JPH09138110A - 回折格子を用いた位置合わせ方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マスクとウエハを高精度に位置合わせする。 【解決手段】 格子ピッチが異なる第１，第３の回折格
子７，７ａをマスク１０に配置する。格子ピッチが第
１，第３の回折格子７，７ａとそれぞれ等しい第２，第
４の回折格子８，８ａをウエハ１２に配置する。光源１
から出射した２波長の単色光を各回折格子７，７ａ，
８，８ａに導き、その光ヘテロダイン干渉回折光を検出
して第１、第２、第３、第４のビート信号とする。第
１、第２のビート信号から第１の位相差信号を検出し、
第３，第４のビート信号から第２の位相差信号を検出す
る。第１、第２の位相差信号の差を求め、この位相差が
零になるようにマスクステージ１１とウエハステージ１
３を相対的に移動させて大まかな位置合わせを行う。次
に、第１または第２の位相差信号に基づいてマスクステ
ージ１１とウエハステージ１３を相対的に移動させて正
確な位置合わせを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マスクとウエハを
位置合わせした後、マスクパタンをウエハ上に焼き付け
て半導体ＩＣやＬＳＩ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回折
格子を用いた光ヘテロダイン干渉法による位置合わせ方
法およびその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
技術の進展が不可欠のものとなっている。

【０００３】光ヘテロダイン干渉法は、僅かに周波数の
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なっている。

【０００４】従来、回折格子を用いた光ヘテロダイン干
渉法を利用して微少な変位の測定、あるいは精密な位置
合わせを行う装置として、図７に示すようなＸ線露光装
置に応用したものがある（特開昭６２−２６１００３号
公報；特公平７−４９８２６号公報）。同図において、
２０は周波数が互いに僅かに異なり、偏光面方向が互い
に直交する２波長の光を発する横ゼーマン効果型２波長
直交偏光レーザー光源、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１
ｄはミラーで、これらのミラーのうちミラー２１ｂ，２
１ｃは角度調整自在に設けられることにより入射角調整
手段を構成している。２２は円筒レンズ、２３は偏光ビ
ームスプリッター、２４はプリズム状ミラー、２５ａ，
２５ｂは集光レンズ、２６ａ，２６ｂは光電検出器、２
７は信号処理制御部、２８はマスクステージ、２９はウ
エハステージ、３０はマスク、３１はウエハ、３２はマ
スク回折格子、３３は単色光入射・回折光取出し窓、３
４はウエハ回折格子、４４ａ，４４ｂは偏光板である。

【０００５】単色光入射・回折光取出し窓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
ウエハ回折格子３４に対して入射光が直接入射でき、か
つウエハ回折格子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２８およびウエ
ハステージ２９は、マスク３０およびウエハ３１を相対
的に移動させる移動機構を構成している。

【０００６】２波長直交偏光レーザー光源２０から発し
た光は、ミラー２１ａ、円筒レンズ２２を通して楕円状
のビームとなり、そのビームは偏光ビームスプリッター
２３によりそれぞれ水平成分あるいは垂直成分のみを有
する直線偏光でしかも周波数が互いに僅かに異なる２波
長の光に分割される。この分割された光はそれぞれミラ
ー２１ｂ，２２ｃを介して所望の入射角でマスク回折格
子３２とウエハ回折格子３４にそれぞれ入射する。これ
らの回折格子３２，３４は、それぞれ格子ライン方向に
ずれており、しかも２波長の入射光の同一楕円ビーム内
に配置されている。また、マスク回折格子３２とウエハ
回折格子３４の格子ピッチは等しい。マスク回折格子３
２から得られる回折光、および単色光入射・回折光取出
し窓３３を通してウエハ回折格子３４から得られる回折
光は、ミラー２１ｄ、プリズム状ミラー２４、集光レン
ズ２５ａ，２５ｂ、偏光板４４ａ，４４ｂを介して光電
検出器２６ａ，２６ｂにそれぞれ導かれ、回折光ビート
信号として信号処理制御部２７で処理される。信号処理
制御部２７では、マスク回折格子３２とウエハ回折格子
３４から得られた回折光のそれぞれのビート信号のいず
れか一方の信号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０°になるようにマスクステ
ージ２８、あるいはウエハステージ２９を相対的に移動
させ、マスク３０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ようにしてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の位置合
わせ装置において、位置合わせに用いている位相差信号
φは、次式によって表される。 φ＝２π・Δｘ／（Ｐ／２ｎ） ・・・・（１） ここで、Δｘはマスクとウエハとの相対位置ずれ量、Ｐ
はマスク回折格子３２あるいはウエハ回折格子３４の回
折格子ピッチ、ｎは回折格子への所望の入射角度によっ
て決まる定数であり、回折角の次数である。したがっ
て、たとえば一次回折角から入射した場合は、位相差信
号φは、回折格子ピッチＰの１／２の周期で変化するた
め、マスク３０とウエハ３１とを回折格子ピッチＰの１
／２の範囲内に予め設定する必要がある。すなわち、上
記したような従来の装置では、マスク３０とウエハ３１
との相対位置合わせを行なった場合に格子ピッチ方向に
前記周期の整数倍周期ずれして位置合わせされるという
問題があった。

【０００８】本発明は上記した従来の問題を解決するた
めになされたもので、その目的とするところは、マスク
とウエハとを回折格子ピッチＰの１／２の範囲内に設定
でき、周期ずれしないようにした回折格子を用いた位置
合わせ方法およびその装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明に係る回折格子を用いた位置合わせ方法は、格子
ピッチが互いに異なる第１、第３の回折格子を第１の物
体に配置し、前記第１、第３の回折格子と格子ピッチが
それぞれ等しい第２、第４の回折格子を第２の物体に前
記第１、第３の回折格子と一定の間隔を隔てて位置する
ように配置し、光源として周波数が互いに僅かに異なる
２波長の単色光を発生する光源を用い、この光源から発
生した第１の単色光のビームスポットを前記第１、第２
の回折格子に対して所定の入射角度で入射させ、前記第
１の回折格子から生じる前記第１の単色光の光ヘテロダ
イン干渉回折光を検出して第１のビート信号とし、前記
第２の回折格子から生じる前記第１の単色光の光ヘテロ
ダイン干渉回折光を検出して第２のビート信号とし、前
記光源から発生した第２の単色光のビームスポットを前
記第３、第４の回折格子に対して所定の入射角度で入射
させ、前記第３の回折格子から生じる前記第２の単色光
の光ヘテロダイン干渉回折光を検出して第３のビート信
号とし、前記第４の回折格子から生じる前記第２の単色
光の光ヘテロダイン干渉回折光を検出して第４のビート
信号とし、前記第１、第２のビート信号から第１の位相
差信号を検出し、前記第３、第４のビート信号から第２
の位相差信号を検出し、これら両位相差信号の位相差に
基づいて前記第１、第２の物体を相対的に移動させるこ
とにより、前記第１の回折格子あるいは前記第２の回折
格子の格子ピッチの１／２以内に前記第１の回折格子と
第２の回折格子との位置合わせを行うか、もしくは前記
第３の回折格子あるいは前記第４の回折格子の格子ピッ
チの１／２以内に前記第３の回折格子と前記第４の回折
格子との位置合わせを行ない、しかる後、前記第１の位
相差信号もしくは前記第２の位相差信号に基づいて前記
第１、第２の物体を相対的に移動させて位置合わせを行
うことを特徴とする。

