JPH07270123A - 位置ずれ検出方法及び光ヘテロダイン干渉測定方法及びそれらを用いた位置ずれ検出装置 - Google Patents

位置ずれ検出方法及び光ヘテロダイン干渉測定方法及びそれらを用いた位置ずれ検出装置

Info

Publication number
JPH07270123A
JPH07270123A JP6256210A JP25621094A JPH07270123A JP H07270123 A JPH07270123 A JP H07270123A JP 6256210 A JP6256210 A JP 6256210A JP 25621094 A JP25621094 A JP 25621094A JP H07270123 A JPH07270123 A JP H07270123A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
diffraction grating
light
diffraction
measurement
deviation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP6256210A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenji Saito
謙治 斉藤
Koichi Chitoku
孝一 千徳
Takahiro Matsumoto
隆宏 松本
Goji Miyaji
剛司 宮地
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP6256210A priority Critical patent/JPH07270123A/ja
Publication of JPH07270123A publication Critical patent/JPH07270123A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • 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】 マスクとウエハとの位置ずれやウエハ面上へ
のパターンの重ね合わせ等を計測する際に好適な位置ず
れ検出方法及びそれを用いた位置ずれ検出装置を得るこ
と。 【構成】 光源手段からの光束を物体の一部に設けた回
折格子に照射し、該回折格子から生ずる±ｎ（ｎは正の
整数）次回折光を受光手段面上に導光し、該±ｎ次回折
光の該受光手段面上への入射位置情報を用いて演算手段
により該物体の回転ずれ情報を検出したこと。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は位置ずれ検出方法及び光
ヘテロダイン干渉測定方法及びそれらを用いた位置ずれ
検出装置に関し、被検物体の一部に回折格子を設け、該
回折格子からの回折光を利用して、例えば被検物体の回
転ずれを検出する顕微鏡試料台、ＥＢ描画装置、露光装
置、重ね合わせ評価装置、ロータリーエンコーダー、そ
してヨーイング検査装置等に好適なものである。
【０００２】この他半導体素子製造用の露光装置におい
てマスクやレチクル等の物体上に形成されている微細な
電子回路パターンをウエハ等の第２物体面上に露光転写
する際のウエハ上に焼き付けた後のウエハ上の焼き付け
パターンの重ね合わせ精度、即ち位置ずれ量を計測する
場合等に好適な位置ずれ検出方法及びそれを用いた位置
ずれ検出装置に関するものである。
【０００３】この他本発明は光ヘテロダイン干渉測定方
法及び光ヘテロダイン干渉測定装置に関し、例えば半導
体素子製造用の露光装置により、マスクやレチクル等の
第１物体上に形成されている微細な電子回路パターンを
ウエハ等の第２物体面上に露光転写した際、転写した第
１物体のパターンと第２物体上にすでに存在しているパ
ターンとの重ね合わせ精度（位置ずれ量）を測定する際
に好適なものである。
【０００４】
【従来の技術】従来より、例えば顕微鏡の試料台に被検
物体を載せ、該被検物の微小領域を逐次観察する際の送
り方向と試料台の回転ずれとを検出し、正規の位置に補
正する装置が種々と提案されている。この場合は、一般
に被検物の送り方向の両端のパターンを見ながら回転ず
れを補正している。
【０００５】又所定のパターンを画像処理することによ
り物体の回転ずれを検出する装置が例えば特開昭６０−
７７２７３号公報で提案されている。又被検物体の回転
ずれを高精度に検出する装置としてロータリーエンコー
ダーが、例えば特開昭６１−６６９２６号公報等で提案
されている。
【０００６】この他被検物体の位置ずれを測定する方法
としては第１に測定のパターンを焼き付けてパターン線
幅測定装置でパターンの相互間のずれを測定するものが
ある。
【０００７】又第２にピッチの異なる格子を集積回路上
に焼き付けて丁度重なる格子の部分を読み取るバーニア
方式のものがある。又第３に集積回路上に細長い抵抗体
と電極と重ね合わせて形成し、その抵抗体の各値を比較
する方法がある。
【０００８】更に第４に本出願人が特開平４−２１２０
０２号公報で提案しているように回折格子を集積回路上
に焼き付けて回折光の位相差によりパターンのずれ量を
測定する方法等がある。
【０００９】次に参考の為の前述の各方法のうち第４の
方法について説明する。
【００１０】図１０は同公報で提案されている位置ずれ
検出装置の検出原理を示す説明図である。
【００１１】図１０では物体上に設けた同一平面上にあ
って隣接する２つの等間隔の直線格子（グレーティン
グ）Ａ′，Ｂ′を考えている。ここで２つのグレーティ
ングのピッチは共にＰ′で等しく、グレーティングの相
互間には矢印方向（ｘ方向）にずれ（Δｘ＝ｘB′−
ｘA′）が生じている。
【００１２】仮に片方のグレーティングをＡ′、もう片
方をＢ′とする（ＸA′，ＸB′は、それぞれグレーティ
ングＡ′，Ｂ′の同一基準位置からのｘ方向ずれ）。
【００１３】ここで振動数が僅かに違い（ωf1 ，
ωf2）、初期位相がそれぞれφof1 ，φof2 の２つの光
１０９，１１０がグレーティングＡ′，Ｂ′に入射した
とする。このとき２つの光１０９，１１０のそれぞれの
複素振幅Ｅf1 ，Ｅf2は Ｅf1 ＝Ａ0 ｅｘｐ｛ｉ（ωf1ｔ＋φof1 ）｝ ‥‥‥ （１） Ｅf2 ＝Ｂ0 ｅｘｐ｛ｉ（ωf2ｔ＋φof2 ）｝ ‥‥‥ （２） で示される。この２つの光１０９，１１０を２つのグレ
ーティング全面に照射する。
【００１４】例えば光１０９を左から、光１１０を右か
らそれぞれ同じ絶対値の入射角で照射する。このとき、
光１０９のグレーティングＡ′，Ｂ′に対しての＋１次
回折光を１１１，１１２とし、光１１０のグレーティン
グＡ′，Ｂ′に対しての−１次回折光を１１３，１１４
とする。
【００１５】そしてそれぞれの光を複素振幅表示すると
光１１１，１１３，１１２，１１４の複素振幅をそれぞ
れＥ′AF1（＋１），Ｅ′AF2（−１），Ｅ′Bf1（＋
１），Ｅ′Bf2 （−１）とすると Ｅ′AF1（＋１）＝Ａf1ｅｘｐ｛ｉ（ωf1ｔ＋φof1 ＋φA′）｝‥‥（３） Ｅ′AF2（−１）＝Ａf2ｅｘｐ｛ｉ（ωf2ｔ＋φof2 ＋φA′）｝‥‥（４） Ｅ′Bf1（＋１）＝Ｂf1ｅｘｐ｛ｉ（ωf1ｔ＋φof1 ＋φB′）｝‥‥（５） Ｅ′Bf2（−１）＝Ｂf2ｅｘｐ｛ｉ（ωf2ｔ＋φof2 ＋φB′）｝‥‥（６） となる。
【００１６】ここで、φA′＝２πｘA′／Ｐ，φB′＝
２πｘB′／Ｐであり、それぞれグレーティングＡ′，
Ｂ′のｘ方向のずれ量が位相量として表されたものであ
る。
【００１７】そしてグレーティングＡ′からの回折光１
１１と１１３、そしてグレーティングＢ′からの回折光
１１２と１１４を干渉させるとそれぞれの干渉光強度変
化ＩA ，ＩB は以下のようになる。
【００１８】 ＩA ＝｜Ｅ′Af1（＋１）＋Ｅ′Af2（−１）｜2 ＝Ａ2 f1＋Ａ2 f2＋２Ａf1Ａf2・ｃｏｓ｛２π（ｆ2 −ｆ1）ｔ ＋（φof2−φof1）−２φA′｝ ‥‥‥（７） ＩB ＝｜Ｅ′Bf1（＋１）＋Ｅ′Bf2（−１）｜2 ＝Ｂ2 f1＋Ｂ2 f2＋２Ｂf1Ｂf2・ｃｏｓ｛２π（ｆ2 −ｆ1）ｔ ＋（φof2−φof1）−２φB′｝ ‥‥‥（８） ここでｆ1 ＝ωf1／２π，ｆ2 ＝ωf2／２π，Ａ2 f1 ＋
Ａ2 f2 ，Ｂ2 f1 ＋Ｂ2 f2 は直流成分、２Ａf1Ａf2，２Ｂ
f1Ｂf2 は振幅である。（７）式，（８）式はｆ2 −ｆ1
のビート周波数成分をもつ信号が、初期位相ずれφof2
−φof1 及びグレーティングＡ′，Ｂ′の個々のずれ
量φA′，φB′だけ時間的に位相変調を受けた形となっ
ている。
【００１９】よって、（７）式及び（８）式で示される
信号のどちらか一方を参照信号、もう一方を被測定信号
として２つの時間的ずれを検出すれば光の初期位相が消
去でき、所謂ヘテロダイン干渉計測として高精度な位相
差Δφの検出が可能となる。
【００２０】（Δφ＝２（φB′ −φA′ ） ＝（４π／Ｐ′）Δｘ） 光ヘテロダイン干渉法は前述したように２つの信号間の
位相ずれを時間として検出するので信号間に直流成分の
違いや振幅の変化があっても測定に影響はない。
【００２１】ここで図１１に示すように参照信号１１
５、被測定信号１１６の時間的ずれをΔＴとすると、Δ
Ｔを例えばロックインアンプ等を用いて高精度検出する
ことによって位相差の高精度測定ができる。
【００２２】上述のようにして検出された位相差はグレ
ーティング相互間のずれ量Δｘを示す位相差Δφに一致
するのでＰ′×（Δφ／４π）よりグレーティング間の
ずれ量Δｘが求まる。
【００２３】即ち、 Δｘ＝Ｐ′×（Δφ／４π） となる。
【００２４】従って上述の原理に基づき第１回目に焼き
付けられた格子パターンと第２回目に焼き付けられた格
子パターンとのずれ量Δｘを求めれば、例えば半導体露
光装置の位置合わせ精度、即ち第１回と第２回の焼き付
けにより形成された実素子パターン間のずれ量を検出す
ることができる。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】従来の回転ずれ検出装
