JPH07161611A - 位置検出装置 - Google Patents
位置検出装置Info
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- JPH07161611A JPH07161611A JP5306267A JP30626793A JPH07161611A JP H07161611 A JPH07161611 A JP H07161611A JP 5306267 A JP5306267 A JP 5306267A JP 30626793 A JP30626793 A JP 30626793A JP H07161611 A JPH07161611 A JP H07161611A
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- JP
- Japan
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- light
- wafer
- pairs
- interference
- signal
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- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Light Sources And Details Of Projection-Printing Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 複数波長の光を用いて且つ単一の受光系を用
いて位置検出を行う際に、複数波長の光の各干渉ビート
信号の位相を揃える。 【構成】 Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源１からのレーザビー
ム、及び半導体レーザ素子２からのレーザビームより、
ＡＯＭ８及び９を介して２対の光束Ｌ１(+1,-1) 、Ｈ１
(+1,-1) 及びＬ２(-1,+1) 、Ｈ２(-1,+1) を生成し、こ
れら２対の光束を平行平板ガラス１４、リレーレンズ１
５及び対物レンズ１７を介してウエハマークＷＭ上に交
差するように照射する。ウエハマークＷＭからの２対の
回折光を対物レンズ１７、ビームスプリッタ１６を介し
て光電検出器１９で受光する。平行平板ガラス１４の回
転角を調整して、２個の干渉ビート信号の位相を揃え
る。
いて位置検出を行う際に、複数波長の光の各干渉ビート
信号の位相を揃える。 【構成】 Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源１からのレーザビー
ム、及び半導体レーザ素子２からのレーザビームより、
ＡＯＭ８及び９を介して２対の光束Ｌ１(+1,-1) 、Ｈ１
(+1,-1) 及びＬ２(-1,+1) 、Ｈ２(-1,+1) を生成し、こ
れら２対の光束を平行平板ガラス１４、リレーレンズ１
５及び対物レンズ１７を介してウエハマークＷＭ上に交
差するように照射する。ウエハマークＷＭからの２対の
回折光を対物レンズ１７、ビームスプリッタ１６を介し
て光電検出器１９で受光する。平行平板ガラス１４の回
転角を調整して、２個の干渉ビート信号の位相を揃え
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ヘテロダイン干渉型又
はホモダイン干渉型の位置検出装置に関し、特に半導体
素子又は液晶表示素子等を製造するための露光装置にお
いて感光基板又はマスクの位置合わせを行うアライメン
ト装置の位置検出系に適用して好適なものである。
はホモダイン干渉型の位置検出装置に関し、特に半導体
素子又は液晶表示素子等を製造するための露光装置にお
いて感光基板又はマスクの位置合わせを行うアライメン
ト装置の位置検出系に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体素子又は液晶表示素子等の
微細パターンを半導体ウエハ又はガラスプレート等の基
板上に形成するために、フォトマスク又はレチクル（以
下、まとめて「レチクル」という）のパターン像をフォ
トレジストが塗布された基板上に転写する投影露光装置
が使用されている。一般に半導体素子等は基板上に多数
層の回路パターンを積み重ねて形成されるため、投影露
光装置には、基板上に既に形成されている回路パターン
とこれから露光するレチクルのパターンとの位置合わせ
（アライメント）を高精度に行うためのアライメント装
置が設けられている。最近は、ＬＳＩ等の半導体素子等
の集積度が益々高まっており、アライメント装置におい
ても、より高精度に位置合わせを行うことが求められて
いる。そのためには、レチクル及び基板の位置を高精度
に検出する位置検出装置が必要である。
微細パターンを半導体ウエハ又はガラスプレート等の基
板上に形成するために、フォトマスク又はレチクル（以
下、まとめて「レチクル」という）のパターン像をフォ
トレジストが塗布された基板上に転写する投影露光装置
が使用されている。一般に半導体素子等は基板上に多数
層の回路パターンを積み重ねて形成されるため、投影露
光装置には、基板上に既に形成されている回路パターン
とこれから露光するレチクルのパターンとの位置合わせ
（アライメント）を高精度に行うためのアライメント装
置が設けられている。最近は、ＬＳＩ等の半導体素子等
の集積度が益々高まっており、アライメント装置におい
ても、より高精度に位置合わせを行うことが求められて
いる。そのためには、レチクル及び基板の位置を高精度
に検出する位置検出装置が必要である。
【０００３】そこで、高精度にレチクル及び基板の位置
を検出する装置として、例えば特開平２−２２７６０４
号公報において、単色光を用いるヘテロダイン干渉型の
位置検出装置が提案されている。この位置検出装置にお
いては、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源等の単色光源からの光ビ
ームが２分割され、この分割された２光束をそれぞれ音
響光学変調器で周波数変調することにより、これら２光
束の間に所定の周波数差が与えられる。このように所定
の周波数差が与えられた２光束が、レチクル上のアライ
メントマークとしての回折格子状マークの上に所定の交
差角で照射される。そして、この回折格子状マークから
平行に発生する１対の回折光の干渉光を光電変換するこ
とにより、その所定の周波数差を周波数とするレチクル
側の干渉ビート信号が生成され、別途検出されている参
照信号とそのレチクル側の干渉ビート信号との位相差よ
り、そのレチクルの位置が検出される。
を検出する装置として、例えば特開平２−２２７６０４
号公報において、単色光を用いるヘテロダイン干渉型の
位置検出装置が提案されている。この位置検出装置にお
いては、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源等の単色光源からの光ビ
ームが２分割され、この分割された２光束をそれぞれ音
響光学変調器で周波数変調することにより、これら２光
束の間に所定の周波数差が与えられる。このように所定
の周波数差が与えられた２光束が、レチクル上のアライ
メントマークとしての回折格子状マークの上に所定の交
差角で照射される。そして、この回折格子状マークから
平行に発生する１対の回折光の干渉光を光電変換するこ
とにより、その所定の周波数差を周波数とするレチクル
側の干渉ビート信号が生成され、別途検出されている参
照信号とそのレチクル側の干渉ビート信号との位相差よ
り、そのレチクルの位置が検出される。
【０００４】同様に、そのように所定の周波数差が与え
られた２光束が、基板上のアライメントマークとしての
回折格子状マークの上に所定の交差角で照射される。そ
して、この回折格子状マークから平行に発生する１対の
回折光の干渉光を光電変換することにより、基板側の干
渉ビート信号が生成され、別途検出されている参照信号
とその基板側の干渉ビート信号との位相差より、その基
板の位置が検出される。
られた２光束が、基板上のアライメントマークとしての
回折格子状マークの上に所定の交差角で照射される。そ
して、この回折格子状マークから平行に発生する１対の
回折光の干渉光を光電変換することにより、基板側の干
渉ビート信号が生成され、別途検出されている参照信号
とその基板側の干渉ビート信号との位相差より、その基
板の位置が検出される。
【０００５】ところで、基板がウエハの場合、アライメ
ントマークは段差を有する凹凸パターン（位相パター
ン）により形成される。このような凹凸パターンを単色
光の干渉により検出しようとすると、アライメントマー
クの段差の高さ及びウエハ上のフォトレジストの薄膜干
渉の条件により回折光強度が極端に小さくなって、位置
検出ができない程検出信号のＳＮ比が悪化することがあ
る。
ントマークは段差を有する凹凸パターン（位相パター
ン）により形成される。このような凹凸パターンを単色
光の干渉により検出しようとすると、アライメントマー
クの段差の高さ及びウエハ上のフォトレジストの薄膜干
渉の条件により回折光強度が極端に小さくなって、位置
検出ができない程検出信号のＳＮ比が悪化することがあ
る。
【０００６】このような回折光強度の極端な劣化を避け
るため、特願平５−２９５３１号及び特願平５−１
３１７３６号において、多色光（白色光を含む）を使用
したヘテロダイン干渉型の位置検出装置が提案されてい
る。それらの内、の位置検出装置では、白色光又は多
色光を使用しても受光段階では単色光の場合と同様に１
つの受光素子で干渉光を光電変換している。また、の
位置検出装置では、多色光の各色に対応する複数の受光
素子を用いて複数個の干渉光及び必要に応じて複数個の
参照干渉光を個別に光電変換している。
るため、特願平５−２９５３１号及び特願平５−１
３１７３６号において、多色光（白色光を含む）を使用
したヘテロダイン干渉型の位置検出装置が提案されてい
る。それらの内、の位置検出装置では、白色光又は多
色光を使用しても受光段階では単色光の場合と同様に１
つの受光素子で干渉光を光電変換している。また、の
位置検出装置では、多色光の各色に対応する複数の受光
素子を用いて複数個の干渉光及び必要に応じて複数個の
参照干渉光を個別に光電変換している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記の如き多色光（又
は白色光）を用いる位置検出装置の中で、の位置検出
装置では、単一の受光素子を用いて位置検出を行うこと
ができる。しかしながら、実際には２光束を所定の入射
角で照射するための送光光学系内の光学素子の製造誤差
や取り付け位置の誤差のために、厳密にそれぞれの波長
