JPS63100303A - 位置合せ方法 - 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】 ［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
方法及び装置に関し、詳しくは、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及び装置に関する。

（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（−り
とが検出される。これらの回折光の強度Ｉｎ　　（＋１
）とＩｒＬ　（−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。

（発明か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−ウェハーマスクの経路
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２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。２ｚｍｎλ（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、マスクとウニ＜１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には、一般に、 ｓｉｎθに−に一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ｐｉｌｌｓ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−ウェハーマスクの経路で回
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
位置合せする方法及び装置を提供することにある。

［発明の構成コ （問題点を解決するための手段） この発明に基づく、互いに対向して配置された第１の物
体と第２の物体とを、これらの面に沿う方向に位置合せ
する方法は、以下のように構成されている。

平行なストライプのパターンを何する１次元の回折格子
であって、このストライプが位置合せ方向に直交した方
向に延出された第１の回折格子が第１の物体に形成され
、このストライプの方向に直交する仮想面が第１の仮想
面と規定され、この第１の仮想面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の仮想面と規定
され、第１の仮想面を基準として第２の仮想面に対称な
仮想面が第３の仮想面と規定される工程と、市松状のパ
ターンを有する第２の回折格子が第２の物体に形成され
る工程と、 光源から発射され且つ光軸が第２の仮想面及び第１の方
向に沿う入射光が第１の回折格子に入射され、入射光が
第１の回折格子で透過回折されて、第１の回折光が現出
される工程と、 第１の回折光が第２の回折格子に移行され、第１の回折
光が第２の回折格子で反射回折されて、第２の回折光が
現出される工程と、 第２の回折光が第、１の回折格子に移行され、第２の回
折光が第１の回折格子で透過回折されて、第３の回折光
が現出される工程と、 若干の第３の回折光が第３の仮想面に沿って移行され、
他の第３の回折光は、第３の仮想面以外に移行される工
程と、 この他の第３の回折光が検出される工程と、この検出回
折光の強度に応じて、第１の物体と第２の物体との相対
位置が調整される行程とを具備することを特徴としてい
る。

（作用） 第１の回折格子は、１次元の回Ｆｒ格子であり、第２の
回折格子は、市松状のパターンを倚する回折格子である
。第１及び第２の回折格子は、二重回折格子として働く
。そのため、第１の回折格子−第２の回折格子−第１の
回折格子で回折された前記第３の回折光は、２次元のパ
ターンで現われる。一方、第１の回折格子の表面で反射
される反射回折光は、第３の仮想面に沿ってのみ反射さ
れる。この発明では、この第３の仮想面に沿わない回折
光が検出される。そのため、検出回折光と反射回折光と
が干渉することがない。

また、この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の物体とのギャップ
値に拘りなく、第１の物体と第２の物体との相対位置が
調整される。

（実施例） 第１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１
２との間には、２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、２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１
２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Ｘ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　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　１これのＸ方向の格子ピッチがｐ　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
するレーザー７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に
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゛心検出器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２０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２
３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１
３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２軸とされると、Ｘ軸線及び２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２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がら説明する。

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、＋０次の回折光の回折角θ　は、 ｓｉｎθ　−ユ・λ／２　　　　　・・・（２）である
。ｎ次の回折光の複素振幅Ｃは、回折路子の複索透過率
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・・・（３） 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は、 Ｃ−１ｓｉｎ（ａｋπ／ｐ）ｌハｆｆ　　　　　　−（
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１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、（、ｆ’＋ｍ＋ｒ）次の回折光となる
。この回折光波の振幅は、Ｃ−Ｃ−Ｃで、ｅ　　　ｍ　
　　ｒ 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、ウェハで回折される光波の複素振幅は、（３）
式より、 ・（Ｘ＋Δｘ）ｌ　ｄｘ　　　　　・・・（６）となる
。これが整理されると、 −ｃｘｐ−ｉ（２πｍ／ｐ）Δχφｃｌ、ｌ・・・（７
） となる。（ｆｆ＋ｍ＋ｒ）次の通過回折光Ｕ（、ｆ’＋
ｍ＋ｒ）は、入射光Ｅｉｎとして、次の（８）式で表わ
される。