置のうち、被検物体の送り方向の両端のパターンを見る
方法は、試行錯誤を繰り返し、繁雑である。又画像処理
による方法は画像処理演算が必要で装置も大掛かりなも
のとなり、処理時間や精度の面で微小回転ずれを高精度
に検出するには不向きであった。
【００２６】又ロータリーエンコーダーを用いる方法
は、回転軸が予め定まっている必要があり、高精度な計
測には回転軸を高精度に合わせなければならず、繁雑で
あった。
【００２７】又回転軸が一般に定まらないような場合、
例えば評価用サンプルを試料台に載せる場合や半導体焼
き付け装置のマスクθアライメント系の場合には十分に
対応することができなかった。
【００２８】本発明の第１の目的は、対象とする物体上
に回折格子を設け、該回折格子に光ビームを照射し、該
回折格子により生じた回折光のうち、絶対値が等しく、
符号が相異なる次数の組み合わせ、即ち±ｎ次（ｎは正
の整数）回折光の所定面上での光束位置を検出し、該回
折光束の位置の所定方向の差を演算することにより、対
象物の回転ずれを高精度に検出することができる回転ず
れ検出装置の提供にある。
【００２９】又被検物体の位置ずれを検出する方法のう
ち第１のパターン線幅測定装置を用いた方法によると、
通常その種の装置の精度としては、高々０．０１μｍ程
度の精度しか得られない。又第２のバーニア方式によっ
ても０．０４μｍ程度の精度しか得られないといった問
題点がある。
【００３０】更に第３の抵抗測定法は、精度が得られる
反面、測定をする為にかなり複雑な処理工程を必要とす
るという問題点がある。
【００３１】これに対し第４の方法は上記第１と第３の
問題点を考慮した比較的簡易且つ安価な方法である。こ
の第４の方法は図１２や図１３に示すように被測定パタ
ーン（回折格子）５３，５４への入射光束１０９，１１
０とパターンとの相対関係のうちウエハ５５の面内回転
量と位相差Δφの変動について次のようなことが生じる
場合があった。
【００３２】図１２，図１３は図１０の被検用のパター
ン（回折格子）５３，５４に光束が入る状態を示したも
のである。パターン５３と５４の中心間距離をｄ、パタ
ーン５３の中心点をＰ1 、パターン５４の中心点をＰ2
とし、パターン５３，５４への入射角が図１２で示すよ
うにθZ だけずれた場合について示している。
【００３３】このとき図１３で示すように点Ｐ1から光
束６８が点Ｐ2に入る光線に下した重線の交点をＨとす
ると、光束１０９は平面波であるとすると、位置Ｈ，Ｐ
1が等位相面に含まれる。点Ｐ1に入る光束２の光線を６
７，点Ｐ2に入る光束２の光線を６８とする。光線６
７，６８の進行方向の方向余弦を（α，β，γ）とする
と、
【００３４】
【数１】 となる。
【００３５】又、光束１１０のうち点Ｐ1に入る光線を
７０、点Ｐ2に入る光線を７１とする。光線６７の１次
回折光の複素振幅表示は Ｅａ′（ｆ1 ）＝Ａｅｘｐ｛ｉ（ω1 ｔ＋φ1 ＋φａ）｝‥‥‥（１０） 同様に光線７０，光線６８，光線７１の回折光を複素振
幅表示は Ｅａ′(ｆ2 ）＝Ｂｅｘｐ｛ｉ（ω2ｔ＋φ2 −φa ）｝ ‥‥‥（１１） Ｅｂ′(ｆ1 )＝Ａｅｘｐ｛ｉ(ω1ｔ＋φ1+φb+(２π／λ)・βｄ）｝ ‥‥‥（１２） Ｅｂ′(ｆ2 )＝Ｂｅｘｐ｛ｉ(ω2ｔ＋φ2-φb-(２π／λ)・βｄ）｝ ‥‥‥（１３） ここに、φ1 ，φ2 は初期位相、φa ，φb は位置ずれ
相当位相である。
【００３６】Ｅａ′（ｆ1 ）とＥａ′（ｆ2 ）の干渉に
より Ｉａ′＝｜Ｅａ′（ｆ1 ）＋Ｅａ′（ｆ2 ）｜2 ＝Ａ2 +Ｂ2 +２・Ａ・Ｂｃｏｓ{(ω1 - ω2)t +(φ1 - φ2) +２φａ｝ ‥‥‥（１４） Ｅｂ′（ｆ1 ）とＥｂ′（ｆ2 ）の干渉により Ｉｂ′＝Ａ2 +Ｂ2 +２・Ａ・Ｂｃｏｓ {(ω1 -ω2)t +(φ1 - φ2) + ２φｂ−２・（２π／λ）・βｄ｝ ‥‥‥（１５） となる。
【００３７】従って（１４），（１５）式よりθZ ≠０
である場合にはθZ ＝０、即ち入射光６７，６８の方向
余弦のうちｙ成分β＝０の場合に比べ、（β≠０のとき
は）（４π／λ）・βｄだけ位相が変わることになる。
【００３８】このことより格子パターン５３と５４の間
のずれに相当する誤差をΔｘ′とすると Δｘ′＝２βｄ ‥‥‥（１６） で、Δｘ′＝５ｎｍ相当の値は、ｄ＝１００μｍとする
と β＝Δｘ′／（２ｄ） ＝５ｎｍ／（２×１００）μｍ ＝２．５×１０-5 θZ ＝９０°−ｃｏｓ-1β ＝５．１″となる。
【００３９】即ち、θZ の値が５．１″変動すると格子
パターン５３と５４の間のずれ検出値が５ｎｍ変わるこ
とになる。このことは検出光学系とウエハ５５がウエハ
面内の回転に相当する相対変動が５．１″あると５ｎｍ
の変動誤差を生じるということになり、ずれを高精度に
検出することが難しくなってくる。
【００４０】通常、半導体素子製造用の露光装置でウエ
ハステージは６インチとか８インチのウエハを送る。こ
の場合に秒オーダーの回転を発生させないようにするに
は複雑なモニター機能と制御を要し、単純な構成でステ
ージ送りを達成しようとすると秒オーダーの回転、即ち
ヨーイングが発生し、これに対応したパターン間のずれ
検出誤差を避けることが難しくなってくる。
【００４１】又、グレーティングパターンの描画時、露
光時及びプロセス中に発生するウエハの場所による局所
的な面内回転ずれによって生じる検出誤差を避けること
も難しい。
【００４２】本発明の第２の目的は光学的検出系と被検
物体との間で被検物体の面内回転の相互変動が発生して
もその誤差を解消し、ｎｍオーダーの高精度な位置ずれ
検出ができる位置ずれ検出方法及びそれを用いた位置ず
れ検出装置の提供にある。
【００４３】特に、被検物体上の各位置に配置された回
折格子パターンに対して、重ね合わせ誤差を測定すると
き回折格子パターン間を移動するときに生じるステージ
ヨーイング成分による被検物体の面内回転成分及びウエ
ハの場所によるローカルな面内回転ずれを含めた被測定
格子の面内回転ずれ量を該被測定格子を用い、別途測定
し、面内回転ずれがない状態にウエハの面内回転を制御
し、面内回転ずれに伴う重ね合わせ測定誤差を取り除く
ことにより高精度な測定が可能な位置ずれ検出方法及び
それを用いた位置ずれ検出装置の提供にある。
【００４４】この他本発明は上記従来の欠点に鑑み、検
出光学系と被検物との間で、被検物の回転等の相対変動
が発生しても、その誤差を解消し、ｎｍオーダーの高精
度なパターンずれ検出手段を提供するものである。
【００４５】
【課題を解決するための手段】本発明の回転ずれ検出装
置は、 （１−１）光源手段からの光束を物体の一部に設けた回
折格子に照射し、該回折格子から生ずる±ｎ（ｎは正の
整数）次回折光を受光手段面上に導光し、該±ｎ次回折
光の該受光手段面上への入射位置情報を用いて演算手段
により該物体の回転ずれ情報を検出したことを特徴とし
ている。
【００４６】特に、前記演算手段は前記±ｎ次回折光の
前記受光手段面上への入射位置情報を該受光手段面上に
おける基準位置からの差より求めていることを特徴とし
ている。
【００４７】本発明の位置ずれ検出方法は、 （１−２）物体の一部に設けた第１，第２回折格子に光
束を照射し、該第１，第２回折格子から生ずる±ｎ（ｎ
は正の整数）次回折光を受光手段面上に導光し、該±ｎ
次回折光の該受光手段面上への入射位置情報より該物体
の面内の回転ずれを補正し、その後、該第１，第２回折
格子間の位置ずれ情報を求めていることを特徴としてい
る。
【００４８】（１−３）周波数が僅かに異なる２光束を
物体の一部に設けた第１，第２回折格子に照射し、該第
１，第２回折格子から生ずる±ｍ（ｍは正の整数）次回
折光を光ヘテロダイン干渉させ、これより該第１，第２
回折格子に基づく第１，第２ビート信号を得て、その
後、該第１，第２ビート信号間の位相差を検出すること
により該物体面上の第１，第２回折格子間の位置ずれ情
報を求めていることを特徴としている。
【００４９】本発明の位置ずれ検出装置は、 （１−４）光源手段からの光束を物体の一部に設けた第
１，第２回折格子に照射し、該第１，第２回折格子から
生ずる±ｎ（ｎは正の整数）次回折光を受光手段面上に
導光し、該受光手段面上への該±ｎ次回折光の入射位置
情報を利用して演算手段により該物体の面内回転ずれ情
報を求め、該演算手段からの回転ずれ情報を用いて補正
制御手段により該物体の面内回転ずれを補正し、該演算
手段は該補正制御手段からの補正信号の入力に応じて該
第１，第２回折格子相互の位置ずれ情報を検出している
ことを特徴としている。
【００５０】（１−５）光源手段から僅かに周波数の異
なる２光束を物体の一部に設けた第１，第２回折格子に
照射し、該第１，第２回折格子から生ずる±ｍ（ｍは正
の整数）次回折光を合成手段で合成して光ヘテロダイン
干渉させ、該合成手段からの光ヘテロダイン干渉信号を
用いて演算手段により、該第１，第２回折格子に基づく
第１，第２ビート信号を得て該物体の面内回転ずれ情報
を求めており、該演算手段からの回転ずれ情報を用いて
補正制御手段により該物体の面内回転ずれを補正し、該
演算手段は該補正制御手段からの補正信号の入力に応じ
て該第１，第２回折格子相互の位置ずれ情報を検出して
いることを特徴としている。
【００５１】本発明のパターンずれ検出手段は、 （１−６）被検物体上の複数個の位置に配置された前記
位置ずれ測定用回折格子パターンを用いて、重ね合わせ
誤差を測定する時、測定の行われる各回折格子パターン
間の移動時に生じるステージのヨーイングによる被検物
体の面内回転量を測定し、該面内回転量に相当する補正
値を得ることにより、高精度な測定を実現するものであ
る。
【００５２】本発明の光ヘテロダイン干渉測定装置は、 （１−７）第１の露光で形成された第１の回折格子と、
第２の露光で形成され、第１の回折格子に隣接して形成
された第２の回折格子を一組とした回折格子対を複数個
ウエハ上に配置し、該複数個の回折格子対を構成する個
々の回折格子対を測定光学系の測定位置に移動させて順
次測定を行い、該回折格子対の相対的なずれ量を検出す
る際、該測定光学系が前記２つの回折格子に対し僅かに
周波数の異なる２周波数の可干渉光を照射する照明系
と、前記２つの回折格子から回折される光を干渉させ前