【００１０】また、本発明に係る回折格子を用いた位置
合わせ方法は、格子ピッチが互いに異なる第１、第３の
回折格子を第１の物体に配置し、前記第１、第３の回折
格子と格子ピッチがそれぞれ等しい第２、第４の回折格
子を第２の物体に前記第１、第３の回折格子と一定の間
隔を隔てて位置するように配置し、光源として第１の波
長を用いて周波数が互いに僅かに異なる２波長の単色光
を発生する第１の光源と、第２の波長を用いて周波数が
僅かに異なる２波長の単色光を発生する第２の光源とを
用い、前記第１の光源からの２波長の単色光を第１のビ
ームスポットとし、この第１のビームスポットを前記第
１、第２の回折格子に対して所定の入射角度で入射さ
せ、前記第１の回折格子から生じる前記第１の光源の単
色光の光ヘテロダイン干渉回折光を検出して第１のビー
ト信号とし、前記第２の回折格子から生じる前記第１の
光源の単色光の光ヘテロダイン干渉回折光を検出して第
２のビート信号とし、前記第２の光源からの２波長の単
色光を第２のビームスポットとし、この第２のビームス
ポットを前記第３、第４の回折格子に対して所定の入射
角度で入射させ、前記第３の回折格子から生じる前記第
２の光源の単色光の光ヘテロダイン干渉回折光を検出し
て第３のビート信号とし、前記第４の回折格子から生じ
る前記第２の光源の単色光の光ヘテロダイン干渉回折光
を検出して第４のビート信号とし、前記第１、第２のビ
ート信号から第１の位相差信号を検出し、前記第３、第
４のビート信号から第２の位相差信号を検出し、これら
両位相差信号の位相差に基づいて前記第１、第２の物体
を相対的に移動させることにより、前記第１の回折格子
あるいは前記第２の回折格子の格子ピッチの１／２以内
に前記第１の回折格子と第２の回折格子との位置合わせ
を行うか、もしくは前記第３の回折格子あるいは前記第
４の回折格子の格子ピッチの１／２以内に前記第３の回
折格子と前記第４の回折格子との位置合わせを行ない、
しかる後、前記第１の位相差信号もしくは前記第２の位
相差信号に基づいて前記第１、第２の物体を相対的に移
動させて位置合わせを行うことを特徴とする。

【００１１】また、本発明に係る回折格子を用いた位置
合わせ方法は、格子ピッチが互いに異なる第１、第３の
回折格子を第１の物体に配置し、前記第１、第３の回折
格子と格子ピッチがそれぞれ等しい第２、第４の回折格
子を第２の物体に前記第１、第３の回折格子と一定の間
隔を隔てて位置するように配置し、光源として周波数が
互いに僅かに異なり第１の周波数差となる２波長の単色
光を発生する第１の光源と、周波数が互いに僅かに異な
り第２の周波数差となる２波長の単色光を発生する第２
の光源とを用い、前記第１の光源からの２波長の単色光
を第１のビームスポットとし、この第１のビームスポッ
トを前記第１、第２の回折格子に対して所定の入射角度
で入射させ、前記第１の回折格子から生じる前記第１の
光源の単色光の光ヘテロダイン干渉回折光を検出して第
１のビート信号とし、前記第２の回折格子から生じる前
記第１の光源の単色光の光ヘテロダイン干渉回折光を検
出して第２のビート信号とし、前記第２の光源からの２
波長の単色光を第２のビームスポットとし、この第２の
ビームスポットを前記第３、第４の回折格子に対して所
定の入射角度で入射させ、前記第３の回折格子から生じ
る前記第２の光源の単色光の光ヘテロダイン干渉回折光
を検出して第３のビート信号とし、前記第４の回折格子
から生じる前記第２の光源の単色光の光ヘテロダイン干
渉回折光を検出して第４のビート信号とし、前記第１、
第２のビート信号から第１の位相差信号を検出し、前記
第３、第４のビート信号から第２の位相差信号を検出
し、これら両位相差信号の位相差に基づいて前記第１、
第２の物体を相対的に移動させることにより、前記第１
の回折格子あるいは前記第２の回折格子の格子ピッチの
１／２以内に前記第１の回折格子と第２の回折格子との
位置合わせを行うか、もしくは前記第３の回折格子ある
いは前記第４の回折格子の格子ピッチの１／２以内に前
記第３の回折格子と前記第４の回折格子との位置合わせ
を行ない、しかる後、前記第１の位相差信号もしくは前
記第２の位相差信号に基づいて前記第１、第２の物体を
相対的に移動させて位置合わせを行うことを特徴とす
る。

【００１２】また、本発明に係る回折格子を用いた位置
合わせ方法は、第１、第３の回折格子を近接して配置
し、第２、第４の回折格子を近接して配置し、前記第
１、第２の回折格子への格子ライン方向に対する第１の
単色光のビームスポットの入射角度を第１の入射角度と
し、第３、第４の回折格子への格子ライン方向に対する
第２の単色光のビームスポットの入射角度を第２の入射
角度とし、前記第１の入射角度と第２の入射角度とを変
えることにより第１、第２、第３、第４のビート信号を
検出することを特徴とする。

【００１３】また、本発明に係る回折格子を用いた位置
合わせ装置は、第１の物体に設けられた格子ピッチが互
いに異なる第１、第３の回折格子と、前記第１、第３の
回折格子と等しい格子ピッチをそれぞれ有し第２の物体
に設けられた第２、第４の回折格子と、前記第１、第２
の物体を相対的に移動させる移動機構と、周波数が互い
に僅かに異なる２波長の単色光を発生する光源と、この
光源から発生した第１の単色光を前記第１、第２の回折
格子に対して所定の入射角度で第１のビームスポットと
して入射させる第１の入射角調整手段と、前記光源から
発生した第２の単色光を前記第３、第４の回折格子に対
して所定の入射角度で第２のビームスポットとして入射
させる第２の入射角調整手段と、前記第１のビームスポ
ットにより前記第１の回折格子から生じる第１の単色光
の光ヘテロダイン干渉回折光を検出して第１のビート信
号を生成する第１のビート信号検出手段と、前記第１の
ビームスポットにより前記第２の回折格子から生じる前
記第１の単色光の光ヘテロダイン干渉回折光を検出して
第２のビート信号を生成する第２のビート信号検出手段
と、前記第２のビームスポットにより前記第３の回折格
子から生じる前記第２の単色光の光ヘテロダイン干渉回
折光を検出して第３のビート信号を生成する第３のビー
ト信号検出手段と、前記第２のビームスポットにより前
記第４の回折格子から生じる前記第２の単色光の光ヘテ
ロダイン干渉回折光を検出して第４のビート信号を生成
する第４のビート信号検出手段と、前記第１および第２
のビート信号検出手段によって生成された前記第１およ
び第２のビート信号から第１の位相差信号を検出する第
１の位相差検出手段と、前記第３および第４のビート信
号検出手段によって生成された前記第３および第４のビ
ート信号から第２の位相差信号を検出する第２の位相差
検出手段と、前記第１の位相差信号と第２の位相差信号
との位相差に基づいて前記移動機構に制御信号を送出
し、さらに前記第１の位相差信号もしくは前記第２の位
相差信号に基づいて前記移動機構に制御信号を送出し前
記第１、第２の物体を相対的に移動させて位置合わせす
る信号処理制御手段とを備えたことを特徴とする。

