DE3715864A1 - Verfahren und vorrichtung zum messen und/oder einstellen einer relativen verschiebung von gegenstaenden - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum messen und/oder einstellen einer relativen verschiebung von gegenstaendenInfo
- Publication number
- DE3715864A1 DE3715864A1 DE19873715864 DE3715864A DE3715864A1 DE 3715864 A1 DE3715864 A1 DE 3715864A1 DE 19873715864 DE19873715864 DE 19873715864 DE 3715864 A DE3715864 A DE 3715864A DE 3715864 A1 DE3715864 A1 DE 3715864A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- beams
- diffraction grating
- interference
- interference signal
- signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
- G03F7/70605—Workpiece metrology
- G03F7/70616—Monitoring the printed patterns
- G03F7/70633—Overlay, i.e. relative alignment between patterns printed by separate exposures in different layers, or in the same layer in multiple exposures or stitching
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
- G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
- G03F9/7003—Alignment type or strategy, e.g. leveling, global alignment
- G03F9/7023—Aligning or positioning in direction perpendicular to substrate surface
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
- G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
- G03F9/7049—Technique, e.g. interferometric
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Optical Transform (AREA)
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Messen und/oder Einstellen einer relativen
Verschiebung von Gegenständen unter Verwendung
von Beugungsgittern, die für Belichtungsvorrichtungen,
Vorrichtungen zum Auswerten
eines Musters oder dergleichen zum Herstellen
zum Beispiel von Halbleiterschaltungen verwendet werden.
Ein Verfahren zum Messen und/oder Einstellen
einer Verschiebung eines Objektes unter Verwendung
eines Beugungsgitters ist allgemein
bekannt als wirksames Verfahren zum Ausrichten
von Masken und Einstellen eines Zwischenraumes
großer Genauigkeit zwischen der Maske und einem
Wafer. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise
in der europäischen Patentanmeldung No. 01 51 032 A2
beschrieben. Nach diesem Verfahren wird ein
Laserstrahlenbündel auf Beugungsgittermarken,
die auf einem Wafer und einer Maske angeordnet
sind, gesandt, wodurch gebeugte Strahlenbündel
erzeugt werden. Eine Ausrichtung und eine
Einstellung eines Zwischenraums wird in
Abhängigkeit von Änderungen der Intensität
der gebeugten Strahlenbündel durchgeführt.
Bei diesem Verfahren wird ein Abstand der
Beugungsgittermarken zur Erfassung der waferseitigen
Abweichung ein ganzes Vielfaches des
Abstandes der Beugungsgittermarken zur
Erfassung der maskenseitigen Abweichung gesetzt,
so daß eine Änderung des Zwischenraumes weniger
nachteilig die Signale beeinflußt.
Da allerdings ein Einfluß der Zwischenraumänderungen
nicht vollständig ausgeschaltet werden kann,
muß die Ausrichtung bei einem bestimmten
Wert des Zwischenraumes durchgeführt werden.
Zusätzlich wird während der Belichtung die
Beugungsgittermarke zur Erfassung der maskenseitigen
Abweichung auf die Beugungsgittermarke
zur Erfassung der waferseitigen Abweichung
übertragen und dieselbe Marke kann nicht
kontinuierlich in dem nächsten Prozeß verwendet
werden. Daher ist in jedem Prozeß eine neue
Beugungsgittermarke zur Erfassung der waferseitigen
Abweichung nötig und ein größerer
Änderungs- oder Ergänzungsbereich wird auf dem
Wafer verlangt, wodurch ein schmalerer LSI-Musterbereich
zur Verfügung steht. Da weiterhin der
Spitzenwert einer Interferenzwellen einhüllenden
Welle aus dem Zwischenraumerfassungssignal
zur Einstellung des Zwischenraums gesucht wird,
wird der Detektor daher sehr aufwendig und wenn
eine Vielzahl von Spitzenwerten in der Hüllwelle
aufgrund von zum Beispiel Mehrfachinterferenzen
zwischen der Maske und dem
Wafer auftauchen, wird eine lange Zeit zum
Einstellen eines Zwischenraums benötigt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen
und/oder Einstellen einer relativen Stellung
von Gegenständen unter Verwendung von
Beugungsgittern zu schaffen, mit denen eine
relative Verschiebung von Gegenständen unabhängig
von einem Positionsverhältnis entsprechend
absoluter Koordinaten und auch
eine zwei- oder dreidimensionale Ausrichtung
zwischen zwei Gegenständen in einfacher und
genauer Weise, ohne präzise die optische
Weglänge eines einfallenden Strahles bestimmen
zu müssen, möglich ist, wobei die Auflösung
verbessert werden soll. Weiterhin soll ein
Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen
und/oder Steuern einer Mikroverschiebung
mit großer Genauigkeit unabhängig von
Leuchtdichteänderungen im gebeugten Strahl
geschaffen werden. Weiterhin sollen zwei
Gegenstände genau ausgerichtet werden, selbst
wenn die Ebenheit der Gegenstände schlecht ist.
Außerdem sollen dieselben Beugungsgittermuster
in einer Vielzahl von Arbeitsschritten, zum
Beispiel bei der Herstellung eines Halbleiterelementes,
verwendet werden können. Diese Aufgabe
wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden
Merkmale des Hauptanspruchs und
der Nebenansprüche gelöst.
Um die obige Aufgabe zu lösen, wird bei der
vorliegenden Erfindung eine Technik verwendet,
bei der ein monochromatisches Strahlenbündel
mit zwei Wellenlängen leicht unterschiedlicher
Frequenzen zum Hervorrufen einer optischen
Überlagerungsinterferenz zusammengesetzt
wird, wobei mindestens zwei Überlagerungssignale
erzeugt werden und eine Phasendifferenz
zwischen den Überlagerungssignalen gemessen
wird. Dabei wird erfindungsgemäß ein monochromatisches
Strahlenbündel auf ein auf einem
Gegenstand angeordnetes Beugungsgitter gesandt,
um einen gebeugten Strahl zu erhalten, wodurch
mindestens eines der Überlagerungssignale
gebildet wird.
Daher wird gemäß der vorliegenden Erfindung
ein Verfahren zum Messen und/oder Einstellen
einer relativen Verschiebung von Gegenständen
unter Verwendung von Beugungsgittern vorgesehen,
bei dem wenigstens zwei Überlagerungssignale
durch Zusammensetzen von zwei monochromatischen
Strahlenbündeln mit jeweils leicht unterschiedlichen
Frequenzen zum Hervorrufen einer optischen
Überlagerungsinterferenz erzeugt werden, wobei
ein erstes der Überlagerungssignale als Referenzsignal
und ein zweites der Überlagerungssignale
als erstes Interferenzüberlagerungssignal
verwendet werden, die durch Bestrahlen eines
ersten auf einem ersten Gegenstand angeordneten
Beugungsgitters mit den zwei monochromatischen
Strahlenbündeln und durch Zusammensetzen von
zwei von dem ersten Beugungsgitter gebildeten
gebeugten Strahlenbündeln erzeugt werden, und
wobei eine Phasendifferenz zwischen dem Referenzüberlagerungssignal
und dem Interferenzssignal
erfaßt und die relative Verschiebung der
Gegenstände in Abhängigkeit von dieser Phasendifferenz
gemessen und/oder eingestellt wird.
Weiterhin wird gemäß der vorliegenden Erfindung
eine Vorrichtung zum Messen und/oder Einstellen
einer relativen Verschiebung von Gegenständen
unter Verwendung von Beugungsgittern vorgesehen,
die ein erstes auf einem ersten Gegenstand
angeordnetes Beugungsgitter, eine Laserquelle
zur Erzeugung von zwei monochromatischen
Strahlenbündeln mit leicht unterschiedlichen
Frequenzen, Mittel zum Erzeugen eines Referenzüberlagerungssignals
durch Bildung einer optischen
Überlagerungsinterferenz in Übereinstimmung
mit den zwei monochromatischen Strahlenbündeln,
Mittel zum Senden der zwei monochromatischen
Strahlenbündel auf das erste Beugungsgitter,
Mittel zum Zusammensetzen von mindestens zwei
gebeugten Strahlenbündeln von dem ersten
Beugungsgitter und zum Erzeugen eines ersten
Interferenzsignals durch die optische Überlagerungsinterferenz
und Mittel zum Erfassen einer
Phasendifferenz zwischen dem Referenzüberlagerungssignal
und dem Interferenzsignal
aufweist.
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird in der nachfolgenden Beschreibung
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische perspektivische
Ansicht auf ein Ausführungsbeispiel
der Vorrichtung zum
Messen und/oder Einstellen einer
relativen Stellung von Gegenständen
gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 eine vergrößerte perspektivische
Schnittansicht eines Hauptteils
zur Beschreibung der Funktionsweise der
Vorrichtung nach Fig. 1,
Fig. 3 ein Diagramm der Abweichungscharakteristiken,
das die Beziehung
zwischen einer relativen Verschiebung
und einer Phasendifferenz zwischen
den Überlagerungssignalen zeigt,
Fig. 4 eine schematische Ansicht eines
weiteren Ausführungsbeispiels der
vorliegenden Erfindung,
Fig. 5 eine schematische Ansicht eines
weiteren Ausführungsbeispiels der
vorliegenden Erfindung,
Fig. 6 eine vergrößerte Schnittdarstellung
eines Hauptteils zur Beschreibung
der Funktionsweise der Vorrichtung
nach Fig. 5,
Fig. 7 eine schematische Ansicht auf ein
weiteres Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung,
Fig. 8 eine schematische Ansicht auf ein
weiteres Ausführungsbeispiel der
Erfindung,
Fig. 9
und 10 vergrößerte Schnittdarstellungen eines
Hauptteils zur Erläuterung der Funktionsweise
der Vorrichtung nach Fig. 8,
Fig. 11 ein Diagramm der Zwischenraumcharakteristiken,
das die Beziehung
zwischen einem Zwischenraum und einer
Phasendifferenz zwischen den Überlagerungssignalen
zeigt,
Fig. 12 eine schematische Ansicht auf ein
weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung,
Fig. 13 eine schematische perspektivische
Ansicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel
der vorliegenden
Erfindung,
und
Fig. 14
und 15 vergrößerte perspektivische
Schnittdarstellungen eines
Hauptteils zur Erklärung der
Funktionsweise der Vorrichtung
nach Fig. 13.
Fig. 1 zeigt eine schematische Anordnung eines
Ausführungsbeispiels der Vorrichtung zum
Messen und Einstellen einer relativen Position
von Gegenständen unter Verwendung von Beugungsgittern,
zum Beispiel eine Röntgenstrahlenbelichtungsvorrichtung
zur Herstellung von
integrierten Halbleiterschaltungen. In Fig. 1
bezeichnet das Bezugszeichen 20 eine zweiwellige
rechtwinklig polarisierte Laserquelle (Lichtquelle)
zum Aussenden eines Strahlenbündels, das zwei
Wellenlängen mit Frequenzen, die leicht unterschiedlich
zueinander sind, aufweist und
dessen Polarisationsebenen senkrecht zueinander
liegen. 21, 21′, 21″ und 21‴ bezeichnen
Spiegel, wobei die Spiegelwinkel der Spiegel
21′ und 21″ einstellbar sind. Bezugszeichen 22
bezeichnet eine Zylinderlinse, 23 einen
Polarisationsstrahlenteiler, 24 einen Prismenspiegel,
25, 25′ Kondensorlinsen, 26, 26′ Photodetektoren
(erste und zweite Abtastmittel),
27 eine Signalverarbeitungs- und Steuereinheit,
28 einen Maskenhalter, 29 einen Wafer-Halter,
30 eine Maske (erster Gegenstand), 31 einen
Wafer (zweiter Gegenstand), 32 ein Reflexionsbeugungsgitter
(erstes Beugungsgitter), 33 ein
Fenster zum Durchlassen des einfallenden und
des gebeugten Lichts, 34 ein Reflexionsbeugungsgitter
(zweites Beugungsgitter) und 44, 44′
lineare Polarisationen. Das Fenster 33 ist
als Öffnung in der Maske 30 ausgebildet, so daß
ein einfallender Lichtstrahl direkt auf das
Beugungsgitter 34 fällt und ein gebeugter Strahl
direkt durch das Fenster 33 reflektiert wird.
Der Maskenhalter 28 und der Wafer-Halter 29
bilden einen Bewegungsmechanismus zum Bewegen
der Maske 30 und des Wafers 31 relativ zueinander.
Ein derartiger Bewegungsmechanismus ist
allgemein bekannt und wird hier nicht näher
beschrieben.
Ein von der zweiwelligen senkrecht polarisierten
Laserquelle 20 ausgesandtes Strahlenbündel
wird über den Spiegel 21 und die Zylinderlinse
22 in ein elliptisches Lichtbündel
umgewandelt. Das Strahlenbündel wird von dem
Polarisationsstrahlenteiler 23 in ein linear
polarisiertes Strahlenbündel mit nur horizontalen
Komponenten und ein linear polarisiertes
Strahlenbündel mit nur Vertikalkomponenten aufgespalten,
wobei die Frequenzen der linear polarisierten
Strahlenbündel einen kleinen Unterschied zueinander
haben. Die aufgespaltenen Strahlenbündel
werden über die Spiegel 21′, 21″
(Mittel zum Einstellen des Einfallswinkels)
mit gewünschten Einfallswinkeln auf die
Reflexionsbeugungsgitter 32, 34 gesandt.
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind
die Reflexionsbeugungsgitter 32, 34 in Richtung
der Gitterlinien, in der die Gitter ausgerichtet
sind, zueinander versetzt und liegen
in demselben Pfad des einfallenden elliptischen
Strahlenbündels. Die Gitterabstände der
Beugungsgitter 32, 34 sind jeweils gleich.
Die von dem Beugungsgitter 32 und dem Beugungsgitter
34 gebeugten Strahlen werden über das
Fenster 33 und jeweils über den Spiegel 21‴
(Mittel zum Zusammensetzen der Strahlung),
den Prismenspiegel 24 (Mittel zum Trennen der
Strahlung), die Kondensorlinsen 25, 25′ und
die linearen Polarisatoren 44, 44′ auf die
Photodetektoren 26, 26′ geleitet und werden
in der Signalverarbeitungs- und Steuereinheit
27 als gebeugte Überlagerungssignale verarbeitet.
Die Signalverarbeitungs- und Steuereinheit
27 bestimmt eine Phasendifferenz zwischen den
beiden Überlagerungssignalen, wobei eines
der Überlagerungssignale der von den Reflexionsbeugungsgittern
32, 34 gebeugten Strahlenbündel
als Referenzüberlagerungssignal verwendet wird,
und erzeugt ein Steuersignal zum Bewegen
des Maskenhalters 28 oder des Wafer-Halters 29
relativ zueinander, so daß die Phasendifferenz
0° wird. Daher wird eine genaue Ausrichtung
zwischen der Maske und dem Wafer 31 durchgeführt,
so daß ein Muster auf der Maske an
einer vorbestimmten Stellung auf dem Wafer
mit großer Genauigkeit belichtet wird.
Ein Verfahren zum Messen und/oder Einstellen
einer relativen Stellung, d. h. im Ausführungsbeispiel
ein Verfahren zum Ausrichten durch
die oben beschriebene Vorrichtung, wird unter
Bezugnahme auf Fig. 2 im folgenden näher erläutert.
Das Bezugszeichen 35 bezeichnet ein Reflexionsbeugungsgitter
(erstes Beugungsgitter), 36 ein
Reflexionsbeugungsgitter (zweites Beugungsgitter),
37, 38 zwei einfallende Strahlen, deren Frequenzen
leicht unterschiedlich sind, 39, 40 gebeugte
Strahlen (gebeugte optische Überlagerungsinterferenzstrahlen),
41 eine dünne transparente,
eine Maske bildende Schicht (erster Gegenstand),
42 ein Wafer und 43 eine dünne undurchsichtige
Schicht. Die dünne undurchsichtige Schicht 43
und die dünne transparente Schicht 41, die direkt
aufeinander angeordnet sind, bilden ein Gitter.
