JPH1050579A

JPH1050579A - 位置検出装置及び該装置を備えた露光装置

Info

Publication number: JPH1050579A
Application number: JP20710096A
Authority: JP
Inventors: Hideo Mizutani; 英夫水谷; Toru Kawaguchi; 透川口
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-08-06
Filing date: 1996-08-06
Publication date: 1998-02-20

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な構成で、且つ低い駆動電力で、高い回
折効率の周波数変調された光束を発生する。【解決手段】光束Ｌは周波数ｆ₁の高周波信号ＳＦ₁
で駆動されるＡＯＭ（音響光学素子）１７によって約５
０％が異方ブラッグ回折を受けて、ｆ₁の周波数変調を
受け且つ偏光方向が回転した１次回折光Ｌ₁となり、残
りが０次光Ｌ₀としてＡＯＭ１７を透過する。１次回折
光Ｌ₁、及び０次光Ｌ₀はリレー光学系１８を介して、
周波数ｆ₂の高周波信号ＳＦ₂で駆動されるＡＯＭ６０
に入射し、０次光Ｌ₀はＡＯＭ６０の異方ブラッグ回折
によってｆ₂の周波数変調を受けた１次回折光Ｌ₀₁とな
り、１次回折光Ｌ₁はＡＯＭ６０をそのまま透過して０
次光Ｌ₁₀となる。１次回折光Ｌ₀₁及び０次光Ｌ₁₀の偏光
方向は等しくなり、これらの光束が周波数の異なる位置
検出用の光束として使用される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ヘテロダイン干渉
型の位置検出装置、及びこの装置を備え、例えば半導体
素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、液晶表示素子、又は薄膜
磁気ヘッド等を製造するためのリソグラフィ工程で使用
される露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体素子等の微細パターンを形
成するために、マスクとしてのレチクル（又はフォトマ
スク等）のパターンを投影光学系を介して感光基板とし
てのウエハ（又はガラスプレート等）上に転写するステ
ッパー等の投影露光装置、又はレチクルのパターンを直
接ウエハ上に転写するプロキシミティ方式の露光装置等
の露光装置が使用されている。例えば半導体素子はウエ
ハ上に多数層の回路パターンを所定の位置関係で積み重
ねて形成されるため、ウエハ上の２層目以降に回路パタ
ーンを転写する際には、それまでに形成されている各シ
ョット領域内の回路パターンとこれから転写するレチク
ルのパターンとの位置合わせ（アライメント）を高精度
に行う必要がある。そこで、露光装置には、レチクル及
びウエハの位置を高精度に検出するための位置検出装置
（アライメントセンサ）、及びこの検出結果に基づいて
レチクル及びウエハの位置決めを行うためのステージ機
構等からならアライメント機構が備えられている。

【０００３】そのようにレチクル及びウエハの位置を高
精度に検出するための位置検出装置として、次の（イ）
及び（ロ）のようなヘテロダイン干渉型の装置が提案さ
れている。（イ）この位置検出装置は、白色光源からの光束（又
は複数波長のレーザ光）を例えば回折格子で２分割し、
２分割した光束を対称に第１の音響光学素子（以下、
「ＡＯＭ」と呼ぶ）に通すことによってそれぞれ０次
光、及び等方的なブラッグ回折による１次回折光を得て
いる。また、その第１のＡＯＭに対してリレー光学系を
介して第２のＡＯＭが配置され、第１のＡＯＭからの２
つの１次回折光の第２のＡＯＭにおける等方的なブラッ
グ回折による１次回折光が取り出されている。この場
合、第１及び第２のＡＯＭには所定の周波数差Δｆを有
する超音波が印加され、第２のＡＯＭから射出される２
つの１次回折光は、周波数差が２Δｆの光束（ヘテロダ
インビーム）となっている。一般にＡＯＭは駆動周波数
が高く、そのままでは得られるヘテロダインビームの周
波数差が高過ぎて信号処理系が複雑化するため、そのよ
うに２つのＡＯＭを配列することによってヘテロダイン
ビームの周波数差をビートダウンしている訳である。

【０００４】そして、その周波数差を持つ２光束をレチ
クル及びウエハ上のアライメントマークとしての各回折
格子マークに対して２方向から照射し、各回折格子マー
クからそれぞれ同一方向に発生する回折光同士を干渉さ
せ、各々の干渉光をそれぞれ光電検出器により光電変換
して２つの光ビート信号を得ている。これら２つの光ビ
ート信号の位相差は、２つの回折格子マークの位置ずれ
量に対応するため、それらの光ビート信号を用いてレチ
クルとウエハとの高精度な位置合わせが実現されてい
る。この構成によれば、ＡＯＭの段階で異なる周波数の
光束同士が混じることが無く、良好なＳＮ比の光ビート
信号が得られる。

【０００５】（ロ）この位置検出装置では、ヘテロダ
インビームを生成する光学系において、例えば近接して
配置され、且つ周波数の異なる逆向きの超音波が印加さ
れた２つのＡＯＭが使用されている。そして、所定の帯
域幅を有する光束をそれら２つのＡＯＭに入射させて、
それら２つのＡＯＭでの等方的なラマン−ナス回折によ
って発生する所定の周波数差を有する±１次回折光をレ
チクル及びウエハ上の各回折格子マークに照射してい
る。この構成によれば、ヘテロダインビームを生成する
光学系を簡略化し、且つ小型化できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の技術
の内で、（イ）の位置検出装置では、２光束の周波数差
をビートダウンするために２個のＡＯＭを使用している
が、それらのＡＯＭに入射させる２光束を生成するため
に別途回折格子が必要となる。更には、ＡＯＭ内の等方
的なブラッグ回折が利用されていたため、回折光と０次
光とを分離する目的で２つのＡＯＭの回折方向を傾ける
と共に、空間フィルタを設けたりする必要があり構成が
複雑であるという不都合があった。

【０００７】一方、（ロ）の位置検出装置では、これら
の構成の複雑さは解消されるが、回折効率が６０％程度
に低下して、計測に不要な高周波信号が重畳されるとい
う不都合があった。また、（イ）及び（ロ）の位置検出
装置共に、ＡＯＭの音響光学媒体内の超音波波長が２光
束の作る干渉縞のピッチに対応するため、レチクル及び
ウエハ上のアライメントマークとしての回折格子マーク
を大きくするためにはその超音波作用領域を大きくする
必要があり、供給する超音波パワーが通常の使用状態で
例えば１Ｗを超えてしまう程である。そのため、装置の
発熱等によって位置検出精度が劣化する恐れがあるとい
う不都合もあった。

