JPS6256818A - 位置ずれ検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は位置ずれ検出装置に関し、例えば半導体製造装
置においてＩＣに焼付けられたパターンの重ね合わせ精
度を測定する装置に適用して好適なものである。

〔従来の技術〕

この種の重ね合わせ精度の検出方法として従来、第１に
測定のパターンを焼付けてパターン線幅測定装置でパタ
ーンの相互間のずれを測定するものがあり、また第２に
ピッチの異なる格子をＩＣ上に焼付けて丁度型なる格子
の部分を読み取るバーニヤ方式のものがあり、さらに第
３にＩＣ上に細長い絶縁物を形成し、その上に抵抗体を
焼付け、絶縁物によって２分された抵抗層の各値を比較
する方法などがある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが第１のパターン線幅測定装置を用いた方法によ
ると、通常その種の装置の精度としては高々０．０１　
（μｍ〕程度の精度しか得られず、また第２のバーニヤ
方式によっても０．０４　［μｍ〕程度の精度しか得ら
れない問題がある。これに対して抵抗による方法は、精
度としては０．００数〔μｍ〕程度の高い精度を得るこ
とができるが、測定をするためにかなり複雑な処理工程
を必要とする問題があり、従って簡易かつ安価な方法で
あるとは言い得ない。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、簡易な手
法によって高い精度でパターンの重ね合わせ精度を測定
し得る位置ずれ検出装置を提案しようとするものである
。

〔問題点を解決するための手段〕

かかる問題点を解決するため本発明においては、基板２
上に第１の回折格子ＭＡＩ、ＭＡ２を形成した後、当該
第１の回折格子Ｍ　Ａ　１、ＭＡ２に対して位置合わせ
をして第２の回折格子ＭＢＩ、ＭＢ２を形成し、第１及
び第２の回折格子ＭＡＬ、ＭＡ２及びＭ、Ｂ１、ＭＢ２
間の位置ずれを検出する位置ずれ検出装置において、第
１及び第２の回折格子ＭＡＩ、ＭＡ２及びＭＢＩ、ＭＢ
２上に周波数差Δｆをもつ２つのコヒーレント光束ＬＬ
Ｉ、ＬＬ２を互いに異なる方向から照射し、２つの光束
ＬＬＩ、ＬＬ２によって周波数Δｆで第１及び第２の回
折格子ＭＡＩ、ＭＡ２及びＭＢＩ、ＭＢ２上を走査する
干渉縞ＩＦを発生させる照射手段１３．１４．１５．１
６及び１３．１７．１８．１９．２０と、干渉縞ＩＦの
走査によって第１の回折格子ＭＡＬ、ＭＡ２から生ずる
回折光を受光し、周波数Δｆを有する第１の光電変換信
号ＳＡ１、ＳＡ２を送出する第１の光電変換手段ＤＡＩ
、ＤＡ２と、干渉縞ＩＦの走査によって第２の回折格子
ＭＢＩ、ＭＢ２から生ずる回折光を受光し、周波数Δｆ
を有する第２の光電変換信号ＳＢＩ、ＳＢ２を送出する
第２の光電変換手段ＤＢＩ、ＤＢ２と、第１及び第２の
光電変換信号ＳＡＩ、ＳＡ２及びＳＢＩ、ＳＢ２の位相
差に基づいて第１及び第２の回折格子Ｍ　Ａ　１、ＭＡ
２及びＭＢＩ、ＭＢ２間の位置ずれ量Δｙを算定する位
置ずれ算定手段３３Ａ〜３３Ｄ、３５とを設ける。

〔作用〕

第１及び第２の回折格子ＭＡＩ、ＭＡ２及びＭＢｌ、Ｍ
Ｂ２に対して周波数差Δｆをもつ２つのコヒーレント光
束ＬＬＩ、ＬＬ２を異なる方向から照射すると、当該周
波数差Δｆで第１及び第２の回折格子ＭＡＩ、ＭＡ２及
びＭＨＩ、ＭＢ２上を走査する干渉縞ＩＦを発生させる
ことができる。

この干渉縞は基板上に形成した回折格子ＭＡＩ、ＭＡ２
、ＭＢＩ、Ｍ　Ｂ　２とモアレを生じ、干渉縞１Ｆのピ
ッチと回折格子のピッチとを適当に選ぶことにより、回
折格子から回折された光の強度が周波数Δｒで変動する
ようになる。

