JPS63172904A

JPS63172904A - 回折格子による位置検出方法および位置検出装置

Info

Publication number: JPS63172904A
Application number: JP62004132A
Authority: JP
Inventors: Masanori Suzuki; 雅則鈴木; Atsunobu Une; 宇根　篤▲のぶ▼
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1987-01-13
Filing date: 1987-01-13
Publication date: 1988-07-16
Anticipated expiration: 2009-08-22
Also published as: JPH0663739B2

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、半導体ＩＣ−？ＬＳＩを製造するための露光
装置やバタン評価装置等において利用される位置検出方
法および位置検出装置に関する。

〔従来の技術〕

半導体ＩＣやＬＳＩの微細化に伴い、サブミクロンバタ
ンを生産的に転写できる装置としてＸ線露光装置の開発
が進められているが、完敗Ｘ締源を用いるＸ１ｍ露光装
置では、ウェハとマスクとを、クエ・・面・マスク面に
平行な面内において高精度に位置合せするとともに１上
記ウェハ面・マスク面の法線方向の位置関係、つまりウ
ェハとマスク間のギャップをも高精度に設定する技術の
確立が不可欠となっている。

ウニへ面・マスク面に平行な面内で位置合せを行なう方
法としては、従来、例えばＪ、Ｖａｅ、Ｓｃｉ・Ｔ＠ｃ
ｈｎｏ１．Ｖｏｌ、１９．Ｎｏ、４．１９８１＋９２１
４で紹介されている２重回折格子法がある。

第４囚囚に、このような２重回折格子を用いて位置合せ
する装置の一例を示す。図において、レーザ光源１０１
から発したコヒーレント光は、ミラー１０２で方向を変
えられ、真空吸着ホルダ１０３によって保持されるマス
ク１０４の上に作製されたマスクマーク１０５に入射し
、これを通過した後、粗調ステージ１０６の上の微調ス
テージ１０７の上に保持されるウェハ１０８に作製され
たウェー・マーク１０９で反射され、再度マスクマーク
１０５を通過する。

−ｒｘクマーク１０５、ウェハマーク１０９は回折格子
バタンであり、第４図（Ｂ）Ｋ示すように前者は透過形
で、窒化膜等の透明薄膜１１０の上にＡｕやＴａ等の不
透明薄膜１１１により回折格子バタンを形成　　　　′
したもの、後者は反射形で、ウェハ１０８の表面を段差
状にエツチングするととＫより回折格子バタンを形成し
たものである。