の回折光の干渉光の光電変換信号（干渉ビート信号）の
位相を揃えることが困難である場合があるという不都合
があった。そのように複数の波長間での干渉ビート信号
の位相が揃っていないと、単一の受光素子で光電変換し
て得られた干渉ビート信号（即ち、多色光の各色に対応
する干渉ビート信号の混合）の振幅が小さくなり、位置
検出ができなくなる場合がある。
は白色光）を用いる位置検出装置の中で、の位置検出
装置では、単一の受光素子を用いて位置検出を行うこと
ができる。しかしながら、実際には２光束を所定の入射
角で照射するための送光光学系内の光学素子の製造誤差
や取り付け位置の誤差のために、厳密にそれぞれの波長
の回折光の干渉光の光電変換信号（干渉ビート信号）の
位相を揃えることが困難である場合があるという不都合
があった。そのように複数の波長間での干渉ビート信号
の位相が揃っていないと、単一の受光素子で光電変換し
て得られた干渉ビート信号（即ち、多色光の各色に対応
する干渉ビート信号の混合）の振幅が小さくなり、位置
検出ができなくなる場合がある。
【０００８】一方、の位置検出装置では、各波長の光
毎に分けて干渉光及び参照干渉光を光電変換して、得ら
れた干渉ビート信号の位相を求めなくてはならないの
で、受光系および信号処理系が複雑になってしまうとい
う不都合があった。本発明は斯かる点に鑑み、複数の波
長の光を用いて干渉方式で位置検出を行う際に、単一の
受光系を用いて位置検出を行うと共に、それら複数の波
長の干渉光の位相を所定の状態に揃えることができる位
置検出装置を提供することを目的とする。
毎に分けて干渉光及び参照干渉光を光電変換して、得ら
れた干渉ビート信号の位相を求めなくてはならないの
で、受光系および信号処理系が複雑になってしまうとい
う不都合があった。本発明は斯かる点に鑑み、複数の波
長の光を用いて干渉方式で位置検出を行う際に、単一の
受光系を用いて位置検出を行うと共に、それら複数の波
長の干渉光の位相を所定の状態に揃えることができる位
置検出装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明による位置検出装
置は、例えば図１に示す如く、可干渉性を有する複数の
光束を被検物（１８）上に形成された回折格子状マーク
（ＷＭ）上に照射し、それら複数の光束の照射により回
折格子状マーク（ＷＭ）から発生する複数の回折光の干
渉光の光電変換信号に基づいて、被検物（１８）の位置
検出を行う位置検出装置において、互いに異なる波長の
光束を発生する光源（１，２）と、その光源から射出さ
れた互いに波長の異なる複数の光束をそれぞれ１対の光
束に分割し、これにより得られた複数対の光束を被検物
（１８）上に形成された回折格子状マーク（ＷＭ）上に
照射する送光光学系（５，１０，１２，１５，１７）
と、それら複数対の光束の照射により回折格子状マーク
（ＷＭ）から発生する複数対の回折光の干渉光を生成す
る受光光学系（１７，１６）と、それら複数対の回折光
の干渉光を一括して光電変換する光電変換手段（１９）
と、その送光光学系内に配置され、それら互いに波長の
異なる複数対の光束の色収差を補正する色収差補正手段
（１４）と、を有し、色収差補正手段（１４）により、
光電変換手段（１９）で受光されるそれら複数対の回折
光のそれぞれの干渉光の位相を所定の状態に揃えるもの
である。
置は、例えば図１に示す如く、可干渉性を有する複数の
光束を被検物（１８）上に形成された回折格子状マーク
（ＷＭ）上に照射し、それら複数の光束の照射により回
折格子状マーク（ＷＭ）から発生する複数の回折光の干
渉光の光電変換信号に基づいて、被検物（１８）の位置
検出を行う位置検出装置において、互いに異なる波長の
光束を発生する光源（１，２）と、その光源から射出さ
れた互いに波長の異なる複数の光束をそれぞれ１対の光
束に分割し、これにより得られた複数対の光束を被検物
（１８）上に形成された回折格子状マーク（ＷＭ）上に
照射する送光光学系（５，１０，１２，１５，１７）
と、それら複数対の光束の照射により回折格子状マーク
（ＷＭ）から発生する複数対の回折光の干渉光を生成す
る受光光学系（１７，１６）と、それら複数対の回折光
の干渉光を一括して光電変換する光電変換手段（１９）
と、その送光光学系内に配置され、それら互いに波長の
異なる複数対の光束の色収差を補正する色収差補正手段
（１４）と、を有し、色収差補正手段（１４）により、
光電変換手段（１９）で受光されるそれら複数対の回折
光のそれぞれの干渉光の位相を所定の状態に揃えるもの
である。
【００１０】この場合、色収差補正手段（１４）を、被
検物（１８）の被検面とほぼ共役な面上に配置してもよ
い。更に、色収差補正手段（１４）の一例は、回転自在
に支持された平行平板ガラス等の平行平面部材である。
検物（１８）の被検面とほぼ共役な面上に配置してもよ
い。更に、色収差補正手段（１４）の一例は、回転自在
に支持された平行平板ガラス等の平行平面部材である。
【００１１】
【作用】斯かる本発明によれば、例えば図５に示すよう
に、送光光学系内の光学要素の色収差等により、互いに
波長の異なる複数対の光束（ＬＡ１，ＬＡ２とＬＢ１，
ＬＢ２）の回折格子状マーク（ＷＭ）に対する入射角及
び入射位置が僅かに変化する。そのため、第１対の光束
（ＬＡ１，ＬＡ２）による回折光の干渉光の光電変換信
号が例えば図２（ｂ）の信号（２３Ｈ）であるとする
と、第２対の光束（ＬＢ１，ＬＢ２）による回折光の干
渉光の光電変換信号は例えば図２（ｃ）の信号（２３
Ｌ）となり、両者は位相が異なっているため、光電変換
手段（１９）で一括で受光して得られる光電変換信号
は、例えば図２（ｄ）の信号（２３）のように振幅が小
さくなり、コントラストが低下してＳＮ比が悪くなる。
に、送光光学系内の光学要素の色収差等により、互いに
波長の異なる複数対の光束（ＬＡ１，ＬＡ２とＬＢ１，
ＬＢ２）の回折格子状マーク（ＷＭ）に対する入射角及
び入射位置が僅かに変化する。そのため、第１対の光束
（ＬＡ１，ＬＡ２）による回折光の干渉光の光電変換信
号が例えば図２（ｂ）の信号（２３Ｈ）であるとする
と、第２対の光束（ＬＢ１，ＬＢ２）による回折光の干
渉光の光電変換信号は例えば図２（ｃ）の信号（２３
Ｌ）となり、両者は位相が異なっているため、光電変換
手段（１９）で一括で受光して得られる光電変換信号
は、例えば図２（ｄ）の信号（２３）のように振幅が小
さくなり、コントラストが低下してＳＮ比が悪くなる。
【００１２】そこで、色収差補正手段（１４）により、
色収差の状態を補正して、第１対の光束（ＬＡ１，ＬＡ
２）による回折光の干渉光の光電変換信号を例えば図２
（ｂ）の信号（２４Ｈ）として、第２対の光束（ＬＢ
１，ＬＢ２）による回折光の干渉光の光電変換信号を図
２（ｃ）の信号（２４Ｌ）として、両者の位相を揃え
る。これにより、光電変換手段（１９）で一括で受光し
て得られる光電変換信号は、例えば図２（ｄ）の信号
（２４）のように振幅が大きくなり、高精度に位置検出
が行われる。
色収差の状態を補正して、第１対の光束（ＬＡ１，ＬＡ
２）による回折光の干渉光の光電変換信号を例えば図２
（ｂ）の信号（２４Ｈ）として、第２対の光束（ＬＢ
１，ＬＢ２）による回折光の干渉光の光電変換信号を図
２（ｃ）の信号（２４Ｌ）として、両者の位相を揃え
る。これにより、光電変換手段（１９）で一括で受光し
て得られる光電変換信号は、例えば図２（ｄ）の信号
（２４）のように振幅が大きくなり、高精度に位置検出
が行われる。
【００１３】また、色収差補正手段（１４）を、被検物
（１８）の被検面とほぼ共役な面上に配置した場合に
は、色収差補正手段（１４）が小さくでき、検出装置が
全体として小型化できる。次に、色収差補正手段（１
４）として、回転自在に支持された平行平板ガラスを用
いた場合の平行平板ガラスの作用につき説明する。この
平行平板ガラスにおいて、スネルの法則に従って各波長
の光は屈折を受け、平行平板ガラスから射出される際に
各光束の位置はシフトする。第１の波長λ1 の光束にお
けるそのシフト量Δ1 は、平行平板ガラスを厚さｔで屈
折率ｎ1 として、その光束の入射角をφとすると、次の
ように表される。
（１８）の被検面とほぼ共役な面上に配置した場合に
は、色収差補正手段（１４）が小さくでき、検出装置が
全体として小型化できる。次に、色収差補正手段（１
４）として、回転自在に支持された平行平板ガラスを用
いた場合の平行平板ガラスの作用につき説明する。この
平行平板ガラスにおいて、スネルの法則に従って各波長
の光は屈折を受け、平行平板ガラスから射出される際に
各光束の位置はシフトする。第１の波長λ1 の光束にお
けるそのシフト量Δ1 は、平行平板ガラスを厚さｔで屈
折率ｎ1 として、その光束の入射角をφとすると、次の
ように表される。
【００１４】 Δ1 ＝ｔsin φ｛１−cos φ／（ｎ1 cos φ1 ’）｝ （１） 但し、 sin φ＝ｎ1 sin φ1 ’ （２） 更に、波長λ2 の光束のシフト量Δ2 も、同様に平行平
板ガラスの屈折率をｎ 2 として次のように表すことがで
きる。 Δ2 ＝ｔsin φ｛１−cos φ／（ｎ2 cos φ2 ’）） （３） 但し、 sin φ＝ｎ2 sin φ2 ’ （４） 従って、波長λ1 、及びλ2 の光束の相対シフト量（Δ
1 −Δ2 ）は次のようになる。
板ガラスの屈折率をｎ 2 として次のように表すことがで
きる。 Δ2 ＝ｔsin φ｛１−cos φ／（ｎ2 cos φ2 ’）） （３） 但し、 sin φ＝ｎ2 sin φ2 ’ （４） 従って、波長λ1 、及びλ2 の光束の相対シフト量（Δ
1 −Δ2 ）は次のようになる。
【００１５】 Δ1 −Δ2 ＝ｔsin φcos φ｛（１／（ｎ2 cos φ2 ’） −１／（ｎ1 cos φ1 ’）｝ （５） これは、平行平板ガラスに対する入射角φに応じて定ま
る各波長での回折角φ 1 ’及びφ2 ’により、２つの波
長の光束間の相対シフト量が変化すること、即ち、平行
平板ガラスの回転角を調整する事により２つの波長の光
電変換信号の相対位相を調整できる事を意味する。これ
により、簡単な構成で且つ簡単な調整により、容易に複
数の波長の光束の光電変換信号の位相を揃えることがで
きる。
る各波長での回折角φ 1 ’及びφ2 ’により、２つの波
長の光束間の相対シフト量が変化すること、即ち、平行
平板ガラスの回転角を調整する事により２つの波長の光
電変換信号の相対位相を調整できる事を意味する。これ
により、簡単な構成で且つ簡単な調整により、容易に複
数の波長の光束の光電変換信号の位相を揃えることがで
きる。
【００１６】
【実施例】以下、本発明による位置検出装置の第１実施
例につき図１及び図２を参照して説明する。本実施例
は、露光用の投影光学系とは独立に設けられたオフ・ア