Das erste Beugungsgitter 35 weist in Fig. 2
fünf Gitterelemente auf. Das zweite Beugungsgitter
36 besteht aus Gitterelementen, die
als fünf parallele in dem Wafer 42 vorgesehene
Vertiefungen ausgebildet sind. B 1-B 1′ bezeichnet
die Richtung der Gitterlinien des
zweiten Beugungsgitters, B 2-B 2′ die Richtung
der Gitterlinien des ersten Beugungsgitters,
A 1-A 1′ die Richtung der Gitterabstände
senkrecht auf B 1-B 1′; A 2-A 2′ die Richtung
der Gitterabstände senkrecht zu B 2-B 2′; C 1-C 1′
eine Richtung senkrecht zur Gitteroberfläche
des Beugungsgitters 36 und C 2-C 2′ eine
Richtung senkrecht zu der Gitteroberfläche des
Beugungsgitters 35. In Fig. 2 ist der Gitterabstand,
d. h. der Gitterabstand der beiden
Beugungsgitter 35, 36 P, das Beugungsgitter 35
ist in Richtung B 1-B 1′ (Richtung der Gitterlinien)
versetzt, so daß es die Gitterfläche
des Beugungsgitters 36 nicht überlappt und
das Fenster 33 (nicht in Fig. 2 gezeigt) liegt
senkrecht über dem Beugungsgitter 36. Die
Einfallsrichtungen der einfallenden Strahlen 37, 38
werden durch Einstellen der Winkel der Spiegel
21′, 21″ so festgelegt, daß sie Winkel der
reflektierten gebeugten Strahlung erster
Ordnung der Beugungsgitter 35, 36 in bezug
auf die Richtung C 1-C 1′ (oder C 2-C 2′) senkrecht
zu den Beugungsgittern sind, d. h. j -1 = sin-1
(λ 1/P) und ϑ +1 = sin-1 (λ/P). Die einfallenden
Strahlen 37, 38 weisen jeweils die Wellenlänge
von λ 1 und λ 2 auf. Eine Frequenzdifferenz Δ f
beträgt einige kHz bis einige hundert MHz,
Δ f = C · |1/λ 1 - 1/λ 2| (C bedeutet Lichtgeschwindigkeit),
und Δ f « C, so daß ϑ -1 ≅ ϑ +1 ist.
Daher werden die auf die Beugungsgitter 35, 36
fallenden Strahlen 37, 38 in erster Linie
reflektierend gebeugt und optisch in Richtungen
(Richtungen C 2-C 2′ und C 1-C 1′) senkrecht
zu den Gitteroberflächen jeweils durch die
Reflexionsgitter 35, 36 zusammengesetzt.
Die zusammengesetzten Strahlen werden jeweils
in optische Überlagerungsinterferenzstrahlen
39, 40 umgewandelt. Diese gebeugten Überlagerungsinterferenzstrahlen
39, 40 sind von den unterschiedlichen
Beugungsgittern 35, 36 gebeugte
Strahlen, aber die Einfallswinkel der einfallenden
Strahlen 37, 38 sind symmetrisch in bezug
auf die senkrechte Richtung der Beugungsoberflächen.
Obwohl die Beugungsgitter 35, 36
längs der senkrechten Richtungen (Richtungen
C 1-C 1′ und C 2-C 2′) und der Gitterlinienrichtungen
(Richtungen B 1-B 1′ und B 2-B 2′)
zueinander versetzt sind, werden daher Änderungen
in der Länge des optischen Pfades der einfallenden
Strahlen 37, 38 zu den Beugungsgittern
35, 36 jeweils gleichgesetzt und eine Phasendifferenz
zwischen den Überlagerungssignalen,
die durch die gebeugten Strahlen 39, 40 erhalten
werden, wird nicht nachteilig durch eine Phasenverschiebung
der Beugungsgitter 35, 36 in bezug
auf Verschiebungen in die senkrechten und Gitterlinienrichtungen
beeinflußt. Das heißt, daß die
Phasendifferenz zwischen den aus gebeugten
Strahlen 39, 40 erhaltenen Überlagerungssignale
sich in Übereinstimmung mit nur einer besonderen
Anordnung der Beugungsgitter 35, 36 in bezug auf
die Abstandsrichtungen (Richtungen A 2-A 2′ und
A 1-A 1′) ändert, d. h. eine relative Abweichung.
Wenn die Beugungsgitter 35, 36 längs der Gitterlinienrichtung
(Richtung B 1-B 1′ oder B 2-B 2′)
gerade ausgerichtet sind, wird die Phasendifferenz
zwischen den von den gebeugten
Strahlen 39, 40 erhaltenen Überlagerungssignalen
zu 0° gesetzt, wodurch die Ausrichtung
abgeschlossen wird. Wenn angenommen wird, daß
die relative Verschiebung der Beugungsgitter
35, 36 in bezug auf die Richtung A 1-A 1′ oder
A 2-A 2′ Δ X ist und die Phasendifferenz
zwischen den Überlagerungssignalen Δϕ
wird die Phasendifferenz Δϕ durch die folgende
Gleichung (1) bestimmt:
Δϕ = 2π · Δ X/(P/2) (1)
Daher ändert sich die Phasendifferenz Δϕ
in Übereinstimmung mit einer relativen Verschiebung
eines halben Abstandes des Beugungsgitters.
Fig. 3 zeigt ein Diagramm dieser Beziehung,
wobei die Abszisse die relative Verschiebung Δ X
und die Ordinate ein Abweichungssignal,
d. h. die Phasendifferenz Δϕ, darstellen.
Daraus ist offensichtlich, daß ein Intervall
zwischen der durchsichtigen Schicht 41 und
dem Wafer 42 genau bestimmt werden kann.
Wie oben beschrieben wurde, sind in der Vorrichtung
dieses Ausführungsbeispiels das
erste und zweite für den ersten und zweiten
Gegenstand vorgesehene Beugungsgitter zueinander
in bezug auf die Gitterlinienrichtungen versetzt,
damit sie sich nicht überlappen, so daß die
gebeugten optischen Überlappungsinterferenzstrahlen
von ersten und zweiten Beugungsgitter
vollständig unabhängig voneinander abgetastet
werden können. Zusätzlich wird die Phasendifferenz
zwischen den aus den gebeugten
Strahlen erhaltenen Überlagerungssignalen,
die der relativen Verschiebung bzw. Versetzung
zwischen dem ersten und zweiten Gegenstand
entspricht, direkt und beständig abgetastet, wobei die
Phsendifferenz zu 0° gesetzt wird, wodurch
dauerhaft eine genaue Ausrichtung durchgeführt
wird.
Die auf das Beugungsgitter fallenden monochromatischen
Lichtbündel werden in einer Richtung des
n-ten Beugungswinkels (n ist eine positive ganze
Zahl) symmetrisch zu der Richtung senkrecht
auf die Beugungsgitteroberfläche eingestellt
und das erste und zweite Beugungsgitter werden
innerhalb des gleichen Punktes der monochromatischen
Lichtbündel angeordnet. Daher erscheint die
Phasenverschiebung zwischen den gebeugten Strahlen
aufgrund von Änderungen im optischen Pfad eines
optischen Systems der monochromatischen Strahlen
zu den Beugungsgittern als gleiche Phsenverschiebung
zwischen den vom ersten und zweiten
Beugungsgitter erhaltenen Überlagerungssignalen,
so daß sie ausgelöscht werden und kein Einfluß
der Phasendifferenz auftritt. Da daher die Länge
des optischen Pfades der zwei Strahlen nicht
mit großer Genauigkeit festgesetzt werden muß,
kann das optische System leicht eingestellt
werden und die Mechanik wird einfach. Zusätzlich
wird eine durch Änderungen in der Länge des
optischen Pfades bewirkte Phasenverschiebung
aufgrund von Mikroschwingungen oder dergleichen
ebenfalls aufgehoben, so daß Phasendifferenzsignale
mit großer Stabilität gewonnen werden können.
Da weiterhin gemäß der vorliegenden Erfindung
ein einziger gebeugter Strahl von jedem
Beugungsgitter abgetastet wird, ist die
Intensität der gewonnenen gebeugten Strahlen
höher als die bei üblichen Verfahren, bei
denen ein doppelt gebeugter Strahl abgetastet wird.
Es sei darauf hingewiesen, daß die vorliegende
Erfindung nicht nur bei einer Vorrichtung
angewendet werden kann, die eine relative
Ausrichtung von zwei Objekten durchführt,
sondern auch auf eine Vorrichtung, die relative
Kleinst- oder Mikroverschiebungen von Gegenständen
mißt oder die eine Koordinatenstellung
abtastet oder überwacht.
Fig. 4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Dabei bezeichnet
das Bezugszeichen 45 eine zweiwellige senkrecht
polarisierte Laserquelle, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52
ebene Spiegel, 53 einen Strahlenteiler, 54, 55
Polarisationsstrahlenteiler, 56, 56′ Kondensorlinsen,
57, 57′ lineare Polarisatoren, 58, 58′
Photodetektoren, 59, 59′ Vorverstärker, 60 eine
Signalverarbeitungseinheit, 61 eine Stellungsanzeigeeinheit,
62 eine Antriebseinheit, 63 ein
erstes Beugungsgitter, 64 ein zweites Beugungsgitter,
65 einen ersten Gegenstand, 66 einen
zweiten Gegenstand und 67 einen bewegbaren Halter.
Der erste Gegenstand 65 dieses Ausführungsbeispiels
wird durch ein Grundteil 65 a, ein sich von einem
Ende des Grundteils 65 a nach oben erstreckenden
Teil 65 b und einem sich von einem Ende des
Teils 65 b parallel in die gleiche Richtung
wie der Grundteil 65 a erstreckenden parallelen
Teil 65 c gebildet. Das erste Beugungsmuster 63
ist über den parallelen Teil 65 c angeordnet
und der bewegbare Halter 67 ist bewegbar auf
dem Grundteil 65 a angeordnet.
Bei dieser Vorrichtung werden einige Strahlen
eines von der zweiwelligen senkrecht polarisierten
Laserquelle 45 ausgesandten Laserstrahlbündels
über den ebenen Spiegel 46 und den
Strahlenteiler 53 zu dem Polarisationsstrahlteiler
54 geleitet und werden von diesem
in ein P-polarisiertes monochromatisches und
in ein S-polarisiertes monochromatisches
Strahlenbündel aufgeteilt. Diese Strahlenbündel
fallen auf das erste Beugungsmuster 63 über
die ebenen Spiegel 47, 48 bei jeweils vorbestimmten
Winkeln und die von dem Beugungsgitter
63 gebeugten zwei Strahlenbündel werden optisch
zusammengesetzt. Das zusammengesetzte Strahlenbündel
wird durch den Photodetektor 58 über
den ebenen Spiegel 49, die Kondensorlinse 56
und den linearen Polarisator 57 empfangen und
der Signalverarbeitungseinheit 60 über den
Vorverstärker 59 als optisches Überlagerungsinterferenzreferenzsignal
zugeführt.
Einige Strahlen des Laserstrahlenbündels, das
durch den Strahlenteiler 53 aufgeteilt wurde,
werden durch den Polarisationsstrahlenteiler 55
in ein P-polarisiertes monochromatisches Strahlenbündel
und ein S-polarisiertes monochromatisches
Strahlenbündel aufgespalten. Diese Strahlenbündel
fallen jeweils über die ebenen Spiegel 50, 51
bei vorbestimmten Winkeln auf das zweite
Beugungsgitter 64. Die zwei von dem Beugungsgitter
64 gebeugten Strahlenbündel werden
optisch zusammengesetzt und dieses zusammengesetzte
Strahlenbündel wird über den ebenen
Spiegel 52, die Kondensorlinse 56′ und den
linearen Polarisator 57′ dem Photodetektor 58′
zugesandt, von dem es über den Vorverstärker 59′
als optisches Überlagerungsinterferenzbeugungssignal
der Signalverarbeitungseinheit 60 geliefert
wird. Die Signalverarbeitungseinheit
60 bestimmt eine Phasendifferenz zwischen dem
Referenzüberlagerungssignal und dem gebeugten
Überlagerungssignal und zeigt eine relative
Verschiebung zwischen den Beugungsgittern 63, 64
entsprechend der Phasendifferenz auf der
Stellungsanzeigeeinheit 61 an. Zusätzlich liefert
die Signalverarbeitungseinheit 60 ein Steuersignal
über die Antriebseinheit 62 an den
bewegbaren Halter 67, um eine konstante Phasendifferenz
zu erhalten und steuert den zweiten
Gegenstand 66 in eine bestimmte Stellung, d. h.
die Abweichung des zweiten Gegenstandes in
bezug auf den ersten Gegenstand 65 wird von
der Vorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
auf der Basis der Stellung
des ersten Gegenstandes 65 abgetastet und die
Ausrichtung durchgeführt.
Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, die als Meßvorrichtung
für eine Kleinst- oder Mikroverschiebung
ausgebildet ist. Danach werden einige Strahlen
eines von einer zweiwelligen senkrecht polarisierten
Laserquelle 117 ausgesandten Laserstrahlenbündels
über einen Strahlenteiler 118 abgespalten. Das
abgespaltete Laserstrahlenbündel wird durch eine
Kondensorlinse 119 a gesammelt und unter Verwendung
eines linearen Polarisators 120 a eine
optische Überlagerungsinterferenz bewirkt,
die Strahlung wird von einem Photodetektor 121 a
abgetastet und das Referenzüberlagerungssignal
einer Signalverarbeitungseinheit 128 über einen
Vorverstärker 122 a zugeleitet.
Einige Strahlen des von der zweiwelligen senkrecht
polarisierten Laserquelle 117 ausgesandten Laserstrahlbündels
werden einem Polarisationsstrahlteiler
124 über dem Strahlenteiler 118 und einen
ebenen Spiegel 123 a zugesandt und dort in zwei
monochromatische Strahlbündel aufgespalten, die
jeweils senkrecht zueinander angeordnete Polarisationsebenen
und leicht unterschiedliche
Frequenzen aufweisen, d. h. es wird ein S-polarisierter
einfallender Strahl 130 und ein P-polarisierter
einfallender Strahl 131 gebildet. Über die ebenen
Spiegel 123 b, 123 c (Mittel zum Einstellen der
einfallenden Strahlung) werden die Strahlbündel
130, 131 auf ein Reflexionsbeugungsgitter 125
bei jeweils vorbestimmten Einfallswinkeln geleitet.
Zwei von dem Beugungsgitter 125 reflektierte
gebeugte Strahlenbündel werden optisch unter
Verwendung eines ebenen Spiegels 123 d, einer
Kondensorlinse 119 b und eines linearen Polarisators
120 b zur Herstellung einer optischen Überlagerungsinterferenz
in ein zusammengesetztes gebeugtes
Lichtbündel 132 zusammengesetzt. Das zusammengesetzte
gebeugte Lichtbündel 132 wird von einem
Photodetektor 121 b empfangen und über den Vorverstärker
122 b als ein Überlagerungssignal des
gebeugten Strahlenbündels der Signalverarbeitungseinheit
128 geliefert. Die Verarbeitungseinheit
128 bestimmt eine Phasendifferenz
(d. h. eine Phasendifferenz entsprechend einer
Verschiebung des Beugungsgitters 125) zwischen
dem Referenzüberlagerungssignal und dem
gebeugten Überlagerungssignal, wandelt die
Phasendifferenz in eine Verschiebung um und
zeigt die Verschiebung des Beugungsgitters
125, d. h. die Verschiebung des bewegbaren Halters
126 auf der Stellungsanzeigeeinheit 129 an.
Zusätzlich sieht die Signalverarbeitungseinheit
128 ein Steuersignal für die Antriebseinheit
127 vor, so daß die Phasendifferenz bei einem
voreingestellten vorgegebenen Wert konstant wird
und das Beugungsgitter 125 in eine vorgegebene
Stellung steuert.
Eine Beziehung zwischen der Verschiebung Δ X
des Beugungsgitters 125 und der Phasendifferenz Δϕ
zwischen dem Referenzüberlagerungssignal und
dem gebeugten Überlagerungssignal wird unter
Bezugnahme auf Fig. 6 im folgenden beschrieben.
In Fig. 6 bezeichnet das Bezugszeichen 133 ein
Reflexionsbeugungsgitter, 134 a, 134 b einfallende
Strahlenbündel mit der Wellenlänge λ 1, 135 a, 135 b
einfallende Strahlenbündel mit einer Wellenlänge λ 2
und 136 a, 136 b zusammengesetzte gebeugte
Strahlenbündel. Es wird angenommen, daß die
einfallenden Strahlen 134 a, 135 b jeweils mit den
Wellenlängen λ 1 und λ 2 mit senkrecht zueinander
stehenden Polarisationsebenen und leicht unterschiedlichen
Frequenzen auf einen Punkt A des
Beugungsgitters 133 jeweils bei einem m-ten
Beugungswinkel ϑ m und einem n-ten Beugungswinkel
ϑ n in bezug auf eine Richtung senkrecht zu
der Oberfläche des Beugungsgitters 133 einfallen.
