DE3715864A1

DE3715864A1 - Verfahren und vorrichtung zum messen und/oder einstellen einer relativen verschiebung von gegenstaenden

Info

Publication number: DE3715864A1
Application number: DE19873715864
Authority: DE
Inventors: Masanori Suzuki; Makoto Iki; Atsunobu Une
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1986-05-07
Filing date: 1987-05-07
Publication date: 1987-11-12
Anticipated expiration: 2007-05-08
Also published as: FR2598797A1; US5000573A; DE3715864C2; FR2598797B1

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)

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

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.