これらマスクマーク１０５およびウエハマ′−り１０９
により回折された光のうち、入射光に対して対称的な方
向に回折された＋１次回折光と一１次回折光のみを光電
変換器１１２，１１３で受け、各回折光強度Ｉ＋ｌ、Ｌ
、を光電変換し、その減算強度Δ！＝■やｌ　−”−１
の変化を検出することによって、位置合せを行なう。す
なわち、この減算強度ΔＩは、両回折格子の格子面に平
行で格子ラインに直交する方向における相対位置ずれ量
ｄの変化に伴い、回折格子のピッチＰを周期として同じ
波形を繰返し、２つの回折格子がぴったり一致したとき
（相対位置ずれ量ｄ＝０）と、２つの回折格子の相対位
置ずれ量ｄがＰ／２のとき、マスクとウニノー間のギャ
ップ２にかかわらず零になる。したがって、通常ΔＩが
零になるように微調ステージ１０７を移動させて位置合
せを行なっている。一方、ギャップの設定は、マスク周
辺に作製した容量形ギャップセンサ１１４を用いてギャ
ップを測定することによって行なっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、上記相対位置ずれｆｄに対するΔ工の変化曲
線は、ギャップ２が特定の値をとる場合においては単純
な曲線となるものの、ギャップが上記特定の値かられず
かでもずれると大きく変化し、多くの山や谷を含む、し
かも多点で零点を切るような曲線となる。例えば、第５
図は波長λ＝０．６３２８μｍ、　　ピッチＰ　＝　１
．１μｍ、入射角α＝０（回折格子に対して垂直入射）
の場合について位置ずれ量ｄに対する減算強度Δ工□の
変化を示したものであるが、同図囚に示したギャップＺ
　＝　２０Ｄ２μｍの場合に対し、同図ＣＢ）のＺ＝２
０．０５μｍの場合の曲線は山や谷を多く含み、しかも
多点で零点を横切る。このため、位置合せ制御はむずか
しく、高精度を保証できない。高精度位置合せのために
はＺ　＝　２０．０２μｍの粂件の６１曲線を用いれば
よいが、このためには、ギャップをきわめて正確に設定
し、しかもその変動をきわめて小さく抑えなければなら
ず、実際には非常に困難である。また、ギャップの測定
をマスク周辺で行なっていることから、ウェハもしくは
マスクの平面度が悪い場合には、ギャップセンサ１１４
によりその位置におけるギャップを正確に工１１定した
としても、マスク・ウェハの位置合せ用の回折格子間の
ギャップは必ずしも適正値にできない。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の位置検出方法は、元ヘテロダイン干渉法を利用
したもので、第１および第２の回折格子に、第１の単色
光を分光してなる第１および第２の分光を互いに異なる
方向から入射させる一方、周波数のわずかに異なる第２
の単色光を入射させ、第１および第２の分光の第１の回
折格子によってそれぞれ生ずる第１および第２の各回折
光と第２の単色光の第１の回折格子によって生ずる回折
光とをそれぞれ合成して第１および第２の光ヘテロダイ
ン干渉ピート信号を作成するとともに、第１および第２
の分光の第２の回折格子によってそれぞれ生ずる第３お
よび第４の各回折光と第２の単色光の第２の回折格子に
よって生ずる回折光とをそれぞれ合成して第３および第
４の光ヘテロダイン干渉ピート信号を作成し、第１およ
び第３の光ヘテロダイン干渉ピート信号間の位相差から
位置ずれ量を、また上記位相差と第２および第４の光ヘ
テロダイン干渉ピート信号間の位相差とからギャップを
それぞれ検出するものである。

また本発明の位置検出装置は、周波数が互いにわずかに
異なる第１および第２の単色光を発する光源装置、第１
の単色光を分光する手段、第１および第２の分光ならび
に第２の単色光をそれぞれ第１および第２の各回折格子
に所定の角度で入射させる入射角調整手段と、第１およ
び第２の分光の第１の回折格子によってそれぞれ生ずる
第１および第２の各回折光と第２の単色光の第１の回折
格子によって生ずる回折光とを合成する第１および第２
の光合成検出手段、第１および第２の分光の第２の回折
格子によってそれぞれ生ずる第３および第４の各回折光
と第２の単色光の第２の回折格子によって生ずる回折光
とを合成する第３お二び第４の光合成検出手段、第１お
よび第３の光合成検出手段により作成された第１および
第３の光ヘテロダイン干渉ピート信号の位相差信号から
位置ずれ量を算出する第１の信号処理手段、上記位相差
信号と第２および第４の光合成検出手段により作成され
た第２および第４の光ヘテロダイン干渉ピート信号の位
相差信号とからギャップを算出する第２の信号処理手段
を備えたものである。

〔作用〕

第１の回折格子における回折光より得られる光ヘテロダ
イン干渉ピート信号と、第２の回折格子における回折光
よシ得られる光ヘテロダイン干渉ピート信号との組合せ
により、りまシ一方に対して他方を基準とすることＫよ
り、常に両者の相対的な位置関係が検出される。また、
第１の単色光の第１の分光の回折光と第２の単色光の回
折光とより得られる光ヘテロダイン干渉ピート信号に、
第１の分光とは得なる方向から入射される第２の分光の
回折光と第２の単色光の回折光よシ得られる光ヘテロダ
イン干渉ビー鼾信号を組合せにより、格子面に平行で格
子ラインに直交する方向のみならず格子面の法線方向の
位置関係が検出される。