Ein m-ter gebeugter Strahl des einfallenden
Strahles 134 a und ein n-ter gebeugter Strahl
eines einfallenden Strahlenbündels 135 a werden
jeweils durch den Punkt A in die Richtung
senkrecht zu der Gitteroberfläche reflektiert
und optisch in den zusammengesetzten gebeugten
Strahl 136 a in die Richtung senkrecht zu der
Gitteroberfläche zusammengesetzt, so daß ein
optisches Überlagerungsinterferenzsignal
abgetastet werden kann. Unter der Annahme, daß
das Beugungsgitter 133 zum Δ X verschoben wird
und der Punkt A sich zu einem Punkt A′ verschiebt,
dann werden der m-te und n-te Strahl
der einfallenden Lichtbündel 134 b, 135 b
durch den Punkt A′ reflektiert und optisch
in den zusammengesetzten gebeugten Strahl 136 b
zusammengesetzt. In diesem Fall kann bei
einem Gitterabstand des Beugungsgitters 133
von P eine Beziehung zwischen dem m-ten
Beugungswinkel ϑ m und dem n-ten Beugungswinkel ϑ n
und den Wellenlängen λ 1 und λ 2 wie folgt
erhalten werden:
sinϑ m = m · λ 1/P (m als positive ganze Zahl) (2)
sinϑ n = n · λ 2/P (n als positive ganze Zahl)-(3)
sinϑ n = n · λ 2/P (n als positive ganze Zahl)-(3)
wobei die Verschiebung in der Z-Richtung konstant
ist.
Wenn das Beugungsgitter 133 um Δ X verschoben wird,
werden die Längendifferenzen des optischen Pfades
Δ X · sinj m und -Δ X · sinϑ n zwischen
den einfallenden Strahlenbündeln 134 a, 134 b
und zwischen den einfallenden Strahlungsbündeln
135 a, 135 b erzeugt.
Daher wird eine Phasendifferenz Δϕ′ zwischen den
durch die zusammengesetzten gebeugten Strahlen
136 a, 136 b erhaltenen optischen Überlagerungssignale
hervorgerufen. Die Phasendifferenz Δϕ′
kann durch die folgende Gleichung (4) dargestellt
werden:
Δϕ′ = 2π · Δ X · sinϑ m / λ 1 + 2π · Δ X · sinϑ n /-λ 2 (4)
Substitution der Gleichungen (2) und (3) in
Gleichung (4) ergibt die folgende Gleichung (5):
Δϕ′ = 2π · m · Δ X/P+ 2π · n · -Δ X/P = 2π · Δ X/{P/(m + n)} (5)
Die Phasendifferenz Δϕ′ ändert sich daher als
Funktion der Verschiebung Δ X des Beugungsgitters 133
mit einem Zyklus von P/(m + n).
Wenn insbesondere in Fig. 5 angenommen wird, daß
das zusammengesetzte vom Beugungsgitter 125
reflektierte Strahlenbündel 132 ein von dem
m-ten gebeugten Strahl des einfallenden Strahles
130 und dem n-ten gebeugten Strahl des einfallenden
Strahlenbündels 131 zusammengesetztes
Beugungssignal ist, variiert die Phasendifferenz Δϕ
zwischen dem Referenzüberlagerungssignal und
dem Überlagerungssignal des gebeugten Strahles,
die von den Photodetektoren 121 a, 121 b empfangen
werden, mit einem Verschiebungszyklus P/(m + n)
des Beugungsgitters 125, wobei P der Gitterabstand
des Beugungsgitters 125 ist. Die Phasendifferenz
wird festgestellt und durch die Signalverarbeitungseinheit
128 in Gleichstromsignale (DC-Signale)
umgewandelt, um Impulse aus den Gleichstromsignalen
zu erzeugen, zum Beispiel zu jeder
Phasendifferenz von 0°, und die Impulse werden
gezählt, um die Verschiebung des Beugungsgitters
125 mit einer Auflösungsgenauigkeit
von P/(m + n) zu messen. Wenn zusätzlich
Änderungen in den Gleichstromsignalen mit
Phasendifferenzen von 0° bis 360° zu zum Beispiel
1/360 interpoliert werden, um eine Abtastauflösung
der Phasendifferenz zu 1° festzulegen
und eine Phasendifferenz in der Verschiebung
des Beugungsgitters zwischen den Impulsen
abgetastet wird, dann kann die Verschiebung
des Beugungsgitters 125 mit einer Auflösung
von P/(m + n) 360 zur Erzielung einer hohen
Auflösung abgetastet werden. Es ist festzustellen,
daß die Richtung der Verschiebung des Beugungsgitters
leicht durch die Unterscheidung nach
positivem und negativem Vorzeichen einer
Phasendifferenz zwischen dem Überlagerungssignal
des gebeugten Strahls und dem Referenzüberlagerungssignal
festgestellt wird.
Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, wobei die Vorrichtung
eine Vorrichtung zum Messen und/oder Einstellen
einer Mikroverschiebung ist. Dabei sind die
Einfalls- bzw. Reflexionsrichtungen der Laserstrahlbündel
in bezug auf ein Beugungsgitter 145
umgekehrt zu denen des Ausführungsbeispiels nach
Fig. 4. Ein senkrecht polarisierter monochromatischer
Strahl von einer zweiwelligen orthogonal polarisierten
monochromatischen Laserquelle 137 wird
senkrecht über einen Strahlenteiler 138 und
einen ebenen Spiegel (Mittel zum Einstellen
des Einfallswinkels) 143 a auf die Oberfläche
eines Beugungsgitters 145 geleitet. Jedes
der gebeugten Strahlenbündel 150, 151 besteht
aus P- und S-polarisierten Strahlen mit
senkrecht zueinander stehenden Polarisationsebenen.
Ein P-polarisierter monochromatischer
Strahl wird aus dem gebeugten Strahlenbündel
150 über einen ebenen Spiegel 143 b, einen
linearen Polarisator 140 d und einen Polarisationsstrahlenteiler
145 gebildet und ein S-polarisierter
monochromatischer Strahl wird aus dem
gebeugten Strahlenbündel 151 über einen ebenen
Spiegel 143 c, einem linearen Polarisator 140 c
und einem Polarisationsstrahlenteiler 144
gewonnen. Die P- und S-polarisierten monochromatischen
Strahlen werden optisch zur
Bildung einer optischen Überlagerungsinterferenz
über einen ebenen Spiegel 143 d, einen Kondensorlinse
139 b und einen linearen Polarisator 140 b
zusammengesetzt, wodurch ein Überlagerungssignal
des gebeugten Strahls durch einen
Photoedetektor 141 b empfangen wird. Andererseits
werden einige Strahlen des Laserstrahlbündels
von der zweiwelligen senkrecht polarisierten
Laserquelle 137 durch den Strahlenteiler 138
abgeteilt zur Bildung der optischen Überlagerungsinterferenz
über eine Kondensorlinse
139 a und einen linearen Polarisator 140 a
und der Photodetektor 141 a erfaßt ein Referenzüberlagerungssignal.
Ähnlich zu dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 4 werden die von den Photodetektoren
141 a, 141 b abgetasteten Referenzüberlagerungs-
und Überlagerungssignale des
gebeugten Strahls einer Signalverarbeitungseinheit 147
über entsprechende Vorverstärker 142 a, 142 b
zugeleitet. Die Signalverarbeitungseinheit
147 stellt die Phasendifferenz der Signale
fest, wandelt eine Phasendifferenz in eine
Verschiebung des Beugungsgitters um und zeigt
die Verschiebung auf einer Verschiebungsanzeigeeinheit
148 an. Zusätzlich liefert die Signalverarbeitungseinheit
147 ein Steuersignal zu
einer Antriebseinheit 149, so daß eine konstante
Phasendifferenz erzielt wird und steuert das
Beugungsgitter 145 in eine vorgegebene Stellung.
Fig. 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, bei der die Vorrichtung
als Meß- und/oder Einstellvorrichtung
einer Mikroverschiebung ausgebildet ist.
In Fig. 8 werden einige Strahlen eines von einer
zweiwelligen senkrecht polarisierten Laserquelle
225 ausgesandten Strahlenbündels von
einem Photodetektor über einen Strahlenteiler
226 a, einen ebenen Spiegel 228 a, eine Kondensorlinse
229 a und einen linearen Polarisator 230 a
empfangen und als Referenzüberlagerungssignal
einer optischen Überlagerungsfrequenz einer
X-Verschiebungssignalverarbeitungseinheit 238
und einer Z-Verschiebungssignalverarbeitungseinheit
239 über einen Vorverstärker 232 a geliefert.
Andererseits wird das von der zweiwelligen
senkrecht polarisierten Laserquelle 225 ausgesandte
Laserstrahlenbündel über den Strahlenteiler
226 a einem Polarisationsstrahlenteiler 227
zugeführt und in zwei Laserstrahlenbündel aufgespaltet,
d. h. in ein P-polarisiertes und ein
S-polarisiertes Strahlenbündel. Die P-polarisierte
Strahlenkomponente fällt als einfallender Strahl 244
auf ein Reflexionsbeugungsgitter 235 in einem
vorbestimmten Einfallswinkel über die ebenen
Spiegel 233 a, 234 b. Die S-polarisierte Strahlenkomponente
wird durch einen Strahlenteiler 226 b
(Mittel zum Aufspalten) aufgespalten und die
aufgespaltenen Komponenten fallen jeweils
als einfallender Strahl 245, 246 über die
ebenen Spiegel 234 c, 233 b und 234 a auf das
Reflexionsbeugungsgitter 235. Ein aus den
einfallenden Strahlenbündeln 244, 245 über
das Beugungsgitter 235 erhaltener zusammengesetzter
gebeugter Strahl 247 wird über einen
ebenen Spiegel 228 b, eine Kondensorlinse 229 b
und einen linearen Polarisator 230 b auf einen
Photodetektor 231 b (zweite Mittel zum Synthetisieren/
Abtasten) gesandt und als ein erstes
optisches Überlagerungsinterferenzsignal
einer X-Verschiebungssignalverarbeitungseinheit
238 über einen Vorverstärker 232 b zugeleitet.
Ein über die einfallenden Strahlen 244, 246
über das Beugungsgitter 235 erhaltener zusammengesetzter
gebeugter Strahl 248 wird über die
ebenen Spiegel 234 d, 228 c, eine Kondensorlinse 229 c
und einen linearen Polarisator 230 c von dem
Photodetektor 231 c (drittes Mittel zum Zusammensetzen/
Abtasten) empfangen und als zweites
optisches Überlagerungsinterferenzsignal
einer Z-Verschiebungssignalverarbeitungseinheit
239 über einen Vorverstärker 232 c geliefert.
Die Signalverarbeitungseinheit 238 für die
X-Verschiebung stellt eine Phasendifferenz
zwischen dem ersten optischen Überlagerungsinterferenzsignal
und dem Referenzüberlagerungssignal
fest entsprechend zur Verschiebung des
Beugungsgitters 235 in eine Richtung (entsprechend
Fig. 8 von links nach rechts, die als X-Richtung
bezeichnet wird) senkrecht zur Richtung der
Gitterlinien in eine Beugungsgitterfläche,
wandelt die Phasendifferenz in eine Verschiebung
um und zeigt die Verschiebung auf
einer X-Verschiebung-Anzeigeeinheit 240 an.
Die Signalverarbeitungseinheit 239 für die
Z-Verschiebung bestimmt eine Phasendifferenz
zwischen dem Referenzüberlagerungssignal und
dem zweiten optischen Überlagerungsinterferenzsignal
und erhält ein Phasendifferenzsignal
(erstes Phasendifferenzsignal) zwischen dem
Referenzüberlagerungssignal und dem ersten
optischen Überlagerungsinterferenzsignal von
der Signalverarbeitungseinheit 238 für die
X-Verschiebung, um eine Addition vorzunehmen.
Dann erzeugt die Signalverarbeitungseinheit
239 für die Z-Verschiebung ein Phasendifferenzsignal
(zweites Phasendifferenzsignal) entsprechend
der Verschiebung des Beugungsgitters 235
in normaler Richtung (entsprechend der Richtung
von oben nach unten in Fig. 8, die als Z-Richtung
bezeichnet wird) zu der Oberfläche des Beugungsgitters,
wandelt die Phasendifferenz in eine
Z-Verschiebung um und zeigt die Verschiebung
auf einer Z-Verschiebung-Anzeigeeinheit 241 an.
Zusätzlich liefern die Verarbeitungseinheiten 238,
239 Steuersignale zu einer Z- und einer X-Y-
Antriebseinheit 242, 243, so daß die Phasendifferenz
bei einem vorgegebenen voreingestellten
Wert konstant wird und bewegt einen Z-Halter 236
und einen darauf bewegbaren X-Y-Halter 237, um
das Beugungsgitter 235 in eine vorgegebene
Stellung zu steuern.
Wenn bei dieser Vorrichtung die einfallenden
Strahlen 244, 245 jeweils mit n-ten Beugungswinkeln
in bezug auf die Z-Richtung einfallen,
kann eine Beziehung zwischen einer Verschiebung Δ X
des Beugungsgitters 235 und einer Phasendifferenz
Δϕ x zwischen dem Referenzüberlagerungssignal
und dem ersten optischen Überlagerungsinterferenzsignal
durch die folgende Gleichung
(7) erhalten werden, wobei aus der obigen Gleichung
(4) m = n ist:
Δϕ x = 2π · Δ X/{P/2n} (7)
P ist der Gitterabstand des Beugungsgitters 235.
Die Phasendifferenz ändert sich nicht in bezug
auf die Verschiebung Δ Z in Z-Richtung sondern
bleibt konstant.
Andererseits besteht die folgende Beziehung
zwischen den Verschiebungen Δ X und Δ Z des
Beugungsgitters 235 und der Phasendifferenz Δϕ zx
zwischen dem Referenzüberlagerungssignal und
dem zweiten optischen Überlagerungsinterferenzsignal.
Die Beziehung wird unter Bezugnahme
auf die Fig. 9 und 10 näher erläutert. In Fig. 9
bezeichnet das Bezugszeichen 249 ein Reflexionsbeugungsgitter
250 a und 250 b einfallende
Strahlen mit einer Wellenlänge λ 1, 251 a, 251 b
einfallende Strahlen mit einer Wellenlänge g 2
und 252 a, 252 b zusammengesetzte gebeugte
Strahlen.
Wenn die einfallenden Strahlenbündel 250 a, 251 a
mit den Wellenlängen λ 1 und λ 2 und mit senkrecht
zueinander stehenden Polarisationsebenen
und leicht unterschiedlichen Frequenzen,
zum Beispiel auf dem Punkt A des Beugungsgitters
249 jeweils mit einem n-ten Beugungswinkel
ϑ n 1 und einem Winkel 3j n 2 dreimal den n-ten
Beugungswinkel ϑ n 1 in bezug auf die Z-Richtung,
auffallen, werden ein +n-ter gebeugter Strahl
des einfallenden Strahlenbündels 250 a und
ein -n-ter gebeugter Strahl des einfallenden
Strahls 251 a jeweils an dem Punkt A des
Beugungsgitters 249 in Richtung eines Winkels 2ϑ n 1,
der das Zweifache des n-ten Beugungswinkels
in bezug auf die Z-Richtung ist, reflektiert.
Der +n-te und der -n-te gebeugte Strahl der
einfallenden Strahlenbündel 250 a, 251 a werden
optisch in ein zusammengesetzes gebeugtes
Strahlenbündel 252 a zusammengesetzt, so daß
ein optisches Überlagerungsinterferenzsignal
festgestellt werden kann.
Wenn das Beugungsgitter 249 um den Verschiebungsweg Δ X
bewegt wird und der Punkt A zu dem Punkt A′
versetzt wird, werden der +n-te und der -n-te
gebeugte Strahl der einfallenden Strahlenbündel
250 b und 251 b optisch zu einem zusammengesetzten
gebeugten Strahl 252 b zusammengesetzt.
Wenn das Beugungsgitter 249 um die Verschiebung Δ X
versetzt wird, dann entsteht ein Gangunterschied
Δ X · sinϑ n 1 - sin2ϑ n 1) zwischen den einfallenden
Strahlen 250 a und 250 b, und zwischen
den einfallenden Strahlenbündeln 251 a und 251 b
entsteht ein optischer Gangunterschied von
Δ X · (sin3ϑ n 2 - sin2ϑ n 2). Daher wird eine Phasendifferenz
Δϕ ′zx in den optischen Überlagerungsinterferenzsignalen
erzeugt, die aus den zusammengesetzten
gebeugten Strahlen 252 a, 252 b
erzielt wurden. Die Phasendifferenz Δϕ ′zx
wird durch die folgende Gleichung (8)
dargestellt:
Δϕ ′zx = 2π · Δ X · {sinϑ n 1-sin2ϑ n 1)/-g 1 - (sin3ϑ n 2- sin2ϑ n 2)/λ 2} (8)
Da j n 1 ≒ ϑ n 2 ist, und sin3ϑ n 2≒ 3 sinϑ n 2- und
λ 1 = λ 2, kann die Gleichung (8) auch wie
folgt dargestellt werden:
Δϕ ′zx ≒ 2π · Δ X · (2 sinϑ n 1)/λ 1- = 2π · {- Δ X/(P/2n 1)} = -Δϕ x (9)
Die Richtung der Phasenverschiebung von der
Phasendifferenz Δϕ ′zx zwischen dem Referenzüberlagerungssignal
und dem zweiten optischen Überlagerungsinterferenzsignal
in bezug auf die
Verschiebung Δ X ist entgegengesetzt zu der
Phasendifferenz Δϕ x zwischen dem Referenzüberlagerungssignal
und dem ersten optischen
Überlagerungsinterferenzsignal, die in Gleichung
(7) dargestellt ist.