このようにして第１の回折格子Ｍ　Ａ　１、ＭＡ２から
生じた回折光は、第１の光電変換手段ＤＡＩ、ＤＡ２に
おいて周波数Δｆの第１の光電変換信号ＳＡＩ、ＳＡ２
に変換される。また第２の回折格子ＭＢＩ、ＭＢ２から
生ずる回折光が第２の光電変換手段ＤＢＩ、ＤＢ２にお
いて周波数Δｆを有する第２の光電変換信号ＳＢＩ、Ｓ
Ｂ２に変換される。

この第１及び第２の変換信号ＳＡＩ、ＳＡ２及びＳＢＩ
、ＳＢ２は、それぞれ第１の回折格子ＭＡｌ、ＭＡ２及
びＭＢＩ、ＭＢ２から発生していることにより、回折格
子ＭＡＬ、ＭＡ２の位置情報を電気信号のパラメータの
１つである位相として含んでいる。

第１及び第２の光電変換信号ＳＡＩ、ＳＡ２及びＳＢＩ
、ＳＢ２は位置ずれ算定手段３３Ａ〜３３Ｄ、３５にお
いて相対的な位相差を検出されると共に、当該位相差に
基づいて、第１及び第２の回折格子間の位置ずれ量Δｙ
を算定する。

このように、第１及び第２の回折格子ＭＡＩ、ＭＡ２及
びＭＢＩ、ＭＢ２の位置ずれを当該回折格子から発生さ
れた回折光の位相差として検出するようにしたことによ
り、煩雑な手間を必要とすることなく、高い精度で、第
１及び第２の回折格子間の位置ずれ量すなわち重ね合わ
せ精度を容易に検出することができる。

〔実施例〕

以下図面について本発明の一実施例を詳述する。

第１図は全体として位置ずれ検出装置を示し、ステージ
１上に検出対象となるウェハ２が載置されている。ウェ
ハ２は、露光装置によって２回の焼付、現像処理がなさ
れており、かくして露光装置のマスク又はレチクル上に
形成された露光パターンがウェハ２の表面に重ね焼きさ
れている。

ウェハ２には２枚の露光パターンが焼付けられる際に、
当該露光パターンの焼付は位置を表す第２図（Ｂ）に示
すような２組の回折格子でなる回折格子ＭＰが形成され
る。第１の回折格子ＭＡＬ及びＭＡ２は第１回口の露光
処理時に露光パターンと一緒に焼付けられ、ｙ軸方向に
互いに距離ｄだけ離れた位置に形成されかつＸ軸方向に
延長する格子エレメントでなり、Ｘ方向に所定間隔を保
って形成されている。

これに対して、第２の回折格子ＭＢＩ及びＭＢ２は、第
２回目の重ね合わせ露光処理によって同様にしてｙ軸方
向に互いに距離ｄだけ離れた位置に形成されかつＸ軸方
向に延長する格子エレメントでなり、ｙ軸方向に第１の
回折格子ＭＡＩ及びＭ　Ａ　２の間に互い違いに挿入さ
れるように焼付けられる。

ここでｙ軸方向に第１及び第２の回折格子ＭＡ１、ＭＡ
２及びＭＢＩ、ＭＢ２間に位置ずれがなければ、第１の
回折格子ＭＡＬ及びＭＡ２の各格子エレメントと、第２
の回折格子ＭＨＩ及びＭＢ２の各回折格子とがＸ軸方向
の同一線上に並ぶように形成され、このとき第１及び第
２の露光パターンに位置ずれがないと判定し得る。これ
に対して第１及び第２の露光パターンの位置がｙ軸方向
にΔｙだけ互いにずれれば、この位置ずれが回折格子Ｍ
ＡＬ、ＭＡ２及びＭＢＩ、ＭＢ２の対応する格子エレメ
ント間の位置ずれΔｙとして現れるようになされている
。

第１の回折格子Ｍ　Ａ　１及びＭＡ２と互い違いに第２
の回折格子ＭＢＩ及びＭＢ２を形成する方法としては、
予め互いにＸ軸方向に位置ずれさせた位置に各回折格子
ＭＡＬ、ＭＡ２及びＭＢＩ、ＭＢ２を形成させてなる第
１及び第２のマスク又はレチクルを用いても良く、又は
全く同じ位置に第１及び第２の回折格子ＭＡＩ、ＭＡ２
及びＭ　Ｂ　１、ＭＢ２を形成させた第１及び第２のマ
スク又はレチクルを用意し、一方のマスク又はレチクル
を露光する際、マスク（またはレチクル）とウェハとを
相対的にＸ軸方向に一定値だけずらせて焼付けるように
しても良い。

