズ１
３に向う。この際に、リレーレンズ１０の光軸上に、Ａ
ＯＭ８Ｂ内で入射光束が回折される点があり、リレーレ
ンズ１０の光軸と対物レンズ１３の光軸とは一致してい
る。対物レンズ１３に入射した０次回折光Ｌ1(0)，Ｌ
2(0)及び１次回折光Ｌ1(+1),Ｌ2(+1) は、それぞれ屈折
作用を受け、被検物であるウエハ１４上に設けられたピ
ッチＰの回折格子状のアライメントマーク１５に対し
て、対物レンズ１３の光軸にほぼ軸対称に入射する。そ
のようにＡＯＭ８Ｂ内の同一の回折領域で回折された複
数の波長の光束が、アライメントマーク１５上の同一の
点に照射されるように、ＡＯＭ８Ｂの回折領域（超音波
の形成領域）とウエハ１４の露光面とは、リレーレンズ
１０及び対物レンズ１３に関して共役に配置されてい
る。リレーレンズ１０の焦点距離Ｆ2 及び対物レンズ１
３の焦点距離Ｆ1 を用いると、ＡＯＭ８Ｂの回折領域か
らウエハ１４の露光面への角倍率γは（Ｆ1 ／Ｆ2)であ
る。
【００５０】更に本例では、波長λ1 の０次回折光Ｌ
1(0)及び１次回折光Ｌ1(+1) のアライメントマーク１５
に対する入射角を、それぞれの＋１次回折光Ｌ1(0,+1)
及び−１次回折光Ｌ1(+1,-1)がアライメントマーク１５
から平行にほぼ垂直上方に射出されるように設定する。
同様に、波長λ2 の０次回折光Ｌ2(0)及び１次回折光Ｌ
2(+1) のアライメントマーク１５に対する入射角を、そ
れぞれの＋１次回折光Ｌ 2(0,+1) 及び−１次回折光Ｌ
2(+1,-1)がアライメントマーク１５から平行にほぼ垂直
上方に射出されるように設定する。そのための角倍率γ
の条件を求めるために、波長λi(ｉ＝１，２）の光束が
入射角θinでＡＯＭ８Ｂに入射するときの回折角をθi
とすると、次式が成立する。 ｓｉｎθin＋ｓｉｎθi ＝λi ／Λ3 （１４）
1(0)及び１次回折光Ｌ1(+1) のアライメントマーク１５
に対する入射角を、それぞれの＋１次回折光Ｌ1(0,+1)
及び−１次回折光Ｌ1(+1,-1)がアライメントマーク１５
から平行にほぼ垂直上方に射出されるように設定する。
同様に、波長λ2 の０次回折光Ｌ2(0)及び１次回折光Ｌ
2(+1) のアライメントマーク１５に対する入射角を、そ
れぞれの＋１次回折光Ｌ 2(0,+1) 及び−１次回折光Ｌ
2(+1,-1)がアライメントマーク１５から平行にほぼ垂直
上方に射出されるように設定する。そのための角倍率γ
の条件を求めるために、波長λi(ｉ＝１，２）の光束が
入射角θinでＡＯＭ８Ｂに入射するときの回折角をθi
とすると、次式が成立する。 ｓｉｎθin＋ｓｉｎθi ＝λi ／Λ3 （１４）
【００５１】また、波長λi の２つ光束がほぼ入射角φ
i 及び入射角−φi でピッチＰのアライメントマーク１
５に入射したときに、アライメントマーク１５からほぼ
垂直上方に±１次回折光が射出される条件は、次の通り
である。 ｓｉｎφi ＝λi ／Ｐ （１５） この場合、本例では対物レンズ１３の光軸とリレーレン
ズ１０の光軸とが合致しているため、回折角θi と入射
角φi との間には次の関係がある。 ｓｉｎφi ＝（Ｆ2・ｓｉｎθi ）／Ｆ1 ＝（Ｆ2 ／Ｆ1)（ｓｉｎθi ） ＝（Ｆ2 ／Ｆ1)｛λi ／（２Λ3)｝ （１６）
i 及び入射角−φi でピッチＰのアライメントマーク１
５に入射したときに、アライメントマーク１５からほぼ
垂直上方に±１次回折光が射出される条件は、次の通り
である。 ｓｉｎφi ＝λi ／Ｐ （１５） この場合、本例では対物レンズ１３の光軸とリレーレン
ズ１０の光軸とが合致しているため、回折角θi と入射
角φi との間には次の関係がある。 ｓｉｎφi ＝（Ｆ2・ｓｉｎθi ）／Ｆ1 ＝（Ｆ2 ／Ｆ1)（ｓｉｎθi ） ＝（Ｆ2 ／Ｆ1)｛λi ／（２Λ3)｝ （１６）
【００５２】この（１６）式の導出過程で、（１４）式
で（θin≒θi ）とおいた関係を使用した。そして、
（１６）式を（１５）式と比較することにより、次式が
得られる。 γ＝Ｆ1 ／Ｆ2 ＝Ｐ／（２Λ3) （１７）
で（θin≒θi ）とおいた関係を使用した。そして、