〔実施例〕

第１図は本発明をＸ線露光装置に適用した場合の一実施
例を示す概略構成図である。

２波長直交偏光レーザー光源１から発したレーザー光は
、円筒レンズ２を通して楕円状のビームとなり、そのビ
ームは、偏光ビームスプリッタ−３により、スれぞれ水
平成分（Ｐ偏光成分）または垂直成分（Ｓ偏光成分）の
みを有する直線偏光でしかも周波数がわずかに異なる２
波長の光に分離される。このうちＰ偏光成分は、平面ミ
ラー４ａｔ４ｂを介し、入射光５として、後述する所定
の入射角で反射形回折格子６．７にそれぞれ入射する。

なお、ウェハ８に設けた回折格子Ｔに対しては、マスク
９に設けた窓１０を通して入射する。他方、Ｓ偏光成分
は、ビームスプリッタ−１１により分光され、その一方
は平面ミラー４ｃを介して入射光１２として、また他方
は平面ミラー４ｄ、４ｅを介して入射光１３として、そ
れぞれ反射形回折格子６．７に後述する所定の入射角で
入射する。回折格子７に対しては、窓１０を通して入射
することは、入射光５−と同様である。

２つの反射形回折格子６．７は、それぞれその格子ライ
ン方向（Ｙ方向）にずれており、シかも２波長の各入射
光の同一楕円ビームスポット内に配置されている。また
、両回折格子６，１の回折格子ピッチは互いに等しく設
定されている。

入射光５．１２により、第１の回折格子６から得られる
合成回折光、つ′１夛第１の回折格子６による入射光５
の回折光と入射光１２の回折光（第１の回折光）との合
成回折光１４＆と、第２の回折格子７から得られ、窓１
０を介して取出される合成回折光、つま９第２の回折格
子７による入射光５の回折光と入射光１２の回折光（第
３の回折光）との合成回折光１４ｂとは、平面ミラー４
ｆにより方向を変えられた後、プリズム状ミラー１５＆
により分離される。そのうち合成回折光１４＆の側は、
偏光板１６ａ１集光レンズ１７＆を介して光検出器１８
畠で検出され、第１の光ヘテロダイン干渉ピート信号と
して信号処理制御部１９に入力される。

他方、合成回折光１４ｂの側は、偏光板１６ｂ１集光レ
ンズ１７ｂを介して光検出器１８ｂで検出され、第３の
光へテロダイン干渉ピート信号として信号処理制御部１
９に入力される。

入射光５．１３により、第１の回折格子６からとの合成
回折光２０＆と、第２の回折格子７から得られ窓１０を
通して取出される合成回折光、つまり第２の回折格子７
による入射光５０回折光と入射光１３の回折光（第４の
回折光）との合成回折光２０ｂとは、平面ミラー４ｇに
より方向を変えられた後、プリズム状ミラー１５ｂによ
り分離される。

そのうち一方は偏光板１６ｃ１集光レンズ１．７ｃを介
して光検出器１８ｃで検出され、他方は偏光板１６ｄ１
集光レンズ１７ｄを介して光検出器１８ｄで検出されて
、それぞれ第２および第４の光ヘテロダイン干渉ピート
信号として信号処理制御部１９に入力される。

信号処理制御部１９では、第１の光ヘテロダイン干渉ピ
ート信号と第３の光ヘテロダイン干渉ピート信号との位
相差を求める。この位相差は、回折格子の格子面内で格
子ライン方向（Ｙ方向）に直交する方向（Ｘ方向）につ
いての、第１の回折格子６と第２の回折格子７との相対
的位置ずれ量に対応している。したがって、この位相差
が零となるように、マスク９を載置したマスクステージ
２１またはウェハ８を載置したウェハステージ２２をＸ
方向に移動させることにより、マスク面上のパタンをウ
ェハ面上の所定の位置に精度良く位置合せすることがで
きる。

信号処理制御部１９は、第２の光ヘテロダイン干渉ピー
ト信号と第４の光ヘテロダイン干渉ピート信号との位相
差を求め、これと、上述した第１および第３の光ヘテロ
ダイン干渉ピート信号との位相差とを加算処理する。こ
の加算信号は、格子面の法線方向（２方向）の、第１の
回折格子６と第２の回折格子γとの間のギャップに対応
する。

