JPH02227602A - 位置検出装置、位置検出方法及び投影露光装置 - 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、半導体素子等の物体上に形成された回折格子
を用いた位置検出装置に関し、特にリソグラフィ用の露
光装置のアライメント時に使用され、原画パターンを存
するマスクと、この原画パターンが転写される基板との
相対的な位置関係を検出する装置に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、半導体素子等の微細パターンを高分解能で半導体
ウェハ上に転写する装置として、投影型露光装置（ステ
ッパー）が多用されるようになった。従来よりこの種の
ステッパーにおいては、レチクル（マスクと同義）とウ
ェハ上の１つのシッット領域との位置合わせ、所謂アラ
イメント方式として、レチクルの回路パターン周辺に形
成されたアライメントマークと、ウェハ上のショット領
域周辺に形成されたアライメントマークとを同時、検出
するＴＴＲ（スルーザレチクル）方式のアライメント系
をもつ装置が知られている。

このアライメント方式ではレチクル上のマークとウェハ
上のマークとをともに高精度に検出し、その相対位置ず
れ量を求め、このずれ量が補正されるようにレチクル、
又はウェハを微動させている。一般に投影型露光装置で
は、レチクルのパターンをウェハ上に高解像力で結像す
るために、投影光学系は露光用の照明光（例えば波長４
３６ｒｖのｇ線、波長３６５ｎ−のｉ線、あるいは波長
２４８ｎ論のＫｒＦＩキシマレーザ光等）のみに対して
良好に色収差補正されているのが現状である。このこと
は投影光学系を介してレチクルのマークとウェハのマー
クとを検出するアライメント光学系において、マーク照
明用の光が露光光の波長と同一、もしくは極めてそれに
近い波長に制限されることを意味する。

露光工程のウェハには表面にレジスト層が形成されてお
り、アライメント時にはレジスト層を介してウェハ上の
マークを検出する。このレジスト層は、より高解像のパ
ターン形成を可能とするために、露光光に対する吸収率
が高く、透過率が低くなるような多層レジスト構造等を
採用することが考えられてきた。この場合、アライメン
ト用の照明光がウェハ上のマークに達するまでに減衰を
受けることと、マークからの反射光（正反射光、散乱光
、回折光等）も減衰を受けることによって、ウェハ上の
マークがアライメント光学系によって十分な光量で認識
されず、マークの検出暗度を低下させるといった問題が
生じる。

またアライメントのためにアライメント用照明光がウェ
ハ上のマークに照射されると、その部分のレジスト層は
当然に感光してしまい、現像後に各種プロセスを通すと
、ウェハ上の当該マークが破壊されてしまい、次の層の
重ね合わせ露光のときのアライメントに使えないといっ
た問題も、本質的ではないが生じてしまう。

そこで、例えば特開昭６３−１５３８２０号公報に開示
されたＴＴＲ方式の別波長アライメント系（アライメン
ト用照明光が露光光の波長と異なる方式）をベースにし
て、ウェハ、又はレチクル上に形成された一次元の回折
格子マークを光学的に検出して、そのピッチ情報からウ
ェハ、又はレチクルの位置を高分解能（ピッチの数分の
１〜数十分の１）に検出する方式が特開昭６３−２８３
１２９号公報で提案されている。

回折格子マークを用いる位置検出には様々な手法が提案
され、実用化されてきた。特開昭６３−２８３１２９号
公報に開示された手法は、そのなかでも回折格子マーク
に対して２方向からほぼ平行なレーザビームを同時に照
射して１次元の干渉縞を作り、この干渉縞を使って回折
格子マークの位置を特定しようとする方法であり、干渉
縞を使うことから干渉縞アライメント法とも呼ばれてい
る。

このような干渉縞アライメント法にも、さらに２つの方
法があり、２方向から照射されるレーザビーム（２本）
に一定の周波数差を与えるヘテロゲイン法と、周波数差
のないホモダイン法である。

ホモダイン法では、回折格子と平行に静止した干渉縞が
作られ、位置検出にあたっては回折格子（物体）をその
ピッチ方向に微動させる必要があり、回折格子の位置は
干渉縞を基準として求められる。これに対してヘテロダ
イン法では２本のレーザビームの周波数差（ビート周波
数）のために、干渉縞がそのピッチ方向にビート周波数
で高速に流れることになり、回折格子の位置は干渉縞を
基準として求めることはできず、もっばら干渉縞の高速
移動に伴なう時間的な要素（位相差）を基準にして求め
ることになる。

〔発明が解決しようとする問題点］ 上記、干渉縞アライメント法を採用した位置検出系では
、実験の結果、２方向から回折格子を照射する２本のビ
ームの入射角の対称性が極めて重要であることが明らか
になった。入射角の対称性がほんのわずかでも不安定に
変動すると、テレセン性を悪化させ、もともと測定分解
能が高いこともあって、測定分解能に対する検出誤差量
の割合が大きな問題となる。測定分解能が高ければ高い
程、高精度なアライメントが可能である訳だが、検出誤
差量の割合が大きいと、結局はその誤差量の幅でアライ
メント精度は制限されてしまい、干渉縞アライメント法
を用いたメリットがなくなってしまう。

２つのビームの入射角の対称性を狂わし、不安定にさせ
る要因は色々考えられるが、代表的には装′１１構造に
起因する問題と、位置検出時の物体（格子マーク）側に
起因する問題とに分けられる。

装置側の問題としては、露光装置等ではアライメント系
の対物レンズやミラー等がマーク位置の変化に対応して
可動する構造を余儀なくされていること、２本のビーム
を作るための光源から回折格子までの光路内には様々の
光学素子が介在し、それらにも多かれ少なかれ製造誤差
、組立誤差が生じること等である。

物体側の計測時の問題としては、主に入射角の対称性に
起因するが、２本のビームが交差している領域内で、計
測すべき回折格子の部分表面が、計測のたびに光軸方向
にわずかに変位することである。これはウェハ等のアラ
イメントのように、ウェハ上の複数点の回折格子マーク
を順次計測する場合、各マーク毎にサイン誤差が生じる
ことを意味する。その多くの原因はウェハ表面のフラッ
トネス（そり、湾曲等）によるものである。

従来のＴＴＲアライメント系のうち、レーザビームをス
リット状に集光し、ウェハ上のバーマーク等を相対走査
して、その散乱、回折光を光電検出する方式のものでも
、同様の問題点はかかえていたが、その影響はマークの
検出時のノイズ誤差、波形歪み等を考慮した総合検出精
度にくらべて少なく、はとんど気にならなかった。また
、レーザビームをスリット状のスポットに集光する方式
では、投影レンズやアライメント対物レンズの瞳面内で
、ウェハ上のスポットのスリット長手方向と直交する方
向にビーム断面の形状を細長くすることになる。従って
スリット状のマークの検出方向（スリット状スポットの
幅方向）については、それと直交する方向にくらべてビ
ームの開口数が大きくなる。一般にビームの開口数を大
きくすれば、それだけスポット光の径（幅）を微小にす
ることができ、検出分解能の向上が可能であるが、それ
に対応してビームウェストの光軸方向の幅は小さくなっ
てしまい、結局のところマーク検出時の安定性を欠いた
ものになってしまう、さらにビームをスポットに集光す
る方式では、ビームの波面がビームウェストの中心を挾
んで光軸方向に変化してくるため、ウェハ表面のフラッ
トネス等の影響でビームウェストに対してマークが光軸
方向に変位して走査されると、本来のシャープな光電信
号波形が得られない。

そこで本発明は、上述の問題点に鑑みてなされ、干渉縞
アライメント法で使われる２ビ一ム干渉式位置検出装置
において、２ビームの入射角の対称性を安定に保つこと
を目的とする。

〔問題点を解決する為の手段〕

本発明では、物体上の回折格子を、対物光学系を介して
２方向から照射するビームが、対物光学系の瞳面内で所
定間隔だけ離れることに着目し、瞳面内を通る２つのビ
ームの間隔はほぼ一定に保ったまま、瞳面内でともに格
子配列方向に同量だけ変位させる第１光学部材を、ビー
ム発生用の光源と対物光学系との間の光路中に設けた。

第１光学部材は、２本のビームの物体への入射角の対称
性を調整するものであって、物体と対物光学系との間隔
を光軸方向に変位させる間隔調整手段と、回折格子から
発生した回折光（干渉光）を対物光学系を介して光電検
出したときの検出信号に応じて、第１光学部材を調整す
る制御手段とを設け、これによって２本のビームの対称
性を安定に保つようにした。

〔作　用〕

本発明では、従来の結像式、又はビームスポット式の位
置検出装置にくらべて、２ビ一ム干渉式の方が、光軸方
向に関する実効的な検出範囲を数倍〜数十倍以上に広げ
られる点、すなわち、実効的な検出範囲内で２本のビー
ムの交差によって作られる波面が光軸方向の各位置でほ
ぼ一定である点に着目している。

そのことについて、第２図を参照して説明する。

第２図は２本の平行なビームＬＢ、　、ＬＢ、を仮想的
な平面ＩＰ上で丁度交差するように投射し、平面ＩＰに
一次元の回折格子ＷＰ（デエーティは１：１）を平行に
配置した様子を示す、２つのビームＬＢ、　、ＬＢｔの
波長をλ、回折格子ＷＰのピッチをＰ、２つのビームＬ
Ｂ、　、ＬＢ、を投射する対物光学系の光軸を面ＩＰと
垂直なＡＸａとし、ビームＬＢ、　、ＬＢ、の入射角を
それぞれ光軸ＡＸａを挾んでθａ、θｂとすると、回折
格子ＷＰから光軸ＡＸａと平行に干渉光（回折光）ＢＴ
Ｌを発生させるためには、（１）式を満す必要がある。