In Fig. 10 bezeichnet die Bezugsziffer 253 ein
Reflexionsbeugungsgitter, 254 a, 254 b einfallende
Lichtbündel mit der Wellenlänge λ 1, 255 a, 255 b
einfallende Lichtbündel mit einer Wellenlänge λ 2
und 256 a, 256 b zusammengesetzte gebeugte Strahlen.
Wenn die einfallenden Strahlen 254 a, 255 a mit
den jeweiligen Wellenlängen λ 1 und λ 2 beispielsweise
auf den Punkt B des Beugungsgitters 253 jeweils
bei einem n-ten Beugungswinkel ϑ n 1 und einem
Winkel 3 ϑ n 2, der das Dreifache des n-ten
Beugungswinkels in bezug auf die Z-Richtung ist,
dann werden der +n-te gebeugte Strahl des einfallenden
Strahles 254 a und ein -n-ter gebeugter
Strahl des einfallenden Strahlenbündels 255 a in
Richtung eines Winkels 2 ϑ n 1, der das Zweifache
des n-ten Beugungswinkels in bezug auf die
Z-Richtung ist, als synthetisch gebeugter
Strahl 256 a reflektiert, so daß ein optisches
Überlagerungsinterferenzsignal erfaßt werden
kann. Wenn das Beugungsgitter 253 sich um die
Verschiebung Δ Z vom Punkt B zu einem Punkt B′
bewegt, dann werden der +n-te und der -n-te
gebeugte Strahl der einfallenden Strahlen 254 b, 255 b
optisch zu einem zusammengesetzen gebeugten
Strahl 256 b zusammengesetzt. Wenn das Beugungsgitter
253 um die Verschiebung Δ Z verschoben wird,
dann wird ein optischer Gangunterschied
-Δ Z(cosϑ n 1 + cos2ϑ n 1) zwischen den einfallenden
Strahlen 254 a, 254 b und ein optischer
Gangunterschied -Δ Z (cos3ϑ n 2 + cos2ϑ n 2) zwischen
den einfallenden Strahlen 255 a, 255 b erzeugt.
Daher entsteht eine Phasendifferenz Δϕ ″zx in den
optischen Überlagerungsinterferenzsignalen,
die aus den zusammengesetzten gebeugten Strahlen
256 a, 256 b erzielt wurden. Die Phasendifferenz Δϕ ″zx
wird durch die folgende Gleichung (10) bestimmt:
Δϕ ″zx = 2π · Δ Z · {(cos3j n 2 + cos2ϑ n -2)/λ 2 - (cosϑ n 1+ cos2ϑ n 1/λ 1} (10)
Da λ 1 ≒ λ 2 und ϑ n 1 = ϑ n 2 ist, kann die Gleichung (10)
wie folgt dargestellt werden:
Δϕ ″zx = 2π · Δ Z· (cos3ϑ n 1 - cosϑ n 1)/-λ 1 (11)
Somit wird gefunden, daß eine Phase um einen Zyklus
von Δ Z = λ 1/(cos3ϑ n 1 - cosϑ n 1) verschoben wird.
Entsprechend den Gleichungen (9) und (11) kann eine Phasendifferenz Δϕ zx zwischen dem
Referenzüberlagerungssignal und dem zweiten
optischen Überlagerungsinterferenzsignal
durch die folgende Gleichung (12) im Hinblick
auf die Mikroverschiebungen Δ X und Δ Z des
Beugungsgitters 235 (Fig. 8) dargestellt werden:
Δϕ zx = Δϕ zx′ + Δϕ ″zx = -Δϕ x + 2π- · Δ Z · (cos3ϑ n 1 - cosϑ n 1)/λ 1 (12)
Das bedeutet, daß die Signalverarbeitungseinheit
der Z-Verschiebung 239 die Phasendifferenz Δϕ zx
zwischen dem Referenzüberlagerungssignal und
dem zweiten optischen Überlagerungsinterferenzsignal
feststellt und eine Addition der Phasendifferenz
Δϕ zx und der Phasendifferenz Δϕ x
zwischen dem Referenzüberlagerungssignal und dem
ersten optischen Überlagerungsinterferenzsignal vornimmt,
die von der Signalverarbeitungseinheit der X-
Verschiebung festgestellt wurde, wobei das
Phasendifferenzsignal Δϕ z entsprechend der
Mikroverschiebung Δ Z des Beugungsgitters 235
wie durch die folgende Gleichung (13) dargestellt,
erfaßt wird:
Δϕ z = Δϕ zx + Δϕ z = 2 π · Δ Z · -(cos3ϑ n 1-cosϑ n 1)/ λ 1 (13)
Die Beziehung zwischen der Verschiebung Δ Z und
dem Verschiebungssignal Δϕ z wird in Fig. 11 gezeigt,
in der die Abszisse die Verschiebung Δ Z und die
Ordinate das Verschiebungssignal Δϕ z darstellt.
Δ Z-Werte von M/2 bis 3 M/2 fallen in den möglichen
Erfassungsbereich. Es ist zu bemerken, daß M
ein durch den Gitterabstand (Gitterkonstante) bestimmter
Spaltzyklus und 1/M = (cos3ϑ n 1 - cosj n 1)/ λ 1 sind.
Die Signalverarbeitungseinheiten 238, 239
erfassen jeweils die Phase und wandeln die
Phasendifferenzsignale Δϕ x und Δϕ z in Gleichstromsignale
zur Erzeugung von Pulssignalen,
zum Beispiel bei jeder Phasendifferenz 0° um.
Die Impulssignale werden jeweils gezählt,
um Verschiebungen längs der X- und Z-Richtung
des Beugungsgitters 235 mit Auflösungen von
P/2 n und λ 1/(cos3ϑ n 1-cosϑ n 1) zu messen.
Zusätzlich werden Änderungen in den Gleichstromsignalen
der Phasendifferenzen von 0° bis 360°
in beispielsweise 1/360 interpoliert, um eine
Auflösung der Phasendifferenz von 1° festzulegen,
und die Phasendifferenz in der Verschiebung
des Beugungsgitters 235 wird zwischen den Pulsen
erfaßt, wodurch die Verschiebung des Beugungsgitters
235 in X- und Z-Richtungen mit Auflösungen
von P/(2 n · 360) und λ 1/{(cos3ϑ n 1-cosj n 1) · -360}
bestimmt wird. Es ist zu bemerken, daß die Verschiebungsrichtungen
in die X- und Z-Richtungen
in einfacher Weise durch Unterscheidung des
positiven/negativen Zeichens der Phasendifferenz
des ersten oder zweiten optischen Überlagerungsinterferenzsignals
in bezug auf das Referenzüberlagerungssystem
festgelegt werden können.
Fig. 12 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, das eine Vorrichtung
zur Messung und/oder Einstellung einer Mikroverschiebung
betrifft. Die Einfallsrichtungen
der Laserstrahlenbündel in bezug auf ein Beugungsgitter
266 sind teilweise entgegengesetzt zu
denen der Vorrichtung nach der Fig. 8. Ein als
senkrecht polarisierter Laserstrahl ausgebildeter
einfallender Strahl 276 a fällt in Z-Richtung
über Strahlenteiler 258 a, 258 b auf das
Beugungsgitter 266. Die n-ten gebeugten Strahlen
277 a, 277 b vom Beugungsgitter 266 bestehen
aus P- und S-polarisierten Strahlen, deren
Polarisationsebenen senkrecht aufeinander
stehen. Ein S-polarisierter monochromatischer
Strahl wird aus dem gebeugten Strahl 277 a
über die ebenen Spiegel 265 b, 259 c und einen
Polarisationsstrahlteiler 275 a gewonnen, und
ein P-polarisierter monochromatischer Strahl
wird von dem gebeugten Strahl 277 b über den
ebenen Spiegel 265 c und die Polarisationsstrahlteiler
275 b, 275 a gewonnen. Beide polarisierten
monochromatischen Strahlen werden zur Erzielung
einer optischen Überlagerungsfrequenz über
einen ebenen Spiegel 259 b, eine Kondensorlinse 260 b
und einen linearen Polarisator 261 b zusammengesetzt,
wobei ein erstes optisches Überlagerungsinterferenzsignal
durch einen Photodetektor 262 b
erfaßt wird.
Ein P-polarisierter monochromatischer Strahl
wird aus einem durch einen Strahlenteiler 258 b
aufgespaltenen Laserstrahlenbündel über einen
ebenen Spiegel 259 d und einen linearen Polarisator
261 d gewonnen. Nach Drehung der Polarisationsebene
um 90° durch eine Halbwellenplatte 264
fällt der P-polarisierte monochromatische Strahl
als Einfallsstrahl 276 b auf das Beugungsgitter 266
bei einem Winkel, der das Zweifache des n-ten
Beugungswinkels in bezug auf die Z-Richtung ist,
über einen ebenen Spiegel 265 a. Ein n-ter gebeugter
Strahl des einfallenden Strahles 276 b
wird in der gleichen Richtung wie der gebeugte
Strahl 277 b gebeugt, wodurch eine optische
Überlagerungsinterferenz mit einem S-polarisierten
monochromatischen Strahl eines +n-ten gebeugten
Strahls 277 b des einfallenden Strahls 276 a
bewirkt wird. Ein zusammengesetzter gebeugter
Strahl des -n-ten gebeugten Strahls des einfallenden
Strahlenbündels 276 b und der S-polarisierte
Strahl des gebeugten Strahles 277 b wird
über den ebenen Spiegel 265 c und den Polarisationsstrahlteiler
275 b gewonnen, um eine optische
heterodyne Interferenz über eine Kondensorlinse
260 c und einen linearen Polarisator 261 c zu
bewirken, wobei ein zweites optisches Überlagerungsinterferenzsignal
durch einen Photodetektor 262 c
erzeugt wird.
Zusätzlich werden einige Strahlen des Laserstrahlenbündels
durch den Strahlenteiler 258 a zur Bewirkung
einer optischen Überlagerungsinterferenz über
den ebenen Spiegel 259 a, die Kondensorlinse 260 a
und den linearen Polarisator 261 a geschickt,
wobei ein Referenzüberlagerungssignal durch
einen Photodetektor 262 a erhalten wird. Das
Referenzüberlagerungssignal und das erste und
zweite optische Überlagerungsinterferenzsignal
werden jeweils den Vorverstärkern 263 a, 263 b, 263 c
zugeführt. Das Referenzüberlagerungssignal und
das erste optische Überlagerungsinterferenzsignal
werden an eine Signalverarbeitungseinheit
271 für die X-Verschiebung und das Referenzüberlagerungssignal
und das zweite optische
Überlagerungsinterferenzsignal werden an eine
Signalverarbeitungseinheit 272 für eine Z-Verschiebung
geliefert. Ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel
bestimmen die Signalverarbeitungseinheiten
271, 272 die Phasen, wandeln die Phasendifferenzen
Δϕ x und Δϕ z in Verschiebungen Δ X und Δ Z um
und zeigen sie auf Anzeigeeinheiten 273, 274
für die Verschiebung an. Zusätzlich liefern
die Signalverarbeitungseinheiten 271, 272 Steuersignale
an die Antriebseinheiten 270, 269,
um konstante Phasendifferenzen zu erhalten,
und bewegen einen Z-Halter 267 und einen
X-Y-Halter 268, wodurch das Beugungsgitter
in eine vorbestimmte Stellung gesteuert wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es offensichtlich,
daß die folgenden Gleichungen (14) und
(15) zwischen den Verschiebungen Δ X und Δ Z
des Beugungsgitters 266 und den Phasendifferenzsignalen
Δϕ x und Δϕ z aufgestellt werden können,
die in der Weise wie oben beschrieben bestimmt
werden:
Δϕ x = 2π · Δ X/(P/2n) (14)
wobei P eine Gitterkonstante des Beugungsgitters
266 ist.
Δϕ z = 2π · Δ Z (cos2ϑ n 1- 1)/λ 1-(15)
wobei j n 1 der n-te Beugungswinkel ist.
Fig. 13 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, das eine Röntgenstrahlenbelichtungsvorrichtung
betrifft. Ein
von einer zweiwelligen senkrecht polarisierten
Laserquelle 301 ausgesandtes Laserstrahlenbündel
wird in ein elliptisches Strahlenbündel über eine
Zylinderlinse 302 umgewandelt. Das elliptische
Strahlenbündel wird in einen linear polarisierten
Strahl mit horizontalen Komponenten (P-polarisierte
Strahlenkomponenten) und einen linear
polarisierten Strahl mit vertikalen Komponenten
(S-polarisierten Komponenten) mit einer zu den
P-polarisierten Strahlkomponenten leicht
unterschiedlichen Frequenz durch einen
Polarisationsstrahlteiler 303 aufgeteilt.
Die P-polarisierten Strahlkomponenten fallen
als Einfallslichtbündel 305 auf die Reflexionsgitter
306, 307 in einem vorbestimmten Einfallswinkel
(wird später beschrieben) über die ebenen
Spiegel 304 a, 304 b. Dabei fällt das Einfallsstrahlenbündel
305 auf das auf einem Wafer
308 vorgesehene Beugungsgitter 307 über ein
in der Maske 309 angeordnetes Fenster 310.
Die S-polarisierten Strahlenkomponenten werden
von einem Strahlenteiler 311 aufgespalten.
Einige Strahlen der aufgespaltenen S-polarisierten
Strahlenkomponenten fallen als Einfallsstrahlen
312 auf die Reflexionsbeugungsgitter 306, 307
bei vorbestimmten Einfallswinkeln (wird später
beschrieben) über einen ebenen Spiegel 304 c und
die ebenen Spiegel 304 d, 304 e. Ähnlich zu dem
Einfallsstrahlbündel 305 gelangen die Strahlen
über das Fenster 310 auf das Beugungsgitter 307.
Die Reflexionsbeugungsgitter 306, 307 sind in
die Richtung der Gitterlinien (Y-Richtung) zueinander
versetzt und im selben elliptischen
Strahlbereich der jeweiligen zwei Einfallsstrahlenbündel
angeordnet. Zusätzlich sind die
Gitterkonstanten der Beugungsgitter 306, 307
jeweils gleich.
Ein zusammengesetzter gebeugter Strahl der
einfallenden Strahlenbündel 305, 312, der vom
ersten Beugungsgitter erhalten wird, d. h.
ein zusammengesetzter gebeugter Strahl 314 a
eines gebeugten Strahles des einfallenden
Strahlenbündels 305 und ein gebeugter Strahl
(erster gebeugter Strahl) des einfallenden
Strahlenbündels 312 und ein zusammengesetzter
gebeugter Strahl vom zweiten Beugungsgitter
307, der durch das Fenster 310 gelangt,
d. h. ein zusammengesetzer gebeugter Strahl
314 b eines gebeugten Strahles des einfallenden
Strahlenbündels 305 und ein gebeugter Strahl
(dritter gebeugter Strahl) des einfallenden
Strahlenbündels 312, der durch das zweite
Beugungsgitter 307 erhalten wurde, werden
an einem ebenen Spiegel 304 f in eine gegebene
Richtung reflektiert und dann durch einen
Prismenspiegel 315 a aufgeteilt. Der zusammengesetzte
gebeugte Strahl 314 a wird über
einen linearen Polarisator 316 a und eine
Kondensorlinse 317 a von einem Photodetektor
318 a erfaßt und als erstes optisches Überlagerungsinterferenzsignal
einer Signalverarbeitungs-
und Steuereinheit 319 zugeführt.
Das zusammengesetzte gebeugte Lichtbündel 314
wird über einen linearen Polarisator 316 b
und eine Kondensorlinse 317 b durch einen
Photodetektor 318 b erfaßt und als drittes
optisches Überlagerungsinterferenzsignal
der Signalverarbeitungs- und Steuereinheit 319
zugeführt.
