JPH08288197A - 位置検出方法、及び位置検出装置 - Google Patents
位置検出方法、及び位置検出装置Info
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- JPH08288197A JPH08288197A JP7088985A JP8898595A JPH08288197A JP H08288197 A JPH08288197 A JP H08288197A JP 7088985 A JP7088985 A JP 7088985A JP 8898595 A JP8898595 A JP 8898595A JP H08288197 A JPH08288197 A JP H08288197A
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- grating
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Abstract
(57)【要約】
【目的】基板上の回折格子マークの位置を検出する際、
そのマークの振幅反射率の影響による精度劣化を低減す
る。 【構成】基板上の回折格子マークを照明する送光ビーム
を互いに異なる複数の波長成分の夫々に時分割的に順次
切り換え、各波長成分の送光ビーム毎に格子マークから
の回折光を光電検出し、各波長成分毎に個別に格子マー
クの位置、又は位置ずれを算出した後、各波長成分毎の
位置（又は位置ずれ量）を各波長成分の光電信号の振幅
に応じて加重平均化する。
そのマークの振幅反射率の影響による精度劣化を低減す
る。 【構成】基板上の回折格子マークを照明する送光ビーム
を互いに異なる複数の波長成分の夫々に時分割的に順次
切り換え、各波長成分の送光ビーム毎に格子マークから
の回折光を光電検出し、各波長成分毎に個別に格子マー
クの位置、又は位置ずれを算出した後、各波長成分毎の
位置（又は位置ずれ量）を各波長成分の光電信号の振幅
に応じて加重平均化する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体素子等を
製造する際にマスクパターンを感光性の基板上に露光す
るフォトリソグラフィ工程で使用される露光装置に適用
されるマスクパターンと感光性基板の相対的な位置合わ
せ技術に関し、特に感光基板上のマークパターンの検出
技術に関するものである。
製造する際にマスクパターンを感光性の基板上に露光す
るフォトリソグラフィ工程で使用される露光装置に適用
されるマスクパターンと感光性基板の相対的な位置合わ
せ技術に関し、特に感光基板上のマークパターンの検出
技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】例えば半導体素子、液晶表示素子又は薄
膜磁気ヘッド等を製造するためのフォトリソグラフィ工
程では、転写用のパターンが形成されたフォトマスク又
はレチクル（以下、まとめて「レチクル」という）の像
を、投影光学系を介した投影露光法あるいはプロキシミ
ティ露光法により、フォトレジストが塗布されたウエハ
（又はガラスプレート等の感光基板）上に転写する露光
装置が使用されている。
膜磁気ヘッド等を製造するためのフォトリソグラフィ工
程では、転写用のパターンが形成されたフォトマスク又
はレチクル（以下、まとめて「レチクル」という）の像
を、投影光学系を介した投影露光法あるいはプロキシミ
ティ露光法により、フォトレジストが塗布されたウエハ
（又はガラスプレート等の感光基板）上に転写する露光
装置が使用されている。
【０００３】このような露光装置においては、露光に先
立ってレチクルとウエハとの位置合わせ（アライメン
ト）を高精度に行う必要がある。このアライメントを行
うために、ウエハ上には以前の工程で露光転写されてエ
ッチング形成された位置検出用マーク（アライメントマ
−ク）が形成されており、このアライメントマ−クの位
置を検出することで、ウエハ全体またはウエハ上の回路
パターン領域の正確な位置を検出することができる。
立ってレチクルとウエハとの位置合わせ（アライメン
ト）を高精度に行う必要がある。このアライメントを行
うために、ウエハ上には以前の工程で露光転写されてエ
ッチング形成された位置検出用マーク（アライメントマ
−ク）が形成されており、このアライメントマ−クの位
置を検出することで、ウエハ全体またはウエハ上の回路
パターン領域の正確な位置を検出することができる。
【０００４】近年、ウェハ（又はレチクル）上のアライ
メントマークを１次元、又は２次元の格子状にし、その
格子マーク上にピッチ方向に対称的に傾斜した２つのコ
ヒーレントビームを投射し、格子マークから同一方向に
発生する２つの回折光成分を干渉させて格子マークのピ
ッチ方向の位置や位置ずれを検出する方法が、例えば
（Ａ）特開昭６１−２０８２２０号公報、（Ｂ）特開昭
６１−２１５９０５号公報等で提案された。このうち公
報（Ａ）は２つの対称的なコヒーレントビームの周波数
を同一にしたホモダイン方式を開示し、公報（Ｂ）は２
つの対称的なコヒーレントビームの間に一定の周波数差
を持たせたヘテロダイン方式を開示している。
メントマークを１次元、又は２次元の格子状にし、その
格子マーク上にピッチ方向に対称的に傾斜した２つのコ
ヒーレントビームを投射し、格子マークから同一方向に
発生する２つの回折光成分を干渉させて格子マークのピ
ッチ方向の位置や位置ずれを検出する方法が、例えば
（Ａ）特開昭６１−２０８２２０号公報、（Ｂ）特開昭
６１−２１５９０５号公報等で提案された。このうち公
報（Ａ）は２つの対称的なコヒーレントビームの周波数
を同一にしたホモダイン方式を開示し、公報（Ｂ）は２
つの対称的なコヒーレントビームの間に一定の周波数差
を持たせたヘテロダイン方式を開示している。
【０００５】さらにヘテロダイン方式の位置検出装置を
縮小投影露光装置内のＴＴＲ（スルーザレチクル）アラ
イメント系やＴＴＬ（スルーザレンズ）アライメント系
に適用したものが、（Ｃ）特開平２−２２７６０２号公
報、（Ｄ）特開平３−２５０４号公報等で提案されてい
る。これら公報（Ｃ）、（Ｄ）に開示されたヘテロダイ
ン方式では、２つの音響光学変調素子（ＡＯＭ）にＨｅ
−Ｎｅレーザビームを同時に入射させ、各ＡＯＭを例え
ば２５ＫＨｚ程度の周波数差を持つ高周波駆動信号（一
方が８０ＭＨｚ、他方が７９．９７５ＭＨｚ）で駆動
し、各ＡＯＭから射出される回折ビームの間に２５ＫＨ
ｚの周波数差を与えている。そしてそれら２つの回折ビ
ームを、ウェハ上、又はレチクル上の格子マークに所定
の交差角で照射するための一対の送光（照明）ビームと
している。
縮小投影露光装置内のＴＴＲ（スルーザレチクル）アラ
イメント系やＴＴＬ（スルーザレンズ）アライメント系
に適用したものが、（Ｃ）特開平２−２２７６０２号公
報、（Ｄ）特開平３−２５０４号公報等で提案されてい
る。これら公報（Ｃ）、（Ｄ）に開示されたヘテロダイ
ン方式では、２つの音響光学変調素子（ＡＯＭ）にＨｅ
−Ｎｅレーザビームを同時に入射させ、各ＡＯＭを例え
ば２５ＫＨｚ程度の周波数差を持つ高周波駆動信号（一
方が８０ＭＨｚ、他方が７９．９７５ＭＨｚ）で駆動
し、各ＡＯＭから射出される回折ビームの間に２５ＫＨ
ｚの周波数差を与えている。そしてそれら２つの回折ビ
ームを、ウェハ上、又はレチクル上の格子マークに所定
の交差角で照射するための一対の送光（照明）ビームと
している。
【０００６】またヘテロダイン方式では、２つの送光ビ
ーム間の周波数差（２５ＫＨｚ）を基準交流信号とし、
格子マークから発生した２つの回折光成分の干渉光（ビ
ート光）を光電検出した信号と基準交流信号との位相差
を計測し、それを格子マークのピッチ方向に関する基準
点からの位置ずれ量として検出している。以上のような
ヘテロダイン方式では、格子マークを照明する２つの送
光ビームの単色性が良好な程、位置ずれの検出精度や分
解能が向上し、ナノ・メータオーダの位置検出、位置合
わせが可能となる。しかしながら２つの送光ビームの単
色性が良好ということは、格子マークから発生する各種
回折光間の波長オーダの位相が格子マークの非対称性や
レジスト層等に応じて敏感に変化し易いことを意味す
る。
ーム間の周波数差（２５ＫＨｚ）を基準交流信号とし、
格子マークから発生した２つの回折光成分の干渉光（ビ
ート光）を光電検出した信号と基準交流信号との位相差
を計測し、それを格子マークのピッチ方向に関する基準
点からの位置ずれ量として検出している。以上のような
ヘテロダイン方式では、格子マークを照明する２つの送
光ビームの単色性が良好な程、位置ずれの検出精度や分
解能が向上し、ナノ・メータオーダの位置検出、位置合
わせが可能となる。しかしながら２つの送光ビームの単
色性が良好ということは、格子マークから発生する各種
回折光間の波長オーダの位相が格子マークの非対称性や
レジスト層等に応じて敏感に変化し易いことを意味す
る。
【０００７】このうちレジスト層による影響は、露光装
置におけるウェハアライメント時の宿命的な問題であ
り、マーク部分のレジストを局所的に除去するという特
別な手法を併用しない限り、又は光学的なマーク検出手
法を断念しない限り避けては通れない問題である。 そ
こで、レジスト層による影響、あるいはマークの断面形
状の非対称性による影響を低減してより正確な位置検出
を可能としたヘテロダイン方式が（Ｅ）特開平６−８２
２１５号公報によって提案された。その公報（Ｅ）には
波長が異なる複数のビームまたは白色ビームを用い、こ
のビームを固定の回折格子に照射して得られる２つの回
折ビームを１段目のＡＯＭに入射し、このＡＯＭで回折
された０次ビーム、＋１次回折ビーム、−１次回折ビー
ムを２段目のＡＯＭ内で交差するようにリレーすること
によって、例えば第１の波長による一対の送光ビームと
第２の波長による一対の送光ビームとを作り、それら２
組の送光ビームを同時にウェハ上の格子マークに投射す
る手法が開示されている。
置におけるウェハアライメント時の宿命的な問題であ
り、マーク部分のレジストを局所的に除去するという特
別な手法を併用しない限り、又は光学的なマーク検出手
法を断念しない限り避けては通れない問題である。 そ
こで、レジスト層による影響、あるいはマークの断面形
状の非対称性による影響を低減してより正確な位置検出
を可能としたヘテロダイン方式が（Ｅ）特開平６−８２
２１５号公報によって提案された。その公報（Ｅ）には
波長が異なる複数のビームまたは白色ビームを用い、こ
のビームを固定の回折格子に照射して得られる２つの回
折ビームを１段目のＡＯＭに入射し、このＡＯＭで回折
された０次ビーム、＋１次回折ビーム、−１次回折ビー
ムを２段目のＡＯＭ内で交差するようにリレーすること
によって、例えば第１の波長による一対の送光ビームと
第２の波長による一対の送光ビームとを作り、それら２
組の送光ビームを同時にウェハ上の格子マークに投射す
る手法が開示されている。
【０００８】この際、格子マークから発生して光電検出
される干渉ビート光には第１の波長成分と第２の波長成
分とが含まれるが、それらは光電素子の受光面上で光量
として加算された形で光電検出される。このため、レジ
スト層の薄膜干渉の影響またはマーク断面形状の非対称
性の影響による各波長成分毎の干渉ビート光の相互位相
差が強度的に平均化され、より正確な位置検出が可能に
なるのである。
される干渉ビート光には第１の波長成分と第２の波長成
分とが含まれるが、それらは光電素子の受光面上で光量
として加算された形で光電検出される。このため、レジ
スト層の薄膜干渉の影響またはマーク断面形状の非対称
性の影響による各波長成分毎の干渉ビート光の相互位相
差が強度的に平均化され、より正確な位置検出が可能に
なるのである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ように位置検出に使用する照明光束を複数の波長または
所定の波長帯域幅を有するビームにし、格子マークから
発生する複数の波長成分を含む干渉光を同一の光電素子
で同時に受光する場合、照明光束の中に強度の高い波長
成分があると、格子マークからの干渉光もその波長成分
のところで強められ、平均化効果を得る上で問題となる
ことがある。さらに、照明光束中の各波長成分が仮に同
じ強度であったとしても、ウェハ等の感光基板の表面状
態（レジストの厚みむら、格子マークの非対称性の程度
等）によっては、格子マークからの干渉光の各波長成分
毎の強度に大きな差が生じることも起こり得る。
ように位置検出に使用する照明光束を複数の波長または
所定の波長帯域幅を有するビームにし、格子マークから
発生する複数の波長成分を含む干渉光を同一の光電素子
で同時に受光する場合、照明光束の中に強度の高い波長
成分があると、格子マークからの干渉光もその波長成分
のところで強められ、平均化効果を得る上で問題となる
ことがある。さらに、照明光束中の各波長成分が仮に同
じ強度であったとしても、ウェハ等の感光基板の表面状
態（レジストの厚みむら、格子マークの非対称性の程度
等）によっては、格子マークからの干渉光の各波長成分
毎の強度に大きな差が生じることも起こり得る。
【００１０】このため、格子マークから発生した複数の
波長成分を含む干渉光を単一の光電素子で受光しても、
基板の表面状態によっては必ずしも良好な位置検出精度
を得られない場合が生じ得る。そこで本発明は上述の問
題を解決し、ウェハ等の基板の表面状態に影響され難い
位置検出方法、又は装置を提供することを目的とする。
さらに本発明は、複数の波長成分を含む照明光束で格子
パターン（マーク）を照明した場合でも、波長成分毎の
光強度の差に影響され難い位置検出方法、又は装置を提
供することを目的とする。さらに本発明は、複数の波長
成分を含む照明光束を基板上の格子パターンに照射して
格子パターンの位置を計測する際、基板表面の状態に依
存した格子パターンの位置計測誤差を低減した高精度な
位置合わせ（アライメント）装置を提供することを目的
とする。
波長成分を含む干渉光を単一の光電素子で受光しても、
基板の表面状態によっては必ずしも良好な位置検出精度
を得られない場合が生じ得る。そこで本発明は上述の問
題を解決し、ウェハ等の基板の表面状態に影響され難い
位置検出方法、又は装置を提供することを目的とする。
さらに本発明は、複数の波長成分を含む照明光束で格子
パターン（マーク）を照明した場合でも、波長成分毎の
光強度の差に影響され難い位置検出方法、又は装置を提
供することを目的とする。さらに本発明は、複数の波長
成分を含む照明光束を基板上の格子パターンに照射して
格子パターンの位置を計測する際、基板表面の状態に依
存した格子パターンの位置計測誤差を低減した高精度な
位置合わせ（アライメント）装置を提供することを目的
とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、位置検出すべ
き基板（ウエハＷ、又はフィデューシャル板ＦＧ）上に
形成された回折格子（ＭＧ）に照明光を投射し、回折格
子（ＭＧ）からの回折光を光電検出することによって基
板の位置を検出する方法、または装置に適用される。
き基板（ウエハＷ、又はフィデューシャル板ＦＧ）上に
形成された回折格子（ＭＧ）に照明光を投射し、回折格
子（ＭＧ）からの回折光を光電検出することによって基
板の位置を検出する方法、または装置に適用される。
【００１２】そこで図５を参照して本発明の構成を概略
的に説明すると、まず回折格子（ＭＧ）に互いに異なる
中心波長（λ1 、λ2 ）の複数の照明ビーム（基準格子
ＲＧで回折されたビーム±Ｄ11、±Ｄ22）のうちの１つ
を順次切り換えて時分割的に投射し、回折格子（ＭＧ）
から各波長成分毎の複数の回折ビームを順次発生させ
る。
的に説明すると、まず回折格子（ＭＧ）に互いに異なる
中心波長（λ1 、λ2 ）の複数の照明ビーム（基準格子
ＲＧで回折されたビーム±Ｄ11、±Ｄ22）のうちの１つ
を順次切り換えて時分割的に投射し、回折格子（ＭＧ）
から各波長成分毎の複数の回折ビームを順次発生させ
る。
【００１３】そして発生した複数の回折ビームのうち第
１の波長成分（λ1 ）から成る互いに２の次数差（＋１
次と−１次、又は０次と２次）を有する２つの回折ビー
ムの干渉によって作られる第１の干渉ビーム（Ｂm1）
と、第２の波長成分（λ2 ）から成る互いに２の次数差
（＋１次と−１次、又は０次と２次）を有する２つの回
折ビームの干渉によって作られる第２の干渉ビーム（Ｂ
m2）とを順次光電素子（ＤＴ0 ）で受光する。
１の波長成分（λ1 ）から成る互いに２の次数差（＋１
次と−１次、又は０次と２次）を有する２つの回折ビー
ムの干渉によって作られる第１の干渉ビーム（Ｂm1）
と、第２の波長成分（λ2 ）から成る互いに２の次数差
（＋１次と−１次、又は０次と２次）を有する２つの回
折ビームの干渉によって作られる第２の干渉ビーム（Ｂ
m2）とを順次光電素子（ＤＴ0 ）で受光する。
【００１４】図５では、結像光学系を成すレンズ系Ｇ
１、Ｇ２のフーリエ変換面ＥＰの中央に配置された小ミ
ラーＭＲ2 に向かって戻って来る干渉ビームＢＭが、基
準格子ＲＧを照射する光源からのビームＬＢ1 、ＬＢ2
の切り換えに応答して、波長成分λ1 の第１の干渉ビー
ムＢm1と波長成分λ2 の第２の干渉ビームＢm2のいずれ
かになっている。
１、Ｇ２のフーリエ変換面ＥＰの中央に配置された小ミ
ラーＭＲ2 に向かって戻って来る干渉ビームＢＭが、基
準格子ＲＧを照射する光源からのビームＬＢ1 、ＬＢ2
の切り換えに応答して、波長成分λ1 の第１の干渉ビー
ムＢm1と波長成分λ2 の第２の干渉ビームＢm2のいずれ
かになっている。
【００１５】そして次に、光電素子（ＤＴ0 ）が第１の
干渉ビーム（Ｂm1）を受光しているときに出力された光
電信号（Ｉm1）に基づいて回折格子（ＭＧ）の周期方向
に関する第１の位置情報（ΔＸ1 ）を回路ユニットＣＵ
3 で算出し、光電素子（ＤＴ0 ）が第２の干渉ビーム
（Ｂm2）を受光しているときに出力される光電信号（Ｉ
m2）に基づいて回折格子（ＭＧ）の周期方向に関する第
２の位置情報（ΔＸ2 ）を回路ユニットＣＵ4 でを算出
する。 そして最後に、各光電信号（Ｉm1）、（Ｉm2）
の振幅値（図５では基準格子ＲＧを時分割に照明する波
長λ1 のビームＬＢ1 、波長λ2 のビームＬＢ2 の一部
の光量を検出する光電素子ＤＴ1 の信号を利用）に応じ
た重み係数（Ｃ1 、Ｃ2 ）を付加して第１の位置情報と
第２の位置情報とを回路ユニットＣＵ5 により加重平均
演算することによって回折格子（ＭＧ）の位置、または
位置ずれ量を確定するようにした。
干渉ビーム（Ｂm1）を受光しているときに出力された光
電信号（Ｉm1）に基づいて回折格子（ＭＧ）の周期方向
に関する第１の位置情報（ΔＸ1 ）を回路ユニットＣＵ
3 で算出し、光電素子（ＤＴ0 ）が第２の干渉ビーム
（Ｂm2）を受光しているときに出力される光電信号（Ｉ
m2）に基づいて回折格子（ＭＧ）の周期方向に関する第
２の位置情報（ΔＸ2 ）を回路ユニットＣＵ4 でを算出
する。 そして最後に、各光電信号（Ｉm1）、（Ｉm2）
の振幅値（図５では基準格子ＲＧを時分割に照明する波
長λ1 のビームＬＢ1 、波長λ2 のビームＬＢ2 の一部
の光量を検出する光電素子ＤＴ1 の信号を利用）に応じ
た重み係数（Ｃ1 、Ｃ2 ）を付加して第１の位置情報と
第２の位置情報とを回路ユニットＣＵ5 により加重平均
演算することによって回折格子（ＭＧ）の位置、または
位置ずれ量を確定するようにした。
【００１６】
【作用】一般にウエハ等の表面に形成される位置合せ
用、位置計測用のマークは、その表面に微少な段差を持
って作られるが、半導体加工工程上のエッチングやスパ
ッター等のウエハプロセス、あるいはフォトレジスト層
の塗布ムラによって多少の非対称性を有している。その
非対称性はマーク位置検出時の精度低下を招く。
用、位置計測用のマークは、その表面に微少な段差を持
って作られるが、半導体加工工程上のエッチングやスパ
ッター等のウエハプロセス、あるいはフォトレジスト層
の塗布ムラによって多少の非対称性を有している。その
非対称性はマーク位置検出時の精度低下を招く。
【００１７】格子マークから発生した２つの回折光の相
互干渉光を光電検出し、その光電信号を利用する干渉式
アライメント法においては、格子マークの非対称性はマ
ーク自体の振幅反射率の非対称性となって位置検出精度
の劣化に作用する。すなわち、格子マークを構成するラ
インの溝底部の深さ等が格子ピッチ方向に差を持った
り、レジスト層の厚みに部分的な差があった場合、マー
ク自体の振幅反射率の絶対値と位相とは、溝底部の深さ
やレジスト厚の変化に応じて非対称になる。この結果、
格子マークから発生する回折光も例えば０次光に対して
右方向に発生する正の次数と左方向に発生する負の次数
とで強度や位相が異なったものになってしまう。このう
ち強度の差は位置検出精度の劣化にほとんど寄与しない
が、位相の変化は位置検出精度に大きな影響を与える。
互干渉光を光電検出し、その光電信号を利用する干渉式
アライメント法においては、格子マークの非対称性はマ
ーク自体の振幅反射率の非対称性となって位置検出精度
の劣化に作用する。すなわち、格子マークを構成するラ
インの溝底部の深さ等が格子ピッチ方向に差を持った
り、レジスト層の厚みに部分的な差があった場合、マー
ク自体の振幅反射率の絶対値と位相とは、溝底部の深さ
やレジスト厚の変化に応じて非対称になる。この結果、
格子マークから発生する回折光も例えば０次光に対して
右方向に発生する正の次数と左方向に発生する負の次数
とで強度や位相が異なったものになってしまう。このう
ち強度の差は位置検出精度の劣化にほとんど寄与しない
が、位相の変化は位置検出精度に大きな影響を与える。
【００１８】ところで格子マーク自体の振幅反射率は、
マークの深さやレジスト厚だけでなく、照明光（検出
光）の波長によっても大きく変動する。検出光の波長を
複数（又はブロードバンド）にすると、各波長成分毎に
マーク自体の振幅反射率が異なり、位置検出結果も異な
ったものとなる。そこで、種々のマーク条件のもとでマ
ーク自体の振幅反射率を想定することにより位置検出精
度をシミュレーションすることができる。
マークの深さやレジスト厚だけでなく、照明光（検出
光）の波長によっても大きく変動する。検出光の波長を
複数（又はブロードバンド）にすると、各波長成分毎に
マーク自体の振幅反射率が異なり、位置検出結果も異な
ったものとなる。そこで、種々のマーク条件のもとでマ
ーク自体の振幅反射率を想定することにより位置検出精
度をシミュレーションすることができる。
【００１９】本願発明は、特定の波長のみを含む照明光
によって格子マークを照射し、その格子マークから発生
する回折光を光電検出する場合、光電信号の強度（照明
光束と格子マークの相対走査に伴う信号変化の振幅）が
極端に小さくなると、総じて位置検出精度も悪化すると
いうシミュレーション上の結果に基づいて着想されたも
のである。
によって格子マークを照射し、その格子マークから発生
する回折光を光電検出する場合、光電信号の強度（照明
光束と格子マークの相対走査に伴う信号変化の振幅）が
極端に小さくなると、総じて位置検出精度も悪化すると
いうシミュレーション上の結果に基づいて着想されたも
のである。
【００２０】そのシミュレーション結果から、本発明で
は、単一波長の照明光を用いたときに光電信号の振幅が
極端に小さくなるような格子マーク条件であっても、別
の波長の照明光を併用した波長毎の位置検出結果を加重
平均することで位置検出精度の極端な悪化を防止するよ
うにしたのである。そこで、従来のように単一波長の照
明光を用いたヘテロダイン方式での位置検出精度のシミ
ュレーション結果を図１、図２を参照して説明する。こ
のシミュレーションは、レジスト層で被覆されたウエハ
上の格子マークに対称的な２方向から一定の周波数差を
もつ一対のコヒーレントビームを照射する場合を想定
し、格子マークから垂直に発生した±１次回折光の相互
干渉光、すなわち干渉ビート光の状態（振幅、位相等）
を波長を変化させて観察することで得たものである。
は、単一波長の照明光を用いたときに光電信号の振幅が
極端に小さくなるような格子マーク条件であっても、別
の波長の照明光を併用した波長毎の位置検出結果を加重
平均することで位置検出精度の極端な悪化を防止するよ
うにしたのである。そこで、従来のように単一波長の照
明光を用いたヘテロダイン方式での位置検出精度のシミ
ュレーション結果を図１、図２を参照して説明する。こ
のシミュレーションは、レジスト層で被覆されたウエハ
上の格子マークに対称的な２方向から一定の周波数差を
もつ一対のコヒーレントビームを照射する場合を想定
し、格子マークから垂直に発生した±１次回折光の相互
干渉光、すなわち干渉ビート光の状態（振幅、位相等）
を波長を変化させて観察することで得たものである。
【００２１】図２は、シミュレーションで想定したウエ
ハ等の１次元格子ＭＧとその表面に塗布されたレジスト
層ＰＲとの部分拡大断面を模式的に表したものである。
ここで、格子ＭＧのピッチＰmgは８μｍ、デューティは
１：１、溝の段差（又は深さ）Ｔ2 は０．７μｍに設定
され、格子ＭＧのボトム部にはピッチ方向のテーパー
（傾き）ΔＳとして０．１％の非対称性を設定した。こ
のような格子ＭＧを覆うレジスト層ＰＲは、格子ＭＧの
トップ部の表面からの厚さＴ1 を０．９μｍとし、格子
ＭＧの各ボトム部の位置に対応したレジスト層表面での
へこみ量ΔＴがΔＴ＝０．３Ｔ2 （０．２１μｍ）とな
るように仮定した。このような図２の格子構造のことを
振幅反射率が非対称な格子と呼ぶ。
ハ等の１次元格子ＭＧとその表面に塗布されたレジスト
層ＰＲとの部分拡大断面を模式的に表したものである。
ここで、格子ＭＧのピッチＰmgは８μｍ、デューティは
１：１、溝の段差（又は深さ）Ｔ2 は０．７μｍに設定
され、格子ＭＧのボトム部にはピッチ方向のテーパー
（傾き）ΔＳとして０．１％の非対称性を設定した。こ
のような格子ＭＧを覆うレジスト層ＰＲは、格子ＭＧの
トップ部の表面からの厚さＴ1 を０．９μｍとし、格子
ＭＧの各ボトム部の位置に対応したレジスト層表面での
へこみ量ΔＴがΔＴ＝０．３Ｔ2 （０．２１μｍ）とな
るように仮定した。このような図２の格子構造のことを
振幅反射率が非対称な格子と呼ぶ。
【００２２】図１は、横軸に照明光または±１次回折光
を合成した干渉光の波長λ（μｍ）を取り、縦軸にその
干渉光の光量変化に応じた信号の変化分（交流成分）の
相対的な振幅と位置検出の誤差量（μｍ）とを取ったも
のである。この図１のシミュレーション結果では、ヘテ
ロダイン方式で受光した干渉光に応じた光電信号の交流
成分が丁度零、すなわち直流成分のみになる波長λをＨ
ｅ−Ｎｅレーザの波長０．６６３μｍに合わせるよう
に、図２の格子マーク構造とレジスト層の条件を設定し
た。
を合成した干渉光の波長λ（μｍ）を取り、縦軸にその
干渉光の光量変化に応じた信号の変化分（交流成分）の
相対的な振幅と位置検出の誤差量（μｍ）とを取ったも
のである。この図１のシミュレーション結果では、ヘテ
ロダイン方式で受光した干渉光に応じた光電信号の交流
成分が丁度零、すなわち直流成分のみになる波長λをＨ
ｅ−Ｎｅレーザの波長０．６６３μｍに合わせるよう
に、図２の格子マーク構造とレジスト層の条件を設定し
た。
【００２３】これから明らかなように、波長０．６６３
μｍのレーザ光を使うと、その波長近傍（±２０ｎｍ程
度）ではマーク位置の検出誤差が非常に大きくなること
がわかる。これはヘテロダイン方式では当然のことで、
位相差計測すべき光電信号にビート周波数に応じた交流
成分がまったく含まれていなければ、位相差計測自体が
不能になるからである。このことは、同じ条件の格子マ
ーク構造とレジスト層のもとで、ホモダイン方式で位置
検出する場合も全く同じである。
μｍのレーザ光を使うと、その波長近傍（±２０ｎｍ程
度）ではマーク位置の検出誤差が非常に大きくなること
がわかる。これはヘテロダイン方式では当然のことで、
位相差計測すべき光電信号にビート周波数に応じた交流
成分がまったく含まれていなければ、位相差計測自体が
不能になるからである。このことは、同じ条件の格子マ
ーク構造とレジスト層のもとで、ホモダイン方式で位置
検出する場合も全く同じである。
【００２４】そこで、図２のような条件下でも、波長λ
が０．６７０μｍ又は０．７２５μｍ程度の半導体レー
ザを照明ビームにすると、マーク位置の検出誤差を十分
に小さく押さえることができる。このことから、Ｈｅ−
Ｎｅレーザと半導体レーザ等のように波長が異なる２色
以上の照明ビームを用い、信号の変化分（交流成分）の
振幅が大きい方の波長のビーム照射のもとで検出された
マーク位置（又は位置ずれ量）を重視（選択、又は重み
付け）することが有効となる。
が０．６７０μｍ又は０．７２５μｍ程度の半導体レー
ザを照明ビームにすると、マーク位置の検出誤差を十分
に小さく押さえることができる。このことから、Ｈｅ−
Ｎｅレーザと半導体レーザ等のように波長が異なる２色
以上の照明ビームを用い、信号の変化分（交流成分）の
振幅が大きい方の波長のビーム照射のもとで検出された
マーク位置（又は位置ずれ量）を重視（選択、又は重み
付け）することが有効となる。
【００２５】あるいは、特定の一方向に進む２つの１次
回折光の干渉光のみを検出するのではなく、別な方向に
進む０次光と２次回折光との干渉光を光電検出し、その
信号に基づいて決定されたマーク位置も考慮するという
方法もある。図３は、回折格子マークＭＧに波長λ1 の
２つの照射ビーム±Ｌ1 と波長λ2の２つの照射ビーム
±Ｌ2 とをそれぞれ対称的に入射し、格子マークＭＧ上
に波長λ1 とλ2 とで同一の強度分布のピッチＰifを持
つ干渉縞が生成されるビーム入射条件とした上で、格子
マークＭＧのピッチＰmgをＰmg＝２Ｐifの関係にしたと
きの０次光、±１次、±２次の各回折光の発生を示した
ものである。
回折光の干渉光のみを検出するのではなく、別な方向に
進む０次光と２次回折光との干渉光を光電検出し、その
信号に基づいて決定されたマーク位置も考慮するという
方法もある。図３は、回折格子マークＭＧに波長λ1 の
２つの照射ビーム±Ｌ1 と波長λ2の２つの照射ビーム
±Ｌ2 とをそれぞれ対称的に入射し、格子マークＭＧ上
に波長λ1 とλ2 とで同一の強度分布のピッチＰifを持
つ干渉縞が生成されるビーム入射条件とした上で、格子
マークＭＧのピッチＰmgをＰmg＝２Ｐifの関係にしたと
きの０次光、±１次、±２次の各回折光の発生を示した
ものである。
【００２６】図３で格子マークＭＧと垂直に進む１次回
折光±Ｄ1nの干渉ビームＢＭには波長λ1 、λ2 の両方