【０００８】本発明は斯かる点に鑑み、簡単な構成で、
且つ低い駆動電力で動作して、高い回折効率で周波数変
調された光束を発生できるヘテロダイン干渉型の位置検
出装置を提供することを目的とする。更に本発明は、そ
のような位置検出装置を備えた露光装置を提供すること
をも目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による位置検出装
置は、例えば図１に示すように、互いに周波数の異なる
２光束を生成する２光束生成手段と、この２光束生成手
段からの２光束を集光して被検物体（１，４）上に形成
された回折格子状マーク（ＲＭ，ＷＭ）に対して所定の
２方向から照射する対物光学系（１８ａ，１８ｂ，２
１，２２，２６，２７，３７，３８，３）と、回折格子
状マーク（ＲＭ，ＷＭ）から同一方向に発生する複数の
回折光による干渉光を光電的に検出する検出器（３３，
３６）と、を有し、この検出器の検出結果に基づいて回
折格子状マーク（ＲＭ，ＷＭ）の位置を検出する位置検
出装置において、その２光束生成手段は、単色の光束又
は複数波長の光を含む光束を供給する光源手段（１０〜
１３）と、この光源手段からの光束（Ｌ）を分割して互
いに周波数の異なる２光束（Ｌ₁₀，Ｌ₀₁）を生成する音
響光学素子（１７，６０）とを備え、この音響光学素子
は、回折効率に異方性を持ちそれら２光束を互いに異な
る方向に射出するものである。

【００１０】斯かる本発明において使用される回折効率
に異方性を有する音響光学素子につき、図６を参照して
説明する。以下では、ブラッグ回折を利用した音響光学
素子につき説明する。先ず、図６（ａ）は通常の等方的
なブラッグ回折（等方ブラッグ回折）による回折を表
し、この図６（ａ）において、超音波進行波Ｅは縦波で
あり、その波数ベクトル〈Ｋ〉は進行方向に平行であ
る。この場合、入射光の入射角をθｉ、回折光の回折角
をθｄとして、入射光の波数ベクトルを〈Ｋｉ〉、回折
光の波数ベクトルを〈Ｋｄ〉とすると、次の関係が成立
している。

【００１１】〈Ｋｄ〉＝〈Ｋｉ〉＋〈Ｋ〉（Ａ１）また、等方ブラッグ回折では、回折光の偏光方向は変化
せず、波数ベクトル〈Ｋｉ〉の絶対値Ｋｉと、波数ベク
トル〈Ｋｄ〉の絶対値Ｋｄとは等しいため、入射角θｉ
と回折角θｄとは等しい。これに対して、図６（ｂ）は
異方ブラッグ回折による回折を表し、この図６（ｂ）に
おいて、超音波進行波Ａは横波であり、その波数ベクト
ル〈Ｋ〉は進行方向に所定角度で交差している。この場
合も、入射光（直線偏光とする）の波数ベクトル〈Ｋ
ｉ〉、及び回折光の波数ベクトル〈Ｋｄ〉の間に（Ａ
１）式の関係が成立している。

【００１２】但し、異方ブラッグ回折では、回折光の偏
光方向が入射光の偏光方向に対して所定角度（例えば９
０°）回転していると共に、入射光の偏光方向での屈折
率ｎｉと、回折光の偏光方向での屈折率ｎｄとが異なっ
ている。そして、入射光の真空中での波長をλとして、
波数ベクトル〈Ｋｉ〉，〈Ｋｄ〉の絶対値Ｋｉ，Ｋｄは
それぞれ次のように表すことができ、両者は異なってい
る。

【００１３】Ｋｉ＝２πｎｉ／λ，Ｋｄ＝２πｎｄ／λ （Ａ２）この条件のもとで（Ａ１）式を満たすために、図６
（ｂ）に示すように、入射角θｉと回折角θｄとは異な
っている。これが、異方ブラッグ回折である。この場
合、入射光の偏光方向が図６（ｂ）の状態から回転して
いると、波数ベクトル〈Ｋｉ〉の絶対値Ｋｉが変化する
と共に、回折光の波数ベクトル〈Ｋｄ〉の絶対値Ｋｄも
変化するために、（Ａ１）式を満たす回折光の存在が困
難となるため、入射光の偏光方向によって回折効率が大
きく変化して、回折効率に異方性が生じる。

【００１４】このように音響光学素子の回折効率に異方
性がある場合には、その音響光学素子への入射光の偏光
方向、及び入射角を例えば回折効率が最大となる方向に
設定しておくことによって、低い駆動電力で、且つ高い
回折効率で周波数変調を行うことができる。更に、その
音響光学素子で周波数変調を受ける必要のない光束につ
いては、偏光方向を回折効率が最小となる方向に設定
し、且つ入射方向も変えておくことによって、異なる周
波数の２光束が異なる方向に射出されるため、それら２
光束を後続の対物光学系を介して回折格子状マーク（Ｒ
Ｍ，ＷＭ）に容易に所望の交差角で照射できる。

【００１５】この場合、その２光束生成手段中の音響光
学素子は、一例としてそれぞれ回折効率に異方性を有し
互いに異なる周波数の超音波が印加される２個の音響光
学素子（１７，６０）よりなり、これら２個の音響光学
素子内での回折光（Ｌ₁₀，Ｌ ₀₁）の進行方向が互いに異
なると共に、これら進行方向が互いに異なる回折光をそ
の周波数の異なる２光束としてその対物光学系へ導くこ
とが望ましい。

【００１６】このとき、例えば図４に示すように、周波
数ｆ₁の超音波が印加される第１の音響光学素子（１
７）により入射光（Ｌ）を０次光（Ｌ₀)と１次回折光
（Ｌ₁)とに分離する。更に、その０次光（Ｌ₀)を周波数
ｆ₂の超音波が印加される第２の音響光学素子（６０）
に対して、１次回折光の回折効率が大きくなるように、
且つこの１次回折光と先ほどの１次回折光（Ｌ₁)とが非
平行になるようにする。

【００１７】異方ブラッグ回折のように回折効率に異方
性がある場合、第１の音響光学素子（１７）での０次光
（Ｌ₀)の偏光方向に対して１次回折光（Ｌ₁)の偏光方向
は回転していると共に、０次光（Ｌ₀)及び１次回折光
（Ｌ₁)の第２の音響光学素子（６０）に対する入射角は
異なっている。従って、第２の音響光学素子（６０）内
で０次光（Ｌ₀)に対する回折効率を大きく設定すると、
その１次回折光（Ｌ₁)に対する回折効率は無視できる程
度となって、その１次回折光（Ｌ₁)はほぼ単に透過する
ようになる。その結果、第２の音響光学素子（６０）か
らは０次光（Ｌ₀)に対する１次回折光（Ｌ₀₁）、及び１
次回折光（Ｌ₁)に対する０次光（Ｌ₁₀）が高い効率で射
出され、１次回折光（Ｌ₀₁）はｆ₂の周波数変調を受
け、０次光（Ｌ₁₀）はｆ₁の周波数変調を受け、且つ両
光束は入射光（Ｌ）に対して偏光方向が所定角度回転し
て同一方向に偏光している。

【００１８】これら２つの１次回折光（Ｌ₀₁）、及び０
次光（Ｌ₁₀）を干渉させるとビート周波数が（ｆ₁−ｆ
₂)の干渉光を生じることになり、電気処理に都合のよい
周波数のヘテロダインビームを得ることが可能である。
更に、１次回折光（Ｌ₀₁）、及び０次光（Ｌ₁₀）は２つ
の音響光学素子よりほぼ対称に射出するため、入射光
（Ｌ）として白色、又は複数波長の光束を使用しても高
いＳＮ比の光ビート信号を得ることができる。

【００１９】この場合、例えば図７に示すように、それ
ら２個の音響光学素子（１７，６０）の間にこれら２個
の音響光学素子の超音波作用領域を共役にするためのリ
レー光学系（１８ａ，１８ｂ）を配置し、これら２個の
音響光学素子にその互いに異なる周波数の超音波を共役
な状態で逆方向に印加してもよい。これによって、周波
数の異なる２光束が光軸に対して対称に発生するため、
それら２光束を容易に回折格子状マーク上に所望の交差
角で照射できる。

【００２０】また、例えば図１に示すように、それら２
個の音響光学素子（１７，６０）を密着させて配置し、
これら２個の音響光学素子にその互いに異なる周波数の
超音波を逆方向に印加してもよい。更に、２個の音響光
学素子（１７，６０）中の前段の音響光学素子（１７）
は入射した光束に対して０次光及び１次回折光を実質的
に等しい割合で生成し、後段の音響光学素子（６０）は
その前段の音響光学素子からの０次光に対して１次回折
光の回折効率が最大になるように構成されていることが
望ましい。その前段の音響光学素子（１７）での強度比
の調整は超音波のパワーの調整で行うことができ、それ
以外の次数の回折光は非常に弱くなるため、２つの周波
数の異なる光束をほぼ等しい強度で、且つ高い効率で生
成できる。

【００２１】また、その２光束生成手段中の少なくとも
１つの音響光学素子（１７，６０は、異方ブラッグ回折
を起こす媒体よりなることが望ましい。異方ブラッグ回
折を利用すると、媒体内の超音波の音速が等方ブラッグ
回折の場合に比べて遅くなり、相対的に超音波の波長が
小さくなり、２つの光束を干渉させた際の干渉縞ピッチ
が細かくなる。従って、媒体に入射させる光束の断面積
及び超音波作用領域を相対的に小さくでき、印加する超
音波パワーを少なくできる。

【００２２】また、本発明による露光装置は、上記の本
発明の位置検出装置と、感光基板（４）を位置決めする
ステージ（５）と、を備え、このステージで位置決めさ
れた感光基板（４）上にマスクパターン（１）を転写す
る露光装置であって、感光基板（４）上に形成された回
折格子状マーク（ＷＭ）の位置をその位置検出装置で検
出し、この検出結果に基づいて感光基板（４）の位置合
わせを行うものである。斯かる本発明の露光装置によれ
ば、その位置検出装置を介して検出した回折格子状マー
ク（ＷＭ）の位置の基づいて感光基板（４）の位置決め
を行った後、マスクパターン（１）が転写される。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施の形態
につき図１〜図５を参照して説明する。本例は、ステッ
パー型の投影露光装置に備えられたＴＴＲ（スルー・ザ
・レチクル）方式で、且つヘテロダイン干渉方式の位置
検出装置に本発明を適用したものである。

【００２４】図１は、本例の位置検出装置を備えた投影
露光装置の概略的な構成を示し、この図１において、２
次元的に移動自在なレチクルステージ２上にレチクル１
が保持されている。レチクル１のパターン面に転写用の
回路パターンが形成され、そのパターン面上のその回路
パターンの近傍にアライメントマーク（レチクルマー
ク）としての回折格子マークＲＭが形成されている。

【００２５】そして、レチクル１の斜め上方に照明光学
系４０が配置され、露光時には、照明光学系４０からの
露光光は、レチクル１の上方に４５゜の傾斜角で斜設さ
れたダイクロイックミラー６により下方へ反射されて、
レチクル１上の回路パターンを均一な照度分布で照明す
る。その露光光のもとでレチクル１上の回路パターン
は、投影光学系（投影対物レンズ）３を介して所定の投
影倍率βでウエハ４上の各ショット領域に投影露光され
る。ウエハ４の表面にはフォトレジストが塗布され、そ
の表面は投影光学系３に関してレチクル１のパターン面
と共役な面に保持されている。また、ウエハ４上の各シ
ョット領域の近傍には、それぞれレチクル１上の回折格
子マークＲＭと同様のアライメントマーク（ウエハマー
ク）としての回折格子マークＷＭが形成されている。以
下、投影光学系３の光軸に平行にｚ軸を取り、ｚ軸に垂
直な平面内で図１の紙面に平行にｘ軸を、図１の紙面に
垂直にｙ軸を取って説明する。

【００２６】ウエハ４は、ステップ・アンド・リピート
方式でｘ方向、ｙ方向に２次元的に移動するウエハステ
ージ５上に保持され、ウエハ４上の１つのショット領域
に対するレチクル１のパターンの転写露光が完了する
と、ウエハ４上の次の露光対象のショット領域が投影光
学系３の露光フィールドにステッピングされる。レチク
ルステージ２及びウエハステージ５におけるｘ方向、ｙ
方向及び回転方向（θ方向）の位置を独立に検出するた
めの不図示の干渉計が各ステージに設けられており、各
方向における各ステージの駆動は付属の駆動モータによ
り行われる。

【００２７】一方、回折格子マークＲＭ及びＷＭの位置
を検出するための位置検出装置のアライメント光学系
が、ダイクロイックミラー６の上方に設けられている。
このアライメント光学系において、光源１０は、露光光
とは異なる広帯域の光を供給するキセノン（Ｘｅ）ラン
プ又はハロゲンランプ等の白色光源である。光源１０か
らの白色光は、口径可変な可変絞り１１及びコンデンサ
レンズ１２を介することにより平行光束に変換された
後、所定の波長域の光を抽出するバンドパスフィルタ１
３を介して光束Ｌとして第１の音響光学素子（以下、
「ＡＯＭ」と称する。）１７に入射する。光束Ｌは不図
示の偏光板によって、図１の紙面に平行でｚ軸に沿った
方向（ｚ方向）に偏光した直線偏光の状態で第１のＡＯ
Ｍ１７に入射しており、第１のＡＯＭ１７を通過した光
束が第２のＡＯＭ６０に入射している。

【００２８】第１のＡＯＭ１７は、周波数ｆ₁の高周波
信号ＳＦ₁で駆動され、第２のＡＯＭ６０は周波数ｆ
₂(＜ｆ₁)の高周波信号ＳＦ₂で逆方向に駆動されてお
り、周波数ｆ₁,ｆ₂はそれぞれ数１０ＭＨｚで、且つ周
波数差（ｆ₁−ｆ₂)が数１０ｋＨｚとなるように設定さ
れている。また、光束Ｌは順次ＡＯＭ１７及び６０でそ
れぞれ異方ブラッグ回折作用を受けて、第２のＡＯＭ６
０からｆ₁の周波数変調を受けた光束Ｌ₁₀とｆ₂の周波
数変調を受けた光束Ｌ₀₁とが異なる方向に射出される
（詳細後述）。

【００２９】ＡＯＭ１７，６０から射出された光束Ｌ₁₀
及び光束Ｌ₀₁は、レンズ２１によって主光線が光軸にほ
ぼ平行になるように集光された後、不要な回折光を遮光
するための空間フィルタ６１を経て、ビームスプリッタ
２２によりそれぞれ２分割される。ビームスプリッタ２
２を透過した光束Ｌ₀₁及び光束Ｌ₁₀はレンズ２３により
集光され、この集光位置に設けられた参照用の回折格子
２４上には、ピッチ方向に沿って流れる干渉縞が形成さ
れる。そして、この回折格子２４を介した回折光がフォ
トダイオード等からなる光電検出器２５にて参照用の光
ビート信号として光電検出される。