（１６）式を（１５）式と比較することにより、次式が
得られる。 γ＝Ｆ1 ／Ｆ2 ＝Ｐ／（２Λ3) （１７）
【００５３】即ち、角倍率γは、アライメントマーク１
５のピッチＰとＡＯＭ８Ｂ内の超音波のピッチΛ3 との
比の値に等しく設定すれば良い。言い替えると、ＡＯＭ
８Ｂ内の超音波のウエハ１４の露光面での共役像のピッ
チ（＝（Ｆ1/Ｆ2)・Λ3)は、アライメントマーク１５の
ピッチＰの１／２と等しい。
５のピッチＰとＡＯＭ８Ｂ内の超音波のピッチΛ3 との
比の値に等しく設定すれば良い。言い替えると、ＡＯＭ
８Ｂ内の超音波のウエハ１４の露光面での共役像のピッ
チ（＝（Ｆ1/Ｆ2)・Λ3)は、アライメントマーク１５の
ピッチＰの１／２と等しい。
【００５４】なお、上述の説明を一般化して、アライメ
ントマーク１５からほぼ垂直上方に射出する±ｎ次回折
光（ｎ＝１，２，３，‥‥）を使用するものとすると、
角倍率γの条件は次のようになる。 γ＝Ｆ1 ／Ｆ2 ＝Ｐ／（２ｎ・Λ3) （１８） 次に、アライメントマーク１５で回折されてほぼ垂直上
方に進む波長λ1 の±１次回折光Ｌ1(0,+1),Ｌ1(+1,-1)
及び波長λ2 の±１次回折光Ｌ2(0,+1),Ｌ2(+1,-1)は、
それぞれ干渉し、同じ波長の光同士のヘテロダイン干渉
光は、ＡＯＭ８Ｂに印加した周波数ｆ3 で光強度が正弦
波状に変化するようになる。これらのヘテロダイン干渉
光を対物レンズ１３の瞳面近傍に置かれた空間フィルタ
ーとしての小型ミラー１６で反射して受光系に導き、こ
の受光系中の集光レンズ３１で光電検出器３２の受光面
に集光する。
ントマーク１５からほぼ垂直上方に射出する±ｎ次回折
光（ｎ＝１，２，３，‥‥）を使用するものとすると、
角倍率γの条件は次のようになる。 γ＝Ｆ1 ／Ｆ2 ＝Ｐ／（２ｎ・Λ3) （１８） 次に、アライメントマーク１５で回折されてほぼ垂直上
方に進む波長λ1 の±１次回折光Ｌ1(0,+1),Ｌ1(+1,-1)
及び波長λ2 の±１次回折光Ｌ2(0,+1),Ｌ2(+1,-1)は、
それぞれ干渉し、同じ波長の光同士のヘテロダイン干渉
光は、ＡＯＭ８Ｂに印加した周波数ｆ3 で光強度が正弦
波状に変化するようになる。これらのヘテロダイン干渉
光を対物レンズ１３の瞳面近傍に置かれた空間フィルタ
ーとしての小型ミラー１６で反射して受光系に導き、こ
の受光系中の集光レンズ３１で光電検出器３２の受光面
に集光する。
【００５５】そして、シャッター２９を開いて半導体レ
ーザ素子３の発振を停止した状態で、波長λ1 の干渉光
を光電検出器３２で光電変換し、シャッター２９を閉じ
て半導体レーザ素子３の発振を行わせた状態で、波長λ
2 の干渉光を光電検出器３２で光電変換する。これによ
り、波長λ1 の回折光の干渉ビート信号、及び波長λ 2
の回折光の干渉ビート信号が時分割的に得られる。それ
ら干渉ビート信号を別途生成したレファレンス信号と位
相比較することにより、波長λ1 の光を用いた場合のア
ライメントマーク１５の位置、及び波長λ2 の光を用い
た場合のアライメントマーク１５の位置を個別に検出す
ることができる。
ーザ素子３の発振を停止した状態で、波長λ1 の干渉光
を光電検出器３２で光電変換し、シャッター２９を閉じ
て半導体レーザ素子３の発振を行わせた状態で、波長λ
2 の干渉光を光電検出器３２で光電変換する。これによ
り、波長λ1 の回折光の干渉ビート信号、及び波長λ 2
の回折光の干渉ビート信号が時分割的に得られる。それ
ら干渉ビート信号を別途生成したレファレンス信号と位
相比較することにより、波長λ1 の光を用いた場合のア
ライメントマーク１５の位置、及び波長λ2 の光を用い
た場合のアライメントマーク１５の位置を個別に検出す
ることができる。
【００５６】また、本例においても、ＡＯＭ８Ｂからの
異なる波長λ1,λ2 の回折光は互いにウエハ１４への入
射角が異なっているため、アライメントマーク１５の段
差やフォトレジストの膜厚に依らずに、常に高いＳＮ比
で高精度にウエハ１４の位置検出を行うことができる。
また、ＡＯＭを１個使用するだけでよいため、送光系の
構成が簡略である。更に、２つの光源からの異なる波長
の光を時分割的にアライメントマーク１５に照射するよ
うにしているため、受光系では光学的に波長弁別を行う
必要がなく、受光系の構成も簡略化されている。
異なる波長λ1,λ2 の回折光は互いにウエハ１４への入
射角が異なっているため、アライメントマーク１５の段
差やフォトレジストの膜厚に依らずに、常に高いＳＮ比
で高精度にウエハ１４の位置検出を行うことができる。
また、ＡＯＭを１個使用するだけでよいため、送光系の
構成が簡略である。更に、２つの光源からの異なる波長
の光を時分割的にアライメントマーク１５に照射するよ
うにしているため、受光系では光学的に波長弁別を行う
必要がなく、受光系の構成も簡略化されている。
【００５７】なお、ＡＯＭが１個になったことから、ア
ライメントマーク１５から発生する１対の回折光の干渉
光のビート周波数ｆ3 が高くなるが、これは信号処理系
の電気的な処理速度を速くすることで対応することがで
きる。なお、上述実施例では、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源１
からの光束を機械的なシャッター２９で開閉している
が、例えばポッケルスセルのような光学素子を用いてシ
ャッターを構成しても良い。また、光源として複数波長
同時発振のレーザ光源（Ａｒレーザ光源等）を使用し、
同一の光源から時分割的に異なる波長の光束を発生する
ようにしても良い。これにより、光源部が簡略化でき
る。
ライメントマーク１５から発生する１対の回折光の干渉
光のビート周波数ｆ3 が高くなるが、これは信号処理系
の電気的な処理速度を速くすることで対応することがで
きる。なお、上述実施例では、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源１
からの光束を機械的なシャッター２９で開閉している
が、例えばポッケルスセルのような光学素子を用いてシ
ャッターを構成しても良い。また、光源として複数波長
同時発振のレーザ光源（Ａｒレーザ光源等）を使用し、
同一の光源から時分割的に異なる波長の光束を発生する
ようにしても良い。これにより、光源部が簡略化でき
る。
【００５８】このように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。
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。
【００５９】
【発明の効果】本発明の第１の位置検出装置によれば、
複数の波長の光束をそれぞれ２方向から回折格子状マー
クに照射しているため、その回折格子状マークの段差
や、被検物上に塗布されている感光材等の膜厚に依らず
に、高精度に被検物の位置を検出できる利点がある。ま
た、第１の変調手段及び第２の変調手段内の進行波の形
成領域がそれぞれ被検物の回折格子状マークの形成面と
共役であるため、それら第１及び第２の変調手段内で位
置検出用の光束が通過する領域を狭くできると共に、位
置検出用の光束の利用効率が高いという利点がある。ま
た、従来の単色の２光束干渉方式の位置検出装置と比べ
て、光量の損失が少ない。
複数の波長の光束をそれぞれ２方向から回折格子状マー
クに照射しているため、その回折格子状マークの段差
や、被検物上に塗布されている感光材等の膜厚に依らず
に、高精度に被検物の位置を検出できる利点がある。ま
た、第１の変調手段及び第２の変調手段内の進行波の形
成領域がそれぞれ被検物の回折格子状マークの形成面と
共役であるため、それら第１及び第２の変調手段内で位
置検出用の光束が通過する領域を狭くできると共に、位
置検出用の光束の利用効率が高いという利点がある。ま
た、従来の単色の２光束干渉方式の位置検出装置と比べ
て、光量の損失が少ない。
【００６０】また、その進行波の被検物上の共役像のピ
ッチをその回折格子状マークのピッチと等しくした場合
には、それら第１及び第２の変調手段の進行波の形成領
域を対物光学系の光軸から所定のオフセット量だけずら
すことにより、その回折格子状マークから±１次回折光
がほぼ垂直上方に射出するようにすることができる。従
って、受光系の構成を簡略化できる。