Ｕ（）＋ｍ＋「） −〇　　−Ｃ′　　　・　　Ｃ−ｅｘｐ［＝ｌφ　Ｘコ
　・　Ｅｉｎ）　　ｍ　　　ｒ −ＣユＣ−Ｃφｅｘｐ［−ｉφＸ＋ ｌ　　ｍ　　ｒ １（２π／ｐ）ｏ＋Δｘｌ］　　・Ｅｉｎ・・・（８） 例えば、Ｘ方向の０次の回折光の表示は、ノ＋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、Ｘ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　１ウ
エハの回折格子のＸ方向のピッチをｐ　１マスク及びウ
ニハの回折格子のＸ方向の光の透過幅を共にａ１ウェハ
の回折格子のＸ方向の光の透過幅をａ　とすると、ウェ
ハで回折される光波の振幅は、次式％式％） この（９）式において、ａ　　／ｐ　　−ａ　　／ｐｘ
　　　　　　ｘ　　　　　　ｙ　　　　　　ｙ−１／２
とされると、Ｃａｎは、 Ｃ−１７（Ｉｆｉｎπ２）　　・ｓｉｎ　（＋ｎπ／２
）ｎ ・ｓｉｎ　（ｎπ／２）　　・［１＋　ｃｏｓｌ（ｍ＋
ｎ）π１１　−　（１０）となる。結局、マスク−ウェ
ハーマスク経由で回折される光Ｕ　（ｉ＋ｍ＋ｒ、ｎ）
の表示式は、Ｌｌ（ｉ＋ｍ　＋ｒ、ｎ） −Ｃ−Ｃ１１ｎ−Ｃ。

「 ・ｃｘｐ［−ｉ　１φ　＋（２π／ｐ　　）ｍΔｘｌ　
・Ｅｉｎｘｙ　　　　　　　　　　ｘ ・・・（１１） となる。ここで、φ　は、光Ｕ　（ｆ＋ｍ＋ｎ）のｙ 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、Ｘ方向に１次
の回折光の強度１　　（０，１）は、以下のように求め
られる。この場合、ノ＋ｍ＋ｒ−ｏ、ｎａｓ　ｌ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。

（ノ、（ｍ、ｎ）、ｒｌ　として、以下の４つの組合わ
せが考慮されれば良い。

［）、（１，１）、−１１ （０，（−１，１）、１１ １−１．（１，１）、０１ ＋１．（−１，１）、０１ Ｚ−πλｚ／ｐ　２ とされると、（１１）式より、光波の表示式は、ｕ（ｏ
、Ｂ ＝　２（１／、ｖ　　）’　　・ｅｘｐ（−ｉＺ）　・
１ｅｘｐ（−ｉＸ）　＋　ｅｘｐ（ｉＸ）ｌ　・Ｅｊｎ
　　　−（１２）で示される。光の強度Ｉ　（０，１）
は、＋（０，１）−１Ｕ（０，１）　＋　２　　　　　
　　　　・・・（１３）である。そのため、入射光の強
度がＩＯとされると、光の強度１　　（０，１）は、 ＋（０，１）−８（１／π）６　・（１＋　ｃｏｓ２Ｘ
ｌ・ｌ。

・・・（１４） となる。但し、Ｘ−２πｐ　・ΔＸである。この式から
明らかなように、回折光の強度１　　（０，１）は、マ
スクとウェハとの位置ずれ量△Ｘ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１　　（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／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
光とか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　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　であり
、Ｘ方向の格子ピッチがｐ、１　、ｐ、２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■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Ｘ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３１−１．３
２−１により回折された回折光と、他の１組の第１及び
２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２Ｇ−１，２８−２と、減算器２
８が設けられている。２つの回折光は、この光電検出器
２＄−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、マスク１３とウエハ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１
１　（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＝１１　（０，１）−１２（０，１）・・・（１５
）この場合の回折光の強度の差△Ｉと、位置ずれ量△Ｘ
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　　Ｉ８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１１　（０，１）と、
破線で示されている１２　　（０，１）とは、ｐ　　Ｉ
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、Δｌは、周期がｐ　Ｉ４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　
　Ｉ４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△ｌ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、位置ずれ瓜△Ｘか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
ｐ　ｙｔ、　　ｐ　Ｉ２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３
３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１
３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、 Δｌ−１１（０，−１）−１２（０，−１）ΔＩ””Ｉ
ｔ　　（０，１）　　　１２　　（０，−１）Δｌ−１
１（０，−１）−１２（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１
３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１５の上面で反射
回折される。この反射回折光は、第３の仮想面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１　　（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−０，２’
　”Ｚ）　、原点■（０，０）は、入射光の光軸上にあ
る。

若干の第３の回折光、即ち、１　　（０，０）、■　（
±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、１　（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の回折光は、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］ 前記第３の回折光は、２次元のパターンで現われる。一
方、第１の回折格子の表面で反射される反射回折光は、
第３の仮想面に沿ってのみ反射される。この発明では、
この第３の仮想面に沿わない回折光（即ち、前記他の第
３の回折光）が検出される。そのため、検出回折光と反
射回折光とが干渉することがなく、第１の物体と第２の
物体とが正確に位置合せされる。