クシス方式のアライメント系に本発明を適用したもので
ある。図１は本実施例の位置検出装置を示し、この図１
において、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源１から射出された波長
λ1 のレーザビームＨと、半導体レーザ素子２から射出
されコリメータレンズ３で平行光束化された波長λ2 の
レーザビームＬとを、ダイクロイックミラー４で同軸に
合成して回折格子５に照射する。
例につき図１及び図２を参照して説明する。本実施例
は、露光用の投影光学系とは独立に設けられたオフ・ア
クシス方式のアライメント系に本発明を適用したもので
ある。図１は本実施例の位置検出装置を示し、この図１
において、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源１から射出された波長
λ1 のレーザビームＨと、半導体レーザ素子２から射出
されコリメータレンズ３で平行光束化された波長λ2 の
レーザビームＬとを、ダイクロイックミラー４で同軸に
合成して回折格子５に照射する。
【００１７】レーザビームＨによる回折格子５からの±
１次回折光Ｈ１及びＨ２と、レーザビームＬによる回折
格子５からの±１次回折光Ｌ１及びＬ２とを空間フィル
タ６で抽出し、抽出された２対のレーザビームをリレー
レンズ７Ａを介して音響光学変調素子（以下、「ＡＯ
Ｍ」という）８内に交差するように照射する。周波数ｆ
1 の駆動信号が印加されるＡＯＭ８では超音波が左から
右方向へ進んでおり、この超音波がレーザビームを回折
（音響ブラッグ回折）する際にドップラー効果により各
レーザビームは周波数変調を受ける。この際に、＋１次
回折光Ｌ１及びＨ１のＡＯＭ８による＋１次回折光Ｌ１
(+1)及びＨ１(+1)は、超音波に対して向かっていく形に
なるので周波数は高くなる。ところが、光の速度は超音
波に比べて十分大きく、超音波の進行方向と光の進行方
向とのなす角はほとんど直角なので、ＡＯＭ８から射出
される＋１次回折光の周波数は、ＡＯＭ８の駆動信号の
周波数ｆ1 分だけ高くなる。
１次回折光Ｈ１及びＨ２と、レーザビームＬによる回折
格子５からの±１次回折光Ｌ１及びＬ２とを空間フィル
タ６で抽出し、抽出された２対のレーザビームをリレー
レンズ７Ａを介して音響光学変調素子（以下、「ＡＯ
Ｍ」という）８内に交差するように照射する。周波数ｆ
1 の駆動信号が印加されるＡＯＭ８では超音波が左から
右方向へ進んでおり、この超音波がレーザビームを回折
（音響ブラッグ回折）する際にドップラー効果により各
レーザビームは周波数変調を受ける。この際に、＋１次
回折光Ｌ１及びＨ１のＡＯＭ８による＋１次回折光Ｌ１
(+1)及びＨ１(+1)は、超音波に対して向かっていく形に
なるので周波数は高くなる。ところが、光の速度は超音
波に比べて十分大きく、超音波の進行方向と光の進行方
向とのなす角はほとんど直角なので、ＡＯＭ８から射出
される＋１次回折光の周波数は、ＡＯＭ８の駆動信号の
周波数ｆ1 分だけ高くなる。
【００１８】一方、−１次回折光Ｌ２及びＨ２のＡＯＭ
８による−１次回折光Ｌ２(-1)及びＨ２(-1)は、超音波
と同じ方向に進む形になるので周波数は低くなり、ＡＯ
Ｍ８から射出される−１次回折光の周波数は、ＡＯＭ８
の駆動信号の周波数ｆ1 分だけ低くなる。また、ＡＯＭ
８内では±１次回折光以外の回折光も生じるので、ＡＯ
Ｍ８内の超音波の進行方向と入射する回折光Ｌ１，Ｈ
１，Ｌ２，Ｈ２の入射面とが４５°で交差するようにＡ
ＯＭ８を回転させて配置し、且つＡＯＭ８の直後のリレ
ーレンズ７Ｂの近傍に空間フィルタ（不図示）を配置す
る。これにより、＋１次回折光Ｌ１，Ｈ１のＡＯＭ８に
よる＋１次回折光Ｌ１(+1)，Ｈ１(+1)、及び−１次回折
光Ｌ２，Ｈ２のＡＯＭ８による−１次回折光Ｌ２(-1)，
Ｈ２(-1)のみが取り出される。
８による−１次回折光Ｌ２(-1)及びＨ２(-1)は、超音波
と同じ方向に進む形になるので周波数は低くなり、ＡＯ
Ｍ８から射出される−１次回折光の周波数は、ＡＯＭ８
の駆動信号の周波数ｆ1 分だけ低くなる。また、ＡＯＭ
８内では±１次回折光以外の回折光も生じるので、ＡＯ
Ｍ８内の超音波の進行方向と入射する回折光Ｌ１，Ｈ
１，Ｌ２，Ｈ２の入射面とが４５°で交差するようにＡ
ＯＭ８を回転させて配置し、且つＡＯＭ８の直後のリレ
ーレンズ７Ｂの近傍に空間フィルタ（不図示）を配置す
る。これにより、＋１次回折光Ｌ１，Ｈ１のＡＯＭ８に
よる＋１次回折光Ｌ１(+1)，Ｈ１(+1)、及び−１次回折
光Ｌ２，Ｈ２のＡＯＭ８による−１次回折光Ｌ２(-1)，
Ｈ２(-1)のみが取り出される。
【００１９】リレーレンズ７Ｂから射出された＋１次回
折光Ｌ１(+1)，Ｈ１(+1)、及び−１次回折光Ｌ２(-1)，
Ｈ２(-1)は、周波数ｆ2(≠ｆ1)の駆動信号が印加される
ＡＯＭ９内に交差するように入射する。ＡＯＭ９では超
音波が右から左方向へ進んでおり、＋１次回折光Ｌ１(+
1)及びＨ１(+1)のＡＯＭ９による−１次回折光Ｌ１(+1,
-1) 及びＨ１(+1,-1) の周波数は、ＡＯＭ９の駆動信号
の周波数ｆ2 分だけ低くなる。一方、−１次回折光Ｌ２
(-1)及びＨ２(-1)のＡＯＭ９による＋１次回折光Ｌ２(-
1,+1) 及びＨ２(-1,+1) の周波数は、ＡＯＭ９の駆動信
号の周波数ｆ2分だけ高くなる。
折光Ｌ１(+1)，Ｈ１(+1)、及び−１次回折光Ｌ２(-1)，
Ｈ２(-1)は、周波数ｆ2(≠ｆ1)の駆動信号が印加される
ＡＯＭ９内に交差するように入射する。ＡＯＭ９では超
音波が右から左方向へ進んでおり、＋１次回折光Ｌ１(+
1)及びＨ１(+1)のＡＯＭ９による−１次回折光Ｌ１(+1,
-1) 及びＨ１(+1,-1) の周波数は、ＡＯＭ９の駆動信号
の周波数ｆ2 分だけ低くなる。一方、−１次回折光Ｌ２
(-1)及びＨ２(-1)のＡＯＭ９による＋１次回折光Ｌ２(-
1,+1) 及びＨ２(-1,+1) の周波数は、ＡＯＭ９の駆動信
号の周波数ｆ2分だけ高くなる。
【００２０】また、ＡＯＭ９内でも±１次回折光以外の
回折光が生じるので、ＡＯＭ９内の超音波の進行方向と
入射する回折光の入射面とが４５°で交差するようにＡ
ＯＭ９を回転させて配置し、且つＡＯＭ９の直後のリレ
ーレンズ１０の近傍に空間フィルタ（不図示）を配置す
る。これにより、−１次回折光（以下、単に「光束」と
いう）Ｌ１(+1,-1) ，Ｈ１(+1,-1) 、及び＋１次回折光
（以下、単に「光束」という）Ｌ２(-1,+1) ，Ｈ２(-1,
+1) のみが取り出される。この場合、波長λ1のレーザ
ビームＨの周波数をｆ10、波長λ2 のレーザビームＬの
周波数をｆ20とすると、光束Ｌ１(+1,-1) 及びＨ１(+1,
-1) の周波数はそれぞれ（ｆ20＋ｆ1-ｆ 2)及び（ｆ10＋
ｆ1-ｆ2)となり、光束Ｌ２(-1,+1) ，Ｈ２(-1,+1) の周
波数はそれぞれ（ｆ20−ｆ1+ｆ2)及び（ｆ10−ｆ1+ｆ2)
となる。従って、光束Ｌ２(-1,+1) と光束Ｌ１(+1,-1)
との間のビート周波数、及び光束Ｈ２(-1,+1) と光束Ｈ
１(+1,-1) との間のビート周波数は、共に２｜ｆ1-ｆ
2|、即ち２つのＡＯＭ８及び９の間の駆動周波数の差の
２倍となる。この詳細な導出過程については、特願平５
−２４４４１号においても開示されている。
回折光が生じるので、ＡＯＭ９内の超音波の進行方向と
入射する回折光の入射面とが４５°で交差するようにＡ
ＯＭ９を回転させて配置し、且つＡＯＭ９の直後のリレ
ーレンズ１０の近傍に空間フィルタ（不図示）を配置す
る。これにより、−１次回折光（以下、単に「光束」と
いう）Ｌ１(+1,-1) ，Ｈ１(+1,-1) 、及び＋１次回折光
（以下、単に「光束」という）Ｌ２(-1,+1) ，Ｈ２(-1,
+1) のみが取り出される。この場合、波長λ1のレーザ
ビームＨの周波数をｆ10、波長λ2 のレーザビームＬの
周波数をｆ20とすると、光束Ｌ１(+1,-1) 及びＨ１(+1,
-1) の周波数はそれぞれ（ｆ20＋ｆ1-ｆ 2)及び（ｆ10＋
ｆ1-ｆ2)となり、光束Ｌ２(-1,+1) ，Ｈ２(-1,+1) の周
波数はそれぞれ（ｆ20−ｆ1+ｆ2)及び（ｆ10−ｆ1+ｆ2)
となる。従って、光束Ｌ２(-1,+1) と光束Ｌ１(+1,-1)
との間のビート周波数、及び光束Ｈ２(-1,+1) と光束Ｈ
１(+1,-1) との間のビート周波数は、共に２｜ｆ1-ｆ
2|、即ち２つのＡＯＭ８及び９の間の駆動周波数の差の
２倍となる。この詳細な導出過程については、特願平５
−２４４４１号においても開示されている。
【００２１】一般に、ＡＯＭの駆動周波数はＭＨｚのオ
ーダであるのに対して、２光束干渉で処理できるビート
周波数はｋＨｚのオーダである。そこで、２つのＡＯＭ
８及び９の駆動周波数ｆ1 及びｆ2 として、それぞれ例
えば数１０ＭＨｚで且つ周波数差が数１０ｋＨｚの周波
数を用いることにより、容易に処理できるビート周波数
を得ることができる。
ーダであるのに対して、２光束干渉で処理できるビート
周波数はｋＨｚのオーダである。そこで、２つのＡＯＭ
８及び９の駆動周波数ｆ1 及びｆ2 として、それぞれ例
えば数１０ＭＨｚで且つ周波数差が数１０ｋＨｚの周波
数を用いることにより、容易に処理できるビート周波数
を得ることができる。
【００２２】リレーレンズ１０から射出される波長λ1
の１対の光束Ｈ２(-1,+1) ，Ｈ１(+1,-1) 及び波長λ2
の１対の光束Ｌ２(-1,+1) ，Ｌ１(+1,-1) はビームスプ
リッタ１１に入射し、ビームスプリッタ１１を透過した
２対の回折光が、リレーレンズ１２により視野絞り１３
の開口上で交差するように集光される。そして、視野絞
り１３の開口を通過した光束が、平行平板ガラス１４、
コリメータレンズ１５、送光光と受光光とを分離するた
めのビームスプリッタ１６、及び対物レンズ１７を経て
位置検出の対象であるウエハ１８上の回折格子状のアラ
イメントマーク（以下、「ウエハマーク」という）ＷＭ
上に交差するように入射する。即ち、視野絞り１３の配
置面はウエハ１８の表面と共役であり、視野絞り１３の
開口の像がウエハ１８の表面にリレーされ、平行平板ガ
ラス１４はウエハ１８の表面と共役な面の近傍に配置さ
れている。
の１対の光束Ｈ２(-1,+1) ，Ｈ１(+1,-1) 及び波長λ2
の１対の光束Ｌ２(-1,+1) ，Ｌ１(+1,-1) はビームスプ
リッタ１１に入射し、ビームスプリッタ１１を透過した
２対の回折光が、リレーレンズ１２により視野絞り１３
の開口上で交差するように集光される。そして、視野絞
り１３の開口を通過した光束が、平行平板ガラス１４、
コリメータレンズ１５、送光光と受光光とを分離するた
めのビームスプリッタ１６、及び対物レンズ１７を経て