の成分が含まれている。そして０次光（正規反射光）
は、ビーム±Ｌ1 と±Ｌ2 とで入射角がわずかに異なる
ために、それぞれのビーム±Ｌ1 、±Ｌ2 に対応して±
Ｄ01、±Ｄ02の４本が互いに異なる方向に進む。ここで
Ｄ01、Ｄ02の添字の１項目は回折次数を表し、２項目は
波長（λ1 、λ2 ）を表す。
折光±Ｄ1nの干渉ビームＢＭには波長λ1 、λ2 の両方
の成分が含まれている。そして０次光（正規反射光）
は、ビーム±Ｌ1 と±Ｌ2 とで入射角がわずかに異なる
ために、それぞれのビーム±Ｌ1 、±Ｌ2 に対応して±
Ｄ01、±Ｄ02の４本が互いに異なる方向に進む。ここで
Ｄ01、Ｄ02の添字の１項目は回折次数を表し、２項目は
波長（λ1 、λ2 ）を表す。
【００２７】さて、ビーム＋Ｌ1 の照射によって発生し
た２次光−Ｄ21はビーム＋Ｌ1 の光路を逆進する方向に
進み、ビーム−Ｌ1 の０次光＋Ｄ01と干渉する。同様
に、他の２次光＋Ｄ21、−Ｄ22、＋Ｄ22もそれぞれ対応
する０次光−Ｄ01、＋Ｄ02、−Ｄ02と同一方向に進む。
これら０次光と２次光との干渉光も、±１次光の干渉ビ
ームＢＭと同様に、格子ＭＧと干渉縞との相対変位に応
じて強度変化する。
た２次光−Ｄ21はビーム＋Ｌ1 の光路を逆進する方向に
進み、ビーム−Ｌ1 の０次光＋Ｄ01と干渉する。同様
に、他の２次光＋Ｄ21、−Ｄ22、＋Ｄ22もそれぞれ対応
する０次光−Ｄ01、＋Ｄ02、−Ｄ02と同一方向に進む。
これら０次光と２次光との干渉光も、±１次光の干渉ビ
ームＢＭと同様に、格子ＭＧと干渉縞との相対変位に応
じて強度変化する。
【００２８】そこで、波長λ1 のみに着目して考えてみ
ると、１次成分（１次光±Ｄ11の干渉ビームＢＭ）を光
電検出してマークの位置（又は位置ずれ）を求めるとと
もに、２つの２次成分（０次光＋Ｄ01と２次光−Ｄ21の
干渉光と０次光−Ｄ01と２次光＋Ｄ21の干渉光）の夫々
を光電検出し、２つの２次成分の夫々の信号を使って個
別に求められたマーク位置を平均した値をマークの位置
として求める。そして１次成分の信号の振幅値と２次成
分の各信号の振幅の平均値との大小関係に応じて、１次
成分を使って検出されたマーク位置と２次成分を使って
検出されたマーク位置とのいずれか一方を選択したり、
重み付け平均を行う等の方法が有効となる。
ると、１次成分（１次光±Ｄ11の干渉ビームＢＭ）を光
電検出してマークの位置（又は位置ずれ）を求めるとと
もに、２つの２次成分（０次光＋Ｄ01と２次光−Ｄ21の
干渉光と０次光−Ｄ01と２次光＋Ｄ21の干渉光）の夫々
を光電検出し、２つの２次成分の夫々の信号を使って個
別に求められたマーク位置を平均した値をマークの位置
として求める。そして１次成分の信号の振幅値と２次成
分の各信号の振幅の平均値との大小関係に応じて、１次
成分を使って検出されたマーク位置と２次成分を使って
検出されたマーク位置とのいずれか一方を選択したり、
重み付け平均を行う等の方法が有効となる。
【００２９】このように、マーク検出に使う回折光の次
数を変えるのは、次数に応じて格子ＭＧから発生する回
折光の方向が異なるため、ある方向に進む次数成分の干
渉光の強度変化の振幅が小さくなって検出精度が悪化す
る場合でも、別の方向に進む次数成分の干渉光の強度変
化の振幅はそれ程小さくならず、検出精度を悪化させな
いことがあるからである。
数を変えるのは、次数に応じて格子ＭＧから発生する回
折光の方向が異なるため、ある方向に進む次数成分の干
渉光の強度変化の振幅が小さくなって検出精度が悪化す
る場合でも、別の方向に進む次数成分の干渉光の強度変
化の振幅はそれ程小さくならず、検出精度を悪化させな
いことがあるからである。
【００３０】このことは図４に示したシュミレーション
結果からも確かめられる。図４は、波長０．６３３μｍ
のＨｅ−Ｎｅレーザを照射ビームとし、図２中の格子Ｍ
Ｇの段差Ｔ2 をパラメータとした信号の変化分（交流成
分）の振幅と位置検出誤差との関係のシミュレーション
グラフであり、ピッチＰmg＝８μｍ、デューティ１：
１、テーパー量ΔＳ＝０．１％はそのままでレジスト層
ＰＲの格子のトップ面での厚さＴ1 を１．１５μｍとし
たものである。そして、図４（Ａ）は１次成分（１次光
±Ｄ11）の干渉ビームＢＭの場合のシミュレーションで
あり、図４（Ｂ）は２次成分（０次光±Ｄ01と２次回折
光±Ｄ21）の干渉光の場合のシミュレーションである。
結果からも確かめられる。図４は、波長０．６３３μｍ
のＨｅ−Ｎｅレーザを照射ビームとし、図２中の格子Ｍ
Ｇの段差Ｔ2 をパラメータとした信号の変化分（交流成
分）の振幅と位置検出誤差との関係のシミュレーション
グラフであり、ピッチＰmg＝８μｍ、デューティ１：
１、テーパー量ΔＳ＝０．１％はそのままでレジスト層
ＰＲの格子のトップ面での厚さＴ1 を１．１５μｍとし
たものである。そして、図４（Ａ）は１次成分（１次光
±Ｄ11）の干渉ビームＢＭの場合のシミュレーションで
あり、図４（Ｂ）は２次成分（０次光±Ｄ01と２次回折
光±Ｄ21）の干渉光の場合のシミュレーションである。
【００３１】この図４（Ａ）、（Ｂ）から理解されるよ
うに、１次成分、２次成分の各干渉光を光電検出して得
られた信号の振幅成分は、格子マークの形状（段差Ｔ2
）の微妙な変化に応じて大きく変化する。例えば図４
（Ａ）中で、格子の段差Ｔ2 が０．８６μｍのとき、１
次成分の干渉光の強度変化の振幅は極めて小さくなり、
その結果位置検出誤差も急激に大きくなっている。しか
しながら、図４（Ｂ）中で段差Ｔ2 が０．８６μｍのと
ころを見てみると、２次成分の干渉光の強度変化は比較
的大きく、位置検出誤差の悪化は少ない。尚、図４
（Ａ）、（Ｂ）中の信号の変化分の振幅はいずれも相対
値として表してあるが、そのスケールは図４（Ａ）と
（Ｂ）とで合わせてある。
うに、１次成分、２次成分の各干渉光を光電検出して得
られた信号の振幅成分は、格子マークの形状（段差Ｔ2
）の微妙な変化に応じて大きく変化する。例えば図４
（Ａ）中で、格子の段差Ｔ2 が０．８６μｍのとき、１
次成分の干渉光の強度変化の振幅は極めて小さくなり、
その結果位置検出誤差も急激に大きくなっている。しか
しながら、図４（Ｂ）中で段差Ｔ2 が０．８６μｍのと
ころを見てみると、２次成分の干渉光の強度変化は比較
的大きく、位置検出誤差の悪化は少ない。尚、図４
（Ａ）、（Ｂ）中の信号の変化分の振幅はいずれも相対
値として表してあるが、そのスケールは図４（Ａ）と
（Ｂ）とで合わせてある。
【００３２】このように、１次成分の干渉光を使った格
子マークの位置検出と２次成分の干渉光を使った格子マ
ークの位置検出とを併用し、そのいずれかの一方の結果
を採用するようなアルゴリズムを用いる場合も、先の図
１のシミュレーションから明らかなように、波長依存性
を利用して複数の波長成分の照明光で得られた検出位置
（又は位置ずれ）を加重平均することが良い。
子マークの位置検出と２次成分の干渉光を使った格子マ
ークの位置検出とを併用し、そのいずれかの一方の結果
を採用するようなアルゴリズムを用いる場合も、先の図
１のシミュレーションから明らかなように、波長依存性
を利用して複数の波長成分の照明光で得られた検出位置
（又は位置ずれ）を加重平均することが良い。
【００３３】以上のように、検出光の波長を複数とし、
各波長成分毎に得られるマーク位置情報を平均化するこ
とによって従来よりも高精度な位置検出が可能となる。
また図１に示した通り、ある波長の回折光（干渉光）の
光量信号の変化分（交流成分）の振幅が小さいと、その
波長の回折光を用いた位置検出精度も劣化する確率が高
いというシミュレーション結果も得られている。そこで
複数の波長成分の回折光（干渉光）を検出する際、各波
長成分毎に検出されたマーク位置を、信号の変化分の振
幅が小さいものには小さい重みを、そして振幅が大きい
ものには大きい重みを掛けて平均化する。 このように
すると、大きな誤差を含んでいる確率の高い波長成分の
回折光を用いたマーク位置の検出結果には自動的に小さ
な重みしかかからず、最終的なマーク位置検出結果もそ
れなりに精度が維持される。また２次成分（０次光と２
次回折光の干渉光）の信号を検出する場合も、各波長成
分毎に光電検出して得られた信号を使ってマーク位置を
個別に求めるので、回折光（干渉光）の受光時に後述す
るような各波長の相殺効果によってマーク位置が検出で
きなくなるおそれが全くない。
各波長成分毎に得られるマーク位置情報を平均化するこ
とによって従来よりも高精度な位置検出が可能となる。
また図１に示した通り、ある波長の回折光（干渉光）の
光量信号の変化分（交流成分）の振幅が小さいと、その
波長の回折光を用いた位置検出精度も劣化する確率が高
いというシミュレーション結果も得られている。そこで
複数の波長成分の回折光（干渉光）を検出する際、各波
長成分毎に検出されたマーク位置を、信号の変化分の振
幅が小さいものには小さい重みを、そして振幅が大きい
ものには大きい重みを掛けて平均化する。 このように
すると、大きな誤差を含んでいる確率の高い波長成分の
回折光を用いたマーク位置の検出結果には自動的に小さ
な重みしかかからず、最終的なマーク位置検出結果もそ
れなりに精度が維持される。また２次成分（０次光と２
次回折光の干渉光）の信号を検出する場合も、各波長成
分毎に光電検出して得られた信号を使ってマーク位置を
個別に求めるので、回折光（干渉光）の受光時に後述す
るような各波長の相殺効果によってマーク位置が検出で
きなくなるおそれが全くない。
【００３４】さらに本発明では、格子マーク検出の際に
各波長毎の送光ビームを１波長ずつ順次切り換えて照射
するようにしたため、１次成分による干渉光を光電検出
する光電素子や２次成分による干渉光を光電検出する光
電素子を各波長成分毎に複数組設けておく必要がなく、
また干渉光を各波長成分毎に弁別するための波長選択手
段も省略できる。
各波長毎の送光ビームを１波長ずつ順次切り換えて照射
するようにしたため、１次成分による干渉光を光電検出
する光電素子や２次成分による干渉光を光電検出する光
電素子を各波長成分毎に複数組設けておく必要がなく、
また干渉光を各波長成分毎に弁別するための波長選択手
段も省略できる。
【００３５】
【実施例】図５は、本発明の第１の実施例による位置検
出装置の構成を示し、ここでは２つの回折格子ＲＧ、Ｍ
Ｇの間のピッチ方向（Ｘ方向とする）の相対的な位置ず
れ量をホモダイン方式で計測する場合を例示する。照明
光束としてのビームＬＢ1、ＬＢ2 は、それぞれ異なる
レーザ光源から互いに異なる波長λ1 、λ2 で射出さ
れ、同軸になるように光軸調整された後、時分割に切り
換えられてビームスプリッタＢＳ、ミラーＭＲ1 を介し
て格子ＲＧに垂直に照射される。
出装置の構成を示し、ここでは２つの回折格子ＲＧ、Ｍ
Ｇの間のピッチ方向（Ｘ方向とする）の相対的な位置ず
れ量をホモダイン方式で計測する場合を例示する。照明
光束としてのビームＬＢ1、ＬＢ2 は、それぞれ異なる
レーザ光源から互いに異なる波長λ1 、λ2 で射出さ
れ、同軸になるように光軸調整された後、時分割に切り
換えられてビームスプリッタＢＳ、ミラーＭＲ1 を介し
て格子ＲＧに垂直に照射される。
【００３６】ビームスプリッタＢＳはビームＬＢ1 、Ｌ
Ｂ2 の一部分（数％程度）のビームＢｒ1 、Ｂｒ2 を振
幅分割して光電素子ＤＴ1 に導く。この光電素子ＤＴ1
は、主照明ビームＬＢ1 、ＬＢ2 の照射によって波長λ
1 のビームＢｒ1 を受光しているときは、その強度値を
表す光電信号Ｉr1を出力し、主照明ビームＬＢ2 の照射
によって波長λ2 のビームＢｒ2 を受光しているとき
は、その強度値を表す光電信号Ｉr2を出力する。
Ｂ2 の一部分（数％程度）のビームＢｒ1 、Ｂｒ2 を振
幅分割して光電素子ＤＴ1 に導く。この光電素子ＤＴ1
は、主照明ビームＬＢ1 、ＬＢ2 の照射によって波長λ
1 のビームＢｒ1 を受光しているときは、その強度値を
表す光電信号Ｉr1を出力し、主照明ビームＬＢ2 の照射
によって波長λ2 のビームＢｒ2 を受光しているとき
は、その強度値を表す光電信号Ｉr2を出力する。
【００３７】さて、格子ＲＧからはビームＬＢ1 、ＬＢ
2 （平行光束）の照射によって、複数の回折光束が発生
するが、格子ＲＧを透過型のデューティ１：１の１次元
格子とし、そのピッチ方向が図５の紙面内の左右方向だ
とすると、それら回折光束（回折ビーム）の夫々は図５
の紙面内で所定の回折角をもって曲げられる。図５で
は、それら回折ビームとして波長λ1 のビームＬＢ1 か
ら生成された１次回折ビーム＋Ｄ11、−Ｄ11、波長λ2
のビームＬＢ2 から生成された１次回折ビーム＋Ｄ12、
−Ｄ12、及び０次ビームＤ0 を示してある。もちろん、
各波長のビームＬＢ1 、ＬＢ2 毎に、それ以上の高次回
折光も発生するが、ここでは説明を簡略化するために１
次回折ビームのみを図示した。
2 （平行光束）の照射によって、複数の回折光束が発生
するが、格子ＲＧを透過型のデューティ１：１の１次元
格子とし、そのピッチ方向が図５の紙面内の左右方向だ
とすると、それら回折光束（回折ビーム）の夫々は図５
の紙面内で所定の回折角をもって曲げられる。図５で
は、それら回折ビームとして波長λ1 のビームＬＢ1 か
ら生成された１次回折ビーム＋Ｄ11、−Ｄ11、波長λ2
のビームＬＢ2 から生成された１次回折ビーム＋Ｄ12、
−Ｄ12、及び０次ビームＤ0 を示してある。もちろん、
各波長のビームＬＢ1 、ＬＢ2 毎に、それ以上の高次回
折光も発生するが、ここでは説明を簡略化するために１
次回折ビームのみを図示した。
【００３８】さて、各回折ビームは前群レンズ系Ｇ１と
後群レンズ系Ｇ２に分かれた結像光学系に入射する。格
子ＲＧが前群レンズ系Ｇ１の前側焦点距離ｆ1aの位置に
配置され、前群レンズ系Ｇ１の後側焦点距離ｆ1bの位置
と後群レンズ系Ｇ２の前側焦点距離ｆ2bの位置とがほぼ
一致してフーリエ変換面ＥＰが形成されていると、各１
次回折ビームは後群レンズ系Ｇ２の後側焦点距離ｆ2aの
位置で交差（結像）する。ただし、レンズ系Ｇ１、Ｇ２
は２つの波長λ1 、λ2 に対して色収差が補正されてい
るものとする。
後群レンズ系Ｇ２に分かれた結像光学系に入射する。格
子ＲＧが前群レンズ系Ｇ１の前側焦点距離ｆ1aの位置に
配置され、前群レンズ系Ｇ１の後側焦点距離ｆ1bの位置
と後群レンズ系Ｇ２の前側焦点距離ｆ2bの位置とがほぼ
一致してフーリエ変換面ＥＰが形成されていると、各１
次回折ビームは後群レンズ系Ｇ２の後側焦点距離ｆ2aの
位置で交差（結像）する。ただし、レンズ系Ｇ１、Ｇ２
は２つの波長λ1 、λ2 に対して色収差が補正されてい
るものとする。
【００３９】図５では、フーリエ変換面（瞳面）ＥＰの
中央には小さなミラーＭＲ2 が固定され、このミラーＭ
Ｒ2 によって格子ＲＧからの０次ビームＤ0 は遮光さ
れ、後群レンズ系Ｇ２へ入射することが阻止される。ま
た各１次回折ビームは格子ＲＧから射出するときは、ビ
ームＬＢ1 、ＬＢ2 と同様に平行光束になっているが、
前群レンズ系Ｇ１の作用でフーリエ変換面ＥＰの位置で
ビームウエストとなって収れんする。
中央には小さなミラーＭＲ2 が固定され、このミラーＭ
Ｒ2 によって格子ＲＧからの０次ビームＤ0 は遮光さ
れ、後群レンズ系Ｇ２へ入射することが阻止される。ま
た各１次回折ビームは格子ＲＧから射出するときは、ビ
ームＬＢ1 、ＬＢ2 と同様に平行光束になっているが、
前群レンズ系Ｇ１の作用でフーリエ変換面ＥＰの位置で
ビームウエストとなって収れんする。
【００４０】ここで、格子ＲＧのピッチをＰrgとする
と、波長λ1 のビームＬＢ1 によって発生した１次回折
ビーム±Ｄ11の回折角（０次ビームＤ0 に対する角度）
θ1 と波長λ2 のビームＬＢ2 によって発生した１次回
折ビーム±Ｄ12の回折角θ2 はそれぞれ以下の式で表さ
れる。 sin θ1 ＝λ1 ／Ｐrg （１） sin θ2 ＝λ2 ／Ｐrg （２） ここでλ1 ＜λ2 とするとθ1 ＜θ2 になり、図５に示
したようにフーリエ変換面ＥＰにおいて、１次回折ビー
ム±Ｄ11の方が１次回折ビーム±Ｄ12の内側（０次ビー
ムＤ0 側）を通る。
と、波長λ1 のビームＬＢ1 によって発生した１次回折
ビーム±Ｄ11の回折角（０次ビームＤ0 に対する角度）
θ1 と波長λ2 のビームＬＢ2 によって発生した１次回
折ビーム±Ｄ12の回折角θ2 はそれぞれ以下の式で表さ
れる。 sin θ1 ＝λ1 ／Ｐrg （１） sin θ2 ＝λ2 ／Ｐrg （２） ここでλ1 ＜λ2 とするとθ1 ＜θ2 になり、図５に示
したようにフーリエ変換面ＥＰにおいて、１次回折ビー
ム±Ｄ11の方が１次回折ビーム±Ｄ12の内側（０次ビー
ムＤ0 側）を通る。
【００４１】さて各１次回折ビームは、後群レンズＧ２
を介して物体側に凹凸形状で形成された被計測用の反射
型格子ＭＧ上でそれぞれ平行光束となって重畳する。こ
のとき、格子ＭＧのピッチ方向もＸ方向に一致してお
り、格子ＭＧ上には１次回折ビーム±Ｄ11の２光束干渉
による波長λ1 の１次元干渉縞（ピッチ方向はＸ方
向）、あるいは１次回折ビーム±Ｄ12の２光束干渉によ
る波長λ2 の１次元干渉縞（ピッチ方向はＸ方向）のい
ずれかが生成される。
を介して物体側に凹凸形状で形成された被計測用の反射
型格子ＭＧ上でそれぞれ平行光束となって重畳する。こ
のとき、格子ＭＧのピッチ方向もＸ方向に一致してお
り、格子ＭＧ上には１次回折ビーム±Ｄ11の２光束干渉
による波長λ1 の１次元干渉縞（ピッチ方向はＸ方
向）、あるいは１次回折ビーム±Ｄ12の２光束干渉によ
る波長λ2 の１次元干渉縞（ピッチ方向はＸ方向）のい
ずれかが生成される。
【００４２】このとき、波長λ1 の光と波長λ2 の光は
互いに異なる波長であるため、仮に２つの主照明ビーム
ＬＢ1 、ＬＢ2 を同時に照射しても１次回折ビーム±Ｄ
11と±Ｄ12の間では干渉がおこらない。そして重要なこ
とは、１次回折ビーム±Ｄ11によって生成された波長λ
1 の干渉縞と１次回折ビーム±Ｄ12によって生成された
波長λ2 の干渉縞とは、そのピッチがまったく同一であ
たかも単一の干渉縞として現れることである。
互いに異なる波長であるため、仮に２つの主照明ビーム
ＬＢ1 、ＬＢ2 を同時に照射しても１次回折ビーム±Ｄ
11と±Ｄ12の間では干渉がおこらない。そして重要なこ
とは、１次回折ビーム±Ｄ11によって生成された波長λ
1 の干渉縞と１次回折ビーム±Ｄ12によって生成された
波長λ2 の干渉縞とは、そのピッチがまったく同一であ
たかも単一の干渉縞として現れることである。
【００４３】その干渉縞の強度分布のピッチＰifは格子
ＲＧのピッチＰrgと結像光学系（Ｇ１、Ｇ２）の倍率Ｍ
によって決まり、Ｐif＝Ｍ・Ｐrg／２で表される。例え
ばピッチＰrgを４μｍ、倍率Ｍを１／４（格子ＲＧのパ
ターンサイズが格子ＭＧ側で１／４に縮小される）にす
ると、干渉縞のピッチＰifは０．５μｍとなる。ここで
被計測用の格子ＭＧのピッチＰmgをＰmg＝２Ｐifの関
係、すなわちＰmg＝Ｍ・Ｐrgの関係に定めると、格子Ｍ
Ｇからは１次回折ビーム±Ｄ11を送光ビームとした再回
折光が発生する。
ＲＧのピッチＰrgと結像光学系（Ｇ１、Ｇ２）の倍率Ｍ
によって決まり、Ｐif＝Ｍ・Ｐrg／２で表される。例え
ばピッチＰrgを４μｍ、倍率Ｍを１／４（格子ＲＧのパ
ターンサイズが格子ＭＧ側で１／４に縮小される）にす
ると、干渉縞のピッチＰifは０．５μｍとなる。ここで
被計測用の格子ＭＧのピッチＰmgをＰmg＝２Ｐifの関
係、すなわちＰmg＝Ｍ・Ｐrgの関係に定めると、格子Ｍ
Ｇからは１次回折ビーム±Ｄ11を送光ビームとした再回
折光が発生する。
【００４４】例えば、１次回折ビーム＋Ｄ11を送光ビー
ムとして格子ＭＧから発生する１つの再回折光は、格子
ＭＧから垂直に進む−１次回折光（波長λ1 ）であり、
１次回折ビーム−Ｄ11を送光ビームとして格子ＭＧから
発生する１つの再回折光は格子ＭＧから垂直に進む＋１
次回折光（波長λ1 ）である。これら垂直に進む波長λ
1 の±１次回折光は相互の位相状態に応じた干渉強度を
もち、干渉ビームＢＭ（Ｂm1）となってミラーＭＲ2 へ
達する。
ムとして格子ＭＧから発生する１つの再回折光は、格子
ＭＧから垂直に進む−１次回折光（波長λ1 ）であり、
１次回折ビーム−Ｄ11を送光ビームとして格子ＭＧから
発生する１つの再回折光は格子ＭＧから垂直に進む＋１
次回折光（波長λ1 ）である。これら垂直に進む波長λ
1 の±１次回折光は相互の位相状態に応じた干渉強度を
もち、干渉ビームＢＭ（Ｂm1）となってミラーＭＲ2 へ
達する。
【００４５】また、格子ＭＧからは１次回折ビーム±Ｄ
12を送光ビームとした再回折光も発生するが、１次回折
ビーム＋Ｄ12の照射により格子ＭＧから発生する−１次
回折光（波長λ2 ）は格子ＭＧから垂直に進み、１次回
折ビーム−Ｄ12の照射により格子ＭＧから発生する＋１
次回折光（波長λ2 ）も格子ＭＧから垂直に進む。これ
ら垂直に進む波長λ2 の±１次回折光も相互の位相状態
に応じた干渉強度をもち、干渉ビームＢＭ（Ｂm2）とな
ってミラーＭＲ2 へ達する。すなわち干渉ビームＢＭ
は、主照明ビームＬＢ1 、ＬＢ2 の切り換えに応答して
波長λ1 の干渉ビームＢm1か波長λ2 の干渉ビームＢm2
のいずれかになる。 その干渉ビームＢＭは、ミラーＭ
Ｒ2 で反射されて光電検出系を構成するレンズ系Ｇ３を
介して光電素子ＤＴ0 に達する。
12を送光ビームとした再回折光も発生するが、１次回折
ビーム＋Ｄ12の照射により格子ＭＧから発生する−１次
回折光（波長λ2 ）は格子ＭＧから垂直に進み、１次回
折ビーム−Ｄ12の照射により格子ＭＧから発生する＋１
次回折光（波長λ2 ）も格子ＭＧから垂直に進む。これ
ら垂直に進む波長λ2 の±１次回折光も相互の位相状態
に応じた干渉強度をもち、干渉ビームＢＭ（Ｂm2）とな
ってミラーＭＲ2 へ達する。すなわち干渉ビームＢＭ
は、主照明ビームＬＢ1 、ＬＢ2 の切り換えに応答して
波長λ1 の干渉ビームＢm1か波長λ2 の干渉ビームＢm2
のいずれかになる。 その干渉ビームＢＭは、ミラーＭ
Ｒ2 で反射されて光電検出系を構成するレンズ系Ｇ３を
介して光電素子ＤＴ0 に達する。
【００４６】光電素子ＤＴ0 は、主照明ビームＬＢ1 が
照射されている間に出力される光電信号を、干渉ビーム
Ｂm1の強度に応じたレベルの光電信号Ｉm1として回路ユ
ニットＣＵ1 とＣＵ3 に出力し、主照明ビームＬＢ2 が
照射されている間に出力される光電信号を、干渉ビーム
Ｂm2の強度に応じたレベルの光電信号Ｉm2として回路ユ
ニットＣＵ2 とＣＵ4 に出力する。
照射されている間に出力される光電信号を、干渉ビーム
Ｂm1の強度に応じたレベルの光電信号Ｉm1として回路ユ
ニットＣＵ1 とＣＵ3 に出力し、主照明ビームＬＢ2 が
照射されている間に出力される光電信号を、干渉ビーム
Ｂm2の強度に応じたレベルの光電信号Ｉm2として回路ユ
ニットＣＵ2 とＣＵ4 に出力する。
【００４７】尚、図５では信号処理回路の機能を説明し
易くするために、回路ユニットＣＵ1 とＣＵ2 を別けて
図示し、回路ユニットＣＵ3 とＣＵ4 を別けて図示した
が、実際の回路構成の上では主照明ビームＬＢ1 、ＬＢ
2 が時分割的に切り換えられるので、回路ユニットＣＵ
1 、ＣＵ2 のいずれか一方と回路ユニットＣＵ3 、ＣＵ
4 のいずれか一方とがあればよい。
易くするために、回路ユニットＣＵ1 とＣＵ2 を別けて
図示し、回路ユニットＣＵ3 とＣＵ4 を別けて図示した
が、実際の回路構成の上では主照明ビームＬＢ1 、ＬＢ
2 が時分割的に切り換えられるので、回路ユニットＣＵ
1 、ＣＵ2 のいずれか一方と回路ユニットＣＵ3 、ＣＵ
4 のいずれか一方とがあればよい。
【００４８】その回路ユニットＣＵ1 は光電素子ＤＴ1
からの信号Ｉr1と光電信号Ｉm1の振幅値との比Ｃ1 をＩ
m1／Ｉr1の演算によって求め、回路ユニットＣＵ2 は光
電素子ＤＴ1 からの信号Ｉr2と光電信号Ｉm2の振幅値と
の比Ｃ2 をＩm2／Ｉr2の演算によって求める。これらの
比Ｃ1 、Ｃ2 のデータは後で述べる加重平均を計算する
回路ユニットＣＵ5 に出力される。
からの信号Ｉr1と光電信号Ｉm1の振幅値との比Ｃ1 をＩ
m1／Ｉr1の演算によって求め、回路ユニットＣＵ2 は光
電素子ＤＴ1 からの信号Ｉr2と光電信号Ｉm2の振幅値と
の比Ｃ2 をＩm2／Ｉr2の演算によって求める。これらの
比Ｃ1 、Ｃ2 のデータは後で述べる加重平均を計算する
回路ユニットＣＵ5 に出力される。
【００４９】さて本実施例ではホモダイン方式を採用し
たので、干渉ビームＢm1、Ｂm2の強度は格子ＲＧとＭＧ
のＸ方向の相対位置変化に応じて変化し、仮に格子Ｒ
Ｇ、ＭＧがある状態で静止していると信号Ｉm1、Ｉm2の
レベルはそれぞれある一定値を取り続ける。そこで格子
ＲＧによって生成された格子ＭＧ上の干渉縞と格子ＭＧ
とをＸ方向に一定量（干渉縞のピッチＰif分以上）だけ
相対走査させ、その間に生じる信号Ｉm1、Ｉm2の正弦波
状のレベル変化におけるピーク値とボトム値をサンプリ
ングし、その差値を振幅値としてそれぞれ回路ユニット
ＣＵ1 、ＣＵ2 の演算に使うようにする。
たので、干渉ビームＢm1、Ｂm2の強度は格子ＲＧとＭＧ
のＸ方向の相対位置変化に応じて変化し、仮に格子Ｒ
Ｇ、ＭＧがある状態で静止していると信号Ｉm1、Ｉm2の
レベルはそれぞれある一定値を取り続ける。そこで格子
ＲＧによって生成された格子ＭＧ上の干渉縞と格子ＭＧ
とをＸ方向に一定量（干渉縞のピッチＰif分以上）だけ
相対走査させ、その間に生じる信号Ｉm1、Ｉm2の正弦波
状のレベル変化におけるピーク値とボトム値をサンプリ
ングし、その差値を振幅値としてそれぞれ回路ユニット
ＣＵ1 、ＣＵ2 の演算に使うようにする。
【００５０】そこで、図６を参照して干渉縞と格子ＭＧ
との位置関係の変化に応じた信号Ｉm1（Ｉm2も同様）の
変化を説明する。図６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）でピッチ
Ｐifの干渉縞は２光束干渉であるためきれいな正弦波状
の強度分布を有し、格子ＭＧのピッチＰmgに対してＰmg
＝２Ｐifに設定されている。図６（Ａ）、（Ｂ）、
（Ｃ）の順に干渉縞が格子ＭＧに対して右方向に移動し
ていくと、図６（Ｄ）のように信号Ｉm1のレベルは正弦
波状に変化する。図６（Ｂ）のように干渉縞の各ピーク
が格子ＭＧの段差エッジと重なる位置で信号Ｉm1は点Ｂ
のようにボトムレベルとなる。ここで図６（Ｄ）中の点
Ａのレベルは図６（Ａ）の位置関係の場合を表し、点Ｃ
のレベルは図６（Ｃ）の位置関係の場合を表す。
との位置関係の変化に応じた信号Ｉm1（Ｉm2も同様）の
変化を説明する。図６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）でピッチ
Ｐifの干渉縞は２光束干渉であるためきれいな正弦波状
の強度分布を有し、格子ＭＧのピッチＰmgに対してＰmg
＝２Ｐifに設定されている。図６（Ａ）、（Ｂ）、
（Ｃ）の順に干渉縞が格子ＭＧに対して右方向に移動し
ていくと、図６（Ｄ）のように信号Ｉm1のレベルは正弦
波状に変化する。図６（Ｂ）のように干渉縞の各ピーク
が格子ＭＧの段差エッジと重なる位置で信号Ｉm1は点Ｂ
のようにボトムレベルとなる。ここで図６（Ｄ）中の点
Ａのレベルは図６（Ａ）の位置関係の場合を表し、点Ｃ
のレベルは図６（Ｃ）の位置関係の場合を表す。
【００５１】このように信号Ｉm1は干渉縞と格子ＭＧと
がＸ方向にＰmg／２だけ移動する毎に周期的にレベル変
化する。このため、予備的に干渉縞と格子ＭＧとを微動
させない限り、検出した信号Ｉm1のピークレベルやボト
ムレベルを求めることはできない。以上のことは信号Ｉ
m2についても同様である。信号Ｉm2は±１次回折光の干
渉ビームＢm2の強度を表すから、図６（Ｄ）中に想像線
で示したように、信号Ｉm1のレベルと大きく異なること
はあっても、信号Ｉm1に対する位相は極端にずれること
はない（ただし、レジストの干渉やマークの非対称性に
よって数％程度ずれることはある）。
がＸ方向にＰmg／２だけ移動する毎に周期的にレベル変
化する。このため、予備的に干渉縞と格子ＭＧとを微動
させない限り、検出した信号Ｉm1のピークレベルやボト
ムレベルを求めることはできない。以上のことは信号Ｉ
m2についても同様である。信号Ｉm2は±１次回折光の干
渉ビームＢm2の強度を表すから、図６（Ｄ）中に想像線
で示したように、信号Ｉm1のレベルと大きく異なること
はあっても、信号Ｉm1に対する位相は極端にずれること
はない（ただし、レジストの干渉やマークの非対称性に
よって数％程度ずれることはある）。
【００５２】このため干渉縞と格子ＭＧとが静止してい
る任意の位置関係のところで信号Ｉm1とＩm2の各レベル
をサンプリングしても、理論上は回路ユニットＣＵ1 、
ＣＵ2 による比Ｃ1 、Ｃ2 の演算は可能である。しかし
ながら、図６（Ｄ）から明らかなように、信号Ｉm1、Ｉ
m2がピークとなる点で各レベルをサンプリングした方が
各種ノイズの問題や検出精度の点で有利となる。
る任意の位置関係のところで信号Ｉm1とＩm2の各レベル
をサンプリングしても、理論上は回路ユニットＣＵ1 、
ＣＵ2 による比Ｃ1 、Ｃ2 の演算は可能である。しかし
ながら、図６（Ｄ）から明らかなように、信号Ｉm1、Ｉ
m2がピークとなる点で各レベルをサンプリングした方が
各種ノイズの問題や検出精度の点で有利となる。
【００５３】一方、回路ユニットＣＵ3 、ＣＵ4 はそれ
ぞれ信号Ｉm1、Ｉm2の振幅値と予め設定された関数また
は変換演算式Ｆ（Ｉm1）、Ｆ（Ｉm2）とに基づいて、干
渉縞と格子ＭＧのＸ方向の位置ずれ量ΔＸ1 、ΔＸ2 を
演算する。この位置ずれ量ΔＸ1 、ΔＸ2 は例えば図６
（Ｄ）中の各信号Ｉm1、Ｉm2の特定の１つのピーク点又
はボトム点を基準（原点）として、そこから±Ｐmg／４
の範囲内の値として求められる。
ぞれ信号Ｉm1、Ｉm2の振幅値と予め設定された関数また
は変換演算式Ｆ（Ｉm1）、Ｆ（Ｉm2）とに基づいて、干
渉縞と格子ＭＧのＸ方向の位置ずれ量ΔＸ1 、ΔＸ2 を
演算する。この位置ずれ量ΔＸ1 、ΔＸ2 は例えば図６
（Ｄ）中の各信号Ｉm1、Ｉm2の特定の１つのピーク点又
はボトム点を基準（原点）として、そこから±Ｐmg／４
の範囲内の値として求められる。
【００５４】本実施例では、主照明ビームＬＢ1 、ＬＢ
2 を時分割的に切り換えて照射するようにしたので、主
照明ビームＬＢ1 を照射して光電信号Ｉm1のレベル変化
を検出するときの格子マークＭＧ（ウェハ）のＸ方向の
