JP3405480B2 - 回折格子を用いた位置合わせ方法及び位置合わせ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マスクパタンをウエハ
上に焼き付けてＬＳＩ等を製造するための露光装置や、
パタン位置を計測するパタン評価装置に応用して好適な
光ヘテロダイン干渉法による位置合わせ方法、及びその
実施に使用される位置合わせ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体ＩＣやＬＳＩパタンの微細化に伴
い、マスクパタンをウエハ上に露光転写する装置では、
マスクとウエハとを互いに高精度に位置合わせすること
が要求されている。光ヘテロダイン干渉法は、わずかに
周波数の異なる２つのレーザー光を干渉させてヘテロダ
イン信号を得、基準となるヘテロダイン信号（参照信
号）と測定したヘテロダイン信号間の位相差を求め、マ
スクとウエハの位置合わせや位置検出を行っている。こ
のような光ヘテロダイン干渉法を利用して微小変位測
定、あるいは精密な位置合わせを行う装置として、Ｘ線
露光装置に応用したものが特開昭６２−２６１００３号
公報にて提案されている。

【０００３】図５はこの光ヘテロダイン干渉法を利用し
た従来の位置合わせ装置のブロック図である。１は偏光
面が互いに直交し周波数がわずかに異なる（例えば、数
１００ｋＨｚ）２周波光を発する横ゼーマン効果形２周
波直交偏光レーザー光源、２、５〜７はミラー、３は円
筒レンズ、４は円筒レンズ３を通過した２周波光を分離
する偏光ビームスプリッター、８はプリズム状ミラー、
１０、１４は得られた回折光の偏光面を同一方向に揃え
る偏光板、１１、１５は集光レンズ、１２、１６は回折
光を検出してビート信号を得る光電検出器である。

【０００４】また、１７は光電検出器１２、１６で得ら
れたビート信号の位相差に基づいて後述する移動機構に
制御信号を出力し、マスクとウエハの位置合わせを行わ
せる信号処理制御部、３０はマスク、３１はウエハ、３
２はマスク３０に形成された回折格子、３３はマスク３
０に設けられた窓、３４はウエハ３１に形成された回折
格子、３５はマスクステージ、３６はウエハステージで
ある。窓３３はマスク３０に設けられた開口部であり、
この窓３３を通して回折格子３４に対して入射光が直接
入射でき、かつその回折格子３４からの回折光が直接取
り出せるようになっている。また、マスクステージ３
５、及びウエハステージ３６はマスク３０、及びウエハ
３１を相対的に動かす移動機構を構成している。

【０００５】次に、このような位置合わせ装置の動作を
説明する。光源１から発した２周波光は、ミラー２、円
筒レンズ３を通って楕円状のビームとなり、そのビーム
は偏光ビームスプリッター４により、偏光面が水平成分
のみを有する光と、この光とは周波数がわずかに異なる
偏光面が垂直成分のみを有する光とに分離される。分離
されたこれらの光は、それぞれミラー５、６を介して所
定の入射角で回折格子３２、３４に入射する。このよう
な照射の結果、回折格子３２から得られる回折光、窓３
３を通して回折格子３４から得られる回折光は、ミラー
７を介してプリズム状ミラー８に導かれ、ミラー８によ
って分離される。

【０００６】回折格子３２から得られた回折光は、偏光
板１０、集光レンズ１１を介して光電検出器１２に導か
れ、回折格子３４から得られた回折光は、偏光板１４、
集光レンズ１５を介して光電検出器１６に導かれる。信
号処理制御部１７は、光電検出器１２、１６で得られた
２つのビート信号のいずれか一方を基準ビート信号とし
て、両ビート信号の位相差を検出し、その位相差が０°
になるようにマスクステージ３５、又はウエハステージ
３６を相対移動させ、マスク面上のパタンがウエハ面上
の所定の位置に精度よく重なって露光できるようにマス
ク３０とウエハ３１との間の精密な位置合わせを行う。

【０００７】ところで、このような位置合わせ装置で
は、ある条件において信号強度が極端に低くなり、位置
検出精度が低下するという現象が発生する。図６は回折
格子の段差（溝の深さ）に対する１次回折光の強度変化
を示す図であり、図６（ａ）は回折格子にレジストが塗
布されていない場合、図６（ｂ）はレジストが塗布され
ている場合（屈折率１．６５）である。