【００３０】一方、ビームスプリッタ２２で反射された
光束Ｌ₀₁及び光束Ｌ₁₀は、レンズ２６ａ，２６ｂよりな
るリレー光学系２６、リレーレンズ２７、ビームスプリ
ッタ２８、平行平面板３７を通過する。この平行平面板
３７は、投影光学系３の瞳共役位置又はその近傍に、ア
ライメント光学系の光軸に対して傾角可変に設けられ、
テレセントリック性を維持するための機能を有する。な
お、平行平面板３７の代わりに、厚い粗調整用の平行平
面板と、薄い微調整用の平行平面板とを組み合わせた構
成の部材を使用してもよい。

【００３１】平行平面板３７を通過した光束Ｌ₀₁及びＬ
₁₀は、対物レンズ３８、ダイクロイックミラー６を介し
て、所定の交差角を持つ２方向からレチクル１上の回折
格子マークＲＭを照明する。なお、投影光学系３がアラ
イメント光に対して色収差補正されていない場合には、
対物レンズ３８は、特開昭６３−２８３１２９号公報に
て提案されている２焦点光学系で構成することが望まし
い。これにより、２焦点光学系に入射する２光束は互い
に直交する偏光光にそれぞれ分割され、第１焦点へ向か
う一方の偏光光同士がレチクル上で集光し、第２焦点へ
向かう他方の偏光光同士がウエハ上で集光する。

【００３２】さて、光束Ｌ₀₁及び光束Ｌ₁₀は、レチクル
上の回折格子マークＲＭを照明するが、レチクル１に
は、図２（ａ）に示す如く、回折格子マークＲＭと並列
的にアライメント光用の透過窓Ｐ₀が設けられており、
図２（ｂ）に示す如く、ウエハ４上でその透過窓Ｐ₀に
対応する位置に、回折格子マークＷＭが形成されてい
る。

【００３３】そして、光束Ｌ₀₁及び光束Ｌ₁₀が回折格子
マークＲＭを２方向から照明するときの交差角は、回折
格子マークＲＭのピッチをＰ_RM、光源１０から供給され
る光の基準波長をλ₀、光束Ｌ₀₁又は光束Ｌ₁₀の回折格
子マークＲＭに対する入射角をθ_RMとするとき、次の関
係を満足するように設定されている。 sin θ_RM＝λ₀／Ｐ_RM （Ｂ１）これにより、回折格子マークＲＭから発生する±１次回
折光は、再びダイクロイックミラー６、対物レンズ３
８、平行平面板３７を通過して、ビームスプリッター２
８で反射された後、レンズ２９及びビームスプリッター
３０を介して、視野絞り３４に達する。

【００３４】この視野絞り３４は、レチクル１と共役な
位置に設けられ、具体的には、図３（ａ）の斜線部で示
す如く、レチクル１の回折格子マークＲＭからの回折光
のみを通過させるように、回折格子マークＲＭと共役な
位置に開口部Ｓ_RMが設けられている。視野絞り３４を通
過した回折格子マークＲＭからの回折光は、０次回折光
を遮光する空間フィルタ３５によりフィルタリングされ
て、±１次回折光のみが光電検出器３６に達し、この光
電検出器３６にてレチクル１の位置情報を含んだ光ビー
ト信号が光電検出される。

【００３５】一方、図１において、上記レチクル１の透
過窓Ｐ₀を通過した光束Ｌ₀₁及び光束Ｌ₁₀の一部は、投
影光学系３を介して、ウエハ４上の回折格子マークＷＭ
を所定の交差角を持った２方向から照明し、これにより
回折格子マークＷＭ上には、ピッチ方向に沿って流れる
干渉縞が形成される。そして、この回折格子マークＷＭ
の法線方向（投影光学系３の光軸方向）には、光束Ｌ₀₁
の−１次回折光と、光束Ｌ₁₀の＋１次回折光とがそれぞ
れ発生する。

【００３６】ここで、光束Ｌ₀₁と光束Ｌ₁₀とが回折格子
マークＷＭを２方向から照明するときの交差角は、回折
格子マークＷＭのピッチをＰ_WM、光源１０から供給され
る光の基準波長をλ₀、光束Ｌ₀₁又は光束Ｌ₁₀の回折格
子ＷＭに対する入射角をθ_WMとするとき、次の関係を満
足するように設定されている。 sin θ_WM＝λ₀／Ｐ_WM （Ｂ２）これにより、回折格子マークＷＭから発生する±１次回
折光は、再び投影光学系３、透過窓Ｐ₀ （図２（ａ）参
照）、ダイクロイックミラー６、対物レンズ３８、平行
平面板３７を通過してビームスプリッタ２８で反射され
た後、レンズ２９、ビームスプリッタ３０を経て視野絞
り３１に達する。この視野絞り３１は、ウエハ４と共役
な位置に設けられており、具体的には、図３（ｂ）の斜
線部で示す如く、ウエハ４上の回折格子マークＷＭから
の回折光のみを通過させるように、回折格子マークＷＭ
と共役な位置に開口部Ｓ_WMが設けられている。

【００３７】このため、視野絞り３１を通過した回折格
子マークＷＭからの回折光は、０次回折光を遮光する空
間フィルタ３２によりフィルタリングされて、±１次回
折光のみが光電検出器３３に達し、この光電検出器３３
にてウエハ４上の位置情報を含んだ光ビート信号が光電
検出される。ここで、各空間フィルタ３２，３５はアラ
イメント光学系の瞳と略共役な位置、即ち投影光学系３
の瞳（射出瞳）と実質的に共役な配置にされ、レチクル
１、ウエハ４上に形成された回折格子マークＲＭ，ＷＭ
からの０次光（正反射光）を遮断し、±１次回折光（レ
チクル１、ウエハ４上の回折格子マークに対して垂直方
向に発生する回折光）のみを通過させるように設定され
ている。また、光電検出器３３及び３６は、対物レンズ
３８及びレンズ２９に関して、それぞれレチクル１及び
ウエハ４と略共役となるように配置されている。

【００３８】さて、以上にて説明したアライメント光学
系の構成により、各光電検出器２５，３３，３６から得
られる３つの光電信号は、共に同一の周波数Δｆ（＝ｆ
₁−ｆ₂)の正弦波状の光ビート信号を含んでおり、それ
ぞれ図１の位相検出系５０に供給される。この位相検出
系５０内の光ビート信号抽出部（フーリエ変換回路）に
てそれら３つの光電信号を電気的にフーリエ変換して、
それぞれ周波数Δｆの正弦波状の光ビート信号を精度良
く抽出し、これら光ビート信号の相互の位相差を検出す
る。

【００３９】今、位置合わせされていない状態でレチク
ル１、ウエハ４が任意の位置で停止しているとすると、
対応する２つの光ビート信号は、一定の位相だけずれる
ことになる。ここで、レチクル１及びウエハ４からの各
光ビート信号の位相差（±１８０゜以内）は、レチクル
１及びウエハ４上にそれぞれ形成された回折格子マーク
の格子ピッチの１／２以内の相対位置ずれ量に一義的に
対応している。