記第１の回折格子から発生する第１のビート信号と、前
記第２の回折格子から発生される第２のビート信号を検
出する検出系より構成されるとともに、前記第１及び第
２のビート信号の位相差を検出して、前記２つの回折格
子のずれを求める際、該回折格子対の前記測定光学系に
対する相対的回転量を計測する計測光学系を備え、該計
測値より前記位相差の検出量に補正を加えることを特徴
としている。
【００５３】特に、 （１−７−１）前記計測光学系がウエハステージのヨー
イングを検出する系であること。 （１−７−２）前記回折格子対のずれを前記測定光学系
で測定する際、前記回折格子対を構成する少なくとも一
方の回折格子にビームを照射して得られる＋ｎ次と−ｎ
次の回折光の位置の検出系を設け、該検出系による計測
値より前記測定光学系による測定値の補正を加えるこ
と。 （１−７−３）前記回折格子対のずれを前記測定光学系
で測定する際、前記回折格子対を構成する少なくとも一
方の回折格子の回転量を撮像装置で撮像することによっ
て検出し、該撮像装置による計測値より前記測定光学系
による測定値の補正を加えること。等を特徴としてい
る。
【００５４】本発明の光ヘテロダイン干渉測定方法は、 （１−８）第１の露光で形成された第１の回折格子と、
第２の露光で形成され、第１の回折格子に隣接して形成
された第２の回折格子を一組とした回折格子対を複数個
ウエハ上に配置し、該複数個の回折格子対を構成する個
々の回折格子対を測定光学系の測定位置に移動させて順
次測定を行い、該回折格子対の相対的なずれ量を検出す
る際、該測定光学系が前記２つの回折格子に対し僅かに
周波数の異なる２周波数の可干渉光を照射する照明系
と、前記２つの回折格子から回折される光を干渉させ前
記第１の回折格子から発生する第１のビート信号と、前
記第２の回折格子から発生される第２のビート信号を検
出する検出系より構成されるとともに、前記第１及び第
２のビート信号の位相差を検出して、前記２つの回折格
子のずれを求める際、該回折格子対の前記測定光学系に
対する相対的回転量を計測する計測光学系を備え、該計
測値より前記位相差の検出量に補正を加えることを特徴
としている。
【００５５】特に、 （１−８−１）前記計測光学系がウエハステージのヨー
イングを検出する系であること。 （１−８−２）前記回折格子対のずれを前記測定光学系
で測定する際、前記回折格子対を構成する少なくとも一
方の回折格子にビームを照射して得られる＋ｎ次と−ｎ
次の回折光の位置の検出系を設け、該検出系による計測
値より前記測定光学系による測定値の補正を加えるこ
と。 （１−８−３）前記回折格子対のずれを前記測定光学系
で測定する際、前記回折格子対を構成する少なくとも一
方の回折格子の回転量を撮像装置で撮像することによっ
て検出し、該撮像装置による計測値より前記測定光学系
による測定値の補正を加えること。等を特徴としてい
る。
【００５６】
【実施例】図１は本発明の回転ずれ検出装置における回
転ずれ情報を検出する為の基本概念図である。
【００５７】図中１は回転ずれ情報検出用の被検物体で
ある。
【００５８】図１において物体１上に設けられた回折格
子２へ光源手段（不図示）から光ビーム３を照射する。
このとき回折格子２からは０次回折光４、ｎ次回折光５
及び−ｎ次回折光６等が生ずる。
【００５９】今、座標系を図１に示すように物体上１上
の回折格子２の法線方向をｚ、ｚ軸に関する回転ずれ角
をωz 、回転ずれの基準とする方向をｘ、両者と直交す
る方向をｙと定義する。
【００６０】回折格子２として等ピッチの直線格子のピ
ッチ方向をｘとなるように配置し、入射面がｙ−ｚ平面
となるように設定し、光ビーム３を回折格子２へ照射す
る。回折格子２からの回折光のうち０次回折光４はｙ−
ｚ平面内をｚ軸に関し対称に正反射する。
【００６１】回折格子２の中心から所定の距離Ｌだけ離
れ、０次回折光４と垂直な仮想平面ＩＰを考える。点７
を０次回折光４の仮想平面ＩＰへの入射中心点とする。
そうすると回折格子２から回折したｎ次回折光５と−ｎ
次回折光６は仮想平面ＩＰ上の０次回折光４の入射中心
点７から等距離Ｒで点対称な位置８，９にそれぞれ存在
（入射）する。
【００６２】回転ずれがない場合、即ちωz ＝０のとき
は点８と点９を結ぶ直線は、基準方向ｘと平行になる。
物体１が回転ずれωz を生ずると、その回転角に応じ
（比例し）回折光５，６は回折光５′，６′となり、０
次回折光４の入射点７を中心に回転し、それぞれ点
８′，９′の位置にくる。
【００６３】回転ずれωz があまり大きくない場合は、
その移動方向は０次回折光４と基準時の回折光５，６を
結ぶ方向と直交し、それぞれの移動量をＳn ，Ｓ-nとす
れば次式（１７） ωｚ ＝（Ｓn−Ｓ−n）／（２Ｒ） ‥‥‥（１７） で表される。
【００６４】ここで移動量Ｓn とＳ-nは回転ずれに応じ
て互いに逆方向に動く。距離Ｒを大きく設定し、移動量
Ｓn ，Ｓn-1を高分解に測定すれば、物体１の微小な回
転ずれωz を検出することができる。
【００６５】回折格子２のピッチをＰとすれば Ｐｓｉｎθ′＝ｎλ ‥‥‥（１８） ｔａｎθ′＝Ｒ／Ｌ ‥‥‥（１９） なる関係式が回折格子の回折原理より成立する。
【００６６】（１８），（１９）式より、 Ｒ＝Ｌｔａｎθ′＝Ｌｔａｎ｛ｓｉｎ-1（ｎλ／Ｐ）｝‥‥‥（２０） となり、評価面までの距離Ｌ、照射波長λ、回折次数ｎ
及び回折格子のピッチＰにより任意にＲを設定すること
が可能となる。
【００６７】一方、回転ずれωz 以外の物体１の動きに
対する影響は以下に示すようにキャンセルされて、回転
ずれωz の検出誤差とはならない。まず、各軸ｘ，ｙ，
ｚ方向の物体１の位置ずれについて述べる。
【００６８】（イ）物体１がｘ軸方向にｘ′ずれた場合 照射ビーム３の回折格子２へのｘ方向の照射領域が回折
格子２より小さい場合は、回折ビーム５，６の入射点
８，９は変化しない。回折格子２より該照射領域が大き
い場合は、ｘ方向に同じ量だけ回折ビーム５，６の入射
点は移動する。回転ずれωz の検出方向と直交する方向
のため回転ずれ計測誤差とはならない。
【００６９】（ロ）物体１がｙ軸方向にｙ′ずれた場合 照射ビーム３の回折格子２のｙ方向照射領域が回折格子
２より小さい場合は、回折ビーム５，６の入射点８，９
は変化しない。回折格子２より該照射領域が大きい場合
は、回転ずれωz の検出方向にｙ′と比例する同じ量Ｓ
y ′移動する。回転ずれ検出量ωz は ωz ＝｛Ｓn ＋Ｓy′−（Ｓ-n＋Ｓy′）｝／（２Ｒ） ＝（Ｓn −Ｓ-n ）／（２Ｒ） となり、回転ずれの計測誤差とはならない。
【００７０】（ハ）物体１がｚ方向にｚ′ずれた場合 照射ビーム３と回折格子２の大きさにかかわらず、回折
ビーム５，６の入射点８，９は、回転ずれωz の検出方
向にそれぞれｚ′と比例する量ＳZ′移動する。回転ず
れ検出量ωz は ωz ＝｛Ｓn ＋Ｓz′−（Ｓ-n ＋Ｓz′）｝／（２Ｒ） ＝（Ｓn −Ｓ-n ）／（２Ｒ） となり、回転ずれの計測誤差とはならない。
【００７１】次に物体１のティルトの影響について述べ
る。
【００７２】（ニ）ｘ軸の回りの回転に相当するティル
トωx′が存在する場合 照射ビーム３と回折格子２の大きさにかかわらず、回折
ビーム５，６の入射点８，９は、回転ずれωz 検出方向
にそれぞれωx′と比例する量Ｓωx′移動する。
【００７３】回転ずれ検出量ωz は ωz ＝｛Ｓn ＋Ｓωx′−（Ｓ-n＋Ｓωx′）｝／（２Ｒ） ＝（Ｓn −Ｓ-n ）／（２Ｒ） となり、回転ずれの計測誤差とはならない。
【００７４】（ホ）ｙ軸回りの回転に相当するティルト
ωy′が存在する場合 照射ビーム３と回折格子２の大きさに関わらず、回折ビ
ーム５，６の入射点８，９はそれぞれ回転ずれωz 検出
方向と直交する方向に同じ量移動する。回転ずれωz 検
出方向と直交するずれの為、回転ずれ計測誤差とはなら
ない。
【００７５】図２は本発明の回転ずれ検出装置を試料評
価装置に適用したときの実施例１の要部概略図である。
【００７６】本実施例は、回転ステージ付きの試料台１
０上の試料（ウエハ，物体）１を顕微鏡系の評価手段２
０により評価する場合を示している。
【００７７】図２において２は試料１上に設けられた回
折格子、１１は試料台１０の回転制御系、１２は試料台
をｙ方向へ移動する為のｙステージ、１３はｙステージ
１２の制御系、１４は試料台をｘ方向へ移動する為のｘ
ステージ、１５はｘステージ１４の制御系である。
【００７８】１６は回転ずれ検出系の光照射手段、１
７，１８はそれぞれ光束（回折光）の入射位置を検出す
る検出手段（受光手段）、１９は検出手段１７，１８か
らの信号をもとに試料１の回転ずれを演算し、回転ずれ
量を回転制御系１１へ伝える演算手段である。
【００７９】次に上記構成において、試料１の回転ずれ
ωz を補正し、評価手段２０で試料１上に配置した試料
の微小領域を逐次評価する流れを図３のフローチャート
を用いて述べる。
【００８０】図２に示すように、まず回転方向の基準を
ステージ送り方向ｘに合わせる（これは顕微鏡系２０等
を用いて組立時に一回だけやれば良い）。
【００８１】次に、試料１を試料台１４上へセットす
る。このとき試料１の面内の回転ずれωz はセット誤差
により存在する。この回転ずれ量ωz を以下に示す回転
ずれ検出系を用いて評価する。光照射手段１６から出射
された光ビーム３は試料１上を照射する。
【００８２】次に光ビーム３が試料１上に設けられた回
折格子２を照射するように、試料台１０をステージ１
２，１４を用いて移動する。照射ビーム３と回折格子２
は概略あっていれば良く、通常はセット誤差をのぞいた
所定の位置にステージ１２，１４を移動すれば良い。
【００８３】微調は特にする必要はないが、検出手段１
７，１８で検出された光量を用いたり、又顕微鏡系２０
等の観察系によって合わせても良い。
【００８４】次に照射ビーム３は回折格子２により回折
され、ｍ次（ｍは整数）の回折光を生ずる。このうち、
絶対値が等しく、符号が相異なる２つの±ｎ次回折光
５′，６′の検出手段１７，１８面上への入射位置
８′，９′を検出する。
【００８５】検出手段１７，１８は光位置検出センサー