【０００８】このような強度変化は、レーザー光の干渉
性が極めて高く、回折格子の形状やレジスト等の透明膜
に対して干渉を起こしてしまうためであり、回折格子の
段差やレジストの有り無しによって強度が大きく変化
し、周期的に信号強度が低くなることが分かる。半導体
デバイス工程では、プロセスが複雑であり、この干渉効
果を抑制することは実用上非常に困難であり、プロセス
によってアライメント精度が大きく左右されることにな
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の位置合わせ装置
は以上のようにして位置合わせを行っていたが、回折格
子における段差等のマーク形状やレジスト膜厚等のプロ
セス条件によって信号強度が変化し、アライメント精度
が大きく左右されるという問題点があった。本発明は、
上記課題を解決するためになされたもので、位置検出の
ための信号が回折格子における段差等のマーク形状やレ
ジスト膜厚等のプロセス条件に左右されない、非常に安
定で高精度な位置合わせ方法、及び位置合わせ装置を提
供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、２周波光を異
なる波長で複数発生し、第１、第２の回折格子に対し
て、前記複数の２周波光を異なる複数の入射角で入射さ
せ、第１の回折格子から得られた複数のヘテロダイン干
渉回折光を検出して複数の第１のビート信号を求めると
共に、第２の回折格子から得られた複数のヘテロダイン
干渉回折光を検出して複数の第２のビート信号を求め、
同一の２周波光による第１、第２のビート信号を１組と
して、複数組の第１、第２のビート信号から安定したビ
ート信号の組を選択し、選択した第１、第２のビート信
号の位相差に基づいて第１、第２の物体を相対的に動か
して位置合わせを行うものである。また、複数の単色光
から音響光学素子を用いて複数の２周波光を発生させる
ものである。

【００１１】また、第１、第２の物体を相対的に動かす
移動機構と、２周波光を異なる波長で複数発生する複数
の光源と、第１、第２の回折格子に対して、前記複数の
２周波光を異なる複数の入射角で入射させる複数の入射
角調整手段と、第１の回折格子から得られた複数のヘテ
ロダイン干渉回折光を検出して複数の第１のビート信号
を求めると共に、第２の回折格子から得られた複数のヘ
テロダイン干渉回折光を検出して複数の第２のビート信
号を求める検出手段と、同一の２周波光による第１、第
２のビート信号を１組として、複数組の第１、第２のビ
ート信号から安定したビート信号の組を選択し、選択し
た第１、第２のビート信号の位相差に基づいて移動機構
に制御信号を出力し、第１、第２の物体の位置合わせを
行わせる信号処理制御手段とを有するものである。ま
た、前記２周波光を発する光源の代わりに、異なる波長
の単色光を発生する複数の光源と、この光源から発せら
れた複数の単色光を周波数シフトさせて複数の２周波光
を生成し、この複数の２周波光を入射角調整手段に入射
させる音響光学素子とを有するものである。

【００１２】また、信号処理制御手段内に、異なる２周
波光によって得られたビート信号を分離するフィルター
を備えたものである。また、複数の２周波光のうち所望
の２周波光のみを第１、第２の回折格子に入射させる光
学シャッターを有するものである。また、入射角調整手
段の代わりに、複数の２周波光を第１、第２の回折格子
に対して所定の入射角で入射させる際に、入射する格子
ライン方向の傾き角を２周波光ごとに変えて入射させる
入射角調整手段を有するものである。

【００１３】

【作用】本発明によれば、第１、第２の回折格子に対し
て複数の２周波光を入射させ、各回折格子から得られる
複数のヘテロダイン干渉回折光を独立に検出して複数の
第１、第２のビート信号を求め、安定な第１、第２のビ
ート信号を選択的に用いて位置合わせを行う。また、複
数の単色光から音響光学素子を用いて複数の２周波光を
発生する。また、入射角調整手段が光源から発せられた
複数の２周波光を第１、第２の回折格子に入射させ、検
出手段が各回折格子から得られる複数のヘテロダイン干
渉回折光を独立に検出して複数の第１、第２のビート信
号を求め、信号処理制御手段が安定な第１、第２のビー
ト信号を選択してこのビート信号の位相差に基づいて移
動機構に制御信号を出力し、第１、第２の物体の位置合
わせを行わせる。