位置検出の対象であるウエハ１８上の回折格子状のアラ
イメントマーク（以下、「ウエハマーク」という）ＷＭ
上に交差するように入射する。即ち、視野絞り１３の配
置面はウエハ１８の表面と共役であり、視野絞り１３の
開口の像がウエハ１８の表面にリレーされ、平行平板ガ
ラス１４はウエハ１８の表面と共役な面の近傍に配置さ
れている。
【００２３】この場合、ウエハマークＷＭのピッチ方向
をＸ方向、リレーレンズ１５及び１７の光軸に平行な方
向をＺ方向とすると、波長λ1 の１対の光束Ｈ１(+1,-
1) 及びＨ２(-1,+1) は、回折格子状のウエハマークＷ
Ｍ上にＸ方向に沿って交差するように２方向から照射さ
れ、これによりウエハマークＷＭ上には、ピッチ方向
（Ｘ方向）に沿って流れる干渉縞が発生する。そして、
この回折格子マークＷＭの法線方向（Ｚ方向）には、光
束Ｈ２(-1,+1) の＋１次回折光Ｈ２(-1,+1,+1)及び光束
Ｈ１(+1,-1) の−１次回折光Ｈ１(+1,-1,-1)が平行に発
生する。
をＸ方向、リレーレンズ１５及び１７の光軸に平行な方
向をＺ方向とすると、波長λ1 の１対の光束Ｈ１(+1,-
1) 及びＨ２(-1,+1) は、回折格子状のウエハマークＷ
Ｍ上にＸ方向に沿って交差するように２方向から照射さ
れ、これによりウエハマークＷＭ上には、ピッチ方向
（Ｘ方向）に沿って流れる干渉縞が発生する。そして、
この回折格子マークＷＭの法線方向（Ｚ方向）には、光
束Ｈ２(-1,+1) の＋１次回折光Ｈ２(-1,+1,+1)及び光束
Ｈ１(+1,-1) の−１次回折光Ｈ１(+1,-1,-1)が平行に発
生する。
【００２４】ここで、光束Ｈ１(+1,-1) 及びＨ２(-1,+
1) がウエハマークＷＭを２方向から照明するときの交
差角は、ウエハマークＷＭのピッチをＰWM、光束Ｈ１(+
1,-1)又はＨ２(-1,+1) のウエハマークＷＭに対する入
射角をθWM1 とするとき、次の条件を満足するように設
定されている。 sin θWM1 ＝λ1 ／ＰWM （６） 同様に、波長λ2 の１対の光束Ｌ１(+1,-1) 及びＬ２(-
1,+1) も、回折格子状のウエハマークＷＭ上にＸ方向に
沿って交差するように２方向から照射され、この回折格
子マークＷＭの法線方向（Ｚ方向）には、光束Ｌ２(-1,
+1) の＋１次回折光Ｌ２(-1,+1,+1)及び光束Ｌ１(+1,-
1) の−１次回折光Ｌ１(+1,-1,-1)が平行に発生する。
そして、光束Ｌ１(+1,-1) 及びＬ２(-1,+1) がウエハマ
ークＷＭを２方向から照明するときの交差角は、光束Ｌ
１(+1,-1) 又はＬ２(-1,+1) のウエハマークＷＭに対す
る入射角をθWM2 とするとき、次の条件を満足するよう
に設定されている。
1) がウエハマークＷＭを２方向から照明するときの交
差角は、ウエハマークＷＭのピッチをＰWM、光束Ｈ１(+
1,-1)又はＨ２(-1,+1) のウエハマークＷＭに対する入
射角をθWM1 とするとき、次の条件を満足するように設
定されている。 sin θWM1 ＝λ1 ／ＰWM （６） 同様に、波長λ2 の１対の光束Ｌ１(+1,-1) 及びＬ２(-
1,+1) も、回折格子状のウエハマークＷＭ上にＸ方向に
沿って交差するように２方向から照射され、この回折格
子マークＷＭの法線方向（Ｚ方向）には、光束Ｌ２(-1,
+1) の＋１次回折光Ｌ２(-1,+1,+1)及び光束Ｌ１(+1,-
1) の−１次回折光Ｌ１(+1,-1,-1)が平行に発生する。
そして、光束Ｌ１(+1,-1) 及びＬ２(-1,+1) がウエハマ
ークＷＭを２方向から照明するときの交差角は、光束Ｌ
１(+1,-1) 又はＬ２(-1,+1) のウエハマークＷＭに対す
る入射角をθWM2 とするとき、次の条件を満足するよう
に設定されている。
【００２５】sin θWM2 ＝λ2 ／ＰWM （７） これにより、ウエハマークＷＭから発生する２対の回折
光（Ｈ２(-1,+1,+1)，Ｈ１(+1,-1,-1)及びＬ２(-1,+1,+
1)，Ｌ１(+1,-1,-1)）は、再び対物レンズ１７を経てビ
ームスプリッター１６で反射された後、光電検出器１９
により周波数が２｜ｆ1-ｆ2|のウエハ信号ＳＷに変換さ
れる。
光（Ｈ２(-1,+1,+1)，Ｈ１(+1,-1,-1)及びＬ２(-1,+1,+
1)，Ｌ１(+1,-1,-1)）は、再び対物レンズ１７を経てビ
ームスプリッター１６で反射された後、光電検出器１９
により周波数が２｜ｆ1-ｆ2|のウエハ信号ＳＷに変換さ
れる。
【００２６】一方、ビームスプリッタ１１で反射された
２対の光束は、ビート信号の位相の原点を定めるための
参照光学系の集光レンズ２０により参照格子２１上で交
差する。参照格子２１もちょうど各光束の±１次回折光
が法線方向（垂直方向）に進むようにピッチが定めら
れ、その２対の±１次回折光よりなる干渉光が参照光電
検出器２２により光電変換され、周波数が２｜ｆ1-ｆ2|
の参照信号ＳＲが得られる。この参照信号ＳＲを基準と
したウエハ信号ＳＷの位相のずれより、ウエハ１８のＸ
方向の位置を不図示の信号処理系で計算する。
２対の光束は、ビート信号の位相の原点を定めるための
参照光学系の集光レンズ２０により参照格子２１上で交
差する。参照格子２１もちょうど各光束の±１次回折光
が法線方向（垂直方向）に進むようにピッチが定めら
れ、その２対の±１次回折光よりなる干渉光が参照光電
検出器２２により光電変換され、周波数が２｜ｆ1-ｆ2|
の参照信号ＳＲが得られる。この参照信号ＳＲを基準と
したウエハ信号ＳＷの位相のずれより、ウエハ１８のＸ
方向の位置を不図示の信号処理系で計算する。
【００２７】次に、図１の平行平板ガラス１４の作用に
つき説明する。図１において、平行平板ガラス１４が無
いものとして、且つ送光／受光分離用のビームスプリッ
タ１６が不完全な場合を図５に示す。図５において、送
光／受光分離用のビームスプリッタ１６Ａは、入射面と
出射面とが完全に平行でないビームスプリッタの例であ
り、この場合には、波長λ1 の光束ＬＢ１及びＬＢ２の
ウエハマークＷＭ上での交差位置と、波長λ2 の光束Ｌ
Ａ１及びＬＡ２のウエハマークＷＭ上での交差位置とが
異なる。
つき説明する。図１において、平行平板ガラス１４が無
いものとして、且つ送光／受光分離用のビームスプリッ
タ１６が不完全な場合を図５に示す。図５において、送
光／受光分離用のビームスプリッタ１６Ａは、入射面と
出射面とが完全に平行でないビームスプリッタの例であ
り、この場合には、波長λ1 の光束ＬＢ１及びＬＢ２の
ウエハマークＷＭ上での交差位置と、波長λ2 の光束Ｌ
Ａ１及びＬＡ２のウエハマークＷＭ上での交差位置とが
異なる。
【００２８】そして、ビームスプリッタ１６Ａの入射面
と出射面との平行度が、三角プリズムの頂角でαだけ異
なっているとき、波長λ1 に対するビームスプリッタ１
６Ａの屈折率をｎ1 とし、波長λ2 に対するビームスプ
リッタ１６Ａの屈折率をｎ2、対物レンズ１７の焦点距
離をＦとすると、ウエハ１８の表面上での波長λ1 の光
束の交差位置の位置ずれ量δ1 は、次のようになる。 δ1 ＝Ｆ（ｎ1 −１）α （８） 同様に、波長λ2 の光束のウエハ１８の表面上での交差
位置の位置ずれ量δ2は、次のようになる。
と出射面との平行度が、三角プリズムの頂角でαだけ異
なっているとき、波長λ1 に対するビームスプリッタ１
６Ａの屈折率をｎ1 とし、波長λ2 に対するビームスプ
リッタ１６Ａの屈折率をｎ2、対物レンズ１７の焦点距
離をＦとすると、ウエハ１８の表面上での波長λ1 の光
束の交差位置の位置ずれ量δ1 は、次のようになる。 δ1 ＝Ｆ（ｎ1 −１）α （８） 同様に、波長λ2 の光束のウエハ１８の表面上での交差
位置の位置ずれ量δ2は、次のようになる。
【００２９】 δ2 ＝Ｆ（ｎ2 −１）α （９） 従って、波長λ1 の光束と波長λ2 の光束とでは、ウエ
ハ１８上での交差位置がＸ方向に相対的に次式のような
値だけずれる。 δ1 −δ2 ＝Ｆ（ｎ1 −ｎ2 ）α （１０） これを図１の光電検出器１９から出力されるウエハ信号
ＳＷ、及び参照光電検出器２２から出力される参照信号
ＳＲで示すと、参照信号ＳＲが図２（ａ）に示す周期的
な信号となるのに対して、ウエハ信号ＳＷは図２（ｄ）
の実線の波形２３で示すような信号となる。そして、ウ
エハ信号ＳＷの内の、波長λ1 の干渉ビート信号ＳＷH
は、図２（ｂ）の実線の波形２３Ｈのようになり、波長
λ2 の干渉ビート信号ＳＷL は、図２（ｃ）の実線の波
形２３Ｌのようになり、干渉ビート信号ＳＷH と干渉ビ
ート信号ＳＷL とは、（１０）式の相対的な位置ずれ分
だけ位相が異なっている。そのため、波長により検出さ
れる信号の位置ずれ量が異なってしまい、しかもウエハ
上に塗布されるレジストの膜の干渉条件により、位置ず
れ量が変化するため、正確な位置合わせが困難となる。
ハ１８上での交差位置がＸ方向に相対的に次式のような
値だけずれる。 δ1 −δ2 ＝Ｆ（ｎ1 −ｎ2 ）α （１０） これを図１の光電検出器１９から出力されるウエハ信号
ＳＷ、及び参照光電検出器２２から出力される参照信号
ＳＲで示すと、参照信号ＳＲが図２（ａ）に示す周期的
な信号となるのに対して、ウエハ信号ＳＷは図２（ｄ）
の実線の波形２３で示すような信号となる。そして、ウ
エハ信号ＳＷの内の、波長λ1 の干渉ビート信号ＳＷH
は、図２（ｂ）の実線の波形２３Ｈのようになり、波長
λ2 の干渉ビート信号ＳＷL は、図２（ｃ）の実線の波
形２３Ｌのようになり、干渉ビート信号ＳＷH と干渉ビ
ート信号ＳＷL とは、（１０）式の相対的な位置ずれ分
だけ位相が異なっている。そのため、波長により検出さ
れる信号の位置ずれ量が異なってしまい、しかもウエハ
上に塗布されるレジストの膜の干渉条件により、位置ず
れ量が変化するため、正確な位置合わせが困難となる。
【００３０】そこで、図１の光電検出器１９により、全
ての波長について同一の位相の干渉ビート信号を検出す
るには、図５に示すような光学部品の製造誤差等による
ビーム交差点の位置ずれを補正しなくてはならない。そ
のため、本実施例では、図１に示すように、ウエハ１８
の表面と共役な送光光学系内の面の近傍の面（像空間）
に色分散を持つガラス（又は光学用プラスチックス等も
可）よりなる平行平板ガラス１４を配し、この平行平板
ガラス１４を送光光学系の光軸方向（Ｚ方向）及び計測
方向であるＸ方向に垂直な軸１４ａを中心に回動自在に
支持する。そして、図示省略された調整装置を介してそ
の平行平板ガラス１４の軸１４ａの回りの回転角を調整
することにより、２対の光束のウエハ１８のウエハマー
クＷＭ上での交差位置の位置ずれを補正する。
ての波長について同一の位相の干渉ビート信号を検出す
るには、図５に示すような光学部品の製造誤差等による