【００４０】このため、予めプリアライメント及びサー
チアライメント工程によって、レチクル１とウエハ４上
の各ショット領域との相対位置ずれ量が各回折格子マー
クＲＭ，ＷＭの格子ピッチの１／２以下となるように位
置合わせが行われている。そして、位相検出系５０では
例えば回折格子マークＲＭに対応する光ビート信号と、
回折格子マークＷＭに対応する光ビート信号との位相差
を求め、この位相差を装置全体の動作を統轄制御する主
制御系５１に供給する。それに応じて主制御系５１で
は、位相検出系５０から供給された位相差が零又は所定
の値となるようにサーボ系５２を介してレチクルステー
ジ２又はウエハステージ５を２次元移動させて位置合わ
せを行う。これにより、レチクル１とウエハ４上の露光
対象のショット領域との高精度な位置合わせが行われ、
この状態でレチクル１のパターン像の露光が行われる。

【００４１】なお、光電検出器２５により得られる参照
用の光ビート信号を基準信号として、この基準信号と各
回折格子マークＲＭ，ＷＭからの光ビート信号との各々
の位相差が零又は所定の値となるように位置合わせを行
ってもよい。また、ＡＯＭ１７，６０を駆動する高周波
信号を混合して得られるビート信号を基準信号として利
用することもできる。

【００４２】次に、図１に示した第１の実施の形態にお
いて、互いに異なる周波数の２光束を生成する部分につ
いてより具体的な構成及び変調原理を図４を参照しなが
ら説明する。図４は図１の２つのＡＯＭ１７，６０を示
す拡大図であり、この図４において、ＡＯＭ１７は、例
えば２酸化テルル（ＴｅＯ₂)、石英、又はモリブデン酸
鉛（ＰｂＭｏＯ₄)等の音響光学媒体１７ａに、圧電素子
等のトランスデューサ１７ｂを被着したものであり、こ
のトランスデューサ１７ｂに発振器１６から周波数ｆ ₁
の高周波信号ＳＦ₁が印加されている。同様に、ＡＯＭ
６０も、音響光学媒体６０ａにトランスデューサ６０ｂ
を被着したものであり、トランスデューサ６０ｂに発振
器５９から周波数ｆ₂の高周波信号ＳＦ₂が印加されて
いる。但し、トランスデューサ６０ｂはトランスデュー
サ１７ｂとは反対側に被着されている。

【００４３】この場合、入射する光束Ｌの進行方向を＋
ｘ方向とすると、トランスデューサ１７ｂによって音響
光学媒体１７ａ内に、ｘｚ平面（図４の紙面に平行な平
面）内でｘ軸に対して所定角度で交差する方向に横波の
超音波進行波Ａが供給され、この超音波進行波Ａによっ
て光束Ｌの一部が異方ブラッグ回折を受ける。同様に、
トランスデューサ６０ｂによって音響光学媒体６０ａ内
に、ｘｚ平面内でｘ軸に対して超音波進行波Ａと対称に
交差する方向に横波の超音波進行波Ｂが供給され、この
超音波進行波ＢによってＡＯＭ１７からの光束の一部が
異方ブラッグ回折を受ける。

【００４４】本例の異方ブラッグ回折では、超音波進行
波Ａ（又はＢ）の進行方向、及び入射光束の入射方向を
含む平面（ｘｚ平面）に平行な方向に偏光した光束のみ
が１次のブラッグ回折を受けると共に、０次光の偏光状
態は変化せず、１次回折光の偏光方向は入射時に対して
直交する方向に回転している。また、その０次光は周波
数変調を受けないが、１次回折光はｆ₁(又はｆ₂)の周波
数変調を受ける。従って、図４において、光束Ｌはｚ方
向に偏光しているため、光束ＬのＡＯＭ１７による０次
光Ｌ₀はそのままＡＯＭ６０に向かい、光束ＬのＡＯＭ
１７による１次回折光Ｌ₁は、周波数ｆ₁の変調を受け
て、且つ偏光方向が図４の紙面に垂直な方向となってＡ
ＯＭ６０に向かう。この場合、第１のＡＯＭ１７では、
０次光Ｌ ₀と１次回折光Ｌ₁とがほぼ等しい強度となる
ように超音波進行波Ａの強度が調整されている。これに
よって、０次光及び１次回折光以外は極めて弱くなる。

【００４５】一方、第２のＡＯＭ６０では、＋ｘ方向に
入射すると共にｘｚ平面に平行な方向に偏光する光束を
ほぼ１００％１次回折光として回折するように超音波進
行波Ｂの強度等が調整されている。また、第１のＡＯＭ
１７からの１次回折光Ｌ₁は、第２のＡＯＭ６０におい
ては入射角の点でもブラッグ回折を受けにくい角度とな
っている。従って、０次光Ｌ₀はＡＯＭ６０でほぼ１０
０％が回折されて、ｆ ₂の周波数変調を受けた１次回折
光Ｌ₀₁となり、１次回折光Ｌ₁はＡＯＭ６０をほぼその
まま透過して０次光Ｌ₁₀となる。また、１次回折光Ｌ₀₁
はＡＯＭ６０での回折によって偏光方向が図４の紙面に
垂直な方向（ｙ方向）に回転しており、０次光Ｌ₁₀の偏
光方向もｙ方向である。従って、１次回折光Ｌ₀₁と０次
光Ｌ₁₀とを干渉させると、周波数（ｆ₁−ｆ₂)のヘテロ
ダインビームが得られる。

【００４６】本例ではそれら１次回折光（以下、単に
「光束」と呼ぶ）Ｌ₀₁と０次光（以下、単に「光束」と
呼ぶ）Ｌ₁₀とを用いて位置検出が行われる。この場合、
ＡＯＭ１７，６０に入射した光束Ｌのほぼ５０％がｆ₁
の周波数変調を受けた光束Ｌ₁₀となり、残りのほぼ全部
がｆ₂の周波数変調を受けた光束Ｌ₀₁となるため、回折
効率が極めて高くなっている。また、ほぼ白色の光束Ｌ
₁₀及びＬ₀₁は、ＡＯＭ６０から射出された後、アライメ
ント光学系内をほぼ対称、且つ並列的に進行するため、
それらの光束間には光路長差が原理的に発生しない。つ
まり、白色光の様な可干渉距離の短い光束でも２光束干
渉が可能である。また、それら２光束間の波面が揃って
いる、即ち相互の位相差が零のため、高精度なアライメ
ントが可能となるばかりか、調整容易でコンパクトな装
置が実現できる。更に、光束Ｌ₁₀及びＬ₀₁が広帯域であ
るため、例えばウエハ４上のフォトレジストの薄膜干渉
や、回折格子マークＷＭの段差等によって或る特定の波
長での回折光が弱くなっても、その他の波長の光束の回
折光の強度が高く維持されて、種々の露光条件下でも高
精度に位置検出が行われる。

【００４７】ここで、図４の音響光学媒体１７ａ，６０
ａに二酸化テルルの結晶を用いた場合について消費電力
を見積もってみる。アライメントマークとしてのウエハ
４上の回折格子マークＷＭのピッチを８μｍ、この回折
格子マークＷＭの大きさを１００μｍ角として、ＡＯＭ
１７，６０に印加される超音波の周波数ｆ₁,ｆ₂を約４
０ＭＨｚ、音速を６４０ｍ／ｓｅｃとすると、超音波作
用領域の大きさは約２００μｍ角となる。この場合にＡ
ＯＭ１７，６０の音響光学媒体に印加される超音波パワ
ーはそれぞれ約１０ｍＷ程度以下であり、２個の媒体で
合計約２０ｍＷ程度以下でよいことになる。