しだがって、この信号が零となるように、マスクステー
ジ２１またはウェハステージ２２を２方向に移動させる
ことにより、ギャップを所定の値に精度良く設定できる
。

次に、上述したＸ方向の位置ずれ量の検出および位置合
せ方法を、第２図を参照して詳細に説明するＯ第２図において、３１は反射型回折格子（第１の回折格
子）、３２は反射型回折格子（第２の回折格子）、３３
．３４は周波数が互いにわずかに異なる２波長の入射光
、３５．３６は回折光（光ヘテロダイン干渉回折光）、
３７はマスク（第１の物体）（正確にはマスクおよび回
折格子３１を構成する透明薄膜）、３８はウェハ、３９
は不透明薄膜である。また、Ｂ１−Ｂ１’は第２の回折
格子の格子ライン方向、ＢＢ　−８３’は第１の回折格
子の格子ライン方向、Ａ　１−　Ａ　１’はＢ　１−８
１’に岳直な格子ピッチ方向、Ａ、−Ａ、’はＢ　、　
−Ｂ　、’に垂直な格子ピッチ方向、ＣニーＣ工′は回
折格子３２の格子面に対して垂直な方向（法線方向）、
ｃ、−ｃ、’は回折格子３１の格子面に対して垂直な方
向（法線方向）である。第２図の例では第１．第２の回
折格子３１゜３２のピッチはいずれもＰと等しくされて
おり、また、回折格子３１は回折格子３２の格子面と重
ならないようにＢ　！−Ｂ　、’方向（格子ライン方向
）にずらして配置され、回折格子３２の法線方向上方に
は前記取シ出し窓１０（第２図では図示せず）が設けら
れている。そして、入射光３３．３４の入射方向は、前
記ミラー４ｂ、４ｃ　の角度を調節することにより、回
折格子の法線方向ＣニーＣ工′（するいはＣｓ−Ｃｇ’
　）に対して回折格子３１．３２のそれぞれの±１次反
射回折光の角度θ−１−内″″ｌ（λ、／Ｐ）、θ＋１
−画″″１（λ、／Ｐ）に設定されている。

ここで入射光３３．３４の波長はそれぞれλ０．λ。

でアリ、周波数差Δｆは数ＫＨｚから数百ＭＨｚ程度の
値であり、光速をＣとするとΔｆ＝Ｃ・１１／λ１−１
／λ、１となりΔｆ＜＜Ｃであるためθ−０−〇や□と
なる。

こうすることＫよシ、回折格子３１．３２に入射した入
射光３３．３４はそれぞれ反射型回折格子３１．３２で
それぞれ格子面の法線方向（Ｃ２−ｃ　２＋　、　ｃニ
ー０１′方向）に−１次反射回折されて光学的に合成さ
れ、それぞれ光ヘテロダイン干渉回折光３５．３６とな
る。これらの光ヘテロダイン干渉回折光３５．３６は、
異なる回折格子３１．３２によって回折した回折光であ
るが、入射光３３゜３４の入射角が格子面の法線方向に
対して左右対称であるため、回折格子３１．３２はそれ
ぞれ法線方向（ｃｌ−ｃ１’、ｃ、−ｃ２’方向）、格
子ライン方向（Ｂ１−Ｂ１’、Ｂ、−Ｂ、’方向）にず
れてはいるが、入射光３３と入射光３４とが回折格子３
１あるいは回折格子３２へ入射するまでの光路長変化は
等しくなり、回折光３５．３６から得られるピート信号
の位相差には、回折格子３１．３２の格子面に垂直な方
向および格子ライン方向の変位による位相ずれの影響を
受けない。

すなわち、回折光３５．３６から得られるピート信号の
位相差は、回折格子３１と回折格子３２のピッチ方向（
Ａ、−Ａ、’、Ａ１−Ａ工′方向）についての空間的配
置、すなわち相対的位置ずれ量に応じてのみ変化する。