【００１４】また、光源から発せられた複数の単色光を
音響光学素子が周波数シフトさせて複数の２周波光を生
成する。また、信号処理制御手段内のフィルターが異な
る２周波光によって得られたビート信号を分離する。ま
た、光学シャッターが複数の２周波光のうち所望の２周
波光のみを第１、第２の回折格子に入射させる。また、
入射角調整手段が入射する格子ライン方向の傾き角を２
周波光ごとに変えて第１、第２の回折格子に入射させ
る。

【００１５】

【実施例】図１は本発明の１実施例を示す位置合わせ装
置のブロック図、図２は図１の一部を拡大した拡大図で
あり、図５と同一の部分には同一の符号を付してある。
１ａ、１ｂは横ゼーマン効果形２周波直交偏光レーザー
光源、２ａ、２ｂはミラー、３ａ、３ｂは円筒レンズ、
４ａ、４ｂは偏光ビームスプリッター、５ａ、５ｂ、６
ａ、６ｂは入射角調整手段である角度調整自在なミラ
ー、９、１３は異なる２周波光から得られた回折光を分
離する空間フィルターである誘電体多層膜ミラー、１０
ａ、１０ｂ、１４ａ、１４ｂは偏光板、１１ａ、１１
ｂ、１５ａ、１５ｂは集光レンズ、１２ａ、１２ｂ、１
６ａ、１６ｂは光電検出器である。

【００１６】また、１７ａは信号処理制御手段となる信
号処理制御部であり、光電検出器１２ａ、１２ｂ、１６
ａ、１６ｂで得られたビート信号中から安定したビート
信号を選択し、選択したビート信号に基づいて移動機構
であるマスクステージ３５、ウエハステージ３６に制御
信号を出力し、第１の物体であるマスク３０と第２の物
体であるウエハ３１の位置合わせを行わせる。そして、
ミラー７、プリズム状ミラー８、誘電体多層膜ミラー
９、１３、偏光板１０ａ、１０ｂ、１４ａ、１４ｂ、集
光レンズ１１ａ、１１ｂ、１５ａ、１５ｂ、光電検出器
１２ａ、１２ｂ、１６ａ、１６ｂが検出手段を構成して
いる。

【００１７】レーザー光源１ａは偏光面が互いに直交し
周波数がわずかに異なる２周波光（波長λａ１、λａ
２）を発し、同様にレーザー光源１ｂは偏光面が互いに
直交し周波数がわずかに異なる２周波光（波長λｂ１、
λｂ２）を発する。この波長λａ（波長λａ１、λａ２
は殆ど同じ値なので、λａ１、λａ２を代表させるとき
は単にλａと記す）と波長λｂ（同様にλｂはλｂ１、
λｂ２を代表する）は、近接していない値、すなわち回
折光の強度変化特性が異なるものがよい。

【００１８】レーザー光源１ａ、１ｂから発した光は、
ミラー２ａ、２ｂ、円筒レンズ３ａ、３ｂを通って楕円
状のビームとなる。そして、円筒レンズ３ａを通過した
ビームは、図２のように偏光ビームスプリッター４ａに
より、偏光面が垂直成分のみを有する直線偏光で波長が
λａ１の光Ｒａ１と、偏光面が水平成分のみを有する直
線偏光で波長がλａ２の光Ｒａ２に分離される。同様
に、円筒レンズ３ｂを通過したビームは、偏光ビームス
プリッター４ｂにより、偏光面が水平成分のみを有する
波長がλｂ１の光Ｒｂ１と、偏光面が垂直成分のみを有
する波長がλｂ２の光Ｒｂ２に分離される。

【００１９】次に、このようにして分離された光Ｒａ
１、Ｒａ２、Ｒｂ１、Ｒｂ２は、それぞれミラー５ａ、
６ａ、５ｂ、６ｂの入射角調整によって所定の入射角で
回折格子３２、３４に入射する。

【００２０】図３（ａ）はこの入射の様子を示す図であ
り、図３（ｂ）は入射角を説明するために１方向（ｙ
軸）から入射の様子を見た図、図３（ｃ）は同じく１方
向（ｘ軸）から入射の様子を見た図である。なお、回折
格子３２、３４は実際には高さ方向（図３のｚ軸方向）
にずれているが、ここでは同一高さのｘｙ平面上に配置
する。また、図３（ａ）では入射光Ｒａ１、Ｒａ２の組
とＲｂ１、Ｒｂ２の組のうち１組のみを図示してある。