Ein am ersten Beugungsgitter 306 gebeugtes
zusammengesetztes Lichtbündel der einfallenden
Strahlen 305, 313, d. h. ein synthetisch zusammengesetzter
Strahl 320 a eines am ersten Beugungsgitter
306 gebeugten Strahles des einfallenden
Lichtbündels 305 und eines am ersten Beugungsgitter
306 gebeugten Strahles (zweiter gebeugter
Strahl) des einfallenden Lichtbündels
313 und ein zusammengesetztes gebeugtes Lichtbündel
vom zweiten Beugungsgitter 307, das
durch das Fenster 310 geführt ist, d. h., ein
zusammengesetztes Strahlenbündel 320 b eines
am zweiten Beugungsgitter gebeugten Strahls
des einfallenden Lichtbündels 305 und eines
an dem zweiten Beugungsgitter 307 gebeugten
Strahles (vierter gebeugter Strahl) des
einfallenden Lichtbündels 316 werden von
einem ebenen Spiegel 304 g in eine vorgegebene
Richtung reflektiert und dann durch einen
Prismenspiegel 315 b aufgespalten. Der eine
wird über einen linearen Polarisator 316 c
und eine Kondensorlinse 317 c von einem
Photodetektor 318 c erfaßt und der andere
wird über einen linearen Polarisator 316 d
und eine Kondensorlinse 317 d von einem Photodetektor
318 d empfangen, wobei beide als
zweites und drittes Überlagerungsinterferenzsignal
der Signalverarbeitungs-
und Steuereinheit 319 zugeführt werden.
Die Signalverarbeitungs- und Steuereinheit 319
bestimmt eine Phasendifferenz zwischen dem ersten
und dem dritten optischen Überlagerungsinterferenzsignal.
In diesem Falle wird eines der
Überlagerungssignale als Referenzsignal verwendet.
Diese Phasendifferenz entspricht einer
relativen Abweichung zwischen dem ersten und
dem zweiten Beugungsgitter 306, 307 in bezug
auf eine Richtung (X-Richtung) senkrecht zu der
Gitterlinienrichtung (Y-Richtung) in der Gitteroberfläche
des Beugungsgitters. Daher kann
durch Bewegen eines Maskenhalters 321 mit einer darauf
angeordneten Maske 309 oder eines Wafer-Halters
322 mit einem darauf angeordneten Wafer 308
in X-Richtung, so daß die Phasendifferenz
zu 0 gesetzt wird, ein Muster auf der Maskenoberfläche
mit großer Genauigkeit zu einer
vorbestimmten Stellung auf der Wafer-Oberfläche
ausgerichtet werden.
Die Signalverarbeitungs- und Steuereinheit 319
bestimmt eine Phasendifferenz zwischen dem zweiten
und vierten optischen Überlagerungsinterferenzsignal,
wobei eines der Signale als Referenzsignal
verwendet wird, und addiert diese Phasendifferenz
zu der obigen Phasendifferenz zwischen
dem ersten und dritten optischen Überlagerungsinterferenzsignal.
Ein die Summe des ersten
und dritten Überlagerungssignal darstellendes
Signal und ein die Summe des zweiten und vierten
Überlagerungssignals darstellendes Signal entspricht
einem Zwischenraum zwischen dem ersten
und zweiten Beugungsgitter 306, 307 in senkrechter
Richtung (Z-Richtung) zu der Gitteroberfläche.
Durch Bewegen des Maskenhalters 321 oder des Wafer-
Halters 322 in die Z-Richtung, so daß Signale
zu 0 gesetzt werden, kann der Zwischenraum mit
großer Genauigkeit auf einen votbestimmten Wert
festgelegt werden.
Ein Verfahren zum Erfassen der Abweichung in
X-Richtung bzw. eine Ausrichtung in der X-Richtung
wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 14
näher erläutert.
In Fig. 14 bezeichnet das Bezugszeichen 331
ein Reflexionsbeugungsgitter (erstes Beugungsgitter),
332 ein Reflexionsbeugungsgitter
(zweites Reflexionsbeugungsgitter), 333, 334
zwei einfallende Lichtbündel, deren Frequenzen
leicht unterschiedlich sind, 335, 336 gebeugte
Strahlen (optische Überlagerungsinterferenzbeugungsstrahlen),
337 eine Maske (erster Gegenstand)
(genauer gesagt, eine dünne transparente Schicht,
die eine Maske und das Beugungsgitter 331 bildet),
338 einen Wafer, und 339 eine dünne undurchsichtige
Schicht. B 1-B 1′ gibt die Gitterlinienrichtung
des zweiten Beugungsgitters wieder,
B 2-B 2′ die Gitterlinienrichtung des ersten
Beugungsgitters A 1-A 1′ die Richtung des Gitterabstandes
senkrecht zur Richtung B 1-B 1′,
A 2-A 2′ eine Gitterabstandsrichtung senkrecht
zu der Richtung B 2-B 2′, C 1-C 1′ eine Richtung
(senkrechte Richtung) senkrecht zu der Gitteroberfläche
des Beugungsgitters 332 und C 2-C 2′ eine Richtung (senkrechte Richtung) senkrecht
auf die Gitteroberfläche des Beugungsgitters 331.
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 17 sind
die Gitterkonstanten des ersten und zweiten
Beugungsgitters 331, 332 gleich zu P gesetzt,
das Beugungsgitter 331 ist zu dem Beugungsgitter
332 in Richtung B 2-B 2′ (Gitterlinienrichtung)
versetzt, damit die Gitteroberfläche
des Beugungsgitters 332 nicht überdeckt wird
und das Durchlaßfenster 310 (nicht in Fig. 14
gezeigt) ist oberhalb des Beugungsgitters 332
in senkrechter Richtung vorgesehen. Die Einfallswinkel
der einfallenden Strahlenbündel 333, 334
werden durch Einstellen der Winkel der Spiegel
304 b, 304 c als ± erste Beugungswinkel
ϑ -1 = sin-1 (g 1/P) und ϑ +1= sin-1 (λ 2/-P)
der Beugungsgitter 331, 332 in bezug
auf die senkrechte Richtung C 1-C 1′ (oder
C 2-C 2′) festgesetzt.
Die Wellenlängen der einfallenden Strahlen
333, 334 sind λ 1, λ 2, eine Frequenzdifferenz
Δ f liegt bei einigen kHz bis einigen hundert
MHz und f = C · |1/λ 1 - 1/λ 2| (C gleich Lichtgeschwindigkeit),
so daß ϑ -1 = j +1 ist,
da Δ f « C ist.
Mit dieser Anordnung werden die auf die
Beugungsgitter 331, 332 einfallenden Lichtbündel
333, 334 von den Reflexionsbeugungsgittern 331, 332
in erster Ordnung reflektierend gebeugt in
die senkrechten Richtungen (Richtungen C 2-C 2′
und C 1-C 1′) der Gitteroberfläche und
optisch zu den optischen Überlagerungsinterferenzbeugungsstrahlen
335, 336 zusammengesetzt.
Die optischen Überlagerungsinterferenzbeugungsstrahlbündel
335, 336 sind Strahlen, die von
den verschiedenen Beugungsgittern 331, 332
gebeugt worden sind, aber die Einfallswinkel
der einfallenden Strahlenbündel 333, 334
sind symmetrisch zur Normalen auf die Gitteroberfläche.
Da die Beugungsgitter 331, 332
zueinander in normaler Richtung (Richtungen
C 1-C 1′ und C 2-C 2′) und in Gitterlinienrichtung
(Richtungen B 1-B 1′ und B 2-B 2′)
versetzt sind, sind die Änderungen in den
optischen Weglängen der einfallenden Strahlenbündel
333, 334 zu den Beugungsgittern 331, 332
jeweils gleichzusetzen. Als Ergebnis wird eine
Phasendifferenz zwischen den Überlagerungssignalen,
die aus den gebeugten Strahlenbündeln
335, 336 gewonnen wurden, nicht nachteilig
durch die Phasenverschiebung aufgrund von
Verschiebungen in einer Richtung senkrecht
zur Gitteroberfläche und in Richtung der
Gitterlinien der Beugungsgitter 331, 332
beeinflußt.
Genauer gesagt, ändert sich die Phasendifferenz
zwischen den von den gebeugten Strahlenbündeln
335, 336 erhaltenen Überlagerungssignalen
nur in Abhängigkeit von der räumlichen Aufstellung
in bezug auf die Abstandsrichtungen
(Richtungn A 2-A 2′ und A 1-A 1′), d. h.
einer relativen Verschiebung der Beugungsgitter
331, 332. Wenn die jeweiligen Gitterlinien
der Beugungsgitter 331, 332 gerade in die
Gitterlinienrichtungen (Richtungen B 1-B 1′
und B 2-B 2′) ausgerichtet sind, oder um
Δ P/2 oder seinem ganzen Vielfachen ersetzt sind,
wird die Phasendifferenz zwischen den aus den
gebeugten Lichtstrahlen 335, 336 gewonnenen
Überlagerungssignalen 0°, wodurch die Ausrichtung
vorgenommen wird. Unter der Annahme, daß die
relative Verschiebung zwischen den Beugungsgittern
331, 332 in Richtung A 1-A 1′ oder
A 2-A 2′ Δ X ist und die Phasendifferenz zwischen
den Überlagerungssignalen Δϕ (°) ist, dann kann
die Phasendifferenz mit der folgenden Gleichung
(16) bestimmt werden:
Δϕ = 2π · Δ X/(P/2) (16)
Die Phasendifferenz Δϕ variiert in Übereinstimmung
mit 1/2 der relativen Abweichung des Beugungsgitterabstandes.
Ein Verfahren zum Erfassen einer relativen
Stellung oder eines Zwischenraumes und einer
Ausrichtung, d. h. ein Verfahren zum Festlegen
eines Zwischenraumes in der Z-Richtung, wird
im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 15
näher erläutert.
In Fig. 15 bezeichnet das Bezugszeichen 341 einen
durch einen Strahlenteiler 311 geteilten einfallenden
Strahl, wobei der Einfallswinkel
des Strahls durch den ebenen Spiegel 304 e eingestellt
ist, und 342, 343 optische Überlagerungsinterferenzbeugungsstrahlen.
Der Einfallswinkel
der einfallenden Strahlenbündel wird durch den
ebenen Spiegel 304 b auf einen Winkel ϑ 1 des
ersten reflektierend gebeugten Strahles in
bezug auf die Normalrichtung C 1-C 1′ (oder
C 2-C 2′) auf die Gitteroberfläche des Beugungsgitters festgesetzt.Wenn die Einfallsrichtung
des einfallenden Strahles 341 durch den ebenen
Spiegel 304 e zu einem Winkel ϑ 3 des dritten
reflektierend gebeugten Strahles in bezug auf
die Richtung C 1-C 1′ (oder C 2-C 2′) festgesetzt
wird, werden ein +erster gebeugter
Strahl des einfallenden Strahlbündels 334
und ein -erster gebeugter Strahl des einfallenden
Strahles 341 in die Richtung (Winkel ϑ 2)
des zweiten reflektierend gebeugten Strahls
in bezug auf die Richtung C 1-C 1′ (oder C 2-C 2′)
zur Bildung der optischen Überlagerungsinterferenzbeugungsstrahlen
342, 343 zusammengesetzt.
Da die Einfallswinkel der einfallenden Strahlenbündel
343, 341 nicht symmetrisch in bezug
auf die Richtung senkrecht auf die Gitteroberfläche
sind, sind Änderungen in den
optischen Weglängen der auf die Beugungsgitter
331, 332 fallenden Strahlenbündel 334, 341
nicht zueinander gleich in bezug auf die
relative Verschiebung des Beugungsgitters
in Richtung des Abstandes A 1-A 1′ (oder
A 2-A 2′ und die relative Verschiebung der
Gitteroberfläche in normaler Richtung C 1-C 1′
(oder C 2-C 2′).
Genauer gesagt, wenn angenommen wird, daß die
relative Abweichung zwischen den Beugungsgittern
331, 332 in Richtung A 1-A 1′ (oder A 2-A 2′
Δ X ist und ein Zwischenraum der Gitteroberfläche
in normaler Richtung C 1-C 1′ (oder C 2-C 2′) Δ Z ist,
dann ist die Phasendifferenz Δϕ xz zwischen den
aus den gebeugten Strahlenbündeln 342, 343 erhaltenen
Überlagerungssignalen durch die folgende
Gleichung (17) darstellbar:
Δϕ xz = 2π · (-Δ X)/(P/2) + 2π · Δ Z- · (cosϑ 3 - cosϑ 1)/λ 1 (17)
Wenn daher die Signalverarbeitungs- und Steuereinheit
319 eine Addition von Δϕ x und Δϕ xz durchführt,
wird die folgende Gleichung (18) erhalten:
Δϕ x + Δϕ zx = 2π · Δ Z· (cosϑ 3 - cosϑ-1)/g 1 (18)
Somit kann ein Phasendifferenzsignal, das eine
Periode von λ 1/(cosϑ 3 - cosj 1) hat und dem
Zwischenraum Δ Z entspricht, erhalten werden.
Wenn daher der Maskenhalter 321 oder der Waferhalter
322 in Richtung C 1-C 1′ (oder C 2-C 2′)
bewegt wird, um so das Phasendifferenzsignal
auf einen vorbestimmten Wert zu bringen, kann
die Phasendifferenz entsprechend zu dem vorbestimmten
Δ Z festgesetzt werden.
Da gemäß diesem Ausführungsbeispiel das für
den ersten und zweiten Gegenstand vorgesehene
erste und zweite Bewegungsgitter zueinander
in Richtung der Gitterlinien versetzt sind, so
daß sie sich nicht überdecken, können die
vom ersten Beugungsgitter erhaltenen ersten
und zweiten optischen Überlagerungsinterferenzbeugungslichtbündel
und die vom zweiten Beugungsgitter
erhaltenen dritten und vierten optischen
Überlagerungsinterferenzbeugungsstrahlenbündel
vollständig unabhängig erfaßt werden. Weiterhin
können durch Bestimmen einer Phasendifferenz
zwischen den Überlagerungssignalen
der ersten und dritten optischen Überlagerungsinterferenzbeugungsstrahlenbündel
und einer
Phasendifferenz zwischen den Überlagerungssignalen
der zweiten und vierten optischen
Überlagerunginterferenzbeugungsstrahlenbündel
die relative Abweichung zwischen dem ersten und
zweiten Objekt und eine Phasendifferenz entsprechend
dem Zwischenraum direkt und genau
und wiederholbar erfaßt werden. Somit kann eine
genaue Ausrichtung durch Festsetzen der Phasendifferenz
auf 0° genau und sicher durchgeführt
werden und der Zwischenraum kann genau eingestellt
werden, indem die Phasendifferenz auf
einen vorbestimmten Wert eingestellt wird.
Daher muß eines der zwei Gegenstände nicht
vor der Ausrichtung oder der Einstellung des
Zwischenraumes in eine Referenzstellung gebracht
werden, so daß eine Herabsetzung der
Ausrichtungsgenauigkeit und der Genauigkeit
des Einstellens des Zwischenraumes, die durch
Einstellfehler hervorgerufen werden kann,
verhindert wird. Da weiterhin ein unabhängiges
optisches System für den oben beschriebenen
Einstellvorgang nicht nötig ist, kann die
Vorrichtung einfach angeordnet werden.
Wenn insbesondere beide Beugungsgitter in demselben
Strahlpunktbereich der einfallenden
Strahlenbündel und die gleichen Strahlen
auf sie fallen, dann müssen die optischen
Weglängen der auf das jeweilige Bewegungsgitter
auffallenden Strahlen nicht notwendigerweise
zueinander gleichgesetzt werden, wodurch die
Durchführung der Ausrichtung und der Zwischenraumeinstellung
stark vereinfacht wird.
Da das Beugungsgitter nahe dem Bereich, in dem
der Zwischenraum erfaßt werden soll, angeordnet wird,
zum Beispiel ein Belichtungsbereich eines
LSI Musters oder dergleichen, und selbst wenn
die Ebenheit eines Wafers oder einer Maske
(erster und zweiter Gegenstand) schlecht ist,
kann insbesondere ein Zwischenraum zwischen der
Maske und dem Wafer in dem Belichtungsbereich
genau bestimmt und eingestellt werden.
Es ist selbstverständlich, daß die vorliegende
Erfindung nicht auf die oben beschriebenen
Ausführungsbeispiele begrenzt ist, sondern
unterschiedliche Änderungen und Modifikationen
im Rahmen der Erfindung vorgenommen werden können.
Beispielsweise werden in den beschriebenen
Ausführungsbeispielen zwei Beugungsgitter
verwendet. Es können auch ähnliche Beugungsgitter
an zwei oder mehreren Stellen auf der
Maske und dem Wafer angeordnet werden, Überlagerungssignale
der gebeugten Strahlen können
mit einem Verfahren ähnlich zu dem aus Fig. 11
bestimmt werden und ein Maskenhalter und ein
Wafer-Halter können in der Weise gesteuert
werden, daß die Phasendifferenz aufgehoben
wird, so daß die Maske und der Wafer in bezug
auf drei Achsen, d. h. der X- und Y-Achse der
Ebenen parallel zur Beugungsgitteroberfläche
und in Richtungen jeweils parallel und senkrecht
zu den Beugungsgittern und eine Drehachse ϑ der
X-Y-Ebene um die Z-Achse senkrecht zur X-Y-
Ebene, ausgerichtet werden können. Zusätzlich
kann die Ausrichtung in bezug auf sechs Achsen,
d. h. Drehachsen α und β jeweils der Y-Z- und
der X-Z-Ebenen um die X- und Y-Achsen zusätzlich
zu den obigen drei Achsen durchgeführt werden.