ビーム交差点の位置ずれを補正しなくてはならない。そ
のため、本実施例では、図１に示すように、ウエハ１８
の表面と共役な送光光学系内の面の近傍の面（像空間）
に色分散を持つガラス（又は光学用プラスチックス等も
可）よりなる平行平板ガラス１４を配し、この平行平板
ガラス１４を送光光学系の光軸方向（Ｚ方向）及び計測
方向であるＸ方向に垂直な軸１４ａを中心に回動自在に
支持する。そして、図示省略された調整装置を介してそ
の平行平板ガラス１４の軸１４ａの回りの回転角を調整
することにより、２対の光束のウエハ１８のウエハマー
クＷＭ上での交差位置の位置ずれを補正する。
【００３１】ここで、図１に示した位置検出装置につい
て、平行平板ガラス１４の調整方法の一例を説明する。
先ず、図１において、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源１及び半導
体レーザ素子２を点灯し、ＡＯＭ８及び９の駆動を開始
し、十分な時間をおいてＨｅ−Ｎｅレーザ光源１及び半
導体レーザ素子２が安定に発振している状態にする。次
に、ウエハ１８の表面にウエハマークＷＭと等しいピッ
チを持つ基準となる広い面積の基準回折格子を配置す
る。この調整用の基準回折格子は、クロム等の蒸着膜を
エッチングして製作した強度格子（振幅格子）でよく、
色収差補正用の平行平板ガラス１４による光束のシフト
量を覆うだけの大きさがあればよい。いま、Ｈｅ−Ｎｅ
レーザ光源１及び半導体レーザ素子２からの２対の（２
波長の）光束（ヘテロダインビーム）が参照格子２１及
びウエハ１８上の基準回折格子上に照射されていると
き、図２（ｄ）の波形２３で示す光電検出器１９からの
ウエハ信号ＳＷ（干渉ビート信号）の、図２（ａ）に示
す参照光電検出器２２からの参照信号ＳＲに対する位相
差φall を測定する。
て、平行平板ガラス１４の調整方法の一例を説明する。
先ず、図１において、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源１及び半導
体レーザ素子２を点灯し、ＡＯＭ８及び９の駆動を開始
し、十分な時間をおいてＨｅ−Ｎｅレーザ光源１及び半
導体レーザ素子２が安定に発振している状態にする。次
に、ウエハ１８の表面にウエハマークＷＭと等しいピッ
チを持つ基準となる広い面積の基準回折格子を配置す
る。この調整用の基準回折格子は、クロム等の蒸着膜を
エッチングして製作した強度格子（振幅格子）でよく、
色収差補正用の平行平板ガラス１４による光束のシフト
量を覆うだけの大きさがあればよい。いま、Ｈｅ−Ｎｅ
レーザ光源１及び半導体レーザ素子２からの２対の（２
波長の）光束（ヘテロダインビーム）が参照格子２１及
びウエハ１８上の基準回折格子上に照射されていると
き、図２（ｄ）の波形２３で示す光電検出器１９からの
ウエハ信号ＳＷ（干渉ビート信号）の、図２（ａ）に示
す参照光電検出器２２からの参照信号ＳＲに対する位相
差φall を測定する。
【００３２】次に、図１の光電検出器１９の前に波長λ
1 又はλ2 の内どちらか一方の光のみを透過するフィル
タ（例えば、半導体レーザ素子２からの波長λ2 のレー
ザビームのみを透過するような色ガラスフィルタ）を捜
入し、図２（ｃ）の波形２３Ｌで示すビート信号ＳＷL
の参照信号ＳＲに対する位相差φL を測定し、前者の位
相差φall 後者の位相差φL とが等しくなるように、平
行平板ガラス１４を回転させる。Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源
１及び半導体レーザ素子２の発光量が等しいとき、両方
の光を用いて計測された位相差φall は、波長λ1 の光
を用いて計測された図２（ｂ）に示す位相差φH 、及び
波長λ2 の光を用いて計測された位相差φL の平均にな
ると考えられる。
1 又はλ2 の内どちらか一方の光のみを透過するフィル
タ（例えば、半導体レーザ素子２からの波長λ2 のレー
ザビームのみを透過するような色ガラスフィルタ）を捜
入し、図２（ｃ）の波形２３Ｌで示すビート信号ＳＷL
の参照信号ＳＲに対する位相差φL を測定し、前者の位
相差φall 後者の位相差φL とが等しくなるように、平
行平板ガラス１４を回転させる。Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源
１及び半導体レーザ素子２の発光量が等しいとき、両方
の光を用いて計測された位相差φall は、波長λ1 の光
を用いて計測された図２（ｂ）に示す位相差φH 、及び
波長λ2 の光を用いて計測された位相差φL の平均にな
ると考えられる。
【００３３】このとき参照信号ＳＲは、常に両波長の干
渉ビート光が混じった状態で光電変換されたものでなく
てはならない。つまり、ＨｅーＮｅレーザ光源１又は半
導体レーザ素子２の一方のみを点灯して、各波長での信
号の位相差を計測してはならない。また、フィルタ（色
ガラスフィルタ）の特性との兼ね合いで一方の波長の光
の信号の位相差しか計測できない場合には、位相差φ
all を次のように仮定して、平行平板ガラス１４の回転
量θを求める。
渉ビート光が混じった状態で光電変換されたものでなく
てはならない。つまり、ＨｅーＮｅレーザ光源１又は半
導体レーザ素子２の一方のみを点灯して、各波長での信
号の位相差を計測してはならない。また、フィルタ（色
ガラスフィルタ）の特性との兼ね合いで一方の波長の光
の信号の位相差しか計測できない場合には、位相差φ
all を次のように仮定して、平行平板ガラス１４の回転
量θを求める。
【００３４】 φall ＝（φL ＋φH)／２ （１１） その平行平板ガラス１４の回転量θは、平行平板ガラス
１４の厚さをｔ、平行平板ガラス１４での半導体レーザ
素子２からの波長λ2 の光での屈折率をｎL 、平行平板
ガラス１４でのＨｅ−Ｎｅレーザ光源１からの波長λ1
の光での屈折率をｎH 、ウエハマークＷＭのピッチをＰ
WM、送光光学系の視野絞り１３からウエハ１８の表面へ
の倍率をβとして、次のようになる。
１４の厚さをｔ、平行平板ガラス１４での半導体レーザ
素子２からの波長λ2 の光での屈折率をｎL 、平行平板
ガラス１４でのＨｅ−Ｎｅレーザ光源１からの波長λ1
の光での屈折率をｎH 、ウエハマークＷＭのピッチをＰ
WM、送光光学系の視野絞り１３からウエハ１８の表面へ
の倍率をβとして、次のようになる。
【００３５】 βｔsin θ（１／ｎL −１／ｎH)≒｛ＰWM/(４π)}（φH −φL) ≒｛ＰWM/(２π)}（φall −φL) （１２） 実際には、平行平板ガラス１４にも、製造誤差があるの
で、計算された回転量θだけ回転した後、再び両方の光
源の光を用いた場合の位相差と、両方の光源の内の一方
の光源の光を用いた場合の位相差とを計測し、それらが
一致することを確認する。仮に、一致しなかったときに
は、同様に平行平板ガラス１４の回転量を再び計算し、
その量だけ回すという作業を繰り返す。これにより、ウ
エハ１８上の基準回折格子が基準位置にあるときには、
波長λ1 の干渉ビート信号ＳＷH及び波長λ2 の干渉ビ
ート信号ＳＷL は、それぞれ図２（ｂ）に点線で示す波
形２４Ｈ及び図２（ｃ）に点線で示す波形２４Ｌとな
り、両者の位相差が０になる。従って、ウエハ信号ＳＷ
は、図２（ｄ）に点線で示す波形２４、即ち振幅の大き
なＳＮ比の良好な信号となり、高精度に位置検出が行わ
れる。
で、計算された回転量θだけ回転した後、再び両方の光
源の光を用いた場合の位相差と、両方の光源の内の一方
の光源の光を用いた場合の位相差とを計測し、それらが
一致することを確認する。仮に、一致しなかったときに
は、同様に平行平板ガラス１４の回転量を再び計算し、
その量だけ回すという作業を繰り返す。これにより、ウ
エハ１８上の基準回折格子が基準位置にあるときには、
波長λ1 の干渉ビート信号ＳＷH及び波長λ2 の干渉ビ
ート信号ＳＷL は、それぞれ図２（ｂ）に点線で示す波
形２４Ｈ及び図２（ｃ）に点線で示す波形２４Ｌとな
り、両者の位相差が０になる。従って、ウエハ信号ＳＷ
は、図２（ｄ）に点線で示す波形２４、即ち振幅の大き
なＳＮ比の良好な信号となり、高精度に位置検出が行わ
れる。
【００３６】その後、ウエハ１８として、それまでの工
程で形成されているパターンの位置（即ち、次にレチク
ルのパターンが転写される位置）との位置関係が正確に
分かっているウエハマークＷＭが形成されているウエハ
を使用し、ウエハ１８が載置されているウエハステージ
のＸ方向の位置を不図示の干渉計により計測している状
態で、ウエハマークＷＭの位置ずれ量を図１の位置検出
装置で検出する。
程で形成されているパターンの位置（即ち、次にレチク
ルのパターンが転写される位置）との位置関係が正確に
分かっているウエハマークＷＭが形成されているウエハ
を使用し、ウエハ１８が載置されているウエハステージ
のＸ方向の位置を不図示の干渉計により計測している状
態で、ウエハマークＷＭの位置ずれ量を図１の位置検出
装置で検出する。
【００３７】そして、そのウエハマークＷＭが属するシ
ョット領域を投影光学系（不図示）の露光フィールド内
にセットしたときの干渉計の計測値と、先にウエハマー
クＷＭの位置検出を行ったときの干渉計の計測値との差
に、位置検出装置で計測したウエハマークＷＭの位置ず
れ量を加算した値をオフセット（ベースライン）として
記憶する。実際の露光では、位置検出装置でウエハマー
クＷＭの位置ずれ量を計測した後、この計測された位置
ずれ量に先のオフセットを加えた分だけウエハ１８を移
動してから露光を行う。
ョット領域を投影光学系（不図示）の露光フィールド内
にセットしたときの干渉計の計測値と、先にウエハマー
クＷＭの位置検出を行ったときの干渉計の計測値との差
に、位置検出装置で計測したウエハマークＷＭの位置ず
れ量を加算した値をオフセット（ベースライン）として
記憶する。実際の露光では、位置検出装置でウエハマー
クＷＭの位置ずれ量を計測した後、この計測された位置
ずれ量に先のオフセットを加えた分だけウエハ１８を移
動してから露光を行う。
【００３８】上述のように本実施例によれば、平行平板
ガラス１４により２つの波長の干渉ビート信号の位相を
揃えているため、２つの波長の干渉ビート信号の混合で
あるウエハ信号ＳＷのコントラストが高くなり、常に高
精度に位置検出が行われる。次に、本発明の第２実施例
につき図３及び図４を参照して説明する。本実施例は、
ＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）方式のアライメント系
に本発明を適用したものであり、図３及び図４において
図１に対応する部分には同一符号を付してその詳細説明
を省略する。
ガラス１４により２つの波長の干渉ビート信号の位相を