【００１４】また、本発明に係る回折格子を用いた位置
合わせ装置は、第１の物体に設けられた格子ピッチが互
いに異なる第１、第３の回折格子と、前記第１、第３の
回折格子と等しい格子ピッチをそれぞれ有し第２の物体
に設けられた第２、第４の回折格子と、前記第１、第２
の物体を相対的に移動させる移動機構と、第１の波長を
用いて周波数が互いに僅かに異なる２波長の単色光を発
生する第１の光源と、第２の波長を用いて周波数が互い
に僅かに異なる２波長の単色光を発生する第２の光源
と、前記第１の光源から発生した２波長の単色光を前記
第１、第２の回折格子に対して所定の入射角度で第１の
ビームスポットとして入射させる第１の入射角調整手段
と、前記第２の光源から発生した２波長の単色光を前記
第３、第４の回折格子に対して所定の入射角度で第２の
ビームスポットとして入射させる第２の入射角調整手段
と、前記第１のビームスポットにより前記第１の回折格
子から生じる前記２波長の単色光の光ヘテロダイン干渉
回折光を検出して第１のビート信号を生成する第１のビ
ート信号検出手段と、前記第１のビームスポットにより
前記第２の回折格子から生じる前記２波長の単色光の光
ヘテロダイン干渉回折光を検出して第２のビート信号を
生成する第２のビート信号検出手段と、前記第２のビー
ムスポットにより前記第３の回折格子から生じる前記２
波長の単色光の光ヘテロダイン干渉回折光を検出して第
３のビート信号を生成する第３のビート信号検出手段
と、前記第２のビームスポットにより前記第４の回折格
子から生じる前記２波長の単色光の光ヘテロダイン干渉
回折光を検出して第４のビート信号を生成する第４のビ
ート信号検出手段と、前記第１および第２のビート信号
検出手段によって生成された前記第１および第２のビー
ト信号から第１の位相差信号を検出する第１の位相差検
出手段と、前記第３および第４のビート信号検出手段に
よって生成された前記第３および第４のビート信号から
第２の位相差信号を検出する第２の位相差検出手段と、
前記第１の位相差信号と第２の位相差信号との位相差に
基づいて前記移動機構に制御信号を送出し、さらに前記
第１の位相差信号もしくは前記第２の位相差信号に基づ
いて前記移動機構に制御信号を送出し前記第１、第２の
物体を相対的に移動させて位置合わせする信号処理制御
手段とを備えたことを特徴とする。

【００１５】また、本発明に係る回折格子を用いた位置
合わせ装置は、第１の物体に設けられた格子ピッチが互
いに異なる第１、第３の回折格子と、前記第１、第３の
回折格子と等しい格子ピッチをそれぞれ有し第２の物体
に設けられた第２、第４の回折格子と、前記第１、第２
の物体を相対的に移動させる移動機構と、周波数が互い
に僅かに異なり第１の周波数差となる２波長の単色光を
発生する第１の光源と、周波数が互いに僅かに異なり第
２の周波数差となる２波長の単色光を発生する第２の光
源と、前記第１の光源から発生した２波長の単色光を前
記第１、第２の回折格子に対して所定の入射角度で第１
のビームスポットとして入射させる第１の入射角調整手
段と、前記第２の光源から発生した２波長の単色光を前
記第３、第４の回折格子に対して所定の入射角度で第２
のビームスポットとして入射させる第２の入射角調整手
段と、前記第１のビームスポットにより前記第１の回折
格子から生じる前記２波長の単色光の光ヘテロダイン干
渉回折光を検出して第１のビート信号を生成する第１の
ビート信号検出手段と、前記第１のビームスポットによ
り前記第２の回折格子から生じる前記２波長の単色光の
光ヘテロダイン干渉回折光を検出して第２のビート信号
を生成する第２のビート信号検出手段と、前記第２のビ
ームスポットにより前記第３の回折格子から生じる前記
２波長の単色光の光ヘテロダイン干渉回折光を検出して
第３のビート信号を生成する第３のビート信号検出手段
と、前記第２のビームスポットにより前記第４の回折格
子から生じる前記２波長の単色光の光ヘテロダイン干渉
回折光を検出して第４のビート信号を生成する第４のビ
ート信号検出手段と、前記第１および第２のビート信号
検出手段によって生成された前記第１および第２のビー
ト信号から第１の位相差信号を検出する第１の位相差検
出手段と、前記第３および第４のビート信号検出手段に
よって生成された前記第３および第４のビート信号から
第２の位相差信号を検出する第２の位相差検出手段と、
前記第１の位相差信号と第２の位相差信号との位相差に
基づいて前記移動機構に制御信号を送出し、さらに前記
第１の位相差信号もしくは前記第２の位相差信号に基づ
いて前記移動機構に制御信号を送出し前記第１、第２の
物体を相対的に移動させて位置合わせする信号処理制御
手段とを備えたことを特徴とする。さらに、本発明に係
る回折格子を用いた位置合わせ装置は、第１、第３の回
折格子を近接して配置し、第２および第４の回折格子を
近接して配置したことを特徴とする。

