JPH08114429A - Device and method for detecting rotational deviation of object using cyclic pattern - Google Patents

Device and method for detecting rotational deviation of object using cyclic pattern

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JPH08114429A
JPH08114429A JP25217294A JP25217294A JPH08114429A JP H08114429 A JPH08114429 A JP H08114429A JP 25217294 A JP25217294 A JP 25217294A JP 25217294 A JP25217294 A JP 25217294A JP H08114429 A JPH08114429 A JP H08114429A
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rotation deviation
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Abstract

PURPOSE: To measure the rotational deviation of an object in high accuracy by directing a laser light onto a cyclic pattern prepared on the object. CONSTITUTION: An object 1 to be tested is placed on a sample table 10 and the pitch direction of diffraction grid 2 prepared on the object 1 is aligned with a reference direction x, then the table 10 is shifted by using x and y stages 14 and 12 so that a light beam 3 may be directed to a grid 2. ±n-th diffracted lights 5 and 6 of the grid 2 irradiated by the beam 3 are made incident into the point symmetry points 8 and 9 on the surface that is vertical against a 0-th diffracted light 4 of light detecting means 17 and 18. A straight line connecting both positions 8 and 9 is parallel to the direction x when an angle ωz of rotational deviation against z-axis is zero. When the object 1 generates the deviated angle ωz, the lights 5 and 6 are turned into diffracted lights 5' and 6' according to rotational angle, which are made into positions 8' and 9'. The means 17 and 18 output electric signals according to the incident position, and differences Sn and S-n between the positions 8' and 9' and the positions 8 and 9 are measured in high resolution by an arithmetic means 19. Thus, the rotational deviation of an object can be detected in high accuracy.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は回転ずれ検出方法及びそ
れを用いた回転ずれ検出装置に関し、被検物体の一部に
周期的パターンを設け、該周期的パターンからの回折光
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、ホログラムの設定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回転ずれ検出装置に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rotation deviation detecting method and a rotation deviation detecting device using the same, and provides a periodic pattern on a part of an object to be inspected, and utilizes diffracted light from the periodic pattern. , For example, a microscope sample table for detecting the rotational deviation of the object to be inspected, a hologram setting EB drawing device, an exposure device,
The present invention relates to a rotation deviation detection device suitable for an overlay evaluation device, a rotary encoder, and a yawing inspection device.

【0002】[0002]

【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。
2. Description of the Related Art Conventionally, for example, an object to be inspected is placed on a sample stand of a microscope, and a feeding direction and a rotation deviation of the sample stand when successively observing a minute area of the inspected object are detected, and the object is placed at a regular position. Various correction devices have been proposed. In this case, generally, the rotational deviation is corrected while observing the patterns on both ends in the feeding direction of the test object.

【0003】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号公報で提案さ
れている。
An apparatus for detecting a rotational displacement of an object by image-processing a predetermined pattern is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 60-
It is proposed in Japanese Patent No. 77273. A rotary encoder is proposed as a device for detecting the rotational deviation of the object to be inspected with high accuracy, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 61-66926.

【0004】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。
In addition to the above, as a method for measuring the positional deviation of the object to be inspected, firstly, there is a method in which a pattern for measurement is printed and the deviation between the patterns is measured by a pattern line width measuring device.

【0005】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。
Secondly, there is a vernier system in which gratings having different pitches are printed on an integrated circuit and the portions of the gratings that exactly overlap are read. Thirdly, there is a method of forming a long thin resistor and an electrode on an integrated circuit so as to overlap each other and comparing respective values of the resistor.

【0006】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。
Fourthly, the applicant of the present invention is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-2120.
There is a method of printing a diffraction grating on an integrated circuit and measuring the amount of deviation of the pattern by the phase difference of the diffracted light as proposed in Japanese Patent Laid-Open No.

【0007】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。
Next, a fourth method among the above-mentioned methods for reference will be described.

【0008】図23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。
FIG. 23 is an explanatory view showing the detection principle of the positional deviation detecting device proposed in the publication.

【0009】図23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 ′−x
A ′)が生じている。
In FIG. 23, two linear gratings (gratings) A'and B ', which are provided on the object and are on the same plane and adjacent to each other, are considered. Here 'equally, the mutual grating shifted in the arrow direction (x direction) (Δx = x B' pitch of the two gratings together P -x
A ') has occurred.

【0010】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)。
[0010] If the one of the grating A ', the other end B' and (X A ', X B' is, x-direction deviation from the same reference position of each grating A ', B').

【0011】ここで振動数が僅かに違い(ωf1
ωf2)、初期位相がそれぞれφ0f1 、φ0f2 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。
Here, the frequency is slightly different (ω f1 ,
omega f2), the initial phase, respectively φ 0f1, 2 two optical 109 and 110 phi 0F2 is to incident on the grating A ', B'. At this time, the complex amplitudes E f1 and E f2 of the two lights 109 and 110 are E f1 = A 0 exp {i (ω f1 t + φ of1 )} (1) E f2 = B 0 exp {i (ω f2 t + φ) of2 )} ... (2) The two lights 109 and 110 are applied to the entire surfaces of the two gratings.

【0012】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。
For example, the light 109 is emitted from the left and the light 110 is emitted from the right at the incident angles of the same absolute value. At this time,
The + 1st-order diffracted lights of the light 109 with respect to the gratings A ′ and B ′ are 111 and 112, and the −first-order diffracted lights of the light 110 with respect to the gratings A ′ and B ′ are 113 and 114.
And

【0013】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。
[0013] and each the light and complex amplitude displays the complex amplitude of the light 111,113,112,114 each E 'AF1 (+1), E ' AF2 (-1), E 'Bf1 (+
1) and E ′ Bf2 (−1), E ′ AF1 (+1) = A f1 exp {i (ω f1 t + φ of1 + φ A ′)} (3) E ′ AF2 (−1) = A f2 exp { i (ω f2 t + φ of2 + φ A ′)} (4) E ′ Bf1 (+1) = B f1 exp {i (ω f1 t + φ of1 + φ B ′)} (5) E ′ Bf2 (−1) = B f2 exp {i (ω f2 t + φ of2 + φ B ′)} (6)

【0014】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。
Here, φ A ′ = 2π × A ′ / P, φ B
= 2πx B ′ / P, and the shift amounts of the gratings A ′ and B ′ in the x direction are expressed as phase amounts.

【0015】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。
Diffracted light 1 from the grating A '
When the diffracted lights 11 and 113 and the diffracted lights 112 and 114 from the grating B ′ are caused to interfere with each other, the respective interference light intensity changes I A and I B are as follows.

【0016】 IA =|E′Af1 (+1)+E′Af2 (−1)|2 =A2 f1+A2 f2+2Af1f2・cos{2π(f2 −f1 )t+(φof2 −φ of1 )−2φA ′}…(7) IB =|E′Bf1 (+1)+E′BF2 (−1)|2 =B2 f1+B2 f2+2Bf1f2・cos{2π(f2 −f1 )t+(φof2 −φ of1 )−2φB ′}…(8) ここでf1 =ωf1/2π、f2 =ωf2/2π、A2 f1
2 f2 、B2 f1 +B2 f2 は直流成分、2Af1f2、2B
f1f2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。
IA = | E 'Af1 (+1) + E 'Af2 (-1) |2 = A2 f1+ A2 f2+ 2Af1Af2・ Cos {2π (f2 -F1 ) T + (φof2 −φ of1 ) -2φA ′}… (7) IB = | E 'Bf1 (+1) + E 'BF2 (-1) |2 = B2 f1+ B2 f2+ 2Bf1Bf2・ Cos {2π (f2 -F1 ) T + (φof2 −φ of1 ) -2φB ′}… (8) where f1 = Ωf1/ 2π, f2 = Ωf2/ 2π, A2 f1 +
A2 f2 , B2 f1 + B2 f2 Is the DC component, 2Af1Af22B
f1Bf2Is the amplitude. Equations (7) and (8) are f2 -F1 
Signal with the beat frequency component ofof2 
−φof1 And the individual shift amounts of the gratings A'and B '
φA ′, ΦB ′ Becomes a form that is phase-modulated in time.
ing.

【0017】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
検出が可能となる。
Therefore, the initial phase of the light can be erased by detecting two time lags with one of the signals represented by the equations (7) and (8) as the reference signal and the other as the signal under measurement. Highly accurate phase detection is possible as so-called heterodyne interferometry.

【0018】 (Δφ=2(φB ′−φA ′)=(4π/P′)Δx)(Δφ = 2 (φ B ′ −φ A ′) = (4π / P ′) Δx)

【0019】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。
As described above, the optical heterodyne interferometry has two
Since the phase shift between two signals is detected as time, even if there is a difference in DC component or a change in amplitude between signals, it does not affect the measurement.

【0020】ここで図24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ッ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。
Here, as shown in FIG. 24, the reference signal 11
5. Let ΔT be the time shift of the signal under measurement 116, then Δ
The phase difference can be measured with high accuracy by detecting T with high accuracy using, for example, lock-in.

【0021】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に一値
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。
Since the phase difference detected as described above has a value of the phase difference Δφ indicating the shift amount Δx between the gratings, the shift amount Δx between the gratings can be obtained from P ′ × (Δφ / 4π).