そこで第２図（Ｂ）に示すような構成の回折格子ＭＰ上
にコヒーレント光束、例えばレーザ光を２方向から照射
し、第２図（Ａ）に示すような干渉縞ＩＦを回折格子Ｍ
Ｐ上に形成する。そしてこの干渉縞ＩＦのピッチが、回
折格子ＭＰの各格子を構成する格子エレメントのピッチ
ｄの１／２倍のピッチｄ／２になるように、該レーザ光
の入射方向（入射角度）を定める。

第１図の位置ずれ検出装置は、回折格子ＭＰに対して互
いに周波数の異なる２つのコヒーレント光束ＬＬＩ及び
ＬＬ２を照射し、かくしてそれぞれのコヒーレント光束
ＬＬＩ及びＬＬ２によって第２図（Ａ）に゛ついて上述
した干渉縞ＩＦを回折格子ＭＰ上に発生させる。ここで
第１のコヒーレント光束ＬＬＩの反射光として、第３図
に示すように、・・・・・・−１次、０次、＋１次、＋
２次、＋３次・・・・・・の回折光ＩＦＩ　　（−１）
　、ＩＦＩ　　（０）、ＩＦＩ　　（＋１）　、ＩＦＩ
　　（＋２）　、ＩＦＩ　　０３）・・・・・・が発生
し、また第２のコヒーレント光束■−１Ｌ２の反射光と
して、・・・・・・−３次、−２次、−１次、０次、＋
１次の回折光ＩＦ２　（−３）　、ＩＦ２　（−２）　
、ＩＦ２　（−１）、ＩＦ２　（０）　、１Ｆ２（＋１
）・・・・・・が発生ずる。

第１及び第２のコヒーレント光束ＬＬＩ及びＬｌ２の回
折格子ＭＰへの入射方向は互いに異なるように選定され
、例えば第３図に示すように、第１のコヒーレント光束
ＬＬＩの１次回折光ＩＦＩ（＋１）の反射方向と、第２
のコヒーレント光束ＬＬ２の一１次の回折光ＩＦ２（−
１）の反射方向とが一致するように選定され、その方向
はウェハ２の表面に対してほぼ垂直方向になるように選
定されている。

かくして回折格子ＭＰによって発生された回折光ＩＦＩ
　　（＋１）及びＩＦ２（−１）は互いに干渉し、対物
レンズ３、絞り４を通り、さらにハーフミラ−５を通っ
て光電変換素子列６に入射する。

またハーフミラ−５は、絞り４を通った回折光を接眼鏡
７に折り返して干渉縞を観察し得るようになされ、これ
により、干渉縞ＩＦを各格子エレメントの延長方向にで
きるだけ一致させるように、コヒーレント光束の入射方
向を調整できるようにされている。

光電変換素子列６は、第４図に示ｔように、回折格子Ｍ
Ｐ（第２図（Ｂ））を構成する各回折格子ＭＡＩ、ＭＢ
Ｉ、ＭＡ２、ＭＢ２に対応する光電変換素子ＤＡＩ、Ｄ
ＢＩ、ＤＡ２、■）１３２を有し、各光電変換素子ＤＡ
Ｉ、ＤＢＩ、ＤＡ２、ＤＢ２は、回折光夏Ｆｌ　　（＋
１）及びＩＦ２（−１）のうち、回折格子ＭＡＩ、ＭＢ
Ｉ、ＭＡ２、ＭＢ２によってそれぞれ発生された回折光
部分に対応するＸ軸方向の位置に位置決めされ、かくし
て各光電変換素子ＤＡＩ、ＤＢＩ、ＤＡ２、ＤＢ２はそ
れぞれ回折格子ＭＡＩ、ＭＢＩ、Ｍ　Ａ　２、ＭＢ２の
格子エレメントの位置を表す情報をそれぞれ受けること
ができるようになされている。

