JPS6126605B2 - - Google Patents

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JPS6126605B2
JPS6126605B2 JP1008079A JP1008079A JPS6126605B2 JP S6126605 B2 JPS6126605 B2 JP S6126605B2 JP 1008079 A JP1008079 A JP 1008079A JP 1008079 A JP1008079 A JP 1008079A JP S6126605 B2 JPS6126605 B2 JP S6126605B2
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JP
Japan
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light
diffraction gratings
diffraction
diffracted light
difference
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JP1008079A
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Japanese (ja)
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JPS55101804A (en
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Akira Ono
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS6126605B2 publication Critical patent/JPS6126605B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は平行配置された2枚の回折格子を有効
利用した精度の高い位置合せ装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a highly accurate alignment device that effectively utilizes two diffraction gratings arranged in parallel.

近時、2枚の回折格子を用いた精度の高い位置
合せ法が、Stewart Austin,D,C.Flanders,
Hanry I,Smithらによる著書 (1) “A new interFerometric aiignment
technique“Applied Physics Letter,Vol・31
No.7(1977)P.426 (2) “Alignment of X−ray lithography
masks using a new interferometric
technique−Experimetal results“J.Vac.Sci.
Technol.15(3)May/June(1978)P.984 等に紹介されている。上記文献(1)に示されるもの
は、その概略を第1図に示すように、平行配置さ
れた同一格子ピツチPを有する2枚の回折格子
1,2には、光源3より発せられた可干渉光を垂
直に照射し、前記回折格子1,2による+n次方
向および−n次方向の透過回折光を受光器4,5
にてそれぞれ受光し、その受光強度を指示器6で
表示せんとするものである。この場合、回折格子
1,2間において格子ピツチのずれΔxがあると
上記回折格子1,2による各回折光の位相にずれ
が生じ、これによつて+n次方向および−n次方
向の各回折光がそれぞれ干渉する。この干渉によ
る光強度の変化を検知することにより、前記2枚
の回折格子1,2間の位置合せを行うものであ
る。
Recently, a highly accurate alignment method using two diffraction gratings has been developed by Stewart Austin, D., C.Flanders,
A book by Hanry I., Smith et al. (1) “A new interFerometric aiignment
technique “Applied Physics Letter, Vol・31
No.7 (1977) P.426 (2) “Alignment of X-ray lithography
masks using a new interferometric
technique−Experimetal results “J.Vac.Sci.
It is introduced in Technol.15 (3) May/June (1978) P.984, etc. As shown in the outline of FIG. The interference light is vertically irradiated, and the transmitted diffracted light in the +n-order direction and -n-order direction by the diffraction gratings 1 and 2 is transmitted to the receivers 4 and 5.
The light is received by each of the light beams, and the intensity of the received light is displayed on the indicator 6. In this case, if there is a grating pitch shift Δx between the diffraction gratings 1 and 2, a shift will occur in the phase of each diffracted light beam by the diffraction gratings 1 and 2, and this will cause each diffraction in the +n-order direction and the -n-order direction to occur. The lights interfere with each other. By detecting the change in light intensity due to this interference, the two diffraction gratings 1 and 2 are aligned.

一方、文献(2)に示されるものは、第2図に概略
を示すように2枚の平行配置された回折格子1,
2による反射回折光を利用して文献(1)に示される
ものと同様に位置合せを行うものである。
On the other hand, the one shown in document (2) consists of two diffraction gratings 1 arranged in parallel, as schematically shown in FIG.
In this method, alignment is performed using the reflected diffraction light by 2, similar to that shown in document (1).

これら位置合せ法は回折格子1,2の格子ピツ
チPと可干渉光の波長λとにより規定される極め
て高い精度の位置合せを行い得る利点を有する。
然しながらこの種のシステムにて位置合せを行う
際、回折格子1,2間の平行移動時にその間隔D
が変化すると光路長の変化によつて回折光の位相
が大きく変動する為に位置ずれ判定が著しく困難
となる。しかも各種製造装置に採用した場合には
床面振動や移動稼動部の振動等による間隔Dの変
動か事実上避け難い。更には受光器4,5に外乱
光が入射しても検出が不可能となり、事実上多く
の問題を有していた。
These alignment methods have the advantage of being able to perform alignment with extremely high precision defined by the grating pitch P of the diffraction gratings 1 and 2 and the wavelength λ of the coherent light.
However, when aligning with this type of system, the distance D between the diffraction gratings 1 and 2 is
When this changes, the phase of the diffracted light changes greatly due to the change in the optical path length, making it extremely difficult to determine positional deviation. Moreover, when adopted in various manufacturing devices, it is virtually impossible to avoid fluctuations in the distance D due to vibrations of the floor surface, vibrations of movable operating parts, etc. Furthermore, even if disturbance light is incident on the light receivers 4 and 5, it becomes impossible to detect it, and there are many problems in practice.