Das erste und zweite Beugungsgitter können
absorbierende oder phasenbeugende Gitter umfassen
und sind nicht auf binäre Beugungsgitter wie
in den obigen Ausführungsbeispielen begrenzt.
Unterschiedliche Kombinationen, wie sinusoidale
Beugungsgitter und Glanzbeugungsgitter, können
ebenfalls verwendet werden.
In den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 und 13
ist eine Öffnung in einem Maskensubstrat zur
Bildung eines Fensters für den Durchtritt des
einfallenden monochromatischen Strahles und
des gebeugten Strahles vorgesehen. Es kann
auch ein transparentes Fenster anstelle
der Öffnung zur Erzielung der gleichen
Wirkung vorgesehen sein, das den einfallenden
und den gebeugten Strahl transmittiert.
Weiterhin ist in jedem der zwei Ausführungsbeispiele
ein Prismenspiegel für die Aufspaltung
der zwei Überlagerungsinterferenzbeugungsstrahlen
verwendet, aber die Überlagerungsinterferenzbeugungsstrahlenbündel
können auch direkt von einem zweigeteilten
Detektor empfangen werden, um den gleichen
Effekt zu erzielen.
In den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 und
13 sind das erste und zweite Beugungsgitter
in Richtung der Gitterlinien zueinander
versetzt. Es kann allerdings auch die gleiche
Wirkung erzielt werden, wenn das erste und
zweite Beugungsgitter zueinander in einer
Richtung (Gitterabstandsrichtung) senkrecht
zu der Gitterlinienrichtung oder sowohl in
die Gitterlinienrichtung als auch in die
Gitterabstandsrichtung versetzt sein.
Weiterhin sind in den genannten Ausführungsbeispielen
das erste und zweite Beugungsgitter
in dem gleichen elliptischen Strahlpunktbereich
des einfallenden Strahlenbündels
angeordnet. Wenn allerdings die zwei monochromatischen
Strahlenbündel unabhängig auf
das erste und zweite Beugungsgitter fallen,
kann die gleiche Wirkung erzielt werden,
wenn eine Phasendifferenz, die durch eine
optische Weglängendifferenz zwischen den jeweiligen
zwei monochromatischen Strahlenbündeln,
die auf das erste und zweite Beugungsgitter
auffallen, bewirkt wird, in Betracht gezogen
wird.
In den genannten Ausführungsbeispielen sind
die Gitterkonstanten des ersten und zweiten
Beugungsgitters gleichgesetzt und optische
Überlagerungsinterferenzstrahlenbündel der
gebeugten Strahlen erster Ordnung werden
verwendet. Die gleiche Wirkung kann im allgemeinen
durch die Verwendung von optischen Überlagerungsinterferenzstrahlenbündeln
des n-ten gebeugten
Strahls (n ist eine positive ganze Zahl) erzielt
werden. Auch können die Gitterkonstanten
des ersten und zweiten Beugungsgitters unterschiedlich
festgelegt werden, so daß der n-te
Beugungswinkel des ersten Beugungsgitters gleich
dem m-ten Beugungswinkel (m ist eine positive
ganze Zahl) des zweiten Beugungsgitters gesetzt
ist und ein optischer Überlagerungsinterferenzstrahl
des n-ten gebeugten Strahls von dem
ersten Beugungsgitter und ein optischer Überlagerungsinterferenzstrahl
von dem m-ten
Beugungsstrahl von dem zweiten Beugungsgitter
können zur Erzielung des gleichen Effekts
verwendet werden.
Es sei darauf hingewiesen, daß in den obigen
Ausführungsbeispielen eine zweiwellige orthonal
polarisierte Laserquelle als eine zweiwellige
monochromatische Strahlquelle verwendet wird,
aber es kann zur Erzielung derselben Wirkung
auch ein Strahl als monochromatischer Strahl
verwendet werden, der durch ein optoakustisches
Element, wie eine Braggzelle erzeugt werden.
Auch können in den obigen Ausführungsbeispielen
lineare Polarisatoren weggelassen werden und
eine Halbwellenplatte in den optischen Pfad
eines der zwei monochromatischen Strahlenbündel
angeordnet werden, so daß die Richtungen der
Polarisationsebenen der zwei monochromatischen
Strahlenbündel auf der Beugungsgitterfläche
zusammentreffen, wodurch optische Überlagerungsinterferenzsignale
mit guter Kohärenz und dergleichen
Wirkung wie in den obigen Ausführungsbeispielen
erhalten werden.
In den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 13, 4
und 5 ist die Richtung eines vom Beugungsmuster
gebeugten Strahles senkrecht zu der Beugungsgitterfläche
und in dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 7 ist die Richtung eines einfallenden
Strahles zum Beugungsgitter senkrecht zur
Beugungsgitterfläche. Ein monochromatischer
Strahl kann allerdings auch schräg auf ein
Beugungsgitter auftreffen und ein schräg reflektierter
gebeugter Strahl kann optisch zusammengesetzt
werden, um ein optisches Überlagerungsinterferenzsignal
zu gewinnen.
In den Ausführungsbeispielen nach Fig. 8 und 12
sind eine Richtung eines einfallenden Strahles
zu einem Beugungsgitter und eine Richtung
eines vom Beugungsgitter gebeugten Strahles
in einer Ebene vorhanden, in der die Z-Richtung
senkrecht zu der Beugungsgitteroberfläche und
eine Gitterlinienrichtung angeschlossen sind.
Allerdings kann ein monochromatischer Strahl
in eine Richtung einfallen, die einen vorbestimmten
Winkel zu einer Ebene einschließlich
der Z-Richtung und senkrecht zu der Gitterlinienrichtung
und ein gebeugter Strahl kann
in einer Richtung mit einem vorbestimmten
Winkel erfaßt und optisch zusammengesetzt
werden, um ein optisches Überlagerungsinterferenzsignal
zu erzeugen und dabei die gleiche
Wirkung wie in den Ausführungsbeispielen nach
Fig. 8 und 12 zu erzielen.
Zusätzlich zu den Reflexionsbeugungsgittern
der vorhergehenden Ausführungsbeispiele
können Transmissionsbeugungsgitter verwendet
werden.
In den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 8 und 12
werden die ersten gebeugten Strahlenbündel
der zwei Laserstrahlenbündel unterschiedlicher
Frequenzen in zusammengesetzte gebeugte Strahlen
in zwei Richtungen umgewandelt. Allerdings kann
ein zusammengesetzter gebeugter Strahl von
gebeugten Strahlen höherer Ordnung oder gebeugte
Strahlen unterschiedlicher Ordnung zur Erzielung
von zwei zusammengesetzten gebeugten
Strahlenbündeln verwendet werden. In diesem Fall
wird nur die Periode des Phasendifferenzsignals
geändert und die Verschiebungen in X- und Z-
Richtungen können durch die Durchführung einer
Signalverarbeitung entsprechend einem Phasendifferenzsignal
erfaßt werden, wodurch die
gleiche Wirkung wie in den Ausführungsbeispielen
nach Fig. 8 und 12 erzielt wird.
Es sei bemerkt, daß in den Ausführungsbeispielen
nach den Fig. 8 und 12 Mikroverschiebungen
mit großer Genauigkeit hinsichtlich
der X-, Y- und Z-Achsen, die senkrecht
zueinander liegen, gemessen werden können,
wenn die zwei Beugungsgitter auf den
Gegenständen in der Weise angeordnet sind,
daß ihre Gitterlinienrichtungen rechtwinklig
zueinander sind. Zusätzlich können Mikroverschiebungen
in zwei Richtungen des
Beugungsgitters, d. h. Mikroverschiebungen
in einer Richtung senkrecht zu der Gitterlinie
und in einer Normalrichtung auf das
Beugungsgitter jeweils als Phasenverschiebungen
des ersten und zweiten optischen Überlagerungsinterferenzsignals
gemessen werden. Wenn
weiterhin die Intensität eines gebeugten
Strahls aufgrund von Veränderungen in der
Intensität der Laserquelle oder Änderungen
in der Beugungsgüte des Beugungsgitters
sich ändert, dann verändert sich lediglich
die Amplitude eines Überlagerungssignals
des gebeugten Strahles, aber die Phasenverschiebungen
werden nicht nachteilig beeinflußt,
so daß die Phasendifferenz mit großer Genauigkeit
und Stabilität erfaßt werden kann. Daher
können Mikroverschiebungen in zwei Richtungen
der Gegenstände mit hoher Genauigkeit gemessen
werden.
Die Vorrichtung zum Messen und Einstellen
von Mikroverschiebungen entsprechend der
vorliegenden Erfindung kann kompakt und einfach
ausgebildet sein durch integrale Anordnung
von optischen Erfassungssystemen und kann daher
effektiv zur Ausführung des vorbeschriebenen
Verfahrens verwendet werden.
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 13
wird die Einfallsrichtung des monochromatischen
Strahles auf das Beugungsgitter in der Weise
festgelegt, daß sie der Richtung entsprechend
den ± ersten gebeugten Strahlen symmetrisch
zur Normalrichtung auf die Gitteroberfläche
entspricht. Die Einfallsrichtung kann auch
so festgelegt sein, daß sie eine Richtung
(Winkel ϑ +n ) entsprechend der +n-ten gebeugten
Strahlen (n ist eine natürliche Zahl) darstellt.
In diesem Fall kann die Gleichung (1) durch
die folgende Gleichung (19) dargestellt werden:
Δϕ x = 2π · Δ X/{P/(2n)} (19)
Ähnlich zu dem oben erwähnten Fall erscheint
durch die Anordnung des ersten und zweiten
Beugungsgitters in dem gleichen Strahlbereich
eines monochromatischen Strahls eine Phasenverschiebung
eines gebeugten Strahles, die durch
Änderungen in der optischen Weglänge des
optischen Systems des monochromatischen Strahls
zum Beugungsgitter hervorgerufen wird, als
gleiche Phasenverschiebung in den durch das
erste und zweite Beugungsgitter erhaltenen
Überlagerungssignalen. Daher löschen sich die
Phasenverschiebungen gegeneinander aus, so daß
kein Einfluß auf die Phasenverschiebung vorhanden
ist. Daher müssen die optischen Weglängen
der zwei Strahlenbündel nicht mit hoher Genauigkeit
festgesetzt werden, so daß ein optisches
System leicht eingestellt werden kann
und ein einfaches mechanisches System verwendet
werden kann. Zusätzlich kann eine
Phasenverschiebung, die durch Änderungen in
der optischen Weglänge aufgrund von Mikrovibrationen
und dergleichen der zum Beispiel
optischen Komponenten bewirkt wird, aufgehoben
werden, so daß ein Phasendifferenzsignal
mit großer Genauigkeit erzielt werden
kann.
In diesem Fall ist eine der Einfallsrichtungen
der jeweiligen auf die Beugungsgitter fallenden
monochromatischen Strahlenbündel so festgesetzt,
daß sie eine Richtung (Winkel ϑ 3n )
entsprechend dem dritten gebeugten Strahl
darstellt, und die andere ist so festgesetzt,
daß sie eine Richtung (Winkel ϑ n ) entsprechend
dem n-ten gebeugten Strahl in bezug auf die
normale Richtung der Gitteroberfläche darstellt.
Die durch die optische Überlagerungsinterferenz
erhaltenen gebeugten Strahlenbündel werden dann
erfaßt und ein Phasendifferenzsignal der
Überlagerungssignale wird erzeugt. Dabei kann
die Phasendifferenz zwischen den Überlagerungssignalen
durch die folgende Gleichung (20)
dargestellt werden:
Δϕ xz = 2π · (-Δ X)/ {P/2n)} + 2π -· Δ Z · {(cosϑ 3n - cosϑ n )/λ 1} (20)
Daher kann ähnlich zu dem oben erwähnten Fall
durch die Durchführung einer Addition in bezug
auf die Phasendifferenz-Signale für die durch
Gleichung (19) bestimmten Abweichungen ein
Zwischenraumerfassungssignal unabhängig von dem
Abweichungserfassungssignal gewonnen werden.
Wenn zur Erfassung einer Abweichung ein optisches
Überlagerungsinterferenzbeugungsstrahlenbündel
verwendet wird, das durch die Zusammensetzung
des m 1-ten gebeugten Strahls und des n 1-ten
gebeugten Strahls erzielt wird, können die
Gleichungen (16) und (19) durch die folgende
Gleichung (21) dargestellt werden. Dabei
ist zu bemerken, daß die Entnahmerichtung
des zusammengesetzten Strahlenbündels
nicht eine obere Richtung sein muß:
Δϕ x = 2π · Δ X/{P/ (m 1 + n 1)}-(21)
Wenn zur Erfassung eines Zwischenraums ein
optisches Überlagerungsinterferenzbeugungsstrahlenbündel
verwendet wird, das durch die
Zusammensetzung des m 2-ten gebeugten Strahls
und des n 2-ten gebeugten Strahls erzielt wird,
können die Gleichungen (17) und (20) durch
die folgende Gleichung (22) dargestellt werden,
wenn angenommen wird, daß die Richtungen der
einfallenden Strahlenbündel jeweils ϑ M und ϑ N sind.
In diesem Fall muß die Extraktionsrichtung
des zusammengesetzen Strahles nicht die obere
Richtung sein:
Δϕ xz = -2π · Δ X/{P/ (m 2 + n 2)} -+ 2π · Δ Z · (cosϑ M - cosϑ N )/λ 1}-(22)
Durch Addieren von Δϕ x und Δϕ xz nach einer vorbestimmten
Wichtung kann das Erfassungssignal für
den Zwischenraum unabhängig von dem Abweichungserfassungssignal
gewonnen werden.
Um zwei monochromatische Strahlenbündel mit
jeweils leicht unterschiedlichen Frequenzen
zu erhalten, wird eine zweiwellige orthogonal
polarisierte Laserquelle verwendet und ein
Laserstrahlenbündel wird durch einen Polarisationsstrahlenteiler
3 in die jeweiligen monochromatischen
Komponenten aufgeteilt. Es ist selbstverständlich,
daß auch zwei unabhängige Laserquellen verwendet
werden können, die jeweils eines der
zwei monochromatischen Strahlenbündel erzeugt.
Claims (22)
1. Verfahren zum Messen und/oder Einstellen
einer relativen Verschiebung von Gegenständen
unter Verwendung von Beugungsgittern, gekennzeichnet
durch die Verfahrensschritte:
Erzeugen von mindestens zwei Überlagerungssignalen durch Zusammensetzen zweier monochromatischer Strahlenbündel mit jeweils leicht unterschiedlicher Frequenz zur Bewirkung einer optischen Überlagerungsinterferenz, wobei ein erstes der Überlagerungssignale als Referenzsignal verwendet wird und das zweite der Überlagerungssignale als erstes Interferenzsignal verwendet wird, das durch Bestrahlen eines ersten auf einem ersten Gegenstand angeordneten Beugungsgitters mit den zwei monochromatischen Strahlenbündeln und durch Zusammensetzen zweier von dem ersten Beugungsgitter gebeugten Strahlenbündel zur Bewirkung der optischen Überlagerungsinterferenz erzeugt wird,
Erfassen einer Phasendifferenz zwischen dem Referenzüberlagerungssignal und dem ersten Interferenzsignal, und
Messen und/oder Einstellen der relativen Verschiebung der Gegenstände in Abhängigkeit von der Phasendifferenz.