【００４８】これに対して、等方的なブラッグ回折を使
った音響光学素子を例えば２個直列に並べた方式では、
超音波パワーは合計で約２〜３Ｗ程度必要であるため、
本例のように異方ブラッグ回折を利用する音響光学素子
を使用することによって音響光学素子における消費電力
が約１／１００程度で済むことになる。これによって、
図１のアライメント光学系における熱変形等が減少する
ため、位置検出精度が向上する。また、ＡＯＭ１７，６
０における発熱も大幅に減少するため、光束Ｌの周波数
変調を安定に連続して行うことができる。

【００４９】また、本例では２個のＡＯＭ１７，６０を
近接して配置しているために、異なる周波数の光束を生
成する部分を小型化し、且つ簡素化できる。しかしなが
ら、図４に示すように２個のＡＯＭ１７，６０を近接さ
せて配置した構成では、ＡＯＭ１７の超音波作用領域の
中心ＣＡと、ＡＯＭ６０の超音波作用領域の中心ＣＢと
は光軸方向にずれている。そのため、光束Ｌ₀₁及びＬ₁₀
が広帯域（又は複数波長）のときには、それら２光束の
交点が部分波長域（又は波長）毎に光軸と垂直な方向に
ずれることになる。その対策としては、例えば回折格子
マークからの干渉光を受光する際に所定の狭い波長域毎
に（又は波長毎に）異なる光電検出器で受光すればよ
い。

【００５０】それ以外に、図５に示すような分散体によ
りその２光束の交点の波長によるずれを補正してもよ
い。即ち、図５は図１のレンズ２１とビームスプリッタ
２２との間の、レンズ２１の瞳面（光学的フーリエ変換
面）付近にその分散体としての直視プリズム７０を配置
した変形例を示し、この図５において、簡単のため光束
Ｌ₁₀が波長λ₁の光束Ｌ_A及び波長λ₂の光束Ｌ_Bを含
むものとする。そして、この変形例ではそれら光束Ｌ_A,
Ｌ_Bの主光線がずれた状態でレンズ２１に入射してい
る。このとき、直視プリズム７０を介してそれら光束Ｌ
_A,Ｌ_Bの主光線を同軸に補正する。これによって、図４
の２つの光束Ｌ₁₀及びＬ₀₁の交点が波長に依らずにほぼ
一定位置となり、回折格子マークＲＭ，ＷＭからの２つ
の回折光よりなるヘテロダインビームのコントラストが
高く維持されて、高精度に位置検出が行われる。

【００５１】次に、本発明の第２の実施の形態につき図
７及び図８を参照して説明する。本例は、図１の実施の
形態中の２つのＡＯＭ１７，６０の間にリレー光学系を
配置したものであり、これら図７及び図８において図１
及び図４に対応する部分には同一符号を付してその詳細
説明を省略する。図７は、本例の位置検出装置を備えた
投影露光装置の概略的な構成を示し、この図７におい
て、光源１０からの白色光は、可変絞り１１〜バンドパ
スフィルタ１３等を介して、図７の紙面に平行な方向
（ｘ方向）に偏光した状態の所定の波長域の光束Ｌとし
て第１のＡＯＭ１７に入射する。第１のＡＯＭ１７は、
周波数ｆ₁の高周波信号ＳＦ₁で駆動されており、ＡＯ
Ｍ１７からは光束Ｌの０次光Ｌ ₀、及び異方ブラッグ回
折によりｆ₁で周波数変調された１次回折光Ｌ₁が射出
される。

【００５２】その後、０次光Ｌ₀及び１次回折光Ｌ
₁は、レンズ１８ａ、ミラー２０、レンズ１８ｂを経
て、周波数ｆ₂の高周波信号ＳＦ₂で駆動された第２の
ＡＯＭ６０に入射する。このとき、レンズ１８ａ及び１
８ｂよりなるリレー光学系１８ａ，１８ｂに関して、Ａ
ＯＭ１７の超音波作用領域の中心とＡＯＭ６０の超音波
作用領域の中心とは共役である。また、リレー光学系１
８ａ，１８ｂ内に配置された空間フィルタ１９により、
第１のＡＯＭ１７からの０次光Ｌ₀及び１次回折光Ｌ ₁
以外の回折光が遮断される。但し、本例では０次光及び
１次回折光以外の回折光は極めて弱いため、空間フィル
タ１９は省いてもよい。

【００５３】また、リレー光学系１８ａ，１８ｂでの反
転投影、及びミラー２０での反転を考慮して、ＡＯＭ６
０はＡＯＭ１７の場合と逆方向に高周波信号ＳＦ₂で駆
動されている。この結果、０次光Ｌ₀のＡＯＭ６０での
異方ブラッグ回折によってｆ ₂で周波数変調された１次
回折光Ｌ₀₁、及び１次回折光Ｌ₁のＡＯＭ６０における
０次光Ｌ₁₀が、異なる方向に射出される。０次光Ｌ₁₀は
ｆ₁で周波数変調され、０次光Ｌ₁₀及び１次回折光Ｌ₀₁
は共に図７の紙面に垂直な方向に偏光しているため、０
次光Ｌ₁₀及び１次回折光Ｌ₀₁を干渉させることによっ
て、周波数（ｆ₁−ｆ₂)のヘテロダインビームが得られ
る。その後、０次光Ｌ₁₀及び１次回折光Ｌ ₀₁はそれぞれ
レンズ２１、及び空間フィルタ６１を経て、ビームスプ
リッタ２２により２分割される。この様に、ビームスプ
リッタ２２により２分割された各光束は、図１に示した
第１の実施の形態と同様に、最終的には光電検出器２
５，３３，３６にて光電検出されるため、以後の詳細な
説明は省略する。

【００５４】次に、図７に示した第２の実施の形態にお
いて、互いに異なる周波数の２光束を生成する部分につ
いて図８を参照して詳細に説明する。図８は、図７の第
１のＡＯＭ１７から第２のＡＯＭ６０までの構成を簡略
化して示し、この図８において、図７のリレー光学系１
８ａ，１８ｂをリレー光学系１８で表し、且つミラー２
０を省略してある。従って、ＡＯＭ６０における高周波
信号ＳＦ₂の印加方向は、図７の場合と逆になってい
る。図８において、ＡＯＭ１７の音響光学媒体１７ａ内
の超音波作用領域の中心（回折点）ＣＡと、ＡＯＭ６０
の音響光学媒体６０ａ内の超音波作用領域の中心（回折
点）ＣＢとはリレー光学系１８に関して共役となってい
る。