【００２１】第１、第２の回折格子３２、３４は、図３
（ａ）のように格子ラインが互いに平行になるように格
子ライン方向（ｙ軸方向）にずれて配置されており、か
つ入射する楕円ビームの同一ビームスポット４０内に入
るように配置されている。また、回折格子３２、３４の
回折格子ピッチは等しくなっている。このような回折格
子３２、３４から得られるｎ次の回折光を検出光に用い
る場合、回折格子への所定の入射角θは回折格子のピッ
チＰと入射レーザー光の波長λにより次式より求められ
る。

【００２２】 （ｎ×λ）／Ｐ＝ｓｉｎ（θ） ・・・・（１） ここで、本実施例では１次回折光を用いるとすると、ｎ
＝１より式（１）は次式となる。 λ／Ｐ＝ｓｉｎ（θ） ・・・・（２）

【００２３】したがって、式（２）により入射光Ｒａ
１、Ｒａ２、Ｒｂ１、Ｒｂ２の入射角をそれぞれθａ１
＝ｓｉｎ^-1（λａ１／Ｐ）、θａ２＝ｓｉｎ^-1（λａ２
／Ｐ）、θｂ１＝ｓｉｎ^-1（λｂ１／Ｐ）、θｂ２＝ｓ
ｉｎ^-1（λｂ２／Ｐ）に設定することにより、１次回折
光は同一方向、すなわちｚ方向に出射する。

【００２４】こうして、図３（ａ）のように回折格子３
２から得られるヘテロダイン干渉回折光Ｌ１、及び回折
格子３４から得られるヘテロダイン干渉回折光Ｌ２は、
ミラー７を介してプリズム状ミラー８に導かれ分離され
る。つまり、回折光Ｌ１はミラー８によって誘電体多層
膜ミラー９に導かれ、回折光Ｌ２は誘電体多層膜ミラー
１３に導かれる。

【００２５】次に、回折光Ｌ１、Ｌ２は、波長λａの２
周波光によって得られた回折光と波長λｂの２周波光に
よって得られた回折光をそれぞれ含むので、波長λａの
光を透過させると共に波長λｂの光を反射する誘電体多
層膜ミラー９、１３によってこれらを分離する。よっ
て、回折光Ｌ１は、ミラー９によって波長λａとλｂの
光に分離され、波長λａの光は偏光板１０ａに導かれ、
波長λｂの光は偏光板１０ｂに導かれる。同様に、回折
光Ｌ２はミラー１３によって分離され、波長λａの光は
偏光板１４ａに導かれ、波長λｂの光は偏光板１４ｂに
導かれる。

【００２６】波長λａの回折光は、波長λａ１、λａ２
を有する２波長光（２周波光）であり、これらは偏光面
が互いに直交しているため、偏光板１０ａ、１４ａはこ
れらの偏光面を同一方向に揃える。同様に、偏光板１０
ｂ、１４ｂは波長λｂの回折光の偏光面を同一方向に揃
える。そして、偏光板１０ａ、１０ｂ、１４ａ、１４ｂ
を通過した回折光は、それぞれ集光レンズ１１ａ、１１
ｂ、１５ａ、１５ｂを介して光電検出器１２ａ、１２
ｂ、１６ａ、１６ｂに導かれる。

【００２７】こうして、第１の回折格子３２からの波長
λａの回折光による第１のビート信号が光電検出器１２
ａで得られ、同様に回折格子３２からの波長λｂの回折
光による第１のビート信号が光電検出器１２ｂ、第２の
回折格子３４からの波長λａの回折光による第２のビー
ト信号が光電検出器１６ａ、回折格子３４からの波長λ
ｂの回折光による第２のビート信号が光電検出器１６ｂ
で得られる。

【００２８】次いで、信号処理制御部１７ａは、得られ
たビート信号から最も安定な（信号強度の強い、あるい
はＳ／Ｎ比のよい）信号を選択する。通常、マスク３０
上の回折格子３２から得られる第１のビート信号は安定
しており、ウエハ３１上の回折格子３４から得られる第
２のビート信号の方がウエハ３１上で様々なプロセス工
程が行われることから不安定なので、より条件の悪い第
２のビート信号を比較して信号を選択する。

【００２９】よって、信号処理制御部１７ａは、光電検
出器１６ａ、１６ｂで得られた第２のビート信号を比較
し、安定な信号の方を選択する。これは、強度特性が良
好な回折光によるビート信号を選択することを意味し、
入射光の波長λａ又はλｂのうち良好な回折光が得られ
る波長を選択することに相当する。そして、選択した第
２のビート信号と組になる第１のビート信号、すなわち
この第２のビート信号と同一の波長で得られた第１のビ
ート信号を選び出す。

【００３０】信号処理制御部１７ａは、こうして選択し
た波長λａ又はλｂについて、マスク３０側から得られ
た第１のビート信号とウエハ３１側から得られた第２の
ビート信号のうち、いずれか一方を基準ビート信号とし
て両ビート信号の位相差を検出し、位相差が所定の値に
なるようにマスクステージ３５、又はウエハステージ３
６を相対移動させ、マスク３０とウエハ３１の位置合わ
せを行う。

【００３１】以上のように、複数の２周波光を用いて複
数のヘテロダイン干渉回折光を検出し、これらによるビ
ート信号を比較して良好な方の回折光のビート信号に基
づき位置合わせを行うので、プロセス条件等に左右され
ない安定で高精度な位置合わせを実現できる。

【００３２】図４は本発明の他の実施例を示す位置合わ
せ装置のブロック図であり、図１と同一の部分には同一
の符号を付してある。１ｃ、１ｄは単色光を発するレー
ザー光源、４ｃ、４ｄは円筒レンズ３ａ、３ｂを通過し
た光を分割するビームスプリッター、２１ａ、２１ｂ、
２４ａ、２４ｂはミラー、２２ａ、２２ｂ、２５ａ、２
５ｂは単色光を周波数シフトさせる音響光学素子、２３
ａ、２３ｂ、２６ａ、２６ｂは入射角調整手段である角
度調整自在なミラー、２７は駆動信号を出力して音響光
学素子２２ａ、２２ｂ、２５ａ、２５ｂを制御する音響
光学素子駆動部である。

【００３３】レーザー光源１ｃ、１ｄは、それぞれ中心
波長λｃ、λｄの単色光を発する。ミラー２ａ、２ｂ、
円筒レンズ３ａ、３ｂを通って楕円ビームとなったレー
ザー光は、ビームスプリッター４ｃ、４ｂによって２つ
のビームに分割される。そして、波長λｃのレーザー光
はミラー２１ａ、２４ａを介して音響光学素子２２ａ、
２５ａに入射し、波長λｄのレーザー光はミラー２１
ｂ、２４ｂを介して音響光学素子２２ｂ、２５ｂに入射
する。

【００３４】次に、音響光学素子２２ａ、２５ａに入射
した波長λｃの光は、互いにわずかに異なる周波数ｆ
１、ｆ２だけ周波数シフトされ、同様に音響光学素子２
２ｂ、２５ｂに入射した波長λｄの光は、互いにわずか
に異なる周波数ｆ３、ｆ４だけ周波数シフトされる。

【００３５】このような周波数シフトにより、図１の例
のレーザー光Ｒａ１、Ｒａ２に相当する２周波光が音響
光学素子２２ａ、２５ａによって得られ、レーザー光Ｒ
ｂ１、Ｒｂ２に相当する２周波光が音響光学素子２２
ｂ、２５ｂによって得られたことになる。そして、これ
らの２周波光は、入射角調整手段であるミラー２３ａ、
２６ａ、２３ｂ、２６ｂを介して図１の例と同様の所定
の入射角で回折格子３２、３４に入射する。

【００３６】ヘテロダイン干渉回折光を検出する検出手
段の動作は図１の例と同様であり、これにより回折格子
３２からの波長λｃ、λｄの回折光によるビート信号が
それぞれ光電検出器１２ａ、１２ｂで得られ、回折格子
３４からの波長λｃ、λｄの回折光によるビート信号が
それぞれ光電検出器１６ａ、１６ｂで得られる。

【００３７】そして、信号処理制御部１７ａは、図１の
例と同様に選択した波長λｃ又はλｄについて、選択し
た第１のビート信号と第２のビート信号の位相差に基づ
いてマスクステージ３５、又はウエハステージ３６を相
対移動させ、マスク３０とウエハ３１の位置合わせを行
う。こうして、図１の例と同様の効果を得ることができ
る。