Erzeugen von mindestens zwei Überlagerungssignalen durch Zusammensetzen zweier monochromatischer Strahlenbündel mit jeweils leicht unterschiedlicher Frequenz zur Bewirkung einer optischen Überlagerungsinterferenz, wobei ein erstes der Überlagerungssignale als Referenzsignal verwendet wird und das zweite der Überlagerungssignale als erstes Interferenzsignal verwendet wird, das durch Bestrahlen eines ersten auf einem ersten Gegenstand angeordneten Beugungsgitters mit den zwei monochromatischen Strahlenbündeln und durch Zusammensetzen zweier von dem ersten Beugungsgitter gebeugten Strahlenbündel zur Bewirkung der optischen Überlagerungsinterferenz erzeugt wird,
Erfassen einer Phasendifferenz zwischen dem Referenzüberlagerungssignal und dem ersten Interferenzsignal, und
Messen und/oder Einstellen der relativen Verschiebung der Gegenstände in Abhängigkeit von der Phasendifferenz.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Referenzüberlagerungssignal
durch Bestrahlen eines zweiten
auf einem zweiten Gegenstand angeordneten
Beugungsgitters mit zwei monochromatischen
Strahlenbündeln mit jeweils leicht unterschiedlicher
Frequenz und durch Zusammensetzen
zweier von dem Beugungsgitter
gebeugten Strahlenbündel zur Bewirkung
einer optischen Überlagerungsinterferenz
erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die jeweiligen monochromatischen
Strahlenbündel zur Erzeugung des Referenzüberlagerungssignals
und des ersten Interferenzsignalsvon einer einzigen Laserquelle
geliefert werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Referenzüberlagerungssignal
von dem monochromatischen Strahlenbündel
zur Erzeugung des ersten Interferenzsignals
abgespalten wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die zwei monochromatischen
auf das erste Beugungsgitter geleiteten
Strahlenbündel jeweils in zwei Einfallrichtungen
einfallen, die symmetrisch zu
den gebeugten Strahlenbündeln sind.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Überlagerungssignale
ein zweites Interferenzsignal zusätzlich
zu dem Referenzüberlagerungs- und dem
ersten Interferenzsignal umfassen,
daß das zweite Interferenzsignal durch
Bestrahlen des ersten Beugungsgitters
mit einem der zwei monochromatischen
Strahlenbündeln zur Erzeugung des ersten
Interferenzsignals und einem von dem
anderen der monochromatischen Strahlenbündel
abgespaltenen Strahlenbündel in einer Richtung,
die unterschiedlich zu der des Strahlenbündels
zur Erzeugung des ersten Interferenzsignals
ist und durch Zusammensetzen der
vom ersten Beugungsgitter gebeugten Strahlenbündel
zur Bewirkung der optischen Überlagerungsinterferenz
erzeugt wird, und
daß die Verschiebungen in zwei Richtungen
in Übereinstimmung mit der Phasendifferenz
zwischen dem Referenzüberlagerungssignal
und dem ersten Interferenzsignal und einer
Phasendifferenz zwischen dem Referenzüberlagerungssignal
und dem zweiten Interferenzsignal gemessen und eingestellt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die mindestens zwei Überlagerungssignale
vier Überlagerungssignale erfassen,
daß das erste Referenzüberlagerungssignal aus einem ersten und einem zweiten Referenzinterferenzsignal besteht,
daß die mindestens zwei Überlagerungssignale ein zweites Interferenzsignal zusätzlich zu dem ersten Interferenzsignal umfassen,
daß das erste Referenzinterferenzsignal durch Bestrahlen des zweiten auf einem vom ersten Gegenstand unterschiedlichen zweiten Gegenstand angeordneten Beugungsgitters mit den zwei monochromatischen Strahlenbündeln zur Erzeugung des ersten Interferenzsignals und durch Zusammensetzen der gebeugten Strahlenbündel zur Bewirkung der optischen Überlagerungsinterferenz erzeugt wird,
daß das zweite Referenzinterferenzsignal durch Bestrahlen des zweiten Beugungsgitters mit dem einen der zwei monochromatischen Strahlenbündel zur Erzeugung des ersten Interferenzsignals und mit einem von dem anderen monochromatischen Strahlenbündel abgespaltenen Strahlenbündel und durch Zusammensetzen der von dem zweiten Beugungsgitter gebeugten Strahlenbündel zur Bewirkung der optischen Überlagerungsinterferenz erzeugt wird,
daß das zweite Interferenzsignal durch Bestrahlen des ersten Beugungsgitters mit einem der zwei monochromatischen Strahlenbündel zur Erzeugung des ersten Interferenzsignals und dem von dem anderen monochromatischen Strahlenbündel abgespaltenen Strahl und durch Zusammensetzen der von dem ersten Beugungsgitter gebeugten Strahlenbündel zur Bewirkung der optischen Überlagerungsinterferenz erzeugt wird, und
daß ein Zwischenraum zwischen dem ersten und zweiten Gegenstand in Übereinstimmung mit einer Phasendifferenz zwischen dem ersten Referenzinterferenzsignal und dem ersten Interferenzsignal und einer Phasendifferenz zwischen dem zweiten Referenzinterferenzsignal und dem zweiten Interferenzsignal gemessen und/oder eingestellt wird.
daß das erste Referenzüberlagerungssignal aus einem ersten und einem zweiten Referenzinterferenzsignal besteht,
daß die mindestens zwei Überlagerungssignale ein zweites Interferenzsignal zusätzlich zu dem ersten Interferenzsignal umfassen,
daß das erste Referenzinterferenzsignal durch Bestrahlen des zweiten auf einem vom ersten Gegenstand unterschiedlichen zweiten Gegenstand angeordneten Beugungsgitters mit den zwei monochromatischen Strahlenbündeln zur Erzeugung des ersten Interferenzsignals und durch Zusammensetzen der gebeugten Strahlenbündel zur Bewirkung der optischen Überlagerungsinterferenz erzeugt wird,
daß das zweite Referenzinterferenzsignal durch Bestrahlen des zweiten Beugungsgitters mit dem einen der zwei monochromatischen Strahlenbündel zur Erzeugung des ersten Interferenzsignals und mit einem von dem anderen monochromatischen Strahlenbündel abgespaltenen Strahlenbündel und durch Zusammensetzen der von dem zweiten Beugungsgitter gebeugten Strahlenbündel zur Bewirkung der optischen Überlagerungsinterferenz erzeugt wird,
daß das zweite Interferenzsignal durch Bestrahlen des ersten Beugungsgitters mit einem der zwei monochromatischen Strahlenbündel zur Erzeugung des ersten Interferenzsignals und dem von dem anderen monochromatischen Strahlenbündel abgespaltenen Strahl und durch Zusammensetzen der von dem ersten Beugungsgitter gebeugten Strahlenbündel zur Bewirkung der optischen Überlagerungsinterferenz erzeugt wird, und
daß ein Zwischenraum zwischen dem ersten und zweiten Gegenstand in Übereinstimmung mit einer Phasendifferenz zwischen dem ersten Referenzinterferenzsignal und dem ersten Interferenzsignal und einer Phasendifferenz zwischen dem zweiten Referenzinterferenzsignal und dem zweiten Interferenzsignal gemessen und/oder eingestellt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Abweichung zwischen dem
ersten und zweiten Gegenstand in Übereinstimmung
mit der Phasendifferenz zwischen
dem ersten Referenzinterferenzsignal und
dem ersten Interferenzsignal und der
Phasendifferenz zwischen dem zweiten
Referenzinterferenzsignal und dem zweiten
Interferenzsignal gemessen und/oder eingestellt
wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Beugungsgitter Reflexionsbeugungsgitter
sind.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die zwei auf die Beugungsgitter
fallenden Strahlenbündel in zwei Komponenten
mit unterschiedlichen Winkeln aufgespalten
werden, wobei jede abgespaltene Komponente
schräg zu einem gebeugten Strahlenbündel
liegt, so daß das gebeugte Strahlenbündel
in senkrechter Richtung erzeugt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die zwei monochromatischen
Strahlenbündel senkrecht auf die Beugungsgitter
fallen und daß die Beugungsgitter
Beugungsmuster zur Erzeugung von gebeugten
Strahlenbündeln in mindestens zwei unterschiedliche
Richtungen aufweisen.
12. Vorrichtung zum Messen und/oder Einstellen
einer relativen Verschiebung von Gegenständen
unter Verwendung von Beugungsgittern,
gekennzeichnet durch
ein erstes auf einem ersten Gegenstand (30)
angeordnetes Beugungsgitter (32),
eine Laserquelle (20) zur Erzeugung zweier monochromatischer Strahlenbündel, die leicht unterschiedliche Frequenzen aufweisen,
Mittel zur Erzeugung eines Referenzüberlagerungssignals, das in Übereinstimmung mit den zwei monochromatischen Strahlenbündeln durch optische Überlagerungsinterferenz gebildet wird,
Mittel (21′, 21″) zum Lenken der zwei monochromatischen Strahlenbündel auf das erste Beugungsgitter (32),
Mittel (21‴, 24 bis 26, 25′, 26′, 44, 44′) zum Zusammensetzen von mindestens zwei von dem ersten Beugungsgitter (32) gebeugten Strahlenbündel und zur Erzeugung eines ersten Interferenzsignals durch die optische Überlagerungsinterferenz und Mittel (27) zum Erfassen der Phasendifferenz zwischen dem Referenzüberlagerungssignal und dem Interferenzsignal.
eine Laserquelle (20) zur Erzeugung zweier monochromatischer Strahlenbündel, die leicht unterschiedliche Frequenzen aufweisen,
Mittel zur Erzeugung eines Referenzüberlagerungssignals, das in Übereinstimmung mit den zwei monochromatischen Strahlenbündeln durch optische Überlagerungsinterferenz gebildet wird,
Mittel (21′, 21″) zum Lenken der zwei monochromatischen Strahlenbündel auf das erste Beugungsgitter (32),
Mittel (21‴, 24 bis 26, 25′, 26′, 44, 44′) zum Zusammensetzen von mindestens zwei von dem ersten Beugungsgitter (32) gebeugten Strahlenbündel und zur Erzeugung eines ersten Interferenzsignals durch die optische Überlagerungsinterferenz und Mittel (27) zum Erfassen der Phasendifferenz zwischen dem Referenzüberlagerungssignal und dem Interferenzsignal.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß ein zweites Beugungsgitter (34)
auf einem zweiten Gegenstand (31) angeordnet
ist, daß die Mittel zur Erzeugung
des Referenzüberlagerungssignals Mittel
(21′, 21″) zum Lenken der zwei monochromatischen
Strahlenbündel mit leicht unterschiedlichen
Frequenzen auf das zweite Beugungsgitter
(34) und Mittel zum Zusammensetzen mindestens
zweier von dem zweiten Beugungsgitter
(34) gebeugter Strahlenbündel und zur
Erzeugung des Referenzüberlagerungssignals
durch die optische Überlagerungsinterferenz
aufweisen.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Fenster (33) im ersten
Gegenstand (30) vorgesehen ist, durch das
die Strahlenbündel hindurchgeleitet werden
und auf den zweiten Gegenstand (31) treffen.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß das erste und zweite Beugungsgitter
(32, 34) die gleichen Beugungsgittermuster
aufweisen und derart angeordnet sind,
daß sie sich von oben gesehen nicht überdecken.
16. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die Beugungsgitter (32, 34)
Reflexionsbeugungsgitter sind.
17. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die von der Laserquelle (20) gelieferten
monochromatischen Strahlenbündel dieselben
sind, die für die Erzeugung des
Referenzüberlagerungssignals verwendet
werden.
18. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mittel zur Erzeugung
des Referenzüberlagerungssignals
Mittel (23) zum Aufspalten der zwei monochromatischen
Strahlenbündel von der Laserquelle
(20) und Mittel zum Zusammensetzen
der aufgespaltenen zwei monochromatischen
Strahlenbündel und zum Erzeugen des
Referenzüberlagerungssignals durch die
optische Überlagerungsinterferenz aufweisen.
19. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mittel zum Lenken der
zwei monochromatischen Strahlenbündel auf
das erste Beugungsgitter (32)
Mittel zum Aufspalten der zwei monochromatischen Strahlenbündel in unterschiedliche Richtungen und
Mittel (21′, 21″) zum Richten der zwei aufgespaltenen Strahlenbündel auf das erste Beugungsgitter (32) in zwei Richtungen symmetrisch zu den gebeugten Strahlenbündeln aufweisen.
Mittel zum Aufspalten der zwei monochromatischen Strahlenbündel in unterschiedliche Richtungen und
Mittel (21′, 21″) zum Richten der zwei aufgespaltenen Strahlenbündel auf das erste Beugungsgitter (32) in zwei Richtungen symmetrisch zu den gebeugten Strahlenbündeln aufweisen.
20. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß Mittel zum Aufspalten der
zwei monochromatischen Strahlenbündel in
unterschiedliche Richtungen,
Mittel zum Richten eines der zwei monochromatischen Strahlenbündel zur Erzeugung des ersten Interferenzsignals und eines von dem anderen monochromatischen Strahlenbündel abgespaltenen Strahlenbündels auf die Beugungsgitter der Gegenstände in einer Richtung, die unterschiedlich zu den Strahlenbündeln zur Erzeugung des ersten Interferenzsignals ist,
Mittel zum Zusammensetzen von gebeugten Strahlenbündeln und zum Erzeugen des zweiten Interferenzsignals durch optische Überlagerungsinterferenz und
Mittel zum Messen und/oder Einstellen von Verschiebungen in zwei Richtungen in Übereinstimmung mit einer Phasendifferenz zwischen dem Referenzüberlagerungssignal und dem ersten Interferenzsignal und einer Phasendifferenz zwischen dem Referenzüberlagerungssignal und dem zweiten Interferenzsignal vorgesehen sind.
Mittel zum Richten eines der zwei monochromatischen Strahlenbündel zur Erzeugung des ersten Interferenzsignals und eines von dem anderen monochromatischen Strahlenbündel abgespaltenen Strahlenbündels auf die Beugungsgitter der Gegenstände in einer Richtung, die unterschiedlich zu den Strahlenbündeln zur Erzeugung des ersten Interferenzsignals ist,
Mittel zum Zusammensetzen von gebeugten Strahlenbündeln und zum Erzeugen des zweiten Interferenzsignals durch optische Überlagerungsinterferenz und
Mittel zum Messen und/oder Einstellen von Verschiebungen in zwei Richtungen in Übereinstimmung mit einer Phasendifferenz zwischen dem Referenzüberlagerungssignal und dem ersten Interferenzsignal und einer Phasendifferenz zwischen dem Referenzüberlagerungssignal und dem zweiten Interferenzsignal vorgesehen sind.
21. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß ein zweites Beugungsgitter
(307) auf einem von dem ersten Gegenstand (309)
entfernten zweiten Gegenstand (308),
Mittel zum Polarisieren (303) der zwei von
der Laserquelle (301) ausgesandten monochromatischen
Strahlenbündel mit leicht
unterschiedlichen Frequenzen in unterschiedliche
Richtungen zur Bildung eines ersten und zweiten
polarisierten Strahlenbündels und
Mittel zum Aufspalten (311) eines der polarisierten Strahlenbündel vorgesehen sind und daß die Mittel zur Erzeugung des Referenzüberlagerungssignals Mittel zum Zusammensetzen von gebeugten Strahlenbündeln, die durch Richten des ersten und zweiten polarisierten Strahlenbündels auf das zweite Beugungsgitter (307) zum Hervorrufen der optischen Überlagerungsinterferenz erhalten werden, wobei das erste Referenzinterferenzsignal erzeugt wird und
Mittel zum Zusammensetzen von gebeugten Strahlenbündeln, die durch Richten eines der polarisierten Strahlenbündel und des von dem anderen polarisierten Strahlenbündel abgespaltenen Strahlenbündels auf das zweite Beugungsgitter (307) zum Hervorrufen der optischen Überlagerungsinterferenz, wobei das zweite Referenzinterferenzsignal erzeugt wird, aufweisen und daß die Mittel zum Erzeugen des ersten Interferenzsignals Mittel zum Zusammensetzen von gebeugten Strahlenbündeln, die durch Richten des ersten und zweiten polarisierten Strahlenbündels auf das erste Beugungsgitter zum Hervorrufen der optischen Überlagerungsinterferenz erhalten werden, wobei das erste Interferenzsignal erzeugt wird und weiterhin Mittel zum Zusammensetzen von gebeugten Strahlenbündeln, die durch Richten eines der polarisierten Strahlenbündel und des von dem anderen polarisierten Strahlenbündel abgespaltenen Strahlenbündels auf das erste Beugungsgitter (306) erhalten werden, wobei das zweite Interferenzsignal erzeugt wird, aufweisen und daß Mittel zum Erfassen einer Phasendifferenz zwischen dem ersten Referenzinterferenzsignal und dem ersten Interferenzsignal, Mittel zum Erfassen einer Phasendifferenz zwischen dem zweiten Referenzinterferenzsignal und dem zweiten Interferenzsignal und Mittel zum Messen und/oder Einstellen (390) eines Zwischenraums zwischen dem ersten und zweiten Gegenstand (309, 308) in Übereinstimmung mit den Phasendifferenzen vorgesehen sind.