【0022】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。
Therefore, if the shift amount Δx between the grating pattern printed in the first time and the grating pattern printed in the second time is calculated based on the above-described principle, for example, the alignment accuracy of the semiconductor exposure apparatus, that is, the first time It is possible to detect the amount of deviation between the actual element patterns formed by the second printing.

【0023】[0023]

【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。
Among the conventional rotation deviation detecting devices, the method of observing the pattern at both ends of the object to be inspected in the feeding direction is complicated by repeating trial and error. Further, the method based on image processing requires image processing calculation and requires a large apparatus, and is not suitable for highly accurate detection of a minute rotation deviation in terms of processing time and accuracy.

【0024】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。
Further, the method using the rotary encoder is complicated because it is necessary to determine the rotation axis in advance, and the rotation axis must be adjusted with high accuracy for high-accuracy measurement.

【0025】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。
When the rotation axis is not generally fixed,
For example, when the sample for evaluation is placed on the sample table or when the mask θ alignment system of the semiconductor printing apparatus is used, it cannot be sufficiently dealt with.

【0026】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。
Further, according to the method using the first pattern line width measuring device among the methods for detecting the positional deviation of the object to be inspected,
Normally, the accuracy of such an apparatus is only about 0.01 μm. In addition, the second vernier method has a problem in that only accuracy of about 0.04 μm can be obtained.

【0027】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。
Further, although the third resistance measuring method can obtain accuracy, it has a problem that it requires a considerably complicated processing step for measuring.

【0028】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25や図26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。
On the other hand, the fourth method is a relatively simple and inexpensive method in consideration of the first and third problems. In the fourth method, as shown in FIGS. 25 and 26, incident light beams 109 and 11 to the measured patterns (diffraction gratings) 53 and 54 are measured.
Of the relative relationship between 0 and the pattern, the following may occur with respect to the fluctuation of the in-plane rotation amount of the wafer 55 and the phase difference Δφ.

【0029】図25、図26、図23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25で示すよ
うにθZ だけずれた場合について示している。
FIG. 25 shows a state in which a light beam enters the patterns (diffraction gratings) 53 and 54 for the inspection of FIGS. 25, 26 and 23. The distance between the centers of the patterns 53 and 54 is d, the center point of the pattern 53 is P 1 , and the center point of the pattern 54 is P 2
25, the case where the incident angles to the patterns 53 and 54 deviate by θ Z as shown in FIG.

【0030】このとき図26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
67、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、
At this time, as shown in FIG. 26, if the intersection point of the heavy lines from the point P 1 to the ray entering the point P 2 is H, and the ray 109 is a plane wave, the positions H and P
1 is included in the equiphase surface. The ray of light beam 2 entering point P 1 is 67, and the ray of light beam 2 entering point P 2 is 68. Ray 6
If the direction cosine of the traveling direction of 7, 68 is (α, β, γ),

【0031】[0031]

【外1】 となる。[Outside 1] Becomes

【0032】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(ω2 t+φ2 −φa)}…(11) Eb′(f1 )=Aexp{i(ω1 t+φ1 +φb +(2π/λ)・βd) }…(12) Eb′(f2 )=Bexp{i(ω2 t+φ2 −φ−(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。
Further, in the light flux 110, the ray entering the point P 1 is 70 and the ray entering the point P 2 is 71. The complex amplitude display of the first-order diffracted light of the ray 67 is Ea '(f 1 ) = Aexp {i (ω 1 t + φ 1 + φa)} (10) Similarly, the diffracted light of the ray 70, the ray 68, and the ray 71 is displayed in complex amplitude. the Ea '(f 2) = Bexp {i (ω 2 t + φ 2 -φa)} ... (11) Eb' (f 1) = Aexp {i (ω 1 t + φ 1 + φ b + (2π / λ) · βd) } ... (12) Eb '( f 2) = Bexp {i (ω 2 t + φ 2 -φ b - (2π / λ) · βd)} ... (13) here, φ 1, φ 2 are initial phases, phi a, phi b is the position deviation corresponding phase.

【0033】Ea′(f1 )とEa′(f2 )の干渉に
より Ia′=|Ea′(f1 )+Ea′(f2 )|2 =A2 +B2 +2・A・Bco s{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 )+2 φb−2・(2π/λ)・βd}…(15) となる。
Due to the interference of Ea '(f 1 ) and Ea' (f 2 ), Ia '= | Ea' (f 1 ) + Ea '(f 2 ) | 2 = A 2 + B 2 + 2 · A · Bco s {ω 1− ω 2 ) t + (φ 1 −φ 2 ) + 2φa} (14) Due to the interference of Eb ′ (f 1 ) and Eb ′ (f 2 ), Ib ′ = A 2 + B 2 + 2 · A · B cos {ω 1 −ω 2 ) t + (φ 1 −φ 2 ) +2 φb−2 · (2π / λ) · βd} (15)

【0034】従って(14)、(15)式よりθ≠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。
Therefore, according to the equations (14) and (15), θ z ≠ 0
If θ z = 0, that is, if the y component β = 0 of the direction cosine of the incident light 67, 68, the phase changes by (4π / λ) · βd (when β ≠ 0) It will be.

【0035】このことにより格子パターン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。
As a result, assuming that the error corresponding to the deviation between the grid patterns 53 and 54 is Δx ′, Δx ′ = 2βd (16), the value corresponding to Δx ′ = 5 nm is β = Δx when d = 100 μm. ′ / (2d) = 5 nm / (2 × 100) μm =
2.5 × 10 −5 θ Z = 90 ° −cos −1 β = 5.1 ″.

【0036】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。
That is, when the value of θ Z fluctuates by 5.1 ″, the deviation detection value between the grating patterns 53 and 54 changes by 5 nm. This means that the detection optical system and the wafer 55 rotate in the plane of the wafer. 5 nm if there is a corresponding relative variation of 5.1 "
Therefore, it becomes difficult to detect the deviation with high accuracy.

【0037】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。
Usually, in an exposure apparatus for manufacturing semiconductor devices, a wafer stage sends a 6-inch or 8-inch wafer. In this case, complicated monitor functions and controls are required to prevent rotation of the second order, and rotation of the second order, that is, yawing, occurs when attempting to achieve stage feed with a simple configuration. It becomes difficult to avoid the deviation detection error between the patterns.

【0038】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。
Further, it is difficult to avoid a detection error caused by a local in-plane rotational deviation due to the position of the wafer, which occurs during drawing of the grating pattern, during exposure and during the process.

【0039】本発明の目的は、上記問題を鑑みて、物体
の回転ずれを高精度に測定できる回転ずれ装置及び方法
の提供にあり、又、物体の回転ずれによって装置の性能
が劣化する装置において前記回転ずれ装置を備えた装置
の提供にある。
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a rotation deviation device and method capable of measuring the rotation deviation of an object with high accuracy, and in an apparatus in which the performance of the device is deteriorated by the rotation deviation of the object. An object of the present invention is to provide an apparatus provided with the rotation deviation device.

【0040】[0040]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明の物体の回転ずれ検出装置のある形態は、前記
物体上に形成された周期性を有するパターンと、レーザ
光源と、入射光束の位置を検出する検出手段と、前記レ
ーザ光源からの光束を前記パターンに入射させ、前記パ
ターンからの少なくとも2つの回折光を前記検出面に導
光すると共に、前記レーザ光源のビームウエストを前記
パターンと前記検出面間に結像せしめる光学系と、前記
複数の回折光の前記検出面上での入射位置に基づいて、
前記物体の予め決められた軸との回転ずれを決定する手
段とを有することを特徴とする。
According to one embodiment of an object rotation deviation detecting apparatus of the present invention for achieving the above object, a pattern having periodicity formed on the object, a laser light source, and an incident light beam are provided. And a light beam from the laser light source is incident on the pattern to guide at least two diffracted light beams from the pattern to the detection surface, and a beam waist of the laser light source to the pattern. And an optical system for forming an image between the detection surfaces, based on the incident position of the plurality of diffracted light on the detection surface,
Means for determining a rotational deviation of the object from a predetermined axis.

【0041】特に、前記光学系は前記ビームウエストを
前記パターン上に結像せしめることを特徴とする。
In particular, the optical system is characterized in that the beam waist is imaged on the pattern.

【0042】特に、前記光学系は前記ビームウエストを
前記検出面上に結像せしめることを特徴とする。
In particular, the optical system is characterized in that the beam waist is imaged on the detection surface.

【0043】特に、前記パターンが回折格子であること
を特徴とする。
In particular, the pattern is a diffraction grating.

【0044】特に、前記パターンが回路パターンである
ことを特徴とする。
In particular, the pattern is a circuit pattern.

【0045】更に、前記物体を保持し、回転移動する保
持台と、前記決定手段より得られた回転ずれに基づい
て、前記保持台を回転移動させる制御手段と有すること
を特徴とする。
Further, the present invention is characterized by further comprising a holding table for holding and rotating the object, and a control means for rotating and moving the holding table based on the rotational deviation obtained by the determining means.

【0046】本発明の物体の回転ずれを検出する回転ず
れ検出方法のある形態は、前記物体上に周期性を有する
パターンを形成する工程と、レーザ光源からの光束を前
記パターンに入射させ、前記パターンからの少なくとも
2つの回折光を検出面に導光すると共に、前記レーザ光
源のビームウエストを前記パターンと前記検出面間に結
像せしめる工程と、前記複数の回折光の前記検出面上で
の入射位置に基づいて、前記物体の予め決められた軸と
の回転ずれを決定する工程とを有することを特徴とす
る。
According to one mode of the rotation deviation detecting method for detecting the rotation deviation of the object of the present invention, the step of forming a pattern having a periodicity on the object, and making a light beam from a laser light source incident on the pattern, Guiding at least two diffracted lights from the pattern to the detection surface and forming a beam waist of the laser light source between the pattern and the detection surface; and a step of forming the plurality of diffracted lights on the detection surface. Determining a rotational deviation of the object from a predetermined axis based on the incident position.

【0047】特に、前記ビームウエストは前記パターン
上に結像されることを特徴とする。
In particular, the beam waist is imaged on the pattern.

【0048】特に、前記ビームウエストは前記検出面上
に結像されることを特徴とする。
In particular, the beam waist is imaged on the detection surface.

【0049】特に、前記パターンが回折格子であること
を特徴とする。
In particular, the pattern is a diffraction grating.

【0050】特に、前記パターンが回路パターンである
ことを特徴とする。
In particular, the pattern is a circuit pattern.

【0051】更に、前記決定工程より得られた回転ずれ
に基づいて、前記物体を回転移動させる工程を有するこ
とを特徴とする。
Further, the method is characterized by further comprising the step of rotationally moving the object based on the rotational shift obtained in the determining step.

【0052】[0052]

【実施例】図1(A)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。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1A is a basic conceptual diagram for detecting rotation deviation information in a rotation deviation detecting device of the present invention.

【0053】図中1は回転ずれ情報検出用の被検物体で
ある。
In the figure, reference numeral 1 is an object to be detected for detecting rotational deviation information.

【0054】図1(A)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。
In FIG. 1A, a light beam 3 is emitted from a light source means (not shown) to a diffraction grating 2 provided on an object 1. At this time, the diffraction grating 2 produces 0th-order diffracted light 4, nth-order diffracted light 5, and -nth-order diffracted light 6.

【0055】今、座標系を図1(A)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。
Now, as shown in FIG. 1 (A), the coordinate system is such that the normal direction of the diffraction grating 2 on the object 1 is z, the rotation deviation angle with respect to the z axis is ω z , and the reference direction of the rotation deviation is the direction. x is defined as y, and a direction orthogonal to both is defined as y.

【0056】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。
As the diffraction grating 2, a straight grating having an equal pitch is arranged so that the pitch direction is x, the incident surface is set to be the yz plane, and the light beam 3 is irradiated onto the diffraction grating 2. Of the diffracted light from the diffraction grating 2, the 0th-order diffracted light 4 is y−
Specular reflection is performed symmetrically in the z plane with respect to the z axis.

【0057】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(通常検出面と
なる)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。
Consider a virtual plane IP (normally a detection surface) that is separated from the center of the diffraction grating 2 by a predetermined distance L and is perpendicular to the 0th-order diffracted light 4. The point 7 is the center point of incidence of the 0th-order diffracted light 4 on the virtual plane IP. Then, the n-th order diffracted light 5 and the −n-th order diffracted light 6 diffracted from the diffraction grating 2 are 0 on the virtual plane IP.
The second diffracted light 4 is present (incident) at positions 8 and 9 which are point-symmetrical at an equal distance R from the incident center point 7.

【0058】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。
もちろん基準方向は予め決めといても構わない。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。
When there is no rotational deviation, that is, when ω Z = 0, the straight line connecting points 8 and 9 is parallel to the reference direction x.
Of course, the reference direction may be predetermined. Object 1
Causes a rotational deviation ω Z , the diffracted lights 5 and 6 become diffracted lights 5 ′ and 6 ′ according to the rotation angle (proportionally), and the diffracted lights 5 and 6 are rotated about the incident point 7 of the 0th-order diffracted light 4 and are respectively point 8 ', 9'
Come to the position.

【0059】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。
When the rotational deviation ω Z is not so large,
The moving direction is orthogonal to the direction connecting the 0th-order diffracted light 4 and the reference-time diffracted lights 5 and 6, and if the moving amounts are S n and S -n , respectively, the following equation (17) ω Z = (S n − S −n ) / (2R) ... (17)

【0060】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
n 、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。
Here, the movement amounts S n and S −n move in opposite directions according to the rotation deviation. If the distance R is set to be large and the movement amounts S n and S n-1 are measured with high resolution, a minute rotation deviation ω Z of the object 1 can be detected.

【0061】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。If the pitch of the diffraction grating 2 is P, then the relational expression Psin θ ′ = nλ ... (18) tan θ ′ = R / L (19) holds based on the diffraction principle of the diffraction grating.

【0062】(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。
From equations (18) and (19), R = Ltan θ ′ = Ltan {sin −1 (nλ / P)} (20), and the distance L to the evaluation surface, irradiation wavelength λ, diffraction order n
Also, it becomes possible to arbitrarily set R by the pitch P of the diffraction grating.

【0063】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。
On the other hand, the influence on the movement of the object 1 other than the rotation deviation ω Z is canceled as described below, and does not result in the detection error of the rotation deviation ω Z. First, each axis x, y,
The displacement of the object 1 in the z direction will be described.

【0064】(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。
(A) When the object 1 is displaced by x'in the x-axis direction When the irradiation area of the irradiation beam 3 on the diffraction grating 2 in the x direction is smaller than the diffraction grating 2, the incident point 8 of the diffraction beams 5 and 6 is set. , 9 does not change. When the irradiation area is larger than the diffraction grating 2, the incident points of the diffracted beams 5 and 6 move in the x direction by the same amount. Since it is a direction orthogonal to the detection direction of the rotation deviation ω z , it does not cause a rotation deviation measurement error.

【0065】(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。
(B) When the object 1 is displaced by y'in the y-axis direction When the irradiation area of the diffraction grating 2 of the irradiation beam 3 in the y direction is smaller than the diffraction grating 2, the incident points 8 and 9 of the diffraction beams 5 and 6 are obtained.
Does not change. When the irradiation area is larger than the diffraction grating 2, the same amount S proportional to y ′ is detected in the detection direction of the rotation shift ω Z.
y'move. The rotation deviation detection amount ω Z is ω z = {S n + Sy ′ − (S −n + S y ′)} / (2R) = (S n −S −n ) / (2R), which is a measurement error of the rotation deviation. Don't

【0066】(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。
(C) When the object 1 is displaced by z'in the z direction: Regardless of the sizes of the irradiation beam 3 and the diffraction grating 2, the incident points 8 and 9 of the diffracted beams 5 and 6 are detected as the rotational displacement ω z . Each move in the direction by an amount S Z ′ proportional to z ′. The rotational deviation detection amount ω z is ω z = {S n + S Z ′-(S −n + S Z ′)} / (2R) = (S n −S −n ) / (2R), which is the measurement error of the rotational deviation. Does not mean

【0067】次に物体1のティルトの影響について述べ
る。
Next, the influence of the tilt of the object 1 will be described.

【0068】(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。
(D) When there is a tilt ω x ′ corresponding to rotation about the x-axis Regardless of the sizes of the irradiation beam 3 and the diffraction grating 2, the incident points 8 and 9 of the diffraction beams 5 and 6 are The rotation shift ω z is moved in the detection direction by an amount Sω x ′ proportional to ω x ′.

【0069】回転ずれ検出量ωz は ωz ={Sn +Sωx ′−(S-n+Sωx ′)}/(2
R)=(Sn −S-n)/(2R) となり、回転ずれの計測誤差とはならない。
The rotational displacement detection amount ω z is ω z = {S n + Sω x ′ − (S −n + Sω x ′)} / (2
R) = (S n −S −n ) / (2R), which is not a measurement error of the rotation deviation.

【0070】(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の大きさにかかわらず、回折
ビーム5、6の入射点8、9はそれぞれ回転ずれωz
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。
(E) When the tilt ω y ′ corresponding to the rotation around the y-axis exists, the incident points 8 and 9 of the diffracted beams 5 and 6 are rotated regardless of the sizes of the irradiation beam 3 and the diffraction grating 2. Shift ω z Moves by the same amount in the direction orthogonal to the detection direction. Rotational deviation ω z
Since the deviation is orthogonal to the detection direction, it does not cause a rotation deviation measurement error.

【0071】上記において回転ずれ検出量ωz は、±n
次光の仮想平面上の入射位置の基準線からの移動量より
求めた。
In the above, the rotational displacement detection amount ω z is ± n
It was calculated from the amount of movement of the incident position of the next light on the virtual plane from the reference line.

【0072】仮想平面上には、図1(B)に示すように
他の回折次数の回折光も入射しており、各回折光はパタ
ーンのピッチによって決まる間隔で一直線上入射されて
いる。
As shown in FIG. 1B, diffracted lights of other diffraction orders are also incident on the virtual plane, and each diffracted light is incident on a straight line at intervals determined by the pitch of the pattern.