λ ｓｉｎθａ−ｓｉｎθｂ＝ｎ　　・ （ただしｎ−１，２・・・）・・・・・・（１）この（
１）式を満すと、２つのビームＬＢ、、ＬＢ８が交差し
ている空間領域内で、平面ＩＰと平行な任意の面内には
ピッチ１／２Ｐで一次元の干渉縞ＩＦｗが作られる。

この干渉縞ＩＦｗの各明暗縞は、回折格子ＷＰの各格子
エレメント（バーパターン）と平行になるように設定さ
れている。ここで重要なことは、入射角θａ、θｂが面
ＩＰと垂直な光軸ＡＸａに対して対称性を保っているこ
とにある。第２図ではθａ−θｂとして図示してあり、
回折格子ＷＰの上方空間と下方空間との２ケ所に作られ
る干渉縞ＩＦｗのピッチ方向の位相は、相互に横ずれす
ることなく、垂直方向のどこの面内でも位相情報が同一
に保存されている。すなわち、上面側と下面側との干渉
縞間で同一位相点を結ぶ線２ｋが面！Ｐと垂直になって
いる。

ここで入射角θａ１θｂの対称性がくずれると、線ｆｋ
はビームＬＢ＋　、ＬＢｔの先主綿の丁度２等分線とな
るようにΔθだけ傾くことになる。このため、回折格子
ＷＰが垂直方向にΔＺ変位すると、回折格子ＷＰ上にで
きる干渉縞ＩＦｗの同一位相点は、格子配列方向にｓｉ
ｎΔθだけ相対変位してしまい、回折格子ＷＰの位置検
出にｓｉｎΔθ分の誤差が生じる。

以上は、２つのビームＬＢ、、ＬＢｔに周波数差Δｆが
ないホモダイン法の場合で説明したが、差Δｒがあるヘ
テロゲイン法の場合、干渉縞ＩＦＷは速度Ｖで矢印の方
向（格子配列方向）に移動することになるが、同一位相
点の保存の重要性は、上述の説明と全く同じである。こ
こで速度Ｖは、干渉縞ＩＦｗのピッチをＰ’（−１／２
　Ｐ）とすると、（２）式で表わされる。

Ｖ−Δｆ−Ｐ’　　　・・・・・・・・・（２）ところ
で入射角θａ、θｂの対称性が（ずれて、線１ｋが光軸
ＡＸａに対してΔθだけ傾くと、干渉光ＢＴＬの発生方
向にも傾きが生じることになり、光電検出の際に不都合
が生じることもある。

それは、ビームＬＢ、の照射より回折格子ＷＰから発生
する高次回折光のうちの１次光が垂直に戻り、ビームＬ
Ｂ、の照射により発生する高次回折光のうちの１次光が
垂直に戻ることによって干渉光ＢＴＬが作られるためで
あり、入射角θａ、θｂが異なってくると、それら２つ
の１次光の同軸性が失なわれてしまい、極端な場合は干
渉光ＢＴＬが得られな（なる。

さて、２つのビームＬＢ、　、ＬＢ、の交差角をθ（θ
ａ＋θｂ）、ビームの幅（径）をＤとすると、２つのビ
ームＬＢ、、ＬＢ□の交差空間領域の光軸ＡＸａ　（Ｚ
軸）方向の最大幅Ｚｍは、（３）式で与えられる。

２ｍ− ｃｏｓ　（θ／２）　　・ｔａｎ　（θ／２）・・・・
・・・・・　（３） さらに先の（１）式から、ｓｉｎ　（θ／２）　−ｎλ
／Ｐとすれば、最大幅Ｚｍを簡単に算出できる。

一例として、ビームＬＢ、　、ＬＢ、を幅１００μｍで
波長６３２．８ｎｓ＋のＨｅ−Ｎｅレーザとし、回折格
子ＷＰのピンチＰを８μｍ（４μｍラインアンドスペー
ス）、ｎ＝１にすると、２本のビームＬＢ、　、ＬＢ、
の入射角θ／２は、θ／　２　＝　５ｉｎ−’　（０，
６３２８／８）　！：ｉ４．５３６８°となり、最大幅
Ｚｍは、 一１２６０ｊＩｍ となる、しかしながら、回折格子ＷＰは格子ピッチ方向
にある幅を有し、その幅内で干渉縞ＩＦｗが安定に住じ
ている必要があるため、実際に有効な範囲は第２図に示
すような輻ＺＩｌに制限される。

ところが、幅Ｚｌは、上述の条件で見積っても３００μ
ｍ程度、すなわち面ＩＰの上下に１５０μｍ程度とれる
ことがわかった。しかも、この幅Ｚｌ内では、どの面内
でみても干渉縞ＩＦｗの波形が極めて正確に再現され、
波面の変化が生じていないことがわかる。

ここで従来のスポット走査方式との比較をしてみると、
物体上で２μｍに結像するＨｅ−Ｎｅレーザの実効的な
ビームウェスト保存距離（焦点深度）は、ビームの開口
数を小さくしても８μｍ程度しか取れず、±１５０ａｍ
もデフォーカスさせた状態では物体上のスポットサイズ
は約５０μｍにもなワてしまう。また従来のスポット光
結像では、対物光学系、投影レンズによってビームを集
光するため、光軸方向に関しては波面の形状が順次変化
していることになる。

本発明では、このように２ビ一ム干渉方式が光軸方向に
関して極めて広い安定な検出範囲（Ｚｌ）を有する点に
着目して、２つのビームＬＢ。

、ＬＢｔの入射角の対称性を極めて高精度に検出するも
のである。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例による位置検出装置を投影型露光
装置！（ステッパー）に組み込んだ構成について第１図
、第３図、第４図、第５図、第６図、及び第７図を参照
して説明するが、基本的な構成は特開昭６３−２８３１
２９号公報に開示されたものと同様である。

第１図において、所定の回路パターンとアライメント用
の回折格子マークとを有するレチクルｌは２次元移動可
能なレチクルステージ２に保持される。レチクル１上の
各パターンは両側テレセントリックな投影レンズ３によ
って露光光のもとでウェハ４上に結像される。ただしこ
の投影レンズ３は露光用の照明光波長（ｇ線、１線等）
に関して良好に色収差補正されており、その露光用の波
長に関してレチクルｌとウェハ４とが互いに共役になる
ように配置される。またウェハ４上にもレチクル１に形
成された格子マークと同様の回折格子マークが形成され
ている。さて、ウェハ４はステップアンドリピート方式
でＸ％Ｙ方向に２次元移動するとともに、２方向に微動
するステージ５上に吸着され、ウェハ４上の１つのシー
ｙ７ＨＪＩ域に対するレチクルｌの転写露光が終了する
と、次のシジット位置までステッピングされる。レチク
ルステージ２の一部には、レチクル１の水平面内でのＸ
方向、ｙ方向及び回転（θ）方向の位置を検出するため
のレーザ光波干渉式測長器（以下、干渉計とする）４３
からのレーザビームを反射する移動＠Ｉ６が固定されて
いる。この干渉計４３はＸ方向、ｙ方向、θ方向の位置
を独立に検出するために３本の測長用レーザビームを有
するが、ここでは説明を簡単にするため図示を一部省略
しである。レチクルステージ２の移動ストロークは数ミ
リメートル以下であり、干渉計４３の検出分解能は、例
えば０．０１μｍ程度に定められている。

一方、ウェハステージ５の一部にはウェハ４の水平面内
でのＸ方向、Ｘ方向の位置を検出するための干渉計４５
からのレーザビームを反射する移動鏡７が固定されてい
る。この干渉計４５もＸ方向、Ｘ方向の位置を独立に検
出するために２本の測長用レーザビームを有するが、こ
こでは説明を簡単にするため図示を一部省略しである。

レチクルステージ２のＸ方向、Ｘ方向、θ方向の駆動は
駆動モータ４２で行なわれ、ウェハステージ５の２次元
移動及びｚｍ移動は駆動モータ４６で行なわれる。

ところで露光用の照明系は、水銀ランプ３０、楕円［３
１、集光レンズや干渉フィルター等を含む入力レンズ群
３２、オブチカルインテグレータ（フライアイレンズ）
３３、ミラー３４、メインコンデンサーレンズ３５及び
グイクロイックミラー２２等によって構成される。グイ
クロイックミラー２２はレチクルｌの上方に４５′で斜
設され、コンデンサーレンズ３５からの露光光を垂直に
下方に反射させ、レチクル１を均一に照射する。このグ
イクロイックミラー２２は露光光の波長に対しては９０
％以上の反射率を有し、アライメント用の照明光の波長
（露光光よりも長波長）に対しては５０％以上の透過率
を有する。

次にこのステッパーのアライメント系について説明する
。アライメント用の照射光（ビーム）ＬＢはレーザ光源
１０から射出され、２つの音響光学変調器（ＡＯＭ）を
含む２光束周波数シフター１２に入射し、互いに周波数
が異なるとともに、共に直交した直線偏光を含む２本の
ビームＬＢ、ＬＢ、に変換される。その周波数差は２つ
のＡＯＭをドライブする高周波信号ＳＦ、　、ＳＦ２の
周波数の差に対応している０周波数シフター１２からの
２本の平行なビームＬＢ、　、ＬＢ、はビームスプリッ
タ−１４で反射された後、瞳リレー系１７Ａを通り、ビ
ームスプリンター２０を透過した後、本件発明の第１光
学部材としての平行平面ガラス５０（（１１斜可能）を
透過して２焦点光学系２１に入射する。２焦点光学系２
１は、アライメント系の瞳、すなわち投影レンズ３の［
ＥＰと共役に配置された複屈折物ｉｔ（水晶、方解石等
のレンズ）２１ｂと顕微鏡用等のテレセンドリンクな対
物レンズ２１ａとを一体に組み合わせたもので構成され
、ビームＬＢ、　、ＬＢｇの偏光成分（グイクロイック
ミラー２２に対して図中で紙面と平行な偏波面をもつ光
をＰ偏光とし、それと垂直な偏波面をもつ光をＳ偏光と
する。）に応じて異なるパワーを与えるものである。こ
こでレーザ光源１０は直交直線偏光のレーザ光を発振す
るものとする。このため２焦点光学系２１を射出した一
方の偏光（例えばＰ偏光）成分からなるビームＬＢ＋、
ＬＢｇはレチクルｌの上方空間の焦点２６ａで結像（交
差）し、他方の偏光（例えばＳ偏光）成分からなるビー
ムＬＢ、　、ＬＢｔはレチクル１の下面のパターン面と
一致した焦点２７ａで結像（交差）する、また２焦点光
学系２１の他方の焦点、すなわちレーザ光源１０側で焦
点２６ａ、２７ａの夫々と共役な面は、２光束周波数シ
フター１２内に存在する。ことで２焦点光学系２１の２
つの焦点２６ａ、２７の光軸方向の間隔はアライメント
用のレーザ光の波長における投影レンズ３のレチクル１
側での色収差量に対応している。この空間中の焦点面２
６ａは投影レンズ３によってウェハ４の表面と一致した
結像面２６ｂと共役になり、焦点面２７ａ（レチクルパ
ターン面）は投影レンズ３によってウェハ４の表面から
空間的に下方に履れた結像面２７ｂと共役になる。結像
面２６ｂと２７ｂの間隔は投影レンズ３のウェハ４側で
の色収差量に対応している。ここで結像面２６ｂと２７
ｂの間隔距離をＤｗ、焦点面２６ａと２７ａの間隔距離
をＤｒ、そして投影レンズ３の投影倍率を１７Ｍ（通常
Ｍは１．２．５．５．１０のうちいずれか１つ）とする
と、−Ｓ的にＤｒ＝Ｍ８　・Ｄｗの関係がある。アライ
メント用のレーザ光の波長が露光光の波長から離れれば
離れる程、投影レンズ３の収差特性に応じてＤｗ、Ｄｒ
は大きくなる。この種の投影レンズの焦点深度は極めて
浅く、±１μｍ程度であり、アライメント用照明光の波
長にもよるが間隔Ｄｗは数１０μｍ程度に達することも
ある。尚、アライメント用照明光（レーザ光）はウェハ
４に塗布されたレジストに対してほとんど感度を持たな
い波長にすることが望しいが、本発明においては必ずし
も満たされるべき条件ではない、それは投影レンズによ
って露光光の波長とアライメント用照明光の波長とで極
端に大きな収差が生じ、特にウェハ４上の回折格子マー
クからの光情報自体に大きな歪みが加えられてしまう恐
れがあるからである。このためその収差との兼ね合いで
最適なアライメント用照明光を定めることを優先するこ
との方が重要である。

従ってアライメント用照明光が長時間（例えば１分以上
）レジストを照射すると、感光させてしまう（現像後に
薄減りが生じる）ような弱い感度の波長になる場合もあ
る。この場合は２つのビームＬＢ、　、ＬＢ、の送光路
中に、アライメント時に開放するシャッターを設ける。

さて、アライメント用のレーザ光のうちＰ偏光の２つの
ビームＬＢ、　、ＬＢｔは焦点面２Ｔａでレチクルｌの
回折格子マーク部分に、そのビームＬＢ、とＬＢ、との
成す角度で２方向から入射し結像する。またレチクル１
の透明部を透過した焦点面２６ａからのＳ偏光の２本の
ビームＬＢ、、ＬＢＩは、投影レンズ３を介して焦点面
２６ｂでウェハ４の回折格子マーク部分に、そのビーム
ＬＢ、　、ＬＢＩとの成す角度で２方向から入射し結像
する。そしてレチクルｌの回折格子マークからの反射回
折光（干渉光ＢＴＬ）はダイクロインクミラー２２．２
焦点光学系２１、平行平面ガラス５０を介してビームス
プリッタ２０で反射された後、瞳リレー系１７Ｂを通っ
て瞳共役面（フーリエ面）に配置された空間フィルター
２３で軸上を進む回折光（ＢＴＬ）のみがフィルタリン
グされ、さらに集光レンズ２４によって光電検出器２５
に達する。またウェハ４の回折格子マークからの反射回
折光（干渉光ＢＴＬ）は投影レンズ３を介して元の光路
を戻り、レチクル１の透明部を透過してグイクロイック
ミラー２２．２焦点光学系２１、平行平面ガラス５０、
ビームスプリッタ２０、瞳すレー系１７Ｂ１空間フィル
ター２３、及び集光レンズ２４を通って光電検出器（受
光素子）２５に達する。空間フィルター２３はアライメ
ント光学系の瞳面とほぼ共役な位置、すなわち投影レン
ズ３の瞳（射出瞳）と実質共役な位置もしくはその近傍
に配置され、レチクルｌ、又はウェハ４からの正反射光
（０次光）を遮断し、レチクル１又はウェハ４の回折格
子に垂直（面の法線方向）に・回折される光のみを通す
ように定められている。

そして光電検出器２５の前には、２焦点光学系２１、瞳
リレー系１’／Ｂ、及びレンズ２４を介してレチクルｌ
、ウェハ４の夫々と共役に配置されたアパーチャ板２５
゛が設けられている。

さて光電検出器２５から得られる光電信号ＤＳｒ、ＤＳ
ｗは、レチクル１又はウェハ４を２方向から照射するビ
ームＬＢ、　、ＬＢ、によって作られた干渉縞が各回折
格子マーク上でピッチ方向に流れるように照射されるこ
とになるので、高周波ドライブ信号ＳＦ＋　、ＳＦの差
Δｆに応じた周波数の正弦波状の交流信号（ビート周波
数）となる。

ところで２光束周波数シフター１２からの２つのビーム
ＬＢ、、ｔ、Ｂ＊は、ビームスプリッタ１４を透過し、
瞳（フリー工面）を像面に変換するレンズ系（逆フーリ
エ変換レンズ）１６によって参照用回折格子１８上に結
像（交差）する、この参照用回折格子１日は装置上で固
定されているものである。この回折格子１８にも、ビー
ムＬＢ、とビームＬＢ、とが所定の交差角度で２方向か
ら入射する。光電検出器（受光素子）１９は参照格子１
８を透過した０次光以外の回折光（又は干渉光）を受光
して、正弦波状の光電信号ＤＲを出力する。この光電信
号ＤＲは２つのビームＬＢＩ、ＬＢ８の差周波数に比例
した周波数となり、基準ビート信号となる０位相検出系
４０は、光電検出器２５からのレチクル側の光電信号Ｄ
Ｓｒ、ウェハ側の光電信号ＤＳｗと光電検出器１９から
の光電信号ＤＲを人力し、信号ＤＲを基準とした両信号
ＤＳｒ、ＤＳｗの波形上の位相差を検出する。

検出された位相差（±１８０”）はそれぞれレチクル１
、ウェハ４の夫々に形成された回折格子マークの格子ピ
ッチの１／２内の相対位置ずれ量に一義的に対応してい
る。主制御系４１は検出された位相差（位置ずれ量）の
情報、サーボシステム４４を介して得られる干渉計４３
．４５の各々からの位置情報等に基づいて駆動モータ４
２．４６を制御し、レチクルｌとウェハ４の相対位置合
わせ（アライメント）を行なう、尚、第１図の説明では
、２つのビームＬＢＩ　、ＬＢ、は祇面内で交差するよ
うに示したが、実際は投影レンズ３の光軸ＡＸを含む平
面と垂直な面内で互いに傾いている。そして平行平面ガ
ラス５０は、駆動制御系５２によって２本のビームＬＢ
、　、ＬＢｔが対物レンズ２１ｂの光軸（ＡＸａ）を含
む面内で同一方向に平行移動するように傾斜駆動される
。

以上の全体構成において、アライメント光学系の一部、
特に２点点光学系２１はレチクルｌ上のアライメントマ
ークの配置に応じて任意の位置に可動とされ、どのよう
なマーク配置であってもマーク検出が可能となっている
。そのことについては後で詳しく述べる。さらにレチク
ルｌの上方に斜設したグイクロインクミラ−２２によっ
て露光光とアライメント用照明光とを分離するため、露
光動作中であってもマーク検出が可能となる。これは露
光中において何らかの外乱でレチクルｌとウェハ４との
アライメント状態が狂った場合も、その時点でただちに
検出できることを意味する。

さらに位相検出系４０からの位相差情報に基づいて露光
動作中であってもレチクルステージ２とウェハステージ
５との位置決めサーボをクローズド・ループで実行でき
ることをも意味する。このため露光されたレジストパタ
ーンの線幅も、わずかな像ぶれによって太ることがない
、尚、露光光の光源は水銀ランプ以外のエキシマレーザ
光源等に置きかえてもよい。

次に第３図を用いてアライメント系のみの詳細な構成、
及びアライメントの原理を模式的に説明する。第３図に
おいて、グイクロインクミラー２２、ビームスプリッタ
１４、は簡単にするために省略してあり、第１図中のも
のと同一の部材には同じ符号をつけである。さらに第３
図中の平行平面ガラス５０の配置は模式的なもので、実
際には第１図の配置が正しい、２光束周波数シフター１
２から射出して、瞳リレー系１７Ａに入射する２つのビ
ームＬＢ、　、ＬＢ□は、瞳リレー系１７Ａの内部では
平行光束となり、−度交差した後に射出する。このとき
、対物レンズ２１ａ等の光軸ＡＸ−ａに対して射出した
ビームＬＢ、　、Ｌａｘの各主光線Ｌ　Ａ　１％Ｌ　Ａ
　ｚは平行になるとともに、瞳面内でスポットとして、
集光する結像光束となる。