【００１６】格子ピッチの異なる回折格子の組からそれ
ぞれ光ヘテロダイン干渉したビート信号を検出する。す
なわち、第１、第２、第３、第４の回折格子からそれぞ
れ光ヘテロダイン干渉した第１、第２、第３、第４のビ
ート信号を検出する。第１、第２のビート信号から第１
の位相差信号を検出し、第３、第４のビート信号から第
２の位相差信号を検出し、これらの位相差信号の差を求
め、この位相差が零になるように第１、第２の物体を相
対的に移動させることにより、第１、第２の回折格子間
もしくは第３、第４の回折格子間の大まかな位置合わせ
を行い、第１、第２の物体を回折格子ピッチの少なくと
も１／２の範囲内に設定する。次に、前記第１の位相差
信号もしくは第２の位相差信号に基づいて第１、第２の
回折格子もしくは第３、第４の回折格子が格子ラインの
方向に一致するように第１、第２の物体を相対的に移動
させることにより周期ずれしない高精度な位置合わせが
行われる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す実施の
形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る回
折格子を用いた位置合わせ装置の実施の形態を示す概略
構成図である。本実施の形態においては、半導体ＩＣや
ＬＳＩを製造するためのＸ線露光装置のマスクとウエハ
の位置合わせに用いられる回折光強度検出および光ヘテ
ロダイン干渉方式の位置合わせ装置に適用した例を示し
ている。１は２波長レーザー光源、２は三角プリズムミ
ラー、３，３ａはビームスプリッター、４４，４ａ，４
ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇはミラーで、ミラー
４ｃ，４ｄは第１の入射角調整手段を構成し、ミラー４
ｂ，４ｅは第２の入射角調整手段を構成している。５，
５ａ，５ｂ，５ｃは拡大光学系、６，６ａは２分割ディ
テクター（第１〜第４のビート信号検出手段）、７，７
ａはマスク回折格子（第１、第３の回折格子）、８，８
ａはウエハ回折格子（第２、第４の回折格子）、９は単
色光入射・回折光取出し窓、１０はマスク（第１の物
体）、１１はマスクステージ、１２はウエハ（第２の物
体）、１３はウエハステージで、これらステージ１１，
１３はマスク１０とウエハ１２の移動機構をそれぞれ構
成している。１４，１４ａは位相差検出回路系（第１、
第２の位相差検出手段）、１５，１５ａは検出信号処理
制御系（信号処理制御手段）、１６，１６ａはマスク側
光ヘテロダイン干渉回折光、１７，１７ａはウエハ側光
ヘテロダイン干渉回折光である。なお図中、マスク１０
およびウエハ１２の各移動機構については図７に示した
従来装置における移動機構と同じである。

【００１８】レーザー光源１から発する周波数がｆ、ｆ
＋Δｆと互いに僅かに異なる２波長からなるレーザー光
ＬＡ，ＬＢは、三角プリズムミラー２に当たって反射す
ることにより互いに反対方向に９０°方向転換された
後、ビームスプリッター３，３ａにそれぞれ入射し、レ
ーザー光ＬＡー1，ＬＡー2，ＬＢ-1，ＬＢー2にそれぞれ分
割される。これら４つのレーザー光ＬＡー1，ＬＡー2，Ｌ
Ｂ-1，ＬＢー2のうちビームスプリッター３，３ａによっ
て反射したレーザー光ＬＡー1とＬＢ-1は、ミラー４ｃ，
４ｄを介して所望の入射角でマスク回折格子７に入射す
ると同時に、単色光入射・回折光取出し窓９を透過して
所望の入射角でウエハ回折格子８に入射する。

【００１９】図１に示した実施の形態では、前記２波長
のレーザー光ＬＡ-1，ＬＢー1は、それぞれ１次回折角の
方向から入射し、２波長の入射光の同一ビーム内に前記
マスク回折格子７およびウエハ回折格子８が配置されて
いる。また、前記マスク回折格子７およびウエハ回折格
子８の格子ピッチＰ1 は等しく設定されている。

【００２０】前記マスク回折格子７およびウエハ回折格
子８から単色光入射・回折光取出し窓９を介して得られ
る前記２波長のレーザー光ＬＡ-1，ＬＢー1の１次回折光
１６，１７は、それぞれ前記マスク回折格子７およびウ
エハ回折格子８の鉛直方向に出射して光ヘテロダイン干
渉する。これらの光ヘテロダイン干渉した回折光１６，
１７は、それぞれミラー４ｇ、拡大光学系５，５ａを介
して２分割ディテクター６の光電検出部６ー1，６-2へそ
れぞれ入射する。これらの光電検出部６ー1，６ー2は、光
ヘテロダイン干渉回折光１６，１７を検出することによ
り第１のマスクビート信号Ｉ1 と第２のウエハビート信
号Ｉ2 をそれぞれ生成し、位相差検出回路系１４にそれ
ぞれ入力する。

【００２１】一方、４つのレーザー光ＬＡー1，ＬＡー2，
ＬＢ-1，ＬＢー2のうちビームスプリッター３，３ａを透
過したレーザー光ＬＡー2とＬＢ-2は、ミラー４と４ｂ、
４ａと４ｅを介してそれぞれ所望の入射角でマスク回折
格子７ａに入射すると同時に、単色光入射・回折光取出
し窓９を透過して所望の入射角でウエハ回折格子８ａに
入射する。

【００２２】図１に示した実施の形態では、前記２波長
のレーザー光ＬＡ-2，ＬＢー2は、それぞれ１次回折角の
方向から入射し、２波長の入射光の同一ビーム内に前記
マスク回折格子７ａおよびウエハ回折格子８ａが配置さ
れている。また、前記マスク回折格子７ａおよびウエハ
回折格子８ａの格子ピッチＰ2 は等しく設定され、前記
マスク回折格子７およびウエハ回折格子８の格子ピッチ
Ｐ1 とは異なる値に設定されている。

【００２３】前記マスク回折格子７ａおよびウエハ回折
格子８ａから単色光入射・回折光取出し窓９を介して得
られる前記２波長のレーザー光ＬＡ-2，ＬＢー2の１次回
折光１６ａ，１７ａは、それぞれ前記マスク回折格子７
ａおよびウエハ回折格子８ａの鉛直方向に出射して光ヘ
テロダイン干渉する。これらの光ヘテロダイン干渉した
回折光１６ａ，１７ａは、それぞれミラー４ｆ、拡大光
学系５ｂ，５ｃを介して２分割ディテクター６ａの光電
検出部６ａー1，６ａ-2へそれぞれ入射する。これらの光
電検出部６ａー1，６ａー2は、光ヘテロダイン干渉回折光
１６ａ，１７ａを検出することにより第３のマスクビー
ト信号Ｉ3 と第４のウエハビート信号Ｉ4 をそれぞれ生
成し、位相差検出回路系１４ａにそれぞれ入力する。

【００２４】位相差検出回路系１４，１４ａでは、それ
ぞれ第１のマスクビート信号Ｉ1 と第２のウエハビート
信号Ｉ2 との位相差φ12と、第３のマスクビート信号Ｉ
3 と第４のウエハビート信号Ｉ4 との位相差φ34を算出
する。マスク１０とウエハ１２との相対位置ずれ量をΔ
ｘとすると、位相差信号φ12，φ34は、それぞれ次式に
よって表される。 φ12＝２π・Δｘ／（Ｐ1／２ｎ） ・・・・（２） φ34＝２π・Δｘ／（Ｐ2／２ｎ） ・・・・（３） ここで、Ｐ1 は回折格子７，８の格子ピッチ、Ｐ2 は回
折格子７ａ，８ａの格子ピッチ、ｎは回折格子への所望
の入射角によって決まる回折角の次数であり、図１に示
した実施の形態においては、ｎ＝１である。