ここで第１及び第２のコヒ・−シフト光束Ｌ　Ｌ　１及
びＬｌ２の周波数ｆ、及びｆ２は周波数差Δｆをもつよ
うな値に予め選定されており、これにより干渉縞ＩＦは
、周波数差Δｆで回折格子ＭＰ」＝を走査するように周
期的に変動する。そして同時に、回折光ｒＦ１　　（＋
１）は周波数ｆ、をもぢ、回折光ＩＦ２（−１）は周波
数ｆ２をもぢ、ぞの結果各光電変換素子上でΔ「の周波
数の光強度変化が生じる。この強度変化の位相は、干渉
縞ＩＦに対する各回折格子Ｍ　Ａ　１、ＭＡ２、ＭＢＩ
、ＭＢ２のｙ軸方向の相対的位置によって決まる。

従って対物レンズ３から光電変換素子列６に入射された
回折光ＩＦＩ　　（＋１）及びＩＦ２（−１）の光の強
さは、差の周波数Δｆで周期的に変化することになり、
各光電変換素子ＤＡＩ、ＤＢＩ、ＤＡ２、ＤＢ２から出
力される光電変換信号ＳＡ１、ＳＢＩ、ＳＡ２、ＳＢ２
は、信号Δｆで変動すると共に、その位相はそれぞれ対
応する回折格子ＭＡＬ、ＭＢＩ、Ｍ　Ａ　２、ＭＢ２の
位置によって決まることになる。

コヒーレント光束ＬＬＩ及びＬｌ２は、共通のレーザ１
１に基づいて形成される。すなわちレーザ１１において
発生されたレーザ光は、コリメータレンズ系１２Ａ及び
１２Ｂを通って分路器（ビームスプリッタ）１３に入射
される。分路器１３は、レーザ光を２つに分けて、第１
のレーザ光を超音波変調器１４によって変調信号Ｓ１に
よってその周波数「、だけ周波数をシフト変調させた後
、ミラー１５．１６によって折り曲げなからウェハ２の
回折格子ＭＰ上に第１のコヒーレント光束■。

Ｌｌとして照射させる。

また分路器１３は、第２のレーザ光をミラー１７を介し
て超音波変調器１８に入射し、変調信号Ｓ２によってそ
の周波数ｆ２だけ周波数シフトさせた後ミラー１９．２
０によって折り曲げながらコヒーレント光束ＬＬ２とし
てウェハ２上に照射させる。

このように第１のコヒーレント光束１、Ｌ　Ｌは、超音
波変調器１６においてレーザ１１から得１トれるレーザ
光の周波数ｒ０に対して変調信号Ｓ１の周波数ｒ１だけ
シフトした周波数をもっているので、コヒーレント光束
ＬＬＩの周波数ｆＬ［、ｌ　は次式、 ｆＬｔ＋　＝ｆｘ　＋ｆ＋　　　　　　　−・”　（１
）によって表すことができる。

同じようにして第２のコヒーレント光束１．、　Ｌ　２
によって周波数ｆＬＬＺば次式 ｆＬＬ２　””　ｆｘ　＋ｆ２　　　　　　　・・・・
、−（２）によって表すことができる。

ここで変調信号Ｓ２の周波数ｆ２は、変調信号Ｓ１の周
波数ｆ１に対して次式 ％式％（３） で表すように、変調信号Ｓ１の周波数ｆ、に対して基準
信号ｆ。だけの差をもった周波数に予め選定される。

その結果筒１及び第２のコヒーレント光束ＬＬ１及びＬ
Ｌ２の周波数差Δｆは Δ［−＋［ｔｔ＋　　　ｒｔｔ、ｚ ＝　　　（ｆ　　Ｘ　　４−ｆ、　　　）　　　−（ｆ
　　、　　−ト　ｆ　　１　　　　　ｆｏ）−１０・・
・・・・（４） 光電変換素子列６を構成する各光電変換素子ＤＡ１、Ｄ
ＢＩ、ＤＡ２、ＤＢ２の光電変換信号ＳＡ１、ＳＢＩ、
ＳＡ２、ＳＢ２でなる電気的検出信号は位置ずれ検出制
御回路２５に供給される。

位置ずれ検出制御回路２５は、光電変換信号ＳＡ１、Ｓ
ＢＩ、ＳＡ２、ＳＢ２をそれぞれ前置増幅回路３１Ａ、
３１Ｂ、３１Ｃ１３】Ｉ〕を通じてＰ　Ｌ　Ｌ　（ｐｈ
ａｓｅ　１ｏｅｋｅｄ　１ｏｏｐ　）回路３２Ａ、３２
Ｂ、３２Ｃ１３２Ｄに入力し、かくしてＰＬＬ回路３２
Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ，３２Ｄの出力端に光電変換信号Ｓ
ＡＩ、ＳＢＩ、ＳＡ２、ＳＢ２の位相にロックされた位
相信号ＳＦＡ、、ＳＦＢ、ＳＦＣ，ＳＦＤをそれぞれ得
る。