微動開始位置と、主照明ビームＬＢ2 を照射して光電信
号Ｉm2のレベル変化を検出するときの格子マークＭＧ
（ウェハ）のＸ方向の微動開始位置とを一致させておく
ものとする。
2 を時分割的に切り換えて照射するようにしたので、主
照明ビームＬＢ1 を照射して光電信号Ｉm1のレベル変化
を検出するときの格子マークＭＧ（ウェハ）のＸ方向の
微動開始位置と、主照明ビームＬＢ2 を照射して光電信
号Ｉm2のレベル変化を検出するときの格子マークＭＧ
（ウェハ）のＸ方向の微動開始位置とを一致させておく
ものとする。
【００５５】さらに実際の装置構成上は、格子マークＭ
Ｇを移動させる可動ステージの座標位置を格子ピッチＰ
mgよりも十分に分解能の高い測長装置（レーザ干渉計
等）で逐次計測するようにし、この測長装置の計測値に
基づいて可動ステージをサーボ制御して微動開始位置を
再現するようにする。またより望ましい構成としては、
そのような測長装置からの位置計測用の位置パルス（例
えば０．０２μｍの移動毎に１パルス）の各々に応答し
て各光電信号Ｉm1、Ｉm2のレベル変化をＡ／Ｄ変換し、
その変換されたレベルのデジタル値をアドレスと移動位
置とを対応させた波形メモリ回路（ＲＡＭ等）に順次記
憶させる波形記憶手段を設けておく。
Ｇを移動させる可動ステージの座標位置を格子ピッチＰ
mgよりも十分に分解能の高い測長装置（レーザ干渉計
等）で逐次計測するようにし、この測長装置の計測値に
基づいて可動ステージをサーボ制御して微動開始位置を
再現するようにする。またより望ましい構成としては、
そのような測長装置からの位置計測用の位置パルス（例
えば０．０２μｍの移動毎に１パルス）の各々に応答し
て各光電信号Ｉm1、Ｉm2のレベル変化をＡ／Ｄ変換し、
その変換されたレベルのデジタル値をアドレスと移動位
置とを対応させた波形メモリ回路（ＲＡＭ等）に順次記
憶させる波形記憶手段を設けておく。
【００５６】このようしておけば、記憶された波形デー
タを読み出すだけで、各信号Ｉm1、Ｉm2の振幅値や信号
波形上の基準点となるボトムやピークの座標位置がただ
ちに求められる。 ところで、先に述べた関数または変
換演算式Ｆ（Ｉm1）、Ｆ（Ｉm2）は各信号Ｉm1、Ｉm2が
正弦波状であることから、正弦関数または余弦関数を使
う。一例として、先に述べた信号Ｉm1のピークレベルを
Ｅp1、ボトムレベルをＥb1とし、検出すべき位置におけ
る信号Ｉm1のレベルをｅ1 とすると、（Ｅp1＋Ｅb1）／
２＋｛（Ｅp1−Ｅb1） sin ψ1｝／２＝ｅ1を満たすラ
ジアンψ1 を求め、これをピッチＰmgの値を使った以下
の交換式に代入すれば、基準点からのずれ量ΔＸ1 がわ
かる。
タを読み出すだけで、各信号Ｉm1、Ｉm2の振幅値や信号
波形上の基準点となるボトムやピークの座標位置がただ
ちに求められる。 ところで、先に述べた関数または変
換演算式Ｆ（Ｉm1）、Ｆ（Ｉm2）は各信号Ｉm1、Ｉm2が
正弦波状であることから、正弦関数または余弦関数を使
う。一例として、先に述べた信号Ｉm1のピークレベルを
Ｅp1、ボトムレベルをＥb1とし、検出すべき位置におけ
る信号Ｉm1のレベルをｅ1 とすると、（Ｅp1＋Ｅb1）／
２＋｛（Ｅp1−Ｅb1） sin ψ1｝／２＝ｅ1を満たすラ
ジアンψ1 を求め、これをピッチＰmgの値を使った以下
の交換式に代入すれば、基準点からのずれ量ΔＸ1 がわ
かる。
【００５７】 ΔＸ1 ＝Ｐmg・ψ1 ／４π （３） 同様にして信号Ｉm2を使った基準点からのずれ量ΔＸ2
も算出され、これらのずれ量ΔＸ1 、ΔＸ2 のデータは
加重平均演算を行う回路ユニットＣＵ5 に送られ、先に
求めた比Ｃ1 、Ｃ2 を重み係数として以下の演算を行
う。 ΔＸ＝（Ｃ1 ・ΔＸ1 ＋Ｃ2 ・ΔＸ2 ）／（Ｃ1 ＋Ｃ2 ） （４） この演算で求められたずれ量ΔＸが最終的に求めるべき
格子ＭＧの格子ＲＧに対する位置ずれ量である。
も算出され、これらのずれ量ΔＸ1 、ΔＸ2 のデータは
加重平均演算を行う回路ユニットＣＵ5 に送られ、先に
求めた比Ｃ1 、Ｃ2 を重み係数として以下の演算を行
う。 ΔＸ＝（Ｃ1 ・ΔＸ1 ＋Ｃ2 ・ΔＸ2 ）／（Ｃ1 ＋Ｃ2 ） （４） この演算で求められたずれ量ΔＸが最終的に求めるべき
格子ＭＧの格子ＲＧに対する位置ずれ量である。
【００５８】この演算式から明らかなように、ずれ量Δ
Ｘは干渉ビームＢＭ中の強度が高い方の波長成分の干渉
ビームを使った位置ずれ量の計測結果の方により多くの
重みをかけるようにして決定される。以上のように本実
施例では２つの異なる波長成分のビームＬＢ1 、ＬＢ2
を使って各格子ＲＧ、ＭＧを照射し、受光すべき干渉ビ
ームＢＭも波長別に光電検出し、各波長毎の干渉ビーム
Ｂm1、Ｂm2を使って個別に位置ずれ検出した結果を、波
長毎の受光光の振幅に応じて加重平均するようにしたの
で、より信頼性の高い位置検出結果が得られる。
Ｘは干渉ビームＢＭ中の強度が高い方の波長成分の干渉
ビームを使った位置ずれ量の計測結果の方により多くの
重みをかけるようにして決定される。以上のように本実
施例では２つの異なる波長成分のビームＬＢ1 、ＬＢ2
を使って各格子ＲＧ、ＭＧを照射し、受光すべき干渉ビ
ームＢＭも波長別に光電検出し、各波長毎の干渉ビーム
Ｂm1、Ｂm2を使って個別に位置ずれ検出した結果を、波
長毎の受光光の振幅に応じて加重平均するようにしたの
で、より信頼性の高い位置検出結果が得られる。
【００５９】以上の図５に示した信号処理系（回路ユニ
ットＣＵ1 〜ＣＵ5 ）のアルゴリズムは、以降で説明す
る他の実施例においても共通したものであり、各回路ユ
ニットの機能を実現するにあたって格別に変更、改良が
あるときは、その都度説明する。また図５に示した光学
配置で、格子ＲＧをマスク上の格子マークとし、格子Ｍ
Ｇをウエハ上のマークとし、結像系Ｇ1 、Ｇ2 をマスク
パターンのウエハへの投影レンズとすれば、投影露光装
置でのアライメント装置が実現できる。
ットＣＵ1 〜ＣＵ5 ）のアルゴリズムは、以降で説明す
る他の実施例においても共通したものであり、各回路ユ
ニットの機能を実現するにあたって格別に変更、改良が
あるときは、その都度説明する。また図５に示した光学
配置で、格子ＲＧをマスク上の格子マークとし、格子Ｍ
Ｇをウエハ上のマークとし、結像系Ｇ1 、Ｇ2 をマスク
パターンのウエハへの投影レンズとすれば、投影露光装
置でのアライメント装置が実現できる。
【００６０】図７は第２の実施例による概略的な構成を
示し、図５中の部材やビーム等と同一機能のものには同
じ符号を付けてある。この第２の実施例では、照明用の
２つのビームＬＢ1 、ＬＢ2 をレンズ系Ｇ４を介して結
像光学系（Ｇ１、Ｇ２）の瞳面の中央に配置されたミラ
ーＭＲ2 に入射させ、このミラーＭＲ2 で下へ曲げられ
たビームＬＢ1 、ＬＢ2 を時分割的に切り換えて後群レ
ンズ系Ｇ２を介して平行光束にして格子ＭＧに垂直に照
射する。 そして格子ＭＧで回折した波長λ1の１次回
折ビーム±Ｄ11、または波長λ2 の１次回折ビーム±Ｄ
12をレンズ系Ｇ１、Ｇ２を通して格子ＲＧ上で交差（結
像）させる。格子ＲＧは透過型なので、１次回折ビーム
±Ｄ11または±Ｄ12の照射によって格子ＲＧから発生し
た再回折光のうちの±１次回折光は格子ＲＧから垂直な
方向に結像光学系と反対側に進み、ミラーＭＲ3 、アラ
イメント対物レンズＧ５、及び空間フィルタ２８を介し
て干渉ビームＢＭ（波長λ1 の干渉ビームＢm1と波長λ
2 の干渉ビームＢm2のいずれか一方）となって光電素子
ＤＴ0 で受光される。その他の構成（光電素子ＤＴ1 、
回路ユニットＣＵ1 、ＣＵ2 、ＣＵ3 、ＣＵ4 、ＣＵ5
）は図５と同じである。
示し、図５中の部材やビーム等と同一機能のものには同
じ符号を付けてある。この第２の実施例では、照明用の
２つのビームＬＢ1 、ＬＢ2 をレンズ系Ｇ４を介して結
像光学系（Ｇ１、Ｇ２）の瞳面の中央に配置されたミラ
ーＭＲ2 に入射させ、このミラーＭＲ2 で下へ曲げられ
たビームＬＢ1 、ＬＢ2 を時分割的に切り換えて後群レ
ンズ系Ｇ２を介して平行光束にして格子ＭＧに垂直に照
射する。 そして格子ＭＧで回折した波長λ1の１次回
折ビーム±Ｄ11、または波長λ2 の１次回折ビーム±Ｄ
12をレンズ系Ｇ１、Ｇ２を通して格子ＲＧ上で交差（結
像）させる。格子ＲＧは透過型なので、１次回折ビーム
±Ｄ11または±Ｄ12の照射によって格子ＲＧから発生し
た再回折光のうちの±１次回折光は格子ＲＧから垂直な
方向に結像光学系と反対側に進み、ミラーＭＲ3 、アラ
イメント対物レンズＧ５、及び空間フィルタ２８を介し
て干渉ビームＢＭ（波長λ1 の干渉ビームＢm1と波長λ
2 の干渉ビームＢm2のいずれか一方）となって光電素子
ＤＴ0 で受光される。その他の構成（光電素子ＤＴ1 、
回路ユニットＣＵ1 、ＣＵ2 、ＣＵ3 、ＣＵ4 、ＣＵ5
）は図５と同じである。
【００６１】こうして光電素子ＤＴ0 は、主照明ビーム
ＬＢ1 、ＬＢ2 の時分割的な切り換えに応じて光電信号
Ｉm1、Ｉm2のいずれか一方を出力する。本実施例はビー
ムの送光と受光との関係を図５のものと逆にした構成で
あるが、この構成は格子ＭＧを半導体ウエハに形成し、
格子ＲＧをレチクル（マスク）に形成し、そしてレンズ
系Ｇ１、Ｇ2 をレチクルパターンの投影露光用の縮小投
影レンズにした（Ｆ）特開平３−３２２４号公報の装置
に適用できる。ただし、公報（Ｆ）に開示された装置で
は、投影レンズの瞳面ＥＰに１次回折ビーム±Ｄ11、±
Ｄ12を微少量だけ屈折させる小レンズを設け、投影レン
ズで発生する色収差を補正しているが、図７の実施例を
適用するときは、互いに波長の異なる２組の１次回折ビ
ーム±Ｄ11、±Ｄ12の夫々に対して最適な補正が成され
るような小レンズ（例えば色分散の大きいフリント系の
硝材や非球面レンズ）を設ける必要がある。
ＬＢ1 、ＬＢ2 の時分割的な切り換えに応じて光電信号
Ｉm1、Ｉm2のいずれか一方を出力する。本実施例はビー
ムの送光と受光との関係を図５のものと逆にした構成で
あるが、この構成は格子ＭＧを半導体ウエハに形成し、
格子ＲＧをレチクル（マスク）に形成し、そしてレンズ
系Ｇ１、Ｇ2 をレチクルパターンの投影露光用の縮小投
影レンズにした（Ｆ）特開平３−３２２４号公報の装置
に適用できる。ただし、公報（Ｆ）に開示された装置で
は、投影レンズの瞳面ＥＰに１次回折ビーム±Ｄ11、±
Ｄ12を微少量だけ屈折させる小レンズを設け、投影レン
ズで発生する色収差を補正しているが、図７の実施例を
適用するときは、互いに波長の異なる２組の１次回折ビ
ーム±Ｄ11、±Ｄ12の夫々に対して最適な補正が成され
るような小レンズ（例えば色分散の大きいフリント系の
硝材や非球面レンズ）を設ける必要がある。
【００６２】以上、第２の実施例では主照明ビームＬＢ
1 、ＬＢ2 を例えばウエハ上の格子マークＭＧに直接入
射するように構成したので、格子マークＭＧから発生す
る１次回折ビーム±Ｄ11、±Ｄ21の各強度を、図５中の
格子ＭＧから発生する回折ビーム（干渉ビームＢＭ）の
強度よりも総じて高めることができる。次に本発明の第
３の実施例を図８、図９、図１０を参照して説明する
が、ここではホモダイン方式に代わってヘテロダイン方
式を用いる。図８において３つのレーザ光源ＬＳ1 、Ｌ
Ｓ2 、ＬＳ3 はそれぞれ異なる波長λ1 、λ2 、λ3 の
レーザビームＬＢ1 、ＬＢ2 、ＬＢ3 を射出する。一例
として、レーザ光源ＬＳ1はλ1 ＝０．６３５μｍの半
導体レーザ光源、光源ＬＳ2 はλ2 ＝０．６９０μｍの
半導体レーザ光源、光源ＬＳ3 はλ3 ＝０．７６０μｍ
の半導体レーザ光源に設定される。
1 、ＬＢ2 を例えばウエハ上の格子マークＭＧに直接入
射するように構成したので、格子マークＭＧから発生す
る１次回折ビーム±Ｄ11、±Ｄ21の各強度を、図５中の
格子ＭＧから発生する回折ビーム（干渉ビームＢＭ）の
強度よりも総じて高めることができる。次に本発明の第
３の実施例を図８、図９、図１０を参照して説明する
が、ここではホモダイン方式に代わってヘテロダイン方
式を用いる。図８において３つのレーザ光源ＬＳ1 、Ｌ
Ｓ2 、ＬＳ3 はそれぞれ異なる波長λ1 、λ2 、λ3 の
レーザビームＬＢ1 、ＬＢ2 、ＬＢ3 を射出する。一例
として、レーザ光源ＬＳ1はλ1 ＝０．６３５μｍの半
導体レーザ光源、光源ＬＳ2 はλ2 ＝０．６９０μｍの
半導体レーザ光源、光源ＬＳ3 はλ3 ＝０．７６０μｍ
の半導体レーザ光源に設定される。
【００６３】これらのレーザ光源ＬＳ1 、ＬＳ2 、ＬＳ
3 の各々には、安定化された駆動電流を供給する駆動回
路、レーザ素子の温度変化による影響を補償する補償回
路、或いは発振中心波長の変動をモニターして波長が安
定するように駆動電流をフィードバック制御する帰還制
御回路等を含むレーザ電源部が設けられている。そして
これらのレーザ電源部は、それぞれ切り換え制御回路Ｔ
ＳＣからのシーケンシャルな信号ＣS1、ＣS2、ＣS3に応
答して各レーザ光源ＬＳ1 、ＬＳ2 、ＬＳ3 からのレー
ザビームの放射がＯｎ−Ｏｆｆされるように制御する。
3 の各々には、安定化された駆動電流を供給する駆動回
路、レーザ素子の温度変化による影響を補償する補償回
路、或いは発振中心波長の変動をモニターして波長が安
定するように駆動電流をフィードバック制御する帰還制
御回路等を含むレーザ電源部が設けられている。そして
これらのレーザ電源部は、それぞれ切り換え制御回路Ｔ
ＳＣからのシーケンシャルな信号ＣS1、ＣS2、ＣS3に応
答して各レーザ光源ＬＳ1 、ＬＳ2 、ＬＳ3 からのレー
ザビームの放射がＯｎ−Ｏｆｆされるように制御する。
【００６４】本実施例では、レーザ光源ＬＳ1 、ＬＳ2
、ＬＳ3 からのレーザビームの放射が所定の照射時間
ずつ順番に切り替わるように、後で詳述する図１０中の
制御器６２からのコマンド信号ＣＱに応答して切り換え
制御回路ＴＳＣをプログラムできるようになっている。
従ってある任意の時刻においてレーザビームを発振して
いる光源は３つのレーザ光源ＬＳ1 、ＬＳ2 、ＬＳ3 の
うちの１つに限られる。尚、切り換え制御回路ＴＳＣ
は、コマンド信号ＣＱの内容に応じて各光源ＬＳ1、Ｌ
Ｓ2 、ＬＳ3 のビーム発振タイミングを何通りかに変え
ることもできる。
、ＬＳ3 からのレーザビームの放射が所定の照射時間
ずつ順番に切り替わるように、後で詳述する図１０中の
制御器６２からのコマンド信号ＣＱに応答して切り換え
制御回路ＴＳＣをプログラムできるようになっている。
従ってある任意の時刻においてレーザビームを発振して
いる光源は３つのレーザ光源ＬＳ1 、ＬＳ2 、ＬＳ3 の
うちの１つに限られる。尚、切り換え制御回路ＴＳＣ
は、コマンド信号ＣＱの内容に応じて各光源ＬＳ1、Ｌ
Ｓ2 、ＬＳ3 のビーム発振タイミングを何通りかに変え
ることもできる。
【００６５】これら３本のビームＬＢ1 、ＬＢ2 、ＬＢ
3 は適宜ミラーＭＲa 、ダイクロイックミラーＤＣＭ4
、ＤＣＭ5 を介して同軸の光路を通るようにアライメ
ントされて、その３本のビームのうちのいずれか１本が
ビームＬＢ0 としてミラーＭＲb で反射されて回転ラジ
アル格子板ＲＲＧに垂直に入射する。この回転格子板Ｒ
ＲＧは一方向に等角速度で回転軸Ｃ0 の回りに高速回転
しており、回転格子板ＲＲＧによって回折される各次数
の回折光の周波数を角速度に応じて増減させる周波数シ
フターとして作用する。
3 は適宜ミラーＭＲa 、ダイクロイックミラーＤＣＭ4
、ＤＣＭ5 を介して同軸の光路を通るようにアライメ
ントされて、その３本のビームのうちのいずれか１本が
ビームＬＢ0 としてミラーＭＲb で反射されて回転ラジ
アル格子板ＲＲＧに垂直に入射する。この回転格子板Ｒ
ＲＧは一方向に等角速度で回転軸Ｃ0 の回りに高速回転
しており、回転格子板ＲＲＧによって回折される各次数
の回折光の周波数を角速度に応じて増減させる周波数シ
フターとして作用する。
【００６６】図９は回転ラジアル格子板ＲＲＧの拡大斜
視図であり、ここでは回転軸Ｃ0 をＸＹＺ座標系のＺ軸
と平行に設定し、円形の格子板ＲＲＧには円周上に透過
型の位相回折格子ＲＧが３６０度に渡って形成されてい
る。ビームＬＢ0 が格子板ＲＲＧの格子ＲＧに垂直に入
射すると、０次光Ｄ0 以外に各種の回折光が発生する。
本実施例では±１次回折光を用いてヘテロダイン方式を
実現するので、図８、図９では格子板ＲＲＧからの±１
次回折光のみを示してある。
視図であり、ここでは回転軸Ｃ0 をＸＹＺ座標系のＺ軸
と平行に設定し、円形の格子板ＲＲＧには円周上に透過
型の位相回折格子ＲＧが３６０度に渡って形成されてい
る。ビームＬＢ0 が格子板ＲＲＧの格子ＲＧに垂直に入
射すると、０次光Ｄ0 以外に各種の回折光が発生する。
本実施例では±１次回折光を用いてヘテロダイン方式を
実現するので、図８、図９では格子板ＲＲＧからの±１
次回折光のみを示してある。
【００６７】さて、先の図５で示したのと同様に格子板
ＲＲＧの格子ＲＧからは、波長λ1のビームＬＢ1 の照
射時に作られる１次回折ビーム±Ｄ11、波長λ2 のビー
ムＬＢ2 の照射時に作られる１次回折ビーム±Ｄ12、ま
たは波長λ3 のビームＬＢ3の照射時に作られる１次回
折ビーム±Ｄ13のいずれか１組が、切り換え制御回路Ｔ
ＳＣのシーケンシャルな駆動に応答して発生する。各波
長毎の１次回折ビーム±Ｄ1nの回折角θn は以下のよう
に表される。
ＲＲＧの格子ＲＧからは、波長λ1のビームＬＢ1 の照
射時に作られる１次回折ビーム±Ｄ11、波長λ2 のビー
ムＬＢ2 の照射時に作られる１次回折ビーム±Ｄ12、ま
たは波長λ3 のビームＬＢ3の照射時に作られる１次回
折ビーム±Ｄ13のいずれか１組が、切り換え制御回路Ｔ
ＳＣのシーケンシャルな駆動に応答して発生する。各波
長毎の１次回折ビーム±Ｄ1nの回折角θn は以下のよう
に表される。
【００６８】sin θn ＝λn ／Ｐrg ここでｎは波長の数を表し、Ｐrgは格子ＲＧのピッチを
表す。さらに１次回折ビーム±Ｄ1nは波長によらず一定
の周波数偏移Δｆを受け、格子板ＲＲＧの格子ＲＧがビ
ームＬＢ0 を横切る速度をＶとすると、Δｆ＝Ｖ／Ｐrg
で表される。そして＋１次回折ビーム＋Ｄ1nは０次光Ｄ
0 の周波数に対してΔｆだけ高くなり、−１次回折ビー
ム−Ｄ1nは０次光Ｄ0 の周波数に対してΔｆだけ低くな
る。このため回転格子板ＲＲＧは周波数シフターとして
作用する。
表す。さらに１次回折ビーム±Ｄ1nは波長によらず一定
の周波数偏移Δｆを受け、格子板ＲＲＧの格子ＲＧがビ
ームＬＢ0 を横切る速度をＶとすると、Δｆ＝Ｖ／Ｐrg
で表される。そして＋１次回折ビーム＋Ｄ1nは０次光Ｄ
0 の周波数に対してΔｆだけ高くなり、−１次回折ビー
ム−Ｄ1nは０次光Ｄ0 の周波数に対してΔｆだけ低くな
る。このため回転格子板ＲＲＧは周波数シフターとして
作用する。
【００６９】さて、３つの波長成分の１次回折ビーム±
Ｄ1n（ｎ＝１、２、３）のうちのいずれか１組からなる
送光ビーム±ＬＦと０次光Ｄ0 は、図８に示すようにコ
リメータレンズ１０により主光線が互いに平行になるよ
うに変換され、光束選択部材１２に達する。この光束選
択部材１２は、いわゆるフーリエ変換面に置かれる空間
フィルターとして機能し、ここでは０次光Ｄ0 が遮断さ
れ、１次回折光±Ｄ1nによる送光ビーム±ＬＦが通過す
る。 その後、送光ビーム±ＬＦは傾斜量が可変な平行
平板ガラスで構成された調整光学系１４、１６、１８を
介してビームスプリッタ（ハーフミラー）２０に達す
る。調整光学系１４は送光ビーム＋ＬＦと送光ビーム−
ＬＦとのフーリエ空間での間隔を変えることなく、レン
ズ１０の光軸に対して偏心させる機能を有し、調整光学
系１６、１８は送光ビーム＋ＬＦと送光ビーム−ＬＦと
の夫々の光軸に対する位置を個別に調整する機能を有す
る。
Ｄ1n（ｎ＝１、２、３）のうちのいずれか１組からなる
送光ビーム±ＬＦと０次光Ｄ0 は、図８に示すようにコ
リメータレンズ１０により主光線が互いに平行になるよ
うに変換され、光束選択部材１２に達する。この光束選
択部材１２は、いわゆるフーリエ変換面に置かれる空間
フィルターとして機能し、ここでは０次光Ｄ0 が遮断さ
れ、１次回折光±Ｄ1nによる送光ビーム±ＬＦが通過す
る。 その後、送光ビーム±ＬＦは傾斜量が可変な平行
平板ガラスで構成された調整光学系１４、１６、１８を
介してビームスプリッタ（ハーフミラー）２０に達す
る。調整光学系１４は送光ビーム＋ＬＦと送光ビーム−
ＬＦとのフーリエ空間での間隔を変えることなく、レン
ズ１０の光軸に対して偏心させる機能を有し、調整光学
系１６、１８は送光ビーム＋ＬＦと送光ビーム−ＬＦと
の夫々の光軸に対する位置を個別に調整する機能を有す
る。
【００７０】その送光ビーム±ＬＦはビームスプリッタ
２０で２つに分割され、一方は対物レンズ２２に入射
し、他方は平行平板ガラスで構成される調整光学系２４
Ａ、２４Ｂを介して集光レンズ（フーリエ変換レンズ）
２６に入射する。一方対物レンズ２２に入射した送光ビ
ーム±ＬＦは、それぞれ平行光束となって互いに対称的
な入射角でウエハＷ上の格子ＭＧを同時に照射する。こ
れによって格子ＭＧ上には、波長λ1 の送光ビーム±Ｄ
11の干渉によって作られた干渉縞、波長λ2 の送光ビー
ム±Ｄ12の干渉によって作られた干渉縞、及び波長λ3
の送光ビーム±Ｄ13によって作られた干渉縞のいずれか
１つが現れる。これらの各波長毎の干渉縞は、仮に３本
のビームＬＢ1 、ＬＢ2 、ＬＢ3 が同時に回転格子板Ｒ
ＲＧを照射したとすると、同一ピッチ、同一位相で重畳
して現れる。
２０で２つに分割され、一方は対物レンズ２２に入射
し、他方は平行平板ガラスで構成される調整光学系２４
Ａ、２４Ｂを介して集光レンズ（フーリエ変換レンズ）
２６に入射する。一方対物レンズ２２に入射した送光ビ
ーム±ＬＦは、それぞれ平行光束となって互いに対称的
な入射角でウエハＷ上の格子ＭＧを同時に照射する。こ
れによって格子ＭＧ上には、波長λ1 の送光ビーム±Ｄ
11の干渉によって作られた干渉縞、波長λ2 の送光ビー
ム±Ｄ12の干渉によって作られた干渉縞、及び波長λ3
の送光ビーム±Ｄ13によって作られた干渉縞のいずれか
１つが現れる。これらの各波長毎の干渉縞は、仮に３本
のビームＬＢ1 、ＬＢ2 、ＬＢ3 が同時に回転格子板Ｒ
ＲＧを照射したとすると、同一ピッチ、同一位相で重畳
して現れる。
【００７１】さらに送光ビーム＋ＬＦと−ＬＦとの間の
周波数差２・Δｆのため、その干渉縞は格子ＭＧ上を一
方向に等速度で移動しているように観測される。その移
動速度は、回転ラジアル格子板ＲＲＧの格子ＲＧの速度
Ｖに比例している。また周波数差２・Δｆと関連して、
切り換え制御回路ＴＳＣによる３つの光源ＬＳ1 、ＬＳ
2 、ＬＳ3 の各々の点灯時間は周波数差２Δｆ（ビート
周波数）の周期よりも十分長く、例えば１００倍程度以
上に設定される。例えば周波数差２Δｆが１０ＫＨｚ
（周期０．１ｍＳ）であるとすると、３つの光源ＬＳ1
、ＬＳ2 、ＬＳ3の各々の点灯時間は１０ｍＳ以上が望
ましい。
周波数差２・Δｆのため、その干渉縞は格子ＭＧ上を一
方向に等速度で移動しているように観測される。その移
動速度は、回転ラジアル格子板ＲＲＧの格子ＲＧの速度
Ｖに比例している。また周波数差２・Δｆと関連して、
切り換え制御回路ＴＳＣによる３つの光源ＬＳ1 、ＬＳ
2 、ＬＳ3 の各々の点灯時間は周波数差２Δｆ（ビート
周波数）の周期よりも十分長く、例えば１００倍程度以
上に設定される。例えば周波数差２Δｆが１０ＫＨｚ
（周期０．１ｍＳ）であるとすると、３つの光源ＬＳ1
、ＬＳ2 、ＬＳ3の各々の点灯時間は１０ｍＳ以上が望
ましい。
【００７２】なお、図８から明らかなように、ウエハＷ
表面（格子ＭＧ）とラジアル格子板ＲＲＧとは、コリメ
ータレンズ１０と対物レンズ２２との合成系によって互
いに共役（結像関係）になるように配置されている。そ
のためラジアル格子板ＲＲＧの格子ＲＧの±１次回折光
による回折像が、ウエハＷの格子ＭＧ上に形成される
が、０次光Ｄ0 が遮へいされているため格子ＲＧのピッ
チの１／２の回折像（干渉縞強度分布）が形成される。
そして、その干渉縞のウエハＷ上でのピッチＰifは先の
実施例と同様に格子ＭＧのピッチＰmgの１／２に設定さ
れている。
表面（格子ＭＧ）とラジアル格子板ＲＲＧとは、コリメ
ータレンズ１０と対物レンズ２２との合成系によって互
いに共役（結像関係）になるように配置されている。そ
のためラジアル格子板ＲＲＧの格子ＲＧの±１次回折光
による回折像が、ウエハＷの格子ＭＧ上に形成される
が、０次光Ｄ0 が遮へいされているため格子ＲＧのピッ
チの１／２の回折像（干渉縞強度分布）が形成される。
そして、その干渉縞のウエハＷ上でのピッチＰifは先の
実施例と同様に格子ＭＧのピッチＰmgの１／２に設定さ
れている。
【００７３】以上のような関係を満たすとき、送光ビー
ム±ＬＦの照射によって格子ＭＧから１次回折光が垂直
に発生する。すなわち送光ビーム＋ＬＦの照射によって
垂直に発生した１次回折光と、送光ビーム−ＬＦの照射
によって垂直に発生した１次回折光とが干渉した干渉ビ
ームＢＭ（波長λ1 の干渉ビームＢm1、波長λ2 の干渉
ビームＢm2、波長λ3 の干渉ビームＢm3のいずれか１
つ）が発生する。この干渉ビームＢＭは周波数２Δｆで
強度変調されたビート光となっている。
ム±ＬＦの照射によって格子ＭＧから１次回折光が垂直
に発生する。すなわち送光ビーム＋ＬＦの照射によって
垂直に発生した１次回折光と、送光ビーム−ＬＦの照射
によって垂直に発生した１次回折光とが干渉した干渉ビ
ームＢＭ（波長λ1 の干渉ビームＢm1、波長λ2 の干渉
ビームＢm2、波長λ3 の干渉ビームＢm3のいずれか１
つ）が発生する。この干渉ビームＢＭは周波数２Δｆで
強度変調されたビート光となっている。
【００７４】このように、±１次回折光（干渉ビームＢ
Ｍ）を同一方向に発生させるために、別の見方をすれば
対物レンズ２２の焦点距離をＦo として各波長毎の送光
ビーム±ＬＦのフーリエ変換面上での光軸からの間隔Ｄ
Ｌn を、 ＤＬn ＝Ｆo ・sin θn ＝±Ｆo ・λn ／Ｐmg（ｎ＝
１、２、３） に設定すればよい。このような各波長毎の間隔ＤＬn の
設定は、回転ラジアル格子板ＲＲＧの格子ＲＧのピッチ
やコリメータレンズ１０の焦点距離を適当に定めること
で調整可能である。
Ｍ）を同一方向に発生させるために、別の見方をすれば
対物レンズ２２の焦点距離をＦo として各波長毎の送光
ビーム±ＬＦのフーリエ変換面上での光軸からの間隔Ｄ
Ｌn を、 ＤＬn ＝Ｆo ・sin θn ＝±Ｆo ・λn ／Ｐmg（ｎ＝
１、２、３） に設定すればよい。このような各波長毎の間隔ＤＬn の
設定は、回転ラジアル格子板ＲＲＧの格子ＲＧのピッチ
やコリメータレンズ１０の焦点距離を適当に定めること
で調整可能である。
【００７５】またウエハＷ上に形成される干渉縞はラジ
アル格子板ＲＲＧの格子ＲＧの回折像として結像されて
いるため、原理的には３つの波長λ1 、λ2 、λ3 のう
ちの１つの波長成分による干渉縞のピッチとウエハＷの
格子マークＭＧのピッチとが整数倍の関係になっていれ
ば、他の波長成分による干渉縞のピッチも自ずとその関
係になっている筈であり、さらに各波長成分毎の干渉縞
も光源からのビームＬＢ1 、ＬＢ2 、ＬＢ3 が同時に照
射されると完全に合致して相互に位相ずれ、位置ずれを
起こしていない筈である。
アル格子板ＲＲＧの格子ＲＧの回折像として結像されて
いるため、原理的には３つの波長λ1 、λ2 、λ3 のう
ちの１つの波長成分による干渉縞のピッチとウエハＷの
格子マークＭＧのピッチとが整数倍の関係になっていれ
ば、他の波長成分による干渉縞のピッチも自ずとその関
係になっている筈であり、さらに各波長成分毎の干渉縞
も光源からのビームＬＢ1 、ＬＢ2 、ＬＢ3 が同時に照
射されると完全に合致して相互に位相ずれ、位置ずれを
起こしていない筈である。
【００７６】しかしながら、実際には対物レンズ２２、
コリメータレンズ１０等の光学系の色収差の程度に応じ
て、各波長成分毎の干渉縞は相互に位置ずれ、位相ず
れ、及びピッチずれを起こしてしまう。そこでこのよう
なずれを補正するために、図８中の調整光学系１４、１
６、１８を用いる。これらの光学系１４、１６、１８は
平行平板ガラスで構成され、その材料として色分散の大
きいものを用いると、各波長成分毎にウエハＷ上に形成
される干渉縞の相互の位置ずれや位相ずれを微小に変化
させることができる。あるいは調整光学系１４、１６、
１８として、色分散の小さい平行平板ガラス（例えば、
１４）と色分散の大きい平行平板ガラス（例えば１６、
１８）とを組み合わせ、色分散の大きい平行平板ガラス
の傾き調整で各波長成分毎の干渉縞の相互の関係を補正
し、その補正によって生じる送光ビーム±ＬＦのウエハ
上での全体的な傾き誤差（テレセン誤差）に関しては、
色分散の小さい平行平板ガラスの傾き調整で補正するこ
とができる。
コリメータレンズ１０等の光学系の色収差の程度に応じ
て、各波長成分毎の干渉縞は相互に位置ずれ、位相ず
れ、及びピッチずれを起こしてしまう。そこでこのよう
なずれを補正するために、図８中の調整光学系１４、１
６、１８を用いる。これらの光学系１４、１６、１８は
平行平板ガラスで構成され、その材料として色分散の大
きいものを用いると、各波長成分毎にウエハＷ上に形成
される干渉縞の相互の位置ずれや位相ずれを微小に変化
させることができる。あるいは調整光学系１４、１６、
１８として、色分散の小さい平行平板ガラス（例えば、
１４）と色分散の大きい平行平板ガラス（例えば１６、
１８）とを組み合わせ、色分散の大きい平行平板ガラス
の傾き調整で各波長成分毎の干渉縞の相互の関係を補正
し、その補正によって生じる送光ビーム±ＬＦのウエハ
上での全体的な傾き誤差（テレセン誤差）に関しては、
色分散の小さい平行平板ガラスの傾き調整で補正するこ
とができる。
【００７７】さて、以上のような干渉縞の照射によって
格子ＭＧから垂直に発生した干渉ビームＢＭは、対物レ
ンズ２２、ビームスプリッタ２０を通過して空間フィル
ター２８に達する。この空間フィルター２８は対物レン
ズ２２に関するフーリエ変換面、またはその近傍に配置
され、本実施例では干渉ビームＢＭ（±１次回折光）の
みを透過させる開口を有している。そして空間フィルタ
ー２８を透過した干渉ビームＢＭはレンズ系（フーリエ
変換レンズ）３０で平行光束に変換された後、ミラー３
２で反射されて光電素子ＤＴ0 に受光される。
格子ＭＧから垂直に発生した干渉ビームＢＭは、対物レ
ンズ２２、ビームスプリッタ２０を通過して空間フィル
ター２８に達する。この空間フィルター２８は対物レン