また、実施例において理論解析したように、第１の物体
と第２の物体とのギャップ値に拘りなく、第１の物体と
第２の物体とが正確に位置合せされる。

さらに、この発明は、露光装置における、マスクとウェ
ハとの相対位置合せにも適用されうる。

そのため、第１の物体は、マスクでも良く、第２の物体
は、ウェハでも良い。

【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ｊｔ云成された第１及び第２の回折格子
を示す・＋ｔｔ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−ウエバの第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’？
６　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。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 ＞　　　２ ０＋　　　四 〇） 第９図 第１０図 第１２図

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. （１）互いに対向して配置された、第１の物体と第２の
   物体とを、これら対向する面に沿う方向に位置合せする
   方法において、 平行なストライプのパターンを有する１次元の回折格子
   であって、このストライプが位置合せ方向に直交した方
   向に延出された第１の回折格子が第１の物体に形成され
   、このストライプの方向に直交する仮想面が第１の仮想
   面と規定され、この第１の仮想面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の仮想面と規定
   され、第１の仮想面を基準として第２の仮想面に対称な
   仮想面が第３の仮想面と規定される工程と、 市松状のパターンを有する第２の回折格子が第２の物体
   に形成される工程と、 光源から発射され且つ光軸が第２の仮想面及び第１の方
   向に沿う入射光が第１の回折格子に入射され、入射光が
   第１の回折格子で透過回折されて、第１の回折光が現出
   される工程と、 第１の回折光が第２の回折格子に移行され、第１の回折
   光が第２の回折格子で反射回折されて、第２の回折光が
   現出される工程と、 第２の回折光が第１の回折格子に移行され、第２の回折
   光が第１の回折格子で透過回折されて、第３の回折光が
   現出される工程と、 若干の第３の回折光が第３の仮想面に沿って移行され、
   他の第３の回折光は、第３の仮想面以外に移行される工
   程と、 この他の第３の回折光が検出される工程と、この検出回
   折光の強度に応じて、第１の物体と第２の物体との相対
   位置が調整され位置合せされる行程とを具備することを
   特徴とする第１の物体と第２の物体とを位置合せする方
   法。
2. （２）第１の物体は、マスクであり、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項に記
   載の第１の物体と第２の物体とを位置合せする方法。
3. （３）第１の仮想面と第２の仮想面との間の所定角度（
   α）は、ゼロであることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の第１の物体と第２の物体とを位置合せする
   方法。
4. （４）位置合せ方向がｘ方向と規定され、第１の回折格
   子のストライプの方向がｙ方向と規定され、第１の仮想
   面を基準として入射光の光軸に対称である線の線上の点
   が原点と規定され、 前記回折光を検出する行程において、前記他の第３の回
   折光の（０、±１）次光が検出されることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の第１の物体と第２の物体
   とを位置合せする方法。
5. （５）第１の回折格子と第２の回折格子とは、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項に記
   載の第１の物体と第２の物体とを位置合せする方法。
6. （６）２つの第１の回折格子間の間隔がｕ、２つの第２
   の回折格子間の間隔がｖ、第１及び第２の回折格子のｘ
   方向のピッチがｐｘ、Ｎが任意の整数とされたとき、ｕ
   及びｖは、ｕ＝ｖ＋｛（２Ｎ＋１）／４｝・ｐｘ と規定され、 前記回折光を検出する行程において、一方の組の第１及
   び第２の回折格子から回折された前記他の第３の回折光
   と、他方の組の第１及び第２の回折格子から回折された
   前記他の第３の回折光とが検出され、この２つの前記他
   の第３の回折光の強度の差が演算され、この強度の差に
   基づいて第１の物体と第２の物体との相対位置が調整さ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第５項に記載の第
   １の物体と第２の物体とを位置合せする方法。
7. （７）２つの第２の回折格子のｙ方向の格子ピッチが異
   なっており、 前記回折光を検出する行程において、一方の組の第１及
   び第２の回折格子から回折された前記他の第３の回折光
   と、この回折光と同一次数であって、他方の組の第１及
   び第２の回折格子から回折された前記他の第３の回折光
   との方向が異なって現出され、これらの２つの回折光が
   別々に検出されることを特徴とする特許請求の範囲第６
   項に記載の第１の物体と第２の物体とを位置合せする方
   法。
8. （８）２組の第１及び第２の回折格子に、光源から発射
   された光が所定時間ごとに交互に照射され、前記回折光
   を検出する行程において、一方の組の第１及び第２の回