（例えば２分割センサーやＰＳＤ等）から構成されてお
り、光ビームの入射位置に応じた電気信号を出力する。
このときの、±ｎ次回折光５′，６′の検出手段１７，
１８面上の入射位置８′，９′と検出手段１７，１８へ
の光ビームの基準位置８，９との差Ｓn 及びＳ-nを演算
手段１９で求めている。
【００８６】演算手段１９により求めた差分Ｓn ，Ｓ-n
から回転ずれ補正量を前述したように ωz ＝（Ｓn −Ｓ-n）／（２Ｒ） より求めている。この回転ずれ量に相当する値を回転制
御系１１へ送る。回転制御系１１はこの値に基づいて試
料台１０を回転し、試料１の回転ずれを補正している。
【００８７】このようにして、試料回転ずれを補正して
いる。この後は逐次試料１上の評価領域が評価手段２０
の評価位置にくるように、ステージ１２，１４を用いて
セットし、試料評価を行う。試料１全体の評価が終了し
たら、評価済みの試料と次に評価すべき試料と交換し、
前記流れに従って評価する。
【００８８】尚、本実施例では回折格子２としてピッチ
２μｍ投射光束３の波長を８３０ｎｍとして±２次回折
光を受光するように設定している。このときの回折角は
±５６°となり、受光系の評価面までの距離ＬをＬ＝１
６３ｍｍとしており、Ｒ＝１１０ｍｍのとき回転ずれω
z 検出感度（センサー面上１μｍ当りの回転角）は ωz ′＝１／（２×１１０×１０3) ＝４．５×１０-6 ｒａｄ ＝０．５″ となり、秒オーダーの回転ずれ検出を行っている。
【００８９】図４は本発明の回転ずれ検出装置を試料評
価装置に適用したときの実施例２の要部概略図である。
【００９０】本実施例は図２の実施例１に比べて回転ず
れ基準マーク２１，２２を試料台１０上に設けている点
が異なっており、その他は実施例１と同様である。
【００９１】本実施例においては図３のフローチャート
における初期設定において試料台１０のｘ方向のステー
ジ送りで回転ずれ基準マーク２１，２２のマーク間を結
ぶ方向とステージ送り方向ｘを合わせている。そしてそ
の後、照射ビームをこの何れかの回転ずれ基準マーク２
１，２２に照射し、これらのマークから生じる回折光の
検出系１７，１８への入射位置８，９を基準としてい
る。
【００９２】回転ずれ基準マーク２１，２２には回転評
価用の回折格子２と同じピッチの２μｍの回折格子を用
いている。尚回転ずれ基準マーク２１，２２の回折格子
の高さは試料１上の回折格子と略同一の高さになるよう
に設定している。
【００９３】図５は本発明の回転ずれ検出装置を半導体
素子製造用の露光装置に適用した実施例３の要部概略図
である。
【００９４】本実施例では露光装置のチップローテーシ
ョンを評価する場合を示しており、投受光系及び試料ホ
ルダー系、演算処理系等の構成は本発明の実施例１と同
様である。
【００９５】図６は本実施例のフローチャートである。
【００９６】本実施例においては図６に示すフローチャ
ートのように初期設定は必要としない。試料１には露光
装置（不図示）により複数のショット（図５では３ショ
ットを点線で示す）Ａ，Ｂ，Ｃが露光されており、各シ
ョット内にはそれぞれ２Ａ，２Ｂ，２Ｃで示す回折格子
が露光されている。これらの回折格子２Ａ，２Ｂ，２Ｃ
は同一のピッチ２μｍである。
【００９７】試料１を試料台１０上にセットし、ショッ
トＡで示す回折格子２Ａが回転ずれ評価位置へくるよう
にステージ１２，１４を移動する。
【００９８】光照射手段１６からの光ビーム３は回折格
子２Ａにより回折され、±ｎ次回折光５，６は検出手段
１７，１８へ向かう。そして検出手段１７，１８面上に
おいて±ｎ次回折光は位置８Ａ，９Ａに入射する。
【００９９】１回目のショット検出においてはその位置
を演算装置１９内で保存し、２回目以降は１回目の位置
とのずれ量ωzBを演算し、ショットＡからの相対回転ず
れ角に変換して保存する。このときの回転ずれ量ωzBは ωzB＝（ＳnB−Ｓ-nB ）／（２Ｒ） である。
【０１００】全ショットにおいて回転ずれ計測が終了し
たら、その試料のショット間の相対的回転ずれをまとめ
てその試料をチップローテーションとし、次の試料と交
換し、同様の計測を繰り返すようにしている。
【０１０１】図７，図８は本発明の回転ずれ検出装置を
半導体素子製造用の露光装置に適用したときの実施例４
の要部概略図である。
【０１０２】本実施例は露光装置におけるマスクθアラ
イメントに適用した場合を示している。
【０１０３】図７は露光側から見た概略図、図８は露光
軸を含む断面図である。図７，図８において２３はマス
ク、２４はマスク上のＩＣ回路パターン、２５はマスク
アライメント用のマーク、２７はマスクホルダーでマス
ク２５を保持している。２６はマスクθ回転ステージ、
２８はマスク２４面上のパターンを転写するウエハ、２
９はウエハホルダー及びステージ、３０はマスク，ウエ
ハ位置制御装置であり、各々マスク２５とウエハ２８の
位置を制御している。
【０１０４】３１はマスクθ回転検出系の投光手段で光
束をマスクアライメントマーク２５に照射している。３
２及び３３はそれぞれ±ｎ次回折光を受光する検出手
段、３４はマスクθずれを演算する演算手段である。
【０１０５】半導体露光装置におけるマスクθアライメ
ントはマスク上のＩＣ回路パターンを逐次１ショット露
光しては次のショット位置へウエハを送り露光していく
ステップアンドリピートに際し、その送り方向と各ショ
ット内のＩＣ回路の面内回転方向を合わせて面積効率を
上げるとともに多数のマスクを用い、重ね焼きをする際
の焼き付け効率をアップする為等、露光装置には必要な
ものである。
【０１０６】図９に一般的な露光シーケンスの一例を示
す。まずマスクをセットし、次にマスクθアライメント
を行う。この際、マスクの回転を露光装置の予め定めら
れた位置に位置決めを行う。
【０１０７】次にウエハをロードし、各ショット毎にウ
エハアライメントを行い、完了したところで露光を行
う。逐次ショット位置を変えてウエハ全ショットを露光
したら、次にウエハを交換し、同様の繰り返しを行う。
１つのマスクでの露光が終了したら、ウエハはレジスト
現像等のプロセスを行い、次にマスク交換を行い、マス
クセット以降の繰り返しを行う。
【０１０８】次にマスクθアライメント系について説明
する。
【０１０９】光照射手段３１から出射した光３５はマス
ク２３上に設けられた回折格子２５を照射する。そうす
ると回折格子２５から±ｎ次回折光３６，３７が生ず
る。±ｎ次回折光３６，３７はそれぞれ検出手段３２，
３３へ導かれる。このときそれぞれの回折光３６，３７
の検出手段３２，３３の受光面上の入射位置３８，３９
を検出する。検出手段３２，３３により検出された入射
位置３８，３９の情報は電気信号に変換され該電気信号
に変換された情報を用いて回転角の演算を行う演算手段
３４によりマスクθ回転ずれ信号を求めている。
【０１１０】このようにして検出されたマスクθ回転ず
れ角が所定の許容値以下となるよう、マスク，ウエハ位
置制御装置３０によりマスクステージ２６を駆動する。
【０１１１】マスク２３上の回折格子２５はピッチ２μ
ｍ、サイズ1000μｍ×1000μｍを用いた。光照射手段３
１より投射される光の波長λは８３０ｎｍの光を用い、
±３次回折光を受光するように設定している。
【０１１２】感度を決めるＲは２２０ｍｍで ωz ′＝１／（２×２２０×１０3) ＝２．３×１０-6ｒａｄ ＝０．２５″ となり、サブ秒オーダーの回転ずれを検出することが可
能であり、これにより高精度のマスクアライメントを行
っている。
【０１１３】以上説明したように実施例１〜４における
回転ずれ検出装置では回転ずれを計測する被検物体上に
回折格子を設け、該回折格子に光ビームを照射し、該回
折格子より生じた回折光のうち±ｎ次（ｎは正の整数）
回折光の所定方向の動きの差を検出することにより、回
転中心の位置等、セッティングずれによらず、秒以下の
高精度な回転ずれ検出を可能としている。
【０１１４】図１４は本発明の位置ずれ検出装置の実施
例５の要部概略図である。
【０１１５】本実施例は２回の露光でウエハ上に焼き付
けられた２つの回折格子の相対位置ずれ量を高精度に検
出し、マスクとウエハの相対位置合わせを行う場合を示
している。
【０１１６】図１４において定盤２３１の上にｘステー
ジ２３３、ｙステージ２３４、θステージ２３５が設置
されており、θステージ２３５の上にウエハ２３６が載
せられている。ウエハ２３６には図１５に示すような隣
接した２つの回折格子２５３，２５４を１組とした重ね
合わせ誤差測定マークが複数位置に配置されている。定
盤２３１の上には支柱で支えられた定盤２３２があり、
定盤２３２の上には重ね合わせ誤差を測定する光学系２
３８（以下、光学系２３８）が配置されている。
【０１１７】図１６は図１４の光学系２３８の位置ずれ
検出部の概略図である。
【０１１８】図１６において光学系２３８は位相差計２
６２、演算器２６３を除く要素で構成している。
【０１１９】図１６において２周波直線偏光レーザーよ
り成る光源２５０からの光束の出射方向にはミラー２５
１、コリメーターレンズ２５２、プリズム２２７が配置
されている。プリズム２２７の出射方向には図１５に示
すような２つの回折格子２５３，２５４を有するウエハ
２５５が置かれている。ウエハ２５５からの光束の反射
方向にはミラー２５６、レンズ２５７、グラントムソン
プリズム２５８、図１７に示すようにガラス部２５９ａ
とミラー部２５９ｂを有するエッジミラー２５９、レン
ズ２６０、光検出器２６１が配置され、光検出器２６１
の出力は位相差計２６２を経て演算器２６３に接続され
ている。又エッジミラー２５９の反射方向にはレンズ２
６４、光検出器２６５が配置され、光検出器２６５の出
力は位相差計２６２に接続されている。
【０１２０】２周波直線偏光レーザーより成る光源２５
０から発した周波数ｆ1 のｓ偏光光、周波数ｆ2 のｐ偏
光光はミラー２５１により反射され、コリメーターレン
ズ２５２を介してプリズム２２７に入射する。
【０１２１】プリズム２２７の偏光ビームスプリッター
部２２７ａでｓ偏光の周波数ｆ1 の光束は反射し、ｐ偏
光の周波数ｆ2 の光束は透過し、それぞれ反射部２２７
ｂ，２２７ｃで反射され、プリズム２２７から出射して
