JPH0635927B2

JPH0635927B2 - 位置検出方法及びその装置並びに位置合せ装置

Info

Publication number: JPH0635927B2
Application number: JP2177236A
Authority: JP
Inventors: 浩匡柴田
Original assignee: SOLEX KK
Current assignee: SOLEX KK
Priority date: 1990-07-06
Filing date: 1990-07-06
Publication date: 1994-05-11
Anticipated expiration: 2009-05-11
Also published as: JPH0465604A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、半導体超微細加工や超精密測定等において
光ヘテロダイン干渉光を利用する位置検出方法及びその
装置、更にその位置検出構成を用いて２つの物体の超精
密位置合せを行なう位置合せ装置に関する。

〔従来の技術〕

シンクロトロン放射光リソグラフィ用アライナやフォト
ステッパ等の精密位置検出技術では、例えば特開昭６２
−２６１００３号や特開昭６４−８９３２３号等のよう
に、光ヘテロダイン位置検出方式が試作機レベルで実用
化され始めている。

第６図は上記の従来技術のうち前者に示された干渉回折
光を利用する位置検出手段の概要が示されており、まず
その装置構成としては、第１の物体となるマスクＡ及び
第２の物体となるウェハＢ上に形成された各回折格子(1
a)(1b)と、直交直線偏光のわずかに異なる２周波数の光
を発生させるレーザ装置からなる光源(2)と、後述する
偏光ビームスプリッタ(52a)で分離した光の方向を調整
して前記回折格子(1a)(1b)の格子面法線に対して±θn
〔θnは回折の式ｎ・λ＝Ｐ・sinθn（λは光源波長、
ｎは正の整数）を満足する〕の角度を持つ方向から照射
するミラー(40a)(41a)からなる入射角調整手段と、光源
(2)からくる２偏光を分離して前記ミラー(40a)(41a)方
向に夫々分岐する偏光ビームスプリッタ(52a)及び前記
回折格子(1a)(1b)から垂直方向に取り出される各回折光
を干渉せしめて干渉光とする偏光板(54)(55)からなる光
干渉手段と、この偏光板(54)(55)により干渉せしめて生
成されたビート信号を検出するディテクタ(60a)(62a)か
らなる検出手段と、このディテクタ(60a)(62a)の夫々で
検出されたビート信号の位相ずれを検出して位相計に表
示する信号処理手段(70)とを有している。

そして前記光源(2)から発せられる光は２周波数成分
ｆ₁、ｆ₂を有しており、偏光ビームスプリッタ(52a)で
ｆ₁の周波数成分の光とｆ₂の周波数成分の光に分離さ
れ、夫々ミラー(40a)(41a)によって回折格子(1a)(1b)に
対して±ｎ次方向（例えば±１次方向）から入射する。
回折格子(1a)(1b)から垂直方向に回折された光ｆ₁、ｆ₂
（図中破線で示す）は、ミラー(44a)及びプリズムミラ
ー(44b)を通って各偏光板(54)(55)で可干渉となり、デ
ィテクタ(60a)(62a)で夫々ビート信号が検出される。各
ディテクタ(60a)(62a)で検出されたビート信号間では、
回折格子(1a)(1b)の位置ずれ量に比例した位相差を生じ
る。この位相差を信号処理手段(70)の位相計で検出する
ことにより、２つの回折格子(1a)(1b)間の相対的位置ず
れ量を知ることになる。

又、後者の位置検出手段では、上記の入射角調整手段の
構成を基準格子とフーリエ変換光学系で構成される該手
段に替えただけであって、基本的構成は前者の構成と同
じである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上の光ヘテロダイン位置検出方式では、各回折格子(1
a)(1b)の格子定数、即ち格子ピッチＰが大きい程その信
号検出範囲が広がり、その間の関係は、信号検出範囲＝回折格子(1a)(1b)ピッチＰ／２ｎ但し、ｎ：コヒーレント光の照射方向の次数の絶対値であつて、例えばｎが１の場合、上記ピッチＰの１/２
がその検出範囲となる。但し、検出分解能については全
くこの逆の関係が成り立ち、仮りに、位相計分解能の精
度を１゜程度とすると、その検出分解能は、検出分解能＝信号検出範囲／360゜となり、前記光の照射方向の次数の全体値ｎを上げない
限り、格子ピッチＰが大きいほど該検出分解能の精度は
低下することになる。そのため検出分解能を上げようと
して前記格子ピッチＰの小さな回折格子(1a)(1b)にしよ
うとすれば、信号検出範囲は上記式より極端に狭くなる
（尚、コヒーレント光の照射方向次数の絶対値ｎを大き
くして検出分解能を上げた場合でも上記式より同様な結
果となる）。

従って転写線幅がクォータミクロンオーダになるシンク
ロトロン放射光リソグラフィ用アライナにおいてこのよ
うな光ヘテロダイン位置検出方式を用いてより高い位置
検出分解能を得ようとすると、信号検出範囲が非常に狭
いものとなり、実用化が困難であった。

本発明は従来技術の以上のような問題に鑑み創案された
もので、必要な検出分解能を維持したまま検出範囲を拡
大できる位置検出方法及びその装置と、その位置検出構
成を用いた位置合せ装置を提供せんとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

そのため本発明の位置検出方法は、マスク、ウェハ等の
第１及び第２の物体に夫々設けられる回折格子につき、
２種以上の異なる格子定数のものを並べて配置すること
とし、これらの各回折格子に対し夫々±ｎ次方向（次数
の絶対値ｎは同じでも格子ピッチＰが異なるのであるか
ら上述の回折の式ｎ・λ＝Ｐ・sinθnより実際には＋側
及び−側の夫々複数の方向）からわずかに異なる２周波
数のコヒーレント光を照射し、この照射によって各回折
格子から夫々垂直方向に生じる回折光を検出し、且つこ
の回折時点で又は回折光光路途中で２周波成分を干渉せ
しめてビート信号を夫々生成し、第１及び第２の物体に
設けられた上記回折格子のうち格子定数の等しいもの同
士の回折光から得られるビート信号の位相差を夫々測定
してこれらの各位相差に基づいて前記第１及び第２の物
体の変位量（相対的位置ずれ量のほか、他に基準ビート
信号を生成せしめてこれら２つの物体の夫々の変位量を
知る絶対的位置ずれ量でも良い）を検出する。

例えば、格子ピッチＰ₁と格子ピッチＰ₂の２つの回折格
子であってＰ₁＞Ｐ₂となるもの（但し、Ｐ₁／Ｐ₂＝ｍと
する）を第１及び第２の物体の夫々に２段に並べて配置
（その他格子ピッチＰ₁の回折格子群の隣に格子ピッチ
Ｐ₂の回折格子群を並べて配置しても良い）し、これら
の回折格子に±１次方向から直交直線偏光のわずかに異
なる２周波数成分ｆ₁、ｆ₂を有する光を照射することに
より、第１及び第２の物体の夫々において格子ピッチＰ
₁からなる回折格子からの回折光と、格子ピッチＰ₂から
なる回折格子からの回折光を各分離して検出し、これら
の回折光の２周波数成分ｆ₁、ｆ₂を干渉せしめて各ビー
ト信号を生成せしめる。

そして第１及び第２の物体における格子ピッチＰ₁の各
回折格子からの回折光によるビート信号間の位相差を検
出すれば、その信号波形は上記格子ピッチＰ₁の１/２を
周期とする線形信号となる。又、格子ピッチＰ₂の各回
折格子からの回折光によるビート信号間の位相差を検出
すれば、その信号波形は上記格子ピッチＰ₂の１/２を周
期とする線形信号となる。従って前者の信号波形を採れ
ば後者のｍ倍の検出範囲をカバーでき、且つ後者の信号
波形を採れば前者のｍ倍の検出分解能を得ることができ
ることになる。そのため両方の信号の位相差を同時に検
出することで、格子ピッチＰ₂の回折格子による分解能
を維持したまま、格子ピッチＰ₁の回折格子による検出
範囲をカバーすることが可能になる。

更に上述した従来技術には開示されていないが第１及び
第２の物体の変位量を検出する別の方法としては、光源
から垂直方向に照射され第１及び第２の物体の各回折格
子から夫々生じる回折光のうち±ｎ次回折光を検出し、
回折光光路途中で２周波成分を干渉せしめてビート信号
を夫々生成し、これらのビート信号の位相差を測定する
ことでその変位量を検出することもできる。そして本発
明はこのような構成に対しても適用できる。この場合も
同様に２種以上の異なる格子定数の回折格子を並べて第
１及び第２の物体の夫々に配置し、これらの回折格子か
ら±ｎ次回折方向（次数の絶対値ｎは同じであっても格
子ピッチＰが異なっているのであるから実際には＋側及
び−側の夫々複数の方向）で取り出される回折光を干渉
せしめてビート信号を生成せしめ、第１及び第２の物体
に設けられた上記回折格子のうち格子定数の等しいもの
同士の回折光から得られるビート信号の位相差を夫々測
定し、これらの各位相差に基づいて第１及び第２の物体
の変位量を検出することになる。但し以上の構成では、
第１及び第２の物体の夫々に設けられる回折格子の格子
ピッチを仮りにＰ₁、Ｐ₂とした場合に、Ｐ₁をＰ₂の整数
倍にするとピッチＰ₁の回折格子由来の±ｌ次回折光と
ピッチＰ₂の回折格子由来の±１次回折光とが同一方向
に出射され、ノイズとなる可能性があるため、非整数倍
にすることが望ましい。

尚、上記本発明の構成中、光の干渉を行なわしめる手段
については、上述のような偏光ビームスプリッタと偏光
板を組合せて使用する方法もあるが、偏光ビームスプリ
ッタと１/２波長板を組合せて使ったり、又はビームス
プリッタ、１/２波長板及び偏光板を組合せて使うこと
も可能である。即ち、コヒーレント光の±ｎ次方向から
の照射を行なう場合に、偏光ビームスプリッタで取り出
されたｆ₁成分のみ又はビームスプリッタで採り出され
たｆ₁及びｆ₂の両成分を有する＋ｎ次光か同じく偏光ビ
ームスプリッタで取り出されたｆ₂成分のみ又はビーム
スプリッタで取り出されたｆ₂及びｆ₁の両成分を有する
−ｎ次光の一方の偏光面を１/２波長板で90゜ずらせて
各回折格子の照射し、その回折の時点で干渉せしめるこ
とも可能である（ｆ₁、ｆ₂の両成分を有する形で照射干
渉がなされた後者の場合は、水平方向又は垂直方向の干
渉光の一方を更に偏光板でカットし、残りの干渉光を検
出することになる）し、コヒーレント光を各回折格子に
垂直に入射させ、そこから発生する回折光のうち±ｎ次
の回折光を取り出した場合に＋ｎ次回折光又は−ｎ次回
折光のうち、その一方を１/２波長板で同様に処理し、
±ｎ次回折光の検出の時点前に干渉せしめるということ
もできる。

次に第２及び第３発明の位置検出装置は上記第１発明の
位置検出方法の実施装置に係り、第２発明装置は回折光
を垂直方向で取り出す場合の構成、及び第３発明装置は
回折光を±ｎ次回折方向で取り出す場合の構成である。
即ち、第２発明装置は、第１及び第２の物体の夫々に並
べて配置された２種以上の異なる格子定数からなる回折
格子と、わずかに異なる２周波数のコヒーレント光を発
生させる光源と、該光源から発生したコヒーレント光を
前記第１及び第２の物体の各回折格子に対して夫々±ｎ
次の方向から入射させる入射角調整手段と、各回折格子
で照射光が回折する時点で又は各回折格子から垂直方向
に夫々取り出される回折光の光路途中で２周波成分を干
渉せしめて干渉光とする光干渉手段と、第１及び第２の
物体の各回折格子から垂直方向に夫々取り出され、且つ
前記光干渉手段によって生成されたビート信号を夫々検
出する検出手段と、第１及び第２の物体の前記回折格子
のうち格子定数の等しいもの同士の回折光から前記検出
手段によって得られるビート信号の位相差を夫々測定し
てこれらの位相差に基づき第１及び第２の物体の変位量
を検出する信号処理手段とを有している。又、第３発明
装置では光の入射を垂直方向から行ない、回折光の取り
出しを±ｎ次回折方向で行なう構成としているため、第
２発明装置のような入射角調整手段はなく、各回折格子
から生じる回折光のうち±ｎ次の回折光を取り出すミラ
ーや偏光ビームスプリッタ等の回折光取り出し手段を備
え、且つ光干渉手段については、回折光の取り出し光路
途中で２周波成分の干渉を行なわしめる装置構成として
いる。そしてこれらの構成を前提構成として第３発明は
回折光取り出し手段により各回折格子から±ｎ次回折方
法で回折光を取り出すと共に、前記検出手段についても
これらの回折光取り出し方向に対応させて各ビート信号
の検出ができるようにし、更に前記信号処理手段につい
ても、検出手段によりビート信号として検出された各回
折光のうち、第１及び第２の物体の夫々に設けられた格
子定数の等しい回折格子同士の回折光から得られるビー
ト信号の位相差を夫々測定し、これらの各位相差に基づ
き前記第１及び第２の物体の変位量を検出するようにし
ている。

更に、第４及び第５発明の位置合せ装置は、第２及び第
３発明の位置検出装置を基に更にその装置構成を第１の
物体と第２の物体の位置合せができるような構成まで発
展改良させたものであり、それに固有な構成は、第１の
物体及び／又は第２の物体を動かす移動機構を備えると
共に、測定された位相差から第１の物体と第２の物体の
位置検出を行なう信号処理手段を単に備えるというので
はなく、その位相差に基づき前記移動機構に制御信号を
出力し、第１の物体及び／又は第２の物体を動かして位
置合せする信号処理制御手段を備えるものであり、その
他の構成は第２発明及び第３発明の構成と同じである。

〔実施例〕

以下本発明の具体的実施例につき添付図面を基に説明す
る。

第１図は、シンクロトロン放射光露光装置において第１
の物体たるマスクＡと第２の物体たるウェハＢの位置合
せに用いられた第５発明に係る位置合せ装置構成の概略
を示すもので、図中マスク及びウェハの各移動機構につ
いての構成は省略されている。

本実施例では、マスクＡ上及びウェハＢ上の夫々に第２
図に示すように上段側に格子ピッチ８μｍの回折格子(1
0)及び下段側に格子ピッチ1.5μｍの回折格子(11)を並
べて配置している。

以上の構成のほか本実施例では、シリンダレンズ(20)及
びミラー(21)を介して上記各回折格子(10)(11)に対して
垂直方向から２周波コヒーレント光を照射せしめる横ゼ
ーマンレーザからなる光源(2)と、マスクステージ及び
ウェハステージにより構成された移動機構（図示なし）
と、上記照射によって各回折格子(10)(11)から生じる回
折光のうちピッチ８μｍの回折格子(10)から生じる±１
次回折光を取り出すミラー(30)(31)及びピッチ 1.5μｍ
の回折格子(11)から生じる±１次回折光を取り出すミラ
ー(32)(33)の回折光取り出し手段と、該ミラー(31)(33)
で＋１次方向に取り出された回折光の偏光面を 90゜ず
らす１/２波長板(50)(51)及び前記ミラー(30)(32)で取
り出された−１次回折光がこの 90゜偏光面のずらされ
た＋１次回折光と干渉し合い更にそこで偏光せしめられ
ることになる偏光ビームスプリッタ(52)(53)からなる光
干渉手段と、マスクＡ側の各回折格子(10)(11)から取り
出されてくる±１次回折光の干渉により生成されたビー
ト信号のうちピッチ８μｍの回折格子(10)由来のビート
信号と、ピッチ1.5μｍの回折格子(11)由来のビート信
号を検出するマスクＰ₁ディテクタ(60)及びマスクＰ₂デ
ィテクタ(61)、更にウェハＢ側の各回折格子(10)(11)か
ら取り出されてくる±１次回折光の干渉光をナイフエッ
ジミラー(34)(35)で反射せしめて、そのうちピッチ８μ
ｍの回折格子(10)由来のビート信号とピッチ 1.5μｍの
回折格子(11)由来のビート信号を検出するウェハＰ₁デ
ィテクタ(62)及びウェハＰ₂ディテクタ(63)からなる検
出手段と、これらの各検出手段で検出されたビート信号
を入力し、マスクＡ及びウェハＢのピッチ８μｍの回折
格子(10)からの回折光に由来するビート信号間の位相差
と同じくマスクＡ及びウェハＢのピッチ 1.5μｍの回折
格子(11)からの回折光に由来するビート信号間の位相差
を測定し、これらの位相差に基づいて前記移動機構に制
御信号を出力する信号処理制御回路(7) とを有してい
る。

尚、上記装置構成において、マスクＡの回折格子(10)(1
1)に対し、ウェハＢの回折格子(10)(11)は格子長手方向
にわずかにずれている。又、マスクＡ面には光透過窓(1
c)が設けられており、ウェハＢの各回折格子(10)(11)に
対する前記コヒーレント光の照射と該回折格子(10)(11)
からの回折光の取り出しはこの光透過窓(1c)を介してな
されている。更に前記信号処理制御回路(7)には測定さ
れた各位相差を表示する位相計（図示なし）も同時に設
置されている。

以上の装置構成の使用方法を次に説明する。

上記光源(2)横ゼーマンレーザは、２周波成分ｆ₁、ｆ₂
を含んだ光を発生し、このコヒーレント光を垂直方向か
らマスクＡの回折格子(10)(11)及びウェハＢの回折格子
(10)(11)に夫々照射する。この時、ウェハＢの回折格子
(10)(11)に対しては前記光透過窓(1c)を通って照射され
ることになる。この照射によって各回折格子(10)(11)に
は第１図に示すような各方向に回折光が生じ、そのうち
マスクＡ及びウェハＢのピッチ８μｍの回折格子(10)か
ら発せられる±１次回折光をミラー(30)(31)で又同じく
マスクＡ及びウェハＢのピッチ 1.5μｍの回折格子(11)
から発せされる±１次回折光をミラー(32)(33)で偏光ビ
ームスプリッタ(52)(53)方向に反射せしめ、そこからそ
の一部はマスクＰ₁ディテクタ(60)及びマスクＰ₂ディテ
クタ(61)に、又残りはナイフエッジミラー(34)(35)を介
してウェハＰ₁ディテクタ(62)及びウェハＰ₂ディテクタ
(63)に達し、そこで検出される。上記回折光のうち、ミ
ラー(31)(33)によって反射せしめられマスクＡ及びウェ
ハＢの格子ピッチ８μｍ並びに 1.5μｍの各回折格子(1
0)(11)から発せられた＋１次回折光はその途中１/２波
長板(50)(51)によってその偏波面を 90゜ずらされる
（垂直成分は水平に、又水平成分は垂直にずらされる）
ため、偏光ビームスプリッタ(52)(53)で夫々格子ピッチ
８μｍ及び 1.5μｍの各回折格子(10)(11)から取り出さ
れた−１次回折光と干渉し合い、干渉光となる。このた
め各ディテクタ(60)(61)(62)(63)では該干渉光によって
生成されるビート信号が検出され、信号処理制御回路
(7)にこれらビート信号が送られる。該回路(7)では、マ
スクＰ₁ディテクタ(60)より送られてくるビート信号
と、ウェハＰ₁ディテクタ(62)より送られてくるビート
信号の位相差が測定され、第３図(a)に示されるような
信号波形が得られることになる。又同じくこの信号処理
制御回路(7)にはマスクＰ₂ディテクタ(61)より送られて
くるビート信号とウェハＰ_２ディテクタ(63)より送られ
てくるビート信号の位相差が測定され、同図(b)に示さ
れるような信号波形が得られる。第３図(a)に示された
信号波形では、４μｍを周期とする線形信号となり、同
図(b)のそれでは、0.75μｍを周期とする線形信号とな
る。このように信号処理制御回路(7)では、マスクＡ及
びウェハＢのピッチ８μｍの回折格子(10)由来のビート
信号の位相差と、同ピッチ 1.5μｍの回折格子(11)由来
のビート信号の位相差を検出しているので、４μｍの範
囲内でマスクＡとウェハＢの相対的な位置ずれ量が測定
でき、しかもピッチ 1.5μｍの回折格子(11)の持つ分解
能〔位相計分解能を１゜程度とすると、その分解能は
0.75μｍ/360゜ということになり、格子ピッチ８μｍの
回折格子(10)の分解能の約 5.3倍になる〕を同時に達成
できることになる。

第４図は同じくシンクロトロン放射光露光装置のマスク
ＡとウェハＢの位置合せ用に使用された第４発明の位置
合せ装置の実施例構成を示している。

本実施例構成でも、マスクＡとウェハＢの夫々に格子ピ
ッチ８μｍと 1.5μｍの各回折格子(10)(11)を並べて配
置しており、更に横ゼーマンレーザの光源(2)より発せ
られた２周波成分ｆ₁、ｆ₂を有するコヒーレント光をシ
リンダレンズ(20)を介してハーフミラー(22)によりその
一部は偏光ビームスプリッタ(53)側に、又その残りはミ
ラー(23)を介して別の偏光ビームスプリッタ(52)側に進
入せしめ、両偏光ビームスプリッタ(52)(53)により夫々
上記コヒーレント光をｆ₁成分とｆ₂成分を有する光に分
離し、更に夫々ミラー(40)(41)とミラー(42)(43)により
マスクＡ及びウェハＢの夫々に格子ピッチ８μｍと 1.5
μｍで設けられている回折格子(10)(11)に対して夫々±
１次方向より照射する。この時第４図に示されているよ
うにｆ₁成分の光は１/２波長板(50)(51)によってその偏
光面が 90゜ずらされ、ミラー(41)(43)により各回折格
子(10)(11)に対し、＋１次方向から照射される。又本実
施例では格子ピッチ８μｍの回折格子(10)への照射で生
じる回折光と格子ピッチ 1.5μｍの回折格子(11)への照
射で生じる回折光がいずれも垂直方向に生ずることにな
り重なってしまうため、第４図の丁度真横から見た状態
を示す第５図に示されるように、ピッチ８μｍの回折格
子(10)への照射とピッチ 1.5μｍの回折格子(11)への照
射を角度と異ならしめながら斜入射させることにより、
回折光の取り出しをその斜入射角度に対応せしめた方向
で行なえる（斜方検出ができる）ようにしている。

以上のようにして照射された光は各回折格子(10)(11)で
回折した時点で光ヘテロダイン干渉光となってミラー(4
4)(45)及びナイフエッジミラー(46)(47)を介してマスク
Ｐ₁ディテクタ(60)及びウェハＰ₁ディテクタ(62)とマス
クＰ₂ディテクタ(61)及びウェハＰ₂ディテクタ(63)にビ
ート信号として夫々検出される。

更に検出された各ビート信号は信号処理制御回路(7)に
入力され、マスクＡ及びウェハＢの夫々に設けられた格
子ピッチ８μｍの回折格子(10)に由来するビート信号間
の位相差と同じく格子ピッチ 1.5μｍの回折格子(11)に
由来するビート信号間の位相差を夫々測定して、マスク
ＡとウェハＢ間の相対的位置ずれ量を各々検出する。得
られる位相差の信号波形は前実施例の第３図(a)(b)に示
されたものと同じになり、そのためその詳細については
省略する。

尚、以上本発明で使用される回折格子のタイプは、反射
型、透過型、振幅型、位相型、ブレーズド型等種々のも
のが使用可能である。又光源についても、横ゼーマンレ
ーザのほか、横ゼーマンレーザと１/４波長板の組合
せ、及び安定化レーザと周波数シフタの組合せ等が可能
である。更に以上の実施例で示したものはマスク回折格
子とウェハ回折格子から得られる各回折光をビート信号
に変換して各ビート信号の位相差を測定したものであ
り、これにより得られるマスクとウェハの変位量は相対
的なものであるが、別に基準ビート信号を採り、これに
対してマスク及びウェハが夫々どの程度ずれているかを
測定する絶対位置ずれ検出方式を採用することもでき
る。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明法並びに装置によれば、光ヘ
テロダイン位置検出方式の必要な検出分解能を高く維持
したまま、この分解能とは相反する関係にある検出範囲
をこれまでとは逆に著しく拡大することができ、そのた
め第１の物体と第２の物体のクォータミクロン範囲の微
小変位の検出が可能で、且つその検出によって位置合せ
精度も飛躍的に向上せしめることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第５発明の位置合せ装置の一実施例に係る構成
を示す概略図、第２図は本実施例において各回折格子で
の回折光の発生状況を示す説明図、第３図(a)(b)は本実
施例において各位相差の検出の結果得られた位相計の信
号波形を示す図、第４図は第４発明の位置合せ装置の実
施例構成を示す概略図、第５図は前図の丁度真横から見
た照射光の斜入射状況及び回折光の斜方検出状況を示す
側面図、第６図は従来の光ヘテロダイン位置検出方式の
説明図である。図中、Ａはマスク、Ｂはウェハ、(1a)(1b)(10)(11)は回
折格子、(2)は光源、(30)(31)(32)(33)(40)(40a)(41)(4
1a)(42)(43)はミラー、(52)(52a)(53)は偏光ビームスプ
リッタ、(50)(51)は１/２波長板、(60)(60a)(61)(62)(6
2a)(63)はディテクタ、(7)は信号処理制御回路を各示
す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２種以上の異なる格子定数の回折格子を並
べて第１及び第２の物体の夫々に配置し、わずかに異な
る２周波数のコヒーレント光を、これらの回折格子に対
し垂直方向から照射し、又はこれらの回折格子に対し夫
々±ｎ次の方向から照射することにより、第１及び第２
の物体の各回折格子から夫々生じる±ｎ次回折光を取出
し、又はこれら各回折格子から夫々垂直方向に生じる回
折光を取出し、且つ前記回折時点で又は回折光光路途中
で２周波成分を干渉せしめることでこれらを基にビート
信号を夫々生成し、第１及び第２の物体に設けられた上
記回折格子のうち格子定数の等しいもの同士の回折光か
ら得られるビート信号の位相差を夫々測定することで第
１及び第２の物体の変位量を検出することを特徴とする
位置検出方法。
【請求項２】第１及び第２の物体の夫々に並べて配置さ
れた２種以上の異なる格子定数からなる回折格子と、わ
ずかに異なる２周波数のコヒーレント光を発生させる光
源と、該光源から発生したコヒーレント光を前記第１及
び第２の物体の各回折格子に対して夫々±ｎ次の方向か
ら入射させる入射角調整手段と、各回折格子で照射光が
回折する時点で又は各回折格子から垂直方向に夫々取り
出される回折光の光路途中で２周波成分を干渉せしめる
光干渉手段と、第１及び第２の物体の各回折格子から垂
直方向に夫々取り出され、且つ前記光干渉手段によって
生成されたビート信号を夫々検出する検出手段と、第１
及び第２の物体の前記回折格子のうち格子定数の等しい
もの同士の回折光から前記検出手段によって得られるビ
ート信号の位相差を夫々測定してこれらの位相差に基づ
き第１及び第２の物体の変位量を検出する信号処理手段
とを有することを特徴とする位置検出装置。
【請求項３】第１及び第２の物体の夫々に並べて配置さ
れた２種以上の異なる格子定数からなる回折格子と、わ
ずかに異なる２周波数のコヒーレント光を発生させる光
源と、該光源から発生したコヒーレント光を前記第１及
び第２の物体の各回折格子に対し垂直方向から照射した
時にこれらの回折格子から生ずる回折光のうち±ｎ次回
折光の取り出しを夫々行なう回折光の取り出し手段と、
前記各回折光の取り出し光路途中で２周波成分を干渉せ
しめる光干渉手段と、前記回折光取り出し手段によって
取り出され且つ光干渉手段によって生成されたビート信
号を夫々検出する検出手段と、第１及び第２の物体の前
記回折格子のうち格子定数の等しいもの同士の回折光か
ら前記検出手段によって得られるビート信号の位相差を
夫々測定してこれらの位相差に基づき第１及び第２の物
体の変位量を検出する信号処理手段とを有することを特
徴とする位置検出装置。
【請求項４】第１及び第２の物体の夫々に並べて配置さ
れた２種以上の異なる格子定数からなる回折格子と、第
１の物体及び／又は第２の物体を動かす移動機構と、わ
ずかに異なる２周波数のコヒーレント光を発生させる光
源と、該光源から照射されたコヒーレント光を前記第１
及び第２の物体の各回折格子に対して夫々±ｎ次の方向
から入射させる入射角調整手段と、各回折格子で照射光
が回折する時点で又は各回折格子から垂直方向に夫々取
り出される回折光の光路途中で２周波成分を干渉せしめ
る光干渉手段と、第１及び第２の物体の各回折格子から
垂直方向に夫々取り出され、且つ前記光干渉手段によっ
て生成されたビート信号を夫々検出する検出手段と、第
１及び第２の物体の前記回折格子のうち格子定数の等し
いもの同士の回折光から前記検出手段によって得られる
ビート信号の位相差を夫々測定してこれらの位相差に基
づき前記移動機構に制御信号を出力し、第１の物体及び
／又は第２の物体を動かして位置合せする信号処理制御
手段とを有することを特徴とする位置合せ装置。
【請求項５】第１及び第２の物体の夫々に並べて配置さ
れた２種以上の異なる格子定数からなる回折格子と、第
１の物体及び／又は第２の物体を動かす移動機構と、わ
ずかに異なる２周波数のコヒーレント光を発生させる光
源と、該光源か発生したコヒーレント光を前記第１及び
第２の物体の各回折格子に対し垂直方向から照射した時
にこれらの回折格子から生ずる回折光のうち±ｎ次回折
光の取り出しを行なう回折光の取り出し手段と、前記各
回折光の取り出し光路途中で２周波成分を干渉せしめる
光干渉手段と、前記回折光取り出し手段によって取り出
され且つ光干渉手段によって生成されたビート信号を夫
々検出する検出手段と、第１及び第２の物体の前記回折
格子のうち格子定数の等しいもの同士の回折光から前記
検出手段によって得られるビート信号の位相差を夫々測
定してこれらの位相差に基づき前記移動機構に制御信号
を出力し、第１の物体及び／又は第２の物体を動かして
位置合せする信号処理制御手段とを有することを特徴と
する位置合せ装置。