揃えているため、２つの波長の干渉ビート信号の混合で
あるウエハ信号ＳＷのコントラストが高くなり、常に高
精度に位置検出が行われる。次に、本発明の第２実施例
につき図３及び図４を参照して説明する。本実施例は、
ＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）方式のアライメント系
に本発明を適用したものであり、図３及び図４において
図１に対応する部分には同一符号を付してその詳細説明
を省略する。
【００３９】図３（ａ）は本実施例のヘテロダインビー
ム生成系の正面図、図３（ｂ）は図３（ａ）の側面図で
あり、これら図３（ａ）及び（ｂ）において、Ｈｅ−Ｎ
ｅレーザ光源１から射出された波長λ1 のレーザビーム
Ｈと、半導体レーザ素子２から射出されコリメータレン
ズ３で平行光束化された波長λ2 のレーザビームＬと
を、ダイクロイックミラー４Ａで同軸に合成して回折格
子５に照射する。
ム生成系の正面図、図３（ｂ）は図３（ａ）の側面図で
あり、これら図３（ａ）及び（ｂ）において、Ｈｅ−Ｎ
ｅレーザ光源１から射出された波長λ1 のレーザビーム
Ｈと、半導体レーザ素子２から射出されコリメータレン
ズ３で平行光束化された波長λ2 のレーザビームＬと
を、ダイクロイックミラー４Ａで同軸に合成して回折格
子５に照射する。
【００４０】回折格子５からの±１次回折光Ｈ１及びＨ
２と、±１次回折光Ｌ１及びＬ２とを、リレーレンズ３
１Ａ、他の回折光を遮断するための空間フィルタ３２及
びリレーレンズ３１Ｂを介して、周波数ｆ1 で駆動され
るＡＯＭ８内に交差するように照射する。ＡＯＭ８内で
は±１次回折光以外の回折光も生じるので、ＡＯＭ８内
の超音波の進行方向と入射する回折光Ｌ１，Ｈ１，Ｌ
２，Ｈ２の入射面とが４５°で交差するようにＡＯＭ８
を回転させて配置し、且つＡＯＭ８の直後のリレーレン
ズ３３Ａの近傍に空間フィルタ３４を配置する。これに
より、＋１次回折光Ｌ１，Ｈ１のＡＯＭ８による＋１次
回折光Ｌ１(+1)，Ｈ１(+1)、及び−１次回折光Ｌ２，Ｈ
２のＡＯＭ８による−１次回折光Ｌ２(-1)，Ｈ２(-1)の
みが取り出される。
２と、±１次回折光Ｌ１及びＬ２とを、リレーレンズ３
１Ａ、他の回折光を遮断するための空間フィルタ３２及
びリレーレンズ３１Ｂを介して、周波数ｆ1 で駆動され
るＡＯＭ８内に交差するように照射する。ＡＯＭ８内で
は±１次回折光以外の回折光も生じるので、ＡＯＭ８内
の超音波の進行方向と入射する回折光Ｌ１，Ｈ１，Ｌ
２，Ｈ２の入射面とが４５°で交差するようにＡＯＭ８
を回転させて配置し、且つＡＯＭ８の直後のリレーレン
ズ３３Ａの近傍に空間フィルタ３４を配置する。これに
より、＋１次回折光Ｌ１，Ｈ１のＡＯＭ８による＋１次
回折光Ｌ１(+1)，Ｈ１(+1)、及び−１次回折光Ｌ２，Ｈ
２のＡＯＭ８による−１次回折光Ｌ２(-1)，Ｈ２(-1)の
みが取り出される。
【００４１】空間フィルタ３４に続くリレーレンズ３３
Ｂから射出された＋１次回折光Ｌ１(+1)，Ｈ１(+1)、及
び−１次回折光Ｌ２(-1)，Ｈ２(-1)は、周波数ｆ2(≠ｆ
1)の駆動信号が印加されるＡＯＭ９内に交差するように
入射する。ＡＯＭ９内でも±１次回折光以外の回折光が
生じるので、ＡＯＭ９内の超音波の進行方向と入射する
回折光の入射面とが４５°で交差するようにＡＯＭ９を
回転させて配置し、且つＡＯＭ９の直後のリレーレンズ
３５Ａの近傍に空間フィルタ３６を配置する。空間フィ
ルタ３６により、−１次回折光（以下、単に「光束」と
いう）Ｌ１(+1,-1) ，Ｈ１(+1,-1) 、及び＋１次回折光
（以下、単に「光束」という）Ｌ２(-1,+1) ，Ｈ２(-1,
+1) のみが取り出される。この場合、光束Ｌ２(-1,+1)
と光束Ｌ１(+1,-1) との間のビート周波数、及び光束Ｈ
２(-1,+1) と光束Ｈ１(+1,-1) との間のビート周波数
は、共に２｜ｆ1-ｆ2|、即ち２つのＡＯＭ８及び９の間
の駆動周波数の差の２倍となる。
Ｂから射出された＋１次回折光Ｌ１(+1)，Ｈ１(+1)、及
び−１次回折光Ｌ２(-1)，Ｈ２(-1)は、周波数ｆ2(≠ｆ
1)の駆動信号が印加されるＡＯＭ９内に交差するように
入射する。ＡＯＭ９内でも±１次回折光以外の回折光が
生じるので、ＡＯＭ９内の超音波の進行方向と入射する
回折光の入射面とが４５°で交差するようにＡＯＭ９を
回転させて配置し、且つＡＯＭ９の直後のリレーレンズ
３５Ａの近傍に空間フィルタ３６を配置する。空間フィ
ルタ３６により、−１次回折光（以下、単に「光束」と
いう）Ｌ１(+1,-1) ，Ｈ１(+1,-1) 、及び＋１次回折光
（以下、単に「光束」という）Ｌ２(-1,+1) ，Ｈ２(-1,
+1) のみが取り出される。この場合、光束Ｌ２(-1,+1)
と光束Ｌ１(+1,-1) との間のビート周波数、及び光束Ｈ
２(-1,+1) と光束Ｈ１(+1,-1) との間のビート周波数
は、共に２｜ｆ1-ｆ2|、即ち２つのＡＯＭ８及び９の間
の駆動周波数の差の２倍となる。
【００４２】図３（ａ）及び（ｂ）のそれぞれに続く構
成を図４（ａ）及び図４（ｂ）に示し、図４において、
図３の光束Ｌ１(+1,-1) 、Ｌ２(-1,+1) 、Ｈ１(+1,-1)
及びＨ２(-1,+1) をそれぞれ光束ＬＡ，ＬＢ，ＨＡ及び
ＨＢで表す。また、図４（ａ）をＹＺ平面として、図４
（ｂ）をＺＸ平面とする。これら図４（ａ）及び（ｂ）
において、リレーレンズ３５Ｂからそれぞれ交差するよ
うに射出された２対の光束（ＬＡ，ＬＢ及びＨＡ，Ｈ
Ｂ）は、ビームスプリッタ３７によりレチクル用の２対
の光束（ＬＡＲ，ＬＢＲとＨＡＲ，ＨＢＲ）と、ウエハ
用の２対の光束（ＬＡＷ，ＬＢＷ及びＨＡＷ，ＨＢＷ）
とに分割される。
成を図４（ａ）及び図４（ｂ）に示し、図４において、
図３の光束Ｌ１(+1,-1) 、Ｌ２(-1,+1) 、Ｈ１(+1,-1)
及びＨ２(-1,+1) をそれぞれ光束ＬＡ，ＬＢ，ＨＡ及び
ＨＢで表す。また、図４（ａ）をＹＺ平面として、図４
（ｂ）をＺＸ平面とする。これら図４（ａ）及び（ｂ）
において、リレーレンズ３５Ｂからそれぞれ交差するよ
うに射出された２対の光束（ＬＡ，ＬＢ及びＨＡ，Ｈ
Ｂ）は、ビームスプリッタ３７によりレチクル用の２対
の光束（ＬＡＲ，ＬＢＲとＨＡＲ，ＨＢＲ）と、ウエハ
用の２対の光束（ＬＡＷ，ＬＢＷ及びＨＡＷ，ＨＢＷ）
とに分割される。
【００４３】そして、ウエハ用の２対の光束（ＬＡＷ，
ＬＢＷ及びＨＡＷ，ＨＢＷ）は、平行平板ガラス３８、
及びリレーレンズ４０を経て平行な２対の光束となって
から、ビームスプリッタ４１を透過した後、対物レンズ
４２によりレチクル４３上の回折格子状のアライメント
マーク（レチクルマーク）ＲＭの近くの窓部に集光され
る。その後、ウエハ用の２対の光束は、投影光学系４４
によりウエハ１８上のウエハマークＷＭ上にそれぞれ所
定の交差角で照射される。そして、ウエハマークＷＭか
らほぼ法線方向に（垂直に）射出された２対の回折光
（光束ＬＡＷの＋１次回折光ＬＡＷ(+1)，光束ＬＢＷの
−１次回折光ＬＢＷ(-1)及び光束ＨＡＷの＋１次回折光
ＨＡＷ(+1)，光束ＨＢＷの−１次回折光ＨＢＷ(-1)）
は、投影光学系４４を経てレチクル４３の窓部に戻る。
ＬＢＷ及びＨＡＷ，ＨＢＷ）は、平行平板ガラス３８、
及びリレーレンズ４０を経て平行な２対の光束となって
から、ビームスプリッタ４１を透過した後、対物レンズ
４２によりレチクル４３上の回折格子状のアライメント
マーク（レチクルマーク）ＲＭの近くの窓部に集光され
る。その後、ウエハ用の２対の光束は、投影光学系４４
によりウエハ１８上のウエハマークＷＭ上にそれぞれ所
定の交差角で照射される。そして、ウエハマークＷＭか
らほぼ法線方向に（垂直に）射出された２対の回折光
（光束ＬＡＷの＋１次回折光ＬＡＷ(+1)，光束ＬＢＷの
−１次回折光ＬＢＷ(-1)及び光束ＨＡＷの＋１次回折光
ＨＡＷ(+1)，光束ＨＢＷの−１次回折光ＨＢＷ(-1)）
は、投影光学系４４を経てレチクル４３の窓部に戻る。
【００４４】一方、レチクル用の２対の光束（ＬＡＲ，
ＬＢＲ及びＨＡＲ，ＨＢＲ）は、平行平板ガラス３９、
及びリレーレンズ４０を経て平行な２対の光束となって
から、ビームスプリッタ４１を透過した後、対物レンズ
４２によりレチクル４３上の回折格子状のレチクルマー
クＲＭ上にそれぞれ所定の交差角で照射される。そし
て、レチクルマークＲＭからほぼ法線方向に（垂直に）
射出された２対の回折光（光束ＬＡＲの−１次回折光Ｌ
ＡＲ(-1)，光束ＬＢＲの＋１次回折光ＬＢＲ(+1)及び光
束ＨＡＲの−１次回折光ＨＡＲ(-1)，光束ＨＢＲの＋１
次回折光ＨＢＲ(+1)）は、ウエハマークＷＭからの２対
の回折光（ＬＡＷ(+1)，ＬＢＷ(-1)及びＨＡＷ(+1)，Ｈ
ＢＷ(-1)）と平行に対物レンズ４２を経てビームスプリ
ッタ４１で反射された後、集光レンズ４５を経てビーム
スプリッタ４６（又は部分反射プリズム）に入射する。
ＬＢＲ及びＨＡＲ，ＨＢＲ）は、平行平板ガラス３９、
及びリレーレンズ４０を経て平行な２対の光束となって
から、ビームスプリッタ４１を透過した後、対物レンズ
４２によりレチクル４３上の回折格子状のレチクルマー
クＲＭ上にそれぞれ所定の交差角で照射される。そし
て、レチクルマークＲＭからほぼ法線方向に（垂直に）
射出された２対の回折光（光束ＬＡＲの−１次回折光Ｌ
ＡＲ(-1)，光束ＬＢＲの＋１次回折光ＬＢＲ(+1)及び光
束ＨＡＲの−１次回折光ＨＡＲ(-1)，光束ＨＢＲの＋１
次回折光ＨＢＲ(+1)）は、ウエハマークＷＭからの２対
の回折光（ＬＡＷ(+1)，ＬＢＷ(-1)及びＨＡＷ(+1)，Ｈ
ＢＷ(-1)）と平行に対物レンズ４２を経てビームスプリ
ッタ４１で反射された後、集光レンズ４５を経てビーム
スプリッタ４６（又は部分反射プリズム）に入射する。
【００４５】そして、ビームスプリッタ４６で反射され
たウエハマークＷＭからの２対の回折光の干渉光がウエ
ハ用光電検出器４７で受光され、ウエハ用光電検出器４
７での光電変換により得られたウエハ信号ＳＢが制御装
置５０に供給される。それと並行して、ビームスプリッ
タ４６を透過したレチクルマークＲＭからの２対の回折
光の干渉光がレチクル用光電検出器４９で受光され、レ
チクル用光電検出器４９での光電変換により得られたレ
チクル信号ＳＡが制御装置５０に供給される。
たウエハマークＷＭからの２対の回折光の干渉光がウエ
ハ用光電検出器４７で受光され、ウエハ用光電検出器４
７での光電変換により得られたウエハ信号ＳＢが制御装
置５０に供給される。それと並行して、ビームスプリッ
タ４６を透過したレチクルマークＲＭからの２対の回折
光の干渉光がレチクル用光電検出器４９で受光され、レ
チクル用光電検出器４９での光電変換により得られたレ
チクル信号ＳＡが制御装置５０に供給される。