【0073】従って、±n次光を用いなくても、一直線
上に位置する回折光のうち少なくとも2つの回折光の入
射位置の基準線から移動量を求めれば、回転ずれ検出量
ωzが求められることが図1(B)から容易にわかる。
Therefore, even if the ± n-order light is not used, if the movement amount is obtained from the reference line of the incident position of at least two diffracted lights among the diffracted lights located on the straight line, the rotation deviation detection amount ω z can be obtained. It can be easily seen from FIG. 1 (B).

【0074】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。
FIG. 2 is a schematic view of the essential parts of the first embodiment when the rotation deviation detecting device of the present invention is applied to a sample evaluation device.

【0075】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より評価する場合を示している。
In this embodiment, the sample stage 1 with a rotary stage is used.
0 sample (wafer, object) 1 is a microscope system evaluation means 2
The case of evaluation from 0 is shown.

【0076】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。
In FIG. 2, 2 is a diffraction grating provided on the sample 1, 11 is a rotation control system of the sample stage 10, 12 is a y stage for moving the sample stage in the y direction, and 13 is control of the y stage 12. System, x is for moving the sample table in the x direction
A stage, 15 is a control system of the x stage 14.

【0077】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。
Reference numeral 16 is a light irradiating means for a rotation deviation detection system, and 1
Reference numerals 7 and 18 denote detection means (light receiving means) for detecting the incident positions of the light flux (diffracted light), and 19 calculates the rotation deviation of the sample 1 based on the signals from the detection means 17 and 18, and calculates the rotation deviation amount. It is a calculation means for transmitting the rotation control system 11.

【0078】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。
Next, a flow of correcting the rotational deviation ω z of the sample 1 in the above-described configuration and sequentially evaluating the minute area of the sample arranged on the sample 1 by the evaluation means 20 will be described with reference to the flowchart of FIG.

【0079】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)。
As shown in FIG. 2, first, the reference of the rotation direction is adjusted to the stage feed direction x (this can be done only once during assembly using the microscope system 20 or the like).

【0080】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は集光レンズ40を介し試料1上を照
射する。
Next, the sample 1 is set on the sample table 14. At this time, the in-plane rotational deviation ω z of the sample 1 exists due to the set error. This rotation deviation amount ω z is evaluated using the rotation deviation detection system shown below. The light beam 3 emitted from the light irradiation means 16 irradiates the sample 1 through the condenser lens 40.

【0081】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。
Next, the sample stage 10 is moved to the stage 1 so that the light beam 3 irradiates the diffraction grating 2 provided on the sample 1.
Use 2 and 14 to move. Irradiation beam 3 and diffraction grating 2
Need only be roughly, and normally, the stages 12 and 14 may be moved to a predetermined position excluding the set error.

【0082】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。
Fine adjustment is not necessary, but the detection means 1
The amount of light detected in 7 and 18 is used, and the microscope system 20
It may be adjusted depending on the observation system.

【0083】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。
Next, the irradiation beam 3 is diffracted by the diffraction grating 2 to generate m-th order (m is an integer) diffracted light. this house,
The incident positions 8 ', 9'of the two ± n-order diffracted lights 5', 6'having the same absolute value and different signs on the detection means 17, 18 are detected.

【0084】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。
The detecting means 17 and 18 are composed of a light position detecting sensor (for example, a two-divided sensor or PSD), and output an electric signal according to the incident position of the light beam.
At this time, the means 17 for detecting the ± n-order diffracted lights 5 ′ and 6 ′,
The computing means 19 finds the differences S n and S −n between the incident positions 8 ′ and 9 ′ on the 18 surface and the reference positions 8 and 9 of the light beam to the detecting means 17 and 18.

【0085】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。
Differences S n and S -n obtained by the calculating means 19
As described above, the rotation deviation correction amount is obtained from ω z = (S n −S −n ) / (2R). A value corresponding to this rotation deviation amount is sent to the rotation control system 11. The rotation control system 11 rotates the sample table 10 based on this value and corrects the rotation deviation of the sample 1.

【0086】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。
In this way, the sample rotation deviation is corrected. After this, the evaluation area on the sample 1 is successively evaluated by the evaluation means 20.
The sample is evaluated by setting the stage 12 and 14 so that the sample is evaluated. When the evaluation of the entire Sample 1 is completed, replace the evaluated sample with the sample to be evaluated next,
Evaluation is performed according to the above flow.

【0087】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=7
4.2mmとしており、R=110mmのとき回転ずれ
ωz 検出感度(センサー面上1μm当りの回転角)は ωz ′=1/(2×110×103 ) =4.5×10-6rad =0.5″ となり、秒オーダーの回転ずれ検出を行っている。
In this embodiment, the diffraction grating 2 is set to have a pitch of 2 μm and the projection light beam 3 has a wavelength of 830 nm so as to receive ± 2nd order diffracted light. The diffraction angle at this time is ± 56 °, and the distance L to the evaluation surface of the light receiving system is L = 7.
It is 4.2 mm, and when R = 110 mm, the rotational displacement ω z detection sensitivity (rotation angle per 1 μm on the sensor surface) is ω z ′ = 1 / (2 × 110 × 10 3 ) = 4.5 × 10 −6 Since rad = 0.5 ″, the rotation deviation is detected on the order of seconds.

【0088】尚、照射ビーム3と回折格子2及び検出手
段17、18の結像関係は以下のようにすると好まし
い。
The image forming relationship between the irradiation beam 3, the diffraction grating 2 and the detecting means 17 and 18 is preferably as follows.

【0089】光照射手段16から投射されるビーム3の
強度分布は一般にカウシアンビームの形となり、レンズ
系40により集光されるビーム形状は次のように与えら
れる。ビームウエスト位置におけるビーム半径をωo
光の進む方向の座標をu(ビームウエストからのず
れ)、波長をλとすれば、uの位置におけるビーム半径
ωは
The intensity distribution of the beam 3 projected from the light irradiation means 16 is generally in the form of a Kaussian beam, and the beam shape condensed by the lens system 40 is given as follows. The beam radius at the beam waist position is ω o ,
Assuming that the coordinate of the light traveling direction is u (deviation from the beam waist) and the wavelength is λ, the beam radius ω at the position of u is

【0090】[0090]

【外2】 回折格子2を充分大きさがとれる場合は、図4のように
ビームウエスト位置に光位置検出センサー17及び18
を配置し、センサー面上のビーム径を最小とすることが
好ましい。
[Outside 2] When the diffraction grating 2 can be made large enough, the optical position detecting sensors 17 and 18 are placed at the beam waist position as shown in FIG.
Is preferably arranged to minimize the beam diameter on the sensor surface.

【0091】この場合、格子2とビームウエストの距離
1 とした場合、ビームウエスト半径ω21とすれば、格
子面2上のビーム半径ω11
In this case, when the distance l 1 between the grating 2 and the beam waist is set to be a beam waist radius ω 21 , the beam radius ω 11 on the grating surface 2 is

【0092】[0092]

【外3】 となる。[Outside 3] Becomes

【0093】本実施例においては、実際の回折格子2か
ら、光位置センサー17及び18までの距離はl1 =7
4.2mmとなり、ビームウエスト半径ω21=100μ
mとすれば、ω11=364μmとなる。
In this embodiment, the distance from the actual diffraction grating 2 to the optical position sensors 17 and 18 is l 1 = 7.
4.2mm, beam waist radius ω 21 = 100μ
If m, then ω 11 = 364 μm.

【0094】回折格子2の大きさが、物体の大きさ等に
より、あまり大きくできない場合は、図5に示すように
ビームウエスト位置に回折格子2を配置し、光位置セン
サー17及び18まで距離l2 を適当に設定し、センサ
ー面上のビームがあまり広がらない範囲(検出レンジ内
でセンサー面からこぼれない範囲)にするのが好まし
い。この時のセンサー面上のビーム半径ω22
When the size of the diffraction grating 2 cannot be made too large due to the size of the object, etc., the diffraction grating 2 is arranged at the beam waist position as shown in FIG. It is preferable to set 2 appropriately so that the beam on the sensor surface does not spread so much (a range that does not spill from the sensor surface within the detection range). The beam radius ω 22 on the sensor surface at this time is

【0095】[0095]

【外4】 となる。[Outside 4] Becomes

【0096】更に、回折格子2の大きさもそれほど大き
くできないが、光位置センサー17及び18上のビーム
径もあまり大きくしたくない場合は、前記図4と図5の
中間的な配置、すなわち、図6のようにビームウエスト
位置を回折格子2と光位置センサー17及び18の間に
設定するとよい。
Further, if the size of the diffraction grating 2 cannot be increased so much, but the beam diameters on the optical position sensors 17 and 18 are not desired to be increased too much, the intermediate arrangement between FIG. 4 and FIG. The beam waist position may be set between the diffraction grating 2 and the optical position sensors 17 and 18 as shown in FIG.

【0097】図7は図2の検出系にリレーレンズ系4
2、43を設けたものである。
FIG. 7 shows a relay lens system 4 in addition to the detection system of FIG.
2, 43 are provided.