ここで光電変換素子ＤＡＩ、ＤＢＩ、ＤＡ２、ＤＢ２に
照射される反射光の回折光ＩＦ（＋１）及びＩＦ（−１
＞は、第２図（Ｂ）について上述したように回折格子Ｍ
ＡＬ、ＭＢＩ、Ｍ　Ａ　２、ＭＢ２の位置に対応する位
相をもっており、従って位相信号ＳＦＡ、、ＳＦＢ、Ｓ
ＦＣ，、ＳＦＤの位相は、回折格子ＭＡＲ５ＭＢＩ、Ｍ
Ａ２、Ｍ　Ｂ　２のｙ軸方向の位置を表している。従っ
て第１の回折格子ＭＡＬ及びＭＡ２に対応する位相信号
ＳＦＡ。

及びＳＦＣの位相と、第２の回折格子ＭＢＩ及びＭＢ２
に対応する位相信号ＳＦＢ及びＳＦＤの位相との位相差
を検出すれば、第１及び第２の回折格子ＭＡ　ｌ　、　
ＭＡ　２及びＭＢＩ、ＭＢ２間の位置ずれを検出するこ
とができる。

かかる位置ずれを検出するため、位置ずれ検出制御回路
２５は、基準信号発振回路３４において基本周波数ｆ。

の基準信号ＳＯを送出する。この基準信号ＳＯは位相比
較回路３３Ａ〜３３Ｄに与えられ、この基準信号ＳＯの
位相と、位相信号５ＦＡ−３ＦＤの位相との位相差を表
す位相差出力Ｐ　ＨＡ〜ＰＨＤを位置ずれ算定回路３５
に与える。

位置ずれ算定回路３５は、位相差出力Ｐ　Ｌ（Ａ〜ＰＨ
Ｄに基づいて、ウェハ２上の各回折格子ＭＡ１、ＭＢＩ
、ＭＡ２、ＭＢ２の位置を換算し、第１の回折格子ＭＡ
Ｌ、Ｍ　Ａ　２と、第２の回折格子Ｍ　Ｂ　１、Ｍ　Ｂ
　２との位置ずれを算定する。この算定結果は表示装置
３６に表示される。

位置ずれ検出制御回路２５は、周波数ｆ、の周波数出力
Ｓ１を発生する発振回路３７を有し、この周波数出力Ｓ
ｉ′４ｉ：超音波変調器１４（第１図）に変調信号とし
て供給する。

周波数出力Ｓ１は基準出力ＳＯと共に周波数変換回路３
８に供給され、周波数ｆ、及びｆ。の和の周波数（（３
）式）を有する周波数出力Ｓ２を超音波変調器１８に変
調信号として供給する。

以上の構成において、ウェハ２上の回折格子ＭＰに照射
された２つのコヒーレント光束Ｌ　Ｌ　１　及びＬＬ２
の反射光のうち、回折光ＩＦＩ（＋１）及びＩＦ２（−
１）が互いに干渉し合いながら対物レンズ３を通り、さ
らに絞り４、ハーフミラ−５を通って光電変換素子列６
１に照射される。ここで回折光ＩＦＩ（＋１）及びＩＦ
２　　（−１）の周波数は、超音波変調器１４及び１８
によって周波数ｆ、及びｆ２だけシフトされていること
により、その差の周波数Δｒ（＝ｆ、　　　ｒｚ）の周
波数をもつ電気的検出信号が光電変換素子列６から位置
ずれ検出制御回路２５に送出される。

この電気的検出信号に含まれている光電変換信号ＳＡＩ
、ＳＢＩ、ＳＡ２．ＳＢ２の位相は、これらの光電変換
信号を送出する光電変換素子ＤＡ１、ＤＢＩ、ＤＡ２、
ＤＢ２に入射している回折光の発生源である対応する回
折格子Ｍ　Ａ　１、ＭＢｌ、ＭＡ２、ＭＢ２のｙ軸方向
の位置に対応して変化する。例えば第１の回折格子ＭＡ
Ｉ及びＭＡ２に対して第２の回折格子ＭＢＩ及びＭ　Ｂ
　２の位置ずれ量Δｙが、１／２ピツチすなわちｄ／２
になると、光電変換信号ＳＡＩ、ＳＡ２に対する光電変
換信号ＳＢＩ、ＳＢ２の位相は２πだけ変化する。