ッチをその回折格子状マークのピッチと等しくした場合
には、それら第１及び第２の変調手段の進行波の形成領
域を対物光学系の光軸から所定のオフセット量だけずら
すことにより、その回折格子状マークから±１次回折光
がほぼ垂直上方に射出するようにすることができる。従
って、受光系の構成を簡略化できる。
【００６１】次に、第２の位置検出装置においても、複
数の波長の光束をそれぞれ２方向から回折格子状マーク
に照射しているため、その回折格子状マークの段差や、
被検物上に塗布されている感光材等の膜厚に依らずに、
高精度に被検物の位置を検出できる利点がある。また、
変調手段を１個使用するだけで良いため、装置構成を簡
略化できる。
数の波長の光束をそれぞれ２方向から回折格子状マーク
に照射しているため、その回折格子状マークの段差や、
被検物上に塗布されている感光材等の膜厚に依らずに、
高精度に被検物の位置を検出できる利点がある。また、
変調手段を１個使用するだけで良いため、装置構成を簡
略化できる。
【００６２】また、その変調手段内に生成される進行波
の被検物上の共役像のピッチをその回折格子状マークの
ピッチの１／２に設定した場合には、その回折格子状マ
ークから±１次回折光がほぼ垂直上方に射出するように
することができる。従って、受光系の構成を簡略化でき
る。
の被検物上の共役像のピッチをその回折格子状マークの
ピッチの１／２に設定した場合には、その回折格子状マ
ークから±１次回折光がほぼ垂直上方に射出するように
することができる。従って、受光系の構成を簡略化でき
る。
【図１】本発明による位置検出装置の第１実施例を示す
構成図である。
構成図である。
【図２】（ａ）は本発明の第２実施例の縮小投影型露光
装置のアライメント系を示す正面図、（ｂ）は図２
（ａ）の右側面図である。
装置のアライメント系を示す正面図、（ｂ）は図２
（ａ）の右側面図である。
【図３】図２の投影光学系２４を通して、異なる２波長
のアライメント光でウエハ側のアライメントマークを観
察したときのレチクル面近傍（ウエハ共役面）上でのず
れの状態を示す図である。
のアライメント光でウエハ側のアライメントマークを観
察したときのレチクル面近傍（ウエハ共役面）上でのず
れの状態を示す図である。
【図４】本発明の第３実施例を示す構成図である。
１ Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源 ２ ダイクロイックミラー ３ 半導体レーザ素子 ６ ハーフプリズム ８Ａ，８Ｂ 音響光学変調素子（ＡＯＭ） ９Ａ，９Ｂ トランスデューサ １０Ａ，１０Ｂ リレーレンズ １１Ａ，１１Ｂ 空間フィルター １２ ハーフプリズム １３ 対物レンズ １４ ウエハ １５ 回折格子状のアライメントマーク １６ 空間フィルターとしての小型ミラー １７ ダイクロイックミラー １８，１９ 光電検出器 ２０ 信号処理系
Claims (4)
- 【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状マークに対して
前記２光束を所定の２方向から照射する対物光学系と、
前記回折格子状マークから同一方向に発生する回折光同
士による干渉光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、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２分割して
第１及び第２の光束を生成する光分割手段と、進行波を
利用して前記第１の光束を回折及び周波数変調すると共
に前記被検物と共役に配置された第１の変調手段と、進
行波を利用して前記第２の光束を回折及び周波数変調す
ると共に前記被検物と共役に配置された第２の変調手段
とを有し、 前記第１及び第２の変調手段により回折されてそれぞれ
前記被検物に照射される前記第１及び第２の光束の間に
所定の周波数差を与えたことを特徴とする位置検出装
置。 - 【請求項２】 前記第１及び第２の変調手段内の進行波
の前記被検物上の共役像のピッチをそれぞれ前記回折格
子状マークのピッチと等しく設定したことを特徴とする
