JPH0682215A - 位置検出装置 - Google Patents
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- JPH0682215A JPH0682215A JP5024441A JP2444193A JPH0682215A JP H0682215 A JPH0682215 A JP H0682215A JP 5024441 A JP5024441 A JP 5024441A JP 2444193 A JP2444193 A JP 2444193A JP H0682215 A JPH0682215 A JP H0682215A
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- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
- G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
- G03F9/7049—Technique, e.g. interferometric
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- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
- G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
- G03F9/7073—Alignment marks and their environment
- G03F9/7076—Mark details, e.g. phase grating mark, temporary mark
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】ヘテロダイン干渉法を用いた位置検出装置にお
いて、装置の構成を簡略化して装置の調整を容易にす
る。 【構成】互いに異なる周波数の２光束を生成する２光束
生成手段からの２光束を、被検物体上の回折格子に対し
て所定の２方向から照射し、この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
検出器とを有する位置検出装置において、２光束生成手
段は、複数又は単一波長の光束を供給する光源手段と、
光源手段からの光束を分割して所定の２光束を生成する
光束分割手段と、分割された２光束を所定の位置へ集光
するリレー光学系と、その集光位置もしくはその近傍に
配置され前記分割された２光束に対し所定の異なる周波
数差を生じせしめる周波数差生成手段とを設けた。
いて、装置の構成を簡略化して装置の調整を容易にす
る。 【構成】互いに異なる周波数の２光束を生成する２光束
生成手段からの２光束を、被検物体上の回折格子に対し
て所定の２方向から照射し、この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
検出器とを有する位置検出装置において、２光束生成手
段は、複数又は単一波長の光束を供給する光源手段と、
光源手段からの光束を分割して所定の２光束を生成する
光束分割手段と、分割された２光束を所定の位置へ集光
するリレー光学系と、その集光位置もしくはその近傍に
配置され前記分割された２光束に対し所定の異なる周波
数差を生じせしめる周波数差生成手段とを設けた。
Description
【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のウ
エハ、マスク等の高精度な位置合わせ装置に好適なもの
である。
検出装置に関するものであり、特に半導体製造装置のウ
エハ、マスク等の高精度な位置合わせ装置に好適なもの
である。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体素子等の微細パターンを高
分解能で半導体のウエハ上に転写する装置として、投影
露光装置、所謂ステッパーが多用されるようになってき
ている。特に、最近ではこれにより製造されるＬＳＩの
高密度化が要求されてきており、より微細なパターンを
ウエハ上に転写する必要がある。そして、これに対応す
るには、より高精度な位置合わせ（アライメント）が不
可欠である。
分解能で半導体のウエハ上に転写する装置として、投影
露光装置、所謂ステッパーが多用されるようになってき
ている。特に、最近ではこれにより製造されるＬＳＩの
高密度化が要求されてきており、より微細なパターンを
ウエハ上に転写する必要がある。そして、これに対応す
るには、より高精度な位置合わせ（アライメント）が不
可欠である。
【０００３】そこで、ヘテロダイン干渉法を利用してよ
り高精度な位置検出を行う装置が、例えば特開昭６２−
２６１００３号公報にて開示されている。この装置は、
僅かに異なる周波数のＰ偏光とＳ偏光とを含む光束を射
出するゼーマンレーザを位置合わせ用の光源としてお
り、このゼーマンレーザ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偏光と周波数ｆ2 のＳ偏
光との光束とに分割し、この分割された各光束を各々の
反射ミラーを介して、レチクル（マスク）上に形成され
た回折格子マーク（アライメントマーク）を所定の２方
向で照射するように設けられている。そして、このレチ
クルには、回折格子マークに隣接した位置に透過窓が設
けられており、この回折格子マークを照射する１部の光
束は透過窓を通して、ウエハ上に形成された回折格子マ
ークを所定の２方向で照射している。
り高精度な位置検出を行う装置が、例えば特開昭６２−
２６１００３号公報にて開示されている。この装置は、
僅かに異なる周波数のＰ偏光とＳ偏光とを含む光束を射
出するゼーマンレーザを位置合わせ用の光源としてお
り、このゼーマンレーザ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偏光と周波数ｆ2 のＳ偏
光との光束とに分割し、この分割された各光束を各々の
反射ミラーを介して、レチクル（マスク）上に形成され
た回折格子マーク（アライメントマーク）を所定の２方
向で照射するように設けられている。そして、このレチ
クルには、回折格子マークに隣接した位置に透過窓が設
けられており、この回折格子マークを照射する１部の光
束は透過窓を通して、ウエハ上に形成された回折格子マ
ークを所定の２方向で照射している。
【０００４】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
光板を通して互いに干渉させて、各々の干渉をそれぞれ
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。この時、各信号の相対的な位相差が、回折格子
マーク上で交差する２光束と基板（レチクル、ウエハ）
とのずれ量に対応するため、例えば検出されたいずれか
一方の光ビート信号を基準信号として、この位相差が零
または所定の量となるように、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検出を行われ
る。
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
光板を通して互いに干渉させて、各々の干渉をそれぞれ
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。この時、各信号の相対的な位相差が、回折格子
マーク上で交差する２光束と基板（レチクル、ウエハ）
とのずれ量に対応するため、例えば検出されたいずれか
一方の光ビート信号を基準信号として、この位相差が零
または所定の量となるように、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検出を行われ
る。
【０００５】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偏光とＳ
偏光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ｆ1 の光束に周波
数ｆ2 の光束が混入し、得られる光ビート信号のＳＮ比
が悪く、検出精度が向上しない問題がある。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るＳＮ比で位置検出を行える別の
位置検出装置が開示されている。
０３号公報に開示された位置検出装置では、Ｐ偏光とＳ
偏光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ｆ1 の光束に周波
数ｆ2 の光束が混入し、得られる光ビート信号のＳＮ比
が悪く、検出精度が向上しない問題がある。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るＳＮ比で位置検出を行える別の
位置検出装置が開示されている。
【０００６】この装置は、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つの音響光学素子（ＡＯＭ）に通すことにより、これ
ら２つの光束に互いに異なる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方向に発生
する回折光同士を干渉させて、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、良好なるＳＮ比で検出が行われる。
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つの音響光学素子（ＡＯＭ）に通すことにより、これ
ら２つの光束に互いに異なる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方向に発生
する回折光同士を干渉させて、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、良好なるＳＮ比で検出が行われる。
【０００７】
【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誤
差以内に収めるのが困難であるという第１の問題があっ
た。
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誤
差以内に収めるのが困難であるという第１の問題があっ
た。
【０００８】また、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の
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（単一波長の光）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、位置合わせ精度か低下するという第２の問題
があった。
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の
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（単一波長の光）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、位置合わせ精度か低下するという第２の問題
があった。
【０００９】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、
その位置合わせマークの断面形状が非対称になるに伴っ
て、その位置合わせ用のマークの位置検出の精度が低下
するという第３の問題があった。
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、
その位置合わせマークの断面形状が非対称になるに伴っ
て、その位置合わせ用のマークの位置検出の精度が低下
するという第３の問題があった。
【００１０】そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みて
なされたものであり、まず第１の問題を解消し、比較的
簡素な構成で各光学部材の調整容易なヘテロダイン干渉
法を利用した位置検出装置を提供することを第１の目的
とする。更に、本発明は、第２及び第３の課題を解消
し、レジストの薄膜干渉による悪影響及び位置検出用の
マークの非対称性による悪影響を抑えながら、ヘテロダ
イン干渉法を用いた高精度な位置検出装置を提供するこ
とを第２の目的とする。
なされたものであり、まず第１の問題を解消し、比較的
簡素な構成で各光学部材の調整容易なヘテロダイン干渉
法を利用した位置検出装置を提供することを第１の目的
とする。更に、本発明は、第２及び第３の課題を解消
し、レジストの薄膜干渉による悪影響及び位置検出用の
マークの非対称性による悪影響を抑えながら、ヘテロダ
イン干渉法を用いた高精度な位置検出装置を提供するこ
とを第２の目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、例えば図１に示す如く、互いに異なる
周波数の２光束を生成する２光束生成手段と、その２光
束生成手段からの２光束を集光して被検物体（１，４）
上に形成された回折格子（ＲＭ，ＷＭ）に対してその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、その回折格子（ＲＭ，ＷＭ）から発生す
る回折光同士をその対物光学系（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、その被検物体（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、複数の波長の光
を含む光束または単一波長の光束を供給する光源手段
（１０〜１２）と、その光源手段からの光束を分割して
所定の２光束を生成する光分割手段（１４）と、その光
分割手段によって分割された２光束を所定の位置へ集光
するリレー学系系（１５ａ，１５ｂ）と、その集光位置
もしくはその近傍に配置され前記分割された２光束に対
し所定の異なる周波数差を生じせしめる周波数差生成手
段（１７）とを有するようにしたものである。
めに、本発明は、例えば図１に示す如く、互いに異なる
周波数の２光束を生成する２光束生成手段と、その２光
束生成手段からの２光束を集光して被検物体（１，４）
上に形成された回折格子（ＲＭ，ＷＭ）に対してその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、その回折格子（ＲＭ，ＷＭ）から発生す
る回折光同士をその対物光学系（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、その被検物体（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、複数の波長の光
を含む光束または単一波長の光束を供給する光源手段
（１０〜１２）と、その光源手段からの光束を分割して
所定の２光束を生成する光分割手段（１４）と、その光
分割手段によって分割された２光束を所定の位置へ集光
するリレー学系系（１５ａ，１５ｂ）と、その集光位置
もしくはその近傍に配置され前記分割された２光束に対
し所定の異なる周波数差を生じせしめる周波数差生成手
段（１７）とを有するようにしたものである。
【００１２】
【作 用】本発明では、例えは図４に示す如く、光源手
段（１０〜１２）から供給される単一波長の光束Ｌ
0 が、例えば光束分割手段の１つである回折手段として
の回折格子（１４）の回折作用により２分割され、その
２分割された２光束（Ｌ1 ，Ｌ 2 ）がリレー系（１５
ａ，１５ｂ）により周波数差生成手段の１つとしての音
響光学素子（１７）内で集光される。この音響光学素子