【００５５】そして、光束Ｌは図８の紙面に平行な方向
に偏光してＡＯＭ１７に入射し、ＡＯＭ１７の音響光学
媒体１７ａ内の横波の超音波進行波Ａによって約５０％
が異方ブラッグ回折を受けて１次回折光Ｌ₁となり、残
りの大部分が０次光Ｌ₀として光軸に平行にＡＯＭ１７
を透過する。また、１次回折光Ｌ₁は、ｆ₁の周波数変
調を受けると共に、図８の紙面に垂直な方向に偏光方向
が回転しており、０次光Ｌ₀の偏光方向は入射時と同じ
である。１次回折光Ｌ₁、及び０次光Ｌ₀はリレー光学
系１８を介して、第２のＡＯＭ６０の音響光学媒体６０
ａ内の超音波作用領域の中心ＣＢで交差するようにその
ＡＯＭ６０に入射する。

【００５６】そして、０次光Ｌ₀はＡＯＭ６０の音響光
学媒体６０ａ内の超音波進行波Ｂによってほぼ１００％
が回折されて、ｆ₂の周波数変調を受けた１次回折光Ｌ
₀₁となり、１次回折光Ｌ₁はＡＯＭ６０をほぼそのまま
透過して０次光Ｌ₁₀となる。また、１次回折光Ｌ₀₁はＡ
ＯＭ６０での回折によって偏光方向が図８の紙面に垂直
な方向に回転しており、０次光Ｌ₁₀の偏光方向と等しく
なっている。従って、１次回折光（以下、単に「光束」
と呼ぶ）Ｌ₀₁と０次光（以下、単に「光束」と呼ぶ）Ｌ
₁₀とを位置検出用の光束として使用できる。また、０次
光Ｌ₀のＡＯＭ６０による０次光Ｌ₀₀も僅かに発生する
ことがあるが、この０次光Ｌ₀₀は図７の空間フィルタ６
１で遮光される。

【００５７】本例においても、ＡＯＭ１７に入射した光
束Ｌのほぼ５０％がｆ₁の周波数変調を受けた光束Ｌ₁₀
となり、残りのほぼ全部がｆ₂の周波数変調を受けた光
束Ｌ ₀₁となるため、回折効率が極めて高くなっている。
また、本例ではリレー光学系１８によって、ＡＯＭ１
７，６０内の超音波作用領域の中心ＣＡ，ＣＢが共役と
なっているため、広帯域の光束Ｌ₁₀及びＬ₀₁のＡＯＭ６
０から射出された後の対称性は第１の実施の形態よりも
良好である。従って、広帯域の光束を使用してもヘテロ
ダインビームのコントラストが低下することがなく、フ
ォトレジストの薄膜干渉や、回折格子マークＷＭの段差
等の影響を軽減して高精度に位置検出を行うことができ
る。また、第１の実施の形態と同様に、ＡＯＭ１７，６
０の音響光学媒体１７ａ，６０ａとして例えば二酸化テ
ルルの結晶を用いた場合には、音響光学素子における消
費電力を等方的なブラッグ回折を使用する場合と比べて
約１／１００程度にできる。

【００５８】次に、本発明の第３の実施の形態につき図
９を参照して説明する。本例もヘテロダイン干渉型の位
置検出装置に本発明を適用したものであり、この図９に
おいて図４に対応する部分には同一符号を付してその詳
細説明を省略する。図９は本例の位置検出装置の要部を
示し、この図９において、例えばレーザビームよりなる
単波長の光束ＬＣは図９の紙面に平行に偏光した状態
で、ハーフミラー６２に入射し、ハーフミラー６２を透
過した光束ＬＡが周波数ｆ₁の高周波信号ＳＦ₁で駆動
される第１のＡＯＭ１７に入射する。そして、光束ＬＡ
はＡＯＭ１７における異方ブラッグ回折を受けてほぼ１
００％が１次回折光ＬＡ₁としてレンズ６４に向かう。

【００５９】一方、ハーフミラー６２で反射された光束
ＬＢはミラー６３で反射されて周波数ｆ₂の高周波信号
ＳＦ₂で駆動される第２のＡＯＭ６０に入射する。そし
て、光束ＬＢはＡＯＭ６０における異方ブラッグ回折を
受けてほぼ１００％が１次回折光ＬＢ₁としてレンズ６
４に向かう。このとき、１次回折光ＬＡ₁及びＬＢ₁は
それぞれｆ₁及びｆ₂の周波数変調を受け、且つ両者は
図９の紙面に垂直な方向に偏光している。従って、１次
回折光ＬＡ₁及びＬＢ₁をレンズ６４、及び不図示の光
学系を介して所定の交差角で回折格子マークに照射する
ことによって、周波数（ｆ₁−ｆ₂)のヘテロダインビー
ムを得ることができ、このヘテロダインビームの位相よ
りその回折格子マークの位置を検出できる。

【００６０】図９の実施の形態では、異方ブラッグ回折
を起こすＡＯＭ１６，６０が並列に配置されているた
め、各ＡＯＭ１６，６０での１次回折光への回折効率を
最大化することによって、低い消費電力で、且つ高い回
折効率でヘテロダインビームを得ることができる。さ
て、以上で述べた第１及び第２の実施の形態では、キセ
ノンランプ、ハロゲンランプ等の白色の光源１０、可変
絞り１１及びコンデンサーレンズ１２を光源手段とし
て、この光源手段からのほぼ白色の光束Ｌ₀ （多波長
光）をＡＯＭ１７，６０に入射させている。しかしなが
ら、図１０に示す如く、互いに異なる波長λ₁,λ₂,λ₃
の単色光を射出する複数のレーザ光源１００，１０１，
１０２からの光をそれぞれ異なる入射角で、鋸歯状の断
面を有するブレーズ型の回折格子１０３に照射し、各レ
ーザ光源１００，１０１，１０２からの異なる波長の光
を合成して得られる光束Ｌを射出する光源系を光源手段
として使用してもよい。また、複数の波長の異なるレー
ザビームをダイクロイックミラー系で同軸に合成して使
用してもよい。

【００６１】また、上述の実施の形態では回折効率に異
方性を持つ音響光学素子として、横波の超音波進行波に
よって異方ブラッグ回折を起こす音響光学素子が使用さ
れている。異方ブラッグ回折の利用によって低い消費電
力で回折効率を高くできるが、それ以外の回折効率に異
方性を有する音響光学素子を使用してもよい。なお、本
発明は上述の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を
逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ることは勿論であ
る。

【００６２】

【発明の効果】本発明の位置検出装置によれば、２光束
生成手段中に回折効率に異方性を持ち２光束を異なる方
向に射出する音響光学素子が使用されているため、簡単
な構成で、且つ低い駆動電力で、高い回折効率のもとで
周波数変調された光束を発生できる利点がある。これに
よって、装置の発熱を最小限に抑えることができ、結果
として高精度な位置検出が可能になり、装置も小型化で
きる。

【００６３】また、２光束生成手段中の音響光学素子
が、それぞれ回折効率に異方性を有し互いに異なる周波
数の超音波が印加される２個の音響光学素子よりなり、
これら２個の音響光学素子内での回折光の進行方向が互
いに異なると共に、この進行方向が互いに異なる回折光
を周波数の異なる２光束として対物光学系へ導く場合に
は、その２光束を互いに異なる音響光学素子を介して周
波数変調できるため、回折効率を更に高めることができ
る。更に、２個の音響光学素子の駆動周波数をずらすこ
とによって、２光束の周波数差を電気処理が容易な領域
に低下させることができる。