ところでビームＬＢ、、ＬＢ、の偏光方向は、２点点光
学系２１によってＰ偏光とＳ偏光に分離されて焦点２６
　ａ　ｓ　２７　ａに集光するとき、Ｐ偏光とＳ偏光と
でその光強度（光量）が所定の比になるように調整され
ている６通常、ウェハ４に達する光の方が損失が多いの
で、ウェハ４への光量を増やすようにする。そのために
は、２重焦点素子２１ｂを光軸ＡＸａの回りに所定角度
だけ回転させたり、レーザ光源１０と２光束周波数シフ
クー１２との間にλ／２板を挿入し、それを光軸の回り
に所定角度だけ回転させたりする構造を採用すればよい
、すなわち、それによってレチクルｌに達する偏光成分
とウェハ４へ達する偏光成分との光量比を最適なものに
調整できる。さて、平行平面ガラス５０が光軸ＡＸａと
正確に直交するように配置されていると、２本のビーム
ＬＢ、、ＬＢ、は、瞳リレー系１７Ａの作用でテレセン
ドリンクな２点点光学系２１の瞳面、すなわち複屈折物
質２１ｂ内で光軸ＡＸａを挾んで点対称な２点にスポッ
トとしてするように入射し、ビームＬＢ、は複屈折物質
２１ｂのところで偏光成分によってＰ偏光のビームＬＢ
ＩＰとＳ偏光のビームＬＢ、ｓとに分離され、２点点光
学系２１の光軸ＡＸａに対する瞳面内でのスポット位置
で決まる角度だけ１頃いた平行光束となってレチクル１
に達する。同様にビームＬＢ、もＰ偏光のビームＬＢ、
ＰとＳ偏光のビームＬＢｚｓとに分離され、対物レンズ
２１ａの光軸ＡＸａをはさんでビームＬＢ、Ｐ、ＬＢ、
ｓの夫々と対称的な角度の平行光束となってレチクル１
に達する。Ｐ偏光に関しては焦点２７ａと瞳リレー系１
７Ａの内部の交差面（共役像面）ｌＰ′とが共役である
ため、Ｐ偏光のビームＬＢ、、、ＬＢｚｐは回折格子マ
ークＲＭのところでほぼ平行光束となって交差（結像）
する、第３図においてマークＲＭの格子配列方向は紙面
内の左右方向であり、ビームＬＢ、、、ＬＢ、、の各々
の光軸ＡＸａからの傾き方向も第３図の紙面内に定めら
れる。

レチクルｌには第４図（ａ）に示すように回折格子マー
クＲＭと透明な窓部Ｐ、とが形成されており、ビームＬ
Ｂ１Ｐ、ＬＢオ、はともにマークＲＭと窓部Ｐ、とをカ
バーする大きさでレチクル１を照射する。第４図（ａ）
に示したマークＲＭはＸ方向（格子配列方向）の位置検
出に使われるものであり、ウェハ４上の回折格子マーク
ＷＭも第４図（ｂ）に示すように、これと対応している
。マークＷＭはアライメント時（又は露光時）にレチク
ル１の窓部Ｐ０の位置に整列するように定められている
。さて２焦点光学系２１を射出したほぼ平行なＳ偏光の
ビームＬＢ、、、ＬＢ、は空間上の焦点２６ａで一度結
像（交差）した後、レチクル１の窓部Ｐ０を透過し、投
影レンズ３の瞳ＥＰで一度スポット光として集光し、そ
してウェハ４の回折格子又はＷＭに互いに異なる２方向
から入射するように結像される。これはＳ偏光に関して
は焦点２６ａ（ウェハ共役面）と瞳リレー系１７Ａの内
部の交差面！Ｐ”とが共役だからである。投影レンズ３
から射出したほぼ平行なＳ偏光のビームＬＢ＋ｓ、ＬＢ
、、の各々は、回折格子マークＷＭの格子配列方向に関
して対称的に傾いて入射する。

ウェハ４に達したＳ偏光のビームＬＢ、！、ＬＢ。

の主光線の成す角度θは大きくても投影レンズ３の射出
（ウェハ）側の開口数を越えることはない。

尚瞳すレー系１７Ａ内部の交差面ＩＰ′に対してレチク
ル１とウェハ４とはそれぞれ共役に配置されるため、交
差面ＩＰ’を通るビームＬＢ、、ＬＢ、が平行光束であ
るとすると、レチクル、ウェハ上の夫々で各ビームＬＢ
、、、ＬＢｚｓ、ＬＢ、、ＬＢ、、はともに平行光束と
なる。

以上のようにマークＲＭ上に異なる２方向からビームＬ
ＢＩＰ、ＬＢｚｒが照射されると、マークＲＭ上には干
渉縞が生じるが、その干渉縞はマークＲＭの格子配列方
向に２つのビームＬＢ、　、ＬＢ２の差周波数に対応し
て移動する（流れる）ことになる。マークＲＭから２焦
点光学系２１の光軸ＡＸａ上に沿って回折光１０４が発
生するが、干渉縞の移動によって、回折光１０４は明暗
の変化を周期的に繰り返すビート波面になる。よって光
電検出器２５からの信号ＤＳｒは、その明暗変化の周期
に応じた正弦波状の交流信号となる。

以上のことは、ウェハ４上の回折格子マークＷＭとＳ偏
光のビームＬＢ＋ｓ、ＬＢｘｓとの関係においても全く
同様であり、マークＷＭからはビート波面をもつ回折光
１０５が垂直に発生し、これは投影レンズ３の主光線に
沿って進み、レチクルｌの窓部Ｐ、を介して光電検出器
２５に達する。

さて、光電検出器２５は２焦点光学系２１を介してマー
クＲＭとマークＷＭの夫々と共役に配置されるとしたが
、実際には第３図に示すように、マークＲＭ、、ＷＭの
夫々と共役な位置に、第４図（Ｃ）に示すようなアパー
チャ板２５“を設け、このアパーチャ板２５°のアパー
チャＡｒ、Ａｓを透過した回折光１０４．１０５を別々
に光電検出するように構成される。ここでアパーチャＡ
。

は、例えばレチクルｌのマークＲＭからの回折光１０４
による回折像を取り出すものであり、アバーチ＋Ａ３は
ウェハｌのマークＷＭからの回折光１０５による回折像
を取り出すものである。従って光電検出器２５の受光面
を各アパーチャＡ１、Ａ、の後に別個に設けることによ
って、マークＲＭによるレチクルｌの位置検出とマーク
ＷＭによるウェハ４の位置検出とが独立に可能となる。

尚、アパーチャＡ、にはＰ（ＩＷ光のビームＬＢＩＦ、
ＬＢ、Ｐによって照射されたレチクル１のマークＲＭの
像ができるが、同時にＳ偏光のビームＬＢ＋ｓ、Ｌ１３
ｔｓの反射回折光もバックグラウンドノイズとして入っ
て（る、このためアパーチャＡ、にはＰ偏光を通す偏光
板を設け、アパーチャＡｓにはＳ偏光を通す偏光板を設
けるとよい、こうすると、２つの光電検出器２５の夫々
で、ウェハからの光とレチクルからの光とが混在してし
まうクロストークは十分に低減される。

さて、回折光１０４．１０５は周期的（正弦波状）な明
暗情報となり、得られる光電信号ＤＳｒ、ＤＳｗは、レ
チクル１又はウェハ４が静止していたとしても、正弦波
状の交流信号となる。従ってこの場合は、第１図中に示
した光電検出器１９からの光電信号ＤＲをｐ照信号とし
て、マークｌ’？Ｍからの回折光１０４の光電信号ＤＳ
ｒとの位相差φｒを位相検出系４０で検出する。同様に
して、マークＷＭからの回折光１０５の光電信号ＤＳｗ
と参照信号ＤＲとの位相差φＷを検出する。そして、位
相差φ「とθＷの差を求めれば、レチクル１とウェハ４
のＸ方向のずれ量がわかる。この検出方式は所謂光ヘテ
ロゲイン方式と呼ばれ、レチクル１とウェハ４が格子ピ
ッチＰの１／２の位置、ｌＩ差範囲（プリアライメント
精度）内であれば、静止状態であっても高分解能で位置
ずれ検出できる。そのためレチクルｌのパターンをウェ
ハ４のレジストへ露光している間に微小な位置ずれが生
じないようにクローズド・ループの位置サーボをかける
のに好都合である。この検出方式では、φｒ−φＷが零
（又は所定値）になるようにレチクル１又はウェハ４を
移動させてアライメントを完了させた後、引き続きその
アライメント位置でレチクルｌとウェハ４とが相対移動
しないようにサーボ・ロックをかけることができる。

尚、本実施例ではステップアンドリピート方式の露光時
、ウェハ上の各ショット領域へのウェハステージの移動
は、干渉計４５の計測値に基づいて行ない、２つのビー
ムＬＢ＋ｓ、ＬＢｔｓの照射領域内にマークＷＭが±１
７２ピッチの精度で位置決めされたら、位相検出系４０
からの情報のみに基づいてレチクルステージ、又はウェ
ハステージをサーボ制御することができる。このときレ
チクルステージやウェハステージの駆動をＤＣモータで
行ない、位相差φｒ−φＷに対応したアナログ電圧をＤ
／Ａコンバータ等で作り出し、このアナログ電圧をＤＣ
モータのサーボ回路に偏差電圧として直接印加すること
もできる。このサーボは、そのショク）８Ｎ域の露光終
了時まで行なわれる。