   折格子から回折された前記他の第３の回折光と、他方の
   組の第１及び第２の回折格子から回折された前記他の第
   ３の回折光とが所定時間ごとに交互に検出され、これら
   の２つの回折光の強度の差が演算され、この強度の差に
   基づいて第１の物体と第２の物体との相対位置が調整さ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第５項に記載の第
   １の物体と第２の物体とを位置合せする方法。
9. （９）互いに対向して配置された、第１の物体と第２の
   物体とを、これら対向する面に沿う方向に位置合せする
   装置において、 平行なストライプのパターンを有する１次元の回折格子
   であって、このストライプが位置合せ方向に直交した方
   向に延出され、このストライプの方向に直交する仮想面
   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の仮想面と規定され、第１の仮想面を基準として
   第２の仮想面に対称な仮想面が第３の仮想面と規定され
   て、第１の物体に形成された第１の回折格子と、 市松状のパターンを有し、且つ第２の物体に形成された
   第２の回折格子と、 光軸が第２の仮想面及び第２の方向に沿って第１の回折
   格子に入射する入射光を発射する光源と、入射光が第１
   の回折格子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の回折格子に移行され第１の回折格
   子で透過回折されて第３の回折光が現出され、若干の第
   ３の回折光が第３の仮想面に沿って移行され、他の第３
   の回折光は第３の仮想面以外に移行され、この他の第３
   の回折光を検出する検出手段と、この検出回折光の強度
   に応じて、第１の物体と第２の物体との相対位置を調整
   し位置合せする位置調整手段とを具備することを特徴と
   する第１の物体と第２の物体とを位置合せする装置。
10. （１０）第１の物体は、マスクであり、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９項に
    記載の第１の物体と第２の物体とを位置合せする装置。
11. （１１）第１の仮想面と第２の仮想面との間の所定角度
    （α）は、ゼロであることを特徴とする特許請求の範囲
    第９項に記載の第１の物体と第２の物体とを位置合せす
    る方法。
12. （１２）位置合せ方向がｘ方向と規定され、第１の回折
    格子のストライプの方向がｙ方向と規定され、第１の仮
    想面を基準として入射光の光軸に対称である線の線上の
    点が原点として規定され、前記回折光を検出する検出手
    段は、前記他の第３の回折光の（０、±１）次光を検出
    する検出手段を備えていることを特徴とする特許請求の
    範囲第９項に記載の第１の物体と第２の物体とを位置合
    せする装置。
13. （１３）前記回折光を検出する検出手段は、前記他の第
    ３の回折光の所定次数の回折光を反射するように配置さ
    れたミラーと、このミラーで反射された回折光を光電変
    換しこれを検出信号とする光電検出器とを備えており、 位置調整手段は、前記検出信号を処理し、制御信号を発
    生する信号処理回路と、この制御信号に基づいて、ウェ
    ハを移動させ、マスクとウェハとの相対位置を調整する
    ウェハの移動手段とを備えていることを特徴とする特許
    請求の範囲第１０項に記載の第１の物体と第２の物体と
    を位置合せする装置。
14. （１４）第１の回折格子と第２の回折格子とは、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９項に
    記載の第１の物体と第２の物体とを位置合せする装置。
15. （１５）２つの第１の回折格子間の間隔がｕ、２つの第
    ２の回折格子間の間隔がｖ、第１及び第２の回折格子の
    ｘ方向のピッチがｐｘ、Ｎが任意の整数とされたとき、
    ｕ及びｖは、 ｕ＝ｖ＋｛（２Ｎ＋１）／４｝・ｐｘ と規定され、 前記回折光を検出する検出手段は、一方の組の第１及び
    第２の回折格子から回折された前記他の第３の回折光と
    、他方の組の第１及び第２の回折格子から回折された前
    記他の第３の回折光とを検出する検出手段を備えており
    、 位置調整手段は、これらの２つの回折光の強度の差を演
    算する演算手段を備えていることを特徴とする特許請求
    の範囲第１５項に記載の第１の物体と第２の物体とを位
    置合せする装置。
16. （１６）２つの第２の回折格子のｙ方向の格子ピッチが
    異なっており、 一方の組の第１及び第２の回折格子から回折された前記
    他の第３の回折光と、この回折光と同一次数であって、
    他方の組の第１及び第２の回折格子から回折された前記
    他の第３の回折光とが異なる方向に現出されるとき、前
    記回折光を検出する検出手段は、これらの回折光を別々
    に検出する検出手段を備えていることを特徴とする特許
    請求の範囲第１６項に記載の第１の物体と第２の物体と
    を位置合せする装置。
17. （１７）前記回折光を検出する検出手段は、２組の第１
    及び第２の回折格子に、光源から発射された光が所定時
    間ごとに交互に照射されるとき、一方の組の第１及び第
    ２の回折格子から回折された前記他の第３の回折光と、
    他方の組の第１及び第２の回折格子から回折された前記
    他の第３の回折光とを所定時間ごとに交互に検出する検
    出手段を備えており、位置調整手段は、この２つの回折
    光の強度の差を演算する演算手段を備えていることを特
    徴とする特許請求の範囲第１５項に記載の第１の物体と
    第２の物体とを位置合せする装置。