ウエハ２５５上の回折格子２５３，２５４に入射する。
そして回折格子２５３，２５４で回折されて回折光とな
る。
【０１２２】ウエハ２５５上の回折格子２５３，２５４
はウエハ２５５上に別々の焼き付けプロセスを経て形成
された隣接する２つの等間隔直線回折格子であり、ピッ
チは共に等しくｐである。
【０１２３】回折格子２５３，２５４間には図１５に示
すようにｘ方向に焼き付け時の位置ずれΔｘが生じてい
る。このとき、回折格子２５３による周波数ｆ1 の左側
入射光の１次回折光Ｅａ（ｆ1 ）及び周波数ｆ2 の右側
入射光の−１次回折光Ｅａ（ｆ2 ）の複素振幅表示は次
の（２１），（２２）式のようになる。
【０１２４】 Ｅａ（ｆ1 ）＝Ａｅｘｐ｛ｉ（ω1 ｔ＋φ1 ＋φａ）｝ ‥‥‥（２１） Ｅａ（ｆ2 ）＝Ｂｅｘｐ｛ｉ（ω2 ｔ＋φ2 −φａ）｝ ‥‥‥（２２） ここでＡ，Ｂは振幅、ω1 ，ω2 は角周波数、φ1 ，φ
2 は光源２５０から出射した光束の初期位相、φａ＝２
πｘａ／ｐであり、ｘａは基準位相からの回折格子２５
３のｘ方向へのずれ量を表している。
【０１２５】又回折格子２５４による周波数ｆ１の左側
入射光の１次回折光Ｅｂ（ｆ1 ）及び周波数ｆ2 の右側
入射光の−１次回折光Ｅｂ（ｆ2 ）の複素振幅表示は次
の（２３），（２４）式のようになる。
【０１２６】 Ｅｂ（ｆ1 ）＝Ａｅｘｐ｛ｉ（ω1 ｔ＋φ1 ＋φｂ）｝‥‥‥（２３） Ｅｂ（ｆ2 ）＝Ｂｅｘｐ｛ｉ（ω2 ｔ＋φ2 −φｂ）｝‥‥‥（２４） ここで、φｂ＝２πｘｂ／ｐであり、ｘｂは基準位置か
らの回折格子２５４のｘ方向へのずれ量を表している。
【０１２７】回折格子２５３，２５４で回折された光束
はミラー２５６で反射され、レンズ２５７、グラントム
ソンプリズム２５８をとおり、グラントムソンプリズム
２５８により回折光の偏光面が揃えられ、ヘテロダイン
干渉する。それぞれのヘテロダイン干渉光Ｅａ（ｆ1 ）
とＥａ（ｆ2 ）及びＥｂ（ｆ1 ）とＥｂ（ｆ2 ）の光強
度変化Ｉａ，Ｉｂ、つまりビート信号は次の（２５），
（２６）式のようになる。
【０１２８】 Ｉａ＝Ａ2 ＋Ｂ2 ＋２Ａ・Ｂｃｏｓ{(ω1 −ω2)ｔ+(φ1 −φ2)+ ２φａ｝ ‥‥‥（２５） Ｉｂ＝Ａ2 ＋Ｂ2 ＋２Ａ・Ｂｃｏｓ{(ω1 −ω2)ｔ+(φ1 −φ2)+ ２φｂ｝ ‥‥‥（２６） 尚、２つの回折干渉光の分離は次のようにして行えば良
い。即ち２つの回折干渉光は空間的に僅かに離れている
ため、エッジミラー２５９を用いて図１７に示すガラス
部２５９ａとミラー部２５９ｂの境界線Ｔａが２つの回
折格子２５３，２５４の回折光間の中心に至るように設
定して、回折格子２５３からの回折光はエッジミラー２
５９で反射させてレンズ２６４を介して光検出器２６５
に導き、他方の回折格子２５４からの回折光はエッジミ
ラー２５９を透過させてレンズ２６０を介して光検出器
２６１に導く。
【０１２９】光検出器２６５，２６１で検出されたビー
ト信号は位相差計２６２に導入され、その位相差を検出
する。位相差をΔφとすると、Δφは次の（２７）式と
なる。
【０１３０】Δφ＝２（φａ −φｂ） ＝４π（ｘａ−ｘｂ）／ｐ ‥‥‥（２７） 即ち回折格子２５３，２５４のｘ方向の相対ずれ量Δｘ
は次の（２８）式となる。
【０１３１】Δｘ＝ｘａ−ｘｂ ＝Δφ・ｐ／４π ‥‥‥（２８） 従って、位相差計２６２の出力Δφを演算器２６３に導
入して（２８）式の演算をすることにより、回折格子２
５３，２５４の相対ずれ量を求めることができる。
【０１３２】このようにして第１回目に焼き付けられた
格子パターンと第２回目に焼き付けられた格子パターン
とのずれ量を求めることにより半導体露光装置の位置合
わせ精度、つまり第１回目と第２回目の焼き付けより形
成された実素子パターン間のずれ量を検出している。
【０１３３】図１８は図１４の光学系２３８の回転ずれ
補正部の概略図である。
【０１３４】本実施例は図２の実施例１に比べてウエハ
１面上の回折格子２として第ｎ回の露光で焼き付けた回
折格子２ａと第ｎ＋１回の露光で焼き付けた回折格子２
ｂを重ね合わせずれ量の検出パターンとして用いている
点、そして顕微鏡系２０を除き、その代わりに撮像装置
による画像処理アライメント系２２５、テレビモニター
２２６そしてシステム制御系３００を新たに設けた点が
異なっており、その他の構成は同じである。
【０１３５】本実施例においてウエハ１を試料台１０に
セットしてから面内回転ずれを検出し、ずれ補正を行う
までの流れ、及び測定系は実施例１と同様である。
【０１３６】本実施例においては重ね合わせずれ評価と
して画像処理法を用いていることを特徴としている。
【０１３７】重ね合わせずれ検定用の回折格子パターン
２ａ，２ｂは画像処理アライメント系２２５により、図
１９に示されるように受光面上に像２ａ′，２ｂ′のよ
うに結像され、画像信号に変換されてシステム制御系３
００へ送られる。
【０１３８】システム制御系３００内では画像処理を行
い、各重ね合わせずれ検定の回折格子パターン像２
ａ′，２ｂ′のそれぞれのｘ方向の中心位置を求め、そ
の差Δｘから重ね合わせずれ量を求めている。
【０１３９】回折格子パターン像２ａ′，２ｂ′の中心
を求める際、まず回折格子の両端の１本ずつは除き、各
回折格子縞の位置を求め、各縞の基準となる位置からの
ずれ量を出し、平均化することにより求めている。
【０１４０】以上のように実施例５ではウエハ上の回折
格子パターンに光ビームを照射し、それより生じた回折
光のうち±ｎ次（ｎは正の整数）の回折光の所定面上へ
入射するときのビーム位置を検出し、これより面内回転
量を検出し、これに基づき面内回転ずれがない状態に制
御してから、重ね合わせずれ測定を行っている。
【０１４１】これにより面内回転ずれに伴う誤差を取り
除き、高精度な重ね合わせずれ測定を行っている。又面
内回転補正を行う為のパターンを特に追加せずに重ね合
わせずれ測定用のパターン自身を用いる為、狭いパター
ン領域を有効に利用することができる等の効果がある。
【０１４２】図２０は本発明の重ね合わせ誤差測定装置
の実施例６の要部概略図である。図２０では第１の露光
でウエハ上に形成された第１の回折格子パターンと第２
の露光で形成された第２の回折格子パターンの相対位置
ずれ量を高精度に検出する装置を示している。
【０１４３】本実施例では、ずれ量を検出することによ
って、マスクとウエハの相対位置合わせを行う露光装置
の性能を検討することができる。なお以下では、従来例
あるいは課題の説明で用いた部材及び符号については共
通に用いる事とする。
【０１４４】図２０では定盤３０１の上にｘステージ３
０３、ｙステージ３０４、θステージ３０５が設置され
ており、θステージ３０５の上にウエハ３０６が載せら
れている。定盤３０１の上には支柱で支えられた定盤３
０２があり、定盤３０２の上に重ね合わせ誤差測定光学
系３０８が配置されている。ウエハ３０６には測定を行
う複数位置に対し、図２２に示す隣接した２つの回折格
子３５３，３５４を一組とする重ね合わせ誤差測定マー
クが、それぞれｘ方向とｙ方向用に設けられている。回
折格子対３５３，３５４は１方向しか測定できないの
で、ｘ方向測定用とｙ方向測定用の回折格子対は互いに
９０°回転した関係にある。
【０１４５】図２１は重ね合わせ誤差測定光学系３０８
の光学系の概略図を示したものである。２周波直線偏光
レーザー光源３５０からの光束の出射方向にはミラー３
５１、コリメータレンズ３５２、プリズム３２７が配置
され、プリズム３２７の出射方向には図２２に示す回折
格子３５３，３５４を有するウエハ３５５が置かれてい
る。ウエハ３５５からの回折光の反射方向にはミラー３
５６、レンズ３５７、グラントムソンプリズム３５８、
及び図２３に示されるガラス透過部３５９ａとミラー部
３５９ｂを有するエッジミラー３５９が配置される。
【０１４６】エッジミラー３５９を透過した光にはレン
ズ３６０、光検出器３６１が配置され、光検出器３６１
の出力は位相差計３０９を経て演算器３１０に接続され
る。またエッジミラー３５９の反射方向にはレンズ３６
４、光検出器３６５が配置され、光検出器３６５の出力
は位相差計３０９に接続される。
【０１４７】２周波直線偏光レーザー光源３５０から発
した周波数ｆ1のｓ偏光光、周波数ｆ2のｐ偏光光はミラ
ー３５１により偏向され、コリメータレンズ３５２を介
してプリズム３２７に入射する。図２４に示すようにプ
リズム３２７の偏光ビームスプリット面３２７ａで周波
数ｆ1のｓ偏光の光束は反射し、周波数ｆ2のｐ偏光の光
束は透過して、それぞれ反射部３２７ｂ，３２７ｃで偏
向され、図２５に示すようにプリズム３２７から出射し
てウエハ上の回折格子３５３，３５４に入射し、回折光
を作る。
【０１４８】回折格子３５３，３５４はウエハ３５５上
に別々の焼き付けプロセスを経て形成された共に等しい
ピッチｐを持った隣接する等間隔直線回折格子である。
回折格子３５３，３５４間には図２２に示すように例え
ばｘ方向に焼き付けの時の重ね合わせ誤差による位置ず
れΔｘが生じている。
【０１４９】この系での検出原理及び問題点については
「課題を解決するための手段」で詳述したので詳しい説
明はここでは省略するが、回折格子３５３，３５４によ
り回折された光束はミラー３５６で偏向され、レンズ３
５７、グラントムソンプリズム３５８を通り、グラント
ムソンプリズム３５８の効果で偏光面が揃えられ干渉す
る。
【０１５０】なお、２つの回折干渉光の分離は、２つの
回折格子が空間的に僅かに離れていることを利用してエ
ッジミラー３５９により行われる。即ち、図２３に示す
ようにエッジミラー３５９のガラス透過部３５９ａとミ
ラー部３５９ｂの境界線Ｌが、エッジミラー３５９の位
置に形成される２つの回折格子３５３，３５４の像の中
心にいるように設定する。回折格子３５３からの回折光
はエッジミラー３５９で反射されてレンズ３６４を介し
て光検出器３６５に導かれ、他方の回折格子３５４から
の回折光はエッジミラー３５９を透過してレンズ３６０
から光検出器３６１に導かれる。
【０１５１】光検出器３６５，３６１で検出されたビー
ト信号は位相差計３０９に導入され、両者の位相差が検