光電変換信号ＳＡＩ、ＳＢＩ、ＳＡ２、ＳＢ２の位相は
、ＰＬＬ回路３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ。

３２Ｄにおいてそれぞれ位相ロックされ、ノイズを除去
した周波数Δｆ（＝ｆＯ）の位相出力ＳＦＡ、ＳＦＢ、
ＳＦＣ，ＳＦＤが得られる。この位相出力ＳＦＡ、ＳＦ
Ｂ、ＳＦＣ，ＳＦＤの位相が基準周波数出力ＳＯの位相
と比較され、かくして位置ずれ算定回路３５はその位相
差出力ＰＨＡ、ＰＨＢ、ＰＨＣ，ＰＨＤに基づいて位置
ずれ量Δｙを、次式 ％式％（５） によって演算する。

ここでα、β、γ、δはそれぞれ周波数信号ＳＦＡ、、
ＳＦＢ、ＳＦＣ，ＳＦＤの基準信号ｓｏに対する位相差
を表す。またｄは、対応する回折格子ＭＡＬ、ＭＢｌ、
ＭＡ２、ＭＢ２のピッチを表す。回折格子ＭＡＩ、ＭＢ
Ｉ、ＭＡ２、ＭＢ２の基準位置からの位置ずれ量をＲＡ
　、Ｒｍ　、Ｒｃ、Ｒ，とすれば、この位置ずれ量Ｒａ
　、Ｒｍ　、Ｒｃ、ＲＤは次式 ％式％ 従って（６）弐〜（９）式を（５）式に代入すれば ・・・・・・（１０） となり、かくして各回折格子Ｍ　Ａ　１、ＭＢＩ、ＭＡ
２、ＭＢ２０基準位置からの位置ずれ量にょって、第１
の回折格子ＭＡＬ、ＭＡ２と第２の回折格子ＭＨＩ、Ｍ
Ｂ２との位置ずれ量Δｙを求めることができる。

因に（１０）式は次のようにして求めることかできる。

今、第６図に示すように、各回折格子ＭＰの格子パター
ン列ＭＡＩ、ＭＢＩ、ＭＡ２、ＭＢ２の配列方向に対し
て、干渉縞ＩＦが正しく直交せずに、斜めに交差するよ
うな状態になったとすると、各回折格子ＭＡＬ、ＭＢＩ
、Ｍ　Ａ　２、Ｍ　Ｂ　２に対して干渉縞ＩＦの各回折
格子に対応する部分のｙ軸方向の位置は、回折格子ＭＡ
Ｌを基準として順次Ｐ、２Ｐ、３Ｐだけずれている。こ
のずれ量を加味して格子パターン列ＭＡＬ、ＭＢＩ、Ｍ
Ａ２、ＭＢ２の位置ＲＡ　、Ｒ＋＋　、Ｒｃ　、ＲＤを
求めると、回折格子ＭＡＩを基準として考えれば ・・・・・・（１２） ・・・・・・（１４） のように、干渉縞ＩＦの傾きに基づく位置ずれ量Ｐと、
第１及び第２の回折格子ＭＡＩ、ＭＡ２及びＭＢＩ、Ｍ
Ｂ２の位置ずれ■Δｙとの和として、　表すことができ
る。

ここで回折格子ＭＢｌ及びＭＡ２間、ＭＢ２及びＭＡ１
間の位置ずれ量を求めれば、 Ｒ，−Ｒ，−Δｙ−ｐ　　　　　　・・・・・・（１５
）Ｒｏ　　Ｒａ−Δｙ−ｔ−３ｐ　　　　　・・・・・
・（１６）となる。（１５）弐及び（１６）式から位置
ずれＩＰ消去すると ３　（Ｒ１１−Ｒｃ　）　＋　（ＲＤ　−ＲＡ　）　＝
４Δｙ・・・・・・（１７） の関係があることが分かり、これを位置ずれ量Δｙにつ
いて解けば、 ・・・・・・（１８） が得られ、かくして（１０）式の関係があることが分か
る。