Mittel zum Aufspalten (311) eines der polarisierten Strahlenbündel vorgesehen sind und daß die Mittel zur Erzeugung des Referenzüberlagerungssignals Mittel zum Zusammensetzen von gebeugten Strahlenbündeln, die durch Richten des ersten und zweiten polarisierten Strahlenbündels auf das zweite Beugungsgitter (307) zum Hervorrufen der optischen Überlagerungsinterferenz erhalten werden, wobei das erste Referenzinterferenzsignal erzeugt wird und
Mittel zum Zusammensetzen von gebeugten Strahlenbündeln, die durch Richten eines der polarisierten Strahlenbündel und des von dem anderen polarisierten Strahlenbündel abgespaltenen Strahlenbündels auf das zweite Beugungsgitter (307) zum Hervorrufen der optischen Überlagerungsinterferenz, wobei das zweite Referenzinterferenzsignal erzeugt wird, aufweisen und daß die Mittel zum Erzeugen des ersten Interferenzsignals Mittel zum Zusammensetzen von gebeugten Strahlenbündeln, die durch Richten des ersten und zweiten polarisierten Strahlenbündels auf das erste Beugungsgitter zum Hervorrufen der optischen Überlagerungsinterferenz erhalten werden, wobei das erste Interferenzsignal erzeugt wird und weiterhin Mittel zum Zusammensetzen von gebeugten Strahlenbündeln, die durch Richten eines der polarisierten Strahlenbündel und des von dem anderen polarisierten Strahlenbündel abgespaltenen Strahlenbündels auf das erste Beugungsgitter (306) erhalten werden, wobei das zweite Interferenzsignal erzeugt wird, aufweisen und daß Mittel zum Erfassen einer Phasendifferenz zwischen dem ersten Referenzinterferenzsignal und dem ersten Interferenzsignal, Mittel zum Erfassen einer Phasendifferenz zwischen dem zweiten Referenzinterferenzsignal und dem zweiten Interferenzsignal und Mittel zum Messen und/oder Einstellen (390) eines Zwischenraums zwischen dem ersten und zweiten Gegenstand (309, 308) in Übereinstimmung mit den Phasendifferenzen vorgesehen sind.
22. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mittel zum Richten der
zwei von der Laserquelle (201) gelieferten
monochromatischen Strahlenbündel senkrecht
auf die Beugungsgitter (306, 307) und die
Mittel zum Erzeugen des ersten Interferenzsignals
Mittel zum Sammeln mindestens zweier
von den Beugungsgittern in unterschiedliche
Richtungen gebeugten Strahlenbündeln
aufweisen.
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61104186A JPH0749926B2 (ja) | 1986-05-07 | 1986-05-07 | 位置合わせ方法および位置合わせ装置 |
JP61118644A JPH0799325B2 (ja) | 1986-05-23 | 1986-05-23 | 微小変位測定方法および微小変位測定装置 |
JP18134586A JPH0660808B2 (ja) | 1986-08-01 | 1986-08-01 | 微小変位測定方法および微小変位測定装置 |
JP62004132A JPH0663739B2 (ja) | 1987-01-13 | 1987-01-13 | 回折格子による位置検出方法および位置検出装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3715864A1 true DE3715864A1 (de) | 1987-11-12 |
DE3715864C2 DE3715864C2 (de) | 1995-04-27 |
Family
ID=27454018
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE3715864A Expired - Lifetime DE3715864C2 (de) | 1986-05-07 | 1987-05-07 | Verfahren und Vorrichtung zum Erfassen/Einstellen einer Verschiebung |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5000573A (de) |
DE (1) | DE3715864C2 (de) |
FR (1) | FR2598797B1 (de) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4895447A (en) * | 1987-10-30 | 1990-01-23 | International Business Machines Corporation | Phase-sensitive interferometric mask-wafer alignment |
DE4031637A1 (de) * | 1989-10-06 | 1991-04-18 | Toshiba Kawasaki Kk | Verfahren und vorrichtung zum messen einer verschiebung zwischen zwei objekten sowie eines spaltabstands zwischen den beiden objekten |
DE4006365A1 (de) * | 1990-03-01 | 1991-10-17 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Positionsmesseinrichtung |
DE102005047162B4 (de) * | 2004-10-07 | 2008-04-10 | Samsung Electronics Co., Ltd., Suwon | Interferometersysteme zur Messung von Verlagerungen und diese Systeme benutzende Belichtungssysteme |
DE102013006478A1 (de) * | 2013-04-13 | 2014-10-16 | Maul-Theet GmbH | Tragvorrichtung für ein Interferometer, Messvorrichtung mit einem Interferometer und einer solchen Tragvorrichtung und Verwendung einer solchen Tragvorrichtung |
TWI471535B (zh) * | 2010-03-30 | 2015-02-01 | Zygo Corp | 用來判斷關於沿著編碼器刻度之自由度改變的資訊的方法、編碼器系統、光刻系統、光刻方法 |
Families Citing this family (36)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0323242A3 (de) * | 1987-12-28 | 1989-10-18 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Verfahren und Vorrichtung zum Ausrichten von zwei Objekten, und Verfahren und Vorrichtung zum Einstellen eines gewünschten Spaltes zwischen zwei Objekten |
EP0329433A3 (de) * | 1988-02-16 | 1989-10-25 | Canon Kabushiki Kaisha | Verfahren und Vorrichtung zur Feststellung der Lage |
US5325176A (en) * | 1988-02-16 | 1994-06-28 | Canon Kabushiki Kaisha | Position detecting method and apparatus including Fraunhofer diffraction detector |
US5141317A (en) * | 1988-06-22 | 1992-08-25 | Robert Bosch Gmbh | Method of optoelectronically measuring distances and angles |
US5235408A (en) * | 1988-09-05 | 1993-08-10 | Canon Kabushiki Kaisha | Position detecting method and apparatus |
US5489986A (en) * | 1989-02-28 | 1996-02-06 | Nikon Corporation | Position detecting apparatus |
US5171999A (en) * | 1989-02-28 | 1992-12-15 | Nikon Corporation | Adjustable beam and interference fringe position |
DE69013790T2 (de) * | 1989-08-04 | 1995-05-04 | Canon K.K., Tokio/Tokyo | Verfahren und Vorrichtung zur Positionsbestimmung. |
US5182610A (en) * | 1990-04-19 | 1993-01-26 | Sortec Corporation | Position detecting method and device therefor as well as aligning device |
JPH0590126A (ja) * | 1991-09-27 | 1993-04-09 | Canon Inc | 位置検出装置 |
JP3187093B2 (ja) * | 1991-09-27 | 2001-07-11 | キヤノン株式会社 | 位置ずれ測定装置 |
CA2078732A1 (en) * | 1991-09-27 | 1993-03-28 | Koichi Sentoku | Displacement measuring device and displacement measuring method |
EP0539757B1 (de) * | 1991-10-03 | 1998-01-07 | Canon Kabushiki Kaisha | Optische Kodiereinrichtung |
EP0536655B1 (de) * | 1991-10-03 | 1996-05-29 | Canon Kabushiki Kaisha | Messverfahren und Messgerät |
US5689339A (en) * | 1991-10-23 | 1997-11-18 | Nikon Corporation | Alignment apparatus |
US5585923A (en) * | 1992-11-14 | 1996-12-17 | Canon Kabushiki Kaisha | Method and apparatus for measuring positional deviation while correcting an error on the basis of the error detection by an error detecting means |
US5432603A (en) * | 1992-11-20 | 1995-07-11 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical heterodyne interference measuring apparatus and method, and exposing apparatus and device manufacturing method using the same, in which a phase difference between beat signals is detected |
JP2821073B2 (ja) * | 1992-12-18 | 1998-11-05 | 松下電器産業株式会社 | ギャップ制御装置及びギャップ制御方法 |
US5808742A (en) * | 1995-05-31 | 1998-09-15 | Massachusetts Institute Of Technology | Optical alignment apparatus having multiple parallel alignment marks |
JP4065468B2 (ja) * | 1998-06-30 | 2008-03-26 | キヤノン株式会社 | 露光装置及びこれを用いたデバイスの製造方法 |
US6144118A (en) * | 1998-09-18 | 2000-11-07 | General Scanning, Inc. | High-speed precision positioning apparatus |
EP1309849A2 (de) * | 2000-08-10 | 2003-05-14 | Therma-Wave, Inc. | Verfahren zur interpolation in einer datenbasis zur optischen messung von diffraktiven mikrostrukturen |
US7009704B1 (en) * | 2000-10-26 | 2006-03-07 | Kla-Tencor Technologies Corporation | Overlay error detection |
KR100464854B1 (ko) * | 2002-06-26 | 2005-01-06 | 삼성전자주식회사 | 반도체 기판의 정렬 방법 및 정렬 장치 |
JP2006165371A (ja) * | 2004-12-09 | 2006-06-22 | Canon Inc | 転写装置およびデバイス製造方法 |
US20080123105A1 (en) * | 2005-01-17 | 2008-05-29 | Kouji Seki | Segmented Grating Alignment Device |
US7248351B2 (en) * | 2005-02-25 | 2007-07-24 | Infineon Technologies Ag | Optimizing light path uniformity in inspection systems |
CN1991297B (zh) * | 2005-12-31 | 2010-05-05 | 财团法人工业技术研究院 | 准共光程外差干涉位移测量*** |
US8041533B2 (en) * | 2008-05-09 | 2011-10-18 | Delta Design, Inc. | IC device-in-pocket detection with angular mounted lasers and a camera |
JP5849103B2 (ja) | 2011-02-01 | 2016-01-27 | ザイゴ コーポレーションZygo Corporation | 干渉ヘテロダイン光学エンコーダシステム |
US9888954B2 (en) | 2012-08-10 | 2018-02-13 | Cook Medical Technologies Llc | Plasma resection electrode |
KR20180096741A (ko) | 2015-12-23 | 2018-08-29 | 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이. | 리소그래피 장치 및 측정 수행 방법 |
CN106931887B (zh) * | 2015-12-30 | 2019-11-26 | 上海微电子装备(集团)股份有限公司 | 双频光栅测量装置 |
WO2018026695A1 (en) * | 2016-08-01 | 2018-02-08 | Delta Design, Inc. | Light line imager-based ic tray pocket detection system |
WO2018156702A1 (en) * | 2017-02-23 | 2018-08-30 | Nikon Corporation | Measurement of a change in a geometrical characteristic and/or position of a workpiece |
CN110794560B (zh) * | 2018-08-01 | 2021-07-06 | 睿励科学仪器(上海)有限公司 | 用于扫描显微成像***的动态准直方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2715052B1 (de) * | 1977-02-02 | 1978-05-24 | Marconi Co Ltd | Laengenmessvorrichtung |
JPS57207805A (en) * | 1981-06-17 | 1982-12-20 | Hitachi Ltd | Displacement measuring device |
DE3702203A1 (de) * | 1986-01-27 | 1987-07-30 | Agency Ind Science Techn | Verfahren zum messen von relativbewegungen |
JPH0698302A (ja) * | 1992-09-10 | 1994-04-08 | Toshiba Lighting & Technol Corp | 文字放送受信装置 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4265542A (en) * | 1977-11-04 | 1981-05-05 | Computervision Corporation | Apparatus and method for fine alignment of a photomask to a semiconductor wafer |
US4656347A (en) * | 1984-01-30 | 1987-04-07 | Nippon Telegraph & Telephone Public Corporation | Diffraction grating position adjuster using a grating and a reflector |
US4710026A (en) * | 1985-03-22 | 1987-12-01 | Nippon Kogaku K. K. | Position detection apparatus |
-
1987
- 1987-05-06 FR FR878706393A patent/FR2598797B1/fr not_active Expired - Lifetime
- 1987-05-07 DE DE3715864A patent/DE3715864C2/de not_active Expired - Lifetime
-
1990
- 1990-03-12 US US07/492,259 patent/US5000573A/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2715052B1 (de) * | 1977-02-02 | 1978-05-24 | Marconi Co Ltd | Laengenmessvorrichtung |
JPS57207805A (en) * | 1981-06-17 | 1982-12-20 | Hitachi Ltd | Displacement measuring device |
DE3702203A1 (de) * | 1986-01-27 | 1987-07-30 | Agency Ind Science Techn | Verfahren zum messen von relativbewegungen |
JPH0698302A (ja) * | 1992-09-10 | 1994-04-08 | Toshiba Lighting & Technol Corp | 文字放送受信装置 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Dorenwendt, K., Probst, R.: Hochauflösende Interferometrie mit Zweifrequenzlasern, In: PTB-Mitteilungen 90 5/80, S. 359-362 * |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4895447A (en) * | 1987-10-30 | 1990-01-23 | International Business Machines Corporation | Phase-sensitive interferometric mask-wafer alignment |
DE4031637A1 (de) * | 1989-10-06 | 1991-04-18 | Toshiba Kawasaki Kk | Verfahren und vorrichtung zum messen einer verschiebung zwischen zwei objekten sowie eines spaltabstands zwischen den beiden objekten |
US5151754A (en) * | 1989-10-06 | 1992-09-29 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method and an apparatus for measuring a displacement between two objects and a method and an apparatus for measuring a gap distance between two objects |
DE4006365A1 (de) * | 1990-03-01 | 1991-10-17 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Positionsmesseinrichtung |
US5206704A (en) * | 1990-03-01 | 1993-04-27 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Position measuring apparatus and method of use thereof |
DE102005047162B4 (de) * | 2004-10-07 | 2008-04-10 | Samsung Electronics Co., Ltd., Suwon | Interferometersysteme zur Messung von Verlagerungen und diese Systeme benutzende Belichtungssysteme |
US7433048B2 (en) | 2004-10-07 | 2008-10-07 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Interferometer systems for measuring displacement and exposure systems using the same |
TWI471535B (zh) * | 2010-03-30 | 2015-02-01 | Zygo Corp | 用來判斷關於沿著編碼器刻度之自由度改變的資訊的方法、編碼器系統、光刻系統、光刻方法 |
DE102013006478A1 (de) * | 2013-04-13 | 2014-10-16 | Maul-Theet GmbH | Tragvorrichtung für ein Interferometer, Messvorrichtung mit einem Interferometer und einer solchen Tragvorrichtung und Verwendung einer solchen Tragvorrichtung |
DE102013006478B4 (de) * | 2013-04-13 | 2014-11-06 | Maul-Theet GmbH | Tragvorrichtung für ein Interferometer, Messvorrichtung mit einem Interferometer und einer solchen Tragvorrichtung und Verwendung einer solchen Tragvorrichtung |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2598797A1 (fr) | 1987-11-20 |
US5000573A (en) | 1991-03-19 |
DE3715864C2 (de) | 1995-04-27 |
FR2598797B1 (fr) | 1990-05-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE3715864C2 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Erfassen/Einstellen einer Verschiebung | |
DE69130783T2 (de) | Vorrichtung zur Projecktion eines Maskenmusters auf ein Substrat | |
DE69225858T2 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Messung von Lageabweichungen von mehreren auf einem Objekt aufgebrachten Beugungsgittern | |
DE3780838T2 (de) | Verfahren fuer die ausrichtung eines ersten und eines zweiten objektes, sowie vorrichtung fuer die verwendung. | |
DE3587921T2 (de) | Verfahren für die gegenseitige Ausrichtung zweier Objekte mittels eines Beugungsgitters, sowie die Steuervorrichtung dafür. | |
EP0011708B1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Ebenheit, der Rauhigkeit oder des Krümmungsradius einer Messfläche | |
DE3702203C2 (de) | Verfahren zum Messen von Relativbewegungen | |
DE3788158T2 (de) | Vorrichtung für die Erkennung von Vergrösserungsfehlern in einem optischen Abbildungssystem. | |
DE3003533C2 (de) | Vorrichtung zur Bestimmung der gegenseitigen Lagebeziehung zwischen zwei Prüflingen | |
DE60319462T2 (de) | Lithographischer Apparat und Verfahren zur Herstellung eines Artikels | |
DE69524298T2 (de) | Apparat und Verfahren zum Messen einer Verschiebung | |
DE2651430C3 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Ausrichten eines Maskenmusters in bezug auf ein Substrat | |
DE69012874T2 (de) | Gerät zur Projektion eines Maskenmusters auf ein Substrat. | |
DE4201511B4 (de) | Positionsdetektor und Verfahren zur Positionsmessung | |
DE69027738T2 (de) | Projektions- und wiedergabeschaltung sowie projektions- und wiedergabeverfahren | |
DE3853246T2 (de) | Vorrichtung zur Kontrolle des Lageverhältnisses zwischen einer Photomaske und einem Plättchen. | |
DE10320658B4 (de) | Polarisationszustandserfassungssystem, Lichtquelle und Belichtungsgerät | |
DE69827608T2 (de) | Ausrichtungsvorrichtung und lithographischer apparat mit einer solchen vorrichtung | |
DE3719539A1 (de) | Verfahren zum ausrichten eines ersten und eines zweiten objekts relativ zueinander und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens | |
DE4031637A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zum messen einer verschiebung zwischen zwei objekten sowie eines spaltabstands zwischen den beiden objekten | |
DE69223207T2 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Messung einer Verlagerung | |
DE102017110049A1 (de) | Verschiebungserkennungsvorrichtung | |
DE69214375T2 (de) | Kodierer und Antriebssystem | |
DE69207657T2 (de) | Optisches heterodynes Messverfahren und Einrichtung dafür | |
DE69428327T2 (de) | Verfahren und System zur Detektion einer Winkelabweichung unter Verwendung eines periodischen Musters |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition |