JPH083404B2 - 位置合せ方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、第１の物体と第２の物体とを位置合せす
る方法に関し、たとえば半導体製造工程において、回路
パターンの像がウェハに転写されるときに、マスクとウ
ェハとを位置合せする方法に関する。

（従来の技術） 超LSIなどの半導体装置が製造される工程において
は、露光装置によってウェハに回路パターンが転写され
るのが一般的である。この装置では、予めマスクに形成
された回路パターンにＸ線が照射されると、回路パター
ンの像がウェハに転写される。この回路パターンが転写
される前に、マスクとウェハとが正確に位置合せされる
必要がある。即ち、マスクとウェハとは、互いに対向し
て配置されているが、マスクとウェハとは、これらの対
向する面に沿った方向に位置合せされる必要がある。

ところで、マスクとウェハとを位置合せする方法の一
例として、二重回折格子を用いる方法がある。即ち、マ
スクとウェハとに各々１次元の回折格子が形成されてい
る。２つの回折格子は、ピッチが等しく、そのストライ
プの方向が同じ向きに配置されている。マスク上面にレ
ーザ光が照射されると、マスクの回折格子を回折し且つ
透過した光がウェハの回折格子で回折され且つ反射さ
れ、再びマスクの回折格子で回折する。この回折光のう
ち＋１次回折光In（＋１）と−１次回折光In（−１）と
が検出される。これらの回折光の強度In（＋１）とIn
（−１）とが等しくなるように、マスクとウェハとの相
対位置が調整される。これにより、マスクとウェハとが
位置合せされる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、マスクの回折格子は、反射型回折格子
としても働く。そのため、マスク→ウェハ→マスクの経
路で回折された±１次回折光と、マスク上面で反射され
た±１次反射回折光とが干渉することがある。即ち、マ
スクとウェハとのギャップがｚであるとすると、±１次
の回折光は、±１次の反射回折光に対して2zの光路差を
有する。2z＝ｎλ（λは入射光の波長、ｎは整数）のと
き、±１次回折光と、±１次の反射回折光とが干渉す
る。そのため、マスクとウェハとのギャップがλ/4だけ
変動すると、±１次の回折光の強度が激減し、±１次の
回折光の測定が困難になることがあった。

従って、マスクとウェハとのギャップが所定値に正確
に維持されないと、マスクとウェハとの相対位置の測定
精度が低下するといった問題があった。

そのため、特開昭61−116837号公報には、以下のよう
な、位置合せ方法が開示されている。

ｋ次の回折角θ_ｋは、一般に、 sinθ_ｋ＝ｋ・λ/p …（１） で表わされる（ｐは回折格子のピッチ）。そのため、マ
スクの回折格子のピッチがｐm、ウェハの回折格子のピ
ッチがｐwである場合に、2pm＝ｐwとされている。これ
により、マスクの回折格子で反射される±１次の反射回
折光の回折角と、マスク→ウェハ→マスクの経路で回折
された±１次回折光の回折角が異ならされている。

しかしながら、この公報に記載された方法でも、±１
次の回折光の強度がマスクとウェハとのギャップ値に依
存することが報告されている（二重回折格子による高精
度位置合せ法（第５報），昭和59年度精密機械学会秋期
大会学術講演論文集,p443〜p444,NTT通研）。そのた
め、マスクとウェハとのギャップ値が２μｍ以内に維持
されないと、±１次の回折光の計測が困難であった。そ
のため、マスクとウェハとの位置合せの精度が悪いとい
った問題があった。