ズ２２に関するフーリエ変換面、またはその近傍に配置
され、本実施例では干渉ビームＢＭ（±１次回折光）の
みを透過させる開口を有している。そして空間フィルタ
ー２８を透過した干渉ビームＢＭはレンズ系（フーリエ
変換レンズ）３０で平行光束に変換された後、ミラー３
２で反射されて光電素子ＤＴ0 に受光される。
【００７８】この光電素子ＤＴ0 は、先の図５、７中の
光電素子ＤＴ0 と同じ機能を有し、ただ受光すべき干渉
ビームＢm1、Ｂm2、Ｂm3の夫々がビート周波数２・Δｆ
で強度変調されている点で異なるだけである。従って光
電素子ＤＴ0 から出力される光電信号Ｉmnは、格子マー
クＭＧからの干渉ビームＢＭが存在する間、すなわち３
つの光源ＬＳ1 、ＬＳ2 、ＬＳ3 のどれかがビームを照
射している間、いずれもビート周波数２Δｆと同じ周波
数で正弦波状にレベル変化する波形となる。
光電素子ＤＴ0 と同じ機能を有し、ただ受光すべき干渉
ビームＢm1、Ｂm2、Ｂm3の夫々がビート周波数２・Δｆ
で強度変調されている点で異なるだけである。従って光
電素子ＤＴ0 から出力される光電信号Ｉmnは、格子マー
クＭＧからの干渉ビームＢＭが存在する間、すなわち３
つの光源ＬＳ1 、ＬＳ2 、ＬＳ3 のどれかがビームを照
射している間、いずれもビート周波数２Δｆと同じ周波
数で正弦波状にレベル変化する波形となる。
【００７９】一方、ビームスプリッタ２０を透過して平
行平板ガラス等で構成される調整光学系２４Ａ、２４Ｂ
を介して集光レンズ２６に入射した送光ビーム±ＬＦ
（１次ビーム±Ｄ11、±Ｄ12、±Ｄ13のいずれか１組）
は、透過型の参照格子ＳＧ上に重畳して照射される。こ
こでも参照格子ＳＧはコリメータレンズ１０と集光レン
ズ２６との合成系に関して回転ラジアル格子板ＲＲＧと
共役に配置される。このため参照格子ＳＧ上にも送光ビ
ーム±ＬＦの２光束干渉による１次元の干渉縞が形成さ
れ、それはビート周波数２Δｆに対応した速度で移動す
る。
行平板ガラス等で構成される調整光学系２４Ａ、２４Ｂ
を介して集光レンズ２６に入射した送光ビーム±ＬＦ
（１次ビーム±Ｄ11、±Ｄ12、±Ｄ13のいずれか１組）
は、透過型の参照格子ＳＧ上に重畳して照射される。こ
こでも参照格子ＳＧはコリメータレンズ１０と集光レン
ズ２６との合成系に関して回転ラジアル格子板ＲＲＧと
共役に配置される。このため参照格子ＳＧ上にも送光ビ
ーム±ＬＦの２光束干渉による１次元の干渉縞が形成さ
れ、それはビート周波数２Δｆに対応した速度で移動す
る。
【００８０】尚、調整光学系２４Ａ、２４Ｂは、各波長
成分毎に参照格子ＳＧ上に生成される干渉縞が集光レン
ズ２６の色収差のために相互に位置ずれやピッチずれを
生じないように補償するものである。そこで参照格子Ｓ
Ｇのピッチとその干渉縞のピッチとを適当に定めると、
参照格子ＳＧから発生した±１次回折光が同一方向に干
渉ビームＢmsとなって進み、それは空間フィルター３８
を透過して光電素子４０に受光される。この光電素子４
０の光電信号Ｉmsは、ビート周波数２・Δｆと同じ周波
数で正弦波状にレベル変化する波形となり、その信号Ｉ
msがヘテロダイン方式の基準信号となる。
成分毎に参照格子ＳＧ上に生成される干渉縞が集光レン
ズ２６の色収差のために相互に位置ずれやピッチずれを
生じないように補償するものである。そこで参照格子Ｓ
Ｇのピッチとその干渉縞のピッチとを適当に定めると、
参照格子ＳＧから発生した±１次回折光が同一方向に干
渉ビームＢmsとなって進み、それは空間フィルター３８
を透過して光電素子４０に受光される。この光電素子４
０の光電信号Ｉmsは、ビート周波数２・Δｆと同じ周波
数で正弦波状にレベル変化する波形となり、その信号Ｉ
msがヘテロダイン方式の基準信号となる。
【００８１】以上の構成で参照格子ＳＧは、ガラス板上
にクロム層を蒸着し、そのクロム層を透明ラインと遮光
ラインとが交互に形成されるようにエッチングして作ら
れているため、少なくともウエハＷ上の格子マークＭＧ
のような非対称性、レジスト層の問題がないほぼ理想的
な格子、すなわち振幅透過率が対称的な格子として作ら
れる。
にクロム層を蒸着し、そのクロム層を透明ラインと遮光
ラインとが交互に形成されるようにエッチングして作ら
れているため、少なくともウエハＷ上の格子マークＭＧ
のような非対称性、レジスト層の問題がないほぼ理想的
な格子、すなわち振幅透過率が対称的な格子として作ら
れる。
【００８２】このため参照格子ＳＧに照射される一対の
送光ビームは３つの波長λ1 、λ2、λ3 のうちいずれ
か１つの波長に対応した送光ビームだけでも十分な精度
が得られる。 このように参照格子ＳＧ上に順次各波長
毎の干渉縞を形成し、この参照格子ＳＧから発生する干
渉ビームＢmsを各波長毎に時分割で光電検出するように
構成すると、波長λ1 に応じた基準信号、波長λ2 に応
じた基準信号、及び波長λ3 に応じた基準信号が個別に
得られるため、波長毎に格子マークＭＧの位置計測が可
能となる。さらにウエハＷ上に形成される３つの波長成
分毎の干渉縞が相互に一定の位置ずれ（位相ずれ）を起
こしていても、それを予めオフセット量として計測して
おくことも可能となる。そのことについては後で詳しく
述べる。
送光ビームは３つの波長λ1 、λ2、λ3 のうちいずれ
か１つの波長に対応した送光ビームだけでも十分な精度
が得られる。 このように参照格子ＳＧ上に順次各波長
毎の干渉縞を形成し、この参照格子ＳＧから発生する干
渉ビームＢmsを各波長毎に時分割で光電検出するように
構成すると、波長λ1 に応じた基準信号、波長λ2 に応
じた基準信号、及び波長λ3 に応じた基準信号が個別に
得られるため、波長毎に格子マークＭＧの位置計測が可
能となる。さらにウエハＷ上に形成される３つの波長成
分毎の干渉縞が相互に一定の位置ずれ（位相ずれ）を起
こしていても、それを予めオフセット量として計測して
おくことも可能となる。そのことについては後で詳しく
述べる。
【００８３】ところで、図８に示したウエハＷは対物レ
ンズ２２の光軸と垂直な面（ＸＹ平面）内で２次元移動
するウエハステージＷＳＴ上に載置される。このステー
ジＷＳＴ上の２次元移動は駆動モータを含む駆動源４２
によって行われ、モータによって送りネジを回転させる
方式、又はリニアモータによってステージ本体を直接運
動させる方式のいずれでもよい。さらにステージＷＳＴ
の座標位置はレーザ干渉計４４によって逐次計測され
る。このレーザ干渉計４４の計測値は駆動源４２のフィ
ードバック制御に使われる。
ンズ２２の光軸と垂直な面（ＸＹ平面）内で２次元移動
するウエハステージＷＳＴ上に載置される。このステー
ジＷＳＴ上の２次元移動は駆動モータを含む駆動源４２
によって行われ、モータによって送りネジを回転させる
方式、又はリニアモータによってステージ本体を直接運
動させる方式のいずれでもよい。さらにステージＷＳＴ
の座標位置はレーザ干渉計４４によって逐次計測され
る。このレーザ干渉計４４の計測値は駆動源４２のフィ
ードバック制御に使われる。
【００８４】さらにウエハステージＷＳＴの一部には、
フィデューシャル（基準）マーク板ＦＧが設けられてい
る。この基準マーク板ＦＧには石英ガラスの表面にクロ
ム層でライン・アンド・スペースをパターニングした反
射型の強度格子（ピッチはウエハ上の格子ＭＧと同一）
が形成されている。このため強度格子は、ウエハＷ上に
凹凸で形成された格子マークＭＧのような位相格子と異
なり、非対称性がなく回折効率が照明光（又は検出光）
の波長に依存しないという特徴、すなわち振幅反射率に
非対称性がないという特徴を有する。さらにクロム層の
反射率も位置検出用の照明光の波長帯（一般には０．５
〜０．８μｍ）では殆ど変化しない。このため、基準マ
ーク板ＦＧ上の強度格子を用いると、各波長毎に得られ
る光電素子ＤＴ0 の光電信号Ｉm1、Ｉm2、Ｉm3の各振幅
の変化や相互の比を正確に求めることができる。
フィデューシャル（基準）マーク板ＦＧが設けられてい
る。この基準マーク板ＦＧには石英ガラスの表面にクロ
ム層でライン・アンド・スペースをパターニングした反
射型の強度格子（ピッチはウエハ上の格子ＭＧと同一）
が形成されている。このため強度格子は、ウエハＷ上に
凹凸で形成された格子マークＭＧのような位相格子と異
なり、非対称性がなく回折効率が照明光（又は検出光）
の波長に依存しないという特徴、すなわち振幅反射率に
非対称性がないという特徴を有する。さらにクロム層の
反射率も位置検出用の照明光の波長帯（一般には０．５
〜０．８μｍ）では殆ど変化しない。このため、基準マ
ーク板ＦＧ上の強度格子を用いると、各波長毎に得られ
る光電素子ＤＴ0 の光電信号Ｉm1、Ｉm2、Ｉm3の各振幅
の変化や相互の比を正確に求めることができる。
【００８５】以上の図８の構成において、光源として半
導体レーザを用いるが、この場合半導体レーザＬＳ1 、
ＬＳ2 、ＬＳ3 と各ダイクロイックミラーＤＣＭ4 、Ｄ
ＣＭ5 との間に非点収差除去用の整形光学系（傾斜した
複数枚の平行平板ガラス等）を設け、回転ラジアル格子
板ＲＲＧに入射するビームＬＢ0 の各波長毎の光束成分
をほぼ等しい径にするのが好ましい。またそれ以外の場
合にも、共軸化されたビームＬＢ0 の径を各波長成分毎
に揃えるようなビーム整形光学系を設けるのが望まし
い。
導体レーザを用いるが、この場合半導体レーザＬＳ1 、
ＬＳ2 、ＬＳ3 と各ダイクロイックミラーＤＣＭ4 、Ｄ
ＣＭ5 との間に非点収差除去用の整形光学系（傾斜した
複数枚の平行平板ガラス等）を設け、回転ラジアル格子
板ＲＲＧに入射するビームＬＢ0 の各波長毎の光束成分
をほぼ等しい径にするのが好ましい。またそれ以外の場
合にも、共軸化されたビームＬＢ0 の径を各波長成分毎
に揃えるようなビーム整形光学系を設けるのが望まし
い。
【００８６】また図８では説明を簡単にするために周波
数シフターとして回転ラジアル格子板ＲＲＧを用いた
が、その他に２つの音響光学変調器（ＡＯＭ）を用いた
り、中心波長λ1 で発振する第１のゼーマンレーザ光源
と中心波長λ2 で発振する第２のゼーマンレーザ光源と
を光源として用いてもよい。ただし、ゼーマンレーザの
場合、一般的には偏光方向が相補的な２つのレーザビー
ムを発振し、そのビーム間に数百キロＨｚ〜数メガＨｚ
の周波数差を与えているため、光電検出する干渉ビーム
のビート周波数もそれなりに高くなり、光電素子ＤＴ0
、４０等は応答性の高いＰＩＮダイオードやフォトマ
ル等を使うことになる。
数シフターとして回転ラジアル格子板ＲＲＧを用いた
が、その他に２つの音響光学変調器（ＡＯＭ）を用いた
り、中心波長λ1 で発振する第１のゼーマンレーザ光源
と中心波長λ2 で発振する第２のゼーマンレーザ光源と
を光源として用いてもよい。ただし、ゼーマンレーザの
場合、一般的には偏光方向が相補的な２つのレーザビー
ムを発振し、そのビーム間に数百キロＨｚ〜数メガＨｚ
の周波数差を与えているため、光電検出する干渉ビーム
のビート周波数もそれなりに高くなり、光電素子ＤＴ0
、４０等は応答性の高いＰＩＮダイオードやフォトマ
ル等を使うことになる。
【００８７】また図８に示した各種ダイクロイックミラ
ーはプリズム等の分散素子に置き換えてもよい。この場
合、１個のプリズムは２つのダイクロイックミラーＤＣ
Ｍ4、ＤＣＭ5 の組と同じ機能を有する。次に図８の装
置に好適な位置検出、位置制御回路の一例を図１０を参
照して説明する。図８のヘテロダイン方式の場合、ウエ
ハＷ上の格子マークＭＧ、又は基準マーク板ＦＧから干
渉ビームＢＭが発生している間、光電素子ＤＴ0 からの
各波長毎の信号Ｉm1、Ｉm2、Ｉm3と、光電素子４０から
のＩmsは図１１に示すような正弦波状の交流波形とな
る。
ーはプリズム等の分散素子に置き換えてもよい。この場
合、１個のプリズムは２つのダイクロイックミラーＤＣ
Ｍ4、ＤＣＭ5 の組と同じ機能を有する。次に図８の装
置に好適な位置検出、位置制御回路の一例を図１０を参
照して説明する。図８のヘテロダイン方式の場合、ウエ
ハＷ上の格子マークＭＧ、又は基準マーク板ＦＧから干
渉ビームＢＭが発生している間、光電素子ＤＴ0 からの
各波長毎の信号Ｉm1、Ｉm2、Ｉm3と、光電素子４０から
のＩmsは図１１に示すような正弦波状の交流波形とな
る。
【００８８】ただし、図１１の信号Ｉm1、Ｉm2、Ｉm3は
図８中の切り換え制御回路ＴＳＣからの信号ＣS1、ＣS
2、ＣS3に応答してレーザ光源ＬＳ1 、ＬＳ2 、ＬＳ3
の各々が点灯しているときの信号である。また参照信号
Ｉmsもレーザ光源ＬＳ1 、ＬＳ2 、ＬＳ3 の点灯切り換
えに応答して各波長毎に別々に（時分割に）出力される
ものであるが、図１１では１つの信号波形で代表して示
してある。
図８中の切り換え制御回路ＴＳＣからの信号ＣS1、ＣS
2、ＣS3に応答してレーザ光源ＬＳ1 、ＬＳ2 、ＬＳ3
の各々が点灯しているときの信号である。また参照信号
Ｉmsもレーザ光源ＬＳ1 、ＬＳ2 、ＬＳ3 の点灯切り換
えに応答して各波長毎に別々に（時分割に）出力される
ものであるが、図１１では１つの信号波形で代表して示
してある。
【００８９】図１１（Ｄ）は基準信号となる信号Ｉmsの
時間的な強度変化を表し、図１１（Ａ）、（Ｂ）、
（Ｃ）はそれぞれウエハＷ上の格子マークＭＧからの干
渉ビームＢＭを各波長毎に時分割的に受光したときの信
号Ｉm1、Ｉm2、Ｉm3の時間的な強度変化の一例を示す。
ここで信号Ｉmsの位相を基準にすると、信号Ｉm1の位相
は信号Ｉmsに対して−Δψ1 だけずれ、信号Ｉm2の位相
は信号Ｉmsに対して−Δψ2 だけずれ、そして信号Ｉm3
は信号Ｉmsに対して＋Δψ3 だけずれているものとす
る。また、信号Ｉm1の振幅（交流成分のピークｔｏピー
ク）はＥ1 、信号Ｉm2の振幅はＥ2 、信号Ｉm3の振幅は
Ｅ3 とする。
時間的な強度変化を表し、図１１（Ａ）、（Ｂ）、
（Ｃ）はそれぞれウエハＷ上の格子マークＭＧからの干
渉ビームＢＭを各波長毎に時分割的に受光したときの信
号Ｉm1、Ｉm2、Ｉm3の時間的な強度変化の一例を示す。
ここで信号Ｉmsの位相を基準にすると、信号Ｉm1の位相
は信号Ｉmsに対して−Δψ1 だけずれ、信号Ｉm2の位相
は信号Ｉmsに対して−Δψ2 だけずれ、そして信号Ｉm3
は信号Ｉmsに対して＋Δψ3 だけずれているものとす
る。また、信号Ｉm1の振幅（交流成分のピークｔｏピー
ク）はＥ1 、信号Ｉm2の振幅はＥ2 、信号Ｉm3の振幅は
Ｅ3 とする。
【００９０】さて、図１０に示された回路ブロックにお
いて、光電素子ＤＴ0 からの光電信号Ｉmnと光電素子４
０からの光電信号Ｉmsはアナログ−デジタル変換（Ａ／
Ｄコンバータ）回路ユニット５０に入力され、ここでサ
ンプリングクロック発生回路５２からのクロック信号
（パルス）Ｃpsに応答して各信号のその瞬間の強度レベ
ルがデジタル値に変換される。
いて、光電素子ＤＴ0 からの光電信号Ｉmnと光電素子４
０からの光電信号Ｉmsはアナログ−デジタル変換（Ａ／
Ｄコンバータ）回路ユニット５０に入力され、ここでサ
ンプリングクロック発生回路５２からのクロック信号
（パルス）Ｃpsに応答して各信号のその瞬間の強度レベ
ルがデジタル値に変換される。
【００９１】そのクロック発生回路５２は、後で説明す
る位置制御器６２から出力されて、図８中の切り換え制
御回路ＴＳＣに送信される指令信号ＣＱに応答してクロ
ック信号Ｃpsの送出タイミングを制御している。そのタ
イミングは、例えば切り換え制御回路ＴＳＣが信号Ｃsn
（ｎ＝１，２，３）を出力して３つの光源ＬＳn （ｎ＝
１，２，３）のいずれかを点灯させている間は常にクロ
ック信号Ｃpsを出力するように定められている。
る位置制御器６２から出力されて、図８中の切り換え制
御回路ＴＳＣに送信される指令信号ＣＱに応答してクロ
ック信号Ｃpsの送出タイミングを制御している。そのタ
イミングは、例えば切り換え制御回路ＴＳＣが信号Ｃsn
（ｎ＝１，２，３）を出力して３つの光源ＬＳn （ｎ＝
１，２，３）のいずれかを点灯させている間は常にクロ
ック信号Ｃpsを出力するように定められている。
【００９２】クロック信号Ｃpsの周波数は信号Ｉmn（ｎ
＝１、２、３）、Ｉmsのビート周波数（２・Δｆ）より
も十分に高く定められ、そのクロック信号Ｃpsは波形メ
モリ回路ユニット５４にも送られ、Ａ／Ｄコンバータ５
０からのデジタル値（データ）を記憶する際のメモリア
ドレスの更新に使われる。このとき波形メモリ回路ユニ
ット５４は、指令信号ＣＱに応答して光電信号Ｉmn、Ｉ
msの各デジタル波形データの記憶領域（アドレス領域）
を、点灯された各光源に対応するように切り換える。例
えば、メモリ回路ユニット５４の波形データ記憶空間と
して８Ｋバイト単位の６つのＲＡＭ領域Ｍ1A，Ｍ1B，Ｍ
2A，Ｍ2B，Ｍ3A，Ｍ3Bを確保する。そして、波長λ1 の
光源ＬＳ1 が点灯している間にＡ／Ｄコンバータ５０か
ら出力される信号Ｉmn（Ｉm1）のデジタル波形データ
は、クロック信号Ｃpsに応答してＲＡＭ領域Ｍ1A内に順
次記憶させ、同時にＡ／Ｄコンバータ５０から出力され
る信号Ｉmsのデジタル波形データは、クロック信号Ｃps
に応答してＲＡＭ領域Ｍ1B内に順次記憶させる。
＝１、２、３）、Ｉmsのビート周波数（２・Δｆ）より
も十分に高く定められ、そのクロック信号Ｃpsは波形メ
モリ回路ユニット５４にも送られ、Ａ／Ｄコンバータ５
０からのデジタル値（データ）を記憶する際のメモリア
ドレスの更新に使われる。このとき波形メモリ回路ユニ
ット５４は、指令信号ＣＱに応答して光電信号Ｉmn、Ｉ
msの各デジタル波形データの記憶領域（アドレス領域）
を、点灯された各光源に対応するように切り換える。例
えば、メモリ回路ユニット５４の波形データ記憶空間と
して８Ｋバイト単位の６つのＲＡＭ領域Ｍ1A，Ｍ1B，Ｍ
2A，Ｍ2B，Ｍ3A，Ｍ3Bを確保する。そして、波長λ1 の
光源ＬＳ1 が点灯している間にＡ／Ｄコンバータ５０か
ら出力される信号Ｉmn（Ｉm1）のデジタル波形データ
は、クロック信号Ｃpsに応答してＲＡＭ領域Ｍ1A内に順
次記憶させ、同時にＡ／Ｄコンバータ５０から出力され
る信号Ｉmsのデジタル波形データは、クロック信号Ｃps
に応答してＲＡＭ領域Ｍ1B内に順次記憶させる。
【００９３】さらに指令信号ＣＱに応答して光源ＬＳ2
が点灯しているときは、信号Ｉmn（Ｉm2）のデジタル波
形データをＲＡＭ領域Ｍ2A内に順次記憶させるととも
に、同時に信号Ｉmsのデジタル波形データをＲＡＭ領域
Ｍ2B内に順次記憶させ、そして光源ＬＳ3 が点灯してい
るときは、信号Ｉmn（Ｉm3）のデジタル波形データをＲ
ＡＭ領域Ｍ3A内に順次記憶させるとともに、同時に信号
Ｉmsのデジタル波形データをＲＡＭ領域Ｍ3B内に順次記
憶させるように切り換える。
が点灯しているときは、信号Ｉmn（Ｉm2）のデジタル波
形データをＲＡＭ領域Ｍ2A内に順次記憶させるととも
に、同時に信号Ｉmsのデジタル波形データをＲＡＭ領域
Ｍ2B内に順次記憶させ、そして光源ＬＳ3 が点灯してい
るときは、信号Ｉmn（Ｉm3）のデジタル波形データをＲ
ＡＭ領域Ｍ3A内に順次記憶させるとともに、同時に信号
Ｉmsのデジタル波形データをＲＡＭ領域Ｍ3B内に順次記
憶させるように切り換える。
【００９４】従って波形メモリ回路ユニット５４内の３
つのＲＡＭ領域ＭnA（ｎ＝１，２，３）の各々には、図
１１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）のような信号Ｉmn（ｎ＝
１，２，３）の波形データが所定周期分（例えば、１０
周期分以上）に渡ってデジタルサンプリングされ、メモ
リ回路ユニット５４内の３つのＲＡＭ領域ＭnB（ｎ＝
１，２，３）の各々には、図１１（Ｄ）のような信号Ｉ
msの波形データが、信号Ｉmnと同じ周期分に渡ってデジ
タルサンプリングされる。
つのＲＡＭ領域ＭnA（ｎ＝１，２，３）の各々には、図
１１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）のような信号Ｉmn（ｎ＝
１，２，３）の波形データが所定周期分（例えば、１０
周期分以上）に渡ってデジタルサンプリングされ、メモ
リ回路ユニット５４内の３つのＲＡＭ領域ＭnB（ｎ＝
１，２，３）の各々には、図１１（Ｄ）のような信号Ｉ
msの波形データが、信号Ｉmnと同じ周期分に渡ってデジ
タルサンプリングされる。
【００９５】このとき、波形メモリ回路ユニット５４内
の３つの計測信号Ｉmnの各波形データは時間軸上では互
いに異なるタイミングのものとなるが、３つの計測信号
Ｉmnの各々と参照信号Ｉmsとは共通のクロック信号Ｃps
によって同時にサンプリングされるので、参照信号Ｉms
の波形データを基準として３つの計測信号Ｉmnの各波形
データの位相差Δψ1 、Δψ2 、Δψ3 を求めると、各
波長λ1 、λ2 、λ3毎の格子マークＭＧの位置ずれ量
が正確にわかることになる。
の３つの計測信号Ｉmnの各波形データは時間軸上では互
いに異なるタイミングのものとなるが、３つの計測信号
Ｉmnの各々と参照信号Ｉmsとは共通のクロック信号Ｃps
によって同時にサンプリングされるので、参照信号Ｉms
の波形データを基準として３つの計測信号Ｉmnの各波形
データの位相差Δψ1 、Δψ2 、Δψ3 を求めると、各
波長λ1 、λ2 、λ3毎の格子マークＭＧの位置ずれ量
が正確にわかることになる。
【００９６】尚、回転ラジアル格子板ＲＲＧを用いた場
合、ビート周波数は数ＫＨｚ程度が上限であるため、ク
ロック信号Ｃpsも十数ＫＨｚ程度でよい。また（Ｆ）特
開平６−８２２１５号公報のように２個の音響光学変調
器（ＡＯＭ）をタンデムに配置した周波数シフターを用
いる場合、ビート周波数は各ＡＯＭに加える高周波駆動
信号（数十ＭＨｚ以上）の周波数の差の２倍で決まるの
で比較的自由に定めることができる。
合、ビート周波数は数ＫＨｚ程度が上限であるため、ク
ロック信号Ｃpsも十数ＫＨｚ程度でよい。また（Ｆ）特
開平６−８２２１５号公報のように２個の音響光学変調
器（ＡＯＭ）をタンデムに配置した周波数シフターを用
いる場合、ビート周波数は各ＡＯＭに加える高周波駆動
信号（数十ＭＨｚ以上）の周波数の差の２倍で決まるの
で比較的自由に定めることができる。
【００９７】さて、図１０に示したメモリ回路ユニット
５４内の各波形データは、位相差Δψn （ｎ＝１、２、
３）、位置ずれΔＸn （ｎ＝１、２、３）の検出回路ユ
ニット５６に読み込まれ、ここで図１１に示したような
各位相差Δψ1 、Δψ2 、Δψ3 がデジタル演算（フー
リエ積分法）により算出される。先に仮定したようにウ
エハＷの格子マークＭＧのピッチＰmgと、この上に照射
される干渉縞のピッチＰifとがＰmg＝２Ｐifに設定され
ていると、図１１の各波形の１周期はＰmg／２に対応し
ている。
５４内の各波形データは、位相差Δψn （ｎ＝１、２、
３）、位置ずれΔＸn （ｎ＝１、２、３）の検出回路ユ
ニット５６に読み込まれ、ここで図１１に示したような
各位相差Δψ1 、Δψ2 、Δψ3 がデジタル演算（フー
リエ積分法）により算出される。先に仮定したようにウ
エハＷの格子マークＭＧのピッチＰmgと、この上に照射
される干渉縞のピッチＰifとがＰmg＝２Ｐifに設定され
ていると、図１１の各波形の１周期はＰmg／２に対応し
ている。
【００９８】また一般に位相差計測は±１８０度の範囲
で行われるので、検出回路５６は演算された位相差Δψ
1 、Δψ2 、Δψ3 を、先の式（３）に従って±Ｐmg／
４の範囲内の位置ずれ量ΔＸ1 、ΔＸ2 、ΔＸ3 に変換
する。このずれ量ΔＸn は参照格子ＳＧに対する格子マ
ークＭＧの±Ｐmg／４内でのずれを表す。ここで位相差
計測の分解能として０．２度程度が得られるものとする
と、ずれ量の分解能はほぼ（０．２／１８０）Ｐmg／４
となり、ピッチＰmgを４μｍにすると実用的な範囲とし
て０．００２μｍ（２ｎｍ）程度が得られる。
で行われるので、検出回路５６は演算された位相差Δψ
1 、Δψ2 、Δψ3 を、先の式（３）に従って±Ｐmg／
４の範囲内の位置ずれ量ΔＸ1 、ΔＸ2 、ΔＸ3 に変換
する。このずれ量ΔＸn は参照格子ＳＧに対する格子マ
ークＭＧの±Ｐmg／４内でのずれを表す。ここで位相差
計測の分解能として０．２度程度が得られるものとする
と、ずれ量の分解能はほぼ（０．２／１８０）Ｐmg／４
となり、ピッチＰmgを４μｍにすると実用的な範囲とし
て０．００２μｍ（２ｎｍ）程度が得られる。
【００９９】一方、信号振幅、及び振幅比検出回路ユニ
ット５８は、波形メモリ回路ユニット５４内の３つのＲ
ＡＭ領域ＭnA（ｎ＝１，２，３）に記憶された図１１の
ような各波形データを読み出し、各信号Ｉmnの振幅値Ｅ
1 、Ｅ2 、Ｅ3 をデジタル演算によって検出する。尚、
この検出回路ユニット５８には、予めフィデューシャル
マーク板ＦＧの格子から発生した干渉ビームＢＭを各光
電素子ＤＴ0 で受光したときに得られる光電信号Ｉm1、
Ｉm2、Ｉm3の各々の振幅値Ａ1 、Ａ2 、Ａ3 が記憶され
ている。
ット５８は、波形メモリ回路ユニット５４内の３つのＲ
ＡＭ領域ＭnA（ｎ＝１，２，３）に記憶された図１１の
ような各波形データを読み出し、各信号Ｉmnの振幅値Ｅ
1 、Ｅ2 、Ｅ3 をデジタル演算によって検出する。尚、
この検出回路ユニット５８には、予めフィデューシャル
マーク板ＦＧの格子から発生した干渉ビームＢＭを各光
電素子ＤＴ0 で受光したときに得られる光電信号Ｉm1、
Ｉm2、Ｉm3の各々の振幅値Ａ1 、Ａ2 、Ａ3 が記憶され
ている。
【０１００】すなわち、ウエハＷ上の格子マークＭＧを
計測する前にフィデューシャルマーク板ＦＧの格子マー
クを対物レンズ２２の下に移動させ、光電素子ＤＴ0 か
ら図１１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）のような信号を発生さ
せ、それを波形メモリ回路ユニット５４に記憶させた
後、振幅検出回路５８で振幅値Ａ1 、Ａ2 、Ａ3 を検出
して記憶させておく。
計測する前にフィデューシャルマーク板ＦＧの格子マー
クを対物レンズ２２の下に移動させ、光電素子ＤＴ0 か
ら図１１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）のような信号を発生さ
せ、それを波形メモリ回路ユニット５４に記憶させた
後、振幅検出回路５８で振幅値Ａ1 、Ａ2 、Ａ3 を検出
して記憶させておく。
【０１０１】この際、マーク板ＦＧが検出されるステー
ジＷＳＴの静止位置をレーザ干渉計４４から読み取って
記憶するとともに、ずれ量検出回路ユニット５６で各波
長毎の位置ずれ量ΔＸb1、ΔＸb2、ΔＸb3も求めておけ
ば、それをベースライン決定時のデータとして利用する
ことができる。尚、ここで言うベースラインとは、各波
長毎に計測されたマーク板ＦＧ上の格子マークの位置ず
れ量ΔＸb1、ΔＸb2、ΔＸb3が極めて微少量だけ相互に
異なっているときに、その相互の微少誤差分を意味す
る。本来、図８に示した送光系では波長λ1 、λ2 、λ
3 の各ビームによってフィデューシャルマーク板ＦＧ上
に生成される各波長毎の干渉縞が厳密に一致していれ
ば、マーク板ＦＧの位置ずれ量ΔＸb1、ΔＸb2、ΔＸb3
の各値は完全に一致するはずである。
ジＷＳＴの静止位置をレーザ干渉計４４から読み取って
記憶するとともに、ずれ量検出回路ユニット５６で各波
長毎の位置ずれ量ΔＸb1、ΔＸb2、ΔＸb3も求めておけ
ば、それをベースライン決定時のデータとして利用する
ことができる。尚、ここで言うベースラインとは、各波
長毎に計測されたマーク板ＦＧ上の格子マークの位置ず
れ量ΔＸb1、ΔＸb2、ΔＸb3が極めて微少量だけ相互に
異なっているときに、その相互の微少誤差分を意味す
る。本来、図８に示した送光系では波長λ1 、λ2 、λ
3 の各ビームによってフィデューシャルマーク板ＦＧ上
に生成される各波長毎の干渉縞が厳密に一致していれ
ば、マーク板ＦＧの位置ずれ量ΔＸb1、ΔＸb2、ΔＸb3
の各値は完全に一致するはずである。
【０１０２】しかしながら現実問題として、分解能が２
ｎｍ程度にもなると、その分解能程度に位置ずれ量ΔＸ
b1、ΔＸb2、ΔＸb3が揃うように送光系や検出系を調整
しておくことは難しい。そのため、マーク板ＦＧで計測
された位置ずれ量ΔＸb1、ΔＸb2、ΔＸb3の相互差が図
８に示したアライメント系固有のオフセット（ベースラ
イン誤差）として残存することになる。
ｎｍ程度にもなると、その分解能程度に位置ずれ量ΔＸ
b1、ΔＸb2、ΔＸb3が揃うように送光系や検出系を調整
しておくことは難しい。そのため、マーク板ＦＧで計測
された位置ずれ量ΔＸb1、ΔＸb2、ΔＸb3の相互差が図
８に示したアライメント系固有のオフセット（ベースラ
イン誤差）として残存することになる。
【０１０３】そのベースライン誤差は、ウエハＷ上の格
子マークＭＧを検出して検出回路５６で求められる各波
長毎の位置ずれ量ΔＸ1 、ΔＸ2 、ΔＸ3 の夫々を、先
に求めた位置ずれ量ΔＸb1、ΔＸb2、ΔＸb3の夫々で補
正計算することで補償される。一例として、図８の装置
では参照格子ＳＧから得られる干渉ビームＢmsも波長λ
1 、λ2 、λ3 のいずれか１つに切り替わるため、どれ
か１つの波長、例えば波長λ1 の下で計測されたフィデ
ューシャルマーク板ＦＧの位置ずれ量ΔＸb1を基準とし
て、ΔＸb2−ΔＸb1＝ΔＸb21 、ΔＸb3−ΔＸb1＝ΔＸ
b31 の各値を計算して記憶しておく。
子マークＭＧを検出して検出回路５６で求められる各波
長毎の位置ずれ量ΔＸ1 、ΔＸ2 、ΔＸ3 の夫々を、先
に求めた位置ずれ量ΔＸb1、ΔＸb2、ΔＸb3の夫々で補
正計算することで補償される。一例として、図８の装置
では参照格子ＳＧから得られる干渉ビームＢmsも波長λ
1 、λ2 、λ3 のいずれか１つに切り替わるため、どれ
か１つの波長、例えば波長λ1 の下で計測されたフィデ
ューシャルマーク板ＦＧの位置ずれ量ΔＸb1を基準とし
て、ΔＸb2−ΔＸb1＝ΔＸb21 、ΔＸb3−ΔＸb1＝ΔＸ
b31 の各値を計算して記憶しておく。
【０１０４】そしてウエハＷ上の格子マークＭＧについ
て計測された位置ずれ量ΔＸ1 、ΔＸ2 、ΔＸ3 に対し
て、ΔＸ2 −ΔＸ1 ＝ΔＸb21 になるようにΔＸ2 の値
を補正計算し、ΔＸ3 −ΔＸ1 ＝ΔＸb31 になるように
ΔＸ3 の値を補正計算すればよい。あるいは、より簡潔
な方法として、干渉ビームＢmsの各波長毎の切り換えに
応じて求められるフィデューシャルマーク板ＦＧの位置
ずれ量ΔＸb1、ΔＸb2、ΔＸb3を記憶し、計測されたウ
エハ上の格子マークＭＧの位置ずれ量ΔＸ1 、ΔＸ2 、
ΔＸ3 を、ΔＸ1 −ΔＸb1、ΔＸ2 −ΔＸb2、ΔＸ3 −