このように上述の構成によれば、（１８）式から分かる
ように、位置ずれ量Δｙを回折格子ＭＡＩ、ＭＡ２及び
ＭＢＩ、ＭＢ２に対して干渉縞ＩＦが斜めに発生ずるよ
うな状態になったとしても、その影響を受けることなく
位置ずれ量Δｙを演算により求めることができる。

以上の構成によれば、オペレータに対して煩雑な手間及
び時間をかけさせることなく高い精度で回折格子の位置
ずれ量を検出し得る位置ずれ検出装置を得ることができ
る。

第７図は本発明の他の実施例を示すもので、第５図の場
合の位置ずれ検出制御回路２５は、基準信号ＳＯＸを発
振回路３４において発生ずるようにしたが、第７図の場
合はこれに代え、基準信号ＳＯＸをＰＬＬ回路３２Ａ〜
３２Ｄから得られる位相信号５ＦＡ−３ＦＤのうちの１
つ例えばＰＬＬ回路３２Ｄの位相信号ＳＦＤを遅延回路
４Ｉを介して所定の位相だけ遅延させた後、基準信号Ｓ
０Ｘとして送出するようになされている。

第７図のように構成すれば、回折格子ＭＰから得た回折
光に基づいて基準信号ＳＯＸを得てこれを基準にして相
対的な位相差信号を得るようにする。

このようにしても上述の場合と同様にして第１及び第２
の回折格子ＭＡＬ、ＭＡ２及びＭＢＩ、ＭＢ２間の位置
ずれを確実に検出することができる。

なお上述においては、位置ずれを検出すべき２つの回折
格子としてそれぞれ２列の回折格子ＭＡ１、ＭＡ２及び
ＭＢＩ、ＭＢ２を互い違いになるように焼付けるように
した場合について述べたが、これに代え、第２の回折格
子ＭＤＩ及びＭＢ２のうちの一方例えばＭＢ２を省略し
ても、上述の場合と同様の効果を得ることができる。

この場合には、上述の（１１）弐〜（１４）式のうち（
１１）弐〜（１３）式を用いて位置ずれ暦Δｙを演算に
より求めるようにする。すなわち（１１）弐〜（１３）
式から次式 ２Ｒｓ＝２Ｒａ＋２Δｙ　”、　　２　Ｐ　　　・・・
・・・　（１９）ＲＡ十Ｒｃ　”　２　ＲＡ　＋　２　
Ｐ　　　　”””　（２０）の関係を求め、これら（１
９）式及び（２０）式から位置ずれ１２Ｐを消去すれば
、 ２ＲＢ　−（ＲＡ　＋ＲＣ）、＝２Δｙ・・・・・・（
２１）の関係が得られる。ここで（２１）弐から位置ず
れ看Δｙを求めれば、 となる。

従ってこのようにしても、２列の回折格子Ｍ　Ａ■及び
ＭＡ２と、１列の回折格子ＭＩ３１を用いて第１及び第
２の回折格子の位置ずれを演算により求めることができ
る。

ここで４列の回折格子を用いた第２図の場合と比較して
、３列の回折格子を用いた場合には、位置ずれ量Δｙの
演算結果における誤差に変化かある。因に上述の４列の
場合には、各回折格子から得られる位相情報にノイズＮ
が含まれているとずれば、誤差ＥＲＲ，は次式 のようにノイズ成分Ｎに対して（５／４）””倍のノイ
ズ成分の影響が現れることになるのに対して、３列の回
折格子パターン列を用いた場合には、（２２）式に基づ
いて発生する誤差ＥＲＲ，は＋（−Ｎ）Ｚ　　）　Ｉ／
２ ＝Ｎ（”　　）Ｉ／Ｚ　　　　・・・・・・（２４）で
示すようにノイズ成分Ｎの（６／４）””倍になり、（
２３）式の場合と比較して僅かにノイズ成分が増えるこ
とになる。しかしその他の効果については上述の場合と
同様の効果を得ることができる。

また上述の実施例においては、回折格子ＭＰ上に発生し
た干渉縞ＩＦが回折格子に対して傾斜している場合につ
いて述べたが、かかる傾斜がない場合には、第１及び第
２の回折格子としてそれぞれ１列で構成した場合にも、
上述の場合と同様の効果を得ることができる。