この発明の目的は、検出回折光と反射回折光とが干渉
することがなく、且つ第１の物体と第２の物体とのギャ
ップに拘りなく、精度良く、第１の物体と第２の物体と
を位置合せする方法を提供することにある。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明は、第１の物体に
第１の回折格子を設けるとともに第１の物体に対向して
配置された第２の物体に第２の回折格子を設け、光源か
ら照射された光を前記第１もしくは第２の回折格子の一
方に入射させ、前記一方の回折格子で回折した回折光が
他方の回折格子に入射して回折した後の回折光のうちの
所定の回折光を位置合せ用の回折光として受光し、この
位置合せ用の回折光に基づいて前記第１の物体と第２の
物体との相対位置を調整して位置合せを行う位置合せ方
法において、前記第１の回折格子として位置合せ方向と
直交する方向に延出した複数の平行なストライプパター
ンを有する１次元回折格子を用い、前記第２の回折格子
として市松状のパターンを有する二次元回折格子を用い
ることを特徴としている。

（作用） 第１の回折格子として位置合せ方向と直交する方向に
延出した複数の平行なストライプパターンを有する１次
元回折格子を用い、第２の回折格子として市松状のパタ
ーンを有する２次元回折格子を用いているので、これら
の回折格子が２重回折格子として作用することになり、
第１の回折格子および第２の回折格子の双方で少なくと
も１回ずつ回折した回折光は２次元のパターンとして現
れる。この２次元のパターンとして現れた回折光のうち
の所定の回折光を位置合せ用の回折光として受光するこ
とにより、光源から最初に光を照射された回折格子の表
面で反射される位置合せには不要な反射回折光の方向と
は異なる方向で位置合せ用の回折光を受光することがで
きる。したがって、位置合せ用の回折光と位置合せには
不必要な反射回折光との干渉を防止でき、測定精度を低
下させることなく位置合せを行うことができる。

また、本発明における理論解析（実施例において説明
する）によると、第１の物体と第２の物体との間のギャ
ップ値が所定に設定されていなくても、このギャップ値
の影響を受けることなく、第１の物体と第２の物体との
間の対向面に沿う方向の位置合せ精度良く行うことがで
きる。

（実施例） 第１図及び第２の実施例では、入射光が回折格子に直
角に入射される場合について述べ、第３の実施例では、
入射光が回折格子に斜めに入射される場合について述べ
る。

第１図に示されるように、マスクとウェハとを位置合
せする装置には、Ｘ方向に移動可能なウェハテーブル11
が設けられている。このウェハテーブル11は、モータ22
に接続されている。これにより、モータ22が駆動される
と、ウェハテーブルが位置合せ方向（ｘ方向）に移動さ
れる。このウェハテーブル11の上面には、ウェハ12が載
置されている。このウェハ12上方に、マスク13が配置さ
れている。このマスク13とウェハ12との間には、ｚ方向
に所定の間隔が設けられている。マスク13は、ホルダー
14によって支持されている。このホルダー14は、圧電素
子25により支持されている。この圧電素子25が駆動され
ることにより、マスク13は、ｚ方向に移動される。

さらに、マスク13には、第２図に示されるように、透
過型の第１の回折格子15が形成されている。ウェハ12の
上面には、反射型の第２の回折格子16が形成されてい
る。これら第１及び第２の回折格子15,16は、互いに対
向して配置されている。第１の回折格子15は、ストライ
プがｙ方向に延出している１次元の回折格子である。第
１の回折格子15のｘ方向の格子ピッチは、p_xである。第
２の回折格子16は、市松状のパターンの回折格子であ
る。第２の回折格子16のｘ方向の格子ピッチがp_x、これ
のｙ方向の格子ピッチがp_yである。即ち、第１の回折格
子のｘ方向のピッチと、第２の回折格子のｘ方向のピッ
チとが等しくされている。

この装置には、さらに、コヒーレントなレーザ光を発
射するレーザ17と、回折光を検知してこれを電気信号に
変換する光電検出器26と、この電気信号を処理し制御信
号を発生する信号処理回路20と、制御信号に応じてモー
タ22に電流を供給するモータ駆動回路23とが備えられて
いる。