このようにすると、干渉計の計測値に応じたサーボでは
ないので、干渉計のビーム光路の空気密度のゆらぎ等に
よるステージの微小ゆらぎを低減させることが可能であ
る。そのため、位相検出系４０からサーボ制御が可能な
位相差情報が得られた時点で、ウェハステージ側の干渉
計の計測値をウェハステージ側のサーボ系から切り離し
てウェハステージのモータへの印加電圧を零にし、上述
のアナログ電圧をレチクルステージ側のサーボ系に印加
する。

このようにすると露光動作中に、特にウェハステージ側
で発生する微小ゆらぎは押えられ、ゆるやかなドリフト
的な微動にすることができ、レチクルステージを高速に
追従移動させることで、レチクルとウェハとの相対位置
ずれをほぼ零に保つことが可能である。このため露光さ
れたパターンの線幅の太りゃ解像低下がなく、極めて忠
実な転写が達成される。

次に、第５図、第６図、第７図を参照して２光束周波数
シフター１２の構成を説明する。

第５図に示すように、レーザ光源ｌＯからの平行なビー
ムＬＢ（直交直線偏光）はミラー７０で反射され、偏光
ビームスプリッタ７１でＰ偏光成分のビームＬＢ、とＳ
偏光成分のビームＬＢ、とに分けられる。ビームＬＢＰ
はミラー１０２で反射され、ＡＯＭ　（音響光学変調器
）７３に入射し、ビームＬＢ、は偏光ビームスプリッタ
１０１で反射され、ＡＯＭ７４に入射する。ＡＯＭ７３
は周波数ｒｌの高周波信号ＳＦ、でドライブされ、その
周波数ｆ、で決まる回折角だけ偏向された１次光をビー
ムＬＢＰとして出力する。ＡＯＭ７４は周波数ｆｘ（ｆ
＊−ｆ＋　−Δｆ）の高周波信号ＳＦ１でドライブされ
、その周波数ｆ１で決まる回折角だけ偏向された１次光
をビームＬＢ、とじて出力する。（各ＡＯＭに対する）
入射ビームのうちの０次光り、は適当な位置に配置され
たスリット等で遮光される。尚、ドライブ周波数ｆｔ、
ｆ、と差周波数Δｆとの関係は、ｆ＋＞＞Δｆ、ｆ＊〉
〉６丁であるのが望ましく、Δｒの上限は光電検出器１
９．２５の応答性によって決まる。さて、ＡＯＭ７４か
らのビームＬＢ、はミラー７５で反射され偏光ビームス
プリッタ７６に入射し、ＡＯＭ７３からのビームＬＢ？
はそれと直交する方向から偏光ビームスプリンタ７６に
入射する。ここで偏光ビームスプリンタ７６は、２つの
ビームＬＢＰ、ＬＢｓを完全に同軸に合成するのではな
く、ある量だけ間隔をあけるように互いに平行に合成す
る。この間隔は、本実施例の場合、レチクル１、ウェハ
４を照射する２本のビームＬＢＩ　、ＬＢｚの交差角θ
を規定することになる。

２本の平行なビームＬＢｒ、ＬＢｓは、次に第６図に示
す光学系に入射する。ビームＬＢＰ　　（Ｐ偏光）とＬ
Ｂｓ　　（Ｓ偏光）とはΔｆだけの周波数差をもつが、
本実施例では、レチクル上に周波数差をもつ２本のＰ偏
光ビームを照射し、ウェハ上には周波数差をもつ２本の
Ｓ偏光ビームを照射する必要がある。すなわち第６図の
系は、周波数ｒ、の１本のＳ偏光ビームＬＢ、と周波数
ｒ２の１本のＰ偏光ビームＬＢＰとの２本から、４本の
ビームＬＢＩＦ−ＬＢ□、Ｌ　Ｂ　＋　ｓ、ＬＢｚｓを
作り出すものである。

２本のビームＬＢｓ、ＬＢｐは第６図に示すような偏光
方向４５°の１／２波長板１１７、偏光ビームスプリッ
タ１１Ｂ、１１９等で周波数ｒのＰ偏光ビームＬ　Ｂ　
１ＰとＳ偏光ビームＬＢ、ｓが同軸に合成されてビーム
ＬＢ、となり、周波数ｆ２（ｒ、−Δｆ）のＰ偏光ビー
ムＬＢ□とＳ偏光ビームＬＢ■が同軸に合成されてビー
ムＬ　Ｂ　ｔ　となって偏光ビームスプリンタ１１９を
射出する。

第６図に示したように、１７２波長板ＩＬ１にＳ偏光の
ビームＬＢｓ　　（周波数ｒ２）が入射すると、その偏
光方向が４５°だけ回転する。このため偏光ビームスプ
リッタ１１ＢではＰ偏光のビームＬＢ＊ｐとＳ偏光のビ
ームＬＢｚｓとに分けられる。

１／２波長板１１７を通ったＰ偏光のビームＬＢ（周波
数ｒ＋）についても同様に偏光方向が４５°だけ回転す
るため、ビームスプリンタ１１ＢではＰ偏光のビームＬ
Ｂ、ＰとＳ偏光のビームＬＢ１、に分割される。各ビー
ムは金属反射面を有する直角プリズム１２０．１２１を
介して偏光ビームスプリッタ１１９で合成され、再び２
本の平行なビームＬ１３＋　、ＬＢＨとして射出する。

２本のビームＬＢ、　、ＬＢ、はアライメント光学系の
光軸ＡＸａをはさんで対称に位置する。

２本のビームＬＢ、　、ＬＢ、は次に例えば第７図に示
すような光学系に入射する。この光学系は２本のビーム
ＬＢＩ　、ＬＢｚを入射して面（像共役面）ＩＰｍにお
いて所定の角度で交差させるプリズム１２２と、面ＩＰ
ｍを前側焦点面と一致させたレンズ１２３とを含む０面
ＩＰｍで交差した２本の平行ビームＬＢ、、ＬＢｔはレ
ンズ１２３の後側焦点面（瞳共役面）にスポラ）ＳＰ、
　、ＳＰ、として集光した後発散し、瞳リレー系１７Ａ
に入射する。第３図で示したように、ビームＬＢ１の主
光線をＬＡ、　、ビームＬＢ、の主光線をＬＡ、とする
と、本実施例ではレンズ１２３と瞳リレー系１７Ａとの
間においても主光線ＬＡ、　、ＬＡ□は光軸ＡＸａと平
行になっている。

さらに、瞳リレー系１７Ａの前側焦点面をスポット（ビ
ームのウェスト位りＳＰＩ　、ＳＰ、（７）面と一致さ
せるため、第７図に示したスポットＳＰ、　、ＳＰ！は
瞳リレー系１７Ａにより第３図で示した通り、複屈折物
質２１ｂの位置する瞳面にリレーされる。

次に本実施例の動作、作用について、さらに第８図を参
照して説明する。第８図はアライメント光学系の一部を
可動にして、マーク位置の変化に対応させる構成を示す
。第１図、第３図中で説明した部材と同一のものには同
じ符号をつけである。

レチクル１上のマークＲＭ、　、ＲＭ！はレチクルによ
って位置が異なるものであって、通常同一レチクル内で
はいずれか一方のみが形成されている。

実際のアライメント光学系では、対物レンズ２１ａ、複
屈折物質２１ｂによる２焦点光学系２１は水平に配置さ
れ、対物レンズ２１ａの先端には光軸ＡＸａを垂直に折
り曲げるミラーＭ１が設けられる。このミラーＭＩ、対
物レンズ２　Ｌ　ａ　％複屈折物質２１ｂは一体に水平
な光軸ＡＸａ方向に移動するように保持金物６２に固定
され、金物６２は駆動制御系６０によって水平方向に移
動される。

そして第１図、第３図と異なる点は、複屈折物質２１ｂ
と平行平面ガラス５０との間に、ミラーＭ８とリレー系
１７Ｃとを設けることにある。リレー系１７Ｃは、複屈
折物質２１ｂの位置する瞳面ＥＰ、を、平行平面ガラス
５０の近傍の面ＥＰ。

ヘリレーするものである。尚ＩＰｍ’は像共役面であり
、レチクル１、ウェハ４、及び２つのビームＬＢｔ、Ｌ
Ｂｉの最初の交差面ＩＰｍとそれぞれ共役である。ミラ
ーＭ２、リレー系１７Ｃは装置本体に固定され、複屈折
物質２１ｂとリレー系１７Ｃとの間の物理的な光路長は
、マークＲＭの位置に応じて変化するが、その間の光路
がアフォーカル系になっているため、リレー系１７Ｃの
内部にできる像共役面Ｉ　Ｐｍ’　は、常にレチクル１
、ウェハ４と共役になる。

さて、レチクルが交換されてマークがＲＭ、からＲＭ、
の位置（光軸ＡＸａ’　）に変化すると、駆動制御系６
０は金物６２を水平移動させて、光軸ＡＸａをＡＸａ’
　と−敗させる。

この場合、その−数置はあまり厳しくする必要はな（，
２つのビームＬＢＩ　５ＬＢＲがマークＲＭ、と窓部Ｐ
、とをカバーする程度でよい、従って金物６２の送りは
エンコーダ、ポジションセンサー等の安価な位置モニタ
ー系を用いて制御するだけで十分である。　こうして、
新たなレチクルがセットされ、アライメント光学系の観
察位置がセットされると、第９図に示すようにウェハス
テージ５の一部に、ウェハ４とほぼ同じ高さで設けられ
た基準マーク板ＦＭを、レチクルのマークＲＭ意の投影
位置にもってくる。基準マーク板ＦＭには、ウェハ４上
の回折格子マークＷＭと全く同様の回折格子マークが形
成されている。そこでそのマークのことを以降、フィデ
ューシャル・マークと呼ぶ。

レチクルのマークＲＭ、の中心の回折格子エレメントは
、第４図（ａ）、（ｂ）で示したように投影レンズ３の
光軸ＡＸへ向うｙ方向に線状に伸びているので、フィデ
ューシャル・マークも、それと平行になるものをマーク
ＲＭ、の直下（窓Ｐ。の下）へ位置付ける。

その状態で、ウェハステージ５の少なくともＸ方向の位
置が固定されるように干渉計４５、モーフ４６等によっ
てサーボロックをかける。

次にウェハステージ５に含まれる２ステージ（不図示）
を所定の範囲内で２（光軸ＡＸ）方向に上下動させて、
そのとき位相検出系４０で検出される信号ＤＳｗと信号
ＤＲとの位相差φＷの変化を、Ｚステージの２方向の微
小変位置毎にサンプリングしていく、これは主制御系４
１によって行なわれる。尚、この際、第９図には示して
いないが、公知の斜入射光式焦点検出系によって、投影
レンズ３と基準マーク板ＦＭとの２方向の間隔をモニタ
ーしていく、また第９図では、２本のビームＬＢ、、、
ＬＢ□は基準マーク板ＦＭ上でアライメント光学系の光
軸ＡＸａに対して紙面内で傾斜しているが、実際は紙面
と垂直な面内で傾斜している。こうして、Ｚステージの
２方向の位置毎に位相差φＷをモニターしていくと、第
１θ図のような特性ＶＴ、が得られる。第１０図で横軸
は基準マーク板ＦＭの２方向の位置を表わし、樅軸は位
相差φＷを表わす、また位置２．．２．．２８、Ｚ４の
順に基準マーク仮ＦＭが投影レンズ３へ近づ（ものとす
る、先に第２図を用いて説明したように、２方向の検出
領域の幅Ｚｌは、３００ｐｍもあるため、位置Ｚ１と２
４の間隔は３００＃ｍ程度にできる。また、本実施例の
場合、位相差φＷは±１８０ｍの範囲内では連続して検
出できるため、Ｘ方向の変位はそれに対応して±１／２
ピッチの範囲内で位置ずれ計測できる。フィデューシャ
ル・マークの格子ピッチを８μｍとし、位相検出系４０
の分解能が０．２°であるものとすると、位置ずれの計
測分解能は０．００４４．ｕｍにもなる。実際はノイズ
の影響もあるため、実用的な分解能は０．０！μｍ（位
相で０．４°）程度になる、従って、仮りに位置Ｚ１と
Ｚ４が３００μｍで、そのときの位置の位相差φＷｌ　
とφＷ４との差ΔφＷが０．８°　（横ずれ看では約０
．０２μｍ）であったものとすると、特性ＶＴ、の伸き
、すなわち２つのビームＬＢ、、とＬＢｚｓとの２等分
線である２ビームの主光線の法線からの傾き（投影レン
ズ３の光軸ＡＸを含む面内でのテレセンの（頃き）は、
差ΔφＷに相当した横ずれ量をΔＸとして、 ΔＸ／　　Ｚ、−Ｚ、　　　−０，０２／３００ζ６．
７ＸｌＯ−’ と求められる。

この数値はアライメント用の２つのビームＬＢ３５、Ｌ
Ｂｚｓの２等分線のテレセン度（光軸ＡＸと光軸ＡＸａ
のウェハ側での平行度）を表わし、小さければ小さい程
、テレセン性が良いことを示す。

また位置ｚｌから２４の間で位相差φＷ、とφＷ、とが
丁度１８０’　　（１／２ピッチ分）変化したものとす
ると、テレセン度は、 ΔＸ／ＩＺ、−Ｚ、ｌ！＝ｉ４／３００ζ１３３３Ｘｌ
Ｏ−’ となる。

以上のようにしてテレセン度が求まったら、主制御系４
１は、そのテレセン度が許容範囲内か否かを判断する。

テレセン度が悪化していた場合、主制御系４１は目標と
するテレセン度と計測したテレセン度との差に基づいて
、平行平面ガラス５０の傾斜量を算出し、その量だけ平
行平面ガラス５０を傾けるための指令を駆動制御系５２
へ出力する。

この平行平面ガラス５０の傾斜は、アライメント光学系
内及び投影レンズ３内の各瞳面にできるビームＬＢ＋　
、ＬＢ！のスポット光の位置を、その間隔は一定に保っ
たまま、回折格子（又は干渉縞）のピッチ方向に同一量
だけシフトさせるように定められている。

この調整によって、投影レンズ３のウェハ側においては
、２本のビームＬＢ＋ｓ、Ｌ　Ｂ　ｚ　ｓの物体への入
射角θａとθｂとが極めて正確に合致し、入射角の対称
性が保たれる。

次に、第１１図を参照して平行平面ガラス５０の傾きを
マニュアル調整する方法を説明する。

第１１図は、第１図に示したステッパーに付属して設け
られた制御ラック２００と入力キーボードを含むオペレ
ーションコンソール２１０とを示す、制ｎＨラック２０
０にはステッパーの各種アライメント系で観察されたマ
ニク像を表示するためのＣＲＴ　（カソード・レイ・チ
ューブ）２０２が組み込まれている。そこでＣＲＴ表示
制御系２０４に切り替え機能をもたせ、通常はマーク像
等の表示信号（ビデオ信号等）２０８を、ＣＲＴ２０２
に印加するようにし、平行平面ガラス５０の傾き調整の
ときは、信号ＤＲ，ＤＳｒのうち少なくとも一方と、信
号ＤＳｗとを人力して、その各波形をＣＲＴ２０２へ表
示するように切り替える。

すなわちＣＲＴ２０２を２現象のオシロスコープの機能
に切り替え、縦軸は信号ＤＲ，ＤＳｒＳＤＳｗの電圧を
表示し、横軸は実時間を表示するようにする。そして、
例えばレチクルがアライメントされている状態で、ＣＲ
Ｔ２０２には信号ＤＳｒの波形ＷＦ、と信号ＤＳｗの波
形ＷＦ２とを表示しておく。

次に、コンソール２１０のジョイスティック２１２を前
後に倒して、ウェハステージ５上の基準マーク板ＦＭを
所定の範囲（例えば±２０μｍ）で上下動させる。ジョ
イスティック２１２を前後に倒すと、コンソール２１０
からはＺステージを上下動させるための指令Ｓａｚがラ
ック２００へ送られ、ラック２００を介してＺステージ
のモータが制御される。

そしてオペレータは、Ｚステージの上下動の間、ＣＲＴ
２０２に表示された２つの波形ＷＦ、　、ＷＦ、の位相
関係が時間軸方向に変位するかどうかをチエツクする。

この際、波形Ｗ　Ｆ　ｌ　は時間軸方向には変位しない
ので、波形ＷＦ□がＺステージの上下動によりて左右に
変位する。そこでオペレータはジョイスティック２１２
を左右に倒して平行平面ガラス５０の１嘆きを調整する
。ジョイスティック２１２を左右に倒すと、コンソール
２１０からは平行平面ガラス５０の傾き方向と傾き量に
対応した指令Ｓｂがラック２００へ送られ、ラック２０
０を介して駆動制御系５２へ所定の駆動信号２０６が送
られる。こうして、例えばＺステージの±２０μｍの上
下動の間に信号ＤＳｒとＤＳｗとの位相関係が大きく変
化しないようになったら、さらにＺステージの上下動範
囲を拡大（例えば±１０１００ｐして同様に調整を行な
う６以上の操作によって、平行平面ガラス５０の傾きは
最適なものに調整される。

従来、ビームスポットをウェハ面に投射するアライメン
ト系でも同様の調整が行なわれたが、この種の調整は光
学調整と呼ばれ、専門の保守作業者が時間をかけて行な
っていたものであるが、本実施例によればＣＲＴ２０２
に表示されたビート信号波形の位相関係（リサージュ波
形にしてもよい）をチエツクするといった極めて簡単な
作業に１色かえられるため、通常のステッパーオペレー
タでも容易に調整できる。

尚、本実施例でも先の実施例と同様に信号ＤＲと信号Ｄ
Ｓｗとの位相関係をチエツクしても同じ効果が得られる
。

さらに本実施例の変形例として、Ｚステージの上下動の
移動量と、干渉計４５の計測値とを使って、第１図で示
した位相検出系４０を用いたアライメントサーボを利用
してテレセン度を調整する方法を説明する。今までの方
法では、２つのビート信号波形の位相差をチエツクする
ため、マニュアルではあまり問題はないが、オートチエ
ツクの際、その位相差がＺステージの移動に伴って±１
８０°の範囲を飛びこえてしまうこともある。この場合
、テレセン度の計測データ（第１θ図）は±１８０°の
境界をこえたところで不連続になってしまうので、計算
上でｎπ（ｎ＝１．２、・・・）のオフセットを与えて
連続にする等の操作が必要になる。しかしながら、位相
検出系４０を用いたアライメントサーボを基準マーク板
ＦＭに対して行うと、テレセン度の計測はＺステージの
上下動の量（マイクロセンス、ボテンシッメータ等の計
測値）と干渉計４５の計測値との２つだけで可能である
。

以下、その動作を簡単に述べる。

まず、２ステージを最も上、又は最も下に位置付ける。

このとき２つのビームＬＢ、、、ＬＢ＊ｓが基準マーク
板ＦＭを照射して、信号ＤＳｗが正常に得られるように
する。そして位相検出系４０により、２つの信号の位相
差Δφｔを、ΔφＬ＝ＤＲＤ　Ｓ　ｗ　ｓ又はΔφｔ＝
Ｄｓｒ−ＤＳｗのいずれか一方で求め、その位相差Δφ
ｔが零になるようにウェハステージ５をアライメントサ
ーボにより駆動する。以後、ウェハステージ５は位相差
Δφｔが零になるようにサーボロックが働き続ける。

次に２ステージを所定の検出範囲（例えば２００ｐｍ）
だけ一方向に移動させる。そして、例えば一定のＺ位置
毎（５μｍ毎）に、干渉計４５の計測値をサンプリング
していく、この動作は、Ｚステージを所定の検出範囲内
で上方及び下方へ複数回移動させて、繰り返し行なうと
よい。

こうして得られたサンプリングデータは、第１Ｏ図と同
じ傾向のものになるが、第１０図と異なる点は縦軸が干
渉計４５の計測値になることだけである。その後の平行
平面ガラス５０の調整は、オート調整、又はマニュアル
の駆動調整のいずれでもよい。

この方法によれば、基準マーク板ＦＭが２方向に分布す
る干渉縞波面にそって横ずれしていく量を計測すること
になるので、位相の飛び等を考慮する必要がなく、テレ
セン度の程度がどのようなものであっても、いきなり広
い範囲に渡ってＺステージを上下動できるといった利点
がある。

以上、第１図のステッパーを用いた実施例では、アライ
メント系は１＆ＩＮしか図示していないが、同様のアラ
イメント系を２〜３ｍを設けることによりて、レチクル
ｌとウェハ４のに、３１方向及び回転方向のアライメン
ト及び倍率誤差の計測が可能である。また本実施例では
、参照信号ＤＲを基準に位相検出しているため、例えば
ウェハ４に対する第１層の露光（ファーストプリント）
時は、レチクルｌのマークＲＭから得られた信号ＤＳｒ
と信号ＤＲとの位相差が、露光動作中に常に一定の値に
なるように、レチクルステージをサーボロックしておく
こともできる。

次に本発明の第２の実施例によるステッパーの構成を第
１２図（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明する。

第１２図（Ａ）、（Ｂ）は、第３図に示した瞳リレー系
１７Ｂの後の部分のみを示し、他の構成は第３図と同一
である０本実施例では瞳リレー系１７Ｂの後に設けられ
ていた空間フィルター２３の位置に、分割受光素子３０
０Ｒ１３００Ｗを直接配置し、系の瞳面で、回折光（ビ
ート信号）１０４．１０５を受光するようにした。第１
２図（Ａ）に示すように、リレー系１７Ｂの後には、偏
光ビームスプリッタ３１０が斜設され、ウェハ４からの
回折光１０５はＳ偏光成分であるためここで反射して受
光素子３００Ｗへ達する。一方レチクルｌからの回折光
１０４はＰ偏光成分であるため、ビームスプリッタ３１
０を透過して受光素子３００Ｒへ達する。受光素子３０
０Ｒ，３００Ｗは、例えば第１２図（Ｂ）のような受光
面を有し、中心部には回折光１０４、又は１０５を受光
する面３００ａが形成され、これを挾んで上下（又は左
右）に０次光り、を受光する面３００　ｂ。

３００Ｃが形成されている。これら３つの受光面３００
ａ、３００ｂ、３００ｃは電気的に絶縁されていて、そ
れぞれ個別に光電信号を出力する。

また受光面３００ａ、３００ｂ、３００ｃは、系の瞳面
、すなわち投影レンズ３の瞳ＥＰとほぼ共役に配！され
ている。

従って、受光素子３００Ｒの受光面３００ａの光電信号
が信号ＤＳｒとなり、受光素子３００Ｗの受光面３００
ａの光電信号が信号ＤＳｗとなり、先の実施例と全く同
様に位相検出に使われる。

第３図に示した光路からも明らかなように、系の瞳面で
回折光１０４．１０５（及び０次光り。

）は全て微小なスポット（ビームウェスト）に集光して
しまう、そのため受光面３００ａ、３００ｂ、３００ｃ
の面積は極めて小さくすることができ、これは受光素子
としての応答性を上げるのに有利である。また回折光１
０４．１０５の瞳面における開口数（Ｎ、Ａ、　）はか
なり小さく（例えば０゜０１以下）なっているので、受
光面３００ａを回折光１０４．１０５の正確なスポット
サイズよりも少し大きな面積にすることによって、受光
素子３００Ｒ１３００Ｗの光軸方向の位置設定精度はそ
れ程きびしいものにする必要がなくなり、装置製造は簡
単になる。このことはアライメントの際に対物レンズ２
１ａの位置が変更されたことによる瞳共役のずれにも対
応できることを意味する。

また、平行平面ガラス５０は、２つのビームＬＢ、　、
ＬＢ、の送光路と回折光１０４．１０５の受光路とが共
有している部分に設けられているため、平行平面ガラス
５０がどのように傾いても、回折光１０４．１０５と受
光面３００ａとの相対位置関係は変化しない。

以上、本発明の第１、第２実施例では、テレセン度調整
用の平行平面ガラス５０を対物レンズ２１ａの瞳ＥＰ、
よりも少し光源側に配置したが、瞳ＥＰ、と対物レンズ
２１ａとの間でもよく、さらに望ましくは、瞳ＥＰ、、
もしくはそれと共役な面内と一致させて配置するのがよ
い、このため、第１図、第３図、第８図に示したように
複屈折物質（２焦点素子）２１ｂが全体的に平行平面の
形状でできている場合は、この素子２１ｂを傾斜可能に
してテレセン度調整に使ってもよい。

また、平行平面ガラス５０の位置は、第１図と第３図と
で異なっているが、第１２図のように瞳空間中で光電検
出する場合は、送光ビームＬＢ。

、ＬＢ！と回折光１０４．１０５の共通光路に設ける必
要があり、第３図のように像空間中で光電検出する場合
はどちらに設けてもよい。

次に本発明の第３の実施例を第５図、第６図とともに第
１３図を参照して説明する。

今までの各実施例ではテレセン度の調整に平行平面ガラ
ス５０を用いたが、本実施例では機械的な駆動を行なわ
ずに、さらに高精度なテレセン度調整を可能とする。た
だし、テレセン度の調整範囲は平行平面ガラスを使った
場合よりも小さなものに制限される。従って本実施例に
よるテレセン調整は、平行平面ガラスで粗調した後の微
調に使うと効果的である。

さて、第５図で示したように、２つのビームＬＢ、、Ｌ
ＢＨはそれぞれＡＯＭ７３．７４から射出した１次回折
光である。２つのビームＬＢ、、ＬＢ、は通常光軸ＡＸ
ａをはさんで点対称に位置するように設定されている。

２つのＡＯＭ７３．７４のドライブ信号ＳＦ＋　、ＳＦ
ｔの周波数は、それぞれ例えば８０．０２５　Ｍ七、８
０．０００Ｍ七に定められている。

その周波数差は２５に１１ｚと低いため、２つのＡＯＭ
７３．７４での１次回折光の回折角はともに等しい、そ
こで２つのＡＯＭ７３．７４の回折角の方向を、光軸Ａ
Ｘａ、ビームＬＢｐ、ＬＢｓの３者を含む面内で同一方
向に合わせておき、信号ＳＦ＋　、ＳＦｔの周波数を同
じ値だけ増減させてやると、ビームスプリンタ１０６で
合成された後のビームＬＢｐ　、ＬＢｊの間隔はほぼ一
定にしたまま、光軸ＡＸａに対する点対称な関係を変化
させることができる。

尚、本実施例を効果的に作用させるためには、第５図中
のＡＯＭ７３とビームスプリッタ１０６との間、及びＡ
ＯＭ７４とビームスプリッタ１０６との間にそれぞれ凸
レンズを設け、さらに第７図のプリズム１２２を凸レン
ズに代えればよい。

それら凸レンズは全て焦点距離の関係でつながれる。そ
してＡＯＭ７３．７４の回折点と第７図中の像共役面Ｉ
Ｐｍとをさらに共役にすることが望ましい、第１３図（
Ａ）は、上述の構成を模式的に表わしたものであり、第
５図のビームスプリンタ１０６から第７図の像共役面Ｉ
Ｐｍまでの光路を示し、新たに凸レンズ４００ａ、４０
０ｂ、４０２が設けられる。その他の構成（特に第６図
）は同一でよい、またＰｅは瞳共役面になり、２つのビ
ームＬＢｒ、ＬＢｓは凸レンズ４００ａ、４００ｂの作
用によりそこでスポットに集光している。凸レンズ４０
２から射出するビームＬ　Ｂ　＋、ＬＢｘは同様に平行
光束となって面ＩＰｍで交差する。

さて、第１３図（Ｂ）はドライブ信号ＳＦ、、ＳＦｇの
発生回路の構成を模式的に表わしたブロック図である。

ドライブ信号ＳＦ、　、ＳＦ、は、水晶発振器Ｃｘを用
いた周波数シンセサイザ一部４１０．４１２で作られる
。出力周波数の設定は分周比等をセントするカウンタ４
１４．４１６で行なわれ、設定値ＣＮ、　、ＣＮｔは主
制御系４１（第１図）等から与えられる。設定値ＣＮ、
　、ＣＮ８は信号ＳＦ＋　、ＳＦｇの周波数差が２５Ｋ
Ｉ（ｚになるように定められている。

さて、設定値ＣＮ、　、ＣＮｇを同量だけ増減させて、
信号ＳＦ＋　、ＳＦｇの周波数を元の値に対して１０％
程度変化させると、２つのビームＬＢデ、ＬＢ、はＡＯ
Ｍ７３．７４を射出するとき元の回折角に対して１０％
程度変化する。ＡＯＭ７３．７４０回折点はほぼ像共役
であるため、レチクル１１又はウェハ４に達する２本の
ビームＬＢ＋、ＬＢＨの傾き（入射角）が同じ方向に同
量だけ変化することになる。すなわち、ビームＬ　Ｂ　
ｌの入射角が元の値よりも１０％だけ大きくなると、ビ
ームＬＢ、の入射角は元の値よりも１０％だけ小さくな
る。その結果、２つのビームＬＢ、、ＬＢ３の交差角を
変化させずに、テレセン度のみを調整することができる
。

本実施例では機械的な可動部がないため、調整に要する
時間が極めて短くなる。そのため、第８図に示したよう
に、レチクル１を交換してマークＲＭの位置が変わった
ときに、金物６２をセットした後のテレセン度調整時間
が短くなり、装置の稼動率を上げられる。

以上、本実施例では２つのＡＯＭ７３．７４が本発明の
第１光学部材に相当する機能を有する。

このようにＡＯＭ７３．７４を使ってテレセン度調整す
る場合、２つのビームＬＢｌ　−ＬＢｉの送光路側だけ
でテレセン補正するため、受光路側、すなわち回折光１
０４．１０５は瞳面内で微妙に位置変化することになる
。しかしながら、ＡＯＭ７３．７４による調整を微小範
囲に限って使うだけならば、その位置変化を見込んで、
第１２図（Ｂ）の受光面３００ａの大きさを定めておく
だけで、十分に対応できる。もちろん、第３図に示すよ
うに、像共役面にアパーチャ板２５゛を設け、光電検出
器２５でビート信号を受光する方式では、ビームＬＢ、
　、ＬＢ、のテレセンＡＯＭ７３．７４で変化させても
、全く影響を受けない。

〔その他の変形例］ （１）回折格子マークＲＭ、又はＷＭを照射する２つの
ビームＬＢ、　、ＬＢ□は偏光方向が異なっていてもよ
い。例えばビームＬＢ、をＰ偏光、ビームＬＢ、をＳ偏
光にすると、格子マーク上では干渉縞が発生しないが、
受光素子１９．２５．３００の前に偏光板（検光子＞　
？、３［屈折素子等を入れると同様にビート信号が得ら
れる。

（２）　　ビームＬＢ、　、ＬＢ２の周波数差を得るた
めに、レーザ光１ｉｔｏをゼーマンレーザにしてもよい
、この場合、ＡＯＭ７３．７４は省略できる。

（３）　　ビームＬＢ、とＬＢ、の周波数差を零にした
ホモダイン方式の場合であっても、同様にテレセン度調
整と交差角調整とができる。

（４）ＡＯＭを用いると、ドライブ信号の周波数を変え
るだけでホモダイン方式とヘテロゲイン方式とを簡単に
切替えられるので、ホモダイン方式にしてウェハステー
ジ５をスキャンするアライメントシーケンスと、ヘテロ
ゲイン方式による露光中のウェハステージのサーボロッ
クとを選択的に高速に切り替えて処理できる。

（５）　　ＴＴＲ，ＴＴＬ方式のアライメント系では、
２つのビームＬＢ、とＬＢ、の波長を露光光の波長に近
ｆ以させて、２焦点素子２１ａを省略してもよい。

その場合は、ビームＬＢ、　、ＬＢ、の送光路中の像共
役面ＩＰｍに照明視野絞りを配置して、ウェハ上のレジ
スト層の照射領域をマークＷ　Ｍ　（７）　部分に制限
する。

（６）　　ＡＯＭ７３．７４の発熱によってビームの回
折角がドリフトする場合、その発熱を温度センサーでモ
ニターし、温度上昇にともなってドライブ信号ＳＦ、、
ＳＦ、の周波数を自動調整してビームＬＢＩ、ＬＢｇの
入射角の対称性を一定に保つようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上、本発明によれば２つのビームを回折格子上で交差
するように照射するアライメント光学系等において、対
物光学系（投影光学系）の瞳面で２つのビームの位置を
格子配列方向に同量だけシフトさせる第１光学部材を設
けたので、２つのビームのテレセン度が容易に調整でき
る。

従って、回折格子と干渉縞を用いた位置検出の精度が、
本来の高分解能であることの利点を保ったまま安定に得
られるといった効果がある。

また干渉縞と回折格子とが相対的に光軸方向に大きく変
位しても、極めて高いテレセン性を維持しているため、
何ら位置検出の障害にならないといった格別な効果も得
られる。

このため従来のステッパー等で実行されていたアライメ
ント時のフォーカス合わせ（ＡＦ）動作が省略できるの
で、Ｅ−Ｇ−Ａ法を併用したシーケンスではスループッ
トが向上するといった利点もある。またギャップの設定
精度や光源とマスクとの間隔設定精度が比較的低いプロ
キシミティ露光装置（例えばＳＯＲを用いたＸ線ステッ
パー等）では、はとんど機械的にマスクとウェハとをセ
ットするだけで、ただちにアライメント、露光といった
動作に移行でき、同様にスリープツトの向上が期待でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例によるステッパーの構成
を示す図、第２図は干渉縞と回折格子の探子を説明する
本発明の原理図、第３図は第１図に示した光学系の主要
部をさらに詳細に説明した図、第４図は第３図中の回折
格子マークとアパーチャ板の関係を示す平面図、第５図
、第６図、第７図は第１図中の周波数シフターの詳細な
構成を示す図、第８図は第１図中のアライメント系の実
用的な構造を示す図、第９図は投影レンズの像面側での
テレセン度の計測方法を説明する図、第１Ｏ図はテレセ
ン性の計測値を表わすグラフ、第１１図はテレセン度調
整に好適なステッパーの制御系の一例を示すブロック図
、第１２図（Ａ）、（Ｂ）は本発明の第２の実施例によ
る受光系の構造を示す図、第１３図（Ａ）は、本発明の
第３の実施例による光学系を示す図、第１３図（Ｂ）は
第１３図（Ａ）の光学系とともに使われる周波数シフタ
ーのドライブ回路の一例を示すブロック図である。 〔主要部分の符号の説明〕 １・・・レチクル、３・・・投影レンズ、４・・・ウェ
ハ５・・・ウェハステージ、１０・・・レーザ光源、１
２・・・周波数シフター １７Ａ、１７Ｂ％　１７Ｃ・・・リレー系、１８・・・
基準格子板、 １９・・・光電検出器（受光素子）、 ２１ａ・・・対物レンズ、２１ｂ・・・複屈折物質、２
３・・・空間フィルター、２５・・・受光素子、４０・
・・位相検出系、４１・・・主制御系、５０・・・平行
平面ガラス、 ＷＰ、ＲＭ、ＷＭ・・・回折格子マーク、１０４．１０
５・・・マークＲＭ、ＷＭからの干渉ビート光（回折光
）、 ７３．７４・・・音響光学変調器（ＡＯＭ）、２００・
・・制御ラック、２０２・・・ＣＲ７表示器、２１０−
・・コンソール、 ３００．３００Ｒ，３００Ｗ・・・受光素子、−ＬＢ・
・・レーザビーム、ＬＢ、・・・Ｐ偏光ビーム、ＬＢｓ
・・・Ｓ偏光ビーム、 ＬＢ、・・・周波数ｆ１のビーム、 ＬＢｇ・・・周波数ｆ８のビーム、 ＢＰ、ＥＰ、・・・瞳面、 ＳＦ＋　、ＳＦｘ・・・ＡＯＭドライブ信号、Ｄ　Ｒ・
・・参照信号、ＤＳｗ、ＤＳｒ”−計測信号、ＬＡ、　
、ＬＡＸ・・・主光線、 ＡＸａ・・・アライメント系の光軸、 ＩＦｗ・・・干渉縞、　　ＩＰ’、夏Ｐｍ・・・像共役
面、ＦＭ・・・基準マーク板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）物体上に形成された回折格子を所定の交差角で２
   方向から照射するための２つのビームを作り出すビーム
   発生手段と；該ビーム発生手段と前記物体との間に配置
   され、前記２つのビームを瞳面内で所定間隔だけ離して
   通すことによって、前記物体上に所定の交差角で照射す
   る対物光学系と；前記回折格子からの回折光を前記対物
   光学系を介して受光する光電検出器とを備え、該光電検
   出器からの検出信号に基づいて前記物体の位置を検出す
   る装置において、前記ビーム発生手段に含まれる光源か
   ら前記物体までの光路中に配置され、前記２つのビーム
   の交差角はほぼ一定に保ったまま該２つのビームの前記
   物体への入射角をともに変化させる光学部材と；前記対
   物光学系と前記物体との光軸方向の間隔を相対的に変化
   させる間隔調整手段と；該間隔調整手段によって前記間
   隔を所定範囲内で変化させたとき、前記光電検出器から
   の検出信号が所定の状態を保つように前記光学部材を調
   整する制御手段とを備えたことを特徴とする位置検出装
   置。
2. （２）前記ビーム発生手段は前記２つのビーム間に所定
   の周波数差を与える周波数変調器と、該周波数差に応じ
   た参照信号を作る参照信号発生部とを有し； 前記制御手段は前記光電検出器からの検出信号の前記参
   照信号に対する位相差を検出する位相検出系と、前記間
   隔を変化させたときに検出される位相差がほぼ一定にな
   るように前記光学部材を駆動する駆動系とを含むことを
   特徴とする請求項第１項に記載の装置。
3. （３）前記間隔調整手段は、前記対物光学系の光軸と直
   交する方向に関して前記対物光学系と前記物体との相対
   変位置を検出する座標検出系を含み； 前記制御手段は、前記間隔調整手段によって前記間隔を
   変化させたときに前記座標検出系で検出される変位置を
   、前記光学部材の調整時の補正量として入力する補正系
   を含むことを特徴とする請求項第１項又は第２項記載の
   装置。