【0098】結像関係は図8に示すように、図4の結像
関係における光位置センサー検出面をリレーレンズ系4
2又は43により共役な位置へずらせたものである。リ
レーレンズ系は等倍結像となり、回転ずれ感度及び、セ
ンサー面上のビーム径は図4の場合と等価である。
As for the image formation relationship, as shown in FIG. 8, the detection surface of the optical position sensor in the image formation relationship of FIG.
It is shifted to a conjugate position by 2 or 43. The relay lens system forms an image at the same size, and the rotation deviation sensitivity and the beam diameter on the sensor surface are equivalent to those in the case of FIG.

【0099】図9、図10は図2の試料1の代わりに試
料(サンプル)プレート1上に回折格子2を設けたもの
である。
9 and 10 show a diffraction grating 2 provided on a sample plate 1 instead of the sample 1 shown in FIG.

【0100】図9においては、試料(サンプル)を置く
位置41から離れた場所に回折格子2を設けている。
In FIG. 9, the diffraction grating 2 is provided at a position away from the position 41 on which the sample is placed.

【0101】図10においては、試料(サンプル)を置
く位置41と回折格子2を同一領域としている。この場
合、回折格子2はメッシュ状になっている。又、試料
(サンプル)を置く領域をメッシュ状に仕切って、回転
検出用の格子と兼ねることもよい。
In FIG. 10, the position 41 on which the sample is placed and the diffraction grating 2 are in the same region. In this case, the diffraction grating 2 has a mesh shape. It is also possible to partition the region on which the sample (sample) is placed into a mesh shape, and also serve as a grid for rotation detection.

【0102】図11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2の要部概略
図である。
FIG. 11 is a schematic view of the essential portions of a second embodiment in which the rotation deviation detecting device of the present invention is applied to an exposure apparatus for manufacturing semiconductor elements.

【0103】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。
In this embodiment, the case where the chip rotation of the exposure apparatus is evaluated is shown, and the structures of the light emitting / receiving system, the sample holder system, the arithmetic processing system and the like are the same as those in the first embodiment of the present invention.

【0104】図12は本実施例のフローチャートであ
る。
FIG. 12 is a flow chart of this embodiment.

【0105】本実施例においては図12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11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。
In this embodiment, there is no need for initial setting as in the flow chart shown in FIG. A plurality of shots (3 in FIG. 11) were formed on the sample 1 by an exposure device (not shown).
(Shot is shown by dotted line) A, B, C are exposed,
Diffraction gratings 2A, 2B, and 2C are exposed in each shot. These diffraction gratings 2A, 2B,
2C has the same pitch of 2 μm.

【0106】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。
The sample 1 is set on the sample table 10, and the stages 12 and 14 are moved so that the diffraction grating 2A shown by shot A comes to the rotation deviation evaluation position.

【0107】光照射手段16からの光ビーム3は集光レ
ンズ40を介し集光され、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。
The light beam 3 from the light irradiation means 16 is condensed through the condenser lens 40 and diffracted by the diffraction grating 2A, and the ± nth order diffracted lights 5 and 6 travel toward the detection means 17 and 18. Then, the ± nth order diffracted lights are incident on the positions 8A and 9A on the surfaces of the detecting means 17 and 18.

【0108】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。
In the first shot detection, the position is stored in the arithmetic unit 19, and after the second shot, the shift amount ω zB from the first position is calculated and converted into the relative rotation shift angle from the shot A. And save. Rotation offset amount omega zB at this time is ω zB = (S nB -S -nB ) / (2R).

【0109】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。
When the rotation deviation measurement is completed for all shots, the relative rotation deviation between the shots of the sample is put together, the sample is made into the chip rotation, the next sample is exchanged, and the same measurement is repeated.

【0110】図13はIC回路の一例で、ユニットセル
方式のMOS−LSIのソースドレイン拡散パターン配
置を示すもので、この図から明らかなように、配線パタ
ーンが周期構造をもって並んでいることがわかる。
FIG. 13 shows an example of an IC circuit showing a source-drain diffusion pattern layout of a unit cell type MOS-LSI. As is clear from this figure, it is understood that the wiring patterns are arranged in a periodic structure. .

【0111】このような、周期的な回路パターンにビー
ムを照射し、得られる±n次回折光のビーム位置をもと
に、回転検出することも可能である。
It is also possible to irradiate a beam on such a periodic circuit pattern and perform rotation detection based on the obtained beam position of the ± nth order diffracted light.

【0112】図14もIC回路の一例で、ストライプ構
造をもつエミッター数を増加させた高電力用トランジス
タの例である。図中Eはエミッター、Baはベース、C
oはコレクターである。このような、ドット状の格子で
も、周期構造があればその周期に対応した±n次回折光
が生ずるので、これを用いることができる。
FIG. 14 is also an example of an IC circuit, which is an example of a high power transistor having a stripe structure with an increased number of emitters. In the figure, E is the emitter, Ba is the base, and C
o is a collector. Even in such a dot-shaped grating, if there is a periodic structure, ± n-order diffracted light corresponding to the period is generated, so that it can be used.

【0113】図15、図16はこのような回路パターン
の回折光を検出し、回転検出する際に適した、光位置セ
ンサー17の構成を示す。
FIGS. 15 and 16 show the structure of the optical position sensor 17 suitable for detecting the diffracted light of such a circuit pattern and detecting the rotation.

【0114】図15は1次元位置検出器を並べたもの
で、回路の周期に応じて受光する検出器を選定する。光
位置センサー18側も同様に並べ、対応する検出器で回
折光を検出する。
FIG. 15 shows one-dimensional position detectors arranged side by side, and detectors for receiving light are selected according to the cycle of the circuit. The optical position sensor 18 side is also arranged in the same manner, and the corresponding detector detects the diffracted light.

【0115】図16は2次元センサーを用いたもので、
回路の周期に応じてt方向、回転検出をS方向のビーム
位置から求めるものである。
FIG. 16 uses a two-dimensional sensor,
According to the cycle of the circuit, rotation detection is obtained from the beam position in the S direction and rotation detection.

【0116】検出器17と同様に検出器18でも対応す
る信号をとり、2つの信号から回転量を求めることがで
きる。
Similar to the detector 17, the detector 18 can also take the corresponding signal and obtain the rotation amount from the two signals.

【0117】図17は実施例3の要部概略図、図18は
実施例3に用いられるホログラムの拡大図である。
FIG. 17 is a schematic view of the essential parts of the third embodiment, and FIG. 18 is an enlarged view of the hologram used in the third embodiment.

【0118】本実施例は、計算機ホログラフィーを用い
た非球面検査用トワイマン−グリーン干渉計へ適用した
ものである。
This embodiment is applied to a Twyman-Green interferometer for aspherical surface inspection using computer holography.

【0119】レーザー80を出射したビームは、レンズ
81a、81bによりビームを広げられ、ビームスプリ
ッター83で分割される。一方は透過し、更にビームス
プリッター84を透過し、レンズ85で一度集光し、更
に発散光となって被験面86へ導かれ、被験面86で反
射後、再びレンズ85を通り、ビームスプリッター84
で反射され、レンズ89で集光される。又、ビームスプ
リッター83で分割された他方の光は、ビームスプリッ
ター83で反射し、ミラー87、88を介し、ホログラ
ム44のホログラムパターン部45へ照射される。ここ
で生じた参照波面は、ビームスプリッター84を通り、
レンズ89により集光され、空間フィルター90で不要
光は除去され、観測面91上へ、被験面からのビームと
ともに導かれ干渉縞をつくる。
The beam emitted from the laser 80 is expanded by the lenses 81a and 81b and split by the beam splitter 83. One of them is transmitted, further transmitted through the beam splitter 84, once condensed by the lens 85, further becomes divergent light, is guided to the test surface 86, is reflected by the test surface 86, passes through the lens 85 again, and then the beam splitter 84.
Is reflected by and is condensed by the lens 89. The other light split by the beam splitter 83 is reflected by the beam splitter 83, and is irradiated onto the hologram pattern portion 45 of the hologram 44 via the mirrors 87 and 88. The reference wavefront generated here passes through the beam splitter 84,
The light is condensed by the lens 89, unnecessary light is removed by the spatial filter 90, and is guided to the observation surface 91 together with the beam from the test surface to form interference fringes.

【0120】非球面量が比較的大なる非球面を評価する
場合に用いられるものである。
This is used when evaluating an aspherical surface having a relatively large amount of aspherical surface.

【0121】その際、ホログラム44を設定するに当
り、ホログラムの回転が問題になり、高精度な回転量検
出が不可欠となる。
At this time, when setting the hologram 44, the rotation of the hologram becomes a problem, and it is essential to detect the rotation amount with high accuracy.

【0122】本実施例においては図18に示すように、
ホログラム44中に回転検出用の回折格子2を配置し、
これを用いホログラムを精度よく設定するものである。
In this embodiment, as shown in FIG.
The diffraction grating 2 for rotation detection is arranged in the hologram 44,
This is used to accurately set the hologram.

【0123】回転検出系は、光源16から出射されたビ
ームをレンズ40a、40bによりホログラム44上の
回折格子2へ照射し、生ずる±n次回折光を光位置セン
サー17、18で検出する。
The rotation detection system irradiates the beam emitted from the light source 16 to the diffraction grating 2 on the hologram 44 by the lenses 40a and 40b, and detects the ± n-order diffracted light generated by the optical position sensors 17 and 18.