そして、回折格子３１．３２の各格子ラインが、格子ラ
イン方向（Ｂよ−Ｂ工′あるいはＢ、−Ｂ、　’方向）
に−直線となったとき、もしくは土Ｐ／２ずれたとき、
回折光３５．３６から得られるピート信号の位相差は０
となシ、位置合わせが完了する。なお、Ａ１−Ａ□′あ
るいはＡｌ１−Ａｍ’方向についての回折格子３１．３
２の相対的位置ずれを△Ｘとし、ピート信号の位相差を
Δφ（度）とすると △φ＝３６０・□　　　　　　・・・・・・（１）Ｐ／
２の関係にあり、位相差Δφは、回折格子のピッチのＶ２
の相対的変位量を同期として変わる。

次に、２方向の相対位置、つまりギャップの検出および
位置合せ（ギャップ設定）方法を、第３図を参照して説
明する。

ｌＸ３図において、４１は前記ビームスプリッタ−１１
により分光され、平面ミラー４ｅによって一入射角度が
調整された入射光であり、入射光３４とは周波数がわず
かに異なる。４２．４３は光ヘテロダイン干渉回折光で
ある。入射光の入射方向μ、平面ミラー４ｂによって、
回折格子の格子面の法線方向ｃ１−ｃ、’　（あるいは
Ｃ，−Ｃ；　）に対し、１次反射回折光の角度θ、に設
定されている。ここで、入射光４１の入射方向を、平面
ミラー４０により、ｃｌ−ｃ、’　（あるいはｃ、−ｃ
！’）に対して３次反射回折光の角度０８に設定すると
、ＣＩ−０１’（あるいはｃ、−ｃ、′）に対して２次
反射回折光の方向（角度θ、）において、入射光３４の
＋１次回折光と入射光４１の一１次回折光とが合成され
、光ヘテロダイン干渉回折光４２．４３となる。入射光
３４．４１の入射方向が、格子面の法線方向に対して左
右非対称であるため、入射光３４と入射光４１とが回折
格子３１または３２に入射するまでの光路長変化は、回
折格子のピッチ方向Ａｌ−Ａ１′（あるいはＡ、−Ａ、
’　）の相対変位および格子面の法線方向Ｃ１−０１’
　（あるいはｃｉ−ｃ、’　）の相対変位に対して等し
くならない。

すなわち、回折光４２．４３から得られるピート信号の
位相差Δφｘ２は、Ａｔ−Ａｔ’　（あるいはＡ、−Ａ
２’　）方向についての回折格子３１．３２の相対的位
置ずれ量をΔＸとし、格子面の法線方向ｃ、−ｃ、″（
あるいはｃ、−ｃ、’　）のギャップを２とすると、の関係にある。したがって、信号処理制御部１９におい
て、Δφ工とΔφ。との加算処理を行なうと、となって、周期λ、／（ｃｏｓθＢ−ＣＯ３θｌ）の、
ギャップＺＫ対応した位相差信号が得られる。そこで、
この位相差信号が所定の値となるようにマスクステージ
２１またはウェハステージ２２をＣ１−Ｃ、ｔ（ｔたは
Ｃ，−Ｃ，’　）の方向に移動させることにより、所定
の２に設定できる。

このように、本実施例によれば、第１の物体と第２の物
体に設けた第１および第２の回折格子が平面視において
互いに重ならないように格子ライン方向にずらして配置
することにより、ＩＸｌの回折格子から得られる第１お
よび第２の光ヘテロダイン干渉回折光と第２の回折格子
から得られる第３および第４の光ヘテロダイン干渉回折
光とを完全に独立して検出できる。そして、ｌＸ１と第
３の光ヘテロダイン干渉回折光および第２と第４の光ヘ
テロダイン干渉回折光のピート信号の位相差をそれぞれ
検出することにより、第１の物体と第２の物体の相対位
置ずれ量およびギャップに対応した位相差を直接かつ安
定的に検出でき、その位相差をＯにすることＫよシ精密
な位置合せを、・また位相差を所定の値にすることによ
り精密なギャップ制定を、安定して行なうことができる
。