【００３８】なお、本実施例では、波長λｃの回折光か
ら得られるビート信号のビート周波数が｜ｆ１−ｆ２
｜、波長λｄの回折光から得られるビート信号のビート
周波数が｜ｆ３−ｆ４｜となるが、波長λｄのレーザー
光も音響光学素子２２ｂ、２５ｂによって周波数ｆ１、
ｆ２だけ周波数シフトさせ、得られるビート周波数が｜
ｆ１−ｆ２｜となるようにしてもよい。

【００３９】また、図１、４の実施例では、異なる２周
波光によって得られたヘテロダイン干渉回折光を誘電体
多層膜ミラー９、１３で分離しているが、得られたビー
ト信号を信号処理制御部１７ａで分離すれば、誘電体多
層膜ミラー９、１３を不要にすることができる。

【００４０】つまり、図１の例において、光源１ａから
発せられる波長λａの２周波光の周波数差と、光源１ｂ
から発せられる波長λｂの２周波光の周波数差とを変え
ておけば、ビート信号のビート周波数も波長λａとλｂ
で異なるので、電気的なフィルターを信号処理制御部１
７ａ内に設けることにより、異なる２周波光によって得
られた回折光のビート信号を分離することができる。

【００４１】これにより、回折光を分離する必要がなく
なり、光電検出器１２ａ、１６ａで異なる２周波光によ
る回折光を一緒に検出すればよいので、誘電体多層膜ミ
ラー９、１３、偏光板１０ｂ、１４ｂ、集光レンズ１１
ｂ、１５ｂ、光電検出器１２ｂ、１６ｂを不要とするこ
とができ、検出手段を簡略化できる。また、図４の例に
おいても、波長λｃによって得られた回折光のビート信
号の周波数が｜ｆ１−ｆ２｜で、波長λｄによって得ら
れた回折光のビート信号の周波数が｜ｆ３−ｆ４｜と異
なるので、電気的なフィルターにより、同様の動作を実
現できる。

【００４２】また、回折格子３２、３４に対して所望の
２周波光のみを入射させることにより、同様に検出手段
を簡略化することもできる。すなわち、図１の例におい
て、レーザー光源１ａ〜回折格子３２、３４までの光
路、及びレーザー光源１ｂ〜回折格子３２、３４までの
光路上に光学シャッターを設け、波長λａ、λｂのいず
れかの２周波光のみを回折格子３２、３４に入射させ
る。そして、入射させる２周波光を順次切り替えること
により、波長λａの回折光のビート信号と波長λｂの回
折光のビート信号が順次得られるので、これらを比較し
て安定な方を選択するようにすればよい。

【００４３】これにより、光電検出器１２ａ、１６ａで
単一の２周波光による回折光を検出すればよいので、上
記と同様に検出手段を簡略化できる。図４の例において
も、レーザー光源１ｃ〜回折格子３２、３４までの光
路、及びレーザー光源１ｄ〜回折格子３２、３４までの
光路上に光学シャッターを設けることにより同様の動作
を実現できる。

【００４４】また、図４の例では、音響光学素子駆動部
２７からの駆動信号を切替えて、所望のヘテロダイン干
渉回折光のみを取り出すことにより、同様に検出手段を
簡略化することもできる。すなわち、波長λｃの回折光
を検出する場合には、音響光学素子駆動部２７から音響
光学素子２２ａ、２５ａに駆動信号を出力して周波数を
ｆ１、ｆ２だけシフトさせ、音響光学素子２２ｂ、２５
ｂには駆動信号を出力せず周波数シフトを行わせないよ
うにする。これにより、光電検出器１２ａ、１６ａでは
波長λｃの回折光によるビート信号のみが得られる。

【００４５】同様に、波長λｄの回折光を検出する場合
には、音響光学素子２２ｂ、２５ｂに駆動信号を出力し
て周波数をｆ３、ｆ４だけシフトさせ、音響光学素子２
２ａ、２５ａには駆動信号を出力しないようにする。こ
れにより、光電検出器１２ａ、１６ａでは波長λｄの回
折光によるビート信号のみが得られる。

【００４６】このように、駆動信号を順次切り替えるこ
とにより、波長λｃの回折光のビート信号と波長λｄの
回折光のビート信号が順次得られるので、これらを比較
して安定な方を選択するようにすればよい。こうして、
光電検出器１２ａ、１６ａで単一の２周波光による回折
光を検出すればよいので、上記と同様に検出手段を簡略
化できる。