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、
その目的とするところは、回折格子間距離の変動
や外乱光による悪影響を受けることなく、回折格
子の特徴を十分に活かした簡単で精度の高い位置
合せ装置を提供せんとするものである。
The present invention was made in consideration of the above circumstances, and
The purpose is to provide a simple and highly accurate alignment device that fully utilizes the characteristics of the diffraction grating without being affected by fluctuations in the distance between the diffraction gratings or by disturbance light.

即ち本発明は、2枚の回折格子による回折光の
位相を変調し、+n次方向および−n次方向の回
折光による各干渉光の強度の差ゆ求めることによ
つて回折格子間距離Dの変動による悪影響を除去
し、同時に上記強度の差の演算を行うことによつ
て外乱光の入力分を相殺して常に安定した精度の
高い位置合せを行い得るようにしたものである。
That is, in the present invention, the distance D between the diffraction gratings is determined by modulating the phase of the diffracted light by the two diffraction gratings and determining the difference in the intensity of each interference light due to the diffracted light in the +n-order direction and the -n-order direction. By eliminating the adverse effects of fluctuations and at the same time calculating the difference in intensity, the amount of input disturbance light can be canceled out, making it possible to always perform stable and highly accurate positioning.

そして、ここでは少くとも一方の回折格子を可
干渉光の照射方向に振動させて格子間距離を変化
させ、あるいは可干渉光の波長を変調することに
より回折光の位相を変調して上記目的を達成して
いる。
Here, at least one of the diffraction gratings is vibrated in the irradiation direction of the coherent light to change the distance between the gratings, or the phase of the diffracted light is modulated by modulating the wavelength of the coherent light to achieve the above purpose. Achieved.

以下、平行配置された同一格子ピツチを有する
2枚の回折格子による回折光について解析し、本
発明の実施例を図面を照射して説明する。尚、以
下の説明は反射回折光を例に行うが、透過回折光
に対しても同様である。
Hereinafter, diffracted light by two diffraction gratings arranged in parallel and having the same grating pitch will be analyzed, and embodiments of the present invention will be explained with reference to the drawings. Note that although the following explanation will be made using reflected diffraction light as an example, the same applies to transmitted diffraction light.

第3図は2枚の回折格子11,12により回折
された可干渉光を示す模式図である。上記2枚の
回折格子11,12は同一の格子ピツチPを有す
るもので、格子11,12の各上表面間の距離を
Dに設定して平行配置されている。これらの回折
格子11,12に対して図中上方より可干渉光、
例えばレーザ光13が垂直に照射される。このレ
ーザ光13の前記回折格子11,12による+n
次方向および−n次方向への回折光の主たるもの
は各々3つある。+n次方向を例にとると、回折
格子11により反射された第1の回折光14、回
折格子11を透過回折したのち回折格子12によ
つて正反射され再び回折格子11を透過して回折
した第2の回折光15、そして回折格子11を透
過したのち回折格子12にて反射回折された第3
の回折光16である。各回折光14,15,16
の振幅をa,b,cで示すとき、第1の回折光1
4の複素振幅Ea+nは Ea+n=a …………(1) で示される。また第2の回折光15の複素振幅
Eb+nは、レーザ光13の波長をλ、各回折格子
11,12の上表面間距離をd(=D)、そして
虚数単位をiとしたとき Eb+n=b・exp i(2π2d/λ) ………(2) で示される。更に第3の回折光16の複素振幅
Ec+nは、回折格子11,12の格子ピツチ長を
P、回折格子11,12間のずれ量をΔxとした
とき、 で示される。従つて+n次方向へ向う光は、上記
3つの回折光15,16,17の合成光(干渉
光)となり、その強度はI+nは λ/P〓0,cosλ/P〓1 なる近似を行うことにより次のように示される。
FIG. 3 is a schematic diagram showing coherent light diffracted by two diffraction gratings 11 and 12. The two diffraction gratings 11 and 12 have the same grating pitch P, and are arranged in parallel with the distance between the upper surfaces of the gratings 11 and 12 being set to D. Coherent light is applied to these diffraction gratings 11 and 12 from above in the figure,
For example, the laser beam 13 is irradiated vertically. +n due to the diffraction gratings 11 and 12 of this laser beam 13
There are three main types of diffracted light in the next direction and the −n-order direction. Taking the +n-order direction as an example, the first diffracted light 14 reflected by the diffraction grating 11 is transmitted through the diffraction grating 11 and diffracted, then specularly reflected by the diffraction grating 12, transmitted through the diffraction grating 11 again, and diffracted. The second diffracted light 15, and the third diffracted light that is reflected and diffracted by the diffraction grating 12 after passing through the diffraction grating 11.
This is the diffracted light 16. Each diffracted light 14, 15, 16
When the amplitudes of are denoted by a, b, c, the first diffracted light 1
The complex amplitude Ea +n of 4 is expressed as Ea +n = a ...... (1). Also, the complex amplitude of the second diffracted light 15
Eb +n is Eb +n = b・exp i(2π2d/ λ) ......(2). Furthermore, the complex amplitude of the third diffracted light 16
Ec +n is when the grating pitch length of the diffraction gratings 11 and 12 is P, and the amount of deviation between the diffraction gratings 11 and 12 is Δx. It is indicated by. Therefore, the light heading in the +n-order direction becomes a composite light (interference light) of the above three diffracted lights 15, 16, and 17, and its intensity I +n is approximated as λ/P〓0, cosλ/P〓1 By doing this, the following is shown.