請求項１記載の位置検出装置。 - 【請求項３】 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状マークに対して
前記２光束を所定の２方向から照射する対物光学系と、
前記回折格子状マークから同一方向に発生する回折光同
士による干渉光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、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の一部をその
まま通過させて残りの部分を進行波を利用して回折及び
周波数変調する変調手段と、前記対物光学系と共に前記
変調手段を前記被検物と共役にする集光光学系とを有
し、 前記変調手段をそのまま通過して前記被検物に照射され
る光束と、前記変調手段により回折されて前記被検物に
照射される光束との間に所定の周波数差を与えたことを
特徴とする位置検出装置。 - 【請求項４】 前記変調手段内の進行波の前記被検物上
の共役像のピッチを前記回折格子状マークのピッチの１
／２に設定したことを特徴とする請求項３記載の位置検
出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5131736A JPH06342748A (ja) | 1993-06-02 | 1993-06-02 | 位置検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5131736A JPH06342748A (ja) | 1993-06-02 | 1993-06-02 | 位置検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06342748A true JPH06342748A (ja) | 1994-12-13 |
Family
ID=15064998
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5131736A Withdrawn JPH06342748A (ja) | 1993-06-02 | 1993-06-02 | 位置検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06342748A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001237183A (ja) * | 2000-01-20 | 2001-08-31 | Asm Lithography Bv | マイクロリソグラフィ投影装置 |
| JP2017166876A (ja) * | 2016-03-14 | 2017-09-21 | ツクモ工学株式会社 | ヘテロダイン干渉装置 |
| CN113448189A (zh) * | 2020-03-26 | 2021-09-28 | 上海微电子装备（集团）股份有限公司 | 一种对准系统及光刻机 |
-
1993
- 1993-06-02 JP JP5131736A patent/JPH06342748A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001237183A (ja) * | 2000-01-20 | 2001-08-31 | Asm Lithography Bv | マイクロリソグラフィ投影装置 |
| JP2017166876A (ja) * | 2016-03-14 | 2017-09-21 | ツクモ工学株式会社 | ヘテロダイン干渉装置 |
| CN113448189A (zh) * | 2020-03-26 | 2021-09-28 | 上海微电子装备（集团）股份有限公司 | 一种对准系统及光刻机 |
| CN113448189B (zh) * | 2020-03-26 | 2022-11-15 | 上海微电子装备（集团）股份有限公司 | 一种对准系统及光刻机 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000905 |