ΔＸb3のように補正計算してもよい。
て計測された位置ずれ量ΔＸ1 、ΔＸ2 、ΔＸ3 に対し
て、ΔＸ2 −ΔＸ1 ＝ΔＸb21 になるようにΔＸ2 の値
を補正計算し、ΔＸ3 −ΔＸ1 ＝ΔＸb31 になるように
ΔＸ3 の値を補正計算すればよい。あるいは、より簡潔
な方法として、干渉ビームＢmsの各波長毎の切り換えに
応じて求められるフィデューシャルマーク板ＦＧの位置
ずれ量ΔＸb1、ΔＸb2、ΔＸb3を記憶し、計測されたウ
エハ上の格子マークＭＧの位置ずれ量ΔＸ1 、ΔＸ2 、
ΔＸ3 を、ΔＸ1 −ΔＸb1、ΔＸ2 −ΔＸb2、ΔＸ3 −
ΔＸb3のように補正計算してもよい。
【０１０５】さらに振幅比検出回路ユニット５８は、予
め記憶してある振幅値Ａ1 、Ａ2 、Ａ3 とウエハＷ上の
格子マークＭＧを検出したときに得られる振幅値Ｅ1 、
Ｅ2、Ｅ3 との各比Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 を、Ｃ1 ＝Ｅ1 ／
Ａ1 、Ｃ2 ＝Ｅ2 ／Ａ2 、Ｃ3 ＝Ｅ3 ／Ａ3 として算出
する。この比Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 は、先の図５の実施例で
説明した重み係数に相当する。
め記憶してある振幅値Ａ1 、Ａ2 、Ａ3 とウエハＷ上の
格子マークＭＧを検出したときに得られる振幅値Ｅ1 、
Ｅ2、Ｅ3 との各比Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 を、Ｃ1 ＝Ｅ1 ／
Ａ1 、Ｃ2 ＝Ｅ2 ／Ａ2 、Ｃ3 ＝Ｅ3 ／Ａ3 として算出
する。この比Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 は、先の図５の実施例で
説明した重み係数に相当する。
【０１０６】以上のようにして求められた位置ずれ量Δ
Ｘ1 、ΔＸ2 、ΔＸ3 と比Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 のデータ
は、加重平均化演算回路ユニット６０に送られ、ここで
重みを加えた格子マークＭＧのずれ量ΔＸを算出する。
その演算は次式によって行われる。 ΔＸ=(Ｃ1 ・ΔＸ1 ＋Ｃ2 ・ΔＸ2 ＋Ｃ3 ・ΔＸ3 )／
(Ｃ1 ＋Ｃ2 ＋Ｃ3 )こうして求められたずれ量ΔＸは、
参照格子ＳＧに対する格子マークＭＧのピッチ方向のず
れであり、そのデータは位置制御、表示器６２に送られ
るとともに、ウエハＷをリアルタイムにアライメント
（位置決め）する場合にはサーボ制御回路ユニット６４
にも送られる。
Ｘ1 、ΔＸ2 、ΔＸ3 と比Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 のデータ
は、加重平均化演算回路ユニット６０に送られ、ここで
重みを加えた格子マークＭＧのずれ量ΔＸを算出する。
その演算は次式によって行われる。 ΔＸ=(Ｃ1 ・ΔＸ1 ＋Ｃ2 ・ΔＸ2 ＋Ｃ3 ・ΔＸ3 )／
(Ｃ1 ＋Ｃ2 ＋Ｃ3 )こうして求められたずれ量ΔＸは、
参照格子ＳＧに対する格子マークＭＧのピッチ方向のず
れであり、そのデータは位置制御、表示器６２に送られ
るとともに、ウエハＷをリアルタイムにアライメント
（位置決め）する場合にはサーボ制御回路ユニット６４
にも送られる。
【０１０７】このサーボ制御回路ユニット６４は２つの
機能を有しており、その１つはずれ量ΔＸが所定の値に
なるまで駆動源４２をフィードバック制御する機能（ダ
イレクトサーボモード）である。この機能の場合は、Ａ
／Ｄコンバータ回路５０、メモリ回路ユニット５４、ず
れ量検出回路ユニット５６、及び平均化回路ユニット６
０の動作が、位置制御器６２からの指令信号ＣＱに応答
して逐次繰り返され、極めて短い時間（例えば数ｍse
c.）毎にずれ量ΔＸの値が算出される。
機能を有しており、その１つはずれ量ΔＸが所定の値に
なるまで駆動源４２をフィードバック制御する機能（ダ
イレクトサーボモード）である。この機能の場合は、Ａ
／Ｄコンバータ回路５０、メモリ回路ユニット５４、ず
れ量検出回路ユニット５６、及び平均化回路ユニット６
０の動作が、位置制御器６２からの指令信号ＣＱに応答
して逐次繰り返され、極めて短い時間（例えば数ｍse
c.）毎にずれ量ΔＸの値が算出される。
【０１０８】なお、振幅比検出回路ユニット５８による
比Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 の算出は初めの１回だけでもよい
し、ずれ量ΔＸの算出の度に毎回行ってもよい。比Ｃ1
、Ｃ2、Ｃ3 の算出を毎回行う場合は、加重平均化回路
ユニット６０によるずれ量ΔＸの算出毎に比Ｃ1 、Ｃ2
、Ｃ3 の値が若干変化することがあることは言うまで
もない。また比Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 の算出を初めの１回又
は複数回だけにする場合は、それ以降同じ格子マークＭ
Ｇを検出する間は同じ比の値が使われる。
比Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 の算出は初めの１回だけでもよい
し、ずれ量ΔＸの算出の度に毎回行ってもよい。比Ｃ1
、Ｃ2、Ｃ3 の算出を毎回行う場合は、加重平均化回路
ユニット６０によるずれ量ΔＸの算出毎に比Ｃ1 、Ｃ2
、Ｃ3 の値が若干変化することがあることは言うまで
もない。また比Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 の算出を初めの１回又
は複数回だけにする場合は、それ以降同じ格子マークＭ
Ｇを検出する間は同じ比の値が使われる。
【０１０９】一方サーボ制御回路ユニット６４のもう１
つの機能は、ウエハステージＷＳＴをレーザ干渉計４４
の計測値に基づいて移動させる機能（干渉計サーボモー
ド）である。この機能は、例えばステージＷＳＴ上のフ
ィデューシャルマーク板ＦＧの格子やウエハＷ上の格子
マークＭＧを対物レンズ２２の直下に位置決めしたり、
検出された格子マークＭＧの位置を基準としてウエハＷ
上の任意の点を対物レンズ２２の直下に位置決めしたり
するときに使われる。
つの機能は、ウエハステージＷＳＴをレーザ干渉計４４
の計測値に基づいて移動させる機能（干渉計サーボモー
ド）である。この機能は、例えばステージＷＳＴ上のフ
ィデューシャルマーク板ＦＧの格子やウエハＷ上の格子
マークＭＧを対物レンズ２２の直下に位置決めしたり、
検出された格子マークＭＧの位置を基準としてウエハＷ
上の任意の点を対物レンズ２２の直下に位置決めしたり
するときに使われる。
【０１１０】この干渉計サーボモードの場合、位置制御
器６２からウエハステージＷＳＴの目標位置情報がサー
ボ制御回路ユニット６４に出力され、制御回路ユニット
６４はレーザ干渉計４４から読み取ったステージＷＳＴ
の現在位置と目標位置との偏差が所定の許容範囲（例え
ば±０．０４μｍ）に入るように駆動源４２をフィード
バック制御する。
器６２からウエハステージＷＳＴの目標位置情報がサー
ボ制御回路ユニット６４に出力され、制御回路ユニット
６４はレーザ干渉計４４から読み取ったステージＷＳＴ
の現在位置と目標位置との偏差が所定の許容範囲（例え
ば±０．０４μｍ）に入るように駆動源４２をフィード
バック制御する。
【０１１１】なお、干渉計サーボモードに続いてダイレ
クトサーボモードを実行する場合、ダイレクトモードに
よるサーボ可能範囲は格子マークＭＧのピッチＰmgに対
して±Ｐmg／４である。もしそれ以上にずれていると、
格子マークＭＧの１ピッチの半分のオフセットが生じた
まま位置決めされてしまうからである。そこで、干渉計
サーボモードのときのステージＷＳＴの位置決め許容範
囲を定常的に±０．０４μｍにするのではなく、格子マ
ークＭＧ（又はフィデューシャルマーク板ＦＧ）を検出
するときだけ、許容範囲を±〔（Ｐmg／４）−α〕に切
り換えるようにしてもよい。
クトサーボモードを実行する場合、ダイレクトモードに
よるサーボ可能範囲は格子マークＭＧのピッチＰmgに対
して±Ｐmg／４である。もしそれ以上にずれていると、
格子マークＭＧの１ピッチの半分のオフセットが生じた
まま位置決めされてしまうからである。そこで、干渉計
サーボモードのときのステージＷＳＴの位置決め許容範
囲を定常的に±０．０４μｍにするのではなく、格子マ
ークＭＧ（又はフィデューシャルマーク板ＦＧ）を検出
するときだけ、許容範囲を±〔（Ｐmg／４）−α〕に切
り換えるようにしてもよい。
【０１１２】例えばピッチＰmgが４μｍのとき、その許
容範囲を±０．５μｍ程度にすると、通常の許容範囲
（±０．０４μｍ）よりもはるかにゆるい精度で位置決
めサーボが可能なので、追い込み時間が短縮されること
になる。そして、そのゆるい許容範囲（±０．５μｍ）
に入ったらただちにダイレクトサーボモードに切り換え
ることで、高速で高精度な位置決め（位置合わせ）が可
能となる。
容範囲を±０．５μｍ程度にすると、通常の許容範囲
（±０．０４μｍ）よりもはるかにゆるい精度で位置決
めサーボが可能なので、追い込み時間が短縮されること
になる。そして、そのゆるい許容範囲（±０．５μｍ）
に入ったらただちにダイレクトサーボモードに切り換え
ることで、高速で高精度な位置決め（位置合わせ）が可
能となる。
【０１１３】さて、位置制御、表示器６２は上述の指令
信号ＣＱの出力、サーボモードの切り換え指示の他に、
格子マークＭＧの座標位置や求められたずれ量ΔＸを表
示する機能も有する。また場合によっては、格子マーク
ＭＧを検出したときの重み係数となる比Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ
3 の値も記憶、保存する。この場合、ウエハＷ上の多数
の位置に同一の格子マークＭＧが形成され、それらマー
クＭＧの位置を順次検出するときに、比Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ
3 も順次記憶しておくと、ウエハＷ上のどの部分のマー
クＭＧに非対称性やレジスト層のむらに起因した問題が
あったのかを検証することができる。
信号ＣＱの出力、サーボモードの切り換え指示の他に、
格子マークＭＧの座標位置や求められたずれ量ΔＸを表
示する機能も有する。また場合によっては、格子マーク
ＭＧを検出したときの重み係数となる比Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ
3 の値も記憶、保存する。この場合、ウエハＷ上の多数
の位置に同一の格子マークＭＧが形成され、それらマー
クＭＧの位置を順次検出するときに、比Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ
3 も順次記憶しておくと、ウエハＷ上のどの部分のマー
クＭＧに非対称性やレジスト層のむらに起因した問題が
あったのかを検証することができる。
【０１１４】そして、ウエハＷ上で重み係数（比Ｃ1 、
Ｃ2 、Ｃ3 ）が大きく変化した部分をグラフィック表示
するようにしてもよい。この際、拡散工程やエッチング
工程等の熱化学プロセスを経て、レジスト層を塗布する
前のウエハを図８の装置に装着して重み係数の変化を求
めれば、その熱化学プロセスによるウエハ面上の影響を
間接的に調べることもできる。さらにそのウエハにレジ
スト層を塗布して同様に重み係数の変化を求めて塗布前
の重み係数の変化と比較すれば、レジスト層による影響
を間接的に調べることもできる。
Ｃ2 、Ｃ3 ）が大きく変化した部分をグラフィック表示
するようにしてもよい。この際、拡散工程やエッチング
工程等の熱化学プロセスを経て、レジスト層を塗布する
前のウエハを図８の装置に装着して重み係数の変化を求
めれば、その熱化学プロセスによるウエハ面上の影響を
間接的に調べることもできる。さらにそのウエハにレジ
スト層を塗布して同様に重み係数の変化を求めて塗布前
の重み係数の変化と比較すれば、レジスト層による影響
を間接的に調べることもできる。
【０１１５】以上の第３の実施例ではステージＷＳＴ上
にフィデューシャルマーク板ＦＧを設け、これを使って
各波長毎の信号振幅の変化率、すなわち比Ｃ1 、Ｃ2 、
Ｃ3を求めるようにしたので、第１の実施例（図５）の
ように送光ビームＬＢ1 、ＬＢ2 の一部のビームＢr1、
Ｂr2の光強度を直接検出する光電素子ＤＴ1 を設ける必
要がない。このことは逆に、第１（又は第２）の実施例
においても基準となるフィデューシャルマーク板ＦＧを
格子ＭＧと並置すれば、光電素子ＤＴ1 を設けることな
く比Ｃ1 、Ｃ2 を検出できることを意味する。
にフィデューシャルマーク板ＦＧを設け、これを使って
各波長毎の信号振幅の変化率、すなわち比Ｃ1 、Ｃ2 、
Ｃ3を求めるようにしたので、第１の実施例（図５）の
ように送光ビームＬＢ1 、ＬＢ2 の一部のビームＢr1、
Ｂr2の光強度を直接検出する光電素子ＤＴ1 を設ける必
要がない。このことは逆に、第１（又は第２）の実施例
においても基準となるフィデューシャルマーク板ＦＧを
格子ＭＧと並置すれば、光電素子ＤＴ1 を設けることな
く比Ｃ1 、Ｃ2 を検出できることを意味する。
【０１１６】ところでウエハステージＷＳＴ上に既知の
反射率のクロム表面をもったフィデューシャルマーク板
ＦＧを固定した場合は、先にも触れたようにそのマーク
板ＦＧを各種ベースライン量の計測やフォーカス状態の
計測に利用することができる。ベースライン量とは、基
本的には投影露光装置に装着されたマスク（レチクル）
の中心の投影点と各種ウエハアライメント系の検出中心
点との相対的な位置関係を決定するための計測動作を意
味する。
反射率のクロム表面をもったフィデューシャルマーク板
ＦＧを固定した場合は、先にも触れたようにそのマーク
板ＦＧを各種ベースライン量の計測やフォーカス状態の
計測に利用することができる。ベースライン量とは、基
本的には投影露光装置に装着されたマスク（レチクル）
の中心の投影点と各種ウエハアライメント系の検出中心
点との相対的な位置関係を決定するための計測動作を意
味する。
【０１１７】図１２は本発明の第４の実施例として、ベ
ースライン量の計測が必要な投影露光装置の概略的なア
ライメント系の配置を示し、レチクルＲはレチクルステ
ージＲＳＴ上に吸着され、露光用照明系ＩＬＸからダイ
クロイックミラーＤＣＭを介して放射される紫外線（ｉ
線、エキシマ等）によって均一に照射される。そしてレ
チクルＲのパターン像は等倍、又は縮小のテレセントリ
ックな投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上のショット領
域に投影露光されるように構成される。
ースライン量の計測が必要な投影露光装置の概略的なア
ライメント系の配置を示し、レチクルＲはレチクルステ
ージＲＳＴ上に吸着され、露光用照明系ＩＬＸからダイ
クロイックミラーＤＣＭを介して放射される紫外線（ｉ
線、エキシマ等）によって均一に照射される。そしてレ
チクルＲのパターン像は等倍、又は縮小のテレセントリ
ックな投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上のショット領
域に投影露光されるように構成される。
【０１１８】図１２において、ウエハステージＷＳＴ上
のフィデューシャルマーク板ＦＧの表面には、スルーザ
レチクル（ＴＴＲ）方式のアライメント系ＴＴＲＡによ
って検出可能なマーク群と、レチクルアライメント系Ｒ
Ａによって検出可能なマーク群と、スルーザレンズ（Ｔ
ＴＬ）方式のアライメント系ＴＴＬＡによって検出可能
なマーク群と、そして投影光学系ＰＬの外部に固定され
たオフ・アクシス方式のアライメント系ＯＦＡによって
検出可能なマーク群とが形成されている。
のフィデューシャルマーク板ＦＧの表面には、スルーザ
レチクル（ＴＴＲ）方式のアライメント系ＴＴＲＡによ
って検出可能なマーク群と、レチクルアライメント系Ｒ
Ａによって検出可能なマーク群と、スルーザレンズ（Ｔ
ＴＬ）方式のアライメント系ＴＴＬＡによって検出可能
なマーク群と、そして投影光学系ＰＬの外部に固定され
たオフ・アクシス方式のアライメント系ＯＦＡによって
検出可能なマーク群とが形成されている。
【０１１９】これらのマーク群は一部共通に使われるも
のもある。また各アライメント系ＲＡ、ＴＴＲＡ、ＴＴ
ＬＡ、ＯＦＡは、マーク検出時の基準となる直接的、ま
たは間接的な検出中心点Ｒf1、Ｒf2、Ｒf3、Ｒf4を備え
ている。先の図８のような位置検出装置を各アライメン
ト系に適用した場合、検出中心点Ｒf1、Ｒf2、Ｒf3、Ｒ
f4は参照格子ＳＧによって規定される。ただしレチクル
アライメント系ＲＡにおいて、レチクルＲの周辺のレチ
クルアライメント用のマーク（格子パターン）ＲＭとフ
ィデューシャルマーク板ＦＧ上の対応した格子マークと
を、パターンＰＲの投影露光用の照明光と同じ波長の照
明光で照射し、両マークが所定の位置関係になるように
レチクルステージＲＳＴを微動させるような構成になっ
ている場合は、検出中心点Ｒf1を必要としない。
のもある。また各アライメント系ＲＡ、ＴＴＲＡ、ＴＴ
ＬＡ、ＯＦＡは、マーク検出時の基準となる直接的、ま
たは間接的な検出中心点Ｒf1、Ｒf2、Ｒf3、Ｒf4を備え
ている。先の図８のような位置検出装置を各アライメン
ト系に適用した場合、検出中心点Ｒf1、Ｒf2、Ｒf3、Ｒ
f4は参照格子ＳＧによって規定される。ただしレチクル
アライメント系ＲＡにおいて、レチクルＲの周辺のレチ
クルアライメント用のマーク（格子パターン）ＲＭとフ
ィデューシャルマーク板ＦＧ上の対応した格子マークと
を、パターンＰＲの投影露光用の照明光と同じ波長の照
明光で照射し、両マークが所定の位置関係になるように
レチクルステージＲＳＴを微動させるような構成になっ
ている場合は、検出中心点Ｒf1を必要としない。
【０１２０】このことはアライメント系ＴＴＲＡにおい
ても同様であって、フィデューシャルマーク板ＦＧ上の
対応したマーク、あるいはウエハＷ上のマークと、レチ
クルＲのパターンＰＲの周辺部に形成されたダイ・バイ
・ダイ（Ｄ／Ｄ）アライメント用のマークとを画像とし
て撮像し、両マーク像の位置ずれを検出する方式である
場合は、格別に検出中心点Ｒf2を規定しておく必要もな
い。
ても同様であって、フィデューシャルマーク板ＦＧ上の
対応したマーク、あるいはウエハＷ上のマークと、レチ
クルＲのパターンＰＲの周辺部に形成されたダイ・バイ
・ダイ（Ｄ／Ｄ）アライメント用のマークとを画像とし
て撮像し、両マーク像の位置ずれを検出する方式である
場合は、格別に検出中心点Ｒf2を規定しておく必要もな
い。
【０１２１】ここで、ベースライン量とは、レチクルＲ
の中心ＣＣr のウエハ側への投影点（ほぼ光軸ＡＸ上に
一致している）と、各検出中心点Ｒf1、Ｒf2、Ｒf3、Ｒ
f4のウエハ側への投影点との間のＸ、Ｙ方向の位置関係
に他ならない。その位置関係は、フィデューシャルマー
ク板ＦＧの対応したマーク群と、各検出中心点Ｒf1〜Ｒ
f4の投影点との位置ずれ量を各アライメント系ＲＡ、Ｔ
ＴＲＡ、ＴＴＬＡ、ＯＦＡ自体で検出するとともに、そ
のときのウエハステージＷＳＴの座標位置をレーザ干渉
計４４（図８参照）によって検出することで求めること
ができる。
の中心ＣＣr のウエハ側への投影点（ほぼ光軸ＡＸ上に
一致している）と、各検出中心点Ｒf1、Ｒf2、Ｒf3、Ｒ
f4のウエハ側への投影点との間のＸ、Ｙ方向の位置関係
に他ならない。その位置関係は、フィデューシャルマー
ク板ＦＧの対応したマーク群と、各検出中心点Ｒf1〜Ｒ
f4の投影点との位置ずれ量を各アライメント系ＲＡ、Ｔ
ＴＲＡ、ＴＴＬＡ、ＯＦＡ自体で検出するとともに、そ
のときのウエハステージＷＳＴの座標位置をレーザ干渉
計４４（図８参照）によって検出することで求めること
ができる。
【０１２２】ところで、多波長化された送光ビーム±Ｌ
Ｆを用いる場合、各波長成分の送光ビーム毎にウェハＷ
上に生成される干渉縞は、そのピッチやピッチ方向の相
対位相が僅かながら（例えば０．０５μｍ程度）異なっ
ていることがある。このような僅かなずれは緻密な調整
作業によって理想的に零にまで追い込むことも可能では
あるが、そのように労力をかけて調整したとしても、経
時的なドリフトの発生を考慮するとあまり現実的ではな
い。 そのような各波長毎のピッチずれや相対位相ずれ
は、先の図８のような装置の場合は回転ラジアル格子板
ＲＲＧの透過型の振幅格子、あるいはＡＯＭによる周波
数シフターの場合はＡＯＭの結晶中に屈折率の粗密の繰
り返しで生成される透過型の位相格子の周波数倍化（ｆ
ｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｕｂｌｉｎｇ）されたピッチ像
が、異なる波長の光を使うことによる結像光学系の色収
差、コマ収差、アス、非点収差等の影響でウェハＷ（フ
ィデューシャルマーク板ＦＧ）上に微妙なひずみ差を伴
って結像されるからである。
Ｆを用いる場合、各波長成分の送光ビーム毎にウェハＷ
上に生成される干渉縞は、そのピッチやピッチ方向の相
対位相が僅かながら（例えば０．０５μｍ程度）異なっ
ていることがある。このような僅かなずれは緻密な調整
作業によって理想的に零にまで追い込むことも可能では
あるが、そのように労力をかけて調整したとしても、経
時的なドリフトの発生を考慮するとあまり現実的ではな
い。 そのような各波長毎のピッチずれや相対位相ずれ
は、先の図８のような装置の場合は回転ラジアル格子板
ＲＲＧの透過型の振幅格子、あるいはＡＯＭによる周波
数シフターの場合はＡＯＭの結晶中に屈折率の粗密の繰
り返しで生成される透過型の位相格子の周波数倍化（ｆ
ｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｕｂｌｉｎｇ）されたピッチ像
が、異なる波長の光を使うことによる結像光学系の色収
差、コマ収差、アス、非点収差等の影響でウェハＷ（フ
ィデューシャルマーク板ＦＧ）上に微妙なひずみ差を伴
って結像されるからである。
【０１２３】そこで、多波長化された干渉縞の各波長成
分毎の相対位置（位相）ずれ、すなわち干渉縞の色オフ
セットを時々実測できるようなキャリブレーション機能
（ベースラインチェック）を組み込んでおくとよい。こ
のとき、図１２中の各アライメント系に図８のようなヘ
テロダイン方式の位置検出装置が組み込まれているとき
は、そのようなベースライン計測動作時にフィデューシ
ャルマーク板ＦＧの格子を検出することになるので、図
８中の光電素子ＤＴ0 から出力される各波長毎の信号Ｉ
m1、Ｉm2、Ｉm3の振幅レベルＡ1 、Ａ2 、Ａ3 を図１０
中の回路ユニット５８内に記憶しておくことができる。
（このような機能については後で詳細に説明する。） 尚、図１２に示した投影光学系ＰＬ内の瞳面ＥＰは先の
図５、７に示したフーリエ変換面ＥＰと同等のものであ
る。そして投影光学系ＰＬを介してウエハステージＷＳ
Ｔ上の物体（ウエハＷのマーク、又はフィデューシャル
マーク板ＦＧのマーク）を検出するアライメント系Ｒ
Ａ、ＴＴＲＡ、ＴＴＬＡの夫々に設けられた対物レンズ
の光軸は、ウエハステージＷＳＴ側では全て光軸ＡＸと
ほぼ平行になるように設定される。
分毎の相対位置（位相）ずれ、すなわち干渉縞の色オフ
セットを時々実測できるようなキャリブレーション機能
（ベースラインチェック）を組み込んでおくとよい。こ
のとき、図１２中の各アライメント系に図８のようなヘ
テロダイン方式の位置検出装置が組み込まれているとき
は、そのようなベースライン計測動作時にフィデューシ
ャルマーク板ＦＧの格子を検出することになるので、図
８中の光電素子ＤＴ0 から出力される各波長毎の信号Ｉ
m1、Ｉm2、Ｉm3の振幅レベルＡ1 、Ａ2 、Ａ3 を図１０
中の回路ユニット５８内に記憶しておくことができる。
（このような機能については後で詳細に説明する。） 尚、図１２に示した投影光学系ＰＬ内の瞳面ＥＰは先の
図５、７に示したフーリエ変換面ＥＰと同等のものであ
る。そして投影光学系ＰＬを介してウエハステージＷＳ
Ｔ上の物体（ウエハＷのマーク、又はフィデューシャル
マーク板ＦＧのマーク）を検出するアライメント系Ｒ
Ａ、ＴＴＲＡ、ＴＴＬＡの夫々に設けられた対物レンズ
の光軸は、ウエハステージＷＳＴ側では全て光軸ＡＸと
ほぼ平行になるように設定される。
【０１２４】また、投影光学系ＰＬのウエハ側のみなら
ずレチクル側もテレセントリック系になっているとき
（図１２の場合）は、各アライメント系の対物レンズの
光軸はレチクル側でも投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行
になっている。そして、それら対物レンズの光軸の延長
は投影光学系ＰＬの瞳面ＥＰの中央（光軸ＡＸが通る部
分）を通る。その瞳面ＥＰの実効的な半径は、投影レン
ズＰＬの解像力（最小解像線幅）を左右する開口数（Ｎ
Ａ）に対応し、現在ＮＡ＝０．５〜０．７程度の投影レ
ンズが開発されている。
ずレチクル側もテレセントリック系になっているとき
（図１２の場合）は、各アライメント系の対物レンズの
光軸はレチクル側でも投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行
になっている。そして、それら対物レンズの光軸の延長
は投影光学系ＰＬの瞳面ＥＰの中央（光軸ＡＸが通る部
分）を通る。その瞳面ＥＰの実効的な半径は、投影レン
ズＰＬの解像力（最小解像線幅）を左右する開口数（Ｎ
Ａ）に対応し、現在ＮＡ＝０．５〜０．７程度の投影レ
ンズが開発されている。
【０１２５】さて図１３は、図１２に示したアライメン
ト系のうちアライメント系ＴＴＬＡの主要部の一例を示
し、ウエハ上の格子マークＭＧ、又はフィデューシャル
マーク板ＦＧを検出するための１対の多色化された送光
ビーム±ＬＦ（図８中のビーム＋ＬＦとビーム−ＬＦに
相当）は補正光学系ＣＧ、偏光ビームスプリッタＰＢＳ
（機能としては図８中のハーフミラー２０に相当）、１
／４波長板ＱＷ、対物レンズＯＢＪ（図８中の対物レン
ズ２２に相当）、及び２枚のミラーＭＲを介して投影レ
ンズＰＬに入射する。
ト系のうちアライメント系ＴＴＬＡの主要部の一例を示
し、ウエハ上の格子マークＭＧ、又はフィデューシャル
マーク板ＦＧを検出するための１対の多色化された送光
ビーム±ＬＦ（図８中のビーム＋ＬＦとビーム−ＬＦに
相当）は補正光学系ＣＧ、偏光ビームスプリッタＰＢＳ
（機能としては図８中のハーフミラー２０に相当）、１
／４波長板ＱＷ、対物レンズＯＢＪ（図８中の対物レン
ズ２２に相当）、及び２枚のミラーＭＲを介して投影レ
ンズＰＬに入射する。
【０１２６】この際、２枚のミラーＭＲの間にはウエハ
Ｗの表面と共役な面ＦＣが形成され、この面ＦＣ内で１
対のビーム±ＬＦは交差する。そのビーム±ＬＦは投影
レンズＰＬによってリレーされ、ウエハ上でも交差して
格子マークＭＧを照射する。また本実施例では、偏光ビ
ームスプリッタＰＢＳに入射するビーム±ＬＦを直線偏
光とし、偏光ビームスプリッタＰＢＳで効率的に反射さ
れた送光ビームは１／４波長板ＱＷを透過するときに一
方向に回転する円偏光に変換されて、対物レンズＯＢ
Ｊ、投影レンズＰＬを通ってウェハ上の格子マークＭＧ
を照射する。
Ｗの表面と共役な面ＦＣが形成され、この面ＦＣ内で１
対のビーム±ＬＦは交差する。そのビーム±ＬＦは投影
レンズＰＬによってリレーされ、ウエハ上でも交差して
格子マークＭＧを照射する。また本実施例では、偏光ビ
ームスプリッタＰＢＳに入射するビーム±ＬＦを直線偏
光とし、偏光ビームスプリッタＰＢＳで効率的に反射さ
れた送光ビームは１／４波長板ＱＷを透過するときに一
方向に回転する円偏光に変換されて、対物レンズＯＢ
Ｊ、投影レンズＰＬを通ってウェハ上の格子マークＭＧ
を照射する。
【０１２７】そして格子マークＭＧから垂直に発生した
干渉ビームＢＭは、投影レンズＰＬの瞳面ＥＰのほぼ中
央を通り、２つのミラーＭＲ、対物レンズＯＢＪ、１／
４波長板ＱＷを介して偏光ビームスプリッタＰＢＳに達
する。このとき、干渉ビームＢＭは送光ビームの偏光方
向と直交した直線偏光になっているため、偏光ビームス
プリッタＰＢＳを効率的に透過して光電素子ＤＴ0 に達
する。
干渉ビームＢＭは、投影レンズＰＬの瞳面ＥＰのほぼ中
央を通り、２つのミラーＭＲ、対物レンズＯＢＪ、１／
４波長板ＱＷを介して偏光ビームスプリッタＰＢＳに達
する。このとき、干渉ビームＢＭは送光ビームの偏光方
向と直交した直線偏光になっているため、偏光ビームス
プリッタＰＢＳを効率的に透過して光電素子ＤＴ0 に達
する。
【０１２８】このようなアライメント系ＴＴＬＡにおい
て、送光ビーム±ＬＦが複数の波長成分（互いに３０〜
４０ｎｍ程度離れる）で時分割的に切り換えられると、
投影レンズＰＬの色収差（軸上と倍率）の影響、又は対
物レンズＯＢＪの色収差の影響によって、ウエハ上に照
射されるビーム±ＬＦの交差領域が各波長成分毎にＺ方
向、あるいはＸＹ方向に微妙にずれるてくることがあ
る。
て、送光ビーム±ＬＦが複数の波長成分（互いに３０〜
４０ｎｍ程度離れる）で時分割的に切り換えられると、
投影レンズＰＬの色収差（軸上と倍率）の影響、又は対
物レンズＯＢＪの色収差の影響によって、ウエハ上に照
射されるビーム±ＬＦの交差領域が各波長成分毎にＺ方
向、あるいはＸＹ方向に微妙にずれるてくることがあ
る。
【０１２９】そこで図１３のように送光ビーム±ＬＦの
光路中に色収差に応じて発生する誤差を補正する補正光
学系ＣＧを設ける。この補正光学系ＣＧは凸レンズ、凹
レンズ、あるいはそれらの組み合わせレンズ、または平
行平板ガラス、あるいはその平板ガラスとレンズ素子の
組み合せで構成され、図８に示した調整光学系１４、１
６、１８を使用してもよい。
光路中に色収差に応じて発生する誤差を補正する補正光
学系ＣＧを設ける。この補正光学系ＣＧは凸レンズ、凹
レンズ、あるいはそれらの組み合わせレンズ、または平
行平板ガラス、あるいはその平板ガラスとレンズ素子の
組み合せで構成され、図８に示した調整光学系１４、１
６、１８を使用してもよい。
【０１３０】また、図１２中のアライメント系ＴＴＲＡ
の場合、レチクルＲ上のＤ／Ｄアライメント用のマーク
ＤＤＭを回折格子とし、そのマークＤＤＭと対応するウ
エハＷ上の格子マークＭＧとの相対位置ずれを、図８の
ようなヘテロダイン方式で検出するときには、（Ｇ）特
開平６−３０２５０４号公報に開示されているように、
投影レンズＰＬの瞳面ＥＰに透明な平行平板状の補正板
ＰＧＰを設け、この補正板ＰＧＰ上で送光ビーム（±Ｌ
Ｆ）や干渉ビーム（ＢＭ）が通る位置のみに位相型回折
格子（補正板ＰＧＰの表面に所定ピッチで凹凸のライン
をエッチングしたもの）を配置して、軸上色収差と倍率
色収差の影響を低減する必要がある。
の場合、レチクルＲ上のＤ／Ｄアライメント用のマーク
ＤＤＭを回折格子とし、そのマークＤＤＭと対応するウ
エハＷ上の格子マークＭＧとの相対位置ずれを、図８の
ようなヘテロダイン方式で検出するときには、（Ｇ）特
開平６−３０２５０４号公報に開示されているように、
投影レンズＰＬの瞳面ＥＰに透明な平行平板状の補正板
ＰＧＰを設け、この補正板ＰＧＰ上で送光ビーム（±Ｌ
Ｆ）や干渉ビーム（ＢＭ）が通る位置のみに位相型回折
格子（補正板ＰＧＰの表面に所定ピッチで凹凸のライン
をエッチングしたもの）を配置して、軸上色収差と倍率
色収差の影響を低減する必要がある。
【０１３１】さて図１４は、アライメント系ＴＴＲＡの
一部の構成と補正板ＰＧＰとの配置関係の一例を表した
本発明の第５の実施例を示し、図１４（Ａ）はＸ方向
（計測方向）にピッチを有する格子マークＭＧを検出す
る場合の送光ビーム±ＬＦと干渉ビームＢＭとの光路を
Ｘ−Ｚ平面でみたものであり、図１４（Ｂ）は、図１４
（Ａ）の光路をそれと直交したＹ−Ｚ平面でみたもので
ある。
一部の構成と補正板ＰＧＰとの配置関係の一例を表した
本発明の第５の実施例を示し、図１４（Ａ）はＸ方向
（計測方向）にピッチを有する格子マークＭＧを検出す
る場合の送光ビーム±ＬＦと干渉ビームＢＭとの光路を
Ｘ−Ｚ平面でみたものであり、図１４（Ｂ）は、図１４
（Ａ）の光路をそれと直交したＹ−Ｚ平面でみたもので
ある。
【０１３２】アライメント系ＴＴＲＡの対物レンズＯＢ
Ｊ（図８の対物レンズ２２に相当する）からは２本の送
光ビーム±ＬＦが光軸ＡＸa からわずかに偏心して射出
され、ミラーＭＲで反射してレチクルＲのパターン領域
の周辺の窓ＲＷを介して投影レンズＰＬに入射する。２
本の送光ビーム±ＬＦは時分割的に各波長成分毎の光に
切り換えられ、Ｘ−Ｚ平面内でみると図１４（Ａ）のよ
うに対称的な傾きで窓ＲＷを透過し、Ｙ−Ｚ平面内でみ
ると図１４（Ｂ）のように、対物レンズＯＢＪの光軸Ａ
Ｘa に対して傾いて窓ＲＷを透過する。 その２本の送
光ビーム±ＬＦは、それぞれ投影レンズＰＬの瞳面ＥＰ
に配置された補正板ＰＧＰ上の２ヶ所の位相型回折格子
（以下、位相格子とする）ＰＧ1 、ＰＧ2 を通る。この
とき位相格子ＰＧ1 、ＰＧ2 の作用によって送光ビーム
±ＬＦの夫々は同図中の破線から実線のように所定方向
に所定量だけ傾きを変えられて投影レンズＰＬから射出
する。そして送光ビーム±ＬＦは、Ｘ−Ｚ平面内でみる
と図１４（Ａ）のようにウエハＷ上の格子マークＭＧを
対称的な入射角で照射し、Ｙ−Ｚ平面内では図１４
（Ｂ）のように格子マークＭＧに対してＹ方向に若干傾
いて入射する。
Ｊ（図８の対物レンズ２２に相当する）からは２本の送
光ビーム±ＬＦが光軸ＡＸa からわずかに偏心して射出
され、ミラーＭＲで反射してレチクルＲのパターン領域
の周辺の窓ＲＷを介して投影レンズＰＬに入射する。２
本の送光ビーム±ＬＦは時分割的に各波長成分毎の光に
切り換えられ、Ｘ−Ｚ平面内でみると図１４（Ａ）のよ
うに対称的な傾きで窓ＲＷを透過し、Ｙ−Ｚ平面内でみ
ると図１４（Ｂ）のように、対物レンズＯＢＪの光軸Ａ
Ｘa に対して傾いて窓ＲＷを透過する。 その２本の送
光ビーム±ＬＦは、それぞれ投影レンズＰＬの瞳面ＥＰ
に配置された補正板ＰＧＰ上の２ヶ所の位相型回折格子
（以下、位相格子とする）ＰＧ1 、ＰＧ2 を通る。この
とき位相格子ＰＧ1 、ＰＧ2 の作用によって送光ビーム
±ＬＦの夫々は同図中の破線から実線のように所定方向
に所定量だけ傾きを変えられて投影レンズＰＬから射出
する。そして送光ビーム±ＬＦは、Ｘ−Ｚ平面内でみる
と図１４（Ａ）のようにウエハＷ上の格子マークＭＧを
対称的な入射角で照射し、Ｙ−Ｚ平面内では図１４
（Ｂ）のように格子マークＭＧに対してＹ方向に若干傾
いて入射する。
【０１３３】これによって格子マークＭＧから発生した
干渉ビームＢＭは再び投影レンズＰＬに入射し、瞳面Ｅ
Ｐ上では位相格子ＰＧ1 、ＰＧ2 と異なる位置を通る。
その位置には干渉ビームＢＭを図１４（Ｂ）中の破線か
ら実線のように所定方向に所定量だけ傾けるための位相
格子ＰＧ3 が形成され、それによって干渉ビームＢＭの
光路は投影レンズＰＬを透過してレチクルＲの窓ＲＷへ
向かうように補正される。
干渉ビームＢＭは再び投影レンズＰＬに入射し、瞳面Ｅ
Ｐ上では位相格子ＰＧ1 、ＰＧ2 と異なる位置を通る。
その位置には干渉ビームＢＭを図１４（Ｂ）中の破線か
ら実線のように所定方向に所定量だけ傾けるための位相
格子ＰＧ3 が形成され、それによって干渉ビームＢＭの
光路は投影レンズＰＬを透過してレチクルＲの窓ＲＷへ
向かうように補正される。
【０１３４】そして窓ＲＷを通った干渉ビームＢＭはミ
ラーＭＲ、対物レンズＯＢＪを介して図８のような受光
系へ向かう。このとき干渉ビームＢＭは、対物レンズＯ
ＢＪの光軸ＡＸa に対してわずかに傾いた状態で窓ＲＷ
を透過する。このような補正板ＰＧＰを用いる場合、送
光ビーム±ＬＦが多波長化されていると、送光ビーム±
ＬＦの各波長成分毎に補正板ＰＧＰ上でＸ方向にわずか
にずれて位置する。このため、位相格子ＰＧ1 、ＰＧ2
もそれに対応してＸ方向に大きめに形成されている。ま
た、このような補正板ＰＧＰの使用は、図１３に示した
アライメント系ＴＴＬＡに対しても当然に可能である。
ラーＭＲ、対物レンズＯＢＪを介して図８のような受光
系へ向かう。このとき干渉ビームＢＭは、対物レンズＯ
ＢＪの光軸ＡＸa に対してわずかに傾いた状態で窓ＲＷ
を透過する。このような補正板ＰＧＰを用いる場合、送
光ビーム±ＬＦが多波長化されていると、送光ビーム±
ＬＦの各波長成分毎に補正板ＰＧＰ上でＸ方向にわずか
にずれて位置する。このため、位相格子ＰＧ1 、ＰＧ2
もそれに対応してＸ方向に大きめに形成されている。ま
た、このような補正板ＰＧＰの使用は、図１３に示した
アライメント系ＴＴＬＡに対しても当然に可能である。
【０１３５】例えば石英やホタル石を屈折レンズの硝材
とし、波長１８０〜３００ｎｍの間の紫外線（エキシマ
レーザ光等）を露光光とするような投影レンズ（反射鏡
と屈折レンズの組み合わせでもよい）を用いた露光装置
の場合、Ｈｅ−Ｎｅレーザや半導体レーザからのビーム
の波長に対する色収差は極めて大きなものとなり、図１
３中に示したウエハ共役面ＦＣは投影レンズから数十ｃ
ｍ以上離れてしまう。そこで補正板ＰＧＰを使って、送
光ビーム±ＬＦが交差するウエハ共役面ＦＣが投影レン
ズに近づくように補正するのである。
とし、波長１８０〜３００ｎｍの間の紫外線（エキシマ
レーザ光等）を露光光とするような投影レンズ（反射鏡
と屈折レンズの組み合わせでもよい）を用いた露光装置
の場合、Ｈｅ−Ｎｅレーザや半導体レーザからのビーム
の波長に対する色収差は極めて大きなものとなり、図１
３中に示したウエハ共役面ＦＣは投影レンズから数十ｃ
ｍ以上離れてしまう。そこで補正板ＰＧＰを使って、送
光ビーム±ＬＦが交差するウエハ共役面ＦＣが投影レン
ズに近づくように補正するのである。
【０１３６】以上の如く、補正板ＰＧＰ上の送光用位相
格子ＰＧ1 、ＰＧ2 には各波長毎のビーム＋ＬＦ、−Ｌ
Ｆが順次切り換えられて通るが、このとき位相格子ＰＧ
1 、ＰＧ2 の格子構造を、すべての波長成分に対して最
適化することは難しい。このため位相格子ＰＧ1 、ＰＧ
2 の格子構造はある特定の波長成分で最適化されるよう
に設定し、送光ビーム±ＬＦの送光路（一般的には対物
レンズＯＢＪよりも光源側）中には、各波長成分毎の送
光ビームが位相格子ＰＧ1 、ＰＧ2 で受ける回折作用の
違いで生じる方向差分や位置差分だけ予め補償されるよ
うに、調整光学部材を設けておくのがよい。
格子ＰＧ1 、ＰＧ2 には各波長毎のビーム＋ＬＦ、−Ｌ
Ｆが順次切り換えられて通るが、このとき位相格子ＰＧ
1 、ＰＧ2 の格子構造を、すべての波長成分に対して最
適化することは難しい。このため位相格子ＰＧ1 、ＰＧ
2 の格子構造はある特定の波長成分で最適化されるよう
に設定し、送光ビーム±ＬＦの送光路（一般的には対物
レンズＯＢＪよりも光源側）中には、各波長成分毎の送
光ビームが位相格子ＰＧ1 、ＰＧ2 で受ける回折作用の
違いで生じる方向差分や位置差分だけ予め補償されるよ
うに、調整光学部材を設けておくのがよい。
【０１３７】要するに、２本の送光ビーム±ＬＦの干渉
によってウエハＷ（又はフィデューシャルマーク板Ｆ
Ｇ）の格子マークＭＧ上に作られる干渉縞が波長成分毎
に位置ずれやピッチずれを生じないように、図８中の調
整光学系１４、１６、１８、又は図１３中の補正レンズ
ＣＧを設け、これらを調整するのである。次に本発明の
第６の実施例を以下に説明する。本実施例では図８に示
した構成をベースとして、先の図３、図４で説明したよ
うに、格子マークからの±１次回折光の干渉ビームの他
に、格子マークからの０次光と２次回折光の干渉ビーム
（次数差２の回折光同志の干渉）も検出する構成を付加
した。０次光と２次回折光との干渉ビームを単一の光電
素子で光電変換し、その光電信号を用いて格子マークの
位置ずれを検出する方式は試みられているが、格子マー
ク照明用の送光ビームを多波長化した上で０次光と２次
光の干渉ビーム（多波長化されている）を単一の光電素
子で受光すると、そのままでは良好な位置ずれ検出が難
しかった。
によってウエハＷ（又はフィデューシャルマーク板Ｆ
Ｇ）の格子マークＭＧ上に作られる干渉縞が波長成分毎
に位置ずれやピッチずれを生じないように、図８中の調
整光学系１４、１６、１８、又は図１３中の補正レンズ
ＣＧを設け、これらを調整するのである。次に本発明の
第６の実施例を以下に説明する。本実施例では図８に示
した構成をベースとして、先の図３、図４で説明したよ
うに、格子マークからの±１次回折光の干渉ビームの他
に、格子マークからの０次光と２次回折光の干渉ビーム
（次数差２の回折光同志の干渉）も検出する構成を付加
した。０次光と２次回折光との干渉ビームを単一の光電
素子で光電変換し、その光電信号を用いて格子マークの
位置ずれを検出する方式は試みられているが、格子マー
ク照明用の送光ビームを多波長化した上で０次光と２次
光の干渉ビーム（多波長化されている）を単一の光電素
子で受光すると、そのままでは良好な位置ずれ検出が難
しかった。
【０１３８】その大きな理由は、図１５に示すように０
次光と２次光の干渉ビームを例えば３つの波長成分λ1
、λ2 、λ3 毎に光電検出して得られた光電信号ＩＫ
０２1、ＩＫ０２2 、ＩＫ０２3 の波形を観察すると容
易に理解できる。すなわち、３つの光電信号ＩＫ０２n
（ｎ＝１、２、３）の相互の位相差が、±１次回折光の
干渉ビームの場合の光電信号Ｉmn（図１１参照）の位相
差に比べて総じて大きくなるためである。
次光と２次光の干渉ビームを例えば３つの波長成分λ1
、λ2 、λ3 毎に光電検出して得られた光電信号ＩＫ
０２1、ＩＫ０２2 、ＩＫ０２3 の波形を観察すると容
易に理解できる。すなわち、３つの光電信号ＩＫ０２n
（ｎ＝１、２、３）の相互の位相差が、±１次回折光の
干渉ビームの場合の光電信号Ｉmn（図１１参照）の位相
差に比べて総じて大きくなるためである。
【０１３９】このため、元来大きな位相差をもつ各波長
毎の光強度の変化を単一の光電素子で受光してしまう
と、各波長の強度の相殺効果によって光電信号の振幅
（交流の振幅分）が極めて小さくなってしまうのであ
る。尚、０次光と２次光の干渉ビームは、先の図３で説
明したように１次回折光±Ｄ1nの干渉ビームＢＭの両側
に対称的な角度で発生する。
毎の光強度の変化を単一の光電素子で受光してしまう
と、各波長の強度の相殺効果によって光電信号の振幅
（交流の振幅分）が極めて小さくなってしまうのであ
る。尚、０次光と２次光の干渉ビームは、先の図３で説
明したように１次回折光±Ｄ1nの干渉ビームＢＭの両側
に対称的な角度で発生する。
【０１４０】ところで図１５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）
は、図３に示された０次−２次光の干渉ビームのうち、
例えば±１次光の干渉ビームＢＭの左側に現れる干渉ビ
ームを３つの波長λ1 、λ2 、λ3 毎に個別に光電検出
したときの各光電信号ＩＫ０２1 、ＩＫ０２2 、ＩＫ０
２3 のヘテロダイン方式での波形を表し、図１５（Ｄ）
は図１１（Ｄ）と同じ参照信号となる光電信号Ｉmsの波
形を表す。
は、図３に示された０次−２次光の干渉ビームのうち、
例えば±１次光の干渉ビームＢＭの左側に現れる干渉ビ
ームを３つの波長λ1 、λ2 、λ3 毎に個別に光電検出
したときの各光電信号ＩＫ０２1 、ＩＫ０２2 、ＩＫ０
２3 のヘテロダイン方式での波形を表し、図１５（Ｄ）
は図１１（Ｄ）と同じ参照信号となる光電信号Ｉmsの波
形を表す。
【０１４１】ただし光電信号Ｉmsは、先の図８の装置構
成を想定すると、３つの波長成分λ1 、λ2 、λ3 毎に
個別に得られるものであり、光電信号ＩＫ０２1 、ＩＫ
０２2 、ＩＫ０２3 の各々との位相比較も個別に行われ
るが、図１５では説明のために１つの参照信号Ｉmsと考
えてまとめて示してある。一方、図１６（Ａ）、
（Ｂ）、（Ｃ）は、図３に示された０次−２次光の干渉
ビームのうち、±１次光の干渉ビームＢＭの右側に現れ
る干渉ビームを３つの波長λ1 、λ2 、λ3 毎に個別に
光電検出したときの各光電信号ＩＫ２０1 、ＩＫ２０2
、ＩＫ２０3 のヘテロダイン方式での波形を表し、図
１６（Ｄ）は図１５（Ｄ）と同じ光電信号Ｉmsの波形を
表す。以上の図１５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）と図１６
（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、各信号ＩＫ０２
n 、ＩＫ２０n（ｎ＝１、２、３）の位相ずれΔβ01、
Δβ02、Δβ03、Δβ21、Δβ22、Δβ23は波長依存性
が強く、大きくばらつくとともに、同一波長については
信号ＩＫ０２n とＩＫ２０n とで逆方向の位相偏位傾向
をもつ。
成を想定すると、３つの波長成分λ1 、λ2 、λ3 毎に
個別に得られるものであり、光電信号ＩＫ０２1 、ＩＫ
０２2 、ＩＫ０２3 の各々との位相比較も個別に行われ
るが、図１５では説明のために１つの参照信号Ｉmsと考
えてまとめて示してある。一方、図１６（Ａ）、
（Ｂ）、（Ｃ）は、図３に示された０次−２次光の干渉
ビームのうち、±１次光の干渉ビームＢＭの右側に現れ
る干渉ビームを３つの波長λ1 、λ2 、λ3 毎に個別に
光電検出したときの各光電信号ＩＫ２０1 、ＩＫ２０2
、ＩＫ２０3 のヘテロダイン方式での波形を表し、図
１６（Ｄ）は図１５（Ｄ）と同じ光電信号Ｉmsの波形を
表す。以上の図１５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）と図１６
（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、各信号ＩＫ０２
n 、ＩＫ２０n（ｎ＝１、２、３）の位相ずれΔβ01、
Δβ02、Δβ03、Δβ21、Δβ22、Δβ23は波長依存性
が強く、大きくばらつくとともに、同一波長については
信号ＩＫ０２n とＩＫ２０n とで逆方向の位相偏位傾向
をもつ。
【０１４２】そこで本実施例の構成を図１７を参照して
説明する。図１７は図８の構成の一部、具体的には格子
マークＭＧからの各種干渉ビームの光電検出系を変更し
たものであり、従って図８中の部材と同じ機能の部材に
は同一の符号を付けてある。図１７中の送光系１００
は、図８に示した光源ＬＳ1 、ＬＳ2 、ＬＳ3 、ミラー
ＭＲ、ダイクロイックミラーＤＣＭ4 、ＤＣＭ5 、周波
数シフターとしてのラジアル格子板ＲＲＧ、レンズ１
０、空間フィルター１２、及び調整光学系１４、１６、
１８等で構成され、１対の送光ビーム＋ＬＦ、−ＬＦを
射出する。
説明する。図１７は図８の構成の一部、具体的には格子
マークＭＧからの各種干渉ビームの光電検出系を変更し
たものであり、従って図８中の部材と同じ機能の部材に
は同一の符号を付けてある。図１７中の送光系１００
は、図８に示した光源ＬＳ1 、ＬＳ2 、ＬＳ3 、ミラー
ＭＲ、ダイクロイックミラーＤＣＭ4 、ＤＣＭ5 、周波
数シフターとしてのラジアル格子板ＲＲＧ、レンズ１
０、空間フィルター１２、及び調整光学系１４、１６、
１８等で構成され、１対の送光ビーム＋ＬＦ、−ＬＦを
射出する。
【０１４３】波長λ1 、λ2 、λ3 のいずれか１つに順
次切り換えられる送光ビーム±ＬＦは、ハーフミラー２
０で一部が反射されて対物レンズ２２に入射し、一部は
参照光受光系１１０に入射する。参照光受光系１１０は
図８中の調整光学系２４Ａ、２４Ｂ、レンズ２６、参照
格子ＳＧ、及び空間フィルター３８で構成され、参照光
Ｂmsを光電素子４０へ導く。 さて、対物レンズ２２を
介してウエハＷ上の格子マークＭＧが送光ビーム±ＬＦ
によって照射されると、±１次回折光の干渉ビームＢＭ
が垂直に発生するとともに、各送光ビームの進行方向と
逆方向に０次−２次光の干渉ビームＢＭ02、ＢＭ20が発
生する。その±１次回折光の干渉ビームＢＭと０次−２
次光の干渉ビームＢＭ02、ＢＭ20は対物レンズ２２、ハ
ーフミラー２０を介してミラー３２で反射されて、干渉
ビームＢＭは光電素子ＤＴ0 で受光され、干渉ビームＢ
Ｍ02、ＢＭ20はそれぞれ光電素子ＤＴ2a、ＤＴ2bで受光
される。
次切り換えられる送光ビーム±ＬＦは、ハーフミラー２
０で一部が反射されて対物レンズ２２に入射し、一部は
参照光受光系１１０に入射する。参照光受光系１１０は
図８中の調整光学系２４Ａ、２４Ｂ、レンズ２６、参照
格子ＳＧ、及び空間フィルター３８で構成され、参照光
Ｂmsを光電素子４０へ導く。 さて、対物レンズ２２を
介してウエハＷ上の格子マークＭＧが送光ビーム±ＬＦ
によって照射されると、±１次回折光の干渉ビームＢＭ
が垂直に発生するとともに、各送光ビームの進行方向と
逆方向に０次−２次光の干渉ビームＢＭ02、ＢＭ20が発
生する。その±１次回折光の干渉ビームＢＭと０次−２
次光の干渉ビームＢＭ02、ＢＭ20は対物レンズ２２、ハ
ーフミラー２０を介してミラー３２で反射されて、干渉
ビームＢＭは光電素子ＤＴ0 で受光され、干渉ビームＢ
Ｍ02、ＢＭ20はそれぞれ光電素子ＤＴ2a、ＤＴ2bで受光
される。
【０１４４】先に説明した通り、送光ビーム±ＬＦの各
波長成分への切り換えに応答して、干渉ビームＢＭは波
長λ1 の干渉ビームＢm1、波長λ2 の干渉ビームＢm2、
波長λ3 の干渉ビームＢm3のいずれかになる。同様に０
次−２次光の干渉ビームＢＭ02、ＢＭ20も送光ビーム±
ＬＦの波長切り換えに応答して、 ３つの波長λ1 、λ
2 、λ3 のいずれか１つの成分になっている。
波長成分への切り換えに応答して、干渉ビームＢＭは波
長λ1 の干渉ビームＢm1、波長λ2 の干渉ビームＢm2、
波長λ3 の干渉ビームＢm3のいずれかになる。同様に０
次−２次光の干渉ビームＢＭ02、ＢＭ20も送光ビーム±
ＬＦの波長切り換えに応答して、 ３つの波長λ1 、λ
2 、λ3 のいずれか１つの成分になっている。
【０１４５】また各光電素子ＤＴ0 、ＤＴ2a、ＤＴ2bが
対物レンズ２２のフーリエ変換面、若しくはその近傍面
に配置される場合、０次−２次光の干渉ビームＢＭ02、
ＢＭ20は各波長毎に光電素子ＤＴ2a、ＤＴ2b上で横ずれ
して受光される。従って各光電素子ＤＴ2a、ＤＴ2bの受
光面はその横ずれを見込んだ大きさとされる。さらに各
光電素子ＤＴ0 、ＤＴ2a、ＤＴ2bの直前に空間フィルタ
ーを設けて各干渉ビームを選択する場合も、その横ずれ
を考慮してビーム選択用の開口部の大きさを決める必要
がある。あるいは、各光電素子ＤＴ2a、ＤＴ2bのそれぞ
れの直前に色分散の大きい硝材によるプリズムを設け、
受光面上での各波長による横ずれを低減するようにして
もよい。
対物レンズ２２のフーリエ変換面、若しくはその近傍面
に配置される場合、０次−２次光の干渉ビームＢＭ02、
ＢＭ20は各波長毎に光電素子ＤＴ2a、ＤＴ2b上で横ずれ
して受光される。従って各光電素子ＤＴ2a、ＤＴ2bの受
光面はその横ずれを見込んだ大きさとされる。さらに各
光電素子ＤＴ0 、ＤＴ2a、ＤＴ2bの直前に空間フィルタ
ーを設けて各干渉ビームを選択する場合も、その横ずれ
を考慮してビーム選択用の開口部の大きさを決める必要
がある。あるいは、各光電素子ＤＴ2a、ＤＴ2bのそれぞ
れの直前に色分散の大きい硝材によるプリズムを設け、
受光面上での各波長による横ずれを低減するようにして
もよい。
【０１４６】以上の構成から明らかなように、本実施例
では光電素子４０からの光電信号Ｉmsを参照信号とし
て、各光電素子ＤＴ0 、ＤＴ2a、ＤＴ2bからの光電信号
Ｉmn、ＩＫ０２n 、ＩＫ２０n （ｎ＝１，２，３）の各
位相差を求める信号処理回路が必要となる。そのため最
も簡便な回路構成の一例を図１８に示す。図１８は、先
の図１０に示された処理回路の一部を改良したものであ
り、ハードウエア上では図１０中のＡ／Ｄコンバータ回
路ユニット５０を４チャンネル分のＡ／Ｄ変換用ＩＣ回
路ＡＤＣa 、ＡＤＣb 、ＡＤＣc 、ＡＤＣd で構成し、
各チャンネルに参照信号Ｉms、計測信号Ｉmn、ＩＫ０２
n 、ＩＫ２０n の各々を印加することで、その４つの信
号をほぼ同時に、図１０中のサンプリングクロック発生
回路５２からのパルス信号Ｃpsに応答してデジタルサン
プリングできるようにしたことが異なる。
では光電素子４０からの光電信号Ｉmsを参照信号とし
て、各光電素子ＤＴ0 、ＤＴ2a、ＤＴ2bからの光電信号
Ｉmn、ＩＫ０２n 、ＩＫ２０n （ｎ＝１，２，３）の各
位相差を求める信号処理回路が必要となる。そのため最
も簡便な回路構成の一例を図１８に示す。図１８は、先
の図１０に示された処理回路の一部を改良したものであ
り、ハードウエア上では図１０中のＡ／Ｄコンバータ回
路ユニット５０を４チャンネル分のＡ／Ｄ変換用ＩＣ回
路ＡＤＣa 、ＡＤＣb 、ＡＤＣc 、ＡＤＣd で構成し、
各チャンネルに参照信号Ｉms、計測信号Ｉmn、ＩＫ０２
n 、ＩＫ２０n の各々を印加することで、その４つの信
号をほぼ同時に、図１０中のサンプリングクロック発生
回路５２からのパルス信号Ｃpsに応答してデジタルサン
プリングできるようにしたことが異なる。
【０１４７】また波形メモリ回路ユニット５４は、本実
施例では図１９に示すように各Ａ／Ｄ変換ＩＣ回路ＡＤ
Ｃa 、ＡＤＣb 、ＡＤＣc 、ＡＤＣd からの信号波形デ
ータを同時に記憶する４チャンネル分のメモリバンクＭ
Ｍan、ＭＭbn、ＭＭcn、ＭＭdnを備え、さらに各バンク
毎に波長の数（ここでは３つ）分のメモリ領域a1〜a3、
b1〜b3、c1〜c3、d1〜d3が用意されている。
施例では図１９に示すように各Ａ／Ｄ変換ＩＣ回路ＡＤ
Ｃa 、ＡＤＣb 、ＡＤＣc 、ＡＤＣd からの信号波形デ
ータを同時に記憶する４チャンネル分のメモリバンクＭ
Ｍan、ＭＭbn、ＭＭcn、ＭＭdnを備え、さらに各バンク
毎に波長の数（ここでは３つ）分のメモリ領域a1〜a3、
b1〜b3、c1〜c3、d1〜d3が用意されている。
【０１４８】さらに波形メモリ回路ユニット５４は位置
制御器６２からの指令信号ＣＱに応答して、送光ビーム
±ＬＦの波長切り換えと連動するように各メモリバンク
ＭＭan、ＭＭbn、ＭＭcn、ＭＭdn内の書き込み可能とさ
れるメモリ領域を順次切り換える。また１２個のメモリ
領域a1〜a3、b1〜b3、c1〜c3、d1〜d3の各々のアドレス
カウンタは、パルス信号Ｃpsに応答して共通に更新され
るが、同時刻に書き込みが行われるのは指令信号ＣＱに
応答した４個のメモリ領域だけである。
制御器６２からの指令信号ＣＱに応答して、送光ビーム
±ＬＦの波長切り換えと連動するように各メモリバンク
ＭＭan、ＭＭbn、ＭＭcn、ＭＭdn内の書き込み可能とさ
れるメモリ領域を順次切り換える。また１２個のメモリ
領域a1〜a3、b1〜b3、c1〜c3、d1〜d3の各々のアドレス
カウンタは、パルス信号Ｃpsに応答して共通に更新され
るが、同時刻に書き込みが行われるのは指令信号ＣＱに
応答した４個のメモリ領域だけである。
【０１４９】すなわち、送光ビーム±ＬＦが波長λ1 の
間は、信号Ｉmnのデジタル波形データがメモリ領域a1
に、信号ＩＫ０２n のデジタル波形データがメモリ領域
b1に、信号ＩＫ２０n のデジタル波形データがメモリ領
域c1に、そして参照信号Ｉms（λ1 ）のデジタル波形デ
ータがメモリ領域d1に記憶される。同様に送光ビーム±
ＬＦが波長λ2 の間は、信号Ｉmnのデジタル波形データ
がメモリ領域a2に、信号ＩＫ０２n のデジタル波形デー
タがメモリ領域b2に、信号ＩＫ２０n のデジタル波形デ
ータがメモリ領域c2に、そして参照信号Ｉms（λ2）の
デジタル波形データがメモリ領域d2に記憶され、送光ビ
ーム±ＬＦが波長λ3 の間は、信号Ｉmnのデジタル波形
データがメモリ領域a3に、信号ＩＫ０２n のデジタル波
形データがメモリ領域b3に、信号ＩＫ２０n のデジタル
波形データがメモリ領域c3に、そして参照信号Ｉms（λ
3 ）のデジタル波形データがメモリ領域d3に記憶され
る。
間は、信号Ｉmnのデジタル波形データがメモリ領域a1
に、信号ＩＫ０２n のデジタル波形データがメモリ領域
b1に、信号ＩＫ２０n のデジタル波形データがメモリ領
域c1に、そして参照信号Ｉms（λ1 ）のデジタル波形デ
ータがメモリ領域d1に記憶される。同様に送光ビーム±
ＬＦが波長λ2 の間は、信号Ｉmnのデジタル波形データ
がメモリ領域a2に、信号ＩＫ０２n のデジタル波形デー
タがメモリ領域b2に、信号ＩＫ２０n のデジタル波形デ
ータがメモリ領域c2に、そして参照信号Ｉms（λ2）の
デジタル波形データがメモリ領域d2に記憶され、送光ビ
ーム±ＬＦが波長λ3 の間は、信号Ｉmnのデジタル波形
データがメモリ領域a3に、信号ＩＫ０２n のデジタル波
形データがメモリ領域b3に、信号ＩＫ２０n のデジタル
波形データがメモリ領域c3に、そして参照信号Ｉms（λ
3 ）のデジタル波形データがメモリ領域d3に記憶され
る。
【０１５０】さらに図１０で示した振幅検出、振幅比検
出の回路５８は、図１８では回折状態の異なる干渉ビー
ム毎にグループ化された比のデータＣn1、Ｃn2、Ｃn3
（ｎは波長に対応してｎ＝１、２、３）を出力するよう
に変更される。この比のデータのうちＣn1（ｎ＝１、
２、３）は図１０中の比Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 と同じもので
あり、Ｃn2（ｎ＝１、２、３）は光電信号ＩＫ０２n
（ｎ＝１、２、３）から得られた各波長毎の比であり、
Ｃn3（ｎ＝１、２、３）は光電信号ＩＫ２０n （ｎ＝
１、２、３）から得られた各波長毎の比である。
出の回路５８は、図１８では回折状態の異なる干渉ビー
ム毎にグループ化された比のデータＣn1、Ｃn2、Ｃn3
（ｎは波長に対応してｎ＝１、２、３）を出力するよう
に変更される。この比のデータのうちＣn1（ｎ＝１、
２、３）は図１０中の比Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 と同じもので
あり、Ｃn2（ｎ＝１、２、３）は光電信号ＩＫ０２n
（ｎ＝１、２、３）から得られた各波長毎の比であり、
Ｃn3（ｎ＝１、２、３）は光電信号ＩＫ２０n （ｎ＝
１、２、３）から得られた各波長毎の比である。
【０１５１】また、図１０で示した位相差、位置ずれ検
出回路５６は、図１８では回折状態の異なる干渉ビーム
毎にグループ化されたずれ量ΔＸn1、ΔＸn2、ΔＸn3
（ｎ＝１、２、３）を出力するように変更される。この
ずれ量のうちΔＸn1（ｎ＝１、２、３）は図１０中のず
れ量ΔＸ1 、ΔＸ2 、ΔＸ3 と同じものであり、ΔＸn2
（ｎ＝１、２、３）は光電信号ＩＫ０２n （ｎ＝１、
２、３）から求められた各波長成分毎のずれ量であり、
ΔＸn3（ｎ＝１、２、３）は光電信号ＩＫ２０n （ｎ＝
１、２、３）から得られた各波長成分毎のずれ量であ
る。なお、この検出回路５６は先の図１５、１６で説明
したような位相差Δβ0n、Δβ2n（ｎ＝１、２、３）に
応じた値を中間的に算出している。
出回路５６は、図１８では回折状態の異なる干渉ビーム
毎にグループ化されたずれ量ΔＸn1、ΔＸn2、ΔＸn3
（ｎ＝１、２、３）を出力するように変更される。この
ずれ量のうちΔＸn1（ｎ＝１、２、３）は図１０中のず
れ量ΔＸ1 、ΔＸ2 、ΔＸ3 と同じものであり、ΔＸn2
（ｎ＝１、２、３）は光電信号ＩＫ０２n （ｎ＝１、
２、３）から求められた各波長成分毎のずれ量であり、
ΔＸn3（ｎ＝１、２、３）は光電信号ＩＫ２０n （ｎ＝
１、２、３）から得られた各波長成分毎のずれ量であ
る。なお、この検出回路５６は先の図１５、１６で説明
したような位相差Δβ0n、Δβ2n（ｎ＝１、２、３）に
応じた値を中間的に算出している。
【０１５２】さらに図１０中の加重平均化回路６０は、
図１８では選択的な加重平均化回路に変更され、±１次
光の干渉ビームＢＭの光電検出結果のみに基づいて最終
的な位置ずれ量をΔＸを算出する図１０と同じ第１の演
算モード、０次−２次光の干渉ビームの光電検出結果の
みに基づいて最終的なずれ量ΔＸを算出する第２の演算
モード、及び全ての干渉ビーム光電検出結果に基づいて
最終的なずれ量ΔＸを算出する第３の演算モードを備え
ている。これら３つの演算モードはオペレータによって
適宜選択可能であるが、第３の演算モードを指定したと
きは、さらに２〜３の演算アルゴリズムを選ぶことがで
きる。このようなモード指定、アルゴリズム選択につい
ては後で詳しく述べる。
図１８では選択的な加重平均化回路に変更され、±１次
光の干渉ビームＢＭの光電検出結果のみに基づいて最終
的な位置ずれ量をΔＸを算出する図１０と同じ第１の演
算モード、０次−２次光の干渉ビームの光電検出結果の
みに基づいて最終的なずれ量ΔＸを算出する第２の演算
モード、及び全ての干渉ビーム光電検出結果に基づいて
最終的なずれ量ΔＸを算出する第３の演算モードを備え
ている。これら３つの演算モードはオペレータによって
適宜選択可能であるが、第３の演算モードを指定したと
きは、さらに２〜３の演算アルゴリズムを選ぶことがで
きる。このようなモード指定、アルゴリズム選択につい
ては後で詳しく述べる。
【０１５３】さて本実施例の場合も、まず初めにウエハ
ステージＷＳＴ上のフィデューシャルマーク板ＦＧの格
子マークが、対物レンズ２２からの送光ビーム±ＬＦで
照射されるように干渉計４４に従ってステージＷＳＴの
位置決めが行われる。その後、位置制御器６２（図１
０）からの指令信号ＣＱに応答して、３つの光源ＬＳ1
、ＬＳ2 、ＬＳ3 が一定時間（例えばビート周波数２
Δｆの周期の１００倍程度）毎に順次切り換え点灯さ
れ、フィデューシャルマーク板ＦＧの格子マークが、順
次波長切り換えされる送光ビーム±ＬＦによって照射さ
れる。そこで例えば、３つの光源ＬＳ1 、ＬＳ2 、ＬＳ
3 が波長の短い順番で切り換え点灯されるものとする
と、まず光源ＬＳ1 （波長λ1 ）が点灯している間に光
電素子ＤＴ0 から出力される信号Ｉmn（ｎ＝１）のデジ
タル波形データは、サンプリング用パルス信号Ｃpsに応
答して図１９中のメモリ領域a1に記憶される。
ステージＷＳＴ上のフィデューシャルマーク板ＦＧの格
子マークが、対物レンズ２２からの送光ビーム±ＬＦで
照射されるように干渉計４４に従ってステージＷＳＴの
位置決めが行われる。その後、位置制御器６２（図１
０）からの指令信号ＣＱに応答して、３つの光源ＬＳ1
、ＬＳ2 、ＬＳ3 が一定時間（例えばビート周波数２
Δｆの周期の１００倍程度）毎に順次切り換え点灯さ
れ、フィデューシャルマーク板ＦＧの格子マークが、順
次波長切り換えされる送光ビーム±ＬＦによって照射さ
れる。そこで例えば、３つの光源ＬＳ1 、ＬＳ2 、ＬＳ
3 が波長の短い順番で切り換え点灯されるものとする
と、まず光源ＬＳ1 （波長λ1 ）が点灯している間に光
電素子ＤＴ0 から出力される信号Ｉmn（ｎ＝１）のデジ
タル波形データは、サンプリング用パルス信号Ｃpsに応
答して図１９中のメモリ領域a1に記憶される。
【０１５４】同時に、光電素子ＤＴ2aからの信号ＩＫ０
２n （ｎ＝１）のデジタル波形データはパルス信号Ｃps
に応答してメモリ領域b1に記憶され、光電素子ＤＴ2bか
らの信号ＩＫ２０n （ｎ＝１）のデジタル波形データは
パルス信号Ｃpsに応答してメモリ領域c1に記憶され、そ
して光電素子４０からの信号Ｉms（波長λ1 ）のデジタ
ル波形データはパルス信号Ｃpsに応答してメモリ領域d1
に記憶される。
２n （ｎ＝１）のデジタル波形データはパルス信号Ｃps
に応答してメモリ領域b1に記憶され、光電素子ＤＴ2bか
らの信号ＩＫ２０n （ｎ＝１）のデジタル波形データは
パルス信号Ｃpsに応答してメモリ領域c1に記憶され、そ
して光電素子４０からの信号Ｉms（波長λ1 ）のデジタ
ル波形データはパルス信号Ｃpsに応答してメモリ領域d1
に記憶される。
【０１５５】以下同様にして、光源ＬＳ2 、ＬＳ3 の各
々が点灯している間の各光電素子からの信号Ｉmn、ＩＫ
０２n 、ＩＫ２０n 、Ｉms（ｎ＝２，３）が対応するメ
モリ領域an、bn、cn、dn（ｎ＝２，３）のそれぞれに記
憶される。次に振幅検出回路５８によってメモリ回路ユ
ニット５４のメモリバンクＭＭbn内の各波形データを解
析して、各波長毎の信号ＩＫ０２n の振幅値（ピークｔ
ｏピーク）をＪ０２n （ｎ＝１、２、３）として算出し
て記憶する。同様にして、振幅検出回路５８はメモリバ
ンクＭＭcn内の各波形データを解析して、各波長毎の信
号ＩＫ２０n （ｎ＝１、２、３）の振幅値（ピークｔｏ
ピーク）をＪ２０n（ｎ＝１、２、３）として算出して
記憶し、メモリバンクＭＭan内の各波形データを解析し
て各波長毎の信号Ｉmnの振幅値Ｊ１１n （ｎ＝１、２、
３）を求めて記憶する。
々が点灯している間の各光電素子からの信号Ｉmn、ＩＫ
０２n 、ＩＫ２０n 、Ｉms（ｎ＝２，３）が対応するメ
モリ領域an、bn、cn、dn（ｎ＝２，３）のそれぞれに記
憶される。次に振幅検出回路５８によってメモリ回路ユ
ニット５４のメモリバンクＭＭbn内の各波形データを解
析して、各波長毎の信号ＩＫ０２n の振幅値（ピークｔ
ｏピーク）をＪ０２n （ｎ＝１、２、３）として算出し
て記憶する。同様にして、振幅検出回路５８はメモリバ
ンクＭＭcn内の各波形データを解析して、各波長毎の信
号ＩＫ２０n （ｎ＝１、２、３）の振幅値（ピークｔｏ
ピーク）をＪ２０n（ｎ＝１、２、３）として算出して
記憶し、メモリバンクＭＭan内の各波形データを解析し
て各波長毎の信号Ｉmnの振幅値Ｊ１１n （ｎ＝１、２、
３）を求めて記憶する。
【０１５６】以上によって予備動作が終了するので、次
に実際に位置決め、位置合わせすべきウエハＷをステー
ジＷＳＴ上に載置し、ウエハＷ上の格子マークＭＧが対
物レンズ２２からの送光ビーム±ＬＦによって照射され
るようにステージＷＳＴを位置決めする。そして、先の
フィデューシャルマーク板ＦＧの格子マークの検出時と
同様にして、３つの光源ＬＳ1 、ＬＳ2 、ＬＳ3 を順次
切り換え点灯しては各光電信号Ｉmn、ＩＫ０２n 、ＩＫ
２０n （ｎ＝１、２、３）、Ｉmsの各波形データをメモ
リ回路ユニット５４に同時に取り込む。その後、メモリ
回路ユニット５４の各メモリ領域an、bn、cnに記憶され
た信号Ｉmn、ＩＫ０２n 、ＩＫ２０n （ｎ＝１、２、
３）の各々の各信号の振幅値を検出回路５８によって、
それぞれＥn （図１１参照）、Ｅ０２n 、Ｅ２０n （図
１５、１６参照）として算出する。
に実際に位置決め、位置合わせすべきウエハＷをステー
ジＷＳＴ上に載置し、ウエハＷ上の格子マークＭＧが対
物レンズ２２からの送光ビーム±ＬＦによって照射され
るようにステージＷＳＴを位置決めする。そして、先の
フィデューシャルマーク板ＦＧの格子マークの検出時と
同様にして、３つの光源ＬＳ1 、ＬＳ2 、ＬＳ3 を順次
切り換え点灯しては各光電信号Ｉmn、ＩＫ０２n 、ＩＫ
２０n （ｎ＝１、２、３）、Ｉmsの各波形データをメモ
リ回路ユニット５４に同時に取り込む。その後、メモリ
回路ユニット５４の各メモリ領域an、bn、cnに記憶され
た信号Ｉmn、ＩＫ０２n 、ＩＫ２０n （ｎ＝１、２、
３）の各々の各信号の振幅値を検出回路５８によって、
それぞれＥn （図１１参照）、Ｅ０２n 、Ｅ２０n （図
１５、１６参照）として算出する。
【０１５７】一方、位相差、位相ずれ検出回路ユニット
５６は、メモリ回路ユニット５４の各メモリ領域an、b
n、cnに記憶された信号Ｉmn、ＩＫ０２n 、ＩＫ２０n
（ｎ＝１、２、３）を各波長毎に読み出して、各信号Ｉ
mn、ＩＫ０２n 、ＩＫ２０n の参照信号Ｉmsに対する位
相Δψn 、Δβ0n、Δβ2n（ｎ＝１、２、３）と、位置
ずれ量ΔＸn1、ΔＸn2、ΔＸn3（ｎ＝１、２、３）とを
順次算出しておく。
５６は、メモリ回路ユニット５４の各メモリ領域an、b
n、cnに記憶された信号Ｉmn、ＩＫ０２n 、ＩＫ２０n
（ｎ＝１、２、３）を各波長毎に読み出して、各信号Ｉ
mn、ＩＫ０２n 、ＩＫ２０n の参照信号Ｉmsに対する位
相Δψn 、Δβ0n、Δβ2n（ｎ＝１、２、３）と、位置
ずれ量ΔＸn1、ΔＸn2、ΔＸn3（ｎ＝１、２、３）とを
順次算出しておく。
【０１５８】こうして、各波長毎の振幅値や位置ずれ量
が回折状態の異なる検出光（干渉ビーム）ごとに求まる
と、振幅比検出回路５８は以下の演算を行う。 〔数１〕 （Ａ１）Ｃ11＝Ｅ1 ／Ｊ１１1 （Ａ２）Ｃ21＝Ｅ2 ／Ｊ１１2 （Ａ３）Ｃ31＝Ｅ3 ／Ｊ１１3 〔数２〕 （Ｂ１）Ｃ12＝Ｅ０２1 ／Ｊ０２1 （Ｂ２）Ｃ22＝Ｅ０２2 ／Ｊ０２2 （Ｂ３）Ｃ32＝Ｅ０２3 ／Ｊ０２3 〔数３〕 （Ｃ１）Ｃ13＝Ｅ２０1 ／Ｊ２０1 （Ｃ２）Ｃ23＝Ｅ２０2 ／Ｊ２０2 （Ｃ３）Ｃ33＝Ｅ２０3 ／Ｊ２０3 次に平均化回路ユニット６０によって最も確からしいず
れ量ΔＸが算出されるが、±１次光の干渉ビームＢＭの
みを使った第１の演算モードでは、先の図１０の場合と
同様であり、 ΔＸ＝（Ｃ11・ΔＸ11＋Ｃ21・ΔＸ21＋Ｃ31・ΔＸ31）
／（Ｃ11＋Ｃ21＋Ｃ31） によって算出される。
が回折状態の異なる検出光（干渉ビーム）ごとに求まる
と、振幅比検出回路５８は以下の演算を行う。 〔数１〕 （Ａ１）Ｃ11＝Ｅ1 ／Ｊ１１1 （Ａ２）Ｃ21＝Ｅ2 ／Ｊ１１2 （Ａ３）Ｃ31＝Ｅ3 ／Ｊ１１3 〔数２〕 （Ｂ１）Ｃ12＝Ｅ０２1 ／Ｊ０２1 （Ｂ２）Ｃ22＝Ｅ０２2 ／Ｊ０２2 （Ｂ３）Ｃ32＝Ｅ０２3 ／Ｊ０２3 〔数３〕 （Ｃ１）Ｃ13＝Ｅ２０1 ／Ｊ２０1 （Ｃ２）Ｃ23＝Ｅ２０2 ／Ｊ２０2 （Ｃ３）Ｃ33＝Ｅ２０3 ／Ｊ２０3 次に平均化回路ユニット６０によって最も確からしいず
れ量ΔＸが算出されるが、±１次光の干渉ビームＢＭの
みを使った第１の演算モードでは、先の図１０の場合と
同様であり、 ΔＸ＝（Ｃ11・ΔＸ11＋Ｃ21・ΔＸ21＋Ｃ31・ΔＸ31）
／（Ｃ11＋Ｃ21＋Ｃ31） によって算出される。
【０１５９】一方、０次−２次光の干渉ビームのみを使
った第２の演算モードでは、±１次光の干渉ビームＢＭ
の左側に発生する０次−２次光の干渉ビームの検出によ
って得られた位相差Δβ0nと、干渉ビームＢＭの右側に
発生する０次−２次光の干渉ビームの検出によって得ら
れた位相差Δβ2nとの平均位相差から、各波長毎の位置
ずれ量を算出するアルゴリズムが採用される。その位相
差の平均とは、いわゆるランダム成分を低減させて精度
向上を図る目的での平均化とは異なり、０次光と±２次
光との干渉ビームを使って位置検出する場合に原理的に
実施しなければならない平均化である。
った第２の演算モードでは、±１次光の干渉ビームＢＭ
の左側に発生する０次−２次光の干渉ビームの検出によ
って得られた位相差Δβ0nと、干渉ビームＢＭの右側に
発生する０次−２次光の干渉ビームの検出によって得ら
れた位相差Δβ2nとの平均位相差から、各波長毎の位置
ずれ量を算出するアルゴリズムが採用される。その位相
差の平均とは、いわゆるランダム成分を低減させて精度
向上を図る目的での平均化とは異なり、０次光と±２次
光との干渉ビームを使って位置検出する場合に原理的に
実施しなければならない平均化である。
【０１６０】そこで本実施例ではそのアルゴリズムをベ
ースとして、平均化回路ユニット６０はまず信号ＩＫ０
２n から求められた各位置ずれ量ΔＸn2（ｎ＝１、２、
３）と信号ＩＫ２０n から求められた各位置ずれ量ΔＸ
n3（ｎ＝１、２、３）との各波長毎の平均値ΔＸＡn
（ｎ＝１、２、３）を以下のように算出する。 ΔＸＡ1 ＝（ΔＸ12＋ΔＸ13）／２ ΔＸＡ2 ＝（ΔＸ22＋ΔＸ23）／２ ΔＸＡ3 ＝（ΔＸ32＋ΔＸ33）／２ さらに平均化回路ユニット６０は、振幅比検出回路ユニ
ット５８で求められた０次−２次光の干渉ビームの振幅
比Ｃn2、Ｃn3の各波長成分毎の平均値ＣＡn （ｎ＝１、
２、３）を以下のように算出する。
ースとして、平均化回路ユニット６０はまず信号ＩＫ０
２n から求められた各位置ずれ量ΔＸn2（ｎ＝１、２、
３）と信号ＩＫ２０n から求められた各位置ずれ量ΔＸ
n3（ｎ＝１、２、３）との各波長毎の平均値ΔＸＡn
（ｎ＝１、２、３）を以下のように算出する。 ΔＸＡ1 ＝（ΔＸ12＋ΔＸ13）／２ ΔＸＡ2 ＝（ΔＸ22＋ΔＸ23）／２ ΔＸＡ3 ＝（ΔＸ32＋ΔＸ33）／２ さらに平均化回路ユニット６０は、振幅比検出回路ユニ
ット５８で求められた０次−２次光の干渉ビームの振幅
比Ｃn2、Ｃn3の各波長成分毎の平均値ＣＡn （ｎ＝１、
２、３）を以下のように算出する。
【０１６１】 ＣＡ1 ＝（Ｃ12＋Ｃ13）／２ ＣＡ2 ＝（Ｃ22＋Ｃ23）／２ ＣＡ3 ＝（Ｃ32＋Ｃ33）／２ その後、平均化回路ユニット６０は、各波長成分毎の平
均的な比ＣＡn を重み係数として、各波長成分毎の平均
的な位置ずれ量ΔＸＡn を以下のように加重平均して、
最も確からしいずれ量ΔＸを算出する。
均的な比ＣＡn を重み係数として、各波長成分毎の平均
的な位置ずれ量ΔＸＡn を以下のように加重平均して、
最も確からしいずれ量ΔＸを算出する。
【０１６２】ΔＸ＝（ＣＡ1 ・ΔＸＡ1 ＋ＣＡ2 ・ΔＸ
Ａ2 ＋ＣＡ3 ・ΔＸＡ3 ）／（ＣＡ1 ＋ＣＡ2 ＋ＣＡ3
） 以上により、第２の演算モードによる格子マークＭＧの
位置又は位置ずれ検出が達成される。また第３の演算モ
ードでは、第１の演算モードで算出された位置ずれ量と
第２の演算モードで算出された位置ずれ量とを単純平均
する第１アルゴリズムと、それら２つの位置ずれ量を加
重平均する第２アルゴリズムとのいずれか一方を、オペ
レータによって予め設定可能となっている。そこで第１
の演算モード（±１次光の干渉ビームの検出結果を使う
モード）で最終的に算出された位置ずれ量をΔＸＭ1 と
し、第２の演算モードで最終的に算出された位置ずれ量
をΔＸＭ2 とすると、第１アルゴリズムで決定される位
置ずれ量は（ΔＸＭ1 ＋ΔＸＭ2 ）／２で算出される。
Ａ2 ＋ＣＡ3 ・ΔＸＡ3 ）／（ＣＡ1 ＋ＣＡ2 ＋ＣＡ3
） 以上により、第２の演算モードによる格子マークＭＧの
位置又は位置ずれ検出が達成される。また第３の演算モ
ードでは、第１の演算モードで算出された位置ずれ量と
第２の演算モードで算出された位置ずれ量とを単純平均
する第１アルゴリズムと、それら２つの位置ずれ量を加
重平均する第２アルゴリズムとのいずれか一方を、オペ
レータによって予め設定可能となっている。そこで第１
の演算モード（±１次光の干渉ビームの検出結果を使う
モード）で最終的に算出された位置ずれ量をΔＸＭ1 と
し、第２の演算モードで最終的に算出された位置ずれ量
をΔＸＭ2 とすると、第１アルゴリズムで決定される位
置ずれ量は（ΔＸＭ1 ＋ΔＸＭ2 ）／２で算出される。
【０１６３】一方、第２アルゴリズムでは、第１の演算
モードで算出されるずれ量ΔＸＭ1と第２の演算モード
で算出されるΔＸＭ2 とを、所定の重み係数Ｑ1 、Ｑ2
を使って加重平均する。一例として、重み係数Ｑ1 は、
±１次光の干渉ビームＢＭを光電検出して得られた信号
Ｉmn（ｎ＝１、２、３）の夫々の振幅値Ｅ1 、Ｅ2 、Ｅ
3 （図１１参照）の和に対応させ、重み係数Ｑ2 は０次
−２次光の干渉ビームを光電検出して得られた信号ＩＫ
０２n 、ＩＫ２０n （ｎ＝１、２、３）の各波長毎の平
均振幅値（Ｅ０２1 ＋Ｅ２０1 ）／２、（Ｅ０２2 ＋Ｅ
２０2 ）／２、（Ｅ０２3 ＋Ｅ２０3 ）／２の代数和に
対応させる。従って、第２アルゴリズムは以下の演算に
より格子マークＭＧのずれ量ΔＸが決定される。
モードで算出されるずれ量ΔＸＭ1と第２の演算モード
で算出されるΔＸＭ2 とを、所定の重み係数Ｑ1 、Ｑ2
を使って加重平均する。一例として、重み係数Ｑ1 は、
±１次光の干渉ビームＢＭを光電検出して得られた信号
Ｉmn（ｎ＝１、２、３）の夫々の振幅値Ｅ1 、Ｅ2 、Ｅ
3 （図１１参照）の和に対応させ、重み係数Ｑ2 は０次
−２次光の干渉ビームを光電検出して得られた信号ＩＫ
０２n 、ＩＫ２０n （ｎ＝１、２、３）の各波長毎の平
均振幅値（Ｅ０２1 ＋Ｅ２０1 ）／２、（Ｅ０２2 ＋Ｅ
２０2 ）／２、（Ｅ０２3 ＋Ｅ２０3 ）／２の代数和に
対応させる。従って、第２アルゴリズムは以下の演算に
より格子マークＭＧのずれ量ΔＸが決定される。
【０１６４】ΔＸ＝（Ｑ1 ・ΔＸＭ1 ＋Ｑ2 ・ΔＸＭ2
）／（Ｑ1 ＋Ｑ2 ） なお、原理的に言って高次の回折光ほど、その光強度が
小さいので、±１次光の干渉ビームＢＭの光強度振幅
（Ｅn に対応）にくらべて０次−２次光の干渉ビームの
光強度振幅（Ｅ０２n 、Ｅ２０n に対応）はかなり小さ
くなる。従って単純に信号Ｉmn、ＩＫ０２n 、ＩＫ２０
n の振幅のみの和で重み係数Ｑ1 、Ｑ2 を決定してしま
うと、ほとんどの場合重み係数Ｑ1 の方が係数Ｑ2 より
も大きくなってしまう。そこで係数Ｑ2 のほうは算出さ
れた値を、例えば予め定めた割合（一例として１０〜３
０％）だけ増大させるように補正しておくのがよい。次
に本発明の第７の実施例を図２０を参照して説明する。
この実施例では、先の図８中に示したウエハステージＷ
ＳＴ上のフィデューシャルマーク板ＦＧの構造を透過型
の格子マーク（振幅透過率に非対称性がない格子）に変
更し、その格子マークから透過して発生する干渉ビーム
を光電検出することによって、各光電信号Ｉmn、ＩＫ０
２n 、ＩＫ２０n の振幅比を検出回路ユニット５８で算
出する際に使う分母（基準値）を求めるようにした。
）／（Ｑ1 ＋Ｑ2 ） なお、原理的に言って高次の回折光ほど、その光強度が
小さいので、±１次光の干渉ビームＢＭの光強度振幅
（Ｅn に対応）にくらべて０次−２次光の干渉ビームの
光強度振幅（Ｅ０２n 、Ｅ２０n に対応）はかなり小さ
くなる。従って単純に信号Ｉmn、ＩＫ０２n 、ＩＫ２０
n の振幅のみの和で重み係数Ｑ1 、Ｑ2 を決定してしま
うと、ほとんどの場合重み係数Ｑ1 の方が係数Ｑ2 より
も大きくなってしまう。そこで係数Ｑ2 のほうは算出さ
れた値を、例えば予め定めた割合（一例として１０〜３
０％）だけ増大させるように補正しておくのがよい。次
に本発明の第７の実施例を図２０を参照して説明する。
この実施例では、先の図８中に示したウエハステージＷ
ＳＴ上のフィデューシャルマーク板ＦＧの構造を透過型
の格子マーク（振幅透過率に非対称性がない格子）に変
更し、その格子マークから透過して発生する干渉ビーム
を光電検出することによって、各光電信号Ｉmn、ＩＫ０
２n 、ＩＫ２０n の振幅比を検出回路ユニット５８で算
出する際に使う分母（基準値）を求めるようにした。
【０１６５】図２０はウエハステージＷＳＴの部分断面
を表し、送光ビーム±ＬＦ（ここでは波長λ1 、λ2 の
２波長とする）がフィデューシャルマーク板ＦＧ上の格
子マークを各波長成分毎に順次切り換えて照射される
と、その格子マークからステージ内部に向けて０次光、
±１次光、±２次光が発生する。これらの回折光はミラ
ーＭＲで直角に曲げられてフーリエ変換機能を有するレ
ンズ系Ｇ5 に入射され、フィデューシャルマーク板ＦＧ
から垂直に発生する±１次回折光による干渉ビームＢmr
n （ｎ＝１，２）、０次−２次回折光による干渉ビーム
±Ｂ1r（波長λ1 ）、±Ｂ2r（波長λ2 ）となって光電
素子群ＤＴＲに入射する。
を表し、送光ビーム±ＬＦ（ここでは波長λ1 、λ2 の
２波長とする）がフィデューシャルマーク板ＦＧ上の格
子マークを各波長成分毎に順次切り換えて照射される
と、その格子マークからステージ内部に向けて０次光、
±１次光、±２次光が発生する。これらの回折光はミラ
ーＭＲで直角に曲げられてフーリエ変換機能を有するレ
ンズ系Ｇ5 に入射され、フィデューシャルマーク板ＦＧ
から垂直に発生する±１次回折光による干渉ビームＢmr
n （ｎ＝１，２）、０次−２次回折光による干渉ビーム
±Ｂ1r（波長λ1 ）、±Ｂ2r（波長λ2 ）となって光電
素子群ＤＴＲに入射する。
【０１６６】この光電素子群ＤＴＲは、干渉ビームＢmr
n を受光してビート周波数に応じた交流の光電信号Ｉmr
n を出力する中央受光部と、干渉ビーム＋Ｂ1r（波長λ
1 ）と＋Ｂ2r（波長λ2 ）とを共通に受光してビート周
波数に応じた交流の光電信号ＩＲ２０n を出力する受光
部と、干渉ビーム−Ｂ1r（波長λ1 ）と−Ｂ2r（波長λ
2 ）とを共通に受光してビート周波数に応じた交流の光
電信号ＩＲ０２n を出力する受光部とで構成される。
n を受光してビート周波数に応じた交流の光電信号Ｉmr
n を出力する中央受光部と、干渉ビーム＋Ｂ1r（波長λ
1 ）と＋Ｂ2r（波長λ2 ）とを共通に受光してビート周
波数に応じた交流の光電信号ＩＲ２０n を出力する受光
部と、干渉ビーム−Ｂ1r（波長λ1 ）と−Ｂ2r（波長λ
2 ）とを共通に受光してビート周波数に応じた交流の光
電信号ＩＲ０２n を出力する受光部とで構成される。
【０１６７】従って、送光ビーム±ＬＦが波長λ1 の間
は、波長λ1 による０次−２次光の干渉ビーム±Ｂ1rと
波長λ1 による±１次光の干渉ビームＢmr1 とが光電素
子群ＤＴＲに達し、送光ビーム±ＬＦが波長λ2 の間
は、波長λ2 による０次−２次光の干渉ビーム±Ｂ2rと
波長λ2 による±１次光の干渉ビームＢmr2 とが光電素
子群ＤＴＲに達する。このため、波長λ1 のときは各受
光部から光電信号Ｉmr1、光電信号ＩＲ０２1 、ＩＲ２
０1 が得られ、波長λ2 のときは各受光部から光電信号
Ｉmr2 、光電信号ＩＲ０２2 、ＩＲ２０2 が得られる。
は、波長λ1 による０次−２次光の干渉ビーム±Ｂ1rと
波長λ1 による±１次光の干渉ビームＢmr1 とが光電素
子群ＤＴＲに達し、送光ビーム±ＬＦが波長λ2 の間
は、波長λ2 による０次−２次光の干渉ビーム±Ｂ2rと
波長λ2 による±１次光の干渉ビームＢmr2 とが光電素
子群ＤＴＲに達する。このため、波長λ1 のときは各受
光部から光電信号Ｉmr1、光電信号ＩＲ０２1 、ＩＲ２
０1 が得られ、波長λ2 のときは各受光部から光電信号
Ｉmr2 、光電信号ＩＲ０２2 、ＩＲ２０2 が得られる。
【０１６８】ヘテロダイン方式の場合、これらの光電信
号はビート周波数と等しい周波数の正弦波状の波形とな
って現れ、光電信号Ｉmrn 、ＩＲ０２n 、ＩＲ２０n は
先の図１８に示したＡ／Ｄコンバータ回路ユニット５０
へ入力信号Ｉmn、ＩＫ０２n、ＩＫ２０n の各々と切り
換えられて入力される。具体的には図１８の回路中に、
信号Ｉmrn と信号Ｉmnとを切り換えてＡ／Ｄコンバータ
回路５０に入力するスイッチ、信号ＩＲ０２n と信号Ｉ
Ｋ０２n とを切り換えてＡ／Ｄコンバータ回路５０に入
力するスイッチ、及び信号ＩＲ２０n と信号ＩＫ２０n
とを切り換えてＡ／Ｄコンバータ回路５０に入力するス
イッチを追加し、それら３つのスイッチを連動させて位
置制御器６２（図１０）からの指令信号に応答して切り
換えるように構成すればよい。
号はビート周波数と等しい周波数の正弦波状の波形とな
って現れ、光電信号Ｉmrn 、ＩＲ０２n 、ＩＲ２０n は
先の図１８に示したＡ／Ｄコンバータ回路ユニット５０
へ入力信号Ｉmn、ＩＫ０２n、ＩＫ２０n の各々と切り
換えられて入力される。具体的には図１８の回路中に、
信号Ｉmrn と信号Ｉmnとを切り換えてＡ／Ｄコンバータ
回路５０に入力するスイッチ、信号ＩＲ０２n と信号Ｉ
Ｋ０２n とを切り換えてＡ／Ｄコンバータ回路５０に入
力するスイッチ、及び信号ＩＲ２０n と信号ＩＫ２０n
とを切り換えてＡ／Ｄコンバータ回路５０に入力するス
イッチを追加し、それら３つのスイッチを連動させて位
置制御器６２（図１０）からの指令信号に応答して切り
換えるように構成すればよい。
【０１６９】これらの光電素子群ＤＴＲからの光電信号
は波形メモリ回路ユニット５４に一時的に記憶された
後、それらの光電信号の各振幅値が図１８中の振幅検出
回路ユニット５８で求められて記憶される。そして振幅
比を求める際には、例えば以下の演算を行う。 Ｃ11＝Ｉm1／Ｉmr1 Ｃ21＝Ｉm2／Ｉmr2 Ｃ12＝ＩＫ０２1 ／ＩＲ０２1 Ｃ22＝ＩＫ０２2 ／ＩＲ０２2 Ｃ13＝ＩＫ２０1 ／ＩＲ２０1 Ｃ23＝ＩＫ２０2 ／ＩＲ２０2 このように本実施例ではフィデューシャルマーク板ＦＧ
を透過した回折光の干渉ビームを光電素子群ＤＴＲで光
電検出するようにしたので、その素子群ＤＴＲから得ら
れる各光電信号の位相情報と参照信号としての光電信号
Ｉmsの位相情報とを比べるようにすると、フィデューシ
ャルマーク板ＦＧの位置ずれ、又は位置の計測、すなわ
ちベースライン計測の一部分の動作を兼用させることが
できる。
は波形メモリ回路ユニット５４に一時的に記憶された
後、それらの光電信号の各振幅値が図１８中の振幅検出
回路ユニット５８で求められて記憶される。そして振幅
比を求める際には、例えば以下の演算を行う。 Ｃ11＝Ｉm1／Ｉmr1 Ｃ21＝Ｉm2／Ｉmr2 Ｃ12＝ＩＫ０２1 ／ＩＲ０２1 Ｃ22＝ＩＫ０２2 ／ＩＲ０２2 Ｃ13＝ＩＫ２０1 ／ＩＲ２０1 Ｃ23＝ＩＫ２０2 ／ＩＲ２０2 このように本実施例ではフィデューシャルマーク板ＦＧ
を透過した回折光の干渉ビームを光電素子群ＤＴＲで光
電検出するようにしたので、その素子群ＤＴＲから得ら
れる各光電信号の位相情報と参照信号としての光電信号
Ｉmsの位相情報とを比べるようにすると、フィデューシ
ャルマーク板ＦＧの位置ずれ、又は位置の計測、すなわ
ちベースライン計測の一部分の動作を兼用させることが
できる。
【０１７０】次に本発明の第８の実施例を図２１を参照
して説明する。本実施例では、対物レンズ２２を介して
ウエハＷ（又はフィデューシャルマーク板ＦＧ）上の計
測用（アライメント用）の格子マークＭＧを照射する１
対の送光ビーム＋ＬＦと−ＬＦとの偏光方向を相補的な
関係にする。すなわち直線偏光であれば送光ビーム＋Ｌ
Ｆと−ＬＦとの偏光方向を直交させ、円偏光であれば送
光ビーム＋ＬＦと−ＬＦとを互いに逆回りの偏光に設定
する。このため２つの送光ビーム±ＬＦは互いに干渉す
ることがなく、格子マークＭＧから垂直に発生する各波
長λ1 、λ2 、λ3 の±１次回折光ＢＭも互いに干渉し
ない。
して説明する。本実施例では、対物レンズ２２を介して
ウエハＷ（又はフィデューシャルマーク板ＦＧ）上の計
測用（アライメント用）の格子マークＭＧを照射する１
対の送光ビーム＋ＬＦと−ＬＦとの偏光方向を相補的な
関係にする。すなわち直線偏光であれば送光ビーム＋Ｌ
Ｆと−ＬＦとの偏光方向を直交させ、円偏光であれば送
光ビーム＋ＬＦと−ＬＦとを互いに逆回りの偏光に設定
する。このため２つの送光ビーム±ＬＦは互いに干渉す
ることがなく、格子マークＭＧから垂直に発生する各波
長λ1 、λ2 、λ3 の±１次回折光ＢＭも互いに干渉し
ない。
【０１７１】そのため、±１次回折光ＢＭを対物レンズ
２２、小ミラーＭＲ2 を介して光電検出する際、検光子
（アナライザー）としての偏光ビームスプリッタＰＢＳ
を用いる。このようにすると、偏光ビームスプリッタＰ
ＢＳを透過した±１次光ＢＭは互いに干渉して第１の干
渉ビームＢＰ1 となり、偏光ビームスプリッタＰＢＳで
反射された±１次光ＢＭは互いに干渉して第２の干渉ビ
ームＢＰ2 となる。
２２、小ミラーＭＲ2 を介して光電検出する際、検光子
（アナライザー）としての偏光ビームスプリッタＰＢＳ
を用いる。このようにすると、偏光ビームスプリッタＰ
ＢＳを透過した±１次光ＢＭは互いに干渉して第１の干
渉ビームＢＰ1 となり、偏光ビームスプリッタＰＢＳで
反射された±１次光ＢＭは互いに干渉して第２の干渉ビ
ームＢＰ2 となる。
【０１７２】これら干渉ビームＢＰ1 、ＢＰ2 は互いに
相補的ではあるが、それぞれの干渉ビームはヘテロダイ
ン方式であればビート周波数に応じて正弦波状に強度変
調されたものとなる。さらに干渉ビームＢＰ1 とＢＰ2
の強度変調の位相は丁度１８０度だけ異なったものとな
っている。尚、同図中に示した１／２波長板ＨＷは、送
光ビーム±ＬＦと±１次回折光ＢＭの互いに直交する直
線偏光方向が、偏光ビームスプリッタＰＢＳの偏光分離
方向と異なる（回転している）場合に、±１次回折光Ｂ
Ｍ間の直線偏光方向を修正する目的で設けられたもので
ある。このため、±１次回折光ＢＭの間の互いに直交し
た直線偏光方向が最初から偏光ビームスプリッタＰＢＳ
の偏光分離方向と一致しているか、あるいは送光ビーム
＋ＬＦ、−ＬＦが逆回りの円偏光になっているときは１
／２波長板ＨＷを用いなくてもよい。
相補的ではあるが、それぞれの干渉ビームはヘテロダイ
ン方式であればビート周波数に応じて正弦波状に強度変
調されたものとなる。さらに干渉ビームＢＰ1 とＢＰ2
の強度変調の位相は丁度１８０度だけ異なったものとな
っている。尚、同図中に示した１／２波長板ＨＷは、送
光ビーム±ＬＦと±１次回折光ＢＭの互いに直交する直
線偏光方向が、偏光ビームスプリッタＰＢＳの偏光分離
方向と異なる（回転している）場合に、±１次回折光Ｂ
Ｍ間の直線偏光方向を修正する目的で設けられたもので
ある。このため、±１次回折光ＢＭの間の互いに直交し
た直線偏光方向が最初から偏光ビームスプリッタＰＢＳ
の偏光分離方向と一致しているか、あるいは送光ビーム
＋ＬＦ、−ＬＦが逆回りの円偏光になっているときは１
／２波長板ＨＷを用いなくてもよい。
【０１７３】そこで本実施例では、干渉ビームＢＰ1 を
光電素子ＤＴ0aで受光し、干渉ビームＢＰ2 を光電素子
ＤＴ0bで受光するように構成し、光電素子ＤＴ0aとＤＴ
0bの両光電信号を差動アンプによって減算して光電信号
Ｉmnを得る構成とした。このように差動アンプを用いた
のは、光電素子ＤＴ0aの光電信号と光電素子ＤＴ0bの光
電信号とが互いに逆位相（１８０°の差）になっている
からであり、両信号に共通に含まれる同相ノイズ成分が
減算によってキャンセルされ、信号Ｉmnの実質的なＳ／
Ｎ比が改善されるからである。
光電素子ＤＴ0aで受光し、干渉ビームＢＰ2 を光電素子
ＤＴ0bで受光するように構成し、光電素子ＤＴ0aとＤＴ
0bの両光電信号を差動アンプによって減算して光電信号
Ｉmnを得る構成とした。このように差動アンプを用いた
のは、光電素子ＤＴ0aの光電信号と光電素子ＤＴ0bの光
電信号とが互いに逆位相（１８０°の差）になっている
からであり、両信号に共通に含まれる同相ノイズ成分が
減算によってキャンセルされ、信号Ｉmnの実質的なＳ／
Ｎ比が改善されるからである。
【０１７４】ところで、先の図８、１７、２１に示した
対物レンズ２２は、使用する波長域（λ1 〜λ3 ）にお
いて発生する各種の色収差のうち、少なくとも軸上色収
差についてある程度補正されているのが望ましい。仮に
使用する波長λ1 〜λ3 の帯域が１００ｎｍ以下であれ
ば、そのような軸上の色収差は対物レンズ２２を構成す
る複数のレンズ素子の硝材を選択したり、異なる屈折
率、分散比のレンズ素子を組み合わせることによってあ
る程度補正可能である。もちろん、そのような色収差は
対物レンズ２２で完全に補正しておく必要もなく、図８
に示した調整光学系１４、１６、１８により補正するこ
とも可能である。
対物レンズ２２は、使用する波長域（λ1 〜λ3 ）にお
いて発生する各種の色収差のうち、少なくとも軸上色収
差についてある程度補正されているのが望ましい。仮に
使用する波長λ1 〜λ3 の帯域が１００ｎｍ以下であれ
ば、そのような軸上の色収差は対物レンズ２２を構成す
る複数のレンズ素子の硝材を選択したり、異なる屈折
率、分散比のレンズ素子を組み合わせることによってあ
る程度補正可能である。もちろん、そのような色収差は
対物レンズ２２で完全に補正しておく必要もなく、図８
に示した調整光学系１４、１６、１８により補正するこ
とも可能である。
【０１７５】以上、本発明の各実施例を説明したが、ウ
エハＷやフィデューシャルマーク板ＦＧ上の格子マーク
ＭＧをホモダイン方式で検出する場合、その格子マーク
ＭＧをピッチ方向にプリスキャンして各光電信号のレベ
ル変化をサンプリングする必要がある。その場合、最も
簡単な手法は、図１０又は図１８に示した信号波形サン
プリング用のクロック信号Ｃpsを、ステージＷＳＴの位
置計測用のレーザ干渉計４４からの計測パルス（例えば
０．０２μｍ毎に１パルス）に変更することである。
エハＷやフィデューシャルマーク板ＦＧ上の格子マーク
ＭＧをホモダイン方式で検出する場合、その格子マーク
ＭＧをピッチ方向にプリスキャンして各光電信号のレベ
ル変化をサンプリングする必要がある。その場合、最も
簡単な手法は、図１０又は図１８に示した信号波形サン
プリング用のクロック信号Ｃpsを、ステージＷＳＴの位
置計測用のレーザ干渉計４４からの計測パルス（例えば
０．０２μｍ毎に１パルス）に変更することである。
【０１７６】このようにすると、格子マークＭＧを数ピ
ッチ分に渡ってプリスキャンする間に発生する各光電信
号の波形データが格子マークＭＧの格子位置に対応して
メモリ回路５４に記憶されることになる。ただしステー
ジＷＳＴのプリスキャンは、送光ビーム±ＬＦの各波長
毎の切り換えに応答した回数分が必要となる。また、格
子マークＭＧに２つの送光ビーム±ＬＦを照射する方式
では、その２つの送光ビーム±ＬＦは格子マークＭＧの
少なくともピッチ方向に関して対称的な入射角にするの
が望ましく、また先の図７のように格子マークＭＧに１
本の送光ビームを投射する方式では、その入射角は格子
マークＭＧのピッチ方向に関して零（垂直入射）にする
のが望ましい。すなわち送光ビームを格子マークＭＧの
ピッチ方向と直交した方向（非計測方向）に傾けてもよ
いことを意味する。
ッチ分に渡ってプリスキャンする間に発生する各光電信
号の波形データが格子マークＭＧの格子位置に対応して
メモリ回路５４に記憶されることになる。ただしステー
ジＷＳＴのプリスキャンは、送光ビーム±ＬＦの各波長
毎の切り換えに応答した回数分が必要となる。また、格
子マークＭＧに２つの送光ビーム±ＬＦを照射する方式
では、その２つの送光ビーム±ＬＦは格子マークＭＧの
少なくともピッチ方向に関して対称的な入射角にするの
が望ましく、また先の図７のように格子マークＭＧに１
本の送光ビームを投射する方式では、その入射角は格子
マークＭＧのピッチ方向に関して零（垂直入射）にする
のが望ましい。すなわち送光ビームを格子マークＭＧの
ピッチ方向と直交した方向（非計測方向）に傾けてもよ
いことを意味する。
【０１７７】ところで、各波長毎に切り換えられる照明
光束を計測用の格子マークＭＧ（またはフィデューシャ
ルマーク）に投射する際、図５、７、８のように各波長
毎の複数のレーザビームを一度同軸になるように合わせ
ずに、格子マークＭＧのフーリエ変換面において、マー
ク位置の計測方向（ピッチ方向）と直交した非計測方向
に分離して送光するように構成してもよい。すなわち複
数の照明ビームの波長毎に格子マークＭＧへの入射角を
非計測方向に異ならせることもできる。そこでそのよう
な構成の位置検出系の例を本願の第９の実施例として図
２２，２３を参照して説明する。
光束を計測用の格子マークＭＧ（またはフィデューシャ
ルマーク）に投射する際、図５、７、８のように各波長
毎の複数のレーザビームを一度同軸になるように合わせ
ずに、格子マークＭＧのフーリエ変換面において、マー
ク位置の計測方向（ピッチ方向）と直交した非計測方向
に分離して送光するように構成してもよい。すなわち複
数の照明ビームの波長毎に格子マークＭＧへの入射角を
非計測方向に異ならせることもできる。そこでそのよう
な構成の位置検出系の例を本願の第９の実施例として図
２２，２３を参照して説明する。
【０１７８】図２２は投影レンズの後群レンズ系Ｇ２ま
たは対物レンズ２２に入射する２つの波長のビーム±Ｌ
Ｆλ1 、±ＬＦλ2 の送光の様子を示し、それらビーム
±ＬＦλ1 、±ＬＦλ2 は格子マークＭＧに対するフー
リエ変換面（瞳面）ＥＰ上で光軸ＡＸから偏心した位置
を通る。また各ビーム±ＬＦλ1 、±ＬＦλ2 は同図中
の紙面と垂直な方向に分離した２本のビームで構成され
る。さらに同図中の格子マークＭＧのピッチ方向も紙面
と垂直な方向であり、波長λ1 のビーム±ＬＦλ1 と波
長λ2 のビーム±ＬＦλ2 とがフーリエ変換面ＥＰ上で
非計測方向（同図の紙面内の左右方向）にずれて通るよ
うに設定しておく。
たは対物レンズ２２に入射する２つの波長のビーム±Ｌ
Ｆλ1 、±ＬＦλ2 の送光の様子を示し、それらビーム
±ＬＦλ1 、±ＬＦλ2 は格子マークＭＧに対するフー
リエ変換面（瞳面）ＥＰ上で光軸ＡＸから偏心した位置
を通る。また各ビーム±ＬＦλ1 、±ＬＦλ2 は同図中
の紙面と垂直な方向に分離した２本のビームで構成され
る。さらに同図中の格子マークＭＧのピッチ方向も紙面
と垂直な方向であり、波長λ1 のビーム±ＬＦλ1 と波
長λ2 のビーム±ＬＦλ2 とがフーリエ変換面ＥＰ上で
非計測方向（同図の紙面内の左右方向）にずれて通るよ
うに設定しておく。
【０１７９】これによって格子マークＭＧから発生して
フーリエ変換面ＥＰまで戻ってくる±１次回折光の干渉
ビームＢm1、Ｂm2も、波長毎にフーリエ変換面ＥＰ上で
非計測方向に分離した位置を通る。干渉ビームＢm1は送
光ビーム±ＬＦλ1 の照射によりマークＭＧから発生し
たものであり、干渉ビームＢm2は送光ビーム±ＬＦλ2
の照射によりマークＭＧから発生したものであり、それ
ら送光ビームと干渉ビームとはフーリエ変換面ＥＰ上で
は、例えば図２３のように分布する。
フーリエ変換面ＥＰまで戻ってくる±１次回折光の干渉
ビームＢm1、Ｂm2も、波長毎にフーリエ変換面ＥＰ上で
非計測方向に分離した位置を通る。干渉ビームＢm1は送
光ビーム±ＬＦλ1 の照射によりマークＭＧから発生し
たものであり、干渉ビームＢm2は送光ビーム±ＬＦλ2
の照射によりマークＭＧから発生したものであり、それ
ら送光ビームと干渉ビームとはフーリエ変換面ＥＰ上で
は、例えば図２３のように分布する。
【０１８０】図２３において、フーリエ変換面ＥＰの中
心を原点とする直交軸（計測軸と非計測軸）を設定した
とき、２組の送光ビーム±ＬＦλ1 、±ＬＦλ2 の非計
測軸の方向のずれ量Ｄｈは、１次回折光による干渉ビー
ムＢm1、Ｂm2の非計測方向のずれ量に対応したものとな
る。このように格子マークＭＧを照射するビームを各波
長成分毎に非計測方向に傾けておくと、干渉ビームＢm
1、Ｂm2もフーリエ変換面ＥＰ内で分離して分布するこ
とになるので、各光電素子の受光面をフーリエ変換面Ｅ
Ｐ上またはその面ＥＰと共役な面上に配置するだけで、
同様に光電検出が可能となる。
心を原点とする直交軸（計測軸と非計測軸）を設定した
とき、２組の送光ビーム±ＬＦλ1 、±ＬＦλ2 の非計
測軸の方向のずれ量Ｄｈは、１次回折光による干渉ビー
ムＢm1、Ｂm2の非計測方向のずれ量に対応したものとな
る。このように格子マークＭＧを照射するビームを各波
長成分毎に非計測方向に傾けておくと、干渉ビームＢm
1、Ｂm2もフーリエ変換面ＥＰ内で分離して分布するこ
とになるので、各光電素子の受光面をフーリエ変換面Ｅ
Ｐ上またはその面ＥＰと共役な面上に配置するだけで、
同様に光電検出が可能となる。
【０１８１】すなわち、光電検出すべき複数の干渉ビー
ム（±１次回折光の干渉、０−２次回折光の干渉）が各
波長毎にフーリエ変換面ＥＰ上で分離していれば、波長
毎に各干渉ビームを個別に光電検出可能である。すなわ
ち各波長毎に別々の光電素子で受光できるので、各光電
素子毎に接続される増幅アンプのゲインを最適に微調整
しておくことが可能となる。
ム（±１次回折光の干渉、０−２次回折光の干渉）が各
波長毎にフーリエ変換面ＥＰ上で分離していれば、波長
毎に各干渉ビームを個別に光電検出可能である。すなわ
ち各波長毎に別々の光電素子で受光できるので、各光電
素子毎に接続される増幅アンプのゲインを最適に微調整
しておくことが可能となる。
【０１８２】また、送光ビームの生成はレーザ光源に限
らず、ハロゲンランプからの光、高輝度ＬＥＤからの光
を利用しても実現できる。ハロゲンランプからの光を利
用するときは、互いに異なる波長部分で狭いバンド幅を
有する複数の波長選択フィルタ（又は干渉フィルター）
を交換可能に設け、このフィルタを時分割的に切り換え
て選択された波長幅の光を、例えば光ファイバー等で導
光して使えばよい。この場合、ウエハ上の格子マークＭ
Ｇを照射する送光ビームは、選択された狭い波長バンド
幅内であっても連続したスペクトル強度分布を有するた
め、受光系内の各光電素子の前に特定の波長成分のみを
取り出す干渉フィルタ（バンド幅は３〜１０ｎｍ）を固
定的または交換可能に配置してもよい。
らず、ハロゲンランプからの光、高輝度ＬＥＤからの光
を利用しても実現できる。ハロゲンランプからの光を利
用するときは、互いに異なる波長部分で狭いバンド幅を
有する複数の波長選択フィルタ（又は干渉フィルター）
を交換可能に設け、このフィルタを時分割的に切り換え
て選択された波長幅の光を、例えば光ファイバー等で導
光して使えばよい。この場合、ウエハ上の格子マークＭ
Ｇを照射する送光ビームは、選択された狭い波長バンド
幅内であっても連続したスペクトル強度分布を有するた
め、受光系内の各光電素子の前に特定の波長成分のみを
取り出す干渉フィルタ（バンド幅は３〜１０ｎｍ）を固
定的または交換可能に配置してもよい。
【０１８３】
【発明の効果】以上、本発明によれば位置検出用の照明
光を複数の波長成分毎に切り換え、基板上の位置検出用
の格子状マークから発生する回折光を波長成分毎に個別
に光電検出し、それによって得られる各光電信号毎にマ
ーク位置情報を検出して計算上で平均化するようにした
ので、マークの非対称性やレジスト層の厚みむらによる
影響を低減させた高精度な位置検出が可能となる。ま
た、マークからの回折光を光電検出する際に、波長成分
毎に独立した光電信号を得るようにしたので、照明光の
各波長成分毎の強度が異なっていても、従来のような多
波長化による平均化効果を損なうことがないといった利
点もある。
光を複数の波長成分毎に切り換え、基板上の位置検出用
の格子状マークから発生する回折光を波長成分毎に個別
に光電検出し、それによって得られる各光電信号毎にマ
ーク位置情報を検出して計算上で平均化するようにした
ので、マークの非対称性やレジスト層の厚みむらによる
影響を低減させた高精度な位置検出が可能となる。ま
た、マークからの回折光を光電検出する際に、波長成分
毎に独立した光電信号を得るようにしたので、照明光の
各波長成分毎の強度が異なっていても、従来のような多
波長化による平均化効果を損なうことがないといった利
点もある。
【０１８４】さらに本発明によれば、光電検出すべき回
折光がより高次の成分からなる場合であっても、従来の
ように単一の光電素子で多波長化された高次回折光（０
次、２次光の干渉ビーム等）を同時に受光する際に生じ
る相殺現象がなくなり、従来に比べて各段に高精度な位
置検出、アライメントが可能となる。しかも本発明で
は、光電検出された各波長成分毎の回折光の強度レベル
の減衰率（振幅比）を求め、その減衰率が小さく信号振
幅が相対的に大きくなっている回折光に対しては、大き
な重みを加えた平均化演算により位置検出を行うように
したので、単純な平均化に比べて格段に位置検出の精度
が高いといった効果も得られる。
折光がより高次の成分からなる場合であっても、従来の
ように単一の光電素子で多波長化された高次回折光（０
次、２次光の干渉ビーム等）を同時に受光する際に生じ
る相殺現象がなくなり、従来に比べて各段に高精度な位
置検出、アライメントが可能となる。しかも本発明で
は、光電検出された各波長成分毎の回折光の強度レベル
の減衰率（振幅比）を求め、その減衰率が小さく信号振
幅が相対的に大きくなっている回折光に対しては、大き
な重みを加えた平均化演算により位置検出を行うように
したので、単純な平均化に比べて格段に位置検出の精度
が高いといった効果も得られる。
【図１】格子マークを検出したときの検出誤差と信号変
化の振幅分との関係をシミュレーションしたグラフ
化の振幅分との関係をシミュレーションしたグラフ
【図２】図１のシミュレーションで想定した格子マーク
とレジスト層の構造の一例を示す断面図
とレジスト層の構造の一例を示す断面図
【図３】複数の波長の光の照射によって格子マークから
発生する各次数の回折光の様子を示す図
発生する各次数の回折光の様子を示す図
【図４】１次回折光を使って図２のような構造のマーク
を検出したときの検出誤差と、０次−２次回折光を使っ
てマークを検出したときの検出誤差とをシミュレーショ
ンしたグラフ
を検出したときの検出誤差と、０次−２次回折光を使っ
てマークを検出したときの検出誤差とをシミュレーショ
ンしたグラフ
【図５】本発明の第１の実施例による位置検出装置の構
成を示す図
成を示す図
【図６】干渉縞と格子との相対的な位置関係の変化と検
出信号のレベル変化を表す図
出信号のレベル変化を表す図
【図７】本発明の第２の実施例による位置検出装置の構
成を示す図
成を示す図
【図８】本発明の第３の実施例による位置検出装置の構
成を示す図
成を示す図
【図９】回転ラジアル格子板による回折ビームの発生の
様子を示す斜視図
様子を示す斜視図
【図１０】第３の実施例による装置に適用される信号処
理回路を示すブロック図
理回路を示すブロック図
【図１１】図１０の処理回路のメモリ中に取り込まれる
各信号の波形の一例を示す図
各信号の波形の一例を示す図
【図１２】本発明が適用し得る投影露光装置の概略構成
を第４の実施例として示す図
を第４の実施例として示す図
【図１３】図１２に示した装置のＴＴＬアライメント系
の部分拡大図
の部分拡大図
【図１４】図１２に示した装置の変形例を第５の実施例
して説明する図
して説明する図
【図１５】回折格子からの０次光と２次光との各干渉に
より得られた各波長毎の光電信号の波形の一例を示す図
より得られた各波長毎の光電信号の波形の一例を示す図
【図１６】回折格子からの０次光と２次光との各干渉に
より得られた各波長毎の光電信号の波形の一例を示す図
より得られた各波長毎の光電信号の波形の一例を示す図
【図１７】本発明の第６の実施例による位置検出装置の
構成を示す図
構成を示す図
【図１８】図１７の装置に適用される信号処理回路の構
成を示すブロック図
成を示すブロック図
【図１９】図１８中の波形メモリ回路ユニット内のメモ
リバンクの配置を説明する図
リバンクの配置を説明する図
【図２０】本発明の第７の実施例による装置の部分構成
を示す断面図
を示す断面図
【図２１】本発明の第８の実施例による位置検出装置の
構成を示す図
構成を示す図
【図２２】本発明の第９の実施例による位置検出装置に
おける照明ビームの投射方式を示す図
おける照明ビームの投射方式を示す図
【図２３】図２２の照明ビームの投射方式の際のフーリ
エ変換面上での各ビームの配置例を示す図
エ変換面上での各ビームの配置例を示す図
ＲＧ……基準格子 ＭＧ……格子マーク Ｇ１……投影レンズの前群レンズ系 Ｇ２……投影レンズの後群レンズ系 ＬＳ1 、ＬＳ2 、ＬＳ3 ……レーザ光源 ＲＲＧ……回転ラジアル格子板（周波数シフター） Ｗ……ウエハ ＦＧ……フィデューシャルマーク板 ＤＴ0 、ＤＴ1 、ＤＴ2a、ＤＴ2b、ＤＴＲ、４０……光
電素子 ２２……対物レンズ ＣＵ５、６０……加重平均化回路
電素子 ２２……対物レンズ ＣＵ５、６０……加重平均化回路
Claims (10)
- 【請求項１】位置検出すべき基板上に所定のピッチで形
成された回折格子状の格子パターンに対称的な２方向か
ら可干渉性の照明ビームを照射し、前記格子パターンか
ら発生する複数の回折光のうち、２以上の次数差をもっ
て同一方向に進む２つの回折光同志の相互干渉光を光電
検出手段で受光し、該光電検出手段から出力される光電
信号に基づいて前記格子パターンの周期方向の位置を検
出する方法において、 互いに波長の異なるｎ個の可干渉性ビームを放出するた
めの複数の光源を用意し、前記格子パターンを対称的な
２方向から照射する照明ビームとして、前記複数の光源
の各々からの可干渉性ビームを時間的に順次切り換えて
１波長毎に所定の照射時間分ずつ供給する段階と；該所
定の照射時間ずつ波長が切り換えられた照明ビームの照
射により前記格子パターンから発生する相互干渉光を前
記光電検出手段で受光し、該相互干渉光の各波長毎の光
量に応じてレベル変化するｎ個の光電信号を発生させる
段階と；前記ｎ個の光電信号の各々に基づいて前記格子
パターンのピッチ方向に関するｎ個の位置情報を算出す
る段階と；前記ｎ個の光電信号の各々の振幅値に応じた
重みを付加して前記ｎ個の位置情報を加重平均演算する
ことによって前記格子パターンの位置を確定する段階と
を備えたことを特徴とする位置検出方法。 - 【請求項２】前記可干渉性の照明ビームによって生成さ
れる１次元の干渉縞と前記格子パターンとを相対的にピ
ッチ方向に走査し、該走査によって前記光電検出手段か
ら発生するｎ個の光電信号の各々をほぼ正弦波状にレベ
ル変化する周期波形にし、該周期波形の振幅値を前記加
重平均演算の際の重み係数として利用することを特徴と
する請求項第１項に記載の位置検出方法。 - 【請求項３】前記複数の光源の各々から放出されるｎ個
の可干渉性ビームを前記所定の照射時間ずつ順次切り換
えて共通の周波数シフターに入射させることによって、
前記格子パターンを対称的な２方向から照射する１対の
照明ビーム間に一定の周波数差を与え、前記干渉縞を該
周波数差に応じた速度で移動させることを特徴とする請
求項第２項に記載の位置検出方法。 - 【請求項４】前記ｎ個の光電信号の各々は、前記格子パ
ターンからほぼ垂直に発生する各波長成分毎の＋１次回
折光と−１次回折光との相互干渉光の光量に応じてレベ
ル変化することを特徴とする請求項第１項、第２項、第
３項のいずれか一項に記載の位置検出方法。 - 【請求項５】前記ｎ個の光電信号は、前記格子パターン
から発生する各波長成分毎の＋１次回折光と−１次回折
光との相互干渉光の光量に応じてレベル変化するｎ個の
第１光電信号群と、前記格子パターンから発生する各波
長成分毎の０次回折光と２次回折光との相互干渉光の光
量に応じてレベル変化するｎ個の第２光電信号群とを含
み、前記位置情報を算出する段階は前記ｎ個の第１光電
信号群の各々に基づいて前記格子パターンのピッチ方向
に関するｎ個の第１位置情報を算出するとともに、前記
ｎ個の第２光電信号群の各々に基づいて前記格子パター
ンのピッチ方向に関するｎ個の第２位置情報を算出する
処理を含むことを特徴とする請求項第１項、第２項、第
３項のいずれか一項に記載の位置検出方法。 - 【請求項６】位置検出すべき基板を保持する可動ステー
ジと、該基板上に所定のピッチで形成された回折格子状
の格子パターンに対称的な２方向から可干渉性の照明ビ
ームを照射する照射手段と、前記格子パターンから発生
する複数の回折光のうち２以上の次数差をもって同一方
向に進む２つの回折光同志の相互干渉光を受光する光電
検出手段とを備え、該光電検出手段から出力される光電
信号に基づいて前記格子パターンの周期方向の位置を検
出する装置において、 互いに波長の異なるｎ個の可干渉性ビームを放出する複
数の光源と；前記格子パターンを対称的な２方向から照
射する照明ビームの波長を切り換えるために、前記複数
の光源の各々からの可干渉性ビームを１波長毎に所定の
照射時間分ずつ時間的に順次切り換えて前記照射手段に
供給する切り換え手段と；該切り換え手段によって波長
が切り換えられた照明ビームの照射により前記格子パタ
ーンから発生する相互干渉光を前記光電検出手段で受光
し、該相互干渉光の各波長毎の光量に応じてレベル変化
するｎ個の光電信号の各々に基づいて前記格子パターン
のピッチ方向に関するｎ個の位置情報を検出する波長別
位置検出手段と；前記ｎ個の光電信号の各々の振幅値に
応じた重みを付加して前記ｎ個の位置情報を加重平均演
算することで前記格子パターンの位置を決定する位置決
定手段とを備えたことを特徴とする位置検出装置。 - 【請求項７】前記位置決定手段は、前記可干渉性の照明
ビームによって生成される１次元の干渉縞と前記格子パ
ターンとを相対的にピッチ方向に移動させたときに、前
記光電検出手段から発生するｎ個の光電信号の各々のレ
ベル変化の振幅値を検出する振幅検出回路と、該検出さ
れた各波長毎の振幅値に基づいて前記ｎ個の位置情報を
加重平均する平均演算回路とを含むことを特徴とする請
求項第６項に記載の位置検出装置。 - 【請求項８】前記照射手段は、前記切り換え手段で順次
切り換えられた前記ｎ個の可干渉性ビームを入射して前
記格子パターンを対称的な２方向から照射する１対の照
明ビーム間に一定の周波数差を与える周波数シフターを
含み、前記干渉縞を該周波数差に応じた速度で移動させ
ることを特徴とする請求項第７項に記載の位置検出装
置。 - 【請求項９】前記光電検出手段は、前記格子パターンか
ら発生する各波長成分毎の＋１次回折光と−１次回折光
との相互干渉光の光量に応じてレベル変化するｎ個の第
１光電信号を前記照明ビームの切り換えに応答して順次
出力する第１の光電素子と、前記格子パターンから発生
する各波長成分毎の０次回折光と２次回折光との相互干
渉光の光量に応じてレベル変化するｎ個の第２光電信号
を前記照明ビームの切り換えに応答して順次出力する第
２の光電素子とを含むことを特徴とする請求項第６項、
第７項、第８項のいずれか一項に記載の位置検出装置。 - 【請求項１０】第１の回折格子が形成された第１基板と
第２の回折格子が形成された第２基板とを結像光学系を
挟んで対向配置させる手段と、前記第１の回折格子に可
干渉性の照明ビームを照射することによって、前記第１
の回折格子から発生する複数の回折光を前記結像光学系
を介して前記第２の回折格子に投射させる照射手段と、
該第２の回折格子から発生する複数の再回折光のうち同
一方向に進む２つの回折光同志の相互干渉光を受光する
光電検出手段とを備え、該光電検出手段から出力される
光電信号に基づいて前記第１の回折格子と第２の回折格
子との周期方向の相対的な位置関係を検出する装置にお
いて、 互いに波長の異なるｎ個の可干渉性ビームを放出する複
数の光源と；前記第１の回折格子を照射する照明ビーム
の波長を切り換えるために、前記複数の光源の各々から
の可干渉性ビームを１波長毎に所定の照射時間分ずつ時
間的に順次切り換えて前記照射手段に供給する切り換え
手段と；該切り換え手段によって波長が切り換えられた
照明ビームの照射により前記第２の回折格子から発生す
る相互干渉光を前記光電検出手段で受光し、該相互干渉
光の各波長毎の光量に応じてレベル変化するｎ個の光電
信号の各々に基づいて前記第１の回折格子と第２の回折
格子との周期方向に関するｎ個の相対位置ずれ情報を検
出する波長別位置検出手段と；前記ｎ個の光電信号の各
々の振幅値に応じた重みを付加して前記ｎ個の相対位置
情報を加重平均演算することで前記第１の回折格子と第
２の回折格子との相対位置ずれを決定する位置決定手段
とを備えたことを特徴とする位置検出装置。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7088985A JPH08288197A (ja) | 1995-04-14 | 1995-04-14 | 位置検出方法、及び位置検出装置 |
| KR1019960002671A KR100541272B1 (ko) | 1995-02-01 | 1996-02-01 | 기판상의마크위치를검출하는방법과그의방법에의한위치검출장치및그의위치검출장치를이용한노광장치 |
| US08/719,063 US6034378A (en) | 1995-02-01 | 1996-09-24 | Method of detecting position of mark on substrate, position detection apparatus using this method, and exposure apparatus using this position detection apparatus |
| US09/388,352 US6242754B1 (en) | 1995-02-01 | 1999-09-01 | Method of detecting position of mark on substrate, position detection apparatus using this method, and exposure apparatus using this position detection apparatus |
| US09/840,133 US6677601B2 (en) | 1995-02-01 | 2001-04-24 | Method of detecting position of mark on substrate, position detection apparatus using this method, and exposure apparatus using this position detection apparatus |
| US10/400,871 US7109508B2 (en) | 1995-02-01 | 2003-03-28 | Method of detecting position of mark on substrate, position detection apparatus using this method, and exposure apparatus using this position detection apparatus |
| US10/400,885 US7053390B2 (en) | 1995-02-01 | 2003-03-28 | Method of detecting position of mark on substrate, position detection apparatus using this method, and exposure apparatus using this position detection apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7088985A JPH08288197A (ja) | 1995-04-14 | 1995-04-14 | 位置検出方法、及び位置検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08288197A true JPH08288197A (ja) | 1996-11-01 |
Family
ID=13958102
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7088985A Pending JPH08288197A (ja) | 1995-02-01 | 1995-04-14 | 位置検出方法、及び位置検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08288197A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003197520A (ja) * | 2001-10-19 | 2003-07-11 | Asml Netherlands Bv | リソグラフィック装置及びデバイス製造方法 |
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| US7558643B2 (en) | 2003-12-09 | 2009-07-07 | Asml Netherlands B.V. | Lithographic apparatus, method of determining a model parameter, device manufacturing method, and device manufactured thereby |
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| JP2018517933A (ja) * | 2015-06-05 | 2018-07-05 | エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． | アライメントシステム |
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| CN112771450A (zh) * | 2018-09-27 | 2021-05-07 | Asml荷兰有限公司 | 用于测量标记的位置的设备和方法 |
| CN112771450B (en) * | 2018-09-27 | 2024-04-30 | Asml荷兰有限公司 | Apparatus and method for measuring the position of a marker |
-
1995
- 1995-04-14 JP JP7088985A patent/JPH08288197A/ja active Pending
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US7565219B2 (en) | 2003-12-09 | 2009-07-21 | Asml Netherlands B.V. | Lithographic apparatus, method of determining a model parameter, device manufacturing method, and device manufactured thereby |
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| US9759545B2 (en) | 2013-01-24 | 2017-09-12 | Hitachi-Lg Data Storage, Inc. | Optical tomograph and optical tomographic method |
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| US10585363B2 (en) | 2015-06-05 | 2020-03-10 | Asml Netherlands B.V. | Alignment system |
| CN111801622A (zh) * | 2018-03-19 | 2020-10-20 | 科磊股份有限公司 | 使用多个波长的叠加测量 |
| JP2021518579A (ja) * | 2018-03-19 | 2021-08-02 | ケーエルエー コーポレイション | 複数波長を用いたオーバーレイ測定 |
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