上述した実施例では、回折格子に入射する位置ずれ検出
用の単色光の入射方向を、格子面の法線力向に対して左
右対称な１１次の回折光に対応する方向に設定する場合
について説明したが、±ｎ次の回折光（ｎは自然数）に
対応する方向（角度θよ。）に設定してもよい。その場
合は、（１）式が（４）式のように々るだけである。

前述したと同様に、第１および第２の回折格子を単色光
の同一スポット内に配置することにょ９、単色光が回折
格子に入射するに至るまでの光学系の光路長変化による
回折光の位相ずれは、第１および第２の回折格子によっ
て得られたピート信号に同じ位相ずれとなって現われる
ため互いにキャンセルされ、前記位相ずれの影響は現わ
れない。

したがって、２波長の光の光路長を高精度に設定する必
要がなく、光学系調整が容易になるとともに、機構系も
簡単でよい。また、光学部品等の微小振動等による光路
長変化に伴う位相ずれも打ち消され、高安定な位相屋信
号を取り出すことができる。

このとき、回折格子へ入射するギャップ設定用の各単色
光の入射方向を、格子面の法線方向に対し、一方は３ｎ
次の回折光に対応する方向（角度θａｔｌ）に設定し、
他方はｎ次の回折光に対応する方向（角度θｔｌ）に設
定し、光へテロダイン干渉した回折光を検出してピート
信号の位相差信号を作成する。このとき、ピート信号の
位相差は、（５）式で表わされる。

・・・・（５）したがって、前述したと同様に、（４）式で示される位
置ずれ用の位相差信号との加算処理を行なうことにより
、ギャップ検出信号を位置ずれ検出信号とは独立に取り
出すことができる。

さらに、位置ずれ検出用として一般にｍ０次の回折光と
ｎ１次の回折光とを合成した光ヘテロダイン干渉回折光
を用いる場合には、位置ずれ検出信号を表わす（１）式
もしくは（４）式は（６）式のように改められる。ただ
し、合成光の取り出し方向は真上とは限らない。

同様にギャップ検出用としてｍ２次の回折光とｍ２次の
回折光とを合成した光へテロダイン干渉回折光を用いる
場合、入射光の方向をそれぞれθ工、θ、として、（２
）式もしくは（５）式は次のように一般化して表わされ
る。この場合も、合成光の取シ出し方向は真上とは限ら
ない。

・・・・・（７）したがって、△φ工とΔφｘ２とを所定の重みづけを行
なった上で加算処理すれば、同様にギャップ検出信号を
位置ずれ検出信号とは独立に取シ出すことができる。

なお、上記実施例においては、１組の回折格子を用いた
場合を示したが、同様の回折格子をマスクおよびウェハ
面上の２個所以上の位置に設置し、第１図と同様の方法
を用いて回折光のピート信号を検出し、位相差信号を用
いてマスクステージおよびクエ・・ステージを制御する
ことにより、マスクとウェハとを回折格子面に平行な而
で回折格子に平行および垂直な方向の２＠Ｘ、Ｙおよび
ＸＹ面に垂直なＺ軸を中心としたＸＹ面の回転軸θ、さ
らにＸ、Ｙ軸を中心としたＹＺ面、Ｘ２面の回転軸α、
βの６軸について位置合せを行なうこともできる。

また、第１および第２の回折格子としては、上述した実
施例におけるような反射形に限らず、吸収形の回折格子
を用いてもよい。さらに、バイナリ−回折格子に限定さ
れることなく、正弦波状回折格子、ブレーズ回折格子な
ど塊々の組み合わせが可能である。

さらに上述した実施例では、単色光入射・回折光取シ出
し窓１０としてマスク基板上に開口部を設けたが、開口
部の代シに、入射光および回折光が透過し得る透明薄膜
の窓にした場合においても同様の効果を得ることができ
る。また、二つのヘテロダイン干渉回折光を分離するた
めにプリズム状ミラー１５ｍ＋１５ｂを用いたが、２分
割ディテクターにより直接的に検出しても同様の効果を
得ることができる。

また、第１．第２の回折格子を格子ライン方向にずらし
て配置した実施例を示したが、第１．第２の回折格子を
格子ライン方向に直角な方向（格子ピッチ方向）にずら
して配置した場合でも、るるいは格子ライン方向および
格子ピッチ方向の双方に対してずらして配置した場合に
おいても、同様の効果を得ることができる。

さらに上述した実施例では、入射光の同一楕円ビームス
ポット内に第１．第２の回折格子を配置するようにした
が、第１．第２の回折格子にそれぞれ独立に２波長の単
色光を入射させる場合においても、第１．第２の回折格
子へ入射するそれぞれの２波長の単色光の光路長差によ
る位相差分を考慮しておけば同様の効果を得ることがで
、きる。

また、周波数がわずかに異なる２つの単色光を得るため
に、２ｉ２１長直交偏光レーザー光源１を用い、偏光ビ
ームスプリッタ−３により各単色光に分離したが、それ
ぞれ上記単色光の一方を発生する２つの別個の光源を用
いてもよいことはいうまでもない。

以上、位置合わせに用いる場合を中心に説明したが、本
発明は、ある物体の微小変位を測定あるいは調整する装
置、座標位置検出または制御装置等に対しても適用する
ことが可能である。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、本発明によれば、第１の物
体と第２の物体に設けた第１および第２の回折格子のそ
れぞれに対して２波長の単色光を入射させ、しかもその
際、一方の単色光については分光し、その各分光を互い
に異なる方向から入射させるようにして、両回折格子か
らの曲折光をそれぞれ検出し、それらの干渉光から生成
したピート信号の位相差を測定するようにしたので、両
物体の回折格子面に平行な面内における相対的な位置お
よび格子面の法線方向の相対的な位置の検出をそれらの
絶対座標による位置関係とは無関係に、しかもそれぞれ
独立に行なうことができる。

したがって、位置合わせあるいはギャップ設定に先立っ
ていずれか一方の物体を基準位置に正確に設定するため
の手間を省くことができるとともに、その設定誤差に起
因する位置合わせ精度およびギヤツブ設定＃Ｉ閏の低下
を防止でき、さらにはその設定のための独立した光学系
を必要としないから装置を簡単に構成することができる
という効果を奏する。

また本発明では、それぞれの回折格子からの一重回折光
を検出するので、得られる回折光の強度は二重回折光を
検出する従来の場合に比して高いという利点がある。

特に、両回折格子を入射光の同一ビームスポット内に配
置してそれらに対して同一ビームを入射するようにした
場合には、それぞれの回折格子に入射する入射光の光路
長を正確に合わせる必要はなく、極めて簡便に位置合わ
せおよびギャップ設定を行なうことが可能となる。

また、特にギャップ検出に関して、回折格子をギャップ
の検出を行ないたい領域、例えばＬＳＩツクタン等の露
光領域自体の近傍に配置できるため、仮にウニ・・もし
くはマスク（第１もしくは第２の物体）の平面度が悪く
ても、露光領域内における両者のギャップを正確に検出
し設定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし′ｉ４３図は本発明の一実施例を示す図で
、第１図は概略構成図、第２図およびｇ３図は回折格子
部分の詳細図、第４図に）は従来例を示す概略構成図、
同図の）は回折格子部分の詳細図、第５図は第４図にお
ける相対位置ずれ量と減算回折光強度との関係を示す図
である。１・・・・２波長直交偏光レーザー光源１３゜・・・偏
光ビームスプリッタ−１４ａ〜４ｇ　　・・・・平面ミ
ラー、５，１２，１３．３３，３４．４１　　・・・・
入射光、６，７，３１．３２　　・・・・回折格子、８
．３７・・・・マスク、９．３８・・・・ウェハ、１１
・・・・ビームスプリッタ−１１４ｍ。１４ｂ、２０ｍ、２０ｂ、３５．３６，４２．４３　・
・・・回折光、１５ａ、１５ｂ・・・・プリズム状ミラ
ー、１８ａ〜１８ｄ　・・・・光検出器、１９・・・・
信号処理制御部。特許出願人　　日本寛信電話株式会社代理人　山川政樹（を勃１１名）第１図第２図銀−一　　　　　ざ＠零Ｎく　　　　　　　　　ω

Claims

【特許請求の範囲】

（１）第１の物体に設けた第１の回折格子および第２の
物体に設けた第１の回折格子と格子ラインの平行な第２
の回折格子のそれぞれに対し、所定の周波数を有する第
１の単色光を分光してなる第１および第２の分光を互い
に異なる方向から入射させるとともに、第１の単色光と
周波数がわずかに異なる第２の単色光を入射させ、第１
および第２の分光の第１の回折格子によつてそれぞれ生
ずる第１および第２の各回折光と第２の単色光の第１の
回折格子によつて生ずる回折光とをそれぞれ合成して第
１および第２の光ヘテロダイン干渉ピート信号を作成し
、かつ第１および第２の分光の第２の回折格子によつて
それぞれ生ずる第３および第４の各回折光と第２の単色
光の第２の回折格子によつて生ずる回折光とをそれぞれ
合成して第３および第４の光ヘテロダイン干渉ピート信
号を作成し、第１および第３の光ヘテロダイン干渉ピー
ト信号間の位相差から第１および第２の回折格子の格子
面に平行で格子ラインに直交する方向の位置ずれ量を検
出するとともに、上記位相差と、第２および第４の光ヘ
テロダイン干渉ピート信号間の位相差とから第１および
第２の回折格子の格子面法線方向のギャップを検出する
ことを特徴とする回折格子による位置検出方法。
（２）第１の単色光の第１の分光と第２の単色光とを、
回折格子に対して相互に対称な方向から入射させ、かつ
第１の単色光の第２の分光と第２の単色光とを、回折格
子に対して相互に非対称な方向から入射させることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の回折格子による位
置検出方法。
（３）周波数が互いにわずかに異なる第１および第２の
単色光を出力する光源装置と、光源装置より発せられた
第１の単色光を分光する手段と、分光された第１および
第２の分光ならびに第２の単色光をそれぞれ第１の物体
に設けられた第１の回折格子および第２の物体に設けら
れた第２の回折格子に所定の角度で入射させる入射角調
整手段と、第１および第２の分光の第１の回折格子によ
つてそれぞれ生ずる第１および第２の各回折光と第２の
単色光の第１の回折格子によつて生ずる回折光とを合成
し、第１および第２の光ヘテロダイン干渉ピート信号を
作成する第１および第２の光合成検出手段と、第１およ
び第２の分光の第２の回折格子によつてそれぞれ生ずる
第３および第４の各回折光と第２の単色光の第２の回折
格子によつて生ずる回折光とを合成し、第３および第４
の光ヘテロダイン干渉ピート信号を作成する第３および
第４の光合成検出手段と、第１および第３の光合成検出
手段により作成された第１および第３の光ヘテロダイン
干渉ピート信号の位相差信号から第１および第２の回折
格子の格子面に平行で格子ラインに直交する方向の位置
ずれ量を算出する第１の信号処理手段と、第１の信号処
理手段により算出された位相差信号ならびに第２および
第４の光合成検出手段により作成された第２および第４
の光ヘテロダイン干渉ピート信号の位相差信号から第１
および第２の回折格子の格子面法線方向のギャップを算
出する第２の信号処理手段とを少なくとも備えたことを
特徴とする回折格子による位置検出装置。
（４）光源装置は、第１および第２の単色光を含む光を
発生する単一の光源と、この光源より発せられた光から
第１および第２の単色光を分離する手段とを有すること
を特徴とする特許請求の範囲第３項記載の回折格子によ
る位置検出装置。
（５）入射角調整手段として、回折格子に対し、第１の
単色光の第１の分光と第２の単色光との入射方向を相互
に対称に設定し、第１の単色光の第２の分光と第２の単
色光との入射方向を相互に非対称に設定する手段を備え
たことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の回折格
子による位置検出装置。