この場合の位置ずれ璽Δｙの演算は、第１の回折格子に
ついて の関係があり、かつ第２の回折格子についてＲＢ　　＝
ＲＡ　＋Δｙ　　　　　　　　　　・・・・・・　（２
６）の関係があるので、位置ずれ量Δｙは Δｙ＝Ｒａ　　ＲＡ　　　　　　　・・・・・・（２７
）によって演算することができる。

さらに上述の実施例においては、第２図に示す４列の回
折格子を用いて（１５）式及び（１６）式で表される関
係があることに着目して、（１８）弐の位置ずれ量Δｙ
を演算するようにしたが、これに代え、（１１）弐〜（
Ｉ４）式から次式Ｒ，１−ＲＡ−Δｙ＋ｐ　　　　　　
・・・・・・（２８）ＲＣ−ＲＡ＝２Ｐ　　　　　　　
　・・・・・・（２９）Ｒｏ　　ＲＡ−Δ、ｙ＋３Ｐ　
　　　　・・・・・・（３０）の関係を得、（２９）式
及び（３０）弐の左辺及び右辺を互いに加算することに
よって （Ｒｅ　　　　　ＲＡ　）　　　＋　　（Ｒｏ　　　　
　ＲＡ　）＝　　Δ　ｙ　＋５Ｐ・・・・・・（３１） の関係を求め（２８）弐及び（３１）弐から位置ずれ量
Δｙを ・・・・・・（３２） として演算するようにしても良い。この場合ノイズＮに
対する誤差ＥＲＲ，は として求めることができる。かくすれば誤差が僅かに増
えることを除いてその他の効果については上述の場合と
同様の効果を得ることができる。

なお上述においては、第１の回折格子Ｍ　Ａ　１、ＭＡ
２と、第２の回折格子ＭＢ］、、ＭＢ２．とを互い違い
に配列するようにしたが、配列の順序はこれに限らず変
更しても良い。

また」二連においては、本発明はウェハ上に形成した回
折格子から生ずる回折光を用いて位置ずれを検出するよ
うにしたが、これに限らず広く５、基板上に形成した回
折格子に適用するようにし得る。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、同等煩雑な手間を必要と
することなく、２回の処理によって形成された格子パタ
ーン列の位置ずれ量を高い精度でかつ容易に検出するこ
とができる位置ずれ検出装置を実現し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による位置ずれ検出装置の一実施例を示
すブロック図、第２図はその回折格子ＭＰの構成を示す
路線図、第３図は回折格子ＭＰ上の回折光の説明に供す
る路線図、第４図は回折格子上に形成された干渉縞と光
電変換素子列の関係を示す路線図、第５図は第１図の位
置ずれ検出制御回路２５の詳細構成を示すブロック図、
第６図は位置ずれ量の算定の説明に供する回折格子と干
渉縞との関係を示す路線図、第７図は本発明の他の実施
例を示すブロック図である。 １・・・・・・ステージ、２・・・・・・ウェハ、３・
・・・・・対物レンズ、４・・・・・・絞り、６・・・
・・・光電変換素子列、１１・・・・・・レーザ、１３
・・・・・・分路器、１４．１８・・・・・・超音波変
調器、２５・・・・・・位置ずれ検出制御回路、ＩＦ・
・・・・・干渉縞、ＭＡＩ、ＭＡ２、Ｍ２Ｂ５、ＭＢ２
・・・・・・回折格子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 基板上に第１の回折格子を形成した後、当該第１の回折
   格子に対して位置合わせをして第２の回折格子を形成し
   、上記第１及び第２の回折格子間の位置ずれを検出する
   位置ずれ検出装置において、上記第１及び第２の回折格
   子上に周波数差Δｆをもつ２つのコヒーレント光束を互
   いに異なる方向から照射し、上記２つの光束によつて周
   波数Δｆで上記第１及び第２の回折格子上を走査する干
   渉縞を発生させる照射手段と、 上記干渉縞の走査によつて上記第１の回折格子から生ず
   る回折光を受光し、周波数Δｆを有する第１光電変換信
   号を送出する第１の光電変換手段と、 上記干渉縞の走査によつて上記第２の回折格子から生ず
   る回折光を受光し、周波数Δｆを有する第２の光電変換
   信号を送出する第２の光電変換手段と、 上記第１及び第２の光電変換信号の位相差に基づいて上
   記第１及び第２の回折格子間の位置ずれ量を算定する算
   定手段と を具えることを特徴とする位置ずれ検出装置。