【００２５】次に、位相差信号φ12，φ34は、検出信号
処理制御系１５，１５ａに入力する。検出信号処理制御
系１５では、位相差信号φ12とφ34の差信号Δφを算出
し、この差信号Δφを検出信号処理制御系１５ａに入力
する。差信号Δφは次式によって表される。 Δφ＝φ12−φ34 ＝２π・Δｘ／（Ｐ1／２）−２π・Δｘ／（Ｐ2／２） ＝２π・Δｘ／｛Ｐ1・Ｐ2 ／２（Ｐ2 −Ｐ1 ）｝ ・・・・（４） 差信号Δφの周期Ｌは、｛Ｐ1・Ｐ2 ／２（Ｐ2 −Ｐ1
）｝であり、例えば、Ｐ1 ＝４μｍ、Ｐ2 ＝４．１μ
ｍとすると、Ｌ＝８２μｍとなる。図２に位相差信号φ
12，φ34および差信号Δφの検出波形を示す。

【００２６】検出信号処理制御系１５ａでは、はじめに
回折格子の格子ピッチに対して十分長い周期の位相差信
号Δφに対応して、マスクステージ１１もしくはウエハ
ステージ１３に駆動制御信号を送り、Δφが零になるよ
うにこれらステージを相対的に移動させることにより、
マスク回折格子７とウエハ回折格子８、もしくはマスク
回折格子７ａとウエハ回折格子８ａとが格子ラインの方
向に対して回折格子ピッチの１／２以内に一致するよう
に位置合わせする。次に、位相差信号φ12もしくはφ34
の何れか一方の信号に対応してマスクステージ１１また
はウエハステージ１３に駆動制御信号を送り、マスク回
折格子７とウエハ回折格子８、もしくはマスク回折格子
７ａとウエハ回折格子８ａとが格子ラインの方向に対し
て一致するように位置合わせを行なう。

【００２７】以上のように、本実施の形態においては、
回折格子の格子ピッチに対して十分周期の長い位相差信
号Δφを算出して２つの回折格子間の大まかな位置合わ
せを行い、マスク１０とウエハ１２とを回折格子ピッチ
の少なくとも１／２の範囲内に設定した後、回折格子を
用いた光ヘテロダイン干渉の位相差検出により位置合わ
せを行うことにより、周期ずれしない高精度の位置合わ
せが実現できる。

【００２８】ここで、図１に示した実施の形態において
は、一次回折光を利用する方法について説明したが、一
般にｎ次回折光を用いても同様の効果が得られる。ま
た、光ヘテロダイン干渉した回折光を得る方法として、
回折格子に対して左右対称のｎ次回折角の方向から２波
長のレーザー光を入射する例について述べたが、逆に、
回折格子に対して鉛直方向から２波長のレーザー光を入
射し、左右対称の方向に出射する±ｎ次回折光を干渉さ
せる方法を用いてもよい。さらに、２波長のレーザー光
源としては、音響光学素子等を用いて周波数シフトさせ
る方法を示したが、ゼーマン効果型のレーザー光源を用
いて偏光ビームスプリッターで分離してｆ、ｆ＋Δｆを
生成する方法を用いても同様の効果が得られる。

【００２９】また、回折格子の配置方法として、図３に
示すようにマスク回折格子７と７ａおよびウエハ回折格
子８と８ａをそれぞれ横方向に近接して配置したり
（ａ）、縦方向に近接して配置してもよい（ｂ）。この
場合、図４（ａ）に示すように回折光を鉛直方向に出射
する方法（上記した実施の形態と同じ方法）を用いない
で、図４（ｂ）に示すようにｚ軸に対して−ｙ方向に入
射角−α1 だけ傾けた方向から入射する方法を用いる
と、回折光はｚ軸に対して＋ｙ方向に角度＋α1 だけ傾
けた方向に出射するから、４つの光ヘテロダイン干渉回
折光を分離できる。

【００３０】また、図１に示した実施の形態において、
ミラー４ｃと４ｄの配置を調整し、レーザー光を入射角
度−α1 から入射させ、またミラー４ｂと４ｅの配置を
調整し、レーザー光を入射角度−α2 から入射させるこ
とにより、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、回折光１
６，１７を＋α1 の方向に、回折光１６ａ，１７ａを＋
α2 の方向に出射でき、容易に分離することができる。

【００３１】図５は本発明の他の実施の形態を示す概略
構成図である。この実施の形態においては、２波長の光
源として、第１の波長λ1 を用いて周波数がｆ1 ，ｆ1
+Δｆと互いに僅かに異なる２波長の単色光を発生する
第１の光源１と、第２の波長λ2 を用いて周波数がｆ2
，ｆ2 +Δｆと僅かに異なる２波長の単色光を発生する
第２の光源１Ａとを用い、第１の光源１から発した２波
長の単色光を第１のビームスポットとして三角プリズム
ミラー２およびミラー４，４ａ，４ｃ、４ｄによってマ
スク回折格子７およびウエハ回折格子８に導き、第２の
光源１Ａから発した２波長の単色光を第２のビームスポ
ットとして三角プリズムミラー２Ａおよびミラー４ｂ，
４ｅ，４ｈ，４ｉによってマスク回折格子７ａおよびウ
エハ回折格子８ａに導くように構成したものである。そ
の他の構成は図１に示した実施の形態と同じである。

【００３２】このような構造においても、第１の光源１
から発する２波長の単色光を第１のビームスポットと
し、第２の光源１Ａから発する２波長の単色光を第２の
ビームスポットとすることにより、第１、第２、第３、
第４のビート信号を検出するができるので、上記した実
施の形態と同様な効果が得られる。また、第１、第２の
光源１，１Ａのレーザー光の波長をλ1 ，λ2 と変える
ことにより、回折格子７と８に入射するｎ次回折角と回
折格子７ａ，８ａに入射するｎ次回折角とが異なるた
め、回折格子７，７ａ，８，８ａを近接して配置するこ
とが可能である。

【００３３】図６は本発明のさらに他の実施の形態を示
す概略構成図である。この実施の形態においては、２波
長の光源として、周波数がｆ1 ，ｆ1 +Δｆａと互いに
僅かに異なり第１の周波数差となる２波長の単色光を発
生する第１の光源１Ｂと、周波数がｆ2 ，ｆ2 +Δｆｂ
と互いに僅かに異なり第２の周波数差となる２波長の単
色光を発生する第２の光源１Ｃとを用い、第１の光源１
Ｂから発した２波長の単色光を第１のビームスポットと
して三角プリズムミラー２およびミラー４，４ａ，４
ｃ、４ｄによってマスク回折格子７およびウエハ回折格
子８に導き、第２の光源１Ｃから発した２波長の単色光
を第２のビームスポットとして三角プリズムミラー２Ａ
およびミラー４ｂ，４ｅ，４ｈ，４ｉによってマスク回
折格子７ａおよびウエハ回折格子８ａに導くように構成
したものである。その他の構成は図１に示した実施の形
態と同じである。