出される。位相差を△φとすると △φ＝２（φa −φb）＝４π（ｘa−ｘb ）／ｐ ‥‥‥（２９） となり、回折格子５３，５４のｘ方向の相対ずれ量Δｘ
は Δｘ＝ｘa −ｘb＝Δφ・ｐ／π ‥‥‥（３０） となる。
【０１５２】従って、位相差計３０９の出力Δφを演算
器３１０に導入して（３０）式の演算をすれば、回折格
子３５３，３５４の相対ずれ量を求めることができる。
これがメインの測定である。
【０１５３】本実施例では以上のようにして、重ね合わ
せ誤差測定光学系３０８はウエハ３０６上の２つの回折
格子３５３，３５４の相対位置ずれ量を測定する。測定
シーケンスはウエハ全面についてまずｘ方向の重ね合わ
せ誤差測定マークの測定を行い、次いでウエハ３０６を
９０°回転させ、ウエハ３０６全面についてｙ方向の重
ね合わせ誤差測定マークの測定を行う。勿論ｘ方向とｙ
方向の計測の順番は入れ替えても構わない。
【０１５４】次いで本実施例に係る補正量の計測につい
て説明する。本実施例では定盤３０１上に設置されたヨ
ーイング検出器３０７はθステージ３０５の側面に取り
付けられたミラー３１１を介して、ｘステージ３０３、
ｙステージ３０４の移動の際に生じるヨーイング成分の
検出を行う。図２６はヨーイング検出器３０７の光学系
を示す図である。
【０１５５】光源３１２より出射された直線偏光（ｐ偏
光）の光は対物レンズ３１３の焦点位置に集光され、そ
の後偏光ビームスプリッタ３１４を通って、λ／４板３
１５で円偏光となり、対物レンズ３１６に入る。対物レ
ンズ３１６を出射した光は平行光となって、ミラー３１
７により偏向され、θステージ３０５に取り付けられた
ミラー３１１に照射される。ミラー３１１を反射した光
は再びミラー３１７により偏向され、λ／４板３１５に
より今度はｓ偏光の光となって、偏光ビームスプリッタ
３１４のビームスプリット面で反射偏向し、ビーム位置
検出器３１８（以下ＰＳＤ３１８と記す）に入射する。
【０１５６】ＰＳＤ３１８は対物レンズ３１６の焦点位
置に配置され、ミラー３１１を反射した平行光は対物レ
ンズ３１６によりＰＳＤ３１８上に集光される。ステー
ジの移動によりヨーイング成分ωz が生じると、ミラー
３１１が傾くが、傾きの量はコリメータの原理より、Ｐ
ＳＤ３１８でのビーム変位量εとして検出される。
【０１５７】即ちヨーイング成分ωz は ωz ＝ε／２ｆ ‥‥‥（３１） と求められる。
【０１５８】（３１）式において fは対物レンズ３１６
の焦点距離である。例えば ｆ＝１００ｍｍ ，ε＝１μｍ とするとωz ＝１ｓｅｃである。
【０１５９】図１２（Ａ）に示したウエハ３０６上の２
つの回折格子３５３，３５４の中心距離ｄを１００μｍ
とするとステージのヨーイングωz が１ｓｅｃ＝４．８
５μｒａｄ発生した場合、測定光学系３０８により求め
た重ね合わせ誤差の測定値に２ωz・ｄ≒１ｎｍ相当の測
定エラーが加わる。つまり、回折格子３５３，３５４の
間の距離が１００μｍという条件下でウエハ３０６が１
ｓｅｃの面内回転を起こすと約１ｎｍの測定エラーが発
生する。
【０１６０】よって、演算器３１０で位相差検出器３０
９からの出力値Δｘとヨーイング検出器３０７からの出
力値ωz ＝ε／２ｆから Δｘ0＝Δｘ−ε／２ｆ ‥‥‥（３２） という補正計算を行うことで、ステージのヨーイングに
よって生じる測定エラーを含まない測定値Δｘ0を求め
ることができる。
【０１６１】図２７に本発明の実施例７の一部分の概略
図を示す。光源３１９より出射された光は、ウエハ３０
６上に隣接して配置された相対位置を測定用の２つの回
折格子のうちのどちらか一方の中心点Ｓ近傍を、該回折
格子に対して垂直上方から照射する。照射域は照射され
る回折格子から回折光を得るのに十分な大きさ、例えば
個々の回折格子と同程度の大きさとする。
【０１６２】照射された回折格子から得られる±ｎ次の
回折光をビーム位置検出器３２０，３２１（以下ＰＳＤ
３２０，３２１と記す）により受光し、２つの回折光の
ビーム位置を検出する。ウエハ内で測定する各点につい
て、ステージ移動前、移動後の回折光のビーム位置を比
べることによりステージのヨーイング量が計測できる。
ＰＳＤ３２０，３２１はウエハ３０６から高さｈ、点Ｓ
から左右にＬの位置に配置されている。
【０１６３】今ここでウエハ３０６上の異なる点に２つ
の重ね合わせ誤差測定マーク３２３，３２４が配置され
ていたとする。個々の測定マーク３２３，３２４は回折
格子対３２３ａ，３２３ｂ，３２４ａ，３２４ｂより構
成されている。最初に測定マーク３２３を用いて重ね合
わせ誤差測定光学系３０８により重ね合わせ誤差を測定
すると同時に、測定マーク３２３ａの中心点Ｓ近傍の位
置に光源３１９からの光を照射し、±ｎ次回折光をＰＳ
Ｄ３２０，３２１で受光する。
【０１６４】図２８はＰＳＤ３２０，３２１の受光面を
示すもので、Ｐ３が＋ｎ次回折光、Ｐ５が−ｎ次回折光
の正規のビーム位置、即ち基準点である。測定マーク３
２３に対しては±ｎ次回折光はたまたま位置がＰ３及び
Ｐ５にあるものとする。
【０１６５】次にｘステージを移動させ、測定マーク３
２３から距離ｘ″だけ離れた測定マーク３２４を測定位
置に移動させて、同様に測定光学系３０８により重ね合
わせ誤差を測定する。測定マーク３２３から測定マーク
３２４への移動の際にステージのヨーイングが生じ、ウ
エハ３０６がρだけ面内回転したとすると、ＰＳＤ３２
０，３２１に入射する±ｎ次回折光の入射位置もそれに
応じて、それぞれ点Ｐ３から点Ｐ４、点Ｐ５から点Ｐ６
へと変化する。
【０１６６】ＰＳＤ上の位置の変化にはステージのヨー
イング以外の成分、例えばピッチング等の測定に誤差を
与えない成分も含まれているが、そのような余分な成分
は計算処理により除去することができる。即ち点Ｐ３と
点Ｐ４との相対位置変化量（ｘ1 ，ｙ1 ）、点Ｐ５と点
Ｐ６の相対位置変化量（ｘ2 ，ｙ2 ）から所定の計算
を行うことで、測定エラーを起こす成分であるウエハ３
０６の面内回転量ρが算出される。
【０１６７】従って、この値を用いて重ね合わせ誤差測
定値に補正を加えれば、高精度な測定が可能となる。
又、点Ｐ３，点Ｐ５という基準位置を用いてウエハ毎の
回転補正を絶対値として行うことも可能となる。
【０１６８】以上のようにして、重ね合わせ誤差測定光
学系３０８はウエハ３０６上の回折格子３２３，３２４
等の相対位置ずれ量を測定する。測定シーケンスはウエ
ハ全面についてまずｘ方向の重ね合わせ誤差測定マーク
の測定を行い、次いでウエハ３０６を９０°回転させ、
ウエハ３０６全面についてｙ方向の重ね合わせ誤差測定
マークの測定を行う。勿論ｘ方向とｙ方向の計測の順番
は入れ替えても構わない。
【０１６９】図２９は本発明の実施例８の一部分を示す
概略図である。実施例７ではヨーイング成分検出のため
光源３１９からの光をウエハ３０６の垂直上方から照射
したが、本実施例のように斜め上方から照射し、検出を
行うＰＳＤ３２０，３２１を入射条件に対応して、入射
光の逆側の斜め上方に設置することも可能である。この
ようにヨーイング検出光学系を斜設すると、重ね合わせ
誤差測定光学系３０８との配置に自由度が大きくなると
いう特長がある。
【０１７０】図３０は本発明の実施例９の一部分を示す
概略図である。本実施例ではウエハの面内回転を撮像装
置を用いて検出することを特徴としている。図３０では
不図示の結像光学系により格子３２３を構成する回折格
子対３２３ａ，３２３ｂのどちらか一方が撮像素子３２
５上に結像され、ＣＲＴ３２６上に映し出されている。
【０１７１】図３１（Ａ），（Ｂ）はＣＲＴ３２６に映
し出された画像を拡大した図である。計測はまず図３１
（Ａ）に示すように回折格子３２３ａについて、回折格
子３２３ａの左下隅の点Ｐ７と右下隅の点Ｐ８の座標を
画像処理により求めることから行われる。２点の座標値
より２点を結ぶ直線の方向が求められ、これが回折格子
３２３の置かれている状態を示す。
【０１７２】同様にステージが移動してウエハ３０６上
の異なる測定点に形成されている回折格子３２４の重ね
合わせ誤差を測定するときは、図３１（Ｂ）に示すよう
に回折格子３２４を構成する回折格子対３２４ａ，３２
４ｂのうちの一方、例えば回折格子３２４ａを映し出
す。そして、回折格子３２４ａの左下隅の点Ｐ９と右下
隅の点Ｐ１０の座標を画像処理により求め、該２点の座
標より２点を結ぶ直線の方向が求められる。このような
作業がウエハ３０６上に形成された回折格子対について
繰り返し行われる。
【０１７３】各測定点で求められた直線の方向は測定対
象の回折格子が装置の測定基準、即ち重ね合わせ誤差測
定光学系３０８に対し、どのように置かれたかを示すも
のである。従って回折格子３２３ａで求めた直線の方向
と回折格子３２４ａで求めた直線の方向の差はそのまま
回折格子３２３から回折格子３２４へ移動した際に生じ
たウエハ３０６の面内回転量に対応する。また、撮像装
置内に測定基準軸を持つことにより回折格子の回転によ
って生じる測定エラーの絶対値も補正することができ
る。
【０１７４】
【発明の効果】本発明によれば以上のように、対象とす
る物体上に回折格子を設け、該回折格子に光ビームを照
射し、該回折格子により生じた回折光のうち、絶対値が
等しく、符号が相異なる次数の組み合わせ、即ち±ｎ次
（ｎは正の整数）回折光の所定面上での光束位置を検出
し、該回折光束の位置の所定方向の差を演算することに
より、対象物の回転ずれを高精度に検出することができ
る回転ずれ検出装置を達成することができる。
【０１７５】又被検物体上の各位置に配置された回折格
子パターンに対して、重ね合わせ誤差を測定するとき回
折格子パターン間を移動するときに生じるステージヨー
イング成分による被検物体の面内回転成分及びウエハの
場所によるローカルな面内回転ずれを含めた被測定格子
の面内回転ずれ量を該被測定格子を用い、別途測定し、
面内回転ずれがない状態にウエハの面内回転を制御し、
面内回転ずれに伴う重ね合わせ測定誤差を取り除くこと
により高精度な測定が可能な位置ずれ検出方法及びそれ
を用いた位置ずれ検出装置を達成することができる。
【０１７６】又本発明によれば、従来の重ね合わせ誤差
測定装置で大きな測定エラー要因となっていた、測定光
学系とウエハ上に形成されている回折格子パターンとの
面内回転成分の位置関係を、回転成分検出光学系を設置
することにより計測し、該計測値を用いて補正計算する
ことにより除去することを可能とした。回転成分検出系
としてはヨーイング検出光学系を用いてｘｙステージの
ヨーイング量を計測する方法、或は回折格子パターンに
レーザ光を照射し、該回折格子パターンより得られる回
折光のビーム位置を検出する方法、或は撮像素子を用い
る方法等があるが、いずれの方法にせよｘｙステージの
移動に伴って生じる被検物体上の回折格子パターンの面
内回転量の計測が可能となり、その値を基に重ね合わせ
誤差測定光学系の測定値に補正をかければ、高精度な測
定を達成することができる。更に回転量検出光学系に基
準位置、または軸を設けることにより、測定の絶対値を
求めることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る回転ずれ検出の基本概念図
【図２】本発明の回転ずれ検出装置の実施例１の要部概
略図
【図３】本発明の実施例１のフローチャート
【図４】本発明の回転ずれ検出装置の実施例２の要部概
略図
【図５】本発明の回転ずれ検出装置の実施例３の要部概
略図
【図６】本発明の回転ずれ検出装置の実施例３のフロー
チャート
【図７】本発明の回転ずれ検出装置の実施例４の要部概
略図
【図８】本発明の回転ずれ検出装置の実施例４の要部断
面図
【図９】本発明の回転ずれ検出装置の実施例４のフロー
チャート
【図１０】従来の位置ずれ検出装置に係る物体面上の説
明図
【図１１】従来の位置ずれ検出装置に係る受光手段から
の出力信号の説明図
【図１２】従来の位置ずれ検出装置に係る回折格子と光
束との関係を示す説明図
【図１３】従来の位置ずれ検出装置に係る回折格子と光
束との関係を示す説明図
【図１４】本発明の位置ずれ検出装置の実施例５の要部
概略図
【図１５】図１４の一部分の拡大説明図
【図１６】図１４の一部分の説明図
【図１７】図１６の一部分の説明図
【図１８】図１４の一部の説明図
【図１９】図１８の一部分の拡大説明図
【図２０】本発明の実施例６の重ね合わせ誤差測定装置
【図２１】重ね合わせ誤差測定装置の光学系
【図２２】本発明で測定対象となる回折格子対
【図２３】エッジミラーの配置を示す図
【図２４】重ね合わせ誤差測定光学系の一部
【図２５】回折格子対と照射ビームとの関係を示す図
【図２６】ｘｙステージのヨーイング検出光学系
【図２７】実施例７の垂直入射型の回折格子の回転検出
光学系
【図２８】ビーム検出器の受光面の様子
【図２９】実施例８の斜め入射型回折格子回転検出光学
系
【図３０】実施例９の撮像装置を用いた回折格子回転検
出光学系
【図３１】ＣＲＴ上で観察される回折格子パターン
【符号の説明】
１ 被検物体 ２ 回折格子 ３ 光ビーム ４ ０次回折光 ５ ｎ次回折光 ６ −ｎ次回折光 ７ ０次回折光の位置 ８ ｎ次回折光の位置 ９ −ｎ次回折光の位置 １０ 試料台 １１ 回転ステージ １２ ｙステージ １３ ｙステージ駆動系 １４ ｘステージ １５ ｘステージ駆動系 １６，２５０ 投光手段 １７，１８ 光検出手段 １９ 演算手段 ２０ 評価手段 ２１，２２，２５３，２５４ 回折格子 ２３ マスク ２４ ＩＣ回路 ２５ 回折格子 ２６ 回転ステージ ２７ マスクホルダー ２８ ウエハ ２９ ウエハステージ ３０ 制御系 ３１ 投光手段 ３２，３３ 検出手段 ３４ 演算手段 ３５ 光ビーム ３６，３７ 回折光 ３８，３９ 回折光の位置 ３０１，３０２ 定盤 ３０３ ｘステージ ３０４ ｙステージ ３０５ θステージ ３０６，３５５ ウエハ ３０７ ヨーイング検出器 ３０８ 重ね合わせ誤差測定光学系 ３０９ 位相差計 ３１０ 演算器 ３１１，３１７，３５１，３５６ ミラー ３１２，３１９ 光源 ３１３，３１６ 対物レンズ ３１４ 偏光ビームスプリッタ ３１５ λ／４板 ３１８，３２０，３２１ ビーム位置検出器 ３２３，３２４，３５３，３５４ 回折格子パターン ３２５ 撮像素子 ３２６ ＣＲＴ ３２７ プリズム ３２７ａ 偏光ビームスプリット部 ３２７ｂ，３２７ｃ 反射部 ３５０ ２周波直線偏光レーザー ３５２ コリメータレンズ ３５７，３６０，３６４ レンズ ３５８ グラントムソンプリズム ３５９ エッジミラー ３５９ａ ガラス透過部 ３５９ｂ ミラー部 ３６１，３６５ 光検出器 ３６６，３６９ 入射光束 ３６７，３６８，３７０，３７１ 入射光線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮地 剛司 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光源手段からの光束を物体の一部に設け
    た回折格子に照射し、該回折格子から生ずる±ｎ（ｎは
    正の整数）次回折光を受光手段面上に導光し、該±ｎ次
    回折光の該受光手段面上への入射位置情報を用いて演算
    手段により該物体の回転ずれ情報を検出したことを特徴
    とする回転ずれ検出装置。
  2. 【請求項２】 前記演算手段は前記±ｎ次回折光の前記
    受光手段面上への入射位置情報を該受光手段面上におけ
    る基準位置からの差より求めていることを特徴とする請
    求項１の回転ずれ検出装置。
  3. 【請求項３】 物体の一部に設けた第１，第２回折格子
    に光束を照射し、該第１，第２回折格子から生ずる±ｎ
    （ｎは正の整数）次回折光を受光手段面上に導光し、該
    ±ｎ次回折光の該受光手段面上への入射位置情報より該
    物体の面内の回転ずれを補正し、その後、該第１，第２
    回折格子間の位置ずれ情報を求めていることを特徴とす
    る位置ずれ検出方法。
  4. 【請求項４】 周波数が僅かに異なる２光束を物体の一
    部に設けた第１，第２回折格子に照射し、該第１，第２
    回折格子から生ずる±ｍ（ｍは正の整数）次回折光を光
    ヘテロダイン干渉させ、これより該第１，第２回折格子
    に基づく第１，第２ビート信号を得て、その後、該第
    １，第２ビート信号間の位相差を検出することにより該
    物体面上の第１，第２回折格子間の位置ずれ情報を求め
    ていることを特徴とする請求項３の位置ずれ検出方法。
  5. 【請求項５】 光源手段からの光束を物体の一部に設け
    た第１，第２回折格子に照射し、該第１，第２回折格子
    から生ずる±ｎ（ｎは正の整数）次回折光を受光手段面
    上に導光し、該受光手段面上への該±ｎ次回折光の入射
    位置情報を利用して演算手段により該物体の面内回転ず
    れ情報を求め、該演算手段からの回転ずれ情報を用いて
    補正制御手段により該物体の面内回転ずれを補正し、該
    演算手段は該補正制御手段からの補正信号の入力に応じ
    て該第１，第２回折格子相互の位置ずれ情報を検出して
    いることを特徴とする位置ずれ検出装置。
  6. 【請求項６】 光源手段から僅かに周波数の異なる２光
    束を物体の一部に設けた第１，第２回折格子に照射し、
    該第１，第２回折格子から生ずる±ｍ（ｍは正の整数）
    次回折光を合成手段で合成して光ヘテロダイン干渉さ
    せ、該合成手段からの光ヘテロダイン干渉信号を用いて
    演算手段により、該第１，第２回折格子に基づく第１，
    第２ビート信号を得て該物体の面内回転ずれ情報を求め
    ており、該演算手段からの回転ずれ情報を用いて補正制
    御手段により該物体の面内回転ずれを補正し、該演算手
    段は該補正制御手段からの補正信号の入力に応じて該第
    １，第２回折格子相互の位置ずれ情報を検出しているこ
    とを特徴とする位置ずれ検出装置。
  7. 【請求項７】 第１の露光で形成された第１の回折格子
    と、第２の露光で形成され、第１の回折格子に隣接して
    形成された第２の回折格子を一組とした回折格子対を複
    数個ウエハ上に配置し、該複数個の回折格子対を構成す
    る個々の回折格子対を測定光学系の測定位置に移動させ
    て順次測定を行い、該回折格子対の相対的なずれ量を検
    出する際、該測定光学系が前記２つの回折格子に対し僅
    かに周波数の異なる２周波数の可干渉光を照射する照明
    系と、前記２つの回折格子から回折される光を干渉させ
    前記第１の回折格子から発生する第１のビート信号と、
    前記第２の回折格子から発生される第２のビート信号を
    検出する検出系より構成されるとともに、前記第１及び
    第２のビート信号の位相差を検出して、前記２つの回折
    格子のずれを求める際、該回折格子対の前記測定光学系
    に対する相対的回転量を計測する計測光学系を備え、該
    計測値より前記位相差の検出量に補正を加えることを特
    徴とする光ヘテロダイン干渉測定装置。
  8. 【請求項８】 前記計測光学系がウエハステージのヨー
    イングを検出する系であることを特徴とする請求項７の
    光ヘロダイン干渉測定装置。
  9. 【請求項９】 前記回折格子対のずれを前記測定光学系
    で測定する際、前記回折格子対を構成する少なくとも一
    方の回折格子にビームを照射して得られる＋ｎ次と−ｎ
    次の回折光の位置の検出系を設け、該検出系による計測
    値より前記測定光学系による測定値の補正を加えること
    を特徴とする請求項７の光ヘテロダイン干渉測定装置。
  10. 【請求項１０】 前記回折格子対のずれを前記測定光学
    系で測定する際、前記回折格子対を構成する少なくとも
    一方の回折格子の回転量を撮像装置で撮像することによ
    って検出し、該撮像装置による計測値より前記測定光学
    系による測定値の補正を加えることを特徴とする請求項
    ７の光ヘテロダイン干渉測定装置。
  11. 【請求項１１】 第１の露光で形成された第１の回折格
    子と、第２の露光で形成され、第１の回折格子に隣接し
    て形成された第２の回折格子を一組とした回折格子対を
    複数個ウエハ上に配置し、該複数個の回折格子対を構成