【0124】回転量検出方法は、実施例1で示したもの
と同様である。
The rotation amount detecting method is the same as that shown in the first embodiment.

【0125】本発明による実施例4は、フーリエ変換ホ
ログラムによるフィルタリングへ適用したもので、画像
処理やマッチドフィルタリングなどへ応用される。
The fourth embodiment according to the present invention is applied to filtering by a Fourier transform hologram and is also applied to image processing, matched filtering and the like.

【0126】フーリエ変換ホログラフィーの場合は、
U、V、Wはそれぞれ物体u、v、wのフーリエ変換で
与えられ、またフィルタリングの出力像r(xi ,y
i )はフィルター透過光T′(x,y)のフーリエ変換
となっている。
In the case of Fourier transform holography,
U, V, and W are given by the Fourier transform of the objects u, v, and w, respectively, and the output image r (x i , y) of the filtering is given.
i ) is the Fourier transform of the filter transmitted light T '(x, y).

【0127】 r(xi ,yi )=F[T′(x,y) =F[k0 W+k1 W(|U|2 +|V|2 )]+F[k1 WU* V]+F[k1 WUV* ] 第二、三項が±1次の出力像r+1、r-1を形成し★と*
をそれぞれ相関コンボリューションの記号とすると r+1(xi ,yi )=F[k1 WU* V]=const
・{(u* ★w)*v} r-1(xi ,yi )=F[k1 WUV* ]=const
・{(u*(w★*v* )} の関係がある。r+1はu* とwの相互関係とvののコン
ボリューションを表し、r-1はv* とwの相互相関とu
とのコンボリューションを表している。
R (x i , y i ) = F [T ′ (x, y) = F [k 0 W + k 1 W (| U | 2 + | V | 2 )] + F [k 1 WU * V] + F [K 1 WUV * ] The second and third terms form ± 1st order output images r +1 and r -1 ★ and *
Where r +1 (x i , y i ) = F [k 1 WU * V] = const
・ {(U * ★ w) * v} r −1 (x i , y i ) = F [k 1 WUV * ] = const
There is a relationship of {(u * (w ★ * v * )}, where r +1 represents the mutual relationship between u * and w and the convolution of v, and r −1 represents the mutual correlation between v * and w. u
Represents the convolution with.

【0128】いま特別な場合として図19のごとくuを
軸上にある参照点光源としx0 方向にbは離れた点を中
心として物体vがあるとするとu(x0 ,y0 )=δ
(x0,y0 )、v′(x0 ,y0 )=v(x0 −b,
0 ),U(x,y)=1、V′(x,y)=V(x,
y)exp(−ibx)、ホログラムの振幅透過率は T(x,y)=k0 +k1 +k1 |V|2 +k1 Vex
p(−ibx)+k1* exp(ibx) これは物体Vのフーリエ変換ホログラムである。図20
に示すように、フィルタリングにおいてはこのホログラ
ムをフィルターとし入力物体として軸上にωを与えれ
ば、ホログラムによる+1次及び−1次の出力像はwと
vのコンボリューション及びwとv* の相互相関とな
る。
As a special case, if u is a reference point light source on the axis as shown in FIG. 19 and there is an object v centered at a point distant from b in the x 0 direction, u (x 0 , y 0 ) = δ
(X 0 , y 0 ), v ′ (x 0 , y 0 ) = v (x 0 −b,
y 0 ), U (x, y) = 1, V ′ (x, y) = V (x,
y) exp (-ibx), the amplitude transmittance of the hologram is T (x, y) = k 0 + k 1 + k 1 | V | 2 + k 1 Vex
p (-ibx) + k 1 V * exp (ibx) which is the Fourier transform hologram of an object V. FIG.
As shown in Fig.3, in filtering, if this hologram is used as a filter and ω is given as an input object on the axis, the + 1st-order and -1st-order output images by the hologram are the convolution of w and v and the cross-correlation of w and v * . Becomes

【0129】r+1(xi ,yi )=F[k1 WV]=c
onst・{w(xi ,yi )*v(xi −b,,y
i )} r-1(xi ,yi )=F[k1 WV* ]=const・
{w(xi ,yi )★v* (xi +b,,yi )} 従って、もしwがvと同じものであれば、vのセルフコ
ンボリューション、オートコリレーションが出力像面に
得られるとになり、画像の処理、マッチトフィルタリン
グなどに応用される。
R +1 (x i , y i ) = F [k 1 WV] = c
onst · {w (x i , y i ) * v (x i −b ,, y
i )} r −1 (x i , y i ) = F [k 1 WV * ] = const ·
{W (x i , y i ) ★ v * (x i + b ,, y i )} Therefore, if w is the same as v, self-convolution and auto-correlation of v are obtained on the output image plane. It is applied to image processing, matched filtering, etc.

【0130】その際、ホログラム44の設定精度、特に
回転誤差なく設定する必要がある。
At this time, it is necessary to set the hologram 44 with no setting error, particularly with no rotation error.

【0131】本実施例においては、回転検出系を実施例
1と同様に設けている。
In this embodiment, the rotation detection system is provided as in the first embodiment.

【0132】光源16からの光ビームをホログラム44
へ直接照射し、得られる回折光を光位置センサー17、
18で検出する。
The light beam from the light source 16 is converted into the hologram 44.
Directly irradiate the obtained diffracted light to the optical position sensor 17,
Detect at 18.

【0133】ホログラム44は図21で示されるように
微小矩形開口が周期的にマトリクス状に並んでいるもの
である。各マトリクス状に分割された領域(セル)はそ
れぞれ図22に示されるように、各セルの振幅と位相
を、それぞれ、窓の大きさとセル中心から窓の距離εに
対応させている。図21では上下方向は全く等ピッチの
矩形開口となっている。そこでこの周期にあわせた回折
角に±n次の回折光を生じさせ、それらを検出すればよ
い。
As shown in FIG. 21, the hologram 44 has minute rectangular apertures arranged periodically in a matrix. As shown in FIG. 22, the areas (cells) divided into each matrix correspond to the amplitude and phase of each cell with the size of the window and the distance ε of the window from the cell center. In FIG. 21, rectangular openings having an equal pitch are formed in the vertical direction. Therefore, it suffices to generate diffracted light of ± nth order at a diffraction angle matched to this period and detect them.

【0134】回転角の求めは、実施例1と同様である。
求めた回転ずれ量をもとに、ホログラムを(不図示の)
回転制御系で補正することにより、ホログラム44を回
転誤差なく設定が可能である。
The determination of the rotation angle is the same as in the first embodiment.
A hologram (not shown) is created based on the calculated rotation shift amount.
By correcting the rotation control system, the hologram 44 can be set without rotation error.

【0135】図27は本発明の回転ずれ検出装置の実施
例5の要部概略図である。
FIG. 27 is a schematic view of the essential portions of Embodiment 5 of the rotation deviation detecting device of the present invention.

【0136】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。
The present embodiment shows a case where the relative positional deviation amount of the two diffraction gratings printed on the wafer is detected with high accuracy and the relative alignment between the mask and the wafer is performed.

【0137】図27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28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。
In FIG. 27, an x stage 233, ay stage 234 and a θ stage 235 are installed on a surface plate 231, and a wafer 236 is placed on the θ stage 235. As shown in FIG. 28, the wafer 236 is provided with a plurality of overlay error measurement marks, each pair including two adjacent diffraction gratings 253 and 254. Above the surface plate 231, there is a surface plate 232 supported by columns.
An optical system 2 for measuring an overlay error is placed on the surface plate 232.
38 (hereinafter, optical system 238) is arranged.

【0138】図29は図27の光学系238の位置ずれ
検出部の概要図である。
FIG. 29 is a schematic diagram of the positional deviation detecting portion of the optical system 238 of FIG.

【0139】図29において光学系238は位相差系2
62、演算器263を除く要素で構成している。
In FIG. 29, the optical system 238 is the phase difference system 2.
62 and the arithmetic unit 263.

【0140】図29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28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30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。
In FIG. 29, a mirror 25 is provided in the emitting direction of a light beam from a light source 250 composed of a dual frequency linearly polarized laser.
1, a collimator lens 252 and a prism 227 are arranged. A wafer 255 having two diffraction gratings 253 and 254 as shown in FIG. 28 is placed in the outgoing direction of the prism 227. A mirror 256, a lens 257, a Glan-Thompson prism 258, and a glass portion 259a as shown in FIG. 30 are arranged in the reflection direction of the light flux from the wafer 255.
And an edge mirror 259 having a mirror portion 259b, a lens 260, and a photodetector 261 are arranged.
Is output to the calculator 263 through the phase difference meter 262. Further, the lens 2 is arranged in the reflection direction of the edge mirror 259.
64 and the photodetector 265 are arranged, and the output of the photodetector 265 is connected to the phase difference meter 262.

【0141】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。
Light Source 25 Consisting of Dual Frequency Linearly Polarized Laser
The s-polarized light of frequency f 1 and the p-polarized light of frequency f 2 emitted from 0 are reflected by the mirror 251, and enter the prism 227 via the collimator lens 252.

【0142】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。
The s-polarized light beam having the frequency f 1 is reflected by the polarization beam splitter 227a of the prism 227, and the p-polarized light beam having the frequency f 2 is transmitted.
It is reflected by b and 227c, is emitted from the prism 227, and is incident on the diffraction gratings 253 and 254 on the wafer 255.
Then, it is diffracted by the diffraction gratings 253 and 254 to become diffracted light.

【0143】ウエハ255上の回折格子253、254
はウエハ255上に別々に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。
Diffraction gratings 253 and 254 on the wafer 255.
Are two adjacent equidistant linear diffraction gratings formed separately on the wafer 255 through the baking process, and their pitches are both equal to p.

【0144】回折格子253、254間には図28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。
As shown in FIG. 28, a positional deviation Δx at the time of printing occurs in the x direction between the diffraction gratings 253 and 254. At this time, first-order diffraction light Ea left incident light of a frequency f 1 by the diffraction grating 253 (f 1) and the right incident light frequency f 2 -1 order diffraction light Ea (f 2) complex amplitude display the next (21 ) And (22).

【0145】 Ea(f1 )=Aexp{i(ω1 t+φ1 +φa)}…(21) Ea(f2 )=Bexp{i(ω2 t+φ2 −φa)}…(22)Ea (f 1 ) = Aexp {i (ω 1 t + φ 1 + φa)} ... (21) Ea (f 2 ) = B exp {i (ω 2 t + φ 2 −φa)} ... (22)

【0146】ここでA、Bは振幅、ω1 、ω2 は角周波
数、φ1 、φ2 は光源250から出射した光束の初期位
相、φa=2πxa/Pであり、xaは基準位相からの
回折格子253のx方向へのずれ量を表している。
Here, A and B are amplitudes, ω 1 and ω 2 are angular frequencies, φ 1 and φ 2 are initial phases of the light flux emitted from the light source 250, φa = 2πxa / P, and xa is from the reference phase. The amount of displacement of the diffraction grating 253 in the x direction is shown.

【0147】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。
Further, the complex amplitude display of the first-order diffracted light Eb (f 1 ) of the left-side incident light of the frequency f1 and the −1st-order diffracted light Eb (f 2 ) of the right-side incident light of the frequency f 2 by the diffraction grating 254 is as follows. ) And (24).

【0148】 Eb(f1 )=Aexp{i(ω1 t+φ1 +φb)}…(23) Eb(f2 )=Bexp{i(ω2 t+φ2 −φb)}…(24)Eb (f 1 ) = Aexp {i (ω 1 t + φ 1 + φb)} ... (23) Eb (f 2 ) = Bexp {i (ω 2 t + φ 2 −φb)} ... (24)

【0149】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。
Here, φb = 2πxb / p, and xb
Represents the amount of deviation of the diffraction grating 254 from the reference position in the x direction.

【0150】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。
The light beams diffracted by the diffraction gratings 253 and 254 are reflected by the mirror 256, pass through the lens 257 and the Glan-Thompson prism 258, the polarization planes of the diffracted light are aligned by the Glan-Thompson prism 258, and the heterodyne interference occurs. Each heterodyne interference light Ea (f 1 )
And Ea (f 2 ) and Eb (f 1 ) and Eb (f 2 ) change in light intensity Ia, Ib, that is, the beat signal is the following (25),
It becomes like the formula (26).

【0151】 Ia=A2 +B2 +2A・Bcos{(ω1 −ω2 )t+(φ1 −φ2 )+2 φa}…(25) Ib=A2 +B2 +2A・Bcos{(ω1 −ω2 )t+(φ1 −φ2 )+2 φb}…(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30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2
61に導く。
Ia = A 2 + B 2 + 2A · Bcos {(ω 1 −ω 2 ) t + (φ 1 −φ 2 ) +2 φa} ... (25) Ib = A 2 + B 2 + 2A · B cos {(ω 1 −ω 2 ) t + (φ 1 −φ 2 ) +2 φb} (26) The two diffraction interference lights may be separated as follows. That is, since the two diffracted interference lights are slightly separated spatially, the boundary line Ta between the glass portion 259a and the mirror portion 259b shown in FIG. The diffraction light from the diffraction grating 253 is set so as to reach the center of the edge mirror 2.
59 and reflected through lens 264 to photodetector 265
And the diffracted light from the other diffraction grating 254 passes through the edge mirror 259 and passes through the lens 260 to the photodetector 2.
Lead to 61.

【0152】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。
The beat signals detected by the photodetectors 265 and 261 are introduced into the phase difference meter 262 to detect the phase difference. When the phase difference is Δφ, Δφ is given by the following equation (27).

【0153】 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。
Δφ = 2 (φa−φb) = 4π (xa−xb) / p (27) That is, the relative shift amount Δx of the diffraction gratings 253 and 254 in the x direction.
Becomes the following expression (28).

【0154】 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。
Δx = xa−xb = Δφ · p / 4π (28) Therefore, the output Δφ of the phase difference meter 262 is introduced into the calculator 263 to perform the calculation of the formula (28), and thus the diffraction grating 2
The relative shift amount of 53, 254 can be obtained.

【0155】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。
In this way, the alignment amount of the semiconductor exposure apparatus, that is, the first and second exposures, is obtained by determining the amount of deviation between the first and second exposures. The amount of deviation between the actual element patterns formed by baking is detected.

【0156】図31は図27の光学系238の回転ずれ
補正部の概略図である。
FIG. 31 is a schematic diagram of a rotation deviation correction unit of the optical system 238 of FIG.

【0157】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、そして顕微鏡計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。
This embodiment is different from Embodiment 1 of FIG. 2 in that the diffraction grating 2a on the surface of the wafer 1 is printed by the nth exposure and the diffraction grating 2 is printed by the (n + 1) th exposure.
b is used as a detection pattern of the overlay deviation amount, and the microscope 20 is removed, and an image processing alignment system 225, a television monitor 226, and a system control system 300 are newly provided in place of the microscope 20. The other configurations are the same.

【0158】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。
In this embodiment, the flow from setting the wafer 1 on the sample table 10 to detecting the in-plane rotational deviation and correcting the deviation, and the measuring system are the same as in the first embodiment.

【0159】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。
The present embodiment is characterized in that the image processing method is used as the overlay deviation evaluation.

【0160】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
32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。
The diffraction grating patterns 2a and 2b for overlay shift verification are imaged by the image processing alignment system 225 on the light receiving surface as images 2a 'and 2b' as shown in FIG. Converted to system control system 3
Sent to 00.

【0161】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。
Image processing is performed in the system control system 300, and the diffraction grating pattern image 2 for each overlay deviation test is performed.
The center position of each of a'and 2b 'in the x direction is obtained, and the overlay deviation amount is obtained from the difference Δx.

【0162】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。
When obtaining the centers of the diffraction grating pattern images 2a 'and 2b', first remove the ones at both ends of the diffraction grating, find the position of each diffraction grating fringe, and calculate the amount of deviation from the reference position of each fringe. It is calculated by taking out and averaging.

【0163】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。
As described above, in the fifth embodiment, the diffraction grating pattern on the wafer is irradiated with the light beam, and the diffracted light generated from the diffracted light of the ± nth order (n is a positive integer) is directed onto the predetermined surface. The beam position at the time of incidence is detected, the in-plane rotation amount is detected from this position, and based on this, the in-plane rotation displacement is controlled so that the overlay displacement is measured.

【0164】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。
As a result, the error due to the in-plane rotational deviation is removed, and the overlay deviation is measured with high accuracy. Further, since the pattern itself for measuring the overlay deviation is used without adding a pattern for performing in-plane rotation correction, there is an effect that a narrow pattern area can be effectively used.

【0165】[0165]

【発明の効果】本発明によれば以上のように、対象とす
る物体上にひとつの周期性を有するパターンを設けるだ
けで、該パターンからの少なくとも2つの回折光を検出
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。
As described above, according to the present invention, it is possible to detect at least two diffracted lights from a pattern by merely providing a pattern having one periodicity on the target object. It is possible to achieve a rotation deviation detection device that can detect rotation deviation with high accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る回転ずれ検出の基本概念図。FIG. 1 is a basic conceptual diagram of rotation deviation detection according to the present invention.

【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。
FIG. 2 is a schematic view of a main part of the first embodiment of the rotation deviation detecting device of the present invention.

【図3】本発明の実施例1のフローチャート。FIG. 3 is a flowchart of the first embodiment of the present invention.

【図4】レーザーのビームウエストと検出センサーとの
位置関係を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing a positional relationship between a laser beam waist and a detection sensor.

【図5】レーザーのビームウエストと回折格子との位置
関係を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing a positional relationship between a laser beam waist and a diffraction grating.

【図6】レーザーのビームウエストと検出センサーと回
折格子との位置関係を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing a positional relationship among a laser beam waist, a detection sensor, and a diffraction grating.

【図7】実施例1の変形例を示す要部概略図。FIG. 7 is a schematic diagram of a main part showing a modified example of the first embodiment.

【図8】図7の結像関係を示す図。FIG. 8 is a diagram showing the image formation relationship of FIG. 7;

【図9】試料上に設けられた回折格子を示す図。FIG. 9 is a diagram showing a diffraction grating provided on a sample.

【図10】試料と同一領域に設けられた回折格子を示す
図。
FIG. 10 is a diagram showing a diffraction grating provided in the same region as a sample.