【００３４】このような構造においても、上記した実施
の形態と同様な効果が得られる。また、周波数差をΔｆ
ａ，Δｆｂと変えることにより、回折格子７と８から得
られる第１、第２のビート信号Ｉ1 ，Ｉ2 のビート周波
数はΔｆａになり、回折格子７ａ，８ａから得られる第
３、第４のビート信号Ｉ3 ，Ｉ4 のビート周波数はΔｆ
ｂになる。したがって、ビート信号Ｉ1 ，Ｉ2 の組とビ
ート信号Ｉ3 ，Ｉ4 の組の信号を振幅復調器などの電気
回路系を内蔵した位相差検出回路系１４’，１４ａ’に
より容易に分離することが可能であり、回折格子７，７
ａ，８，８ａを近接して配置することが可能である。

【００３５】なお、図６に示した実施の形態において
は、波長λ1 ，λ2 が異なる２つのレーザー光源１Ｂ，
１Ｃについて示したが、周波数差を変える方法として、
１つのレーザー光に対して音響素子等を用いて例えば４
つの周波数シフトさせたレーザー光ｆ＋Δｆａ，ｆ+Δ
ｆｂ，ｆ＋Δｆｃ、ｆ＋Δｆｄを用いても同様の効果が
得られる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る回折格
子を用いた位置合わせ方法およびその装置は、格子ピッ
チが互いに異なる第１、第３の回折格子を第１の物体に
配置し、前記第１、第３の回折格子と格子ピッチがそれ
ぞれ等しい第２、第４の回折格子を第２の物体に前記第
１、第３の回折格子と一定の間隔を隔てて位置するよう
に配置し、光源として周波数が互いに僅かに異なる２波
長の単色光を発生する光源を用い、この光源から発生し
た第１の単色光のビームスポットを前記第１、第２の回
折格子に対して所定の入射角度で入射させ、前記第１の
回折格子から生じる前記第１の単色光の光ヘテロダイン
干渉回折光を検出して第１のビート信号とし、前記第２
の回折格子から生じる前記第１の単色光の光ヘテロダイ
ン干渉回折光を検出して第２のビート信号とし、前記光
源から発生した第２の単色光のビームスポットを前記第
３、第４の回折格子に対して所定の入射角度で入射さ
せ、前記第３の回折格子から生じる前記第２の単色光の
光ヘテロダイン干渉回折光を検出して第３のビート信号
とし、前記第４の回折格子から生じる前記第２の単色光
の光ヘテロダイン干渉回折光を検出して第４のビート信
号とし、前記第１、第２のビート信号から第１の位相差
信号を検出し、前記第３、第４のビート信号から第２の
位相差信号を検出し、これら両位相差信号の位相差に基
づいて前記第１、第２の物体を相対的に移動させること
により、前記第１の回折格子あるいは前記第２の回折格
子の格子ピッチの１／２以内に前記第１の回折格子と第
２の回折格子との位置合わせを行うか、もしくは前記第
３の回折格子あるいは前記第４の回折格子の格子ピッチ
の１／２以内に前記第３の回折格子と前記第４の回折格
子との位置合わせを行ない、しかる後、前記第１の位相
差信号もしくは前記第２の位相差信号に基づいて前記第
１、第２の物体を相対的に移動させて位置合わせを行う
ようにしたので、回折格子を用いた光ヘテロダイン干渉
による位置合わせにおいて、周期ずれした信号による位
置合わせ不良がなくなり、位置合わせにおける検出範囲
の広い、しかも安定でかつ高精度な位置合わせができ
る。

【００３７】また、本発明は、光源として第１の波長を
用いて周波数が互いに僅かに異なる２波長の単色光を発
生する第１の光源と、第２の波長を用いて周波数が僅か
に異なる２波長の単色光を発生する第２の光源とを用
い、第１の光源からの２波長の単色光を第１のビームス
ポットとし、第２の光源からの２波長の単色光を第２の
ビームスポットとすることにより、第１、第２、第３、
第４のビート信号を検出するようにしたので、４つの回
折格子を近接して配置することができる。また、本発明
は、光源として周波数が互いに異なり第１の周波数差と
なる２波長の単色光を発生する第１の光源と、周波数が
互いに僅かに異なり第２の周波数差となる２波長の単色
光を発生する第２の光源とを用い、第１の光源からの２
波長の単色光を第１のビームスポットとし、第２の光源
からの２波長の単色光を第２のビームスポットとするこ
とにより、第１の周波数差と第２の周波数差とを第１、
第２、第３、第４のビート信号を検出するようにしたの
で、４つの回折格子を近接して配置することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る回折格子を用いた位置合わせ装
置の実施の形態を示す概略構成図である。