【００４７】また、図１、４の例の２周波光は、図３
（ｃ）のようにｚｙ平面に関してはｚ軸の方向からのみ
入射するようになっている。すなわち、入射光の格子ラ
イン方向（ｙ方向又はその逆方向）の傾き角は０であ
る。これにより、異なる２周波光によって得られる回折
光は、全てｚ方向に出射するようになっている。

【００４８】ここで、２周波光Ｒが入射する格子ライン
方向の傾きを図３（ｃ）の破線のようにｙ方向に傾けれ
ば、その回折光Ｌは図示のように出射する。したがっ
て、入射する格子ライン方向の傾き角を２周波光ごとに
変えてやれば、ヘテロダイン干渉回折光が出射する方向
が変わり、異なる２周波光の分離が容易となる。

【００４９】よって、例えばミラー７、プリズム状ミラ
ー８をそれぞれ２つ設け、上記のように出射方向が異な
る各回折光を２つのミラー７でそれぞれ受け、これを２
つのプリズム状ミラー８にそれぞれ入射させ、各プリズ
ム状ミラー８によって回折格子３２から得られた回折光
と回折格子３４から得られた回折光に分離し、分離した
光を図１、４の例と同様に光電検出器１２ａ、１２ｂ、
１６ａ、１６ｂで検出するようにすれば、異なる２周波
光によって得られたヘテロダイン干渉回折光を誘電体多
層膜ミラー９、１３を用いて分離する必要がなくなる。

【００５０】

【発明の効果】本発明によれば、第１、第２の回折格子
に複数の２周波光を入射させ、複数のヘテロダイン干渉
回折光を検出して複数の第１、第２のビート信号を求
め、安定な第１、第２のビート信号を選択的に用いるの
で、位置検出のための信号が回折格子の段差等のマーク
形状やレジスト膜厚等のプロセス条件に左右されなくな
り、非常に安定で高精度な位置合わせを行うことができ
る。また、複数の単色光から音響光学素子を用いて複数
の２周波光を発生することにより、上記と同様の効果が
得られ、２周波光を容易に生成できる。

【００５１】また、移動機構、光源、入射角調整手段、
検出手段、及び信号処理制御手段から位置合わせ装置を
構成することにより、安定な第１、第２のビート信号を
選択的に用いて位置合わせを行うので、回折格子の段差
等のマーク形状やレジスト膜厚等のプロセス条件に左右
されない、安定で高精度な位置合わせを行える位置合わ
せ装置を実現できる。また、光源から発せられた複数の
単色光を音響光学素子が周波数シフトさせて複数の２周
波光を生成するので、上記と同様の効果が得られる位置
合わせ装置を実現でき、２周波光を発する光源を用いる
ことなく複数の２周波光を生成することができる。

【００５２】また、信号処理制御手段内にフィルターを
設けることにより、異なる２周波光によって得られたヘ
テロダイン干渉回折光を検出手段内で分離する必要がな
くなるので、検出手段を簡略化できる。また、光学シャ
ッターが複数の２周波光のうち所望の２周波光のみを第
１、第２の回折格子に入射させることにより、検出手段
では単一の２周波光によるヘテロダイン干渉回折光を検
出すればよいので、検出手段を簡略化できる。また、入
射角調整手段が格子ライン方向の傾き角を２周波光ごと
に変えて第１、第２の回折格子に入射させることによ
り、異なる２周波光によって得られたヘテロダイン干渉
回折光の分離が容易となるので、検出手段を簡略化でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の１実施例を示す位置合わせ装置のブ
ロック図である。

【図２】 図１の一部を拡大した拡大図である。

【図３】 入射光が回折格子に入射する様子を示す図で
ある。

【図４】 本発明の他の実施例を示す位置合わせ装置の
ブロック図である。

【図５】 従来の位置合わせ装置のブロック図である。

【図６】 回折格子の段差に対する１次回折光の強度変
化を示す図である。

【符号の説明】

１ａ〜１ｄ…レーザー光源、５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ、
２３ａ、２３ｂ、２６ａ、２６ｂ…ミラー、１２ａ、１
２ｂ、１６ａ、１６ｂ…光電検出器、１７ａ…信号処理
制御部、２２ａ、２２ｂ、２５ａ、２５ｂ…音響光学素
子、３０…マスク、３１…ウエハ、３２、３４…第１、
第２の回折格子、３５…マスクステージ、３６…ウエハ
ステージ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−261003（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−42918（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−136024（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−148808（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−335212（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 9/00 - 11/30 H01L 21/30