+n=|Ea+n+Eb+n+Ec+n =a2+b2+C2+2ab cos4πd/λ +2ac cos(4πd/λ+2πn・Δx/P) +2bc cos2πn・Δx/P ………(4) 同様にして−n次方向への回折光17,18,1
9の各複素振幅Ea-n,Eb-n,Ec-nは Ea-n=a …………(5) Eb-n=b・exp i(2π2d/λ) ……(6) Ec-n=c・exp i(M−N) ……(7) で示される。そしてこれら回折光17,18,1
9が干渉して−n次方向へ向う光の強度I-nは次
のように示される。
I +n = | Ea +n + Eb +n + Ec +n | 2 = a 2 + b 2 + C 2 + 2ab cos4πd/λ +2ac cos (4πd/λ+2πn・Δx/P) +2bc cos2πn・Δx/P……(4) Similarly, diffracted lights 17, 18, 1 in the -n order direction
Each complex amplitude Ea -n , Eb -n , Ec -n of 9 is Ea -n = a …………(5) Eb -n = b・exp i(2π2d/λ) ……(6) Ec -n =c・exp i(M-N)...(7) It is shown as follows. And these diffracted lights 17, 18, 1
The intensity I -n of the light which interferes with 9 and goes in the -n order direction is expressed as follows.

-n=a2+b2+c2+2ab cos4πd/λ +2ac cos(4πd/λ−2πn・Δx/P) +2bc cos(2πn・Δx/P)……(8) 前記した文献(1),(2)は上記光強度I+n,I-nの比
較を行い、両者が一致したときに回折格子11,
12間のずれ(Δx)がなくなるものとして位置
合せを行なつている。すなわち、上記+n次方向
の干渉光の強度I+nと、−n次方向の干渉光の強
度I-nとの差分は、 I-n−I+n=2ac{cos(4πd/λ−2πn・Δx/
P) −cos(4πd/λ+2πn・Δx/P)} =4acsin(2πn・Δx/P)sin(4πd/
λ)…… (9) と表わされる。この式において、回折格子11,
12間のずれ量Δxが格子ピツチ長Pに対して一
定の関係 sin(2πn・Δx/P)=0 ……(10) すなわち、 2n・Δx/P=m(整数) ……(11) なる関係にあるとき、上記差分は0となる。な
お、第6図はΔxとsin2πnΔx/Pとの関係を示す
も ので、この図から明らかなようにΔx=p/2n,Δ x=2p/2n,Δx=3p/2n,……のときにsin
2πnΔx/Pは 0となる。従つて上記差分が0となるように回折
格子の相互位置を面方向に位置合せが行なえる。
I -n =a 2 +b 2 +c 2 +2ab cos4πd/λ +2ac cos (4πd/λ-2πn・Δx/P) +2bc cos (2πn・Δx/P)...(8) The above-mentioned documents (1), (2 ) compares the light intensities I +n and I -n , and when they match, the diffraction grating 11,
The alignment is performed on the assumption that the deviation (Δx) between 12 and 12 is eliminated. That is, the difference between the intensity I +n of the interference light in the +n-order direction and the intensity I -n of the interference light in the -n-order direction is I -n -I +n = 2ac{cos (4πd/λ-2πn・Δx/
P) −cos(4πd/λ+2πn・Δx/P)} =4acsin(2πn・Δx/P) sin(4πd/
λ)... (9) In this equation, the diffraction grating 11,
The amount of deviation Δx between 12 and 12 has a constant relationship with the lattice pitch length P sin(2πn・Δx/P)=0 ...(10) That is, 2n・Δx/P=m (integer) ...(11) When there is a relationship, the above difference is 0. Furthermore, Fig. 6 shows the relationship between Δx and sin2πnΔx/P, and as is clear from this figure, when Δx=p/2n, Δx=2p/2n, Δx=3p/2n,... sin
2πnΔx/P becomes 0. Therefore, the mutual positions of the diffraction gratings can be aligned in the plane direction so that the above-mentioned difference becomes zero.

ところが前記(9)式から明らかなように、差分は sin(4πd/λ)=0 となつた場合にも同様に0となる。すなわち、
4πd/λが2πnとなる場合にはΔx=0でなくて も上記差分I-n−I+nは0となるため、この場合
には位置合せを行なえないことになる。そこで、
この点を回避するために、上記4πd/λが一定にな らないようにd又はλを設定しなければならない
が、たとえこのようにd又はλを設定したとして
も、床面振動や空気振動が発生するとその振動の
振幅によつては4πd/λが2nπになつてしまい、こ れにより差分が0となつて位置合せを行なえなく
なることがあつた。
However, as is clear from equation (9) above, the difference is also 0 when sin(4πd/λ)=0. That is,
When 4πd/λ becomes 2πn, the above-mentioned difference I −n −I +n becomes 0 even if Δx=0, so alignment cannot be performed in this case. Therefore,
In order to avoid this point, d or λ must be set so that the above 4πd/λ is not constant, but even if d or λ is set in this way, floor vibrations and air vibrations will occur. Then, depending on the amplitude of the vibration, 4πd/λ becomes 2nπ, and as a result, the difference becomes 0, making it impossible to perform alignment.

すなわち、いま仮に一方の回折格子を一定速度
で移動させたとすると、このときのsin2πnΔx/P
は 第7図aのように変化する。一方、このとき床面
振動によりdが第7図bのように変化したとする
と、sin4πd/λは第7図cのようになる。したがつ てこの場合の差分I-n−I+nは、第(9)式から明ら
かなように上記第7図aと第7図bとの積に4ac
を掛け合せたものなので、上記差分I-n−I+n
第7図bのようになる。同図から明らかなように
差分I-n−I+n=0となる点は、真の位置合せ点
A以外に点Bのように数多く現われ、この結果位
置合せが行なえないことになる。
That is, if one of the diffraction gratings is moved at a constant speed, then sin2πnΔx/P
changes as shown in Figure 7a. On the other hand, if d changes as shown in FIG. 7b due to floor vibration at this time, sin4πd/λ becomes as shown in FIG. 7c. Therefore, as is clear from equation (9), the difference I -n -I +n in this case is 4ac the product of Figure 7a and Figure 7b above.
Therefore, the difference I -n -I +n becomes as shown in FIG. 7b. As is clear from the figure, many points such as point B where the difference I -n -I +n = 0 appear in addition to the true alignment point A, and as a result, alignment cannot be performed.

そこで本発明では、第1の手段として回折格子
11,12をレーザ光13の照射方向に振動させ
て回折格子間の距離dを常に振動的に変化させる
ことにより回折光の位相を変調している。そして
この位相変調された回折光の干渉光強度の差分の
うち上記変調成分のみを抽出してその出力の整流
および平滑化した差分出力を得ることにより外乱
振動による距離dの変動成分を除去し、前記回折
格子11,12のみに依存する特異点を見い出す
ようにしている。又第2の手段としては、レーザ
光13自体の波長λを変化させることにより、回
折光の位相を変調して回折格子11,12間のず
れΔxのみに依存する干渉光強度の特異点を見い
出すようにしている。
Therefore, in the present invention, as a first means, the phase of the diffracted light is modulated by vibrating the diffraction gratings 11 and 12 in the irradiation direction of the laser beam 13 and constantly changing the distance d between the diffraction gratings in a vibrational manner. . Then, out of the difference in the interference light intensity of this phase-modulated diffracted light, only the modulation component is extracted, and the output thereof is rectified and smoothed to obtain a differential output, thereby removing the fluctuation component of the distance d due to disturbance vibration, An attempt is made to find a singular point that depends only on the diffraction gratings 11 and 12. As a second means, by changing the wavelength λ of the laser beam 13 itself, the phase of the diffracted light is modulated to find a singular point in the interference light intensity that depends only on the deviation Δx between the diffraction gratings 11 and 12. That's what I do.

以上の原理をさらに詳しく説明すると次のよう
になる。すなわち、例えば、回折格子11,12
のうち一方に第8図aに示すように圧電振動子2
3により変調振動を付加させるとともに、第8図
bに示すように床面振動により外乱振動が付加さ
れているとすると、回折格子11,12の距離で
ある格子間隔dは、時間とともに変化する。(第
8図c参照)。したがつて、格子間格dの関数で
ある前記第7図cに示したsin4πd/λは、第8図d のように変化する。つまり、このsin4πd/λは、圧 電子振動子23による変調振動及び床面振動によ
る外乱振動の影響を直接に受け、位相の変調を受
ける。一方、第7図aに示した前記sin2πnΔx/P
に は、格子間隔dが変数として入つていず。かつ、
回折格子11,12間のずれ量Δxは、Δx=
k・t(ただしkは定数)、つまりΔxは時間t
の関数であり、時間tに対して正比例関係を有し
ているので、第8図eに示すように、単調な正弦
波となる。つまりsin2πnΔx/Pは、格子間隔dの
変 動の影響を全く受けない。かくて、前記第(9)式に
従つて、差分I-n−I+n、つまり第8図dの波形
と第8図eの波形との積を求めると、第8図fに
示す波形を得る。この波形においては、差分I-
n.I+n=0となる点において、前記格子間隔d
の変調振動及び外乱振動による変動分は相殺され
0となる(とくに、sin2πnΔx/Pが0となる点で は、必ずI-n−I+nは0となる)。しかして、上
記差分I-n−I+nの信号SA(第4図参照)を低
周波成分のみを通過させるフイルタ回路36(振
動子23の振動周波数をfとしたとき、周波数帯
域f〜2fの帯域通過特性を有する。)に入力させ
ると、この信号SAの低周波成分である外乱振動
成分が除去され、高周波成分である変調振動成分
を有する信号SB(第4図参照)が、整流回路3
7を介して、平滑化回路38に出力される(第8
図g参照)。すると、平滑化回路38からは、変
調振動成分が除去された信号SC(第4図参照)
を得る(第8図h参照)。この信号SCにおいて
は、0となるのは、前記真の位置合せ点Aのみで
あり、したがつて、信号SCにより真の位置合せ
点Aのみを検出し、位置合せを行うことが可能と
なる。
The above principle will be explained in more detail as follows. That is, for example, the diffraction gratings 11, 12
As shown in FIG. 8a, one of the piezoelectric vibrators 2
Assuming that modulated vibration is added by 3 and disturbance vibration is added by floor vibration as shown in FIG. 8b, the grating spacing d, which is the distance between the diffraction gratings 11 and 12, changes with time. (See Figure 8c). Therefore, sin4πd/λ shown in FIG. 7c, which is a function of interstitial case d, changes as shown in FIG. 8d. That is, this sin4πd/λ is directly affected by the modulated vibration by the piezoelectric vibrator 23 and the disturbance vibration caused by the floor vibration, and undergoes phase modulation. On the other hand, the sin2πnΔx/P shown in FIG. 7a
does not include the grid spacing d as a variable. and,
The amount of deviation Δx between the diffraction gratings 11 and 12 is Δx=
k・t (k is a constant), that is, Δx is time t
Since it is a function of t and has a directly proportional relationship to time t, it becomes a monotonous sine wave as shown in FIG. 8e. In other words, sin2πnΔx/P is completely unaffected by variations in the lattice spacing d. Thus, according to the above equation (9), when the difference I -n -I +n , that is, the product of the waveform of FIG. 8 d and the waveform of FIG. 8 e, is calculated, the waveform shown in FIG. 8 f is obtained. get. In this waveform, the difference I -
n . At the point where I +n = 0, the lattice spacing d
The fluctuations due to modulation vibration and disturbance vibration are canceled out and become 0 (especially at the point where sin2πnΔx/P becomes 0, I -n -I +n is always 0). Therefore, a filter circuit 36 (when the vibration frequency of the vibrator 23 is f, the frequency band f to 2f (has a bandpass characteristic of 3
7, it is output to the smoothing circuit 38 (the eighth
(See Figure g). Then, the smoothing circuit 38 outputs a signal SC from which the modulated vibration component has been removed (see Fig. 4).
(see Figure 8h). In this signal SC, only the true alignment point A is 0, so it is possible to detect only the true alignment point A and perform alignment using the signal SC. .

第4図は上記原理に基いて構成された本発明装
置の一実施例を示す概略図である。図において基
台21上を移動自在に設けられた移動テーブル2
2上には、圧電振動子23を介して試料24が載
置されている。上記移動テーブル22はテーブル
移動装置25により位置制御されて移動されるも
ので、また振動子23は振動子電源26によつて
付勢されて厚み振動するものである。この厚み振
動によつて試料24、およびこの試料24の上面
に設けられた回折格子27が後述するレーザ光の
照射方向に振動する。一方、試料24の上方位置
には、前記回折格子27と平行に第2の回折格子
28が支持台29により支持されて配置されてい
る。これらの移動方向と平行になる如く配置され
たものである。また各回折格子27,28には、
格子ピツチ長Pが同一であるものが用いられる。
このように配置された回折格子27,28に対し
て、レーザ装置30より発せられた所定波長のレ
ーザ光が垂直に照射される。そして、この照射レ
ーザ光の光軸に対して等角度配置された光センン
サ31,32により、前記回折格子27,28に
よる+n次方向および−n次方向の回折光がそれ
ぞれ受光される。これらの光センサ31,32に
よる受光信号は前置増幅器33,34を介したの
ち差動増幅35に入力されてその差分が演算され
ている。そして、この差分出力信号はフイルタ回
路36を介して不要周波数成分が除去されたの
ち、整流回路37、平滑化回路38を順次介して
平滑化処理され、指示器39にて表示される。ま
た平滑化信号はテーブル移動制御情報として前記
テーブル移動装置に帰還される。
FIG. 4 is a schematic diagram showing an embodiment of the apparatus of the present invention constructed based on the above principle. In the figure, a movable table 2 is provided movably on a base 21.
A sample 24 is placed on the sample 2 with a piezoelectric vibrator 23 interposed therebetween. The movable table 22 is moved under position control by a table moving device 25, and the vibrator 23 is energized by a vibrator power source 26 to vibrate in thickness. This thickness vibration causes the sample 24 and the diffraction grating 27 provided on the upper surface of the sample 24 to vibrate in the laser beam irradiation direction, which will be described later. On the other hand, above the sample 24, a second diffraction grating 28 is disposed parallel to the diffraction grating 27 and supported by a support base 29. They are arranged parallel to these moving directions. Moreover, each diffraction grating 27, 28 has
Those having the same lattice pitch length P are used.
A laser beam of a predetermined wavelength emitted from the laser device 30 is perpendicularly irradiated onto the diffraction gratings 27 and 28 arranged in this manner. The diffracted lights in the +n-order direction and the -n-order direction by the diffraction gratings 27 and 28 are received by the optical sensors 31 and 32 arranged equiangularly with respect to the optical axis of the irradiated laser light, respectively. The light reception signals from these optical sensors 31 and 32 are inputted to a differential amplifier 35 after passing through preamplifiers 33 and 34, and the difference between them is calculated. After unnecessary frequency components are removed from this differential output signal through a filter circuit 36, it is smoothed through a rectifier circuit 37 and a smoothing circuit 38 in order, and is displayed on an indicator 39. Further, the smoothed signal is fed back to the table moving device as table movement control information.

このような構成の装置によれば、レーザ光の回
折格子27,28による+n次方向および−n次
方向の回折光の干渉光か、前記回折格子27,2
8のずれに相当した強度の信号として光センサ3
1,32に受光されることは前記した通りであ
る。そして、その差分は差動増幅器35にて求め
られる。この際、同増幅器35の差動演算作用に
よつて光センサ31,32に混入した外乱光成分
が相殺され、除去される。従つて外乱光による悪
影響を除去することができる。しかるのち外乱光
等の不要成分が除去された差動増幅器35からの
差分信号はフイルタ回路36に入力される。この
フイルタ回路36は、前記振動子23の振動周波
数をfとしたとき、周波数帯域f〜2fなる帯域
通過特性を有するものであり、これによつてテー
ブル22の移動時や外乱により生ずる振動成分が
除去される。従つて床面振動等による悪影響が及
ばなくなる。しかるのち、上記各不要信号成分が
除去された信号を整流し、平滑化することによ
り、平滑化回路38の出力に前記した第13図の
振幅sin(4π/λ(do+Δdsin2πft)}に相当した直 流レベル信号を求めることができる。この直流レ
ベル信号値を指示器39にて表示することにより
前記回折格子27,28間の位置関係が示され
る。また上記直流レベル信号値に従つて前記テー
ブル移動装置25はテーブル22を移動制御し
て、同信号値が零になるようにテーブル22の位
置決めを行う。これにより回折格子27に対する
回折格子28(試料24)の位置合せがなされ
る。
According to the apparatus having such a configuration, interference light of diffracted light in the +n-order direction and -n-order direction by the diffraction gratings 27 and 28 of the laser beam or the diffraction light of the diffraction gratings 27 and 2
The optical sensor 3 receives a signal with an intensity corresponding to the deviation of 8.
As mentioned above, the light is received at the 1st and 32nd. Then, the difference is determined by the differential amplifier 35. At this time, the disturbance light components that have entered the optical sensors 31 and 32 are canceled out and removed by the differential operation of the amplifier 35. Therefore, the adverse effects of ambient light can be removed. Thereafter, the differential signal from the differential amplifier 35 from which unnecessary components such as disturbance light have been removed is input to the filter circuit 36. This filter circuit 36 has a band-pass characteristic of a frequency band f to 2f, where f is the vibration frequency of the vibrator 23, and as a result, vibration components generated when the table 22 moves or due to disturbances are filtered out. removed. Therefore, the adverse effects of floor vibration etc. are eliminated. Thereafter, by rectifying and smoothing the signal from which each unnecessary signal component has been removed, the output of the smoothing circuit 38 receives a direct current corresponding to the amplitude sin (4π/λ(do+Δdsin2πft)} shown in FIG. 13 above). A level signal can be obtained. By displaying this DC level signal value on the indicator 39, the positional relationship between the diffraction gratings 27 and 28 is indicated. Also, according to the DC level signal value, the table moving device 25 controls the movement of the table 22 and positions the table 22 so that the signal value becomes zero.As a result, the diffraction grating 28 (sample 24) is aligned with the diffraction grating 27.

かくして本装置によれば、外乱光の影響を受け
ることなく、また同時に床面振動等の悪影響を受
けることなしに回折格子27,28による極めて
高精度な位置合せを行い得る。しかも一方の回折
格子27をレーザ光の照射方向に振動させると言
う簡単な技術により達し得る。従つてその構成お
よび制御が簡易であり、実用性が高い。
Thus, according to the present apparatus, extremely highly accurate positioning can be performed using the diffraction gratings 27 and 28 without being affected by disturbance light or at the same time, without being adversely affected by floor vibrations or the like. Moreover, this can be achieved by a simple technique of vibrating one of the diffraction gratings 27 in the direction of laser beam irradiation. Therefore, its configuration and control are simple and highly practical.

尚、本発明は上記実施例に限定されるものでは
ない。例えば回折格子を振動させる代りに、前記
した如くレーザ光の波長λを変調してもよい。こ
の場合、レーザ光の瞬間時刻tにおける波長λ
(t)は λ(t)=λo+Δλ sin 2πft……(14) で示され、同様にして位置合せが可能である。ま
た波長λの変調はレーザ装置30にて行つてもよ
く、あるいはレーザ光の照射光路中の波長変調素
子を介在させて行つてもよい。更に本発明にあつ
てはレーザ光のみならず、他の可干渉性を有する
光であれば同様に適用できるる。また第5図は本
発明者の実験により求められた回折格子のずれに
対する強度の差分値の変化特性であり、破線Aに
示す特性は±1次回折光、実線Bに示す特性は±
3次回折光のものである。この特性および前記理
論式から明らかなように、回折格子間のずれがな
い場合、そして格子ピツチ長Pの1/2ずれた点
において零なる出力を得るが、特にP/2のずれ
を生じた場合にシヤープな変化を示す。また回折
光の次数が高くなる程明確な変化を示す。従つて
第4図中に示すように±k次回折光をそれぞれ受
光する複数の光センサ31a,32aを用い、こ
れら光センサを選択的に使用すれば簡易にして精
度の高い位置合せを行い得る。例えば±1次回折
光にて粗調整を行つたのち、±3次回折光にて微
調整を行うようにすればよい。また前記回折格子
の振動を、スピーカからの音圧等により非接触に
行つてもよいことは勿論のことである。また実際
上各種装置への適用に際しては、位置合せ部材の
各一部領域にそれぞれ回折格子を設めることによ
り達し得る。また上記反射型のみならず透過型に
してもよいことは当然である。以上要するに本発
明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実
施することができる。
Note that the present invention is not limited to the above embodiments. For example, instead of vibrating the diffraction grating, the wavelength λ of the laser beam may be modulated as described above. In this case, the wavelength λ of the laser beam at instant time t
(t) is expressed as λ(t)=λo+Δλ sin 2πft (14), and alignment is possible in the same way. Further, the wavelength λ may be modulated by the laser device 30, or by interposing a wavelength modulation element in the laser beam irradiation optical path. Furthermore, the present invention can be applied not only to laser light but also to other coherent light. Furthermore, Fig. 5 shows the change characteristics of the intensity difference value with respect to the deviation of the diffraction grating, which was found by the inventor's experiments, where the characteristic shown by the broken line A is the ±1st order diffracted light, and the characteristic shown by the solid line B is ±
This is the third-order diffracted light. As is clear from this characteristic and the above theoretical formula, when there is no shift between the diffraction gratings, zero output is obtained at a point shifted by 1/2 of the grating pitch length P, but especially when a shift of P/2 occurs. It shows a sharp change in the case. Moreover, the higher the order of the diffracted light, the more clear the change is. Therefore, as shown in FIG. 4, if a plurality of optical sensors 31a and 32a each receiving the ±k-order diffraction light are used, and these optical sensors are selectively used, alignment can be performed easily and with high precision. For example, after rough adjustment is performed using the ±1st-order diffracted light, fine adjustment may be performed using the ±3rd-order diffracted light. It goes without saying that the diffraction grating may be vibrated in a non-contact manner using sound pressure from a speaker or the like. Moreover, when actually applied to various devices, this can be achieved by providing a diffraction grating in each partial area of the alignment member. It goes without saying that not only the reflective type but also the transmissive type may be used. In summary, the present invention can be implemented with various modifications without departing from the gist thereof.

以上説明したように本発明は平行配置した同一
格子ピツチを有する2枚の回折格子により回折さ
れる可干渉光の位相を変調せしめ、±n次方向の
各回折光の干渉強度の差分を求めて、この差分信
号のうち上記変調周波数成分のみを抽出したのち
整流して平滑し、その出力信号により位置合せを
行なうようにしたものである。従つて本発明によ
れば外乱光や床面振動等の影響を受けることなし
に簡易にして高精度な位置合せを行い得るという
絶大なる効果を発揮する位置合せ装置を提供する
ことができる。
As explained above, the present invention modulates the phase of coherent light diffracted by two diffraction gratings arranged in parallel and having the same grating pitch, and calculates the difference in interference intensity of each diffracted light in the ±n-order direction. After extracting only the modulation frequency component from this difference signal, it is rectified and smoothed, and alignment is performed using the output signal. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a highly effective positioning device that can perform simple and highly accurate positioning without being affected by external light, floor vibration, etc.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図および第2図はそれぞれ従来の位置合せ
原理を説明する為の模式図、第3図の位置合せ原
理を説明する為の模式図、第4図は本発明の一実
施例を示す概略構成図、第5図は回折格子のずれ
に対する検出信号強度の変化を示す図、第6図乃
至第8図a〜eはそれぞれ本発明の原理説明に用
いる信号波形図である。 11,12……回折格子、13……レーザ光
(可干渉光)、14,15,16……回折光(+n
次方向)、17,18,19……回折光(−n次
方向)、22……移動テーブル、23……圧電振
動子、27,28……回折格子、30……レーザ
装置、31,32……光センサ、35……差動増
幅器、36……フイルタ回路、38……平滑化回
路、39……指示器。
Figures 1 and 2 are schematic diagrams for explaining the conventional alignment principle, Figure 3 is a schematic diagram for explaining the alignment principle, and Figure 4 is a schematic diagram showing an embodiment of the present invention. FIG. 5 is a diagram showing the change in detection signal intensity with respect to the deviation of the diffraction grating, and FIGS. 6 to 8 a to 8 e are signal waveform diagrams used to explain the principle of the present invention, respectively. 11, 12... Diffraction grating, 13... Laser light (coherent light), 14, 15, 16... Diffraction light (+n
next direction), 17, 18, 19... Diffracted light (-n order direction), 22... Moving table, 23... Piezoelectric vibrator, 27, 28... Diffraction grating, 30... Laser device, 31, 32 ... Optical sensor, 35 ... Differential amplifier, 36 ... Filter circuit, 38 ... Smoothing circuit, 39 ... Indicator.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 相互に対向して平行配置された状態で一対の
位置合せ対象物にそれぞれ取付けられた同一格子
ピツチを有する第1および第2の回折格子と、こ
れら第1および第2の回折格子に可干渉光を垂直
に照射する光源と、前記第1の回折格子による回
折光に対する前記第2の回折格子による回折光の
位相を変調する手段と、上記各回折光による+n
次方向の干渉光強度と−n次方向の干渉光強度と
の差分のうち前記変調成分のみを抽出してその出
力を整流および平滑化した差分出力から前記第1
および第2の回折格子間の位置ずれを検知する手
段とを具備したことを特徴とする位置合せ装置。 2 回折光の位相を変調する手段は、第1および
第2の回折格子の少なくとも一方を可干渉光の照
射方向に振動させて行なうものである特許請求の
範囲第1項記載の位置合せ装置。 3 回折光の位相を変調する手段は、可干渉光の
波長を変調して行なうものである特許請求の範囲
第1項記載の位置合せ装置。 4 第1および第2の回折格子間の位置ずれ検知
は、干渉光強度の差分が零となるときをもつて判
定するものである特許請求の範囲第1項記載の位
置合せ装置。 5 第1および第2の回折格子は、一対の位置合
せ対象物の相互位置ずれが零の状態で、相互の対
向状態が格子ピツチの1/2だけずれるようにそ
れぞれ位置合せ対象物に取付けるものである特許
請求の範囲第1項記載の位置合せ装置。
[Scope of Claims] 1. First and second diffraction gratings having the same grating pitch, which are respectively attached to a pair of alignment objects while facing each other and arranged in parallel; a light source that perpendicularly irradiates coherent light onto the diffraction grating; means for modulating the phase of the diffracted light by the second diffraction grating with respect to the diffracted light by the first diffraction grating;
From the difference output obtained by extracting only the modulation component from the difference between the interference light intensity in the next direction and the interference light intensity in the −n-order direction, and rectifying and smoothing the output, the first
and means for detecting positional deviation between the second diffraction gratings. 2. The alignment device according to claim 1, wherein the means for modulating the phase of the diffracted light is performed by vibrating at least one of the first and second diffraction gratings in the irradiation direction of the coherent light. 3. The alignment device according to claim 1, wherein the means for modulating the phase of the diffracted light modulates the wavelength of the coherent light. 4. The alignment device according to claim 1, wherein the positional deviation between the first and second diffraction gratings is detected when the difference in intensity of interference light becomes zero. 5. The first and second diffraction gratings are each attached to the object to be aligned so that their mutual facing states are shifted by 1/2 of the grating pitch when the mutual positional deviation of the pair of objects to be aligned is zero. An alignment device according to claim 1.
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