【図２】 位相差信号と差信号の検出波形を示す図であ
る。

【図３】 （ａ）、（ｂ）は回折格子の配置例をそれぞ
れ示す図である。

【図４】 （ａ）、（ｂ）は回折格子への入射および回
折格子からの出射例を示す図である。

【図５】 本発明の他の実施の形態を示す概略構成図で
ある。

【図６】 本発明のさらに他の実施の形態を示す概略構
成図である。

【図７】 従来の回折格子を用いた位置合わせ装置の概
略構成図である。

【符号の説明】

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…２波長レーザー光源、２…三角
プリズムミラー、３，３ａ…ビームスプリッター、４，
４ａ〜４ｉ…ミラー、５，５ａ，５ｂ，５ｃ…拡大光学
系、６，６ａ…２分割ディテクター、７，７ａ…マスク
回折格子、８，８ａ…ウエハ回折格子、９…単色光入射
・回折光取出し窓、１０…マスク、１１…マスクステー
ジ、１２…ウエハ、１３…ウエハステージ、１４，１４
ａ…位相差検出回路系、１５，１５ａ…検出信号処理制
御系、１６，１６ａ…マスク側光ヘテロダイン干渉回折
光、１７，１７ａ…ウエハ側光ヘテロダイン干渉回折
光。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 格子ピッチが互いに異なる第１、第３の
   回折格子を第１の物体に配置し、前記第１、第３の回折
   格子と格子ピッチがそれぞれ等しい第２、第４の回折格
   子を第２の物体に前記第１、第３の回折格子と一定の間
   隔を隔てて位置するように配置し、光源として周波数が
   互いに僅かに異なる２波長の単色光を発生する光源を用
   い、この光源から発生した第１の単色光のビームスポッ
   トを前記第１、第２の回折格子に対して所定の入射角度
   で入射させ、前記第１の回折格子から生じる前記第１の
   単色光の光ヘテロダイン干渉回折光を検出して第１のビ
   ート信号とし、前記第２の回折格子から生じる前記第１
   の単色光の光ヘテロダイン干渉回折光を検出して第２の
   ビート信号とし、前記光源から発生した第２の単色光の
   ビームスポットを前記第３、第４の回折格子に対して所
   定の入射角度で入射させ、前記第３の回折格子から生じ
   る前記第２の単色光の光ヘテロダイン干渉回折光を検出
   して第３のビート信号とし、前記第４の回折格子から生
   じる前記第２の単色光の光ヘテロダイン干渉回折光を検
   出して第４のビート信号とし、前記第１、第２のビート
   信号から第１の位相差信号を検出し、前記第３、第４の
   ビート信号から第２の位相差信号を検出し、これら両位
   相差信号の位相差に基づいて前記第１、第２の物体を相
   対的に移動させることにより、前記第１の回折格子ある
   いは前記第２の回折格子の格子ピッチの１／２以内に前
   記第１の回折格子と第２の回折格子との位置合わせを行
   うか、もしくは前記第３の回折格子あるいは前記第４の
   回折格子の格子ピッチの１／２以内に前記第３の回折格
   子と前記第４の回折格子との位置合わせを行ない、しか
   る後、前記第１の位相差信号もしくは前記第２の位相差
   信号に基づいて前記第１、第２の物体を相対的に移動さ
   せ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】 格子ピッチが互いに異なる第１、第３の
   回折格子を第１の物体に配置し、前記第１、第３の回折
   格子と格子ピッチがそれぞれ等しい第２、第４の回折格
   子を第２の物体に前記第１、第３の回折格子と一定の間
   隔を隔てて位置するように配置し、光源として第１の波
   長を用いて周波数が互いに僅かに異なる２波長の単色光
   を発生する第１の光源と、第２の波長を用いて周波数が
   僅かに異なる２波長の単色光を発生する第２の光源とを
   用い、前記第１の光源からの２波長の単色光を第１のビ
   ームスポットとし、この第１のビームスポットを前記第
   １、第２の回折格子に対して所定の入射角度で入射さ
   せ、前記第１の回折格子から生じる前記第１の光源の単
   色光の光ヘテロダイン干渉回折光を検出して第１のビー
   ト信号とし、前記第２の回折格子から生じる前記第１の
   光源の単色光の光ヘテロダイン干渉回折光を検出して第
   ２のビート信号とし、前記第２の光源からの２波長の単
   色光を第２のビームスポットとし、この第２のビームス
   ポットを前記第３、第４の回折格子に対して所定の入射
   角度で入射させ、前記第３の回折格子から生じる前記第
   ２の光源の単色光の光ヘテロダイン干渉回折光を検出し
   て第３のビート信号とし、前記第４の回折格子から生じ
   る前記第２の光源の単色光の光ヘテロダイン干渉回折光
   を検出して第４のビート信号とし、前記第１、第２のビ
   ート信号から第１の位相差信号を検出し、前記第３、第
   ４のビート信号から第２の位相差信号を検出し、これら
   両位相差信号の位相差に基づいて前記第１、第２の物体
   を相対的に移動させることにより、前記第１の回折格子
   あるいは前記第２の回折格子の格子ピッチの１／２以内
   に前記第１の回折格子と第２の回折格子との位置合わせ
   を行うか、もしくは前記第３の回折格子あるいは前記第
   ４の回折格子の格子ピッチの１／２以内に前記第３の回
   折格子と前記第４の回折格子との位置合わせを行ない、
   しかる後、前記第１の位相差信号もしくは前記第２の位
   相差信号に基づいて前記第１、第２の物体を相対的に移
   動させ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。
3. 【請求項３】 格子ピッチが互いに異なる第１、第３の
   回折格子を第１の物体に配置し、前記第１、第３の回折
   格子と格子ピッチがそれぞれ等しい第２、第４の回折格
   子を第２の物体に前記第１、第３の回折格子と一定の間
   隔を隔てて位置するように配置し、光源として周波数が
   互いに僅かに異なり第１の周波数差となる２波長の単色
   光を発生する第１の光源と、周波数が互いに僅かに異な
   り第２の周波数差となる２波長の単色光を発生する第２
   の光源とを用い、前記第１の光源からの２波長の単色光
   を第１のビームスポットとし、この第１のビームスポッ
   トを前記第１、第２の回折格子に対して所定の入射角度
   で入射させ、前記第１の回折格子から生じる前記第１の
   光源の単色光の光ヘテロダイン干渉回折光を検出して第
   １のビート信号とし、前記第２の回折格子から生じる前
   記第１の光源の単色光の光ヘテロダイン干渉回折光を検
   出して第２のビート信号とし、前記第２の光源からの２
   波長の単色光を第２のビームスポットとし、この第２の
   ビームスポットを前記第３、第４の回折格子に対して所
   定の入射角度で入射させ、前記第３の回折格子から生じ
   る前記第２の光源の単色光の光ヘテロダイン干渉回折光
   を検出して第３のビート信号とし、前記第４の回折格子
   から生じる前記第２の光源の単色光の光ヘテロダイン干
   渉回折光を検出して第４のビート信号とし、前記第１、
   第２のビート信号から第１の位相差信号を検出し、前記
   第３、第４のビート信号から第２の位相差信号を検出
   し、これら両位相差信号の位相差に基づいて前記第１、
   第２の物体を相対的に移動させることにより、前記第１
   の回折格子あるいは前記第２の回折格子の格子ピッチの
   １／２以内に前記第１の回折格子と第２の回折格子との
   位置合わせを行うか、もしくは前記第３の回折格子ある
   いは前記第４の回折格子の格子ピッチの１／２以内に前
   記第３の回折格子と前記第４の回折格子との位置合わせ
   を行ない、しかる後、前記第１の位相差信号もしくは前
   記第２の位相差信号に基づいて前記第１、第２の物体を
   相対的に移動させ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。
4. 【請求項４】 請求項１，２または３記載の回折格子を
   用いた位置合わせ方法において、第１、第３の回折格子
   を近接して配置し、第２、第４の回折格子を近接して配
   置し、前記第１、第２の回折格子への格子ライン方向に