この装置によって、以下のようにして、マスクとウェ
ハとが位置合せされる。

レーザ17から発射された光は、ミラー18に向って照射
される。このミラー18で反射された光が第１の回折格子
15に照射される。第１の回折格子15により回折され且つ
これを透過した光が第２の回折格子16に移行される。第
２の回折格子16により回折され且つこれを反射した光が
第１の回折格子15に移行される。この第１の回折格子15
により回折され且つこれを透過した回折光がミラー19に
移行される。このように、これら第１及び第２の回折格
子15,16は、二重回折格子として働く。このミラー19に
よって、回折格子15,16で回折した回折光のうち特定方
向の光、例えば第３図に示される（0,1）次の回折光の
みが光電検出器26が導かれる。即ち、ミラー19の傾斜角
度が調整されることにより、光電検出器26に導かれる回
折光が検出される。特定方向の回折光は、光電検出器26
により回折光の強度に応じた電気信号に変換される。こ
の電気信号がアンプ27を介して信号処理回路２に供給さ
れ、処理される。この信号処理回路20によって、モータ
駆動信号が発せられる。このモータ駆動信号がモータ駆
動回路23に供給される。この駆動回路23は、この信号に
基づいて、モータ22に電流を供給する。モータ22が駆動
されて、マスク13に対してウェハ12がｘ方向に移動され
る。これにより、マスク13とウェハ12との相対位置が調
整され、マスクとウェハとが位置合せされる。

ところで、レーザ光が第１の回折格子15→第２の回折
格子16→第１の回折格子15の経路で回折されるとき、上
述したように、第１及び第２の回折格子15,16は、二重
回折格子として働く。そのため、これら回折光のうち０
次及び１次の回折光は、第３図に示されるように、９つ
の方向に現われる。

一方、第１の回折格子15の表面でレーザ光が反射する
ことがある。このとき、第１の回折格子15で反射された
１次反射回折光は、第１の回折格子のストライプに直交
する面であって、入射光の軸線を含む平面において反射
される。即ち、この１次反射回折光は、第３図におい
て、入射光の軸線がｚ軸とされると、ｘ軸線及びｚ軸線
を含む平面内で反射される。これに対して、０次及び１
次の回折光は、上述したように、９つの方向に現われ
る。そのため、この発明では、ｘ軸線及びｚ軸線を含む
平面に沿わない回折光が検出されている。そのため、検
出される回折光がマスク表面の反射光と干渉することが
ない。

さらに、この発明によれば、回折光の強度がマスクと
ウェハとのギャップ値に依存しない。その理由を以下に
説明する。

この説明のため、レーザ光が回折格子15,16により回
折される場合の回折の原理から説明する。

ピッチｐ、光の透過幅ａである一般的な回折格子に直
角に、波長λのコヒーレント光が照射される。この回折
格子により回折された光の回折パターンが第５図に示さ
れている。ここで、＋ｎ次の回折光の回折角θ_ｎは、 sinθ_ｎ＝ｎ・λ/p …（２） である。ｎ次の回折光の複素振幅C_nは、回折格子の複素
透過率が周期関数としてフーリエ級数に展開された時の
係数である。このｎ次の回折光の複素振幅C_nは、次式で
与えられる。

ここで、格子の透過関数Ａ（ｘ）を、 として（３）式に代入すると、ｎ次の回折光の振幅C
_nは、 C_n＝｛sin（akπ/p）｝/kπ …（５） と表わされる。

次に、各々１次元の回折格子が設けられたマスクとウ
ェハとが所定値のギャップを介して対向して配置された
場合について説明する。このとき、マスクの回折格子
は、透過型回折格子、ウェハの回折格子は、反射型回折
格子として働くが、この場合の光学モデルは、第６図に
示される光学モデルと等価である。マスクでｌ次、ウェ
ハでｍ次、マスクでｒ次回折した場合、マスク→ウェハ
→マスクの透過光は、（ｌ＋ｍ＋ｒ）次の回折光とな
る。この回折光波の振幅は、C_l・C_m・C_rで与えられる。
この光波は、マスクの回折格子へ入射する前の光に対し
て、 だけ位相がずれている。

一方、ウェハがΔｘだけマスクに対して位置ずれして
いる場合、ウェハで回折されている光波の複素振幅は、
（３）式より、 となる。これが整理されると、 となる。（ｌ＋ｍ＋ｒ）次の透過回折光Ｕ（ｌ＋ｍ＋
ｒ）は、入射光Einとして、次の（８）式で表わされ
る。

Ｕ（ｌ＋ｍ＋ｒ） ＝C_l＋Ｃ′_ｍ・C_r・exp［−ｉφｖ］・Ein ＝C_l・C_m・C_r・exp［−ｉφｘ ＋｛（２π/p）ｍΔｘ｝］・Ein …（８） 例えば、Ｘ方向の０次の回折光の表示は、ｌ＋ｍ＋ｒ
＝０を満足する全ての回折光の組合わせである。

次に、第３図に示されるように、マスクに１次元の回
折格子、ウェハに市松状のパターンの回折格子が形成さ
れた場合について説明する。この場合、ウェハでは、第
３図に示されるように、光が２次元的に回折される。ｘ
方向の回折次数をｍ次、ｙ方向の回折次数をｎ次、マス
ク及びウェハの回折格子のｘ方向のピッチを共にp_x、、
ウェハの回折格子のｙ方向のピッチをp_y、マスク及びウ
ェハの回折格子のｘ方向の光の透過幅を共にa_x、ウェハ
の回折格子のｙ方向の光の透過幅をa_yとすると、ウェハ
で回折される光波の振幅は、次式となる。

C_mn＝1/（mnπ^２）・sin｛a_x/p_x）ｍπ｝ ・sin｛（a_y/p_y）ｎπ｝・ ［１＋cos｛（ｍ＋ｎ）π｝］ …（９） この（９）式において、a_x/p_x＝a_y/p_y＝1/2とされる
と、Cmn、 C_mn＝1/（mnπ^２）・sin（ｍπ/2）・sin（ｎπ/2）・
［１ ＋cos｛（ｍ＋ｎ）π｝］ …（10） となる。結局、マスク→ウェハ→マスク経由で回折され
る光Ｕ（ｌ＋ｍ＋r,n）の表示式は、 Ｕ（ｌ＋ｍ＋r,n） ＝C_r・C_mn・C_l・exp［−ｉ｛φ_xy ＋（２π/p_x）ｍΔｘ）・Ein …（11） となる。ここで、φ_xyは、光Ｕ（ｌ＋ｍ＋ｎ）の位相ず
れ量であって、 で表わされる。

この回折光の一例として、ｘ方向に０次、ｙ方向に１
次の回折光の強度Ｉ（0,1）は、以下のように求められ
る。この場合、ｌ＋ｍ＋ｒ＝０、ｎ＝１となる組合せが
考慮されれば良い。しかし、ここでは、高次の回折光の
組合わせによる振幅への影響は、小さいと考えられるた
め、０次から１次までの回折光の組合わせが考慮されて
いる。｛l,（m,n）,r｝として、以下の４つの組合わせ
が考慮されれば良い。

｛0,（1,1），−１｝ ｛0,（−1,1）,1｝ ｛−1,（1,1）,0｝ ｛1,（−1,1）,0｝ Ｚ＝πλz/p_x ² とされると、（11）式より、光波の表示式は、 Ｕ（0,1） ＝２（1/π）^３・exp（−iZ）・｛exp（−iX） ＋exp（iX）｝・Ein …（12） で示される。光の強度Ｉ（0,1）は、 Ｉ（0,1）＝|U（0,1）|² …（13） である。そのため、入射光の強度がI₀とされると、光の
強度Ｉ（0,1）は、 Ｉ（0,1）＝８（1/π）^６・｛１＋cos2X）・I₀…（14） となる。但し、Ｘ＝２πp_x・Δｘである。この式から明
らなかように、回折光の強度Ｉ（0,1）は、マスクとウ
ェハとの位置ずれ量Δｘのみの関数である。そのため、
回折光の強度は、マスクとウェハとのギャップ値に依存
しない。

回折光の強度Ｉ（0,1）が検出される場合、マスクと
ウェハとの位置ずれ量Δｘと光強度との関係が第４図に
示されている。回折光の強度は、p_x/2の周期関数で表わ
されている。回折光の強度が、この周期関数のピーク値
に設定されるように、ウェハがマスクに対して移動され
ると、マスクとウェハとが位置合せされる。

このように、この発明の方法によれば、マスクの回折
格子のストライプに直交した平面であって、且つ入射光
の軸線を含む平面に沿わない回折光が検出される。その
ため、マスクの回折格子で反射された反射光と、検出回
折光とが干渉することがない。しかも、（14）式から明
らかなように、回折光の強度は、ギャップ値に依存され
ない。そのため、ギャップ値に拘らず、マスクとウェハ
とが正確に位置合せされる。

さらに、この発明の第２の実施例を第７図乃至第10図
に基づいて説明する。

この実施例では、２組の第１及び第２の回折格子が設
けられている。即ち、マスク13には、２つの第１の回折
格子31−1,31−２が形成されており、ウェハ12には、２
つの第２の回折格子32−1,32−２が形成されている。第
８図に示されるように、第１の回折格子31−1,31−２
は、ｘ方向の格子ピッチがp_xである１次元の回折格子で
ある。第１の回折格子31−1,31−２は、互いに距離ｕを
隔てて配置されている。第２の回折格子32−1,32−２
は、市松状のパターンの回折格子であって、ｘ方向の格
子ピッチがp_xであり、ｙ方向の格子ピッチがp_y1,p_y2で
ある。第２の回折格子32−1,32−２は、互いに距離ｖを
隔てて配置されている。距離ｕと距離ｖとの間には、 の関係がある。但しＮは整数。

ウェハの２つの第２の回折格子32−1,32−２では、各
々のｙ方向の格子ピッチが異なっている。そのため、２
つの第２の回折格子32−1,32−２により回折された回折
光が同一次数の回折光であっても、２つの第２の回折格
子32−1,32−２での回折角が異なる。そのため、１組の
第１及び第２の回折格子31−1,32−１により回折された
回折光と、他の１組の第１及び第２の回折格子31−2,32
−２で回折される回折光とは、異なった方向に現われ
る。

従って、位置合せ装置には、２つの回折光を別々に検
出する一対の光電検出器26−1,26−２と、減算器28が設
けられている。２つの回折光は、この光電検出器26−1,
26−２により別々に電気信号に変換される。これら電気
信号は、それぞれアンプ27−1,27−２を介して減算器28
に供給される。この減算器28では、２つの電気信号の差
が演算される。即ち、２つの回折光の強度の差が演算さ
れる。この電気信号の差が信号処理回路20に供給され
る。第１の実施例と同様に、信号処理回路20からモータ
駆動信号が発生され、この信号に基づいてモータ22に電
流が供給され、マスク13に対してウェハ12がｘ方向（位
置合せ方向）に移動される。これにより、ウェハ13とウ
ェハ12との相対位置が調整され、マスクとウェハとが位
置合せされる。

（0,1）次の回折光の場合、２つの回折光の強度がI₁
（0,1）、I₂（0,1）とされると、減算器28では、次式が
演算される。

ΔＩ＝I₁（0,1）−I₂（0,1） …（15） この場合の回折光の強度の差ΔＩと、位置ずれ量Δｘ
との関係が第９図に示されている。例えば、前記の整数
Ｎがゼロの場合、マスクとウェハとの２組の回折格子
は、各々、±p_x/8だけ位相がずれて位置されている。そ
のため、実線で示されているI₁（0,1）と、破線で示さ
れているI₂（0,1）とは、p_x/4だけ位相がずれた曲線と
なる。（15）式の演算がなされると、ΔＩは、周期がp_x
/4である周期関数で表わされる。これが第９図に一点鎖
線で示されている。これにより、マスク13とウェハ12と
の相対位置がp_x/4ずれる度に、周期関数の直線状の部分
で位置ずれ量Δｘが０点検出される。これによって、マ
スクとウェハとの相対位置が正確に位置合せされる。ま
た、第10図には、（11）式に基づいて、マスクとウェハ
の回折格子での高次の回折光が考慮された場合の、回折
光の強度の差ΔＩが示されている。この場合にも、ゼロ
クロス点近傍では、ギャップ値に拘らず、位置ずれ量Δ
ｘが０点検出される。そのため、高次の回折光が考慮さ
れた場合であっても、ギャップ値に拘らず、マスクとウ
ェハとが正確に位置合せされる。

さらに、この第２実施例の変形例を説明する。この変
形例では、第11図に示されるように、２つの回折光強度
の差の演算のために、２組の第１及び第２の回折格子で
回折した２つの回折光が同期して検出される。第１の回
折格子31−1,31−２が第８図に示される場合と同じく、
距離ｕだけ離間されてマスク上に配置されている。第２
の回折格子も同様に距離ｖだけ離間されてウェハに配置
されており、各々のｙ方向の格子ピッチｐy1,py2は、等
しい。

２つの回折光が同期して検出されるために、発振器42
と、振動ミラー41と、同期検波回路29とが設けられてい
る。この発振器42から所定周波数の参照信号が発生され
る。この参照信号が夫々、振動ミラー41と、同期検波回
路29とに供給される。これにより、振動ミラー41は、所
定の周波数で振動する。そのため、レーザ光は、振動ミ
ラー41により、所定時間ごとに交互に２方向に振分けら
れて、２組の回折格子に入射される。２組の回折格子で
夫々回折した２つの回折光は、ミラー33を介して、所定
時間ごとに交互に光電検出器26に入射され、２つの電気
信号に変換される。２つの電気信号は、アンプ27を介し
て、所定時間ごとに交互に同期検波回路29に供給され
る。同期検波回路29では、所定周波数の参照信号に基づ
いて、２つの電気信号が同期検波される。これにより、
２つの回折光の強度の差が検出される。これにより、第
２の実施例と同様に、マスク13とウェハ12との相対位置
が調整される。

尚、第１及び第２実施例では、検出される回折光の角
度は、Ｉ（0,1）のみならず、Ｉ（0,−１）など、第１
の回折格子のストライプと直交する面であって、入射光
の軸線を含む平面に沿わない、回折光であれば良い。例
えば、 ΔＩ＝I₁（0,−１）−I₂（0,−１） ΔＩ＝Ｉ（0,1）−I₂（0,−１） ΔＩ＝I₁（0,−１）−I₂（0,1） が求められても良い。

さらに、レーザ光がｙ方向に対して斜めに入射されれ
ば、回路パターンを露光するための露光光を検出光学系
（例えば、ミラー）が遮らないという利点がある。

次に、この発明の第３の実施例について説明する。上
述した実施例では、入射光は、マスク13に対して垂直に
入射される。しかし、この入射光は、必ずしもマスク13
に垂直である必要はない。この第３の実施例では、マス
ク13に斜めに入射される場合について説明する。

第12図に示されるように、マスク13に形成された第１
の回折格子15と、ウェハ12に形成された第２の回折格子
16とは、第３図に示される場合と同様に配置されてい
る。第12図に示されるように、第１の回折格子15のスト
ライプに垂直な仮想面が第１の仮想面101と規定されて
いる。この第１の仮想面101がストライプの方向に所定
角度（α）傾斜された仮想面が第２の仮想面102と規定
されている。第１の仮想面101を基準として第２の仮想
面102に対称である仮想面が第３の仮想面103と規定され
ている。レーザ17から発射された光は、第１の回折格子
15に入射される。この入射光の光軸104は、第２の仮想
面102に沿っている。若干の入射光は、第１の回折格子1
5の上面で反射回折される。この反射回折光は、第３仮
想面103にのみ沿って移行される。

残りの大部分の入射光は、第１の回折格子15で透過回
折されて第１の回折光が現出され、この第１の回折光が
第２の回折格子16に移行され第２の回折格子で反射回折
されて第２の回折光が現出され、この第２の回折光が第
１の回折格子15に移行され第１の回折格子15で透過回折
されて第３の回折光が現出される。この第３の回折光
は、２次元の回折パターンで現出される。この回折パタ
ーンは、入射光が第１の回折格子15に直交している場合
と同様である。

しかし、回折パターンの原点Ｉ（0,0）は、入射光が
直交している場合と、異なっている。即ち、第12図に示
されるように、原点Ｉ（0,0）は、第１の仮想面101を基
準として入射光の光軸に対称である線（ｚ′）の線上の
点として規定される。即ち、入射光が第１の回折格子15
に直交している場合（α＝0,z′＝ｚ）、原点Ｉ（0,0）
は、入射光の光軸上にある。

若干の第３の回折光、即ち、Ｉ（0,0）、Ｉ（±1,0）
次の回折光は第３の仮想面103に沿って移行され、他の
第３の回折光、即ち、Ｉ（0,±１）、Ｉ（±1,±１）次
の回折光は第３の仮想面103以外に移行される。従っ
て、前記他の第３回折光は、第１の回折格子15の上面で
反射回折された反射回折光と干渉しない。そのため、上
述した実施例と同様に、前記他の第３の回折光、即ち、
Ｉ（0,±１）、Ｉ（±1,±１）次の回折光が検出され
る。検出結果は、第４図に示される場合と略同様であ
る。そのため、入射光が第１の回折格子15に斜めに入射
される場合であっても、入射光が第１の回折格子15に直
角に入射される場合と同様に、正確に位置合せされる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、第１の回折格
子として位置合せ方向と直交する方向に延出した複数の
平行なストライプパターンを有する１次元回折格子を用
い、第２回折格子として市松状のパターンを有する２次
元回折格子を用いたことにより、位置合せ用の回折光の
現れる方向と光源から最初に光を照射された回折格子の
表面で反射される位置合せには不必要な反射回折光の方
向とを異ならせることができる。したがって、位置合せ
用の回折光と位置合せには不必要な反射回折光との干渉
を防止でき、測定精度を低下させることなく位置合せを
行うことができる。

また、本発明によれば、第１の物体と第２の物体との
間のギャップ値が所定の値に設定されていなくても、こ
のギャップ値の影響を受けることなく第１の物体と第２
の物体との間の対向面に沿う方向の位置合せを精度良く
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の第１の実施例に基づく、マスクと
ウェハとを位置合せする装置を模式的に示す図、 第２図は、第１図に示される装置において、マスクとウ
ェハとの各々に形成された第１及び第２の回折格子を示
す平面図、 第３図は、マスクとウェハとの各々の回折格子により回
折された回折光のパターンを示す斜視図、 第４図は、この発明の第１の実施例に基づく装置により
検出された、回折光の強度と、マスクとウェハとの位置
ずれ量との関係を示すグラフ、 第５図は、この発明に基づく、回折の原理を示す図であ
って、１次元の回折格子により回折された回折光のパタ
ーンを示す図、 第６図は、この発明に基づく、回折の原理を示す図であ
って、入射光がマスクの第１の回折格子→ウェハの第２
の回折格子→マスクの第１の回折格子により回折される
場合の光学モデルと等価の光学モデルを模式的に示す
図、 第７図は、この発明の第２の実施例に基づく、マスクと
ウェハとを位置合せする装置を模式的に示す図、 第８図は、第７図に示される装置に使用される２組の第
１及び第２の回折格子を示す平面図、 第９図及び第10図は、第７図に示す装置により検出され
た、回折光の強度と、マスクとウェハとの位置ずれ量と
の関係を示すグラフ、 第11図は、この発明の第２の実施例の変形例に基づく、
マスクとウェハとを位置合せする装置を模式的に示す
図、 第12図は、この発明の第３の実施例に基づく、マスクと
ウェハとの各々の回折格子により回折された回折光のパ
ターンを示す斜視図である。 13……第１の物体（マスク）、12……第２の物体（ウェ
ハ）、15……第１の回折格子、16……第２の回折格子、
17……光源（レーザ）、19……検出手段（ミラー）、26
……検出手段（光電検出器）、20……位置調整手段（信
号処理回路）、22……位置調整手段（モータ）、23……
位置調整手段（モータ駆動回路）、101……第１の仮想
面、102……第２の仮想面、103……第３の仮想面、104
……入射光の光軸。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 増山 正幸 東京都板橋区蓮沼町75番１号 東京光学機 械株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−188317（ＪＰ，Ａ)

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の回折格子が設けられた第１の物体
   と、この第１の物体に対向して配置され第２の回折格子
   が設けられた第２の物体に対して、光源から照射された
   光を前記第１もしくは第２の回折格子の一方に入射さ
   せ、前記一方の回折格子で回折した回折光が他方の回折
   格子に入射して回折した後の回折光のうちの所定の回折
   光を位置合せ用の回折光として受光し、この位置合せ用
   の回折光に基づいて前記第１の物体と第２の物体との相
   対位置を調整して位置合せを行う位置合せ方法におい
   て、 前記第１の回折格子として位置合せ方向と直交する方向
   に延出した複数の平行なストライプパターンを有する１
   次元回折格子を用い、前記第２の回折格子として市松状
   のパターンを有する二次元回折格子を用いることを特徴
   とする位置合せ方法。
2. 【請求項２】前記光源からの光を前記第１の回折格子に
   入射させ、該第１の回折格子で透過回折した回折光が前
   記第２の回折格子に入射して該第２の回折格子で反射回
   折し、その後再び前記第１の回折格子に入射して該第１
   の回折格子で透過回折した回折光のうちの所定の回折光
   を位置合せ用の回折光として受光することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の位置合せ方法。
3. 【請求項３】前記第１の物体はマスクであり、前記第２
   の物体はウェハであることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の位置合せ方法。
4. 【請求項４】前記第１の回折格子のストライプの方向に
   直交する第１の仮想面と、この第１の仮想面に対して前
   記ストライプの方向に所定角度（α）傾斜した第２の仮
   想面と、前記第１の仮想面を基準として前記第２の仮想
   面に対称な第３の仮想面とを規定したとき、前記光源か
   ら第１もしくは第２の回折格子に入射される光の光軸
   を、前記第２の仮想面に沿う方向に設定し、前記第３の
   仮想面以外の方向に沿って回折した回折光を位置合せ用
   の光として受光することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の位置合せ方法。
5. 【請求項５】前記位置合せ用の回折光は、（0,±１）次
   光であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   位置合せ方法。
6. 【請求項６】前記第１の回折格子と前記第２の回折格子
   とが、２組設けられていることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の位置合せ方法。
7. 【請求項７】２つの前記第２の回折格子の位置合せ方向
   と直交する方向の格子ピッチを異ならせることにより、
   一方の組の第１および第２の回折格子から回折された一
   方の位置合せ用の回折光と、他方の組の第１および第２
   の回折格子から回折された他方の位置合せ用の回折光と
   がそれぞれ方向が異なって現出し、これらの位置合せ用
   の回折光が別々に受光されることを特徴とする特許請求
   の範囲第６項記載の位置合せ方法。
8. 【請求項８】前記所定の角度（α）をゼロに設定するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の位置合せ方
   法。