【図11】本発明の回転ずれ検出装置の実施例3の要部
概略図。
FIG. 11 is a schematic view of the essential portions of Embodiment 3 of the rotation deviation detecting device of the present invention.

【図12】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。
FIG. 12 is a flowchart of Embodiment 3 of the rotation deviation detecting device of the present invention.

【図13】IC回路を示す図。FIG. 13 is a diagram showing an IC circuit.

【図14】IC回路を示す図。FIG. 14 is a diagram showing an IC circuit.

【図15】回路パターンの回折光を検出する為の光位置
センサーを示す図。
FIG. 15 is a diagram showing an optical position sensor for detecting diffracted light of a circuit pattern.

【図16】回路パターンの回折光を検出する為の光位置
センサーを示す図。
FIG. 16 is a diagram showing an optical position sensor for detecting diffracted light of a circuit pattern.

【図17】実施例3の要部概略図。FIG. 17 is a schematic view of a main part of the third embodiment.

【図18】実施例3に用いられるホログラム。18 is a hologram used in Example 3. FIG.

【図19】ホログラムの作成方法を示す図。FIG. 19 is a diagram showing a method of creating a hologram.

【図20】オートコリレーションが出力像面に得られる
事を示す図。
FIG. 20 is a diagram showing that auto-correlation is obtained on the output image plane.

【図21】図20のホログラム44を示す図。21 is a diagram showing the hologram 44 of FIG. 20. FIG.

【図22】セルと窓との位置関係を示す図。FIG. 22 is a diagram showing a positional relationship between cells and windows.

【図23】従来の位置ずれ検出装置に係る物体面上の説
明図。
FIG. 23 is an explanatory diagram on an object plane according to a conventional misregistration detection device.

【図24】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。
FIG. 24 is an explanatory diagram of an output signal from the light receiving unit according to the conventional positional deviation detecting device.

【図25】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。
FIG. 25 is an explanatory diagram showing a relationship between a diffraction grating and a light flux according to a conventional positional deviation detecting device.

【図26】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。
FIG. 26 is an explanatory diagram showing a relationship between a diffraction grating and a light flux according to a conventional positional deviation detecting device.

【図27】本発明の位置ずれ検出装置の実施例5の要部
概略図。
FIG. 27 is a schematic view of the essential portions of Embodiment 5 of the misalignment detection device of the present invention.

【図28】図27の一部分の拡大説明図。28 is an enlarged explanatory view of a part of FIG. 27. FIG.

【図29】図27の一部分の説明図。FIG. 29 is an explanatory diagram of a part of FIG. 27.

【図30】図29の一部分の説明図。FIG. 30 is an explanatory diagram of a part of FIG. 29.

【図31】図14の一部の説明図。31 is an explanatory diagram of a part of FIG. 14. FIG.

【図32】図18の一部分の拡大説明図。32 is an enlarged explanatory view of a part of FIG. 18. FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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 40a、40b レンズ 44 ホログラム 45 ホログラムパターン部 80 レーザ 81a、81b、85 レンズ 83、84 ビームスプリッタ 86 被検面 90 空間フィルター 91 観測面 1 Object to be inspected 2 Diffraction grating 3 Light beam 4 0th-order diffracted light 5 nth-order diffracted light 7-nth-order diffracted light 7 Position of 0th-order diffracted light 9- Position of n-th-order diffracted light 10 Sample stage 11 Rotating stage 12 y Stage 13 y Stage drive system 14 x Stage 15 x Stage drive system 16,250 Light projecting means 17, 18 Light detecting means 19 Computing means 20 Evaluation means 21, 22, 253, 254 Diffraction grating 23 Mask 24 IC circuit 25 Diffraction grating 26 Rotation stage 27 Mask holder 28 Wafer 29 Wafer stage 30 Control system 31 Projection means 32, 33 Detection means 34 Calculation means 35 Light beam 36, 37 Diffracted light 38, 39 Position of diffracted light 40a, 40b Lens 44 Hologram 45 Hologram pattern part 80 laser 81a, 81b, 85 lens 83, 4 the beam splitter 86 the test surface 90 a spatial filter 91 observation plane

フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G01B 11/00 G G06T 7/00 H01L 21/027 21/68 F H01L 21/30 525 A 541 K Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Office reference number FI Technical display location G01B 11/00 G G06T 7/00 H01L 21/027 21/68 F H01L 21/30 525 A 541 K

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 物体の回転ずれを検出する回転ずれ検出
装置において、 前記物体上に形成された周期性を有するパターンと;レ
ーザ光源と;入射光束の位置を検出する検出手段と;前
記レーザ光源からの光束を前記パターンに入射させ、前
記パターンからの少なくとも2つの回折光を前記検出面
に導光すると共に、前記レーザ光源のビームウエストを
前記パターンと前記検出面間に結像せしめる光学系と;
前記複数の回折光の前記検出面上での入射位置に基づい
て、前記物体の予め決められた軸との回転ずれを決定す
る手段と、を有することを特徴とする回転ずれ検出装
置。
1. A rotation deviation detecting device for detecting a rotation deviation of an object, comprising: a pattern having periodicity formed on the object; a laser light source; detecting means for detecting a position of an incident light beam; and the laser light source. An optical system that causes a light beam from the laser beam to enter the pattern, guides at least two diffracted lights from the pattern to the detection surface, and forms a beam waist of the laser light source between the pattern and the detection surface. ;
Means for determining a rotational deviation of the object from a predetermined axis based on the incident positions of the plurality of diffracted lights on the detection surface.
【請求項2】 前記光学系は前記ビームウエストを前記
パターン上に結像せしめることを特徴とする請求項1の
回転ずれ検出装置。
2. The rotation deviation detecting device according to claim 1, wherein the optical system forms an image of the beam waist on the pattern.
【請求項3】 前記光学系は前記ビームウエストを前記
検出面上に結像せしめることを特徴とする請求項1の回
転ずれ検出装置。
3. The rotation deviation detecting device according to claim 1, wherein the optical system forms an image of the beam waist on the detection surface.
【請求項4】 前記パターンが回折格子であることを特
徴とする請求項1の回転ずれ検出装置。
4. The rotation deviation detecting device according to claim 1, wherein the pattern is a diffraction grating.
【請求項5】 前記パターンが回路パターンであること
を特徴とする請求項1の回転ずれ検出装置。
5. The rotation deviation detecting device according to claim 1, wherein the pattern is a circuit pattern.
【請求項6】 更に、前記物体を保持し、回転移動する
保持台と、前記決定手段より得られた回転ずれに基づい
て、前記保持台を回転移動させる制御手段と有すること
を特徴とする請求項1の回転ずれ検出装置。
6. A holding base for holding and rotating the object, and a control means for rotating and moving the holding base on the basis of the rotational deviation obtained by the determining means. Item 1. A rotation deviation detection device according to item 1.
【請求項7】 物体の回転ずれを検出する回転ずれ検出
方法において、 前記物体上に周期性を有するパターンを形成する工程
と;レーザ光源からの光束を前記パターンに入射させ、
前記パターンからの少なくとも2つの回折光を検出面に
導光すると共に、前記レーザ光源のビームウエストを前
記パターンと前記検出面間に結像せしめる工程と;前記
複数の回折光の前記検出面上での入射位置に基づいて、
前記物体の予め決められた軸との回転ずれを決定する工
程と、を有することを特徴とする回転ずれ検出方法。
7. A rotation deviation detecting method for detecting a rotation deviation of an object, the method comprising: forming a pattern having periodicity on the object; causing a light flux from a laser light source to enter the pattern.
Guiding at least two diffracted lights from the pattern to a detection surface and focusing the beam waist of the laser light source between the pattern and the detection surface; and on the detection surface of the plurality of diffracted lights. Based on the incident position of
And a step of determining a rotational deviation of the object from a predetermined axis.
【請求項8】 前記ビームウエストは前記パターン上に
結像されることを特徴とする請求項7の回転ずれ検出方
法。
8. The method according to claim 7, wherein the beam waist is imaged on the pattern.
【請求項9】 前記ビームウエストは前記検出面上に結
像されることを特徴とする請求項7の回転ずれ検出方
法。
9. The method according to claim 7, wherein the beam waist is imaged on the detection surface.
【請求項10】 前記パターンが回折格子であることを
特徴とする請求項7の回転ずれ検出方法。
10. The rotation deviation detecting method according to claim 7, wherein the pattern is a diffraction grating.
【請求項11】 前記パターンが回路パターンであるこ
とを特徴とする請求項7の回転ずれ検出方法。
11. The rotation deviation detecting method according to claim 7, wherein the pattern is a circuit pattern.
【請求項12】 更に、前記決定工程より得られた回転
ずれに基づいて、前記物体を回転移動させる工程を有す
ることを特徴とする請求項7の回転ずれ検出方法。
12. The rotation deviation detecting method according to claim 7, further comprising the step of rotating the object based on the rotation deviation obtained in the determining step.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2022517785A (en) * 2019-01-14 2022-03-10 ビュージックス コーポレーション Digital writing of large grating patterns
WO2023155657A1 (en) * 2022-02-21 2023-08-24 清华大学深圳国际研究生院 Absolute six-degrees-of-freedom grating encoder

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