   対する第１の単色光のビームスポットの入射角度を第１
   の入射角度とし、第３、第４の回折格子への格子ライン
   方向に対する第２の単色光のビームスポットの入射角度
   を第２の入射角度とし、前記第１の入射角度と第２の入
   射角度とを変えることにより第１、第２、第３、第４の
   ビート信号を検出することを特徴とする回折格子を用い
   た位置合わせ方法。
5. 【請求項５】 第１の物体に設けられた格子ピッチが互
   いに異なる第１、第３の回折格子と、前記第１、第３の
   回折格子と等しい格子ピッチをそれぞれ有し第２の物体
   に設けられた第２、第４の回折格子と、前記第１、第２
   の物体を相対的に移動させる移動機構と、周波数が互い
   に僅かに異なる２波長の単色光を発生する光源と、この
   光源から発生した第１の単色光を前記第１、第２の回折
   格子に対して所定の入射角度で第１のビームスポットと
   して入射させる第１の入射角調整手段と、前記光源から
   発生した第２の単色光を前記第３、第４の回折格子に対
   して所定の入射角度で第２のビームスポットとして入射
   させる第２の入射角調整手段と、前記第１のビームスポ
   ットにより前記第１の回折格子から生じる第１の単色光
   の光ヘテロダイン干渉回折光を検出して第１のビート信
   号を生成する第１のビート信号検出手段と、前記第１の
   ビームスポットにより前記第２の回折格子から生じる前
   記第１の単色光の光ヘテロダイン干渉回折光を検出して
   第２のビート信号を生成する第２のビート信号検出手段
   と、前記第２のビームスポットにより前記第３の回折格
   子から生じる前記第２の単色光の光ヘテロダイン干渉回
   折光を検出して第３のビート信号を生成する第３のビー
   ト信号検出手段と、前記第２のビームスポットにより前
   記第４の回折格子から生じる前記第２の単色光の光ヘテ
   ロダイン干渉回折光を検出して第４のビート信号を生成
   する第４のビート信号検出手段と、前記第１および第２
   のビート信号検出手段によって生成された前記第１およ
   び第２のビート信号から第１の位相差信号を検出する第
   １の位相差検出手段と、前記第３および第４のビート信
   号検出手段によって生成された前記第３および第４のビ
   ート信号から第２の位相差信号を検出する第２の位相差
   検出手段と、前記第１の位相差信号と第２の位相差信号
   との位相差に基づいて前記移動機構に制御信号を送出
   し、さらに前記第１の位相差信号もしくは前記第２の位
   相差信号に基づいて前記移動機構に制御信号を送出し前
   記第１、第２の物体を相対的に移動させて位置合わせす
   る信号処理制御手段と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】 第１の物体に設けられた格子ピッチが互
   いに異なる第１、第３の回折格子と、前記第１、第３の
   回折格子と等しい格子ピッチをそれぞれ有し第２の物体
   に設けられた第２、第４の回折格子と、前記第１、第２
   の物体を相対的に移動させる移動機構と、第１の波長を
   用いて周波数が互いに僅かに異なる２波長の単色光を発
   生する第１の光源と、第２の波長を用いて周波数が互い
   に僅かに異なる２波長の単色光を発生する第２の光源
   と、前記第１の光源から発生した２波長の単色光を前記
   第１、第２の回折格子に対して所定の入射角度で第１の
   ビームスポットとして入射させる第１の入射角調整手段
   と、前記第２の光源から発生した２波長の単色光を前記
   第３、第４の回折格子に対して所定の入射角度で第２の
   ビームスポットとして入射させる第２の入射角調整手段
   と、前記第１のビームスポットにより前記第１の回折格
   子から生じる前記２波長の単色光の光ヘテロダイン干渉
   回折光を検出して第１のビート信号を生成する第１のビ
   ート信号検出手段と、前記第１のビームスポットにより
   前記第２の回折格子から生じる前記２波長の単色光の光
   ヘテロダイン干渉回折光を検出して第２のビート信号を
   生成する第２のビート信号検出手段と、前記第２のビー
   ムスポットにより前記第３の回折格子から生じる前記２
   波長の単色光の光ヘテロダイン干渉回折光を検出して第
   ３のビート信号を生成する第３のビート信号検出手段
   と、前記第２のビームスポットにより前記第４の回折格
   子から生じる前記２波長の単色光の光ヘテロダイン干渉
   回折光を検出して第４のビート信号を生成する第４のビ
   ート信号検出手段と、前記第１および第２のビート信号
   検出手段によって生成された前記第１および第２のビー
   ト信号から第１の位相差信号を検出する第１の位相差検
   出手段と、前記第３および第４のビート信号検出手段に
   よって生成された前記第３および第４のビート信号から
   第２の位相差信号を検出する第２の位相差検出手段と、
   前記第１の位相差信号と第２の位相差信号との位相差に
   基づいて前記移動機構に制御信号を送出し、さらに前記
   第１の位相差信号もしくは前記第２の位相差信号に基づ
   いて前記移動機構に制御信号を送出し前記第１、第２の
   物体を相対的に移動させて位置合わせする信号処理制御
   手段と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。
7. 【請求項７】 第１の物体に設けられた格子ピッチが互
   いに異なる第１、第３の回折格子と、前記第１、第３の
   回折格子と等しい格子ピッチをそれぞれ有し第２の物体
   に設けられた第２、第４の回折格子と、前記第１、第２
   の物体を相対的に移動させる移動機構と、周波数が互い
   に僅かに異なり第１の周波数差となる２波長の単色光を
   発生する第１の光源と、周波数が互いに僅かに異なり第
   ２の周波数差となる２波長の単色光を発生する第２の光
   源と、前記第１の光源から発生した２波長の単色光を前
   記第１、第２の回折格子に対して所定の入射角度で第１
   のビームスポットとして入射させる第１の入射角調整手
   段と、前記第２の光源から発生した２波長の単色光を前
   記第３、第４の回折格子に対して所定の入射角度で第２
   のビームスポットとして入射させる第２の入射角調整手
   段と、前記第１のビームスポットにより前記第１の回折
   格子から生じる前記２波長の単色光の光ヘテロダイン干
   渉回折光を検出して第１のビート信号を生成する第１の
   ビート信号検出手段と、前記第１のビームスポットによ
   り前記第２の回折格子から生じる前記２波長の単色光の
   光ヘテロダイン干渉回折光を検出して第２のビート信号
   を生成する第２のビート信号検出手段と、前記第２のビ
   ームスポットにより前記第３の回折格子から生じる前記
   ２波長の単色光の光ヘテロダイン干渉回折光を検出して
   第３のビート信号を生成する第３のビート信号検出手段
   と、前記第２のビームスポットにより前記第４の回折格
   子から生じる前記２波長の単色光の光ヘテロダイン干渉
   回折光を検出して第４のビート信号を生成する第４のビ
   ート信号検出手段と、前記第１および第２のビート信号
   検出手段によって生成された前記第１および第２のビー
   ト信号から第１の位相差信号を検出する第１の位相差検
   出手段と、前記第３および第４のビート信号検出手段に
   よって生成された前記第３および第４のビート信号から
   第２の位相差信号を検出する第２の位相差検出手段と、
   前記第１の位相差信号と第２の位相差信号との位相差に
   基づいて前記移動機構に制御信号を送出し、さらに前記
   第１の位相差信号もしくは前記第２の位相差信号に基づ
   いて前記移動機構に制御信号を送出し前記第１、第２の
   物体を相対的に移動させて位置合わせする信号処理制御
   手段と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。
8. 【請求項８】 請求項５，６または７記載の回折格子を
   用いた位置合わせ装置において、第１、第３の回折格子
   を近接して配置し、第２および第４の回折格子を近接し
   て配置したことを特徴とする回折格子を用いた位置合わ
   せ装置。