【００４６】また、レチクル４３はレチクルステージＲ
ＳＴ上に載置され、ウエハ１８はウエハステージＷＳＴ
上に載置され、レチクルステージＲＳＴは所定範囲内で
レチクル４３の並進及び回転調整を行い、ウエハステー
ジＷＳＴはウエハ１８のＸ方向及びＹ方向へのステッピ
ング駆動及びＺ方向への位置調整等を行う。制御装置５
０は、供給されたレチクル信号ＳＡ及びウエハ信号ＳＢ
に基づいて、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステー
ジＷＳＴを介してレチクル４３及びウエハ１８の位置合
わせを行う。
ＳＴ上に載置され、ウエハ１８はウエハステージＷＳＴ
上に載置され、レチクルステージＲＳＴは所定範囲内で
レチクル４３の並進及び回転調整を行い、ウエハステー
ジＷＳＴはウエハ１８のＸ方向及びＹ方向へのステッピ
ング駆動及びＺ方向への位置調整等を行う。制御装置５
０は、供給されたレチクル信号ＳＡ及びウエハ信号ＳＢ
に基づいて、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステー
ジＷＳＴを介してレチクル４３及びウエハ１８の位置合
わせを行う。
【００４７】本実施例においても、ウエハ用光電検出器
４７では２つの波長の干渉ビート光が混合された状態で
光電変換されるため、２つの干渉ビート光の位相を合わ
せるために平行平板ガラス３８を回転する。レチクル用
光電検出器４９に関しても、２つの干渉ビート光の位相
を合わせるために平行平板ガラス３９を回転する。な
お、ウエハ用アライメントマークは半導体プロセスを経
る間に、破壊される可能性があるため、上記マークの打
ち換えを行う必要が生ずる場合がある。そのためには、
対物レンズ４２を含むアライメント系又はその１部をレ
チクル面に対し平行に移動させて、打ち換えられたマー
クを検出できるようにする必要がある。この場合には、
レチクルビームとレチクルマークとの相対的な位置関係
を変化させないようにアライメント系又はその１部を移
動させることができるが、この移動に伴いウエハビーム
が投影レンズ４４を通過する時の像高（投影光学系４４
の光軸からの高さ）の位置が変化し、この結果、レチク
ルビームが投影光学系４４によって受ける収差の影響が
変化する。従って、ウエハマークの打ち換え毎に、ウエ
ハマークを介して得られる光干渉ビート信号の原点（基
準点）の位置出しのために、平行平板ガラス３８を回転
させてウエハビームを調整すれば良い。但し、レチクル
ビームは１度だけ調整しておけば十分である。なお、ア
ライメント系をホモダイン法によるものとして、ウエハ
マークの打ち換え毎に、ウエハビームを調整する場合に
は、ウエハマークを介して得られる検出信号のピーク位
置となるように平行平板ガラス３８を回転させてウエハ
ビームを調整すれば良い。
４７では２つの波長の干渉ビート光が混合された状態で
光電変換されるため、２つの干渉ビート光の位相を合わ
せるために平行平板ガラス３８を回転する。レチクル用
光電検出器４９に関しても、２つの干渉ビート光の位相
を合わせるために平行平板ガラス３９を回転する。な
お、ウエハ用アライメントマークは半導体プロセスを経
る間に、破壊される可能性があるため、上記マークの打
ち換えを行う必要が生ずる場合がある。そのためには、
対物レンズ４２を含むアライメント系又はその１部をレ
チクル面に対し平行に移動させて、打ち換えられたマー
クを検出できるようにする必要がある。この場合には、
レチクルビームとレチクルマークとの相対的な位置関係
を変化させないようにアライメント系又はその１部を移
動させることができるが、この移動に伴いウエハビーム
が投影レンズ４４を通過する時の像高（投影光学系４４
の光軸からの高さ）の位置が変化し、この結果、レチク
ルビームが投影光学系４４によって受ける収差の影響が
変化する。従って、ウエハマークの打ち換え毎に、ウエ
ハマークを介して得られる光干渉ビート信号の原点（基
準点）の位置出しのために、平行平板ガラス３８を回転
させてウエハビームを調整すれば良い。但し、レチクル
ビームは１度だけ調整しておけば十分である。なお、ア
ライメント系をホモダイン法によるものとして、ウエハ
マークの打ち換え毎に、ウエハビームを調整する場合に
は、ウエハマークを介して得られる検出信号のピーク位
置となるように平行平板ガラス３８を回転させてウエハ
ビームを調整すれば良い。
【００４８】次に、本実施例における平行平板ガラス３
８の調整方法に付き説明する。先ず、ウエハ１８上に基
準回折格子を設置し、図示省略されたアライメント顕微
鏡の観察することによりレチクルマークＲＭとその基準
回折格子との位置を合致させる。この状態でアライメン
ト顕微鏡を退避させて、レチクル用の２対の光束及びウ
エハ用の２対の光束がそれぞれレチクルマークＲＭ及び
その基準回折格子上に照射されるようにしておく。その
後、例えば図３の半導体レーザ素子２のみを点灯し、レ
チクルマークＲＭ及びその基準回折格子上にそれぞれ１
対の光束ＬＡＲ，ＬＢＲ及びＬＡＷ，ＬＢＷを照射す
る。この際に、レチクル用光電検出器４９及びウエハ用
光電検出器４７からはそれぞれ周波数が２｜ｆ1-ｆ2|の
レチクル信号ＳＡL 及びウエハ信号ＳＢL が得られ、基
準回折格子のレチクル４３に対するＸ方向のずれ量は、
レチクル信号ＳＡL に対するウエハ信号ＳＢL の位相差
として測定される。
８の調整方法に付き説明する。先ず、ウエハ１８上に基
準回折格子を設置し、図示省略されたアライメント顕微
鏡の観察することによりレチクルマークＲＭとその基準
回折格子との位置を合致させる。この状態でアライメン
ト顕微鏡を退避させて、レチクル用の２対の光束及びウ
エハ用の２対の光束がそれぞれレチクルマークＲＭ及び
その基準回折格子上に照射されるようにしておく。その
後、例えば図３の半導体レーザ素子２のみを点灯し、レ
チクルマークＲＭ及びその基準回折格子上にそれぞれ１
対の光束ＬＡＲ，ＬＢＲ及びＬＡＷ，ＬＢＷを照射す
る。この際に、レチクル用光電検出器４９及びウエハ用
光電検出器４７からはそれぞれ周波数が２｜ｆ1-ｆ2|の
レチクル信号ＳＡL 及びウエハ信号ＳＢL が得られ、基
準回折格子のレチクル４３に対するＸ方向のずれ量は、
レチクル信号ＳＡL に対するウエハ信号ＳＢL の位相差
として測定される。
【００４９】実際に平行平板ガラス３８の回転角の調整
を行うためには、図３の半導体レーザ素子２が点灯し、
Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源１が消灯している状態で、レチク
ル信号ＳＡL に対するウエハ信号ＳＢL の位相差ΔABL
を測定した後、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源１をも点灯した状
態で、レチクル用光電検出器４９からのレチクル信号Ｓ
Ａに対するウエハ用光電検出器４７からのウエハ信号Ｓ
Ｂの位相差ΔABを測定する。そして、位相差ΔABL と位
相差ΔABとが等しくなるように平行平板ガラス３８を回
転し、そのときのレチクル信号ＳＡとウエハ信号ＳＢと
の位相差をオフセットとする。
を行うためには、図３の半導体レーザ素子２が点灯し、
Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源１が消灯している状態で、レチク
ル信号ＳＡL に対するウエハ信号ＳＢL の位相差ΔABL
を測定した後、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源１をも点灯した状
態で、レチクル用光電検出器４９からのレチクル信号Ｓ
Ａに対するウエハ用光電検出器４７からのウエハ信号Ｓ
Ｂの位相差ΔABを測定する。そして、位相差ΔABL と位
相差ΔABとが等しくなるように平行平板ガラス３８を回
転し、そのときのレチクル信号ＳＡとウエハ信号ＳＢと
の位相差をオフセットとする。
【００５０】その後、実際に位置合わせを行う際には、
図３のＨｅ−Ｎｅレーザ光源１及び半導体レーザ素子２
が点灯している状態で、レチクル信号ＳＡとウエハ信号
ＳＢとの位相差がそのオフセットになるようにレチクル
ステージＲＳＴ又はウエハステージＷＳＴを移動する。
なお、このようにＴＴＲ方式で位置合わせを行う場合に
は、ウエハマークＷＭが露光光により露光され易くなる
ため、ウエハマークＷＭの打ち換えが必要となる。この
場合、位置検出装置の視野移動後に、隣接するウエハマ
ーク間の間隔（オフセット）の計測を行い、その間隔だ
けずれた位置が露光フィールド内に設定されるように、
ウエハステージＷＳＴ又はレチクルステージＲＳＴを動
かしてから露光を行えばよい。
図３のＨｅ−Ｎｅレーザ光源１及び半導体レーザ素子２
が点灯している状態で、レチクル信号ＳＡとウエハ信号
ＳＢとの位相差がそのオフセットになるようにレチクル
ステージＲＳＴ又はウエハステージＷＳＴを移動する。
なお、このようにＴＴＲ方式で位置合わせを行う場合に
は、ウエハマークＷＭが露光光により露光され易くなる
ため、ウエハマークＷＭの打ち換えが必要となる。この
場合、位置検出装置の視野移動後に、隣接するウエハマ
ーク間の間隔（オフセット）の計測を行い、その間隔だ
けずれた位置が露光フィールド内に設定されるように、
ウエハステージＷＳＴ又はレチクルステージＲＳＴを動
かしてから露光を行えばよい。
【００５１】また、レーザ光源を安定に動作させるため
には、平行平板ガラス３８の調整時に、Ｈｅ−Ｎｅレー
ザ光源１を消灯する代わりに、シャッタ等を用いてＨｅ
−Ｎｅレーザ光源１からのレーザビームを遮光するか、
又はＮＤフィルタによりＨｅ−Ｎｅレーザ光源１からの
レーザビームを減光させたりして測定を行ってもよい。
なお、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源１からの光束を機械的なシ
ャッターで開閉する代わりに、例えばポッケルスセルの
ような光学素子を用いてシャッターを構成しても良い。
には、平行平板ガラス３８の調整時に、Ｈｅ−Ｎｅレー
ザ光源１を消灯する代わりに、シャッタ等を用いてＨｅ
−Ｎｅレーザ光源１からのレーザビームを遮光するか、
又はＮＤフィルタによりＨｅ−Ｎｅレーザ光源１からの
レーザビームを減光させたりして測定を行ってもよい。
なお、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源１からの光束を機械的なシ
ャッターで開閉する代わりに、例えばポッケルスセルの
ような光学素子を用いてシャッターを構成しても良い。
【００５２】また、光源としてＨｅ−Ｎｅレーザ光源１
のようなレーザ光源と半導体レーザ素子２とを併用する
代わりに、光源として複数波長同時発振の１個のレーザ