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の物体に設けられた所定ピッチの第
   １の回折格子と第２の物体に設けられた、前記第１の回
   折格子と同一ピッチの第２の回折格子に対し、近接した
   周波数の２周波光を入射させ、第１、第２の回折格子か
   ら得られるヘテロダイン干渉回折光をそれぞれ検出して
   ビート信号を求め、これらビート信号の位相差に基づい
   て第１、第２の物体の位置合わせを行う回折格子を用い
   た位置合わせ方法において、 前記２周波光を異なる波長で複数発生し、 前記第１、第２の回折格子に対して、前記複数の２周波
   光を異なる複数の入射角で入射させ、 第１の回折格子から得られた複数のヘテロダイン干渉回
   折光を検出して複数の第１のビート信号を求めると共
   に、第２の回折格子から得られた複数のヘテロダイン干
   渉回折光を検出して複数の第２のビート信号を求め、 同一の２周波光による第１、第２のビート信号を１組と
   して、複数組の第１、第２のビート信号から安定したビ
   ート信号の組を選択し、 選択した第１、第２のビート信号の位相差に基づいて前
   記第１、第２の物体を相対的に動かして位置合わせを行
   うことを特徴とする回折格子を用いた位置合わせ方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の回折格子を用いた位置合
   わせ方法において、 複数の単色光から音響光学素子を用いて複数の２周波光
   を発生させることを特徴とする回折格子を用いた位置合
   わせ方法。
3. 【請求項３】 第１の物体に設けられた所定ピッチの第
   １の回折格子と第２の物体に設けられた、前記第１の回
   折格子と同一ピッチの第２の回折格子に対し、近接した
   周波数の２周波光を入射させ、第１、第２の回折格子か
   ら得られるヘテロダイン干渉回折光をそれぞれ検出して
   ビート信号を求め、これらビート信号の位相差に基づい
   て第１、第２の物体の位置合わせを行う回折格子を用い
   た位置合わせ装置において、 第１、第２の物体を相対的に動かす移動機構と、 前記２周波光を異なる波長で複数発生する複数の光源
   と、 前記第１、第２の回折格子に対して、前記複数の２周波
   光を異なる複数の入射角で入射させる複数の入射角調整
   手段と、 第１の回折格子から得られた複数のヘテロダイン干渉回
   折光を検出して複数の第１のビート信号を求めると共
   に、第２の回折格子から得られた複数のヘテロダイン干
   渉回折光を検出して複数の第２のビート信号を求める検
   出手段と、 同一の２周波光による第１、第２のビート信号を１組と
   して、複数組の第１、第２のビート信号から安定したビ
   ート信号の組を選択し、選択した第１、第２のビート信
   号の位相差に基づいて前記移動機構に制御信号を出力
   し、前記第１、第２の物体の位置合わせを行わせる信号
   処理制御手段とを有することを特徴とする回折格子を用
   いた位置合わせ装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の回折格子を用いた位置合
   わせ装置において、 前記光源の代わりに、異なる波長の単色光を発生する複
   数の光源と、 この光源から発せられた複数の単色光を周波数シフトさ
   せて複数の２周波光を生成し、この複数の２周波光を前
   記入射角調整手段に入射させる音響光学素子とを有する
   ことを特徴とする回折格子を用いた位置合わせ装置。
5. 【請求項５】 請求項３又は４記載の回折格子を用いた
   位置合わせ装置において、 前記信号処理制御手段内に、異なる２周波光によって得
   られたビート信号を分離するフィルターを備えたことを
   特徴とする回折格子を用いた位置合わせ装置。
6. 【請求項６】 請求項３又は４記載の回折格子を用いた
   位置合わせ装置において、 複数の２周波光のうち所望の２周波光のみを第１、第２
   の回折格子に入射させる光学シャッターを有することを
   特徴とする回折格子を用いた位置合わせ装置。
7. 【請求項７】 請求項３又は４記載の回折格子を用いた
   位置合わせ装置において、 前記入射角調整手段の代わりに、複数の２周波光を第
   １、第２の回折格子に対して所定の入射角で入射させる
   際に、入射する格子ライン方向の傾き角を２周波光ごと
   に変えて入射させる入射角調整手段を有することを特徴
   とする回折格子を用いた位置合わせ装置。