（１７）内部には、所定の周波数のドライブ信号によっ
て超音波の進行波面が生成されており、この進行波面上
で集光された２光束（Ｌ1 ，Ｌ2 ）はそれぞれ音響ブラ
ック回折を起こし、２光束の各々の回折光（Ｌ1(1)，Ｌ
2(-1))の間には所定の周波数差が与えられる。従って、
このブラック回折した２光束（Ｌ1(1)，Ｌ2(-1))を被検
物体（レチクル１，ウエハ４）上の回折格子（ＲＭ，Ｗ
Ｍ）に対し２方向から照明することにより、ヘテロダイ
ン干渉法による被検物体（レチクル１，ウエハ４）の位
置検出を行うことができる。
段（１０〜１２）から供給される単一波長の光束Ｌ
0 が、例えば光束分割手段の１つである回折手段として
の回折格子（１４）の回折作用により２分割され、その
２分割された２光束（Ｌ1 ，Ｌ 2 ）がリレー系（１５
ａ，１５ｂ）により周波数差生成手段の１つとしての音
響光学素子（１７）内で集光される。この音響光学素子
（１７）内部には、所定の周波数のドライブ信号によっ
て超音波の進行波面が生成されており、この進行波面上
で集光された２光束（Ｌ1 ，Ｌ2 ）はそれぞれ音響ブラ
ック回折を起こし、２光束の各々の回折光（Ｌ1(1)，Ｌ
2(-1))の間には所定の周波数差が与えられる。従って、
このブラック回折した２光束（Ｌ1(1)，Ｌ2(-1))を被検
物体（レチクル１，ウエハ４）上の回折格子（ＲＭ，Ｗ
Ｍ）に対し２方向から照明することにより、ヘテロダイ
ン干渉法による被検物体（レチクル１，ウエハ４）の位
置検出を行うことができる。
【００１３】この場合、原理的に、リレー光学系を挟ん
で１つの回折格子と１つの音響光学素子とを直列的に配
置するだけで、互いに異なる周波数の２光束を光路差が
ない状態で生成することができるため、従来よりも装置
の構成を簡素としながら、装置の調整を容易に行うこと
ができる。また、図７に示す如く、音響光学素子（１
７）によりブラック回折した２光束を第２のリレー光学
系（１８ａ，１８ｂ）で再度リレーして、第２の音響光
学素子（６０）内で集光する構成とし、第２の音響光学
素子（６０）は音響光学素子（１７）とは僅かに異なる
周波数でかつ逆方向からドライブ信号を与えることによ
り２光束間の周波数をビートダウンすることができる。
これにより、信号処理が容易な周波数に変換することが
できるという利点があるのみならず、従来よりも装置の
構成を比較的簡素としながら、装置の調整を容易に行う
ことができるという利点がある。
で１つの回折格子と１つの音響光学素子とを直列的に配
置するだけで、互いに異なる周波数の２光束を光路差が
ない状態で生成することができるため、従来よりも装置
の構成を簡素としながら、装置の調整を容易に行うこと
ができる。また、図７に示す如く、音響光学素子（１
７）によりブラック回折した２光束を第２のリレー光学
系（１８ａ，１８ｂ）で再度リレーして、第２の音響光
学素子（６０）内で集光する構成とし、第２の音響光学
素子（６０）は音響光学素子（１７）とは僅かに異なる
周波数でかつ逆方向からドライブ信号を与えることによ
り２光束間の周波数をビートダウンすることができる。
これにより、信号処理が容易な周波数に変換することが
できるという利点があるのみならず、従来よりも装置の
構成を比較的簡素としながら、装置の調整を容易に行う
ことができるという利点がある。
【００１４】ところで、本発明では、複数の波長（多波
長）の光を含む光束を供給する光源を用いることができ
る。この場合、光源手段（１０〜１２）から供給される
複数の波長を含む光束Ｌ0 が、例えば光束分割手段の１
つである回折手段としての回折格子（１４）の回折作用
により２分割され、その２分割された各波長の２光束
（Ｌ1 ，Ｌ2 ）がリレー光学系（１５ａ，１５ｂ）によ
り周波数差生成手段の１つとしての音響光学素子（１
７）内で集光される。この音響光学素子（１７）内部に
は、所定の周波数のドライブ信号によって超音波の進行
波面が生成されており、この進行波面上で集光された各
波長の２光束（Ｌ1 ，Ｌ2 ）はそれぞれ音響ブラック回
折を起こし、各波長の２光束の各々の回折光（Ｌ1(1)，
Ｌ2(-1))の間には所定の周波数差が与えられる。
長）の光を含む光束を供給する光源を用いることができ
る。この場合、光源手段（１０〜１２）から供給される
複数の波長を含む光束Ｌ0 が、例えば光束分割手段の１
つである回折手段としての回折格子（１４）の回折作用
により２分割され、その２分割された各波長の２光束
（Ｌ1 ，Ｌ2 ）がリレー光学系（１５ａ，１５ｂ）によ
り周波数差生成手段の１つとしての音響光学素子（１
７）内で集光される。この音響光学素子（１７）内部に
は、所定の周波数のドライブ信号によって超音波の進行
波面が生成されており、この進行波面上で集光された各
波長の２光束（Ｌ1 ，Ｌ2 ）はそれぞれ音響ブラック回
折を起こし、各波長の２光束の各々の回折光（Ｌ1(1)，
Ｌ2(-1))の間には所定の周波数差が与えられる。
【００１５】これによって、音響光学素子（１７）に入
射する各波長の分割光束（Ｌ1 ，Ｌ 2 ）同士には、光路
長差がない状態で、音響光学素子（１７）に入射するた
め、この２光束の波面が揃う（２光束の位相差が全くな
い）。換言すれば、回折格子（１４）により分割される
各波長の光が、リレー光学系（１５ａ，１５ｂ）の集光
作用により、波面が揃った状態で音響光学素子（１７）
の超音波の進行の波面に入射し、この波面が揃った状態
で音響ブラック回折により光変調を受ける。
射する各波長の分割光束（Ｌ1 ，Ｌ 2 ）同士には、光路
長差がない状態で、音響光学素子（１７）に入射するた
め、この２光束の波面が揃う（２光束の位相差が全くな
い）。換言すれば、回折格子（１４）により分割される
各波長の光が、リレー光学系（１５ａ，１５ｂ）の集光
作用により、波面が揃った状態で音響光学素子（１７）
の超音波の進行の波面に入射し、この波面が揃った状態
で音響ブラック回折により光変調を受ける。
【００１６】このように、音響光学素子（１７）介して
ブラック回折した２光束を被検面（１，４）上の回折格
子マーク（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方向から照明すると、この
回折格子マーク（ＲＭ，ＷＭ）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なくほぼ
完全に一致する。従って、回折格子マーク（ＲＭ，Ｗ
Ｍ）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）が揃った状態で複数検出するこ
とができるため、検出信号の平均化効果により回折格子
マーク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、被検面上の回折格子マー
クに対して多波長の光を照射しているために、被検面を
ウエハ４とした時には、ウエハ４上の回折格子マーク
（ＲＭ，ＷＭ）に塗布されているレジストの薄膜干渉に
よる悪影響も抑えることができる。さらに、光源手段が
複数の波長（多波長）の光を供給する場合にも、装置の
構成が簡素としながら、装置の調整を容易に行えるとい
う上述の単一波長の光源手段を用いた時と同様の利点を
有する。
ブラック回折した２光束を被検面（１，４）上の回折格
子マーク（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方向から照明すると、この
回折格子マーク（ＲＭ，ＷＭ）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なくほぼ
完全に一致する。従って、回折格子マーク（ＲＭ，Ｗ
Ｍ）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）が揃った状態で複数検出するこ
とができるため、検出信号の平均化効果により回折格子
マーク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、被検面上の回折格子マー
クに対して多波長の光を照射しているために、被検面を
ウエハ４とした時には、ウエハ４上の回折格子マーク
（ＲＭ，ＷＭ）に塗布されているレジストの薄膜干渉に
よる悪影響も抑えることができる。さらに、光源手段が
複数の波長（多波長）の光を供給する場合にも、装置の
構成が簡素としながら、装置の調整を容易に行えるとい
う上述の単一波長の光源手段を用いた時と同様の利点を
有する。
【００１７】また、光源手段が複数の波長（多波長）の
光を供給する場合に、図７に示す如く、第１の音響光学
素子（１７）によりブラック回折した２光束をリレー光
学系（１８ａ，１８ｂ）で再度リレーして、第２の音響
光学素子（６０）内で集光する構成とし、第２の音響光
学素子（６０）は音響光学素子（１７）とは僅かに異な
る周波数でかつ逆方向からドライブ信号を与えることに
より２光束間の周波数をビートダウンするようしても良
い。この場合には、信号処理が容易な周波数に変換する
ことができるという利点があるのみならず、従来よりも
装置の構成を比較的簡素としつつ、装置の調整を容易に
行うことができるという利点がある。
光を供給する場合に、図７に示す如く、第１の音響光学
素子（１７）によりブラック回折した２光束をリレー光
学系（１８ａ，１８ｂ）で再度リレーして、第２の音響
光学素子（６０）内で集光する構成とし、第２の音響光
学素子（６０）は音響光学素子（１７）とは僅かに異な
る周波数でかつ逆方向からドライブ信号を与えることに
より２光束間の周波数をビートダウンするようしても良
い。この場合には、信号処理が容易な周波数に変換する
ことができるという利点があるのみならず、従来よりも
装置の構成を比較的簡素としつつ、装置の調整を容易に
行うことができるという利点がある。
【００１８】
【実施例】第１図は投影露光装置に本発明の位置検出装
置を応用した第１実施例の概略的な構成を示す図であ
り、以下この図を参照しながら説明する。所定の回路パ
ターンと、そのパターン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（マス
ク）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は、投影対物レンズ３に関
してウエハ（基板）４と共役となるように配置されてい
る。
置を応用した第１実施例の概略的な構成を示す図であ
り、以下この図を参照しながら説明する。所定の回路パ
ターンと、そのパターン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（マス
ク）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は、投影対物レンズ３に関
してウエハ（基板）４と共役となるように配置されてい
る。
【００１９】照明光学系40からの露光光は、レチクル上
方に45°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、レチクル１を均一に照明する。そして、照
明されたレチクル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。なお、ウエハ４上には、上
記レチクル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。
方に45°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、レチクル１を均一に照明する。そして、照
明されたレチクル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。なお、ウエハ４上には、上
記レチクル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。
【００２０】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上に保持されて
おり、ウエハ上の１つのショット領域でのレチクルパタ
ーンの転写が完了すると、次のショット位置までステッ
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（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。
で２次元的に移動するウエハステージ５上に保持されて
おり、ウエハ上の１つのショット領域でのレチクルパタ
ーンの転写が完了すると、次のショット位置までステッ
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（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。
【００２１】一方、位置検出するためのアライメント光
学系は、ダイクロイックミラー６の上方に設けられてお
り、次にアライメント光学系について説明する。露光光
とは異なる波長帯の光を供給するXeランプ、ハロゲンラ
ンプ等の白色光源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
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を介して回折格子14を垂直に照
射する。この回折格子14を垂直に照射した平行光束Ｌ0
は、回折格子14の回折作用によって所定の波長域を持つ
±１次回折光（Ｌ1,Ｌ2)とに分割される。
学系は、ダイクロイックミラー６の上方に設けられてお
り、次にアライメント光学系について説明する。露光光
とは異なる波長帯の光を供給するXeランプ、ハロゲンラ
ンプ等の白色光源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
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を介して回折格子14を垂直に照
射する。この回折格子14を垂直に照射した平行光束Ｌ0
は、回折格子14の回折作用によって所定の波長域を持つ
±１次回折光（Ｌ1,Ｌ2)とに分割される。
【００２２】さて、所定の波長域を持つ±１次回折光
（Ｌ1,Ｌ2)は、レンズ15a 及び15b とを有するリレー光
学系15によって集光された後、音響光学素子（以下、Ａ
ＯＭと称する。）17に対し等しい入射角のもとで対称に
入射する。なお、レンズ15a 及び15b との間には、回折
格子14からの±１次回折光を抽出するための空間フィル
ター16が設けられている。
（Ｌ1,Ｌ2)は、レンズ15a 及び15b とを有するリレー光
学系15によって集光された後、音響光学素子（以下、Ａ
ＯＭと称する。）17に対し等しい入射角のもとで対称に
入射する。なお、レンズ15a 及び15b との間には、回折
格子14からの±１次回折光を抽出するための空間フィル
ター16が設けられている。
【００２３】ＡＯＭ17は、周波数ｆ1 の高周波信号ＳＦ
1 でドライブされており、所定の波長域の光束Ｌ1 及び
Ｌ2 はＡＯＭ17により音響ブラック回折作用を受ける。
ここで、所定の波長域の光束Ｌ1 及びＬ2 の周波数をそ
れぞれｆ0 とすると、所定の波長域の光束Ｌ1 の１次回
折光Ｌ1(1)（以下、光束Ｌ1(1)と称する。）はＡＯＭ17
によりｆ0 ＋ｆ1 の周波数変調を受け、所定の波長域の
光束Ｌ2 の−１次回折光Ｌ2(-1）（以下、光束Ｌ2(-1）
と称する。）はＡＯＭ17によりｆ0 −ｆ 1 の周波数変調
を受ける。
1 でドライブされており、所定の波長域の光束Ｌ1 及び
Ｌ2 はＡＯＭ17により音響ブラック回折作用を受ける。
ここで、所定の波長域の光束Ｌ1 及びＬ2 の周波数をそ
れぞれｆ0 とすると、所定の波長域の光束Ｌ1 の１次回
折光Ｌ1(1)（以下、光束Ｌ1(1)と称する。）はＡＯＭ17
によりｆ0 ＋ｆ1 の周波数変調を受け、所定の波長域の
光束Ｌ2 の−１次回折光Ｌ2(-1）（以下、光束Ｌ2(-1）
と称する。）はＡＯＭ17によりｆ0 −ｆ 1 の周波数変調
を受ける。
【００２４】その後、光束Ｌ1(1)及び光束Ｌ2(-1）は、
レンズ18a 、反射ミラー20、レンズ18b 、レンズ21を介
し、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Ｌ1(1)と−１次回折光Ｌ
2(-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。
レンズ18a 、反射ミラー20、レンズ18b 、レンズ21を介
し、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Ｌ1(1)と−１次回折光Ｌ
2(-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。
【００２５】ビームスプリッター22を透過した光束Ｌ
1(1)及び光束Ｌ2(-1）はレンズ21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を反射した光束Ｌ1(1)及び光束Ｌ2(-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。
1(1)及び光束Ｌ2(-1）はレンズ21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を反射した光束Ｌ1(1)及び光束Ｌ2(-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。
【００２６】この平行平面板37は、投影対物レンズ３の
瞳共役位置もしくはその近傍に、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としても
良い。
瞳共役位置もしくはその近傍に、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としても
良い。
【００２７】平行平面板37を通過した光束Ｌ1(1)及び光
束Ｌ2(-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36は、特開昭６３−２８３１２９号に
て提案した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。さて、光束Ｌ
1(1)及び光束Ｌ2(-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透
過窓Ｐ0 が設けられており、図２（ｂ）に示す如く、こ
の透過窓Ｐ0 に対応する位置に、回折格子マークＷＭが
ウエハ上に形成されている。
束Ｌ2(-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36は、特開昭６３−２８３１２９号に
て提案した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。さて、光束Ｌ
1(1)及び光束Ｌ2(-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透
過窓Ｐ0 が設けられており、図２（ｂ）に示す如く、こ
の透過窓Ｐ0 に対応する位置に、回折格子マークＷＭが
ウエハ上に形成されている。
【００２８】光束Ｌ1(1)及び光束Ｌ2(-1）は、回折格子
マークＲＭ及び透過窓Ｐ0 をカバーするように２方向か
ら照明し、これにより回折格子マークＲＭ上には、ピッ
チ方向に沿って流れる干渉縞が発生する。そして、この
回折格子マークＲＭの法線方向（投影対物レンズ３の光
軸方向）には、光束Ｌ1(1)の１次回折光が、光束Ｌ2(-
1）の−１次回折光がそれぞれ発生する。
マークＲＭ及び透過窓Ｐ0 をカバーするように２方向か
ら照明し、これにより回折格子マークＲＭ上には、ピッ
チ方向に沿って流れる干渉縞が発生する。そして、この
回折格子マークＲＭの法線方向（投影対物レンズ３の光
軸方向）には、光束Ｌ1(1)の１次回折光が、光束Ｌ2(-
1）の−１次回折光がそれぞれ発生する。
【００２９】ここで、光束Ｌ1(1)と光束Ｌ2(-1）とが回
折格子マークＲＭを２方向から照明する時の交差角は、
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Ｌ1(1)または光束Ｌ2(-
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。
折格子マークＲＭを２方向から照明する時の交差角は、
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Ｌ1(1)または光束Ｌ2(-
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。
【００３０】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を通過した後、ビームスプリ
ッター28を反射し、レンズ29、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ており、具体的には、図
３（ａ）の斜線で示す如く、レチクル１の回折格子マー
クＲＭからの回折光のみを通過させるにように、回折格
子マークＲＭの位置に対応して開口部ＳRMが設けられて
いる。
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を通過した後、ビームスプリ
ッター28を反射し、レンズ29、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ており、具体的には、図
３（ａ）の斜線で示す如く、レチクル１の回折格子マー
クＲＭからの回折光のみを通過させるにように、回折格
子マークＲＭの位置に対応して開口部ＳRMが設けられて
いる。
【００３１】このため、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、この光電検出器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。一方、上記レチクル１の透過窓Ｐ0 を通過した光束
Ｌ1(1)及び光束Ｌ2(-1）の１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ＲＭ上には、ピッチ方向に沿って流れる干渉縞が発生
する。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Ｌ1(1)の−１次
回折光が、光束Ｌ2(-1）の＋１次回折光がそれぞれ発生
する。
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、この光電検出器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。一方、上記レチクル１の透過窓Ｐ0 を通過した光束
Ｌ1(1)及び光束Ｌ2(-1）の１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ＲＭ上には、ピッチ方向に沿って流れる干渉縞が発生
する。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Ｌ1(1)の−１次
回折光が、光束Ｌ2(-1）の＋１次回折光がそれぞれ発生
する。
【００３２】ここで、光束Ｌ1(1)と光束Ｌ2(-1）とが回
折格子マークＲＭを２方向から照明する時の交差角は、
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Ｌ1(1)または光束Ｌ2(-
1）の回折格子マーク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。
折格子マークＲＭを２方向から照明する時の交差角は、
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Ｌ1(1)または光束Ｌ2(-
1）の回折格子マーク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。
【００３３】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 、ダイクロイックミラー６、対物レンズ38、平行平面
板37を通過した後、ビームスプリッター28を反射し、レ
ンズ29、ビームスプリッター30を介して、視野絞り31に
達する。この視野絞り31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の位置に対応
して開口部ＳWMが設けられている。
する±１次回折光は、再び投影対物レンズ３、透過窓Ｐ
0 、ダイクロイックミラー６、対物レンズ38、平行平面
板37を通過した後、ビームスプリッター28を反射し、レ
ンズ29、ビームスプリッター30を介して、視野絞り31に
達する。この視野絞り31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の位置に対応
して開口部ＳWMが設けられている。
【００３４】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、この光電検出器33にてウエハ
４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）と実質的に共役なに配置され、レチクル１、ウエ
ハ４上に形成された回折格子マーク（ＲＭ，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）のみを通過させるうよに設定されて
いる。また、検出器（33,36)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、ウエハ４と略共役
となるように配置されている。
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、この光電検出器33にてウエハ
４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）と実質的に共役なに配置され、レチクル１、ウエ
ハ４上に形成された回折格子マーク（ＲＭ，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）のみを通過させるうよに設定されて
いる。また、検出器（33,36)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、ウエハ４と略共役
となるように配置されている。
【００３５】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、ともに同周波数Δｆ（＝｜２ｆ1 ｜）の正
弦波状の光ビート信号を含んでおり、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。
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、ともに同周波数Δｆ（＝｜２ｆ1 ｜）の正
弦波状の光ビート信号を含んでおり、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。
【００３６】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 °）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。
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 °）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。
【００３７】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１／２以下
の精度でプリアライメントし、主制御系51は、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もしくはウエハス
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
り高分解能な位置検出が達成できる。
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１／２以下
の精度でプリアライメントし、主制御系51は、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もしくはウエハス
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
り高分解能な位置検出が達成できる。
【００３８】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をドライブさせるドライブ信
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並びに原
理を図４を参照しながら説明する。
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をドライブさせるドライブ信
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並びに原
理を図４を参照しながら説明する。
【００３９】図４に示す如く、白色光Ｌ0 が回折格子14
に対して垂直に照明すると、この回折格子14の回折作用
により、各波長毎に各次数の回折光が発生する。このと
き、回折格子14の法線方向に対する回折光の回折角をφ
1 、回折格子14のピッチをＰG 、光の波長をλ、回折光
の次数をＮ（整数）とするとき、以下の条件（３）を満
足する各次数の回折光が発生する。
に対して垂直に照明すると、この回折格子14の回折作用
により、各波長毎に各次数の回折光が発生する。このと
き、回折格子14の法線方向に対する回折光の回折角をφ
1 、回折格子14のピッチをＰG 、光の波長をλ、回折光
の次数をＮ（整数）とするとき、以下の条件（３）を満
足する各次数の回折光が発生する。
【００４０】（３） sin φ1 ＝Ｎλ／ＰG そして、集光レンズ15a を通過した所定の波長帯の各次
数の回折光は、集光レンズ15a の後側焦点位置（集光レ
ンズ15b の前側焦点位置）に配置された空間フィルター
16によってフィルタリングされ、所定の波長帯の±１次
回折光以外の光は遮蔽され、所定の波長帯の±１次回折
光（Ｌ1,Ｌ2)のみが通過し、集光レンズ15b を介してＡ
ＯＭ17へ向かう。
数の回折光は、集光レンズ15a の後側焦点位置（集光レ
ンズ15b の前側焦点位置）に配置された空間フィルター
16によってフィルタリングされ、所定の波長帯の±１次
回折光以外の光は遮蔽され、所定の波長帯の±１次回折
光（Ｌ1,Ｌ2)のみが通過し、集光レンズ15b を介してＡ
ＯＭ17へ向かう。
【００４１】ここで、空間フィルター16を通過する±１
次回折光（Ｌ1,Ｌ2)の回折角を考えると、例えば、照射
光Ｌ0 の基準波長λ0 を633nm 、照射光Ｌ0 の波長帯を
λ0±Δλ（＝20nm) 、回折格子14のピッチを４μｍす
るとき、613nm の最短の波長による±１次回折光の回折
角は上式（３）より8.82°、653nm の最長の波長による
±１次回折光の回折角は、上式（３）より9.40°とな
る。
次回折光（Ｌ1,Ｌ2)の回折角を考えると、例えば、照射
光Ｌ0 の基準波長λ0 を633nm 、照射光Ｌ0 の波長帯を
λ0±Δλ（＝20nm) 、回折格子14のピッチを４μｍす
るとき、613nm の最短の波長による±１次回折光の回折
角は上式（３）より8.82°、653nm の最長の波長による
±１次回折光の回折角は、上式（３）より9.40°とな
る。
【００４２】従って、613nm 〜653nm の波長帯の光では
8.82°〜9.40°の範囲の回折角の±１次回折光が発生す
る。この様に、光の波長が異なるに伴い回折角φ1 が変
化するが、本実施例では図４に示す如く、リレー光学系
16によって回折格子14の回折点をＡＯＭ17の超音波進行
路内にリレーして、各波長の±１次回折光をＡＯＭ17内
部で集光させているため、回折格子14により対称に２分
割される所定の波長帯の±１次回折光（Ｌ1,Ｌ2)は、各
波長毎に予め定められた入射角φ2 のもとでＡＯＭ17に
対し対称に入射する。
8.82°〜9.40°の範囲の回折角の±１次回折光が発生す
る。この様に、光の波長が異なるに伴い回折角φ1 が変
化するが、本実施例では図４に示す如く、リレー光学系
16によって回折格子14の回折点をＡＯＭ17の超音波進行
路内にリレーして、各波長の±１次回折光をＡＯＭ17内
部で集光させているため、回折格子14により対称に２分
割される所定の波長帯の±１次回折光（Ｌ1,Ｌ2)は、各
波長毎に予め定められた入射角φ2 のもとでＡＯＭ17に
対し対称に入射する。
【００４３】そこで、この事について式をもって説明す
ると、まず、所定の波長域の±１次回折光（Ｌ1,Ｌ2)
は、入射角φ2 で２方向からＡＯＭ17に入射し、このＡ
ＯＭ17による音響ブラック回折作用を受ける。ＡＯＭ17
は、所定の波長域の１次回折光Ｌ1 の１次回折光Ｌ1(1)
の回折角と、所定の波長域の−１次回折光Ｌ2 の−１次
回折光Ｌ2(-1) の回折角とが共に２φ 2 （入射角φ2 の
２倍）となる周波数ｆ1 の高周波信号ＳＦ1 によりドラ
イブされている。
ると、まず、所定の波長域の±１次回折光（Ｌ1,Ｌ2)
は、入射角φ2 で２方向からＡＯＭ17に入射し、このＡ
ＯＭ17による音響ブラック回折作用を受ける。ＡＯＭ17
は、所定の波長域の１次回折光Ｌ1 の１次回折光Ｌ1(1)
の回折角と、所定の波長域の−１次回折光Ｌ2 の−１次
回折光Ｌ2(-1) の回折角とが共に２φ 2 （入射角φ2 の
２倍）となる周波数ｆ1 の高周波信号ＳＦ1 によりドラ
イブされている。
【００４４】今、ＡＯＭ17のブラック回折による回折角
をθb1（＝２φ2 ）とし、ＡＯＭ17内を横切る超音波
（進行波）の速度をｖ1 、高周波信号ＳＦ1 の超音波周
波数をｆ1 、光の波長をλとすると、ＡＯＭ17内を横切
る超音波（進行波）の波長Λ1、それぞれ次式（４），
（５）の関係が成立する。 （４） Λ1 ＝ｖ1 ／ｆ1 （５） sinθb1＝λ／Λ1 よって、上式（４）及び（５）より、ＡＯＭ17による回
折角θb （＝２φ2 ）は、最終的に次式（６）の如くな
る。
をθb1（＝２φ2 ）とし、ＡＯＭ17内を横切る超音波
（進行波）の速度をｖ1 、高周波信号ＳＦ1 の超音波周
波数をｆ1 、光の波長をλとすると、ＡＯＭ17内を横切
る超音波（進行波）の波長Λ1、それぞれ次式（４），
（５）の関係が成立する。 （４） Λ1 ＝ｖ1 ／ｆ1 （５） sinθb1＝λ／Λ1 よって、上式（４）及び（５）より、ＡＯＭ17による回
折角θb （＝２φ2 ）は、最終的に次式（６）の如くな
る。
【００４５】 （６） sinθb1＝ｆ1 λ／ｖ1 （又は、sin ２φ2 ＝ｆ1 λ／ｖ1 ） 従って、所定の波長域の１次回折光Ｌ1(1)及び所定の波
長域の−１次回折光Ｌ 2(-1) は、各波長毎に、上式
（６）を満足する回折角を持ってＡＯＭ17を対称に射出
する。なお、リレー光学系(15a,15b) の倍率をβ1 と
し、リレー光学系(15a,15b) が正弦条件を満足している
とすると、 （７） β1 ＝sin φ1 ／sin φ2 ≒２sin φ1 ／sin(２φ2 ） の関係が成立し、（３）式，（６）式及び（７）式より
以下の（８）式が導出される。
長域の−１次回折光Ｌ 2(-1) は、各波長毎に、上式
（６）を満足する回折角を持ってＡＯＭ17を対称に射出
する。なお、リレー光学系(15a,15b) の倍率をβ1 と
し、リレー光学系(15a,15b) が正弦条件を満足している
とすると、 （７） β1 ＝sin φ1 ／sin φ2 ≒２sin φ1 ／sin(２φ2 ） の関係が成立し、（３）式，（６）式及び（７）式より
以下の（８）式が導出される。
【００４６】 （８） β1 ＝（２ｖ1 ）／（ＰG ｆ1 ） よって、リレー光学系(15a,15b) は、上式（８）を満足
するように構成することが望ましい。次に、図５を参照
しながら、音響ブラック回折による光周波数変調につい
て説明する。図５では、θi はＡＯＭ17のドライブ信号
ＳＦ1 による超音波面と入射光とのなす角（入射光の入
射角）、θd はＡＯＭ17のドライブ信号ＳＦ1 による超
音波面と回折光とのなす角、Ｋi はＡＯＭ17に入射する
入射光の波数ベクトル、Ｋd はＡＯＭ17により回折され
る回折光の波数ベクトル、Ｋs は高周波信号ＳＦ1 によ
る超音波の波数ベクトルとしてそれぞれ示している。
するように構成することが望ましい。次に、図５を参照
しながら、音響ブラック回折による光周波数変調につい
て説明する。図５では、θi はＡＯＭ17のドライブ信号
ＳＦ1 による超音波面と入射光とのなす角（入射光の入
射角）、θd はＡＯＭ17のドライブ信号ＳＦ1 による超
音波面と回折光とのなす角、Ｋi はＡＯＭ17に入射する
入射光の波数ベクトル、Ｋd はＡＯＭ17により回折され
る回折光の波数ベクトル、Ｋs は高周波信号ＳＦ1 によ
る超音波の波数ベクトルとしてそれぞれ示している。
【００４７】入射光及び回折光が音響ブラック回折の条
件を満足する場合、図示の如く各ベクトルは２等辺三角
形の関係となる。そして、λを光の波長、ｎをＡＯＭ17
の屈折率、ｆ1 を超音波の周波数、ｖ1 をＡＯＭ17内を
横切る超音波（進行波）の速度とすると、Ｋi 、Ｋd 、
Ｋs は次の様に表される。 （９） ｜Ｋi ｜＝２πｎ／λ （10） ｜Ｋd ｜＝２πｎ／λ （11） ｜Ｋs ｜＝２πｆ1 ／ｖ1 また、θi とθd とは互いに等しくこれらをそれぞれθ
0 とし、超音波の波長をΛ1 とすると、次式の関係が成
立する。
件を満足する場合、図示の如く各ベクトルは２等辺三角
形の関係となる。そして、λを光の波長、ｎをＡＯＭ17
の屈折率、ｆ1 を超音波の周波数、ｖ1 をＡＯＭ17内を
横切る超音波（進行波）の速度とすると、Ｋi 、Ｋd 、
Ｋs は次の様に表される。 （９） ｜Ｋi ｜＝２πｎ／λ （10） ｜Ｋd ｜＝２πｎ／λ （11） ｜Ｋs ｜＝２πｆ1 ／ｖ1 また、θi とθd とは互いに等しくこれらをそれぞれθ
0 とし、超音波の波長をΛ1 とすると、次式の関係が成
立する。
【００４８】（12） sin２θ0 ＝λ／Λ1 （13） ｜Ｋs ｜＝２(sinθ0)・｜Ｋd ｜ ここで、 sin２θ0 ≒２(sinθ0)とすると、上式（12）
及び（13）より次式（14) が導出できる。 （14） ｜Ｋs ｜＝２πｎ／Λ1 この（14）式から明らかな如く、ブラック回折の条件を
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。
及び（13）より次式（14) が導出できる。 （14） ｜Ｋs ｜＝２πｎ／Λ1 この（14）式から明らかな如く、ブラック回折の条件を
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。
【００４９】従って、ＡＯＭ17に対し２方向から入射す
る光束（Ｌ1,Ｌ2)の周波数をｆとすると、光束Ｌ1 の１
次回折光Ｌ1(1)は各波長毎にｆ＋ｆ1(＝Ｆ1)の同じ周波
数変調を受け、光束Ｌ2 の−１次回折光Ｌ2(-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Ｆ1 の周波数の１次回折光Ｌ
1(1)と所定の波長域を持つＦ2 の周波数の−１次回折光
Ｌ2(-1) とを各回折格子(24,RM,WM)に対し各波長の光毎
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、その結果、各波長の±１次
回折光により所定の周波数（Δｆ＝｜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−F2｜＝｜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。
る光束（Ｌ1,Ｌ2)の周波数をｆとすると、光束Ｌ1 の１
次回折光Ｌ1(1)は各波長毎にｆ＋ｆ1(＝Ｆ1)の同じ周波
数変調を受け、光束Ｌ2 の−１次回折光Ｌ2(-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Ｆ1 の周波数の１次回折光Ｌ
1(1)と所定の波長域を持つＦ2 の周波数の−１次回折光
Ｌ2(-1) とを各回折格子(24,RM,WM)に対し各波長の光毎
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、その結果、各波長の±１次
回折光により所定の周波数（Δｆ＝｜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−F2｜＝｜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。
【００５０】しかも、回折格子14（光束分割手段）によ
って入射方向（光軸方向）に対して対称に分割された白
色光（多波長光）は、リレー光学系及びＡＯＭ17を対称
かつ並列的に進行するので、分割光束間には光路長差が
原理的に発生ない。このため、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。
って入射方向（光軸方向）に対して対称に分割された白
色光（多波長光）は、リレー光学系及びＡＯＭ17を対称
かつ並列的に進行するので、分割光束間には光路長差が
原理的に発生ない。このため、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。
【００５１】ところで、第１実施例においては、ＡＯＭ
17を対称に射出する光変調を受けた±１次回折光（Ｌ
1(1), Ｌ2(-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（Ｌ1(1), Ｌ2(-1))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＝｜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としているが、これは以下の述
べる理由による。
17を対称に射出する光変調を受けた±１次回折光（Ｌ
1(1), Ｌ2(-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（Ｌ1(1), Ｌ2(-1))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＝｜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としているが、これは以下の述
べる理由による。
【００５２】本実施例においては、図６（ａ）及び
（ｂ）に示す如く、ＡＯＭ17の光変調によって１次回折
光Ｌ1(1)の光路Ａ上には光束Ｌ2 の０次回折光Ｌ2(0)が
混入し、−１次回折光Ｌ2(-1) の光路Ｂ上には光束Ｌ1
の０次回折光Ｌ1(0)が混入してしまう。この時、光束Ｌ
1 の０次回折光Ｌ1(0)及び光束Ｌ2 の０次回折光Ｌ2(0)
はともに各波長において周波数変調を受けることなく、
それぞれ周波数ｆ0 を有する。
（ｂ）に示す如く、ＡＯＭ17の光変調によって１次回折
光Ｌ1(1)の光路Ａ上には光束Ｌ2 の０次回折光Ｌ2(0)が
混入し、−１次回折光Ｌ2(-1) の光路Ｂ上には光束Ｌ1
の０次回折光Ｌ1(0)が混入してしまう。この時、光束Ｌ
1 の０次回折光Ｌ1(0)及び光束Ｌ2 の０次回折光Ｌ2(0)
はともに各波長において周波数変調を受けることなく、
それぞれ周波数ｆ0 を有する。
【００５３】このため、光路Ａではｆ0 ＋ｆ1 の周波数
の１次回折光Ｌ1(1)とｆ0 の周波数の０次回折光Ｌ2(0)
とが混在し、光路Ｂではｆ0 −ｆ1 の周波数の−１次回
折光Ｌ2(-1) とｆ0 の周波数の０次回折光Ｌ1(0)とが混
在するので、これらが各回折格子(24,RM,WM)に対し２方
向から照射することにより、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。
の１次回折光Ｌ1(1)とｆ0 の周波数の０次回折光Ｌ2(0)
とが混在し、光路Ｂではｆ0 −ｆ1 の周波数の−１次回
折光Ｌ2(-1) とｆ0 の周波数の０次回折光Ｌ1(0)とが混
在するので、これらが各回折格子(24,RM,WM)に対し２方
向から照射することにより、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。
【００５４】そこで、まずＡＯＭ17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Ｌ1(1)の周波数：ｆ0 ＋ｆ1 ・・・・・・・ （Ｉ） ０次回折光Ｌ2(0)の周波数：ｆ0 ・・・・・・・ （II） 光路Ｂにおいて、 −１次回折光Ｌ2(-1) の周波数：ｆ0 −ｆ1 ・・・・・・・（Ｉ') ０次回折光Ｌ1(0)の周波数：ｆ0 ・・・・・・・ （II') となる。
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Ｌ1(1)の周波数：ｆ0 ＋ｆ1 ・・・・・・・ （Ｉ） ０次回折光Ｌ2(0)の周波数：ｆ0 ・・・・・・・ （II） 光路Ｂにおいて、 −１次回折光Ｌ2(-1) の周波数：ｆ0 −ｆ1 ・・・・・・・（Ｉ') ０次回折光Ｌ1(0)の周波数：ｆ0 ・・・・・・・ （II') となる。
【００５５】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合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）−（f0−f1）｜＝｜2f1 ｜ ・・・・・・・ 〔１〕 （Ｉ）と（II')との差の絶対値より、 ｜（f0＋f1）−f0｜＝｜ｆ1 ｜ ・・・・・・・ 〔２〕 （II）と（Ｉ')との差の絶対値より、 ｜f0−（f0−f1）｜＝｜ｆ1 ｜ ・・・・・・・ 〔３〕 （II）と（II')との差の絶対値より、 ｜f0−f0｜＝０ ・・・・・・・ 〔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。なお、〔４〕についての回折光の組合せは、各検出
器(25,33,36)にて光電検出されると、直流成分（ＤＣ成
分）となり、これが検出精度に悪影響を及ぼす際には、
位相差検出系50内の光ビート信号抽出部にてフーリエ変
換した時に除去しても良く、さらには別途の電気的なフ
ィルター手段によって直流成分を除去しても良い。
路Ｂを進行する各回折光との組合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）−（f0−f1）｜＝｜2f1 ｜ ・・・・・・・ 〔１〕 （Ｉ）と（II')との差の絶対値より、 ｜（f0＋f1）−f0｜＝｜ｆ1 ｜ ・・・・・・・ 〔２〕 （II）と（Ｉ')との差の絶対値より、 ｜f0−（f0−f1）｜＝｜ｆ1 ｜ ・・・・・・・ 〔３〕 （II）と（II')との差の絶対値より、 ｜f0−f0｜＝０ ・・・・・・・ 〔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。なお、〔４〕についての回折光の組合せは、各検出
器(25,33,36)にて光電検出されると、直流成分（ＤＣ成
分）となり、これが検出精度に悪影響を及ぼす際には、
位相差検出系50内の光ビート信号抽出部にてフーリエ変
換した時に除去しても良く、さらには別途の電気的なフ
ィルター手段によって直流成分を除去しても良い。
【００５６】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Ｌ1(1)と光束Ｌ2(-1) との組合せに
よって生成される唯一１つしかない｜2f1 ｜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。
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Ｌ1(1)と光束Ｌ2(-1) との組合せに
よって生成される唯一１つしかない｜2f1 ｜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。
【００５７】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（｜2f1 ｜）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１実施例で示した回折格子14（光束
分割手段）と各ＡＯＭ17とは、回折格子14のピッチ方向
（格子の配列方向）とドライブ信号により各ＡＯＭ(17,
60) を横切る進行波の進行方向とが互いに等しくなるよ
うに設定されているが、回折格子14とＡＯＭ17との少な
くともいずれか一方を回転させた状態で設定して、回折
格子14のピッチ方向とＡＯＭ17を横切る進行波の進行方
向とが異なるようにすることがより望ましい。
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（｜2f1 ｜）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１実施例で示した回折格子14（光束
分割手段）と各ＡＯＭ17とは、回折格子14のピッチ方向
（格子の配列方向）とドライブ信号により各ＡＯＭ(17,
60) を横切る進行波の進行方向とが互いに等しくなるよ
うに設定されているが、回折格子14とＡＯＭ17との少な
くともいずれか一方を回転させた状態で設定して、回折
格子14のピッチ方向とＡＯＭ17を横切る進行波の進行方
向とが異なるようにすることがより望ましい。
【００５８】これにより、図６（ａ）及び（ｂ）に示し
た如く、光束Ｌ1(1)の光路Ａ上を進行する不要な回折光
Ｌ2(0)と、光束Ｌ2(-1) の光路Ｂ上を進行する不要な回
折光Ｌ1(0)とを分離でき、これらの不要な回折光（Ｌ
2(0)，Ｌ1(0)）を空間フィルター19でフィルタリングす
ることができる。また、図１，図４及び図６に示した第
１実施例では、回折格子14の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ＡＯＭ17
に入射させ、ＡＯＭ17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，ＡＯＭ17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、回折格子14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ＡＯＭ17に入射させて
も良く、さらにはＡＯＭ17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、ＡＯＭ17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マークに対して２方向から照射
するようにしても良い。
た如く、光束Ｌ1(1)の光路Ａ上を進行する不要な回折光
Ｌ2(0)と、光束Ｌ2(-1) の光路Ｂ上を進行する不要な回
折光Ｌ1(0)とを分離でき、これらの不要な回折光（Ｌ
2(0)，Ｌ1(0)）を空間フィルター19でフィルタリングす
ることができる。また、図１，図４及び図６に示した第
１実施例では、回折格子14の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ＡＯＭ17
に入射させ、ＡＯＭ17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，ＡＯＭ17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、回折格子14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ＡＯＭ17に入射させて
も良く、さらにはＡＯＭ17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、ＡＯＭ17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マークに対して２方向から照射
するようにしても良い。
【００５９】また、図１に示した第１実施例では、光源
手段（１０〜１２）として複数の波長（多波長）の光を
含む光束を供給する例を示しているが、これに限るもの
ではなく、光源手段として単一波長の光を供給するレー
ザー光源等を用いてもヘテロダイン干渉法によるアライ
メントが達成できる。この場合、多波長光を利用したヘ
テロダイン干渉法によるアライメントの利点が無くなる
ものの、リレー光学系を挟んで１つの回折格子と１つの
音響光学素子とを直列的に配置するだけで、互いに異な
る周波数の２光束を光路差がない状態で生成することが
できるため、従来よりも装置の構成を簡素としながら、
装置の調整を格段に容易に行うことができる。
手段（１０〜１２）として複数の波長（多波長）の光を
含む光束を供給する例を示しているが、これに限るもの
ではなく、光源手段として単一波長の光を供給するレー
ザー光源等を用いてもヘテロダイン干渉法によるアライ
メントが達成できる。この場合、多波長光を利用したヘ
テロダイン干渉法によるアライメントの利点が無くなる
ものの、リレー光学系を挟んで１つの回折格子と１つの
音響光学素子とを直列的に配置するだけで、互いに異な
る周波数の２光束を光路差がない状態で生成することが
できるため、従来よりも装置の構成を簡素としながら、
装置の調整を格段に容易に行うことができる。
【００６０】次に、図７を参照しながら本発明による第
２実施例を説明する。なお、図７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
を付してある。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 及びレンズ18b を
ＡＯＭ17（第１の音響光学素子）の回折点をＡＯＭ60
（第２の音響光学素子）の回折点にリレーする第２リレ
ー光学系として機能させた点である。
２実施例を説明する。なお、図７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
を付してある。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 及びレンズ18b を
ＡＯＭ17（第１の音響光学素子）の回折点をＡＯＭ60
（第２の音響光学素子）の回折点にリレーする第２リレ
ー光学系として機能させた点である。
【００６１】そして、この本実施例では、ＡＯＭ17に加
える高周波信号ＳＦ1 とＡＯＭ60に加える高周波信号Ｓ
Ｆ2 とを互いに逆方向とすることにより、最終的に得ら
れるビート周波数の低く（１ＭHZ以下）して電気信号処
理を容易にしている。さて、図７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を介して回折格子14を垂直に照射
し、この回折格子14の回折作用によって所定の波長域を
持つ±１次回折光（Ｌ1,Ｌ2)とに分割される。そして、
所定の波長域を持つ±１次回折光（Ｌ1,Ｌ2)は、リレー
光学系（15a,15b)によって集光された後、ＡＯＭ17に対
し等しい入射角のもとで対称に入射する。なお、レンズ
15a 及び15b との間に配置された空間フィルター16によ
り、回折格子14からの±１次回折光が抽出される。
える高周波信号ＳＦ1 とＡＯＭ60に加える高周波信号Ｓ
Ｆ2 とを互いに逆方向とすることにより、最終的に得ら
れるビート周波数の低く（１ＭHZ以下）して電気信号処
理を容易にしている。さて、図７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を介して回折格子14を垂直に照射
し、この回折格子14の回折作用によって所定の波長域を
持つ±１次回折光（Ｌ1,Ｌ2)とに分割される。そして、
所定の波長域を持つ±１次回折光（Ｌ1,Ｌ2)は、リレー
光学系（15a,15b)によって集光された後、ＡＯＭ17に対
し等しい入射角のもとで対称に入射する。なお、レンズ
15a 及び15b との間に配置された空間フィルター16によ
り、回折格子14からの±１次回折光が抽出される。
【００６２】ここで、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Ｌ1 及びＬ2 の周波数をそれぞれｆとすると、所
定の波長域の光束Ｌ1 の１次回折光Ｌ1(1)（以下、光束
Ｌ1(1)と称する。）はＡＯＭ17によりｆ0 ＋ｆ1 の周波
数変調を受け、所定の波長域の光束Ｌ2 の−１次回折光
Ｌ2(-1）（以下、光束Ｌ2(-1）と称する。）はＡＯＭ17
によりｆ0 −ｆ1 の周波数変調を受ける。その後、光束
Ｌ1(１）及び光束Ｌ2(-1）は、レンズ18a 、反射ミラー
20、レンズ18b を介し、ＡＯＭ60に対し等しい入射角の
もとで対称に入射する。なお、第２のリレー光学系（15
a,15b)内に配置された空間フィルター19により、ＡＯＭ
17からの±１次回折光（Ｌ1(1)，Ｌ2(-1））が抽出され
る。
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Ｌ1 及びＬ2 の周波数をそれぞれｆとすると、所
定の波長域の光束Ｌ1 の１次回折光Ｌ1(1)（以下、光束
Ｌ1(1)と称する。）はＡＯＭ17によりｆ0 ＋ｆ1 の周波
数変調を受け、所定の波長域の光束Ｌ2 の−１次回折光
Ｌ2(-1）（以下、光束Ｌ2(-1）と称する。）はＡＯＭ17
によりｆ0 −ｆ1 の周波数変調を受ける。その後、光束
Ｌ1(１）及び光束Ｌ2(-1）は、レンズ18a 、反射ミラー
20、レンズ18b を介し、ＡＯＭ60に対し等しい入射角の
もとで対称に入射する。なお、第２のリレー光学系（15
a,15b)内に配置された空間フィルター19により、ＡＯＭ
17からの±１次回折光（Ｌ1(1)，Ｌ2(-1））が抽出され
る。
【００６３】ここで、ＡＯＭ60は、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
れており、所定の波長域の光束Ｌ1(1)の−１次回折光Ｌ
1(1,-1) （以下、光束Ｌ1(1,-1) と称する。）は、ＡＯ
Ｍ60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Ｌ2(-1）の１次回折光Ｌ2(-1,1）（以
下、光束Ｌ2(-1,1）と称する。）はＡＯＭ60によりf0−
f1＋f2（＝Ｆ2)の周波数変調を受ける。その後、光束Ｌ
1(1,-1) 及び光束Ｌ2(-1,1）は、レンズ21を介し、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、
第２のリレー光学系(18a,18b) 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ＡＯＭ60による−１次
回折光Ｌ1(1,-1) と１次回折光Ｌ2(-1,1）とが抽出され
る。
から周波数ｆ2 の第２の高周波信号ＳＦ2 でドライブさ
れており、所定の波長域の光束Ｌ1(1)の−１次回折光Ｌ
1(1,-1) （以下、光束Ｌ1(1,-1) と称する。）は、ＡＯ
Ｍ60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Ｌ2(-1）の１次回折光Ｌ2(-1,1）（以
下、光束Ｌ2(-1,1）と称する。）はＡＯＭ60によりf0−
f1＋f2（＝Ｆ2)の周波数変調を受ける。その後、光束Ｌ
1(1,-1) 及び光束Ｌ2(-1,1）は、レンズ21を介し、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、
第２のリレー光学系(18a,18b) 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ＡＯＭ60による−１次
回折光Ｌ1(1,-1) と１次回折光Ｌ2(-1,1）とが抽出され
る。
【００６４】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
されため説明は省略するが、本実施例では、各検出器(2
5,33,36)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。
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
されため説明は省略するが、本実施例では、各検出器(2
5,33,36)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。
【００６５】以上の如く、本実施例では、２つのＡＯＭ
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、ＡＯＭ17は100 ＭHZの周波数ｆ1 の第
１の高周波信号ＳＦ1 でドライブされ、ＡＯＭ60はＡＯ
Ｍ17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、ＡＯＭ60を通過した一方の光束Ｌ1(1,-1) の周波数
はＦ1 ＝f0＋f1−f2となり、他方の光束Ｌ2(-1,1）の周
波数はＦ2 ＝f0−f1＋f2となる。
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、ＡＯＭ17は100 ＭHZの周波数ｆ1 の第
１の高周波信号ＳＦ1 でドライブされ、ＡＯＭ60はＡＯ
Ｍ17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、ＡＯＭ60を通過した一方の光束Ｌ1(1,-1) の周波数
はＦ1 ＝f0＋f1−f2となり、他方の光束Ｌ2(-1,1）の周
波数はＦ2 ＝f0−f1＋f2となる。
【００６６】従って、この２つの光束（Ｌ1(1,-1) ，Ｌ
2(-1,1））が各回折格子（２４、ＲＭ、ＷＭ）により生
成されるビート光の周波数は、200KHz（Δｆ＝｜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７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８を参照しながら説
明する。
2(-1,1））が各回折格子（２４、ＲＭ、ＷＭ）により生
成されるビート光の周波数は、200KHz（Δｆ＝｜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７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８を参照しながら説
明する。
【００６７】図８に示す如く、第２実施例では、回折格
子14、第１のＡＯＭ17及び第２のＡＯＭ60が直列的に配
置され、さらに回折格子14の回折点を第１のＡＯＭ17の
回折点（高周波信号ＳＦ1 の進行路）にリレーする第１
リレー光学系（15a,15b)と、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 の進行路）とをリレーする第２リ
レー光学系（18a,18b)とが設けられている。
子14、第１のＡＯＭ17及び第２のＡＯＭ60が直列的に配
置され、さらに回折格子14の回折点を第１のＡＯＭ17の
回折点（高周波信号ＳＦ1 の進行路）にリレーする第１
リレー光学系（15a,15b)と、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 の進行路）とをリレーする第２リ
レー光学系（18a,18b)とが設けられている。
【００６８】そして、回折格子14を垂直に照射される白
色光（多波長光）Ｌ0 は、回折格子14の回折作用によ
り、±１次回折光（Ｌ1,Ｌ2)が入射方向（光軸方向）に
対し角度φ1 のもとで対称に生成され、この±１次回折
光（Ｌ1,Ｌ2)は、第１リレー光学系（15a,15b)により集
光されて、光軸方向に対し角度φ2 のもとで対称に第１
のＡＯＭ17へ入射する。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Ｌ1 の１次回折光
Ｌ1(1)はｆ0 ＋ｆ1 の周波数変調を受け、光束Ｌ 2 の−
１次回折光Ｌ2(-1) はｆ0 −ｆ1 の周波数変調を受け
て、両光束（Ｌ1(1)，Ｌ2(-1))は、入射角φ2 と等しい
角度φ2 のもとで対称に第１のＡＯＭ17を射出する。
色光（多波長光）Ｌ0 は、回折格子14の回折作用によ
り、±１次回折光（Ｌ1,Ｌ2)が入射方向（光軸方向）に
対し角度φ1 のもとで対称に生成され、この±１次回折
光（Ｌ1,Ｌ2)は、第１リレー光学系（15a,15b)により集
光されて、光軸方向に対し角度φ2 のもとで対称に第１
のＡＯＭ17へ入射する。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Ｌ1 の１次回折光
Ｌ1(1)はｆ0 ＋ｆ1 の周波数変調を受け、光束Ｌ 2 の−
１次回折光Ｌ2(-1) はｆ0 −ｆ1 の周波数変調を受け
て、両光束（Ｌ1(1)，Ｌ2(-1))は、入射角φ2 と等しい
角度φ2 のもとで対称に第１のＡＯＭ17を射出する。
【００６９】第１のＡＯＭ17により光変調を受けた光束
Ｌ1(1)及び光束Ｌ2(-1）は、第２リレー光学系（18a,18
b)により集光されて、光軸方向に対し角度φ3 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Ｌ1(1)の−１次回折光Ｌ1(1,-
1) はf0＋f1−f2（＝Ｆ1)の周波数変調を受け、光束Ｌ2
(-1) の１次回折光Ｌ2(-1,1) はf0−f1＋f2（＝Ｆ2)の
周波数変調を受けて、両光束（Ｌ1(1,-1),Ｌ2(-1,1))
は、入射角φ3 と等しい角度φ3 のもとで対称にＡＯＭ
17を射出する。
Ｌ1(1)及び光束Ｌ2(-1）は、第２リレー光学系（18a,18
b)により集光されて、光軸方向に対し角度φ3 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Ｌ1(1)の−１次回折光Ｌ1(1,-
1) はf0＋f1−f2（＝Ｆ1)の周波数変調を受け、光束Ｌ2
(-1) の１次回折光Ｌ2(-1,1) はf0−f1＋f2（＝Ｆ2)の
周波数変調を受けて、両光束（Ｌ1(1,-1),Ｌ2(-1,1))
は、入射角φ3 と等しい角度φ3 のもとで対称にＡＯＭ
17を射出する。
【００７０】ここで、ＡＯＭ60の音響ブラック回折によ
る回折角をθb2（＝２φ3 ）とし、ＡＯＭ60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とすると、ＡＯＭ60内
を横切る超音波（進行波）の波長Λ2 とすると、それぞ
れ次式（15),(16)の関係が成立する。 （15） Λ2 ＝ｖ2 ／ｆ2 （16） sinθb2＝λ／Λ2 よって、上式（15）及び（16）より、ＡＯＭ60による回
折角θb2（＝２φ3 ）は、最終的に次式（17）の如くな
る。
る回折角をθb2（＝２φ3 ）とし、ＡＯＭ60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とすると、ＡＯＭ60内
を横切る超音波（進行波）の波長Λ2 とすると、それぞ
れ次式（15),(16)の関係が成立する。 （15） Λ2 ＝ｖ2 ／ｆ2 （16） sinθb2＝λ／Λ2 よって、上式（15）及び（16）より、ＡＯＭ60による回
折角θb2（＝２φ3 ）は、最終的に次式（17）の如くな
る。
【００７１】 （17） sinθb2＝ｆ2 λ／ｖ2 （又は、sin ２φ3 ＝ｆ2 λ／ｖ2 ） また、第２リレー光学系（18a,18b)の倍率をβ2 とし、
この第２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(18)式の関係が成立する。 （18) β2 ＝（sin φ2)／（sin φ3)≒（sin2φ2)／（sin2φ3) 従って、（６）式、（17）式及び（18) より以下の次式
(19)が導出される。
この第２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(18)式の関係が成立する。 （18) β2 ＝（sin φ2)／（sin φ3)≒（sin2φ2)／（sin2φ3) 従って、（６）式、（17）式及び（18) より以下の次式
(19)が導出される。
【００７２】 （19) β2 ＝（ｖ2 ｆ1)／（ｖ1 ｆ2) このように、図７及び図８に示した第２実施例では、第
１リレー光学系（15a,15b)が上記（８）式を満足し、第
２リレー光学系（18a,18b)が上記（19) 式を満足するよ
うに構成されることが好ましい。なお、第１及び第２の
ＡＯＭ(17,60) の材質が等しく、しかも第１及び第２の
高周波信号（ｆ1,ｆ2)同士の周波数差が数十KHz 程度で
あれば、上式(19)のβ2≒１となるため、第２リレー光
学系の倍率β2 を等倍で構成して良い。
１リレー光学系（15a,15b)が上記（８）式を満足し、第
２リレー光学系（18a,18b)が上記（19) 式を満足するよ
うに構成されることが好ましい。なお、第１及び第２の
ＡＯＭ(17,60) の材質が等しく、しかも第１及び第２の
高周波信号（ｆ1,ｆ2)同士の周波数差が数十KHz 程度で
あれば、上式(19)のβ2≒１となるため、第２リレー光
学系の倍率β2 を等倍で構成して良い。
【００７３】以上の如く、第２実施例によれば、所定の
周波数（Δｆ＝｜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。
周波数（Δｆ＝｜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。
【００７４】さらに、回折格子14（光束分割手段）によ
って入射方向（光軸方向）に対して対称に分割された白
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。従って、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。
って入射方向（光軸方向）に対して対称に分割された白
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。従って、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。
【００７５】ところで、第２実施例においては、第２リ
レー光学系（18a,18b)の光軸に対して第１及び第２ＡＯ
Ｍ(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(f1−f2）｜）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としているが、これは以
下の述べる理由による。
レー光学系（18a,18b)の光軸に対して第１及び第２ＡＯ
Ｍ(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(f1−f2）｜）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としているが、これは以
下の述べる理由による。
【００７６】ここで、第１のＡＯＭ17において生成され
るノイズ光は、先に説明した図６と同様であるため説明
を省略し、第２のＡＯＭ17により生成されるノイズ光に
ついて図９を参照しながら説明する。図９に示す如く、
第２のＡＯＭ60には、図６に示した如く、第１のＡＯＭ
17により生成された４つの回折光が入射する。
るノイズ光は、先に説明した図６と同様であるため説明
を省略し、第２のＡＯＭ17により生成されるノイズ光に
ついて図９を参照しながら説明する。図９に示す如く、
第２のＡＯＭ60には、図６に示した如く、第１のＡＯＭ
17により生成された４つの回折光が入射する。
【００７７】具体的には、まず、図９（ａ）に示す如
く、第２のＡＯＭ60に入射する光束Ｌ 1(1)（光束Ｌ1 の
１次回折光）は第２のＡＯＭ60によってブラック回折さ
れ、光路Ａ上には−１次回折光Ｌ1(1,-1) が発生し、光
路Ｂ上には０次回折光Ｌ1(1,0)が発生する。図９（ｂ）
に示す如く、第２のＡＯＭ60に入射する光束Ｌ2(0)（光
束Ｌ2 の０次回折光）は第２のＡＯＭ60によってブラッ
ク回折され、光路Ａ上には−１次回折光Ｌ2(0,-1) が発
生し、光路Ｂ上には０次回折光Ｌ2(0,0)が発生する。
く、第２のＡＯＭ60に入射する光束Ｌ 1(1)（光束Ｌ1 の
１次回折光）は第２のＡＯＭ60によってブラック回折さ
れ、光路Ａ上には−１次回折光Ｌ1(1,-1) が発生し、光
路Ｂ上には０次回折光Ｌ1(1,0)が発生する。図９（ｂ）
に示す如く、第２のＡＯＭ60に入射する光束Ｌ2(0)（光
束Ｌ2 の０次回折光）は第２のＡＯＭ60によってブラッ
ク回折され、光路Ａ上には−１次回折光Ｌ2(0,-1) が発
生し、光路Ｂ上には０次回折光Ｌ2(0,0)が発生する。
【００７８】図９（ｃ）に示す如く、第２のＡＯＭ60に
入射する光束Ｌ2(-1)(光束Ｌ2 の−１次回折光）は第２
のＡＯＭ60によってブラック回折され、光路Ａ上には０
次回折光Ｌ2(-1,0) が発生し、光路Ｂ上には１次回折光
Ｌ2(-1,1) が発生する。図９（ｄ）に示す如く、第２の
ＡＯＭ60に入射する光束Ｌ1(0)（光束Ｌ1 の０次回折
光）は第２のＡＯＭ60によってブラック回折され、光路
Ａ上には０次回折光Ｌ1(0,0)が発生し、光路Ｂ上には１
次回折光Ｌ1(0,1)が発生する。
入射する光束Ｌ2(-1)(光束Ｌ2 の−１次回折光）は第２
のＡＯＭ60によってブラック回折され、光路Ａ上には０
次回折光Ｌ2(-1,0) が発生し、光路Ｂ上には１次回折光
Ｌ2(-1,1) が発生する。図９（ｄ）に示す如く、第２の
ＡＯＭ60に入射する光束Ｌ1(0)（光束Ｌ1 の０次回折
光）は第２のＡＯＭ60によってブラック回折され、光路
Ａ上には０次回折光Ｌ1(0,0)が発生し、光路Ｂ上には１
次回折光Ｌ1(0,1)が発生する。
【００７９】次に、第２のＡＯＭ60を射出した各回折光
の周波数を各光路（Ａ，Ｂ）毎に整理して示すと、光路
Ａにおいて、 光束Ｌ1(1)の-1次回折光Ｌ1(1,-1) の周波数：f0＋f1−f2 ・・・・・（Ｉ） 光束Ｌ2(0)の-1次回折光Ｌ2(0,-1) の周波数：f0−f2 ・・・・・（II） 光束Ｌ2(-1) の０次回折光Ｌ2(-1,0) の周波数：f0−f1 ・・・・・（III） 光束Ｌ1(0)の０次回折光Ｌ1(0,0)の周波数：f0 ・・・・・（IV） 光路Ｂにおいて、 光束Ｌ1(1)の０次回折光Ｌ1(1,0)の周波数：f0＋f1 ・・・・・（Ｉ') 光束Ｌ2(0)の０次回折光Ｌ2(0,0)の周波数：f0 ・・・・・（II') 光束Ｌ2(-1) の１次回折光Ｌ2(-1,1) の周波数：f0−f1＋f2 ・・・・・（III') 光束Ｌ1(0)の１次回折光Ｌ1(0,1)の周波数：f0＋f2 ・・・・・（IV') となる。
の周波数を各光路（Ａ，Ｂ）毎に整理して示すと、光路
Ａにおいて、 光束Ｌ1(1)の-1次回折光Ｌ1(1,-1) の周波数：f0＋f1−f2 ・・・・・（Ｉ） 光束Ｌ2(0)の-1次回折光Ｌ2(0,-1) の周波数：f0−f2 ・・・・・（II） 光束Ｌ2(-1) の０次回折光Ｌ2(-1,0) の周波数：f0−f1 ・・・・・（III） 光束Ｌ1(0)の０次回折光Ｌ1(0,0)の周波数：f0 ・・・・・（IV） 光路Ｂにおいて、 光束Ｌ1(1)の０次回折光Ｌ1(1,0)の周波数：f0＋f1 ・・・・・（Ｉ') 光束Ｌ2(0)の０次回折光Ｌ2(0,0)の周波数：f0 ・・・・・（II') 光束Ｌ2(-1) の１次回折光Ｌ2(-1,1) の周波数：f0−f1＋f2 ・・・・・（III') 光束Ｌ1(0)の１次回折光Ｌ1(0,1)の周波数：f0＋f2 ・・・・・（IV') となる。
【００８０】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合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｜ ・・・・・・・ 〔１〕 （Ｉ）と（II')との差の絶対値より、 ｜（f0＋f1−f2）−f0｜＝｜f1−f2｜ ・・・・・・・ 〔２〕 （Ｉ）と（III')との差の絶対値より、 ｜（f0＋f1−f2）−（f0−f1＋f2）｜＝｜2(f1−f2）｜ ・・・・・・・ 〔３〕 （Ｉ）と（IV')との差の絶対値より、 ｜（f0＋f1−f2）−（f0＋f2）｜＝｜f1−2f2 ｜ ・・・・・・・ 〔４〕 （II）と（Ｉ')との差の絶対値より、 ｜（f0−f2）−（f0＋f1）｜＝｜f1＋f2｜ ・・・・・・・ 〔５〕 （II）と（II')との差の絶対値より、 ｜（f0−f2）−f0｜＝｜f2｜ ・・・・・・・ 〔６〕 （II）と（III')との差の絶対値より、 ｜（f0−f2）−（f0−f1＋f2）｜＝｜f1−2f2 ｜ ・・・・・・・ 〔７〕 （II）と（IV')との差の絶対値より、 ｜（f0−f2）−（f0＋f2）｜＝｜2f2 ｜ ・・・・・・・ 〔８〕 （III）と（Ｉ')との差の絶対値より、 ｜（f0−f1）−（f0＋f1）｜＝｜2f1 ｜ ・・・・・・・
路Ｂを進行する各回折光との組合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｜ ・・・・・・・ 〔１〕 （Ｉ）と（II')との差の絶対値より、 ｜（f0＋f1−f2）−f0｜＝｜f1−f2｜ ・・・・・・・ 〔２〕 （Ｉ）と（III')との差の絶対値より、 ｜（f0＋f1−f2）−（f0−f1＋f2）｜＝｜2(f1−f2）｜ ・・・・・・・ 〔３〕 （Ｉ）と（IV')との差の絶対値より、 ｜（f0＋f1−f2）−（f0＋f2）｜＝｜f1−2f2 ｜ ・・・・・・・ 〔４〕 （II）と（Ｉ')との差の絶対値より、 ｜（f0−f2）−（f0＋f1）｜＝｜f1＋f2｜ ・・・・・・・ 〔５〕 （II）と（II')との差の絶対値より、 ｜（f0−f2）−f0｜＝｜f2｜ ・・・・・・・ 〔６〕 （II）と（III')との差の絶対値より、 ｜（f0−f2）−（f0−f1＋f2）｜＝｜f1−2f2 ｜ ・・・・・・・ 〔７〕 （II）と（IV')との差の絶対値より、 ｜（f0−f2）−（f0＋f2）｜＝｜2f2 ｜ ・・・・・・・ 〔８〕 （III）と（Ｉ')との差の絶対値より、 ｜（f0−f1）−（f0＋f1）｜＝｜2f1 ｜ ・・・・・・・
〔９〕 （III）と（II')との差の絶対値より、 ｜（f0−f1）−f0｜＝｜f1｜ ・・・・・・・ 〔10〕 （III）と（III')との差の絶対値より、 ｜（f0−f1）−（f0−f1＋f2）｜＝｜f2｜ ・・・・・・・ 〔11〕 （III）と（IV')との差の絶対値より、 ｜（f0−f1）−（f0＋f2）｜＝｜f1＋f2｜ ・・・・・・・ 〔12〕 （IV）と（Ｉ')との差の絶対値より、 ｜f0−（f0＋f1）｜＝｜f1｜ ・・・・・・・〔13〕 （IV）と（II')との差の絶対値より、 ｜f0−f0｜＝０ ・・・・・・・ 〔14〕 （IV）と（III')との差の絶対値より、 ｜f0−（f0−f1＋f2）｜＝｜f1−f2｜ ・・・・・・・ 〔15〕 （IV）と（IV')との差の絶対値より、 ｜f0−（f0＋f2）｜＝｜f2｜ ・・・・・・・〔16〕 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〕〜〔13〕、〔15〕及び〔16〕の15個のビ
ート周波数が混在する。なお、〔14〕についての回折光
の組合せは、各検出器(25,33,36)にて光電検出される
と、直流成分（ＤＣ成分）となり、これが検出精度に悪
影響を及ぼす際には、位相差検出系50内の光ビート信号
抽出部にてフーリエ変換した時に除去しても良く、さら
には別途の電気的なフィルター手段によって直流成分を
除去しても良い。
光には、〔１〕〜〔13〕、〔15〕及び〔16〕の15個のビ
ート周波数が混在する。なお、〔14〕についての回折光
の組合せは、各検出器(25,33,36)にて光電検出される
と、直流成分（ＤＣ成分）となり、これが検出精度に悪
影響を及ぼす際には、位相差検出系50内の光ビート信号
抽出部にてフーリエ変換した時に除去しても良く、さら
には別途の電気的なフィルター手段によって直流成分を
除去しても良い。
【００８１】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、第２実
施例においては、光束Ｌ1(1,-1) と光束Ｌ2(-1,1) との
組合せにより生成される唯一１つしかない｜2(f1−f2）
｜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。
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、第２実
施例においては、光束Ｌ1(1,-1) と光束Ｌ2(-1,1) との
組合せにより生成される唯一１つしかない｜2(f1−f2）
｜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。
【００８２】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実施例においても、第１実施例と同様
に、回折格子14と第１のＡＯＭ17との少なくともいずれ
か一方を回転させた状態で設定して、回折格子14のピッ
チ方向と第１のＡＯＭ17を横切る進行波の進行方向とが
異なるようにすれば、図６に示した如く、光束Ｌ1(1)の
光路Ａ上を進行する不要な回折光Ｌ2(0)と、光束Ｌ2(-
1) の光路Ｂ上を進行する不要な回折光Ｌ1(0)とを分離
でき、これらの不要な回折光（Ｌ2(0)，Ｌ1(0)）を空間
フィルター19でフィルタリングすることができる。
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実施例においても、第１実施例と同様
に、回折格子14と第１のＡＯＭ17との少なくともいずれ
か一方を回転させた状態で設定して、回折格子14のピッ
チ方向と第１のＡＯＭ17を横切る進行波の進行方向とが
異なるようにすれば、図６に示した如く、光束Ｌ1(1)の
光路Ａ上を進行する不要な回折光Ｌ2(0)と、光束Ｌ2(-
1) の光路Ｂ上を進行する不要な回折光Ｌ1(0)とを分離
でき、これらの不要な回折光（Ｌ2(0)，Ｌ1(0)）を空間
フィルター19でフィルタリングすることができる。
【００８３】さらに、第１のＡＯＭ17を横切る進行波の
進行方向と第２のＡＯＭ60を横切る進行波の進行方向と
が異なるように、第１のＡＯＭ17と第２のＡＯＭ60との
いずれか一方を回転させた状態で設定すれば、図９の
（Ａ）及び（Ｃ）に示した如く、光束Ｌ1(1,-1) の光路
Ａ上を進行する不要な回折光Ｌ2(-1,0) と、光束Ｌ2(-
1,1) の光路Ｂ上を進行する不要な回折光Ｌ1(1,0)とを
分離でき、これらの不要な回折光（Ｌ2(-1,0) ，Ｌ1(1,
0)）を空間フィルター61でフィルタリングすることがで
きる。
進行方向と第２のＡＯＭ60を横切る進行波の進行方向と
が異なるように、第１のＡＯＭ17と第２のＡＯＭ60との
いずれか一方を回転させた状態で設定すれば、図９の
（Ａ）及び（Ｃ）に示した如く、光束Ｌ1(1,-1) の光路
Ａ上を進行する不要な回折光Ｌ2(-1,0) と、光束Ｌ2(-
1,1) の光路Ｂ上を進行する不要な回折光Ｌ1(1,0)とを
分離でき、これらの不要な回折光（Ｌ2(-1,0) ，Ｌ1(1,
0)）を空間フィルター61でフィルタリングすることがで
きる。
【００８４】また、第１のＡＯＭ17を横切る進行波の進
行方向と第２のＡＯＭ60を横切る進行波の進行方向とを
同一にした場合でも、回折格子14のピッチ方向と２つの
ＡＯＭを横切る進行波の進行方向とが互いに異なるよう
に設定すれば、不要な回折光を各空間フィルター(19,6
1) で除去することかできることは言うまでもない。と
ころで、ＡＯＭを直列的にｎ個配置するとともに、光束
分割手段（回折格子14) と第１のＡＯＭとの間及び各Ａ
ＯＭの間をリレーするリレー光学系をｎ個配置した一般
的な場合について考える。
行方向と第２のＡＯＭ60を横切る進行波の進行方向とを
同一にした場合でも、回折格子14のピッチ方向と２つの
ＡＯＭを横切る進行波の進行方向とが互いに異なるよう
に設定すれば、不要な回折光を各空間フィルター(19,6
1) で除去することかできることは言うまでもない。と
ころで、ＡＯＭを直列的にｎ個配置するとともに、光束
分割手段（回折格子14) と第１のＡＯＭとの間及び各Ａ
ＯＭの間をリレーするリレー光学系をｎ個配置した一般
的な場合について考える。
【００８５】ここで、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(20)の如くなる。 (20) Ｂf ＝｜２（f1＋f2＋f3・・・・ｆn ) ｜ 但し、ｆn は光源側から第ｎ番目のＡＯＭのドライブ周
波数であり、第１方向からドライブ周波数を加えた時を
正、第１方向とは逆の第２方向からドライブ周波数を加
えた時を負とする。
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(20)の如くなる。 (20) Ｂf ＝｜２（f1＋f2＋f3・・・・ｆn ) ｜ 但し、ｆn は光源側から第ｎ番目のＡＯＭのドライブ周
波数であり、第１方向からドライブ周波数を加えた時を
正、第１方向とは逆の第２方向からドライブ周波数を加
えた時を負とする。
【００８６】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（８）式の如くなり、第ｎ番目のリ
レー光学系の倍率βn は次式（21) の如くなる。 (21) βn ＝（ｖn ｆn-1 ) ／（ｖn-1 ｆn ） 尚、図７〜図９に示した第２実施例では、回折格子14の
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１のＡＯＭ17に入射させ、第１のＡＯＭ17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１の
ＡＯＭ17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光束を第２のＡＯＭ60に入射させ、さ
らに第２のＡＯＭ60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、回折格子14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１のＡＯＭ17に入射させても良く、また、
第１のＡＯＭ17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１のＡＯＭ17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光束として第２のＡＯＭ60に入射
させても良い。さらに、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。
光学系の倍率β1 は（８）式の如くなり、第ｎ番目のリ
レー光学系の倍率βn は次式（21) の如くなる。 (21) βn ＝（ｖn ｆn-1 ) ／（ｖn-1 ｆn ） 尚、図７〜図９に示した第２実施例では、回折格子14の
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１のＡＯＭ17に入射させ、第１のＡＯＭ17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１の
ＡＯＭ17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光束を第２のＡＯＭ60に入射させ、さ
らに第２のＡＯＭ60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、回折格子14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１のＡＯＭ17に入射させても良く、また、
第１のＡＯＭ17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１のＡＯＭ17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光束として第２のＡＯＭ60に入射
させても良い。さらに、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。
【００８７】また、図７に示した第２実施例では、光源
手段（１０〜１２）として複数の波長（多波長）の光を
含む光束を供給する例を示しているが、これに限るもの
ではなく、光源手段として単一波長の光を供給するレー
ザー光源等を用いてもヘテロダイン干渉法によるアライ
メントが達成できる。この場合、多波長光を利用したヘ
テロダイン干渉法によるアライメントの利点が無くなる
ものの、第１のリレー光学系（15a,15b)を挟んで回折格
子14と第１の音響光学素子17とを直列的に配置し、第２
のリレー光学系（18a,18b)を挟んで第１の音響光学素子
17と第２の音響光学素子60とを直列的に配置するだけ
で、ビートダウンされた互いに異なる周波数の２光束を
光路差がない状態で生成することができるため、従来よ
りも比較的装置の構成を簡素としながら、装置の調整を
格段に容易に行うことができる。
手段（１０〜１２）として複数の波長（多波長）の光を
含む光束を供給する例を示しているが、これに限るもの
ではなく、光源手段として単一波長の光を供給するレー
ザー光源等を用いてもヘテロダイン干渉法によるアライ
メントが達成できる。この場合、多波長光を利用したヘ
テロダイン干渉法によるアライメントの利点が無くなる
ものの、第１のリレー光学系（15a,15b)を挟んで回折格
子14と第１の音響光学素子17とを直列的に配置し、第２
のリレー光学系（18a,18b)を挟んで第１の音響光学素子
17と第２の音響光学素子60とを直列的に配置するだけ
で、ビートダウンされた互いに異なる周波数の２光束を
光路差がない状態で生成することができるため、従来よ
りも比較的装置の構成を簡素としながら、装置の調整を
格段に容易に行うことができる。
【００８８】さて、以上にて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）を回折格子14（光束分割
手段）に対して垂直に照射しているが、図10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ー
（100,101,102)をそれぞれ異なる入射角のもとで、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
て、各レーザー（100,101,102)からの各波長光を合成す
るものを光源手段として用いても良い。
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）を回折格子14（光束分割
手段）に対して垂直に照射しているが、図10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ー
（100,101,102)をそれぞれ異なる入射角のもとで、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
て、各レーザー（100,101,102)からの各波長光を合成す
るものを光源手段として用いても良い。
【００８９】また、図１及び図７に示した各実施例の回
折格子14を位相型の格子で構成し、この位相型の回折格
子14の段差をｄ、回折格子14の屈折率をｎ、光の波長を
λ、整数Ｍとするとき、次式（22) を満足すように構成
することが好ましい。 （22) ｄ＝λ（Ｍ＋０．５）／（ｎG −１） これにより、０次光を発生させることなく、回折効率を
格段に高めることができる。
折格子14を位相型の格子で構成し、この位相型の回折格
子14の段差をｄ、回折格子14の屈折率をｎ、光の波長を
λ、整数Ｍとするとき、次式（22) を満足すように構成
することが好ましい。 （22) ｄ＝λ（Ｍ＋０．５）／（ｎG −１） これにより、０次光を発生させることなく、回折効率を
格段に高めることができる。
【００９０】さらに、以上にて述べた各実施例では、光
源手段（10〜12) から供給される白色光（多波長光）を
光束分割手段としての回折格子14によって入射方向（光
軸方向）に対して対称に分割しているが、回折格子14と
は別の光束分割手段として、例えば、図11に示す如きウ
オラストンプリズム140 を用いても良く、また、反射型
の回折格子を回折格子14として用いても良い。さらに
は、別の光束分割手段としては、光源手段（10〜12) か
らの光束の入射方向に沿って対称な方向に回折並びに光
変調を与える、所謂ラマン−ナス(Raman-Nath)回折を起
こす音響光学素子としても良い。
源手段（10〜12) から供給される白色光（多波長光）を
光束分割手段としての回折格子14によって入射方向（光
軸方向）に対して対称に分割しているが、回折格子14と
は別の光束分割手段として、例えば、図11に示す如きウ
オラストンプリズム140 を用いても良く、また、反射型
の回折格子を回折格子14として用いても良い。さらに
は、別の光束分割手段としては、光源手段（10〜12) か
らの光束の入射方向に沿って対称な方向に回折並びに光
変調を与える、所謂ラマン−ナス(Raman-Nath)回折を起
こす音響光学素子としても良い。
【００９１】また、図１及び図７に示した各実施例と
も、各検出器(25,33,36)から光電検出される各光電信号
は位相差検出系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(25,3
3,36)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)から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。
も、各検出器(25,33,36)から光電検出される各光電信号
は位相差検出系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(25,3
3,36)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)から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。
【００９２】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方向から照明すること
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、特開昭2-133913号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（ＲＭ，Ｗ
Ｍ）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、特開昭4-7814号に
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。
マーク（ＲＭ，ＷＭ）に対して２方向から照明すること
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、特開昭2-133913号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（ＲＭ，Ｗ
Ｍ）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、特開昭4-7814号に
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。
【００９３】
【発明の効果】以上の如く、本発明によれば、リレー光
学系を挟んで光分割手段と周波数差生成手段とを直列的
に配置しているため、分割された２光束間には光路長差
が原理的に発生することなく、分割された２光束間の波
面が揃う。従って、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。
学系を挟んで光分割手段と周波数差生成手段とを直列的
に配置しているため、分割された２光束間には光路長差
が原理的に発生することなく、分割された２光束間の波
面が揃う。従って、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。
【００９４】また、白色光（多波長光）を供給する光源
手段を用いた場合には、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を抑えることができ
る。しかも、回折格子マークの段差構造によって生ずる
干渉による検出信号の光量低下の問題も解消することが
できる。さらに、白色光（多波長光）により被検面上の
回折格子マークを照射することができるため、レジスト
が塗布されているウエハ上の回折格子マークの位置を検
出する際には、レジストの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。
手段を用いた場合には、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を抑えることができ
る。しかも、回折格子マークの段差構造によって生ずる
干渉による検出信号の光量低下の問題も解消することが
できる。さらに、白色光（多波長光）により被検面上の
回折格子マークを照射することができるため、レジスト
が塗布されているウエハ上の回折格子マークの位置を検
出する際には、レジストの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。
【００９５】また、第２リレー光学系を挟んで第１音響
光学素子と第２音響光学素子とが直列的に配置された構
成を周波数差生成手段が有する場合には、２光束間の周
波数をビートダウンすることができ、信号処理が容易な
ビート信号を得ることができる。
光学素子と第２音響光学素子とが直列的に配置された構
成を周波数差生成手段が有する場合には、２光束間の周
波数をビートダウンすることができ、信号処理が容易な
ビート信号を得ることができる。
【図１】本発明による第１実施例の概略的な構成を示す
図。
図。
【図２】各回折格子マークの様子を示す平面図。
【図３】アライメント光学系内に設けられた各視野絞り
の様子を示す平面図。
の様子を示す平面図。
【図４】第１実施例における２光束生成部（互いに異な
る周波数の２光束を生成する部分）の構成を示す図。
る周波数の２光束を生成する部分）の構成を示す図。
【図５】音響光学素子による音響ブラック回折の原理を
説明するための図。
説明するための図。
【図６】第１実施例の音響光学素子によりノイズ光が生
成される様子を示す図。
成される様子を示す図。
【図７】本発明による第２実施例の概略的な構成を示す
図。
図。
【図８】第２実施例における２光束生成部（互いに異な
る周波数の２光束を生成する部分）の構成を示す図。
る周波数の２光束を生成する部分）の構成を示す図。
【図９】第２実施例による第２の音響光学素子によりノ
イズ光が生成される様子を示す図。
イズ光が生成される様子を示す図。
【図１０】互いに異なる波長の光を射出する複数のレー
ザーとブレーズ型の回折格子とによって光源手段を構成
した例を示す図。
ザーとブレーズ型の回折格子とによって光源手段を構成
した例を示す図。
【図１１】光束分割手段をウオラストンプリズムで構成
した例を示す図。
した例を示す図。
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、14・・・ 回折格
子、15a,15b ・・・ 第１リレー光学系 18a,18b ・・・ 第２リレー光学系、16,19,61・・・ 空間フィ
ルター、17,60・・・音響光学素子（ＡＯＭ）、38・・・ 対物
レンズ
レンズ、13・・・ バンドパスフィルター、14・・・ 回折格
子、15a,15b ・・・ 第１リレー光学系 18a,18b ・・・ 第２リレー光学系、16,19,61・・・ 空間フィ
ルター、17,60・・・音響光学素子（ＡＯＭ）、38・・・ 対物
レンズ
Claims (2)
- 【請求項１】互いに異なる周波数の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
して被検物体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
格子からの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、前記被検物体の位
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、複数の波長の光を含む光束また
は単一波長の光束を供給する光源手段と、該光源手段か
らの光束を分割して所定の２光束を生成する光分割手段
と、該光分割手段によって分割され２光束を所定の位置
へ集光するリレー光学系と、該集光位置もしくはその近
傍に配置され前記分割された２光束に対し所定の異なる
周波数差を生じせしめる周波数差生成手段とを有するこ
とを特徴とする位置検出装置。 - 【請求項２】請求項１記載の位置検出装置において、前
記周波数差生成手段は、前記分割光束に対し所定の第１
の周波数差を与える第１音響光学素子と、該第１音響光
学素子を介した光束を再び集光する第２リレー光学系
と、該第２リレー光学系による集光位置もしくはその近
傍に配置され前記分割光束に対し所定の第２の周波数差
を与える第２音響光学素子とを有することを特徴とする
位置検出装置。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5024441A JPH0682215A (ja) | 1992-07-15 | 1993-02-12 | 位置検出装置 |
| DE69324532T DE69324532T2 (de) | 1992-07-15 | 1993-07-14 | Lichtquelle für ein Heterodyninterferometer |
| EP93111298A EP0581118B1 (en) | 1992-07-15 | 1993-07-14 | Light source for a heterodyne interferometer |
| US08/091,501 US5488230A (en) | 1992-07-15 | 1993-07-14 | Double-beam light source apparatus, position detecting apparatus and aligning apparatus |
| US08/470,902 US5530256A (en) | 1992-07-15 | 1995-06-06 | Double-beam light source apparatus, position detecting apparatus and aligning apparatus |
| US08/471,926 US5530257A (en) | 1992-07-15 | 1995-06-06 | Double-beam light source apparatus, position detecting apparatus and aligning apparatus |
| US08/470,889 US5569929A (en) | 1992-07-15 | 1995-06-06 | Double-beam light source apparatus, position detecting apparatus and aligning apparatus |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4-187198 | 1992-07-15 | ||
| JP18719892 | 1992-07-15 | ||
| JP5024441A JPH0682215A (ja) | 1992-07-15 | 1993-02-12 | 位置検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0682215A true JPH0682215A (ja) | 1994-03-22 |
Family
ID=26361945
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5024441A Pending JPH0682215A (ja) | 1992-07-15 | 1993-02-12 | 位置検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0682215A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6242754B1 (en) | 1995-02-01 | 2001-06-05 | Nikon Corporation | Method of detecting position of mark on substrate, position detection apparatus using this method, and exposure apparatus using this position detection apparatus |
| CN114174890A (zh) * | 2019-08-09 | 2022-03-11 | Asml荷兰有限公司 | 量测装置及其相位调制器设备 |
| US11803130B2 (en) | 2019-08-09 | 2023-10-31 | Asml Netherlands B.V. | Phase modulators in alignment to decrease mark size |
-
1993
- 1993-02-12 JP JP5024441A patent/JPH0682215A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6242754B1 (en) | 1995-02-01 | 2001-06-05 | Nikon Corporation | Method of detecting position of mark on substrate, position detection apparatus using this method, and exposure apparatus using this position detection apparatus |
| US6677601B2 (en) | 1995-02-01 | 2004-01-13 | Nikon Corporation | Method of detecting position of mark on substrate, position detection apparatus using this method, and exposure apparatus using this position detection apparatus |
| US7053390B2 (en) | 1995-02-01 | 2006-05-30 | Nikon Corporation | Method of detecting position of mark on substrate, position detection apparatus using this method, and exposure apparatus using this position detection apparatus |
| US7109508B2 (en) | 1995-02-01 | 2006-09-19 | Nikon Corporation | Method of detecting position of mark on substrate, position detection apparatus using this method, and exposure apparatus using this position detection apparatus |
| CN114174890A (zh) * | 2019-08-09 | 2022-03-11 | Asml荷兰有限公司 | 量测装置及其相位调制器设备 |
| JP2022544187A (ja) * | 2019-08-09 | 2022-10-17 | エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． | 計測デバイスおよびそのための位相変調装置 |
| US11803130B2 (en) | 2019-08-09 | 2023-10-31 | Asml Netherlands B.V. | Phase modulators in alignment to decrease mark size |
| US11815675B2 (en) | 2019-08-09 | 2023-11-14 | Asml Netherlands B.V. | Metrology device and phase modulator apparatus therefor comprising a first moving grating and a first compensatory grating element |
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