光源を使用してもよい。また、光源としてスペクトル幅
の広い光を発生する光源（白色ランプ、レーザダイオー
ド）等を使用してもよい。また、本発明はオフ・アクシ
ス方式のアライメント系又はＴＴＲ方式のアライメント
系のみならず、投影光学系を介して位置検出を行うＴＴ
Ｌ（スルー・ザ・レンズ）方式のアライメント系にも同
様に適用される。
のようなレーザ光源と半導体レーザ素子２とを併用する
代わりに、光源として複数波長同時発振の１個のレーザ
光源を使用してもよい。また、光源としてスペクトル幅
の広い光を発生する光源（白色ランプ、レーザダイオー
ド）等を使用してもよい。また、本発明はオフ・アクシ
ス方式のアライメント系又はＴＴＲ方式のアライメント
系のみならず、投影光学系を介して位置検出を行うＴＴ
Ｌ（スルー・ザ・レンズ）方式のアライメント系にも同
様に適用される。
【００５３】更に、上述実施例はヘテロダイン干渉型の
アライメント系に本発明を適用したものであるが、本発
明はホモダイン干渉型のアライメント系にも同様に適用
できる。このように本発明は上述実施例に限定されず、
本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得
る。
アライメント系に本発明を適用したものであるが、本発
明はホモダイン干渉型のアライメント系にも同様に適用
できる。このように本発明は上述実施例に限定されず、
本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得
る。
【００５４】
【発明の効果】本発明によれば、複数の波長の光を同時
に使用しながら単一の受光系を用いた構成でも、色収差
補正手段によりそれら複数の波長の干渉光の位相を所定
の状態に揃えることができ、その単一の受光系からの検
出信号のＳＮ比を改善することができる。従って、回折
格子状マークの段差や感光材の膜厚等の影響を受けずに
高精度に位置検出が行えると共に、製造誤差を含む光学
素子等を用いても、その製造誤差に起因する位相ずれを
補正できる利点がある。
に使用しながら単一の受光系を用いた構成でも、色収差
補正手段によりそれら複数の波長の干渉光の位相を所定
の状態に揃えることができ、その単一の受光系からの検
出信号のＳＮ比を改善することができる。従って、回折
格子状マークの段差や感光材の膜厚等の影響を受けずに
高精度に位置検出が行えると共に、製造誤差を含む光学
素子等を用いても、その製造誤差に起因する位相ずれを
補正できる利点がある。
【００５５】また、色収差補正手段を、被検物１８の被
検面とほぼ共役な面上に配置した場合には、装置全体を
小型化できる。更に、色収差補正手段が、回転自在に支
持された平行平板ガラスである場合には、構成が簡略で
ある。
検面とほぼ共役な面上に配置した場合には、装置全体を
小型化できる。更に、色収差補正手段が、回転自在に支
持された平行平板ガラスである場合には、構成が簡略で
ある。
【図１】本発明による位置検出装置の一実施例を示す構
成図である。
成図である。
【図２】図１の実施例で得られる参照信号及びウエハ信
号を示す波形図である。
号を示す波形図である。
【図３】（ａ）は本発明の第２実施例のヘテロダインビ
ーム生成系の正面図、（ｂ）はその第２実施例のヘテロ
ダインビーム生成系の側面図である。
ーム生成系の正面図、（ｂ）はその第２実施例のヘテロ
ダインビーム生成系の側面図である。
【図４】（ａ）は本発明の第２実施例の図３（ａ）に続
く部分の構成を示す正面図、（ｂ）はその第２実施例の
図３（ｂ）に続く部分の構成を示す側面図である。
く部分の構成を示す正面図、（ｂ）はその第２実施例の
図３（ｂ）に続く部分の構成を示す側面図である。
【図５】製造誤差を含む光学素子を使った場合の２光束
の交差点の位置ずれ量の説明図である。
の交差点の位置ずれ量の説明図である。
１ Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源 ２ 半導体レーザ素子 ３ コリメータレンズ ４，４Ａ ダイクロイックミラー ５ 回折格子 ８，９ 音響光学変調素子（ＡＯＭ） １３ 視野絞り １４ 平行平板ガラス １８ ウエハ ＷＭ ウエハマーク １９ 光電検出器 ２１ 参照格子 ２２ 参照光電検出器 ４３ レチクル ＲＭ レチクルマーク ４７ ウエハ用光電検出器
Claims (3)
- 【請求項１】 可干渉性を有する複数の光束を被検物上
に形成された回折格子状マーク上に照射し、該複数の光
束の照射により前記回折格子状マークから発生する複数
の回折光の干渉光の光電変換信号に基づいて、前記被検
物の位置検出を行う位置検出装置において、 互いに異なる複数の波長の光束を発生する光源と、 前記光源から射出された互いに波長の異なる複数の光束
をそれぞれ１対の光束に分割し、これにより得られた複
数対の光束を前記被検物上に形成された回折格子状マー
ク上に照射する送光光学系と、 前記複数対の光束の照射により前記回折格子状マークか
ら発生する複数対の回折光の干渉光を生成する受光光学
系と、 前記複数対の回折光の干渉光を一括して光電変換する光
電変換手段と、 前記送光光学系内に配置され、前記互いに波長の異なる
複数対の光束の色収差を補正する色収差補正手段と、を
有し、 前記色収差補正手段により、前記光電変換手段で受光さ
れる前記複数対の回折光のそれぞれの干渉光の位相を所
定の状態に揃えることを特徴とする位置検出装置。 - 【請求項２】 前記色収差補正手段を、前記被検物の被
検面とほぼ共役な面上に配置したことを特徴とする請求
項１記載の位置検出装置。 - 【請求項３】 前記色収差補正手段は、回転自在に支持
された平行平板ガラスであることを特徴とする請求項１
又は２記載の位置検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5306267A JPH07161611A (ja) | 1993-12-07 | 1993-12-07 | 位置検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5306267A JPH07161611A (ja) | 1993-12-07 | 1993-12-07 | 位置検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07161611A true JPH07161611A (ja) | 1995-06-23 |
Family
ID=17955029
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5306267A Withdrawn JPH07161611A (ja) | 1993-12-07 | 1993-12-07 | 位置検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07161611A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000349014A (ja) * | 1999-06-04 | 2000-12-15 | Nikon Corp | 重ね合わせ測定装置及び該装置を用いた半導体デバイス製造方法 |
| JP2004126590A (ja) * | 2002-10-02 | 2004-04-22 | Leica Microsystems Wetzler Gmbh | 顕微鏡で位相差観察または変調コントラスト観察を実現するための位相シフト方法および装置 |
| JP2007324338A (ja) * | 2006-05-31 | 2007-12-13 | Nikon Corp | マーク位置検出装置及び調整方法 |
| JP2009257926A (ja) * | 2008-04-16 | 2009-11-05 | Sony Corp | 変位検出装置 |
| WO2021235439A1 (ja) * | 2020-05-19 | 2021-11-25 | 株式会社ニコン | パターン形成装置 |
| JP2022544187A (ja) * | 2019-08-09 | 2022-10-17 | エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． | 計測デバイスおよびそのための位相変調装置 |
| US11803130B2 (en) | 2019-08-09 | 2023-10-31 | Asml Netherlands B.V. | Phase modulators in alignment to decrease mark size |
-
1993
- 1993-12-07 JP JP5306267A patent/JPH07161611A/ja not_active Withdrawn
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2007324338A (ja) * | 2006-05-31 | 2007-12-13 | Nikon Corp | マーク位置検出装置及び調整方法 |
| JP2009257926A (ja) * | 2008-04-16 | 2009-11-05 | Sony Corp | 変位検出装置 |
| JP2022544187A (ja) * | 2019-08-09 | 2022-10-17 | エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． | 計測デバイスおよびそのための位相変調装置 |
| US11803130B2 (en) | 2019-08-09 | 2023-10-31 | Asml Netherlands B.V. | Phase modulators in alignment to decrease mark size |
| US11815675B2 (en) | 2019-08-09 | 2023-11-14 | Asml Netherlands B.V. | Metrology device and phase modulator apparatus therefor comprising a first moving grating and a first compensatory grating element |
| WO2021235439A1 (ja) * | 2020-05-19 | 2021-11-25 | 株式会社ニコン | パターン形成装置 |
| JPWO2021235439A1 (ja) * | 2020-05-19 | 2021-11-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010306 |