    する個々の回折格子対を測定光学系の測定位置に移動さ
    せて順次測定を行い、該回折格子対の相対的なずれ量を
    検出する際、該測定光学系が前記２つの回折格子に対し
    僅かに周波数の異なる２周波数の可干渉光を照射する照
    明系と、前記２つの回折格子から回折される光を干渉さ
    せ前記第１の回折格子から発生する第１のビート信号
    と、前記第２の回折格子から発生される第２のビート信
    号を検出する検出系より構成されるとともに、前記第１
    及び第２のビート信号の位相差を検出して、前記２つの
    回折格子のずれを求める際、該回折格子対の前記測定光
    学系に対する相対的回転量を計測する計測光学系を備
    え、該計測値より前記位相差の検出量に補正を加えるこ
    とを特徴とする光ヘテロダイン干渉測定方法。
  12. 【請求項１２】 前記計測光学系がウエハステージのヨ
    ーイングを検出する系であることを特徴とする請求項１
    １の光ヘロダイン干渉測定方法。
  13. 【請求項１３】 前記回折格子対のずれを前記測定光学
    系で測定する際、前記回折格子対を構成する少なくとも
    一方の回折格子にビームを照射して得られる＋ｎ次と−
    ｎ次の回折光の位置の検出系を設け、該検出系による計
    測値より前記測定光学系による測定値の補正を加えるこ
    とを特徴とする請求項１１の光ヘテロダイン干渉測定方
    法。
  14. 【請求項１４】 前記回折格子対のずれを前記測定光学
    系で測定する際、前記回折格子対を構成する少なくとも
    一方の回折格子の回転量を撮像装置で撮像することによ
    って検出し、該撮像装置による計測値より前記測定光学
    系による測定値の補正を加えることを特徴とする請求項
    １１の光ヘテロダイン干渉測定方法。
JP6256210A 1993-09-27 1994-09-26 位置ずれ検出方法及び光ヘテロダイン干渉測定方法及びそれらを用いた位置ずれ検出装置 Pending JPH07270123A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6256210A JPH07270123A (ja) 1993-09-27 1994-09-26 位置ずれ検出方法及び光ヘテロダイン干渉測定方法及びそれらを用いた位置ずれ検出装置

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP26424893 1993-09-27
JP29391093 1993-10-29
JP5-293910 1993-10-29
JP5-264248 1993-10-29
JP6256210A JPH07270123A (ja) 1993-09-27 1994-09-26 位置ずれ検出方法及び光ヘテロダイン干渉測定方法及びそれらを用いた位置ずれ検出装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH07270123A true JPH07270123A (ja) 1995-10-20

Family

ID=27334504

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP6256210A Pending JPH07270123A (ja) 1993-09-27 1994-09-26 位置ずれ検出方法及び光ヘテロダイン干渉測定方法及びそれらを用いた位置ずれ検出装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH07270123A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6806477B1 (en) 1997-05-23 2004-10-19 Canon Kabushiki Kaisha Position detection device, apparatus using the same, exposure apparatus, and device manufacturing method using the same
US6946666B2 (en) 1997-05-23 2005-09-20 Canon Kabushiki Kaisha Position detection device, apparatus using the same, exposure apparatus, and device manufacturing method using the same
WO2013084898A1 (ja) * 2011-12-06 2013-06-13 独立行政法人 産業技術総合研究所 露光装置および露光方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6806477B1 (en) 1997-05-23 2004-10-19 Canon Kabushiki Kaisha Position detection device, apparatus using the same, exposure apparatus, and device manufacturing method using the same
US6946666B2 (en) 1997-05-23 2005-09-20 Canon Kabushiki Kaisha Position detection device, apparatus using the same, exposure apparatus, and device manufacturing method using the same
WO2013084898A1 (ja) * 2011-12-06 2013-06-13 独立行政法人 産業技術総合研究所 露光装置および露光方法
JP2013120788A (ja) * 2011-12-06 2013-06-17 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 露光装置および露光方法
US9513567B2 (en) 2011-12-06 2016-12-06 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Exposure apparatus and exposure method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5369486A (en) Position detector for detecting the position of an object using a diffraction grating positioned at an angle
JP4150256B2 (ja) 基準位置合わせマークに対する基板の位置合わせを測定する方法
JP3187093B2 (ja) 位置ずれ測定装置
JP3352249B2 (ja) 位置ずれ検出装置
US20110141451A1 (en) Displacement measurement device, exposure apparatus, and working device
KR100254024B1 (ko) 반도체 장치의 제조 방법
US5610718A (en) Apparatus and method for detecting a relative displacement between first and second diffraction gratings arranged close to each other wherein said gratings have different pitch sizes
JP3364382B2 (ja) 試料面位置測定装置及び測定方法
US5682239A (en) Apparatus for detecting positional deviation of diffraction gratings on a substrate by utilizing optical heterodyne interference of light beams incident on the gratings from first and second light emitters
JP2003035509A (ja) 干渉計システム
US5550635A (en) Rotational deviation detecting method and system using a periodic pattern
US5585923A (en) Method and apparatus for measuring positional deviation while correcting an error on the basis of the error detection by an error detecting means
JP3548298B2 (ja) 位置ずれ計測方法及びそれを用いた位置ずれ計測装置
JP3029133B2 (ja) 測定方法及び装置
JP2676933B2 (ja) 位置検出装置
JPH0749926B2 (ja) 位置合わせ方法および位置合わせ装置
JPH07270123A (ja) 位置ずれ検出方法及び光ヘテロダイン干渉測定方法及びそれらを用いた位置ずれ検出装置
JP3335868B2 (ja) 光学式位置測定器を搭載した露光装置
JP3382389B2 (ja) 位置ずれ検出方法及びそれを用いた位置ずれ検出装置
JP3323666B2 (ja) 周期的パターンを用いた物体の回転ずれ検出装置及び方法
JPH02272305A (ja) 位置合わせ装置及び位置合わせ方法
JP3199042B2 (ja) 半導体装置の製造方法及び露光方法
JP2683385B2 (ja) 位置合せ方法および位置合せ装置
JPH10270347A (ja) 位置ずれ検出方法及びその装置
JP3323609B2 (ja) 測定方法及びそれを用いた測定装置