【００６４】また、それら２個の音響光学素子の間にこ
れら２個の音響光学素子の超音波作用領域を共役にする
ためのリレー光学系を配置し、これら２個の音響光学素
子にその互いに異なる周波数の超音波を共役な状態で逆
方向に印加する場合には、これらの音響光学素子からの
２つの回折光の回折角が波長に対応した角度になって、
且つ光軸に関して対称に発生するため、それら２つの回
折光を干渉させた場合には、干渉縞ピッチは波長によら
ず同一になり、位置検出用の光束が白色光又は多波長光
でも高精度に位置検出ができる。このような広帯域の光
束を使用することによって、薄膜干渉や回折格子状マー
クの段差等の影響を軽減できる。

【００６５】また、その２個の音響光学素子を密着させ
て配置し、この２個の音響光学素子にその互いに異なる
周波数の超音波を逆方向に印加する場合には、簡単な構
成でこれらの音響光学素子からの２つの回折光の回折角
が波長に対応した角度になって、且つ光軸に関してほぼ
対称に発生するため、位置検出用の光束が白色光又は多
波長光でも高精度に位置検出ができる。

【００６６】更に、その２個の音響光学素子中の前段の
音響光学素子は入射した光束に対して０次光及び１次回
折光を実質的に等しい割合で生成し、後段の音響光学素
子はその前段の音響光学素子からの０次光に対して１次
回折光の回折効率が最大になるように構成されている場
合には、その２個の音響光学素子からの２光束の回折効
率を全体として互いに等しく、且つ大きくできる。

【００６７】また、その２光束生成手段中の少なくとも
１つの音響光学素子が、異方ブラッグ回折を起こす媒体
よりなる場合には、異方ブラッグ回折における回折効率
は理論的に１００％程度まで可能であるため、全体の回
折効率をほぼ最大にできる。また、異方ブラッグ回折を
利用すると、媒体内の超音波の音速が等方ブラッグ回折
の場合に比べて遅く、印加する電力（パワー）が１桁程
度より小さくて済む。また、音速が小さいために相対的
に超音波の波長が小さくなり、２つの光束を干渉させた
際の干渉縞ピッチが細かくなるので、媒体に入射させる
光束の断面積を相対的に小さくすることができる。光束
の断面が小さいと、超音波作用領域を小さくでき、結果
的に印加する超音波パワーを少なくすることができる。
これらを総合して、音響光学素子に加える電力は、等方
ブラッグ回折を利用する場合に比べて１／１０から１／
１００程度で済むことになる。

【００６８】次に、本発明の露光装置によれば、本発明
の位置検出装置によって低い駆動電力で、高い回折効率
のもとで周波数変調された光束を使用することによっ
て、感光基板上の回折格子状マークの位置が高精度に検
出される。これによって、装置の発熱を最小限に抑える
ことができ、高い重ね合わせ精度が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の位置検出装置を備
えた投影露光装置を示す概略構成図である。

【図２】（ａ）はレチクル上の回折格子マーク及び透過
窓を示す平面図、（ｂ）はウエハ上の回折格子マークを
示す平面図である。

【図３】（ａ）はレチクルと共役な視野絞りを示す図、
（ｂ）はウエハと共役な視野絞りを示す図である。

【図４】図１の装置中の２つの音響光学素子を用いて周
波数の異なる２光束を生成する部分を示す拡大図であ
る。

【図５】波長によって２光束の交点が光軸に垂直な方向
にずれるのを補正するための光学系の一例を示す拡大図
である。

【図６】（ａ）は等方的なブラッグ回折の波数ベクトル
の関係を示す図、（ｂ）は異方ブラッグ回折の波数ベク
トルの関係を示す図である。

【図７】本発明の第２の実施の形態の位置検出装置を備
えた投影露光装置を示す概略構成図である。

【図８】図７の装置中の２つの音響光学素子を用いて周
波数の異なる２光束を生成する部分を簡略化して示す拡
大図である。

【図９】本発明の第３の実施の形態の位置検出装置にお
ける２光束生成部を示す構成図である。

【図１０】複数の波長の光を供給する光源手段の一例を
示す構成図である。

【符号の説明】

ＲＭレチクル側の回折格子マークＷＭウエハ側の回折格子マーク１レチクル３投影光学系（投影対物レンズ）４ウエハ１０光源１１可変絞り１２コンデンサレンズ１３バンドパスフィルタ１７，６０音響光学素子（ＡＯＭ）１８ａ，１８ｂリレー光学系のレンズ１９，６１空間フィルタ２１レンズ２５，３３，３６光電検出器３８対物レンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに周波数の異なる２光束を生成する
２光束生成手段と、該２光束生成手段からの２光束を集
光して被検物体上に形成された回折格子状マークに対し
て所定の２方向から照射する対物光学系と、前記回折格
子状マークから同一方向に発生する複数の回折光による
干渉光を光電的に検出する検出器と、を有し、該検出器
の検出結果に基づいて前記回折格子状マークの位置を検
出する位置検出装置において、前記２光束生成手段は、単色の光束又は複数波長の光を
含む光束を供給する光源手段と、該光源手段からの光束
を分割して互いに周波数の異なる２光束を生成する音響
光学素子とを備え、該音響光学素子は、回折効率に異方性を持ち前記２光束
を互いに異なる方向に射出することを特徴とする位置検
出装置。
【請求項２】請求項１記載の位置検出装置であって、前記２光束生成手段中の音響光学素子は、それぞれ回折
効率に異方性を有し互いに異なる周波数の超音波が印加
される２個の音響光学素子よりなり、該２個の音響光学
素子内での回折光の進行方向が互いに異なると共に、該進行方向が互いに異なる回折光を前記周波数の異なる
２光束として前記対物光学系へ導くことを特徴とする位
置検出装置。
【請求項３】請求項２記載の位置検出装置であって、前記２個の音響光学素子の間に該２個の音響光学素子の
超音波作用領域を共役にするためのリレー光学系を配置
し、該２個の音響光学素子に前記互いに異なる周波数の超音
波を共役な状態で逆方向に印加することを特徴とする位
置検出装置。
【請求項４】請求項２記載の位置検出装置であって、前記２個の音響光学素子を密着させて配置し、該２個の音響光学素子に前記互いに異なる周波数の超音
波を逆方向に印加することを特徴とする位置検出装置。
【請求項５】請求項２、３、又は４記載の位置検出装
置であって、前記２個の音響光学素子中の前段の音響光学素子は入射
した光束に対して０次光及び１次回折光を実質的に等し
い割合で生成し、後段の音響光学素子は前記前段の音響光学素子からの０
次光に対して１次回折光の回折効率が最大になるように
構成されていることを特徴とする位置検出装置。
【請求項６】請求項１〜５の何れか一項記載の位置検
出装置であって、前記２光束生成手段中の少なくとも１つの音響光学素子
は、異方ブラッグ回折を起こす媒体よりなることを特徴
とする位置検出装置。
【請求項７】請求項１〜６の何れか一項記載の位置検
出装置と、感光基板を位置決めするステージと、を備え、該ステー
ジで位置決めされた前記感光基板上にマスクパターンを
転写する露光装置であって、前記感光基板上に形成された回折格子状マークの位置を
前記位置検出装置で検出し、該検出結果に基づいて前記
感光基板の位置合わせを行うことを特徴とする露光装
置。